(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンが往復駆動するシリンダ部と、
前記シリンダ部の軸方向に対向する一端部と他端部とを有して前記シリンダ部の周囲に配置されているモータの内部ヨークと、
前記シリンダ部に装着され、前記内部ヨークを前記シリンダ部に取付けるための第１リング状部材と
を備え、
前記シリンダ部の外周には、前記内部ヨークの前記他端部に対応する位置に前記第１リング状部材を嵌め込むための溝部が形成され、
前記第１リング状部材は、前記溝部に嵌め込まれた状態で前記内部ヨークの前記他端部を前記一端部の方向へ押しつけるための弾性力を有する、スターリング機関。
【請求項２】
前記第１リング状部材には複数の第１雌ネジ部が設けられ、
前記複数の第１雌ネジ部のそれぞれに螺合し前記第１リング状部材を前記モータの内部ヨークに固定するための第１雄ネジ部を備えた、請求項１記載のスターリング機関。
【請求項３】
前記第１リング状部材は絶縁性の材料からなる、請求項１又は請求項２のいずれかに記載のスターリング機関。
【請求項４】
前記第１リング状部材が前記溝部に嵌め込まれた状態で前記第１リング状部材と前記モータの内部ヨークの前記他端側との間に位置する第２リング状部材を備えた、請求項１記載のスターリング機関。
【請求項５】
前記第２リング状部材には複数の第２雌ネジ部が設けられ、前記複数の第２雌ネジ部のそれぞれに螺合し前記第２リング状部材を前記モータの内部ヨークに固定するための第２雄ネジ部を備えた、請求項４記載のスターリング機関。
【請求項６】
前記第２リング状部材は絶縁性の材料からなる、請求項５記載のスターリング機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスターリング機関に関し、より詳しくは、スターリング機関に用いるリニアモータの内部ヨークをシリンダ部に固定する構造に関するものである。なお、本明細書においてスターリング機関とは、スターリングサイクルを利用する機器全般をいい、例えば、発電機、冷凍機、動力発生装置などをすべて含む概念として用いる。
【０００２】
【従来の技術】
スターリング機関を利用したものの一形態としてスターリング冷凍機がある。図６に示すように、スターリング冷凍機には、ピストン１を往復駆動するためのリニアモータ２１が配設されている。このピストン１がディスプレーサピストン８と所定の位相差を備えて往復駆動することにより、ディスプレーサピストン８の軸方向両側に設けられた作動空間のうちの一方を圧縮室、他方を膨張室として作用させ、膨張室が低温になることを利用して冷凍機を形成する。このような冷凍機を示す公知技術には、例えば特許文献１に示すようなものがある。
【０００３】
リニアモータ２１は、コイル６、そのコイル６の周辺に配置された外部ヨークである積層鉄心７、マグネット２およびシリンダ１０４の周囲に配置された内部ヨークである積層鉄心５によって構成される。コイル６に交流電流が印加されることで、積層鉄心５、７にそれぞれ所定の磁場が発生する。その磁場による磁気力とマグネット２の磁気力との作用によって、マグネット２とマグネット支持部３を介して一体化されたピストン１が往復駆動する。
【０００４】
特に、シリンダ１０４の周囲に配設されるリニアモータの内部ヨークは、図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、押さえリング１１１によってシリンダ１０４に固定されている。従来のスターリング機関におけるモータの内部ヨークは上記のようにシリンダ１０４に固定される。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１３９２６３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のスターリング機関におけるリニアモータの内部ヨークの固定構造では、次のような問題点があった。
【０００７】
図７におけるシリンダ１０４に押さえリング１１１を取付ける構造は、図８に示すように、シリンダ１０４の周面にはねじ山（雄ネジ部）１０４ａが形成される一方、押さえリング１１１の内周面には、その雄ネジ部１０４ａに螺合するねじ山（雌ネジ部）１１１ａが形成されている。
【０００８】
シリンダ１０４に設けられた雄ネジ部１０４ａに押さえリング１１１に設けられた雌ネジ部１１１ａが螺合することで、シリンダ１０４の周囲に積層鉄心５が固定されることになる。
【０００９】
ところが、シリンダ１０４に雄ネジ部１０４ａを形成する際に、シリンダ１０４に歪が発生するおそれがある。シリンダ１０４は精密部品であり、そのシリンダ１０４に歪が発生すると、シリンダ１０４の内部において摺動するピストンとシリンダとの間で磨耗が生じることになり、これがスターリング機関の能力低下を起こす要因となる。特に、ピストンとシリンダの間隙を例えば数十μｍといったように微小に設定し、ピストンとシリンダの間のガスをベアリングとして使用するスターリング機関では、かかる現象はより顕著なものとして現れることになる。
【００１０】
そこで、本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、シリンダに歪が発生するのが抑制されるスターリング機関を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るスターリング機関は、ピストンが往復駆動するシリンダ部と、前記シリンダ部の軸方向に対向する一端部と他端部とを有して前記シリンダ部の周囲に配置されているモータの内部ヨークと、前記シリンダ部に装着され、前記内部ヨークを前記シリンダ部に取付けるための第１リング状部材とを備え、前記シリンダ部の外周には、前記内部ヨークの前記他端部に対応する位置に前記第１リング状部材を嵌め込むための溝部が形成され、前記第１リング状部材は、前記溝部に嵌め込まれた状態で前記内部ヨークの前記他端部を前記一端部の方向へ押しつけるための弾性力を有する。
【００１２】
この構成によれば、弾性力を有する第１リング状部材がシリンダ部に形成された溝部に嵌め込まれた状態で、第１リング状部材の弾性力によって内部ヨークの他端部が一端部の方向へ押しつけられて、モータの内部ヨークがシリンダ部に容易に固定されることになる。これにより、従来の内部ヨークの固定構造のようにシリンダ部に雄ネジ部を形成する場合に比べて、シリンダ部の周面には第１リング状部材が嵌め込まれる溝部が単に形成されるだけであり、雄ネジ部を形成する場合のようにシリンダ部に歪が発生するおそれがなくなる。シリンダに歪が発生することが抑制される結果、ピストンとシリンダ部との間で磨耗が生じることがなくなり、スターリング機関の能力低下を防止することができる。
【００１３】
また、第１リング状部材には複数の第１雌ネジ部が設けられ、複数の第１雌ネジ部のそれぞれに螺合し第１リング状部材をモータの内部ヨークに固定するための第１雄ネジ部を備えていることが好ましい。
【００１４】
この場合には、第１雄ネジ部を第１雌ネジ部に螺合することで、第１リング状部材だけでモータの内部ヨークを固定する場合よりも、より強固に内部ヨークをシリンダ部に固定することができる。
【００１５】
これにより、モータの内部ヨークをより確実に押さえ込んでシリンダ部に固定することができる。
【００１６】
また、第１リング状部材は絶縁性の材料からなることが好ましい。これにより、第１リング状部材に渦電流が発生することがなくなって、モータの効率が低下するのを阻止することができる。なお、具体的には、絶縁性の材料は樹脂を含むことが好ましい。
【００１７】
さらに、第１リング状部材が溝部に嵌め込まれた状態で第１リング状部材とモータの内部ヨークの他端側との間に位置する第２リング状部材を備えていることが好ましい。
【００１８】
この場合には、第１リング状部材をより小さくして第２リング状部材によってモータの内部ヨークをシリンダ部に固定することができる。
【００１９】
また、第２リング状部材には複数の第２雌ネジ部が設けられ、複数の第２雌ネジ部のそれぞれに螺合し第２リング状部材をモータの内部ヨークに固定するための第２雄ネジ部を備えていることが好ましい。
【００２０】
この場合には、第２雄ネジ部を第２雌ネジ部に螺合することで、第２リング状部材によって積層鉄心部をシリンダ部により強固に固定することができる。
【００２１】
さらに、その第２リング状部材は絶縁性の材料からなることが好ましい。
【００２２】
これにより、第２リング状部材に渦電流が発生することがなくなって、モータの効率が低下するのを阻止することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１
本発明の実施の形態１に係るスターリング機関のリニアモータの積層鉄心の固定構造について説明する。
【００２４】
スターリング機関には、ピストン１を往復駆動するためのリニアモータ２１が配設されている（図６を参照）。
【００２５】
リニアモータ２１は、コイル６、そのコイル６の周辺に配置された積層鉄心７（外部ヨーク）、マグネット２およびシリンダ１０４に代えてシリンダ４の周囲に配置された積層鉄心５（内部ヨーク）によって構成される（図１および図６を参照）。
【００２６】
リニアモータ２１においては、コイル６に交流電流が印加されることで、積層鉄心５、７にそれぞれ所定の磁場が発生する。その磁場による磁気力とマグネット２の磁気力との作用によって、マグネット２とマグネット支持部３を介して一体化されたピストン１がシリンダ４内を往復駆動する。
【００２７】
特に、シリンダ４の周囲に配設されるリニアモータの積層鉄心５は、図１に示すように、スパイラルリング１１によってシリンダ４に固定されている。スパイラルリング１１は、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、所定の幅を有してスパイラル状に形成されている。
【００２８】
一方、シリンダ４の周面には、全周にわたってスパイラルリング１１が嵌め込まれる溝４ａが形成されている。スパイラルリング１１を径方向に広げることによってシリンダ４がスパイラルリング１１に挿通されて、シリンダ４の溝４ａにスパイラルリング１１が嵌め込まれる。
【００２９】
特に、スパイラルリング１１がスパイラル状であることで、スパイラルリング１１は弾性力を有する。この弾性力によって、スパイラルリング１１が溝４ａに嵌め込まれた状態で積層鉄心５は下方に押さえつけられて、積層鉄心５がシリンダ４に固定されることになる。
【００３０】
この積層鉄心の固定構造によれば、シリンダ４の周面にスパイラルリング１１が嵌め込まれる溝４ａが形成されるだけであり、従来の積層鉄心の固定構造のようにシリンダ４に雄ネジ部を形成する必要がない。シリンダの周面に単に溝４ａを形成する場合と雄ネジ部を形成する場合とでは、単に溝４ａを形成する場合の方が加工が簡単であり、雄ネジ部を形成する場合のようにシリンダ４に歪が発生するおそれがなくなる。
【００３１】
シリンダに歪が発生することが抑制される結果、ピストンとシリンダとの間で磨耗が生じることがなくなり、スターリング機関の能力低下を防止することができる。また、スパイラルリング１１の弾性力によって積層鉄心５をシリンダ４に確実に固定することができる。
【００３２】
実施の形態２
本発明の実施の形態２に係るスターリング機関のリニアモータの積層鉄心の固定構造について説明する。図３に示すように、この積層鉄心の固定構造では、スパイラルリング１１と積層鉄心５との間に押さえリング１２が配設されている。なお、これ以外の構造については実施の形態１において説明した図１に示す積層鉄心の固定構造と同様なので、同一部材には同一符号を付しその説明を省略する。
【００３３】
上述した積層鉄心の固定構造では、特に、押さえリング１２は積層鉄心５の上面の全体を覆うように形成されている。これにより、前述した積層鉄心の固定構造によって得られる効果に加えて、スパイラルリング１１をより小さくして積層鉄心５をシリンダ４に固定することができる効果が得られる。
【００３４】
実施の形態３
本発明の実施の形態３に係るスターリング機関のリニアモータの積層鉄心の固定構造について説明する。図４に示すように、この積層鉄心の固定構造では、スパイラルリング１１と積層鉄心５との間に押さえリング１２が配設されている。その押さえリング１２には雌ネジ１２ａが形成されて、小ネジ１３によって積層鉄心５に固定されている。
【００３５】
なお、これ以外の構造については実施の形態１において説明した図１に示す積層鉄心の固定構造と同様なので、同一部材には同一符号を付しその説明を省略する。
【００３６】
特に、積層鉄心５の上面の全体を覆うように形成された押さえリング１２は、小ネジ１３によって積層鉄心５に固定される。
【００３７】
上述した積層鉄心の固定構造では、押さえリング１２が小ネジ１３によって積層鉄心５に固定されることで、前述した積層鉄心の固定構造によって得られる効果に加えて、容易に積層鉄心５のシリンダ４への固定をより強固なものにすることができる効果が得られる。
【００３８】
実施の形態４
本発明の実施の形態１に係るスターリング機関のリニアモータの積層鉄心の固定構造について説明する。図５に示すように、この積層鉄心の固定構造では、スパイラルリング１１がシリンダの周面に形成された溝４ａに嵌め込まれ、スパイラルリング１１の弾性力によって積層鉄心５がシリンダ４に固定されている。そのスパイラルリング１１は積層鉄心５の上面の全体を覆うように形成されるとともに雌ネジ１１ａが形成されて、小ネジ１３によって積層鉄心５に固定される。
【００３９】
上述した積層鉄心の固定構造では、特に、押さえリング１２は積層鉄心５の上面の全体を覆うように形成されるとともに、小ネジ１３により積層鉄心５に固定される。これにより、スパイラルリング１１だけで固定する場合よりもより強固に積層鉄心５をシリンダ４に固定することができる効果が得られる。
【００４０】
なお、上述した各実施の形態における積層鉄心の固定構造では、スパイラルリング１１や押さえリング１２として、たとえば樹脂などの絶縁性の材料から形成されたスパイラルリング１１や押さえリング１２を適用することが望ましい。これにより、スパイラルリング１１や押さえリング１２に渦電流が発生することがなく、モータの効率が低下するのを阻止することができる。
【００４１】
スパイラルリング１１を小ネジによって鉄心に固定する場合や、押さえリング１２を小ネジによって鉄心に固定する場合には、スパイラルリング１１や押さえリング１２にそれぞれ複数のネジ切り部（雌ネジ部）を設け、複数の小ネジによって積層鉄心５に固定することが望ましい。これにより、スパイラルリング１１または押さえリング１２と積層鉄心５との固定強度、ひいては積層鉄心５とシリンダ４との固定強度を容易に高めることができる。
【００４２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明は上記の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００４３】
特に、上記の各実施の形態においては、スターリング機関のリニアモータの内部ヨークとして積層鉄心を用いたものを例に説明したが、内部ヨークの構造はこれに限られるものではなく、例えば、焼結合金を用いて成型したような非積層型のものに対しても適用することが可能である。
【００４４】
【発明の効果】
本発明に係るスターリング機関によれば、弾性力を有する第１リング状部材がシリンダ部に形成された溝部に嵌め込まれた状態で、第１リング状部材の弾性力によって内部ヨークの他端部が一端部の方向へ押しつけられて、モータの内部ヨークがシリンダ部に容易に固定されることになる。これにより、従来の内部ヨークの固定構造のようにシリンダ部に雄ネジ部を形成する場合に比べて、シリンダ部の周面には第１リング状部材が嵌め込まれる溝部が単に形成されるだけであり、雄ネジ部を形成する場合のようにシリンダ部に歪が発生するおそれがなくなる。シリンダに歪が発生することが抑制される結果、ピストンとシリンダ部との間で磨耗が生じることがなくなり、スターリング機関の能力低下を防止することができる。
【００４５】
また、第１リング状部材には複数の第１雌ネジ部が設けられ、複数の第１雌ネジ部のそれぞれに螺合し第１リング状部材をモータの内部ヨークに固定するための第１雄ネジ部を備えていることが好ましく、この場合には、第１雄ネジ部を第１雌ネジ部に螺合することで、第１リング状部材だけでモータの内部ヨークを固定する場合よりも、より強固に内部ヨークをシリンダ部に固定することができる。
【００４６】
さらに、第１リング状部材は、モータの内部ヨークの他端側の略全体を覆うことが好ましく、これにより、モータの内部ヨークをより確実に押さえ込んでシリンダ部に固定することができる。
【００４７】
また、第１リング状部材は絶縁性の材料からなることが好ましく、これにより、第１リング状部材に渦電流が発生することがなくなって、モータの効率が低下するのを阻止することができる。具体的には、絶縁性の材料は樹脂を含むことが好ましい。
【００４８】
さらに、第１リング状部材が溝部に嵌め込まれた状態で第１リング状部材とモータの内部ヨークの他端側との間に位置し、モータの内部ヨークの他端側の略全体を覆う第２リング状部材を備えていることが好ましく、この場合には、第１リング状部材をより小さくして第２リング状部材によってモータの内部ヨークをシリンダ部に固定することができる。
【００４９】
また、第２リング状部材には複数の第２雌ネジ部が設けられ、複数の第２雌ネジ部のそれぞれに螺合し第２リング状部材をモータの内部ヨークに固定するための第２雄ネジ部を備えていることが好ましく、この場合には、第２雄ネジ部を第２雌ネジ部に螺合することで、第２リング状部材によって内部ヨークをシリンダ部により強固に固定することができる。
【００５０】
さらに、その第２リング状部材は絶縁性の材料からなることが好ましく、これにより、第２リング状部材に渦電流が発生することがなくなって、モータの効率が低下するのを阻止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係るスターリング機関のモータの積層鉄心の固定構造を示す一断面図である。
【図２】同実施の形態において、スパイラルリングを示す図であり、（ａ）はスパイラルリングの平面図であり、（ｂ）はスパイラルリングの側面図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係るスターリング機関のモータの積層鉄心の固定構造を示す一断面図である。
【図４】本発明の実施の形態３に係るスターリング機関のモータの積層鉄心の固定構造を示す一断面図である。
【図５】本発明の実施の形態４に係るスターリング機関のモータの積層鉄心の固定構造を示す一断面図である。
【図６】従来のスターリング冷凍機の構造を示す一断面図である。
【図７】従来のスターリング冷凍機におけるモータの積層鉄心の固定構造を示す図であり、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）はその一断面図である。
【図８】従来のスターリング冷凍機におけるモータの積層鉄心の固定構造の問題点を説明するための一断面図である。
【符号の説明】
１  ピストン、２  マグネット、３  マグネット支持部、４  シリンダ、５，７  積層鉄心、６  コイル、８  ディスプレーサピストン、１１  スパイラルリング、１２  押さえリング、１３  小ネジ。
【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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