JP2005337134A - ピストン装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外燃機関の作動空間内で圧縮された作動媒体をピストン内部に導入し、ピストンの側周部に設けられた複数の孔からピストンとシリンダとの間のクリアランス部に噴射することで、気体軸受を構成する場合に、所定の耐圧性能を確保しつつ軽量化を実現可能なピストン装置を提供する。
【解決手段】ピストン本体２１１と、その内部に形成された蓄圧室２１２と、外燃機関１０の作動空間で圧縮された作動媒体を蓄圧室に導入するために開閉動作する導入部２１４，２１５と、ピストン本体の側周部に設けられ、蓄圧室から、ピストン本体と外燃機関のシリンダ２２との間のクリアランス部に貫通する孔２１６とを備え、導入部が閉じた状態で蓄圧室には、加圧された作動媒体が入っており、導入部が閉じた状態で蓄圧室に入っている作動媒体は、外部からピストン本体に作用する圧力に耐え得る耐圧性能をピストン本体に生じさせる程度に加圧されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ピストン装置に関し、特に、α型スターリングエンジンのような外燃機関に適用可能なピストン装置に関する。

近年、乗用車やバス、トラック等の車両に搭載される内燃機関の排熱や工場排熱を回収するために、理論熱効率に優れたスターリングエンジンが注目されてきている。

スターリングエンジンを含む外燃機関に適用可能なピストン装置として、特開２０００−４６４３１号公報（特許文献１）に開示された技術が知られている。上記特許文献１に開示された外燃機関のピストンは、ピストンのシリンダ内の往復運動に伴って作動空間内で圧縮、膨張を繰返す作動媒体の働きにより駆動されるディスプレーサを用いるタイプのスターリングエンジンに適用されるものであって、ピストン内部に形成され、作動空間内で圧縮された作動媒体を一時的に蓄える加圧室と、加圧室内の作動媒体をピストンとシリンダーとのクリアランス部に噴出するオリフィスとを具備するものである。

特開２０００−４６４３１号公報 特開２００２−１８０９０１号公報 特開２００１−３１７５４６号公報 特開２０００−４５８６７号公報 特開平９−１５２２１１号公報

ピストンの軽量化が望まれている。特に、スターリングエンジンのような外燃機関が例えば車両の内燃機関の排気ガスのような排熱を熱源として作動する場合には、得られる熱量に制約があり、その得られる熱量の範囲でスターリングエンジンを効果的に作動させる必要があることから、ピストンの軽量化が求められている。

また、スターリングエンジンのような外燃機関の作動空間内で圧縮された作動媒体をピストン内部に導入し、ピストンの側周部（外周部）に設けられた複数の孔からピストンとシリンダとの間のクリアランス部に噴射することで、気体軸受を構成する場合、上記作動媒体は、上記複数の孔からピストンの側周部の周方向に偏りなく均一に噴射されることが望ましい。

本発明の目的は、外燃機関の作動空間内で圧縮された作動媒体をピストン内部に導入し、ピストンの側周部に設けられた複数の孔からピストンとシリンダとの間のクリアランス部に噴射することで、気体軸受を構成する場合に、所定の耐圧性能を確保しつつ軽量化を実現可能なピストン装置を提供することである。

本発明の他の目的は、外燃機関の作動空間内で圧縮された作動媒体をピストン内部に導入し、ピストンの側周部に設けられた複数の孔からピストンとシリンダとの間のクリアランス部に噴射することで、気体軸受を構成する場合に、作動媒体がピストンの側周部の複数の孔から、ピストンの側周部の周方向に偏りなく均一に噴射されることが可能なピストン装置を提供することである。

本発明のピストン装置は、α型スターリングエンジンに適用され、ピストン本体と、前記ピストン本体の内部に形成された蓄圧室と、前記スターリングエンジンの作動空間で圧縮された作動媒体を前記蓄圧室に導入するための導入部と、前記ピストン本体の側周部の周方向に複数設けられ、前記蓄圧室から、前記ピストン本体と前記スターリングエンジンのシリンダとの間のクリアランス部に貫通する孔とを備え、前記導入部は、前記ピストン本体の頂面の中央部に設けられていることを特徴としている。

上記本発明によれば、導入部と、ピストン本体の側周部の周方向に複数設けられた孔との距離が等しくなるため、作動空間の作動流体が導入部を介して蓄圧室に導入されたときに、複数の孔からそれぞれクリアランス部に噴射される作動流体の噴射状態（噴射量・噴射圧）が等しくなり易く、周方向において噴射に関して偏りを生じるおそれが少ない。これにより、空気軸受がより安定的に機能する。特に、ピストン本体の頂面がフラット面であるときに、頂面の中央部に導入部が設けられることが好ましい。弁などの導入部の構造物がピストン本体の中央部に配置されることにより、ピストンの重心位置との関係で好ましい。特に、ピストン本体の支持に関して、空気軸受が使用される場合には、往復運動の軌跡を直線に近似することが重要になり、そのような観点からも、弁などの導入部の構造物がピストン本体の中央部に配置されることが好ましい。

本発明のピストン装置は、外燃機関に適用され、ピストン本体と、前記ピストン本体の内部に形成された蓄圧室と、前記外燃機関の作動空間で圧縮された作動媒体を前記蓄圧室に導入するために開閉動作する導入部と、前記ピストン本体の側周部に設けられ、前記蓄圧室から、前記ピストン本体と前記外燃機関のシリンダとの間のクリアランス部に貫通する孔とを備え、前記導入部が閉じた状態で前記蓄圧室には、加圧された前記作動媒体が入っており、前記導入部が閉じた状態で前記蓄圧室に入っている作動媒体は、外部から前記ピストン本体に作用する圧力に耐え得る耐圧性能を前記ピストン本体に生じさせる程度に加圧されていることを特徴としている。

上記本発明によれば、ピストン装置（ピストン本体）の耐圧性能を、導入部が閉じた状態で蓄圧室に入っている、加圧された作動媒体により確保するため、ピストン本体の肉薄化が可能であり、ピストン装置を軽量化することができる。

本発明のピストン装置において、前記ピストン本体の側周部において、前記孔が形成されている部分の肉厚に比べて、前記孔が形成されていない部分の肉厚は、小さく形成されていることを特徴としている。

本発明のピストン装置において、前記孔は、少なくとも前記ピストン本体の上下方向の長さの中間位置を挟んで１つずつ形成されていることを特徴としている。

本発明のピストン装置において、前記ピストン本体の側周部の外周面には、周方向全周に亘って凹部が形成され、前記孔は、前記凹部内に設けられていることを特徴としている。

本発明によれば、高い剛性を確保しつつ軽量化を実現可能である。

以下、本発明のピストン装置を適用した排気熱回収装置の一実施形態につき図面を参照しつつ詳細に説明する。

（第１実施形態）
本実施形態の目的は、α型スターリングエンジンの作動空間内で圧縮された作動流体をピストン内部に導入し、ピストンの外周部に設けられた複数の孔からピストンとシリンダとの間のクリアランス部に噴射することで、気体軸受を構成する場合に、所定の耐圧性能（高い剛性）を確保しつつ軽量化を実現可能なピストン装置が適用されるスターリングエンジンからなる排気熱回収装置を提供することである。

本発明の他の目的は、α型スターリングエンジンの作動空間内で圧縮された作動流体をピストン内部に導入し、ピストンの外周部に設けられた複数の孔からピストンとシリンダとの間のクリアランス部に噴射することで、気体軸受を構成する場合に、上記複数の孔からピストン外周部の周方向に偏りなく均一に作動流体が噴射されることが可能なピストン装置が適用されるスターリングエンジンからなる排気熱回収装置を提供することである。

本実施形態では、特に、スターリングエンジンが例えば車両の内燃機関の排気ガスのような排熱を熱源として作動する場合には、得られる熱量に制約があり、その得られる熱量の範囲でスターリングエンジンを効果的に作動させる必要があることから、ピストンの軽量化が求められている。また、本実施形態では、スターリングエンジンの装置規模（全体構成）の小型化が要求されている。特に、スターリングエンジンが例えば車両の内燃機関の排気ガスのような排熱を熱源として作動する場合には、車両の床下に配される内燃機関の排気管に隣接するスペースのように、限られた空間にスターリングエンジンを搭載しなくてはならない場合があるためである。以下に説明するスターリングエンジンでは、ピストンの軽量化と装置規模のコンパクト化が実現されている。

図３は、本実施形態のスターリングエンジンを示す正面図である。図３に示すように、本実施形態のスターリングエンジン１０は、α型（２ピストン形）のスターリングエンジンであり、二つのパワーピストン２０、３０を備えている。二つのパワーピストン２０、３０は、直列並行に配置されている。低温側パワーピストン３０のピストン３１は、図４に示すように、高温側パワーピストン２０のピストン２１に対して、クランク角で９０°程度遅れて動くように位相差がつけられている。

高温側パワーピストン２０のシリンダ（以下高温側シリンダという）２２の上部の空間（膨張空間）には、加熱器４７によって加熱された作動流体が流入する。低温側パワーピストン３０のシリンダ（以下低温側シリンダという）３２の上部の空間（圧縮空間）には、冷却器４５によって冷却された作動流体が流入する。

再生器（再生熱交換器）４６は、膨張空間と圧縮空間を作動流体が往復する際に熱を蓄える。即ち、膨張空間から圧縮空間へと作動流体が流れる時には、再生器４６は、作動流体より熱を受け取り、圧縮空間から膨張空間へと作動流体が流れる時には、蓄えられた熱を作動流体に渡す。

２つのピストン２１、３１の往復動に伴い、作動ガスの往復流動が生じて高温側シリンダ２２の膨張空間と低温側シリンダ３２の圧縮空間にある作動流体の割合が変化するとともに、全内容積も変わるため、圧力の変動が生じる。２つのピストン２１、３１がそれぞれ同位置にある場合の圧力を比較すると、膨張ピストン２１についてはその上昇時より下降時の方がかなり高く、圧縮ピストン３１については逆に低くなる。このため、膨張ピストン２１は外部に対し大きな正の仕事（膨張仕事）を行い、圧縮ピストン３１は外部から仕事（圧縮仕事）を受ける必要がある。膨張仕事は、一部が圧縮仕事に使われ、残りが駆動軸４０を介して出力として取り出される。

本実施形態のスターリングエンジン１０は、車両においてガソリンエンジン（内燃機関）と共に用いられてハイブリッドシステムを構成する。即ち、スターリングエンジン１０は、ガソリンエンジンの排気ガスを熱源として用いる。スターリングエンジン１０の加熱器４７が車両のガソリンエンジンの排気管１００の内部に配置され、排気ガスから回収した熱エネルギーにより作動流体が加熱されてスターリングエンジン１０が作動する。

本実施形態のスターリングエンジン１０は、排気管１００の内部にその加熱器４７が収容されるというように車両内の限られたスペースに設置されるため、装置全体がコンパクトである方が設置の自由度が増す。そのために、スターリングエンジン１０では、２つのシリンダ２２、３２をＶ字形ではなく、直列並行に配置した構成を採用している。

加熱器４７が排気管１００の内部に配置されるに際しては、排気管１００の内部において相対的に高温の排気ガスが流れる排気ガスの上流側（ガソリンエンジンに近い側）１００ａに、加熱器４７の高温側シリンダ２２側が位置し、相対的に低温の排気ガスが流れる下流側（ガソリンエンジンから遠い側）１００ｂに加熱器４７の低温側シリンダ３２側が位置するように配置される。加熱器４７の高温側シリンダ２２側をより多く加熱するためである。

高温側シリンダ２２及び低温側シリンダ３２のそれぞれは、円筒状に形成されており、基準体である基板４２に支持されている。本実施形態においては、この基板４２が、スターリングエンジン１０の各構成要素の位置基準となる。このように構成されることで、スターリングエンジン１０の各構成要素の相対的位置精度が確保される。また、この基板４２は、スターリングエンジン１０が排熱回収対象である排気管（排気通路）１００等に取り付けられるときの基準として用いられることができる。

排気管１００のフランジ１００ｆに対して、断熱材（スペーサ、図示せず）を介して、基板４２が固定されている。排気管１００と基板４２とは、相対的位置精度が確保された状態で固定されるため、基板４２は、固定的構造物として排気管１００が備えた装置取付面であると捉えることができる。基板４２には、高温側シリンダ２２の側面（外周面）に設けられたフランジ２２ｆが固定されている。また、基板４２には、再生器４６の側面（外周面）４６ｃに設けられたフランジ４６ｆが、断熱材（スペーサ、図示せず）を介して固定されている。また、基板４２には、後述する隔壁７０が固定されている。

基板４２に対して、スターリングエンジン１０の全ての構造部材が支持されている。このことから、基板４２が排気管１００内の排気ガスの熱により変形すると、その変形の影響がスターリングエンジン１０の全ての構造部材に及ぶ。そのため、排気管１００のフランジ１００ｆとの間に上記断熱材を設けるとともに、シュラウド９０により、排気管１００内の排気ガスの熱が基板４２に伝わることが最小限に抑制されている。

排気管１００とスターリングエンジン１０とは、基板４２を介して取り付けられる。このとき、基板４２と、高温側シリンダ２２において加熱器４７が接続される側の端面（頂部２２ｂの上面）、及び低温側シリンダ３２において冷却器４５が接続される側の端面（頂面３２ａ）とが実質的に平行になるように、スターリングエンジン１０が基板４２に取り付けられる。あるいは、基板４２とクランクシャフト４３（又は駆動軸４０）の回転軸とが平行になるように、もしくは排気管１００の中心軸とクランクシャフト４３の回転軸とが平行になるように、スターリングエンジン１０が基板４２に取り付けられる。これにより、既存の排気管１００に大幅な設計変更を加えることなく、容易に排気管１００にスターリングエンジン１０を取り付けることができる。その結果、排熱回収対象である車両の内燃機関本体の性能や搭載性、騒音等の機能を損なうことなくスターリングエンジン１０を排気管１００に搭載することができる。また、同一仕様のスターリングエンジン１０を異なる排気管に取り付ける場合でも、加熱器４７の仕様を変更するだけで対応できるので、汎用性を向上させることができる。

スターリングエンジン１０は、車両の床下に配された排気管１００に隣接するスペースに、横置き、即ち、車両の床面（図示せず）に対して、高温側シリンダ２２及び低温側シリンダ３２のそれぞれの軸線方向が概ね平行になるように配置され、２つのピストン２１、３１は、水平方向に往復動される。本実施形態では、説明の便宜上、２つのピストン２１、３１の上死点側を上方向、下死点側を下方向であるとして説明する。

作動流体は、その平均圧力が高い程、冷却器４５や加熱器４７による同じ温度差に対しての圧力差が大きくなるので高い出力が得られる。そのため、上記のように、高温側シリンダ２２、低温側シリンダ３２内の作動流体は高圧に保持されている。

ピストン（ピストン装置）２１，３１は、円柱状に形成されている。ピストン２１、３１の外周面とシリンダ２２、３２の内周面との間には、それぞれ数十μｍの微小クリアランスが設けられており、そのクリアランスには、スターリングエンジン１０の作動流体（空気）が介在している。ピストン２１，３１は、それぞれシリンダ２２、３２に対して空気軸受４８により非接触の状態で支持されている。したがって、ピストン２１，３１の周囲には、ピストンリングは設けられておらず、また、一般にピストンリングと共に使用される潤滑油も使用されていない。但し、シリンダ２２、３２の内周面には、固定潤滑材が付されている。空気軸受４８の作動流体の摺動抵抗は元々極めて低いが、更に低減するために、固定潤滑材が付されている。上記のように、空気軸受４８は、作動流体（気体）により膨張空間、圧縮空間それぞれの気密を保ち、リングレスかつオイルレスでクリアランスシールを行う。

空気軸受４８は、図１を参照して、後述するように、スターリングエンジン１０の作動空間内で圧縮された作動流体をピストン２１，３１の内部に導入し、ピストン２１，３１の外周部に設けられた複数の孔からピストン２１，３１とシリンダ２２，３２との間のクリアランス部に噴射することで構成される、静圧気体軸受である。

本実施形態では、スターリングエンジン１０の熱源が車両の内燃機関の排気ガスであることから、得られる熱量に制約があり、その得られる熱量の範囲でスターリングエンジン１０を効果的に作動させる必要がある。そのため、膨張空間に、なるべく高温の作動流体が流れるべく、高温側シリンダ２２の頂部（上部）２２ｂ及び高温側シリンダ２２の側面２２ｃの上部が、排気管１００の内部に配設されている。これにより、上死点近傍での膨張ピストン２１の上部は、排気管１００の内部に位置することになり、膨張ピストン２１の上部が効果的に加熱される。

次に、図１及び図２を参照して、ピストン２１，３１の構成について詳細に説明する。

図１は、ピストン２１の構成を示す正面図である。図２は、ピストン２１の正断面図である。図３に示すように、ピストン２１，３１の大きさは異なっているが、その構造は共通である。図１及び図２では、ピストン２１，３１に共通の構造が示されている。以下では、図１及び図２をピストン２１の構成として説明する（同様の構成のピストン３１についての説明は省略する）。

ピストン２１は、ピストン本体２１１と、そのピストン本体２１１の内部に形成された中空部（蓄圧室）２１２と、プレート２１３とを備えている。ピストン本体２１１は、上部及び下部が塞がれた円筒状に形成されている。ピストン本体２１１の下部には、プレート２１３が設けられている。プレート２１３には、ピストンピン６０（図３）を取り付けるピン（図示せず）を通すためのピン穴（図示せず）が設けられている。

ピストン本体２１１は、高温側シリンダ２２（図３）と摺動する側周部（摺動部）２１１ａと、側周部２１１ａと一体として（連続的に）蓋状に設けられた頂面部２１１ｂとを有している。頂面部２１１ｂには、高温側シリンダ２２内の作動空間と中空部２１２とを連通する連絡流路２１４が形成されている。中空部２１２において連絡流路２１４に臨む位置には、逆止弁２１５が設けられている。

逆止弁２１５は、連絡流路２１４を通る作動流体の流れの向きを下方に向かう方向（作動空間側から中空部２１２に向かう方向）に限定する、作動流体導入手段／加圧状態保持手段として機能する。逆止弁２１５は、ピストン２１の動きにより高温側シリンダ２２内の作動空間の作動流体の圧力が下がったときに、中空部２１２内の作動流体が高温側シリンダ２２内の作動空間へ逆流を防ぐために設けられている。

側周部２１１ａには、周方向に等間隔に複数の給気孔２１６が設けられている。ピストン２１の上昇に伴い、高温側シリンダ２２の作動空間の作動流体が圧縮されて、その作動流体の圧力が中空部２１２の圧力より高くなると、逆止弁２１５が開いて、連絡流路２１４を介して、作動空間の作動流体の一部が中空部２１２に導入される。連絡流路２１４を介して作動流体が中空部２１２に導入されると、中空部２１２の作動流体の一部が、給気孔２１６を介して、ピストン２１とシリンダ３１との間のクリアランスに噴出する。

頂面部２１１ｂは、後述する理由から概ねフラット面に形成されている。連絡流路２１４は、その頂面部２１１ｂの面上において中央部に形成されている。これにより、連絡流路２１４と、複数の給気孔２１６との距離が等しくなる。作動空間の作動流体が連絡流路２１４を介して中空部２１２に導入されたときに、複数の給気孔２１６からそれぞれ噴射される作動流体の噴射状態（噴射量・噴射圧）が等しくなり易く、クリアランスに作動流体が噴射されるときに、周方向において噴射に関して偏りを生じるおそれが少ない。これにより、空気軸受４８がより安定的に機能する。弁２１５などの構造物がピストン２１の中央部に配置されることは、ピストン２１の重心位置との関係で好ましい。特に、空気軸受４８が使用されているので、ピストン２１の往復運動の軌跡を直線に近似することが重要になり、そのような観点からも、弁２１５などの構造物がピストン２１の中央部に配置されることが好ましい。

本実施形態のピストン２１では、可能な限りの軽量化を実現するため、以下の特徴（１）、（２）を有している。

（１）給気孔２１６の近傍の部分を除いて、側周部２１１ａの肉厚は、可能な限り薄く形成されている。中空部２１２の作動流体の一部が噴出する給気孔２１６の近傍は、側周部２１１ａのうち、給気孔２１６が設けられていない部分に比べて、強度が必要とされる。このことから、側周部２１１ａのうち給気孔２１６が設けられている部分（以下、厚肉部とも称する）２１１Ｐの肉厚は、上記の強度に必要な大きさに形成される。

このように、側周部２１１ａにおいて、給気孔２１６の近傍の部分と、給気孔２１６が設けられていない部分には肉厚に差が設けられる。給気孔２１６の近傍以外の側周部２１１ａ（以下、薄肉部とも称する）２１１Ｑの肉厚が小さくされても、必要とされる剛性が確保されるために、次の（２）に述べるように、中空部２１２の圧力が高く設定されている。

（２）中空部２１２の作動流体の圧力は、十分に高く設定されている。中空部２１２において、十分に加圧された作動流体により、ピストン２１の外部に対する耐圧性能が確保・維持される。これにより、ピストン本体２１１（特に側周部２１１ａ。給気孔２１６が形成された部分２１１Ｐは除く）の薄肉化が可能となり、ピストン２１の軽量化が実現される。

この場合、その中空部２１２の作動流体の圧力は、運転開始直後に逆止弁２１５が開いて中空部２１２に高温側シリンダ２２の作動空間の流体の一部が導入される前の状態（初期状態）、又は、運転中において逆止弁２１５が閉じている状態において、例えば、圧縮工程時の筒内圧の最大値（最大圧縮圧力、後述する）よりも僅かに低い値であることが好ましい。以下に、中空部２１２の作動流体の圧力と、側周部２１１ａの肉厚との関係について説明する。

ピストン２１（特に頂面部２１１ｂ）には、高温側シリンダ２２の膨張空間において高圧の作動流体が当たることから、ピストン２１は、所定の耐圧性能（強度・剛性）を備えた耐圧容器であることが要求される。ここで、側周部２１１ａを薄肉化（軽量化）することによって、ピストン２１の耐圧性能が、本来必要とされる所定値を下回ることは許されない。ピストン２１の耐圧性能が所定値を下回り、作動流体の圧力によって、ピストン本体２１１が変形するとすると、空気軸受４８のための微小クリアランスが維持できなくなる。

また、側周部２１１ａを薄肉化（軽量化）することによって、仮に側周部２１１ａが剛性不足となり、小さな衝撃により変形したり、製作工程で扱い難く製作誤差が生じるとすると、空気軸受４８のための微小クリアランスが維持できなくなる。

そこで、本実施形態のピストン２１では、中空部２１２に対し、加圧された作動流体がが封入されている。ピストン２１の外部に対する耐圧性能が、中空部２１２に封入された作動流体により確保・維持されるので、ピストン本体２１１（特に側周部２１１ａ。給気孔２１６が形成されている部分を除く）の薄肉化が可能となり、ピストン２１の軽量化が実現される。

中空部２１２に封入される作動流体の圧力は、作動流体の最大圧縮圧力よりも僅かに低い値とされることが望ましい。図４は、高温側ピストン２１の頂面位置と低温側ピストン３１の頂面位置の変化を示している。上述したように、低温側ピストン３１は、高温側ピストン２１に対して、クランク角で９０°遅れて動くように位相差がつけられている。

図４において、高温側ピストン２１の波形と、低温側ピストン３１の波形の合成波Ｗが筒内圧を示している。図４において、符号Ｐｍａｘは、圧縮工程時の筒内圧の最大値（最大圧縮圧力）を示している。ピストン２１の作動時、ピストン本体２１１には、最大で、最大圧縮圧力Ｐｍａｘが作用する。そのため、中空部２１２に対し、作動流体の最大圧縮圧力Ｐｍａｘよりも僅かに低い圧力の作動流体を封入しておくことにより、ピストン本体２１１に最大圧縮圧力Ｐｍａｘよりも所定値以上低い筒内圧（中空部２１２の圧力よりも低い圧力）が作用している場合（ピストン２１が圧縮工程時の上死点近傍にあるとき以外）には、ピストン本体２１１は、筒内圧に対して十分な耐圧性能（剛性）を有することになる。これにより、ピストン本体２１１（特に、側周部２１１ａのうち給気孔２１６が形成された部分以外）の肉厚は、筒内圧に対する耐圧性能の確保を考慮することなく、薄く形成することができ、軽量化が実現される。

中空部２１２に対し、作動流体の最大圧縮圧力Ｐｍａｘよりも僅かに低い圧力の作動流体が封入されている場合の動作は、次の通りである。即ち、圧縮工程時において、ピストン２１が上死点近傍の位置にあるときに、中空部２１２の圧力よりも高温側シリンダ２２の作動空間の圧力が上回って、逆止弁２１５が開いて連絡流路２１４から作動空間の作動流体の一部が導入されるとともに、中空部２１２の作動流体の一部が給気孔２１６からピストン２１の外部に噴出され、また、ピストン２１が上記位置にあるとき以外は、中空部２１２の圧力の方が高温側シリンダ２２の作動空間の圧力よりも高く、逆止弁２１５は閉じられていることになる。

但し、中空部２１２に対して作動流体の最大圧縮圧力Ｐｍａｘよりも十分に低い圧力の作動流体が封入されていても、ピストン本体２１１が作動空間の作動流体に対して十分な耐圧性能を有する場合がある。例えば、作動流体の圧力を直接受ける頂面部２１１ｂが、機械的構造物として、十分な強度・剛性を有するように構成されていれば、中空部２１２に作動流体の最大圧縮圧力Ｐｍａｘよりも十分に低い作動流体が封入されている場合であっても、十分な耐圧性能を有することになる。

ピストン２１の外周面において、給気孔２１６が形成された箇所には、ピストン２１の周方向全周に亘って凹部２１７が形成されている。複数の給気孔２１６は、ピストン２１の周方向全周に亘って形成された凹部２１７に形成されているので、複数の給気孔２１６から中空部２１２の作動流体の一部が噴射されると、全周方向に亘る凹部２１７内の圧力が直ちに平衡（バランス）する。このことから、複数の給気孔２１６からの作動流体の噴射状態にばらつきが生じたときでも、直ちに凹部２１７の圧力が平衡するので、周方向において、クリアランス（ピストン２１の外周面と高温側シリンダ２２の内周面との距離）の大きさにばらつきが生じることが抑えられる。

凹部２１７は、側周部２１１ａの上記の薄肉部（給気孔２１６の形成位置の近傍の上記の厚肉部２１１Ｐ以外）２１１Ｑが中空部２１２の圧力によって、径方向外側に膨らむことによって、膨らまない厚肉部２１１Ｐとの間に生じた段差として形成されることができる。中空部２１２の圧力によって、薄肉部２１１Ｑが径方向外側に膨らむ量を調整しすることで、所望のクリアランスを得ることができる。これに代えて、側周部２１１ａの上記薄肉部２１１Ｑが膨らむこととは無関係に（膨らむ場合と膨らまない場合のいずれをも含む）、凹部２１７が形成されている構成でもよい。

給気孔２１６は、ピストン２１の上下方向の長さの中間位置を挟んで上下に少なくとも１つずつ（図２では２つずつ、計４つが図示されている）設けられている。高温側シリンダ２２内でピストン２１の位置をバランスさせるために有効である。

上記のように、本実施形態では、側周部２１１ａのうち、複数の給気孔２１６が形成された列部分（厚肉部２１１Ｐ）のみを肉厚にして強度を確保し、その他（薄肉部２１１Ｑ）はできるだけ薄肉にして軽量化を図りつつ、中空部２１２に内圧をかけることで、剛性を満足させる。

ピストン本体２１１の頂面部２１１ｂには、高温側シリンダ２２の膨張空間において作動流体の圧力を直接受ける。このことから、頂面部２１１ｂに対して、より高い耐圧性能を付与すべく、頂面部２１１ｂの肉厚は、側周部２１１ａに比べて厚く形成されている。頂面部２１１ｂは、後述する理由からフラット面に形成される。また、上記のように側周部２１１ａと頂面部２１１ｂには肉厚に差がある。

上記のことから、側周部２１１ａと頂面部２１１ｂとの間は（境界部、角部）２１１ｃは、丸みをつけるように（円弧状となるように）形成されるとともに、その肉厚が徐々に変化する（特に頂面部２１１ｂ側において比較的大きな変化をする）ように構成される。境界部２１１ｃ（頂面部２１１ｂの周縁部）に丸みをつけるとともに、肉厚を徐々に変化させるのは、エッジの部分を無くして、応力集中を防ぐためである。

上記において、頂面部２１１ｂがフラット面に形成されているのは、高温側シリンダ２２の上部（頂面２２ａ側の端面）２２ｂがフラット面に形成されていることに合わせたものである。即ち、ピストン２１の圧縮工程時に高温側シリンダ２２の頂面２２ａとの間にデッドボリュームが形成されないようにするためである。次に、高温側シリンダ２２の上部２２ｂがフラット面に形成されている理由について説明する。

本実施形態では、スターリングエンジン１０の熱源が車両の内燃機関の排気ガスであることから、得られる熱量に制約があり、その得られる熱量の範囲でスターリングエンジン１０を効果的に作動させる必要がある。ここで、排気管１００内を流れる排気ガスの流動抵抗の増大や、よどみの発生を抑制するため、高温側シリンダ２２の上部２２ｂがフラット面に形成されている。即ち、排気ガスが、排気管１００の延在方向（図中左右方向）に沿うように直線状に円滑に流れるようにするため、高温側シリンダ２２の頂部２２ｂは、排気管１００の延在方向に平行なフラット面に形成されている。

加熱器４７は、複数の伝熱管（管群）４７ｔを有し、それらの複数の伝熱管４７tが概ねＵ字形の形状に形成されてなるものである。各伝熱管４７ｔの第１端部４７ａが高温側シリンダ２２の上部（頂面２２ａ側の端面）２２ｂに接続されている。複数の伝熱管４７ｔの第１端部４７ａがそれぞれ概ね同一面（フラット面）上に配置されるように設けられている。その概ねフラット面上に配される複数の伝熱管４７ｔの第１端部４７ａは、それぞれ、概ねフラット面に形成された高温側シリンダ２２の上部２２ｂに接続される。これらのことから、複数の伝熱管４７ｔの第１端部４７ａ側の加工及び接続作業が容易となる。一方、各伝熱管４７ｔの第２端部４７ｂが再生器４６の上部（加熱器４７側の端面）４６ａに接続されている。上記のように、加熱器４７が概ねＵ字形に形成されている理由については後述する。

再生器４６は、蓄熱材（マトリックス、図示せず）と、その蓄熱材が収容される再生器ハウジング４６ｈとを備えている。再生器ハウジング４６ｈは、低温側シリンダ３２の上部と概ね同じ断面形状を有する概ね円柱状の蓄熱材を収容する。そのため、再生器ハウジング４６ｈは、低温側シリンダ３２の上部の断面形状と概ね同じ形の底面及び上面を有する円筒形（中空円柱状）に形成されている。

再生器４６の側面（外周面）４６ｃには、フランジ４６ｆが設けられており、そのフランジ４６ｆが断熱材を介して基板４２に固定されている。再生器４６では、蓄熱材として、積層された金網（積層形材料）が用いられている。金網は、作動流体が流れる方向に沿って積層され、複数の金網が互いに熱伝達を起こし難い状態で設けられている。

作動流体が膨張空間から圧縮空間へと流れるときに、蓄熱材が作動流体から受熱する場合、まず上記積層された複数の金網のうち最も加熱器４７に近い最上部の金網が受熱することで作動流体の温度が低下し、次に加熱器４７に近い金網が受熱することで作動流体の温度が更に低下し、更に次に加熱器４７に近い金網が受熱することで更に作動流体の温度が低下するというように、再生器４６において上方から下方に向けて金網の層を通過する度に、作動流体の温度が低下していく。

再生器４６には、上述した機能から、以下の条件が要求される。即ち、伝熱性能と蓄熱容量が高く、流動抵抗（流動損失、圧力損失）が小さいことのほか、作動流体の流れ方向の熱伝導率が小さく、温度勾配を大きくとれることが要求される。このことから、複数の金網同士の間の熱伝導は極力小さいことが求められる。その金網の材料は、ステンレス鋼であることができる。

排気管１００の内部に配置された再生器４６においては、再生器ハウジング４６ｈの作動流体の流れ方向への熱伝導の悪影響を抑制する必要性が非常に高い。このことから、本実施形態では、再生器ハウジング４６ｈに、シュラウド９０が設けられている。シュラウド９０は、排気管１００の内部の熱（例えば約６００〜８００℃）が、再生器ハウジング４６ｈに伝達されないようにすることを目的としている。この場合、シュラウド９０は、特に、再生器ハウジング４６ｈの上面４６ａを除く面（側面４６ｃ及びフランジ４６ｆ）に伝達されないようにすることを目的としている。

なお、上記において、膨張ピストン２１の上下方向の長さが圧縮ピストン３１に比べて大きく形成され、また、高温側シリンダ２２の上下方向の長さが低温側シリンダ３２に比べて大きく形成されている理由は、以下の通りである。

スターリングエンジン１０の効率の低下を抑制するため、高温側パワーピストン２０における膨張空間以外の空間及び低温側のパワーピストン３０における圧縮空間以外の空間、即ち、高温側パワーピストン２０及び低温側のパワーピストン３０のそれぞれにおけるクランクシャフト４３の周辺の空間は、常温に保たれる必要がある。そのため、膨張空間の高温の作動流体がクランクシャフト４３の高温側パワーピストン２０側の周辺の空間に流入したり、圧縮空間の低温の作動流体がクランクシャフト４３の低温側のパワーピストン３０側の周辺の空間に流入することがないように、高温側シリンダ２２と膨張ピストン２１とのシール及び低温側シリンダ３２と圧縮ピストン３１とのシールが確実に行われる必要がある（後述のように、そのシールには空気軸受４８が使用されている）。

一方で、上記のように、膨張空間を高温にすべく、高温側シリンダ２２の頂部２２ｂ及び側面２２ｃの上部は、排気管１００の内部に収容されるため、高温側シリンダ２２の上部及び膨張ピストン２１の上部が熱膨張する。高温側シリンダ２２及び膨張ピストン２１のそれぞれの上部の熱膨張する部分では、シールが確実に行えないおそれがある。このことから、本実施形態では、膨張ピストン２１及び高温側シリンダ２２の上下方向の長さを長く設定し、これにより、膨張ピストン２１の上下方向に温度勾配を持たせて、熱膨張の影響を受けない部分（膨張ピストン２１の下部）にてシールが確実に行えるようにしている。また、高温側シリンダ２２と膨張ピストン２１との間は、膨張ピストン２１の下部（熱膨張の影響を受けない部分）にてシールされるので、そのシール部の移動距離を十分に確保して膨張空間を十分に圧縮するために、高温側シリンダ２２の上下方向の長さが長く設定されている。

次に、冷却器４５の構成について説明する。

図３においては、冷却器４５の複数の伝熱管４５ｔのうち一部の伝熱管４５ｔのみが図示され、それ以外の伝熱管４５ｔの図示は省略されている。

再生器４６と低温側シリンダ３２との間には、上記隔壁（部材）７０が設けられている。隔壁７０は、熱伝導率の低い材質で形成されている。隔壁７０において、低温側シリンダ３２の軸線方向（上下方向）の長さ寸法は、後述する伝熱管４５tの引き回しの機能を果たすために十分な大きさを確保しつつなるべく小さく設計されている。スターリングエンジン１０の小型化に寄与するためである。

上記のように、隔壁７０は、基板４２に固定されている。隔壁７０の上面７０ａは、再生器４６の下面（加熱器４７側の上記端面４６ａと反対側の端面）４６ｂに、直接接触するように設けられている。隔壁７０の下面７０ｂは、低温側シリンダ３２の頂面３２ａを兼ねている。隔壁７０の側面（外周面）７０ｃには、冷却器４５のクーラ容器４５ｃが固定されている。

冷却器４５は、水冷の多管式熱交換器（shell-and-tube exchanger, tubular exchanger）により構成されている。冷却器４５は、複数の伝熱管（管群）４５ｔと、クーラ容器４５ｃとを有している。冷却器４５の複数の伝熱管４５tの大部分は、クーラ容器４５ｃに収容されている。伝熱管４５ｔのクーラ容器４５ｃに収容された部分は、クーラ容器４５ｃに供給された冷却水（冷媒）Ｗと接触し、これにより、伝熱管４５ｔを流れる作動流体が冷却される。

上記のように、クーラ容器４５ｃは、隔壁７０の外周面７０ｃに固定されている。クーラ容器４５ｃは、外周面７０ｃの周方向に亘ってリング状に設けられている。このクーラ容器４５ｃは、低温側シリンダ３２の外周部３２ｋの上部（圧縮空間に対応する部分）を周方向に囲むようなリング状に形成されている。クーラ容器４５ｃは、低温側シリンダ３２の外周部３２ｋの周方向の全周に亘って設けられている。または、これに代えて、クーラ容器４５ｃは、低温側シリンダ３２の外周部３２ｋの周方向の一部を囲むように設けられることができる。

次に、ピストン・シリンダのシール構造及びピストン・クランク部の機構について説明する。

上記のように、スターリングエンジン１０の熱源が車両の内燃機関の排気ガスであることから、得られる熱量に制約があり、その得られる熱量の範囲でスターリングエンジン１０を作動させる必要がある。そこで、本実施形態では、スターリングエンジン１０の内部フリクションを可能な限り低減させることとしている。本実施形態では、スターリングエンジンの内部フリクションのうち最も摩擦損失が大きいピストンリングによる摩擦損失を無くすため、ピストンリングを使用せずに、その代わりに、シリンダ２２、３２とピストン２１、３１との間には、それぞれ空気軸受（エアベアリング）４８が設けられる。

空気軸受４８は、摺動抵抗が極めて小さいため、スターリングエンジン１０の内部フリクションを大幅に低減させることができる。空気軸受４８を用いても、シリンダ２２、３２とピストン２１、３１との間の気密は確保されるため、高圧の作動流体が膨張・収縮の際に漏れるという問題は生じない。

空気軸受４８は、シリンダ２２、３２とピストン２１、３１の間の微小なクリアランスで発生する空気の圧力（分布）を利用して，ピストン２１、３１が空中に浮いた形となる軸受である。本実施形態の空気軸受４８では、シリンダ２２、３２とピストン２１、３１との間の直径クリアランスは数十μmである。空中に物体を浮上させる空気軸受を実現するに際しては、上記静圧気体軸受が適用される。静圧気体軸受とは、加圧流体を噴出させ、発生した静圧によって物体（本実施形態ではピストン２１、３１）を浮上させるものである。

また、空気軸受４８を使用することで、ピストンリングで用いる潤滑油が不要となるので、潤滑油によりスターリングエンジン１０の熱交換器（再生器４６，加熱器４７）が劣化するという問題が発生しない。

空気軸受４８を用いて、ピストン２１、３１をシリンダ２２、３２内で往復運動させる際には、直線運動精度を空気軸受４８の直径クリアランス未満にしなくてはならない。また、空気軸受４８の負荷能力が小さいため、ピストン２１、３１のサイドフォースを実質的にゼロにしなくてはならない。即ち、空気軸受４８は、シリンダ２２、３２の直径方向（横方向，スラスト方向）の力に耐える能力（耐圧能力）が低いため、シリンダ２２、３２の軸線に対するピストン２１、３１の直線運動精度が高い必要がある。特に、本実施形態で採用する、微小クリアランスの空気圧を用いて浮上させて支持するタイプの空気軸受４８は、高圧の空気を吹き付けるタイプに比べても、スラスト方向の力に対する耐圧能力が低いため、その分だけ高いピストンの直線運動精度が要求される。

上記の理由から、本実施形態では、ピストン・クランク部にグラスホッパの機構（近似直線リンク）５０を採用する。グラスホッパの機構５０は、他の直線近似機構（例えばワットの機構）に比べて、同じ直線運動精度を得るために必要な機構のサイズが小さくて済むため、装置全体がコンパクトになるという効果が得られる。特に、本実施形態のスターリングエンジン１０は、自動車の排気管の内部にその加熱器４７が収容されるというように限られたスペースに設置されるため、装置全体がコンパクトである方が設置の自由度が増す。また、グラスホッパの機構５０は、同じ直線運動精度を得るために必要な機構の重量が他の機構よりも軽量で済むため、燃費の点で有利である。さらに、グラスホッパの機構５０は、機構の構成が比較的簡単であるため、構成（製造・組み立て）し易い。

図５は、スターリングエンジン１０のピストン・クランク機構の概略構成を示している。本実施形態において、ピストン・クランク機構は、高温側パワーピストン２０側と低温側パワーピストン３０側とで共通の構成を採用しているため、以下では、低温側パワーピストン３０側についてのみ説明し、高温側パワーピストン２０側についての説明は省略する。

図５及び図３に示すように、圧縮ピストン３１の往復運動は、コネクティングロッド１０９によって駆動軸４０に伝達され、ここで、回転運動に変換される。コネクティングロッド１０９は、図５に示す近似直線機構５０によって支持されており、低温側シリンダ３２を直線状に往復運動させる。このように、コネクティングロッド１０９を近似直線機構５０によって支持することにより、圧縮ピストン３１のサイドフォースＦがほとんどゼロになるので、負荷能力の小さい空気軸受４８によって十分に圧縮ピストン３１を支持することができる。

次に、上記のように、加熱器４７が概ねＵ字形（カーブ形状）に形成される理由について説明する。

スターリングエンジン１０の熱源は、上記のように車両のガソリンエンジンの排気ガスであり、スターリングエンジンに専用に用意された熱源ではない。そのため、それほど高い熱量が得られるわけではなく、排気ガスの例えば約８００℃程度の熱量でスターリングエンジン１０が作動する必要がある。そのために、スターリングエンジン１０の加熱器４７は排気管１００内の排ガスから効率的に受熱する必要がある。

加熱器４７、再生器４６、冷却器４５からなる熱交換器の体積は、出力に直接的には関与しない無効容積となっており、熱交換器の体積が増えると、スターリングエンジン１０の出力が減少する。一方で、熱交換器の体積をコンパクトにすると、その分、熱交換が困難となり受熱量が減少し、スターリングエンジン１０の出力が減少する。これらのことから、無効容積の減少と受熱量の増加とを両立させるためには、熱交換器の効率を上げる必要がある。そのために、加熱器４７は効率的に受熱する必要がある。

熱源の種類を問わず、その熱源から効率的に受熱し、かつ効率的に熱交換するためには、加熱器は、熱エネルギーを受熱するための伝熱面積がなるべく大きく、かつ冷却器が受熱しない場所に配置可能であるという意味において、上記実施形態の構成が望ましい。

特に、排熱を利用する場合には熱エネルギーは管を介して排ガスとして供給される場合が殆どであることとも相俟って、例えば管の内部のように受熱可能な領域が限定されている場合に、伝熱面積が極力大きく、かつ冷却器が受熱しない場所に配置される構成としては、上述したスターリングエンジン１０の構成が優れている。以下に、スターリングエンジン１０の構成の技術的意義について更に述べる。

無効容積部分（冷却器、再生器、加熱器）が小さい方が良いことは前述の通りであるが、無効容積部分に湾曲した形状を有している場合、湾曲部の数が多いと流路抵抗が大きくなり、また湾曲部の曲率が小さいと流路抵抗は大きくなる。即ち、作動流体の圧力損失を考慮すると、湾曲部の数は単一であり曲率は大きい方が良い。この点に関し、加熱器４７は概ねＵ字形であり、湾曲形状となっているが、湾曲部の数は１つである。また、冷却器４５は、スターリングエンジン１０の小型化（上下寸法の短縮）のために、湾曲部を有した構成とされており、上記のような特徴を有する構成とされている。

また、図３に示すように、上記実施形態の無効容積部分の曲率に関しては、直列並行に配置された２つのシリンダ２２、３２の上部同士を連結し、かつ排気管１００の内部において作動流体の流動抵抗の増大を抑制すべく概ね同一面上に設定された高温側シリンダ２２の頂部２２ｂ及び再生器４６の上面４６ａと、排気管１００の上部内面との間の上下方向の高さと、加熱器４７の端部４７ａ、４７ｂと中央部４７ｃの最上部との間の高さが概ね同じ高さｈになる構成に合わせて、その曲率（カーブ形状）が設定されている。排気管１００の内部のような限定された空間内で排気ガスのような流体の熱源との接触面積を大きく確保するためには、上記のようなカーブ形状が望ましい。

以上の観点からすると、無効容積部分のうち加熱器は、その全体が排気管の内部のような熱源からの熱を受ける限定された空間（受熱空間）内に収容されるとともに、その受熱空間内で、熱源からの伝熱面積を最大限に確保可能でかつ流路抵抗が最小となるように、例えばＵ字形やＪ字形のようなカーブ形状に構成されるのがよい。

再生器４６は、作動流体の流路抵抗を最小限にしつつ配置するために、低温側シリンダ３２の延在方向（軸線方向）に沿って（同一軸線上に）直線状に構成される。このように、加熱器４７の第２端部４７ｂに連結される再生器４６は、低温側シリンダ３２の延在方向に沿って設けられる。加熱器４７の第１端部４７ａは、高温側シリンダ２２の上部に隙間無く接続される。これらのことから、少なくとも加熱器４７の第１端部４７ａ及び第２端部４７ｂ側には、それぞれ高温側シリンダ２２、低温側シリンダ３２の延在方向に沿う部分を有し、加熱器４７の中央部４７ｃは、上述したようなカーブ形状を有する場合が多いことになる。

上述した技術的理由から、加熱器４７は、直列並行に配置された２つのシリンダ２２，３２間で、途中で方向変換（ターン）する形状に構成されている。加熱器４７は、直列並行に配置された２つのシリンダ２２，３２間を連結する曲線部分とを有している。

以上に述べた各実施形態では、スターリングエンジン１０は、車両の内燃機関の排ガスを熱源とすべく排気管１００に取り付けた構成について説明した。但し、本発明のスターリングエンジンは、車両の内燃機関の排気管に取り付けられる形式のものに限定されるものではない。

なお、上記においては、ピストン装置がスターリングエンジンのピストンに適用された例を用いて、その構成、作用、効果を説明したが、そのピストン装置は、スターリングエンジンのピストン以外の外燃機関に対する用途にも容易に適用可能であり、適用された場合には、上記と同様の有用性を有する。

本発明の排気熱回収装置の第１実施形態のピストンの構成を示す正面図である。 本発明の排気熱回収装置の第１実施形態のピストンの構成を示す正断面図である。 本発明の排気熱回収装置の第１実施形態を示す正面図である。 本発明の排気熱回収装置の第１実施形態の筒内圧を説明するグラフである。 本発明の排気熱回収装置の第１実施形態において、適用される直線近似機構を説明するための説明図である。

符号の説明

１０ スターリングエンジン
２０ 高温側パワーピストン
２１ 膨張ピストン
２１１ ピストン本体
２１１ａ 側周部
２１１ｂ 頂面部
２１１ｃ 角部
２１１Ｐ 厚肉部
２１１Ｑ 薄肉部
２１２ 中空部
２１３ プレート
２１４ 連絡流路
２１５ 逆止弁
２１６ 給気孔
２１７ 凹部
２２ 高温側シリンダ
２２ｂ 高温側シリンダの頂部
３０ 低温側パワーピストン
３１ 圧縮ピストン
３２ 低温側シリンダ
４５ 冷却器
４６ 再生器
４６ａ 再生器の上面
４６ｂ 再生器の下面
４７ 加熱器
４７ａ 第１端部
４７ｂ 第２端部
４８ 空気軸受
５０ 近似直線機構
６０ ピストンピン
１００ 排気管
Ｐｍａｘ 筒内圧の最大値
Ｗ 筒内圧（合成波形）

Claims (5)

1. α型スターリングエンジンに適用され、
   ピストン本体と、
   前記ピストン本体の内部に形成された蓄圧室と、
   前記スターリングエンジンの作動空間で圧縮された作動媒体を前記蓄圧室に導入するための導入部と、
   前記ピストン本体の側周部の周方向に複数設けられ、前記蓄圧室から、前記ピストン本体と前記スターリングエンジンのシリンダとの間のクリアランス部に貫通する孔とを備え、
   前記導入部は、前記ピストン本体の頂面の中央部に設けられている
   ことを特徴とするピストン装置。
2. 外燃機関に適用され、
   ピストン本体と、
   前記ピストン本体の内部に形成された蓄圧室と、
   前記外燃機関の作動空間で圧縮された作動媒体を前記蓄圧室に導入するために開閉動作する導入部と、
   前記ピストン本体の側周部に設けられ、前記蓄圧室から、前記ピストン本体と前記外燃機関のシリンダとの間のクリアランス部に貫通する孔とを備え、
   前記導入部が閉じた状態で前記蓄圧室には、加圧された前記作動媒体が入っており、
   前記導入部が閉じた状態で前記蓄圧室に入っている作動媒体は、外部から前記ピストン本体に作用する圧力に耐え得る耐圧性能を前記ピストン本体に生じさせる程度に加圧されている
   ことを特徴とするピストン装置。
3. 請求項１または２に記載のピストン装置において、
   前記ピストン本体の側周部において、前記孔が形成されている部分の肉厚に比べて、前記孔が形成されていない部分の肉厚は、小さく形成されている
   ことを特徴とするピストン装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のピストン装置において、
   前記孔は、少なくとも前記ピストン本体の上下方向の長さの中間位置を挟んで１つずつ形成されている
   ことを特徴とするピストン装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載のピストン装置において、
   前記ピストン本体の側周部の外周面には、周方向全周に亘って凹部が形成され、
   前記孔は、前記凹部内に設けられている
   ことを特徴とするピストン装置。

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