【手続補正書】
【提出日】平成19年1月24日(2007.1.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】      明細書
【発明の名称】  スターリングサイクル機関
【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スと、このケースの円筒部内に同軸的に挿入されるシリンダと、前記円筒部とシリンダの間に配される吸熱部材及び放熱部材と、これら両部材間に配される再生器を有し、該再生器の少なくとも外周を覆うように略円筒状の保護体を設け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】  前記再生器の内周側に略円筒状のボビンを設けると共に、このボビンの内周側に前記シリンダが挿入可能に構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サイクル機関。
【請求項３】  前記シリンダ又はボビンの外周に突起を形成したことを特徴とする請求項１乃至２記載のスターリングサイクル機関。
【請求項４】  前記保護体の外周側にシール部材を設けたことを特徴とする請求項１乃至３記載のスターリングサイクル機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
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に関するものであり、特に、内部に封入した気体を状態変化させるための部位の組立を容易にするための構造に関するものである。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
スターリングサイクル機関は、ピストンがシリンダを軸方向に往復動し、そして、ピストンがディスプレイサー方向に移動すると、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は圧縮されて放熱フィン、再生器、吸熱フィンを通ってシリンダの先端と先端部に形成された膨張室に至るとともに、ディスプレイサーを押し下げる。一方、ピストンが、ディスプレイサーと反対方向に移動すると、圧縮室の内部が負圧となり、気体は膨張室から吸熱フィン、再生器、放熱フィンを通ってシリンダ内の圧縮室に還流し、これにより、ディスプレイサーを押し上げる。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て、シリンダの先端外周に取り付けた吸熱フィンは低温となり、一方、基部外周に取り付けた外部放熱フィンは高温となる。
【０００３】
ところで、上記再生器は、表面に凹凸加工を施した樹脂フィルムをシリンダに巻くことで肉厚の短筒状に形成されている。この再生器のケースへの組み立ては、従来以下の方法が用いられる。まず円筒状のケース内に吸熱部材たる吸熱フィンを挿入し、固定する。次にケース内に再生器を挿入する。そして、ケース内に放熱フィンを挿入し、固定する。最後にシリンダを挿入するものである。或いは、まずシリンダ外周に吸熱フィン、再生器、放熱フィンを取り付ける。次に円筒状のケース内にシリンダごと吸熱フィン、再生器と放熱フィンを挿入するものである。
【０００４】
しかしながら、このような取り付けにおいては、ケース内に再生器を挿入する際、再生器の外周端部がケースの内面と接することで捲れてしまったり、再生器の内周端部がシリンダの外面と接することで捲れてしまったり、さらには再生器の外周と内周がずれてしまい、組立性が悪くなる。そして、この結果再生器内の気流が阻害される虞がある。逆に、再生器の端部が捲れることで再生器とケースの間に隙間ができ、この隙間を気流が通過して再生器を通過する気流が減少する虞がある。
【０００５】
本発明は以上の問題点を解決し、組立性を向上させるとともに、再生器が正しくケースの円筒部とシリンダとの間に配置されるようにすることができるスターリングサイクル機関を提供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記載の本発明のスターリングサイクル機関は、円筒状のケースと、このケース内に同軸的に挿入されるシリンダと、前記ケースとシリンダの間に配される吸熱部材及び放熱部材と、これら両部材間に配される再生器を有し、該再生器の少なくとも外周を覆う略円筒状の保護体を設けたものである。
【０００７】
請求項１記載の本発明は以上のように構成することにより、前記再生器の少なくとも外周を保護体で覆い、前記ケース内に挿入することで、ケース内に再生器が取り付けられる。
【０００８】
また、請求項２記載の本発明のスターリングサイクル機関は、請求項１において、前記再生器の内周側に略円筒状のボビンを設けると共に、このボビンの内周側に前記シリンダが挿入可能に構成されているものである。
【０００９】
請求項２記載の本発明は以上のように構成することにより、前記ボビンの外周に再生器を取り付け、この再生器の外周を保護体で覆い、これら再生器と保護体を取り付けたボビンをケース内に挿入し、更にボビン内にシリンダを挿入することで、機体の先端部が組み立てられる。
【００１０】
また、請求項３記載の本発明のスターリングサイクル機関は、請求項１乃至２において、前記シリンダ又はボビンの外周に突起を形成したものである。
【００１１】
請求項３記載の本発明は以上のように構成することにより、シリンダ又はボビンに形成した突起によって再生器がシリンダ又はボビンに対して位置決めされると共に、再生器の挿入時に再生器の端部が吸熱部材又は放熱部材に当接して潰れることが防止される。
【００１２】
さらに、請求項４記載の本発明のスターリングサイクル機関は、請求項１乃至３において、前記保護体の外周側にシール部材を設けたものである。
【００１３】
請求項４記載の本発明は以上のように構成することにより、前記ケースの内面が厳密に円筒状に形成されていなくても、前記シール部材がケースの内面に接してシールするので、スターリングサイクル機関内に封入したガスが再生器を通過する際に再生器以外の箇所を通過することがない。
【００１４】
【発明の実施形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図２に基づいて説明する。同図において、１は略円筒状に形成された円筒部２と胴部３とで構成されるケースであり、前記円筒部２は、アルミニウムなどからなる基部４とステンレス鋼などからなる中間部５と銅などからなる先端部６とで構成されている。
【００１５】
前記円筒部２の内部には、前記胴部３まで延びるシリンダ７が前記円筒部２内に同軸的に挿入されて設けられ、前記シリンダ７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、前記シリンダ７の先端と前記先端部６の間には膨張室Ｅが形成されており、隙間９によって前記シリンダ７の内外が連通されている。また、前記中間部５において前記シリンダ７の外周に再生器10が設けられているとともに、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が形成されている。また、前記シリンダ７の先端外周には、吸熱フィン12が設けられ、前記再生器10と連通孔11の間において、前記シリンダ７の外周に放熱フィン13が設けられている。そして、前記シリンダ７の内部先端から前記隙間９、吸熱部材たる吸熱フィン12、再生器10、放熱部材たる放熱フィン13、連通孔11を通って前記シリンダ７内の圧縮室Ｃに至る経路が形成されている。
【００１６】
前記基部４の外周には、外部放熱フィン14が取り付けられている。また、前記胴部３内において、前記シリンダ７内には、ピストン15が軸方向に摺動可能に収容されている。このピストン15の基端部は、駆動機構16に同軸的に連結されている。
【００１７】
前記駆動機構16は、短筒状に形成された枠17と、この枠17の一端に接着等によって固定された磁石群18と、この磁石群18の外周に近接して設けられた環状の電磁コイル19とで構成されている。前記磁石群18は、平板形状に形成された永久磁石20を筒状に配置して構成されている。なお、21は前記ディスプレイサー８の振幅を制限するためのロッド、22及び23は渦巻き状の板バネである。
【００１８】
前記再生器10は表面に凹凸加工を施したフィルム10Ａを巻いて略短円筒状にすることで、軸方向に通気可能となっており、その内径は、前記シリンダ７の外径とほぼ同じ径に構成されている。一方、前記再生器10の外径は、前記円筒部２の内径よりも径小に形成されている。そして、前記シリンダ７の外周の先端部寄りには、突起たるフランジ状の外側突起24が形成されており、該外側突起24には、複数の貫通孔25が軸方向に形成されている。このため、前記フィルム10Ａの先端側は、前記外側突起24に当接して前記シリンダ７の外周に取り付けられている。さらに、前記再生器10の外周には、該再生器10の軸方向長さとほぼ同じ長さの短円筒状の保護体26が取り付けられている。この保護体26の外周の両端部、すなわち先端側及び基端側の近傍には溝部27を形成すると共に、これら溝部27にシール部材たるＯリング28が取り付けられており、該Ｏリング28は、前記円筒部２の内周に当接するようになっている。さらに、前記保護体26の内周の基端側には内側突起29がフランジ状に形成されており、該内側突起29には複数の貫通孔30が軸方向に形成されている。
【００１９】
次に、前記再生器10等の組み立てについて説明する。まず、前記円筒部２に前記吸熱フィン12を挿入し固定しておく、また、前記フィルム10Ａを巻いて略短円筒状とした前記再生器10の内周に前記シリンダ７を挿入する。このとき、前記外側突起24の基端側の面に前記再生器10の先端側が当接するように取り付けることで、この再生器10が位置決めされる。そして、この再生器10の外周に前記保護体26を取り付け、さらに、この保護体26の外周に前記Ｏリング28を取り付ける。この際、前記内側突起29に前記再生器10の基端側が当接するように取付けする。この後、さらに前記再生器10の基端側に前記放熱フィン13を取り付ける。このようにして、前記再生器10、保護体26、Ｏリング28及び放熱フィン13を一体化して前記円筒部２に挿入して順次組み込むものである。
【００２０】
したがって、前記電磁コイル19に交流電流を流すと、交番磁界が発生し、この交番磁界によって、前記磁石群18を軸方向に動かす力が加わる。この力によって、前記ピストン15が前記シリンダ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の方向に移動すると、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前記圧縮室Ｃ内の気体は圧縮されて、前記連通孔11、放熱フィン13、貫通孔30、再生器10、貫通孔25、吸熱フィン12、隙間９を通って、前記シリンダ７の先端と前記先端部６の間に形成された前記膨張室Ｅに至るとともに、前記ディスプレイサー８を押し下げる。一方、前記ピストン15が前記ディスプレイサー８と反対方向に移動すると、前記圧縮室Ｃの内部が負圧となり、気体は前記膨張室Ｅから前記隙間９、貫通孔25、吸熱フィン12、再生器10、貫通孔30、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に還流し、これにより、前記ディスプレイサー８を押し上げる。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て、前記シリンダ７の先端外周に取り付けた前記吸熱フィン12は低温となり、一方、前記基部４の外周に取り付けた前記外部放熱フィン14は高温となる。
【００２１】
以上のように、前記実施形態では、略円筒状に形成された円筒部２を有するケース１と、このケース１の円筒部２内に同軸的に挿入されるシリンダ７と、前記円筒部２とシリンダ７の間に配される吸熱フィン12及び放熱フィン13と、これら両フィン12，13間に配される再生器10を有するスターリングサイクル機関において、前記再生器10の外周を覆う略短円筒状の保護体26を設け、前記再生器10を前記円筒部２に挿入して順次組み込む際、前記保護体26によって前記再生器10の外周が保護されているため、この再生器10の外周が捲れたりすることなく組み込むことができる。
【００２２】
また、前記シリンダ７の先端側の外周に外側突起24を形成したことにより、この外側突起24の先端側が前記吸熱フィン12と当接する位置まで挿入され、前記外側突起24によって前記吸熱フィン12が前記再生器10の端部と当接しないため、該再生器10の端部が潰れることが防止される。
【００２３】
さらに、前記保護体26の外周側にシール部材たるＯリング28を設けたことにより、前記ケース１の円筒部２の内面が厳密に円筒状に形成されていなくても、前記Ｏリング28が前記ケース１の内面に接してシールするので、スターリングサイクル機関内に封入した気体が前記再生器10を通過する際に、この再生器10以外の箇所を通過することがない。
【００２４】
しかも、前記保護体26の基端側の内周には内側突起29が形成されているため、前記再生器10の端部が潰れることが防止される。
【００２５】
次に、第２の実施形態及び第３の実施形態について、図３，４及び図５を参照して説明する。尚、前記第１の実施形態と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００２６】
第２の実施形態は、再生器10をボビン31を介してシリンダ７に取り付けたものである。前記ボビン31は前記シリンダ７が内側に嵌合するように筒状に形成されており、その軸方向長さは、少なくとも前記再生器10と放熱フィン13の軸方向長さの和以上に形成されている。そして、前記ボビン31の外周の先端側には、フランジ状の突起たる外側突起32が形成され、該外側突起32には、複数の貫通孔33が軸方向に形成されている。
【００２７】
前記再生器10の外周には、この再生器10の軸方向長さとほぼ同じ長さの短円筒状の保護体26が取り付けられている。この保護体26の両端部近傍には、Ｏリング28が取り付けられ、このＯリング28は、ケース１の円筒部２内周に当接する。
【００２８】
次に、前記再生器10等の組み立てについて説明する。まず、前記ケース１の円筒部２に吸熱フィン12を挿入し、固定する。次に、前記再生器10の内周に前記ボビン31を挿入する。このとき、前記外側突起32の基端側の面に前記再生器10の先端側が当接するように取り付けることで、この再生器10が位置決めされる。そして、この再生器10の外周に前記保護体26を取り付け、さらにこの保護体26の溝部27に前記Ｏリング28を取り付け、この後、前記再生器10の基端側に前記放熱フィン13を取り付ける。そして、これら再生器10、保護体26、Ｏリング28、放熱フィン13を取り付けた前記ボビン31を前記ケース１の円筒部２に挿入し、さらに前記ボビン31の内周に前記シリンダ７を挿入して組みこまれるものである。
【００２９】
以上のように、第２の実施形態では、再生器10を円筒部２に挿入して順次組み込む際、保護体26によって前記再生器10の外周が保護されているため、この再生器10の外周が捲れたりすることなく組み込むことができ、前記保護体26の外周側にシール部材たるＯリング28を設けたことにより、スターリングサイクル機関内に封入したガスが前記再生器10を通過する際にこの再生器10以外の箇所を通過することがない。
【００３０】
さらに、前記再生器10の内周側に略円筒状のボビン31を設けると共に、このボビン31の内周側にシリンダ７が挿入可能に構成されていることによって、前記ボビン31を前記再生器10、保護体26、Ｏリング28及び放熱フィン13ごと、ケース１の円筒部２に挿入する際、前記再生器10の内周端部が前記シリンダ７の外面と接することで捲れてしまったりすることはなく、良好に組み立てを行うことができる。
【００３１】
さらに、前記ボビン31の外周の先端側には外側突起32が設けられており、これによって吸熱フィン12が前記再生器10の端部と当接しないため、この再生器10の端部が潰れることが防止される。
【００３２】
第３の実施形態は、再生器10をボビン31を介してシリンダ７に取り付けたものであり、そして、前記ボビン31の外周の先端側には、フランジ状の突起たる外側突起32が形成され、該突起32には、複数の貫通孔33が軸方向に形成されている。
【００３３】
前記再生器10は、表面に凹凸加工を施したフィルム10Ａを巻いて略短円筒状に加工したものであり、軸方向に通気可能な前記再生器10の内径は、前記ボビン31の外径とほぼ同じ径であり、一方、前記再生器10の外径は、ケース１の円筒部２の内径よりも径小である。そして、前記再生器10の外周には、この再生器10の軸方向長さとほぼ同じ長さの短円筒状の保護体26が取り付けられている。この保護体26の両端部近傍には、Ｏリング28が取り付けられ、このＯリング28は、前記ケース１の円筒部２内周に当接する。さらに、前記保護体26の内周の基端側には内側突起29が形成されており、該内側突起29には複数の貫通孔30が軸方向に形成されている。
【００３４】
次に、前記再生器10等の組み立てについて説明する。まず、前記ケース１の円筒部２に吸熱フィン12を挿入し、固定する。次に、前記再生器10の内周に前記ボビン31を挿入する。このとき、前記外側突起32の基端側の面に前記再生器10の先端側が当接するように取り付けることで、この再生器10が位置決めされる。そして、前記再生器10の外周に前記保護体26を取り付け、さらにこの保護体26の溝部27に前記Ｏリング28を取り付ける。この際、前記内側突起29に前記再生器10の基端側が当接するように取付けする。この後、前記再生器10の基端側に放熱フィン13を取り付ける。そして、これら再生器10、保護体26、Ｏリング28、放熱フィン13を取り付けた前記ボビン31を前記ケース１の円筒部２に挿入し、さらに前記ボビン31の内周にシリンダ７を挿入して組みこまれるものである。
【００３５】
以上のように、第３の実施形態では、再生器10を円筒部２に挿入して順次組み込む際、保護体26によって前記再生器10の外周が保護されているため、この再生器10の外周が捲れたりすることなく組み込むことができ、前記保護体26の外周側にシール部材たるＯリング28を設けたことにより、スターリングサイクル機関内に封入したガスが前記再生器10を通過する際に、この再生器10以外の箇所を通過することがない。
【００３６】
さらに、前記再生器10の内周側に略円筒状のボビン31を設けると共に、このボビン31の内周側にシリンダ７が挿入可能に構成されていることによって、前記ボビン31を前記再生器10、保護体26、Ｏリング28及び放熱フィン13ごと、ケース１の円筒部２に挿入する際、前記再生器10の内周端部が前記シリンダ７の外面と接することで捲れてしまったりすることはなく、良好に組み立てを行うことができる。
【００３７】
また、前記ボビン31の外周の先端側に形成された外側突起32によって吸熱フィン12が前記再生器10の端部と当接しないため、この再生器10の端部が潰れることが防止され、さらに、内側突起29が前記再生器10の基端側に当接するようにしたので、前記内側突起29によって前記放熱フィン13が前記再生器10の端部と当接しない。
【００３８】
尚、本発明のスターリングサイクル機関は、以上の実施例に限定されるものではなく、各種の変形が可能である。例えば、前記外側突起或いは内側突起はフランジ状のように周面の全周に設けるものではなく、周面の一部に設けるようなものでもよい。
【００３９】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明のスターリングサイクル機関は、略円筒状に形成された円筒部を有するケースと、このケースの円筒部内に同軸的に挿入されるシリンダと、前記円筒部とシリンダの間に配される吸熱部材及び放熱部材と、これら両部材間に配される再生器を有し、該再生器の少なくとも外周を覆うように略円筒状の保護体を設けたものであり、前記再生器の少なくとも外周を保護体で覆い、前記ケース内に挿入することで、このケース内に前記再生器が取り付けられるので、この再生器の外周端部が前記ケースの内面と接することで捲れてしまったりすることなく組み立てすることができる。
【００４０】
また、請求項２記載の本発明のスターリングサイクル機関は、請求項１において、前記再生器の内周側に略円筒状のボビンを設けると共に、このボビンの内周側に前記シリンダが挿入可能に構成されているものであり、前記ボビンの外周に前記再生器を取り付け、この再生器の外周を前記保護体で覆い、これら再生器と保護体を取り付けた前記ボビンを前記ケース内に挿入し、さらに前記ボビン内に前記シリンダを挿入することで、機体の先端部が組み立てられるので、前記再生器の内周端部が前記シリンダの外面と接することで捲れてしまったりすることなく組み立てすることができる。
【００４１】
さらに、請求項３記載の本発明のスターリングサイクル機関は、請求項１乃至２において、前記シリンダ又はボビンの外周に突起を形成したものであり、前記シリンダ又はボビンに形成した前記突起によって前記再生器が前記シリンダ又はボビンに対して位置決めされると共に、前記再生器の挿入時にこの再生器の端部が潰れることが防止される。
【００４２】
また、請求項４記載の本発明のスターリングサイクル機関は、請求項１乃至３において、前記保護体の外周側にシール部材を設けたものであり、前記ケースの内面が厳密に円筒状に形成されていなくても、前記シール部材が前記ケースの内面に接してシールするので、スターリングサイクル機関内に封入したガスが前記再生器を通過する際にこの再生器以外の箇所を通過することがなく、前記再生器の効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の第１の実施形態を示す断面図である。
【図２】
本発明の第１の実施形態を示す分解状態の断面図である。
【図３】
本発明の第２の実施形態を示す断面図である。
【図４】
本発明の第２の実施形態を示す外側突起まわりの断面図である。
【図５】
本発明の第３の実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
１  ケース
２  円筒部
７  シリンダ
10  再生器
12  吸熱フィン（吸熱部材）
13  放熱フィン(放熱部材)
24  32  外側突起（突起）
26  保護体
31  ボビン
28  Ｏリング（シール部材）