(57)【要約】【課題】ディスプレイサ，ピストンの中心軸とシリンダの中心軸とのずれによるシリンダ内の摩擦を抑制できるスターリングサイクル機関を提供する。【解決手段】ディスプレイサ７０やピストン２０を駆動するロッド（６１，６２）が往復動の過程において弾性変形を生じ得るように、ロッド（６１，６２）の径が設定される。これにより、ディスプレイサ７０やピストン２０の中心軸とシリンダ（１０，１１）の中心軸とに多少のずれがあっても、ロッド（６１，６２）が弾性変形によって柔軟に撓るため、シリンダ（１０，１１）の内部でディスプレイサ７０やピストン２０がスムーズに往復運動し易くなる。その結果、シリンダ（１０，１１）の一部分にディスプレイサ７０やピストン２０が強く当たることによる摩擦の増大を効果的に抑制できる。【選択図】図１
2014052170.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングの中に固定されたシリンダと、
前記シリンダの一方の端に往復動可能に挿入されたディスプレイサと、
前記シリンダの他方の端に往復動可能に挿入されたピストンと、
円筒状の前記シリンダの軸方向と平行に延び、一方の端が前記ディスプレイサに接続された第１ロッドと、
前記シリンダの軸方向と平行に延び、一方の端が前記ピストンに接続された第２ロッドと、
前記第１ロッドの他方の端に接続され、前記第１ロッドを介して前記ディスプレイサを付勢する第１バネ部材と、
前記第２ロッドの他方の端に接続され、前記第２ロッドを介して前記ピストンを付勢する第２バネ部材と、
を有し、
前記第１ロッド及び前記第２ロッドの少なくとも一方は、前記バネ部材の付勢によって弾性変形を生じ得る所定の径を有する、
スターリングサイクル機関。
【請求項２】
第１ロッド及び前記第２ロッドの少なくとも一方は、末端に近づくにつれて前記所定の径より徐々に径が太くなっている拡径部を有する、
請求項１に記載のスターリングサイクル機関。
【請求項３】
前記ディスプレイサは、
前記シリンダの内面を摺動する大径部と、
前記大径部と同軸上に位置し、前記大径部より径が小さい円筒状の小径部と、
を有し、
前記ピストンは、前記シリンダの前記小径部を受け入れる貫通部を有し、
前記第１ロッドは、前記小径部の空洞を通って前記シリンダの前記大径部に接続される、
請求項２に記載のスターリングサイクル機関。
【請求項４】
前記ピストンは、前記ディスプレイサに面した端壁部によって一方の端が閉塞された円筒状の形状を有しており、
前記貫通部は、前記ピストンの前記端壁部の中央部分に形成され、
複数の前記第２ロッドが前記ピストンの前記端壁部に接続される、
請求項３に記載のスターリングサイクル機関。
【請求項５】
前記第１バネ部材及び前記第２バネ部材は、弾性を有する板状部材を含んでおり、
前記第２バネ部材の前記板状部材は、前記第１ロッドが貫通する孔を有する、
請求項４に記載のスターリングサイクル機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スターリングサイクルを利用して発電や冷却等を行うスターリングサイクル機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディスプレイサとピストンをシリンダ内に同軸に配置した構造のスターリングサイクル機関が従来より広く知られており、発電機や冷凍機などとして実用化されている。一般に、この種のスターリングサイクル機関では、ピストンに永久磁石が取り付けられており、その永久磁石を挟んで固定子とヨークが配置されている。発電機の場合、外部から与えられた温度差によって作動気体が圧縮と膨張を繰り返すことによりピストンが往復運動し、その運動エネルギーが永久磁石と固定子との電磁作用によって電気エネルギーに変換される。他方、冷凍機の場合、固定子の電磁コイルに駆動電流を流すことによってピストンが往復運動し、その往復運動に伴って作動気体が圧縮と膨張を繰り返すことにより低温部と高温部との温度差が発生する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
スターリングサイクル機関では、シリンダ内でディスプレイサやピストンが往復動することにより、スターリングサイクルにおける気体の圧縮や膨張が実現される。ディスプレイサやピストンは、スターリングサイクルの理想的な圧縮・膨張に近づくように、十分な気密性を保ちながらシリンダ内を往復動する必要がある。しかしながら、気密性を保つためにディスプレイサやピストンの外面とシリンダの内面との隙間を狭め過ぎると、摩擦による損失が増えてしまう。そのため、この隙間の大きさは、気体の漏れによる損失と摺動摩擦による損失とのバランスを考慮して決定される。
【０００４】
従来のスターリングサイクル機関では、ディスプレイサやピストンができるだけ所定の隙間（例えば数１０μｍ）を保ってシリンダ内を往復動するように、ディスプレイサやピストンを駆動するロッドの剛性が決められている。すなわち、往復動の際にロッドが「撓る（しなる）」ことによってディスプレイサやピストンが横振れを起すことがない程度に、ロッドの径を太くしている。
【０００５】
しかしながら、ディスプレイサ，ピストンの中心軸とシリンダの中心軸とのずれは、組み立て誤差や部品寸法の誤差などによって避けることができない。上述した中心軸のずれが存在すると、ロッドの剛性が高い従来のスターリングサイクル機関では、シリンダ内の一部分にディスプレイサ，ピストンが強く当たりやすくなる。その結果、シリンダとディスプレイサ，ピストンとの摺動摩擦が大きくなって、エネルギーの損失が大きくなる。また、シリンダ内の一部分の摩耗が早く進行することによって耐久性が低くなる。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ディスプレイサ，ピストンの中心軸とシリンダの中心軸とのずれによるシリンダ内の摩擦を抑制できるスターリングサイクル機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るスターリングサイクル機関は、ケーシングの中に固定されたシリンダと、前記シリンダの一方の端に往復動可能に挿入されたディスプレイサと、前記シリンダの他方の端に往復動可能に挿入されたピストンと、円筒状の前記シリンダの軸方向と平行に延び、一方の端が前記ディスプレイサに接続された第１ロッドと、前記シリンダの軸方向と平行に延び、一方の端が前記ピストンに接続された第２ロッドと、前記第１ロッドの他方の端に接続され、前記第１ロッドを介して前記ディスプレイサを付勢する第１バネ部材と、前記第２ロッドの他方の端に接続され、前記第２ロッドを介して前記ピストンを付勢する第２バネ部材とを有する。前記第１ロッド及び前記第２ロッドの少なくとも一方は、前記バネ部材の付勢によって弾性変形を生じ得る所定の径を有する。
【０００８】
好適に、第１ロッド及び前記第２ロッドの少なくとも一方は、末端に近づくにつれて前記所定の径より徐々に径が太くなっている拡径部を有する。
【０００９】
好適に、前記ディスプレイサは、前記シリンダの内面を摺動する大径部と、前記大径部と同軸上に位置し、前記大径部より径が小さい円筒状の小径部とを有する。前記ピストンは、前記シリンダの前記小径部を受け入れる貫通部を有する。前記第１ロッドは、前記小径部の空洞を通って前記シリンダの前記大径部に接続される。
【００１０】
好適に、前記ピストンは、前記ディスプレイサに面した端壁部によって一方の端が閉塞された円筒状の形状を有する。前記貫通部は、前記ピストンの前記端壁部の中央部分に形成される。複数の前記第２ロッドが、前記ピストンの前記端壁部に接続される。
【００１１】
好適に、前記第１バネ部材及び前記第２バネ部材は、弾性を有する板状部材を含む。前記第２バネ部材の前記板状部材は、前記第１ロッドが貫通する孔を有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ディスプレイサ，ピストンの中心軸とシリンダの中心軸とのずれによるシリンダ内の摩擦を抑制できるスターリングサイクル機関を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係るスターリングサイクル機関の構成の一例を示す断面図である。
【図２】図１に示すスターリンサイクル機関におけるディスプレイサとピストンの要部を図解した図である。
【図３】図１に示すスターリングサイクル機関におけるディスプレイサ駆動用のロッドを示す図である。
【００１４】
以下、本発明の実施形態に係るスターリングサイクル機関として、発電機に適用されたスターリングサイクル機関を例に挙げて説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施形態に係るスターリングサイクル機関の構成の一例を示す断面図である。また図２は、図１に示すスターリンサイクル機関におけるディスプレイサとピストンの要部を図解した図である。
図１に示すスターリングサイクル機関は、ケーシング１と、ケーシング１の中に収容された上部シリンダ１０及び下部シリンダ１１と、上部シリンダ１０に往復動可能に挿入されたディスプレイサ７０と、下部シリンダ１１に往復動可能に挿入されたピストン２０と、ピストン２０の内側と外側に対向して配置された固定子３０及びヨーク１８と、ピストン２０の円筒状の壁部に取り付けられた磁石２５と、ディスプレイサ７０を付勢するバネ部材（弾性部材）５１と、ピストン２０を付勢するバネ部材（弾性部材）５２とを有する。
【００１６】
ここで、ケーシング１は本発明におけるケーシングの一例であり、上部シリンダ１０及び下部シリンダ１１は本発明におけるシリンダの一例であり、ディスプレイサ７０は本発明におけるディスプレイサの一例であり、ピストン２０は本発明におけるピストンの一例であり、バネ部材５１は本発明における第１バネ部材の一例であり、バネ部材５２は本発明における第２バネ部材の一例である。
【００１７】
ケーシング１は、スターリングサイクル機関の作動気体（ヘリウムガス等）を封入した密閉容器である。図１の例において、ケーシング１は、上部ケーシング２と、中間部ケーシング３と、シリンダ保持部５と、下部ケーシング７とを組み合わせて形成される。
上部ケーシング２と中間部ケーシング３は、主に上部シリンダ１０を収容する円柱状の内部空間を形成する。上部シリンダ１０の天井側の内壁は、ドーム状に丸みを帯びている。シリンダ保持部５は、その内壁において下部シリンダ１１の外周と当接しており、中心軸の位置が定まるように下部シリンダ１１を保持する。
【００１８】
下部ケーシング７は、主に下部シリンダ１１，固定子３０，ヨーク１８，バネ部材５１，５２を収容する円柱状の内部空間を形成する。下部ケーシング７の底部付近には、ケーシング１内の機構（上部シリンダ１０，下部シリンダ１１等）の全体を下側から支持する支持基台４３が設けられている。下部ケーシング７の底部の中央には開口部が設けられており、その開口部は蓋部８によって閉塞されている。蓋部８は、ケーシング１の内部に作動気体を導入したり、電気配線を通したりするための図示しない管を備える。
【００１９】
上部シリンダ１０と下部シリンダ１１は、それぞれ筒状の形状を有し、中心軸を揃えてケーシング１の中に配置される。上部シリンダ１０と下部シリンダ１１を１つのシリンダと見なした場合、ディスプレイサ７０は当該シリンダの上側の端に往復動可能に挿入され、ピストン２０は当該シリンダの下側の端に往復動可能に挿入される。上部シリンダ１０及び下部シリンダ１１は、別々の部品をつなげて形成されてもよいし、一体に形成されてもよい。
【００２０】
下部シリンダ１１は、複数の支柱４１を介して支持基台４３に固定される。図１の例において、支柱４１は筒状に形成されており、支持基台４３に設けられた孔と筒状の支柱４１をボルト４２が貫通する。ボルト４２の先端部の雄ネジと下部シリンダ１１の下面の雌ネジとを螺合することで、下部シリンダ１１が支持基台４３に固定される。バネ部材５１は、ボルト４２が貫通する孔を備えており、支柱４１と支持基台４３との間に挟まれて固定される。図１の例では、３枚のバネ部材５１が支持基台４３に固定される。
【００２１】
ディスプレイサ７０の上面とケーシング１との間に形成される空間は膨張室１２であり、ここで作動気体が熱せられてその体積が増大する。他方、ディスプレイサ７０とピストン２０との間に形成される空間は圧縮室１７であり、ここで作動気体が冷却されてその体積が減少する。
【００２２】
上部シリンダ１０の外壁とケーシング１の内壁とに囲まれた円筒状の空間は、膨張室１２と圧縮室１７とを連通する作動気体の流路（気体流路）になっている。上部シリンダ１０と下部シリンダ１１との間には、圧縮室１７とつながる連通孔１６が設けられている。この連通孔１６と上記の円筒状空間（気体流路）を通じて、膨張室１２と圧縮室１７がつながっている。
【００２３】
上記円筒状の空間（気体流路）には、吸熱フィン１３，蓄熱式熱交換器（再生器）１４および放熱フィン１５が配置される。吸熱フィン１３は上側の膨張室１２に近い位置に配置され、放熱フィン１５は下側の圧縮室１７に近い位置に配置され、蓄熱式熱交換器１４は吸熱フィン１３と放熱フィン１５の間に配置される。蓄熱式熱交換器１４は、膨張室１２から圧縮室１７へ流れる作動気体の熱を奪って蓄熱し、圧縮室１７から膨張室１２へ流れる作動気体に当該蓄熱した熱を与える機能を有する。
【００２４】
ケーシング１は、放熱フィン１５と接する部分に外部フィン６を備える。外部フィン６は、作動気体の熱をケーシング１の外部に排出するための放熱手段である。図１の例において、外部フィン６は、中間部ケーシング３とシリンダ保持部５との間に固定される。外部フィン６は、例えば不図示のポンプ等から供給される冷却媒体（水など）によって冷却され、所定の温度に保持される。
他方、上部ケーシング２は、外部の熱源から与えられた熱を膨張室１２の作動気体に伝える吸熱手段であり、上部ケーシング２の内壁に吸熱フィン１３が当接している。
【００２５】
ディスプレイサ７０は、膨張室１２に面する一方の端部に設けられたヘッド部７３と、圧縮室１７に面する他方の端部に設けられた基部７１と、上部シリンダ１０の内面を摺動する摺動部７２と、円筒体７４とを含む。
ヘッド部７３、基部７１及び摺動部７２を含むブロックは本発明における大径部の一例であり、円筒体７４は本発明における小径部の一例である。
【００２６】
ヘッド部７３は、膨張室１２を区画する壁面を構成する。ヘッド部７３は、例えば断熱性のある樹脂（ＰＰＳ等）によって形成されており、膨張室１２から圧縮室１７への熱伝導を遮断する。
【００２７】
基部７１は、圧縮室１７を区画する壁面を構成する。基部７１は、例えばアルミや真鍮等の金属で形成されており、ヘッド部７３と摺動部７２を保持する。基部７１を金属で形成することによって、これを樹脂などで形成する場合に比べて、温度による部品の変形量が小さくなる。従って、高い温度における機械的精度の低下が抑制される。
【００２８】
摺動部７２は、上部シリンダ１０の内面を摺動するように基部７１の外面に設けられており、断面が円形の基部７１の全周を囲むリング状の摺動面を有する。摺動部７２は、例えばＰＰＳなどの低摩擦で耐熱性・耐摩耗性に優れた樹脂により形成される。
【００２９】
この摺動部７２と基部７１は、インサート成形によって一体に形成される。具体的には、例えば予め作製した基部７１を所定の金型に入れ、その金型に樹脂を流し込んで固めることにより、基部７１と摺動部７２が一体に形成される。図２の左側の拡大図において示すように、基部７１は摺動部７２を固着するための溝７５を有する。溝７５は、底部の幅が開口部の幅より広くなっている。摺動部７２を形成する樹脂がこの溝７５に充填された状態で固まると、溝７５の内部の樹脂が溝７５の開口部から抜け出られなくなる。これにより、基部７１と摺動部７２は強固に接合される。
基部７１と摺動部７２をインサート成形によって一体に形成することで、これらを結合するための機構部品が不要になり、組み立て作業もなくなる。これにより、組み立て作業のし易さなどを考慮することなく、摺動部７２を可能な限り薄くすることができるため、熱による変形量の多い樹脂の使用量を最小限にすることができる。
【００３０】
また、摺動部７２の摺動面の縁部１０１は、図２の左側の拡大図において示すように、上部シリンダ１０の内面から離れる方向へ滑らかに湾曲している。上部シリンダ１０内でディスプレイサ７０が上下に往復動する際、この湾曲した縁部１０１から摺動面に沿って作動気体がスムーズに流れ易くなり、摺動部７２の摺動面と上部シリンダ１０の内面との隙間には、作動気体の層が形成される。この作動気体の層が、気体潤滑の機能を発揮することによって、摺動部７２の摺動面と上部シリンダ１０の内面とが直接接触し難くなるため、上部シリンダ１０内の摩擦が大幅に減少する。
【００３１】
基部７１の圧縮室１７側の端壁には、基部７１と同軸上に基部７１より小径の円筒体７４が固定される。図１の例では、基部７１の端壁の中央部に円形の凹部が形成され、この凹部に円筒体７４の上端が差し込まれている。
【００３２】
ディスプレイサ７０は、シリンダ（１０，１１）の軸方向と平行に延びたロッド６１を介して、バネ部材５１に接続される。ロッド６１の一方の端は、ディスプレイサ７０の円筒体７４の空洞を通って基部７１に接続される。ロッド６１の他方の端は、下部ケーシング７の支持基台４３に取り付けられた板状のバネ部材５１に接続される。ディスプレイサ７０は、ロッド６１を介して接続されたバネ部材５１の弾性力により、上下方向（シリンダの軸方向）に付勢される。
ロッド６１は、本発明における第１ロッドの一例である。
【００３３】
図３は、図１に示すスターリングサイクル機関におけるロッド６１を示す図である。この図に示すように、ロッド６１の径は、端部６５，６６において比較的太く（Ｄ２，Ｄ３）、中央部６４において比較的細い（Ｄ１）。中央部６４の径は一定（Ｄ１）であり、端部６５，６６の径は末端に近づくにつれて径Ｄ１より徐々に太くなる。中央部６４の比較的細い径Ｄ１は、ディスプレイサ７０の往復動の過程において、バネ部材５１の付勢により中央部６４が弾性変形を生じ得る程度の値に設定される。
ロッド６１が弾性変形を生じ得ることにより、ディスプレイサ７０の中心軸と上部シリンダ１０の中心軸とに多少のずれがあっても、ロッド６１が中央部６４において柔軟に撓り、上部シリンダ１０内でディスプレイサ７０がスムーズに往復動し易くなる。すなわち、上部シリンダ１０の一部分にディスプレイサ７０が強く当たることによる摩擦の増大が抑制される。
【００３４】
ピストン２０は、円筒形状を有する基部２１と、基部２１の外面に設けられた摺動部２３及び２４を有する。基部２１の一方の端は、端壁部によって閉塞される。
【００３５】
基部２１は、閉塞された一方の端壁部においてディスプレイサ７０に面しており、この端壁部が圧縮室１７を区画する壁面を構成する。基部２１は、例えばアルミや真鍮等の金属で形成されており、摺動部２３，２４を保持する。基部２１を金属で形成することによって、これを樹脂などで形成する場合に比べて、温度による部品の変形量が小さくなるため、高温における機械的精度の低下が抑制される。
【００３６】
摺動部２３，２４は、下部シリンダ１１の内面を摺動するように基部２１の外面に離間して設けられており、円筒状の基部２１の全周を囲むリング状の摺動面をそれぞれ有する。摺動部２３，２４は、例えばＰＰＳなどの低摩擦で耐熱性・耐摩耗性に優れた樹脂により形成される。
【００３７】
この摺動部２３，２４と基部２１は、先に説明した基部７１及び摺動部７２と同様に、インサート成形によって一体に形成される。また、基部２１は、図２の左側の拡大図において示すように、摺動部２３，２４を固着するための溝２７，２８を有する。溝２７，２８は、底部の幅が開口部の幅より広くなっているため、摺動部２３，２４を形成する樹脂がこの溝２７，２７に充填された状態で固まると、溝７５の内部の樹脂が溝７５の開口部から抜け出られなくなる。これにより、基部２１と摺動部２３，２４は強固に接合される。
基部２１と摺動部２３，２４をインサート成形によって一体に形成することで、熱による変形量の多い樹脂の使用量を最小限にすることができる。
【００３８】
また、摺動部２３，２４の摺動面の縁部１０２，１０３は、図２の左側の拡大図において示すように、下部シリンダ１１の内面から離れる方向へ滑らかに湾曲している。これにより、上述した摺動部７２の場合と同様に、摺動部２３，２４の摺動面と下部シリンダ１１の内面との隙間に作動気体の層が形成されるため、下部シリンダ１１内の摩擦が大幅に減少する。
【００３９】
ディスプレイサ７０に面した基部２１の端壁部の中央には、ディスプレイサ７０の円筒体７４を受け入れる貫通部２２が形成される。図１の例において、この貫通部２２は、シリンダ（１０，１１）の軸方向と平行に円筒状に延びている。ディスプレイサ７０の円筒体７４は、貫通部２２を通って上下に往復運動する。
【００４０】
ピストン２０の基部２１は、シリンダ（１０，１１）の軸方向と平行に延びた複数本のロッド６２を介して、板状のバネ部材５２に接続される。図１の例において、バネ部材５２は、下部シリンダ１１とバネ部材５１との間に配置されており、図示しない支柱を介して下部シリンダ１１（若しくは支持基台４３）に固定される。バネ部材５２の中央部には、ロッド６１を通すための貫通孔が形成される。複数のロッド６２は、その一方の端が貫通部２２の周囲の対称な位置に接続され、他方の端がバネ部材５２の上記貫通孔の周囲の対称な位置に接続される。
ロッド６２は、本発明における第２ロッドの一例である。
【００４１】
ピストン２０の駆動用のロッド６２は、先に説明したロッド６１（図３）と同様に、端部において径が太く、中央部において径が細くなっている。ロッド６２の中央部は、ピストン２０の往復動の過程において、バネ部材５２により弾性変形が生じ得る程度に細い一定の径を有する。ロッド６２が弾性変形を生じ得ることにより、ピストン２０の中心軸と下部シリンダ１１の中心軸とに多少のずれがあっても、ロッド６２が中央部において柔軟に曲がり、下部シリンダ１１内でピストン２０がスムーズに往復動し易くなる。すなわち、下部シリンダ１１の一部分にピストン２０が強く当たることによる摩擦の増大が抑制される。
【００４２】
ピストン２０の基部２１には、磁石２５が固定される。磁石２５は、離間した摺動部２３，２４の間に、円筒状の基部２１の全周を囲むようにしてリング状に設けられている。磁石２５に面する下部シリンダ１１の内面には、ヨーク１８が固定される。ヨーク１８は、鉄などの磁性材料からなり、磁石２５を取り囲むように例えばリング状に形成される。ピストン２０の基部２１の内側には、ヨーク１８と対向する位置に固定子３０が配置される。磁石２５は、固定子３０とヨーク１８との間に挟まれて、ピストン２０とともに上下に往復動する。磁石２５は、固定子３０とヨーク１８に作用する磁界を発生する。
【００４３】
固定子３０は、電線をリング状に巻いて形成されたコイル３３と、コイル３３を挟んでヨーク１８と対向するコア３６を有する。
【００４４】
コイル３３は、ピストン２０の円筒状の基部２１の内側に配置される。またコイル３３は、その外周側がピストン２０の磁石２５と面するように、ピストン２０と同軸に配置される。
【００４５】
コア３６は、電線の巻回方向と垂直なコイル３３の断面の周りを取り囲む形状に形成されており、磁石２５とコイル３３とが面する部分に隙間（コイル３３を囲んでいない部分、切れ目）を有する。図１の例において、コア３６は上下方向に対称な２つのブロック（３６Ａ，３６Ｂ）に分かれている。薄い磁性材料の板（ケイ素鋼板等）を重ねて接着することにより、上下の２つのブロック（３６Ａ，３６Ｂ）がそれぞれ形成される。
【００４６】
コア３６は、平行な２枚の円盤状の板部材によって挟まれ、この板状部材が不図示の連結具によって支持部４０に固定される。支持部４０は、下部シリンダ１１とともにケーシング１に固定される。
【００４７】
ここで、上述した構成を有するスターリングサイクル機関の動作を説明する。
【００４８】
ディスプレイサ７０がピストン２０に向かって下方に移動すると、圧縮室１７が狭くなるため、圧縮室１７の作動気体が連通孔１６，放熱フィン１５，蓄熱式熱交換器１４，吸熱フィン１３を通り、高温の膨張室１２に流れこむ。膨張室１２に流れ込んだ作動気体は熱せられて体積が膨張するため、膨張室１２及び圧縮室１７の圧力が高まる。膨張室１２及び圧縮室１７の圧力が、ピストン２０によって区画された下部ケーシング７の背圧空間９の圧力より高くなると、ピストン２０が下方に移動する。
【００４９】
ピストン２０が下方へ移動することにより膨張室１２及び圧縮室１７の圧力が低下して、背圧空間９の圧力より低くなると、ディスプレイサ７０がこの圧力差により上方へ移動する。
【００５０】
ディスプレイサ７０が上方へ移動すると、膨張室１２が狭くなるため、膨張室１２の作動気体が吸熱フィン１３，蓄熱式熱交換器１４，放熱フィン１５，連通孔１６を通り、低温の圧縮室１７に流れこむ。圧縮室１７に流れ込んだ作動気体は冷却されて体積が小さくなるため、膨張室１２及び圧縮室１７の圧力が低くなる。膨張室１２及び圧縮室１７の圧力が低下すると、ピストン２０の移動方向が下方向から上方向へ転じる。
【００５１】
ピストン２０が上方へ移動することにより膨張室１２及び圧縮室１７の圧力が上昇して、背圧空間９の圧力より高くなると、ディスプレイサ７０がこの圧力差により下方へ移動する。ディスプレイサ７０がピストン２０に向かって下方に移動すると、再び圧縮室１７から膨張室１２へ作動気体が流れ込み、膨張室１２及び圧縮室１７の圧力が高まって、ピストン２０の移動方向が上方向から下方向へ転じる。
以上の繰り返しにより、ディスプレイサ７０とピストン２０がそれぞれ上下に往復運動する。
【００５２】
ピストン２０が往復運動すると、ヨーク１８と固定子３０の間を磁石２５が上下に移動し、コイル３３の磁界が周期的に変化するため、コイル３３に起電力が発生して電流が流れる。
【００５３】
以上説明したように、本実施形態に係るスターリング機関では、ディスプレイサ７０やピストン２０を駆動するロッド（６１，６２）が往復動の過程において弾性変形を生じ得るように、ロッド（６１，６２）の径が設定される。これにより、ディスプレイサ７０やピストン２０の中心軸とシリンダ（１０，１１）の中心軸とに多少のずれがあっても、ロッド（６１，６２）が弾性変形によって柔軟に撓るため、シリンダ（１０，１１）の内部でディスプレイサ７０やピストン２０がスムーズに往復運動し易くなる。その結果、シリンダ（１０，１１）の一部分にディスプレイサ７０やピストン２０が強く当たることによる摩擦の増大を効果的に抑制できる。また、シリンダ（１０，１１）の一部分が早く摩耗することによる耐久性の低下を生じ難くすることができる。
【００５４】
なお、本発明は上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、他の種々のバリエーションを含んでいる。
【００５５】
上述した実施形態では、ディスプレイサ７０とピストン２０の駆動用ロッドが両方とも弾性変形するように形成されているが、本発明の他の実施形態では、何れか一方のみが弾性変形するようにしてもよい。
【００５６】
上述した実施形態では、スターリングサイクル機関の発電機の例を挙げているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばスターリングサイクル機関の冷凍機などに適用することも可能である。
【００５７】
また本発明は、出力が１．２ｋＷのスターリングエンジンに適用可能であり、その他諸々のスターリングエンジンにも広く適用可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１…ケーシング、２…上部ケーシング、３…中間部ケーシング、５…シリンダ保持部、６…外部フィン、７…下部ケーシング、８…蓋部、１０…上部シリンダ、１１…下部シリンダ、１２…膨張室、１３…吸熱フィン、１４…蓄熱式熱交換器（再生器）、１５…放熱フィン、１６…連通孔、１７…圧縮室、１８…ヨーク、１９…ヨーク保持部、２０…ピストン、２１…基部、２２…貫通部、２３，２４…摺動部、２５…磁石、３０…固定子、３３…コイル、３６…コア、４０…支持部、４１…支柱、４３…支持基台、５１，５２…バネ部材、６１，６２…ロッド、７０…ディスプレイサ、７１…基部、７２…摺動部、７３…ヘッド部。
【図１】
2014052170.tif 000003
【図２】
2014052170.tif 000004
【図３】
2014052170.tif 000005