JP2658785B2 - 極低温冷凍機の再生器及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、極低温冷凍機に使用
される再生器（再生式熱交換器）及びその製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ヘリウムガス等の高圧の冷媒
ガスを膨張させて極低温レベルの寒冷を発生させる極低
温冷凍機として、冷媒ガスを圧縮する圧縮機と、この圧
縮機で圧縮された冷媒ガスを膨張させる膨張機とを組み
合わせてなり、上記膨張機のシリンダ内でディスプレー
サを往復動させ、その膨張空間で冷媒ガスを断熱膨張さ
せて寒冷を発生させるようにしたＧＭ冷凍機や、リニア
モータ圧縮機から吐出される脈動をもったガスにより膨
張機のディスプレーサを往復動させて、膨張空間での冷
媒ガスの膨張により寒冷を発生させるようにしたスター
リング冷凍機が知られている。

【０００３】こうした極低温冷凍機における膨張機には
再生器（リジェネレータ）と呼ばれる再生式熱交換器が
内蔵されているが、この再生器は、通常、ガスが往来可
能なディスプレーサとしてのケーシング内に充填された
多数の粒状の鉛からなるマトリックスを備え、マトリッ
クスを通過するガスと熱交換して蓄熱及びガスの加熱を
行うタイプのものが一般的に採用されている。

【０００４】ところで、上記マトリックスとして、鉛に
代えて磁性蓄冷材を用いることが検討されている。つま
り、この磁性蓄冷材はＥｒ3 Ｎｉ、ＥｒＮｉ、Ｅｒ2 Ｎ
ｉ等で代表されるレアメタルの化合物であり、極低温域
での比熱が大きいことから、その特性を利用して極低温
冷凍機用再生器のマトリックスとして注目されている。

【０００５】そして、この磁性蓄冷材の成形は困難であ
るので、塊を粒状に破砕した状態でケーシングに充填す
ることが行われるが、この磁性蓄冷材は衝撃に弱いとい
う性質があり、このため、粒状の蓄冷材の角部が欠けて
粉末が生じ、マトリックスのガス流通隙間が目詰まりす
るという問題がある。

【０００６】そこで、従来、特開平２―３０９１５８号
公報に示されるように、粉末状の磁性蓄冷材の表面を金
属膜によりコーティングすることにより、磁性蓄冷材の
粉末が生じるのを防止することが提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この提案のも
のでも問題がないわけではない。すなわち、上記磁性蓄
冷材は極低温レベルでの比熱が大きいものの、その比熱
は極低温レベルでの温度変化に応じて急激に変化する特
性があり、適用可能な温度範囲が限定されるという問題
がある。

【０００８】本発明は斯かる点に鑑みてなされたもの
で、その第１の目的は、再生器におけるマトリックスの
構造を改良することにより、磁性蓄冷材の粉末の発生を
防止しつつ、温度変化に伴う比熱の変化を抑えて、極低
温域の広い温度範囲に亘りマトリックスの比熱を大に保
って再生器の効率を向上させることにある。

【０００９】また、この発明の第２の目的は、上記再生
器の製造できる方法を実現することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、この発明では、再生器のマトリックスとしてのメッ
シュを銅等の中空状細線で構成し、この細線内に鉛等の
低融点金属を融解状態で充填し、この低融点金属内に磁
性蓄冷材を所定割合で混合する形態とした。

【００１１】すなわち、図１及び図４に示すように、請
求項１の発明では、上記第１の目的を達成すべく、膨張
空間（２０），（２１）でガス冷媒を断熱膨張させて極
低温レベルの寒冷を発生させる極低温冷凍機に備えら
れ、上記膨張空間（２０），（２１）に給排されるガス
をマトリックス（３０）内部に通過させて該ガスとの熱
交換により蓄熱及びガスの加熱を行うようにした再生器
が前提である。

【００１２】そして、上記マトリックス（３０）は、銅
等の金属からなる複数の中空状細線（３１），（３
１），…を編んでなるメッシュで構成する。

【００１３】また、上記各細線（３１）内には、所定の
比熱を持った融解凝固状態の鉛や鉛合金等の低融点金属
材（３２）と、該低融点金属材（３２）に所定の混合割
合で混入された粉末状の磁性蓄冷材（３３）とが充填さ
れた構成とする。

【００１４】請求項２の発明では、第２の目的を達成す
べく、上記請求項１の極低温冷凍機の再生器の製造方法
として、まず、磁性蓄冷材（３３）の粉末と低融点金属
材（３２）の粉末とを所定の混合割合で混合して銅等の
金属パイプ材に充填し、この金属パイプ材を加熱して低
融点金属材（３２）を融解させ、冷却した後に伸延して
細線（３１）を作製する。しかる後、この多数の細線
（３１），（３１），…をメッシュ状に編んでマトリッ
クス（３０）を形成する。

【００１５】請求項３の発明では、上記請求項１の発明
の再生器において、マトリックス（３０）は、ガス出入
口（２２ａ），（１８ｃ），（１８ｄ），（１８ｅ）を
有するケーシング（１８ａ），（１８ｂ）内に充填され
る構成とし、このケーシング（１８ａ），（１８ｂ）内
で上記ガス出入口（２２ａ），（１８ｃ），（１８
ｄ），（１８ｅ）とマトリックス（３０）との間に、磁
性蓄冷材又は該磁性蓄冷材と金属、金属化合物若しくは
樹脂との混合物を焼結又は加熱成型してなるガス流通可
能な多孔質体からなる板状スペーサ（３５），（３６）
を充填する。

【００１６】

【作用】上記の構成により、請求項１の発明では、磁性
蓄冷材（３３）は低融点金属材（３２）に混入されて中
空状細線（３１）内に充填されているので、その磁性蓄
冷材（３３）が衝撃等で壊れても粉末が細線（３１）外
に出ることはない。しかも、上記磁性蓄冷材（３３）は
融解凝固状態にある低融点金属材（３２）内に混入され
ているので、万一、細線（３１）が壊れたとしても、そ
の粉末が無制限に細線（３１）外に出るのを防止でき
る。よって磁性蓄冷材（３３）の粉末による目詰まりの
問題を有効に解決することができる。

【００１７】また、磁性蓄冷材（３３）は低融点金属材
（３２）に対し所定割合で混合されているので、この混
合割合を変えることで、マトリックス（３０）全体とし
ての比熱の急激な温度変化を抑制することができる。ま
た、磁性蓄冷材（３３）は融解凝固状態にある低融点金
属材（３２）に混入されているので、低融点金属材（３
２）と磁性蓄冷材（３３）との伝熱性の向上をも期待で
き、よって再生器の効率アップを図ることができる。

【００１８】請求項２の発明では、磁性蓄冷材（３３）
の粉末と低融点金属材（３２）の粉末とが所定の混合割
合で混合されて充填された金属パイプ材を加熱すると、
上記低融点金属材（３２）が融解される。このパイプ材
を冷却した後に伸延すると、磁性蓄冷材（３３）の粉末
と低融点金属材（３２）の粉末とが充填された中空状の
細線（３１）ができる。しかる後、この多数の細線（３
１），（３１），…をメッシュ状に編んでマトリックス
（３０）を形成すればよく、よって上記再生器の製造を
容易に行うことができる。

【００１９】請求項３の発明では、マトリックス（３
０）を充填するケーシング（１８ａ），（１８ｂ）内で
該マトリックス（３０）とガス出入口（２２ａ），（１
８ｃ），（１８ｄ），（１８ｅ）との間に、磁性蓄冷材
又は該磁性蓄冷材と金属、金属化合物若しくは樹脂との
混合物を焼結又は加熱成型してなるガス流通可能な多孔
質体からなる板状スペーサ（３５），（３６）が充填さ
れているので、この多孔質体からなるスペーサ（３
５），（３６）により、マトリックス（３０）に対する
ガスの給排を可能としながら、かつ磁性蓄冷材の破砕品
のように粉末による再生器の目詰まりを招くことなく、
そのスペーサ（３５），（３６）の極低温域での比熱の
大きい磁性蓄冷材により、再生器の効率を増大させるこ
とができる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００２１】（実施例１）図４は本発明の実施例１に係
る極低温冷凍機としてのＧ−Ｍサイクルを持つヘリウム
冷凍機を示し、（１）は図外の圧縮機で圧縮された冷媒
ガスとしてのヘリウムガスを膨張させる膨張機であっ
て、この膨張機（１）は圧縮機に対し高圧及び低圧ガス
配管（いずれも図示せず）によって接続されて閉回路が
形成されている。

【００２２】上記膨張機（１）は、上記高圧ガス配管が
接続される高圧ガス入口（２）及び低圧ガス配管が接続
される低圧ガス出口（３）を有するバルブハウジング
（４）と、該バルブハウジング（４）の下部に一体的に
気密接合され、上側の大径部（５ａ）及び下側の小径部
（５ｂ）よりなる２段構造のシリンダ（５）とを備え、
上記バルブハウジング（４）の内部には上記高圧ガス入
口（２）に連通するモータ室（６）と、該モータ室
（６）に連通する上下方向の貫通孔（７）と、上記低圧
ガス出口（３）に補助オリフィス（８）を介して連通す
るサージボリューム（９）とが形成されている。

【００２３】また、上記バルブハウジング（４）とシリ
ンダ（５）との接合部には該シリンダ（５）の上側閉塞
端部を構成するバルブステム（１０）が嵌装され、該バ
ルブステム（１０）は上記バルブハウジング（４）の貫
通孔（７）に気密嵌合されたバルブシート部（１０ａ）
と、シリンダ大径部（５ａ）の内径よりも小径に形成さ
れ、該シリンダ大径部（５ａ）内上部に垂下する垂下部
（１０ｂ）とを備えてなり、バルブシート部（１０ａ）
の上面と貫通孔（７）の壁面とで囲まれる空間により、
上記高圧ガス配管にモータ室（６）を介して連通するバ
ルブ室（１１）が形成されている。また、上記バルブス
テム（１０）には、上半部が２つの分岐流路（１２
ａ），（１２ａ）に分岐されかつ上記バルブ室（１１）
をシリンダ（５）内に連通する第１ガス流路（１２）
と、一端が該第１ガス流路（１２）に後述するロータリ
バルブ（２４）の低圧ポート（２７）を介して連通する
とともに、他端が上記低圧ガス出口（３）にバルブハウ
ジング（４）に形成した連通路（１４）を介して連通す
る第２ガス流路（１３）とが貫通形成され、該両ガス流
路（１２），（１３）は、バルブステム（１０）上面に
おいてバルブ室（１１）に対し、第２ガス流路（１３）
にあってはバルブステム（１０）中心部に、第１ガス流
路（１２）の分岐流路（１２ａ），（１２ａ）にあって
は上記第２ガス流路（１３）の開口部に対して対称な位
置にそれぞれ開口されている。

【００２４】一方、シリンダ（５）における大径部（５
ａ）内の上端部には、該シリンダ大径部（５ａ）内上部
に駆動空間（１５）を区画形成する略カップ形状のスラ
ックピストン（１６）がその上端内側面を上記バルブス
テム（１０）の垂下部（１０ｂ）に気密状に摺接せしめ
た状態で往復動可能に嵌合され、上記駆動空間（１５）
は上記バルブハウジング（４）内のサージボリューム
（９）にオリフィス（１７）を介して常時連通してい
る。上記スラックピストン（１６）は底壁（１６ａ）を
有し、該底壁（１６ａ）にはピストン（１６）内外を連
通する中心孔（１６ｂ）及び連通孔（１６ｃ）が貫通形
成されている。

【００２５】また、上記シリンダ（５）内にはディスプ
レーサ（１８）が往復動可能に嵌合されている。該ディ
スプレーサ（１８）は、シリンダ（５）の大径部（５
ａ）の下半部内を摺動する密閉円筒状の大径部（１８
ａ）と、該大径部（１８ａ）下端に一体形成され、シリ
ンダ（５）の小径部（５ｂ）内を摺動する密閉円筒状の
小径部（１８ｂ）とからなり、このディスプレーサ（１
８）により、上記スラックピストン（１６）下方のシリ
ンダ（５）内空間が上側から順に中間空間（１９）、第
１段膨張空間（２０）及び第２段膨張空間（２１）に区
画されている。そして、上記ディスプレーサ（１８）の
大径部（１８ａ）内の空間は、大径部（１８ａ）下端の
外壁に開口する複数のガス出入口（１８ｃ），（１８
ｃ），…を介して上記第１段膨張空間（２０）に常時連
通されている。また、小径部（１８ｂ）内の空間は、小
径部（１８ｂ）上端の外壁に開口するガス出入口（１８
ｄ），（１８ｄ），…を介して第１段膨張空間（２０）
に、また小径部（１８ｂ）下端の外壁に開口するガス出
入口（１８ｅ），（１８ｅ），…を介して第２段膨張空
間（２１）にそれぞれ常時連通されている。

【００２６】さらに、上記ディスプレーサ（１８）の大
径部（１８ａ）上端には、その大径部（１８ａ）内の空
間を上記中間空間（１９）に連通するガス出入口（２２
ａ）を有する管状の係止片（２２）が一体に突設され、
該係止片（２２）は上記スラックピストン底壁（１６
ａ）の中心孔（１６ｂ）を貫通してピストン（１６）内
部に所定寸法だけ延び、その上端部にはピストン底壁
（１６ａ）に係合するフランジ状の係止部（２２ａ）が
一体に形成されており、スラックピストン（１６）の上
昇移動時、ピストン（１６）が所定ストロークだけ上昇
した時点でその底壁（１６ａ）と係止片（２２）の係止
部（２２ａ）との係合により、ディスプレーサ（１８）
をピストン（１６）によって駆動して上昇開始させるよ
うに、つまりディスプレーサ（１８）を所定ストローク
の遅れをもってピストン（１６）に追従移動させるよう
になされている。

【００２７】また、上記バルブハウジング（４）のバル
ブ室（１１）内にはモータ室（６）に配置したバルブモ
ータ（２３）によって回転駆動される切換バルブとして
のロータリバルブ（２４）が配設され、該ロータリバル
ブ（２４）の切換動作により、高圧ガス配管つまり該高
圧ガス配管に連通するバルブ室（１１）と、低圧ガス配
管つまり該低圧ガス配管に連通する連通路（１４）とを
シリンダ（５）内の中間空間（１９）、第１及び第２段
膨張空間（２０），（２１）に対し交互に連通するよう
になされている。

【００２８】すなわち、上記ロータリバルブ（２４）は
バルブモータ（２３）の出力軸（２３ａ）に回転不能に
かつ摺動可能に連結されている。また、バルブ（２４）
上面とモータ（２３）との間にはスプリング（２５）が
縮装されており、このスプリング（２５）のばね力及び
バルブ室（１１）に導入された高圧ヘリウムガスの圧力
によりロータリバルブ（２４）下面をバルブステム（１
０）上面に対し一定の押圧力で押し付けるようになされ
ている。

【００２９】一方、上記ロータリバルブ（２４）の下面
には、その半径方向に対向する外周縁から中心方向に所
定長さだけ切り込んでなる１対の高圧ポート（２６），
（２６）と、該高圧ポート（２６），（２６）に対しロ
ータリバルブ（２４）の回転方向に略９０°の角度間隔
をあけて配置され、バルブ（２４）下面の中心から外周
縁近傍に向かって直径方向に切り欠いてなる低圧ポート
（２７）とが形成されている。そして、バルブモータ
（２３）の駆動によりロータリバルブ（２４）がその下
面をバルブステム（１０）上面に圧接させながら回転し
て切換動作する際、このロータリバルブ（２４）の切換
動作に応じてスラックピストン（１６）及びディスプレ
ーサ（１８）をシリンダ（５）内で往復動させ、バルブ
（２４）下面の高圧ポート（２６），（２６）の内端が
それぞれバルブステム（１０）上面に開口する第１ガス
流路（１２）に合致したときには、バルブ室（１１）を
高圧ポート（２６），（２６）及び第１ガス流路（１
２）を介してシリンダ（５）内の中間空間（１９）、第
１及び第２段膨張空間（２０），（２１）に連通させ
て、これら各空間（１９）〜（２１）に高圧ヘリウムガ
スを導入充填することにより、スラックピストン（１
６）及び該ピストン（１６）によって駆動されるディス
プレーサ（１８）を上昇させる。一方、バルブステム
（１０）上面に開口する第２ガス流路（１３）に央部に
て常時連通する低圧ポート（２７）の外端が上記第１ガ
ス流路（１２）に合致したときには、上記シリンダ
（５）内の各空間（１９）〜（２１）を第１ガス流路
（１２）、低圧ポート（２７）、第２ガス流路（１３）
及び連通路（１４）を介して低圧ガス出口（３）に連通
させて、各空間（１９）〜（２１）に充填されているヘ
リウムガスを低圧ガス配管に排出することにより、スラ
ックピストン（１６）及びディスプレーサ（１８）を下
降させ、このディスプレーサ（１８）の下降移動に伴う
膨張空間（２０），（２１）内のヘリウムガスの膨張に
よって寒冷を発生するように構成されている。

【００３０】さらに、上記ディスプレーサ（１８）の大
径部（１８ａ）内の空間には蓄冷型の熱交換器からなる
第１段再生器（２８）が、また小径部（１８ｂ）内の空
間には同様の第２段再生器（２９）がそれぞれ嵌装され
ている。これら再生器（２８），（２９）は、大径部
（１８ａ）及び小径部（１８ｂ）の各内部空間に例えば
金属製メッシュからなる円板状のマトリックス（３０）
を多数枚積層して充填したもので、これらマトリックス
（３０），（３０），…のメッシュの網目がガス通路と
されている。そして、ディスプレーサ（１８）がシリン
ダ（５）内を上昇する吸気行程にあるときには、前の排
気行程で極低温レベルに温度降下した各再生器（２
８），（２９）のマトリックス（３０），（３０），…
を、中間空間（１９）から第１又は第２段膨張空間（２
０），（２１）に向かう常温のヘリウムガスと接触させ
て、両者の熱交換によりそのガスを極低温レベル近くま
で冷却する。一方、ディスプレーサ（１８）が下降する
排気行程にあるときには、各膨張空間（２０），（２
１）での膨張により極低温レベルに温度降下したヘリウ
ムガスをシリンダ（５）外に排出する途中で各再生器
（２８），（２９）のマトリックス（３０），（３
０），…と接触させて、両者の熱交換によりその再生器
（２８），（２９）を極低温レベル近くまで再度冷却す
るように構成されている。

【００３１】上記各再生器（２８），（２９）のマトリ
ックス（３０），（３０），…の各々は、図２に示すよ
うに銅等の金属からなる複数の中空状細線（３１），
（３１），…を編んでなるメッシュで構成されている。
そして、図１に拡大詳示するように、上記各細線（３
１）内には、所定の比熱を持った融解凝固状態の低融点
金属材としての鉛材（３２）と、この鉛材（３２）に所
定の混合割合で混入されたＥｒＮｉ等の粉末状の磁性蓄
冷材（３３），（３３），…とが充填されている。

【００３２】この再生器（２８），（２９）の製造方法
を説明すると、まず、磁性蓄冷材（３３）の粉末と鉛材
（３２）の粉末とを所定の混合割合で混合して銅等の金
属パイプ材に充填する。次いで、この金属パイプ材を加
熱して内部の鉛材（３２）を融解させる。このように鉛
材（３２）が融解することで、その鉛材（３２）が磁性
蓄冷材（３３），（３３）間の隙間に行き渡る。

【００３３】この金属パイプを一旦冷却した後、機械で
伸延して細線（３１）を作ると、この細線（３１）の内
部には、磁性蓄冷材（３３）の粉末と融解凝固状態の鉛
材（３２）とが混合して充填されることとなる。

【００３４】しかる後、上記多数の細線（３１），（３
１），…を図２に示す如くメッシュ状に編んでマトリッ
クス（３０）を形成し、このマトリックス（３０）をデ
ィスプレーサ（１８）内の空間に多数枚積層して充填す
ればよい。以上により、上記構造の再生器（２８），
（２９）を具体的に容易に製造することができる。

【００３５】次に、上記実施例の作動について説明す
る。冷凍機の作動は基本的に通常のものと同様に行われ
る。すなわち、先ず、膨張機（１）におけるシリンダ
（５）内の圧力が低圧であって、スラックピストン（１
６）とディスプレーサ（１８）とが下降端位置にある状
態において、バルブモータ（２３）の駆動によるロータ
リバルブ（２４）の回転により、その高圧ポート（２
６），（２６）がバルブステム（１０）上面の第１ガス
流路（１２）に合致してロータリバルブ（２４）が高圧
側に開く。これに伴い、圧縮機から高圧ガス配管及び膨
張機（１）のモータ室（６）を介してバルブ室（１１）
に供給されている常温の高圧ヘリウムガスがロータリバ
ルブ（２４）の高圧ポート（２６），（２６）及び第１
ガス流路（１２）を介してスラックピストン（１６）下
方の中間空間（１９）に導入される。さらに、このガス
は中間空間（１９）からディスプレーサ（１８）の各再
生器（２８），（２９）を通って順次各膨張空間（２
０），（２１）に充填され、この再生器（２８），（２
９）を通る間に前の排気行程で冷却されている再生器
（２８），（２９）との熱交換によって極低温レベル近
くまで冷却される。また、上記ピストン（１６）上側の
駆動空間（１５）と下側の中間空間（１９）との圧力差
によってピストン（１６）が上昇する。そして、このピ
ストン（１６）の上昇ストロークが所定値に達すると、
該ピストン（１６）の底壁（１６ａ）とディスプレーサ
（１８）上端の係止片（２２）とが係合して、ディスプ
レーサ（１８）は圧力変化に対し遅れを持ってピストン
（１６）により引き上げられ、このディスプレーサ（１
８）の上昇移動によりその下方の膨張空間（２０），
（２１）にさらに高圧ガスが充填される（吸気行程）。

【００３６】この後、上記ロータリバルブ（２４）が閉
じると、その後もディスプレーサ（１８）は慣性力によ
って上昇し、これに伴い、ディスプレーサ（１８）上方
の中間空間（１９）内のヘリウムガスが第１及び第２段
膨張空間（２０），（２１）に移動する。

【００３７】そして、ディスプレーサ（１８）が上昇端
位置に達した後、ロータリバルブ（２４）の低圧ポート
（２７）が上記バルブステム（１０）上面の第１ガス流
路（１２）に合致してバルブ（２４）が低圧側に開き、
この開弁に伴い、上記ディスプレーサ（１８）下方の各
膨張空間（２０），（２１）内のヘリウムガスが断熱膨
張し、このヘリウムガスの膨張によって寒冷が発生する
（膨張行程）。

【００３８】この極低温状態となったヘリウムガスは、
上記ガス導入時とは逆に、ディスプレーサ（１８）内の
再生器（２８），（２９）を通って上記中間空間（１
９）内に戻り、その間に再生器（２８），（２９）内の
各マトリックス（３０）を極低温レベルまで冷却しなが
ら自身が常温まで暖められる。そして、この常温のヘリ
ウムガスは、さらに中間空間（１９）内のガスと共に第
１ガス流路（１２）、バルブ（２４）の低圧ポート（２
７）、連通路（１４）を介して膨張機（１）外に排出さ
れ、低圧ガス配管を通って圧縮機に流れてそれに吸入さ
れる。このガス排出に伴い上記中間空間（１９）内のガ
ス圧が低下して、その駆動空間（１５）との圧力差によ
りスラックピストン（１６）が下降し、このピストン
（１６）の底壁（１６ａ）がディスプレーサ（１８）の
上面に当接した後は該ディスプレーサ（１８）が押圧さ
れて下降し、このディスプレーサ（１８）の下降移動に
より膨張空間（２０），（２１）内のガスが膨張機
（１）外にさらに排出される（排気行程）。

【００３９】次いで、ロータリバルブ（２４）が閉じる
が、この後もディスプレーサ（１８）は下降端位置まで
下降し、膨張空間（２０），（２１）内のガスが排出さ
れて最初の状態に戻る。以上により膨張機（１）の動作
の１サイクルが終了し、以後は上記と同様な動作が繰り
返される。

【００４０】この実施例では、各再生器（２８），（２
９）の磁性蓄冷材（３３）は鉛材（３２）に混入されて
中空状細線（３１）内に充填されているので、ディスプ
レーサ（１８）の往復動に伴う衝撃等によりその磁性蓄
冷材（３３）が壊れて粉末が発生したとしても、該粉末
が細線（３１）外に出ることはない。また、磁性蓄冷材
（３３）は融解凝固状態にある鉛材（３２）内に混入さ
れているので、万一、細線（３１）が壊れて内部が露出
したとしても、上記磁性蓄冷材（３３）の粉末が無制限
に細線（３１）外に出ることも防止できる。これらによ
り磁性蓄冷材（３３）の粉末によるマトリックス（３
０）の目詰まりを有効に回避することができる。

【００４１】また、上記磁性蓄冷材（３３）は鉛材（３
２）に対し所定割合で混合されているので、この混合割
合を変えることで、マトリックス（３０）全体としての
比熱の急激な温度変化を抑制することができる。具体的
に、例えば図３は磁性蓄冷材（３３）（ＥｒＮｉ）と鉛
材（３２）とを体積比１：１の割合で混合した混合物の
比熱の温度変化を示しており、磁性蓄冷材（３３）のみ
（図で破線にて示す）では、１０Ｋ付近で比熱のピーク
があり、この温度から上昇すると、比熱が急激に下がっ
て１５Ｋで極小となる特性がある。これに対し、上記混
合物では、略１５Ｋ以下で鉛材（３２）単体（図で一点
鎖線にて示す）よりも大きな比熱を得ながら、上記のよ
うな比熱の急激な変化をなくすことができる。

【００４２】しかも、磁性蓄冷材（３３）は融解凝固状
態にある鉛材（３２）に混入されているので、鉛材（３
２）と磁性蓄冷材（３３）との伝熱性の向上をもある程
度期待できる。これらによって再生器（２８），（２
９）の効率アップを図ることができる。

【００４３】尚、上記実施例では、低融点金属材を鉛材
（３２）としているが、鉛合金や所定の比熱を持ったそ
の他の低融点金属を使用することもできる。

【００４４】（実施例２）図５及び図６は本発明の実施
例２を示し（尚、図４と同じ部分については同じ符号を
付してその詳細な説明は省略する）、ディスプレーサ
（１８）内にスペーサを充填したものである。

【００４５】すなわち、図５は、ディスプレーサ（１
８）の小径部（１８ｂ）（ケーシング）を示しており、
この小径部（１８ｂ）内部の上端で、第１膨張空間（２
０）に連通する上側ガス出入口（１８ｄ）とマトリック
ス（３０）上端との間には図６に示すような円板状の上
側スペーサ（３５）が、また小径部（１８ｂ）内部の下
端で、第２膨張空間（２１）に連通する下側ガス出入口
（１８ｅ）とマトリックス（３０）下端との間には同様
の下側スペーサ（３６）がそれぞれ充填されている。こ
れらスペーサ（３５），（３６）は、ＥｒＮｉ等の磁性
蓄冷材の単体を、又は該磁性蓄冷材と金属、金属化合物
若しくは樹脂との混合物をそれぞれ焼結又は加熱成型し
てなる多孔質体からなるものである。また、図示しない
が、ディスプレーサ（１８）の大径部（１８ａ）（ケー
シング）においても同様のスペーサが充填されている。

【００４６】したがって、この実施例では、ディスプレ
ーサ（１８）における大径部（１８ａ）及び小径部（１
８ｂ）の各内部において、マトリックス（３０）とガス
出入口（２２ａ），（１８ｃ）〜（１８ｅ）との間に円
板状スペーサ（３５），（３６）が充填され、該各スペ
ーサ（３５），（３６）は、極低温域での比熱の大きい
磁性蓄冷材又は該磁性蓄冷材と金属、金属化合物若しく
は樹脂との混合物を焼結又は加熱成型してなる多孔質体
からなるものであるので、そのスペーサ（３５），（３
６）の比熱が大きい分だけ、再生器（２８），（２
９）、延いては極低温冷凍機の効率を増大させることが
できる利点がある。

【００４７】また、上記各スペーサ（３５），（３６）
はガス流通可能の多孔質体からなるので、大径部（１８
ａ）及び小径部（１８ｂ）内部のマトリックス（３０）
に対するガスの給排を良好に保つことができる。しか
も、磁性蓄冷材の破砕品をそのまま使用する場合のよう
に粉末による再生器（２８），（２９）の目詰まりを招
くこともない。

【００４８】尚、本発明は、上記実施例の如きＧ−Ｍサ
イクルを持つヘリウム冷凍機に限らず、スターリング冷
凍機やビルマイヤヒートポンプ装置等のヒートポンプ装
置における再生器、さらにはヘリウムガス以外の冷媒ガ
スを使用するものに対しても適用できるのは勿論であ
る。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、極低温冷凍機用の再生器のマトリックスとして
のメッシュを銅等の金属からなる中空細線で構成し、こ
の細線内に鉛や鉛合金等の低融点金属材を融解凝固状態
で充填し、この低融点金属材内に磁性蓄冷材を所定割合
で混合する形態としたことにより、磁性蓄冷材を中空状
細線内に充填して、その磁性蓄冷材の粉末が細線外に出
るのを防ぐことができ、磁性蓄冷材の粉末によりマトリ
ックスが目詰まりするのを有効に防止することができる
とともに、磁性蓄冷材と低融点金属材との混合割合を変
えることで、マトリックス全体としての比熱の急激な温
度変化を抑制して、再生器の効率アップを図ることがで
きる。

【００５０】請求項２の発明によると、上記請求項１の
再生器の製造方法として、まず、磁性蓄冷材の粉末と低
融点金属材の粉末とを所定の混合割合で混合して金属パ
イプ材に充填し、この金属パイプ材を加熱して低融点金
属材を融解させ、冷却した後に伸延して細線を作り、こ
の細線をメッシュ状に編んでマトリックスを形成するの
で、上記再生器を容易に製造することができる。

【００５１】請求項３の発明によれば、マトリックスを
充填するケーシング内でマトリックスとガス出入口との
間に、磁性蓄冷材又は該磁性蓄冷材と金属、金属化合物
若しくは樹脂との混合物を焼結又は加熱成型してなるガ
ス流通可能な多孔質体からなる板状スペーサを充填した
ことにより、このスペーサにより、マトリックスに対す
るガスの給排を可能としながら、かつ磁性蓄冷材の破砕
品のように粉末による再生器の目詰まりを招くことな
く、そのスペーサの極低温域での比熱の大きい磁性蓄冷
材の特性により、再生器延いては極低温冷凍機の効率の
増大を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の再生器における細線の構造
を示す拡大斜視図である。

【図２】再生器のマトリックスの構造を示す斜視図であ
る。

【図３】磁性蓄冷材と鉛材との混合物の比熱の温度変化
を示す特性図である。

【図４】極低温冷凍機の全体構成を示す一部破断正面図
である。

【図５】実施例２においてディスプレーサ小径部の内部
構造を示す断面図である。

【図６】スペーサの拡大斜視図である。

【符号の説明】

（１） 膨張機 （５） シリンダ （１８） ディスプレーサ （１８ａ） 大径部（ケーシング） （１８ｂ） 小径部（ケーシング） （１８ｃ）〜（１８ｅ） ガス出入口 （２０），（２１） 膨張空間 （２２） 係止片 （２２ａ） ガス出入口 （２８），（２９） 再生器 （３０） マトリックス （３１） 中空状細線 （３２） 鉛材（低融点金属材） （３３） 磁性蓄冷材

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 膨張空間（２０），（２１）でガス冷媒
   を断熱膨張させて極低温レベルの寒冷を発生させる極低
   温冷凍機に備えられ、上記膨張空間（２０），（２１）
   に給排されるガスをマトリックス（３０）内部に通過さ
   せて該ガスとの熱交換により蓄熱及びガスの加熱を行う
   ようにした再生器において、 上記マトリックス（３０）は、銅等の金属からなる複数
   の中空状細線（３１），（３１），…を編んでなるメッ
   シュで構成され、 上記各細線（３１）内には、所定の比熱を持った融解凝
   固状態の鉛や鉛合金等の低融点金属材（３２）と、該低
   融点金属材（３２）に所定の混合割合で混入された粉末
   状の磁性蓄冷材（３３）とが充填されていることを特徴
   とする極低温冷凍機の再生器。
2. 【請求項２】 請求項１記載の極低温冷凍機の再生器の
   製造方法であって、 磁性蓄冷材（３３）の粉末と低融点金属材（３２）の粉
   末とを所定の混合割合で混合して銅等の金属パイプ材に
   充填し、 上記金属パイプ材を加熱して低融点金属材（３２）を融
   解させ、冷却した後に伸延して細線（３１）を作り、 この多数の細線（３１），（３１），…をメッシュ状に
   編んでマトリックス（３０）を形成することを特徴とす
   る極低温冷凍機の再生器の製造方法。
3. 【請求項３】 請求項１記載の極低温冷凍機の再生器に
   おいて、 マトリックス（３０）は、ガス出入口（２２ａ），（１
   ８ｃ），（１８ｄ），（１８ｅ）を有するケーシング
   （１８ａ），（１８ｂ）内に充填されており、 上記ケーシング（１８ａ），（１８ｂ）内でガス出入口
   （２２ａ），（１８ｃ），（１８ｄ），（１８ｅ）とマ
   トリックス（３０）との間には、磁性蓄冷材又は該磁性
   蓄冷材と金属、金属化合物若しくは樹脂との混合物を焼
   結又は加熱成型してなるガス流通可能な多孔質体からな
   る板状スペーサ（３５），（３６）が充填されているこ
   とを特徴とする極低温冷凍機の再生器。