(57)【要約】【課題】ベローズ内空間５３とクランク空間３６との差圧の発生を抑制する。【解決手段】クロスガイドヘッド４４を貫通して設けられて、オイルシールベローズ１４９が圧縮ピストン６７等の往復運動に伴い伸縮した際に、ベローズ内空間５３とクランク空間３６との間で発生する差圧を緩和するベローズ内空間連通孔５４を設ける。さらに内部を圧力調整ベロー１２７ズで区切られたバッファタンクを用い夫々の区画をオイルシールベローズ１４９で分けられる背圧室１５４とベローズ内空間５３との圧力差を抑制する。【選択図】　　　　図３
2004003784.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内を往復運動して作動ガスを圧縮／膨張させるピストンと、クランクハウジング内に設けられて、クランクから伝達された往復動力を前記ピストンに伝達すると共に、当該クランクハウジングの内部を前記クランクが位置するクランク空間と前記ピストンが位置するピストン側の空間とに区画するクロスガイドヘッドと、前記ピストン側の空間に設けられ、当該空間をピストン側の背圧室とクランク側のベローズ内空間とに気密に区画して、前記クランク空間から前記背圧室にオイルが侵入しないようにするオイルシールベローズとを有するスターリング冷凍機において、
前記クロスガイドヘッドを貫通して設けられて、前記オイルシールベローズが前記ピストンの往復運動に伴い伸縮した際に、前記ベローズ内空間とクランク空間との間で発生する差圧を緩和するベローズ内空間連通孔を設けたことを特徴とするスターリング冷凍機。
【請求項２】
前記ベローズ内空間連通孔の直径が、６ｍｍ〜７ｍｍに形成され、かつ、対称性を保ちながら２個以上形成されていることを特徴とする請求項１記載のスターリング冷凍機。
【請求項３】
圧力調整ベローズで区切られた２つの空間を夫々前記背圧室とベローズ内空間とに連通させて前記圧力調整ベローズの作用で前記背圧室とベローズ空間とのと圧力差を抑制するバッファタンクを備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスターリング冷凍機。
【請求項４】
前記オイルシールベローズが前記ピストンロッドの往復運動に伴い伸縮した際に、前記ベローズ内空間連通孔が前記ベローズ内空間と前記背圧室との差圧を、少なくとも０．５ｋｇ／平方センチメートル以内に収るように形成されていることを特徴とする請求項１記載のスターリング冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータ負荷を軽減して冷凍効率を向上させたスターリング冷凍機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スターリング冷凍機は、小型化が可能、成績係数や冷凍効率が高い、発生する温度範囲が広い、近年の地球環境問題におけるフロン代替が容易等の多くの優れた特徴を持っている。
【０００３】
このため冷凍庫、冷蔵庫、投げ込み式クーラー等の業務用又は家庭用の冷熱利用機器を始めとして、低温液循環器、低温恒温器、恒温槽、ヒートショック試験装置、凍結乾燥機、温度特性試験装置、血液・細胞保存装置、コールドクーラ、その他各種の冷熱装置等のあらゆる産業分野における冷熱利用機器への適用が検討されている。
【０００４】
図４は、このようなスターリング冷凍機５０１の概略構成を示す図で、モータ５１４を備えて回転動力を発生する駆動装置５１１と、該駆動装置５１１により駆動されて冷熱を発生する冷熱発生部５３３とを備えている。
【０００５】
冷熱発生部５３３は、回転動力を往復動力に変換する動力変換部５３４、この往復動力により膨張シリンダ５９７内を往復運動して作動ガスを膨張させる膨張ピストン５９３を備えた膨張部５９０、往復動力により圧縮シリンダ５６８内を往復運動して作動ガスを圧縮する圧縮ピストン５６７を備えた圧縮部５６４、膨張部５９０と圧縮部５６４との間を流動する作動ガスの熱を蓄熱する蓄熱部６７４等を主要構成としている。
【０００６】
動力変換部５３４は、内部がクランク空間５３６をなすクランクハウジング５３５を有し、その中にモータ軸５１７と連結されたクランク軸５３７、該クランク軸５３７に装着されたクランク５３８、一端がクランク５３８に連結されたコネクティングロッド５４１、該コネクティングロッド５４１の他端に連結されたクロスガイドヘッド５４４、該クロスガイドヘッド５４４の運動方向を１方向に規制するクロスガイドライナ５４７等が設けられている。
【０００７】
また、膨張部５９０は、膨張ピストン５９３を収納する膨張シリンダ５９７、該膨張シリンダ５９７の頭部側に設けられた膨張空間５９２、膨張ピストン５９３に駆動力を伝達する膨張ピストンロッド６００等を有している。
【０００８】
圧縮部５６４は、圧縮ピストン５６７を収納する圧縮シリンダ５６８、該圧縮シリンダ５６８の頭部側に設けられた圧縮空間５６６、圧縮ピストン５６７に駆動力を伝達する圧縮ピストンロッド５６９を有している。
【０００９】
そして、圧縮空間５６６と膨張空間５９２とはガス流路６７５により連結され、このガス流路６７５に蓄冷材からなる蓄熱部６７４が設けられている。
【００１０】
また、モータ軸５１７やクランク軸５３７の軸受５２１、クランク５３８とクランク軸５３７、コネクティングロッド５４１とクロスガイドヘッド５４４等の可動部分の摩耗を抑制するためにオイル７４８が用いられ、このオイル７４８はクランク空間５３６の底部に貯留されている。
【００１１】
そして、クランク５３８が運動することにより、当該オイル７４８は掻きあげられて可動部分に付着して、この可動部分を潤滑するようになっている。
【００１２】
ところが、このようなオイル７４８が、膨張ピストン５９３や圧縮ピストン５６７に付着すると、これらの往復運動に伴い徐々に圧縮空間５６６や膨張空間５９２に侵入して作動ガスに混入したり、熱により炭化して冷凍効率の低下をもたらす不都合がある。
【００１３】
そこで、クロスガイドヘッド５４４と圧縮ピストン５６７や膨張ピストン５９３との間に、オイルシールベローズ６４９を設けている。
【００１４】
このときオイルシールベローズ６４９の上端部は、膨張ピストンロッド６００や圧縮ピストンロッド５６９と気密に取付けられ、下端部はクランクハウジング５３５に気密に取付けられて、膨張ピストンロッド６００や圧縮ピストンロッド５６９の往復運動と共にオイルシールベローズ６４９が伸縮するようになっている。
【００１５】
従って、クランク空間５３６は、オイルシールベローズ６４９により圧縮ピストン５６７や膨張ピストン５９３側の部屋（この部屋を背圧室６５４という）と、クランク５３８側の部屋との２つの部屋に区画されるようになる。
【００１６】
このためクランク５３８で跳ね上げられたオイル７４８は、背圧室６５４に侵入できなくなり、膨張ピストン５９３や圧縮ピストン５６７に付着して圧縮空間５６６や膨張空間５９２に侵入する不都合が防止できるようになっている。
【００１７】
このような構成で、モータ５１４が駆動されてクランク５３８が回動すると、その回動動力が往復動力に変換されて圧縮ピストン５６７及び膨張ピストン５９３に伝達され、これらが往復運動する。
【００１８】
なお、膨張ピストン５９３は圧縮ピストン５６７に対して位相が略９０度進んで運動する。
【００１９】
そして、圧縮ピストン５６７が下死点から上死点に移動すると、圧縮空間５６６内の作動ガスが圧縮される。
【００２０】
この間、膨張ピストン５９３は上動して上死点に達した後、下動するようになる。
【００２１】
圧縮ピストン５６７の上動に伴い圧縮された作動ガスは、ガス流路６７５を流動して膨張部５９０側に送られ、膨張ピストン５９３が下動すると作動ガスは蓄熱部６７４を通過して膨張空間５９２に送られる。
【００２２】
作動ガスが蓄熱部６７４を通過する際には、その熱がこの蓄熱部６７４に蓄熱される。
【００２３】
膨張ピストン５９３が下死点に達するに従い、圧縮ピストン５６７は上死点から下死点に移動し、作動ガスは膨張する。
【００２４】
このときの膨張過程は等温膨張過程であるため、膨張に伴う吸熱がコールドヘッド部７１９を介して行われ、この結果コールドヘッド部７１９の温度が下がり冷熱が発生する。
【００２５】
圧縮ピストン５６７が下死点に近づくに従い、膨張ピストン５９３は上動を始め、作動ガスはガス流路６７５を経て蓄熱部６７４で熱交換して圧縮空間５６６に戻る。
【００２６】
このようなサイクルを１サイクルとして運転されて、コールドヘッド部７１９の冷熱は冷熱利用機器に利用される。
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、クロスガイドヘッド５４４が、クロスガイドライナ５４７に気密に挿入されて１方向に動くように規制されているため、このクロスガイドヘッド５４４とオイルシールベローズ６４９とで囲まれる空間（以下、この空間をベローズ内空間５３０、クランク５３８が含まれる空間をクランク空間５３６と記載する）が気密状態となり、ベローズ内空間５３０とクランク空間５３６とで大きな差圧が発生することにより、クランク空間５３６と同一圧力の背圧室６５４とベローズ内空間５３０とで大きな差圧が発生してオイルシールベローズ６４９が破損しやすくなる問題があった。
【００２８】
そこで、本発明は、ベローズ内空間とクランク空間との差圧（すなわち、ベローズ空間と背圧室との差圧）の発生を抑制して、ベローズの破損を防止できるようにしたスターリング冷凍機を提供することを目的とする。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１にかかる発明は、シリンダ内を往復運動して作動ガスを圧縮／膨張させるピストンと、クランクハウジング内に設けられて、クランクから伝達された往復動力をピストンに伝達すると共に、当該クランクハウジングの内部をクランクが位置するクランク空間とピストンが位置するピストン側の空間とに区画するクロスガイドヘッドと、ピストン側の空間に設けられ、当該空間をピストン側の背圧室とクランク側のベローズ内空間とに気密に区画して、クランク空間から背圧室にオイルが侵入しないようにするオイルシールベローズとを有するスターリング冷凍機において、クロスガイドヘッドを貫通して設けられて、オイルシールベローズがピストンの往復運動に伴い伸縮した際に、ベローズ内空間とクランク空間との間で発生する差圧を緩和するベローズ内空間連通孔を設けたことを特徴とする。
【００３０】
請求項２にかかる発明は、ベローズ内空間連通孔の直径が、６ｍｍ〜７ｍｍに形成され、かつ、対称性を保ちながら２個以上形成されていることを特徴とする。
【００３１】
請求項３にかかる発明は、圧力調整ベローズで区切られた２つの空間を夫々背圧室とベローズ内空間とに連通させて圧力調整ベローズの作用で背圧室とベローズ空間とのと圧力差を抑制するバッファタンクを備えるので、その結果ベローズ内空間と背圧室との間で発生する差圧を緩和することを特徴とする。
【００３２】
請求項４にかかる発明は、オイルシールベローズがピストンロッドの往復運動に伴い伸縮した際に、ベローズ内空間連通孔がベローズ内空間とクランク空間との差圧（ひいてはベローズ内空間と背圧室との差圧）を、少なくとも０．５ｋｇ／平方センチメートル以内に収るように形成されていることを特徴とする。
【００３３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態の説明に適用されるスターリング冷凍機１の側断面図である。
【００３４】
当該スターリング冷凍機１は、冷熱を発生する冷熱発生部、該冷熱発生部を駆動する駆動装置を主要構成としている。
【００３５】
駆動装置１１は、内部がモータ室１３をなすモータハウジング１２を有し、このモータ室１３にステータ１６及びロータ１５からなる正逆回転可能なモータ１４が設置されて、回転動力はモータ軸１７を介して出力される。
【００３６】
冷熱発生部３３は、駆動装置１１で発生した回転動力を往復動力に変換する動力変換部３４、作動ガスを圧縮する圧縮部６４、作動ガスを膨張させる膨張部９０、圧縮空間６６と膨張空間９２とを連通させるガス流路１７５に設けられて流動する作動ガスの熱を蓄熱する蓄熱部１７４、圧縮部６４で圧縮されて温度上昇した作動ガスの熱を外部に放熱させる放熱部１９３、膨張部９０で作動ガスが膨張することにより発生した冷熱を冷熱利用機器に供給するコールドヘッド部２１９、クランク空間３６のオイル２４８が圧縮空間６６や膨張空間９２に侵入しないようにするオイルシール部１４８、背圧室１５４とクランク空間３６との差圧の発生を抑制する圧力調整部１２５等を有している。
【００３７】
動力変換部３４は、内部がクランク空間３６をなすクランクハウジング３５を有し、このクランクハウジング３５はモータハウジングトップ１９を介してモータハウジング１２と接して設けられている。
【００３８】
クランクハウジング３５の底部には、動力変換部３４における摺動部分等を潤滑するオイル２４８が貯留され、その貯留量はクランクハウジング３５の底部側に形成されたガラス等の透明部材からなる覗窓５０により確認できるようになっている。
【００３９】
モータハウジングトップ１９の底部側には、オイル通路孔２０が形成されてモータ室１３とクランク空間３６とが連通している。
【００４０】
これによりモータ室１３にもオイル２４８が貯留されると共に、モータ室１３とクランク空間３６との雰囲気が相互に行き来できるようになっている。
【００４１】
モータ軸１７やクランク軸３７は、軸受２１により回動自在に支持されている。
【００４２】
このような、スターリング冷凍機１では作動ガスとして、ヘリウム、水素、窒素等を利用することが可能であり、この場合には後述するクランク空間、モータ室、バッファタンク等にも封入しておくことが好ましい。
【００４３】
これは、長時間の運転により、僅かながらもクランク空間、モータ室、バッファタンク内の雰囲気が圧縮空間や膨張空間に侵入して、冷凍効率を低下させる事態を防止するためである。
【００４４】
クランク空間３６には、モータ軸１７と連結されたクランク軸３７、該クランク軸３７に装着された圧縮クランク３８ａ及び膨張クランク３８ｂからなるクランク３８、一端がクランク３８に連結された圧縮コネクティングロッド４１ａ及び膨張コネクティングロッド４１ｂからなるコネクティングロッド４１、該コネクティングロッド４１の他端に連結された圧縮クロスガイドヘッド４４ａ及び膨張クロスガイドヘッド４４ｂからなるクロスガイドヘッド４４、該クロスガイドヘッド４４の運動方向を１方向に規制するクロスガイドライナ４７等が設けられている。
【００４５】
なお、圧縮クランク３８ａと膨張クランク３８ｂとは、クランク軸３７の軸心に対して偏心して設けられ、かつ、モータ１４の正転時に膨張クランク３８ｂが圧縮クランク３８ａより略９０度位相が先行して回転するように設けられている。
【００４６】
ここでモータ１４の正転時とは、冷熱を発生するようなサイクル運転を行うときのモータ１４の回転方向を言う。
【００４７】
このとき膨張クランク３８ｂと圧縮クランク３８ａとの位相差に伴い発生する回転アンバランスを抑制するためにバランサ５１が設けられている。
【００４８】
クロスガイドライナ４７は、クロスガイドヘッド４４が挿入される概略円筒状の穴で、クランクハウジング３５の頂部を穴開加工等して形成されている。
【００４９】
これによりクランク３８を介して駆動されたクロスガイドヘッド４４はクロスガイドライナ４７に案内されて往復運動するようになる。
【００５０】
クランクハウジング３５の上には固定プレート２４３が設けられ、この固定プレート２４３の上にシリンダハウジング７４が設けられている。
【００５１】
このシリンダハウジング７４は、上側シリンダハウジング７４ａと下側シリンダハウジング７４ｂとに分割形成されて、下側シリンダハウジング７４ｂは、固定プレート２４３を介してクランクハウジング３５にボルトで固定され、上側シリンダハウジング７４ａは下側シリンダハウジング７４ｂにボルトを用いて固定される。
【００５２】
圧縮部６４は、下側シリンダハウジング７４ｂを穴開して形成された圧縮シリンダ６８、圧縮シリンダ６８内を往復運動する圧縮ピストン６７、一端が圧縮クロスガイドヘッド４４ａとピンを介して揺動自在に取付けられると共に他端が圧縮ピストン６７に固着されて、これらを連結する圧縮ピストンロッド６９、該圧縮ピストン６７の頭部側と圧縮シリンダ６８とで形成された圧縮空間６６を有している。
【００５３】圧縮ピストン６７の側筒面には、圧縮ピストンリング７０が装着されて、圧縮空間６６の気密性を保っている。
【００５４】膨張部９０は、下側シリンダハウジング７４ｂ及び上側シリンダハウジング７４ａを穴開して形成された膨張シリンダ９７、内部が空洞で膨張シリンダ９７内を往復運動する膨張ピストン９３、一端が膨張クロスガイドヘッド４４ｂとピンを介して揺動自在に取付けられると共に他端が膨張ピストン９３に固着されて、これらを連結する膨張ピストンロッド１００、該膨張ピストン９３の頭部側と膨張シリンダ９７とで形成された膨張空間９２を有して、膨張空間９２の外周部にコールドヘッド部２１９が形成されている。
【００５５】
この膨張シリンダ９７及び膨張ピストン９３は、それぞれ上下に分割されて、上部膨張シリンダ９７ａ、下部膨張シリンダ９７ｂ、上部膨張ピストン９３ａ、下部膨張ピストン９３ｂをなしている。
【００５６】
下部膨張シリンダ９７ｂを下側シリンダハウジング７４ｂに装着する際には、下部膨張シリンダ９７ｂを液体窒素等で冷却して冷やしばめ等の方法で圧入して装着している。
【００５７】
これにより、下部膨張シリンダ９７ｂが下側シリンダハウジング７４ｂに完全に固定されるために異常音が発生する等の不都合が防止できる。
【００５８】
下部膨張ピストン９３ｂには、膨張ピストンリング１０４が装着されて、膨張空間９２の気密性を保っている。
【００５９】
上側シリンダハウジング７４ａ及び下側シリンダハウジング７４ｂには、膨張空間９２と圧縮空間６６とを連通させる細管のガス流路１７５が形成されている。
【００６０】
なお、下部膨張ピストン９３ｂの下端部を取囲むように環状溝１０８が形成されて、当該環状溝１０８にガス流路１７５が繋がり、圧縮空間６６へと連通している。
【００６１】
この環状溝１０８には、背圧室１５４と連通する微少径の環状溝連通孔１０９が形成されて、背圧室１５４と環状溝１０８との圧力を均等な圧力にしている。
【００６２】
また、上側シリンダハウジング７４ａの下端部には、ガス流路１７５と連通するように、円筒状の蓄熱材収納溝１０５が長手方向に形成されて、後述する蓄熱材１７６が挿入されるようになっている。
【００６３】
蓄熱部１７４は、真鍮やステンレス鋼を材料とするメッシュ状の金属シートからなる円筒状の蓄熱材１７６を有し、この蓄熱材１７６が多数積層されて蓄熱材収納溝１０５に装着される。
【００６４】
そして、膨張空間９２で膨張して温度の下がった作動ガスが、圧縮空間６６に向って流動する際には、当該作動ガスの冷熱を貯えて、当該冷熱が圧縮空間６６から膨張空間９２に流動する作動ガスの冷却に用いられる。
【００６５】
また、圧縮空間６６で圧縮されて温度上昇した作動ガスが、圧縮空間６６から膨張空間９２に向って流動する際には、当該作動ガスの温熱を貯えて、当該温熱が膨張空間９２から圧縮空間６６に流動する作動ガスの加熱に用いられる。
【００６６】
圧縮ピストンロッド６９や膨張ピストンロッド１００の下端側には、クロスガイド側フランジ１０１が設けられ、上端にはピストン取付ネジ１０２が設けられ、さらに上端近傍にはピストン側フランジ１０３が設けられている。
【００６７】
そして、圧縮ピストンロッド６９や膨張ピストンロッド１００は、クロスガイド側フランジ１０１を用いてクロスガイドヘッド４４に取付けられる。
【００６８】
また、ピストン取付ネジ１０２を圧縮ピストン６７や膨張ピストン９３に挿通してピストン側フランジ１０３に当ててナット締することにより圧縮ピストンロッド６９や膨張ピストンロッド１００と連結される。
【００６９】
なお、膨張ピストン９３と膨張ピストンロッド１００との連結に際して、当該膨張ピストン９３の連結位置を調整するためにスペーサ１５３が用いられている。
【００７０】
放熱部１９３は、圧縮部６４で圧縮されて温度上昇した作動ガスの熱を外部に速やかに放出させることを主目的として設けられたもので、圧縮空間６６や膨張シリンダ９７を取巻き循環するように形成された冷却水路１９４が下側シリンダハウジング７４ｂに形成される共に、膨張シリンダ９７の下端部にフィンを有する放熱器１９５が設けられている。
【００７１】
本発明にかかるスターリング冷凍機１では、クランク３８が回転した際に、クランク空間３６の底部に貯留しているオイル２４８を掻上げて、クランク３８とコネクティングロッド４１との摺動部分やクロスガイドヘッド４４とクロスガイドライナ４７との摺動部分等に付着させて、これらの摺動部分を潤滑している。
【００７２】
このときクロスガイドヘッド４４の往復運動により、クロスガイドヘッド４４とクロスガイドライナ４７との摺動部分のオイル２４８が圧縮ピストン６７や膨張ピストン９３側に送込まれて、クロスガイドヘッド４４の頭部側（圧縮ピストン６７や膨張ピストン９３側）に溜るようになる。
【００７３】
クロスガイドヘッド４４は、非常に早い周期で往復運動するため、このようにして溜ったオイル２４８は跳ね飛ばされて、圧縮ピストン６７や膨張ピストン９３に付着し、これが圧縮ピストン６７や膨張ピストン９３の往復運動により圧縮空間６６や膨張空間９２に送込まれて冷凍効率の低下をもたらす。
【００７４】
そこで、クロスガイドヘッド４４により送込まれたオイル２４８が圧縮ピストン６７や膨張ピストン９３に付着しないようにするために、オイルシールベローズを主要構成とするオイルシール部１４８を設けている。
【００７５】
このようなオイルシール部１４８は、固定プレート２４３と膨張ピストン９３及び圧縮ピストン６７との間に設けられたオイルシールベローズ１４９、該オイルシールベローズ１４９の上端が溶着されたワッシャ状の上部取付環１５０、該オイルシールベローズ１４９の下端が溶着されたワッシャ状の下部取付環１５１を有している。
【００７６】
このオイルシールベローズ１４９は、金属材料をプレス加工により一体成形した金属成形ベローズや溶接により組み立てた金属溶接ベローズが使用される。
【００７７】
そして、上部取付環１５０はピストン側フランジ１０３と圧縮ピストンや膨張ピストンとにより挟まれて固定される。
【００７８】
一方、下部取付環１５１は固定プレート２４３とクランクハウジング３５とで固定される。
【００７９】
これにより、背圧室１５４が気密状態となり、クランク空間３６からオイル２４８が圧縮空間６６や膨張空間９２に侵入する不都合が完全に防止できるようになる。
【００８０】
背圧室１５４は、圧縮ピストン６７の背圧側と膨張ピストン９３との背圧側にそれぞれ形成されるが、これらが互いに連通するように背圧室連通孔１５５が形成されている。
ところで、背圧室１５４の空間容積に比べクランク空間３６側の空間容積は十分に大きい。
【００８１】
なお、クランク空間３６側の空間容積は、クランク空間３６とモータ室１３とが連通しているので、これらの和である。
【００８２】
このような容積関係の下で背圧室１５４が気密状態にあると、膨張ピストン９３や圧縮ピストン６７の往復運動作により当該背圧室１５４には大きな圧力変動が発生すると共に、クランク空間３６との間で大きな差圧が発生する。
【００８３】
そして、背圧室１５４の圧力がクランク空間３６の圧力より高くなるとオイルシールベローズ１４９は糸巻ボビン状に絞られ、逆に背圧室１５４の圧力がクランク空間３６の圧力より低くなると、オイルシールベローズ１４９はビヤダル状に膨らむようになる。
【００８４】
このような変形が、繰返しオイルシールベローズ１４９に生じて破損しやすくなる。
【００８５】
また、背圧室１５４の圧力変動は、膨張ピストン９３や圧縮ピストン６７の往復運動のブレーキとして作用するので、その分モータ１４の負荷が増えてしまい冷凍効率が低下する。
【００８６】
そこで、背圧室連通孔１５５を設けて圧縮ピストン６７の背圧側と膨張ピストン９３の背圧側とにそれぞれ形成される背圧室１５４を連通すると共に、バッファタンク１２６を備えた圧力調整部１２５を設けている。
【００８７】
この圧力調整部１２５のバッファタンク１２６は、タンク内の空間を２つの空間に気密に仕切る圧力調整ベローズ１２７を備えて、一方の空間が背圧側連通管１２８により背圧室１５４と連通し、他方の空間がクランク側連通管１３０によりクランク空間３６やモータ室１３と連通している。
【００８８】
この背圧室１５４に連通する空間を背圧側バッファ室１２９と記載し、クランク空間３６と連通する空間をクランク側バッファ室１３１と記載する。
【００８９】
そして、少なくとも背圧側バッファ室１２９の空間容積は、背圧室１５４の空間容積より十分に大きくなっている。
【００９０】
圧力調整ベローズ１２７は、オイルシールベローズ１４９と同様に金属成形ベローズ、金属溶接ベローズを用いることも可能であるが、当該オイルシールベローズ１４９におけるほど伸縮量が大きくないこと等の理由から樹脂やゴム製のベローズを使用することも可能である。
【００９１】
これにより、背圧室１５４の圧力変動が背圧側バッファ室１２９の圧力変動により自動的に緩和されると共に、圧力調整ベローズ１２７の伸縮により吸収され、背圧室１５４とクランク空間３６との間で大きな差圧が発生しないようになりオイルシールベローズ１４９の劣化や破壊の防止、スターリング冷凍機１の運転性能及び耐久性の向上が図られる。
【００９２】
なお、モータ室１３はクランク空間３６と連通しているので、クランク側バッファ室１３１をモータ室１３と連通させても同様の効果を得ることができる。
【００９３】
ところでクロスガイドヘッド４４はクロスガイドライナ４７に密接して往復運動するため、オイルシールベローズ１４９の内側の空間（ベローズ内空間５３）は略気密状態になってしまう。
【００９４】
このため、バッファタンク１２６等を用いて背圧室１５４とクランク空間３６との差圧を緩和しても、ベローズ内空間５３とクランク空間３６の間に大きな差圧が発生することから、ベローズ内空間５３背圧室１５４との間に大きな差圧が発生して、オイルシールベローズ１４９の劣化や破壊を引き起こす。
【００９５】
そこで、図２、図３に示すように、ベローズ内空間５３と背圧室１５４やクランク空間３６との間で大きな差圧が発生しないように、クロスガイド側フランジ１０１及びクロスガイドヘッド４４にベローズ内空間５３とクランク空間３６とを連通させるベローズ内空間連通孔５４が形成されている。
【００９６】
なお、図２は圧縮ピストンロッド６９の構成図で、図２（ａ）はその上面図、図２（ｂ）はＡＡ断面図である。
【００９７】
また、図３は圧縮ピストン６７、圧縮ピストンロッド６９、オイルシールベローズ１４９、クロスガイドヘッド４４等を連結した状態で示す説明図で、図３（ａ）はコネクティングロッド４１とクロスガイドヘッド４４とを連結するクロスガイドヘッド連結ピン５５に平行な面での断面図、図３（ｂ）はクロスガイドヘッド連結ピン５５に垂直な面での断面図である。
【００９８】
このベローズ内空間連通孔５４は、ベローズ内空間５３とクランク空間３６との差圧（ひいてはベローズ内空間５３と背圧室１５４との差圧）が、０．５ｋｇ／平方センチメートル以内に収るように、直径が６ｍｍ〜７ｍｍに形成され、かつ、対称性を保ちながら２個形成されている。無論、２個以上であっても良い。
【００９９】
先に述べたように、背圧室１５４とクランク空間３６との差圧によりオイルシールベローズ１４９に変形力が繰返し作用して破損しやすくなったり、モータ負荷が増えたりするため、圧力調整部１２５や背圧室連通孔１５５を設けている。
【０１００】
ベローズ内空間５３とクランク空間３６との差圧を抑制する観点からは、ベローズ内空間連通孔５４を大きくすることが好ましい。
【０１０１】
このように設定されたベローズ内空間連通孔５４により、ベローズ内空間５３とクランク空間３６との差圧（ベローズ内空間５３と背圧室１５４との差圧）は、上述した０．５ｋｇ／平方センチメートル以内の圧力となる。
【０１０２】
この差圧を達成するベローズ内空間連通孔５４の大きさは、直径として６ｍｍ〜７ｍｍの孔を２個形成することで達成できる。
【０１０３】
無論、ベローズ内空間連通孔５４の直径は、ベローズ内空間５３の空間容積やオイルシールベローズ１４９の伸縮率にも依存するので、装置固有の値となることを注記する。
【０１０４】
上述したベローズ内空間連通孔５４が６ｍｍ〜７ｍｍの直径で２個としたのは、オイルシールベローズ１４９の内直径が２０ｍｍ、クロスガイドヘッド４４の直径が４８ｍｍであり、圧縮ピストン６７や膨張ピストン９３の往復運動範囲が約２９ｍｍの場合である。
【０１０５】
これにより、ベローズ内空間５３と背圧室１５４とクランク空間３６との差圧は前記した０．５Ｋｇ／平方センチメートル以内の圧力となり、差圧によるオイルシールベローズ１４９の変形が抑制できるようになって、信頼性が向上する。
【０１０６】
コールドヘッド部２１９は、冷却フィン２２０と、この冷却フィン２２０の先端部分を包むように設けられたジャケット２２１とから構成されて、冷却フィン２２０とジャケット２２１との間にブライン流路２２２を形成している。
【０１０７】
なお、ブラインとして、エチルアルコール、ＨＦＥ、ＰＦＣ、ＰＦＧ、窒素、ヘリウム等が利用可能である。
【０１０８】
これにより膨張空間９２で発生した冷熱によりブラインは冷却フィン２２０を介して冷却され、冷熱利用機器に冷熱が供給される。
【０１０９】
次に、このような構成のスターリング冷凍機１の動作を説明する。
【０１１０】
モータ１４が駆動されると、その回転動力がモータ軸１７を介してクランク軸３７に伝達される。
【０１１１】
このクランク軸３７にはクランク３８が偏心して取付けられて、このクランク３８にコネクティングロッド４１を介してクロスガイドヘッド４４が連結されているので、回転動力はクロスガイドヘッド４４の往復動力に変換される。
【０１１２】
クロスガイドヘッド４４が往復運動すると、ピストンロッドを介して接続された膨張ピストン９３と圧縮ピストン６７は往復運動して作動ガスを圧縮、膨張する。
【０１１３】
このとき、クランク３８によりオイル２４８がクロスガイドヘッド４４等に付着するが、オイルシールベローズ１４９によりクランク空間３６と背圧室１５４とが完全に区画されている。
【０１１４】
また、背圧室１５４と膨張空間９２との差圧がバッファタンク１２６により圧力調整されて、これらの間で差圧の発生が抑制されているが、このとき圧力調整ベローズ１２７を用いてバッファタンク１２６を区画しているので、バッファタンク１２６を介してクランク空間３６等から背圧室１５４にオイル２４８が流入することがない。
【０１１５】
従って、背圧室１５４にオイル２４８が侵入して圧縮空間６６や膨張空間９２に侵入することがなく、冷凍効率の低下が防止できるようになっている。
【０１１６】
なお、バッファタンク１２６により背圧室１５４と膨張空間９２との差圧が抑制されるために、モータ１４負荷が低減して冷凍効率の低下が抑制できるようになっている。
【０１１７】
このようにして膨張ピストン９３と圧縮ピストン６７が往復運動し、膨張ピストン９３が上死点に近づいて動きが遅くなると、圧縮ピストン６７は中間付近を上死点に向かって急速に動き、これにより作動ガスは略断熱圧縮されて温度上昇する。
【０１１８】
圧縮された作動ガスは、ガス流路１７５を流れて放熱部１９３に流入し、ここで放熱器１９５を介して冷却水に放熱して降温する。
【０１１９】
冷却水に放熱した作動ガスは、蓄熱部１７４に流入し、蓄熱材１７６を通過する際に当該蓄熱材１７６に温熱を蓄熱して膨張空間９２に流入する。
【０１２０】
そして、圧縮ピストン６７は上死点に近づき、その速度も遅くなる。
【０１２１】
すると、膨張ピストン９３は急激に下死点に向かって動き、これにより膨張空間９２が急激に拡張して、当該膨張空間９２の作動ガスは断熱膨張して降温する。
【０１２２】
これにより、コールドヘッド部２１９の温度が下がり、冷却フィン２２０を介してブラインが冷却されて、冷熱が冷熱利用機器に供給される。
【０１２３】
膨張ピストン９３が下死点から上死点に移動する際は、圧縮ピストン６７は中間位置から下死点に向かって動いており、これにより作動ガスは膨張空間９２からガス流路１７５を介して圧縮空間６６に流れる。
【０１２４】
このとき膨張して温度の下がった作動ガスは、蓄熱材１７６に冷熱を蓄熱して放熱部１９３を経て圧縮空間６６に流入して１サイクルが終了する。
【０１２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、クロスガイドヘッドを貫通して設けられて、オイルシールベローズがピストンの往復運動に伴い伸縮した際に、ベローズ内空間とクランク空間との間で発生する差圧（すなわち、ベローズ内空間と背圧室との間で発生する差圧）を緩和するベローズ内空間連通孔を設けたので、当該オイルシールベローズに加わる差圧が小さくなって信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の説明に適用されるスターリング冷凍機の側断面図である。
【図２】ピストンロッドの構成図で、（ａ）は上面図、（ｂ）はＡＡ断面図である。
【図３】ベローズ内空間連通孔の説明に適用される、ピストンロッド、クロスガイドヘッド、オイルシールベローズ等を連結した際の部分断面図である。
【図４】従来の技術の説明に適用される、スターリング冷凍機の側断面図である。
【符号の説明】
１　スターリング冷凍機
３３　冷熱発生部
３５　クランクハウジング
３６　クランク空間
３８　クランク
３８ａ　圧縮クランク
３８ｂ　膨張クランク
４１　コネクティングロッド
４１ａ　圧縮コネクティングロッド
４１ｂ　膨張コネクティングロッド
４４　クロスガイドヘッド
４７　クロスガイドライナ
４４ａ　圧縮クロスガイドヘッド
４４ｂ　膨張クロスガイドヘッド
５３　ベローズ内空間
５４　ベローズ内空間連通孔
５５　クロスガイドヘッド連結ピン
６６　圧縮空間
６７　圧縮ピストン
６９　圧縮ピストンロッド
９２　膨張空間
９３　膨張ピストン
９３ａ　上部膨張ピストン
９３ｂ　下部膨張ピストン
１００　膨張ピストンロッド
１０１　クロスガイド側フランジ
１０３　ピストン側フランジ
１４９　オイルシールベローズ
【図１】
2004003784.tif 000003
【図２】
2004003784.tif 000004
【図３】
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【図４】
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