(57)【要約】【課題】ピストンのスムーズな往復運動を可能とし、かつ組み立て作業を容易にするシリンダ構造、そのシリンダ構造を備えるスターリング機関および圧縮機を提供する。【解決手段】シリンダ構造１は、保持部材８と、保持部材８に取り付けられ、ピストン２が往復運動するための作動空間を規定するシリンダライナ５とを備える。シリンダライナ５は、ピストン２の往復運動中において、ピストン２の運動方向にほぼ垂直な方向に移動可能なように保持部材８に取り付けられている。【選択図】        図１
2004162587.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
保持部材と、
前記保持部材に取り付けられ、ピストンが往復運動するための作動空間を規定するシリンダライナとを備え、
前記シリンダライナは、ピストンの往復運動中において、ピストンの運動方向と異なる方向に移動可能なように前記保持部材に取り付けられている、シリンダ構造。
【請求項２】
前記シリンダライナは、ピストンの運動方向にほぼ垂直な方向に移動可能なように前記保持部材に取り付けられている、請求項１に記載のシリンダ構造。
【請求項３】
前記シリンダライナは、ピストンの運動方向に延在し、その両端に一方端と他方端とを含み、前記保持部材は、前記シリンダライナの前記一方端を支持する端部と、前記端部に連なり、前記シリンダライナの外周面に沿って延びるベース部と、前記ベース部に取り付けられ、前記シリンダライナの前記他方端を支持する押え部とを含む、請求項１または２に記載のシリンダ構造。
【請求項４】
前記シリンダライナは、ナイロン、テフロン（登録商標）およびポリアセタール樹脂からなる群より選ばれた少なくとも１種を含む低摩擦部材を介在させて、前記保持部材に取り付けられている、請求項１から３のいずれか１項に記載のシリンダ構造。
【請求項５】
前記シリンダライナは、弾性体を介在させて前記保持部材に取り付けられている、請求項１から３のいずれか１項に記載のシリンダ構造。
【請求項６】
前記保持部材には、前記保持部材と前記シリンダライナとの間に規定される空間と外部とを連通する通気孔が形成されている、請求項１から５のいずれか１項に記載のシリンダ構造。
【請求項７】
前記保持部材と前記シリンダライナとの間に規定される空間内に設けられ、ピストンの往復運動により生じる振動を緩衝するための緩衝部材をさらに備える、請求項１から６のいずれか１項に記載のシリンダ構造。
【請求項８】
前記保持部材は、前記保持部材に前記シリンダライナを取り付ける際に前記シリンダライナの芯出しを行なうための芯出し部材を含む、請求項１から７のいずれか１項に記載のシリンダ構造。
【請求項９】
前記シリンダライナは、ナイロン、テフロン（登録商標）およびポリアセタール樹脂からなる群より選ばれた少なくとも１種を含む低摩擦部材により形成されている、請求項１から８のいずれか１項に記載のシリンダ構造。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載のシリンダ構造を備える、スターリング機関。
【請求項１１】
請求項１から９のいずれか１項に記載のシリンダ構造を備える、圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、シリンダ構造ならびにシリンダ構造を備えるスターリング機関および圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
作動ガスの圧縮および膨張を利用した機関として、スターリング冷凍機、パルス管冷凍機、エンジンまたはリニアモータ圧縮機などが知られており、たとえば特開２０００−２６６４２１号公報にスターリングサイクル機関が開示されている（特許文献１）。
【０００３】
閉回路内に導入された定量の作動ガスは、シリンダ内に配置されたピストンの往復運動により圧縮され、圧縮室から膨張室へと移動する。この際、圧縮室と膨張室との間に設けられた再生器に作動ガスの持つ熱が備蓄される。その後、作動ガスが膨張室から圧縮室へと再び移動する際に、作動ガスは再生器に備蓄された熱を回収する。このように作動ガスを動作させるシリンダおよびピストンは、スターリングサイクル機関を構成する重要な要素である。
【０００４】
スターリングサイクル機関において効率の良い熱サイクルを実現するためには、シリンダ内でピストンをスムーズに移動させなければならない。このため、ピストンとシリンダとが摺動する部分には、ピストンのスムーズな移動を可能とする隙間が設けられている。
【０００５】
図９は、従来技術において、シリンダ内に配置されたピストンを示す断面図である。図９を参照して、円筒形状を有するシリンダ１０２の内部にピストン１０３が配置されている。シリンダ１０２とピストン１０３との間には、径方向の隙間１０４が設けられている。ピストン１０３の一方端が図示しない駆動装置に接続されており、ピストン１０３はシリンダ１０２内で矢印１０５に示す方向に往復運動する。このとき、ピストン１０３は、隙間１０４の大きさがピストン１０３の外周上において均一となるように駆動装置に接続される。これにより、ピストン１０３はシリンダ１０２内においてスムーズに往復運動することができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−２６６４２１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように隙間１０４の大きさがピストン１０３の外周上において均一となるようにするためには、シリンダ１０２の軸心とピストン１０３の軸心とが一致するようにピストン１０３を組み付けなければならない。両者の軸心がずれた状態でピストン１０３が組み付けられた場合、ピストン１０３とシリンダ１０２とが片当たりするおそれが生じる。このような状態でピストン１０３を往復運動させると、ピストン１０３はシリンダ１０２との接触により大きな摺動抵抗を受け、機関のエネルギ効率が著しく低下するという問題が発生する。また、このような状態でピストン１０３を往復運動させ続けると、ピストン１０３およびシリンダ１０２の片当たり部分が短時間で磨耗するという問題が発生する。
【０００８】
また、隙間１０４の大きさを均一にしてピストン１０３を組み付けようとすると、組み立て時に要する時間とコストが増大するという問題が発生する。
【０００９】
そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、ピストンのスムーズな往復運動を可能とし、かつ組み立て作業を容易にするシリンダ構造、そのシリンダ構造を備えるスターリング機関および圧縮機を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に従ったシリンダ構造は、保持部材と、保持部材に取り付けられ、ピストンが往復運動するための作動空間を規定するシリンダライナとを備える。シリンダライナは、ピストンの往復運動中において、ピストンの運動方向と異なる方向に移動可能なように保持部材に取り付けられている。
【００１１】
このように構成されたシリンダ構造によれば、所定の方向に移動可能なシリンダライナは、往復運動するピストンと接触することによって適正な位置に向け移動する。ここで言う適正な位置とは、ピストンとシリンダライナとが摺動する部分に設けられた隙間の大きさが、摺動する部分の全体に渡って均一となるシリンダライナの位置をいう。これにより、ピストンとシリンダライナとの摺動抵抗は低減するため、ピストンをシリンダライナ内でスムーズに往復運動させることができる。また、ピストンがシリンダライナに片当たりした状態で往復運動することを防止できるので、ピストンおよびシリンダライナが磨耗する速度を抑えることができる。さらに、シリンダライナは適正な位置に向けて自動的に移動するため、ピストンをシリンダライナ内にラフに位置決めしたとしても、ピストンのスムーズな往復運動を実現することができる。このため、ピストンおよびシリンダの組み立てを容易に行なうことができる。
【００１２】
また好ましくは、シリンダライナは、ピストンの運動方向にほぼ垂直な方向に移動可能なように保持部材に取り付けられている。このように構成されたシリンダ構造によれば、ピストンの運動方向に沿ってピストンがシリンダライナに片当たりしている場合、シリンダライナを適正な位置に向けて移動させることができる。これにより、ピストンをスムーズに往復運動させることができる。
【００１３】
また好ましくは、シリンダライナは、ピストンの運動方向に延在し、その両端に一方端と他方端とを含む。保持部材は、シリンダライナの一方端を支持する端部と、端部に連なり、シリンダライナの外周面に沿って延びるベース部と、ベース部に取り付けられ、シリンダライナの他方端を支持する押え部とを含む。このように構成されたシリンダ構造によれば、シリンダライナを支持するため一方端に当接する端部から他方端に当接する押え部までの長さが、シリンダライナの一方端から他方端までの長さよりもわずかに大きくなるようにシリンダライナおよび保持部材の寸法を設定しておく。これにより、シリンダライナは所定の方向に移動可能なように保持部材に取り付けられる。
【００１４】
また好ましくは、シリンダライナは、ナイロン、テフロン（登録商標）およびポリアセタール樹脂からなる群より選ばれた少なくとも１種を含む低摩擦部材を介在させて、保持部材に取り付けられている。このように構成されたシリンダ構造によれば、保持部材との間に設けられた低摩擦部材により、シリンダライナが移動する際の摩擦抵抗を小さくすることができる。これにより、シリンダライナをよりスムーズに適正な位置に向け移動させ、ピストンを所望の状態で往復運動させることができる。なお、テフロン（登録商標）は、ポリテトラフルオロエチレンである。
【００１５】
また好ましくは、シリンダライナは、弾性体を介在させて保持部材に取り付けられている。このように構成されたシリンダ構造によれば、ピストンの運動方向がシリンダライナの軸心方向に対して傾いている場合であっても、シリンダライナは伸縮する弾性体によってその傾きを変える。これにより、シリンダライナをよりスムーズに適正な位置に向け移動させ、ピストンを所望の状態で往復運動させることができる。
【００１６】
また好ましくは、保持部材には、保持部材とシリンダライナとの間に規定される空間と外部とを連通する通気孔が形成されている。このように構成されたシリンダ構造によれば、シリンダライナが移動可能なように保持部材とシリンダライナとの間には空間が規定されている。シリンダライナは保持部材に取り付けられているため、この空間はほぼ気密な状態にある。そして、シリンダライナが適正な位置に向け移動する際に、この空間の容積が変わる場合がある。本発明では、この空間と外部とを連通する通気孔を保持部材に形成しているため、シリンダライナをよりスムーズに適正な位置に向け移動させることができる。
【００１７】
またこの好ましくは、シリンダ構造は、保持部材とシリンダライナとの間に規定される空間内に設けられ、ピストンの往復運動により生じる振動を緩衝するための緩衝部材をさらに備える。このように構成されたシリンダ構造によれば、ピストンの往復運動により生じる振動は、シリンダライナを介して保持部材とシリンダライナとの間に規定される空間内にも伝達する。したがって、この空間内でシリンダライナと接触するように緩衝部材を設けておけば、ピストンの往復運動により生じる振動を緩衝し、所望のピストンの往復運動を実現することができる。
【００１８】
また好ましくは、保持部材は、保持部材にシリンダライナを取り付ける際にシリンダライナの芯出しを行なうための芯出し部材を含む。このように構成されたシリンダ構造によれば、芯出し部材を用いてピストンの軸心に対するシリンダライナの芯出しをラフに行なっておく。これにより、ピストンおよびシリンダの軸心はおおまかに一致するので、シリンダライナが適正な位置に移動する間にピストンおよびシリンダが片当たりした状態が続く時間を短くすることができる。これにより、ピストンおよびシリンダライナが片当たりにより受ける消耗の程度を軽減することができる。
【００１９】
また好ましくは、シリンダライナは、ナイロン、テフロン（登録商標）およびポリアセタール樹脂からなる群より選ばれた少なくとも１種を含む低摩擦部材により形成されている。このように構成されたシリンダ構造によれば、シリンダライナと保持部材との摩擦抵抗を小さくすることができる。これにより、シリンダライナをよりスムーズに適正な位置に向け移動させ、ピストンを所望の状態で往復運動させることができる。
【００２０】
またこの発明に従ったスターリング機関は、上述のいずれかに記載のシリンダ構造を備える。またこの発明に従った圧縮機は、上述のいずれかに記載のシリンダ構造を備える。
【００２１】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１におけるシリンダ構造を示す断面図である。図１を参照して、シリンダ構造１は、円筒形状を有し、作動空間を規定するシリンダライナ５と、シリンダライナ５を保持する保持部材８とを備える。シリンダライナ５が規定する作動空間には、アルミニウムからなるピストン２が配置されている。ピストン２の一方端からロッド３が延びており、ロッド３は図示しない駆動装置に接続されている。この駆動装置を稼働させることによって、ピストン２は矢印４に示す方向に往復運動する。ピストン２がシリンダライナ５の内部でスムーズに往復運動できるように、ピストン２とシリンダライナ５との摺動部分には、直径で５０μｍから１００μｍ程度の隙間１０が設けられている。
【００２３】
保持部材８は、シリンダライナ固定部６と、シリンダライナ固定部６の端面にねじ９で止め付けられ、中央に孔が形成された円盤形状を有するシリンダライナ固定部蓋７とから構成されている。シリンダライナ固定部６は、中央に孔が形成された円盤形状を有する端部６ａと、端部６ａからシリンダライナ５の外周面に沿って延在するベース部６ｂとからなる。端部６ａがシリンダライナ５の一方端５ｍに当接し、シリンダライナ固定部蓋７がシリンダライナ５の他方端５ｎに当接することによって、シリンダライナ５が保持部材８に保持されている。
【００２４】
シリンダライナ５の一方端５ｍから他方端５ｎまでの長さが、一方端５ｍと当接する端部６ａの面から他方端５ｎと当接するシリンダライナ固定部蓋７の面までの長さより１０μｍ程度短くなるように、各々の部品の寸法が決定されている。これにより、シリンダライナ５は保持部材８に保持されているにもかかわらず、ピストン２が往復運動する矢印４に示す方向と垂直な方向に移動可能である。シリンダライナ５が上述の所定方向に移動可能なように、シリンダライナ５の外周面５ｐと保持部材８との間には空間１１が規定されている。
【００２５】
なお、本実施の形態では、保持部材８をシリンダライナ固定部６とシリンダライナ固定部蓋７とから構成することによってシリンダライナ５を挟持し保持したが、保持部材８を矢印４に示す方向に沿って２分割し、２分割した部品をねじ止め、接着または溶接する構造としても良い。
【００２６】
また、隙間１０の大きさは、ピストン２の直径、ピストン２およびシリンダライナ５の加工精度、ピストン２が往復運動する速度、ならびに図示しない駆動装置からピストン２に伝達されるトルクの大きさなどから総合的に判断して決定される。
【００２７】
この発明の実施の形態１に従ったシリンダ構造１は、保持部材８と、保持部材８に取り付けられ、ピストン２が往復運動するための作動空間を規定するシリンダライナ５とを備える。シリンダライナ５は、ピストン２の往復運動中において、ピストン２の運動方向と異なる方向に移動可能なように保持部材８に取り付けられている。シリンダライナ５は、ピストン２の運動方向にほぼ垂直な方向に移動可能なように保持部材８に取り付けられている。
【００２８】
シリンダライナ５は、ピストン２の運動方向に延在し、その両端に一方端５ｍと他方端５ｎとを含む。保持部材８は、シリンダライナ５の一方端５ｍを支持する端部６ａと、端部６ａに連なり、シリンダライナ５の外周面５ｐに沿って延びるベース部６ｂと、ベース部６ｂに取り付けられ、シリンダライナ５の他方端５ｎを支持する押え部としてのシリンダライナ固定部蓋７とを含む。
【００２９】
このように構成されたシリンダ構造１によれば、ピストン２がシリンダライナ５の内部を往復運動している状態において、シリンダライナ５はピストン２の径方向に移動可能なように設けられている。このため、シリンダライナ５およびピストン２の軸心が一致せずシリンダライナ５の内周面とピストン２の外周面とが片当たりしている場合に、シリンダライナ５は往復運動するピストン２との接触を繰り返すことによって片当たりを避ける方向へと移動する。これにより、シリンダライナ５とピストン２との摺動抵抗が低減するため、ピストン２をシリンダライナ５の内部でスムーズに往復運動させることができる。また、シリンダライナ５の一部に強く押し当てられた状態でピストン２が往復運動することを回避できるので、その強く押し当てられたピストン２およびシリンダライナ５の一部が偏磨耗するというおそれが生じない。さらに、ピストン２とシリンダライナ５とを組み立てる工程において、隙間１０の大きさがピストン２の外周上で均一になるように芯出しを行なう必要がないので、組み立て作業を容易にすることができる。
【００３０】
なお、本実施の形態では、シリンダライナ５の移動方向をピストン２の運動方向に垂直な方向としたが、シリンダライナ５がピストン２の運動方向と異なる方向に移動可能であれば、上述の効果を達成することができる。
【００３１】
（実施の形態２）
図２は、この発明の実施の形態２におけるシリンダ構造を示す断面図である。図２を参照して、実施の形態２におけるシリンダ構造は、実施の形態１におけるシリンダ構造１と比較して、シリンダライナ５が保持部材８に保持される部分の形態が異なる。以下において、実施の形態１におけるシリンダ構造１と重複する構造の説明は省略する。
【００３２】
シリンダライナ５の一方端５ｍおよび他方端５ｎには、テフロン（登録商標）シート（板）から加工された低摩擦部材２１ａおよび２１ｂがそれぞれ貼り合わされている。端部６ａが低摩擦部材２１ａに当接し、シリンダライナ固定部蓋７が低摩擦部材２１ｂに当接することによって、シリンダライナ５が保持部材８に保持されている。低摩擦部材２１ａの端面から低摩擦部材２１ｂの端面までの長さが、低摩擦部材２１ａと当接する端部６ａの面から低摩擦部材２１ｂと当接するシリンダライナ固定部蓋７の面までの長さより１０μｍ程度短くなるように、各々の部品の寸法が決定されている。
【００３３】
なお、本実施の形態では、低摩擦部材２１ａおよび２１ｂをテフロン（登録商標）から形成したが、テフロン（登録商標）に変えてナイロンまたはポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）から形成しても良い。また、シリンダライナ５にテフロン（登録商標）コーティングを施しても良いし、シリンダライナ５および保持部材８の少なくとも一方をテフロン（登録商標）、ナイロンまたはポリアセタール樹脂から形成しても良い。
【００３４】
この発明の実施の形態２に従ったシリンダ構造では、シリンダライナ５は、ナイロン、テフロン（登録商標）およびポリアセタール樹脂からなる群より選ばれた少なくとも１種を含む低摩擦部材２１ａおよび２１ｂを介在させて、保持部材８に取り付けられている。シリンダライナ５は、ナイロン、テフロン（登録商標）およびポリアセタール樹脂からなる群より選ばれた少なくとも１種を含む低摩擦部材により形成されても良い。
【００３５】
このように構成されたシリンダ構造によれば、シリンダライナ５と保持部材８との間の摩擦抵抗を小さくすることができる。これにより、往復運動するピストン２との接触によってより確実にシリンダライナ５を所定方向へと移動させ、ピストン２をシリンダライナ５の内部でスムーズに往復移動させることができる。
【００３６】
（実施の形態３）
図３は、この発明の実施の形態３におけるシリンダ構造を示す断面図である。図３を参照して、実施の形態３におけるシリンダ構造は、実施の形態１におけるシリンダ構造１と比較して、シリンダライナ５が保持部材８に保持される部分の形態が異なる。以下において、実施の形態１におけるシリンダ構造１と重複する構造の説明は省略する。
【００３７】
シリンダライナ５の一方端５ｍおよび他方端５ｎには、ウレタンシート（板）から加工された弾性体２６ａおよび２６ｂがそれぞれ貼り合わされている。端部６ａが弾性体２６ａに当接し、シリンダライナ固定部蓋７が弾性体２６ｂに当接することによって、シリンダライナ５が保持部材８に保持されている。シリンダライナ５は、弾性体２６ａおよび２６ｂが伸縮することによって所定方向に移動可能となっている。このため、弾性体２６ａおよび２６ｂの端面と、弾性体２６ａおよび２６ｂに当接する端部６ａおよびシリンダライナ固定部蓋７の面との間に隙間ができないように、各々の部品の寸法が決定されている。
【００３８】
また、本実施の形態では、弾性体としてウレタンを使用したが、ウレタンに変わりネオプレンゴム（商標名）またはシリコンゴムなどの各種ゴム材料を使用しても良い。
【００３９】
この発明の実施の形態３に従ったシリンダ構造では、シリンダライナ５は、弾性体２６ａおよび２６ｂを介在させて保持部材８に取り付けられている。
【００４０】
このように構成されたシリンダ構造によれば、シリンダライナ５は、伸縮する弾性体２６ａおよび２６ｂによって、姿勢を変えながら所定の方向へ移動することができる。このため、ピストン２の運動方向に対してシリンダライナ５の軸心方向が傾いている場合であっても、シリンダライナ５をスムーズに所定方向へと移動させることができる。
【００４１】
（実施の形態４）
図４は、この発明の実施の形態４におけるシリンダ構造を示す断面図である。図４を参照して、実施の形態４におけるシリンダ構造は、実施の形態１におけるシリンダ構造１と比較して、シリンダライナ固定部６の形状が異なる。以下において、実施の形態１におけるシリンダ構造１と重複する構造の説明は省略する。
【００４２】
シリンダライナ固定部６のベース部６ｂには、空間１１から外部に達する通気孔３１が複数形成されている。この発明の実施の形態４に従ったシリンダ構造では、保持部材８には、保持部材８とシリンダライナ５との間に規定される空間１１と外部とを連通する通気孔３１が形成されている。
【００４３】
このように構成されたシリンダ構造によれば、通気孔３１によってほぼ密閉状態にある空間１１を開放状態にすることができる。このため、シリンダライナ５が所定方向へと移動することによって空間１１の容積が変わる場合であっても、空間１１では通気孔３１を介して外部と排気または吸気が行なわれる。これにより、シリンダライナ５をスムーズに所定方向へと移動させることができる。
【００４４】
（実施の形態５）
図５は、この発明の実施の形態５におけるシリンダ構造を示す断面図である。図５を参照して、実施の形態５におけるシリンダ構造は、実施の形態１におけるシリンダ構造１に、防振ゴム３６をさらに備える。空間１１の内部には、リング形状を有する防振ゴム３６が、シリンダライナ５およびシリンダライナ固定部６に接触して設けられている。なお、リング形状を有する防振ゴム３６に変えて球形状を有する防振ゴム３６を使用しても良く、この場合、複数個の防振ゴム３６が空間１１の内部に充填される。また、シート状の防振ゴム３６を使用しても良い。
【００４５】
この発明の実施の形態５に従ったシリンダ構造は、保持部材８とシリンダライナ５との間に規定される空間１１内に設けられ、ピストン２の往復運動により生じる振動を緩衝するための緩衝部材としての防振ゴム３６をさらに備える。
【００４６】
このように構成されたシリンダ構造によれば、ピストン２がシリンダライナ５の内部を往復運動する際に生じる摺動ノイズなどを防振ゴム３６によって低減することができる。
【００４７】
（実施の形態６）
図６は、この発明の実施の形態６におけるシリンダ構造を示す断面図である。図６を参照して、この発明の実施の形態６におけるシリンダ構造は、実施の形態１におけるシリンダ構造１と比較して、シリンダライナ固定部６の形状が異なる。以下において、実施の形態１におけるシリンダ構造１と重複する構造の説明は省略する。
【００４８】
端部６ａ側のベース部６ｂには、ベース部６ｂの外周面から内周面に達する雌ねじ４２ａが形成されている。雌ねじ４２ａは、ベース部６ｂを端面側から見て９０°間隔に４箇所に形成されている。シリンダライナ固定部蓋７側のベース部６ｂには、雌ねじ４２ｂが同様に４箇所に形成されている。シリンダライナ５とピストン２とを組み立てる際に、雌ねじ４２ａおよび４２ｂにホロセット４１ａおよび４１ｂを締め込む。そして、ホロセット４１ａおよび４１ｂを用いて、隙間１０がピストン２の外周上に常に形成される程度にシリンダライナ５の芯出しを行なう。シリンダライナ５の芯出しが終了すれば、ホロセット４１ａおよび４１ｂをシリンダライナ固定部６から取り外すか、図６に示すように、シリンダライナ５とホロセット４１ａおよび４１ｂが接触しない位置まで退避させておく。
【００４９】
この発明の実施の形態６に従ったシリンダ構造では、保持部材８は、保持部材８にシリンダライナ５を取り付ける際にシリンダライナ５の芯出しを行なうための芯出し部材としての雌ねじ４２ａおよび４２ｂを含む。
【００５０】
このように構成されたシリンダ構造によれば、シリンダライナ５は組み立ての際にある程度芯出しされているため、ピストン２を往復運動させる初期において、ピストン２とシリンダライナ５とが強く片当たりすることを防止できる。これにより、ピストン２およびシリンダライナ５が片当たりした状態で受ける消耗の程度を軽減することができる。
【００５１】
（実施の形態７）
図７は、この発明の実施の形態７におけるフリーピストン型スターリング冷凍機を示す断面図である。図７を参照して、フリーピストン型スターリング冷凍機５１は、実施の形態１におけるシリンダ構造１を備える。
【００５２】
フリーピストン型スターリング冷凍機５１は、シリンダライナ６６および７０と、シリンダライナ６６および７０を保持する保持部材６５および６９と、シリンダライナ６６および７０の内部にそれぞれ挿入されたピストン５３およびディスプレーサ５４とを備える。シリンダライナ６６および７０は、ピストン５３およびディスプレーサ５４の運動方向にほぼ垂直な方向に移動可能に保持されている。
【００５３】
シリンダライナ６６および７０の内部には、ピストン５３およびディスプレーサ５４が同軸上に挿入されて配置されている。保持部材６５は、シリンダライナ固定部５２とシリンダライナ固定部蓋６４とから構成されており、保持部材６９は、シリンダライナ固定部６７とシリンダライナ固定部蓋６８とから構成されている。
【００５４】
シリンダライナ６６および７０の内部には水素またはヘリウムなどの作動ガスが封入されている。シリンダライナ固定部蓋６８が位置する側には吸熱器５８が設けられている。ピストン５３とディスプレーサ５４との間に圧縮空間５５が、ディスプレーサ５４と吸熱器５８との間に膨張空間５６が規定されている。圧縮空間５５と膨張空間５６との間に再生器５７が配置されており、圧縮空間５５、再生器５７および膨張空間５６により閉回路が形成されている。
【００５５】
保持部材６５の外周に位置する外周部材６１とピストン５３には、それぞれが向い合う位置にリニアモータ５９が設けられている。ピストン５３の一方端にスプリング６３が接続されており、ピストン５３は軸方向にスプリング６３を介して支持されている。ピストン５３には軸方向に貫通孔が形成されており、その貫通孔をディスプレーサ５４のロッド５４ａが延びている。ロッド５４ａの一方端にスプリング６２が接続されており、ディスプレーサ５４は軸方向にスプリング６２を介して支持されている。
【００５６】
リニアモータ５９に交番電流を印加させることにより、ピストン５３に軸方向の推力が発生する。これにより、ピストン５３はシリンダライナ６６の内部を往復運動する。このピストン５３の往復運動は圧縮空間５５内の作動ガスに周期的な圧力変化をもたらす。圧縮に伴って作動ガスが再生器５７を通って膨張空間５６に流入する。ディスプレーサ５４は、ピストン５３と同じ周期で所定の位相差をもってシリンダライナ７０の内部を往復運動する。
【００５７】
以下、フリーピストン型スターリング冷凍機５１の原理について簡単に説明する。ピストン５３により圧縮された圧縮空間５５内の作動ガスは、再生器５７を経由して膨張空間５６へ移動する。この際、再生器５７が半サイクル前に蓄えていた冷熱により作動ガスが予冷される。作動ガスが膨張空間５６に流入することで、膨張空間５６内部の圧力が上昇しディスプレーサ５４が押し動かされ、膨張空間５６内の作動ガスの膨張が始まる。これにより、吸熱器５８近傍の外気が冷却される。
【００５８】
膨張空間５６内の作動ガスの膨張がある程度進んだ時点で、ピストン５３の復帰力によりディスプレーサ５４は押し戻される。膨張空間５６内の作動ガスは再生器５７を経由して再び圧縮空間５５へ移動する。大部分の作動ガスが圧縮空間５５に戻ったあとに、再び圧縮空間５５内の作動ガスがピストン５３による圧縮を受けて次のサイクルへと移行する。以上のような一連のサイクルが連続的に繰り返されることによって、フリーピストン型スターリング冷凍機５１から極低温が取り出される。
【００５９】
このように構成されたフリーピストン型スターリング冷凍機５１によれば、実施の形態１に記載の効果により、シリンダライナ６６および７０の内部でピストン５３およびディスプレーサ５４をスムーズに往復運動させることができる。これにより、フリーピストン型スターリング冷凍機５１のエネルギ効率を向上させることができる。
【００６０】
（実施の形態８）
図８は、この発明の実施の形態８におけるリニアモータ圧縮機を示す断面図である。図８を参照して、リニアモータ圧縮機７１は、実施の形態１に記載のシリンダ構造１を備える。
【００６１】
リニアモータ圧縮機７１は、シリンダライナ８３と、シリンダライナ８３を保持する保持部材８２と、シリンダライナ８３の内部に挿入されたピストン７７とを備える。シリンダライナ８３は、ピストン７７の運動方向にほぼ垂直な方向に移動可能に保持されている。
【００６２】
圧縮機ケーシング７６の一方端に設けられた端面部材７５の中央部を貫通する状態でシリンダライナ固定部８０が設けられている。シリンダライナ固定部８０にはシリンダライナ固定部蓋８１が取り付けられており、シリンダライナ固定部８０およびシリンダライナ固定部蓋８１によって保持部材８２が構成されている。シリンダライナ８３の内部にピストン７７が位置決めされている。
【００６３】
ばね部材７９の周縁部が、圧縮機ケーシング７６内に固定された支持部材７３に取り付けられている。ばね部材７９は、螺旋状のスリットが形成された円盤形状の板ばねである。ばね部材７９の中心部が、ピストン７７の一方端に取り付けられている。保持部材８２の外周上に永久磁石７９および磁路形成部材７２が設けられている。磁路形成部材７２と永久磁石７９との間に規定されたエアギャップにコイル７８が位置決めされている。コイル７８は、ピストン７７に取り付けられている。永久磁石７９、磁路形成部材７２およびコイル７８によりリニアモータが形成されている。
【００６４】
ピストン７７の他方端とシリンダライナ固定部８０により圧縮室８４が規定されている。シリンダライナ固定部８０には軸方向に貫通する貫通孔７４が形成されており、貫通孔７４を介して圧縮室８４と図示しない外部配管とが連結されている。なお、流体の吸入、圧縮、吐出を行わせるための弁部材は図示を省略している。
【００６５】
リニアモータに交番電流を印加させることにより、ピストン７７に軸方向の推力が発生する。これにより、ピストン７７はシリンダライナ８３の内部を摺動して往復運動を行う。これにより圧縮室８４の内部の流体が圧縮され、貫通孔７４を介して外部配管に圧縮流体が供給される。
【００６６】
このように構成されたリニアモータ圧縮機７１によれば、実施の形態１に記載の効果により、シリンダライナ８３の内部でピストン７７をスムーズに往復運動させることができる。これにより、リニアモータ圧縮機７１のエネルギ効率を向上させることができる。
【００６７】
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。本発明の範囲は上記した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。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に従えば、ピストンのスムーズな往復運動を可能とし、かつ組み立て作業を容易にするシリンダ構造、そのシリンダ構造を備えるスターリング機関および圧縮機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１におけるシリンダ構造を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態２におけるシリンダ構造を示す断面図である。
【図３】この発明の実施の形態３におけるシリンダ構造を示す断面図である。
【図４】この発明の実施の形態４におけるシリンダ構造を示す断面図である。
【図５】この発明の実施の形態５におけるシリンダ構造を示す断面図である。
【図６】この発明の実施の形態６におけるシリンダ構造を示す断面図である。
【図７】この発明の実施の形態７におけるフリーピストン型スターリング冷凍機を示す断面図である。
【図８】この発明の実施の形態８におけるリニアモータ圧縮機を示す断面図である。
【図９】従来技術において、シリンダ内に配置されたピストンを示す断面図である。
【符号の説明】
１  シリンダ構造、２，５３，７７  ピストン、５，６６，７０，８３  シリンダライナ、５ｍ  一方端、５ｎ  他方端、５ｐ  外周面、６，５２，６７，８０  シリンダライナ固定部、６ａ  端部、６ｂ  ベース部、７，６４，６８，８１  シリンダライナ固定部蓋、８，６５，６９，８２  保持部材、１０  隙間、１１  空間、２１ａ，２１ｂ  低摩擦部材、２６ａ，２６ｂ  弾性体、３１  通気孔、３６  防振ゴム、４２ａ，４２ｂ  雌ねじ、５１  フリーピストン型スターリング冷凍機、５４  ディスプレーサ、７１  リニアモータ圧縮機。
【図１】
2004162587.tif 000003
【図２】
2004162587.tif 000004
【図３】
2004162587.tif 000005
【図４】
2004162587.tif 000006
【図５】
2004162587.tif 000007
【図６】
2004162587.tif 000008
【図７】
2004162587.tif 000009
【図８】
2004162587.tif 000010
【図９】
2004162587.tif 000011