(57)【要約】【課題】冷却効率を向上できるスターリング機関を提供する。【解決手段】圧縮空間４５と膨脹空間４６との間に設けられた断面環状のガス通路内に配されてガス通路を流通する作動ガスとの間で熱を授受するスターリング機関用再生器７０を備えたスターリング機関１において、スターリング機関用再生器７０は原反８から裁断された帯状のフィルム部材７２を空隙を介して多重に巻回して形成され、フィルム部材７２の一方の側端は切刃１２１のフィルム部材７２に垂直な垂直面１３０で切断され、他方の側端は切刃１２１のフィルム部材７２に対して傾斜した傾斜面１２９で切断されるとともに、スターリング機関用再生器７０の傾斜面１２９で切断した側を膨張空間４６側に配置した。【選択図】図６
2008096076.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮空間と膨脹空間との間に設けられた断面環状のガス通路内に配されて前記ガス通路を流通する作動ガスとの間で熱を授受するスターリング機関用再生器を備えたスターリング機関において、前記スターリング機関用再生器は原反から裁断された帯状のフィルム部材を空隙を介して多重に巻回して形成され、前記フィルム部材の一方の側端は切刃の前記フィルム部材に垂直な垂直面で切断され、他方の側端は前記切刃の前記フィルム部材に対して傾斜した傾斜面で切断されるとともに、前記スターリング機関用再生器の前記傾斜面で切断した側を膨張空間側に配置したことを特徴とするスターリング機関。
【請求項２】
原反から裁断された帯状のフィルム部材を空隙を介して多重に巻回して形成され、スターリング機関の圧縮空間と膨脹空間との間に設けられた断面環状のガス通路内に配されて前記ガス通路を流通する作動ガスとの間で熱を授受するスターリング機関用再生器において、前記フィルム部材の一方の側端は切刃の前記フィルム部材に垂直な垂直面で切断され、他方の側端は前記切刃の前記フィルム部材に対して傾斜した傾斜面で切断されることを特徴とするスターリング機関用再生器。
【請求項３】
前記傾斜面で切断した側を判別可能な目印を設けたことを特徴とする請求項２に記載のスターリング機関用再生器。
【請求項４】
スターリング機関の圧縮空間と膨脹空間との間に設けられた断面環状のガス通路内に配されて前記ガス通路を流通する作動ガスとの間で熱を授受するスターリング機関用再生器の製造方法において、
並設された複数の切刃によって樹脂フィルム原反から複数の帯状のフィルム部材を裁断する裁断工程と、
前記樹脂フィルム原反または前記フィルム部材に突起を形成する突起形成工程と、
前記突起が形成された前記フィルム部材を筒状の巻芯に巻回する巻回工程とを備え、
前記切刃の刃先は前記樹脂フィルム原反に垂直な垂直面と、前記垂直面に対して傾斜して形成される傾斜面とを有して尖鋭に形成され、複数の前記切刃の前記傾斜面が平行に配置されることを特徴とするスターリング機関用再生器の製造方法。
【請求項５】
巻回された前記フィルム部材の前記傾斜面で切断した側を判別可能な目印を付す目印付加工程を設けたことを特徴とする請求項４に記載のスターリング機関用再生器の製造方法。
【請求項６】
前記樹脂フィルム原反を送出して前記巻回工程で巻回しながら、前記裁断工程と前記突起形成工程とを連続して行うことを特徴とする請求項４または請求項５に記載のスターリング機関用再生機の製造方法。
【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構成するスターリング機関に関する。また本発明は、スターリング機関、特にスターリング冷凍機に用いられて作動ガスとの間で熱を授受するスターリング機関用再生器及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
スターリング機関はヘリウム、水素、窒素等を作動ガスとして用い、フロンを作動ガスとして用いないため、オゾン層の破壊を招くことのない熱機関として注目を集めている。スターリング機関はリニアモータ等により駆動されるピストン及びディスプレーサを有し、往復運動するピストンに対して所定の位相差でディスプレーサが往復運動する。これにより、ピストンとディスプレーサとの間に形成される圧縮空間と、ディスプレーサの先端に形成される膨張空間との間を作動ガスが流通してスターリングサイクルが運転される。
【０００３】
ピストンを内嵌するシリンダの周囲には断面環状のガス通路が形成され、ガス通路を介して圧縮空間と膨張空間との間を作動ガスが流通する。ガス通路内には作動ガスとの間で熱を授受する再生器が設けられ、再生器の両端には外気と熱交換する熱交換器が隣接する。圧縮空間では等温圧縮変化によって作動ガスの温度が上昇し、膨脹空間では等温膨脹変化によって作動ガスの温度が降下する。
【０００４】
圧縮空間の熱は圧縮空間側の熱交換器を介して大気中へ放出され、作動ガスは膨張空間と圧縮空間との間に設けられた再生器に熱を蓄積して膨張空間へ移動する。再生器により冷却された作動ガスは低温側となる膨張空間で膨張されることによって更に冷却され、膨張空間側の熱交換器を介して外気の熱を奪う。そして、作動ガスが膨張空間から圧縮空間へ移動する際に再生器に蓄えられた熱を奪って再生器を冷却する。この動作を繰り返してスターリングサイクルが行われるようになっている。
【０００５】
特許文献１、２には従来の再生器が開示されている。この再生器は帯状のフィルム部材が円筒体に空隙を介して多重に巻回されている。空隙はシート部材の表面に設けた微小な突起が隣接する層に当接して形成される。作動ガスは空隙内を軸方向に流通してフィルム部材との熱交換により熱を回収する。
【特許文献１】特開２００３−２１４１２号公報（第４頁、図２、３）
【特許文献２】特開２００３−１６６４４２号公報（第３頁−第６頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら上記従来のスターリング機関によると、再生器を形成するフィルム部材を裁断する際に応力が残留し、高温になると残留応力が開放されて再生器が変形する場合があった。これにより、再生器の圧力損失が変化してスターリング機関による運転効率が低下する問題があった。また、突起形成前のフィルム部材がロール状に巻回され、突起形成後のフィルム部材が再度巻回される。このため、再生器の製造コストがかかる問題もあった。
【０００７】
本発明は冷却効率を向上できるスターリング機関を提供することを目的とする。また、本発明は、コスト削減を図ることができるとともにスターリング機関の運転効率を向上できるスターリング機関用再生器及びその製造方法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】
【０００８】
上記目的を達成するために本発明は、圧縮空間と膨脹空間との間に設けられた断面環状のガス通路内に配されて前記ガス通路を流通する作動ガスとの間で熱を授受するスターリング機関用再生器を備えたスターリング機関において、前記スターリング機関用再生器は原反から裁断された帯状のフィルム部材を空隙を介して多重に巻回して形成され、前記フィルム部材の一方の側端は切刃の前記フィルム部材に垂直な垂直面で切断され、他方の側端は前記切刃の前記フィルム部材に対して傾斜した傾斜面で切断されるとともに、前記スターリング機関用再生器の前記傾斜面で切断した側を膨張空間側に配置したことを特徴としている。
【０００９】
この構成によると、圧縮空間と膨脹空間との間に配されるスターリング機関用再生器は両側端を切刃により裁断された帯状のフィルム部材を巻回して形成される。切刃は刃先が垂直面と傾斜面を有した尖鋭に形成され、フィルム部材の両側端を切断する。この時、フィルム部材の一方の側端は垂直面で切断され、他方の側端は傾斜面で切断される。そして、傾斜面で切断された側が膨張空間側に配される。
【００１０】
また本発明は、原反から裁断された帯状のフィルム部材を空隙を介して多重に巻回して形成され、スターリング機関の圧縮空間と膨脹空間との間に設けられた断面環状のガス通路内に配されて前記ガス通路を流通する作動ガスとの間で熱を授受するスターリング機関用再生器において、前記フィルム部材の一方の側端は切刃の前記フィルム部材に垂直な垂直面で切断され、他方の側端は前記切刃の前記フィルム部材に対して傾斜した傾斜面で切断されることを特徴としている。
【００１１】
また本発明は上記構成のスターリング機関用再生器において、前記傾斜面で切断した側を判別可能な目印を設けたことを特徴としている。この構成によると、目印により判別して切刃の傾斜面で切断された側を膨張空間側に配することができる。目印は傾斜面で切断した側に設けてもよく、垂直面で切断した側に設けてもよい。
【００１２】
また本発明は、スターリング機関の圧縮空間と膨脹空間との間に設けられた断面環状のガス通路内に配されて前記ガス通路を流通する作動ガスとの間で熱を授受するスターリング機関用再生器の製造方法において、
並設された複数の切刃によって樹脂フィルム原反から複数の帯状のフィルム部材を裁断する裁断工程と、
前記樹脂フィルム原反または前記フィルム部材に突起を形成する突起形成工程と、
前記突起が形成された前記フィルム部材を筒状の巻芯に巻回する巻回工程とを備え、
前記切刃の刃先は前記樹脂フィルム原反に垂直な垂直面と、前記垂直面に対して傾斜して形成される傾斜面とを有して尖鋭に形成され、複数の前記切刃の前記傾斜面が平行に配置されることを特徴としている。
【００１３】
この構成によると、樹脂フィルム原反は所定速度で送られ、裁断工程で送りに垂直な方向に並設される複数の切刃によって複数の帯状のフィルム部材により裁断される。裁断されたフィルム部材は突起形成工程で針状部材の押圧等によって多数の突起が形成される。裁断前の樹脂フィルム原反に突起を形成してもよい。突起を形成されたフィルム部材は巻回工程で巻芯に巻回され、フィルム部材を突起による空隙を有して多層に巻回したスターリング機関用再生器が得られる。裁断工程に用いられる切刃は刃先が垂直面と傾斜面を有した尖鋭に形成され、各切刃の傾斜面が平行に配される。これにより、フィルム部材は一方の側端が垂直面で切断され、他方の側端が傾斜面で切断される。
【００１４】
また本発明は上記構成のスターリング機関用再生器の製造方法において、巻回された前記フィルム部材の前記傾斜面で切断した側を判別可能な目印を付す目印付加工程を設けたことを特徴としている。
【００１５】
また本発明は上記構成のスターリング機関用再生器の製造方法において、前記樹脂フィルム原反を送出して前記巻回工程で巻回しながら、前記裁断工程と前記突起形成工程とを連続して行うことを特徴としている。この構成によると、樹脂フィルム原反は送出により引き出された状態で裁断及び突起形成が行われた後、巻回される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のスターリング機関によると、切刃により裁断されるフィルム部材を巻回したスターリング機関用再生器が切刃の傾斜面で切断した側を膨張空間側に配置されるので、傾斜面によってフィルム部材に応力が残留しても低温に維持されるため残留応力が開放されない。これにより、スターリング機関用再生器の変形による圧力損失の変化を防止し、高い運転効率を維持することができる。
【００１７】
また、本発明のスターリング機関用再生器によると、切刃により裁断されるフィルム部材は一方の側端が切刃の垂直面で切断され、他方の側端が傾斜面で切断されるため、傾斜面で切断した側をスターリング機関の膨張空間側に配置することにより、運転効率の高いスターリング機関を得ることができる。
【００１８】
また、本発明のスターリング機関用再生器によると、傾斜面で切断した側を判別可能な目印を設けたので、傾斜面で切断した側をスターリング機関の膨張空間側に簡単に配置することができる。
【００１９】
また、本発明のスターリング機関用再生器の製造方法によると、樹脂フィルム原反を裁断する切刃が傾斜面を平行に並設されるため、一方の側端が切刃の垂直面で切断され、他方の側端が傾斜面で切断された複数のフィルム部材を簡単に得ることができる。
【００２０】
また、本発明のスターリング機関用再生器の製造方法によると、巻回されたフィルム部材の傾斜面で切断した側を判別可能な目印を付す目印付加工程を設けたので、傾斜面で切断した側をスターリング機関の膨張空間側に簡単に配置することができる。
【００２１】
また、本発明のスターリング機関用再生器の製造方法によると、樹脂フィルム原反を送出して巻回工程で巻回しながら、裁断工程と突起形成工程とを連続して行うので、裁断後に巻回する必要がなく、スターリング機関用再生器の製造コストを削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は第１実施形態のスターリング機関を示す断面図である。スターリング機関１は冷凍機として用いられるフリーピストンタイプのものであり、軸方向に並設されるシリンダ１０、１１を有している。シリンダ１０にはピストン１２が挿入され、シリンダ１１にはディスプレーサ１３が挿入される。ピストン１２及びディスプレーサ１３は、シリンダ１０、１１内に充填される作動ガスによるガスベアリングによってスターリング機関１の運転中にシリンダ１０、１１の内壁に接触することなく往復運動する。
【００２３】
ピストン１２の一方の端にはカップ状のマグネットホルダ１４が固定される。マグネットホルダ２１の開口側の先端にはマグネット２４が取り付けられる。シリンダ１１にはマグネット２４に対峙する外側ヨーク２２及び内側ヨーク２３が保持される。外側ヨーク２２を囲む管体２５、外側ヨーク２２及び内側ヨーク２３は合成樹脂製のエンドブラケット２６、２７により所定の位置関係に保持される。外側ヨーク２２はコイル２１が巻回され、コイル２１に通電することによりマグネット２４と一体のピストン１２が往復運動する。これにより、ピストン１２を駆動するリニアモータ２０が構成される。
【００２４】
ディスプレーサ１３の一端にはディスプレーサ軸１５が突出している。ディスプレーサ軸１５はピストン１２及びマグネットホルダ１４を貫通し、ディスプレーサ１３がピストン１２と独立にスライド可能になっている。ディスプレーサ軸１５には板バネ３１の中心部が固定され、マグネットホルダ１４には板バネ３０の中心部が固定される。スプリング３０、３１は円板形の素材にスパイラル状の切り込みを入れて形成される。板バネ３０、３１の外周部はスペーサ３２を介して所定間隔離れて連結され、エンドブラケット２７に固定される。
【００２５】
これにより、ディスプレーサ１３の慣性力によってピストン１２に対して所定の位相差でディスプレーサ１３が往復運動する。その結果、ディスプレーサ１３とピストン１２との間には作動ガスを圧縮する圧縮空間４５が形成され、ディスプレーサ１３の先端には作動ガスを膨張する膨張空間４６が形成される。
【００２６】
シリンダ１１のディスプレーサ１３の動作領域にあたる部分の外側には高温側伝熱ヘッド４０と低温側伝熱ヘッド４１が配置される。高温側伝熱ヘッド４０はリング状に形成され、低温側伝熱ヘッド４１はキャップ状に形成される。いずれも銅や銅合金など熱伝導の良い金属から成っている。
【００２７】
高温側伝熱ヘッド４０及び低温側伝熱ヘッド４１の内側にはそれぞれリング状の高温側内部熱交換器４２及び低温側内部熱交換器４３が装着される。高温側内部熱交換器４２と低温側内部熱交換器４３はそれぞれ通気性を有し、内部を通り抜ける作動ガスの熱を高温側伝熱ヘッド４０と低温側伝熱ヘッド４１に伝える。高温側内部熱交換器４２と低温側内部熱交換器４３は、例えば銅や銅合金の薄板をコルゲート加工した後に圧縮して形成される。
【００２８】
高温側伝熱ヘッド４０と低温側伝熱ヘッド４１はこのように高温側内部熱交換器４２と低温側内部熱交換器４３を介在させた形でシリンダ１１の外側に支持される。そして高温側伝熱ヘッド４０にはシリンダ１０及び圧力容器５０が連結される。
【００２９】
圧縮空間４５は高温側伝熱ヘッド４０、シリンダ１０、１１、ピストン１２、ディスプレーサ１３、ディスプレーサ軸１５及び高温側内部熱交換器４２で囲まれる環状の空間から成る。膨張空間４６は低温側伝熱ヘッド４１、シリンダ１１、ディスプレーサ１３及び低温側内部熱交換器４３で囲まれる空間から成る。
【００３０】
高温側内部熱交換器４２と低温側内部熱交換器４３の間には再生器７０が配置される。再生器７０の外側を再生器チューブ４８が包み、高温側伝熱ヘッド４０と低温側伝熱ヘッド４１の間に気密通路を構成する。再生器チューブ４８は、例えばステンレス鋼で形成することができる。
【００３１】
リニアモータ２０、シリンダ１０、及びピストン１２を覆う筒状の圧力容器５０を形成する。圧力容器５０の内部は背圧空間５１となる。圧力容器５０は高温側伝熱ヘッド４０に接合されるリング状部５２と、このリング状部５２に接合されるキャップ状部５３とに２分割されている。リング状部５２、キャップ状部５３ともステンレス鋼製である。リング状部５２の一端はテーパ状に絞り込まれ、高温側伝熱ヘッド４０にロウ付けされる。キャップ状部５３はパイプの内面に鏡板５３ａを溶接した構造である。
【００３２】
リング状部５２の他端と、これに向かい合うキャップ状部５３の開口端には、フランジ形状部５４、５５が設けられる。フランジ形状部５４、５５はいずれもステンレス鋼製のリングをリング状部５２とキャップ状部５３に溶接して形成されるものであり、フランジ形状部５４、５５を溶接して密閉状態の圧力容器５０を形成する。
【００３３】
圧力容器５０にはリニアモータ２０に電力を供給するための端子部２８と、内部に作動ガスを封入するためのパイプ５０ａが配置される。これらはいずれもキャップ状部５３の外周面から放射方向に突出するように設けられる。
【００３４】
圧力容器５０には振動抑制装置６０が取り付けられる。振動抑制装置６０は圧力容器５０に固定されるベース６１と、ベース６１に支持される板状のスプリング６２と、スプリング６２に支持されるバランスウェイト６３とから成る。ピストン１２とディスプレーサ１３が往復運動して作動ガスが移動すると、スターリング機関１に振動が生じる。振動抑制装置６０はこの振動を抑える。
【００３５】
上記構成のスターリング機関１において、リニアモータ２０のコイル２１に交流電流を供給すると外側ヨーク２２と内側ヨーク２３の間にマグネット２４を貫通する磁界が発生する。これにより、マグネット２４は軸方向に往復する。ピストン系（ピストン１２、マグネットホルダ１４、マグネット２４、及びスプリング３０）の総質量と、スプリング３０のバネ定数と、により定まる共振周波数に一致する周波数の電力を供給することにより、ピストン系は滑らかな正弦波状の往復運動を開始する。
【００３６】
ディスプレーサ系（ディスプレーサ１３、ディスプレーサ軸１５、及びスプリング３１）は、その総質量と、スプリング３１のバネ定数とにより定まる共振周波数がピストン１２の駆動周波数に共振するよう設定する。
【００３７】
ピストン１２の往復運動により、圧縮空間４５では圧縮、膨脹が繰り返される。この圧力の変化に伴って、ディスプレーサ１３も往復運動を行う。このとき、圧縮空間４５と膨脹空間４６との間の流動抵抗等により、ディスプレーサ１３とピストン１２との間には位相差が生じる。このようにしてフリーピストン構造のディスプレーサ１３はピストン１２と所定の位相差を有して同期して振動する。
【００３８】
上記の動作により、圧縮空間４５と膨脹空間４６との間に逆スターリングサイクルが形成される。圧縮空間４５では作動ガスの温度が上昇し、膨脹空間４６では作動ガスの温度が低下する。運転中に圧縮空間４５と膨張空間４６の間を行き来する作動ガスは、高温側内部熱交換器４２を通過する際に熱を高温側伝熱ヘッド４０に伝える。また、低温側内部熱交換器４３を通過する際に熱を低温側伝熱ヘッド４１に伝える。
【００３９】
圧縮空間４５から再生器７０へ流れ込む作動ガスは高温であるため高温側伝熱ヘッド４０は加熱され、高温側伝熱ヘッド４０はウォームヘッドとなる。膨張空間４６から再生器７０へ流れ込む作動ガスは低温であるため低温側伝熱ヘッド４１は冷却され、低温側伝熱ヘッド４１はコールドヘッドとなる。高温側伝熱ヘッド４０より熱を大気へ放散し、低温側伝熱ヘッド４１で特定空間の温度を下げることにより、スターリング機関１は冷凍機関としての機能を果たす。
【００４０】
再生器７０は、圧縮空間４５と膨張空間４６の熱を相手側の空間には伝えず、作動ガスだけを通す働きをする。圧縮空間４５から高温側内部熱交換器４２を経て再生器７０に入った高温の作動ガスは、再生器７０を通過するときにその熱を再生器７０に与える。そして、作動ガスは温度が下がった状態で膨張空間４６に流入する。膨張空間４６から低温側内部熱交換器４３を経て再生器７０に入った低温の作動ガスは、再生器７０を通過するときに再生器７０から熱を回収する。そして、作動ガスは温度が上がった状態で圧縮空間４５に流入する。即ち、再生器７０は蓄熱手段としての役割を果たす。
【００４１】
図２は再生器の断面図を示している。再生器７０は円筒形の巻芯７１を有し、巻芯７１の外周面に樹脂製のフィルム部材７２を巻回した樹脂フィルム巻回積層体７３が設けられる。巻芯７１はシリンダ１１の外周面に対してしまりばめとなる内径を有する。巻芯７１の材料は作動ガスのもたらす温熱又は冷熱に耐えて長期間使用できるものであれば何でもよいが、強度、断熱性、製造コスト等を考慮して合成樹脂が通常使用される。
【００４２】
尚、図中、Ｈはスターリング機関１に組み込まれた時に圧縮空間側となり、Ｌは膨張空間側になる。再生器７０には圧縮空間側及び膨張空間側を判別できる目印が付されている。目印は軸方向の一端に設けてもよく、矢印等によって中央部に設けてもよい。
【００４３】
図３は樹脂フィルム巻回積層体７３を示す斜視図である。フィルム部材７２はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリイミド、ポリスチレン、ナイロン、ＰＴＦＥ、ＰＢＴ等のフィルムを使用することができる。ＰＥＴは安価で再生器としての性能に優れるためより好ましい。
【００４４】
フィルム部材７２の表面には片面に多数の突起７４が点在されている。これにより、樹脂フィルム巻回積層体７３の層間に作動ガスを通す間隔が確保される。突起７４は後述する製造方法によりフィルム部材７２自体を塑性変形させることにより形成される。
【００４５】
図４は再生器７０を形成する再生器形成装置を示している。再生器形成装置１００は、両端にフィルムフィーダ１１３及びフィルム巻き取り装置１１６を有している。フィルムフィーダ１１３には樹脂フィルム原反８が取り付けられ、フィルム巻き取り装置１１６には巻芯７１が取り付けられる。
【００４６】
後述するように樹脂フィルム原反８は所定幅の帯状の複数のフィルム部材７２に裁断され、フィルム巻き取り装置１１６によって巻芯７１に巻回される。これにより、フィルム部材７２を巻回する巻回工程が構成される。尚、図を簡単に描くためフィルム巻き取り装置１１６は複数個の巻芯７１を一直線状に並べているが、巻芯７１は交互に段違いに配置されている。これにより、隣接する巻芯７１間の干渉が防止される。
【００４７】
フィルムフィーダ１１３とフィルム巻き取り装置１１６との間には送りローラ１１２、１１５が配置される。送りローラ１１２、１１５はそれぞれ２本一組でフィルム部材７２を上下から挟む。これにより、樹脂フィルム原反８及びフィルム部材７２に所定の間欠送りを与える。
【００４８】
フィルムフィーダ１１３の後段にはスリッター装置１２０が配置される。スリッター装置１２０は回転可能な上刃１２１と下刃１２２から構成される。上刃１２１と下刃１２２の間を幅広の樹脂フィルム原反８が通過することにより、樹脂フィルム原反８が所定の幅で裁断される。これにより、樹脂フィルム原反８を裁断して複数のフィルム部材７２を得る裁断工程が構成される。
【００４９】
スリッター装置１２０の後段には突起形成装置１０１が配置される。突起形成装置１０１はフィルム部材７２を下から支えるプラテン１０４と、プラテン１０４に支えられたフィルム部材７２に対して所定のタイミングで上方より接近するラム１０３とを備える。ラム１０３の下面からは複数のニードルピン１０２が突設される。
【００５０】
ニードルピン１０２はフィルム部材７２の送り方向と直交する方向に一列または複数列に並ぶ（同図では１列）。プラテン１０４にはニードルピン１０２に対応する位置に孔（不図示）が設けられており、ニードルピン１０２が降下するとその孔の中にフィルム部材７２が押し込まれてニードルピン１０２がフィルム部材７２を貫通する。
【００５１】
これにより、フィルム部材７２が塑性変形され、多数の突起７４が形成される。従って、フィルム部材７２に突起７４を形成する突起形成工程が構成される。尚、突起形成装置１０１をスリッター装置１２０の前段に配置して樹脂フィルム原反８に突起７４を形成してもよい。
【００５２】
送りローラ１１２、１１５は突起形成装置１０１の後段に配され、これらの間にはレベリングブロック１１４が配置される。レベリングブロック１１４は上ブロック１１４ａと下ブロック１１４ｂを所定間隔で向かい合わせに配置して成る。突起形成後のフィルム部材７２を上ブロック１１４ａと下ブロック１１４ｂの間に通すことにより、突起７４の高さが一定に揃う。これにより、樹脂フィルム巻回積層体７３の層間間隔のバラつきを小さくすることができる。
【００５３】
図５はスリッター装置１２０の詳細な構成を示す正面図である。上刃１２１（切刃）は上刃回転軸１２３と、上刃回転軸１２３に設けられた複数の刃台１２４と、上片刃１２５とから成っている。下刃１２２は下刃回転軸１２６と、下刃回転軸１２６に設けられた複数の刃台１２７と、下片刃１２８とから成っている。
【００５４】
上片刃１２５の刃先はフィルム部材７２に垂直な垂直部１３０と、垂直部１３０に対して傾斜する傾斜部１２９とを有して尖鋭に形成される。また、複数の上片刃１２５の傾斜部１２９が平行に配置されている。下片刃１２８の刃先は上片刃１２５の垂直部１３０と摺動し、先端がフィルム部材７２に略平行な平坦面になっている。このような構成により、樹脂フィルム原反８が上刃１２１と下刃１２２で裁断され所定の幅にカットされたフィルム部材７２になる。
【００５５】
図６はスリッター装置１２０とフィルム巻き取り装置１１６の関係に示す模式図である。理解を容易にするため、突起形成部等の他の構成を省いている。上刃１２１と下刃１２２で裁断されたフィルム部材７２はフィルム巻き取り装置１１６により巻芯７１に巻き取られる。この時、フィルム部材７２の上刃の傾斜部１２９で裁断された側は巻芯７１のＬ側、上刃の垂直部１３０で裁断された側は巻芯７１のＨ側となるように巻き取られる。巻芯７１のＨ側とＬ側は目印付加工程によって目印（不図示）が付加されている。
【００５６】
このように形成された再生器７０は巻芯のＨ側が図１に示す圧縮空間４５側に配され、Ｌ側が膨張空間４６側に配される。これにより、後述するようにスターリング機関１は長時間使用した場合においても性能劣化が少なく安定した性能を得られる。
【００５７】
図７はフィルム部材７２の裁断時の詳細を示す図である。同図に示すように、上片刃１２５の傾斜部１２９で切断されるフィルム部材７２の端部９１には、垂直部１３０で切断される側よりも大きな残留応力１４０（図中、斜線で示す）が発生する。この端部９１が圧縮空間４５側の高温に曝されると残留応力から開放され、端部にシワ等の変形が発生する。
【００５８】
このため、再生器７０のＨ側とＬ側を逆にしてスターリング機関に組み込むと、フィルム部材７２の変形によって樹脂フィルム積層体７３の層間隔のバラツキが大きくなる。これにより、作動ガスが再生器７９を均一に通過しなくなって圧力損失が変化するとともに、再生器７０と作動ガスとの熱交換性能が低下する。
【００５９】
例えば、層間隔のバラツキが大きくなると樹脂フィルム積層体７３の層間隔が大きい部分に作動ガスがより多く流れ、層間隔が小さい部分には作動ガスが流れにくくなる。これにより、再生器７０全体で有効に熱交換できなくなってしまうため、熱交換性能が低下する。従って、このスターリング機関は時間経過とともに冷却性能が劣化する。
【００６０】
尚、一般的に本実施形態に示すスターリング機関１において作動ガスが再生器７０を通過する際の圧力損失には適正値があり、圧力損失がこの適正値からずれるとピストン１２とディスプレーサー１３との位相差が所定の値から変化して性能が劣化する。従って、圧力損失が変化するとスターリング機関１の性能の劣化をもたらす。また再生器７０と作動ガスとの熱交換性能の劣化はスターリングサイクルの再生熱損失の増大となり、これも性能劣化の原因となる。
【００６１】
従って、本実施形態のように上刃１２１の傾斜部１２９で切断してフィルム部材７２の残留応力が大きい再生器７０のＬ側を低温の膨張空間４６側に配することにより、性能劣化を防止することができる。
【００６２】
本実施形態によると、上刃１２１及び下刃１２２により裁断されるフィルム部材７２を巻回した再生器７０が上刃１２１の傾斜面１２９で切断した側を膨張空間４６側に配置されるので、傾斜面１２９によってフィルム部材７２に応力が残留しても低温に維持されるため残留応力が開放されない。これにより、再生器７０の変形による圧力損失の変化を防止し、高い運転効率を維持することができる。
【００６３】
また、樹脂フィルム原反８を裁断する複数の上刃１２１が傾斜面１２９を平行に並設されるため、一方の側端が上刃１２１の垂直面１３０で切断され、他方の側端が傾斜面１２９で切断された複数のフィルム部材７２を簡単に得ることができる。
【００６４】
また、再生器形成装置１００によって樹脂フィルム原反８を送出して巻回工程で巻回しながら、裁断工程と突起形成工程とを連続して行うので、裁断後に巻回する必要がなく、再生器７０の製造コストを削減することができる。
【００６５】
以上、本発明の実施形態につき説明したが、発明の主旨を逸脱しない範囲でさらに種々の変更を加えて実施することができる。例えば本実施形態において、スリット装置１２０は上刃１２１及び下刃１２２によって裁断しているが、これらに限定されない。例えば、カッターの刃先のように傾斜面を有する切刃等どのような切断方法においても同様な効果が得られることは明白である。
【００６６】
また、本実施形態ではフィルム部材７２の裁断方法を刃先の傾斜の有無で残留応力の有無として記載しているが、裁断する場合に発生する実質残留応力がゼロとなることは無い。従って本発明の効果としては裁断によりフィルム部材７２の端部で発生する残留応力の高いほうをスターリング機関の膨張側に設けることと同じ意味を持つと解釈可能である。また、意図的にフィルム部材の切断時に残留応力の高くなる側と低くなる側があるようにフィルムを切断し、残留応力の高い方をスターリング機関の膨張側に設けることも可能である。
【００６７】
また本実施形態では大量生産向けに原反の樹脂フィルムから巻芯への巻きつけまで一貫しで作成する例を示しているが、各工程に分けて製造する場合においても同様な効果が得られることは明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、スターリング機関全般に特にスターリングサイクルを用いた冷凍機器に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の実施形態のスターリング機関を示す断面図
【図２】本発明の実施形態のスターリング機関の再生器を示す断面図
【図３】本発明の実施形態のスターリング機関の樹脂フィルム巻回積層体を示す斜視図
【図４】本発明の実施形態のスターリング機関の再生器形成装置を示す概略図
【図５】本発明の実施形態のスターリング機関の再生器形成装置のスリッター装置を示す概略正面図
【図６】本発明の実施形態のスターリング機関の再生器形成装置のスリッター装置と巻き取り装置の位置関係を示す概略図
【図７】本発明の実施形態のスターリング機関の再生器形成装置の裁断時の詳細を示す図
【符号の説明】
【００７０】
１  スターリング機関
８  フィルム樹脂原反
１０、１１  シリンダ
１２  ピストン
１３  ディスプレーサ
２０  リニアモータ
４０  高温側伝熱ヘッド
４１  低温側伝熱ヘッド
４５  圧縮空間
４６  膨脹空間
７０  再生器
７１  巻芯
７２  フィルム部材
７３  樹脂フィルム巻回積層体
７４  突起
１００  再生器形成装置
１０１  突起形成装置
１１３  フィルムフィーダ
１２０  スリッター装置
１２１  上刃
１２２  下刃
１１６  巻き取り装置
【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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