JPH06159828A

JPH06159828A - 蓄冷型冷凍機

Info

Publication number: JPH06159828A
Application number: JP31244192A
Authority: JP
Inventors: Kazuki Moritsu; 一樹森津; Takahiro Matsumoto; 隆博松本; Shuichi Nakagawa; 修一中川; Shuji Ando; 収二安藤; Mitsuhiro Kishida; 光弘岸田; Hideto Yoshimura; 秀人吉村; Masashi Nagao; 政志長尾; Takashi Inaguchi; 隆稲口
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1992-11-20
Filing date: 1992-11-20
Publication date: 1994-06-07
Anticipated expiration: 2013-03-11
Also published as: JP2726789B2

Abstract

(57)【要約】【目的】この発明は、蓄冷効率の向上を図り、冷却性
能の向上を図ることができる安価な蓄冷型冷凍機を得る
ことを目的とする。【構成】第２段蓄冷器５ｂを内蔵する第２段ディスプ
レーサ２ｂは、ステンレスで作製され、その外周面には
ポリイミド樹脂からなる低摩擦材コーティング層５０が
形成されている。第２段シリンダ１ｂは、ステンレスで
作製されている。そこで、第２段ディスプレーサ２ｂが
第２段シリンダ１ｂ内を往復移動する際に、第２段シリ
ンダ１ｂの内壁面とこすれても、低摩擦材コーティング
層５０により摩擦による発熱量が抑えられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば磁気共鳴画像
診断装置に適用される超電導マグネットに用いられる蓄
冷型冷凍機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図２５は従来の蓄冷型冷凍機の一例を示
す模式断面図であり、図において１は例えばステンレス
を円筒状に切削加工された口径の異なる第１段、第２段
および第３段シリンダ１ａ，１ｂ，１ｃを連結して３段
に構成されたシリンダ、２はシリンダ１内に摺動可能に
配設されたディスプレーサであり、このディスプレーサ
２は、例えばフェノール積層管からなる第１段、第２段
および第３段ディスプレーサ２ａ，２ｂ，２ｃを、図２
６に示すように、自在継手３および固定ピン４により互
いに回動可能に連結して構成されている。

【０００３】５は第１段、第２段および第３段ディスプ
レーサ２ａ，２ｂ，２ｃ内にそれぞれ蓄冷材が充填され
た第１段、第２段および第３段蓄冷器５ａ，５ｂ，５ｃ
からなる蓄冷器であり、ここでは、第１段蓄冷器５ａに
は銅金網を、第２段蓄冷器５ｂには鉛玉を、そして第３
段蓄冷器５ｃにはＧｄＲｈをそれぞれ蓄冷材として充填
している。

【０００４】６、７および８は第１段、第２段および第
３段シリンダ１ａ，１ｂ，１ｃと第１段、第２段および
第３段ディスプレーサ２ａ，２ｂ，２ｃとの間にそれぞ
れ配設された第１段、第２段および第３段シールであ
る。ここで、第１段シール６は、例えば図２７に示すよ
うに、第１段ディスプレーサ２ａの高温側の外周面に周
方向の環状の溝６１を形成し、テフロンシール６２とＯ
リング６３とをその環状の溝６１内に配設し、Ｏリング
６３の弾性力により気密シールする、いわゆるキャップ
シール構造がとられている。また、図示していないが、
ディスプレーサ２を往復移動する駆動手段のスコッチヨ
ーク軸もまた、上記キャップシール構造がとられてい
る。さらに、第２段および第３段シール７、８は、図２
８の（ａ），（ｂ）に示すように、第２段および第３段
ディスプレーサ２ｂ，２ｃの高温側の外周面に周方向の
環状の溝７１を形成し、合口７４の係合により口径が変
わるピストンリング７２とバックアップリング７３とを
その環状の溝７１内に配設し、バックアップリング７３
の弾性力により気密シールする構造がとられている。

【０００５】９、１０および１１は第１段、第２段およ
び第３段シリンダ１ａ，１ｂ，１ｃの低温側の端部外周
面のそれぞれに配設された第１段、第２段および第３段
ヒートステージであり、これらのヒートステージには高
熱伝導性材料、例えば銅が用いられている。１２は第１
段膨張室、１３は第２段膨張室、１４は第３段膨張室、
１５はヘリウムガス、１６はヘリウム圧縮機、１７はヘ
リウム圧縮機１６で圧縮されたヘリウムガス１５を導入
する吸気バルブ、１８はヘリウムガス１５を排出する排
気バルブ、１９は駆動モータ、２０は駆動モータ１９の
回転を直線運動に変換し、この動きに同期させて吸気バ
ルブ１７および排気バルブ１８を動作する駆動機構であ
る。

【０００６】このように構成された蓄冷型冷凍機はつぎ
のように動作する。まず、第１段、第２段および第３段
ディスプレーサ２ａ，２ｂ，２ｃが最下端にあり、吸気
バルブ１７が開き、かつ、排気バルブ１８が閉じている
状態で、第１段、第２段および第３段膨張室１２、１
３、１４内には、ヘリウムガス圧縮手段であるヘリウム
圧縮機１６で圧縮された高圧のヘリウムガス１５が導入
され、高圧状態となっている。

【０００７】つぎに、第１段、第２段および第３段ディ
スプレーサ２ａ，２ｂ，２ｃが上方に動き、それに伴い
高圧のヘリウムガス１５が第１段、第２段および第３段
蓄冷器５ａ，５ｂ，５ｃを通じて、第１段、第２段およ
び第３段膨張室１２、１３、１４に導入される。この
間、吸気および排気バルブ１７、１８は動かない。高圧
のヘリウムガス１５は、第１段蓄冷器５ａ、第２段蓄冷
器５ｂおよび第３段蓄冷器５ｃを通過する際に、それぞ
れの蓄冷材により所定温度に冷却される。さらに、第１
段、第２段および第３段ディスプレーサ１ａ，１ｂ，１
ｃが最上端になった時に、吸気バルブ１７が閉じ、排気
バルブ１８が開き、高圧のヘリウムガス１５が低圧部に
膨張して冷凍が発生する。この時、ヘリウムガス１５
は、低温低圧ガスとなる。

【０００８】ついで、第１段、第２段および第３段ディ
スプレーサ２ａ，２ｂ，２ｃが下方に移動することによ
り、低温低圧のヘリウムガス１５が、第１段、第２段お
よび第３段蓄冷器５ａ，５ｂ，５ｃを通過して排気バル
ブ１８から排気される。この時、低温低圧のヘリウムガ
ス１５は、第１段、第２段および第３段蓄冷器５ａ，５
ｂ，５ｃの蓄冷材を冷却した後、ヘリウム圧縮機１６に
戻る。

【０００９】その後、第１段、第２段および第３段膨張
室１２、１３、１４の容積が最小となった状態で、排気
バルブ１８が閉じ、吸気バルブ１７が開き、ヘリウム圧
縮機１６で圧縮された高圧のヘリウムガス１５が導入さ
れ、第１段、第２段および第３段膨張室１２、１３、１
４の圧力が低圧から高圧になる。

【００１０】ここで、高圧、例えば２０バールのヘリウ
ムガス１５は、第１段蓄冷器５ａで６０Ｋ（ケルビン）
に冷却され、第２段蓄冷器５ｂで１５Ｋに冷却され、さ
らに第３段蓄冷器５ｃで冷却されて第３膨張室１４に導
かれる。例えば、第３段蓄冷器５ｃの蓄冷材を鉛とする
と、比熱がヘリウムガス１５より小さいのでヘリウムガ
ス１５は十分冷却されずに第３段膨張室５ｃに導かれ、
膨張室の温度が上昇して損失が生じてしまい、６．５Ｋ
程度の到達温度しか得られないが、第３段蓄冷器５ｃの
蓄冷材としてＧｄＲｈを用いているので、比熱が鉛より
大きく損失が小さくなり、５．５Ｋの到達温度が得られ
ている。

【００１１】このように、第１段、第２段および第３段
膨張室１２、１３、１４のヘリウムガス１５の温度は、
第１段、第２段および第３段シリンダ１ａ，１ｂ，１ｃ
を介して第１段、第２段および第３段ヒートステージ
９、１０、１１に伝達され、例えば超電導マグネットの
冷却に適用される。

【００１２】つぎに、上記従来の蓄冷型冷凍機の適用例
について説明する。図２９は従来の超電導マグネットの
一例を示す一部破断斜視図であり、図において２１は円
筒形の超電導コイルであり、この超電導コイル２１はヘ
リウム槽２２内に満たされた液体ヘリウム２３に浸漬さ
れ、極低温に保持されている。２４はヘリウム槽２２を
包囲するように配設された真空槽であり、この真空槽２
４とヘリウム槽２２との間を真空排気して断熱してい
る。２５は第２熱シールド、２６は第１熱シールドであ
り、これらの第１および第２熱シールド２６、２５は、
ヘリウム槽２２と真空槽２４との間にヘリウム槽２２を
包囲するように同軸円筒状に配設され、ヘリウム槽２２
への熱侵入を減少させている。

【００１３】２７は超電導マグネット２１の軸方向と略
平行に真空槽２４の端面に取り付けられた、上記図２５
に示した従来の蓄冷型冷凍機、２８は鉄製の磁気シール
ドフランジ２９とともに真空槽２４を包囲して配設され
た鉄製の磁気シールド、３０はボア、３１はポート部３
２に設けられた放圧弁、３３は超電導マグネットの据付
足、３４はヘリウム槽２２内の圧力を制御する圧力コン
トローラである。

【００１４】つぎに、上記蓄冷型冷凍機２７の取り付け
構造について図３０に基づいて説明する。一端がヘリウ
ム槽２２内で蒸発するヘリウムガスの雰囲気に臨むよう
にヘリウム槽２２の上部にステンレス製のＬ字管３５が
設けられている。また、真空槽２４の端面には、ステン
レス製の冷凍機取付シリンダ３６が超電導コイル２１の
軸方向と略平行に取り付けられている。Ｌ字管３５と冷
凍機取付シリンダ３６とはベロー３７で接続されてい
る。この冷凍機取付シリンダ３６には、銅製の第１段お
よび第２段ヒートステージ３８、３９が設けられ、それ
ぞれが第１および第２熱シールド２６、２５に熱接続さ
れている。また、第１段および第２段ヒートステージ３
８、３９と第１および第２熱シールド２６、２５との熱
接続部を覆うように銅製の第１および第２輻射カバー４
０、４１が配設され、さらにステンレス製の封口板４２
が真空槽２４に取り付けられ、外部からの熱侵入を低減
している。

【００１５】蓄冷型冷凍機２７は、第３段ヒートステー
ジ１１がＬ字管３５内に引き出されるヘリウムガス雰囲
気中に露出するように冷凍機取付シリンダ３６内に挿入
され取り付けられている。この時、第１段および第２段
ヒートステージ９、１０に取り付けられた冷凍機側熱伝
導体４３と、冷凍機取付シリンダ３６の第１段および第
２段ヒートステージ３８、３９の取付位置の内壁面に配
設された冷凍機取付シリンダ側熱伝導体４４とがそれぞ
れ熱接続されている。

【００１６】このように構成された超電導マグネットで
は、蓄冷型冷凍機２７が超電導コイル２１の軸方向と略
平行に取り付けられているので、第１熱シールド２６と
第２熱シールド２５との間隙および第１熱シールド２６
と真空槽２４との間隙を大きくとることなく、蓄冷型冷
凍機２７の冷却性能を達成するために必要なディスプレ
ーサ２の往復移動の長さを超電導コイル２１の軸方向で
確保でき、装置の高さが低くできるとともに小型化が図
られる。

【００１７】また、蓄冷型冷凍機２７の運転により所定
温度に冷却された第１段、第２段ヒートステージ９、１
０を介して冷凍機側熱伝導体４３、冷凍機取付シリンダ
側熱伝導体４４、第１段および第２段ヒートステージ３
８、３９を経て第１および第２熱シールド２６、２５が
冷却され、外部からの熱侵入が低減され、さらに第３段
ヒートステージ１１によりヘリウム槽２２からＬ字管３
５内に引き出されたヘリウムガスが再液化されてヘリウ
ム槽２２内に戻され、安定に動作するとともに高価なヘ
リウムの消費量を低減することができる。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】従来の蓄冷型冷凍機は
以上のように、第１段、第２段および第３段シール６、
７、８がテフロンシール６２とＯリング６３とからなる
キャップシール構造およびピストンリング７２とバック
アップリング７３とからなるシール構造で構成されてい
るので、特に蓄冷型冷凍機２７を水平に取り付けた場合
には、ディスプレーサ２の往復移動の際に自重によりデ
ィスプレーサ２の外周面とシリンダ１の内周面とがこす
れて発熱し、冷却性能を低下するという課題があった。

【００１９】また、テフロンシール６２およびピストン
リング７２がＯリング６３およびバックアップリング７
３の弾性力によりシリンダ１の内周面に押し付けられて
気密性を確保しているので、ディスプレーサ２の往復移
動の際にテフロンシール６２およびピストンリング７２
がシリンダ１とこすれて摩耗し、気密性を損なうという
課題もあった。

【００２０】また、第１段、第２段および第３段ディス
プレーサ２ａ，２ｂ，２ｃが互いに自在継手３および固
定ピン４を介して回動可能に連結されているので、軸方
向のあそびがなく、冷却の初期段階では、シリンダ１が
デイスプレーサ２に比べて早く冷却されて、より多く熱
収縮してしまい、軸方向におけるシリンダ１とディスプ
レーサ２との衝突が起こり、最悪の場合には破損してし
まうという課題もあった。

【００２１】また、第３段蓄冷器５ｃが希土類金属の合
金であるＧｄＲｈからなる蓄冷材を均一に充填して構成
されているので、蓄冷材の熱伝導率が悪く、蓄冷効率が
向上できないという課題もあった。

【００２２】また、ヘリウムガス１５が直接ディスプレ
ーサ２のガス流入端から蓄冷器５に流入しているので、
ヘリウム圧縮機１６を介して送り込まれるヘリウムガス
１５に含まれる水蒸気や油蒸気が蓄冷器５内に蓄積さ
れ、蓄冷効率を低下させるという課題もあった。

【００２３】また、蓄冷材が蓄冷器５内に均一に充填さ
れているので、ヘリウムガス１５の流速が遅くなり、熱
伝達効率が低下し、蓄冷効率を低下させるという課題も
あった。

【００２４】また、蓄冷器５内に１種類の蓄冷材が充填
されているので、蓄冷器５の高温側から低温側までの温
度範囲に対して特定の温度おける比熱ピークしか存在せ
ず、蓄冷効率が向上できないという課題もあった。

【００２５】また、第３段蓄冷器５ｃは希土類金属の合
金であるＧｄＲｈからなる蓄冷材を充填して構成され、
かつ、第３段シリンダ１ｃは、ステンレスで構成されて
いるので、蓄冷材が磁性体であり、例えば超電導マグネ
ット等に適用した場合には、蓄冷材の往復移動にともな
い外部磁界が乱れて、外部磁界の均一性が損なわれ、さ
らには外部磁界により蓄冷材に電磁力が発生し、ディス
プレーサ２がシリンダ１にこすられて発熱し、冷却性能
が低下するという課題もあった。

【００２６】また、ステンレスの切削加工により作製し
た第１段、第２段および第３段シリンダ１ａ，１ｂ，１
ｃを用いているので、加工コストが高く、冷凍機が高価
となるという課題もあった。

【００２７】また、シリンダ１の外周面にヒートステー
ジを取り付けているので、超電導マグネットに超電導コ
イル２１の軸方向と略水平に取り付けた場合に、冷凍機
取付シリンダ３６の内周面とシリンダ１の外周面との間
隙が大きくなり、Ｌ字管３５を介して該間隙に充満する
ヘリウムガスがシリンダ１の軸方向の温度差に起因して
熱対流を発生し、冷却効率を低下するという課題もあっ
た。

【００２８】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、蓄冷効率の向上を図り、冷却性
能の向上を図ることができるとともに安価な蓄冷型冷凍
機を得ることを目的とする。

【００２９】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る蓄冷型冷凍機は、シリンダの内周面およびディスプレ
ーサの外周面の少なくとも一方に低摩擦材をコーティン
グしたものである。

【００３０】また、この発明の請求項２に係る蓄冷型冷
凍機は、ディスプレーサの外周面に周方向に環状の溝を
設けたものである。

【００３１】また、この発明の請求項３に係る蓄冷型冷
凍機は、低摩擦材からなるガイドベアリングをシリンダ
に内接するようにディスプレーサの外周に配設したもの
である。

【００３２】また、この発明の請求項４に係る蓄冷型冷
凍機は、シリンダの内周面と前記ディスプレーサの外周
面との一側に周方向の環状の溝を形成するとともに、シ
リンダの内周面とディスプレーサの外周面との他側と微
小間隙を有するリング状のシール体を環状の溝内に遊嵌
して、シール部を構成したものである。

【００３３】また、この発明の請求項５に係る蓄冷型冷
凍機は、駆動手段のスコッチヨーク軸の外周面とスコッ
チヨーク軸の受部の内周面との一側に周方向の環状の溝
を形成するとともに、スコッチヨーク軸の外周面と受部
の内周面との他側と微小間隙を有するリング状のシール
体を環状の溝内に遊嵌して、スコッチヨーク軸のシール
部を構成したものである。

【００３４】また、この発明の請求項６に係る蓄冷型冷
凍機は、複数のディスプレーサを、ディスプレーサの軸
方向にあそびを有する継手部によりディスプレーサの軸
方向に連結したものである。

【００３５】また、この発明の請求項７に係る蓄冷型冷
凍機は、複数のディスプレーサを、ディスプレーサの軸
方向の応力を吸収する弾性部材が設けられた継手部によ
りディスプレーサの軸方向に連結したものである。

【００３６】また、この発明の請求項８に係る蓄冷型冷
凍機は、複数のディスプレーサを永久磁石からなる継手
部によりディスプレーサの軸方向に連結したものであ
る。

【００３７】また、この発明の請求項９に係る蓄冷型冷
凍機は、少なくとも複数のディスプレーサの１つに内蔵
される蓄冷器を、超電導材料もしくは希土類金属の合金
または化合物と超電導材料とが一体化された蓄冷材を充
填して構成したものである。

【００３８】また、この発明の請求項１０に係る蓄冷型
冷凍機は、ディスプレーサのガス流入端と蓄冷器との間
に吸着材を配設したものである。

【００３９】また、この発明の請求項１１に係る蓄冷型
冷凍機は、ガスの流れを規制する板状の螺旋状部材を蓄
冷器内に配設したものである。

【００４０】また、この発明の請求項１２に係る蓄冷型
冷凍機は、少なくとも複数のディスプレーサの１つに内
蔵される蓄冷器を、蓄冷器の軸心に対して角度をもって
仕切板を配設し、その仕切板により形成された仕切り空
間ごとに種類の異なる蓄冷材を充填して構成したもので
ある。

【００４１】また、この発明の請求項１３に係る蓄冷型
冷凍機は、少なくとも複数のディスプレーサの１つに内
蔵される蓄冷器を、少なくとも希土類金属の合金または
化合物を有する蓄冷材を充填して構成するとともに、少
なくとも希土類金属の合金または化合物を有する蓄冷材
が充填されてなる蓄冷器を内蔵するディスプレーサを包
囲するシリンダの部位に超電導体を配設したものであ
る。

【００４２】また、この発明の請求項１４に係る蓄冷型
冷凍機は、シリンダに引き抜き管を用いたものである。

【００４３】また、この発明の請求項１５に係る蓄冷型
冷凍機は、複数段のシリンダのそれぞれに引き抜き管を
用いるとともに、ヒートステージを円筒部と切頭中空円
錐部とから形成し、一方のシリンダ内に円筒部を挿入接
合し、切頭円錐部内に他方のシリンダを挿入接合してヒ
ートステージにより複数段のシリンダ間を気密的に連結
したものである。

【００４４】また、この発明の請求項１６に係る蓄冷型
冷凍機は、膨張室内に露呈するヒートステージの円筒部
の端面にフィンを配設したものである。

【００４５】

【作用】この発明の請求項１に係る蓄冷型冷凍機におい
ては、シリンダの内周面およびディスプレーサの外周面
の少なくとも一方に低摩擦材をコーティングしているの
で、蓄冷型冷凍機を装置に水平に取り付けて使用した場
合、ディスプレーサの外周面がシリンダの内周面に低摩
擦材を介して当接しながら往復移動することになり、こ
の往復移動にともなう発熱量が低減される。

【００４６】また、この発明の請求項２に係る蓄冷型冷
凍機においては、ディスプレーサの外周面に周方向に環
状の溝を設けているので、シール部の漏れに起因して高
温側膨張室からディスプレーサの外周を通って低温側膨
張室に向かって流れるヘリウムガスの流速が、環状の溝
部で遅くなり、環状の溝部外で速くなり、その結果圧力
損失が大きく、いわるゆラビリンス効果により漏れガス
量が低減される。また、ディスプレーサの外周部のヘリ
ウムガスに含まれる不純ガスは、環状の溝内に溜まり凍
結することになり、この凍結不純ガスによるディスプレ
ーサの往復移動の阻害が防止される。

【００４７】また、この発明の請求項３に係る蓄冷型冷
凍機においては、低摩擦材からなるガイドベアリングを
シリンダに内接するようにディスプレーサの外周に配設
しているので、ディスプレーサはその外周面をシリンダ
の内周面にこすれることなく往復移動でき、ディスプレ
サの外周面とシリンダの内周面とのこすれによる発熱が
防止される。

【００４８】また、この発明の請求項４に係る蓄冷型冷
凍機においては、シリンダの内周面と前記ディスプレー
サの外周面との一側に周方向の環状の溝を形成するとと
もに、シリンダの内周面とディスプレーサの外周面との
他側と微小間隙を有するリング状のシール体を環状の溝
内に遊嵌して、シール部を構成しているので、リング状
のシール体は一端側が遊んでおり機械的な応力が作用せ
ず、ディスプレーサの往復移動にともなうシリンダの内
周面とディスプレーサの外周面との他側との摩耗が抑え
られる。また、ディスプレーサの往復移動にともないシ
ール体が往復移動してシール体の側面と環状の溝の内壁
面とが当接し、このシール体の側面と環状の溝の内壁面
との当接部およびシリンダの内周面とディスプレーサの
外周面との他側とシール体との微小間隙部により気密性
が確保される。

【００４９】また、この発明の請求項５に係る蓄冷型冷
凍機においては、駆動手段のスコッチヨーク軸の外周面
とスコッチヨーク軸の受部の内周面との一側に周方向の
環状の溝を形成するとともに、スコッチヨーク軸の外周
面と受部の内周面との他側と微小間隙を有するリング状
のシール体を環状の溝内に遊嵌して、スコッチヨーク軸
のシール部を構成しているので、上記請求項４に係る発
明と同様に、シール体の摩耗が抑えられ、かつ、気密性
が確保される。

【００５０】また、この発明の請求項６に係る蓄冷型冷
凍機においては、複数のディスプレーサを、ディスプレ
ーサの軸方向にあそびを有する継手部によりディスプレ
ーサの軸方向に連結しているので、冷却の初期段階で、
シリンダがディスプレーサに比べて早く冷却されてより
多く熱収縮しても、継手部の軸方向のあそびがシリンダ
の熱収縮を吸収する。

【００５１】また、この発明の請求項７に係る蓄冷型冷
凍機においては、複数のディスプレーサを、ディスプレ
ーサの軸方向の応力を吸収する弾性部材が設けられた継
手部によりディスプレーサの軸方向に連結しているの
で、冷却の初期段階で、シリンダがディスプレーサに比
べて早く冷却されてより多く熱収縮しても、継手部の弾
性部材がシリンダの熱収縮を吸収する。

【００５２】また、この発明の請求項８に係る蓄冷型冷
凍機においては、複数のディスプレーサを永久磁石から
なる継手部によりディスプレーサの軸方向に連結してい
るので、シリンダとディスプレーサとの軸合わせが容易
となり、複雑な継手構造をとる必要がなく、シリンダア
ッセンブリの製作精度を粗くできる。

【００５３】また、この発明の請求項９に係る蓄冷型冷
凍機においては、少なくとも複数のディスプレーサの１
つに内蔵される蓄冷器を、超電導材料もしくは希土類金
属の合金または化合物と超電導材料とが一体化された蓄
冷材を充填して構成しているので、超電導材料は超電導
転移により比熱が増加し、蓄冷効果が得られる。また、
希土類金属の合金または化合物の比熱に加え、超電導材
料は臨界温度域で比熱が大きくなり、比熱のピークが複
数個でき、平均的に比熱を大きくでき、蓄冷効率が向上
される。

【００５４】また、この発明の請求項１０に係る蓄冷型
冷凍機においては、ディスプレーサのガス流入端と蓄冷
器との間に吸着材を配設しているので、ディスプレーサ
のガス流入端から送り込まれるガス中に含まれる水蒸気
や油蒸気が吸着材内に取り込まれ、蓄冷器内の水蒸気や
油蒸気の堆積が抑えられる。

【００５５】また、この発明の請求項１１に係る蓄冷型
冷凍機においては、ガスの流れを規制する板状の螺旋状
部材を蓄冷器内に配設しているので、ガスは蓄冷器内で
螺旋状部材に沿って流れ、ガスの流速が速くなり、熱伝
導率が高められる。

【００５６】また、この発明の請求項１２に係る蓄冷型
冷凍機においては、少なくとも複数のディスプレーサの
１つに内蔵される蓄冷器を、蓄冷器の軸心に対して角度
をもって仕切板を配設し、その仕切板により形成された
仕切り空間ごとに種類の異なる蓄冷材を充填して構成し
ているので、蓄冷器の軸方向に対して直交する平面内に
複数の異なる蓄冷材が存在し、各蓄冷材が所定温度領域
のそれぞれ異なる温度で比熱のピークを有することにな
り、所定温度領域における比熱の平均化が図られる。

【００５７】また、この発明の請求項１３に係る蓄冷型
冷凍機においては、少なくとも複数のディスプレーサの
１つに内蔵される蓄冷器を、少なくとも希土類金属の合
金または化合物を有する蓄冷材を充填して構成するとと
もに、少なくとも希土類金属の合金または化合物を有す
る蓄冷材が充填されてなる蓄冷器を内蔵するディスプレ
ーサを包囲するシリンダの部位に超電導体を配設してい
るので、超電導体が磁気シールドとして作用し、外部磁
界により蓄冷材に電磁力が発生するのが防止されるとと
もに、蓄冷材の往復移動により外部磁界が乱されるのが
防止される。

【００５８】また、この発明の請求項１４に係る蓄冷型
冷凍機においては、シリンダに引き抜き管を用いている
ので、切削加工を必要とせず、肉薄の精密円筒を容易に
作製でき、加工コストが低減される。

【００５９】また、この発明の請求項１５に係る蓄冷型
冷凍機においては、複数段のシリンダのそれぞれに引き
抜き管を用いるとともに、ヒートステージを円筒部と切
頭中空円錐部とから形成し、一方のシリンダ内に円筒部
を挿入接合し、切頭円錐部内に他方のシリンダを挿入接
合してヒートステージにより複数段のシリンダ間を気密
的に連結しているので、シリンダの外周面からのヒート
ステージの突出がなく、例えば冷凍機取付シリンダ内に
挿入し取り付ける場合には、冷凍機取付シリンダと蓄冷
型冷凍機のシリンダとの間隙を少なくでき、その間隙に
充満するヘリウムガスの熱対流の発生が抑えられる。

【００６０】また、この発明の請求項１６に係る蓄冷型
冷凍機においては、膨張室内に露呈するヒートステージ
の円筒部の端面にフィンを配設しているので、ヒートス
テージの伝熱面積が増加し、膨張室内の冷却されたヘリ
ウムガスからヒートステージに効率よく伝熱される。

【００６１】

【実施例】以下、この発明の実施例を図について説明す
る。実施例１．この実施例１は、この発明の請求項１に係る
一実施例である。図１はこの発明の実施例１を示す蓄冷
型冷凍機の要部断面図であり、図において図２５および
図２６に示した従来の蓄冷型冷凍機と同一または相当部
分には同一符号を付し、その説明を省略する。

【００６２】この実施例１では、第２段ディスプレーサ
２ｂ（ディスプレーサ２）を低熱伝導材であるステンレ
スで作製し、その第２段ディスプレーサ２ｂの外周面に
は低摩擦材であるポリイミド樹脂をコーティングして低
摩擦材コーティング層５０を形成している。また、第２
段蓄冷器５ｂは、第２段ディスプレーサ２ｂ内に金網５
１を挿入し、ついでフィルタ５２を挿入し、その後蓄冷
材としての鉛玉を充填し、さらにフィルタ５２および金
網５１を挿入し、最後に蓋５３をし固定ピン４で蓋５３
を固定して構成している。ここで、金網５１およびフィ
ルタ５２は、ヘリウムガス１５を通過させ、鉛玉および
鉛玉の粉の通過を阻止している。さらに、ヒートステー
ジ（図中、第１段および第２段ヒートステージ９、１
０）は、その内壁面にロー溜まり用の溝５４を設けて、
ディスプレーサ２の外周面にロー付けしている。

【００６３】このように構成された実施例１による蓄冷
型冷凍機では、超電導マグネット等に水平に取り付けた
場合、ディスプレーサ２の外周面が低摩擦材コーティン
グ層５０を介してシリンダ１（図中、第２段シリンダ１
ｂ）の内周面に接しながら往復移動することになり、摩
擦による発熱量が低減される。

【００６４】この実施例１によれば、ディスプレーサ２
の外周面に低摩擦材コーティング層５０を形成している
ので、ディスプレーサ２とシリンダ１との摩擦による発
熱量が低減でき、発熱による焼付を防止し、メンテナン
ス期間を長くすることができるとともに、安定した冷却
性能を得ることができる。

【００６５】また、ディスプレーサ２をステンレスで作
製しているので、ディスプレーサ２の熱伝導率が低く、
ディスプレーサ２とシリンダ１との摩擦による発熱が蓄
冷器５に伝達されにくく、より安定した冷却性能を得る
ことができる。

【００６６】さらに、ヒートステージの内壁面にロー溜
まり用の溝５４を設けているので、シリンダ１の外周面
にロー付けする際にローのまわりが良くなり、接合強度
を高めることができる。

【００６７】実施例２．この実施例２は、この発明の請
求項１に係る他の実施例である。上記実施例１では、デ
ィスプレーサ２の外周面に低摩擦材コーティング層５０
を形成するものとしているが、この実施例２では、図２
に示すように、シリンダ１の内周面に低摩擦材コーティ
ング層５０を形成するものとし、同様の効果を奏する。

【００６８】なお、上記実施例１、２では、低摩擦材コ
ーティング層５０をポリイミド樹脂で形成するものとし
ているが、低摩擦材コーティング層５０は、低摩擦材で
あればよく、例えばテフロンを用いることができる。

【００６９】実施例３．この実施例３は、この発明の請
求項２に係る一実施例である。図３はこの発明の実施例
３を示す蓄冷型冷凍機の要部断面図である。この実施例
３では、第２段ディスプレーサ５ｂ（ディスプレサ２）
の外周面に低摩擦材コーティング層５０を形成し、さら
に低摩擦材コーティング層５０にディスプレーサ２の周
方向に環状の溝５５をディスプレーサ２の軸方向に沿っ
て複数形成している。

【００７０】つぎに、この実施例３の動作について説明
する。第２段シール７の気密性が低下すると、第２段シ
ール７の両側の圧力差に応じ、例えば第１段膨張室１２
から第２段シール７を介してディスプレーサ２とシリン
ダ１との間隙を通って第２段膨張室１３にヘリウムガス
１５が流れ込む。このヘリウムガス１５は、軸方向に沿
ってディスプレーサ２の外周面を流れる際に溝５５で拡
大されて流速が小さくなり、溝５５間で縮小されて流速
が速くなり、拡大・縮小が繰り返されて、圧力損失が大
きくなり、ラビリンス効果により、流れなくなる。

【００７１】ここで、例えば銅金網および鉛玉をそれぞ
れ蓄冷材として第１段および第２段蓄冷器５ａ、５ｂを
構成し、第１段および第２段ヒートステージ９、１０の
到達温度を６０Ｋおよび１５Ｋとした場合、第２段ディ
スプレーサ２ｂは軸方向に沿って約６０Ｋから約１５Ｋ
の温度勾配を生じている。一方、ヘリウムガス１５に
は、Ｈ₂Ｏ、ＣＨ₄、Ｎ₂、Ｏ₂、Ｈ₂等のガスが含まれて
おり、これらのＨ₂Ｏ、ＣＨ₄、Ｎ₂、Ｏ₂、Ｈ₂等のガス
は、それぞれ異なる凍結温度を有している。また、第２
段ディスプレーサ２ｂと第２段シリンダ１ｂとの間隙に
はヘリウムガス１５が充満している。そこで、上記ガス
の凍結温度と壁面温度とが一致する第２段ディスプレー
サ５ｂの外周面上に周方向に上記ガスの凍結が生じ、凍
結ガスはディスプレーサ２の摺動を阻害することにな
る。しかしながら、上記ガスは、第２段ディスプレーサ
５ｂの外周面に軸方向に沿って複数形成された環状の溝
５５内に溜まり凍結するので、ディスプレーサ２の摺動
の阻害が防止される。

【００７２】このように、実施例３によれば、ディスプ
レーサ２の外周面に環状の溝５５を軸方向に沿って複数
設けているので、第２段シール７の気密性が低下して
も、ラビリンスシール効果により、第１段膨張室１２か
ら第２段膨張室１３へのヘリウムガス１５の流れを阻止
することができる。

【００７３】また、ヘリウムガス１５に含まれる他のガ
スは環状の溝５５内に溜まり凍結するので、それらのガ
スの凍結によるディスプレーサ２の摺動の阻害が防止で
き、損傷等を防止することができ、メンテナンス期間を
長くすることができる。

【００７４】実施例４．この実施例４は、この発明の請
求項２に係る他の実施例である。上記実施例３では、デ
ィスプレーサ２の外周面に低摩擦材コーティング層５０
を形成し、低摩擦材コーティング層５０に環状の溝５５
を軸方向に沿って複数形成するものとしているが、この
実施例４では、シリンダ１の内周面に低摩擦材コーティ
ング層５０を形成し、低摩擦材コーティング層５０に環
状の溝５５を軸方向に沿って複数形成するものとし、同
様の効果を奏する。

【００７５】実施例５．この実施例５は、この発明の請
求項２に係る他の実施例である。上記実施例３では、デ
ィスプレーサ２の外周面に低摩擦材コーティング層５０
を形成し、低摩擦材コーティング層５０に環状の溝５５
を軸方向に沿って複数形成するものとしているが、この
実施例５では、シリンダ１の内周面に低摩擦材コーティ
ング層５０を形成し、低摩擦材コーティング層５０に溝
を螺旋状に軸方向に沿って形成するものとし、同様の効
果を奏する。

【００７６】実施例６．この実施例６は、この発明の請
求項２に係る他の実施例である。上記実施例３では、デ
ィスプレーサ２の外周面に低摩擦材コーティング層５０
を形成し、低摩擦材コーティング層５０に環状の溝５５
を軸方向に沿って複数形成するものとしているが、この
実施例６では、ディスプレーサ２の外周面に直接環状の
溝を軸方向に沿って複数形成するものとし、同様の効果
を奏する。

【００７７】実施例７．この実施例７は、この発明の請
求項３に係る一実施例である。図４はこの発明の実施例
７を示す蓄冷型冷凍機の要部断面図である。この実施例
７では、第２段ディスプレーサ２ｂ（ディスプレーサ
２）の外周面の２ケ所に、低摩擦材、例えばポリイミド
樹脂、テフロン樹脂からなるリング状のガイドベアリン
グ５６を固定している。

【００７８】この実施例７によれば、ディスプレーサ２
の摺動の際に、ガイドベアリング５６の外周面がシリン
ダ１の内周面とこすれながら摺動する。その結果、ディ
スプレーサ２の外周面とシリンダ１の内周面とのこすれ
がなく、ガイドベアリング５６とシリンダ１との摩擦に
よる発熱が抑えられるとともに、ディスプレーサ２の摺
動をスムーズにすることができ、安定した冷却性能を得
ることができる。

【００７９】実施例８．この実施例８は、この発明の請
求項３に係る他の実施例である。上記実施例７では、ガ
イドベアリング５６をディスプレーサ２の外周面に設け
るものとしているが、この実施例８では、ガイドベアリ
ング５６をシリンダ１の内周面に設けるものとし、同様
の効果を奏する。

【００８０】実施例９．この実施例９は、この発明の請
求項４に係る一実施例である。図５はこの発明の実施例
９を示す蓄冷型冷凍機の要部断面図であり、図において
５７は第２段ディスプレーサ２ｂ（ディスプレーサ２）
の高温側に周方向に形成された環状の溝、５８はステン
レス製のリング体、５９はリング体５８の外周面に例え
ばポリイミド樹脂をコーティングしてなる低摩擦材コー
ティング層、６０はリング体５８と低摩擦材コーティン
グ層５９とから構成されたリング状のシール体であり、
このシール体６０は、第２段シリンダ１ｂ（シリンダ
１）の内周面に対して約１μｍのクリアランスを確保で
きるようにその外径が作製され、環状の溝５７内に遊嵌
されている。

【００８１】つぎに、この実施例９の動作について説明
する。環状の溝５７内に遊嵌されているシール体６０
は、第２段シリンダ１ｂの内周面と約１μｍのクリアラ
ンスをもって往復移動して、第２段シリンダ１ｂの内周
面と間のヘリウムガス１５の漏れを阻止している。ま
た、シール体６０は、両側の差圧により環状の溝５７内
を軸方向に移動し、環状の溝５７の内壁側面に当接し、
環状の溝５７を介してのヘリウムガス１５の漏れを阻止
している。さらに、蓄冷型冷凍機を水平に取り付けた場
合等、第２段ディスプレーサ２ｂの軸ずれが生じても、
シール体６０は、シール体６０と環状の溝５７との遊嵌
構造により環状の溝５７の底部壁面と第２段シリンダ１
ｂの内周壁面との間に圧縮されることがない。

【００８２】このように、この実施例９によれば、第２
段シリンダ１ｂの内周面との間に約１μｍのクリアラン
スをもつリング状のシール体６０を第２段ディスプレー
サ２ｂの外周面に周方向に形成された環状の溝５７内に
遊嵌しているので、ヘリウムガス１５の漏れを阻止する
シール部を構成できるとともに、シール体６０への機械
的な応力が作用せず、第２段ディスプレーサ２ｂの往復
移動にともなう摩耗が抑えられ、高性能で長寿命のシー
ルが得られる。

【００８３】また、シール体６０のリング体５８を第２
段シリンダ１ｂと同じステンレスで作製しているので、
極低温においてもシール体６０と第２段シリンダ１ｂと
のクリアランスを確保でき、優れたシール効果が得られ
る。

【００８４】なお、上記実施例９では、シール体６０と
第２段シリンダ１ｂとのクリアランスを１μｍとするも
のとしているが、このクリアランスは３μｍ以下であれ
ばシール効果が得られている。

【００８５】実施例１０．この実施例１０は、この発明
の請求項４に係る他の実施例である。上記実施例９で
は、ステンレス製のリング体５８に低摩擦材コーティン
グ層５９を形成してシール体６０を構成するものとして
いるが、この実施例１０では、図６に示すように、シー
ル体６０を低摩擦材であるテフロンのリング体で形成す
るものとし、同様の効果を奏する。

【００８６】実施例１１．この実施例１１は、この発明
の請求項４に係る他の実施例である。上記実施例９で
は、第２段ディスプレーサ２ｂの外周面に環状の溝５７
を形成し、第２段シリンダ１ｂの内周面と約１μｍのク
リアランスをもってシール体６０を環状の溝５７内に遊
嵌するものとしているが、この実施例１１では、図７に
示すように、第２段シリンダ１ｂの内周面に環状の溝５
７を形成し、第２段ディスプレーサ２ｂの外周面と約１
μｍのクリアランスをもってシール体６０を環状の溝５
７内に遊嵌するものとし、同様の効果を奏する。

【００８７】実施例１２．この実施例１２は、この発明
の請求項５に係る一実施例である。図８はこの発明の実
施例１２を示す蓄冷型冷凍機の要部断面図であり、図に
おいて６１は駆動機構２０を構成し、ディスプレーサ２
を往復移動させるスコッチヨーク軸、６２はスコッチヨ
ーク軸６１の受部である。

【００８８】この実施例１２では、受部６２の内周面に
周方向に環状の溝５７を形成し、スコッチヨーク軸６１
の外周面との間に１μｍのクリアランスをもってリング
状のシール体６０を環状の溝５７内に遊嵌するものと
し、上記実施例９と同様の効果を奏する。

【００８９】実施例１３．この実施例１３は、この発明
の請求項５に係る他の実施例である。上記実施例１２で
は、受部６２の内周面に周方向に環状の溝５７を形成
し、スコッチヨーク軸６１の外周面との間に１μｍのク
リアランスをもってリング状のシール体６０を環状の溝
５７内に遊嵌するものとしているが、この実施例１３で
は、図９に示すように、スコッチヨーク軸６１の外周面
に周方向に環状の溝５７を形成し、受部６２の内周面と
の間に１μｍのクリアランスをもってリング状のシール
体６０を環状の溝５７内に遊嵌するものとし、同様の効
果を奏する。

【００９０】実施例１４．この実施例１４は、この発明
の請求項６に係る一実施例である。図１０はこの発明の
実施例１４を示す蓄冷型冷凍機の要部断面図であり、図
において６３は断面Ｔ字状の継手金具であり、この継手
金具６３は第２段ディスプレーサ２ｂの端部に螺着され
ている。６４は第１段ディスプレーサ２ａの端部に固定
ボルト６５により固定されたリング状の固定板、６６は
第１段ディスプレーサ２ａの端部に形成された凹部であ
り、継手金具６３、固定板６４および凹部６６により継
手部を構成している。

【００９１】この実施例１４では、第２段ディスプレー
サ２ｂの端部に螺着された継手金具６３の一端を凹部６
６内に挿入し、ついで固定板６４を固定ボルト６５によ
り第１段ディスプレーサ２ａの端部に固定して、第１段
および第２段ディスプレーサ２ａ、２ｂを連結してい
る。ここで、凹部６６の深さが継手金具６３の厚みより
大きく形成して、軸方向のあそびを有するように第１段
および第２段ディスプレーサ２ａ、２ｂを連結してい
る。

【００９２】このように、この実施例１４によれば、第
１段および第２段ディスプレーサ２ａ、２ｂが軸方向の
あそびをもって軸方向に連結されているので、初期冷却
過程においてシリンダ１がディスプレーサ２に比べて早
く冷却され、より大きく熱収縮しても、このシリンダ１
の熱収縮は継手部の軸方向のあそびで吸収されて、シリ
ンダ１とディスプレーサ２との衝突が防止され、機器の
破損を生じることがない。

【００９３】実施例１５．この実施例１５は、この発明
の請求項７に係る一実施例である。図１１はこの発明の
実施例１５を示す蓄冷型冷凍機の要部断面図であり、図
において６７は弾性部材としてのバネである。

【００９４】この実施例１５では、第２段ディスプレー
サ２ｂの端部に螺着された継手金具６３の一端をバネ６
７を押しながら凹部６６内に挿入し、ついで固定板６４
を固定ボルト６５により第１段ディスプレーサ２ａの端
部に固定して、第１段および第２段ディスプレーサ２
ａ、２ｂを連結している。ここで、凹部６６の底面と継
手金具６３との間にバネ６７が縮設された状態で第１段
および第２段ディスプレーサ２ａ、２ｂを連結してい
る。

【００９５】このように、この実施例１５によれば、第
１段および第２段ディスプレーサ２ａ、２ｂがバネ６７
を縮設した状態で軸方向に連結されているので、初期冷
却過程においてシリンダ１がディスプレーサ２に比べて
早く冷却され、より大きく熱収縮しても、このシリンダ
１の熱収縮は継手部のバネ６７の弾性により吸収され
て、シリンダ１とディスプレーサ２との衝突が防止さ
れ、機器の破損を生じることがない。また、第１段およ
び第２段ディスプレーサ２ａ、２ｂが軸方向のあそびが
ない状態で連結されているので、ディスプレーサ２の往
復移動がスムーズとなる。

【００９６】実施例１６．この実施例１６は、この発明
の請求項８に係る一実施例である。図１２はこの発明の
実施例１６を示す蓄冷型冷凍機の要部断面図であり、図
において６８は第２段ディスプレーサ２ｂの端部に固着
された先端形状が球状の第１の永久磁石、６９は第１段
ディスプレーサ２ａの端部に固着された平板状の第２の
永久磁石であり、第１および第２の永久磁石６８、６９
により継手部を構成している。

【００９７】この実施例１６では、第１および第２の永
久磁石６８、６９の引力により第１段および第２段ディ
スプレーサ２ａ、２ｂが連結され、さらに第１の永久磁
石６８の先端形状が球状をなしているので、第１および
第２の永久磁石６８、６９はほぼ点接触となり、第２段
ディスプレーサ２ｂが該接触点を中心に第１段ディスプ
レーサ２ａに対して揺動可能に連結されている。

【００９８】このように、実施例１６によれば、シリン
ダ１とディスプレーサ２との軸合わせが容易となり、シ
リンダアッセンブリの精度を高精度にする必要がなく、
低コスト化を図ることができる。

【００９９】実施例１７．この実施例１７は、この発明
の請求項９に係る一実施例である。図１３はこの発明の
実施例１７を示す蓄冷型冷凍機に用いられる蓄冷材の断
面図である。

【０１００】この実施例１７では、希土類金属の合金で
あるＥｒ₃Ｎｉからなる粒体７０表面に超電導材料であ
るＩｎのコーティング層７１を被覆して蓄冷材７２を構
成し、この蓄冷材７２を第３段ディスプレーサ２ｃ内に
充填して、第３段蓄冷器５ｃを構成している。

【０１０１】ここで、温度に対する蓄冷材７２の比熱を
測定したところ、図１４に示すように、温度Ｔ₁（約
７．６Ｋ）におけるＥｒ₃Ｎｉの比熱ピークに加えて、
温度Ｔ₂（約５Ｋ：Ｉｎの超電導転移点に相当）におけ
るＩｎの比熱ピークが得られた。

【０１０２】このように、実施例１７によれば、Ｅｒ₃
Ｎｉからなる粒体７０の表面に超電導材料であるＩｎの
コーティング層７１を被覆して蓄冷材７１を構成してい
るので、蓄冷材をＥｒ₃Ｎｉ単独で構成した場合に比べ
て低温側で大きな比熱が得られ、低温側での蓄冷効率を
向上することができる。

【０１０３】なお、上記実施例１７では、Ｅｒ₃Ｎｉか
らなる粒体７０表面にＩｎのコーティング層７１を被覆
して蓄冷材７２を構成するものとしているが、図１５の
（ａ）に示すようにＥｒ₃ＮｉとＩｎとを一体化して蓄
冷材７２を構成しても、あるいは図１５の（ｂ）に示す
ようにＥｒ３ＮｉとＩｎとを溶融一体化して蓄冷材７２
を構成して、同様の効果を奏する。

【０１０４】また、上記実施例１７では、Ｅｒ₃Ｎｉと
Ｉｎとを一体化して蓄冷材７２を構成するものとしてい
るが、希土類金属の合金（化合物）と超電導材料との組
み合わせはこれに限定されるものでなく、例えばＨｏ
_1.5Ｅｒ_1.5ＲｕとＰｂ、Ｈｏ_1. ₅Ｅｒ_1.5ＲｕとＮｂが用
いられる。さらに、Ｉｎ，Ｎｂ，Ｐｂ，Ｔａ等の超電導
材料の超電導転移により比熱が大きくなる用意機を使用
して、超電導材料を単独で蓄冷材として用いることもで
きる。

【０１０５】実施例１８．この実施例１８は、この発明
の請求項１０に係る一実施例である。図１６はこの発明
の実施例１８に示す蓄冷型冷凍機の要部断面図であり、
図において７３は第２段ディスプレーサ２ｂのガス流入
端と第２段蓄冷器５ｂとの間に配設された吸着材であ
り、この吸着材料７３は例えばモレキュラーシーブス、
シリカゲル、活性炭で構成されている。

【０１０６】ヘリウムガス１５には、水蒸気や油蒸気が
含まれており、これらの水蒸気や油蒸気は蓄冷器５内に
堆積して、蓄冷効率を低下させるとともに、微細な固体
となってシール部を劣化させる原因となる。

【０１０７】このように、実施例１８によれば、第２段
ディスプレーサ２ｂのガス流入端と第２段蓄冷器５ｂと
の間に吸着材７３が配設されているので、ヘリウムガス
１５に含まれる水蒸気や油蒸気を吸着材７３で吸着して
蓄冷器５内への侵入を阻止し、蓄冷効率の低下およびシ
ール部の劣化を抑えることができる。

【０１０８】実施例１９．この実施例１９は、この発明
の請求項１１に係る一実施例である。図１７はこの発明
の実施例１９を示す蓄冷型冷凍機の断面図であり、図に
おいて７４は蓄冷器５内に配設された板状の螺旋状部材
である。

【０１０９】この実施例１９によれば、蓄冷器５内を流
れるヘリウムガス１５は、螺旋状部材７４の形状に沿っ
て蓄冷器５内を流れ、螺旋状部材７４により圧損が大き
くなり、その流速が速くなる。したがって、熱伝達率が
大きくなり、蓄冷効率を向上することができる。

【０１１０】ここで、螺旋状部材７４は、熱伝導率の小
さな例えばステンレス、プラスチックを用いるとよい。

【０１１１】実施例２０．この実施例２０は、この発明
の請求項１２に係る一実施例である。図１８はこの発明
の実施例２０を示す蓄冷型冷凍機の要部断面図であり、
図において７５は例えばフェルトからなる平板状の仕切
板である。第２段蓄冷器５ｂは、その軸心に対して角度
をもって複数の仕切板７５を配設し、これらの仕切板７
５によって形成された各仕切り空間にそれぞれ異なる蓄
冷材７６ａ〜７６ｄを充填して、軸心に対して垂直な断
面で異なる蓄冷材が混在しているように構成されてい
る。

【０１１２】つぎに、この実施例２０の動作について説
明する。第２段ディスプレーサ２ｂの１サイクルの往復
移動において、第２段蓄冷器５ｂは、高圧高温のヘリウ
ムガス１５が高温側から流れ込む場合と、低圧低温のヘ
リウムガス１５が低温側から流れ込む場合とがある。高
圧高温のヘリウムガス１５が高温側から流れ込んだ時の
図中Ａ断面部の温度がＴａ、低圧低温のヘリウムガス１
５が低温側から流れ込んだ時の図中Ａ断面部の温度がＴ
ｂとすると、Ａ断面部は１サイクルでＴａとＴｂとの範
囲で温度振幅することになる。

【０１１３】ここで、Ａ断面部を蓄冷材７６ａのみで構
成すると、高圧高温のヘリウムガス１５が流れ込んだ時
は蓄冷効率が最適となるが、低圧低温のヘリウムガス１
５が流れ込んだ時には蓄冷効率が著しく低下することに
なる。一方、Ａ断面部を蓄冷材７６ｂのみで構成する
と、低圧低温のヘリウムガス１５が流れ込んだ時は蓄冷
効率が最適となるが、高圧高温のヘリウムガス１５が流
れ込んだ時には蓄冷効率が著しく低下することになる。

【０１１４】この実施例２０では、Ａ断面部は蓄冷材７
６ａと蓄冷材７６ｂとが混在している構成となってい
る。そこで、蓄冷材７６ａとして温度Ｔａで比熱のピー
クが得られる材料を選択し、蓄冷材７６ｂとして温度Ｔ
ｂで比熱のピークが得られる材料を選択することによ
り、Ａ断面部の比熱は、見掛け上平均化され、Ｔａから
Ｔｂまで温度振幅しても極端に悪くなるところがなくな
る。したがって、１サイクルで温度振幅しても、蓄冷効
率を向上できる。この実施例２０では、蓄冷材７６ａ〜
７６ｄとして、ＧｄＲｈ（Ｔａ：１９．２Ｋ），Ｇｄ
_0.8Ｅｒ_0.2Ｒｈ（Ｔｂ：１２．６Ｋ），Ｇｄ_0.5Ｅｒ_0.5
Ｒｈ（Ｔｃ：４．７Ｋ），ＥｒＲｈ（Ｔｄ：３．２Ｋ）
を選択し、図１９に点線で示すように、見掛け上平均化
された比熱が得られ、温度振幅しても、蓄冷効率が向上
できた。

【０１１５】このように、実施例２０によれば、第２段
蓄冷器５ｂの軸心に対して角度をもって複数の仕切板７
５を配設し、これらの仕切板７５によって形成された各
仕切り空間にそれぞれ異なる蓄冷材７６ａ〜７６ｄを充
填しているので、軸心に対して垂直な断面で異なる蓄冷
材が混在し、第２段蓄冷器５ｂの高温側から低温側にわ
たって蓄冷材の比熱が見掛け上平均化され、１サイクル
における温度振幅に対して蓄冷効率を向上でき、冷却性
能を向上することができる。

【０１１６】実施例２１．この実施例２１は、この発明
の請求項１２に係る他の実施例である。上記実施例２０
では、平板状の仕切板７５を第２段蓄冷器５ｂの軸心に
対して角度をもって複数配設し、仕切板７５によって形
成された仕切り空間ごとに異なる蓄冷材７６ａ〜７６ｄ
を充填するものとしているが、この実施例２１では、図
２０に示すように、円錐状に形成された仕切板７５を第
２段蓄冷器５ｂの軸心に対して対称となるように配設
し、仕切板７５によって形成された仕切り空間ごとに異
なる蓄冷材７６ｅ、７６ｆを充填するものとし、同様の
効果を奏する。

【０１１７】実施例２２．この実施例２２は、この発明
の請求項１３に係る一実施例である。図２１はこの発明
の実施例２２を示す蓄冷型冷凍機の断面図である。この
実施例２２では、第１段および第２段シリンダ１ａ、１
ｂをステンレスで作製し、第３段シリンダ１ｂを超電導
体としてのＮｂで作製し、第２段および第３段シリンダ
１ｂ，１ｃ間はロー付けあるいは電子ビーム溶接で接合
している。また、第３段蓄冷器５ｃには、希土類金属の
合金または化合物を有する蓄冷材が充填されている。

【０１１８】ここで、蓄冷型冷凍機を超電導マグネット
等磁界中で使用した場合について説明する。第３段シリ
ンダ１ｃを非磁性体であるステンレスで構成された従来
の蓄冷型冷凍機では、第３段蓄冷器５ｃの往復移動によ
り磁性体（希土類金属）が往復移動することになり、外
部磁界が乱れて、外部磁界の均一性が損なわれる。ま
た、外部磁界により蓄冷材の希土類金属に軸心に対して
直交する方向の電磁力が作用し、第３段ディスプレーサ
２ｃが第３段シリンダ１ｃにこすれながら摺動すること
になり、摩擦熱が発生したり、第３段シール８が異常摩
耗し、冷却性能が低下する。

【０１１９】しかしながら、この実施例２２では、第３
段シリンダ１ｃを超電導体であるＮｂで作製しているの
で、第３段シリンダ１ｃが外部磁界に対して磁気シール
ドとして作用し、外部磁界による第３段蓄冷器５ｃの蓄
冷材への影響がなく、上述の不具合が防止できる。

【０１２０】実施例２３．この実施例２３は、この発明
の請求項１３の他の実施例である。上記実施例２２で
は、第３段シリンダを超電導体であるＮｂで作製するも
のとしているが、この実施例２３では、第３段シリンダ
１ｃをステンレスで作製し、その表面に超電導体である
Ｔｉをコーティングするものとし、同様の効果を奏す
る。

【０１２１】実施例２４．この実施例２４は、この発明
の請求項１４〜１６に係る一実施例である。図２２はこ
の発明の実施例２４を示す蓄冷型冷凍機に用いられるシ
リンダの断面図であり、図において７７ａ，７７ｂ，７
７ｃはそれぞれ薄肉の精密ステンレス引き抜き管で構成
された第１段、第２段および第３段シリンダ、７８、７
９は図２３に示されるように円筒部７８ａ（７９ａ）と
切頭中空円錐部７８ｂ（７９ｂ）と環状突起のフィン８
０とからなる銅製の第１段および第２段ヒートステー
ジ、８１は銅製の円柱状の第３段ヒートステージであ
り、第１段、第２段および第３段シリンダと第１段、第
２段および第３段ヒートステージ７８、７９、８１とで
シリンダ７７を構成している。

【０１２２】このように構成されたシリンダ７７を組み
立てるには、まず、第１段シリンダ７７ａ内に第１段ヒ
ートステージ７８の円筒部７８ａを挿入しロー付けし
て、第１段シリンダ７７ａと第１段ヒートステージ７８
とを接合する。ついで、第１段ヒートステージ７８の切
頭中空円錐部７８ｂ内に第２段シリンダ７７ｂを挿入し
ロー付けして、第１段ヒートステージ７８と第２段シリ
ンダ７７ｂとを接合する。同様に、第２段シリンダ７７
ｂと第２段ヒートステージ７９とを接合し、さらに第２
段ヒートステージ７９と第３段シリンダ７７ｃとを接合
する。最後に、第３段シリンダ７７ｃ内に第３段ヒート
ステージ８１を挿入しロー付けして、第３段シリンダ７
７ｃと第３段ヒートステージ８１とを接合して、３段式
のシリンダ７７を組み立てている。

【０１２３】このようにして組み立てられたシリンダ７
７は、図２２に示すように、第１段、第２段および第３
段シリンダ７７ａ，７７ｂ，７７ｃの外周面から第１
段、第２段および第３段ヒートステージ７８、７９、８
１が突出しないように構成されている。また、第１段、
第２段および第３段ヒートステージ７８、７９、８１の
シリンダ内に露出する端面にフィン８０が形成されてお
り、伝熱面積を拡大している。

【０１２４】この実施例２４によれば、第１段、第２段
および第３段シリンダ７７ａ，７７ｂ，７７ｃに肉薄の
精密ステンレス引き抜き管を用いているので、シリンダ
の加工コストが安くなり、蓄冷型冷凍機の低価格化を図
ることができる。

【０１２５】また、円筒部７８ａと切頭中空円錐部７８
ｂとを有するヒートステージにより、各シリンダ間を接
続しているので、ヒートステージがシリンダの外周面か
ら突出しない構成となり、例えば図３０に示すように、
冷凍機取付シリンダ３６内に蓄冷型冷凍機を取り付けた
際に、冷凍機取付シリンダ３６の内壁面とシリンダ７７
の外壁面との間隙を少なくすることができ、該空間にお
けるヘリウムガスの熱対流が抑えられ、冷却効率を向上
することができる。

【０１２６】また、ヒートステージのシリンダ内に露出
する端面にフィン８０が形成されているので、膨張室を
通過するヘリウムガス１５とヒートステージとの接触面
積が増加し、伝熱面積が拡大され、ヘリウムガス１５の
熱がヒートステージに効率よく伝達される。

【０１２７】実施例２５．この実施例２５は、この発明
の請求項１６に係る他の実施例である。上記実施例２４
では、ヒートステージの端面に環状突起からなるフィン
８０を設けるものとしているが、この実施例２５では、
図２４に示すように、ヒートステージの端面に円柱状の
突起からなるフィン８０を複数設けるものとし、同様の
効果を奏する。

【０１２８】

【発明の効果】この発明は、以上のように構成されてい
るので、以下に記載されるような効果を奏する。

【０１２９】この発明の請求項１に係る蓄冷型冷凍機
は、シリンダの内周面およびディスプレーサの外周面の
少なくとも一方に低摩擦材をコーティングしているの
で、シリンダとディスプレーサとのこすれによる発熱量
が低減され、蓄冷効率を向上し、冷却性能を高めること
ができる。

【０１３０】また、この発明の請求項２に係る蓄冷型冷
凍機は、ディスプレーサの外周面に周方向に環状の溝を
設けているので、シール部の漏れに起因してディスプレ
ーサ外周を通るガスの流れをラビリンス効果により阻止
し、蓄冷効率を向上できる。また、ガス中に含まれる不
純ガスを溝内にトラップして、凍結不純ガスによるディ
スプレーサの摺動の阻害を抑制できる。

【０１３１】また、この発明の請求項３に係る蓄冷型冷
凍機は、低摩擦材からなるガイドベアリングをシリンダ
に内接するようにディスプレーサの外周に配設している
ので、シリンダとディスプレーサとのこすれを防止し、
ディスプレーサのスムーズな摺動が行われる。

【０１３２】また、この発明の請求項４に係る蓄冷型冷
凍機は、シリンダの内周面と前記ディスプレーサの外周
面との一側に周方向の環状の溝を形成するとともに、シ
リンダの内周面とディスプレーサの外周面との他側と微
小間隙を有するリング状のシール体を環状の溝内に遊嵌
して、シール部を構成しているので、機械的な応力によ
る摩耗がなく、長期的に安定した気密性を確保できる。

【０１３３】また、この発明の請求項５に係る蓄冷型冷
凍機は、駆動手段のスコッチヨーク軸の外周面とスコッ
チヨーク軸の受部の内周面との一側に周方向の環状の溝
を形成するとともに、スコッチヨーク軸の外周面と受部
の内周面との他側と微小間隙を有するリング状のシール
体を環状の溝内に遊嵌して、スコッチヨーク軸のシール
部を構成しているので、上記請求項４の発明と同様の効
果を奏する。

【０１３４】また、この発明の請求項６に係る蓄冷型冷
凍機は、複数のディスプレーサを、ディスプレーサの軸
方向にあそびを有する継手部によりディスプレーサの軸
方向に連結しているので、冷却の初期段階で発生するシ
リンダの軸方向の熱収縮が継手部で吸収され、シリンダ
の熱収縮にともなうシリンダとディスプレーサとの衝突
が阻止され、機器の破損が防止できる。

【０１３５】また、この発明の請求項７に係る蓄冷型冷
凍機は、複数のディスプレーサを、ディスプレーサの軸
方向の応力を吸収する弾性部材が設けられた継手部によ
りディスプレーサの軸方向に連結しているので、上記請
求項６の発明と同様の効果が得られるとともに、軸方向
のあそびがなく、ディスプレーサのスムーズな摺動が可
能となる。

【０１３６】また、この発明の請求項８に係る蓄冷型冷
凍機は、複数のディスプレーサを永久磁石からなる継手
部によりディスプレーサの軸方向に連結しているので、
シリンダとディスプレーサとの軸合わせが容易となり、
シリンダアッセンブリの作製精度を緩くすることができ
る。

【０１３７】また、この発明の請求項９に係る蓄冷型冷
凍機は、少なくとも複数のディスプレーサの１つに内蔵
される蓄冷器を、超電導材料もしくは希土類金属の合金
または化合物と超電導材料とが一体化された蓄冷材を充
填して構成しているので、超電導材料の比熱が超電導転
移により大きくなり、低温域での蓄冷効率が高められ
る。また、希土類金属の合金または化合物の比熱ピーク
に加えて、超電導材料に比熱が臨界温度域で大きくな
り、蓄冷材としての比熱ピークが複数でき、比熱が平均
的に大きくなり、冷却性能を向上できる。

【０１３８】また、この発明の請求項１０に係る蓄冷型
冷凍機は、ディスプレーサのガス流入端と蓄冷器との間
に吸着材を配設しているので、ガス中に含まれる水蒸気
や油蒸気、あるいはそれらの固化物を取り除き、蓄冷効
率の低下が抑えられるとともに、シール部の劣化が抑え
られる。

【０１３９】また、この発明の請求項１１に係る蓄冷型
冷凍機は、ガスの流れを規制する板状の螺旋状部材を蓄
冷器内に配設しているので、蓄冷器内でのガスの流れが
速くなり、熱伝導率が高められ、蓄冷効率を向上するこ
とができる。

【０１４０】また、この発明の請求項１２に係る蓄冷型
冷凍機は、少なくとも複数のディスプレーサの１つに内
蔵される蓄冷器を、蓄冷器の軸心に対して角度をもって
仕切板を配設し、その仕切板により形成された仕切り空
間ごとに種類の異なる蓄冷材を充填して構成しているの
で、蓄冷器の軸方向に対して直交する平面内に複数の異
なる蓄冷材が混在し、比熱の平均化が図られ、温度振幅
しても蓄冷型冷凍機効率を向上することができる。

【０１４１】また、この発明の請求項１３に係る蓄冷型
冷凍機は、少なくとも複数のディスプレーサの１つに内
蔵される蓄冷器を、少なくとも希土類金属の合金または
化合物を有する蓄冷材を充填して構成するとともに、少
なくとも希土類金属の合金または化合物を有する蓄冷材
が充填されてなる蓄冷器を内蔵するディスプレーサを包
囲するシリンダの部位に超電導体を配設しているので、
超伝導体が外部磁界を磁気シールドして、外部磁界によ
る希土類金属への電磁力の作用が抑えられ、ディスプレ
ーサのスムーズな摺動が可能となり、希土類金属による
外部磁界の乱れを防止できる。

【０１４２】また、この発明の請求項１４に係る蓄冷型
冷凍機は、シリンダに引き抜き管を用いているので、シ
リンダの加工コストが安価となり、機器の低価格化が図
られる。

【０１４３】また、この発明の請求項１５に係る蓄冷型
冷凍機は、複数段のシリンダのそれぞれに引き抜き管を
用いるとともに、ヒートステージを円筒部と切頭中空円
錐部とから形成し、一方のシリンダ内に円筒部を挿入接
合し、切頭円錐部内に他方のシリンダを挿入接合してヒ
ートステージにより複数段のシリンダ間を気密的に連結
しているので、シリンダの外周面からヒートステージが
突出せず、例えば水平取付された場合には、冷凍機取付
シリンダとの間の間隙が少なくなり、該間隙に充満する
ヘリウムガスの熱対流が抑えられ、冷却性能を向上でき
る。

【０１４４】また、この発明の請求項１６に係る蓄冷型
冷凍機は、膨張室内に露呈するヒートステージの円筒部
の端面にフィンを配設しているので、伝熱面積が拡大さ
れ、膨張室内のガスの熱がヒートステージに効率よく伝
達される。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１を示す蓄冷型冷凍機の要部
断面図である。

【図２】この発明の実施例２を示す蓄冷型冷凍機の要部
断面図である。

【図３】この発明の実施例３を示す蓄冷型冷凍機の要部
断面図である。

【図４】この発明の実施例７を示す蓄冷型冷凍機の要部
断面図である。

【図５】この発明の実施例９を示す蓄冷型冷凍機の要部
断面図である。

【図６】この発明の実施例１０を示す蓄冷型冷凍機に用
いられるシール体の斜視図である。

【図７】この発明の実施例１１を示す蓄冷型冷凍機の要
部断面図である。

【図８】この発明の実施例１２を示す蓄冷型冷凍機の要
部断面図である。

【図９】この発明の実施例１３を示す蓄冷型冷凍機の要
部断面図である。

【図１０】この発明の実施例１４を示す蓄冷型冷凍機の
要部断面図である。

【図１１】この発明の実施例１５を示す蓄冷型冷凍機の
要部断面図である。

【図１２】この発明の実施例１６を示す蓄冷型冷凍機の
要部断面図である。

【図１３】この発明の実施例１７を示す蓄冷型冷凍機に
用いられる蓄冷材の断面図である。

【図１４】この発明の実施例１７を示す蓄冷型冷凍機に
用いられる蓄冷材の温度と比熱との関係を表すグラフで
ある。

【図１５】（ａ），（ｂ）はそれぞれこの発明の実施例
１７を示す蓄冷型冷凍機に用いられる蓄冷材の実施対応
の断面図である。

【図１６】この発明の実施例１８を示す蓄冷型冷凍機の
要部断面図である。

【図１７】この発明の実施例１９を示す蓄冷型冷凍機の
断面図である。

【図１８】この発明の実施例２０を示す蓄冷型冷凍機の
要部断面図である。

【図１９】この発明の実施例２０を示す蓄冷型冷凍機に
用いられる蓄冷材の温度と比熱との関係を表すグラフで
ある。

【図２０】この発明の実施例２１を示す蓄冷型冷凍機の
要部断面図である。

【図２１】この発明の実施例２２を示す蓄冷型冷凍機の
断面図である。

【図２２】この発明の実施例２４を示す蓄冷型冷凍機に
用いられるシリンダの断面図である。

【図２３】この発明の実施例２４を示す蓄冷型冷凍機に
用いられるヒートステージの斜視図である。

【図２４】この発明の実施例２５を示す蓄冷型冷凍機に
用いられるヒートステージの斜視図である。

【図２５】従来の蓄冷型冷凍機の一例を示す断面図であ
る。

【図２６】従来の蓄冷型冷凍機の要部断面図である。

【図２７】従来の蓄冷型冷凍機におけるシール構造を示
す断面図である。

【図２８】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ従来の蓄冷型冷凍
機におけるシール構造を示す断面図および斜視図であ
る。

【図２９】従来の蓄冷型冷凍機を搭載した超電導マグネ
ットを示す破断斜視図である。

【図３０】従来の超電導マグネットにおける蓄冷型冷凍
機の取付構造を示す断面図である。

【符号の説明】

１シリンダ１ａ第１段シリンダ１ｂ第２段シリンダ１ｃ第３段シリンダ２ディスプレーサ２ａ第１段ディスプレーサ２ｂ第２段ディスプレーサ２ｃ第３段ディスプレーサ５蓄冷器５ａ第１段蓄冷器５ｂ第２段蓄冷器５ｃ第３段蓄冷器６第１段シール７第２段シール８第３段シール９第１段ヒートステージ１０第２段ヒートステージ１１第３段ヒートステージ１２第１段膨張室１３第２段膨張室５０低摩擦材コーィング層５５溝５６ガイドベアリング５７環状の溝６０シール体６１スコッチヨーク軸６２受部６３継手金具（継手部）６４固定板（継手部）６５凹部（継手部）６７バネ（弾性部材）６８第１の永久磁石（継手部）６９第２の永久磁石（継手部）７２蓄冷材７３吸着材７４螺旋状部材７５仕切板７６ａ〜７６ｆ蓄冷材７７ａ第１段シリンダ７７ｂ第２段シリンダ７７ｃ第３段シリンダ７８第１段ヒートステージ７８ａ円筒部７８ｂ切頭中空円錐部７９第２段ヒートステージ７９ａ円筒部７９ｂ切頭中空円錐部８０フィン８１第３段ヒートステージ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者安藤収二赤穂市天和651番地三菱電機株式会社赤穂製作所内 (72)発明者岸田光弘尼崎市塚口本町８丁目１番１号三菱電機株式会社中央研究所内 (72)発明者吉村秀人尼崎市塚口本町８丁目１番１号三菱電機株式会社中央研究所内 (72)発明者長尾政志尼崎市塚口本町８丁目１番１号三菱電機株式会社中央研究所内 (72)発明者稲口隆尼崎市塚口本町８丁目１番１号三菱電機株式会社中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ヒートステージが取り付けられたシリン
ダと、蓄冷器を内蔵し、所定間隙をもって前記シリンダ
内に収納されかつ前記シリンダ内を往復移動するディス
プレーサと、前記シリンダと前記ディスプレーサとの間
に配設されたシール部と、前記ディスプレーサを前記シ
リンダ内で往復移動させる駆動手段とを備え、前記ディ
スプレーサにより区切られた膨張室内に送り込まれるガ
スを、前記ディスプレーサの往復移動により断熱膨張さ
せ、前記ヒートステージを所定温度に冷却する蓄冷型冷
凍機において、前記シリンダの内周面および前記ディス
プレーサの外周面の少なくとも一方に低摩擦材をコーテ
ィングしたことを特徴とする蓄冷型冷凍機。
【請求項２】ヒートステージが取り付けられたシリン
ダと、蓄冷器を内蔵しかつ前記シリンダ内を往復移動す
るディスプレーサと、前記シリンダと前記ディスプレー
サとの間に配設されたシール部と、前記ディスプレーサ
を前記シリンダ内で往復移動させる駆動手段とを備え、
前記ディスプレーサにより区切られた膨張室内に送り込
まれるガスを、前記ディスプレーサの往復移動により断
熱膨張させ、前記ヒートステージを所定温度に冷却する
蓄冷型冷凍機において、前記ディスプレーサの外周面に
周方向に環状の溝を設けたことを特徴とする蓄冷型冷凍
機。
【請求項３】ヒートステージが取り付けられたシリン
ダと、蓄冷器を内蔵しかつ前記シリンダ内を往復移動す
るディスプレーサと、前記シリンダと前記ディスプレー
サとの間に配設されたシール部と、前記ディスプレーサ
を前記シリンダ内で往復移動させる駆動手段とを備え、
前記ディスプレーサにより区切られた膨張室内に送り込
まれるガスを、前記ディスプレーサの往復移動により断
熱膨張させ、前記ヒートステージを所定温度に冷却する
蓄冷型冷凍機において、低摩擦材からなるガイドベアリ
ングを前記シリンダに内接するように前記ディスプレー
サの外周に配設したことを特徴とする蓄冷型冷凍機。
【請求項４】ヒートステージが取り付けられたシリン
ダと、蓄冷器を内蔵しかつ前記シリンダ内を往復移動す
るディスプレーサと、前記シリンダと前記ディスプレー
サとの間に配設されたシール部と、前記ディスプレーサ
を前記シリンダ内で往復移動させる駆動手段とを備え、
前記ディスプレーサにより区切られた膨張室内に送り込
まれるガスを、前記ディスプレーサの往復移動により断
熱膨張させ、前記ヒートステージを所定温度に冷却する
蓄冷型冷凍機において、前記シリンダの内周面と前記デ
ィスプレーサの外周面との一側に周方向の環状の溝を形
成するとともに、前記シリンダの内周面と前記ディスプ
レーサの外周面との他側と微小間隙を有するリング状の
シール体を前記環状の溝内に遊嵌して、前記シール部を
構成したことを特徴とする蓄冷型冷凍機。
【請求項５】ヒートステージが取り付けられたシリン
ダと、蓄冷器を内蔵しかつ前記シリンダ内を往復移動す
るディスプレーサと、前記シリンダと前記ディスプレー
サとの間に配設されたシール部と、前記ディスプレーサ
を前記シリンダ内で往復移動させる駆動手段とを備え、
前記ディスプレーサにより区切られた膨張室内に送り込
まれるガスを、前記ディスプレーサの往復移動により断
熱膨張させ、前記ヒートステージを所定温度に冷却する
蓄冷型冷凍機において、前記駆動手段のスコッチヨーク
軸の外周面と前記スコッチヨーク軸の受部の内周面との
一側に周方向の環状の溝を形成するとともに、前記スコ
ッチヨーク軸の外周面と前記受部の内周面との他側と微
小間隙を有するリング状のシール体を前記環状の溝内に
遊嵌して、前記スコッチヨーク軸のシール部を構成した
ことを特徴とする蓄冷型冷凍機。
【請求項６】それぞれヒートステージが取り付けられ
た複数段のシリンダと、それぞれ蓄冷器を内蔵しかつ前
記シリンダ内を往復移動する複数のディスプレーサと、
前記シリンダと前記ディスプレーサとの間に配設された
シール部と、前記ディスプレーサを前記シリンダ内で往
復移動させる駆動手段とを備え、前記ディスプレーサに
より区切られた膨張室内に送り込まれるガスを、前記デ
ィスプレーサの往復移動により断熱膨張させ、前記ヒー
トステージを所定温度に冷却する蓄冷型冷凍機におい
て、前記複数のディスプレーサは、前記ディスプレーサ
の軸方向にあそびを有する継手部により前記ディスプレ
ーサの軸方向に連結されていることを特徴とする蓄冷型
冷凍機。
【請求項７】それぞれヒートステージが取り付けられ
た複数段のシリンダと、それぞれ蓄冷器を内蔵しかつ前
記シリンダ内を往復移動する複数のディスプレーサと、
前記シリンダと前記ディスプレーサとの間に配設された
シール部と、前記ディスプレーサを前記シリンダ内で往
復移動させる駆動手段とを備え、前記ディスプレーサに
より区切られた膨張室内に送り込まれるガスを、前記デ
ィスプレーサの往復移動により断熱膨張させ、前記ヒー
トステージを所定温度に冷却する蓄冷型冷凍機におい
て、前記複数のディスプレーサは、前記ディスプレーサ
の軸方向の応力を吸収する弾性部材が設けられた継手部
により前記ディスプレーサの軸方向に連結されているこ
とを特徴とする蓄冷型冷凍機。
【請求項８】それぞれヒートステージが取り付けられ
た複数段のシリンダと、それぞれ蓄冷器を内蔵しかつ前
記シリンダ内を往復移動する複数のディスプレーサと、
前記シリンダと前記ディスプレーサとの間に配設された
シール部と、前記ディスプレーサを前記シリンダ内で往
復移動させる駆動手段とを備え、前記ディスプレーサに
より区切られた膨張室内に送り込まれるガスを、前記デ
ィスプレーサの往復移動により断熱膨張させ、前記ヒー
トステージを所定温度に冷却する蓄冷型冷凍機におい
て、前記複数のディスプレーサは、永久磁石からなる継
手部により前記ディスプレーサの軸方向に連結されてい
ることを特徴とする蓄冷型冷凍機。
【請求項９】それぞれヒートステージが取り付けられ
た複数段のシリンダと、それぞれ蓄冷器を内蔵しかつ前
記シリンダ内を往復移動する複数のディスプレーサと、
前記シリンダと前記ディスプレーサとの間に配設された
シール部と、前記ディスプレーサを前記シリンダ内で往
復移動させる駆動手段とを備え、前記ディスプレーサに
より区切られた膨張室内に送り込まれるガスを、前記デ
ィスプレーサの往復移動により断熱膨張させ、前記ヒー
トステージを所定温度に冷却する蓄冷型冷凍機におい
て、少なくとも前記複数のディスプレーサの１つに内蔵
される前記蓄冷器は、超電導材料もしくは希土類金属の
合金または化合物と超電導材料とが一体化された蓄冷材
が充填されていることを特徴とする蓄冷型冷凍機。
【請求項１０】ヒートステージが取り付けられたシリ
ンダと、蓄冷器を内蔵しかつ前記シリンダ内を往復移動
するディスプレーサと、前記シリンダと前記ディスプレ
ーサとの間に配設されたシール部と、前記ディスプレー
サを前記シリンダ内で往復移動させる駆動手段とを備
え、前記ディスプレーサにより区切られた膨張室内に送
り込まれるガスを、前記ディスプレーサの往復移動によ
り断熱膨張させ、前記ヒートステージを所定温度に冷却
する蓄冷型冷凍機において、前記ディスプレーサのガス
流入端と前記蓄冷器との間に吸着材を配設したことを特
徴とする蓄冷型冷凍機。
【請求項１１】ヒートステージが取り付けられたシリ
ンダと、蓄冷器を内蔵しかつ前記シリンダ内を往復移動
するディスプレーサと、前記シリンダと前記ディスプレ
ーサとの間に配設されたシール部と、前記ディスプレー
サを前記シリンダ内で往復移動させる駆動手段とを備
え、前記ディスプレーサにより区切られた膨張室内に送
り込まれるガスを、前記ディスプレーサの往復移動によ
り断熱膨張させ、前記ヒートステージを所定温度に冷却
する蓄冷型冷凍機において、前記ガスの流れを規制する
板状の螺旋状部材を前記蓄冷器内に配設したことを特徴
とする蓄冷型冷凍機。
【請求項１２】それぞれヒートステージが取り付けら
れた複数段のシリンダと、それぞれ蓄冷器を内蔵し、前
記シリンダの軸方向に連設されかつ前記シリンダ内を往
復移動する複数のディスプレーサと、前記シリンダと前
記ディスプレーサとの間に配設されたシール部と、前記
ディスプレーサを前記シリンダ内で往復移動させる駆動
手段とを備え、前記ディスプレーサにより区切られた膨
張室内に送り込まれるガスを、前記ディスプレーサの往
復移動により断熱膨張させ、前記ヒートステージを所定
温度に冷却する蓄冷型冷凍機において、少なくとも前記
複数のディスプレーサの１つに内蔵される前記蓄冷器
は、前記蓄冷器の軸心に対して角度をもって仕切板が配
設され、前記仕切板により形成された仕切り空間ごとに
種類の異なる蓄冷材が充填されていることを特徴とする
蓄冷型冷凍機。
【請求項１３】それぞれヒートステージが取り付けら
れた複数段のシリンダと、それぞれ蓄冷器を内蔵し、前
記シリンダの軸方向に連設されかつ前記シリンダ内を往
復移動する複数のディスプレーサと、前記シリンダと前
記ディスプレーサとの間に配設されたシール部と、前記
ディスプレーサを前記シリンダ内で往復移動させる駆動
手段とを備え、前記ディスプレーサにより区切られた膨
張室内に送り込まれるガスを、前記ディスプレーサの往
復移動により断熱膨張させ、前記ヒートステージを所定
温度に冷却する蓄冷型冷凍機において、少なくとも前記
複数のディスプレーサの１つに内蔵される前記蓄冷器
は、少なくとも希土類金属の合金または化合物を有する
蓄冷材が充填されているとともに、少なくとも希土類金
属の合金または化合物を有する前記蓄冷材が充填されて
なる前記蓄冷器を内蔵する前記ディスプレーサを包囲す
る前記シリンダの部位に超電導体を配設したことを特徴
とする蓄冷型冷凍機。
【請求項１４】ヒートステージが取り付けられたシリ
ンダと、蓄冷器を内蔵しかつ前記シリンダ内を往復移動
するディスプレーサと、前記シリンダと前記ディスプレ
ーサとの間に配設されたシール部と、前記ディスプレー
サを前記シリンダ内で往復移動させる駆動手段とを備
え、前記ディスプレーサにより区切られた膨張室内に送
り込まれるガスを、前記ディスプレーサの往復移動によ
り断熱膨張させ、前記ヒートステージを所定温度に冷却
する蓄冷型冷凍機において、前記シリンダに引き抜き管
を用いたことを特徴とする蓄冷型冷凍機。
【請求項１５】それぞれヒートステージが取り付けら
れた複数段のシリンダと、それぞれ蓄冷器を内蔵し、前
記シリンダの軸方向に連設されかつ前記シリンダ内を往
復移動する複数のディスプレーサと、前記シリンダと前
記ディスプレーサとの間に配設されたシール部と、前記
ディスプレーサを前記シリンダ内で往復移動させる駆動
手段とを備え、前記ディスプレーサにより区切られた膨
張室内に送り込まれるガスを、前記ディスプレーサの往
復移動により断熱膨張させ、前記ヒートステージを所定
温度に冷却する蓄冷型冷凍機において、前記複数段のシ
リンダのそれぞれに引き抜き管を用いるとともに、前記
ヒートステージを円筒部と切頭中空円錐部とから形成
し、一方の前記シリンダ内に前記円筒部を挿入接合し、
前記切頭円錐部内に他方の前記シリンダを挿入接合して
前記ヒートステージにより前記複数段のシリンダ間を気
密的に連結したことを特徴とする蓄冷型冷凍機。
【請求項１６】膨張室内に露呈するヒートステージの
円筒部の端面にフィンを配設したことを特徴とする請求
項１５記載の蓄冷型冷凍機。