(57)【要約】【課題】ディスプレーサの外周面の磨耗を防止できる蓄冷器式冷凍機を提供する。【解決手段】シリンダ１２と、シリンダ１２内に、シリンダ１２に沿って往復動可能に設けられ、シリンダ１２内の一端に膨張空間２２を形成するとともに、内部に、膨張空間２２に冷媒ガスを供給及び排出するための冷媒ガス流路２４が形成されている、回転体形状のディスプレーサ１４と、冷媒ガス流路２４内に収容されており、ディスプレーサ１４がシリンダ１２に沿って往復動する際に、膨張空間２２に供給した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材１８とを有する。ディスプレーサ１４は、低温端の径Ｒ２２が高温端の径Ｒ２１よりも小さく、冷媒ガス流路２４の低温端は、ディスプレーサ１４の外周面に設けられた開口４６ｂに連通している。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダと、
前記シリンダ内に、前記シリンダに沿って往復動可能に設けられ、前記シリンダ内の一端に膨張空間を形成するとともに、内部に、前記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が形成されている、回転体形状のディスプレーサと、
前記冷媒ガス流路内に収容されており、前記ディスプレーサが前記シリンダに沿って往復動する際に、前記膨張空間に供給した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材と
を有し、
前記ディスプレーサは、低温端の径が高温端の径よりも小さく、
前記冷媒ガス流路の低温端は、前記ディスプレーサの外周面に設けられた開口に連通している、蓄冷器式冷凍機。
【請求項２】
前記冷媒ガス流路の低温端は、前記ディスプレーサの前記外周面に、周方向に沿って等配に設けられた、同一径を有する複数の開口に連通している、請求項１に記載の蓄冷器式冷凍機。
【請求項３】
前記ディスプレーサは、前記高温端から前記開口が設けられた位置まで径が単調減少している、請求項１又は請求項２に記載の蓄冷器式冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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には、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が形成されている。また、ディスプレーサの内部に形成された冷媒ガス流路には、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。
【０００５】
シリンダに沿って往復動することによって、膨張空間を気密に膨張させるか、又は気密に収縮させるため、ディスプレーサは、シリンダの内径よりやや小さい外径を有している。そして、ディスプレーサの外周面とシリンダの内周面との間には、ディスプレーサとシリンダとの隙間を気密に保持するための、シールが設けられている。このようなシールとしては、従来、シールリング、クリアランスシール、ラビリンスシール、らせん溝シール等が用いられてきた（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第２６５９６８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、上記したＧＭ冷凍機等の蓄冷器式冷凍機には、次のような問題がある。
【０００８】
例えばクリアランスシールを用いる場合、後述するハイドロリックロック現象等により、ディスプレーサが冷媒ガスの圧力の分布に起因して偏心し、シリンダの内周面に接触して固着し、ディスプレーサを往復動させることができなくなることがある。また、ディスプレーサの一部がシリンダの内周面に接触し、固着している状態で長時間ＧＭ冷凍機を運転すると、接触部分のみが摺動するため、ディスプレーサが磨耗する。ディスプレーサが磨耗すると、シリンダとディスプレーサとの隙間が大きくなり、膨張空間からの冷媒ガスのリーク量が増大し、ＧＭ冷凍機の冷凍能力が低下することがある。あるいは、ディスプレーサの磨耗が更に進行すると、ＧＭ冷凍機の寿命が短くなる等の問題がある。
【０００９】
特に、シリンダを水平に配置する場合を含め、シリンダを鉛直方向に対して傾けて配置する場合には、ディスプレーサの自重によりディスプレーサの外周面の一部が偏心し、シリンダ内周面に接触しやすくなるため、上記した問題が顕著になる。しかし、シリンダを鉛直に配置する場合にも、ディスプレーサの外径の寸法公差あるいはシリンダの内径の寸法公差に起因して、ディスプレーサの外周面の一部がシリンダの内周面に接触し、ディスプレーサが磨耗する場合がある。従って、上記した課題は、シリンダを鉛直方向に対して傾けて配置する場合のみならず、シリンダを鉛直に配置する場合にも共通の課題である。
【００１０】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、ディスプレーサの外周面の磨耗を防止できる蓄冷器式冷凍機を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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。
【００１２】
本発明は、シリンダと、前記シリンダ内に、前記シリンダに沿って往復動可能に設けられ、前記シリンダ内の一端に膨張空間を形成するとともに、内部に、前記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が形成されている、回転体形状のディスプレーサと、前記冷媒ガス流路内に収容されており、前記ディスプレーサが前記シリンダに沿って往復動する際に、前記膨張空間に供給した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材とを有し、前記ディスプレーサは、低温端の径が高温端の径よりも小さく、前記冷媒ガス流路の低温端は、前記ディスプレーサの外周面に設けられた開口に連通している、蓄冷器式冷凍機である。
【００１３】
また、本発明は、上述の蓄冷器式冷凍機において、前記冷媒ガス流路の低温端は、前記ディスプレーサの前記外周面に、周方向に沿って等配に設けられた、同一径を有する複数の開口に連通している。
【００１４】
また、本発明は、上述の蓄冷器式冷凍機において、前記ディスプレーサは、前記高温端から前記開口が設けられた位置まで径が単調減少している。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、蓄冷器式冷凍機において、ディスプレーサの外周面の磨耗を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施の形態に係るＧＭ冷凍機の構成を示す概略断面図である。
【図２】第１の実施の形態に係るＧＭ冷凍機における第１段目ディスプレーサの構成を、第１段目シリンダとともに示す概略断面図である。
【図３】第１の実施の形態に係るＧＭ冷凍機における第２段目ディスプレーサの構成を、第２段目シリンダとともに示す概略断面図である。
【図４】第２段目ディスプレーサの構成の別の例を、第２段目シリンダとともに示す概略断面図である。
【図５】図３のＡ−Ａ線に沿う横断面図である。
【図６】第１の実施の形態に係るＧＭ冷凍機の第２段目ディスプレーサが偏心している場合において、膨張空間に冷媒ガスを供給及び排出する様子を模式的に示す断面図である。
【図７】比較例に係るＧＭ冷凍機の第２段目ディスプレーサが偏心している場合において、膨張空間に冷媒ガスを供給する様子を模式的に示す断面図である。
【図８】比較例に係るＧＭ冷凍機の第２段目ディスプレーサが偏心している場合において、膨張空間から冷媒ガスを排出する様子を模式的に示す断面図である。
【図９】第１の実施の形態の変形例に係るＧＭ冷凍機における第２段目ディスプレーサの構成を、第２段目シリンダとともに示す概略断面図である。
【図１０】第２の実施の形態に係るＧＭ冷凍機における第１段目ディスプレーサの構成を、第１段目シリンダとともに示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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、ヒートステーション１９、２０、膨張空間２１、２２、中空空間（冷媒ガス流路）２３、２４を有する。
【００２０】
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から図４においても同様）。
【００２１】
圧縮機１０は、ヘリウムガス（冷媒ガス）を約２０Ｋｇｆ／ｃｍ２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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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、両端の直径が異なる略円柱形状などの回転体形状を有している。
【００２５】
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は、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に供給した冷媒ガスを膨張させることによって冷熱を発生させる。
【００２６】
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、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に供給した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。
【００２７】
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、両端の直径が異なる略円柱形状などの回転体形状を有している。
【００２８】
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は、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に供給した冷媒ガスを膨張させることによって冷熱を発生させる。
【００２９】
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、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に供給した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。
【００３０】
第１段目シリンダ１１の下端（低温端）を囲むように、第１段目のヒートステーション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段目のヒートステーション２０が熱的に結合している。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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以降を用いて説明する実際の構造とは異なる。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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）。
【００４１】
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）。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
次に、図２を参照し、第１段目ディスプレーサ１３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１段目ディスプレーサ１３の構成を、第１段目シリンダ１１とともに示す概略断面図である。なお、図２では、ヒートステーション１９の図示を省略している。
【００４６】
第１段目ディスプレーサ１３は、回転体形状部材３０を有する。
【００４７】
回転体形状部材３０は、上蓋を有するとともに回転体形状を有し、その下端は開放されている。回転体形状部材３０の上蓋上面には、回転体形状部材３０の外径と略等しい径を有するフランジ３１が取り付けられている。フランジ３１と回転体形状部材３０の上蓋には、開口３２（図１に示す２３ａ）が設けられている。開口３２には、中空空間（冷媒ガス流路）２３の高温端が連通している。フランジ３１の上面には、回転体形状部材３０を図２中矢印の方向に上下駆動するための駆動軸Ｓｈが取り付けられている。
【００４８】
回転体形状部材３０内には、上面に密着するように図示しない金網が配置されている。金網の下には、銅金網等の蓄冷材１７が充填されている。蓄冷材１７の下には図示しない他の金網が配置されている。
【００４９】
さらに、回転体形状部材３０の下側開放端には、蓋部材３３が挿入され、回転体形状部材３０と接着されている。蓋部材３３は盲蓋であり、回転体形状部材３０の下端の開口を気密に閉じる。また、蓋部材３３の下面には、第２段目ディスプレーサ１４と連結するための、連結機構５０が取り付けられている。
【００５０】
回転体形状部材３０の外周面には、蓄冷材１７の下側の金網が配置されている高さに、開口３４（図１に示す２３ｂ）が設けられている。開口３４には、中空空間（冷媒ガス流路）２３の低温端が連通している。
【００５１】
回転体形状部材３０及び蓋部材３３は、例えば布入りフェノールで形成されることが好ましい。これにより、回転体形状部材３０及び蓋部材３３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。
【００５２】
回転体形状部材３０の外周面と第１段目シリンダ１１の内周面との間には、隙間Ｄ１１が形成される。第１段目ディスプレーサ１３を安定に往復駆動するために、隙間Ｄ１１は０．０１ｍｍ以上であることが好ましい。かつ、隙間Ｄ１１を通って冷媒ガスが流れることを防止するために、隙間Ｄ１１は０．０３ｍｍ以下であることが好ましい。
【００５３】
回転体形状部材３０の外周面には、上端（高温端）から開口３４が形成されている高さまで、１本のらせん溝３５が形成されていてもよい。らせん溝３５の形状として、例えば幅約２ｍｍ、深さ約０．６ｍｍ、ピッチ約４ｍｍとすることができる。
【００５４】
回転体形状部材３０の開口３４よりも下の部分の外径は、開口３４よりも上の部分の外径よりもわずかに小さくしてもよい。このとき、開口３４よりも下の部分では、第１段目シリンダ１１の内周面と回転体形状部材３０の外周面との間に隙間Ｄ１２が形成される。隙間Ｄ１２は、回転体形状部材３０の内部と膨張空間２１との間を結ぶ冷媒ガス流路を形成する。
【００５５】
第１段目シリンダ１１の内径を例えば８２ｍｍとした場合、回転体形状部材３０の外径を例えば（８２−２×Ｄ１１）ｍｍ、内径を例えば７２ｍｍとすることができる。また、回転体形状部材３０の開口３４よりも下部分の外径及びフランジ３１の外径を例えば８１．５ｍｍとすることができる（このとき、Ｄ１２＝０．２５ｍｍである）。また、回転体形状部材３０の軸方向の長さを例えば１５０ｍｍ、フランジ３１の厚さを例えば１０ｍｍとすることができる。
【００５６】
次に、図３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。
【００５７】
本実施の形態では、第２段目ディスプレーサ１４は、低温端の径が高温端の径よりも小さい。また、第２段目ディスプレーサ１４は、中空空間（冷媒ガス流路）２４の低温端が、第２段目ディスプレーサ１４の外周面に設けられた開口４６ｂ（図１に示す２４ｂ）に連通している。
【００５８】
図３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、第２段目シリンダ１２とともに示す概略断面図である。なお、図３では、ヒートステーション２０の図示を省略している。
【００５９】
第２段目ディスプレーサ１４は、回転体形状部材４０を有する。
【００６０】
回転体形状部材４０は、上下端が開放された回転体形状を有する。回転体形状部材４０の上端は、第１段目ディスプレーサ１３に、連結機構５０を介して連結されている。回転体形状部材４０の下端には、蓋部材４１が挿入接着されている。蓋部材４１の上には、金網４２が配置され、その上にフェルト栓４３が配置されている。
【００６１】
回転体形状部材４０の上端（第２段目ディスプレーサ１４の高温端）における外径（以下、「径」ともいう。）をＲ２１とする。また、蓋部材４１の下端（第２段目ディスプレーサ１４の低温端）における外径（以下、「径」ともいう。）をＲ２２とする。
【００６２】
回転体形状部材４０及び蓋部材４１は、例えば布入りフェノールで形成されることが好ましい。これにより、回転体形状部材４０及び蓋部材４１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。
【００６３】
フェルト栓４３の上には、前述したように、例えば鉛球で形成された蓄冷材１８が充填される。蓄冷材１８の上にはフェルト栓４４が配置され、フェルト栓４４の上にはパンチングメタル４５が配置される。
【００６４】
回転体形状部材４０の上端（高温端）には、第１段目ディスプレーサ１３と連結するための連結機構５０が取り付けられている。また、回転体形状部材４０の上端（高温端）には、連結機構５０の周囲に開口４６ａ（図１に示す２４ａ）が設けられている。そして、開口４６ａには、中空空間（冷媒ガス流路）２４の高温端が連通している。
【００６５】
回転体形状部材４０の外周面には、金網４２の高さの位置に冷媒ガス流路を形成する開口４６ｂが設けられている。開口４６ｂには、中空空間（冷媒ガス流路）２４の低温端が連通している。
【００６６】
第２段目ディスプレーサ１４は、低温端の径Ｒ２２が高温端の径Ｒ２１よりも小さい。すなわち、蓋部材４１の下端（第２段目ディスプレーサ１４の低温端）における径Ｒ２２が、回転体形状部材４０の高温端の径Ｒ２１よりも小さい。これにより、膨張空間２２に冷媒ガスを供給及び排出する際に、第２段目ディスプレーサ１４が第２段目シリンダ１２の内周面に接触することを防止でき、第２段目ディスプレーサ１４の磨耗を防止できる。
【００６７】
なお、蓋部材４１が、上端（高温端）の径が下端（低温端）の径Ｒ２２と等しく、円筒形状を有していてもよく、更に、回転体形状部材４０の下端（低温端）の径が、蓋部材４１の下端（低温端）の径Ｒ２２と等しくてもよい。この場合、回転体形状部材４０の下端（低温端）の径Ｒ２２は、回転体形状部材４０の上端（高温端）の径Ｒ２１よりも小さい。
【００６８】
更に、第２段目ディスプレーサ１４は、回転体形状部材４０の上端（高温端）から回転体形状部材４０の下端（低温端）まで、径が単調減少してもよい。すなわち、第２段目ディスプレーサ１４は、回転体形状部材４０の上端（高温端）から開口４６ｂが設けられた位置まで径が単調減少していてもよい。これにより、第２段目ディスプレーサ１４が往復動する際の冷媒ガスの流れがより滑らかになり、後述する第２段目ディスプレーサ１４の磨耗を防止する効果を向上させることができる。
【００６９】
また、第２段目ディスプレーサ１４の上端（高温端）の外周面と第２段目シリンダ１２の内周面との隙間をＤ２１とし、第２段目ディスプレーサ１４の下端（低温端）の外周面と第２段目シリンダ１２の内周面との隙間をＤ２２とする。このとき、第２段目ディスプレーサ１４の低温端の径Ｒ２２を、第２段目ディスプレーサ１４の高温端の径Ｒ２１よりも小さくすることにより、隙間Ｄ２２を隙間Ｄ２１よりも大きくすることができる。
【００７０】
第２段目シリンダ１２の内径を例えば３５ｍｍとした場合、回転体形状部材４０の上端（高温端）における、外径を例えば（３５−２×Ｄ２１）ｍｍ、内径を例えば３０ｍｍとすることができる。また、回転体形状部材４０の軸方向の長さを、例えば２００ｍｍとすることができる。
【００７１】
第２段目ディスプレーサ１４を安定に往復駆動するために、隙間Ｄ２１は０．０１ｍｍ以上であることが好ましい。かつ、隙間Ｄ２１を通って冷媒ガスが流れることを防止するために、隙間Ｄ２１は０．０３ｍｍ以下であることが好ましい。
【００７２】
また、冷媒ガスが隙間Ｄ２２を通って十分流れるために、隙間Ｄ２２は０．４ｍｍ以上であることが好ましい。かつ、冷媒ガスが隙間Ｄ２２を通る際に第２段目シリンダ１２を効率よく冷却するために、隙間Ｄ２２は１．０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００７３】
従って、第２段目ディスプレーサ１４における高温端の径Ｒ２１と低温端の径Ｒ２２との差は、０．７４ｍｍ以上１．９８ｍｍ以下であることが好ましい。
【００７４】
また、回転体形状部材４０の外周面にらせん溝が形成されていてもよい。回転体形状部材４０の外周面にらせん溝４７が形成されている場合の、第２段目ディスプレーサ１４の構成の別の例を、第２段目シリンダ１２とともに、図４の概略断面図に示す。
【００７５】
らせん溝４７を形成することによって、第２段目ディスプレーサ１４と第２段目シリンダ１２との隙間Ｄ２１を通って冷媒ガスが漏れることを防止することができ、ＧＭ冷凍機の冷凍能力を増大させることができる。
【００７６】
なお、回転体形状部材４０は、円筒状のステンレス管の表面に、例えば布入りフェノールよりなる耐磨耗性樹脂がコーティングされたものであってもよい。これにより、後述するように、第２段目シリンダ１２を水平に配置し、第２段目ディスプレーサ１４の自重により第２段目ディスプレーサ１４の外周面が第２段目シリンダ１２の内周面に接触する場合でも、第２段目ディスプレーサ１４の磨耗を防止することができる。
【００７７】
図５は、図３のＡ−Ａ線に沿う横断面図である。ただし、図５では、図示を容易にするため、金網４２の図示を省略している。
【００７８】
図３及び図５に示すように、回転体形状部材４０の外周面における金網４２の高さの位置に、同一径を有する複数の開口４６ｂが、周方向に沿って等配に設けられていることが好ましい。そして、中空空間（冷媒ガス流路）２４の低温端は、複数の開口４６ｂに連通していることが好ましい。図５に示すように、例えば８個の開口４６ｂを、周方向に沿って等配に設けることができる。
【００７９】
なお、複数の開口４６ｂは、周方向に沿って等配に設けられていなくてもよい。例えば複数の開口４６ｂが同一径を有していないときは、隙間Ｄ２２を流れる冷媒ガスの量が周方向に沿って略均一になるように、周方向に沿って開口４６ｂが設けられる位置を調整することができる。
【００８０】
ここで、図６から図８を参照し、本実施の形態に係るＧＭ冷凍機が、第２段目ディスプレーサ１４の外周面の磨耗を防止できる作用効果について、比較例と対比しながら説明する。
【００８１】
図６は、本実施の形態に係るＧＭ冷凍機の第２段目ディスプレーサ１４が偏心している場合において、膨張空間２２に冷媒ガスを供給及び排出する様子を模式的に示す断面図である。図６（ａ）は膨張空間２２へ冷媒ガスを供給するときの様子を示し、図６（ｂ）は膨張空間２２から冷媒ガスを排出するときの様子を示す。図７及び図８は、比較例に係るＧＭ冷凍機の第２段目ディスプレーサ１４が偏心している場合において、膨張空間２２に冷媒ガスを供給又は排出する様子を模式的に示す断面図である。図７は膨張空間２２へ冷媒ガスを供給するときの様子を示し、図８は膨張空間２２から冷媒ガスを排出するときの様子を示す。なお、図６から図８では、冷媒ガスの流れを矢印で示す。
【００８２】
以下の説明では、第２段目ディスプレーサ１４が偏心したときの狭い方の隙間をＤｎ、広い方の隙間をＤｗとする。また、第２段目ディスプレーサ１４の高温端及び低温端の位置を、それぞれＸ１及びＸ２とする。また、第２段目ディスプレーサ１４の高温端における圧力をＰ１とし、第２段目ディスプレーサ１４の低温端（膨張空間２２）における圧力をＰ２とする。
【００８３】
図７及び図８では、中央に断面図を示し、中央に図示される断面図よりも上方に隙間Ｄｎにおける圧力分布グラフを示し、中央に図示される断面図よりも下方に隙間Ｄｗにおける圧力分布グラフを示す。
【００８４】
また、図６から図８に示す配置において、第２段目シリンダ１２及び第２段目ディスプレーサ１４の左端は高温端であり、右端は低温端である。
【００８５】
また、図６（図７及び図８も同様）では、図示を単純化するために、蓋部材４１の図示を省略するとともに、第２段目ディスプレーサ１４の高温端から第２段目ディスプレーサ１４の低温端まで径が単調減少しているように図示している。しかし、回転体形状部材４０の高温端から回転体形状部材４０の低温端まで径が単調減少し、蓋部材４１の高温端から蓋部材４１の低温端まで外径が変化しないように構成した場合も、蓋部材４１を省略して構成した場合も、第２段目ディスプレーサ１４の磨耗を防止する点において同様の効果を奏する。
【００８６】
比較例に係るＧＭ冷凍機では、中空空間（冷媒ガス流路）２４の高温端は、第２段目ディスプレーサ１４の高温端の端面に形成された開口４６ｃに連通している。しかし、中空空間（冷媒ガス流路）２４の低温端は、第２段目ディスプレーサ１４の外周面に設けられた開口に連通していない。図７及び図８に示すように、中空空間（冷媒ガス流路）２４の低温端は、第２段目ディスプレーサ１４の低温端の端面に設けられた開口４６ｄに連通している。
【００８７】
比較例において、膨張空間２２に冷媒ガスを供給する際には、冷媒ガスの大部分は、中空空間（冷媒ガス流路）２４を通して供給され、一部分が第２段目ディスプレーサ１４と第２段目シリンダ１２との隙間Ｄｎ、Ｄｗを通して供給される。
【００８８】
大部分の冷媒ガスは、高温側から第２段目ディスプレーサ１４の高温端の端面に形成された開口４６ｃを通って中空空間（冷媒ガス流路）２４に供給される。中空空間（冷媒ガス流路）２４に供給された冷媒ガスは、第２段目ディスプレーサ１４の低温端の端面に形成された開口４６ｄを通って膨張空間２２に供給される。
【００８９】
一方、一部分の冷媒ガスは、高温側から第２段目ディスプレーサ１４の高温端と第２段目シリンダ１２との間を通って隙間Ｄｎ、Ｄｗに供給される。隙間Ｄｎ、Ｄｗに供給された冷媒ガスは、第２段目ディスプレーサ１４の低温端と第２段目シリンダ１２との間を通って膨張空間２２に供給される。
【００９０】
このとき、高温端の圧力Ｐ１は、低温端の圧力Ｐ２よりも高圧である。また、隙間Ｄｎ、Ｄｗともに、冷媒ガスが流れる方向に沿って流路の断面積が増大する。従って、隙間Ｄｎ及び隙間Ｄｗのいずれにおいても、圧力は、高温端における圧力Ｐ１から低温端における圧力Ｐ２まで単調に減少（降下）する。
【００９１】
また、前述したように、隙間Ｄｎは隙間Ｄｗよりも狭い。従って、狭い方の隙間Ｄｎにおける圧力降下は、広い方の隙間Ｄｗにおける圧力降下よりも大きいため、隙間Ｄｎと隙間Ｄｗでは圧力分布が異なる。
【００９２】
隙間Ｄｎ及び隙間Ｄｗのいずれにおいても、高温端Ｘ１では圧力がＰ１であり、低温端Ｘ２では圧力がＰ２である。しかし、図７中央の断面図よりも上方の隙間Ｄｎにおける圧力分布グラフ、及び、図７中央の断面図よりも下方の隙間Ｄｗにおける圧力分布グラフに示されるように、高温端Ｘ１と低温端Ｘ２との間の位置Ｘでは、隙間Ｄｗにおける圧力Ｐｗが隙間Ｄｎにおける圧力Ｐｎよりも大きい。その結果、第２段目ディスプレーサ１４には、図７中央の断面図に示すように、隙間Ｄｗから隙間Ｄｎに向かう力が作用する。そして、第２段目シリンダ１２に対し偏心した第２段目ディスプレーサ１４には、その偏心を増長する方向に偏心力が作用する。このような現象を、ハイドロリックロック現象という。
【００９３】
このハイドロリックロック現象は、第２段目ディスプレーサ１４が高温端から低温端まで同一の径を有する場合にも、発生するおそれがある。第２段目シリンダ１２の内径の寸法公差、第２段目ディスプレーサ１４の外径の寸法公差等により、例えば第２段目ディスプレーサ１４が第２段目シリンダ１２に対しわずかに傾くことがあり、偏心力が発生することがあるからである。
【００９４】
比較例において、膨張空間２２から冷媒ガスを排出する際にも、冷媒ガスの大部分は、第２段目ディスプレーサ１４の内部に形成された中空空間（冷媒ガス流路）２４を通して排出され、一部分が第２段目ディスプレーサ１４と第２段目シリンダ１２との隙間Ｄｎ、Ｄｗを通して排出される。
【００９５】
大部分の冷媒ガスは、膨張空間２２から第２段目ディスプレーサ１４の低温端の端面に形成された開口４６ｄを通って中空空間（冷媒ガス流路）２４に排出される。中空空間（冷媒ガス流路）２４に排出された冷媒ガスは、第２段目ディスプレーサ１４の高温端の端面に形成された開口４６ｃを通って高温側へ排出される。
【００９６】
一方、一部分の冷媒ガスは、膨張空間２２から第２段目ディスプレーサ１４の低温端と第２段目シリンダ１２との間を通って隙間Ｄｎ、Ｄｗに排出される。隙間Ｄｎ、Ｄｗに排出された冷媒ガスは、第２段目ディスプレーサ１４の高温端と第２段目シリンダ１２との間を通って高温側に排出される。
【００９７】
このとき、低温側の圧力Ｐ２は、高温側の圧力Ｐ１よりも高圧である。また、隙間Ｄｎ、Ｄｗともに、冷媒ガスが流れる方向に沿って流路の断面積が減少する。従って、隙間Ｄｎ及び隙間Ｄｗのいずれにおいても、圧力は、低温端における圧力Ｐ２から高温端における圧力Ｐ１まで単調に減少（降下）する。
【００９８】
また、前述したように、隙間Ｄｎは隙間Ｄｗよりも狭い。従って、狭い方の隙間Ｄｎにおける圧力降下は、広い方の隙間Ｄｗにおける圧力降下と異なるため、隙間Ｄｎと隙間Ｄｗでは圧力分布が異なる。
【００９９】
隙間Ｄｎ及び隙間Ｄｗのいずれにおいても、低温端Ｘ２では圧力がＰ２であり、高温端Ｘ１では圧力がＰ１である。しかし、図８中央の断面図よりも上方の隙間Ｄｎにおける圧力分布グラフ、及び、図８中央の断面図よりも下方の隙間Ｄｗにおける圧力分布グラフに示されるように、低温端Ｘ２と高温端Ｘ１との間の位置Ｘでは、隙間Ｄｎにおける圧力Ｐｎが隙間Ｄｗにおける圧力Ｐｗよりも大きい。その結果、第２段目ディスプレーサ１４には、図８中央の断面図に示すように、隙間Ｄｎから隙間Ｄｗに向かう力が作用する。そして、第２段目シリンダ１２に対し偏心した第２段目ディスプレーサ１４には、その偏心を防止する方向に復元力が作用する。
【０１００】
このように、比較例では、膨張空間２２から冷媒ガスを排出する際は、第２段目ディスプレーサ１４の偏心を防止する方向に復元力が作用するものの、膨張空間２２に冷媒ガスを供給する際は、第２段目ディスプレーサ１４の偏心を増長する方向に偏心力が作用する。ＧＭ冷凍機では、膨張空間２２に冷媒ガスを供給する工程と膨張空間２２から冷媒ガスを排出する工程とを交互に繰り返すため、常に復元力を作用させることができず、第２段目ディスプレーサ１４は徐々に偏心することになる。
【０１０１】
そして、偏心力により第２段目ディスプレーサ１４が第２段目シリンダ１２の一方の内周面に接触すると、その後、偏心を解消させることはできない。そのため、第２段目ディスプレーサ１４の同一の部分が第２段目シリンダ１２の内周面と接触し、第２段目ディスプレーサ１４が磨耗する。
【０１０２】
一方、本実施の形態に係るＧＭ冷凍機では、図６に示すように、中空空間（冷媒ガス流路）２４の高温端は、第２段目ディスプレーサ１４の高温端の端面に形成された開口４６ａに連通している。そして、中空空間（冷媒ガス流路）２４の低温端は、第２段目ディスプレーサ１４の外周面に設けられた開口４６ｂに連通している。
【０１０３】
本実施の形態においても、膨張空間２２に冷媒ガスを供給する際には、冷媒ガスの大部分は、中空空間（冷媒ガス流路）２４を通して供給され、一部分が第２段目ディスプレーサ１４と第２段目シリンダ１２との隙間Ｄｎ、Ｄｗを通して供給される。
【０１０４】
大部分の冷媒ガスは、高温側から第２段目ディスプレーサ１４の高温端の端面に形成された開口４６ａを通って中空空間（冷媒ガス流路）２４に供給される。中空空間（冷媒ガス流路）２４に供給された冷媒ガスは、第２段目ディスプレーサ１４の外周面に形成された開口４６ｂを通って隙間Ｄｎ、Ｄｗに噴出する。隙間Ｄｎ、Ｄｗに噴出した冷媒ガスは、第２段目ディスプレーサ１４の低温端と第２段目シリンダ１２との間を通って膨張空間２２に供給される。
【０１０５】
隙間Ｄｎ、Ｄｗに噴出した冷媒ガスは、例えば静圧軸受けと同様の効果を奏する。
【０１０６】
一方、一部分の冷媒ガスは、高温側から第２段目ディスプレーサ１４の高温端と第２段目シリンダ１２との間を通って隙間Ｄｎ、Ｄｗに供給される。隙間Ｄｎ、Ｄｗに供給された冷媒ガスは、第２段目ディスプレーサ１４の低温端と第２段目シリンダ１２との間を通って膨張空間２２に供給される。
【０１０７】
本実施の形態でも、第２段目ディスプレーサ１４の高温端と第２段目シリンダ１２との間を通って隙間Ｄｎ、Ｄｗに供給される冷媒ガスにより、第２段目ディスプレーサ１４の偏心を増長する方向に作用する偏心力は存在する。しかし、本実施の形態では、第２段目ディスプレーサ１４の外周面に形成された開口４６ｂから隙間Ｄｎ、Ｄｗに噴出した冷媒ガスによる静圧軸受けの効果の方が大きい。そのため、本実施の形態では、第２段目ディスプレーサ１４の偏心を防止し、第２段目ディスプレーサ１４の第２段目シリンダ１２への接触を防止することができる。
【０１０８】
一方、本実施の形態においても、膨張空間２２から冷媒ガスを排出する際には、冷媒ガスの大部分は、中空空間（冷媒ガス流路）２４を通して排出され、一部分が第２段目ディスプレーサ１４と第２段目シリンダ１２との隙間Ｄｎ、Ｄｗを通して排出される。
【０１０９】
大部分の冷媒ガスは、膨張空間２２から第２段目ディスプレーサ１４の低温端と第２段目シリンダ１２との間を通って隙間Ｄｎ、Ｄｗに排出される。隙間Ｄｎ、Ｄｗに排出された冷媒ガスは、第２段目ディスプレーサ１４の外周面に形成された開口４６ｂを通って中空空間（冷媒ガス流路）２４に排出される。中空空間（冷媒ガス流路）２４に排出された冷媒ガスは、第２段目ディスプレーサ１４の高温端の端面に形成された開口４６ａを通って高温側へ排出される。
【０１１０】
一方、一部分の冷媒ガスは、膨張空間２２から第２段目ディスプレーサ１４の低温端と第２段目シリンダ１２との間を通って隙間Ｄｎ、Ｄｗに排出される。隙間Ｄｎ、Ｄｗに排出された冷媒ガスは、第２段目ディスプレーサ１４の高温端と第２段目シリンダ１２との間を通って高温側に排出される。
【０１１１】
このとき、低温側の圧力Ｐ２は、高温側の圧力Ｐ１よりも高圧である。また、隙間Ｄｎ、Ｄｗともに、冷媒ガスが流れる方向に沿って流路の断面積が減少する。従って、隙間Ｄｎ及び隙間Ｄｗのいずれにおいても、圧力は、低温端における圧力Ｐ２から高温端における圧力Ｐ１まで単調に降下する。また、前述したように、隙間Ｄｎは隙間Ｄｗよりも狭い。従って、比較例と同様に、第２段目ディスプレーサ１４には、隙間Ｄｎから隙間Ｄｗに向かう力が作用する。すなわち、第２段目ディスプレーサ１４には、その偏心を防止する方向に復元力が作用する。
【０１１２】
このように、本実施の形態では、膨張空間２２に冷媒ガスを供給する際にも、膨張空間２２から冷媒ガスを排出する際にも、第２段目ディスプレーサ１４の偏心を防止する方向に力が作用する。ＧＭ冷凍機では、膨張空間２２に冷媒ガスを供給する工程と膨張空間２２から冷媒ガスを排出する工程とを交互に繰り返すため、常に第２段目ディスプレーサ１４の偏心を防止する方向に力を作用させることができる。
【０１１３】
その結果、第２段目ディスプレーサ１４が一方の内周面に接触したとしても、その後偏心を解消させることができる。そのため、第２段目ディスプレーサ１４の同一の部分が第２段目シリンダ１２の内周面と接触し、第２段目ディスプレーサ１４が磨耗することを防止できる。
【０１１４】
更に、第２段目ディスプレーサ１４の低温端の端面に開口が形成されておらず、中空空間（冷媒ガス流路）２４の低温端が、第２段目ディスプレーサ１４の外周面に形成された開口４６ｂに連通していることにより、膨張空間２２から中空空間（冷媒ガス流路）２４を通って冷媒ガスを排出する際に、冷却された冷媒ガスが第２段目シリンダ１２の内周面に沿って流れるため、第２段目シリンダ１２を効率よく冷却することができ、ＧＭ冷凍機の冷却能力を向上させることができる。
（第１の実施の形態の変形例）
次に、図９を参照し、第１の実施の形態の変形例に係るＧＭ冷凍機について説明する。本変形例に係るＧＭ冷凍機では、第２段目ディスプレーサ１４ａの回転体形状部材４０ａが、高温端から開口４６ｂが設けられた位置まで径が階段状に減少する。
【０１１５】
本変形例に係るＧＭ冷凍機も、回転体形状部材４０ａ以外の部分は、第１の実施の形態に係るＧＭ冷凍機と同様である。従って、本変形例では、回転体形状部材４０ａ以外の部分についての説明を省略する。
【０１１６】
図９は、本変形例に係るＧＭ冷凍機における第２段目ディスプレーサ１４ａの構成を、第２段目シリンダ１２とともに示す概略断面図である。
【０１１７】
なお、図９に示す配置において、第２段目シリンダ１２及び第２段目ディスプレーサ１４ａの上端は高温端であり、下端は低温端である。
【０１１８】
回転体形状部材４０ａは、上下端が開放された回転体形状を有することは、第１の実施の形態と同様である。また、蓋部材４１、金網４２、フェルト栓４３、蓄冷材１８、フェルト栓４４、パンチングメタル４５の構成については、第１の実施の形態と同様である。
【０１１９】
また、回転体形状部材４０ａの外周面には、金網４２の高さの位置に冷媒ガス流路を形成する開口４６ｂが設けられている。開口４６ｂには、中空空間（冷媒ガス流路）２４の低温端が連通している。
【０１２０】
本変形例では、回転体形状部材４０ａが、高温端から開口４６ｂが設けられた位置まで径が階段状に減少する。図９に示すように、例えば３段で径が減少するように構成することができる。
【０１２１】
本変形例でも、第２段目ディスプレーサ１４ａは、低温端の径Ｒ２２が高温端の径Ｒ２１よりも小さい。これにより、膨張空間２２に冷媒ガスを供給及び排出する際に、第２段目ディスプレーサ１４ａが第２段目シリンダ１２の内周面に接触することを防止でき、第２段目ディスプレーサ１４ａの磨耗を防止できる。
【０１２２】
なお、回転体形状部材４０ａの外周面にらせん溝が形成されていてもよい。らせん溝を形成することによって、第２段目ディスプレーサ１４ａと第２段目シリンダ１２との隙間Ｄ２１を通って冷媒ガスが漏れることを防止することができ、冷凍能力を増大させることができる。
（第２の実施の形態）
次に、図１０を参照し、第２の実施の形態に係るＧＭ冷凍機について説明する。本実施の形態に係るＧＭ冷凍機では、第１段目ディスプレーサ１３ａにおいて、低温端の径が高温端の径よりも小さく、冷媒ガス流路の低温端が、第１段目ディスプレーサ１３ａの外周面に設けられた開口３４に連通している。
【０１２３】
本実施の形態に係るＧＭ冷凍機は、第１段目ディスプレーサ１３ａの回転体形状部材３０ａ以外の部分は、第１の実施の形態に係るＧＭ冷凍機と同様に構成することができる。従って、本実施の形態では、回転体形状部材３０ａ以外の部分についての説明を省略する。
【０１２４】
図１０は、本実施の形態に係るＧＭ冷凍機における第１段目ディスプレーサ１３ａの構成を、第１段目シリンダ１１とともに示す概略断面図である。
【０１２５】
なお、図１０に示す配置において、第１段目シリンダ１１及び第１段目ディスプレーサ１３ａの上端は高温端であり、下端は低温端である。
【０１２６】
回転体形状部材３０ａは、上下端が開放された回転体形状を有することは、第１の実施の形態と同様である。また、フランジ３１、開口３２、蓄冷材１７、蓋部材３３の構成については、第１の実施の形態と同様である。
【０１２７】
また、回転体形状部材３０ａの外周面には、蓄冷材１７の下側の金網が配置されている高さに、冷媒ガス流路を形成するための開口３４が形成されている。開口３４には、中空空間（冷媒ガス流路）２３の低温端が連通している。
【０１２８】
第１段目ディスプレーサ１３ａは、低温端の径Ｒ１２が高温端の径Ｒ１１よりも小さい。すなわち、蓋部材３３の下端（第１段目ディスプレーサ１３ａの低温端）における径Ｒ１２が、回転体形状部材３０ａの高温端の径Ｒ１１よりも小さい。その結果、第１の実施の形態における作用効果と同様の作用効果により、膨張空間２１に冷媒ガスを供給及び排出する際に、第１段目ディスプレーサ１３ａが第１段目シリンダ１１の内周面に接触することを防止でき、第１段目ディスプレーサ１３ａの磨耗を防止できる。
【０１２９】
なお、蓋部材３３が、上端（高温端）の径が下端（低温端）の径Ｒ１２と等しく、円筒形状を有していてもよく、更に、回転体形状部材３０ａの下端（低温端）の径が、蓋部材３３の下端（低温端）の径Ｒ１２と等しくてもよい。この場合、回転体形状部材３０ａの下端（低温端）の径Ｒ１２は、回転体形状部材３０ａの上端（高温端）の径Ｒ１１よりも小さい。
【０１３０】
更に、第１段目ディスプレーサ１３ａは、回転体形状部材３０ａの上端（高温端）から回転体形状部材３０ａの下端（低温端）まで、径が単調減少してもよい。すなわち、第１段目ディスプレーサ１３ａは、回転体形状部材３０ａの上端（高温端）から開口３４が設けられた位置まで径が単調減少していてもよい。これにより、第１段目ディスプレーサ１３ａが往復動する際の冷媒ガスの流れがより滑らかになり、第１段目ディスプレーサ１３ａの磨耗を防止する効果を向上させることができる。
【０１３１】
また、第１段目ディスプレーサ１３ａの上端（高温端）の外周面と第１段目シリンダ１１の内周面との隙間をＤ１１とし、第１段目ディスプレーサ１３ａの下端（低温端）の外周面と第１段目シリンダ１１の内周面との隙間をＤ１２とする。このとき、第１段目ディスプレーサ１３ａの低温端の径Ｒ１２を、第１段目ディスプレーサ１３ａの高温端の径Ｒ１１よりも小さくすることにより、隙間Ｄ１２を隙間Ｄ１１よりも大きくすることができる。
【０１３２】
また、図１０に示すように、回転体形状部材３０ａの外周面にらせん溝が形成されていてもよい。らせん溝を形成することによって、第１段目ディスプレーサ１３ａと第１段目シリンダ１１との隙間Ｄ１１を通って冷媒ガスが漏れることを防止することができ、ＧＭ冷凍機の冷凍能力を増大させることができる。
【０１３３】
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。
【符号の説明】
【０１３４】
１０  圧縮機
１１  第１段目シリンダ
１２  第２段目シリンダ
１３、１３ａ  第１段目ディスプレーサ
１４、１４ａ  第２段目ディスプレーサ
１５  クランク機構
１６  冷媒ガス流路
１７、１８  蓄冷材
１９、２０  ヒートステーション
２１、２２  膨張空間
２３、２４  中空空間（冷媒ガス流路）
３０、４０  回転体形状部材
３１  フランジ
３２、３４、４６ａ、４６ｂ、４８  開口
３３、４１  蓋部材
３５、４７  らせん溝
４２  金網
【図１】
2012087970.tif 000003
【図２】
2012087970.tif 000004
【図３】
2012087970.tif 000005
【図４】
2012087970.tif 000006
【図５】
2012087970.tif 000007
【図６】
2012087970.tif 000008
【図７】
2012087970.tif 000009
【図８】
2012087970.tif 000010
【図９】
2012087970.tif 000011
【図１０】
2012087970.tif 000012