(57)【要約】【課題】長期間安定に使用することが可能な蓄冷器式冷凍機。【解決手段】  圧縮機、一端に膨脹空間が設けられたシリンダ、および圧縮機とシリンダの間に設けられ、作動流体が圧縮機から膨脹空間の方に流れるように形成された第１の流路と、作動流体が膨脹空間から圧縮機の方に流れるように形成された第２の流路とを切り替えるロータリバルブを有し、膨脹空間での作動流体の膨脹により、シリンダ内に寒冷を発生させる蓄冷式冷凍機において、ロータリバルブは、第１の平坦面を有するバルブ本体と、第１の平坦面と面接触する第２の平坦面を有し、第１および第２の平坦面が面接触した状態で回転するバルブプレートとを備え、第１および第２の平坦面の一方は、算術平均粗さが０．１μｍ〜０．９μｍの範囲にあり、金属添加カーボン膜を有し、第１および第２の平坦面の他方は、樹脂を有する。【選択図】図３
2010271029.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体を圧縮する圧縮機、
圧縮された作動流体が供給されるシリンダであって、内部に蓄冷材を有し、一端に膨脹空間が設けられたシリンダ、および
前記圧縮機とシリンダの間に設けられたロータリバルブであって、作動流体が前記圧縮機から前記膨脹空間の方に流れるように形成された第１の流路と、作動流体が前記膨脹空間から前記圧縮機の方に流れるように形成された第２の流路とを切り替えるロータリバルブ、
を有し、前記膨脹空間での作動流体の膨脹により、前記シリンダ内に寒冷を発生させる蓄冷式冷凍機であって、
前記ロータリバルブは、
第１の平坦面を有するバルブ本体と、
前記第１の平坦面と面接触する第２の平坦面を有し、前記第１および第２の平坦面が面接触した状態で回転するバルブプレートと、
を備え、
前記第１および第２の平坦面の一方は、算術平均粗さＲａが０．１μｍ〜０．９μｍの範囲にあり、金属添加カーボン膜を有し、
前記第１および第２の平坦面の他方は、樹脂を有することを特徴とする蓄冷式冷凍機。
【請求項２】
前記金属添加カーボン膜は、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、シリコン（Ｓｉ）、およびモリブデン（Ｍｏ）の少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１に記載の蓄冷式冷凍機。
【請求項３】
前記第１および第２の平坦面の前記一方は、前記金属添加カーボン膜の下側に、ニッケル（Ｎｉ）膜、クロム（Ｃｒ）膜、および窒化クロム（ＣｒＮ）膜のうちの少なくとも一つを有することを特徴とする請求項１または２に記載の蓄冷式冷凍機。
【請求項４】
前記第１および第２の平坦面の前記一方は、母材としてアルミニウム金属またはアルミニウム合金を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載の蓄冷式冷凍機。
【請求項５】
前記樹脂は、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、全芳香族ポリエステル（エコトール）、および／またはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載の蓄冷式冷凍機。
【請求項６】
当該蓄冷式冷凍機は、ＧＭ冷凍機、パルスチューブ冷凍機、またはソルベ冷凍機であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに蓄冷式冷凍機。
【請求項７】
作動流体を圧縮する圧縮機、
圧縮された作動流体が供給されるシリンダであって、内部に蓄冷材を有し、一端に膨脹空間が設けられたシリンダ、および
前記圧縮機とシリンダの間に設けられたロータリバルブであって、作動流体が前記圧縮機から前記膨脹空間の方に流れるように形成された第１の流路と、作動流体が前記膨脹空間から前記圧縮機の方に流れるように形成された第２の流路とを切り替えるロータリバルブ、
を有し、前記膨脹空間での作動流体の膨脹により、前記シリンダ内に寒冷を発生させる蓄冷式冷凍機であって、
前記ロータリバルブは、
第１の平坦面を有するバルブ本体と、
前記第１の平坦面と面接触する第２の平坦面を有し、前記第１および第２の平坦面が面接触した状態で回転するバルブプレートと、
を備え、
前記第１および第２の平坦面の一方は、算術平均粗さＲａが０．１μｍ〜０．９μｍの範囲にあり、母材としてアルミニウム金属またはアルミニウム合金を有し、
前記第１および第２の平坦面の他方は、樹脂を有することを特徴とする蓄冷式冷凍機。
【請求項８】
前記母材としてアルミニウム金属またはアルミニウム合金を有する前記平坦面は、アルマイト処理されていることを特徴とする請求項７に記載の蓄冷式冷凍機。
【請求項９】
第１の平坦面を有するバルブ本体と、
前記第１の平坦面と面接触する第２の平坦面を有し、前記第１および第２の平坦面が面接触した状態で回転するバルブプレートと、
を備える、蓄冷式冷凍機用ロータリバルブの製造方法であって、
前記バルブ本体をアルミニウム金属もしくはアルミニウム合金で構成し、前記バルブプレートを樹脂で構成するステップ、または前記バルブ本体を樹脂で構成し、前記バルブプレートをアルミニウム金属もしくはアルミニウム合金で構成するステップと、
前記アルミニウム金属もしくはアルミニウム合金の表面をアルマイト処理するステップと、
前記アルマイト処理された表面を、ショットピーニング処理し、算術平均粗さＲａが０．１μｍ〜０．９μｍの範囲にある平坦面を形成するステップと、
を有することを特徴とする製造方法。
【請求項１０】
作動流体を圧縮する圧縮機、
圧縮された作動流体が供給されるシリンダであって、内部に蓄冷材を有し、一端に膨脹空間が設けられたシリンダ、および
前記圧縮機とシリンダの間に設けられたロータリバルブであって、作動流体が前記圧縮機から前記膨脹空間の方に流れるように形成された第１の流路と、作動流体が前記膨脹空間から前記圧縮機の方に流れるように形成された第２の流路とを切り替えるロータリバルブ、
を有し、前記膨脹空間での作動流体の膨脹により、前記シリンダ内に寒冷を発生させる蓄冷式冷凍機の製造方法であって、
前記ロータリバルブは、
第１の平坦面を有するバルブ本体と、
前記第１の平坦面と面接触する第２の平坦面を有し、前記第１および第２の平坦面が面接触した状態で回転するバルブプレートと、
を備え、
前記ロータリバルブは、請求項９に記載の製造方法により製造されることを特徴とする蓄冷式冷凍機の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍機に関し、特にロータリバルブを用いてシリンダへの作動流体の供給、およびシリンダからの作動流体の排出を切り換えることの可能な蓄冷式冷凍機に関する。
【背景技術】
【０００２】
これまで、極低温を発生することの可能な冷凍機として、ギフォード・マクマホン（ＧＭ）冷凍機が知られている。ＧＭ冷凍機は、シリンダ内を往復動するディスプレーサによる空間の体積変化を利用して、ギフォード・マクマホン冷凍サイクルに基づいて冷却効果を得る冷凍機である。
【０００３】
ＧＭ冷凍機では、高圧の作動流体（例えばヘリウムガス）をシリンダ内に供給し、この作動流体をシリンダ内で断熱膨張させることにより、極低温を発生させている。この極低温となった作動流体は、周囲から熱を吸収するとともに、シリンダ内に設置された蓄冷材と熱交換して、室温まで昇温され、その後シリンダから排出される。これによりシリンダ内は、極低温に維持され、シリンダと熱的に接続された冷却対象が冷却される。シリンダから排出された作動流体は、圧縮機において圧縮され、高圧の作動流体となる。その後、この高圧の作動流体は、再びシリンダの方に供給される。
【０００４】
このような作動流体のシリンダへの供給およびシリンダからの排出を行うため、通常の場合、ＧＭ冷凍機は、ロータリバルブのような切り替えバルブを有する。
【０００５】
ロータリバルブは、円筒状の回転体であるバルブプレートと、静止状態にあるバルブ本体とを備える。バルブプレートを回転させた状態で、バルブプレートの平坦面（摺動面）をバルブ本体の平坦面（摺動面）に押し付けた際、両摺動面の相対位置が所定の関係になると、圧縮機からシリンダまでの作動流体の供給流路が形成される。また、両摺動面の相対位置が別の所定の関係になると、シリンダから圧縮機への作動流体の排出流路が形成される。従って、ロータリバルブは、バルブプレートを１回転させることにより作動流体の流路を交互に切り換えることができる。
【０００６】
このようなロータリバルブのバルブプレートとバルブ本体の摺動面の組み合わせとして、従来より、金属と樹脂の組み合わせが使用されている。
【０００７】
通常、金属としては、アルミニウムまたはその合金が使用される。ただし、一般に、アルミニウムおよびその合金は、比較的硬度が低いため、ロータリバルブの摺動面に使用される場合、この摺動面は、予めアルマイト処理により表面改質され、その後、研磨仕上げされる。また、摺動面の耐摩耗性を向上するため、摺動面に、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）からなる薄膜をコーティングする技術が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−２８０７２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前述のようなアルミニウム合金（アルマイト処理）／樹脂の組み合わせでは、摺動面は、摩耗によって劣化し易く、比較的短い間隔で、メンテナンスや部品の交換を行わなければならないという問題がある。
【００１０】
また、摺動面にＤＬＣをコーティングした場合、コーティング施工面自身の摩耗の程度は、幾分抑制されるものの、このコーティング面と面接触する相手側の摺動面においては、依然として、摩耗による劣化が生じやすい状態が残る。従って、この方法は、問題の根本的な対策とはならない。
【００１１】
本発明は、このような問題に鑑みなされたものであり、摺動部の摩耗による劣化が有意に抑制され、長期間安定に使用することが可能なロータリバルブを有する蓄冷器式冷凍機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明では、
作動流体を圧縮する圧縮機、
圧縮された作動流体が供給されるシリンダであって、内部に蓄冷材を有し、一端に膨脹空間が設けられたシリンダ、および
前記圧縮機とシリンダの間に設けられたロータリバルブであって、作動流体が前記圧縮機から前記膨脹空間の方に流れるように形成された第１の流路と、作動流体が前記膨脹空間から前記圧縮機の方に流れるように形成された第２の流路とを切り替えるロータリバルブ、
を有し、前記膨脹空間での作動流体の膨脹により、前記シリンダ内に寒冷を発生させる蓄冷式冷凍機であって、
前記ロータリバルブは、
第１の平坦面を有するバルブ本体と、
前記第１の平坦面と面接触する第２の平坦面を有し、前記第１および第２の平坦面が面接触した状態で回転するバルブプレートと、
を備え、
前記第１および第２の平坦面の一方は、算術平均粗さＲａが０．１μｍ〜０．９μｍの範囲にあり、金属添加カーボン膜を有し、
前記第１および第２の平坦面の他方は、樹脂を有することを特徴とする蓄冷式冷凍機が提供される。
【００１３】
なお、本願において、「蓄冷式冷凍機」とは、ＧＭ冷凍機、パルスチューブ冷凍機、およびソルベ冷凍機のような、蓄冷材を含むシリンダに流入した作動流体が断熱膨脹することにより、シリンダ内で寒冷が発生する機構を有する冷凍機全般を意味する。
【００１４】
ここで、本発明による蓄冷式冷凍機において、前記金属添加カーボン膜は、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、シリコン（Ｓｉ）、およびモリブデン（Ｍｏ）の少なくとも一つを含んでも良い。
【００１５】
また、本発明による蓄冷式冷凍機において、前記第１および第２の平坦面の前記一方は、前記金属添加カーボン膜の下側に、ニッケル（Ｎｉ）膜、クロム（Ｃｒ）膜、および窒化クロム（ＣｒＮ）膜のうちの少なくとも一つを有しても良い。
【００１６】
また、本発明による蓄冷式冷凍機において、前記第１および第２の平坦面の前記一方は、母材としてアルミニウム金属またはアルミニウム合金を有しても良い。
【００１７】
また、本発明による蓄冷式冷凍機において、前記樹脂は、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、全芳香族ポリエステル（エコトール）、および／またはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を含んでも良い。
【００１８】
また、本発明において、当該蓄冷式冷凍機は、ＧＭ冷凍機、パルスチューブ冷凍機、またはソルベ冷凍機であっても良い。
【００１９】
さらに、本発明では、
作動流体を圧縮する圧縮機、
圧縮された作動流体が供給されるシリンダであって、内部に蓄冷材を有し、一端に膨脹空間が設けられたシリンダ、および
前記圧縮機とシリンダの間に設けられたロータリバルブであって、作動流体が前記圧縮機から前記膨脹空間の方に流れるように形成された第１の流路と、作動流体が前記膨脹空間から前記圧縮機の方に流れるように形成された第２の流路とを切り替えるロータリバルブ、
を有し、前記膨脹空間での作動流体の膨脹により、前記シリンダ内に寒冷を発生させる蓄冷式冷凍機であって、
前記ロータリバルブは、
第１の平坦面を有するバルブ本体と、
前記第１の平坦面と面接触する第２の平坦面を有し、前記第１および第２の平坦面が面接触した状態で回転するバルブプレートと、
を備え、
前記第１および第２の平坦面の一方は、算術平均粗さＲａが０．１μｍ〜０．９μｍの範囲にあり、母材としてアルミニウム金属またはアルミニウム合金を有し、
前記第１および第２の平坦面の他方は、樹脂を有することを特徴とする蓄冷式冷凍機が提供される。
【００２０】
ここで、前記母材としてアルミニウム金属またはアルミニウム合金を有する前記平坦面は、アルマイト処理されていても良い。
【００２１】
さらに、本発明では、
第１の平坦面を有するバルブ本体と、
前記第１の平坦面と面接触する第２の平坦面を有し、前記第１および第２の平坦面が面接触した状態で回転するバルブプレートと、
を備える、蓄冷式冷凍機用ロータリバルブの製造方法であって、
前記バルブ本体をアルミニウム金属もしくはアルミニウム合金で構成し、前記バルブプレートを樹脂で構成するステップ、または前記バルブ本体を樹脂で構成し、前記バルブプレートをアルミニウム金属もしくはアルミニウム合金で構成するステップと、
前記アルミニウム金属もしくはアルミニウム合金の表面をアルマイト処理するステップと、
前記アルマイト処理された表面を、ショットピーニング処理し、算術平均粗さＲａが０．１μｍ〜０．９μｍの範囲にある平坦面を形成するステップと、
を有することを特徴とする製造方法が提供される。
【００２２】
さらに、本発明では、
作動流体を圧縮する圧縮機、
圧縮された作動流体が供給されるシリンダであって、内部に蓄冷材を有し、一端に膨脹空間が設けられたシリンダ、および
前記圧縮機とシリンダの間に設けられたロータリバルブであって、作動流体が前記圧縮機から前記膨脹空間の方に流れるように形成された第１の流路と、作動流体が前記膨脹空間から前記圧縮機の方に流れるように形成された第２の流路とを切り替えるロータリバルブ、
を有し、前記膨脹空間での作動流体の膨脹により、前記シリンダ内に寒冷を発生させる蓄冷式冷凍機の製造方法であって、
前記ロータリバルブは、
第１の平坦面を有するバルブ本体と、
前記第１の平坦面と面接触する第２の平坦面を有し、前記第１および第２の平坦面が面接触した状態で回転するバルブプレートと、
を備え、
前記ロータリバルブは、前述の製造方法により製造されることを特徴とする蓄冷式冷凍機の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００２３】
本発明では、摺動部の摩耗による劣化が有意に抑制され、長期間安定に使用することが可能なロータリバルブを有する蓄冷器式冷凍機が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明によるＧＭ冷凍機の一例を模式的に示した断面図である。
【図２】本発明によるロータリバルブの分解斜視図である。
【図３】アルミニウム合金製バルブプレートの平坦面の算術平均粗さＲａと、樹脂製バルブ本体の平坦面の摩耗量の間の関係を示すグラフである。
【図４】例１におけるアルマイト処理後のアルミニウム合金の表面状態を示した図である。
【図５】例２におけるショットピーニング後のアルミニウム合金の表面状態を示した図である。
【図６】例２におけるタングステンを含むカーボン膜を設置した後のアルミニウム合金の表面状態を示した図である。
【図７】例１のディスクと樹脂リングとの界面に生じる摩擦係数の経時変化を示すグラフである。
【図８】例２のディスクと樹脂リングとの界面に生じる摩擦係数の経時変化を示すグラフである。
【図９】例３におけるショットピーニング後のアルミニウム合金の表面状態を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して、本発明の冷凍機について詳しく説明する。
【００２６】
図１には、本発明のギフォード・マクマホン（ＧＭ）冷凍機の断面図の一例を模式的に示す。
【００２７】
本発明によるＧＭ冷凍機１００は、ガス圧縮機１０１とコールドヘッド１０２とを有する。コールドヘッド１０２は、ハウジング部１２３とシリンダ部１１０とを有する。
【００２８】
ガス圧縮機１０１は、吸気口１０１ａから作動流体を吸い込み、圧縮して、吐出口１０１ｂから高圧の作動流体を吐出する。作動流体として、通常はヘリウムガスが使用される。
【００２９】
シリンダ部１１０は、第１段シリンダ１１０ａおよび第２段シリンダ１１０ｂの２段構成となっており、第２段シリンダ１１０ｂは、第１段シリンダ１１０ａよりも径が細くなっている。両シリンダ１１０ａおよび１１０ｂ内には、それぞれ、ディスプレーサ１０３ａおよび１０３ｂが、両シリンダの軸方向に往復運動可能に挿入されている。ディスプレーサ１０３ａおよび１０３ｂは、相互に連結されている。また、ディスプレーサ１０３ａおよび１０３ｂ内には、それぞれ蓄冷材１０４および１０５が充填されたガス流路が形成されている。
【００３０】
第１段シリンダ１１０ａの、第２段シリンダ１１０ｂの側の端部には、第１段膨張室１１１が形成されており、他方の端部には、上部室１１３が形成されている。第２段シリンダ１１０ｂの、第１段シリンダ１１０ａの側とは反対側の端部には、第２段膨張室１１２が形成されている。
【００３１】
上部室１１３は、ディスプレーサ１０３ａの上端に設けられたガス流路Ｌ１、ディスプレーサ１０３ａ内の蓄冷材１０４が充填されているガス流路、およびディスプレーサ１０３ａの下端に設けられたガス流路Ｌ２を介して、第１段膨張室１１１と連通されている。一方、第１段膨張室１１１は、ディスプレーサ１０３ｂの上端に設けられたガス流路Ｌ３、ディスプレーサ１０３ｂ内の蓄冷材１０５が充填されているガス流路、およびディスプレーサ１０３ｂの下端に設けられたガス流路Ｌ４を介して、第２段膨張室１１２と連通されている。
【００３２】
第１段シリンダ１１０ａの外周面のうち、第１段膨張室１１１に対応する位置には、熱伝導性部材で形成された第１段冷却ステージ１０６が取り付けられている。また、第２段シリンダ１１０ｂの外周面のうち、第２段膨張室１１２に対応する位置には、熱伝導性部材で形成された第２段冷却ステージ１０７が取り付けられている。
【００３３】
第１段ディスプレーサ１０３ａの外周面のうち、上部室１１３側の端部近傍には、シール機構１５０が配置されている。シール機構１５０により、ディスプレーサ１０３ａの外周面と第１段シリンダ１１０ａの内周面との間のクリアランスがシールされる。
【００３４】
第１段ディスプレーサ１０３ａには、スコッチヨーク１２２が連結されており、このスコッチヨーク１２２は、第１段シリンダ１１０ａの外方（図１では上方）まで延在している。スコッチヨーク１２２は、ハウジング１２４に固定された摺動軸受１１７ａおよび１１７ｂにより、ディスプレーサ１０３ａ、１０３ｂの軸方向に移動可能に支持されている。摺動軸受１１７ｂでは、摺動部の気密性が維持されており、このためハウジング１２４内の空間と上部室１１３とが隔離されている。ハウジング１２４内には、モータ１１５が収容されており、このモータ１１５の回転運動は、クランク１１４およびスコッチヨーク１２２を介して、ディスプレーサ１０３ａに伝達される。また、これにより、ディスプレーサ１０３ａ、１０３ｂが往復駆動される。
【００３５】
作動流体の流路において、圧縮機１の吸気口１０１ａおよび吐出口１０１ｂと、上部室１１３との間には、ロータリバルブ１５５が配置されている。ロータリバルブ１５５は、作動流体の流路を切り換え、ガス圧縮機１０１の吐出口１０１ｂから吐出された作動流体を上部室１１３内に導き、あるいは上部室１１３内の作動流体をガス圧縮機１０１の吸気口１０１ａに導く役割を有する。
【００３６】
ロータリバルブ１５５は、バルブ本体１６１およびバルブプレート１７１を有する。バルブプレート１７１は、回転軸受１１６により、ハウジング１２４内に回転可能に支持されている。スコッチヨーク１２２を駆動するクランク１１４の偏心ピン１１４ａが回転軸を中心として公転することにより、バルブプレート１７１が回転する。バルブ本体１６１は、コイルバネ１２０により、バルブプレート１７１に押し付けられている。ただし、バルブ本体１６１は、ピン１１９により、回転しないように拘束されている。
【００３７】
図２には、ロータリバルブ１５５の分解斜視図を示す。
【００３８】
円柱状のバルブ本体１６１は、平坦面１６５ａを有する。また、円柱状のバルブ本体１６１には、ガス流路１６５ｂが形成されており、このガス流路１６５ｂは、バルブ本体１６１の中心軸に沿って、バルブ本体１６１を貫通している。ガス流路１６５ｂの一端は、平坦面１６５ａに開口している。ガス流路１６５ｂの他端は、図１に示したガス圧縮機１０１の吐出口１０１ｂと接続される。
【００３９】
また、バルブ本体１６１の平坦面１６５ａには、バルブ本体１６１の中心軸を中心とした円弧に沿うように、溝１６５ｃが形成されている。溝１６５ｃの端部１６５ｄは、バルブ本体１６１の内部に、Ｌ字型形状に形成されたガス流路１６５ｅの一端と接続されている。またガス流路１６５ｅの他端は、バルブ本体１６１の外周面に開口しており、ガス流路１６５ｅは、この開口を介して、図１に示したガス流路１２１を経由して、上部室１１３まで連通されている。
【００４０】
一方、バルブプレート１７１は、バルブ本体１６１の平坦面１６５ａと面接触する平坦面１７５ａを有する。この平坦面１７５ａには、溝１７５ｄが形成されている。溝１７５ｄは、平坦面１７５ａの中心から平坦面１７５ａの半径方向に沿って延伸している。従って、バルブプレート１７１が回転し、溝１７５ｄの外周側の端部が、バルブ本体１６１の平坦面１６５ａの溝１６５ｃと部分的に重なった時、ガス流路１６５ｂとガス流路１６５ｅとが、溝１７５ｄを介して連通するようになる。
【００４１】
また、平坦面１７５ａには、バルブプレート１７１の回転軸方向に沿って、ガス流路１７５ｂが形成されており、ガス流路１７５ｂは、バルブプレート１７１を軸方向に貫通している。ガス流路１７５ｂは、平坦面１７５ａ内の半径方向に関して、バルブ本体１６１の平坦面１６５ａに形成された溝１６５ｃとほぼ同じ位置に開口されている。ガス流路１７５ｂの他端は、図１に示したハウジング１２４内の空洞を介してガス圧縮機１０１の吸気口１０１ａに接続されている。従って、バルブプレート１７１が回転し、ガス流路１７５ｂの開口部が、バルブ本体１６１の溝１６５ｃと部分的に重なった場合、ガス流路１６５ｅとガス流路１７５ｂとが連通される。また、これにより、上部室１１３は、ガス流路１２１〜ガス流路１６５ｅ〜ガス流路１７５ｂを介して、ガス圧縮機１０１の吸気口１０１ａまで連通される。
【００４２】
次に、このようなＧＭ冷凍機１００を用いて冷却対象を冷却する方法について、簡単に説明する。
【００４３】
ＧＭ冷凍機１００の作動の際、ロータリバルブ１５５のバルブ本体１６１の平坦面１６５ａとバルブプレート１７１の平坦面１７５ａとは、面接触され、バルブプレート１７１の平坦面１７５ａは、回転した状態で、バルブ本体１６１の平坦面１６５ａに押し付けられる。
【００４４】
この際、ガス流路１６５ｂとガス流路１６５ｅとが、溝１７５ｄを介して連通されると、ガス圧縮機１０１から上部室１１３内に、作動流体が送り込まれる。一方、ガス流路１６５ｅとガス流路１７５ｂとが連通されると、上部室１１３内の作動流体がガス圧縮機１０１に回収される。従って、バルブプレート１７１を回転させることにより、上部室１１３への作動流体の導入と、上部室１１３からの作動流体の回収を繰り返し行うことができる。
【００４５】
ここで、再度図１を参照すると、ＧＭ冷凍機の作動の際、モータ１１５が駆動すると、クランク１１４が回転し、これによりスコッチヨーク１２２が上下方向に往復運動する。また、これにより、スコッチヨーク１２２と連結された第１段ディスプレーサ１０３ａ、さらには第２段ディスプレーサ１０３ｂが上下方向に往復運動する。
【００４６】
ディスプレーサ１０３ａ、１０３ｂが上部室１１３側へ移動すると、上部室１１３の容積が減少し、第１段および第２段の膨張室１１１および１１２の容積が増加する。一方、ディスプレーサ１０３ａ、１０３ｂが反対向きに移動すると、容積の増減が逆転する。特に、膨張室１１１および１１２の容積が増加すると、作動流体が断熱膨脹し、膨張室内部に寒冷が発生する。また、上部室１１３、膨張室１１１および１１２の容積の変動に伴い、作動流体は、ガス流路Ｌ１〜 Ｌ４を通って移動する。この際に、低温の作動流体と、蓄冷材１０４および１０５との間で、熱交換が行われる。
【００４７】
前述のような作動流体の導入および回収の繰り返しと、ディスプレーサ１０３ａおよび１０３ｂの往復駆動とは、ともにクランク１１４の回転に同期する。従って、作動流体の導入と回収の繰り返しの位相と、ディスプレーサ１０３ａおよび１０３ｂの往復駆動の位相とを適正に調節することにより、第１段膨張室１１１および第２段膨張室１１２内で、継続的に寒冷を発生させることができる。またこれにより、第１段冷却ステージ１０６および第２段冷却ステージ１０７に取り付けられた冷却対象（図示されていない）を、冷却することができる。
【００４８】
このようなロータリバルブ１５５のバルブ本体１６１の平坦面１６５ａとバルブプレート１７１の平坦面１７５ａの材料組としては、従来より、樹脂と非磁性体金属の組み合わせが使用されている。非磁性体金属を使用するのは、磁性を有する金属を使用した場合、ロータリバルブ１５５がＧＭ冷凍機１００およびこれに接続される冷却対象の動作に悪影響を及ぼすおそれがあるからである（特に、冷却対象は、超伝導装置など、磁気特性を利用した装置である場合が多い）。
【００４９】
通常、非磁性体金属としては、アルミニウムまたはその合金が使用され、樹脂としては、四フッ化エチレン（例えば、ＮＴＮ社製のベアリーＦＬ３０００）が使用される。なお、一般に、アルミニウムおよびその合金は、比較的硬度が低いため、ロータリバルブの摺動面（平坦面１６５ａまたは１７５ａ）に使用される場合、この摺動面は、予めアルマイト処理により表面改質される。また、アルマイト処理された表面は、その後、研磨仕上げされ、最終的に平滑な平坦面が得られる。従来の場合、この方法により最終的に得られる摺動面の算術平均粗さＲａは、０．１μｍ未満である。
【００５０】
この他、平坦面の耐摩耗性を向上するため、金属側の平坦面に、さらにダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）からなる薄膜をコーティングする技術も提案されている。
【００５１】
しかしながら、前述のような樹脂／アルミニウム合金（アルマイト処理）の組み合わせでは、バルブ本体およびバルブプレートの両平坦面は、相互の摩耗によって、比較的短時間で劣化、損耗されるという問題がある。これは、ロータリバルブの寿命、さらにはＧＭ冷凍機全体の寿命が短くなるという問題につながり得る。また、比較的短い間隔で、ロータリバルブのメンテナンスや部品の交換を行わなければならないという問題が生じ得る。
【００５２】
また、例えば、アルミニウム合金側の平坦面にＤＬＣをコーティングした場合、平坦面自身の摩耗の程度は、幾分抑制されるものの、この平坦面（例えば、図２の平坦面１７５ａ）と面接触する相手側の平坦面（例えば、図２の平坦面１６５ａ）は、依然として、摩耗による劣化が生じやすい状況にある。従って、この方法は、問題の根本的な対策とはならない。
【００５３】
一方、本発明では、一方の平坦面（例えば、バルブプレート１７１の平坦面１７５ａ）の算術平均表面粗さＲａが０．１μｍ〜０．９μｍの範囲にあり、この平坦面には、金属添加カーボン膜が設置されているという特徴を有する。
【００５４】
以下、この特徴に含まれる思想およびその効果について説明する。なお、以下の説明では、バルブプレート１７１の平坦面１７５ａが前述の構成を有する平坦面（すなわち、算術平均表面粗さＲａが０．１μｍ〜０．９μｍの範囲にあり、金属添加カーボン膜が設置されている平坦面）である場合を例に、本発明の効果を説明する。
【００５５】
（１）本発明は、バルブプレート１７１の平坦面１７５ａの算術平均表面粗さＲａ（以下、単に「Ｒａ」という）が０．１μｍ〜０．９μｍの範囲にあるという特徴を有する。
【００５６】
これまで、金属側の平坦面のＲａは、できるだけ小さくすることが好ましいと考えられてきた。これは、金属側の平坦面のＲａが大きくなると、面接触する相手側の樹脂製平坦面が金属側の平坦面の凸部により、摩耗される危険性が高くなるためである。また、相手側の樹脂製平坦面を摩耗する際に、金属側の平坦面自身も、摩耗により損耗してしまう。従来のバルブプレートにおいて、アルマイト処理後の平坦面を、最終的に研磨処理して平滑に仕上げていたのも、このためである。従来の金属側の平坦面において、最終仕上げ後のＲａは、最大でも０．１０μｍ未満の範囲に抑制されていた。
【００５７】
これに対して、本発明では、バルブプレート１７１の平坦面１７５ａのＲａは、０．１μｍ以上となっており、従来の考えとは全く逆の思想を利用している。これは、バルブプレート１７１の平坦面１７５ａのＲａが０．１μｍ未満の領域では、Ｒａが小さくなるほど、相手側のバルブ本体１６１の平坦面１６５ａの摩耗量が上昇するという、本願発明者らによって初めて得られた実験結果に基づくものである。
【００５８】
図３には、本願発明者らによって測定された、バルブプレート１７１の平坦面１７５ａのＲａと、バルブ本体１６１の平坦面１６５ａの摩耗量の関係を示す。この実験に用いた平坦面１７５ａは、アルマイト処理後に最終研磨処理されたアルミニウム合金で構成されている。また、平坦面１６５ａは、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、全芳香族ポリエステル（エコトール）、およびポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の３種類の材料で構成されている。バルブプレート１７１の回転数は、１３５ｒｐｍとし、実験時間は、１６７時間とした。
【００５９】
この図から、驚くべきことに、Ｒａが０．１μｍ未満の範囲では、Ｒａが小さくなるほど、バルブ本体１６１の平坦面１６５ａの摩耗量が上昇することがわかる。なお、このような挙動が得られる詳細な理由については、今のところ不明であるが、表面が平滑になりすぎると、平坦面１６５ａおよび１７５ａの両摺動面同士の間で、吸着が生じ易くなり、すべりが逆に悪くなる（すなわち、摩擦が大きくなる）ためであると考えられる。また、平坦面１７５ａが平滑になりすぎると、エッジ状の（鋭利に尖った）凸部が相対的に強調され、この凸部によって、相対する平坦面１７５ａに鋭い「ひっかき損傷」が生じ易くなることも原因として予想される。
【００６０】
一方、図３から明らかなように、平坦面１７５ａのＲａが０．１μｍ以上の場合、Ｒａが増加しても、バルブ本体１６１の平坦面１６５ａの摩耗量は、ほとんど変化しない。これは、Ｒａが０．１μｍ以上の場合、Ｒａが０．１μｍ未満の場合に比べて、平坦面１６５ａ、１７５ａ同士の間のすべりがより滑らかになるためであると考えられる。また、平坦面１７５ａにおいて、エッジ状の凸部が相対的に目立たなくなり、相対する平坦面１６５ａに鋭い「ひっかき損傷」が生じ難くなる結果、平坦面１６５ａの摩耗量があまり増加しないことも考えられる。
【００６１】
いずれにしても、この結果から、摩耗量を抑制することを目的として、Ｒａをできる限り抑制する方向（例えばＲａ＜０．１μｍ）で表面の調整を行っていた従来の方法では、バルブ本体１６１の平坦面１６５ａの摩耗量を逆に高める可能性が高いことがわかる。
【００６２】
逆に、バルブプレート１７１の平坦面１７５ａのＲａを０．１μｍ以上とすることにより、バルブ本体１６１の平坦面１６５ａの摩耗量を、従来に比べて抑制することが可能になる。
【００６３】
なお、本発明において、バルブプレート１７１の平坦面１７５ａのＲａの上限は、０．９μｍである。これは、図３から明らかなように、バルブプレート１７１の平坦面１７５ａのＲａが０．９μｍを超えると、バルブ本体１６１の平坦面１６５ａの摩耗量が再度上昇し始めるためである。この挙動の原因としては、平坦面１７５ａのＲａが０．９μｍを超えるまで大きくなると、従来から予想されていたように、平坦面１７５ａの凸部による平坦面１６５ａの損傷が、より顕著になるためであると考えられる。
【００６４】
以上のことから、本発明では、金属側の平坦面１７５ａのＲａは、０．１μｍ〜０．９μｍの範囲に調整される。
【００６５】
なお、このようなＲａの範囲を有する表面は、例えば粒径が１０〜２００μｍの範囲のセラミック粒子によるショットピーニング処理などの適用により、容易に得ることができる。
【００６６】
（２）本発明では、バルブプレート１７１の平坦面１７５ａには、「金属添加カーボン膜」が設置されている。
【００６７】
なお、本願において、「金属添加カーボン膜」とは、カーボン膜をマトリクスとし、これに金属が分散または配置された膜全般を意味することに留意する必要がある。金属は、カーボンマトリクス中に粒子状に分散されても、層状に配置されても良い。
【００６８】
金属添加カーボン膜は、該膜が設置された表面自身の耐摩耗性を向上させる役割を有する。従って、バルブプレート１７１の平坦面１７５ａに、金属添加カーボン膜を設置することにより、平坦面１７５ａ自身の摩耗が抑制される。なお、金属添加カーボン膜を極端に厚くしない限り、金属添加カーボン膜の設置前後で、表面のＲａは、あまり変化しないことが本願発明者らにより確認されている。換言すれば、金属添加カーボン膜を設置する前に、表面のＲａを０．１μｍ〜０．９μｍの範囲に制御しておいた場合、金属添加カーボン膜の設置後も、このＲａが維持される。
【００６９】
金属添加カーボン膜に含まれる金属材料としては、例えば、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、シリコン（Ｓｉ）、モリブデン（Ｍｏ）およびこれらの組み合わせがある。カーボン膜（マトリクス部分）は、ＤＬＣであっても良い。
【００７０】
金属添加カーボン膜の厚さは、特に限られないが、例えば１μｍ〜１５μｍの範囲であっても良い。なお、金属添加カーボン膜の厚さが極端に厚くなりすぎると、膜を設置する前に、予め表面のＲａを０．１μｍ〜０．９μｍの範囲に制御しても、最終的に得られる表面のＲａがこの範囲からずれてしまうおそれがある。その場合、金属添加カーボン膜を設置後に、表面のＲａが０．１μｍ〜０．９μｍの範囲となるように、表面が仕上げられる。
【００７１】
金属添加カーボン膜は、バルブプレート１７１の平坦面１７５ａを構成する母材（例えばアルミニウム合金、またはアルマイト処理表面）に直接設置されても良く、あるいは、中間層を介して母材上に設置されても良い。中間層を介することにより、金属添加カーボン膜の密着性が向上する。中間層としては、ニッケル（Ｎｉ）めっき層、クロム（Ｃｒ）めっき層が挙げられる。あるいは、母材表面にＣＶＤ法等により、窒化クロム（ＣｒＮ）層を設置し、これを中間層としても良い。中間層の厚さは、例えば、１μｍ〜１５μｍの範囲である。
【００７２】
一方、金属添加カーボン膜が設置されたバルブプレート１７１の平坦面１７５ａと面接触する、バルブ本体１６１の平坦面１６５ａを構成する樹脂は、エンジニアリングプラスチックで構成されることが好ましい。
【００７３】
樹脂は、例えば、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルサルホン、およびフェノール樹脂のうちの少なくとも１種類を含んでも良い。また、樹脂は、ポリアミドイミドとポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の混合物であっても良い。あるいは、樹脂は、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、全芳香族ポリエステル（エコトール）、および／またはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を含むものであっても良い。特に、ＰＥＳ、エコトールおよびＰＴＦＥを含む樹脂（以下、「３種混合樹脂」と称する）を平坦面１６５ａに使用した場合、平坦面１６５ａと、金属添加カーボン膜が設置された平坦面１７５ａとの間の摩擦係数が有意に抑制されるため、「３種混合樹脂」は、特に好ましい樹脂といえる。
【００７４】
本発明では、上記（１）と（２）の２つの効果により、平坦面１６５ａおよび平坦面１７５ａのそれぞれにおいて、摺動による摩耗が抑制される。従って、本発明によるロータリバルブは、長期間安定に使用することが可能となり、部品の交換回数やメンテナンスの頻度を抑制することが可能となる。また、このようなロータリバルブを使用することにより、長期間安定な特性を発揮する冷凍機を提供することができる。
【００７５】
なお、上記記載では、バルブプレート１７１の平坦面１７５ａを金属側とし、バルブ本体１６１の平坦面１６５ａを樹脂側とした例について説明した。しかしながら、金属／樹脂の適用は、逆であっても良く、すなわち、バルブプレート１７１の平坦面１７５ａを樹脂側とし、バルブ本体１６１の平坦面１６５ａを金属側としても良いことは、明らかであろう。
【００７６】
また、上記記載では、本発明によるロータリバルブが適用される装置の例としてＧＭ冷凍機を採用し、本発明の構成および効果について説明した。しかしながら、本発明によるロータリバルブは、１段または多段式のパルスチューブ冷凍機、およびソルベ冷凍機等、ＧＭ冷凍機と同様の冷却機構を有するその他の装置に適用しても良いことは、当業者には明らかである。
【００７７】
なお、本願発明者らは、さらに研究開発を進めた結果、ロータリバルブにおいて、金属側の平坦面に必ずしも金属添加カーボン膜を設置しなくても、バルブプレートとバルブ本体の平坦面の摩耗量が有意に抑制され得ること、すなわち、金属側の平坦面の算術平均粗さＲａを前述の範囲に制御するだけでも、従来に比べて摩耗量が有意に減少することを見出した。従って、本願では、さらに、
作動流体を圧縮する圧縮機、
圧縮された作動流体が供給されるシリンダであって、内部に蓄冷材を有し、一端に膨脹空間が設けられたシリンダ、および
前記圧縮機とシリンダの間に設けられたロータリバルブであって、作動流体が前記圧縮機から前記膨脹空間の方に流れるように形成された第１の流路と、作動流体が前記膨脹空間から前記圧縮機の方に流れるように形成された第２の流路とを切り替えるロータリバルブ、
を有し、前記膨脹空間での作動流体の膨脹により、前記シリンダ内に寒冷を発生させる蓄冷式冷凍機であって、
前記ロータリバルブは、
第１の平坦面を有するバルブ本体と、
前記第１の平坦面と面接触する第２の平坦面を有し、前記第１および第２の平坦面が面接触した状態で回転するバルブプレートと、
を備え、
前記第１および第２の平坦面の一方は、算術平均粗さＲａが０．１μｍ〜０．９μｍの範囲にあり、母材としてアルミニウム金属またはアルミニウム合金を有し、
前記第１および第２の平坦面の他方は、樹脂を有することを特徴とする蓄冷式冷凍機が提供される。
【００７８】
ここで、アルミニウム金属またはアルミニウム合金の表面は、アルマイト処理されていることが好ましい。アルマイト処理層の厚さは、例えば５μｍ〜１００μｍ程度（例えば、２０μｍまたは５０μｍ等）である。
【００７９】
このような範囲の算術平均粗さＲａを有する金属平坦面は、前述のように、ショットピーニング処理により、容易に行うことができる。例えば、メディアとして平均粒径が１μｍ〜２００μｍ程度のセラミック粒子を使用し、アルマイト処理されたアルミニウム金属またはアルミニウム合金に対して、ショットピーニング処理を行うことにより、算術平均粗さＲａが０．１μｍ〜０．９μｍの範囲にある表面を容易に形成することができる。
【００８０】
メディアのセラミック粒子としては、例えば、アルミナ、シリカ（シリカを主成分とする砂もしくはガラスを含む）、またはジルコニア等が使用できる。
【実施例】
【００８１】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００８２】
（例１）
アルミニウム合金ディスク（直径５０ｍｍ×厚み７ｍｍ）を準備し、これを一般的な方法でアルマイト処理した。アルマイト処理により、アルミニウム合金ディスクの硬度は、処理前の１５０Ｈｖから、約５００Ｈｖまで向上した。次に、この処理表面を機械研磨仕上げした。処理表面の算術平均粗さＲａを測定したところ、Ｒａは約０．０８μｍであった。
【００８３】
なお、本願において、表面の算術平均粗さＲａは、以下のようにして算出した。まず同一の方法で調製した５枚のサンプルを準備する。１枚のサンプルの中央部近傍において、表面の研磨方向と略平行な方向（研磨方向が不明な場合は、任意に定めた第１の方向）およびこの研磨方向に対して略垂直な方向（研磨方向が不明な場合は、前記第１の方向と略直交する方向）のそれぞれにおいて、算術平均粗さＲａを１回ずつ測定し、平均値を求める（「値１」と称する）。同様の測定を、ディスクの周囲部２箇所においても行い、それぞれの測定に対して平均値（値１〜値３）を求める。値１〜値３を平均化し、データＡを得る。このような操作を、５枚のサンプルについて行い、データＡ〜データＥを得る。最後にこの５つの値を平均化し、これを対象表面の算術平均粗さＲａとした。
【００８４】
図４には、研磨後の表面の電子顕微鏡写真を示す。上の図は、低倍率（２００倍）での写真であり、下の図は、高倍率（３０００倍）での写真である。この図から、処理表面は、比較的平滑であるものの、表面には、部分的に、同方向に沿って鋭く尖った「エッジ状」の凸部が線状に形成されていることがわかる。
【００８５】
（例２）
例１と同様に、アルミニウム合金ディスク（直径５０ｍｍ×厚み７ｍｍ）をアルマイト処理した後、さらに、この表面に、ショットピーニング処理を行った。ショットピーニング処理には、粒径が３０μｍ〜５０μｍの範囲のアルミナ粒子を使用した。処理表面の算術平均粗さＲａを測定したところ、Ｒａは約０．７９μｍであった（前述の方法により得られた値）。
【００８６】
図５には、得られた表面の電子顕微鏡写真を示す。上の図は、低倍率（２００倍）での写真であり、下の図は、高倍率（３０００倍）での写真である。この図から、処理表面は、比較的大きな凹凸を多数有することがわかる。しかしながら、前述の図４のような、鋭く尖った「エッジ状」の凸部は、認められず、凸部は、比較的丸みを持った形態であることがわかる。
【００８７】
次に、ショットピーニング処理後のアルミニウム合金ディスク表面に、無電解法でＮｉめっき膜を設置した。Ｎｉめっき膜の厚さは、約１０μｍとした。その後、この表面に、さらに、タングステンを含むカーボン膜を設置した。タングステンを含むカーボン膜の成膜法には、一般的な物理気相成膜法（ＰＶＤ処理）を用い、カーボンとタングステンの２つのターゲットに、アルゴンイオンを衝突させるスパッタ法により成膜した。タングステンを含むカーボン膜の膜厚は、約２μｍとした。
【００８８】
図６には、タングステンを含むカーボン膜を設置した後の表面の電子顕微鏡写真を示す。上の図は、低倍率（２００倍）での写真であり、下の図は、高倍率（３０００倍）での写真である。この図から、表面は、依然として大きな凹凸を有するものの、例１のようなエッジ状の凸部は、形成されていないことがわかる。なお、図６と図５の写真の比較から、タングステンを含むカーボン膜を設置することにより、表面の凸部は、より一層丸みを帯びる傾向にあることがわかった。
【００８９】
この表面の算術平均粗さＲａを測定したところ、Ｒａは約０．８μｍであり（５回の測定の平均値）、ショットピーニング後の値とほとんど変わらないことがわかった。
【００９０】
（評価試験）
例１および例２のアルミニウム合金ディスクと、樹脂リングとを使用して、摩耗試験（リングオンディスク試験）を実施した。樹脂リングには、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、全芳香族ポリエステル（エコトール）、およびポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の３種類の材料で構成された樹脂を使用した。樹脂リングは、直径が３７ｍｍ、厚さが６ｍｍである。
【００９１】
試験では、静止させたアルミニウム合金ディスクに、回転する樹脂リングを押し付け、両者の接触面に発生する摩擦係数の経時変化をモニタリングした。押し付け圧力は、０．２５ＭＰａとし、樹脂リングの回転速度は、１８０ｒｐｍとした。なお、実際の環境を模擬するため、潤滑剤は、使用していない。試験は、ヘリウムガス雰囲気で実施した。試験時間は、１６８時間とした。また、測定後に、アルミニウム合金ディスクおよび樹脂リングの摩耗量を測定した。
【００９２】
図７および図８には、それぞれ、例１および例２における摩擦係数の経時変化の測定結果を示す。
【００９３】
図７の結果から、例１のアルミニウム合金ディスクを使用した場合、アルミニウム合金ディスクと樹脂リングの界面の摩擦係数は、０．１８〜０．３０の範囲で大きく変動することがわかった。ロータリバルブを想定した場合、このような摩擦係数の変動は、好ましいものではない。ロータリバルブのバルブプレートの平坦面とバルブ本体の平坦面の間で、このような摩擦係数の変動が生じると、ロータリバルブのバルブプレートを回転駆動するモータの負荷が変動し、これによりモータの寿命が短くなるおそれがあるからである。また、モータの負荷が変動は、冷凍機全体としての作動安定性、例えば冷却特性を損なう要因ともなり得る。
【００９４】
一方、図８に示すように、例２のアルミニウム合金ディスクを使用した場合、界面の摩擦係数は、０．２０〜０．２５の範囲内に抑制されており、時間による変動が比較的小さいことがわかった。このことから、例２に示したような方法で、ロータリバルブの金属側平坦面を調製することにより、樹脂側平坦面との間の摩擦を、より安定化させることができ、これにより、冷凍機全体としての作動安定性を高めることができる。
【００９５】
表１には、それぞれのアルミニウム合金ディスクを用いた際に生じた、摩耗量の測定結果を示す。
【００９６】
【表１】
2010271029.tif 000003
例１の場合、アルミニウム合金ディスクの摩耗量は、０．２ｍｇであったが、樹脂リングの摩耗量は、４６．４ｍｇと高い値であった。一方、例２の場合、アルミニウム合金ディスクの摩耗量は、例１と同等の０．２ｍｇであったが、樹脂リングの摩耗量は、３０．１ｍｇであり、例１に比べて、約３５％低減された。
【００９７】
このように、本発明では、金属製平坦面の摩耗が抑制され、さらに、金属製平坦面と面接触する樹脂製平坦面の摩耗量も有意に抑制されることが確認された。
【００９８】
（例３）
例１と同様に、アルミニウム合金ディスク（直径５０ｍｍ×厚み７ｍｍ）をアルマイト処理した後、さらに、この表面に、ショットピーニング処理を行った。ショットピーニング処理には、粒径が３０μｍ〜５０μｍの範囲のアルミナ粒子を使用した。処理表面の算術平均粗さＲａを測定したところ、Ｒａは約０．２μｍであった（前述の方法により得られた値）。
【００９９】
図９には、得られた表面の電子顕微鏡写真を示す。上の図は、低倍率（２００倍）での写真であり、下の図は、高倍率（３０００倍）での写真である。
【０１００】
（評価試験２）
例３および前述の例１の方法により調製したアルミニウム合金ディスクと、樹脂リングとを使用して、前述の摩耗試験（リングオンディスク試験）を実施した。樹脂リングには、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、全芳香族ポリエステル（エコトール）、およびポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の３種類の材料で構成された樹脂を使用した。樹脂リングは、直径が３７ｍｍ、厚さが９ｍｍである。
【０１０１】
静止させたアルミニウム合金ディスクに、回転する樹脂リングを押し付け、所定時間経過後に、アルミニウム合金ディスクおよび樹脂リングの摩耗量を測定した。押し付け圧力は、０．２５ＭＰａとし、樹脂リングの回転速度は、１３５ｒｐｍとした。なお、実際の環境を模擬するため、潤滑剤は、使用していない。試験は、ヘリウムガス雰囲気で実施した。試験時間は、１４６時間とした。
【０１０２】
表２には、それぞれのアルミニウム合金ディスクを用いた際に生じた、摩耗量の測定結果を示す。
【０１０３】
【表２】
2010271029.tif 000004
例１の場合、アルミニウム合金ディスクの摩耗量は、１ｍｇ程度と少なかったが、樹脂リングの摩耗量は、２０．５ｍｇと高い値であった。一方、例３の場合、アルミニウム合金ディスクの摩耗量は、検出限界以下であり、さらに樹脂リングの摩耗量は、１４．５ｍｇであり、例１に比べて、約３０％低減された。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明は、ＧＭ冷凍機、パルスチューブ冷凍機、ソルベ冷凍機などのロータリバルブに適用することができる。
【符号の説明】
【０１０５】
１００    ＧＭ冷凍機
１０１    ガス圧縮機
１０１ａ    吸気口
１０１ｂ    吐出口
１０２    コールドヘッド
１０３ａ、１０３ｂ    ディスプレーサ
１０４、１０５    蓄冷材
１０６    第１段冷却ステージ
１０７    第２段冷却ステージ
１１０    シリンダ部
１１０ａ    第１段シリンダ
１１０ｂ    第２段シリンダ
１１１    第１段膨張室
１１２    第２段膨張室
１１３    上部室
１１４    クランク
１１４ａ    偏心ピン
１１５    モータ
１１６    回転軸受
１１７ａ、１１７ｂ    摺動軸受
１１９    ピン
１２０    コイルバネ
１２１    ガス流路
１２２    スコッチヨーク
１２３    ハウジング部
１２４    ハウジング
１５５    ロータリバルブ
１６１    バルブ本体
１６５ａ、１７５ａ    平坦面
１６５ｂ、１６５ｅ    ガス流路
１６５ｃ、１７５ｄ    溝
１６５ｄ    端部
１７１    バルブプレート
１７５ｂ    ガス流路。
【図１】
2010271029.tif 000005
【図２】
2010271029.tif 000006
【図３】
2010271029.tif 000007
【図７】
2010271029.tif 000008
【図８】
2010271029.tif 000009
【図４】
2010271029.tif 000010
【図５】
2010271029.tif 000011
【図６】
2010271029.tif 000012
【図９】
2010271029.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成22年10月13日(2010.10.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体を圧縮する圧縮機、
圧縮された作動流体が供給されるシリンダであって、内部に蓄冷材を有し、一端に膨脹空間が設けられたシリンダ、および
前記圧縮機とシリンダの間に設けられたロータリバルブであって、作動流体が前記圧縮機から前記膨脹空間の方に流れるように形成された第１の流路と、作動流体が前記膨脹空間から前記圧縮機の方に流れるように形成された第２の流路とを切り替えるロータリバルブ、
を有し、前記膨脹空間での作動流体の膨脹により、前記シリンダ内に寒冷を発生させる蓄冷式冷凍機であって、
前記ロータリバルブは、
第１の平坦面を有するバルブ本体と、
前記第１の平坦面と面接触する第２の平坦面を有し、前記第１および第２の平坦面が面接触した状態で回転するバルブプレートと、
を備え、
前記第１および第２の平坦面の一方は、算術平均粗さＲａが０．１μｍ〜０．９μｍの範囲にあり、
前記第１および第２の平坦面の他方は、樹脂を有することを特徴とする蓄冷式冷凍機。
【請求項２】
前記第１および第２の平坦面の前記一方は、金属添加カーボン膜を有することを特徴とする請求項１に記載の蓄冷式冷凍機。
【請求項３】
前記金属添加カーボン膜は、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、シリコン（Ｓｉ）、およびモリブデン（Ｍｏ）の少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項２に記載の蓄冷式冷凍機。
【請求項４】
前記第１および第２の平坦面の前記一方は、前記金属添加カーボン膜の下側に、ニッケル（Ｎｉ）膜、クロム（Ｃｒ）膜、および窒化クロム（ＣｒＮ）膜のうちの少なくとも一つを有することを特徴とする請求項２または３に記載の蓄冷式冷凍機。
【請求項５】
前記樹脂は、ポリエーテルサルホン、全芳香族ポリエステル、および／またはポリテトラフルオロエチレンを含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載の蓄冷式冷凍機。
【請求項６】
当該蓄冷式冷凍機は、ＧＭ冷凍機、パルスチューブ冷凍機、またはソルベ冷凍機であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載の蓄冷式冷凍機。
【請求項７】
前記第１および第２の平坦面の前記一方は、母材としてアルミニウム金属またはアルミニウム合金を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一つに記載の蓄冷式冷凍機。
【請求項８】
前記母材としてアルミニウム金属またはアルミニウム合金を有する前記平坦面は、アルマイト処理されていることを特徴とする請求項７に記載の蓄冷式冷凍機。
【請求項９】
第１の平坦面を有するバルブ本体と、
前記第１の平坦面と面接触する第２の平坦面を有し、前記第１および第２の平坦面が面接触した状態で回転するバルブプレートと、
を備える、蓄冷式冷凍機用ロータリバルブの製造方法であって、
前記バルブ本体をアルミニウム金属もしくはアルミニウム合金で構成し、前記バルブプレートを樹脂で構成するステップ、または前記バルブ本体を樹脂で構成し、前記バルブプレートをアルミニウム金属もしくはアルミニウム合金で構成するステップと、
前記アルミニウム金属もしくはアルミニウム合金の表面をアルマイト処理するステップと、
前記アルマイト処理された表面を、ショットピーニング処理し、算術平均粗さＲａが０．１μｍ〜０．９μｍの範囲にある平坦面を形成するステップと、
を有することを特徴とする製造方法。
【請求項１０】
作動流体を圧縮する圧縮機、
圧縮された作動流体が供給されるシリンダであって、内部に蓄冷材を有し、一端に膨脹空間が設けられたシリンダ、および
前記圧縮機とシリンダの間に設けられたロータリバルブであって、作動流体が前記圧縮機から前記膨脹空間の方に流れるように形成された第１の流路と、作動流体が前記膨脹空間から前記圧縮機の方に流れるように形成された第２の流路とを切り替えるロータリバルブ、
を有し、前記膨脹空間での作動流体の膨脹により、前記シリンダ内に寒冷を発生させる蓄冷式冷凍機の製造方法であって、
前記ロータリバルブは、
第１の平坦面を有するバルブ本体と、
前記第１の平坦面と面接触する第２の平坦面を有し、前記第１および第２の平坦面が面接触した状態で回転するバルブプレートと、
を備え、
前記ロータリバルブは、請求項９に記載の製造方法により製造されることを特徴とする蓄冷式冷凍機の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
また、本発明による蓄冷式冷凍機において、前記樹脂は、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、全芳香族ポリエステル（エコノール（登録商標）、ＷＡＰＥ）、および／またはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を含んでも良い。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
図３には、本願発明者らによって測定された、バルブプレート１７１の平坦面１７５ａのＲａと、バルブ本体１６１の平坦面１６５ａの摩耗量の関係を示す。この実験に用いた平坦面１７５ａは、アルマイト処理後に最終研磨処理されたアルミニウム合金で構成されている。また、平坦面１６５ａは、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、全芳香族ポリエステル（エコノール（登録商標）、ＷＡＰＥ）、およびポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の３種類の材料で構成されている。バルブプレート１７１の回転数は、１３５ｒｐｍとし、実験時間は、１６７時間とした。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７３】
樹脂は、例えば、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルサルホン、およびフェノール樹脂のうちの少なくとも１種類を含んでも良い。また、樹脂は、ポリアミドイミドとポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の混合物であっても良い。あるいは、樹脂は、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、全芳香族ポリエステル（エコノール（登録商標）、ＷＡＰＥ）、および／またはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を含むものであっても良い。特に、ＰＥＳ、（エコノール（登録商標）、ＷＡＰＥ）およびＰＴＦＥを含む樹脂（以下、「３種混合樹脂」と称する）を平坦面１６５ａに使用した場合、平坦面１６５ａと、金属添加カーボン膜が設置された平坦面１７５ａとの間の摩擦係数が有意に抑制されるため、「３種混合樹脂」は、特に好ましい樹脂といえる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９０】
（評価試験）
例１および例２のアルミニウム合金ディスクと、樹脂リングとを使用して、摩耗試験（リングオンディスク試験）を実施した。樹脂リングには、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、全芳香族ポリエステル（エコノール（登録商標）、ＷＡＰＥ）、およびポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の３種類の材料で構成された樹脂を使用した。樹脂リングは、直径が３７ｍｍ、厚さが６ｍｍである。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１００
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１００】
（評価試験２）
例３および前述の例１の方法により調製したアルミニウム合金ディスクと、樹脂リングとを使用して、前述の摩耗試験（リングオンディスク試験）を実施した。樹脂リングには、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、全芳香族ポリエステル（エコノール（登録商標）、ＷＡＰＥ）、およびポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の３種類の材料で構成された樹脂を使用した。樹脂リングは、直径が３７ｍｍ、厚さが９ｍｍである。