【手続補正書】
【提出日】平成16年3月16日(2004.3.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フリーピストン型のスターリング機関であって、
内部に作動ガスが封入された圧力容器と、
前記圧力容器内部に固定されたシリンダと、
前記シリンダ内部に配設されたパワーピストンと、
前記シリンダ内部に前記パワーピストンと同軸上に、支持ばねにて弾性支持されたディスプレーサとを有しており、
前記圧力容器はパワーピストンに対してディスプレーサピストン側に形成された作動空間と、前記パワーピストンに対して前記作動空間と反対側に形成された背圧空間とを有しており、
前記ディスプレーサは前記シリンダ内部を摺動するディスプレーサピストンと、該ディスプレーサピストンに連結固定され、前記パワーピストンの中心部に設けられた摺動孔を貫通するロッドを有しており、
前記ロッドが中空のパイプ形状で形成されていることを特徴とするスターリング機関。
【請求項２】
フリーピストン型のスターリング機関であって、
内部に作動ガスが封入された圧力容器と、
前記圧力容器内部に固定されたシリンダと、
前記シリンダ内部に配設されたパワーピストンと、
前記シリンダ内部に前記パワーピストンと同軸上に、支持ばねにて弾性支持されたディスプレーサとを有しており、
前記圧力容器はパワーピストンに対してディスプレーサピストン側に形成された作動空間と、前記パワーピストンに対して前記作動空間と反対側に形成された背圧空間とを有しており、
前記ディスプレーサは前記シリンダ内部を摺動するディスプレーサピストンと、該ディスプレーサピストンに連結固定され、前記パワーピストンの中心部に設けられた摺動孔を貫通するロッドとを有しており、
前記ディスプレーサを軽量化して共振周波数を高くするため前記ロッドを中空のパイプ形状にしたことを特徴とするスターリング機関。
【請求項３】
前記ディスプレーサピストンは中空部を有しており、
作動ガスを前記ピストン中空部に流入させる１又は２以上の流入孔と、
前記中空部に流入したガスを流出させる１又は２以上の流出孔とを有しており、
前記流入孔は前記ロッドが連結している壁面に外面から前記中空部に向けて貫通しており、
前記流出孔はディスプレーサピストンの側周壁に中空部から外周面に向けて貫通しており、
前記ロッドの中空部を介する作動空間と背圧空間の間の作動ガスの流動を防止する手段を有する請求項１又は請求項２に記載のスターリング機関。
【請求項４】
前記ガスの流動を防止する手段は、前記ディスプレーサピストン中空部と前記ロッド中空部の間のガスの流動を防止する請求項３に記載のスターリング機関。
【請求項５】
フリーピストン型のスターリング機関であって、
内部に作動ガスが封入された圧力容器と、
前記圧力容器内部に固定されたシリンダと、
前記シリンダ内部に配設されたパワーピストンと、
前記シリンダ内部に前記パワーピストンと同軸上に、支持ばねにて弾性支持されたディスプレーサとを有しており、
前記圧力容器はパワーピストンに対してディスプレーサピストン側に形成された作動空間と、前記パワーピストンに対して前記作動空間と反対側に形成された背圧空間とを有しており、
前記ディスプレーサは、前記シリンダ内部を摺動し中空部を有するディスプレーサピストンと、前記パワーピストンの中心部に設けられた摺動孔を貫通するロッドを有しており、
前記ディスプレーサピストンは中空部を有しており、
作動ガスを前記ピストン中空部に流入させる１又は２以上の流入孔と、
前記中空部に流入したガスを流出させる１又は２以上の流出孔を有しており、
前記流入孔は前記ロッドが連結している壁面に外面から前記中空部に向けて貫通しており、
前記流出孔はディスプレーサピストンの中空部から外周面に向けて貫通しており、
前記ロッドは中空のパイプ形状を有しており、該ロッドの周側壁の前記摺動孔と重なる部分に該ロッドの径方向に１又は２以上の中空部から外周部に貫通するガス流出口と、前記ディスプレーサピストンに対して前記流出口よりも離れた位置に、作動空間と背圧空間の間の作動ガスの流動を防止する手段とを有することを特徴とするスターリング機関。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
ディスプレーサ４はディスプレーサピストン４１とロッド４２を有している。ロッド４２はパワーピストン３の中心部に形成された摺動孔３１を貫通しており、パワーピストン３及びディスプレーサピストン４１は、シリンダ内周摺動面２１を滑らかに摺動可能である。また、パワーピストン３はパワーピストン支持ばね５に、ディスプレーサ４はロッド４２を介して、ディスプレーサ支持ばね６によって、圧力容器１に弾性支持されている。
圧力容器１によって形成される空間はパワーピストン３によって２つの空間に分割される。一方の空間はパワーピストン３のディスプレーサ４側の作動空間７であり、他方はパワーピストン３のディスプレーサ４と反対側である背圧空間８である。これらの空間には高圧ヘリウムガス等の作動ガスが充填されている。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
パワーピストン３はピストン駆動体（ここではリニアモータ９）によって所定の周期で往復運動する。これにより作動ガスは作動空間７内で圧縮又は膨張される。ディスプレーサ４は作動空間７と背圧空間８の圧力差によって直線的に往復動される。このときパワーピストン３とディスプレーサ４は、所定の位相差をもって同一周期にて往復動するように設定されている。パワーピストン３とディスプレーサ４を所定の位相差を持って往復運動させることで逆スターリング冷凍サイクルが構成される。ここで位相差は、運転条件が同一であればディスプレーサ４の質量、ディスプレーサ支持ばね６のばね定数及びパワーピストン３の動作周波数によって決まるものである。


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
また、フリーピストン型スターリング機関において、出力（冷凍機の場合は冷凍能力）を向上させるためには、ディスプレーサ４の共振周波数を高くしパワーピストン4の動作周波数を高くする必要がある。


【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
ディスプレーサ４は圧縮空間７１と背圧空間８の圧力差を直線往復動の駆動源としており、背圧空間８に面しているロッド４２には軸方向の力が作用する。ディスプレーサ４の軽量化のためにロッド４２の外径を小さくすると、ロッド４２の強度が落ちてしまい、往復運動を繰り返しているうちに、ロッドに作用する軸方向の力によって変形することがあり得る。ロッド４２に微小な変形を生じた場合、ロッド４２と摺動孔３１のクリアランスが小さいのでロッド４２の微小な変形でもロッド４２と摺動孔３１が干渉してしまい、干渉した箇所で摺動摩擦が発生する。摺動摩擦が発生するとディスプレーサ４及びパワーピストン３の安定した往復運動は望めなくなり、スターリング機関の出力の低下、信頼性の低下、寿命が短くなる等の不具合が発生する。


【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
上記構成によると、前記ロッドの中空部に作動空間から作動ガスが流入することがなくなる。前記ロッドの中空部はディスプレーサが往復動するときに死空間になり作動空間のガスが流入することで、出力が低下する要因となるが、該中空部には作動空間のガスが流入しないので、出力の低下を防ぐことができる。


【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
この構成によると、前記ロッドの周側壁に設けられたガス流出口からガスが流出することで前記ロッドの外周部と前記摺動孔との間にガスベアリングを形成することによって該ロッドと該摺動孔との摺動摩擦を低減できる。また、ロッド中空部を介しての作動空間と背圧空間の間のガス流動を防ぐことができるので、前記流動ロスによる出力の低下を防ぐことができる。


【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
上記目的を達成するために本発明は、フリーピストン型のスターリング機関であって、内部に作動ガスが封入された圧力容器と、前記圧力容器内部に固定されたシリンダと、前記シリンダ内部に配設されたパワーピストンと、前記シリンダ内部に前記パワーピストンと同軸上に、支持ばねにて弾性支持されたディスプレーサとを有しており、前記ディスプレーサは前記シリンダ内部を摺動するディスプレーサピストンと、該ディスプレーサピストンに連結固定され、前記パワーピストンの中心部に設けられた摺動孔を貫通するロッドを有しており、前記ロッドが中空のパイプ形状で構成されていることを特徴とするものである。


【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
シリンダ２によって形成される空間はパワーピストン３によって２つの空間に分割される。一方の空間はパワーピストン３のディスプレーサ４ａ側の作動空間７であり、他方はパワーピストン３のディスプレーサ４ａと反対側である背圧空間８である。これらの空間には、それには限定されないが、ここでは、作動ガスとして高圧ヘリウムガスが充填されている。


【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
パワーピストン３はピストン駆動体（ここではリニアモータ９）によって所定の周期で往復運動する。これにより作動ガスは作動空間７内で圧縮又は膨張される。ディスプレーサ４ａは作動空間７と背圧空間８の圧力差によって直線的に往復動される。このときパワーピストン３とディスプレーサ４ａは、所定の位相差をもって同一周期にて往復動するように設定されている。パワーピストン３とディスプレーサ４ａを所定の位相差をもって往復運動させることで逆スターリング冷凍サイクルが構成される。ここで位相差は、運転条件が同一であればディスプレーサ４ａの質量、ディスプレーサ支持ばね５のばね定数及びパワーピストン３の動作周波数によって決まるものである。


【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７１】
（第４の実施例）
図７に本発明に係るスターリング機関に用いられるディスプレーサのさらに他の例の側断面図を示す。


【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７５】
また、ディスプレーサ４ｆの摺動によって背圧空間８からロッド中空部４２０ｆにガスが流入するのを防止できる。それによって、ガスの作動空間７と背圧空間８の間のガスの流動を防止できる。


【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７８】
第１〜第４の実施例はスターリング冷凍機について述べたが、冷凍機に限定されるものではなく、熱機関であるスターリングエンジン等にも、適用可能である。


【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８１】
さらに本発明によると、ロッドの中空部を介しての膨張空間と背圧空間との間のガスの流動を防止あるいは低減でき、それだけ、出力の低下を防ぐことができるスターリング機関を提供することができる。


【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
【符号の説明】
Ａ、Ｂ  スターリング冷凍機
１  圧力容器
２  シリンダ
３  パワーピストン
３１  摺動孔
４、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｆ  ディスプレーサ
４１、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｆ  ディスプレーサピストン
４１０ａ、４１０ｂ、４１０ｃ、４１０ｄ、４１０ｆ  中空部
４１１ａ、４１１ｂ、４１１ｃ  連結壁部
４１２ａ、４１２ｂ、４１２ｄ、４１２ｆ  雌ねじ部
４１３ｂ、４１３ｃ、４１３ｄ、４１３ｆ  ガス流入孔
４１４ｂ、４１４ｃ、４１４ｄ、４１４ｆ  ガス流出孔
４１５ｃ  ねじ孔
４１６ｃ  雌ねじ部
４２、４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ、４２ｆ  ロッド
４２０ａ、４２０ｂ、４２０ｃ、４２０ｄ、４２０ｆ  中空部
４２１ａ、４２１ｂ、４２１ｃ、４２１ｄ、４２１ｆ  連結部
４２２ａ、４２２ｂ、４２２ｄ、４２２ｆ  雄ねじ部
４２３ｂ、４２３ｃ、４２３ｆ  連結部とは反対側の端部
４２４ｂ、４２４ｆ  ガスシール部材
４２５ｃ  雌ねじ部
４２７ｄ  ガスシール部材
４２８ｆ  ガス流出口
４３ｃ  ボルト
５  パワーピストン支持ばね
６  ディスプレーサ支持ばね
７  作動空間
７１  圧縮空間
７２  膨張空間
８  背圧空間
９  リニアモータ


【手続補正２１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2004108261.tif 000001
【手続補正２２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】削除
【補正の内容】