特許 6013257 極低温冷凍機、

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6013257

(24)【登録日】2016年9月30日

(45)【発行日】2016年10月25日

(54)【発明の名称】極低温冷凍機、

(51)【国際特許分類】

   F25B 9/14 20060101AFI20161011BHJP

【ＦＩ】

   F25B9/14 530Z

【請求項の数】5

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-70464(P2013-70464)

(22)【出願日】2013年3月28日

(65)【公開番号】特開2014-194291(P2014-194291A)

(43)【公開日】2014年10月9日

【審査請求日】2015年6月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】山田 航司

【審査官】 庭月野 恭

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５６−１１０８４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−３００３７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５９−０６３４６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−０１７４７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−２５９３５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４４１２４２３（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２５Ｂ ９／００，９／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

作動ガスを圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機により圧縮された前記作動ガスが流入出する空間を有するハウジングと、
前記ハウジングに一端が連結され、他端に膨張空間を有するシリンダと、
前記シリンダの内部で往復移動しながら、内部に設けられた作動ガス流路を介して前記膨張空間へ作動ガスの流出入を許容するディスプレーサと、
前記シリンダの前記一端側に設けられ、前記ディスプレーサの往復移動に伴い容積が変化する上部室と、を備える極低温冷凍機であって、
前記空間と前記作動ガス流路との間を連通し且つ前記上部室と隔離される配管を備えることを特徴とする、
極低温冷凍機。

【請求項2】

前記ディスプレーサを駆動する駆動軸をさらに備え、
前記配管は、前記駆動軸と一体に設けられていることを特徴とする、
請求項１記載の極低温冷凍機。

【請求項3】

前記空間は、前記駆動軸の端部に設けられていることを特徴とする、
請求項２記載の極低温冷凍機。

【請求項4】

前記配管は、前記ディスプレーサに立設され、かつ、前記空間に移動可能に挿入されていることを特徴とする、
請求項１記載の極低温冷凍機。

【請求項5】

前記配管は、可撓性を有することを特徴とする、
請求項１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、ディスプレーサを有した極低温冷凍機に関する。

【背景技術】

【0002】

極低温を発生する極低温冷凍機の一例として、ギフォード・マクマホン（ＧＭ）冷凍機が知られている。ＧＭ冷凍機は、駆動手段を用いてシリンダ内で往復移動するディスプレーサによる空間の体積変化を利用し、圧縮機から供給される作動ガスを膨張室内で断熱膨張させ、これにより寒冷を発生させる。

【0003】

このため、圧縮機で生成される高圧の作動ガスを膨張室にディスプレーサを介して導入し、また膨張室で断熱膨張した作動ガスを圧縮機にディスプレーサを介して還流させる必要がある（特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１１−０１７４５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

シリンダ内でのディスプレーサの往復移動を許容するために、ディスプレーサの高温側にはある程度の空間を設けることがある。この空間は、圧縮機から供給された作動ガスをディスプレーサに導入する際の流路の一部としても機能する。ところが、この空間は、ディスプレーサの駆動に伴い容積が変化するため、空間内で作動ガスが圧縮されることがある。この圧縮により圧縮熱が発生すると、作動ガスの熱損失となり、極低温冷凍機のエネルギ消費効率を低下させるかもしれない。

【0006】

本発明のある態様の例示的な目的の一つは、エネルギ消費効率の高い極低温冷凍機を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明のある態様は、
作動ガスを圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機により圧縮された前記作動ガスが流入出する空間を有するハウジングと、
前記ハウジングに一端が連結され、他端に膨張空間を有するシリンダと、
前記シリンダの内部で往復移動しながら、内部に設けられた作動ガス流路を介して前記膨張空間へ作動ガスの流出入を許容するディスプレーサと、
前記シリンダの前記一端側に設けられ、前記ディスプレーサの往復移動に伴い容積が変化する上部室と、を備える極低温冷凍機であって、
前記空間と前記作動ガス流路との間を連通し且つ前記上部室と隔離される配管を備えることを特徴とする、
極低温冷凍機である。

【発明の効果】

【0008】

開示の極低温冷凍機によれば、エネルギ消費効率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、本発明のある実施形態であるＧＭ冷凍機の断面図である。

【図2】図２は、スコッチヨーク機構を拡大して示す図である。

【図3】図３は、本発明の他の実施形態であるＧＭ冷凍機の断面図である。

【図4】図４は、本発明の他の実施形態であるＧＭ冷凍機の断面図である。

【図5】図５は、図４に示す接続機構近傍を拡大して示す断面図である。

【図6】図６は、本発明の他の実施形態であるＧＭ冷凍機の要部を拡大した断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。

【0011】

図１は、本発明のある実施形態である極低温冷凍機を示す断面図である。本実施形態では、極低温冷凍機としてギフォード・マクマホン（ＧＭ）型冷凍機を例に挙げて説明する。しかしながら、本発明はディスプレーサを有する極低温冷凍機に広く適用が可能なものである。

【0012】

本実施例によるＧＭ型冷凍機は、ガス圧縮機１とコールドヘッド２とを有する。コールドヘッド２は、シリンダ部１０とハウジング２３とを有する。

【0013】

ガス圧縮機１は、排出配管１ｂが接続された吸気口から作動ガスを吸い込み、これを圧縮した後に吐出口に接続された供給配管１ａに高圧の作動ガスを供給する。作動ガスとしては、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】

本実施形態では２段式のＧＭ型冷凍機を例に挙げて説明する。２段式のＧＭ型冷凍機では、シリンダ部１０は第１段目シリンダ１０ａと第２段目シリンダ１０ｂの二つのシリンダを有している。第１段目シリンダ１０ａの内部には、第１段目ディスプレーサ３ａが挿入される。また、第２段目シリンダ１０ｂの内部には、第２段目ディスプレーサ３ｂが挿入される。

【0015】

この第１段目及び第２段目ディスプレーサ３ａ，３ｂは相互に連結されており、各シリンダ１０ａ，１０ｂの内部でシリンダの軸方向に往復移動可能な構成とされている。この各ディスプレーサ３ａ，３ｂの内部には空間部５ａ，５ｂが形成されている。この空間部５ａ，５ｂには蓄冷材が充填されており、蓄冷器４ａ，４ｂとして機能する。なお、蓄冷器４ａ、４ｂは、作動ガスが蓄冷材と熱交換しながら、後述する膨張室１１ａ、１１ｂに流出入するため、作動ガス流路と呼ぶことがある。

【0016】

上部に位置する第１段目ディスプレーサ３ａは、上方（Ｚ１方向）に向けて延出する駆動軸３３ｂを有する。この駆動軸３３ｂは、後述するスコッチヨーク機構２２の一部を構成する。

【0017】

また、第１段目ディスプレーサ３ａの高温端側（Ｚ１方向側端部）には、後述するスコッチヨーク配管４０と連通する作動ガス流路Ｌ１が形成されている。さらに、第１段目ディスプレーサ３ａの低温端側（Ｚ２方向側端部）には、空間部５ａと第１段目膨張室１１ａとを連通する作動ガス流路Ｌ２が形成されている。

【0018】

第１段目シリンダ１０ａの低温側端部（図１に矢印Ｚ２で示す方向側の端部）には、第１段目膨張室１１ａが形成されている。また、第１段目シリンダ１０ａ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１３が形成されている。

【0019】

さらに、第２段目シリンダ１０ｂ内の低温側端部（図１に矢印Ｚ２で示す方向側の端部）には、第２段目膨張室１１ｂが形成されている。

【0020】

第２段目ディスプレーサ３ｂは、図示しない連結機構により第１段目ディスプレーサ３ａの下部に取り付けられている。この第２段目ディスプレーサ３ｂの高温側端部（図１に矢印Ｚ１で示す方向側の端部）には、第１段目膨張室１１ａと空間部５ｂとを連通する作動ガス流路Ｌ３が形成されている。また、第２段目ディスプレーサ３ｂの低温側端部（図１に矢印Ｚ２で示す方向側の端部）には、空間部５ｂと第２段目膨張室１１ｂとを連通する作動ガス流路Ｌ４が形成されている。

【0021】

第１段目冷却ステージ６は、第１段目シリンダ１０ａの外周面で、第１段目膨張室１１ａと対向する位置に配設されている。また第２段目冷却ステージ７は、第２段目シリンダ１０ｂの外周面で第２段目膨張室１１ｂと対向する位置に配設されている。

【0022】

上記の第１段目及び第２段目ディスプレーサ３ａ，３ｂは、スコッチヨーク機構２２により第１段目及び第２段目シリンダ１０ａ，１０ｂ内を図中上下方向（矢印Ｚ１，Ｚ２方向）に移動する。

【0023】

図２は、スコッチヨーク機構２２を拡大して示している。スコッチヨーク機構２２は、クランク１４とスコッチヨーク３２等を有している。このスコッチヨーク機構２２は、例えばモータ１５等の駆動手段により駆動することができる。

【0024】

クランク１４は、モータ１５の回転軸（以下、駆動回転軸１５ａという）に固定される。このクランク１４は、駆動回転軸１５ａの取り付け位置から偏心した位置に偏心ピン１４ａを設けた構成とされている。従って、クランク１４を駆動回転軸１５ａに取り付けると、駆動回転軸１５ａと偏心ピン１４ａは偏心した状態となる。

【0025】

スコッチヨーク３２は、駆動軸３３ａ，３３ｂ、ヨーク板３６、ころ軸受３７、及びスコッチヨーク配管４０等を有している。ハウジング２３内のスコッチヨーク３２が収容されるスコッチヨーク収容空間は、排出配管１ｂを介して圧縮機１の吸気口と連通する。そのため、スコッチヨーク収容空間は常に低圧に維持される。

【0026】

駆動軸３３ａは、ヨーク板３６から上方（Ｚ１方向）に延出している。この駆動軸３３ａは、ハウジング２３に設けた摺動軸受１７ａに軸承されている。よって駆動軸３３ａ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。

【0027】

なお、本実施形態では、極低温冷凍機の構成要素の位置関係をわ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３３ａが延在する方向を表し、ディスプレーサ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型冷凍機が取り付けられたときの配置とは関係しない。例えば、ＧＭ型冷凍機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。

【0028】

さらに、駆動軸３３ａの上端部の所定範囲は、連通空間４１に挿入されている。この連通空間４１と摺動軸受１７ａとの間には、スリッパーシール３５が設けられている。このスリッパーシール３５は、連通空間４１とハウジング２３の内部空間（スコッチヨーク収容空間）を気密に画成する。

【0029】

駆動軸３３ｂは、ヨーク板３６から下方（Ｚ２方向）に延出している。この駆動軸３３ｂは、ハウジング２３内に設けられた摺動軸受１７ｂに軸承されている。よって駆動軸３３ｂ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】

各駆動軸３３ａ，３３ｂが摺動軸受１７ａ，１７ｂに軸承されることにより、スコッチヨーク３２はハウジング２３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】

ヨーク板３６は、横長窓３９が形成されている。この横長窓３９は、駆動軸３３ａ，３３ｂ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。

【0032】

ころ軸受３７は、この横長窓３９内に配設されている。ころ軸受３７は、横長窓３９内で転動可能な構成とされている。また、偏心ピン１４ａと係合する係合孔３８は、ころ軸受３７の中心位置に形成されている。

【0033】

モータ１５が駆動し駆動回転軸１５ａが回転すると、偏心ピン１４ａ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３２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３９内を図中矢印Ｘ１，Ｘ２方向に往復移動する。

【0034】

第１段目ディスプレーサ３ａは、スコッチヨーク３２の下部に配設された駆動軸３３ｂに接続されている。よって、スコッチヨーク３２が図中矢印Ｚ１，Ｚ２方向に往復移動することにより、第１段目ディスプレーサ３ａ及びこれに連結された第２段目ディスプレーサ３ｂも第１段目及び第２段目シリンダ１０ａ，１０ｂ内で矢印Ｚ１，Ｚ２方向に往復移動する。

【0035】

なお説明の便宜上、スコッチヨーク３２に設けられるスコッチヨーク配管４０については、後述するものとする。

【0036】

図１に戻り、バルブ機構について説明する。本実施形態ではバルブ機構としてロータリバルブＲＶを用いた例について説明する。しかしながら、例えばスプールバルブの他のバルブ機構を用いることも可能である。

【0037】

ロータリバルブＲＶは、作動ガスの流路を切り換えるものである。このロータリバルブＲＶは、ガス圧縮機１の吐出口から吐出された作動ガスを第１段目ディスプレーサ３ａに導く供給用バルブ（Ｖ１）として機能すると共に、第１段目ディスプレーサ３ａから作動ガスをガス圧縮機１の吸気口に導く排出用バルブ（Ｖ２）として機能する。

【0038】

このロータリバルブＲＶは、ステータバルブ８とロータバルブ９とを有している。

【0039】

ステータバルブ８は、ピン１９によりハウジング２３に回転しないように固定されている。これに対し、ロータバルブ９は、ハウジング２３内に回転可能に支持されている。

【0040】

ロータバルブ９は、スコッチヨーク機構２２の偏心ピン１４ａが接続されている。ロータバルブ９は、偏心ピン１４ａが回転することによりステータバルブ８に対して回転する。

【0041】

作動ガス流路２１は、その一端が連通空間４１に接続される。また、作動ガス流路２１の他端は、ロータリバルブＲＶと接続することによりガス圧縮機１の吐出口又はガス圧縮機１の吸気口に選択的に接続される。この作動ガス流路２１は、ハウジング２３内に形成することができる。しかしながら、作動ガス流路２１を他の構成とすることも可能であり、例えば作動ガス流路２１を配管により構成し、ハウジング２３の外部でロータリバルブＲＶと連通空間４１とを接続する構成としてもよい。

【0042】

ロータバルブ９の回転に伴い供給用バルブＶ１が開くと（ガス圧縮機１の吐出口と連通空間４１とが連通すると）、ガス圧縮機１から高圧の作動ガスが供給配管１ａ、ロータリバルブＲＶ、及び作動ガス流路２１を介して連通空間４１に供給される。

【0043】

一方、寒冷発生後にロータバルブ９の回転に伴い排出用バルブＶ２が開くと（作動ガス流路２１とガス圧縮機１の吸気口が連通すると）、寒冷を発生させて低圧となった作動ガスは連通空間４１から作動ガス流路２１、ロータリバルブＲＶに流入する。そして、ロータリバルブＲＶは排出配管１ｂと連通し、作動ガスは排出配管１ｂを介してガス圧縮機１の吸気口に流入する。

【0044】

上記の供給配管１ａから連通空間４１への作動ガスの供給動作、及び連通空間４１から排出配管１ｂへの作動ガスの排出動作は、モータ１５によりロータバルブ９が連続的に回転することにより繰り返し実施される。

【0045】

この作動ガスの供給及び排出のタイミングと、ディスプレーサ３ａ，３ｂの往復駆動のタイミングは、クランク１４の回転に同期している。そこで、作動ガスの供給と排出の位相と、各ディスプレーサ３ａ，３ｂの往復駆動の位相とを適宜に調節することにより、第１段目及び第２段目膨張室１１ａ，１１ｂで作動ガスを膨張させることができる。これにより、各膨張室１１ａ，１１ｂにおいて寒冷を発生させることができる。

【0046】

次に、第１段目ディスプレーサ３ａとハウジング２３との間で作動ガスを流す配管について説明する。

【0047】

本実施形態では、第１段目ディスプレーサ３ａとハウジング２３との間で作動ガスを流す配管として、スコッチヨーク配管４０を用いた例を示している。このスコッチヨーク配管４０は、図１及び図２に示されるように、スコッチヨーク機構２２に設けられている。

【0048】

スコッチヨーク配管４０は、第１段目ディスプレーサ３ａとハウジング２３との間で作動ガスを流す配管である。より具体的には、スコッチヨーク配管４０は、ハウジング２３に形成された連通空間４１と、第１段目ディスプレーサ３ａに形成された作動ガス流路４ａとを連通する配管である。

【0049】

このスコッチヨーク配管４０は、上部配管４０ａ、迂回配管４０ｂ、及び下部配管４０ｃを有している。この各配管４０ａ，４０ｂ，４０ｃは、一体的に接続された構成とされている。

【0050】

上部配管４０ａは、駆動軸３３ａを上下に貫通するよう形成されている。この上部配管４０ａは、駆動軸３３ａの中心軸に沿って上下方向（矢印Ｚ１，Ｚ２方向）に貫通するよう形成されている。

【0051】

上部配管４０ａの上端部は、駆動軸３３ａの上端部に開口している。また前記のように、駆動軸３３ａの上端部の所定範囲は連通空間４１に挿入されている。よって、上部配管４０ａの上端部は、連通空間４１に連通した構成となっている。

【0052】

迂回配管４０ｂは、スコッチヨーク３２のヨーク板３６内に形成されている。ヨーク板３６は、横長窓３９が形成されている。迂回配管４０ｂは、この横長窓３９を迂回するよう形成されている（図２参照）。

【0053】

迂回配管４０ｂの上端部は、駆動軸３３ａに形成された上部配管４０ａの下端部と接続している。また迂回配管４０ｂの下端部は、次に述べる駆動軸３３ｂに形成された下部配管４０ｃの上端部と接続されている。

【0054】

下部配管４０ｃは、ヨーク板３６の下部に設けられた駆動軸３３ｂを上下に貫通するよう形成されている。この下部配管４０ｃは、駆動軸３３ｂの中心軸に沿って上下方向（矢印Ｚ１，Ｚ２方向）に貫通するよう形成されている。

【0055】

上部配管４０ａの下端部は、迂回配管４０ｂの上端部と接続されている。また、迂回配管４０ｂの下端部は、下部配管４０ｃの上端部と接続されている。よって、ハウジング２３（連通空間４１）と第１段目ディスプレーサ３ａは、上部配管４０ａ、迂回配管４０ｂ、及び下部配管４０ｃを有するスコッチヨーク配管４０を介して接続される。

【0056】

なお上記の実施形態では、迂回配管４０ｂをヨーク板３６の内部に形成した構成例を示した。しかしながら、迂回配管４０ｂをヨーク板３６の外周に配設することも可能である。

【0057】

即ち、迂回配管４０ｂを駆動軸３３と別体とした配管により構成し、この別体とした迂回配管４０ｂをヨーク板３６の外周を囲繞するように取り付けることも可能であり、スコッチヨーク３２と一体となって上下方向に移動可能であればよい。

【0058】

本実施形態に係るＧＭ冷凍機において、ガス圧縮機１から高圧の作動ガスがロータリバルブＲＶ等を介して連通空間４１（ハウジング２３）に供給されると、この高圧の作動ガスは上部配管４０ａの上端部からスコッチヨーク配管４０内に流入する。

【0059】

スコッチヨーク配管４０内に流入した高圧の作動ガスは、上部配管４０ａ，迂回配管４０ｂ，及び下部配管４０ｃを順次通り、作動ガス流路Ｌ１を介して第１段目ディスプレーサ３ａの内部に流入する。

【0060】

スコッチヨーク配管４０は、上部室１３を介さず連通空間４１と第１段目ディスプレーサ３ａとを接続している。つまり、上部室１３は作動ガスをディスプレーサに導入するための流路とは隔離されている。このため、ガス圧縮機１から供給された高圧の作動ガスは、上部室１３に流入することなく、ハウジング２３から第１段目ディスプレーサ３ａに流入する。

【0061】

一方、各膨張室１１ａ，１１ｂで膨張した低圧の作動ガスは、作動ガス流路Ｌ２〜Ｌ４、及び各作動ガス流路４ａ，４ｂ等を通り作動ガス流路Ｌ１に流入する。前記のように、作動ガス流路Ｌ１は下部配管４０ｃと接続されている。よって、この低圧の作動ガスは、スコッチヨーク配管４０内に流入する。

【0062】

スコッチヨーク配管４０内に流入した低圧の作動ガスは、下部配管４０ｃ，迂回配管４０ｂ，及び上部配管４０ａを順次通り、作動ガス流路２１を介して排出配管１ｂにいたる。

【0063】

前記のように、スコッチヨーク配管４０は、上部室１３を介さず連通空間４１と第１段目ディスプレーサ３ａとを接続している。つまり、スコッチヨーク配管４０は、上部室１３とは隔離された配管により、連通空間４１と第１段目ディスプレーサ３ａとを接続している。このため、低圧の作動ガスがガス圧縮機１に還流する場合も、低圧の作動ガスは上部室１３に流入することなく、ハウジング２３からガス圧縮機１に還流される。

【0064】

このように本実施形態に係るＧＭ冷凍機では、ハウジング２３（連通空間４１）と第１段目ディスプレーサ３ａはスコッチヨーク配管４０により接続されている。また、スコッチヨーク配管４０は、上部室１３をバイパスした構成となっている。即ち、上部室１３は、作動ガスの流路とされていない。なお、上部室１３には、ディスプレーサ３ａとシリンダ１０ａとの間、駆動軸とハウジングとの間などの隙間に作動ガスのリークが発生するかもしれない。しかし、上部室１３は常に低圧のスコッチヨーク収容空間と連通しており、上部室１３の圧力変化は小さい。

【0065】

このため、スコッチヨーク機構２２によりディスプレーサ３ａ，３ｂが上下に往復移動し、これに伴い上部室１３の容積が変化しても、この上部室１３での圧力変化が低減されるため作動ガスに圧縮熱が発生することを抑制できる。これにより、作動ガスの熱損失を低減することができる。

【0066】

また、作動ガスが流れる流路において、大きな容積を有する上部室１３が存在しないため、ガス圧縮機１を駆動するモータの消費電力の削減を図ることが可能になる。これにより、ＧＭ冷凍機のエネルギ消費効率（ＣＯＰ：（冷凍能力）÷（消費電力）で求められる）を高めることができる。

【0067】

さらに作動ガスは、スコッチヨーク配管４０から直接第１段目ディスプレーサ３ａ内の作動ガス流路４ａに流入出する。

【0068】

次に、図３乃至図６を用いて、本発明の他の実施形態について説明する。

【0069】

なお、図３乃至図６において、先の説明に用いた図１及び図２に示した構成と対応する構成については同一符号を付して、その説明は省略するものとする。

【0070】

図３に示す実施形態に係るＧＭ冷凍機は、駆動軸配管５０をスコッチヨークの駆動軸３３ｂのみに形成している。この駆動軸配管５０の下端部は、第１段目ディスプレーサ３ａの高温側端部に形成された作動ガス流路Ｌ１に接続されている。

【0071】

また、駆動軸配管５０の上端部は、接続孔５０ａと接続されている。駆動軸配管５０が第１段目ディスプレーサ３ａの移動方向（Ｚ１，Ｚ２方向）に延在しているのに対し、接続孔５０ａはこれと交差する方向（Ｙ１，Ｙ２方向）に形成されている。この接続孔５０ａは、一端が駆動軸配管５０の上端部と接続し、他端部が駆動軸３３ｂの外周に開口している。

【0072】

ハウジング２３に設けられた摺動軸受１７ｂは、長孔５１が形成されている。この長孔５１は、摺動軸受１７ｂの駆動軸３３ｂと対峙する内周面で、前記した接続孔５０ａと対向する位置に形成されている。

【0073】

長孔５１は、駆動軸３３ｂの移動方向（Ｚ１，Ｚ２方向）に長く延在するよう形成されている。この長孔５１の長さは、各ディスプレーサ３ａ，３ｂが上下移動する距離よりも長く設定されている。よって、接続孔５０ａと長孔５１は、各ディスプレーサ３ａ，３ｂの上下移動に拘わらず、常に接続された状態を維持する。

【0074】

また長孔５１は、ハウジング２３に形成された作動ガス流路２１に接続されている。よって長孔５１は、作動ガス流路２１、ロータリバルブＲＶ、各配管１ａ，１ｂを介してガス圧縮機１と接続されている。つまり、この長孔５１は連通空間として機能する。

【0075】

さらに、本実施形態で用いている摺動軸受１７ｂは、シール材としても機能する材料が選定されている。よって、摺動軸受１７ｂと駆動軸３３ｂは気密状態を維持している。よって、接続孔５０ａと長孔５１との接続位置で、作動ガスのリークが低減されている。なお、長孔５１とスコッチヨーク収容空間との間、又は長孔５１と上部室１３との間をシールするシール部材を設けても良い。シール部材としては、スリッパーシールなどが好ましい。

【0076】

本実施形態に係るＧＭ冷凍機は、上部室１３を介することなく、第１段目ディスプレーサ３ａとハウジング２３（長孔５１）とが、駆動軸配管５０で接続されている。よって、ディスプレーサ３ａ，３ｂが往復運動しても、上部室１３での圧縮熱の発生は抑制され、作動ガスの熱損失を低減することができ、またエネルギ消費効率（ＣＯＰ）を高めることができる。なお、本実施形態では、駆動機構としてスコッチヨーク機構を用いる構成を例に説明したがこれに限られない。駆動軸はスコッチヨーク機構とは異なるカム機構により駆動されてもよく、あるいはリニアモータで駆動されても良い。

【0077】

図４及び図５は、さらに他の実施形態に係るＧＭ冷凍機を示している。

【0078】

本実施形態に係るＧＭ冷凍機では、ハウジング２３と第１段目ディスプレーサ３ａを接続機構６０を用いて接続したものである。接続機構６０は、立設配管６１と収容部６２等を有している。

【0079】

立設配管６１は直線形状のパイプであり、第１段目ディスプレーサ３ａの高温側端部の上面から上方に向けて立設されている。この立設配管６１は、例えば溶接等の接合法により第１段目ディスプレーサ３ａに固定することができる。しかしながら、固定方法はこれに限定されるものではなく、圧入等の他の固定方法を用いることもできる。

【0080】

また本実施形態では第１段目ディスプレーサ３ａの高温端側に複数（例えば４個）の作動ガス流路Ｌ１が形成されている。立設配管６１は、この各作動ガス流路Ｌ１に対応して複数配設されている。しかしながら、作動ガスの流量によっては、単数の作動ガス流路Ｌ１及び立設配管６１とすることも可能である。

【0081】

ハウジング２３の立設配管６１と対向する位置には、収容部６２が形成されている。この収容部６２は、ハウジング２３に形成された凹状の空間である。この収容部６２には、作動ガス流路２１が接続されている。作動ガス流路２１の端部は、収容部６２の数に応じて分岐されている。この各分岐配管は、各収容部６２の底部に接続されている。

【0082】

各立設配管６１は、対応する各収容部６２内に挿入される。立設配管６１は第１段目ディスプレーサ３ａに固定されているため、第１段目ディスプレーサ３ａの移動に伴い上下方向（Ｚ１，Ｚ２方向）に移動する。接続機構６０は、収容部６２内において立設配管６１が移動可能な構成とされている。

【0083】

また立設配管６１が収容部６２内で移動しても、立設配管６１と収容部６２との間は気密状態を維持する。この気密状態を維持するため、立設配管６１と収容部６２との間に例えばシール材等を配設する構成としてもよい。シール材としては、例えばスリッパーシールを用いることができる。

【0084】

また、立設配管６１の収容部６２内への挿入深さは、第１段目ディスプレーサ３ａ移動しても立設配管６１が収容部６２から離脱せず、接続状態を維持できる長さに設定されている。

【0085】

本実施形態に係るＧＭ冷凍機は、第１段目ディスプレーサ３ａとハウジング２３とを上部室１３を介さず接続機構６０（立設配管６１，収容部６２）で接続している。よって本実施形態に係るＧＭ冷凍機も、ディスプレーサ３ａ，３ｂが往復運動しても、上部室１３で圧縮熱が発生することは抑制され、作動ガスの熱損失を低減することができ、またエネルギ消費効率（ＣＯＰ）を高めることができる。

【0086】

なお、上記した実施形態ではハウジング２３に収容部６２を設け、第１段目ディスプレーサ３ａに立設配管６１を設けた構成とした。しかしながら、ハウジング２３に立設配管６１を設け、第１段目ディスプレーサ３ａに収容部６２を設ける構成とすることも可能である。

【0087】

図６は、さらに他の実施形態に係るＧＭ冷凍機を示している。

【0088】

本実施形態に係るＧＭ冷凍機では、ハウジング２３と第１段目ディスプレーサ３ａを可撓配管７０を用いて接続したものである。

【0089】

第１段目ディスプレーサ３ａは、高温側端部に複数の作動ガス流路Ｌ１が形成されている。また、ハウジング２３の各作動ガス流路Ｌ１と対向する位置には、作動ガス流路２１を分岐した分岐流路２１ａが形成されている。可撓配管７０は、分岐流路２１ａと作動ガス流路Ｌ１とを接続するよう設けられている。

【0090】

作動ガス流路Ｌ１と可撓配管７０とが接続する位置と、分岐流路２１ａと可撓配管７０とが接続する位置は、第１段目ディスプレーサ３ａに伴い移動する。可撓配管７０は、第１段目ディスプレーサ３ａが上下に移動しても、可撓変形することにより分岐流路２１ａと作動ガス流路Ｌ１との接続を維持する構成とされている。

【0091】

可撓配管７０は、第１段目ディスプレーサ３ａの移動に伴い可撓し、かつ気密性を維持できる材料であれば、特にその材料及び構成を限定されるものではない。例えば、可撓性及び耐久性を有する樹脂よりなるチューブや、金属製の蛇腹構造の配管を用いることができる。さらに、可撓配管７０は伸縮性をもつことが好ましい。

【0092】

本実施形態に係るＧＭ冷凍機も、第１段目ディスプレーサ３ａとハウジング２３が上部室１３を介さず可撓配管７０で接続されている。よって本実施形態に係るＧＭ冷凍機も、ディスプレーサ３ａ，３ｂが往復運動しても、上部室１３で圧縮熱が発生することは抑制され、作動ガスの熱損失を低減することができ、またエネルギ消費効率（ＣＯＰ）を高めることができる。

【0093】

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上記した特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能なものである。

【符号の説明】

【0094】

１ ガス圧縮機
２ コールドヘッド
３ａ，３ｂ ディスプレーサ
４ａ 第１段目蓄冷材
４ｂ 第２段目蓄冷材
６，７ 冷却ステージ
８ ステータバルブ
９ ロータバルブ
１０ａ 第１段目シリンダ
１０ｂ 第２段目シリンダ
１１ａ 第１段目膨張室
１１ｂ 第２段目膨張室
１３ 上部室
１５ モータ
２１ 作動ガス流路
２２ スコッチヨーク機構
２３ ハウジング
３２ スコッチヨーク
３３ａ，３３ｂ 駆動軸
４０ スコッチヨーク配管
４０ａ 上部配管
４０ｂ 迂回配管
４０ｃ 下部配管
５０ 駆動軸配管
５０ａ 接続孔
５１ 長孔
６０ 接続機構
６１ 立設配管
６２ 収容部
７０ 可撓配管
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４ 作動ガス流路
ＲＶ ロータリバルブ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】