WO2004040206A1 - 再生器、再生器の製造方法および再生器の製造装置ならびにスターリング冷凍機 - Google Patents

再生器、再生器の製造方法および再生器の製造装置ならびにスターリング冷凍機 Download PDF

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Definitions

  • Regenerator manufacturing method of regenerator and manufacturing apparatus of regenerator
  • the present invention relates to a regenerator formed by laminating film-like resin members, a method and an apparatus for producing the regenerator, and a Stirling refrigerator having the regenerator.
  • the Stirling engine is an external combustion engine that realizes a Stirling cycle, which is a reversible cycle, using an external heat source, and compared to an internal combustion engine that requires a fuel with excellent flammable and ignition properties, such as gasoline. It is a heat engine with excellent advantages of energy saving and low pollution.
  • a Stirling refrigerator is widely known as an application example of this Stirling engine.
  • This Stirling refrigerator is a refrigerator that generates cryogenic temperatures using a reverse Stirling cycle.
  • the structure of the Stirling refrigerator will be described below with reference to the drawings.
  • the Stirling refrigerator includes a cylinder 20 filled with inert gas such as hydrogen or helium as a working gas.
  • a piston 27 and a displacer 26 are fitted in the cylinder 20, and a space in the cylinder 20 is divided into a compression chamber 28 and an expansion chamber 29 by these.
  • the piston 27 is driven by the linear motor 30 but is periodically and sinusoidally moved in the cylinder 20 because it is connected to the body casing 23 by the spring 32.
  • the displacer 26 reciprocates in the cylinder 20 under the force of the sinusoidal motion of the piston 27 but it is connected to the main casing 23 by the spring 31 like the piston 27. It will take a periodic sinusoidal motion.
  • the sine motion of this piston 2 7 and the sine motion of the displacer 2 6 have the same circumference during steady operation. It is performed with a constant phase difference in time.
  • a regenerator 15 is disposed between the compression chamber 28 and the expansion chamber 29.
  • the two chambers communicate with each other through the regenerator 15 to form a closed circuit in the refrigerator.
  • a heat dissipation heat exchanger 24 is attached to the side of the compression chamber 28 of the closed circuit, and a radiator 22 is provided adjacent to the heat dissipation heat exchanger 24.
  • a heat absorbing heat exchanger 25 is attached to the expansion chamber 29 side of the closed circuit, and a heat absorber 21 is provided adjacent to the heat absorbing heat exchanger 25.
  • the reverse Stirling cycle is realized by the working gas in the closed circuit flowing according to the operation of the piston 27 and the displacer 26.
  • the radiator 22 plays a role of releasing the heat in the compression chamber 28 to the outside
  • the heat exchanger 24 for radiating plays a role of promoting the radiation.
  • the heat absorber 21 plays a role of transferring external heat into the expansion chamber 29, and the heat absorbing heat exchanger 25 plays a role of promoting this heat transfer.
  • the operation of the above-described Stirling refrigerator will be described. First, operate linear motor 30 and drive piston 27.
  • the piston 27 driven by the re-air motor 30 approaches the displacer 26 and compresses the working gas in the compression chamber 28.
  • the temperature of the working gas in the compression chamber 28 is increased, but the heat generated in the compression chamber 28 by the radiator 22 via the heat radiation heat exchanger 24 is released to the outside.
  • the working gas temperature in the compression chamber 28 is maintained approximately isothermally. That is, this process constitutes an isothermal compression process of the reverse Stirling cycle.
  • the high pressure working gas that has flowed into the expansion chamber 29 is expanded by the downward movement of the displacer 26.
  • the working gas temperature in the expansion chamber 29 drops, the external heat is transferred to the inside of the expansion chamber 29 by the heat absorber 21 via the heat absorbing heat exchanger 25, so the expansion chamber The temperature in 29 is kept almost isothermal. That is, this process constitutes the isothermal expansion process of the reverse Stirling cycle.
  • the displacer 26 starts to rise, the working gas in the expansion chamber 29 passes through the regenerator 15 and returns to the compression chamber 28 side again. At that time, the heat amount stored in the regenerator 15 is given to the working gas, so the working gas is heated. That is, this process constitutes the equal volume heating process of the reverse Stirling cycle.
  • a reverse Stirling cycle is configured by repeating this series of processes (isothermal compression process one equal volume cooling process one isothermal expansion process one equal volume heating process). As a result, the heat sink 21 gradually cools down to a cryogenic temperature.
  • the regenerator is a type of heat exchanger as described above, and is a device that exchanges heat with the working gas flowing in the regenerator. For this reason, it is necessary to secure a larger contact area with the working gas in the limited space. On the other hand, if a complicated route is configured to secure a large contact area, it will be a resistance to the flow of the working gas, which will lead to a reduction in the efficiency of the Stirling refrigerator. That is, as the internal structure of the regenerator, it is preferable that the heat transfer area in contact with the working gas be large and the flow resistance be small. For this reason, in the regenerator, various fin structures have conventionally been proposed.
  • a regenerator formed by winding a film-like resin member (hereinafter, also simply referred to as a resin film) in a spiral shape is known (for example, JP-A-2000-022080). 7).
  • Fig. 23 A is a development view of a regenerator formed by spirally winding this resin film, and Fig. 23 B is an end view of the resin film in a developed state.
  • Fig. 24 A is a development view of another regenerator formed by winding a resin film in a vortex shape, and Fig. 24 B is an end view of the other regenerator in a developed state. is there.
  • a plurality of protrusions 41 and 42 are provided on one side of a sheet-like resin film 8.
  • a gap is formed between the resin films, and the resin films to be laminated are separated to form the working gas flow path.
  • the surface of the resin film 8 stretched in the form of a sheet is brought into contact with the spacer of a member separate from the resin film 8 at a constant interval.
  • the regenerator having the above configuration it is possible to manufacture the regenerator more easily than providing a metal fin. As a result, the cost required to manufacture the regenerator can be significantly reduced.
  • the sheet-like resin film is often coated with a metal material.
  • regularly arranged patterns are often employed as the pattern of the projections formed on the surface of the resin film from the viewpoint of easiness of manufacture.
  • many protrusions 41 are arranged in stripes on the resin film 8, or in a matrix as shown in FIG. 24A. .
  • the regenerator 15 assembled to the above-described Stirling refrigerator is outside the povin (also referred to as a stuffer) 14 which constitutes a part of the cylinder 20 in which the displacer is fitted. , It is formed by winding the resin film 8.
  • a part of the resin film 8 may be fixed to the bobbin 14 or may be freely wound without being fixed.
  • the regenerator 15 is interpolated into the outer case 33 which is pre-assembled to the case body 23.
  • the regenerator 15 by installing the regenerator 15 such that the axis line of the rolled resin film 8 is substantially parallel to the flow direction of the working gas, the above-mentioned projection is formed.
  • the working gas can flow in the flow path.
  • a closed circuit is formed in the Stirling refrigerator, and the regenerator 15 is assembled to a predetermined position.
  • One object of the present invention is to provide a high heat exchange efficiency regenerator which can be manufactured with high reliability, simply and inexpensively, a method and an apparatus for producing the regenerator, and a stationary refrigerator having the regenerator. It is to do.
  • Another object of the present invention is to provide a method and an apparatus for manufacturing a regenerator, in which the design freedom of the projections formed on the resin film constituting the regenerator is enhanced, and the projections can be formed with high accuracy and high accuracy. To provide.
  • a regenerator according to one aspect of the present invention is disposed on a flow path of a working gas, and is formed by laminating film-like resin members in a direction intersecting the flow direction of the working gas.
  • the resin member is provided with a projection formed by plastically deforming the surface thereof, and the resin members stacked by the projecting portion have a gap.
  • the protrusion is at its apex Preferably have an opening.
  • the projection is formed by subjecting the surface of the resin member to a pressing process.
  • the surface of the resin member can be plastically deformed very easily to form the protrusions.
  • the protrusions by press processing, the design freedom of the protrusions can be enhanced, and the protrusions can be formed with good reproducibility, and a regenerator having high heat exchange efficiency can be provided.
  • the projection be formed by irradiating the surface of the resin member with a laser beam.
  • the surface of the resin member can be plastically deformed very easily to form the protrusions.
  • the design freedom of the protrusions can be enhanced and the protrusions can be formed with good reproducibility, and a regenerator having high heat exchange efficiency can be provided.
  • the heights of the protrusions in the predetermined area are adjusted to be different from the heights of the protrusions in the other area. Is preferred.
  • the method of selecting the area defined as the predetermined area and the other area is not particularly limited, and means an area arbitrarily selected on the surface of the resin member. The case is not limited to the case where the protrusion of (1) is included, but also includes the case where only a single protrusion is included.
  • the projections formed on the surface of the resin member may be divided into projections for forming a gap between resin members to be laminated and projections for securing a larger heat transfer area.
  • the height of the projections for securing a larger heat transfer area should be designed lower than the height of the projections for forming a gap between the resin members to be stacked. Is required.
  • the number of protrusions per unit area is adjusted to be different depending on the position of the surface of the resin member.
  • -Thus on the surface of the resin member, it is also possible to adjust the number of protrusions formed per unit area depending on the position of the resin member.
  • the flow resistance and heat transfer area of the laminated resin member can be determined in accordance with the heat flux flowing in and out at that position, so that the heat exchange performance between the working gas and the resin member It is possible to improve the heat storage and heat dissipation performance of the regenerator as a whole.
  • a regenerator according to another aspect of the present invention is disposed on the working gas flow path flowing in the compression chamber and the expansion chamber of the Stirling refrigerator, and the film-like resin member is intersected with the flow direction of the working gas. It is a regenerator formed by laminating
  • the resin member is provided with a plurality of protrusions on the surface, and the resin members stacked by the plurality of protrusions have a gap.
  • the height of the projections in a predetermined area is adjusted to be different from the height of the projections in the other area.
  • the projections having different heights it is possible to determine the height of the gap in accordance with the heat flux flowing in and out at that position, so that the working gas and the resin member can be obtained.
  • the heat exchange performance of the regenerator can be improved, and the heat storage / heat dissipation performance of the regenerator as a whole can be improved.
  • the predetermined area and other areas There is no particular limitation on how to select the area to be defined, and it means an area arbitrarily selected on the surface of the resin member, and several protrusions • are included in this selected area. It does not have to be limited to the case where there is a single protrusion, and also includes the case where no force is included.
  • the present configuration is not limited to the case where the projection is formed by plastic deformation, and may be applied to the case where the projection is formed by attaching a spacer, or when the projection is formed using a printing method. It is.
  • a regenerator is disposed on a working gas flow path flowing in a compression chamber and an expansion chamber of a Stirling refrigerator, and a film-like resin member is disposed in a direction intersecting the flow direction of the working gas. It is a regenerator made by laminating.
  • the resin member is provided with a plurality of protrusions on its surface, and the resin members stacked by the plurality of protrusions have a gap. On the surface of the resin member, the number of protrusions per unit area is larger as it approaches the expansion chamber side than the compression chamber side.
  • the working gas flowing in the regenerator has a lower temperature on the expansion chamber side than on the compression chamber side, so the viscosity on the expansion chamber side of the working gas is It becomes smaller than the viscosity on the chamber side. Therefore, the working gas is more likely to flow on the expansion chamber side, and the heat transfer area between the working gas and the resin member is improved by increasing the density of the protrusions to increase the heat transfer performance. It is possible to On the other hand, on the side of the compression chamber where the working gas does not easily flow, the flow resistance is reduced by reducing the number of protrusions, and a smooth working gas flow is realized. As a result, it is possible to improve the heat storage / heat radiation performance of the entire regenerator.
  • the present configuration is not limited to the case where the projection is formed by plastic deformation, and may be applied to the case where the projection is formed by attaching a spacer, or when the projection is formed using a printing method. It is.
  • a Stirling refrigerator according to the present invention comprises any of the regenerators described above. As described above, by providing a Stirling refrigerator provided with any one of the above-described regenerators, the heat exchange efficiency of the entire refrigerator can be improved, thereby providing a Stirling refrigerator having excellent refrigeration performance. Is possible. Also, it becomes possible to provide a highly reliable Stirling refrigerator simply and inexpensively.
  • the method of manufacturing a regenerator according to the present invention comprises: A manufacturing method of a regenerator in which a film-like resin member is laminated in a direction intersecting the flow direction, and includes a projection forming step and a laminating step.
  • the protrusion forming step is a step of plastically deforming the surface of the resin member to form a protrusion for causing the resin members to be stacked to have a gap.
  • the laminating step is a step of laminating the resin member on which the projection is formed.
  • the protrusion forming step includes a pressing step of forming a protrusion by performing a pressing process on the surface of the resin member using a pressing die. Is preferred.
  • the protrusions can be formed very simply and inexpensively. Also, by forming the protrusions by press processing, it becomes possible to form the protrusions with good reproducibility.
  • positioning is performed by relatively moving the pressing die and the resin member in a direction substantially parallel to the surface of the resin member. It is preferable to further include the step. Furthermore, it is preferable that the projection be formed at a desired position on the surface of the resin member by alternately performing the positioning step and the pressing step described above.
  • the regenerator according to the present invention for example, by controlling the timing of pressing by the pressing die, the pressing force of the press, and the moving speed to relatively move the pressing die and the resin member. It is possible to adjust the formation position, size and shape of the protrusions on the surface of the resin member. ,.
  • the protrusions It becomes possible to adjust the formation position, size and shape.
  • the design freedom is extremely high, such as disposing the projections in a random manner on the surface of the film-like resin member, or arranging them in a matrix (row). This makes it possible to reproducibly form the projections as designed, thus making it possible to inexpensively manufacture high performance regenerators.
  • the protrusion forming step may include a laser single beam irradiation step of forming the protrusion by irradiating the surface of the resin member with a laser beam. preferable.
  • the surface of the resin member is plastically deformed by the irradiation of the laser beam to form the projection, thereby making it possible to manufacture the regenerator simply and inexpensively.
  • the protrusions can be formed with good reproducibility.
  • positioning is performed by relatively moving the light source of the laser beam and the resin member in a direction substantially parallel to the surface of the resin member. It is preferable to further include a positioning step to be performed. Furthermore, it is preferable that the projection be formed at a desired position on the surface of the resin member by alternately performing the positioning step and the above-described laser beam irradiation step.
  • the desired position can be easily and quickly obtained. It becomes possible to form a projection.
  • the laser beam irradiation step preferably includes a step of scanning and irradiating a laser beam in a pulsed manner.
  • the diameter of the laser beam irradiated to the resin member, the irradiation power, and the irradiation time are controlled. It is possible to adjust the formation position, size and shape of the protrusions on the surface of the resin member.
  • the design freedom is extremely high, such as forming the ridges in parallel in the flow direction of the working gas, arranging the projections at random, arranging in a matrix, etc. . This makes it possible to reproducibly form the projections as designed, thus making it possible to inexpensively manufacture high performance regenerators.
  • the laminating step includes a step of rolling a jumbo purifier member on which the projection is formed.
  • the regenerator can be simpler and cheaper than manufacturing the regenerator by cutting or bending the resin member. It becomes possible to produce.
  • An apparatus for manufacturing a regenerator according to the present invention is an apparatus for manufacturing a regenerator that forms protrusions on the surface of a film-like resin member, and includes a delivery unit and a protrusion forming unit.
  • the delivery means is a means for delivering the film-like resin member in one direction
  • the protrusion forming means is for forming the protrusion by plastically deforming the surface of the film-like resin member. .
  • the film-like resin member is fed out using the delivery means, and the resin member itself is plastically deformed on the surface of the delivered resin member using the projection forming means to form the projection continuously. It becomes possible to form a projection on the surface of the resin member, making it possible to manufacture the regenerator simply, quickly and inexpensively.
  • a pair of sandwichings disposed opposite to each other in a direction intersecting with the surface of the film-like resin member and spaced apart by a predetermined distance. And the film-like resin member is passed through the gap between the sandwiching parts to adjust the height of the projections formed by the projection forming means. It is preferable to have height adjustment means to Thus, by providing the height adjusting means for adjusting the height of the protrusion on the downstream side of the protrusion forming means, the height of the protrusion formed on the surface of the resin member can be simply set to the desired height. It becomes possible to adjust.
  • the height adjusting means is configured with a simple configuration that merely arranges the pair of holding portions, the manufacturing cost is not increased, and the height of the protrusions can be quickly adjusted. Therefore, there is no hindrance to productivity.
  • the distance between the pair of sandwiching portions be adjustable.
  • the distance between the pair of sandwiching parts is adjustable, it is possible to easily cope with the case where the height of the projection part adjusted using the sandwiching parts is changed due to the design change or the like.
  • the projection forming means is located on the opposite side to the pressing mold via the pressing mold and the film-like resin member delivered in one direction. It is preferable to be configured by the following stages. -As described above, it is possible to use a press equipped with a pressing die and a stage as means for forming the projecting portion by plastically deforming the film-like resin member itself to form the projection.
  • a press is used as the protrusion forming means, the protrusions can be continuously and easily formed on the surface of the resin member, and the regenerator can be manufactured inexpensively.
  • the stage preferably has a recess at a position corresponding to the pressing die.
  • the ridge portion reaches the end of the stage toward the downstream side of the moving direction of the film-like resin member delivered in one direction. Is preferred.
  • the formed projection contacts the stage. Is concerned. Because of this, like the above configuration, By extending the recess provided on the stage to the end of the stage toward the downstream side of the resin member in the moving direction, contact between the projection and the stage is avoided, and the resin member may be caught on the stage, It becomes possible to prevent deformation of the shape of the projection in advance.
  • the press mold has a plurality of needles each having a substantially conical tip end, and a plurality of surfaces of a film-like resin member are formed by one press. It is preferable to be configured to be able to form a protrusion of
  • the pressing die since the pressing die has a plurality of needles, it becomes possible to form a plurality of projections on the surface of the resin member by one press, and the regenerator can be manufactured quickly and easily. Becomes possible.
  • the projection forming means is preferably constituted by a laser beam irradiation means for irradiating a laser beam.
  • a laser beam irradiating means for irradiating a laser beam as the projecting portion forming means for plastically deforming the film-like resin member itself to form the projecting portion.
  • the laser beam irradiation means is used as the protrusion forming means, it becomes possible to form the protrusions continuously and easily on the surface of the resin member, and it becomes possible to provide the regenerator at low cost.
  • the laser beam irradiating means be configured to be capable of scanning and irradiating a laser beam in a pulse form.
  • FIG. 1 is a schematic diagram for illustrating a method and an apparatus for manufacturing a regenerator according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a view for explaining a protrusion forming step in the first embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view of a press showing a first step of a pressing step.
  • FIG. 3 is a view for explaining the protrusion forming step in the first embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view of a press showing a second step of the pressing step.
  • FIG. 4 is a view for explaining the protrusion forming step in the first embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view of a press showing a third step of the pressing step.
  • FIG. 5 is a top view of a resin film showing a layer pattern 1 of protrusions formed using the method and apparatus for manufacturing a regenerator according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a top view of a resin film showing a layer pattern 2 of protrusions formed using the method and apparatus for manufacturing a regenerator according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a top view of a resin film showing a layer pattern 3 of protrusions formed using the method and apparatus for manufacturing a regenerator according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a top view of a resin film showing a layer pattern 4 of protrusions formed by using the method and apparatus for manufacturing a regenerator according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a top view of a resin film showing a layer pattern 5 of protrusions formed using the method and apparatus for manufacturing a regenerator according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 10A is an enlarged cross-sectional view of a resin film showing the shape of a projection formed using the method and apparatus for manufacturing a regenerator according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 10B is an enlarged cross-sectional view of a resin film showing another shape of a protrusion formed using the method and apparatus for manufacturing a regenerator according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a schematic view showing a lamination step in Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 12 is an enlarged sectional view of a regenerator according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of a press according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a top view for explaining the shape of the press in the second embodiment of the present invention. It is a front view.
  • FIG. 15 is a schematic diagram for illustrating a method and an apparatus for manufacturing a regenerator according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view of height adjustment means in Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 17 is a schematic diagram for illustrating a method and an apparatus for manufacturing a regenerator according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 18A is a schematic diagram for explaining a mechanism in which a projection is formed on the surface of a resin film constituting a regenerator in the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 18B is an enlarged cross-sectional view of a resin film showing the shape of a protrusion formed using the method and apparatus for manufacturing a regenerator according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 18 C is an enlarged cross sectional view of a resin film showing another shape of a protrusion formed using the method and apparatus for manufacturing a regenerator according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 19A is a schematic perspective view for describing a structure of a regenerator according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 B is a schematic top view for illustrating the structure of the regenerator according to the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 20 is a schematic perspective view showing the distribution of projections of the resin film constituting the regenerator according to the sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 21 is a schematic cross-sectional view for illustrating the shape of the resin film of the regenerator according to the seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 22 is a cross-sectional view for describing the structure of a general Stirling refrigerator.
  • Fig. 23 A is a top view of a moonlight film in which a projection is formed by attaching a spacer.
  • FIG. 23 B is an end view of the resin film shown in FIG.
  • FIG. 24A is a top view of a resin film in which protrusions are formed by silk printing.
  • FIG. 24B is an end view of the resin film shown in FIG. 24A.
  • FIG. 25 is an exploded perspective view for explaining the structure of a general Stirling refrigerator. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the method and apparatus for manufacturing a regenerator according to the first embodiment of the present invention
  • FIGS. 2 to 4 show in more detail the protrusion forming step according to the present embodiment.
  • It is sectional drawing of the press for demonstrating to FIG. 5 to 9 are top views of the resin film showing the layout pattern of the protrusions
  • FIGS. 10A and 10B are enlarged cross-sectional views of the resin film showing the shape of the protrusions.
  • FIG. 11 is a schematic view showing a lamination process in the present embodiment
  • FIG. 12 is an enlarged cross-sectional view of a regenerator in the present embodiment.
  • the production process of the regenerator manufactured by rolling around the film-like resin member mainly includes the step of forming a projection on the surface of the resin film, and the resin film on which the projection is formed. It can be divided into the laminating step of laminating.
  • the manufacturing apparatus for the regenerator shown in FIG. 1 is a manufacturing apparatus for the regenerator used in the step of forming a projection on the surface of the resin film.
  • the apparatus for manufacturing a regenerator mainly comprises: a film feeder 113, which is a delivery means for delivering a resin film, and a press machine 101, which is a protrusion forming means. Is equipped.
  • the press machine 101 is located on the downstream side of the film feeder 113, and includes a press die 102, a holding unit 103, and a stage 104.
  • the pressing die 102 and the stage 1 0 3 are vertically spaced from each other with the resin film 8 fed out in one direction (direction of arrow A in the figure) by the film feeder 1 1 3 . Further, the pressing die 102 and the pressing portion 103 can move in the vertical direction (the direction of the arrow B in the figure).
  • a concave portion 1 0 5 which becomes a relief of the pressing die 1 2 0 at the time of pressing. Is provided (see Figures 2 to 4).
  • the resin film 8 fed in one direction by the film feeder 113 passes through the drive roller 111 and is sent to the press machine 101.
  • the press machine 101 press-processes the resin film 8 at a predetermined timing. 'Thereby, the protrusion 10 is continuously formed on the surface of the resin film 8.
  • the resin film 8 is fed out by the film feeder 113 so that the projection formation planned area of the resin film 8 is positioned below the press die 102 of the press machine 101. Positioning is performed (see Figure 2). This step corresponds to a positioning step of determining the relative position between the pressing die 102 and the resin film 8 to form the projection.
  • the pressing portion 103 moves downward (in the direction of arrow B-1 in the figure).
  • the resin film 8 is pressed against the stage 104 by the holding portion 103, and then the pressing die 102 moves downward, and a projection of the resin film 8 is scheduled to be formed. Press the area downwards.
  • the protrusions 10 are continuously formed on the surface of the resin film 8.
  • the resin film 8 is configured to move above the stage 104. For this reason, the distance between the stage 10 4 and the resin film 8 is equal to or greater than the height of the projection 10 so that the formed projection 10 does not contact the recess 1 0 5 of the stage 1 0 4 It is placed away from.
  • the formation positions of the protrusions formed on the surface of the resin film will be described.
  • various patterns are realized by controlling the timing of pressing and the moving speed to move the pressing die and the resin film relative to each other. Further, if a plurality of needles are held in a press mold in order to form a plurality of projections at one time on the resin film, it is possible to further increase the variation of the pattern in which the projections are formed.
  • FIG. 5 is a top view of the resin film showing the layout pattern 1.
  • the layout pattern of the protrusions shown in FIG. 5 is a layout pattern in which the protrusions 10 are formed in a matrix on the surface of the resin film 8. That is, referring to FIG. 5, protrusions 10 are arranged in a matrix on the surface of resin film 8 in the X direction and the y direction. In the figure, the intervals between the protrusions in the X direction are all equal, and the intervals between the protrusions in the y direction are also all equal.
  • a press die 102 having a plurality of needles at equal intervals in the y direction as shown in FIG. 5 is used.
  • the resin film 8 is moved at a constant speed in the A direction (X direction) with respect to the pressing die 102, and is pressed using the pressing die 102 at a constant timing.
  • a layout pattern in which the protrusions are arranged in a matrix as shown in FIG. 5 is realized.
  • FIG. 6 is a top view of the resin film showing the layout pattern 2. Similar to the above-described layer pattern 1, the layer pattern of projections shown in FIG. 6 is a layer pattern in which projections 10 are formed in a matrix on the surface of the resin film 8. However, in this layout pattern, unlike the layout pattern 1, the distance between the protrusions in the X direction is random. That is, the distance between adjacent protrusions in the X direction is not constant but nonuniform.
  • a resin corresponding to the pressing die 102 is used.
  • Move film 8 in the A direction (X direction) at an irregular speed and There is a method of pressing with this press die 102 at a fixed timing.
  • the resin film 8 is moved at a constant speed in the A direction (X direction) with respect to the pressing die 102, and the pressing die 102 is irregularly displaced in the arrow D direction in FIG.
  • There is also a way to press Furthermore, there is also a method of moving the resin film 8 in the A direction (X direction) at a constant speed with respect to the pressing die 102, and changing the timing of the pressing die 102 irregularly. .
  • FIG. 7 is a top view of the resin film showing the layout pattern 3.
  • the layered pattern of the protrusions shown in FIG. 7 is a layered pattern in which the protrusions 10 are formed in a matrix on the surface of the resin film 8 in the same manner as the above-described layered patterns 1 and 2.
  • this layout pattern unlike the layout patterns 1 and 2, the same pattern is repeatedly formed in the X direction with a width of W1.
  • a press mold 102 having a plurality of needles at equal intervals in the y direction is used.
  • FIG. 8 is a top view of a resin film showing a layout pattern 4.
  • the layout pattern of the protrusions shown in FIG. 8 is a layout pattern in which the protrusions are arranged at regular intervals in the y direction, but the protrusions are not aligned in the X direction but are random. .
  • a pressing die 102 having a plurality of needles at equal intervals in the y direction is used.
  • there is a method of moving the resin film 8 in the A direction (X direction) at a constant speed and pressing at a fixed timing while randomly displacing the pressing die 102 in the arrow E direction in FIG. is there.
  • Fig. 9 is a top view of the resin film showing the layout pattern 5.
  • the layout of the protrusion shown in FIG. 9 is a combination of the layout pattern 3 and the layout pattern 4 described above. That is, although the protrusions are formed at regular intervals in the y direction, the protrusions are not aligned at regular intervals in the X direction, and the same pattern is repeatedly formed with a width of W 2 There is.
  • the pressing die 102 As a method of forming a projection like this layout pattern, as shown in FIG. 9, using a pressing die 102 having a plurality of needles at equal intervals in the y direction, the pressing die 102 is displaced in the E direction.
  • the resin film 8 is moved in the A direction (X direction) at a speed changing with a regular cycle with respect to the pressing die 102 while the pressing die 102 is moved at a constant timing.
  • the above five layout patterns are the layout patterns of the protrusions that are realized using the same shape of the pressing die. That is, even when the same pressing die is used, various layout patterns can be realized by controlling the timing of pressing and the relative moving speed between the pressing die and the resin film.
  • the flow of working gas is more complicated in layout patterns 2 to 5 than layout pattern 1 in which the projections are arranged in a matrix. As a result, the heat exchange efficiency in the regenerator can be improved, and a high performance regenerator can be realized.
  • the shapes of the protrusions 10 formed by the pressing process mainly include the protrusions 10 a having a shape shown in FIG. 1 OA and the protrusions 10 b having a shape shown in FIG. 10 B.
  • the sizes of the protrusions 10 a and 10 b can be adjusted by the pressure applied by the press using a press.
  • Fig. 1 OA shows the shape of a projection formed when using a pressing die whose tip is conical and whose apex is a curved surface. As shown in the figure, this type of mold is used The protruding portion 10 a formed is shaped like a mountain projecting downward from the main surface of the resin film 8.
  • FIG. 10B shows the shape of a projection formed when using a pressing die having a conical tip and a sharp apex.
  • the projection 10 b formed by using the pressing die of this shape is an annular projection having an opening 1 O b i at its apex.
  • the above-mentioned two types can be considered mainly as the shape of the protrusion 10, but the opening 10 b 1 is placed at the vertex shown in FIG. 10 B rather than the ridged protrusion 10 a shown in FIG. It is more preferable to set it as the annular protrusion 10 b having. This is because, when the resin film 8 is laminated, the working gas flowing in the gap formed between the laminated resin films 8 passes through the opening 10 b 1 of the projection 10 b. It is possible to flow to other gaps. This makes it possible to construct complicated working gas flow paths, and it is possible to produce a regenerator whose heat transfer efficiency is significantly improved by disturbing the working gas flow.
  • a lamination step of laminating resin films will be described.
  • a resin film 8 having projections 10 formed on its surface is cut at a predetermined length and laminated by being wound around a cylindrical bobbin 14.
  • the projections 10 provided in advance on the surface of the tree moon effect film 8 constitute the gaps 9 between the resin films to be laminated, so the axis of the resin film 8 formed by winding is formed.
  • a flow path in which the working gas flows in the direction will be configured (see Figure 12).
  • the regenerator has a configuration in which resin films are laminated in the direction intersecting the flow direction of the working gas.
  • These bobbins 14 and the wound resin film 8 constitute a regenerator 15 of the Stirling refrigerator, and in the same manner as the assembling method described in the above-mentioned prior art, the specified structure of the Stirling refrigerator is obtained. It is attached to the position.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of a press according to Embodiment 2 of the present invention
  • FIG. 14 is a top view for illustrating the shape of the press according to the present embodiment.
  • the apparatus for manufacturing a regenerator according to the present embodiment is mainly comprised of a film feeder which is a delivery means, and a press which is a protrusion forming means, as in the above-mentioned embodiment 1.
  • press machine 101 is provided with a press die 102, a presser unit 103, and a stage 104 as in the first embodiment described above. ing.
  • the pressing die 102 and the stage 104 are positioned above and below the resin film 8 which is fed in one direction (direction of arrow A in the figure) by the film feeder.
  • the pressing die 102 and the pressing portion 103 can be moved in the vertical direction (the arrow B direction in the figure).
  • the stage 104 has a recess 106 in the moving direction of the resin film 8 (the direction of the arrow A in the figure) from the position corresponding to the pressing die 102.
  • the recess 106 reaches the end of the stage 104.
  • the recessed portion 1 6 is a portion where the pressing die 102 escapes at the time of pressing.
  • the resin film moving on the stage 104 of the press machine 101 is pressed at a predetermined timing.
  • the projections 10 are continuously formed on the surface of the resin film 8.
  • FIG. 13 in order to form the annular projection 10 b shown in FIG. 10 B on the surface of the resin film 8, the case where the tip of the pressing die 102 has a sharp shape is shown. It shows. (effect)
  • the recessed portion 106 is located on the downstream side of the moving direction of the resin film 8 as far as the end portion of the stage 104, the protruding portion 1 formed on the surface of the resin film 8 It is prevented in advance that 0 contacts stage 104. Further, in the above embodiment, the distance between the stage 104 and the resin film 8 needs to be equal to or more than the height of the protrusion 10 to be formed. Since 6 reaches the end of stage 104, resin film 8 can be placed directly above stage 104. This makes it possible to form the protrusion 10 with high accuracy as in the above-described first embodiment.
  • FIG. 15 is a schematic diagram for illustrating a method and an apparatus for manufacturing a regenerator according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view of height adjusting means for adjusting the height of the protrusions formed on the surface of the resin film. -(Regenerator production equipment)
  • the manufacturing apparatus for the regenerator includes the film feeder 1 13, which is a delivery unit, and a press 1, which is a protrusion forming unit. ing. Further, on the downstream side of the press machine 101, a clamping unit 114, which is a height adjustment means for adjusting the height of the projection 10 formed by the press machine 101, is disposed. .
  • the holding portion 1 1 4 is constituted by a pair of holding blocks 1 1 4 a and 1 1 4 b. Further, on the downstream side of the sandwiching blocks 1 1 4 a and 1 1 4 b, a recovery roller 1 1 6 is positioned as a means for removing the resin film 8.
  • the resin film 8 having the projections 10 formed on its surface passes through the gap formed between the sandwiching blocks 1 14 a and 1 14 b.
  • Protrusions 1 0 because it is formed by using a press machine 1 0 1, some dimensional error arising in the height h 12.
  • clamping block 1 1 4 a which is height adjustment means 114 b is used.
  • the height of the protrusions 10 formed on the surface of the resin film 8 is shaped to be a fixed height, so that it becomes possible to easily form a regenerator having a shape as designed.
  • the clamping blocks 1 14 a and 1 14 b movable in the vertical direction (the direction of the arrow C in the figure)
  • the height of the projection 10 adjusted using the clamping blocks 114 a and 114 b changes. If you do, you will be able to respond easily.
  • FIG. 17 is a schematic diagram for illustrating a method and an apparatus for manufacturing a regenerator according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 18A is a schematic view for explaining a mechanism in which a protrusion is formed using the manufacturing method and the manufacturing apparatus of the regenerator in the present embodiment
  • FIGS. 18B and 18C are the present embodiment.
  • FIG. 6 is a view showing a method of manufacturing a regenerator and a shape of a protrusion formed by the manufacturing device in FIG.
  • the apparatus for manufacturing a regenerator according to the present embodiment mainly comprises: a film feeder 213 as a delivery means for delivering a resin film; and a laser beam irradiation means 201 as a protrusion forming means. There is. A laser beam 203 irradiated from the laser beam irradiation means 201 to the resin film 8 is emitted in a pulse form from a laser oscillator 202 which is a light source.
  • a laser beam 203 emitted from a laser oscillator 202 is converted into a spot-like laser beam through a modulator 204, a beam expander 205, a polygon mirror 206 driven by a motor 207, and a focusing scanning lens 209. Act as a line scan beam 210.
  • a line scanning beam 210 is supplied from a film feeder 213 and is moved horizontally (in the direction of arrow A in the figure) at a constant speed by drive rollers 21 1 212.
  • the light is focused on the resin film 8 and pulse irradiation is performed at a predetermined power.
  • the projecting portion 10 is continuously formed on the surface of the resin film 8.
  • the resin film is sent out by the film feeder 2 13 3 to perform relative positioning between the laser beam irradiation means 2 0 1 and the resin film 8, and the resin film 8 by the laser beam irradiation means 2 0 1
  • the laser beam is irradiated to the projection forming planned area of the resin film, thereby alternately performing the projection part forming step of forming the projection part 10 on the surface of the resin film 8 to continuously form the resin film 8 of It becomes possible to form a projection 10 on the surface.
  • the opening 10b1 is a resin fiber. Formed on the surface of Nolem 8. This is because, in the central portion of the portion irradiated with the line scanning beam 210 of the resin film 8, the temperature melts to exceed the melting point of the resin film 8, and a circular hole is formed in the resin film 8. I'm sorry. At this time, surface tension acts from the periphery, and thus a protrusion 1 O b having a shape in which the outer peripheral portion is raised annularly is obtained.
  • the resin film having a large number of protrusions formed on the surface is cut at a predetermined length and wound around a cylindrical bobbin, as in the first embodiment described above. Thereby, a flow path which is a gap portion for the working gas to flow in the laminated resin film is formed.
  • the povin and the wound resin film constitute a regenerator of the Stirling refrigerator, which is assembled at a predetermined position of the Stirling engine in the same manner as the assembling method described in the above-mentioned prior art. Ru.
  • the present embodiment shows a specific example in the case where the projection is formed by the method using the above-mentioned laser beam.
  • polyethylene terephthalate formed to a thickness of 60 nm was used as the resin film constituting the regenerator.
  • the resin film is irradiated with a laser beam with a wavelength of 106 4 11 111 yen (Ittri mu aluminum garnet laser), and the irradiation diameter is ⁇ 0.3 mm.
  • the irradiation power was 50 mW, and the irradiation time was 0.1 seconds.
  • the resin film only caused plastic deformation, and it was confirmed that a projection 10 a as shown in FIG. 18 B was formed.
  • the diameter d i of the bottom of the projection 10 a is about 0.4 mm
  • the height 1 ⁇ is about 10 O m.
  • the shape was a mountainous microprotrusions.
  • FIG. 19A is a schematic perspective view showing the structure of the regenerator according to the fifth embodiment of the present invention
  • FIG. 19B is a schematic top view of the regenerator viewed from the direction of the arrow B in FIG. It is a figure.
  • the present embodiment shows the case where the height of the protrusion is changed depending on the position. In the figure, the protrusion is omitted.
  • the present embodiment shows the case where the heights of the protrusions formed on the surface of the resin film 8 are continuously changed so as to gradually increase in the stretching direction of the resin film 8.
  • the state when the resin film 8 formed in such a pattern is wound around the bobbin 14 is shown in FIGS. 19A and 19B. It can be seen that the spacing between the layers of the resin film laminated by winding is wider toward the outside. That is, in FIG. 19B, the gap height, which is the distance between the layers, is gl ⁇ g 2 ⁇ g 3 ⁇ g 4 .
  • the heat flow velocity flowing into and out of the regenerator is not uniform in the height direction of the regenerator, and in the Stirling refrigerator of the above-described structure, a larger heat flux is obtained on the outer peripheral side than the inner peripheral side of the regenerator. Is known to be For this reason, the heat exchange performance between the working gas and the resin film is improved by adjusting the height of the protrusion that determines the gap height according to the heat flux distribution, and the heat storage capacity of the regenerator film is reduced. It is possible to greatly improve the heat dissipation performance.
  • the method of forming a projection by the press process described in the above-mentioned Embodiment 1 may be used, or the laser beam shown in the above-mentioned Embodiment 4 can be used.
  • the adjustment of the gap height can be made, for example, in the method of forming projections by laser beam irradiation, by gradually increasing the laser irradiation power in synchronization with the feeding of the resin film. It is possible to increase the height of the protrusions by increasing the irradiation time.
  • FIG. 20 is a schematic perspective view showing the structure of the regenerator according to the sixth embodiment of the present invention.
  • the present embodiment shows an example of the formation pattern of the protrusions, and the height of the protrusions formed on the resin film surface is continuously increased so as to gradually increase in the stretching direction of the resin film. And the number of projections per unit area is increased or decreased on the compression chamber side and the expansion chamber side.
  • the protrusion per unit area is more on the expansion chamber side (H side in the figure) than on the compression chamber side (G side in the figure).
  • the number of .10 is increasing.
  • the distance between the layers of the resin film 8 stacked by being wound around the bobbin 14 is wider toward the outside, and the density of the protrusions 10 inside is also closer to the expansion chamber side. .
  • the working gas flowing in the regenerator has a low temperature on the expansion chamber side and a high temperature on the compression chamber side. For this reason, on the expansion chamber side where the temperature of the working gas is lower, the viscosity of the working gas is low and the working gas flows easily. Therefore, even if the flow resistance is somewhat high, the heat exchange efficiency of the regenerator is improved by securing a larger heat transfer area. On the other hand, on the side of the compression chamber where the temperature of the working gas is higher, the viscosity of the working gas is high, and if priority is given to reducing the flow resistance over a large heat transfer area, the heat exchange efficiency of the regenerator improves.
  • the number of projections per unit area is increased toward the expansion chamber side than the compression chamber side.
  • the flow resistance of the working gas becomes substantially uniform throughout the regenerator, so that the gas flow can be smoothed and made uniform, and the heat storage performance of the regenerator can be further improved.
  • the pulse irradiation interval during laser scanning on the compression chamber side is the expansion chamber. It may be set to be relatively longer than the pulse irradiation interval during one laser scan on the side. (Embodiment 7)
  • FIG. 21 is a schematic cross-sectional view showing the shape of a protrusion of a resin film in a seventh embodiment of the present invention.
  • the present embodiment shows an example of the formation pattern of the projections, and the projections formed on the surface of the resin film are the projections formed to separate the films to be laminated, and the larger transmission. It shows the case where it is formed separately from the projections formed to secure the thermal area. '(Structure of regenerator)
  • the plurality of projections formed on the surface of resin film 8 have different heights from one another.
  • the higher projections 17 are projections for separating the films to be stacked
  • the lower projections 16 are projections for securing a heat transfer area.
  • the height of each protrusion is h 3 > h 4 .
  • the heat transfer area is increased while the flow resistance to the working gas flowing in the regenerator is suppressed, so the heat exchange efficiency with the working gas passing through the regenerator is increased. It is possible to improve the.
  • the laser irradiation power at a constant period in synchronization with the laser irradiation scanning is performed. Alternatively, it can be realized by changing the irradiation time.
  • Embodiment 1 of the present invention described above the laminated structure of the resin film has been described by exemplifying one laminated in a cylindrical shape by winding. This is because, with such a configuration, it is possible to manufacture the regenerator more simply and inexpensively than manufacturing the regenerator by cutting or bending the resin member.
  • the regenerator according to the present invention is not limited to such a configuration, and may be one laminated by cutting and stacking resin films, or one laminated by bending.
  • the metal-based thin film having a high thermal conductivity such as gold
  • the present invention is not limited to this, and it is possible to use a galvanometer, an ultrasonic deflector or the like. It is.
  • the height adjustment means shown in the above-mentioned Embodiment 3 can naturally be applied to the other embodiments.
  • the layer pattern of protrusions or the shape, height, size, density and the like of the protrusions individually exemplified in the above-mentioned embodiment are applied to the regenerator manufactured according to the present invention. However, it is not limited to the regenerator formed by using a specific protrusion forming means, except for a part of it.
  • the regenerator mounted on the Stirling refrigerator is described as an example of the regenerator.
  • the present invention is not particularly limited to this.
  • the present invention can be applied to all regenerators formed by laminating resin films, and of course can be applied to all devices equipped with this regenerator.
  • the regeneration of high heat exchange efficiency which can be manufactured with high reliability, simply and inexpensively It is possible to provide a container, a method and apparatus for manufacturing the regenerator, and a staring refrigerator equipped with the regenerator.
  • a manufacturing method and a manufacturing method of a regenerator capable of enhancing the design freedom of the protrusions formed on the resin film constituting the regenerator, and capable of forming the protrusions with high repeatability and high accuracy. It becomes possible to provide an apparatus.

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Abstract

　樹脂フィルム（８）を渦巻状に巻き回して形成される再生器において、樹脂フィルム（８）の表面に、プレス処理またはレーザービーム照射処理のいずれかを施すことによって樹脂フィルム（８）自体を塑性変形させて突起部（１０）を形成する。この後、樹脂フィルム（８）を積層する。これにより、突起部（１０）によって、積層された樹脂フィルム（８）同士が作動ガスの流路となる間隙部を有するようになる。この結果、簡便かつ安価に高熱交換効率の再生器を提供することが可能になる。

Description

明細書 再生器、 再生器の製造方法および再生器の製造装置
ならびにスターリング冷凍機 技術分野 ' 本発明は、 フィルム状の樹脂部材を積層してなる再生器、 その再生器の製造方 法および製造装置ならびにその再生器を^えたスターリング冷凍機に関する。 背景技術
近年、 省エネルギーや環境問題などの見地から、 スターリング機関が注目を浴 ぴている。 スターリング機関は、 外部の熱源を利用して可逆サイクルであるスタ 一リングサイクルを実現する外燃機関であり、 ガソリンなどの引火性や着火性に 優れた燃料を必要とする内燃機関などに比べ、 省エネルギーで低公害であるとい う優れた長所を有する熱機関である。
このスターリング機関の応用例として、 スターリング冷凍機が広く知られてい る。 このスターリング冷凍機は、 逆スターリングサイクルを用いて極低温を発生 させる冷凍機である。 以下、 図を参照してスターリング冷凍機の構造について説 明する。
図 2 2に示すように、 スターリング冷凍機は、 水素やヘリゥムなどの不活性ガ スが作動ガスとして内部に充填されたシリンダ 2 0を備えている。 このシリンダ 2 0内には、 ピストン 2 7およびディスプレーサ 2 6が嵌揷されており、 これら によってシリンダ 2 0内の空間が圧縮室 2 8と膨張室 2 9とに区画されている。 ピストン 2 7はリニアモータ 3 0によって駆動されるが、 バネ 3 2によって本体 ケーシング 2 3に接続されているため、 シリンダ 2 0内を周期的に正弦運動する。 また、 ディスプレーサ 2 6は、 ピス トン 2 7の正弦運動の力を受けてシリンダ 2 0内を往復動するが、 ピストン 2 7と同様にバネ 3 1によって本体ケーシング 2 3に接続されているため、 周期的な正弦運動をとることになる。 このピス トン 2 7の正弦運動とディスプレーサ 2 6の正弦運動とは、 定常運転時において同じ周 期で一定の位相差をもって行なわれる。
圧縮室 2 8と膨張室 2 9との間には再生器 1 5が配設されており、 この再生器 1 5を介してこれら両室が連通することにより、 冷凍機内に閉回路が構成されて レ、る。 この閉回路の圧縮室 2 8側には、 放熱用熱交換器 2 4が取付けられており、 さらにこの放熱用熱交換器 2 4に隣接して放熱器 2 2が設けられている。 一方、 閉回路の膨張室 2 9側には、 吸熱用熱交換器 2 5が取付けられており、 さらにこ の吸熱用熱交換器 2 5に隣接して吸熱器 2 1が設けられている。
この閉回路内の作動ガスが、 ピストン 2 7およびディスプレーサ 2 6の動作に 合わせて流動することにより、 逆スターリングサイクルが実現される。 ここで、 放熱器 2 2は圧縮室 2 8内の熱を外部へと放出させる役割を果たし、 放熱用熱交 換器 2 4はこの放熱を促進させる役割を果たす。 また、 吸熱器 2 1は外部の熱を 膨張室 2 9内へと伝熱する役割を果たし、 吸熱用熱交換器 2 5はこの伝熱を促進 させる役割を果たす。 - 次に、 上記構成のスターリング冷凍機の動作について説明する。 まず、 リニア モータ 3 0を作動させ、 ピス トン 2 7を駆動する。 リエアモータ 3 0によって駆 動されたピストン 2 7は、 ディスプレーサ 2 6に接近し、 圧縮室 2 8内の作動ガ スを圧縮する。 これにより、 圧縮室 2 8内の作動ガス温度は上昇するが、 放熱用 熱交換器 2 4を介して放熱器 2 2によってこの圧縮室 2 8内に発生した熱が外部 へと放出されるため、 圧縮室 2 8内の作動ガス温度は、 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の等温圧縮過程を構成する。
次に、 圧縮室 2 8内でピス トン 2 7により圧縮された作動ガスは、 その圧力に より再生器 1 5内に流入し、 さらに膨張室 2 9へと送られる。 その際、 作動ガス の持つ熱量が再生器 1 5に蓄熱される。 すなわち、 本過程は、 逆スターリングサ イタルの等容冷却過程を構成する。
つづいて、 膨張室 2 9内に流入した高圧の作動ガスは、 ディスプレーサ 2 6が 下方へ下がることにより、 膨張する。 これにより、 膨張室 2 9内の作動ガス温度 は下降するが、 吸熱用熱交換器 2 5を介して吸熱器 2 1によって外部の熱が膨張 室 2 9内へと伝熱されるため、 膨張室 2 9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を構成する。 やがて、 ディスプレーサ 2 6が上昇を始めることにより、 膨張室 2 9内の作動 ガスは再生器 1 5を通過して、 再び圧縮室 2 8側へと戻る。 その際、 再生器 1 5 に蓄熱されていた熱量が作動ガスに与えられるため、 作動ガスは昇温する。 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を構成する。
この一連の過程 （等温圧縮過程一等容冷却過程一等温膨張過程一等容加熱過 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、 吸熱器 2 1は徐々に低温になり、 極低温を有するに至る。
次に、 上述の再生器について詳細に説明する。 再生器は、 上述の通り熱交換器 の一種であり、 再生器内を流動する作動ガスとの間で熱量のやり取りを行なう装 置である。 このため、 その限られた空間内において作動ガスとの接触面積をより 大きく確保する必要がある。 一方、 接触面積を大きく確保するために複雑な経路 を構成した場合には、 逆に作動ガスの流動に対する抵抗となってしまうため、 ス ターリング冷凍機の効率低下につながってしまう。 すなわち、 再生器の内部構造 としては、 作動ガスと接触する伝熱面積が大きく、 かつ流動抵抗が小さいことが 好ましい。 このため、 再生器においては、 従来種々のフィン構造が提案されてい る。
このうち、 フィルム状の樹脂部材 （以下、 単に樹脂フィルムとも言う。 ） を渦 卷状に巻き回して形成した再生器が知られている （たとえば、 特開 2 0 0 0— 2 2 0 8 9 7号公報） 。 図 2 3 Aは、 この樹脂フィルムを渦巻状に巻き回して形成 した再生器の展開図であり、 図 2 3 Bは、 展開した状態での樹脂フィルムの端面 図である。 また、 図 2 4 Aは、 樹脂フィルムを渦卷状に卷き回して形成した他の 再生器の展開図であり、 図 2 4 Bはこの他の再生器を展開した状態での端面図で ある。 図に示すように、 この種の再生器にあっては、 シート状の樹脂フィルム 8 の片面に複数の突起部 4 1， 4 2が設けられている。 この突起部 4 1 , 4 2が設 けられた樹脂フィルム 8を巻き回すことにより、 樹脂フィルム同士の間に間隙部 が構成され、 積層される樹脂フィルム同士が隔てられて作動ガスの流路の一部が 構成されるようになる。
従来、 この種の再生器における突起部 4 1としては、 シート状に引き伸ばされ た樹脂フィルム 8の表面に樹脂フィルム 8とは別部材のスぺーサを一定間隔で接 着することによって形成されたものと、 シート状に引き伸ばされた樹脂フ.イルム
8の表面に一定間隔でシルク印刷を行なうことによつて形成されたものとがあつ た。
上記構成の再生器とすることにより、 金属製のフィンを設けるよりもはるカ に 簡便に再生器を製作することが可能になる。 この結果、 再生器の製造に必要なコ ストも大幅に低減できる。 なお、 一般には再生器の熱交換効率の向上を図るため に、 このシート状の樹脂フィルムの表面に金属材料をコーティングする場合が多 レ、。
一般に、 樹脂フィルムの表面に形成される突起部のパターンとしては、 製造の 容易性の観点から規則的に整列させたパターンが採用されている場合が多い。 た とえば、 図 2 3 Aに示すように突起部 4 1を樹脂フィルム 8上に縞状に配置した ものや、 図 2 4 Aに示すようにマトリックス状に配置したものなどが多く見られ る。
次に、 本構成の再生器を上述の構造を有するスターリング冷凍機に組付ける方 法について説明する。 図 2 5を参照して、 上述のスターリング冷凍機に組付けら れる再生器 1 5は、 ディスプレーサが嵌揷されるシリンダ 2 0の一部を構成する ポビン （スタッファーとも呼ばれる） 1 4の外側に、 樹脂フィルム 8を巻き回す ことによって形成される。 この樹脂フィルム 8は、 その一部がボビン 1 4に固定 されていてもよいし、 固定されることなく自在に卷き付けられていてもよい。 この樹脂フィルム 8をボビン 1 4に卷き回すことによって構成された再生器 1
5は、 ケース本体 2 3に予め組付けられている外側ケース 3 3に内挿される。 な お、 この場合、 卷き回された樹脂フィルム 8の軸線が作動ガスの流動方向と略平 行となるように再生器 1 5を設置することにより、 上述の突起部によつて形成さ れた流路内を作動ガスが流動することが可能になる。 さらに、 この上方から吸熱 器 2 1が組付けられることにより、 スターリング冷凍機内に閉回路が形成される とともに、 再生器 1 5が所定位置へと組付けられる。
上述のように、 樹脂フィルムの表面にスぺーサを貼り付けることによって突起 部を形成する方法を採用して突起部を形成した場合には、 作業が非常に煩雑にな るという問題を有していた。 通常、 樹脂フィルムの表面に貼り付けられるスぺー サは、 再生器内において作動ガスとの伝熱面積をより大きく確保するために微細 なものが用いられる。 このため、 貼り付け作業が非常に煩雑となっていた。 また、 貼り付け位置精度が低い点や貼り付け時にゴミを巻き込んでしまうおそれがある 点、 接着剤を使用するために長期にわたって高い信頼性を維持できない点など、 種々の問題点も有していた。 '
また、 シルク印刷を施すことにより、 樹脂フィルムの表面に突起部を形成した 場合には、 印刷設備や乾燥設備などを別途必要とするため、 製造コストが増大す る問題があった。 また、 シルク印刷において、 突起部の位置や大きさ、 形状など を制御することは非常に困難であるという問題も有していた。
さらに、 樹脂フィルムを巻き回して形成した再生器にあっては、 従来、 樹脂フ イルムの表面に規則的に突起部が配置されたものしか存在せず、 再生器として利 用した場合に再生器内を流動する作動ガスの流れが単純化してしまレ、、 高い熱交 換効率が得られない問題も有していた。 - 発明の開示
本発明の一の目的は、 高信頼性で簡便かつ安価に製造が可能な高熱交換効率の 再生器、 その再生器の製造方法および製造装置ならびにその再生器を備えたスタ 一リング冷凍機を提供することにある。
また、 他の目的は、 再生器を構成する樹脂フィルムに形成される突起部の設計 自由度が高められ、 かつ再現性よく高精度に突起部が形成可能な再生器の製造方 法および製造装置を提供することにある。
本発明のある局面に従う再生器は、 作動ガスの流路上に配設され、 作動ガスの 流動方向と交差する方向にフィルム状の樹脂部材を積層してなる。 樹脂部材は、 その表面を塑性変形させることによって形成された突起部を備えており、 この突 起部によって積層される樹脂部材同士が間隙部を有している。
このように、 直接フィルム状の樹脂部材の表面を塑性変形させることによって 突起部を形成することにより、 簡便かつ安価に再生器を製作することが可能にな る。
上記本発明のある局面に従う再生器にあっては、 たとえば、 突起部がその頂点 に開口部を有していることが好ましい。
このように、 突起部の先端に開口部を形成することにより、 再生器内を流動す る作動ガスの流路が搔き乱されるため、 熱交換効率の向上が期待できる。
上記本発明のある局面に従う再生器にあっては、 たとえば、 樹脂部材の表面に プレス処理を施すことにより、 上記突起部が形成されていることが好ましい。 このように、 プレス処まによつて樹脂部材の表面に突起部を形成することによ り、 非常に簡便に樹脂部材の表面を塑性変形させて突起部を形成することが可能 になる。 また、 プレス処理によって突起部を形成することにより、 突起部の設計 自由度が高められるとともに再現性よく突起部を形成することが可能になり、 高 い熱交換効率を有する再生器を提供することが可能になる
上記本発明のある局面に従う再生器にあっては、 たとえば、 樹脂部材の表面に レーザービームを照射することにより、 上記突起部が形成されていることが好ま しい。 - このように、 レーザービームを照射することによって樹脂部材の表面に突起部 を形成することにより、 非常に簡便に樹脂部材の表面を塑性変形させて突起部を 形成することが可能になる。 また、 突起部の設計自由度が高められるとともに再 現性よく突起部を形成することが可能になり、 高い熱交換効率を有する再生器を 提供することが可能になる。 さらには、 上述のプレス処理を用いて形成された突 起部に比べ、 形成される突起部の大きさや形状の再現性がさらに高くなるととも に、 微小ダストの発生が防止されるため、 高信頼性の再生器を提供することがで きる。
上記本発明のある局面に従う再生器にあっては、 たとえば、 樹脂部材の表面に おいて、 所定領域の突起部の高さが他の領域の突起部の高さと異なるように調節 されていることが好ましい。
このように、 樹脂部材に形成される突起部の高さをその位置によって調節する ことにより、 積層された樹脂部材同士の間隙部の高さが互いに異なるように調節 することも可能である。 この結果、 積層された樹脂部材の間隔を、 その位置にお いて流入/流出する熱流束に合わせて決定することが可能となるため、 作動ガス と樹脂部材との熱交換性能が向上し、 再生器全体としての蓄熱/放熱性能を向上 させることが可能となる。 なお、 ここで所定領域および他の領域として規定する 領域の選択の仕方は特に制限されるものではなく、 樹脂部材の表面において任意 に選んだ領域を意味しており、 この選択した領域内に複数の突起部が含まれてい る場合に限られるものではなく、 単数の突起部しか含まれていない場合をも含む ものである。
また、 樹脂部材の表面に形成する突起部を、 積層される樹脂部材の間に間隙を 形成するための突起部と、 より大きな伝熱面積を確保するための突起部とに分け て形成することも可能である。 なお、 この場合には、 積層される樹脂部材の間に 間隙を形成するための突起部の高さよりも、 伝熱面積をより大きく確保するため の突起部の高さの方を低く設計することが必要となる。
上記本発明のある局面に従う再生器にあっては、 たとえば、 樹脂部材の表面に おいて、 単位面積当たりの突起部の数が、 樹脂部材の表面の位置によって異なる ように調節されていることが好ましい。 - このように、 樹脂部材の表面において、 単位面積当たりに形成される突起部の 数を、 樹脂部材の位置毎によって調節することも可能である。 この結果、 積層さ れた樹脂部材の流動抵抗および伝熱面積を、 その位置において流入/流出する熱 流束に合わせて決定することが可能となるため、 作動ガスと樹脂部材との熱交換 性能が向上し、 再生器全体としての蓄熱および放熱性能を向上させることが可能 となる。
本発明の他の局面に従う再生器は、 スターリング冷凍機の圧縮室と膨張室を流 動する作動ガスの流路上に配設され、 作動ガスの流動方向と交差する方向にフィ ルム状の樹脂部材を積層してなる再生器である。 樹脂部材は、 その表面に複数の 突起部を備えており、 この複数の突起部によって積層される樹脂部材同士が間隙 部を有している。 樹脂部材の表面において、 所定領域の突起部の高さが、 他の領 域の突起部の高さと異なるように調節されている。
このように、 高さの異なる突起部を備えていることにより、 間隙部の高さを、 その位置において流入 流出する熱流束に合わせて決定することが可能となるた め、 作動ガスと樹脂部材との熱交換性能が向上し、 再生器全体としての蓄熱/放 熱性能を向上させることが可能となる。 なお、 ここで所定領域および他の領域と して規定する領域の選択の仕方は特に制限されるものではなく、 樹脂部材の表面 において任意に選んだ領域を意味しており、 この選択した領域内に镌数の突起部 • が含まれている場合に限られるものではなく、 単数の突起部し力含まれていない 場合をも含むものである。 なお、 本構成は、 塑性変形により突起部を形成する場 合に限られず、 スぺーサを貼付して突起部を形成する場合や印刷法を用いて突起 部を形成する場合などにも適用可能である。
本発明のさらに他の局面に従う再生器は、 スターリング冷凍機の圧縮室と膨張 室を流動する作動ガスの流路上に配設され、 作動ガスの流動方向と交差する方向 にフィルム状の樹脂部材を積層してなる再生器である。 樹脂部材は、 その表面に 複数の突起部を備えており、 この複数の突起部によって積層される樹脂部材同士 が間隙部を有している。 樹脂部材の表面において、 単位面積当たりの突起部の数 は、 圧縮室側に比べて膨張室側に近付くほど多くなっている。
一般に、 スターリング冷凍機の運転時においては、 再生器内を流動する作動ガ スは、 その膨張室側において圧縮室側よりも低温となっているため、 作動ガスの 膨張室側における粘度は、 圧縮室側における粘度よりも小さくなる。 このため、 膨張室側において、 作動ガスはより流れ易い状態となっており、 突起部の密度を 高くすることによつて伝熱面積を稼ぐことで作動ガスと樹脂部材との熱交換性能 を向上させることが可能となる。 反対に、 作動ガスの流れ難い圧縮室側において は、 突起部の数を減らすことによって流動抵抗の低減が図られ、 スムーズな作動 ガスの流動が実現される。 この結果、 再生器全体としての蓄熱/放熱性能を向上 させることが可能になる。 なお、 本構成は、 塑性変形により突起部を形成する場 合に限られず、 スぺーサを貼付して突起部を形成する場合や印刷法を用いて突起 部を形成する場合などにも適用可能である。
本発明に従うスターリング冷凍機は、 上述のいずれかの再生器を備えている。 このように、 上述のいずれかの再生器を備えたスターリング冷凍機とすること により、 冷凍機全体としての熱交換効率が向上するため、 優れた冷凍性能を有す るスターリング冷凍機を提供することが可能となる。 また、 簡便かつ安価に高信 頼性のスターリング冷凍機を提供することが可能になる。
本発明に従う再生器の製造方法は、 作動ガスの流路上に配設され、 作動ガスの 流動方向と交差する方向にフィルム状の樹脂部材を積層してなる再生器の製造方 法であって、 突起部形成工程と積層工程とを備える。 突起部形成工程は、 樹脂部 材の表面を塑性変形させることにより、 積層される樹脂部材同士が間隙部を有す るための突起部を形成する工程である。 積層工程は、 突起部が形成された樹脂部 材を積層する工程である。
このように、 樹脂部材自体を塑性変形させることによつて樹脂部材の表面こ突 起部を形成することにより、 非常に簡便にかつ安価に再生器を製作することが可 能になる。
上記本発明に従う再生器の製造方法にあっては、 たとえば、 突起部形成工程は、 樹脂部材の表面に押し型を用いてプレス処理を施すことにより突起部を形成する プレス工程を含んでいることが好ましい。
このように、 押し型を用いたプレス処理にて樹脂部材の表面を塑性変形させて 突起部を形成することにより、 非常に簡便にかつ安価に突起部を形成することが 可能になる。 また、 プレス処理によって突起部を形成することにより、 再現性よ く突起部を形成することが可能になる。
上記本発明に従う再生器の製造方法にあっては、 たとえば、 突起部形成工程は、 樹脂部材の表面と略平行方向に押し型と樹脂部材とを相対的に移動させて位置決 めを行なう位置決め工程をさらに含んでいることが好ましい。 さらに、 この位置 決め工程と上述のプレス工程とを交互に行うことにより、 樹脂部材の表面の所望 の位置に突起部が形成可能となるように構成されていることが好ましい。
このように、 押し型と樹脂部材とを相対的に移動させる位置決め工程をさらに 備えることにより、 位置決め処理とプレス処理とを交互に繰り返すことによって 所望の位置に簡便かつ迅速に突起部を形成することが可能になる。
上記本発明に従う再生器の製造方法にあっては、 たとえば、 上記押し型による プレスのタイミング、 プレスの加圧力、 および上記押し型と樹脂部材とを相対的 に移動させる移動速度を制御することにより、 樹脂部材の表面における突起部の 形成位置、 大きさおよび形状を調節することが可能となっている。 ，.
このように、 押し型のプレスのタイミング、 プレスの加圧力および押し型と樹 脂部材とを相対的に移動させる移動速度を制御することにより、 簡便に突起部の 形成位置、 大きさおよび形状を調節することが可能になる。 たとえば、 上記突起 部をフィルム状の樹脂部材の表面にランダムに配置したり、 マトリックス状 （行 列状） に配置したりなど、 その設計自由度は非常に高いものとなる。 これにより、 設計通りに突起部を再現性よく形成することが可能になるため、 高性能の再生器 を安価に製作することが可能になる。
上記本発明に従う再生器の製造方法にあっては、 たとえば、 突起部形成工程は、 樹脂部材の表面にレーザービームを照射することにより突起部を形成するレーザ 一ビーム照射工程を含んでいることが好ましい。
このように、 レーザービームを照射することによって樹脂部材の表面を塑性変 形させて突起部を形成することにより、 簡易かつ安価に再生器を製作することが 可能になる。 また、 レーザー処理によって突起部を形成することにより、 再現性 よく突起部を形成することが可能になる。
上記本発明に従う再生器の製造方法にあっては、 たとえば、 レーザービーム照 射工程は、 樹脂部材の表面と略平行方向にレーザービームの光源、と樹脂部材とを 相対的に移動させて位置決めを行なう位置決め工程をさらに含んでいることが好 ましい。 さらに、 この位置決め工程と上述のレーザービーム照射工程とを交互に 行うことにより、 樹脂部材の表面の所望の位置に突起部が形成可能となるように 構成されていることが好ましい。
このように、 レーザービームの光源と樹脂部材とを相対的に移動させる位置決 め工程をさらに備えることにより、 位置決め処理とレーザービーム照射処理とを 交互に繰り返すことによって所望の位置に簡便かつ迅速に突起部を形成すること が可能になる。
上記本発明に従う再生器の製造方法にあっては、 たとえば、 レーザービーム照 射工程は、 レーザービームをパルス状に走査照射する工程を含んでいることが好 ましい。
このように、 レーザービームをパルス状に走査照射することにより、 樹脂部材 の表面に簡便かつ迅速に複数の突起部を形成することが可能になる。
上記本発明に従う再生器の製造方法にあっては、 たとえば、 樹脂部材に照射す るレーザービームの照射径、 照射パヮー、 および照射時間を制御することにより、 樹脂部材の表面における突起部の形成位置、 大きさおよび形状を調節すること力 S . 可能となっている。 '
このように、 レーザービームの照射径、 照射パワー、 照射時間を制御すること により、 種々の形状の突起部を樹脂部材の表面に再現性よく形成することが可能 となる。 たとえば、 作動ガスの流動方向に向かって突条部を平行に形成したり、 上記突起部をランダムに配置したり、 マトリックス状に配置したりなど、 その設 計自由度は非常に高いものとなる。 これにより、 設計通りに突起部を再現性よく 形成することが可能になるため、 高性能の再生器を安価に製作することが可能に なる。
上記本発明に従う再生器の製造方法にあっては、 たとえば、 積層工程は、 突起 部が形成された樹月旨部材を卷き回す工程を含んでいることが好ましい。
このように、 樹脂部材を卷き回すことによつて積層構造を構成することにより、 ' 樹脂部材を切断したり、 折り曲げたりして再生器を製作するよりも、 簡便かつ安 価に再生器を製作することが可能になる。
本発明に従う再生器の製造装置は、 フィルム状の樹脂部材の表面に突起部を形 成する再生器の製造装置であって、 送出手段と突起部形成手段とを備える。 送出 ' 手段は、 フィルム状の樹脂部材を一方向に送り出す手段であり、 突起部形成手段 は、 フィルム状の樹脂部材の表面を塑性変形させることによって突起部を形成す キ段 C、、める。
このように、 送出手段を用いてフィルム状の樹脂部材を送り出し、 送り出され た樹脂部材の表面に突起部形成手段を用いて樹脂部材自体を塑性変形させて突起 部を形成することにより、 連続的に樹脂部材の表面に突起部を形成することが可 能になり、 簡便、 迅速かつ安価に再生器を製作することが可能になる。
上記本発明に従う再生器の製造装置にあっては、 たとえば、 フィルム状の樹脂 部材の表面と交差する方向に対向して位置し、 所定の距離を隔てて離間するよう に配置された一対の挟持部を上記突起部形成手段よりも下流側に有し、 この挟持 部の間の隙間にフィルム状の樹脂部材を通すことにより、 上記突起部形成手段に よって形成された突起部の高さを調節する高さ調節手段を備えていることが好ま しい。 このように、 突起部形成手段の下流側に突起部の高さを調節する高さ調節手段 を設けることにより、 簡便に樹脂部材の表面に形成された突起部の高さを所望の 高さに調節することが可能になる。 本構成では、 一対の挟持部を配置するだけの 簡便な構成にて高さ調節手段が構成されるため、 製造コストが増大することもな く、 また迅速に突起部の高さが調節されるため、 生産性を阻害することもない。 上記本発明に従う再生器の製造装置にあっては、 たとえば、 一対の挟持部の間 隔が調節可能であることが好ましい。
このように、 一対の挟持部の間隔を調節可能に構成することにより、 挟持部を 用いて調節する突起部の高さが設計変更等により変わった場合にも、 容易に対応 できるようになる。
上記本発明に従う再生器の製造装置にあっては、 たとえば、 突起部形成手段は、 押し型と、 一方向に向かって送り出されるフィルム状の樹脂部材を介して上記押 し型と反対側に位置するステージとによって構成されていることが好ましい。- このように、 フィルム状の樹脂部材自体を塑性変形させて突起部を形成する突 起部形成手段としては、 押し型とステージとを備えたプレス機を用いることが可 能である。 突起部形成手段としてプレス機を用いた場合には、 榭脂部材の表面に 連続的に簡便に突起部を形成することが可能になり、 安価に再生器を製作するこ とが可能になる。
上記本発明に従う再生器の製造装置にあっては、 たとえば、 ステージは、 上記 押し型に対応した位置に凹部を有していることが好ましい。
このように、 ステージの押し型に対応した位置に M部を設けることにより、 プ レス時に、 突起部および押し型の逃げるスペースが確保されるため、 プレス処理 による突起部の連続的な形成が可能になる。
上記本発明に従う再生器の製造装置にあっては、 たとえば、 囬部は、 一方向に 向かって送り出されるフィルム状の樹脂部材の移動方向の下流側に向かってステ 一ジの端部にまで達していることが好ましい。
上述のように、 送出手段によってフィルム状の樹脂部材を送り出しつつ、 プレ ス機を用いて連続的に樹脂部材の表面に突起部を形成する場合には、 形成された 突起部がステージに接触することが懸念される。 このため、 上記構成のように、 ステージに設けられた凹部を樹脂部材の移動方向下流側に向かってステージの端 部まで延ばすことにより、 突起部とステージとの接触が回避されるため、 樹脂部 材がステージに引つ掛かったり、 突起部の形状が変形したりすることが未然に防 止されるようになる。
上記本発明に従う再生器の製造装置にあっては、 たとえば、 上記押し型は、 先 端が略円錐状の複数の針を有しており、 一度のプレスでフィルム状の樹脂部材の 表面に複数の突起部を形成することが可能となるように構成されていることが好 ましい。
このように、 押し型が複数の針を有していることにより、 一度のプレスで樹脂 部材の表面に複数の突起部を形成することが可能になり、 迅速かつ簡便に再生器 を製作することが可能になる。
上記本発明に従う再生器の製造装置にあっては、 たとえば、 突起部形成手段は、 レーザービームを照射するレーザービーム照射手段によって構成されていること が好ましい。
このように、 フィルム状の樹脂部材自体を塑性変形させて突起部を形成する突 起部形成手段としては、 レーザービームを照射するレーザービーム照射手段を用 いることが可能である。 突起部形成手段としてレーザービーム照射手段を用いた 場合には、 樹脂部材の表面に連続的にかつ簡便に突起部を形成することが可能に なり、 安価に再生器を提供することが可能になる。
上記本発明に従う再生器の製造装置にあっては、 たとえば、 レーザービーム照 射手段は、 パルス状にレーザビームを走査照射することが可能であるように構成 されていることが好ましい。
このように、 レーザービーム照射手段によって樹脂部材の表面にパルス状にレ 一ザ一ビームを走査照射することにより、 連続的に、 簡便かつ迅速に複数の突起 部を形成することが可能になる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の実施の形態 1における再生器の製造方法および製造装置を説 明するための模式図である。 図 2は、 本発明の実施の形態 1における突起部形成工程を説明するための図で あり、 プレス工程の第 1段階を示すプレス機の断面図である。
図 3は、 本発,明の実施の形態 1における突起部形成工程を説明するための図で あり、 プレス工程の第 2段階を示すプレス機の断面図である。
図 4は、 本発明の実施の形態 1における突起部形成工程を説明するための図で あり、 プレス工程の第 3段階を示すプレス機の断面図である。
図 5は、 本発明の実施の形態 1における再生器の製造方法および製造装置を用 いて形成される突起部のレイァゥトパターン 1を示す樹脂フィルムの上面図であ る。
図 6は、 本発明の実施の形態 1における再生器の製造方法および製造装置を用 いて形成される突起部のレイァゥトパターン 2を示す樹脂フィルムの上面図であ る。
図 7は、 本発明の実施の形態 1における再生器の製造方法および製造装置を用 いて形成される突起部のレイァゥトパターン 3を示す樹脂フィルムの上面図であ る。
図 8は、 本発明の実施の形態 1における再生器の製造方法および製造装置を用 いて形成される突起部のレイァゥトパターン 4を示す樹脂フィルムの上面図であ る。
図 9は、 本発明の実施の形態 1における再生器の製造方法および製造装置を用 いて形成される突起部のレイァゥトパターン 5を示す樹脂フィルムの上面図であ る。
図 1 0 Aは、 本発明の実施の形態 1における再生器の製造方法および製造装置 を用いて形成される突起部の形状を示す樹脂フィルムの拡大断面図である。 図 1 0 Bは、 本発明の実施の形態 1における再生器の製造方法および製造装置 を用いて形成される突起部の他の形状を示す樹脂フィルムの拡大断面図である。 図 1 1は、 本発明の実施の形態 1における積層工程を示す模式図である。 図 1 2は、 本発明の実施の形態 1における再生器の拡大断面図である。
図 1 3は、 本発明の実施の形態 2におけるプレス機の断面図である。
図 1 4は、 本発明の実施の形態 2におけるプレス機の形状を説明するための上 面図である。
図 1 5は、 本発明の実施の形態 3における再生器の製造方法および製造装置を 説明するための模式図である。
図 1 6は、 本発明の実施の形態 3における高さ調節手段の断面図である。
図 1 7は、 本発明の実施の形態 4における再生器の製造方法および製造装置を 説明するための模式図である。
図 1 8 Aは、 本発明の実施の形態 4において、 再生器を構成する樹脂フィルム の表面に突起部が形成される仕組みを説明するための模式図である。
図 1 8 Bは、 本発明の実施の形態 4における再生器の製造方法および製造装置 を用いて形成される突起部の形状を示す樹脂フィルムの拡大断面図である。
図 1 8 Cは、 本発明の実施の形態 4における再生器の製造方法および製造装置 を用いて形成される突起部の他の形状を示す樹脂フィルムの拡大断面図である。 図 1 9 Aは、 本発明の実施の形態 5における再生器の構造を説明するための概 略斜視図である。
図 1 9 Bは、 本発明の実施の形態 5における再生器の構造を説明するための概 略上面図である。
図 2 0は、 本発明の実施の形態 6における再生器を構成する樹脂フィルムの突 起部の分布を示した概略斜視図である。
図 2 1は、 本発明の実施の形態 7における再生器の樹脂フィルムの形状を説明 するための概略断面図である。
図 2 2は、 一般的なスターリング冷凍機の構造を説明するための断面図である。 図 2 3 Aは、 スぺーサを貼付することによって突起部が形成された樹月旨フィル ムの上面図である。
図 2 3 Bは、 図 2 3 Aに示す樹脂フィルムの端面図である。
図 2 4 Aは、 シルク印刷を施すことによって突起部が形成された榭脂フィルム の上面図である。
図 2 4 Bは、 図 2 4 Aに示す樹脂フィルムの端面図である。
図 2 5は、 一般的なスターリング冷凍機の構造を説明するための分解斜視図で ある。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の実施の形態について、 図を参照して説明する。 なお、 以下に示 す実施の形態においては、 スターリング冷凍機に搭載される再生器を例示して説 明を行なう。
(実施の形態 1 )
図 1は、 本発明の実施の形態 1における再生器の製造方法および製造装置を説 明するための模式図であり、 図 2から図 4は、 本実施の形態における突起部形成 工程をより詳細に説明するためのプレス機の断面図である。 また、 図 5から図 9 は、 突起部のレイアウトパターンを示す樹脂フィルムの上面図であり、 図 1 0 A および図 1 0 Bは、 突起部の形状を示す樹脂フィルムの拡大断面図である。 さら に、 図 1 1は、 本実施の形態における積層工程を示す模式図であり、 図 1 2は、 本実施の形態における再生器の拡大断面図である。
(再生器の製造装置）
まず、 図 1を参照して、 本実施の形態における再生器の製造装置について説明 する。 フィルム状の樹脂部材を卷き回すことによって製作される再生器の製造ェ 程は、 主に、 樹脂フィルムの表面に突起部を形成する突起部形成工程と、 突起部 が形成された樹脂フィルムを積層する積層工程とに分けられる。 このうち、 図 1 に示す再生器の製造装置は、 樹脂フィルムの表面に突起部を形成する突起部形成 工程において用いられる再生器の製造装置である。
図 1に示すように、 本実施の形態における再生器の製造装置は、 主に、 樹脂フ イルムを送り出す送出手段であるフィルムフィーダ 1 1 3と、 突起部形成手段で あるプレス機 1 0 1とを備えている。 プレス機 1 0 1は、 フィルムフィーダ 1 1 3の下流側に位置し、 押し型 1 0 2と、 押さえ部 1 0 3と、 ステージ 1 0 4とを 備えている。 押し型 1 0 2とステージ 1 0 3とは、 フィルムフィーダ 1 1 3によ つて一方向 （図中矢印 A方向） に向かって送り出される樹脂フィルム 8を挟んで 上下に離間して位置している。 また、 押し型 1 0 2と押さえ部 1 0 3とは、 上下 方向 （図中矢印 B方向） に移動可能となっている。 なお、 ステージ 1 0 4の押し 型 1 0 2に対応した位置には、 プレス時に押し型 1 0 2の逃げとなる凹部 1 0 5 が設けられている （図 2から 4参照） 。
(突起部形成工程）
次に、 上記構成の再生器の製造装置を用いて樹脂フィルムの表面に突起部を形 成する方法について説明する。 図 1を参照して、 フィルムフィーダ 1 1 3によつ て一方向に送り出された樹脂フィルム 8は、 駆動ローラ 1 1 1を通過し、 プレス 機 1 0 1に送られる。 プレス機 1 0 1は、 所定のタイミングで樹脂フィルム 8を プレス処理する。 'これにより、 樹脂フィルム 8の表面に連続的に突起部 1 0が形 成される。
具体的には、 まず、 フィルムフィーダ 1 1 3によって樹脂フィルム 8を送り出 すことにより、 樹脂フィルム 8の突起部形成予定領域がプレス機 1 0 1の押し型 1 0 2の下方に位置するように位置決めが行なわれる （図 2参照） 。 この工程は、 突起部を形成するために押し型 1 0 2と樹脂フィルム 8との相対的な位置を決定 する位置決め工程に相当する。 次に、 押さえ部 1 0 3が下方 （図中矢印 B -1方 向） に向かって移動する。 そして、 図 3に示すように、 押さえ部 1 0 3によって 樹脂フィルム 8をステージ 1 0 4へと押し当て、 つづいて押し型 1 0 2が下方へ と移動し、 樹脂フィルム 8の突起部形成予定領域を下方に向かって押圧する。 こ れにより、 樹脂フィルム 8の表面に塑性変形が生じ、 下に凸の突起部 1 0が形成 される。 この工程が、 突起部形成工程であるプレス工程に相当する。 その後、 押 し型 1 0 2と押さえ部 1 0 3は、 上方 （図中矢印 B 2方向） に向かって移動し、 基準位置へと復帰する。 そして、 図 4に示すように、 再び樹脂フィルム 8が矢印 A方向へと送り出される。
以上において説明した位置決め工程とプレス工程とを繰り返すことにより、 樹 脂フィルム 8の表面に突起部 1 0が連続的に形成されるようになる。 なお、 本実 施の形態では、 ステージ 1 0 4の上方を樹脂フィルム 8が移動するように構成さ れている。 このため、 形成された突起部 1 0がステージ 1 0 4の凹部 1 0 5に接 触しないように、 ステージ 1 0 4と樹脂フィルム 8とは形成される突起部 1 0の 高さ以上の距離に離して配置されている。
(突起部の形成位置）
次に、 樹脂フィルムの表面に形成される突起部の形成位置について説明する。 本実施の形態における再生器の製造方法および製造装置を用いることにより、 樹 脂フィルムの表面に様々なレイァゥトパターンにて突起部を形成することが可能 になる。 具体的には、 プレスのタイミングや、 押し型と樹脂フィルムとを相対的 に移動させる移動速度を制御することにより、 種々のパターンが実現される。 ま た、 樹脂フィルムに一度に複数の突起部を形成するために複数の針を押し型に持 たせれば、 突起部が形成されるパターンのバリエーションをさらに増すことが可 能になる。 以下に、 突起部のレイアウトパターンのいくつかを例示する。
(レイアウトパターン 1 )
図 5は、 レイアウトパターン 1を示す樹脂フィルムの上面図である。 図 5に示 す突起部のレイアウトパターンは、 樹脂フィルム 8の表面にマトリクス状に突起 部 1 0が形成されたレイアウトパターンである。 すなわち、 図 5を参照して、 樹 脂フィルム 8の表面において X方向および y方向に突起部 1 0が行列状に配置さ れている。 図中 X方向における突起部の間隔はすべて等間隔であり、 また、 y方 向における突起部の間隔もすベて等間隔である。
上記突起部のレイアウトを実現するためには、 たとえば、 図 5に示すような y 方向に等間隔に複数の針を有する押し型 1 0 2が用いられる。 この押し型 1 0 2 に対して樹脂フィルム 8を A方向 （X方向） に一定の速度で移動させ、 かつ一定 のタイミングでこの押し型 1 0 2を用いてプレスする。 これにより、 図 5に示す ようなマトリクス状に突起部が配置されたレイァゥトパターンが実現される。
(レイアウトパターン 2 )
図 6は、 レイアウトパターン 2を示す樹脂フィルムの上面図である。 図 6に示 す突起部のレイァゥトパターンは、 上述のレイァゥトパターン 1と同様に樹脂フ イルム 8の表面に行列状に突起部 1 0が形成されたレイァゥトパターンである。 しかしながら、 本レイアウトパターンでは、 レイアウトパターン 1とは異なり、 X方向における突起部の間隔がランダムとなっている。 すなわち、 X方向に隣合 う突起部同士の距離が一定ではなく、 非一様となっている。
本レイァゥトパターンの如く突起部を形成する方法としては、 図 6に示すよう な y方向に等間隔に複数の針を有する押し型 1 0 2を用い、 この押し型 1 0 2に 対して樹脂フィルム 8を A方向 （X方向） に不規則な速度にて移動させ、.かつ一 定のタイミングでこの押し型 1 0 2を用いてプレスする方法がある。 また、 押し 型 1 0 2に対して樹脂フィルム 8を A方向 （X方向） に一定の速度にて移動させ、 かつ押し型 1 0 2を図 6中の矢印 D方向に不規則に変位させてプレスする方法も ある。 さらには、 押し型 1 0 2に対して樹脂フィルム 8を A方向 （X方向） に一 定の速度にて移動させ、 押し型 1 0 2のプレスのタイミングを不規則に変化させ る方法もある。
(レイァゥトパターン 3 )
図 7は、 レイアウトパターン 3を示す樹脂フィルムの上面図である。 図 7に示 す突起部のレイァゥトパターンは、 上述のレイァゥトパターン 1および 2と同様 に樹脂フィルム 8の表面に行列状に突起部 1 0が形成されたレイァゥトパターン である。 しかしながら、 本レイアウトパターンでは、 レイアウトパターン 1およ び 2とは異なり、 X方向に W 1.の幅で同一のパターンが繰り返し形成されている。 本レイァゥトパターンの如く突起部を形成する方法としては、 図 7に示すよう な y方向に等間隔に複数の針を有する押し型 1 0 2を用い、 この押し型 1 0 2に 対して樹脂フィルム 8を A方向 （X方向） に規則的な周期を持って変化する速度 にて移動させ、 かつ一定のタイミングでこの押し型 1 0 2を用いてプレスする方 法がある。 また、 押し型 1 0 2に対して樹脂フィルム 8を A方向 （X方向） に一 定の速度にて移動させ、 かつ押し型 1 0 2に対して樹脂フィルム 8を図 7中の矢 印 D方向に規則的な周期を持って変位させてプレスする方法もある。 さらには、 押し型 1 0 2に対して樹脂フィルム 8を A方向 （X方向） に一定の速度にて移動 させ、 押し型 1 0 2のプレスのタイミングを規則的な周期を持って変化させる方 法もある。
(レイァゥトパターン 4 )
図 8は、 レイアウトパターン 4を示す樹脂フィルムの上面図である。 図 8に示 す突起部のレイアウトパターンは、 y方向には一定の間隔にて突起部が配置され ているが、 X方向には突起部は整列されずにランダムとなっているレイァゥトパ ターンである。
本レイァゥトパターンの如く突起部を形成する方法としては、 図 8に示すよう な y方向に等間隔に複数の針を有する押し型 1 0 2を用い、 この押し型 1 0 2に 対して樹脂フィルム 8を A方向 （X方向） に一定の速度にて移動させ、 かつ押し 型 1 0 2を図 8中の矢印 E方向にランダムに変位させながら一定のタイミングで • プレスする方法がある。
(レイァゥトパターン 5 )
· 図 9は、 レイアウトパターン 5を示す樹脂フィルムの上面図である。 図 9に示 す突起部のレイァゥトパターンは、 上述のレイァゥトパターン 3とレイァゥトパ ターン 4を組合わせたものである。 すなわち、 y方向には一定の間隔にて突起部 が形成されているが、 X方向には突起部が等間隔には整列されておらず、 W 2の 幅で同一のパターンが繰り返し形成されている。
本レイアウトパターンの如く突起部を形成する方法としては、 図 9に示すよう な y方向に等間隔に複数の針を有する押し型 1 0 2を用い、 押し型 1 0 2を E方 向に変位させつつ、 この押し型 1 0 2に対して樹脂フィルム 8を A方向 （X方 向） に規則的な周期を持って変化する速度にて移動させ、 かつ一定のタイミング でこの押し型 1 0 2を用いてプレスする方法がある。
以上の 5つのレイアウトパターンは、 いずれも同じ形状の押し型を用いて実現 される突起部のレイアウトパターンである。 すなわち、 同一の押し型を用いた場 合であっても、 プレスのタイミングや、 押し型と樹脂フィルムとの相対的な移動 速度を制御することにより、 種々のレイアウトパターンが実現可能となる。 なお、 突起部がマトリクス状に配されたレイァゥトパターン 1に比べ、 レイアウトバタ ーン 2から 5では、 作動ガスの流れが複雑化する。 これにより、 再生器における 熱交換効率の改善が図られ、 高性能の再生器とすることが可能になる。
(突起部の形状）
次に、 突起部の形状について説明する。 プレス処理によって形成される突起部 1 0の形状としては、 主に、 図 1 O Aに示すような形状の突起部 1 0 aと、 図 1 0 Bに示すような形状の突起部 1 0 bとの 2種類が考えられる。 なお、 突起部 1 0 aおよび 1 0 bの大きさは、 押し型によるプレスの加圧力によって調節するこ とが可能である。
図 1 O Aは、 先端が円錐状でかつその頂点が曲面である押し型を用いた場合に 形成される突起部の形状を示している。 図に示すように、 この形状の押し型を用 いて形成された突起部 1 0 aは、 樹脂フィルム 8の主面から下方に向かって突出 した山なりの形状となっている。
図 1 0 Bは、 先端が円錐状でかつその頂点が鋭利である押し型を用いた場合に 形成される突起部の形状を示している。 図に示すように、 この形状の押し型を用 いて形成された突起部 1 0 bは、 頂点に開口部 1 O b iを有する環状の突起部と なっている。
突起部 1 0の形状としては主に上述の 2種類が考えられるが、 図 1 O Aに示す 山なりの突起部 1 0 aよりも、 図 1 0 Bに示す頂点に開口部 1 0 b 1を有する環 状の突起部 1 0 bとすることがより好ましい。 これは、 樹脂フィルム 8を積層し た場合に、 積層された樹脂フィルム 8の間に形成される間隙部を流動する作動ガ スが、 突起部 1 0 bの開口部 1 0 b 1を通過して他の間隙部へと流動することが 可能となるためである。 これにより、 複雑な作動ガスの流動経路が構成可能とな り、 作動ガスの流れが搔き乱されることによって熱伝導効率が格段に向上した再 生器を製作することが可能になる。
(積層工程および組付工程） ， 次に、 樹脂フィルムを積層する積層工程について説明する。 図 1 1に示すよう に、 表面に突起部 1 0が形成された樹脂フィルム 8は、 所定の長さで切断され、 円筒形状をしたボビン 1 4に卷き回されることによって積層される。 このとき、 樹月旨フィルム 8の表面に予め設けられた突起部 1 0が、 積層される樹脂フィルム 同士の間に間隙部 9を構成するため、 巻き回して形成された樹脂フィルム 8の軸 線方向に作動ガスが流動する流路が構成されることになる （図 1 2参照） 。 この 結果、 再生器は、 作動ガスの流動方向と交差する方向に樹脂フィルムを積層して なる構成となる。
これらボビン 1 4および卷き回された樹脂フィルム 8によって、 スターリング 冷凍機の再生器 1 5が構成され、 上述の従来例にて説明した組付け方法と同様の 方法にて、 スターリング冷凍機の所定位置に組付けられる。
(効果）
上述のような再生器の製造方法および製造装置を用いて再生器を製作すること により、 連続的に、 簡便かつ安価に樹脂フィルムの表面に突起部を形成すること が可能になる。 この結果、 スターリング冷凍機の製造が非常に容易に行えるよう になる。 また、 上述のように、 樹脂フィルム自体を塑性変形させることによって 突起部を形成することにより、 従来行なわれていたスぺーサを貼付したり、 シル ク印刷を行なつたりすることよつて形成された突起部よりも、 再現性よくかつ簡 便に突起部を形成することが可能になるため、 熱交換効率に優れた再生器を安価 に提供することが可能になり、 高効率のスターリング冷凍機を安価に提供するこ とが可能になる。
(実施の形態 2 )
図 1 3は、 本発明の実施の形態 2におけるプレス機の断面図であり、 図 1 4は、 本実施の形態におけるプレス機の形状を説明するための上面図である。
(再生器の製造装置）
本実施の形態における再生器の製造装置は、 上述の実施の形態 1と同様に、 主 に、 送出手段であるフィルムフィーダと、 突起部形成手段であるプレス機とから 構成される。 図 1 3および図 1 4を参照して、 プレス機 1 0 1は、 上述の実施の 形態 1と同様に、 押し型 1 0 2と、 押さえ部 1 0 3と、 ステージ 1 0 4とを備え ている。 押し型 1 0 2とステージ 1 0 4とは、 フィルムフィーダによって一方向 (図中矢印 A方向） に向かって送り出される樹脂フィルム 8を挟んで上下に位置 してレ、る。 また、 押し型 1 0 2と押さえ部 1 0 3とは、 上下方向 （図中矢印 B方 向） に移動可能となっている。 ステージ 1 0 4は、 押し型 1 0 2に対応する位置 から樹脂フィルム 8の移動方向 （図中矢印 A方向） 下流側に向かって凹部 1 0 6 を有している。 この凹部 1 0 6は、 ステージ 1 0 4の端部にまで達している。 こ の凹部 1◦ 6は、 プレス時における押し型 1 0 2の逃げとなる部分である。
(突起部形成工程）
上述の実施の形態 1と同様に、 本実施の形態における再生器の製造装置にあつ ても、 プレス機 1 0 1のステージ 1 0 4上を移動する樹脂フィルムに所定のタイ ミングにてプレス処理が施されることによって、 樹脂フィルム 8の表面に突起部 1 0が連続的に形成される。 なお、 図 1 3においては、 図 1 0 Bに示した環状の 突起部 1 0 bを樹脂フィルム 8の表面に形成するために、 押し型 1 0 2の先端を 鋭利な形状とした場合を図示している。 (効果）
本実施の形態では、 凹部 1 0 6が榭脂フィルム 8の移動方向下流側に向かって ■ ステージ 1 0 4の端部にまで達しているため、 樹脂フィルム 8の表面に形成され た突起部 1 0がステージ 1 0 4に接触することが未然に防止されている。 また、 上述の実施の形態においては、 ステージ 1 0 4と樹脂フィルム 8との距離を形成 される突起部 1 0の高さ以上にする必要があつたが、 本実施の形態では、 凹部 1 0 6がステージ 1 0 4の端部にまで達しているため、 樹脂フィルム 8をステージ 1 0 4の直上に配置することが可能になる。 これにより、 上述の実施の形態 1よ びも精度よく突起部 1 0を形成することが可能になる。
(実施の形態 3 )
図 1 5は、 本発明の実施の形態 3における再生器の製造方法および製造装置を 説明するための模式図である。 また、 図 1 6は、 樹脂フィルムの表面に形成され た突起部の高さを調節する高さ調節手段の断面図である。 - (再生器の製造装置）
本実施の形態における再生器の製造装置は、 上述の実施の形態 1および 2と同 様に、 送出手段であるフィルムフィーダ 1 1 3と、 突起部形成手段であるプレス 機 1 0 1とを備えている。 さらに、 プレス機 1 0 1の下流側には、 プレス機 1 0 1によつて形成された突起部 1 0の高さを調節する高さ調節手段である挟持部 1 1 4が配置されている。 この挾持部 1 1 4は、 一対の挟持ブロック 1 1 4 a， 1 1 4 bによって構成される。 さらに、 挟持ブロック 1 1 4 a， 1 1 4 bの下流側 には、 樹脂フィルム 8を卷き取る手段であり回収ローラ 1 1 6が位置している。
(高さ調節手段）
図 1 5および図 1 6を参照して、 高さ調節手段である挟持プロック 1 1 4 a , 1 1 4 bは、 駆動ローラ 1 1 2によって送り出された樹脂フィルム 8の表面と交 差する方向に対向して位置し、 所定の距離 h uを隔てて離間して配設されている。 これにより、 表面に突起部 1 0が形成された樹脂フィルム 8は、 挟持ブロック 1 1 4 a , 1 1 4 bの間に形成された隙間を通過することになる。 突起部 1 0は、 プレス機 1 0 1を用いて形成されるため、 その高さ h 12には多少の寸法誤差が生 じる。 この寸法誤差を是正するため、 高さ調節手段である挟持ブロック 1 1 4 a , 114 bが用いられる。
具体的には、 図 16に示すように、 挟持プロック 114 a, 114bを通過す る前の突起部の h12力 挟持プロック 114 a, 1 14 bの隙間の距離 huより も大きい場合には、 突起部 10が挟持ブロックに挟まれることにより、 その高さ が強制的に調節され、 所望の高さである h13に調節される。
(効果）
これにより、 樹脂フィルム 8の表面に形成される突起部 10の高さが一定の高 さとなるように整形されるため、 設計通りの形状の再生器を簡便に形成すること が可能になる。 なお、 挟持プロック 1 14 a , 1 14 bを上下方向 （図中矢印 C 方向） に移動可能としておくことにより、 挟持ブロック 114 a, 114bを用 いて調節する突起部 10の高さに変更が生じた場合にも、 容易に対応できるよう になる。
(実施の形態 4) - 図 17は、 本発明の実施の形態 4における再生器の製造方法および製造装置を 説明するための模式図である。 また、 図 18 Aは、 本実施の形態における再生器 の製造方法および製造装置を用いて突起部が形成される仕組みを説明するための 模式図であり、 図 18Bおよび Cは、 本実施の形態における再生器の製造方法お よび製造装置によって形成される突起部の形状を示す図である。
(再生器の製造装置）
まず、 図 17を参照して、 本実施の形態における再生器の製造装置について説 明する。 図 17に示すように、 本実施の形態における再生器の製造装置は、 主に、 樹脂フィルムを送り出す送出手段であるフィルムフィーダ 213と、 突起部形成 手段であるレーザービーム照射手段 201とを備えている。 レーザービーム照射 手段 201から樹脂フィルム 8へ照射されるレーザービーム 203は、 光源であ るレーザー発振器 202からパルス状に出射される。 レーザー発振器 202から 出射されたレーザービーム 203は、 変調器 204、 ビーム拡大器 205、 モー タ 207により駆動されるポリゴンミラー 206、 集光走查レンズ 209を介し て、 スポット状のレーザービームに変換され、 ライン走査ビーム 210として作 用する。 (突起部形成工程） - 次に、 上記構成の再生器の製造装置を用いて樹脂フィルムの表面に突起部を形 成する方法について説明する。 図 1 7を参照して、 ライン走査ビーム 2 1 0は、 フィルムフィーダ 2 1 3から供給され、 駆動ローラ 2 1 1， 2 1 2によって一定 の速度で水平方向 （図中矢印 A方向） に移動する樹脂フィルム 8上に集光されな がら所定のパワーでパルス照射される。 これにより、 樹脂フィルム 8の表面に突 起部 1 0が連続的に形成される。 なお、 フィルムフィーダ 2 1 3によって樹脂フ イルムを送り出すことにより、 レーザービーム照射手段 2 0 1と樹脂フィルム 8 との相対的な位置決めを行なう位置決め工程と、 レーザービーム照射手段 2 0 1 によって樹脂フィルム 8の突起部形成予定領域にレーザービームが照射されるこ とにより、 樹脂フィルム 8の表面に突起部 1 0を形成する突起部形成工程とを交 互に行うことにより、 連続的に樹脂フィルム 8の表面に突起部 1 0を形成するこ とが可能になる。 - また、 塑性変形が始まった時点でライン走査ビーム 2 1 0の照射を止めずにさ らに照射しつづけた場合には、 図 1 8 Cに示すような開口部 1 0 b 1が樹脂フィ ノレム 8の表面に形成される。 これは、 樹脂フィルム 8のライン走査ビーム 2 1 0 が照射された部分のうち、 中央部においてその温度が樹脂フィルム 8の融点を越 えるために溶け出すためであり、 樹脂フィルム 8に円形の穴があく。 このとき、 周囲から表面張力が働くため、 外周部が環状に隆起した形の突起部 1 O bが得ら れる。
' (積層工程および組付工程）
上述の突起部形成工程の後、 表面に多数の突起部が形成された樹脂フィルムは、 上述の実施の形態 1と同様に、 所定の長さで切断され、 円筒形状をしたボビンに 巻き付けられる。 これにより、 積層された樹脂フィルム内に作動ガスが流動する ための間隙部である流路が形成される。 これらポビンおよび巻き回された樹脂フ イルムによって、 スターリング冷凍機の再生器が構成され、 上述の従来例にて説 明した組付け方法と同様の方法にて、 スターリング機関の所定位置に組付けられ る。
(効果） 上述のような再生器の製造方法および製造装置を用いてスターリング冷凍機の 再生器を製造することにより、 連続的に、 簡便かつ安価に樹脂フィルムの表面に 突起部を形成することが可能となる。 この結果、 スターリング冷凍機の製造が非 常に容易に行なえるようになる。 また、 樹脂フィルム自体を塑性変形させること によって突起部を形成することにより、 従 ¾行なわれていたスぺーサを貼付した り、 シルク印刷を行なったりすることによって形成された突起部よりも、 再現性 よくかつ簡便に突起部を形成することが可能になるため、 熱交換効率に優れた再 生器を安価に提供することが可能になり、 高効率のスターリング冷凍機を安価に 提供することが可能になる。 また、 上述の実施の形態 1から 3においては、 押し 型を用いたプレス処理によって機械的に突起部を形成しているため、 微小ダスト が発生するおそれがあるが、 本実施の形態では微小ダストが発生するおそれもな いため、 高い信頼性と優れた熱交換効率を有する再生器を提供することが可能に なる。
(実施例）
本実施例は、 上述のレーザービームを用いた方法により突起部を形成した場合 の具体例を示すものである。 本実施例では、 再生器を構成する樹脂フィルムとし て、 厚さ 6 0 i mに成膜されたポリエチレンテレフタレートを用いた。 また、 樹 脂フィルムに照射するレーザービームとしては、 波長 1 0 6 4 11 111の¥ 0レー ザ一 （イツトリゥムーアルミニウム一ガーネットレーザー） を使用し、 その照射 径は φ 0 . 3 mmとし、 照射パワーは 5 0 mWとし、 照射時間は 0 . 1秒とした。 この場合、 樹脂フィルムは塑性変形を起こすのみであり、 図 1 8 Bの如くの突起 部 1 0 aが形成されることが確認された。 このときの突起部 1 0 aの裾の直径 d iは約 0 . 4 mmとなり、 高さ 1^は約 1 0 O mとなる。 また、 その形状は山な りの微小突起であることが確認された。
上記条件のうち、 照射時間を 0 . 1 5秒とすると、 図 1 8 Cの如くの開口部 1
0 b 1を有する突起部 1 0 bが形成されることが確認された。 このときの突起部 1 0 bの裾の直径 d 2は約 0 . 5 mmとなり、 高さ h 2は約 8 5 μ mとなる。 また、 その形状は環状の微小突起であることが確認された。
以上のように、 樹脂フィルムに照射するレーザ一ビームの照射径、 照射パワー、 „
2004/040206
照射時間を制御する.ことにより、 種々の大きさや形状の突起部を形成することが 可能であることが確認された。 また、 この方法により突起部を形成した場合には、 所望の大きさや形状の突起部を再現性よく形成することが可能であることも確認 された。 .
(実施の形態 5 ) ·
図 1 9 Aは、 本発明の実施の形態 5における再生器の構造を示した概略斜視図 であり、 図 1 9 Bは、 図 1 9 A中の矢印 B方向から見た再生器の概略上面図であ る。 本実施の形態は、 突起部の高さをその位置によって変えた場合を示すもので ある。 なお、 図では突起部を省略してある。
(再生器の構造）
本実施の形態は、 樹脂フィルム 8の表面に形成される突起部の高さを、 樹脂フ イルム 8の延伸方向に向かって徐々に高くなるように連続的に変化させた場合を 示している。 このようなパターンで形成された樹脂フィルム 8をボビン 1 4に卷 き回した場合の状態が図 1 9 Aおよび図 1 9 Bである。 巻き回すことによって積 層された樹脂フィルムの各層の間隔は、 外側ほど広くなつていることが分かる。 すなわち、 図 1 9 Bにおいて、 各層の間隔であるギャップ高さは、 g l < g 2< g 3 < g 4となっている。
(作用 ·効果）
通常、 再生器に流入ノ流出する熱流速は、 再生器の高さ方向に一様ではなく、 上述の構造のスターリング冷凍機では、 再生器の内周側より外周側においてより 大きな熱流束が得られることが分かっている。 このため、 この熱流束の分布に応 じてギャップ高さを決めている突起部の高さを調節することにより、 作動ガスと 樹脂製フィルム間の熱交換性能を上げ、 再生器フィルムの蓄熱ノ放熱性能を大幅 に改善することが可能となる。
なお、 こうした再生器の製作には、 例えば、 上述の実施の形態 1に示したプレ ス処理によって突起部を形成する方法を用いてもよいし、 上述の実施の形態 4に 示したレーザービームを照射することによって突起部を形成する方法を用いてよ レ、。 このギャップ高さの調節は、 たとえば、 レーザビーム照射による突起部形成 方法にあっては、 樹脂フィルムの送りに同期して徐々にレーザー照射パワーある 200 いは照射時間を大きくしていくことで、 突起部の高さを高くすることが可能であ る。
(実施の形態 6 )
図 2 0は、 本発明の実施の形態 6における再生器の構造を示した概略斜視図で ある。 本実施の形態は、 突起部の形成パターンの一例を示すものであり、 樹脂フ イルム表面に形成される突起部の高さを、 樹脂フィルムの延伸方向に向かって 徐々に高くなるように連続的に変化させるとともに、 その圧縮室側と膨張室側と で単位面積当たりの突起部の数を増減させた場合を示している。
(再生器の構造）
図 2 0を参照して、 本実施の形態における再生器にあっては、 圧縮室側 （図中 G側） に比べ膨張室側 （図中 H側） の方が、 単位面積当たりの突起部.1 0の数が 多くなっている。 ボビン 1 4に卷き回されることによって積層された樹脂フィル ム 8の各層の間隔は、 外側ほど広くなつており、 また内部の突起部 1 0の密度も 膨張室側ほど密になっている。
(作用 ·効果）
再生器内を流動する作動ガスは、 その膨張室側において低温で、 その圧縮室側 において高温となっている。 このため、 作動ガスの温度がより低い膨張室側にお いては作動ガスの粘度が低く、 作動ガスは流れ易い。 このため、 流動抵抗が多少 高くなつても、 伝熱面積をより大きく確保することによつて再生器の熱交換効率 は向上する。 反対に、 作動ガスの温度がより高い圧縮室側においては作動ガスの 粘度が高く、 大きい伝熱面積よりも流動抵抗の低減を優先させた方が再生器の熱 交換効率は向上する。
しかるに、 本実施の形態では、 単位面積当たりの突起部の数を圧縮室側よりも 膨張室側ほど多くしてある。 これにより、 作動ガスの流動抵抗が再生器全体に渡 つてほぼ一様になり、 ガス流動の円滑化および均一化が図れるようになり、 再生 器の蓄熱性能がより一層向上する。 なお、 上述の実施の形態 4に示したレーザー ビーム照射による突起部形成法を用いてこうした再生器を製作する場合には、 圧 縮室側でのレーザー走査時のパルス照射のィンターバルを、 膨張室側でのレーザ 一走査時のパルス照射のインターバルよりも相対的に長く設定すればよい。 (実施の形態 7 )
図 2 1は、 本発明の実施の形態 7における樹脂フィルムの突起部の形状を示し た概略断面図である。 本実施の形態は、 突起部の形成パターンの一例を示すもの であり、 樹脂フィルム表面に形成される突起部を、 積層されるフィルム同士を隔 てるために形成される突起部と、 より大きな伝熱面積を確保するために形成され る突起部とに分けて形成した場合を示している。 ' (再生器の構造）
図 2 1を参照して、 本実施の形態における再生器にあっては、 樹脂フィルム 8 の表面に形成される複数の突起部は、 互いに異なる高さとなっている。 この場合、 より高い突起部 1 7は、 積層されるフィルム同士を隔てるための突起部であり、 より低い突起部 1 6は、 伝熱面積を確保するための突起部である。 ここで、 それ ぞれの突起高さは、 h 3> h 4となっている。
(作用 ·効果） - 本パターンを採用することにより、 再生器中を流れる作動ガスに対する流動抵 抗を抑えながら伝熱面積が増加するため、 再生器内を通過する作動ガスとの熱交 換効率を向上させることが可能となる。 なお、 上述の実施の形態 4に示したレー ザ一ビーム照射による突起部形成法を用いてこうした再生器を製作するには、 レ 一ザ一照射走査に同期して一定の周期でレーザー照射パワー或いは照射時間を変 化させることにより実現可能となる。
上述の実施の形態 1カゝら 7においては、 樹脂フィルムの積層構造として、 卷き 回すことにより筒状に積層されたものを例示して説明を行なった。 これは、 この ような構成とすることにより、 樹脂部材を切断したり折り曲げたりして再生器を 製作するよりも、 簡便かつ安価に再生器を製作できるためである。 しかしながら、 本発明に基づく再生器はこのような構成に限定されるものではなく、 樹脂フィル ムを切断して積み重ねることによって積層したものや、 折り曲げることによって 積層したものであってもよレ、。
また、 上述の実施の形態 1から 7においては、 樹脂フィルム表面に何らのコー ティングもなされていない場合を例示して説明を行なったが、 予め熱伝導率の高 い金属系薄膜、 例えば金、 銀、 銅、 アルミ、 カーボンなどをコーティングしてお いてもよい。 この場合、 突起部形成手段としてレーザービーム照射手段を用いた 場合には、 レーザービームの効率的な吸収により、 高速照射、 高速送りが可能と なり生産性がさらに改善されるとともに、 再生器としての蓄熱 _ 放熱特性を向上 させることも可能となる。
また、 上述の実施の形態 1から 3においては、 押し型として一列に並んだ針を 備えたものを例示して説明を行なつたが、 特にこれに限定されるものではなく、 単体の針しか有していないものや複数列針が並んだものなど、 様々な形状のもの が利用可能である。
また、 上述の実施の形態 4において、 レーザー走査機構としては、 ポリゴンミ ラーを使用した場合を例示したが、 これに限定されるものではなく、 ガルバノミ ラーや超音波偏向器などを利用することも可能である。
また、 上述の実施の形態 3に示した高さ調節手段は、 他の実施の形態にも当然 に適用することが可能である。 - 上述の実施の形態において個別に例示した突起部のレイァゥトパターンや突起 部の形状、 高さ、 大きさ、 密度などは、 本発明に基づいて製作される再生器にす ベて適用することが可能であり、 一部を除き、 特定の突起部形成手段を用いて形 成された再生器に限定されるものではない。
さらには、 上述の実施の形態 1から 7においては、 再生器としてスターリング 冷凍機に搭載される再生器を例示して説明を行なったが、 特にこれに限定される ものではない。 本発明は、 樹脂フィルムを積層して形成される再生器のすべてに 適用することが可能であり、 当然にこの再生器を搭载するすべての装置に適用す ることが可能である。
このように、 今回開示した上記各実施の形態はすべての点で例示であって、 制 限的なものではない。 本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって画定され、 また特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むも のである。 産業上の利用可能性
本発明によれば、 高信頼性で簡便かつ安価に製造が可能な高熱交換効率の再生 器、 その再生器の製造方法および製造装置ならびにその再生器を備えたスターリ ング冷凍機を提供することが可能になる。
また、 本発明によれば、 再生器を構成する樹脂フィルムに形成される突起部の 設計自由度が高められ、 かつ再現性よく高精度に突起部が形成可能な再生器の製 造方法および製造装置を提供することが可能になる。

Claims

請求の範囲 ·
' 1. 作動ガスの流路上に配設され、 作動ガスの流動方向と交差する方向にフィル ム状の樹脂部材 （8) を積層してなる再生器であって、
前記樹脂部材 （8) は、 その表面を塑性変形させることによって形成された突 起部 （10) を備え、
前記突起部 （1 0) によって前記積層される樹脂部材 （8) 同士が間隙部 (9) を有している、 再生器。 '
2. 前記突起部 （10) は、 その頂点に開口部 （l O b l) を有している、 請求 項 1に記載の再生器。
3. 前記突起部 （10) は、 前記樹脂部材 （8) の表面にプレス処理を施すこと によって形成されている、 請求項 1に記載の再生器。
4. 前記突起部 （10) は、 前記樹脂部材 （8) の表面にレーザービームを照射 することによって形成されている、 請求項 1に記載の再生器。
5. 前記樹脂部材 （8) の表面において、 所定領域の突起部 （10) の高さが、 他の領域の突起部 （10) の高さと異なるように調節されている、 請求項 1に記 載の再生器。
6. 前記樹脂部材 （8) の表面において、 単位面積当たりの突起部 （10) の数 力 S、 前記樹脂部材 （8) の表面の位置によって異なるように調節されている、 請 求項 1に記載の再生器。
7. スターリング冷凍機の圧縮室 （28) と膨張室 （29) との間を流動する作 動ガスの流路上に配設され、 前記作動ガスの流動方向と交差する方向にフィルム 状の樹脂部材 （8) を積層してなる再生器であって、
前記樹脂部材 （8) は、 その表面に複数の突起部 （10) を備え、
前記複数の突起部 （10) によって前記積層される樹脂部材 （8) 同士が間隙 部 （9) を有しており、
前記樹脂部材 （8) の表面において、 所定領域の突起部 （10) の高さ力 他 の領域の突起部 （10) の高さと異なるように調節されている、 再生器。
8. スターリング冷凍機の圧縮室 （28) と膨張室 （29) との間を流動する作 動ガスの流路上に配設され、 前記作動ガスの流動方向と交差する方向
状の樹脂部材 （8) を積層してなる再生器であって、
' 前記樹脂部材 （8) は、 その表面に複数の突起部 （10) を備え、
前記複数の突起部 （10) によって前記積層される樹脂部材 （8) 同士が間隙 部 （9) を有しており、 ， 前記樹脂部材 （8) の表面において、 単位面積当たりの突起部 （10) の数が、 前記圧縮室 （28) 側に比べて前記膨張室 （29) 側に近付くほど多くなつてい る、 再生器。
9. 作動ガスの流路上に配設され、 作動ガスの流動方向と交差する方向にフィル ム状の樹脂部材 （8) を積層してなる再生器を備えたスターリング冷凍機であつ て、
前記樹脂部材 （8) は、 その表面を塑性変形させることによって形成された突 起部'（10) を備え、
前記突起部 （1 0) によって前記積層される樹脂部材 （8) 同士が間隙部 (9) を有している、 スターリング冷凍機。
10. 圧縮室 （28) と膨張室 （29) との間を流動する作動ガスの流路上に配 設され、 前記作動ガスの流動方向と交差する方向にフィルム状の樹脂部材 （8) を積層してなる再生器を備えたスターリング冷凍機であって、
.前記樹脂部材 （8) は、 その表面に複数の突起部 （10) を備え、
前記複数の突起部 （10) によって前記積層される樹脂部材 （8) 同士が間隙 部 （9) を有しており、
前記樹脂部材 （8) の表面において、 所定領域の突起部 （10) の高さが、 他 の領域の突起部 （10) の高さと異なるように調節されている、 スターリング冷
1 1. 圧縮室 （28) と膨張室 （29) との間を流動する作動ガスの流路上に配 設され、 前記作動ガスの流動方向と交差する方向にフィルム状の樹脂部材 （8) を積層してなる再生器を備えたスターリング冷凍機であって、
前記樹脂部材 （8) は、 その表面に複数の突起部 （10) を備え、
前記複数の突起部 （10) によって前記積層される樹脂部材 （8) 同士が間隙 部 （9) を有しており、
前記榭脂部材 （8) の表面において、 単位面積当たりの突起部 （10) の数が、 ' 前記圧縮室 （28) 側に比べて前記膨張室 （29) 側に近付くほど多くなつてい る、 スターリング冷凍機。
1 2. 作動ガスの流路上に配設され、 作動ガスの流動方向と交差する方向にフィ ルム状の樹脂部材 （8) を積層してなる再生器の製造方法であって、
前記樹脂部材 （8) の表面を塑性変形させることにより、 前記積層される樹脂 部材 （8) 同士が間隙部 （9) を有するための突起部 （10) を形成する突起部 形成工程と、
前記突起部 （10) が形成された樹脂部材 （8) を積層する積層工程とを備え た、 再生器の製造方法。
1 3. 前記突起部形成工程は、 前記樹脂部材 （8) の表面に押し型 （102) を 用いてプレス処理を施すことにより、 前記突起部 （10) を形成するプレス工程 を含む、 請求項 1 2に記載の再生器の製造方法。
14. 前記突起部形成工程は、 前記樹脂部材 （8) の表面にレーザービーム （2
03 ) を照射することにより、 前記突起部 （10) を形成するレーザービーム照 射工程を含む、 請求項 12に記載の再生器の製造方法。
1 5. 前記樹脂部材 （8) に照射する前記レーザービーム （203) の照射径、 照射パワー、 および照射時間を制御することにより、 前記樹脂部材 （8) の表面 における前記突起部 （10) の形成位置、 大きさおよび形状を調節することを特 徴とする、 請求項 14に記載の再生器の製造方法。
16. フィルム状の樹脂部材 （8) の表面に突起部 （10) を形成する再生器の 製造装置であって、
前記フィルム状の樹脂部材 （8) を一方向に送り出す送出手段 （1 13) と、 前記フィルム状の樹脂部材 （8) の表面を塑性変形させることにより、 前記突 起部 （10) を形成する突起部形成手段 （101, 201) とを備える、 再生器 の製造装置。
1 7. 前記フィルム状の樹脂部材 （8) の表面と交差する方向に対向して位置し、 所定の距離を隔てて離間するように配置された一対の挟持部 （ 1 14 a， 1 14 O 2004/040206 b) を前記突起部形成手段 （101， 201) の下流側に有し、 前記挟持部 （1 14 a, 114 b) の間の隙間に前記フィルム状の樹脂部材 （ 8 ) を通すことに ' より、 前記突起部形成手段 （101, 201) によって形成された前記突起部 (10) の高さを調節する高さ調節手段 （114) を備える、 請求項 16に記載 の再生器の製造装置。
18. 前記突起部形成手段は、 押し型 （102) と、 前記一方向に向かって送り 出されるフィルム状の樹脂部材 （8) を介して前記押し型 （102) と反対側に 位置するステージ.（104) とを含むプレス機 （101) によって構成されてい る、 請求項 16に記載の再生器の製造装置。
19. 前記突起部形成手段は、 レーザービーム （203) を照射するレーザービ ーム照射手段 （201) によって構成されている、 請求項 16に記載の再生器の
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