JP5917331B2 - 極低温冷凍機 - Google Patents

Description

本発明は、ディスプレーサを有する極低温冷凍機に関する。

従来より、ディスプレーサを備えた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冷凍機という）が知られている。このＧＭ冷凍機は、駆動装置によりシリンダ内でディスプレーサが往復移動する構成とされている。

また、シリンダとディスプレーサとの間には、膨張空間が形成されている。そして、圧縮機から供給された冷媒ガスが膨張空間で膨張し、圧縮機に排出されることで極低温の寒冷を発生させる構成とされている。

また、高圧ガスの供給及び排出の切り替えをスプールバルブにより行う構成のＧＭ冷凍機も提案されている（特許文献１）。

特開平４−５５６６１号公報

極低温冷凍機において、高圧ガスの供給及び排出の切り替えのタイミングは冷凍効率への影響が最も大きいパラメータの一つであり、このタイミングの設定により冷凍効率が大きく向上する可能性がある。

しかしながら、スプールバルブは、その構造上、バルブを開閉する前後のタイミングを異ならせることが容易ではない。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、バルブの開閉を適切なタイミングで設定することで、冷凍効率の向上を図った極低温冷凍機を提供することを目的とする。

上記の課題は、第１の観点からは、
シリンダ内に往復移動可能に装着されるディスプレーサと、
圧縮機に接続されており、該圧縮機から前記シリンダに高圧冷媒ガスを供給する吸気モードと、前記シリンダ内の低圧冷媒ガスを前記圧縮機に還流させる排気モードとの切り替えを行うスプールバルブと、
当該スプールバルブを駆動する駆動装置とを有する極低温冷凍機であって、
前記スプールバルブはバルブ本体と、当該バルブ本体に対して相対移動しスプールが一体化された駆動ロッドと、を有し、
前記駆動装置は、前記駆動ロッドが同変位位置において、前記排気モードの状態にある上死点から前記吸気モードの状態にある下死点に向かう時の速度の大きさと、前記下死点から前記上死点に向かう時の速度の大きさを異なるよう前記スプールバルブを駆動すると共に、前記下死点の近傍同変位位置において、前記駆動ロッドが前記下死点に向かう時の速度の大きさが、前記駆動ロッドが前記下死点から離れる時の速度の大きさに比べて大きくなるよう前記スプールバルブを駆動することを特徴とする極低温冷凍機により解決することができる。

開示の極低温冷凍機によれば、ディスプレーサの上死点から下死点に向かう時の速度の大きさと、下死点から上死点に向かう時の速度の大きさを同変位位置において異ならせることにより、スプールバルブによる高圧ガスの供給及び排出の切り替えのタイミングを容易に設定することができる。

これにより、例えば、上死点後の冷媒ガスの排気期間を長くしても良い。そのようにすることで、寒冷が発生した冷媒ガスとシリンダに接続された冷却ステージ及びディスプレーサに設けられた蓄冷材との熱交換時間を従来よりも長くすることができ、冷媒ガスと冷却ステージ及び蓄冷材との熱交換を良好に行うことができる。

また、例えば、下死点前の冷媒ガスの吸気期間を遅らせても良い。そのようにすることで、膨張行程で発生した寒冷ガスを確実に排出することができ、冷媒ガスと冷却ステージ及び蓄冷材との熱交換を良好に行うことができる。

このように、比較的構造が容易なスプールバルブを用いて、冷凍機の構造を簡略化しつつ極低温冷凍機の冷却効率の向上を図ることができる。

図１は、本発明の第１実施形態であるＧＭ冷凍機の部分断面図である。 図２は、本発明の第１実施形態であるＧＭ冷凍機に設けられたスコッチヨーク機構を拡大して示す斜視図である。 図３は、本発明の第１実施形態であるＧＭ冷凍機に設けられたスプールバルブを拡大して示す部分断面図である。 図４は、本発明の第１実施形態であるＧＭ冷凍機のディスプレーサの変位を示す図である。 図５は、本発明の第１実施形態であるＧＭ冷凍機の動作を説明するための図である（その１）。 図６は、本発明の第１実施形態であるＧＭ冷凍機の動作を説明するための図である（その２）。 図７は、駆動装置の第１変形例を示す斜視図である。 図８は、駆動装置の第２変形例を示す斜視図である。 図９は、駆動装置の第３変形例を適用したＧＭ冷凍機の断面図である。

次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。

図１は、本発明の一実施形態である極低温冷凍機を示している。以下の説明では、極低温冷凍機としてギフォード・マクマホンサイクルを用いた極低温冷凍機（以下、ＧＭ冷凍機という）を例に挙げて説明する。しかしながら、本発明の適用はＧＭ冷凍機に限定されるものではなく、ディスプレーサを使用する各種極低温冷凍機（例えば、ソルベー冷凍機、スターリング冷凍機等）に適用が可能なものである。

本実施形態に係るＧＭ冷凍機１Ａは２段式の冷凍機であり第１段目シリンダ１０と、第２段目シリンダ２０とを有している。この第１及び第２段目シリンダ１０，２０は、熱伝導率の低いステンレス等で形成される。また、第２段目シリンダ２０の高温端が、第１段目シリンダ１０の低温端に連結された構成とされている。

第２段目シリンダ２０は、第１段目シリンダ１０よりも小さな径を有する。第１段目シリンダ１０内には第１段目ディスプレーサ１１が、第２段目シリンダ２０内には第２段目ディスプレーサ２１がそれぞれ往復移動可能に装着されている。第１段目ディスプレーサ１１と第２段目ディスプレーサ２１は相互に連結されており、駆動装置３Ａによりシリンダ１０，２０内の上死点と下死点との間で往復駆動（図中矢印Ｚ１，Ｚ２方向に駆動）される。

なお図示の便宜上、図１では第１段目ディスプレーサ１１と第２段目ディスプレーサ２１が一体化された図示となっているが、実際は連結機構を介して連結された構成とされている。

また、第１段目ディスプレーサ１１及び第２段目ディスプレーサ２１の内部には、それぞれ蓄冷器１２，２２が設けられている。この蓄冷器１２，２２の内部には、それぞれ蓄冷材１３，２３が充填されている。

また、第１段目シリンダ１０内の高温端には室温室１４が形成され、また低温端には第１段目膨張室１５が形成されている。更に、第２段目シリンダ２０の低温側には、第２段目膨張室２５が形成されている。

第１段目ディスプレーサ１１及び第２段目ディスプレーサ２１には、冷媒ガス（ヘリウムガス）が流れる複数のガス流路Ｌ１〜Ｌ４が設けられている。ガス流路Ｌ１は室温室１４と蓄冷器１２とを接続し、ガス流路Ｌ２は蓄冷器１２と第１段目膨張室１５とを接続する。また、ガス流路Ｌ３は第１段目膨張室１５と蓄冷器２２とを接続し、ガス流路Ｌ４は蓄冷材２３と第２段目膨張室２５とを接続する。

第１段目シリンダ１０の高温端側の室温室１４は、ガス供給系５に接続されている。ガス供給系５は、圧縮機６、吸気配管７、排気配管８、スプールバルブ９、上部流通孔４２、下部流通孔４３、及び連通孔４４等を含んで構成されている（各流通孔４２〜４４については図３参照）。

吸気配管７の一端は圧縮機６の吸気口側に接続されており、他端はスプールバルブ９の吸気ポートＰ_Ｈに接続されている。また、排気配管８の一端は圧縮機６の排気口側に接続されており、他端はスプールバルブ９の排気ポートＰ_Ｌに接続されている。

スプールバルブ９は、図３に示すように、スリーブとして機能する筒状のスプール本体４５（請求項に記載のバルブ本体に相当）と、このスプール本体４５に対して相対移動可能な構成とされたスプールとを有している。

スプール本体４５は、排気ポートＰ_Ｌと吸気ポートＰ_Ｈとを有している。排気ポートＰ_Ｌはスプール本体４５の上方（Ｚ１方向側）に設けられており、また吸気ポートＰ_Ｈはスプール本体４５の下方（Ｚ２方向側）に設けられており、よって排気ポートＰ_Ｌと吸気ポートＰ_Ｈは離間して配置された構成とされている。

この吸気ポートＰ_Ｈには吸気配管７が接続され、また排気ポートＰ_Ｌには排気配管８が接続される。よって、圧縮機６から吸気ポートＰ_Ｈに高圧の冷媒ガスが供給されると共に、後述するように膨張して低圧となった冷媒ガスは排気ポートＰ_Ｌから圧縮機６に還流される。

スプールは、後述するスコッチヨーク機構３２の駆動ロッド３７と一体的な構成とされている。よって、本明細書ではスプールが一体化された駆動ロッド３７をスプール付駆動ロッド３７というものとする。なお、本願における一体的な構成とは、スプールが駆動ロッドと一体的に移動できる構成を指すものであって、駆動ロッドとスプールを分離可能な構成でも良い。

このスプール付駆動ロッド３７の下端部には、第１段目ディスプレーサ１１が連結される。スプール付駆動ロッド３７には、上部流通孔４２、下部流通孔４３、及び連通孔４４が形成されている。この各孔４２，４３，４４の配設位置は、スプール付駆動ロッド３７のスコッチヨーク３６の配設位置よりも下側の位置（Ｚ２方向側の位置）とされている。

上部流通孔４２及び下部流通孔４３は、スプール付駆動ロッド３７をその中心軸方向に対して直交する方向に貫通するよう形成されている。また、上部流通孔４２と下部流通孔４３は、スプール付駆動ロッド３７の中心軸方向（Ｚ１，Ｚ２方向）に離間して配置されている。更に、図１に示すように下部流通孔４３は室温室１４内に開口している。

一方、連通孔４４はスプール付駆動ロッド３７の内部に中心軸に沿って形成されている。この連通孔４４の上端部は上部流通孔４２に接続されており、下端部は下部流通孔４３に接続されている。このように、上部流通孔４２と下部流通孔４３は連通孔４４を介して接続されているため、上部流通孔４２は連通孔４４及び下部流通孔４３を介して室温室１４と連通した構成となっている。よって、冷媒ガスは上部流通孔４２と下部流通孔４３との間で移動することが可能となる。

次に図３を用いて、スプールバルブ９の動作について説明する。

スプール本体４５は、モータ３０を収納するモータハウジング（図示を省略）に固定されている。これに対し、スプールバルブ９を構成するスプール付駆動ロッド３７は、駆動装置３Ａを構成するスコッチヨーク機構３２によりＺ１，Ｚ２方向に往復移動する。従って、スプール付駆動ロッド３７は、固定されたスプール本体４５に対してＺ１，Ｚ２方向に往復移動する。

図３（Ａ）は、スプール付駆動ロッド３７がＺ１方向の移動限界位置（上動限界位置）まで移動した状態を示している。スプール付駆動ロッド３７がＺ１方向の移動限界位置まで移動した状態では、ディスプレーサ１１，２１は上死点に位置している。よって、本明細書においては、スプール付駆動ロッド３７がＺ１方向の移動限界まで移動した位置を、ディスプレーサ１１，２１と同様に上死点として説明するものとする。

スプール付駆動ロッド３７が上死点まで移動した状態では、スプール本体４５の排気ポートＰ_Ｌはスプール付駆動ロッド３７の上部流通孔４２と対向し連通する構成とされている。これに対してスプール本体４５の吸気ポートＰ_Ｈは、スプール付駆動ロッド３７の外周壁と対向し閉じられた構成となっている。

従って、第１及び第２段目ディスプレーサ１１，２１が上死点に位置した状態においては、室温室１４は下部流通孔４３,連通孔４４，上部流通孔４２，排気ポートＰ_Ｌ，及び排気配管８を介して圧縮機６の排気側に接続された構成となる。

これに対し、図３（Ｂ）は、スプール付駆動ロッド３７がＺ２方向の移動限界位置（下動限界位置）まで移動した状態を示している。スプール付駆動ロッド３７がＺ２方向の移動限界位置まで移動した状態では、ディスプレーサ１１，２１は下死点に位置している。よって、本明細書においては、スプール付駆動ロッド３７がＺ２方向の移動限界まで移動した位置を、ディスプレーサ１１，２１と同様に下死点として説明するものとする。

スプール付駆動ロッド３７が下死点まで移動した状態では、スプール本体４５の吸気ポートＰ_Ｈはスプール付駆動ロッド３７の上部流通孔４２と対向し連通する構成とされている。これに対してスプール本体４５の排気ポートＰ_Ｌは、スプール付駆動ロッド３７の外周壁と対向し閉じられた構成となっている。

従って、第１及び第２段目ディスプレーサ１１，２１が下死点に位置した状態においては、室温室１４は下部流通孔４３,連通孔４４，上部流通孔４２，吸気ポートＰ_Ｈ，及び吸気配管７を介して圧縮機６の吸気側に接続された構成となる。

次に、駆動装置３Ａについて説明する。

駆動装置３Ａは、第１及び第２段目ディスプレーサ１１，２１を第１及び第２段目シリンダ１０，２０内で往復移動させる。この駆動装置３Ａは、モータ３０とスコッチヨーク機構３２とを有している。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、大略するとクランク部材３４、スコッチヨーク３６、及びスプール付駆動ロッド３７を有した構成とされている。

クランク部材３４は、モータ３０の回転軸（以下、モータ軸３１という）に固定されている。このクランク部材３４は、モータ軸３１の取り付け位置から偏心した位置にクランクピン３４ａを設けている。また、クランクピン３４ａの先端部には、コロ軸受け３５（請求項に記載の駆動軸に相当する）が回転可能に取り付けられている。

スコッチヨーク３６は、内部にスライド溝３８が形成されることにより枠形状とされている。クランク部材３４に設けられたコロ軸受け３５は、このスコッチヨーク３６に形成されたスライド溝３８に移動可能に係合する。コロ軸受け３５は、スライド溝３８内で図中矢印Ｘ１，Ｘ２方向に転動可能な構成とされている。

また前記のように、コロ軸受け３５を軸承するクランクピン３４ａは、モータ軸３１に対して偏心している。従って、モータ軸３１が回転すると、クランクピン３４ａは円弧を描くように回転し、これによりスコッチヨーク３６は図中矢印Ｚ１，Ｚ２方向に往復移動を行う。この際、コロ軸受け３５は、スライド溝３８内を図中矢印Ｘ１，Ｘ２方向に往復移動する。なお、説明の便宜上、スコッチヨーク３６及びスライド溝３８の具体的な形状及び構成については後に詳述するものとする。

スコッチヨーク３６は、上方向及び下方向に延出するスプール付駆動ロッド３７が設けられている。この内、下方のスプール付駆動ロッド３７は、図１に示すように、第１段目ディスプレーサ１１に連結されている。よって上記のようにスコッチヨーク機構３２によりスコッチヨーク３６がＺ１，Ｚ２方向に往復移動すると、スプール付駆動ロッド３７も上下方向に移動し、これにより第１及び第２段目ディスプレーサ１１，２１は第１及び第２段目シリンダ１０，２０内で往復移動する。

更に、スコッチヨーク３６の下方のスプール付駆動ロッド３７には、前記のようにスプールバルブ９を構成する上部流通孔４２、下部流通孔４３、及び連通孔４４が形成されると共に、スプール本体４５が配設される。

ここで、スコッチヨーク機構３２を構成するスコッチヨーク３６に注目し、主に図２及び図３を用いてその構成及び機能について説明する。

図３（Ａ），（Ｂ）は、スコッチヨーク３６を正面視した図である。前記のように、スコッチヨーク３６にはＸ１，Ｘ２方向に延在するスライド溝３８が形成されている。従来のスコッチヨークのスライド溝は、横長の矩形状或いは長楕円形状とされたものが一般的であった。

これに対して本実施形態では、スライド溝３８はスプール付駆動ロッド３７の中心軸ＣＡを中心として左右で（矢印Ｘ１，Ｘ２方向で）非対称となるよう構成されている。具体的には、スライド溝３８は水平溝３９と傾斜溝４０とを有した構成とされており、中心軸ＣＡの右側（Ｘ１方向側）に水平溝３９が形成されると共に中心軸ＣＡの左側（Ｘ２方向側）に傾斜溝４０が形成されている。

水平溝３９は下部に水平溝下部３９ａを有し、上部に水平溝上部３９ｂを有している。この水平溝下部３９ａと水平溝上部３９ｂは平行に対向した構成とされている。同様に、傾斜溝４０は下部に傾斜溝下部４０ａを有し、上部に傾斜溝上部４０ｂを有している。この傾斜溝下部４０ａと傾斜溝上部４０ｂも平行に対向した構成とされている。

水平溝３９は、水平方向（中心軸ＣＡに直交する方向）に延在するよう形成されている。この水平溝３９の形状は、従来のスコッチヨークに設けられていた溝と同等の構成である。

これに対し、傾斜溝４０は水平方向に対して角度θＧだけ下方（Ｚ２方向）に傾いて形成されている（以下、傾斜角度θＧという）。よって、傾斜溝４０は水平溝３９と接する位置から斜め下方に延出された構成とされている。

なお、水平溝３９と傾斜溝４０とが接する位置は、面取り加工を行うことにより、コロ軸受け３５が水平溝３９と傾斜溝４０との間で移動する際に滑らかに移動できるよう構成してもよい。

次に、上記構成とされたＧＭ冷凍機１の動作について説明する。

冷媒ガス供給系５は、後に詳述するように、第１及び第２段目ディスプレーサ１１，２１が下死点に至る前の所定位置（図４に示すθ３に対応する位置）まで変位すると、圧縮機６の吸気側と室温室１４（シリンダ１０，２０）とを連通させるモード（以下、吸気モードという）に切り替わる。

この吸気モードでは、圧縮機６で生成された高圧の冷媒ガスは、吸気配管７，スプールバルブ９，室温室１４，及びガス流路Ｌ１を介して第１段目ディスプレーサ１１に形成された蓄冷器１２に流入する。この蓄冷器１２内に流入した冷媒ガスは、蓄冷器１２内の蓄冷材１３により冷却されつつ進行し、続いてガス流路Ｌ２を介して第１段目膨張室１５に流入する。

第１段目膨張室１５に流入した冷媒ガスは、ガス流路Ｌ３を介して第２段目ディスプレーサ２１に形成された蓄冷器２２に流入する。そして、蓄冷器２２内に流入した冷媒ガスは、蓄冷器２２内の蓄冷材２３により更に冷却されつつ進行し、続いてガス流路Ｌ４を介して第２段目膨張室２５に流入する。

第１及び第２段目ディスプレーサ１１，２１は、駆動装置３Ａに駆動されて下動し（Ｚ２方向に移動し）、第１及び第２段目膨張室１５，２５の体積が最も小さくなる下死点ＢＤＣ（図４に示すθ４に対応する位置）に至る。

その後、第１及び第２段目ディスプレーサ１１，２１は、駆動装置３Ａにより上方（図中矢印Ｚ１方向）への移動を開始する。これに伴い、圧縮機６から供給される高圧の冷媒ガスは、前記の経路を経て第１段目膨張室１５及び第２段目膨張室２５内に吸気（供給）されていく。

そして、第１及び第２段目ディスプレーサ１１，２１が所定位置（図４に示すθ５に対応する位置）に達した時点で、スプールバルブ９は圧縮機６と室温室１４との接続を遮断し吸気モードを終了させる。これにより、ガス供給系５から室温室１４への冷媒ガスの供給は停止される。

吸気モードの終了後、駆動装置３Ａは更に第１及び第２段目ディスプレーサ１１，２１を上動させる。そして、第１及び第２段目ディスプレーサ１１，２１が所定位置（図４に示すθ６に対応する位置）に達すると、ガス供給系５は圧縮機６の排気側と室温室１４（シリンダ１０，２０）とを接続するモード（以下、排気モードとう）に切り替わる。これにより、第１及び第２段目膨張室１５，２５内の冷媒ガスは膨張し各膨張室１５，２５内で寒冷が発生する。

冷媒ガス供給系５が排気モードに切り替わった後も、第１及び第２段目ディスプレーサ１１，２１は駆動装置３Ａに駆動されて上動し（Ｚ１方向に移動し）、第１及び第２段目膨張室１５，２５の体積が最も大きくなる上死点ＴＤＣ（図４に示すθ０，θ７に対応する位置）に至る。

その後、第１及び第２段目ディスプレーサ１１，２１は、駆動装置３Ａにより下方（図中矢印Ｚ２方向）への移動を開始する。これに伴い、第２段目膨張室２５で膨張した冷媒ガスは、ガス流路Ｌ４を通り蓄冷器２２内に流入し、蓄冷器２２内の蓄冷材２３を冷却しつつ通過し、ガス流路Ｌ３を介して第１段目膨張室１５に流入する。

この第１段目膨張室１５に流入した冷媒ガスは、第１段目膨張室１５で膨張した冷媒ガスと共にガス流路Ｌ２を介して蓄冷器１２に流入する。蓄冷器１２に流入した冷媒ガスは、蓄冷材１３を冷却しつつ進行し、そしてガス流路Ｌ１，室温室１４，スプールバルブ９，及び排気配管８を介して圧縮機６の排気側に回収されていく。

そして、第１及び第２段目ディスプレーサ１１，２１が所定位置（図４に示すθ２に対応する位置）に達した時点で、冷媒ガス供給系５は排気モードを終了させる。これにより、室温室１４からガス供給系５への冷媒ガスの排気は停止される。

以上のサイクルを繰り返し行うことにより、第１段目膨張室１５では例えば２０〜５０Ｋ程度の寒冷を発生することができ、第２段目膨張室２５では例えば４〜１０Ｋ以下の極低温を発生させることができる。

次に、図４〜図６を主に用いて、ＧＭ冷凍機１Ａに設けられている駆動装置３Ａ及び冷媒ガス供給系５の動作について説明する。

図４は、ディスプレーサ１１，２１の１サイクル中における変位（これは、スプール付駆動ロッド３７の変位と等しい）を示す図である。また、図５及び図６は、ＧＭ冷凍機１Ａに設けられたスプールバルブ９及びスコッチヨーク機構３２の動作を示す図である。

なお、図４においてディスプレーサ１１，２１の変位は、上死点（ＴＤＣ）と下死点（ＢＤＣ）の中心位置をゼロとし、この中心位置からの距離として示している。また、図４の横軸は、クランク部材３４の回転角度（クランク角度）を示している。

更に図４では、本実施形態に係るＧＭ冷凍機１Ａの特性と共に、参考として従来のＧＭ冷凍機の特性（矩形状のスライド溝を有したＧＭ冷凍機の特性）も合わせて図示している。図４において、矢印Ａで示すのが本実施形態に係るＧＭ冷凍機１Ａのディスプレーサ１１，２１の変位特性（変位軌跡）であり、矢印Ｂで示すのが参考例に係るＧＭ冷凍機の変位特性（変位軌跡）である。

本実施形態に係る冷媒ガス供給系５は、スプールバルブ９を用いて吸気モードと、排気モードの切り替えのタイミングを制御している。このスプールバルブ９の開閉のタイミングは、スコッチヨーク機構３２により駆動されるスプールとしても機能するスプール付駆動ロッド３７の移動により行われる。

ここで、吸気モードとは圧縮機６の吸気側からシリンダ１０，２０に高圧冷媒ガスを吸気するモードをいい、排気モードとは膨張し低圧となった低圧冷媒ガスをシリンダ１０，２０から圧縮機６の排気側へ排気するモードをいう。

また本実施形態では、排気モードはディスプレーサ１１，２１が中心位置からＺ１方向に距離Ｈ１以上隔てた領域を移動している間（回転角度がθ６〜θ２の間）に設定されており、また吸気モードはディスプレーサ１１，２１が中心位置からＺ２方向に距離Ｈ２以上隔てた領域を移動している間（回転角度がθ３〜θ５の間）に設定されている。

以下の説明では、ディスプレーサ１１，２１が上死点に位置している時以降の動作について説明するものとする。なお図４では、このディスプレーサ１１，２１が上死点に位置している時のクランク角度をθ０（＝０°）としている。

図５（Ａ）は、ディスプレーサ１１，２１が上死点に位置している時のスコッチヨーク機構３２を示している。この時、コロ軸受け３５はスライド溝３８内の中央位置（水平溝３９と傾斜溝４０とが接する境界位置）に位置している。

一方、クランク角度がθ０である時、冷媒ガス供給系５は排気モードとなっている。この排気モードでは、スプールバルブ９は上部流通孔４２と排気ポートＰ_Ｌとを連通した状態となっており、また吸気ポートＰ_Ｈを閉じた状態となっている。

よって、第１段目シリンダ１０内の室温室１４は、下部流通孔４３，連通孔４４，上部流通孔４２，排気ポートＰ_Ｌ，及び排気配管８を介して圧縮機６の排気側に接続されている。なお、排気モードはクランク角度がθ６〜θ２（θ６〜θ７，θ０〜θ２）間に実施され、この排気モードにおいて高圧の冷媒ガスは各膨張室１５，２５において断熱膨張を行い寒冷を発生させる。また、膨張することにより低圧となった冷媒ガスは、この排気モード中にスプールバルブ９を介して圧縮機６の排気側に還流される。

図５（Ａ）に示す状態からクランク部材３４が回転すると、この動作に伴いコロ軸受け３５はスライド溝３８内をＸ２方向に移動して傾斜溝４０内に進行する。前記のように、コロ軸受け３５が取り付けられたクランクピン３４ａはクランク部材３４の中心に対して偏心した位置にあるため、コロ軸受け３５の移動に伴い、スコッチヨーク３６はＺ２方向に移動する。

また、スコッチヨーク３６には、スプール付駆動ロッド３７を介してディスプレーサ１１，２１が接続されている。このため、スコッチヨーク３６の移動に伴いスプール付駆動ロッド３７が移動すると、ディスプレーサ１１，２１もＺ２方向へ移動する。

前記のようにスプール付駆動ロッド３７はスプールバルブ９のスプールとしても機能しており、上部流通孔４２，下部流通孔４３，及び連通孔４４が形成されている。よって、スプール付駆動ロッド３７がＺ２方向に移動することにより、排気ポートＰ_Ｌと連通していた上部流通孔４２は排気ポートＰ_Ｌから漸次離れるよう移動する。

図５（Ｂ）は、駆動装置３Ａによりクランク部材３４が図４に示すθ２まで回転し、よってディスプレーサ１１，２１が変位量Ｈ１まで移動した状態を示している。この状態で、スプールバルブ９の上部流通孔４２と排気ポートＰ_Ｌは離間し、圧縮機６の排気側と室温室１４（シリンダ１０，２０）とは遮断された状態となる。なお、この時も吸気ポートＰ_Ｈは遮断された状態を維持する。

図５（Ｂ）に示す状態からクランク部材３４が更に回転すると、この動作に伴い、コロ軸受け３５はスライド溝３８内をＸ２方向端部まで移動した後、Ｘ１方向に移動方向を変化させる。このコロ軸受け３５の移動においても、スコッチヨーク３６はＺ２方向への移動を継続する。

図５（Ｃ）は、駆動装置３Ａによりクランク部材３４が図４に示すθ３まで回転し、よってディスプレーサ１１，２１が変位量Ｈ２まで移動した状態を示している。この状態において、冷媒ガス供給系５は吸気モードに切り替わる。即ち、スプール付駆動ロッド３７の移動に伴い、スプールバルブ９の上部流通孔４２と吸気ポートＰ_Ｈは連通を開始し、圧縮機６の吸気側と室温室１４（シリンダ１０，２０）とが接続された状態となる。なお、この時も排気ポートＰ_Ｌは遮断された状態を維持する。

このように、冷媒ガス供給系５は圧縮機６の吸気側と室温室１４とが接続された状態となるため，圧縮機６から室温室１４に対して高圧の冷媒ガスが吸入（供給）される。

図５（Ｄ）は、駆動装置３Ａによりクランク部材３４が図４に示すθ４まで回転し、よってディスプレーサ１１，２１が下死点まで移動した状態を示している。この時、コロ軸受け３５はスライド溝３８内の中央位置（水平溝３９と傾斜溝４０とが接する境界位置）に戻った状態となっている。また、下死点状態においても冷媒ガス供給系５は吸気モードを維持しており、スプールバルブ９は上部流通孔４２と吸気ポートＰ_Ｈが連通された状態を維持している。

図６（Ｅ）は、駆動装置３Ａによりクランク部材３４が図４に示すθ５まで回転し、よってディスプレーサ１１，２１が変位量Ｈ２まで移動した状態を示している。この状態で、スプールバルブ９の上部流通孔４２と吸気ポートＰ_Ｈは離間し、圧縮機６の吸気側と室温室１４（シリンダ１０，２０）とは遮断された状態となる。なお、この時も排気ポートＰ_Ｌは遮断された状態を維持する。

図６（Ｅ）に示す状態からクランク部材３４が更に回転すると、この動作に伴い、コロ軸受け３５はスライド溝３８内をＸ１方向に移動し、これによりスコッチヨーク３６は上動（Ｚ１方向への移動）を継続する。そして、コロ軸受け３５はスライド溝３８内をＸ１方向端部まで移動した後、再びＸ２方向に移動方向を変化させる。このコロ軸受け３５の移動においても、スコッチヨーク３６はＺ１方向への移動を継続する。

図６（Ｆ）は、駆動装置３Ａによりクランク部材３４が図４に示すθ６まで回転し、よってディスプレーサ１１，２１が再び変位量Ｈ１まで移動した状態を示している。この状態において、冷媒ガス供給系５は再び排気モードに切り替わり、よってスプールバルブ９の上部流通孔４２と吸気ポートＰ_Ｈは連通を開始することにより、圧縮機６の吸気側と室温室１４（シリンダ１０，２０）とが接続された状態となる。これにより、圧縮機６から室温室１４に対し、高圧の冷媒ガスの吸入（供給）が開始される。

そして、更にコロ軸受け３５が図４に示すθ７まで回転することにより、図６（Ｇ）に示すように、ディスプレーサ１１，２１は再び上死点（θ７＝θ０）に至る。この時、コロ軸受け３５はスライド溝３８内の中央位置（水平溝３９と傾斜溝４０とが接する境界位置）に戻った状態となっている。また、下死点状態においても冷媒ガス供給系５は吸気モードを維持しており、スプールバルブ９は上部流通孔４２と吸気ポートＰ_Ｈが連通された状態を維持している。

駆動装置３Ａ及び冷媒ガス供給系５は、上記の動作を１サイクルとし、このサイクルを繰り返し行うことにより、ディスプレーサ１１，２１の往復移動、及び圧縮機６からディスプレーサ１１，２１への冷媒ガスの給排気処理を実施する。

ここで、ディスプレーサ１１，２１の移動速度（これは、スコッチヨーク３６の移動速度と等価）に注目する。

本実施形態では、スコッチヨーク３６に形成されたスライド溝３８が水平溝３９と傾斜溝４０とにより構成されている。中心軸ＣＡに対してＸ１方向側に形成された水平溝３９は、従来と同様に水平溝３９を構成する水平溝下部３９ａ及び水平溝上部３９ｂが水平方向に延在する溝である。これに対し、中心軸ＣＡに対してＸ２方向側に形成された傾斜溝４０は、これを構成する傾斜溝下部４０ａ及び傾斜溝上部４０ｂが斜め下方に延出した形状とされている。

本実施形態の駆動装置３Ａでは、このように中心軸ＣＡを中心として左右で（Ｘ１方向側とＸ２方向側で）非対称な形状とされたスライド溝３８内をコロ軸受け３５が移動するため、１サイクル中において下死点から上死点に向かう時のディスプレーサ１１，２１（スプール付駆動ロッド３７）の速度と、上死点から下死点に向かう時のディスプレーサ１１，２１（スプール付駆動ロッド３７）の速度は同変位位置において異なることとなる。

下死点から上死点に向かう時の駆動装置３Ａの動作は、図５（Ｄ）〜図６（Ｇ）に示す動作である。即ち、コロ軸受け３５が水平溝３９内を移動する時の動作である。この水平溝３９は、従来のスコッチヨークに形成されたスライド溝と同様の構成である。

よって、下死点から上死点に向かう時（θ４〜θ７の範囲）においては、本実施形態に係るディスプレーサ１１，２１の変位特性（図中、矢印Ａで示す）は、従来のＧＭ冷凍機におけるディスプレーサの変位特性（図中、矢印Ｂで示す）と同一となる。従って、図４において、下死点から上死点に向かう時にあっては、本実施形態に係るディスプレーサ１１，２１の変位特性Ａと、従来のディスプレーサの変位特性Ｂは一致している。

これに対し、上死点から下死点に向かう時の駆動装置３Ａの動作は、図５（Ａ）〜図５（Ｄ）に示す動作である。即ち、コロ軸受け３５が傾斜溝４０内を移動する時の動作である。この傾斜溝４０は、従来のスコッチヨークに形成された水平方向に延在するスライド溝と異なり、水平方向に対して図３（Ａ）に角度θ_Ｇだけ傾いた方向に延出した構成とされている。

よって、上死点から下死点に向かう時（θ０〜θ４の範囲）においては、本実施形態に係るディスプレーサ１１，２１の変位特性Ａは、従来のＧＭ冷凍機におけるディスプレーサの変位特性Ｂとは異なる特性となる。

いま、下死点の近傍の特性に注目すると、同変位位置においてディスプレーサ１１，２１（スプール付駆動ロッド３７）が下死点に向かう時の移動速度の大きさは、ディスプレーサ１１，２１（スプール付駆動ロッド３７）が下死点から離れる時の移動速度の大きさに比べて大きくなっている。

具体的には、同変位位置として図４にＨ４で示す変位位置を例に挙げると、変位位置Ｈ４でディスプレーサ１１，２１（スプール付駆動ロッド３７）が下死点に向かう時の移動速度Ｖ１の大きさは、ディスプレーサ１１，２１（スプール付駆動ロッド３７）が下死点から離れる時の変位位置Ｈ４における移動速度Ｖ２の大きさに比べて大きくなっている（|Ｖ１|＞|Ｖ２|）。

これに対し、上死点の近傍の特性に注目すると、同変位位置においてディスプレーサ１１，２１（スプール付駆動ロッド３７）が上死点に向かう時の移動速度の大きさは、ディスプレーサ１１，２１（スプール付駆動ロッド３７）が上死点から離れる時の移動速度の大きさに比べて大きくなっている。

具体的には、同変位位置として図４にＨ３で示す変位位置を例に挙げると、変位位置Ｊ３でディスプレーサ１１，２１（スプール付駆動ロッド３７）が上死点に向かう時の移動速度Ｖ３の大きさは、ディスプレーサ１１，２１（スプール付駆動ロッド３７）が上死点から離れる時の変位位置Ｈ３における移動速度Ｖ４の大きさに比べて大きくなっている（|Ｖ３|＞|Ｖ４|）。

このように本実施形態に係る駆動装置３Ａでは、上死点から下死点に向かう時のディスプレーサ１１，２１の変位軌跡と、下死点から上死点に向かう時のディスプレーサ１１，２１の変位軌跡とは異なり、非対称な特性となっている。

なお、従来のＧＭ冷凍機においては、同変位位置においてディスプレーサが下死点に向かう時の移動速度（例えば図４に矢印Ｖ１'で示す）の大きさと、ディスプレーサが下死点から離れる時の移動速度（例えば図４に矢印Ｖ２で示す）の大きさは等しく、同変位位置においてディスプレーサが上死点に向かう時の移動速度（例えば図４に矢印Ｖ３で示す）の大きさとディスプレーサが上死点から離れる時の移動速度（例えば図４に矢印Ｖ４'で示す）の大きさは等しくなっている（|Ｖ１'|＝|Ｖ２|、|Ｖ３|＝|Ｖ４'|）。

また、同変位位置において従来のＧＭ冷凍機のディスプレーサが下死点に向かう時の移動速度Ｖ１'は、本実施形態に係るＧＭ冷凍機１Ａのディスプレーサ１１，２１が下死点に向かう時の移動速度Ｖ１に比べて小さくなっている（Ｖ１＞Ｖ１'）。

更に、同変位位置において従来のＧＭ冷凍機のディスプレーサが上死点から離れる時の移動速度Ｖ４'は、本実施形態に係るＧＭ冷凍機１Ａのディスプレーサ１１，２１が上死点から離れる時の移動速度Ｖ４に比べて大きくなっている（Ｖ４＜Ｖ４'）。

次に、上記のように本実施形態において、上死点から下死点に向かう時のディスプレーサ１１，２１の変位軌跡と、下死点から上死点に向かう時のディスプレーサ１１，２１の変位軌跡とを異ならせたことによる作用効果について説明する。

本実施形態に係るＧＭ冷凍機１Ａは、吸気モード（図４におけるクランク角度θ３〜θ５の範囲）で各膨張室１５，２５に対して高圧の冷媒ガスが供給され、排気モード（図４におけるクランク角度θ６〜θ２の範囲）で断熱膨張が行われると共に低圧化した冷媒ガスの排気が行われる。

ここで、仮にディスプレーサ１１，２１が上死点から離れる時の速度Ｖ４が、従来の速度Ｖ４'であったとすると、ディスプレーサ１１，２１の変位量がＨ１になった時点で排気モードは終了する。これに対し、本実施形態に係るＧＭ冷凍機１Ａでは、上死点から離れる時の速度Ｖ４が従来の速度Ｖ４'に対して遅いため、排気モードはクランク角度θ１よりも遅いクランク角度θ２で終了する。

従って、本実施形態に係るＧＭ冷凍機１Ａでは、上死点から下死点に向かう時のディスプレーサ１１，２１の変位軌跡と、下死点から上死点に向かう時のディスプレーサ１１，２１の変位軌跡とを異ならせたことにより、変位軌跡が対称である従来の構成に比べて図４に矢印Δθで示す間だけ排気モードを長くすることができる。

このように、本実施形態によれば寒冷が発生した冷媒ガスと冷却ステージ１８、２８及び蓄冷材１３，２３との熱交換時間を従来よりも長くすることができ、冷媒ガスと冷却ステージ１８、２８及び蓄冷材１３，２３との熱交換効率が良好となり、よってＧＭ冷凍機１Ａの冷却効率を高めることができる。

一方、本実施形態では、同変位位置においてディスプレーサ１１，２１が下死点に近づく時の速度Ｖ１が、従来のＧＭ冷凍機におけるディスプレーサの下死点に近づく時の速度Ｖ１'に比べて速くなっている（Ｖ１＞Ｖ１'）。

このように、圧縮機６から高圧の冷媒ガスが供給される吸気モードにおいて、ディスプレーサ１１，２１が短時間で下死点に到達する。このため、下死点前の冷媒ガスの吸気期間を遅らせることが可能になり、膨張行程で発生した寒冷ガスを完全に排出することができるため、極低温冷凍機の冷却効率の向上を図ることができる。

また本実施形態に係るＧＭ冷凍機１Ａは、上記のようにスプール付駆動ロッド３７によりディスプレーサ１１，２１の駆動を行うと共に、シリンダ１０，２０に対する吸排気のタイミングをコントロールするスプールバルブ９の駆動も行う構成とされている。よって、ディスプレーサの駆動と吸排気を行うバルブの駆動をそれぞれ別の駆動装置で行う構成に比べ、ＧＭ冷凍機１Ａの構成の簡単化、コンパクト化、及び製品コストの低減を図ることが可能となる。

更に、本実施形態ではロータリバルブではなく、スプールバルブ９を用いた構成であるためバルブの経時的な劣化（磨耗）が少ない。このため、ＧＭ冷凍機１Ａの信頼性の向上を図ることが可能となる。

ところで、上記した実施形態で用いた駆動装置３Ａでは、ディスプレーサ１１，２１を直線往復運動させると共にスプールバルブ９を駆動するのにスコッチヨーク機構３２を用いた。しかしながら、他の駆動装置によりディスプレーサ１１，２１を往復運動させると共にスプールバルブ９を駆動することは可能である。

図７乃至図９は、上記した駆動装置３Ａの第１乃至第３変形例を示している。図７乃至図９において、図１乃至図６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。

図７は、第１変形例である駆動装置３Ｂを示している。なお、図７では図示の便宜上、駆動装置３Ｂを除き、ＧＭ冷凍機１Ａ及びスプール本体４５の図示を省略している。

図７に示す駆動装置３Ｂは、スプール付駆動ロッド３７を駆動する駆動機構として、円筒カム５０と従動ローラ５２とよりなるカム機構を用いている。

円筒カム５０はモータ等により定速回転する構成とされており、その外周には正弦波形に近似したカム溝５１が形成されている。このカム溝５１には従動ローラ５２が係合しており、よって従動ローラ５２はカム溝５１の形状に対応して図中矢印Ｚ１，Ｚ２方向に移動を行う。また、従動ローラ５２はスプール付駆動ロッド３７に取り付けられており、よってスプール付駆動ロッド３７が上下動（Ｚ１，Ｚ２方向に移動）することにより、図示しないディスプレーサ１１，２１も上下に移動する。

本実施形態では、カム溝５１は円筒カム５０が１８０°回転することによりスプール付駆動ロッド３７が１回の上下移動を行う構成とされている。よって、円筒カム５０が１回転することによりスプール付駆動ロッド３７は２回の上下移動を行い、これに伴いディスプレーサ１１，２１も二往復の変位を行う構成（２サイクルの動作を行う構成）とされている。

ここで、カム溝５１の形状に注目すると、カム溝５１の下死点に対応する位置に回転軸に平行な線分（図７に矢印Ｅで示す一点鎖線）を想定した場合、この線分Ｅに対し回転方向に延在するカム溝部５１ａの線分Ｅに対する傾き（図７に矢印αで示す）は、線分Ｅに対し回転方向と逆方向に延在するカム溝部５１ｂの線分Ｅに対する傾き（図７に矢印βで示す）に対して大きく設定されている。

この構成とすることにより、図１乃至図６を用いて説明した駆動装置３Ａと同様に、下死点の近傍同変位位置において、ディスプレーサ１１，２１（スプール付駆動ロッド３７）が下死点に向かう時の移動速度の大きさは、ディスプレーサ１１，２１（スプール付駆動ロッド３７）が下死点から離れる時の移動速度の大きさに比べて大きくなる。

また上死点の近傍同変位位置において、ディスプレーサ１１，２１（スプール付駆動ロッド３７）が上死点に向かう時の移動速度の大きさは、ディスプレーサ１１，２１（スプール付駆動ロッド３７）が上死点から離れる時の移動速度の大きさに比べて大きくなる。よって、この駆動装置３ＢをＧＭ冷凍機に適用した場合にも、駆動装置３Ａを用いた場合と同様に、ＧＭ冷凍機の冷却効率の向上、及びコンパクト化等を図ることができる。

なお、上記した第１変形例では円筒カム５０が１回転することによりスプール付駆動ロッド３７（ディスプレーサ１１，２１）が２回の往復動作を行う構成を示したが、これに限られない。例えば、円筒カムの構成を１回転の回転によりスプール付駆動ロッド（ディスプレーサ）が１回の往復動作を行う構成（１サイクルの動作を行う構成）としてもよい。

図８は、第２変形例である駆動装置３Ｃを示している。

本変形例では、スプールバルブ９を開閉するスプール３７Ａと、ディスプレーサ１１，２１を駆動する駆動ロッド３７Ｂとを別箇に設けた構成とされている。

スプール３７Ａには、上部流通孔４２，下部流通孔４３、連通孔４４、及びスプール用スコッチヨーク３６Ａ等が設けられている。また駆動ロッド３７Ｂには、ディスプレーサ用スコッチヨーク３６Ｂが設けられている。

クランク部材３４のクランクピン３４ａにはスプール用コロ軸受け３５Ａ及びディスプレーサ用コロ軸受け３５Ｂが設けられている。このスプール用コロ軸受け３５Ａはスプール用スコッチヨーク３６Ａのスプール用スライド溝３８Ａに係合し、ディスプレーサ用コロ軸受け３５Ｂはディスプレーサ用スライド溝３８Ｂに係合した構成とされている。

本変形例に係る駆動装置３Ｃでは、スプール３７Ａに設けられるスプール用スコッチヨーク３６Ａと駆動ロッド３７Ｂに設けられるディスプレーサ用スコッチヨーク３６Ｂが別箇の構成となる。このため、スプール用スライド溝３８Ａの形状とディスプレーサ用スライド溝３８Ｂの形状を異ならせることができ、よって本変形例に係る駆動装置３Ｃによれば、スプールバルブ９の駆動タイミングとディスプレーサ１１，２１の駆動タイミングの組み合わせの自由度を高めることができる。

図９は、第３変形例である駆動装置３Ｃを用いたＧＭ冷凍機１Ｂを示している。

本変形例では、駆動装置３Ｃとしてリニアモータ６０を用いたことを特徴としている。このリニアモータ６０は、電磁石６０ａとスプール付駆動ロッド３７Ｃに一体的に設けられた永久磁石６０ｂとにより構成されている。

第１段目ディスプレーサ１１の上部には、モータハウジング６１が設けられている。リニアモータ６０を構成する電磁石６０ａは、このモータハウジング６１に固定されている。永久磁石６０ｂは、複数の小磁石が着磁方向が異なるよう交互に配設された構成とされている。

電磁石６０ａは円筒形状とされており、内部にスプール付駆動ロッド３７Ｃが挿通される。これにより、スプール付駆動ロッド３７Ｃの永久磁石６０ｂは、電磁石６０ａと対向した構成となる。よって、電磁石６０ａに電流を供給することによりスプール付駆動ロッド３７を上下方向（Ｚ１，Ｚ２方向）に駆動させることができ、また電流量を制御することにより移動速度を可変することができる。

この電磁石６０ａは、制御装置６５に接続されている。また制御装置６５には、駆動ロッド３７を駆動する駆動プログラムが格納されている。

制御装置６５は駆動プログラムを実行することにより、下死点の近傍同変位位置におけるディスプレーサ１１，２１（スプール付駆動ロッド３７）の下死点に向かう時の移動速度の大きさが、ディスプレーサ１１，２１（スプール付駆動ロッド３７）の下死点から離れる時の移動速度の大きさに比べて大きくなるようスプール付駆動ロッド３７Ｃの速度を制御する。

また制御装置６５は駆動プログラムを実行することにより、上死点の近傍同変位位置におけるディスプレーサ１１，２１（スプール付駆動ロッド３７）の上死点に向かう時の移動速度の大きさが、ディスプレーサ１１，２１（スプール付駆動ロッド３７）の上死点から離れる時の移動速度の大きさに比べて大きくなるようスプール付駆動ロッド３７Ｃの速度を制御する。

よって、本変形例に係る駆動装置３ＣをＧＭ冷凍機に適用した場合にも、駆動装置３Ａ，３Ｂを用いた場合と同様に、ＧＭ冷凍機の冷却効率の向上、及びコンパクト化等を図ることができる。

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。

例えば、上記の実施形態では、スプールバルブの駆動軸が鉛直方向に配置される例について説明したが、配置方向はこれに限られない。スプールバルブの駆動軸が非鉛直方向に配置される場合には、実施形態における上死点は一方のスプールの移動限界位置を指し、下死点は他方のスプールの移動限界位置を指すものとする。

１Ａ，１Ｂ ＧＭ冷凍機
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ 駆動装置
５ 冷媒ガス供給系
６ 圧縮機
７ 吸気配管
８ 排気配管
９ スプールバルブ
１０ 第１段目シリンダ
１１ 第１段目ディスプレーサ
１４ 室温室
１５ 第１段目膨張室
１８ 第１段目冷却ステージ
２０ 第２段目シリンダ
２１ 第２段目ディスプレーサ
２５ 第２段目膨張室
２８ 第２段目冷却ステージ
３０ モータ
３１ モータ軸
３２ スコッチヨーク機構
３４ クランク部材
３５ コロ軸受け
３５Ａ スプール用コロ軸受け
３５Ｂ ディスプレーサ用コロ軸受け
３６ スコッチヨーク
３６Ａ スプール用スコッチヨーク
３６Ｂ ディスプレーサ用スコッチヨーク
３７，３７Ｃ，６２ スプール付駆動ロッド
３７Ａ スプール
３７Ｂ 駆動ロッド
３８ スライド溝
３８Ａ スプール用スライド溝
３８Ｂ ディスプレーサ用スライド溝
３９ 水平溝
４０ 傾斜溝
４２ 上部流通孔
４３ 下部流通孔
４４ 連通孔
４５ スプール本体
５０ 円筒カム
５１ カム溝
５２ 従動ローラ
６０ リニアモータ
６１ モータハウジング
Ｌ１〜Ｌ４ ガス流路
Ｐ_Ｈ 吸気ポート
Ｐ_Ｌ 排気ポート

Claims (6)

1. シリンダ内に往復移動可能に装着されるディスプレーサと、
   圧縮機に接続されており、該圧縮機から前記シリンダに高圧冷媒ガスを供給する吸気モードと、前記シリンダ内の低圧冷媒ガスを前記圧縮機に還流させる排気モードとの切り替えを行うスプールバルブと、
   当該スプールバルブを駆動する駆動装置とを有する極低温冷凍機であって、
   前記スプールバルブはバルブ本体と、当該バルブ本体に対して相対移動しスプールが一体化された駆動ロッドと、を有し、
   前記駆動装置は、前記駆動ロッドが同変位位置において、前記排気モードの状態にある上死点から前記吸気モードの状態にある下死点に向かう時の速度の大きさと、前記下死点から前記上死点に向かう時の速度の大きさを異なるよう前記スプールバルブを駆動すると共に、前記下死点の近傍同変位位置において、前記駆動ロッドが前記下死点に向かう時の速度の大きさが、前記駆動ロッドが前記下死点から離れる時の速度の大きさに比べて大きくなるよう前記スプールバルブを駆動することを特徴とする極低温冷凍機。
2. シリンダ内に往復移動可能に装着されるディスプレーサと、
   圧縮機に接続されており、該圧縮機から前記シリンダに高圧冷媒ガスを供給する吸気モードと、前記シリンダ内の低圧冷媒ガスを前記圧縮機に還流させる排気モードとの切り替えを行うスプールバルブと、
   当該スプールバルブを駆動する駆動装置とを有する極低温冷凍機であって、
   前記スプールバルブはバルブ本体と、当該バルブ本体に対して相対移動しスプールが一体化された駆動ロッドと、を有し、
   前記駆動装置は、駆動軸と係合するスライド溝であって、形状が中心位置に対して左右で非対称であるスライド溝を有するスコッチヨーク機構を含み、前記駆動ロッドが同変位位置において、前記排気モードの状態にある上死点から前記吸気モードの状態にある下死点に向かう時の速度の大きさと、前記下死点から前記上死点に向かう時の速度の大きさを異なるよう前記スプールバルブを駆動することを特徴とする極低温冷凍機。
3. 前記駆動装置は、
   前記上死点の近傍同変位位置において、前記駆動ロッドが前記上死点に向かう時の速度の大きさが、前記駆動ロッドが前記上死点から離れる時の速度の大きさに比べて大きくなるよう前記ディスプレーサを駆動することを特徴とする請求項１記載の極低温冷凍機。
4. 前記駆動装置が前記駆動ロッドと共に前記ディスプレーサを駆動する構成としたことを特徴とする請求項１又は３記載の極低温冷凍機。
5. 前記駆動装置はカム機構である請求項１、３又は４記載の極低温冷凍機。
6. 前記駆動装置はリニアモータである請求項１、３又は４記載の極低温冷凍機。

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