JP5805421B2 - 蓄冷器式冷凍機及び仕切り部材 - Google Patents

Description

本発明は、ヘリウムガス等の冷媒ガスを用い、蓄冷材を収容した蓄冷器を有する蓄冷器式冷凍機、及び、蓄冷器式冷凍機に備えられる、蓄冷材を仕切る仕切り部材に関する。

例えば４Ｋ程度の極低温を得るために、ヘリウムガス等の冷媒ガスを用い、蓄冷材を収容した蓄冷器を有する蓄冷器式冷凍機が用いられている。また、蓄冷器式冷凍機として、例えばギフォード・マクマホン（Gifford-McMahon；ＧＭ）冷凍機が用いられている。

ＧＭ冷凍機は、圧縮機からの例えばヘリウムガスよりなる冷媒ガスをシリンダ内に形成された膨張空間に供給し、供給した冷媒ガスを膨張空間で膨張させることによって、冷熱を発生する。発生した冷熱により極低温を得るために、ＧＭ冷凍機は、通常、複数段により構成される。

ＧＭ冷凍機の各段は、シリンダと、シリンダ内に設けられたディスプレーサを有する。ディスプレーサは、シリンダ内に、シリンダに沿って往復動可能に設けられており、ディスプレーサの一端とシリンダとの間に膨張空間を形成する。また、ディスプレーサの内部は、膨張空間に冷媒ガスを供給及び排出するための冷媒ガス流路となっている。また、ディスプレーサの内部には、冷媒ガスと接触して冷熱を蓄冷するための蓄冷材が収容されている。

このようなディスプレーサの内部には、蓄冷材を所定の空間に充填するために、また、複数の種類の蓄冷材を用いるときに蓄冷材が混合しないように、蓄冷材を仕切る仕切り部材が設けられている。仕切り部材は、蓄冷材が通過不能でかつ冷媒ガスが通過可能に設けられている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００４−２９３９２４号公報

ところが、上記したＧＭ冷凍機のディスプレーサ内部に設けられた仕切り部材には、次のような問題がある。

仕切り部材の外周面の寸法精度が高くないと、仕切り部材の外周面とディスプレーサの内周面との間に隙間が形成され、形成された隙間を介して蓄冷材が移動したり混合したりするおそれがある。従って、仕切り部材の外周面とディスプレーサの内周面との間に隙間を形成しないように、仕切り部材の外周の形状を寸法精度良く作成する必要がある。

しかし、特許文献１に記載されているように、従来の仕切り部材は、２枚の金属円板の間に金網を挟んだ状態で、２枚の金属円板を溶接により固定することによって、形成されている。そのため、２枚の金属円板それぞれの外周の寸法精度、及び、金網の外周の寸法精度の全てを向上させないと、仕切り部材の外周の形状を寸法精度良く作成できないという問題がある。また、従来の仕切り部材は、２枚の金属円板を含み、フィルタ機能を有する金網を除いた部品の数が多い上、２枚の金属円板を、それらの軸心を極めて高い精度で一致させた状態で相互に固定する必要がある。そのため、製造コストが増大するという問題がある。

また、上記した問題は、ＧＭ冷凍機のディスプレーサ内に設けられた仕切り部材に限られず、パルス管冷凍機の蓄冷管等、各種の蓄冷器式冷凍機の蓄冷器又は蓄冷管の内部に設けられた仕切り部材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、蓄冷器式冷凍機の蓄冷器に収容された蓄冷材を仕切るためのものであって、蓄冷器の内周面との間に隙間を形成しないように高い寸法精度を有するとともに、製造コストを低減できる仕切り部材、及びその仕切り部材を有する蓄冷器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ためのシリンダと、内部に収容された蓄冷材を含み、前記冷媒ガスの膨張に伴って前記シリンダで発生した冷熱を、前記蓄冷材に蓄冷する蓄冷器と、前記蓄冷器に設けられており、前記蓄冷材を仕切る仕切り部材とを有し、前記仕切り部材は、中央に開口部が形成されているとともに、外周面が前記蓄冷器の内周面に嵌合するように形成されているリング部材と、前記開口部を塞ぐように設けられており、前記蓄冷材が通過不能でかつ前記冷媒ガスが通過可能なフィルタ部材と、前記フィルタ部材を補強する補強部材とが積層されてなる積層体とを含み、前記リング部材は、中央に前記開口部が形成された本体部と、積層方向に沿って前記本体部の一方の側に設けられた爪部とを有し、前記積層体の周縁部は、全周に亘って前記爪部と前記本体部とにより前記積層体の前記積層方向に沿って前後から挟んで締め付けられている、蓄冷器式冷凍機である。

また、本発明は、上述の蓄冷器式冷凍機において、前記積層体は、前記爪部側の最表層に一の前記フィルタ部材が位置するように、積層されてなるものである。

また、本発明は、上述の蓄冷器式冷凍機において、前記積層体は、前記本体部側の最表層に他の前記フィルタ部材が位置するように、積層されてなるものである。

また、本発明は、上述の蓄冷器式冷凍機において、前記補強部材は、パンチングメタルである。

また、本発明は、上述の蓄冷器式冷凍機において、前記フィルタ部材は、金網である。

また、本発明は、冷媒ガスを膨張させるためのシリンダと、内部に収容された蓄冷材を含み、前記冷媒ガスの膨張に伴って前記シリンダで発生した冷熱を、前記蓄冷材に蓄冷する蓄冷器とを有する蓄冷器式冷凍機に備えられる、前記蓄冷材を仕切る仕切り部材において、中央に開口部が形成されているとともに、外周面が前記蓄冷器の内周面に嵌合するように形成されているリング部材と、前記開口部を塞ぐように設けられており、前記蓄冷材が通過不能でかつ前記冷媒ガスが通過可能なフィルタ部材と、前記フィルタ部材を補強する補強部材とが積層されてなる積層体とを有し、前記リング部材は、中央に前記開口部が形成された本体部と、積層方向に沿って前記本体部の一方の側に設けられた爪部とを有し、前記積層体の周縁部は、全周に亘って前記爪部と前記本体部とにより前記積層体の積層方向に沿って前後から挟んで締め付けられている。

また、本発明は、上述の仕切り部材において、前記積層体は、前記爪部側の最表層に一の前記フィルタ部材が位置するように、積層されてなるものである。

また、本発明は、上述の仕切り部材において、前記積層体は、前記本体部側の最表層に他の前記フィルタ部材が位置するように、積層されてなるものである。

また、本発明は、上述の仕切り部材において、前記補強部材は、パンチングメタルである。

また、本発明は、上述の仕切り部材において、前記フィルタ部材は、金網である。

本発明によれば、蓄冷器式冷凍機の蓄冷器に収容された蓄冷材を仕切る仕切り部材において、蓄冷器の内周面との間に隙間を形成しないように高い寸法精度を有するとともに、製造コストを低減できる。

実施の形態に係るＧＭ冷凍機の構成を示す概略断面図である。 実施の形態に係るＧＭ冷凍機における第２段目ディスプレーサの構成を示す概略断面図である。 実施の形態に係る仕切り部材の構成を示す概略断面図である。 仕切り部材の構成を示す上面図である。 仕切り部材の構成を示す下面図である。 補強部材の構成を示す平面図である。 仕切り部材の別の例の構成を示す概略断面図である。 補強部材の別の例の構成を示す平面図である。 仕切り部材の別の例の構成を示す概略断面図である。 仕切り部材が筒部材の中心軸に直角な軸の周りに回転しないようにするための寸法の関係を説明するための図である。 比較例に係るＧＭ冷凍機における第２段目ディスプレーサの構成を示す概略断面図である。 比較例に係る仕切り部材の構成を示す概略断面図である。

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。

図１を参照し、実施の形態に係るＧＭ冷凍機について説明する。このＧＭ冷凍機は、本発明に係る仕切り部材を有する蓄冷器式冷凍機をＧＭ冷凍機に適用した例であり、数Ｋ〜２０Ｋ程度の極低温を得るのに適した２段構成を有する。

図１は、本実施の形態に係るＧＭ冷凍機の構成を示す概略断面図である。

ＧＭ冷凍機は、圧縮機１０、第１段目シリンダ１１、第２段目シリンダ１２、第１段目ディスプレーサ１３、第２段目ディスプレーサ１４、クランク機構１５、冷媒ガス流路１６、蓄冷材１７、１８、ステージ１９、２０、膨張空間２１、２２、中空空間（冷媒ガス流路）２３、２４を有する。

なお、図１に示す配置において、第１段目シリンダ１１、第２段目シリンダ１２、第１段目ディスプレーサ１３及び第２段目ディスプレーサ１４の上端は高温端であり、下端は低温端である（図２においても同様）。

圧縮機１０は、ヘリウムガス（冷媒ガス）を約２０Ｋｇｆ／ｃｍ^２に圧縮し、高圧ヘリウムガスを生成する。生成された高圧ヘリウムガスは、吸気弁Ｖ１、冷媒ガス流路１６を介して第１段目シリンダ１１内に供給される。また、第１段目シリンダ１１から排出された低圧ヘリウムガスは、冷媒ガス流路１６、排気弁Ｖ２を介して圧縮機１０に回収される。

第１段目シリンダ１１には、第２段目シリンダ１２が結合されている。第１段目シリンダ１１、第２段目シリンダ１２内には、相互に連結された第１段目ディスプレーサ１３、第２段目ディスプレーサ１４がそれぞれ収容されている。

第１段目シリンダ１１からは、駆動軸Ｓｈが上方に延在し、駆動用モータＭに結合したクランク機構１５と結合している。

第１段目ディスプレーサ１３は、第１段目シリンダ１１内に、第１段目シリンダ１１に沿って往復動可能に設けられている。第１段目ディスプレーサ１３は、第１段目シリンダ１１の一端に、膨張空間２１を形成する。第１段目ディスプレーサ１３は、例えば円筒形状を有している。

また、第１段目ディスプレーサ１３の内部には、膨張空間２１に冷媒ガスを供給及び排出するための中空空間（冷媒ガス流路）２３が形成されている。第１段目ディスプレーサ１３が第１段目シリンダ１１に沿って往復動する際に、膨張空間２１における冷媒ガスの膨張に伴って冷熱が発生する。

なお、第１段目ディスプレーサ１３は、本発明における蓄冷器に相当する。

中空空間２３内には、蓄冷材１７が収容されている。蓄冷材１７は、膨張空間２１から冷媒ガスを排出する際に、排出した冷媒ガスと接触して冷熱を蓄冷する。すなわち、蓄冷材１７は、膨張空間２１における冷媒ガスの膨張に伴って発生した冷熱を蓄冷する。

第２段目ディスプレーサ１４は、第２段目シリンダ１２内に、第２段目シリンダ１２に沿って往復動可能に設けられている。第２段目ディスプレーサ１４は、第２段目シリンダ１２の一端に、膨張空間２２を形成する。第２段目ディスプレーサ１４は、例えば円筒形状を有している。

また、第２段目ディスプレーサ１４の内部には、膨張空間２２に冷媒ガスを供給及び排出するための中空空間（冷媒ガス流路）２４が形成されている。第２段目ディスプレーサ１４が第２段目シリンダ１２に沿って往復動する際に、膨張空間２２における冷媒ガスの膨張に伴って冷熱が発生する。

なお、第２段目ディスプレーサ１４は、本発明における蓄冷器に相当する。

中空空間２４内には、蓄冷材１８が収容されている。蓄冷材１８は、膨張空間２２から冷媒ガスを排出する際に、排出した冷媒ガスと接触して冷熱を蓄冷する。すなわち、蓄冷材１８は、膨張空間２２における冷媒ガスの膨張に伴って発生した冷熱を蓄冷する。

第１段目シリンダ１１の下端（低温端）を囲むように、第１段目のステージ１９が熱的に結合されており、第２段目シリンダ１２の下端（低温端）を囲むように、第２段目のステージ２０が熱的に結合している。

第１段目シリンダ１１、第２段目シリンダ１２は、例えばステンレス綱（例えばＳＵＳ３０４）等によって形成されていることが好ましい。これにより、第１段目シリンダ１１、第２段目シリンダ１２に、高い強度、低い熱伝導率、及び高いヘリウムガス遮蔽能を持たせることができる。

第１段目ディスプレーサ１３、第２段目ディスプレーサ１４は、例えば布入りフェノール（ベークライト）等によって形成されていることが好ましい。これにより、第１段目ディスプレーサ１３、第２段目ディスプレーサ１４について、軽量化するとともに、耐摩耗性及び強度を向上させ、高温側から低温側への侵入熱量を低減することができる。

第１段目の蓄冷材１７は、例えば金網等により構成されることが好ましく、第２段目の蓄冷材１８は、例えば鉛球又は磁性蓄冷材等により構成されることが好ましい。これにより、低温領域において、十分高い熱容量を確保することができる。

このように構成されているＧＭ冷凍機では、以下のようにして冷熱を発生する。

圧縮機１０から吸気弁Ｖ１を介して供給された、冷媒ガスである高圧ヘリウムガスは、冷媒ガス流路１６を介して第１段目シリンダ１１内に供給される。そして、開口（冷媒ガス流路）２３ａ、蓄冷材１７が収容された中空空間（冷媒ガス流路）２３、開口（冷媒ガス流路）２３ｂを通って、第１段目の膨張空間２１に供給される。

第１段目の膨張空間２１に供給された高圧ヘリウムガスは、更に開口（冷媒ガス流路）２４ａ、蓄冷材１８が収容された中空空間（冷媒ガス流路）２４、開口（冷媒ガス流路）２４ｂを通って第２段目の膨張空間２２に供給される。

なお、冷媒ガス流路２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂは、冷媒ガスの流れを説明するために機能的に記載したものであり、図２を用いて説明する実際の構造とは異なる。

吸気弁Ｖ１が閉じ、排気弁Ｖ２が開く際には、第２段目シリンダ１２、第１段目シリンダ１１内の高圧ヘリウムガスは、吸気の場合とは逆の経路をたどって冷媒ガス流路１６、排気弁Ｖ２を介して圧縮機１０に回収される。

ＧＭ冷凍機の作動時においては、クランク機構１５によって駆動用モータＭの回転駆動力が駆動軸Ｓｈの往復駆動力に変換される。そして、駆動軸Ｓｈによって、第１段目ディスプレーサ１３、第２段目ディスプレーサ１４が、図１中の矢印で示すように、上下に（それぞれ第１段目シリンダ１１及び第２段目シリンダ１２に沿って）往復駆動される。

駆動軸Ｓｈによって第１段目ディスプレーサ１３、第２段目ディスプレーサ１４が駆動軸Ｓｈと反対側（図１の下方）に駆動される際には、吸気弁Ｖ１が開き、排気弁Ｖ２が閉じる。そして、第１段目シリンダ１１内の膨張空間２１、及び第２段目シリンダ１２内の膨張空間２２に高圧ヘリウムガスが供給される（供給工程）。

また、駆動軸Ｓｈによって第１段目ディスプレーサ１３、第２段目ディスプレーサ１４が駆動軸Ｓｈ側（図１の上方）に駆動される際には、吸気弁Ｖ１が閉じ、排気弁Ｖ２が開く。そして、第１段目シリンダ１１内の膨張空間２１、及び第２段目シリンダ１２内の膨張空間２２が低圧になるとともに、膨張空間２１及び膨張空間２２からヘリウムガスは排出され、圧縮機１０に回収される（排出工程）。

このとき、膨張空間２１、２２において、ヘリウムガスが膨張することによって、冷熱が発生する。冷熱を発生し、冷却されたヘリウムガスは、膨張空間２１、２２から排出される際に、蓄冷材１７、１８と接触し、熱交換することによって、蓄冷材１７、１８を冷却する。すなわち、蓄冷材１７、１８に、発生した冷熱が蓄冷される。

次の供給工程で供給される高圧ヘリウムガスは、蓄冷材１７、１８を通って供給されることにより冷却される。冷却されたヘリウムガスが膨張空間２１、２２で膨張することにより、さらに冷却が進む。

以上のようにして、供給工程と排出工程とを繰り返すことにより、第１段目シリンダ１１内の膨張空間２１が、例えば４０Ｋ〜７０Ｋ程度の温度に冷却され、第２段目シリンダ１２内の膨張空間２２が、例えば数Ｋ〜２０Ｋ程度の温度に冷却される。

次に、図２を参照し、第２段目ディスプレーサ１４の詳細な構成について説明する。図２は、本実施の形態に係るＧＭ冷凍機における第２段目ディスプレーサ１４の構成を示す概略断面図である。

第２段目ディスプレーサ１４は、筒部材３０、蓋部材３１、３２を有する。筒部材３０の内部には、冷媒ガスが流れるための冷媒ガス流路である中空空間２４が形成されている。

筒部材３０の上端（高温端）には、蓋部材３１が挿入接着されている。蓋部材３１の上端（高温端）には、開口３３（図１に示す２４ａ）が設けられている。開口３３には、中空空間（冷媒ガス流路）２４の高温端が連通している。なお、蓋部材３１は、第１段目ディスプレーサ１３に、連結機構２５（図１参照）を介して連結されている。

筒部材３０の下端（低温端）には、蓋部材３２が挿入接着されている。蓋部材３２の外周面には、冷媒ガス流路２４を形成する開口３４が設けられている。開口３４には、中空空間（冷媒ガス流路）２４の低温端が連通している。

前述したように、筒部材３０、蓋部材３１、３２は、例えば布入りフェノール（ベークライト）等によって形成されていることが好ましい。

図２に示すように、中空空間（冷媒ガス流路）２４には、前述した蓄冷材１８に相当する、複数種（図では２種類）の蓄冷材１８ａ、１８ｂが充填されている。そして、中空空間（冷媒ガス流路）２４の中を冷媒ガスが流れることによって、流れる冷媒ガスと蓄冷材１８ａ、１８ｂが熱交換し、蓄冷材１８ａ、１８ｂが冷熱を蓄冷するように構成されている。前述したように、蓄冷材１８ａとして、鉛球やビスマス球を用いることができ、蓄冷材１８ｂとして、磁性蓄冷材を用いることができる。磁性蓄冷材は、１５Ｋ以下の低温で、鉛よりも大きな比熱を有する。このため、蓄冷材１８として、高温側の蓄冷材１８（１８ａ）を鉛球とし、低温側の蓄冷材１８（１８ｂ）を磁性蓄冷材とすることによって、蓄冷材１８の高温端から低温端までの熱容量を最適化することができる。

第２段目ディスプレーサ１４は、中空空間（冷媒ガス流路）２４に設けられた、仕切り部材４０（４０ａ、４０ｂ、４０ｃ）を有する。仕切り部材４０は、蓄冷材１８ａ、１８ｂを中空空間２４内に充填するために、また、蓄冷材１８ａ、１８ｂが相互に混合しないように、蓄冷材１８ａ、１８ｂを仕切るためのものである。仕切り部材４０ａは、蓋部材３１と蓄冷材１８ａとの間に設けられている。仕切り部材４０ｂは、蓄冷材１８ａと蓄冷材１８ｂとの間に設けられている。仕切り部材４０ｃは、蓄冷材１８ｂと蓋部材３２との間に設けられている。

次に、図３から図６を参照し、仕切り部材４０の構成について説明する。

図３は、本実施の形態に係る仕切り部材４０の構成を示す概略断面図である。図４及び図５は、それぞれ仕切り部材４０の構成を示す上面図及び下面図である。図６は、補強部材６３の構成を示す平面図である。

なお、図４の上面図及び図５の下面図において、それぞれフィルタ部材６１、６２にハッチングを付して表示している。

仕切り部材４０は、リング部材５０と、積層体６０とを有する。

リング部材５０は、中央に開口部５１が形成されているとともに、外周面が第２段目ディスプレーサ１４の筒部材３０の内周面に嵌合するように形成されている。リング部材５０は、例えば真鍮よりなる。

積層体６０は、フィルタ部材６１、６２と、補強部材６３とが、第２段目ディスプレーサ１４の軸方向に沿って積層されてなるものであり、リング部材５０の開口部５１を塞ぐように設けられている。積層体６０の周縁部６０ａは、リング部材５０により積層体６０の積層方向に沿って前後両側から、すなわち図３における上下両側から挟んで締め付けられている。

フィルタ部材６１、６２は、蓄冷材が通過不能でかつ冷媒ガスが通過可能に設けられている。フィルタ部材６１、６２として、フェルト等の繊維状物質、焼結金属等の多孔質体を含め、各種の部材を用いることができる。そのうち、フィルタ部材６１、６２として、例えば金網を１枚で、又は複数枚重ねた状態で用いることが好ましい。金網を用いると、積層体６０の厚さを薄くすることができるとともに、金網の隙間の寸法精度を高くすることができる。従って、冷媒ガスが仕切り部材４０を通過する際に発生する圧力損失を低減することができ、また、第２段目ディスプレーサ１４の軸方向に垂直な断面の面内における圧力損失のばらつきも低減することができる。蓄冷材の粒径が例えば１５０〜５００μｍであるとき、金網として、例えばＳＵＳ３０４よりなる、メッシュサイズ３００（隙間の幅寸法が約８０μｍ）のものを用いることができる。

補強部材６３は、穴部６３ａが形成されており、冷媒ガスが通過可能であるとともに、フィルタ部材６１、６２を補強するためのものである。補強部材６３として、パンチングメタルを用いることができる。パンチングメタルとして、例えばＳＵＳ３０４よりなり、穴部６３ａの穴径Ｄが１．０ｍｍ、穴部６３ａのピッチＰが１．５ｍｍ、厚さが０．５ｍｍである、６０°千鳥タイプのものを用いることができる。

仕切り部材４０の外周面と筒部材３０の内周面との間に隙間が形成されると、形成された隙間を介して蓄冷材が移動する。そのため、仕切り部材４０の外周面と筒部材３０の内周面との間に隙間が形成されないことが好ましい。一方、本実施の形態に係る仕切り部材４０は、冷媒ガスを通過させるフィルタ部材６１、６２を含む積層体６０の周縁部６０ａは筒部材３０の内周面と嵌合せず、リング部材５０の外周面が筒部材３０の内周面と嵌合するように形成されている。これにより、仕切り部材４０全体の外周面の寸法精度を、リング部材５０の外周面の寸法精度により調整することができる。従って、仕切り部材４０を、外周面の寸法精度良く製造することができる。

リング部材５０は、中央に開口部５１が形成された本体部５２と、第２段目ディスプレーサ１４の軸方向に沿って本体部５２の一方の側に設けられた爪部５３を有していてもよい。爪部５３は、本体部５２と一体に形成されていてもよい。そして、積層体６０の周縁部６０ａが、爪部５３と本体部５２とにより、積層体６０の積層方向に沿って前後両側から、すなわち図３における上下両側から挟んで締め付けられていてもよい。換言すれば、積層体６０の周縁部６０ａが、爪部５３によりかしめられることによって、固定されていてもよい。

本体部５２と爪部５３とは、積層体６０の周縁部６０ａを外側から取り囲むように形成されていてもよい。例えば、図３の点線で示すように、爪部５３を、本体部５２の周縁を取り囲むとともに、本体部５２から上方に向かって延びるように、形成しておく。そして、本体部５２上に積層体６０を搭載した状態で、例えば爪部５３を図示しない治具等によりリング部材５０の内側中央に向かって折り曲げることによって、積層体６０の周縁部６０ａを、変形した爪部５３と本体部５２とにより挟んで締め付けることができる。あるいは、リング部材５０に上下両側から圧縮応力を加え、爪部５３を押し潰すことによって、積層体６０の周縁部６０ａを、変形した爪部５３と本体部５２とにより挟んで締め付けることができる。

なお、図３に示す例では、本体部５２は、積層体６０が載置される載置部５４と、載置部５４に載置されている積層体６０の周縁部６０ａの周囲を囲む囲み部５５とを有する。これにより、リング部材５０は、積層体６０の周縁部６０ａが仕切り部材４０の外周面に露出しないように積層体６０を保持することができる。

また、積層体６０は、爪部５３側の最表層にフィルタ部材６１が位置するとともに、本体部５２側の最表層にフィルタ部材６２が位置するように、積層されたものであってもよい。すなわち、積層体６０は、爪部５３側から本体部５２側、すなわち上側から下側に向かって、フィルタ部材６１、補強部材６３、フィルタ部材６２の順に、計３層が積層されたものであってもよい。これにより、積層体６０の爪部５３側の表面に、補強部材６３に形成された穴部６３ａに起因した凹凸が形成されることを防止できる。そして、変形した爪部５３により積層体６０の周縁部６０ａを挟む際に、爪部５３と積層体６０の表面との間に隙間が発生し、発生した隙間を介して蓄冷材が仕切り部材４０を超えて移動することを防止できる。

なお、積層体が、爪部５３側の最表層にフィルタ部材が位置するように、積層されたものであってもよい。すなわち、積層体が、爪部５３側から本体部５２側、すなわち上側から下側に向かって、フィルタ部材６１、補強部材６３の順に、計２層のみが積層されたものであってもよい。このような積層体６０Ａを有する仕切り部材の例４０Ａの構成を、図７の概略断面図に示す。図７に示す例でも、爪部５３と積層体６０Ａの表面との間に隙間が発生し、蓄冷材が仕切り部材４０Ａを超えて移動することを防止できる。

あるいは、図８に示すように、補強部材として、穴部６３ａが形成されている中央部６３ｂと、穴部６３ａが形成されていない周縁部６３ｃとを有するパンチングメタルよりなる補強部材の別の例６３Ｂを用いてもよい。図８は、補強部材の別の例６３Ｂの構成を示す平面図である。このようなときは、積層体が、爪部５３側から本体部５２側、すなわち上側から下側に向かって、補強部材６３Ｂ、フィルタ部材６１の順に、計２層のみが積層されたものであってもよい。このような積層体６０Ｂを有する仕切り部材の例４０Ｂの構成を、図９の概略断面図に示す。図９に示す例でも、積層体６０Ｂの爪部５３側の表面に、補強部材６３Ｂに設けられた穴部６３ａに起因した凹凸が形成されることを防止できる。そして、変形した爪部５３により積層体６０Ｂの周縁部６０ａを挟む際に、爪部５３と積層体６０Ｂの表面との間に隙間が発生し、発生した隙間を介して蓄冷材が仕切り部材４０Ｂを超えて移動することを防止できる。

また、図３及び図５に示すように、リング部材５０の本体部５２に形成された開口部５１は、本体部５２を中心として爪部５３側から爪部５３と反対側に向かって開口径が増大するように、テーパ形状を有するテーパ部５６が設けられていてもよい。これにより、冷媒ガスが流れる際の圧力損失を低減させることができる。

図１０は、仕切り部材４０が筒部材３０の中心軸に直角な軸の周りに回転しないようにするための寸法の関係を説明するための図である。

また、仕切り部材４０が、筒部材３０の中心軸に直角な軸の周りに回転すると、蓄冷材が仕切り部材４０を超えて移動するおそれがある。従って、仕切り部材４０の厚みｔは、図１０に示すように、仕切り部材４０横断面の対角線の長さＬが、筒部材３０の内径ＤＩよりも十分大きくなるように設定する。例えば、仕切り部材４０の厚さｔを、筒部材３０の内径ＤＩに対して１５％以上とすることができる。

次に、本実施の形態に係るＧＭ冷凍機に備えられた仕切り部材によれば、ＧＭ冷凍機の第２段目ディスプレーサの内周面との間に隙間を形成しないように高い寸法精度を有するとともに、製造コストを低減できることを、比較例と対比しながら説明する。

図１１は、比較例に係るＧＭ冷凍機における第２段目ディスプレーサ１４の構成を示す概略断面図である。図１２は、比較例に係る仕切り部材１４０の構成を示す概略断面図である。

比較例に係るＧＭ冷凍機は、第２段目ディスプレーサ１４が、仕切り部材４０（４０ａ、４０ｂ、４０ｃ）に代え、仕切り部材１４０を有する点で、本実施の形態に係るＧＭ冷凍機と相違する。

仕切り部材１４０は、金網１４１、金属製プレート１４２、１４３を有する。

金網１４１は、蓄冷材が通過不能でかつ冷媒ガスが通過可能な金網が複数枚積層されたものである。金網１４１は、金属製プレート１４２、１４３の形状に対応して、中央がくり抜かれた形状を有している。金属製プレート１４２、１４３は、それらの間に金網１４１を挟んだ状態で、例えば溶接により固定されている。金属製プレート１４２、１４３は、それぞれ開口部１４４、１４５が形成されている。従って、仕切り部材１４０は、開口部１４４、１４５に露出している金網１４１の部分により、蓄冷材が通過不能でかつ冷媒ガスが通過可能に構成されている。

仕切り部材の外周面の寸法精度が高くないと、仕切り部材の外周面と第２段目ディスプレーサの内周面との間に隙間が形成され、形成された隙間を介して蓄冷材が移動したり混合したりするおそれがある。従って、仕切り部材の外周面と第２段目ディスプレーサの内周面との間に隙間を形成しないように、仕切り部材の外周の形状を寸法精度良く作成する必要がある。

比較例に係る仕切り部材１４０は、金属製プレート１４２、１４３の間に金網１４１を挟んだ状態で、金属製プレート１４２、１４３を溶接により固定することによって、形成されている。そのため、金属製プレート１４２、１４３それぞれの外周の寸法精度、及び、金網１４１の外周の寸法精度の全てを向上させないと、仕切り部材１４０の外周の形状を寸法精度良く作成できない。また、比較例に係る仕切り部材１４０は、金属製プレート１４２、１４３を含み、フィルタ機能を有する金網１４１を除いた部品の数が多い上、２枚の金属製プレート１４２、１４３を、それらの軸心を極めて高い精度で一致させた状態で相互に固定する必要がある。そのため、製造コストが増大するという問題がある。

一方、本実施の形態に係る仕切り部材４０（４０Ａ、４０Ｂを含む。）は、フィルタ機能を有する積層体６０（６０Ａ、６０Ｂを含む。）の周縁部６０ａが、リング部材５０により上下両側から挟んで締め付けられている。外周の寸法精度を向上させる必要のある部品は、リング部材５０のみであるため、仕切り部材４０の外周の形状を容易に寸法精度良く製造できる。また、本実施の形態に係る仕切り部材４０（４０Ａ、４０Ｂを含む。）は、リング部材５０が一体に設けられているため、例えば２枚の金属製プレートを、それらの軸心を極めて高い精度で一致させた状態で相互に固定する必要がない。そのため、ＧＭ冷凍機の第２段目ディスプレーサの内周面との間に隙間を形成しないように高い寸法精度を有するとともに、製造コストを低減できる。

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。

例えば、実施の形態では、本発明に係る仕切り部材４０（４０Ａ、４０Ｂを含む。）が第２段目ディスプレーサ１４に設けられている例について説明した。しかし、本発明に係る仕切り部材は、第１段目ディスプレーサ１３に設けられていてもよく、第２段目ディスプレーサ１４に設けられたときと同様の効果を示す。

また、実施の形態では、本発明に係る仕切り部材を有する蓄冷器式冷凍機をＧＭ冷凍機に適用した例について説明した。しかし、本発明に係る仕切り部材は、ＧＭ冷凍機に収容された蓄冷材を仕切る仕切り部材に限定されず、パルス管冷凍機の蓄冷管（本発明における蓄冷器に相当する。）に収容された蓄冷材等、各種の冷凍機の蓄冷器又は蓄冷管に収容された蓄冷材を仕切る仕切り部材に適用可能である。

１０ 圧縮機
１１ 第１段目シリンダ
１２ 第２段目シリンダ
１３ 第１段目ディスプレーサ
１４ 第２段目ディスプレーサ
１７、１８、１８ａ、１８ｂ 蓄冷材
２１、２２ 膨張空間
２３、２４ 中空空間（冷媒ガス流路）
３０ 筒部材
３１、３２ 蓋部材
４０、４０Ａ、４０Ｂ 仕切り部材
５０ リング部材
５１ 開口部
５２ 本体部
５３ 爪部
６０、６０Ａ、６０Ｂ 積層体
６１、６２ フィルタ部材
６３、６３Ｂ 補強部材

Claims (10)

1. 冷媒ガスを膨張させるためのシリンダと、
   内部に収容された蓄冷材を含み、前記冷媒ガスの膨張に伴って前記シリンダで発生した冷熱を、前記蓄冷材に蓄冷する蓄冷器と、
   前記蓄冷器に設けられており、前記蓄冷材を仕切る仕切り部材とを有し、
   前記仕切り部材は、
   中央に開口部が形成されているとともに、外周面が前記蓄冷器の内周面に嵌合するように形成されているリング部材と、
   前記開口部を塞ぐように設けられており、前記蓄冷材が通過不能でかつ前記冷媒ガスが通過可能なフィルタ部材と、前記フィルタ部材を補強する補強部材とが積層されてなる積層体とを含み、
   前記リング部材は、中央に前記開口部が形成された本体部と、積層方向に沿って前記本体部の一方の側に設けられた爪部とを有し、
   前記積層体の周縁部は、全周に亘って前記爪部と前記本体部とにより前記積層体の前記積層方向に沿って前後から挟んで締め付けられており、
   前記積層体は、前記爪部側から前記本体部側に向かって、前記フィルタ部材、前記補強部材、前記フィルタ部材の順に積層されたものである、蓄冷器式冷凍機。
2. 前記積層体は、前記爪部側の最表層に一の前記フィルタ部材が位置するように、積層されてなるものである、請求項１に記載の蓄冷器式冷凍機。
3. 前記積層体は、前記本体部側の最表層に他の前記フィルタ部材が位置するように、積層されてなるものである、請求項２に記載の蓄冷器式冷凍機。
4. 前記補強部材は、パンチングメタルである、請求項１から請求項３のいずれかに記載の蓄冷器式冷凍機。
5. 前記フィルタ部材は、金網である、請求項１から請求項３のいずれかに記載の蓄冷器式冷凍機。
6. 冷媒ガスを膨張させるためのシリンダと、内部に収容された蓄冷材を含み、前記冷媒ガスの膨張に伴って前記シリンダで発生した冷熱を、前記蓄冷材に蓄冷する蓄冷器とを有する蓄冷器式冷凍機に備えられる、前記蓄冷材を仕切る仕切り部材において、
   中央に開口部が形成されているとともに、外周面が前記蓄冷器の内周面に嵌合するように形成されているリング部材と、
   前記開口部を塞ぐように設けられており、前記蓄冷材が通過不能でかつ前記冷媒ガスが通過可能なフィルタ部材と、前記フィルタ部材を補強する補強部材とが積層されてなる積層体とを有し、
   前記リング部材は、中央に前記開口部が形成された本体部と、積層方向に沿って前記本体部の一方の側に設けられた爪部とを有し、
   前記積層体の周縁部は、全周に亘って前記爪部と前記本体部とにより前記積層体の積層方向に沿って前後から挟んで締め付けられており、
   前記積層体は、前記爪部側から前記本体部側に向かって、前記フィルタ部材、前記補強部材、前記フィルタ部材の順に積層されたものである、仕切り部材。
7. 前記積層体は、前記爪部側の最表層に一の前記フィルタ部材が位置するように、積層されてなるものである、請求項６に記載の仕切り部材。
8. 前記積層体は、前記本体部側の最表層に他の前記フィルタ部材が位置するように、積層されてなるものである、請求項７に記載の仕切り部材。
9. 前記補強部材は、パンチングメタルである、請求項６から請求項８のいずれかに記載の仕切り部材。
10. 前記フィルタ部材は、金網である、請求項６から請求項８のいずれかに記載の仕切り部材。

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