JP5657479B2 - 蓄冷式冷凍機 - Google Patents

Description

本発明は、冷媒ガスを膨張させることにより発生させた冷熱を蓄冷する蓄冷式冷凍機及びその製造方法に関する。

蓄冷式冷凍機の一例として、スターリング冷凍機が用いられている。スターリング冷凍機は、冷媒ガスを圧縮する圧縮機と、圧縮機から供給される冷媒ガスを膨張させる膨張機とよりなる。圧縮機では、ピストンをシリンダ内で往復動させることにより冷媒ガスを圧縮する。膨張機では、圧縮機から供給された冷媒ガスをディスプレーサの往復動の際に膨張させることにより極低温レベルの冷熱を発生させる。

このようなスターリング冷凍機は、一例として、圧縮機と膨張機とがキャピラリチューブにより接続されてなる（例えば、特許文献１参照。）。

圧縮機は、隔壁を挟んで面対称な構造を有する。隔壁の両側にシリンダが配置されている。シリンダ内には、ピストンが設けられている。ピストンは、シリンダの内周面に整合する外周面を有する。ピストン、シリンダ及び隔壁により、圧縮室が画成される。圧縮室は、隔壁内に形成されたガス流路を介してキャピラリチューブに連通している。

シリンダを取り囲むように形成されており、隔壁を介してシリンダに接続されているケースの内周面には、環状の永久磁石が取り付けられている。ケースの内周面とシリンダの外周面との間にはギャップが形成されており、ギャップ内に電磁コイルが挿入されている。電磁コイルは、ピストンと一体に設けられている。永久磁石と電磁コイルとの間の電磁力により、ピストンはシリンダ内で往復動するように構成されている。

特開２０００−２２０９０１号公報

ところが、上記したスターリング冷凍機には、次のような問題がある。

キャピラリチューブと圧縮機とを接続する接続部分では、メタルシールを用いて接続することが多い。しかし、メタルシールを用いて接続する場合、接続部分における気密が完全でなく、例えば長時間使用後に接続部分にリークが発生することがある。

メタルシールに代え、キャピラリチューブと圧縮機とを溶接により接続すればよいとも考えられる。溶接により接続することによって、リークの発生を防止し、気密に接続することは可能である。しかし、圧縮機がキャピラリチューブと接続する接続部分の近くには、永久磁石が取り付けられている。そのため、圧縮機のケースに永久磁石を取り付けた後、圧縮機とキャピラリチューブとを溶接する際に、永久磁石の温度が上昇して発生磁場が減少してしまう。

圧縮機のケースに永久磁石を取り付ける前に、キャピラリチューブと圧縮機とを溶接により接続することができれば、溶接の際に永久磁石の温度が上昇することを防止できる。しかし、圧縮機のケースに永久磁石を取り付けるときは、専用の設備が必要なため、製造途中の圧縮機を別の場所に搬送して作業を行うことが必要である。従って、キャピラリチューブと圧縮機とが溶接により接続された後、圧縮機のケースに永久磁石を取り付ける製造方法は、製造コストが増大し、実用的ではない。

また、上記した課題は、スターリング冷凍機に限られず、永久磁石が設けられた圧縮機を有し、冷媒ガスを膨張させることによって発生した冷熱を蓄冷する蓄冷式冷凍機にも共通する課題である。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、圧縮機に設けられた永久磁石の発生磁場を減少させることなく、膨張機を圧縮機に気密に接続可能な蓄冷式冷凍機を提供する。

上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる手段を講じたことを特徴とするものである。

本発明は、冷媒ガスを膨張させることにより発生させた冷熱を蓄冷する蓄冷式冷凍機において、シリンダと、前記シリンダ内に設けられたピストンとを含み、前記シリンダ及び前記ピストンの一方に永久磁石が取り付けられてなるとともに他方に電磁石が取り付けられてなり、前記永久磁石と前記電磁石とにより前記ピストンを前記シリンダ内で往復動させることによって冷媒ガスを圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から供給された冷媒ガスを膨張させることにより冷熱を発生させる膨張機と、前記圧縮機側から前記膨張機側に向かって直列に配置された第１の配管と第２の配管とを含み、前記圧縮機と前記膨張機とを接続するように設けられた、内部を冷媒ガスが流れる接続配管とを有し、前記接続配管は、前記第１の配管が溶接により前記圧縮機と接続されたものであるとともに、前記第１の配管と前記第２の配管とが溶接により接続されたものであり、前記第１の配管は、前記第２の配管よりも伝熱抵抗が大きいものであり、前記第１の配管はベローズを含む。

また、本発明は、冷媒ガスを膨張させることにより発生させた冷熱を蓄冷する蓄冷式冷凍機において、シリンダと、前記シリンダ内に設けられたピストンとを含み、前記シリンダ及び前記ピストンの一方に永久磁石が取り付けられてなるとともに他方に電磁石が取り付けられてなり、前記永久磁石と前記電磁石とにより前記ピストンを前記シリンダ内で往復動させることによって冷媒ガスを圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から供給された冷媒ガスを膨張させることにより冷熱を発生させる膨張機と、前記圧縮機側から前記膨張機側に向かって直列に配置された第１の配管と第２の配管とを含み、前記圧縮機と前記膨張機とを接続するように設けられた、内部を冷媒ガスが流れる接続配管とを有し、前記接続配管は、前記第１の配管が溶接により前記圧縮機と接続されたものであるとともに、前記第１の配管と前記第２の配管とが溶接により接続されたものであり、前記第１の配管を補強する補強部材を有し、前記補強部材は、前記第１の配管と前記第２の配管とを溶接により接続する際に取外し可能に設けられたものである。

本発明によれば、蓄冷式冷凍機において、圧縮機に設けられた永久磁石の発生磁場を減少させることなく、膨張機を圧縮機に気密に接続可能である。

第１の実施の形態に係るスターリング冷凍機の全体構成を示す概略断面図である。 第１の実施の形態に係るスターリング冷凍機の製造方法を模式的に示す断面図（その１）である。 第１の実施の形態に係るスターリング冷凍機の製造方法を模式的に示す断面図（その２）である。 比較例に係るスターリング冷凍機の全体構成を示す概略断面図である。 比較例に係るスターリング冷凍機の製造方法を模式的に示す断面図である。 第２の実施の形態に係るスターリング冷凍機の全体構成を示す概略断面図である。 第２の実施の形態に係るスターリング冷凍機の製造方法を模式的に示す断面図（その１）である。 第２の実施の形態に係るスターリング冷凍機の製造方法を模式的に示す断面図（その２）である。 第３の実施の形態に係るスターリング冷凍機の全体構成を示す概略断面図である。 第３の実施の形態に係るスターリング冷凍機の製造方法を模式的に示す断面図である。

次に、本発明を実施するための形態について図面と共に説明する。
（第１の実施の形態）
図１を参照し、第１の実施の形態に係る蓄冷式冷凍機について、スターリング冷凍機１０を例示して説明する。

図１は、本実施の形態に係るスターリング冷凍機１０の全体構成を示す概略断面図である。

スターリング冷凍機１０は、圧縮機２０、コールドヘッド４０、及び両者を接続するキャピラリチューブ５０を含んで構成される。

圧縮機２０は、ヨーク部材２１、ピストン部材２２及び端部側ケース部材２３を有する。圧縮機２０は、ヨーク部材２１の隔壁２４を挟んで面対称な構造を有する。ヨーク部材２１は、隔壁２４、シリンダ２５及びケース２６を有する。ピストン部材２２は、ピストン２７及び連結部材２８を有する。

シリンダ２５は、隔壁２４の両側に延びるように設けられている。シリンダ２５は、柱面状、例えば円柱面状の内周面を有するとともに、シリンダ２５の中心軸が隔壁２４に垂直になるように配置されている。シリンダ２５内には、ピストン２７が配置されている。

ピストン２７は、シリンダ２５の内周面に整合する外周面を有する。ピストン２７、シリンダ２５及び隔壁２４により、圧縮室２９が画成される。圧縮室２９は、隔壁２４内に形成されたガス流路３０を介してキャピラリチューブ５０に連通している。

ピストン２７の、圧縮室２９とは反対側の端部には、連結部材２８が連結されている。連結部材２８は、後述する電磁コイル３３をピストン２７と連結するためのものである。また、連結部材２８は、例えば図示しないコイルばねにより、例えば端部側ケース部材２３に接続されていてもよい。そして、連結部材２８は、連結部材２８が所定位置からシリンダ２５の中心軸方向に移動したときに、連結部材２８を所定の位置に戻す復元力が働くように、構成されていてもよい。

ピストン２７は、例えば図示しないスラスト軸受により、シリンダ２５の内周面とピストン２７の外周面との間に微小な間隙が形成されるように保持されていてもよい。この間隙が２０μｍ程度以下であれば、クリアランスシールとして作用する。

ケース２６は、隔壁２４を介してシリンダ２５と一体に設けられており、圧縮機２０の筐体を構成する。シリンダ２５の外周面と、ケース２６の内周面との間には、環状のギャップ３１が形成されている。ケース２６の内周面には環状の永久磁石３２が取り付けられている。ケース２６、隔壁２４及びシリンダ２５よりなるヨーク部材２１は、永久磁石３２、ギャップ３１とともに、磁気回路を形成している。

この磁気回路に鎖交するように、ギャップ３１内に電磁コイル３３が挿入されている。電磁コイル３３は連結部材２８を介してピストン２７に連結されている。なお、電磁コイル３３は、本発明における電磁石に相当する。

ピストン部材２２が配置された空間は、ケース２６と端部側ケース部材２３とが接続されることによって密閉されている。端部側ケース部材２３は、ケース２６に溶接により接続されていてもよい。

端部側ケース部材２３を貫通するように、電流リード３４、３５が設けられている。電流リード３４、３５は、電磁コイル３３に電気的に接続されており、電磁コイル３３には、電流リード３４、３５を介して電流が供給される。

コールドヘッド４０は、シリンダ４１、ディスプレーサ４２、コイルばね４３、及び外枠４４を有する。なお、コールドヘッド４０は、本発明における膨張機に相当する。

シリンダ４１は、柱面状、例えば円柱面状の内周面を有する。シリンダ４１の一端は閉塞され、他端は外枠４４で塞がれている。シリンダ４１内には、ディスプレーサ４２が挿入されている。

シリンダ４１の低温端とディスプレーサ４２との間には、膨張空間４５が画成されており、ディスプレーサ４２と外枠４４との間には、圧縮空間４６が画成されている。ディスプレーサ４２内には、膨張空間４５と圧縮空間４６とを連通させるガス流路４７が設けられている。ガス流路４７内には、ステンレス鋼や銅の金網、鉛球等の蓄冷材４８が充填されている。

ディスプレーサ４２は、圧縮空間４６内に配置されたコイルばね４３により、軸方向に関して弾性的に支持されている。圧縮空間４６は、キャピラリチューブ５０及びガス流路３０を介して圧縮機２０の圧縮室２９に連通している。

本実施の形態では、図１に示すように、圧縮機２０は、ベローズ６０を介してキャピラリチューブ５０と接続されている。圧縮機２０は、溶接によりベローズ６０と接続されており、ベローズ６０は、溶接によりキャピラリチューブ５０と接続されている。

すなわち、ベローズ６０とキャピラリチューブ５０とは、圧縮機２０側からコールドヘッド４０側に向かって直列に配置されており、圧縮機２０とコールドヘッド４０とを接続するように設けられている。なお、ベローズ６０は、本発明における第１の配管に相当し、キャピラリチューブ５０は、本発明における第２の配管に相当し、ベローズ６０及びキャピラリチューブ５０は、本発明における接続配管に相当する。

ベローズ６０は、その両端にフランジ部６１、６２を有していてもよい。このとき、ケース２６は、フランジ部６１と溶接により接続されており、フランジ部６２は、キャピラリチューブ５０と溶接により接続されていてもよい。

ベローズ６０は、キャピラリチューブ５０よりも伝熱抵抗が大きいことが好ましい。これにより、ベローズ６０とキャピラリチューブ５０とを溶接する際に、溶接箇所からヨーク部材２１、さらにその先の永久磁石３２へ熱が伝播する時の伝熱抵抗を大きくすることができる。

また、ベローズ６０は、キャピラリチューブ５０よりも管壁が薄い方が好ましい。例えば、ベローズ６０の管壁の厚さを０．１ｍｍとし、キャピラリチューブ５０の管壁の厚さを０．５ｍｍとすることができる。これにより、ベローズ６０とキャピラリチューブ５０とを溶接する際に、溶接箇所からヨーク部材２１へ熱が伝播する時の伝熱抵抗を大きくすることができる。

また、図１に示すように、ベローズ６０を補強する補強部材７０が設けられていてもよい。補強部材７０は、ベローズ６０が短く縮んだ状態で、ヨーク部材２１と反対側からベローズ６０をケース２６に押さえ付けるように、ネジ部材７１によりネジ止めされることによって、ケース２６に固定されていてもよい。そして、補強部材７０は、ベローズ６０とキャピラリチューブ５０とを溶接により接続する際に、ケース２６からもベローズ６０からも取外し可能に設けられていると、補強部材７０を介したヨーク部材２１への伝熱も防止できるため、好ましい。

また、キャピラリチューブ５０は、ベローズ６０側にフランジ部５１を有していてもよく、ベローズ６０のフランジ部６２が、キャピラリチューブ５０のフランジ部５１と溶接により接続されていてもよい。このとき、補強部材７０は、ベローズ６０が短く縮んだ状態で、フランジ部５１のヨーク部材２１と反対側からベローズ６０をケース２６に押さえ付けるように、ネジ部材７１によりネジ止めされることによって、ケース２６に固定されていてもよい。

このような構成を有するスターリング冷凍機１０は、以下のようにして冷熱を蓄冷する。

電磁コイル３３に所定周波数の交流電流を流すことによって、電磁コイル３３には周期的に変動する電磁場を発生させ、永久磁石３２と電磁コイル３３との間で作用する、周期的に変動する電磁力により、ピストン２７をシリンダ２５内で往復動させることができる。なお、隔壁２４を挟んで両側に配置された２つのピストン２７が、相互に反対向きに移動するように、交流電流の位相が制御される。

２つのピストン２７が近づく向きに移動する時、圧縮室２９内が高圧になり、両者が遠ざかる向きに移動するとき、圧縮室２９内が低圧になる。ピストン２７が往復運動を繰り返すことによって、周期的に冷媒ガスの圧力を変化させ、冷媒ガスを圧縮することができる。そして、コールドヘッド４０への冷媒ガスの供給及び排気を繰り返すことにより、逆スターリングサイクルを実行させ、膨張空間４５に冷熱を発生させることができる。

次に、本実施の形態に係るスターリング冷凍機の製造方法を説明する。

図２及び図３は、本実施の形態に係るスターリング冷凍機１０の製造方法を模式的に示す断面図である。

始めに、ヨーク部材２１を作製する（図２（ａ））。前述したように、ヨーク部材２１は、隔壁２４、シリンダ２５及びケース２６を有する。ヨーク部材２１は、鉄又は各種の磁性鋼よりなり、鋳造、鍛造、削り出し等により一体で作製することができる。この時点では、ケース２６の内周面には、永久磁石３２は取り付けられていない。

次いで、ベローズ６０の内部がガス流路３０と連通するように、ケース２６に、ベローズ６０を溶接により接続する（図２（ｂ））。ベローズ６０がフランジ部６１を有するときは、ケース２６に、ベローズ６０のフランジ部６１を溶接する。溶接方法としては、特に限定されるものではなく、例えばＴＩＧ（タングステン・イナート・ガス）溶接その他の各種の溶接方法を用いることができる。このとき、ケース２６の内周面には、永久磁石３２は取り付けられていないため、溶接によりケース２６の温度が上昇しても、永久磁石３２の温度を上昇させるおそれがない。

次いで、補強部材７０をネジ部材７１によりケース２６にネジ止めすることによって、ベローズ６０を補強する（図２（ｃ））。ベローズ６０が短く縮んだ状態で、ヨーク部材２１と反対側からベローズ６０をケース２６に押さえ付けるように、ネジ部材７１により補強部材７０をケース２６にネジ止めする。これにより、ベローズ６０は、ケース２６すなわちヨーク部材２１に固定される。

次いで、ケース２６の内周面に、環状の永久磁石３２を接着剤により接着して取り付ける（図３（ａ））。接着剤として、特に限定されるものではなく、例えばエポキシ系接着剤等各種の接着剤を用いることができる。また、永久磁石３２を、例えば取り付け部材による固定等、接着以外の各種の方法により、ケース２６の内周面に取り付けてもよい。

次いで、ベローズ６０が溶接されてなり、ケース２６の内周面に永久磁石３２が取り付けられてなるヨーク部材２１に、ピストン部材２２及び端部側ケース部材２３を取り付ける（図３（ｂ））。

ピストン２７がシリンダ２５に嵌合するとともに、電磁コイル３３がギャップ３１に嵌合するように、それぞれ左右両側からピストン部材２２をヨーク部材２１に嵌め込む。そして、電磁コイル３３を電流リード３４、３５に電気的に接続した上で、端部側ケース部材２３を、ケース２６の左右両端に溶接により接続する。溶接方法としては、周辺の温度上昇が少なくなるように局所加熱による方法が好ましく、例えばＥＢＷ（電子ビーム溶接）を用いることができる。このとき、ケース２６の内周面には、永久磁石３２は取り付けられているものの、上記の溶接によっては永久磁石３２の温度を上昇させるおそれがない。

次いで、コールドヘッド４０に接続されているキャピラリチューブ５０を、溶接によりベローズ６０に接続する（図３（ｃ））。

ネジ部材７１及び補強部材７０を取り外し、ベローズ６０を長く伸ばす。そして、ベローズ６０が長く伸びた状態で、ベローズ６０にキャピラリチューブ５０を溶接する。ベローズ６０がフランジ部６２を有し、キャピラリチューブ５０がフランジ部５１を有するときは、ベローズ６０のフランジ部６２に、キャピラリチューブ５０のフランジ部５１を溶接する。溶接方法としては、特に限定されるものではなく、例えばＴＩＧ（タングステン・イナート・ガス）溶接その他の各種の溶接方法を用いることができる。このとき、ケース２６の内周面には、永久磁石３２は取り付けられているものの、ベローズ６０が長く伸びた状態である。そのため、溶接によりベローズ６０のコールドヘッド４０側の部分の温度が上昇しても、ベローズ６０のヨーク部材２１側の部分の温度はほとんど上昇しない。従って、永久磁石３２の温度を上昇させるおそれがない。

あるいは、キャピラリチューブ５０を溶接する際に、ベローズ６０のヨーク部材２１側の部分を空冷、水冷等の各種の方法により冷却してもよい。例えば、濡れタオルを巻く等の方法を用いて、ベローズ６０のヨーク部材２１側の部分を簡便に冷やすことができる。これにより、永久磁石３２の温度が上昇することを防止できる。

次いで、溶接部分が冷却した後に、ベローズ６０を短く縮める。そして、ベローズ６０が短く縮んだ状態で、ヨーク部材２１と反対側からベローズ６０をケース２６に押さえ付けるように、ネジ部材７１により補強部材７０をケース２６にネジ止めする。これにより、ベローズ６０は、ケース２６すなわちヨーク部材２１に固定され、図１に示したスターリング冷凍機１０が完成する。

次に、本実施の形態によれば、圧縮機に設けられた永久磁石の発生磁場を減少させることなく、膨張機を圧縮機に気密に接続できる作用効果について、比較例を参照しながら説明する。

図４は、比較例に係るスターリング冷凍機１１０の全体構成を示す概略断面図である。図５は、比較例に係るスターリング冷凍機１１０の製造方法を模式的に示す断面図である。

比較例に係るスターリング冷凍機１１０も、圧縮機２０、コールドヘッド４０、及び両者を接続するキャピラリチューブ５０を有しており、各部分は、第１の実施の形態に係るスターリング冷凍機１０と同様である。

しかし、比較例では、図４に示すように、圧縮機２０は、ベローズを介してキャピラリチューブ５０と溶接されておらず、メタルシール１６０によりキャピラリチューブ５０のフランジ部５１に接続されている。フランジ部５１は、ネジ部材５２によりネジ止めされることによって、メタルシール１６０を介してケース２６に固定されている。

また、比較例では、ヨーク部材２１を作製した後（図５（ａ））、ケース２６の内周面に、環状の永久磁石３２を接着剤により接着して取り付ける（図５（ｂ））。そして、永久磁石３２が取り付けられたヨーク部材２１に、ピストン部材２２及び端部側ケース部材２３を溶接により取り付ける（図５（ｃ））。

比較例では、ヨーク部材２１に、永久磁石３２を取り付けた後、ヨーク部材２１とキャピラリチューブ５０とをメタルシール１６０により接続する。キャピラリチューブ５０と圧縮機２０とをメタルシール１６０を用いて接続する場合には、接続部分における気密が完全でなく、例えば長時間使用後に接続部分にリークが発生し、接続部分から冷媒ガスが漏れることがある。

一方、メタルシール１６０に代え、キャピラリチューブ５０と圧縮機２０とを溶接により接続することも考えられる。溶接により接続することによって、リークの発生を防止し、気密に接続することは可能である。しかし、圧縮機２０がキャピラリチューブ５０と接続する接続部分の近くには、永久磁石３２が取り付けられているため、圧縮機２０とキャピラリチューブ５０とを溶接する際に、永久磁石３２の温度が上昇して発生磁場が減少してしまうという問題がある。

一方、本実施の形態では、ヨーク部材２１に永久磁石３２を取り付ける前に、ヨーク部材２１にベローズ６０を溶接により接続する。その後、ヨーク部材２１に永久磁石３２を取り付け、ベローズ６０が長く伸びた状態で、ベローズ６０とキャピラリチューブ５０とを溶接により接続する。そのため、キャピラリチューブ５０を溶接する際に、ヨーク部材２１の温度及び永久磁石３２の温度が上昇することを防止できる。従って、圧縮機２０に設けられた永久磁石３２の発生磁場を減少させることなく、コールドヘッド４０を圧縮機２０に気密に接続することができる。

なお、本実施の形態では、キャピラリチューブとベローズとが溶接により接続されているとともに、ベローズが圧縮機と溶接により接続されている例について説明した。しかし、ベローズに代え、キャピラリチューブ（第１のキャピラリチューブという。）と同じ形状のキャピラリチューブ（第２のキャピラリチューブという。）を用いてもよい。そして、第１のキャピラリチューブと第２のキャピラリチューブとが溶接により接続されているとともに、第２のキャピラリチューブが圧縮機と溶接により接続されていてもよい。このとき、第２のキャピラリチューブは、本発明における第１の配管に相当し、第１のキャピラリチューブは、本発明における第２の配管に相当し、第２のキャピラリチューブ及び第１のキャピラリチューブは、本発明における接続配管に相当する。
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態に係るスターリング冷凍機について説明する。

本実施の形態に係るスターリング冷凍機は、ベローズに代え所定の長さのチューブを用いる点、及び、チューブがキャピラリチューブよりも管壁が薄い点で、第１の実施の形態に係るスターリング冷凍機と相違する。

図６は、本実施の形態に係るスターリング冷凍機１０ａの全体構成を示す概略断面図である。

本実施の形態に係るスターリング冷凍機１０ａも、圧縮機２０、コールドヘッド４０及びキャピラリチューブ５０を有している。スターリング冷凍機１０ａの圧縮機２０、コールドヘッド４０及びキャピラリチューブ５０は、第１の実施の形態に係るスターリング冷凍機１０の圧縮機２０、コールドヘッド４０及びキャピラリチューブ５０のそれぞれと同様であり、説明を省略する。

しかし、本実施の形態では、図６に示すように、圧縮機２０は、ベローズを介してキャピラリチューブ５０と接続されておらず、チューブ６０ａを介してキャピラリチューブ５０と接続されている。圧縮機２０は、溶接によりチューブ６０ａと接続されており、チューブ６０ａは、溶接によりキャピラリチューブ５０と接続されている。

すなわち、チューブ６０ａとキャピラリチューブ５０とは、圧縮機２０側からコールドヘッド４０側に向かって直列に配置されており、圧縮機２０とコールドヘッド４０とを接続するように設けられている。なお、チューブ６０ａは、本発明における第１の配管に相当し、キャピラリチューブ５０は、本発明における第２の配管に相当し、チューブ６０ａ及びキャピラリチューブ５０は、本発明における接続配管に相当する。

チューブ６０ａは、コールドヘッド４０側にフランジ部６２ａを有していてもよい。このとき、フランジ部６１ａは、キャピラリチューブ５０と溶接により接続されていてもよい。

チューブ６０ａは、キャピラリチューブ５０よりも伝熱抵抗が大きいことが好ましい。これにより、チューブ６０ａとキャピラリチューブ５０とを溶接する際に、溶接箇所からヨーク部材２１へ熱が伝播する時の伝熱抵抗を大きくすることができる。

また、チューブ６０ａは、キャピラリチューブ５０よりも管壁が薄い方が好ましい。例えば、チューブ６０ａの管壁の厚さを０．１ｍｍとし、キャピラリチューブ５０の管壁の厚さを０．５ｍｍとすることができる。これにより、チューブ６０ａとキャピラリチューブ５０とを溶接する際に、溶接箇所からヨーク部材２１へ熱が伝播する時の伝熱抵抗を大きくすることができる。

また、図６に示すように、チューブ６０ａを補強する補強部材７０ａが設けられていてもよい。補強部材７０ａは、チューブ６０ａと等しい長さを有し、補強部材７０ａのヨーク部材２１と反対側をケース２６に押さえ付けるように、ネジ部材７１ａによりネジ止めされることによって、ケース２６に固定されていてもよい。そして、補強部材７０ａは、チューブ６０ａとキャピラリチューブ５０とを溶接により接続する際に、ケース２６からもチューブ６０ａからも取外し可能に設けられていることが好ましい。

図７及び図８は、本実施の形態に係るスターリング冷凍機１０ａの製造方法を模式的に示す断面図である。

始めに、第１の実施の形態において図２（ａ）を用いて説明した工程と同様に、ヨーク部材２１を作製する（図７（ａ））。

次いで、チューブ６０ａの内部がガス流路３０と連通するように、ケース２６に、チューブ６０ａを溶接により接続する（図７（ｂ））。溶接方法としては、特に限定されるものではなく、例えばＴＩＧ（タングステン・イナート・ガス）溶接その他の各種の溶接方法を用いることができる。このとき、ケース２６の内周面には、永久磁石３２は取り付けられていないため、溶接によりケース２６の温度が上昇しても、永久磁石３２の温度を上昇させるおそれがない。

次いで、補強部材７０ａをネジ部材７１ａによりケース２６にネジ止めすることによって、チューブ６０ａを補強する（図７（ｃ））。ヨーク部材２１と反対側からチューブ６０ａをケース２６に押さえ付けるように、ネジ部材７１ａにより補強部材７０ａをケース２６にネジ止めする。これにより、チューブ６０ａは、ケース２６すなわちヨーク部材２１に固定される。

次いで、ケース２６の内周面に、環状の永久磁石３２を接着剤により接着して取り付け（図８（ａ））、ヨーク部材２１に、ピストン部材２２及び端部側ケース部材２３を取り付ける（図８（ｂ））。これらの工程は、第１の実施の形態で図３（ａ）及び図３（ｂ）を用いて説明した工程と同様にすることができる。また、永久磁石３２を、例えば取り付け部材による固定等、接着以外の各種の方法により、ケース２６の内周面に取り付けてもよい。

次いで、コールドヘッド４０に接続されているキャピラリチューブ５０を、溶接によりチューブ６０ａに接続する（図８（ｃ））。

ネジ部材７１ａ及び補強部材７０ａを取り外す。そして、補強部材７０ａを取り外した状態で、チューブ６０ａにキャピラリチューブ５０を溶接する。チューブ６０ａがフランジ部６２ａを有するときは、チューブ６０ａのフランジ部６２ａに、キャピラリチューブ５０を溶接する。溶接方法としては、特に限定されるものではなく、例えばＴＩＧ（タングステン・イナート・ガス）溶接その他の各種の溶接方法を用いることができる。このとき、ケース２６の内周面には、永久磁石３２は取り付けられているものの、チューブ６０ａが長く伸びた状態である。そのため、溶接によりチューブ６０ａのコールドヘッド４０側の部分の温度が上昇しても、チューブ６０ａのヨーク部材２１側の温度はほとんど上昇しない。従って、永久磁石３２の温度を上昇させるおそれがない。

あるいは、キャピラリチューブ５０を溶接する際に、チューブ６０ａのヨーク部材２１側の部分を空冷、水冷等の各種の方法により冷却してもよい。例えば、濡れタオルを巻く等の方法を用いて、チューブ６０ａのヨーク部材２１側の部分を簡便に冷やすことができる。これにより、永久磁石３２の温度が上昇することを防止できる。

次いで、溶接部分が冷却した後、ヨーク部材２１と反対側からチューブ６０ａをケース２６に押さえ付けるように、ネジ部材７１ａにより補強部材７０ａをケース２６にネジ止めする。これにより、チューブ６０ａは、ケース２６すなわちヨーク部材２１に固定され、図６に示したスターリング冷凍機１０ａが完成する。

本実施の形態では、ヨーク部材２１に永久磁石３２を取り付ける前に、ヨーク部材２１にチューブ６０ａを溶接により接続する。その後、ヨーク部材２１に永久磁石３２を取り付け、チューブ６０ａとキャピラリチューブ５０とを溶接により接続する。そのため、キャピラリチューブ５０を溶接する際に、ヨーク部材２１の温度及び永久磁石３２の温度が上昇することを防止できる。また、溶接後に補強部材を取り付けることで、溶接時に補強部材を介してヨーク部材２１に熱が伝わることを防止できる。従って、圧縮機２０に設けられた永久磁石３２の発生磁場を減少させることなく、コールドヘッド４０を圧縮機２０に気密に接続することができる。
（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態に係るスターリング冷凍機について説明する。

本実施の形態に係るスターリング冷凍機は、圧縮機と一体に成形されてなる突出配管を有する点で、第１の実施の形態に係るスターリング冷凍機と相違する。

図９は、本実施の形態に係るスターリング冷凍機１０ｂの全体構成を示す概略断面図である。

本実施の形態に係るスターリング冷凍機１０ｂも、圧縮機２０、コールドヘッド４０及びキャピラリチューブ５０を有している。スターリング冷凍機１０ｂの圧縮機２０、コールドヘッド４０及びキャピラリチューブ５０は、第１の実施の形態に係るスターリング冷凍機１０の圧縮機２０、コールドヘッド４０及びキャピラリチューブ５０のそれぞれと同様であり、説明を省略する。

しかし、本実施の形態では、図９に示すように、圧縮機２０のヨーク部材２１ｂから突出するとともにヨーク部材２１ｂと一体に成形されてなる突出配管６０ｂを有しており、突出配管６０ｂを介してキャピラリチューブ５０と接続されている。突出配管６０ｂは、溶接によりキャピラリチューブ５０と接続されている。なお、キャピラリチューブ５０は、本発明における接続配管に相当する。

突出配管６０ｂは、コールドヘッド４０側にフランジ部６１ｂを有していてもよい。このとき、フランジ部６１ｂは、キャピラリチューブ５０と溶接により接続されていてもよい。

突出配管６０ｂは、キャピラリチューブ５０よりも伝熱抵抗が大きいことが好ましい。これにより、突出配管６０ｂとキャピラリチューブ５０とを溶接する際に、溶接箇所からヨーク部材２１ｂへ熱が伝播する時の伝熱抵抗を大きくすることができる。

また、突出配管６０ｂは、キャピラリチューブ５０よりも管壁が薄い方が好ましい。例えば、突出配管６０ｂの管壁の厚さを０．１ｍｍとし、キャピラリチューブ５０の管壁の厚さを０．５ｍｍとすることができる。これにより、突出配管６０ｂとキャピラリチューブ５０とを溶接する際に、溶接箇所からヨーク部材２１ｂへ熱が伝播する時の伝熱抵抗を大きくすることができる。

図１０は、本実施の形態に係るスターリング冷凍機１０ｂの製造方法を模式的に示す断面図である。

始めに、ヨーク部材２１ｂを作製する（図１０（ａ））。本実施の形態では、ヨーク部材２１ｂは、隔壁２４、シリンダ２５、ケース２６に加え、突出配管６０ｂを有する。ヨーク部材２１ｂは、鉄又は各種の磁性鋼よりなり、鋳造、鍛造、削り出し等により一体で作製することができる。この時点では、ケース２６の内周面には、永久磁石３２は取り付けられていない。

次いで、ケース２６の内周面に、環状の永久磁石３２を接着剤により接着して取り付ける（図１０（ｂ））。そして、永久磁石３２が取り付けられたヨーク部材２１ｂに、ピストン部材２２及び端部側ケース部材２３を溶接により取り付ける（図１０（ｃ））。

次いで、コールドヘッド４０に接続されているキャピラリチューブ５０を、第１の実施の形態において図３（ｃ）を用いて説明した工程と同様に、溶接により突出配管６０ｂに接続する。これにより、図９に示したスターリング冷凍機１０ｂが完成する。

本実施の形態では、突出配管６０ｂが一体に形成されたヨーク部材２１ｂを作製し、ヨーク部材２１ｂに永久磁石３２を取り付けた後、突出配管６０ｂとキャピラリチューブ５０とを溶接により接続する。そのため、キャピラリチューブ５０を溶接する際に、ヨーク部材２１ｂの温度及び永久磁石３２の温度が上昇することを防止できる。従って、圧縮機２０に設けられた永久磁石３２の発生磁場を減少させることなく、コールドヘッド４０を圧縮機２０に気密に接続することができる。

以上、本発明の好ましい実施の形態について記述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内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・変更が可能である。

実施の形態では、ケース２６の内周が外側ヨーク、シリンダが内側ヨークとしての機能を兼ねる例について説明したが、これに限られず、ケースと外側ヨーク、シリンダと内側ヨークとをそれぞれ別部材としてもよい。

１０、１０ａ スターリング冷凍機
２０ 圧縮機
２１、２１ｂ ヨーク部材
２２ ピストン部材
２３ 端部側ケース部材
２５ シリンダ
２６ ケース
２７ ピストン
３２ 永久磁石
３３ 電磁コイル
４０ コールドヘッド（膨張機）
４１ シリンダ
４２ ディスプレーサ（ピストン）
５０ キャピラリチューブ（接続配管）
６０ ベローズ
６０ａ チューブ
６０ｂ 突出配管
７０、７０ａ 補強部材

Claims (3)

1. 冷媒ガスを膨張させることにより発生させた冷熱を蓄冷する蓄冷式冷凍機において、
   シリンダと、前記シリンダ内に設けられたピストンとを含み、前記シリンダ及び前記ピストンの一方に永久磁石が取り付けられてなるとともに他方に電磁石が取り付けられてなり、前記永久磁石と前記電磁石とにより前記ピストンを前記シリンダ内で往復動させることによって冷媒ガスを圧縮する圧縮機と、
   前記圧縮機から供給された冷媒ガスを膨張させることにより冷熱を発生させる膨張機と、
   前記圧縮機側から前記膨張機側に向かって直列に配置された第１の配管と第２の配管とを含み、前記圧縮機と前記膨張機とを接続するように設けられた、内部を冷媒ガスが流れる接続配管とを有し、
   前記接続配管は、前記第１の配管が溶接により前記圧縮機と接続されたものであるとともに、前記第１の配管と前記第２の配管とが溶接により接続されたものであり、
   前記第１の配管は、前記第２の配管よりも伝熱抵抗が大きいものであり、
   前記第１の配管は、ベローズを含む、蓄冷式冷凍機。
2. 前記第１の配管は、前記第２の配管よりも管壁が薄いものである、請求項１に記載の蓄冷式冷凍機。
3. 冷媒ガスを膨張させることにより発生させた冷熱を蓄冷する蓄冷式冷凍機において、
   シリンダと、前記シリンダ内に設けられたピストンとを含み、前記シリンダ及び前記ピストンの一方に永久磁石が取り付けられてなるとともに他方に電磁石が取り付けられてなり、前記永久磁石と前記電磁石とにより前記ピストンを前記シリンダ内で往復動させることによって冷媒ガスを圧縮する圧縮機と、
   前記圧縮機から供給された冷媒ガスを膨張させることにより冷熱を発生させる膨張機と、
   前記圧縮機側から前記膨張機側に向かって直列に配置された第１の配管と第２の配管とを含み、前記圧縮機と前記膨張機とを接続するように設けられた、内部を冷媒ガスが流れる接続配管とを有し、
   前記接続配管は、前記第１の配管が溶接により前記圧縮機と接続されたものであるとともに、前記第１の配管と前記第２の配管とが溶接により接続されたものであり、
   前記第１の配管を補強する補強部材を有し、
   前記補強部材は、前記第１の配管と前記第２の配管とを溶接により接続する際に取外し可能に設けられたものである、蓄冷式冷凍機。

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