JPWO2011115201A1 - ディスプレーサ及びその製造方法及び蓄冷器式冷凍機 - Google Patents

Abstract

本発明は筒状部材の内部に蓄冷材が配設されると共に、シリンダ内で往復動することにより前記シリンダ内で圧縮された作動流体を膨張させ寒冷を発生させるディスプレーサであって、前記シリンダと対向する前記筒状部材の外周面に溝が形成され、かつ、前記筒状部材の外周面の少なくとも前記溝の形成領域に、前記外周面及び前記溝を被覆するシール材膜が形成されてなることを特徴とする。

Description

本発明はディスプレーサ及びその製造方法及び蓄冷器式冷凍機に係り、特に表面に溝形成がされたディスプレーサ及びその製造方法及びこのディスプレーサを用いた蓄冷器式冷凍機に関する。

一般に、ヘリウム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として、ギフォード・マクマホン（ＧＭ）サイクル冷凍機が知られている。ＧＭ冷凍機は、シリンダ内にディスプレーサが挿入された構造を有している。

シリンダ内の低温端には膨張室が設けられ、高温端には空洞が設けられている。また、ディスプレーサ内にはガス流路が設けられており、このガス流路内に蓄冷材が充填されている。ディスプレーサ内のガス流路は、膨張室及び高温端側の空洞に連通している。このディスプレーサは、例えばモータ及びスコッチヨーク機構等から構成される駆動機構によりシリンダの軸方向に往復駆動する構成とされている。

また、ＧＭ冷凍機には冷媒ガス供給系が接続されている。この冷媒ガス供給系は、高温端側の空洞に冷媒ガスを供給し、また空洞から冷媒ガスを回収する。冷媒ガスの供給と回収は、ディスプレーサの往復駆動に同期して行われる。高温端側の空洞に冷媒ガスが供給されると、ディスプレーサ内のガス流路を通って、膨張室まで冷媒ガスが導入される。膨張室内の冷媒ガスは、同一経路を通って冷媒ガス供給系に回収される。

ディスプレーサが往復動に伴い、膨張室内において冷媒ガスが膨張すると、冷媒ガスは寒冷を発生する。膨張して極低温となった冷媒ガスは、周囲から熱を吸収すると共に、膨張室から回収される時にディスプレーサ内の蓄冷材を冷却する。そして、蓄冷材と熱交換して昇温された後、冷媒ガスはシリンダから排気される。また、次サイクルにおいて冷媒ガスが膨張室に導入される時、蓄冷された蓄冷材により冷媒ガスは冷却される。上記処理を繰り返すことにより、シリンダの低温側は極低温に維持される。

また、シリンダとディスプレーサとの間のシールが十分でないと、冷媒ガスが所望の冷凍能力を発揮できなくなる場合がある。これを防止するため、特許文献１に開示された発明では、ディスプレーサの外周面上に螺旋溝を設けた構成としている。この構成とすることにより、冷媒ガスはディスプレーサ内を流れる正規のガス流路と、シリンダとディスプレーサとの間の隙間に流入し螺旋溝に沿って流れる冷媒ガスに分岐される。

螺旋溝に沿って流れる冷媒ガスは、シリンダ軸に平行に流れる場合に比べてより長い経路を通るため、ディスプレーサと十分な熱交換を行うことができる。このため、シリンダとディスプレーサとの間の隙間を流れる冷媒ガスによる熱損失を少なくすることができ、冷凍能力の低下を抑制することができる。

更に、冷媒ガスが螺旋溝内に確実に流入されるためには、ディスプレーサ（溝の山部分）とシリンダ内壁とのシール性を高める必要がある。このため、特許文献２に開示されているように、ディスプレーサの外周面に樹脂製のシール材膜を被膜することが提案されている。

図１Ａ〜図１Ｃは、従来においてディスプレーサ１０３に螺旋溝１３８及びシール材膜１３９を形成する方法を示している。従来においてディスプレーサ１０３に螺旋溝１３８及びシール材膜１３９を形成するには、先ず図１Ａに示すようにディスプレーサ１０３の基材となる筒状部材１３０を用意し、続いて図１Ｂに示すようにその外周の所定範囲にシール材膜１３９をコーティング等により被膜する。

続いて、図１Ｃに示すようにシール材膜１３９が形成された筒状部材１３０を旋盤等の螺旋溝を加工する機械加工処理装置に装着し、螺旋溝１３８を切削加工を行うことにより形成することが行われていた。

特許第２６５９６８４号公報 特開２００１−２４８９２９号公報

上記のようにＧＭ冷凍機において熱損失を少なくし冷凍能力を向上させるためには、ディスプレーサに設けられる螺旋溝及びシール材膜が重要な要素となる。

特に、シール材膜においてはシール性を高めるためにはその厚みが重要となり、シール材膜をディスプレーサの表面に厚く形成すると、シール材膜の材質とシリンダの材質との熱膨張係数の違いにより、シール材膜とシリンダの内壁との間のクリアランスにばらつきが発生してしまう。このばらつきが発生すると、ディスプレーサとシリンダとの間に冷媒ガスが漏れる箇所が発生し、冷凍能力が低下してしまう。よって、シール材膜とシリンダの内壁との間におけるクリアランスのばらつきを低減するためには、シール材膜の膜厚を薄くすることが有効である。

しかしながら、従来構成のＧＭ冷凍機において単にシール材膜の膜厚を薄くすると、シール材膜自体の強度が低下するため、螺旋溝１３８の機械加工時に筒状部材上に被膜したシール材膜が筒状部材１３０から剥がれてしまう。このように、シール材膜１３９に剥離が発生すると、この剥離部分から冷媒ガスが漏れ、やはり冷凍能力が低下してしまうという問題点が発生する。

本発明は、上述した従来技術の問題を解決する、改良された有用なディスプレーサ及びその製造方法及び蓄冷器式冷凍機を提供することを総括的な目的とする。

本発明のより詳細な目的は、シール材膜の剥離を防止することによりディスプレーサとシリンダ間のシール性を向上させ、これにより安定した冷却処理を可能とするディスプレーサ及びその製造方法及び蓄冷器式冷凍機を提供することにある。

この目的を達成するために、本発明は、筒状部材の内部に蓄冷材が配設されると共に、シリンダ内で往復動することにより前記シリンダ内で圧縮された作動流体を膨張させ寒冷を発生させるディスプレーサであって、前記シリンダと対向する前記筒状部材の外周面に溝が形成され、かつ、前記筒状部材の外周面の少なくとも前記溝の形成領域に、前記外周面及び前記溝を被覆するシール材膜が形成されてなることを特徴とするものである。

また、上記発明において、前記溝を前記筒状部材の外周面に螺旋状に形成された螺旋溝としてもよい。

また、上記発明において、前記シール材膜の膜厚を5μｍ以上50μｍ以下としてもよい。

また、上記発明において、前記シール材膜をフッ素樹脂としてもよい。

また、上記の目的を達成するために、本発明は、筒状部材からディスプレーサを製造するディスプレーサの製造方法であって、前記筒状部材の外周面に溝を加工する溝加工工程と、該溝加工工程を実施した後に、前記筒状部材の前記溝が加工された領域を含む外周面をシール材膜で被覆するシール材膜形成工程とを有することを特徴とするものである。

また、上記発明において、前記溝を前記筒状部材の外周面に螺旋状に形成することとしてもよい。

また、上記発明において、前記溝を機械加工により形成してもよい。

また、上記発明において、前記シール材膜を前記筒状部材の外周面にコーティング法又はメッキ法により形成してもよい。

また、上記発明において、前記シール材膜をフッ素樹脂としてもよい。

また、上記の目的を達成するために、本発明は、圧縮された作動流体が供給されるシリンダと、内部に蓄冷材が配設されると共に、シリンダ内で往復動することにより前記シリンダ内で圧縮された作動流体を膨張させ寒冷を発生させる請求項１記載のディスプレーサと、モータの回転運動を前記ディスプレーサの往復運動に変換する回転・往復運動変換機構とを有することを特徴とするものである。

本発明によれば、ディスプレーサとシリンダとの間における冷媒ガスの漏れを防止でき、冷凍能力の低下を防止することが可能となる。

従来の一例であるディスプレーサの製造方法を説明するための図であり、加工前の筒状部材を示す正面図である。 従来の一例であるディスプレーサの製造方法を説明するための図であり、筒状部材にシール材膜を配設した状態を示す正面図である。 従来の一例であるディスプレーサの製造方法を説明するための図であり、溝加工を行った後の状態を示す正面図である。 本発明の一実施形態であるによるギフォード・マクマホン型冷凍機の断面図である。 図２に示すロータリバルブの分解斜視図である。 図２に示す第２段目ディスプレーサの断面図である。 図４Ａに一点鎖線で示す円内を拡大して示す図である。 本発明の一実施形態である冷凍機に用いる第２段目ディスプレーサの製造方法を説明するための図であり、加工前の筒状部材を示す正面図である。 本発明の一実施形態である冷凍機に用いる第２段目ディスプレーサの製造方法を説明するための図であり、溝加工を行った後の状態を示す正面図である。 本発明の一実施形態である冷凍機に用いる第２段目ディスプレーサの製造方法を説明するための図であり、溝加工を行った筒状部材にシール材膜を配設した状態を示す正面図である。 変形例である第２段目ディスプレーサの断面図である。 図６Ａに一点鎖線で示す円内を拡大して示す図である。

１ ガス圧縮機
２ コールドヘッド
３Ａ 第１段目ディスプレーサ
３Ｂ，３Ｃ 第２段目ディスプレーサ
４Ａ，４Ｂ 蓄冷材
６，７ 冷却ステージ
８ バルブ本体
９ バルブプレート
１０ シリンダ部
１０Ａ 第１段目シリンダ
１０Ｂ 第２段目シリンダ
１１ 第１段目膨張室
１２ 第２段目膨張室
１３ 上部室
１４ クランク
１５ モータ
１６ 回転軸受
２２ スコッチヨーク
２３ ハウジング
３０ 筒状部材
３６ 連結機構
３７ 開口
３８Ａ 螺旋溝
３８Ｂ 環状溝
３９ シール材膜

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。

図２は本発明の一実施形態であるギフォード・マクマホン（ＧＭ）型冷凍機を模式的に示す断面図である。本実施形態によるＧＭ型冷凍機は、ガス圧縮機１とコールドヘッド２とを有する。コールドヘッド２は、ハウジング２３とシリンダ部１０とを有する。ガス圧縮機１は、吸気口１ａから冷媒ガスを吸い込み、圧縮して、吐出口１ｂから高圧の冷媒ガスとして吐出する。作動流体である冷媒ガスとして、通常はヘリウムガスが使用される。

シリンダ部１０は、第１段目シリンダ１０Ａと第２段目シリンダ１０Ｂとの２段構成であり、第２段目シリンダ１０Ｂは、第１段目シリンダ１０Ａよりも細く設定されている。また、第１段目シリンダ１０Ａの内部には第１段目ディスプレーサ３Ａが、第２段目シリンダ１０Ｂの内部には第２段目ディスプレーサ３Ｂが、各シリンダ１０Ａ，１０Ｂの軸方向に往復運動可能に挿入されている。

第１段目ディスプレーサ３Ａと第２段目ディスプレーサ３Ｂは、図示を省略したジョイント機構により相互に連結されている。また、第１段目ディスプレーサ３Ａの内部には蓄冷材４Ａが設けられ、第２段目ディスプレーサ３Ｂには蓄冷材４Ｂが充填されている。更に、各ディスプレーサ３Ａ，３Ｂには、冷媒ガスが通過するガス流路Ｌ１〜Ｌ４が形成されている。

第１段目シリンダ１０Ａ内の、第２段目シリンダ１０Ｂ側の端部には第１段目膨張室１１が形成され、他方の端部に上は上部室１３が形成されている。また、第２段目シリンダ１０Ｂの第１段目シリンダ１０Ａ側とは反対側の端部には、第２段目膨張室１２が形成されている。

上部室１３と第１段目膨張室１１とは、ガス流路Ｌ１、蓄冷材４が充填された第１段蓄冷材充填室、及びガス流路Ｌ２を介して接続されている。また、第１段目膨張室１１と第２段目膨張室１２とは、ガス流路Ｌ３、蓄冷材４Ｂが充填された第２段蓄冷材充填室、及びガス流路Ｌ４を介して接続されている。

第１段目シリンダ１０Ａの外周面の内、第１段目膨張室１１にほぼ対応する位置には冷却ステージ６が配設されている。また、第２段目シリンダ１０Ｂの外周面の内、第２段目膨張室１２にほぼ対応する位置には冷却ステージ７が配設されている。

第１段目ディスプレーサ３Ａの外周面のうち、上部室１３側の端部近傍にシール機構５０が配置されている。このシール機構５０は、第１段目ディスプレーサ３Ａの外周面とシリンダ１０Ａの内周面との間をシールする。

第１段目ディスプレーサ３Ａは、回転・往復運動変換機構を構成するスコッチヨーク２２の出力軸２２ａに接続されている。スコッチヨーク２２は、ハウジング２３に固定された一対の摺動軸受１７ａ，１７ｂにより、ディスプレーサ３Ａ，３Ｂの軸方向に移動可能に支持されている。摺動軸受１７ｂにおいては、摺動部の気密性が保たれており、ハウジング２３内の空間と上部室１３とが気密に画成されている。

また、スコッチヨーク２２にはモータ１５が接続されている。モータ１５の回転運動は、クランク１４及びスコッチヨーク２２により往復運動に変換される。この往復運動は出力軸２２ａを介してディスプレーサ３Ａに伝達され、これにより第１段目ディスプレーサ３Ａは第１段目シリンダ１０Ａ内で、また第２段目ディスプレーサ３Ｂは第２段目シリンダ１０Ｂ内で往復移動を行う。

各ディスプレーサ３Ａ，３Ｂが図中上方に移動する時、上部室１３の容積は減少し、逆に第１段目及び第２段目の膨張室１１及び１２の容積は増加する。また反対に、各ディスプレーサ３Ａ，３Ｂが図中下方に移動する時、上部室１３の容積は増大し、第１段目及び第２段目の膨張室１１及び１２の容積は減少する。この上部室１３、膨張室１１及び１２の容積の変動に伴い、冷媒ガスがガス流路Ｌ１〜Ｌ４を通って移動する。

また、冷媒ガスが各ディスプレーサ３Ａ，３Ｂに充填された蓄冷材４Ａ，４Ｂ内を通過する際、冷媒ガスと蓄冷材４Ａ，４Ｂとの間で熱交換が行われる。これにより、蓄冷材４Ａ，４Ｂは冷媒ガスにより冷却される。

冷媒ガスの流路において、圧縮機１の吸気口１ａ及び吐出口１ｂと上部室１３との間には、ロータリバルブＲＶが配置されている。ロータリバルブＲＶは、冷媒ガスの流路を切り換える機能を奏する。具体的には、ロータリバルブＲＶは、ガス圧縮機１の吐出口１ｂから吐出された冷媒ガスを上部室１３内に導く第１の態様と、上部室１３内の冷媒ガスをガス圧縮機１の吸気口１ａに導く第２の態様との切り換え処理を行う。

ロータリバルブＲＶは、バルブ本体８及びバルブプレート９を有する。バルブプレート９は、例えばアルミニウム合金で形成され、バルブ本体８は、例えば四フッ化エチレン（例えば、ＮＴＮ社製のベアリーＦＬ３０００）で形成されている。バルブ本体８及びバルブプレート９は平坦な摺動面を有し、この平坦な摺動面同士が面接触している。両者の摺動面の少なくとも一方に、摩擦を低減して耐磨耗性を向上させるために、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）等の硬質材からなる薄膜が形成されることが好ましい。

バルブプレート９は、回転軸受１６により、ハウジング２３内に回転可能に支持されている。スコッチヨーク２２を駆動するクランク１４の偏心ピン１４ａが回転軸を中心として公転することにより、バルブプレート９が回転する。バルブ本体８は、コイルバネ２０によりバルブプレート９に押し付けられ、ピン１９により回転しないように固定されている。

コイルバネ２０は、排気側の圧力が給気側の圧力より大きくなってしまった場合に、バルブ本体８がバルブプレート９から離れてしまわないようにバルブ本体８を押圧するために設けられた押圧手段である。作動時にバルブ本体８をバルブプレート９に押圧する力は、冷媒ガスの給気側の圧力と排気側の圧力の差圧がバルブ本体８に作用することにより生じるようになっている。

図３は、ロータリバルブＲＶの分解斜視図である。円柱状のバルブ本体８の平坦な摺動面８ａとバルブプレート９の平坦な摺動面９ａとが面接触する。ガス供給路となるガス流路８ｂが、バルブ本体８の中心軸に沿ってバルブ本体８を貫通している。すなわち、ガス流路８ｂの一端が、摺動面８ａに開口している。ガス流路８ｂの他端は、図２に示したガス圧縮機１の吐出口１ｂに接続されている。圧縮機１の吐出口１ｂからバルブ本体８のガス流路８ｂまでがガス供給路に相当する。

バルブ本体８の摺動面８ａに、バルブ本体８の中心軸を中心とした円弧に沿った溝８ｃが形成されている。バルブ本体８の内部に形成されたガス流路８ｄの一端が、溝８ｃの底面に開口している。ガス流路８ｄの他端は、バルブ本体８の外周面に開口し、更に図２に示すハウジング２３に形成されたガス流路２１を経由して上部室１３に連通している。

バルブプレート９の摺動面９ａに、その中心から半径方向に伸びる溝９ｄが形成されている。バルブプレート９が回転し、溝９ｄの外周側の端部が溝８ｃに部分的に重なった時、ガス流路８ｂとガス流路８ｄとが溝９ｄを介して連通する。

回転軸に平行なガス流路９ｂが、バルブプレート９を貫通して延在している。ガス流路９ｂは、摺動面９ａ内の半径方向に関して、バルブ本体８の摺動面８ａに形成された溝８ｃとほぼ同じ位置に開口している。バルブプレート９が回転し、ガス流路９ｂの開口部が溝８ｃに部分的に重なった時、ガス流路８ｄとガス流路９ｂとが連通する。ガス流路９ｂの他端は、図２に示したハウジング２３内の空洞を介してガス圧縮機１の吸気口１ａに連通している。バルブプレート９のガス流路から圧縮機１の吸気口１ａまでがガス排出路に相当する。

ガス流路８ｂとガス流路８ｄとが溝８ｃを介して連通している時、圧縮機１から送られる冷媒ガスはロータリバルブＲＶを介して上部室１３内に送り込まれる。ガス流路８ｄとガス流路９ｂとが連通している時、上部室１３内の冷媒ガスがガス圧縮機１に回収される。従って、バルブプレート９を回転させると、上部室１３への冷媒ガスの導入（給気）と、上部室１３からの冷媒ガスの回収（排気）が繰り返される。

図４Ａは第２段目ディスプレーサ３Ｂの部分断面図であり、図４Ｂは図４Ａに一点鎖線で示す円内を拡大して示す図である。第２段目ディスプレーサ３Ｂは、円筒筒状の筒状部材３０を基材とする。この上下端が開放された筒状部材３０の下端には蓋部材３１が挿入され上で接着されている。筒状部材３０はステンレスにより形成されており、また蓋部材３１は布入りフェノールで形成されている。また筒状部材３０内で、蓋部材３１の上には金網３２が配設され、その上にはフェルト栓３３が配設されている。

蓄冷材４Ｂは、このフェルト栓３３の上に充填されている。蓄冷材４Ｂは、例えば小さな鉛球で形成してもよく、また磁性蓄冷材を用いてもよい。磁性蓄冷材を用いると冷凍能力を高めることができる。また、蓄冷材４Ｂの上にはフェルト栓３４が配置され、フェルト栓３４の上にはパンチングメタル３５が配置される。

筒状部材３０の側壁の金網３２の高さの位置には、開口３７が設けられている。
また、筒状部材３０の開口３７よりも上の外周面には溝が形成されている。本実施形態では、この溝を開口３７の位置と上端位置とを結ぶ１本の螺旋状の溝３８Ａ（以下、螺旋溝３８Ａという）として形成されている。この螺旋溝３８Ａは、シリンダ１０Ｂの内面と協働して螺旋状のガス流路を形成する。

また、開口３７よりも下の筒状部材３０の外径は、それよりも上の部分の外径よりも僅かに小さくされている。従って、開口３７よりも下の部分では、筒状部材３０と第２段目シリンダとの間に間隙が形成される。この間隙及び上記した開口３７は、筒状部材３０の内部と図２に示す膨張空間１２とを結ぶガス流路Ｌ４を形成する（図示の便宜上、図２ではガス流路Ｌ１を蓋部材を上下に貫通するよう図示している）。

上記構成とされた第２段目ディスプレーサ３Ｂにおいて、シリンダ１０Ｂの内周面とディスプレーサ３Ｂの外周面との間に形成された間隙に冷媒ガスが流入すると、冷媒ガスは螺旋溝３８Ａに沿って流れ、冷媒ガスと蓄冷材４Ｂとの間には筒状部材３０を介して熱交換が行われる。この際、筒状部材３０の表面に螺旋溝３８Ａを形成することにより、冷媒ガスは螺旋溝３８Ａが形成する螺旋状の長い流露を通り流れるため、十分な熱交換を行うことが可能となる。これにより確実に熱交換が行われ、よって冷凍能力の低下を抑制できるため、ＧＭ冷凍機の冷却効率の向上を図ることができる。

ここで、本実施形態に係るＧＭ冷凍機に組み込まれた第２段目ディスプレーサ３Ｂの外周面に注目し説明を続ける。

前記のように、第２段目ディスプレーサ３Ｂの外周位置には螺旋溝３８Ａが形成されている。本実施形態では、筒状部材３０の外周面の少なくとも螺旋溝３８Ａが形成された領域にシール材膜３９を形成している。このシール材膜３９は、筒状部材３０の外周面を被覆するばかりでなく、螺旋溝３８Ａをも被覆した構成とされている。

このシール材膜３９は、第２段目ディスプレーサ３Ｂと第２段目シリンダ１０Ｂの内壁との間におけるシール性を高めるために配設される。本実施形態では、シール材膜３９として熱的及び機械的に特性が高くかつ滑性を有したフッ素樹脂を用いている。具体的には、シール材膜３９としてテフロン（登録商標）を用いている。

このシール材膜３９は、第２段目ディスプレーサ３Ｂの表面に厚く形成すると、シール材膜３９と第２段目シリンダ１０Ｂの熱膨張係数の違いにより両者の間のクリアランスにばらつきが発生し、冷凍能力が低下してしまうことは前述した通りである。そこで本実施形態では、シール材膜３９の膜厚を5μｍ以上50μｍ以下に設定した。このようにシール材膜３９の膜厚を薄く設定することにより、シール材膜３９と第２段目シリンダ１０Ｂの熱膨張係数の違いに起因したクリアランスのばらいつき発生を抑制でき、冷却効率の低下を抑制することができる。

しかしながら、単にシール材膜の膜厚を薄くすると、シール材膜自体の強度が低下するため、螺旋溝３８Ａの機械加工時に筒状部材上に被膜したシール材膜が筒状部材３０から剥がれてしまうおそれがある。そこで本実施形態では、螺旋溝３８Ａを形成した後にシール材膜３９を形成することにより、この問題点を解決している。

ここで、図５Ａ〜図５Ｃを用いて筒状部材３０の螺旋溝３８Ａが形成された領域の全体にシール材膜３９を形成する方法について説明する。

本実施形態に係る筒状部材３０を形成するには、先ず図５Ａに示すようにディスプレーサ３Ｂの基材となる筒状部材３０を用意する。この筒状部材３０はステンレス製であり、内部には蓄冷材４Ｂ等を装着するための空間が形成された円筒形状とされている。

本実施形態では、先ずこの筒状部材３０の外周面に対して螺旋溝３８Ａを加工する螺旋溝加工工程を実施する。螺旋溝３８Ａの加工方法は、従来と変わることはなく、旋盤等の機械加工処理装置に筒状部材３０装着して螺旋溝３８Ａの機械加工を行う。このように、本実施形態においても従来の同じ溝加工方法により螺旋溝３８Ａを形成するため、加工コストが上昇するようなことはない。図５Ｂは、螺旋溝３８Ａが形成された筒状部材３０を示している。

螺旋溝加工工程が終了すると、螺旋溝３８Ａが形成された筒状部材３０に対してシール材膜３９を被膜するシール材膜形成工程を実施する。このシール材膜形成工程では、次に図５Ｃに示すように、筒状部材３０の外周面で螺旋溝３８Ａが形成された領域を含む領域にシール材膜３９となるフッ素樹脂を被膜する。

この筒状部材３０にシール材膜３９を被膜する方法としては、コーティング法又はメッキ法を用いることができる。またシール材膜３９の膜厚は上記のように5μｍ以上50μｍ以下に設定されるが、この膜厚はコーティング時間或いはメッキ時間を管理することにより容易に制御することができる。本実施形態では、シール材膜３９の膜厚を上記のように薄く形成するため、シール材膜３９の形成方法としてコーティング法又はメッキ法を用いることが好適である。

また本実施形態では、螺旋溝加工工程を実施した後にシール材膜３９を被膜するため、筒状部材３０の外周面と共に螺旋溝３８Ａの内部にもシール材膜３９の被覆が行われる。このため、従来のシール材膜１３９を被膜した後に螺旋溝１３８を形成する方法と異なり、本実施形態に係るディスプレーサ３Ｂの製造方法によればシール材膜３９が筒状部材３０から剥離するようなことはない。

また従来では、シール材膜１３９が螺旋溝１３８の山の部分にのみ形成され、谷の部分においては螺旋溝１３８の加工時に除去されていた。これに対して本実施形態では、シール材膜３９は螺旋溝３８Ａの形成位置も含み被膜形成される。即ち、シール材膜３９は螺旋溝３８Ａにより分断されることなく、筒状部材３０の螺旋溝３８Ａの形成領域全体を被覆する構成となる。よって、シール材膜３９は筒状部材３０に強固に固着された状態となり、これによってもシール材膜３９が筒状部材３０から剥離することを防止することができる。

上述のように本実施形態に係るディスプレーサ３Ｂは、シール材膜３９の膜厚を5μｍ以上50μｍ以下と薄く設定しても、シール材膜３９が筒状部材３０から剥離することを防止できる。

よって、シール材膜３９の膜厚が薄くなることによりシール材膜３９と第２段目シリンダ１０Ｂの内壁との間のクリアランスにばらつきが発生することを防止でき、第２段目ディスプレーサ３Ｂと第２段目シリンダ１０Ｂとの間における冷媒ガスの漏れを防止できる。また、シール材膜３９が筒状部材３０から剥離すること確実に防止できることにより、従来発生していた剥離箇所からの冷媒ガスの漏れを防止できる。これにより、第２段目ディスプレーサ３Ｂと第２段目シリンダ１０Ｂとの間における冷媒ガスの漏れが防止されるため、ＧＭ冷凍機の冷凍能力の低下を確実に防止することができる。

尚、本実施形態においてシール材膜３９の膜厚を5μｍ以上50μｍ以下に設定したのは、膜厚を5μｍ未満の薄膜とするとシール材膜３９自体の強度が低下して、第２段目シリンダ１０Ｂ内における第２段目ディスプレーサ３Ｂの往復移動によりシール材膜３９が剥離するおそれがあるからである。また、シール材膜３９の膜厚を50μｍを越える厚さとすると、上記したようにシール材膜３９と第２段目シリンダ１０Ｂの内壁との間のクリアランスにばらつきが発生するからである。

次に、上記した実施形態の変形例について説明する。

図６及び図６Ｂは、図４Ａ及び図４Ｂを用いて説明した第２段目ディスプレーサ３Ｂの変形例を示している。図６Ａは本変形例に係る第２段目ディスプレーサ３Ｃの部分断面図であり、図６Ｂは図６Ａに一点鎖線で示す円内を拡大して示す図である。尚、図６Ａ及び図６Ｂにおいて、図２乃至図６Ａ，６Ｂに示した構成と対応する構成については、同一符号を付してその説明は省略するものとする。

先に図４Ａ及び図４Ｂを用いて説明した第２段目ディスプレーサ３Ｂでは、筒状部材３０外周面に１本の螺旋溝３８を形成した構成を示した。これに対して本変形例では、図６及び図６Ｂに示すように環状の溝３８Ｂ（以下、環状溝３８Ｂという）を複数形成したことを特徴とするものである。

この各環状溝３８Ｂは、螺旋状の螺旋溝３８Ａと異なり一本の構成とはなっておらず、各々が独立した構成となっている。また各環状溝３８Ｂは、各々が平行に配置された構成となっている。

本変形例のように筒状部材３０に複数の螺旋溝３８を形成する構成としても、溝を形成しないディスプレーサに比べて冷媒ガスとの間で効率の高い熱交換を行うことができ、よって冷凍機の冷凍能力の低下を抑制することができる。

この際、隣接する環状溝３８Ｂの間に、隣接する環状溝３８Ｂ間で冷媒ガスを流す連結溝を形成してもよい。この構成とすることにより、冷媒ガスと第２段目ディスプレーサ３Ｃとの間における熱交換の効率をより高めることができる。

また、本変形例においても、シール材膜３９は筒状部材３０の外周面の少なくとも環状溝３８Ｂが形成された領域に形成されている。そして、このシール材膜３９は筒状部材３０の外周面を被覆するばかりでなく、環状溝３８Ｂ内をも被覆した構成とされている。この環状溝３８Ｂは、溝の形成方法の違い（螺旋溝を形成するか、環状の溝を形成するかの相違）を除き、図５Ａ〜図５Ｃを用いて説明した製造方法と同様の方法で形成することができる。また、シール材膜３９の厚さも第２段目ディスプレーサ３Ｂと同様に5μｍ以上50μｍ以下に設定している。

よって、本変形例に係る第２段目ディスプレーサ３Ｃを用いることによっても、図２乃至図６Ａ，６Ｂに示した実施形態と同様に、ＧＭ冷凍機の冷凍能力の低下を確実に防止することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態及びその変形例について詳述したが、本発明は上記した特定の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変更が可能なものである。

具体的には、上述の実施形態は、２段式のギフォード・マクマホン（ＧＭ）型冷凍機に本発明を適用した例を示したが、本発明は２段式に限らず、１段式或いは多段式のＧＭ冷凍機にも適用することができる。

また、上記した実施形態においては、第２段目ディスプレーサ３Ｂに螺旋溝３８Ａ及びシール材膜３９を設けた構成例に付いて説明したが、第１段目ディスプレーサ３Ａに対しても第２段目ディスプレーサ３Ｂと同様の構成で螺旋溝及びシール材膜を設けた構成としてもよいことは勿論である。

本国際出願は２０１０年３月１７日に出願された日本国特許出願２０１０−０６０９９８号に基づく優先権を主張するものであり、２０１０−０６０９９８号の全内容をここに本国際出願に援用する。

Claims (10)

1. 筒状部材の内部に蓄冷材が配設されると共に、シリンダ内で往復動することにより前記シリンダ内で圧縮された作動流体を膨張させ寒冷を発生させるディスプレーサであって、
   前記シリンダと対向する前記筒状部材の外周面に溝が形成され、
   かつ、前記筒状部材の外周面の少なくとも前記溝の形成領域に、前記外周面及び前記溝を被覆するシール材膜が形成されてなることを特徴とするディスプレーサ。
2. 前記溝は前記筒状部材の外周面に螺旋状に形成された螺旋溝である請求項１記載のディスプレーサ。
3. 前記シール材膜の膜厚は、5μｍ以上50μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のディスプレーサ。
4. 前記シール材膜は、フッ素樹脂であることを特徴とする請求項１に記載のディスプレーサ。
5. 筒状部材からディスプレーサを製造するディスプレーサの製造方法であって、
   前記筒状部材の外周面に溝を加工する溝加工工程と、
   該溝加工工程を実施した後に、前記筒状部材の前記溝が加工された領域を含む外周面をシール材膜で被覆するシール材膜形成工程と
   を有することを特徴とするディスプレーサの製造方法。
6. 前記溝を前記筒状部材の外周面に螺旋状に形成することを特徴とする請求項５に記載のディスプレーサの製造方法。
7. 前記溝を機械加工により形成することを特徴とする請求項５に記載のディスプレーサの製造方法。
8. 前記シール材膜を前記筒状部材の外周面にコーティング法又はメッキ法により形成したことを特徴とする請求項５に記載のディスプレーサの製造方法。
9. 前記シール材膜は、フッ素樹脂であることを特徴とする請求項５に記載のディスプレーサの製造方法。
10. 圧縮された作動流体が供給されるシリンダと、
    内部に蓄冷材が配設されると共に、シリンダ内で往復動することにより前記シリンダ内で圧縮された作動流体を膨張させ寒冷を発生させる請求項１記載のディスプレーサと、
    モータの回転運動を前記ディスプレーサの往復運動に変換する回転・往復運動変換機構とを有することを特徴とする蓄冷器式冷凍機。
    

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