(57)【要約】【課題】可動部における作動ばねの改良された新規なスターリング冷却機におけるピストン運動の円滑化と可動コイルへの通電構造。【解決手段】軸方向直線上を往復移動するリニアモータの可動部３５とこの可動部による作動気体の圧縮吸引部とを有し、この可動部３５の両側に対の圧縮コイルばね４１を対向配置させるとともに圧縮コイルばねを可動部の可動範囲において圧縮状態が維持されるように設け、可動部３５は固定側のシリンダ７の内部に接するピストン３１とシリンダの外部に接する円筒部材とをそなえ、このピストン３１と円筒部材３２との連結底部に空間５２を形成したことにより圧縮工程の最後にシリンダ７先端部による作動気体の圧縮状態が緩和される。【選択図】　　　図７
2004012080.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向直線上を往復移動するリニアモータの可動部と該可動部による作動気体の圧縮吸引部とを有し、上記可動部の両側に対の圧縮コイルばねを対向配置させるとともに該圧縮コイルばねを可動部の可動範囲において圧縮状態が維持されるように設けてなるスターリング冷却機であって、
上記可動部は固定側のシリンダの内部に接するピストンと該シリンダの外部に接する円筒部材とをそなえ、上記ピストンと円筒部材との連結底部に空間を形成してなることを特徴とするスターリング冷却機。
【請求項２】
軸方向直線上を往復移動するリニアモータの可動部と該可動部による作動気体の圧縮吸引部とを有し、上記可動部の両側に対の圧縮コイルばねを対向配置させるとともに該圧縮コイルばねを可動部の可動範囲において圧縮状態が維持されるように設けてなるスターリング冷却機であって、
上記リニアモータの可動コイルへの通電を上記対の圧縮コイルばねそれぞれを介して接続させるように構成してなることを特徴とするスターリング冷却機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スターリング冷却機における可動部の作動ばねの改良された新規なスターリング冷却機に関する。
赤外線撮像装置のカメラ部には、赤外線検出用の半導体素子である撮像素子をＳ／Ｎ比を向上させる目的から、極低温状態に冷却するために小型冷却機が使用されている。
【０００２】
このような小型冷却機は、スターリング機関を逆応用したものでスターリング冷却機と称され、主要構成は、作動気体を圧縮送気および膨張冷却させる各シリンダとピストン、熱交換用の蓄冷器、から構成され、小型，低振動，長寿命を目的とし、リニアモータを用いた作動気体の圧縮吸引装置と冷却部とを独立としたスプリット型が主流となっている。一方、可動部を中立位置になし得るばね機構が必要とされている。
【０００３】
【従来の技術】
従来のスターリング冷却器において、リニアモータの可動部に使用されるばね機構としてのコイルばねは、伸縮される構成であり可動範囲において圧縮および引っ張りの動作をさせるようにしており、このようなばね機構は、可動部に一つのコイルばねを同一軸上に配置させている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記、従来のスターリング冷却機においては、可動部のばね機構として一つのコイルばねを圧縮および引っ張り作用となるようにして可動部に組み合わせられていることから、その中立点においてはコイルばねの自由長となり、この中立点を境としてコイルばねの作用方向が反転する際に直進性がそこなわれるといった問題点があった。
【０００５】
このようなことは、コイルばねの加工精度や可動部の組み立て精度などに起因して、使用状態においてコイルばねに曲げモーメントが少なからず生じることによる。このような曲げモーメント荷重の発生、開放の繰り返しが原因となり、可動部に半径方向の振動が生じ、可動部の直進性の悪化ならびにコイルばね自体の疲労にもなる。
【０００６】
さらには、コイルばねの伸縮にともなうねじりによる、軸回り方向の回転動作によっても可動部の直進性が阻害されるといった問題点もある。本発明は上記従来の問題点の解決を目的としたスターリング冷却機について、特願２００１−３８４６６９号としてすでに出願したが、さらにこの出願内容についての改善にかかる発明内容について今回出願するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記、課題における本発明スターリング冷却機の構成要旨とするところの第１の手段は、軸方向直線上を往復移動するリニアモータの可動部と該可動部による作動気体の圧縮吸引部とを有し、上記可動部の両側に対の圧縮コイルばねを対向配置させるとともに該圧縮コイルばねを可動部の可動範囲において圧縮状態が維持されるように設けてなるスターリング冷却機であって、上記可動部は固定側のシリンダの内部に接するピストンと該シリンダの外部に接する円筒部材とをそなえ、上記ピストンと円筒部材との連結底部に空間を形成してなるスターリング冷却機である。
【０００８】
この第１の手段によると、固定側のシリンダの先端部分がピストンと円筒部材との連結底部に接近することにもとづく底部空間の作動気体が圧縮されることによる圧力上昇の圧縮状態が空間によって緩和され、リニアモータの負荷が大幅に軽減され、円滑な動作状態が得られる。また、ピストンと円筒部材との連結されている底部とシリンダ先端との距離間隔を圧縮行程時最大限度接近させることができるので、装置の短縮化が可能ともなる。
【０００９】
本発明構成要旨の第２の手段は、軸方向直線上を往復移動するリニアモータの可動部と該可動部による作動気体の圧縮吸引部とを有し、上記可動部の両側に対の圧縮コイルばねを対向配置させるとともに該圧縮コイルばねを可動部の可動範囲において圧縮状態が維持されるように設けてなるスターリング冷却機であって、上記リニアモータの可動コイルへの通電を上記対の圧縮コイルばねそれぞれを介して接続させるように構成してなるスターリング冷却機である。
【００１０】
この第２の手段によると、外部と接続される配線の端部は導電性を有する圧縮コイルばねの不動側である固定端部にそれぞれ接続させ、リニアモータの可動コイルと接続される配線の端部は圧縮コイルばねの可動側である可動端部にそれぞれ接続させることにより、配線材が伸縮することなく、伸縮するそれぞれの導電性を有する圧縮コイルばねを介して外部配線と可動コイル間が接続されることから安定した接続状態が得られ配線接続の高い信頼性が得られる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のスターリング冷却機について、構成要旨にもとづいた好適な一実施の形態につき、図を参照しながら以下に順次具体的詳細に説明する。なお、全図を通じて同様箇所には理解を容易とするために、便宜上同一符号を付して示すものとする。
【００１２】
図１は、本発明スターリング冷却機の作動気体の圧縮吸引装置のハウジングを含む外部の固定側を、図２はその内部の可動側を、それぞれ組み立て状態の側断面図として、各部の構成要素を説明するためにあえて独立の分離状態に示してある。
まず、図１を参照して、図の中央部に円形の本体部１が示され、その左右側に円筒形のハウジング２と、さらにその左右に差動変圧器３のコイル部４と、が示される。円筒形のハウジング２の周囲外側には多数のリング状の放熱フィンが並列状態に一体形成されている。
【００１３】
本体部１の中央図示向こう側には作動気体の送気管５が気密に取り付けられており、本体部の貫通孔６を介して中央部分の左右一対のシリンダ７，７の内部の対向間中央部に連通されている。
本体部１の内部の左右方向に延びる円筒部８，８の端部には、内部にリング状に永久磁石９，９が取り付けられた円筒形状のヨーク１１，１１が一体化結合されている。この結合構造は円筒部８の外側周囲に左ねじ、ヨーク１１の外側周囲に右ねじ、を形成し、内面の両側に対応する左ねじと右ねじとを形成したリング状のナット１２によってねじ結合させることにより、本体部１と円筒形のハウジング２との相対的な回転をさせることなくリング状のナット１２のみの回転によって行なわれる。また、円筒部８とヨーク１１との端面には円形の嵌合部が形成されていることによって、半径方向の軸ずれを生じることなく位置決め結合されるように構成されている。
【００１４】
ヨーク１１の中心部の貫通孔１３には、円筒形の軸受け１４，１５が両側から嵌め込まれ取り付けられている。この軸受け１４，１５はベスペル（商品名）として公知なポリイミド樹脂であり、耐熱性と低摩擦係数とを有する、すぐれた材質である。
本体部１周囲の左右両側のフランジ１６と、円筒形のハウジング２の左右両側のフランジ１７、および差動変圧器のハウジング１８のフランジ１９、その間には、それぞれにＯリングガスケット２１が介在されるとともに、それぞれの周囲がねじ２２によって締め付け結合され、内部は気密状態に外部と遮断されている。この図１に示される構成部分が固定部２３である。
【００１５】
本体部１および円筒形のハウジング２はアルミニウム合金材であり、ヨーク１１は導磁性を有する鉄系材質である。なお、永久磁石９は内周面と外周面とにそれぞれの磁極をそなえるように構成されている。差動変圧器のハウジング１８は磁性に影響をおよぼさないチタン（Ｔｉ）合金、またはアルミニウム合金からなる。
【００１６】
つぎに、図２を参照すると、一対の可動部２５が対称に対向配置された状態に図示されているので、同等部分には同一符号を付して説明することとする。図示左右方向の中心側には円形のピストン３１と、ピストン３１の周囲にシリンダ７を密に嵌め合わせる間隔を形成して円筒部材３２と、が一体に設けられている。なお、説明の都合上それぞれについて、図示中央の対向方向を先端側、左右の離間方向を背面側、として説明することとする。
【００１７】
ピストン３１の中心先端側に嵌合し一体に接着結合されて背面側中心に延びる摺動軸部３３の周囲には、ピストン３１の背面側に結合支持された電磁コイル３４が巻回形成されており、これらを一体化支持する可動部本体３５の周囲先端側にリング状のばね受け部３６が突設形成されている。このばね受け部３６の両側にはそれぞれに断面Ｌ形のリング座金３７が嵌められている。
【００１８】
摺動軸部３３は背面側にねじで結合されて延びる延長軸３８の先端に差動変圧器３の中心部に位置する磁性体コア３９が取り付けられているが、紙面の都合上途中で破断し背面側を図示省略して示してある。
ピストン３１と円筒部材３２および可動部本体３５とは既述のベスペル（ポリイミド樹脂）材でなり、摺動軸部３３はステンレス鋼材、リング座金３７は銅材に金（Ａｕ）めっきを施したものでなる。また、摺動軸部３３に着脱可能にねじ込み延長される延長軸３８はアルミニウム合金材である。
【００１９】
図３は、上記スターリング冷却機の圧縮吸引装置に使用されるばね用ステンレス鋼線材でなる圧縮コイルばね４１の側面図であって、長さＬが、図（ａ）に自由長Ｌ０の状態を、このＬ０の状態から逐次圧縮されるにしたがって、図（ｂ）に第１段階の圧縮長Ｌ１、図（ｃ）に第２段階の圧縮長Ｌ２、図（ｄ）に第３段階の圧縮長Ｌ３、の状態をそれぞれ示してあるが、図（ｄ）の状態は密着状態ではない。ここで、後述する説明の都合上、圧縮コイルばねの符号４１について、図（ｂ）の状態を４１Ｂ、図（ｃ）の状態を４１Ｃ、図（ｄ）の状態を４１Ｄ、として識別させることとする。
【００２０】
図４を参照すると、図１の固定側２３と図２の可動側２５とを組み合わせた状態の圧縮吸引装置の側断面図が示される。また、圧縮コイルばね４１についても４個が組み込まれている。すなわち、シリンダ７の内周面にピストン３１の周囲が密に嵌まり合い、シリンダ７の外周面に円筒部材３２の内面が密に嵌まり合って軸方向に可動可能である。また、ヨーク１１中心の軸受け１４，１５に摺動軸部３３が密に嵌まり合って軸方向に可動可能である。
【００２１】
ここで、図４を参照しての説明は図示煩雑となることから要部のみを図示した図１と同等の図５の固定側２３の拡大断面図、ならびに図２と同等の図６の可動側２５の拡大断面図を参照して説明することとする。図５によると本体部１の内部の中央部にベスペル材でなる断面Ｌ形でリング形の絶縁座４２の内部に同様な断面Ｌ形の第１のリング座金４３が組み合わせられて嵌め込まれている。
【００２２】
また、本体部１の両端部の内面のねじ部に、ベスペル材でなるリングねじ４４がねじ込まれており、その内部に断面Ｌ形の第２のリング座金４５が嵌められている。これら第１，第２のリング座金４３，４５はいずれも銅材で金（Ａｕ）めっきが施されたものであり、中央部の第１のリング座金４３と端部の第２のリング座金４５とはそれぞれに対をなして対向している。
【００２３】
本体部１の図示手前側には電気導線であるリード線４６が外部から内部へ気密状態に貫通して取り付けられており、内部で軸方向のスリット４７内に添って分岐されたリード線が両方向へ２本あて嵌められ、それぞれに先端部分が第１のリング座金４３と第２のリング座金４５の外側表面に接続されている。
図６によると、可動部本体３５の周囲には軸方向のスリット４８が形成されており、このスリット４８に電磁コイル３４の両端部のリード線４９，５１が嵌め込まれて、それぞれに２つのリング座金３７の内面側に先端部が接続されている。
【００２４】
ピストン３１と円筒部材３２との先端部分はシリンダ７に嵌め合わせるに適した間隔を形成して組み合わせられているが、その内部の連結底部には、円筒部材３２の直径が拡げられた空間５２が円周方向に形成されている。また、可動部本体３５の内部の両側に取り付けられて壁面を形成しているピストン３１と円筒部材３２の面とを貫通する通気孔である貫通孔５３が周囲複数箇所に設けられている。
【００２５】
上記、図５の固定部２３の要部である本体部１と図６の可動部２５とを組み合わせた状態の側断面図が図７に示されるが、この図７は図４の要部のみ、それも電磁コイル３４への給電線路とともに図示されていることにほかならない。図７によると、ピストン３１はシリンダ７の内部に密に嵌まり合い、円筒部材３２はシリンダ７の外周と同様に密に嵌まり合って軸方向摺動移動可能に支持されている。
【００２６】
可動部本体３５の周囲のばね受け部３６に接している一方のリング座金３７と対向している本体部１の内部の第１のリング座金４３との間には圧縮コイルばね４１が介在挿入されており、他方のリング座金３７と対向している本体部１の内部の第２のリング座金４５との間にも圧縮コイルばね４１が介在挿入されている。すなわち、双方の圧縮コイルばね４１は外力が作用していないことからつりあってバランスした４１Ｃの状態であって同一の圧縮状態に安定している。つまり、可動部２５はその可動範囲の中間位置の中立位置にある。
【００２７】
このように圧縮コイルばね４１が圧縮状態に介在されて、それぞれの両端部分は、固定部２３の第１のリング座金４３と可動部２５のリング座金３７と接触していることにより外部の一方のリード線４９は第１のリング座金４３、圧縮コイルばね４１Ｃ、リング座金３７、を経由して電磁コイル３４の一方のリード線４９に接続されており、固定部２３の第２のリング座金４５と可動部２５のリング座金３７と接触していることにより外部の他方のリード線５１は第２のリング座金４５、圧縮コイルばね４１Ｃ、リング座金３７、を経由して電磁コイル３４の他方のリード線５１に接続されていることになる。
【００２８】
これらのリング座金３７，４３，４５は、いずれもが電気絶縁性を有する合成樹脂でなる可動部本体３５、絶縁座４２、リングねじ４４によって支持されていることから、本体部１の金属部分とは絶縁状態であり接触することはない。
上記、図５〜図７で説明したことを理解してふたたび図４を参照すると、より一層理解が容易となろう。背面側に延びた延長軸３８に取り付けられた磁性体コア３９は、差動変圧器３のコイル部４の中心部の空間内に非接触状態で嵌まり込み、軸方向に可動可能である。
【００２９】
シリンダ７内の空間部分は対向するピストン３１と円筒部材３２とによって、それ以外の圧縮吸引装置の内部空間とは隔絶されており、送気管５の接続された貫通孔６の部分を介して双方のシリンダ７の内部空間が連通されているのみであり、実用上の気密状態な構成が維持される。この図４の状態が本発明になる圧縮吸引装置５４である。
【００３０】
つぎに、図８を参照すると、対のピストン３１は図４の状態よりも互いに接近方向に移動しており、シリンダ７内の空間がほとんど存在しない状態となって、第１のリング座金４３に接している圧縮コイルばね４１は、いずれもが一層圧縮されて図３で説明の図（ｄ）の状態の４１Ｄとなっている。一方、第２のリング座金４５に接している圧縮コイルばね４１は圧縮状態であるものの図３で説明の図（ｂ）の状態の４１Ｂとなっている。
【００３１】
したがって、可動部であるピストン３１の可動部本体３５の周囲のばね受け部３６が対の圧縮コイルばね４１Ｂ，４１Ｄによって圧接挟持された状態のまま移動されており、いずれのコイルばね４１Ｂ，４１Ｄも自由長の状態、すなわち、図３の図（ａ）の状態になることがないので、円滑かつ安定した移動状態が得られるものとなっている。
【００３２】
対のピストン３１が対向接近することでピストン３１と周囲の円筒部材３２との対向間のシリンダ７の先端部がピストン３１と円筒部材３２の連結底部に入り込む結果、この連結底部とシリンダ７の先端部との間の空間の気体が圧縮されるが、図６および図７で説明の空間５２を設けたことにより圧縮圧力の上昇が大幅に緩和軽減されることから、駆動力におよぼす影響が少ないものとなっている。
【００３３】
このような移動は、図７を参照して説明した電磁コイル３４に外部から外部リード線４６を介して一定方向の電流を印加することによって磁界が発生し、永久磁石９とヨーク１１との対向間に生じる磁界との協同作用により、相互間に生じる軸方向の推力によって移動される。この際、外部からの電流供給は既述したように、リード線４６ならびに圧縮コイルばね４１をを介して供給されることから、移動に際していずれのリード線４６，４９，５１にも無理な変形などを生じることがなく安定供給される。
【００３４】
このような移動は、延長軸３８先端部の磁性体コア３９もまた移動されることから、差動変圧器３の電位も変化を生じることなりコイル部４に偏移計測器を接続することにより偏移量変化として移動量を計測することができる。
図９を参照すると、対のピストン３１は図４の状態よりも互いに離間方向に移動しており、シリンダ７内の空間が最大限度に拡がった状態となって、第１のリング座金４３に接している圧縮コイルばね４１は、圧縮状態であるものの図３で説明の図（ｂ）の状態の４１Ｂとなっている。一方、第２のリング座金４５に接している圧縮コイルばね４１は、いずれもが一層圧縮されて図３で説明の図（ｄ）の４１Ｄとなっている。
【００３５】
この状態の過程においても、可動部である可動部本体３５周囲のばね受け部３６が対の圧縮コイルばね４１Ｂ，４１Ｄによって圧縮挟持されたまま移動されており、いずれの圧縮コイルばね４１Ｂ，４１Ｄも自由長の状態、すなわち、図３の図（ａ）の状態になることがないので、円滑かつ安定した移動状態が得られるもきとなっている。
【００３６】
このような移動は、電磁コイル３４に外部のリード線４６を介して、図８の場合とは逆方向の電流を印加することにより逆方向の磁界が発生し、永久磁石９とヨーク１１との対向間の磁界との協同作用により、相互間に生じる軸方向の推力によって移動される。同様に、外部からの電流供給はリード線４６ならびに圧縮コイルばね４１を介して供給されることから、移動に際していずれのリード線４６，４９，５１にも無理な変形などを生じることなく安定供給される。また、差動変圧器３によって軸方向移動量を計測することができる。
【００３７】
以上のことから、電磁コイル３４に所定周期で繰り返しの交番電流を印加することによって、可動部であるピストン３１を往復移動させることができるので、シリンダ７内の空間を圧縮ならびに拡張させることができ、送気管５に対してシリンダ７内の作動気体を往復移動させることができる。いいかえれば、作動気体を圧縮状態として送気管５へ送気することと、シリンダ７内へ送気管５から吸引すること、とを低速ないしは高速の範囲内において所望の速度で繰り返し連続して作動させることができる。
【００３８】
可動部２５の往復移動に際しての圧縮コイル４１側のシリンダ７周囲の空間と電磁コイル３４側の空間との間に圧縮ならびに吸引による圧力変化が交互に生じるが、図６および図７で説明の複数の貫通孔５３を通気孔として双方の圧力バランスを維持させることができるので、これによる影響を軽減し得る。
図１０は、本発明スターリング冷却機の冷却部のハウジングを含む外部の固定側を、図１１はその内部の可動側を、それぞれ組み立て状態の側断面図として、各部の構成要素を説明するために、同様にあえて独立の分離状態に示してある。まず、図１０を参照して、図の中央部に円筒状の本体部５５が示され、図示右側に円筒状のシリンダ５６と、その右側先端部に冷却端部５７が示され、図示左側に差動変圧器３のコイル部４が示される。
【００３９】
本体部５５の図示向こう側には作動気体の送気管５が気密に取り付けられており、本体部５５の貫通孔５８を介してシリンダ５６の内部と連通されている。シリンダ５６は本体部５５の中心を貫通して嵌め込まれており、その周囲が溶接により気密に接合されている。
本体部５５の図示左側の円筒部の内部側に位置するシリンダ５６の中心の円筒部５９の内部には、円筒形の軸受け６１が嵌め込まれ、端部のフランジがリング状のキヤップナット６２によって押さえつけられて取り付けられている。軸受け６１の内部にはベスペル材でなるスリーブ６３が接着されて取り付けられている。
【００４０】
本体部５５の円筒部の内部には、円筒形のばね受けスリーブ６４がねじ６５によって取り付けられており、端部の内面側にはばね受け座６６が形成されている。このばね受け座６６と対向する本体部５５の内面にも同様なばね受け座６７が形成されている。
本体部５５の外部には送気管５に対応する位置に凹部が形成されており、この凹部にアルミニウム合金材でなる放熱器６８が嵌め込まれるとともに接着固定されている。
【００４１】
本体部５５の両端部には、それぞれフランジが設けられており、一方の第１のフランジ６９には端面周囲にねじ孔７１が設けられており、他方の第２のフランジ７２にも端面周囲にねじ孔７３が設けられている。
この第２のフランジ７１にはコイル部４をそなえた差動変圧器３がねじ２２によって取り付け固定されている。また、その端面間はＯリングガスケット２１によって気密状態に維持されている。この差動変圧器３は、図１ないし図９で説明の圧縮吸引装置５４の差動変圧器３についても同一構成であるが、詳細構成については図示省略してあり概略図としてあることに理解されたい。したがって、外部接続のリード線などについても図示していない。
【００４２】
本体部５５とシリンダ５６、キヤップナット６２、ばね受けスリーブ６４、などはステンレス鋼材であり、軸受け６１はアルミニウム合金材であり、シリンダ５６先端の冷却端部５７はコバール材でなる。
つぎに、図１１を参照すると、図示中央部のスライド軸７５と図示右側に円筒形のピストン本体７６とが接着剤で接合一体化されており、ピストン本体７６の先端内部には端面に複数の孔７７が形成されたキヤップ７８が嵌め込まれるとともに接着接合されている。スライド軸７５の大径な端部もピストン本体７６の円筒部の内部に嵌め込まれている。
【００４３】
スライド軸７５には直径方向に貫通する貫通孔７９と、貫通孔７９とピストン７６の内部に連通する軸方向孔８１と、が形成されている。したがって、スライド軸７５の外周面とキヤップ７８先端面の孔７７とはピストン本体７６の内部を経て連通されている。また、ピストン本体７６の内部には円板形のメッシュ８２が多数枚積層充填されている。
【００４４】
スライド軸７５の図示左側には延長軸８３がねじ８４で結合されており、延長軸８３には円筒形の磁性体コア３９が嵌められ先端のねじにナット８５で締め付け取り付けられている。
スライド軸７５と延長軸８３との結合部には、スライド軸７５の周囲を囲むように円筒形のばね受けリング８６が挟着されて取り付けられており、ばね受けリング８６の中央周囲には両側にばね受け座８７，８８が突設形成されている。
【００４５】
スライド軸７５とキヤップ７８およびばね受けリング８６とはステンレス鋼材であり、ピストン本体７６はベスペル材で形成されており、延長軸８３はアルミニウム合金材、メッシュ８２は微細なステンレス鋼線からなる。以上のようにして可動部９１が構成されており、メッシュ８２の充填されている部分が、いわゆる蓄冷部としての機能をそなえている。
【００４６】
図１２は、上記スターリング冷却器の冷却部に使用されるばね用ステンレス鋼線材でなる圧縮コイルばね９２の側面図であって長さＬが、図（ａ）に自由長Ｌ０の状態を、このＬ０の状態から逐次圧縮されるにしたがって、図（ｂ）に第１段階の圧縮長Ｌ１、図（ｃ）に第２段階の圧縮長Ｌ２、図（ｄ）に第３段階の圧縮長Ｌ３、の状態をそれぞれ示してあるが、図（ｄ）の状態は密着状態ではない。
【００４７】
圧縮吸引装置５４の場合と同様に、後述する説明の都合上圧縮コイルばねの符号９２について、図（ｂ）の状態を９２Ｂ、図（ｃ）の状態を９２Ｃ、図（ｄ）の状態を９２Ｄ、として識別させることとする。
図１３を参照すると、図１０の固定側と図１１の可動側とを組み合わせた状態の冷却部９５が側断面図に示される。また、圧縮コイルばね９２についても２個が組み込まれており、本体部５５の第１のフランジ６９に赤外線検知器９７がねじ９８で取り付けられている。
【００４８】
ここで、赤外線検知器９７の概略構成について説明すると、円形の基部１０１と円筒形の外囲器１０２はの中間部にセラミック基板でなる端子板１０３が結合されており、端子板１０３から外囲器１０２内部に設けられた円筒状の内囲器１０４の先端部の基板１０５上に取り付けられた多素子の赤外線検知素子１０６が設けられている。この赤外線検知素子１０６の電極と端子板１０３との間をフレキシブルな配線板１０７で電気的に接続させる。赤外線検知素子１０６と対向する外囲器１０２の先端面には赤外線透過窓１０８が取り付けられ、外囲器１０２と内囲器１０４とで囲まれた内部は真空に維持されている。そうして、上記内囲器１０４の内部にシリンダ５６が挿入され、シリンダ５６先端部の冷却端部５７の先端面が基板１０５と熱的に接触されるような関係に構成される。
【００４９】
固定側と可動側との関係については、シリンダ５６の内周面にピストン本体７６が密に嵌まり合い、スライド軸７５も軸受け６１に嵌まり合って、相互に軸方向可動可能に挿入されている。延長軸８３に取り付けられている磁性体コア３９は、差動変圧器３のコイル部４の中心部に非接触状態に嵌まり合って軸方向に移動可能である。
スライド軸７５の端部に形成された貫通孔７９の部分は、本体部５５の貫通孔５８と対向するように位置している。
【００５０】
以上のような構成により、送気管５は本体部５５の貫通孔５８とシリンダ５６内部と細径なスライド軸７５の周囲空間およびスライド軸７５の貫通孔７９を介して軸方向孔８１を経由し、ピストン本体７６の内部と先端のキヤップ７８の孔７７と連通されるのみであり、それ以外の部分とは気密に隔絶されているので、ピストン本体７６先端のキヤップ７８の先端部とシリンダ５６の先端部の冷却端部５７内面との対向空間のみに連通されることになっている。
【００５１】
ばね受けスリーブ６４は、スライド軸７５と嵌合しているシリンダ５６の外側円筒部５９と非接触状態に位置しており、本体部５５のばね受け座６６，６７とばね受けリング８６と本体部５５のばね受け座８７，８８との間の双方に圧縮コイルばね９２が配置されている。
この図１３の状態における圧縮コイルばね９２は、いずれも図１２で説明の図（ｃ）の状態である９２Ｃの状態であり、圧縮状態がつりあってバランスした状態で圧縮コイルばね９２Ｃは同一の圧縮状態に安定している。つまり、可動側は、その可動範囲の中間位置の中立位置にある。
【００５２】
つぎに、図１４を参照すると、ピストン本体７６の先端面であるキヤップ７８の先端面とシリンダ５６の内部先端部である冷却端部５７との間が、図１３の状態よりもたがいに離間方向に移動しており、シリンダ５６内の空間が最大限度拡がった状態となっており、ばね受けスリーブ６４内のばね受け座６６に接触するように配置された圧縮コイルばね９２は、、圧縮されて図１２で説明の図（ｄ）の状態の９２Ｄとなっている。一方本体部５５のばね受け座６７に接触するように配置された圧縮コイルばね９２は、圧縮状態であるものの図１２で説明の９２Ｂの状態になっている。
【００５３】
この状態の過程においても、可動部９１はばね受けリング８６周囲のばね受け座８７，８８が対の圧縮コイルばね９２Ｂ，９２Ｄによって圧接挟持されたまま移動されており、いずれの圧縮コイルばね９２Ｂ，９２Ｄは自由長の状態、すなわち、図１２の図（ａ）の状態になることがないので、円滑かつ安定した移動状態が得られる。
【００５４】
このような移動は、シリンダ５６とピストン本体７６との先端部の対向空間Ｄに送気管５から圧縮加圧された作動気体が送気され、膨張減圧されることにより対向空間が離間されることによる軸方向の推力により移動される。
このような移動は、延長軸８３先端部の磁性体コア３９もまた移動されることから、差動変圧器３の電位も変化を生じることとなりコイル部４に偏移計測器を接続することにより偏移量変化として移動量を計測することができる。
【００５５】
図１４および図１５においては、煩雑となることから赤外線検出器９７を図示省略して示してある。
図１５を参照すると、ピストン本体７６の先端部のキヤップ７８の先端面とシリンダ５６の先端の冷却端部５７の内面との間が、図１３の状態よりもたがいに接近方向に移動しており、シリンダ５６先端内部の空間がほとんど存在しない状態となっており、ばね受けスリーブ６４側のばね受け座６６に接触するように配置された圧縮コイルばね９２は、圧縮状態であるものの図１２の図（ｂ）の状態の９２Ｂとなっている。一方、本体部５５側のばね受け座６７に接触するように配置されている圧縮コイルばね９２は、一層圧縮されて図１２の図（ｄ）の状態の９２Ｄとなっている。
【００５６】
同様にこの状態の過程においても、可動部９１はばね受けリング８６周囲のばね受け座８７，８８が対の圧縮コイルばね９２Ｂ，９２Ｄによって圧接挟持されたまま移動されており、いずれの圧縮コイルばね９２Ｂ，９２Ｄは自由長の状態である図１２の図（ａ）の状態になることがないので、円滑かつ安定した移動状態が得られる。
【００５７】
このような移動は、シリンダ５６とピストン本体７６先端のキヤップ７８との先端部の対向空間内の作動気体が送気管５を介して吸気されることによる減圧による軸方向の推力が生じて移動されるものである。同様に、差動変圧器３によって軸方向の移動量を計測することができる。
上記シリンダ５６内の作動気体の送気または吸気による圧力変化をもたらすことは、もはや説明するまでもなく理解されることであるが、具体的には図１ないし図９で説明の圧縮吸引装置５４の送気管５と、この冷却部９５の送気管５とが接続されていることにより圧縮吸引装置５４の動作によって行なわれることである。ここで、作動気体については、たとえばヘリウムガス（Ｈｅ）で行なうことができる。
【００５８】
圧縮された作動気体は、冷却部９５のシリンダ５６の先端内部で膨張することによりピストン本体７６を離間方向に移動させるとともに、赤外線検知器９７の赤外線検知素子１０６を所定の極低温度に冷却する。
上記、冷却部９５のピストン本体７６内には微細なメッシュ８２が積層充填されていることによって、圧縮吸引装置５４から圧縮状態で送気される作動気体がシリンダ５６内部先端で膨張することによりシリンダ先端部が低温度となるが、圧縮吸引装置５４の吸引作用によって低温度の作動気体が吸引されることによりメッシュ８２が低温度となり、この作用によってシリンダ５６先端部の冷却端部５７の低温状態が維持される。すなわち蓄冷効果をそなえた蓄冷部としての機能を奏する。
【００５９】
図３の圧縮コイルばね４１および図１２の圧縮コイルばね９２について、その取り付けられた状態においては圧縮状態であるが、対の圧縮コイルばねはいずれもがそれぞれ図（ｂ）の状態と図（ｄ）の状態姿勢の繰り返し動作となる。
ここで、その動作過程についてみると、一対の圧縮コイルばねの巻き方向がいずれも右巻きの場合、一方の圧縮コイルばねは図（ｂ）の状態から図（ｄ）の状態に圧縮されるにしたがって巻き径が拡大されるようになることから、軸方向に向かって、手前側の座面は右方向への回転力が生じ、向こう側の座面は左方向への回転力が生じる。
【００６０】
他方の圧縮コイルばねは図（ｄ）の状態から図（ｂ）の状態に圧縮状態で伸長されるにしたがって巻き径が縮小されるようになることから、手前側の座面は左方向への回転力が生じ、向こう側の座面は右方向への回転力が生じる。
つまり、このような同一の巻き方向の圧縮コイルばねの組み合わせによると圧縮挟持されている可動部の部分は、一方の圧縮コイルばねの左方向の回転力と他方の圧縮コイルばねの左方向の回転力とによる、同方向の回転力が作用することになり、ねじりによる不都合が生じるものとはならない。
【００６１】
このような回転力による回転角度は可動部の可動距離であるストロークがさして大きくないことから微小であり、このようなことからも不都合を生じることはない。
もちろん一方向についての往復行程で上記のようであるが、反転する往復工程においては逆の回転作用が働き一種の回転振動となるが同様に問題となることはない。それに加えて可動部の各部が摩擦嵌合していることによる制動作用も働くことからも問題はない。
【００６２】
つぎに、一対の圧縮コイルばねの巻き方向が右巻きと左巻きとの逆方向の組み合わせの場合、同様に一方の圧縮コイルばねが右巻きであると、図（ｂ）の状態から図（ｄ）の状態に圧縮するにしたがって、巻き径が拡大されるようになることから、軸方向に向かって、手前側の座面は右方向への回転力が生じ、向こう側の座面は左方向への回転力が生じる。
【００６３】
他方の圧縮コイルばねについては図（ｄ）の状態から図（ｂ）の状態に圧縮状態で伸長されるにしたがって巻き径が縮小されるようになるので、手前側の座面は右方向への回転力が生じ、向こう側の座面には左方向への回転力が生じる。
つまり、このような逆の巻き方向の圧縮コイルばねの組み合わせによると圧縮挟持されている可動部の部分には、一方の圧縮コイルばねの左方向への回転力と他方の圧縮コイルばねの右方向への回転力とによる、逆方向の回転力が作用することになり、たがいの回転力を打ち消す方向の回転力となることから可動部に回転作用を与えることがなくなる。もちろん座面との接触面における滑りを生じる程度のものでもない。
【００６４】
同様に、一方向についての往動行程で上記のようであるが、反転する復動行程においても逆方向の同様作用となるが、同様に可動部に回転作用を与えることはない。
以上のことから、一対の圧縮コイルばねの巻き方向が同一であっても、逆の巻き方向であっても、実用上の問題がないことは明らかであるので、選択的に実施し得ることである。
【００６５】
本発明になる圧縮コイルばねの組み合わせは、一方の圧縮コイルばねの伸長作用とともに、他方の圧縮コイルばねが縮小するのであるが、一方の圧縮コイルばねの伸長時の加速度によるピストンを含む可動部全体質量の移動を、他方の圧縮コイルばねの縮小による復元力の蓄積反動作用に対する緩衝機能となることで相互の繰り返しによる衝撃的な動作の防止作用にも効果を有することである。
【００６６】
本発明について、作動気体をＨｅガスとしたが、目的に応じては窒素その他の公知な気体を適用し得ることはもちろんのことであり、冷却対象についても赤外線検知器以外の機器、装置など、に適用し得ることはあえて具体的に説明するまでもないことである。
本発明スターリング冷却機においては、装置の組み立て調整時または保守点検調整時などには差動変圧器を付加するが、実働時にはこの差動変圧器を取り外し、密閉用の蓋を取り付けカバーして動作させるものである。
【００６７】
（付記１）　軸方向直線上を往復移動するリニアモータの可動部と該可動部による作動気体の圧縮吸引部とを有し、上記可動部の両側に対の圧縮コイルばねを対向配置させるとともに該圧縮コイルばねを可動部の可動範囲において圧縮状態が維持されるように設けてなるスターリング冷却機であって、
上記可動部は固定側のシリンダの内部に接するピストンと該シリンダの外部に接する円筒部材とをそなえ、上記ピストンと円筒部材との連結底部に空間を形成してなることを特徴とするスターリング冷却機。
【００６８】
（付記２）　軸方向直線上を往復移動するリニアモータの可動部と該可動部による作動気体の圧縮吸引部とを有し、上記可動部の両側に対の圧縮コイルばねを対向配置させるとともに該圧縮コイルばねを可動部の可動範囲において圧縮状態が維持されるように設けてなるスターリング冷却機であって、
上記可動部は固定側のシリンダを共通とする両側のシリンダの中央部の作動気体の入出孔に対して対向配置させるとともに該シリンダの内部に接するピストンとシリンダの外部に接する円筒部材とをそなえ、上記ピストンと円筒部材との連結底部それぞれに空間を形成してなることを特徴とするスターリング冷却機。
【００６９】
（付記３）　軸方向直線上を往復移動するリニアモータの可動部と該可動部による作動気体の圧縮吸引部とを有し、上記可動部の両側に対の圧縮コイルばねを対向配置させるとともに該圧縮コイルばねを可動部の可動範囲において圧縮状態が維持されるように設けてなるスターリング冷却機であって、
上記リニアモータの可動コイルへの通電を上記対の圧縮コイルばねそれぞれを介して接続させるように構成してなることを特徴とするスターリング冷却機。
【００７０】
（付記４）　軸方向直線上を往復移動するリニアモータの可動部と該可動部による作動気体の圧縮吸引部とを有し、上記可動部の両側に対の圧縮コイルばねを対向配置させるとともに該圧縮コイルばねを可動部の可動範囲において圧縮状態が維持されるように設けてなるスターリング冷却機であって、
上記リニアモータの可動コイルへの通電を上記対の圧縮コイルばねの固定端側に外部配線をそれぞれ接続させ、対の圧縮コイルばねそれぞれの可動端側に可動コイルの両端部を接続させるように構成してなることを特徴とするスターリング冷却機。
【００７１】
（付記５）　上記付記３または付記４に記載のスターリング冷却機において、圧縮コイルばねは導電性をそなえた圧縮コイルばねであることを特徴とするスターリング冷却機。
（付記６）　上記付記１ないし付記４のいずれかに記載のスターリング冷却機において、可動部の両側に対向配置される対の圧縮コイルばねは、いずれも同一の巻き方向とするか、あるいは、たがいに逆の巻き方向とする、ことを特徴とするスターリング冷却機。
【００７２】
【発明の効果】
以上、詳細に説明のように本発明になるスターリング冷却機によれば、軸方向直線上を往復移動するリニアモータの可動部と該可動部による作動気体の圧縮吸引部とをそなえること、およびまたは、圧縮吸引部における作動気体の送気または吸気によって軸方向直線上を往復移動する冷却部の可動部、に対して可動部の両側に対の圧縮コイルばねを対向配置させるとともに、該圧縮コイルばねを可動部の可動範囲において圧縮状態が維持されるように設けることにより、可動部がその往復移動する可動範囲内において両側が、対の圧縮コイルばねの圧縮ならびに復元にともなうに際しても圧縮状態が維持されることにより挟持されることから円滑な動作状態が得られ従来の問題点が解消されるといった実用上の効果はきわめて顕著なものである。
【００７３】
加えて、可動部は固定側のシリンダの内部に接するピストンとシリンダの外部に接する円筒部材とをそなえ、ピストンと円筒部材との連結底部に空間を形成したことにより、シリンダの先端部分がピストンと円筒部材との連結底部に接近することにもとづく底部空間の作動気体の圧縮されることによる圧力上昇の圧縮状態が空間によって緩和されるので、リニアモータの負荷が大幅に軽減され、円滑な動作状態が得られる。また、ピストンと円筒部材との底部とシリンダ先端との距離間隔を最大限度接近させることができるので、装置の短縮化が可能ともなる。
【００７４】
さらには、リニアモータの可動コイルへの通電を対のコイルばねそれぞれを介して接続させるようにしたことにより、配線材が伸縮することなく、伸縮するそれぞれのコイルばねを介して外部配線と可動コイル間が接続されることから安定した接続状態が得られ配線接続の高い信頼性が得られる。などの効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になる圧縮吸引装置の外部固定側の組み立て状態の側断面図である。
【図２】本発明になる圧縮吸引装置の内部可動側の組み立て状態の側断面図である。
【図３】圧縮コイルばねの動作にともなう圧縮状態説明の側面図である。
【図４】本発明になる圧縮吸引装置の組み立て状態の側断面図である。
【図５】図４における外部固定側の要部のみの側断面図である。
【図６】図４における内部可動側の要部のみの側断面図である。
【図７】図５および図６を組み合わせ図４に対応させた状態の側断面図である。
【図８】本発明になる圧縮吸引装置の作用説明図（その１）である。
【図９】本発明になる圧縮吸引装置の作用説明図（その２）である。
【図１０】本発明になる冷却部の外部固定側の組み立て状態の側断面図である。
【図１１】本発明になる冷却部の内部可動側の組み立て状態の側断面図である。
【図１２】圧縮コイルばねの動作にともなう圧縮状態説明の側面図である。
【図１３】本発明になる冷却部の組み立て状態の側断面図である。
【図１４】本発明になる冷却部の作用説明図（その１）である。
【図１５】本発明になる冷却部の作用説明図（その２）である。
【符号の説明】
１　　本体部
２　　円筒形のハウジング
３　　差動変圧器
４　　コイル部
５　　送気管
６　　貫通孔
７　　シリンダ
８　　円筒部
９　　永久磁石
１１　　ヨーク
１２　　リング状のナット
１３　　貫通孔
１４，１５　　軸受け
１６，１７　　フランジ
１８　　ハウジング
１９　　フランジ
２１　　Ｏリングガスケット
２２　　ねじ
２３　　固定部
２５　　可動部
３１　　ピストン
３２　　円筒部材
３３　　摺動軸部
３４　　電磁コイル
３５　　可動部本体
３６　　ばね受け部
３７　　リング座金
３８　　延長軸
３９　　磁性体コア
４１　　圧縮コイルばね
４２　　絶縁座
４３　　第１のリング座金
４４　　リングねじ
４５　　第２のリング座金
４６　　リード線
４７，４８　　スリット
４９，５１　　リード線
５２　　空間
５３　　貫通孔
５４　　圧縮吸引装置
５５　　本体部
５６　　シリンダ
５７　　冷却端部
５８　　貫通孔
５９　　円筒部
６１　　軸受け
６２　　キヤップナット
６３　　スリーブ
６４　　ばね受けスリーブ
６５　　ねじ
６６，６７　　ばね受け座
６８　　放熱器
６９　　第１のフランジ
７１　　ねじ孔
７２　　第２のフランジ
７３　　ねじ孔
７５　　スライド軸
７６　　ピストン本体
７７　　孔
７８　　キヤップ
７９　　貫通孔
８１　　軸方向孔
８２　　メッシュ
８３　　延長軸
８４　　ねじ
８５　　ナット
８６　　ばね受けリング
８７，８８　　ばね受け座
９１　　可動部
９２　　圧縮コイルばね
９５　　冷却部
９７　　赤外線検知器
９８　　ねじ
１０１　　基部
１０２　　外囲器
１０３　　端子板
１０４　　内囲器
１０５　　基板
１０６　　赤外線検知素子
１０７　　配線板
１０８　　赤外線透過窓
【図１】
2004012080.tif 000003
【図２】
2004012080.tif 000004
【図３】
2004012080.tif 000005
【図４】
2004012080.tif 000006
【図５】
2004012080.tif 000007
【図６】
2004012080.tif 000008
【図７】
2004012080.tif 000009
【図８】
2004012080.tif 000010
【図９】
2004012080.tif 000011
【図１０】
2004012080.tif 000012
【図１１】
2004012080.tif 000013
【図１２】
2004012080.tif 000014
【図１３】
2004012080.tif 000015
【図１４】
2004012080.tif 000016
【図１５】
2004012080.tif 000017