(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体を封入したシリンダ内を、膨張空間と圧縮空間とに仕切るディスプレーサピストンを備えた膨張シリンダと、
その膨張シリンダに連通する出力空間を形成するパワーピストンを備えた出力シリンダと、
前記ディスプレーサピストンと前記パワーピストンを、互いに位相差をもって作動するピストン・回転機構部と、
外部の高温熱源の熱を作動流体へ伝えるべく熱交換し、且つ前記の膨張空間と連通する加熱器と、
作動流体の熱を外部の低温熱源へ伝えるべく熱交換し、且つ前記の圧縮空間と連通する冷却器と、
その冷却器および前記の加熱器の間を連通し、且つ温度的には絶縁しつつ作動流体のみを通過可能な再生器と、
その再生器と前記の加熱器と前記の膨張空間との間を連通する三分岐流路を形成する加熱器側パルスコンバータと、
前記の再生器と前記の冷却器と前記の圧縮空間との間を連通する三分岐流路を形成する冷却器側パルスコンバータと、を備え、
前記の三分岐流路は、加熱器側パルスコンバータまたは冷却器側パルスコンバータの動圧によってその流路が選択されるように形成し、
前記の加熱器側パルスコンバータは、前記の再生器から流れる作動流体を主として前記の加熱器へ流入させるとともに、前記の膨張空間から流れる作動流体を主として前記再生器へ流入させるものであり、
前記の冷却器側パルスコンバータは、前記の再生器から流れる作動流体を主として前記冷却器へ流入させるとともに、前記の圧縮空間から流れる作動流体を主として前記再生器へ流入させることとしたスターリング機関。
【請求項２】
前記のディスプレーサピストンにディスプレーサピストンロッドを連結し、前記のパワーピストンにパワーピストンロッドを連結し、
前記のピストン・回転機構部は、前記のディスプレーサピストンロッドを往復運動するディスプレーサ・スコッチ・ヨーク機構と、
前記のパワーピストンロッドを往復運動するパワーピストン・スコッチ・ヨーク機構と、
前記のディスプレーサ・スコッチ・ヨーク機構に対して回転運動を伝達する楕円形状のディスプレーサ楕円ギヤと、
前記のディスプレーサ楕円ギヤに位相差をもって噛み合うとともに、前記のパワーピストン・スコッチ・ヨーク機構に対して回転運動を伝達する、楕円形状をなすパワーピストン楕円ギヤと、
を備えて構成される請求項１に記載のスターリング機関。
【請求項３】
前記のディスプレーサピストンにディスプレーサピストンロッドを連結し、前記パワーピストンにパワーピストンロッドを連結し、
前記のピストン・回転機構部は、前記のディスプレーサピストンロッドを往復運動するとともに、対向して配置した一対の第一ディスプレーサ・スコッチ・ヨーク機構および第二ディスプレーサ・スコッチ・ヨーク機構と、
前記のパワーピストンロッドを往復運動するとともに、対向して配置した一対の第一パワーピストン・スコッチ・ヨーク機構および第二パワーピストン・スコッチ・ヨーク機構と、
前記の第一ディスプレーサ・スコッチ・ヨーク機構に対して正回転運動を伝達する第一ディスプレーサギヤと、
前記の第二ディスプレーサ・スコッチ・ヨーク機構に対して逆回転運動を伝達する第二ディスプレーサギヤと、
前記の第一ディスプレーサギヤに位相差をもって噛み合うとともに、前記の第一パワーピストン・スコッチ・ヨーク機構に対して逆回転運動を伝達する第一パワーピストンギヤと、
前記の第二ディスプレーサギヤに位相差をもって噛み合うとともに、前記の第二パワーピストン・スコッチ・ヨーク機構に対して正回転運動を伝達する第二パワーピストンギヤと、を備えて構成される請求項１または請求項２のいずれかに記載のスターリング機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スターリング機関に関する。より詳しくは、外部との熱交換量を増加し、小さな温度差でも作動するスターリング機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から広く知られているスターリング機関の基本的な動作は、密閉容器内の高温空間と低温空間を仕切る１つのディスプレーサピストンまたは位相差をもって往復動作する２つのパワーピストンによって、容器内の作動流体が高温・低温の両空間を往復する事で容器内流体の圧力が変動し、この圧力変動をパワーピストンにより動力として外部に取出す、または入力する事で成立する。ここで、作動流体は、熱と機械仕事を変換する圧縮性媒体である。
【０００３】
従来のスターリング機関は、例えば、特許文献１に示されている。  スターリング機関の典型であるディスプレーサ型スターリング機関について、図９に基づいて説明する。
このスターリング機関７０は、膨張シリンダ２０と、出力シリンダ３０と、を備えている。前記膨張シリンダ２０と前記出力シリンダ３０は、作動流体１１を封入している。膨張シリンダ２０は、そのシリンダ内を、膨張空間２１と圧縮空間２２とに仕切るディスプレーサピストン２３を備えている。  一方、出力シリンダ３０は、前記膨張シリンダ２０に連通する出力空間３１を形成するパワーピストン３２を備えている。図９では、前記出力空間３１が、前記膨張シリンダ２０の圧縮空間２２に連通している。
【０００４】
前記ディスプレーサピストン２３は、それに連結したディスプレーサピストンロッド２４（以下、「Ｄ・ロッド」という）で往復駆動される。
前記パワーピストン３２は、それに連結したパワーピストンロッド３３（以下、「Ｐ・ロッド」という）で往復駆動される。なお、パワーピストン３２は、作動流体１１の膨張から仕事を取り出す機能と、作動流体１１を圧縮するために仕事を与える機能を有する。
また、前記ディスプレーサピストン２３と前記パワーピストン３２は、ピストン・回転機構部４０によって、互いに位相差をもって動作する構成である。例えば、ディスプレーサピストン２３は、パワーピストン３２より、およそ９０度の位相角で先行して動作するように、機械的に連結されている。
【０００５】
前記ピストン・回転機構部４０としては、いわゆる、スコッチ・ヨーク機構が用いられている。Ｄ・ロッド２４の先端が、ディスプレーサドライブヨーク４２（以下、「Ｄ・ヨーク」という）に連結されており、そのＤ・ヨーク４２に、ディスプレーサドライブスコッチスライダ４３（以下、「Ｄ・スライダ」という）をスライド自在に装着している。Ｄ・スライダ４３は、ディスプレーサドライブギヤ４４（以下、「Ｄ・ギヤ」という）によって回転運動する。
つまり、Ｄ・スライダ４３が回転運動しながら、Ｄ・ヨーク４２内をスライドするので、Ｄ・ヨーク４２が図９において上下方向に往復運動する。したがって、ディスプレーサピストン２３は、前記Ｄ・ヨーク４２に連結したＤ・ロッド２４を介して、図９において上下方向に往復運動することになる。
【０００６】
一方、Ｐ・ロッド３３の先端が、パワーピストンドライブヨーク５２（以下、「Ｐ・ヨーク」という）に連結されており、そのＰ・ヨーク５２に、パワーピストンドライブスコッチスライダ５３（以下、「Ｐ・スライダ」という）をスライド自在に装着している。Ｐ・スライダ５３は、パワーピストンドライブギヤ５４（以下、「Ｐ・ギヤ」という）によって回転運動する。
つまり、Ｐ・スライダ５３が回転運動しながら、Ｐ・ヨーク５２内をスライドするので、Ｐ・ヨーク５２が図９において上下方向に往復運動する。したがって、パワーピストン３２は、前記Ｐ・ヨーク５２に連結したＰ・ロッド３３を介して、図９において上下方向に往復運動することになる。
【０００７】
さらに、前記Ｄ・ギヤ４４と前記Ｐ・ギヤ５４は、ディスプレーサピストン２３が、パワーピストン３２より、およそ９０度の位相角で先行して動作するように噛み合っている。また、Ｐ・ギヤ５４の回転出力軸５５には、フライホイール５６（はずみ車）が設けられている。
【０００８】
膨張シリンダ２０においては、膨張空間２１が、加熱器６１へ連通している。一方、圧縮空間２２が、冷却器６４に連通している。さらに、加熱器６１と冷却器６４とは、再生器６３を介して連通する。
加熱器６１は、外部の高温熱源６２の熱を作動流体１１に伝える流路である。一方、冷却器６４は、外部の低温熱源６５の熱を作動流体１１に伝える流路である。
再生器６３は、前記加熱器６１から再生器６３へ出入りする作動流体１１と、前記冷却器６４から再生器６３へ出入りする作動流体１１と、を熱交換する。このとき、加熱器６１と冷却器６４の間を、温度的には絶縁しつつ、作動流体１１のみを通過させるものである。例えば、構造的には、多数の金属細管束等でなる対向流蓄熱式熱交換器が該当する。
なお、上記の加熱器６１、冷却器６４および再生器６３は、密閉容器の構造である。
【０００９】
作動流体１１は、密閉容器とピストンで囲まれた空間に満たされている。密閉容器とは、膨張空間２１、圧縮空間２２、加熱器６１、再生器６３、冷却器６４、およびそれらを連結する流路からなる。密閉容器は、その容器壁面を通じて外部と熱交換することができる。
ディスプレーサピストン２３が移動しても、前記密閉容器の全体の容積は、変化しない。そのため、密閉容器内の各部における作動流体１１の圧力差は、僅かである。密閉容器内の圧力は、膨張空間２１、圧縮空間２２、加熱器６１、再生器６３、冷却器６４、およびそれらを連結する流路の各部とも、ほぼ同時に上昇および降下に向けて変化する。一方、作動流体１１の温度は、前記各部で大きく変化する。
【００１０】
上記のスターリング機関７０の動作を説明する。
まず、Ｄ・ギヤ４４の回転駆動によって、ディスプレーサピストン２３が、図９において降下すると、圧縮空間２２の低温作動流体１１が押出される。その低温作動流体１１は、冷却器６４、再生器６３、加熱器６１へ順に通過し、高温になって膨張空間２１へ入る。同時に、ボイル・シャルルの法則に従って、密閉容器の全体圧力が上昇する。
すなわち、圧縮空間２２から流出する作動流体１１は、最初に冷却器６４を通過する際に、低温熱源６５で冷却される。次の再生器６３では、逆に予熱される。最後の加熱器６１では、高温熱源６２から、さらなる加熱を受けて高温になって膨張空間２１へ流入する。
【００１１】
パワーピストン３２は、上記の密閉容器内の圧力によって、図９において降下しながら、下死点付近まで機械仕事を出力する。
すなわち、作動流体１１の熱膨張は、主に、加熱器６１と再生器６３の中で発生し、密閉容器の全体圧力が上昇する。すなわち、その上昇した圧力は、冷却器６４、圧縮空間２２、および出力シリンダ３０の出力空間３１へ伝播し、パワーピストン３２を押し下げて機械仕事を出力する。
このとき、作動流体１１は、加熱器６１を通過しながら、高温熱源６２から熱をもらいつつ膨張仕事をするため、膨張空間２１と加熱器６１にある作動流体１１は、温度低下が少なく、高温に保たれる。
【００１２】
次に、Ｄ・ギヤ４４の回転駆動によって、ディスプレーサピストン２３が、図９において上昇すると、膨張空間２１の高温作動流体１１が押出される。その高温作動流体１１は、加熱器６１、再生器６３、冷却器６４へ順に通過し、低温になって圧縮空間２２へ入る。同時に、ボイル・シャルルの法則に従って、密閉容器の全体の圧力が降下する。
すなわち、膨張空間２１から流出する作動流体１１は、最初に加熱器６１を通過する際に、高温熱源６２から過熱される。次の再生器６３では、逆に予冷される。最後の冷却器６４では、冷熱源から、さらなる冷却を受けて低温になって圧縮空間２２へ流入する。
【００１３】
その直後、パワーピストン３２は、Ｐ・ギヤ５４の回転駆動によって、およそ９０度の位相差で、下死点から上昇してくる。そのパワーピストン３２は、圧力低下した密閉容器内の作動流体１１を圧縮する。
すなわち、パワーピストン３２は、圧縮空間２２の作動流体１１を冷却器６４へ押出しながら圧縮する。放熱しながら圧縮するので、圧縮に伴う温度上昇は、断熱圧縮に比べると極めて少ない。
なお、パワーピストン３２は、その圧縮仕事を作動流体１１へ与えるために仕事をする。この圧縮仕事に必要なエネルギは、フライホイール５６に蓄積された回転運動エネルギの一部を利用する。あるいは、多気筒のエンジンである場合のように、他の気筒で発生している仕事エネルギを利用する。
以上のように、スターリング機関は、上記の一連の動作を繰り返すことによって、出力回転軸へ連続した機械仕事を出力することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平９−６８１０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
従来のスターリング機関７０では、加熱器６１および冷却器６４のいずれにおいても、作動流体１１が往復流である。そのために、加熱器６１においては、作動流体１１と高温熱源６２流体が、対向流と並行流を繰り返しながら熱交換していた。また、冷却器６４においても、作動流体１１と低温熱源６５の流体が、対向流と並行流を繰り返しながら熱交換していた。
その結果、加熱器６１および冷却器６４のいずれにおいても、交換熱量を大きくすることができない。  また、再生器６３にも、交換熱量による熱負荷がかかるために、損失が発生する。しかし、加熱器６１および冷却器６４のいずれにおいても、その損失を小さくすることができない。
【００１６】
その理由は、以下の通りである。  すなわち、圧縮空間２２から流出する作動流体１１は、冷却器６４、再生器６３、加熱器６１を通過して高温になって膨張空間２１へ流入する。つまり、作動流体１１は、再生器６３で予熱され、加熱器６１で加熱すべきところ、最初に冷却器６４を通過するために、冷却されることを余儀なくされていたからである。
一方、膨張空間２１から流出する作動流体１１は、加熱器６１、再生器６３、冷却器６４を通過して低温になって圧縮空間２２へ流入する。つまり、作動流体１１は、再生器６３で余冷され、冷却器６４で冷却すべきところ、最初に加熱器６１を通過するために、加熱されることを余儀なくされていたからである。
以上の理由で、低温の熱源を活用してスターリング機関７０を作動することが難しいものであった。
【００１７】
本発明が解決しようとする課題は、外部との熱交換量を増加させることで、これまで排熱としていたような例えば１００℃以下の低い温度の熱量による小さな温度差でも作動するスターリング機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
（第一の発明）
本願における第一の発明は、以下のようなスターリング機関(10)に係る。
すなわち、作動流体(11)を封入したシリンダ内を、膨張空間(21)と圧縮空間(22)とに仕切るディスプレーサピストン(23)を備えた膨張シリンダ(20)と、 膨張シリンダ(20)に連通する出力空間(31)を形成するパワーピストン(32)を備えた出力シリンダ(30)と、 ディスプレーサピストン(23)とパワーピストン(32)を、互いに位相差をもって作動するピストン・回転機構部(40)と、 外部の高温熱源の熱を前記作動流体(11)へ伝えるべく熱交換し、且つ膨張空間(21)と連通する加熱器(61)と、 作動流体(11)の熱を外部の低温熱源へ伝えるべく熱交換し、且つ圧縮空間(22)と連通する冷却器(64)と、 加熱器(61)と冷却器(64)の間を連通し、且つ温度的には絶縁しつつ作動流体(11)のみを通過可能な再生器(63)と、 その再生器(63)と加熱器(61)と膨張空間(21)との間を連通する三分岐流路を形成する加熱器側パルスコンバータ(66)と、 再生器(63)と冷却器(64)と圧縮空間(22)との間を連通する三分岐流路を形成する冷却器側パルスコンバータ(67)と、を備える。
前記の三分岐流路は、加熱器側パルスコンバータまたは冷却器側パルスコンバータの動圧によってその流路が選択されるように形成したものである。
前記の加熱器側パルスコンバータ(66)は、再生器(63)から流れる作動流体(11)を主として加熱器(61)へ流入させるとともに、膨張空間(21)から流れる作動流体(11)を主として再生器(63)へ流入させる。
冷却器側パルスコンバータ(67)は、再生器(63)から流れる作動流体(11)を主として冷却器(64)へ流入させるとともに、圧縮空間(22)から流れる作動流体(11)を主として再生器(63)へ流入させることとしたスターリング機関(10)である。
【００１９】
（用語説明）
「作動流体」とは、熱交換をするための媒体となる流体である。空気、ヘリウム、水素などの気体でもよいし、水、その他の液体でもよい。
【００２０】
（作用）
膨張行程では、ディスプレーサピストン(23)が作動して圧縮空間(22)の作動流体(11)を押出す。その作動流体(11)の大部分は、冷却器側パルスコンバータ(67)によって、冷却器(64)を通過せず、再生器(63)、加熱器(61)を経て高温になって膨張空間(21)へ流入する。密閉容器の全体圧力が上昇する。その密閉容器内の圧力によって、パワーピストン(32)は下死点付近まで機械仕事を出力する。
圧縮行程では、ピストン・回転機構部(40)によって、ディスプレーサピストン(23)が作動して膨張空間(21)の作動流体(11)を押出す。その作動流体(11)の大部分は、加熱器側パルスコンバータ(66)によって、加熱器(61)を通過せず、再生器(63)、冷却器(64)を経て低温になって圧縮空間(22)へ流入する。その直後、パワーピストン(32)は、ピストン・回転機構部(40)によって、位相差をもって下死点から上死点に向けて移動し、圧力低下した密閉容器内の作動流体(11)を圧縮する。
以上の膨張行程と圧縮行程を繰り返して、連続した機械仕事を出力する。加熱器(61)および冷却器(64)において作動流体１１の逆流（往復流）が発生しないので、加熱器(61)および冷却器(64)における交換熱量が増加する。さらに、再生器(63)の熱負荷が低減する。
【００２１】
（第一の発明のバリエーション１）
第一の発明は、以下のようなバリエーションを提供することもできる。
すなわち、  前記のディスプレーサピストン(23)にディスプレーサピストンロッド(24)を連結し、前記パワーピストン(32)にパワーピストンロッド(33)を連結する。
そして、前記のピストン・回転機構部(40)は、前記ディスプレーサピストンロッド(24)を往復運動するディスプレーサ・スコッチ・ヨーク機構(41)と、  前記のパワーピストンロッド(33)を往復運動するパワーピストン・スコッチ・ヨーク機構(51)と、  前記のディスプレーサ・スコッチ・ヨーク機構(41)に対して回転運動を伝達する楕円形状のディスプレーサ楕円ギヤ(45)と、  前記のディスプレーサ楕円ギヤ(45)に位相差をもって噛み合うとともに、前記パワーピストン・スコッチ・ヨーク機構(51)に対して回転運動を伝達する楕円形状のパワーピストン楕円ギヤ(57)と、を備えて構成される。
【００２２】
（作用）
ディスプレーサピストン(23)に連結したディスプレーサピストンロッド(24)は、楕円形状をなすディスプレーサ楕円ギヤ(45)にて、ディスプレーサ・スコッチ・ヨーク機構(41)に対して回転運動を伝達することによって往復動作する。
一方、パワーピストン(32)に連結したパワーピストンロッド(33)は、前記ディスプレーサ楕円ギヤ(45)に位相差をもって噛み合う、楕円形状をなすパワーピストン楕円ギヤ(57)にて、パワーピストン・スコッチ・ヨーク機構(51)に対して回転運動を伝達することによって往復動作する。
上記のように楕円ギヤを使用したので、指圧線図を理想サイクルに近づけることができる。また、楕円ギヤを使用したので、ディスプレーサピストン(23)が上死点または下死点付近の時に、パワーピストン(32)は高速移動する。一方、パワーピストン(32)が上死点または下死点付近の時に、ディスプレーサピストン(23)は高速移動する。
【００２３】
（第一の発明のバリエーション２）
第一の発明は、以下のようなバリエーションを提供することもできる。
すなわち、  前記のディスプレーサピストン(23)にディスプレーサピストンロッド(24)を連結し、前記パワーピストン(32)にパワーピストンロッド(33)を連結する。
そして、前記のピストン・回転機構部(40)は、  前記のディスプレーサピストンロッド(24)を往復運動するとともに、対向して配置した一対の第一ディスプレーサ・スコッチ・ヨーク機構(41ａ)および第二ディスプレーサ・スコッチ・ヨーク機構(41ｂ)と、  前記パワーピストンロッド(33)を往復運動するとともに、対向して配置した一対の第一パワーピストン・スコッチ・ヨーク機構(51ａ)および第二パワーピストン・スコッチ・ヨーク機構(51ｂ)と、  前記第一ディスプレーサ・スコッチ・ヨーク機構(41ａ)に対して正回転運動を伝達する第一ディスプレーサギヤ(45ａ)と、  前記第二ディスプレーサ・スコッチ・ヨーク機構(41ｂ)に対して逆回転運動を伝達する第二ディスプレーサギヤ(45ｂ)と、  前記第一ディスプレーサギヤ(45ａ)に位相差をもって噛み合うとともに、前記第一パワーピストン・スコッチ・ヨーク機構(51ａ)に対して逆回転運動を伝達する第一パワーピストンギヤ(57ａ)と、  前記第二ディスプレーサギヤ(45ｂ)に位相差をもって噛み合うとともに、前記第二パワーピストン・スコッチ・ヨーク機構(51ｂ)に対して正回転運動を伝達する第二パワーピストンギヤ(57ｂ)と、を備えて構成される。
【００２４】
（作用）
ディスプレーサピストン(23)に連結したディスプレーサピストンロッド(24)は、一対の第一ディスプレーサ・スコッチ・ヨーク機構(41ａ)および第二ディスプレーサ・スコッチ・ヨーク機構(41ｂ)で往復動作する。第一ディスプレーサギヤ(45ａ)は、前記第一ディスプレーサ・スコッチ・ヨーク機構(41ａ)に対して正回転運動を伝達し、第二ディスプレーサギヤ(45ｂ)は、前記第二ディスプレーサ・スコッチ・ヨーク機構(41ｂ)に対して逆回転運動を伝達する。したがって、互いに反転する２つの第一ディスプレーサギヤ(45ａ) と第二ディスプレーサギヤ(45ｂ)にて駆動されるので、サイドスラストが発生しない。
一方、パワーピストン(32)に連結したパワーピストンロッド(33)は、一対の第一パワーピストン・スコッチ・ヨーク機構(51ａ)および第二パワーピストン・スコッチ・ヨーク機構(51ｂ)で往復動作する。第一パワーピストンギヤ(57ａ)は、前記第一パワーピストン・スコッチ・ヨーク機構(51ａ)に対して正回転運動を伝達し、第二パワーピストンギヤ(57ｂ)は、前記第二ディスプレーサ・スコッチ・ヨーク機構(51ｂ)に対して逆回転運動を伝達する。したがって、互いに反転する２つの第一パワーピストンギヤ(57ａ) と第二パワーピストンギヤ(57ｂ)にて駆動されるので、サイドスラストが発生しない。
【発明の効果】
【００２５】
請求項１から請求項３に記載の発明によれば、外部との熱交換量を増加し、例えば１００℃以下の低い温度の流体による小さな温度差を介しても作動するスターリング機関を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態のスターリング機関を示す概略的な構成図である。
【図２】本発明の実施形態のスターリング機関を示すもので、単気筒同軸ガンマ型の概略的な構成図である。
【図３】図２のスターリング機関における動作を示すもので、（Ａ），（Ｂ）は膨張行程を示し、（Ｃ），（Ｄ）は圧縮行程を示す概略図である。
【図４】（Ａ）は、膨張行程時の冷却器側パルスコンバータにおける作動流体の流れを示し、（Ｂ）は、膨張行程時の加熱器側パルスコンバータにおける作動流体の流れを示す概略説明図である。
【図５】（Ａ）は、圧縮行程時の冷却器側パルスコンバータにおける作動流体の流れを示し、（Ｂ）は、圧縮行程時の加熱器側パルスコンバータにおける作動流体の流れを示す概略説明図である。
【図６】本発明の実施形態のスターリング機関における１サイクル温度履歴（定性的変化）を示す指圧線図である。
【図７】本発明における他の実施形態のピストン・回転機構部を示す概略的な側面図である。
【図８】本発明における他の実施形態のピストン・回転機構部を正面から視た概略的な動作説明図である。
【図９】従来のスターリング機関を示す概略的な構成図である。
【図１０】従来のスターリング機関における１サイクル温度履歴（定性的変化）を示す指圧線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
この実施形態に係るスターリング機関１０は、ディスプレーサ型である。図１に示すように、膨張シリンダ２０と、出力シリンダ３０と、を備えている。前記膨張シリンダ２０と前記出力シリンダ３０は、作動流体１１を封入している。膨張シリンダ２０は、そのシリンダ内を、膨張空間２１と圧縮空間２２とに仕切るディスプレーサピストン２３を備えている。一方、出力シリンダ３０は、前記膨張シリンダ２０に連通する出力空間３１を形成するパワーピストン３２を備えている。図１では、前記出力空間３１が、前記膨張シリンダ２０の膨張空間２１に連通している。
なお、作動流体１１は、熱と機械仕事を交換するための媒体であり、空気、ヘリウム、水素などの気体、または水、その他の液体を用いることができる。
【００２８】
前記ディスプレーサピストン２３は、それに連結したディスプレーサピストンロッド２４（以下、「Ｄ・ロッド」という）で往復駆動される。
前記パワーピストン３２は、それに連結したパワーピストンロッド３３（以下、「Ｐ・ロッド」という）で往復駆動される。なお、パワーピストン３２は、作動流体１１の膨張から仕事を取り出す機能と、作動流体１１を圧縮するために仕事を与える機能を有する。
【００２９】
また、前記ディスプレーサピストン２３と前記パワーピストン３２は、ピストン・回転機構部４０によって、互いに位相差をもって動作する構成である。例えば、ディスプレーサピストン２３は、パワーピストン３２より、およそ９０度ほどの位相角で先行して動作するように、機械的に連結されている。
【００３０】
前記ピストン・回転機構部４０としては、いわゆる、スコッチ・ヨーク機構が用いられている。
ディスプレーサ・スコッチ・ヨーク機構４１としては、Ｄ・ロッド２４の先端が、ディスプレーサドライブヨーク４２（以下、「Ｄ・ヨーク」という）に連結されており、そのＤ・ヨーク４２に、ディスプレーサドライブスコッチスライダ４３（以下、「Ｄ・スライダ」という）をスライド自在に装着している。Ｄ・スライダ４３は、ディスプレーサドライブギヤ４４（以下、「Ｄ・ギヤ」という）によって回転運動する。
つまり、Ｄ・スライダ４３が回転運動しながら、Ｄ・ヨーク４２内をスライドするので、Ｄ・ヨーク４２が図１において上下方向に往復運動する。したがって、ディスプレーサピストン２３は、前記Ｄ・ヨーク４２に連結したＤ・ロッド２４を介して、図１において上下方向に往復運動することになる。
【００３１】
一方、パワーピストン・スコッチ・ヨーク機構５１としては、Ｐ・ロッド３３の先端が、パワーピストンドライブヨーク５２（以下、「Ｐ・ヨーク」という）に連結されており、そのＰ・ヨーク５２に、パワーピストンドライブスコッチスライダ５３（以下、「Ｐ・スライダ」という）をスライド自在に装着している。Ｐ・スライダ５３は、パワーピストンドライブギヤ５４（以下、「Ｐ・ギヤ」という）によって回転運動する。
つまり、Ｐ・スライダ５３が回転運動しながら、Ｐ・ヨーク５２内をスライドするので、Ｐ・ヨーク５２が図１において上下方向に往復運動する。したがって、パワーピストン３２は、前記Ｐ・ヨーク５２に連結したＰ・ロッド３３を介して、図１において上下方向に往復運動することになる。
【００３２】
さらに、前記Ｄ・ギヤ４４と前記Ｐ・ギヤ５４は、ディスプレーサピストン２３が、パワーピストン３２より、およそ９０度の位相角で先行して動作するように噛み合っている。また、Ｐ・ギヤ５４の回転出力軸５５には、フライホイール５６（はずみ車）が設けられている。
【００３３】
膨張シリンダ２０においては、膨張空間２１が、加熱器６１へ連通している。一方、圧縮空間２２が、冷却器６４へ連通している。さらに、加熱器６１と冷却器６４とは、再生器６３を介して連通する。これに加えて、前記加熱器６１と前記再生器６３と前記膨張空間２１は、三分岐流路である加熱器側パルスコンバータ６６を介して連通している。さらに加えて、前記冷却器６４と前記再生器６３と前記圧縮空間２２は、三分岐流路である冷却器側パルスコンバータ６７を介して連通している。
【００３４】
加熱器６１は、外部の高温熱源６２の熱を作動流体１１に伝える流路である。一方、冷却器６４は、外部の低温熱源６５の熱を作動流体１１に伝える流路である。
再生器６３は、前記加熱器６１から再生器６３へ出入りする作動流体１１と、前記冷却器６４から再生器６３へ出入りする作動流体１１と、を熱交換する。このとき、加熱器６１と冷却器６４の間を、温度的には絶縁しつつ、作動流体１１のみを通過させるものである。例えば、構造的には、多数の金属細管束等でなる対向流蓄熱式熱交換器が該当する。
【００３５】
加熱器側パルスコンバータ６６は、前記再生器６３から流れる作動流体１１を主として前記加熱器６１へ流入するとともに、前記膨張空間２１から流れる作動流体１１を主として前記再生器６３へ流入する構成である。
冷却器側パルスコンバータ６７は、前記再生器６３から流れる作動流体１１を主として前記冷却器６４へ流入するとともに、前記圧縮空間２２から流れる作動流体１１を主として前記再生器６３へ流入する構成である。
なお、上記の加熱器６１、冷却器６４、再生器６３、加熱器側パルスコンバータ６６および冷却器側パルスコンバータ６７は、密閉容器の構造である。
【００３６】
作動流体１１は、密閉容器とピストンで囲まれた空間に満たされている。密閉容器とは、膨張空間２１、圧縮空間２２、加熱器６１、再生器６３、冷却器６４、加熱器側パルスコンバータ６６、冷却器側パルスコンバータ６７、およびそれらを連結する流路からなる。密閉容器は、その容器壁面を通じて外部と熱交換することができる。
【００３７】
ディスプレーサピストン２３が移動しても、前記密閉容器の全体の容積は、変化しない。そのため、密閉容器内の各部における作動流体１１の圧力差は、僅かである。密閉容器内の圧力は、膨張空間２１、圧縮空間２２、加熱器６１、再生器６３、冷却器６４、加熱器側パルスコンバータ６６、冷却器側パルスコンバータ６７、およびそれらを連結する流路の各部とも、ほぼ同時に上昇および降下に向けて変化する。一方、作動流体１１の温度は、前記各部で大きく変化する。
【００３８】
次に、本実施形態のスターリング機関１０の具体的な実施例について説明する。
図２は、単気筒同軸ガンマ型のスターリング機関１０を示している。断面円形のエンジン本体を兼ねている膨張シリンダ２０の内部には、円筒形状のディスプレーサピストン２３が、図２において上下動自在に収納され、膨張空間２１と圧縮空間２２とに仕切っている。出力シリンダ３０は、前記ディスプレーサピストン２３の中央に形成される。ディスプレーサピストン２３の下部は、出力シリンダ３０の延長となる円筒形状のＤ・ロッド２４が連結されている。
【００３９】
パワーピストン３２は、前記出力シリンダ３０内へ図２において上下動自在に収納され、出力空間３１を形成しており、連結したＰ・ロッド３３で往復駆動される。前記出力空間３１は、前記膨張シリンダ２０の膨張空間２１に連通する。
ディスプレーサピストン２３とパワーピストン３２は、ピストン・回転機構部４０ａによって、互いに位相差をもって動作する。
【００４０】
ピストン・回転機構部４０ａは、Ｄ・ギヤ４４およびＰ・ギヤ５４が楕円形状をなす楕円ギヤであり、スコッチ・ヨーク機構を用いている。基本的には、前述したピストン・回転機構部４０と同様であるので、詳しい説明は省略し、主として異なる点を説明する。
【００４１】
楕円形状をなす、ディスプレーサドライブ楕円ギヤ４５（以下、「Ｄ・楕円ギヤ」という）は、前述したＤ・ギヤ４４に替わるもので、前記ディスプレーサ・スコッチ・ヨーク機構４１に対して回転運動を伝達する。
一方、楕円形状をなす、パワーピストンドライブ楕円ギヤ５７（以下、「Ｐ・楕円ギヤ」という）は、前述したＰ・ギヤ５４に替わるもので、前記Ｄ・楕円ギヤ４５に、本実施形態では９０度の位相差をもって噛み合うとともに、前記パワーピストン・スコッチ・ヨーク機構５１に対して回転運動を伝達する。
【００４２】
上記のように、楕円形状をなすＤ・楕円ギヤ４５と、楕円形状をなすＰ・楕円ギヤ５７を使用したので、図６に示す指圧線図を理想サイクルに近づけることができる。
また、Ｄ・楕円ギヤ４５と、Ｐ・楕円ギヤ５７を使用したので、ディスプレーサピストン２３が上死点または下死点付近の時に、パワーピストン３２は高速移動する。一方、パワーピストン３２が上死点または下死点付近の時に、ディスプレーサピストン２３は高速移動する。
【００４３】
加熱器６１は、複数のＵ字管６１ａが、膨張空間２１へ連通するように、膨張シリンダ２０の図２において上壁部の上方に配置される。外部の高温熱源６２の熱が、複数のＵ字管６１ａの周囲を通過し、各Ｕ字管６１ａ内の作動流体１１が加熱される。
冷却器６４は、複数のＵ字管６４ａが、圧縮空間２２へ連通するように、膨張シリンダ２０の図２において下壁部の下方に配置される。外部の低温熱源６５の熱が、複数のＵ字管６４ａの周囲を通過し、各Ｕ字管６４ａ内の作動流体１１が冷却される。
再生器６３は、膨張シリンダ２０の円筒形状の側壁部内に設けられ、その両側が膨張空間２１と圧縮空間２２へ連通する。加熱器６１の複数のＵ字管６１ａおよび冷却器６４の複数のＵ字管６４ａと、同じ数を設けている。
【００４４】
加熱器側パルスコンバータ６６は、再生器６３の加熱器側出口から流出する作動流体１１が、膨張空間２１を通過して、加熱器６１のＵ字管６１ａの入口へ流入する方向となるように、前記加熱器６１の各Ｕ字管６１ａを配置する。したがって、その構造は、再生器６３の加熱器側出口と膨張空間２１を連通し、再生器６３の加熱器側出口と加熱器６１を連通し、加熱器６１と膨張空間２１を連通する三分岐流路である。
【００４５】
冷却器側パルスコンバータ６７は、再生器６３の冷却器側出口から流出する作動流体１１が、圧縮空間２２を通過して、冷却器６４のＵ字管６４ａの入口へ流入する方向となるように、前記冷却器６４の各Ｕ字管６４ａを配置する。したがって、その構造は、再生器６３の冷却器側出口と圧縮空間２２を連通し、再生器６３の冷却器側出口と冷却器６４を連通し、冷却器６４と圧縮空間２２を連通する三分岐流路である。
【００４６】
つまり、加熱器側パルスコンバータ６６および冷却器側パルスコンバータ６７のいずれにおいても、再生器６３の再生器６３の両端にて、その流入と流出では異なる分岐流路を選択しながら、作動流体１１が流れる。そのため、加熱器６１および冷却器６４のいずれの作動流体１１も、僅かな逆流はあるとしても、その大部分は、断続的な一方通行の流れとなる構造である。
【００４７】
上記の図１と図２の両方のスターリング機関１０，１０ａの動作を説明する。なお、図２のスターリング機関１０については、図３（Ａ）〜（Ｄ）を併せて参照する。
まず、膨張行程時について説明する。Ｄ・ギヤ４４の回転駆動によって、ディスプレーサピストン２３が、図１、図２および図３（Ａ）において降下すると、圧縮空間２２の低温作動流体１１が押出される。その低温作動流体１１の大部分は、冷却器側パルスコンバータ６７の分岐流路特性によって、冷却器６４を通過せず、再生器６３、加熱器６１へ順に通過する。
【００４８】
冷却器側パルスコンバータ６７では、図４（Ａ）に示すように、低温作動流体１１は、冷却器６４のＵ字管６４ａ〔(1)'→(1)〕を通らず、その大部分が再生器６３へ直接入る流路(2)を通る。その理由は、前記流路(2)に比べて、冷却器６４のＵ字管６４ａを通る流路〔(1)'→(1)〕の方が、圧力損失が高いからである。
【００４９】
再生器６３では、作動流体１１が予熱される。次の加熱器６１では、高温熱源６２から、対向流熱交換に近い、さらなる加熱を受けて高温になって膨張空間２１へ流入する。同時に、ボイル・シャルルの法則に従って、密閉容器の全体圧力が上昇する。
なお、再生器６３から流出する作動流体１１は、加熱器側パルスコンバータ６６の分岐流路特性によって、その大部分が加熱器６１を通過する。再生器６３から直接、膨張空間２１へ流入する作動流体１１は、僅かである。
【００５０】
加熱器側パルスコンバータ６６では、図４（Ｂ）に示すように、作動流体１１は、再生器６３から出る時、膨張空間２１へ直接流出する流路(2)ではなく、加熱器６１のＵ字管６１ａ〔(1)→(1)'〕を通る。その理由は、再生器６３の出口動圧が、加熱器６１のＵ字管６１ａの圧力損失以上だからである。
【００５１】
パワーピストン３２は、上記の密閉容器内の圧力によって、図１、図２および図３（Ｂ）において降下しながら、下死点付近まで機械仕事を出力する。
すなわち、作動流体１１の熱膨張は、主に、加熱器６１と再生器６３の中で発生し、密閉容器の全体圧力が上昇する。すなわち、その上昇した圧力は、冷却器６４、圧縮空間２２、および出力シリンダ３０の出力空間３１へ伝播し、パワーピストン３２を押し下げて機械仕事を出力する。
このとき、作動流体１１は、加熱器６１を通過しながら、高温熱源６２から熱をもらいつつ膨張仕事をするため、膨張空間２１と加熱器６１にある作動流体１１は、温度低下が少なく、高温に保たれる。
【００５２】
次に、圧縮行程について説明する。Ｄ・ギヤ４４の回転駆動によって、ディスプレーサピストン２３が、図１、図２および図３（Ｃ）において上昇すると、膨張空間２１の高温作動流体１１が押出される。その高温作動流体１１の大部分は、加熱器側パルスコンバータ６６の分岐流路特性によって、加熱器６１を通過せず、再生器６３、冷却器６４へ順に通過する。
【００５３】
加熱器側パルスコンバータ６６では、図５（Ｂ）に示すように、高温作動流体１１は、加熱器６１のＵ字管６１ａ〔(1)'→(1)〕を通らず、その大部分が再生器６３へ直接入る流路(2)を通る。その理由は、前記流路(2)に比べて、加熱器６１のＵ字管６１ａを通る流路〔(1)'→(1)〕の方が、圧力損失が高いからである。
【００５４】
再生器６３では、作動流体１１が予冷される。次の冷却器６４では、低温熱源６５から、対向流熱交換に近い、さらなる冷却を受けて低温になって圧縮空間２２へ流入する。同時に、ボイル・シャルルの法則に従って、密閉容器の全体圧力が上昇する。
なお、再生器６３から流出する作動流体１１は、冷却側パルスコンバータの分岐流路特性によって、その大部分が冷却器６４を通過する。再生器６３から直接、圧縮空間２２へ流入する作動流体１１は、僅かである。
【００５５】
冷却器側パルスコンバータ６７では、図５（Ａ）に示すように、作動流体１１は、再生器６３から出る時、圧縮空間２２へ直接流出する流路(2)ではなく、冷却器６４のＵ字管６４ａ〔(1)→(1)'〕を通る。その理由は、再生器６３の出口動圧が、冷却器６４のＵ字管６４ａの圧力損失以上だからである。
【００５６】
その直後、パワーピストン３２は、Ｐ・ギヤ５４の回転駆動によって、およそ９０度の位相差で、下死点から図１、図２および図３（Ｄ）において上昇してくる。そのパワーピストン３２は、圧力低下した密閉容器内の作動流体１１を圧縮する。
すなわち、パワーピストン３２は、膨張空間２１の高温作動流体１１を押出し、加熱器側パルスコンバータ６６、再生器６３、冷却器６４へ順に通過させながら圧縮する。放熱しながら圧縮するので、圧縮に伴う温度上昇は、断熱圧縮に比べると極めて少ない。
なお、パワーピストン３２は、その圧縮仕事を作動流体１１へ与えるために仕事をする。この圧縮仕事に必要なエネルギは、フライホイール５６に蓄積された回転運動エネルギの一部を利用する。あるいは、多気筒のエンジンである場合のように、他の気筒で発生している仕事エネルギを利用する。
【００５７】
スターリング機関１０は、上記の一連の膨張行程と圧縮行程の動作を繰り返すことによって、出力回転軸へ連続した機械仕事を出力する。
【００５８】
以上のように、加熱器６１および冷却器６４において作動流体１１の逆流（往復流）が発生しないことで、次に示す効果を奏する。
（１）加熱器６１および冷却器６４における交換熱量が増加する。
加熱器６１においては、作動流体１１と高温熱源６２流体が、対向流熱交換するために、熱交換量を大きくすることができる。一方、冷却器６４においては、作動流体１１と低温熱源６５の流体が、対向流熱交換するために、熱交換量を大きくすることができる。
また、加熱器６１においては、作動流体１１と高温熱源６２の温度差が大きくなるので、加熱器６１の交換熱量が増加する。その理由は、再生器６３から加熱器６１へ入る作動流体温度が、在来の往復流式に比べて低いからである。
一方、冷却器６４においては、作動流体１１と低温熱源６５の温度差が大きくなるので、冷却器６４の交換熱量が増加する。その理由は、再生器６３から冷却器６４へ入る作動流体温度が、従来の往復流式に比べて高いからである。
【００５９】
（２）再生器６３の熱負荷が低減される。
再生器６３にも、交換熱量による熱負荷がかかるために、損失が発生する。すなわち、再生器６３には効率があり、熱交換効率η、１サイクル当たりの交換熱量ＱＲとすると、１サイクル当たりの損失（１・η）・ＱＲが発生する。もし、交換熱量ＱＲを小さくできれば、損失も低下する。
本実施形態のスターリング機関１０では、従来のスターリング機関１０の交換熱量ＱＲに対して交換熱量を０．３×ＱＲ程度に減らすことができた。したがって、損失も、０．３×（１・η）・ＱＲ程度へ低下することができた。
【００６０】
上記の効果は、図６および図１０を比較すると、明らかである。
図６は、本実施形態のスターリング機関１０の各部の１サイクル温度履歴（定性的変化）を示す指圧線図である。一方、図１０は、従来のスターリング機関１０の各部の１サイクル温度履歴（定性的変化）を示す指圧線図である。いずれの図においても、同じ符号で表している。
本実施例は、従来に比べて、再生器６３の温度差ΔＴＲが、大幅に縮まるので、再生器６３の無負荷軽減に大きく寄与する。
また、本実施例は、熱源と作動流体１１の熱交換が、対向流になる。例えば、高温熱源６２の側は、９から１０の矢印方向であり、作動流体１１の側は３の矢印方向である。本実施例は、従来に比べて、前記各矢印方向が、ほぼ平行に対向している。つまり、高温熱源６２の温度差ΔＴＨＳを、大きく取れるので、排熱等の低温度利用にも適した特性を示すものである。
【００６１】
次に、前述したピストン・回転機構部に関する他の実施形態について説明する。
他の実施形態のピストン・回転機構部４０ｂとしては、図７および図８に示すように、前記Ｄ・ロッド２４を往復運動する一対の第一ディスプレーサ・スコッチ・ヨーク機構４１ａ（以下、「第一Ｄ・スコッチ・ヨーク機構」という）および第二ディスプレーサ・スコッチ・ヨーク機構４１ｂ（以下、「第二Ｄ・スコッチ・ヨーク機構」という）と、を設けることができる。基本的な構造は、前述したディスプレーサ・スコッチ・ヨーク機構４１と同様である。
【００６２】
第一Ｄ・スコッチ・ヨーク機構４１ａと、第二Ｄ・スコッチ・ヨーク機構４１ｂは、Ｄ・ロッド２４を挟んで対向する位置に設けられている。すなわち、Ｄ・ロッド２４の先端を連結した、一つのＤ・ヨーク４２には、第一Ｄ・スライダ４３ａと、第二Ｄ・スライダ４３ｂが、Ｄ・ロッド２４を挟んで対向する位置でスライド自在に装着されている。
【００６３】
さらに、前記Ｄ・ヨーク４２に対しては、前記第一Ｄ・スライダ４３ａを介して回転運動を伝達する第一ディスプレーサ楕円ギヤ４５ａ（以下、「第一Ｄ・楕円ギヤ」という）と、前記第二Ｄ・スライダ４３ｂを介して回転運動を伝達する第二ディスプレーサ楕円ギヤ４５ｂ（以下、「第二Ｄ・楕円ギヤ」という）が設けられている。図８において、第一Ｄ・楕円ギヤ４５ａは実線で示し、第二Ｄ・楕円ギヤ４５ｂは点線で示している。
【００６４】
第一Ｄ・楕円ギヤ４５ａと第二Ｄ・楕円ギヤ４５ｂは、Ｄ・ロッド２４を挟んで対向する位置に設けられ、互いに反転する方向に回転する構成である。例えば、第一Ｄ・楕円ギヤ４５ａは、図８において時計回り方向（正回転方向）に向けて回転し、第二Ｄ・楕円ギヤ４５ｂは、図８において反時計回り方向（逆回転方向）に向けて回転する。その反転する構造の詳細は、後述する。
【００６５】
さらに加えて、ピストン・回転機構部４０ｂとしては、図７および図８に示すように、前記Ｐ・ロッド３３を往復運動する一対の第一パワーピストン・スコッチ・ヨーク機構５１ａ（以下、「第一Ｐ・スコッチ・ヨーク機構」という）および第二パワーピストン・スコッチ・ヨーク機構５１ｂ（以下、「第二Ｐ・スコッチ・ヨーク機構」という）と、を設けることができる。基本的な構造は、前述したパワーピストン・スコッチ・ヨーク機構５１と同様である。
【００６６】
第一Ｐ・スコッチ・ヨーク機構５１ａと、第二Ｐ・スコッチ・ヨーク機構５１ｂは、Ｐ・ロッド３３を挟んで対向する位置に設けられている。すなわち、Ｐ・ロッド３３の先端を連結した、一つのＰ・Ｄ・ヨーク５２には、第一Ｐ・スライダ５３ａと、第二Ｐ・スライダ５３ｂが、Ｐ・ロッド３３を挟んで対向する位置でスライド自在に装着されている。
【００６７】
さらに、前記Ｐ・Ｄ・ヨーク５２に対しては、前記第一Ｐ・スライダ５３ａを介して回転運動を伝達する第一パワーピストン楕円ギヤ５７ａ（以下、「第一Ｐ・楕円ギヤ」という）と、前記第二Ｐ・スライダ５３ｂを介して回転運動を伝達する第二パワーピストン楕円ギヤ５７ｂ（以下、「第二Ｐ・楕円ギヤ」という）が設けられている。図８において、第一Ｐ・楕円ギヤ５７ａは実線で示し、第二Ｐ・楕円ギヤ５７ｂは点線で示している。
【００６８】
第一Ｐ・楕円ギヤ５７ａと第二Ｐ・楕円ギヤ５７ｂは、Ｐ・ロッド３３を挟んで対向する位置に設けられ、互いに反転する方向に回転する構成である。しかも、第一Ｐ・楕円ギヤ５７ａは、前記第一Ｄ・楕円ギヤ４５ａに位相差、本実施形態では９０度の位相差をもって噛み合う。一方、第二Ｐ・楕円ギヤ５７ｂは、前記第二Ｄ・楕円ギヤ４５ｂに、同じく９０度の位相差をもって噛み合う。
【００６９】
さらに、上記の第一Ｄ・楕円ギヤ４５ａと第二Ｄ・楕円ギヤ４５ｂ、ならびに第一Ｐ・楕円ギヤ５７ａと第二Ｐ・楕円ギヤ５７ｂが、互いに反転する構造について説明する。
第一Ｐ・楕円ギヤ５７ａの第一回転出力軸５５ａは、例えば傘歯車からなる第一回転伝達ギヤ５８ａを一体的に設けている。一方、第二Ｐ・楕円ギヤ５７ｂの第二回転出力軸５５ｂは、例えば傘歯車からなる第二回転伝達ギヤ５８ａを一体的に設けている。第一回転伝達ギヤ５８ａと第二回転伝達ギヤ５８ｂは、同じ径で、且つ同じ歯数で構成されており、しかも、第一Ｐ・楕円ギヤ５７ａの長径寸法と第二Ｐ・楕円ギヤ５７ｂの長径寸法より、大きい径である。
したがって、第一回転伝達ギヤ５８ａおよび第二回転伝達ギヤ５８ｂの最下位置は、第一Ｐ・楕円ギヤ５７ａおよび第二Ｐ・楕円ギヤ５７ｂより下方に位置する。
さらに、図７および図８に示すように、例えば傘歯車からなる第三回転伝達ギヤ５８ｃが、前記第一回転伝達ギヤ５８ａの最下位置、および前記第二回転伝達ギヤ５８ｂの最下位置で噛み合うように取り付けられる。
【００７０】
上記構成により、第一回転伝達ギヤ５８ａと第二回転伝達ギヤ５８ｂと第三回転伝達ギヤ５８ｃの噛み合い動作によって、第一Ｐ・楕円ギヤ５７ａと第二Ｐ・楕円ギヤ５７ｂは、互いに反転する方向に回転する。さらに、前記第一Ｐ・楕円ギヤ５７ａと噛み合う第一Ｄ・楕円ギヤ４５ａと、前記第二Ｐ・楕円ギヤ５７ｂと噛み合う第二Ｄ・楕円ギヤ４５ｂは、互いに反転する方向に回転する。
例えば、第一Ｐ・楕円ギヤ５７ａは、図８において反時計回り方向（逆回転方向）に向けて回転し、第二Ｐ・楕円ギヤ５７ｂは、図８において時計回り方向（正回転方向）に向けて回転する。
これに伴って、第一Ｄ・楕円ギヤ４５ａは、図８において時計回り方向（正回転方向）に向けて回転し、第二Ｄ・楕円ギヤ４５ｂは、図８において反時計回り方向（逆回転方向）に向けて回転する。
その結果、一つのＰ・Ｄ・ヨーク５２は、互いに反転する２つの第一Ｐ・スライダ５３ａと第二Ｐ・スライダ５３ｂにて駆動されるので、サイドスラストが発生しない。
また、一つのＤ・ヨーク４２は、互いに反転する２つの第一Ｄ・スライダ４３ａと第二Ｄ・スライダ４３ｂにて駆動されるので、サイドスラストが発生しない。
【００７１】
以上のことから、一つのヨークを、反転する２つのスコッチスライダにて駆動することによって、サイドスラストが発生しないスコッチ・ヨーク機構とすることができた。
図２のような、１つのスコッチ・ヨーク機構の場合は、１つのスコッチを使用するため、ヨークに回転モメントが発生する。そのために、ヨークの端面やヨークのガイドには、横方向の力、つまり、サイドスラストが発生する。サイドスラストは、往復動機関の耐久性および寿命に大きく影響する。
しかし、反転する２つのスコッチでヨークを駆動することによって、サイドスラストが剛体のヨーク内で打消し合うために、サイドスラストが極めて少ない機構となる。
【００７２】
なお、前述した実施形態のピストン・回転機構部４０ｂでは、楕円形状をなす、第一Ｄ・楕円ギヤ４５ａ、第二Ｄ・楕円ギヤ４５ｂ、第一Ｐ・楕円ギヤ５７ａ、第二Ｐ・楕円ギヤ５７ｂを使用しているが、通常の円形状をなす、第一Ｄ・ギヤ４４、第二Ｄ・ギヤ４４、Ｐ・ギヤ５４、第二Ｐ・楕円ギヤ５４にも、適用される。
【符号の説明】
【００７３】
１０  スターリング機関          １１  作動流体
２０  膨張シリンダ              ２１  膨張空間
２２  圧縮空間                  ２３  ディスプレーサピストン
２４  ディスプレーサピストンロッド（Ｄ・ロッド）
３０  出力シリンダ              ３１  出力空間
３２  パワーピストン            ３３  パワーピストンロッド（Ｐ・ロッド）
４０，４０ａ，４２ｂ  ピストン・回転機構部
４１  ディスプレーサ・スコッチ・ヨーク機構（Ｄ・スコッチ・ヨーク機構）
４１ａ  第一ディスプレーサ・スコッチ・ヨーク機構（第一Ｄ・スコッチ・ヨーク機構）
４１ｂ  第二ディスプレーサ・スコッチ・ヨーク機構（第二Ｄ・スコッチ・ヨーク機構）
４２  ディスプレーサドライブヨーク（Ｄ・ヨーク）
４３  ディスプレーサドライブスコッチスライダ（Ｄ・スライダ）
４３ａ  第一ディスプレーサドライブスコッチスライダ（第一Ｄ・スライダ）
４３ｂ  第二ディスプレーサドライブスコッチスライダ（第二Ｄ・スライダ）
４４  ディスプレーサドライブギヤ（Ｄ・ギヤ）
４５  ディスプレーサドライブ楕円ギヤ（Ｄ・楕円ギヤ）
４５ａ  第一ディスプレーサドライブ楕円ギヤ（第一Ｄ・楕円ギヤ）
４５ｂ  第二ディスプレーサドライブ楕円ギヤ（第二Ｄ・楕円ギヤ）
５１  パワーピストン・スコッチ・ヨーク機構（Ｐ・スコッチ・ヨーク機構）
５１ａ  第一パワーピストン・スコッチ・ヨーク機構（第一Ｐ・スコッチ・ヨーク機構）
５１ｂ  第二パワーピストン・スコッチ・ヨーク機構（第二Ｐ・スコッチ・ヨーク機構）
５２  パワーピストンドライブヨーク（Ｐ・ヨーク）
５３  パワーピストンドライブスコッチスライダ（Ｐ・スライダ）
５３ａ  第一パワーピストンドライブスコッチスライダ（第一Ｐ・スライダ）
５３ｂ  第二パワーピストンドライブスコッチスライダ（第二Ｐ・スライダ）
５４  パワーピストンドライブギヤ（Ｐ・ギヤ）
５５  回転出力軸 ５５ａ  第一回転出力軸
５５ｂ  第二回転出力軸 ５６  フライホイール
５７  パワーピストンドライブ楕円ギヤ（Ｐ・楕円ギヤ）
５７ａ  第一パワーピストンドライブ楕円ギヤ（第一Ｐ・楕円ギヤ）
５７ｂ  第二パワーピストンドライブ楕円ギヤ（第二Ｐ・楕円ギヤ）
５８ａ  第一回転伝達ギヤ ５８ｂ  第二回転伝達ギヤ
５８ｃ  第三回転伝達ギヤ
６１  加熱器                ６１ａ  Ｕ字管
６２  高温熱源              ６３    再生器
６４  冷却器                ６４ａ  Ｕ字管
６５  低温熱源              ６６    加熱器側パルスコンバータ
６７  冷却器側パルスコンバータ
７０  スターリング機関
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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