JPH0730966B2 - フリーディスプレーサ型スターリング冷凍機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ディスプレーサの往復動によりシリンダ内膨
張室で冷媒ガスを膨張させてシリンダ先端のコールドヘ
ッドに寒冷を発生させるようにしたフリーディスプレー
サ型スターリング冷凍機に関する。

（従来の技術） 従来より、このフリーディスプレーサ型スターリング冷
凍機は、極低温レベルの寒冷を発生させる小型冷凍機の
一種として知られている。この冷凍機は、冷媒ガスを圧
縮する圧縮機と、該圧縮機から吐出された冷媒ガスを膨
張させる膨張機とを組み合わせたものであり、上記圧縮
機は、冷媒ガスをガス圧が例えばサインカーブ等の特性
をもって所定周期で経時変化するように圧縮するものが
使用される。一方、膨張機は、先端が閉塞されたシリン
ダと、該シリンダ内に往復動自在に嵌装され、シリンダ
内を先端側の膨張室及び基端側の作動室に区画形成する
フリーディスプレーサと、該ディスプレーサを往復動可
能に弾性支持するスプリングとを備えてなるもので、上
記作動室は上記圧縮機に接続されており、圧縮機からの
冷媒ガス圧によりディスプレーサを往復動させて冷媒ガ
スを膨張室で膨張させることにより、シリンダ先端のコ
ールドヘッドに寒冷を発生させるようになされている。
（例えば“A Small Free−Piston Stirling Refrigerat
or",A.K.Jonge等参照）。

（発明が解決しようとする課題） ところで、この種のスターリング冷凍機においては、上
記スプリングのばね定数は、ディスプレーサを含んだ可
動部分の質量（マス）に応じてその可動部分が最大の冷
凍能力の得られる最適チューニング周波数で共振するよ
うに一定値に設定される。しかるに、クールダウン運転
によりシリンダ先端のコールドヘッド温度が低下するの
に伴い、上記最適チューニング周波数が変化して、この
最適チューニング周波数のずれにより冷凍能力が低下
し、その結果、クールダウン時間を短くするのに限度が
あった。

さらに、同様の理由によって、クールダウン後の単位電
気入力当りの冷凍能力の向上にも限界があった。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので、その目的と
するところは、上記最大の冷凍能力が得られる最適チュ
ーニング周波数を可変とする手段を講じることにより、
コールドヘッド温度が変化してもそれに応じて最適チュ
ーニング周波数を維持できるようにして、冷凍機のクー
ルダウンを迅速に行い得るようにするとともに、単位電
気入力当りの冷凍能力の向上を図ることにある。

（課題を解決するための手段） この目的を達成するため、請求項（１）記載の発明で
は、ディスプレーサを弾性支持する弾性支持手段のばね
定数を可変とする。

具体的には、この発明では、第１図及び第２図に示すよ
うに、上記の如く、基端部が固定体（15）に結合され、
先端が閉塞されたシリンダ（16）と、該シリンダ（16）
内に往復動自在に嵌装され、シリンダ（16）内を先端側
の膨張室（21）及び基端側の作動室（22）に区画形成す
るフリーディスプレーサ（18）と、一端が上記ディスプ
レーサ（18）に連結されている一方、他端が固定体（1
5）に回転不能に連結され、ディスプレーサ（18）を固
定体（15）に往復動可能に弾性支持するスプリング（2
3）とを備え、上記作動室（22）は所定周期で冷媒ガス
を圧縮する圧縮機（１）に接続されており、圧縮機
（１）からの冷媒ガス圧によりディスプレーサ（18）を
往復動させて冷媒ガスを膨張室（21）で膨張させること
により、シリンダ（16）先端のコールドヘッド（17）に
寒冷を発生させるようにしたフリーディスプレーサ型ス
ターリング冷凍機が前提である。

そして、上記スプリング（23）のばね定数を可変とする
ばね定数可変手段（30）を設け、上記ばね定数可変手段
（30）は、スプリング（23）の固定体（15）への連結部
分を螺旋溝（28a）にて摺動可能に係合するばね止め（2
8）と、該ばね止め（28）に連結され、回転により螺動
してばね止め（28）を回転させるねじ部材（27）と、該
ねじ部材（27）を回転させる駆動手段（29）とを備えて
いて、駆動手段（29）によりねじ部材（27）を螺動させ
てばね止め（28）をスプリング（23）に対し相対移動さ
せることにより、スプリング（23）の有効長を変化させ
てそのばね定数を可変とするように構成されているもの
とする。

さらに、最適チューニング周波数の維持を自動化するた
めに、請求項（２）記載の発明では、シリンダ（16）先
端のコールドヘッド（17）の温度を検出する温度検出手
段（32）と、該検出手段（32）の出力を受け、コールド
ヘッド温度が低くなるのに伴ってスプリング（23）のば
ね定数が高くなるように上記ばね定数可変手段（30）を
制御する制御手段（31）とを設ける。また、請求項
（３）記載の発明では、冷凍機の運転開始からの経過時
間を検出する時間検出手段と、該検出手段の出力を受
け、冷凍機の運転時間の増大に応じてスプリング（23）
のばね定数が高くなるようにばね定数可変手段（30）を
制御する制御手段とを設ける。

また、請求項（４）記載の発明では、第４図に示す如
く、圧縮機（１）の駆動電源の周波数を可変とする電源
周波数可変手段（33）と、上記シリンダ（16）先端のコ
ールドヘッド（17）の温度を検出する温度検出手段（3
2）と、この検出手段（32）の出力を受け、コールドヘ
ッド温度が低くなるのに伴って圧縮機（１）の電源周波
数が低くなるように上記電源周波数可変手段（33）を制
御する制御手段（31）とを設ける。

また、請求項（５）記載の発明では、上記と同様に、圧
縮機（１）の駆動電源の周波数を可変とする電源周波数
可変手段（33）を設けるとともに、冷凍機の運転開始か
らの経過時間を検出する時間検出手段と、該検出手段の
出力を受け、冷凍機の運転時間の増大に応じて圧縮機
（１）の電源周波数が低くなるように電源周波数可変手
段（33）を制御する制御手段とを設ける。

（作用） 上記の構成により、請求項（１）記載の発明では、コー
ルドヘッド（17）の温度が変化した場合、それに応じて
スプリング（23）のばね定数をばね定数可変手段（30）
によって変化させる。すなわち、駆動手段（29）により
ねじ部材（27）を螺動させると、このねじ部材（27）の
螺動に伴ってばね止め（28）が回転し、このばね止め
（28）とその螺旋溝（28a）に摺動可能に係合している
スプリング（23）とが相対移動して該スプリング（23）
の有効長が変化し、そのばね定数が変化する。このこと
で、コールドヘッド温度の変化に拘らず、常に最適チュ
ーニング周波数を維持して冷凍機のクールダウンを速く
することができることとなる。

そして、請求項（２）記載の発明では、上記コールドヘ
ッド（17）の温度が温度検出手段（32）により検出さ
れ、この検出手段（32）の出力を受けた制御手段（31）
によりばね定数可変手段（30）が制御されて、コールド
ヘッド温度の低下に応じてスプリング（23）のばね定数
が大きくなる。また、請求項（３）記載の発明では、冷
凍機の運転開始からの経過時間が時間検出手段により検
出され、この検出手段の出力を受けた制御手段によりば
ね定数可変手段（30）が制御されて、冷凍機の運転時間
が増大するのに応じてスプリング（23）のばね定数が増
大する。よって、これらの発明では、最適チューニング
周波数を自動的に確保することができる。

請求項（４）記載の発明では、上記の温度検出手段（3
2）の出力を受けた制御手段（31）により電源周波数可
変手段（33）が制御されて、コールドヘッド温度の低下
に応じて圧縮機（１）の電源周波数が低下する。また、
請求項（５）記載の発明では、冷凍機の運転開始からの
経過時間の増大に応じて圧縮機（１）の電源周波数が低
くなる。よって、これらの発明では、圧縮機（１）の電
源周波数を電源周波数可変手段（33）により変化させて
最適チューニング周波数を得ることができ、コールドヘ
ッド温度の変化に拘らず、常に最適チューニング周波数
を維持して、冷凍機の単位電気入力当りの冷凍能力を最
大に保つことができるとともに、その最適チューニング
周波数を自動的に確保できる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図は本発明の第１実施例に係るフリーディスプレー
サ型スターリング冷凍機の全体構成を示し、この冷凍機
は圧縮機（１）と膨張機（13）とで構成されている。上
記圧縮機（１）は、密閉状のハウジング（２）と、該ハ
ウジング（２）内に嵌装固定されたシリンダ（３）と、
該シリンダ（３）内に往復動自在に嵌装され、シリンダ
（３）内空間に圧縮室（４）を区画形成するピストン
（５）と、該ピストン（５）を往復駆動する駆動源とし
てのリニアモータ（６）とを備えている。このリニアモ
ータ（６）はシリンダ（３）周りに配置された環状の永
久磁石（７）を有し、この磁石（７）により、シリンダ
（３）の中心と同心の円筒状の間隙（８）の磁界を発生
させる。上記間隙（８）には中心部にて上記ピストン
（５）に一体固定された略カップ状の可動体（９）の円
周部が往復動可能に配設され、該可動体（９）の外周に
はドライブコイル（10）が巻き付けられている。また、
上記可動体（９）の底面外側（ピストン（５）と反対
側）とハウジング（２）内底面との間にはピストン
（５）を往復動可能に弾性支持するためのコイルスプリ
ングからなるピストンスプリング（11）が架設されてお
り、ドライブコイル（10）の所定周波数の交流を通電す
ることで、間隙（８）内を通る磁界との作用によりコイ
ル（10）及び可動体（９）を駆動してピストン（５）を
シリンダ（３）内で往復移動させることにより、圧縮室
（４）で所定周期のガス圧を発生させるようになされて
いる。

一方、上記膨張機（13）は、第１図に拡大詳示するよう
に円筒状空洞部（14）が開口された固定体としてのハウ
ジング（15）を有する。このハウジング（15）の空洞部
（14）開口には円筒状シリンダ（16）が空洞部（14）と
同心状に基端部にて気密状に嵌合固定され、該シリンダ
（16）の先端は閉塞されてコールドヘッド（17）とされ
ている。このシリンダ（16）内にはフリーディスプレー
サ（18）が往復動自在に嵌挿され、ディスプレーサ（1
8）によりシリンダ（16）及びハウジング（15）内の空
洞部（14）がシリンダ（16）先端側の膨張室（21）とハ
ウジング（15）側（シリンダ（16）基端側）の作動室
（22）とに区画形成されている。このディスプレーサ
（18）は、円筒体（19）内に金属製蓄冷材（20）（熱交
換器）を充填したもので、上記円筒体（19）にはその内
部の空間を作動室（22）及び膨張室（21）にそれぞれ連
通させる連通孔（19a），（19b）が開口されており、膨
張室（21）で膨張した低温の冷媒ガスが作動室（22）に
向かうときには、該冷媒ガスにより蓄冷材（20）を冷却
して蓄冷材（20）に冷熱を蓄え、逆に常温の冷媒ガスが
作動室（22）から膨張室（21）に向かうときには、蓄冷
材（20）によりガスを冷却するようになされている。ま
た、上記作動室（22）内には、ディスプレーサ（18）を
往復動可能に弾性支持する弾性支持手段としてのコイス
プリングからなるディスプレーサスプリング（23）が配
設され、このスプリング（23）の一端はディスプレーサ
（18）の基端側に連結されている一方、他端は、ハウジ
ング（15）側の後述のプラグ（25）に回転不能に固定さ
れている。さらに、上記作動室（22）は連絡配管（24）
を介して上記圧縮機（１）の圧縮室（４）に接続されて
おり、圧縮機（１）からの冷媒ガス圧によりディスプレ
ーサ（18）を往復動させて冷媒ガスを膨張室（21）で膨
張させることにより、シリンダ（16）先端のコールドヘ
ッド（17）に寒冷を発生させるようになされている。

上記ハウジング（15）の空洞部（14）内の底部にはプラ
グ（25）が気密状に嵌合固定されている。このプラグ
（25）はその中心部に空洞部（14）の中心線方向に延び
るねじ孔（26）が貫通形成され、該ねじ孔（26）のねじ
ピッチは上記ディスプレーサスプリング（23）の螺旋ピ
ッチと略同じとされている。このねじ孔（26）にはねじ
棒（27）（ねじ部材）が螺動可能に螺合され、そのねじ
棒（27）の先端（ディスプレーサ（18）側端部）にはば
ね止め（28）が一体に形成され、該ばね止め（28）の外
周にはディスプレーサスプリング（23）を摺動可能に嵌
合する螺旋溝（28a）が形成されており、ねじ棒（27）
の螺動によりそのばね止め（28）をスプリング（23）内
で螺旋溝（28a）内にスプリング（23）を係合させなが
ら前後移動させるようになされている。

さらに、空洞部（14）の奥底部には駆動手段としてのス
テップモータ（29）が配置され、該モータ（29）の出力
軸（29a）は上記ねじ棒（27）の基端部に回転一体にか
つ摺動可能に係合されており、ステップモータ（29）の
回転駆動にてねじ棒（27）を螺動させることにより、ば
ね止め（28）を回転させてディスプレーサスプリング
（23）に対し相対移動させ、スプリング（23）の有効長
を変化させてそのばね定数Ｋを可変とするようにしたば
ね定数可変機構（30）が構成されている。

そして、第２図に示す如く、上記ばね定数可変機構（3
0）のステップモータ（29）は制御装置（31）により作
動制御されるようになされている。この制御装置（31）
には上記シリンダ（16）先端のコールドヘッド（17）の
温度を検出する温度センサ（32）の出力信号が入力され
ており、制御装置（31）により、コールドヘッド（17）
の温度が低くなるのに伴ってディスプレーサスプリング
（23）のばね定数Ｋが高くなるよう、ステップモータ
（29）を制御するようにしている。

次に、上記実施例の作動について説明する。

冷凍機の運転開始に伴い、圧縮機（１）のリニアモータ
（６）が作動してピストン（５）がシリンダ（３）内で
往復動し、このピストン（５）の往復動により圧縮室
（４）内に所定周期の圧力波が生じる。この圧縮室
（４）は連絡配管（24）を介して膨張機（13）の作動室
（22）に連通しているため、ピストン（５）が前進して
圧縮室（４）の圧力が高くなったときには、加圧された
冷媒ガスが作動室（22）に供給されて該作動室（22）内
の圧力が高くなる。この圧力の上昇により作動室（22）
と膨張室（21）との間に差が生じ、この圧力差によって
ディスプレーサ（18）がディスプレーサスプリング（2
3）を伸長させながらシリンダ（16）先端側（第１図で
左側）に移動する。この作動室（22）はディスプレーサ
（18）内の空間を介して膨張室（21）に連通しているた
め、次の段階では作動室（22）のガスがディスプレーサ
（18）内を通って蓄冷材（20）により冷却されながら膨
張室（21）に流れ、両室（21），（22）の差圧がなくな
り、ディスプレーサ（18）はスプリング（23）の収縮力
によりシリンダ（16）基端側に移動して元の位置に戻
る。この後、直ちに、圧縮機（１）のピストン（５）が
後退して圧縮室（４）の圧力が低下する。このため、作
動室（22）内の冷媒ガスが連絡配管（24）を介して圧縮
室（４）に戻り、作動室（22）内の圧力が膨張室（21）
よりも低下する。この作動室（22）と膨張室（21）との
圧力差によってディスプレーサ（18）が今度はディスプ
レーサスプリング（23）を収縮させながらシリンダ（1
6）基端側（第１図で右側）に移動し、膨張室（21）内
の冷媒ガスが断熱膨張して寒冷が発生する。次の段階で
は上記膨張後のガスが膨張室（21）からディスプレーサ
（18）内を通って蓄冷材（20）に冷熱を与えながら作動
室（22）に流れ、両室（21），（22）の差圧がなくな
り、ディスプレーサ（18）はスプリング（23）の伸長力
によりシリンダ（16）先端側に移動して元の位置に戻
る。以上により１サイクルが終了し、以後、同様のサイ
クルを繰り返すことで、シリンダ（16）先端のコールド
ヘッド（17）が徐々に極低温レベルまで冷却される。

そして、この冷凍機の運転中、上記コールドヘッド（1
7）の温度が温度センサ（32）により検出され、このセ
ンサ（32）の出力信号に基づき制御装置（31）により膨
張機（13）におけるステップモータ（29）が作動制御さ
れ、このステップモータ（29）の出力軸（29a）の回転
によるねじ棒（27）の螺動により上記ディスプレーサス
プリング（23）のばね定数Ｋが調整される。すなわち、
冷凍機の運転開始から間もない段階では、上記コールド
ヘッド（17）の温度が室温近くで高いので、上記ねじ棒
（27）は後退位置（第１図で右側位置）にあり、このた
めにスプリング（23）の有効長が長くなってそのばね定
数Ｋは低くなっている。そして、冷凍機の運転の継続に
伴ってコールドヘッド（17）の温度が低下すると、それ
に応じてステップモータ（29）の作動によりねじ棒（2
7）が螺動し、その先端のばね止め（28）がスプリング
（23）を係合しながら前進し、この前進移動によりねじ
止め（28）とディスプレーサ（18）との間のスプリング
（23）の有効長が短くなり、そのばね定数Ｋが増大す
る。

このようにして、コールドヘッド（17）の温度降下に応
じて自動的にディスプレーサスプリング（23）のばね定
数Ｋが大きくなるので、そのばね定数Ｋとスプリング
（23）により支持されるディスプレーサ（18）の質量Ｍ
とで決まるディスプレーサ（18）の振動周波数ωｄ｛＝
２π（K/M）^1/2｝は上昇する。これに対し、圧縮機
（１）の振動周波数ωは一定であるので、両者の比ωd/
ωは増大する。そして、第３図に示すように、膨張室
（21）の冷媒ガスの圧力及び体積の関係を示すＰ−Ｖ線
図により算出される冷凍能力の最大値はコールドヘッド
（17）の温度降下に伴いディスプレーサ（18）の振動周
波数ωｄの高い側に移動することから、冷凍能力の最大
値が得られる冷凍機の最適チューニング周波数を自動的
に確保することができ、よって冷凍機のクールダウンを
速くすることができる。

第４図は本発明の第２実施例を示し（尚、第２図と同じ
部分については同じ符号を付してその詳細な説明は省略
する）、ディスプレーサ（18）のチューニング周波数ω
ｄを決定するスプリング（23）のばね定数Ｋを可変とす
る代りに、冷凍能力の最大値を決定するいま１つの要素
である圧縮機振動周波数ωを可変としたものである。

すなわち、この実施例では、圧縮機（１）の電源にはそ
の電源の周波数を可変とする電源周波数可変手段として
のインバータ（33）が設けられている。また、このイン
バータ（33）は制御装置（31′）の出力信号に基づいて
制御されるように構成されていて、コールドヘッド温度
の低下に応じて圧縮機（１）の電源周波数ωが低くなる
ように制御される。

したがって、この実施例では、コールドヘッド（17）の
温度が降下した場合、それに応じて圧縮機（１）の電源
周波数ωがインバータ（33）によって下げられるので、
ディスプレーサ（18）の振動周波数ωｄと圧縮機電源周
波数ωとの比ωd/ωは大きくなって、冷凍機の最適チュ
ーニング周波数を自動的に得ることができ、よって上記
第１実施例と同様の作用効果を得ることができる。

また、この実施例では、特に、クールダウン後の定常運
転時であっても、最適チューニング周波数の設定により
圧縮機（１）の電源周波数ωを低下できるので、その定
常運転状態での入力電力を低く保つことができる利点が
ある。

尚、上記各実施例において、コールドヘッド温度に代
え、冷凍機の運転開始時（圧縮機（１）のスイッチON時
点）からの経過時間をタイマ（時間検出手段）によって
検出し、その冷凍機運転時間の増大に応じてディスプレ
ーサスプリング（23）のばね定数Ｋが高くなるようばね
定数可変機構（30）を制御し、又は圧縮機（１）の電源
周波数が低くなるようにインバータ（33）を制御するよ
うにしてもよい。

（発明の効果） 以上説明したように、請求項（１）記載の発明による
と、シリンダ内でディスプレーサを往復動させて寒冷を
発生させるフリーディスプレーサ型スターリング冷凍機
において、ディスプレーサを往復動可能に弾性支持する
スプリングとそのばね止めとの相対移動により、スプリ
ングの有効長を変化させてそのばね定数を可変としたこ
とにより、冷凍機のチューニング周波数を常に最適チュ
ーニング周波数に維持することができ、よって冷凍機の
クールダウンを速くすることができる。

また、請求項（２）記載の発明では、シリンダ先端のコ
ールドヘッドの温度を検出し、その温度が低くなるのに
伴ってスプリングのばね定数を高く変化させるようにし
た。また、請求項（３）記載の発明では、冷凍機の運転
開始からの経過時間を検出し、その経過時間が長くなる
のに伴ってスプリングのばね定数を高く変化させるよう
にした。従って、これら発明によると、上記最適チュー
ニング周波数を自動的に確保することができる。

請求項（４）記載の発明では、上記のフリーディスプレ
ーサ型スターリング冷凍機において、圧縮機の電源周波
数を可変とし、シリンダ先端のコールドヘッドの温度を
検出し、その温度が低くなるのに伴って圧縮機の電源周
波数を低く変化させるようにした。また、請求項（５）
記載の発明では、冷凍機の運転経過時間を検出し、その
経過時間が長くなるのに伴って圧縮機の電源周波数を低
く変化させるようにした。従って、これら発明によれ
ば、冷凍機のチューニング周波数を常に最適チューニン
グ周波数に維持して、冷凍機の単位電気入力当りの冷凍
能力を最大に保つことができるとともに、最適チューニ
ング周波数の自動確保を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の第１実施例を示し、第１図は
膨張機の要部拡大断面図、第２図は冷凍機の全体構成を
示す断面図、第３図はディスプレーサの振動周波数と圧
縮機の電源周波数との比に対する冷凍能力変化の特性を
示す特性図である。第４図は第２実施例における冷凍機
の全体構成を示す断面図である。 （１）……圧縮機 （13）……膨張機 （15）……ハウジング（固定体） （16）……シリンダ （17）……コールドヘッド （18）……ディスプレーサ （21）……膨張室 （22）……作動室 （23）……スプリング（弾性支持手段） （27）……ねじ棒（ねじ部材） （29）……ステップモータ（駆動手段） （30）……ばね定数可変機構 （31），（31′）……制御装置（制御手段） （32）……温度センサ（温度検出手段） （33）……インバータ（電源周波数可変手段）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基端部が固定体（15）に結合され、先端が
   閉塞されたシリンダ（16）と、該シリンダ（16）内に往
   復動自在に嵌装され、シリンダ（16）内を先端側の膨張
   室（21）及び基端側の作動室（22）に区画形成するフリ
   ーディスプレーサ（18）と、一端が上記ディスプレーサ
   （18）に連結されている一方、他端が固定体（15）に回
   転不能に連結され、ディスプレーサ（18）を固定体（1
   5）に往復動可能に弾性支持するスプリング（23）とを
   備え、 上記作動室（22）は所定周期で冷媒ガスを圧縮する圧縮
   機（１）に接続されており、 圧縮機（１）からの冷媒ガス圧によりディスプレーサ
   （18）を往復動させて冷媒ガスを膨張室（21）で膨張さ
   せることにより、シリンダ（16）先端のコールドヘッド
   （17）に寒冷を発生させるようにしたスターリング冷凍
   機において、 上記スプリング（23）のばね定数を可変とするばね定数
   可変手段（30）を設け、上記ばね定数可変手段（30）
   は、スプリング（23）の固定体（15）への連結部分を螺
   旋溝（28a）にて摺動可能に係合するばね止め（28）
   と、該ばね止め（28）に連結され、回転により螺動して
   ばね止め（28）を回転させるねじ部材（27）と、該ねじ
   部材（27）を回転させる駆動手段（29）とを備えてい
   て、駆動手段（29）によりねじ部材（27）を螺動させて
   ばね止め（28）をスプリング（23）に対し相対移動させ
   ることにより、スプリング（23）の有効長を変化させて
   そのばね定数を可変とするように構成されていることを
   特徴とするフリーディスプレーサ型スターリング冷凍
   機。
2. 【請求項２】シリンダ（16）先端のコールドヘッド（1
   7）の温度を検出する温度検出手段（32）と、該検出手
   段（32）の出力を受け、コールドヘッド温度が低くなる
   のに伴ってスプリング（23）のばね定数が高くなるよう
   にばね定数可変手段（30）を制御する制御手段（31）と
   を設けたことを特徴とする請求項（１）記載のフリーデ
   ィスプレーサ型スターリング冷凍機。
3. 【請求項３】冷凍機の運転開始からの経過時間を検出す
   る時間検出手段と、該検出手段の出力を受け、冷凍機の
   運転時間の増大に応じてスプリング（23）のばね定数が
   高くなるようにばね定数可変手段（30）を制御する制御
   手段とを設けたことを特徴とする請求項（１）記載のフ
   リーディスプレーサ型スターリング冷凍機。
4. 【請求項４】先端が閉塞されたシリンダ（16）と、該シ
   リンダ（16）内に往復動自在に嵌装され、シリンダ（1
   6）内を先端側の膨張室（21）及び基端側の作動室（2
   2）に区画形成するフリーディスプレーサ（18）と、該
   ディスプレーサ（18）を往復動可能に弾性支持する弾性
   支持手段（23）とを備え、 上記作動室（22）は所定周期で冷媒ガスを圧縮する圧縮
   機（１）に接続されており、 圧縮機（１）からの冷媒ガス圧によりディスプレーサ
   （18）を往復動させて冷媒ガスを膨張室（21）で膨張さ
   せることにより、シリンダ（16）先端のコールドヘッド
   （17）に寒冷を発生させるようにしたスターリング冷凍
   機において、 上記圧縮機（１）の駆動電源の周波数を可変とする電源
   周波数可変手段（33）と、 上記シリンダ（16）先端のコールドヘッド（17）の温度
   を検出する温度検出手段（32）と、 上記温度検出手段（32）の出力を受け、コールドヘッド
   温度が低くなるのに伴って圧縮機（１）の電源周波数が
   低くなるように上記電源周波数可変手段（33）を制御す
   る制御手段（31）とを設けたことを特徴とするフリーデ
   ィスプレーサ型スターリング冷凍機。
5. 【請求項５】先端が閉塞されたシリンダ（16）と、該シ
   リンダ（16）内に往復動自在に嵌装され、シリンダ（1
   6）内を先端側の膨張室（21）及び基端側の作動室（2
   2）に区画形成するフリーディスプレーサ（18）と、該
   ディスプレーサ（18）を往復動可能に弾性支持する弾性
   支持手段（23）とを備え、 上記作動室（22）は所定周期で冷媒ガスを圧縮する圧縮
   機（１）に接続されており、 圧縮機（１）からの冷媒ガス圧によりディスプレーサ
   （18）を往復動させて冷媒ガスを膨張室（21）で膨張さ
   せることにより、シリンダ（16）先端のコールドヘッド
   （17）に寒冷を発生させるようにしたスターリング冷凍
   機において、 上記圧縮機（１）の駆動電源の周波数を可変とする電源
   周波数可変手段（33）と、 冷凍機の運転開始からの経過時間を検出する時間検出手
   段と、 上記時間検出手段の出力を受け、冷凍機の運転時間の増
   大に応じて圧縮機（１）の電源周波数が低くなるように
   上記電源周波数可変手段（33）を制御する制御手段とを
   設けたことを特徴とするフリーディスプレーサ型スター
   リング冷凍機。