JP2661483B2 - スターリング冷凍機の制振装置 - 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、スターリング冷凍機
の制振装置に関し、特に、小型スターリング冷凍機にお
ける膨張機の簡易な制振対策に関する。

【０００２】

【従来の技術】スターリング冷凍機は、例えば「Refrig
erator for Cryogenic Sensors」 (NASA Conference Pu
blication, 2287)で知られており、一般的には、冷媒ガ
スを所定周期で圧縮する圧縮機と、フリーディスプレー
サがシリンダ内に往復動可能に配設された膨張機とを備
え、圧縮機からの増減する冷媒ガス圧によりシリンダ内
でディスプレーサを往復動させ、シリンダ内先端の膨張
空間にて上記冷媒ガスを膨張させることにより、シリン
ダ先端のコールドヘッドに極低温レベルの寒冷を発生さ
せるようになされている。そして、軽量、小型化が容易
なことから、例えば赤外線センサ等の冷却用途に使用さ
れる。

【０００３】ところで、この冷凍機には、上記膨張機に
おいてシリンダ内のフリーディスプレーサが往復動する
ことにより、該膨張機に振動が生じ易いという難点があ
る。そして、このような振動のために、冷却対象である
センサの感度等に悪影響を及ぼす虞れがある。

【０００４】そこで、このような膨張機の振動をキャン
セルする従来の制振対策として、例えば特開昭６１−２
６５４５７号公報で知られているものでは、膨張機に永
久磁石からなる可動部をコイルばねによりシリンダの軸
線方向に往復動可能に支持する一方、所定の交流電源に
て駆動部としての駆動用電磁コイルを励磁して、この電
磁コイルにより上記可動部をフリーディスプレーサの往
復動とは逆位相で往復動させるようになされている。

【０００５】つまり、上記従来例では、可動部をディス
プレーサと逆位相で往復動させるために、ディスプレー
サに永久磁石を取付ける一方、シリンダの外側には上記
永久磁石の接近を検出するための磁気センサを配設し、
この磁気センサの接近信号に基づいて、可動部がディス
プレーサの往復動に同期してかつ逆位相で往復動するよ
うに駆動部への通電を制御する構成とされている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、フリーディスプレーサの往復動を検出するた
めの永久磁石及び磁気センサからなる検出手段や、該検
出手段からの出力信号を受けて駆動部への通電を制御す
る制御手段が必要であり、これら手段の設置スペースか
ら冷凍機のコンパクト化が阻害され、かつコストアップ
を招く。

【０００７】また、上記検出手段を設けるにあたって、
シリンダ内のディスプレーサに直接に永久磁石を取付け
なければならず、膨張機に対して機構的に一体であるた
め、冷凍機の製造段階でしかこのような制振対策を講じ
ることができず、従って既に製造された冷凍機には取付
けることが困難となる。

【０００８】さらに、膨張機に対して機構的に一体であ
るため、制振装置のメンテナンスを行う際には膨張機自
体を分解しなければならず、メンテナンスが難しくな
る。

【０００９】この発明は斯かる諸点に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、フリーディスプレーサによる膨
張機の振動を可動部の往復動によりキャンセルする場合
において、上記ディスプレーサの往復動を直接に検出す
ることなく、比較的簡単な構造で可動部をディスプレー
サとは逆位相で往復動できるようにし、もって冷凍装置
のコンパクト化を損なわず、低コスト化が図れ、かつ膨
張機に対して該膨張機自体を分解することなく着脱でき
るようにすることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明では、冷媒ガスを加圧してフリーディス
プレーサを往復動させる圧縮機の交流電源を位相シフト
して駆動部に投入することにより、可動部を上記ディス
プレーサと同一周期かつ逆位相で往復動させるようにし
た。

【００１１】具体的には、請求項１の発明では、図１及
び図２に示すように、投入される交流電源（１）と同一
周期で冷媒ガスを加圧する圧縮機（２）と、該圧縮機
（２）からの増減する冷媒ガス圧を受け、シリンダ
（３）内のフリーディスプレーサ（４）を圧縮機（２）
の冷媒ガス加圧動作と同一周期で往復動させる膨張機
（５）とを備えたスターリング冷凍機が前提である。

【００１２】そして、磁性部材（６ａ）を含んでなる可
動部（６）と、この可動部（６）を、該可動部（６）の
重心が上記膨張機（５）におけるシリンダ（３）の軸線
（Ｐ）上に位置する状態で該軸線（Ｐ）方向に往復動可
能に支持する支持手段（７）と、上記交流電源（１）に
より生起された磁力により可動部（６）を軸線（Ｐ）方
向に往復動させる駆動部（８）とを備えた上で、上記交
流電源（１）に圧縮機（２）とは並列に接続される電源
側端子（９ａ），（９ａ）と、上記駆動部（８）に接続
される供給側端子（９ｂ），（９ｂ）とを有し、上記電
源側端子（９ａ），（９ａ）に接続された交流電源
（１）の上記供給側端子（９ｂ），（９ｂ）における位
相をシフト可能な往復動調整回路（９）を備えた構成と
する。

【００１３】請求項２の発明では、上記請求項１の発明
において、往復動調整回路（９）は、電源側端子（９
ａ），（９ａ）に接続された交流電源（１）の供給側端
子（９ｂ），（９ｂ）における位相をシフトするための
可変容量コンデンサ（１０）を有するものとする。

【００１４】請求項３の発明では、上記請求項１又は２
の発明において、往復動調整回路（９）を、交流電源
（１）の供給側端子（９ｂ），（９ｂ）における交流電
源（１）の振幅を調整可能に構成する。

【００１５】請求項４の発明では、上記請求項３の発明
において、往復動調整回路（９）は、交流電源（１）の
供給側端子（９ｂ），（９ｂ）における交流電源（１）
の振幅を調整するための可変抵抗器（１１）を有するも
のとする。

【００１６】請求項５の発明では、上記請求項１〜４の
発明において、少なくとも可動部（６）、支持手段
（７）及び駆動部（８）をユニットケース（１２）に配
設し、このユニットケース（１２）を、可動部（６）の
重心がシリンダ（３）の軸線（Ｐ）上に位置する状態で
該可動部（６）の往復動が可能なように膨張機（５）に
対して着脱可能に構成する。

【００１７】

【作用】請求項１の発明では、可動部（６）は重心が膨
張機（５）におけるシリンダ（３）の軸線（Ｐ）上に位
置した状態で、支持手段（７）により上記軸線（Ｐ）方
向に往復動可能に支持される。一方、駆動部（８）は往
復動調整回路（９）の電源側端子（９ａ），（９ａ）が
圧縮機（２）の交流電源（１）に接続された状態でこの
交流電源（１）により励磁され、かつその周波数に応じ
た周期で磁力が切換わる。この駆動部（８）の磁力が切
換わることにより、上記可動部（６）は上記周期で軸線
（Ｐ）方向に往復動される。ところで、膨張機（５）の
フリーディスプレーサ（４）は、圧縮機（２）にて冷媒
ガスが加圧される周期、つまり交流電源（１）と同一周
期でシリンダ（３）内を往復動される。また、駆動部
（８）は上記交流電源（１）に圧縮機（２）と並列に接
続されるので、可動部（６）も上記交流電源（１）と同
一周期で往復動される。従って、上記可動部（６）はデ
ィスプレーサ（４）と同一周期で往復動することにな
る。

【００１８】しかしながら、圧縮機（２）の加圧周期と
ディスプレーサ（４）の往復周期との間にはタイムラグ
があるため、可動部（６）の往復周期とディスプレーサ
（４）の往復周期との間には位相差が生じる。また、可
動部（６）の往復周期はディスプレーサ（４）の往復周
期に対して逆位相とされる必要がある。

【００１９】そこで、上記タイムラグを解消し、かつ可
動部（６）の往復周期がディスプレーサ（４）の往復周
期に対して逆位相となるように、上記往復動調整回路
（９）にて上記交流電源（１）の供給側端子（９ｂ），
（９ｂ）における位相をシフトすればよく、これによ
り、バランサとしての可動部（６）はディスプレーサ
（４）の往復動による膨張機（５）の振動をキャンセル
するように往復動することとなる。

【００２０】請求項２の発明では、可変容量コンデンサ
（１０）が調整されることにより、電源側端子（９
ａ），（９ａ）に接続された交流電源（１）の供給側端
子（９ｂ），（９ｂ）における位相がシフトされるの
で、往復動調整回路（９）の複雑化が回避される。

【００２１】請求項３の発明では、往復動調整回路
（９）の電源側端子（９ａ），（９ａ）に接続された交
流電源（１）の供給側端子（９ｂ），（９ｂ）における
交流電源（１）の振幅が、該往復動調整回路（９）にて
調整されることにより、可動部（６）の往復動のストロ
ーク長が変えられ、可動部（６）の運動量が調整され
る。従って、例えば制振装置（Ａ）が既に製造されてい
る冷凍機の膨張機（５）に後付けされる場合等に、この
膨張機（５）のディスプレーサ（４）に対する可動部
（６）の重量バランスが良好でなく、可動部（６）の往
復動に起因する新たな振動が上記膨張機（５）に生じる
ときには、ディスプレーサ（４）の運動量に見合うよう
に可動部（６）の運動量を調整することで対処できる。

【００２２】請求項４の発明では、可変抵抗器（１１）
が調整されることにより、往復動調整回路（９）の電源
側端子（９ａ），（９ａ）に接続された交流電源（１）
の供給側端子（９ｂ），（９ｂ）における交流電源
（１）の振幅が調整されるので、往復動調整回路（９）
の複雑化が回避される。

【００２３】請求項５の発明では、ユニットケース（１
２）において、可動部（６）は支持手段（７）により往
復動可能に支持され、かつ駆動部（８）により往復駆動
可能な状態にある。このユニットケース（１２）が膨張
機（５）に取付けられると、該ユニットケース（１２）
内の可動部（６）は、該可動部（６）の重心がシリンダ
（３）の軸線（Ｐ）上に位置する状態で往復動可能とな
る。

【００２４】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて詳
細に説明する。

【００２５】（実施例１）図２はこの実施例１に係るス
ターリング冷凍機の全体構成を示し、該冷凍機は交流電
源（１）の周波数に応じた周期で冷媒ガスを加圧するリ
ニアモータ型の圧縮機（２）と、該圧縮機（２）により
加圧された冷媒ガスをフリーディスプレーサ（４）の往
復動により膨張させる膨張機（５）とが組合わされたも
のである。

【００２６】上記圧縮機（２）は、ケーシング（１３）
内に形成された密閉状のシリンダ（１４）と、該シリン
ダ（１４）内に上下方向に往復動可能に嵌挿されたピス
トン（１５）と、該ピストン（１５）にボビン（１６）
を介して連結されたコイル（１７）と、該コイル（１
７）の外周側に半径方向の隙間をおいて配設されたリン
グ状の磁石（１８）と、上記ピストン（１５）を往復動
可能に弾性支持するピストンスプリング（１９）とを備
えている。上記磁石（１８）は内周側と外周側とで磁極
が異なるように設けられている。そして、上記コイル
（１７）には２本のリード線（１７ａ）を介して所定周
波数の交流電源（１）が断接可能に接続されており、こ
のコイル（１７）に通電することでコイル（１７）の磁
石（１８）側端部の磁極が交流電源（１）の半周期ごと
に入れ換わり、コイル（１７）は上記磁石（１８）に離
接する方向に往復動し、これにより、ピストン（１５）
をシリンダ（１４）内で往復動させ、シリンダ（１４）
内の圧縮空間（２０）で所定周期のガス圧を発生させる
ようになされている。

【００２７】一方、膨張機（５）は、先端にコールドヘ
ッド（３ａ）を備えたコールドフィンガタイプのシリン
ダ（３）を円筒状で上端開口に鍔部を有する基体（５
ａ）から上方に向けて突出させた状態で有し、このシリ
ンダ（３）内にはシリンダ（３）内空間をコールドヘッ
ド（３ａ）側の膨張空間（２１）と基体（５ａ）側の作
動空間（２２）とに区画するフリーディスプレーサ
（４）が上下方向に往復動可能に嵌挿されている。この
ディスプレーサ（４）は膨張空間（２１）及び作動空間
（２２）に各々連通孔（４ａ），（４ｂ）を介して連通
するリジェネレータ（２３）を内蔵している。また、作
動空間（２２）内には上記ディスプレーサ（４）を往復
動可能に弾性支持するディスプレーサスプリング（２
４）が配設されている。上記作動空間（２２）は結合配
管（２５）を介して圧縮機（２）の圧縮空間（２０）に
接続されており、圧縮機（２）からの増減する冷媒ガス
圧にてディスプレーサ（４）を往復動させることによ
り、冷媒ガスを膨張空間（２１）で膨張させてコールド
ヘッド（３ａ）に寒冷を発生させるように構成されてい
る。

【００２８】この発明の特徴として、上記膨張機（５）
の基体（５ａ）における下端鍔部（５ｂ）の下面には、
該膨張機（５）の上記ディスプレーサ（４）による振動
をキャンセルするための制振ユニット（Ａ）が、膨張機
（５）に対して脱着可能に取付けられている。この制振
ユニット（Ａ）は図３に示すように上下両端が閉塞され
た円筒状のユニットケース（１２）を有し、該ユニット
ケース（１２）の上端周縁には半径方向外向きの取付フ
ランジ部（１２ａ）が形成されている。このフランジ部
（１２ａ）は上記鍔部（５ｂ）と外径が略同寸法であ
り、フランジ部（１２ａ）及び鍔部（５ｂ）が複数組の
雄ねじ（２７）及びナット（２８）にて締結されること
により、上記ユニットケース（１２）は膨張機（５）に
対して脱着可能に取付けられている。そして、上記ユニ
ットケース（１２）の内部には該ユニットケース（１
２）内にシリンダ（３）の軸線（Ｐ）方向に往復動可能
に嵌挿された可動部（６）と、この可動部（６）を上記
軸線（Ｐ）方向に往復動可能に支持する支持手段として
のコイルばね（７）とが、また外周部には上記可動部
（６）を磁力によりシリンダ（３）の軸線（Ｐ）方向に
往復動させる上下２段の電磁コイル（８ａ），（８ｂ）
からなる駆動部（８）とが配設されている。

【００２９】具体的には、上記可動部（６）は大径円柱
部の上下に小径円柱部がそれぞれ突設された形状を有す
る磁性材料としての鉄芯（６ａ）と、該鉄芯（６ａ）の
大径円柱部における外周面に嵌着された円筒形状をなす
硬質合成樹脂製の滑りガイド（６ｂ）とからなる。上記
滑りガイド（６ｂ）がユニットケース（１２）の内周面
に摺接することにより、可動部（６）の重心がシリンダ
（３）の軸線（Ｐ）上に位置した状態に拘束されて、該
軸線（Ｐ）方向に往復動可能にガイドされる。上記コイ
ルばね（７）は、可動部（６）の大径円柱部上端面とユ
ニットケース（１２）の内部上壁面に設置されたばね受
け部材（２９ａ）との間に縮装された上側コイルばね
（７ａ）、及び可動部（６）の大径円柱部下端面とユニ
ットケース（１２）の内部底壁面に設置されたばね受け
部材（２９ｂ）との間に縮装された下側コイルばね（７
ｂ）からなり、駆動部（８）が励磁されていない状態で
は上記可動部（６）を重心が電磁コイル（８ａ），（８
ｂ）の上下略中間に位置するように支持している。上記
駆動部（８）の電磁コイル（８ａ），（８ｂ）は導線が
巻回されてなり、各電磁コイル（８ａ），（８ｂ）の巻
き数は同じである。

【００３０】上記各電磁コイル（８ａ），（８ｂ）は、
図１に示すような往復動調整回路（９）の供給側端子
（９ｂ），（９ｂ）にそれぞれ接続されている。各電磁
コイル（８ａ），（８ｂ）に接続された１対の端子（９
ｂ），（９ｂ）のうちの一方には、交流電源（１）の半
周期ごとに各電磁コイル（８ａ），（８ｂ）が交互に励
磁されるように電磁コイル（８ａ），（８ｂ）に対する
通電を切換えるためのダイオード（２６ａ），（２６
ｂ）が接続されている。また、この調整回路（９）に
は、可変容量コンデンサ（１０）と、可変抵抗器（１
１）とが上記各電磁コイル（８ａ），（８ｂ）に対して
直列に接続されている。一方、電源側端子（９ａ），
（９ａ）は、圧縮機（２）の交流電源（１）に該圧縮機
（２）のコイル（１７）に対して並列に接続されてい
る。上記可変コンデンサ（１０）は電源側端子（９
ａ），（９ａ）に接続された上記交流電源（１）の供給
側端子（９ｂ），（９ｂ）における位相をシフトするた
めのものであり、上記可変抵抗器（１１）は交流電源
（１）の供給側端子（９ｂ），（９ｂ）における振幅を
調整するためのものである。

【００３１】以上のように構成されたスターリング冷凍
機の作用説明を行う。圧縮機（２）のコイル（１７）は
交流電源（１）の半周期ごとに磁石（１８）と対面する
側の磁極が切換わり、交流電源（１）と同一周期で磁石
（１８）に対して離接する方向に往復動を行う。これに
応じて、ピストン（１５）はシリンダ（１４）内で往復
移動し、圧縮空間（２０）で上記周期のガス圧を発生さ
せる。一方、膨張機（５）では、上記圧縮機（２）から
の冷媒ガス圧が結合配管（２５）を経て作動空間（２
２）に導入され、フリーディスプレーサ（４）は上記冷
媒ガス圧の増減により、交流電源（１）と同一周期で上
下方向に往復駆動される。ディスプレーサ（４）の往復
動に応じて、冷媒ガスは作動空間（２２）と膨張空間
（２１）との間で連通孔（４ｂ），（４ａ）を経て流動
する。このとき、膨張空間（２１）が拡大することによ
り該膨張空間（２１）に流入した冷媒ガスは膨張して温
度が低下し、シリンダ（３）のコールドヘッド（３ａ）
を冷却する。また、膨張空間（２１）の冷媒ガスが作動
空間（２２）に移動する際にはディスプレーサ（４）内
のリジェネレータ（２３）に冷熱を蓄え、作動空間（２
２）の冷媒ガスが膨張空間（２１）に移動する際には上
記蓄えられた冷熱によって予冷される。

【００３２】このとき、上記ディスプレーサ（４）の往
復動により膨張機（５）に振動が生じると、該膨張機
（５）のコールドヘッド（３ａ）にて冷却される赤外線
センサ等の被冷却物に上記振動が伝わって誤作動等の生
じる虞れがある。そこで、上記振動をキャンセルするた
めに、以下に述べるようにして制振ユニット（Ａ）の可
動部（６）が、バランサとしてディスプレーサ（４）と
は逆位相で上下方向に往復駆動される。

【００３３】すなわち、上記制振ユニット（Ａ）の各電
磁コイル（８ａ）．（８ｂ）は、交流電源（１）の半周
期ごとに交互に電流が流れて励磁され、これに応じて可
動部（６）を交互に引き寄せるように作動する。つま
り、可動部（６）は交流電源（１）と同一周期で往復動
する。従って、可動部（６）は、圧縮機（２）のピスト
ン（１５）及び膨張機（５）のディスプレーサ（４）と
同一周期で往復動することになる。

【００３４】ここで、仮に、交流電源（１）の電位がプ
ラスのときに、圧縮機（２）のピストン（１５）が圧縮
空間（２０）を圧縮し、また制振ユニット（Ａ）の可動
部（６）が下側の電磁コイル（８ｂ）に引き寄せられて
往復ストロークの下端側に変位するようにそれぞれ作動
するものとする。このとき、圧縮空間（２０）が圧縮さ
れると同時に膨張機（５）のディスプレーサ（４）が往
復ストロークの上端側に変位する場合には、可動部
（６）はディスプレーサ（４）とは逆位相で往復動して
上記ディスプレーサ（４）の往復動による振動をキャン
セルすることができる。しかしながら、圧縮機（２）で
生じた冷媒ガス圧の変動がディスプレーサ（４）に伝達
されるまでの間にはタイムラグがあるため、可動部
（６）の往復周期とディスプレーサ（４）の往復周期と
の間には位相差が生じる。また、可動部（６）の往復周
期はディスプレーサ（４）の往復周期に対して逆位相と
される必要がある。

【００３５】そこで、往復動調整回路（９）の可変容量
コンデンサ（１０）を調整して、上記タイムラグを解消
し、かつ可動部（６）の往復動がディスプレーサ（４）
の往復動と逆位相になるように、駆動部（８）に対する
交流電源（１）の位相をシフトする。これにより、ディ
スプレーサ（４）の往復動により膨張機（５）に生じる
振動をキャンセルすることができ、被冷却対象としての
赤外線センサに上記振動の悪影響が及ぶという事態を回
避することができる。

【００３６】さらに、可動部（６）がディスプレーサ
（４）に対して逆位相で往復動するようになった状態に
おいて、例えば制振ユニット（Ａ）が既成の冷凍機の膨
張機（５）に後付けされる等の際に、この膨張機（５）
のディスプレーサ（４）に対する可動部（６）の重量バ
ランスが良好でないと、可動部（６）の往復動に起因す
る新たな振動が膨張機（５）に生じる虞れがある。そこ
で、このような場合には、往復動調整回路（９）の可変
抵抗器（１１）を調整することにより、交流電源（１）
の駆動部（８）に対する振幅を変化させ、可動部（６）
の往復動のストローク長を調整する。つまり、大きい場
合には振幅を小さくしてストローク長を短くすることに
より、可動部（６）の運動量を小さくする一方、小さい
場合には振幅を大きくしてストローク長を長くすること
により、可動部（６）の運動量を大きくする。

【００３７】尚、以上の調整は、冷凍機の定常運転状態
で行うと好適である。また、振動低減の程度をチェック
する際には、ロードセルやレーザ式振動計等が用いられ
ると好適であるが、赤外線カメラに内蔵された冷凍機の
場合には簡易的に画面のブレが小さくなるように調整し
てもよい。

【００３８】この実施例に係る制振ユニット（Ａ）によ
れば、膨張機（５）の基体（５ａ）に取付けて往復動調
整回路（９）の電源側端子（９ａ），（９ａ）を圧縮機
（２）の交流電源（１）に該圧縮機（２）とは並列に接
続するだけで、膨張機（５）の制振対策を講じることが
できるので、フリーディスプレーサ（４）の往復動を検
出する手段や、該検出手段の出力信号を受けて可動部
（６）の往復動を制御する制御回路を不要とすることが
でき、スターリング冷凍機の軽量化や小形化を大きく損
なわず、しかも比較的低コストである。

【００３９】さらに、上記往復動調整回路（９）におい
て、交流電源（１）の位相シフトは可変容量コンデンサ
（１０）により、また交流電源（１）の振幅調整は可変
抵抗器（１１）によりそれぞれ行われるので、往復動調
整回路（９）の複雑化が回避される。

【００４０】また、この制振ユニット（Ａ）は膨張機
（５）に取付けられるべき可動部（６）、コイルばね
（７）及び駆動部（８）がユニットケース（１２）の内
外に配設されて膨張機（５）に対し機構的に独立してお
り、かつ上記ユニットケース（１２）が膨張機（５）に
対して着脱可能で該ユニットケース（１２）が膨張機
（５）に取付けられた状態では可動部（６）の重心がシ
リンダ（３）の軸線（Ｐ）上に位置する状態で該可動部
（６）の往復動が可能となっているので、冷凍機の製造
段階で膨張機（５）に一体に組込む必要がない。従っ
て、既成の膨張機（５）に対しても取付けて該膨張機
（５）に対する制振効果を得ることができるという汎用
性を有し、かつ取外しも膨張機（５）を分解することな
く行えるので、メンテナンスも容易である。

【００４１】（実施例２）図４及び図５はこの発明に係
る実施例２を示し、上記実施例１と同じ部分には同じ符
号を付している。この実施例に係る制振ユニット（Ａ）
では、図４に示すように可動部（６）は磁性材料として
の永久磁石（６ａ）を有し、駆動部（８）は１つの電磁
コイルからなる。

【００４２】具体的には、上記可動部（６）は、上下の
磁極が互いに異なる（例えば上がＮ極で下がＳ極）円柱
状の永久磁石（６ａ）と、該永久磁石（６ａ）の外周面
に嵌着された円筒形状をなす硬質合成樹脂製の滑りガイ
ド（６ｂ）と、上記可動部（６）の上下両端面にそれぞ
れ設置されたばね受け部材（６ｃ），（６ｃ）とからな
る。上記駆動部（８）は、原点位置にある上記可動部
（６）の上端部に該駆動部（８）の下端部が対面する位
置に配設されている。一方、上記駆動部（８）を励磁す
るための往復動調整回路（９）は図５に示すように１対
の供給側端子（９ｂ），（９ｂ）を有し、該供給側端子
（９ｂ），（９ｂ）に接続された駆動部（８）を上下の
磁極が交流電源（１）の半周期毎に交互に切換わるよう
に構成されている。

【００４３】以上の構成によれば、制振ユニット（Ａ）
の可動部（６）は、交流電源（１）により駆動部（８）
の下端部が永久磁石（６ａ）の上端部と異なる磁極にな
ったときには駆動部（８）の側に引き寄せられる一方、
同じ磁極になったときには反発して反対の側に移動す
る。例えば、可動部（６）の上端部がＮ極である場合に
は、可動部（６）は駆動部（８）の下端部がＳ極になっ
たときに引き寄せられて上方に移動する一方、Ｎ極にな
ったときには下方に移動する。つまり、この実施例で
は、永久磁石（６ａ）を可動部（６）に用いたことによ
り、上記実施例１に比べて駆動部（８）を構成する電磁
コイルの数が半減し、往復動調整回路（９）の構成が簡
略化されたものであるのに拘らず、可動部（６）に対す
る往復両方向での駆動力を駆動部（８）に発揮させるこ
とができる。

【００４４】こうして、可動部（６）は、駆動部（８）
の磁極が切換わるのに応じて、すなわち往復動調整回路
（９）の供給側端子（９ｂ），（９ｂ）における交流電
源（１）と同一周期で、シリンダ（３）の軸線（Ｐ）方
向において往復動することになる。従って、往復動調整
回路（９）の可変容量コンデンサ（１０）を調整して上
記交流電源（１）の供給側端子（９ｂ），（９ｂ）にお
ける位相をシフトすることにより、上記可動部（６）は
膨張機（５）のシリンダ（３）におけるディスプレーサ
（４）に対し同一周期で逆位相の往復動を行う。これに
より、上記膨張機（５）のディスプレーサ（４）によっ
て生じる振動をキャンセルすることができる。

【００４５】尚、上記各実施例では、支持手段に可動部
（６）を原点位置に復帰させる付勢力を有するコイルば
ね（７）を用いているが、駆動部が可動部に対する十分
な往復駆動力を有する場合には上記付勢力は不要であ
る。また、このような付勢力を利用する場合には、コイ
ルばね（７）以外の付勢手段を用いることができる。

【００４６】また、上記各実施例では、可動部（６）が
鉄芯（６ａ）を含むものであるのに対して駆動部（８）
が上下２段の電磁コイルからなる場合、及び可動部
（６）が永久磁石（６ａ）を含むものであるのに対して
駆動部（８）が１つの電磁コイルからなる場合をそれぞ
れ示しているが、可動部が鉄芯を含むものである場合
に、駆動部を１つの電磁コイルが励磁状態と非励磁状態
とに交互に切換えられる構成とし、もって駆動部が可動
部を引き寄せる方向のみに駆動し、反対方向への駆動は
付勢手段にて得られるようにしてもよい。また、可動部
が永久磁石を含むものである場合に、駆動部を上下２段
の電磁コイルで両電磁コイルの相対する端部が常に同一
の磁極となる構成とし、もって駆動部が可動部を上下両
側から往復駆動するようにしてもよい。

【００４７】また、上記各実施例では、可変容量コンデ
ンサ（１０）により交流電源（１）の位相をシフトする
ように構成しているが、その他の往復動調整回路を用い
てもよい。

【００４８】また、上記各実施例では、制振装置（Ａ）
をユニット化し、膨張機（５）の基体（５ａ）の下面に
雄ねじ（２７）及びナット（２８）を用いて脱着可能に
取付けているが、制振装置の形態や膨張機に対する取付
部位及び取付手段等については膨張機の形態等に応じて
適切に設定すると好適である。

【００４９】また、上記各実施例では、駆動部（８）を
ユニットケース（１２）の外部に配設しているが、内部
に配設してもよい。また、往復動調整回路（９）を上記
ユニットケース（１２）に設置してもよい。

【００５０】

【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、スターリング冷凍機のフリーディスプレーサに
よる振動を抑える場合に、圧縮機の交流電源の位相をシ
フトしてバランサとしての可動部を往復動させるように
したことにより、ディスプレーサの往復動を直接に検出
することなく該ディスプレーサによる膨張機の振動を比
較的簡単な構造でキャンセルすることができ、膨張機か
ら機構的に独立して構造も比較的簡単であるので、スタ
ーリング冷凍機のコンパクト性を損なわず、低コストで
あり、従来の冷凍機にも膨張機を分解することなく着脱
することができる。

【００５１】請求項２の発明によれば、往復動調整回路
が可変容量コンデンサによって位相シフトが行われるよ
うにしたので、往復動調整回路の構成が複雑化するのを
回避できる。

【００５２】請求項３の発明によれば、駆動部に投入さ
れる交流電源の振幅調整が可能なので、可動部のストロ
ーク長を調整することができ、膨張機の振動を効果的に
キャンセルすることができる。

【００５３】請求項４の発明によれば、交流電源の振幅
調整を可変抵抗器にて行うことができるので、往復動調
整回路の構成が複雑化するのを回避できる。

【００５４】請求項５の発明によれば、上記請求項１〜
４の発明の制振装置をユニット化したので、膨張機に対
する着脱が容易であり、従来のスターリング冷凍機の膨
張機に対する後付け及び取外しを膨張機を分解すること
なく行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１に係る制振ユニットの電気
回路を示す図である。

【図２】スターリング冷凍機の全体構成を示す縱断面図
である。

【図３】膨張機に取付けられた制振ユニットの断面図で
ある。

【図４】この発明の実施例２を示す図３相当図である。

【図５】制振ユニットの電気回路を示す図である。

【符号の説明】

（１） 交流電源 （２） 圧縮機 （３） シリンダ （３ａ） コールドヘッド （４） フリーディスプレーサ （５） 膨張機 （６） 可動部 （６ａ） 鉄芯（磁性材料） （６ａ） 永久磁石（磁性材料） （７） コイルばね（支持手段） （８） 駆動部 （９） 往復動調整回路 （９ａ） 電源側端子 （９ｂ） 供給側端子 （１０） 可変容量コンデンサ （１１） 可変抵抗器 （１２） ユニットケース （Ｐ） 軸線

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 投入される交流電源（１）と同一周期で
   冷媒ガスを加圧する圧縮機（２）と、 上記圧縮機（２）からの増減する冷媒ガス圧を受け、シ
   リンダ（３）内のフリーディスプレーサ（４）を圧縮機
   （２）の冷媒ガス加圧動作と同一周期で往復動させる膨
   張機（５）とを備えたスターリング冷凍機において、 磁性部材（６ａ）を含んでなる可動部（６）と、 上記可動部（６）を、該可動部（６）の重心が上記膨張
   機（５）におけるシリンダ（３）の軸線（Ｐ）上に位置
   する状態で該軸線（Ｐ）方向に往復動可能に支持する支
   持手段（７）と、 上記交流電源（１）により生起された磁力により可動部
   （６）を軸線（Ｐ）方向に往復動させる駆動部（８）
   と、 上記交流電源（１）に圧縮機（２）とは並列に接続され
   る電源側端子（９ａ），（９ａ）と、上記駆動部（８）
   に接続される供給側端子（９ｂ），（９ｂ）とを有し、
   上記電源側端子（９ａ），（９ａ）に接続された交流電
   源（１）の上記供給側端子（９ｂ），（９ｂ）における
   位相をシフト可能な往復動調整回路（９）とを備えたこ
   とを特徴とするスターリング冷凍機の制振装置。
2. 【請求項２】 往復動調整回路（９）は、交流電源
   （１）の供給側端子（９ｂ），（９ｂ）における位相を
   シフトするための可変容量コンデンサ（１０）を有する
   ことを特徴とする請求項１記載のスターリング冷凍機の
   制振装置。
3. 【請求項３】 往復動調整回路（９）は、交流電源
   （１）の供給側端子（９ｂ），（９ｂ）における交流電
   源（１）の振幅を調整可能に構成されていることを特徴
   とする請求項１又は２記載のスターリング冷凍機の制振
   装置。
4. 【請求項４】 往復動調整回路（９）は、交流電源
   （１）の供給側端子（９ｂ），（９ｂ）における交流電
   源（１）の振幅を調整するための可変抵抗器（１１）を
   有することを特徴とする請求項３記載のスターリング冷
   凍機の制振装置。
5. 【請求項５】 少なくとも可動部（６）、支持手段
   （７）及び駆動部（８）はユニットケース（１２）に配
   設され、 上記ユニットケース（１２）は、可動部（６）の重心が
   シリンダ（３）の軸線（Ｐ）上に位置する状態で該可動
   部（６）の往復動が可能となるように膨張機（５）に対
   して着脱可能に構成されていることを特徴とする請求項
   １，２，３又は４記載のスターリング冷凍機の制振装
   置。