JP6689625B2

JP6689625B2 - Free piston type Stirling cycle engine

Info

Publication number: JP6689625B2
Application number: JP2016037391A
Authority: JP
Inventors: 井上　峰幸; 峰幸井上; 淳谷川
Original assignee: Twinbird Corp
Current assignee: Twinbird Corp
Priority date: 2016-02-29
Filing date: 2016-02-29
Publication date: 2020-04-28
Anticipated expiration: 2036-02-29
Also published as: JP2017155611A

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 (for example, refer to Patent Document 1). In such a free piston type Stirling cycle engine, the linear motor is driven 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. As a result, the piston can be efficiently reciprocated with a small amount of electric power. The resonance frequency of the displacer system, which is determined by the mass of the displacer and the spring constant of the leaf spring, is adjusted to be substantially equal to the resonance frequency of the piston system. In a free-piston Stirling engine that receives heat from the outside to reciprocate the piston and displacer to generate electricity by a generator that cooperates with the piston, similarly, the resonance frequencies of the piston system and the displacer system are substantially equal. Is adjusted to

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 the center of vibration of the piston deviates, the mover may collide with the end of the cylinder. Further, when the step portion is formed in the middle portion of the cylinder, the tip portion of the piston may collide with the step portion of the cylinder. Similarly, if the amplitude of the displacer becomes excessive due to resonance or the center of vibration of the displacer shifts, the tip of the displacer may collide with the casing forming the expansion chamber. In order to solve such a problem, it is conceivable to provide a member for absorbing a shock at a place where a collision is expected. However, when the piston, the mover, or the 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 that the piston, the mover, the cylinder, the displacer, Alternatively, the casing may be damaged.

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 which can prevent the amplitude of the piston and the displacer from becoming excessive without damaging the device.

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、この板バネの前記支持手段よりも径方向内側部分である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 is a linear system having a cylinder, a piston and a displacer provided so as to reciprocate in the cylinder in an axial direction, and a mover attached to the piston. Free piston having an electromagnetic mechanism, a leaf spring for controlling the reciprocating movement of the piston, and a support means for fixing the positional relationship between the cylinder and the peripheral edge portion of the leaf spring, which is the inner side in the radial direction of the support means. A type Stirling cycle engine is provided with an abutting portion with which a vibrating portion of the leaf spring comes into contact when the axial deformation of the leaf spring 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。 A free piston Stirling cycle engine according to a second aspect of the present invention is the free piston type Stirling cycle engine according to the first aspect, wherein the abutting portion is provided so as to abut a surface of the leaf 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、この板バネの前記支持手段よりも径方向内側部分である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 a third aspect of the present invention controls a cylinder, a piston and a displacer that are axially reciprocable in the cylinder, and reciprocating motion of the displacer. In a free-piston type Stirling cycle engine having a leaf spring for rotating and a supporting means for fixing the positional relationship between the peripheral edge of the leaf spring and the cylinder, when the axial deformation of the leaf spring reaches a predetermined amount. An abutting portion with which the vibrating portion, which is an inner portion in the radial direction of the supporting means of the leaf spring, abuts, 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。 Further, a free piston type Stirling cycle engine according to a fourth aspect of the present invention is the free piston type Stirling cycle engine according to the third aspect, wherein the abutting portion abuts on a surface of the leaf 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、この第一の板バネの前記支持手段よりも径方向内側部分である振動部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、この第二の板バネの前記支持手段よりも径方向内側部分である振動部が当接する第二の当接部が設けられるものである。 Further, a free piston type Stirling cycle engine according to claim 5 of the present invention comprises a cylinder, a piston and a displacer provided so as to be capable of reciprocating in the axial direction in the cylinder, and a mover attached to the piston. A linear electromagnetic mechanism having, a first leaf spring that controls the reciprocating movement of the piston, a second leaf spring that controls the reciprocating movement of the displacer, and peripheral portions of the first and second leaf springs. In a free piston type Stirling cycle engine having a support means for fixing the positional relationship with the cylinder, when the axial deformation of the first leaf spring reaches a predetermined amount, the first leaf spring is when the first contact portion vibrating portion is a radially inner portion than the support means is in contact, the axial deformation of the second leaf spring reaches a predetermined amount, the second plate bar Of the vibrating portion is a radially inner portion than the support means in which the second abutment portion which abuts 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 deformation of the leaf spring in the axial direction reaches a predetermined amount, the vibrating portion of the leaf spring contacts the contact portion. Then, when the vibrating portion of the leaf spring comes into contact with 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 resonance. This temporarily reduces the amplitude of the piston. Then, when the amplitude of the piston becomes small, the leaf spring does not come into contact with the abutting portion, so that the piston system resonates again and the amplitude is recovered. In this way, the amplitude of the piston system can be controlled so as not to 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 when the amplitude of the leaf spring increases or the center of vibration of the leaf spring moves toward the mover side. When it is biased, the vibrating portion of the leaf spring is brought into contact with the contact portion before the mover collides with the end portion of the cylinder or before the piston collides with the step portion of the cylinder. 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。 Further, 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 abuts the abutting portion. When the vibrating portion of the leaf spring comes into contact with the abutting 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. Then, when the amplitude of the displacer becomes smaller, the leaf spring does not come into contact with the abutting portion, so that the displacer system again resonates and the amplitude is restored. In this way, the amplitude of the displacer system can be controlled so as not to 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。 Further, since the contact portion is provided so as to contact the surface of the leaf spring on the side of the displacer, when the amplitude of the leaf spring is large or the center of vibration of the leaf spring is on the mover side. When the displacer is biased to, 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 forming 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 Due to the bias, when the axial deformation of the first leaf spring reaches a predetermined amount, the vibrating portion of the first leaf spring contacts the contact portion. When the vibrating portion of the first leaf spring comes into contact with the abutting portion, the apparent spring constant of the first leaf spring temporarily increases, and the resonance frequency of the piston system temporarily changes. By changing to, the piston system deviates from the resonance state. This temporarily reduces the amplitude of the piston. Then, when the amplitude of the piston becomes small, the leaf spring does not come into contact with the abutting portion, so that the piston system resonates again and the amplitude is recovered. In this way, the amplitude of the piston system can be controlled so as not to become excessive. In addition, because the amplitude of the second leaf spring increases or the vibration center of the second leaf spring is biased toward the expansion chamber side, the axial deformation of the second leaf spring becomes a predetermined amount. Then, the vibrating portion of the second leaf spring comes into contact with the abutting portion. When the vibrating portion of the second leaf spring comes into contact with the abutting portion, the apparent spring constant of the second leaf spring temporarily increases, and the resonance frequency of the displacer system temporarily changes. The change in the displacer system causes the displacer system to deviate from the resonance state. This temporarily reduces the amplitude of the displacer. Then, when the amplitude of the displacer decreases, the second leaf spring does not contact the contact portion, so that the displacer system resonates again and the amplitude recovers. In this way, the amplitude of the displacer system can be controlled so as not to 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。1 is a sectional view of a free piston type Stirling cycle engine showing a first embodiment of the present invention. 同、要部の拡大断面図である。FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the main part of the same. 同、ピストン用板バネの平面図である。FIG. 3 is a plan view of the leaf spring for a piston of the same. 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 leaf spring for the display device. 同、Ａ−Ａ断面図である。It is the same AA sectional view. 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 important section of the free piston type Stirling cycle engine which shows Example 2 of the present 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 important section of the free piston type Stirling cycle engine which shows Example 3 of the present 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 the accompanying drawings 1 to 7. The examples described below do not limit the content of the invention described in the claims. In addition, not all of the configurations described below are essential requirements of the present invention. The top and bottom of FIG. 1 will be described as the top and bottom of the free piston type Stirling cycle engine.

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。 1-5 shows Example 1 of this 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 absorbing body 6, a bottom plate 7, and a hermetic seal 8. Has been done. The body portion 2, the connecting portion 3, the cylindrical portion 5, and the bottom plate 7 are made of stainless steel or the like. On the other hand, the heat exhausting body 4 and the heat absorbing body 6 are made of copper or the like which is more excellent in 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 body portion 2 is formed in a substantially cylindrical shape with upper and lower ends open. A filling pipe 11 for filling a refrigerant such as helium gas, which is pressurized and sealed in the casing 1, is connected to the lower portion of the side surface of the body portion 2. The filling pipe 11 is sealed after the casing 1 is filled with the refrigerant.

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. A connecting portion through hole 12 that is a through hole is formed in the center of the connecting portion 3.

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 heat exhaust body 4 is formed in a substantially cylindrical shape with both upper and lower ends open, and is fixed by brazing to the upper surface of the edge of the connecting portion through hole 12 formed in the connecting portion 3. The inner surface of the connecting portion 3 and the inner surface of the heat exhausting body 4 are flush with each other.

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 inside the upper portion of the heat exhaust body 4. Then, the inner surface of the cylindrical portion 5 is cut so that the horizontal cross section thereof is accurately circular. As a result, the inner surface of the cylindrical portion 5 acts as a part of the cylinder. A male screw 5A is formed on the outer peripheral surface of the upper end 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 heat absorber 6 is formed in a lid shape having an upper end closed and a 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 thereof. Then, the cylindrical portion 5 and the heat absorber 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. A bottom plate through hole 14 that is a through hole is formed in the center of the bottom plate 7.

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, and 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 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 internal structure of the casing 1 will be described. Inside the lower end side of the cylindrical portion 5, a cylinder 15 made of an aluminum alloy extending to the inside of the body portion 2 is inserted coaxially (axis Z) with respect to the connecting portion 3, the heat exhausting 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 arms 17 are provided at four positions at 90 ° intervals in a plan view. It should be noted that the cylinder 15 and the mount 16 are obtained by performing casting such as die casting using aluminum alloy or the like and then cutting. It is desirable that the mount 16 and the connecting arm portion 17 are integrally formed, but they may be separate bodies.

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 housed slidably in the axis Z direction on the upper end side of the cylinder 15 and inside the cylindrical portion 5. A regenerator 19 is provided inside the displacer 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 has a plurality of lid vent holes 20A. The interior of the displacer 18 and the expansion chamber E are communicated with each other through these lid vent holes 20A. In addition, a shallow groove 18A having a width in the axis Z direction that is wider than the amplitude of the displacer 18 is formed on the side surface of the lower end of the displacer 18, and a plurality of vent holes 18B are formed in this groove 18A. ing. The displacer 18 is made of 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 body 4. Inside the heat exhaust chamber 21, heat exhaust fins 22 are provided. The heat dissipation fins 22 are so-called corrugated fins formed by bending a copper plate. The outer surface of the heat exhaust fin 22 is in heat transfer contact with the inner surface of the heat exhaust body 4. As described above, by providing the exhaust heat fins 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 fins 22 to the heat exhaust body 4. Can be moved to. Moreover, since the voids (not shown) formed between the plates, which the exhaust heat fins 22 themselves have, communicate with each other in the vertical direction and are parallel to the moving direction of the working gas, the working gas is not exhausted. 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 heat exhaust chamber 21 is communicated with the groove 18A and the vent hole 18B formed in the displacer 18 by the first passage 23 formed in the cylinder 15, whereby the exhaust heat chamber 21 and the inside of the displacer 18 are communicated with each other. Are in communication. As described above, by forming the groove 18A in the displacer 18 and providing the vent hole 18B in the groove 18A, the vent hole 18B and the first passage 23 are formed regardless of the position of the reciprocating displacer 18. Can communicate with each other. On the other hand, the lower portion of the exhaust heat chamber 21 communicates with the compression chamber C by the 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 15A 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 through 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 reach the compression chamber C in the cylinder 15. A route to it is formed. The refrigerant as the working gas moves through 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 housed inside the cylinder 15 so as to be slidable in the axis Z direction. At the upper end portion of the piston 26, a small diameter portion 26A formed smaller than the reduced diameter portion 15A of the cylinder 15 and an upper surface portion 26C that is the upper end surface of the piston body 26B that slides on the inner surface of the cylinder 15 are formed. ing. Therefore, when the piston 26 reciprocates, the small diameter portion 26A can slide within the reduced diameter portion 15A 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 26D, which is a lower end portion of the piston 26, is coaxially (axis Z) connected to a drive mechanism 32 as a linear electromagnetic mechanism by a connector 31. The drive mechanism 32 is configured to have a stator 32A and a mover 32B. The stator 32A includes an electromagnetic coil 33, an inner core 34, and an outer core 35. On the other hand, the mover 32B 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 molding iron powder, which is a ferromagnetic material previously coated with an insulator (for example, synthetic resin or ceramics), into an appropriate shape 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 previously coated with an insulating material (for example, synthetic resin, ceramics, etc.), into an appropriate shape and then sintering it. It may be formed by stacking 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 thereof. Further, the other end of the frame 36 is connected to the base end portion 26D of the piston 26. The inner peripheral surface of the outer core 35 of the stator 32A is located close to the outer circumference 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. is 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。 Plate springs 41 and 42 for pistons, which are plate springs that control the operation of the piston 26, are connected to the connection body 31. As shown in FIG. 3, the piston leaf springs 41 and 42 are formed in a thin plate shape having a substantially circular outer shape in a plan view, and a central hole 43, which is a penetrating hole, is formed at the center thereof. Around the center hole 43, a plurality of inner fixing holes 44, which are through holes having a smaller diameter than the center hole 43, are formed. Further, outer fixing holes 46 are formed at four positions at 90 ° intervals in a plan view in a peripheral edge portion 45 which is an outer peripheral portion of the leaf springs 41, 42 for pistons. A notch 47, which is notched in a substantially rectangular shape, is formed between the outer fixing holes 46 adjacent to each other at the peripheral edge of the piston leaf springs 41, 42. Further, the piston leaf springs 41 and 42 are provided with four adjusting holes 48 for adjusting the spring constant to a predetermined numerical value. The leaf springs 41, 42 for piston 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, in the plate springs 41 and 42 for the piston, a bolt 49 is inserted into the inner fixing hole 44, and the bolt 49 is screwed into the inner screw hole 50 formed in the connecting body 31 to connect the connecting body. It is fixed at 31.

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-shaped support member 51 is fixed to the lower end portion 17A of the connecting arm portion 17. The support member 51 is provided with four screw holes 52, which are holes penetrating at 90 ° intervals in a plan view, and the screw holes 52 each have a double screw type hexagonal spacer 53 called a hexagonal stud or the like. The first male screw 53A provided on the upper part of the is screwed.

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 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 the vibrating portion 62 of the piston leaf spring 41 described later, when the amplitude of the piston leaf spring 41 exceeds a predetermined value, the piston leaf spring 41 abuts. 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 silicone or elastomer in order to prevent deformation of the piston leaf spring 41 due to impact when the piston leaf spring 41 abuts and to mitigate collision noise. However, if it is possible to limit the amplitude of the plate spring 41 for piston, prevent deformation due to abutment of the plate spring 41 for piston, and mitigate collision noise, for example, a metal-made wave washer formed in a substantially annular shape. 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 53A is inserted into the outer fixing hole 46 of the plate springs 41, 42 for piston. Further, between the support member 51 and the piston leaf spring 41, a cylindrical spacer 55 having upper and lower openings is arranged with the first male screw 53A inserted therein. Further, an inner washer 56 into which the bolt 49 is inserted and an outer washer 57 into which the first male screw 53A is inserted are disposed between the piston leaf spring 41 and the piston leaf spring 42. Since the inner washer 56 and the outer washer 57 are both 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 the piston leaf spring 41 and 42 shown in FIG. A leaf spring 59 for the sir is provided. In the leaf spring 59 for displacer, the same parts as those of the leaf springs 41, 42 for piston are designated by the same reference numerals. A second male screw 53C provided at the lower portion of the hexagonal spacer 53 is inserted into the outer fixing hole 46 of the leaf spring 59 for the displacer. Below the leaf spring 59 for the displacer, a hexagon nut 60 is provided by being screwed into the second male screw 53C. That is, the displacer leaf spring 59 is sandwiched by the hexagonal spacer 53 arranged on the upper side and the hexagonal nut 60 arranged 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 central hole 43A of the leaf spring 59 for the displacer with a screw. The rod 61 penetrates through the central holes 43 of the piston leaf springs 41 and 42, further penetrates through the central portion of the piston 26, and extends in the axis Z direction, and is connected to the lower end of the displacer 18. Since the displacer 18 is connected to the displacer leaf spring 59 via the rod 61, the operation of the displacer 18 is controlled by the displacer 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, since the first male screw 53 </ b> A is inserted into the outer fixing hole 46 and fixed in the plate leaf springs 41 and 42, the portion radially inside the outer fixing hole 46 vibrates together with the piston 26. It becomes the vibrating section 62. Similarly, since the second male screw 53C is inserted into and fixed to the outer fixing hole 46 of the leaf spring 59 for displacer, the vibrating portion in which a portion radially inside the outer fixing hole 46 vibrates together with the displacer 18. It becomes 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。 Below the leaf spring 59 for the display device, a protective plate 63 sandwiched from above and below by a hexagon nut 60 is fixed to the second male screw 53C. The hexagon spacer 53 and the hexagon nut 60 can be easily tightened with a spanner or the like. As described above, in this embodiment, the positional relationship between the peripheral edge portions 45 of the piston leaf springs 41 and 42 and the cylinder 15 is fixed by the support member 51 as the supporting means, the hexagonal spacer 53, the spacer 55, and the outer washer 57. 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 leaf 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 this 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 in the outer core 35, and a force that reciprocates the permanent magnet 37 in the axis Z direction is generated by the alternating magnetic field. Due to 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, and 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 in the direction toward the piston 26. To be On the other hand, when the piston 26 moves in the direction away from the displacer 18, the inside of the compression chamber C becomes a negative pressure, and the refrigerant in the expansion chamber E causes the lid vent hole 20A, the regenerator 19, the vent hole 18B, the groove 18A, the 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 in a direction away from the piston 26 with a predetermined phase difference. By performing a reversible cycle consisting of two isothermal changes and an isovolume change in such a process, the temperature in the vicinity of the expansion chamber E becomes low, while the temperature in the vicinity of the compression chamber C becomes high.

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。 In this way, the piston 26 reciprocates with the movement of the mover 32B of the drive mechanism 32, and the amplitude is controlled by the piston leaf springs 41 and 42. Then, by driving the drive mechanism 32 at a frequency substantially equal to the resonance frequency of the piston 26 system, which is determined by the mass of the piston 26 and the mover 32B, and the combined spring constant of the plate springs 41, 42 for pistons, it is possible to efficiently use a small amount of electric power. The piston 26 can be reciprocated. However, the resonance of the piston 26 system may increase the amplitude of the piston 26. Further, the vibration center of the piston 26 may be displaced, 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 and 42. When the piston leaf springs 41 and 42 deform in the Z axis direction by a predetermined amount or more, the piston leaf springs are deformed. The upper surface of the vibrating portion 62 of 41 abuts on the elastic ring 54. Since the elastic ring 54 has elasticity, it contracts when the piston leaf spring 41 abuts, absorbs the impact due to the abutment, and generates a reaction force that pushes back the piston leaf spring 41. Therefore, the elastic ring 54 can suppress the amplitude of the piston leaf spring 41 to a predetermined value or less without damaging the piston leaf spring 41 by abutting. As shown in FIGS. 1 and 2, the predetermined value is the distance D1 from the upper surface portion 26C of the piston 26 to the step portion 25 of the cylinder 15 and the frame 36 of the frame 36 when the piston leaf springs 41 and 42 are in the horizontal state. It is set to be 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. Accordingly, it is possible to prevent a collision between the upper surface portion 26C of the piston 26 and the stepped portion 25 of the cylinder 15, a collision between the mount 16 and the frame 36, or a collision between the frame 36 and the cylinder 15.

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 plate spring 41 for piston comes into contact with the elastic ring 54, the plate spring 41 for piston becomes a flexible portion inside the position where the elastic ring 54 comes into contact. That is, in the plate spring 41 for piston, the length of the vibrating portion 62 is shortened. When the length of the vibrating portion 62 is shortened, the apparent spring constant of the piston leaf spring 41, and eventually the combined spring constant of the piston leaf springs 41 and 42, is temporarily increased. Therefore, the resonance frequency of the piston 26 system and the drive frequency of the drive mechanism 32 are temporarily deviated. 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 plate spring 41 for the piston after the piston 26 system reciprocates once does not contact the elastic ring 54. If the piston leaf spring 41 does not come into contact with 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 thus the resonance frequency of the piston 26 system. Restore. Then, since the alternating current of 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 step 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 is mounted on the lower end or the mount of the cylinder 15. It is possible to prevent collision with the lower surface of 16.

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 plate spring 42 for piston, if the plate spring 42 for piston comes into contact with the elastic ring 54, it will deviate from the resonance state as described above. The amplitude of the system can be prevented from becoming excessive. However, if the vibration center of the piston 26 system is deviated 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 leaf spring 42 for the piston abuts the elastic ring 54. Or the frame 36 may collide with the mount 16 or the cylinder 15. On the other hand, in this embodiment, the elastic ring 54 is provided on the piston 26 side of the piston leaf 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 collision 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。 The amplitude of the piston 26 system can be determined by arbitrarily setting the distance L1 from the lower end of the elastic ring 54 to the piston leaf spring 41. Further, the contact position between the vibrating portion 62 of the piston leaf spring 41 and the elastic ring 54 can be determined by arbitrarily setting the distance L2 from the hexagonal spacer 53 to the elastic ring 54. Note that if the distance L2 is increased, the piston leaf spring 41 comes into contact with the elastic ring 54 toward the center portion. Therefore, if the amplitude limit value of the piston 26 system is the same, the distance L1 is necessarily increased. The need arises. Further, since the position of the vibrating portion 62 where the elastic ring 54 is brought into contact is determined by the distance L2, the apparent spring constant of the piston leaf spring 41, and thus the combined spring constant of the piston leaf springs 41 and 42, are also determined. Determined. The optimum value of the distance L2 depends on the structure of the free piston type Stirling cycle engine. That is, how much the composite spring constant of the piston leaf springs 41 and 42 is changed to obtain a high effect of deviating from the resonance 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 the present embodiment, the piston leaf spring 41 is provided with the adjusting hole 48 which is a penetrating hole, but since the elastic ring 54 is formed in a substantially annular shape, the amplitude of the piston leaf spring 41 is constant. When it becomes larger than the above, any part of the vibrating portion 62 of the plate spring 41 for piston is always brought into contact with the elastic ring 54. The shape of the elastic ring 54 can be changed as appropriate as long as it can surely contact 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 mounted on the cylinder 15, the piston 26 and the displacer 18 which are reciprocally movable in the cylinder 15 in the axis Z direction, and the piston 26. The drive mechanism 32 as a linear electromagnetic mechanism having a movable element 32B to be driven, the leaf springs 41, 42 for pistons as leaf springs for controlling the reciprocating movement of the piston 26, and the peripheral edge portion 45 of the leaf springs 41, 42 for piston. In a free piston type Stirling cycle engine having a supporting member 51 as a supporting means for fixing the positional relationship between the cylinder 15 and the cylinder 15, a hexagonal spacer 53, a spacer 55, and an outer washer 57, the axis lines of the leaf springs 41, 42 for the piston are provided. When the deformation in the Z direction reaches a predetermined amount, the piston leaf spring 41 By providing the elastic ring 54 as the contact portion with which the vibrating portion 62 of 42 abuts, the vibrating portion 62 of the piston leaf spring 41 contacts the elastic ring 54 when the amplitude of the piston 26 becomes excessive. In contact with each other, the apparent spring constant of the plate spring 41 for piston, and eventually the combined spring constant of the plate springs 41 and 42 for piston, temporarily increase, and the resonance frequency of the piston 26 system temporarily changes. The system can be brought out of resonance. When the piston 26 system deviates from the resonance state and the amplitude of the piston 26 becomes smaller, the piston leaf spring 41 does not come into contact with the elastic ring 54, so that the drive mechanism 32 is continuously driven at the resonance frequency. The 26th system again resonates and the amplitude is restored. In this way, the amplitude of the piston 26 system can be controlled so as not to 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。 Further, when the elastic ring 54 is provided so as to abut on the surface of the piston leaf spring 41 on the piston 26 side, when the amplitude of the piston leaf springs 41 and 42 becomes large, or When the center of vibration of the leaf springs 41, 42 is biased toward the piston 26 side, before the frame 36 of the mover 32B collides with the end portion of the cylinder 15 or the piston 26 moves in the step of the cylinder 15 The vibrating portion 62 of the piston leaf springs 41 and 42 can be brought into contact with the elastic ring 54 before colliding with the portion 25.

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 designated by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted. In this embodiment, an annular plate-shaped support member 71 is provided between the piston leaf spring 42 and the displacer leaf spring 59, and the lower surface of the radially inner end of the support member 71 serves as a contact member. The elastic ring 72 is provided. The elastic ring 72 is made of the same material and has the same shape as the elastic ring 54 of the first embodiment. Further, the support member 71 is provided with four through holes 73, which are holes penetrating 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。 The mounting structure of the support member 71 will be described. An annular plate-shaped support member 51 is fixed to the lower end portion 17A of the connecting arm portion 17. The support member 51 is provided with four screw holes 52, which are holes penetrating at 90 ° intervals in a plan view, and the screw hole 52 has a double screw type hexagonal spacer 74 called a hexagonal stud or the like. The first male screw 74A provided on the upper part of the is screwed. The first male screw 74A is inserted into the outer fixing hole 46 of the plate springs 41 and 42 for piston. Further, between the support member 51 and the piston leaf spring 41, a cylindrical spacer 55 having upper and lower openings is arranged with the first male screw 74A inserted. Further, an inner washer 56 into which the bolt 49 is inserted and an outer washer 57 into which the first male screw 74A is inserted are disposed between the piston leaf spring 41 and the piston leaf spring 42. Since the inner washer 56 and the outer washer 57 are both 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 is in contact with the lower portion of the leaf spring 42 for piston, and the supporting member 71 is arranged below the upper portion. The second male screw 74C provided at the lower portion of the hexagonal spacer 74 is inserted into the through hole 73 of the support member 71. A high nut 75 is provided below the support member 71 by being screwed into the second male screw 74C. That is, the support member 71 is sandwiched by the hexagonal spacer 74 arranged on the upper side and the high nut 75 arranged on the lower side. Below the high nut 75, a displacer leaf spring 59 made of the same material and having substantially the same shape as the piston leaf springs 41 and 42 is disposed. The second male screw 74C is inserted into the outer fixing hole 46 of the leaf spring 59 for the displacer. A hexagonal nut 60 is provided below the displacer leaf spring 59 by being screwed into the second male screw 74C. That is, the displacer leaf spring 59 is sandwiched between the high nut 75 arranged on the upper side and the hexagon nut 60 arranged on the lower side. The other structure is the same as that of 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 elastic ring 72 vibrates. The portion 62 abuts and functions as a stopper for preventing the amplitude from further increasing.

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 thereof is controlled by the displacer leaf spring 59 and the rod 61. The resonance frequency of the displacer 18 system, which is determined by the masses of the displacer 18 and the rod 61 and the spring constant of the displacer leaf spring 59, is the mass of the piston 26 and the mover 32B and that of the piston leaf springs 41 and 42. It is set to be substantially equal to the resonance frequency of the piston 26 system determined by the combined spring constant. 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 displacer 18 system also resonates, so that the piston 26 and displacer 18 can be efficiently reciprocated with less electric power. You can However, the resonance of the displacer 18 system may increase the amplitude of the displacer 18. Further, the displacement of the vibration center of the displacer 18 may increase the amplitude of the displacer 18 in only one direction with respect to the normal vibration center. An increase in the amount of 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 in the Z-axis direction by a predetermined amount or more, the displacer leaf spring 59 is deformed. The upper surface of the vibrating portion 62 of 59 contacts 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, it contracts when the displacer leaf spring 59 abuts, absorbs the impact due to the abutment, and generates a reaction 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 damaging the displacer leaf spring 59. As shown in FIG. 1, this predetermined value is set to be smaller than the distance D4 between the lid member 20 and the heat absorber 6 when the displacer leaf spring 59 is in the horizontal state. Accordingly, it is possible to prevent a collision between the displacer 18 lid member 20 and the heat absorber 6. Note that the displacer leaf spring 59 contacts the elastic ring 72 to temporarily cause the displacer 18 system to deviate from the resonance state and suppress the amplitude of the displacer 18 system. This principle is the same as that of the first embodiment. Common. Even if the elastic ring 72 is provided on the side opposite to the displacer 18 of the leaf spring 59 for the displacer, it is possible to prevent the amplitude of the displacer 18 system from becoming excessive. Since the leaf spring 59 is provided on the displacer 18 side of the leaf spring 59, the leaf spring 59 for displacer 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。 Further, similar 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 leaf spring 59 for the displacer 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 displacer 18 that are reciprocally movable in the cylinder 15 in the axis Z direction, and the displacer 18. A leaf spring 59 for a display device as a leaf spring for controlling the reciprocating motion, a support member 51 as a support means for fixing the positional relationship between the peripheral edge portion 45 of the leaf spring 59 for a display device and the cylinder 15, and a hexagonal spacer 74. In a free piston type Stirling cycle engine having a spacer 55, an outer washer 57, a support member 71, and a high nut 75, when the display spring plate 59 is deformed in the axial Z direction by a predetermined amount, this display is displayed. Elasticity as an abutting portion with which the vibrating portion 62 of the leaf spring 59 for the servicer abuts Since the displacement of the displacer 18 is increased by the provision of the ring 72, when the axial deformation of the displacer leaf spring 59 reaches a predetermined amount, the vibrating portion of the displacer leaf spring 59 is increased. 62 abuts the elastic ring 72. When the vibrating portion 62 of the displacer leaf spring 59 comes into contact with 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 is temporarily increased. Change, the displacer 18 system departs from the resonance state. This temporarily reduces the amplitude of the displacer 18. Then, when the amplitude of the displacer 18 becomes smaller, the displacer leaf spring 59 does not contact the elastic ring 72, so that the drive mechanism 32 is continuously driven at the resonance frequency, and the displacer 18 system becomes the resonance state again. , The amplitude recovers. In this way, the amplitude of the displacer 18 system can be controlled so as not to 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 come into contact with the surface of the displacer leaf spring 59 on the displacer 18 side, the amplitude of the displacer leaf spring 59 increases or the display is When the center of vibration of the leaf spring 59 for sir deviates to the display sir 18 side, before the cover member 20 of the displacer 18 collides with the heat absorber 6 which is the inner wall of the casing forming the expansion chamber E, the display The vibrating portion 62 of the leaf spring 59 for the sir 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 designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. This embodiment is a combination of the first embodiment and the second embodiment. Since the hexagonal spacer 74 and the high nut 75 are used, the hexagonal spacer 53 of the first embodiment 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 are also used. 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 when the center of vibration of is displaced upward. Then, 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. The member 20 can be prevented from colliding with the heat absorber 6. These principles are as described in Examples 1 and 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 mounted on the cylinder 15, the piston 26 and the displacer 18 which are reciprocally movable in the cylinder 15 in the axis Z direction, and the piston 26. A drive mechanism 32 as a linear electromagnetic mechanism having a movable element 32B to be moved, piston leaf springs 41 and 42 as first leaf springs for controlling the reciprocating movement of the piston 26, and reciprocating movement of the displacer 18. The positional relationship between the displacer leaf spring 59 as the second leaf spring, the peripheral edge portion 45 of the piston leaf springs 41 and 42, and the peripheral edge portion 45 of the displacer leaf spring 59 and the cylinder 15 is fixed. Support member 51 as spacer, spacer 55, outer washer 57, support member 71, hexagonal spacer 4 and a high nut 75, in a free piston type Stirling cycle engine, when the deformation of the piston leaf springs 41, 42 in the axis Z direction reaches a predetermined amount, the piston leaf springs 41, 42 vibrate. When the deformation of the elastic ring 54 as the first abutting portion against 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 contact portion with which 62 abuts, it is possible to control so that the amplitude of the piston 26 system and / or the displacer 18 system does not 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。 The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention. For example, the elastic ring 54 may contact the lower surface of the piston leaf spring 42, and the elastic ring 72 may contact the lower surface of the displacer leaf spring 59. Further, the elastic ring 54 may abut on the upper surface of the piston leaf spring 41 and the lower surface of the piston leaf spring 42, and the elastic ring 72 may abut on the upper and lower surfaces of the displacer leaf spring 59. Further, although each of the above-described embodiments is a free piston type Stirling engine used as a refrigerator, it can be applied to a free piston type Stirling engine used for a generator or the like.

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 leaf spring for piston (leaf spring, first leaf spring)
42 Leaf spring for piston (leaf spring, first leaf spring)
51 support member (support means)
53 Hexagonal spacer (supporting means)
54 Elastic ring (abutting portion, first abutting portion)
55 Spacer (Supporting means)
57 Outer washer (supporting means)
59 Leaf spring for displacer (leaf spring, second leaf spring)
62 vibrating part 71 support member (support means)
72 Elastic ring (contact part, second contact part)
74 Hexagonal spacer (supporting means)
75 High nut (supporting means)

Claims

A cylinder, a piston and a displacer that are axially reciprocally movable in the cylinder, a linear electromagnetic mechanism having a mover attached to the piston, a leaf spring that controls the reciprocating motion of the piston, and In a free piston type Stirling cycle engine having a support means for fixing the positional relationship between the peripheral portion of the leaf spring and the cylinder,
A free part is provided, which is provided with an abutting part with which a vibrating part, which is an inner part in the radial direction of the supporting means of the leaf spring, comes into contact when the axial deformation of the leaf spring reaches a predetermined amount. Piston type Stirling cycle engine.

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 leaf spring on the piston side.

A cylinder, a piston and a displacer that are axially reciprocally movable in the cylinder, a leaf spring that controls reciprocating movement of the displacer, and a positional relationship between the peripheral portion of the leaf spring and the cylinder are described. In a free piston type Stirling cycle engine having a fixing support means,
A free portion is provided, which is provided with an abutting portion with which a vibrating portion, which is a portion radially inward of the supporting means of the leaf spring, comes into contact when the axial deformation of the leaf spring reaches a predetermined amount. Piston type Stirling cycle engine.

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

A cylinder, a piston and a displacer that are axially reciprocable in the cylinder, a linear electromagnetic mechanism having a mover attached to the piston, and a first leaf spring that controls the reciprocating motion of the piston. A free piston type Stirling cycle having a second leaf spring for controlling the reciprocating movement of the displacer, and a support means for fixing the positional relationship between the peripheral portions of the first and second leaf springs and the cylinder. At the institution
A first contact portion with which a vibrating portion, which is a portion radially inward of the supporting means of the first leaf spring, comes into contact when the axial deformation of the first leaf spring reaches a predetermined amount; A second contact portion with which the vibrating portion, which is a portion radially inward of the supporting means of the second leaf spring, comes into contact when the axial deformation of the second leaf spring reaches a predetermined amount A free piston type Stirling cycle engine characterized by being provided with.