JPH1163706A - ガス圧縮膨張機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 騒音を発生させずに、かつ、機械的な摩耗が
生じることなく負荷トルクの平滑化が図られるガス圧縮
膨張機を提供する。 【解決手段】 クランク軸３を挟んでスターリング冷凍
機本体ハウジング１の内壁に対向するように固定磁石２
ａ、２ｂが固定配置されている。また、クランク軸３の
周面にクランク軸３とともに回転する回転磁石４が配置
されている。また、ディスプレーサ１５が内蔵された膨
張側シリンダ８とピストン１１が内蔵された圧縮側シリ
ンダ１０とが９０°の角度差をもって取付けられてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はガス圧縮膨張機に関
し、特に、騒音を発生させずに負荷トルクの変動の低減
が図られるガス圧縮膨張機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】冷媒ガスの膨張および圧縮を利用して冷
凍を発生させる冷凍機に、スターリング冷凍機がある。
スターリング冷凍機は、ピストンおよびシリンダを備
え、クランク軸の回動によってピストンを摺動させる。
これにより、シリンダ内に充填された冷媒ガスを膨張ま
たは圧縮させる。冷媒ガスの膨張または圧縮の際に、冷
媒ガスと熱交換器との間で熱交換が行なわれ、冷凍が発
生する。

【０００３】ところで、冷媒ガスの膨張または圧縮によ
り、クランク軸にかかる負荷トルクが変動する。クラン
ク軸は、たとえば電動機、内燃機関等の動力源によって
駆動される。このため、その動力源はクランク軸にかか
る最大の負荷トルクに合わせて取付けられる。しかしな
がら、クランク軸にかかる最大の負荷トルクは、クラン
ク軸の１周期の回転のうちのごく一部である。

【０００４】そこで、クランク軸にかかる最大の負荷ト
ルクをばねを利用して低減することにより、負荷トルク
の変動を抑えたスターリング冷凍機が提案されている。
このスターリング冷凍機について、特開平８−１７８４
４４号公報に基づいて説明する。

【０００５】図１４および図１５を参照して、２ピスト
ン型のスターリング冷凍機１０１は、高温側ピストン１
２１を配備した高温室１０２と、低温側ピストン１３１
を配備した低温室１０３およびクランクケース１５１
が、ケーシング１１３によって包囲されている。高温室
１０２と低温室１０３は、それぞれのピストン１２１、
１３１の移動方向が９０°をなすようにクランクケース
１５１に接続されている。また、高温室１０２と低温室
１０３はガス流路１１１によって接続されている。その
ガス流路１１１の中程には、再生熱交換器１１５が配備
されている。高温室１０２、低温室１０３およびガス流
路１１１から構成される空間を冷媒ガス作動空間１１２
とする。

【０００６】高温室１０２と低温室１０３のケーシング
１１３の外壁には、それぞれ熱交換を行なうための熱交
換器（図示せず）が配備されている。ガス流路１１１
と、各ピストン１２１、１３１によって閉じられた高温
室１０２と低温室１０３によって形成される密閉空間に
は、ヘリウムの冷媒ガスがおよそ２ＭＰａの封入圧で封
入されている。また、ピストン１２１、１３１には、そ
れぞれＯリング１２３、１３３が配備され、クランクケ
ース１５１への冷媒ガスの流出を防止している。クラン
クケース１５１内部において、低温側ピストン１３１が
高温側ピストン１２１よりも９０°位相が早くなるよう
にずらして、それぞれピストンロッド１２４、１３４を
介してコネクティングロッド１２５、１３５により、ク
ランクピン１５５に接続されている。

【０００７】クランクケース１５１には、底部に円筒形
の潤滑用シリンダ１４２がクランク軸１０５の下方に位
置するように配備されている。また、クランクケース１
５１の底部には、潤滑油１１４が溜められている。

【０００８】潤滑用シリンダ１４２の下方には、クラン
クケース１５１から潤滑用シリンダ１４２への潤滑油１
１４の流入のみを許容する逆止弁Ａ１４４と、潤滑用シ
リンダ１４２からクランクケース１５１への潤滑油１１
４の排出のみを許容する逆止弁Ｂ１４５が配備されてい
る。また、潤滑用シリンダ１４２の内面には、ばね止め
１４７が突設されている。

【０００９】潤滑用シリンダ１４２には、潤滑用ピスト
ン１４３が摺動可能なように嵌合されている。潤滑用ピ
ストン１４３は、略Ｔ字型であって、潤滑用ピストン１
４３の上端面は、カム１０４との接触を円滑に行なうた
めに、カム１０４の回転方向に対し、カム１０４の長軸
と実質的に同じ長さを有している。潤滑用ピストン１４
３の底面の中心には、ばね定数ｋのばね１４１の一端が
固定されている。そのばね１４１の他端は、潤滑用シリ
ンダ１４２の内部に突設されたばね止め１４７に支持さ
れている。

【００１０】クランク軸１０５は、クランクケース１５
１の外部に、モータなどの動力源（図示せず）と接続さ
れている。クランク軸１０５には、高温側ピストン１２
１および低温側ピストン１３１のコネクティングロッド
１２５、１３５を駆動させクランクピン１５５がクラン
クアーム１５４によって支持されている。

【００１１】またクランク軸１０５には、図１５に示す
ように、山面と谷面を有するカム１０４が、山面を構成
する長軸がクランクピン１５５の突出方向から約４５°
回転した方向にて固定されている。また、カム１０４
は、潤滑用シリンダ１４２の上方にくるように配備され
ている。潤滑用ピストン１４３の上面は、常にばね１４
１によって上方に付勢されてカム１０４と接触してい
る。カム１０４の外周形状は、カム１０４の山面が約半
円形である略矩形の形状である。

【００１２】次に、動作について説明する。図１６は、
クランク軸の回転角度θに対する高温側ピストンと低温
側ピストンの変位を表わしたグラフである。角度θ＝０
°の状態からクランク軸の回転に伴って、中点にあった
高温側ピストンは、中点→上死点（区間Ａ）、上死点→
中点（区間Ｂ）、中点→下死点（区間Ｃ）、下死点→中
点（区間Ｄ）とその位置が変動する。また、上死点にあ
った低温側ピストンは、上死点→中点（区間Ａ）、中点
→下死点（区間Ｂ）、下死点→中点（区間Ｃ）、中点→
上死点（区間Ｄ）とその位置が変動する。

【００１３】次に、上述した高温側ピストンの変位と低
温側ピストンの変位に対応したトルクの変動について図
を用いて説明する。図１７を参照して、高温側ピストン
の変位によってクランク軸にかかるトルクＴｃは、同図
中三角印で示されている。また、低温側ピストンの変位
によってクランク軸にかかるトルクＴｅは、同図中四角
印で示されている。これらのグラフに示されているよう
に、トルクＴｃとトルクＴｅとの位相差は約４５°であ
る。また、それぞれのトルクＴｃ、Ｔｅの周期はクラン
ク軸の回転周期の半分である。

【００１４】そして、高温側ピストンおよび低温側ピス
トンの変位によってクランク軸にかかる合成トルクＴｔ
は、トルクＴｃとトルクＴｅとの和で示される。その合
成トルクＴｔは、同図中丸印で示されている。なお、合
成トルクＴｔの回転角度に対する平均値はＴｍとする。

【００１５】さらにこのスターリング冷凍機では、ばね
がカムを介してクランク軸に伝達するトルク（補正トル
ク）が存在する。この補正トルクＴｂは、クランク軸の
回転に伴って同図中実線のように変動する。したがっ
て、クランク軸には、合成トルクＴｔと補正トルクＴｂ
との合成トルクがかかることになる。

【００１６】この場合、合成トルクＴｔと補正トルクＴ
ｂの合成トルクが平均値Ｔｍに近づくようにばねのばね
定数が設定されている。これにより、クランク軸にかか
るトルクの変動が抑えられる。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たスターリング冷凍機には以下に示すような問題点があ
った。クランク軸に与えられる補正トルクは、ばねの力
を利用し、潤滑用ピストンと接触するカムを介してクラ
ンク軸に伝達される。このため、潤滑用ピストンが摺動
するとともに、その潤滑用ピストンにカムが接触するた
め、その接触部分が摩耗することがあった。また、接触
部分から発生する騒音の問題があった。

【００１８】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであり、騒音を発生させずに、かつ、機械的な
摩耗が生じることなく負荷トルクの平滑化が図られるガ
ス圧縮膨張機を提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の１つの局面にお
けるガス圧縮膨張機は、回転駆動手段によりクランク室
内のクランク軸を回転させることによって、ピストンを
シリンダ内部にて往復運動させ、作動ガスを圧縮および
膨張させるガス圧縮膨張機であって、第１固定磁石部材
および第２固定磁石部材と、回転磁石部材とを備えてい
る。第１固定磁石部材および第２固定磁石部材は、クラ
ンク軸を挟んで対向するように、クランク室の内壁に固
定配置されている。回転磁石部材は、第１固定磁石部材
と第２固定磁石部材とによって挟まれた位置のクランク
軸の近傍に配置され、クランク軸とともに回転する。ピ
ストンの往復運動によってクランク軸にかかる第１のト
ルクの変動の幅が、第１固定磁石部材および第２固定磁
石部材が回転磁石部材へ及ぼす斥力または引力によっ
て、クランク軸に第２のトルクを与えることにより、低
減されている。

【００２０】この構成によれば、第１のトルクの変動の
幅を低減する第２のトルクは、第１および第２固定磁石
部材と回転磁石部材との斥力または引力によって生ずる
ため、機械的な接触がなく、騒音がほとんど発生しな
い。その結果、騒音を発生させずに、しかも、機械的な
摩耗が生じることなく負荷トルクの平滑化が図られたガ
ス圧縮膨張機が得られる。また、第１のトルクの変動の
幅が低減するため、クランク軸に回動駆動を与える回転
駆動手段の小型化も図られる。

【００２１】好ましくは、第２のトルクの変動の周期が
第１のトルクの変動の周期と実質的に同じであり、第２
のトルクの変動の位相が、第１のトルクの変動の位相と
実質的に逆位相である。

【００２２】この場合には、第１のトルクの極大値が第
２のトルクの極小値と合成され、第１のトルクの極小値
が第２のトルクの極大値と合成される。これにより、第
１のトルクの変動の幅が最も小さくなる。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態に係るガス圧
縮膨張機について、１ピストン型のスターリング冷凍機
を例に挙げて説明する。図１は、スターリング冷凍機の
一断面を示し、図２は他の断面を示したものである。図
１および図２を参照して、スターリング冷凍機本体ハウ
ジング１には、膨張側シリンダ８と圧縮側シリンダ１０
とが９０°の角度差をもって取付けられている。膨張側
シリンダ８には、ディスプレーサ１５が内蔵されてい
る。圧縮側シリンダ１０には、ピストン１１が内蔵され
ている。クランク軸３には、クランクアーム５が設けら
れている。そのクランクアーム５にはコンロッド９ａ、
９ｂがクランクピン７によって連結されている。コンロ
ッド９ａにはディスプレーサ１５が連結されている。コ
ンロッド９ｂにはピストン１１が連結されている。クラ
ンク軸の回転駆動によってディスプレーサ１５とピスト
ン１１とが互いに位相がずれた状態で往復運動する。

【００２４】ディスプレーサ１５には蓄冷材１３が充填
されている。そして、ディスプレーサ１５の上下方向の
両端に設けられた開口の一方から流入する作動ガスが蓄
冷材１３の内部を通過して他方の開口から流出するまで
の過程において、蓄冷材１３と熱交換が行なわれる。

【００２５】クランク軸３を挟んでスターリング冷凍機
本体ハウジング１の内壁に対向するように、固定磁石２
ａ、２ｂがそれぞれ固定配置されている。また、固定磁
石２ａ、２ｂによって挟まれた位置のクランク軸５の周
面に、クランク軸５とともに回転する回転磁石４が配置
されている。この場合、回転磁石４は、クランク軸５の
中心に対してクランクピン５と反対の方向に配置されて
いる。また、固定磁石２ａ、２ｂ、回転磁石４は、それ
ぞれ同一極同志が向い合うように配置されている。クラ
ンク軸５はモータ６によって回転駆動する。

【００２６】次に、上述したスターリング冷凍機の動作
として、クランク軸にかかるトルクについて説明する。
本スターリング冷凍機の場合、ディスプレーサによる負
荷をほとんど無視することができる。このため、クラン
ク軸への負荷となる力は、ピストンの前後にかかる圧力
の差が主となる。

【００２７】そこでまず、ピストンに加わる圧力につい
て説明する。ピストンに加わる圧力は、温度と体積をも
とに状態方程式により算出される。図３を参照して、膨
張側シリンダ８内の膨張空間３１の体積をＶＥ、温度を
Ｔｅとし、連通空間３５の体積をＶＭ、温度をＴｃと
し、圧縮側シリンダ１０内の圧縮空間３７の体積をＶ
Ｃ、温度をＴｃとする。各体積は、クランク軸の回転に
伴って変化し、それぞれ以下のように表わされる。

【００２８】

【数１】

【００２９】ここで、φは、クランク軸の中心からピス
トンが往復運動する方向と垂直な方向に降ろした線分を
基準とし、反時計回りを正の方向とした。Ｖｅ、Ｖｅｄ
は、膨張空間３１の掃気容積、死容積をそれぞれ示す。
Ｖｃ、Ｖｃｄは、圧縮空間３７の掃気容積、死容積をそ
れぞれ示す。Ｖｍ、Ｖｍｄは、連通空間３５の掃気容
積、死容積をそれぞれ示す。Ｔｒ、Ｖｒは、蓄冷空間の
温度、死容積をそれぞれ示す。Ｍ、Ｐ，Ｓ，Ｒは、それ
ぞれ作動ガスの質量、作動ガスの圧力、ピストンの受圧
面積、気体定数を示す。

【００３０】式（１）〜（３）を式（４）へ代入する
と、

【００３１】

【数２】

【００３２】となる。次に、簡単化のために以下の仮定
を行なう。

【００３３】１．死容積は掃気容積と同程度とする。 ２．温度比τが１に比べて十分小さいものとする。

【００３４】３．膨張空間における掃気容積と温度との
比Ｋ_e と、圧縮空間における掃気容積と温度との比Ｋ_c
とは等しいものとする。

【００３５】これらの仮定によって、Ｋｃ＝Ｋｅ＝Ｋ、
α＝π／４、Ｋｄ＋Ｋｒ＝２Ｋとなり、τＫｍは無視す
ることができる。

【００３６】これにより、式（５）は次のようになる。

【００３７】

【数３】

【００３８】また、ピストンからクランク軸へ伝えられ
る力は、ピストンの表圧と背圧との差であり、

【００３９】

【数４】

【００４０】となる。ピストンの背圧は、表圧がφ＝０
°のときの圧力のまま一定の値であるとすると、

【００４１】

【数５】

【００４２】となる。これらにより、クランク半径をＬ
とすると、クランク軸にかかるトルクＴ_L は次のように
計算される。

【００４３】

【数６】

【００４４】式（９）に表されているように、クランク
軸の回転に伴ってトルクＴ_L は変動する。

【００４５】この変動を平滑化するために、固定磁石と
回転磁石の斥力を利用する。式（９）によれば、φの値
が２３°および２０７°において極値をとる。したがっ
て、トルクＴ_L は、φの値が２３°および２０７°のと
きにクランク軸の回転方向と反対の方向に作用する最大
トルク（負荷トルク）となることがわかる。この２つの
φの値の近傍で、クランク軸にクランク軸の回転方向と
同じ方向にトルク（加勢トルク）が作用するように固定
磁石と回転磁石とを配置する。

【００４６】次に、その固定磁石と回転磁石との斥力に
よるトルクについて説明する。図４は、本体ハウジング
の一部を部分的に拡大したものである。図４を参照し
て、対向する２つの固定磁石２ａと固定磁石２ｂとの距
離を２Ｄとし、固定磁石２ａと回転磁石４との距離をＬ
₁ とし、固定磁石２ｂと回転磁石４との距離をＬ₂ とす
る。また、回転磁石４とクランク軸の中心との距離をｒ
とする。ここで、回転磁石４は、固定磁石２ａと固定磁
石２ｂとを結ぶ線分の垂直二等分線を基準として、反時
計回りに角度θだけ回転した状態にあるとする。このと
き、回転磁石４が固定磁石２ａから受ける斥力をＦ₁ と
し、固定磁石２ｂから受ける斥力をＦ₂ とすると、Ｆ₁
およびＦ₂ は、

【００４７】

【数７】

【００４８】となる。ここで、ｍ_s 、ｍ_r は、それぞれ
固定磁石と回転磁石の強さを示し、μは透磁率を示す。

【００４９】次に、Ｆ₁ およびＦ₂ がクランク軸の回転
に作用する方向成分、すなわち、クランク軸と回転磁石
の中心とを結ぶ線分に垂直な成分Ｆ_1T、Ｆ_2Tはそれぞれ
次のように表わされる。

【００５０】

【数８】

【００５１】ここで、ｒ／Ｄ＝δとおくと、Ｆ_1T、Ｆ_2T
はそれぞれ次のように表わされる。

【００５２】

【数９】

【００５３】そして次のテーラー展開、

【００５４】

【数１０】

【００５５】によって、Ｆ_1TとＦ_2Tの合力Ｆ_T は、次の
ように表わされる。

【００５６】

【数１１】

【００５７】なお、δ＜＜１として、δの３次以上の項
を省略した。Ｆ_T によって、クランク軸に与えられるト
ルクＴａは、次のように表わされる。

【００５８】

【数１２】

【００５９】この式によれば、δ＜＜１の場合、磁石の
斥力によるトルクＴａの変動周期はπラジアンである。
したがって、トルクＴａは、クランク軸が１回転する間
に極大値と極小値とをそれぞれ２回有する周期関数とな
る。ここで、トルクＴａの極大値は、クランク軸の回転
方向と同じ方向に作用するトルク（加勢トルク）の最大
値であり、極小値は、クランク軸の回転方向と反対の方
向に作用するトルク（負荷トルク）の最大値である。

【００６０】式（１０）によれば、θの値が４５°およ
び２２５°の場合に負荷トルクの最大値が発生する。一
方、θの値が１３５°および３１５°の場合に、加勢ト
ルクの最大値が発生する。θの値が４５°または２２５
°の場合の回転磁石に作用する力のベクトルを図５、図
７にそれぞれ示す。図５および図７に示されているよう
に、Ｆ_T は、クランク軸の回転方向と反対の方向に作用
している。また同様にθの値が１３５°または３１５°
の場合を図６、図８にそれぞれ示す。図６および図８に
示されているように、Ｆ_T は、クランク軸の回転方向と
同じ方向に作用している。

【００６１】次に、磁石によるトルク（以下「磁石調整
トルク」と記す）Ｔａと、ピストンの往復運動によって
クランク軸にかかるトルク（以下「ピストントルク」と
記す）Ｔ_L との関係について説明する。ピストントルク
Ｔ_L は、式（９）によりφのあたいが２３°および２０
７°において、クランク軸の回転方向と反対の方向に作
用するトルク（負荷トルク）の最大値が発生することは
既に述べた。この場合、磁石調整トルクＴａとの関係
で、そのφの値の差が１８０°となるように、負荷トル
クの最大値を与えるφの値を２５°および２０５°とす
る。一方このとき、ピストントルクＴ_L は、φの値が１
１５°および２９５°において、クランク軸の回転方向
と同じ方向に作用するトルク（加勢トルク）の最大値が
発生する。

【００６２】そこで、まずφの値が２５°の場合につい
て、図９を用いて説明する。この場合、ピストンによっ
てクランク軸に、最大の負荷トルク２１がクランク軸の
回転方向２０と反対の方向に作用する。このとき、その
負荷トルク２１を相殺し得るように磁石調整トルクをク
ランク軸に作用させる。つまり、クランク軸の回転方向
と同じ方向に作用する磁石調整トルク（加勢トルク）が
極大値となるように固定磁石を配置する。式（１０）に
より、磁石調整トルクＴａは、θの値が１３５°および
３１５°においてクランク軸の回転方向と同じ方向に作
用するトルク（加勢トルク）の極大値が発生する。本実
施の形態では、θの値が３１５°となるように２つの固
定磁石を配置する。これにより、ピストントルクＴ_L の
負荷トルクの最大値が、磁石調整トルクＴａの加勢トル
クの最大値と合成されて、ピストントルクＴ_L の負荷ト
ルクの最大値が軽減される。

【００６３】次に、φの値が１１５°の場合について図
１０を用いて説明する。この場合、ピストンによってク
ランク軸に、最大の加勢トルク２１がクランク軸の回転
方向２０と同じ方向に作用する。このとき、θの値は４
５°であり、磁石調整トルクとして、クランク軸に最大
の負荷トルク２２が発生する。その負荷トルク２２と加
勢トルク２１とが合成されて、クランク軸にかかる負荷
トルクの変動の幅が低減される。

【００６４】次に、φの値が２０５°の場合について図
１１を用いて説明する。この場合、φの値が２５°の場
合と同様であり、クランク軸には最大の負荷トルク２１
がクランク軸の回転方向２０とは反対の方向に作用す
る。このとき、θの値は１３５°であり、磁石調整トル
クとして、クランク軸に最大の加勢トルク２２が作用す
る。これら２つのトルクが合成されて、クランク軸にか
かる負荷トルクの変動の幅が低減される。

【００６５】次に、φの値が２９５°の場合について図
１２を用いて説明する。この場合、φの値が１１５°の
場合と同様であり、クランク軸には最大の加勢トルク２
１が作用する。このとき、θの値は２２５°であり、磁
石調整トルクとして、クランク軸に最大の負荷トルク２
２が作用する。その負荷トルク２２と加勢トルク２１と
が合成されて、クランク軸にかかる負荷トルクの変動の
幅が低減される。

【００６６】以上を総括して、クランク軸の回転角度に
対する各トルクの変動のグラフを図１３に示す。図１３
を参照して、Ａ１はピストントルクＴ_L の変動を示し、
Ａ２は磁石調整トルクＴａの変動を示している。ピスト
ントルクＴ_L と磁石調整トルクＴａとを合成した合成ト
ルクはＡ３となる。ピストントルクＴ_L と磁石調整トル
クＴａとを合成することによって、ピストントルクＴ_L
の変動の幅が低減されていることがわかる。

【００６７】磁石調整トルクＴａとして、ピストントル
クＴ_L の変動と同じ周期で逆位相のトルクを与えること
が望ましい。この場合には、ピストントルクＴ_L の負荷
トルク最大値が磁石調整トルクＴａの加勢トルクの最大
値と相殺され、ピストントルクＴ_L の加勢トルク最大値
が磁石調整トルクＴａの負荷トルクの最大値と相殺され
て、クランク軸にかかる実質的な負荷トルクの変動の幅
が最も低減する。

【００６８】最後に、スターリング冷凍機により冷凍を
発生させる動作について説明する。図１を参照して、ピ
ストン１１の左向きの移動によって圧縮空間３７内の作
動ガスが圧縮され、導通パイプ１７を経て膨張側シリン
ダ８内へ流入する（理想的には等温圧縮）。この作動ガ
スは、次にディスプレーサ１５内の蓄冷材１３を通過す
る。このとき、作動ガスは蓄冷材１３と熱交換を行なっ
て温度低下する（定積冷却）。冷却剤１３を通過した作
動ガスは膨張空間３１へ流入する。その後、ピストン１
１の右向きの移動によって膨張する（理想的には等温膨
張）。次に、膨張空間３１内の作動ガスが蓄冷材１３を
通過する。このとき蓄冷材１３と熱交換を行なって温度
上昇する。温度上昇した作動ガスは、導通パイプ１７を
経て再び圧縮空間３７へ流入する（定積加熱）。この一
連の動作によって膨張側シリンダ８の頭部に設けられた
コールヘッド１２が冷却される。これにより、冷凍が発
生する。

【００６９】上述したスターリング冷凍機においては、
クランク軸にかかる負荷トルクの変動の幅が抑えられ、
クランク軸に回転駆動を与えるモータを小型化すること
ができる。また、磁石の斥力によってクランク軸に磁石
調整トルクを与えるため、機械的な接触部分がなく騒音
もほとんど発生しないなお、固定磁石および回転磁石の
強さｍ_s 、ｍ_r は、式（９）および式（１０）より次の
関係、

【００７０】

【数１３】

【００７１】を満たすような強さｍ_s 、ｍ_r であれば同
様の効果を得ることができる。また、固定磁石と回転磁
石の斥力を利用したが、引力を利用しても同じ考え方で
クランク軸にかかる負荷トルクの変動の幅が低減され、
負荷トルクの平滑化が図られたスターリング冷凍機が得
られる。

【００７２】さらに、スターリング冷凍機としては、１
ピストン型のものを例に挙げたが、従来の技術の項にお
いて取り上げたような、２ピストン型のスターリング冷
凍機等へも適用することができる。

【００７３】なお、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で説明した範囲ではな
く、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でのすべての変更が含まれること
が意図される。

【００７４】

【発明の効果】本発明の１つの局面におけるガス圧縮膨
張機によれば、第１のトルクの変動の幅を低減する第２
のトルクは、第１および第２固定磁石部材と回転磁石部
材との斥力または引力によって生ずるため、機械的な接
触がなく、騒音がほとんど発生しない。その結果、騒音
を発生させずに、しかも、機械的な摩耗が生じることな
く負荷トルクの平滑化が図られたガス圧縮膨張機が得ら
れる。また、第１のトルクの変動の幅が低減するため、
クランク軸に回動駆動を与える回転駆動手段の小型化も
図られる。

【００７５】好ましくは、第２のトルクの変動の周期が
第１のトルクの変動の周期と実質的に同じであり、第２
のトルクの変動の位相が、第１のトルクの変動の位相と
実質的に逆位相である。

【００７６】この場合には、第１のトルクの極大値が第
２のトルクの極小値と合成され、第１のトルクの極小値
が第２のトルクの極大値と合成される。これにより、第
１のトルクの変動の幅が最も小さくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るスターリング冷凍機
の一断面図である。

【図２】同実施の形態におけるスターリング冷凍機の他
の断面図である。

【図３】同実施の形態において、トルクの計算を説明す
るためのスターリング冷凍機の一断面図である。

【図４】同実施の形態において、磁石調整トルクを説明
するための部分拡大図である。

【図５】同実施の形態において、磁石調整トルクを説明
するための第１の状態を示す図である。

【図６】同実施の形態において、磁石調整トルクを説明
するための第２の状態を示す図である。

【図７】同実施の形態において、磁石調整トルクを説明
するための第３の状態を示す図である。

【図８】同実施の形態において、磁石調整トルクを説明
するための第４の状態を示す図である。

【図９】同実施の形態において、クランク軸にかかるト
ルクを説明するための第１の状態を示す図である。

【図１０】同実施の形態において、クランク軸にかかる
トルクを説明するための第２の状態を示す図である。

【図１１】同実施の形態において、クランク軸にかかる
トルクを説明するための第３の状態を示す図である。

【図１２】同実施の形態において、クランク軸にかかる
トルクを説明するための第４の状態を示す図である。

【図１３】同実施の形態において、クランク軸の回転角
度に対する各トルクの変動を示すグラフである。

【図１４】従来のスターリング冷凍機の一断面図であ
る。

【図１５】図１４に示すスターリング冷凍機の部分拡大
図である。

【図１６】従来のスターリング冷凍機のクランク軸の回
転角度に対する各ピストンの変位を示すグラフである。

【図１７】従来のスターリング冷凍機のクランク軸の回
転角度に対する各トルクの変動を示すグラフである。

【符号の説明】

１ スターリング冷凍機本体ハウジング ２ａ、２ｂ 固定磁石 ３ クランク軸 ４ 回転磁石 ５ クランクアーム ６ モータ ７ クランクピン ８ 膨張側シリンダ ９ａ、９ｂ コンロッド １０ 圧縮側シリンダ １１ ピストン １２ コールヘッド １３ 蓄冷材 １５ ディスプレーサ １７ 導通パイプ ３１ 膨張空間 ３３ 蓄冷空間 ３５ 連通空間 ３７ 圧縮空間

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転駆動手段によりクランク室内のクラ
   ンク軸を回転させることによって、ピストンをシリンダ
   内部にて往復運動させ、作動ガスを圧縮および膨張させ
   るガス圧縮膨張機であって、 前記クランク軸を挟んで対向するように、前記クランク
   室の内壁に固定配置された第１固定磁石部材および第２
   固定磁石部材と、 前記第１固定磁石部材と前記第２固定磁石部材とによっ
   て挟まれた位置の前記クランク軸の近傍に配置され、前
   記クランク軸とともに回転する回転磁石部材とを備え、 前記ピストンの往復運動によって前記クランク軸にかか
   る第１のトルクの変動の幅が、前記第１固定磁石部材お
   よび前記第２固定磁石部材が前記回転磁石部材へ及ぼす
   斥力または引力によって、前記クランク軸に第２のトル
   クを与えることにより、低減された、ガス圧縮膨張機。
2. 【請求項２】 前記第２のトルクの変動の周期が、前記
   第１のトルクの変動の周期と実質的に同じであり、 前記第２のトルクの変動の位相が、前記第１のトルクの
   変動の位相と実質的に逆位相である、請求項１記載のガ
   ス圧縮膨張機。