(57)【要約】【課題】極低温冷凍機の蓄冷器において蓄冷材と容器とのクリアランスを低減する。【解決手段】蓄冷器３８は、軸方向に延在する蓄冷材容器５２と、蓄冷材容器５２に収容されている蓄冷材積層体５８と、を備える。蓄冷材積層体５８は、軸方向に積層され、各々が軸方向に垂直な平面に沿って延在する複数の蓄冷材部材６０を備える。複数の蓄冷材部材６０の各々は、蓄冷材容器５２と蓄冷材積層体５８とのクリアランスを充填するよう前記平面外の方向に延出する外側リム部６０ａ及び／または内側リム部６０ｂを備える。【選択図】図４
2016138735.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に延在する蓄冷材容器と、
前記蓄冷材容器に収容されている蓄冷材積層体と、を備え、
前記蓄冷材積層体は、前記軸方向に積層され、各々が前記軸方向に垂直な平面に沿って延在する複数の第１蓄冷材部材を備え、
前記複数の第１蓄冷材部材の各々は、前記蓄冷材容器と前記蓄冷材積層体とのクリアランスを充填するよう前記平面外の方向に延出するリム部を備えることを特徴とする蓄冷器。
【請求項２】
前記第１蓄冷材部材は金網部材を備え、前記リム部は前記金網部材の一部を形成することを特徴とする請求項１に記載の蓄冷器。
【請求項３】
前記第１蓄冷材部材はフェルト状の燒結金属体を備え、前記リム部は前記燒結金属体の一部を形成することを特徴とする請求項１に記載の蓄冷器。
【請求項４】
前記蓄冷材積層体は、前記複数の第１蓄冷材部材とともに前記軸方向に積層された少なくとも１つの第２蓄冷材部材を備え、
前記第２蓄冷材部材は、前記リム部の内側に配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の蓄冷器。
【請求項５】
前記蓄冷材容器は、前記軸方向に延在する容器内筒及び容器外筒を備え、前記容器内筒と前記容器外筒との間に前記蓄冷材積層体を収容し、
前記複数の第１蓄冷材部材の各々は、前記容器内筒と前記蓄冷材積層体との内側クリアランスを充填するよう前記平面外の方向に延出する内側リム部と、前記容器外筒と前記蓄冷材積層体との外側クリアランスを充填するよう前記平面外の方向に延出する外側リム部と、を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の蓄冷器。
【請求項６】
前記蓄冷材積層体は、前記複数の第１蓄冷材部材とともに前記軸方向に積層された少なくとも１つの第２蓄冷材部材をさらに備え、
前記第２蓄冷材部材は、前記内側リム部と前記外側リム部との間に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の蓄冷器。
【請求項７】
前記蓄冷材積層体を前記軸方向に圧縮保持するよう前記蓄冷材積層体をその軸方向両端から挟持する一対の保持具をさらに備え、
前記一対の保持具の各々は、前記リム部に対応する形状を有する縁部を備えることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の蓄冷器。
【請求項８】
軸方向に延在するディスプレーサと、
前記軸方向における前記ディスプレーサの往復移動を案内するよう前記ディスプレーサの周囲に配設されている蓄冷器と、を備え、
前記蓄冷器は、前記軸方向に延在し前記ディスプレーサの往復移動を案内する容器内筒と、前記軸方向に延在し前記容器内筒との間に収容空間を形成する容器外筒と、前記収容空間に収容されている蓄冷材積層体と、を備え、
前記蓄冷材積層体は、前記軸方向に積層され、各々が前記軸方向に垂直な平面に沿って延在する複数の第１蓄冷材部材を備え、
前記複数の第１蓄冷材部材の各々は、前記容器内筒と前記蓄冷材積層体との内側クリアランスを充填するよう前記平面外の方向に延出する内側リム部と、前記容器外筒と前記蓄冷材積層体との外側クリアランスを充填するよう前記平面外の方向に延出する外側リム部と、を備えることを特徴とするスターリング冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄冷器及びスターリング冷凍機に関する。
【背景技術】
【０００２】
スターリング冷凍機などの極低温冷凍機の蓄冷材として、積層された複数枚の金網が使用されることがある。そうした蓄冷材は容器に詰められて冷凍機に装着される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２３３００４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
製造上の公差によって、蓄冷材と容器との間には僅かなクリアランスが生じうる。クリアランスは作動ガスの通路となりうる。作動ガスがクリアランスを流れると、蓄冷材との熱交換が有効に行われない。そのため、蓄冷器の効率が低下してしまうことになる。
【０００５】
本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、極低温冷凍機の蓄冷器において蓄冷材と容器とのクリアランスを低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様によると、軸方向に延在する蓄冷材容器と、前記蓄冷材容器に収容されている蓄冷材積層体と、を備える蓄冷器が提供される。前記蓄冷材積層体は、前記軸方向に積層され、各々が前記軸方向に垂直な平面に沿って延在する複数の第１蓄冷材部材を備える。前記複数の第１蓄冷材部材の各々は、前記蓄冷材容器と前記蓄冷材積層体とのクリアランスを充填するよう前記平面外の方向に延出するリム部を備える。
【０００７】
本発明のある態様によると、軸方向に延在するディスプレーサと、前記軸方向における前記ディスプレーサの往復移動を案内するよう前記ディスプレーサの周囲に配設されている蓄冷器と、を備えるスターリング冷凍機が提供される。前記蓄冷器は、前記軸方向に延在し前記ディスプレーサの往復移動を案内する容器内筒と、前記軸方向に延在し前記容器内筒との間に収容空間を形成する容器外筒と、前記収容空間に収容されている蓄冷材積層体と、を備える。前記蓄冷材積層体は、前記軸方向に積層され、各々が前記軸方向に垂直な平面に沿って延在する複数の第１蓄冷材部材を備える。前記複数の第１蓄冷材部材の各々は、前記容器内筒と前記蓄冷材積層体との内側クリアランスを充填するよう前記平面外の方向に延出する内側リム部と、前記容器外筒と前記蓄冷材積層体との外側クリアランスを充填するよう前記平面外の方向に延出する外側リム部と、を備える。
【０００８】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、極低温冷凍機の蓄冷器において蓄冷材と容器とのクリアランスを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係るスターリング冷凍機を概略的に示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る膨張機を概略的に示す図である。
【図３】あるスターリング冷凍機の蓄冷器を概略的に示す断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る蓄冷器を概略的に示す断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る蓄冷器の蓄冷材部材を概略的に示す上面図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る蓄冷器を概略的に示す断面図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る蓄冷器を概略的に示す断面図である。
【図８】本発明の第４実施形態に係る蓄冷器を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。
【００１２】
図１は、本発明の第１実施形態に係るスターリング冷凍機１０を概略的に示す図である。スターリング冷凍機１０は、圧縮機１１、接続管１２、及び膨張機１３を備える。
【００１３】
圧縮機１１は、圧縮機ケース１４を備える。圧縮機ケース１４は、高圧の作動ガスを気密に保持するよう構成されている圧力容器である。作動ガスは例えばヘリウムガスである。また、圧縮機１１は、圧縮機ケース１４に収容されている圧縮機ユニットを備える。圧縮機ユニットは圧縮機ピストン及び圧縮機シリンダを備えており、それらのうち一方は圧縮機ケース１４の中で往復移動するよう構成されている可動部材１５であり、他方は圧縮機ケース１４に固定されている静止部材である。圧縮機ユニットは、可動部材１５の中心軸に沿う方向に可動部材１５を圧縮機ケース１４に対して移動させるための駆動源を備える。圧縮機１１は、可動部材１５の往復移動を可能とするように可動部材１５を圧縮機ケース１４に支持する支持部１６を備える。可動部材１５は、ある振幅及び周波数で圧縮機ケース１４及び静止部材に対し振動する。この結果、圧縮機１１内の作動ガスの容積も、特定の振幅および周波数で振動する。
【００１４】
圧縮機ピストンと圧縮機シリンダとの間に作動ガス室が形成されている。この作動ガス室は、上述の静止部材及び圧縮機ケース１４に形成されている連通路を通じて、接続管１２の一端に接続されている。接続管１２の他端は、膨張機１３の作動ガス室へと接続されている。こうして接続管１２により、圧縮機１１の作動ガス室が膨張機１３の作動ガス室に接続される。
【００１５】
膨張機１３は、図２を参照して後述するように、膨張機本体２０、ディスプレーサ２２、及び少なくとも１つの支持部４０を備える。
【００１６】
図２は、本発明の第１実施形態に係る膨張機１３を概略的に示す図である。図２には膨張機１３の内部構造の概略を示す。
【００１７】
膨張機本体２０は、高圧の作動ガスを気密に保持するよう構成されている圧力容器である。この圧力容器は、内部を気密に保持するよう相互に連結された複数の容器部分から構成されていてもよい。ディスプレーサ２２は、膨張機本体２０の中で往復移動するよう構成されている可動部材である。支持部４０は、ディスプレーサ２２の往復移動を可能とするようにディスプレーサ２２を膨張機本体２０に支持する。
【００１８】
膨張機本体２０は、第１区画２４及び第２区画２６を備える。第１区画２４は、膨張機本体２０とディスプレーサ２２との間に形成される作動ガスの膨張空間２８を含む。膨張空間２８に隣接する膨張機本体２０の部分には、対象物を冷却するための冷却ステージ２９が設けられている。第２区画２６は、弾性部材３０を介してディスプレーサ２２を膨張機本体２０に支持するよう構成されている。
【００１９】
膨張機本体２０のうち、第１区画２４側の一部は、図示しない真空容器に収容される。フランジ４７は、真空容器内部の真空層と真空容器外部の大気層とを分離する。
【００２０】
第２区画２６は、ディスプレーサ２２の往復移動方向（図において矢印Ｃで示す）において第１区画２４と隣接する。第２区画２６と第１区画２４との間にはシール部２５が設けられており、これにより第２区画２６は第１区画２４から仕切られている。よって、第１区画２４における作動ガスの圧力変動は、第２区画２６に伝わらないか、または第２区画２６における作動ガスの圧力にあまり影響しない。なお、第２区画２６は、圧縮機１１から送られる作動ガスの平均圧力と同等の圧力となるように、作動ガスと同種のガスが封入されている。
【００２１】
ディスプレーサ２２は、第１区画２４に収容されているディスプレーサヘッド３２と、ディスプレーサロッド３４と、を備える。ディスプレーサロッド３４は、ディスプレーサヘッド３２より細い軸部である。ディスプレーサ２２はその往復移動方向に平行である中心軸（図において一点鎖線Ａで示す）を有しており、ディスプレーサヘッド３２及びディスプレーサロッド３４はディスプレーサ２２の中心軸に同軸に設けられている。ディスプレーサ２２は内部空間を有しており、作動ガスと同種のガスで満たされている。
【００２２】
ディスプレーサロッド３４は、ディスプレーサヘッド３２からシール部２５を通って第２区画２６へと延在する。ディスプレーサロッド３４は、ディスプレーサ２２の往復移動を可能とするよう第２区画２６において膨張機本体２０により支持される。上述のシール部２５は例えば、ディスプレーサロッド３４と膨張機本体２０との間に形成されるロッドシールであってもよい。なお、ディスプレーサロッド３４もディスプレーサ２２と同様に内部空間を有している。ディスプレーサロッド３４はディスプレーサヘッド３２と接続しており、ディスプレーサ２２の内部空間と連通している。
【００２３】
第１区画２４は、ディスプレーサヘッド３２を囲むシリンダ部を形成する。このシリンダ部の底面とディスプレーサヘッド３２の先端面との間に膨張空間２８が形成されている。膨張空間２８は、ディスプレーサ２２の往復移動方向においてディスプレーサヘッド３２とディスプレーサロッド３４との接合部とは反対側に形成されている。この接合部とシール部２５との間には、接続管１２に接続されるガス空間３６が形成されている。
【００２４】
膨張機本体２０のシリンダ部の側面には、ディスプレーサヘッド３２の外周部に位置するように、蓄冷器３８が取り付けられる。より具体的には、蓄冷器３８は、ディスプレーサヘッド３２の外周部においてディスプレーサ２２の長手軸を中心軸とする円筒形状の領域に位置するように、膨張機本体２０のシリンダ部の側面に備えられる。蓄冷器３８は例えば、金網の積層構造を備える。膨張空間２８とガス空間３６との間の作動ガスの流通は蓄冷器３８を通じて可能である。
【００２５】
蓄冷器３８とガス空間３６の間には、水冷式熱交換器３７が設けられる。水冷式熱交換器３７は、圧縮機１１から供給された作動ガスを冷却し、その熱を膨張機１３の外部へ放出するための熱交換を実現する。また蓄冷器３８と冷却ステージ２９との間には、低温熱交換器３９が取り付けられる。
【００２６】
膨張機１３は、ディスプレーサ２２の往復移動方向における複数の異なる位置で、ディスプレーサ２２の往復移動を可能とするようディスプレーサ２２を膨張機本体２０に支持する。そのために、膨張機１３は２つの支持部４０を備える。これら２つの支持部４０は第２区画２６に設けられている。このようにして、中心軸に対するディスプレーサ２２の傾動を抑制することができる。
【００２７】
支持部４０は上述の弾性部材３０を備える。弾性部材３０は、ディスプレーサ２２が中立位置から変位するときディスプレーサ２２に弾性的復元力が作用するように、ディスプレーサロッド３４と膨張機本体２０との間に配設されている。これにより、ディスプレーサ２２は、弾性部材３０のバネ定数、作動ガスの圧力に起因するバネ定数、およびディスプレーサ２２の重量から定まる固有振動数で往復移動する。
【００２８】
弾性部材３０は例えば、少なくとも１つの板バネを含むバネ機構を備える。板バネはフレクシャベアリングとも呼ばれるバネであり、ディスプレーサ２２の往復移動方向に柔軟であり、往復移動方向に垂直な方向に剛である。したがって、弾性部材３０により、ディスプレーサ２２はその中心軸に沿う方向への移動が許容されているが、それと直交する方向への移動は規制されている。ディスプレーサロッド３４は、弾性部材取付部５１を介して弾性部材３０に固定される。
【００２９】
このようにして、ディスプレーサ２２と弾性部材３０とからなる振動系が構成されている。この振動系は、圧縮機１１の可動部材１５の振動と同一の周波数で当該振動と位相差を有してディスプレーサ２２が振動するよう構成されている。ディスプレーサ２２は、圧縮機１１の可動部材１５の振動によって生じる作動ガス圧力の脈動によって駆動される。ディスプレーサ２２及び圧縮機１１の可動部材１５の往復動によって膨張空間２８と圧縮機１１の作動ガス室との間に逆スターリングサイクルが形成される。こうして、膨張空間２８に隣接する冷却ステージが冷却され、スターリング冷凍機１０は対象物を冷却することができる。
【００３０】
続いて第１実施形態に係るスターリング冷凍機１０の蓄冷材積層構造について説明する。
【００３１】
図３は、あるスターリング冷凍機の蓄冷器１３８を概略的に示す断面図である。図３においては、ディスプレーサの図示を省略し、その中心軸を一点鎖線で示す。蓄冷器１３８は、ディスプレーサの中心軸と同軸に配設されている。
【００３２】
蓄冷器１３８は、容器外筒１５４及び容器内筒１５６を有する蓄冷材容器１５２を備える。容器内筒１５６はディスプレーサを案内するシリンダとして機能する。容器外筒１５４と容器内筒１５６との間に蓄冷材積層体１５８が収容されている。蓄冷材積層体１５８は、軸方向に積層された多数の金網部材１６０から形成されている。個々の金網部材１６０は、軸方向に垂直な平面に沿って延在する。蓄冷材積層体１５８の軸方向両端には一対の保持具１６２が設けられている。金網部材１６０は、環状またはドーナツ状の形状を有する。保持具１６２も同様に、環状またはドーナツ状の形状を有する。
【００３３】
一般に、金網部材１６０は、蓄冷材容器１５２の中の空間を完全に埋め、蓄冷材容器１５２と蓄冷材積層体１５８との間にクリアランスが生じないように寸法が定められている。しかし、実際には、図示されるように、蓄冷材積層体１５８と蓄冷材容器１５２との間には僅かなクリアランスが生じうる。容器外筒１５４と蓄冷材積層体１５８との間には外側クリアランス１６４ａが生じ、容器内筒１５６と蓄冷材積層体１５８との間には内側クリアランス１６４ｂが生じうる。こうしたクリアランスは、金網部材１６０の製造上の公差に起因する。クリアランスは作動ガスの通路となりうる。作動ガスがクリアランスを流れると、作動ガスと蓄冷材との熱交換が有効に行われない。そのため、蓄冷器１３８の効率が低下してしまうことになる。僅かなクリアランスであっても、蓄冷器１３８の性能は顕著に低下しうる。
【００３４】
そこで、第１実施形態に係る蓄冷器３８は、蓄冷材と容器とのクリアランスを低減し又は完全に除去することを指向する。
【００３５】
図４は、本発明の第１実施形態に係る蓄冷器３８を概略的に示す断面図である。図４においては、図２に示すディスプレーサ２２の図示を省略し、ディスプレーサ２２の中心軸を図２と同様に一点鎖線Ａで示す。ディスプレーサ２２は、軸方向に延在する。蓄冷器３８は、ディスプレーサ２２の中心軸と同軸に配設されている。蓄冷器３８は、軸方向におけるディスプレーサ２２の往復移動を案内するようディスプレーサ２２の周囲に配設されている。図４における上部がスターリング冷凍機１０の低温部であり、下部が常温部である。よって、図２に示す膨張空間２８は図における蓄冷器３８の上方に形成される。
【００３６】
蓄冷器３８は、蓄冷材容器５２と、蓄冷材容器５２に収容されている蓄冷材積層体５８と、を備える。蓄冷材容器５２は、容器外筒５４及び容器内筒５６を備える環状またはドーナツ状の容器である。容器外筒５４は、軸方向に延在し容器内筒５６との間に蓄冷材積層体５８の収容空間を形成する。容器内筒５６は、軸方向に延在しディスプレーサ２２の往復移動を案内するシリンダ部として機能する。
【００３７】
蓄冷材積層体５８は、軸方向に積層された複数の蓄冷材部材６０から形成されている。個々の蓄冷材部材６０は、軸方向に垂直な平面に沿って延在する。蓄冷材部材６０は、環状またはドーナツ状の形状を有する金網部材である。
【００３８】
蓄冷材積層体５８の軸方向両端には一対の保持具６２が設けられている。一方の保持具６２は低温部に配置され、他方の保持具６２は常温部に配置される。保持具６２も蓄冷材部材６０と同様に、環状またはドーナツ状の形状を有する。一対の保持具６２は、蓄冷材積層体５８を軸方向に圧縮保持するよう蓄冷材積層体５８をその軸方向両端から挟持する。このように蓄冷材を圧縮保持するのは、作動ガスの流れによる蓄冷材の位置変動を防止するためである。こうして、蓄冷材積層体５８を形成する多数の蓄冷材部材６０が一対の保持具６２の間に固定される。
【００３９】
図５は、本発明の第１実施形態に係る蓄冷器３８の蓄冷材部材６０を概略的に示す上面図である。蓄冷材部材６０の各々は、外側リム部６０ａ及び内側リム部６０ｂを備える。外側リム部６０ａは蓄冷材部材６０の外周に形成され、内側リム部６０ｂは蓄冷材部材６０の内周に形成されている。蓄冷材部材６０は、外側リム部６０ａと内側リム部６０ｂとの間に中央平坦部６０ｃを備える。
【００４０】
中央平坦部６０ｃは、蓄冷材部材６０としての金網部材の大半を占める円環領域であり、軸方向に垂直な平面に沿って延在する。外側リム部６０ａは、径方向外側に向けて中央平坦部６０ｃから延在するリング形状部分であり、金網部材の一部を形成する。内側リム部６０ｂは、径方向内側に向けて中央平坦部６０ｃから延在するリング形状部分であり、金網部材の一部を形成する。図５においては、外側リム部６０ａと中央平坦部６０ｃとの境界線を破線で示す。また、内側リム部６０ｂと中央平坦部６０ｃとの境界線を同様に破線で示す。
【００４１】
図４に示されるように、外側リム部６０ａと内側リム部６０ｂは、湾曲形状（例えば、ラウンド形状またはテーパー形状）に形成されている。外側リム部６０ａは、軸方向に垂直な平面の外に向かう方向（例えば軸方向）に中央平坦部６０ｃから延出する。外側リム部６０ａは容器外筒５４に接触する。こうして、容器外筒５４と蓄冷材積層体５８との間に生じうる外側クリアランスが充填されている。同様に、内側リム部６０ｂは、軸方向に垂直な平面の外に向かう方向に中央平坦部６０ｃから延出する。内側リム部６０ｂは容器内筒５６に接触する。こうして、容器内筒５６と蓄冷材積層体５８との間に生じうる内側クリアランスが充填されている。
【００４２】
外側リム部６０ａ及び／または内側リム部６０ｂの寸法は、蓄冷材部材６０の寸法に比べて顕著に小さくてもよい。例えば、外側リム部６０ａ及び／または内側リム部６０ｂの径方向の幅及び／または軸方向の高さは、蓄冷材部材６０の径方向の幅（例えば直径）の１／１０、１／３０、１／５０、または１／１００より小さくてもよい。外側リム部６０ａ及び／または内側リム部６０ｂの径方向の幅及び／または軸方向の高さは、１ｍｍ未満、０．５ｍｍ未満、または０．１ｍｍ未満であってもよい。
【００４３】
蓄冷材部材６０に接触する保持具６２の表面は、蓄冷材部材６０を受け入れるよう蓄冷材部材６０の湾曲形状に対応する湾曲形状を有する。一対の保持具６２の各々は、外側リム部６０ａに対応する湾曲形状を有する外側縁部６３ａと、内側リム部６０ｂに対応する湾曲形状を有する内側縁部６３ｂと、を備える。また、一対の保持具６２の各々は、中央平坦部６０ｃに対応して平坦に形成されている中央部６３ｃを備える。低温部の保持具６２と常温部の保持具６２とは互いに相補的な湾曲形状を有する。よって、低温部の保持具６２は常温部の保持具６２を受け入れることができる。
【００４４】
蓄冷材部材６０は、軸方向に垂直な平面による蓄冷材容器５２の収容空間の断面領域の寸法より僅かに大きい寸法を有する。蓄冷材容器５２の断面に現れる環状またはドーナツ状の領域の径方向長さよりも、蓄冷材部材６０の径方向長さが僅かに大きい。そのため、蓄冷器３８の組立作業において蓄冷材部材６０が蓄冷材容器５２の中に組み込まれるとき蓄冷材部材６０の外周及び内周が蓄冷材容器５２との接触により湾曲し、外側リム部６０ａ及び内側リム部６０ｂが形成される。蓄冷材部材６０は積層され保持具６２によって圧縮保持されるので、外側リム部６０ａ及び内側リム部６０ｂを形成する湾曲形状も保持される。こうして、環状の蓄冷器３８の中に生じうる内側クリアランス及び外側クリアランスの両方を有効に除去することができる。
【００４５】
あるいは、外側リム部６０ａ及び内側リム部６０ｂは、予め形成されていてもよい。外側リム部６０ａ及び内側リム部６０ｂは、金網部材への例えば圧延によって、蓄冷器３８の組立作業の前に形成されていてもよい。
【００４６】
このようにして、蓄冷器３８においては、蓄冷材容器５２と蓄冷材積層体５８との間に生じうるクリアランスが除去される。したがって、クリアランスへの作動ガスの漏れによる蓄冷器３８の性能低下を防止することができる。
【００４７】
図６は、本発明の第２実施形態に係る蓄冷器３８を概略的に示す断面図である。第２実施形態は、蓄冷材の積層構造に関して第１実施形態と異なる。その余については、第２実施形態は第１実施形態と同様である。以下の説明では同様の箇所については冗長を避けるため説明を適宜省略する。
【００４８】
蓄冷材積層体５８は、第１蓄冷材部材６０とともに軸方向に積層された少なくとも１つの第２蓄冷材部材６８を備える。第２蓄冷材部材６８は、１枚以上（例えば１０枚以上）の第１蓄冷材部材６０と交互に積層される。複数枚の第２蓄冷材部材６８が１枚以上の第１蓄冷材部材６０と交互に積層されてもよい。
【００４９】
第２蓄冷材部材６８は、第１蓄冷材部材６０の内側リム部６０ｂと外側リム部６０ａとの間に配置されている。第２蓄冷材部材６８は、第１蓄冷材部材６０の中央平坦部６０ｃに相当する形状を有する。よって、第２蓄冷材部材６８は、軸方向に垂直な平面に沿って延在し、リム部を有しない。第２蓄冷材部材６８は、リム部を有しないので、第１蓄冷材部材６０より径方向寸法が小さい。
【００５０】
第２蓄冷材部材６８によって第１蓄冷材部材６０の中央平坦部６０ｃを押さえることができる。第２蓄冷材部材６８を第１蓄冷材部材６０と交互に積層することにより、複数の第１蓄冷材部材６０を軸方向に垂直な平面に平行に積層することができる。
【００５１】
図７は、本発明の第３実施形態に係る蓄冷器３８を概略的に示す断面図である。第３実施形態は、蓄冷材に関して第１実施形態と異なる。その余については、第３実施形態は第１実施形態と同様である。以下の説明では同様の箇所については冗長を避けるため説明を適宜省略する。
【００５２】
第３実施形態においては、蓄冷材部材はフェルト状の燒結金属体７０である。よって、蓄冷材積層体５８は、軸方向に積層された複数の燒結金属体７０から形成されている。燒結金属体７０は、軸方向に垂直な平面に沿って延在する。燒結金属体７０は、環状またはドーナツ状の形状を有する。燒結金属体７０の軸方向厚さは、第１実施形態における蓄冷材部材６０の軸方向厚さより大きくてもよい。
【００５３】
第１実施形態における蓄冷材部材６０と同様に、フェルト状の燒結金属体７０は、外側リム部７０ａ、内側リム部７０ｂ、及び中央平坦部７０ｃを備える。中央平坦部７０ｃは、燒結金属体７０の大半を占める円環領域であり、軸方向に垂直な平面に沿って延在する。外側リム部７０ａは、径方向外側に向けて中央平坦部７０ｃから延在し、燒結金属体７０の一部を形成する。内側リム部７０ｂは、径方向内側に向けて中央平坦部７０ｃから延在し、燒結金属体７０の一部を形成する。
【００５４】
蓄冷材積層体５８の軸方向両端には一対の保持具６２が設けられている。燒結金属体７０に接触する保持具６２の表面は、燒結金属体７０を受け入れるよう燒結金属体７０の湾曲形状に対応する湾曲形状を有する。
【００５５】
容器内筒５６と蓄冷材積層体５８との間に生じうるクリアランスを除去するために、燒結金属体７０は、軸方向に垂直な平面による蓄冷材容器５２の収容空間の断面領域の寸法より僅かに大きい寸法を有する。蓄冷器３８の組立作業において燒結金属体７０が蓄冷材容器５２の中に組み込まれるとき燒結金属体７０の外周及び内周が湾曲し、外側リム部７０ａ及び内側リム部７０ｂが形成される。あるいは、外側リム部７０ａ及び内側リム部７０ｂは、予め形成されていてもよい。
【００５６】
図８は、本発明の第４実施形態に係る蓄冷器３８を概略的に示す断面図である。第４実施形態は、蓄冷材容器に関して第１実施形態と異なる。その余については、第４実施形態は第１実施形態と同様である。以下の説明では同様の箇所については冗長を避けるため説明を適宜省略する。
【００５７】
蓄冷材積層体５８は、蓄冷材容器としてのディスプレーサ７４に収容されている。ディスプレーサ７４はその内部に円筒状の収容空間を形成する。複数の蓄冷材部材７６は、収容空間においてディスプレーサ７４の軸方向に積層されている。蓄冷材部材７６は、円形の金網部材またはフェルト状燒結金属体である。蓄冷材部材７６は、トレイ状または平皿状に形成されている。蓄冷材部材７６は、外側リム部７６ａ及び中央平坦部７６ｃを備える。外側リム部７６ａは、軸方向に垂直な平面の外に向かう方向（例えば軸方向）に中央平坦部７６ｃから延出する。外側リム部７６ａがディスプレーサ７４に接触する。こうして、ディスプレーサ７４と蓄冷材積層体５８との間に生じうるクリアランスが充填されている。
【００５８】
第２実施形態と同様に、蓄冷材積層体５８は、１以上の第１蓄冷材部材７６と交互に軸方向に積層される少なくとも１つの第２蓄冷材部材を備えてもよい。第２蓄冷材部材は、外側リム部７６ａの内側に配置され、中央平坦部７６ｃに相当する形状を有してもよい。
【００５９】
第４実施形態に係る蓄冷器３８は、ＧＭ冷凍機、スターリング冷凍機、またはその他の蓄冷器式極低温冷凍機に使用することができる。
【００６０】
本発明の実施形態は以下のように表現することもできる。
【００６１】
１．軸方向に延在する蓄冷材容器と、
前記蓄冷材容器に収容されている蓄冷材積層体と、を備え、
前記蓄冷材積層体は、前記軸方向に積層され、各々が前記軸方向に垂直な平面に沿って延在する複数の第１蓄冷材部材を備え、
前記複数の第１蓄冷材部材の各々は、前記蓄冷材容器と前記蓄冷材積層体とのクリアランスを充填するよう前記平面外の方向に延出するリム部を備えることを特徴とする蓄冷器。
【００６２】
２．前記第１蓄冷材部材は金網部材を備え、前記リム部は前記金網部材の一部を形成することを特徴とする実施形態１に記載の蓄冷器。
【００６３】
３．前記第１蓄冷材部材はフェルト状の燒結金属体を備え、前記リム部は前記燒結金属体の一部を形成することを特徴とする実施形態１に記載の蓄冷器。
【００６４】
４．前記蓄冷材積層体は、前記複数の第１蓄冷材部材とともに前記軸方向に積層された少なくとも１つの第２蓄冷材部材を備え、
前記第２蓄冷材部材は、前記リム部の内側に配置されていることを特徴とする実施形態１から３のいずれかに記載の蓄冷器。
【００６５】
５．前記蓄冷材容器は、前記軸方向に延在する容器内筒及び容器外筒を備え、前記容器内筒と前記容器外筒との間に前記蓄冷材積層体を収容し、
前記複数の第１蓄冷材部材の各々は、前記容器内筒と前記蓄冷材積層体との内側クリアランスを充填するよう前記平面外の方向に延出する内側リム部と、前記容器外筒と前記蓄冷材積層体との外側クリアランスを充填するよう前記平面外の方向に延出する外側リム部と、を備えることを特徴とする実施形態１から３のいずれかに記載の蓄冷器。
【００６６】
６．前記蓄冷材積層体は、前記複数の第１蓄冷材部材とともに前記軸方向に積層された少なくとも１つの第２蓄冷材部材をさらに備え、
前記第２蓄冷材部材は、前記内側リム部と前記外側リム部との間に配置されていることを特徴とする実施形態５に記載の蓄冷器。
【００６７】
７．前記蓄冷材積層体を前記軸方向に圧縮保持するよう前記蓄冷材積層体をその軸方向両端から挟持する一対の保持具をさらに備え、
前記一対の保持具の各々は、前記リム部に対応する形状を有する縁部を備えることを特徴とする実施形態１から６のいずれかに記載の蓄冷器。
【００６８】
８．実施形態１から７のいずれかに記載の蓄冷器を備えることを特徴とする極低温冷凍機。
【００６９】
９．軸方向に延在するディスプレーサと、
前記軸方向における前記ディスプレーサの往復移動を案内するよう前記ディスプレーサの周囲に配設されている蓄冷器と、を備え、
前記蓄冷器は、前記軸方向に延在し前記ディスプレーサの往復移動を案内する容器内筒と、前記軸方向に延在し前記容器内筒との間に収容空間を形成する容器外筒と、前記収容空間に収容されている蓄冷材積層体と、を備え、
前記蓄冷材積層体は、前記軸方向に積層され、各々が前記軸方向に垂直な平面に沿って延在する複数の第１蓄冷材部材を備え、
前記複数の第１蓄冷材部材の各々は、前記容器内筒と前記蓄冷材積層体との内側クリアランスを充填するよう前記平面外の方向に延出する内側リム部と、前記容器外筒と前記蓄冷材積層体との外側クリアランスを充填するよう前記平面外の方向に延出する外側リム部と、を備えることを特徴とするスターリング冷凍機。
【００７０】
１０．前記第１蓄冷材部材は金網部材を備え、前記内側リム部及び前記外側リム部は前記金網部材の一部を形成することを特徴とする実施形態９に記載のスターリング冷凍機。
【００７１】
１１．前記第１蓄冷材部材はフェルト状の燒結金属体を備え、前記内側リム部及び前記外側リム部は前記燒結金属体の一部を形成することを特徴とする実施形態９に記載のスターリング冷凍機。
【００７２】
１２．前記蓄冷材積層体は、前記複数の第１蓄冷材部材とともに前記軸方向に積層された少なくとも１つの第２蓄冷材部材をさらに備え、
前記第２蓄冷材部材は、前記内側リム部と前記外側リム部との間に配置されていることを特徴とする実施形態９から１１のいずれかに記載のスターリング冷凍機。
【００７３】
１３．前記蓄冷材積層体を前記軸方向に圧縮保持するよう前記蓄冷材積層体をその軸方向両端から挟持する一対の保持具をさらに備え、
前記一対の保持具の各々は、前記内側リム部及び前記外側リム部それぞれに対応する形状を有する内側縁部及び外側縁部を備えることを特徴とする実施形態９から１２のいずれかに記載のスターリング冷凍機。
【００７４】
以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。
【符号の説明】
【００７５】
１０  スターリング冷凍機、  ２２  ディスプレーサ、  ３８  蓄冷器、  ５２  蓄冷材容器、  ５４  容器外筒、  ５６  容器内筒、  ５８  蓄冷材積層体、  ６０  第１蓄冷材部材、  ６２  保持具、  ６０ａ  外側リム部、  ６０ｂ  内側リム部、  ６８  第２蓄冷材部材、  ７０  燒結金属体、  ７０ａ  外側リム部、  ７０ｂ  内側リム部、  ７４  ディスプレーサ、  ７６  蓄冷材部材、  ７６ａ  外側リム部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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