(57)【要約】【課題】ロータリーバルブにおいての畜冷器とパルス管とのシールを確実なものとすること、高寿命化が図れるシール構造とすること、５バルブ以上を有するロータリーバルブの構成を提供すること。【解決手段】畜冷器５０２、低温熱交換器５０３、パルス管５０４、高温熱交換器５０５が直列配置された冷凍部５０に対し、圧力振動源５１と位相調節器５３とをロータリーバルブ５４１を介して接続する。ロータ４０１の軸方向にピン１０４，１０７を設け、ロータ外径にはピン１０４を中心として所定範囲だけ軸方向に移動自在なリング状の押圧部材１０５を設ける。そして、押圧部材１０５に形成された摺動部１０３，１１１にてステータ１０２に当接する様に、押圧部材１０５を付勢部材１０６によって付勢されながら押圧部材１０５は移動し、軸方向の摩耗を吸収してシールを行う。【選択図】　図３
2004061031.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
畜冷器、低温熱交換器、パルス管及び高温熱交換器が直列配置された冷凍部に対して、前記畜冷器側から作動ガスを流して前記パルス管で圧力振動を発生させる圧力振動源と、高温熱交換器側から作動ガスを流して前記パルス管で作動ガスの圧力変動と位置変動の位相を調整する位相調節器とに接続され、シリンダ内でロータを回転させることによって、前記冷凍部への通路を連通または遮断するロータリーバルブを有するパルス管冷凍機において、
前記高温熱交換器に接続される第１ポートと、前記畜冷器に接続される第２ポートを有し、該両ポート間で前記ロータの軸方向に設けられる基準部材および係止部材と、
前記ロータの外径に配設され、前記基準部材を中心として軸方向に所定範囲だけ移動自在なリング部材と、
該リング部材と当接する当接部を有し、前記シリンダ側に設けられるステータと、
前記係止部材と前記リング部材との間に配設され、前記リング部材を前記当接部に対して付勢する付勢部材とを備えたことを特徴とするパルス管冷凍機。
【請求項２】
畜冷器、低温熱交換器、パルス管及び高温熱交換器が直列配置された冷凍部と、
畜冷器側から作動ガスを流して、前記パルス管で圧力振動を発生させる圧力振動源と、
高温熱交換器側から作動ガスを流して、前記パルス管で作動ガスの圧力変動と位置変動の位相を調整する位相調節器とを備え、
シリンダ内でロータを回転させて前記冷凍部への通路を連通または遮断するロータリーバルブにより、通路切替を行うパルス管冷凍機において、
前記高温熱交換器に接続される第１ポートと、前記畜冷器に接続される第２ポートを有し、該両ポート間で前記ロータの径方向に突出した基準部材および係止部材と、
前記ロータの外径に配設され、前記基準部材を中心として軸方向に所定範囲だけ移動自在なリング部材と、
該リング部材と当接する当接部を有し、前記シリンダ側に設けられるステータと、
前記係止部材と前記リング部材との間に配設され、前記リング部材を前記当接部に対して付勢する付勢部材とを備えたことを特徴とするパルス管冷凍機。
【請求項３】
前記リング部材は、前記シリンダに形成された空間内を軸方向に移動自在であり、該空間には外部より圧力が供給されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のパルス管冷凍機。
【請求項４】
前記ロータまたは前記シリンダには、外部からの作動ガスを前記ステータの内径へと導く連通路が形成され、該連通路の圧力よりも前記空間の圧力を高くしたことを特徴とする請求項３に記載のパルス管冷凍機。
【請求項５】
畜冷器、低温熱交換器、パルス管及び高温熱交換器が直列配置された冷凍部に対して、畜冷器側から作動ガスを流して、前記パルス管で圧力振動を発生させる圧力振動源と、高温熱交換器側から作動ガスを流して、前記パルス管で作動ガスの圧力変動と位置変動の位相を調整する位相調節器とを接続し、シリンダ内でロータを回転させて前記冷凍部への通路を連通または遮断するロータリーバルブを有するパルス管冷凍機において、
前記高温熱交換器に接続される第１ポートと、前記畜冷器に接続される第２ポートを有し、該両ポート間で前記ロータは同軸である第１ロータおよび第２ロータを有し、
該前記両ロータの外径に配設され、軸方向に沿って移動自在なリング部材と、該リング部材と当接する当接部を有し、シリンダ側に固定されるステータと、前記第２ロータと前記リング部材との間に配設され、前記リング部材を前記当接部に対して付勢する付勢部材とを備えたことを特徴とするパルス管冷凍機。
【請求項６】
畜冷器、低温熱交換器、パルス管及び高温熱交換器が直列配置された冷凍部と、
畜冷器につながり作動ガスにより前記パルス管で圧力振動を発生させる、圧力振動源と、
高温熱交換器側につながり前記作動ガスにより前記パルス管で作動ガスの圧力変動と位置変動の位相調整を行う位相調節器と、
前記冷凍部と前記圧力振動源との間且つ前記冷凍部と前記位相調節器との間に配設され、シリンダ内をロータが回転することにより、前記冷凍部と前記圧力振動源または前記冷凍部と前記位相調節器が連通または遮断するロータリーバルブとを備えたパルス管冷凍機において、
前記シリンダは軸方向に、前記高温熱交換器につながるパルス管側ポートと、前記低温熱交換器につながる畜冷器側ポートと、前記第１圧縮機の吐出口につながる第１吐出ポートと、前記第１圧縮機の吸入口につながる第１吸入ポートと、前記第２圧縮機の吐出口につながる第２吐出ポートと、前記第２圧縮機の吸入口につながる第２吸入ポートと、前記第１圧縮機および前記第２圧縮機に基づく所定の圧力に設定された第１バッファにつながる第１バッファポートを有し、
前記ロータには第１連通路および第２連通路が形成され、前記ロータが前記シリンダに対して回転することにより、前記畜冷器と前記第１連通路を介して、前記第１吐出ポート、前記第１吸入ポートのいずれかが連通すると共に、前記高温熱交換器と前記第２連通路を介して、前記第１バッファポート、前記第２吐出ポート、前記第２吸入ポートのいずれかが連通することを特徴とするパルス管冷凍機。
【請求項７】
前記シリンダは、前記第１バッファの設定圧力ことは異なる第２バッファにつながる第２バッファポートを更に有し、前記ロータが前記シリンダに対して回転することにより、前記高温熱交換器と前記第２連通路を介して、前記第１バッファポート、前記第２バッファポート、前記第２吐出ポート、前記第２吸入ポートのいずれかが連通することを特徴とする請求項６に記載のパルス管冷凍機。
【請求項８】
畜冷器、低温熱交換器、パルス管及び高温熱交換器が直列配置された冷凍部と、
畜冷器につながり作動ガスにより前記パルス管で圧力振動を発生させる、圧力振動源と、
高温熱交換器側につながり前記作動ガスにより前記パルス管で作動ガスの圧力変動と位置変動の位相調整を行う位相調節器と、
前記冷凍部と前記圧力振動源との間且つ前記冷凍部と前記位相調節器との間に配設され、シリンダ内をロータが回転することにより、前記冷凍部と前記圧力振動源または前記冷凍部と前記位相調節器が連通または遮断するロータリーバルブとを備えたパルス管冷凍機において、
前記シリンダは軸方向に、前記高温熱交換器につながるパルス管側ポートと、前記低温熱交換器につながる畜冷器側ポートと、前記第１圧縮機の吐出口につながる第１吐出ポートと、前記第１圧縮機の吸入口につながる第１吸入ポートと、所定圧に設定された第１バッファにつながる第１バッファポートと、前記第１バッファとは異なる圧力に設定された第２バッファにつながる第２バッファポートと、前記第１バッファおよび前記第２バッファとは異なる圧力に設定された第３バッファにつながる第３バッファポートとを有し、
前記ロータには第１連通路および第３連通路が形成され、前記ロータが前記シリンダに対して回転することにより、前記畜冷器と前記第１連通路を介して、前記第１吐出ポート、前記第１吸入ポートのいずれかが連通すると共に、前記高温熱交換器と前記第３連通路を介して、前記第１バッファポート、前記第２バッファポート、前記第３バッファポートのいずれかが連通することを特徴とするパルス管冷凍機。
【請求項９】
前記シリンダは、第４バッファにつながる第４バッファポートを更に有し、前記ロータが前記シリンダに対して回転することにより、前記高温熱交換器と前記第３連通路を介して、前記第１バッファポート、前記第２バッファポート、前記第３バッファポートのいずれかが連通することを特徴とする請求項８に記載のパルス管冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、極低温冷凍に用いられるパルス管冷凍機に関するものであり、パルス管の高温端に複数の圧力に設定されたバッファタンクを有するパルス管冷凍機に係る。
【０００２】
【従来の技術】
近年、極低温用の冷凍機としては、パルス管冷凍機が注目を集めている。このパルス管冷凍機は、パルス管の内部に作動ガス（例えば、ヘリウム等）を入れて、畜冷器側に圧力振動源を接続し、高温熱交換器側に位相調節器を接続して、そのいずれかもしくは両方から作動ガスをパルス管に対して供給する。そして、作動ガスの供給による圧力変動と位置変動との位相をずらして振動させることにより、冷却能力を得るものである。
【０００３】
例えば、欧州特許　ＥＰ１０８７１８８Ａ１公報のＦｉｇ．１８においては、ロータリーバルブ型のパルス管冷凍機が示されている。この公報に示されるパルス管冷凍機は、直列配置された畜冷器とパルス管に対して、圧縮機からの圧力、高圧バッファタンクまたは低圧バッファタンクからの圧力がロータリーバルブにより切り替える方法が開示されている。
【０００４】
畜冷器の低温端とパルス管の高温端とはロータリーバルブに接続されており、ロータリーバルブでは円筒状のハウジングに対して、ベアリングを介してロータが回転する構造となっている。このロータリーバルブでは、ロータの軸方向の中央に設けられた環状の溝部にシール部材（Ｏリング）が嵌って、畜冷器の低温端とパルス管の高温端とがシールされ、ロータリーバルブ内で低温端と高温端との間で作動ガスが漏れない構造となっている。
【０００５】
また、上記公報では畜冷器およびパルス管に作動ガスを供給するポートは４つ存在し、シリンダ内のロータをモータにより回転させることにより、ロータに形成された４つの連通路を所定のポートと連通／遮断させる。これによって、複数のポートをロータの回転により切り替えて、直列配置された畜冷器とパルス管に作動ガスを流す構成となっている。この構成では、パルス管に圧力供給を図るために、ロータリーバルブには４つバルブが形成される。
【０００６】
また、ロータリーバルブ型のパルス管冷凍機は、米国特許公報　ＵＳＰ５，９０１，７３７号公報にも４バルブの構成が示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＥＰ１０８７１８８Ａ１公報の如く、ロータの軸方向の中央に設けられた環状の溝部にシール部材が嵌って、畜冷器の低温端とパルス管の高温端とがシールされる構造では、ロータリーバルブではハウジングに対してロータが回転するため、シール部材に摩耗が発生する。その結果、シール部材に磨耗が発生すると、畜冷器の高温端とパルス管の高温端とが確実にシールされなくなってしまう。つまり、シール部材の摩耗発生は、パルス管冷凍機の性能に大きく影響を与えるため、畜冷器とパルス管とはシール部材に摩耗が発生したとしても確実なシールを行うことが必要になる。それ故に、ハウジングとロータとの間で、低温端と高温端とのシールを軸方向に設けられたシール部材による内部シールだけでは、高寿命化には対応が難しい。
【０００８】
一般的に、パルス管冷凍機は、圧縮機やバッファタンクと言った圧力供給源が多くなればなる程、パルス管冷凍機を精度良く制御することが可能となるが、上記した公報およびロータリーバルブ型のパルス管冷凍機が示される米国特許公報ＵＳＰ５，９０１，７３７号公報においては、単に、４バルブの構成が示されているにすぎず、パルス管冷凍機の冷却効率を向上させるためには、バルブ数を増やして圧力変動を徐々に変化させてゆくには４バルブ以上の構成が必要となる。
【０００９】
よって、本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ロータリーバルブにおいての畜冷器とパルス管とのシールを確実なものとすること、高寿命化が図れるシール構造とすること、５バルブ以上を有するロータリーバルブを提供することを技術的課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するために講じた第１の技術的手段は、畜冷器、低温熱交換器、パルス管及び高温熱交換器が直列配置された冷凍部に対して、前記畜冷器側から作動ガスを流して前記パルス管で圧力振動を発生させる圧力振動源と、高温熱交換器側から作動ガスを流して前記パルス管で作動ガスの圧力変動と位置変動の位相を調整する位相調節器とに接続され、シリンダ内でロータを回転させることによって、前記冷凍部への通路を連通または遮断するロータリーバルブを有するパルス管冷凍機において、
前記高温熱交換器に接続される第１ポートと、前記畜冷器に接続される第２ポートを有し、該両ポート間で前記ロータの軸方向に設けられる基準部材および係止部材と、前記ロータの外径に配設され、前記基準部材を中心として軸方向に所定範囲だけ移動自在なリング部材と、該リング部材と当接する当接部を有し、前記シリンダ側に設けられるステータと、前記係止部材と前記リング部材との間に配設され、前記リング部材を前記当接部に対して付勢する付勢部材とを備えたことである。
【００１１】
上記した構成によれば、図３に示す如く、高温熱交換器に接続されるパルス管側ポートと、畜冷器に接続される畜冷器側ポートとの間で、ロータの軸方向に基準部材および係止部材を設け、ロータの外径には基準部材を中心として軸方向に所定範囲だけ移動自在なリング部材を配設する。また、リング部材と当接部にて当接する様に、シリンダ側にステータを設ける。そして、係止部材とリング部材との間に、リング部材をステータの当接部に対して付勢部材により付勢した押圧する構成により、ロータが回転してリング部材とステータとの当接部が摩耗しても、付勢部材による付勢力によって、ロータに対してリング部材がステータの当接部に当接する方向に付勢される。よって、当接部に摩耗が発生しても、当接部にてリング部材とステータは当接した状態でロータに対して移動するので、高温熱交換器に接続される第１ポートと、畜冷器に接続される第２ポートとの間で、確実なシールが行える。これは、高寿命化が図れるシール構造となる。
【００１２】
また、上記した課題を解決するために講じた第２の技術的手段は、畜冷器、低温熱交換器、パルス管及び高温熱交換器が直列配置された冷凍部と、畜冷器側から作動ガスを流して前記パルス管で圧力振動を発生させる圧力振動源と、高温熱交換器側から作動ガスを流して前記パルス管で作動ガスの圧力変動と位置変動の位相を調整する位相調節器とを備え、シリンダ内でロータを回転させて前記冷凍部への通路を連通または遮断するロータリーバルブにより、通路切替を行うパルス管冷凍機において、
前記高温熱交換器に接続される第１ポートと、前記畜冷器に接続される第２ポートを有し、該両ポート間で前記ロータの径方向に突出した基準部材および係止部材と、前記ロータの外径に配設され、前記基準部材を中心として軸方向に所定範囲だけ移動自在なリング部材と、該リング部材と当接する当接部を有し、前記シリンダ側に設けられるステータと、前記係止部材と前記リング部材との間に配設され、前記リング部材を前記当接部に対して付勢する付勢部材とを備えたことである。
【００１３】
上記した手段によれば、図３に示す如く、高温熱交換器に接続される第１ポートと、畜冷器に接続される第２ポートとの間で、ロータの軸方向に基準部材および係止部材を設け、ロータの外径には基準部材を中心として軸方向に所定範囲だけ移動自在なリング部材を配設する。また、リング部材と当接部にて当接する様に、シリンダ側にステータを設ける。そして、係止部材とロータとの間にリング部材をステータの当接部に対して付勢部材により押圧する構成により、ロータが回転してリング部材とステータとの当接部が摩耗しても、付勢部材による付勢力によって、ロータに対してリング部材がステータの当接部に当接する方向に付勢される。よって、当接部に摩耗が発生しても、当接部にてリング部材とステータは当接した状態でロータに対して移動するので、高温熱交換器に接続される第１ポートと、畜冷器に接続される第２ポートとの間で、確実なシールが行える。これは、高寿命化が図れるシール構造となる。
【００１４】
この場合、リング部材は、シリンダに形成された空間内を軸方向に移動自在であり、空間には外部より圧力が供給される構成とすると、空間に供給する圧力によって、リング部材はステータに対して押圧され、当接部のシールを行うことが可能となる。
【００１５】
また、ロータまたはシリンダには、外部からの作動ガスをステータの内径へと導く連通路が形成され、連通路の圧力よりも空間の圧力を高くすれば、ステータの内径に導かれる連通路の圧力よりも軸方向に移動自在な空間の圧力の方が高くなって、その差圧によって、リング部材はステータに対して押圧される。これによって、当接部のシールを行うことが可能となる。
【００１６】
更に、上記した課題を解決するために講じた第３の技術的手段は、畜冷器、低温熱交換器、パルス管及び高温熱交換器が直列配置された冷凍部に対して、畜冷器側から作動ガスを流して前記パルス管で圧力振動を発生させる圧力振動源と、高温熱交換器側から作動ガスを流して前記パルス管で作動ガスの圧力変動と位置変動の位相を調整する位相調節器とを接続し、シリンダ内でロータを回転させて前記冷凍部への通路を連通または遮断するロータリーバルブを有するパルス管冷凍機において、
前記高温熱交換器に接続される第１ポートと、前記畜冷器に接続される第２ポートを有し、該両ポート間で前記ロータは同軸である第１ロータおよび第２ロータを有し、該前記両ロータの外径に配設され、軸方向に沿って移動自在なリング部材と、該リング部材と当接する当接部を有し、シリンダ側に固定されるステータと、前記第２ロータと前記リング部材との間に配設され、前記リング部材を前記当接部に対して付勢する付勢部材とを備えたことである。
【００１７】
上記した手段によれば、図８の如く、高温熱交換器に接続される第１ポートと、畜冷器に接続される第２ポートの間に、ロータは同軸である第１ロータおよび第２ロータを備える。リング部材はロータの外径に配設されて、ロータの軸方向に沿って移動する。一方、シリンダ側に固定され、当接部にてリング部材と当接するステータを設け、第２ロータとリング部材との間にリング部材を当接部に対して付勢する付勢部材を設ければ、付勢部材は第２ロータに係止されてステータの当接部に対してリング部材を押圧する。この場合、リング部材はロータの外径に配設され、軸方向の移動が可能となる。よって、当接部に摩耗が発生しても、当接部にてリング部材とステータは当接した状態でロータに対して移動するので、高温熱交換器に接続される第１ポートと、畜冷器に接続される第２ポートとの間で、確実なシールが行える。これは、高寿命化が図れるシール構造となる。
【００１８】
更にその上、上記した課題を解決するために講じた第４の技術的手段は、畜冷器、低温熱交換器、パルス管及び高温熱交換器が直列配置された冷凍部と、畜冷器につながり作動ガスにより前記パルス管で圧力振動を発生させる、圧力振動源と、高温熱交換器側につながり前記作動ガスにより前記パルス管で作動ガスの圧力変動と位置変動の位相調整を行う位相調節器と、前記冷凍部と前記圧力振動源との間且つ前記冷凍部と前記位相調節器との間に配設され、シリンダ内をロータが回転することにより、前記冷凍部と前記圧力振動源または前記冷凍部と前記位相調節器が連通または遮断するロータリーバルブとを備えたパルス管冷凍機において、
前記シリンダは軸方向に、前記高温熱交換器につながるパルス管側ポートと、前記低温熱交換器につながる畜冷器側ポートと、前記第１圧縮機の吐出口につながる第１吐出ポートと、前記第１圧縮機の吸入口につながる第１吸入ポートと、前記第２圧縮機の吐出口につながる第２吐出ポートと、前記第２圧縮機の吸入口につながる第２吸入ポートと、前記第１圧縮機および前記第２圧縮機に基づく所定の圧力に設定された第１バッファにつながる第１バッファポートを有し、
前記ロータには第１連通路および第２連通路が形成され、前記ロータが前記シリンダに対して回転することにより、前記畜冷器と前記第１連通路を介して、前記第１吐出ポート、前記第１吸入ポートのいずれかが連通すると共に、前記高温熱交換器と前記第２連通路を介して、前記第１バッファポート、前記第２吐出ポート、前記第２吸入ポートのいずれかが連通する構成としたことである。
【００１９】
上記した手段によれば、図２の如く、ロータには第１連通路および第２連通路が形成され、ロータはシリンダに対して回転することにより、畜冷器と第１連通路を介して、第１圧縮機高圧弁、第１圧縮機低圧弁のいずれかが連通すると共に、高温熱交換器と第２連通路を介して、第１バッファ弁、第２圧縮機高圧弁、第２圧縮機低圧弁のいずれかと連通する。これにより、パルス管側ポート、畜冷器側ポートの他、第１圧縮機高圧弁、第１圧縮機低圧弁、第１バッファ弁、第２圧縮機高圧弁、第２圧縮機低圧弁につながる７バルブを有するロータリーバルブとなり、パルス管の圧力上昇過程および圧量減少過程において、第１圧縮機および第２圧縮機の中間圧を第１バッファでつくり、ロータリーバルブを回転させて、ロータに形成された第１連通路および第２連通路にて圧力信号源または位相調節器とつなげることにより、中間圧を作ることが可能となる。
【００２０】
この場合、図９の如く、シリンダは、第１バッファの設定圧力ことは異なる第２バッファにつながる第２バッファポートを更に有し、ロータがシリンダに対して回転することにより、高温熱交換器と第２連通路を介して、第１バッファポート、第２バッファポート、第２吐出ポート、第２吸入ポートのいずれかが連通すれば、２バッファにより、圧力上昇および圧力減少を最低圧から最高圧までの間で３段階に上昇または減少させて、パルス管の冷却を行うことが可能となる。この構成では６ポートを有するロータリーバルブが提供される。
【００２１】
また、上記した課題を解決するために講じた第５の技術的手段は、畜冷器、低温熱交換器、パルス管及び高温熱交換器が直列配置された冷凍部と、畜冷器につながり作動ガスにより前記パルス管で圧力振動を発生させる、圧力振動源と、高温熱交換器側につながり前記作動ガスにより前記パルス管で作動ガスの圧力変動と位置変動の位相調整を行う位相調節器と、前記冷凍部と前記圧力振動源との間且つ前記冷凍部と前記位相調節器との間に配設され、シリンダ内をロータが回転することにより、前記冷凍部と前記圧力振動源または前記冷凍部と前記位相調節器が連通または遮断するロータリーバルブとを備えたパルス管冷凍機において、前記シリンダは軸方向に、前記高温熱交換器につながるパルス管側ポートと、前記低温熱交換器につながる畜冷器側ポートと、前記第１圧縮機の吐出口につながる第１吐出ポートと、前記第１圧縮機の吸入口につながる第１吸入ポートと、所定圧に設定された第１バッファにつながる第１バッファポートと、前記第１バッファとは異なる圧力に設定された第２バッファにつながる第２バッファポートと、前記第１バッファおよび前記第２バッファとは異なる圧力に設定された第３バッファにつながる第３バッファポートとを有し、前記ロータには第１連通路および第３連通路が形成され、前記ロータが前記シリンダに対して回転することにより、前記畜冷器と前記第１連通路を介して、前記第１吐出ポート、前記第１吸入ポートのいずれかが連通すると共に、前記高温熱交換器と前記第３連通路を介して、前記第１バッファポート、前記第２バッファポート、前記第３バッファポートのいずれかが連通する構成とした。
【００２２】
上記した構成によれば、図１５の如く、ロータがシリンダに対して回転することにより、畜冷器と第１連通路を介して、第１吐出ポート、第１吸入ポートのいずれかが連通する。また、高温熱交換器と第３連通路を介して、第１バッファポート、第２バッファポート、第３バッファポートのいずれかが連通するので、第１バッファから第３バッファにてそれぞれ所定の圧力をつくり、ロータリーバルブを回転させて、ロータに形成された第１連通路および第３連通路にて、圧力信号源または位相調節器とつなげ、段階的に圧力上昇または圧力減少させることにより、４段階で所定圧力を作り、パルス管を冷却させることが可能となる。
【００２３】
この場合、図１７の如く、シリンダは、第４バッファにつながる第４バッファポートを更に有し、ロータがシリンダに対して回転することにより、高温熱交換器と第３連通路を介して、第１バッファポート、第２バッファポート、第３バッファポートのいずれかが連通する構成をとれば、３バッファにより、圧力上昇および圧力減少を最低圧から最高圧までの間で４段階に上昇または減少させて、パルス管の冷却を行うことが可能となる。この構成では５ポートを有するロータリーバルブが提供される。
【００２４】
つまり、位相調節器のバッファ数を増やすことにより、パルス管内部に流れる作動ガスの移動量および圧縮機の負荷を低減することができ、運転効率を向上させることができる。また、パルス管内での熱損失や、再生熱損失を大幅に低減することができ、パルス管冷凍機としての冷凍効率を向上させることが可能となる。
【００２５】
更に、作動ガスの移動量の低減により、個々のバッファの容積を小さくでき、パルス管冷凍機全体として、小型化が可能となる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２７】
（第１実施形態）
図１は、パルス管冷凍機１の構成図である。このパルス管冷凍機１は、冷凍部５０に対して両側に圧力振動源５１と位相調節器５３を接続し、内部に充填した作動ガス（例えば、ヘリウムガス等）の圧力変動と位置変動との位相をずらして振動させることにより、冷却機能を発揮させるようにしたものである。このパルス管冷凍機１は、パルス管５０４の高温端５０４Ｈに所定圧力に設定されたバッファタンク（単に、バッファと称す）および圧力供給源となる圧縮機５１２，５３２を、バルブ５２１，５２２，５２３，５２４，５２５を介して連結し、ロータリーバルブ５４１のロータ４０１を回転させることにより連通路を切り替えて冷却を行うアクティブバッファ型の構造を採用している。
【００２８】
パルス管冷凍機１は、大別すると、作動ガスがパルス管内部を流れることによって、吸熱／発熱が行われる熱交換器を有する冷凍部５０と、作動ガスを振動させて仕事を発生させる圧力振動源５１と、冷凍部５０に流れる作動ガスの圧力変動と位置変動の位相を調節する位相調節器を備える。
【００２９】
冷凍部５０は、蓄冷器５０２、低温熱交換器５０３、パルス管５０４及び高温熱交換器５０５が直列に連結されて構成されている。蓄冷器５０２の高温端５０２Ｈは圧力振動源５１につながれており、低温端５０２Ｌは低温熱交換器７５につながれている。蓄冷器５０２は、作動ガスが低温熱交換器５０２側に向かって流れる時、作動ガスは徐々に冷却される。これとは反対に、作動ガスが圧力振動源５１側に向かって流れる時は、作動ガスは徐々に温められ、熱交換が行われる。
【００３０】
上記した蓄冷器２４には、例えば、ステンレス鋼、リン青銅等のメッシュ状のものが何重かに積層され、内部には蓄冷剤ａが充填される。また、低温熱交換器５０３は、蓄冷器５０２の低温端５０２Ｌにつながって低温発生部となり、低温熱交換器５０３に接触された被冷却体から効率よく熱を奪うために、例えば、作動ガスの流れ方向（冷凍部５０の長手方向）に沿って、規則的な多数の孔が形成されている。
【００３１】
パルス管５０４は、低温熱交換器５０３につながれており、低温端５０４Ｌ及び高温端５０４Ｈを有する中空の管である。このパルス管５０４は、その高温端５０４Ｈ側の熱が振動によって低温熱交換器５０３側へと伝達されるのを防止する為、熱伝導率の小さい材料（例えば、ステンレス鋼等）により形成されている。
【００３２】
高温熱交換器５０５は、パルス管５０４の高温端５０４Ｈにつながれており、作動ガスが流れるパルス管５０４の長手方向に沿って、規則的な多数の孔が形成されている。高温熱交換器５０４は、内部を流れる作動ガスの熱を外部に放出することで、上記パルス管５０４の高温端５０４Ｈ側が冷却される。この高温熱交換器５０５は、配管５０６を介して位相調節器５３につながる。これらの高温熱交換器５０５および低温熱交換器５０３は、熱伝導性に優れた材料（例えば、銅等）を使用して成り立っている。
【００３３】
次に、圧力振動源５１について説明する。圧力振動源５１は、冷凍部５０に充填してある作動ガスに圧力振動を発生させるものである。圧力振動源５１は、図１に破線で示す様に、圧縮機５１２と、圧縮機５１２の高圧側に配管５１３を介してつながる圧縮機高圧弁５２２と、圧縮機５１２の低圧側に配管５１１を介してつながる圧縮機低圧弁５２１を備えている。圧縮機５１２の吐出口は、圧縮機高圧弁５２２を介して冷凍部５０の畜冷器５０２の高温端５０２Ｈにつながっている。一方、圧縮機５１２の吸入口は、圧縮機低圧弁５２１を介して、同じく畜冷器５０２の高温端５０２Ｈにつながっている。この圧力振動源５１は、圧縮機高圧弁５２２及び圧縮機低圧弁５２１が所定のタイミングで開閉制御されることにより、パルス管冷凍機１の冷凍部５０内を流れる作動ガスに圧力振動を発生させる。
【００３４】
次に、位相調節器５３について説明する。位相調整器５３は、図１の破線で示す様に、冷凍部５０の作動ガスに対して補助的に圧力振動を発生させて、冷凍部５０内の作動ガスの位相を調整する。位相調節器５３は、圧力供給源５１の圧縮機５１２と吐出圧は同じではあるが、それよりも容量および質量流量が小さい、補助圧力を発生させる圧縮機５３２と、圧縮機５３２の高圧側に配管５３３を介してつながる圧縮機高圧弁５２４と、圧縮機５３２の低圧側に配管５３１を介してつながる圧縮機低圧弁５２３、および、パルス管冷凍機１のパルス管５０４の容量より大きな容量を有すると共に、内部圧力が圧縮機５１２，５３２の吐出圧と吸入圧との略中間の圧力となった第１バッファ５３５と、第１バッファ５３５に配管５３４を介してつながる第１バッファ弁５３２とを備える。圧縮機５３２の吐出口は、圧縮機高圧弁５２４を介して高温熱変換器５０５につながっており、圧縮機５３２の吸入口は、圧縮機低圧弁５２３を介して、高温熱変換器５０５につながっている。また、バッファ（第１バッファ）５３５はバッファ弁（第１バッファ弁）５２５を介して、高温熱変換器５０５へとつながっている。
【００３５】
この位相調整器５３は、圧縮機高圧弁５２４、圧縮機低圧弁５２３、第１バッファ弁５２５が所定のタイミングで開閉制御されることにより、パルス管冷凍機１の冷凍部５０の内部に充填された作動ガスに対して、作動ガスの圧力変動と位置変動の位相をずらすことにより、位相調節を行うことができる。
【００３６】
次に、図１に示す構成のパルス管冷凍機１の基本的な動作について、図１８の（ａ）に示すタイムチャートを参照して説明する。なお、パルス管冷凍機１の１サイクル内の動作は以下に説明する各段階から成り、上記した圧縮機高圧弁５２２，５２４、圧縮機低圧弁５２１、５２３及び中圧バッファ弁５２５の開閉状態に対応して区分される。
【００３７】
第１段階（圧縮前期過程）
圧縮機低圧弁５１１，５２３および圧縮機高圧弁５２２，５２４を閉状態として、第１バッファ弁５２５を開状態とする。この状態では、圧縮機５１２，５３２の吐出圧の中間圧に設定された第１バッファ５３５内の作動ガスが、第１バッファ弁５２５を介して、パルス管５０４の高温端５０４Ｈから冷凍部５０内に流入する。この場合、圧カ損失の少ない第１バッファ弁５２５を介して、第１バッファ５３５と冷凍部５０とが連通し、パルス管５０４内の圧カは、速やかに最低圧から第１バッファ５３５の中間圧まで上昇する。
【００３８】
第２段階（圧縮後期過程）
パルス管５０４内の圧カが最低圧から第１バッファ５３５の中間圧にまで上昇したとき、第１バッファ弁５２５を閉状態にする。そして、圧縮機高圧弁５２２，５２４を共に開状態とする。この状態では、圧縮機５１２から吐出された作動ガスが圧縮機高圧弁５２２を介して、畜冷器５０２の高温端５０２Ｈから冷凍部５０内に流入すると共に、圧縮機５３２から吐出された作動ガスが圧縮機高圧弁５２４を介して、高温熱交換器５０５からパルス管内部に流入する。このとき、第１バッファ５３５と冷凍部５０とは第１バッファ弁５２５によって遮断されている。このため、パルス管５０４内の圧カは第１バッファ５３５の中間圧から圧縮機５１２，５３２の吐出圧である最高圧にまで上昇する。
【００３９】
第３段階（膨張前期過程）
この状態になると、今まで開けていた圧縮機高圧弁５２２，５２４を閉状態として、圧縮機高圧弁５２２，５２４との連通を遮断する。そして、今度は再度、第１バッファ弁５２５を開状態とすると、パルス間内で最高圧であった作動ガスが第１バッファ弁５２５を介して第１バッファ内へと流れ、パルス管５０４での圧力は最高圧から、第１バッファ５３５の中間圧まで低下する。この場合、パルス管５０４に存在している作動ガスは急激に位相調節器５３側へと移動するので、低温熱交換器５０３には吸熱が発生して、冷却効果が現れる。
【００４０】
第４段階（膨張後期過程）
そこで、パルス管５０４の圧力が中間圧になると、第１バッファ弁５２５を閉状態として、第１バッファ５３５と高圧熱交換器５０５との連通を遮断する。そして今度は、圧縮機低圧弁５２１，５２３を共に開状態とする。この状態では、冷凍部５０内の作動ガスが２つの圧縮機５２１，５２３に吸入されるので、パルス管５０４の低温端５０４Ｌから、低温熱交換器５０３、蓄冷器５０２及び圧縮機低圧弁５２１を介して、圧縮機５１２の吸入口へと流出すると共に、パルス管５０４の高温端５０４Ｈから、高温熱交換器５０５、圧縮機低圧弁５２３を介して、圧縮機５３２の吸入口へと流出する。これにより、パルス管５０内の圧カは、中間圧から最低圧になるまで速やかに低下する。この圧カ低下により、パルス管５０４内の作動ガスが、断熱膨張して更に温度が低下する。
【００４１】
尚、パルス管５０４内には、低温熱交換器５０３、蓄冷器５０２及び圧縮機低圧弁５２１を介して、パルス管５０４の低温端５０４Ｌから圧力振動源５１へと流出する作動ガスと、高温熱交換器５０５及び圧縮機低圧弁５２３を介して、パルス管５０４の高温端５０４Ｈから位相調節器５３へと流出する作動ガスが存在するため、パルス管５０での低温端５０４Ｌ付近における作動ガスの位置変動は抑制される。
【００４２】
その後、圧縮機低圧弁５２１，５２３を閉状態として、第１段階の状態から繰り返せば、以上説明した動作によって、パルス管内部で圧力変動と位置変動を繰り返し、作動ガスの移動によってパルス管冷凍機１の低温熱交換器５０３において、極低温を発生させる事ができる。
【００４３】
この様に第１実施形態において、２つの圧縮機５１２，５３２及び第１バッファ５３５を備えたパルス管冷凍機１の構成およびその動作について説明したが、本願では、圧力振動源５１および位相調整器５３の開閉弁の構成を、図２に示す構成のロータリーバルブ５４１に置き換え、図３に示す構成のロータリーバルブ５４１とする事を特徴としている。
【００４４】
つまり、図２では高温熱交換器５０５には、配管５０６を介して第１ポートとしてポート（パルス管側ポート）３０３でつながれ、畜冷器５０２には、配管５０１を介して第２ポートとしてポート（畜冷器側ポート）２１８でつながる。また、第１バッファ５３５は配管５３４を介してポート３１８につながり、圧縮機５３２の吐出口は配管５３３を介してポート３２０につながり、圧縮機５３２の吸入口は配管５３１を介してポート３２６につながる。更に、圧縮機５１２の吐出口は配管５１３を介してポート２３１につながり、圧縮機５１２の吸入口は配管５１１を介してポート２３５につながる。つまり、図２では図１に示す５つの開閉を行う弁５２１，５２２，５２３，５２４，５２５を少なくとも７つのポート２１８，３０３，３１８，３２０，３２６，２３１，２３５を有するシリンダ構造によるロータリーバルブ５４１によって実現した。
【００４５】
そこで、図３に示すロータリーバルブ５４１の構造について説明する。ここに示すロータリーバルブ５４１は、二重のシリンダ構造を取っており、中空円筒状の外シリンダ（単に、シリンダと称す）４０２と、シリンダ４０２の内径に溝部に嵌められた複数のシール部材（例えば、Ｏリング等）により軸シールが図られ、シリンダ４０２に圧入された中空円筒状の内シリンダ（単に、シリンダと称す）４０３を備える。また、ロータリーバルブ５４１は、シリンダ４０２の内径に回転自在に配設されたロータ４０１と、ロータ４０１に対してシャフト２０２を介してつながり、ロータ４０１を回転動作させるモータ２０１とを備える。尚、ロータ４０１，シリンダ４０２，４０３およびモータ２０１は同軸で配設されており、ロータ４０１は、ピン２０２によってシャフト２０２に固定され、シャフト２０２と一体回転を行う。
【００４６】
シリンダ４０２，４０３の軸方向におけるモータ側の一端はシール部材（例えば、Ｏリング等）２１１，２１２により軸シールが取られ、モータ２０１がシリンダ４０２に対して固定される。また、シリンダ４０２，４０３の軸方向の他端には、カバー４０４が被せられている。カバー４０４は円盤状を呈し、中央内側に凸部が形成されている。この凸部は軸方向に貫通した孔３１１を有する。凸部の外周に溝部が形成されており、この溝部にシール部材（例えば、Ｏリング等）３１２が嵌められ、シリンダ４０３とカバー４０４とのシールが取られる。カバー４０４は中空のシリンダ４０３の内径に対して嵌められ、ボルト等の固定部材により、シリンダ４０３に対して固定される。
【００４７】
外側のシリンダ４０２には、８つのポート３０３，２１８，３１８，３２０，３２５，１０８，２３１，２３５が形成されている。この場合、図１に示す構成を図２に対比させると、ポート３０３は高温熱交換器５０５から延在する配管５０６とつながり、ポート２１８は畜冷器５０２から延在する配管５０１とつながる。また、ポート３１８は第１バッファ５３５につながり、ポート３２０は圧縮機５３２の吐出口につながると共に、ポート３２６は圧縮機５３２の吸入口とつながる。更に、ポート２３１は圧縮機５１２の吐出口とつながり、ポート２３５は圧縮機５１２の吸入口とつながる。
【００４８】
一方、内側のシリンダ４０３には、シリンダ４０３の中心に向かって貫通する通孔３０８，３０６，３０４，３０２，２２１，２１７，２１５，２１３が形成されていると共に、これらの通孔に対称な位置に同様な通孔３１７，３２１，３２４，３２７，２３２，２３４，２３６，２３７が形成されており、これら外径の孔径が大きくなった部位が円周状に形成されている。このため、通孔３０８と通孔３０８と反対側の通孔３１７は連通し、通孔３０６と通孔３２１は連通すると共に、通孔３０４と通孔３２４は連通する。また同様に、通孔３０２と通孔３２７は連通する。更に、通孔２２１と通孔２３２、通孔２１７と通孔２３４は共に連通する。
【００４９】
シリンダ４０２の中にシリンダ４０３が配設された、図３に示す状態においては、通孔３０４とポート３０３、通孔２１７とポート２１８、通孔３１７とポート３１８、通孔３２１とポート３２０、通孔３２７とポート３２６、通孔２３２とポート２３１、通孔２３６とポート２３５はともに連通する。また、通孔２１５，２１３は、シリンダ４０３の外周面の軸方向に形成された環状の連通孔２１４を介して連通し、この連通孔２１４によって、通孔２３７はポート２３５と連通する。この状態でシリンダ４０３に形成される１６のポートの中で、６つのポート（通孔３０８，３０６，３０２，２２１，３２４，２３４に、それぞれつながるポート３０７，３０５，３０１，２２０，３２３，２３３）は閉塞状態となる。
【００５０】
一方、ロータ４０１は、シリンダ４０３の内径に形成された空間３１３内に配設されており、モータ２１０とロータ４０１の軸方向端部との間には、空間２３９が形成される。ロータリーバルブ５４１が図３の如く組み付けられた状態では、カバー４０４の軸方向に形成された孔３１１はロータ４０１が配設される空間３１３に連通する。また、空間２３９は通孔２１３，２３７に連通する。この孔３１１と、ポート２３５とにロータ４０１の軸方向端部側からそれぞれ等しい圧力を供給することにより、ロータ４０１の回転に悪影響を与える軸方向の力が作用しない構成となっている。
【００５１】
また、ロータ４０１の上部にはシリンダ４０３に形成された通孔３０８，３０４を連通させる軸方向断面がコ字状の連通孔３１４が形成されていると共に、ロータ４０１の中心軸と対称位置に、連通孔３１４と同様、通孔３１７，３２４を連通させる軸方向断面がコ字状の連通孔３１５が形成されている。尚、連通孔３１４，３１５は第２連通路に相当する。
【００５２】
シリンダ４０３の軸方向における略中央（冷凍部５０の高温側ポートとなるポート３０３と冷凍部５０の低温側ポートとなるポート２１８の略中央）には径方向において凹部が形成され、この凹部は空間１０９となっている。この空間１０９にポート１０８は連通する。
【００５３】
そこで、空間１０９における構造について説明する。空間１０９は、二重構造のシリンダ４０２，４０３およびロータ４０１により、図３の如く、シリンダ４０３の軸方向の中央に径方向に開口した状態で形成されている。空間１０９のロータ側には環状の凹部が形成され、その凹部に環状のステータ１０２がロータ４０１に対して同軸かつロータ４０１とは所定間隔だけ離間した状態で配設される。ステータ１０２は、シリンダ４０３の径方向から嵌められたピン１１３によって、シリンダ４０２，４０３に対して固定されており、シリンダ４０２，４０３に対して回転不能となっている。このステータ１０２はロータ４０１の外周に配設され、ステータ１０２の外周面と環状の凹部が形成されたシリンダ４０３の内周面には、シール部材（例えば、Ｏリング等）１０１が取り付けられている。このシール部材１０１によって、ステータ１０１の外周面とのシリンダ４０３の当接面でのシールが保たれる。ステータ１０１は、モータ２０１と反対側の軸方向端面には環状の凸部が形成されている。この環状の凸部に当接する様、環状の押圧部材１０５が配設される。押圧部材１０５はロータ４０１と同軸でロータ４０１の外周に嵌まり、ロータ４０１の外周面に沿って軸方向に移動することが可能である。この場合、押圧部材１０５の内周面には溝部が形成され、溝部にシール部材（例えば、Ｏリング等）が嵌り、このシール部材によって、ロータ４０１と押圧部材１０５は軸シールされる。また、押圧部材１０５は径方向に、少なくとも一つの貫通孔が形成されている。
【００５４】
一方、ロータ４０１には、軸方向における略中央の位置に径方向に貫通する２つの貫通孔が形成されており、それぞれの貫通孔に押圧部材１０５の径に略一致する長さの２本のピン１０７，１０４が挿通されている。この中でピン１０４は、押圧部材１０５が軸方向に移動する場合に基準となる基準部材に相当し、ロータ４０１の径方向に形成された貫通孔１０３に通される。この場合、押圧部材１０５の径方向に形成された貫通孔１０３の孔径は、ピン１０４の径よりも多少大きく形成されており、押圧部材１０５はロータ４０１を貫通するピン１０４を中心として、ロータ４０１の外周面に摺接した状態で軸方向に移動自在となる。また、ピン１０４とは少し離れたロータ４０１の中心には、ピン１０４と長さが等しいピン１０７が径方向に挿通されている。ピン１０７と押圧部材１０５のモータ側とは反対の軸方向端面との間には、コイルスプリングから成る付勢部材１０６がロータ４０１の外径に配設される。付勢部材１０６は一端が係止部材と成るピン１０７により係止されており、他端で押圧部材１０５をステータ側に付勢する。これによって、シリンダ内をロータ４０１が、モータ２１により回転がなされる場合、シリンダ４０３の内周面をロータ４０１が摺接する。この時、シリンダ４０３に対してピン１１３によりステータ１０２は固定されて回転を行わない。しかし、ロータ側に取り付けられる押圧部材１０５は、シリンダ４０２，４０３に対して、ロータ４０１が回転すれば、ロータ４０１の回転に伴って押圧部材１０５が一体回転する。それ故に、シリンダ４０２，４０３に対してロータ４０１が回転すれば、ステータ１０２に対して押圧部材１０５のモータ側の軸方向端面は、ステータ１０２の軸方向端面を摺接する。この為、その当接部１１１には摩耗が発生するため
、摩耗量が抑えられる様に押圧部材１０５にはステンレスを使用し、押圧部材１０５が摺接するステータ１０２にはポリフッ化エチレンを使用して、両者との摩擦係数を小さくし、耐摩耗を向上させている。
【００５５】
しかし、ロータ４０１を繰り返し回転させて使用していると、当接部１１１は次第に摩耗するが、本実施形態においては、ロータ４０１に挿通されたピン１０７に一端が係止された弾性部材１０６によって、押圧部材１０５をステータ側へと常時付勢しているため、当接部１１１に摩耗が発生したとしても、押圧部材１０５は軸方向に移動自在であるので、常に、ステータ１０３の環状の凸部に押圧部材１０５が当接するものとなる。それ故に、環状の当接部１１１によって、モータ側の空間２３９とシリンダ４０３の中間部に形成される空間１０９との間で確実なシールが確保される。
【００５６】
この場合、押圧部材１０５のロータ４０１の軸方向に対する移動量は、ピン１０４の位置を基準として、ピン１０４の径よりも大きく径方向に貫通した押圧部材１０５の貫通孔１０３の孔径により決定される。つまり、押圧部材１０５の貫通孔１０３の孔径とピン１０４の径の差分だけ、押圧部材１０５はピン１０４を中心として、モータ側に移動することができる。これにより、ロータ４０１と押圧部材１０５の内径との当接部にはシール部材が設けられているので、両者との間でシールが図られる。このシールによって、ロータ４０１とステータ１０２および押圧部材１０５の内径によって囲まれる環状に形成された空間１１２は、軸方向断面がＬ字状となった連通路２３８を介してモータ側の空間２３９とつながる。この場合、空間２３９に比べて、シリンダ４０３の軸方向中央に形成された空間１０９側の圧力は若干高くなっており、その差圧を利用して、ステータ側に押圧部材１０５が押圧される。この為、空間１０９と空間２３９との圧力の差圧によって、空間１０９と空間２３９とは確実にシールされる。尚、連通路２３８はシリンダ側に設けられていても良い。
【００５７】
図４は、シリンダ４０２，４０３に対して、ロータ４０１が回転した場合のロータ４０１の外周面に形成された上方の連通路３３１，３３２および下方の連通路２４１，２４２の接続状態を示す。この状態で、通路３０６と通路３０４が連通路３３１を介して連通する場合、通路３２１と通路３２４は連通路３３２を介して連通すると共に、連通路２４１を介して通路２２１と通路２１７は連通し、連通路２４２を介して通路２３２と通路２３４は連通する。
【００５８】
図５は、シリンダ４０２，４０３に対して、ロータ４０１が図４に示す状態から更に回転した場合のロータ４０１の外周面に形成された上方の連通路３３３，３３４および下方の連通路２４３，２４４の接続状態を示す。この状態では、通路３０４と通路３０２が連通路３３３を介して連通する時、通路３２４と通路３２７は連通路３３４を介して連通すると共に、連通路２４３を介して通路２１７と通路２１５は連通し、連通路２４４を介して通路２３４と通路２３６は連通する。これらの連通路は、図６に示す形状を成す。つまり、ロータ４０１の外周面には、図３に示すＡ−Ａ断面においては、径方向に深い連通孔３１４，３１５ｂ，３１５，３１４ｂが９０度間隔で形成されていると共に、これら４つの隣り合う連通孔の中央には、周方向に広い連通孔が形成されている。また、図３に示すＢ−Ｂ断面においては、周方向に広い連通孔２４１，２４４，２４２，２４３が中心に対して９０度間隔で形成されている。これによって、ロータ４０１が一方向に回転を行えば、ロータ４０１に形成された図３、図６および図７に示す連通路を介して、冷凍部５０の高温側のポート３０３と反対側のポート３１８，３２０，３２６のいずれかと連通する。また、これと同時に、ロータ４０１に形成された図３、図６および図７に示す連通路を介して、冷凍部５０の低温側のポート２１８と反対側のポート２３１，２３５のいずれかと連通するので、このロータリーバルブ５４１において、シリンダ４０２，４０３に対してロータ４０１を一定速度にてモータ２０１によって一方向に回転させれば、ロータリーバルブ５４１で図２に示す７つのポート３０３，２１８，３１８，３２０，３２６，２３１，２３５を順次切り替えることによって、上記した第１段階から第４段階の動作が繰り返され、パルス管内部で圧力変動と位置変動が繰り返される為、作動ガスの移動による極低温を発生させる事ができる。尚、上記した構成において、シリンダ下方の連通路２４１，２４２，２４３，２３４は第１連通路に相当し、連通孔３１４，３１５および連通路３３１，３３２，３３３，３３４は第２連通路に相当する。
【００５９】
（第２実施形態）
次に、図８に示す第２実施形態について説明する。この第２実施形態ではシリンダ図３に示す中央でのシール構造が異なり、その他の構造およびについては図３に示す第１実施形態と同じである為に説明を省略し、ここでは、第１実施形態と異なるシール部の構造についてのみ説明する。
【００６０】
図８において、シリンダ４０３の内径に配設される図３に示したロータ４０１は、第２実施形態では上下２つに分割されている。モータ側のロータ４０１ａはモータ２０１によりシリンダ４０３に対して回転する。ロータ４０１ａは軸方向に突出した小径部が大径部から延在して形成されている。この小径部に軸方向からもう一つのロータ４０１ｂがピン１３０により固定されており、ロータ４０１ａ，４０１ｂは一体回転を行う。ロータ４０１ａの小径部には環状のステータベース１２２が軸方向から配設されており、ステータベースの外周にはＯリング等のシール部材１２３が嵌着した状態で径方向からピン１２５，１３４が挿通される。このピン１２５，１３４によってステータベース１２２はシリンダ４０３に固定される。
【００６１】
また、ステータベース１２２の図８に示す上方には環状の凹部が形成され、その凹部に環状のステータ１２６がＯリング等のシール部材１２４によりシールされた状態でステータベース１２２に対して軸方向からピン１２１により固定されている。これによって、ステータ１２６はステータベース１２２が固定されるシリンダ４０３に対して固定される。このステータ１２６の軸方向にはロータ４１０ａの小径部に沿って移動自在な環状の押圧部材１２７が配設される。環状の押圧部材１２７はロータ４０１ａの小径部の外径に移動自在に嵌り、上方には凹部が形成され、この凹部にロータ４０１ｂの小径部が挿入されている。ロータ４０１ｂの小径部と押圧部材１２７の凹部の内周面とは、Ｏリング等のシール部材によりシールされた状態となっている。ロータ４０１ａとロータ４０１ｂとの間の間隔は固定されている中、押圧部材１２７はロータ４０１ｂの大径部の軸方向の端部に係止され、ロータ４０１ａ，４０１ｂと同軸で配設されたコイルスプリング等の付勢部材１２９により、押圧部材１２７はステータ１２６に当接する様、付勢される。
【００６２】
ロータ４０１ａ，４０１ｂが回転を行うと、シリンダ４０３に固定されたステータ１２６に対して押圧部材１２７が摺接した状態で回転を行う。この場合、摩擦抵抗を抑えると共に、耐摩耗性を向上させるため、本実施形態においては押圧部材１２７にステンレスを使用し、押圧部材１２７が摺接するステータ１２６にはポリフッ化エチレンを使用している。
【００６３】
しかし、ロータ４０１ａ，４０１ｂを繰り返し回転させて使用していると、押圧部材１２７とステータ１２６との環状の当接部は次第に摩耗するが、本実施形態においては、ロータ４０１ｂに一端が係止された付勢部材１２９によって、押圧部材１２７をステータ側へと常時付勢する。このため、当接部に摩耗が発生したとしても、押圧部材１２７は軸方向に移動自在であるので、常に、ステータ１２６に形成された環状の凸部に押圧部材１２７が当接する。それ故に、環状凸部形状の当接部によって、モータ側の空間２３９に通じる連通路１３５とステータ１２６の環状凸部の内径に形成される空間１３３は連通するが、空間１３３と通孔１３２に通じる空間１３１との間で確実なシールが確保される。
【００６４】
（第３実施形態）
図９から図１２に、第３実施形態の構成を示す。ここに示す第３実施形態では、図１に示す構成の位相調節器５３に第２バッファ５３７と、第２バッファ５３７を高温熱交換器５０５に連通／遮断させる第２バッファ弁５２６が付加された構成となっている。これにより、第２バッファ弁５２６を開状態とすると高温熱交換器５０５とは通路５３６，５０６を介して連通する。一方、第２バッファ弁５２６を閉状態とすると、第２バッファ５３７は高温熱交換器５０５と遮断される。この場合、圧縮機５１２，５３２の中圧バッファとして、第１バッファ５３５と第２バッファ５３７は、それぞれ圧縮機５１２，５３２の圧力差に対して、１／３および２／３の圧力が供給できるものを使用すると良い。図９に示す開閉弁の構成をロータリーバルブ５４２により構成すると、図１０に示す構成となる。つまり、図１０では第１実施形態の図２において、更に、第２バッファ５３７が配管５３６によりロータリーバルブ５４２のポート３４６に接続される構成となっている。つまり、図１０に示す構成では合計８つのポートを備えたロータリーバルブ５４２の構成となっている。このロータリーバルブ５４２の内部構成は、基本的には図３に示す第１実施形態の構成と同じであるが、図１１に示す如く、上方の連通路３４４，３４６の構成および図１２に示す連通路の構成が異なる。つまり、二重構造のシリンダの間において、軸方向にＯリング等のシール部材３４３によって、各ポート間がシールされる。図１１に示す状態では連通路３４４により通孔３４２と通孔３０４を連通する。また、軸対称で形成される通孔３４５により通孔３４６と通孔３２４を連通する。更に、通孔３４２の外径側は大径の周状溝が形成され、通孔３４６に連通する。
【００６５】
この場合、図１１におけるＣ−Ｃ断面は、図１２に示す如く、ロータの外周面には複数の連通孔が周方向に形成されている。つまり、径方向において深く形成された２つずつの連通孔３１４，３４３と、３４３ｂ，３１４ｂと、３１５，３４６と、３４６ｂ，３１５ｂとは中心に対して９０度ずれた位置に形成され、その間に周方向において広く浅く形成された連通孔３３１，３３４，３３２，３３３が形成されており、例えば、ロータ４０１をモータ２０１により時計方向に回転させると、ポート３０５およびポート３２３には、連通孔３１４，３４３，３３１，３４３ｂ，３１４ｂ，３３４，３１５，３４６，３３２，３４６ｂ，３１５ｂ，３３３という順番につながり、反時計方向にロータ４０１を回転させると、これと逆方向の順番でつながる。
【００６６】
そこで、図１５に示す動作について、図１８の（ｂ）に示すタイムチャートを参照して説明する。
【００６７】
この構成では、図１８の（ａ）に示す第１実施形態では圧縮機５１２，５３２の中間圧に設定された第１バッファ５３５を用いて、圧力上昇過程において、最初に最低圧から第１バッファ弁５２５を開状態として中間圧までパルス管５０の圧力を上昇させ、その後、最高圧まで上昇させ、その後、圧力減少過程において、最高圧から中間圧までパルス管５０の圧力を減少させた後、最低圧まで減少させる方法を取っている。つまり、２つの圧縮機５１２，５３２に対して、第１バッファ５３５のみを使用した場合、パルス管５０の圧力変動で見た場合には、圧力変動幅が最低圧から最高圧まで２段階のみで変化することから、パルス管５０の温度の制御性が粗くなる。しかし、図１５に示す構成では２つの圧縮機の圧力差を３段階に切り替える第１バッファ５３５と第２バッファとを第１バッファ弁５２５と第２バッファ弁５２６を切り替えることにより、最低圧から最高圧まで３段階に切り替えることができる。つまり、圧力上昇過程において、全ての弁が閉状態である最低圧から第１バッファ弁５２５を最初に開状態として、第１バッファ５３５の圧力（最低圧＋１／３・（最高圧−最低圧）の圧力）まで増加させる。その後、第１バッファ弁５２５を閉状態として今度は、第２バッファ弁５２６を開状態とすると、パルス管５０の圧力は第２バッファ５３７の圧力（最低圧＋２／３・（最高圧−最低圧）の圧力）まで上昇する。この圧力に達すると第２バッファ弁５２６を閉状態として、最後に最高圧まで上昇させるために圧縮機高圧弁５２２を開状態とすることで最高圧まで上昇する。
【００６８】
一方、圧力減少過程において、最高圧から高圧側の第２バッファ弁５２６を開状態として、第２バッファ５３７にパルス管５０の作動ガスを導いて、圧力を第２バッファ５３７の圧力（最低圧＋２／３・（最高圧−最低圧）の圧力）まで減少させる。その後、第２バッファ弁５２６を閉状態として、更に圧力を減少させるために、第１バッファ弁５２５を開状態とする。すると、作動ガスが第１バッファ５３５に流れ、パルス管５０の圧力は第１バッファ５３５の圧力（最低圧＋１／３・（最高圧−最低圧）の圧力）まで減少する。この圧力に達すると第１バッファ弁５２５を閉状態として、最後に最低圧まで減少させるために、圧縮機減圧弁５２３，５２１を共に開状態とすることで、最低圧まで減少する。
【００６９】
この様な動作によって、パルス管内部で圧力変動と位置変動が繰り返され、パルス管５０の中で作動ガスの移動による極低温を発生させる事ができる。この構成によれば、図１０に示す如く、ロータを回転させることによって、８つのポートを切り替えて、図１１および図１２に示す連通路を介して冷凍部５０の高温側のポート３０３をポート３４６，３１８，３２０，３２６のいずれかに切り替えると共に、冷凍部５０の低温側のポート２１８をポート２３１，２３５のいずれかに切り替えることによって、パルス管５０４の中で作動ガスの移動による極低温を発生させる事ができる。尚、上記した構成において、シリンダ上方の連通路３４４，３４５，３３１，３３２，３３３，３３４は第３連通路に相当する。
【００７０】
（第４実施形態）
第３実施形態では、冷凍部５０に対して、２つの圧縮機５１２，５３２と、第１バッファ５３５および第２バッファ５３７を用いることにより、パルス管５０４で圧力変動と位置変動を発生させて、パルス管５０４の中で作動ガスの移動による極低温を発生させる構成としたが、図９における構成において構造を簡単にするために、圧縮機５１２に対して小さい圧縮機５３２を取り除いて、２つの中圧バッファである第１バッファ５２５，第２バッファ５３７を用いることもできる。この場合には、図１２に示す４つの連通孔３３３，３３１，３３４，３３２を、図１３の如くなくし、ロータを回転させて、図１８の（ｃ）に示す動作を行えば、第３実施形態と同様に、パルス管５０４の中で作動ガスの移動による極低温を発生させる事ができる。
【００７１】
（第５実施形態）
図１４および図１５に、３つのバッファ５３５，５３７，５３８と１つの圧縮機５１２を用いた第５実施形態における構成を示す。この第５実施形態では、図１に示す位相調節器５３を、それぞれ圧力の異なる３つのバッファ５３５，５３７，５３８により構成する。つまり、第５実施形態における構成は、図１に示す構成において圧縮機５３２を取り除いて、弁５２４側に圧縮機５３２の吐出圧に相当する第２バッファ５３７を配管５３３を介してつなぐと共に、弁５２３側に圧縮機５３２の吸入圧に相当する第３バッファ５３８を、配管５３１を介してつなぐ構成とする。そして、図３に示す構成のロータリーバルブ５４１を用してロータを回転させて、図１８の（ａ）に示すタイミングで５つの弁を動作させることにより、第１実施形態と同様な冷却効果を得ることができる。
【００７２】
（第６実施形態）
更に、図１６および図１７に、４つのバッファ５３８，５３９，５３５，５３７と１つの圧縮機５１２を用いた第５実施形態における構成を示す。この第６実施形態では、図９に示す圧縮機５３２を取り除き、その代わりに圧縮機５３２の吐出圧に相当する第３バッファ５３９および圧縮機５３２の吸入圧に相当する第４バッファ５３８を用いて、図１８の（ｂ）に示すタイムチャートに従い、ロータリーバルブ５４２のロータ４０１を回転させて弁を動作させれば、第２実施形態と同様な冷却効果を得ることができる。
【００７３】
以上の事から、図１に示す位相調節器５３の中で圧縮機５３２を廃止して、圧縮機５３２の吐出圧および吸入圧に相当する２つのバッファ５３８，５３９を用いれば、圧縮機５３２を使用しなくても代替のバッファによって、同等の冷却効果を持たせる構成とすることができる。
【００７４】
以上、説明した様に、本実施形態においては、位相調節器のバッファ数を増やすことにより、パルス管内部に流れる作動ガスの移動量および圧縮機５１２の負荷を低減し、運転効率が向上する。また、パルス管５０４の高温端５０４Ｈから低温端５０４Ｌに向かって侵入する熱量（エンタルピ）に基づく、パルス管内での熱損失や、蓄冷器５０２において蓄熱されずに高温端５０４Ｈから低温端５０４Ｌに流れる熱量（エンタルピ）に基づく、再生熱損失を大幅に低減することができ、パルス管冷凍機１としての冷凍効率が向上する。
【００７５】
尚、本実施形態において、作動ガスにはヘリウムを用いたがこれに限定されるものではなく、例えば、ネオン、アルゴン、窒素、空気等、あるいはこれらの混合物を採用することも可能である。
【００７６】
【発明の効果】
本発明によれば、ロータリーバルブにおいての畜冷器とパルス管とのシールを確実なものとし、高寿命化が図れるシール構造とすることができる。
【００７７】
また、５バルブ以上を有するロータリーバルブを提供することができ、ロータリーバルブの構成を用いて、位相調節器のバッファ数を増やすことにより、パルス管内部に流れる作動ガスの移動量および圧縮機の負荷を低減することができ、運転効率を向上させることができる。また、パルス管内での熱損失や、再生熱損失を大幅に低減することができ、パルス管冷凍機としての冷凍効率を向上させることができる。
【００７８】
更に、作動ガスの移動量の低減により、個々のバッファの容積を小さくでき、パルス管冷凍機全体として、小型化が可能な構成とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態におけるパルス管冷凍機の構成図である。
【図２】図１に示す開閉弁の構成をロータリーバルブに置き換えた場合の構成図である。
【図３】図２に示すロータリーバルブの内部構造を示す断面図である。
【図４】図３に示すロータリーバルブの接続状態を示す要所部分断面図である。
【図５】図３に示す状態からロータが回転した場合での要所部分断面図である。
【図６】図３に示すＡ−Ａ断面での連通路を示す説明図である。
【図７】図３に示すＢ−Ｂ断面での連通路を示す説明図である。
【図８】本発明の第２実施形態におけるパルス管冷凍機のシール構造を示す要所部分断面図である。
【図９】本発明の第３実施形態におけるパルス管冷凍機の構成図である。
【図１０】図９に示す開閉弁の構成をロータリーバルブに置き換えた場合の構成図である。
【図１１】図１０に示すロータリーバルブの内部構造を示す要所部分断面図である。
【図１２】図１１に示すロータリーバルブのＣ−Ｃ断面での連通路を示す説明図である。
【図１３】本発明の第４実施形態における図１２に示すＣ−Ｃ断面の変形例を示す断面図である。
【図１４】本発明の第５実施形態におけるパルス管冷凍機の構成図である。
【図１５】図１４に示す開閉弁の構成をロータリーバルブに置き換えた場合の構成図である。
【図１６】本発明の第６実施形態におけるパルス管冷凍機の構成図である。
【図１７】図１６に示す開閉弁の構成をロータリーバルブに置き換えた場合の構成図である。
【図１８】ロータリーバルブの開閉時期を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１　パルス管冷凍機
５０　冷凍部
５１　圧力振動源
５３　位相調節器
１０２，１２６　ステータ
１０４　ピン（基準部材）
１０５，１２７　押圧部材（リング部材）
１０６，１２９　付勢部材
１０７　ピン（係止部材）
１１１　摺接部（当接部）
２１４，２４１，２４２　連通孔（第１連通路）
２１８　ポート（第１ポート、畜冷器側ポート）
２３１，３２０　ポート（第１吐出ポート，第２吐出ポート）
３３１，３３２　連通孔（第２連通路）
２３５，３２６　ポート（第１吸入ポート，第２吸入ポート）
３１８　ポート（第１バッファポート）
４０１　ロータ
４０１ａ　ロータ（第１ロータ）
４０１ｂ　ロータ（第２ロータ）
４０２，４０３　シリンダ
３０３　ポート（第２ポート、パルス管側ポート）
３１８，３２０，３２６，２３１，２３５　ポート
３１４，３１５　連通孔（第２連通路）
３３１，３３２，３３３，３３４，３４６，２４１，２４２，２４３，２４４連通路（第２連通路）
３４３ｂ，３１４ｂ，３１５，３４６，３４６ｂ，３１５ｂ，３１４，３４３連通路（第３連通路）
５０２　畜冷器
５０３　低温熱交換器
５０４　パルス管
５０５　高温熱交換器
５１２，５３２　圧縮機
５２１，５２３　圧縮機低圧弁
５２２，５２４　圧縮機高圧弁
５２５　バッファ弁（第１バッファ弁）
５２６　バッファ弁（第２バッファ弁）
５３５　バッファ（第１バッファ）
５３７　バッファ（第２バッファ）
５３８　バッファ（第３バッファ）
５３９　バッファ（第４バッファ）
５４１，５４２　ロータリーバルブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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