(57)【要約】【課題】部品形状が作製しやすく、組立工程を含めてコストダウンを図ることが可能な構造を備えるスターリング機関を提供する。【解決手段】ピストンシリンダ１２１にポスティドロッド１２１Ｂを一体化することで、ピストン１３０とディスプレーサ１４０とを同軸上に配置する必要がなくなることから、ピストンシリンダ１２１を基準にして、構成部材の組立を行なうことが可能となる。【選択図】図３
2009221878.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
背圧空間と圧縮空間および膨張空間を含む作動空間とを有し、作動媒体が封入されたケーシングと、
前記背圧空間と前記作動空間との間に設けられ、前記作動空間内の前記作動媒体に圧力変動を与えるピストンと、
前記圧縮空間と前記膨張空間との間に設けられ、前記ピストンによる圧力変動により作動するディスプレーサと、
前記ピストンを往復運動可能に受け入れるピストンシリンダと、を備え、
前記ピストンシリンダは、該ピストンシリンダの軸方向端面から前記ディスプレーサに向けて突出するポスティドロッドを有する、スターリング機関。
【請求項２】
前記ピストンシリンダと前記ポスティドロッドとは１部品から構成される、請求項１に記載のスターリング機関。
【請求項３】
前記圧縮空間内に設けられ、前記ディスプレーサを所定の位置に向けて付勢するディスプレーサスプリングと、
前記ディスプレーサを往復運動可能に受け入れるディスプレーサシリンダと、
前記ディスプレーサシリンダの圧縮空間側において、前記ディスプレーサシリンダの外周面を取り囲むように設けられる熱交換器と、を有し、
前記ディスプレーサは、前記ディスプレーサスプリングに固定され、
前記ピストンシリンダは、前記ディスプレーサ側に張り出すスカート部を有し、
前記ディスプレーサスプリングは、その周縁部が前記熱交換器と前記スカート部とにより挟み込まれて固定される、請求項１または請求項２に記載のスターリング機関。
【請求項４】
前記ポスティドロッドは、前記ピストン側の根元側の外径寸法が、前記ディスプレーサ側の先端側の最外径寸法よりも小さい、請求項１から請求項３のいずれかに記載のスターリング機関。
【請求項５】
前記ポスティドロッドは、前記ピストンシリンダに弾性部材を用いて固定される、請求項１から請求項３のいずれかに記載のスターリング機関。
【請求項６】
前記ポスティドロッドは、前記ピストンシリンダにタイロッド機構を用いて固定される、請求項１から請求項３のいずれかに記載のスターリング機関。
【請求項７】
前記ポスティドロッドはチューブ型の圧電素子である、請求項１から請求項３のいずれかに記載のスターリング機関。
【請求項８】
前記ポスティドロッドの変形によって生じる電圧に対応する逆電圧を前記圧電素子に印加して、圧電素子に与えられる力を最小限に抑制する、請求項７に記載のスターリング機関。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれかに記載のスターリング機関を備えた、スターリング機関搭載機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スターリング機関およびスターリング機関搭載機器に関し、特に、ピストンおよびディスプレーサを有するスターリング機関および該スターリング機関を備えたスターリング機関搭載機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ピストンおよびディスプレーサを有する従来のスターリング機関としては、たとえば、特開２００２−８９９８５号公報（特許文献１）および特開２００４−６８７１３号公報（特許文献２）に記載されたものなどが挙げられる。
【特許文献１】特開２００２−８９９８５号公報
【特許文献２】特開２００４−６８７１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１，２に記載のスターリング機関では、いずれも、ディスプレーサに弾性力を付与するディスプレーサスプリングが、ピストンに対してディスプレーサの反対側に位置する背圧空間内に設けられている。このため、特許文献１，２に記載のスターリング機関では、ディスプレーサの軸方向端面から突出したディスプレーサロッドをピストンのセンター穴に貫通させる必要があり、部品の高精度化が要求されるとともに、部品点数が増大することになる。この結果、スターリング機関の製造コストが増大する。
【０００４】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、部品形状が作製しやすく、組立工程を含めてコストダウンを図ることが可能な構造を備えるスターリング機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係るスターリング機関においては、背圧空間と圧縮空間および膨張空間を含む作動空間とを有し、作動媒体が封入されたケーシングと、上記背圧空間と上記作動空間との間に設けられ、上記作動空間内の上記作動媒体に圧力変動を与えるピストンと、上記圧縮空間と上記膨張空間との間に設けられ、上記ピストンによる圧力変動により作動するディスプレーサと、上記ピストンを往復運動可能に受け入れるシリンダとを備えている。また、上記シリンダは、このシリンダの軸方向端面から上記ディスプレーサに向けて突出するポスティドロッドを有する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明に係るスターリング機関によれば、組立精度および組立性の両方を向上することにより、スターリング機関の性能の安定性および信頼性を向上させることが可能となる。また、個々の部品形状や精度も緩和できることから、部品作製、組立でのコストダウンを図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下に、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。
【０００８】
また、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。また、以下に複数の実施の形態が存在する場合、特に記載がある場合を除き、各々の実施の形態の構成を適宜組み合わせることは、当初から予定されている。
【０００９】
本願明細書において、「冷却庫」とは、冷蔵室を有する「冷蔵庫」、冷凍室を有する「冷凍庫」および冷凍室と冷蔵室とを双方とも有する「冷凍冷蔵庫」のすべてを含む概念である。
【００１０】
また、後述の例においては、スターリング冷凍機を備えたスターリング機関搭載機器としてのスターリング冷却庫（Ｓｔｉｒｌｉｎｇ  Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｏｒ／Ｆｒｅｅｚｅｒ）について説明するが、本発明に係るスターリング機関搭載機器は、スターリング冷却庫に限定されるものではない。スターリング機関は、たとえば、発電機としても用いられる。
【００１１】
（スターリング冷却庫の説明）
図１は、後述する本発明の実施の形態１および２に係るスターリング機関を含む「スターリング機関搭載機器」としてのスターリング冷却庫の配管系統図である。
【００１２】
図１を参照して、スターリング冷却庫１０００は、低温部および高温部を有するスターリング冷凍機１００（スターリング機関）と、上記低温部の冷熱を伝達するための冷媒回路である低温側循環回路２００と、上記高温部の熱を伝達するための冷媒回路である第１高温側循環回路３００および第２高温側循環回路４００とを含んで構成される。
【００１３】
低温側循環回路２００は、低温側蒸発器２１０と、冷媒配管２２０，２３０と、スターリング冷凍機１００の低温部に取り付けられた低温側凝縮器２４０と、ファン２５０とを含んで構成される。低温側循環回路２００は、冷却庫内の空気とスターリング冷凍機１００の低温部との熱交換を行なう。
【００１４】
低温側循環回路２００内には二酸化炭素や炭化水素などが冷媒として封入されている。低温側凝縮器２４０において凝縮した冷媒は冷媒配管２３０（低温側導管）を流れて低温側蒸発器２１０に達する。低温側蒸発器２１０において冷媒が蒸発することで熱交換が行なわれる。この熱交換を促進するために、低温側蒸発器２１０近傍に気流を生じさせるファン２５０が設けられている。熱交換の後、ガス化された冷媒は、冷媒配管２２０（低温側戻り管）を介して低温側凝縮器２４０に戻る。低温側凝縮器２４０に流入し、凝縮した冷媒は、冷媒配管２３０に流入する。
【００１５】
低温側循環回路２００においては、このように、冷媒の蒸発と凝縮とによる自然循環を利用して、スターリング冷凍機１００の低温部で発生した冷熱を伝達することができるように、低温側蒸発器２１０が低温側凝縮器２４０より下方に配置されている。また、冷媒の沸点を調整するために、循環回路系内の圧力が調整されている。
【００１６】
第１高温側循環回路３００は、高温側凝縮器３１０と、冷媒配管３２０，３３０と、高温側蒸発器３４０とを含んで構成される。第１高温側循環回路３００は、スターリング冷凍機１００の高温部の冷却を行なう。
【００１７】
第１高温側循環回路３００内には水（Ｈ2Ｏ）などが冷媒として封入されている。高温側蒸発器３４０において蒸発した冷媒は冷媒配管３３０（高温側導管）を流れて高温側凝縮器３１０に達する。高温側凝縮器３１０において外気との熱交換が行なわれることで冷媒が凝縮する。この熱交換を促進するために、高温側凝縮器３１０近傍に気流を生じさせるファン３５０が設けられている。
【００１８】
凝縮した冷媒は、冷媒配管３２０（高温側戻り管）を流れて高温側蒸発器３４０に戻る。第１高温側循環回路３００においては、このように、冷媒の蒸発と凝縮とによる自然循環を利用して、スターリング冷凍機１００の高温部で発生した熱を伝達することができるように、高温側凝縮器３１０が高温側蒸発器３４０より上方に配置されている。また、冷媒の沸点を調整するために、循環回路系内の圧力が調整されている。
【００１９】
第２高温側循環回路４００は、冷媒配管４１０，４３０，４５０と、循環ポンプ４２０と、発露防止パイプ４４０とを含んで構成される。第２高温側循環回路４００は、スターリング冷凍機１００の高温部の熱を発露防止パイプ４４０に伝達する。
【００２０】
冷媒配管４１０は、高温側蒸発器３４０の下部に接続されている。高温側蒸発器３４０から冷媒配管４１０に液相の冷媒が流入する。冷媒配管４１０に流入した冷媒は、スターリング冷凍機１００よりも下方に設けられた循環ポンプ４２０に達する。循環ポンプ４２０から吐出された冷媒は、冷媒配管４３０を介して発露防止パイプ４４０に送られる。発露防止パイプ４４０内を流れる冷媒は、スターリング冷凍機１００の高温部から与えられた熱により比較的高温に保たれている。
【００２１】
したがって、発露防止パイプ４４０を冷却庫の前面に配置することで、ドア部等における発露を抑制することができる。発露防止パイプ４４０内を流れた冷媒は、冷媒配管４５０を介して高温側蒸発器３４０内に戻る。このように、第２高温側循環回路４００においては、循環ポンプ４２０による強制循環が行なわれている。
【００２２】
スターリング冷凍機１００を作動させると、該冷凍機１００の高温部で発生した熱が、高温側凝縮器３１０を介して空気と熱交換される。一方、スターリング冷凍機１００の低温部で発生した冷熱は、低温側蒸発器２１０を介して冷却庫内の空気と熱交換される。冷却庫内からの暖かくなった気流は、再び低温側蒸発器２１０近傍に送られ、繰り返し冷却される。
【００２３】
なお、図１の例では、スターリング冷凍機１００における高温部と低温部とが水平方向に並ぶように（すなわち、横向きに）スターリング冷凍機１００が設置されているが、スターリング冷凍機１００における高温部と低温部とが鉛直方向に並ぶように（すなわち、縦向きに）、より具体的には、スターリング冷凍機１００の高温部が当該スターリング冷凍機１００の低温部の上側に位置するようにスターリング冷凍機１００が設置されてもよい。
【００２４】
（参考例）
図２は、参考例に係るスターリング機関を示した側断面図である。図２を参照して、本実施の形態に係るスターリング冷凍機１００（スターリング機関）は、フリーピストン型のスターリング機関であって、高温部１１１および低温部１１２を含むケーシング１１０と、該ケーシング１１０に組付けられたピストンシリンダ１２１およびディスプレーサシリンダ１２２と、このピストンシリンダ１２１およびディスプレーサシリンダ１２２内でそれぞれ往復運動するピストン１３０およびディスプレーサ１４０と、圧縮空間１５１および膨張空間１５２を含む作動空間１５０と、再生器１６０と、熱交換器１６１，１６２と、背圧空間１７０と、ピストン駆動手段としてのリニアモータ１８０と、ピストンスプリング１９１およびディスプレーサスプリング１９２を含むスプリング１９０とを含んで構成される。
【００２５】
ケーシング１１０は、背圧空間１７０を規定する。ケーシング１１０には、シリンダ１２０、リニアモータ１８０、ピストンスプリング１９１およびディスプレーサスプリング１９２をはじめとする種々の部品が組付けられる。ケーシング１１０の内部には、ヘリウムガスや水素ガス、窒素ガスなどの作動媒体が充填される。
【００２６】
ピストンシリンダ１２１およびディスプレーサシリンダ１２２は、略円筒状の形状を有し、内部にピストン１３０およびフリーピストンとしてのディスプレーサ１４０をそれぞれ往復運動可能に受け入れる。ピストンシリンダ１２１およびディスプレーサシリンダ１２２内において、ピストン１３０とディスプレーサ１４０とは同軸上に間隔をあけて配置され、このピストン１３０およびディスプレーサ１４０によって作動空間１５０が圧縮空間１５１と膨張空間１５２とに区画される。
【００２７】
より詳しくは、作動空間１５０は、ピストン１３０におけるディスプレーサ１４０側の端面よりもディスプレーサ１４０側に位置する空間であり、ピストン１３０とディスプレーサ１４０との間に圧縮空間１５１が形成され、ディスプレーサ１４０と低温部１１２との間に膨張空間１５２が形成される。圧縮空間１５１は主に高温部１１１によって囲まれ、膨張空間１５２は主に低温部１１２によって囲まれている。
【００２８】
ピストン１３０は、該ピストン１３０の軸方向端面からディスプレーサ１４０に向けて突出するピストンロッド１３０Ａを有する。ピストンロッド１３０Ａは、ディスプレーサスプリング１９２およびディスプレーサ１４０に挿通される。
【００２９】
圧縮空間１５１と膨張空間１５２との間には、所定の隙間を有しながらフィルムが巻回されてなる再生器１６０が配設されており、この再生器１６０を介して圧縮空間１５１と膨張空間１５２とが連通する。これにより、スターリング冷凍機１００内に閉回路が構成される。この閉回路内に封入された作動媒体が、ピストン１３０およびディスプレーサ１４０の動作に合わせて流動することにより、逆スターリングサイクルが実現される。
【００３０】
高温部１１１、低温部１１２の内周面上には、それぞれ熱交換器１６１と熱交換器１６２とが設けられる。熱交換器１６１，１６２は、それぞれ、圧縮空間１５１、膨張空間１５２と高温部１１１、低温部１１２との間の熱交換を行なう。
【００３１】
ピストン１３０に対しディスプレーサ１４０と反対側には、ケーシング１１０によって囲まれた背圧空間１７０が配設されている。この背圧空間１７０内にも、作動媒体が存在する。
【００３２】
背圧空間１７０におけるシリンダ１２０の外側に位置する部分には、リニアモータ１８０が配設される。リニアモータ１８０は、インナーヨーク１８１と、コイルが巻回されたアウターヨーク１８２と、可動マグネット１８３とを含む。このリニアモータ１８０によって、ピストンシリンダ１２１の軸方向にピストン１３０が駆動される。
【００３３】
ピストン１３０の一端は、板バネなどで構成されるピストンスプリング１９１と接続される。該ピストンスプリング１９１は、ピストン１３０に弾性力を付与する。該ピストンスプリング１９１による弾性力を付加することにより、ピストンシリンダ１２１内でピストン１３０をより安定して周期的に往復運動させることが可能となる。ピストンスプリング１９１は、背圧空間１７０内に位置するように設けられる。
【００３４】
ディスプレーサ１４０の一端は、板バネなどで構成されるディスプレーサスプリング１９２と接続される。該ディスプレーサスプリング１９２は、ディスプレーサ１４０に弾性力を付与する。該ディスプレーサスプリング１９２による弾性力を付加することにより、ディスプレーサシリンダ１２２内でディスプレーサ１４０をより安定して周期的に往復運動させることが可能となる。ディスプレーサスプリング１９２は、たとえばボルトなどによってディスプレーサシリンダ１２２に固定され、作動空間１５０における圧縮空間１５１内に位置するように設けられる。
【００３５】
また、ディスプレーサスプリング１９２を、ディスプレーサシリンダ１２２に対してインサート成型により一体化してもよい。一体化することにより、ディスプレーサスプリング１９２の位置決め精度が向上するとともに、部品点数および組立工数の削減を図ることができる。
【００３６】
次に、このスターリング冷凍機１００の動作について説明する。本冷凍機は、いわゆる逆スターリングサイクルを利用して冷凍効果を得るものである。ピストン１３０はリニアモータ１８０により駆動されて正弦運動する。ピストン１３０の動きにより圧縮空間１５１内の作動媒体は正弦波状の圧力変化を示す。圧縮された作動媒体は高温部１１１で圧縮熱を放出し、シリンダ１２０外に設けられた再生器１６０を通過する際に予冷され、膨張空間１５２へと流入する。
【００３７】
ディスプレーサ１４０は、定常運転時にはピストン１３０と同周期で一定の位相差をもって正弦運動し、その位相差や振幅は、ディスプレーサスプリング１９２のバネ定数や、時々刻々と変化する圧縮空間１５１と膨張空間１５２との圧力差、ディスプレーサ１４０の質量、動作周波数等によって決まる。この位相差については、一般的には９０度程度が最適条件であると言われている。
【００３８】
膨張空間１５２へと流入した作動媒体は、このディスプレーサ１４０の正弦運動により膨張し、これによって膨張空間１５２内の温度は著しく低下する。このとき発生した極低温（たとえば−５０°Ｃ程度）を、低温部１１２を介して冷却庫内へ伝達することにより、所望の冷却効果が得られる。
【００３９】
（比較例１）
図１３は、比較例１に係るスターリング機関を示した側断面図である。図１３を参照して、比較例１に係るスターリング冷凍機１００においては、ディスプレーサスプリング１９２が背圧空間１７０内に設けられている。このため、ディスプレーサ１４０の圧縮空間１５１側の軸方向端面から突出するディスプレーサロッド１４０Ａを設け、ディスプレーサロッド１４０Ａをピストン１３０のセンター穴に貫通させて背圧空間１７０にまで延ばす必要があり、部品の高精度化が要求されるとともに、部品点数が増大することになる。
【００４０】
また、ピストン１３０とディスプレーサ１４０が同軸上にないと動作できないことから、シリンダ１２０（１２１，１２２）がピストン１３０とディスプレーサ１４０をガイドする部品となることから部品が大きくなるとともに、コストコストアップになっていた。また、組立においてもピストン１３０をピストンシリンダ１２１に挿入した後にディスプレーサロッド１４０Ａ先端を固定する必要があり、固定する際も高精度に固定する必要があった。この結果、スターリング機関の製造コストの増大、組立性の悪さ、動作の信頼性が問題となる。
【００４１】
（比較例２）
図１４は、比較例２に係るスターリング機関を示した側断面図である。図１３を参照して、比較例２に係るスターリング冷凍機１００においては、ディスプレーサシリンダ１２２にロッド部材１２２Ａが取り付けられ、ロッド部材１２２Ａは、ディスプレーサ１４０の内部空間に達するようにディスプレーサ１４０に挿通されている。ディスプレーサ１４０の内部空間に達したロッド部材１２２Ａとディスプレーサ１４０の内面との間に、コイルスプリングからなるディスプレーサスプリング１９２が設けられている。
【００４２】
このように、ディスプレーサ１４０の内部空間にコイルスプリング１９２を取り付ける構造を採用することにより、ピストン１３０とディスプレーサ１４０を同軸上に配置する必要は回避できるものの、ロッド部材１２２Ａがディスプレーサ１４０内径を貫通し、ディスプレーサ１４０内部のコイルスプリング１９２で共振を取ることから、コイルスプリング１９２を支えるためディスプレーサ１４０自体の強度アップに伴う重量増加により性能が低下するおそれがある。
【００４３】
また、コイルスプリング１９２を使用していることにより、サイドロードの発生によるディスプレーサ１４０内径とロッド部材１２２Ａとの間に擦れが生じ、長時間運転での信頼性に問題がある。また、低温側の近いところにコイルスプリング１９２が配設されているため、コイルスプリング１９２に使用されるバネ材の低温脆性の関係で、バネ強度にも問題が生じるおそれがある。
【００４４】
これに対し、上記参考例に係るスターリング冷凍機１００によれば、図２に示すように、ディスプレーサ１４０を付勢するディスプレーサスプリング１９２を圧縮空間１５１内に配置させることにより、ディスプレーサスプリング１９２をディスプレーサ１４０に近い位置に設けることができるので、簡易な構造によりディスプレーサスプリング１９２を固定することができる。
【００４５】
しかし、上記参考例においては、ピストン１３０にピストンロッド１３０Ａが一体化されているため、ピストン１３０、ピストンロッド１３０Ａ、および、ディスプレーサ１４０を同軸上に組み立てる必要から、高精度な部品加工が要求され、コストアップが懸念される。また、ピストンロッド１３０Ａとディスプレーサ１４０の内径との間に擦れが生じ、長時間運転での信頼性に問題がある。
【００４６】
その結果、この比較例に示す構造であっても、部品精度や形状から製造コストが上昇することが懸念される。また、組立性の点においても、コスト上昇が懸念される。さらに、動作時には、各摺動部での擦れの発生が高く信頼性に問題が生じるおそれもある。
【００４７】
（実施の形態１）
図３は、本発明に基づいた実施の形態１に係るスターリング機関を示した側断面図である。図３を参照して、本実施の形態に係るスターリング機関は、上記参考例に示すスターリング機関の課題を解決する構成を備えていることを特徴としている。具体的には、ピストンシリンダ１２１に、このピストンシリンダ１２１の軸方向端面からディスプレーサ１４０に向けて突出するポスティドロッド１２１Ｂが設けられていることを特徴としている。
【００４８】
以下、この点について、図３および図４（Ａ）〜（Ｄ）を参照して詳細に説明する。図４（Ａ）〜（Ｄ）に示すピストンシリンダ１２１において、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は左側面図、（Ｃ）は右側面図、（Ｄ）は軸方向に沿った側断面図である。
【００４９】
このピストンシリンダ１２１は、ディスプレーサ１４０側に張り出すスカート部１２１Ａを有している。このスカート部１２１Ａの中心にポスティドロッド１２１Ｂが設けられている。また、スカート部１２１Ａには、ピストンシリンダ１２１側に連通し、作動ガスが侵入するシリンダ窓部１２１Ｃが、ポスティドロッド１２１Ｂを取り囲むように設けられている。
【００５０】
本実施の形態において、ピストンシリンダ１２１は、ピストンシリンダ１２１、ポスティドロッド１２１Ｂ、および、スカート部１２１Ａは、一体成形により一部品から構成されている。これにより、ピストンシリンダ１２１、ポスティドロッド１２１Ｂ、および、スカート部１２１Ａの部品形状および組み合わせ精度を容易に高めることができる。なお、ピストンシリンダ１２１、ポスティドロッド１２１Ｂ、および、スカート部１２１Ａをそれぞれ別部品として、組み合わせることも可能である。
【００５１】
次に、本実施の形態に示すように、ピストンシリンダ１２１にポスティドロッド１２１Ｂを設ける構成を採用することで、ピストンシリンダ１２１に、ディスプレーサ１４０、ディスプレーサスプリング１９２、および、熱交換器１６１を、予め組み付ける構成を採用することができる。この点について図５を参照して説明する。なお、図５は、本実施の形態に係るスターリング機関のディスプレーサ１４０側の部分側断面図である。
【００５２】
ディスプレーサ１４０が、ナット１４０Ａを用いて、ディスプレーサスプリング１９２に固定されている。ピストンシリンダ１２１のポスティドロッド１２１Ｂが、ディスプレーサ１４０の挿通された状態で、ディスプレーサスプリング１９２の周縁部が、ピストンシリンダ１２１のスカート部１２１Ａにボルト１９２Ａを用いて固定されている。
【００５３】
ディスプレーサ１４０を往復運動可能に受け入れるディスプレーサシリンダ１２２の圧縮空間１５１側には、ディスプレーサシリンダ１２２の外周面を取り囲むように熱交換器１６１が設けられている。この熱交換器１６１は、熱交換器本体１６１ｒとこの熱交換器本体１６１ｒを保持するリング状ブラケット１６１ｂとを有している。
【００５４】
リング状ブラケット１６１ｂは、ディスプレーサスプリング１９２とともに、ボルト１９２Ａによりスカート部１２１Ａに固定されている。これにより、ディスプレーサスプリング１９２は、その周縁部がリング状ブラケット１６１ｂとスカート部１２１Ａとにより挟み込まれて固定されることになる。
【００５５】
次に、図６から図８を参照して、ピストンシリンダ１２１に、ディスプレーサ１４０、ディスプレーサスプリング１９２、および、熱交換器１６１を組み付ける際に用いる治具について説明する。図６に、ピストンシリンダ１２１を保持する第１治具５０１を示し、図６の（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）中のＢ−Ｂ線矢視断面を示す。図７に、ディスプレーサ１４０および熱交換器１６１を保持する第２治具５０２を示し、図７の（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）中のＢ−Ｂ線矢視断面を示す。また、図８は、第１治具５０１および第２治具５０２を用いて、ピストンシリンダ１２１に、ディスプレーサ１４０、ディスプレーサスプリング１９２、および、熱交換器１６１を組み付ける状態を示す側断面図である。
【００５６】
図８に示すように、ピストンシリンダ１２１を第１治具５０１の凹部に挿入した状態で、スカート部１２１Ａを、ピン５０１Ｂを用いて第１治具５０１に固定する。この状態で、ディスプレーサスプリング１９２、および、リング状ブラケット１６１ｂを、ボルト１９２Ａによりスカート部１２１Ａに仮固定する。
【００５７】
次に、第１治具５０１の上に第２治具５０２を載置する。この状態で、ポスティドロッド１２１Ｂを挿通するようにディスプレーサ１４０を第２治具５０２上に載置する。この状態により、ポスティドロッド１２１Ｂとディスプレーサ１４０との位置決めを、ディスプレーサスプリング１９２を用いてセンターに取り付けられ、ディスプレーサシリンダ１２２の内径とディスプレーサ１４０の外径は、リング状ブラケット１６１ｂを用いてセンターリング位置決めを行なう。その後、ボルト１９２Ａをスカート部１２１Ａに締め付け、組立状態を固定する。
【００５８】
以上、本実施の形態におけるスターリング機関によれば、ピストンシリンダ１２１にポスティドロッド１２１Ｂを一体化することで、ピストン１３０とディスプレーサ１４０とを同軸上に配置する必要がなくなることから、ピストンシリンダ１２１を基準にして、構成部材の組立を行なうことが可能となる。
【００５９】
また、ポスティドロッド１２１Ｂとディスプレーサ１４０との位置決めは、ディスプレーサスプリング１９２を用いてセンターに取り付けられ、ディスプレーサシリンダ１２２の内径とディスプレーサ１４０の外径は、リング状ブラケット１６１ｂを用いてセンターリング位置決めを行なうことができるため、組立が容易に行なえるとともに、摺動時の擦れも低減できることから、スターリング機関の信頼性を向上させることができる。また、部品形状も作製しやすく、組立工程を含めてコストダウンすることが可能となる。
【００６０】
（実施の形態２）
上記実施の形態１においては、ピストンシリンダ１２１にポスティドロッド１２１Ｂを一体化することで、ピストン１３０とディスプレーサ１４０とを同軸上に配置する必要をなくし、ピストンシリンダ１２１を基準にして、構成部材の組立を行なうことを可能とした。スターリング機関を組み立てる際には、ピストンシリンダ１２１に接続されたポスティドロッド１２１Ｂの中心軸が、ディスプレーサ１４０に設けられた貫通孔１４０ｈの中心軸と一致する様（アライメント）に組み立てる必要がある。そのため、図８に示す第１治具５０１および第２治具５０２を用いて組立を行なう。
【００６１】
しかし、治具を用いた組立においては、各部品を脱着可能とする為に、治具自体に一定のクリアランスを設けて作製する必要がある。また、部品製造工程で生じる各部品毎の寸法（たとえば、外径、同軸度、円筒度）のばらつきが必ず存在するため、ポスティドロッド１２１Ｂとディスプレーサ１４０に設けられた貫通孔１４０ｈとの間に、擦れが発生するおそれがある。
【００６２】
そこで、本実施の形態においては、ポスティドロッド１２１Ｂとディスプレーサ１４０に設けられた貫通孔１４０ｈとの間に生じる力による相互作用を減少させるポスティドロッドの新規な構造を提案する。図９から図１２に、本実施の形態におけるスターリング機関に採用されるポスティドロッドを示す。なお、図９から図１２は、ピストンシリンダとポスティドロッドとの構造を示す側断面図である。
【００６３】
図９に示すポスティドロッド１２１Ｄは、ポスティドロッド１２１Ｄ自体に可撓性能を持たせるために、ピストン１３０側の根元側Ａ２の外径寸法が、ディスプレーサ１４０側の先端側Ａ１の最外径寸法よりも小さくなるように設けられている。
【００６４】
図１０に示すポスティドロッド１２１Ｆは、ポスティドロッド１２１Ｆ自体のピストンシリンダ１２１への接続に、コイル状のスプリングやその他の弾性部材１２１Ｇを用いている。
【００６５】
図１１に示すポスティドロッド１２１Ｈは、ポスティドロッド１２１Ｈ自体のピストンシリンダ１２１への接続に、自在ベアリング１２１Ｋを用いたタイロッド機構を用いている。
【００６６】
図１２に示すポスティドロッド１２１Ｍは、チューブ型の圧電素子が用いられている。具体的には、圧電材料に円周上３分割された電極が軸方向に沿って配設され、貫通孔１４０ｈの内壁との接触による変形によって生じる電圧に対応する逆電圧を当該電極に印加することにより、圧電素子に与えられる力を最小限に抑制することができる。
【００６７】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、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。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の参考例、および、実施の形態１、２に係るスターリング機関を含むスターリング冷却庫の配管系統図である。
【図２】参考例に係るスターリング機関を示した側断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係るスターリング機関を示した側断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係るスターリング機関のピストンシリンダを示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は左側面図、（Ｃ）は右側面図、（Ｄ）は軸方向に沿った側断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係るスターリング機関のディスプレーサ側の部分側断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係るスターリング機関の組立に用いられる第１治具を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）中のＢ−Ｂ線矢視断面である。
【図７】本発明の実施の形態１に係るスターリング機関の組立に用いられる第２治具を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）中のＢ−Ｂ線矢視断面である。
【図８】本発明の実施の形態１に係るスターリング機関の組立に用いられる第１治具と第２治具とを組み合わせた状態を示す側断面図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係るスターリング機関に採用される第１のポスティドロッドを示す側断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係るスターリング機関に採用される第２のポスティドロッドを示す側断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態２に係るスターリング機関に採用される第３のポスティドロッドを示す側断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態２に係るスターリング機関に採用される第４のポスティドロッドを示す側断面図である。
【図１３】比較例１に係るスターリング機関を示した側断面図である。
【図１４】比較例２に係るスターリング機関を示した側断面図である。
【符号の説明】
【００６９】
１００  スターリング冷凍機、１１１  高温部、１１２  低温部、１１０  ケーシング、１２１  ピストンシリンダ、１２１Ａ  スカート部、１２１Ｂ,１２１Ｄ,１２１Ｆ,１２１Ｈ,１２１Ｍ  ポスティドロッド、１２１Ｃ  シリンダ窓部、１２１Ｇ  弾性部材、１２１Ｋ  自在ベアリング、１２２  ディスプレーサシリンダ、１３０  ピストン、１３０Ａ  ピストンロッド、１４０  ディスプレーサ、１４０Ａ  ナット、１４０ｈ  貫通孔、１５０  作動空間、１５１  圧縮空間、１５２  膨張空間、１６０  再生器、１６１，１６２  熱交換器、１６１ｂ  リング状ブラケット、１６１ｒ  熱交換器本体、１７０  背圧空間、１８０  リニアモータ、１８１  インナーヨーク、１８２  アウターヨーク、１８３  可動マグネット、１９０  スプリング、１９１  ピストンスプリング、１９２  ディスプレーサスプリング、１９２Ａ  ボルト、２００  低温側循環回路、２１０  低温側蒸発器、２２０，２３０  冷媒配管、２４０  低温側凝縮器、２５０  ファン、３００  第１高温側循環回路、３１０  高温側凝縮器、３２０，３３０  冷媒配管、３４０  高温側蒸発器、４００  第２高温側循環回路、４１０，４３０，４５０  冷媒配管、４２０  循環ポンプ、４４０  発露防止パイプ、５０１  第１治具、５０１Ｂ  ピン、５０２  第２治具、１０００  スターリング冷却庫。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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