JP2004116824A

JP2004116824A - Stirling refrigerator

Info

Publication number: JP2004116824A
Application number: JP2002278402A
Authority: JP
Inventors: Kimitaka Ono; 大野　公隆
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-09-25
Filing date: 2002-09-25
Publication date: 2004-04-15

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To simplify a manufacturing process by realizing an indirect fixation of a displacer 4 and a rod 8 with a simple constitution. <P>SOLUTION: A groove part 21 having a diameter smaller than a rod end part 8a is formed in the rod end part 8a. For example, an E-shaped retaining ring 31 being an E-shaped ring-like fastening metal fitting is fitted in the groove part 21, and is fixed to the rod 8 in a state of being brought into pressure contact with the displacer 4. Since the E-shaped retaining ring 31 is fixed to the rod 8 with the simple constitution of only sandwiching the groove part 21, the E-shaped retaining ring 31 is easily installed on the rod 8, and the E-shaped retaining ring 31 can be fixed to the rod 8 without using an adhesive. Since the groove part 21 is particularly formed in the rod end part 8a, the rod shaft directional movement of the E-shaped retaining ring 31 is surely checked by this groove part 21, and the E-shaped retaining ring 31 is surely fixed to the rod 8. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、往復式駆動機関の一種であるスターリング冷凍機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、逆スターリングサイクルにより極低温を生成するスターリング冷凍機等の冷凍機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ここで、図１０は、逆スターリング冷凍機の一構成例を示す断面図である。逆スターリング冷凍機１００には、軸方向に分割された略円筒形状のシリンダ１０１が設けられている。そして、このシリンダ１０１に、円柱形のピストン（移動体）１０２およびディスプレーサ（移動体）１０３が内嵌されている。
【０００４】
ピストン１０２とディスプレーサ１０３とは、圧縮空間１０４を介して同軸に配置されている。一方、シリンダ１０１の先端部、すなわち、ディスプレーサ１０３に対して圧縮空間１０４と反対側には、膨張空間１０５が設けられている。圧縮空間１０４と膨張空間１０５とは、ヘリウム等の作動媒体が流通する媒体流通路１０６により連通している。媒体流通路１０６内には、作動媒体の熱を蓄積するとともに蓄積した熱を作動媒体に供給する再生器１０７が配されている。
【０００５】
シリンダ１０１の略中間には、鍔部１０１ａが突設されている。鍔部１０１ａにはドーム状のハウジング１０８が取り付けられ、内部が密閉されている。ピストン１０２は、後端でピストンスプリング１０９と一体化され、ディスプレーサ１０３はピストン１０２の中心孔１０２ａを貫通するロッド１１０を介してディスプレーサスプリング１１１と一体化されている。
【０００６】
ピストンスプリング１０９とディスプレーサスプリング１１１とは、ボルト１１２により連結されている。後述するように、ピストン１０２が往復運動するとディスプレーサ１０３はその慣性力によってピストン１０２に対して所定の位相差を有して往復運動を行うようになっている。
【０００７】
シリンダ１０１の後部には、内側ヨーク１１３が外嵌されている。外側ヨーク１１４は、隙間１１５を介して内側ヨーク１１３と対峙している。外側ヨーク１１４には駆動用コイル１１６が内装され、隙間１１５には環状のマグネット１１７が移動可能に配されている。マグネット１１７は、カップ状のスリーブ１１８を介してビストン１０２と一体化されている。これにより、駆動用コイル１１６に電圧を印加することによってピストン１０２を軸方向に移動させるリニアモータ１１９が構成されている。
【０００８】
駆動用コイル１１６には、リード線１２０・１２１が接続されている。リード線１２０・１２１は、ハウジング１０８の壁面に設けられたハーメチックシール端子（不図示）を貫通し、リニアモータ１１９の駆動電源が供給されるようになっている。また、スターリング冷凍機１００には、駆動用コイル１１６の駆動電圧および駆動電流を取り出すことが可能な端子（不図示）が設けられている。
【０００９】
上記構成のスターリング冷凍機１００では、リニアモータ１１９によってピストン１０２が往復運動すると、ディスプレーサ１０３は、その慣性力により、ピストン１０２に対して所定の位相差で往復運動する。これにより、圧縮空間１０４と膨張空間１０５との間を作動媒体が移動して逆スターリングサイクルが行われる。
【００１０】
すなわち、作動媒体が圧縮されることによって高温側となる圧縮空間１０４で発生した熱は、媒体流通路１０６を介して作動媒体に吸収され、作動媒体は再生器１０７に熱を蓄積して膨張空間１０５へ移動する。再生器１０７により冷却された作動媒体は、低温側となる膨張空間１０５で膨張されることによって更に冷却される。そして、作動媒体が媒体流通路１０６を通じて圧縮空間１０４へ移動する際に再生器１０７に蓄えられた熱を奪って再生器１０７を冷却する。この動作を繰り返して冷凍が行われるようになっている。
【００１１】
ここで、スターリング冷凍機１００の組み立て時において、ディスプレーサスプリング１１１の軸心とピストン１０２の軸心とが精密に一致してない状態では、ピストン１０２の往復運動時にピストン１０２がシリンダ１０１に押し付けられたり、ディスプレーサロッド１１０とピストン１０２の内面との間、および、ディスプレーサ１０３とシリンダ１０１との間において、摩擦が生じることになる。
【００１２】
したがって、とりわけ、ピストン・シリンダー間、ディスプレーサ・シリンダ間およびディスプレーサロッド・ピストン中心孔間の摩擦や磨耗を防いで高性能のスターリング冷凍機を作製するためには、高い真円度、数十μｍ以下の寸法公差および嵌合精度が要求される。しかし、高精度の組み立ては、実際には容易ではなく、多くの時間と費用とを要する。
【００１３】
そこで、組み立て精度を追求することなく高性能のスターリング冷凍機を作製できるようにした構成が、従来から提案されている（例えば、特許文献２参照）。図１１は、上記文献に記載のスターリングエンジンの概略の構成を示す断面図である。
【００１４】
このスターリングエンジンでは、耐圧容器２０１内に配置されたシリンダ２０２内に、ピストン２０３とともにディスプレーサ２０４が配置されている。そして、ピストン２０３の軸心部に設けられたピストン貫通孔２０３ａを貫通するように、ロッド２０５が設けられている。ロッド２０５のディスプレーサ２０４側の端部の軸心には、ロッド２０５の軸心方向に沿って突出したロッド端部２０５ａが設けられている。一方、ロッド２０５におけるロッド端部２０５ａとは反対側の端部の軸心には、ロッド２０５の軸心方向に沿って突出したロッド端部２０５ｂが設けられている。
【００１５】
ロッド端部２０５ａには、ナット２０６が挿入されている。ロッド端部２０５ａとディスプレーサ２０４とは、ナット２０６がディスプレーサ２０４に圧接されることによって固定される。このとき、ナット２０６とディスプレーサ２０４との間に隙間または低摩擦部材（図示せず）を設けるようにすれば、ディスプレーサ２０４が径方向に自由に動けるようになる。
【００１６】
一方、ロッド端部２０５ｂには、ナット２０７が挿入されている。耐圧容器２０１内に設けられたディスプレーサスプリング２０８とロッド端部２０５ｂとは、ナット２０７がディスプレーサスプリング２０８に圧接されることによって固定される。このとき、ナット２０７とディスプレーサスプリング２０８との間に、隙間または低摩擦部材（図示せず）を介在させてもよい。
【００１７】
また、ピストン２０３におけるディスプレーサ２０４とは反対側の端部は、耐圧容器２０１内に設けられたピストンスプリング２０９の軸心部に固定されている。
【００１８】
ピストン２０３とディスプレーサ２０４とは、圧縮空間２１０を介して同軸に配置されている。一方、シリンダ２０２の先端部、すなわち、ディスプレーサ２０４に対して圧縮空間２１０と反対側には、膨張空間２１１が設けられている。圧縮空間２１０と膨張空間２１１とは、ヘリウム等の作動媒体が流通する媒体流通路２１２により連通している。媒体流通路２１２内には、作動媒体の熱を蓄積するとともに蓄積した熱を作動媒体に供給する再生器２１３が配されている。
【００１９】
ここで、図１２は、ロッド端部２０５ａとディスプレーサ２０４との支持構造の一例の拡大図を示している。ディスプレーサ２０４におけるピストン２０３（図１１参照）側の端面の軸心部には、支持孔２０４ａが設けられている。ロッド端部２０５ａは、ロッド２０５の本体よりも小径になっており、その外周面にはネジ溝部が設けられている。また、ロッド端部２０５ａの外径は、支持孔２０４ａの内径よりも小さくなっており、ロッド端部２０５ａが支持孔２０４ａに挿入されたときに、ロッド端部２０５ａと支持孔２０４ａとの間に隙間が形成されるようになっている。
【００２０】
また、ロッド２０５とディスプレーサスプリング２０８との接続構造についても、上記と同一構造とすることができる。すなわち、図１１に示すように、ディスプレーサスプリング２０８の軸心部には、支持孔２０８ａが設けられている。ロッド端部２０５ｂは、ロッド２０５の本体よりも小径になっており、その外周面にはネジ溝部が設けられている。また、ロッド端部２０５ｂの外径は、支持孔２０８ａの内径よりも小さくなっており、ロッド端部２０５ｂが支持孔２０８ａに挿入されたときに、ロッド端部２０５ｂと支持孔２０８ａとの間に隙間が形成されるようになっている。
【００２１】
上記構成のスターリングエンジンの運転時においては、ピストン駆動装置（図示せず）により、シリンダ２０２内をピストン２０３が往復運動すると、ディスプレーサ２０４は、ピストン２０３の往復運動による耐圧容器２０１内の作動媒体の圧力変動（圧縮と膨張の繰返し）によって、シリンダ２０２内を往復運動する。そして、このとき同時に、ロッド２０５は、ピストン貫通孔２０３ａ内を往復運動する。
【００２２】
このとき、ディスプレーサスプリング２０８の組み立て時の取り付け誤差により、ロッド２０５の軸心とピストン貫通穴２０３ａの軸心とが一致していない状態であっても、ロッド端部２０５ａと支持孔２０４ａとの間、および、ロッド２０５ｂと支持孔２０８ａとの間には上記の隙間が形成されているので、ロッド端部２０５ａ・２０５ｂは、ディスプレーサ２０４またはディスプレーサスプリング２０８に対して径方向に自由に移動することができる。これにより、ロッド２０５がピストン貫通穴２０３ａに一致し、また、ディスプレーサ２０４はシリンダ２０２の軸心に一致し、これらが往復運動することが期待される。
【００２３】
また、ピストン２０３およびディスプレーサ２０４がシリンダ２０２内でそれぞれ径方向に振動した場合でも、ロッド端部２０５ａ・２０５ｂは、支持孔２０４ａ・２０８ａの内部で上記隙間による径方向への自由度を有しているために、その自由度の範囲内でこれらの軸心の変動に追従することができる。これにより、エンジン運転時における動的な状態においても、ロッド２０５とピストン貫通穴２０３ａとの間での摩擦と磨耗とを低減することが可能となっている。
【００２４】
【特許文献１】
特開平１０−３３９５１０号公報
【特許文献２】
特開２００１−１９３５６１号公報（段落〔００１５〕〜
〔００２５〕、図１、図２）
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ロッド端部２０５ａとディスプレーサ２０４とを固定する際に、ナット２０６をディスプレーサ２０４に圧接する構成では、エンジン運転時においてピストン２０３およびディスプレーサ２０４が振動することにより、ナット２０６に緩みが生じる場合がある。この場合、ロッド２０５がディスプレーサ２０４の往復運動に追従して移動しなくなり、エンジン自体が故障に至る可能性がある。
【００２６】
また、ナット２０６を低摩擦部材を介してディスプレーサ２０４に圧接し、適正トルクで各部品を締結する構成においても、エンジン運転時にはディスプレーサ２０４は周期的に往復運動しており、このディスプレーサ２０４には常に大きな引張応力と圧縮応力とが周期的に繰り返し加わるため、やはり、ナット２０６に緩みが生じ、エンジン故障を招くことが懸念される。
【００２７】
そこで、ナット２０６の緩みを防止するために、ナット２０６を接着剤を用いてロッド端部２０５ａに固定する方法も考えられる。しかし、これでは、エンジン製造時に、接着剤を塗布するという製造工程が増加するという問題が生じる。
【００２８】
また、ロッド端部２０５ａの外周面のねじ山は螺旋状に切られているため、ナット２０６でロッド２０５とディスプレーサ２０４とをしっかり締結してしまうと、ディスプレーサスプリング２０８に対するディスプレーサ２０４の角度が９０°からずれることになる。上記角度が９０°から少しでもずれると、ロッド２０５が非常に長いために、シリンダ２０２の軸心とディスプレーサ２０４の軸心とがずれて摩耗が発生する。
【００２９】
そのため、ナット２０６がディスプレーサ２０４に接触しても、ディスプレーサ２０４にはほとんど力が加わらないように、あるいは、ナット２０６とディスプレーサ２０４との間に隙間が形成されるように、ナット２０６をロッド端部２０５ａに固定することが必要となる。しかし、この状態では、ナット２０６が直ぐに緩んでしまうので、ナット２０６を接着剤を用いてロッド端部２０５ａに固定する必要がある。したがって、このような固定方法でも、やはり、接着剤を塗布する工程が必要となる。
【００３０】
上述のような問題は、ナット２０７をディスプレーサスプリング２０８に圧接して、ロッド端部２０５ｂとディスプレーサスプリング２０８とを固定する場合でも、同様に生じ得る。
【００３１】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、接着剤の塗布工程という製造工程を増加させることなく、ロッドとディスプレーサまたはディスプレーサスプリングとを間接的に固定することができるスターリング冷凍機を提供することにある。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
本発明のスターリング冷凍機においては、第１の固定部材がディスプレーサに圧接された状態でロッドと固定されており、これによって、ディスプレーサとロッドとが間接的に固定されている。このとき、第１の固定部材は、ロッドの一方の端部を単に挟み込むという簡単な構成でロッドと固定されるので、ロッドに対する第１の固定部材の取り付けが容易であり、かつ、接着剤を用いることなく第１の固定部材をロッドに固定することができる。その結果、装置の製造工程を著しく簡略化することができる。なお、このような第１の固定部材としては、例えばＥ形のリング状止め金具、Ｃ形のリング状止め金具、弓形のリング状止め金具などを挙げることができる。
【００３３】
また、本発明のスターリング冷凍機においては、第２の固定部材がディスプレーサスプリングに圧接された状態でロッドに固定されており、これによって、ディスプレーサスプリングとロッドとが間接的に固定されている。この第２の固定部材についても、上記第１の固定部材と同様に、ロッドの他方の端部を単に挟み込むという簡単な構成でロッドと固定されるので、ロッドに対する第２の固定部材の取り付けが容易であり、かつ、接着剤を用いることなく第２の固定部材をロッドに固定することができる。その結果、上記と同様に、装置の製造工程を著しく簡略化することができる。なお、このような第２の固定部材としても、例えば上記のような形状のリング状止め金具を挙げることができる。
【００３４】
また、ロッドの一方の端部に当該端部よりも小径の溝部を形成し、第１の固定部材がこの溝部を挟み込むことによって上記ロッドと固定される構成とすれば、ピストンおよびディスプレーサの往復移動による振動に伴う第１の固定部材のロッド軸方向の移動を、この溝部にて確実に阻止することができる。また、ロッドの他方の端部に当該端部よりも小径の溝部を形成し、第２の固定部材がこの溝部を挟み込むことによって上記ロッドと固定される構成としても、上記と同様に、第２の固定部材のロッド軸方向の移動を、この溝部にて確実に阻止することができる。したがって、接着剤を用いなくても、第１の固定部材および第２の固定部材をロッドに確実に固定することができるとともに、従来のようなナットの緩みに起因する装置故障の心配もなく、信頼性の高いスターリング冷凍機を提供することができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
〔実施の形態１〕
本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。
図２は、本発明に係るスターリング冷凍機の概略の構成を示す断面図である。このスターリング冷凍機は、作動媒体ガスが充填された耐圧容器１と、耐圧容器１内に配置され、この耐圧容器１に固定される円筒形のシリンダ２とを有している。シリンダ２の内部には、円筒形のピストン３およびディスプレーサ４がシリンダ２内を往復移動するようにシリンダ２と同心状にそれぞれ配置されている。
【００３６】
ピストン３は、その軸心部にピストン貫通孔３ａを有している。ピストン３の一方の端面は、耐圧容器１の内部のシリンダ２の外側に取り付けられたピストンスプリング５に固定されている。このピストンスプリング５は、シリンダ２内部をピストン３がスライドする力により伸縮するものであり、その軸心部には、後述するロッド８が嵌挿される軸孔５ａが形成されている。一方、ピストン３の他方の端面は、圧縮空間６を介してディスプレーサ４と対向している。シリンダ２内において、ディスプレーサ４に対して圧縮空間６と反対側には、膨張空間７が形成されている。
【００３７】
また、本スターリング冷凍機においては、ピストン３のピストン貫通孔３ａを貫通するように丸棒形のロッド８が設けられている。ロッド８の一方の端部８ａ（以下、ロッド端部８ａと称する）はディスプレーサ４に支持され、他方の端部８ｂ（以下、ロッド端部８ｂと称する）は耐圧容器１の内部のピストンスプリング５のさらに外側に取り付けられたディスプレーサスプリング９に支持されている。ロッド端部８ａ・８ｂは、それぞれロッド８の本体よりも小径となっている。
【００３８】
ロッド８は、後述するロッド支持機構により、シリンダ２内部をスライドするディスプレーサ４と一体となって動かされ、ピストン貫通孔３ａ内を往復運動する。したがって、ディスプレーサ４は、ロッド８を介してディスプレーサスプリング９を支点としてシリンダ２の内部を摺動可能となっている。
【００３９】
また、シリンダ２内の膨張空間７を形成する壁には連絡管１０ａが設けられている一方、圧縮空間６を形成する壁には連絡管１０ｂが設けられている。そして、連絡管１０ａ・１０ｂは、再生器１１とそれぞれ接続されている。これにより、圧縮空間６と膨張空間７とは、連絡管１０ｂ、再生器１１、連絡管１０ａにより連通している。再生器１１は、耐圧容器１内に封入された作動媒体（例えば高圧のヘリウムガス）の熱を蓄積するとともに、蓄積した熱を作動媒体に供給するものである。
【００４０】
次に、本発明の特徴部分であるロッドの支持構造について、図１に基づいて詳細に説明する。図１は、ディスプレーサ４とロッド８との支持構造の拡大図を示している。
【００４１】
ディスプレーサ４におけるピストン３（図２参照）側の端面の軸心部には、支持孔４ａが設けられており、この支持孔４ａにロッド端部８ａが径方向の隙間を介して嵌挿されている。つまり、ロッド端部８ａの外径は、支持孔４ａの径よりも小さくなっている。これにより、ロッド端部８ａは、支持孔４ａ内にて、径方向に自由に移動し得る状態となっている。
【００４２】
また、ロッド端部８ａには、当該ロッド端部８ａよりも小径の溝部２１が形成されている。そして、この溝部２１には、Ｅ形止め輪３１（第１の固定部材）が固定されている。詳しくは、溝部２１のロッド軸方向の幅は、Ｅ形止め輪３１の厚さとほぼ同じであり、Ｅ形止め輪３１は、この溝部２１に嵌め込まれることによって、ロッド軸方向にずれることなくロッド８に固定されるようになっている。
【００４３】
また、溝部２１は、ロッド端部８ａにおいて、これに固定されるＥ形止め輪３１がディスプレーサ４をその内側から圧接することができるような位置に形成されている。したがって、Ｅ形止め輪３１は、溝部２１に嵌め込まれたときに、ディスプレーサ４に圧接された状態でロッド８（ロッド端部８ａ、溝部２１）と固定されることになる。このＥ形止め輪３１により、ディスプレーサ４とロッド８とが間接的に固定されることになる。
【００４４】
ここで、図３は、図１におるＡ−Ａ´線矢視断面図を示している。同図に示すように、Ｅ形止め輪３１は、周方向の一部に形成された開口部３４を介してロッド端部８ａ（溝部２１）を挟み込むことが可能な、平板状でＥ形のリング状止め金具である。
【００４５】
詳しくは、Ｅ形止め輪３１は、その内周面３２から溝部２１の外周面と当接する方向に突出する３つの凸状部３３ａ・３３ｂ・３３ｃを有している。これらの凸状部３３ａ・３３ｂ・３３ｃは、内周面３２の周方向にほぼ等間隔で順に設けられている。そして、任意の２つの凸状部（例えば凸状部３３ａ・３３ｃ）がＥ形止め輪３１の周方向の各端部３４ａ・３４ｂとそれぞれ一体的に形成されており、これらの端部３４ａ・３４ｂが周方向に所定の隙間を介して位置することで開口部３４が形成されている。つまり、各端部３４ａ・３４ｂは、Ｅ形止め輪３１の周方向において開口部３４の両側に位置している。
【００４６】
Ｅ形止め輪３１がこのような凸状部３３ａ・３３ｂ・３３ｃを有していることにより、Ｅ形止め輪３１は、ロッド端部８ａの溝部２１を挟み込むことによって、ロッド８と固定されるようになる。つまり、Ｅ形止め輪３１の凸状部３３ａ・３３ｂ・３３ｃが、溝部２１の外周面を異なる３方向から支持することによって、Ｅ形止め輪３１がロッド８と固定されることになる。
【００４７】
また、上述したロッド支持構造は、ディスプレーサスプリング９とロッド８との支持構造にも適用可能であり、本実施形態では、上記両者間にもそのような支持構造が採用されている。
【００４８】
すなわち、図２に示すように、ディスプレーサスプリング９の軸心部にも支持孔９ａが設けられており、この支持孔９ａにロッド端部８ｂが径方向の隙間を介して嵌挿されている。つまり、ロッド端部８ｂの外径は、支持孔９ａの径よりも小さくなっている。これにより、ロッド端部８ｂは、支持孔９ａ内にて、径方向に自由に移動し得る状態となっている。
【００４９】
また、ロッド端部８ｂには、当該ロッド端部８ｂよりも小径の溝部２２が形成されている。そして、この溝部２２には、上述したＥ形止め輪３１と全く同様の構成のＥ形止め輪４１（第２の固定部材）が固定されている。つまり、Ｅ形止め輪４１は、図３に示すように、周方向の一部に形成された開口部３４を介してロッド端部８ｂ（溝部２２）を挟み込むことが可能な、平板状でＥ形のリング状止め金具である。これにより、Ｅ形止め輪４１は、開口部３４を介してロッド端部８ｂの溝部２２を挟み込むことによって、ロッド８と固定されるようになる。溝部２２のロッド軸方向の幅は、Ｅ形止め輪４１の厚さとほぼ同じであり、Ｅ形止め輪４１は、この溝部２２に嵌め込まれることによって、ロッド軸方向にずれることなくロッド８に固定されるようになっている。
【００５０】
また、溝部２２は、ロッド端部８ｂにおいて、これに固定されるＥ形止め輪４１がディスプレーサスプリング９をピストン３およびディスプレーサ４の方向に圧接することができるような位置に形成されている。したがって、Ｅ形止め輪４１は、溝部２２に嵌め込まれたときに、ディスプレーサスプリング９に圧接された状態でロッド８（ロッド端部８ｂ、溝部２２）と固定されることになる。このＥ形止め輪４１により、ディスプレーサスプリング９とロッド８とが間接的に固定されることになる。
【００５１】
上記構成のスターリング冷凍機を組み立てる場合、ピストン３がシリンダ２内を滑らかに摺動できるように、ピストンスプリング５を、その軸心がシリンダ２の軸心と一致するように耐圧容器１の内周面に取り付ける。また、ディスプレーサ４がシリンダ２内を滑らかに摺動できるように、ディスプレーサスプリング９についても、その軸心がシリンダ２の軸心と一致するように耐圧容器１の壁に取り付ける。
【００５２】
続いて、ロッド８のディスプレーサ４側のロッド端部８ａをディスプレーサ４の支持孔４ａに挿入し、ロッド端部８ａの溝部２１にＥ形止め輪３１を嵌めこんで、Ｅ形止め輪３１をロッド８に固定する。そして、このＥ形止め輪３１によってディスプレーサ４を圧接し、ディスプレーサ４とロッド８とをＥ形止め輪３１を介して連結した状態で、ロッド８をピストン３の貫通孔３ａ内に貫通させる。
【００５３】
このとき、ディスプレーサ４の支持孔４ａとロッド端部８ａの外周面との間には、それらの径の違いによって隙間が形成され、これによって、ロッド端部８ａが支持孔４ａ内で径方向に自由に移動することが可能となるので、これにより、ロッド８の軸心とピストン３のピストン貫通孔３ａの軸心とを容易に一致させることができる。
【００５４】
次に、ロッド８をピストンスプリング５の軸心部に設けた軸孔５ａ内を通過させ、ロッド８のディスプレーサスプリング９側のロッド端部８ｂをディスプレーサスプリング９の支持孔９ａに挿入する。そして、ロッド端部８ｂの溝部２２にＥ形止め輪４１を嵌め込み、ディスプレーサスプリング９を圧接しながらＥ形止め輪４１をロッド８に固定する。
【００５５】
このときも、支持孔９ａとロッド端部８ｂの外周面との間には適当な間隙が設けられており、これによって、ロッド端部８ｂが支持孔９ａ内で径方向に自由に移動することが可能となるので、これにより、ロッド８の軸心とピストン３のピストン貫通孔３ａの軸心とを容易に一致させることができる。したがって、ロッド８がピストン貫通孔３ａに対して傾斜することも防止できる。
【００５６】
上記構成のスターリング冷凍機では、シリンダ２内におけるピストン３およびディスプレーサ４の往復移動によって生じる逆スターリングサイクルにより冷凍が行われる。すなわち、図示しないピストン駆動装置により、ピストン３がシリンダ２内を往復運動すると、圧縮空間６の作動媒体はピストン３と同一の一定周期で圧縮／膨張を繰り返される。これにより、ディスプレーサ４は、その慣性力（一定周期の圧力と吸引力）によって、ピストン３に対して所定の位相差で往復運動する。この結果、圧縮空間６と膨張空間７との間を作動媒体が移動して逆スターリングサイクルが行われる。
【００５７】
つまり、作動媒体が圧縮されることによって高温側となる圧縮空間６で発生した熱は、連絡管１０ｂを介して作動媒体に吸収され、作動媒体は再生器１１に熱を蓄積して膨張空間７へ移動する。再生器１１により冷却された作動媒体は、低温側となる膨張空間７で膨張されることによって更に冷却される。そして、作動媒体が連絡管１０ａ・１０ｂを通じて圧縮空間６へ移動する際に、再生器１１に蓄えられた熱を奪って再生器１１を冷却する。この動作を繰り返して冷凍が行われる。
【００５８】
本実施形態では、ロッド８は、上述の支持構造により、ディスプレーサ４およびディスプレーサスプリング９と、Ｅ形止め輪３１・４１を介してそれぞれ間接的に固定されているので、上述のディスプレーサ４の往復運動により、ロッド８は、同じく往復運動をしているピストン３の貫通孔３ａ内を往復運動する。
【００５９】
このとき、Ｅ形止め輪３１は、ディスプレーサ４に圧接された状態でロッド８と固定されており、しかも、ロッド８の一方の端部であるロッド８ａを、開口部３４を介して単に挟み込むことによってロッド８と固定されている。また、Ｅ形止め輪４１についても同様に、ディスプレーサスプリング９に圧接された状態でロッド８と固定され、しかも、ロッド８の他方の端部であるロッド８ｂを、開口部３４を介して単に挟み込むことによってロッド８と固定されている。
【００６０】
これにより、ナットを用いる従来に比べて、ロッド８に対するＥ形止め輪３１・４１の取り付けが容易であり、また、接着剤を用いることなくＥ形止め輪３１・４１をそれぞれロッド８に固定することができる。したがって、装置の製造工程を従来よりも著しく簡略化することができる。しかも、ロッド８とディスプレーサ４またはディスプレーサスプリング９との固定を、Ｅ形止め輪３１・４１を用いるという簡単な構成で実現することができる。
【００６１】
また、本実施形態では、ロッド端部８ａに、当該ロッド端部８ａよりも小径の溝部２１を形成し、Ｅ形止め輪３１がこの溝部２１を挟み込むことによってロッド８と固定されている。また、ロッド端部８ｂに、当該ロッド端部８ｂよりも小径の溝部２２を形成し、Ｅ形止め輪４１がこの溝部２２を挟み込むことによってロッド８と固定されている。これにより、ピストン３およびディスプレーサ４の往復移動による振動に伴うＥ形止め輪３１・４１のロッド軸方向の移動を、この溝部２１・２２にて確実に阻止することができる。したがって、接着剤を用いなくても、Ｅ形止め輪３１・４１をロッド８に確実に固定することができるとともに、ナットを用いる従来のような装置の故障（ナットの緩みによる故障）の危険性がなく、装置の信頼性を著しく向上させることができる。
【００６２】
また、平板状のＥ形止め輪３１・４１は、ディスプレーサ４またはディスプレーサスプリング９をロッド軸方向に平行に圧接するため、Ｅ形止め輪３１・４１をロッド８に固定してディスプレーサ４またはディスプレーサスプリング９に圧接したときに、ナットを用いる従来のように、ロッド８がシリンダ２の軸心に対してＥ形止め輪３１・４１の圧接当初から傾くことがない。これにより、圧接当初から、シリンダ２、ピストン３、ディスプレーサ４、ロッド８、ディスプレーサスプリング９の各軸心がずれて各部材間で摩耗が発生するのを確実に回避することができ、装置の駆動効率を向上させることができる。
【００６３】
また、ロッド端部８ａは、ディスプレーサ４の支持孔４ａに径方向の隙間を介して嵌挿されており、また、ロッド端部８ｂは、ディスプレーサスプリング９の支持孔９ａに径方向の隙間を介して嵌挿されている。これにより、ロッド８は、ディスプレーサ４の支持孔４ａとディスプレーサスプリング９の支持孔９ａの各々の内部で、径方向への自由度を有する。したがって、ピストン３およびディスプレーサ４がシリンダ２内での往復移動時にそれぞれ径方向にも振動した際に、ロッド８は上記の自由度の範囲内でこれらの軸心の変動に追従することができる。したがって、装置の運転時における動的な状態においても、ロッド８とピストン貫通孔３ａとの間の摩擦およびこれらの摩耗を低減することができる。
【００６４】
また、Ｅ形止め輪３１・４１は、周方向の一部が開口した開口部３４をそれぞれ有しているので、この開口部３４を介して、ロッド端部８ａの溝部２１またはロッド端部８ｂの溝部２２に、Ｅ形止め輪３１・４１をそれぞれ容易に嵌め込むことが可能であり、またそれらの離脱も容易に行うことができる。
【００６５】
なお、本実施形態では、第１の固定部材および第２の固定部材として、Ｅ形のリング状止め金具（Ｅ形止め輪３１・４１）を用いたが、これに限定されるわけではなく、例えばＣ形のリング状止め金具や、Ｃ形の同心止め輪、グリップ止め輪などを用いることも可能である。また、第１の固定部材および第２の固定部材を、互いに異なる形状の止め輪で構成することも勿論可能である。
【００６６】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、実施の形態１と同一の構成には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。
【００６７】
図４は、本発明に係るスターリング冷凍機におけるロッド支持構造の他の構成例を示す断面図である。本実施形態では、実施の形態１における第１の固定部材として、平板状のＥ形止め輪３１の代わりに弓形のＥ形止め輪５１を用いている。
【００６８】
詳しくは、Ｅ形止め輪５１は、平面視では、図３に示した平板状のＥ形止め輪３１と同様の形状をしているが、側方から見ると、図４に示すように、中心から外周に向かうにつれてディスプレーサ４への圧接方向に湾曲した弓形のリング状止め金具である。したがって、Ｅ形止め輪５１自体がバネ機能を有することになり、Ｅ形止め輪５１をロッド端部８ａの溝部２１に嵌め込んだときに、Ｅ形止め輪５１の外周部がディスプレーサ４を押圧することになる。
【００６９】
したがって、上記の溝部２１は、Ｅ形止め輪５１を嵌め込んだ際に、Ｅ形止め輪５１の外周部がディスプレーサ４を押圧することができるような位置に形成されていればよく、Ｅ形止め輪３１を用いる実施の形態１の場合と同様の位置に形成されていても構わない。しかし、Ｅ形止め輪５１の湾曲の程度に応じて、溝部２１をロッド軸方向にずらして形成するようにすることも勿論可能である。
【００７０】
また、本実施形態では、実施の形態１における第２の固定部材として、平板状のＥ形止め輪４１の代わりに、図５に示すように、弓形のＥ形止め輪６１を用いている。Ｅ形止め輪６１は、図４で示したＥ形止め輪５１と全く同様の構成である。
【００７１】
すなわち、Ｅ形止め輪６１は、平面視では、図３に示した平板状のＥ形止め輪４１と同様の形状をしているが、側方から見ると、図５に示すように、中心から外周に向かうにつれてディスプレーサスプリング９への圧接方向に湾曲した弓形のリング状止め金具である。したがって、Ｅ形止め輪６１自体がバネ機能を有することになり、Ｅ形止め輪６１をロッド端部８ｂの溝部２２に嵌め込んだときに、Ｅ形止め輪６１の外周部がディスプレーサスプリング９を押圧することになる。
【００７２】
したがって、上記の溝部２２は、Ｅ形止め輪６１を嵌め込んだ際に、Ｅ形止め輪６１の外周部がディスプレーサスプリング９を押圧することができるような位置に形成されていればよく、Ｅ形止め輪４１を用いる実施の形態１の場合と同様の位置に形成されていても構わない。しかし、Ｅ形止め輪６１の湾曲の程度に応じて、溝部２２をロッド軸方向にずらして形成するようにすることも勿論可能である。
【００７３】
このように、ディスプレーサ４とロッド８との固定に弓形のＥ形止め輪５１を用いることにより、Ｅ形止め輪５１自体がバネ機能およびディスプレーサ４への付勢機能を有することになるので、Ｅ形止め輪５１をロッド端部８ａの溝部２１に嵌め込んだ際に、Ｅ形止め輪５１によるディスプレーサ４への圧接が、平板状のＥ形止め輪３１を用いる場合に比べてより確実なものとなる。その結果、Ｅ形止め輪５１を介してロッド８とディスプレーサ４とを適度な力で確実に固定することができる。
【００７４】
また、ディスプレーサスプリング９とロッド８との固定にも弓形のＥ形止め輪６１を用いることにより、上記と同様の効果を得ることができる。すなわち、Ｅ形止め輪６１をロッド端部８ｂの溝部２２に嵌め込んだ際に、Ｅ形止め輪６１によるディスプレーサスプリング９への圧接が、平板状のＥ形止め輪４１を用いる場合に比べてより確実なものとなる。その結果、Ｅ形止め輪６１を介してロッド８とディスプレーサスプリング９とを適度な力で確実に固定することができる。
【００７５】
また、Ｅ形止め輪５１・６１が弓形であるので、Ｅ形止め輪５１・６１の厚さを平板状のＥ形止め輪３１・４１よりも薄く形成することができる。これにより、溝部２１・２２のロッド軸方向の幅も、平板状のＥ形止め輪３１・４１を用いる場合に比べて狭く形成することができる。
【００７６】
また、実施の形態１と同様に、ロッド端部８ａの外周面とディスプレーサ４の支持孔４ａとの間、ロッド端部８ｂの外周面とディスプレーサスプリング９の支持孔９ａとの間には隙間が形成されており、ロッド８は径方向に自由度を有している。これにより、装置の動作中にロッド８の軸心とピストン貫通孔３ａの軸心とがずれても、Ｅ形止め輪５１・６１がディスプレーサ４またはディスプレーサスプリング９を押圧してはいるものの、ロッド８が径方向に移動可能であるので、ロッド８の軸心とピストン貫通孔３ａの軸心とを容易に一致させることができる。
【００７７】
なお、本実施形態では、ロッド８とディスプレーサ４との固定、ロッド８とディスプレーサスプリング９との固定の両方に、弓形のＥ形止め輪５１・６１を用いたが、例えば、ロッド８とディスプレーサ４との固定に弓形のＥ形止め輪５１を用い、ロッド８とディスプレーサスプリング９との固定に実施の形態１の平板状のＥ形止め輪４１を用いてもよい。逆に、ロッド８とディスプレーサ４との固定に実施の形態１の平板状のＥ形止め輪３１を用い、ロッド８とディスプレーサスプリング９との固定に弓形のＥ形止め輪６１を用いてもよい。
【００７８】
ところで、本実施形態では、ディスプレーサ４におけるＥ形止め輪５１との圧接部を単に平板状としているが、図６に示すように、上記圧接部に、Ｅ形止め輪５１の周方向において開口部の両側に位置する各端部（図３に示すＥ形止め輪３１の各端部３４ａ・３４ｂに相当する）が嵌る凹部４ｂを形成するようにしてもよい。この場合、ディスプレーサ４の凹部４ｂにＥ形止め輪５１の各端部が嵌ることによって、ディスプレーサ４の振動に伴ってＥ形止め輪５１が周方向に回転するのを防止することができる。その結果、Ｅ形止め輪５１とディスプレーサ４およびロッド８（ロッド端部８ａ）との接触部での摩擦や磨耗を抑制することができる。
【００７９】
また、同様に、図７に示すように、ディスプレーサスプリング９におけるＥ形止め輪６１との圧接部に、Ｅ形止め輪６１の周方向において開口部の両側に位置する各端部（図３に示すＥ形止め輪４１の各端部３４ａ・３４ｂに相当する）が嵌る凹部９ｂを形成するようにしてもよい。この場合、ディスプレーサスプリング９の凹部９ｂにＥ形止め輪６１の各端部が嵌ることによって、ディスプレーサスプリング９の振動に伴ってＥ形止め輪６１が周方向に回転するのを防止することができる。その結果、Ｅ形止め輪６１とディスプレーサスプリング９およびロッド８（ロッド端部８ｂ）との接触部での摩擦や磨耗を抑制することができる。
【００８０】
なお、ディスプレーサ４およびディスプレーサスプリング９における上記圧接部に、凹部４ｂ・９ｂの代わりに突起をそれぞれ設け、Ｅ形止め輪５１・６１を溝部２１・２２にそれぞれ嵌め込んだ際に、これらの突起がＥ形止め輪５１・６１の上記各端部と当接することによって、Ｅ形止め輪５１・６１の周方向の回転を防止する構成となっていてもよい。なお、上記圧接部にこのような突起を設ける構成は、平板状のＥ形止め輪３１・４１を用いる実施の形態１にも勿論適用することができる。
【００８１】
〔実施の形態３〕
本発明のさらに他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、実施の形態１・２と同一の構成には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。
【００８２】
図８は、本発明に係るスターリング冷凍機におけるロッド支持構造のさらに他の構成例を示す断面図である。本実施形態では、実施の形態１の構成において、周方向の一部に開口を有するリング状もしくは円盤状の耐摺動性を有する低摩擦部材７１を介して、Ｅ形止め輪３１をディスプレーサ４に圧接している。また、ディスプレーサ４とロッド８の本体との接触部にも上記と同様の低摩擦部材７１を介在させている。
【００８３】
また、ロッド８のディスプレーサスプリング９側に対しても、上記と同様のロッド支持構造を適用することが望ましく、本実施形態ではそのような支持構造を採用している。
【００８４】
すなわち、本実施形態では、図９に示すように、リング状もしくは円盤状の耐摺動性を有する低摩擦部材７２を介して、Ｅ形止め輪４１をディスプレーサスプリング９に圧接している。また、ディスプレーサスプリング９とロッド８の本体との接触部にも上記と同様の低摩擦部材７２を介在させている。
【００８５】
上記の低摩擦部材７１・７２としては、例えば、フッ素系コーティングが施されたワッシャ、ポリテトラフルオロエチレン樹脂からなるワッシャ、低摩擦処理の施されているゴム材料等を適用することができる。
【００８６】
また、ディスプレーサ４およびＥ形止め輪３１の互いの接触面、ディスプレーサ４およびロッド８の互いの接触面に、例えばプラズマＣＶＤ法によりアモルファスダイヤモンドや高配向ダイヤモンドをコーティングしたり、湿式法や蒸着法によりフルオロカーボンを骨格に持つアルコキシシラン、トリクロロシラン等の低分子材料をコーティングして、低摩擦材料７１を塗布、形成するようにしてもよい。また、ディスプレーサスプリング９およびＥ形止め輪４１の互いの接触面、ディスプレーサスプリング９およびロッド８の互いの接触面についても、上記と同様の手法で低摩擦材料７２を塗布、形成するようにしてもよい。
【００８７】
このように、低摩擦材料７１・７２を備えるロッド支持構造により、スターリング冷凍機の運転中において、ロッド８の往復運動の加速度に応じて発生する軸方向の力による、ディスプレーサ４とＥ形止め輪３１またはロッド８との間の摩擦力、ディスプレーサスプリング９とＥ形止め輪４１またはロッド８との間の摩擦力を低滅することができ、これによって、ロッド８を径方向に円滑に移動させることができる。その結果、ロッド８の軸心とピストン貫通孔３ａの軸心とを迅速に一致させて、ロッド８とピストン貫通孔３ａとの間で起きる局所的な摩擦および磨耗を確実に抑制することができる。
【００８８】
なお、低摩擦部材７１・７２を設ける本実施形態の構成は、弓形のＥ形止め輪５１・６１を用いる実施の形態２にも適用することは可能であり、また、平板状のＥ形止め輪３１・４１と、弓形のＥ形止め輪５１・６１とを組み合わせて使用する場合にも適用することが可能である。
【００８９】
【発明の効果】
本発明のスターリング冷凍機によれば、第１の固定部材は、ロッドの一方の端部を単に挟み込むという簡単な構成でロッドと固定されるので、ロッドに対する第１の固定部材の取り付けが容易であり、かつ、接着剤を用いることなく第１の固定部材をロッドに固定することができる。その結果、装置の製造工程を著しく簡略化することができる。
【００９０】
また、第２の固定部材についても、上記した第１の固定部材と同様に、ロッドの他方の端部を挟み込むことによってロッドと固定されるので、ロッドに対する第２の固定部材の取り付けが容易であり、かつ、接着剤を用いることなく第２の固定部材をロッドに固定することができ、装置の製造工程を著しく簡略化することができる。
【００９１】
また、ロッドの一方の端部および他方の端部に各端部よりも小径の溝部をそれぞれ形成し、第１の固定部材および第２の固定部材が各溝部を挟み込むことによって上記ロッドと固定されるので、ピストンおよびディスプレーサの往復移動による振動に伴う第１の固定部材および第２の固定部材のロッド軸方向の移動を、各溝部にて確実に阻止することができる。その結果、接着剤を用いなくても、第１の固定部材および第２の固定部材をロッドに確実に固定することができるとともに、従来のようなナットの緩みに起因する装置故障の危険性もなく、信頼性の高いスターリング冷凍機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係るスターリング冷凍機における、ディスプレーサとロッドとの支持構造の概略の構成を拡大して示す断面図である。
【図２】上記スターリング冷凍機の概略の構成を示す断面図である。
【図３】上記支持構造に用いられるＥ形止め輪の断面形状を示す、図１のＡ−Ａ´線矢視断面図である。
【図４】本発明の他の実施の形態に係るスターリング冷凍機における、ディスプレーサとロッドとの支持構造の概略の構成を拡大して示す断面図である。
【図５】上記スターリング冷凍機における、ディスプレーサスプリングとロッドとの支持構造の概略の構成を拡大して示す断面図である。
【図６】上記スターリング冷凍機における、ディスプレーサとロッドとの支持構造の他の構成を拡大して示す断面図である。
【図７】上記スターリング冷凍機における、ディスプレーサスプリングとロッドとの支持構造の他の構成を拡大して示す断面図である。
【図８】本発明のさらに他の実施の形態に係るスターリング冷凍機における、ディスプレーサとロッドとの支持構造の概略の構成を拡大して示す断面図である。
【図９】上記スターリング冷凍機における、ディスプレーサスプリングとロッドとの支持構造の概略の構成を拡大して示す断面図である。
【図１０】従来の逆スターリング冷凍機の概略の構成を示す断面図である。
【図１１】従来のスターリングエンジンの概略の構成を示す断面図である。
【図１２】上記スターリングエンジンにおける、ディスプレーサとロッドとの支持構造の概略の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１　　耐圧容器
２　　シリンダ
３　　ピストン
３ａ　ピストン貫通孔（貫通孔）
４　　ディスプレーサ
４ａ　支持孔
８　　ロッド
８ａ　ロッド端部（一方の端部）
８ｂ　ロッド端部（他方の端部）
９　　ディスプレーサスプリング
９ａ　支持孔
２１　　溝部
２２　　溝部
３１　　Ｅ形止め輪（第１の固定部材、リング状止め金具）
３４　　開口部
３４ａ　端部
３４ｂ　端部
４１　　Ｅ形止め輪（第２の固定部材、リング状止め金具）
５１　　Ｅ形止め輪（第１の固定部材、リング状止め金具）
６１　　Ｅ形止め輪（第２の固定部材、リング状止め金具）
７１　　低摩擦部材
７２　　低摩擦部材[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a Stirling refrigerator that is a type of reciprocating drive engine.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, refrigerators such as a Stirling refrigerator that generates an extremely low temperature by a reverse Stirling cycle have been proposed (for example, see Patent Document 1).
[0003]
Here, FIG. 10 is a cross-sectional view showing one configuration example of the reverse Stirling refrigerator. The inverted Stirling refrigerator 100 is provided with a substantially cylindrical cylinder 101 divided in the axial direction. A cylindrical piston (moving body) 102 and a displacer (moving body) 103 are fitted in the cylinder 101.
[0004]
The piston 102 and the displacer 103 are coaxially arranged via a compression space 104. On the other hand, an expansion space 105 is provided at the tip of the cylinder 101, that is, on the side opposite to the compression space 104 with respect to the displacer 103. The compression space 104 and the expansion space 105 communicate with each other through a medium flow passage 106 through which a working medium such as helium flows. A regenerator 107 that accumulates heat of the working medium and supplies the accumulated heat to the working medium is disposed in the medium flow passage 106.
[0005]
A flange 101a is protrudingly provided substantially at the center of the cylinder 101. A dome-shaped housing 108 is attached to the flange 101a, and the inside is sealed. The piston 102 is integrated with a piston spring 109 at the rear end, and the displacer 103 is integrated with a displacer spring 111 via a rod 110 that passes through a center hole 102a of the piston 102.
[0006]
The piston spring 109 and the displacer spring 111 are connected by a bolt 112. As will be described later, when the piston 102 reciprocates, the displacer 103 reciprocates with a predetermined phase difference with respect to the piston 102 due to its inertial force.
[0007]
An inner yoke 113 is externally fitted to a rear portion of the cylinder 101. The outer yoke 114 faces the inner yoke 113 via a gap 115. A driving coil 116 is provided inside the outer yoke 114, and an annular magnet 117 is movably disposed in the gap 115. The magnet 117 is integrated with the biston 102 via a cup-shaped sleeve 118. Thus, a linear motor 119 that moves the piston 102 in the axial direction by applying a voltage to the driving coil 116 is configured.
[0008]
Lead wires 120 and 121 are connected to the driving coil 116. The lead wires 120 and 121 penetrate through a hermetic seal terminal (not shown) provided on the wall surface of the housing 108, so that the drive power of the linear motor 119 is supplied. In addition, the Stirling refrigerator 100 is provided with a terminal (not shown) from which a drive voltage and a drive current of the drive coil 116 can be extracted.
[0009]
In the Stirling refrigerator 100 configured as described above, when the piston 102 reciprocates by the linear motor 119, the displacer 103 reciprocates with a predetermined phase difference with respect to the piston 102 due to the inertia force. Thereby, the working medium moves between the compression space 104 and the expansion space 105, and the reverse Stirling cycle is performed.
[0010]
That is, the heat generated in the compression space 104 on the high temperature side due to the compression of the working medium is absorbed by the working medium through the medium flow passage 106, and the working medium accumulates heat in the regenerator 107 to expand the expansion space. Move to 105. The working medium cooled by the regenerator 107 is further cooled by being expanded in the expansion space 105 on the low temperature side. Then, when the working medium moves to the compression space 104 through the medium flow passage 106, the heat stored in the regenerator 107 is taken away and the regenerator 107 is cooled. This operation is repeated to perform freezing.
[0011]
Here, at the time of assembling the Stirling refrigerator 100, if the axis of the displacer spring 111 does not exactly coincide with the axis of the piston 102, the piston 102 may be pressed against the cylinder 101 when the piston 102 reciprocates. Therefore, friction occurs between the displacer rod 110 and the inner surface of the piston 102, and between the displacer 103 and the cylinder 101.
[0012]
Therefore, in particular, in order to produce a high-performance Stirling refrigerator with preventing friction and wear between the piston and the cylinder, between the displacer and the cylinder, and between the displacer rod and the center hole of the piston, a high roundness and several tens μm or less are required. Dimensional tolerance and fitting accuracy are required. However, high-precision assembly is not easy in practice and requires much time and money.
[0013]
Therefore, a configuration has been proposed in which a high-performance Stirling refrigerator can be manufactured without pursuing assembly accuracy (for example, see Patent Document 2). FIG. 11 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the Stirling engine described in the above document.
[0014]
In this Stirling engine, a displacer 204 is arranged together with a piston 203 in a cylinder 202 arranged in a pressure vessel 201. Further, a rod 205 is provided so as to penetrate through a piston through hole 203a provided in the axial center portion of the piston 203. A rod end 205 a protruding along the axial direction of the rod 205 is provided at the axis of the end of the rod 205 on the displacer 204 side. On the other hand, a rod end 205b protruding along the axial direction of the rod 205 is provided at the axis of the end of the rod 205 opposite to the rod end 205a.
[0015]
A nut 206 is inserted into the rod end 205a. The rod end 205a and the displacer 204 are fixed by pressing the nut 206 against the displacer 204. At this time, if a gap or a low friction member (not shown) is provided between the nut 206 and the displacer 204, the displacer 204 can move freely in the radial direction.
[0016]
On the other hand, a nut 207 is inserted into the rod end 205b. The displacer spring 208 and the rod end 205b provided in the pressure-resistant container 201 are fixed by pressing the nut 207 against the displacer spring 208. At this time, a gap or a low friction member (not shown) may be interposed between the nut 207 and the displacer spring 208.
[0017]
An end of the piston 203 opposite to the displacer 204 is fixed to an axial center of a piston spring 209 provided in the pressure-resistant container 201.
[0018]
The piston 203 and the displacer 204 are coaxially arranged via a compression space 210. On the other hand, an expansion space 211 is provided at the tip of the cylinder 202, that is, on the side opposite to the compression space 210 with respect to the displacer 204. The compression space 210 and the expansion space 211 communicate with each other through a medium flow passage 212 through which a working medium such as helium flows. A regenerator 213 that accumulates heat of the working medium and supplies the accumulated heat to the working medium is disposed in the medium flow passage 212.
[0019]
Here, FIG. 12 is an enlarged view of an example of a support structure of the rod end 205a and the displacer 204. A support hole 204a is provided in the axial center of the end surface of the displacer 204 on the side of the piston 203 (see FIG. 11). The rod end 205a has a smaller diameter than the main body of the rod 205, and has a thread groove on its outer peripheral surface. The outer diameter of the rod end 205a is smaller than the inner diameter of the support hole 204a. When the rod end 205a is inserted into the support hole 204a, the rod end 205a is located between the rod end 205a and the support hole 204a. A gap is formed.
[0020]
Also, the connection structure between the rod 205 and the displacer spring 208 can be the same structure as described above. That is, as shown in FIG. 11, a support hole 208a is provided in the axial center of the displacer spring 208. The rod end 205b has a smaller diameter than the main body of the rod 205, and has a thread groove on its outer peripheral surface. Further, the outer diameter of the rod end 205b is smaller than the inner diameter of the support hole 208a, and when the rod end 205b is inserted into the support hole 208a, the outer diameter of the rod end 205b and the support hole 208a is reduced. A gap is formed.
[0021]
During operation of the Stirling engine having the above configuration, when the piston 203 reciprocates in the cylinder 202 by the piston driving device (not shown), the displacer 204 causes the reciprocating motion of the piston 203 to remove the working medium in the pressure-resistant container 201. Due to the pressure fluctuation (repetition of compression and expansion), the cylinder 202 reciprocates. At the same time, the rod 205 reciprocates in the piston through hole 203a.
[0022]
At this time, even if the axis of the rod 205 does not coincide with the axis of the piston through hole 203a due to a mounting error at the time of assembling the displacer spring 208, the distance between the rod end 205a and the support hole 204a may be different. Since the gap is formed between the rod 205b and the support hole 208a, the rod ends 205a and 205b can move freely in the radial direction with respect to the displacer 204 or the displacer spring 208. it can. Thus, the rod 205 is aligned with the piston through hole 203a, and the displacer 204 is aligned with the axis of the cylinder 202, and these are expected to reciprocate.
[0023]
Further, even when the piston 203 and the displacer 204 vibrate in the radial direction in the cylinder 202, the rod ends 205a and 205b have a degree of freedom in the radial direction due to the clearance inside the support holes 204a and 208a. Therefore, it is possible to follow the fluctuation of these axes within the range of the degree of freedom. This makes it possible to reduce friction and wear between the rod 205 and the piston through hole 203a even in a dynamic state during engine operation.
[0024]
[Patent Document 1]
JP-A-10-339510
[Patent Document 2]
JP 2001-193561 A (paragraphs [0015] to
[0025], FIGS. 1 and 2)
[0025]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the nut 206 is pressed against the displacer 204 when fixing the rod end 205a and the displacer 204, the nut 206 may be loosened due to the vibration of the piston 203 and the displacer 204 during operation of the engine. is there. In this case, the rod 205 does not move following the reciprocating motion of the displacer 204, and the engine itself may fail.
[0026]
Further, even in a configuration in which the nut 206 is pressed against the displacer 204 via a low friction member and each component is fastened with an appropriate torque, the displacer 204 periodically reciprocates during the operation of the engine. Since a large tensile stress and a large compressive stress are periodically applied repeatedly, the nut 206 may be loosened, which may cause engine failure.
[0027]
Then, in order to prevent loosening of the nut 206, a method of fixing the nut 206 to the rod end 205a using an adhesive is also conceivable. However, this causes a problem that the number of manufacturing steps of applying an adhesive increases during engine manufacturing.
[0028]
Further, since the thread on the outer peripheral surface of the rod end 205a is spirally cut, if the rod 205 and the displacer 204 are firmly fastened with the nut 206, the angle of the displacer 204 with respect to the displacer spring 208 becomes 90 °. Will deviate from that. If the angle deviates even slightly from 90 °, since the rod 205 is extremely long, the axis of the cylinder 202 and the axis of the displacer 204 are displaced, causing wear.
[0029]
Therefore, even when the nut 206 comes into contact with the displacer 204, the nut 206 is connected to the rod end so that almost no force is applied to the displacer 204 or a gap is formed between the nut 206 and the displacer 204. 205a. However, in this state, since the nut 206 is loosened immediately, it is necessary to fix the nut 206 to the rod end 205a using an adhesive. Therefore, such a fixing method still requires a step of applying an adhesive.
[0030]
The above-described problem can also occur when the nut 207 is pressed against the displacer spring 208 to fix the rod end 205b and the displacer spring 208.
[0031]
The present invention has been made to solve the above problems, and has as its object to indirectly fix a rod and a displacer or a displacer spring without increasing the manufacturing process of applying an adhesive. An object of the present invention is to provide a Stirling refrigerator capable of performing the above-described operations.
[0032]
[Means for Solving the Problems]
In the Stirling refrigerator of the present invention, the first fixing member is fixed to the rod while being pressed against the displacer, whereby the displacer and the rod are indirectly fixed. At this time, the first fixing member is fixed to the rod with a simple configuration in which one end of the rod is simply sandwiched, so that the first fixing member can be easily attached to the rod and the adhesive can be used. The first fixing member can be fixed to the rod without using it. As a result, the manufacturing process of the device can be significantly simplified. In addition, as such a 1st fixing member, an E-shaped ring-shaped stopper, a C-shaped ring-shaped stopper, an arc-shaped ring-shaped stopper, etc. can be mentioned, for example.
[0033]
Further, in the Stirling refrigerator of the present invention, the second fixing member is fixed to the rod in a state of being pressed against the displacer spring, whereby the displacer spring and the rod are indirectly fixed. Similarly to the first fixing member, the second fixing member is fixed to the rod with a simple configuration in which the other end of the rod is simply sandwiched, so that the second fixing member can be attached to the rod. The second fixing member can be fixed to the rod easily and without using an adhesive. As a result, similarly to the above, the manufacturing process of the device can be significantly simplified. In addition, as such a second fixing member, for example, a ring-shaped stopper having the above-described shape can be used.
[0034]
Further, if a groove having a diameter smaller than that of the end is formed at one end of the rod and the first fixing member is fixed to the rod by sandwiching the groove, the reciprocating movement of the piston and the displacer is achieved. The movement of the first fixing member in the axial direction of the rod caused by the vibration caused by the vibration can be reliably prevented by the groove. Also, a groove having a smaller diameter than the other end of the rod is formed at the other end of the rod, and the second fixing member is fixed to the rod by sandwiching the groove. The movement of the fixing member in the rod axial direction can be reliably prevented by the groove. Therefore, the first fixing member and the second fixing member can be securely fixed to the rod without using an adhesive, and there is no fear of device failure due to loosening of the nut as in the related art. A highly reliable Stirling refrigerator can be provided.
[0035]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[Embodiment 1]
One embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 2 is a sectional view showing a schematic configuration of the Stirling refrigerator according to the present invention. This Stirling refrigerator has a pressure vessel 1 filled with working medium gas, and a cylindrical cylinder 2 disposed in the pressure vessel 1 and fixed to the pressure vessel 1. Inside the cylinder 2, a cylindrical piston 3 and a displacer 4 are disposed concentrically with the cylinder 2 so as to reciprocate in the cylinder 2.
[0036]
The piston 3 has a piston through-hole 3a at its axial center. One end face of the piston 3 is fixed to a piston spring 5 attached outside the cylinder 2 inside the pressure-resistant container 1. The piston spring 5 expands and contracts by the force of the piston 3 sliding inside the cylinder 2, and has a shaft hole 5 a formed in a shaft center portion thereof, into which a rod 8 described later is inserted. On the other hand, the other end face of the piston 3 faces the displacer 4 via the compression space 6. An expansion space 7 is formed in the cylinder 2 on the side opposite to the compression space 6 with respect to the displacer 4.
[0037]
Further, in the present Stirling refrigerator, a rod-shaped rod 8 is provided so as to penetrate through the piston through hole 3a of the piston 3. One end 8a (hereinafter, referred to as a rod end 8a) of the rod 8 is supported by the displacer 4, and the other end 8b (hereinafter, referred to as a rod end 8b) is a piston spring 5 inside the pressure-resistant container 1. Is supported by a displacer spring 9 attached to the outside. Each of the rod ends 8a and 8b has a smaller diameter than the main body of the rod 8.
[0038]
The rod 8 is moved integrally with the displacer 4 that slides inside the cylinder 2 by a rod support mechanism described later, and reciprocates in the piston through-hole 3a. Therefore, the displacer 4 can slide inside the cylinder 2 with the displacer spring 9 as a fulcrum via the rod 8.
[0039]
A communication pipe 10a is provided on a wall forming the expansion space 7 in the cylinder 2, while a communication pipe 10b is provided on a wall forming the compression space 6. The connecting pipes 10a and 10b are connected to the regenerator 11, respectively. As a result, the compression space 6 and the expansion space 7 communicate with each other through the communication pipe 10b, the regenerator 11, and the communication pipe 10a. The regenerator 11 accumulates heat of the working medium (for example, high-pressure helium gas) sealed in the pressure-resistant container 1 and supplies the stored heat to the working medium.
[0040]
Next, the rod support structure, which is a feature of the present invention, will be described in detail with reference to FIG. FIG. 1 is an enlarged view of a support structure of the displacer 4 and the rod 8.
[0041]
A support hole 4a is provided in the axial center of the end face of the displacer 4 on the side of the piston 3 (see FIG. 2), and the rod end 8a is fitted into the support hole 4a through a radial gap. I have. That is, the outer diameter of the rod end 8a is smaller than the diameter of the support hole 4a. As a result, the rod end 8a is free to move radially in the support hole 4a.
[0042]
Further, a groove 21 having a smaller diameter than the rod end 8a is formed in the rod end 8a. An E-shaped retaining ring 31 (first fixing member) is fixed to the groove 21. More specifically, the width of the groove portion 21 in the rod axis direction is substantially the same as the thickness of the E-shaped retaining ring 31, and the E-shaped retaining ring 31 is fitted into the groove portion 21 so that the rod 21 is not displaced in the rod axial direction. 8 is fixed.
[0043]
The groove 21 is formed at the rod end 8a at a position where the E-shaped retaining ring 31 fixed thereto can press the displacer 4 from the inside thereof. Therefore, when the E-shaped retaining ring 31 is fitted into the groove 21, the E-shaped retaining ring 31 is fixed to the rod 8 (rod end 8a, groove 21) while being pressed against the displacer 4. The displacer 4 and the rod 8 are indirectly fixed by the E-shaped retaining ring 31.
[0044]
Here, FIG. 3 is a sectional view taken along line AA ′ in FIG. As shown in the figure, the E-shaped retaining ring 31 is a flat, E-shaped retaining ring that can sandwich the rod end 8a (groove 21) through an opening 34 formed in a part of the circumferential direction. It is a ring-shaped stopper.
[0045]
More specifically, the E-shaped retaining ring 31 has three convex portions 33a, 33b, and 33c that protrude from the inner peripheral surface 32 in a direction that comes into contact with the outer peripheral surface of the groove portion 21. These convex portions 33a, 33b, 33c are provided in order in the circumferential direction of the inner peripheral surface 32 at substantially equal intervals. Then, any two convex portions (for example, convex portions 33a and 33c) are formed integrally with the respective circumferential ends 34a and 34b of the E-shaped retaining ring 31, respectively. The opening 34 is formed by the fact that 34b is located at a predetermined gap in the circumferential direction. That is, the ends 34 a and 34 b are located on both sides of the opening 34 in the circumferential direction of the E-shaped retaining ring 31.
[0046]
Since the E-shaped retaining ring 31 has such convex portions 33a, 33b, and 33c, the E-shaped retaining ring 31 is fixed to the rod 8 by sandwiching the groove 21 of the rod end 8a. Become like In other words, the convex portions 33a, 33b, and 33c of the E-shaped retaining ring 31 support the outer peripheral surface of the groove 21 from three different directions, so that the E-shaped retaining ring 31 is fixed to the rod 8.
[0047]
Further, the above-described rod support structure is also applicable to a support structure between the displacer spring 9 and the rod 8, and in the present embodiment, such a support structure is employed between the two.
[0048]
That is, as shown in FIG. 2, a support hole 9a is also provided in the axial center portion of the displacer spring 9, and the rod end 8b is fitted into the support hole 9a via a radial gap. That is, the outer diameter of the rod end 8b is smaller than the diameter of the support hole 9a. As a result, the rod end 8b can freely move in the radial direction in the support hole 9a.
[0049]
Further, a groove 22 having a smaller diameter than the rod end 8b is formed in the rod end 8b. An E-shaped retaining ring 41 (second fixing member) having exactly the same configuration as the above-described E-shaped retaining ring 31 is fixed to the groove portion 22. That is, as shown in FIG. 3, the E-shaped retaining ring 41 is a flat plate-shaped E that can sandwich the rod end 8 b (the groove 22) through the opening 34 formed in a part in the circumferential direction. This is a ring-shaped stopper. Thus, the E-shaped retaining ring 41 is fixed to the rod 8 by sandwiching the groove 22 of the rod end 8b through the opening 34. The width of the groove portion 22 in the rod axis direction is substantially the same as the thickness of the E-shaped retaining ring 41. The E-shaped retaining ring 41 is fixed to the rod 8 without being shifted in the rod axial direction by being fitted into the groove portion 22. It is supposed to be.
[0050]
The groove 22 is formed at the rod end 8b at a position where the E-shaped retaining ring 41 fixed thereto can press the displacer spring 9 against the piston 3 and the displacer 4. Therefore, when the E-shaped retaining ring 41 is fitted into the groove 22, the E-shaped retaining ring 41 is fixed to the rod 8 (the rod end 8b, the groove 22) while being pressed against the displacer spring 9. The displacer spring 9 and the rod 8 are indirectly fixed by the E-shaped retaining ring 41.
[0051]
When assembling the Stirling refrigerator having the above configuration, the piston spring 5 is moved so that the axis of the piston 3 coincides with the axis of the cylinder 2 so that the piston 3 can slide smoothly in the cylinder 2. Attach to the surface. Also, the displacer spring 9 is mounted on the wall of the pressure-resistant container 1 so that the axis of the displacer spring 9 coincides with the axis of the cylinder 2 so that the displacer 4 can slide smoothly in the cylinder 2.
[0052]
Subsequently, the rod end 8a of the rod 8 on the displacer 4 side is inserted into the support hole 4a of the displacer 4, and the E-shaped retaining ring 31 is fitted into the groove 21 of the rod end 8a, and the E-shaped retaining ring 31 is inserted into the rod. Fix to 8. The displacer 4 is pressed into contact with the E-shaped retaining ring 31, and the rod 8 is passed through the through hole 3 a of the piston 3 in a state where the displacer 4 and the rod 8 are connected via the E-shaped retaining ring 31.
[0053]
At this time, a gap is formed between the support hole 4a of the displacer 4 and the outer peripheral surface of the rod end 8a due to the difference in diameter between the support hole 4a and the rod end 8a. Since it is possible to freely move, the axis of the rod 8 and the axis of the piston through hole 3a of the piston 3 can be easily matched.
[0054]
Next, the rod 8 is passed through the shaft hole 5 a provided in the shaft center of the piston spring 5, and the rod end 8 b of the rod 8 on the displacer spring 9 side is inserted into the support hole 9 a of the displacer spring 9. Then, the E-shaped retaining ring 41 is fitted into the groove 22 of the rod end portion 8b, and the E-shaped retaining ring 41 is fixed to the rod 8 while pressing the displacer spring 9 against the E-shaped retaining ring 41.
[0055]
Also at this time, an appropriate gap is provided between the support hole 9a and the outer peripheral surface of the rod end 8b, whereby the rod end 8b can freely move in the radial direction within the support hole 9a. Therefore, the axial center of the rod 8 and the axial center of the piston through-hole 3a of the piston 3 can be easily matched. Therefore, it is possible to prevent the rod 8 from being inclined with respect to the piston through-hole 3a.
[0056]
In the Stirling refrigerator having the above configuration, freezing is performed by a reverse Stirling cycle generated by reciprocating movement of the piston 3 and the displacer 4 in the cylinder 2. That is, when the piston 3 reciprocates in the cylinder 2 by a piston driving device (not shown), the working medium in the compression space 6 is repeatedly compressed / expanded at the same constant cycle as the piston 3. As a result, the displacer 4 reciprocates with a predetermined phase difference with respect to the piston 3 due to its inertial force (pressure and suction force in a constant cycle). As a result, the working medium moves between the compression space 6 and the expansion space 7, and the reverse Stirling cycle is performed.
[0057]
That is, the heat generated in the compression space 6 on the high-temperature side due to the compression of the working medium is absorbed by the working medium via the communication pipe 10b, and the working medium accumulates heat in the regenerator 11 to expand the expansion space 7 Move to The working medium cooled by the regenerator 11 is further cooled by being expanded in the expansion space 7 on the low temperature side. Then, when the working medium moves to the compression space 6 through the communication pipes 10a and 10b, the heat stored in the regenerator 11 is taken away and the regenerator 11 is cooled. This operation is repeated to perform freezing.
[0058]
In the present embodiment, the rod 8 is indirectly fixed to the displacer 4 and the displacer spring 9 via the E-shaped retaining rings 31 and 41, respectively, by the above-described support structure. Accordingly, the rod 8 reciprocates in the through hole 3a of the piston 3 which also reciprocates.
[0059]
At this time, the E-shaped retaining ring 31 is fixed to the rod 8 while being pressed against the displacer 4, and the rod 8 a, which is one end of the rod 8, is simply sandwiched through the opening 34. To the rod 8. Similarly, the E-shaped retaining ring 41 is similarly fixed to the rod 8 while being pressed against the displacer spring 9, and simply sandwiches the rod 8 b, which is the other end of the rod 8, through the opening 34. Thereby, it is fixed to the rod 8.
[0060]
This makes it easier to attach the E-shaped retaining rings 31 and 41 to the rod 8 than in the conventional case using a nut, and fixes the E-shaped retaining rings 31 and 41 to the rod 8 without using an adhesive. be able to. Therefore, the manufacturing process of the device can be significantly simplified as compared with the related art. Moreover, the rod 8 and the displacer 4 or the displacer spring 9 can be fixed with a simple configuration using the E-shaped retaining rings 31 and 41.
[0061]
In the present embodiment, a groove 21 having a smaller diameter than the rod end 8a is formed in the rod end 8a, and the E-shaped retaining ring 31 is fixed to the rod 8 by sandwiching the groove 21. Also, a groove 22 having a smaller diameter than the rod end 8b is formed in the rod end 8b, and the E-shaped retaining ring 41 is fixed to the rod 8 by sandwiching the groove 22. Thus, the grooves 21 and 22 can reliably prevent the E-shaped retaining rings 31 and 41 from moving in the rod axial direction due to the vibration caused by the reciprocating movement of the piston 3 and the displacer 4. Therefore, the E-shaped retaining rings 31 and 41 can be securely fixed to the rod 8 without using an adhesive, and there is a risk of failure of a conventional device using a nut (failure due to loosening of the nut). Therefore, the reliability of the device can be significantly improved.
[0062]
Further, since the flat E-shaped retaining rings 31 and 41 press the displacer 4 or the displacer spring 9 in parallel with the rod axis direction, the E-shaped retaining rings 31 and 41 are fixed to the rod 8 and the displacer 4 or the displacer spring is fixed. The rod 8 does not incline with respect to the axis of the cylinder 2 from the beginning when the E-shaped retaining rings 31 and 41 are pressed against the shaft center of the cylinder 2 as in the conventional case using a nut when pressed against the cylinder 9. Thereby, it is possible to reliably prevent the axial center of the cylinder 2, the piston 3, the displacer 4, the rod 8, and the displacer spring 9 from being displaced from the beginning of the pressure contact, thereby causing the wear between the respective members. Efficiency can be improved.
[0063]
The rod end 8a is fitted into the support hole 4a of the displacer 4 via a radial gap, and the rod end 8b is inserted into the support hole 9a of the displacer spring 9 via a radial gap. It is inserted. Thus, the rod 8 has a degree of freedom in the radial direction inside each of the support hole 4 a of the displacer 4 and the support hole 9 a of the displacer spring 9. Therefore, when the piston 3 and the displacer 4 vibrate in the radial direction during the reciprocating movement in the cylinder 2, respectively, the rod 8 can follow the fluctuation of these axes within the above-mentioned degree of freedom. Therefore, even in a dynamic state during operation of the device, friction between the rod 8 and the piston through-hole 3a and wear thereof can be reduced.
[0064]
Further, since the E-shaped retaining rings 31 and 41 each have an opening 34 partially open in the circumferential direction, the groove 21 of the rod end 8a or the rod end 8b is formed through the opening 34. Each of the E-shaped retaining rings 31 and 41 can be easily fitted into the groove portion 22, and can be easily separated therefrom.
[0065]
In this embodiment, an E-shaped ring-shaped stopper (E-shaped retaining rings 31 and 41) is used as the first and second fixing members. However, the present invention is not limited to this. For example, a C-shaped ring stopper, a C-shaped concentric retaining ring, a grip retaining ring, or the like can be used. Further, it is of course possible to configure the first fixing member and the second fixing member with retaining rings having different shapes.
[0066]
[Embodiment 2]
The following will describe another embodiment of the present invention with reference to the drawings. The same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
[0067]
FIG. 4 is a cross-sectional view showing another configuration example of the rod support structure in the Stirling refrigerator according to the present invention. In the present embodiment, an arcuate E-shaped retaining ring 51 is used as the first fixing member in the first embodiment instead of the flat E-shaped retaining ring 31.
[0068]
Specifically, the E-shaped retaining ring 51 has the same shape as the flat E-shaped retaining ring 31 shown in FIG. 3 in plan view, but when viewed from the side, as shown in FIG. It is an arcuate ring-shaped stopper which is curved in the direction of pressing against the displacer 4 from the center to the outer periphery. Therefore, the E-shaped retaining ring 51 itself has a spring function, and when the E-shaped retaining ring 51 is fitted into the groove 21 of the rod end 8a, the outer peripheral portion of the E-shaped retaining ring 51 presses the displacer 4. Will do.
[0069]
Therefore, the groove 21 needs only to be formed at a position where the outer peripheral portion of the E-shaped retaining ring 51 can press the displacer 4 when the E-shaped retaining ring 51 is fitted. It may be formed at the same position as in the first embodiment using the retaining ring 31. However, it is of course possible to form the groove 21 so as to be shifted in the rod axial direction according to the degree of curvature of the E-shaped retaining ring 51.
[0070]
In this embodiment, as the second fixing member in the first embodiment, an arcuate E-shaped retaining ring 61 is used as shown in FIG. 5 instead of the flat E-shaped retaining ring 41. The E-shaped retaining ring 61 has exactly the same configuration as the E-shaped retaining ring 51 shown in FIG.
[0071]
That is, the E-shaped retaining ring 61 has a shape similar to the flat E-shaped retaining ring 41 shown in FIG. 3 in plan view, but when viewed from the side, as shown in FIG. This is an arcuate ring-shaped stopper which is curved in the direction of pressing against the displacer spring 9 from the front to the outer periphery. Accordingly, the E-shaped retaining ring 61 itself has a spring function, and when the E-shaped retaining ring 61 is fitted into the groove 22 of the rod end 8b, the outer peripheral portion of the E-shaped retaining ring 61 causes the displacer spring 9 to move. Will be pressed.
[0072]
Therefore, the groove portion 22 only needs to be formed at a position where the outer peripheral portion of the E-shaped retaining ring 61 can press the displacer spring 9 when the E-shaped retaining ring 61 is fitted. It may be formed at the same position as in the case of the first embodiment using the shaped retaining ring 41. However, according to the degree of curvature of the E-shaped retaining ring 61, it is of course possible to form the groove portion 22 so as to be shifted in the rod axial direction.
[0073]
As described above, since the E-shaped retaining ring 51 is used to fix the displacer 4 to the rod 8, the E-shaped retaining ring 51 itself has a spring function and a function of urging the displacer 4. When the retaining ring 51 is fitted into the groove 21 of the rod end 8a, the press contact of the E-shaped retaining ring 51 with the displacer 4 is more reliable than when the flat E-shaped retaining ring 31 is used. It becomes. As a result, the rod 8 and the displacer 4 can be reliably fixed with an appropriate force via the E-shaped retaining ring 51.
[0074]
The same effect as described above can be obtained by using the arcuate E-shaped retaining ring 61 also for fixing the displacer spring 9 and the rod 8. That is, when the E-shaped retaining ring 61 is fitted into the groove 22 of the rod end portion 8b, the pressure contact of the E-shaped retaining ring 61 with the displacer spring 9 is smaller than when the flat E-shaped retaining ring 41 is used. It will be more certain. As a result, the rod 8 and the displacer spring 9 can be securely fixed with an appropriate force via the E-shaped retaining ring 61.
[0075]
Further, since the E-shaped retaining rings 51 and 61 are arcuate, the thickness of the E-shaped retaining rings 51 and 61 can be formed thinner than the flat E-shaped retaining rings 31 and 41. Accordingly, the width of the grooves 21 and 22 in the rod axis direction can be formed to be narrower than in the case where the flat E-shaped retaining rings 31 and 41 are used.
[0076]
As in the first embodiment, a gap is formed between the outer peripheral surface of the rod end 8a and the support hole 4a of the displacer 4, and between the outer peripheral surface of the rod end 8b and the support hole 9a of the displacer spring 9. The rod 8 has a degree of freedom in the radial direction. Thus, even if the axis of the rod 8 and the axis of the piston through hole 3a are displaced during the operation of the apparatus, the E-shaped retaining rings 51 and 61 press the displacer 4 or the displacer spring 9, but the rod Since the rod 8 is movable in the radial direction, the axis of the rod 8 and the axis of the piston through-hole 3a can be easily matched.
[0077]
In the present embodiment, the E-shaped retaining rings 51 and 61 are used for both the fixing of the rod 8 to the displacer 4 and the fixing of the rod 8 to the displacer spring 9. And the flat E-shaped retaining ring 41 of the first embodiment may be used for fixing the rod 8 and the displacer spring 9. Conversely, the flat E-shaped retaining ring 31 of the first embodiment may be used for fixing the rod 8 and the displacer 4, and the arcuate E-shaped retaining ring 61 may be used for fixing the rod 8 and the displacer spring 9. .
[0078]
By the way, in the present embodiment, the pressure contact portion of the displacer 4 with the E-shaped retaining ring 51 is simply formed in a flat plate shape. However, as shown in FIG. The recesses 4b into which the respective ends (corresponding to the respective ends 34a and 34b of the E-shaped retaining ring 31 shown in FIG. 3) located on both sides of the E-shaped retaining ring 31 may be formed. In this case, by fitting each end of the E-shaped retaining ring 51 into the concave portion 4 b of the displacer 4, it is possible to prevent the E-shaped retaining ring 51 from rotating in the circumferential direction due to the vibration of the displacer 4. As a result, it is possible to suppress friction and wear at the contact portion between the E-shaped retaining ring 51 and the displacer 4 and the rod 8 (rod end 8a).
[0079]
Similarly, as shown in FIG. 7, each of the end portions (see FIG. 3) located on both sides of the opening in the circumferential direction of the E-shaped retaining ring 61 is provided at the press contact portion of the displacer spring 9 with the E-shaped retaining ring 61. (Equivalent to the ends 34a and 34b of the E-shaped retaining ring 41 shown) may be formed. In this case, since each end of the E-shaped retaining ring 61 is fitted into the concave portion 9b of the displacer spring 9, it is possible to prevent the E-shaped retaining ring 61 from rotating in the circumferential direction due to the vibration of the displacer spring 9. . As a result, friction and wear at the contact portion between the E-shaped retaining ring 61 and the displacer spring 9 and the rod 8 (rod end portion 8b) can be suppressed.
[0080]
In addition, projections are provided instead of the recesses 4b and 9b at the above-mentioned press contact portions of the displacer 4 and the displacer spring 9, and when the E-shaped retaining rings 51 and 61 are fitted into the grooves 21 and 22, respectively, these projections are formed. The E-shaped retaining rings 51 and 61 may be configured to prevent rotation of the E-shaped retaining rings 51 and 61 in the circumferential direction by being in contact with the ends. The configuration in which such protrusions are provided on the press contact portion can be applied to the first embodiment in which the flat E-shaped retaining rings 31 and 41 are used.
[0081]
[Embodiment 3]
The following will describe still another embodiment of the present invention with reference to the drawings. The same components as those of the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
[0082]
FIG. 8 is a cross-sectional view showing still another configuration example of the rod support structure in the Stirling refrigerator according to the present invention. In the present embodiment, in the configuration of the first embodiment, the E-shaped retaining ring 31 is connected to the displacer 4 via a ring-shaped or disk-shaped sliding-resistant low friction member 71 having an opening in a part in the circumferential direction. Is pressed against. Also, a low friction member 71 similar to the above is interposed at a contact portion between the displacer 4 and the main body of the rod 8.
[0083]
Further, it is desirable to apply the same rod support structure to the displacer spring 9 side of the rod 8 as described above. In the present embodiment, such a support structure is employed.
[0084]
That is, in this embodiment, as shown in FIG. 9, the E-shaped retaining ring 41 is pressed against the displacer spring 9 via a ring-shaped or disk-shaped low friction member 72 having sliding resistance. A low friction member 72 similar to that described above is also interposed at the contact portion between the displacer spring 9 and the main body of the rod 8.
[0085]
As the low friction members 71 and 72, for example, a washer provided with a fluorine-based coating, a washer made of a polytetrafluoroethylene resin, a rubber material subjected to a low friction treatment, and the like can be used.
[0086]
Further, the contact surfaces of the displacer 4 and the E-shaped retaining ring 31 and the contact surfaces of the displacer 4 and the rod 8 with each other are coated with amorphous diamond or highly oriented diamond by, for example, a plasma CVD method, or by a wet method or a vapor deposition method. The low-friction material 71 may be applied and formed by coating a low-molecular material having a fluorocarbon skeleton such as alkoxysilane or trichlorosilane. Further, the low friction material 72 may be applied and formed on the contact surfaces of the displacer spring 9 and the E-shaped retaining ring 41 and the contact surfaces of the displacer spring 9 and the rod 8 in the same manner as described above. Good.
[0087]
As described above, the rod support structure including the low friction materials 71 and 72 allows the displacer 4 and the E-shaped retaining ring to be driven by the axial force generated according to the acceleration of the reciprocating motion of the rod 8 during the operation of the Stirling refrigerator. The frictional force between the displacer spring 9 and the E-shaped retaining ring 41 or the rod 8 can be reduced, and thereby the rod 8 can be moved smoothly in the radial direction. Can be. As a result, the axial center of the rod 8 and the axial center of the piston through-hole 3a can be quickly made to coincide with each other, and local friction and wear occurring between the rod 8 and the piston through-hole 3a can be reliably suppressed. .
[0088]
The configuration of the present embodiment in which the low friction members 71 and 72 are provided can be applied to the second embodiment using the arcuate E-shaped retaining rings 51 and 61. The present invention can be applied to a case where the rings 31 and 41 and the arcuate E-shaped retaining rings 51 and 61 are used in combination.
[0089]
【The invention's effect】
According to the Stirling refrigerator of the present invention, since the first fixing member is fixed to the rod with a simple configuration in which one end of the rod is simply sandwiched, it is easy to attach the first fixing member to the rod. In addition, the first fixing member can be fixed to the rod without using an adhesive. As a result, the manufacturing process of the device can be significantly simplified.
[0090]
Also, since the second fixing member is fixed to the rod by sandwiching the other end of the rod similarly to the first fixing member described above, the second fixing member can be easily attached to the rod. In addition, the second fixing member can be fixed to the rod without using an adhesive, and the manufacturing process of the device can be significantly simplified.
[0091]
Further, a groove having a smaller diameter than each end is formed at one end and the other end of the rod, and the first fixing member and the second fixing member are fixed to the rod by sandwiching each groove. Therefore, the movement of the first fixed member and the second fixed member in the axial direction of the rod due to the vibration due to the reciprocal movement of the piston and the displacer can be reliably prevented at each groove. As a result, the first fixing member and the second fixing member can be securely fixed to the rod without using an adhesive, and there is also a danger of device failure caused by loosening of the nut as in the related art. And a highly reliable Stirling refrigerator can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an enlarged sectional view showing a schematic configuration of a support structure for a displacer and a rod in a Stirling refrigerator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view showing a schematic configuration of the Stirling refrigerator.
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 1, showing a cross-sectional shape of an E-shaped retaining ring used in the support structure.
FIG. 4 is an enlarged sectional view showing a schematic configuration of a support structure for a displacer and a rod in a Stirling refrigerator according to another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an enlarged sectional view showing a schematic configuration of a support structure for a displacer spring and a rod in the Stirling refrigerator.
FIG. 6 is an enlarged sectional view showing another configuration of a support structure for a displacer and a rod in the Stirling refrigerator.
FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view showing another configuration of a support structure of a displacer spring and a rod in the Stirling refrigerator.
FIG. 8 is an enlarged sectional view showing a schematic configuration of a support structure for a displacer and a rod in a Stirling refrigerator according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 9 is an enlarged sectional view showing a schematic configuration of a support structure of a displacer spring and a rod in the Stirling refrigerator.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a conventional reverse Stirling refrigerator.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a conventional Stirling engine.
FIG. 12 is a sectional view showing a schematic configuration of a support structure for a displacer and a rod in the Stirling engine.
[Explanation of symbols]
1 pressure vessel
2 cylinder
3 piston
3a Piston through hole (through hole)
4 Displacer
4a Support hole
8 rods
8a Rod end (one end)
8b Rod end (the other end)
9 Displacer spring
9a Support hole
21 Groove
22 groove
31 E-shaped retaining ring (first fixing member, ring-shaped stopper)
34 opening
34a end
34b end
41 E-shaped retaining ring (second fixing member, ring-shaped stopper)
51 E-shaped retaining ring (first fixing member, ring-shaped stopper)
61 E-shaped retaining ring (second fixing member, ring-shaped stopper)
71 Low friction member
72 Low friction member

Claims

A cylinder and a displacer spring disposed inside the pressure vessel,
A piston and a displacer arranged to reciprocate in the cylinder;
A rod supported at one end by the displacer, and supported by the displacer spring through a through hole provided at the axial center of the piston, the other end of the piston and the displacer; In a Stirling refrigerator that performs freezing by a reverse Stirling cycle generated by reciprocating movement,
A first fixing member fixed to the rod while being pressed against the displacer;
The Stirling refrigerator, wherein the first fixing member is fixed to the rod by sandwiching one end of the rod.

A cylinder and a displacer spring disposed inside the pressure vessel,
A piston and a displacer arranged to reciprocate in the cylinder;
A rod supported at one end by the displacer, and supported by the displacer spring through a through hole provided at the axial center of the piston, the other end of the piston and the displacer; In a Stirling refrigerator that performs freezing by a reverse Stirling cycle generated by reciprocating movement,
A second fixing member fixed to the rod while being pressed against the displacer spring;
The Stirling refrigerator, wherein the second fixing member is fixed to the rod by sandwiching the other end of the rod.

At the end of the rod, a groove having a smaller diameter than the end is formed,
The Stirling refrigerator according to claim 1 or 2, wherein the first fixing member or the second fixing member is fixed to the rod by sandwiching the groove.

The Stirling refrigeration system according to any one of claims 1 to 3, wherein an end of the rod is inserted into a support hole of the displacer or a support hole of the displacer spring through a radial gap. Machine.

At least one of the first fixing member and the second fixing member may sandwich one end or the other end of the rod through an opening formed in a part in the circumferential direction. The Stirling refrigerator according to any one of claims 1 to 4, wherein the Stirling refrigerator is a possible ring-shaped stopper.

The Stirling refrigerator according to claim 5, wherein the ring-shaped stopper is curved in a direction of pressing against the displacer or a direction of pressing against the displacer spring from the center toward the outer periphery.

In the displacer and / or the displacer spring, a concave portion into which each end located on both sides of the opening in the circumferential direction of the ring-shaped stopper is fitted at a press contact portion with the ring-shaped stopper. The Stirling refrigerator according to claim 6, characterized in that:

8. The apparatus according to claim 1, wherein at least one of the first fixing member and the second fixing member is pressed against the displacer or the displacer spring via a low friction member. A Stirling refrigerator according to claim 1.