(57)【要約】【課題】  高効率の再生器およびその製造方法ならびにスターリング機関、スターリング冷却庫を提供する。【解決手段】  スターリング機関に設けられる再生器は、隙間を設けながら巻回される再生器フィルム３１を含んで構成される。再生器フィルム３１は、第１フィルム３１Ａと第２フィルム３１Ｂとが重ねられた多層構造を有する。そして、再生器フィルム３１には、その表面をＤＲ３方向またはＤＲ４方向に押付けて塑性変形させることで、突起部が形成されている。なお、第１フィルム３１Ａは第２フィルム３１Ｂよりも蓄熱性が高く、第２フィルム３１Ｂは第１フィルム３１Ａよりもヤング率が高い。【選択図】        図５
2006349331.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
隙間を設けながら巻回されるフィルムを備え、
前記フィルムは、第１と第２の層が重ねられた多層構造を有し、該フィルムには、その表面を変形させることで突起部が形成され、
前記第１の層は前記第２の層よりも蓄熱性が高く、
前記第２の層は前記第１の層よりもヤング率が高い、再生器。
【請求項２】
前記第１の層に対して前記第２の層側に突出するように前記突起部を形成した、請求項１に記載の再生器。
【請求項３】
前記第１と第２の層は、それぞれ、樹脂フィルムを含んで構成される、請求項１または請求項２に記載の再生器。
【請求項４】
前記第１の層は樹脂フィルムを含んで構成され、
前記第２の層は蒸着膜を含んで構成される、請求項１または請求項２に記載の再生器。
【請求項５】
一方が相対的に蓄熱性が高く、他方が相対的にヤング率が高い第１と第２の層を積層して多層構造を有するフィルムを形成する工程と、
前記フィルムの表面を変形させて突起部を形成する工程と、
前記突起部が形成された前記フィルムを巻回する工程とを備えた、再生器の製造方法。
【請求項６】
外殻体と、
作動媒体を封入した前記外殻体内に組み付けられたシリンダと、
前記シリンダ内で往復運動するピストンと、
前記ピストンに対し位相差をもって往復運動するディスプレーサと、
前記ピストンと前記ディスプレーサとの間に形成された圧縮空間と、
前記ディスプレーサに対して前記ピストン側の反対の側に形成された膨張空間と、
前記圧縮空間と前記膨張空間とを連通する連通路に配設された、請求項１から請求項４のいずれかに記載の再生器とを備えた、スターリング機関。
【請求項７】
請求項６に記載のスターリング機関を備えた、スターリング冷却庫。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、再生器およびその製造方法ならびにスターリング機関、スターリング冷却庫（Ｓｔｉｒｌｉｎｇ  Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｏｒ／Ｆｒｅｅｚｅｒ）に関し、特に、高効率の再生器およびその製造方法ならびに該再生器を有するスターリング機関、スターリング冷却庫に関する。
【背景技術】
【０００２】
スターリング機関において用いられる再生器が従来から知られている。
たとえば、特開２００３−６５６２０号公報においては、帯状の樹脂フィルムを巻回してなる円筒形のスターリング機関用再生器であって、樹脂フィルムの片面に複数の微細な突起を規則正しく設けることにより重なった樹脂フィルムの間に隙間を形成するようにした再生器が開示されている。ここで、突起の形成方法としては、エンボス加工による方法などが開示されている。
【０００３】
また、特開２００４−１０１１１９号公報においては、片面側に複数の凸部が形成された樹脂フィルムを渦巻状に巻き付けることで形成される再生器が開示されている。ここで、樹脂フィルム上の凸部は印刷層により形成されている。
【０００４】
また、特開２００３−２３２５７４号公報においては、互いに所定の間隔で隔てられるとともに、それぞれ所定の高さを有する複数の凸部が形成されたフィルムを有する再生器が開示されている。
【０００５】
また、特開２００３−２２２４２２号公報においては、樹脂フィルム自体を塑性変形させて突起部を形成し、積層される樹脂部材同士の間隙を突起部によって形成した再生器が開示されている。
【０００６】
また、特開２００４−１３２６９６号公報においては、樹脂フィルムの表面に光硬化性のインクを用いてスクリーン印刷を施して複数のリブを形成した再生器が開示されている。
【０００７】
また、特開平５−２８８４１６号公報においては、所定形状に成形され、かつ、内部を気体が流通可能な発泡金属や繊維状金属をマトリックスとし、その表面に樹脂を含浸させて、その含浸樹脂によりマトリックス表面を気密状に封閉し、ケーシング部を構成した再生器が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−６５６２０号公報
【特許文献２】特開２００４−１０１１１９号公報
【特許文献３】特開２００３−２３２５７４号公報
【特許文献４】特開２００３−２２２４２２号公報
【特許文献５】特開２００４−１３２６９６号公報
【特許文献６】特開平５−２８８４１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
樹脂フィルムの表面に形成された突起の高さによってフィルム間の隙間（再生器を通過する媒体の流路）を規定した場合、突起の形状は、再生器における熱伝達率や圧力損失に影響する。したがって、その突起の形状の安定性や均一性を保つことは重要である。
【０００９】
再生器効率を向上させる観点からは、該再生器を構成するフィルムとして、蓄熱性の高い素材を用いることが好ましい。一般に、比重および比熱の高い素材ほど蓄熱性が高い傾向にある。一方で、このような素材のヤング率は比較的低い傾向にある。したがって、フィルムを巻回して再生器を形成したときに、突起の形状を維持できない場合がある。
【００１０】
さらに、本願発明者が検討を進めたところ、再生器効率を向上させる観点から、該再生器を構成するフィルムとして、より薄いものを用いることが好ましいということが判明した。しかしながら、薄いフィルムを用いることで、突起の強度が低下し、フィルムを巻回して再生器を形成したときに、突起の形状を維持できない場合がある。
【００１１】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、高効率の再生器およびその製造方法ならびにスターリング機関、スターリング冷却庫を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る再生器は、隙間を設けながら巻回されるフィルムを備え、フィルムは、第１と第２の層が重ねられた多層構造を有し、該フィルムには、その表面を変形させることで突起部が形成され、第１の層は第２の層よりも蓄熱性が高く、第２の層は第１の層よりもヤング率が高い。
【００１３】
上記構成によれば、相対的に蓄熱性の高い第１の層によって再生器の効率を向上させ、相対的にヤング率の高い第２の層によって突起部の形状を保持することができる。結果として、高効率の再生器が提供される。
【００１４】
上記再生器において、好ましくは、第１の層のヤング率は１ＧＰａ以上２．５ＧＰａ以下であり、第２の層のヤング率は４ＧＰａ以上である。これにより、上記機能を十分に満足する第１と第２の層が得られる。
【００１５】
上記再生器において、好ましくは、第１の層に対して第２の層側に突出するように突起部を形成する。このように、ヤング率の高い第２の層を外側に配置することで、突起部の強度がより確保されて、巻回されるフィルム間の隙間が一定に維持できる。結果として、より高効率の再生器が提供される。
【００１６】
１つの局面では、上記再生器において、第１と第２の層は、それぞれ、樹脂フィルムを含んで構成される。
【００１７】
ここでは、異なる素材を含む樹脂フィルムを組合わせることで第１と第２の層が形成される。
【００１８】
他の局面では、上記再生器において、第１の層は樹脂フィルムを含んで構成され、第２の層は蒸着膜を含んで構成される。
【００１９】
ここでは、硬度の高い蒸着膜が樹脂フィルム上に形成される。したがって、突起部の強度を確保しながらより薄いフィルムを用いることが可能になる。結果として、再生器効率が向上する。
【００２０】
本発明に係る再生器の製造方法は、一方が相対的に蓄熱性が高く、他方が相対的にヤング率が高い第１と第２の層を積層して多層構造を有するフィルムを形成する工程と、フィルムの表面を変形させて突起部を形成する工程と、突起部が形成されたフィルムを巻回する工程とを備える。
【００２１】
上記構成によれば、所定の素材を含む第１と第２フィルムを積層して再生器を構成することで、高効率の再生器を得ることができる。したがって、簡単な工程により、再生器の効率を向上させることができる。
【００２２】
本発明に係るスターリング機関は、外殻体と、作動媒体を封入した外殻体内に組み付けられたシリンダと、シリンダ内で往復運動するピストンと、ピストンに対し位相差をもって往復運動するディスプレーサと、ピストンとディスプレーサとの間に形成された圧縮空間と、ディスプレーサに対してピストン側の反対の側に形成された膨張空間と、圧縮空間と膨張空間とを連通する連通路に配設された、上述の再生器とを備える。
【００２３】
上記構成によれば、高効率の再生器が設けられることにより、動作効率の高いスターリング機関が提供される。
【００２４】
本発明に係るスターリング冷却庫は、上述のスターリング機関を備える。これにより、動作効率の高いスターリング冷却庫が提供される。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、再生器の高効率化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に、本発明に基づく再生器およびその製造方法ならびにスターリング機関、スターリング冷却庫の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。
【００２７】
なお、本願明細書において、「冷却庫」とは、「冷蔵庫」、「冷凍庫」および「冷凍冷蔵庫」の全てを含む概念である。
【００２８】
また、ここでは、スターリング機関としてのスターリング冷凍機、および、該スターリング冷凍機を備えたスターリング機関搭載機器としてのスターリング冷却庫について説明するが、スターリング機関は、本来スターリング冷凍機に限定されるものではなく、たとえば、発電機としても用いられる。
【００２９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るスターリング冷却庫の配管系統図である。
【００３０】
スターリング冷却庫１は、図１に示すように、高温部２と低温部３とを有するスターリング冷凍機４（スターリング機関）と、高温部２に取付けられた高温側蒸発器５、高温側凝縮器７およびパイプ２Ａ，２Ｂを含む第１高温側循環回路（第１循環回路）と、高温側蒸発器５、循環ポンプ６、発露防止パイプ９およびパイプ２Ｃ〜２Ｅを含む第２高温側循環回路（第２循環回路）と、低温部３に取付けられた低温側凝縮器１０、低温側蒸発器１１およびパイプ３Ａ，３Ｂを含む低温側循環回路とを備える。第１高温側循環回路は、スターリング冷凍機４の高温部２の冷却を行ない、第２高温側循環回路は、発露防止パイプ９に熱を供給する。また、低温側循環回路は、冷却庫内の空気とスターリング冷凍機４の低温部３との熱交換を行なう。
【００３１】
第１と第２高温側循環回路内には水（Ｈ2Ｏ）などが冷媒として封入されている。高温
側蒸発器５において蒸発した冷媒はパイプ２Ａ（高温側導管）を介して高温側凝縮器７に達する（図１中の破線矢印）。高温側凝縮器７において外気との熱交換が行なわれることで冷媒が凝縮する。この熱交換を促進するために、高温側凝縮器７近傍に気流を生じさせるファン８が設けられている。凝縮した冷媒は、パイプ２Ｂ（高温側戻り管）を介して高温側蒸発器５に戻る。第１高温側循環回路においては、このように、冷媒の蒸発と凝縮とによる自然循環を利用して、高温部２で発生した熱を高温側凝縮器７に伝達することができるように、高温側凝縮器７が高温側蒸発器５より上方に配置されている。また、冷媒の沸点を調整するために、循環回路系内の圧力が調整（大気圧よりも減圧）されている。
【００３２】
一方、高温側蒸発器５の下部には、パイプ２Ｃが接続されている。高温側蒸発器５からパイプ２Ｃに液相の冷媒が流入する。パイプ２Ｃに流入した冷媒は、スターリング冷凍機４よりも下方に設けられた循環ポンプ６に達する。循環ポンプ６から吐出された冷媒は、パイプ２Ｄを介して発露防止パイプ９に送られる。ここで、発露防止パイプ９内を流れる冷媒は、スターリング冷凍機４の高温部２から与えられた熱により比較的高温に保たれている。したがって、発露防止パイプ９を冷却庫の前面開口部に配置することで、ドア部等における発露を抑制することができる。発露防止パイプ９内を流れた冷媒は、パイプ２Ｅを介して高温側蒸発器５内に戻る。このように、第２高温側循環回路においては、循環ポンプ６による強制循環が行なわれている。
【００３３】
低温側循環回路内には二酸化炭素や炭化水素などが冷媒として封入されている。低温側凝縮器１０において凝縮した冷媒はパイプ３Ａ（低温側導管）を介して低温側蒸発器１１に達する。低温側蒸発器１１において冷媒が蒸発することで熱交換が行なわれる。この熱交換を促進するために、低温側蒸発器１１近傍に気流を生じさせるファン１２が設けられている。熱交換の後、ガス化された冷媒は、パイプ３Ｂ（低温側戻り管）を介して低温側凝縮器１０に戻る。低温側循環回路においては、このように、冷媒の蒸発と凝縮とによる自然循環を利用して、低温部３で発生した冷熱を低温側蒸発器１１に伝達することができるように、低温側蒸発器１１が低温側凝縮器１０より下方に配置されている。また、冷媒の沸点を調整するために、循環回路系内の圧力が調整されている。
【００３４】
スターリング冷凍機４を作動させると、該冷凍機４の高温部２で発生した熱が、高温側凝縮器７を介して空気と熱交換される。一方、スターリング冷凍機４の低温部３で発生した冷熱は、低温側蒸発器１１を介して冷却庫内の空気と熱交換される。冷却庫内からの暖かくなった気流は、再び低温側蒸発器１１近傍に送られ、繰り返し冷却される。
【００３５】
上述した冷却サイクルの実施に伴い、低温側蒸発器１１に着霜が生じる。この着霜に対する除霜方法については、一般によく知られた技術を援用可能であるので、詳細な説明は行なわない。
【００３６】
上述した除霜を実施することで、除霜水が発生する。除霜水は、ドレンパイプ１２Ａを介して、冷却庫本体底面の下部に設置されたドレンパン１２Ｂ（蒸発皿）に導かれる。ドレンパン１２Ｂの上部には、ファン１２Ｃが設けられており、ファン１２Ｃによってドレンパン１２Ｂ内に溜まった除霜水表面近傍に気流が形成され、比較的乾いた空気が除霜水上に供給されことにより、除霜水の蒸発が促進される。
【００３７】
次に、図２を用いて、スターリング冷凍機４の構造の一例およびその動作について説明する。
【００３８】
図２に示すように、本実施の形態のスターリング冷凍機４は、フリーピストン型のスターリング機関であって、ケーシング３０と、該ケーシング３０に組付けられたシリンダ１３と、シリンダ１３内で往復動するピストン１４およびディスプレーサ１５と、再生器１６と、圧縮空間１７Ａと膨張空間１７Ｂとを含む作動空間１７と、高温部２と、低温部３と、ピストン駆動手段としてのリニアモータ２３と、ピストンスプリング２４と、ディスプレーサスプリング２５と、ディスプレーサロッド２６と、背圧空間２７とを備える。
【００３９】
図２の例では、スターリング冷凍機４の外殻体（外壁）は、単一の容器で構成されず、背圧空間２７側に位置するケーシング３０（ベッセル部分）と、作動空間１７側に位置する高温部２、チューブ１８Ａおよび低温部３とで主に構成される。ケーシング３０は、背圧空間２７を規定する。ケーシング３０には、シリンダ１３、リニアモータ２３、ピストンスプリング２４およびディスプレーサスプリング２５をはじめとする種々の部品が組付けられる。上記外殻体の内部には、ヘリウムガスや水素ガス、窒素ガスなどの作動媒体が充填される。
【００４０】
シリンダ１３は、略円筒状の形状を有し、内部にピストン１４とフリーピストンとしてのディスプレーサ１５とを往復動可能に受け入れる。シリンダ１３内において、ピストン１４とディスプレーサ１５とは同軸上に間隔をあけて配置され、このピストン１４およびディスプレーサ１５によってシリンダ１３内の作動空間１７が圧縮空間１７Ａと膨張空間１７Ｂとに区画される。より詳しくは、作動空間１７は、ピストン１４におけるディスプレーサ１５側の端面よりもディスプレーサ１５側に位置する空間であり、ピストン１４とディスプレーサ１５との間に圧縮空間１７Ａが形成され、ディスプレーサ１５と低温部３との間に膨張空間１７Ｂが形成される。圧縮空間１７Ａは主に高温部２によって囲まれ、膨張空間１７Ｂは主に低温部３によって囲まれている。
【００４１】
圧縮空間１７Ａと膨張空間１７Ｂとの間には、シリンダ１３の外周面上に所定の隙間を有しながらフィルムが巻回されてなる再生器１６が配設されており、この再生器１６を介して圧縮空間１７Ａと膨張空間１７Ｂとが連通する。それにより、スターリング冷凍機４内に閉回路が構成される。この閉回路内に封入された作動媒体が、ピストン１４およびディスプレーサ１５の動作に合わせて流動することにより、後述する逆スターリングサイクルが実現される。
【００４２】
シリンダ１３の外側に位置する背圧空間２７にはリニアモータ２３が配設される。リニアモータ２３は、インナーヨーク２０と、可動マグネット部２１と、アウターヨーク２２およびコイルとを有し、このリニアモータ２３によって、シリンダ１３の軸方向にピストン１４が駆動される。
【００４３】
ピストン１４の一端は、板バネなどで構成されるピストンスプリング２４と接続される。該ピストンスプリング２４は、ピストン１４に弾性力を付与する弾性力付与手段として機能する。該ピストンスプリング２４による弾性力を付加することにより、シリンダ１３内でピストン１４をより安定して周期的に往復動させることが可能となる。ディスプレーサ１５の一端は、ディスプレーサロッド２６を介してディスプレーサスプリング２５と接続される。ディスプレーサロッド２６はピストン１４を貫通して配設され、ディスプレーサスプリング２５は板バネなどで構成される。該ディスプレーサスプリング２５の周縁部と、ピストンスプリング２４の周縁部は、リニアモータ２３からピストン１４の背圧空間２７側（以下、後方と称する場合がある。）に延びる支持部材により支持される。
【００４４】
ピストン１４に対しディスプレーサ１５と反対側には、ケーシング３０によって囲まれた背圧空間２７が配設されている。背圧空間２７は、ケーシング３０内でピストン１４の周囲に位置する外周領域と、ケーシング３０内でピストン１４よりもピストンスプリング
２４側（後方側）に位置する後方領域とを含む。この背圧空間２７内にも、作動媒体が存在する。
【００４５】
高温部２は、ベース部材３０Ａを介してケーシング３０に取付けられる。高温部２と低温部３とは、チューブ１８Ａを介して接続される。高温部２、低温部３の内周面上には、それぞれ内部熱交換器１８と内部熱交換器１９とが設けられる。内部熱交換器１８，１９は、それぞれ、圧縮空間１７Ａ，膨張空間１７Ｂと高温部２，低温部３との間の熱交換を行なう。
【００４６】
ケーシング３０の後方側には、板バネ２８を介してバランスマス２９が取付けられている。バランスマス２９は、ピストン１４やディスプレーサ１５が振動することによって生じるケーシング３０の振動を吸収する質量部材である。具体的には、ピストン１４やディスプレーサ１５が振動することによってケーシング３０に振動が生じた場合に、このケーシング３０の振動に対して追従するようにバランスマス２９が振動することにより、スターリング冷凍機４の振動が低減される。
【００４７】
次に、このスターリング冷凍機４の動作について説明する。
まず、リニアモータ２３を作動させてピストン１４を駆動する。リニアモータ２３によって駆動されたピストン１４は、ディスプレーサ１５に接近し、圧縮空間１７Ａ内の作動媒体（作動ガス）を圧縮する。
【００４８】
ピストン１４がディスプレーサ１５に接近することにより、圧縮空間１７Ａ内の作動媒体の温度は上昇するが、高温部２によってこの圧縮空間１７Ａ内に発生した熱が外部へと放出される。そのため、圧縮空間１７Ａ内の作動媒体の温度はほぼ等温に維持される。すなわち、本過程は、逆スターリングサイクルにおける等温圧縮過程に相当する。
【００４９】
ピストン１４がディスプレーサ１５に接近した後にディスプレーサ１５は低温部３側に移動する。他方、ピストン１４によって圧縮空間１７Ａ内において圧縮された作動媒体は再生器１６内に流入し、さらに膨張空間１７Ｂへと流れ込む。その際、作動媒体の持つ熱が再生器１６に蓄熱される。すなわち、本過程は、逆スターリングサイクルの等容冷却過程に相当する。
【００５０】
膨張空間１７Ｂ内に流入した高圧の作動媒体は、ディスプレーサ１５がピストン１４側（後方側）へ移動することにより膨張する。このようにディスプレーサ１５が後方側へ移動するのに伴い、ディスプレーサスプリング２５の中央部も後方側に突出するように変形する。
【００５１】
上記のように膨張空間１７Ｂ内で作動媒体が膨張することにより、膨張空間１７Ｂ内の作動媒体の温度は下降するが、低温部３によって外部の熱が膨張空間１７Ｂ内へと伝達されるため、膨張空間１７Ｂ内はほぼ等温に保たれる。すなわち、本過程は、逆スターリングサイクルの等温膨張過程に相当する。
【００５２】
その後、ディスプレーサ１５がピストン１４から遠ざかる方向（前方側）に移動し始める。それにより、膨張空間１７Ｂ内の作動媒体は再生器１６を通過して再び圧縮空間１７Ａ側へと戻る。その際に再生器１６に蓄熱されていた熱が作動媒体に与えられるため、作動媒体は昇温する。すなわち、本過程は、逆スターリングサイクルの等容加熱過程に相当する。
【００５３】
この一連の過程（等温圧縮過程−等容冷却過程−等温膨張過程−等容加熱過程）が繰り返されることにより、逆スターリングサイクルが構成される。この結果、低温部３は徐々に低温になり、極低温（たとえば−５０℃程度）を有するに至る。一方で、高温部２は徐々に高温（たとえば６０℃程度）になる。上述したように、低温部３における冷熱は、低温側循環回路を介して冷却庫内に供給され、高温部２における熱は、第１と第２高温側循環回路を介して冷却庫外に放出される。
【００５４】
上述したように、再生器１６は、スターリング冷凍機４の冷却性能に関わる重要な部材であるので、再生器１６の熱伝達率を向上させたり、再生器１６における圧力損失を低減させたりすることは、スターリング冷凍機４の動作効率の向上の観点から重要である。したがって、再生器１６を通過する冷媒の流路となるフィルム間の隙間を安定させることは重要である。また、再生器１６を構成する再生器フィルムの蓄熱性を向上させることも重要である。
【００５５】
巻回されるフィルム間の隙間は、該フィルムの表面に形成された突起部により規定されている。したがって、フィルムを巻回して再生器を形成する際の上記突起部の変形を抑制することが重要である。
【００５６】
再生器フィルムの蓄熱性を向上させる観点からは、該再生器を構成するフィルムとして、比重および比熱の高い素材を用いることが好ましい。しかしながら、このような素材のヤング率は比較的低い傾向にある（たとえば、ＥＴＦＥ（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ−Ｔｅｔｒａ  Ｆｌｕｏｒｏ  Ｅｔｈｙｌｅｎｅ）：１．５７ＧＰａ、ナイロン６６：２．３ＧＰａ、ナイロン６：１．８ＧＰａ）。したがって、蓄熱性の高い素材のフィルムを用いた場合、該フィルムを巻回したときに、その表面に形成された突起部の形状を維持できない場合がある。このように、蓄熱性の高いフィルムを用いることで、フィルム間の隙間が安定しなくなる場合がある。逆に言うと、巻回されるフィルム間の隙間を安定させるためにヤング率の高いフィルムを用いることでフィルムの蓄熱性が低下する場合がある。
【００５７】
これに対し、本実施の形態においては、蓄熱性の高いフィルムとヤング率の高いフィルムとを組合わせて用いることで、再生器を構成するフィルムの蓄熱性の向上と、巻回された該フィルム間の隙間の安定とを両立させている。具体的には、相対的に蓄熱性の高い第１フィルムと、相対的にヤング率の高い第２フィルムとを積層した多層フィルムを形成し、該多層フィルムの表面を変形させて突起部を形成した後に該フィルムを巻回している。
【００５８】
蓄熱性の高い第１フィルムとしては、たとえば、ナイロン６，ナイロン６６，ＥＴＦＥ，フッ化ビニリデン（Ｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ  Ｆｌｕｏｒｉｄｅ）などの素材を用いることができる。また、ヤング率の高い第２フィルムとしては、たとえば、ＰＥＴ（Ｐｏｌｙ  Ｅｔｈｙｌｅｎｅ  Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ），ＰＩ（ＰｏｌｙＩｍｉｄｅ）などの素材を用いることができる。
【００５９】
なお、第１と第２フィルムは、圧着により積層されてもよいし、接着層を介して積層されてもよい。また、１つの例として、第１フィルムのヤング率は１ＧＰａ以上２．５ＧＰａ以下程度であり、第２フィルムのヤング率は４ＧＰａ以上程度である。
【００６０】
上記構成によれば、相対的に蓄熱性の高い第１フィルムによって再生器の効率を向上させ、相対的にヤング率の高い第２フィルムによって突起部の形状を保持することができる。結果として、高効率の再生器が提供される。本願発明者らは、少なくとも下記のタイプ１〜３の例について、第１フィルムのみで構成された再生器に対して突起部の強度が２倍〜３倍程度に向上し、かつ、第２フィルムのみで構成された再生器に対して蓄熱性が１．２倍〜３倍程度に向上することを確認している。
【００６１】
（タイプ１）
蓄熱性の高い第１フィルムとしてナイロン６６フィルム（厚み：３８μｍ）を用い、ヤング率の高い第２フィルムとしてＰＥＴフィルム（厚み：１２μｍ）を用いる。まず、第１と第２フィルムを圧着して、２層構造のフィルム（厚み：５０μｍ）を形成する。その後、テーパ角８°の針を用い、打ち込み深さ７５０μｍでディンプル（突起部）を形成する。この結果、ナイロン６６フィルム（厚み：５０μｍ）を用いた単層フィルムに形成されたディンプルと比較して、約２倍の強度を有するディンプルが得られた。そして、このフィルムを巻回することにより、１００μｍ程度のフィルム間隔を有する再生器（外径：５０ｍｍ）を形成する。この結果、ＰＥＴフィルムのみを用いた同一サイズの再生器と比較して、約１．５倍の蓄熱性を有する再生器が得られた。
【００６２】
（タイプ２）
蓄熱性の高い第１フィルムとしてＥＴＦＥフィルム（厚み：１２μｍ）を用い、ヤング率の高い第２フィルムとしてＰＥＴフィルム（厚み：２５μｍ）を用いる。まず、第１フィルム−第２フィルム−第１フィルムをこの順に積層して、３層構造のフィルム（厚み：５０μｍ）を形成する。すなわち、本タイプにおいては、第１フィルム間に第２フィルムが挟持されている。なお、各々のフィルム間には、接着層（厚み：０．５μｍ）が設けられる。その後、テーパ角１０°の針を用い、打ち込み深さ６５０μｍでディンプル（突起部）を形成する。この結果、ＥＴＦＥフィルム（厚み：５０μｍ）を用いた単層フィルムに形成されたディンプルと比較して、約３倍の強度を有するディンプルが得られた。そして、このフィルムを巻回することにより、８０μｍ程度のフィルム間隔を有する再生器（外径：１００ｍｍ）を形成する。この結果、ＰＥＴフィルムのみを用いた同一サイズの再生器と比較して、約１．２倍の蓄熱性を有する再生器が得られた。
【００６３】
（タイプ３）
蓄熱性の高い第１フィルムとしてフッ化ビニリデンフィルム（厚み：３８μｍ）を用い、ヤング率の高い第２フィルムとしてＰＩフィルム（厚み：１２μｍ）を用いる。まず、第１と第２フィルムを圧着して、２層構造のフィルム（厚み：５０μｍ）を形成する。その後、テーパ角５°の針を用い、打ち込み深さ９００μｍでディンプル（突起部）を形成する。この結果、フッ化ビニリデンフィルム（厚み：５０μｍ）を用いた単層フィルムに形成されたディンプルと比較して、約２倍の強度を有するディンプルが得られた。そして、このフィルムを巻回することにより、１００μｍ程度のフィルム間隔を有する再生器（外径：５０ｍｍ）を形成する。この結果、ＰＩフィルムのみを用いた同一サイズの再生器と比較して、約３倍の蓄熱性を有する再生器が得られた。
【００６４】
図３は、接着層を介して第１と第２フィルムを積層する場合（上記の「タイプ２」のような場合）の再生器フィルムの製造装置の一例を示した図である。図３を参照して、第１巻き出し装置３５により、糊が塗られる台紙（被着体）としての第１フィルム３１Ａが巻き出される。巻き出された台紙は、コーターヘッド３６に達する。コーターヘッド３６は、糊を塗工する部分であり、塗工機としての主要部分である。糊（接着層）の厚み調整は、コーターヘッド３６において行なわれる。
【００６５】
糊が塗工された第１フィルム３１Ａは、乾燥炉３７に送られる。乾燥炉３７は、糊の揮発成分（溶剤）を飛ばし、乾燥させる。その後、第１フィルム３１Ａは、ニップ３８に送られる。ニップ３８には第２巻き出し装置３９から第２フィルム３１Ｂが送られており、ニップ３８において第１と第２フィルム３１Ａ，３１Ｂが貼り合わせられ、多層構造を有する再生器フィルム３１が形成される。形成された再生器フィルム３１は巻き取り機４０によって巻き取られる。以上のようにして、図４に示すように、接着層３１Ｃを介して第１と第２フィルム３１Ａ，３１Ｂが積層された多層フィルムである再生器フィルム３１が形成される。なお、図４に示す状態から、再度、図３に示す装置を用いて、再生器フィルム３１と第１フィルム３１Ａとを貼り合わせることで、上述した「タイプ２」のような３層構造を得ることもできる。
【００６６】
また、第１と第２フィルム３１Ａ，３１Ｂを圧着により積層した場合には、図５に示すような構造を有する再生器フィルム３１が得られる。
【００６７】
図６は、再生器フィルムの表面に突起部を形成するための装置の構成を模式的に示した図である。図６を参照して、プレス機４１は、再生器フィルム３１を送り出す送出ユニットとしてのフィルムフィーダ４５に隣接して設けられる。プレス機４１は、フィルムフィーダ４５の下流側に位置し、押し型４２と、押さえ部４３と、ステージ４４とを備えている。押し型４２とステージ４４とは、フィルムフィーダ４５によって一方向（矢印Ａ方向）に向かって送り出される再生器フィルム３１を挟んで上下に離間して位置している。また、押し型４２と押さえ部４３とは、上下方向（矢印Ｂ方向）に移動可能となっている。また、押し型４２は、押さえ部４３に対して相対的に上下方向に移動可能である。そして、押し型４２は、ある局面では押さえ部４３内に収納され、他の局面では押さえ部４３から突出する。図６では、押し型４２が押さえ部４３から突出した状態を示している。なお、ステージ４４の押し型４２に対応した位置には、プレス時に押し型４２の逃げとなる凹部（図示せず）が設けられている。
【００６８】
次に、プレス機４１を用いて再生器フィルム３１の表面に突起部３１０を形成する方法について説明する。フィルムフィーダ４５によって一方向に送り出された再生器フィルム３１は、駆動ローラ４６を通過し、プレス機４１に送られる。プレス機４１は、所定のタイミングで再生器フィルム３１をプレス処理する。これにより、再生器フィルム３１の表面に連続的に突起部３１０が形成される。
【００６９】
具体的には、まず、フィルムフィーダ４５によって再生器フィルム３１を送り出すことにより、再生器フィルム３１の突起部形成予定領域がプレス機４１の押し型４２の下方に位置するように位置決めが行なわれる。次に、押さえ部４３が下方に向かって移動する。この際、押し型４２は、押さえ部４３内に収納されている。押さえ部４３が下方に移動した結果、押さえ部４３によって再生器フィルム３１がステージ４４へと押し当てられる。その状態から、押し型４２が下方へと移動し、押さえ部４３から突出する。これにより、再生器フィルム３１の突起部形成予定領域が下方に向かって押圧される。そして、再生器フィルム３１の表面に塑性変形が生じ、下に凸の突起部３１０が形成される。その後、押し型４２と押さえ部４３は、上方に向かって移動し、基準位置へと復帰する。そして、再び再生器フィルム３１が矢印Ａ方向へと送り出される。そして、プレス機４１の下流側の再生器フィルム３１は、駆動ローラ４７を通過し、突起高さ調整ユニット（図示せず）に送られる。以上において説明した工程を繰り返すことにより、再生器フィルム３１の表面に突起部３１０が連続的に形成される。
【００７０】
ここで、突起部３１０を突出させる方向は、図４，図５における矢印ＤＲ３方向／矢印ＤＲ４方向のいずれの方向であってもよく、適宜変更が可能である。ただし、比較的ヤング率の高い第２フィルム３１Ｂを突起部の外側に配置することで、突起部３１０の強度がより確保されるので、突起部３１０は、第１フィルム３１Ａに対して第２フィルム３１Ｂ側に突出するように形成されることが好ましい。すなわち、図４，図５における矢印ＤＲ４方向に向けて押し型４２（図６参照）を押付けることが好ましい。
【００７１】
図７は、再生器フィルムを巻回して再生器を形成する工程を示した図である。図７に示すように、突起部３１０が形成された再生器フィルム３１が幾重にも重なるように巻回されて、再生器１６が形成される。この際、再生器フィルム３１間の隙間は、突起部３１０により規定される。
【００７２】
上述した内容について要約すると、以下のようになる。すなわち、本実施の形態に係るスターリング冷却庫１におけるスターリング冷凍機４は、ケーシング３０を含む外殻体と、作動媒体を封入した外殻体内に組み付けられたシリンダ１３と、シリンダ１３内で往復運動するピストン１４と、ピストン１４に対し位相差をもって往復運動するディスプレーサ１５と、ピストン１４とディスプレーサ１５との間に形成された圧縮空間１７Ａと、ディスプレーサ１５に対してピストン１４側の反対の側に形成された膨張空間１７Ｂと、圧縮空間１７Ａと膨張空間１７Ｂとを連通する連通路に配設された再生器１６とを備える。
【００７３】
ここで、再生器１６は、隙間を設けながら巻回される再生器フィルム３１を含んで構成される。再生器フィルム３１は、「第１の層」としての第１フィルム３１Ａと「第２の層」としての第２フィルム３１Ｂとが重ねられた多層構造を有する。そして、再生器フィルム３１には、その表面を塑性変形させることで突起部３１０が形成されている。なお、第１フィルム３１Ａは第２フィルム３１Ｂよりも蓄熱性が高く、第２フィルム３１Ｂは第１フィルム３１Ａよりもヤング率が高い。
【００７４】
本実施の形態に係る再生器の製造方法は、相対的に蓄熱性が高い樹脂フィルムである第１フィルム３１Ａと、相対的にヤング率が高い樹脂フィルムである第２フィルム３１Ｂとを積層して多層構造を有する再生器フィルム３１を形成する工程（図３〜図４、または、図５）と、再生器フィルム３１の表面を変形させて突起部３１０を形成する工程（図６）と、突起部３１０が形成された再生器フィルム３１を巻回する工程（図７）とを備える。
【００７５】
本実施の形態によれば、再生器１６の高効率化を図ることができる。結果として、動作効率の高いスターリング冷却庫１およびスターリング冷凍機４が提供される。
【００７６】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２に係る再生器について説明する。本実施の形態に係る再生器は、実施の形態１に係る再生器の変形例であって、相対的に蓄熱性が高い「第１の層」を樹脂フィルムにより形成し、相対的にヤング率が高い「第２の層」を蒸着膜により形成する点を特徴とする。
【００７７】
蒸着膜としては、たとえばＳｉＯ2膜、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）膜、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ）膜、Ａｌ2Ｏ3膜、ＷＯ2膜、ＴｉＯ2膜、Ｔａ2Ｏ5膜などが使用可能である。なお、蒸着膜は、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成されてもよいし、ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法（たとえば、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタ蒸着法など）により形成されてもよい。
【００７８】
上記構成によれば、実施の形態１と同様に、相対的に蓄熱性の高い樹脂フィルムによって再生器の効率を向上させ、相対的にヤング率の高い蒸着膜によって突起部の強度を向上させることができる。また、金属などを含む蒸着膜は、樹脂フィルムよりも小さな膜厚で十分な強度を確保することができるので、「第２の層」として蒸着膜を用いることにより、再生器を構成するフィルムをより薄膜化することができる。以上の結果として、高効率の再生器が提供される。本願発明者らは、少なくとも下記のタイプ４〜７の例について、上記の効果が得られることを確認している。
【００７９】
（タイプ４）
蓄熱性の高い「第１の層」としてＰＥＴフィルム（厚み：１２μｍ）を用い、ヤング率の高い「第２の層」としてＳｉＯ2膜（厚み：３μｍ）を用いる。まず、ＣＶＤ法を用いて、ＰＥＴフィルム上にＳｉＯ2膜を蒸着する。これにより、２層構造のフィルム（厚み：１５μｍ）が形成される。その後、テーパ角８°の針を用い、打ち込み深さ９００μｍでディンプル（突起部）を形成する。この結果、ＰＥＴフィルム（厚み：１２μｍ）を用いた単層フィルムに形成されたディンプルと比較して、約２倍の強度を有するディンプルが得られた。そして、このフィルムを巻回することにより、６０μｍ程度のフィルム間隔を有する再生器（外径：５０ｍｍ）を形成する。この結果、樹脂フィルムのみを用いた圧力損失が同一の再生器と比較して、約１．８倍の蓄熱性を有する再生器が得られた。
【００８０】
（タイプ５）
蓄熱性の高い「第１の層」としてＥＴＦＥフィルム（厚み：３８μｍ）を用い、ヤング率の高い「第２の層」としてＩＴＯ膜（厚み：１μｍ）を用いる。まず、スパッタ法を用いて、ＥＴＦＥフィルム上にＩＴＯ膜を蒸着する。これにより、２層構造のフィルム（厚み：３９μｍ）が形成される。その後、テーパ角８°の針を用い、打ち込み深さ８５０μｍでディンプル（突起部）を形成する。この結果、ＰＥＴフィルム（厚み：１５μｍ）を用いた単層フィルムに形成されたディンプルと比較して、約１．５倍の強度を有するディンプルが得られた。そして、このフィルムを巻回することにより、８０μｍ程度のフィルム間隔を有する再生器（外径：５０ｍｍ）を形成する。この結果、樹脂フィルムのみを用いた圧力損失が同一の再生器と比較して、約１．５倍の蓄熱性を有する再生器が得られた。
【００８１】
（タイプ６）
蓄熱性の高い「第１の層」としてＰＳ（Ｐｏｌｙ−Ｓｔｙｒｅｎｅ）フィルム（厚み：１２μｍ）を用い、ヤング率の高い「第２の層」としてＳｉＯ2膜（厚み：３μｍ）を用いる。まず、イオンプレーティング法を用いて、ＰＳフィルム上にＳｉＯ2膜を蒸着する。これにより、２層構造のフィルム（厚み：１５μｍ）が形成される。その後、テーパ角８°の針を用い、打ち込み深さ９００μｍでディンプル（突起部）を形成する。この結果、ＰＥＴフィルム（厚み：１２μｍ）を用いた単層フィルムに形成されたディンプルと比較して、約２倍の強度を有するディンプルが得られた。そして、このフィルムを巻回することにより、１００μｍ程度のフィルム間隔を有する再生器（外径：５０ｍｍ）を形成する。この結果、樹脂フィルムのみを用いた圧力損失が同一の再生器と比較して、約１．５倍の蓄熱性を有する再生器が得られた。
【００８２】
（タイプ７）
蓄熱性の高い「第１の層」としてナイロンフィルム（厚み：２５μｍ）を用い、ヤング率の高い「第２の層」としてＤＬＣ膜（厚み：１μｍ）を用いる。まず、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）プラズマＣＶＤ法を用いて、ナイロンフィルム上にＤＬＣ膜を蒸着する。これにより、２層構造のフィルム（厚み：２６μｍ）が形成される。その後、テーパ角８°の針を用い、打ち込み深さ９００μｍでディンプル（突起部）を形成する。この結果、ＰＥＴフィルム（厚み：１２μｍ）を用いた単層フィルムに形成されたディンプルと比較して、約３倍の強度を有するディンプルが得られた。そして、このフィルムを巻回することにより、７５μｍ程度のフィルム間隔を有する再生器（外径：５０ｍｍ）を形成する。この結果、樹脂フィルムのみを用いた圧力損失が同一の再生器と比較して、約２倍の蓄熱性を有する再生器が得られた。
【００８３】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、上述した各実施の形態の特徴部分を適宜組合わせることは、当初から予定されている。また、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の実施の形態１に係るスターリング冷却庫の配管系統図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るスターリング冷却庫におけるスターリング冷凍機を示した断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る再生器を構成する再生器フィルムの製造装置の一例を示した図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る再生器を構成する再生器フィルムの一例を示した断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る再生器を構成する再生器フィルムの他の例を示した断面図である。
【図６】再生器フィルムの表面に突起部を形成するための装置の構成を模式的に示した図である。
【図７】再生器フィルムを巻回して再生器を形成する工程を示した図である。
【符号の説明】
【００８５】
１  スターリング冷却庫、２  高温部、２Ａ〜２Ｅ  パイプ（高温側循環回路）、３  低温部、３Ａ，３Ｂ  パイプ（低温側循環回路）、４  スターリング冷凍機、５  高温側蒸発器、６  循環ポンプ、７  高温側凝縮器、８  ファン、９  発露防止パイプ、１０  低温側凝縮器、１１  低温側蒸発器、１２  ファン、１２Ａ  ドレンパイプ、１２Ｂ  ドレンパン、１２Ｃ  ファン、１３  シリンダ、１４  ピストン、１５  ディスプレーサ、１６  再生器、１７  作動空間、１７Ａ  圧縮空間、１７Ｂ  膨張空間、１８，１９  内部熱交換器、２０  インナーヨーク、２１  可動マグネット、２２  アウターヨーク、２３  リニアモータ、２４  ピストンスプリング、２５  ディスプレーサスプリング、２６  ディスプレーサロッド、２７  背圧空間、２８  板バネ、２９  バランスマス、３０  ケーシング、３０Ａ  ベース部材、３１  再生器フィルム、３１Ａ  第１フィルム、３１Ｂ  第２フィルム、３１Ｃ  接着層、３５  第１巻き出し装置、３６  コーターヘッド、３７  乾燥炉、３８  ニップ、３９  第２巻き出し装置、４０  巻き取り機、４１  プレス機、４２  押し型、４３  押さえ部、４４  ステージ、４５  フィルムフィーダ、４６，４７  駆動ローラ、３１０  突起部。
【図１】
2006349331.tif 000003
【図２】
2006349331.tif 000004
【図３】
2006349331.tif 000005
【図４】
2006349331.tif 000006
【図５】
2006349331.tif 000007
【図６】
2006349331.tif 000008
【図７】
2006349331.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成18年8月4日(2006.8.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
隙間を設けながら巻回されるフィルムを備え、
前記フィルムは、第１と第２の層が重ねられた多層構造を有し、前記第１と第２の層をともに変形させることで前記フィルムの表面に突起部が形成され、
前記第１の層は前記第２の層よりも蓄熱性が高く、
前記第２の層は前記第１の層よりもヤング率が高い、再生器。
【請求項２】
前記第１の層に対して前記第２の層側に突出するように前記突起部を形成した、請求項１に記載の再生器。
【請求項３】
前記第１と第２の層は、それぞれ、樹脂フィルムを含んで構成される、請求項１または請求項２に記載の再生器。
【請求項４】
前記第１の層は樹脂フィルムを含んで構成され、
前記第２の層は蒸着膜を含んで構成される、請求項１または請求項２に記載の再生器。
【請求項５】
一方が相対的に蓄熱性が高く、他方が相対的にヤング率が高い第１と第２の層を積層して多層構造を有するフィルムを形成する工程と、
多層構造を有する前記フィルムを押圧して該フィルムの表面に突起部を形成する工程と、
前記突起部が形成された前記フィルムを巻回する工程とを備えた、再生器の製造方法。
【請求項６】
外殻体と、
作動媒体を封入した前記外殻体内に組み付けられたシリンダと、
前記シリンダ内で往復運動するピストンと、
前記ピストンに対し位相差をもって往復運動するディスプレーサと、
前記ピストンと前記ディスプレーサとの間に形成された圧縮空間と、
前記ディスプレーサに対して前記ピストン側の反対の側に形成された膨張空間と、
前記圧縮空間と前記膨張空間とを連通する連通路に配設された、請求項１から請求項４のいずれかに記載の再生器とを備えた、スターリング機関。
【請求項７】
請求項６に記載のスターリング機関を備えた、スターリング冷却庫。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明に係る再生器は、隙間を設けながら巻回されるフィルムを備え、フィルムは、第１と第２の層が重ねられた多層構造を有し、第１と第２の層をともに変形させることでフィルムの表面に突起部が形成され、第１の層は第２の層よりも蓄熱性が高く、第２の層は第１の層よりもヤング率が高い。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
本発明に係る再生器の製造方法は、一方が相対的に蓄熱性が高く、他方が相対的にヤング率が高い第１と第２の層を積層して多層構造を有するフィルムを形成する工程と、多層構造を有するフィルムを押圧して該フィルムの表面に突起部を形成する工程と、突起部が形成されたフィルムを巻回する工程とを備える。