(57)【要約】      （修正有）【課題】低コストで、コンパクトな形状とすることができ、構成の簡素化、組立精度のロバスト性、耐圧容器の小型化が図れ、小型化できるスターリング冷凍機を提供する。【解決手段】スターリング冷凍機１０１のディスプレーサ１０３ａと、ディスプレーサ駆動用の第１の磁石１０８と、ピストン駆動用の第２の磁石１０９とが同軸方向に配設され、その間に機械バネ１１０が介設された内部ユニット１０７を設ける。シリンダ１０５の外周面に第１の磁石１０８に対応した第１のコイル１２１および第２の磁石１０９に対応した第２のコイル１２２を設け、機械バネ１１０が自然長の状態で、各磁石とコイル１２１の位置を各々合わせたセット状態に調整された外装ユニット１０６を設ける。第１および第２のコイル１２１、１２２に通電することにより、第１の磁石１０８と第２の磁石１０９とが、周期的な力を受けて、同周波数で異なる位相により往復動する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮部と、膨張部との間を蓄冷器を介して連通させ、前記圧縮部のピストンと、前記膨張部のディスプレーサとが所定の位相差で往復動されて前記膨張部に寒冷を発生させるスターリング冷凍機であって、
前記膨張部のディスプレーサと、前記ディスプレーサ駆動用の第１の磁石と、前記圧縮部のピストン駆動用の第２の磁石とが同軸方向に配設され、前記第１の磁石と前記第２の磁石との間には機械バネが介設された内部ユニットを設けるとともに、
前記内部ユニットを収納する同一内径のシリンダを有し、前記シリンダの外周面に前記第１の磁石に対応した第１のコイルおよび前記第２の磁石に対応した第２のコイルをそれぞれ設け、前記機械バネが自然長の状態で、前記第１の磁石と前記第１のコイルの位置および前記第２の磁石と前記第２のコイルの位置を各々合わせたセット状態に調整された外装ユニットを設け、
前記外装ユニットの前記第１および第２のコイルに通電することにより、前記第１の磁石と前記第２の磁石とが、周期的な力を受けて、同周波数で異なる位相により往復動する
ことを特徴とするスターリング冷凍機。
【請求項２】
前記第１の磁石の外周と、前記シリンダの内壁との間のギャップ部に冷媒ガスの流路を設けた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】
前記第１の磁石の外周と、前記シリンダの内壁との間の前記ギャップ部の前記冷媒ガス流路の片端、あるいは両端に、外部熱交換器を設けた
ことを特徴とする請求項２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】
本発明の実施の形態は、スターリング冷凍機に関する。
【背景技術】
【０００２】
スターリング冷凍機は、熱力学的にカルノー効率と同じ冷凍効率が得られるため、高い冷凍効率が得られる特徴を有している。そのため、窒素ガスの液化等のキロワット（ｋＷ）クラスの高い冷凍能力が必要な大型冷凍機や、あるいは宇宙用等で小型軽量が必要なワット（Ｗ）クラスの小型冷凍機として開発が進んでいる。一方で、数ワットから数百ワットクラスの中型の冷凍機は、エアコンのコンプレッサの流用により安価に製造が可能なギフォード・マクマホン（ＧＭ）型冷凍機が普及している。
【０００３】
図６は、スターリング型冷凍機（ディスプレーサ型、フリーピストン方式）の構成例を示す。図６中で、Ａは圧縮部、Ｂは膨張部、Ｃは蓄冷器である。スターリング型冷凍機は、圧縮部Ａと、膨張部Ｂとを蓄冷器Ｃを介して連通させている。圧縮部Ａにはシリンダ２４内に圧縮ピストン２５が軸方向に摺動可能に配設されている。圧縮ピストン２５の先端部外周面には摺動シール１６が配設されている。圧縮ピストン２５の基端部には圧縮ピストン駆動シャフト２６が連結されている。この圧縮ピストン駆動シャフト２６は、リニアモータアクチュエータを構成する電磁石１７（コイル１７ａ、磁石１７ｂ）の磁石１７ｂに連結されている。電磁石１７により圧縮ピストン２５を往復動させ、シリンダ２４内の圧縮室１５の内部の冷媒ガスの圧縮、膨張（昇圧、減圧）を行っている。
【０００４】
圧縮部Ａと、膨張部Ｂとの間には高温側熱交換器９が連結されている。高温側熱交換器９には放熱部１０が設けられている。そして、圧縮部Ａで圧縮されて温度が高くなった冷媒が高温側熱交換器９の高温ガス熱交換流路９ａを通り、膨張部Ｂ側に流れる際に、高温側熱交換器９の放熱部１０により外部熱源へ放熱される。
【０００５】
また、蓄冷器Ｃには蓄冷材３が配設されている。膨張部Ｂは、シリンダ（冷媒ガス封入耐圧容器）１内にディスプレーサ２が軸方向に摺動可能に配設されている。ディスプレーサ２の基端部には蓄冷材３が充填されている。蓄冷材３の基端部外周面には摺動シール４が設けられている。さらに、蓄冷材３の軸心部には高温ガス給排気口８が形成され、蓄冷材３の先端部外周面には低温ガス給排気口５が形成されている。ディスプレーサ２の先端部には冷却ステージ７が形成されている。
【０００６】
さらに、高温側熱交換器９と蓄冷材３の基端部との間には機械バネ等のバネ機構１８が配設されている。ディスプレーサ２は、機械バネ等のバネ機構１８により圧縮ピストン２５の運転周波数に同期し、かつ所定の位相差で往復動するようになっている。
【０００７】
スターリング型冷凍機の運転時には、圧縮部Ａで圧縮されて温度が高くなった冷媒が高温側熱交換器９の高温ガス熱交換流路９ａを通り、高温側熱交換器９の放熱部１０により外部熱源へ放熱される。その後、高温側熱交換器９からの冷媒ガスはディスプレーサ２内の蓄冷材３を通って、膨張部Ｂの冷却ステージ７側に導入される。そして、シリンダ１内の膨張容積内に導入されて減圧されることにより、寒冷を発生させる。このとき、低温熱交換にて温度が低下した冷媒が外部から熱を吸熱し、冷凍機として機能する。
【０００８】
また、冷媒ガスを圧縮するための圧縮ピストン２５の圧縮ピストン駆動シャフト２６は、圧縮器駆動用電磁石１７の前後に配設された板ばね１９ａ、１９ｂによって弾性支持されている。これにより、圧縮ピストン駆動シャフト２６の往復移動方向の振動を打ち消すことで、圧縮ピストン駆動シャフト２６の直進性を高め、摺動シール１６の摩耗を抑制することで耐久性を高めるようになっている。これら圧縮器駆動用電磁石１７および板ばね１９ａ、１９ｂは、冷媒ガスが封入されている圧縮器シリンダ２４に連結された冷媒容器である駆動機構収納耐圧容器２７内に収納されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許２９４３０３０号公報
【特許文献２】特開平１１−２４６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記従来構成の装置では、圧縮部Ａを駆動しているリニアモータアクチュエータを構成する電磁石１７や、板ばね１９ａ、１９ｂなどの機構はすべて冷媒ガスが封入されている圧縮器シリンダ２４に連結された冷媒空間内に収められているため、耐圧容器は大きくなってしまっている。図６では電磁石１７の磁石１７ｂが可動するタイプだが、逆にコイル１７ａが稼動する場合は、駆動機構がさらに大きくなる。
【００１１】
また低温側の構成としては、図６はフリーピストン方式となっており、強制的にピストンであるディスプレーサ２の動きを制御する駆動方式に比較し、所定の駆動をさせるための調整、あるいは設計制限がある。ただし、強制的にディスプレーサ２を駆動させる方式は、冷却ステージ７側の構造を複雑にし、被冷却体を取付ける際に制限が多くなり、使い勝手が悪くなる。あるいは、駆動機構を圧縮部Ａ側にシャフトを介して延長して導入する構成では、往復駆動部が同軸の２軸構造となってしまい、構造が複雑になってしまう。
【００１２】
このように、上記従来構成のスターリング冷凍機では、複雑な構成と精密な加工精度、組立精度が必要となり、高コストとなっている。また、図６に示すように冷媒空間を形成する圧縮器シリンダ２４に連結された冷媒容器（耐圧容器）内にピストン２５を駆動するためのすべての部材（電磁石１７や、板ばね１９ａ、１９ｂ等）が収納されている構成では、駆動機構収納耐圧容器２７の大きさは大きくなり、耐圧容器自体が大型化（太径化）してしまう。冷却したい被冷却体を自由度の高い構成で冷凍機を設置するためには、冷凍機の小型化が課題となっている。
【００１３】
本実施の形態は上記事情に着目してなされたもので、低コストで、コンパクトな形状とすることができ、構成の簡素化、組立精度のロバスト性、耐圧容器の小型化が図れ、小型化するうえで有利なスターリング冷凍機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
実施形態によれば、スターリング冷凍機の膨張部のディスプレーサと、ディスプレーサ駆動用の第１の磁石と、圧縮部のピストン駆動用の第２の磁石とが同軸方向に配設され、第１の磁石と第２の磁石との間には機械バネが介設された内部ユニットを設ける。内部ユニットを収納する同一内径のシリンダを有し、シリンダの外周面に第１の磁石に対応した第１のコイルおよび第２の磁石に対応した第２のコイルをそれぞれ設け、機械バネが自然長の状態で、第１の磁石と第１のコイルの位置および第２の磁石と第２のコイルの位置を各々合わせたセット状態に調整された外装ユニットを設ける。外装ユニットの第１および第２のコイルに通電することにより、第１の磁石と第２の磁石とが、周期的な力を受けて、同周波数で異なる位相により往復動する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１の実施の形態のスターリング冷凍機の全体の概略構成を示す縦断面図。
【図２】第１の実施の形態のスターリング冷凍機における冷媒を封入するシリンダ側構成部品一式を示す要部の縦断面図。
【図３】第１の実施の形態のスターリング冷凍機におけるシリンダ内に収められる構成部品一式を示す要部の縦断面図。
【図４】第１の実施の形態のスターリング冷凍機における動作を説明するための説明図であり、（Ａ）は基準位置の状態を示す縦断面図、（Ｂ）は圧縮工程の状態を示す縦断面図、（Ｃ）は低温側へのガス移送の工程の状態を示す縦断面図、（Ｄ）は膨張工程の状態を示す縦断面図。
【図５】第２の実施の形態のスターリング冷凍機の全体の概略構成を示す縦断面図。
【図６】従来のスターリング冷凍機（ディスプレーサ型、フリーピストン方式）の例を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［第１の実施の形態］  
（構成）  
以下、本実施の形態にかかわるスターリング冷凍機に関して図面を参照して説明する。図１乃至図４は、第１の実施の形態を示す。
【００１７】
図１は、本実施の形態のスターリング冷凍機１０１の全体の概略構成を示す縦断面図である。本実施の形態のスターリング冷凍機１０１は、圧縮部１０２と、膨張部１０３との間に介設された蓄冷器１０４とを有する。圧縮部１０２と、膨張部１０３との間は、蓄冷器１０４を介して連通されている。そして、圧縮部１０２の後述するピストン１０２ａと、膨張部１０３の後述するディスプレーサ１０３ａとが所定の位相差で往復動されて膨張部１０３に寒冷を発生させる構成になっている。
【００１８】
また、本実施の形態のスターリング冷凍機１０１は、図２に示すように同一内径のシリンダ１０５を有する外装ユニット１０６と、この外装ユニット１０６に収納される図３に示す内部ユニット１０７とを有する。内部ユニット１０７には、膨張部１０３のディスプレーサ１０３ａと、ディスプレーサ駆動用の第１の磁石１０８と、圧縮部１０２のピストン駆動用の第２の磁石１０９とが同軸方向に配設されている。さらに、第１の磁石１０８と第２の磁石１０９との間には機械バネ１１０が介設されている。
【００１９】
また、蓄冷器１０４には、蓄冷材１１１が充填されている。この蓄冷器１０４の基端部は、高温側熱交換器１１２の中軸部１１２ａを介して第１の磁石１０８の先端部に固定されている。蓄冷器１０４の先端部は、ディスプレーサ１０３ａに固定されている。さらに、蓄冷器１０４の基端部側の外周面には、シリンダ１０５の内径とほぼ同一外径の摺動シール１１３が設けられている。蓄冷器１０４の基端部側である高温端側の外周面には冷媒の給排気口１１４、蓄冷器１０４の先端部側である低温端側の外周面には冷媒の給排気口１１５が各々設けられている。
【００２０】
また、圧縮部１０２のピストン１０２ａの外周面には、シリンダ１０５の内径とほぼ同一外径の摺動シール１１６が設けられている。第２の磁石１０９の基端部には、機械バネ１１７の先端部が取付けられている。この機械バネ１１７の基端部は、可動部品固定フランジ１１８に連結されている。可動部品固定フランジ１１８の軸心部には、冷媒ガス導入口１１９が形成されている。
【００２１】
また、外装ユニット１０６には、シリンダ１０５の外周面に、冷却ステージ１２０と、高温側熱交換器１１２の放熱部１１２ｂと、第１のコイル１２１と、第２のコイル１２２と、シリンダ端部フランジ１２３とが配設されている。ここで、第１のコイル１２１は、内部ユニット１０７の第１の磁石１０８と組み合わせてディスプレーサ駆動用電磁石（リニアモータ）として機能する。第２のコイル１２２は、第２の磁石１０９と組み合わせて圧縮器駆動用電磁石（リニアモータ）として機能する。
【００２２】
冷却ステージ１２０は、シリンダ１０５の先端部の膨張部１０３と対応する部位に配置されている。この冷却ステージ１２０には、冷却したい被冷却体として、例えば超伝導アンテナのアンテナ部品、ＣＣＤ、赤外線カメラに内蔵される素子などが設置され、ノイズの低減などに使用される。高温側熱交換器１１２の放熱部１１２ｂは、高温側熱交換器１１２の中軸部１１２ａと対応する部位に配置されている。
【００２３】
ディスプレーサ駆動用電磁石の第１のコイル１２１は、内部ユニット１０７の第１の磁石１０８と対応する部位、圧縮器駆動用電磁石の第２のコイル１２２は第２の磁石１０９と対応する部位にそれぞれ配置されている。そして、外装ユニット１０６のシリンダ１０５の内部に内部ユニット１０７が挿入され、内部ユニット１０７の可動部品固定フランジ１１８が外装ユニット１０６のシリンダ端部フランジ１２３と連結されることで、外装ユニット１０６と内部ユニット１０７とが組み付けられる。このとき、第１の磁石１０８と第２の磁石１０９との間の機械バネ１１０は、自然長の状態で、第１の磁石１０８と第１のコイル１２１の位置および第２の磁石１０９と第２のコイル１２２の位置を各々合わせたセット状態に調整されている。圧縮器駆動用磁石である第２の磁石１０９の他端の機械バネ１１７も、自然長において、第２の磁石１０９の位置を第２のコイル１２２の位置に合わせるために用いている。なお、機械バネ１１０、１１７の他に、閉空間内に閉じ込められたガスバネを用いてもよい。
【００２４】
また、外装ユニット１０６と内部ユニット１０７との組み付け時には、蓄冷器１０４の摺動シール１１３がシリンダ１０５の内周面に摺接される。これにより、冷媒ガスが蓄冷材１１１を通らずにシリンダ１０５と蓄冷器１０４との間のギャップを通って圧縮部１０２と膨張部１０３との間を往復しないように冷媒流路を制限している。ディスプレーサ１０３ａの低温側には冷媒ガスがシリンダ１０５の外部に設けられた冷却ステージ１２０と熱交換するために、ギャップ流路１２４が設けられている。ここで、所定の流速を持った冷媒が、強制熱伝達により、冷却ステージ１２０に入る熱を吸熱し、冷凍機として機能する。さらに、蓄冷器１０４の高温側には、冷媒がシリンダ１０５の外部に設けられた高温側熱交換器１１２の放熱部１１２ｂと熱交換するために、ギャップ流路１２５が設けられている。ここでは、圧縮部１０２の圧縮室１２６内で圧縮されて高温となった冷媒が外部の熱源と熱交換（冷凍機外部への放熱）し、低温側へと導入される。
【００２５】
なお、高温側熱交換器１１２と、低温側熱交換器である冷却ステージ１２０との間には温度勾配があるため、熱伝導による損失を低減するためには、シリンダ１０５の肉厚は薄いほうがよい。シリンダ１０５の内径は変えず、外径を小さくして肉薄にするために、この部分だけシリンダ１０５の外周を削る加工をした方がよい場合がある。
【００２６】
また、ディスプレーサ１０３ａに連結し、ディスプレーサ１０３ａとほぼ同一の直径を持つ円筒状の第１の磁石１０８の外周と、シリンダ１０５の内壁にもギャップが設けられ、冷媒の流路１２７となっている。ここでは、冷媒流路１２７のギャップの間隔により決まる流路断面積により、冷媒の流速が決まり、第１のコイル１２１、第１の磁石１０８での発熱を冷媒に伝える。この熱も、放熱用の高温側熱交換器１１２で冷凍機１０１の外部に放熱される。つまり、ディスプレーサ駆動用電磁石の発熱を除去する構成となっている。この冷媒流路１２７のギャップは、第１の磁石１０８を駆動するためのコイル−磁石の推進力も規定するため、この観点からは冷媒流路１２７のギャップは小さい方がよく、また、シリンダ１０５の肉厚も薄いほうがよい。
【００２７】
圧縮器駆動用の第２の磁石１０９の外周、あるいは第２の磁石１０９の近くに連結された箇所には、摺動シール１１６が設けられている。圧縮部１０２内の圧力変動を大きくするためには、圧縮ピストン１０２ａとして機能している第２の磁石１０９の外周から、背面側の背圧室１２８の空間に冷媒が漏れないようにする必要があり、摺動シール１１６が必要となる。なお、本実施の形態では２箇所の摺動シール１１３と１１６を設けているが、シリンダ１０５の内周面と内部ユニット１０７との間のギャップ空間を小さくし、圧損を大きくすることで、非接触のシールの機能を持たせることもできる。こうすることで摺動シール１１３と１１６を省略することができ、或いは、摺動シール１１３と１１６を設ける場合でも摺動シール１１３と１１６の磨耗量が減り、運転寿命は長くなることが期待できる。
【００２８】
（作用）
次に、上記構成の作用について説明する。本実施の形態のスターリング冷凍機１０１の運転時には、外装ユニット１０６の第１および第２のコイル１２１、１２２に所定の交流電流を通電することにより、内部ユニット１０７の第１の磁石１０８と第２の磁石１０９とが、周期的な力を受けて、同周波数で異なる位相（ほぼ９０°程度の位相差）により往復動する。図４（Ａ）〜（Ｄ）は、この第１の実施の形態のスターリング冷凍機１０１における動作を説明するための説明図である。図４（Ａ）は機械バネ１１０、１１７が自然長の状態で、圧縮部１０２の第２の磁石１０９と第２のコイル１２２の位置を初期位置に合わせたセット状態に調整された基準位置の状態を示す縦断面図である。
【００２９】
図４（Ａ）の状態で、圧縮部１０２の第２の磁石１０９が同図中で左方向に移動することにより、図４（Ｂ）に示すように第１の磁石１０８と、第２の磁石１０９との間の圧縮室１２６内で作動媒体である冷媒が圧縮ピストン１０２ａによって圧縮される。このとき、圧縮されて高温となった冷媒は、第１の磁石１０８の外周と、シリンダ１０５の内壁との間のギャップの冷媒流路１２７を通り、シリンダ１０５の外部に設けられた高温側熱交換器１１２の放熱部１１２ｂと中軸部１１２ａとの間のギャップ流路１２５側に流れる。そして、冷媒がギャップ流路１２５を流れる際に、圧縮冷媒の熱は、高温側熱交換器１１２の放熱部１１２ｂとの熱交換で放熱される。
【００３０】
その後、図４（Ｃ）に示すように第１の磁石１０８が同図中で右方向に移動することにより、圧縮冷媒は、蓄冷器１０４の基端部側の給排気口１１４から蓄冷器１０４の蓄冷材１１１内に流入される。このとき、圧縮された冷媒が蓄冷材１１１を通ることで高圧のまま冷却される。その後、蓄冷材１１１内を通る冷媒は、蓄冷器１０４の先端部側の給排気口１１５からディスプレーサ１０３ａの低温側のギャップ流路１２４内に流れ、冷却ステージ１２０側に導入される。これにより、低温側へのガス移送が行われる。このとき、シリンダ１０５内におけるディスプレーサ１０３ａよりも先端側の膨張容積内に冷媒が導入されて減圧されることにより、寒冷を発生させる。そして、低温熱交換にて温度が低下した冷媒が外部の冷却ステージ１２０から熱を吸熱し、冷凍機として機能する。
【００３１】
その後、図４（Ｄ）に示すように第２の磁石１０９が同図中で右方向に移動することにより、冷媒が蓄冷器１０４の蓄冷材１１１内を通ることで蓄冷器１０４を冷却し、冷媒の温度が上昇し、図４の（Ａ）〜（Ｄ）に示す１サイクルが終了する。この１サイクルの過程で、膨張部１０３の膨張空間における冷媒の膨張に伴って吸熱し、圧縮部１０２の圧縮室１２６内における冷媒の圧縮に伴って放熱する。さらに、膨張空間と圧縮室１２６内との間を往復する冷媒との熱交換によって膨張部１０３の膨張空間と圧縮部１０２の圧縮室１２６内との間の温度差を維持する。これにより、低温側から高温側への熱輸送があり、低温側が冷凍される。
【００３２】
（効果）  
そこで、上記構成の本実施の形態のスターリング冷凍機１０１では、膨張部１０３のディスプレーサ１０３ａと、ディスプレーサ駆動用の第１の磁石１０８と、圧縮部１０２のピストン駆動用の第２の磁石１０９とが同軸方向に配設され、第１の磁石１０８と第２の磁石１０９との間には機械バネ１１０が介設された内部ユニット１０７を設けるとともに、内部ユニット１０７を収納する同一内径のシリンダ１０５を有し、シリンダ１０５の外周面に第１の磁石１０８に対応した第１のコイル１２１および第２の磁石１０９に対応した第２のコイル１２２をそれぞれ設け、機械バネ１１０が自然長の状態で、第１の磁石１０８と第１のコイル１２１の位置および第２の磁石１０９と第２のコイル１２２の位置を各々合わせたセット状態に調整された外装ユニット１０６を設けている。そして、外装ユニット１０６の第１および第２のコイル１２１、１２２に通電することにより、第１の磁石１０８と第２の磁石１０９とが、周期的な力を受けて、同周波数で異なる位相により往復動するようにしている。これにより、ディスプレーサ１０３ａと圧縮部１０２のピストン１０２ａとを同一シリンダ１０５内に収めることができ、各々は独立して２つの外部コイル（第１および第２のコイル１２１、１２２）による通電で独立した往復動が実現でき、位相の制御により、低温部で吸熱となる冷凍機として機能することができる。
【００３３】
さらに、放熱部においても、第１の磁石１０８の発熱を冷媒が一旦吸熱し、高温側熱交換器１１２で外部へ放出することが可能となる。機械バネ１１０、１１７を２箇所導入することにより、冷凍機が駆動していない際には、第２の磁石１０９が第２のコイル１２２の位置に来るように設計しておくことができる。
【００３４】
また、シリンダ１０５内に同一外径の部材で膨張部１０３のディスプレーサ１０３ａと、ディスプレーサ駆動用の第１の磁石１０８と、圧縮部１０２のピストン駆動用の第２の磁石１０９などの可動部が一体化された内部ユニット１０７を構成したため、図２に示したシリンダ１０５から図３に示した内部ユニット１０７を一括で取り出すことができ、組立が簡素化され、メンテナンス性も向上する。
【００３５】
さらに、高温側の可動部品固定フランジ１１８に冷媒ガス導入口１１９を設けておくことで、第２の磁石１０９の背面側の背圧室１２８内に冷媒の出し入れができる。これにより、シリンダ１０５内の平均圧力をほぼ均一化することができるので、膨張部１０３のディスプレーサ１０３ａと、ディスプレーサ駆動用の第１の磁石１０８と、圧縮部１０２のピストン駆動用の第２の磁石１０９などの可動部の動作圧力をそれぞれの重量を動かすことができるだけの大きさに設定することができる。そのため、スターリング冷凍機１０１全体の小型化、細径化に寄与することができる。
【００３６】
したがって、以上の構成、作用により、スターリング冷凍機１０１の組立が大幅に簡素化されるため、スターリング冷凍機１０１の低コスト化が可能となる。さらに、スターリング冷凍機１０１を装置に取付けたまま、内部ユニット１０７を一括で取り出すことが可能となり、スターリング冷凍機１０１のメンテナンス性も大幅に向上する。
【００３７】
また、ディスプレーサ型とすることで、冷却ステージ１２０側に駆動機構がなくなり、冷却ステージ１２０の形状が簡素化されるため、冷却ステージ１２０側への被冷却物の取付けの自由度が大幅に向上する。
【００３８】
さらに、冷媒の往復動を利用して、駆動用磁石である第１の磁石１０８の発熱を除去することが可能となり、第１の磁石１０８の放熱機構を新たに設ける必要がなく、装置の小型化に貢献している。
【００３９】
また、ディスプレーサ１０３ａを第１の磁石１０８により強制駆動することにより、フリーピストン型と呼ばれるスターリング冷凍機と比較すると、安定した冷凍性能を得ることが可能となる。したがって、低コストで、コンパクトな形状とすることができ、構成の簡素化、組立精度のロバスト性、耐圧容器の小型化が図れ、小型化するうえで有利なスターリング冷凍機を提供することができる。
【００４０】
［第２の実施の形態］  
（構成）  
図５は、第２の実施の形態を示す。本実施の形態は、第１の実施の形態（図１乃至図４参照）のスターリング冷凍機１０１の構成を次の通り変更した変形例である。本実施の形態のスターリング冷凍機２０１では、ディスプレーサ駆動用の第１の磁石１０８の外周と、シリンダ１０５の内壁との間の冷媒ガス流路であるギャップ流路１２５の両端に、外部熱交換器を設けたものである。ここでは、ギャップ流路１２５の片端に第１の実施の形態と同様の高温側熱交換器１１２を設け、ギャップ流路１２５の他端に新たな外部熱交換器２０２を設けている。新たな外部熱交換器２０２は、内部ユニット１０７に配設された中軸部２０２ａと、外装ユニット１０６のシリンダ１０５の外周面側に配設された放熱部２０２ｂとを有する。
【００４１】
（作用・効果）  
本実施の形態のスターリング冷凍機２０１では、ディスプレーサ駆動用の第１の磁石１０８の外周と、シリンダ１０５の内壁との間の冷媒ガス流路であるギャップ流路１２５の両端に、外部熱交換器１１２と２０２とをそれぞれ設けているので、ディスプレーサ駆動用の第１の磁石１０８の外周と、シリンダ１０５の内壁との間の冷媒ガス流路であるギャップ流路１２５内を流れる圧縮冷媒の放熱を一層、確実に行うことができる。
【００４２】
これらの実施形態によれば、低コストで、コンパクトな形状とすることができ、構成の簡素化、組立精度のロバスト性、耐圧容器の小型化が図れ、小型化するうえで有利なスターリング冷凍機を提供することができる。
【００４３】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４４】
１０１…スターリング冷凍機、１０２…圧縮部、１０２ａ…ピストン、１０３…膨張部、１０３ａ…ディスプレーサ、１０４…蓄冷器、１０５…シリンダ、１０６…外装ユニット、１０７…内部ユニット、１０８…ディスプレーサ駆動用電磁石の永久磁石部（第１の磁石）、１０９…圧縮器駆動用電磁石の永久磁石部（第２の磁石）、１１０…機械バネ、１１２…高温側熱交換器、１１２ｂ…放熱部、１２０…冷却ステージ、１２１…ディスプレーサ駆動用電磁石のコイル（第１のコイル）、１２２…圧縮器駆動用電磁石のコイル（第２のコイル）、１２６…圧縮室。
【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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