JP2003294329A - スターリング冷凍機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧縮ピストン等を圧縮ピストンロッド６９に
固定する際に、締付力による捻れがコネクティングロッ
ド等に生じないようにする。 【解決手段】 圧縮ピストンロッド６９の水平断面形状
を六角形，四角形，長円形等の形状にする。そして、圧
縮ピストンの挿通孔をピストン取付ネジに挿入し、ナッ
トを締めて固定する。このとき六角形等の部分をスパー
ナ等で把持して、ナット示した際の力がコネクティング
ロッド等に伝わらないようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ピストンロッドと
ピストンとを連結する際に、ピストンロッドに発生する
捻れを規制できるようにしたスターリング冷凍機に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】スターリング冷凍機は、小型化が可能、
成績係数や冷凍効率が高い、発生する温度範囲が広い、
近年の地球環境問題におけるフロン代替が容易等の多く
の優れた特徴を持っている。

【０００３】このため冷凍庫、冷蔵庫、投げ込み式クー
ラー等の業務用又は家庭用の冷熱利用機器を始めとし
て、低温液循環器、低温恒温器、恒温槽、ヒートショッ
ク試験装置、凍結乾燥機、温度特性試験装置、血液・細
胞保存装置、コールドクーラ、その他各種の冷熱装置等
のあらゆる産業分野における冷熱利用機器への適用が検
討されている。

【０００４】このようなスターリング冷凍機には、圧縮
シリンダ内を圧縮ピストンが往復運動して作動ガスを圧
縮すると共に、膨張シリンダ内を膨張ピストンが往復運
動して作動ガスを膨張させて冷熱を発生するようになっ
ている。

【０００５】図５は、このようなスターリング冷凍機の
部分側断面図で、モータ５１４を備えて回転動力を発生
する駆動装置５１１と、該駆動装置５１１により駆動さ
れて冷熱を発生する冷熱発生部５３３とを備えている。

【０００６】冷熱発生部５３３は、回転動力を往復動力
に変換する動力変換部５３４、この往復動力により膨張
シリンダ５９７内を往復運動して作動ガスを膨張させる
膨張ピストン５９３を備えた膨張部５９０、往復動力に
より圧縮シリンダ５６８内を往復運動して作動ガスを圧
縮する圧縮ピストン５６７を備えた圧縮部５６４、膨張
部５９０と圧縮部５６４との間を流動する作動ガスの熱
を蓄熱する蓄熱部６７４等を主要構成としている。

【０００７】動力変換部５３４は、内部がクランク空間
５３６をなすクランクハウジング５３５を有し、その中
にモータ軸５１７と連結されたクランク軸５３７、該ク
ランク軸５３７に装着されたクランク５３８、一端がク
ランク５３８に連結されたコネクティングロッド５４
１、該コネクティングロッド５４１の他端に連結された
クロスガイドヘッド５４４、該クロスガイドヘッド５４
４の運動方向を１方向に規制するクロスガイドライナ５
４７等が設けられている。

【０００８】また、膨張部５９０は、膨張ピストン５９
３を収納する膨張シリンダ５９７、該膨張シリンダ５９
７の頭部側に設けられた膨張空間５９２、膨張ピストン
５９３に駆動力を伝達する膨張ピストンロッド６００等
を有している。

【０００９】圧縮部５６４は、圧縮ピストン５６７を収
納する圧縮シリンダ５６８、該圧縮シリンダ５６８の頭
部側に設けられた圧縮空間５６６、圧縮ピストン５６７
に駆動力を伝達する圧縮ピストンロッド５６９を有して
いる。

【００１０】また、圧縮空間５６６と膨張空間５９２と
はガス流路６７５により連結され、このガス流路６７５
に蓄冷材からなる蓄熱部６７４が設けられている。

【００１１】なお、圧縮ピストンロッド５６９や膨張ピ
ストンロッド６００と圧縮ピストン５６７や膨張ピスト
ン５９３と固定する際には、図６に示すように、圧縮ピ
ストンロッド５６９や膨張ピストンロッド６００の上端
に設けられたピストン取付ネジ６０２にナット５８１を
螺合させて固定している。

【００１２】なお、図６は圧縮ピストンロッド５６９と
圧縮ピストン５６７とを固定する際の様子を示してい
る。

【００１３】このような構成で、モータ５１４が駆動さ
れてクランク５３８が回動すると、その回動動力が往復
動力に変換されて圧縮ピストン５６７及び膨張ピストン
５９３に伝達され、これらが往復運動する。

【００１４】なお、膨張ピストン５９３は圧縮ピストン
５６７に対して位相が略９０度進んで運動する。

【００１５】そして、圧縮ピストン５６７が下死点から
上死点に移動すると、圧縮空間５６６内の作動ガスが圧
縮される。

【００１６】この間、膨張ピストン５９３は上動して上
死点に達した後、下動するようになる。

【００１７】圧縮ピストン５６７の上動に伴い圧縮され
た作動ガスは、ガス流路６７５を流動して膨張部５９０
側に送られ、膨張ピストン５９３が下動すると作動ガス
は蓄熱部６７４を通過して膨張空間５９２に送られる。

【００１８】作動ガスが蓄熱部６７４を通過する際に
は、その熱がこの蓄熱部６７４に蓄熱される。

【００１９】膨張ピストン５９３が下死点に達するに従
い、圧縮ピストン５６７は上死点から下死点に移動し、
作動ガスは膨張する。

【００２０】このときの膨張過程は等温膨張過程である
ため、膨張に伴う吸熱がコールドヘッド部７１９を介し
て行われ、この結果コールドヘッド部７１９の温度が下
がり冷熱が発生する。

【００２１】圧縮ピストン５６７が下死点に近づくに従
い、膨張ピストン５９３は上動を始め、作動ガスはガス
流路６７５を経て蓄熱部６７４で熱交換して圧縮空間５
６６に戻る。

【００２２】このようなサイクルを１サイクルとして運
転されて、コールドヘッド部７１９の冷熱は冷熱利用機
器に利用される。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記構成
では、圧縮ピストン５６７や膨張ピストン５９３をピス
トンロッドに固定する際には、ピストン取付ネジ６０２
にナット５８１を螺合して固定するため、そのときの締
付力でコネクティングロッド５４１が捻れて破損したり
する恐れがあった。

【００２４】そこで、本発明は、圧縮ピストンや膨張ピ
ストンをピストンロッドに固定する際に、締付力による
捻れがピストンロッドに生じないようにしてコネクティ
ングロッド等の破損を防止できるようにしたスターリン
グ冷凍機を提供することを目的とする。

【００２５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１にかかる発明は、モータの回転動力を往復
動力に変換する動力変換部と、往復動力により往復運動
して作動ガスを圧縮／膨張させるピストンと、該ピスト
ンと連結されて、往復動力を当該ピストンに伝達して往
復運動させるピストンロッドとを備えたスターリング冷
凍機において、雄ネジと、該雄ネジに螺合する雌ネジと
から形成されて、ピストンとピストンロッドとを連結す
る連結部材と、ピストンの底面に形成されて雄ネジが挿
通する挿通孔と、該挿通孔に雄ネジを挿通して当該雄ネ
ジに雌ネジを結合させることにより、ピストンとピスト
ンロッドとを連結させる際に発生する当該ピストンロッ
ドの捻れを規制する捻規制部とを設けて、ピストンをピ
ストンロッドに固定する際に、雌ネジの締付力による捻
れがピストンロッドに生じないようにし、これによりコ
ネクティングロッド等の破損が防止できるようにしたこ
とを特徴とする。

【００２６】請求項２にかかる発明は、捻規制部が、ス
パナー等でピストンロッドを把持して捻れが規制できる
ように、当該ピストンロッドの水平断面を六角形、長円
形、四角形に形成してなることを特徴とする。

【００２７】請求項３にかかる発明は、捻規制部が、ド
ライバやレンチ等を挿入して捻れが規制できるように、
当該ピストンロッドを貫通する貫通孔であることを特徴
とする。

【００２８】請求項４にかかる発明は、雄ネジ又は雌ネ
ジの一方が、ピストンロッドに形成して設けられている
ことを特徴とする。

【００２９】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図を参照し
て説明する。図１は、本発明の実施の形態の説明に適用
されるスターリング冷凍機の側断面図で、冷熱を発生す
る冷熱発生部、該冷熱発生部を駆動する駆動装置を主要
構成としている。

【００３０】駆動装置１１は、内部がモータ室１３をな
すモータハウジング１２を有し、このモータ室１３にス
テータ１５及びロータ１６からなる正逆回転可能なモー
タ１４が設置されて、該モータ１４により発生した回転
動力は、モータ軸１７を介して出力される。

【００３１】冷熱発生部３３は、駆動装置１１で発生し
た回転動力を往復動力に変換する動力変換部３４、作動
ガスを圧縮する圧縮部６４、作動ガスを膨張させる膨張
部９０、圧縮空間６６と膨張空間９２とを連通させるガ
ス流路１７５に設けられて流動する作動ガスの熱を蓄熱
する蓄熱部１７４、圧縮部６４で圧縮されて温度上昇し
た作動ガスの熱を外部に放熱させる放熱部１９３、膨張
部９０で作動ガスが膨張することにより発生した冷熱を
冷熱利用機器に供給するコールドヘッド部２１９、クラ
ンク空間３６のオイル２４８が圧縮空間６６や膨張空間
９２に侵入しないようにするオイルシール部１４８、背
圧室１５４とクランク空間３６との差圧の発生を抑制す
る圧力調整部１２５等を有している。

【００３２】動力変換部３４は、内部がクランク空間３
６をなすクランクハウジング３５を有し、このクランク
ハウジング３５はモータハウジングトップ１９を介して
モータハウジング１２と接して設けられている。

【００３３】クランクハウジング３５の底部には、動力
変換部３４における摺動部分等を潤滑するオイル２４８
が貯留され、その貯留量はクランクハウジング３５の底
部側に形成されたガラス等の透明部材からなる覗窓５０
により確認できるようになっている。

【００３４】モータハウジングトップ１９の底部側に
は、オイル通路孔２０が形成されてモータ室１３とクラ
ンク空間３６とが連通している。

【００３５】これによりモータ室１３にもオイル２４８
が貯留されると共に、モータ室１３とクランク空間３６
との雰囲気が相互に行き来できるようになっている。

【００３６】このようなスターリング冷凍機１では、作
動ガスとしてヘリウム、水素、窒素等を利用することが
可能であり、この場合は後述するクランク空間３６、モ
ータ室１３、バッファタンク１２６内にも封入しておく
ことが好ましい。

【００３７】クランク空間３６には、モータ軸１７と連
結されたクランク軸３７、該クランク軸３７に装着され
た圧縮クランク３８ａ及び膨張クランク３８ｂからなる
クランク３８、一端がクランク３８に連結された圧縮コ
ネクティングロッド４１ａ及び膨張コネクティングロッ
ド４１ｂからなるコネクティングロッド４１、該コネク
ティングロッド４１の他端に連結された圧縮クロスガイ
ドヘッド４４ａ及び膨張クロスガイドヘッド４４ｂから
なるクロスガイドヘッド４４、該クロスガイドヘッド４
４の運動方向を１方向に規制するクロスガイドライナ４
７等が設けられている。

【００３８】なお、圧縮クランク３８ａと膨張クランク
３８ｂとは、クランク軸３７の軸心に対して偏心して設
けられ、かつ、モータ１４の正転時に膨張クランク３８
ｂが圧縮クランク３８ａより略９０度位相が先行して回
転するように設けられている。

【００３９】ここでモータ１４の正転時とは、冷熱を発
生するようなサイクル運転を行うときのモータ１４の回
転方向を言う。

【００４０】このとき膨張クランク３８ｂと圧縮クラン
ク３８ａとの位相差に伴い発生する回転アンバランスを
抑制するためにバランサ５１が設けられている。

【００４１】クロスガイドライナ４７は、クロスガイド
ヘッド４４が挿入される概略円筒状の穴で、クランクハ
ウジング３５の頂部を穴開加工等して形成されている。

【００４２】これによりクランク３８を介して駆動され
たクロスガイドヘッド４４はクロスガイドライナ４７に
案内されて往復運動するようになる。

【００４３】クランクハウジング３５の上には固定プレ
ート２４３が設けられ、この固定プレート２４３の上に
シリンダハウジング７４が設けられている。

【００４４】このシリンダハウジング７４は、上側シリ
ンダハウジング７４ａと下側シリンダハウジング７４ｂ
とに分割形成されて、下側シリンダハウジング７４ｂ
は、固定プレート２４３を介してクランクハウジング３
５にボルトで固定され、上側シリンダハウジング７４ａ
は下側シリンダハウジング７４ｂにボルトを用いて固定
される。

【００４５】圧縮部６４は、下側シリンダハウジング７
４ｂを穴開して形成された圧縮シリンダ６８、圧縮シリ
ンダ６８内を往復運動する圧縮ピストン６７、一端が圧
縮クロスガイドヘッド４４ａに揺動自在に取付けられる
と共に他端が圧縮ピストン６７に固着されて、これらを
連結する圧縮ピストンロッド６９、該圧縮ピストン６７
の頭部側と圧縮シリンダ６８とで形成された圧縮空間６
６を有している。

【００４６】圧縮ピストン６７の側筒面には、圧縮ピス
トンリング７０が装着されて、圧縮空間６６の気密性を
保っている。

【００４７】膨張部９０は、下側シリンダハウジング７
４ｂ及び上側シリンダハウジング７４ａを穴開して形成
された膨張シリンダ９７、内部が空洞で膨張シリンダ９
７内を往復運動する膨張ピストン９３、一端が膨張クロ
スガイドヘッド４４ｂに揺動自在に取付けられると共に
他端が膨張ピストン９３に固着されて、このらを連結す
る膨張ピストンロッド１００、該膨張ピストン９３の頭
部側と膨張シリンダ９７とで形成された膨張空間９２を
有して、膨張空間９２の外周部にコールドヘッド部２１
９が形成されている。

【００４８】この膨張シリンダ９７及び膨張ピストン９
３は、それぞれ上下に分割されて、上部膨張シリンダ９
７ａ、下部膨張シリンダ９７ｂ、上部膨張ピストン９３
ａ、下部膨張ピストン９３ｂをなしている。

【００４９】下部膨張シリンダ９７ｂを下側シリンダハ
ウジング７４ｂに装着する際には、下部膨張シリンダ９
７ｂを液体窒素等で冷却して冷やしばめ等の方法で圧入
して装着している。

【００５０】これにより、下部膨張シリンダ９７ｂが下
側シリンダハウジング７４ｂに完全に固定されるために
異常音が発生する等の不都合が防止できる。

【００５１】下部膨張ピストン９３ｂには、膨張ピスト
ンリング１０４が装着されて、膨張空間９２の気密性を
保っている。

【００５２】また、下部膨張ピストン９３ｂの上端部と
上部膨張ピストン９３ａの下端部とには、それぞれピス
トン結合ネジ溝が形成されて、これらを螺合させること
により一体化した膨張ピストン９３が形成されるように
なっている。

【００５３】上側シリンダハウジング７４ａ及び下側シ
リンダハウジング７４ｂには、膨張空間９２と圧縮空間
６６とを連通させる細管のガス流路１７５が形成されて
いる。

【００５４】なお、下部膨張ピストン９３ｂの下端部を
取囲むように環状溝１０８が形成されて、当該環状溝１
０８にガス流路１７５が繋がり、圧縮空間６６へと連通
している。

【００５５】この環状溝１０８には、背圧室１５４と連
通する微少径の環状溝連通孔１０９が形成されて、背圧
室１５４と環状溝１０８との圧力を均等な圧力にしてい
る。

【００５６】また、上側シリンダハウジング７４ａの下
端部には、ガス流路１７５と連通するように、円筒状の
蓄熱材収納溝１０５が長手方向に形成されて、後述する
蓄熱材１７６が挿入されるようになっている。

【００５７】さらに、下側シリンダハウジング７４ｂの
上端内面側には、０リングが挿入されて、上部膨張シリ
ンダ９７ａと下部膨張シリンダ９７ｂとが気密に連結さ
れるようになっている。

【００５８】蓄熱部１７４は、真鍮やステンレス鋼を材
料とするメッシュ状の金属シートのからなる円筒状の蓄
熱材１７６を有し、この蓄熱材１７６が多数積層されて
蓄熱材収納溝１０５に装着される。

【００５９】そして、膨張空間９２で膨張して温度の下
がった作動ガスが、圧縮空間６６に向って流動する際に
は、当該作動ガスの冷熱を貯えて、当該冷熱が圧縮空間
６６から膨張空間９２に流動する作動ガスの冷却に用い
られる。

【００６０】また、圧縮空間６６で圧縮されて温度上昇
した作動ガスが、圧縮空間６６から膨張空間９２に向っ
て流動する際には、当該作動ガスの温熱を貯えて、当該
温熱が膨張空間９２から圧縮空間６６に流動する作動ガ
スの加熱に用いられる。

【００６１】圧縮ピストンロッド６９や膨張ピストンロ
ッド１００の下端側には、クロスガイド側フランジ１０
１が設けられ、上端にはピストン取付ネジ１０２（雄ネ
ジ）が設けられ、さらに上端近傍にはピストン側フラン
ジ１０３が設けられている。

【００６２】また、ピストン側フランジ１０３とクロス
ガイド側フランジ１０１との間の圧縮ピストンロッド６
９や膨張ピストンロッド１００は、図２，図３に示すよ
うに、その断面形状（長手方向に対して垂直な面の形
状）が六角形，四角形，長円形（図３（ａ）〜図３
（ｃ））に形成され、または貫通孔（図３（ｄ））が形
成されて捻規制部を構成している。

【００６３】そして、圧縮ピストンロッド６９や膨張ピ
ストンロッド１００は、クロスガイド側フランジ１０１
を用いてクロスガイドヘッド４４に取付けられる。

【００６４】また、圧縮ピストン６７や膨張ピストン９
３には、ピストン取付ネジ１０２が挿通する挿通孔が形
成されて、ピストン取付ネジ１０２をこの挿通孔に挿通
してピストン側フランジ１０３に当ててナット８１（雌
ネジ）を締付けることにより圧縮ピストンロッド６９や
膨張ピストンロッド１００と連結される。

【００６５】なお、膨張ピストン９３と膨張ピストンロ
ッド１００との連結に際して、当該膨張ピストン９３の
連結位置を調整するためにスペーサ１５３が用いられて
いる。

【００６６】放熱部１９３は、圧縮部６４で圧縮されて
温度上昇した作動ガスの熱を外部に速やかに放出させる
ことを主目的として設けられたもので、圧縮空間６６や
膨張シリンダ９７を取巻き循環するように形成された冷
却水路１９４が下側シリンダハウジング７４ｂに形成さ
れる共に、下側膨張シリンダ９７の下端部にフィンを有
する放熱器１９５が設けられている。

【００６７】この放熱部１９３を循環する冷却水は、図
示しない放熱交換器において外気と熱交換して冷却され
る。

【００６８】オイルシール部１４８は、固定プレート２
４３と膨張ピストン９３及び圧縮ピストン６７との間に
設けられたオイルシールベローズ１４９、該オイルシー
ルベローズ１４９の上端が溶着されたワッシャ状の上部
取付環１５０、該オイルシールベローズ１４９の下端が
溶着されたワッシャ状の下部取付環１５１を有してい
る。

【００６９】このオイルシールベローズ１４９は、金属
材料をプレス加工により一体成形した金属成形ベローズ
や溶接により組み立てた金属溶接ベローズが使用され
る。

【００７０】この上部取付環１５０は、圧縮ピストンロ
ッド６９や膨張ピストンロッド１００の底部とピストン
側フランジ１０３との間に装着されてピストン取付ネジ
１０２により固定される。

【００７１】また、下部取付環１５１は固定プレート２
４３を介して下側シリンダハウジング７４ｂを固定す
る。

【００７２】これにより下部取付環１５１は、固定プレ
ート２４３と密着して取付けられて背圧室１５４が気密
状態となり、クランク空間３６からオイル２４８が圧縮
空間６６や膨張空間９２に侵入する不都合が完全に防止
できるようになる。

【００７３】背圧室１５４は、圧縮ピストン６７の背圧
側と膨張ピストン９３との背圧側にそれぞれ形成される
が、これらが互いに連通するように背圧室連通孔１５５
が形成されている。

【００７４】ところで、背圧室１５４の空間容積に比べ
クランク空間３６側の空間容積は十分に大きい。

【００７５】なお、クランク空間３６側の空間容積は、
クランク空間３６とモータ室１３とが連通しているの
で、これらの和である。

【００７６】このような容積関係の下で背圧室１５４が
気密状態にあると、膨張ピストン９３や圧縮ピストン６
７の往復運動作により当該背圧室１５４には大きな圧力
変動が発生すると共に、クランク空間３６との間で大き
な差圧が発生する。

【００７７】そして、背圧室１５４の圧力がクランク空
間３６の圧力より高くなるとオイルシールベローズ１４
９は糸巻ボビン状に絞られ、逆に背圧室１５４の圧力が
クランク空間３６の圧力より低くなると、オイルシール
ベローズ１４９はビヤダル状に膨らむようになる。

【００７８】このような変形が、繰返しオイルシールベ
ローズ１４９に生じて破損しやすくなる。

【００７９】また、背圧室１５４の圧力変動は、膨張ピ
ストン９３や圧縮ピストン６７の往復運動のブレーキと
して作用するので、その分モータ１４の負荷が増えてし
まい冷凍効率が低下する。

【００８０】そこで、背圧室１５４とクランク空間３６
との圧力変動が行えるように、バッファタンク１２６を
備えた圧力調整部１２５を設けている。

【００８１】この圧力調整部１２５のバッファタンク１
２６は、タンク内の空間を２つの空間に気密に仕切る圧
力調整ベローズ１２７を備えて、一方の空間が背圧側連
通管１２８により背圧室１５４と連通し、他方の空間が
クランク側連通管１３０によりクランク空間３６やモー
タ室１３と連通している。

【００８２】この背圧室１５４に連通する空間を背圧側
バッファ室１２９と記載し、クランク空間３６と連通す
る空間をクランク側バッファ室１３１と記載する。

【００８３】そして、少なくとも背圧側バッファ室１２
９の空間容積は、背圧室１５４の空間容積より十分に大
きくなっている。

【００８４】これにより、背圧室１５４の圧力変動が背
圧側バッファ室１２９の圧力変動により自動的に緩和さ
れると共に、圧力調整ベローズ１２７の伸縮により吸収
され、背圧室１５４とクランク空間３６との間で大きな
差圧が発生しないようになり、オイルシールベローズ１
４９の劣化や破壊の防止、スターリング冷凍機１の運転
性能及び耐久性の向上が図られる。

【００８５】なお、モータ室１３はクランク空間３６と
連通しているので、クランク側バッファ室１３１をモー
タ室１３と連通させても同様の効果を得ることができ
る。

【００８６】コールドヘッド部２１９は、冷却フィン２
２０と、この冷却フィン２２０の先端部分を包むように
設けられたジャケット２２１とから構成されて、冷却フ
ィン２２０とジャケット２２１との間にブライン流路２
２２を形成している。

【００８７】なお、ブラインとして、エチルアルコー
ル、ＨＦＥ、ＰＦＣ、ＰＦＧ、窒素、ヘリウム等が利用
可能である。

【００８８】これにより膨張空間９２で発生した冷熱に
よりブラインは冷却フィン２２０を介して冷却され、冷
熱利用機器に冷熱が供給される。

【００８９】次に、上記構成に係るスターリング冷凍機
の組立て手順を、本発明の要部である圧縮ピストン６７
や膨張ピストン９３を圧縮ピストンロッド６９や膨張ピ
ストンロッド１００に取付る際の手順を中心に説明す
る。

【００９０】なお、圧縮ピストン６７と圧縮ピストンロ
ッド６９との取付方法は、膨張ピストン９３と膨張ピス
トンロッド１００との取付方法と同じなので、圧縮ピス
トン６７と圧縮ピストンロッド６９との取付方法を例に
説明する。

【００９１】先ず、クランク３８、コネクティングロッ
ド４１、クロスガイドヘッド４４が組立てられた状態
で、圧縮ピストンロッド６９をクロスガイドヘッド４４
にボルト止めして固定する。

【００９２】そして、固定プレート２４３にオイルシー
ルベローズ１４９に挿入して、圧縮ピストンロッド６９
が上部取付環１５０から顔を出すようにして飛出せる。
当該上部取付環１５０はピストン側フランジ１０３の上
に位置するようになる。

【００９３】そこで、圧縮ピストン６７の挿通孔をピス
トン取付ネジ１０２に挿入し、ナット８１を締めて固定
する。

【００９４】この固定に際して、ナット８１の締付け力
により圧縮ピストン６７が回転しようとする。この回転
力はクランク３８に伝達されてクランク軸３７等で受止
められるが、その中で捻れに弱い部分（例えば、コネク
ティングロッド４１）で破損やクラックが発生すること
がある。

【００９５】そこで、本発明では、圧縮ピストン６７の
挿通孔をピストン取付ネジ１０２に挿入し、ナット８１
を締めする際、図４に示すように、固定プレート２４３
を持上げ、その下に現れるクランクハウジング３５との
間の隙間Ｓからスパナーやモンキー等を圧縮ピストンロ
ッド６９の捻規制部に宛い、当該スパナー等を固定しな
がらナット８１を締る。

【００９６】これにより、コネクティングロッド４１に
対し回転力が伝達されなくなり、捻れによる破損等が防
止できる。

【００９７】なお、上記説明では、圧縮ピストンロッド
６９や膨張ピストンロッド１００の上部にピストン取付
ネジ１０２が設けられてナット８１を螺合させる場合に
ついて説明したが、本発明はこれに限定されるものでは
なく、圧縮ピストンロッド６９や膨張ピストンロッド１
００の上部に上記ナット８１に相当する雌ネジを形成し
て、ピストン取付ネジ１０２に相当するボルトを、圧縮
ピストン６７や膨張ピストン９３の挿通孔から挿通して
固定するようにしても良い。

【００９８】次に、このような構成のスターリング冷凍
機１の動作を説明する。

【００９９】モータ１４が駆動されると、その回転動力
がモータ軸１７を介してクランク軸３７に伝達される。

【０１００】このクランク軸３７にはクランク３８が偏
心して取付けられて、このクランク３８にコネクティン
グロッド４１を介してクロスガイドヘッド４４が連結さ
れているので、回転動力はクロスガイドヘッド４４の往
復動力に変換される。

【０１０１】クロスガイドヘッド４４が往復運動する
と、ピストンロッドを介して接続された膨張ピストン９
３と圧縮ピストン６７は往復運動して作動ガスを圧縮、
膨張する。

【０１０２】このとき、クランク３８によりオイル２４
８がクロスガイドヘッド４４等に付着するが、オイルシ
ールベローズ１４９によりクランク空間３６と背圧室１
５４とが完全に区画されている。

【０１０３】また、背圧室１５４と膨張空間９２との差
圧がバッファタンク１２６により圧力調整されて、これ
らの間で差圧の発生が抑制されているが、このとき圧力
調整ベローズ１２７を用いてバッファタンク１２６を区
画しているので、バッファタンク１２６を介してクラン
ク空間３６等から背圧室１５４にオイル２４８が流入す
ることがない。

【０１０４】従って、背圧室１５４にオイル２４８が侵
入して圧縮空間６６や膨張空間９２に侵入することがな
く、冷凍効率の低下が防止できるようになっている。

【０１０５】このようにして膨張ピストン９３と圧縮ピ
ストン６７が往復運動し、膨張ピストン９３が上死点に
近づいて動きが遅くなると、圧縮ピストン６７は中間付
近を上死点に向かって急速に動き、これにより作動ガス
は略断熱圧縮されて温度上昇する。

【０１０６】圧縮された作動ガスは、ガス流路１７５を
流れて放熱部１９３に流入し、ここで放熱器１９５を介
して冷却水に放熱して降温する。

【０１０７】冷却水に放熱した作動ガスは、蓄熱部１７
４に流入し、蓄熱材１７６を通過する際に当該蓄熱材１
７６に温熱を蓄熱して膨張空間９２に流入する。

【０１０８】そして、圧縮ピストン６７は上死点に近づ
き、その速度も遅くなる。

【０１０９】すると、膨張ピストン９３は急激に下死点
に向かって動き、これにより膨張空間９２が急激に拡張
して、当該膨張空間９２の作動ガスは断熱膨張して降温
する。

【０１１０】これにより、コールドヘッド部２１９の温
度が下がり、冷却フィン２２０を介してブラインが冷却
されて、冷熱が冷熱利用機器に供給される。

【０１１１】膨張ピストン９３が下死点から上死点に移
動する際は、圧縮ピストン６７は中間位置から下死点に
向かって動いており、これにより作動ガスは膨張空間９
２からガス流路１７５を介して圧縮空間６６に流れる。

【０１１２】このとき膨張して温度の下がった作動ガス
は、蓄熱材１７６に冷熱を蓄熱して放熱部１９３を経て
圧縮空間６６に流入して１サイクルが終了する。

【０１１３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
雄ネジと、該雄ネジに螺合する雌ネジとから形成され
て、ピストンとピストンロッドとを連結する連結部材
と、ピストンの底面に形成されて雄ネジが挿通する挿通
孔と、該挿通孔に雄ネジを挿通して当該雄ネジに雌ネジ
を結合させることにより、ピストンとピストンロッドと
を連結させる際に発生する当該ピストンロッドの捻れを
規制する捻規制部とを設けたので、ピストンをピストン
ロッドに固定する際に、雌ネジの締付力による捻れがピ
ストンロッドに生じないようになり、コネクティングロ
ッド等の破損が防止できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の説明に適用されるスター
リング冷凍機の側断面図である。

【図２】圧縮ピストンロッドの構成を示す図で、（ａ）
は上面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡＡ断面図、（ｃ）
は（ａ）におけるＢＢ断面図である。

【図３】圧縮ピストンロッドの水平断面図である。

【図４】圧縮ピストンと圧縮ピストンロッドとの取付方
法の説明に適用される図である。

【図５】従来の技術の説明に適用される、スターリング
冷凍機の概略構成を示す図である。

【図６】圧縮ピストンロッドと圧縮ピストンとを固定す
る際の様子を示す図である。

【符号の説明】

１ スターリング冷凍機 ３３ 冷熱発生部 ３４ 動力変換部 ３５ クランクハウジング ３８ クランク ３８ａ 圧縮クランク ３８ｂ 膨張クランク ４１ コネクティングロッド ４１ａ 圧縮コネクティングロッド ４１ｂ 膨張コネクティングロッド ４４ クロスガイドヘッド ４４ａ 圧縮クロスガイドヘッド ４４ｂ 膨張クロスガイドヘッド ６７ 圧縮ピストン ６９ 圧縮ピストンロッド ８１ ナット（雌ネジ） ９３ 膨張ピストン ９３ａ 上部膨張ピストン ９３ｂ 下部膨張ピストン １００ 膨張ピストンロッド １０２ ピストン取付ネジ（雄ネジ）

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１４年７月９日（２００２．７．９）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１３】このような構成で、モータ５１４が駆動さ
れてクランク５３８が回転すると、その回転動力が往復
動力に変換されて圧縮ピストン５６７及び膨張ピストン
５９３に伝達され、これらが往復運動する。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３０】駆動装置１１は、内部がモータ室１３をな
すモータハウジング１２を有し、このモータ室１３にス
テータ１６及びロータ１５からなる正逆回転可能なモー
タ１４が設置されて、該モータ１４により発生した回転
動力は、モータ軸１７を介して出力される。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４７】膨張部９０は、下側シリンダハウジング７
４ｂ及び上側シリンダハウジング７４ａを穴開して形成
された膨張シリンダ９７、内部が空洞で膨張シリンダ９
７内を往復運動する膨張ピストン９３、一端が膨張クロ
スガイドヘッド４４ｂに揺動自在に取付けられると共に
他端が膨張ピストン９３に固着されて、これらを連結す
る膨張ピストンロッド１００、該膨張ピストン９３の頭
部側と膨張シリンダ９７とで形成された膨張空間９２を
有して、膨張空間９２の外周部にコールドヘッド部２１
９が形成されている。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５８】蓄熱部１７４は、真鍮やステンレス鋼を材
料とするメッシュ状の金属シートからなる円筒状の蓄熱
材１７６を有し、この蓄熱材１７６が多数積層されて蓄
熱材収納溝１０５に装着される。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１０３

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１０３】また、背圧室１５４とクランク空間３６と
の差圧がバッファタンク１２６により圧力調整されて、
これらの間で差圧の発生が抑制されているが、このとき
圧力調整ベローズ１２７を用いてバッファタンク１２６
を区画しているので、バッファタンク１２６を介してク
ランク空間３６等から背圧室１５４にオイル２４８が流
入することがない。

【手続補正６】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 貴至 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 對比地 亮佑 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 金井 大 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 関谷 弘志 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 Ｆターム(参考） 3H003 AA02 AC03 CB02 CE04

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 往復動力により往復運動して作動ガスを
   圧縮／膨張させるピストンと、該ピストンと連結され
   て、前記往復動力を当該ピストンに伝達して往復運動さ
   せるピストンロッドとを備えたスターリング冷凍機にお
   いて、 雄ネジと、該雄ネジに螺合する雌ネジとから形成され
   て、前記ピストンとピストンロッドとを連結する連結部
   材と、 前記ピストンの底面に形成されて前記雄ネジが挿通する
   挿通孔と、 該挿通孔に前記雄ネジを挿通して前記雌ネジを結合させ
   ることにより、前記ピストンとピストンロッドとを連結
   させる際に発生する当該ピストンロッドの捻れを規制す
   る捻規制部とを有することを特徴とするスターリング冷
   凍機。
2. 【請求項２】 前記捻規制部が、スパナー等で前記ピス
   トンロッドを把持して前記捻れを規制することができる
   ように、当該ピストンロッドの水平断面を六角形、長円
   形、四角形に形成してなることを特徴とする請求項１記
   載のスターリング冷凍機。
3. 【請求項３】 前記捻規制部が、ドライバやレンチ等を
   挿入して前記捻れが規制できるように、当該ピストンロ
   ッドの水平方向に形成された貫通孔であることを特徴と
   する請求項１記載のスターリング冷凍機。
4. 【請求項４】 前記雄ネジ又は雌ネジの一方が、前記ピ
   ストンロッドに形成して設けられていることを特徴とす
   る請求項１乃至３いずれか１項記載のスターリング冷凍
   機。