已往，这种斯特林循环发动机，在设在壳体内的气缸的内部，插入 可滑动的活塞及排出器，用驱动机构将活塞往复驱动。上述活塞被驱动 机构驱动，在气缸内朝着接近排出器的方向移动时，形成在前述活塞与 排出器之间的压缩室内的气体被压缩，通过散热翅片、再生器、吸热翅 片，到达形成在排出器前端与壳体前端之间的膨张室，上述排出器相对 于活塞以预定的相位被推下。另一方面，当前述活塞朝着远离前述排出 器的方向移动时，上述压缩室的内部成为负压，膨张室内的气体通过吸 热翅片、再生器、散热翅片回流到压缩室，上述排出器相对于活塞以预 定的相位被推上。在这样的过程中，进行2个由等温变化和等体积变化 构成的可逆循环，膨张室附近成为低温，压缩室附近成为高温(例如见 专利文献1)。
专利文献1：日本特开2001-355513号公报(段落0002，0018)
在这样的斯特林循环发动机中，如前所述，借助将活塞往复驱动的 驱动机构，上述活塞在气缸内沿轴方向往复运动，同时，上述排出器也 从动于该活塞地在气缸内沿轴方向往复运动。这时，上述活塞和排出器 在气缸内滑动，所以，在这种斯特林循环发动机中，上述活塞、排出器 及气缸的耐磨耗性和润滑性是极重要的。为了提高这些活塞、排出器及 气缸的耐磨耗性及润滑性，如果采用润滑油，则该润滑油在斯特林循环 发动机内飞散，有时会堵住再生器，妨碍气体的流通。为此，已往是在 活塞和/或排出器的表面形成气体润滑机构，或者在上述活塞和/或排 出器的表面、或气缸的内面，形成具有自我润滑性的PTFE(四氟化乙烯 树脂；polytetrafluoroethylene)的覆盖膜。
但是，形成气体润滑机构时，必须要把斯特林循环发动机内部的气 体，持续地朝着活塞和/或排出器与气缸间的极狭小间隙喷出，形成气 膜，所以，不仅活塞和/或排出器的构造复杂化，加工麻烦，提高了成 本，而且可靠性降低。另外，形成PTFE皮膜时，虽然PTFE具有自我润 滑性，但是，由于活塞和/或排出器在气缸内滑动，所以，不仅表面的 PTFE容易被磨耗掉，而且，磨耗后的PTFE成为粉末状，有时会堵塞再 生器。

本发明的目的是使构造简单化、组装作业简略化，同时，通过提高 气缸、排出器及活塞的耐磨耗性和润滑性，提高可靠性。
解决问题的技术方案
技术方案1记载的斯特林循环发动机，其特征在于，备有壳体、同 轴状地插入该壳体内的气缸、可滑动地插入在该气缸前端侧内部的排出 器、可滑动地插入在上述气缸基端侧内部的活塞、配置在上述气缸基端 侧的外周并且使上述活塞往复驱动的驱动装置；上述气缸的内周面和上 述活塞和/或排出器外周面中的任一方，是用耐磨耗性、尺寸稳定性、 机械强度及成型性好的工程塑料形成的，而另一方上形成有用无电解电 镀形成的平滑的皮膜层，从而不需要气体润滑机构。
技术方案2记载的斯特林循环发动机，其特征在于，备有活塞、排 出器、供这些活塞和排出器可滑动地插入的气缸；上述气缸的内周面和 上述活塞和/或排出器的外周面中的任一方，是用耐磨耗性、尺寸稳定 性、机械强度及成型性好的工程塑料形成的，而另一方上形成有用无电 解电镀形成的平滑的皮膜层，从而不需要气体润滑机构。
根据技术方案1和2的构造，由于用耐磨耗性、尺寸稳定性、机械 强度及成型性好的工程塑料成型，所以，可以容易地形成具有一定耐磨 耗性、精度和强度的气缸、活塞、排出器等。
技术方案3记载的斯特林循环发动机，其特征在于，备有活塞、排 出器、供这些活塞和排出器可滑动地插入的气缸、安装在上述活塞和/ 或排出器的外面的活塞环；上述气缸的内周面和上述活塞环中的任一 方，是用耐磨耗性、尺寸稳定性、机械强度及成型性好的工程塑料形成 的，而另一方上形成有用无电解电镀形成的平滑的皮膜层，从而不需要 气体润滑机构。
根据技术方案3的构造，由于用耐磨耗性、尺寸稳定性、机械强度 及成型性好的工程塑料成型，所以，可以容易地形成具有一定耐磨耗性、 精度和强度的气缸或活塞环。
技术方案4记载的斯特林循环发动机，其特征在于，备有气缸、可 滑动地插入该气缸前端侧内部的排出器、可滑动地插入上述气缸基端侧 内部并且形成有同轴贯通孔的活塞、一端与上述排出器连接、限制该排 出器往复运动并且插入上述贯通孔的排出器杆；上述贯通孔的内周面和 上述排出器杆的外周面中的任一方，是用耐磨耗性、尺寸稳定性、机械 强度及成型性好的工程塑料形成的，而另一方上形成有用无电解电镀形 成的平滑的皮膜层，从而不需要气体润滑机构。
根据技术方案4的构造，由于用耐磨耗性、尺寸稳定性、机械强度 及成型性好的工程塑料成型，所以，能容易地形成具有一定耐磨耗性、 精度和强度的活塞或排出器杆。
技术方案5记载的斯特林循环发动机，其特征在于，备有气缸、可 滑动地插入该气缸前端侧内部的排出器、可滑动地插入上述气缸基端侧 内部并且形成有同轴贯通孔的活塞、插入上述贯通孔内的滑动接触体、 一端与上述排出器连接、限制该排出器往复运动并且插入上述贯通孔内 的滑动接触体的排出器杆；上述滑动接触体和上述排出器杆的外周面中 的任一方，是用耐磨耗性、尺寸稳定性、机械强度及成型性好的工程塑 料形成的，而另一方上形成有用无电解电镀形成的平滑的皮膜层，从而 不需要气体润滑机构。
根据技术方案5的构造，由于用耐磨耗性、尺寸稳定性、机械强度 及成型性好的工程塑料成型，所以，能容易地形成具有一定耐磨耗性、 精度和强度的滑动接触体或排出器杆。
技术方案6记载的斯特林循环发动机，其特征在于，上述工程塑料， 是混合了短纤维的纤维强化塑料。
根据技术方案6的构造，进一步提高气缸、活塞、排出器、活塞环、 排出器杆、滑动接触体等的耐磨耗性、精度和强度。
技术方案7记载的斯特林循环发动机，其特征在于，上述工程塑料 中，添加了固体润滑剂。
根据技术方案7的构造，进一步提高气缸和活塞的滑动面、排出器 与活塞环的滑动面、排出器杆与活塞和/或滑动接触体的滑动面的润滑 性。
根据技术方案1至5的发明，由于形成了具有一定耐磨耗性、精度 和强度的气缸、活塞、排出器、活塞环、排出器杆和/或滑动接触体， 所以，不仅能提高斯特林循环发动机的可靠性、耐久性及效率，而且， 可以用公知的塑料成形，容易地制造这些气缸、活塞、排出器、活塞环、 排出器杆和/或滑动接触体等。
根据技术方案6的发明，由于上述工程塑料是纤维强化塑料，所以， 更加提高气缸、活塞、排出器、活塞环、排出器杆、滑动接触体等的耐 磨耗性、精度及强度，从而进一步提高斯特林发动机的可靠性、耐久性 及效率。
根据技术方案7的发明，由于上述工程塑料中添加了固体润滑剂， 所以，提高气缸与活塞、排出器和/或活塞环的滑动面的润滑性，不需 要用于润滑的复杂机构，可以使气缸、活塞、排出器和/或活塞环的构 造简单化，使气缸、活塞、排出器和/或活塞环的加工成形容易，同时 减少零件数目，所以可提高组装性。这样，不仅能降低制造成本，而且， 气缸、活塞、排出器和/或活塞环的构造简单化，进一步提高斯特林循 环发动机的可靠性。
附图说明
图1是表示本发明第1实施形态的斯特林循环发动机的整体断面 图。
图2是表示本发明第2实施形态的斯特林循环发动机的活塞部分的 断面图。
图3是表示本发明第3实施形态的斯特林循环发动机的活塞部分的 断面图。

下面，参照附图说明本发明的第1实施形态。本实施形态中，是用 自由活塞式的斯特林制冷机来说明斯特林循环发动机的一例。下面的说 明中，“上、下”是以图1的姿势为基准。图1中，1是由略圆筒形的 圆筒部2和主筒部3构成的壳体。圆筒部2由不锈钢构成，基部4和中 间部5和前端部6构成为一体。
在圆筒部2的内部，相对于圆筒部2同轴地插入着气缸7，该气缸 7一直延伸到主筒部3的内部。在气缸7的前端部6侧，同轴状地连接 着与气缸7分体的延长气缸部7A。主筒部3侧的气缸7，通过用铝等金 属进行模铸，与后述的支架26、27及连接用臂部30一体成形。铸造后， 对气缸7的内外周等进行切削加工。在气缸7的前端侧及延长气缸部7 A 的内侧，收容着可沿轴方向滑动的排出器8。在该排出器8的前端与圆 筒部2的前端部6之间，形成膨张室E，延长气缸部7A的内外通过间隙 9连通。另外，在上述中间部5，在圆筒部2的内周与气缸7的外周之 间，设有再生器10，并且，在上述基部4，在气缸7自身上形成连通气 缸7内外的连通孔11。另外，在圆筒部2的前端部6的内周与上述延长 气缸部7A的前端外周之间，设有吸热翅片12，同时，在上述再生器10 与连通孔11之间，在圆筒部2的内周与气缸7的外周之间，设有散热 翅片13。形成了从延长气缸部7A的内部前端、通过间隙9、吸热翅片 12、再生器10、散热翅片13、连通孔11到达气缸7内的压缩室C的通 路14。另外，在主筒部3内，在气缸7的基部侧内侧，收容着可沿轴方 向滑动的活塞15。该活塞15的基端部，同轴地连接在驱动机构16上。 该驱动机构16通过连接体15A与活塞15的基端连接。该驱动机构16 由短筒状的支承体17、短筒状的永久磁铁18、环状的电磁线圈19、导 磁部20构成。短筒状的支承体17，同轴状地延设在气缸7的基端侧外 周。短筒状的永久磁铁18，固定在支承体17的前端侧内周面。环状的 电磁线圈19，接近永久磁铁18的外周。导磁部20，接近永久磁铁18 的内周。另外，在活塞15上，形成与该活塞15同轴的杆贯通孔15B， 后述的杆22插入在该杆贯通孔15B内。
在气缸7的内周面，为了提高表面硬度、提高耐磨耗性，形成了平 滑的皮膜层7B，该皮膜层7B是用锌铬酸或镍等无电解电镀形成的。另 一方面，上述活塞15和排出器8，是用耐磨耗性、尺寸稳定性、机械强 度及成型性好的工程塑料即PPS(聚苯撑亚硫酸盐；polyphenylene sulfide)一体成形的。另外，形成这些活塞15和排出器8的PPS，混 合了碳素短纤维而成为CFRP(碳素纤维强化塑料；carbon fiber reinforced plastic)，更加提高尺寸稳定性、机械强度和耐磨耗性。 另外，上述PPS，添加了二硫化钼或PTFE等的固体润滑剂，增加了润滑 性。上述活塞15和排出器8，可用公知的塑料成型法简单地制造。
另外，在把支承体17连接到活塞15上的连接体15A上，连接着用 于控制活塞15动作的第1板簧21。在上述排出器8的基端侧，连接着 用于控制排出器8动作的杆22(排出器杆)的一端，同时，在该杆22 的另一端，连接着第2板簧23。上述杆22贯穿活塞15的杆贯通孔15B。 上述杆22用比较硬质的不锈钢形成。另外，上述一对板簧21、23，在 上述主筒部3内配置在气缸7的基端侧外部，并且，第2板簧23配置 在比第1板簧21远离气缸7基端侧的位置。上述电磁线圈19卷绕在电 磁铁芯24上，该电磁铁芯24与电磁线圈19等成为一体化。
在气缸7的中间部外周面，一体地形成与该气缸7同轴状突出的支 架26，在比该支架26更靠近基端侧的位置，与气缸7一体地形成法兰 状的支架27。该一对支架26、27隔开间隔地形成，并且，支架26通过 O形环26A与圆筒部2的基部4相接，将气缸7固定在壳体1的圆筒部 2上。另一方面，支架27的一侧面27A，与主筒部3内部的安装部3A 相接，用螺丝固定在该安装部3A上。支架27另一侧面27B，与构成驱 动机构16的电磁铁芯24的一端相接。另外，固定环28与电磁铁芯24 的另一端相接，用该固定环28和支架27挟持着电磁铁芯24，并用螺丝 29固定，这样，电磁铁芯24、以及与电磁铁芯24一体化的电磁线圈19， 被固定在支架27上。另外，若干个连接用臂部30，从支架27的另一侧 面27B略平行于气缸7的轴方向地突设着。上述连接用臂部30，在基端 30A处与支架27形成为一体。在连接用臂部30的前端部，用横撑31 安装着第1板簧21，第2板簧23用螺丝32安装在该横撑31上。
图中的33是设在壳体1另一端的振动吸收单元，通过配置在气缸7 轴线上的连接部，若干个板簧34和配重35呈同轴状地重叠配置着。
因此，使支架26通过O形环26A与圆筒部2的基部4的内侧相接， 同时，使支架27的一侧面27A与主筒部3内部的安装部3A相接并用螺 丝固定在安装部3A上，这样，气缸7被固定到壳体1上。这时，由于 支架26通过O形环26A与圆筒部2的内面相接，可以将气缸7同轴地 配置在圆筒部2。另外，上述气缸7，把导磁部20安装在气缸7的基端 侧外周，同时，用固定环28和螺丝29，把构成驱动机构16的电磁线圈 19和电磁铁芯24，固定在与气缸7一体形成的支架27上。另外，把排 出器8、活塞15等组装到气缸7内，把安装在活塞15基端的连接体15A 上的第1板簧21，挟持在臂部30与横撑31之间固定，同时，把连接在 与排出器8连接着的杆22另一端上的第2板簧23，固定在横撑31的另 一端。然后，将主筒部3与圆筒部2连接，把预先组装好的振动吸收单 元33安装在主筒部3上。
在上述构造中，当交流电流过电磁线圈19时，从该电磁线圈19产 生交变磁场，在电磁铁芯24集中，借助该交变磁场，产生了使永久磁 铁18在轴方向往复运动的力。该力使得连接在固定着永久磁铁18的支 承体17上的活塞15，在气缸7内沿轴方向往复移动，因此，当活塞15 朝着接近排出器8的方向移动时，形成在活塞15与排出器8之间的压 缩室C内的气体被压缩，通过前述连通孔11、散热翅片13、再生器10、 吸热翅片12、间隙9，到达形成在排出器8前端与圆筒部2的前端6之 间的膨张室E，这样，该排出器8相对于活塞15以预定的相位差被推下。 另一方面，当活塞15朝着远离排出器8的方向移动时，上述压缩室C 的内部成为负压，膨张室内的气体从膨张室E通过间隙9、吸热翅片12、 再生器10、散热翅片13、连通孔11回流到压缩室C，这样，排出器8 相对于活塞15以预定的相位被推上。在该过程中，进行2个由等温变 化和等体积变化构成的可逆循环，这样，膨张室E的附近成为低温，压 缩室C的附近成为高温。
借助驱动装置16的电磁线圈19产生的交变磁场，产生了使永久磁 铁18在轴方向往复移动的力，该力使得与固定着永久磁铁18的支承体 17连接着的活塞15在气缸7内沿轴方向往复移动，并且，随着该活塞 15的往复移动，排出器8也以与活塞15预定的相位差往复移动。这时， 活塞15和排出器8，与气缸7的内面滑接，同时，杆22与活塞15的杆 贯通孔15B的内面滑接，由于在气缸7的内周面上形成耐磨性好的皮膜 层7B，所以，提高作为活塞15及排出器8的滑动面的、气缸7内周面 的耐磨耗性。另外，由于杆22本身也是用比较硬质的不锈钢形成，所 以，提高耐磨性，同时由于活塞15和排出器8也是用耐磨性好的PPS 一体成形，所以，可大幅度地抑制活塞15、排出器8、气缸7及杆22 的磨耗。另外，由于上述活塞15和排出器8，是用机械强度及尺寸稳定 性好的PPS形成，所以，可减小活塞15及排出器8破损的可能性。并 且，可以减小活塞15及排出器8因热膨胀与气缸7内面密接而不能动 的可能性。换言之，即使使活塞15及排出器8与气缸7的空隙更小， 活塞5和排出器8也不会因热膨胀与气缸7密接而不能动，所以，可以 减少从活塞15及排出器8与气缸7的空隙漏出的气体量，可提高斯特 林循环发动机的效率。另外，把上述PPS做成为CFRP，并且添加二硫化 钼或PTFE等的固体润滑剂，可以更加提高活塞15及排出器8的强度、 精度及耐磨耗性，并且增加润滑性。因此，气缸7与活塞15及排出器8 的滑动部位、以及杆22与活塞15的杆贯通孔15B的滑动部位的磨耗更 加被抑制，并且提高了润滑性，可提高气缸7、活塞15及排出器8的可 靠性、耐久性。另外，在用无电解电镀形成了皮膜层7B的气缸7的内 周面，只要组装PPS一体成形的活塞15及排出器8，与已往的构造相比， 气缸7、活塞15及排出器8的构造简单，成形加工容易，不需要气体润 滑机构，所以，零件数目减少，组装作业性好。另外，上述活塞15及 排出器8本身也可用公知的塑料成形方法成形，可简单地制造。
该实施形态中，是表示用PPS将活塞及排出器一体成形的例子，但 是与之相反地，也可以用上述的PPS形成气缸，另外，也可用上述PPS 覆盖住上述杆的表面。
下面，说明本发明的第2实施形态。图2是表示本发明第2实施形 态的斯特林循环发动机的活塞部分的断面图。该实施形态中，除了活塞 36以外，其余与第1实施形态相同，相同的部分注以相同标记，其详细 说明从略。该实施形态中，在活塞36的外面，沿着外周形成2个沟槽 37，用PPS形成的活塞环38嵌合在该沟槽37内。当活塞36往复移动 时，活塞环38在气缸7的内面上滑动。另外，与第1实施形态同样地， PPS是机械强度及成型性好的工程塑料，另外，混合了碳素短纤维，其 尺寸稳定性、机械强度及耐磨耗性更加提高。另外，还添加了二硫化钼 或PTFE等的固体润滑剂，增加了润滑性。
根据本实施形态，即使活塞36往复移动，由于活塞36不直接与气 缸7的内面接触，所以，活塞36不磨耗。因此，在通常的维护时，只 要更换活塞环38即可，更换容易而且成本低。另外，活塞环38本身也 是用上述的PPS形成，所以，成形容易，变形小，不容易磨耗，耐久性 好。另外，借助活塞环38自身的润滑性，也可减低气缸7的内面的磨 耗，提高该气缸7的耐久性。
另外，该实施形态中，是在活塞36的外面设置沟槽37并安装了活 塞环38，但是，也不一定要设置该沟槽37，也可以不设置沟槽37地安 装活塞环38。另外，也可以把活塞环38安装在排出器8的外面。另外， 该实施形态中，是用PPS形成上述的活塞环38，但是，也可以与之相反 地，用上述PPS形成气缸7。
下面，说明本发明的第3实施形态。图3是表示本发明第3实施形 态的斯特林循环发动机的活塞部分的断面图。该实施形态中，除了活塞 39以外，其余与第1实施形态相同，相同的部分注以相同标记，其详细 说明从略。该实施形态中，在活塞39的杆贯通孔39A内，嵌合了2个 套环40(滑动接触体)，该套环40与杆22之间滑接。该套环40由机 械强度及成型性好的工程塑料做成，并且混合了碳素短纤维，更加提高 尺寸稳定性、机械强度及耐磨耗性。并且，是用添加了二硫化钼或PTFE 等的固体润滑剂、增加了润滑性的PPS制造的。
根据本实施形态，即使活塞39和杆22相对运动，由于活塞39的 杆贯通孔39A的内面不直接接触杆22，所以，活塞39本身不磨耗。在 通常的维护时，只要更换套环40即可，而且成本低。另外，套环40本 身也是用上述的PPS形成，所以磨耗少，尺寸稳定性好，机械强度高， 润滑性好，所以，能确保长期间稳定的动作，提高耐久性。另外，由于 套环40本身的润滑性好，所以，与其滑接的杆22的磨耗也小，可提高 杆22的耐久性。
另外，该实施形态中，是用上述的PPS形成套环40，但是，与之相 反地，也可以用上述的PPS覆盖住杆22的外周面。
上面，说明了本发明的最佳实施形态，但本发明并不局限上述实施 形态，在本发明的要旨范围内，可作各种变形。例如，上述实施形态中， 是采用耐磨耗性、尺寸稳定性、机械强度及成型性好的工程塑料即PPS， 但是，也可以采用其它的工程塑料，例如可以采用POM(聚氧化甲烯： polylxymethylene)、PEEK(聚醚醚酮：poly ether ether ketone (注册商标))等。另外，上述实施形态中，是在满足上述条件的工程 塑料中，混入了碳素短纤维而成为CFRP，但是，也可以用玻璃短纤维来 代替碳素短纤维，形成为GFRP(玻璃短纤维强化塑料：glass fiber reinforced plastic)。另外，上述各实施形态中，是用采用了斯特 林循环的自由活塞式的斯特林制冷机来说明斯特林循环发动机的，但 是，也适用于其它的斯特林循环发动机，例如，自由活塞式以外的斯特 林制冷机、采用了斯特林循环的斯特林发动机。