(57)【要約】【課題】冷凍機のコールドヘッドを構成している金属製筒状体を大径化すると共に薄肉化することにより、高性能の冷凍機を得ることが可能であるが、所望の耐圧性を有する大径で薄肉の金属製筒状体を低コストの下に得ることは困難である。【解決手段】冷凍機のコールドヘッドを構成している金属製筒状体に、少なくとも１つの肉厚部によって構成される補強領域を少なくとも１つ設ける。【選択図】　　　　　図１
2004093062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力が振動する作動ガス流を発生させる振動流発生装置と、
前記振動流発生装置にガス流通路を介して接続される蓄冷器であって、少なくとも１つの肉厚部によって構成される補強領域が長手方向の両端それぞれに形成された蓄冷器筒および該蓄冷器筒内に充填された蓄冷材を有する蓄冷器と、
前記蓄冷器にガス流通路を介して接続されるパルス管と
を具備した冷凍機。
【請求項２】
前記補強領域が環状を呈する１つの肉厚部によって構成された請求項１に記載の冷凍機。
【請求項３】
圧力が振動する作動ガス流を発生させる振動流発生装置と、
前記振動流発生装置にガス流通路を介して接続される蓄冷器であって、蓄冷器筒および該蓄冷器筒内に充填された蓄冷材を有し、前記蓄冷器筒が、少なくとも１つの肉厚部によって構成される補強領域を長手方向の両端以外の箇所に少なくとも１つ有し、内周面を基準とした１つの補強領域の周方向の総延長が１周の８０％以上で、該補強領域の軸方向の幅が前記蓄冷器筒の全長の２０％以下である蓄冷器と、
前記蓄冷器にガス流通路を介して接続されるパルス管と
を具備した冷凍機。
【請求項４】
前記補強領域が環状を呈する１つの肉厚部によって構成された請求項３に記載の冷凍機。
【請求項５】
圧力が振動する作動ガス流を発生させる振動流発生装置と、
前記振動流発生装置にガス流通路を介して接続される蓄冷器であって、周方向に長い少なくとも１つの肉厚部によって構成される補強領域が少なくとも１つ形成された蓄冷器筒および該蓄冷器筒内に充填された蓄冷材を有する蓄冷器と、
前記蓄冷器にガス流通路を介して接続されるパルス管と
を具備した冷凍機。
【請求項６】
圧力が振動する作動ガス流を発生させる振動流発生装置と、
前記振動流発生装置にガス流通路を介して接続される蓄冷器と、
前記蓄冷器にガス流通路を介して接続され、少なくとも１つの肉厚部によって構成される補強領域が長手方向の両端それぞれに形成されたパルス管と
を具備した冷凍機。
【請求項７】
前記補強領域が環状を呈する１つの肉厚部によって構成された請求項６に記載の冷凍機。
【請求項８】
圧力が振動する作動ガス流を発生させる振動流発生装置と、
前記振動流発生装置にガス流通路を介して接続される蓄冷器と、
前記蓄冷器にガス流通路を介して接続されたパルス管であって、少なくとも１つの肉厚部によって構成される補強領域を長手方向の両端以外の箇所に少なくとも１つ有し、内周面を基準とした１つの補強領域の周方向の総延長が１周の８０％以上で、前記補強領域の軸方向の幅が全長の２０％以下であるパルス管と
を具備した冷凍機。
【請求項９】
前記補強領域が環状を呈する１つの肉厚部によって構成された請求項８に記載の冷凍機。
【請求項１０】
圧力が振動する作動ガス流を発生させる振動流発生装置と、
前記振動流発生装置にガス流通路を介して接続される蓄冷器と、
前記蓄冷器にガス流通路を介して接続され、周方向に長い少なくとも１つの肉厚部によって構成される補強領域が少なくとも１つ形成されたパルス管と
を具備した冷凍機。
【請求項１１】
圧縮ガスを生成するガス圧縮機と、
前記ガス圧縮機から圧縮ガスの供給を受けるコールドヘッドであって、１または複数のシリンダ部を有するシリンダおよび前記シリンダ部の１つに１つずつ挿入されたディスプレーサを有し、少なくとも１つのシリンダ部の長手方向の両端それぞれに、少なくとも１つの肉厚部によって構成される補強領域が形成されたコールドヘッドと
を具備した冷凍機。
【請求項１２】
前記補強領域が環状を呈する１つの肉厚部によって構成された請求項１１に記載の冷凍機。
【請求項１３】
圧縮ガスを生成するガス圧縮機と、
前記ガス圧縮機から圧縮ガスの供給を受けるコールドヘッドであって、１または複数のシリンダ部を有するシリンダおよび前記シリンダ部の１つに１つずつ挿入されたディスプレーサを有し、少なくとも１つのシリンダ部が、少なくとも１つの肉厚部によって構成される補強領域を長手方向の両端以外の箇所に少なくとも１つ有し、内周面を基準とした１つの補強領域の周方向の総延長が１周の８０％以上で、該補強領域の軸方向の幅が前記シリンダ部の全長の２０％以下であるコールドヘッドと
を具備した冷凍機。
【請求項１４】
前記補強領域が環状を呈する１つの肉厚部によって構成された請求項１３に記載の冷凍機。
【請求項１５】
圧縮ガスを生成するガス圧縮機と、
前記ガス圧縮機から圧縮ガスの供給を受けるコールドヘッドであって、１または複数のシリンダ部を有するシリンダおよび前記シリンダ部の１つに１つずつ挿入されたディスプレーサを有し、少なくとも１つのシリンダ部に、周方向に長い少なくとも１つの肉厚部によって構成される補強領域が少なくとも１つ形成されたコールドヘッドと
を具備した冷凍機。
【請求項１６】
長手方向の両端がそれぞれ異なる部材に固着されて真空容器内に配置され、使用時に、長手方向の一端と他端との間に温度勾配が形成される金属製筒状体を含む低温装置であって、前記金属製筒状体が、少なくとも１つの肉厚部によって構成される補強領域を長手方向の両端それぞれに有する低温装置。
【請求項１７】
長手方向の両端がそれぞれ異なる部材に固着されて真空容器内に配置され、使用時に、長手方向の一端と他端との間に温度勾配が形成される金属製筒状体を含む低温装置であって、前記金属製筒状体が、少なくとも１つの肉厚部によって構成される補強領域を長手方向の両端以外の箇所に少なくとも１つ有し、内周面を基準とした１つの補強領域の周方向の総延長が１周の８０％以上で、該補強領域の軸方向の幅が前記金属製筒状体の全長の２０％以下である低温装置。
【請求項１８】
長手方向の両端がそれぞれ異なる部材に固着されて真空容器内に配置され、使用時に、前記一端と前記他端との間に温度勾配が形成される金属製筒状体を含む低温装置であって、前記金属製筒状体が、周方向に長い少なくとも１つの肉厚部によって構成される補強領域を少なくとも１つ有する低温装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍機および低温装置に係り、特に、蓄冷器筒、パルス管もしくはシリンダ筒を備えた冷凍機、および金属製の筒状体を備えた低温装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
数Ｋ〜１００Ｋ程度という極低温ないし低温を作り出すために、パルス管冷凍機、ギフォード・マクマホン式冷凍機（以下、「ＧＭ冷凍機」と略記する。）、スターリング冷凍機等の冷凍機が使用される。
【０００３】
パルス管冷凍機では、蓄冷器とパルス管とを備えたコールドヘッド内で作動ガスの圧力をパルス状に変化させて寒冷を得る。蓄冷器は、円筒状を呈する蓄冷器筒と、その中に充填された蓄冷材とを有し、パルス管は、円筒状を呈するシリンダ部を有している。これらの蓄冷器筒およびシリンダ部は、圧力が振動する作動ガス流の最高圧力に耐えられる強度を有する筒状体であり、例えばステンレス鋼によって作製される。
【０００４】
パルス管の低温端、および蓄冷器筒の低温端は、銅のように熱伝導性の良好な材料によって形成された冷却ステージに固着される。
【０００５】
冷却ステージとパルス管とは、従来より、溶接によって互いに固着されてきた。しかしながら近年では、パルス管冷凍機の高性能化および複雑化に伴って、溶接よりも高い寸法精度が得られるロウ付けによって、冷却ステージとパルス管とが互いに固着されるようになってきている。冷却ステージと蓄冷器筒についても同様である。
【０００６】
同様に、ＧＭ冷凍機でも、シリンダに冷却ステージをロウ付けすることによってコールドヘッドが構成されるようになってきている。
【０００７】
ＧＭ冷凍機では、ガス圧縮機で生成した圧縮ガス（作動ガス）をコールドヘッド内で断熱膨張させて、低温ないし極低温を得る。コールドヘッドは、一端に冷却ステージが固着されたシリンダと、このシリンダに挿入されたディスプレーサとを備え、ディスプレーサ内には蓄冷材が充填される。ディスプレーサをシリンダ内で往復運動させながら作動ガスを断熱膨張させ、作動ガスとディスプレーサ内の蓄冷材との間で熱交換を行う。
【０００８】
シリンダは、コールドヘッド内での作動ガスの最高圧力に耐え得る強度を有し、例えばステンレス鋼によって作製される。冷却ステージは、パルス管冷凍機で使用される冷却ステージと同様に、銅のように熱伝導性の良好な材料によって形成される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
冷凍機の性能は、コールドヘッドの内容積に大きく依存する。蓄冷器筒、パルス管、シリンダ等を大径化することにより、大出力の冷凍機を得ることが可能になる。
【００１０】
ただし、冷凍機の性能を向上させるうえからは、外部からコールドヘッドへ侵入する熱量をできるだけ低減させることが好ましい。そのため、蓄冷器筒、パルス管、およびシリンダのいずれについても、薄肉化することが望まれる。
【００１１】
蓄冷器筒、パルス管、またはシリンダ等の筒状体を大径化すると共に薄肉化すると、その加工に高い技術が求められるようになると同時に工数の増大をまねき、製造コストが上昇する。また、その強度が低下することから、蓄冷器筒、パスル管、またはシリンダの耐圧性が低下する。さらに、冷却ステージをロウ付けした際に、ロウ材の硬化に伴って接合部に変形が生じ、所望の寸法精度が得られなくなることがある。
【００１２】
本発明の目的は、低コストの下に高性能化を図ることが可能な冷凍機を提供することである。
【００１３】
本発明の他の目的は、低コストの下に冷凍機等の高性能化を図ることが可能な、金属製筒状体を含む冷凍装置を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、圧力が振動する作動ガス流を発生させる振動流発生装置と、前記振動流発生装置にガス流通路を介して接続される蓄冷器であって、少なくとも１つの肉厚部によって構成される補強領域が長手方向の両端それぞれに形成された蓄冷器筒および該蓄冷器筒内に充填された蓄冷材を有する蓄冷器と、前記蓄冷器にガス流通路を介して接続されるパルス管とを具備した冷凍機が提供される。
【００１５】
本発明の他の観点によれば、圧力が振動する作動ガス流を発生させる振動流発生装置と、前記振動流発生装置にガス流通路を介して接続される蓄冷器であって、蓄冷器筒および該蓄冷器筒内に充填された蓄冷材を有し、前記蓄冷器筒が、少なくとも１つの肉厚部によって構成される補強領域を長手方向の両端以外の箇所に少なくとも１つ有し、内周面を基準とした１つの補強領域の周方向の総延長が１周の８０％以上で、該補強領域の軸方向の幅が前記蓄冷器筒の全長の２０％以下である蓄冷器と、前記蓄冷器にガス流通路を介して接続されるパルス管とを具備した冷凍機が提供される。
【００１６】
本発明の更に他の観点によれば、圧力が振動する作動ガス流を発生させる振動流発生装置と、前記振動流発生装置にガス流通路を介して接続される蓄冷器であって、周方向に長い少なくとも１つの肉厚部によって構成される補強領域が少なくとも１つ形成された蓄冷器筒および該蓄冷器筒内に充填された蓄冷材を有する蓄冷器と、前記蓄冷器にガス流通路を介して接続されるパルス管とを具備した冷凍機が提供される。
【００１７】
本発明の更に他の観点によれば、圧力が振動する作動ガス流を発生させる振動流発生装置と、前記振動流発生装置にガス流通路を介して接続される蓄冷器と、前記蓄冷器にガス流通路を介して接続され、少なくとも１つの肉厚部によって構成される補強領域が長手方向の両端それぞれに形成されたパルス管とを具備した冷凍機が提供される。
【００１８】
本発明の更に他の観点によれば、圧力が振動する作動ガス流を発生させる振動流発生装置と、前記振動流発生装置にガス流通路を介して接続される蓄冷器と、前記蓄冷器にガス流通路を介して接続されたパルス管であって、少なくとも１つの肉厚部によって構成される補強領域を長手方向の両端以外の箇所に少なくとも１つ有し、内周面を基準とした１つの補強領域の周方向の総延長が１周の８０％以上で、前記補強領域の軸方向の幅が全長の２０％以下であるパルス管とを具備した冷凍機が提供される。
【００１９】
本発明の更に他の観点によれば、圧力が振動する作動ガス流を発生させる振動流発生装置と、前記振動流発生装置にガス流通路を介して接続される蓄冷器と、前記蓄冷器にガス流通路を介して接続され、周方向に長い少なくとも１つの肉厚部によって構成される補強領域が少なくとも１つ形成されたパルス管とを具備した冷凍機が提供される。
【００２０】
本発明の更に他の観点によれば、圧縮ガスを生成するガス圧縮機と、前記ガス圧縮機から圧縮ガスの供給を受けるコールドヘッドであって、１または複数のシリンダ部を有するシリンダおよび前記シリンダ部の１つに１つずつ挿入されたディスプレーサを有し、少なくとも１つのシリンダ部の長手方向の両端それぞれに、少なくとも１つの肉厚部によって構成される補強領域が形成されたコールドヘッドとを具備した冷凍機が提供される。
【００２１】
本発明の更に他の観点によれば、圧縮ガスを生成するガス圧縮機と、前記ガス圧縮機から圧縮ガスの供給を受けるコールドヘッドであって、１または複数のシリンダ部を有するシリンダおよび前記シリンダ部の１つに１つずつ挿入されたディスプレーサを有し、少なくとも１つのシリンダ部が、少なくとも１つの肉厚部によって構成される補強領域を長手方向の両端以外の箇所に少なくとも１つ有し、内周面を基準とした１つの補強領域の周方向の総延長が１周の８０％以上で、該補強領域の軸方向の幅が前記シリンダ部の全長の２０％以下であるコールドヘッドとを具備した冷凍機が提供される。
【００２２】
本発明の更に他の観点によれば、圧縮ガスを生成するガス圧縮機と、前記ガス圧縮機から圧縮ガスの供給を受けるコールドヘッドであって、１または複数のシリンダ部を有するシリンダおよび前記シリンダ部の１つに１つずつ挿入されたディスプレーサを有し、少なくとも１つのシリンダ部に、周方向に長い少なくとも１つの肉厚部によって構成される補強領域が少なくとも１つ形成されたコールドヘッドとを具備した冷凍機が提供される。
【００２３】
本発明の更に他の観点によれば、長手方向の両端がそれぞれ異なる部材に固着されて真空容器内に配置され、使用時に、長手方向の一端と他端との間に温度勾配が形成される金属製筒状体を含む低温装置であって、前記金属製筒状体が、少なくとも１つの肉厚部によって構成される補強領域を長手方向の両端それぞれに有する低温装置が提供される。
【００２４】
本発明の更に他の観点によれば、長手方向の両端がそれぞれ異なる部材に固着されて真空容器内に配置され、使用時に、長手方向の一端と他端との間に温度勾配が形成される金属製筒状体を含む低温装置であって、前記金属製筒状体が、少なくとも１つの肉厚部によって構成される補強領域を長手方向の両端以外の箇所に少なくとも１つ有し、内周面を基準とした１つの補強領域の周方向の総延長が１周の８０％以上で、該補強領域の軸方向の幅が前記金属製筒状体の全長の２０％以下である低温装置が提供される。
【００２５】
本発明の更に他の観点によれば、長手方向の両端がそれぞれ異なる部材に固着されて真空容器内に配置され、使用時に、前記一端と前記他端との間に温度勾配が形成される金属製筒状体を含む低温装置であって、前記金属製筒状体が、周方向に長い少なくとも１つの肉厚部によって構成される補強領域を少なくとも１つ有する低温装置が提供される。
【００２６】
蓄冷器筒、パルス管、またはシリンダ等として使用される金属製筒状体に上述の補強領域を設けることにより、他の領域を薄肉化することが可能になる。薄肉の領域を設けることにより、外部から蓄冷器内、パルス管内、またはＧＭ冷凍機でのシリンダ内へ侵入する熱量を低減させることができる。
【００２７】
また、上述の補強領域を設けることにより、他の領域を薄肉化したことによる耐圧性の低下を抑制することができる。他部材とロウ付けされる箇所に補強領域を形成しておくことにより、ロウ材の硬化に伴って接合部に変形が生じるのを抑制することができる。
【００２８】
このような金属製筒状体は、例えば厚肉の金属パイプを機械加工（切削加工）することによって得ることができる。補強領域があることから、機械加工（切削加工）時に変形が生じるのを抑制することができる。製造が比較的容易で工数の増加も少ないので、製造コストの上昇も小さい。
【００２９】
したがって、所望の寸法精度を有し、外部から侵入する熱量が少ない大型の蓄冷器、パルス管またはシリンダ等を低コストの下に得ることが可能である。冷凍機の高性能化を低コストの下に図ることが可能になる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
図１は、実施例によるパルス管冷凍機を概略的に示す。同図に示すパルス管冷凍機１００は、圧力が振動する作動ガス流を発生させる振動流発生装置としてのガス圧縮機１と、可撓性を有する金属製の作動ガス流通路５と、この作動ガス流通路５を介してガス圧縮機１に接続された２段式のコールドヘッド１０とを備える。コールドヘッド１０の主要部は、真空容器９０内に配置される。
【００３１】
図１に示したコールドヘッド１０は、トップフランジ２０、第１冷却ステージ３０、第１蓄冷器４０、第１パルス管５０、第２冷却ステージ６０、第２蓄冷器７０および第２パルス管８０を有する。
【００３２】
トップフランジ２０および第１冷却ステージ３０は、例えば銅のように熱伝導性の良好な材料によって形成される。第１冷却ステージ３０の内部には、第１蓄冷器４０と第１パルス管５０とを繋ぐと共に第１蓄冷器４０と第２蓄冷器７０とを繋ぐガス流通路３２が形成される。
【００３３】
第１蓄冷器４０は、内径が５９ｍｍで最大外径が６１ｍｍの蓄冷器筒４２と、上蓋４４と、蓄冷器筒４２内に充填された蓄冷材４６とを含む。
【００３４】
蓄冷器筒４２の一端は、トップフランジ２０に形成された貫通孔２２の内壁にロウ付けされ、他端は、ガス流通路３２における第１蓄冷器４０側の開口近傍の内壁にロウ付けされる。蓄冷器筒４２の中心軸方向の両端および中央部には厚肉部４２ａが配置され、他の箇所は薄肉部４２ｂとなっている。１つの厚肉部４２ａが１つの補強領域を構成する。
【００３５】
上蓋４４は、トップフランジ２０の上面側から貫通孔２２に挿入され、蓄冷器筒４２の一端に装着される。この上蓋４４は、ガス流通路として利用される貫通孔４４ａ（以下、「ガス流通路４４ａ」という。）を有する。作動ガス供給管５の一端がガス流通路４４ａに接続される。
【００３６】
蓄冷材４６は、ガス流通路３２の第１蓄冷器４０側の開口よりもある程度ガス流通路３２内に入り込んだ所定の場所から上蓋４４の内側表面にかけて充填される。この蓄冷材４６は、例えばステンレス鋼や銅によって形成された多数の金属メッシュによって構成される。
【００３７】
第１パルス管５０は、内径が４５ｍｍで最大外径が４７ｍｍのシリンダ部５２と、上蓋５４とを含む。
【００３８】
シリンダ部５２の一端は、トップフランジ２０に形成された貫通孔２４の内壁にロウ付けされ、他端は、ガス流通路３２における第１パルス管５０側の開口近傍の内壁にロウ付けされる。シリンダ部５２の中心軸方向の両端および中央部には厚肉部５２ａが配置され、他の箇所は薄肉部５２ｂとなっている。１つの厚肉部５２ａが１つの補強領域を構成する。
【００３９】
上蓋５４は、トップフランジ２０の上面側から貫通孔２４に挿入されて、シリンダ部５２の一端を閉塞する。
【００４０】
第２冷却ステージ６０は、例えば銅のように熱伝導性の良好な材料によって形成される。第２冷却ステージ６０の内部には、第２蓄冷器７０と第２パルス管８０とを繋ぐガス流通路６２が形成される。
【００４１】
第２蓄冷器７０は、内径が２８ｍｍで最大外径が３０ｍｍの蓄冷器筒７２と、蓄冷器筒７２内に充填された蓄冷材７６とを含む。
【００４２】
蓄冷器筒７２の一端は、ガス流通路３２における第２蓄冷器７０側の開口近傍の内壁にロウ付けされ、他端は、ガス流通路６２における第２蓄冷器７０側の開口近傍の内壁にロウ付けされる。蓄冷器筒７２の中心軸方向の両端および中央部には厚肉部７２ａが配置され、他の箇所は薄肉部７２ｂとなっている。１つの厚肉部７２ａが１つの補強領域を構成する。
【００４３】
蓄冷材７６は、ガス流通路６２の第２蓄冷器７０側の開口よりもある程度ガス流通路６２内に入り込んだ所定の場所から、蓄冷器筒７２における第１冷却ステージ３０側の開口にかけて充填される。この蓄冷材７６は、前述した蓄冷材４６と同様にして構成される。蓄冷材４６と蓄冷材７６との間に、整流部材７８が充填される。
【００４４】
第２パルス管８０は、内径が１９ｍｍで最大外径が２０ｍｍのシリンダ部８２と、上蓋とを含む。ただし、上蓋は図１においては見えていない。
【００４５】
シリンダ部８２の一端は、トップフランジ２０に形成された貫通孔（図１においては見えていない。）の内壁にロウ付けされ、他端は、ガス流通路６２における第２パルス管８０側の開口近傍の内壁にロウ付けされる。シリンダ部８２の中心軸方向の両端を含む計４箇所に厚肉部８２ａが配置され、他の箇所は薄肉部８２ｂとなっている。１つの厚肉部８２ａが１つの補強領域を構成し、これら４つの厚肉部８２ａは、シリンダ部８２の中心軸方向に均等に分布する。
【００４６】
第２パルス管８０を構成する上蓋は、トップフランジ２０の所定箇所に設けられた貫通孔（図１では見えていない。）に挿入されて、シリンダ部８２の一端を閉塞する。
【００４７】
このようにして構成されるパルス管冷凍機１００では、ガス圧縮機１、作動ガス流通路５およびコールドヘッド１０それぞれの内部空間によって構成される閉じた系内に、ヘリウムガス等の作動ガスが予め封入される。
【００４８】
ガス圧縮機１内のピストン（図示せず）を所定の周期で往復運動させると、系内の作動ガスの圧力がパルス状に変化する。圧力が振動する作動ガス流が系内に生じ、第１蓄冷器４０内、第１パルス管５０内、第２蓄冷器７０内および第２パルス管８０内の軸方向に温度差が生じる。
【００４９】
第１蓄冷器４０および第１パルス管５０では、第１冷却ステージ３０側が低温端となり、トップフランジ２０側が高温端となる。第２蓄冷器７０では第２冷却ステージ６０側が低温端となり、第１冷却ステージ３０側が高温端となる。第２パルス管８０では、第２冷却ステージ６０側が低温端となり、トップフランジ２０側が高温端となる。
【００５０】
第１冷却ステージ３０および第２冷却ステージ６０が徐々に冷却され、低温または極低温に達する。
【００５１】
パルス管冷凍機１００では、前述したように、蓄冷器筒４２、シリンダ部５２、蓄冷器筒７２およびシリンダ部８２が、それぞれ、厚肉部によって構成された補強領域と、薄肉部とを有している。
【００５２】
蓄冷器の蓄冷器筒またはパルス管のシリンダ部に薄肉部を設けることにより、高温端から低温端へ侵入する熱量を低減させることができる。厚肉部（補強領域）を設けることにより、十分な機械的強度を確保することができる。
【００５３】
また、蓄冷器筒４２、シリンダ部５２、蓄冷器筒７２およびシリンダ部８２は、いずれも、例えばステンレス鋼製の厚肉のパイプを機械加工（切削加工）することによって作製することができる。このとき、厚肉部（補強領域）と薄肉部とを形成するので、加工途中での変形が起こりにくくなり、容易に加工することができる。
【００５４】
蓄冷器筒４２、シリンダ部５２、蓄冷器筒７２およびシリンダ部８２のいずれもが、厚肉部（補強領域）において、トップフランジ２０、第１冷却ステージ３０または第２冷却ステージ６０にロウ付けされている。このため、ロウ材の硬化に伴って接合部に変形が生じるのを抑制することができる。したがって、所望の寸法精度を有する蓄冷器またはパルス管を構成することが容易である。
【００５５】
これらの理由から、パルス管冷凍機１００では、高性能化を図った場合でも低コスト化を図り易い。
【００５６】
蓄冷器筒またはパルス管の大径化を図ると共に薄肉化を図るうえからは、その全長や、ロウ付けされる箇所数に応じて、少なくとも１つの厚肉部によって構成される補強領域を少なくとも１つ設ける。
【００５７】
図２は、図１に示した蓄冷器筒４２を拡大して示す一部切り欠き側面図である。同図に示すように、蓄冷器筒４２に形成されている３つの厚肉部４２ａ（補強領域）の各々は環状を呈し、個々の厚肉部４２ａにおける中心軸ＣＡ方向の幅は一定である。
【００５８】
中心軸ＣＡを含む任意の面に沿って蓄冷器筒４２の縦断面をとると、中心軸ＣＡの片側に３つの厚肉部４２ａ断面と２つの薄肉部４２ｂ断面とが必ず含まれる。中心軸ＣＡ方向に沿った厚肉部４２ａ断面それぞれの長さＬａ１、Ｌａ２、Ｌａ３の合計長は、中心軸ＣＡ方向に沿った薄肉部４２ｂ断面それぞれの長さＬｂ１、Ｌｂ２の合計長よりも短い。
【００５９】
図１に示したシリンダ部５２、蓄冷器筒７２およびシリンダ部８２も、蓄冷器筒４２と同様の縦断面形状を有する。
【００６０】
例えば、個々の厚肉部（補強領域）の最大厚さを薄肉部の厚さの概ね２〜３倍程度、個々の厚肉部の幅（中心軸方向の長さ）を蓄冷器筒またはシリンダ部の全長の概ね５％以上２０％以下、個々の厚肉部の幅（中心軸方向の長さ）の合計長を蓄冷器筒またはシリンダ部の全長の概ね５０％未満とすることにより、断熱性および耐圧性が良好な蓄冷器筒を得ることが容易になる。
【００６１】
次に、実施例によるギフォード・マクマホン式冷凍機（ＧＭ冷凍機）について、図３を参照しつつ説明する。
【００６２】
図３は、実施例によるＧＭ冷凍機２００の構成を概略的に示す。同図に示すように、ＧＭ冷凍機２００は、圧縮された作動ガスを生成する圧縮機１１０と、圧縮機１１０から圧縮された作動ガスの供給を受け、この作動ガスを断熱膨張させて寒冷を得るコールドヘッド１２０と、コールドヘッド１２０上に配置された駆動部１７０とを備えた２段式のＧＭ冷凍機である。作動ガスとしては、例えばヘリウムガスが用いられる。
【００６３】
コールドヘッド１２０は、２段式のシリンダ１３０と、このシリンダ１３０内に挿入された２段のディスプレーサ１６０とを有する。
【００６４】
シリンダ１３０は、トップフランジ１３５と、内径が相対的に大きい第１シリンダ部１４０と、内径が相対的に小さい第２シリンダ部１４５と、第２シリンダ部１４５の一端を閉塞する冷却ステージ１５０とを有する。このシリンダ１３０の主要部は、真空容器１９０内に収められる。
【００６５】
第１シリンダ部１４０は、中心軸方向の両端および中央部に厚肉部１４０ａを有し、他の箇所は薄肉部１４０ｂとなっている。１つの厚肉部１４０ａが１つの補強領域を構成する。第１シリンダ部１４０の一端は、トップフランジ１３５に形成された凹部にロウ付けされ、他端は、第２シリンダ部１４５の一端に形成されたフランジ部１４７にロウ付けされる。
【００６６】
第２シリンダ部１４５は、中心軸方向の中央部付近および冷却ステージ１５０側の端部に厚肉部１４５ａを有し、フランジ部１４７と厚肉部１４５ａとを除いた箇所は薄肉部１４５ｂとなっている。１つの厚肉部１４５ａが１つの補強領域を構成する。第２シリンダ部１４５の他端（フランジ部１４７が形成されている端とは逆側の端）は、冷却ステージ１５０にロウ付けされる。
【００６７】
ディスプレーサ１６０は、第１蓄冷器（第１ディスプレーサ）１６２と、第２蓄冷器（第２ディスプレーサ）１６４と、連結器１６６とを有する。
【００６８】
第１蓄冷器１６２は第１シリンダ部１４０内に挿入される。この第１蓄冷器１６２内には蓄冷材（図示せず）が充填され、外周面にはシール材１６３、例えば環状のスリッパシールが装着される。
【００６９】
第２蓄冷器１６４は、第１蓄冷器１６２における冷却ステージ１５０側の端面に連結器具１６８を介して連結され、第１シリンダ部１４０における冷却ステージ１５０側の領域から第２シリンダ部１４５内にかけて挿入される。この第２蓄冷器１６４内には蓄冷材（図示せず）が充填され、外周面には螺旋状の溝１６４ａが形成されている。
【００７０】
連結器１６６の一端は第１蓄冷器１６２における駆動部１７０側の端面に連結され、他端は、図示を省略したクランクに接続される。このクランクは、トップフランジ１３５上に配置された駆動部１７０内のモータＭの回転軸に接続される。モータＭは、ディスプレーサ１６０をシリンダ１３０の軸方向に往復運動させるための動力を発生する。
【００７１】
駆動部１７０内には、２つのバルブＶ１、Ｖ２を備えたロータリーバルブ装置Ｖが配設される。ロータリーバルブ装置Ｖは、例えば上記のモータＭから動力の供給を受ける。
【００７２】
バルブＶ１、Ｖ２それぞれの一端には配管１８０が接続され、それぞれの他端には、圧縮機１１０から圧縮された作動ガスの供給を受ける作動ガス供給管１８２またはコールドヘッド１２０から排出された作動ガスの供給を受ける作動ガス回収管１８４が接続される。配管１８０の一端は、駆動部１７０を画定しているハウジング１７２の底に形成された開口１７２ａに接続される。
【００７３】
圧縮機１１０で圧縮された作動ガスは、作動ガス供給管１８２、ロータリーバルブ装置Ｖ（バルブＶ１）および配管１８０を介して、開口１７２ａからシリンダ１３０内に供給される。
【００７４】
シリンダ１３０内に供給された作動ガスは、所定のタイミングで、開口１７２ａからシリンダ１３０外へ排出される。排出された作動ガスは、配管１８０、ロータリーバルブ装置Ｖ（バルブＶ２）および作動ガス回収管１８４を経て、圧縮機１１０に回収される。圧縮機１１０に回収された作動ガスは、再利用される。
【００７５】
シリンダ１３０内への作動ガスの供給のタイミングおよびシリンダ１３０外への作動ガスの排出のタイミングは、例えば、ロータリーバルブ装置Ｖによって制御される。
【００７６】
このような構成を有するＧＭ冷凍機２００の動作時には、シリンダ１３０内への作動ガスの供給とシリンダ１３０内からの作動ガスの排出とが、ディスプレーサ１６０の往復運動と所定の位相差の下に繰り返し行われる。シリンダ１３０からの作動ガスの排出に伴って、第２蓄冷器１６４と冷却ステージ１５０との間の空間Ｓ１内で吸熱が生じる。同様に、第１蓄冷器１６２における冷却ステージ１５０側の端面と第２シリンダ部１４５における第１シリンダ部１４０側の端面との間の空間Ｓ２内でも、吸熱が生じる。
【００７７】
冷却された作動ガスが第２蓄冷器１６４内および第１蓄冷器１６２内を通過することによってこれらの蓄冷器１６４、１６２内の蓄冷材が徐々に冷却され、それに伴って冷却ステージ１５０が冷却される。
【００７８】
第１シリンダ部１４０では第２シリンダ部１４５側が低温端となり、トップフランジ１３５側が高温端となる。第２シリンダ部１４５では、冷却ステージ１５０側が低温端となり、第１シリンダ部１４０側が高温端となる。
【００７９】
ＧＭ冷凍機２００では、コールドヘッド１２０を構成している第１シリンダ部１４０および第２シリンダ部１４５が、それぞれ、前述のように厚肉部（補強領域）と薄肉部とを有している。図１に示したパルス管冷凍機１００と同様の理由から、このＧＭ冷凍機２００も、低コストの下に高性能化を図り易い。
【００８０】
シリンダ部に形成する厚肉部（補強領域）の数は、シリンダ部の全長や、ロウ付けされる箇所数に応じて適宜選定可能である。
【００８１】
十分な機械的強度を確保するために、厚肉部（補強領域）の軸方向の幅をその厚さよりも大きくすることが好ましい。
【００８２】
以上、実施例による冷凍機について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００８３】
例えば、パルス管冷凍機には、オリフィス型、ムービングプラグ型、ダブルインレット型等、基本構成が異なる種々のタイプが知られているが、いずれのタイプのパルス管冷凍機も、少なくとも１つの蓄冷器と少なくとも１つのパルス管とを備えている。全ての蓄冷器および全てのパルス管のうち、少なくとも１つの蓄冷器またはパルス管について、その蓄冷器筒またはシリンダ部に前述のように厚肉部（補強領域）と薄肉部とを設けることにより、低コストの下に高性能化を図ることが可能である。
【００８４】
ＧＭ冷凍機についても、コールドヘッドのシリンダを構成するシリンダ部の数やディスプレーサを構成する蓄冷器の数が異なる種々のタイプが知られている。いずれのタイプのＧＭ冷凍機であっても、シリンダを構成する少なくとも１つのシリンダ部に前述のように厚肉部（補強領域）と薄肉部とを設けることにより、低コストの下に高性能化を図ることが可能である。
【００８５】
スターリング冷凍機についても、蓄冷器が挿入されるシリンダに前述のように厚肉部（補強領域）と薄肉部とを設けることにより、低コストの下に高性能化を図ることが可能である。
【００８６】
コールドヘッドは、１つの冷凍装置とみなすことができる。この冷凍装置は、長手方向の両端がそれぞれ他の部材に固着されて真空容器内に配置され、使用時に、長手方向の一端と他端との間に温度勾配が形成される金属製筒状体を含む。この金属製筒状体に上述のようにして厚肉部（補強領域）と薄肉部とを設けることにより、その機械的強度の低下を抑制しつつ薄肉化を図ることが可能である。冷凍装置の性能を低コストの下に向上させることが可能である。
【００８７】
上記の金属製筒状体の具体例としては、蓄冷器筒、パルス管のシリンダ部、およびＧＭ冷凍機でのシリンダのシリンダ部の他に、スターリング冷凍機でのシリンダ等が挙げられる。
【００８８】
金属製筒状体に形成する補強領域の形状およびその形成位置は、図２に示した形状および形成位置に限定されるものではない。個々の補強領域の形状を閉じた形状にすると、この補強領域を機械加工（切削加工）によって容易に形成することが可能である。１つの補強領域を複数の厚肉部によって構成することも可能である。
【００８９】
図４（Ａ）〜図４（Ｄ）および図５は、それぞれ、補強領域の形状および形成位置の一例を示す。これらの図は、円筒状を呈する金属製筒状体３００の展開図である。いずれの図においても外周面が示されており、補強領域にはハッチングが付されている。
【００９０】
図４（Ａ）は、金属製筒状体３００の軸方向中央部付近に１つのみ補強領域３１０を設けた例を示す。補強領域３１０は帯状を呈する。
【００９１】
図４（Ｂ）は、金属製筒状体３００の長手方向の両端および軸方向中央部付近にそれぞれ１つずつ補強領域３２０を設けた例を示す。個々の補強領域３２０は、等間隔に形成された４つの厚肉部３２０ａによって構成される。１つの補強領域３２０を構成する各厚肉部３２０ａの周方向の総延長は、内周面を基準として、１周の概ね８０％以上にすることが好ましい。個々の厚肉部３２０ａの幅は、金属製筒状体３００の全長の概ね２０％以下、例えば５〜１０％とすることができる。
【００９２】
図４（Ｃ）は、金属製筒状体３００の長手方向の両端および軸方向中央部付近にそれぞれ１つずつ補強領域を設けた他の例を示す。帯状を呈する補強領域３３０が両端に１つずつ形成され、波状を呈する補強領域３３５が軸方向中央部付近に形成されている。
【００９３】
図４（Ｄ）は、金属製筒状体３００の外周に１つの補強領域３４０を螺旋状に設けた例を示す。補強領域３４０は、周方向に長い帯状を呈する。
【００９４】
図５は、金属製筒状体３００の長手方向の両端に帯状の補強領域３５０を１つずつ設け、これらの補強領域３５０の間の領域に、１つの補強領域３５５を螺旋状に設けた例を示す。補強領域３５５は、周方向に長い帯状を呈する。
【００９５】
金属製筒状体は、機械加工によって製造するうえからは円筒状物であることが好ましいが、曲管状物とすることも可能である。また、軸方向と直交する方向の断面（ただし、補強領域が形成されている箇所を除く）も円形であることが好ましいが、他の形状にすることも可能である。
【００９６】
その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【００９７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、低コストの下に冷凍機等の高性能化を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例によるパルス管冷凍機を示す概略図である。
【図２】図１に示したパルス管冷凍機を構成している第１蓄冷器の蓄冷気筒を概略的に示す一部切り欠き側面図である。
【図３】実施例によるＧＭ冷凍機を示す概略図である。
【図４】図４（Ａ）〜図４（Ｄ）は、それぞれ、金属製筒状体での補強領域の形状および形成位置の一例を示す展開図である。
【図５】金属製筒状体での補強領域の形状および形成位置の他の一例を示す展開図である。
【符号の説明】
１…ガス圧縮機（振動流発生装置）、　　３０…第１冷却ステージ、　　４０…第１蓄冷器、　　４２…蓄冷器筒、　　４２ａ…厚肉部（補強領域）、　　４２ｂ…薄肉部、　　５０…第１パルス管、　　５２…シリンダ部、　　５２ａ…厚肉部（補強領域）、　　５２ｂ…薄肉部、　　６０…第２冷却ステージ、　　７０…第２蓄冷器、　　７２…蓄冷器筒、　　７２ａ…厚肉部（補強領域）、　　７２ｂ…薄肉部、　　８０…第２パルス管、　　８２…シリンダ部、　　８２ａ…厚肉部（補強領域）、　　８２ｂ…薄肉部、　　１００…パルス管冷凍機、　　１１０…ガス圧縮機、　　１２０…コールドヘッド、　　１３０…シリンダ、　　１４０…第１シリンダ部、　　１４０ａ…厚肉部（補強領域）、　　１４０ｂ…薄肉部、　　１４５…第２シリンダ部、　　１４５ａ…厚肉部（補強領域）、　　１４５ｂ…薄肉部、　　１５０…冷却ステージ、　　１６０…ディスプレーサ、　　２００…ＧＭ冷凍機、　　３００…金属製筒状体、　　３１０、３２０、３３０、３３５、３４０、３５０、３５５…補強領域、　　３２０ａ…厚肉部。
【図１】
2004093062.tif 000003
【図２】
2004093062.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004093062.tif 000006
【図５】
2004093062.tif 000007