【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。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a cylinder structure and a Stirling engine and a compressor having the cylinder structure.
[0002]
[Prior art]
Stirling refrigerators, pulse tube refrigerators, engines, linear motor compressors, and the like are known as engines utilizing the compression and expansion of working gas. For example, a Stirling cycle engine is disclosed in JP-A-2000-266421. (Patent Document 1).
[0003]
The fixed amount of working gas introduced into the closed circuit is compressed by the reciprocating motion of a piston arranged in the cylinder, and moves from the compression chamber to the expansion chamber. At this time, heat of the working gas is stored in a regenerator provided between the compression chamber and the expansion chamber. Thereafter, when the working gas moves from the expansion chamber to the compression chamber again, the working gas recovers heat stored in the regenerator. The cylinders and pistons that operate the working gas in this way are important elements that constitute a Stirling cycle engine.
[0004]
In order to realize an efficient thermal cycle in a Stirling cycle engine, the piston must move smoothly within the cylinder. Therefore, a gap is provided in a portion where the piston and the cylinder slide, so that the piston can move smoothly.
[0005]
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a piston arranged in a cylinder in the related art. Referring to FIG. 9, a piston 103 is arranged inside a cylinder 102 having a cylindrical shape. A radial gap 104 is provided between the cylinder 102 and the piston 103. One end of the piston 103 is connected to a driving device (not shown), and the piston 103 reciprocates in the cylinder 102 in a direction indicated by an arrow 105. At this time, the piston 103 is connected to the driving device such that the size of the gap 104 is uniform on the outer periphery of the piston 103. Thus, the piston 103 can smoothly reciprocate in the cylinder 102.
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2000-266421 A
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In order to make the size of the gap 104 uniform on the outer periphery of the piston 103 as described above, the piston 103 must be assembled so that the axis of the cylinder 102 and the axis of the piston 103 match. . If the piston 103 is assembled in a state where both axes are shifted from each other, there is a possibility that the piston 103 and the cylinder 102 may hit one another. When the piston 103 is reciprocated in such a state, the piston 103 receives a large sliding resistance due to the contact with the cylinder 102, and there is a problem that the energy efficiency of the engine is significantly reduced. Further, if the piston 103 continues to reciprocate in such a state, there is a problem that the one-sided portions of the piston 103 and the cylinder 102 are worn in a short time.
[0008]
Further, if the size of the gap 104 is made uniform and the piston 103 is assembled, the time and cost required for assembling will increase.
[0009]
Therefore, an object of the present invention is to solve the above-described problems, and to provide a cylinder structure that enables a smooth reciprocating motion of a piston and facilitates an assembling operation, and a Stirling engine and a compressor including the cylinder structure. That is.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
A cylinder structure according to the present invention includes a holding member and a cylinder liner attached to the holding member and defining a working space for a piston to reciprocate. The cylinder liner is attached to the holding member so as to be movable in a direction different from the movement direction of the piston during the reciprocating movement of the piston.
[0011]
According to the thus configured cylinder structure, the cylinder liner movable in a predetermined direction moves toward a proper position by contacting the reciprocating piston. Here, the appropriate position refers to a position of the cylinder liner where the size of a gap provided in a portion where the piston and the cylinder liner slide is uniform over the entire sliding portion. Thereby, the sliding resistance between the piston and the cylinder liner is reduced, so that the piston can be smoothly reciprocated in the cylinder liner. In addition, since the piston can be prevented from reciprocating in a state where the piston hits the cylinder liner, the speed at which the piston and the cylinder liner are worn can be suppressed. Further, since the cylinder liner automatically moves toward an appropriate position, a smooth reciprocating motion of the piston can be realized even if the piston is roughly positioned in the cylinder liner. Therefore, the piston and the cylinder can be easily assembled.
[0012]
Preferably, the cylinder liner is attached to the holding member so as to be movable in a direction substantially perpendicular to the direction of movement of the piston. According to the cylinder structure configured as described above, when the piston hits the cylinder liner in one direction along the movement direction of the piston, the cylinder liner can be moved toward an appropriate position. Thereby, the piston can be smoothly reciprocated.
[0013]
Also preferably, the cylinder liner extends in the direction of movement of the piston and includes one end and the other end at both ends. The holding member has an end supporting one end of the cylinder liner, a base connected to the end and extending along the outer peripheral surface of the cylinder liner, and a holding unit attached to the base and supporting the other end of the cylinder liner. And According to the cylinder structure configured in this manner, the length from the end that abuts one end to the holding portion that abuts the other end to support the cylinder liner is the length from one end to the other end of the cylinder liner. The dimensions of the cylinder liner and the holding member are set so as to be slightly larger than that. Thereby, the cylinder liner is attached to the holding member so as to be movable in a predetermined direction.
[0014]
Preferably, the cylinder liner is attached to the holding member with a low friction member including at least one selected from the group consisting of nylon, Teflon (registered trademark) and polyacetal resin interposed. According to the thus configured cylinder structure, the frictional resistance when the cylinder liner moves can be reduced by the low friction member provided between the cylinder liner and the holding member. Thus, the cylinder liner can be more smoothly moved to an appropriate position, and the piston can be reciprocated in a desired state. Note that Teflon (registered trademark) is polytetrafluoroethylene.
[0015]
Preferably, the cylinder liner is attached to the holding member with an elastic body interposed. According to the cylinder structure configured as described above, even when the movement direction of the piston is inclined with respect to the axial direction of the cylinder liner, the inclination of the cylinder liner is changed by the elastic body that expands and contracts. Thus, the cylinder liner can be more smoothly moved to an appropriate position, and the piston can be reciprocated in a desired state.
[0016]
Further, preferably, the holding member is formed with a ventilation hole for communicating a space defined between the holding member and the cylinder liner with the outside. According to the thus configured cylinder structure, a space is defined between the holding member and the cylinder liner so that the cylinder liner can move. Since the cylinder liner is attached to the holding member, this space is almost airtight. When the cylinder liner moves toward an appropriate position, the volume of this space may change. In the present invention, since the holding member has the ventilation hole communicating the space with the outside, the cylinder liner can be more smoothly moved to the appropriate position.
[0017]
Preferably, the cylinder structure further includes a cushioning member provided in a space defined between the holding member and the cylinder liner, for cushioning vibration generated by reciprocation of the piston. According to the thus configured cylinder structure, the vibration generated by the reciprocating motion of the piston is also transmitted to the space defined between the holding member and the cylinder liner via the cylinder liner. Therefore, if a buffer member is provided so as to be in contact with the cylinder liner in this space, the vibration generated by the reciprocating motion of the piston can be buffered, and a desired reciprocating motion of the piston can be realized.
[0018]
Also preferably, the holding member includes a centering member for centering the cylinder liner when attaching the cylinder liner to the holding member. According to the cylinder structure configured as described above, the centering of the cylinder liner with respect to the axis of the piston is roughly performed using the centering member. Thus, since the axes of the piston and the cylinder roughly coincide with each other, it is possible to shorten the time during which the state where the piston and the cylinder are partially hit while the cylinder liner moves to an appropriate position. Thus, the degree of wear of the piston and the cylinder liner due to the one-sided contact can be reduced.
[0019]
Preferably, the cylinder liner is formed of a low friction member including at least one selected from the group consisting of nylon, Teflon (registered trademark) and polyacetal resin. According to the thus configured cylinder structure, the frictional resistance between the cylinder liner and the holding member can be reduced. Thus, the cylinder liner can be more smoothly moved to an appropriate position, and the piston can be reciprocated in a desired state.
[0020]
Further, a Stirling engine according to the present invention includes any one of the cylinder structures described above. A compressor according to the present invention includes any one of the above-described cylinder structures.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0022]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a sectional view showing a cylinder structure according to Embodiment 1 of the present invention. Referring to FIG. 1, a cylinder structure 1 has a cylindrical shape, and includes a cylinder liner 5 that defines an operation space, and a holding member 8 that holds the cylinder liner 5. In the working space defined by the cylinder liner 5, the piston 2 made of aluminum is arranged. A rod 3 extends from one end of the piston 2, and the rod 3 is connected to a driving device (not shown). By operating this driving device, the piston 2 reciprocates in the direction shown by the arrow 4. A gap 10 having a diameter of about 50 μm to 100 μm is provided in a sliding portion between the piston 2 and the cylinder liner 5 so that the piston 2 can smoothly reciprocate inside the cylinder liner 5.
[0023]
The holding member 8 is composed of a cylinder liner fixing part 6 and a disk-shaped cylinder liner fixing part lid 7 fixed to the end face of the cylinder liner fixing part 6 with a screw 9 and having a hole formed in the center. . The cylinder liner fixing portion 6 includes a disk-shaped end 6 a having a hole formed in the center, and a base 6 b extending from the end 6 a along the outer peripheral surface of the cylinder liner 5. The end 6a is in contact with one end 5m of the cylinder liner 5, and the cylinder liner fixing portion cover 7 is in contact with the other end 5n of the cylinder liner 5, whereby the cylinder liner 5 is held by the holding member 8.
[0024]
The length from one end 5m to the other end 5n of the cylinder liner 5 is shorter by about 10 μm than the length from the surface of the end 6a contacting the one end 5m to the surface of the cylinder liner fixing portion lid 7 contacting the other end 5n. As such, the dimensions of each component are determined. Thereby, the cylinder liner 5 can be moved in the direction perpendicular to the direction shown by the arrow 4 in which the piston 2 reciprocates, despite being held by the holding member 8. A space 11 is defined between the outer peripheral surface 5p of the cylinder liner 5 and the holding member 8 so that the cylinder liner 5 can move in the above-described predetermined direction.
[0025]
In the present embodiment, the cylinder liner 5 is sandwiched and held by forming the holding member 8 from the cylinder liner fixing portion 6 and the cylinder liner fixing portion lid 7, but the holding member 8 is moved in the direction indicated by the arrow 4. It is also possible to adopt a structure in which the divided parts are screwed, glued, or welded together.
[0026]
The size of the gap 10 depends on the diameter of the piston 2, the processing accuracy of the piston 2 and the cylinder liner 5, the speed at which the piston 2 reciprocates, and the magnitude of torque transmitted to the piston 2 from a driving device (not shown). It is determined by comprehensive judgment.
[0027]
The cylinder structure 1 according to the first embodiment of the present invention includes a holding member 8 and a cylinder liner 5 attached to the holding member 8 and defining an operating space for the piston 2 to reciprocate. The cylinder liner 5 is attached to the holding member 8 so that the cylinder liner 5 can move in a direction different from the movement direction of the piston 2 during the reciprocating movement of the piston 2. The cylinder liner 5 is attached to the holding member 8 so as to be movable in a direction substantially perpendicular to the direction of movement of the piston 2.
[0028]
The cylinder liner 5 extends in the movement direction of the piston 2 and includes one end 5m and the other end 5n at both ends. The holding member 8 includes an end 6a supporting one end 5m of the cylinder liner 5, a base 6b connected to the end 6a and extending along an outer peripheral surface 5p of the cylinder liner 5, and a cylinder 6a attached to the base 6b. And a lid 7 for fixing the cylinder liner as a holding portion for supporting the other end 5n of the liner 5.
[0029]
According to the cylinder structure 1 configured as described above, the cylinder liner 5 is provided so as to be movable in the radial direction of the piston 2 when the piston 2 is reciprocating inside the cylinder liner 5. Therefore, when the axis of the cylinder liner 5 and the axis of the piston 2 do not coincide with each other and the inner peripheral surface of the cylinder liner 5 and the outer peripheral surface of the piston 2 are in one-side contact, the cylinder liner 5 moves with the reciprocating piston 2. By repeating the contact, it moves in a direction that avoids one-sided collision. Thereby, the sliding resistance between the cylinder liner 5 and the piston 2 is reduced, so that the piston 2 can be smoothly reciprocated inside the cylinder liner 5. In addition, since the piston 2 can be prevented from reciprocating in a state where the piston 2 is strongly pressed against a part of the cylinder liner 5, there is a possibility that the strongly pressed piston 2 and a part of the cylinder liner 5 are partially worn. Does not occur. Further, in the process of assembling the piston 2 and the cylinder liner 5, it is not necessary to perform centering so that the size of the gap 10 is uniform on the outer periphery of the piston 2, so that the assembling operation can be facilitated.
[0030]
In the present embodiment, the direction of movement of the cylinder liner 5 is set to a direction perpendicular to the direction of movement of the piston 2. However, if the cylinder liner 5 can move in a direction different from the direction of movement of the piston 2, the above-described effects can be obtained. Can be achieved.
[0031]
(Embodiment 2)
FIG. 2 is a sectional view showing a cylinder structure according to Embodiment 2 of the present invention. Referring to FIG. 2, the cylinder structure according to the second embodiment differs from cylinder structure 1 according to the first embodiment in the form of the portion where cylinder liner 5 is held by holding member 8. In the following, description of a structure overlapping with the cylinder structure 1 in the first embodiment will be omitted.
[0032]
Low friction members 21a and 21b processed from a Teflon (registered trademark) sheet (plate) are bonded to one end 5m and the other end 5n of the cylinder liner 5, respectively. The cylinder liner 5 is held by the holding member 8 by the end 6a contacting the low friction member 21a and the cylinder liner fixing portion lid 7 contacting the low friction member 21b. The length from the end surface of the low friction member 21a to the end surface of the low friction member 21b is the length from the surface of the end 6a contacting the low friction member 21a to the surface of the cylinder liner fixing portion lid 7 contacting the low friction member 21b. The dimensions of each component are determined so as to be about 10 μm shorter.
[0033]
In the present embodiment, the low friction members 21a and 21b are formed of Teflon (registered trademark), but may be formed of nylon or polyacetal resin (POM) instead of Teflon (registered trademark). Further, the cylinder liner 5 may be coated with Teflon (registered trademark), or at least one of the cylinder liner 5 and the holding member 8 may be formed of Teflon (registered trademark), nylon, or polyacetal resin.
[0034]
In the cylinder structure according to Embodiment 2 of the present invention, cylinder liner 5 has low friction members 21a and 21b including at least one selected from the group consisting of nylon, Teflon (registered trademark) and polyacetal resin. And is attached to the holding member 8. The cylinder liner 5 may be formed of a low friction member including at least one selected from the group consisting of nylon, Teflon (registered trademark), and polyacetal resin.
[0035]
According to the thus configured cylinder structure, the frictional resistance between the cylinder liner 5 and the holding member 8 can be reduced. Thereby, the cylinder liner 5 can be more reliably moved in the predetermined direction by contact with the reciprocating piston 2, and the piston 2 can be smoothly reciprocated inside the cylinder liner 5.
[0036]
(Embodiment 3)
FIG. 3 is a sectional view showing a cylinder structure according to Embodiment 3 of the present invention. Referring to FIG. 3, the cylinder structure according to the third embodiment is different from cylinder structure 1 according to the first embodiment in the form of the portion where cylinder liner 5 is held by holding member 8. In the following, description of a structure overlapping with the cylinder structure 1 in the first embodiment will be omitted.
[0037]
Elastic bodies 26a and 26b processed from a urethane sheet (plate) are bonded to one end 5m and the other end 5n of the cylinder liner 5, respectively. The cylinder liner 5 is held by the holding member 8 by the end 6a abutting on the elastic body 26a and the cylinder liner fixing part cover 7 abutting on the elastic body 26b. The cylinder liner 5 is movable in a predetermined direction as the elastic bodies 26a and 26b expand and contract. For this reason, the dimensions of each component are determined so that there is no gap between the end surfaces of the elastic bodies 26a and 26b, the end 6a abutting on the elastic bodies 26a and 26b, and the surface of the cylinder liner fixing portion cover 7. ing.
[0038]
In the present embodiment, urethane is used as the elastic body, but various rubber materials such as neoprene rubber (trade name) or silicon rubber may be used instead of urethane.
[0039]
In the cylinder structure according to Embodiment 3 of the present invention, cylinder liner 5 is attached to holding member 8 with elastic bodies 26a and 26b interposed.
[0040]
According to the thus configured cylinder structure, the cylinder liner 5 can move in a predetermined direction while changing its posture by the elastic bodies 26a and 26b that extend and contract. Therefore, even when the axial direction of the cylinder liner 5 is inclined with respect to the movement direction of the piston 2, the cylinder liner 5 can be smoothly moved in a predetermined direction.
[0041]
(Embodiment 4)
FIG. 4 is a sectional view showing a cylinder structure according to Embodiment 4 of the present invention. Referring to FIG. 4, the cylinder structure of the fourth embodiment differs from cylinder structure 1 of the first embodiment in the shape of cylinder liner fixing portion 6. In the following, description of a structure overlapping with the cylinder structure 1 in the first embodiment will be omitted.
[0042]
A plurality of ventilation holes 31 extending from the space 11 to the outside are formed in the base portion 6 b of the cylinder liner fixing portion 6. In the cylinder structure according to the fourth embodiment of the present invention, holding member 8 is provided with ventilation hole 31 communicating between space 11 defined between holding member 8 and cylinder liner 5 and the outside. .
[0043]
According to the cylinder structure configured as described above, the space 11 in a substantially closed state can be opened by the ventilation hole 31. For this reason, even when the volume of the space 11 changes due to the movement of the cylinder liner 5 in the predetermined direction, the space 11 is exhausted or suctioned to / from the outside through the ventilation holes 31. Thereby, the cylinder liner 5 can be smoothly moved in the predetermined direction.
[0044]
(Embodiment 5)
FIG. 5 is a sectional view showing a cylinder structure according to Embodiment 5 of the present invention. Referring to FIG. 5, the cylinder structure according to the fifth embodiment further includes vibration-proof rubber 36 in cylinder structure 1 according to the first embodiment. Inside the space 11, an anti-vibration rubber 36 having a ring shape is provided in contact with the cylinder liner 5 and the cylinder liner fixing portion 6. Note that, instead of the ring-shaped anti-vibration rubber 36, a spherical anti-vibration rubber 36 may be used. In this case, a plurality of anti-vibration rubbers 36 are filled in the space 11. Further, a sheet-like vibration-proof rubber 36 may be used.
[0045]
The cylinder structure according to the fifth embodiment of the present invention is provided in a space 11 defined between holding member 8 and cylinder liner 5, and is configured to buffer vibration generated by reciprocating motion of piston 2. Further, a vibration isolating rubber 36 is provided.
[0046]
According to the cylinder structure configured as described above, the sliding noise and the like generated when the piston 2 reciprocates inside the cylinder liner 5 can be reduced by the vibration-proof rubber 36.
[0047]
(Embodiment 6)
FIG. 6 is a sectional view showing a cylinder structure according to Embodiment 6 of the present invention. Referring to FIG. 6, the cylinder structure according to the sixth embodiment of the present invention is different from cylinder structure 1 according to the first embodiment in the shape of cylinder liner fixing portion 6. In the following, description of a structure overlapping with the cylinder structure 1 in the first embodiment will be omitted.
[0048]
A female screw 42a extending from the outer peripheral surface to the inner peripheral surface of the base 6b is formed in the base 6b on the end 6a side. The internal threads 42a are formed at four locations at 90 ° intervals when the base portion 6b is viewed from the end face side. Female screws 42b are similarly formed at four locations on the base portion 6b on the cylinder liner fixing portion lid 7 side. When assembling the cylinder liner 5 and the piston 2, the horo sets 41a and 41b are tightened into the female screws 42a and 42b. Then, the centering of the cylinder liner 5 is performed using the horo sets 41a and 41b so that the gap 10 is always formed on the outer periphery of the piston 2. When the centering of the cylinder liner 5 is completed, the horo sets 41a and 41b are removed from the cylinder liner fixing part 6, or as shown in FIG. 6, retracted to a position where the cylinder liner 5 does not contact the holo sets 41a and 41b.
[0049]
In the cylinder structure according to Embodiment 6 of the present invention, holding member 8 includes female screws 42a and 42b as centering members for centering cylinder liner 5 when mounting cylinder liner 5 on holding member 8. Including.
[0050]
According to the cylinder structure configured as described above, since the cylinder liner 5 is centered to some extent at the time of assembling, the piston 2 and the cylinder liner 5 strongly contact each other in the initial stage of reciprocating the piston 2. Can be prevented. This can reduce the degree of wear that the piston 2 and the cylinder liner 5 receive in a state of one-sided contact.
[0051]
(Embodiment 7)
FIG. 7 is a sectional view showing a free-piston Stirling refrigerator according to a seventh embodiment of the present invention. Referring to FIG. 7, a free-piston Stirling refrigerator 51 includes a cylinder structure 1 according to the first embodiment.
[0052]
The free piston type Stirling refrigerator 51 includes cylinder liners 66 and 70, holding members 65 and 69 for holding the cylinder liners 66 and 70, and a piston 53 and a displacer 54 inserted inside the cylinder liners 66 and 70, respectively. Prepare. The cylinder liners 66 and 70 are held movably in a direction substantially perpendicular to the direction of movement of the piston 53 and the displacer 54.
[0053]
Inside the cylinder liners 66 and 70, the piston 53 and the displacer 54 are coaxially inserted and arranged. The holding member 65 includes a cylinder liner fixing portion 52 and a cylinder liner fixing portion lid 64, and the holding member 69 includes a cylinder liner fixing portion 67 and a cylinder liner fixing portion lid 68.
[0054]
A working gas such as hydrogen or helium is sealed inside the cylinder liners 66 and 70. A heat absorber 58 is provided on the side where the cylinder liner fixing portion lid 68 is located. A compression space 55 is defined between the piston 53 and the displacer 54, and an expansion space 56 is defined between the displacer 54 and the heat absorber 58. A regenerator 57 is disposed between the compression space 55 and the expansion space 56, and a closed circuit is formed by the compression space 55, the regenerator 57, and the expansion space 56.
[0055]
A linear motor 59 is provided at a position where the outer peripheral member 61 and the piston 53 located on the outer periphery of the holding member 65 face each other. A spring 63 is connected to one end of the piston 53, and the piston 53 is axially supported via the spring 63. A through hole is formed in the piston 53 in the axial direction, and the rod 54a of the displacer 54 extends through the through hole. A spring 62 is connected to one end of the rod 54a, and the displacer 54 is supported in the axial direction via the spring 62.
[0056]
By applying an alternating current to the linear motor 59, an axial thrust is generated in the piston 53. As a result, the piston 53 reciprocates inside the cylinder liner 66. The reciprocating motion of the piston 53 causes a periodic pressure change in the working gas in the compression space 55. The working gas flows into the expansion space 56 through the regenerator 57 with the compression. The displacer 54 reciprocates inside the cylinder liner 70 with a predetermined phase difference at the same cycle as the piston 53.
[0057]
Hereinafter, the principle of the free piston type Stirling refrigerator 51 will be briefly described. The working gas in the compression space 55 compressed by the piston 53 moves to the expansion space 56 via the regenerator 57. At this time, the working gas is pre-cooled by the cold stored by the regenerator 57 half a cycle before. When the working gas flows into the expansion space 56, the pressure inside the expansion space 56 rises, the displacer 54 is pushed and the working gas in the expansion space 56 starts to expand. Thereby, the outside air near the heat absorber 58 is cooled.
[0058]
When the working gas in the expansion space 56 has expanded to some extent, the displacer 54 is pushed back by the returning force of the piston 53. The working gas in the expansion space 56 moves again to the compression space 55 via the regenerator 57. After most of the working gas returns to the compression space 55, the working gas in the compression space 55 is compressed by the piston 53 again, and the process moves to the next cycle. The cryogenic temperature is extracted from the free-piston Stirling refrigerator 51 by continuously repeating the above-described series of cycles.
[0059]
According to the free piston type Stirling refrigerator 51 configured as described above, the piston 53 and the displacer 54 can be smoothly reciprocated inside the cylinder liners 66 and 70 by the effect described in the first embodiment. Thereby, the energy efficiency of the free piston type Stirling refrigerator 51 can be improved.
[0060]
(Embodiment 8)
FIG. 8 is a sectional view showing a linear motor compressor according to Embodiment 8 of the present invention. Referring to FIG. 8, linear motor compressor 71 includes cylinder structure 1 described in the first embodiment.
[0061]
The linear motor compressor 71 includes a cylinder liner 83, a holding member 82 that holds the cylinder liner 83, and a piston 77 inserted into the cylinder liner 83. The cylinder liner 83 is held movably in a direction substantially perpendicular to the direction of movement of the piston 77.
[0062]
A cylinder liner fixing portion 80 is provided so as to penetrate a central portion of an end face member 75 provided at one end of the compressor casing 76. A cylinder liner fixing portion lid 81 is attached to the cylinder liner fixing portion 80, and a holding member 82 is configured by the cylinder liner fixing portion 80 and the cylinder liner fixing portion lid 81. The piston 77 is positioned inside the cylinder liner 83.
[0063]
A peripheral portion of the spring member 79 is attached to a support member 73 fixed in the compressor casing 76. The spring member 79 is a disk-shaped leaf spring in which a spiral slit is formed. The center of the spring member 79 is attached to one end of the piston 77. A permanent magnet 79 and a magnetic path forming member 72 are provided on the outer periphery of the holding member 82. The coil 78 is positioned in an air gap defined between the magnetic path forming member 72 and the permanent magnet 79. The coil 78 is attached to the piston 77. A linear motor is formed by the permanent magnet 79, the magnetic path forming member 72, and the coil 78.
[0064]
A compression chamber 84 is defined by the other end of the piston 77 and the cylinder liner fixing portion 80. A through-hole 74 is formed in the cylinder liner fixing portion 80 so as to penetrate in the axial direction. Note that a valve member for performing suction, compression, and discharge of the fluid is not illustrated.
[0065]
By applying an alternating current to the linear motor, an axial thrust is generated in the piston 77. As a result, the piston 77 slides inside the cylinder liner 83 and reciprocates. As a result, the fluid inside the compression chamber 84 is compressed, and the compressed fluid is supplied to the external pipe via the through hole 74.
[0066]
According to the linear motor compressor 71 configured as described above, the piston 77 can be smoothly reciprocated inside the cylinder liner 83 by the effect described in the first embodiment. Thereby, the energy efficiency of the linear motor compressor 71 can be improved.
[0067]
The embodiments disclosed this time are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
[0068]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a cylinder structure that enables smooth reciprocation of a piston and facilitates an assembling operation, and a Stirling engine and a compressor including the cylinder structure.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing a cylinder structure according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view showing a cylinder structure according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a sectional view showing a cylinder structure according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a sectional view showing a cylinder structure according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a sectional view showing a cylinder structure according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a sectional view showing a cylinder structure according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a sectional view showing a free-piston Stirling refrigerator according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a sectional view showing a linear motor compressor according to Embodiment 8 of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a piston disposed in a cylinder in the related art.
[Explanation of symbols]
1 Cylinder structure, 2, 53, 77 piston, 5, 66, 70, 83 cylinder liner, 5m one end, 5n other end, 5p outer peripheral surface, 6, 52, 67, 80 cylinder liner fixing part, 6a end, 6b Base part, 7, 64, 68, 81 Cylinder liner fixing part lid, 8, 65, 69, 82 Holding member, 10 gap, 11 space, 21a, 21b low friction member, 26a, 26b elastic body, 31 ventilation hole, 36 Anti-vibration rubber, 42a, 42b female screw, 51 free piston type Stirling refrigerator, 54 displacer, 71 linear motor compressor.
