JP2000310457A

JP2000310457A - 蓄冷式冷凍機

Info

Publication number: JP2000310457A
Application number: JP11119796A
Authority: JP
Inventors: Tetsuei Yokoyama; 哲英横山; Kazuhiko Kawajiri; 和彦川尻
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1999-04-27
Filing date: 1999-04-27
Publication date: 2000-11-07
Anticipated expiration: 2019-04-27
Also published as: JP3642980B2

Abstract

(57)【要約】【課題】蓄冷式冷凍機のクールダウンタイムを短縮す
るため、高効率を維持しつつ、蓄冷材等の被冷却部の熱
容量を低減する。【解決手段】蓄冷式冷凍機には、蓄冷材７が主にプラ
スチック材料から作製され、蓄冷材７が高温空間５及び
低温空間６に連通する断熱性ディスプレーサ容器８に内
包され、ディスプレーサ容器側壁部８ａが低熱伝導筒体
で構成された蓄冷器が設けられている。そして、ディス
プレーサ３が、金属材料製の膨張シリンダ４内を往復動
して低温空間６に冷凍作用が惹起される。ここで、ディ
スプレーサ容器内にはプラスチックメッシュロール３０
及び通気性の弾性体３２が設けられこれらにより、低温
作動時に、ディスプレーサ側壁部８ａと蓄冷材７との間
に非接触隙間３６が発生し、あるいはディスプレーサ容
器８内の低温端側に死容積が発生するのが抑制され、上
記課題が解決される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蓄冷式冷凍機に関
するものであって、とくに高解像度赤外線カメラその他
の低温で動作する高感度センサを冷却し、あるいは生鮮
食料品を低温に急速冷凍するなどといった用途に供され
る蓄冷式冷凍機において、その立ち上げ時間を短縮する
のに有効な技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高解像度赤外線カメラにおいては、量子
効果を利用した赤外線撮像素子が用いられ、この素子を
動作温度まで冷却するために小型冷凍機が搭載されてい
る。例えば、代表的な赤外線撮像素子であるＰｔＳｉシ
ョッキドバリアを用いた場合は、８０Ｋで約１Ｗの冷却
能力が必要とされる。このような小型冷凍機のなかで、
スターリング冷凍機等の蓄冷式冷凍機は、ジュール・ト
ムソン冷凍機（ＪＴ冷凍機）に比べて、高効率でありし
かも繰り返し使用することができるといった利点を有す
るので、従来より広く用いられている。

【０００３】しかしながら、かかる蓄冷式冷凍機は、熱
容量の大きい蓄冷器を備えているので、立ち上げ時間な
いしはクールダウンタイム（室温状態から所定の動作温
度（例えば８０Ｋ）まで冷却するのに要する時間）が長
いことが問題となっている。以下、このような従来の蓄
冷式冷凍機の構造及び作用並びにその問題点について詳
しく説明する。なお、この「従来の技術」の欄又は次の
「発明が解決しようとする課題」の欄においてこのよう
に詳しい説明を行うのは、これらの欄の記載が、後記の
本発明の実施の形態に係る蓄冷式冷凍機の、従来技術と
共通な部分の構成ないしは作用の説明を兼ねているから
である。

【０００４】従来例１．図１３は、例えば特公平２−１
７７８８号公報に開示されている、ディスプレーサ内に
蓄冷材が内包（内蔵）されたスプリット型スターリング
冷凍機の概略構造を示す図である。図１３において、１
は膨張機であり、２は圧縮機であり、３はディスプレー
サであり、４は膨張シリンダであり、５は高温空間であ
り、６は低温空間であり、７は蓄冷材であり、８はディ
スプレーサ容器（断熱容器）であり、９及び１０はそれ
ぞれ低温空間６と高温空間５とに繋がる連通孔であり、
１１はニューマティックピストンであり、１２はニュー
マティック室であり、１３ａ、１３ｂ及び１３ｃはそれ
ぞれシール部であり、１４は蓄冷器であり、１５は連通
管であり、１６は圧縮ピストンであり、１７は圧縮シリ
ンダであり、１８は圧縮空間である。

【０００５】このスプリット型スターリング冷凍機にお
いては、圧縮ピストン１６を圧縮シリンダ１７内で往復
移動させることによって、該冷凍機内に封入されている
作動ガス（冷媒ガス）に圧力変動が惹起される。そし
て、この圧力変動による加振力とばね振動系とを利用し
て、ディスプレーサ３（ディスプレーサ容器８）が膨張
シリンダ４内で圧縮ピストン１６に対して一定の位相差
で往復移動させられる。かくして、低温空間６には、膨
張仕事により冷凍作用（効果）が惹起される。ここで、
ディスプレーサ容器８内の空間部を経由して高温空間５
と低温空間６との間を往復流動する作動ガスが蓄冷材７
と熱交換を行うことにより、高効率な冷凍サイクル（等
温過程と等容過程とからなる逆スターリングサイクルに
近い状態）が実現される。

【０００６】図１４に、ナイロンを含む種々の蓄冷材の
体積比熱（単位体積あたりの比熱）を、よく用いられる
作動ガスの１つであるヘリウムガス（１０ＭＰａ）の体
積比熱と対比して示す。図１４から明らかなとおり、蓄
冷材の体積比熱はいずれも低温になるほど急速に小さく
なるのに対して、ヘリウムガスの体積比熱は低温になる
ほど大きくなり、とくに２０Ｋ以下では急激に増大す
る。このため、４Ｋレベルの温度領域（ヘリウムの液化
温度）の極低温を目指す蓄冷式冷凍機では、この動作温
度で最も体積比熱の大きい金属材料が蓄冷材として用い
られる。

【０００７】一方、８０Ｋレベル以上の温度領域では、
ナイロンの体積比熱であっても、ヘリウムガス（ここで
は、封入圧力が１ＭＰａの蓄冷式冷凍機を想定する）の
体積比熱に比べて十分に大きい。すなわち、ナイロンの
体積比熱は、ヘリウムガスの体積比熱に対して、例えば
常温域では約２００倍であり、８０Ｋレベルでは約１０
０倍である。

【０００８】例えば、平成９年に低温工学協会から発行
された「超伝導・低温工学ハンドブック（以下、「刊行
物１」という）」の第２６１頁には、次の一連の式１で
示すように、蓄冷器の非効率さＩ_eは、蓄冷材の熱伝達
の良さを表す無次元量Λと、蓄冷材の熱容量の逆比を表
す無次元量Γの関数Ｆで表され、再生熱損失Ｑ_regは半
周期最大熱交換量Ｑ_maxと蓄冷器の非効率さＩ_eの積で表
されるということが開示されている。また、無次元量Γ
が０．１以下のときには、再生熱損失Ｑ_regはほとんど
変わらないという結果が開示されている。

【０００９】（式１） Λ＝ｈ・Ａ_r／（ｗ・Ｃ_p） Γ＝ｗ・Ｃ_p・τ₀／（Ｍ_r・Ｃ_r）Ｉ_e＝Ｆ（Λ，Γ）＝１−（１／Γ）tanh｛ΛΓ／（Λ
＋２）｝Ｑ_max＝ｗ・Ｃ_p・τ₀（Ｔ_h−Ｔ_c）Ｑ_reg＝Ｑ_max・Ｉ_e ｈ：蓄冷材熱伝達率Ａ_r：蓄冷材伝熱面積Ｍ_r：蓄冷材質量Ｃ_r：蓄冷材比熱ｗ：ガス質量流量Ｃ_p：ガス比熱 τ₀：半周期Ｔ_h：高温側ガス温度Ｔ_c：低温側ガス温度

【００１０】図１３に示す従来例１にかかる蓄冷式冷凍
機においては、８０Ｋレベルの低温領域であれば、プラ
スチック製の蓄冷材を用いた場合でも十分な熱容量が得
られ、金属製の蓄冷材を用いた場合に比べて、熱容量の
減少に起因する熱損失の増加は少なくなるといえる。し
かしながら、熱伝導損失は減少する。かくして、総合的
には、金属製の蓄冷材の場合と変わらない高効率な冷却
性能が得られることになる。さらに、軽量化と低コスト
化とを計ることが可能である。

【００１１】なお、本明細書において、「低温」及び
「プラスチック」は、例えば特公平２−１７７８８号公
報にも開示されているような一般の定義に従っている。
すなわち、「低温」は−１５０℃以下の温度を意味し、
「プラスチック」は、主要成分として高分子量の有機物
質を含み、最終状態では固体であるが、製造段階又は最
終状態への処理段階においては流動により形状を付与す
ることが可能な材料を意味する。

【００１２】従来例２．図１５は、例えば平成８年に日
本機械学会から発行された「ＲＣ１２７地球環境および
多種熱利用に適したスターリングサイクル機器特の最適
設計手法に関する研究分科会報告書（以下、「刊行物
２」という）」の第ＩＩ−１３４頁に開示されている、
蓄冷器がディスプレーサとは独立して配置された一体型
スターリング冷凍機の概略構造を示す図である。

【００１３】図１５において、４ａは耐圧容器と低熱伝
導筒体とを兼ねる膨張シリンダ側壁部であり、４ｂは膨
張シリンダドヘッド部であり、２０はクランクシャフト
であり、２１はクランクケースであり、２２は放熱器で
あり、２３は低熱伝導筒体からなるインナーライナであ
り、１４は蓄冷器である。この一体型スターリング冷凍
機の冷凍原理は、基本的には、図１３に示すスプリット
型スターリング冷凍機の場合と同様である。なお、ディ
スプレーサ３及び圧縮ピストン１６は、それぞれクラン
クシャフト２０に連結され、これによって駆動される。
また、蓄冷器１４は、ディスプレーサ３とは独立して配
置され、インナーライナ２３を内壁とし膨張シリンダ側
壁４ａを外壁とするリング状の断熱スペース内に金網メ
ッシュが積層されてなる蓄冷材７が挿入された構造のも
のである。

【００１４】従来例３．図１６は、例えば前記刊行物２
の第ＩＩ−１４頁に開示されている、オリフィス型パル
ス管冷凍機の概略構造を示す図である。図１６におい
て、２４はパルス管であり、２５は低温側熱交換器であ
り、２６はオリフィスであり、２７はバッファタンクで
あり、２８は蓄冷材７を内包する断熱容器である。この
パルス管冷凍機は、スターリング冷凍機とは異なり、膨
張機側にはディスプレーサのような駆動部を備えていな
い。しかしながら、パルス管２４とオリフィス２６とバ
ッファタンク２７とで、圧力変動とガスの往復流動との
間に位相差を生じさせ、膨張仕事を発生させるようにな
っている。なお、蓄冷器１４には蓄冷材７が挿入されて
いるが、この蓄冷器７としては、通常、円形又はリング
状に切り抜いた金網メッシュを高温側から低温側に平面
積層したものが用いられる。

【００１５】例えば、平成６年に日本機械学会から発行
された「ＲＣ１１０地球環境および多種熱利用に適した
スターリングサイクル機器特の最適要素設計手法に関す
る研究成果報告書（以下、「刊行物３」という）」の第
ＩＩ−３６頁にも記載されているように、金網メッシュ
は、その他の蓄冷材（金属繊維、発泡金属など）に比べ
て、総合的な優位性（圧力損失、伝熱性能、価格など）
を有するからである。ここで、「メッシュ」は、金属材
料又はプラスチック材料からなるほぼ円形断面の細い素
線を直交交差するように編んだものを意味する。なお、
刊行物３には、プラスチックメッシュについてはとくに
は言及されていないが、この場合も同様にメッシュ形状
が優位性を有するものと解することができる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、一般に、蓄
冷式冷凍機のクールダウンタイム（立ち上げ時間）は、
被冷却部の熱容量と、クールダウン途上における冷却能
力の比で決まる。このため、クールダウンタイムを短縮
するには、冷却性能を低下させることなく、被冷却部の
熱容量を低減することが要求される。

【００１７】表１に、例えば、８０Ｋで１Ｗレベルの冷
却能力を有するスターリング冷凍機（以下、「冷凍機
Ａ」という）の被冷却部の熱容量（但し、常温）を見積
った結果を示す。この冷凍機Ａは、例えば図１３（従来
例１）に示すような、蓄冷材をディスプレーサに内包
（内蔵）したタイプの冷凍機であって、金属製の蓄冷材
（ＳＵＳメッシュ）と、肉厚０．５ｍｍに切削加工され
たプラスチック（ベスペル（商品名；デュポン（株）
製））のディスプレーサ容器と、肉厚０．１ｍｍに切削
加工されたＴｉ合金製の膨張シリンダとを組み合わせた
ものである。

【００１８】

【表１】

【００１９】図１７は、この冷凍機Ａの各被冷却部の熱
容量の、総熱容量中に占める割合（％）を示す円グラフ
である。図１７から明らかなとおり、最も大きな割合を
占めるのは蓄冷材であり、ディスプレーサ容器（ディス
プレーサ側壁部及びディスプレーサ低温側キャップ）
と、膨張シリンダ（膨張シリンダヘッド部及び膨張シリ
ンダ側壁部）とがこれに次いでいる。ここで、蓄冷材の
熱容量を低減するには、前記の従来例１の場合のよう
に、プラスチック製の蓄冷材を用いればよい。また、デ
ィスプレーサ容器の熱容量を低減するには、切削加工で
は肉厚が０．５ｍｍ程度のものが限界（下限）であるプ
ラスチック材料に替えて、薄肉加工が可能な金属材料を
用いればよい。

【００２０】図２０は、前記の冷凍機Ａ（スターリング
冷凍機）と、冷凍機ＡにおいてＴｉ合金を肉厚０．１ｍ
ｍに切削加工して製作されたディスプレーサ容器を用い
たもの（以下、「冷凍機Ｂ」という）と、さらに冷凍機
Ｂにおいてプラスチック（ナイロンメッシュ）製の蓄冷
材を用いたもの（以下、「冷凍機Ｃ」という）とについ
て、それぞれ、各被冷却部の熱容量（但し、常温）を比
較して示した棒グラフである。図２０から明らかなとお
り、冷凍機Ｃの被冷却部の総熱容量（２．３８Ｊ／Ｋ）
は、冷凍機Ａのそれ（４．５８Ｊ／Ｋ）の約半分に低減
されている。

【００２１】このような事実に鑑みれば、プラスチック
製の蓄冷材を用いれば、一見、高い冷却効率を維持しつ
つ被冷却部の熱容量を低減してクールダウンタイムを短
縮できるかのようにもみえる。しかしながら、本願発明
者の知見によれば、実際にプラスチック製の蓄冷材を用
いた場合、冷却効率が著しく低下し、クールダウンタイ
ムを短縮することができない場合が多い。このような問
題が生じる主な原因は、ナイロンなどのプラスチック材
料の熱収縮率が、金属材料のそれに比べて非常に大きい
ことである。

【００２２】図１８（ａ）〜（ｃ）は、従来例１（図１
３）の場合のように、プラスチック製のビーズ粒子の集
合体からなる蓄冷材７がディスプレーサ容器８に内包
（内蔵）された蓄冷式冷凍機の被冷却部の縦断面図であ
る。ここで、図１８（ａ）は室温時における状態を示
し、図１８（ｂ）は所定の低温動作時において蓄冷材７
のみが収縮した状態を示し、図１８（ｃ）はプラスチッ
ク製のディスプレーサ容器８が用いられた場合において
所定の低温動作時に蓄冷材７とディスプレーサ容器８と
がともに収縮した状態を示している。

【００２３】図１８（ａ）〜（ｃ）において、８ａは低
熱伝導筒体からなるディスプレーサ容器側壁部（ディス
プレーサ容器８の側壁部）であり、８ｂは低温空間６に
繋がる連通孔９を有するディスプレーサ容器低温側キャ
ップ（ディスプレーサ容器８の低温側キャップ）であ
り、３５はディスプレーサ容器側壁部８ａの外壁面（外
周面）と膨張シリンダ側壁部４ａ（膨張シリンダ側壁部
４の側壁部）の内壁面（内周面）との隙間（以下、「デ
ィスプレーサ隙間」という）であり、３６はディスプレ
ーサ容器８内において蓄冷材７の空隙率が際だって大き
い部分（以下、「蓄冷材空塊部３６」という）である。

【００２４】なお、蓄冷材空塊部３６中、とくに、３６
ａはディスプレーサ容器側壁部８ａの内壁面と蓄冷材７
との間に形成された非接触隙間を示し、３６ｂはディス
プレーサ容器低温側キャップ８ｂの内壁面と蓄冷材７と
の間に形成された非接触隙間を示している。また、３７
は作動ガスの流れであり、この作動ガスの流れ３７中、
とくに、３７ａは蓄冷材７との熱交換が不十分な迂回流
れを示し、３７ｂは蓄冷材７と十分に熱交換が行われる
主な流れを示している。

【００２５】図１８（ａ）に示すように、室温状態で
は、ディスプレーサ容器８中において蓄冷材７の空隙率
はほぼ均一であり、蓄冷材空塊部３６はほとんど存在し
ない。しかしながら、図１８（ｂ）に示すように、低温
状態においては、プラスチック製の蓄冷材７が収縮し
て、ディスプレーサ容器８の低温端側では蓄冷材７の空
隙率が一様に小さくなるとともに、局部的に蓄冷材空塊
部３６（非接触隙間３６ｂ）が発生し、低温端側死容積
が大きくなる。ここで、とくに非接触隙間３６ａが大き
くなると、ディスプレーサ容器８内に蓄冷材７と十分に
熱交換が行われない作動ガスの迂回流れ３７ａが生じる
ので、再生熱損失Ｑ_regが著しく増加し、冷却性能が低
下する。

【００２６】また、図１８（ｃ）に示すように、プラス
チック製の蓄冷材７を内包するディスプレーサ容器側壁
部８ａがプラスチック製の低熱伝導筒体（熱伝導が小さ
い筒型形状物）で作製された場合は、これと金属製の膨
張シリンダ側壁部４ａとの間のディスプレーサ隙間３５
が拡大し、クールダウン途上あるいは所定の低温動作時
に、ディスプレーサ隙間３５が最適値（設計仕様で異な
るが、一般的には０．１〜０．２５ｍｍ程度）から大き
くはずれ、冷却性能の低下を招く。図１９に、参考のた
め、冷凍機Ａ（スターリング冷凍機）において予測され
るディスプレーサ隙間３５と冷却能力及び熱損失との関
係の一例を示す。図１９に示す例では、ディスプレーサ
隙間３５の最適値は約０．１５ｍｍである。

【００２７】以下、表２（主な冷凍機材料及びヘリウム
ガスの常温での物性値）に示す物性値に基づいて、冷凍
機Ｃ（スターリング冷凍機）において、蓄冷材７の材料
としてナイロン６６を用い、ディスプレーサ容器側壁部
８ａの材料としてＴｉ合金を用いた場合について、非接
触隙間３６ａを求めた結果について説明する。

【００２８】

【表２】

【００２９】すなわち、常温２５℃（２９８Ｋ）から所
定の動作温度（７７Ｋ）まで冷却すると、円筒形状のデ
ィスプレーサ容器８の内径が１０ｍｍでありかつ長さが
１００ｍｍの場合は、蓄冷材７とディスプレーサ容器８
の低温端との間で生じる熱収縮差は、径方向で０．５１
ｍｍとなり、長さ方向で約２．６ｍｍとなる。また、内
径が２０ｍｍの場合は、径方向の熱収縮は１．０３ｍｍ
となる。蓄冷材７に適した♯３００のメッシュ（例え
ば、ＮＢＣ（株）ナイロンメッシュスクリーン、Ｎｏ．
Ｎ−３０５Ｔ）は、厚さが０．０６ｍｍであり、目開き
が０．０４８ｍｍであり、素線径が０．０３５ｍｍであ
るので、熱収縮差による隙間拡大の影響は相対的に大き
いことが明らかである。このような状態では、迂回流れ
３７ａの発生あるいは非接触隙間３６ｂ（低温端側死容
積）の増加が起こり、冷却性能が著しく低下することに
なる。

【００３０】また、プラスチック製の蓄冷材７を内包す
るディスプレーサ容器側壁部８ａがナイロン製でありか
つ膨張シリンダ側壁４ａがＴｉ合金で作製された蓄冷式
冷凍機が、所定の動作温度（７７Ｋ）まで冷却される
と、ディスプレーサ容器側壁８ａが収縮し、膨張シリン
ダ内径が１０ｍｍの場合は低温端のディスプレサー隙間
３５は０．２６ｍｍ増加し、また内径が２０ｍｍの場合
は０．５２ｍｍ増加する。このように、ディスプレーサ
隙間３５が最適値より大きくなると、熱損失が増加して
冷却性能が低下することになる。

【００３１】以上のように、従来の蓄冷式冷凍機では、
プラスチック製の蓄冷材を用いた場合、被冷却部の熱容
量は低減されるものの、冷却効率が著しく低下するの
で、クールダウンタイムが長くなるといった問題があ
る。本発明は、かかる従来の問題を解決するためになさ
れたものであって、被冷却部の熱容量を低減しつつ冷却
効率を高めることができ、もってクールダウンタイムを
短縮することができる蓄冷式冷凍機を提供することを解
決すべき課題とする。

【００３２】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
になされた本発明の第１の態様に係る蓄冷式冷凍機は、
（ａ）高温端で高温空間と連通するとともに低温端で低
温空間と連通し、高温端と低温端との間で温度勾配方向
（作動ガスの全体的な流れ方向）に伸びる側壁部が低熱
伝導筒体で形成されている断熱容器と、（ｂ）断熱容器
に内包（内蔵）され、作動ガス（冷媒ガス）が該断熱容
器を経由して高温空間と低温空間とを往復流動する際に
作動ガスと熱交換を行う、主としてプラスチック材料で
作製された蓄冷材とを備えた蓄冷器が設けられている蓄
冷式冷凍機において、（ｃ）所定の低温動作状態におい
て、断熱容器と蓄冷材とを構成する各部材が、熱収縮に
より、低熱伝導筒体の内壁面と前記蓄冷材との間に生じ
る非接触隙間と、低温端側で断熱容器内部に生じる死容
積とが常温時より増加する方向に変形するのを（自動的
に）抑制する抑制手段が設けられていることを特徴とす
るものである。

【００３３】すなわち、この蓄冷式冷凍機においては、
所定の低温動作状態ではプラスチック材料の熱収縮が大
きいため、低熱伝導筒体の内壁面と蓄冷材との間の非接
触隙間、及び断熱容器内部での低温端側の死容積がそれ
ぞれ常温時より増加する方向の変形が生じようとする
が、これを自動的に抑制するように蓄冷器を構成したも
のである。

【００３４】本発明の第２の態様に係る蓄熱式冷凍機
は、（ａ）金属製の膨張シリンダと、（ｂ）膨張シリン
ダ内に配置され、高温端で高温空間と連通するとともに
低温端で低温空間と連通し、高温端と低温端との間で温
度勾配方向（作動ガスの全体的な流れ方向）に伸びる側
壁部がプラスチック製の低熱伝導筒体で形成されている
断熱性のディスプレーサ容器と、（ｃ）ディスプレーサ
容器に内包され、作動ガス（冷媒ガス）が該ディスプレ
ーサ容器を経由して高温空間と低温空間とを往復流動す
る際に作動ガスと熱交換を行う、主としてプラスチック
材料で作製された蓄冷材とを備えた蓄冷器が設けられ、
（ｄ）ディスプレーサ容器を膨張シリンダ内で往復移動
させることにより、低温空間に冷凍作用が惹起されるよ
うになっている蓄冷式冷凍機において、（ｅ）所定の低
温動作状態において、ディスプレーサ容器と蓄冷材とを
構成する各部材が、熱収縮により、低熱伝導筒体の外壁
面と膨張シリンダの内壁面との間に形成されるディスプ
レーサ隙間が常温時より増加する方向に変形するのを抑
制する抑制手段が設けられていることを特徴とするもの
である。

【００３５】すなわち、この蓄冷式冷凍機においては、
所定の低温動作状態では、低熱伝導筒体の外壁面と膨張
シリンダの内壁面との間のディスプレーサ隙間が常温時
より増加する方向に熱収縮変形するが、これを自動的に
抑制するように蓄冷器を構成したものである。

【００３６】本発明の第３の態様に係る蓄冷式冷凍機
は、前記第１又は第２の態様に係る蓄熱式冷凍機におい
て、抑制手段が、弾性体が外力を受けない状態に戻ろう
とする弾性力、熱収縮率の異なる材料間に働く摩擦力も
しくは熱応力、又はバインダによる接着力により（ない
しは、これらを用いて）上記変形を抑制するようになっ
ていることを特徴とするものである。

【００３７】本発明の第４の態様に係る蓄冷式冷凍機
は、前記第１の態様に係る蓄熱式冷凍機において、低熱
伝導筒体が円筒体であって、蓄冷材が、主としてプラス
チック材料からなるメッシュシートを低熱伝導筒体の中
心軸のまわりにロール状に巻きつける（巻きあげる）こ
とにより成形され、該ロール状のメッシュシートの外周
端部が、少なくとも低温端側では、自由端のまま直接的
に又は弾性体を介して、低熱伝導筒体の内壁面に接触し
ていることを特徴とするものである。すなわち、抑制手
段を自動的に動作させるために、蓄冷材が円筒形状の低
熱伝導筒体に内包される場合において、主にプラスチッ
ク材料からなるメッシュシートを円筒軸に対してロール
状に巻きつけて、その外周端部の少なくとも低温側の部
分を自由端のまま低熱伝導筒体に接触させ、あるいは弾
性体を介して低熱伝導筒体に接触させるように構成した
ものである。

【００３８】本発明の第５の態様に係る蓄冷式冷凍機
は、前記第４の態様に係る蓄熱式冷凍機において、メッ
シュシートに、中心軸の軸線方向に対して垂直方向に伸
びる切り口が多数形成されていることを特徴とするもの
である。すなわち、高温側から低温側への熱伝導損失を
低減するために、中心軸に対して垂直方向の切り口を多
数メッシュシートに構成したものである。

【００３９】本発明の第６の態様に係る蓄冷式冷凍機
は、前記第１の態様に係る蓄熱式冷凍機において、断熱
容器内において低熱伝導筒体の内壁面と蓄冷材との間
に、非通気性の弾性体が設けられていることを特徴とす
るものである。すなわち、プラスチックを主材料とする
蓄冷材が熱収縮し、低熱伝導筒体の内壁面と蓄冷材との
間の非接触隙間が常温時より増加する方向に変形するの
を抑制するために、両者間に非通気性の弾性体を設けた
ものである。

【００４０】本発明の第７の態様に係る蓄冷式冷凍機
は、前記第１の態様に係る蓄熱式冷凍機において、高温
端側において断熱容器内に、通気性の弾性体が設けられ
ていることを特徴とするものである。すなわち、プラス
チックを主材料とする蓄冷材が、熱収縮により、断熱容
器内部の低温端側の死容積が常温時より増加する方向に
変形するのを抑制するために、断熱容器内部の高温端側
に、通気性の弾性体を設けたものである。

【００４１】本発明の第８の態様に係る蓄冷式冷凍機
は、前記第１又は２の態様に係る蓄熱式冷凍機におい
て、蓄冷材が、金網メッシュ又は通気性金属マスクと、
プラスチックメッシュとが交互に積層されてなる積層体
であることを特徴とするものである。すなわち、プラス
チックメッシュの熱収縮を抑制するために、プラスチッ
クメッシュと、金網メッシュ又はガス透過性金属マスク
とを交互に積層し、両者間に摩擦力が働くようにしたも
のである。

【００４２】本発明の第９の態様に係る蓄冷式冷凍機
は、前記第１の態様に係る蓄熱式冷凍機において、蓄冷
材が、メッシュ素線状、ビーズ粒子状又は繊維状（ウー
ル繊維）のプラスチック製基材が金属で被覆されてなる
素材で形成されていることを特徴とするものである。す
なわち、プラスチックメッシュの熱収縮を抑制するため
に、プラスチック蓄冷材の基本構成要素である、メッシ
ュ素線、ビーズ粒子又は繊維（ウール繊維）などの伝熱
表面をニッケル等の金属で被覆することにより、両者間
に熱応力が働くようにしたものである。

【００４３】本発明の第１０の態様に係る蓄冷式冷凍機
は、前記第９の態様に係る蓄熱式冷凍機において、蓄冷
材の表面粗度が粗くなっていることを特徴とするもので
ある。すなわち、蓄冷材の伝熱面積を増加させて蓄冷器
（再生熱交器）の高効率化を図るために、蓄冷材の基本
構成要素である、メッシュ素線、ビーズ粒子、又は繊維
（ウール繊維）などの伝熱表面に腐食処理又は微粒子研
磨処理を施すことにより、表面粗度が大きくなるように
構成したものである。

【００４４】本発明の第１１の態様に係る蓄冷式冷凍機
は、前記第２の態様に係る蓄熱式冷凍機において、低熱
伝導筒体が、薄肉厚のプラスチックシートが円筒形状に
１周以上巻かれてなり、その外周端部が自由端となって
いる加熱成形体であって、低熱伝導筒体の外壁面と膨張
シリンダの内壁面との間に、該両壁面間の隙間を一定に
保つ薄肉厚のガイドリングが挿入されていることを特徴
とするものである。すなわち、プラスチック材料の低熱
伝導筒体を薄肉化するために、プラスチック材料のシー
トを円筒形状に１周以上巻いて加熱成形し、また低熱伝
導筒体の外壁面と膨張シリンダの内壁面との間の隙間を
一定に保つために、その外周端部を自由端のままとし
て、低熱伝導筒体と膨張シリンダとの間に薄肉厚のガイ
ドリングを挿入したものである。

【００４５】本発明の第１２の態様に係る蓄冷式冷凍機
は、所定の形状に切断され、切断部において隣接する素
線同士が互いに熱融着されているプラスチック製メッシ
ュが積層されてなる蓄冷材が設けられていることを特徴
とするものである。すなわち、この蓄冷式冷凍機ないし
は蓄冷材は、メッシュの素線がほどけるのを防止するた
めに、プラスチック製メッシュの切断面近傍をプラスチ
ック半融解温度まで加熱することにより、１枚のメッシ
ュ切断面で隣接する素線同士を熱融着させたものであ
る。

【００４６】本発明の第１３の態様に係る蓄冷式冷凍機
は、それぞれ同一の形状に切断された複数のプラスチッ
ク製メッシュが柱状に平面積層され、切断部近傍におい
てプラスチック製メッシュ同士が熱融着されてなる柱状
ペレット状態の蓄冷材が設けられていることを特徴とす
るものである。すなわち、この蓄冷式冷凍機ないしは蓄
冷材は、蓄冷材を断熱容器内に積層する作業が効率化で
きるように、同型に切り抜いたプラスチック製メッシュ
を多数枚積層し、これらを切断面で熱融着させて、一体
化された柱状ペレット状態にしたものである。

【００４７】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図１２と、図２１と
を参照しつつ、本発明の実施の形態を具体的に説明す
る。なお、前記のとおり、この実施の形態に係る蓄冷式
冷凍機の従来技術と共通する部分は、前記の従来例１〜
３（図１３〜図２０）に記載されている。したがって、
以下では、説明の重複を避けるため、従来例１〜３に係
る蓄冷式冷凍機と共通する部材ないしは要素には、これ
らと同一の番号を付し、その詳しい説明は省略する。す
なわち、図１〜図１２中において、番号１〜２７、３５
〜３７は従来例１〜３と実質的に同一のものである。

【００４８】実施の形態１．以下、本発明の実施の形態
１に係る蓄冷式冷凍機について説明する。図１（ａ）〜
（ｃ）は、本発明の実施の形態１に係る、ロール状のプ
ラスチックメッシュを蓄冷材として用いた蓄冷式冷凍機
ないしはその構成要素の構造（様態）を示す図である。
ここで、図１（ａ）はこの蓄冷式冷凍機の膨張機１の断
面図であり、図１（ｂ）はロール状のプラスチックメッ
シュの斜視図であり、図１（ｃ）はロール状に加工する
前におけるプラスチックメッシュシートの立面図であ
る。

【００４９】図１（ａ）において、８ｃは高温空間５に
繋がる連通孔１０を有する高温側キャップであり、２９
は平面積層されたプラスチックメッシュ（以下、「プラ
スチックメッシュ積層２９」という）であり、３０はロ
ール状のプラスチックメッシュ（以下、「プラスチック
メッシュロール３０」という）であり、３１はプラスチ
ックメッシュロール３０の軸芯であり、３２は通気性の
弾性体であり、３４ａはフリーディスプレーサ共振用の
機械ばねであり、３４ｂは弾性力補強用の機械ばねであ
る。

【００５０】この蓄冷式冷凍機において、通気性の弾性
体３２は、常温状態では高温端側に圧縮されるようにし
て、ディスプレーサ容器８内に挿入されている。そし
て、弾性体３２は、低温動作時には、熱収縮した蓄冷材
７（プラスチックメッシュ積層２９及びプラスチックメ
ッシュロール３０）をディスプレーサ容器８内において
低温端側に押し上げ、低温端側においてディスプレーサ
容器８内に死容積が発生しあるいは増加するのを防止す
ることができるようになっている。

【００５１】ここで、通気性の弾性体３２としては、例
えば、やや硬めのプラスチック製スポンジや、♯５０
（１インチ平方あたりの網目数を表す）以下の粗い金属
製メッシュを数１０枚積層したものなどを用いることが
できる。さらに、この実施の形態１では、弾性体３２に
機械ばね３４ｂを組み合わせて、弾性体３２の弾性力を
補強するようにしている。また、蓄冷材７は、プラスチ
ックメッシュ積層２９が高温側に配置される一方、プラ
スチックメッシュロール３０が低温側に配置された構造
とされている。

【００５２】図１（ｂ）及び図１（ｃ）において、３３
はプラスチックメッシュシートであり、プラスチックメ
ッシュロール３０にロール加工される前の状態のもので
ある。そして、これらの図において、３３ａと３３ｂと
はそれぞれプラスチックメッシュシート３３の内周端部
と外周端部とであり、３３ｃと３３ｄとはそれぞれプラ
スチックメッシュシート３３の高温側端部と低温側端部
とである。また、３８ａと３８ｂとはそれぞれ内周端部
３３ａと外周端部３３ｂとにおけるプラスチックメッシ
ュシート３３円筒軸方向の幅（シート幅）であり、３８
ｃと３８ｄとはそれぞれ高温側端部３３ｃと低温側端部
３３ｄとにおけるプラスチックメッシュシート３３の長
さ（シート長さ）であり、３９は切り口である。

【００５３】図１（ｂ）から明らかなとおり、この蓄冷
式冷凍機においては、プラスチックメッシュシート３３
が内周端部３３ａから軸芯３１の周りにロール状に巻き
つけ加工されてなるプラスチックメッシュロール３０が
ディスプレーサ８（ディスプレーサ容器側壁部８ａ）内
に挿入され、その外周端部３３ｂはディスプレーサ容器
側壁部８ａには固定されず自由端の状態とされている。

【００５４】また、図１（ｃ）から明らかなとおり、プ
ラスチックメッシュシート３３は、その円筒軸方向のシ
ート幅が内周端部３３ａから外周端部３３ｂに向かって
徐々に小さくなり、またそのシート長さが低温側端部３
３ｄ側の方が高温側端部３３ｃ側よりも長くなるような
形状に加工されている。これは、低温動作時におけるプ
ラスチックメッシュロール３０の熱収縮は、低温側端部
３３ｄ側の方が高温側端部３３ｃ側よりも大きく、した
がってプラスチックメッシュロール３０とディスプレー
サ容器側壁部８ａの内壁面との間の非接触隙間３６ａは
低温側端部３３ｄ側の方が大きくなるので、この非接触
隙間３６ａの変化に併せてプラスチックメッシュロール
３０を広がりやすくするためである。また、軸芯３１
は、低熱伝導性で低熱容量のものが適しており、例えば
プラスチック製の丸棒などが用いられる。なお、軸芯３
１の外径は、蓄冷材７（プラスチックメッシュシート３
３）の必要量に合わせて好ましく設計される。

【００５５】また、プラスチックメッシュシート３３に
は、円筒軸方向に対して垂直な方向に伸びる（長手とな
る）細長い切り口３９が等間隔に形成されている。従来
の蓄冷式冷凍機においては、通常、メッシュシートを円
筒軸方向に平面積層した蓄冷材が用いられるが、この場
合は各メッシュシートが互いに点接触し、この接触点を
介して熱伝導が生じるので、蓄冷材７の熱伝導損失は非
常に小さくなる（例えば、上記刊行物３参照）。

【００５６】しかしながら、プラスチックメッシュシー
ト３３をロール状に加工した本発明に係る蓄冷材７で
は、そのままでは高温側端部３３ｃから低温側端部３３
ｄまでメッシュ素線が繋がっているので、蓄冷材７（プ
ラスチックメッシュロール３０）の熱伝導損失が大きく
なる。そこで、この熱伝導を妨げるため、円筒軸方向に
対して垂直な方向の切り口３９をプラスチックメッシュ
シート３３に千鳥配置で等間隔に形成し、高温側端部３
３ｃ側から低温側端部３３ｄ側へ熱伝導が必ず点接触部
分を介して行われるようにしている。

【００５７】このように、プラスチック製の蓄冷材７と
薄肉金属製のディスプレーサ容器８（ディスプレーサ
３）とを組み合わせた実施の形態１に係る蓄冷式冷凍機
においては、高い冷却効率を保ちつつ被冷却部の熱容量
を低減することができ、クールダウンタイムを短縮する
ことができる。

【００５８】実施の形態２．以下、本発明の実施の形態
２に係る蓄冷式冷凍機について説明する。図２は、前記
の実施の形態１の場合とは異なる形態の蓄冷材７を用い
た、本発明の実施の形態２に係る蓄冷式冷凍機の蓄冷材
内包（内蔵）型のディスプレーサの構造（様態）を示す
断面図である。図２に示すように、この実施の形態２に
かかる蓄冷式冷凍機では、蓄冷材７の高温側は、通常の
場合と同様に平面積層された略円柱形のプラスチックメ
ッシュ積層２９ａで構成されている。このプラスチック
メッシュ積層２９ａは、その外径がディスプレーサ容器
側壁部８ａの内径とほぼ同一になるように（例えば、
（ディスプレーサ容器側壁部８ａの内径）＋（０〜０．
１ｍｍ））プラスチックメッシュシート３３を切断する
ことにより形成されたものである。

【００５９】他方、蓄冷材７の低温側は、その外径が前
記のプラスチックメッシュ積層２９ａの外径（通常サイ
ズ）よりも小さくなるように（例えば、（ディスプレー
サ容器側壁部８ａの内径）−（２ｍｍ））プラスチック
メッシュシート３３を切断することにより形成されたプ
ラスチックメッシュ積層２９ｂ（できれば、プラスチッ
クメッシュ積層２９ｂはペレット状のものがよく、その
製造方法については実施の形態１０参照）と、該プラス
チックメッシュ積層２９ｂとディスプレーサ容器側壁部
８ａの内壁面との間に挿入されたプラスチックメッシュ
ロール３０ｂとで構成されている。すなわち、プラスチ
ックメッシュ積層２９ｂの外周部は、プラスチックメッ
シュシート３３（プラスチックメッシュロール３０ｂ）
によってロール状に覆われている。ここで、プラスチッ
クメッシュロール３０ｂの外周端部３３ｂは、ディスプ
レーサ容器側壁部８ａには固定されず、自由端の状態と
されている。

【００６０】かくして、実施の形態２に係る蓄冷式冷凍
機においては、前記構成により、低温動作時に蓄冷材７
が熱収縮して、蓄冷材７とディスプレーサ容器側壁部８
ａの内壁面との間に隙間が発生し又は増加しようとする
ときには、プラスチックメッシュロール３０ｂ（蓄冷材
７）はそのロール状態がゆるんで広がるので、実施の形
態１の場合と同様の作用・効果が得られる。

【００６１】実施の形態３．以下、本発明の実施の形態
３に係る蓄冷式冷凍機について説明する。図３は、前記
の実施の形態１又は２の場合とは異なる形態の蓄冷材７
を用いた、本発明の実施の形態３に係る蓄冷式冷凍機の
蓄冷材内包（内蔵）型のディスプレーサの構造（様態）
を示す断面図である。図３に示すように、この実施の形
態３にかかる蓄冷式冷凍機では、蓄冷材７の高温側は、
実施の形態２の場合と同様に、平面積層された略円柱形
の通常のサイズのプラスチックメッシュ積層２９ａで構
成されている。

【００６２】他方、蓄冷材７の低温側は、基本的にはプ
ラスチックメッシュシート３３がロール状に加工されて
なるプラスチックメッシュロール３０ｃで構成されてい
る。そして、プラスチックメッシュロール３０ｃの外側
面とディスプレーサ容器側壁部８ａの内側面との間に
は、非通気性の弾性シート４０（弾性体）がディスプレ
ーサ容器径方向に圧縮した状態で挿入されている。さら
に、プラスチックメッシュロール３０ｃの外周端部３３
ｂは弾性シート４０に接着固定されている。

【００６３】かくして、実施の形態３に係る蓄冷式冷凍
機においては、前記構成により、低温動作時において蓄
冷材７が熱収縮すると、弾性シート４０がディスプレー
サ容器径方向に膨張し、蓄冷材７とディスプレーサ容器
側壁部８ａの内壁面との間に非接触隙間３６ａが発生し
又は増加するのが抑制ないしは防止され、実施の形態１
の場合と同様の作用・効果が得られる。なお、非通気性
の弾性シート４０としては、例えばソフトテフロンシー
ト（例えば、バルカー（株）のバルフロンシートなど）
や、ゲル状衝撃吸収シートなどを用いることができる。

【００６４】実施の形態４．以下、本発明の実施の形態
４に係る蓄冷式冷凍機について説明する。図４は、前記
の実施の形態１〜３の場合とは異なる形態の蓄冷材７を
用いた、本発明の実施の形態４に係る蓄冷式冷凍機の蓄
冷材内包（内蔵）型のディスプレーサの構造（様態）を
示す斜視図である。図４において、４１はプラスチック
製のビーズ粒子（ビーズ球）の集合体であり、４２は通
気性の仕切り板（金網メッシュ）である。この実施の形
態４に係る蓄冷式冷凍機においては、蓄冷材７は、ビー
ズ粒子の集合体４１で構成され、ビーズ粒子が低温空間
６に飛散しないように、ビーズ粒子の集合体４１は仕切
り板４２によって仕切られている。

【００６５】この蓄冷式冷凍機において、所定の低温動
作時にビーズ粒子の集合体４１（ビーズ粒子）が熱収縮
すると、ディスプレーサ容器８内の低温側の空間部に蓄
冷材空塊部３６が発生しようとする。しかしながら、常
温状態で円筒軸方向に圧縮された状態で挿入された通気
性の弾性体３２の弾性力によって、ビーズ粒子の集合体
４１（蓄冷材７）が低温側に押し上げられ、蓄冷材空塊
部３６の発生が抑制される。

【００６６】また、実施の形態３の場合と同様に、ディ
スプレーサ容器側壁部８ａの低温側の内壁面に弾性シー
ト４０が接着固定され、弾性シート４０の弾性変形によ
って、ビーズ粒子の集合体４１（蓄冷材７）とディスプ
レーサ容器側壁部８ａの内壁面との間に非接触隙間が発
生するのが抑制され、実施の形態１の場合と同様の作用
・効果が得られる。ここで、通気性の仕切り板４２とし
ては、例えば粗い金網メッシュあるいは通気性金属マス
ク（金属円板をエッチングして通気性の細孔を無数に開
けたもの）を用いることができる。なお、製品化された
通気性金属マスクとしては、例えばソノコム（株）のＳ
ＵＳメタルマスクなどがあげられる。

【００６７】実施の形態５．図５は、前記の実施の形態
１〜４の場合とは異なる形態の蓄冷材７を用いた、本発
明の実施の形態５に係る蓄冷式冷凍機の蓄冷材内包（内
蔵）型のディスプレーサの構造（様態）を示す断面図で
ある。図５において、２９ａは、その外径が円筒形のデ
ィスプレーサ容器側壁部８ａの内径とほぼ一致するよう
に（例えば、（ディスプレーサ容器側壁部８ａの内径）
＋（０〜０．１ｍｍ））プラスチックメッシュシート３
３を切断することにより形成されたプラスチックメッシ
ュシート積層である。

【００６８】また、２９ｃはディスプレーサ容器側壁部
８ａの内径よりやや大きめにプラスチックメッシュシー
ト３３を切断することにより形成された後、ディスプレ
ーサ８内に押し込まれたプラスチックメッシュシート積
層である。ここで、プラスチックメッシュシート積層２
９ｃの外径は、例えば（（ディスプレーサ容器側壁部８
ａの内径）＋（プラスチックメッシュシート積層２９ｃ
の低温端での熱収縮分）＋（０〜０．１ｍｍ））程度と
される。

【００６９】この蓄冷式冷凍機においてはディスプレー
サ容器８内の低温側の空間部には、外径が大きいプラス
チックメッシュシート積層２９ｃが押し込まれて配置さ
れているので、所定の低温動作状態で２９ｃが熱収縮し
ても、プラスチックメッシュシート積層２９ｃとディス
プレーサ容器側壁部８ａの内壁面との間に非接触隙間が
発生しない。そのため、実施の形態１の場合と同様の作
用・効果が得られる。

【００７０】ところで、前記の実施の形態１〜５では、
いずれも蓄冷材空塊部３６の発生ないし増加を抑制する
抑制手段は、主として弾性力を利用したものである。し
かしながら、かかる抑制手段は、弾性力を利用するもの
に限定されるわけではない。以下、摩擦力又は熱応力を
利用して蓄冷材空塊部３６の発生ないし増加を抑制する
抑制手段を備えた蓄冷式冷凍機について説明する。

【００７１】実施の形態６．以下、本発明の実施の形態
６に係る蓄冷式冷凍機について説明する。図６は、本発
明の実施の形態６に係る蓄冷式冷凍機の蓄冷材の構造
（様態）を示す斜視図である。図６において、４４はロ
ール状の金属メッシュである。この蓄冷材７において
は、金網メッシュシートとプラスチック製メッシュシー
ト３３とが、重ね合わせて軸芯３１に巻き付けられてい
る。これにより、プラスチックメッシュ３０と金網メッ
シュ４４とが交互に積層される。

【００７２】かくして、この蓄冷材７においては、所定
の低温動作時には、両メッシュ３０、４４間に作用する
摩擦力により、プラスチックメッシュ３０の熱収縮が金
網メッシュ４４によって抑制される。さらに、この蓄冷
材７においては、ディスプレーサ容器側壁部８ａが熱収
縮率の大きいプラスチック材料であっても、その熱収縮
を内側から抑制することができる。このように、プラス
チック製の蓄冷材７と薄肉金属製のディスプレーサ容器
８とを組み合わせた実施の形態６に係る蓄冷式冷凍機
（蓄冷材）においては、高い冷却効率を保ちつつ被冷却
部の熱容量を低減することができ、クールダウンタイム
を短縮することができる。

【００７３】実施の形態７．以下、本発明の実施の形態
７に係る蓄冷式冷凍機について説明する。図７は、前記
の実施の形態６とは異なる形態の摩擦力を利用する蓄冷
材７を用いた、本発明の実施の形態７に係る蓄冷式冷凍
機の蓄冷材内包（内蔵）型のディスプレーサの構造（様
態）を示す断面図である。図７において、４５は、その
外径がディスプレーサ容器側壁部８ａの内径とほぼ同一
となるように（（ディスプレーサ容器側壁部８ａの内
径）＋（０〜０．１ｍｍ））金属メッシュシートを切断
することにより形成された金属メッシュである。

【００７４】そして、この蓄冷材７においては、金属メ
ッシュ４５とプラスチックメッシュ２９とが交互に平面
積層されている。このように、金属メッシュ４５とプラ
スチックメッシュ２９とを平面積層した場合でも、実施
の形態６の場合と同様の作用・効果が得られる。

【００７５】実施の形態８．以下、本発明の実施の形態
８に係る蓄冷式冷凍機ないしは蓄冷材について説明す
る。図８（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施の形態８に係
る蓄冷式冷凍機の蓄冷材に用いられる金属皮膜付きプラ
スチックメッシュの構成（様態）を示す図である。ここ
で、図８（ａ）は金属皮膜付きプラスチックメッシュの
外形（シート状態）を示す図であり、図８（ｂ）は金属
皮膜付きプラスチックメッシュを構成するメッシュ素線
の断面図である。

【００７６】図８（ａ）、（ｂ）において、４６は金属
皮膜で被覆された金属皮膜付きプラスチックメッシュで
あり、４７ａと４７ｂとはそれぞれ金属皮膜付きプラス
チックメッシュ４６を形成する横方向のメッシュ素線と
縦方向のメッシュ素線とであり（なお、両メッシュ素線
４７ａ、４７ｂをメッシュ素線４７と総称する）、４９
はメッシュ素線４７のプラスチック母材であり、５０は
プラスチック母材４９をほぼ均一に被覆している金属皮
膜である。プラスチック母材４９の表面を金属皮膜５０
で被覆する方法としては、例えば化学的メッキや真空蒸
着（特開昭６０−２６２６８９号公報参照）があげられ
る。これを製品化したものとしては、例えばソノコム
（株）のリダイズドメッシュ（ポリエステルメッシュ表
面に１〜５μｍ程度のニッケル皮膜を施したもの）があ
げられる。

【００７７】この実施の形態８にかかる蓄冷式冷凍機に
おいては、前記構造の金属皮膜付きプラスチックメッシ
ュ４６からなる蓄冷材７を用いているので、所定の低温
動作時には、プラスチック母材４９と金属皮膜５０との
間に働く熱応力により、金属皮膜付きプラスチックメッ
シュ４６の熱収縮が抑制され、実施の形態６の場合と同
様の作用・効果が得られる。

【００７８】実施の形態９．以下、本発明の実施の形態
９に係る蓄冷式冷凍機ないしは蓄冷材について説明す
る。図９（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施の形態９に係
る蓄冷式冷凍機の蓄冷材に用いられる、金属皮膜形成後
に表面処理（表面腐食処理等）が施された金属皮膜付き
プラスチックメッシュ（以下、「表面処理金属皮膜付き
プラスチックメッシュ」という）の構成（様態）を示す
図である。ここで、図９（ａ）は表面処理金属皮膜付き
プラスチックメッシュの外形（シート状態）を示す図で
あり、図９（ｂ）は表面処理金属皮膜付きプラスチック
メッシュを構成するメッシュ素線の断面図である。

【００７９】図９（ａ）、（ｂ）において、５１は金属
皮膜形成後に表面処理が施された表面処理金属皮膜付き
プラスチックメッシュであり、５２ａと５２ｂとはそれ
ぞれ表面処理金属皮膜付きプラスチックメッシュ５１を
形成する横方向のメッシュ素線と縦方向のメッシュ素線
とであり（なお、両メッシュ素線５２ａ、５２ｂをメッ
シュ素線５２と総称する）、４９はメッシュ素線５２の
プラスチック母材であり、５４は表面処理後における不
均一な金属皮膜である。

【００８０】金属５４がニッケル皮膜である場合、これ
をざらつかす程度に表面処理する方法としては、例えば
特開平１−１３０９７号公報に開示されている酸性腐食
液（過酸化水素と硝酸の混液）を用いた表面腐食処理な
どを用いることができる。あるいは、研磨剤微粒子（Ｓ
ｉＯ₂やＳｉＣなど）を吹き付ける表面処理方法も用い
ることができる。このような表面処理によって、蓄冷材
７の基本構成要素であるメッシュ素線５２の表面をざら
つかせ（粗面化し）、表面粗度を粗くして、蓄冷材７の
伝熱面積を増加させる。このように、実施の形態９で
は、表面処理金属皮膜付きプラスチックメッシュ５１を
蓄冷材７として用いているので、伝熱面積の増加により
蓄冷器の効率を向上させることができ、蓄冷式冷凍機を
一層高効率化することができ、クールダウンタイムを短
縮することができる。

【００８１】実施の形態１０．以下、本発明の実施の形
態１０に係る蓄冷式冷凍機ないしは蓄冷材について説明
する。図１０（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施の形態１
０に係る、切断加工により平面積層されたプラスチック
メッシュの構造（様態）を示す図である。ここで、図１
０（ａ）はプラスチックメッシュの切断時の状態を示す
立面断面図であり、図１０（ｂ）は切断後におけるペレ
ット状態のプラスチックメッシュの立面断面図であり、
図１０（ｃ）は図１０（ｂ）に示すプラスチックメッシ
ュを真上から見た上面図であり、図１０（ｄ）は図１０
（ｃ）中のＲで示す部分の拡大図でありプラスチックメ
ッシュ面内の半融着部を拡大して示している。

【００８２】図１０（ａ）〜（ｄ）において、５５はプ
ラスチックメッシュ切断機であり、５５ａは刃型部であ
り、５５ｂはメッシュ押し込み部であり、５５ｃは刃型
部５５ａを加熱するヒータであり、５６はプラスチック
メッシュの切断面である。かくして、プラスチックメッ
シュを作製（切断）する際には、プラスチックメッシュ
シート３３を複数枚積層した上で、メッシュ押し込み部
５５ｂでプラスチックメッシュシート３３に圧力を加え
ながら、ヒータ５５ｃによって加熱された５５ａで、プ
ラスチックメッシュシート３３を切断することになる。
このとき、切断面５６をプラスチックの半融解温度（融
点より５０℃程度低い温度）に加熱することにより、プ
ラスチックメッシュを切断面５６で半融解状態で接着
（融着）することができる。

【００８３】かくして、図１０（ｂ）に示すような柱状
ペレット状態のプラスチックメッシュを作製することが
でき、このプラスチックメッシュを蓄冷材７として用い
ることにより、該蓄冷材７をディスプレーサ容器８（断
熱容器）内に平面積層する作業を効率化することができ
る。また、図１０（ｄ）に示すように、一枚のプラスチ
ックメッシュが切断されてその広がり面内に形成される
メッシュ素線の先端部ないしは切断部が熱融着されるの
で、プラスチックメッシュが変形したりメッシュ素線が
ほどけるのが防止される。

【００８４】実施の形態１１．以下、本発明の実施の形
態１１に係る蓄冷式冷凍機ないしは蓄冷材について説明
する。図１１は、本発明の実施の形態１１に係る蓄冷式
冷凍機の蓄冷器の斜視図である。この蓄冷式冷凍機は、
例えば前記の従来例２（図１５参照）のように、ディス
プレーサとは独立（分離）して、その外周部に蓄冷器が
配置されている形態の蓄冷式冷凍機である。前記の実施
の形態１〜１０では、いずれも、蓄冷器がディスプレー
サに内蔵されている形態の蓄冷式冷凍機について説明し
ているが、従来例２や従来例３のように、ディスプレー
サとは独立（分離）して蓄冷器が配置されている合で
も、実施の形態１〜１０の場合と同様の作用・効果が得
られる。

【００８５】実施の形態１２．以下、本発明の実施の形
態１２に係る蓄冷式冷凍機ないしはディスプレーサにつ
いて説明する。図１２（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施
の形態１２に係る蓄冷式冷凍機のディスプレーサの構造
（様態）を示す図である。ここで、図１２（ａ）は実施
の形態１２に係る、実施の形態１〜１１の場合とは異な
る形態のディスプレーサ容器を備えたディスプレーサの
斜視図であり、図１２（ｂ）はディスプレーサ容器の斜
視図であり、図１２（ｃ）はガイドリングの斜視図であ
る。

【００８６】図１２（ａ）〜（ｃ）において、６０は薄
肉のプラスチックシートを加熱成形することにより作製
されたディスプレーサ容器側壁部であり、６１はガイド
リングであり、６２は位置決めピンであり、６２ａは低
温側位置決めピンであり、６２ｂは高温側位置決めピン
であり、６３は位置決めピン６２のピン止め穴である。
また、６４は、軸芯３１の低温端に取り付けられたピン
止め冶具である。

【００８７】ここで、ディスプレーサ容器側壁部６０
は、例えば東レ（株）製のルミラー（ポリエステルシー
ト）などを円筒形状に加熱成形することにより作製する
ことができる。また、ガイドリング６１は、例えばＮＴ
Ｎ（株）製のベアリーシート材（厚み０．１〜０．３ｍ
ｍ程度）などを円筒形状に加熱成形することにより作製
することができる。

【００８８】低温側位置決めピン６２ａは、ディスプレ
ーサ容器低温側キャップ８ｂ、ディスプレーサ容器側壁
部６０及びピン止め冶具６４の位置決め穴６３を貫通し
て配置され、他方、高温側位置決めピン６２ｂは、ガイ
ドリング６１、ディスプレーサ容器側壁部６０、ディス
プレーサ容器低温側キャップ８ｂの位置決め穴６３を貫
通して配置されている。これにより、ディスプレーサ容
器側壁部６０の上下方向の位置が固定される。また、デ
ィスプレーサ容器側壁部６０の外壁面と低温シリンダ側
壁４ｃの内壁面との間のディスプレーサ隙間３５は、ガ
イドリング６１によって一定値に保持される。

【００８９】一般に、ベスペル等のプラスチック丸棒を
切削加工してディスプレーサ容器側壁部８ａを作製する
場合、最小限０．５ｍｍ程度の肉厚が必要である。しか
しながら、この実施の形態１２によれば、肉厚が０．５
ｍｍ以下（例えば、０．２ｍｍ）のプラスチックシート
材料でディスプレーサ容器側壁部６０（８ａ）を作製す
ることが可能となる。

【００９０】図２１は、前記の冷凍機Ａ（スターリング
冷凍機）と、冷凍機Ａにおいて金属製蓄冷材をプラスチ
ック製蓄冷材（ナイロンメッシュ）に置換えたもの（以
下、「冷凍機Ｄ」という）と、さらに冷凍機Ｄにおいて
切削プラスチック製ディスプレーサ容器側壁部をプラス
チックシート製ディスプレーサ容器側壁部（肉厚が０．
２ｍｍのプラスチックシート材を用いたもの）に置換え
たもの（以下、「冷凍機Ｅ」という）とについて、それ
ぞれ、各被冷却部の熱容量（但し、常温）を比較して示
した棒グラフである。図２１から明らかなとおり、冷凍
機Ｅでは、そのの被冷却部の総熱容量（２．５１Ｊ／
Ｋ）が、冷凍機Ａのそれ（４．５８Ｊ／Ｋ）の約半分に
低減されている。したがって、クールダウンタイムを短
縮することができる。

【００９１】最後に、主にプラスチック材料からなる蓄
冷材について補足説明する。かかるプラスチック材料か
らなる蓄冷材についても、金網メッシュの場合と同様の
理由により、メッシュ形状のものが、その他の形状（ウ
ール状、ビーズ粒子の集合体など）のものより、冷却性
能（圧力損失や伝熱性能）に関して優れている。

【００９２】また、ナイロン製又はポリエステル製のメ
ッシュは、印刷用スクリーンマスクとして安価に入手可
能である。とくに、ポリエステル繊維は、吸水率（表２
参照）が低く、形状安定性も高い。実用的には、♯１５
０〜♯４００（１インチ平方あたりの網目数を示す）の
ポリエステルメッシュを加工したものが、蓄冷式冷凍機
の蓄冷材として適している。

【００９３】

【発明の効果】本発明によれば、以下に記載されている
ような顕著な効果を奏する。すなわち、本発明の第１の
態様に係る蓄冷式冷凍機においては、所定の低温動作状
態では、プラスチック材料の熱収縮が大きいため、低熱
伝導筒体の内壁面と蓄冷材との非接触隙間と断熱容器内
部の低温側の死容積とがそれぞれ常温時より増加する方
向の変形が生じようとするが、これを抑制する抑制手段
を備えているので、蓄冷式冷凍機の高効率を保持しつつ
被冷却部の熱容量を低減することができ、ひいてはクー
ルダウンタイムを短縮することができる。

【００９４】本発明の第２の態様に係る蓄冷式冷凍機に
おいては、所定の低温動作状態では、低熱伝導筒体の外
壁面と膨張シリンダの内壁面との間のディスプレーサ隙
間が常温時より増加する方向の熱収縮変形が生じようと
するが、これを抑制する抑制手段を備えているので、蓄
冷式冷凍機の高効率を保持しつつ被冷却部の熱容量を低
減することができ、ひいてはクールダウンタイムを短縮
することができる。

【００９５】本発明の第３の態様に係る蓄冷式冷凍機に
おいては、基本的には、第１又は第２の態様に係る蓄冷
式冷凍機の場合と同様の効果を奏する。さらに、抑制手
段が、弾性体が外力を受けない状態に戻ろうとする弾性
力、熱収縮率の異なる材料間に働く摩擦力、あるいはバ
インダによる接着力を利用して上記変形を抑制するよう
になっているので、より効果的に蓄冷式冷凍機の高効率
を保持しつつ被冷却部の熱容量を低減することができ、
クールダウンタイムを一層短縮することができる。

【００９６】本発明の第４の態様に係る蓄冷式冷凍機に
おいては、基本的には、第１の態様に係る蓄冷式冷凍機
の場合と同様の効果を奏する。さらに、主としてプラス
チック材料からなるメッシュシートが円筒軸にロール状
に巻きつけられてなる蓄冷材の外周端部の少なくとも低
温側の部分が、自由端のまま低熱伝導筒体に接触させら
れ、あるいは柔軟性のあるものを介して低熱伝導筒体に
接触させられ、これにより上記変形が抑制されるので、
より効果的に蓄冷式冷凍機の高効率を保持しつつ被冷却
部の熱容量を低減することができ、クールダウンタイム
を一層短縮することができる。

【００９７】本発明の第５の態様に係る蓄冷式冷凍機に
おいては、基本的には、第４の態様に係る蓄冷式冷凍機
の場合と同様の効果を奏する。さらに、主としてプラス
チック材料のメッシュからなるロール状の蓄冷材におい
て、その軸線方向に対して垂直な方向に伸びる多数の切
り口がメッシュシートに形成され、これにより高温側か
ら低温側への熱伝導損失が低減されるので、一層効果的
に蓄冷式冷凍機の高効率を保持しつつ被冷却部の熱容量
を低減することができ、クールダウンタイムをさらに短
縮することができる。

【００９８】本発明の第６の態様に係る蓄冷式冷凍機に
おいては、基本的には、第１の態様に係る蓄冷式冷凍機
の場合と同様の効果を奏する。さらに、低熱伝導筒体の
内壁面と蓄冷材との間に非通気性の弾性体が設けられ、
これにより、所定の低温動作時に両者間の非接触隙間が
増加する方向の変形が生じるのが抑制されるので、より
効果的に蓄冷式冷凍機の高効率を保持しつつ被冷却部の
熱容量を低減することができ、クールダウンタイムを一
層短縮することができる。

【００９９】本発明の第７の態様に係る蓄冷式冷凍機に
おいては、基本的には、第１の態様に係る蓄冷式冷凍機
の場合と同様の効果を奏する。さらに、断熱容器内部の
高温端側に通気性の弾性体が設けられ、これにより、所
定の低温動作時に断熱容器内部の低温側の死容積が増加
する方向の変形が生じるのが抑制されるので、より効果
的に蓄冷式冷凍機の高効率を保持しつつ被冷却部の熱容
量を低減することができ、クールダウンタイムを一層短
縮することができる。

【０１００】本発明の第８の態様に係る蓄冷式冷凍機に
おいては、基本的には、第１又は第２の態様に係る蓄冷
式冷凍機の場合と同様の効果を奏する。さらに、プラス
チックメッシュと、金網メッシュ又はガス透過性金属マ
スクとが交互に積層され、両者間に作用する摩擦力によ
ってプラスチックメッシュの熱収縮が抑制される。この
ため、低熱伝導筒体の内壁面と蓄冷材との間の非接触隙
間、あるいは低熱伝導筒体の外壁面と膨張シリンダの内
壁面との間のディスプレーサ隙間が常温時より増加する
のが抑制され、より効果的に蓄冷式冷凍機の高効率を保
持しつつ被冷却部の熱容量を低減することができ、クー
ルダウンタイムを一層短縮することができる。

【０１０１】本発明の第９の態様に係る蓄冷式冷凍機に
おいては、基本的には、第１の態様に係る蓄冷式冷凍機
の場合と同様の効果を奏する。さらに、プラスチック蓄
冷材を構成する基本要素である、メッシュ素線、ビーズ
粒子あるいは繊維（ウール繊維）などの伝熱表面がニッ
ケル等の金属皮膜によって被覆され、両者間に作用する
熱応力によってプラスチックの熱収縮が抑制される。こ
のため、低熱伝導筒体の内壁面と蓄冷材との間の非接触
隙間、あるいは低熱伝導筒体の外壁面と膨張シリンダの
内壁面との間のディスプレーサ隙間が常温時より増加す
るのが抑制され、より効果的に蓄冷式冷凍機の高効率を
保持しつつ被冷却部の熱容量を低減することができ、ク
ールダウンタイムを一層短縮することができる。

【０１０２】本発明の第１０の態様に係る蓄冷式冷凍機
においては、基本的には、第９の態様に係る蓄冷式冷凍
機の場合と同様の効果を奏する。さらに、腐食処理ある
いは微粒子研磨処理などの表面処理により、蓄冷材を構
成する基本要素である、メッシュ素線、ビーズ粒子、あ
るいは繊維（ウール繊維）などの伝熱表面の表面粗度が
大きくなるので、蓄冷材の伝熱面積が増加する。これに
より、蓄冷器の効率が向上し、蓄冷式冷凍機が一層高効
率化される。このため、クールダウンタイムをさらに短
縮することができる。

【０１０３】本発明の第１１の態様に係る蓄冷式冷凍機
においては、基本的には、第２の態様に係る蓄冷式冷凍
機の場合と同様の効果を奏する。さらに、プラスチック
材料のシートが円筒形状に１周以上巻いて加熱成形さ
れ、その終端部が自由端とされ、かつ低熱伝導筒体と膨
張シリンダとの間に挿入された薄肉厚のガイドリングに
よって低熱伝導筒体の外壁面と膨張シリンダの内壁面と
の間の隙間が一定に保たれるので、プラスチック材料の
低熱伝導筒体を薄肉化することができ、ディスプレーサ
容器側壁部の熱容量を低減することができ、さらに高温
側から低温側への熱伝導損失を低減することができる。
このため、クールダウンタイムを一層短縮することがで
きる。

【０１０４】本発明の第１２の態様に係る蓄冷式冷凍機
ないしは蓄冷器においては、蓄冷材を構成するプラスチ
ック製メッシュの切断面近傍部分をプラスチックの半融
解温度まで加熱することにより、１枚のメッシュ切断面
で隣接する素線同士が融着させられる。このため、メッ
シュの変形や素線のほどけが防止される。

【０１０５】本発明の第１３の態様に係る蓄冷式冷凍機
ないしは蓄冷器においては、同型に切り抜かれたプラス
チック製メッシュを多数枚積層した上で切断面で熱融着
させて一体化することにより形成された柱状ペレット状
態の蓄冷材が用いられるので、メッシュからなる蓄冷材
を断熱容器内に平面積層する作業を効率化することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の実施の形態１に係るロール
状のプラスチックメッシュを蓄冷材として用いた蓄冷式
冷凍機の膨張機側の断面図であり、（ｂ）はロール状の
プラスチックメッシュの斜視図であり、（ｃ）はロール
状に加工する前のプラスチックメッシュシートの立面図
である。

【図２】本発明の実施の形態２に係る蓄冷材を用いた
蓄冷材内蔵型のディスプレーサの断面図である。

【図３】本発明の実施の形態３に係る蓄冷材を用いた
蓄冷材内蔵型のディスプレーサの断面図である。

【図４】本発明の実施の形態４に係る蓄冷材を用いた
蓄冷材内蔵型のディスプレーサの斜視図である。

【図５】本発明の実施の形態５に係る蓄冷材を用いた
蓄冷材内蔵型のディスプレーサの断面図である。

【図６】本発明の実施の形態６に係る蓄冷材の斜視図
である。

【図７】本発明の実施の形態７に係る蓄冷材を用いた
蓄冷材内蔵型のディスプレーサの断面図である。

【図８】（ａ）は本発明の実施の形態８に係る金属皮
膜で被覆されたプラスチックメッシュのシート状態を示
す図であり、（ｂ）はメッシュ素線の断面図である。

【図９】（ａ）は本発明の実施の形態９に係る金属皮
膜形成後に表面腐食処理が施されたプラスチックメッシ
ュのシート状態を示す図であり、（ｂ）はメッシュ素線
の断面図である。

【図１０】（ａ）は本発明の実施の形態１０に係る、
切断加工のために平面積層されたプラスチックメッシュ
及びその切断機の、切断時における立面断面図であり、
（ｂ）は切断後におけるペレット状態のプラスチックメ
ッシュの断面図であり、（ｃ）は（ｂ）に示すプラスチ
ックメッシュを真上から見た上面図であり、（ｄ）は
（ｃ）中のＲで示す部分の拡大図であり、プラスチック
メッシュの広がり面内での半融着部を拡大して示してい
る。

【図１１】本発明の実施の形態１１に係る、ディスプ
レーサとは独立してその外周部に配置された蓄冷器の斜
視図である。

【図１２】（ａ）は本発明の実施の形態１２に係る薄
肉プラスチック製ディスプレーサ容器側壁部を用いたデ
ィスプレーサの斜視図であり、（ｂ）はディスプレーサ
容器側壁部の斜視図であり、（ｃ）はガイドリングの斜
視図である。

【図１３】従来例１に係る、蓄冷器がディスプレ-サ
に内蔵されたスプリット型スターリング冷凍機の断面図
である。

【図１４】ナイロンを含む種々の蓄冷材の体積比熱
と、ヘリウムガス（１０ＭＰａ）の体積比熱とを比較し
て示したグラフである。

【図１５】従来例２に係る、蓄冷器がディスプレ-サ
とは独立して配置された一体型スターリング冷凍機の断
面図である。

【図１６】従来例３に係るオリフィス型パルス管冷凍
機の模式図である。

【図１７】冷凍機Ａ（スターリング冷凍機）の常温に
おける各被冷却部の熱容量の割合を示す円グラフであ
る。

【図１８】（ａ）はプラスチックビーズ球の蓄冷材が
ディスプレーサに内蔵されている蓄冷式冷凍機の被冷却
部の室温状態における断面図であり、（ｂ）は所定の低
温動作時において蓄冷材が収縮した状態における（ａ）
と同様の図であり、（ｃ）はプラスチック製ディスプレ
ーサが用いられた場合において所定の低温動作時に蓄冷
材とプラスチック製ディスプレーサとが収縮した状態に
おける（ａ）と同様の図である。

【図１９】冷凍機Ａ（スターリング冷凍機）において
予測されるディスプレーサ隙間と、冷却能力及び熱損失
との関係を示すグラフである。

【図２０】冷凍機Ａ、Ｂ、Ｃ（スターリング冷凍機）
の常温における被冷却部の熱容量を比較して示した棒グ
ラフである。

【図２１】冷凍機Ａ、Ｄ、Ｅ（スターリング冷凍機）
の常温における被冷却部の熱容量を比較して示した棒グ
ラフである。

【符号の説明】

１膨張機、２圧縮機、３ディスプレーサ、
４膨張シリンダ、４ａ膨張シリンダ側壁部、４ｂ
膨張シリンダヘッド部、５高温空間、６低温空
間、７蓄冷材、８ディスプレーサ容器、８ａ
ディスプレーサ容器側壁部、８ｂディスプレーサ
容器低温側キャップ、８ｃディスプレーサ容器高温
側キャップ、９低温空間に繋がる連通孔、１０
高温空間に繋がる連通孔、１１ニューマティック
室、１２ニューマティックピストン、１３シー
ル部、１３ａシール部、１３ｂシール部、１
３ｃシール部、１４蓄冷器、１５連通管、
１６圧縮ピストン、１７圧縮シリンダ、１８圧
縮空間、２０クランクシャフト、２１クランクケ
ース、２２放熱器、２３インナーライナ、２
４パルス管、２５低温側熱交換器、２６オリ
フィス、２７バッファタンク、２８断熱容器、
２９プラスチックメッシュ積層（平面積層されたプラ
スチックメッシュ）、２９ａプラスチックメッシュ
シート（外径がディスプレーサ容器側壁部内径にほぼ一
致する形状）、２９ｂプラスチックメッシュシート
（外径がディスプレーサ容器側壁部内径より小さい形
状）、２９ｃプラスチックメッシュシート（外径が
ディスプレーサ容器側壁部内径より大きい形状）、３
０プラスチックメッシュロール（ロール状のプラスチ
ックメッシュ）、３１軸芯、３２通気性の弾性
体、３３プラスチックメッシュシート、３３ａ
内周端部、３３ｂ外周端部、３３ｃ高温側端
部、３３ｄ低温側端部、３４機械ばね、３４ａ
フリーディスプレーサ共振用ばね、３４ｂ弾性力
補強用ばね、３５ディスプレーサ隙間、３６蓄
冷材空塊部、３６ａディスプレーサ容器側壁部の内
壁面と蓄冷材との間の非接触隙間、３６ｂディスプ
レーサ容器低温側キャップの内壁面と蓄冷材との間の非
接触隙間、３７作動ガスの流れ、３７ａ蓄冷材
との熱交換が不十分な迂回流れ、３７ｂ蓄冷材と熱
交換する主な流れ、３８プラスチックメッシュシー
トの円筒軸方向のシート幅、３８ａ内周端部におけ
る円筒軸方向のシート幅、３８ｂ外周端部における
円筒軸方向のシート幅、３８ｃ高温側端部における
プラスチックメッシュシートの長さ、３８ｄ低温側
端部におけるプラスチックメッシュシートの長さ、３
９切り口、４０非通気性の弾性シート、４４ロ
ール状の金属メッシュ、４５平面積層された金網メ
ッシュ、４６均一な金属皮膜で被覆されたメッシ
ュ、４７均一な金属皮膜で被覆されたメッシュ素
線、４７ａ横方向のメッシュ素線、４７ｂ縦方
向のメッシュ素線、４９プラスチック母材、５０
均一な金属皮膜部分、５１不均一な金属皮膜で被覆さ
れたメッシュ、５２不均一な金属皮膜で被覆された
メッシュ素線、５２ａ横方向のメッシュ素線、５
２ｂ縦方向のメッシュ素線、５４不均一な金属皮
膜部分、５５プラスチックメッシュ切断機、５５
ａ刃型部、５５ｂメッシュ押し込み部、５５ｃ
ヒータ、５６プラスチックメッシュ切断面、６
０薄肉プラスチックシートを加熱成形したディスプレ
ーサ容器側壁部、６１ガイドリング、６２位置
決めピン、６２ａ低温側ピン、６２ｂ高温側ピ
ン、６３ピン止め穴、６４ピン止め冶具。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高温端で高温空間と連通するとともに低
温端で低温空間と連通し、高温端と低温端との間で温度
勾配方向に伸びる側壁部が低熱伝導筒体で形成されてい
る断熱容器と、前記断熱容器に内包され、作動ガスが該断熱容器を経由
して高温空間と低温空間とを往復流動する際に作動ガス
と熱交換を行う、主としてプラスチック材料で作製され
た蓄冷材とを備えた蓄冷器が設けられている蓄冷式冷凍
機において、所定の低温動作状態において、前記断熱容器と前記蓄冷
材とを構成する各部材が、熱収縮により、前記低熱伝導
筒体の内壁面と前記蓄冷材との間に生じる非接触隙間
と、低温端側で断熱容器内部に生じる死容積とが常温時
より増加する方向に変形するのを抑制する抑制手段が設
けられていることを特徴とする蓄熱式冷凍機。
【請求項２】金属製の膨張シリンダと、前記膨張シリンダ内に配置され、高温端で高温空間と連
通するとともに低温端で低温空間と連通し、高温端と低
温端との間で温度勾配方向に伸びる側壁部がプラスチッ
ク製の低熱伝導筒体で形成されている断熱性のディスプ
レーサ容器と、前記ディスプレーサ容器に内包され、作動ガスが該ディ
スプレーサ容器を経由して高温空間と低温空間とを往復
流動する際に作動ガスと熱交換を行う、主としてプラス
チック材料で作製された蓄冷材とを備えた蓄冷器が設け
られ、前記ディスプレーサ容器を前記膨張シリンダ内で往復移
動させることにより、低温空間に冷凍作用が惹起される
ようになっている蓄冷式冷凍機において、所定の低温動作状態において、前記ディスプレーサ容器
と前記蓄冷材とを構成する各部材が、熱収縮により、前
記低熱伝導筒体の外壁面と前記膨張シリンダの内壁面と
の間に形成されるディスプレーサ隙間が常温時より増加
する方向に変形するのを抑制する抑制手段が設けられて
いることを特徴とする蓄冷式冷凍機。
【請求項３】前記抑制手段が、弾性体が外力を受けな
い状態に戻ろうとする弾性力、熱収縮率の異なる材料間
に働く摩擦力もしくは熱応力、又はバインダによる接着
力により上記変形を抑制するようになっていることを特
徴とする請求項１又は請求項２に記載の蓄冷式冷凍機。
【請求項４】前記低熱伝導筒体が円筒体であって、前
記蓄冷材が、主としてプラスチック材料からなるメッシ
ュシートを前記低熱伝導筒体の中心軸のまわりにロール
状に巻きつけることにより成形され、該ロール状のメッ
シュシートの外周端部が、少なくとも低温端側では、自
由端のまま直接的に又は弾性体を介して、前記低熱伝導
筒体の内壁面に接触していることを特徴とする請求項１
に記載の蓄冷式冷凍機。
【請求項５】前記メッシュシートに、前記中心軸の軸
線方向に対して垂直方向に伸びる切り口が多数形成され
ていることを特徴とする請求項４に記載の蓄冷式冷凍
機。
【請求項６】前記断熱容器内において、前記低熱伝導
筒体の内壁面と前記蓄冷材との間に、非通気性の弾性体
が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の蓄
冷式冷凍機。
【請求項７】高温端側において前記断熱容器内に、通
気性の弾性体が設けられていることを特徴とする請求項
１に記載の蓄冷式冷凍機。
【請求項８】前記蓄冷材が、金網メッシュ又は通気性
金属マスクと、プラスチックメッシュとが交互に積層さ
れてなる積層体であることを特徴とする請求項１又は請
求項２に記載の蓄冷式冷凍機。
【請求項９】前記蓄冷材が、メッシュ素線状、ビーズ
粒子状又は繊維状のプラスチック製基材が金属で被覆さ
れてなる素材で形成されていることを特徴とする請求項
１に記載の蓄冷式冷凍機。
【請求項１０】前記蓄冷材の表面粗度が粗くなってい
ることを特徴とする請求項９に記載の蓄冷式冷凍機。
【請求項１１】前記低熱伝導筒体が、薄肉厚のプラス
チックシートが円筒形状に１周以上巻かれてなりその外
周端部が自由端となっている加熱成形体であって、前記低熱伝導筒体の外壁面と前記膨張シリンダの内壁面
との間に、該両壁面間の隙間を一定に保つ薄肉厚のガイ
ドリングが挿入されていることを特徴とする請求項２に
記載の蓄冷式冷凍機。
【請求項１２】所定の形状に切断され、切断部におい
て隣接する素線同士が互いに熱融着されているプラスチ
ック製メッシュが積層されてなる蓄冷材が設けられてい
ることを特徴とする蓄冷式冷凍機。
【請求項１３】それぞれ同一の形状に切断された複数
のプラスチック製メッシュが柱状に平面積層され、切断
部近傍においてプラスチック製メッシュ同士が熱融着さ
れてなる柱状ペレット状態の蓄冷材が設けられているこ
とを特徴とする蓄冷式冷凍機。