JP6658120B2 - Ｇｍ冷凍機 - Google Patents

Description

本発明は、１台の圧縮機と複数台の冷凍発生部とを備えるＧＭ冷凍機に関する。

ＧＭ（ギフォード・マクマホン）冷凍機は、圧縮機と冷凍発生部とを備える。圧縮機は、低圧の作動ガス（例えばヘリウムガス）を吸入する吸入ポート及び高圧の作動ガスを吐出する吐出ポートを有する。また、冷凍発生部は、低温端部及び高温端部を有するとともに内部に作動ガスが充填されたシリンダ部材と、内部に蓄冷材が充填されるとともにシリンダ部材の内部に往復動可能に配設されたディスプレーサと、を備える。

シリンダ部材内でディスプレーサを往復動させるために、冷凍発生部は、一般的に、モータ等の回転電機と、回転電機の出力軸に接続された偏心部材と、動作変換部材と、を備える。偏心部材は、出力軸に接続されるとともに、出力軸の回転に伴い出力軸の軸心（回転中心）を中心として偏心回転する第一偏心部及び第一偏心部と異なる回転位相にて出力軸の軸心を中心として偏心回転する第二偏心部とを有する。動作変換部材として例えばスコッチヨークを採用することができ、これは、第一偏心部の偏心回転動作をシリンダ部材内でのディスプレーサの往復動作に変換するように構成される。

また、冷凍発生部は、高圧バルブと、低圧バルブと、バルブ開閉制御部と、を有するバルブ機構を備える。高圧バルブは、開作動することにより圧縮機の吐出ポートとシリンダ部材の内部空間とを連通させるとともに閉作動することにより上記連通を遮断するように構成される。低圧バルブは、開作動することにより圧縮機の吸入ポートとシリンダ部材の内部空間とを連通させるとともに閉作動することにより上記連通を遮断するように構成される。バルブ開閉制御部は、第二偏心部の偏心回転を利用して、高圧バルブと低圧バルブの開閉動作を制御する。

また、冷凍発生部は、回転電機、偏心部材、動作変換部材、及びバルブ機構を収容するハウジングを備える。このハウジングは、一般的に、シリンダ部材の高温端部側にボルト等の締結部材を介して固定される。

そして、シリンダ部材内の低温端部内の作動ガスの容積及び圧力がＧＭサイクルに従って変化するように、第一偏心部と第二偏心部との位相角度が調整される。これにより、ディスプレーサの往復動作に連動してシリンダ部材内に高圧及び低圧が交互に印加される。シリンダ部材内の低温端部内の作動ガスの容積及び圧力がＧＭサイクルに従って変化する結果、シリンダ部材の低温端部に囲まれた膨張空間にて冷凍が発生する。このようなＧＭ冷凍機の構造が、特許文献１に示される。

特開２０１４−６００１号公報

（発明が解決しようとする課題）
複数台の冷凍発生部を１台の圧縮機で運転させるようなＧＭ冷凍機、すなわち、１台の圧縮機と複数台の冷凍発生部とを備えるＧＭ冷凍機において、それぞれの冷凍発生部に備えられる高圧バルブの開作動期間が重なると、１台当たりの冷凍発生部に印加される高圧の大きさが低下する。このため、各冷凍発生部の冷凍能力が低下する。

そこで、本発明は、１台の圧縮機と複数台の冷凍発生部とを備え、それぞれの冷凍発生部に印加される高圧の低下を抑制することができるＧＭ冷凍機を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段）
本発明に係るＧＭ冷凍機（１）は、１台の圧縮機（１００）と複数台の冷凍発生部（１０Ａ，１０Ｂ）とを備える。圧縮機は、低圧の作動ガスを吸入する吸入ポート（１０２）及び高圧の作動ガスを吐出する吐出ポート（１０１）を有し、吸入ポートから吸入した低圧の作動ガスを圧縮して高圧の作動ガスを吐出ポートから吐出するように構成される。また、複数台の冷凍発生部は、それぞれ、シリンダ部材（２）と、ディスプレーサ（３）と、出力軸（５４）を有する電気モータ等の回転電機（５）と、偏心部材（６）と、動作変換部材（７）と、バルブ機構（８）と、ハウジング（４）と、開閉状態検出部（９）とを備える。シリンダ部材は低温端部（２１１，２２１）及び高温端部（２１２，２２２）を有するとともにその内部に作動ガスが充填される。ディスプレーサは、内部に蓄冷材（３３，３４）が充填され、シリンダ部材の内部に往復動可能に配設される。偏心部材は、回転電機の出力軸に接続されるとともに、第一偏心部（６２）と第二偏心部（６３）とを有する。第一偏心部は、出力軸の回転に伴い出力軸の軸心を中心として偏心回転する。第二偏心部は、出力軸の回転に伴い第一偏心部と異なる回転位相にて出力軸の軸心を中心として偏心回転する。動作変換部材は、例えばスコッチヨークにより構成され、第一偏心部の偏心回転動作をシリンダ部材内でのディスプレーサの往復動作に変換する。バルブ機構は、低圧バルブ（８３）、高圧バルブ（８４）、及び、バルブ開閉制御部（８１，８２）を備える。高圧バルブは、開作動することにより圧縮機の吐出ポートとシリンダ部材の内部空間とを連通させるとともに閉作動することにより圧縮機の吐出ポートとシリンダ部材の内部空間との連通を遮断するように構成される。低圧バルブは、開作動することにより圧縮機の吸入ポートとシリンダ部材の内部空間とを連通させるとともに閉作動することにより圧縮機の吸入ポートとシリンダ部材の内部空間との連通を遮断するように構成される。バルブ開閉制御部は、第二偏心部の偏心回転を利用して高圧バルブと低圧バルブの開閉動作を制御する。ハウジングは、回転電機、偏心部材、動作変換部材、及びバルブ機構を収容する。開閉状態検出部は、高圧バルブの開閉状態を検出する。

また、それぞれの冷凍発生部の第一偏心部と第二偏心部との位相角度は、シリンダ部材の低温端部内の作動ガスの容積及び圧力がＧＭサイクルに従って変化するように調整される。そして、本発明に係るＧＭ冷凍機においては、それぞれの冷凍発生部の高圧バルブの開作動期間がずれるように、それぞれの冷凍発生部の開閉状態検出部が検出する高圧バルブの開閉状態に基づいて、それぞれの冷凍発生部の高圧バルブの開タイミングが調整されている。

本発明に係るＧＭ冷凍機によれば、それぞれの冷凍発生部の高圧バルブの開作動期間がずれるように、それぞれの冷凍発生部の高圧バルブの開タイミングが調整されているので、それぞれの冷凍発生部の高圧バルブの開作動期間が完全に重なることが防止される。このため、それぞれの冷凍発生部の高圧バルブの開作動期間が完全に重なってシリンダ部材内に印加される高圧の大きさが低下することに起因した、各冷凍発生部の冷凍能力の低下を抑制することができる。

上記発明において、高圧バルブの「開作動期間」とは、高圧バルブが連続的に開作動している期間をいう。また、高圧バルブの「開タイミング」とは、高圧バルブが閉状態から開状態に切り替わる時期（タイミング）をいう。

本発明においては、各冷凍発生部の高圧バルブの開作動期間が完全に重なることなくずれていれば、所定の効果を奏することができるが、好ましくは、複数の冷凍発生部の高圧バルブの開作動期間が均等にずれているのがよい。

また、本発明に係るＧＭ冷凍機は、それぞれの冷凍発生部の開閉状態検出部が検出した情報（高圧バルブの開閉状態）に基づいて、予め、各冷凍発生部の高圧バルブの開作動期間がずれるように、各冷凍発生部の高圧バルブの開タイミングが調整されていてもよい。或いは、本発明に係るＧＭ冷凍機は、それぞれの冷凍発生部の開閉状態検出部が検出した情報（高圧バルブの開閉状態）に基づいて、各冷凍発生部の高圧バルブの開作動期間がずれるように、各冷凍発生部の高圧バルブの開タイミングを調整する開タイミング調整装置を備えていてもよい。

また、開閉状態検出部は、回転電機の出力軸の回転角度を検出する回転角度検出部であってもよい。高圧バルブは、回転電機の出力軸の回転に伴って偏心回転する第二偏心部の偏心回転を利用して開閉される。従って、高圧バルブの開閉状態は、出力軸の回転角度によって表される。よって、出力軸の回転角度を検出することにより、高圧バルブの開閉状態を検出することができる。また、出力軸の回転角度は、市販のエンコーダ等を用いて容易に検出することができる。よって、簡素な構成で、高圧バルブの開閉状態を検出することができる。

この場合、回転角度検出部は、回転電機の出力軸に取り付けられていてもよいし、回転電機のロータに取り付けられていてもよいし、或いは、偏心部材に取り付けられていてもよい。回転角度検出部は、その取付部位の回転角度を検出することにより、高圧バルブの開閉状態を検出する。

また、本発明に係るＧＭ冷凍機の冷凍発生部の台数は２台であってもよい。この場合、それぞれの冷凍発生部の高圧バルブの開作動期間が重ならないように、それぞれの冷凍発生部の開閉状態検出部が検出した情報（高圧バルブの開閉状態）に基づいて、それぞれの冷凍発生部の高圧バルブの開タイミングが調整されているとよい。これによれば、２台の冷凍発生部の高圧バルブの開作動期間が重ならないので、両冷凍発生部に印加される高圧の大きさを最も大きくすることができる。これにより、両冷凍発生部の冷凍能力を最も大きくすることができる。

実施形態に係るＧＭ冷凍機の断面概略図である。 冷凍発生部の一部の内部構造が断面で示された側面図である。 図２のIII−III断面図である。 図２のIV−IV断面概略図である。 第一冷凍発生部の高圧バルブ及び低圧バルブの開閉動作、及び、第二冷凍発生部の高圧バルブ及び低圧バルブの開閉動作の時間的変化を示すチャート図である。 変形例に係る冷凍発生部の内部構造を示す部分断面概略図である。 他の変形例に係る冷凍発生部の内部構造を示す部分断面概略図である。 他の変形例に係る冷凍発生部の内部構造を示す部分断面概略図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るＧＭ冷凍機１の概略構成図である。図１に示すように、本実施形態に係るＧＭ冷凍機１は、１台の圧縮機１００と、２台の冷凍発生部（第一冷凍発生部１０Ａ及び第二冷凍発生部１０Ｂ）と、開タイミング調整装置１１０とを備える。

圧縮機１００は、吸入ポート１０２と吐出ポート１０１を有する。圧縮機１００は、吸入ポート１０２から低圧の作動ガス（例えばヘリウムガス）を吸入し、内部で作動ガスを圧縮し、吐出ポート１０１から圧縮した高圧の作動ガスを吐出するように構成される。圧縮機１００の吐出ポート１０１は高圧配管１０３を介してそれぞれの冷凍発生部１０Ａ，１０Ｂに接続され、圧縮機１００の吸入ポート１０２は低圧配管１０４を介してそれぞれの冷凍発生部１０Ａ，１０Ｂに接続される。

第一冷凍発生部１０Ａの構造と第二冷凍発生部１０Ｂの構造は同じである。以下において、両冷凍発生部を区別することなく説明する場合には、これらの冷凍発生部を総称して、冷凍発生部１０と言う。

図２は、冷凍発生部１０の一部の内部構造が断面で示された側面図である。また、図３は、図２のIII−III断面図である。図３に良く示すように、冷凍発生部１０は、シリンダ部材２と、ディスプレーサ３と、ハウジング４とを備える。

シリンダ部材２は、第一シリンダ部２１及び第二シリンダ部２２を有する。第一シリンダ部２１は、その一方端部である低温端部２１１及びその反対側の他方端部である高温端部２１２を有する円筒形状に形成される。第二シリンダ部２２は、その一方端部である低温端部２２１及びその反対側の他方端部である高温端部２２２を有する円筒形状に形成される。図３において、第一シリンダ部２１の低温端部２１１は第一シリンダ部２１の下端部を構成し、第一シリンダ部２１の高温端部２１２は第一シリンダ部２１の上端部を構成する。また、第二シリンダ部２２の低温端部２２１は第二シリンダ部２２の下端部を構成し、第二シリンダ部２２の高温端部２２２は第二シリンダ部２２の上端部を構成する。

第一シリンダ部２１の内径は第二シリンダ部２２の内径よりも大きく、第一シリンダ部２１の外径は第二シリンダ部２２の外径よりも大きい。第一シリンダ部２１の図３において下部に第二シリンダ部２２が接続される。このため、第一シリンダ部２１の低温端部２１１と第二シリンダ部２２の高温端部２２２がそれぞれの端面で連結されており、シリンダ部材２は先端側（図３において下方側）に向かうほど径が小さくなる段付円筒形状を呈する。また、第一シリンダ部２１の内部空間が第二シリンダ部２２の内部空間に連通している。従って、シリンダ部材２の内部空間の形状は、先端側（図３において下方側）に向かうほど径が小さくなる段付き円柱形状である。

ディスプレーサ３はシリンダ部材２の内部空間に往復動可能に配設される。ディスプレーサ３は、内部に円柱状の空間がそれぞれ形成された第一ピストン部３１及び第二ピストン部３２を有する。第一ピストン部３１の内径は第二ピストン部３２の内径よりも大きく、第一ピストン部３１の外径は第二ピストン部３２の外径よりも大きい。第一ピストン部３１の図３において下部に第二ピストン部３２が接続される。このためディスプレーサ３もシリンダ部材２と同様に、先端側（図３において下方側）に向かうほど径が小さくなる段付き円筒形状を呈する。

第一ピストン部３１の外径は第一シリンダ部２１の内径よりも僅かに小さい。第一ピストン部３１が第一シリンダ部２１内に同軸的に配設される。また、第二ピストン部３２の外径は第二シリンダ部２２の内径よりも僅かに小さい。第二ピストン部３２は、図３に示すように第一ピストン部３１の下端面から下方に延設され、第二シリンダ部２２の内部空間に進入している。

第一ピストン部３１の軸方向長さ（高さ）は、第一シリンダ部２１の内部空間の軸方向長さ（高さ）よりも短い。従って、第一シリンダ部２１内の空間のうち、第一ピストン部３１の下端面よりも下方に第一膨張空間２１ａが形成され、第一ピストン部３１の上端面よりも上方に背面空間２１ｂが形成される。図３からわかるように、第一膨張空間２１ａは第一シリンダ部２１の低温端部２１１内の空間により構成され、背面空間２１ｂは第一シリンダ部２１の高温端部２１２内の空間により構成される。また、第二シリンダ部２２の内部空間のうち、第二ピストン部３２の下端面よりも下方に第二膨張空間２２ａが形成される。第二膨張空間２２ａは第二シリンダ部２２の低温端部２２１内の空間により構成される。

ハウジング４は、ハウジングボディー４１及びハウジングキャップ４２を有する。ハウジングボディー４１の底壁部４１ａ（下壁部）は閉塞され、上面は開口している。ハウジングボディー４１の上面の開口を塞ぐように、ハウジングキャップ４２がハウジングボディー４１の図３において上側からハウジングボディー４１に取り付けられる。そして、ボルト等の締結手段によってハウジングキャップ４２がハウジングボディー４１に締結される。ハウジングボディー４１とハウジングキャップ４２とにより、ハウジング４内に収容空間４ａが形成される。

ハウジングボディー４１の底壁部４１ａにシリンダ部材２が取り付けられる。具体的には、シリンダ部材２の第一シリンダ部２１の高温端部２１２の端面に径外方に広がるフランジ２１３が形成されており、このフランジ２１３がハウジングボディー４１の底壁部４１ａにボルト等の締結手段により固定される。

また、図２及び図３からわかるように、冷凍発生部１０は、電気モータ５（回転電機）、偏心部材６、及び動作変換部材としてのスコッチヨーク７を備える。電気モータ５、偏心部材６及びスコッチヨーク７は、ハウジング４の内部に形成されている収容空間４ａ内に収容される。また、後述するバルブ機構８も、ハウジング４に組み付けられることにより、ハウジング４に収容される。

図２に示すように、冷凍発生部１０に備えられる電気モータ５は、モータハウジング５１内に設けられたステータ５２及びロータ５３と、モータハウジング５１を貫通するようにロータ５３の内周側に設けられ、ロータ５３と一体回転する出力軸５４を有する公知の構造であり、通電されることにより、ステータ５２に対してロータ５３及び出力軸５４が回転するように構成される。

偏心部材６は、接続部６１、第一偏心部６２、及び第二偏心部６３を有する。接続部６１、第一偏心部６２、及び第二偏心部６３は、一つの部材により一体的に形成される。接続部６１は円筒状に形成される。円筒状の接続部６１の内周空間内に出力軸５４の先端部分が挿通される。そして、出力軸５４の回転に伴って接続部６１も一体的に回転するように、接続部６１が出力軸５４に組み付けられる。第二偏心部６３は、接続部６１の端部に連結しており、第一偏心部６２は第二偏心部６３に連結している。第一偏心部６２及び第二偏心部６３は、共に、出力軸５４が回転すると、出力軸５４の軸心を中心として偏心回転するような円板状の部材により構成される。第一偏心部６２と第二偏心部６３は、出力軸５４の軸方向において異なる位置にそれぞれ設けられる。また、第二偏心部６３は、出力軸５４が回転すると、第一偏心部６２とは異なる回転位相にて、出力軸５４の軸心を中心として偏心回転するように構成される。

スコッチヨーク７は、枠状体７１と、連結ロッド７２と、軸受部材７３（ベアリング）とを有する。枠状体７１は、図３に示すように、内側空間７１ａが形成されるように枠状に形成される。本実施形態において、枠状体７１は、その外形が正面方向（図３に示す方向）から見て長方形状に形成されており、４つの辺（上辺部７１１、下辺部７１２、左辺部７１３、右辺部７１４）により構成される。枠状体７１は、その下辺部７１２がハウジングボディー４１の底壁部４１ａのうち収容空間４ａに面する内壁面に対面し、その上辺部７１１がハウジングキャップ４２の内壁面に対面し、且つ、収容空間４ａ内にて図３の上下方向に往復動可能であるように、収容空間４ａ内に配設される。

枠状体７１の内側空間７１ａに、軸受部材７３が配設される。軸受部材７３は、内輪及び外輪を有する公知の構造である。軸受部材７３の内輪の内周側に偏心部材６の第一偏心部６２が一体回転可能に固定される。従って、第一偏心部６２が偏心回転すると、それに伴って、軸受部材７３も、枠状体７１の内側空間７１ａ内で偏心回転する。

図３に示すように、連結ロッド７２は、枠状体７１を挟んで枠状体７１に接続された第一ロッド７２ａ及び第二ロッド７２ｂを有する。第一ロッド７２ａは、枠状体７１の下辺部７１２から下方に延設され、第二ロッド７２ｂは、枠状体７１の上辺部７１１から上方に延設される。また、ハウジングボディー４１の底壁部４１ａには、一方端が収容空間４ａに開口し他方端がシリンダ部材２の内部空間に開口したロッド挿通孔４１ｂが形成されており、このロッド挿通孔４１ｂに、第一ロッド７２ａが挿通される。第一ロッド７２ａは、ロッド挿通孔４１ｂを突き抜けてシリンダ部材２の内部空間内に進入しており、その先端にて、シリンダ部材２内のディスプレーサ３（具体的にはディスプレーサ３の第一ピストン部３１）の上端面に接続される。また、ハウジングキャップ４２には、その内壁面に開口したガイド孔４２ａが形成されており、このガイド孔４２ａ内に第二ロッド７２ｂの先端部分が挿入される。

ハウジングボディー４１に形成されたロッド挿通孔４１ｂ内に、リング状のシール部材４１ｃ及び円筒状の摺動部材４１ｄ（軸受部材）が装着される。第一ロッド７２ａは、このシール部材４１ｃ及び摺動部材４１ｄを介して、ロッド挿通孔４１ｂ内に挿通される。シール部材４１ｃにより、ロッド挿通孔４１ｂを経由したシリンダ部材２の内部空間（背面空間２１ｂ）とハウジング４の収容空間４ａとの連通が遮断される。また、第一ロッド７２ａが摺動部材４１ｄに対して摺動することにより、ロッド挿通孔４１ｂ内での第一ロッド７２ａの軸方向への移動動作が許容される。

ハウジングキャップ４２に形成されたガイド孔４２ａ内に、円筒状の摺動部材４２ｂが装着される。第二ロッド７２ｂは、この摺動部材４２ｂを介して、ガイド孔４２ａ内に挿入される。第二ロッドが摺動部材４２ｂに対して摺動することにより、ガイド孔４２ａ内での第二ロッド７２ｂの軸方向への移動動作が許容される。

第一ロッド７２ａと第二ロッド７２ｂは、共に、軸心が一致するように、枠状体７１に接続される。また、連結ロッド７２（第一ロッド７２ａ及び第二ロッド７２ｂ）は、ディスプレーサ３の軸方向に一致するように、ディスプレーサ３に接続される。つまり、連結ロッド７２の軸方向及びディスプレーサ３の軸方向は、共に図３の上下方向に一致する。

軸受部材７３は、その偏心回転平面が、図３の上下方向及び左右方向により規定される平面と平行であるように、枠状体７１の内側空間７１ａ内に配設される。また、枠状体７１の内側空間７１ａの図３において上下方向における長さは、軸受部材７３の径と同じであるか、わずかに大きい。一方、枠状体７１の内側空間７１ａの図３において左右方向における長さは、軸受部材７３の径よりもかなり大きい。具体的には、枠状体７１の内側空間７１ａの縦方向長さは、軸受部材７３が偏心回転したときにおける軸受部材７３の上下方向への移動領域よりも小さくされており、枠状体７１の内側空間７１ａの左右方向長さは、軸受部材７３が偏心回転したときにおける軸受部材７３の左右方向への移動領域よりも大きくなるようにされている。

図４は、図２のIV−IV断面概略図である。図４は、偏心部材６の第二偏心部６３付近の構成を、第二偏心部６３の偏心回転平面で切断した断面概略図である。図４に示すように、ハウジング４内における第二偏心部６３の外周側には、収容空間４ａの一部である断面リング状の低圧空間４ｂが形成されている。この低圧空間４ｂは、低圧配管１０４を介して圧縮機１００の吸入ポート１０２に連通する。低圧空間４ｂ内で、第二偏心部６３が偏心回転する。

また、図４からわかるようにＧＭ冷凍機１は、バルブ機構８を備える。バルブ機構８は、ハウジング４内に組み込まれることにより、ハウジング４に収容される。バルブ機構８は、低圧側バルブアーム８１、高圧側バルブアーム８２、低圧バルブ８３、及び高圧バルブ８４を有する。低圧空間４ｂに、低圧側バルブアーム８１及び高圧側バルブアーム８２が配設される。低圧側バルブアーム８１及び高圧側バルブアーム８２は、第二偏心部６３をその外周側から挟むように配置される。低圧側バルブアーム８１は長尺状に形成されており、その一方の端部側にて低圧空間４ｂを構成するハウジングボディー４１の内壁面に固定された支持ピン８１ａに支持され、支持ピン８１ａを中心として揺動可能である。高圧側バルブアーム８２も長尺状に形成されており、その一方の端部側にて低圧空間４ｂを構成するハウジングボディー４１の内壁面に固定された支持ピン８２ａに支持され、支持ピン８２ａを中心として揺動可能である。

低圧側バルブアーム８１は、その揺動平面が第二偏心部６３の偏心回転平面に一致し、且つ、揺動領域の一部が第二偏心部６３の偏心回転領域と重なるように、支持ピン８１ａにより支持されている。同様に、高圧側バルブアーム８２は、その揺動平面が第二偏心部６３の偏心回転平面に一致し、且つ、揺動領域の一部が第二偏心部６３の偏心回転領域と重なるように、支持ピン８２ａにより支持されている。低圧側バルブアーム８１及び高圧側バルブアーム８２が、本発明におけるバルブ開閉制御部を構成する。

また、図４に示すように、ハウジングボディー４１には、低圧バルブ収納孔４１ｅ及び高圧バルブ収納孔４１ｆが形成される。低圧バルブ収納孔４１ｅは略円柱形状に形成され、その一方の端面にて低圧空間４ｂに開口し、他方の端面にてハウジングボディー４１の図４において右側面に開口する。高圧バルブ収納孔４１ｆも略円柱形状に形成され、その一方の端面にて低圧空間４ｂに開口し、他方の端面にてハウジングボディー４１の図４において左側面に開口する。低圧バルブ収納孔４１ｅに低圧バルブ８３が配設され、高圧バルブ収納孔４１ｆに高圧バルブ８４が収納される。

低圧バルブ８３は、低圧側弁体８３１と、低圧側弁座８３２と、低圧側スプリング８３３とを備える。低圧側弁座８３２が、低圧バルブ収納孔４１ｅを構成するハウジングボディー４１の内壁面に気密的に嵌め込まれる。この低圧側弁座８３２の内部には、略円柱状の低圧バルブ室８３２ａと、低圧バルブ室８３２ａにその一端が開口し低圧空間４ｂにその他端が開口する連通路８３２ｃが形成される。低圧バルブ室８３２ａは、連通路８３２ｃを介して、低圧空間４ｂに常時連通する。また、低圧バルブ室８３２ａの一方の端部が外部に開口している。この開口端面が、低圧側弁体８３１の着座面を構成する。

低圧側弁体８３１は、ロッド部８３１ａと、係合部８３１ｂと、支持部８３１ｃとを有する。ロッド部８３１ａは、低圧バルブ室８３２ａの軸方向に沿って延びるように低圧バルブ室８３２ａ内に配設される。また、低圧側弁座８３２には、その一方端が低圧バルブ室８３２ａに開口しその他方端が低圧空間４ｂに開口する弁体挿通孔８３２ｂが形成されており、ロッド部８３１ａはこの弁体挿通孔８３２ｂを挿通している。そして、ロッド部８３１ａの先端部分は弁体挿通孔８３２ｂを突き抜けて低圧空間４ｂ内に突出している。また、ロッド部８３１ａの基端部に係合部８３１ｂが接続される。係合部８３１ｂは、ロッド部８３１ａに近づくほど径が小さくされる円錐形に形成され、底面の径は、低圧バルブ室８３２ａの径よりも大きい。そして、係合部８３１ｂは、その円錐周面が低圧バルブ室８３２ａの開口端面（着座面）に係合することによって、低圧バルブ室８３２ａを外側から塞ぐことができるように、形成される。また、円錐形状の係合部８３１ｂの底面に、係合部８３１ｂの底面の径よりも小さい径を有する円柱状の支持部８３１ｃが接続される。この支持部８３１ｃの外周に、低圧側スプリング８３３の一方の端部側の部分が配設される。そして、低圧側スプリング８３３の一方の端面が、係合部８３１ｂの底面に係止される。

また、図４に示すように、ハウジングボディー４１の図４において右側面に、低圧バルブ収納孔４１ｅの開口を覆うように、低圧バルブ押さえ部材４３が取り付けられる。この低圧バルブ押さえ部材４３には、低圧連通路４３１及びスプリング係止孔４３２が形成される。低圧連通路４３１は、低圧バルブ室８３２ａが低圧側弁体８３１の係合部８３１ｂによって塞がれていない場合に、低圧バルブ室８３２ａに連通する。スプリング係止孔４３２は、低圧連通路４３１を構成する内壁面に開口するように形成される。スプリング係止孔４３２には、低圧側スプリング８３３の他方の端部側の部分が配設される。そして、低圧側スプリング８３３の他方の端面が、スプリング係止孔４３２の底面に係止される。低圧側スプリング８３３は、一方の端面が低圧側弁体８３１の係合部８３１ｂの底面に係止され他方の端面がスプリング係止孔４３２の底面に係止された状態で、伸長力を発生している。従って、低圧側弁体８３１は、斯かる低圧側スプリング８３３の伸長力（弾性力）により、ロッド部８３１ａの先端部分が低圧空間４ｂに進入する方向に、常時付勢される。

また、高圧バルブ８４は、高圧側弁体８４１と、高圧側弁座８４２と、高圧側スプリング８４３とを備える。高圧側弁座８４２が、高圧バルブ収納孔４１ｆを構成するハウジングボディー４１の内壁面に気密的に嵌め込まれる。また、高圧側弁座８４２の内部に略円柱状の高圧バルブ室８４２ａが形成される。この高圧バルブ室８４２ａの一方の端部は外部に開口している。この開口端面が、高圧側弁体８４１の着座面を構成する。また、高圧側弁座８４２には、高圧バルブ室８４２ａに開口する連通路８４２ｃが形成される。連通路８４２ｃは、後述する高圧通路４１ｈに連通する。

高圧側弁体８４１は、ロッド部８４１ａと、係合部８４１ｂと、支持部８４１ｃとを有する。ロッド部８４１ａは、高圧バルブ室８４２ａの軸方向に沿って延びるように高圧バルブ室８４２ａ内に配設される。また、高圧側弁座８４２には、その一方端が高圧バルブ室８４２ａに開口しその他方端が低圧空間４ｂに開口する弁体挿通孔８４２ｂが形成されており、ロッド部８４１ａはこの弁体挿通孔８４２ｂを挿通している。そして、ロッド部８４１ａの先端部分は弁体挿通孔８４２ｂを突き抜けて低圧空間４ｂ内に突出している。また、ロッド部８４１ａの基端部に係合部８４１ｂが接続される。係合部８４１ｂは、ロッド部８４１ａに近づくほど径が小さくされる円錐形状に形成され、底面の径は、高圧バルブ室８４２ａの径よりも大きい。そして、係合部８４１ｂは、その円錐周面が高圧バルブ室８４２ａの開口端面（着座面）に係合することによって、高圧バルブ室８４２ａを外側から塞ぐことができるように、形成される。また、円錐形状の係合部８４１ｂの底面に、係合部８４１ｂの底面の径よりも小さい径を有する円柱状の支持部８４１ｃが接続される。この支持部８４１ｃの外周に、高圧側スプリング８４３の一方の端部側の部分が配設される。そして、高圧側スプリング８４３の一方の端面が、係合部８４１ｂの底面に係止される。

また、図４に示すように、ハウジングボディー４１の図４において左側面に、高圧バルブ収納孔４１ｆの開口を覆うように、高圧バルブ押さえ部材４４が取り付けられる。この高圧バルブ押さえ部材４４には、高圧連通路４４１及びスプリング係止孔４４２が形成される。高圧連通路４４１は、高圧配管１０３に連通する。また、高圧連通路４４１は、高圧バルブ室８４２ａが高圧側弁体８４１の係合部８４１ｂによって塞がれていない場合に、高圧バルブ室８４２ａに連通する。スプリング係止孔４４２は、高圧連通路４４１を構成する内壁面に開口するように形成される。スプリング係止孔４４２には、高圧側スプリング８４３の他方の端部側の部分が配設される。そして、高圧側スプリング８４３の他方の端面が、スプリング係止孔４４２の底面に係止される。高圧側スプリング８４３は、一方の端面が高圧側弁体８４１の係合部８４１ｂの底面に係止され他方の端面がスプリング係止孔４４２の底面に係止された状態で、伸長力を発生している。従って、高圧側弁体８４１は、斯かる高圧側スプリング８４３の伸長力（弾性力）により、ロッド部８４１ａの先端部分が低圧空間４ｂに進入する方向に、常時付勢される。

また、図４に示すように、ハウジングボディー４１には、低圧通路４１ｇ、高圧通路４１ｈ、及び第一連通路４１ｉが形成される。低圧通路４１ｇは、その一方端にて低圧バルブ押さえ部材４３に形成された低圧連通路４３１に連通する。また、高圧通路４１ｈは、その一方端にて、上述したように高圧バルブ室８４２ａに開口した連通路８４２ｃに連通する。低圧通路４１ｇの他方端及び高圧通路４１ｈの他方端は第一連通路４１ｉに合流している。第一連通路４１ｉは、シリンダ部材２内の背面空間２１ｂに連通する。

また、低圧側弁体８３１のロッド部８３１ａの先端部は、低圧空間４ｂ内にて低圧側バルブアーム８１の揺動領域に配置している。従って、第二偏心部６３の偏心回転に伴って低圧側バルブアーム８１が図４の反時計回り方向に揺動すると、低圧側バルブアーム８１がロッド部８３１ａに当接して、ロッド部８３１ａを、低圧空間４ｂから退避する方向に作動させる。このような退避方向へのロッド部８３１ａの作動により、低圧側弁体８３１の係合部８３１ｂの円錐周面が着座面（低圧バルブ室８３２ａの開口端面）から離間する。つまり、低圧バルブ８３が開作動する。低圧バルブ８３が開作動すると、圧縮機１００の吸入ポート１０２が、低圧ライン（低圧配管１０４、低圧空間４ｂ、連通路８３２ｃ、低圧バルブ室８３２ａ、低圧連通路４３１、低圧通路４１ｇ、第一連通路４１ｉ）を経由して、シリンダ部材２の内部空間（背面空間２１ｂ）に連通する。

一方、第二偏心部６３の偏心回転に伴って低圧側バルブアーム８１が図４の時計回り方向に揺動すると、低圧側バルブアーム８１がロッド部８３１ａから離間する。これにより、ロッド部８３１ａは、低圧側スプリング８３３の付勢力により低圧空間４ｂに進入する方向に作動する。このような進入方向へのロッド部８３１ａの作動により、低圧側弁体８３１の係合部８３１ｂの円錐周面が着座面（低圧バルブ室８３２ａの開口端面）に係合する。つまり、低圧バルブ８３が閉作動する。低圧バルブ８３が閉作動すると、低圧ラインを経由した圧縮機１００の吸入ポート１０２とシリンダ部材２の内部空間（背面空間２１ｂ）との連通が遮断される。

また、高圧側弁体８４１のロッド部８４１ａの先端部は、低圧空間４ｂ内にて高圧側バルブアーム８２の揺動領域に配置している。従って、第二偏心部６３の偏心回転に伴って高圧側バルブアーム８２が図４の時計回り方向に揺動すると、高圧側バルブアーム８２がロッド部８４１ａに当接して、ロッド部８４１ａを、低圧空間４ｂから退避する方向に作動させる。このような退避方向へのロッド部８４１ａの作動により、高圧側弁体８４１の係合部８４１ｂの円錐周面が着座面（高圧バルブ室８４２ａの開口端面）から離間する。つまり、高圧バルブ８４が開作動する。高圧バルブ８４が開作動すると、圧縮機１００の吐出ポート１０１が、高圧ライン（高圧配管１０３、高圧連通路４４１、高圧バルブ室８４２ａ、連通路８４２ｃ、高圧通路４１ｈ、第一連通路４１ｉ）を経由して、シリンダ部材２の内部空間（背面空間２１ｂ）に連通する。

一方、第二偏心部６３の偏心回転に伴って高圧側バルブアーム８２が図４の反時計回り方向に揺動すると、高圧側バルブアーム８２がロッド部８４１ａから離間する。これにより、ロッド部８４１ａは、高圧側スプリング８４３の付勢力により低圧空間４ｂに進入する方向に作動する。このような進入方向へのロッド部８４１ａの作動により、高圧側弁体８４１の係合部８４１ｂの円錐周面が着座面（高圧バルブ室８４２ａの開口端面）に係合する。つまり、高圧バルブ８４が閉作動する。高圧バルブ８４が閉作動すると、高圧ラインを経由した圧縮機１００の吐出ポート１０１とシリンダ部材２の内部空間（背面空間２１ｂ）との連通が遮断される。

図３に示すように、第一ピストン部３１の内部空間内には、約４０〜１００Ｋ程度の低温における比熱が大きい材質からなる第一蓄冷材３３が充填される。第一蓄冷材３３は、例えばりん青銅により形成された金網などの積層体により構成することができる。第一蓄冷材３３が充填されている第一ピストン部３１の内部空間を、以下、第一蓄冷室３１ａと呼ぶ。また、第二ピストン部３２の内部空間内には、約４〜２０Ｋ程度の極低温における比熱が大きい材質からなる第二蓄冷材３４が充填される。第二蓄冷材３４として、例えば鉛球などを用いることができる。第二蓄冷材３４が充填されている第二ピストン部３２の内部空間を、以下、第二蓄冷室３２ａと呼ぶ。

第一ピストン部３１に、第二連通路３１１及び第三連通路３１２が形成される。第二連通路３１１は第一ピストン部３１の上端壁に形成されており、第一蓄冷室３１ａの図３において上方の部分と背面空間２１ｂとを連通する。第三連通路３１２は第一ピストン部３１の側周壁の下端部分に形成されており、第一蓄冷室３１ａの図３において下方の部分と第一膨張空間２１ａとを連通する。

第二ピストン部３２に、第四連通路３２１及び第五連通路３２２が形成される。第四連通路３２１は第二ピストン部３２の側周壁の上端部分に形成されており、第一膨張空間２１ａと第二蓄冷室３２ａの図２において上方の部分とを連通する。第五連通路３２２は、第二ピストン部３２の側周壁の下端部分に形成されており、第二蓄冷室３２ａの図３において下方の部分と第二膨張空間２２ａとを連通する。

第一ピストン部３１の外周側面の図３おいて上方部分に、周方向にわたって第一シールリング３１３が取り付けられる。第一シールリング３１３によって、背面空間２１ｂと第一膨張空間２１ａとの連通が遮断される。また、第二ピストン部３２の外周側面の上方部分であって、第二シリンダ部２２の内周側面と対面する部分に、第二シールリング３２３が取り付けられる。第二シールリング３２３によって、第一膨張空間２１ａと第二膨張空間２２ａとの連通が遮断される。

第一シリンダ部２１の低温端部２１１の外周側面に第一冷熱伝達部材Ｃ１が取り付けられる。第一冷熱伝達部材Ｃ１は、第一シリンダ部２１の低温端部２１１内にて発生した冷熱（冷凍）を被冷却体に伝達する。また、第二シリンダ部２２の低温端部２２１の外周側面に第二冷熱伝達部材Ｃ２が取り付けられる。第二冷熱伝達部材Ｃ２は、第二シリンダ部２２の低温端部２２１内にて発生した冷熱（冷凍）を被冷却体に伝達する。

また、図２に示すように、冷凍発生部１０は、エンコーダ９を備える。エンコーダ９として、周知のロータリエンコーダを採用することができる。本実施形態においては、エンコーダ９に備えられる回転ディスクが電気モータ５の出力軸５４の端面に取り付けられる。そして、周知のように、エンコーダ９は、出力軸５４の回転角度を検出するとともに、検出した情報（出力軸の回転角度）を、開タイミング調整装置１１０に出力する。このエンコーダ９が、本発明における、開閉状態検出部を構成する。

図１に示すように、本実施形態に係るＧＭ冷凍機１に備えられる開タイミング調整装置１１０は、それぞれの冷凍発生部１０Ａ，１０Ｂに備えられるエンコーダ９からの検出情報（出力軸５４の回転角度）を入力する。また、開タイミング調整装置１１０は、開作動期間演算部１１１と、開タイミング調整部１１２を備える。

開作動期間演算部１１１は、第一冷凍発生部１０Ａに備えられるエンコーダ９が検出した情報（出力軸５４の回転角度）から、第一冷凍発生部１０Ａの高圧バルブ８４の開作動期間を演算し、第二冷凍発生部１０Ｂに備えられるエンコーダ９が検出した情報（出力軸５４の回転角度）から、第二冷凍発生部１０Ｂの高圧バルブ８４の開作動期間を演算する。そして、演算により得られた第一冷凍発生部１０Ａの高圧バルブ８４の開作動期間に関する情報、及び、演算により得られた第二冷凍発生部１０Ｂの高圧バルブ８４の開作動期間に関する情報を、開タイミング調整部１１２に出力する。

開タイミング調整部１１２は、両冷凍発生部（１０Ａ，１０Ｂ）の電気モータ５にそれぞれ電気的に接続される。開タイミング調整部１１２は、開作動期間演算部１１１から入力された情報に基づいて、第一冷凍発生部１０Ａの高圧バルブ８４の開作動期間と第二冷凍発生部１０Ｂの高圧バルブ８４の開作動期間が重ならないように、第一冷凍発生部１０Ａの電気モータ５の出力軸５４の回転角度及び第二冷凍発生部１０Ｂの電気モータ５の出力軸５４の回転角度を制御する。

上記構成のＧＭ冷凍機１において、以下に、その作動について説明する。それぞれの冷凍発生部１０Ａ，１０Ｂの電気モータ５が駆動して出力軸５４が回転すると、出力軸５４に接続された偏心部材６の第一偏心部６２及び第二偏心部６３が、出力軸５４の軸心を中心として偏心回転する。第一偏心部６２の偏心回転に伴い、スコッチヨーク７の軸受部材７３が枠状体７１の内側空間７１ａ内にて出力軸５４の軸心を中心として偏心回転する。

ここで、軸受部材７３の偏心回転平面は、図３の上下方向及び左右方向により規定される平面と平行である。また、連結ロッド７２の軸方向は、図３の上下方向に一致する。つまり、軸受部材７３の偏心回転平面は、連結ロッド７２の軸方向に平行である。従って、軸受部材７３の偏心回転動作は、連結ロッド７２の軸方向に沿って移動する成分と、連結ロッド７２の軸方向に直交する方向に沿って移動する成分とに分解することができる。以下、軸受部材７３の偏心回転平面内での連結ロッド７２の軸方向を縦方向と、連結ロッド７２の軸方向に直交する方向を横方向と呼ぶ場合もある。

また、枠状体７１の内側空間７１ａの横方向長さは、軸受部材７３が偏心回転したときにおける軸受部材７３の横方向への移動領域よりも大きくされている。従って、軸受部材７３は、その偏心回転動作のうち横方向に沿って移動する成分により、枠状体７１に対して相対的に内側空間７１ａ内を横方向に移動する。つまり、軸受部材７３は、枠状体７１に干渉することなく、内側空間７１ａ内を横方向に移動する。

一方、枠状体７１の内側空間７１ａの縦方向長さは、軸受部材７３が偏心回転したときにおける軸受部材７３の縦方向への移動領域よりも小くさされている。従って、軸受部材７３は、その偏心回転動作のうち縦方向に沿って移動する成分により、内側空間７１ａを縦方向に移動して枠状体７１に干渉する。このため、軸受部材７３は、枠状体７１とともに、縦方向、すなわち連結ロッド７２の軸方向に移動する。

このように、電気モータ５の出力軸５４が回転し、出力軸５４の回転に伴って第一偏心部６２及び軸受部材７３が出力軸５４の軸心を中心として偏心回転することにより、軸受部材７３が枠状体７１に相対的に内側空間７１ａを横方向に往復移動しながら、枠状体７１が軸受部材７３とともに縦方向（連結ロッド７２の軸方向）に往復移動する。これにより枠状体７１に接続された連結ロッド７２が往復動し、さらに、連結ロッド７２に接続されたディスプレーサ３が、シリンダ部材２内で、連結ロッド７２の軸方向、すなわち、シリンダ部材２の軸方向に沿って、往復動する。

また、出力軸５４の回転に伴って、偏心部材６の第二偏心部６３が偏心回転すると、低圧側バルブアーム８１及び高圧側バルブアーム８２が揺動する。低圧側バルブアーム８１の揺動動作によって低圧バルブ８３が開閉作動し、高圧側バルブアーム８２の揺動動作によって高圧バルブ８４が開閉作動する。

ここで、低圧側バルブアーム８１と高圧側バルブアーム８２は、第二偏心部６３を挟んで対向配置している。そのため、低圧側バルブアーム８１の揺動方向と高圧バルブ８４の揺動方向は同じ方向である。従って、低圧側バルブアーム８１が図４の時計回り方向に揺動して低圧バルブ８３が閉作動するときは、高圧側バルブアーム８２が図４の時計回り方向に揺動して高圧バルブ８４が開作動する。また、低圧側バルブアーム８１が図４の反時計回り方向に揺動して低圧バルブ８３が開作動するときは、高圧側バルブアーム８２が図４の反時計回り方向に揺動して高圧バルブ８４が閉作動する。つまり、低圧バルブ８３が開いているときは高圧バルブ８４が閉じ、高圧バルブ８４が開いているときは低圧バルブ８３が閉じるように、両バルブが動作する。なお、両方のバルブが閉じている期間が設けられていてもよい。

高圧バルブ８４が開くと、圧縮機１００の吐出ポート１０１が高圧ラインを経由して、シリンダ部材２の内部空間に連通する。このため、シリンダ部材２内に高圧が印加される。一方、低圧バルブ８３が開くと、圧縮機１００の吸入ポート１０２が低圧ラインを経由してシリンダ部材２の内部空間に連通する。このため、シリンダ部材２内に低圧が印加される。このようなシリンダ部材２内の圧力変化は、ディスプレーサ３のシリンダ部材２内における往復動に連動してなされる。ここで、ディスプレーサ３のシリンダ部材２内での往復動作は、第一偏心部６２の偏心回転動作に依存し、シリンダ部材２内の圧力変化は、第二偏心部６３の偏心回転動作に依存する。従って、第一偏心部６２と第二偏心部６３との位相角度を調整することにより、ディスプレーサ３の往復動作とシリンダ部材２内の圧力変化が、所定の位相差をもって、連動する。本実施形態においては、それぞれの冷凍発生部（１０Ａ，１０Ｂ）のシリンダ部材２の低温端部（２１１，２２１）内の作動ガスの容積及び圧力がＧＭサイクルに従って変化することによって低温端部（２１１，２２１）に囲まれた膨張空間（２１ａ，２２ａ）にて冷凍が発生するように、それぞれの冷凍発生部（１０Ａ，１０Ｂ）の第一偏心部６２と第二偏心部６３との位相角度が調整されている。

上記した位相角度の調整により、以下のように、ディスプレーサ３の往復動とシリンダ部材２内の圧力変化が連動する。すなわち、ディスプレーサ３がシリンダ部材２内にて図３において最も下方に位置しているときに、高圧バルブ８４が開いており、且つ、低圧バルブ８３が閉じている。従って、高圧の作動ガス（ヘリウムガス）がシリンダ部材２内に導入される。次いで、ディスプレーサ３がシリンダ部材２に対して上方に変位される。すると、背面空間２１ｂ内の高圧の作動ガスが、第二連通路３１１を通って第一蓄冷室３１ａに導入される。第一蓄冷室３１ａ内に導入された作動ガスは第一蓄冷材３３から冷熱を奪うことにより冷却される。そして、第一蓄冷材３３により冷却された作動ガスは第三連通路３１２を通って第一膨張空間２１ａに導入される。これにより、第一膨張空間２１ａの容積が増加する。また、第一膨張空間２１ａ内の作動ガスの一部は、第四連通路３２１を通って第二蓄冷室３２ａに導入される。第二蓄冷室３２ａ内に導入された作動ガスは第二蓄冷材３４から冷熱を奪うことにより冷却される。そして、第二蓄冷材３４により冷却された作動ガスは第五連通路３２２を通って第二膨張空間２２ａに導入される。これにより第二膨張空間２２ａの容積が増加する（高圧移送工程）。

ディスプレーサ３の上方への移動によって、ディスプレーサ３がシリンダ部材２内にて最も上方に位置したときに、高圧バルブ８４が閉じるとともに低圧バルブ８３が開く。これによって、第一シリンダ部２１の低温端部２１１側に位置する第一膨張空間２１ａ内の作動ガス及び、第二シリンダ部２２の低温端部２２１側に位置する第二膨張空間２２ａ内の作動ガスが、それぞれ膨張される（低圧化される）。このときに行われる膨張仕事によって、それぞれの膨張空間２１ａ，２２ａ内、すなわち第一シリンダ部２１の低温端部２１１内及び第二シリンダ部２２の低温端部２２１内にて冷熱が発生する（膨張工程）。

次に、ディスプレーサ３がシリンダ部材２に対して下方に変位される。すると、第二膨張空間２２ａ及び第一膨張空間２１ａの容積が減少する。これとともに、第二膨張空間２２ａ内の作動ガスが第五連通路３２２、第二蓄冷室３２ａ、第四連通路３２１、第一膨張空間２１ａ、第三連通路３１２、第一蓄冷室３１ａ、第二連通路３１１を経由して、背面空間２１ｂに導入される。このとき、第二蓄冷室３２ａ内の第二蓄冷材３４及び第一蓄冷室３１ａ内の第一蓄冷材３３に冷熱を奪われることによって、作動ガスが加熱される。また、第一膨張空間２１ａ内の作動ガスが第三連通路３１２、第一蓄冷室３１ａ、第二連通路３１１を経由して、背面空間２１ｂに導入される。このとき第一蓄冷室３１ａ内の第一蓄冷材３３に冷熱を奪われることによって、作動ガスが加熱される（低圧移送工程）。

次いで、高圧バルブ８４が開くとともに低圧バルブ８３が閉じる。これによって、シリンダ部材２内の圧力が増加するとともに、背面空間２１ｂ内の作動ガスが圧縮仕事を行う（圧縮工程）。斯かる圧縮仕事によって発生する熱は、圧縮機１００の吐出側に設置された図示しない放熱器によって外部に放熱される。

このように、各膨張空間２１ａ，２１ｂ内の容積及び圧力が上記したＧＭサイクル（高圧移送工程、膨張工程、低圧移送工程、圧縮工程）に従って変化するように、シリンダ部材２内でのディスプレーサ３の往復動に連動させて高圧及び低圧をシリンダ部材２内に印加することにより、各膨張空間２１ａ，２１ｂ内にて冷熱（冷凍）が発生する。そして、このようなＧＭサイクルが繰り返されることによって、第一膨張空間２１ａ内が約４０〜１００Ｋ程度に冷却され、第二膨張空間２２ａ内が約４〜２０Ｋ程度に冷却される。第一膨張空間２１ａ内（第一シリンダ部２１の低温端部２１１内）で生じた冷熱（冷凍）は、第一冷熱伝達部材Ｃ１から被冷却体に伝達され、第二膨張空間２２ａ内（第二シリンダ部２２の低温端部２２１内）で生じた冷熱（冷凍）は、第二冷熱伝達部材Ｃ２から被冷却体に伝達される。

ＧＭ冷凍機１の運転中、開タイミング調整装置１１０は、２台の冷凍発生部１０Ａ，１０Ｂにそれぞれ備えられるエンコーダ９から出力軸５４の回転角度を入力する。そして、上記したように、開タイミング調整装置１１０の開作動期間演算部１１１は、第一冷凍発生部１０Ａのエンコーダ９から得られる検出情報（出力軸５４の回転角度）から第一冷凍発生部１０Ａの高圧バルブ８４の開作動期間を演算し、第二冷凍発生部１０Ｂのエンコーダ９から得られる検出情報（出力軸５４の回転角度）から第二冷凍発生部１０Ｂの高圧バルブ８４の開作動期間を演算する。なお、高圧バルブ８４の開閉状態は、第二偏心部６３の偏心回転動作に依存し、第二偏心部６３の偏心回転動作は、出力軸５４の回転動作に依存する。従って、出力軸５４の回転角度と、高圧バルブ８４の開閉状態を対応付けておくことができる。つまり、出力軸５４の回転角度は、高圧バルブ８４の開閉状態を表す。従って、出力軸５４の回転角度から高圧バルブ８４の開作動期間を演算することができる。

また、開タイミング調整装置１１０の開作動期間演算部１１１が演算したそれぞれの冷凍発生部の高圧バルブ８４の開作動期間は、開タイミング調整部１１２に出力される。開タイミング調整部１１２は、上述したように、開作動期間演算部１１１から入力した情報に基づいて、第一冷凍発生部１０Ａの高圧バルブ８４の開作動期間と第二冷凍発生部１０Ｂの高圧バルブ８４の開作動期間がずれるように（本実施形態では両冷凍発生部の高圧バルブ８４の開作動期間が重ならないように）、第一冷凍発生部１０Ａの電気モータ５の出力軸５４の回転角度と第二冷凍発生部１０Ｂの電気モータ５の出力軸５４の回転角度を、調整する。これにより、第一冷凍発生部１０Ａの高圧バルブ８４の開作動期間と第二冷凍発生部１０Ｂの高圧バルブ８４の開作動期間が重ならないように、第一冷凍発生部１０Ａの高圧バルブ８４の開タイミングと第二冷凍発生部１０Ｂの高圧バルブ８４の開タイミングが調整される。具体的には、第一冷凍発生部１０Ａの高圧バルブ８４の開タイミングと、第二冷凍発生部１０Ｂの高圧バルブ８４の開タイミングが、位相角１８０°のずれを生じるように、両高圧バルブ８４の開タイミング（両冷凍発生部の電気モータ５の出力軸５４の回転角度）が調整される。なお、高圧バルブ８４の開タイミングとは、高圧バルブ８４が閉状態から開状態に切り替わる時期、すなわち高圧バルブ８４が開作動するタイミングである。

図５は、第一冷凍発生部１０Ａの高圧バルブ８４及び低圧バルブ８３の開閉動作、及び、第二冷凍発生部１０Ｂの高圧バルブ８４及び低圧バルブ８３の開閉動作の時間的変化を示すチャート図である。図５の横軸は、バルブの開閉周期を表す角度である。図５に示すように、第一冷凍発生部１０Ａの高圧バルブ８４の開タイミングと、第二冷凍発生部１０Ｂの高圧バルブ８４の開タイミングは、１８０°ずらされている。つまり、第一冷凍発生部１０Ａの高圧バルブ８４の開タイミングと、第二冷凍発生部１０Ｂの高圧バルブ８４の開タイミングとの位相角が、１８０°である。このように両冷凍発生部（１０Ａ，１０Ｂ）の高圧バルブ８４の開タイミングがずらされることにより、第一冷凍発生部１０Ａの高圧バルブ８４が開いているときは、第二冷凍発生部１０Ｂの高圧バルブ８４が閉じており、第一冷凍発生部１０Ａの高圧バルブ８４が閉じているときは、第二冷凍発生部１０Ｂの高圧バルブ８４が閉じている。つまり、第一冷凍発生部１０Ａの高圧バルブ８４の開作動期間と第二冷凍発生部１０Ｂの高圧バルブ８４の開作動期間が重ならないように、第一冷凍発生部１０Ａの高圧バルブ８４の開タイミングと第二冷凍発生部１０Ｂの高圧バルブ８４の開タイミングが調整されている。

従って、第一冷凍発生部１０Ａの高圧バルブ８４と第二冷凍発生部１０Ｂの高圧バルブ８４が同時に開いている時期が存在しない。故に、両冷凍発生部（１０Ａ，１０Ｂ）の高圧バルブ８４が同時に開いている期間が存在することによって、それぞれの冷凍発生部（１０Ａ，１０Ｂ）のシリンダ部材２内に供給される高圧が低下することを防止することができる。その結果、高圧の大きさの低下に起因した、冷凍能力の低下を抑えることができる。

以上のように、本実施形態に係るＧＭ冷凍機１は、１台の圧縮機１００と複数台（本実施形態では２台）の冷凍発生部（１０Ａ，１０Ｂ）を備え、それぞれの冷凍発生部（１０Ａ，１０Ｂ）には、高圧バルブ８４の開閉状態を表す出力軸５４の回転角度を検出するエンコーダ９（開閉状態検出部）が備えられる。そして、開タイミング調整装置１１０によって、それぞれの冷凍発生部（１０Ａ，１０Ｂ）の高圧バルブ８４の開作動期間がずれるように（本実施形態では、それぞれの冷凍発生部（１０Ａ，１０Ｂ）の高圧バルブ８４の開作動期間が重ならないように）、それぞれの冷凍発生部（１０Ａ，１０Ｂ）のエンコーダ９が検出する出力軸５４の回転角度（高圧バルブ８４の開閉状態）に基づいて、それぞれの冷凍発生部（１０Ａ，１０Ｂ）の高圧バルブ８４の開タイミングが調整されている。

本実施形態に係るＧＭ冷凍機１によれば、それぞれの冷凍発生部（１０Ａ，１０Ｂ）の高圧バルブ８４の開作動期間が重なってシリンダ部材２内に印加される高圧の大きさが低下することに起因した、各冷凍発生部（１０Ａ，１０Ｂ）の冷凍能力の低下を抑制することができる。

特に、本実施例に係るＧＭ冷凍機１は、バルブ機構８がハウジング４内に組み込まれているため、外部から高圧バルブ８４の開閉状態を確認することができない。この点につき、本実施形態においては、ＧＭ冷凍機１が、高圧バルブ８４の開閉状態を表す電気モータ５の出力軸５４の回転角度を検出するエンコーダ９を備える。よって、エンコーダ９にて検出された回転角度から高圧バルブ８４の開閉状態に関する情報、特に、高圧バルブ８４の開作動期間、或いは、高圧バルブ８４の開タイミング、を得ることができる。そして、こうして得られた情報に基づいて、複数の冷凍発生部（１０Ａ，１０Ｂ）の高圧バルブ８４の開作動期間が重ならないように、それぞれの高圧バルブ８４の開タイミングを容易に調整することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるべきものではない。例えば、上記実施形態では、高圧バルブ８４の開閉状態を検出する開閉状態検出部として出力軸５４の回転角度を検出するエンコーダ９を用いた例を示したが、開閉状態検出部は、それぞれの冷凍発生部の高圧バルブ８４の開閉状態、特に、それぞれの冷凍発生部の高圧バルブ８４の開作動期間、或いは開タイミングを検出することができるものであればよい。

また、上記実施形態では、１台の圧縮機と２台の冷凍発生部を備えるＧＭ冷凍機を例示したが、本発明に係るＧＭ冷凍機は、１台の圧縮機と３台以上の冷凍発生部を備えるＧＭ冷凍機であってもよい。この場合、それぞれの冷凍発生部に備えられる高圧バルブの開作動期間が、均等にずれるように、各冷凍発生部の高圧バルブの開タイミングが調整されているとよい。例えば、３台の冷凍発生部を備える場合、それぞれの高圧バルブの開タイミングの位相角が１２０°となるように、各高圧バルブの開タイミングを調整すればよく、また、４台の冷凍発生部を備える場合、それぞれの高圧バルブの開タイミングの位相角が９０°となるように、各高圧バルブの開タイミングを調整すればよい。このようにすることで、各冷凍発生部の冷凍能力の低下が最小限に抑えられる。

また、上記実施形態では、開閉状態検出部としてのエンコーダ９を出力軸５４の端部に取り付けた例について説明したが、それ以外の位置にエンコーダを取り付けてもよい。例えば、図６に示すように、出力軸５４の側周面にエンコーダ９を取り付けてもよい。また、図７に示すように、電気モータ５のロータ５３の端面にエンコーダ９を取り付けてもよい。また、図８に示すように、偏心部材６にエンコーダ９を取り付けてもよい。

また、上記実施形態では、ＧＭ冷凍機が開タイミング調整装置１１０を備える例を示したが、開閉状態検出部（エンコーダ９）が検出した各冷凍発生部の高圧バルブの開閉状態に基づいて、予め、各冷凍発生部の高圧バルブの開タイミングを調整しておくことにより、開タイミング調整装置１１０を省略することができる。

このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、変形可能である。

１…ＧＭ冷凍機、２…シリンダ部材、２１…第一シリンダ部、２１ａ…第一膨張空間、２１１…低温端部、２１２…高温端部、２２…第二シリンダ部、２２ａ…第二膨張空間、２２１…低温端部、２２２…高温端部、３…ディスプレーサ、３１…第一ピストン部、３１ａ…第一蓄冷室、３２…第二ピストン部、３２ａ…第二蓄冷室、３３…第一蓄冷材、３４…第二蓄冷材、４…ハウジング、４ａ…収容空間、４ｂ…低圧空間、４１…ハウジングボディー、４１ａ…底壁部、４１ｂ…ロッド挿通孔、４２…ハウジングキャップ、５…電気モータ（回転電機）、５３…ロータ、５４…出力軸、６…偏心部材、６１…接続部、６２…第一偏心部、６３…第二偏心部、７…スコッチヨーク（動作変換部材）、７１…枠状体、７１ａ…内側空間、７２…連結ロッド、７２ａ…第一ロッド、７２ｂ…第二ロッド、７３…軸受部材、８…バルブ機構、８１…低圧側バルブアーム（バルブ開閉制御部）、８２…高圧側バルブアーム（バルブ開閉制御部）、８３…低圧バルブ、８３１…低圧側弁体、８３２…低圧側弁座、８３３…低圧側スプリング、８４…高圧バルブ、８４１…高圧側弁体、８４２…高圧側弁座、８４３…高圧側スプリング、９…エンコーダ（開閉状態検出部、回転角度検出部）、１０…冷凍発生部、１０Ａ…第一冷凍発生部、１０Ｂ…第二冷凍発生部、１００…圧縮機、１０１…吐出ポート、１０２…吸入ポート、１１０…開タイミング調整装置、１１１…開作動期間演算部、１１２…開タイミング調整部

Claims (3)

1. 低圧の作動ガスを吸入する吸入ポート及び高圧の作動ガスを吐出する吐出ポートを有し、前記吸入ポートから吸入した低圧の作動ガスを圧縮して高圧の作動ガスを前記吐出ポートから吐出するように構成される１台の圧縮機と、
   冷凍を発生する複数台の冷凍発生部と、を備え、
   各冷凍発生部が、
   低温端部及び高温端部を有するとともに内部に作動ガスが充填されたシリンダ部材と、
   内部に蓄冷材が充填され、前記シリンダ部材の内部に往復動可能に配設されたディスプレーサと、
   出力軸を有する回転電機と、
   前記出力軸に接続されるとともに、前記出力軸の回転に伴い前記出力軸の軸心を中心として偏心回転する第一偏心部及び前記第一偏心部と異なる回転位相にて前記出力軸の軸心を中心として偏心回転する第二偏心部と、有する偏心部材と、
   前記第一偏心部の偏心回転動作を前記シリンダ部材内での前記ディスプレーサの往復動作に変換する動作変換部材と、
   開作動することにより前記圧縮機の前記吐出ポートと前記シリンダ部材の内部空間とを連通させるとともに閉作動することにより前記圧縮機の前記吐出ポートと前記シリンダ部材の内部空間との連通を遮断する高圧バルブと、開作動することにより前記圧縮機の前記吸入ポートと前記シリンダ部材の内部空間とを連通させるとともに閉作動することにより前記圧縮機の前記吸入ポートと前記シリンダ部材の内部空間との連通を遮断する低圧バルブと、前記第二偏心部の偏心回転を利用して前記高圧バルブと前記低圧バルブの開閉動作を制御するバルブ開閉制御部と、を有するバルブ機構と、
   前記回転電機、前記偏心部材、前記動作変換部材、及び前記バルブ機構を収容するハウジングと、
   前記高圧バルブの開閉状態を検出する開閉状態検出部と、
   を備え、
   それぞれの前記冷凍発生部の前記シリンダ部材の前記低温端部内の作動ガスの容積及び圧力がＧＭサイクルに従って変化することによって前記低温端部に囲まれた膨張空間にて冷凍が発生するように、それぞれの前記冷凍発生部の前記第一偏心部と前記第二偏心部との位相角度が調整されており、且つ、
   それぞれの前記冷凍発生部の前記高圧バルブの開作動期間がずれるように、それぞれの前記冷凍発生部の前記開閉状態検出部が検出する前記高圧バルブの開閉状態に基づいて、それぞれの前記冷凍発生部の前記高圧バルブの開タイミングが調整されている、
   ＧＭ冷凍機。
2. 請求項１に記載のＧＭ冷凍機において、
   前記開閉状態検出部は、前記回転電機の前記出力軸の回転角度を検出する回転角度検出部である、
   ＧＭ冷凍機。
3. 請求項１又は２に記載のＧＭ冷凍機において、
   前記冷凍発生部の台数が２台であり、
   それぞれの冷凍発生部の前記高圧バルブの開作動期間が重ならないように、それぞれの前記冷凍発生部の前記開閉状態検出部が検出した情報に基づいて、それぞれの冷凍発生部の前記高圧バルブの開タイミングが調整されている、
   ＧＭ冷凍機。

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