(57)【要約】【課題】極低温冷凍機が備えるモータが受ける外部磁場の影響を低減する技術を提供する。【解決手段】極低温冷凍機において、バルブは、低圧の冷媒ガスの流路と高圧の冷媒ガスの流路とを切り替える。モータは、バルブを駆動する。モータは、ロータ７０と、ロータ７０を径方向内側に備えるステータ７１とを備える。ケーシング７３は、ロータ７０とステータ７１とを気密に収容する。ステータ７１は、バックヨーク７１ａと、バックヨーク７１ａの径方向外側においてバックヨーク７１ａと離れた位置に配置され、ケーシング７３の外部で生じた外部磁場の磁路となる磁性部材７２とを有する。磁性部材７２は、ケーシング７３に気密に収容される。【選択図】図５
2016052225.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低圧の冷媒ガスの流路と高圧の冷媒ガスの流路とを切り替えるバルブと、
前記バルブを駆動するモータとを含み、
前記モータは、
ロータと、
前記ロータを径方向内側に備えるステータと、
前記ロータと前記ステータとを気密に収容するケーシングとを備え、
前記ステータは、
バックヨークと、
前記バックヨークの径方向外側において前記バックヨークと離れた位置に配置され、前記ケーシングの外部で生じた外部磁場の磁路となる磁性部材とを有し、
前記磁性部材は、前記ケーシングに気密に収容されることを特徴とする極低温冷凍機。
【請求項２】
前記バックヨークと前記磁性部材とは、相対位置が不変となるように固定されていることを特徴とする請求項１に記載の極低温冷凍機。
【請求項３】
前記磁性部材は、前記バックヨークと直接接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の極低温冷凍機。
【請求項４】
前記ステータは、積層鋼板部材で形成されており、
前記積層鋼板部材を構成する各層は、前記バックヨークと前記磁性部材とを打ち抜き加工で一体に形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の極低温冷凍機。
【請求項５】
前記磁性部材は、前記ケーシングを介して前記バックヨークと接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の極低温冷凍機。
【請求項６】
前記バックヨークと前記磁性部材との間は、前記低圧の冷媒ガスの流路と連通する空間が設けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の極低温冷凍機。
【請求項７】
前記バックヨークと前記磁性部材との間は、非磁性材料が充填されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の極低温冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、極低温冷凍機に関し、特に超伝導コイルの冷却に適する極低温冷凍機に関する。
【背景技術】
【０００２】
極低温を発生する冷凍機としてギフォード・マクマホン（Gifford-McMahon；ＧＭ）冷凍機（特許文献１参照）やパルス管冷凍機が知られている。これらの冷凍機は高圧の作動ガスと低圧の作動ガスとの流れを切り換えるバルブと、当該バルブを駆動するためのモータが備えられている。このような冷凍機は、例えば強力な磁場を発生させるための超電導コイルを冷却するために用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２６８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明のある目的は、極低温冷凍機が備えるモータが受ける外部磁場の影響を低減する技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の極低温冷凍機は、低圧の冷媒ガスの流路と高圧の冷媒ガスの流路とを切り替えるバルブと、バルブを駆動するモータとを含む。モータは、ロータと、ロータを径方向内側に備えるステータと、ロータとステータとを気密に収容するケーシングとを備える。ステータは、バックヨークと、バックヨークの径方向外側においてバックヨークと離れた位置に配置され、ケーシングの外部で生じた外部磁場の磁路となる磁性部材とを有する。磁性部材は、ケーシングに気密に収容される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、極低温冷凍機が備えるモータが受ける外部磁場の影響を低減する技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明のある実施の形態であるＧＭ冷凍機の断面図である。
【図２】スコッチヨーク機構を拡大して示す分解斜視図である。
【図３】ロータリーバルブを拡大して示す分解斜視図である。
【図４】実施の形態に係るモータの内部構成を模式的に示す図である。
【図５】図５（ａ）−（ｂ）は、実施の形態に係るモータの内部における外部磁場の流れを説明する図である。
【図６】図６（ａ）−（ｂ）は、実施の形態の比較例に係るモータの内部における磁場の流れを説明する図である。
【図７】低圧の冷媒ガス存在する部分の体積と、成績係数との関係を表形式で示す図である。
【図８】図８（ａ）−（ｂ）は、実施の形態の変形例に係るモータを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
一般に、極低温冷凍機においてバルブを駆動するための動力としてモータが用いられる。このような極低温冷凍機の中には、例えば超伝導を利用する装置等とともに用いられ、超伝導コイルを冷却するために使用されることもある。
【０００９】
極低温冷凍機を超伝導コイルの冷却に使用する場合、バルブを駆動するための動力に使われるモータとして磁石モータを用いると、冷却対象である超伝導コイルが発生する磁場の影響でモータのトルクが低下する場合がある。この結果、ＧＭ冷凍機の運転に支障を来すかもしれない。
【００１０】
そこで実施の形態に係る極低温冷凍機は、モータのバックヨークを外部磁場から遮断するために、外部磁場を誘導する磁路を備えたモータを利用する。
【００１１】
まず、実施の形態の極低温冷凍機の全体構成について説明する。図１乃至図３は、本発明のある実施の形態である極低温冷凍機を説明するための図である。本実施の形態では、極低温冷凍機としてギフォード・マクマホン冷凍機（以下、ＧＭ冷凍機１０という）を例に挙げて説明する。しかしながら、実施の形態に係る極低温冷凍機はＧＭ冷凍機に限られない。本発明はバルブの駆動にモータを用いるタイプの極低温冷凍機であれば適用でき、例えばパルス管冷凍機にも適用できる。
【００１２】
実施の形態に係るＧＭ冷凍機１０は、圧縮機１、シリンダ２、ハウジング３、およびモータ収容部５等を有している。
【００１３】
圧縮機１は、低圧配管１ａが接続された吸気側から低圧の冷媒ガスを回収し、これを圧縮した後に吐出側に接続された高圧配管１ｂに高圧の冷媒ガスを供給する。冷媒ガスとしては、例えばヘリウムガスを用いることができるがこれに限定されるものではない。
【００１４】
実施の形態に係るＧＭ冷凍機１０は、２段式のＧＭ冷凍機である。２段式のＧＭ冷凍機１０では、シリンダ２は高温側シリンダ１１と低温側シリンダ１２の二つのシリンダを有している。高温側シリンダ１１の内部には、高温側ディスプレーサ１３が挿入される。また、低温側シリンダ１２の内部には、低温側ディスプレーサ１４が挿入される。
【００１５】
高温側ディスプレーサ１３および低温側ディスプレーサ１４は相互に連結されており、それぞれ高温側シリンダ１１および低温側シリンダ１２の内部で、各シリンダの軸方向に往復移動可能な構成とされている。高温側ディスプレーサ１３および低温側ディスプレーサ１４の内部には、それぞれ高温側内部空間１５および低温側内部空間１６が形成されている。高温側内部空間１５および低温側内部空間１６には蓄冷材が充填されており、それぞれ高温側蓄冷器１７および低温側蓄冷器１８として機能する。
【００１６】
上部に位置する高温側ディスプレーサ１３は、上方（Ｚ１方向）に向けて延出する駆動軸３６に連結される。この駆動軸３６は、後述するスコッチヨーク機構３２の一部を構成する。
【００１７】
また、高温側ディスプレーサ１３の高温端側（Ｚ１方向側端部）には、ガス流路Ｌ１が形成されている。更に、高温側ディスプレーサ１３の低温端側（Ｚ２方向側端部）には、高温側内部空間１５と高温側膨張空間２１とを連通するガス流路Ｌ２が形成されている。
【００１８】
高温側シリンダ１１の低温側端部（図１に矢印Ｚ２で示す方向側の端部）には、高温側膨張空間２１が形成されている。また、高温側シリンダ１１の高温側端部（図１に矢印Ｚ１で示す方向側の端部）には、上部室２３が形成されている。
【００１９】
更に、低温側シリンダ１２内の低温側端部（図１に矢印Ｚ２で示す方向側の端部）には、低温側膨張空間２２が形成されている。
【００２０】
低温側ディスプレーサ１４は、図示しない連結機構により高温側ディスプレーサ１３の下部に取り付けられている。この低温側ディスプレーサ１４の高温側端部（図１に矢印Ｚ１で示す方向側の端部）には、高温側膨張空間２１と低温側内部空間１６とを連通するガス流路Ｌ３が形成されている。また、低温側ディスプレーサ１４の低温側端部（図１に矢印Ｚ２で示す方向側の端部）には、低温側内部空間１６と低温側膨張空間２２とを連通するガス流路Ｌ４が形成されている。
【００２１】
高温側冷却ステージ１９は、高温側シリンダ１１の外周面で、高温側膨張空間２１と対向する位置に配設されている。また低温側冷却ステージ２０は、低温側シリンダ１２の外周面で低温側膨張空間２２と対向する位置に配設されている。
【００２２】
上記の高温側ディスプレーサ１３および低温側ディスプレーサ１４は、スコッチヨーク機構３２により高温側シリンダ１１および低温側シリンダ１２内を図中上下方向（矢印Ｚ１、Ｚ２方向）に移動する。
【００２３】
図１に示すように、ハウジング３はロータリーバルブ４０等を有し、モータ収容部５はモータ３１を収容する。
【００２４】
モータ３１、駆動回転軸３１ａ、およびスコッチヨーク機構３２は、駆動装置を構成する。モータ３１は回転駆動力を発生し、モータ３１に接続された回転軸（以下、「駆動回転軸３１ａ」という。）は、モータ３１の回転運動をスコッチヨーク機構３２に伝達する。駆動回転軸３１ａは、軸受６０によって支持される。
【００２５】
図２は、スコッチヨーク機構３２を拡大して示している。スコッチヨーク機構３２は、クランク３３とスコッチヨーク３４等を有している。このスコッチヨーク機構３２は、例えばモータ３１等の駆動手段により駆動することができる。
【００２６】
クランク３３は、駆動回転軸３１ａに固定される。クランク３３は、駆動回転軸３１ａの取り付け位置から偏心した位置にクランクピン３３ｂを設けた構成とされている。従って、クランク３３を駆動回転軸３１ａに取り付けると、駆動回転軸３１ａに対しクランクピン３３ｂは偏心した状態となる。この意味で、クランクピン３３ｂは、偏心回転体として機能する。なお、駆動回転軸３１ａは、その長手方向に複数の場所で回転自在に支持してもよい。
【００２７】
スコッチヨーク３４は、駆動軸３６ａ、駆動軸３６ｂ、ヨーク板３５、及びころ軸受３７等を有している。ハウジング３内には、収容空間が形成されている。この収容空間は、スコッチヨーク３４及び後述するロータリーバルブ４０のロータバルブ４２等を収容する気密性を持った気密容器となっている。そこで、以下本明細書においてハウジング３内の収容空間を、「気密容器４」という。気密容器４は、低圧配管１ａを介して圧縮機１の吸気口と連通している。そのため、気密容器４は常に低圧に維持される。
【００２８】
駆動軸３６ａは、ヨーク板３５から上方（Ｚ１方向）に延出している。この駆動軸３６ａは、ハウジング３内に設けられた摺動軸受３８ａによって支持されている。よって駆動軸３６ａは、図中上下方向（図中矢印Ｚ１、Ｚ２方向）に移動可能な構成となっている。
【００２９】
駆動軸３６ｂは、ヨーク板３５から下方（Ｚ２方向）に延出している。この駆動軸３６ｂは、ハウジング３内に設けられた摺動軸受３８ｂによって支持されている。よって駆動軸３６も、図中上下方向（図中矢印Ｚ１、Ｚ２方向）に移動可能な構成となっている。
【００３０】
駆動軸３６ａおよび駆動軸３６ｂが、それぞれ摺動軸受３８ａおよび摺動軸受３８ｂによって支持されることにより、スコッチヨーク３４はハウジング３内で上下方向（図中矢印Ｚ１、Ｚ２方向）に移動可能な構成となっている。
【００３１】
なお、本実施の形態では、極低温冷凍機の構成要素の位置関係を分かりやすく表すために、「軸方向」という用語を使用することがある。軸方向は駆動軸３６ａおよび駆動軸３６ｂが延在する方向を表し、高温側ディスプレーサ１３および低温側ディスプレーサ１４が移動する方向とも一致する。便宜上、軸方向に関して膨張空間又は冷却ステージに相対的に近いことを「下」、相対的に遠いことを「上」と呼ぶことがある。つまり、低温側端部から相対的に遠いことを「上」、相対的に近いことを「下」と呼ぶことがある。なお、こうした表現はＧＭ冷凍機１０が取り付けられたときの配置とは関係しない。例えば、ＧＭ冷凍機１０は鉛直方向に膨張空間を上向きにして取り付けられてもよい。
【００３２】
ヨーク板３５は、横長窓３５ａが形成されている。この横長窓３５ａは、駆動軸３６ａおよび駆動軸３６ｂの延出する方向に対して交差する方向、例えば直交する方向（図２中、矢印Ｘ１、Ｘ２方向）に延在している。
【００３３】
ころ軸受３７は、この横長窓３５ａ内に配設されている。ころ軸受３７は、横長窓３５ａ内で転動可能な構成とされている。また、クランクピン３３ｂと係合する孔３７ａは、ころ軸受３７の中心位置に形成されている。横長窓３５ａは、クランクピン３３ｂおよびころ軸受３７の横方向の移動を許容する。横長窓３５ａは、横方向に延在する上枠部及び下枠部と、上枠部及び下枠部それぞれの横方向端部にて軸方向ないし縦方向に延在し上枠部と下枠部とを結合する第１側枠部及び第２側枠部と、を備える。
【００３４】
モータ３１が駆動し駆動回転軸３１ａが回転すると、クランクピン３３ｂは円弧を描くように回転する。これにより、スコッチヨーク３４は図中矢印Ｚ１、Ｚ２方向に往復移動する。この際、ころ軸受３７は、横長窓３５ａ内を図中矢印Ｘ１、Ｘ２方向に往復移動する。
【００３５】
高温側ディスプレーサ１３は、スコッチヨーク３４の下部に配設された駆動軸３６ｂに接続されている。よって、スコッチヨーク３４が図中矢印Ｚ１、Ｚ２方向に往復移動することにより、高温側ディスプレーサ１３及びこれに連結された低温側ディスプレーサ１４も高温側シリンダ１１及び低温側シリンダ１２内で矢印Ｚ１、Ｚ２方向に往復移動する。
【００３６】
次に、バルブ機構について説明する。実施の形態に係るＧＭ冷凍機１０は、バルブ機構としてロータリーバルブ４０を用いる。
【００３７】
ロータリーバルブ４０は、低圧の冷媒ガスの流路と高圧の冷媒ガスの流路とを切り換えるものである。ロータリーバルブ４０は、モータ３１によって駆動される。このロータリーバルブ４０は、圧縮機１の吐出側から吐出された高圧の冷媒ガスを高温側ディスプレーサ１３の上部室２３に導く供給用バルブとして機能すると共に、上部室２３から冷媒ガスを圧縮機１の吸気側に導く排気用バルブとして機能する。
【００３８】
このロータリーバルブ４０は、図１に加えて図３に示すように、ステータバルブ４１とロータバルブ４２とを有している。ステータバルブ４１は平坦なステータ側摺動面４５を有し、ロータバルブ４２は同じく平坦なロータ側摺動面５０を有している。そして、このステータ側摺動面４５とロータ側摺動面５０が面接触することにより、冷媒ガスの漏れが防止される。
【００３９】
ステータバルブ４１は、ハウジング３内に固定ピン４３で固定される。この固定ピン４３で固定されることにより、ステータバルブ４１は回転が規制される。
【００４０】
ロータバルブ４２は、ロータバルブ軸受６２により回転可能に支持されている。ロータバルブ４２のロータ側摺動面５０と反対側に位置する反対側端面５２には、クランクピン３３ｂと係合する係合穴（図示せず）が形成されている。クランクピン３３ｂは、ころ軸受３７に挿通された際にその先端部がころ軸受３７から矢印Ｙ１方向に突出する（図１参照）。
【００４１】
そして、ころ軸受３７から突出したクランクピン３３ｂの先端部は、ロータバルブ４２に形成された係合穴と係合する。よって、クランクピン３３ｂが回転（偏心回転）することにより、ロータバルブ４２はスコッチヨーク機構３２と同期して回転する。
【００４２】
ステータバルブ４１は、冷媒ガス供給孔４４、円弧状溝４６、及びガス流路４９を有している。冷媒ガス供給孔４４は圧縮機１の高圧配管１ｂに接続されており、ステータバルブ４１の中心部を貫通するよう形成されている。
【００４３】
円弧状溝４６は、ステータ側摺動面４５に形成されている。この円弧状溝４６は、冷媒ガス供給孔４４を中心とした円弧形状を有している。
【００４４】
ガス流路４９は、ステータバルブ４１とハウジング３とにわたって形成されている。ガス流路４９のうち、バルブ側の一端部は、円弧状溝４６内に開口し開口部４８を形成している。また、ガス流路４９において、ステータバルブ４１の側面には吐出口４７が開口している。吐出口４７は、ハウジング内のガス流路４９と連通している。また、ハウジング内のガス流路４９の他端部は、上部室２３、ガス流路Ｌ１、高温側蓄冷器１７等を介して高温側膨張空間２１に接続されている。
【００４５】
一方、ロータバルブ４２は、長円状溝５１及び円弧状孔５３を有している。
【００４６】
長円状溝５１は、ロータ側摺動面５０にその中心から径方向に延在するよう形成されている。また円弧状孔５３は、ロータバルブ４２のロータ側摺動面５０から反対側端面５２まで貫通し、気密容器４と接続している。この円弧状孔５３は、ステータバルブ４１の円弧状溝４６と同一円周上に位置するよう形成されている。
【００４７】
上記した冷媒ガス供給孔４４、長円状溝５１、円弧状溝４６、及び開口部４８により供給弁が構成される。また、開口部４８、円弧状溝４６、及び円弧状孔５３により排気弁が構成される。本実施の形態では、長円状溝５１、円弧状溝４６などのバルブの内部に存在する空間をまとめてバルブ内部空間と呼ぶことがある。
【００４８】
上記構成とされたＧＭ冷凍機１０において、モータ３１の回転駆動力が駆動回転軸３１ａを介してスコッチヨーク機構３２に伝達されてスコッチヨーク機構３２が駆動されると、スコッチヨーク３４はＺ１、Ｚ２方向に往復移動する。このスコッチヨーク３４の動作により、高温側ディスプレーサ１３および低温側ディスプレーサ１４は、高温側シリンダ１１および低温側シリンダ１２内を下死点ＬＰと上死点ＵＰとの間で往復移動する。
【００４９】
高温側ディスプレーサ１３および低温側ディスプレーサ１４が下死点ＬＰに達する前に、排気弁が閉じ、その後、供給弁が開く。即ち、冷媒ガス供給孔４４、長円状溝５１、円弧状溝４６、及びガス流路４９との間に冷媒ガス流路が形成される。
【００５０】
よって高圧の冷媒ガスは、圧縮機１から上部室２３に充填され始める。その後、高温側ディスプレーサ１３および低温側ディスプレーサ１４は下死点ＬＰを過ぎて上昇を始め、冷媒ガスは高温側蓄冷器１７および低温側蓄冷器１８を上から下に通過し、それぞれ高温側膨張空間２１および低温側膨張空間２２に充填されてゆく。
【００５１】
そして、高温側ディスプレーサ１３および低温側ディスプレーサ１４が上死点ＵＰに達する際に、供給弁は閉じる。それと同時、もしくはその後、排気弁が開弁する。即ち、ガス流路４９、円弧状溝４６、及び円弧状孔５３との間に冷媒ガス流路が形成される。
【００５２】
これにより、高圧の冷媒ガスは高温側膨張空間２１および低温側膨張空間２２内で膨脹することによって寒冷を発生させ、高温側冷却ステージ１９および低温側冷却ステージ２０を冷却する。また、寒冷を発生させた低温の冷媒ガスは、高温側蓄冷器１７および低温側蓄冷器１８内の蓄冷材を冷却しながら下から上に流れ、その後に圧縮機１の低圧配管１ａに還流する。
【００５３】
その後、高温側ディスプレーサ１３および低温側ディスプレーサ１４が下死点ＬＰに達する前に、排気弁が閉じ、その後、供給弁が開いて１サイクルを終了する。このようにして、冷媒ガスの圧縮、膨張のサイクルを繰り返すことによって、ＧＭ冷凍機１０の高温側冷却ステージ１９および低温側冷却ステージ２０は極低温に冷却される。ＧＭ冷凍機１０の高温側冷却ステージ１９および低温側冷却ステージ２０は、それぞれ高温側膨張空間２１および低温側膨張空間２２内の冷媒ガスを膨張させることにより発生した寒冷を、高温側シリンダ１１および低温側シリンダ１２の外部に伝導する。
【００５４】
以上説明したように、実施の形態に係るＧＭ冷凍機１０においては、モータ３１等の駆動装置の駆動力を高温側ディスプレーサ１３および低温側ディスプレーサ１４の往復移動に変換することで寒冷を発生させる。これにより、低温側冷却ステージ２０の温度はおよそ４Ｋの極低温となる。
【００５５】
実施の形態に係るＧＭ冷凍機１０の冷却対象物の一例として、超伝導コイルがある。超伝導コイルは一般に強い磁場を発生させるために用いられる。このため、ＧＭ冷凍機１０を超伝導コイルの冷却用に使用すると、モータ３１も超伝導コイルが発生する磁場にさらされることになる。
【００５６】
図４は、実施の形態に係るモータ３１の内部構成を模式的に示す図である。モータ３１は、ロータ７０、ステータ７１、磁性部材７２、駆動回転軸３１ａ、軸受６１、およびこれらの部材を気密に収容するケーシング７３を含む。実施の形態に係るモータ３１は、ロータ７０の周りにステータ７１が配置される。すなわち、ステータ７１は径方向内側にロータ７０を備え、ロータ７０の中心を駆動回転軸３１ａが貫通する。詳細は後述するが、ステータ７１の径方向外側には、磁性部材７２が配置されている。
【００５７】
図５（ａ）−（ｂ）は、実施の形態に係るモータ３１の内部における磁場の流れを説明する図である。
【００５８】
図５（ａ）は、実施の形態に係るモータ３１を駆動回転軸３１ａに垂直な平面で切断した断面を模式的に示す図であり、図４におけるＡ−Ａ断面図である。図５（ａ）に示すように、ステータ７１は、円環形状のバックヨーク７１ａと、バックヨークの径方向内側に形成される複数のティース７１ｂとを含む。磁性部材７２は、バックヨーク７１ａの径方向外側において、バックヨーク７１ａと離れた位置に配置されている。磁性部材７２は、ステータ７１やロータ７０と同様に、ケーシング７３の内側に気密に収容される。
【００５９】
図５（ａ）に示す例では、バックヨーク７１ａと磁性部材７２とは、接続部材７６を介して直接接続されている。より具体的には、ステータ７１、磁性部材７２、および接続部材７６は積層鋼板部材で形成されており、積層鋼板部材を構成する各層は、バックヨーク７１ａ、ティース７１ｂ、および磁性部材７２を打ち抜き加工で一体に形成されている。これにより、バックヨーク７１ａと磁性部材７２とは、相対位置が不変となるように固定される。したがって、磁性部材７２はステータ７１の一部を構成すると捉えることもできる。
【００６０】
図５（ｂ）は、モータ３１における外部磁場７４と内部磁場７５とを示す図である。図５（ｂ）において、破線はケーシング７３の外部で生じた外部磁場７４の流れを示す。また太い実線はモータ３１の駆動力となる内部磁場の流れを示す。外部磁場７４は、例えばＧＭ冷凍機１０の冷却対象である超電導コイルが発生させる磁場である。なお、図５（ｂ）では、煩雑となることを避けるためにケーシング７３の図示は省略している。
【００６１】
図５（ｂ）に示すように、モータ３１の内部磁場７５は、バックヨーク７１ａ、ティース７１ｂ、およびロータ７０を通るループ状の磁路を形成する。バックヨーク７１ａと磁性部材７２とは離れているため、モータ３１の内部磁場７５は、ほぼ磁性部材７２から遮断される。
【００６２】
また図５（ｂ）に示すように、磁性部材７２はケーシング７３の外部で生じた外部磁場７４の磁路となる。このため、外部磁場７４のほとんどは磁性部材７２に誘導され、バックヨーク７１ａから遮断される。このように、外部磁場７４はモータ３１の内部磁場７５とほとんど干渉することがない。つまり、モータの外部磁場７４が、モータ３１の出力トルクに影響することを抑制できる。
【００６３】
図６（ａ）−（ｂ）は、実施の形態の比較例に係るモータの内部における磁場の流れを説明する図である。
【００６４】
図６（ａ）は、比較例に係るモータの駆動回転軸に垂直な平面で切断した断面を模式的に示す図であり、図５（ａ）に対応する図である。図６（ａ）に示すように、比較例に係るモータにおいては、バックヨーク７１ａ、ティース７１ｂ、およびロータ７０がケーシング７３に収容されている。しかしながら、比較例に係るモータは、実施の形態に係るモータ３１とは異なり、磁性部材７２を備えていない。
【００６５】
図６（ｂ）は、比較例に係るモータにおける外部磁場７４と内部磁場７５とを示す図である。図６（ｂ）に示すように、比較例に係るモータにおいては、外部磁場７４は、内部磁場７５の磁路となるバックヨーク７１ａを通る。このため、外部磁場７４は内部磁場７５に干渉し、モータの出力トルクが低下する要因となり得る。モータの出力トルクが高温側ディスプレーサ１３および低温側ディスプレーサ１４を往復移動させるために必要なトルクを下回ると、ＧＭ冷凍機１０が正常に運転できなくなるかもしれない。実施の形態に係るモータ３１が備える磁性部材７２は、このような外部磁場７４がモータ３１の動作に干渉することを抑制することができる。なお、図６（ｂ）は、図５（ｂ）と同様に、煩雑となることを避けるためにケーシング７３の図示は省略している。
【００６６】
図５の説明に戻る。バックヨーク７１ａと磁性部材７２との間の領域７７は、非磁性材料を充填してもよい。例えば、ステンレス、銅、アルミ、などの金属や、Ｇ−ＦＲＰ、エポキシなどの樹脂を用いることができる。軽量化の観点から、樹脂が好ましい。また領域７７は中空な空間としてもよい。この場合、領域７７は、上述した気密容器４と連通させることが好ましい。気密容器４は低圧配管１ａを介して圧縮機１の吸気口と連通しているため、領域７７も低圧な冷媒ガスの流路と連通する空間となる。
【００６７】
実施の形態に係るＧＭ冷凍機１０においては、バックヨーク７１ａと磁性部材７２との間の領域７７を中空とすることにより、ＧＭ冷凍機１０において低圧な冷媒ガスが存在する部分の体積が増加することになる。本願の発明者は、ＧＭ冷凍機１０において低圧な冷媒ガスが存在する部分の体積を大きくすることにより、ＧＭ冷凍機１０の成績係数（Coefficient Of Performance；COP）が向上することを実験により確かめている。
【００６８】
図７は、低圧の冷媒ガスが存在する部分の体積と、成績係数との関係を表形式で示す図である。本願の発明者は、高温側冷却ステージ１９の温度が４１．２３［Ｋ］、低温側冷却ステージ２０の温度が３．９６［Ｋ］、成績係数が０．８３２であるＧＭ冷凍機１０において、低圧の冷媒ガスが存在する部分の体積を増加させる実験をした。具体的には、低圧の冷媒ガスが存在する部分の体積を２．２５倍としたところ、高温側冷却ステージ１９の温度が３９．８［Ｋ］、低温側冷却ステージ２０の温度が３．９３５［Ｋ］、成績係数が０．８７２に向上した。
【００６９】
以上の実験から、バックヨーク７１ａと磁性部材７２との間の領域７７を中空として気密容器４と連通させることにより、ＧＭ冷凍機１０の性能を向上することができる。
【００７０】
以上説明したように、実施の形態に係るＧＭ冷凍機１０によれば、ＧＭ冷凍機１０が備えるモータ３１が受ける外部磁場７４の影響を低減することができる。また、バックヨーク７１ａと磁性部材７２との間の領域７７を中空として気密容器４と連通させることにより、ＧＭ冷凍機１０の性能を向上させることもできる。
【００７１】
以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示すにすぎない。また、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が可能である。
【００７２】
（第１の変形例）
図８（ａ）−（ｂ）は、実施の形態の変形例に係るモータ３１を示す図である。具体的に、図８（ａ）は変形例に係るモータ３１の内部構成を模式的に示す図である。また図８（ｂ）は、変形例に係るモータ３１を駆動回転軸３１ａに垂直な平面で切断した断面を模式的に示す図であり、図８（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
【００７３】
図８（ａ）−（ｂ）に示すように、変形例に係るモータ３１も、磁性部材７２を備える。しかしながら、変形例に係るモータ３１においては、実施の形態に係るモータ３１とは異なり、磁性部材７２とバックヨーク７１ａとは直接接続されてはいない。その代わり、変形例に係るモータ３１では、磁性部材７２は、ケーシング７３を介してバックヨーク７１ａと接続されている。これにより、バックヨーク７１ａと磁性部材７２とは、相対位置が不変となるように固定される。変形例に係るモータ３１は、実施の形態に係るモータ３１と比較して、接続部材７６が存在しない分だけ低圧の冷媒ガスが存在する部分の体積を増加する。このため、ＧＭ冷凍機１０の性能をさらに向上させうる点で効果がある。
【００７４】
（第２の変形例）
上記では、極低温冷凍機として２段ＧＭ冷凍機１０を例に説明した。この他、単段ＧＭ冷凍機や３段ＧＭ冷凍機などに用いることもできる。また、極低温冷凍機としてパルス管冷凍機を用いる場合であっても、本発明を適用することができる。すなわち、パルス管冷凍機の中には、低圧の冷媒ガスの流路と高圧の冷媒ガスの流路とを切り替えるバルブの駆動力にモータを採用しているものがある。このようなパルス管冷凍機を例えば超電導コイルの冷却に用いる場合には、超電導コイルが発生する磁場がモータの動作に影響を及ぼすかもしれない。そのような場合、上述した磁性部材７２を備えるモータ３１を採用することにより、外部磁場がモータの駆動力に与える影響を軽減することができる。
【符号の説明】
【００７５】
１  圧縮機、  １ａ  低圧配管、  １ｂ  高圧配管、  ２  シリンダ、  ３  ハウジング、  ４  気密容器、  ５  モータ収容部、  １０  ＧＭ冷凍機、  １１  高温側シリンダ、  １２  低温側シリンダ、  １３  高温側ディスプレーサ、  １４  低温側ディスプレーサ、  １５  高温側内部空間、  １６  低温側内部空間、  １７  高温側蓄冷器、  １８  低温側蓄冷器、  １９  高温側冷却ステージ、  ２０  低温側冷却ステージ、  ２１  高温側膨張空間、  ２２  低温側膨張空間、  ２３  上部室、  ３１  モータ、  ３１ａ  駆動回転軸、  ３２  スコッチヨーク機構、  ３３  クランク、  ３３ｂ  クランクピン、  ３４  スコッチヨーク、  ３５  ヨーク板、  ３５ａ  横長窓、  ３６，３６ａ，３６ｂ  駆動軸、  ３７  軸受、  ３７ａ  孔、  ３８ａ，３８ｂ  摺動軸受、  ４０  ロータリーバルブ、  ４１  ステータバルブ、  ４２  ロータバルブ、  ４３  固定ピン、  ４４  冷媒ガス供給孔、  ４５  ステータ側摺動面、  ４６  円弧状溝、  ４７  吐出口、  ４８  開口部、  ４９  ガス流路、  ５０  ロータ側摺動面、  ５１  長円状溝、  ５２  反対側端面、  ５３  円弧状孔、  ６０，６１  軸受、  ６２  ロータバルブ軸受、  ７０  ロータ、  ７１  ステータ、  ７１ａ  バックヨーク、  ７１ｂ  ティース、  ７２  磁性部材、  ７３  ケーシング、  ７４  外部磁場、  ７５  内部磁場、  ７６  接続部材、  ７７  領域。
【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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