(57)【要約】【課題】スターリング冷凍機への振動の影響を抑制する。【解決手段】スターリング冷凍機１００は、作動ガスの圧力振動が与えられる圧力振動室１０８と、軸方向往復動が圧力振動室１０８での圧力振動によって駆動されるディスプレーサ１１０と、圧力検知部１１６を備え、圧力振動室１０８に対し気密に区画された圧力検知室１１２と、ディスプレーサ１１０のストロークが所定の大きさ以下であるとき遮断され、所定の大きさを超えるとき圧力振動室１０８での圧力振動が圧力検知室１１２に伝達されるよう両室を連絡する圧力伝達通路１１４と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動ガスの圧力振動が与えられる圧力振動室と、
軸方向往復動が前記圧力振動室での圧力振動によって駆動されるディスプレーサと、
圧力検知部を備え、前記圧力振動室に対し気密に区画された圧力検知室と、
前記ディスプレーサのストロークが所定の大きさ以下であるとき遮断され、前記所定の大きさを超えるとき前記圧力振動室での圧力振動が前記圧力検知室に伝達されるよう両室を連絡する圧力伝達通路と、を備えることを特徴とするスターリング冷凍機。
【請求項２】
前記圧力振動室から前記圧力検知室を封止するとともに、前記ディスプレーサの軸方向往復動を案内するシール部をさらに備え、
前記圧力検知室は、前記ディスプレーサの内部に形成され、
前記圧力伝達通路は、前記ディスプレーサの外表面に形成された開口部を備え、前記開口部は、前記ディスプレーサのストロークが前記所定の大きさ以下であるとき前記シール部によって閉鎖され、前記所定の大きさを超えるとき前記シール部から前記圧力振動室に露出して両室を連絡するように、軸方向に位置決めされていることを特徴とする請求項１に記載のスターリング冷凍機。
【請求項３】
前記圧力検知部は、前記圧力振動を表す検知信号を出力可能であり、
前記スターリング冷凍機は、前記圧力振動室に圧力振動を生成する圧力振動生成部と、前記検知信号に応答して前記圧力振動生成部を制御する制御部と、をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載のスターリング冷凍機。
【請求項４】
前記圧力振動室に対し気密に区画されたガス室と、
前記ディスプレーサの軸方向往復動に抗する軸方向ガスばね力を前記ディスプレーサに作用させるよう前記ディスプレーサに隣接するガスばね室と、をさらに備え、
前記ガスばね室は、前記ディスプレーサのストロークが前記所定の大きさ以下であるとき前記ガス室に連絡され、前記所定の大きさを超えるとき前記ガス室から遮断されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のスターリング冷凍機。
【請求項５】
作動ガスの圧力振動が与えられる圧力振動室と、
軸方向往復動が前記圧力振動室での圧力振動によって駆動されるディスプレーサと、
前記圧力振動室に対し気密に区画されたガス室と、
前記ディスプレーサの軸方向往復動に抗する軸方向ガスばね力を前記ディスプレーサに作用させるよう前記ディスプレーサに隣接するガスばね室と、を備え、
前記ガスばね室は、前記ディスプレーサのストロークが所定の大きさ以下であるとき前記ガス室に連絡され、前記所定の大きさを超えるとき前記ガス室から遮断されることを特徴とするスターリング冷凍機。
【請求項６】
前記ディスプレーサの軸方向往復動を案内するガイド部と、
前記ガイド部に形成され、前記ディスプレーサのストロークが前記所定の大きさ以下であるとき前記ガスばね室を前記ガス室に連絡する連絡路であって、前記ディスプレーサのストロークが前記所定の大きさを超えるとき前記ディスプレーサによって閉鎖される連絡路と、をさらに備えることを特徴とする請求項４または５に記載のスターリング冷凍機。
【請求項７】
前記ディスプレーサのストロークが前記所定の大きさ以下であるとき前記ガスばね室を前記ガス室に連絡し、前記所定の大きさを超えるとき前記ガスばね室を前記ガス室から遮断する制御弁をさらに備えることを特徴とする請求項４または５に記載のスターリング冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スターリング冷凍機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、スターリング冷凍機それ自身の運転によってスターリング冷凍機に生じる振動を抑制するために、弾性体、質量物および減衰体を備える振動抑制装置をスターリング冷凍機に設けることが知られている。スターリング冷凍機は、ディスプレーサなどの可動部がフリーピストンとして構成されることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−４６４１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のようにスターリング冷凍機は冷却運転中に振動しうる。また、スターリング冷凍機は静粛な環境でのみ使用されるわけではなく、外部からの振動にさらされる場所に設置されることもありうる。これらの振動は、フリーピストン、例えばディスプレーサの挙動に影響しうる。たとえば、外部からの振動がディスプレーサの往復動方向にディスプレーサを加振する場合には、ディスプレーサの動きが過剰に増幅されるかもしれない。そうすると、隣接する静止部材にディスプレーサが衝突して異音が生じたり、あるいはスターリング冷凍機の耐久性が低下しうる。
【０００５】
本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、スターリング冷凍機への振動の影響を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様によると、スターリング冷凍機は、作動ガスの圧力振動が与えられる圧力振動室と、軸方向往復動が前記圧力振動室での圧力振動によって駆動されるディスプレーサと、圧力検知部を備え、前記圧力振動室に対し気密に区画された圧力検知室と、前記ディスプレーサのストロークが所定の大きさ以下であるとき遮断され、前記所定の大きさを超えるとき前記圧力振動室での圧力振動が前記圧力検知室に伝達されるよう両室を連絡する圧力伝達通路と、を備える。
【０００７】
本発明のある態様によると、スターリング冷凍機は、作動ガスの圧力振動が与えられる圧力振動室と、軸方向往復動が前記圧力振動室での圧力振動によって駆動されるディスプレーサと、前記圧力振動室に対し気密に区画されたガス室と、前記ディスプレーサの軸方向往復動に抗する軸方向ガスばね力を前記ディスプレーサに作用させるよう前記ディスプレーサに隣接するガスばね室と、を備える。前記ガスばね室は、前記ディスプレーサのストロークが所定の大きさ以下であるとき前記ガス室に連絡され、前記所定の大きさを超えるとき前記ガス室から遮断される。
【０００８】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、スターリング冷凍機への振動の影響を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態に係るスターリング冷凍機を示す概略図である。
【図２】第１実施形態に係るスターリング冷凍機の衝突防止機構の動作を説明するための概略図である。
【図３】第２実施形態に係るスターリング冷凍機を示す概略図である。
【図４】第２実施形態に係るスターリング冷凍機の衝突防止機構の動作を説明するための概略図である。
【図５】第２実施形態に係るスターリング冷凍機の他の一例を示す概略図である。
【図６】第２実施形態に係るスターリング冷凍機の他の一例を示す概略図である。
【図７】第３実施形態に係るスターリング冷凍機を示す概略図である。
【図８】第４実施形態に係るスターリング冷凍機を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。また、以下の説明において参照する図面において、各構成部材の大きさや厚みは説明の便宜上のものであり、必ずしも実際の寸法や比率を示すものではない。
【００１２】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るスターリング冷凍機１００を示す概略図である。スターリング冷凍機１００は、圧縮機１０２、膨張機１０４、および圧力容器１０６を備える。スターリング冷凍機１００は、いわゆる一体型のスターリング冷凍機である。圧力容器１０６は、高圧の作動ガスを気密に保持するよう構成されており、圧縮機１０２および膨張機１０４はともに圧力容器１０６に収容されている。作動ガスは例えばヘリウムガスである。
【００１３】
知られているように、圧縮機１０２は作動ガスの圧力振動を生成する。作動ガスの圧力振動は膨張機１０４に伝達される。膨張機１０４には圧縮機１０２の圧力振動と同一の周波数で当該振動と位相差を有する圧力振動が生じる。圧縮機１０２と膨張機１０４との間に逆スターリングサイクルが形成され、膨張機１０４は寒冷を発生させる。こうして、スターリング冷凍機１００は、被冷却物を冷却することができる。
【００１４】
詳細は後述するが、スターリング冷凍機１００は、圧力振動室１０８、ディスプレーサ１１０、圧力検知室１１２、および圧力伝達通路１１４を備える。圧力振動室１０８には、作動ガスの圧力振動が与えられる。ディスプレーサ１１０の軸方向往復動が圧力振動室１０８での圧力振動によって駆動される。スターリング冷凍機１００の軸方向（図において上下方向）が矢印Ｃにより示され、これはディスプレーサ１１０の軸方向と一致する。圧力検知室１１２は、圧力検知部１１６を備える。圧力検知室１１２は、圧力振動室１０８に対し気密に区画されている。圧力伝達通路１１４は、ディスプレーサ１１０のストロークが所定の大きさ以下であるとき遮断される。圧力伝達通路１１４は、ディスプレーサ１１０のストロークが所定の大きさを超えるとき圧力振動室１０８での圧力振動が圧力検知室１１２に伝達されるよう両室を連絡する。
【００１５】
「所定の大きさ」は、例えば、予め定められたストロークしきい値である。ストロークしきい値は、設計者の経験的知見または設計者による実験やシミュレーション等に基づき適宜設定することが可能である。
【００１６】
ここで、ディスプレーサ１１０のストロークとは、ディスプレーサ１１０の振幅、より詳しくは、ディスプレーサ１１０の軸方向往復動における上死点から下死点までの距離をいう。ディスプレーサ１１０のストロークは、圧力振動室１０８における作動ガスの圧力振動に応じて変化する。
【００１７】
また、スターリング冷凍機１００は、圧力振動室１０８から圧力検知室１１２を封止するとともに、ディスプレーサ１１０の軸方向往復動を案内するシール部１１８をさらに備える。圧力検知室１１２は、ディスプレーサ１１０の内部に形成されている。圧力伝達通路１１４は、ディスプレーサ１１０の外表面に形成された第１開口部１１４ａを備える。第１開口部１１４ａは、ディスプレーサ１１０のストロークが上記の所定の大きさ以下であるときシール部１１８によって閉鎖される。第１開口部１１４ａは、ディスプレーサ１１０のストロークが上記の所定の大きさを超えるときシール部１１８から圧力振動室１０８に露出して両室を連絡するように、軸方向に位置決めされている。
【００１８】
図１には、スターリング冷凍機１００の内部構造を概略的に示す。図示されるように、圧縮機１０２は、圧縮機ピストン１２０、圧縮機ピストン支持部１２２、および圧縮機ピストン駆動部１２４を備える。
【００１９】
圧縮機ピストン１２０は、圧力容器１０６の中に配置され、圧力容器１０６に対して軸方向往復動を可能とするよう構成されている。図１においては圧縮機ピストン１２０の軸方向往復動が圧力容器１０６の内壁面によって案内されるよう概略的に示されているが、圧縮機ピストン１２０の軸方向往復動は、圧力容器１０６に固定された圧縮機シリンダ（図示せず）によって案内されてもよい。圧縮機ピストン支持部１２２は例えば板ばね等の弾性部材を備え、圧縮機ピストン１２０は圧縮機ピストン支持部１２２を介して圧力容器１０６に支持される。
【００２０】
圧力容器１０６の中には、圧縮機ピストン１２０の一面（図において上面）に隣接して圧縮室１２６が形成され、圧縮機ピストン１２０の反対側の面（図において下面）に隣接して背圧室１２８が形成されている。圧縮室１２６は、圧力振動室１０８の一部であるとみなすこともできる。圧縮機ピストン支持部１２２および圧縮機ピストン駆動部１２４は、背圧室１２８に収容されている。
【００２１】
圧縮室１２６は、圧縮機ピストン１２０によって背圧室１２８から仕切られ、背圧室１２８に対して気密に形成されている。圧縮室１２６と背圧室１２８とのガス流通はない。背圧室１２８には圧縮室１２６と同種のガス（すなわち作動ガスであり、例えばヘリウムガス）が封入されている。背圧室１２８の圧力は、圧縮室１２６の平均圧力、すなわち圧縮機ピストン１２０の一周期の移動によって生じる圧縮室１２６の最高圧と最低圧の平均に一致し、またはほぼ等しい。
【００２２】
圧縮機ピストン駆動部１２４は、圧縮機ピストン１２０の軸方向往復動を駆動する往復駆動源、例えばリニアモータを備える。このように電磁気的作用によって圧縮機ピストン１２０が駆動される場合には、圧縮機ピストン１２０をフリーピストンとみなすこともできる。圧縮機ピストン１２０は、ある振幅及び周波数で圧力容器１０６に対し軸方向に振動する。こうして圧縮機１０２は作動ガスの圧力振動を圧縮室１２６に生成することができる。
【００２３】
膨張機１０４は、上述のディスプレーサ１１０に加えて、放熱器１３０、蓄冷器１３２、低温熱交換器１３４、および冷却ステージ１３６を備える。ディスプレーサ１１０、放熱器１３０、蓄冷器１３２、および低温熱交換器１３４は、圧力容器１０６に収容されている。
【００２４】
ディスプレーサ１１０は、ディスプレーサピストン１１０ａおよびディスプレーサロッド１１０ｂを備える。ディスプレーサピストン１１０ａは、軸方向に往復動可能なフリーピストンである。ディスプレーサピストン１１０ａは、ディスプレーサロッド１１０ｂに対して軸方向往復動を可能とするようにディスプレーサロッド１１０ｂに取り付けられている。
【００２５】
また、膨張機１０４は、ディスプレーサロッド１１０ｂを圧力容器１０６に固定するディスプレーサ固定部１３８を備える。ディスプレーサ固定部１３８は、圧力容器１０６に収容されている。ディスプレーサ固定部１３８は、ディスプレーサロッド１１０ｂを圧力容器１０６に剛に接続しており、ディスプレーサロッド１１０ｂは圧力容器１０６に対し移動しない。ディスプレーサ固定部１３８には、軸方向に貫通するガス流通口１４０が形成されている。
【００２６】
圧力容器１０６の中には、ディスプレーサ１１０（より具体的にはディスプレーサピストン１１０ａ）の先端面１１０ｃに隣接して膨張室１４２が形成されている。膨張室１４２は、ディスプレーサ１１０に対し圧力振動室１０８と反対側に位置する。冷却ステージ１３６は、膨張室１４２を挟んでディスプレーサ１１０の先端面１１０ｃと対向する圧力容器１０６の部分に固着されている。冷却ステージ１３６は、スターリング冷凍機１００による被冷却物が取り付けられ又は熱的に連結される部位である。冷却ステージ１３６は、コールドヘッドと呼ばれることもある。
【００２７】
圧力振動室１０８と膨張室１４２とを接続する作動ガス流路が放熱器１３０、蓄冷器１３２、および低温熱交換器１３４によって形成されている。この作動ガス流路を通じて圧力振動室１０８から膨張室１４２へと（また、膨張室１４２から圧力振動室１０８へと）作動ガスが流れる。
【００２８】
圧力振動室１０８は、ディスプレーサ固定部１３８によって圧縮室１２６から仕切られている。ディスプレーサ固定部１３８は、放熱器１３０との間に圧力振動室１０８を形成するよう放熱器１３０から軸方向に離れて配置されている。上述のようにディスプレーサ固定部１３８にはガス流通口１４０が設けられている。よって、圧縮室１２６は圧力振動室１０８にガス流通口１４０を通じて連絡され、圧縮室１２６と圧力振動室１０８とのガス流通が可能である。圧縮室１２６にて生成された圧力振動は圧力振動室１０８に伝達される。
【００２９】
膨張機１０４は、いわゆるアニュラー型に構成されている。蓄冷器１３２はディスプレーサ１１０の中心軸と同軸に配設されディスプレーサ１１０を囲むよう環状またはドーナツ状に形成されている。蓄冷器１３２は、蓄冷材容器と、蓄冷材容器に収容された蓄冷材（例えば金網の積層構造）とを備える。放熱器１３０および低温熱交換器１３４も蓄冷器３８と同様に環状またはドーナツ状に形成されている。
【００３０】
ディスプレーサ１１０の軸方向往復動を案内するディスプレーサシリンダの少なくとも一部が蓄冷器１３２によって形成されている。蓄冷器１３２とともに、放熱器１３０及び／または低温熱交換器１３４も、ディスプレーサシリンダの一部を形成してもよい。なおディスプレーサ１１０とディスプレーサシリンダの間にはわずかなクリアランスがあってもよい。このクリアランスを通じた圧力振動室１０８と膨張室１４２とのガス流通を妨げるシール部がディスプレーサ１１０とディスプレーサシリンダの間に設けられていてもよい。
【００３１】
放熱器１３０は、軸方向において蓄冷器１３２と圧力振動室１０８の間で蓄冷器１３２に隣接して設けられている。放熱器１３０は例えば水冷式熱交換器である。放熱器１３０は、圧縮機１０２から供給された作動ガスを冷却し、その熱を膨張機１０４の外部へ放出するための熱交換を実現する。圧縮機１０２から圧力振動室１０８に供給される作動ガスは一般に室温より高い温度を有するので、放熱器１３０は、この高温ガスを室温程度に冷却する。
【００３２】
低温熱交換器１３４は、軸方向において蓄冷器１３２と冷却ステージ１３６との間で蓄冷器１３２に隣接して設けられている。低温熱交換器１３４は、冷却ステージ１３６から吸熱し、その熱を膨張室１４２での膨張により冷却された作動ガスに与えるための熱交換を実現する。
【００３３】
スターリング冷凍機１００の使用に際して、スターリング冷凍機１００のうち低温部は通例、図示しない真空容器に収容される。低温部には、冷却ステージ１３６、低温熱交換器１３４、および蓄冷器１３２が含まれる。それ以外の部分は常温部である。圧力容器１０６にはフランジ１４６が設けられている。フランジ１４６は、スターリング冷凍機１００の低温部と常温部との境界に位置する。スターリング冷凍機１００はフランジ１４６を介して真空容器に装着され、フランジ１４６は真空容器内部の真空層と真空容器外部の大気層とを分離する。
【００３４】
スターリング冷凍機１００のディスプレーサ構造についてさらに説明する。ディスプレーサピストン１１０ａはその先端面１１０ｃが半球面状またはその他の凸曲面状に形成された概ね円筒状の部材である。ディスプレーサロッド１１０ｂは、ディスプレーサピストン１１０ａの内部からディスプレーサ固定部１３８へと延びている。ディスプレーサロッド１１０ｂは、ディスプレーサピストン１１０ａより細い円筒状の軸部であり、ディスプレーサピストン１１０ａと同軸に設けられている。
【００３５】
ディスプレーサロッド１１０ｂの下端がディスプレーサ固定部１３８に取り付けられているのに対し、ディスプレーサロッド１１０ｂの上端はディスプレーサ支持部１４４を介してディスプレーサピストン１１０ａに取り付けられている。ディスプレーサ支持部１４４は例えば板ばね等の弾性部材を備える。ディスプレーサ支持部１４４が弾性変形することによって、ディスプレーサロッド１１０ｂに対するディスプレーサピストン１１０ａの軸方向往復動が可能となる。
【００３６】
ディスプレーサピストン１１０ａの底面１１０ｄには、ディスプレーサロッド１１０ｂを受け入れる中心開口が形成されている。中心開口は円形状である。この中心開口の外周に沿ってシール部１１８、例えばロッドシールが設けられている。シール部１１８は、ディスプレーサピストン１１０ａの一部を形成しており、ディスプレーサロッド１１０ｂに対するディスプレーサピストン１１０ａの軸方向往復動を案内するよう構成されている。
【００３７】
このようにして、ディスプレーサピストン１１０ａとディスプレーサ支持部１４４とからなる振動系が構成されている。この振動系は、圧縮機ピストン１２０の振動と同一の周波数で当該振動と位相差を有してディスプレーサピストン１１０ａが振動するよう構成されている。ディスプレーサピストン１１０ａは、圧縮機ピストン１２０の振動によって圧力振動室１０８に生じる作動ガス圧力の脈動によって駆動される。このようなディスプレーサ１１０及び圧縮機ピストン１２０それぞれの往復動によって膨張室１４２と圧力振動室１０８との間に逆スターリングサイクルが形成される。こうして、冷却ステージ１３６が冷却され、スターリング冷凍機１０は、冷却ステージ１３６に熱的に連結された対象物を冷却することができる。
【００３８】
上述のように、スターリング冷凍機１００は、ディスプレーサロッド１１０ｂによって支持され圧力振動によって動作するディスプレーサピストン１１０ａを有する。このようなフリーピストン型のスターリング冷凍機においては、ディスプレーサピストン１１０ａが共振によって運動するため効率が良い。その一方、ディスプレーサピストン１１０ａはフリーピストンであるので、ディスプレーサピストン１１０ａの変位量を制限する強制力は働かない。
【００３９】
そのため、スターリング冷凍機１００の外部から振動などの外乱力が作用した場合、ディスプレーサピストン１１０ａの振幅が過剰に増幅され、上死点及び／または下死点でディスプレーサピストン１１０ａは隣接する構成部材に接触または衝突するかもしれない。衝突が起きた場合、部品の破損や冷凍能力の低下等の問題が発生しうる。冷凍機の修理が必要となるかもしれない。
【００４０】
そこで、スターリング冷凍機１００には、以下に説明するように、ディスプレーサ１１０の内部または背面に「圧力」を利用した衝突防止機構が組み込まれている。これにより、ディスプレーサ１１０の衝突を未然に防ぐ等、スターリング冷凍機１００への振動の影響が抑制される。また、スターリング冷凍機１００の信頼性を高めることができる。
【００４１】
スターリング冷凍機１００の衝突防止機構を説明する。ディスプレーサ１１０の内部は空洞となっている。ディスプレーサピストン１１０ａの内部空間とディスプレーサロッド１１０ｂの内部空間は互いにつながっていて、ガスの流通が可能である。ディスプレーサロッド１１０ｂの内部空間が上述の圧力検知室１１２として使用される。さらに、圧力検知室１１２は、ガス通路１４８を通じて背圧室１２８へとつながっている。ガス通路１４８は圧力検知室１１２からディスプレーサ固定部１３８および圧力容器１０６の壁部を通じて背圧室１２８に至る。シール部１１８によって、ディスプレーサピストン１１０ａとディスプレーサロッド１１０ｂとの径方向隙間は封止されている。
【００４２】
こうして、背圧室１２８と同様に、圧力検知室１１２には作動ガスが封入され、圧縮室１２６の平均圧力に維持されている。圧力伝達通路１１４が閉じられている限りは、圧力振動室１０８における作動ガスの圧力変動は、圧力検知室１１２にまったく伝わらないか、またはほとんど伝わらない。
【００４３】
圧力伝達通路１１４の第１開口部１１４ａは、ディスプレーサロッド１１０ｂの外表面に形成されている。また、圧力伝達通路１１４の第２開口部１１４ｂが、ディスプレーサロッド１１０ｂの内表面に形成されている。圧力伝達通路１１４は、第１開口部１１４ａから第２開口部１１４ｂへとディスプレーサロッド１１０ｂを径方向に貫通している。圧力伝達通路１１４は、ディスプレーサロッド１１０ｂの外へと圧力検知室１１２を連絡することができる。
【００４４】
スターリング冷凍機１００が正常に冷却運転されているとき、図１に示すように、ディスプレーサピストン１１０ａは規定のストロークＳで振動する。この場合、圧力伝達通路１１４の第１開口部１１４ａの可動範囲がすべてシール部１１８によって覆われている。第１開口部１１４ａはシール部１１８によって閉鎖され、圧力伝達通路１１４は遮断されている。よって、圧力振動室１０８から圧力検知室１１２へのガス流れは無く、圧力振動室１０８における圧力振動は圧力検知室１１２に伝わらない。
【００４５】
図２は、第１実施形態に係るスターリング冷凍機１００の衝突防止機構の動作を説明するための概略図である。なお理解を容易にするために、図２においては蓄冷器１３２など一部の要素の図示を省略している。
【００４６】
図２には、ディスプレーサピストン１１０ａが規定のストロークＳより大きいストロークＳ’で振動する場合を示す。矢印Ｄにより示すようにディスプレーサロッド１１０ｂに対してディスプレーサピストン１１０ａが大きく上方に変位している。ただし、このストロークＳ’は、ディスプレーサピストン１１０ａが隣接する構成要素（例えば、冷却ステージ１３６、またはディスプレーサ固定部１３８）と衝突することになる衝突ストロークより小さい。よって、図２においてディスプレーサピストン１１０ａは衝突していない。
【００４７】
図２に示されるように、圧力伝達通路１１４の第１開口部１１４ａはシール部１１８からディスプレーサピストン１１０ａの底面１１０ｄを通過して圧力振動室１０８へと達している。第１開口部１１４ａは圧力振動室１０８に露出している。よって、矢印Ｂにより図示されるように、圧力振動室１０８が圧力伝達通路１１４を通じて圧力検知室１１２に連絡され、圧力振動室１０８での圧力振動が圧力検知室１１２に伝達される。
【００４８】
圧力検知部１１６は、圧力振動を表す圧力振動検知信号１５０を出力可能である。圧力検知部１１６は、一般に入手可能な圧力センサであってもよい。圧力検知部１１６は、例えば、差圧を受けて変形するダイアフラムのような膜部材と、膜部材の変形を電気信号に変換する歪みゲージのような検知素子の組み合わせであってもよい。
【００４９】
スターリング冷凍機１００は、圧力振動室１０８に圧力振動を生成する圧力振動生成部、例えば圧縮機１０２と、圧力振動検知信号１５０に応答して圧力振動生成部を制御する制御部１５２と、を備える。制御部１５２は、圧力振動検知信号１５０を入力として圧縮機制御信号１５１を出力する。
【００５０】
制御部１５２は、圧力振動検知信号１５０が入力されていないときは、ディスプレーサ１１０の振動が継続されるように圧力振動生成部を制御するよう構成されている。つまり、制御部１５２は、ディスプレーサ１１０の振動状態に変化を与えない。圧力振動検知信号１５０が入力されない場合、圧力検知室１１２は圧力振動室１０８から隔離されていることになる。ディスプレーサ１１０が規定のストロークＳで振動しており、スターリング冷凍機１００は正常な冷却運転をしていると判断できる。
【００５１】
一方、制御部１５２は、圧力振動検知信号１５０が入力されたとき、ディスプレーサ１１０の振動が抑制されるように圧力振動生成部を制御するよう構成されている。そうした圧力振動生成部の制御には、公知の方法を適宜用いることができる。ディスプレーサ１１０の振動が抑制されるので、ディスプレーサ１１０の衝突を抑制することができる。
【００５２】
説明したように、第１実施形態に係るスターリング冷凍機１００によると、圧力伝達通路１１４は、ディスプレーサ１１０のストロークがあるストロークしきい値以下であるとき遮断される。圧力伝達通路１１４は、ディスプレーサ１１０のストロークがこのストロークしきい値を超えるとき圧力振動室１０８での圧力振動が圧力検知室１１２に伝達されるよう両室を連絡する。圧力伝達通路１１４の第１開口部１１４ａは、ディスプレーサ１１０のストロークがストロークしきい値以下であるときシール部１１８によって閉鎖され、ストロークしきい値を超えるときシール部１１８から圧力振動室１０８に露出して両室を連絡するように、ディスプレーサロッド１１０ｂ上で軸方向に位置決めされている。
【００５３】
したがって、圧力検知部１１６の圧力振動検知信号１５０を監視することにより、ディスプレーサ１１０の振動が過剰であるか否かを判断することができる。また、圧力振動生成部を適切に制御することによって、ディスプレーサ１１０の衝突を抑制することができる。スターリング冷凍機１００への振動の影響を抑制し、スターリング冷凍機１００の信頼性を高めることができる。
【００５４】
圧力伝達通路１１４の第１開口部１１４ａの軸方向位置は、例えば、次のように決められる。ディスプレーサピストン１１０ａが中立位置にあるときの底面１１０ｄから第１開口部１１４ａまでの軸方向距離Ｇ１は、ディスプレーサ１１０の規定のストロークＳの半分より大きくてもよい。このようにすれば、スターリング冷凍機１００の正常な冷却運転中は圧力伝達通路１１４が遮断され圧力検知室１１２が圧力振動室１０８から隔離されることが保証される。
【００５５】
また、ディスプレーサピストン１１０ａが中立位置にあるときの底面１１０ｄから第１開口部１１４ａまでの軸方向距離Ｇ１は、ディスプレーサピストン１１０ａと軸方向に隣接する構成要素（例えば、冷却ステージ１３６、またはディスプレーサ固定部１３８）とディスプレーサピストン１１０ａとの軸方向距離Ｈより小さくてもよい。軸方向距離Ｇ１は、軸方向距離Ｈの３／４または１／２より小さくてもよい。このようにすれば、ディスプレーサピストン１１０ａが隣接構成要素と衝突する前に圧力伝達通路１１４を開き圧力振動室１０８を圧力検知室１１２に連絡することができる。
【００５６】
（第２実施形態）
図３は、第２実施形態に係るスターリング冷凍機１００を示す概略図である。第２実施形態に係るスターリング冷凍機１００は、衝突防止機構としてのガスばね機構が追加されていることを除いて、第１実施形態に係るスターリング冷凍機１００と同様である。
【００５７】
スターリング冷凍機１００は、圧力振動室１０８に対し気密に区画されたガス室、例えばディスプレーサピストン室１５４と、ガスばね室１５６と、をさらに備える。ディスプレーサピストン室１５４は、ディスプレーサピストン１１０ａの内部空間である。ガスばね室１５６は、ディスプレーサ１１０の軸方向往復動に抗する軸方向ガスばね力をディスプレーサ１１０に作用させるようディスプレーサ１１０に隣接する。ガスばね室１５６は、ディスプレーサ１１０のストロークが所定の大きさ以下であるときガス室に連絡され、所定の大きさを超えるときガス室から遮断される。ここで、「所定の大きさ」は、第１実施形態のそれと等しくてもよい。
【００５８】
また、スターリング冷凍機１００は、ディスプレーサ１１０の軸方向往復動を案内するガイド部１５８と、第１連絡路１６０と、を備える。第１連絡路１６０は、ガイド部１５８に形成され、ディスプレーサ１１０のストロークが所定の大きさ以下であるときガスばね室１５６をガス室に連絡する。第１連絡路１６０は、ディスプレーサ１１０のストロークが所定の大きさを超えるときディスプレーサ１１０によって閉鎖される。
【００５９】
より具体的には、図３に示されるように、ガスばね室１５６は、ディスプレーサピストン１１０ａに形成された凹部である。この凹部の外周にガイド部１５８が形成され、凹部にディスプレーサロッド１１０ｂの先端部が挿入されている。ガイド部１５８は、ディスプレーサピストン１１０ａの一部を形成しており、ディスプレーサロッド１１０ｂに対するディスプレーサピストン１１０ａの軸方向往復動を案内するよう構成されている。ガイド部１５８は、例えばガイドブッシュであってもよいし、あるいは第２のシール部、例えばロッドシールであってもよい。こうして、ガスばね室１５６は、ディスプレーサピストン１１０ａとディスプレーサロッド１１０ｂとの間に区画されている。
【００６０】
第１連絡路１６０は、ガイド部１５８に形成され、ディスプレーサピストン１１０ａを径方向に貫通している。第１連絡路１６０は、ディスプレーサピストン１１０ａのストロークが所定の大きさ以下であるときガスばね室１５６をディスプレーサピストン室１５４に連絡する。スターリング冷凍機１００が正常に運転され、ディスプレーサピストン１１０ａが規定のストロークＳで振動する場合、ガスばね室１５６は第１連絡路１６０を通じてディスプレーサピストン室１５４に連絡されている。ディスプレーサピストン１１０ａが移動するときガスばね室１５６とディスプレーサピストン室１５４との間でガスの流出入が可能であるため、ガスばね室１５６からディスプレーサピストン１１０ａにガスばね力はまったく作用しないか、または少なくとも顕著には作用しない。よって、ガスばね室１５６は、ディスプレーサピストン１１０ａの動きを妨げない。
【００６１】
図４は、第２実施形態に係るスターリング冷凍機１００の衝突防止機構の動作を説明するための概略図である。なお理解を容易にするために、図４においては蓄冷器１３２など一部の要素の図示を省略している。
【００６２】
図４には、ディスプレーサピストン１１０ａが規定のストロークＳより大きいストロークで振動する場合を示す。矢印Ｅにより示すようにディスプレーサロッド１１０ｂに対してディスプレーサピストン１１０ａが大きく下方に変位している。ただし、このストロークは、ディスプレーサピストン１１０ａが隣接する構成要素（たとえばディスプレーサ固定部１３８、図４には図示せず）と衝突することになる衝突ストロークより小さい。よって、図４においてディスプレーサピストン１１０ａは衝突していない。
【００６３】
第１連絡路１６０は、ディスプレーサピストン１１０ａのストロークが所定の大きさを超えるときディスプレーサロッド１１０ｂによって閉鎖される。こうして、ガスばね室１５６が密閉される。ガスばね室１５６に貯留されたガスは、ディスプレーサピストン１１０ａが下動するときに圧縮され、圧力が高まる。ガスばね力は矢印Ｆで示すように上向きに働き、ディスプレーサピストン１１０ａの移動と逆向きである。よって、ガスばね室１５６は、ディスプレーサピストン１１０ａを制動して過剰なストロークを抑制することができる。
【００６４】
第２実施形態に係るスターリング冷凍機１００によると、ガスばね室１５６を設けることによって、ディスプレーサ１１０の衝突を抑制することができる。スターリング冷凍機１００への振動の影響を抑制し、スターリング冷凍機１００の信頼性を高めることができる。
【００６５】
第２実施形態に係るスターリング冷凍機１００は、第１実施形態と同様の圧力検知部１１６とガスばね室１５６の両方を備えるが、これは必須ではない。第２実施形態に係るスターリング冷凍機１００は、圧力検知部１１６を備えなくてもよい。
【００６６】
図５に示されるように、第１連絡路１６０に加えて、第２連絡路１６２が設けられていてもよい。第２連絡路１６２は、ディスプレーサロッド１１０ｂの先端部に形成されている。第１連絡路１６０は、ディスプレーサピストン１１０ａのストロークが所定の大きさ以下であるとき第２連絡路１６２を通じてガスばね室１５６をディスプレーサピストン室１５４に連絡する。第１連絡路１６０は、ディスプレーサピストン１１０ａのストロークが所定の大きさを超えるときディスプレーサロッド１１０ｂによって閉鎖される。
【００６７】
このようにすれば、ディスプレーサピストン１１０ａが過剰に下動するとき、第１連絡路１６０は第２連絡路１６２に対し軸方向下方に位置がずれる。２つの連絡路間のガス流通が不能となり、ガスばね室１５６が密閉される。ガスばね室１５６に貯留されたガスは、ディスプレーサピストン１１０ａが下動するときに圧縮され、上向きのガスばね力が生じる。一方、ディスプレーサピストン１１０ａが過剰に上動するとき、第１連絡路１６０は第２連絡路１６２に対し軸方向上方に位置がずれる。ガスばね室１５６に貯留されたガスは、ディスプレーサピストン１１０ａが上動するときに膨張され、下向きのガスばね力が生じる。よって、ディスプレーサピストン１１０ａの上動および下動の両方についてガスばね力によってディスプレーサピストン１１０ａを制動することができる。
【００６８】
また、図６に示されるように、スターリング冷凍機１００は、ディスプレーサ１１０のストロークが所定の大きさ以下であるときガスばね室１５６をガス室（例えばディスプレーサロッド室１６４）に連絡し、所定の大きさを超えるときガスばね室１５６をガス室から遮断する制御弁１６６を備えてもよい。制御弁１６６は、例えば電磁弁であってもよい。
【００６９】
ディスプレーサロッド１１０ｂの先端部には第３連絡路１６８が軸方向に貫通しており、第３連絡路１６８は、ガスばね室１５６をディスプレーサロッド室１６４に連絡する。ディスプレーサロッド室１６４は、第１実施形態における圧力検知室１１２であってもよく、背圧室１２８（図１参照）に連通している。制御弁１６６は、第３連絡路１６８を開閉するために設けられている。
【００７０】
スターリング冷凍機１００は、圧力容器１０６に取り付けられた例えば加速度センサなどの振動センサ１７０を備えてもよい。振動センサ１７０は、スターリング冷凍機１００の振動レベルを表す振動検知信号１７２を出力可能である。検知されるスターリング冷凍機１００の振動レベルは、ディスプレーサ１１０のストロークの大きさと相関すると考えられる。よって、制御部１５２は、振動検知信号１７２に応答して制御弁１６６を制御してもよい。制御部１５２は、振動検知信号１７２を入力として弁制御信号１７３を出力する。すなわち、制御部１５２は、振動レベルが所定の大きさ以下であるとき制御弁１６６を開き、所定の大きさを超えるとき制御弁１６６を閉じてもよい。振動レベルのしきい値は、ストロークしきい値に対応する値が使用される。振動レベルのしきい値は、設計者の経験的知見または設計者による実験やシミュレーション等に基づき適宜設定することが可能である。
【００７１】
このようにしても、ガスばね室１５６は、ディスプレーサピストン１１０ａを制動して過剰なストロークを抑制することができる。
【００７２】
（第３実施形態）
図７は、第３実施形態に係るスターリング冷凍機２００を示す概略図である。第３実施形態に係るスターリング冷凍機２００は、いわゆるスプリット式のスターリング冷凍機である点で、第１実施形態と異なる。上述の圧力検知式の衝突防止構造は、スプリット式のスターリング冷凍機にも適用可能である。
【００７３】
スターリング冷凍機２００は、圧縮機２０２、接続管２０３、及び膨張機２０４を備える。圧縮機２０２は膨張機２０４から離れて配置されている。接続管２０３は、圧縮機２０２の作動ガス室を膨張機２０４の作動ガス室に接続する。接続管２０３は、圧縮機２０２と膨張機２０４との間で作動ガスを流通させるガス流路を提供する。作動ガスは例えばヘリウムガスである。
【００７４】
圧縮機２０２は作動ガスの圧力振動を生成する。これが接続管２０３を通じて膨張機２０４に伝達される。膨張機２０４には圧縮機２０２の圧力振動と同一の周波数で当該振動と位相差を有する圧力振動が生じる。圧縮機２０２と膨張機２０４との間に逆スターリングサイクルが形成される。このようにして、膨張機２０４は寒冷を発生させる。
【００７５】
第１実施形態と同様に、膨張機２０４は、圧力振動室２０８、ディスプレーサ２１０、圧力検知室２１２、および圧力伝達通路２１４を備える。圧力振動室２０８には、作動ガスの圧力振動が与えられる。ディスプレーサ２１０の軸方向往復動が圧力振動室２０８での圧力振動によって駆動される。ディスプレーサ２１０の軸方向（図において上下方向）が矢印Ｃにより示される。圧力検知室２１２は、圧力検知部２１６を備え、圧力振動室２０８に対し気密に区画されている。圧力伝達通路２１４は、ディスプレーサ２１０のストロークが所定の大きさ以下であるとき遮断され、所定の大きさを超えるとき圧力振動室２０８での圧力振動が圧力検知室２１２に伝達されるよう両室を連絡する。
【００７６】
また、膨張機２０４は、圧力振動室２０８から圧力検知室２１２を封止するとともに、ディスプレーサ２１０の軸方向往復動を案内するシール部２１８をさらに備える。圧力検知室２１２は、ディスプレーサ２１０の内部に形成されている。圧力伝達通路２１４は、ディスプレーサ２１０の外表面に形成された第１開口部２１４ａを備える。第１開口部２１４ａは、ディスプレーサ２１０のストロークが上記の所定の大きさ以下であるときシール部２１８によって閉鎖され、所定の大きさを超えるときシール部２１８から圧力振動室２０８に露出して両室を連絡するように、軸方向に位置決めされている。
【００７７】
ディスプレーサ２１０は、ディスプレーサピストン２１０ａおよびディスプレーサロッド２１０ｂを備える。ディスプレーサピストン２１０ａの底面２１０ｄにはディスプレーサロッド２１０ｂの一端部が固定されている。ディスプレーサロッド２１０ｂはシール部２１８を貫通して背圧室２２８へと軸方向に延びている。シール部２１８は圧力容器２０６に固定されている。ディスプレーサロッド２１０ｂの他端部は、背圧室２２８において弾性部材を含むディスプレーサ支持部２４４によって支持されている。このようにして、ディスプレーサピストン２１０ａはディスプレーサロッド２１０ｂとともに、軸方向に往復動可能に構成されている。
【００７８】
膨張機２０４は、第１実施形態と同様にアニュラー型に構成されており、放熱器２３０、蓄冷器２３２、低温熱交換器２３４、冷却ステージ２３６、膨張室２４２を備える。
【００７９】
圧力振動室２０８には接続管２０３が接続されている。よって、圧縮機２０２によって生成された圧力振動が接続管２０３を通じて圧力振動室２０８に伝達される。圧力振動室２０８は、シール部２１８によって背圧室２２８から気密に区画されている。シール部２１８は、圧力容器２０６に固定されている。
【００８０】
圧力伝達通路２１４の第１開口部２１４ａは、ディスプレーサロッド２１０ｂの外表面に形成されている。また、圧力伝達通路２１４の第２開口部２１４ｂが、ディスプレーサロッド２１０ｂの内表面に形成されている。圧力伝達通路２１４は、第１開口部２１４ａから第２開口部２１４ｂへとディスプレーサロッド２１０ｂを径方向に貫通している。圧力伝達通路２１４は、ディスプレーサロッド２１０ｂの外へと圧力検知室２１２を連絡することができる。
【００８１】
圧力検知室２１２は、ガス通路２４８を通じて背圧室２２８へとつながっている。ガス通路２４８は圧力検知室１１２からディスプレーサロッド２１０ｂを径方向に貫通して背圧室２２８に至る。背圧室２２８と同様に、圧力検知室２１２には作動ガスが封入され、圧力振動室２０８の平均圧力に維持されている。圧力伝達通路２１４が閉じられている限りは、圧力振動室２０８における作動ガスの圧力変動は、圧力検知室２１２にまったく伝わらないか、またはほとんど伝わらない。
【００８２】
スターリング冷凍機２００が正常に冷却運転される場合、ディスプレーサ２１０は規定のストロークＳで振動する。この場合、圧力伝達通路２１４の第１開口部２１４ａの可動範囲がすべてシール部２１８によって覆われている。第１開口部２１４ａはシール部２１８によって閉鎖され、圧力伝達通路２１４は遮断されている。よって、圧力振動室２０８から圧力検知室２１２へのガス流れは無く、圧力振動室２０８における圧力振動は圧力検知室２１２に伝わらない。
【００８３】
ディスプレーサ２１０が規定のストロークＳより大きいストロークで振動する場合には、圧力伝達通路２１４の第１開口部２１４ａはシール部２１８から上方に離れ、圧力振動室１０８に露出しうる（図７において破線で示す）。よって、圧力振動室２０８が圧力伝達通路２１４を通じて圧力検知室２１２に連絡され、圧力振動室２０８での圧力振動が圧力検知室２１２に伝達される。
【００８４】
圧力伝達通路２１４の第１開口部２１４ａの軸方向位置は、例えば、次のように決められる。ディスプレーサ２１０が中立位置にあるときのシール部２１８の上端から第１開口部２１４ａまでの軸方向距離Ｇ２は、ディスプレーサ２１０の規定のストロークＳの半分より大きくてもよい。このようにすれば、スターリング冷凍機２００の正常な冷却運転中は圧力伝達通路２１４が遮断され圧力検知室２１２が圧力振動室２０８から隔離されることが保証される。
【００８５】
また、ディスプレーサ２１０が中立位置にあるときのシール部２１８の上端から第１開口部２１４ａまでの軸方向距離Ｇ２は、ディスプレーサ２１０と軸方向に隣接する構成要素（例えば、冷却ステージ２３６、またはシール部２１８）とディスプレーサ２１０との軸方向距離Ｈより小さくてもよい。軸方向距離Ｇ２は、軸方向距離Ｈの３／４または１／２より小さくてもよい。このようにすれば、ディスプレーサ２１０が隣接構成要素と衝突する前に圧力伝達通路２１４を開き圧力振動室２０８を圧力検知室２１２に連絡することができる。
【００８６】
第３実施形態においては上述のように、ディスプレーサ２１０の内部が圧力検知室２１２として利用され、圧力検知部２１６がディスプレーサロッド２１０ｂの内部空洞に配置されている。このような構成によれば、圧力伝達通路２１４の近くに圧力検知部２１６を配置することができる。よって、第３実施形態は、圧力変動の検知感度を高める観点から好ましい。
【００８７】
ある実施形態においては、背圧室２２８が圧力検知室２１２として利用されてもよい。この場合、圧力検知部２１６は、背圧室２２８に配置されてもよい。このようにしても、圧力振動室２０８における圧力変動は、圧力伝達通路２１４、ディスプレーサロッド２１０ｂの内部空洞およびガス通路２４８を通じて背圧室２２８に伝達され、圧力検知部２１６によって検出可能である。このような構成は、作りやすさの観点から好ましい。
【００８８】
第３実施形態においても第１実施形態と同様に、制御部２５２は、圧力検知部２１６からの圧力振動検知信号２５０に応答して圧縮機２０２を制御するよう圧縮機制御信号２５１を出力するよう構成されていてもよい。
【００８９】
したがって、圧力検知部２１６の圧力振動検知信号２５０を監視することにより、ディスプレーサ２１０の振動が過剰であるか否かを判断することができる。また、圧縮機２０２を適切に制御することによって、ディスプレーサ２１０の衝突を抑制することができる。スターリング冷凍機２００への振動の影響を抑制し、スターリング冷凍機２００の信頼性を高めることができる。
【００９０】
（第４実施形態）
図８は、第４実施形態に係るスターリング冷凍機２００を示す概略図である。第４実施形態に係るスターリング冷凍機２００は、いわゆるスプリット式のスターリング冷凍機である点で、第２実施形態と異なる。上述のガスばね式の衝突防止構造は、スプリット式のスターリング冷凍機にも適用可能である。
【００９１】
スターリング冷凍機２００は、圧力振動室２０８に対し気密に区画されたガス室、例えば背圧室２２８と、ガスばね室２５６と、をさらに備える。ガスばね室２５６は、ディスプレーサ２１０の軸方向往復動に抗する軸方向ガスばね力をディスプレーサ２１０に作用させるようディスプレーサ２１０に隣接する。ガスばね室２５６は、ディスプレーサ２１０のストロークが所定の大きさ以下であるときガス室に連絡され、所定の大きさを超えるときガス室から遮断される。ここで、「所定の大きさ」は、第３実施形態のそれと等しくてもよい。
【００９２】
また、スターリング冷凍機２００は、ディスプレーサ２１０の軸方向往復動を案内するガイド部２５８と、第１連絡路２６０と、を備える。第１連絡路２６０は、ガイド部２５８に形成され、ディスプレーサ２１０のストロークが所定の大きさ以下であるときガスばね室２５６をガス室に連絡する。第１連絡路２６０は、ディスプレーサ２１０のストロークが所定の大きさを超えるときディスプレーサ２１０によって閉鎖される。
【００９３】
より具体的には、図８に示されるように、ガスばね室２５６は、ガイド部２５８によって圧力容器２０６に形成された凹部である。この凹部には、ディスプレーサピストン２１０ａとは反対側のディスプレーサロッド２１０ｂの端部２７４が挿入されている。ガイド部２５８は、背圧室２２８において圧力容器２０６に固定され、ディスプレーサロッド２１０ｂの軸方向往復動を案内するよう構成されている。ガイド部２５８は、例えばガイドブッシュであってもよいし、あるいは第２のシール部、例えばロッドシールであってもよい。こうして、ガスばね室２５６は、ディスプレーサロッド２１０ｂとガイド部２５８との間に区画されている。
【００９４】
第１連絡路２６０は、ガイド部２５８を径方向に貫通している。図８に示されるように、第１連絡路２６０に加えて、第２連絡路２６２が設けられていてもよい。第２連絡路２６２は、ディスプレーサピストン２１０ａとは反対側のディスプレーサロッド２１０ｂの端部２７４に形成されている。第１連絡路２６０は、ディスプレーサ２１０のストロークが所定の大きさ以下であるとき第２連絡路２６２を通じてガスばね室２５６を背圧室２２８に連絡する。第１連絡路２６０は、ディスプレーサ２１０のストロークが所定の大きさを超えるときディスプレーサロッド２１０ｂによって閉鎖される。
【００９５】
このようにして、第４実施形態においても第２実施形態と同様に、ディスプレーサ２１０の上動および下動の両方についてガスばね力によってディスプレーサ２１０を制動することができる。第４実施形態に係るスターリング冷凍機２００によると、ガスばね室２５６を設けることによって、ディスプレーサ２１０の衝突を抑制することができる。スターリング冷凍機２００への振動の影響を抑制し、スターリング冷凍機２００の信頼性を高めることができる。
【００９６】
第４実施形態に係るスターリング冷凍機１００は、第３実施形態と同様の圧力検知部２１６および制御部２５２を備えてもよい。
【００９７】
また、第４実施形態に係るスターリング冷凍機１００は、図６に示される実施形態と同様に、ディスプレーサ２１０のストロークが所定の大きさ以下であるときガスばね室２５６をガス室（例えば背圧室２２８）に連絡し、所定の大きさを超えるときガスばね室２５６をガス室から遮断する制御弁を備えてもよい。
【００９８】
以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。
【００９９】
本書においてはスターリング冷凍機の構成要素どうしの相対的な位置関係を説明するために「上」「下」といった用語を使用しているが、これは現場でのスターリング冷凍機の設置の向きを限定する意図ではないものと理解されたい。スターリング冷凍機は、ディスプレーサの上死点および下死点をそれぞれ上方および下方に向けて設置されてもよいことはもちろんである。これとは逆に、スターリング冷凍機は、ディスプレーサの上死点を下方に向けて設置されてもよい。あるいは、スターリング冷凍機は、その軸方向を水平方向または斜め方向に向けるようにして設置されてもよい。
【符号の説明】
【０１００】
１００  スターリング冷凍機、  １０２  圧縮機、  １０４  膨張機、  １０８  圧力振動室、  １１０  ディスプレーサ、  １１０ａ  ディスプレーサピストン、  １１０ｂ  ディスプレーサロッド、  １１２  圧力検知室、  １１４  圧力伝達通路、  １１４ａ  第１開口部、  １１６  圧力検知部、  １１８  シール部、  １２８  背圧室、  １５２  制御部、  １５６  ガスばね室、  １５８  ガイド部、  １６０  第１連絡路、  １６６  制御弁。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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