(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定物（８）の一面側に一端が固定された第１蓄冷器（１）と、この第１蓄冷器（１）の他端に一端が固定された第２蓄冷器（２）と、上記固定物（８）の一面側に一端が固定された第１パルス管（３）と、上記固定物（８）の一面側に一端が固定された第２パルス管（４）とを備え、
上記第１蓄冷器（１）の他端と、上記第１パルス管（３）の他端とを一の可撓性配管（５）で接続すると共に、上記第２蓄冷器（２）の他端と、上記第２パルス管（４）の他端とを他の可撓性配管（６）で接続したことを特徴とするパルス管冷凍機。
【請求項２】
請求項１に記載のパルス管冷凍機において、
上記可撓性配管（５，６）は、銅管であることを特徴とするパルス管冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パルス管冷凍機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、パルス管冷凍機は、ギフォードマクマホン型冷凍機のディスプレーサのような可動部分が低温部に無く、構造が簡単で、振動の少ない冷凍機として期待されている。
【０００３】
従来のパルス管冷凍機は、同一のフランジに、蓄冷器の高温端とパルス管の高温端とを各々固定すると共に、上記蓄冷器の低温端とパルス管の低温端とを、銅製の冷却ヘッドで剛に連結している。この冷却ヘッドの内部に、上記蓄冷器とパルス管とを連通する連通路が形成されている。
【０００４】
上記フランジはケーシングの端面に固定されており、このケーシング内に、上記蓄冷器の高温端を作動ガスの高圧配管と低圧配管とに切り換え連通する切換弁と、上記パルス管の高温端にオリフィスを介して接続されたバッファタンクとを収容している。上記高圧配管と低圧配管は、上記ケーシングと別個に設けられた圧縮機の吐出口と吸入口とに夫々接続している。
【０００５】
上記構成において、上記切換弁によって蓄冷器の高温端が高圧配管に連通されると、上記圧縮機から高圧の作動ガス（ヘリウムガス等）が蓄冷器に導入されて蓄冷材と熱交換を行いつつ低温端に至り、冷却ヘッドの連通路を経てパルス管の低温端に流入する。この流入した作動ガスによって、既にパルス管の低温端に存在していた作動ガスが高温端側に移動すると共に、パルス管内の圧力がバッファタンク内の圧力よりも高くなる。これによって、パルス管の高温端側の作動ガスがオリフィスを通ってバッファタンク内に流入する。
【０００６】
次に、上記切換弁が駆動されて、上記蓄冷器の高温端が低圧配管に連通されると、上記蓄冷器の高温端側の作動ガスが上記圧縮機に吸入され、これによって、上記パルス管の低温端側の作動ガスが、上記冷却ヘッドの連通路を経て蓄冷器の低温端側に流れ込み、蓄冷材を冷却して温度上昇しつつ高温端側に移動する。その際に、上記バッファタンク内の作動ガスがオリフィスを通ってパルス管内に戻る。
【０００７】
こうして、上記パルス管内で作動ガスの圧縮・膨張が繰り返され、その際における断熱膨張によって冷熱が発生して、上記冷却ヘッドが低温になる。この冷却ヘッドによって、被冷却物としての高感度センサなどを冷却している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のパルス管冷凍機は、作動ガスの導入・吸引によって蓄冷器内の圧力が低圧と高圧との間で脈動し、これによって蓄冷器が軸方向に数十μの範囲で延び縮みする。この蓄冷器の伸び縮みによって、冷却端に剛に連結された冷却ヘッドが振動する。この冷却ヘッドの振動が、被冷却物である上記高感度センサに伝わり、この高感度センサの検知信号が劣化するという問題がある。
【０００９】
そこで、この発明の目的は、被冷却物への振動の影響をより少なくできるパルス管冷凍機を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明のパルス管冷凍機は、同一の固定物の一面側に、蓄冷器の一端とパルス管の一端とを各々固定し、上記蓄冷器の他端と、上記パルス管の他端とを、可撓性配管で接続したことを特徴としている。
【００１１】
請求項１のパルス管冷凍機によれば、上記蓄冷器は、一端側から作動ガスが導入・吸引された場合、この蓄冷器内の圧力が増大・減少して、膨張・収縮する。上記蓄冷器は、一端が上記固定物に固定されているので、この蓄冷器の膨張・収縮によって、他端が振動する。しかしながら、上記蓄冷器の他端とパルス管の他端は可撓性配管によって接続されており、従来におけるように冷却ヘッドで剛に連結されていないので、上記蓄冷器の他端の振動はパルス管の他端に殆ど伝達されない。したがって、上記パルス管は、上記蓄冷器の一端が固定されているのと同一の固定物に一端が固定されていても、他端が殆ど振動しない。その結果、上記パルス管の他端で被冷却物を冷却することによって、この被冷却物への振動の影響が効果的に防止される。
【００１２】
また、請求項１の発明のパルス管冷凍機は、
上記蓄冷器は、上記固定物に一端が固定された第１蓄冷器と、この第１蓄冷器の他端に一端が固定された第２蓄冷器であり、
上記パルス管は、上記固定物に一端が固定された第１パルス管と、上記固定物に一端が固定された第２パルス管であり、
上記第１蓄冷器の他端と、上記第１パルス管の他端とを可撓性配管で接続すると共に、上記第２蓄冷器の他端と、上記第２パルス管の他端とを可撓性配管で接続したことを特徴としている。
【００１３】
請求項１のパルス管冷凍機によれば、上記第１蓄冷器は、一端側に作動ガスが導入・吸引されることによって、他端が振動する。しかしながら、上記第１蓄冷器の他端と上記第１パルス管の他端とは、可撓性配管で接続されているので、上記第１蓄冷器の振動は第１パルス管に殆ど伝わらない。また、上記第２蓄冷器は、一端側に上記第１蓄冷器の他端から作動ガスが導入・吸引されることによって他端が振動すると共に、上記第１蓄冷器の振動が重なるので、比較的大きい振幅で他端が振動する。しかしながら、上記第２蓄冷器の他端と上記第２パルス管の他端とは、可撓性配管で接続されているので、上記第２蓄冷器の振動は第２パルス管に殆ど伝わらない。したがって、上記第１および第２パルス管は、上記第１蓄冷器の一端が固定されているのと同一の固定物に一端が各々固定されているにも拘らず、他端が殆ど振動しない。その結果、上記第１または第２パルス管の他端で被冷却物を冷却することによって、この被冷却物への振動の影響が効果的に防止される。なお、上記被冷却物は、上記第２パルス管の他端のみで冷却してもよい。
【００１４】
請求項２の発明のパルス管冷凍機は、請求項１に記載のパルス管冷凍機において、
上記可撓性配管は、銅管であることを特徴としている。
【００１５】
請求項２のパルス管冷凍機によれば、上記可撓性配管に銅管を用いるので、蓄冷器およびパルス管の低温端が到達する低温下でも十分な強度と耐久性が得られ、また、振動の伝達を遮断するのに十分な可撓性を奏することができる。また、上記銅管は、上記蓄冷器の他端および上記パルス管の他端に例えば蝋付けなどで容易に接続できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。図１は、本実施の形態のパルス管冷凍機における断面図である。
【００１７】
このパルス管冷凍機は、第１蓄冷器１と、この第１蓄冷器１の先端部に連通して直列に設けられた第２蓄冷器２と、先端が連通管５によって第１蓄冷器１の先端部に連通された第１パルス管３と、先端が連通管６によって第２蓄冷器２の先端部に連通された第２パルス管４とを有している。上記連通管５，６は、可撓性配管としての銅管で形成している。そして、第１蓄冷器１，第１パルス管３および第２パルス管４の基端部は、バルブ室７の端面に取り付けられたフランジ８に挿入されて固定されており、バルブ室７はモータ室９に固定されている。ここで、第１蓄冷器１内にはメッシュ状の蓄冷材１０（一部のみ図示）が積層されて充填され、第２蓄冷器２内には球状の蓄冷材１１（一部のみ図示）が充填されている。
【００１８】
上記バルブ室７には、ロータとステータとで構成される切換弁１２が設けられており、モータ室９に設けられた駆動モータ１３によって切換弁１２の上記ロータを回転駆動することによって、第１蓄冷器１の基端部が、通路１４を介して、導入口１５を有する高圧室１６と排出口１７を有する低圧室１８とに切り換え連通される。尚、駆動モータ１３は高圧室１６内に収納されており、導入口１５は圧縮機１９の吐出口に接続されており、排出口１７は圧縮機１９の吸入口に接続されている。
【００１９】
また、上記第１パルス管３の基端部は、第１流路抵抗２０が介設された流路によって通路１４に連通されている。さらに、第１パルス管３の基端部は、第２路抵抗２１が介設された流路によってバッファタンク２２に連通されている。なお、図１では省略されているが、第２パルス管４の基端部も同様に、流路抵抗が介設された流路によって通路１４とバッファタンク２２とに連通されている。
【００２０】
上記構成を有するパルス管冷凍機は、上記駆動モータ１３によって切換弁１２を回転して、第１蓄冷器１の基端部を高圧室１６と低圧室１８とに切り換え接続することによって、上記従来のパルス管冷凍機の場合と同様にして、第１パルス管３内で作動ガスが圧縮と膨張とを繰り返し、その際における断熱膨張によって発生する冷熱によって、第１蓄冷器１の先端部に設けられた冷却ステージ２３および第１パルス管３の先端部に設けられた冷却ヘッド２４が、３０Ｋから８０Ｋ程度に冷却される。
【００２１】
さらに、本パルス管冷凍機の蓄冷器は２段に構成されているため、上記高圧室１６から第１蓄冷器１内に導入された高圧作動ガスは、第１蓄冷器１の先端から第２蓄冷器２の基端部に導入される。そして、第２蓄冷器２の蓄冷材１１と熱交換を行いつつ先端部に至り、連通管６を通って第２パルス管４の先端部に流入する。そうすると、既に第２パルス管４に存在している作動ガスが、新たに流入した作動ガスによって押されて基端側に移動を始める。同時に、第１流路抵抗を通って第２パルス管４の基端部に作動ガスが流入し、第２パルス管４の先端部から流入する作動ガスが抑制される。その結果、作動ガスの移動のタイミングが第２パルス管４内における圧力変化のタイミングに対して遅れる。その後、第２パルス管４内の圧力がバッファタンク２２内の圧力よりも高くなって、基端側の作動ガスが第２流路抵抗を通ってバッファタンク２２内に流入し、第２パルス管４内のガスが基端側に移動する。
【００２２】
次に、上記第１蓄冷器１が低圧室１８に切り替え接続されると、上記第１蓄冷器１内の減圧に伴って第２蓄冷器２内の作動ガスが第１蓄冷器１に吸入され始める。そうすると、既に第２パルス管４に存在している作動ガスが、第２蓄冷器２に吸入され、第２パルス管４内の作動ガスが低温端側に移動し始める。同時に、第１流路抵抗を通って第２パルス管４の基端側の作動ガスが流出し、第２パルス管４の先端部から流出する作動ガスが抑制される。その後、バッファタンク２２内の作動ガスが第２流路抵抗を通って第２パルス管４内に戻ると共に、第２パルス管４内の作動ガスが第２蓄冷器２の低温端側に流れ込み、蓄冷材１１を冷却して温度上昇しつつ高温端側に移動し、第１蓄冷器１を介して圧縮機１９の吸入口に戻る。
【００２３】
こうして、上記第２パルス管４内において、第１パルス管３によって３０Ｋから８０Ｋ程度に冷却された作動ガスの圧縮・膨張が繰り返され、その際における断熱膨張によって発生した冷熱によって、第２パルス管４の先端部に設けられた冷却ヘッド２５および第２蓄冷器２の先端部に設けられた冷却ステージ２６が４Ｋ程度に冷却されるのである。そして、上記冷却ヘッド２５に接続された被冷却物としての高感度センサを、４Ｋ程度に冷却する。
【００２４】
ここで、本実施の形態においては、上記第１蓄冷器１の先端と第１パルス管３の先端とを、可撓性の連通管５によって接続している。より詳しくは、第１蓄冷器の先端の冷却ステージ２３と、上記第１パルス管の先端の冷却ヘッド２４とを、銅製の連通管５によって接続している。したがって、上記第１蓄冷器１に作動ガスの導入・吸引が繰り返されて、第１蓄冷器の先端部の冷却ステージ２３が振動しても、この振動は第１パルス管の冷却ヘッド２４に殆ど伝わらない。また、上記第２蓄冷器２の先端と第２パルス管４の先端とを、可撓性の連通管６によって接続している。より詳しくは、上記第２蓄冷器の先端の冷却ステージ２６と、上記第２パルス管の先端の冷却ヘッド２５とを、銅製の連通管６で接続している。したがって、上記第２蓄冷器２が作動ガスの導入・吸引の繰り返しによって振動すると共に上記第１蓄冷器の冷却ステージ２３の振動を受けて、上記冷却ステージ２６が比較的大きい振幅で振動しても、この振動は第２パルス管の冷却ヘッド２５に殆ど伝わらない。その結果、上記冷却ヘッド２５に連結された被冷却物としての高感度センサは、第１および第２蓄冷器１，２からの振動の伝達が効果的に防止されて、良好な検知信号が得られる。
【００２５】
また、上記連通管５，６は銅製であるので、蝋付けによって例えば銅製の冷却ステージ２３，２６および冷却ヘッド２４，２５に容易に接続できる。また、上記連通管５，６は、銅製であるので、低温下で脆性破壊することなく安定して十分な強度と耐久性が確保でき、また、低温下でも振動の伝達を遮断するのに十分な可撓性を奏することができる。
【００２６】
上記実施形態において、上記第１蓄冷器１および第１パルス管３と第２蓄冷器２および第２パルス管４とで成る２段のパルス管冷凍機の場合を例に説明しているが、蓄冷器およびパルス管を一段のみ備えるパルス管冷凍機にも本発明は適用できる。
【００２７】
また、上記実施の形態において、２段の蓄冷器およびパルス管のいずれの段にも本発明を適用したが、被冷却物を冷却する最終段の蓄冷器およびパルス管のみに本発明を適用してもよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上より明らかなように、請求項１の発明のパルス管冷凍機によれば、同一の固定物の一面側に、蓄冷器の一端とパルス管の一端とを各々固定し、上記蓄冷器の他端と、上記パルス管の他端とを、可撓性配管で接続したので、上記蓄冷器への作動ガスの導入・吸引によって他端が振動しても、この振動はパルス管の他端に殆ど伝達しなくて、上記蓄冷器が固定された固定物と同一の固定物に固定されていても、上記パルス管の他端は殆ど振動しない。したがって、このパルス管の他端で被冷却物を冷却することによって、上記被冷却物への振動の影響が効果的に防止できる。
【００２９】
また、請求項１の発明のパルス管冷凍機によれば、上記蓄冷器は、上記固定物に一端が固定された第１蓄冷器と、この第１蓄冷器の他端に一端が固定された第２蓄冷器であり、上記パルス管は、上記固定物に一端が固定された第１パルス管と、上記固定物に一端が固定された第２パルス管であり、上記第１蓄冷器の他端と、上記第１パルス管の他端とを可撓性配管で接続すると共に、上記第２蓄冷器の他端と、上記第２パルス管の他端とを可撓性配管で接続したので、上記第１または第２パルス管の他端で被冷却物を冷却することによって、上記被冷却物への振動の影響が効果的に防止される。
【００３０】
請求項２の発明のパルス管冷凍機によれば、上記可撓性配管は、銅管であるので、上記蓄冷器の他端の振動をパルス管の他端に殆ど伝達しないようにでき、また、蓄冷器およびパルス管の低温端が到達する低温においても十分な強度と耐久性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本実施の形態のパルス管冷凍機における断面図である。
【符号の説明】
１  第１蓄冷器
２  第２蓄冷器
３  第１パルス管
４  第２パルス管
５  連通管
６  連通管
８  フランジ
【図１】
0003883903.tif 000002