JP2000170739A - ピストン・クランク機構、及び、スターリング機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スターリング機器などのピストン機器の機械
効率を向上させる。 【解決手段】 一対のピストン３ａ，４ａを、それらの
コンロッド２０ａ，２１ａが一直線状に並ぶ状態で、両
コンロッド２０ａ，２１ａを連結する共通の偏芯回転軸
２２ａに対して対称に配置し、偏芯回転軸２２ａに外嵌
部材２３ａを相対回転自在な外嵌状態で取り付け、その
外嵌部材２３ａに一対のピストン夫々のコンロッド２０
ａ，２１ａを、それらコンロッド２０ａ，２１ａの軸芯
方向及び偏芯回転軸２２ａの回転軸芯方向の夫々に対し
直交する方向への外嵌部材２３ａとコンロッド２０ａ，
２１ａとの直線的相対移動を案内するリニアベアリング
２５を介して連結する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種のピストン機
器に用いるピストン・クランク機構、及び、ピストン機
器の一つであるスターリング機器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ピストンとクランク軸との連結構
造として、図１５に示すように、ガイド５０によりコン
ロッド５１の軸芯方向への移動のみを許すようにした可
動ブロック５２に、コンロッド５１の軸芯方向及び偏芯
回転軸５３（クランク軸の偏芯軸部）の回転軸芯方向の
夫々に対し直交する方向を長軸方向とする長穴５４を形
成し、この長穴５４に対し、外周部にリング状のベアリ
ング５５を取り付けた偏芯回転軸５３を内嵌状態に係合
させ、この可動ブロック５２に１つのピストン５６をコ
ンロッド５１を介して連結するようにしたもの（いわゆ
る、スコッチヨーク機構）がある。例えば、特開平９−
４２０５５号公報参照。

【０００３】つまり、長穴５４と偏芯回転軸５３との係
合により偏芯回転軸５３の偏芯回転に伴い可動ブロック
５２を往復動作させることにおいて、ベアリング５５に
より可動ブロック５２に対する偏芯回転軸５３の相対回
転を許すとともに、長穴５４により可動ブロック５２に
対する偏芯回転軸５３の長穴長軸方向への相対変位を許
すことで、コンロッド５１の軸芯方向及び偏芯回転軸５
３の回転軸芯方向の夫々に対し直交する方向（すなわ
ち、長穴５４の長軸方向）への力が可動ブロック５２に
伝わらないようにし、これにより、可動ブロック５２の
往復動作に連動してのピストン動作において、ピストン
５６をシリンダ室の内周面に押し付けるこじれ的な力
（いわゆるサイドスラスト）が生じないようにして、機
械効率の向上を図ったものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この構造にし
ても、偏芯回転軸５３を長穴５４の長軸方向で往復変位
させることにおいて、リング状ベアリング５５の外周側
部材を長穴５４の内周面に対し転動させるのに、僅かと
は言え、コンロッド５１の軸芯方向（長穴５４の短軸方
向）でリング状ベアリング５５と長穴５４の内周面との
間に融通となる隙間が必要で、この隙間のために動作に
ガタツキを生じ、また、コンロッド５１の軸芯方向にお
いて偏芯回転軸５３の一方側にのみピストン５６が存在
することで、偏った質量バランスとなって振動も発生し
易く、これらの点で、機械的なエネルギロスを低減して
機械効率の一層の向上を図る上で未だ改善の余地があっ
た。

【０００５】そして殊に、スターリング機器では複数の
ピストンを連動動作させてスターリングサイクルや逆ス
ターリングサイクルを実行することから、装置効率の向
上を図る上で、上記の如き機械効率の向上が特に重要な
課題となっていた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】〔１〕請求項１に係る発
明では、一対のピストンを、それらのコンロッドが一直
線状に並ぶ状態で、両コンロッドを連結する共通の偏芯
回転軸に対して対称に配置し、前記偏芯回転軸に外嵌部
材を相対回転自在な外嵌状態で取り付け、その外嵌部材
に前記一対のピストン夫々のコンロッドを、それらコン
ロッドの軸芯方向及び前記偏芯回転軸の回転軸芯方向の
夫々に対し直交する方向への外嵌部材とコンロッドとの
直線的相対移動を案内するリニアベアリングを介して連
結する構造とする。

【０００７】つまり、この構造では、偏芯回転軸と外嵌
部材との相対回転により外嵌部材の姿勢を保ちながら、
外嵌部材を偏芯回転軸の偏芯回転に伴いその回転軸芯周
りで偏芯回動動作させるようにして、その外嵌部材にコ
ンロッドを介し連結した一対のピストン夫々を往復動作
させるが、この際、上記リニアベアリングによりコンロ
ッドの軸芯方向及び偏芯回転軸の回転軸芯方向の夫々に
対し直交する方向への外嵌部材とコンロッドとの直線的
相対移動を案内することで、その直交方向への力が両コ
ンロッドに伝わらないようにする。すなわち、このこと
により、ピストン動作においてピストンをシリンダの内
周面に押し付けるこじれ的な力（サイドスラスト）が生
じることを回避できる。

【０００８】そして、リニアベアリングにより外嵌部材
とコンロッドとの直線的相対移動を案内することでこじ
れ的な力の発生を回避するから、仮に、外嵌部材と偏芯
回転軸との間にリング状のベアリングを介装して外嵌部
材と偏芯回転軸との相対回転を円滑にする構造を採るに
しても、先述の従来構造の如き融通のための隙間を不要
にすることができて、その隙間によるガタツキを回避で
きる。

【０００９】また、一対のピストンを、それらのコンロ
ッドが一直線状に並ぶ状態で共通の偏芯回転軸に対し対
称に配置するから、先述の従来構造の如く、コンロッド
の軸芯方向において偏芯回転軸の一方側にのみピストン
を連結配置するに比べ、質量バランスの偏りを回避でき
て振動の発生も抑制することができ、これらのことが相
俟って、先述の従来構造に比べ機械的なエネルギロスを
一層低減して、ピストン機器の機械効率を効果的に向上
させることができる。

【００１０】なお、外嵌部材とコンロッドとの直線的相
対移動を案内するには、リニアベアリング以外の摺接式
のスライド機構を用いることも考えられるが、機構全体
としての摺接抵抗を極力少なくして機械効率を向上させ
る上でリニアベアリングの使用が有利であり、また、リ
ニアベアリングであれば潤滑油の不要化も可能であるこ
とから、スターリング機器の如く潤滑油の使用を嫌うピ
ストン機器において特に好適である。

【００１１】〔２〕請求項２に係る発明では、上記した
請求項１に係る発明の実施において、前記一対のピスト
ン夫々のコンロッドを、それらの軸芯方向への直線的移
動を案内する支持用リニアベアリングを介して支持する
構造とする。

【００１２】この構造によれば、一対のピストン夫々の
コンロッドを、それらの軸芯方向への直線的移動を案内
する状態で支持することにより、ピストン動作において
前記のこじれ的な力が発生することを更に確実に防止で
き、また、その案内に上記の支持用リニアベアリングを
用いることにより、前記の外嵌部材とコンロッドとの直
線的相対移動の案内にリニアベアリングを用いることと
も相俟って、機構全体としての摺接抵抗を更に効果的に
低減でき、これらのことから、ピストン機器の機械効率
を一層効果的に向上させることができる。

【００１３】なお、コンロッドの支持にも、潤滑油の不
要化が可能であるリニアベアリングを用いることで、潤
滑油の使用を嫌うスターリング機器などのピストン機器
においては一層好適なものとなる。

【００１４】〔３〕請求項３に係る発明では、上記した
請求項１又は２に係る発明の実施において、前記一対の
ピストン夫々のコンロッドを互いに剛体的に連結し、こ
の剛体連結体を前記リニアベアリングを介して前記外嵌
部材に連結する構造とする。

【００１５】この構造によれば、例えば、一対のピスト
ン夫々のコンロッドを各別のリニアベアリングを介して
前記外嵌部材に連結する構造に比べ、各コンロッドに対
する支持部（請求項２に係る発明では各コンロッドに対
する支持用リニアベアリング）をもって上記の剛体連結
体（一直線状に並ぶ状態で一体化された両コンロッド）
を、両支持部どうしの間に偏芯回転軸に対する連結部が
位置する状態の両持ち支持状態で安定的かつ強固に支持
することができ、これにより、ガタツキや振動などによ
る機械的エネルギロスを一層効果的に低減して、ピスト
ン機器における機械効率の向上を更に効果的に達成でき
る。

【００１６】また、ピストンに作用する動作流体圧に原
因してピストン側から偏芯回転軸に定常的にかかる曲げ
力を、上記剛体連結体を介しての一対のピストンどうし
の連結により両ピストンに作用する動作流体圧どうしを
相殺する形態で軽減することも可能になり、これによ
り、装置動作を軽快にして、この点からもエネルギロス
の低減を一層効果的に達成し得るとともに、装置耐久性
の面でも有利になる。

【００１７】〔４〕請求項４に係る発明では、上記した
請求項３に係る発明の実施において、互いのコンロッド
を剛体的に連結した前記一対のピストンの夫々を、互い
に連通するピストン先端側のシリンダ室とピストン基端
側の副シリンダ室とを有するディスプレーサ型ピストン
にする。

【００１８】この構造によれば、ピストンの先端側に作
用する動作流体圧とピストンの基端側に作用する動作流
体圧とを相殺し得るディスプレーサ型ピストンの利点
と、そのディスプレーサ型ピストンの先端側受圧面積と
基端側受圧面積との差などに原因して残る偏芯回転軸へ
の曲げ力を、前記剛体連結体を介しての一対のディスプ
レーサ型ピストンどうしの連結により相殺する形態で軽
減し得ることとが相俟って、ピストン側から偏芯回転軸
に定常的にかかる曲げ力を一層効果的に低減することが
でき、これにより、装置動作を一層軽快にしてエネルギ
ロスの低減を更に効果的に達成し得るとともに、装置耐
久性の面でも一層優れたものになる。

【００１９】〔５〕請求項５に係る発明では、複数のピ
ストンを連動動作させてスターリングサイクル又は逆ス
ターリングサイクルを実行するスターリング機器におい
て、前記複数のピストンの２個ずつを、それらのコンロ
ッドが一直線状に並ぶ状態で、両コンロッドを連結する
共通の偏芯回転軸に対して対称に配置する構造とする。

【００２０】この構造によれば、両コンロッドが直線状
となる対象配置のピストン対（すなわち、質量バランス
の良いピストン対）が並置される装置構成となることか
ら、装置全体としての質量バランスの偏りを極めて効果
的に回避できて、質量バランスの偏りによる振動の発生
を効果的に抑止でき、これにより、機械的エネルギロス
を効果的に低減して機械効率、ひいては、スターリング
機器の全体効率を効果的に向上し得るとともに、振動や
騒音についての環境面でも一層優れたスターリング機器
にすることができる。

【００２１】なお、請求項５に係る発明の実施におい
て、前記した請求項１ないし４に係る発明を併せ採用す
れば、機械的エネルギロスを更に効果的に低減してスタ
ーリング機器の全体効率の向上を一層効果的に達成でき
る。

【００２２】

【発明の実施の形態】図１はスターリングサイクルと逆
スターリングサイクルを並行実施するエンジン駆動のス
ターリング機器を示し、エンジン１の出力軸１ａに連結
したクランク軸２に、第１ピストン群として第１〜第３
のピストン３ａ，３ｂ，３ｃを連結するとともに、第２
ピストン群として第４〜第６のピストン４ａ，４ｂ，４
ｃを連結してある。

【００２３】第１ピストン３ａを内装する第１シリンダ
室５ａと、第２ピストン３ｂを内装する第２シリンダ室
５ｂとはガス路６ａで連通させ、このガス路６ａには、
第１シリンダ室５ａの側から順に、入熱用熱交換器７
Ａ、蓄熱材を充填した再生用熱交換器８Ａ、及び、放熱
用熱交換器９Ａを介装してある。

【００２４】また、第３ピストン３ｃを内装する第３シ
リンダ室５ｃと上記の第２シリンダ室５ｂとはガス路６
ｂで連通させ、このガス路６ｂには、第３シリンダ室５
ｃの側から順に、吸熱用熱交換器１０Ａ、蓄熱材を充填
した再生用熱交換器１１Ａ、及び、放熱用熱交換器１２
Ａを介装してある。

【００２５】そして同様に、第４ピストン４ａを内装す
る第４シリンダ室１３ａと、第５ピストン４ｂを内装す
る第５シリンダ室１３ｂとを連通させるガス路１４ａに
は、第４シリンダ室１３ａの側から順に、入熱用熱交換
器７Ｂ、蓄熱材を充填した再生用熱交換器８Ｂ、及び、
放熱用熱交換器９Ｂを介装し、第６ピストン４ｃを内装
する第６シリンダ室１３ｃと上記の第５シリンダ室１３
ｂとを連通させるガス路１４ｂには、第６シリンダ室１
３ｃの側から順に、吸熱用熱交換器１０Ｂ、蓄熱材を充
填した再生用熱交換器１１Ｂ、及び、放熱用熱交換器１
２Ｂを介装してある。

【００２６】入熱用熱交換器７Ａ，７Ｂは、図２及び図
３に示す如く、ピストン動作に伴い第１，第４シリンダ
室５ａ，１３ａとガス路６ａ，１４ａとの間で行き来さ
せる作動ガスＧを、３列の環状に配置した多数の伝熱管
１５の内部に通過させ、その通過過程で、伝熱管１５ど
うしの間に通過させる高温ガスＨと作動ガスＧとを熱交
換させて作動ガスＧを加熱する構造にしてあり、これら
入熱用熱交換器７Ａ，７Ｂにより高温ガスＨを熱源とし
て装置に熱入力する。

【００２７】吸熱用熱交換器１０Ａ，１０Ｂは、図４及
び図５に示す如く、内管１６ａと中管１６ｂと外管１６
ｃとからなる三重伝熱管１６を２列の環状に多数配置し
て、ピストン動作に伴い第３，第６シリンダ室５ｃ，１
３ｃとガス路６ｂ，１４ｂとの間で行き来させる作動ガ
スＧを、各三重伝熱管１６における内管１６ａと中管１
６ｂの間の隙間通路に通過させ、その通過過程で、各三
重伝熱管１６における内管１６ａの内部、及び、各三重
伝熱管１６における中管１６ｂと外管１６ｃの間の隙間
通路に通過させる冷却対象流体Ｃ（例えば、冷水やブラ
イン）と作動ガスＧとを熱交換させて冷却対象流体Ｃを
冷却する構造にしてあり、これら吸熱用熱交換器１０
Ａ，１０Ｂにおいて装置からの冷熱出力を行う。

【００２８】また、第１，第４シリンダ室５ａ，１３ａ
の側の放熱用熱交換器９Ａ，９Ｂは、図２及び図５に示
す如く、内管１７ａと中管１７ｂと外管１７ｃとからな
る三重伝熱管１７を１列の環状に多数配置して、ピスト
ン動作に伴いガス路６ａ，１４ａを行き来する作動ガス
Ｇを、各三重伝熱管１７における内管１７ａと中管１７
ｂの間の隙間通路に通過させ、その通過過程で、各三重
伝熱管１７における内管１７ａの内部、及び、各三重伝
熱管１７の中管１７ｂと外管１７ｃの間の隙間通路に通
過させる冷却用流体Ｗ（例えば冷却水）と作動ガスＧと
を熱交換させて作動ガスＧを冷却する構造にしてある。

【００２９】同様に、第３，第６シリンダ室５ｃ，１３
ｃの側の放熱用熱交換器１２Ａ，１２Ｂは、図４及び図
５に示す如く、内管１８ａと中管１８ｂと外管１８ｃと
からなる三重伝熱管１８を２列の環状に多数配置して、
ピストン動作に伴いガス路６ｂ，１４ｂを行き来する作
動ガスＧを、各三重伝熱管１８における内管１８ａと中
管１８ｂの間の隙間通路に通過させ、その通過過程で、
各三重伝熱管１８における内管１８ａの内部、及び、各
三重伝熱管１８の中管１８ｂと外管１８ｃの間の隙間通
路に通過させる冷却用流体Ｗと作動ガスＧとを熱交換さ
せて作動ガスＧを冷却する構造にしてあり、これら４つ
の放熱用熱交換器９Ａ，９Ｂ，１２Ａ，１２Ｂにおい
て、前記の熱入力用高温ガスＨよりも低い温度レベルで
の装置からの温熱出力（排熱）を行う。

【００３０】なお、吸熱用熱交換器１０Ａ，１０Ｂで冷
却した冷却対象流体Ｃは、冷房や物品冷却などの種々の
冷却用途に用い、また、放熱用熱交換器９Ａ，９Ｂ，１
２Ａ，１２Ｂで作動ガスＧの冷却に用いて昇温した冷却
用流体Ｗは、給湯や暖房、あるいは物品加熱などの種々
の温熱用途に用いる。

【００３１】作動ガスＧにはヘリウムガスや空気を初
め、種々の気体を使用できる。また、本例では、入熱用
熱交換器７Ａ，７Ｂに供給する高温ガスＨとして、連結
エンジン１の排ガスを用いる例を示すが、その他、この
高温ガスＨには、バーナ等の専用装置により加熱したガ
スや、他の機器からの回収排熱をもって加熱したガスな
ど種々のガスを使用できる。

【００３２】すなわち、上記の構造において、第１ピス
トン群の各ピストン３ａ，３ｂ，３ｃを所定の位相差関
係で連動動作させ、かつ、第２ピストン群の各ピストン
４ａ，４ｂ，４ｃを同様に所定の位相差関係で連動動作
させることにより、第１シリンダ室５ａと第２シリンダ
室５ｂとのシリンダ室対、及び、第４シリンダ室１３ａ
と第５シリンダ室１３ｂとのシリンダ室対については、
入熱用熱交換器７Ａ，７Ｂからの熱入力により動力を発
生するスターリングサイクルを実行させて、その発生動
力をクランク軸２に出力させる。

【００３３】そして、このスターリングサイクルに並行
して、第２シリンダ室５ｂと第３シリンダ室５ｃとのシ
リンダ室対、及び、第５シリンダ室１３ｂと第６シリン
ダ室１３ｃとのシリンダ室対については、エンジン１か
らの付与動力と上記発生動力とにより逆スターリングサ
イクルを実行させてヒートポンプ機能させる。

【００３４】１９は第１ピストン３ａの第２，第３ピス
トン３ｂ，３ｃに対する位相差関係、及び、第４ピスト
ン４ａの第５，第６ピストン４ｂ，４ｃに対する位相差
関係を変更する位相制御装置であり、具体的には、図６
に示す如く、クランク軸２をエンジン連結側の主クラン
ク軸２ａと、その主クランク軸２ａの先端側細軸部に相
対回転自在に外嵌させた外嵌クランク軸２ｂとで構成し
て、第２，第３，第５，第６のピストン３ｂ，３ｃ，４
ｂ，４ｃを主クランク軸２ａに連結するのに対し、第
１，第４のピストン３ａ，４ａを外嵌クランク軸２ｂに
連結し、この構造において、上記の位相制御装置１９に
より、主クランク軸２ａと外嵌クランク軸２ｂとを所要
角度だけ相対回転させることで、第１ピストン３ａの第
２，第３ピストン３ｂ，３ｃに対する位相差関係、及
び、第４ピストン４ａの第５，第６ピストン４ｂ，４ｃ
に対する位相差関係を変更するようにしてある。

【００３５】つまり、この位相差関係の調整により、入
熱用熱交換器７Ａ，７Ｂでの入熱量、吸熱用熱交換器１
０Ａ，１０Ｂでの吸熱量、放熱用熱交換器９Ａ，９Ｂ，
１２Ａ，１２Ｂでの放熱量、及び、エンジン１から入力
する動力の比を変化させて、装置特性を所望のものに調
整する。

【００３６】第１及び第２ピストン群の各ピストンにつ
いては、図１，図６，図８に示すように、第１ピストン
３ａと第４ピストン４ａを同仕様にするとともに、これ
ら第１，第４ピストン３ａ，４ａを、それらのコンロッ
ド２０ａ，２１ａが一直線状に並ぶ状態で、両コンロッ
ド２０ａ，２１ａを連結する共通の偏芯回転軸２２ａ
（外嵌クランク軸２ｂにおける偏芯軸部）に対して対称
となるように配置してある。

【００３７】また、図１，図７，図９に示すように、第
２ピストン３ｂと第５ピストン４ｂを同仕様にするとと
もに、これら第２，第５ピストン３ｂ，４ｂを、それら
のコンロッド２０ｂ，２１ｂが一直線状に並ぶ状態で、
両コンロッド２０ｂ，２１ｂを連結する共通の偏芯回転
軸２２ｂ（主クランク軸２ａにおける偏芯軸部）に対し
て対称となるように配置し、同様に、図１，図７，図１
０に示すように、第３ピストン３ｃと第６ピストン４ｃ
を同仕様にするとともに、これら第３，第６ピストン３
ｃ，４ｃを、それらのコンロッド２０ｃ，２１ｃが一直
線状に並ぶ状態で、両コンロッド２０ｃ，２１ｃを連結
する共通の偏芯回転軸２２ｃ（主クランク軸２ａにおけ
る他の一つの偏芯軸部）に対して対称となるように配置
してある。

【００３８】つまり、互いに独立したサイクルを実行す
る第１，第２ピストン群について、第１ピストン群のピ
ストンと第２ピストン群のピストンの１つずつ（本例で
は特に、実行サイクル上で互いに同機能を果たすピスト
ンどうし）を、同仕様にするとともに、それらのコンロ
ッドが一直線状に並ぶ状態で、両コンロッドを連結する
共通の偏芯回転軸に対して対称に配置し、これにより、
質量バランスの偏りを回避して装置振動を極力低減す
る。

【００３９】各コンロッド２０ａ〜２０ｃ，２１ａ〜２
１ｃのクランク軸２（２ａ，２ｂ）に対する連結につい
ては、図６〜図１０に示す如く、前記の各偏芯回転軸２
２ａ，２２ｂ，２２ｃに外嵌部材２３ａ，２３ｂ，２３
ｃを、リング状ベアリング２４ａ，２４ｂ，２４ｃを介
して相対回転自在な外嵌状態に取り付け、これら外嵌部
材２３ａ，２３ｂ，２３ｃに、対応する対称配置の一対
のピストン夫々のコンロッド２０ａ・２１ａ，２０ｂ・
２１ｂ，２０ｃ・２１ｃを、それらコンロッドの軸芯方
向及び偏芯回転軸２２ａ，２２ｂ，２２ｃの回転軸芯方
向の夫々に対し直交する方向への外嵌部材２３ａ，２３
ｂ，２３ｃとコンロッド２０ａ・２１ａ，２０ｂ・２１
ｂ，２０ｃ・２１ｃとの直線的相対移動を案内するリニ
アベアリング２５，２６，２７を介して連結してある。

【００４０】そして、各コンロッド２０ａ〜２０ｃ，２
１ａ〜２１ｃは、それらの軸芯方向（各ピストンの動作
方向）への直線的移動を案内する支持用のリニアベアリ
ング２８ａ〜２８ｃ，２９ａ〜２９ｃを介して伝動ケー
ス３０に支持してある。

【００４１】すなわち、この連結構造により、上記直交
方向への力が各コンロッド２０ａ〜２０ｃ，２１ａ〜２
１ｃに伝わらないようにし、これにより、ピストン動作
において各ピストン３ａ〜３ｃ，４ａ〜４ｃをシリンダ
室５ａ〜５ｃ，１３ａ〜１３ｃの内周面に押し付けるこ
じれ的な力（サイドスラスト）が生じることを回避す
る。

【００４２】なお、第１，第４ピストン３ａ，４ａ、及
び、第３，第６ピストン３ｃ，４ｃについては、一直線
状に並ぶ両コンロッド２０ａ・２１ａ，２０ｃ・２１ｃ
を、偏芯回転軸２２ａ，２２ｃを囲む状態の連結部材３
１ａ・３２ａ，３１ｃ・３２ｃにより剛体的に連結し、
その剛体連結体を１個のリニアベアリング２５，２７を
介して対応の外嵌部材２３ａ，２３ｃに連結しており、
これに対し、サイクル実行上で他のピストンに比べ大き
な力がかかるパワーピストンとしての第２，第５ピスト
ン３ｂ，４ｂについては、リニアベアリング２６の負担
軽減のため、一直線状に並ぶ両コンロッド２０ｂ・２１
ｂを対応の外嵌部材２３ｂに対し各別のリニアベアリン
グ２６を介して連結してある。

【００４３】また、第１，第４ピストン３ａ，４ａ、及
び、第３，第６ピストン３ｃ，４ｃの夫々は、ピストン
先端側のシリンダ室５ａ，１３ａ，５ｃ，１３ｃとそれ
らシリンダ室に連通するピストン基端側の副シリンダ室
５ａ' ，１３ａ' ，５ｃ' ，１３ｃ' （ガス路６ａ，１
４ａ，６ｂ，１４ｂの一部）とを有するディスプレーサ
型ピストンにしてあり、これにより、作動ガス圧に原因
してピストン側からクランク軸２（２ａ，２ｂ）に定常
的にかかる曲げ力を、上記コンロッドどうしの剛体連結
による力の相殺と相俟って効果的に低減するようにして
ある。

【００４４】３２ａ，３２ｃはコンロッド２０ａ・２１
ａ，２０ｃ・２１ｃの軸芯方向及び偏芯回転軸２２ａ，
２２ｃの回転軸芯方向の夫々に対し直交する方向への直
線的相対移動のみが自在な状態でリニアベアリング本体
２５ｘ，２７ｘに係合する被案内部材であり、第１，第
４ピストン３ａ，４ａ、及び、第３，第６ピストン３
ｃ，４ｃについては、これら被案内部材３２ａ，３２ｃ
を前記の連結部材に兼ねる状態でコンロッド２０ａ・２
１ａ，２０ｃ・２１ｃの側に連結固定するのに対し、リ
ニアベアリング本体２５ｘ，２７ｘを外嵌部材２３ａ，
２３ｃの側に連結固定してある。

【００４５】３２ｂはコンロッド２０ｂ，２１ｂの軸芯
方向及び偏芯回転軸２２ｂの回転軸芯方向の夫々に対し
直交する方向への直線的相対移動のみが自在な状態でリ
ニアベアリング本体２６ｘに係合する被案内部材であ
り、第２，第５ピストン３ｂ，４ｂについては、この被
案内部材３２ｂを外嵌部材２３ｂの側に連結固定するの
に対し、リニアベアリング本体２６ｘを各コンロッド２
０ｂ，２１ｂの側に連結固定してある。

【００４６】そして、これらリニアベアリング本体２５
ｘ，２６ｘ，２７ｘには、転動を伴い内部循環経路を循
環移動することで、被案内部材３２ａ，３２ｂ，３２ｃ
の相対的直線移動を円滑に案内する多数のボールないし
ローラを内装してある。

【００４７】〔別実施形態〕複数の構成ピストンの２個
ずつを、それらのコンロッドが一直線状に並ぶ状態で、
両コンロッドを連結する共通の偏芯回転軸に対して対称
に配置するスターリング機器のサイクル上の機器構成
は、前述の実施形態で示した構成に限定されるものでは
なく、例えば、図１１〜図１４の夫々に示す如き構成な
ど、種々の構成を採用できる。

【００４８】なお、図１１に示す装置では、第１ピスト
ンｐ１と第３ピストンｐ３とのピストン対、及び、第２
ピストンｐ２と第４ピストンｐ４とのピストン対を上記
対称配置のピストン対とするのに対し、第１ピストンｐ
１を内装する第１シリンダ室ｃ１と第２ピストンｐ２を
内装する第２シリンダ室ｃ２とを連通させるガス路ｇ１
に、入熱用ないし吸熱用の熱交換器ｎ１、再生用熱交換
器ｎ２、及び、放熱用熱交換器ｎ３を介装し、また、第
３ピストンｐ３を内装する第３シリンダ室ｃ３と第４ピ
ストンｐ４を内装する第４シリンダ室ｃ４とを連通させ
るガス路ｇ２に、入熱用ないし吸熱用の熱交換器ｎ４、
再生用熱交換器ｎ５、及び、放熱用熱交換器ｎ６を介装
し、これにより、第１シリンダ室ｃ１と第２シリンダ室
ｃ２とのシリンダ室対、及び、第３シリンダ室ｃ３と第
４シリンダ室ｃ４とのシリンダ室対の各々において、ス
ターリングサイクルないし逆スターリングサイクルを実
行させる。

【００４９】また、図１２に示す装置では、第１ピスト
ンｐ１と第３ピストンｐ３とのピストン対、及び、第２
ピストンｐ２と第４ピストンｐ４とのピストン対を上記
対称配置のピストン対とするのに対し、第１ピストンｐ
１を内装する第１シリンダ室ｃ１と第４ピストンｐ４を
内装する第４シリンダ室ｃ４とを連通させるガス路ｇ１
に、入熱用ないし吸熱用の熱交換器ｎ１、再生用熱交換
器ｎ２、及び、放熱用熱交換器ｎ３を介装し、また、第
３ピストンｐ３を内装する第３シリンダ室ｃ３と第２ピ
ストンｐ２を内装する第２シリンダ室ｃ２とを連通させ
るガス路ｇ２に、入熱用ないし吸熱用の熱交換器ｎ４、
再生用熱交換器ｎ５、及び、放熱用熱交換器ｎ６を介装
し、これにより、第１シリンダ室ｃ１と第４シリンダ室
ｃ４とのシリンダ室対、及び、第３シリンダ室ｃ３と第
２シリンダ室ｃ２とのシリンダ室対の各々において、ス
ターリングサイクルないし逆スターリングサイクルを実
行させる。

【００５０】図１３に示す装置では、第１ピストンｐ１
と第３ピストンｐ３とのピストン対、及び、各々ディス
プレーサ型にした第２ピストンｐ２と第４ピストンｐ４
とのピストン対を上記対称配置のピストン対とするのに
対し、第１ピストンｐ１を内装する第１シリンダ室ｃ１
と第２ピストンｐ２の基端側に形成の副シリンダ室ｃ
２' とをガス路ｇ１で連通させるとともに、その副シリ
ンダ室ｃ２' と第２ピストンｐ２の先端側に形成の第２
シリンダ室ｃ２とを連通させるガス路ｇ２に、入熱用な
いし吸熱用の熱交換器ｎ１、再生用熱交換器ｎ２、及
び、放熱用熱交換器ｎ３を介装し、また、第３ピストン
ｐ３を内装する第３シリンダ室ｃ３と第４ピストンｐ４
の基端側に形成の副シリンダ室ｃ４' とをガス路ｇ３で
連通させるとともに、その副シリンダ室ｃ４' と第４ピ
ストンｐ４の先端側に形成の第４シリンダ室ｃ４とを連
通させるガス路ｇ４に、入熱用ないし吸熱用の熱交換器
ｎ４、再生用熱交換器ｎ５、及び、放熱用熱交換器ｎ６
を介装し、これにより、第１シリンダ室ｃ１，副シリン
ダ室ｃ２' ，第２シリンダ室ｃ２のシリンダ室群と、第
３シリンダ室ｃ３，副シリンダし得ｃ４' ，第４シリン
ダ室ｃ４のシリンダ室群の各々において、スターリング
サイクルないし逆スターリングサイクルを実行させる。

【００５１】図１４に示す装置では、第１ピストンｐ１
と第３ピストンｐ３とのピストン対、及び、各々ディス
プレーサ型にした第２ピストンｐ２と第４ピストンｐ４
とのピストン対を上記対称配置のピストン対とするのに
対し、第１ピストンｐ１を内装する第１シリンダ室ｃ１
と第２ピストンｐ２の基端側に形成の副シリンダ室ｃ
２' とをガス路ｇ１で連通させるとともに、その副シリ
ンダ室ｃ２' と第４ピストンｐ４の先端側に形成の第４
シリンダ室ｃ４とを連通させるガス路ｇ２に、入熱用な
いし吸熱用の熱交換器ｎ１、再生用熱交換器ｎ２、及
び、放熱用熱交換器ｎ３を介装し、また、第３ピストン
ｐ３を内装する第３シリンダ室ｃ３と第４ピストンｐ４
の基端側に形成の副シリンダ室ｃ４' とをガス路ｇ３で
連通させるとともに、その副シリンダ室ｃ４' と第２ピ
ストンｐ２の先端側に形成の第２シリンダ室ｃ２とを連
通させるガス路ｇ４に、入熱用ないし吸熱用の熱交換器
ｎ４、再生用熱交換器ｎ５、及び、放熱用熱交換器ｎ６
を介装し、これにより、第１シリンダ室ｃ１，副シリン
ダ室ｃ２' ，第４シリンダ室ｃ４のシリンダ室群と、第
３シリンダ室ｃ３，副シリンダ室ｃ４' ，第２シリンダ
室ｃ２のシリンダ室群の各々において、スターリングサ
イクルないし逆スターリングサイクルを実行させる。

【００５２】図１１〜図１４の夫々において、ｉは第１
〜第４のピストンｐ１〜ｐ４夫々のコンロッド、ｋはク
ランク軸、ｊはリニアベアリングを用いた前述の実施形
態と同様のコンロッド・クランク軸連結部である。

【図面の簡単な説明】

【図１】装置の全体縦断面図

【図２】入熱用及び放熱用熱交換器部分の縦断面図

【図３】入熱用熱交換器の横断面図

【図４】吸熱用及び放熱用熱交換器部分の縦断面図

【図５】吸熱用及び放熱用熱交換器の拡大断面図

【図６】コンロッドの連結部を示す縦断面図

【図７】コンロッドの連結部を示す縦断面図

【図８】コンロッドの連結部を示す横断面図

【図９】コンロッドの連結部を示す横断面図

【図１０】コンロッドの連結部を示す横断面図

【図１１】別実施形態を示す装置構成図

【図１２】別実施形態を示す装置構成図

【図１３】別実施形態を示す装置構成図

【図１４】別実施形態を示す装置構成図

【図１５】従来例を示す斜視図

【符号の説明】

３ａ，３ｂ，３ｃ ピストン ４ａ，４ｂ，４ｃ ピストン ５ａ，５ｃ シリンダ室 ５ａ' ，５ｃ' 副シリンダ室 １３ａ，１３ｃ シリンダ室 １３ａ' ，１３ｃ' 副シリンダ室 ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ コンロッド ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ コンロッド ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ 偏芯回転軸 ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ 外嵌部材 ２５，２６，２７ リニアベアリング ２８ａ，２８ｂ，２８ｃ 支持用リニアベアリング ２９ａ，２９ｂ，２９ｃ 支持用リニアベアリング

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対のピストンを、それらのコンロッド
   が一直線状に並ぶ状態で、両コンロッドを連結する共通
   の偏芯回転軸に対して対称に配置し、 前記偏芯回転軸に外嵌部材を相対回転自在な外嵌状態で
   取り付け、 その外嵌部材に前記一対のピストン夫々のコンロッド
   を、それらコンロッドの軸芯方向及び前記偏芯回転軸の
   回転軸芯方向の夫々に対し直交する方向への外嵌部材と
   コンロッドとの直線的相対移動を案内するリニアベアリ
   ングを介して連結してあるピストン・クランク機構。
2. 【請求項２】 前記一対のピストン夫々のコンロッド
   を、それらの軸芯方向への直線的移動を案内する支持用
   リニアベアリングを介して支持してある請求項１記載の
   ピストン・クランク機構。
3. 【請求項３】 前記一対のピストン夫々のコンロッドを
   互いに剛体的に連結し、 この剛体連結体を前記リニアベアリングを介して前記外
   嵌部材に連結してある請求項１又は２記載のピストン・
   クランク機構。
4. 【請求項４】 互いのコンロッドを剛体的に連結した前
   記一対のピストンの夫々を、互いに連通するピストン先
   端側のシリンダ室とピストン基端側の副シリンダ室とを
   有するディスプレーサ型ピストンにしてある請求項３記
   載のピストン・クランク機構。
5. 【請求項５】 複数のピストンを連動動作させてスター
   リングサイクル又は逆スターリングサイクルを実行する
   スターリング機器であって、 前記複数のピストンの２個ずつを、それらのコンロッド
   が一直線状に並ぶ状態で、両コンロッドを連結する共通
   の偏芯回転軸に対して対称に配置してあるスターリング
   機器。