JP2017155611A

JP2017155611A - Free piston type Stirling cycle engine

Info

Publication number: JP2017155611A
Application number: JP2016037391A
Authority: JP
Inventors: 井上　峰幸; Mineyuki Inoue; 峰幸井上; 淳谷川; Atsushi Tanigawa
Original assignee: Twinbird Corp
Current assignee: Twinbird Corp
Priority date: 2016-02-29
Filing date: 2016-02-29
Publication date: 2017-09-07
Anticipated expiration: 2036-02-29
Also published as: JP6689625B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent amplitudes of a piston and a displacer from becoming excessive values.SOLUTION: This invention relates to a free piston type Stirling cycle engine comprising: a cylinder 15; a piston 26 and a displacer 18 that are arranged in this cylinder 15 to be reciprocatable in a direction of axial line Z; a driving mechanism 32 having a movable element 32B fixed to the piston 26; leaf springs 41, 42 for the piston for controlling a reciprocating motion of the piston 26; and a supporting member 51, hexagonal spacer 53, spacer 55 and outer washer 57 for fixing a positional relation among peripheral edge parts 45 of the leaf springs 41, 42 for this piston and the cylinder 15. There is provided an elastic ring 54 acting as an abutment part to which vibrating parts 62 of the leaf springs 41, 42 for the piston abut when deformation of the leaf springs 41, 42 for the piston in their axial direction becomes a specified amount.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ピストン及びディスプレイサーの振幅が定まっていないフリーピストン型スターリングサイクル機関に関するものである。 The present invention relates to a free piston type Stirling cycle engine in which the amplitudes of a piston and a displacer are not fixed.

従来、リニアモータによりピストンを往復動させるフリーピストン型スターリングサイクル機関が知られている（例えば、特許文献１参照。）。そして、このようなフリーピストン型スターリングサイクル機関は、ピストン及び可動子の質量と、ピストンの動きを制御する板バネのバネ定数により決まるピストン系の共振周波数と略等しい周波数で前記リニアモータを駆動することで、少ない電力で効率よくピストンを往復動させることができる。なお、ディスプレイサー等の質量と板バネのバネ定数により決まるディスプレイサー系の共振周波数は、前記ピストン系の共振周波数と略等しくなるように調整される。また、外部から熱を受けてピストン及びディスプレイサーを往復動させ、ピストンと協働する発電機によって発電するフリーピストン型スターリングエンジンにおいても、同様に、ピストン系及びディスプレイサー系の共振周波数が略等しくなるように調整される。 Conventionally, a free piston type Stirling cycle engine in which a piston is reciprocated by a linear motor is known (see, for example, Patent Document 1). Such a free piston type Stirling cycle engine drives the linear motor at a frequency substantially equal to the resonance frequency of the piston system determined by the mass of the piston and the mover and the spring constant of the leaf spring that controls the movement of the piston. Thus, the piston can be reciprocated efficiently with little electric power. The resonance frequency of the displacer system determined by the mass of the displacer and the like and the spring constant of the leaf spring is adjusted so as to be substantially equal to the resonance frequency of the piston system. Similarly, in a free piston type Stirling engine that receives heat from the outside to reciprocate the piston and the displacer and generates electric power using a generator that cooperates with the piston, the resonance frequencies of the piston system and the displacer system are substantially equal. It is adjusted to become.

特許第５０３８８２０号公報Japanese Patent No. 5038820

しかしながら、このようなフリーピストン型スターリングサイクル機関は、共振によりピストンの振幅が過大になったり、また、ピストンの振動中心がずれたりすると、シリンダの端部に可動子が衝突する虞があった。また、シリンダの中間部に段部が形成されている場合、シリンダの段部にピストンの先端部が衝突する虞もあった。同様に、共振によりディスプレイサーの振幅が過大になったり、ディスプレイサーの振動中心がずれたりすると、ディスプレイサーの先端が膨張室を構成するケーシングに衝突する虞があった。このような問題を解決するために、衝突が予想される箇所に衝撃を吸収するための部材を設けることが考えられる。しかしながら、このような衝突が予想される箇所にピストン、可動子或いはディスプレイサーが衝突すると、衝突音が発生したり、その衝突のエネルギーが大きいので、結局、ピストンや可動子、シリンダ、ディスプレイサー、或いはケーシングを破損させてしまう虞があった。 However, in such a free piston type Stirling cycle engine, if the amplitude of the piston becomes excessive due to resonance or if the vibration center of the piston deviates, the mover may collide with the end of the cylinder. Moreover, when the step part is formed in the intermediate part of the cylinder, the tip part of the piston may collide with the step part of the cylinder. Similarly, when the amplitude of the displacer becomes excessive due to resonance or the center of vibration of the displacer deviates, the tip of the displacer may collide with the casing constituting the expansion chamber. In order to solve such a problem, it is conceivable to provide a member for absorbing an impact at a place where a collision is expected. However, when a piston, mover or displacer collides with a place where such a collision is expected, a collision sound is generated or the energy of the collision is large, so eventually the piston, mover, cylinder, displacer, Or there was a possibility of damaging a casing.

本発明は以上の問題点を解決し、装置を破損させずにピストン及びディスプレイサーの振幅が過大にならないようにできるフリーピストン型スターリングサイクル機関を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above problems and to provide a free piston type Stirling cycle engine capable of preventing the amplitude of the piston and the displacer from becoming excessive without damaging the apparatus.

本発明の請求項１に記載のフリーピストン型スターリングサイクル機関は、シリンダと、このシリンダ内を軸方向に往復動可能に設けられたピストン及びディスプレイサーと、前記ピストンに取り付けられる可動子を有するリニア電磁機構と、前記ピストンの往復動を制御する板バネと、この板バネの周縁部と前記シリンダとの位置関係を固定する支持手段とを有するフリーピストン型スターリングサイクル機関において、前記板バネの軸方向の変形が所定量になった際に、この板バネの振動部が当接する当接部が設けられるものである。 A free piston type Stirling cycle engine according to claim 1 of the present invention includes a cylinder, a piston and a displacer provided so as to be capable of reciprocating in the cylinder in an axial direction, and a linear element having a mover attached to the piston. In a free piston type Stirling cycle engine having an electromagnetic mechanism, a leaf spring for controlling the reciprocating motion of the piston, and a supporting means for fixing a positional relationship between a peripheral portion of the leaf spring and the cylinder, the shaft of the leaf spring An abutting portion is provided to which the vibrating portion of the leaf spring abuts when the direction deformation reaches a predetermined amount.

また、本発明の請求項２に記載のフリーピストン型スターリングサイクル機関は、請求項１において、前記当接部が、前記板バネの前記ピストン側の面に当接するように設けられるものである。 The free piston type Stirling cycle engine according to claim 2 of the present invention is the free piston type Stirling cycle engine according to claim 1, wherein the contact portion is provided so as to contact the surface of the plate spring on the piston side.

また、本発明の請求項３に記載のフリーピストン型スターリングサイクル機関は、シリンダと、このシリンダ内を軸方向に往復動可能に設けられたピストン及びディスプレイサーと、このディスプレイサーの往復動を制御する板バネと、この板バネの周縁部と前記シリンダとの位置関係を固定する支持手段とを有するフリーピストン型スターリングサイクル機関において、前記板バネの軸方向の変形が所定量になった際に、この板バネの振動部が当接する当接部が設けられるものである。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a free-piston type Stirling cycle engine that controls a reciprocating motion of a cylinder, a piston and a displacer that are provided so as to reciprocate in the cylinder in the axial direction. In a free piston type Stirling cycle engine having a leaf spring that supports and a supporting means for fixing the positional relationship between the peripheral portion of the leaf spring and the cylinder, when the axial deformation of the leaf spring reaches a predetermined amount A contact portion with which the vibration portion of the leaf spring contacts is provided.

また、本発明の請求項４に記載のフリーピストン型スターリングサイクル機関は、請求項３において、前記当接部が、前記板バネの前記ディスプレイサー側の面に当接するように設けられるものである。 The free piston type Stirling cycle engine according to claim 4 of the present invention is the free piston type Stirling cycle engine according to claim 3, wherein the contact portion is provided so as to contact the surface of the plate spring on the displacer side. .

更に、本発明の請求項５に記載のフリーピストン型スターリングサイクル機関は、シリンダと、このシリンダ内を軸方向に往復動可能に設けられたピストン及びディスプレイサーと、前記ピストンに取り付けられる可動子を有するリニア電磁機構と、前記ピストンの往復動を制御する第一の板バネと、前記ディスプレイサーの往復動を制御する第二の板バネと、前記第一及び第二の板バネの周縁部と前記シリンダとの位置関係を固定する支持手段とを有するフリーピストン型スターリングサイクル機関において、前記第一の板バネの軸方向の変形が所定量になった際に、この第一の板バネが当接する第一の当接部と、前記第二の板バネの軸方向の変形が所定量になった際に、この第二の板バネが当接する第二の当接部が設けられるものである。 Furthermore, a free piston type Stirling cycle engine according to claim 5 of the present invention includes a cylinder, a piston and a displacer provided so as to be capable of reciprocating in the cylinder in an axial direction, and a mover attached to the piston. A linear electromagnetic mechanism, a first leaf spring for controlling reciprocation of the piston, a second leaf spring for controlling reciprocation of the displacer, and peripheral portions of the first and second leaf springs. In a free piston type Stirling cycle engine having a supporting means for fixing the positional relationship with the cylinder, the first leaf spring is applied when the axial deformation of the first leaf spring reaches a predetermined amount. A first contact portion that comes into contact with and a second contact portion that comes into contact with the second leaf spring when the axial deformation of the second leaf spring reaches a predetermined amount is provided.

本発明の請求項１に記載のフリーピストン型スターリングサイクル機関は、以上のように構成することにより、前記板バネの振幅が大きくなることで、或いは前記板バネの振動中心が偏ることで、前記板バネの軸方向の変形が所定量になった際に、この板バネの振動部が前記当接部に当接する。そして、前記板バネの振動部が前記当接部に当接すると、前記板バネの見かけ上のバネ定数が一時的に大きくなって、前記ピストン系の共振周波数が一時的に変化することで、前記ピストン系は共振状態から逸脱する。これによって、前記ピストンの振幅が一時的に小さくなる。そして、前記ピストンの振幅が小さくなると、前記板バネが前記当接部に当接しなくなるので、前記ピストン系は再び共振状態となり、振幅が回復する。このようにして、前記ピストン系の振幅が過大にならないように制御することができる。 The free piston type Stirling cycle engine according to claim 1 of the present invention is configured as described above, whereby the amplitude of the leaf spring is increased, or the vibration center of the leaf spring is biased, When the axial deformation of the leaf spring reaches a predetermined amount, the vibration portion of the leaf spring comes into contact with the contact portion. And, when the vibrating portion of the leaf spring abuts on the abutting portion, the apparent spring constant of the leaf spring temporarily increases, and the resonance frequency of the piston system temporarily changes, The piston system deviates from the resonance state. This temporarily reduces the amplitude of the piston. When the amplitude of the piston is reduced, the leaf spring does not come into contact with the contact portion, so that the piston system is brought into a resonance state again, and the amplitude is recovered. In this way, control can be performed so that the amplitude of the piston system does not become excessive.

なお、前記当接部が、前記板バネの前記ピストン側の面に当接するように設けられることで、前記板バネの振幅が大きくなった場合や前記板バネの振動中心が前記可動子側に偏った場合に、前記可動子が前記シリンダの端部に衝突する前に、或いは前記ピストンが前記シリンダの段部に衝突する前に、前記板バネの振動部を前記当接部に当接させることができる。 The contact portion is provided so as to contact the surface of the leaf spring on the piston side, so that the vibration center of the leaf spring increases toward the mover when the amplitude of the leaf spring increases. In the case of bias, before the movable element collides with the end of the cylinder, or before the piston collides with the step of the cylinder, the vibrating part of the leaf spring is brought into contact with the contact part. be able to.

また、本発明の請求項３に記載のフリーピストン型スターリングサイクル機関は、以上のように構成することにより、前記板バネの振幅が大きくなることで、或いは前記板バネの振動中心が偏ることで、前記板バネの軸方向の変形が所定量になった際に、この板バネの振動部が前記当接部に当接する。そして、前記板バネの振動部が前記当接部に当接すると、前記板バネの見かけ上のバネ定数が一時的に大きくなって、前記ディスプレイサー系の共振周波数が一時的に変化することで、前記ディスプレイサー系は共振状態から逸脱する。これによって、前記ディスプレイサーの振幅が一時的に小さくなる。そして、前記ディスプレイサーの振幅が小さくなると、前記板バネが前記当接部に当接しなくなるので、前記ディスプレイサー系は再び共振状態となり、振幅が回復する。このようにして、前記ディスプレイサー系の振幅が過大にならないように制御することができる。 In addition, the free piston type Stirling cycle engine according to claim 3 of the present invention is configured as described above, whereby the amplitude of the leaf spring is increased or the vibration center of the leaf spring is biased. When the axial deformation of the leaf spring reaches a predetermined amount, the vibrating portion of the leaf spring comes into contact with the contact portion. When the vibration portion of the leaf spring comes into contact with the contact portion, the apparent spring constant of the leaf spring temporarily increases, and the resonance frequency of the displacer system temporarily changes. The displacer system deviates from the resonance state. This temporarily reduces the amplitude of the displacer. When the amplitude of the displacer becomes small, the leaf spring does not come into contact with the contact portion, so that the displacer system is brought into a resonance state again and the amplitude is restored. In this way, it is possible to control so that the amplitude of the displacer system does not become excessive.

また、前記当接部が、前記板バネの前記ディスプレイサー側の面に当接するように設けられることで、前記板バネの振幅が大きくなった場合や前記板バネの振動中心が前記可動子側に偏った場合に、前記ディスプレイサーが膨張室を構成するケーシング内壁に衝突する前に、前記板バネの振動部を前記当接部に当接させることができる。 In addition, since the contact portion is provided so as to contact the surface of the leaf spring on the displacer side, when the amplitude of the leaf spring is increased or the vibration center of the leaf spring is on the movable element side When the displacer is biased, the vibrating portion of the leaf spring can be brought into contact with the contact portion before the displacer collides with the inner wall of the casing constituting the expansion chamber.

また、請求項５に記載のフリーピストン型スターリングサイクル機関は、以上のように構成することにより、前記第一の板バネの振幅が大きくなることで、或いは前記第一の板バネの振動中心が偏ることで、前記第一の板バネの軸方向の変形が所定量になった際に、この第一の板バネの振動部が前記当接部に当接する。そして、前記第一の板バネの振動部が前記当接部に当接すると、前記第一の板バネの見かけ上のバネ定数が一時的に大きくなって、前記ピストン系の共振周波数が一時的に変化することで、前記ピストン系は共振状態から逸脱する。これによって、前記ピストンの振幅が一時的に小さくなる。そして、前記ピストンの振幅が小さくなると、前記板バネが前記当接部に当接しなくなるので、前記ピストン系は再び共振状態となり、振幅が回復する。このようにして、前記ピストン系の振幅が過大にならないように制御することができる。また、前記第二の板バネの振幅が大きくなることで、或いは前記第二の板バネの振動中心が膨張室側に偏ることで、前記第二の板バネの軸方向の変形が所定量になった際に、この第二の板バネの振動部が前記当接部に当接する。そして、前記第二の板バネの振動部が前記当接部に当接すると、前記第二の板バネの見かけ上のバネ定数が一時的に大きくなって、前記ディスプレイサー系の共振周波数が一時的に変化することで、前記ディスプレイサー系は共振状態から逸脱する。これによって、前記ディスプレイサーの振幅が一時的に小さくなる。そして、前記ディスプレイサーの振幅が小さくなると、前記第二の板バネが前記当接部に当接しなくなるので、前記ディスプレイサー系は再び共振状態となり、振幅が回復する。このようにして、前記ディスプレイサー系の振幅が過大にならないように制御することができる。したがって、前記ピストン及び／又はディスプレイサーの振幅範囲を確実に制限することができる。 Further, the free piston type Stirling cycle engine according to claim 5 is configured as described above, whereby the amplitude of the first leaf spring is increased, or the vibration center of the first leaf spring is increased. By biasing, when the axial deformation of the first leaf spring reaches a predetermined amount, the vibrating portion of the first leaf spring comes into contact with the contact portion. When the vibrating portion of the first leaf spring comes into contact with the contact portion, the apparent spring constant of the first leaf spring temporarily increases, and the resonance frequency of the piston system temporarily By changing to, the piston system deviates from the resonance state. This temporarily reduces the amplitude of the piston. When the amplitude of the piston is reduced, the leaf spring does not come into contact with the contact portion, so that the piston system is brought into a resonance state again, and the amplitude is recovered. In this way, control can be performed so that the amplitude of the piston system does not become excessive. Further, when the amplitude of the second leaf spring is increased or the vibration center of the second leaf spring is biased toward the expansion chamber, the axial deformation of the second leaf spring is reduced to a predetermined amount. When this happens, the vibration part of the second leaf spring comes into contact with the contact part. When the vibrating portion of the second leaf spring comes into contact with the contact portion, the apparent spring constant of the second leaf spring temporarily increases, and the resonance frequency of the displacer system temporarily increases. As a result, the displacer system deviates from the resonance state. This temporarily reduces the amplitude of the displacer. When the amplitude of the displacer becomes small, the second leaf spring does not come into contact with the contact portion, so that the displacer system is brought into a resonance state again and the amplitude is restored. In this way, it is possible to control so that the amplitude of the displacer system does not become excessive. Therefore, the amplitude range of the piston and / or the displacer can be surely limited.

本発明の実施例１を示すフリーピストン型スターリングサイクル機関の断面図である。It is sectional drawing of the free piston type Stirling cycle engine which shows Example 1 of this invention. 同、要部の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the principal part. 同、ピストン用板バネの平面図である。It is a top view of the leaf | plate spring for pistons same as the above. 同、ディスプレイサー用板バネの平面図である。FIG. 3 is a plan view of the displacer leaf spring. 同、Ａ−Ａ断面図である。It is AA sectional drawing. 本発明の実施例２を示すフリーピストン型スターリングサイクル機関の要部の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the principal part of the free piston type Stirling cycle engine which shows Example 2 of this invention. 本発明の実施例３を示すフリーピストン型スターリングサイクル機関の要部の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the principal part of the free piston type Stirling cycle engine which shows Example 3 of this invention.

以下、本発明の実施例について、添付図１〜図７を参照して説明する。以下に説明する実施例は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成の全てが、本発明の必須要件であるとは限らない。なお、図１の上下をフリーピストン型スターリングサイクル機関の上下として説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. The embodiments described below do not limit the contents of the present invention described in the claims. In addition, all of the configurations described below are not necessarily essential requirements of the present invention. Note that the upper and lower sides in FIG.

図１〜図５は、本発明の実施例１を示す。図１において、１はケーシングであって、胴部２と、連結部３と、排熱体４と、円筒部５と、吸熱体６と、底板７と、ハーメチックシール８とを有して構成されている。胴部２、連結部３、円筒部５及び底板７はステンレス鋼等からなる。一方、排熱体４及び吸熱体６は、より伝熱性に優れた銅等からなる。また、ハーメチックシール８は鋼等からなる。 1 to 5 show a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a casing, which includes a body portion 2, a connecting portion 3, a heat exhaust body 4, a cylindrical portion 5, a heat absorber 6, a bottom plate 7, and a hermetic seal 8. Has been. The trunk | drum 2, the connection part 3, the cylindrical part 5, and the baseplate 7 consist of stainless steel etc. On the other hand, the exhaust heat body 4 and the endothermic body 6 are made of copper or the like having more excellent heat conductivity. The hermetic seal 8 is made of steel or the like.

胴部２は、上下両端が開口した略円筒形状に形成されている。胴部２の側面下部には、ケーシング１内に加圧封入されるヘリウムガス等の冷媒を充填するための充填パイプ１１が連結されている。なお、ケーシング１内に冷媒を充填した後、充填パイプ１１は封止される。 The trunk | drum 2 is formed in the substantially cylindrical shape which the upper and lower ends opened. A filling pipe 11 for filling a refrigerant such as helium gas pressurized and sealed in the casing 1 is connected to the lower part of the side surface of the body part 2. In addition, after filling the casing 1 with the refrigerant, the filling pipe 11 is sealed.

連結部３は、略環状に形成されており、胴部２の上端に熔接されることにより固定されている。なお、連結部３の中央部には、貫通した孔である連結部貫通孔１２が形成されている。 The connecting portion 3 is formed in a substantially annular shape, and is fixed by being welded to the upper end of the body portion 2. In addition, the connection part through-hole 12 which is a through-hole is formed in the center part of the connection part 3. As shown in FIG.

排熱体４は、上下両端が開口した略円筒形状に形成され、連結部３に形成された連結部貫通孔１２の縁部上面に鑞付けされることにより固定されている。なお、連結部３の内面と排熱体４の内面は、面一となっている。 The exhaust heat body 4 is formed in a substantially cylindrical shape with both upper and lower ends opened, and is fixed by being brazed to the upper surface of the edge of the connecting portion through hole 12 formed in the connecting portion 3. In addition, the inner surface of the connection part 3 and the inner surface of the exhaust heat body 4 are flush.

円筒部５は、上下両端が開口した略円筒形状に形成され、排熱体４の上部内側に鑞付けされることにより固定されている。そして、円筒部５は、水平断面が正確に円形となるように内面が切削加工されている。これによって、円筒部５の内面がシリンダの一部として作用する。また、円筒部５の上端部外周面には雄螺子５Ａが形成されている。 The cylindrical portion 5 is formed in a substantially cylindrical shape with both upper and lower ends opened, and is fixed by being brazed to the upper inside of the heat exhausting body 4. The inner surface of the cylindrical portion 5 is cut so that the horizontal cross section is accurately circular. Thereby, the inner surface of the cylindrical part 5 acts as a part of the cylinder. A male screw 5 A is formed on the outer peripheral surface of the upper end portion of the cylindrical portion 5.

吸熱体６は、上端が閉口し下端が開口した蓋状に形成されており、その下端部内周面には雄螺子５Ａに対応した雌螺子６Ａが形成されている。そして、円筒部５と吸熱体６は、雄螺子５Ａと雌螺子６Ａによって螺合された後に鑞付けされる。したがって、円筒部５の上部開口は吸熱体６によって封止されている。 The endothermic body 6 is formed in a lid shape with the upper end closed and the lower end opened, and a female screw 6A corresponding to the male screw 5A is formed on the inner peripheral surface of the lower end portion. The cylindrical portion 5 and the heat absorbing body 6 are brazed after being screwed together by the male screw 5A and the female screw 6A. Therefore, the upper opening of the cylindrical portion 5 is sealed by the heat absorber 6.

底板７は、略環状に形成されており、胴部２の下端に熔接されることにより固定されている。そして、底板７の中央部には、貫通した孔である底板貫通孔１４が形成されている。 The bottom plate 7 is formed in a substantially annular shape, and is fixed by being welded to the lower end of the body portion 2. And in the center part of the baseplate 7, the baseplate through-hole 14 which is a through-hole is formed.

ハーメチックシール８は、上端が開口し下端に複数の小孔８Ａが開口した略円筒状に形成されており、底板貫通孔１４に嵌合され鑞付けされることで底板７に固定されている。そして、このハーメチックシール８には、複数の電極ピン８Ｂが小孔８Ａを貫通して設けられている。更に、小孔８Ａと電極ピン８Ｂの隙間は、ガラス等の絶縁体によって封止されている。したがって、胴部２の下端開口は、底板７とハーメチックシール８によって閉口されている。 The hermetic seal 8 is formed in a substantially cylindrical shape having an upper end opened and a plurality of small holes 8A opened at the lower end. The hermetic seal 8 is fixed to the bottom plate 7 by being fitted into the bottom plate through hole 14 and brazed. The hermetic seal 8 is provided with a plurality of electrode pins 8B penetrating through the small holes 8A. Further, the gap between the small hole 8A and the electrode pin 8B is sealed with an insulator such as glass. Therefore, the lower end opening of the body portion 2 is closed by the bottom plate 7 and the hermetic seal 8.

次に、ケーシング１内部の構造について説明する。円筒部５の下端側の内部には、胴部２の内部まで延びるアルミニウム合金製のシリンダ１５が、連結部３、排熱体４及び円筒部５に対して同軸（軸線Ｚ）状に挿入されて設けられている。そして、シリンダ１５の中央部には、マウント１６が水平方向に延設されると共に、このマウント１６の外周部から下方に向かって接続用腕部１７が延設されている。接続用腕部１７は、平面視において９０°間隔で４箇所設けられている。なお、シリンダ１５及びマウント１６は、アルミニウム合金等を用いてダイカスト等の鋳造を行った後、切削加工したものである。マウント１６と接続用腕部１７は一体に形成されていることが望ましいが、別体であっても良い。 Next, the structure inside the casing 1 will be described. Inside the cylindrical portion 5, an aluminum alloy cylinder 15 extending to the inside of the body portion 2 is inserted coaxially (axis Z) with respect to the connecting portion 3, the exhaust heat body 4 and the cylindrical portion 5. Is provided. A mount 16 extends horizontally in the center of the cylinder 15, and a connecting arm 17 extends downward from the outer periphery of the mount 16. The connecting arm portions 17 are provided at four positions at intervals of 90 ° in plan view. Note that the cylinder 15 and the mount 16 are obtained by casting die casting or the like using an aluminum alloy or the like and then performing cutting. The mount 16 and the connecting arm 17 are preferably formed integrally, but may be separate.

シリンダ１５の上端側及び円筒部５の内側には、中空円筒状のディスプレイサー１８が軸線Ｚ方向に摺動可能に収容されている。このディスプレイサー１８の内部には、再生器１９が設けられている。また、ディスプレイサー１８の先端と吸熱体６との間には、膨張室Ｅが形成されている。そして、ディスプレイサー１８の先端に装着された蓋部材２０には、複数の通気孔である蓋通気孔２０Ａが形成されている。これらの蓋通気孔２０Ａによって、ディスプレイサー１８の内部と膨張室Ｅとが連通されている。また、ディスプレイサー１８の下端部側面には、ディスプレイサー１８の振幅よりも広い軸線Ｚ方向の幅を持った、浅い溝１８Ａが形成されており、この溝１８Ａに複数の通気孔１８Ｂが形成されている。なお、ディスプレイサー１８は合成樹脂からなる。 A hollow cylindrical displacer 18 is accommodated in the upper end side of the cylinder 15 and inside the cylindrical portion 5 so as to be slidable in the axis Z direction. A regenerator 19 is provided inside the display server 18. An expansion chamber E is formed between the tip of the displacer 18 and the heat absorber 6. The lid member 20 attached to the tip of the displacer 18 is formed with a lid vent hole 20A that is a plurality of vent holes. The inside of the displacer 18 and the expansion chamber E communicate with each other through these lid vent holes 20A. A shallow groove 18A having a width in the axis Z direction wider than the amplitude of the display sensor 18 is formed on the side surface of the lower end portion of the display sensor 18, and a plurality of vent holes 18B are formed in the groove 18A. ing. The displacer 18 is made of a synthetic resin.

シリンダ１５の外面と排熱体４の内面との間には、円筒状の排熱室２１が形成されている。この排熱室２１の内部には、排熱フィン２２が設けられている。前記排熱フィン２２は、銅板を折り曲げて形成された、いわゆるコルゲートフィンである。なお、前記排熱フィン２２の外面は、排熱体４の内面に伝熱的に接触している。このように、排熱室２１内に前記排熱フィン２２を設けることにより、作動気体（冷媒）と接触する面積を多くし、作動気体の熱を効率良く前記排熱フィン２２から排熱体４に移動させることができる。また、前記排熱フィン２２自体が持つ、板間に形成された空隙（図示せず）は上下方向に連通しており、作動気体の移動方向と平行となっているため、作動気体が排熱室２１内を円滑に移動することができる。 A cylindrical heat exhaust chamber 21 is formed between the outer surface of the cylinder 15 and the inner surface of the heat exhaust member 4. Inside the exhaust heat chamber 21, exhaust heat fins 22 are provided. The exhaust heat fin 22 is a so-called corrugated fin formed by bending a copper plate. The outer surface of the exhaust heat fin 22 is in heat transfer contact with the inner surface of the exhaust heat body 4. Thus, by providing the exhaust heat fin 22 in the exhaust heat chamber 21, the area in contact with the working gas (refrigerant) is increased, and the heat of the working gas is efficiently transferred from the exhaust heat fin 22 to the exhaust heat body 4. Can be moved to. In addition, a gap (not shown) formed between the plates of the exhaust heat fin 22 itself communicates in the vertical direction and is parallel to the moving direction of the working gas. The inside of the chamber 21 can be moved smoothly.

排熱室２１の上部は、シリンダ１５に形成された第一通路２３によりディスプレイサー１８に形成された溝１８Ａ及び通気孔１８Ｂに連通しており、これにより排熱室２１とディスプレイサー１８内部とが連通している。なお、前述した通り、ディスプレイサー１８に溝１８Ａを形成し、この溝１８Ａに通気孔１８Ｂを設けたことで、往復動するディスプレイサー１８の位置によらず、通気孔１８Ｂと第一通路２３とを連通させることができる。一方、排熱室２１の下部は、シリンダ１５に形成された第二通路２４により圧縮室Ｃと連通している。なお、第二通路２４は、シリンダ１５の縮径部１５Ａに形成された段部２５の外周側に形成されている。 The upper portion of the exhaust heat chamber 21 communicates with a groove 18A and a vent hole 18B formed in the displacer 18 by a first passage 23 formed in the cylinder 15. Are communicating. As described above, the groove 18A is formed in the display sensor 18, and the ventilation hole 18B is provided in the groove 18A, so that the ventilation hole 18B, the first passage 23, and the like are independent of the position of the reciprocating display sensor 18. Can be communicated. On the other hand, the lower part of the exhaust heat chamber 21 communicates with the compression chamber C through a second passage 24 formed in the cylinder 15. The second passage 24 is formed on the outer peripheral side of the step portion 25 formed in the reduced diameter portion 15 A of the cylinder 15.

このような構成により、膨張室Ｅから、蓋通気孔２０Ａ、再生器１９、通気孔１８Ｂ、第一通路２３、排熱室２１、第二通路２４を通って、シリンダ１５内の圧縮室Ｃに至る経路が形成されている。作動気体としての冷媒は、この経路を移動する。 With such a configuration, the expansion chamber E passes from the lid vent hole 20A, the regenerator 19, the vent hole 18B, the first passage 23, the exhaust heat chamber 21, and the second passage 24 to the compression chamber C in the cylinder 15. A route to reach is formed. The refrigerant as the working gas moves along this path.

シリンダ１５の内部下側には、ピストン２６が軸線Ｚ方向に摺動可能に収容されている。ピストン２６の上端部分には、シリンダ１５の縮径部１５Ａよりも径小に形成された径小部２６Ａとシリンダ１５の内面を摺動するピストン本体２６Ｂの上端面である上面部２６Ｃが形成されている。したがって、ピストン２６が往復動する際に、径小部２６Ａは、シリンダ１５の縮径部１５Ａ内を摺動することが可能となっている。 A piston 26 is accommodated in the lower side of the cylinder 15 so as to be slidable in the axis Z direction. The upper end portion of the piston 26 is formed with a small-diameter portion 26A formed smaller in diameter than the reduced-diameter portion 15A of the cylinder 15 and an upper surface portion 26C that is an upper end surface of the piston body 26B that slides on the inner surface of the cylinder 15. ing. Therefore, when the piston 26 reciprocates, the small diameter portion 26 A can slide in the reduced diameter portion 15 A of the cylinder 15.

ピストン２６の下端部分である基端部２６Ｄは、接続体３１によってリニア電磁機構としての駆動機構３２と同軸状（軸線Ｚ）に連結されている。駆動機構３２は、固定子３２Ａと可動子３２Ｂとを有して構成されている。固定子３２Ａは、電磁コイル３３、内側コア３４及び外側コア３５によって構成されている。一方、可動子３２Ｂは、枠３６及び永久磁石３７によって構成されている。電磁コイル３３の周囲には、外側コア３５が設けられている。この外側コア３５は、絶縁体（例えば合成樹脂やセラミック等）で予め被覆された強磁性体である鉄粉を適宜形状に成形した後、焼結して形成したものであるが、適宜形状の電磁鋼板を複数枚積層することで形成しても良い。同様に、内側コア３４も、絶縁体（例えば合成樹脂やセラミック等）で予め被覆された強磁性体である鉄粉を適宜形状に成形した後、焼結して形成したものであるが、適宜形状の電磁鋼板を複数枚積層することで形成しても良い。枠３６は略円筒状に形成されており、一端側には円筒状の永久磁石３７が固定されている。更に、枠３６の他端は、ピストン２６の基端部２６Ｄに接続されている。そして、永久磁石３７の外周に近接して、固定子３２Ａの外側コア３５の内周面が位置すると共に、永久磁石３７の内側に近接して、固定子３２Ａの内側コア３４の外周面が位置している。 A base end portion 26 D that is a lower end portion of the piston 26 is connected to a drive mechanism 32 as a linear electromagnetic mechanism coaxially (axial line Z) by a connecting body 31. The drive mechanism 32 includes a stator 32A and a mover 32B. The stator 32 A includes an electromagnetic coil 33, an inner core 34, and an outer core 35. On the other hand, the mover 32 B includes a frame 36 and a permanent magnet 37. An outer core 35 is provided around the electromagnetic coil 33. The outer core 35 is formed by appropriately forming iron powder, which is a ferromagnetic material pre-coated with an insulator (for example, synthetic resin or ceramic), and then sintering the powder. It may be formed by laminating a plurality of electromagnetic steel sheets. Similarly, the inner core 34 is also formed by forming iron powder, which is a ferromagnetic material pre-coated with an insulator (for example, synthetic resin or ceramic), into an appropriate shape and then sintering it. It may be formed by laminating a plurality of shaped electromagnetic steel sheets. The frame 36 is formed in a substantially cylindrical shape, and a cylindrical permanent magnet 37 is fixed to one end side. Further, the other end of the frame 36 is connected to the base end portion 26 D of the piston 26. The inner peripheral surface of the outer core 35 of the stator 32A is located close to the outer periphery of the permanent magnet 37, and the outer peripheral surface of the inner core 34 of the stator 32A is located close to the inner side of the permanent magnet 37. doing.

接続体３１には、ピストン２６の動作を制御する板バネとしてのピストン用板バネ４１，４２が接続されている。図３に示す通り、ピストン用板バネ４１，４２は、外形が平面視略円形の薄板状に形成されており、中心部には、貫通した孔である中心孔４３が穿設されている。また、その中心孔４３の周囲には、中心孔４３よりも小径の貫通した孔である内側固定孔４４が複数穿設されている。また、ピストン用板バネ４１，４２の外周部分である周縁部４５には、外側固定孔４６が、平面視において９０°間隔で４箇所穿設されている。なお、ピストン用板バネ４１，４２の周縁部における隣接する外側固定孔４６の間には、略矩形状に切り欠いた切欠部４７が形成されている。さらに、ピストン用板バネ４１，４２には、ばね定数を所定の数値とするための調整孔４８が４箇所形成されている。なお、ピストン用板バネ４１，４２は、バネ鋼により形成される。 Piston leaf springs 41 and 42 as leaf springs for controlling the operation of the piston 26 are connected to the connection body 31. As shown in FIG. 3, the piston springs 41 and 42 are formed in a thin plate shape whose outer shape is substantially circular in plan view, and a central hole 43 that is a through-hole is formed in the center. In addition, a plurality of inner fixing holes 44, which are holes having a smaller diameter than the center hole 43, are formed around the center hole 43. Further, four outer fixing holes 46 are formed at 90 ° intervals in a plan view on the peripheral edge 45 which is the outer peripheral part of the piston plate springs 41 and 42. A notch 47 cut out in a substantially rectangular shape is formed between the adjacent outer fixing holes 46 at the peripheral edges of the piston plate springs 41 and 42. Further, four adjustment holes 48 are formed in the piston plate springs 41 and 42 for setting the spring constant to a predetermined value. The piston plate springs 41 and 42 are made of spring steel.

図２に示す通り、ピストン用板バネ４１，４２は、内側固定孔４４にボルト４９が挿通され、このボルト４９が接続体３１に穿設された内側螺子孔５０に螺合することにより接続体３１に固定されている。 As shown in FIG. 2, the piston plate springs 41, 42 are connected to each other by inserting bolts 49 into the inner fixing holes 44 and screwing the bolts 49 into the inner screw holes 50 formed in the connecting body 31. 31 is fixed.

接続用腕部１７の下端部１７Ａには、円環板状の支持部材５１が固定されている。この支持部材５１には、平面視において９０°間隔で貫通した孔である螺子孔５２が４箇所穿設されており、この螺子孔５２に、六角スタッド等と称される両螺子型六角スペーサー５３の上部に設けられた第一の雄螺子５３Ａが螺合されている。 An annular plate-like support member 51 is fixed to the lower end portion 17 A of the connecting arm portion 17. The support member 51 is provided with four screw holes 52 that are holes that are penetrated at intervals of 90 ° in a plan view. In the screw holes 52, a double screw type hexagon spacer 53 called a hexagon stud or the like is formed. The first male screw 53A provided on the upper part of the screw is screwed together.

支持部材５１の径方向内側端部の下面には、当接部材としての弾性リング５４が設けられている。弾性リング５４は、略円環状に形成され、下端が下方に凸の円弧形状を有する。弾性リング５４は、ピストン用板バネ４１の後述する振動部６２の上方に配設されているため、ピストン用板バネ４１の振幅が所定値以上となった時に、ピストン用板バネ４１が当接し振幅をそれ以上大きくしないためのストッパーとして機能する。本実施例では、ピストン用板バネ４１が当接した際の衝撃によるピストン用板バネ４１の変形を防止し、衝突音を緩和するため、弾性リング５４はシリコンやエラストマー等のゴム材から形成されているが、ピストン用板バネ４１の振幅を制限し、ピストン用板バネ４１の当接による変形防止や衝突音の緩和が可能であれば、例えば、略環状に形成された金属製のウェーブワッシャ等を用いてもよい。 An elastic ring 54 as a contact member is provided on the lower surface of the radially inner end portion of the support member 51. The elastic ring 54 is formed in a substantially annular shape, and has a circular arc shape whose lower end is convex downward. Since the elastic ring 54 is disposed above a vibration part 62 (described later) of the piston leaf spring 41, the piston leaf spring 41 abuts when the amplitude of the piston leaf spring 41 exceeds a predetermined value. It functions as a stopper to prevent the amplitude from increasing further. In the present embodiment, the elastic ring 54 is formed of a rubber material such as silicon or elastomer in order to prevent deformation of the piston leaf spring 41 due to an impact when the piston leaf spring 41 abuts and to mitigate collision noise. However, if the amplitude of the piston leaf spring 41 is limited so that deformation due to contact of the piston leaf spring 41 and collision noise can be mitigated, for example, a metal wave washer formed in a substantially annular shape is used. Etc. may be used.

第一の雄螺子５３Ａは、ピストン用板バネ４１，４２の外側固定孔４６に挿通される。また、支持部材５１とピストン用板バネ４１との間には、上下が開口した円筒状のスペーサー５５が第一の雄螺子５３Ａを挿通した状態で配設されている。さらに、ピストン用板バネ４１とピストン用板バネ４２との間には、ボルト４９が挿通した内側ワッシャ５６と、第一の雄螺子５３Ａが挿通した外側ワッシャ５７が配設されている。内側ワッシャ５６と外側ワッシャ５７は、何れも円盤状に形成され、厚さが等しいため、ピストン用板バネ４１とピストン用板バネ４２は、平行に配置されている。 The first male screw 53 A is inserted into the outer fixing hole 46 of the piston plate springs 41 and 42. In addition, a cylindrical spacer 55 having an open top and bottom is disposed between the support member 51 and the piston leaf spring 41 in a state where the first male screw 53A is inserted. Further, an inner washer 56 through which the bolt 49 is inserted and an outer washer 57 through which the first male screw 53A is inserted are disposed between the piston plate spring 41 and the piston plate spring 42. Since both the inner washer 56 and the outer washer 57 are formed in a disk shape and have the same thickness, the piston leaf spring 41 and the piston leaf spring 42 are arranged in parallel.

ピストン用板バネ４２の下方には、六角スペーサー５３のスペーサー部５３Ｂの上端が当接しており、その下方に、図３に示すピストン用板バネ４１，４２と同材質で且つ略同形状のディスプレイサー用板バネ５９が配設されている。なお、ディスプレイサー用板バネ５９において、ピストン用板バネ４１，４２と共通する部分には、同一の符号を付す。ディスプレイサー用板バネ５９の外側固定孔４６には、六角スペーサー５３の下部に設けられた第二の雄螺子５３Ｃが挿通されている。ディスプレイサー用板バネ５９の下方には、六角ナット６０が第二の雄螺子５３Ｃに螺合して設けられている。すなわち、ディスプレイサー用板バネ５９は、上側に配設された六角スペーサー５３と下側に配設された六角ナット６０により挟持されている。 Below the piston leaf spring 42, the upper end of the spacer portion 53B of the hexagonal spacer 53 is in contact, and below that is the same material and substantially the same shape as the piston leaf springs 41, 42 shown in FIG. A circa leaf spring 59 is provided. In the displacer leaf spring 59, the same reference numerals are given to the portions common to the piston leaf springs 41 and 42. A second male screw 53 C provided under the hexagonal spacer 53 is inserted into the outer fixing hole 46 of the displacer leaf spring 59. Below the displacer leaf spring 59, a hexagon nut 60 is screwed into the second male screw 53C. That is, the displacer leaf spring 59 is sandwiched between the hexagonal spacer 53 disposed on the upper side and the hexagonal nut 60 disposed on the lower side.

ディスプレイサー用板バネ５９の中心孔４３Ａには、ロッド６１がビスにより固定されている。このロッド６１は、ピストン用板バネ４１，４２の中心孔４３を貫通し、さらにピストン２６の中心部を貫通して軸線Ｚ方向に延びており、ディスプレイサー１８の下端に接続されている。ディスプレイサー１８は、ロッド６１を介してディスプレイサー用板バネ５９に接続されていることにより、このディスプレイサー用板バネ５９によって動作が制御される。 A rod 61 is fixed to the center hole 43A of the displacer leaf spring 59 with a screw. The rod 61 passes through the center hole 43 of the piston plate springs 41 and 42, further passes through the center of the piston 26, extends in the axis Z direction, and is connected to the lower end of the displacer 18. Since the display server 18 is connected to the display server leaf spring 59 via the rod 61, the operation of the display server 18 is controlled by the display server leaf spring 59.

本実施例では、ピストン用板バネ４１，４２は、外側固定孔４６に第一の雄螺子５３Ａが挿通されて固定されるため、外側固定孔４６よりも径方向内側部分がピストン２６と共に振動する振動部６２となる。同様に、ディスプレイサー用板バネ５９は、外側固定孔４６に第二の雄螺子５３Ｃが挿通されて固定されるため、外側固定孔４６よりも径方向内側部分がディスプレイサー１８と共に振動する振動部６２となる。 In this embodiment, the piston plate springs 41, 42 are fixed by inserting the first male screw 53 A into the outer fixing hole 46, so that the radially inner portion thereof vibrates with the piston 26 with respect to the outer fixing hole 46. It becomes the vibration part 62. Similarly, the displacer leaf spring 59 is fixed by the second male screw 53 C being inserted into the outer fixing hole 46, and therefore, the vibrating portion that vibrates with the displacer 18 in the radially inner portion of the outer fixing hole 46. 62.

ディスプレイサー用板バネ５９の下方には、六角ナット６０で上下から挟持された保護板６３が第二の雄螺子５３Ｃに固定されている。なお、六角スペーサー５３及び六角ナット６０は、スパナ等で容易に締め付けることができるようになっている。このように、本実施例では、支持手段としての支持部材５１、六角スペーサー５３、スペーサー５５、外側ワッシャ５７により、ピストン用板バネ４１，４２の周縁部４５とシリンダ１５との位置関係を固定している。 A protective plate 63 sandwiched from above and below by a hexagon nut 60 is fixed to the second male screw 53C below the displacer plate spring 59. The hexagon spacer 53 and the hexagon nut 60 can be easily tightened with a spanner or the like. Thus, in this embodiment, the positional relationship between the peripheral edge 45 of the piston leaf springs 41 and 42 and the cylinder 15 is fixed by the support member 51, the hexagonal spacer 53, the spacer 55, and the outer washer 57 as support means. ing.

図１に示す通り、ケーシング１の下方には、振動吸収ユニット６４が設けられている。振動吸収ユニット６４は、底板７に連結された連結部材６５と、複数の板バネ６６と、バランスウエイト６７とを有して構成されている。 As shown in FIG. 1, a vibration absorbing unit 64 is provided below the casing 1. The vibration absorbing unit 64 includes a connecting member 65 connected to the bottom plate 7, a plurality of plate springs 66, and a balance weight 67.

ここで、本実施例におけるフリーピストン型スターリングサイクル機関の作用について説明する。電磁コイル３３に交流電流を流すと、この電磁コイル３３から交番磁界が発生して外側コア３５で集中し、この交番磁界によって、永久磁石３７を軸線Ｚ方向に往復動させる力が生じる。この力によって、永久磁石３７が固定された枠３６に接続されたピストン２６が、シリンダ１５内を軸線Ｚ方向に往復動する。ピストン２６がディスプレイサー１８に近付く方向に移動すると、ピストン２６とディスプレイサー１８との間に形成された圧縮室Ｃ内の冷媒が圧縮されて、第二通路２４、排熱室２１、第一通路２３、溝１８Ａ、通気孔１８Ｂ、再生器１９、蓋通気孔２０Ａを通って、吸熱体６内の膨張室Ｅに至ることで、ディスプレイサー１８がピストン２６に近付く方向に所定の位相差をもって押し下げられる。一方、ピストン２６がディスプレイサー１８から遠ざかる方向に移動すると、圧縮室Ｃの内部が負圧となり、膨張室Ｅ内の冷媒が、蓋通気孔２０Ａ、再生器１９、通気孔１８Ｂ、溝１８Ａ、第一通路２３、排熱室２１、第二通路２４を通って、圧縮室Ｃに還流することで、ディスプレイサー１８がピストン２６から遠ざかる方向に所定の位相差をもって押し上げられる。このような工程中において、二つの等温変化と等体積変化とからなる可逆サイクルが行われることによって、膨張室Ｅの近傍は低温となり、一方、圧縮室Ｃの近傍は高温となる。 Here, the operation of the free piston type Stirling cycle engine in the present embodiment will be described. When an alternating current is passed through the electromagnetic coil 33, an alternating magnetic field is generated from the electromagnetic coil 33 and concentrated at the outer core 35, and a force that causes the permanent magnet 37 to reciprocate in the axis Z direction is generated by the alternating magnetic field. By this force, the piston 26 connected to the frame 36 to which the permanent magnet 37 is fixed reciprocates in the cylinder 15 in the axis Z direction. When the piston 26 moves in the direction approaching the displacer 18, the refrigerant in the compression chamber C formed between the piston 26 and the displacer 18 is compressed, and the second passage 24, the exhaust heat chamber 21, the first passage 23, the groove 18A, the vent hole 18B, the regenerator 19, and the lid vent hole 20A to reach the expansion chamber E in the heat absorber 6 so that the displacer 18 is pushed down with a predetermined phase difference toward the piston 26. It is done. On the other hand, when the piston 26 moves in a direction away from the displacer 18, the inside of the compression chamber C becomes negative pressure, and the refrigerant in the expansion chamber E flows into the cover vent hole 20A, the regenerator 19, the vent hole 18B, the groove 18A, By returning to the compression chamber C through the one passage 23, the exhaust heat chamber 21, and the second passage 24, the displacer 18 is pushed up with a predetermined phase difference in a direction away from the piston 26. In such a process, a reversible cycle composed of two isothermal changes and an equal volume change is performed, so that the vicinity of the expansion chamber E becomes low temperature, while the vicinity of the compression chamber C becomes high temperature.

このように、ピストン２６は、駆動機構３２の可動子３２Ｂの動作に伴って往復動し、ピストン用板バネ４１，４２により振幅が制御されている。そして、ピストン２６及び可動子３２Ｂの質量と、ピストン用板バネ４１，４２の合成バネ定数により決まるピストン２６系の共振周波数と略等しい周波数で駆動機構３２を駆動することで、少ない電力で効率よくピストン２６を往復動させることができる。しかしながら、ピストン２６系が共振することにより、ピストン２６の振幅が大きくなってしまうことがある。また、ピストン２６の振動中心がずれることで、正規の振動中心に対し一方向にのみピストン２６の振幅が大きくなってしまうことがある。ピストン２６の振幅量が大きくなるということは、ピストン用板バネ４１，４２の撓みが大きくなることに等しく、ピストン用板バネ４１，４２がＺ軸線方向に所定量以上変形すると、ピストン用板バネ４１の振動部６２の上面が弾性リング５４に当接する。弾性リング５４は、弾性を有することから、ピストン用板バネ４１が当接した場合に収縮しながら、その当接による衝撃を吸収すると共に、ピストン用板バネ４１を押し返す抗力が発生する。したがって、弾性リング５４は、ピストン用板バネ４１に当接による損傷を与えることなくピストン用板バネ４１の振幅を所定値以下に抑えることができる。この所定値とは、図１及び図２に示すように、ピストン用板バネ４１，４２が水平状態の時のピストン２６の上面部２６Ｃからシリンダ１５の段部２５までの距離Ｄ１、枠３６の上端からマウント１６の下面までの距離Ｄ２、或いは枠３６の下部上面からシリンダ１５の下端までの距離Ｄ３、の何れよりも小さく設定される。これにより、ピストン２６の上面部２６Ｃとシリンダ１５の段部２５との衝突、マウント１６と枠３６との衝突、或いは枠３６とシリンダ１５との衝突を防止することができる。 Thus, the piston 26 reciprocates with the operation of the movable element 32B of the drive mechanism 32, and the amplitude is controlled by the piston plate springs 41 and 42. The drive mechanism 32 is driven at a frequency substantially equal to the resonance frequency of the piston 26 system determined by the mass of the piston 26 and the mover 32B and the combined spring constant of the piston leaf springs 41 and 42, thereby efficiently using less power. The piston 26 can be reciprocated. However, when the piston 26 system resonates, the amplitude of the piston 26 may increase. Further, the vibration center of the piston 26 is shifted, so that the amplitude of the piston 26 may increase only in one direction with respect to the normal vibration center. An increase in the amount of amplitude of the piston 26 is equivalent to an increase in the deflection of the piston leaf springs 41, 42. When the piston leaf springs 41, 42 are deformed by a predetermined amount or more in the Z-axis direction, the piston leaf springs. The upper surface of the vibration part 62 of 41 is in contact with the elastic ring 54. Since the elastic ring 54 has elasticity, the elastic ring 54 contracts when the piston plate spring 41 abuts, absorbs an impact caused by the abutment, and generates a drag force that pushes back the piston plate spring 41. Therefore, the elastic ring 54 can suppress the amplitude of the piston plate spring 41 to a predetermined value or less without damaging the piston plate spring 41 due to contact. As shown in FIGS. 1 and 2, the predetermined value is a distance D1 from the upper surface portion 26C of the piston 26 to the step portion 25 of the cylinder 15 when the plate springs 41 and 42 are in a horizontal state, The distance D2 is set smaller than either the distance D2 from the upper end to the lower surface of the mount 16 or the distance D3 from the lower upper surface of the frame 36 to the lower end of the cylinder 15. Thereby, the collision between the upper surface portion 26C of the piston 26 and the step portion 25 of the cylinder 15, the collision between the mount 16 and the frame 36, or the collision between the frame 36 and the cylinder 15 can be prevented.

なお、ピストン用板バネ４１が弾性リング５４に当接すると、ピストン用板バネ４１は、弾性リング５４が当接した位置よりも内側が、撓むことができる箇所となる。即ち、ピストン用板バネ４１は、振動部６２の長さが短くなることになる。そして、振動部６２の長さが短くなると、ピストン用板バネ４１の見かけ上のバネ定数、ひいては、ピストン用板バネ４１，４２の合成バネ定数が一時的に大きくなる。このため、一時的に、ピストン２６系の共振周波数と駆動機構３２の駆動周波数にズレが生じる。これによって、ピストン２６系は一時的に共振状態から逸脱する。そして、ピストン２６系が共振状態から逸脱すると、ピストン２６系の振幅が一時的に小さくなる。これによって、ピストン２６系が一往復した後のピストン用板バネ４１は、弾性リング５４に当接しない。ピストン用板バネ４１が弾性リング５４に当接しなければ、ピストン用板バネ４１のバネ定数は本来の値であるため、ピストン用板バネ４１，４２の合成バネ定数、ひいてはピストン２６系の共振周波数は復元する。そして、電磁コイル３３へは同じ周波数の交流電流が供給され続けているので、ピストン２６系は共振状態に復帰する。このようにして、ピストン２６系の振幅が過大にならないようにして、ピストン２６の上面部２６Ｃがシリンダ１５の段部２５に衝突すること、又は可動子３２Ｂの枠３６がシリンダ１５の下端又はマウント１６の下面に衝突することを防止できる。 When the piston leaf spring 41 abuts against the elastic ring 54, the piston leaf spring 41 is a portion where the inside can be bent from the position where the elastic ring 54 abuts. That is, in the piston plate spring 41, the length of the vibration part 62 is shortened. When the length of the vibration part 62 is shortened, the apparent spring constant of the piston plate spring 41 and, consequently, the combined spring constant of the piston plate springs 41 and 42 temporarily increase. For this reason, there is a temporary deviation between the resonance frequency of the piston 26 system and the drive frequency of the drive mechanism 32. As a result, the piston 26 system temporarily deviates from the resonance state. When the piston 26 system deviates from the resonance state, the amplitude of the piston 26 system temporarily decreases. As a result, the piston plate spring 41 after the piston 26 system reciprocates once does not contact the elastic ring 54. If the piston leaf spring 41 does not contact the elastic ring 54, the spring constant of the piston leaf spring 41 is the original value, so the combined spring constant of the piston leaf springs 41 and 42, and hence the resonance frequency of the piston 26 system. Will restore. Since the alternating current having the same frequency is continuously supplied to the electromagnetic coil 33, the piston 26 system returns to the resonance state. In this way, the upper surface portion 26C of the piston 26 collides with the stepped portion 25 of the cylinder 15 so that the amplitude of the piston 26 system does not become excessive, or the frame 36 of the mover 32B moves to the lower end or mount of the cylinder 15. Colliding with the lower surface of 16 can be prevented.

なお、仮に弾性リング５４がピストン用板バネ４２の反ピストン２６側に設けられたとしても、弾性リング５４にピストン用板バネ４２が当接すれば、上述の通り共振状態から逸脱するので、ピストン２６系の振幅が過大にならないようにすることができる。しかしながら、ピストン２６系の振動中心がピストン２６側に偏位してしまうと、ピストン用板バネ４２が弾性リング５４に当接する前に、ピストン２６の上面部２６Ｃがシリンダ１５の段部２５と衝突したり、枠３６がマウント１６或いはシリンダ１５と衝突したりする虞がある。これに対し、本実施例では、弾性リング５４がピストン用板バネ４１のピストン２６側に設けられることで、ピストン２６の上面部２６Ｃがシリンダ１５の段部２５と衝突する前に、又は枠３６がマウント１６或いはシリンダ１５と衝突する前に、弾性リング５４にピストン用板バネ４１を確実に当てることができる。 Even if the elastic ring 54 is provided on the side opposite to the piston 26 of the piston plate spring 42, if the piston plate spring 42 comes into contact with the elastic ring 54, the resonance state is deviated as described above. It is possible to prevent the system amplitude from becoming excessive. However, if the vibration center of the piston 26 system is displaced to the piston 26 side, the upper surface portion 26C of the piston 26 collides with the step portion 25 of the cylinder 15 before the piston plate spring 42 contacts the elastic ring 54. Or the frame 36 may collide with the mount 16 or the cylinder 15. On the other hand, in the present embodiment, the elastic ring 54 is provided on the piston 26 side of the piston plate spring 41, so that the upper surface portion 26C of the piston 26 collides with the step portion 25 of the cylinder 15 or the frame 36. The piston leaf spring 41 can be reliably applied to the elastic ring 54 before the cylinder 16 collides with the mount 16 or the cylinder 15.

弾性リング５４の下端からピストン用板バネ４１までの距離Ｌ１を任意に設定することで、ピストン２６系の振幅を決定することができる。また、六角スペーサー５３から弾性リング５４までの距離Ｌ２を任意に設定することで、ピストン用板バネ４１の振動部６２と弾性リング５４との当接位置を決定することができる。なお、距離Ｌ２を長くすると、ピストン用板バネ４１は中心部寄りで弾性リング５４と当接することになるため、ピストン２６系の振幅制限値が同じであれば、必然的に距離Ｌ１も長くする必要が生じる。また、距離Ｌ２によって、振動部６２のどの位置に弾性リング５４を当接させるかが定まるので、ピストン用板バネ４１の見かけ上のバネ定数、ひいてはピストン用板バネ４１，４２の合成バネ定数も定まる。なお、距離Ｌ２の最適値は、フリーピストン型スターリングサイクル機関の構造によって異なる。即ち、ピストン用板バネ４１，４２の合成バネ定数をどの程度変化させれば共振逸脱の効果が高いかは、フリーピストン型スターリングサイクル機関の構造によって異なる。 By arbitrarily setting the distance L1 from the lower end of the elastic ring 54 to the piston leaf spring 41, the amplitude of the piston 26 system can be determined. Further, by arbitrarily setting the distance L2 from the hexagonal spacer 53 to the elastic ring 54, the contact position between the vibrating portion 62 of the piston plate spring 41 and the elastic ring 54 can be determined. If the distance L2 is increased, the piston leaf spring 41 comes into contact with the elastic ring 54 closer to the center, so that the distance L1 is necessarily increased if the amplitude limit value of the piston 26 system is the same. Need arises. In addition, since the position at which the elastic ring 54 is brought into contact with the vibration portion 62 is determined by the distance L2, the apparent spring constant of the piston leaf spring 41, and hence the combined spring constant of the piston leaf springs 41 and 42, are also determined. Determined. The optimum value of the distance L2 differs depending on the structure of the free piston type Stirling cycle engine. In other words, how much the combined spring constant of the piston leaf springs 41 and 42 is changed depends on the structure of the free piston type Stirling cycle engine.

本実施例では、ピストン用板バネ４１には貫通した孔である調整孔４８が設けられているが、弾性リング５４を略円環状に形成しているため、ピストン用板バネ４１の振幅が一定以上大きくなると、ピストン用板バネ４１の振動部６２のいずれかの部分が弾性リング５４に必ず当接するようになっている。なお、弾性リング５４の形状は、振動部６２に確実に当接するものであれば適宜変更可能である。 In this embodiment, the piston plate spring 41 is provided with an adjustment hole 48 which is a through-hole. However, since the elastic ring 54 is formed in a substantially annular shape, the amplitude of the piston plate spring 41 is constant. If it becomes larger above, any part of the vibrating portion 62 of the piston leaf spring 41 is surely brought into contact with the elastic ring 54. Note that the shape of the elastic ring 54 can be changed as appropriate as long as the elastic ring 54 reliably contacts the vibrating portion 62.

以上のように、本実施形態のフリーピストン型スターリングサイクル機関は、シリンダ１５と、このシリンダ１５内を軸線Ｚ方向に往復動可能に設けられたピストン２６及びディスプレイサー１８と、前記ピストン２６に取り付けられる可動子３２Ｂを有するリニア電磁機構としての駆動機構３２と、前記ピストン２６の往復動を制御する板バネとしてのピストン用板バネ４１，４２と、このピストン用板バネ４１，４２の周縁部４５と前記シリンダ１５との位置関係を固定する支持手段としての支持部材５１、六角スペーサー５３、スペーサー５５、外側ワッシャ５７とを有するフリーピストン型スターリングサイクル機関において、前記ピストン用板バネ４１，４２の軸線Ｚ方向の変形が所定量になった際に、このピストン用板バネ４１，４２の振動部６２が当接する当接部としての弾性リング５４が設けられたことにより、ピストン２６の振幅が過大となった場合に、ピストン用板バネ４１の振動部６２が弾性リング５４に当接し、ピストン用板バネ４１の見かけ上のバネ定数、ひいてはピストン用板バネ４１，４２の合成バネ定数が一時的に大きくなり、ピストン２６系の共振周波数が一時的に変化することで、ピストン２６系を共振状態から逸脱させることができる。そして、ピストン２６系が共振状態から逸脱してピストン２６の振幅が小さくなると、ピストン用板バネ４１が弾性リング５４に当接しなくなるので、駆動機構３２が引き続き共振周波数で駆動されることで、ピストン２６系は再び共振状態となり、振幅が回復する。このようにして、ピストン２６系の振幅が過大にならないように制御することができる。 As described above, the free piston type Stirling cycle engine of the present embodiment is attached to the cylinder 15, the piston 26 and the displacer 18 that are reciprocally movable in the axis Z direction in the cylinder 15, and the piston 26. A drive mechanism 32 as a linear electromagnetic mechanism having a movable element 32B, piston leaf springs 41 and 42 as leaf springs for controlling the reciprocation of the piston 26, and a peripheral portion 45 of the piston leaf springs 41 and 42. In a free piston type Stirling cycle engine having a support member 51 as a support means for fixing the positional relationship between the piston 15 and the cylinder 15, a hexagonal spacer 53, a spacer 55, and an outer washer 57. When the deformation in the Z direction reaches a predetermined amount, the piston leaf spring 41 When the amplitude of the piston 26 becomes excessive due to the provision of the elastic ring 54 as the contact portion with which the vibration portion 62 of the piston 42 abuts, the vibration portion 62 of the piston plate spring 41 contacts the elastic ring 54. The apparent spring constant of the piston leaf spring 41, and consequently the combined spring constant of the piston leaf springs 41 and 42, temporarily increases, and the resonance frequency of the piston 26 system temporarily changes, whereby the piston 26 The system can be deviated from the resonance state. When the piston 26 system deviates from the resonance state and the amplitude of the piston 26 decreases, the piston leaf spring 41 does not contact the elastic ring 54, and the drive mechanism 32 continues to be driven at the resonance frequency. The 26 system is in a resonance state again, and the amplitude recovers. In this way, control can be performed so that the amplitude of the piston 26 system does not become excessive.

また、前記弾性リング５４が、前記ピストン用板バネ４１の前記ピストン２６側の面に当接するように設けられることにより、前記ピストン用板バネ４１，４２の振幅が大きくなった場合や前記ピストン用板バネ４１，４２の振動中心が前記ピストン２６側に偏った場合に、前記可動子３２Ｂの枠３６が前記シリンダ１５の端部等に衝突する前に、或いは前記ピストン２６が前記シリンダ１５の段部２５に衝突する前に、前記ピストン用板バネ４１，４２の振動部６２を前記弾性リング５４に当接させることができる。 The elastic ring 54 is provided so as to contact the surface of the piston plate spring 41 on the piston 26 side, so that the amplitude of the piston plate springs 41 and 42 is increased or the piston plate spring 41 is used. When the vibration center of the leaf springs 41 and 42 is biased toward the piston 26, before the frame 36 of the mover 32 B collides with the end of the cylinder 15 or the like, or the piston 26 has a step of the cylinder 15. Before the collision with the portion 25, the vibrating portion 62 of the piston plate spring 41, 42 can be brought into contact with the elastic ring 54.

図６は、本発明の実施例２を示し、上記実施例１と同一部分に同一符号を付し、その詳細な説明を省略して詳述する。本実施例は、ピストン用板バネ４２とディスプレイサー用板バネ５９との間に円環板状の支持部材７１を設け、支持部材７１の径方向内側端部の下面に、当接部材としての弾性リング７２を設けたものである。弾性リング７２は、上記実施例１の弾性リング５４と同材質、同形状である。また、支持部材７１には、平面視において９０°間隔で貫通した孔である貫通孔７３が４箇所穿設されている。 FIG. 6 shows a second embodiment of the present invention, in which the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. In this embodiment, an annular plate-like support member 71 is provided between the piston plate spring 42 and the displacer plate spring 59, and the lower surface of the radially inner end of the support member 71 is used as a contact member. An elastic ring 72 is provided. The elastic ring 72 has the same material and the same shape as the elastic ring 54 of the first embodiment. In addition, the support member 71 has four through holes 73 that are holes that penetrate at 90 ° intervals in a plan view.

支持部材７１の取付構造について説明する。接続用腕部１７の下端部１７Ａには、円環板状の支持部材５１が固定されている。この支持部材５１には、平面視において９０°間隔で貫通した孔である螺子孔５２が４箇所穿設されており、この螺子孔５２に、六角スタッド等と称される両螺子型六角スペーサー７４の上部に設けられた第一の雄螺子７４Ａが螺合されている。第一の雄螺子７４Ａは、ピストン用板バネ４１，４２の外側固定孔４６に挿通される。また、支持部材５１とピストン用板バネ４１との間には、上下が開口した円筒状のスペーサー５５が第一の雄螺子７４Ａを挿通した状態で配設されている。さらに、ピストン用板バネ４１とピストン用板バネ４２との間には、ボルト４９が挿通した内側ワッシャ５６と、第一の雄螺子７４Ａが挿通した外側ワッシャ５７が配設されている。内側ワッシャ５６と外側ワッシャ５７は、何れも円盤状に形成され、厚さが等しいため、ピストン用板バネ４１とピストン用板バネ４２は、平行に配置されている。ピストン用板バネ４２の下方には、六角スペーサー７４のスペーサー部７４Ｂの上端が当接しており、その下方に、支持部材７１が配設されている。この支持部材７１の貫通孔７３には、六角スペーサー７４の下部に設けられた第二の雄螺子７４Ｃが挿通されている。支持部材７１の下方には、高ナット７５が第二の雄螺子７４Ｃに螺合して設けられている。すなわち、支持部材７１は、上側に配設された六角スペーサー７４と下側に配設された高ナット７５により挟持されている。高ナット７５の下方に、ピストン用板バネ４１，４２と同材質で且つ略同形状のディスプレイサー用板バネ５９が配設されている。ディスプレイサー用板バネ５９の外側固定孔４６には、第二の雄螺子７４Ｃが挿通されている。ディスプレイサー用板バネ５９の下方には、六角ナット６０が第二の雄螺子７４Ｃに螺合して設けられている。すなわち、ディスプレイサー用板バネ５９は、上側に配設された高ナット７５と下側に配設された六角ナット６０により挟持されている。その他の構造は、実施例１と同様である。 A mounting structure of the support member 71 will be described. An annular plate-like support member 51 is fixed to the lower end portion 17 A of the connecting arm portion 17. The support member 51 is provided with four screw holes 52 that are holes that are penetrated at intervals of 90 ° in a plan view. In the screw holes 52, a double screw type hexagon spacer 74 called a hexagonal stud or the like is formed. The first male screw 74A provided on the upper part of the screw is screwed together. The first male screw 74A is inserted into the outer fixing hole 46 of the piston leaf springs 41 and 42. In addition, a cylindrical spacer 55 having an open top and bottom is disposed between the support member 51 and the piston plate spring 41 in a state where the first male screw 74A is inserted. Further, an inner washer 56 through which a bolt 49 is inserted and an outer washer 57 through which a first male screw 74A is inserted are disposed between the piston plate spring 41 and the piston plate spring 42. Since both the inner washer 56 and the outer washer 57 are formed in a disk shape and have the same thickness, the piston leaf spring 41 and the piston leaf spring 42 are arranged in parallel. The upper end of the spacer portion 74B of the hexagonal spacer 74 abuts below the piston plate spring 42, and the support member 71 is disposed below the upper end. A second male screw 74 C provided under the hexagonal spacer 74 is inserted into the through hole 73 of the support member 71. Below the support member 71, a high nut 75 is screwed into the second male screw 74C. That is, the support member 71 is sandwiched between the hexagonal spacer 74 disposed on the upper side and the high nut 75 disposed on the lower side. Below the high nut 75, a displacer leaf spring 59 having the same material and shape as the piston leaf springs 41, 42 is disposed. A second male screw 74 C is inserted through the outer fixing hole 46 of the displacer leaf spring 59. Below the displacer leaf spring 59, a hexagon nut 60 is screwed into the second male screw 74C. That is, the displacer leaf spring 59 is sandwiched between the high nut 75 disposed on the upper side and the hexagon nut 60 disposed on the lower side. Other structures are the same as those in the first embodiment.

弾性リング７２は、ディスプレイサー用板バネ５９の振動部６２の上方に配設されているため、ディスプレイサー用板バネ５９の振幅が所定値以上となった時に、ディスプレイサー用板バネ５９の振動部６２が当接し振幅をそれ以上大きくしないためのストッパーとして機能する。 Since the elastic ring 72 is disposed above the vibrating portion 62 of the displacer leaf spring 59, when the amplitude of the displacer leaf spring 59 exceeds a predetermined value, the vibration of the displacer leaf spring 59 is vibrated. The portion 62 abuts and functions as a stopper for preventing the amplitude from increasing further.

ディスプレイサー１８の往復動は、ピストン２６の往復動によって生じるものであり、ディスプレイサー用板バネ５９及びロッド６１により振幅が制御されている。そして、ディスプレイサー１８及びロッド６１の質量と、ディスプレイサー用板バネ５９のバネ定数により決まるディスプレイサー１８系の共振周波数は、ピストン２６及び可動子３２Ｂの質量と、ピストン用板バネ４１，４２の合成バネ定数により決まるピストン２６系の共振周波数と略等しくなるように設定されている。そして、ピストン２６系の共振周波数と略等しい周波数の交流電流で駆動機構３２を駆動することで、ディスプレイサー１８系も共振するので、少ない電力で効率よくピストン２６及びディスプレイサー１８を往復動させることができる。しかしながら、ディスプレイサー１８系が共振することにより、ディスプレイサー１８の振幅が大きくなってしまうことがある。また、ディスプレイサー１８の振動中心がずれることで、正規の振動中心に対し一方向にのみディスプレイサー１８の振幅が大きくなってしまうことがある。ディスプレイサー１８の振幅量が大きくなるということは、ディスプレイサー用板バネ５９の撓みが大きくなることに等しく、ディスプレイサー用板バネ５９がＺ軸線方向に所定量以上変形すると、ディスプレイサー用板バネ５９の振動部６２の上面が弾性リング７２に当接する。 The reciprocating motion of the displacer 18 is caused by the reciprocating motion of the piston 26, and the amplitude is controlled by the displacer leaf spring 59 and the rod 61. The resonance frequency of the display sensor 18 system determined by the mass of the display sensor 18 and the rod 61 and the spring constant of the plate spring 59 for the display sensor is equal to the mass of the piston 26 and the mover 32B and the plate springs 41 and 42 for the piston. It is set to be approximately equal to the resonance frequency of the piston 26 system determined by the composite spring constant. Since the display mechanism 18 also resonates by driving the drive mechanism 32 with an alternating current having a frequency substantially equal to the resonance frequency of the piston 26 system, the piston 26 and the displacer 18 can be reciprocated efficiently with less power. Can do. However, when the display sensor 18 system resonates, the amplitude of the display sensor 18 may increase. Further, the displacement of the vibration center of the displacer 18 may increase the amplitude of the displacer 18 only in one direction with respect to the normal vibration center. An increase in the amplitude of the displacer 18 is equivalent to an increase in the deflection of the displacer leaf spring 59. When the displacer leaf spring 59 is deformed by a predetermined amount or more in the Z-axis direction, the displacer leaf spring is increased. The upper surface of the vibration part 62 of 59 is in contact with the elastic ring 72.

弾性リング７２は、弾性を有することから、ディスプレイサー用板バネ５９が当接した場合に収縮しながら、その当接による衝撃を吸収すると共に、ディスプレイサー用板バネ５９を押し返す抗力が発生する。したがって、弾性リング７２は、ディスプレイサー用板バネ５９に当接による損傷を与えることなくディスプレイサー用板バネ５９の振幅を所定値以下に抑えることができる。この所定値とは、図１に示すように、ディスプレイサー用板バネ５９が水平状態の時の蓋部材２０と吸熱体６との距離Ｄ４よりも小さく設定される。これにより、ディスプレイサー１８蓋部材２０と吸熱体６との衝突を防止することができる。なお、ディスプレイサー用板バネ５９が弾性リング７２に当接することで、ディスプレイサー１８系を一時的に共振状態から逸脱させ、ディスプレイサー１８系の振幅を抑制するが、この原理は実施例１と共通する。また、仮に弾性リング７２がディスプレイサー用板バネ５９の反ディスプレイサー１８側に設けられたとしても、ディスプレイサー１８系の振幅が過大にならないようにすることができるが、弾性リング７２がディスプレイサー用板バネ５９のディスプレイサー１８側に設けられることで、ディスプレイサー１８の蓋部材２０が吸熱体６と衝突する前に、弾性リング７２にディスプレイサー用板バネ５９を確実に当てることができる。この理由も実施例１と共通する。 Since the elastic ring 72 has elasticity, the elastic ring 72 contracts when the displacer leaf spring 59 abuts, absorbs an impact due to the abutment, and generates a drag force that pushes back the displacer leaf spring 59. Therefore, the elastic ring 72 can suppress the amplitude of the displacer leaf spring 59 to a predetermined value or less without causing damage to the displacer leaf spring 59 due to contact. As shown in FIG. 1, the predetermined value is set smaller than the distance D4 between the lid member 20 and the heat absorber 6 when the displacer leaf spring 59 is in a horizontal state. Thereby, the collision between the displacer 18 lid member 20 and the heat absorber 6 can be prevented. In addition, when the plate spring 59 for the displacer abuts against the elastic ring 72, the displacer 18 system is temporarily deviated from the resonance state, and the amplitude of the displacer 18 system is suppressed. Common. Further, even if the elastic ring 72 is provided on the side of the displacer plate spring 59 opposite to the displacer 18, the amplitude of the displacer 18 system can be prevented from becoming excessive, but the elastic ring 72 is not displaceable. By providing the plate spring 59 on the side of the displacer 18, the displacer plate spring 59 can be reliably applied to the elastic ring 72 before the lid member 20 of the displacer 18 collides with the heat absorber 6. This reason is also common to the first embodiment.

また、実施例１と同様に、弾性リング７２の下端からディスプレイサー用板バネ５９までの距離Ｌ３を任意に設定することで、ディスプレイサー１８系の振幅を決定することができる。また、六角スペーサー７４から弾性リング７２までの距離Ｌ４を任意に設定することで、ディスプレイサー用板バネ５９の振動部６２と弾性リング７２との当接位置を決定することができる。なお、距離Ｌ４の最適値が、フリーピストン型スターリングサイクル機関の構造によって異なるのは、実施例１と同様である。 Similarly to the first embodiment, the amplitude of the displacer 18 system can be determined by arbitrarily setting the distance L3 from the lower end of the elastic ring 72 to the displacer leaf spring 59. Further, by arbitrarily setting the distance L4 from the hexagonal spacer 74 to the elastic ring 72, the contact position between the vibrating portion 62 of the displacer leaf spring 59 and the elastic ring 72 can be determined. The optimum value of the distance L4 differs depending on the structure of the free piston type Stirling cycle engine as in the first embodiment.

以上のように、本実施形態のフリーピストン型スターリングサイクル機関は、シリンダ１５と、このシリンダ１５内を軸線Ｚ方向に往復動可能に設けられたピストン２６及びディスプレイサー１８と、このディスプレイサー１８の往復動を制御する板バネとしてのディスプレイサー用板バネ５９と、このディスプレイサー用板バネ５９の周縁部４５と前記シリンダ１５との位置関係を固定する支持手段としての支持部材５１、六角スペーサー７４、スペーサー５５、外側ワッシャ５７、支持部材７１、高ナット７５とを有するフリーピストン型スターリングサイクル機関において、前記ディスプレイサー用板バネ５９の軸線Ｚ方向の変形が所定量になった際に、このディスプレイサー用板バネ５９の振動部６２が当接する当接部としての弾性リング７２が設けられたことにより、ディスプレイサー１８の振幅が大きくなることで、ディスプレイサー用板バネ５９の軸方向の変形が所定量になった際に、このディスプレイサー用板バネ５９の振動部６２が弾性リング７２に当接する。そして、ディスプレイサー用板バネ５９の振動部６２が弾性リング７２に当接すると、ディスプレイサー用板バネ５９の見かけ上のバネ定数が一時的に大きくなって、ディスプレイサー１８系の共振周波数が一時的に変化することで、ディスプレイサー１８系は共振状態から逸脱する。これによって、ディスプレイサー１８の振幅が一時的に小さくなる。そして、ディスプレイサー１８の振幅が小さくなると、ディスプレイサー用板バネ５９が弾性リング７２に当接しなくなるので、駆動機構３２が引き続き共振周波数で駆動されることで、ディスプレイサー１８系は再び共振状態となり、振幅が回復する。このようにして、ディスプレイサー１８系の振幅が過大にならないように制御することができる。 As described above, the free piston type Stirling cycle engine of the present embodiment includes the cylinder 15, the piston 26 and the display server 18 that are reciprocally movable in the axis Z direction within the cylinder 15, and the display server 18. A displacer leaf spring 59 as a leaf spring for controlling reciprocation, a support member 51 as a support means for fixing the positional relationship between the peripheral edge 45 of the displacer leaf spring 59 and the cylinder 15, and a hexagon spacer 74. In the free piston type Stirling cycle engine having the spacer 55, the outer washer 57, the support member 71, and the high nut 75, when the deformation of the displacer leaf spring 59 in the axis Z direction becomes a predetermined amount, the display Elasticity as an abutting portion with which the vibrating portion 62 of the circadian leaf spring 59 abuts When the displacement of the displacer leaf spring 59 reaches a predetermined amount due to an increase in the amplitude of the displacer 18 due to the provision of the ring 72, the vibrating portion of the displacer leaf spring 59 is increased. 62 abuts against the elastic ring 72. When the vibrating portion 62 of the displacer leaf spring 59 contacts the elastic ring 72, the apparent spring constant of the displacer leaf spring 59 temporarily increases, and the resonance frequency of the displacer 18 system temporarily increases. As a result, the displacer 18 system deviates from the resonance state. As a result, the amplitude of the displacer 18 is temporarily reduced. When the amplitude of the displacer 18 is reduced, the displacer leaf spring 59 does not come into contact with the elastic ring 72, so that the drive mechanism 32 is continuously driven at the resonance frequency, so that the displacer 18 system is in the resonance state again. , The amplitude recovers. In this way, it is possible to control so that the amplitude of the displacer 18 system does not become excessive.

また、前記弾性リング７２が、前記ディスプレイサー用板バネ５９の前記ディスプレイサー１８側の面に当接するように設けられることにより、前記ディスプレイサー用板バネ５９の振幅が大きくなった場合や前記ディスプレイサー用板バネ５９の振動中心が前記ディスプレイサー１８側に偏った場合に、前記ディスプレイサー１８の蓋部材２０が膨張室Ｅを構成するケーシング内壁である吸熱体６に衝突する前に、前記ディスプレイサー用板バネ５９の振動部６２を前記弾性リング７２に当接させることができる。 Further, when the elastic ring 72 is provided so as to contact the surface of the displacer leaf spring 59 on the surface of the displacer 18, when the amplitude of the displacer leaf spring 59 is increased, or the display When the vibration center of the plate spring 59 for the scanner is biased toward the display sensor 18 side, the lid member 20 of the display sensor 18 is not subjected to the heat sink 6 that is the inner wall of the casing constituting the expansion chamber E before the display The vibrating portion 62 of the circa leaf spring 59 can be brought into contact with the elastic ring 72.

図７は、本発明の実施例３を示し、上記実施例１及び実施例２と同一部分に同一符号を付し、その詳細な説明を省略して詳述する。本実施例は、実施例１と実施例２を組み合せたものである。なお、六角スペーサー７４及び高ナット７５を用いるため、実施例１の六角スペーサー５３は使用していない。 FIG. 7 shows a third embodiment of the present invention, in which the same parts as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. The present embodiment is a combination of the first embodiment and the second embodiment. In addition, since the hexagonal spacer 74 and the high nut 75 are used, the hexagonal spacer 53 of Example 1 is not used.

本実施例においては、ピストン用板バネ４１，４２及びディスプレイサー用板バネ５９の振幅が共振により所定値以上に大きくなった場合、また、ピストン用板バネ４１，４２及びディスプレイサー用板バネ５９の振動中心が上方にずれた場合に、弾性リング５４及び弾性リング７２により、ピストン２６系の振幅及びディスプレイサー１８系の振幅が過大にならないようにすることができる。そして、これによって、ピストン２６の上面部２６Ｃがシリンダ１５の段部２５に衝突すること、可動子３２Ｂの枠３６がシリンダ１５の下端或いはマウント１６の下面に衝突すること、又はディスプレイサー１８の蓋部材２０が吸熱体６に衝突することを防止できる。これらの原理は、実施例１及び実施例２に記載された通りである。 In the present embodiment, when the amplitudes of the piston leaf springs 41 and 42 and the displacer leaf spring 59 become larger than a predetermined value due to resonance, the piston leaf springs 41 and 42 and the displacer leaf spring 59 When the vibration center is shifted upward, the elastic ring 54 and the elastic ring 72 can prevent the amplitude of the piston 26 system and the amplitude of the displacer 18 system from becoming excessive. As a result, the upper surface portion 26C of the piston 26 collides with the step portion 25 of the cylinder 15, the frame 36 of the mover 32B collides with the lower end of the cylinder 15 or the lower surface of the mount 16, or the lid of the displacer 18. It is possible to prevent the member 20 from colliding with the heat absorber 6. These principles are as described in Example 1 and Example 2.

以上のように、本実施形態のフリーピストン型スターリングサイクル機関は、シリンダ１５と、このシリンダ１５内を軸線Ｚ方向に往復動可能に設けられたピストン２６及びディスプレイサー１８と、前記ピストン２６に取り付けられる可動子３２Ｂを有するリニア電磁機構としての駆動機構３２と、前記ピストン２６の往復動を制御する第一の板バネとしてのピストン用板バネ４１，４２と、前記ディスプレイサー１８の往復動を制御する第二の板バネとしてのディスプレイサー用板バネ５９と、前記ピストン用板バネ４１，４２の周縁部４５及びディスプレイサー用板バネ５９の周縁部４５と前記シリンダ１５との位置関係を固定する支持手段としての支持部材５１、スペーサー５５、外側ワッシャ５７、支持部材７１、六角スペーサー７４及び高ナット７５と、を有するフリーピストン型スターリングサイクル機関において、前記ピストン用板バネ４１，４２の軸線Ｚ方向の変形が所定量になった際に、このピストン用板バネ４１，４２の振動部６２が当接する第一の当接部としての弾性リング５４と、前記ディスプレイサー用板バネ５９の軸線Ｚ方向の変形が所定量になった際に、このディスプレイサー用板バネ５９の振動部６２が当接する第二の当接部としての弾性リング７２が設けられたことにより、ピストン２６系及び／又はディスプレイサー１８系の振幅が過大にならないように制御することができる。したがって、ピストン２６及び／又はディスプレイサー１８の振幅範囲を確実に制限することができる。 As described above, the free piston type Stirling cycle engine of the present embodiment is attached to the cylinder 15, the piston 26 and the displacer 18 that are reciprocally movable in the axis Z direction in the cylinder 15, and the piston 26. A drive mechanism 32 as a linear electromagnetic mechanism having a movable element 32B, piston leaf springs 41 and 42 as first leaf springs for controlling the reciprocation of the piston 26, and reciprocation of the displacer 18. The positional relationship between the displacer leaf spring 59 as the second leaf spring and the peripheral portion 45 of the piston leaf springs 41 and 42 and the peripheral portion 45 of the displacer leaf spring 59 and the cylinder 15 is fixed. Support member 51 as support means, spacer 55, outer washer 57, support member 71, hexagon spacer 4 and a high nut 75, when the deformation of the piston leaf springs 41, 42 in the axis Z direction reaches a predetermined amount, the vibration of the piston leaf springs 41, 42 is vibrated. When the deformation of the elastic ring 54 as the first abutting portion with which the portion 62 abuts and the displacement of the displacer leaf spring 59 in the axis Z direction reaches a predetermined amount, the vibrating portion of the displacer leaf spring 59 By providing the elastic ring 72 as the second abutting portion with which the abutment 62 abuts, the amplitude of the piston 26 system and / or the displacer 18 system can be controlled so as not to become excessive. Therefore, the amplitude range of the piston 26 and / or the displacer 18 can be surely limited.

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において、種々の変形実施が可能である。例えば、弾性リング５４がピストン用板バネ４２の下面に当接し、弾性リング７２がディスプレイサー用板バネ５９の下面に当接するように構成してもよい。また、弾性リング５４がピストン用板バネ４１の上面及びピストン用板バネ４２の下面に当接し、弾性リング７２がディスプレイサー用板バネ５９の上下両面に当接するように構成してもよい。更に、上記各実施例は、冷凍機として用いられるフリーピストン型スターリング機関であるが、発電機等に用いられるフリーピストン型スターリング機関に適用することも可能である。 In addition, this invention is not limited to the said Example, A various deformation | transformation implementation is possible within the range of the summary of this invention. For example, the elastic ring 54 may be in contact with the lower surface of the piston plate spring 42, and the elastic ring 72 may be in contact with the lower surface of the displacer plate spring 59. Further, the elastic ring 54 may be in contact with the upper surface of the piston plate spring 41 and the lower surface of the piston plate spring 42, and the elastic ring 72 may be in contact with the upper and lower surfaces of the displacer plate spring 59. Furthermore, although each said Example is a free piston type Stirling engine used as a refrigerator, it is also possible to apply to the free piston type Stirling engine used for a generator etc.

１５シリンダ
１８ディスプレイサー
２６ピストン
３２駆動機構（リニア電磁機構）
３２Ｂ可動子
４１ピストン用板バネ（板バネ、第一の板バネ）
４２ピストン用板バネ（板バネ、第一の板バネ）
５１支持部材（支持手段）
５３六角スペーサー（支持手段）
５４弾性リング（当接部、第一の当接部）
５５スペーサー（支持手段）
５７外側ワッシャ（支持手段）
５９ディスプレイサー用板バネ（板バネ、第二の板バネ）
６２振動部
７１支持部材（支持手段）
７２弾性リング（当接部、第二の当接部）
７４六角スペーサー（支持手段）
７５高ナット（支持手段） 15 cylinder 18 displacer 26 piston 32 drive mechanism (linear electromagnetic mechanism)
32B Mover 41 Piston spring (plate spring, first plate spring)
42 Piston leaf spring (leaf spring, first leaf spring)
51 Support member (support means)
53 Hexagonal spacer (support means)
54 Elastic ring (contact part, first contact part)
55 Spacer (support means)
57 Outer washer (support means)
59 Displacer leaf spring (leaf spring, second leaf spring)
62 Vibrating portion 71 Support member (support means)
72 Elastic ring (contact part, second contact part)
74 Hexagonal spacer (support means)
75 High nut (support means)

Claims

A cylinder, a piston and a displacer provided so as to be capable of reciprocating in the cylinder in an axial direction, a linear electromagnetic mechanism having a mover attached to the piston, a leaf spring for controlling the reciprocating motion of the piston, In a free piston type Stirling cycle engine having a supporting means for fixing a positional relationship between a peripheral portion of a leaf spring and the cylinder,
A free piston type Stirling cycle engine provided with an abutting portion against which a vibrating portion of the leaf spring abuts when the axial deformation of the leaf spring reaches a predetermined amount.

The free piston type Stirling cycle engine according to claim 1, wherein the abutting portion is provided so as to abut on a surface of the leaf spring on the piston side.

A cylinder, a piston and a displacer provided so as to be capable of reciprocating in the cylinder in the axial direction, a leaf spring for controlling the reciprocating motion of the displacer, and a positional relationship between the peripheral portion of the leaf spring and the cylinder In a free piston type Stirling cycle engine having a supporting means for fixing,
A free piston type Stirling cycle engine provided with an abutting portion against which a vibrating portion of the leaf spring abuts when the axial deformation of the leaf spring reaches a predetermined amount.

The free piston type Stirling cycle engine according to claim 3, wherein the contact portion is provided so as to contact a surface of the leaf spring on the displacer side.

A cylinder, a piston and a displacer provided so as to be capable of reciprocating in the cylinder in an axial direction, a linear electromagnetic mechanism having a mover attached to the piston, and a first leaf spring for controlling the reciprocating motion of the piston A free piston type Stirling cycle comprising: a second leaf spring for controlling the reciprocation of the displacer; and a support means for fixing a positional relationship between the peripheral portions of the first and second leaf springs and the cylinder. In the institution
When the axial deformation of the first leaf spring reaches a predetermined amount, the first contact portion with which the vibration portion of the first leaf spring contacts, and the axial direction of the second leaf spring A free piston type Stirling cycle engine provided with a second abutting portion against which a vibrating portion of the second leaf spring abuts when the deformation reaches a predetermined amount.