スターリングサイクル機関
【課題】組立作業効率を低下させずに小型化させることができるスターリングサイクル機関を提供する。
【解決手段】内側コア２０の一端側に掛部としてのフランジ部２０Ｂを形成し、このフランジ部２０Ｂに対応して押さえ部材としての押さえ板２６を設けると共に、シリンダ７の基端側に一体形成されたマウント２５の他側面２５Ｂと前記押さえ板２６とで、前記フランジ部２０Ｂを挟持固定して、前記シリンダ７と内側コア２０とを略同軸状に配置することにより、前記シリンダ７と内側コア２０とで熱膨張に差が生じても、不純物ガスを発生させることなく、前記シリンダ７や内側コア２０を歪ませたり、前記内側コア２０にガタつきを生じさせたりしにくくすることができるだけでなく、従来、前記内側コア２０の固定に必要であった前記シリンダ７の基端側部分を不要として、駆動機構１６の外径、ひいてはケーシング１の外径を小さくすることができる。
【解決手段】内側コア２０の一端側に掛部としてのフランジ部２０Ｂを形成し、このフランジ部２０Ｂに対応して押さえ部材としての押さえ板２６を設けると共に、シリンダ７の基端側に一体形成されたマウント２５の他側面２５Ｂと前記押さえ板２６とで、前記フランジ部２０Ｂを挟持固定して、前記シリンダ７と内側コア２０とを略同軸状に配置することにより、前記シリンダ７と内側コア２０とで熱膨張に差が生じても、不純物ガスを発生させることなく、前記シリンダ７や内側コア２０を歪ませたり、前記内側コア２０にガタつきを生じさせたりしにくくすることができるだけでなく、従来、前記内側コア２０の固定に必要であった前記シリンダ７の基端側部分を不要として、駆動機構１６の外径、ひいてはケーシング１の外径を小さくすることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フリーピストン型のスターリングサイクル機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のスターリングサイクル機関としては、円筒部と胴部から成るケーシングを設け、この胴部内に駆動機構を設けるとともに、前記ケーシング内にシリンダを設けたものがあった。そして、この種のスターリングサイクル機関は、前記シリンダ内に、前記駆動機構によって往復駆動されるピストン、及びこのピストンに連動してこのピストンと位相差をもって往復駆動するディスプレイサーを設けていた。さらに、前記駆動機構の固定子である導磁部（本願発明の内側コアに相当する）を、前記シリンダの外周に固定していた。なお、前記導磁部は強磁性体の鋼製である。また、前記駆動機構の固定子である積層コア（本願発明の外側コアに相当する）及び電磁コイルを、前記シリンダのフランジ部に固定していた。ここで、前記シリンダの材質は、一般的にはアルミニウム合金である（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許３７６９７５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このようなスターリングサイクル機関は、アルミニウム合金と鋼との熱膨張係数の差によって、前記導磁部にガタつきが生じたり、前記シリンダに歪みが生じたりする虞があった。そして、前記導磁部にガタつきが生じると、振動や騒音の原因となるばかりでなく、前記導磁部やシリンダが磨耗して故障の原因になる虞もあった。さらに、前記導磁部のガタつきを防止するため、前記導磁部を接着剤で固定することも行われていたが、組立作業性が悪化するばかりでなく、長期の使用によって接着剤からガスが発生し、特に、高性能の冷凍機では、このガスが液化したり凍結したりして性能を低下させるという問題もあった。一方、前記シリンダに歪みが生じると、このシリンダと前記ピストンの隙間が小さいので、僅かな歪みでも前記ピストンの動作障害に繋がる虞があった。さらに、前記シリンダの歪みを抑えるために、このシリンダの肉厚を厚くすると、その分、前記ケーシングの外径の増大に繋がるという問題もあった。
【０００５】
本発明は以上の問題点を解決し、組立作業効率を低下させずに小型化させることができるスターリングサイクル機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の請求項１に記載のスターリングサイクル機関は、シリンダと、このシリンダ内を往復動可能なピストンと、固定子と可動子とで構成される駆動機構とを有し、前記可動子が永久磁石を有して構成され、前記可動子が前記ピストンに固定されると共にこのピストンの外側に配置され、前記固定子が、筒状の内側コアと外側コアと電磁コイルとを有して構成され、前記内側コアが前記可動子の内側に配置されると共に、前記外側コア及び前記電磁コイルが前記可動子の外側に配置されるスターリングサイクル機関において、前記内側コアの一端側に掛部を形成し、この掛部に対応して押さえ部材を設けると共に、前記シリンダの端部と前記押さえ部材とで前記内側コアの掛部を挟持固定することで、前記シリンダと前記内側コアとを略同軸上に配置したものである。
【０００７】
また、本発明の請求項２に記載のスターリングサイクル機関は、請求項１において、前記押さえ部材を弾性部材とし、前記押さえ部材が弾性変形した状態で前記掛部に当接するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の請求項１に記載のスターリングサイクル機関は、前記シリンダと内側コアとの材質の差によって熱膨張に差が生じても、不純物ガスを発生させずに前記内側コアにガタつきや歪みを生じさせにくくすることができるばかりでなく、従来、前記内側コアの固定のために必要であった前記シリンダの基端側部分を不要として、前記駆動機構の外径、ひいては前記ケーシングの外径を小さくすることができる。
【０００９】
本発明の請求項２に記載のスターリングサイクル機関は、前記押さえ部材を弾性変形させた状態で前記掛部に当接させて、前記シリンダの端部と押さえ部材とで前記内側コアの掛部を挟持固定すれば、前記シリンダが前記内側コアよりも大きく膨張しても、前記押さえ部材で前記掛部を押さえ付け続けることができるので、前記内側コアをガタつかせないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例１を示すスターリングサイクル機関の縦断面図である。
【図２】同、スターリングサイクル機関の要部の横断面図である。
【図３】同、図１における要部の拡大断面図である。
【図４】本発明の実施例２を示すスターリングサイクル機関の要部の拡大断面図である。
【図５】同、スターリングサイクル機関の要部の横断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明における好適な実施の形態について、添付図面を参照して説明する。尚、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成の全てが、本発明の必須要件であるとは限らない。
【実施例１】
【００１２】
以下、本発明の実施例１について、添付図を参照して説明する。なお、以下の説明において、図１及び図３における上方を先端側、下方を基端側と定義する。図１乃至図３において、１は略円筒状に形成された円筒部２と、胴部３と、連結部４と、吸熱ブロック５と、ハーメチックシール６とで構成されるケーシングである。前記円筒部２、胴部３、及び連結部４は、ステンレス鋼等からなる。また、前記ハーメチックシール６は、鋼等からなる。一方、前記吸熱ブロック５は、銅等からなる。なお、前記円筒部２は両端が開放しており、その先端部２Ａの外周側に雄螺子２Ｂを形成していると共に、先端側２Ａの断面が正確に円形となるように内面を切削加工している。これによって、前記円筒部２の先端側２Ａの内面が、シリンダとして作用する。また、前記吸熱ブロック５には、前記雄螺子２Ｂに対応して、雌螺子５Ａが形成されている。そして、略リング状の前記連結部４を介して、前記円筒部２と胴部３とを鑞付け等で連結させ、前記胴部３とハーメチックシール６とを鑞付け等で連結すると共に、前記円筒部２の先端部と吸熱ブロック５とを、前記雄螺子２Ｂと雌螺子５Ａを螺合、鑞付けすることで、前記ケーシング１は構成されている。なお、前記円筒部２の開放した先端は、前記吸熱ブロック５によって封止されている。また、前記ハーメチックシール６には、後述する電源端子３８が、ガラス等によって絶縁状態で固定されている。
【００１３】
前記円筒部２の基端側の内部には、前記連結部４の内部まで延びるシリンダ７が、前記円筒部２に対して同軸状（軸線Ｚ）に挿入されて設けられている。そして、前記シリンダ７における前記胴部３側には、後述するマウント部２５及び接続用腕部３０が一体に成形されている。なお、前記シリンダ７、マウント部２５、及び接続用腕部３０は、アルミニウム合金等を用いてダイカスト等の鋳造を行った後、切削加工したものである。そして、前記シリンダ７の先端側及び前記円筒部２の先端部２Ａの内側には、中空円筒状のディスプレイサー８が軸線Ｚ方向に摺動可能に収容されている。また、前記ディスプレイサー８の先端と吸熱ブロック５との間には、膨張室Ｅが形成されている。そして、前記ディスプレイサー８の先端に装着された蓋部材９には、複数の通気孔８Ａが形成されている。これらの通気穴８Ａによって、前記ディスプレイサー８の内部と前記膨張室Ｅとが連通されている。また、前記ディスプレイサー８の基端部分にも、複数の通気孔８Ｂが形成されている。また、前記ディスプレイサー８の内部には、再生器１０が設けられている。そして、前記円筒部２内において、前記シリンダ７の内外を連通する第一の連通孔１１と第二の連通孔１２が、前記シリンダ７自体に形成されている。また、前記第一の連通孔１１と第二の連通孔１２との間において、前記円筒部２の内面と前記シリンダ７の外面との間に、排熱フィン１３が設けられている。そして、前記膨張室Ｅから、前記通気孔８Ａ、再生器１０、通気孔８Ｂ、第一の連通孔１１、排熱フィン１３、及び第二の連通孔１２を通って、前記シリンダ７内の圧縮室Ｃに至る経路１４が形成されている。更に、前記円筒部２の基端部２Ｃの内部から前記連結部４の内部にかけて、前記シリンダ７の基部側の内側には、ピストン１５の先端部が軸線Ｚ方向に摺動可能に収容されている。そして、前記ピストン１５の基端部は、駆動機構１６と同軸状（軸線Ｚ）に連結されている。なお、前記駆動機構１６は、前記ピストン１５の基端に、接続体１５Ａによって接続されていると共に、前記ピストン１５の基端側の外周に同軸状に延設された短筒状の枠１７と、この枠１７の一端に固定された円筒状の永久磁石１８と、この永久磁石１８の外周に近接して設けられた環状の電磁コイル１９と、前記永久磁石１８の内周に近接して設けられた内側コア２０とで構成されている。
【００１４】
前記シリンダ７の基端側には、延設部７Ａが軸線Ｚ方向に延設して形成されている。また、前記内側コア２０の先端部の内側には、前記延設部７Ａに対応して、段差部２０Ａが形成されている。そして、前記延設部７Ａと段差部２０Ａとによって、前記内側コア２０が前記シリンダ７に対し位置決めされている。
【００１５】
また、前記接続体１５Ａには、前記ピストン１５の動作を制御するための、複数の第一の板バネ２１が接続されている。さらに、前記ディスプレイサー８の基端側には、このディスプレイサー８の動作を制御するためのロッド２２の一端が接続されていると共に、このロッド２２の他端には、前記第二の板バネ２３が接続されている。なお、前記ロッド２２は、前記ピストン１５を貫通して延びている。また、前記各板バネ２１，２３は、前記胴部３内において、前記内側コア２０の基端部よりも基端側に配置されていると共に、前記第一の板バネ２１よりも、前記第二の板バネ２３の方が基端側に配置されている。なお、前記電磁コイル１９の周囲には、外側コア２４が設けられている。この外側コア２４は、適宜形状の電磁鋼板を複数枚積層することで形成されている。一方、前記内側コア２０は、絶縁体（例えば合成樹脂等）で予め被覆された強磁性体である鉄粉を適宜形状に成形した後、焼結して形成したものである。なお、前記外側コア２４を、前記内側コア２０と同様の手法で構成しても良い。そして、前記駆動機構１６は、前記電磁コイル１９、内側コア２０及び外側コア２４によって構成される固定子１６Ａと、前記枠１７と永久磁石１８によって構成される可動子１６Ｂを有する。
【００１６】
また、前記シリンダ７の基端部に、フランジ状のマウント２５が前記シリンダ７と一体且つ同軸状に突出形成されている。このマウント２５は、その先端側の一側面２５Ａが前記連結部４の取付部４Ａに当接し、この取付部４Ａに螺子止めされるように構成されている。一方、前記マウント２５の基端側の他側面２５Ｂには、前記延設部７Ａの周囲に、環状の凹溝２５Ｃが形成されている。そして、この凹溝２５Ｃに、前記内側コア２０の先端部の外側に形成された掛部としてのフランジ部２０Ｂが、軸線Ｚ方向に挿入可能となっている。なお、前記フランジ部２０Ｂの軸線Ｚ方向の厚さ寸法Ｌ１は、前記凹溝２５Ｃの軸線Ｚ方向の深さ寸法Ｌ２よりも、僅かに大きく形成されている（Ｌ１＞Ｌ２）。このため、前記凹溝２５Ｃに挿入された前記フランジ部２０Ｂは、前記他側面２５Ｂよりも軸線Ｚ方向の基端側に僅かに突出する。また、前記他側面２５Ｂにおける凹溝２５Ｃの外側には、前記シリンダ７及び内側コア２０とほぼ同軸状に配置されたリング状の押さえ部材としての押さえ板２６がビス２７により螺子止めされている。そして、前記押さえ板２６の内径Ｄ１は、前記凹溝２５Ｃの外径Ｄ２及びフランジ部２０Ｂの外径Ｄ３より小さく（Ｄ１＜Ｄ２，Ｄ１＜Ｄ３）、且つ前記内側コア２０の外径Ｄ４より僅かに大きく形成されている（Ｄ１＞Ｄ４）。ここで、前記押さえ板２６は、ばね鋼やステンレス鋼等の弾性部材から形成されている。また、前記外側コア２４の基端側には、固定リング２８が当接しており、この固定リング２８と前記マウント２５とで前記外側コア２４を挟持し、ビス２９で締め付けることによって、前記外側コア２４及び電磁コイル１９が前記マウント２５に固定される。更に、前記マウント２５の他側面２５Ｂから、複数の接続用腕部３０が前記シリンダ７の軸線Ｚ方向と略平行に突設されている。なお、前記接続用腕部３０は、その基端３０Ａにおいて前記マウント２５と一体に形成されている。また、前記接続用腕部３０の先端面３０Ｂは、前記シリンダ７の軸線Ｚ方向と直交するように同一面上に形成されており、この先端面３０Ｂに雌螺子を有する螺子孔３０Ｃが前記シリンダ７の軸線Ｚ方向と平行に形成されている。そして、このように前記シリンダ７に対してマウント２５及び接続用腕部３０が一体に形成されていることで、これらシリンダ７、マウント２５及び接続用腕部３０の精度を高めることができる。
【００１７】
前記接続用腕部３０の先端面３０Ｂには、前記第一の板バネ２１が当接する。この第一の板バネ２１は、前記先端面３０Ｂに当接した状態で、前記接続用腕部３０とスペーサー３１との間で挟持される。なお、前記スペーサー３１は、その本体３１Ａが正六角柱状に形成されており、その一端に前記螺子孔３０Ｃの雌螺子と螺合する雄螺子３１Ｂが前記本体３１Ａと同軸に形成されていると共に、その他端に雄螺子３１Ｃが前記本体３１Ａと同軸に形成されている。そして、前記第一の板バネ２１の外周部に形成された螺子孔２１Ａを介して、前記スペーサー３１の一端の雄螺子３１Ｂを、前記接続用腕部３０の螺子孔３０Ｃの雌螺子と螺合させることで、前記第一の板バネ２１が前記接続用腕部３０とスペーサー３１との間で挟持される。このとき、前記スペーサー３１の本体３１Ａが正六角柱状に形成されているので、スパナ等で締め付けることで簡単に前記接続用腕部３０に取り付けられる。また、複数の前記先端面３０Ｂが前記シリンダ７の軸線Ｚ方向と直交するように同一面上に形成されているため、これらの先端面３０Ｂに当接する前記第一の板バネ２１も、前記シリンダ７の軸線Ｚ方向に対して直交することになる。
【００１８】
更に、前記スペーサー３１を複数の前記接続用腕部３０にそれぞれ取り付けた状態において、前記第二の板バネ２３の外周部に形成された螺子孔２３Ａを介して、前記スペーサー３１の雄螺子３１Ｃにナット３２を螺合させることで、前記第二の板バネ２３が前記スペーサー３１に固定される。そして、このように前記接続用腕部３０に対してスペーサー３１を取り付けることで、前記第一の板バネ２１を挟持すると共に、前記スペーサー３１に前記第二の板バネ２３を取り付けるように構成することで、独立した前記第一の板バネ２１及び第二の板バネ２３を前記シリンダ７に対して簡単に固定することができるばかりでなく、これらの板バネ２１，２３が共通の前記接続用腕部３０に対して取り付けられることで、前記第一の板バネ２１及び第二の板バネ２３の固定のための構造を単純化することができ、スターリングサイクル機関全体を小型化することができる。また、前記接続用腕部３０の先端面３０Ｂに雌螺子を有する螺子孔３０Ｃを形成し、この螺子孔３０Ｃと螺合する雄螺子３１Ｂを前記スペーサー３１に形成したことで、前記第一の板バネ２１と第二の板バネ２３を順次固定してゆくことができるので、これら第一の板バネ２１及び第二の板バネ２３をより簡単に前記シリンダ７に対して固定することができる。
【００１９】
なお、図中３３は、前記ケーシング１の他端に設けた振動吸収ユニットであり、前記シリンダ７の軸線Ｚ上に配置された連結部３３Ａを介して同軸状に複数の板バネ３４とバランスウエイト３５が重なるように配置されている。また、図中３６は、前記駆動機構１６に電力を供給する電源コネクタであり、３７は電源コードである。そして、前記電源コネクタ３６は、前記ハーメチックシール６に絶縁状態で固定された電源端子３８に接続される。さらに、図中３９は、前記排熱フィン１３から前記円筒部２を介して移動した熱を外部へ排出するための、円筒形状の排熱部材である。また、図中４０は、前記経路１４と背部空間とを隔離するためのＯリングである。
【００２０】
次に、本実施例のスターリングサイクル機関の製造工程について説明する。まず、前記円筒部２と連結部４と吸熱ブロック５とを接続することで、予め一体化しておく。また、前記胴部３とハーメチックシール６とを接続することで、予め一体化しておく。そして、前記シリンダ７は、前記マウント２５の一側面２５Ａを前記連結部４の取付部４Ａに当接させてこの取付部４Ａに対して螺子止めすることで、前記ケーシング１に対して固定される。この際、前記シリンダ７の外面が、前記円筒部２の基端部２Ｃの内面に案内されて挿入されることで、前記シリンダ７を円筒部２に対して同軸に配置することができる。また、前記延設部７Ａと段差部２０Ａによって、前記シリンダ７に対し前記内側コア２０を位置決めした状態で、前記フランジ部２０Ｂを前記凹溝２５Ｃに挿入し、前記マウント２５の他側面２５Ｂに前記押さえ板２６をビス２７により螺子止めし、前記凹溝２５Ｃと押さえ板２６との間で前記フランジ部２０Ｂを軸線Ｚ方向に挟持して固定する。また、前記シリンダ７と一体に形成されたマウント２５に対して、前記固定リング２８及びビス２９によって、前記電磁コイル１９及び外側コア２４を固定する。このようにして、前記駆動機構１６の固定子１６Ａが前記シリンダ７に固定される。また、前記永久磁石１８がインサート成形された前記枠１７を前記ピストン１５の基端と前記接続体１５Ａとで挟持することで、前記駆動機構１６の可動子１６Ｂが前記ピストン１５に固定される。更に、前記シリンダ７内に前記ディスプレイサー８、ピストン１５等を組み込み、このピストン１５の基端の接続体１５Ａに取り付けられた前記第一の板バネ２１を前記接続用腕部３０とスペーサー３１との間で挟持して固定すると共に、前記ディスプレイサー８に接続されたロッド２２の基端に接続された前記第二の板バネ２３を前記スペーサー３１の他端に固定する。その後に、前記胴部３と連結部４とを接続することで一体化し、予め組み立てられた前記振動吸収ユニット３３を前記胴部３に取り付ける。
【００２１】
次に、本実施例の作用について説明する。前記構成により、前記電磁コイル１９に交流電流を流すと、この電磁コイル１９から交番磁界が発生して前記外側コア２４で集中し、この交番磁界によって、前記永久磁石１８を軸線Ｚ方向に往復動させる力が生じる。この力によって、前記永久磁石１８が固定された枠１７に接続された前記ピストン１５が、前記シリンダ７内を軸線Ｚ方向に往復動する。前記ピストン１５が前記ディスプレイサー８に近付く方向に移動すると、前記ピストン１５とディスプレイサー８との間に形成された圧縮室Ｃ内の気体が圧縮されて、前記第二の連通孔１２、排熱フィン１３、第一の連通孔１１、通気孔８Ｂ、再生器１０、及び通気孔８Ａを通って、前記吸熱ブロック５内の膨張室Ｅに至ることで、前記ディスプレイサー８が前記ピストン１５に近付く方向に所定の位相差をもって押し下げられる。一方、前記ピストン１５が前記ディスプレイサー８から遠ざかる方向に移動すると、前記圧縮室Ｃの内部が負圧となり、前記膨張室Ｅ内の気体が、前記通気孔８Ａ、再生器１０、通気孔８Ｂ、第一の連通孔１１、吸熱フィン１３、及び第二の連通孔１２を通って、前記圧縮室Ｃに還流することで、前記ディスプレイサー８が前記ピストン１５から遠ざかる方向に所定の位相差をもって押し上げられる。このような工程中において、二つの等温変化と等体積変化とからなる可逆サイクルが行われることによって、前記膨張室Ｅの近傍は低温となり、一方、前記圧縮室Ｃの近傍は高温となる。そして、このように前記ピストン１５及びディスプレイサー８が往復動すると、前記振動吸収ユニット３３で振動が吸収されるとはいえ、僅かな振動が残る可能性があるが、前述した通り、前記シリンダ７とマウント２５と接続用腕部３０とが一体に形成されていることによって、振動によってこれらシリンダ７とマウント２５と接続用腕部３０の結合が緩むなどということが起こり得ず、長期に渡って強度及び精度が保たれる。
【００２２】
また、前記フランジ部２０Ｂの軸線Ｚ方向の厚さ寸法Ｌ１が、前記凹溝２５Ｃの軸線Ｚ方向の深さ寸法Ｌ２より僅かに大きく形成され（Ｌ１＞Ｌ２）ることで、前記凹溝２５Ｃに挿入された前記フランジ部２０Ｂが、前記マウント２５の他側面２５Ｂより僅かに突出し、前記押さえ板２６を前記マウント２５の他側面２５Ｂに前記ビス２７により螺子止めした場合に、前記押さえ板２６の内周側が前記フランジ部２０Ｂに押されて前記他側面２５Ｂから離れる方向に弾性変形する。このため、前記フランジ部２０Ｂには、前記押さえ板２６により、前記凹溝２５Ｃへ軸線Ｚ方向に押し付けようとする弾性復元力Ｆが付与される。
【００２３】
このように、前記内側コア２０が、前記マウント２５の基端に前記押さえ板２６の弾性力によって保持されることで、前記シリンダ７及びマウント２５が前記内側コア２０よりも大きく膨張しても、前記押さえ板２６で前記フランジ部２０Ｂを押さえ付け続けることができるので、前記シリンダ７や内側コア２０を歪ませたり、前記内側コア２０をガタつかせたりしないようにすることができる。また、前記内側コア２０が、前記マウント２５の基端に前記押さえ板２６の弾性力によって保持されることで、経時変化によって不純物ガスが発生することもない。また、前記内側コア２０とピストン１５とが隣接することで、前記内側コア２０とピストン１５との間から前記シリンダ７を排除した構成とすることができるので、前記駆動機構１６、ひいては前記ケーシング１の外径寸法の増加を抑えることができる。更に、前記延設部７Ａの厚さ寸法よりも前記段差部２０Ａの深さ寸法を極僅かに小さくすることによって、前記シリンダ７の内径よりも前記内側コア２０の内径を極僅かに大きくする程度に抑えることができるので、前記内側コア２０の外径を小さくして、前記駆動機構１６、ひいては前記ケーシング１の外径を小さくすることができる。
【００２４】
以上のように、本実施例のスターリングサイクル機関は、シリンダ７内を往復動可能なピストン１５と、固定子１６Ａと可動子１６Ｂとで構成される駆動機構１６とを有し、前記可動子１６Ｂが永久磁石１８を有して構成され、前記可動子１６Ｂが前記ピストン１５に固定されると共にこのピストン１５の外側に配置され、前記固定子１６Ａが、筒状の内側コア２０と外側コア２４と電磁コイル１９とを有して構成され、前記内側コア２０が前記可動子１６Ｂの内側に配置されると共に前記外側コア２４及び前記電磁コイル１９が前記永久磁石１８の外側に配置されるスターリングサイクル機関において、前記内側コア２０の一端側に掛部であるフランジ部２０Ｂを形成し、このフランジ部２０Ｂに対応して押さえ部材である押さえ板２６を設けると共に、前記シリンダ７の端部である前記フランジ部２５の他側面２５Ｂと前記押さえ板２６とで、前記導磁部２０のフランジ部２０Ｂを挟持固定することで、前記シリンダ７と前記内側コア２０とを略同軸上に配置している。
【００２５】
この場合、前記シリンダ７と内側コア２０との材質の差によって熱膨張に差が生じても、不純物ガスを発生させることなく、前記シリンダ７や内側コア２０を歪ませたり前記内側コア２０にガタつきを生じさせたりしにくくすることができるだけでなく、従来、前記内側コア２０の固定のために必要であったシリンダ７の基端側部分を不要として、前記駆動機構１６の外径、ひいては前記ケーシング１の外径を小さくすることができる。
【００２６】
また、本実施例のスターリングサイクル機関は、前記押さえ板２６を弾性部材とし、この押さえ板２６が弾性変形した状態で前記フランジ部２０Ｂに当接するものとすることにより、前記シリンダ７と一体形成された前記マウント２５の他側面２５Ｂと押さえ板２６とで前記内側コア２０のフランジ部２０Ｂを挟持固定すれば、前記シリンダ７やマウント２５が前記内側コア２０よりも大きく膨張しても、前記押さえ板２６で前記フランジ部２０Ｂを押さえ付け続けて、前記内側コア２０をガタつかせないようにすることができる。
【実施例２】
【００２７】
本発明の実施例２について、図４及び図５を参照して説明する。なお、実施例１と同様に、図４における上方を先端側、下方を基端側と定義する。この実施例２は、シリンダ４１と内側コア４２と押さえ部材としての押さえ板４３以外は、実施例１と共通する。前記シリンダ４１の基端側には、延設部４１Ａが軸線Ｚ方向に延設して形成されている。また、前記内側コア４２の先端部の内側には、前記延設部４１Ａに対応して、段差部４２Ａが形成されている。そして、前記延設部４１Ａと段差部４２Ａとによって、前記内側コア４２が前記シリンダ４１に対し位置決めされている。また、前記シリンダ４１の基端部に、フランジ状のマウント４４が前記シリンダ４１と一体且つ同軸状に突出形成されている。このマウント４４は、その先端側の一側面４４Ａが、ケーシング１を構成する連結部４の取付部４Ａに当接し、この取付部４Ａに螺子止めされるように構成されている。一方、前記マウント４４の基端側の他側面４４Ｂには、前記延設部４１Ａの周囲に、環状の凹溝４４Ｃが形成されている。そして、この凹溝４４Ｃに、前記内側コア４２の先端部４２Ｂが、軸線Ｚ方向に挿入可能となっている。また、前記内側コア４２の先端側の外周には、掛部としての凹溝４５が形成されている。なお、前記内側コア４２の先端から前記凹溝４５の先端側壁４５Ａまでの軸線Ｚ方向の寸法Ｍ１は、前記凹溝４４Ｃの軸線Ｚ方向の深さ寸法Ｍ２よりも、僅かに大きく形成されている（Ｍ１＞Ｍ２）。このため、前記凹溝４４Ｃに前記内側コア４２の先端部４２Ｂが挿入された状態では、前記内側コア４２の凹溝４５の先端側壁４５Ａは、前記他側面４４Ｂよりも軸線Ｚ方向の基端側に僅かに突出する。また、前記他側面４４Ｂにおける前記凹溝４４Ｃの基端側には、前記シリンダ４１及び内側コア４２と同軸状に配置されたリング状の前記押さえ板４３が、ビス２７により螺子止めされている。そして、前記押さえ板４３の内径Ｎ１は、前記凹溝４４Ｃの外径Ｎ２及び前記内側コア４２の先端部４２Ｂの外径Ｎ３より小さく（Ｎ１＜Ｎ２，Ｎ１＜Ｎ３）、且つ前記凹溝４５の内径Ｎ４とほぼ等しく形成されている（Ｎ１＝Ｎ４）。ここで、前記押さえ板４３は、ばね鋼やステンレス鋼等の弾性部材から形成されていると共に、複数に分割可能に形成されている。
【００２８】
そして、前記延設部４１Ａと段差部４２Ａによって、前記シリンダ４１に対し前記内側コア４２を位置決めした状態で、前記先端部４２Ｂを前記凹溝４４Ｃに挿入し、更に、分割された前記押さえ板４３の内周部分を前記凹溝４５に挿入した状態で、前記押さえ板４３を前記ビス２７により螺子止めし、前記凹溝４４Ｃと押さえ板４３との間で前記内側コア４２の先端から前記凹溝４５の先端側壁４５Ａまでを軸線Ｚ方向に挟持して固定する。
【００２９】
このように、前記内側コア４２の先端から前記凹溝４５の先端側壁４５Ａまでの軸線Ｚ方向の寸法Ｍ１が、前記凹溝４４Ｃの軸線Ｚ方向の深さ寸法Ｍ２より僅かに大きく形成され（Ｍ１＞Ｍ２）ることで、前記凹溝４４Ｃに前記内側コア４２の先端部４２Ｂが挿入された状態では、前記内側コア４２の凹溝４５の先端側壁４５Ａが、前記他側面４４Ｂより僅かに突出するため、複数の前記押さえ板４３を前記マウント４４の他側面４４Ｂに前記ビス２７により螺子止めした場合に、複数の前記押さえ板４３の内周側が前記凹溝４５の先端側壁４５Ａに押されて前記他側面４４Ｂから離れる方向に弾性変形する。このため、前記凹溝４５の先端側壁４５Ａには、複数の前記押さえ板４３により、前記凹溝４４Ｃへ軸線Ｚ方向に押し付けようとする弾性復元力Ｆが付与される。
【００３０】
このように、前記内側コア４２が、前記マウント４４の基端に複数の前記押さえ板４３の弾性力によって保持されることで、前記シリンダ４１及びマウント４４が前記内側コア４２よりも大きく膨張しても、複数の前記押さえ板４３で前記凹溝４５の先端側壁４５Ａを押さえ付け続けることができるので、前記シリンダ４１や内側コア４２を歪ませたり、前記内側コア４２をガタつかせたりしないようにすることができる。また、前記内側コア４２が、前記マウント４４の基端に複数の前記押さえ板４３の弾性力によって保持されることで、経時変化によって不純物ガスが発生することもない。また、前記内側コア４２とピストン１５とが隣接することで、前記内側コア４２とピストン１５との間から前記シリンダ４１を排除した構成とすることができるので、駆動機構１６、ひいては前記ケーシング１の外径寸法の増加を抑えることができる。更に、前記延設部４１Ａの厚さ寸法よりも前記段差部４２Ａの深さ寸法を極僅かに小さくすることによって、前記シリンダ４１の内径よりも前記内側コア２０の内径を極僅かに大きくする程度に抑えることができるので、前記内側コア４２の外径を小さくして、前記駆動機構１６、ひいては前記ケーシング１の外径を小さくすることができる。
【００３１】
以上のように、本実施例のスターリングサイクル機関は、シリンダ４１内を往復動可能なピストン１５と、固定子１６Ａと可動子１６Ｂとで構成される駆動機構１６とを有し、前記可動子１６Ｂが永久磁石１８を有して構成され、前記可動子１６Ｂが前記ピストン１５に固定されると共にこのピストン１５の外側に配置され、前記固定子１６Ａが、筒状の内側コア４２と外側コア２４と電磁コイル１９とを有して構成され、前記内側コア４２が前記可動子１６Ｂの内側に配置されると共に前記外側コア２４及び前記電磁コイル１９が前記永久磁石１８の外側に配置されるスターリングサイクル機関において、前記内側コア４２の一端側に掛部である凹溝４５を形成し、この凹溝４５に対応して押さえ部材である押さえ板４３を複数設けると共に、前記シリンダ４１の端部である前記フランジ部４４の他側面４４Ｂと複数の前記押さえ板４３とで、前記内側コア４２の先端から前記凹溝４５の先端側壁４５Ａまでを挟持固定することで、前記シリンダ４１と前記内側コア４２とを略同軸上に配置している。
【００３２】
この場合、前記シリンダ４１と内側コア４２との材質の差によって熱膨張に差が生じても、不純物ガスを発生させることなく、前記シリンダ４１や内側コア４２を歪ませたり前記内側コア４２にガタつきを生じさせたりしにくくすることができるだけでなく、従来、前記内側コア４２の固定のために必要であったシリンダ４１の基端側部分を不要として、前記駆動機構１６の外径、ひいては前記ケーシング１の外径を小さくすることができる。
【００３３】
また、本実施例のスターリングサイクル機関は、複数の前記押さえ板４３を弾性部材とし、これらの押さえ板４３が弾性変形した状態で前記凹溝４５の先端側壁４５Ａに当接するものとすることにより、前記シリンダ４１と一体形成された前記マウント４４の他側面４４Ｂと複数の押さえ板４３とで前記内側コア４２の先端から前記凹溝４５の先端側壁４５Ａまでを挟持固定すれば、前記シリンダ７やマウント４４が前記内側コア４２よりも大きく膨張しても、複数の前記押さえ板４３で前記凹溝４５の先端側壁４５Ａを押さえ付け続けて、前記内側コア４２をガタつかせないようにすることができる。
【００３４】
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において、種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施例においては、掛部と押さえ部材を何れも環状に形成したが、要は、シリンダの基端側と押さえ部材とで掛部を挟持できればよいので、掛部と押さえ部材が環状に形成されなくても良い。
【符号の説明】
【００３５】
７，４１ シリンダ
１５ ピストン
１６ 駆動機構
１６Ａ 固定子
１６Ｂ 可動子
１８ 永久磁石
１９ 電磁コイル
２０，４２ 内側コア
２０Ｂ フランジ部（掛部）
２４ 外側コア
２６，４３ 押さえ板（押さえ部材）
４５ 凹溝（掛部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フリーピストン型のスターリングサイクル機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のスターリングサイクル機関としては、円筒部と胴部から成るケーシングを設け、この胴部内に駆動機構を設けるとともに、前記ケーシング内にシリンダを設けたものがあった。そして、この種のスターリングサイクル機関は、前記シリンダ内に、前記駆動機構によって往復駆動されるピストン、及びこのピストンに連動してこのピストンと位相差をもって往復駆動するディスプレイサーを設けていた。さらに、前記駆動機構の固定子である導磁部（本願発明の内側コアに相当する）を、前記シリンダの外周に固定していた。なお、前記導磁部は強磁性体の鋼製である。また、前記駆動機構の固定子である積層コア（本願発明の外側コアに相当する）及び電磁コイルを、前記シリンダのフランジ部に固定していた。ここで、前記シリンダの材質は、一般的にはアルミニウム合金である（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許３７６９７５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このようなスターリングサイクル機関は、アルミニウム合金と鋼との熱膨張係数の差によって、前記導磁部にガタつきが生じたり、前記シリンダに歪みが生じたりする虞があった。そして、前記導磁部にガタつきが生じると、振動や騒音の原因となるばかりでなく、前記導磁部やシリンダが磨耗して故障の原因になる虞もあった。さらに、前記導磁部のガタつきを防止するため、前記導磁部を接着剤で固定することも行われていたが、組立作業性が悪化するばかりでなく、長期の使用によって接着剤からガスが発生し、特に、高性能の冷凍機では、このガスが液化したり凍結したりして性能を低下させるという問題もあった。一方、前記シリンダに歪みが生じると、このシリンダと前記ピストンの隙間が小さいので、僅かな歪みでも前記ピストンの動作障害に繋がる虞があった。さらに、前記シリンダの歪みを抑えるために、このシリンダの肉厚を厚くすると、その分、前記ケーシングの外径の増大に繋がるという問題もあった。
【０００５】
本発明は以上の問題点を解決し、組立作業効率を低下させずに小型化させることができるスターリングサイクル機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の請求項１に記載のスターリングサイクル機関は、シリンダと、このシリンダ内を往復動可能なピストンと、固定子と可動子とで構成される駆動機構とを有し、前記可動子が永久磁石を有して構成され、前記可動子が前記ピストンに固定されると共にこのピストンの外側に配置され、前記固定子が、筒状の内側コアと外側コアと電磁コイルとを有して構成され、前記内側コアが前記可動子の内側に配置されると共に、前記外側コア及び前記電磁コイルが前記可動子の外側に配置されるスターリングサイクル機関において、前記内側コアの一端側に掛部を形成し、この掛部に対応して押さえ部材を設けると共に、前記シリンダの端部と前記押さえ部材とで前記内側コアの掛部を挟持固定することで、前記シリンダと前記内側コアとを略同軸上に配置したものである。
【０００７】
また、本発明の請求項２に記載のスターリングサイクル機関は、請求項１において、前記押さえ部材を弾性部材とし、前記押さえ部材が弾性変形した状態で前記掛部に当接するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の請求項１に記載のスターリングサイクル機関は、前記シリンダと内側コアとの材質の差によって熱膨張に差が生じても、不純物ガスを発生させずに前記内側コアにガタつきや歪みを生じさせにくくすることができるばかりでなく、従来、前記内側コアの固定のために必要であった前記シリンダの基端側部分を不要として、前記駆動機構の外径、ひいては前記ケーシングの外径を小さくすることができる。
【０００９】
本発明の請求項２に記載のスターリングサイクル機関は、前記押さえ部材を弾性変形させた状態で前記掛部に当接させて、前記シリンダの端部と押さえ部材とで前記内側コアの掛部を挟持固定すれば、前記シリンダが前記内側コアよりも大きく膨張しても、前記押さえ部材で前記掛部を押さえ付け続けることができるので、前記内側コアをガタつかせないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例１を示すスターリングサイクル機関の縦断面図である。
【図２】同、スターリングサイクル機関の要部の横断面図である。
【図３】同、図１における要部の拡大断面図である。
【図４】本発明の実施例２を示すスターリングサイクル機関の要部の拡大断面図である。
【図５】同、スターリングサイクル機関の要部の横断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明における好適な実施の形態について、添付図面を参照して説明する。尚、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成の全てが、本発明の必須要件であるとは限らない。
【実施例１】
【００１２】
以下、本発明の実施例１について、添付図を参照して説明する。なお、以下の説明において、図１及び図３における上方を先端側、下方を基端側と定義する。図１乃至図３において、１は略円筒状に形成された円筒部２と、胴部３と、連結部４と、吸熱ブロック５と、ハーメチックシール６とで構成されるケーシングである。前記円筒部２、胴部３、及び連結部４は、ステンレス鋼等からなる。また、前記ハーメチックシール６は、鋼等からなる。一方、前記吸熱ブロック５は、銅等からなる。なお、前記円筒部２は両端が開放しており、その先端部２Ａの外周側に雄螺子２Ｂを形成していると共に、先端側２Ａの断面が正確に円形となるように内面を切削加工している。これによって、前記円筒部２の先端側２Ａの内面が、シリンダとして作用する。また、前記吸熱ブロック５には、前記雄螺子２Ｂに対応して、雌螺子５Ａが形成されている。そして、略リング状の前記連結部４を介して、前記円筒部２と胴部３とを鑞付け等で連結させ、前記胴部３とハーメチックシール６とを鑞付け等で連結すると共に、前記円筒部２の先端部と吸熱ブロック５とを、前記雄螺子２Ｂと雌螺子５Ａを螺合、鑞付けすることで、前記ケーシング１は構成されている。なお、前記円筒部２の開放した先端は、前記吸熱ブロック５によって封止されている。また、前記ハーメチックシール６には、後述する電源端子３８が、ガラス等によって絶縁状態で固定されている。
【００１３】
前記円筒部２の基端側の内部には、前記連結部４の内部まで延びるシリンダ７が、前記円筒部２に対して同軸状（軸線Ｚ）に挿入されて設けられている。そして、前記シリンダ７における前記胴部３側には、後述するマウント部２５及び接続用腕部３０が一体に成形されている。なお、前記シリンダ７、マウント部２５、及び接続用腕部３０は、アルミニウム合金等を用いてダイカスト等の鋳造を行った後、切削加工したものである。そして、前記シリンダ７の先端側及び前記円筒部２の先端部２Ａの内側には、中空円筒状のディスプレイサー８が軸線Ｚ方向に摺動可能に収容されている。また、前記ディスプレイサー８の先端と吸熱ブロック５との間には、膨張室Ｅが形成されている。そして、前記ディスプレイサー８の先端に装着された蓋部材９には、複数の通気孔８Ａが形成されている。これらの通気穴８Ａによって、前記ディスプレイサー８の内部と前記膨張室Ｅとが連通されている。また、前記ディスプレイサー８の基端部分にも、複数の通気孔８Ｂが形成されている。また、前記ディスプレイサー８の内部には、再生器１０が設けられている。そして、前記円筒部２内において、前記シリンダ７の内外を連通する第一の連通孔１１と第二の連通孔１２が、前記シリンダ７自体に形成されている。また、前記第一の連通孔１１と第二の連通孔１２との間において、前記円筒部２の内面と前記シリンダ７の外面との間に、排熱フィン１３が設けられている。そして、前記膨張室Ｅから、前記通気孔８Ａ、再生器１０、通気孔８Ｂ、第一の連通孔１１、排熱フィン１３、及び第二の連通孔１２を通って、前記シリンダ７内の圧縮室Ｃに至る経路１４が形成されている。更に、前記円筒部２の基端部２Ｃの内部から前記連結部４の内部にかけて、前記シリンダ７の基部側の内側には、ピストン１５の先端部が軸線Ｚ方向に摺動可能に収容されている。そして、前記ピストン１５の基端部は、駆動機構１６と同軸状（軸線Ｚ）に連結されている。なお、前記駆動機構１６は、前記ピストン１５の基端に、接続体１５Ａによって接続されていると共に、前記ピストン１５の基端側の外周に同軸状に延設された短筒状の枠１７と、この枠１７の一端に固定された円筒状の永久磁石１８と、この永久磁石１８の外周に近接して設けられた環状の電磁コイル１９と、前記永久磁石１８の内周に近接して設けられた内側コア２０とで構成されている。
【００１４】
前記シリンダ７の基端側には、延設部７Ａが軸線Ｚ方向に延設して形成されている。また、前記内側コア２０の先端部の内側には、前記延設部７Ａに対応して、段差部２０Ａが形成されている。そして、前記延設部７Ａと段差部２０Ａとによって、前記内側コア２０が前記シリンダ７に対し位置決めされている。
【００１５】
また、前記接続体１５Ａには、前記ピストン１５の動作を制御するための、複数の第一の板バネ２１が接続されている。さらに、前記ディスプレイサー８の基端側には、このディスプレイサー８の動作を制御するためのロッド２２の一端が接続されていると共に、このロッド２２の他端には、前記第二の板バネ２３が接続されている。なお、前記ロッド２２は、前記ピストン１５を貫通して延びている。また、前記各板バネ２１，２３は、前記胴部３内において、前記内側コア２０の基端部よりも基端側に配置されていると共に、前記第一の板バネ２１よりも、前記第二の板バネ２３の方が基端側に配置されている。なお、前記電磁コイル１９の周囲には、外側コア２４が設けられている。この外側コア２４は、適宜形状の電磁鋼板を複数枚積層することで形成されている。一方、前記内側コア２０は、絶縁体（例えば合成樹脂等）で予め被覆された強磁性体である鉄粉を適宜形状に成形した後、焼結して形成したものである。なお、前記外側コア２４を、前記内側コア２０と同様の手法で構成しても良い。そして、前記駆動機構１６は、前記電磁コイル１９、内側コア２０及び外側コア２４によって構成される固定子１６Ａと、前記枠１７と永久磁石１８によって構成される可動子１６Ｂを有する。
【００１６】
また、前記シリンダ７の基端部に、フランジ状のマウント２５が前記シリンダ７と一体且つ同軸状に突出形成されている。このマウント２５は、その先端側の一側面２５Ａが前記連結部４の取付部４Ａに当接し、この取付部４Ａに螺子止めされるように構成されている。一方、前記マウント２５の基端側の他側面２５Ｂには、前記延設部７Ａの周囲に、環状の凹溝２５Ｃが形成されている。そして、この凹溝２５Ｃに、前記内側コア２０の先端部の外側に形成された掛部としてのフランジ部２０Ｂが、軸線Ｚ方向に挿入可能となっている。なお、前記フランジ部２０Ｂの軸線Ｚ方向の厚さ寸法Ｌ１は、前記凹溝２５Ｃの軸線Ｚ方向の深さ寸法Ｌ２よりも、僅かに大きく形成されている（Ｌ１＞Ｌ２）。このため、前記凹溝２５Ｃに挿入された前記フランジ部２０Ｂは、前記他側面２５Ｂよりも軸線Ｚ方向の基端側に僅かに突出する。また、前記他側面２５Ｂにおける凹溝２５Ｃの外側には、前記シリンダ７及び内側コア２０とほぼ同軸状に配置されたリング状の押さえ部材としての押さえ板２６がビス２７により螺子止めされている。そして、前記押さえ板２６の内径Ｄ１は、前記凹溝２５Ｃの外径Ｄ２及びフランジ部２０Ｂの外径Ｄ３より小さく（Ｄ１＜Ｄ２，Ｄ１＜Ｄ３）、且つ前記内側コア２０の外径Ｄ４より僅かに大きく形成されている（Ｄ１＞Ｄ４）。ここで、前記押さえ板２６は、ばね鋼やステンレス鋼等の弾性部材から形成されている。また、前記外側コア２４の基端側には、固定リング２８が当接しており、この固定リング２８と前記マウント２５とで前記外側コア２４を挟持し、ビス２９で締め付けることによって、前記外側コア２４及び電磁コイル１９が前記マウント２５に固定される。更に、前記マウント２５の他側面２５Ｂから、複数の接続用腕部３０が前記シリンダ７の軸線Ｚ方向と略平行に突設されている。なお、前記接続用腕部３０は、その基端３０Ａにおいて前記マウント２５と一体に形成されている。また、前記接続用腕部３０の先端面３０Ｂは、前記シリンダ７の軸線Ｚ方向と直交するように同一面上に形成されており、この先端面３０Ｂに雌螺子を有する螺子孔３０Ｃが前記シリンダ７の軸線Ｚ方向と平行に形成されている。そして、このように前記シリンダ７に対してマウント２５及び接続用腕部３０が一体に形成されていることで、これらシリンダ７、マウント２５及び接続用腕部３０の精度を高めることができる。
【００１７】
前記接続用腕部３０の先端面３０Ｂには、前記第一の板バネ２１が当接する。この第一の板バネ２１は、前記先端面３０Ｂに当接した状態で、前記接続用腕部３０とスペーサー３１との間で挟持される。なお、前記スペーサー３１は、その本体３１Ａが正六角柱状に形成されており、その一端に前記螺子孔３０Ｃの雌螺子と螺合する雄螺子３１Ｂが前記本体３１Ａと同軸に形成されていると共に、その他端に雄螺子３１Ｃが前記本体３１Ａと同軸に形成されている。そして、前記第一の板バネ２１の外周部に形成された螺子孔２１Ａを介して、前記スペーサー３１の一端の雄螺子３１Ｂを、前記接続用腕部３０の螺子孔３０Ｃの雌螺子と螺合させることで、前記第一の板バネ２１が前記接続用腕部３０とスペーサー３１との間で挟持される。このとき、前記スペーサー３１の本体３１Ａが正六角柱状に形成されているので、スパナ等で締め付けることで簡単に前記接続用腕部３０に取り付けられる。また、複数の前記先端面３０Ｂが前記シリンダ７の軸線Ｚ方向と直交するように同一面上に形成されているため、これらの先端面３０Ｂに当接する前記第一の板バネ２１も、前記シリンダ７の軸線Ｚ方向に対して直交することになる。
【００１８】
更に、前記スペーサー３１を複数の前記接続用腕部３０にそれぞれ取り付けた状態において、前記第二の板バネ２３の外周部に形成された螺子孔２３Ａを介して、前記スペーサー３１の雄螺子３１Ｃにナット３２を螺合させることで、前記第二の板バネ２３が前記スペーサー３１に固定される。そして、このように前記接続用腕部３０に対してスペーサー３１を取り付けることで、前記第一の板バネ２１を挟持すると共に、前記スペーサー３１に前記第二の板バネ２３を取り付けるように構成することで、独立した前記第一の板バネ２１及び第二の板バネ２３を前記シリンダ７に対して簡単に固定することができるばかりでなく、これらの板バネ２１，２３が共通の前記接続用腕部３０に対して取り付けられることで、前記第一の板バネ２１及び第二の板バネ２３の固定のための構造を単純化することができ、スターリングサイクル機関全体を小型化することができる。また、前記接続用腕部３０の先端面３０Ｂに雌螺子を有する螺子孔３０Ｃを形成し、この螺子孔３０Ｃと螺合する雄螺子３１Ｂを前記スペーサー３１に形成したことで、前記第一の板バネ２１と第二の板バネ２３を順次固定してゆくことができるので、これら第一の板バネ２１及び第二の板バネ２３をより簡単に前記シリンダ７に対して固定することができる。
【００１９】
なお、図中３３は、前記ケーシング１の他端に設けた振動吸収ユニットであり、前記シリンダ７の軸線Ｚ上に配置された連結部３３Ａを介して同軸状に複数の板バネ３４とバランスウエイト３５が重なるように配置されている。また、図中３６は、前記駆動機構１６に電力を供給する電源コネクタであり、３７は電源コードである。そして、前記電源コネクタ３６は、前記ハーメチックシール６に絶縁状態で固定された電源端子３８に接続される。さらに、図中３９は、前記排熱フィン１３から前記円筒部２を介して移動した熱を外部へ排出するための、円筒形状の排熱部材である。また、図中４０は、前記経路１４と背部空間とを隔離するためのＯリングである。
【００２０】
次に、本実施例のスターリングサイクル機関の製造工程について説明する。まず、前記円筒部２と連結部４と吸熱ブロック５とを接続することで、予め一体化しておく。また、前記胴部３とハーメチックシール６とを接続することで、予め一体化しておく。そして、前記シリンダ７は、前記マウント２５の一側面２５Ａを前記連結部４の取付部４Ａに当接させてこの取付部４Ａに対して螺子止めすることで、前記ケーシング１に対して固定される。この際、前記シリンダ７の外面が、前記円筒部２の基端部２Ｃの内面に案内されて挿入されることで、前記シリンダ７を円筒部２に対して同軸に配置することができる。また、前記延設部７Ａと段差部２０Ａによって、前記シリンダ７に対し前記内側コア２０を位置決めした状態で、前記フランジ部２０Ｂを前記凹溝２５Ｃに挿入し、前記マウント２５の他側面２５Ｂに前記押さえ板２６をビス２７により螺子止めし、前記凹溝２５Ｃと押さえ板２６との間で前記フランジ部２０Ｂを軸線Ｚ方向に挟持して固定する。また、前記シリンダ７と一体に形成されたマウント２５に対して、前記固定リング２８及びビス２９によって、前記電磁コイル１９及び外側コア２４を固定する。このようにして、前記駆動機構１６の固定子１６Ａが前記シリンダ７に固定される。また、前記永久磁石１８がインサート成形された前記枠１７を前記ピストン１５の基端と前記接続体１５Ａとで挟持することで、前記駆動機構１６の可動子１６Ｂが前記ピストン１５に固定される。更に、前記シリンダ７内に前記ディスプレイサー８、ピストン１５等を組み込み、このピストン１５の基端の接続体１５Ａに取り付けられた前記第一の板バネ２１を前記接続用腕部３０とスペーサー３１との間で挟持して固定すると共に、前記ディスプレイサー８に接続されたロッド２２の基端に接続された前記第二の板バネ２３を前記スペーサー３１の他端に固定する。その後に、前記胴部３と連結部４とを接続することで一体化し、予め組み立てられた前記振動吸収ユニット３３を前記胴部３に取り付ける。
【００２１】
次に、本実施例の作用について説明する。前記構成により、前記電磁コイル１９に交流電流を流すと、この電磁コイル１９から交番磁界が発生して前記外側コア２４で集中し、この交番磁界によって、前記永久磁石１８を軸線Ｚ方向に往復動させる力が生じる。この力によって、前記永久磁石１８が固定された枠１７に接続された前記ピストン１５が、前記シリンダ７内を軸線Ｚ方向に往復動する。前記ピストン１５が前記ディスプレイサー８に近付く方向に移動すると、前記ピストン１５とディスプレイサー８との間に形成された圧縮室Ｃ内の気体が圧縮されて、前記第二の連通孔１２、排熱フィン１３、第一の連通孔１１、通気孔８Ｂ、再生器１０、及び通気孔８Ａを通って、前記吸熱ブロック５内の膨張室Ｅに至ることで、前記ディスプレイサー８が前記ピストン１５に近付く方向に所定の位相差をもって押し下げられる。一方、前記ピストン１５が前記ディスプレイサー８から遠ざかる方向に移動すると、前記圧縮室Ｃの内部が負圧となり、前記膨張室Ｅ内の気体が、前記通気孔８Ａ、再生器１０、通気孔８Ｂ、第一の連通孔１１、吸熱フィン１３、及び第二の連通孔１２を通って、前記圧縮室Ｃに還流することで、前記ディスプレイサー８が前記ピストン１５から遠ざかる方向に所定の位相差をもって押し上げられる。このような工程中において、二つの等温変化と等体積変化とからなる可逆サイクルが行われることによって、前記膨張室Ｅの近傍は低温となり、一方、前記圧縮室Ｃの近傍は高温となる。そして、このように前記ピストン１５及びディスプレイサー８が往復動すると、前記振動吸収ユニット３３で振動が吸収されるとはいえ、僅かな振動が残る可能性があるが、前述した通り、前記シリンダ７とマウント２５と接続用腕部３０とが一体に形成されていることによって、振動によってこれらシリンダ７とマウント２５と接続用腕部３０の結合が緩むなどということが起こり得ず、長期に渡って強度及び精度が保たれる。
【００２２】
また、前記フランジ部２０Ｂの軸線Ｚ方向の厚さ寸法Ｌ１が、前記凹溝２５Ｃの軸線Ｚ方向の深さ寸法Ｌ２より僅かに大きく形成され（Ｌ１＞Ｌ２）ることで、前記凹溝２５Ｃに挿入された前記フランジ部２０Ｂが、前記マウント２５の他側面２５Ｂより僅かに突出し、前記押さえ板２６を前記マウント２５の他側面２５Ｂに前記ビス２７により螺子止めした場合に、前記押さえ板２６の内周側が前記フランジ部２０Ｂに押されて前記他側面２５Ｂから離れる方向に弾性変形する。このため、前記フランジ部２０Ｂには、前記押さえ板２６により、前記凹溝２５Ｃへ軸線Ｚ方向に押し付けようとする弾性復元力Ｆが付与される。
【００２３】
このように、前記内側コア２０が、前記マウント２５の基端に前記押さえ板２６の弾性力によって保持されることで、前記シリンダ７及びマウント２５が前記内側コア２０よりも大きく膨張しても、前記押さえ板２６で前記フランジ部２０Ｂを押さえ付け続けることができるので、前記シリンダ７や内側コア２０を歪ませたり、前記内側コア２０をガタつかせたりしないようにすることができる。また、前記内側コア２０が、前記マウント２５の基端に前記押さえ板２６の弾性力によって保持されることで、経時変化によって不純物ガスが発生することもない。また、前記内側コア２０とピストン１５とが隣接することで、前記内側コア２０とピストン１５との間から前記シリンダ７を排除した構成とすることができるので、前記駆動機構１６、ひいては前記ケーシング１の外径寸法の増加を抑えることができる。更に、前記延設部７Ａの厚さ寸法よりも前記段差部２０Ａの深さ寸法を極僅かに小さくすることによって、前記シリンダ７の内径よりも前記内側コア２０の内径を極僅かに大きくする程度に抑えることができるので、前記内側コア２０の外径を小さくして、前記駆動機構１６、ひいては前記ケーシング１の外径を小さくすることができる。
【００２４】
以上のように、本実施例のスターリングサイクル機関は、シリンダ７内を往復動可能なピストン１５と、固定子１６Ａと可動子１６Ｂとで構成される駆動機構１６とを有し、前記可動子１６Ｂが永久磁石１８を有して構成され、前記可動子１６Ｂが前記ピストン１５に固定されると共にこのピストン１５の外側に配置され、前記固定子１６Ａが、筒状の内側コア２０と外側コア２４と電磁コイル１９とを有して構成され、前記内側コア２０が前記可動子１６Ｂの内側に配置されると共に前記外側コア２４及び前記電磁コイル１９が前記永久磁石１８の外側に配置されるスターリングサイクル機関において、前記内側コア２０の一端側に掛部であるフランジ部２０Ｂを形成し、このフランジ部２０Ｂに対応して押さえ部材である押さえ板２６を設けると共に、前記シリンダ７の端部である前記フランジ部２５の他側面２５Ｂと前記押さえ板２６とで、前記導磁部２０のフランジ部２０Ｂを挟持固定することで、前記シリンダ７と前記内側コア２０とを略同軸上に配置している。
【００２５】
この場合、前記シリンダ７と内側コア２０との材質の差によって熱膨張に差が生じても、不純物ガスを発生させることなく、前記シリンダ７や内側コア２０を歪ませたり前記内側コア２０にガタつきを生じさせたりしにくくすることができるだけでなく、従来、前記内側コア２０の固定のために必要であったシリンダ７の基端側部分を不要として、前記駆動機構１６の外径、ひいては前記ケーシング１の外径を小さくすることができる。
【００２６】
また、本実施例のスターリングサイクル機関は、前記押さえ板２６を弾性部材とし、この押さえ板２６が弾性変形した状態で前記フランジ部２０Ｂに当接するものとすることにより、前記シリンダ７と一体形成された前記マウント２５の他側面２５Ｂと押さえ板２６とで前記内側コア２０のフランジ部２０Ｂを挟持固定すれば、前記シリンダ７やマウント２５が前記内側コア２０よりも大きく膨張しても、前記押さえ板２６で前記フランジ部２０Ｂを押さえ付け続けて、前記内側コア２０をガタつかせないようにすることができる。
【実施例２】
【００２７】
本発明の実施例２について、図４及び図５を参照して説明する。なお、実施例１と同様に、図４における上方を先端側、下方を基端側と定義する。この実施例２は、シリンダ４１と内側コア４２と押さえ部材としての押さえ板４３以外は、実施例１と共通する。前記シリンダ４１の基端側には、延設部４１Ａが軸線Ｚ方向に延設して形成されている。また、前記内側コア４２の先端部の内側には、前記延設部４１Ａに対応して、段差部４２Ａが形成されている。そして、前記延設部４１Ａと段差部４２Ａとによって、前記内側コア４２が前記シリンダ４１に対し位置決めされている。また、前記シリンダ４１の基端部に、フランジ状のマウント４４が前記シリンダ４１と一体且つ同軸状に突出形成されている。このマウント４４は、その先端側の一側面４４Ａが、ケーシング１を構成する連結部４の取付部４Ａに当接し、この取付部４Ａに螺子止めされるように構成されている。一方、前記マウント４４の基端側の他側面４４Ｂには、前記延設部４１Ａの周囲に、環状の凹溝４４Ｃが形成されている。そして、この凹溝４４Ｃに、前記内側コア４２の先端部４２Ｂが、軸線Ｚ方向に挿入可能となっている。また、前記内側コア４２の先端側の外周には、掛部としての凹溝４５が形成されている。なお、前記内側コア４２の先端から前記凹溝４５の先端側壁４５Ａまでの軸線Ｚ方向の寸法Ｍ１は、前記凹溝４４Ｃの軸線Ｚ方向の深さ寸法Ｍ２よりも、僅かに大きく形成されている（Ｍ１＞Ｍ２）。このため、前記凹溝４４Ｃに前記内側コア４２の先端部４２Ｂが挿入された状態では、前記内側コア４２の凹溝４５の先端側壁４５Ａは、前記他側面４４Ｂよりも軸線Ｚ方向の基端側に僅かに突出する。また、前記他側面４４Ｂにおける前記凹溝４４Ｃの基端側には、前記シリンダ４１及び内側コア４２と同軸状に配置されたリング状の前記押さえ板４３が、ビス２７により螺子止めされている。そして、前記押さえ板４３の内径Ｎ１は、前記凹溝４４Ｃの外径Ｎ２及び前記内側コア４２の先端部４２Ｂの外径Ｎ３より小さく（Ｎ１＜Ｎ２，Ｎ１＜Ｎ３）、且つ前記凹溝４５の内径Ｎ４とほぼ等しく形成されている（Ｎ１＝Ｎ４）。ここで、前記押さえ板４３は、ばね鋼やステンレス鋼等の弾性部材から形成されていると共に、複数に分割可能に形成されている。
【００２８】
そして、前記延設部４１Ａと段差部４２Ａによって、前記シリンダ４１に対し前記内側コア４２を位置決めした状態で、前記先端部４２Ｂを前記凹溝４４Ｃに挿入し、更に、分割された前記押さえ板４３の内周部分を前記凹溝４５に挿入した状態で、前記押さえ板４３を前記ビス２７により螺子止めし、前記凹溝４４Ｃと押さえ板４３との間で前記内側コア４２の先端から前記凹溝４５の先端側壁４５Ａまでを軸線Ｚ方向に挟持して固定する。
【００２９】
このように、前記内側コア４２の先端から前記凹溝４５の先端側壁４５Ａまでの軸線Ｚ方向の寸法Ｍ１が、前記凹溝４４Ｃの軸線Ｚ方向の深さ寸法Ｍ２より僅かに大きく形成され（Ｍ１＞Ｍ２）ることで、前記凹溝４４Ｃに前記内側コア４２の先端部４２Ｂが挿入された状態では、前記内側コア４２の凹溝４５の先端側壁４５Ａが、前記他側面４４Ｂより僅かに突出するため、複数の前記押さえ板４３を前記マウント４４の他側面４４Ｂに前記ビス２７により螺子止めした場合に、複数の前記押さえ板４３の内周側が前記凹溝４５の先端側壁４５Ａに押されて前記他側面４４Ｂから離れる方向に弾性変形する。このため、前記凹溝４５の先端側壁４５Ａには、複数の前記押さえ板４３により、前記凹溝４４Ｃへ軸線Ｚ方向に押し付けようとする弾性復元力Ｆが付与される。
【００３０】
このように、前記内側コア４２が、前記マウント４４の基端に複数の前記押さえ板４３の弾性力によって保持されることで、前記シリンダ４１及びマウント４４が前記内側コア４２よりも大きく膨張しても、複数の前記押さえ板４３で前記凹溝４５の先端側壁４５Ａを押さえ付け続けることができるので、前記シリンダ４１や内側コア４２を歪ませたり、前記内側コア４２をガタつかせたりしないようにすることができる。また、前記内側コア４２が、前記マウント４４の基端に複数の前記押さえ板４３の弾性力によって保持されることで、経時変化によって不純物ガスが発生することもない。また、前記内側コア４２とピストン１５とが隣接することで、前記内側コア４２とピストン１５との間から前記シリンダ４１を排除した構成とすることができるので、駆動機構１６、ひいては前記ケーシング１の外径寸法の増加を抑えることができる。更に、前記延設部４１Ａの厚さ寸法よりも前記段差部４２Ａの深さ寸法を極僅かに小さくすることによって、前記シリンダ４１の内径よりも前記内側コア２０の内径を極僅かに大きくする程度に抑えることができるので、前記内側コア４２の外径を小さくして、前記駆動機構１６、ひいては前記ケーシング１の外径を小さくすることができる。
【００３１】
以上のように、本実施例のスターリングサイクル機関は、シリンダ４１内を往復動可能なピストン１５と、固定子１６Ａと可動子１６Ｂとで構成される駆動機構１６とを有し、前記可動子１６Ｂが永久磁石１８を有して構成され、前記可動子１６Ｂが前記ピストン１５に固定されると共にこのピストン１５の外側に配置され、前記固定子１６Ａが、筒状の内側コア４２と外側コア２４と電磁コイル１９とを有して構成され、前記内側コア４２が前記可動子１６Ｂの内側に配置されると共に前記外側コア２４及び前記電磁コイル１９が前記永久磁石１８の外側に配置されるスターリングサイクル機関において、前記内側コア４２の一端側に掛部である凹溝４５を形成し、この凹溝４５に対応して押さえ部材である押さえ板４３を複数設けると共に、前記シリンダ４１の端部である前記フランジ部４４の他側面４４Ｂと複数の前記押さえ板４３とで、前記内側コア４２の先端から前記凹溝４５の先端側壁４５Ａまでを挟持固定することで、前記シリンダ４１と前記内側コア４２とを略同軸上に配置している。
【００３２】
この場合、前記シリンダ４１と内側コア４２との材質の差によって熱膨張に差が生じても、不純物ガスを発生させることなく、前記シリンダ４１や内側コア４２を歪ませたり前記内側コア４２にガタつきを生じさせたりしにくくすることができるだけでなく、従来、前記内側コア４２の固定のために必要であったシリンダ４１の基端側部分を不要として、前記駆動機構１６の外径、ひいては前記ケーシング１の外径を小さくすることができる。
【００３３】
また、本実施例のスターリングサイクル機関は、複数の前記押さえ板４３を弾性部材とし、これらの押さえ板４３が弾性変形した状態で前記凹溝４５の先端側壁４５Ａに当接するものとすることにより、前記シリンダ４１と一体形成された前記マウント４４の他側面４４Ｂと複数の押さえ板４３とで前記内側コア４２の先端から前記凹溝４５の先端側壁４５Ａまでを挟持固定すれば、前記シリンダ７やマウント４４が前記内側コア４２よりも大きく膨張しても、複数の前記押さえ板４３で前記凹溝４５の先端側壁４５Ａを押さえ付け続けて、前記内側コア４２をガタつかせないようにすることができる。
【００３４】
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において、種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施例においては、掛部と押さえ部材を何れも環状に形成したが、要は、シリンダの基端側と押さえ部材とで掛部を挟持できればよいので、掛部と押さえ部材が環状に形成されなくても良い。
【符号の説明】
【００３５】
７，４１ シリンダ
１５ ピストン
１６ 駆動機構
１６Ａ 固定子
１６Ｂ 可動子
１８ 永久磁石
１９ 電磁コイル
２０，４２ 内側コア
２０Ｂ フランジ部（掛部）
２４ 外側コア
２６，４３ 押さえ板（押さえ部材）
４５ 凹溝（掛部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダと、このシリンダ内を往復動可能なピストンと、固定子と可動子とで構成される駆動機構とを有し、前記可動子が永久磁石を有して構成され、前記可動子が前記ピストンに固定されると共にこのピストンの外側に配置され、前記固定子が、筒状の内側コアと外側コアと電磁コイルとを有して構成され、前記内側コアが前記可動子の内側に配置されると共に、前記外側コア及び前記電磁コイルが前記可動子の外側に配置されるスターリングサイクル機関において、
前記内側コアの一端側に掛部を形成し、この掛部に対応して押さえ部材を設けると共に、前記シリンダの端部と前記押さえ部材とで前記内側コアの掛部を挟持固定することで、前記シリンダと前記内側コアとを略同軸上に配置したものとすることを特徴とするスターリングサイクル機関。
【請求項２】
前記押さえ部材を弾性部材とし、前記押さえ部材が弾性変形した状態で前記掛部に当接するものとすることを特徴する請求項１記載のスターリングサイクル機関。
【請求項１】
シリンダと、このシリンダ内を往復動可能なピストンと、固定子と可動子とで構成される駆動機構とを有し、前記可動子が永久磁石を有して構成され、前記可動子が前記ピストンに固定されると共にこのピストンの外側に配置され、前記固定子が、筒状の内側コアと外側コアと電磁コイルとを有して構成され、前記内側コアが前記可動子の内側に配置されると共に、前記外側コア及び前記電磁コイルが前記可動子の外側に配置されるスターリングサイクル機関において、
前記内側コアの一端側に掛部を形成し、この掛部に対応して押さえ部材を設けると共に、前記シリンダの端部と前記押さえ部材とで前記内側コアの掛部を挟持固定することで、前記シリンダと前記内側コアとを略同軸上に配置したものとすることを特徴とするスターリングサイクル機関。
【請求項２】
前記押さえ部材を弾性部材とし、前記押さえ部材が弾性変形した状態で前記掛部に当接するものとすることを特徴する請求項１記載のスターリングサイクル機関。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−６８３６２（Ｐ２０１３−６８３６２Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０７２５２（Ｐ２０１１−２０７２５２）
【出願日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【出願人】（０００１０９３２５）ツインバード工業株式会社 (176)
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【出願人】（０００１０９３２５）ツインバード工業株式会社 (176)
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