JPH03244967A - 膨張エンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、シリンダとピストンとで形成された容積可変
の膨張室を使ってガス温度を低下させる膨張エンジンに
関する。

（従来の技術） 周知のように、ヘリウム冷凍機のガス膨張機として往復
動式の膨張エンジンが多用されている。

往復動式の膨張エンジンは、シリンダとピストンとで形
成された容積可変の膨張室を使ってガス温度を低下させ
、また、このとき得られる動力エネルギをたとえば電気
エネルギの形態で回収するように構成されている。

このような膨張エンジンでは、ガスの汚染を防止する意
味から摺動部を浦やグリース等で潤滑することは好まし
くない。このため、通常は無潤滑の状態で使用される。

したがって、このような機械を設計するときには、シリ
ンダとピストンとの間からの流体の漏れを貼止するシー
ル技術および相対運動する部品の摩耗抑制社術等か重要
になる。

特に、シールについては、それかピストンリングの形態
やパツキンの形態であれ、本質的に相手面と相対的に摺
動する。このため、シール性能はもちろん摩耗を極力減
らすことが寿命向上、保守費用の低減のために必須課題
になっている。

ところで、往復動式の膨張エンジンは通常、第６図に示
すように構成されている。

同図において、１はフランジを示している。このフラン
ジ１は、真空断熱空間２と大気空間３とを仕切る機能を
兼ねている。そして、フランジ１を気密に貫通する形に
膨張エンジン４がフランジ１に固定されている。

膨張エンジン４は、大きく別けると、金属材等で有底に
形成されたシリンダ５と、このシリンダ５内に往復動自
在に収容されてシリンダ５とで容積可変の膨張室６を形
成するピストン７と、ピストン７の動きに関連させて高
圧ガスを膨張室６内へ供給する給気弁機構８と、ピスト
ン７の動きに関連させて膨張室６内の低圧ガスを排出す
る排気弁機構９と、大気空間３に配置されてピストン７
の往復運動を回転運動に変換する運動変換機構１０と、
この運動変換機構１０の回転運動エネルギを吸収する動
力吸収機構１１とで構成されている。

シリンダ５は、この例では開口端周縁部に形成された鍔
部１２がフランジ１に気密に係止される関係にフランジ
１に設けられた孔１３に大気空間３側から差込まれてい
る。

ピストン７は、このピストン７を介して熱が侵入するの
を極力小さくするため、大部分が熱伝導率の小さいフェ
ノール樹脂で形成されている。そして、ピストン７の図
中上端部は、ピストンの一部をなす接続ブロック１４を
介してピストンロッド１５に連結されている。ピストン
７の接続ブロック１４との境界位置には、リング満１６
が設けてあり、このリング満１６にはシリンダ５との間
からのガスの漏れを防止するためのパツキン型のシール
１７が装着されている。シール１７は自己潤滑性を有す
る材料、たとえばＰＴＦＥを母材とする複合材料で形成
されている。また、ピストン７には、このピストン７を
シリンダ５の内面に習わせて運動させるためのガイドリ
ング１８．１つが装着されている。このガイドリング１
８．１９もシール１７と同様に自己潤滑性を有する材料
で形成されている。

給気弁機構８および排気弁機構９は、具体的には第７図
（ａ）に示すように構成されている。すなわち、シリン
ダ５のヘッド壁２１の中央部に図示しない高圧ガス供給
源に通じる給気口２２が形成されている。この給気口２
２の図中下端側には給気口２２を閉じる関係に給気弁２
３が配置されている。この給気弁２３は、圧縮コイルば
ね２４によって常に給気口２２を閉塞する方向に付勢さ
れている。そして、給気弁２３には給気口２２を遊嵌状
態に貫通してシリンダ５内まで延びるブツシュロッド２
５が突設されている。

ヘッド壁２１における周辺寄りの位置には排気口２６が
周方向に複数形成されている。これら排気口２６は排気
路２７に通している。シリンダ５内で、ヘッド壁２１と
ピストン７との間にはリング状に形成された弁操作部材
２８がシリンダ５の内面に沿って軸方向に摺動自在に配
置されている。

弁操作部材２８内で、前述した排気口２６に対向する位
置には、一部が弁操作部材２８から下方へ突出する形に
排気口２６より大径の柱状に形成された排気弁２９が配
置されている。これら排気弁２９はそれぞれ圧縮コイル
ばね３０によって下方へ付勢されている。

弁操作部材２８の外周面には溝が設けてあり、この溝に
は半径方向ばねとして機能する摺動体３１が一部を外方
に突出させて装着されている。

摺動体３１は自己潤滑機能を有する材料で形成されてお
り、周方向の一部に切れ目を有した半割り構成に形成さ
れている。また、弁操作部材２８の図中上端部で半径方
向に対向する位置には、シリンダ５の内面に沿ってピス
トン７の外周面の中途位置まで延びる脚部３２ａ、３２
ｂが設けられている。これら脚部３２ａ、３２ｂの先端
部にはピストン７の細心線側に向かう突部３３ａ、３３
ｂか形成されている。ピストン７の外周面には上述した
脚部３２ａ、３２ｂを案内する溝３４ａ。

３４ｂが設けてあり、これら満３４ａ、３４ｂには前述
した突部３３ａ、３３ｂの案内に供される深溝部３５ａ
、３５ｂか図中上下方向に所定の長さに亘って形成され
ている。また、ピストン７の図中下面中央部には弁操作
部材２８の中央部に存在する空洞に嵌入し得る径の突部
３６か形成されている。

上記構成から明らかなように、給気弁機ｖ、８は、給気
口２２、給気弁２３、圧縮コイルばね２４、ブツシュロ
ッド２５および突部３６て構成されている。また、排気
弁機構９は、排気口２６、弁操作部材２８、排気弁２９
、圧縮コイルばね３０、摺動体３１、脚部３２ａ、３２
ｂ、突部３３ａ。

３３ｂ１溝３４　ａ、３４ｂおよび深溝部３５ａ。

３５ｂで構成されている。そして、排気口２６への排気
弁２９の位置決めはピストン７そのもので行うようにし
ている。

ピストンロッド１５の他端側は、運動変換機構１０に連
結されている。この運動変換機構１０は、ピストンロッ
ド１５の往復運動を回転運動に変換する機構であり、通
常、スコッチョーク機構で構成されている。すなわち、
ピストンロッド１５の図中上端は案内板４１に固定され
ている。この案内板４１は、両端がクロスガイドローラ
等のガイド部４２で支持され、ピストン７の運動方向と
同方向に往復動自在となっている。案内板４１にはピス
トン７の運動方向とは直交する方向に延びる案内溝４３
が設けてあり、この案内溝４３にはクランクビン４４が
自由に移動可能に嵌入している。

クランクビン４４はクランクアーム４５を介して回転軸
４６に接続されている。したがって、上記構成の運動変
換機構１０であると、ピストン１５の往復動に伴って案
内溝４３内てクランクビン４４が回転軸４６を中心に公
転し、この公転力で回転軸４６を回転させることができ
る。このとき、ガイド部４２の作用でピストン７の回転
が防止される。

前記動力吸収機構１１は、回転軸４６に連結されて回転
運動エネルギを電気エネルギに変換する発電機を主体に
して構成されている。

このように構成された膨張エンジンは次のような動作を
行う。

ピストン７が第７図（ａ）中実線矢印４７で示すように
、上死点から下死点に向けて下降を開始したときには、
排気口２６は開放状態にあり、給気口２２は閉しられた
状態にある。ピストン７の下降に伴って膨張室６内の容
積が小さくなると、膨張室６内に存在している低温、低
圧のガスが排気口２６を介して外部へと排出される。ピ
ストン７がある位置まで下降すると、深溝部３５ａ。

３５ｂの図中上端部内縁が脚部３２ａ、３２ｂの先端に
設けられた突部３３ａ、３３ｂに係合する。

この結果、ピストン７と一体に弁操作部材２８が下降を
開始する。ピストン７がさらに下降すると、排気弁２９
の図中下端面がヘッド壁２１の内面に接触して排気口２
６を閉塞する。ピストン７かさらに下降して下死点近く
に至ると、圧縮コイルばね３０が圧縮され、排気弁２つ
が強い力でヘッド壁２１の内面に押し付けられ、排気口
２６の閉塞がより完全なものとなる。同時に、ピストン
７の下端部に設けられた突部３６がブツシュロッド２５
を押圧する。そして、ピストン７が下死点まで下降した
時点で第７図（ｂ）に示すように給気弁２３か開き、高
圧のガスか膨張室６内に供給される。

ピストン７は高圧のガスに押されて運動を反転させ、第
７図（ｂ）中実線矢印４８で示すように上死点側へと移
動を開始する。ピストン７が所定量移動した時点で給気
弁２３が閉じる。ピストン７はガス圧によって、さらに
上死点側へと移動する。

このため、膨張室６の容積が急激に増加し、これに伴っ
て膨張室６内のガス圧力および温度が急速に低下する。

なお、弁操作部材２８とシリンダ５の内面との間には半
径方向へのばね力を持った摺動体３１が装着されている
ので、ピストン７か上記のように上死点側に移動しても
突部３３ａ３３ｂが深溝部３５ａ、３５ｂの図中下端縁
に係止されない限り、弁操作部材２８は第７図（ｂ）に
示す状態に保持される。したがって、排気口２６は閉塞
状態に保持される。

ピストン７が上死点に近付くと、ガスの膨張か終了する
。また、脚部３２ａ、３２ｂに設けられた突部３３ａ、
３３ｂが深溝部３５ａ、３５ｂの図中下端縁に係止され
る。この結果、ピストン７と一緒に弁操作部材２８が上
死点方向に移動し、排気弁２９による排気口２６の閉塞
か解除される。

ピストン７が上死点に達すると、ピストン７は動力吸収
機構１１の回転力（慣性力）によって運動方向を反転さ
せ、下死点方向へと移動を開始する。

このとき、弁操作部材２８は摺動体３１の作用によって
ピストン７が反転した位置に留め置かれる。

したかって、排気口２６は解放状態に保持される。

ピストン７が下死点方向に移動を開始すると、膨張室６
の容積が小さくなるので、膨張室６内の低圧、低温のガ
スが排気口２６を介して排出される。そして、ピストン
７が再び下死点付近に移動すると排気弁２９が閉じ、給
気弁２３が開いて上述の動作か繰り返される。

この間中、運動変換機構１０はピストン７の運動を回転
運動に変換するとともに、回転運動エネルギを動力吸収
機構１１に伝える。このエネルギは動力吸収機構１１に
よって電気エネルギに変換される。

このように構成された膨張エンジンでは、運動変換機構
１０にスコッチョーク機構を用いているので、案内板４
１をクロスガイドローラ等のガイド部４２で支持てき、
回転変換時の横方向荷重をピストン７に伝えることがな
い。したがって、ピストン７に装着されて無潤滑摺動を
行うシール１７やガイドリング１８．１９に横方向の大
きな負荷が加わらないので極めて都合が良い。また、ピ
ストン７の回転を阻止でき、排気口２６と排気弁２つと
の位置関係を常に正常に保つこともてきる。

なお、この他に膨張エンジンの運動変換機構として、実
開昭５６−１５７５６９号公報、特開昭５５−８５８５
２号公報、特開昭５７−１４２４５７公報に示されてい
るように、円筒カム方式の運動変換機構も使用されてい
る。この機構もピストンロッドをクロスガイドローラ等
のガイドで支持し、ピストン側に横方向の大きな負荷が
加わらないように考慮した構成になっている。

しかしながら、上記のように構成された膨張エンジンに
は次のような欠点かあった。すなわち、ピストンロッド
１５の一端側はピストン７に固定され、他端側は運動変
換機構１０の案内板４１に固定されている。そして、ピ
ストン７、ピストンロッド１５および案内板４１がほぼ
一体となって往復運動を行なう。この場合、ピストン７
はシリンダ５の内面に、案内板４１はクロスガイドロー
ラ等のガイド部４２にそれぞれ習って運動する。

したがって、シリンダ５とガイド部４２との組立て時に
僅かでも組立て誤差か生しると、ピストン７に横方向の
負荷が加わり、この結果、ピストン７に装着された負荷
能力の弱いガイドリング１９１８が急激に摩耗する。そ
して、最悪の場合にはシール１７あるいはピストン７自
身もシリンダ５と無理な摺動を行い、これら部品の寿命
を縮めてしまうことになる。このため、相対的に非常に
高精度な組立てを行なわなければならないが、ミクロン
オーダの誤差を避けることは極めて困難である。

そこで、このような組立て誤差を逃げるために、ピスト
ンとピストンロッドとの接続をビン接続し、ピストンロ
ッドがピストンに対して自由に傾くことができるように
したものも考えられている。しかし、このように構成し
てもシリンダの軸とガイド部のガイド方向軸との間に平
行な誤差（同心度）があった場合には何の解決にもなら
ない。また、膨張エンジンの負荷の特徴として、給気弁
が開いたときに高圧ガスによる荷重がピストンに衝撃的
に作用することがあげられる。したがって、上記のよう
に単にピン接続で接続した場合には、衝撃的な荷重によ
り、ピストンおよびピストンロッドとピンとの結合部が
型性変形を起こしてガタか生しやすい。このようなガタ
が一度生しると、このガタが徐々に大きくなり、装置と
しての信頼性が著しく低下する。

（発明が解決しようとする課題） 上述の如く、従来の膨脹エンジンにあっては、ピストン
と運動変換機構との接続構成に問題かあり、これが原因
してシールやガイドリングなどの無潤滑摺動部品の寿命
が低下し、長期的信頼性に乏しい欠点があった。

そこで本発明は、構成の複雑化を招くことなく上述した
不具合を解泪でき、長寿命で信頼性の高い膨張エンジン
を提供することを目的としている。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明に係る膨脹エンジン
ては、ピストンロッドのピストンへの連結部または運動
変換機構への連結部のいずれか一方が、球面間の圧接力
を弾性体によって与えるとともにピストン側または運動
変換機構側に位置する要素をピストンの軸心線とは直交
する方向に移動可能に設けた球関節継手機構で構成され
ている。

（作　用） ピストンロッドとピストンとの間、またはピストンロッ
ドと運動変換機構との間に上記構成の球関節継手機構を
介在させているので、ピストンロッドとピストンとの間
、またはピストンロッドと運動変換機構との間に半径方
向のあらゆる自由度を与えることが可能となる。この結
果、シリンダの軸と運動変換機構の往復運動軸との間に
位置ずれが存在していても、ピストンをシリンダに、ま
たピストンロッドを運動変換機構にそれぞれ無理なく習
わせて往復動させることができる。したがって、ピスト
ンに装着された負荷能力の弱いガイドリングやシールの
摩耗を防止することができる。また、球面間の圧接力を
弾性体によって与える構成の球関節継手機構を介在させ
ているので、ピストンが受ける衝撃加重でそれぞれの球
面構成部材が塑性変形してもガタが生しるようなことも
ない。

（実施例） 以下、図面を参照しながら実施例を説明する。

第１図には本発明の一実施例に係る膨張エンジン４ａに
おける要部だけが示されている。そして、この図では第
６図と同一部分が同一符号で示されている。したがって
、重複する部分の詳しい説明は省略する。

この実施例に係る膨張エンジン４ａが従来のものと大き
く異なる点はピストンとピストンロッドとの連結部の構
成にある。

すなわち、ピストン７の図中上端部は金属材で円柱状に
形成された接続用ブロック５１で構成されている。一方
、スコッチョーク機構で構成された運動変換機構１０の
案内板４１の図中下面にはピストンロッド５２の一端が
補助具５３を介して固定されている。このピストンロッ
ド５２の他端側はピストン７側へと延びている。そして
、ピストンロッド５２の他端とピストン７、具体的には
ピストンロッド５２の図中下端と接続用ブロック５１と
が球関節継手機構５４によって連結されている。

球関節継手機構５４は次のように構成されている。すな
わち、接続用ブロック５１の中央部に開口端が接続用ブ
ロック５１の図中上端に位置し、かつ接続用ブロック５
１の軸心線に沿って延びる所定深さの有底の孔５５を設
けている。この孔５５は直径が（Ｄ＋６１）の円柱状に
形成されている。孔５５の底壁内面には球面管は座５６
が半径方向に滑動自在に載置されている。この球面管は
座５６は、直径がＤの円柱状に形成されており、その図
中上面には凹状の球面管は部５７が形成されている。そ
して、球面管は部５７の上面には球体５８が載置されて
いる。

一方、ピストンロッド５２の図中下端部には、直径かほ
ぼＤの大径部５９が形成されており、この大径部５９の
図中下面には凹状の球面管は部６０が形成されている。

そして、球面管は部６０と球面管は部５７とで球体５８
を上下方向に挾持するようにピストンロッド５２の下端
側か孔５５山に差し込まれている。

接続用ブロック５１の上端にはも゛底部状に形成された
キャップ６１かねじ６２によって固定されている。この
キャップ６１のいわゆる底壁６３の中央部にはピストン
ロッド５２を遊嵌状態に貫通させる孔６４が形成されて
いる。そして、キャップ６１の底壁６３と前述した大径
部５９との間には、球面管は部６０と球体５８との接触
部、球体５８と球面管は部５７との接触部、球面管は座
５６と孔５５の底壁内面との接触部に圧接力を与えてピ
ストンロッド５２と接続用ブロック５１とを機械的に連
結させる圧縮コイルばね６５が装着されている。この圧
縮コイルばね６５による圧接荷重はピストン７の摺動抵
抗に優る程度に設定されている。

ピストンロッド５２の外周で、キャップ６１より図中上
方に位置する部分には、ピストンロッド５２に対して非
回転状態に円板状のストッパ６６が固定されている。す
なわち、第２図に示すようにピストンロッド５２の一部
に非円形断面部６７を形成するとともにストッパ６６に
非円形断面部６７に嵌合する非円形孔６８を設け、この
両者を嵌合させることによって非回転状態としている。

ストッパ６６はピストン７と同程度の直径に形成されて
いる。ストッパ６６の外周縁部で、非円形孔６８を挾ん
で対向する位置には直径が（ｄ＋６２）の半円状をなす
切欠部６９ａ。

６９ｂが形成されている。なお、δ２は前述したδ１と
同程度の値である。そして、これら切欠部６９ａ、６９
ｂは、底壁６３の外面に立設された直径ｄのビン７０ａ
、７０ｂと嵌合している。すなわち、これらストッパ６
６、切欠部６９ａ６９ｂおよびピン７０ａ、７０ｂは、
ピストンロッド５２に対してピストン７の回転量を一定
値以下に抑制する回転規制機構７１を構成している。

なお、運動変換機構１０は、図示しない動力吸収機構に
連結されている。また、キャップ６１は、無潤滑摺動を
行うシール１７およびガイドリング１９の保持材を兼ね
ている。

このように構成された膨張エンジン４ａは、第６図およ
び第７図を用いて説明した従来の膨脹エンジンと同様な
動作を行う。

しかし、この実施例に係る膨脹エンジン４ａては、ピス
トン７とピストンロッド５２とを上述した構成の球関節
継手機構５４で連結するようにしているので、ピストン
７とピストンロッド５２とか球体５８を介して傾くこと
かでき、また、球面管は座５６がピストン７に対してδ
またけ半径方向に移動することかできる。したかって、
ピストン７とピストンロッド５２との間に半径方向のあ
らゆる自由度か与えられので、シリンダ５の軸と運動変
換機構１０の往復運動軸との間に位置ずれが存在してい
ても、ピストン７をシリンダ５に、またピストンロッド
５２を運動変換機構１０にそれぞれ無理なく習わせて往
復動させることができる。このため、シール１７やガイ
ドリング１９゜１８等に過大な横方向の負荷が加わるの
を防止でき、これらの長寿命化を図ることができる。ま
た、シリンダ５と運動変換機構１０との組立てに際して
は、高精度に組立てる必要がないので、組立ての容易化
を図れる利点もある。さらに、ピストン７とピストンロ
ッド５２とは圧縮コイルばね６５によって圧接連結され
ている。このため、給気弁が開いたときのガス圧力によ
る衝撃的な荷重を受けても、それぞれの接触面に塑性変
形が生し難く、また、たとえ生じてもガタを防止するこ
とができる。

また、実施例では回転規制機構７１を設けているので、
ピストン７とピストンロッド５２とを球関節継手機構５
４で構成したときに起こり易いピストン７とピストンロ
ッド５２との相対回転を一定値以下に抑制でき、排気口
と排気弁との位置関係をほぼ一定に維持することができ
る。また、切欠部６９ａ、６９ｂとビン７０ａ、７０ｂ
との嵌合位置を中心軸から構成上可能な最大距離まで離
しているので、ピストン７とピストンロッド５２との中
心軸まわりの回転方向の自由度を最小限に抑えることが
できる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。上記実施例ではストッパ６６を円板状に形成し、外
周縁部に２つの切欠部６９ａ。

６９ｂを設け、これら切欠部６９ａ　　６９ｂにビン７
０ａ、７０ｂを嵌合させているが、第３図に示すように
ストッパ６６ａをアーム状に形成し、このストッパ６６
ａの一方の端部に非円形孔６８を設け、他方の端部にビ
ン７０と遊びをもって嵌合する孔７２を設けた構造もの
でもよい。

また、第４図に示すように、第１図に示した構成に加え
て、ピストンロッド５２の上端部８１と案内板４１との
間に球体８２を介在させるとともに上端部８１を遊嵌状
態に貫通する形にビン８３ａ、８３ｂを配置し、これら
ビン８３ａ。

８３ｂの先端部を案内板４１に固定し、ビン８３ａ、８
３ｂのビン頭と上端部８１との間に圧縮コイルばね８４
ａ、８４ｂを介在させ、この圧縮コイルばね８４ａ、８
４ｂによる圧縮力でピストンロッド５２と案内板４１と
を連結してもよい。

このような構成であると、ピストンロッド５２は、ピス
トン７に対しても、案内板４１に対しても独立となり、
軸方向に拘束されながらも半径方向には完全な自由度が
与えられる。したがって、ピストン７と案内板４１との
運動方向にずれがあっても、これらを無理なく運動させ
ることができる。

また、上述した各側では、球体５８を介在させているが
、第５図に示すようにピストンロッド５２ａの図中下端
部に球部８５を設け、この球部８５に球体の役目を行な
わせるようにしてもよい。

勿論、球面受は座５６側に球部を設けるようにしてもよ
い。

さらに、上述した各側では、ピストンとピストンロッド
とを前記機能を備えた球関節継手機構で連結しているが
、ピストンロッドと運動変換機構とを前記機能を備えた
球関節継手機構で連結するようにしてもよい。

［発明の効果コ 以上のように、本発明によれば、ピストンの運動と運動
変換機構の運動とに無理が生じない形態に両者を連結で
きるので、組立ての容易化を図れるばかりか、信頼性の
向上化および長寿命化を実現することかできる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例に係る膨張エンジンにおける
要部の概略構成図、第２図は同エンジンに組込まれた回
転規制機構の構成を説明するための図、第３図は回転規
制機構の変形例を説明するための図、第４図は本発明の
別の実施例に係る膨張エンジンにおける要部の概略構成
図、第５図は本発明のさらに別の実施例に係る膨張エン
ジンにおける要部の概略構成図、第６図は従来の膨張エ
ンジンの概略全構成図、第７図は同膨張エンジンにおけ
る給気弁機構および排気弁機構の一例を示す図である。 １・・・フランジ、４ａ、４ｂ、４ｃ・・・膨張エンジ
ン、５・・・シリンダ、６・・・膨張室、７・・・ピス
トン、８・・・給気弁機構、９・・・排気弁機構、１０
・・・運動変換機構、１１・・・動力吸収機構、］７・
・・シール、１８．１９・・・ガイドリング、５１・・
・接続用ブロック、４１・・・案内板、４２・・・ガイ
ド部、４４・・クランクビン、５２，５２ａ・・・ピス
トンロッド、５４．５４ａ・・・球関節継手機構、５６
・・・球面受は座、５７・・・球面受は部、５８・・・
球体、５９・・・大径部、６０・・・球面受は部、６１
・・・キャップ、６５・・・圧縮コイルばね、７１．７
１ａ・・・回転規制機構。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリンダと、このシリンダ内に往復動自在に装着
   されて上記シリンダとで容積可変の膨張室を形成するピ
   ストンと、このピストンの動きに関連させてそれぞれ所
   定のタイミングで開閉動作して前記膨張室内に高圧ガス
   を送り込む給気弁機構および上記膨張室内の低圧ガスを
   排気する排気弁機構と、一端側が前記ピストンに連結さ
   れたピストンロッドと、このピストンロッドの他端側に
   連結されて上記ピストンロッドの往復運動を回転運動に
   変換する運動変換機構と、この運動変換機構の回転運動
   エネルギを吸収する動力吸収機構とを備えた膨張エンジ
   ンにおいて、前記ピストンロッドの前記ピストンへの連
   結部または前記運動変換機構への連結部のいずれか一方
   が、球面間の圧接力を弾性体によって与えるとともにピ
   ストン側または運動変換機構側に位置する要素をピスト
   ンの軸心線とは直交する方向に移動可能に設けた球関節
   継手機構で構成されてなることを特徴とする膨張エンジ
   ン。
2. （２）シリンダと、このシリンダ内に往復動自在に装着
   されて上記シリンダとで容積可変の膨張室を形成するピ
   ストンと、このピストンの動きに関連させてそれぞれ所
   定のタイミングで開閉動作して前記膨張室内に高圧ガス
   を送り込む給気弁機構および上記膨張室内の低圧ガスを
   排気する排気弁機構と、一端側が前記ピストンに連結さ
   れたピストンロッドと、このピストンロッドの他端側に
   連結されて上記ピストンロッドの往復運動を回転運動に
   変換する運動変換機構と、この運動変換機構の回転運動
   エネルギを吸収する動力吸収機構とを備えた膨張エンジ
   ンにおいて、前記ピストンロッドの前記ピストンへの連
   結部または前記運動変換機構への連結部のいずれか一方
   が球面間の圧接力を弾性体によって与えるとともにピス
   トン側または運動変換機構側に位置する要素をピストン
   の軸心線とは直交する方向に移動可能に設けた球関節継
   手機構で構成されており、上記球関節継手機構を介して
   連結される上記ピストンロッドと相手との間にはピスト
   ンの軸心線を中心とする相対回転量を一定値以下に抑え
   る回転規制機構が設けられていることを特徴とする膨張
   エンジン。