(57)【要約】【課題】簡易な構成で、ピストンとシリンダとの接触を確実に判定すること。【解決手段】ピストン装置であるスターリングエンジン１は、高温側シリンダ１１Ａ内を往復運動する高温側ピストン１０Ａ及び低温側シリンダ１１Ｂ内を往復運動する低温側ピストン１０Ｂを備える。高温側シリンダ１１Ａ、高温側ピストン１０Ａ、低温側シリンダ１１Ｂ及び低温側ピストン１０Ｂは、それぞれ金属等の導電体で構成される。高温側シリンダ１１Ａと高温側ピストン１０Ａとの間の電気の導通、及び低温側シリンダ１１Ｂと低温側ピストン１０Ｂとの間の電気の導通は、それぞれ第１電圧測定器１７Ａ及び第２電圧測定器１７Ｂで測定する。そして、高温側シリンダ１１Ａと高温側ピストン１０Ａとの間等の電気の導通に基づいてピストンとシリンダとの接触を判定する。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも側周面が導電体で構成されるピストンと、
内部を前記ピストンが往復運動し、かつ、少なくとも内面が導電体で構成されるシリンダと、
前記シリンダの内面と、前記シリンダを格納する筺体との間に介在する絶縁体と、
前記ピストンの側周面と前記シリンダの内面との間の電気の導通に基づいて、前記ピストンと前記シリンダとが接触しているか否かを判定する接触判定手段と、
を含むことを特徴とするピストン装置。
【請求項２】
前記シリンダは導電体で構成され、かつ前記筺体とは別の構造体であり、前記絶縁体を介して前記筺体に支持されることを特徴とする請求項１に記載のピストン装置。
【請求項３】
前記ピストンの側周面は、前記ピストン装置の摺動部に設けられる軸受を介して、前記筺体と電気が導通するように接続されることを特徴とする請求項１又は２に記載のピストン装置。
【請求項４】
前記接触判定手段は、前記筺体と前記シリンダの内面との間で、前記ピストンの側周面と前記シリンダの内面との間の電気の導通を判定することを特徴とする請求項３に記載のピストン装置。
【請求項５】
前記ピストン装置は、スターリングエンジンに適用されるとともに、
前記絶縁体は、前記スターリングエンジンにおける断熱又は作動流体のシールのうち、少なくとも一方の機能を兼備することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のピストン装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダ内をピストンが往復するピストン装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱機関を用いることにより、乗用車やバス、トラック等の車両に搭載される内燃機関の排熱や工場排熱等を回収する技術がある。このような用途に用いられる熱機関としては、例えば、理論熱効率に優れたスターリングエンジンがある。スターリングエンジンを用いて内燃機関等の排熱を回収しようとする場合、摺動部の摩擦をできる限り低減して、排熱の回収効率を向上させる必要がある。このため、ピストンとシリンダとの間に気体軸受を介在させて、両者の摩擦を低減するものがある。
【０００３】
摺動部に気体軸受を設ける場合、過負荷や気体の供給不足等の理由により、摺動部で接触が発生することがある。特許文献１には、気体軸受において、軸受と軸との間の電気導通を検知して、軸受と軸との接触を判定する技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−９３７６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に開示されている技術は、軸受内を軸が回転するものを対象としており、シリンダとピストンとの間に気体軸受が形成されるピストン装置に対して、簡易な構造でピストンとシリンダとの接触を判定するためには改善の余地がある。また気体軸受によってシリンダ内にピストンを浮上させるピストン装置において、ピストンとシリンダとが接触すると摩耗が進行するので、両者の接触を確実に判定する手段が必要である。
【０００６】
そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ピストンとシリンダとの間に気体軸受が介在するピストン装置において、簡易な構造で、ピストンとシリンダとの接触を確実に判定できるピストン装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するために、本発明に係るピストン装置は、少なくとも側周面が導電体で構成されるピストンと、内部を前記ピストンが往復運動し、かつ、少なくとも内面が導電体で構成されるシリンダと、前記シリンダの内面と、前記シリンダを格納する筺体との間に介在する絶縁体と、前記ピストンの側周面と前記シリンダの内面との間の電気の導通に基づいて、前記ピストンと前記シリンダとが接触しているか否かを判定する接触判定手段と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
このピストン装置は、ピストンとシリンダとの間に気体軸受が介在し、かつ、前記ピストンは、少なくとも側周面が導電体で構成される。また前記シリンダは、少なくとも内面、すなわち、前記ピストンの側周面と対向する面が導電体で構成される。そして、前記ピストンの側周面と前記シリンダの内面との間での電気の導通に基づいて、前記ピストンと前記シリンダとが接触しているか否かを判定する。これによって、簡易な構成で、ピストンとシリンダとの接触を確実に判定できる。
【０００９】
次の本発明に係るピストン装置は、前記ピストン装置において、前記シリンダは導電体で構成され、かつ前記筺体とは別の構造体であり、前記絶縁体を介して前記筺体に支持されることを特徴とする。
【００１０】
次の本発明に係るピストン装置は、前記ピストン装置において、前記ピストンの側周面は、前記ピストン装置の摺動部に設けられる軸受を介して、前記筺体と電気が導通するように接続されることを特徴とする。
【００１１】
次の本発明に係るピストン装置は、前記ピストン装置において、前記接触判定手段は、前記筺体と前記シリンダの内面との間で、前記ピストンの側周面と前記シリンダの内面との間の電気の導通を判定することを特徴とする。
【００１２】
次の本発明に係るピストン装置は、前記ピストン装置において、前記ピストン装置は、スターリングエンジンに適用されるとともに、前記絶縁体は、前記スターリングエンジンにおける断熱又は作動流体のシールのうち、少なくとも一方の機能を兼備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、ピストンとシリンダとの間に気体軸受が介在するピストン装置において、簡易な構造で、ピストンとシリンダとの接触を確実に判定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この発明を実施するための最良の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記発明を実施するための最良の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【００１５】
なお、以下においては、ピストン装置を備える装置の一例として熱機関であるスターリングエンジンを取り上げるが、この発明に係るピストン装置が適用できる装置はこれに限定されるものではない。また、以下においては、スターリングエンジンを用いて車両等に搭載される内燃機関の排熱を回収する例を説明するが、排熱の回収対象は内燃機関に限られない。例えば工場やプラント、あるいは発電施設の排熱を回収する場合にも本発明は適用できる。
【実施例】
【００１６】
この実施例に係るピストン装置は、次の点に特徴がある。すなわち、ピストンとシリンダとの間に気体軸受が介在し、かつ、前記ピストンは、少なくとも側周面が導電体であり、また前記シリンダは、少なくとも内面が導電体で構成される。そして、前記ピストンの側周面と前記シリンダの内面との間での電気の導通に基づいて、前記ピストンと前記シリンダとが接触しているか否かを判定する。
【００１７】
図１は、この実施例に係るピストン装置であるスターリングエンジンにより、内燃機関の排熱を回収する構成例を示す説明図である。この実施例に係るピストン装置であるスターリングエンジン１を内燃機関３０の排熱回収に使用する際には、図１に示すように、スターリングエンジン１に備えられる熱交換器２を、例えばガソリンエンジンやディーゼルエンジン等といった内燃機関３０の排気通路３２内に配置する。これにより、熱交換器２で、排気通路３２を排気通路出口３３へ向かって流れる排ガスＥｘから熱エネルギーを回収する。
【００１８】
図２、図３は、この実施例に係るピストン装置であるスターリングエンジンにより、車両に搭載される内燃機関の排熱を回収する構成例を示す説明図である。この例では、スターリングエンジン１が、例えばジョイント３５を介して発電機３６を駆動することにより、内燃機関の排熱から熱エネルギーを回収する。
【００１９】
スターリングエンジン１が直列のα型である場合は、高温側のシリンダと低温側のシリンダとの配列方向が、クランク軸の回転軸と平行になる。車両３４の床３４Ｂの下を取り回される排気通路３２にスターリングエンジン１を取り付けるような場合には、スターリングエンジン１の出力軸であるクランク軸が、車両３４の床３４Ｂと略平行に配置される。これにより、スターリングエンジン１の出力は、車両３４の上下方向ではなく、車両３４の上下方向に対して略垂直方向に取り出されるので、車両３４の上下方向に対する省スペース化を図ることができる。また、車両３４に対する搭載性も向上する。次に、この実施例に係るピストン装置であるスターリングエンジン１の詳細な構成を説明する。
【００２０】
図４は、この実施例に係るピストン装置であるスターリングエンジンを示す断面図である。図５は、ピストンとシリンダとの間に介在する気体軸受を示す断面図である。この実施例に係るピストン装置である熱機関のスターリングエンジン１は、いわゆるα型のスターリングエンジンである。このスターリングエンジン１は、高温側シリンダ１１Ａと、この内部に収められて往復運動する高温側ピストン１０Ａと、低温側シリンダ１１Ｂと、この内部に収められて往復運動する低温側ピストン１０Ｂとを備える。なお、以下の説明において、高温側と低温側とを特に区別する必要がない場合には、高温側ピストン１０Ａ及び低温側ピストン１０Ｂを単にピストン１０といい、高温側シリンダ１１Ａ及び低温側シリンダ１１Ｂを単にシリンダ１１という。
【００２１】
高温側シリンダ１１Ａと低温側シリンダ１１Ｂとは、熱交換器２によって接続される。高温側シリンダ１１Ａと低温側シリンダ１１Ｂとには作動流体（ここでは空気）が封入されており、ヒータ２Ｈから供給される熱によってスターリングエンジン１を駆動する。高温側シリンダ１１Ａ及び低温側シリンダ１１Ｂは、ともにスターリングエンジン１のシリンダケース６内に格納されている。シリンダケース６は、基準体である基板５及びクランクケース８に取り付けられる。ここで、基板５、シリンダケース６及びクランクケース８が、スターリングエンジン１の筺体を構成する。なお、少なくともクランクケース８は、金属等の導電体で構成される。
【００２２】
基板５は、スターリングエンジン１を構成する高温側ピストン１０Ａや高温側シリンダ１１Ａその他の構成要素の位置基準となる。このように構成することで、前記構成要素の相対的な位置精度を確保できる。また、スターリングエンジン１を排熱回収対象である排気通路等へ取り付けるときの基準として、この基板５を使用することもできる。
【００２３】
高温側シリンダ１１Ａは、高温側の絶縁体（以下高温側絶縁体）１６Ａを介して筺体を構成する基板５とクランクケース８とに挟持され、支持される。また、低温側シリンダ１１Ｂは、クランクケース８側に配置される低温側の絶縁体（以下低温側絶縁体）１６Ｂとクーラー２Ｃ側に配置される低温側絶縁体１６Ｂとによって挟持される。クーラー２Ｃは基板５に取り付けられるので、低温側シリンダ１１Ｂは、低温側絶縁体１６Ｂを介して筺体を構成する基板５とクランクケース８とに挟持され、支持されることになる。このように、この実施例に係るスターリングエンジン１では、高温側シリンダ１１Ａ及び低温側シリンダ１１Ｂは、スターリングエンジン１の筺体内に配置されるとともに、絶縁体を介して前記筺体内に支持される。
【００２４】
高温側ピストン１０Ａの往復運動は、高温側ピストン１０Ａに設けられる高温側伝達部材１２Ａ、高温側コンロッド１３Ａを介して、クランク軸９へ伝達される。また、低温側ピストン１０Ｂの往復運動は、低温側ピストン１０Ｂに設けられる低温側伝達部材１２Ｂ、低温側コンロッド１３Ｂを介して、クランクケース８内に格納されるクランク軸９へ伝達される。ここで、低温側ピストン１０Ｂは、高温側ピストン１０Ａに対して、クランク角で９０°程度の位相差がつけられている。
【００２５】
高温側シリンダ１１Ａと低温側シリンダ１１Ｂとを接続する熱交換器２は、ヒータ２Ｈと再生器２Ｒとクーラー２Ｃとで構成される。ヒータ２Ｈの一端は、高温側ヒータ接続部材３によって高温側シリンダ１１Ａに接続され、他端は低温側ヒータ接続部材４によって再生器２Ｒに接続される。再生器２Ｒは、一端がヒータ２Ｈに接続され他端はクーラー２Ｃに接続される。クーラー２Ｃの一端は再生器２Ｒに接続され、他端は低温側シリンダ１１Ｂに接続される。高温側ヒータ接続部材３及び低温側ヒータ接続部材４は、それぞれ基板５に取り付けられる。また、高温側ヒータ接続部材３は、ヒータ２Ｈと高温側シリンダ１１Ａとを接続するとともに、スターリングエンジン１の運転中には内部に高温側ピストン１０Ａが入り込む。すなわち、高温側ヒータ接続部材３は、高温側シリンダの一部を構成する。
【００２６】
この実施例に係るスターリングエンジン１は、例えば車両３４において、上述したように、ガソリンエンジンのような内燃機関３０とともに用いられて、内燃機関３０の排ガスＥｘを熱源として駆動される。この場合、スターリングエンジン１のヒータ２Ｈは、車両に搭載される内燃機関の排気通路３２の内部に配置される。そして、内燃機関の排気ガスから回収した熱エネルギにより作動流体が加熱されて、スターリングエンジン１が作動する。
【００２７】
この実施例に係るスターリングエンジン１は、排気通路３２の内部にそのヒータ２Ｈが収容される。このように、このスターリングエンジン１は、車両３４内の限られたスペースに設置されるため、装置全体がコンパクトである方が設置の自由度が増し、好ましい。そのために、このスターリングエンジン１では、高温側及び低温側シリンダ１１Ａ、１１Ｂを、Ｖ字形ではなく、直列並行に配置した構成を採用している。
【００２８】
図５に示すように、高温側ピストン１０Ａと低温側ピストン１０Ｂとは、それぞれ気体軸受ＧＢを介して高温側シリンダ１１Ａと低温側シリンダ１１Ｂ内に浮いた状態で支持されている。気体軸受ＧＢを構成するために、ピストン１０とシリンダ１１との間隔ｔｃは、全周にわたって数十μｍとする（この実施例では約３０μｍ）。すなわち、ピストンリングを使用せず、また潤滑油も使用しないで、ピストン１０をシリンダ１１内で往復運動させる構造である。これによって、ピストン１０とシリンダ１１との摩擦を低減して、スターリングエンジン１の熱効率を向上させることができる。また、ピストン１０とシリンダ１１との摩擦を低減することにより、内燃機関の排熱回収のような低温度差の運転条件下においても、スターリングエンジン１による排熱回収効率の低下を抑制できる。
【００２９】
なお、シリンダ１１の内面Ｐｉに固体潤滑材を付してもよい。これによって、ピストン１０とシリンダ１１との摺動抵抗をさらに低減させることができる。ここで、この実施例においては、スターリングエンジン１の作動流体に空気を用い、それを利用して気体軸受を構成する。なお、この実施例において、作動流体を変更すれば気体軸受ＧＢを構成する作動流体も変更される。
【００３０】
高温側ピストン１０Ａ、低温側ピストン１０Ｂの往復運動は、それぞれ高温側コンロッド１３Ａ及び低温側コンロッド１３Ｂによってクランク軸９に伝達され、ここで回転運動に変換される。なお、クランクケース８内は、加圧手段により加圧してもよい。これは、高温側及び低温側シリンダ１１Ａ、１１Ｂ、及びヒータ２Ｈ内の作動流体（本実施例では空気）を加圧して、スターリングエンジン１からより多くの出力を取り出すためである。
【００３１】
ここで、高温側及び低温側ピストン１０Ａ、１０Ｂの往復運動は、例えばグラスホッパ機構のような近似直線機構を介して、クランク軸９に伝達してもよい。このようにすれば、高温側及び高温側ピストン１０Ａ、１０Ｂのサイドフォース（ピストンの径方向に向かう力）Ｆをほとんど０にできるので、負荷能力の小さい気体軸受ＧＢを用いても、十分に高温側及び低温側ピストン１０Ａ、１０Ｂを支持することができる。
【００３２】
この実施例に係るスターリングエンジン１は、気体軸受ＧＢを介してシリンダ１１内にピストン１０を浮上させ、これを往復運動させる。上述したように、ピストン１０とシリンダ１１との間隔ｔｃ（図５参照）は全周にわたって約３０μｍ程度と極めて小さい。このため、ピストン１０の変位を計測することによりピストン１０がシリンダ１１内に浮上したか、又はピストン１０とシリンダ１１とが接触したかを判定することは困難である。このため、この実施例に係るスターリングエンジン１では、ピストン１０の側周面とシリンダ１１の内面との間における電気の導通によって、ピストン１０の浮上、又はピストン１０とシリンダ１１との接触を判定する。次に、この構成について説明する。
【００３３】
この実施例に係るスターリングエンジン１は、高温側ピストン１０Ａ、低温側ピストン１０Ｂ、高温側シリンダ１１Ａ及び低温側シリンダ１１Ｂが、いずれも導電体で構成される。導電体としては、例えばアルミニウムや銅、あるいは鉄等の金属材料を用いることができる。これによって、ピストン１０の側周面Ｐｓ、及びピストン１０の側周面Ｐｓに対向するシリンダ１１の内面Ｐｉは、少なくとも導電体で構成される。
【００３４】
高温側シリンダ１１Ａ及び低温側シリンダ１１Ｂには、それぞれ第１接触判定回路４０Ａ、第２接触判定回路４０Ｂが接続される。この実施例において、第１接触判定回路４０Ａ及び第２接触判定回路４０Ｂは抵抗と電圧を利用しており、図４に示すように、抵抗１８と電源１９とがシリンダ１１に直列に接続される。
【００３５】
高温側ピストン１０Ａに取り付けられる高温側伝達部材１２Ａと高温側コンロッド１３Ａとの摺動部には、第１軸受１４Ａが設けられており、第１軸受１４Ａを介して高温側伝達部材１２Ａと高温側コンロッド１３Ａとが連結される。また、高温側コンロッド１３Ａとクランク軸９との摺動部には第２軸受１５Ａが設けられており、第２軸受１５Ａを介して高温側コンロッド１３Ａとクランク軸９とが連結される。
【００３６】
低温側ピストン１０Ｂに取り付けられる低温側伝達部材１２Ｂと低温側コンロッド１３Ｂとの摺動部には、第１軸受１４Ｂが設けられており、第１軸受１４Ｂを介して低温側伝達部材１２Ｂと低温側コンロッド１３Ｂとが連結される。また、低温側コンロッド１３Ｂとクランク軸９との摺動部には第２軸受１５Ｂが設けられており、第２軸受１５Ｂを介して低温側コンロッド１３Ｂとクランク軸９とが連結される。
【００３７】
高温側伝達部材１２Ａ、高温側コンロッド１３Ａ、低温側伝達部材１２Ｂ、低温側コンロッド１３Ｂ、クランク軸９、第１軸受１４Ａ、１４Ｂ、第２軸受１５Ａ、１５Ｂ及びクランク軸受７は、いずれも金属等の導電体で構成される。また、上述したように、クランクケース８も金属等の導電体で構成される。そして、クランク軸９は、クランク軸受７を介してクランクケース８へ回転可能に支持される。このような構成により、高温側及び低温側ピストン１０Ａ、１０Ｂとクランクケース８とは、高温側伝達部材１２Ａ、第１軸受１４Ａ、高温側コンロッド１３Ａ、第２軸受１５Ａ、クランク軸９、クランク軸受７を介して、例えばこれらの金属接触を利用することにより、電気的に接続される。これによって、簡易な構成で確実に高温側及び低温側ピストン１０Ａ、１０Ｂと筺体を構成するクランクケース８との導通を確保することができる。
【００３８】
図６は、電圧測定点の電圧変化を示す説明図である。ピストン１０とシリンダ１１との浮上又は接触を判定するときには、第１接触判定回路４０Ａ、第２接触判定回路４０Ｂの電圧測定点Ｐｍの電圧を、それぞれ第１電圧測定器１７Ａ、第２電圧測定器１７Ｂで測定する。ここで、第１接触判定回路４０Ａ及び第１電圧測定器１７Ａ、第２接触判定回路４０Ｂ及び第２電圧測定器１７Ｂが、それぞれ高温側、低温側における接触判定手段として機能する。
【００３９】
ここで、クランクケース８は、アースに接続される。これによって、接触判定手段である第１及び第２電圧測定器１７Ａ、１７Ｂは、筺体を構成するクランクケース８とシリンダ１１の内面との間で、ピストン１０の側周面とシリンダ１１の内面との間の電気の導通を判定する。この構成によれば、クランクケース８とシリンダ１１との電位差を測定すればよいので、ピストン１０のような動作している部材をアースする場合と比較して、簡単かつ容易に構成できるとともに、電圧を安定して測定することができる。
【００４０】
ピストン１０がシリンダ１１から浮上している場合、電圧測定点Ｐｍの電圧ＥはＶ１となる。ピストン１０がシリンダ１１に接触すると、電圧測定点Ｐｍの電圧Ｅはアースと等しくなるので、０となる。これによって、ピストン１０とシリンダ１１との接触、浮上を確実に判定することができる。
【００４１】
ピストン１０とシリンダ１１とが接触し続ける場合、すなわち、電圧測定点Ｐｍの電圧Ｅが０を示し続ける場合には、スターリングエンジン１の運転を中止する。これにより、ピストン１０やシリンダ１１の摩耗の進行を抑制したり、スターリングエンジン１の破損を抑えたりする。一方、ピストン１０がシリンダ１１から浮上している場合、すなわち、電圧測定点Ｐｍの電圧ＥがＶ１を示し続ける場合には、ピストン１０がシリンダ１１から完全に浮上しているので、スターリングエンジン１の運転を継続する。
【００４２】
この実施例に係るスターリングエンジン１では、高温側絶縁体１６Ａ及び低温側絶縁体１６Ｂを介して、高温側シリンダ１１Ａ及び低温側シリンダ１１Ｂを筺体内に取り付ける。これによって、簡易な構造で、高温側シリンダ１１Ａ、及び低温側シリンダ１１Ｂ以外の部分に対する電気の導通が防止される。その結果、簡易な構造で、確実にピストン１０とシリンダ１１との導通を検出して、両者の接触、浮上を判定できる。また、高温側シリンダ１１Ａには第１接触判定回路４０Ａを接続し、低温側シリンダ１１Ｂには第２接触判定回路４０Ｂを接続するので、シリンダ毎にピストンの接触、浮上を判定できる。
【００４３】
ここで、高温側シリンダ１１Ａは高温側絶縁体１６Ａを介して、低温側シリンダ１１Ｂは低温側絶縁体１６Ｂを介してスターリングエンジン１の筺体に取り付けられる。このとき、高温側及び低温側絶縁体１６Ａ、１６Ｂには、断熱材又は作動流体のシール材の少なくとも一方の機能を兼用させてもよい。このようにすれば、断熱材やシール材を別個に用意する必要はないので、スターリングエンジン１の構成を簡略化できるとともに、製造コストを低減できる。高温側及び低温側絶縁体１６Ａ、１６Ｂとしては、例えば、ゴムや樹脂等の材料や、非導電体のガスケット等を用いることができる。ここで、高温側絶縁体１６Ａは、より耐熱性に優れる材料を用いることが好ましい。
【００４４】
この実施例に係るスターリングエンジン１は、筺体とは別の構造体として高温側シリンダ１１Ａ及び低温側シリンダ１１Ｂを用意し、高温側シリンダ１１Ａ及び低温側シリンダ１１Ｂを筺体内に取り付ける。これによって、高温側及び低温側シリンダ１１Ａ、１１Ｂの組み付け精度を高くすることができるので、ピストン１０とシリンダ１１との間に形成される気体軸受用の微小な間隔ｔｃ（図５）を、確実に設定することができる。
【００４５】
そして、このスターリングエンジン１では、筺体とは別の構造体として高温側シリンダ１１Ａ及び低温側シリンダ１１Ｂを用意するので、筺体とシリンダとを絶縁するためには、高温側シリンダ１１Ａ及び低温側シリンダ１１Ｂと筺体との間に高温側及び低温側絶縁体１６Ａ、１６Ｂを配置するだけでよい。これによって、筺体とシリンダとを絶縁するための新たな構成が不要になる。その結果、クランクケース８等の加工や設計変更等が不要になるか、加工等が必要である場合でも簡易な加工等で済む。
【００４６】
（第１変形例）
この実施例の第１変形例について説明する。この変形例に係るスターリングエンジンは、上記実施例に係るスターリングエンジンと略同様の構成であるが、シリンダが絶縁体で構成されるとともに、シリンダの内面は導電体で覆われる点が異なる。他の構成は上記実施例と同様である。
【００４７】
図７は、この実施例の第１変形例に係るシリンダ及びピストンの構成を示す説明図である。この変形例に係るピストン機関であるスターリングエンジン１ａは、高温側シリンダ１１Ａａ、低温側シリンダ１１Ｂａ（以下、両者を区別せずシリンダ１１ａという）が電気の絶縁体で構成されている。そして、シリンダ１１ａの内面Ｐｉは、導電体２０で覆われている。これによって、少なくともシリンダ１１ａの内面Ｐｉは、導電体で構成される。また、シリンダ１１ａの内面Ｐｉを覆う導電体２０には、抵抗１８と電源１９とで構成される接触判定回路４０が接続される。
【００４８】
シリンダ１１ａは、スターリングエンジン１ａの筺体とは別個の構造体として用意される。そして、スターリングエンジン１ａの筺体を構成するクランクケース８と基板５とに挟持されて、スターリングエンジン１ａの筺体内部に支持される。ここで、クランクケース８と基板５とは、導電体で構成されるが、シリンダ１１ａが電気の絶縁体で構成されるため、シリンダ１１ａの内面を覆う導電体２０は、筺体を構成するクランクケース８、シリンダケース６、基板５とは導通しない。
【００４９】
高温側ピストン１０Ａａ及び低温側ピストン１０Ｂａ（以下、両者を区別せずピストン１０ａという）は、導電体で構成される。ピストン１０ａは、上記実施例に係るピストン１０と同様に、軸受やコンロッドを介してスターリングエンジン１ａの筺体と導通する。スターリングエンジン１ａの筺体は導電体で構成されるとともに、アースに接続されているので、ピストン１０ａは、軸受、筺体等を介してアースに接続される。
【００５０】
シリンダ１１ａの内面Ｐｉを覆う導電体２０とピストン１０ａとが接触すると、電圧測定点Ｐｍの電圧Ｅはアースと等しくなるので、０となる（図６）。また、ピストン１０ａが導電体２０から浮上している場合、電圧測定点Ｐｍの電圧ＥはＶ１となる（図６）。これによって、ピストン１０ａとシリンダ１１ａとの接触、浮上を判定することができる点は、上記実施例と同様である。
【００５１】
（第２変形例）
この実施例の第２変形例について説明する。この変形例に係るスターリングエンジンは、上記実施例に係るスターリングエンジンと略同様の構成であるが、ピストンが絶縁体で構成されるとともに、ピストンの側周面を導電体で覆う点が異なる。他の構成は上記実施例と同様である。
【００５２】
図８は、この実施例の第２変形例に係るシリンダ及びピストンの構成を示す説明図である。この変形例に係るスターリングエンジン１ｂが備える高温側ピストン１０Ａｂ及び低温側ピストン１０Ｂｂ（以下、両者を区別せずピストン１０ｂという）は、ガラス等の絶縁体で構成される。そして、ピストン１０ｂの側周面Ｐｓは、導電体２１で覆われる。これによって、少なくともピストン１０ｂの側周面Ｐｓは導電体で構成される。
【００５３】
ピストン１０ｂは、金属等の導電体で構成されるピストン支持部材２２によって支持される。ピストン支持部材２２は、コップ状のピストン１０ｂの内部に配置され、固定用部材２６によって固定される。また、ピストン１０ｂの内面とピストン支持部材２２との間には、Ｏリング２５が設けられる。ピストン１０ｂの側周面を覆う導電体２１は、ピストン１０ｂの裾側端部１０ｓｔで、導電板２３と接触する。導電板２３は、導電板固定部材２４により、ピストン支持部材２２に固定される。これにより、導電体２１とピストン支持部材２２とが電気的に接続される。
【００５４】
ピストン支持部材２２は、軸受やコンロッドを介してスターリングエンジン１ｂの筺体と導通する。スターリングエンジン１ｂの筺体は導電体で構成されるとともに、アースに接続されているので、ピストン１０ｂは、軸受、筺体等を介してアースに接続される。また、この変形例に係るスターリングエンジン１ｂが備える高温側シリンダ１１Ａｂ、低温側シリンダ１１Ｂｂ（以下、両者を区別せずシリンダ１１ｂという）は、金属等の導電体で構成される。そして、シリンダ１１ｂには、抵抗１８と電源１９とで構成される接触判定回路４０が接続される。
【００５５】
シリンダ１１ｂとピストン１０ｂとが接触すると、電圧測定点Ｐｍの電圧Ｅはアースと等しくなるので、０となる（図６）。また、ピストン１０ｂがシリンダ１１ｂから浮上している場合、電圧測定点Ｐｍの電圧ＥはＶ１となる（図６）。これによって、ピストン１０ｂとシリンダ１１ｂとの接触、浮上を判定することができる点は、上記実施例と同様である。
【００５６】
以上、この実施例及びその変形例は、ピストンとシリンダとの間に気体軸受が介在し、かつ、前記ピストンは、少なくとも側周面が導電体であり、また前記シリンダは、少なくとも内面が導電体で構成され、さらに、前記ピストンの側周面と前記シリンダの内面との間での電気の導通に基づいて、前記ピストンと前記シリンダとが接触しているか否かを判定する。これによって、簡易な構成で、ピストンとシリンダとの接触を確実に判定できる。
【００５７】
また、この実施例及びその変形例に係るピストン装置が車両に搭載されて、車両の駆動用に用いられる内燃機関の排熱回収に用いられる場合、車両走行中の加速度によっては、ピストンとシリンダとの接触が頻繁に発生する場合がある。このような場合であっても、この実施例及びその変形例に係るピストン装置では、確実にピストンとシリンダとの接触を判定できるので、判定の結果、両者の接触が許容できない場合には速やかにピストン装置の運転を中止等できる。その結果、ピストンやシリンダの摩耗等を抑制して、ピストン装置の耐久性低下を抑制できる。
【００５８】
なお、上記においては、ピストン装置を備える熱機関がスターリングエンジンである場合の例を用いて、その構成、作用、効果を説明したが、この実施例に係るピストン装置は、スターリングエンジン以外の熱機関や装置に対しても容易に適用可能である。そして、適用された場合には、上記と同様の有用性を有する。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
以上のように、本発明に係るピストン装置は、気体軸受によってピストンをシリンダ内に浮上させるものに対して有用であり、特に、簡易な構成で、ピストンとシリンダとの接触を確実に判定することに適している。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】この実施例に係るピストン装置であるスターリングエンジンにより、内燃機関の排熱を回収する構成例を示す説明図である。
【図２】この実施例に係るピストン装置であるスターリングエンジンにより、車両に搭載される内燃機関の排熱を回収する構成例を示す説明図である。
【図３】この実施例に係るピストン装置であるスターリングエンジンにより、車両に搭載される内燃機関の排熱を回収する構成例を示す説明図である。
【図４】この実施例に係るピストン装置であるスターリングエンジンを示す断面図である。
【図５】ピストンとシリンダとの間に介在する気体軸受を示す断面図である。
【図６】電圧測定点の電圧変化を示す説明図である。
【図７】この実施例の第１変形例に係るシリンダ及びピストンの構成を示す説明図である。
【図８】この実施例の第２変形例に係るシリンダ及びピストンの構成を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６１】
１、１ａ、１ｂ  スターリングエンジン
２  熱交換器
５  基板
６  シリンダケース
７  クランク軸受
８  クランクケース
９  クランク軸
１０、１０ａ、１０ｂ  ピストン
１０Ａ、１０Ａａ、１０Ａｂ  高温側ピストン
１０Ｂ、１０Ｂａ、１０Ｂｂ  低温側ピストン
１１、１１ａ、１１ｂ  シリンダ
１１Ａ、１１Ａａ、１１Ａｂ  高温側シリンダ
１１Ｂ、１１Ｂａ、１１Ｂｂ  低温側シリンダ
１２Ａ  高温側伝達部材
１２Ｂ  低温側伝達部材
１３Ａ  高温側コンロッド
１３Ｂ  低温側コンロッド
１４Ａ、１４Ｂ  第１軸受
１５Ａ、１５Ｂ  第２軸受
１６Ａ  高温側絶縁体
１６Ｂ  低温側絶縁体
１７Ａ  第１電圧測定器
１７Ｂ  第２電圧測定器
４０  接触判定回路
４０Ａ  第１接触判定回路
４０Ｂ  第２接触判定回路
【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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