JP2004020048A - スターリング機関 - Google Patents

Abstract

【課題】取り付けおよび加工が容易で、かつ信頼性の高い逆止弁機能を有する高圧ガス導入機構を小型に備えるスターリング機関を提供する。
【解決手段】スターリング冷凍機は、シリンダ内に配置されるピストン３の往復運動により発生する高圧ガスを、ピストン３の内部に設けられる加圧室にガス導入部材２７を介して蓄えることが可能であって、ピストン３の端面３ｍには、径がほぼ一定の孔２２が加圧室に達するように形成されている。ガス導入部材２７は、孔２２に配置されて、高圧ガスを加圧室内に流入させる流入口２４を有する台座２３と、台座２３に設けられて、加圧室内の高圧ガスが流入口２４から流出することを防ぐ逆止弁２５とを含む。孔２２の内周側面３ａには雌ねじ部５５が形成されており、台座２３の外周側面２３ａには雌ねじ部５５に螺合される雄ねじ部５４が形成されている。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、一般的にはスターリング機関に関するものであり、より特定的には、摺動部にガスベアリングのガスを供給するため、高圧ガスを作動部材内に蓄える機構を備えたスターリング機関に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
スターリング機関では、ピストンおよびディスプレーサが所定の位相差をもってシリンダ内を往復運動する。この往復運動によりピストンおよびディスプレーサとシリンダとの摺動部に発生する摩擦は、スターリング機関の性能および信頼性に大きく影響を及ぼすため、摺動部にガスベアリング機構を採用することによって低摩擦化を図っている。
【０００３】
このような機構を採用するスターリング機関では、ピストンおよびディスプレーサの往復運動によって発生する高圧ガスをピストンおよびディスプレーサの内部に導入して、この高圧ガスを摺動部に供給する必要がある。図１３は、従来技術において、高圧ガスをピストン内部に導入する機構を示す断面図である。
【０００４】
図１３は、シリンダ内に配置されるピストンとディスプレーサとの間に形成される圧縮室とピストンとが向い合う部分を示す断面図である。図１３を参照して、ピストン１０１の内部には加圧室が形成されている。ピストン１０１には、圧縮室から加圧室に達する孔１０７が形成されている。孔１０７は、相対的に径が大きい孔１０７ａおよび相対的に径が小さい孔１０７ｂによって構成されている。同様に、相対的に径が大きい部分１０２ａおよび相対的に径が小さい部分１０２ｂによって構成されている台座１０２が孔１０７に嵌め合わされている。台座１０２の相対的に径が大きい部分１０２ａには、皿もみが形成された止め付け用の孔が複数設けられており、皿ねじ１０４によって台座１０２がピストン１０１に固定されている。台座１０２には、流入口１０３が形成されている。
【０００５】
台座１０２の加圧室側の端面には、逆止弁１０５が設けられている。逆止弁１０５は、ねじ１０６によって一方端が台座１０２の端面に固定されている。逆止弁１０５は、金属薄板からなる弁１０５ａ、および弁１０５ａより若干板厚が大きく形成された弁押さえ板１０５ｂから構成されている。弁１０５ａは、一方端が固定された状態で他方端が流入口１０３を塞ぐように設けられている。弁押さえ板１０５ｂは、一方端が固定された状態で他方端が弁１０５ａの他方端から浮くように設けられており、弁１０５ａを保護する役割を果たす。
【０００６】
ピストン１０１およびディスプレーサがシリンダ内で所定の位相差で往復運動ることによって発生する高圧ガスは、圧縮室から流入口１０３を通ってピストン１０１の内部に形成された加圧室内に導入される。このとき、弁１０５ａは流入口１０３から浮いた状態となり、高圧ガスが加圧室内に流入することを妨げない。また、圧縮室内のガス圧が加圧室内のガス圧よりも下がった場合、加圧室内に流入した高圧ガスが流入口１０３から流出しようとする。しかし、このとき弁１０５ａは流入口１０３を閉じた状態となるので、加圧室内に流入した高圧ガスが圧縮室に再び流出することを防ぐことができる。加圧室内に蓄えられた高圧ガスは、ピストン１０１の外周側面でシリンダとの摺動面に設けられた図示しない流出口から流出し、摺動部にガスベアリング効果をもたらす。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
スターリング機関において、シリンダおよびディスプレーサの径は出力または許容されるスペースなどを考慮して設計上決定される。また、強度上の問題からピストンおよびディスプレーサの肉厚をある程度確保しなければならないため加圧室の大きさは制約を受ける。これらの理由から加圧室に高圧ガスを導入し蓄える機構を可能なかぎり小さく設計しなければならなく、その上で求められる機能を十分に発揮できなければならない。
【０００８】
また、このように加圧室に高圧ガスを導入し蓄える機構は小さく設計されるため、取り付けの作業が容易に行なえなければならない。さらに、加圧室内に流入した高圧ガスが流入口から圧縮室に再び流出することを防ぐ逆止弁には強度が十分でない金属薄板などが用いられるため、スターリング機関を一定期間稼働させた後に逆止弁を取り換える必要が生じる。したがって、このような場合にも逆止弁のメンテナンスがスムーズに進むように設計されていなければならない。
【０００９】
しかし、上述の従来技術においては、台座１０２の相対的に径が小さい部分１０２ｂによって高圧ガスを導入し蓄える機能が発揮されるにもかかわらず、台座１０２をピストン１０１に固定するために、台座１０２に相対的に径の大きい部分１０２ａが形成されている。このような結果、加圧室に高圧ガスを導入し蓄える機構を備えた台座１０２は大きくなり、取り付けることが許されているピストンおよびディスプレーサの端面に納まり切らない場合が生じる。
【００１０】
また、台座１０２は複数の皿ねじ１０４によってピストン１０１に固定されているため、その取り付けおよび取り外しの作業性が悪くなるという問題が発生する。
【００１１】
さらに、台座１０２の加圧室側の端面の表面粗さが十分でない場合など部品の加工精度に問題がある場合に、逆止弁１０５が弁としての機能を十分に果たさず加圧室から圧縮室にガス漏れが生じるという問題が発生するおそれがある。
【００１２】
そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、取り付けおよび加工が容易で、かつ信頼性の高い逆止弁機能を有する高圧ガス導入機構を小型に備えるスターリング機関を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明に従ったスターリング機関は、シリンダ内に配置される作動部材の往復運動により発生する高圧ガスを、作動部材の内部に設けられる加圧室にガス導入手段を介して蓄えることが可能なスターリング機関であって、作動部材の端面には、径がほぼ一定の孔が加圧室に達するように形成されている。ガス導入手段は、孔に配置されて、高圧ガスを加圧室内に流入させる流入口を有する台座と、台座に設けられて、加圧室内の高圧ガスが流入口から流出することを防ぐ逆止弁とを含む。
【００１４】
このように構成されたスターリング機関によれば、作動部材の端面には、径がほぼ一定の孔が加圧室に達するように形成されているため、径が異なる孔が段差を形成して設けられている場合と比較して、作動部材の端面に、より狭い面積でこの孔を形成することが可能となる。したがって本発明は、このように形成された孔に配置されるガス導入手段を小型に備えることができる。また、径がほぼ一定の孔を作動部材の端面に形成すればよいので加工が容易となる。さらに、この孔に配置される台座もこの孔と同様に径がほぼ一定となるように形成すればよいので、台座の加工も容易となる。
【００１５】
また好ましくは、孔の内周側面には雌ねじ部が形成されており、台座の外周側面には雌ねじ部に螺合される雄ねじ部が形成されている。このように構成されたスターリング機関によれば、台座の外周側面に形成された雄ねじ部を孔の内周側面に形成された雌ねじ部に螺合することによって、ガス導入手段を作動部材に取り付けている。このように雄ねじ部を直接台座に形成しているため、止め付けのためのボルトなど他の部品を必要とせず部品点数を減らしコスト削減を図ることができる。またボルトによってガス導入手段を作動部材の端面に取り付ける場合には複数箇所をボルト止めする必要が生じるが、この発明によれば台座を孔に締め込むだけでいいので取り付けの作業性を向上させることができる。
【００１６】
また好ましくは、孔の径が台座の径よりも小さく形成されており、台座は孔に圧入されて固定されている。このように構成されたスターリング機関によれば、台座を孔に圧入することによってガス導入手段を作動部材の端面に取り付けているため、部品点数を減らしコスト削減を図ることができる。また、孔の径と台座の径をしまりばめの関係にして孔および台座を加工しておけばよいので、ねじ部を形成しなければならない場合などと比較して加工の負担を小さくすることができる。
【００１７】
また好ましくは、台座には台座の外周側面から突出するようにばね部材が設けられており、孔には孔の内周側面の円周上に沿って溝部が設けられており、ばね部材が溝部に嵌合されることによって、台座が孔に固定されている。このように構成されたスターリング機関によれば、ばね部材を溝部に嵌合することによってガス供給手段を作動部材に取り付けているため、部品の加工精度を高くする必要がない。このため、加工が容易となり部品の製造コストを削減することができる。
【００１８】
また好ましくは、台座は樹脂を含む。このように構成されたスターリング機関によれば、台座をアセタール樹脂、ポリアミド樹脂またはエポキシ樹脂などの樹脂によって形成する。これらの樹脂は、機械強度が大きく加工性に優れている。したがって、逆止弁と密着する台座の端面の表面粗さを精度良く仕上げることができる。このため、逆止弁が弁としての機能を十分に果たし、加圧室内の高圧ガスが流入口から流出することを有効に防ぐことができる。またこれらの樹脂は密着性が高いため、台座を孔に圧入して固定した場合にも、台座および孔の接触部分を確実にシールすることができる。
【００１９】
また好ましくは、台座は弾性体を含む。このように構成されたスターリング機関によれば、台座をシリコーンゴム、フッ素ゴムまたはＮＢＲ（ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ−ｂｕｔａｄｉｅｎｅ　ｒｕｂｂｅｒ）などの弾性体によって形成する。これらの材料は十分な弾性を有し密着性が高いため、台座を孔に圧入して固定した場合に、台座および孔の接触部分を確実にシールすることができる。また、弾性体である台座は逆止弁と密着しやすく流入口が確実に塞がれるので、加圧室内の高圧ガスが流入口から流出することを有効に防ぐことができる。
【００２０】
また好ましくは、逆止弁は、台座の端面に固定される一方端と、流入口を塞ぐ他方端と、一方端から他方端に向けて延びる腕部とを含み、腕部の幅が一方端および他方端の幅よりも狭く形成されている。このように構成されたスターリング機関によれば、作動部材の往復運動により発生する外部の高圧ガスの圧力が加圧室内部の圧力よりも大きい場合に、逆止弁の他方端は流入口から離れた状態となって高圧ガスが加圧室内部に流入する。また、外部の高圧ガスの圧力が加圧室内部の圧力よりも下がった場合、逆止弁の他方端は流入口を塞ぐ状態となって加圧室から外部に高圧ガスが漏れることを防止する。この発明では、逆止弁の腕部の幅が一方端および他方端の幅よりも狭く形成されているため、逆止弁の一方端を支点とした上述の他方端の動きがより小さな力で実現される。つまり、外部の高圧ガスの圧力が加圧室内部の圧力よりわずかに大きければ、逆止弁の他方端は流入口から離れる。このように高い応答性を持った逆止弁機構により、加圧室内に蓄えられる高圧ガスの圧力を維持し、スターリング機関の摺動部にガスを安定して供給し続けることができる。
【００２１】
また好ましくは、台座および逆止弁が一体成形されている。このように構成されたスターリング機関によれば、逆止弁を台座に取り付ける作業を省略することができる。また、ガス導入手段の部品点数を減らしコスト削減を図ることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１におけるスターリング冷凍機を示す断面図である。
【００２４】
図１を参照して、スターリング冷凍機１は、シリンダ１５と、シリンダ１５の内部に挿入されたピストン３およびディスプレーサ２とを備える。ピストン３およびディスプレーサ２の内部には、加圧室２１および３１が形成されている。ピストン３とディスプレーサ２との間には圧縮室４が形成されており、圧縮室４に向い合うピストン３およびディスプレーサ２の端面３ｍおよび２ｍには、径がほぼ一定の孔２２および３２が形成されている。孔２２および３２には、流入口２４および３４が形成された台座２３および３３が設けられている。加圧室２１および３１側の台座２３および３３の端面には、逆止弁２５および３５が設けられている。台座２３および逆止弁２５によりガス導入部材２７を、台座３３および逆止弁３５によりガス導入部材３７を構成している。
【００２５】
ディスプレーサ２を挟んで圧縮室４の反対側には、吸熱器１３が設けられている。吸熱器１３とディスプレーサ２との間には、膨張室５が形成されている。圧縮室４と膨張室５との間には再生器６が設けられており、圧縮室４、再生器６および膨張室５によって閉回路が形成されている。ピストン３およびその外周部にはリニアモータ７が設けられている。ピストン３はピストンスプリング１６によって、ディスプレーサ２はピストン３の中心部分を貫通して延びるロッド８に取り付けられたディスプレーサスプリング９によって、ケーシング１４に支持されている。シリンダ１５内部には水素またはヘリウムなどの作動ガスが封入されている。
【００２６】
リニアモータ７に交番電流を印加させることにより、ピストン３に軸方向の推力が発生し、ピストン３がシリンダ１５内部を往復運動する。このピストン３の往復運動は圧縮室４内の作動ガスに周期的な圧力変化をもたらし、ディスプレーサ２がピストン３と同じ周期で所定の位相差をもってシリンダ１５内部を往復運動する。
【００２７】
上述のピストン３およびディスプレーサ２の往復運動により圧縮室４内の作動ガスの圧力が加圧室２１および３１内の圧力よりも大きくなった場合に、作動ガスが高圧ガスとして、圧縮室４から流入口２４および３４を通って加圧室２１および３１内部に流入する。圧縮室４内の作動ガスの圧力が加圧室２１および３１内の高圧ガスの圧力よりも小さい場合、逆止弁２５および３５の働きにより加圧室２１および３１に流入した高圧ガスが再び流入口２４および３４から圧縮室４に流出することはない。したがって、スターリング冷凍機１の稼働中、加圧室２１および３１内には高い圧力状態が維持された高圧ガスが蓄えられる。
【００２８】
このようにして蓄えられる高圧ガスは、ピストン３およびディスプレーサ２の外周側面に設けられた流出口２６および３６から、ピストン３およびディスプレーサ２と、シリンダ１５との摺動面１８および１９に噴出する。これにより摺動面１８および１９にガスベアリング効果が作用し、ピストン３およびディスプレーサ２は、シリンダ１５と非接触状態で往復運動可能となる。なお、加圧室２１および３１から摺動面１８および１９に供給される高圧ガスは、流出口２６および３６でその流量が絞られるため流出損失はほとんどなく、加圧室２１および３１内には圧縮室４のガス圧力変動の最高圧とほぼ等しい圧力の高圧ガスが蓄えられる。
【００２９】
以下簡単にスターリング冷凍機１の原理について説明する。ピストン３により圧縮された圧縮室４内の作動ガスは、再生器６を経由して膨張室５へ移動する。この際、再生器６が半サイクル前に蓄えていた冷熱により作動ガスが予冷される。作動ガスが膨張室５に流入することで、膨張室５内部の圧力が上昇しディスプレーサ２が押し動かされ、膨張室５内部の作動ガスの膨張が始まる。吸熱器１３近傍の外気が冷却される。
【００３０】
膨張室５内部の作動ガスの膨張がある程度進んだ時点で、ピストン３の復帰力によりディスプレーサ２は押し戻される。膨張室５内の作動ガスは再生器６を経由して再び圧縮室４へ移動する。大部分の作動ガスが圧縮室４に戻ったあとに、再び圧縮室４内の作動ガスがピストン３による圧縮を受けて次のサイクルへと移行する。以上のような一連のサイクルが連続的に繰り返されることによって、スターリング冷凍機１から極低温が取り出される。
【００３１】
図２は、図１中のスターリング冷凍機において、ピストンに取り付けられるガス導入部材を示す断面図である。なお、ディスプレーサ２に取り付けられるガス導入部材３７は図２に示す断面図と同様であるため、これからはピストン３に取り付けられるガス導入部材２７についてのみ説明を行なう。
【００３２】
図２を参照して、ピストン３の端面３ｍには圧縮室４から加圧室２１に達する孔２２が形成されている。孔２２の内周側面３ａには、雌ねじ部５５が形成されている。台座２３の中心には、高圧ガスが圧縮室４から加圧室２１に流入する流入口２４が形成されている。台座２３の外周側面２３ａには、ピストン３に形成された雌ねじ部５５と螺合される雄ねじ部５４が形成されている。台座２３はアルミニウムにより形成されている。台座２３の加圧室２１側の端面２３ｂには、流入口２４を塞ぐようにして逆止弁２５がねじ５３によって止め付けられている。台座２３の外周側面２３ａに図示しない接着テープを巻き付け、台座２３を孔２２に締め込む。
【００３３】
なお、図２に示す雌ねじ部５５および雄ねじ部５４は、ともにストレートタイプのねじであるがテーパねじであってもよい。テーパねじを用いた場合には、台座２３とピストン３の接合部において十分なシール効果を図ることができる。
【００３４】
図３は、図２中の矢印ＩＩＩで示す方向から見た台座を示す平面図である。図３を参照して、流入口２４は、断面が正六角形に形成された孔５１と、断面が円に形成された孔５２によって構成されている。孔５１は、適当な六角レンチに対応した大きさに形成されており、孔５１を用いることによって台座２３を孔２２に容易に締め込むことができる。なお、孔５１の形状は、台座２３を孔２２に締め込む特殊工具に対応した形状であってもよい。
【００３５】
図４は、図２中の矢印ＩＶで示す方向から見た台座を示す平面図である。図４を参照して、台座２３にアルミニウムなどの金属薄板によって形成された逆止弁２５が設けられている。逆止弁２５は、他方端６３が流入口２４の孔５２を塞ぐようにして設けられており、一方端６１がねじ５３によって台座２３に止め付けられている。逆止弁２５は、一方端６１から他方端６３に向う中間部分に腕部６２を有し、腕部６２の幅は一方端６１および他方端６３の幅よりも狭く形成されている。このような形状を有する逆止弁２５はエッチング処理により容易に製造することができる。
【００３６】
図５は、図４に示す逆止弁において、高圧ガスが圧縮室から加圧室に流入するときの様子を示す断面図である。図５を参照して、圧縮室４内の作動ガスの圧力が加圧室２１内の圧力よりも大きくなった場合、逆止弁２５の両側の表面に作用する圧力に差が生じ、逆止弁２５は一方端６１を支点として加圧室２１側に湾曲する。これにより他方端６３は台座２３の端面２３ｂから離れ流入口２４が開かれた状態となるので、高圧ガスが加圧室２１内に流入することが妨げられない。逆に圧縮室４内の作動ガスの圧力が加圧室２１内の圧力よりも小さくなった場合には、他方端６３は台座２３の端面２３ｂに密着し流入口２４が閉じられた状態となるので、加圧室２１内部の高圧ガスが流入口２４から再び圧縮室４に流出することはない。
【００３７】
図６は、図４中の逆止弁の変形例を示す平面図である。図６を参照して、台座２３に取り付けられる逆止弁７１は、他方端７３を中心に四方の一方端７２に向けて延びる形状を有する。逆止弁７１は、他方端７３が流入口２４の孔５２を塞ぐようにして設けられており、一方端７２がねじ５３によって台座２３に止め付けられている。一方端７２と他方端７３との中間に位置する４箇所の腕部７４の幅は、一方端７２および他方端７３の幅よりも狭く形成されている。
【００３８】
図７は、図６に示す逆止弁において、高圧ガスが圧縮室から加圧室に流入するときの様子を示す断面図である。図７を参照して、圧縮室４内の作動ガスの圧力が加圧室２１内の圧力よりも大きくなった場合、逆止弁７１の両側の表面に作用する圧力に差が生じ、逆止弁７１は一方端７２が支持された状態で弓型形状に加圧室２１側に変形する。これにより他方端７３は台座２３の端面２３ｂから離れ、流入口２４が開かれた状態となる。逆に圧縮室４内の作動ガスの圧力が加圧室２１内の圧力よりも小さくなった場合には、他方端７３は台座２３の端面２３ｂに密着し流入口２４が閉じられた状態となる。
【００３９】
この発明の実施の形態１に従ったスターリング機関としてのスターリング冷凍機１は、シリンダ１５内に配置される作動部材としてのピストン３およびディスプレーサ２の往復運動により発生する高圧ガスを、ピストン３およびディスプレーサ２の内部に設けられる加圧室２１および３１にガス導入手段としてのガス導入部材２７および３７を介して蓄えることが可能なスターリング冷凍機であって、ピストン３およびディスプレーサ２の端面３ｍおよび２ｍには、径がほぼ一定の孔２２および３２が加圧室２１および３１に達するように形成されている。ガス導入部材２７および３７は、孔２２および３２に配置されて、高圧ガスを加圧室２１および３１内に流入させる流入口２４および３４を有する台座２３および３３と、台座２３および３３に設けられて、加圧室２１および３１内の高圧ガスが流入口２４および３４から流出することを防ぐ逆止弁２５および３５とを含む。なお、実施の形態１ではスターリング機関にスターリング冷凍機を適用した場合について説明したが、スターリング機関はスターリングエンジンであってもよい。
【００４０】
孔２２の内周側面３ａには雌ねじ部５５が形成されており、台座２３の外周側面２３ａには雌ねじ部５５に螺合される雄ねじ部５４が形成されている。
【００４１】
逆止弁２５および７１は、台座２３の端面２３ｂに固定される一方端６１および７２と、流入口２４を塞ぐ他方端６３および７３と、一方端６１および７２から他方端６３および７３に向けて延びる腕部６２および７４とを含み、腕部６２および７４の幅が一方端６１および７２、ならびに他方端６３および７３の幅よりも狭く形成されている。なお、実施の形態１では腕部が１箇所または４箇所に形成されている場合について説明したが、これ以外に複数箇所に設けられている場合にもこの発明を適用することができる。
【００４２】
このように構成されたスターリング冷凍機１によれば、孔２２および３２の径はほぼ一定であり、台座２３および３３の外周側面に形成した雄ねじ部を、ピストン３およびディスプレーサ２の孔２２および３２の内周側面に形成した雌ねじ部に螺合して、ガス導入部材２７および３７をピストン３およびディスプレーサ２に取り付けている。このため、台座２３および３３をピストン３およびディスプレーサ２に取り付けるため、径が大きい部分を台座２３および３３に設ける場合と比べて、台座２３および３３の小型化を図ることができる。これにより、ピストン３およびディスプレーサ２の端面の面積がより狭い場合であっても、台座２３および３３の取り付けが可能となる。また、複数のボルトで台座２３および３３をピストン３およびディスプレーサ２に止め付ける場合と比べて、組立ての作業性を向上させることができ、また部品点数を減らしてコスト削減を図ることができる。
【００４３】
また、腕部６２および７４の幅が一方端６１および７２、ならびに他方端６３および７３の幅よりも狭く形成されているため、圧縮室４内と、加圧室２１内とのガスの圧力差が小さい場合にも、他方端６３および７３が確実に台座２３の端面２３ｂから離れ、流入口２４を開いた状態にすることができる。このため、高い応答性を有する逆止弁機構を実現することができる。
【００４４】
（実施の形態２）
図８は、この発明の実施の形態２におけるスターリング冷凍機において、ピストンに取り付けられるガス導入部材を示す断面図である。図８を参照して、台座８１および逆止弁２５から構成されるガス導入部材８５がピストン８２に取り付けられる。台座８１の径８３が、ピストン８２の端面８２ｍに形成された孔２２の径８４よりもわずかに大きく形成されている。これにより、台座８１および孔２２がしまりばめの関係に設定されている。台座８１が孔２２に圧入されることによって、ガス導入部材８５がピストン８２に固定される。台座８１の外周側面８１ａおよびピストン８２の内周側面８２ａは十分に滑らかな表面粗さとなるように加工されている。また、台座８１を孔２２に圧入する際、圧入方向および圧入荷重が厳重に管理される。これらによって、台座８１は孔２２にこじることなく挿入され、所定の位置で台座８１をピストン８２に固定することができる。
【００４５】
なお、台座８１の外周側面８１ａおよびピストン８２の内周側面８２ａをテーパ形状に加工してもよい。この場合、外周側面８１ａおよび内周側面８２ａの間に働くくさび作用によって、ガス導入部材８５をピストン８２に確実に固定することができる。
【００４６】
この発明の実施の形態２に従ったスターリング冷凍機は、孔２２の径８４が台座８１の径８３よりも小さく形成されており、台座８１は孔２２に圧入されて固定されている。
【００４７】
このように構成されたスターリング冷凍機によれば、孔２２の径８４と台座８１の径８３とをしまりばめの関係になるように、孔２２および台座８１を加工しておけばいいので多工程に渡る加工を必要としない。また、止め付けのためボルトなどの部品を用いないため部品点数を減らしコストの削減を図ることができる。さらに、ピストン８２および台座８１の圧入代により、ピストン８２および台座８１の接触面において十分なシール性を得ることができるので接着シールなどを用いなくてもよい。このため組立て工程を省略することができる。
【００４８】
（実施の形態３）
図９は、この発明の実施の形態３におけるスターリング冷凍機において、ピストンに取り付けられた状態のガス導入部材を示す断面図である。図９を参照して、台座９１および逆止弁２５から構成されるガス導入部材８６がピストン９５に取り付けられる。ピストン９５に形成されている孔２２の内周側面９５ａと、台座９１の外周側面９１ａとの間に所定の隙間が設けられている。孔２２の内周側面９５ａには、溝部９４が円周に沿って形成されている。圧縮室４に向い合う台座９１の端面９１ｃには、台座９１の外周側面９１ａから突出するような形状を有するばね部材９２が複数のねじ９３によって取り付けられている。ばね部材９２が、孔２２の溝部９４に嵌合されてガス導入部材８６がピストン９５に固定されている。孔２２の内周側面９５ａと、台座９１の外周側面９１ａとの間には、図示しない接着シール剤が設けられている。
【００４９】
図１０は、図９中の矢印Ｘで示す方向から見たばね部材を示す平面図である。図１０を参照して、ばね部材９２はリング形状を有し、溝部９４に嵌合される嵌合部９２ａ、および台座９１の端面９１ｃに取り付けられる取り付け部９２ｂによって構成されている。取り付け部９２ｂには複数の取り付け孔９６が形成されている。
【００５０】
図１１は、図９中のガス導入部材がピストンに取り付けられている状態を示す断面図である。図１１を参照して、ばね部材９２の嵌合部９２ａを台座９１の外周側面９１ａ側に変形させた状態で、台座９１を孔２２に挿入する。このとき、ばね部材９２を含めた台座９１の径は孔２２の径よりも小さいため、台座９１を孔２２の所定の位置に位置決めすることができる。その位置決めされた位置において、ばね部材９２の嵌合部９２ａは変形前のもとの状態に戻り、嵌合部９２ａが孔２２に形成された溝部９４に嵌る。
【００５１】
この発明の実施の形態３に従ったスターリング冷凍機においては、台座９１には台座９１の外周側面９１ａから突出するようにばね部材９２が設けられており、孔２２には孔２２の内周側面９５ａの円周上に沿って溝部９４が設けられており、ばね部材９２が溝部９４に嵌合されることによって、台座９１が孔２２に固定されている。
【００５２】
このように構成されたスターリング冷凍機によれば、ばね部材９２の変形によってガス導入部材８６をピストン９５に固定しているため、孔２２の内周側面９５ａと、台座９１の外周側面９１ａとの間に所定の隙間を設けている。このため、孔２２および台座９１の径の寸法管理を厳密に行なう必要がなく、部品の製造コストを削減することができる。
【００５３】
（実施の形態４）
この発明の実施の形態４におけるスターリング冷凍機は、実施の形態１におけるスターリング冷凍機と、台座２３および３３の材質が異なる。実施の形態４におけるスターリング冷凍機では、アセタール樹脂（商品名；デルリン）によって台座２３および３３が形成されている。
【００５４】
この発明の実施の形態４に従ったスターリング冷凍機においては、台座２３および３３は樹脂としてのアセタール樹脂を含む。なお、台座２３および３３をポリアミド樹脂またはエポキシ樹脂などによって形成してもよい。
【００５５】
このように構成されたスターリング冷凍機によれば、アセタール樹脂は加工性に優れているため、台座２３および３３を製造する際に表面粗さまたは平面度などの加工精度を向上させることができる。つまり、台座２３および３３と、逆止弁２５および３５との接触面の平面度を一致させることができ、また逆止弁２５および３５を取り付ける台座２３および３３の端面の表面粗さを精度良く仕上げることができる。これにより、逆止弁２５および３５が弁としての機能を十分に果たし、加圧室２１および３１から圧縮室４に高圧ガスが流出することを有効に防止することができる。
【００５６】
（実施の形態５）
この発明の実施の形態５におけるスターリング冷凍機は、実施の形態１におけるスターリング冷凍機と、台座２３および３３の材質のみが異なる。実施の形態５におけるスターリング冷凍機では、シリコーンゴムによって台座２３および３３が形成されている。
【００５７】
この発明の実施の形態５に従ったスターリング冷凍機においては、台座２３および３３は弾性体としてのシリコーンゴムを含む。なお、台座２３および３３をフッ素ゴムまたはＮＢＲ（ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ−ｂｕｔａｄｉｅｎｅ　ｒｕｂｂｅｒ）などの弾性体材料によって形成してもよい。
【００５８】
このように構成されたスターリング冷凍機によれば、シリコーンゴムなどの弾性体材料は十分な弾性を有しているため逆止弁との接触面においてシール性が向上し、流入口２４および３４を確実に塞ぐことができる。このため、逆止弁２５および３５が弁としての機能を十分に果たし、加圧室２１および３１から圧縮室４に高圧ガスが流出することを有効に防止することができる。また、台座２３および３３を孔２２および３２に圧入する場合にも、台座２３および３３と、孔２２および３２との接触部分における密着性を向上させることができる。
【００５９】
（実施の形態６）
図１２は、この発明の実施の形態６におけるスターリング冷凍機において、ガス導入部材を示す断面図である。図１２を参照して、ガス導入部材９７は、台座部９７ａおよび逆止弁部９７ｂによって構成されている。逆止弁部９７ｂの一方端９８を台座部９７ａにつなげ、逆止弁部９７ｂの他方端９９を台座部９７ａから分離した状態で、台座部９７ａおよび逆止弁部９７ｂが一体成形されている。逆止弁部９７ｂは金属で、台座部９７ａは樹脂によって形成されている。台座部９７ａを成形する際に逆止弁部９７ｂも同時にモールドの型にセットすることによってガス導入部材９７を一体成形することができる。
【００６０】
この発明の実施の形態６に従ったスターリング冷凍機においては、台座部９７ａおよび逆止弁部９７ｂが一体成形されている。
【００６１】
このように構成されたスターリング冷凍機によれば、逆止弁を台座に止め付ける作業を省略することができ、組立ての作業性が向上する。また、部品点数を減らしてコストを削減することができる。
【００６２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に従えば、取り付けおよび加工が容易で、かつ信頼性の高い逆止弁機能を有する高圧ガス導入機構を小型に備えるスターリング機関を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１におけるスターリング冷凍機を示す断面図である。
【図２】図１中のスターリング冷凍機において、ピストンに取り付けられるガス導入部材を示す断面図である。
【図３】図２中の矢印ＩＩＩで示す方向から見た台座を示す平面図である。
【図４】図２中の矢印ＩＶで示す方向から見た台座を示す平面図である。
【図５】図４に示す逆止弁において、高圧ガスが圧縮室から加圧室に流入するときの様子を示す断面図である。
【図６】図４中の逆止弁の変形例を示す平面図である。
【図７】図６に示す逆止弁において、高圧ガスが圧縮室から加圧室に流入するときの様子を示す断面図である。
【図８】この発明の実施の形態２におけるスターリング冷凍機において、ピストンに取り付けられるガス導入部材を示す断面図である。
【図９】この発明の実施の形態３におけるスターリング冷凍機において、ピストンに取り付けられた状態のガス導入部材を示す断面図である。
【図１０】図９中の矢印Ｘで示す方向から見たばね部材を示す平面図である。
【図１１】図９中のガス導入部材がピストンに取り付けられている状態を示す断面図である。
【図１２】この発明の実施の形態６におけるスターリング冷凍機において、ガス導入部材を示す断面図である。
【図１３】従来技術において、高圧ガスをピストン内部に導入する機構を示す断面図である。
【符号の説明】
１　スターリング冷凍機、２　ディスプレーサ、２ｍ，３ｍ，２３ｂ，９１ｃ端面、３，８２，９５　ピストン、３ａ，８２ａ，９５ａ　内周側面、１５　シリンダ、２１，３１　加圧室、２２，３２　孔、２３，３３，８１，９１　台座、２３ａ，８１ａ，９１ａ　外周側面、２４，３４　流入口、２５，３５，７１　逆止弁、２７，３７，８５，８６，９７　ガス導入部材、５４　雄ねじ部、５５　雌ねじ部、６１，７２，９８　一方端、６２，７４　腕部、６３，７３，９９　他方端、９４　溝部、９７ａ　台座部、９７ｂ　逆止弁部。

Claims (8)

1. シリンダ内に配置される作動部材の往復運動により発生する高圧ガスを、前記作動部材の内部に設けられる加圧室にガス導入手段を介して蓄えることが可能なスターリング機関であって、
   前記作動部材の端面には、径がほぼ一定の孔が前記加圧室に達するように形成されており、
   前記ガス導入手段は、
   前記孔に配置されて、高圧ガスを前記加圧室内に流入させる流入口を有する台座と、
   前記台座に設けられて、前記加圧室内の高圧ガスが前記流入口から流出することを防ぐ逆止弁とを含む、スターリング機関。
2. 前記孔の内周側面には雌ねじ部が形成されており、前記台座の外周側面には前記雌ねじ部に螺合される雄ねじ部が形成されている、請求項１に記載のスターリング機関。
3. 前記孔の径が前記台座の径よりも小さく形成されており、前記台座は前記孔に圧入されて固定されている、請求項１に記載のスターリング機関。
4. 前記台座には、前記台座の外周側面から突出するようにばね部材が設けられており、前記孔には、前記孔の内周側面の円周上に沿って溝部が設けられており、前記ばね部材が前記溝部に嵌合されることによって、前記台座が前記孔に固定されている、請求項１に記載のスターリング機関。
5. 前記台座は樹脂を含む、請求項１から４のいずれか１項に記載のスターリング機関。
6. 前記台座は弾性体を含む、請求項１から４のいずれか１項に記載のスターリング機関。
7. 前記逆止弁は、前記台座の端面に固定される一方端と、前記流入口を塞ぐ他方端と、前記一方端から前記他方端に向けて延びる腕部とを含み、前記腕部の幅が前記一方端および他方端の幅よりも狭く形成されている、請求項１から６のいずれか１項に記載のスターリング機関。
8. 前記台座および前記逆止弁が一体成形されている、請求項１から７のいずれか１項に記載のスターリング機関。

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