スターリングエンジン展示

スターリングエンジン(SE)展示は、機械系二学科の学生が3Sセメスターの演習で作成するSEの展示を行う企画です。 例年は、優秀作品を展示したり、実際にバーナーで加熱して実演を行ったりしていましたが、今年はコロナ禍にあって 展示ができなくなってしまったため、Web上にてSEの写真や、製作の様子をお伝えします。

スターリングエンジンとは?

空気は、「加熱すると膨張」し、「冷却すると収縮」するという性質を持っています。 スターリングエンジンでは、高温側のシリンダと低温側のシリンダが細い管を介して繋がれていて、 高温側では、ガスバーナーなどの熱源によって加熱された空気が膨張し、 低温側では、外部の空気によって冷却された空気が収縮します。 この空気の膨張・収縮の繰り返しが、クランク軸を回転させます。

スターリングエンジン製作演習とは?

私たち機械系では、Sセメスターに、材料試験や、翼周りの流れの観察、ライントレースロボットの制御 など、授業で学んだ理論を実際に手を動かして確認する演習を行います。
その中でも、スターリングエンジンの製作は目玉と言え、機械系二学科の特徴でもある 「設計し、図面を書き、材料を加工し、組み立てるという一連の制作を自分たちで行う」 ということを代表する演習です。四人一組となり、協力してスターリングエンジンを創り上げます。

具体的な演習の様子や、工房での作業風景は、以下の動画をご覧ください。(3:18)

エンジン完成後の実演・性能計測の様子は、以下の動画をご覧ください。(5:39)

昨年の作品例

ここでは、2019年度の学生が作製したエンジンを紹介します。

▼実際に動いている動画

【製作者コメント:31班】
このエンジンは斜めの板が上下に動きながら軸を回転させる『回転斜板機構』を採用したもので、 スペース効率が良いことが特徴です。私たちはこの機構の動きの独特さを面白いと感じ、 製作をすることにしました。加工の初心者である自分たちでも作りやすいように、可能な部分は シンプルな構造を心がけたり、後から長さを調整できたりする設計を心がけました。さらに、 加工の際には、エンジンの動きに必要不可欠な斜板の部分の加工精度には気をつけて製作を行いました。 最終的に、エンジンが回った時には今までの苦労の分だけ嬉しかったです。また、 学内で最優秀設計賞をいただくことができ、よかったです。

出力:185 mW
回転数:459 rpm
重量:4.08 kg

【製作者コメント:19班】
「シンプル・イズ・ザ・ベスト」というテーマに基づき、α二気筒型という最も単純な構造にする代わりに、 丁寧に精密に作ることによって、最大出力賞という大変名誉ある賞を頂けました!

出力:6399 mW
回転数:982.6 rpm
重量:3.43 kg

本作品は、工学部11号館のHASEKO-KUMA HALLに展示されています。
HASEKO-KUMA HALL展示ページ (外部リンクが開きます)

【製作者コメント:15班】
2気筒α型のスターリングエンジンです。サイズを抑えて加工精度を高めており、密閉性や摩擦損失に気を配りました。 結果として0.95kgで2Wという出力を得ることができ、最優秀パワーウェイトレイシオ賞(重量比の出力が最大)に輝きました。 小型化にあたっては、T字クランクによるロス機構を採用し、全体がコンパクトに収まるように工夫しています。

出力:2000 mW
回転数:1206 rpm
重量:0.95 kg

本作品は、工学部11号館のHASEKO-KUMA HALLに展示されています。
HASEKO-KUMA HALL展示ページ (外部リンクが開きます)

【製作者コメント:33班】
インテリアとしての熱機関。そんなものを目指して、私たちはスターリングエンジンを作りました。 熱を運動に変換する機構は最もシンプルなものを採用したものの、その動力を用いて大きな歯車を回転させることで、 見ていて楽しいエンジンになりました。歯車は木材でできているため、鈍色のエンジン本体と相まってレトロな 雰囲気を醸し出します。さらに歯車には、レーザー加工機を用いてある有名なキャラクターのモチーフを掘っており、 一層可愛らしさが引き立っております。

出力:893 mW
回転数:785 rpm
重量:2.32 kg

【製作者コメント:4班】
私たちのスターリングエンジンは、星形4気筒で、出力をできるだけ大きくすることを目標 として作成しました。軽量化のために高温部と低温部の部品がそれぞれ一体化しているところと 、コンロッドの長さが調節できるところが特徴となっています。 また、写真からも分かるように、空気管であるパイプが曲がってることや、 ホーニングパイプ(写真手前の低温部)がくびれた形に削られていることで、 見た目もかっこいいところが魅力です。

出力:1206 mW
回転数:820 rpm
重量:4.2 kg

機械系ではこのように、ただの材料から、自分の好きな機械を創り出す経験ができます。 もの作りが好き、あるいは、現実世界にものを生み出したいという人には、ピッタリの学科でしょう!
この機械設計・製作の経験は、何も鉄・アルミ・黄銅に限った話ではありません。「もの作りは楽しそうだけど、金属加工ばかりなのはちょっと...」という方は、 ぜひ下のリンクから、「自主プロ・メカトロ・IoT展示」を覗いてみてください!

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