JP3856695B2

JP3856695B2 - ピストンのセンタリング調整方法

Info

Publication number: JP3856695B2
Application number: JP2001399123A
Authority: JP
Inventors: 富志雄高橋; 克彦寺前
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2001-12-28
Filing date: 2001-12-28
Publication date: 2006-12-13
Anticipated expiration: 2021-12-28
Also published as: JP2003194429A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ピストンのセンタリング調整方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６にスターリングエンジンの一構成例を示す断面構成図を示す。シリンダ４の内周壁面にピストン５とディスプレーサ２が同じ回転軸周りに配設されている。また、ディスプレーサロッド３はピストン５の摺動孔を貫通している。そして、ピストン５およびディスプレーサ２はシリンダ４の内周面を滑らかに往復摺動可能となっている。
【０００３】
シリンダ４は圧力容器１に固定支持され、ディスプレーサ２はディスプレーサロッド３を介してディスプレーサスプリング７によって弾性支持され、また、ピストン５はピストンスプリング６によって弾性支持されている。また、圧力容器１とシリンダ４とにより形成される空間はピストン５によって２つの空間に分割され、１つはディスプレーサ側である作動空間８と、もう１つはディスプレーサと反対側である背面空間９である。
【０００４】
この２つの空間には、高圧ヘリウムガスなどの作動媒体が充満されている。ピストン５は背面空間９に形成されたリニアモータ部のピストン駆動部の駆動により所定周期でシリンダ摺動面１０内にて往復運動を行なう。ディスプレーサ２は作動空間８で圧縮、または、膨張される作動媒体の圧力変化により往復運動される。シリンダ摺動面１０をピストン５が滑らかに往復運動するために、ピストン摺動面１１とシリンダ摺動面１０との間に微小隙間ができるように設計されているが、実際には部品毎の寸法ばらつきや組立の際に生じるずれ等によりピストン５がセンター位置からずれて、ピストンとシリンダ４とが接触する可能性がある。
【０００５】
そのため、ピストン５とシリンダ４との間に摩擦が生じてしまい、機械損失や磨耗粉の発生に繋がるため、スターリングエンジンの性能や信頼性に大きく影響する。これを避けるため、組立工程において、ピストン摺動面１１とシリンダ摺動面１０との接触を低減するように、ピストン５をシリンダ空間内の中央に配置するように調整するピストン５のセンタリング調整方法の工程は必要不可欠である。
【０００６】
スターリングエンジンに用いられるピストン５のセンタリング調製方法の１つとして、ピストン５がシリンダ４に挿入された後、モータに一定電圧を通電して、ピストン５を振動させ、ピストン５が低入力でも最も振動を発生する地点を探索し、ピストン５を締付固定する方法が用いられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記手段を用いてピストンのセンタリング調整方法を行なう場合、モータに一定電圧の通電、ピストン振動感知、ピストン位置検索（低入力でも最も振動する地点の検索）、ピストンの締付固定といった数種の工程が必要となり、センタリング調整だけでも多大な時間を浪費することになる。
【０００８】
特に、ピストン位置検索、固定に関しては、手動で行なうため、人によって手入力でピストン動作が得られる判定や固定の際の誤差が生じ、結果的にピストンのセンタリングが不充分な形となり、エンジンの性能低下に影響を及ぼす可能性がある。また、量産の設備に関しても多大な設備投資が必要になり、製品のコストアップに繋がる。
【０００９】
量産化を実現しかつ製品のコストダウン化を図るためには、ピストンのセンタリング調整を簡素化する必要がある。
【００１０】
本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、調整が容易なピストンのセンタリング調整方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明においては以下の手段を採用する。
【００１２】
本発明のピストンのセンタリング調整方法は、シリンダ内の作動媒体を圧縮するための作動空間と該作動空間とは反対側に位置する背面空間とをリニアモータの駆動により往復運動し、該往復運動により圧縮された作動媒体を内部の加圧室に蓄えてピストン摺動面に設けた噴出口から噴出させることにより、シリンダ摺動面とピストン摺動面との低摩擦化を図るようにして成るピストンを、ピストンスプリングと共に前記リニアモータに組立てる際のセンタリング調整方法であって、前記ピストンの前記背面空間側の面から前記加圧室に通ずるセンタリング用注入ポートを設け、該ピストンを前記シリンダ内に挿入した状態で、前記センタリング用注入ポートを介して前記加圧室にガスを注入し、前記ピストンのセンタリングを行ないながら前記リニアモータに前記ピストンスプリングを介して前記ピストンを固定した後、前記センタリング用注入ポートを塞ぐことを特徴とする。
【００２１】
本発明のピストンのセンタリング調整方法は、シリンダ内の作動媒体を圧縮するための作動空間と作動空間とは反対側に位置する背面空間とを往復運動するピストンのセンタリング調整方法であって、ピストンの背面空間側の面から往復運動によりシリンダの内周面と摺動する摺動面まで連通する連通孔を備え、連通孔の摺動面側の開口が、連通孔の背面空間側の開口からガスを注入して、連通孔からピストンの摺動面とシリンダの摺動面との間に供給したときに、シリンダとピストンとの接触を抑制するような態様で設けられているピストンを、シリンダ内に挿入した状態で、ピストンの背面空間側の開口からガスを注入して、ピストンのセンタリング調整を行なう。
【００２２】
上記のピストンのセンタリング調整方法によれば、ガスをシリンダの摺動面に向かって供給することにより、ガスベアリング効果を利用して、シリンダとピストンの一定距離を保たせることにより、ピストンのセンタリング調整を容易に行なうことができる。
【００２３】
本発明のピストンのセンタリング調整方法は、より好ましくは、先端に凸部構造を有したノズルを、背面空間側の開口近傍の凸部構造に対応する凹部構造に嵌合させて、背面空間側の開口からガスを注入して、ピストンのセンタリング調整を行なう。このようにすることにより、ガスの注入中にノズルがピストンから脱離してしまう不都合を防止することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００２８】
図１は、本実施の形態のピストン５の上面、断面および斜視図である。
本実施の形態のピストン５は、シリンダ摺動面１０とピストン摺動面１１との低摩擦化を図るため、往復運動により圧縮された作動媒体をピストン内部に通す通気口２２、通気口２２から流入した作動媒体を蓄える加圧室１２、その加圧室１２からピストン摺動面１１まで噴出口１３を上側の四方および下側の四方に設置した従来のピストンに、背面空間側のピストン５の表面から加圧室１２まで外部ガスが通るためのセンタリング用注入ポート１４が設置されている。
【００２９】
この構成により、外部ガスを、ピストン５の外側から注入ポート１４を通して、加圧室１２を経て上側の四方および下側の四方に設置されたそれぞれの噴出口１３に同じ流量で噴出させることが可能となる。
【００３０】
次に、本実施の形態のピストンのセンタリング調整方法の概略を図３を用いて説明する。
【００３１】
図３−ａに示すように、上記注入ポート１４を設置したピストン５とマグネットホルダ１５、ピストンスプリング６をピストンボルト１６で固定し、ピストン組品を完成しておく。次に、図３−ｂに示すように、そのピストン組品を圧力容器１内に固定させたシリンダ４内に挿入するが、この時点ではピストン組品と圧力容器１内に固定したモータ部２１とはまだ固定されていないため、ピストン組品はシリンダ４内において前後左右に位置を微小移動させることが可能である。
【００３２】
次に、図３−ｃに示すように、外部からガス１８を注入させるためのノズル１７の先端をピストン５の注入ポート１４に挿入するが、外部ガス１８の注入中にノズル１７が注入ポート１４から外れる危険性を回避するため、図４に示すように、ノズル１７の先端に凸部を２箇所対向配置する。また、注入ポート１４の内部に凸部と合致するような凹部を設ける。それにより、ノズル１７の先端を注入ポート１４に挿入し、ノズル１７の先端の凸部と注入ポート１４の内部の凹部を合致させれば、外部ガス１８の注入中でもノズルが外れる危険性もなくなる。
【００３３】
なお、ノズル１７の先端の凸部と注入ポート１４の凹部との嵌合方法としては、たとえば、注入ポート１４の開口近傍にノズル１７の先端の凸部を挿入可能な切欠部を設けておき、ノズル１７の先端の凸部が、切欠部に沿って挿入され、切欠部の底面に接触した位置で、ノズル１７をノズル１７が延びる方向軸まわりに回転させることにより、ノズル１７の凸部が注入ポート１４の凹部に嵌込まれるような方法が考えられる。
【００３４】
次に、外部ガス１８を一定圧力の下でノズル１７を通して注入ポート１４内に注入する。詳細を図２に示すと、外部ガス１８は、ノズル１７、注入ポート１４、加圧室１２を通り、最終的にそれぞれピストン摺動面１１の上側の四方および下側の四方に設定された噴出口１３から一直線上にシリンダ摺動面１０に向かって外部ガス１８が噴出される。
【００３５】
それぞれの噴出口１３から噴出された外部ガス１８により、その噴出口１３から噴出するガスの延長線上にあるシリンダ摺動面１０に圧力がかかることになる。また、噴出口１３からシリンダ摺動面１０までの距離が小さいほどシリンダ摺動面１０にかかるガスの圧力が大きくなり、距離が大きいとシリンダ摺動面１０にかかるガスの圧力が小さいことになる。
【００３６】
仮に、ピストン５の位置がシリンダ４に対して先端位置からずれていて、一部シリンダ摺動面１０とピストン摺動面１１とが接触していたりすると、そのシリンダ摺動面１１にかかるガスの圧力が噴出口からの距離に反比例する。そのため、他の摺動面と比べてピストン５と接触している摺動面は外部ガス１８により多大な圧力がかかることになる。
【００３７】
そのガス圧力の影響により、固定されていないピストン５はガス圧力の方向と反対側に微小移動を行なう。つまり、それぞれの噴出口１３からのガスによる圧力の均衡をとるために、シリンダ摺動面１０とそれぞれのピストン摺動面１１の上側の四方および下側の四方に設定された噴出口１３との距離はピストンが微小移動することによって、それぞれ一定間隔を確保できるようになった。よって、結果的にシリンダ摺動面１０とピストン摺動面１１の間に一定微小隙間が形成されることになる。
【００３８】
次に、図３−ｄに示すように、外部ガス１８を注入した状態でモータ部２１とピストンスプリング６をスプリングボルト１９で締付固定を行なう。締付固定後、ノズル１７を取出し、ピストン５のセンタリング調整および固定は終了する。しかしながら、注入ポート１４をそのままにし、スターリングエンジンを運転させると、作動媒体が作動空間８から加圧室１２に、注入ポート１４を通って背面空間９に向かって漏れた状態となる。
【００３９】
その結果、ピストン往復運動の振幅中心位置は圧力が低下した作動空間８側へ移動し、作動空間８内の作動媒体圧力低下に伴う低効率化に繋がったり、ピストンの振幅中心位置が初期設定位置からずれることによりピストン５とディスプレーサ７が衝突を起こしたりするなどの問題が生ずる。そのため、センタリング調整終了後、注入ポート１４を塞ぎ、作動媒体が背面空間９に漏れないようにする必要がある。
【００４０】
そこで、図５に示すような注入ポート１４の開口と同じ径の突起物が形成された注入ポート用ボルト２０を用い、ノズル１７を取外した後、注入ポート用ボルト２０を注入ポート１４に挿入し、接着剤等で固定する。
【００４１】
以上で本発明によるピストンのセンタリング調整は終了し、この後は残りの部品を組上げ、作動媒体を圧力容器内に充満させることにより、スターリングエンジンを完成する。
【００４２】
本実施の形態のスターリングエンジン機関用ピストンによれば、スターリングエンジン機関用ピストンに、往復運動により圧縮された作動媒体をピストン内に通す通気口、作動媒体を蓄える加圧室、加圧室内の作動媒体をピストンとシリンダ間摺動部に供給する噴出口に加え、外部から加圧室までのピストンセンタリング用注入ポートを設け、外部から注入ポートを通してガスを注入し、加圧室噴出口を通ってピストン摺動面とシリンダ摺動面との間に噴出させることにより、そのガス圧を利用してシリンダとピストンとの一定距離を保たせることで、ピストンのセンタリング調整を行なう方法である。
【００４３】
この方式を採用することにより、ピストンのセンタリング調整が簡素化され、また、人による誤差がなくなり、確実に短時間でセンタリング調整ができ、その結果、高効率で信頼性の高いスターリングエンジンが得られる。
【００４４】
なお、本実施の形態では、本発明のピストンがエンジンに用いられる例を示したが、本発明のピストンを冷凍機に用いても同様の効果を得ることができる。
【００４５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、ピストンのセンタリング調整を容易にすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態のスターリングエンジンのピストンの概略構成図である。
【図２】実施の形態のスターリングエンジンのピストンに外部ガスを注入したときの、ガスの流れの詳細説明図である。
【図３】実施の形態のスターリングエンジンのピストンのセンタリング調整方法を説明するための図である。
【図４】実施の形態のスターリングエンジンのピストンに外部ガスを注入するためのノズルと、その挿入態様を示す図である。
【図５】実施の形態のスターリングエンジンのピストンの注入ポートを塞ぐための注入ポート用ボードと、その挿入態様を示す図である。
【図６】従来のスターリングエンジンの一構成例を示す断面構成図である。
【符号の説明】
１圧力容器、２ディスプレーサ、３ディスプレーサロッド、４シリンダ、５ピストン、６ピストンスプリング、７ディスプレーサスプリング、８作動空間、９背面空間、１０シリンダ摺動面、１１ピストン摺動面、１２加圧室、１３噴出口、１４ピストンセンタリング用注入ポート、１５マグネットホルダ、１６ピストンボルト、１７ノズル、１８外部ガス、１９スプリングボルト、２０注入ポート用ボルト、２１モータ部、２２通気口。

Claims

シリンダ内の作動媒体を圧縮するための作動空間と該作動空間とは反対側に位置する背面空間とをリニアモータの駆動により往復運動し、該往復運動により圧縮された作動媒体を内部の加圧室に蓄えてピストン摺動面に設けた噴出口から噴出させることにより、シリンダ摺動面とピストン摺動面との低摩擦化を図るようにして成るピストンを、ピストンスプリングと共に前記リニアモータに組立てる際のセンタリング調整方法であって、
前記ピストンの前記背面空間側表面から前記加圧室に通ずるセンタリング用注入ポートを設け、
該ピストンを前記シリンダ内に挿入した状態で、前記センタリング用注入ポートを介して前記加圧室にガスを注入し、前記ピストンのセンタリングを行ないながら前記リニアモータに前記ピストンスプリングを介して前記ピストンを固定した後、前記センタリング用注入ポートを塞ぐことを特徴とする、ピストンのセンタリング調整方法。