(57)【要約】【課題】ケーシングに伝達する振動を減衰させて防振効果を向上するスターリングサイクル機関を提供する。【解決手段】ケーシング１と、このケーシング１に挿入されるシリンダ７と、このシリンダ７内に摺動可能に挿入されたディスプレイサー８及びピストン１５と、このピストン１５を往復駆動させる駆動機構１６と、前記シリンダ７をケーシング１に対して固定するための部位である取付座３Ｃと、この取付座３Ｃに固定すると共に前記駆動機構１６を保持するためのマウント２６，２７と備える。そして、前記取付座３Ｃを制振合金によって形成することにより、ディスプレイサー８及びピストン１５を往復駆動させた際に、発生した振動が取付座３Ｃによって減衰するので、ケーシング１に伝わる振動を抑制して防振効果を向上させることができる。【選択図】      図１
2004324499.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円筒状に形成された円筒部を有するケーシングと、このケーシングの円筒部内に同軸状に挿入される金属製のシリンダと、このシリンダの先端側内部に摺動可能に挿入したディスプレイサーと、前記シリンダの基端側内部に摺動可能に挿入したピストンと、前記シリンダの基端側の外周側に配置され前記ピストンを往復駆動させる駆動機構とを備え、少なくとも前記シリンダ及び／又は駆動機構を前記ケーシングに対して固定するための部位を制振合金で成形したことを特徴とするスターリングサイクル機関。
【請求項２】
前記ケーシングを制振合金で成形したことを特徴とする請求項１記載のスターリングサイクル機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フリーピストン型のスターリングサイクル機関、特に、駆動時の振動を抑制することができるスターリングサイクル機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のスターリングサイクル機関としては、ケーシング内に設けられたシリンダの内部に、ピストン及びディスプレイサーが摺動可能に挿入されると共に、前記ピストンを駆動機構によって往復駆動させるものがあった。そして、前記ピストンが前記駆動機構によって駆動されて前記シリンダ内で前記ディスプレイサーに近づく方向に移動すると、前記ピストンとディスプレイサーの間に形成された圧縮室内の気体が圧縮されて、放熱フィン、再生器、吸熱フィンを通り、前記ディスプレイサーの先端と前記ケーシングの先端部との間に形成された膨張室に至ることで、前記ディスプレイサーが前記ピストンに対して所定の位相差をもって押し下げられる。一方、前記ピストンが前記ディスプレイサーから遠ざかる方向に移動すると、前記圧縮室の内部が負圧となり、前記膨張室内の気体が前記吸熱フィン、再生器、放熱フィンを通って前記圧縮室に還流することで、前記ディスプレイサーが前記ピストンに対して所定の位相差をもって押し上げられる。このような工程中において二つの等温変化と等体積変化とからなる可逆サイクルが行われることによって、前記膨張室近傍は低温となり、一方、前記圧縮室近傍は高温となるというものである。そして、前記ピストン及びディスプレイサーの動作を制御するため、これらに渦巻き状の板バネの中央部が接続されると共に、これらの板バネの縁はシリンダの外周側に設けられたフランジ状のマウントに対して接続用腕部によって固定されている。更に、溶接などで前記ケーシングに固定された取付部に対して前記マウントを取り付けることによって、前記シリンダをケーシングに固定すると共に、前記シリンダによって前記駆動機構が保持されている。なお、前記マウントを有するシリンダを形成する方法として、おおよその形状に鍛造、鋳造等で成形し、その後切削するという方法が開示されている。さらに、前記腕部は長い螺子状に形成されていると共に、前記マウントに対して螺合により取り付けられている（例えば特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３５５５１３号公報（段落０００２，０００５）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記スターリングサイクル機関においては、シリンダの外周側に設けたフランジ状のマウントを、溶接などで前記ケーシングに固定された取付部に対して固定することから、ピストンを駆動機構によって往復駆動させる際、その振動が直接的にケーシングに伝わってしまい、騒音が発生する虞があるばかりでなく、組付部品の固定が不安定になる等の悪影響を与える虞があるという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、スターリングサイクル機関における振動を抑制し、振動による騒音の発生、組付部品の結合の緩みあるいは変形などを防止できるようにすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、略円筒状に形成された円筒部を有するケーシングと、このケーシングの円筒部内に同軸状に挿入される金属製のシリンダと、このシリンダの先端側内部に摺動可能に挿入したディスプレイサーと、前記シリンダの基端側内部に摺動可能に挿入したピストンと、前記シリンダの基端側の外周側に配置され前記ピストンを往復駆動させる駆動機構とを備え、少なくとも前記シリンダ及び／又は駆動機構を前記ケーシングに対して固定するための部位を制振合金で成形したものである。
【０００７】
この請求項１の構成によれば、駆動機構によりピストンがシリンダ内を軸方向に往復動すると、前記ピストンの往復動による振動が前記シリンダからケーシングに伝わるが、前記シリンダ及び／又は駆動機構を前記ケーシングに対して固定するための部位が制振合金によって形成されていることによって、前記ケーシングに伝わる振動が減衰される。これにより、発生する騒音や、ケーシングに結合された組付部品の振動による緩みあるいは変形など、振動による悪影響が抑えられることになるため、スターリングサイクル機関の動作中における精度を高く保ち、信頼性を高めることができる。
【０００８】
請求項２の発明は、前記ケーシングを制振合金で成形したものである。
【０００９】
この請求項２の構成によれば、前記ピストンの往復動による振動が、前記シリンダ及び／又は駆動機構を前記ケーシングに対して固定するための部位ばかりでなく前記ケーシング自体によっても減衰される。これにより、前記シリンダからケーシングに伝わる振動が効果的に減衰され、防振効果を高めることができる。
【００１０】
【発明の実施形態】
以下、本発明の一実施形態について、添付図を参照して説明する。なお、以下の説明における上下は、図１の姿勢を基準とする。図１において、１は略円筒状に形成された円筒部２と胴部３と構成されるケーシングである。前記円筒部２はステンレス鋼などからなり、基部４と中間部５と先端部６が一体に構成されている。また、胴部３は上下ケーシンング３Ａ、３Ｂに分割されていると共に、前記上ケーシング３Ａは前記円筒部２と一体に形成されている。
【００１１】
前記円筒部２の内部には、前記胴部３の内部まで延びるシリンダ７が、前記円筒部２に対して同軸的に挿入されて設けられている。このシリンダ７の先端部６側には、このシリンダ７とは別体の延長シリンダ部７Ａが同軸状に接続されている。そして、前記胴部３側となる前記シリンダ７は、アルミニウム等の金属を用いてダイカスト等の鋳造を行うことによって、後述するマウント２６，２７及び接続用腕部３０と一体に成形されたものであり、鋳造後にシリンダ７の内外周などを切削加工したものである。そして、前記シリンダ７の先端側及び延長シリンダ部７Ａの内側には、ディスプレイサー８が軸方向に摺動可能に収容されている。また、このディスプレイサー８の先端と前記円筒部２の先端部６の間には膨張室Ｅが形成されており、隙間９によって前記延長シリンダ部７Ａの内外が連通されている。また、前記中間部５において、前記円筒部２の内周と前記シリンダ７の外周との間に再生器１０が設けられていると共に、前記基部４において、前記シリンダ７の内外を連通する連通孔１１が前記シリンダ７自体に形成されている。また、前記円筒部２の先端部６の内周と前記延長シリンダ部７Ａの先端外周との間には、吸熱フィン１２が設けられると共に、前記再生器１０と連通孔１１の間において、前記円筒部２の内周と前記シリンダ７の外周との間に放熱フィン１３が設けられている。そして、前記延長シリンダ部７Ａの内部先端から隙間９、吸熱フィン１２、再生器１０、放熱フィン１３、連通孔１１を通って前記シリンダ７内の圧縮室Ｃに至る経路１４が形成されている。更に、前記胴部３内において、前記シリンダ７の基部側の内側には、ピストン１５が軸方向に摺動可能に収容されている。そして、このピストン１５の基端部は、駆動機構１６に対して同軸的に連結されている。なお、この駆動機構１６は、前記ピストン１５の基端に接続体１５Ａによって接続されていると共に前記シリンダ７の基端側の外周に同軸状に延設された短筒状の枠１７と、この枠１７の先端側に固定された短円筒状の永久磁石１８と、この永久磁石１８の外周に近接して設けられた環状の電磁コイル１９と、前記永久磁石１８の内周に近接して設けられた導磁部２０とで構成されている。
【００１２】
また前記ピストン１５に枠１７を接続させる接続体１５Ａには、前記ピストン１５の動作を制御するための第一の板バネ２１が接続されている。さらに、前記ディスプレイサー８の基端側には、このディスプレイサー８の動作を制御するためのロッド２２の一端が接続されていると共に、このロッド２２の他端には第二の板バネ２３が接続されている。尚、前記ロッド２２は前記ピストン１５を貫通して延びている。また、前記一対の板バネ２１，２３は、前記胴部３内において前記シリンダ７の基端側の外部に配置されていると共に、前記第一の板バネ２１よりも第二の板バネ２３が前記シリンダ７の基端側から離れた位置に配置されている。尚、前記電磁コイル１９は電磁コア２４に巻かれるように設けられていると共に、この電磁コア２４は電磁コイル１９等と共に一体化されている。
【００１３】
また、前記シリンダ７の中間部の外周面には、該シリンダ７と同軸状に突出するマウント２６が一体に形成されていると共に、このマウント２６よりも基端側の位置に、フランジ状のマウント２７が前記シリンダ７と一体に成形されている。これら一対のマウント２６，２７は間隔をおいて配置されていると共に、前記マウント２６は、前記円筒部２の基部４にＯ−リング２６Ａを介して当接してシリンダ７をケーシング１の円筒部２に固定する。一方、前記マウント２７は、その一側面２７Ａが、前記ケーシング１の内部に取り付けられると共に前記シリンダを前記ケーシングに対して固定するためのリング状の取付座３Ｃに当接している。この取付座３Ｃは、制振合金によって、前記ケーシング１とは別体に形成されている。そして、前記取付座３Ｃが固定される上ケーシング３Ａには、陥没した凹部３Ｄが所定の間隔をおいて複数形成され、これらの凹部３Ｄの下面で且つ前記上ケーシング３Ａの内面側に前記取付座３Ｃを当接させ、溶接等の適宜手段によって上ケーシング３Ａの内面に取付座３Ｃを一体的に固定している。また、前記マウント２７は、これに形成された図示しない貫通孔を介して、前記取付座３Ｃに形成された螺子孔３Ｅに図示しないビスが螺子止めされることによって、ケーシング１の内側に固定される。そして、前記マウント２７の他側面２７Ｂには、前記駆動機構１６を構成する電磁コア２４の一端が当接するように形成されると共に、この電磁コア２４の他端には固定リング２８が当接しており、これら固定リング２８と前記マウント２７とで前記電磁コア２４を挟持してビス２９で締め付けることによって、前記電磁コア２４、ひいてはこの電磁コア２４と一体化している前記電磁コイル１９が前記マウント２７を介してシリンダ７に固定される。更に、前記マウント２７の他側面２７Ｂから、複数の接続用腕部３０が前記シリンダ７の軸方向と略平行に突設されている。なお、前記接続用腕部３０は、基端３０Ａにおいて前記マウント２７と一体に形成されている。また、前記接続用腕部３０の先端面３０Ｂは、前記シリンダ７の軸方向と直交するように同一面上に形成されており、この先端面３０Ｂに雌螺子を有する螺子孔３０Ｃが前記シリンダ７の軸方向と平行に形成されている。
【００１４】
前記先端面３０Ｂには、前記第一の板バネ２１が当接する。この第一の板バネ２１は、前記先端面３０Ｂに当接した状態で前記腕部３０とスペーサー３１との間で挟持される。なお、前記スペーサー３１は、その本体３１Ａが正六角柱状に形成されており、その一端に前記螺子孔３０Ｃの雌螺子と螺合する雄螺子３１Ｂが前記本体３１Ａと同軸に形成されていると共に、その他端面３１Ｃに雌螺子を有する螺子孔３１Ｄが前記本体３１Ａと同軸に形成されている。そして、前記第一の板バネ２１の外周部に形成された螺子孔２１Ａを介して、前記スペーサー３１の一端の雄螺子３１Ｂを腕部３０の螺子孔３０Ｃの雌螺子と螺合させることで、前記第一の板バネ２１が前記腕部３０とスペーサー３１との間で挟持される。このとき、前記スペーサー３１の本体３１Ａが正六角柱状に形成されているので、スパナ等で締め付けることで簡単に腕部３０に取り付けられる。また、前記複数の先端面３０Ｂが前記シリンダ７の軸方向と直交するように同一面上に形成されているため、これらの先端面３０Ｂに当接する第一の板バネ２１も前記シリンダ７の軸方向に対して直交することになる。更に、前記スペーサー３１は、前記複数の腕部３０にそれぞれ取り付けた状態において、前記スペーサー３１の他端面３１Ｃは、前記シリンダ７の軸方向と直交するように同一面上に形成されており、この他端面３１Ｃに前記第二の板バネ２３が当接する。そして、この第二の板バネ２３は、前記他端面３１Ｃに当接した状態で、前記第二の板バネ２３の外周部に形成された螺子孔２３Ａを介して、ビス３２をスペーサー３１の螺子孔３１Ｄの雌螺子と螺合させることで、前記第二の板バネ２３が前記スペーサー３１に固定される。
【００１５】
尚、図中３３はケーシング１の他端に設けた振動吸収ユニットであり、前記シリンダ７の軸線上に配置された連結部を介して同軸状に複数の板バネ３４とバランスウエイト３５が重なるように配置されている。
【００１６】
従って、前記シリンダ７は、前記マウント２６を円筒部２の基部４の内側にＯ−リング２６Ａを介して当接させると共に、前記マウント２７の一側面２７Ａを前記胴部３内部に固定した取付座３Ｃに当接させてこの取付座３Ｃに対して図示しないビスによって螺子止めすることで、前記ケーシング１に対して固定される。この際、前記マウント２６が円筒部２の内面にＯ−リング２６Ａを介して当接することで、前記シリンダ７を円筒部２に対して同軸に配置することができる。また、前記シリンダ７は、このシリンダ７の基端側の外周に導磁部２０を取り付けると共に、前記シリンダ７と一体に形成されたマウント２７に対して、前記固定リング２８及びビス２９によって、前記駆動機構１６を構成する電磁コイル１９及び電磁コア２４を固定する。更に、前記シリンダ７内に前記ディスプレイサー８、ピストン１５等を組み込み、このピストン１５の基端の接続体１５Ａに取り付けられた第一の板バネ２１を前記腕部３０とスペーサー３１との間で挟持して固定すると共に、前記ディスプレイサー８に接続されたロッド２２の他端に接続された第二の板バネ２３を前記スペーサー３１の他端に固定する。その後に、前記胴部３と円筒部２を接続し、予め組み立てられた振動吸収ユニット３３を前記胴部３に取り付ける。
【００１７】
そして、前記構成により、前記電磁コイル１９に交流電流を流すと、この電磁コイル１９から交番磁界が発生して電磁コア２４で集中し、この交番磁界によって、前記永久磁石１８を軸方向に往復動させる力が生じる。この力によって、前記永久磁石１８を固定した枠１７に接続されたピストン１５がシリンダ７内を軸方向に往復動する。このため、前記ピストン１５が前記ディスプレイサー８に近づく方向に移動すると、前記ピストン１５とディスプレイサー８との間に形成された圧縮室Ｃ内の気体が圧縮されて、前記連通孔１１、放熱フィン１３、再生器１０、吸熱フィン１２、隙間９を通り、前記ディスプレイサー８の先端と円筒部２の先端部６の間に形成された膨張室Ｅに至ることで、前記ディスプレイサー８が前記ピストン１５に対して所定の位相差をもって押し下げられる。一方、前記ピストン１５が前記ディスプレイサー８から遠ざかる方向に移動すると、前記圧縮室Ｃの内部が負圧となり、前記膨張室内の気体が前記膨張室Ｅから前記隙間９、吸熱フィン１２、再生器１０、放熱フィン１３、連通孔１１を通って前記圧縮室Ｃに還流することで、前記ディスプレイサー８が前記ピストン１５に対して所定の位相差をもって押し上げられる。このような工程中において二つの等温変化と等体積変化とからなる可逆サイクルが行われることによって、前記膨張室Ｅの近傍は低温となり、一方、前記圧縮室Ｃの近傍は高温となる。
【００１８】
そして、このように前記ピストン１５及びディスプレイサー８が往復動すると、振動吸収ユニット３３で振動が吸収されるとはいえ僅かな振動がシリンダ７を固定する取付座３Ｃからケーシング１に伝わるが、前述した通り、前記シリンダ７を固定する取付座３Ｃが制振合金で形成されていることによって、ケーシング１に伝わる振動が減衰し、振動による騒音や、振動によるシリンダ７とケーシング１との結合の緩みあるいは変形が防止されることになるため、スターリングサイクル機関の動作中における動作音を小さくすることができると共に、精度を高く保ち、信頼性を高めることができる。
【００１９】
以上のように、前記実施形態のスターリングサイクル機関は、前記シリンダ７をケーシング１に固定するための取付座３Ｃを制振合金によって形成し、この取付座３Ｃによってシリンダ７からケーシング１に伝わる振動を減衰することにより、振動による騒音を低減させ、ケーシング１に組み付けられた組付部品の振動による結合の緩みあるいは変形を防止することができる。
【００２０】
尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において、種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態においては、シリンダ７をケーシング１に固定するための取付座３Ｃのみを制振合金によって形成した例を示したが、ケーシング１全体あるいはシリンダ７を固定する上ケーシング３Ａを制振合金によって形成してもよく、また、ケーシング１及び取付座３Ｃを全て制振合金によって形成してもよい。このように、ケーシング１及び取付座３Ｃを全て制振合金によって形成することで、前記ピストン１５の往復動による振動が、前記取付座３Ｃばかりでなく前記ケーシング１自体によっても減衰されるので、前記シリンダ１５からケーシング１に伝わる振動をより効果的に減衰させることが可能となり、防振効果を高めることができる。
【００２１】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、略円筒状に形成された円筒部を有するケーシングと、このケーシングの円筒部内に同軸状に挿入される金属製のシリンダと、このシリンダの先端側内部に摺動可能に挿入したディスプレイサーと、前記シリンダの基端側内部に摺動可能に挿入したピストンと、前記シリンダの基端側の外周側に配置され前記ピストンを往復駆動させる駆動機構とを備え、少なくとも前記シリンダ及び／又は駆動機構を前記ケーシングに対して固定するための部位を制振合金で成形したものであるから、前記ピストンの往復動による振動が、制振合金によって形成された前記部位によって減衰され、前記ケーシングに伝わる振動が減少されることにより、振動によって発生する騒音を低減することができるばかりでなく、ケーシングに結合された組付部品の振動による緩みあるいは変形などが防止されることで、スターリングサイクル機関の動作中における動作音を小さくすることができると共に、精度を高く保ち、信頼性を高めることができる。
【００２２】
請求項２の発明によれば、前記ケーシングを制振合金で成形したものであるから、前記ピストンの往復動による振動が、前記シリンダ及び／又は駆動機構を前記ケーシングに対して固定するための部位ばかりでなく、前記ケーシング自体によっても減衰されるので、前記シリンダからケーシングに伝わる振動が効果的に減衰され、防振効果を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す全体断面図である。
【符号の説明】
１  ケーシング
２  円筒部
３Ｃ  取付座
７  シリンダ
８  ディスプレイサー
１５  ピストン
１６  駆動機構
２６，２７  マウント
【図１】
2004324499.tif 000003