(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポートを有する支持体と、
前記支持体に第１方向に沿って往復移動自在に支持され、前記ポートを開閉するバルブ体と、
前記バルブ体を開閉するＸＹ分離駆動機構と、を備え、
前記ＸＹ分離駆動機構は、前記支持体に取付けられた第１ヒンジ部材と、この第１ヒンジ部材に回動自在に取付けられた揺動部材と、前記第１ヒンジ部材に前記第１方向に往復動自在に支持され、前記バルブ体に連結された第１分離スライダと、前記揺動部材に回動自在に支持されているとともに、前記第１方向と直交する第２方向に沿って往復移動自在に前記第１分離スライダに係合する第２分離スライダと、前記揺動部材を押圧し、前記揺動部材を揺動させる押圧部材と、を備えるバルブ機構。
【請求項２】
前記ＸＹ分離駆動機構は、前記第１ヒンジ部材に設けられ前記第１方向に沿って延びる第１ガイドレールと、前記第１分離スライダに設けられ、前記第１ガイドレールに係合する第１リニアガイドと、を備えている請求項１に記載のバルブ機構。
【請求項３】
前記ＸＹ分離駆動機構は、前記第１分離スライダに設けられ前記第２方向に沿って延びる第２ガイドレールと、前記第２分離スライダに設けられ前記第２ガイドレールに係合する第２リニアスライダと、を備えている請求項１又は２に記載のバルブ機構。
【請求項４】
前記揺動部材は、前記第１ヒンジ部材に支持される支点と、前記第２分離スライダが支持される力点と、前記押圧部材が当接する作用点と、を有し、前記支点と作用点との距離は、前記支点と力点との距離よりも長い請求項１ないし３のいずれか１項に記載のバルブ機構。
【請求項５】
前記第１ヒンジ部材は、前記支持体に固定された基端部と、前記第１方向に延びる胴体部と、前記胴体部から前記第１分離スライダの移動路側に曲がって延びる先端部と、を前記第１ヒンジ部材の先端部に前記揺動部材の支点が回転自在に支持されている請求項４に記載のバルブ機構。
【請求項６】
前記揺動部材は、前記揺動部材の作用点に設けられたカムフォロアを有し、前記押圧部材は、前記カムフォロアに転接するカムを有している請求項１ないし５のいずれか１項に記載のバルブ機構。
【請求項７】
前記ＸＹ分離駆動機構は、前記バルブ体を閉塞位置に付勢するバルブばねを備えている請求項１ないし６のいずれか１項に記載のバルブ機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明の実施形態は、バルブを開閉するＺメカニズムバルブ機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、エンジン等に用いられるバルブ機構は、ポートに設けられた、きのこ弁等のバルブ、きのこ弁の軸部をガイドする摺動ガイド部、シール機構、きのこ弁を軸方向に駆動するカムシステム等の上下開閉機構、きのこ弁を閉じ位置に復帰するバネ等の復帰機構を備えている。
【０００３】
このようなバルブ機構において、カムシステムによるバルブの上下開閉機構により角度偏差が生じるため、開口時、閉口時に摺動ガイド部にサイドスラストが発生する。バルブは、サイドスラストの影響で８の字運動をして破壊に至る場合がある。サイドスラストを低減するためには、部品の軽量化、補強、バランス調整を適宜、組合わせて設計する必要があり、量産化のためには数知れない調整設計開発が常である。
【０００４】
サイドスラストの影響を低減するため、摺動ガイド部を長くする必要がある。摺動ガイド部とバルブとのクリアランスを小さくすると、バルブ動作の円滑性が失われる。復帰用のバネを大きくすると、バルブの曲がりは低減するが、動作ロスを生じる。バネ定数と動作周波数との干渉により、３つ輪と呼ばれるマーキングがバルブに生じ、ガス漏れを生じる場合がある。
【０００５】
エンジンにおいて、動作油とバルブの開閉通過物質とが同一の場合、バルブは開閉方向に移動可能に、また、軸周りで回転自在に設置される場合が多い。しかし、バルブのシール部と摺動ガイド部とが同一線上に設置されるため、バルブを動作させる力は、３次元で斜め力となり偏差ベクトルを発生させる。そのため、バルブが回転すると、３つ輪と呼ばれるマーキングがバルブに生じ破壊に至ることも多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１４０１４号公報
【特許文献２】特開２００１−３１７３１２号公報
【特許文献３】特開平１０−１５９５１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その課題は、サイドスラストをなくし、シール性、動作の円滑性、耐久性の向上したＺメカニズムバルブ機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態によれば、バルブ機構は、ポートを有する支持体と、前記支持体に第１方向に沿って往復移動自在に支持され、前記ポートを開閉するバルブ体と、前記バルブ体を開閉するＸＹ分離駆動機構と、を備えている。前記ＸＹ分離駆動機構は、前記支持体に取付けられた第１ヒンジ部材と、この第１ヒンジ部材に回動自在に取付けられた揺動部材と、前記第１ヒンジ部材に前記第１方向に往復移動自在に支持され、前記バルブ体に連結された第１分離スライダと、前記揺動部材に回動自在に支持されているとともに、前記第１方向と直交する第２方向に沿って往復移動自在に前記第１分離スライダに係合する第２分離スライダと、前記揺動部材を押圧し、前記揺動部材を揺動させる押圧部材と、を備えている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る膨張機を備えた空気冷凍装置を概略的に示すブロック図。
【図２】図２は、前記膨張機の外観を示す斜視図。
【図３】図３は、前記膨張機の背面側を示す斜視図。
【図４】図４は、前記膨張機の内部構造を示す膨張機の斜視図。
【図５】図５は、前記膨張機の正面図。
【図６】図６は、前記膨張機におけるＸＹ分離クランク機構のクランク軸を示す斜視図。
【図７】図７は、前記クランク軸の平面図。
【図８】図８は、前記クランク軸およびクランク接続プレートを示す分解斜視図。
【図９】図９は、前記膨張機のバルブ機構を一部破断して示す側面図。
【図１０】図１０は、ＸＹ分離バルブ機構を示す斜視図。
【図１１】図１１は、比較例に係るバルブ機構を概略的に示す図。
【図１２】図１２は、第２の実施形態に係るＺメカニズムバルブ機構を備える駆動装置を概略的に示す断面図。
【図１３】図１３は、第３の実施形態に係るＺメカニズムバルブ機構を備える駆動装置を概略的に示す断面図。
【図１４】図１４は、第３の実施形態に係るＺメカニズムバルブ機構において、バルブばねの付勢力、反力を調整した状態を示すＺメカニズムバルブ機構の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら、実施形態に係るＸＹ分離バルブ機構を備える膨張機、およびこれを備えた空気冷凍装置の一例について説明する。  
（第１の実施形態）  
初めに、空気冷凍装置全体の構成について説明する。  
図１は、第１の実施形態に係る空気冷凍装置全体を概略的に示すブロック図である。この図に示すように、空気冷凍装置１１は、吸気側にフィルタ１０が設けられた圧縮機１２と、圧縮機１２の吐出側に接続された一次冷却器（熱交換器）１４、乾燥器１６、この乾燥器１６の排出側に繋がる二次冷却器（熱交換器）１８、この二次冷却器から送られた冷却空気を断熱膨張して冷却する膨張機２０、膨張機２０の回生エネルギにより駆動可能な発電機７５、を備えている。二次冷却器１８と膨張機２０との間には、空気の流量を調整する制御バルブ２１が設けられている。膨張機２０の吐出側は、例えば、生鮮食料品、冷凍食品等の被冷却物が収容された冷凍庫（冷凍室）２２に連通している。また、膨張機２０の吐出側の一部は、制御バルブ２３を介して二次冷却器１８に接続され、更に、冷凍庫２２の排気側は、二次冷却器１８に接続されている。フィルタ１０、圧縮機１２、一次冷却器１４、乾燥器１６、二次冷却器１８、および膨張機２０は、室内、室外のいずれに配置してもよい。
【００１１】
空気冷凍装置１１において、室内あるいは室外の自然空気は、フィルタ１０を通して圧縮機１２に吸い込まれ、断熱圧縮されて約７〜１０気圧の高温高圧空気となって圧縮機１２から吐出される。圧縮後、高温高圧空気は自身の熱により殺菌される。次いで、高温高圧空気は、一次冷却器１４へ送られ、ここで常温空気により常温まで冷却された後、乾燥器（ケミカルドライヤー、メンブレンドライヤーなど）１６で水分を除去される。更に、この空気は、二次冷却器１８でマイナス温度領域まで冷却され、約７〜１０気圧の低温乾燥高圧空気となる。この際、冷凍庫２２からの戻り冷気、膨張機２０からの制御された冷気を二次冷却器１８で使用し、空気の冷却効率を上げる事ができる。
【００１２】
二次冷却器１８から送られる低温高圧空気は、膨張機２０に吸い込まれ、この膨張機２０で断熱膨張されて、更に温度が下がった冷気、例えば、−１００℃の冷気となる。この冷気（陽圧冷気）は、膨張機２０から吐出され、冷凍庫２２へ供給される。これにより、冷凍庫２２内は例えば、−８０℃に冷却されるとともに、陽圧となる。冷凍庫２２内の余剰冷気は、陽圧により、二次冷却器１８に戻し、二次冷却器１８を通過した後、大気に開放される。
【００１３】
次に、本実施形態に係る膨張機２０について詳細に説明する。  
図２は、膨張機の前面側の外観を示す斜視図、図３は、膨張機の背面側の外観を示す斜視図、図４は、膨張機の内部構造を示す膨張機の斜視図、図５は、膨張機の正面図である。
【００１４】
図２ないし図５に示すように、膨張機２０は、支持フレーム２４、支持フレーム上に取付けられたシリンダ２６、シリンダ２６の上端開口を塞ぐようにシリンダに固定されたシリンダヘッド（支持体）２８、シリンダ２６内に昇降自在に配置されたピストン３０、シリンダヘッド２８およびシリンダ２６に設けられた複数のバルブ機構４０、支持フレーム２４に回転自在に支持された駆動軸（クランク軸）５０、ピストンの往復運動を回転運動に変換してクランク軸に伝達するＸＹ分離クランク機構６０を備えている。
【００１５】
支持フレーム２４は、一対の脚部を有する矩形状のベースフレーム２５と、ベースフレーム２５の前面側に脱可能に取り付けられベースフレームの前面側開口を閉塞した矩形状の第１ベース板２７ａと、ベースフレームの背面側に固定されベースフレームの背面側開口を閉塞した矩形状の第２ベース板２７ｂと、ベースフレーム２５の上壁上に立設され、互いに隙間を置いて平行に対向した一対の支持板３１ａ、３１ｂと、を有している。ベースフレーム２５は、ほぼ水平に延びる底壁２５ａおよび上壁２５ｂと、これら底壁２５ａと上壁２５ｂとの間の鉛直に延びる２つの側壁２５ｃと、を一体に有し、更に、各側壁の下端にフランジ状に形成された一対の脚部２９を有している。
【００１６】
シリンダ２６は、ベースフレーム２５の上壁２５ｂのほぼ中央に固定され、鉛直方向に沿ってベースフレーム２５から上方へ延びている。シリンダヘッド２８がシリンダ２６の上端に固定され、シリンダ２６の上端開口を覆っている。本実施形態において、シリンダ２６は、角柱形状の外形を有し、一対の支持板３１ａ、３１ｂ間に挟持され、これらの支持板により支持されている。
【００１７】
図４および図５に示すように、シリンダ２６の下端部近傍に隔壁３２が設けられ、この隔壁３２によりシリンダ２６の下端側開口が閉じられている。シリンダ２６内で、隔壁３２とシリンダヘッド２８との間に円柱形状のピストン３０が摺動自在に配置されている。ピストン３０の外周には複数本のピストンリングが装着され、これらのピストンリングは、シリンダ２６の内周面に気密に接触している。シリンダ２６内には、ピストン３０とシリンダヘッド２８により、第１膨張圧縮室２６ａが規定され、また、ピストン３０と隔壁３２とにより第２膨張圧縮室２６ｂが規定されている。ピストン３０は、シリンダ２６内を昇降することにより、すなわち、シリンダ２６の軸方向（Ｙ軸方向、第１方向）に沿って往復移動することにより、第１膨張圧縮室２６ａおよび第２膨張圧縮室２６ｂの体積を、交互に増加、減少させるものであり、いわゆる複動型のピストンを構成している。
【００１８】
ピストン３０にピストンロッド３４が連結され、あるいは、一体に形成されている。このピストンロッド３４は、ピストン３０から隔壁３２に形成された円形の第１透孔３６ａ、および、ベースフレーム２５の上壁２５ｂ中央に形成された円形の第２透孔３６ｂを通り、ベースフレーム２５内まで延びている。ピストンロッド３４は、シリンダ２６と同軸的に設けられ、鉛直方向に沿って延在している。また、隔壁３２の第１透孔３６ａには、例えば、２つのロッドパッキン３７が嵌合され、ピストンロッド３４は、これらのロッドパッキン３７を気密に貫通して延びている。
【００１９】
なお、シリンダ２６の上端とシリンダヘッド２８との間、並びに、シリンダ２６の下端とベースフレーム２５との間、には、それぞれ断熱部材、例えば、フッ素樹脂で形成された断熱シート３８ａ、３８ｂ、が配置されている。これらの断熱シート３８ａ、３８ｂは、外部から、例えば、シリンダヘッド２８側から、あるいは、ベースフレーム２５側からシリンダ２６へ伝わろうとする熱を断熱し、シリンダ２６を低温に維持する。
【００２０】
図２ないし図５に示すように、クランク軸５０は、ピストン３０の中心軸（移動軸、Ｙ軸）を含む基準平面と直交する方向に延びている。本実施形態では、クランク軸５０の軸方向両端部は、支持フレーム２４の第１ベース板２７ａに取付けられた第１軸受３５ａ、および第２ベース板２７ｂに取付けられた第２軸受３５ｂにより、それぞれ回転自在に支持されている。これにより、クランク軸５０は、ベースフレーム２５のほぼ中央部に位置し、かつ、第１および第２ベース板２７ａ、２７ｂと直交する方向に延在し、ピストン３０の中心軸と直交する軸の周りで回転自在に支持フレーム２４に支持されている。
【００２１】
なお、クランク軸５０の一端は、第１ベース板２７ａの外側に突出し、この突出端に、大径の出力ホイール（フライホイール）５２が同軸的に取り付けられている。また、クランク軸５０の他端は、第２ベース板２７ｂの外側に突出し、この突出端に、駆動プーリ５３が同軸的に取り付けられている。これにより、出力ホイール５２および駆動プーリ５３は、クランク軸５０と一緒に回転する。
【００２２】
図６は、クランク軸およびクランクホイールを示す斜視図、図７は、クランク軸およびクランクホイールを示す平面図、図８は、クランク軸およびクランク接続プレートを示す分解斜視図である。  
図４ないし図８に示すように、クランク軸５０の中途部に、２つのクランクウェブ（クランクアーム及びカウンタウェイト）５４ａ、５４ｂが固定され、更に、これらのクランクウェブ５４ａ、５４ｂ間にクランクピンと同等に作用するクランクホイール５７が固定されている。クランクホイール５７の中心軸Ｃ２は、クランク軸５０と平行に、かつ、クランク軸の中心軸Ｃ１に対して、偏心して位置している。クランクウェブ５４ａ、５４ｂのカウンタウェイトは、クランクホイール５７と１８０度、反対向きに配置されている。これらのクランクホイール５７およびクランクウェブ５４ａ、５４ｂは、ベースフレーム２５内に配置され、クランク軸５０の回転に応じて、クランク軸５０の周りで偏心回転する。
【００２３】
なお、クランクピンとして大径のクランクホイール５７を用いることにより、クランクホイール端部の偏心量を大きく取ることができ、これにより、ピストン３０の移動ストロークを大きくすることが可能となる。
【００２４】
図４、図５、図８に示すように、ＺメカニズムＸＹ分離クランク機構６０は、ピストン３０とクランク軸５０との間に設けられ、ピストン３０のＹ軸方向に沿った往復運動とクランク軸５０の回転運動とを相互に変換して伝達するように構成されている。本実施形態に係る膨張機２０においては、シリンダ２６内で膨張する加圧空気によりピストン３０に駆動力が入力され、ピストン３０がＹ軸方向に沿って往復移動する。ＺメカニズムＸＹ分離クランク機構６０は、駆動入力であるピストン３０の往復運動を、回転運動に変換してクランク軸５０に伝達し、クランク軸５０に回転出力を与える。
【００２５】
ＸＹ分離クランク機構６０は、ピストン３０の中心軸（移動軸、Ｙ軸）を含む基準平面において、Ｙ軸方向に沿って往復移動自在に設けられた支持部材（Ｌ型コンビネータ）６２と、基準平面において、Ｙ軸方向と直交する第２方向（Ｘ軸方向）に沿って往復移動自在に支持部材６２に取り付けられたクランク接続部材（クランク接続プレート）６４と、ピストン３０と支持部材６２とを連結する連結部材６６と、を備えている。支持部材６２の移動中心軸（Ｙ軸方向）、クランク接続部材６４の移動中心軸（Ｘ軸方向）、および連結部材６６の中心移動軸（Ｙ軸方向）は、基準平面に位置している。
【００２６】
支持部材６２は、例えば、Ｌ字形状に形成され、Ｙ軸方向に延びる第１支持部６２ａと、第１支持部６２ａの一端（ここでは、上端）からＸ軸方向に延びる第２支持部６２ｂとを一体に有している。第１支持部６２ａに第１リニアスライダ６７ａが固定され、また、ベースフレーム２５の一方の側壁２５ｃの内面にガイドレール６８ａが固定されＹ軸方向に延びている。第１リニアスライダ６７ａは、ガイドレール６８ａに往復移動自在に支持およびガイドされている。これにより、支持部材６２の内、第１支持部６２ａのみが、Ｙ軸方向に沿って往復移動自在にベースフレーム２５に支持されている。
【００２７】
支持部材６２の第２支持部６２ｂには、Ｘ軸方向に延びるガイドレール６８ｂが固定されている。クランク接続部材６４に２つの第２リニアスライダ６７ｂが取付けられ、Ｘ軸方向に並んで配置されている。これらの第２リニアスライダ６７ｂは、ガイドレール６８ｂに往復移動自在に支持およびガイドされている。これにより、クランク接続部材６４の一端部のみが、Ｘ軸方向に沿って往復移動自在に支持部材６２に支持されている。第２支持部６２ｂの延出端（第１支持部と反対側の端）にバランスウエイト（ストッパ）６３が固定されている。  
なお、第１および第２リニアスライダ６７ａ、６７ｂは、それぞれガイドレールに転接するボールベアリングを内蔵していてもよい。
【００２８】
クランク接続部材６４は、例えば、ほぼ円環状に形成され、円形の透孔７０を有している。クランク接続部材６４は、透孔７０の中心を含む分割面６５で、第１ハーフ部６４ａと第２ハーフ部６４ｂとに分割可能に形成され、第２ハーフ部６４ｂは、第１ハーフ部６４ａにネジ等で固定されている。第１ハーフ部６４ａの平坦部に前述した一対の第２リニアスライダ６７ｂが固定されている。
【００２９】
クランク接続部材６４の透孔７０に、クランク軸５０のクランクホイール５７がボールベアリングあるいはプレーンベアリング７１等の軸受を介して回転自在に挿通されている。これにより、クランク接続部材６４はクランク軸５０に係合し、クランク軸５０と支持部材６２とを接続している。
【００３０】
連結部材６６は、例えば、細長い調整ロッドとして構成され、その一端は支持ピンを介してピストンロッド３４に連結され、他端は、支持部材６２の第２支持部６２ｂに連結されている。本実施形態において、連結部材６６は支持部材６２と一体に成形されている。連結部材６６は、ピストン３０の中心軸（移動軸）と同軸的に延びている。連結部材６６は、Ｙ軸方向に沿って支持部材６２と一体的に往復移動し、ピストン３０をＹ軸方向に沿って往復移動させる。
【００３１】
上記のように構成されたＺメカニズムＸＹ分離クランク機構６０を備えた膨張機２０において、シリンダ２６内に導入された圧縮空気の膨張によりピストン３０がＹ軸方向に沿って往復移動すると、この往復運動は、ピストンロッド３４および連結部材６６を介して支持部材６２に伝達され、ＸＹ分離クランク機構６０によりＹ軸方向の移動とＸ軸方向の移動とに分離される。すなわち、支持部材６２は、クランク接続部材６４と共に、第１リニアスライダ６７ａによりＹ軸方向に沿って往復動し、クランク接続部材６４は第２リニアスライダ６７ｂによりＸ軸方向に沿って往復動する。これにより、クランクホイール５７がクランク軸５０の周りで偏心回転し、クランク軸５０に回転出力が与えられる。
【００３２】
図２および図３に示すように、ベースフレーム２５の側壁２５ｃ外面に、例えば、発電機７５が取付けられている。発電機７５の入力軸７５ａは、複数のプーリ、あるいはプーリ列９１を介して、出力ホイール５２に係合している。クランク軸５０の回転出力は、出力ホイール５２を回転させ、プーリ列９１を介して、発電機７５に入力される。すなわち、発電機７５の入力軸７５ａを回転させて、発電を行うことができる。
【００３３】
次に、膨張機２０のＺメカニズムバルブ機構について説明する。  
図４および図５に示すように、支持体としてのシリンダヘッド２８は、シリンダ２６の第１膨張圧縮室２６ａに連通する第１吸気口４２ａおよび第１吐出口４２ｂを有している。第１吸気口４２ａおよび第１吐出口４２ｂの一端（ポート）はシリンダヘッド２８の下面にそれぞれ開口し、他端は、シリンダヘッド２８の両側面にそれぞれ開口している。また、支持体としてのシリンダ２６の隔壁３２は、シリンダ２６の第２膨張圧縮室２６ｂに連通する第２吸気口４４ａおよび第２吐出口４４ｂを有している。第２吸気口４４ａおよび第２吐出口４４ｂの一端（ポート）は隔壁３２の上面にそれぞれ開口し、他端は、シリンダ２６の前面側にそれぞれ開口している。
【００３４】
膨張機２０のバルブ機構は、Ｚメカニズムバルブ機構あるいはＺメカニズムＸＹ分離バルブ機構により構成されている。本実施形態において、バルブ機構は、第１吸気口４２ａを開閉する第１吸気側ＸＹ分離バルブ機構４６、第１吐出口４２ｂを開閉する第１吐出側バルブ機構４８、第２吸気口４４ａを開閉する第２吸気側ＸＹ分離バルブ機構５４、および、第２吐出口４４ｂを開閉する第２吐出側バルブ機構５６を備えている。
【００３５】
図９は、シリンダヘッド、第１吸気側ＸＹ分離バルブ機構、および第１吐出側バルブ機構を拡大して示す側面図、図１０は、第１吸気側ＸＹ分離バルブ機構を示す斜視図である。  
図４、図５、図９、および図１０に示すように、第１吸気側ＸＹ分離バルブ機構４６は、バルブ体として、例えば、きのこ弁からなる吸気バルブ７２ａと、シリンダヘッド２８に装着された吸気バルブガイド７０ａと、を備えている。吸気バルブ７２ａは、ほぼ円盤形状のバルブヘッド、およびバルブヘッドから延出する略長い円柱形状のステムを一体に有し、バルブヘッドの周縁部に環状のバルブフェースが形成されている。吸気バルブ７２ａのステムは、吸気バルブガイド７０ａにより、Ｙ軸方向（第１方向）に沿って昇降自在にガイドされ、バルブヘッドは、第１吸気口４２ａの第１膨張圧縮室２６ａ側の端開口（吸気ポート）を開閉する。ポートには、バルブフェースに対面するテーパ状のバルブシートが形成されている。第１吸気側ＸＹ分離バルブ機構４６は、吸気バルブ７２ａを閉塞位置側に付勢するバルブばね（例えば、圧縮コイルばね）７４ａと、吸気バルブ７２ａのステム延出端に連結され、吸気バルブ７２ａを開閉駆動するＸＹ分離駆動機構７７と、を備えている。吸気バルブ７２ａのステムは、シーリング７６ａを気密に貫通してシリンダヘッド２８の上方に突出している。
【００３６】
ＸＹ分離駆動機構７７は、吸気バルブ７２ａのステム延出端に固定され、吸気バルブ７２ａと一体にＹ軸方向に移動するＹ軸（第１）分離スライダ（コンビネータ）７８ａ、シリンダヘッド２８に立設され、Ｙ軸方向に延びる支点ヒンジ（ヒンジ部材）８０ａ、この支点ヒンジ８０ａの延出端に揺動自在に支持されたロッカーアーム（揺動部材）８２ａ、ロッカーアーム８２ａの一端（力点）に回動自在に支持されたＸ軸（第２）分離スライダ（力点ブロック）８４ａ、ロッカーアーム８２ａの他端（作用点）に回転自在に支持されたカムフォロア（ローラ）８５ａ、支持フレーム２４に回転自在に支持され、カムフォロア８５ａに転接する第１吸気カム８６ａを備えている。
【００３７】
Ｙ軸分離スライダ７８ａは、ほぼ矩形ブロック形状に形成され、Ｙ軸方向に延びる１側面およびＸ軸方向に延びる上面を有している。Ｙ軸分離スライダ７８ａの１側面上にＹ軸方向に延びるＹ軸リニアスライダ８７ａが固定され、あるいは、Ｙ軸分離スライダ７８ａと一体に形成されている。Ｙ軸分離スライダ７８ａの上面に、Ｘ軸方向に延びるＸ軸ガイドレール８８ａが固定され、あるいは、Ｙ軸分離スライダ７８ａと一体に形成されている。また、支点ヒンジ８０ａのＹ軸分離スライダ７８ａと対向する側面上に、Ｙ軸方向に延びるＹ軸ガイドレール９０ａが固定され、あるいは、支点ヒンジ８０ａと一体に形成されている。Ｙ軸分離スライダ７８ａのＹ軸リニアスライダ８７ａは、Ｙ軸ガイドレール９０ａにＹ軸方向に沿って摺動自在にガイドおよび支持されている。すなわち、Ｙ軸分離スライダ７８ａは、その一側部のみが、Ｙ軸方向に沿って往復動自在に、支点ヒンジ８０ａに支持されている。また、Ｘ軸分離スライダ８４ａのＹ軸分離スライダ７８ａと対向する下面にＸ軸リニアスライダ９２ａが固定され、あるいは、Ｘ軸分離スライダ８４ａと一体に形成されている。このＸ軸リニアスライダ９２ａは、Ｙ軸分離スライダ７８ａのＸ軸ガイドレール８８ａにＸ軸方向に沿って摺動自在にガイドおよび支持されている。すなわち、Ｘ軸分離スライダ８４ａは、その下端部のみが、Ｘ軸方向に往復動自在に、Ｙ軸分離スライダ７８ａと係合している。  
なお、Ｙ軸リニアスライダ８７ａおよびＸ軸リニアスライダ９２ａは、それぞれガイドレールに転接するボールベアリングを内蔵していてもよい。
【００３８】
支点ヒンジ８０ａは、棒状あるいは板状に形成され、シリンダヘッド２８の上面に固定された基端部と、シリンダヘッド２８から垂直に、つまり、Ｙ軸方向に沿って延びている胴体部と、胴体部の上端から二股状に分離して延びる先端部８０ｃとを有している。先端部８０ｃは、Ｙ軸方向に対して、胴体部からＹ軸分離スライダ７８ａの移動路側（Ｘ軸分離スライダ８４ａ側）に湾曲あるいは屈曲している。ロッカーアーム８２ａは、支点ヒンジ８０ａの先端部８０ｃの延出端に回動自在に支持され、この支持位置が支点を構成している。そのため、ロッカーアーム８２ａは、ロッカーアームの長手方向中央部よりも力点側、すなわち、Ｘ軸分離スライダ８４ａ側にずれた支点位置で、支点ヒンジ８０ａに揺動自在に支持されている。作用点（カムフォロア８５ａの中心軸）と支点との距離Ｌ１は、支点と力点（Ｘ分離スライダ８４ａとロッカーアーム８２ａの係合位置）との距離Ｌ２よりも十分に大きく（Ｌ１＞Ｌ２）、例えば、約３倍、に設定されている。これにより、ロッカーアーム８２ａは大きなてこ比（Ｌ１／Ｌ２）が得られ、比較的小さな力を作用点に作用させることで、Ｘ軸分離スライダ８４ａ、Ｙ軸分離スライダ７８ａ、および吸気バルブ７２ａを容易に引き上げることが可能となる。
【００３９】
第１吸気口４２ａの吸気側端開口には、第１吸気側カップラ９３ａが嵌合されている。この第１吸気側カップラ９３ａに、前述した二次冷却器１８からの配管（供給ライン）が接続され、二次冷却器１８から低温高圧空気が第１吸気口４２ａに導かれる。
【００４０】
第１吸気口４２ａの閉塞時、第１吸気バルブ７２ａはバルブばね７４ａにより付勢されて下降し、第１吸気口４２ａの吸気ポートに設けられた弁座（バルブシート）にバルブフェースが密着して、第１吸気口４２ａを閉じている。第１吸気カム（押圧部材）８６ａが回転し、所定のタイミングでロッカーアーム８２ａのカムフォロア８５ａを下方へ押す。ロッカーアーム８２ａが支点の周りで時計方向に回動し、Ｘ軸分離スライダ８４ａは上方へ回動する。これにより、Ｘ軸分離スライダ８４ａは、Ｙ軸分離スライダ７８ａおよび吸気バルブ７２ａをＹ軸方向に沿って上方へ引き上げ、同時に、Ｙ軸分離スライダ７８ａに対してＸ軸方向にスライドする。すなわち、ロッカーアーム８２ａおよびＸ軸分離スライダ８４ａの回動運動は、Ｙ軸方向の移動とＸ軸方向の移動とに分離され、Ｙ軸方向の移動のみがＹ軸分離スライダ７８ａに伝達される。これにより、Ｙ軸分離スライダ７８ａおよび第１吸気バルブ７２ａは、Ｙ軸リニアスライダ８７ａによりＹ軸方向に沿って往復動し、第１吸気口４２ａを開閉する。
【００４１】
なお、第１吸気カム８６ａが更に回転すると、カムフォロア８５ａが第１吸気カム８６ａの小径部に転接し、第１吸気カム８６ａによる押圧が低減する。そのため、バルブばね７４ａの付勢力により、第１吸気バルブ７２ａおよびＹ軸分離スライダ７８ａがＹ軸方向に沿って下方へ移動し、第１吸気口４２ａを閉じる。ロッカーアーム８２ａが支点の周りで反時計方向に回動し、Ｘ軸分離スライダ８４ａは、Ｘ軸方向に摺動しながら、Ｙ軸分離スライダ７８ａと一緒に下方へ移動する。
【００４２】
図４、図５、および、図９に示すように、第１吐出側バルブ機構４８は、バルブ体として、例えば、きのこ弁からなる吐出バルブ９６ａと、シリンダヘッド２８に装着された吐出バルブガイド９４ａと、を備えている。吐出バルブ９６ａは、ほぼ円盤形状のバルブヘッド、およびバルブヘッドから延出する略長い円柱形状のステムを一体に有し、バルブヘッドの周縁部に環状のバルブフェースが形成されている。吐出バルブ９６ａのステムは、吐出バルブガイド９４ａにより、Ｙ軸方向（第１方向）に沿って昇降自在にガイドされ、吐出バルブ９６ａのバルブヘッドは第１吐出口４２ｂの第１膨張圧縮室２６ａ側の端開口（吐出ポート）を開閉する。吐出ポートには、バルブフェースに対面するテーパ状のバルブシートが形成されている。吐出バルブ９６ａのステムは、シーリング９５ａを気密に貫通してシリンダヘッド２８の上方に突出している。
【００４３】
第１吐出側バルブ機構４８は、吐出バルブ９６ａを閉塞位置側に付勢するバルブばね（例えば、圧縮コイルばね）９７ａと、吐出バルブ９６ａのステム延出端に連結され、吐出バルブ９６ａを開閉駆動するリニアスライド駆動機構９８と、を備えている。このリニアスライド駆動機構９８は、吐出バルブ９６ａのステム延出端に固定され、吐出バルブ９６ａと一体にＹ軸方向に移動するＹ軸スライダ１００ａ、Ｙ軸スライダ１００ａに回転自在に取り付けられたカムフォロア（ローラ）１０２ａ、シリンダヘッド２８に立設され、Ｙ軸方向に延びるスライドホルダ１０４ａ、支持フレーム２４に回転自在に支持され、カムフォロア１０２ａに転接する第１吐出カム１０５ａを備えている。
【００４４】
Ｙ軸スライダ１００ａは、ほぼ矩形ブロック形状に形成され、Ｙ軸方向に延びる１側面を有している。Ｙ軸スライダ１００ａの１側面上にＹ軸方向に延びるＹ軸リニアスライダ１０６ａが固定され、あるいは、Ｙ軸スライダ１００ａと一体に形成されている。また、スライドホルダ１０４ａのＹ軸スライダ１００ａと対向する側面上に、Ｙ軸方向に延びるＹ軸ガイドレール１０８ａが固定されている。Ｙ軸スライダ１００ａのＹ軸リニアスライダ１０６ａは、Ｙ軸ガイドレール１０８ａにＹ軸方向に沿って摺動自在にガイドおよび支持されている。Ｙ軸リニアスライダ１０６ａは、Ｙ軸ガイドレール１０８ａに転接するボールベアリングを内蔵していてもよい。  
なお、第１吐出口４２ｂの吐出側端開口には、第１吐出側カップラ１０９ａが嵌合されている。この第１吐出側カップラ１０９ａに配管（吐出ライン）が接続され、膨張機２０から吐出された冷却空気は、配管を通して冷凍庫２２へ送られる。
【００４５】
閉塞時、第１吐出バルブ９６ａおよびＹ軸スライダ１００ａは、バルブばね９７ａにより付勢されて上昇し、第１吐出バルブ９６ａは第１吐出口４２ｂの弁座（バルブシート）に密着して、第１吐出口４２ｂを閉じている。第１吐出カム１０５ａが回転し、所定のタイミングでＹ軸スライダ１００ａのカムフォロア１０２ａを下方へ押す。これにより、Ｙ軸スライダ１００ａは、Ｙ軸方向に沿って下方へスライドし、一緒に、第１吐出バルブ９６ａをＹ軸方向に沿って下方へ移動させ、第１吐出口４２ｂを開放する。
【００４６】
第１吐出カム１０５ａが更に回転すると、カムフォロア１０２ａが第１吐出カム１０５ａの小径部に転接する。そのため、バルブばね９７ａの付勢力により、第１吐出バルブ９６ａおよびＹ軸スライダ１００ａがＹ軸方向に沿って上方へ移動し、第１吐出バルブ９６ａは第１吐出口４２ｂを閉じる。
【００４７】
図４および図５に示すように、第２吸気口４４ａを開閉する第２吸気側ＸＹ分離バルブ機構５４は、上述した第１吸気側ＸＹ分離バルブ機構４６と同様に構成されている。ただし、第１吸気側ＸＹ分離バルブ機構４６は、第１吸気バルブおよびＹ軸分離スライダがＹ軸方向に沿って昇降する、いわゆる縦型に構成されているが、第２吸気側ＸＹ分離バルブ機構５４は、第２吸気バルブおよび分離スライダがＸ軸方向に往復移動する、いわゆる横型に構成されている。
【００４８】
すなわち、第２吸気側ＸＹ分離バルブ機構５４は、バルブ体としての第２吸気バルブ（例えば、きのこ弁）７２ｂと、第２吸気バルブ７２ｂを閉塞位置側に付勢するバルブばね（例えば、圧縮コイルばね）７４ｂと、第２吸気バルブ７２ｂのステム延出端に連結され、第２吸気バルブ７２ｂを開閉駆動するＸＹ分離駆動機構と、を備えている。第２吸気バルブ７２ｂは、バルブガイドにより、Ｘ軸方向（第４方向）に沿って往復動自在にガイドされ、第２吸気口４４ａの第２膨張圧縮室２６ｂ側の端開口（吸気ポート）を開閉する。第２吸気バルブ７２ｂのステムは、シーリング７６ｂを気密に貫通してシリンダ２６の側方に突出している。
【００４９】
ＸＹ分離駆動機構は、第２吸気バルブ７２ｂのステム延出端に固定され、吸気バルブ７２ｂと一体にＸ軸方向に移動するＸ軸（第１）分離スライダ（コンビネータ）７８ｂ、シリンダ２６に立設され、Ｘ軸方向に延びる支点ヒンジ８０ｂ、この支点ヒンジ８０ｂの延出端に揺動自在に支持されたロッカーアーム８２ｂ、ロッカーアーム８２ｂの一端（力点）に揺動自在に支持されたＹ軸（第２）分離スライダ（力点ブロック）８４ｂ、ロッカーアーム８２ｂの他端（作用点）に回転自在に支持されたカムフォロア（ローラ）８５ｂ、支持フレーム２４に回転自在に支持され、カムフォロア８５ｂに転接する第２吸気カム８６ｂを備えている。
【００５０】
Ｘ軸分離スライダ７８ｂのＸ軸リニアガイドは、支点ヒンジ８０ｂに取付けられたＸ軸ガイドレールにＸ軸方向に沿って摺動自在にガイドおよび支持されている。Ｙ軸分離スライダ８４ｂのＹ軸リニアスライダは、Ｘ軸分離スライダ７８ｂのＹ軸ガイドレールにＹ軸方向に沿って摺動自在にガイドおよび支持されている。
【００５１】
第２吸気口４４ａの吸気側端開口には、第２吸気側カップラ９３ｂ（図２参照）が嵌合されている。この第２吸気側カップラ９３ｂに、前述した二次冷却器１８からの配管（供給ライン）が接続され、二次冷却器１８から低温高圧空気が吸気口４４ａに導かれる。  
このように構成された第２吸気側ＸＹ分離バルブ機構５４は、上述した第１吸気側ＸＹ分離バルブ機構４６と同様に動作して、第２吸気口４４ａを開閉する。
【００５２】
図４および図５に示すように、第２吐出口４４ｂを開閉する第２吐出側バルブ機構５６は、上述した第１吐出側バルブ機構４８と同様に構成されている。ただし、第１吐出側バルブ機構４８は、第１吐出バルブおよびＹ軸スライダがＹ軸方向に沿って昇降する、いわゆる縦型に構成されているが、第２吐出側バルブ機構５６は、第２吐出バルブおよびＸ軸スライダがＸ軸方向に往復移動する、いわゆる横型に構成されている。
【００５３】
すなわち、第２吐出側バルブ機構５６は、シリンダ２６に埋め込まれたバルブガイドにより、Ｘ軸方向（第４方向）に沿って往復動自在にガイドされた吐出バルブ（例えば、きのこ弁）９６ｂを有している。吐出バルブ９６ｂのステムは、シーリングを気密に貫通してシリンダ２６の側方に突出している。吐出バルブ９６ｂは、Ｘ軸方向に往復移動することにより、第２吐出口４４ｂの第２膨張圧縮室２６ｂ側の端開口を開閉する。
【００５４】
第２吐出側バルブ機構５６は、吐出バルブ９６ｂを閉塞位置側に付勢するバルブばね（例えば、圧縮コイルばね）９７ｂと、吐出バルブ９６ｂのステム延出端に連結され、吐出バルブ９６ｂを開閉駆動するスライド駆動機構と、を備えている。このスライド駆動機構は、吐出バルブ９６ｂのステム延出端に固定され、吐出バルブ９６ｂと一体にＸ軸方向に移動するＸ軸スライダ１００ｂ、Ｘ軸スライダ１００ｂに回転自在に取り付けられたカムフォロア（ローラ）、シリンダ２６に立設され、Ｘ軸方向に延びるスライドホルダ１０４ｂ、支持フレーム２４に回転自在に支持され、カムフォロアに転接する第２吐出カム１０５ｂを備えている。Ｘ軸スライダ１００ｂのＸ軸リニアスライダは、スライドホルダ１０４ｂに設けられＸ軸方向に延びるＸ軸ガイドレールにＸ軸方向に沿って摺動自在にガイドおよび支持されている。
【００５５】
第２吐出口４４ｂの吐出側端開口には、第２吐出側カップラ１０９ｂ（図２参照）が嵌合されている。この第２吐出側カップラ１０９ｂに配管（吐出ライン）が接続され、膨張機２０から吐出された冷却空気は、配管を通して冷凍庫２２へ送られる。  
このように構成された第２吐出側バルブ機構５６は、上述した第１吐出側バルブ機構４８と同様に動作して、第２吐出口４４ｂを開閉する。
【００５６】
図２ないし図５に示すように、支持フレーム２４に複数本のカムシャフトが回転自在に取り付けられ、各カムシャフトに、前述した種々のカムが取り付けられている。詳細には、第１吸気カムシャフト１１０ａおよび第１吐出カムシャフト１１２ａが、支持フレーム２４の一対の支持板３１ａ、３１ｂに回転自在に支持されている。第１吸気カムシャフト１１０ａおよび第１吐出カムシャフト１１２ａは、互いに平行に、かつ、シリンダヘッド２８の上方に設けられている。第１吸気カムシャフト１１０ａに第１吸気カム（押圧部材）８６ａが固定され、カムシャフトと一体に回転する。第１吐出カムシャフト１１２ａに第１吐出カム（押圧部材）１０５ａが固定され、カムシャフトと一体に回転する。
【００５７】
第１吸気カムシャフト１１０ａの一端部、および第１吐出カムシャフト１１２ａの一端部は、それぞれ支持板３１ｂから背面側に突出している。そして、これらの一端部に、第１従動プーリ１２４ａおよび第２従動プーリ１２４ｂがそれぞれ取り付けられ、カムシャフトと一体に回転可能となっている。
【００５８】
第２吸気カムシャフト１１０ｂおよび第２吐出カムシャフト１１２ｂが、支持フレーム２４の一対の支持板３１ａ、３１ｂに回転自在に支持されている。第２吸気カムシャフト１１０ｂおよび第２吐出カムシャフト１１２ｂは、互いに平行に、かつ、シリンダ２６の両側に設けられている。第２吸気カムシャフト１１０ｂに第２吸気カム８６ｂが固定され、カムシャフトと一体に回転する。第２吐出カムシャフト１１２ｂに第２吐出カム１０５ｂが固定され、カムシャフトと一体に回転する。
【００５９】
第２吸気カムシャフト１１０ｂの一端部、および第２吐出カムシャフト１１２ｂの一端部は、それぞれ支持板３１ｂから背面側に突出している。そして、これらの一端部に、第３従動プーリ１２４ｃおよび第４従動プーリ１２４ｄがそれぞれ取り付けられ、カムシャフトと一体に回転可能となっている。
【００６０】
支持板３１ｂの背面、および、第２ベース板２７ｂの背面に、複数のテンションプーリ１２６が回転自在に取り付けられている。そして、第１ないし第４従動プーリ１２４ａ〜１２４ｄ、４つのテンションプーリ１２６、および、クランク軸に取付けられた駆動プーリ５３に、ループ状のタイミングベルト１２８が架け渡されている。
【００６１】
クランク軸５０と共に駆動プーリ５３が回転すると、タイミングベルト１２８により、第１ないし第４従動プーリ１２４ａ〜１２４ｄが、同期して回転される。これにより、第１、第２吸気カムシャフト１１０ａ、１１０ｂ、第１、第２吐出カムシャフト１１２ａ、１１２ｂが回転し、これらのカムシャフトと共に、第１、第２吸気カム８６ａ、８６ｂ、第１、第２吐出カム１０５ａ、１０５ｂが回転して、対応するバルブ機構のバルブを所定の周期、タイミングで開閉する。
【００６２】
以上のように構成された膨張機２０によれば、始動時、図示しないモータ等により、クランク軸５０を回転させ、ピストン３０を昇降させる。例えば、図５に示すように、ピストン３０が上死点に移動したところで、第１吸気バルブ７２ａが開放され、第１吸気口４２ａから第１膨張圧縮室２６ａに低温高圧空気が供給される。第１吸気バルブ７２ａが閉じた後、ピストン３０が下死点に向かって下降することにより、第１膨張圧縮室２６ａの容積が徐々に増大し、これに伴い、内部の低温高圧空気が断熱膨張する。これにより、空気は、−８０〜−１００℃の極低温に冷却される。ピストン３０が下死点から上死点に向かって移動する際、第１吐出バルブ９６ａが開放され、第１膨張圧縮室２６ａ内の冷却空気（冷気）は、ピストン３０により押されて第１吐出口４２ｂ、第１吐出側カップラ１０９ａから配管へ吐出される。吐出された冷却空気は、配管を通して、冷凍庫２２内へ放出され、冷凍庫２２内を冷却する。
【００６３】
また、ピストン３０が下死点に移動したところで、第２吸気バルブ７４ｂが開放され、第２吸気口４４ａから第２膨張圧縮室２６ｂに低温高圧空気が供給される。第２吸気バルブ７４ｂが閉じた後、ピストン３０が上死点に向かって上昇することにより、第２膨張圧縮室２６ｂの容積が徐々に増大し、これに伴い、内部の低温高圧空気が断熱膨張する。これにより、空気は、−８０〜−１００℃の極低温に冷却される。ピストン３０が下死点から上死点に向かって移動する際、第２吐出バルブ９６ｂが開放され、第２膨張圧縮室２６ｂ内の冷却空気（冷気）は、ピストン３０により押されて第２吐出口４４ｂ、第２吸気側カップラ９３ｂから配管へ吐出される。吐出された冷却空気は、配管を通して、冷凍庫２２内へ放出され、冷凍庫２２内を冷却する。
【００６４】
第１および第２吐出口４２ｂ、４４ｂから吐出した冷気の一部は、制御バルブ２３を通して二次冷却器１８へ送られる。  
膨張機２０の始動時以降は、ピストン３０は低温高圧空気に駆動され、その往復運動をＸＹ分離クランク機構６０により回転運動に変換してクランク軸５０を回転させる。すなわち、クランク軸５０は、高圧空気の膨張力により回転し、この回転力で発電機７５等を駆動することにより、回生電力を得ることができる。
【００６５】
上記のように構成された膨張機２０によれば、ＸＹ分離クランク機構によりピストンの往復運動を回転運動に変換してクランク軸に伝えることができ、揺動するコンロッド（連結棒）を用いた機構やスライダークランクと比較して、ピストンおよびシリンダのサイドスラストロス（摩擦ロス）、および振動を大幅に低減することできる。摩擦ロスがないことから、低振動となり、高速動作が可能となる。同時に、サイドスラストロスによる熱損失がなく、大幅な効率向上を図ることができるとともに、容易に小型化を図ることができる。本実施形態によれば、複動式のピストンおよびシリンダを用いることにより、容積が２倍、効率が３倍となり、大きな効果が得られる。
【００６６】
複動ピストン、シリンダを用いた場合でも、ＺメカニズムＸＹ分離クランク機構と直動連結部材で力は伝達するが、シリンダ部とクランク部を分離することができるため、間隙に断熱部材（断熱シート等）を容易に設けることができる。これにより熱移動を最小限にすることができる。従って、熱損失を一層低減し、より効率向上を図ることができる。また、複動ピストン、シリンダを用いることにより、スペースファクタが１／２となり、膨張機の小型化が容易となる。
【００６７】
バルブ機構として、Ｚメカニズムバルブ機構あるいはＺメカニズムＸＹ分離バルブ機構を用いることにより、カムの回転運動あるいはロッカーアームの揺動を、Ｘ軸分離スライダによるＸ軸方向の直線運動と、Ｙ軸分離スライダによるＹ軸方向の直線運動とに分離し、このＹ軸方向の直線運動をバルブに伝達することができる。これにより、バルブとバルブガイドとの間に作用するサイドスラストを無くし、摩擦ロスによる熱損失の低減し、かつ、サイドスラストによるバルブの変形を排除することができる。また、バルブはバルブ開閉方向のリニアガイドにより厳正直線運動となるため、バルブとバルブシートが正確に密着しシール性が向上するとともに、正確な開閉動作を実現することがきる。バルブ機構の効率が良く、耐久性に優れている。バルブの動作油が潤滑油を兼ねる場合、バルブの不要な回転を止めることが容易であり、ソレノイド式の電磁機構を持たせることも容易となる。これにより、バルブの８の字運動の防止、３つ輪と呼ばれるマーキングの発生を抑制し、バルブ機構の耐久性を向上することが可能となる。バルブガイドの摺動部を長くすることなく、円滑なバルブ動作を実現でき、バルブ機構の小型化を図ることが可能となる。
【００６８】
図１１は、比較例として、ＸＹ分離機構およびリニアガイドを持たない従来のバルブ機構を示している。図に示すように、比較例のバルブ機構では、カムおよびステムの角度偏差の分だけ、バルブガイドの位置でステムにサイドスラストが作用する。また、バルブステムは円形シャフトであり、容易に回転する。このため、バルブフェースとバルブシートとの接触部で、部分的な漏れが生じやすい。
【００６９】
これに対して、本実施形態に係るＺメカニズムＸＹ分離バルブ機構では、Ｘ軸分離スライダのＸ軸方向（矢印方向）の直線運動により、カムの回転運動あるいはロッカーアームの揺動による回転偏差を吸収することができ、バルブステムにサイドスラストが作用することはない。また、バルブの回転を生じることがなく、バルブシートとバルブフェースは特定の位置で接触する。そのため、バルブシートおよびバルブフェースをマーキングしてすり合わせすることにより、漏れの発生を防止することができる。
【００７０】
以上のように、サイドスラストをなくし、シール性、動作の円滑性、耐久性の向上したＸＹ分離バルブ機構が得られる。ＺメカニズムＸＹ分離バルブ機構により、冷却空気の供給、吐出を正確に、かつ、高いシール性を持って高速に行うことができる。これにより、膨張機の膨張比率、空気冷却効率を一層向上させることができる。例えば、圧縮膨張比を１０以上とすることも容易であり、１段で−１００℃以上の冷却が可能となる。
【００７１】
タービン式の膨張機に比較して、本実施形態の膨張機は、膨張比率が大きくとれるため、バイパスなど種々の調整機構を簡素化できる。また、装置を大型のものから小型のものまで自由に設計することができる。膨張機の回転は任意に変化させ、温度調整が容易である。タービン式と異なり安価で、製造しやすく丈夫である。
【００７２】
膨張機の膨張仕事を、例えば、発電機により回生エネルギとして回収することができる。膨張エネルギを負荷として、１：１であるため、エネルギをほぼ１００％回収することができ、かつ、冷気を生成することができる。例えば、軸出力７００Ｗの膨張機で５００Ｗの回収電力が実測されている。
【００７３】
ＺメカニズムＸＹ分離クランク機構およびＸＹ分離バルブ機構により、ピストンおよびバルブの完全な平行運動ができるため、３０φ程度の小型ピストンでも、あるいは、５００ｍｍの大型ピストンを用いる場合でも、シール性がよくロスレスで効率が良い。多段化が容易であり、２気筒、３気筒、８気筒と任意に多段化できる柔軟性に優れている。サイドスラストロスがないため、ピストンやバルブを容易にセラミック化することが可能であり、セラミックを用いることにより、軽量化、断熱性の向上を図ることができる。
【００７４】
本実施形態の膨張機を用いることにより、従来の空気冷凍装置に比べ構成が簡略化され安価な空気冷凍装置を提供することができる。一般の室内用クーラーを作ると室内用クーラー内部にチラーが不要なため、常温空気との混合吹き出しだけで良いので、小型化される。  
本実施形態に係る空気冷凍装置によれば、圧縮機で、室温から１ＭＰａにすると２００℃になるため、空気中のウイルスや細菌の滅菌が容易となる。ウイルス、細菌の滅菌が容易であるため、クリーンルーム化が容易である。手術室、半導体製造工場用などでは、フィルタの小型化を図ることができ、トータルコスト削減が実現する。膨張機から冷凍庫内に冷気を吐出するため、冷凍庫内は陽圧となり、外部から冷凍庫内に外気が侵入することがない。そのため、冷凍庫を簡易な構造としても充分な冷凍機能を発揮することができ、冷凍庫の製造コストを大幅に削減することが可能となる。
【００７５】
ＸＹ分離バルブ機構は、膨張機に限らず、エンジン、圧縮機、ポンプ等の種々の駆動機器に適用可能である。また、吸気側のみに限らず、吐出側のバルブ機構もＸＹ分離バルブ機構を用いてもよい。バルブ機構は、ロッカーアーム式に限らす、スイングアーム式、プッシュロッド式、その他、種々のタイプのバルブ機構に適用可能である。
【００７６】
次に、他の実施形態に係るバルブ機構を備えた装置について説明する。なお、以下に説明する他の実施形態において、前述した第１の実施形態と同一の部分には、同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略し、第１の実施形態と異なる部分を中心に詳しく説明する。
【００７７】
（第２の実施形態）  
図１２は、第２の実施形態に係る駆動装置のバルブ機構を示す断面図である。  
第２の実施形態では、駆動装置として、例えば、ポンプに、Ｚメカニズムバルブ機構を適用した例を示している。図１２に示すように、ポンプは、シリンダ１１３と、シリンダ１１３以内に昇降自在に設けられたピストン１１５と、シリンダ１１３の上端開口を閉塞するシリンダヘッド１１４と、を備えている。支持体として機能するシリンダヘッド１１４は、シリンダ１１３の圧縮室１１３ａに連通する吸入孔１１６および吐出孔１１８を有している。吸入孔１１６および吐出孔１１８の一端（ポート）はシリンダヘッド１１４の下面にそれぞれ開口し、他端は、シリンダヘッド１１４の両側面にそれぞれ開口している。
【００７８】
シリンダヘッド１１４に設けられたＺメカニズムバルブ機構は、吸入孔１１６を開閉する吸入側バルブ機構１２０、および吐出孔１１８を開閉する吐出側バルブ機構１２２を備えている。本実施形態において、吸入側バルブ機構１２０および吐出側バルブ機構１２２は、静圧バルブとして構成されている。
【００７９】
吸入側バルブ機構１２０は、バルブ体として、例えば、きのこ弁からなる吸入バルブ１２１ａと、シリンダヘッド１１４に形成されたバルブガイド（ガイド孔）１２３ａと、を備えている。吸入バルブ１２１ａのステム１２５ａは、バルブガイド１２３ａに挿通されている。吸入バルブ１２１ａは、このバルブガイド１２３ａにより、Ｙ軸方向（第１方向）に沿って昇降自在にガイドされ、吸入孔１１６の圧縮室１１３ａ側の端開口（吸入ポート）１１６ａを開閉する。吸入ポート１１６ａには、全周に亘って、テーパ状のバルブシートが形成されている。吸入バルブ１２１ａのステム１２５ａは、バルブガイド１２３ａに設けられているシーリング１２７を気密に貫通し、シリンダヘッド１１４の第１設置室１３０ａ内に延出している。第１設置室１３０ａは、密閉され、吸入孔１１６に対して気密に分離している。
【００８０】
吸入側バルブ機構１２０は、吸入バルブ１２１ａを開閉方向であるＹ軸方向にリニアに移動させるリニア駆動機構を備えている。このリニア駆動機構は、吸入バルブ１２１ａのステム１２５ａに固定されたＹ軸スライダ１３２ａと、シリンダヘッド１１４の第１設置室１３０ａ内に固定されＹ軸方向に延びるＹ軸ガイドレール（リニアガイド）１３４ａと、第１設置室１３０ａ内に設けられたばね押さえ１３６ａと、第１設置室１３０ａ内に設けられたバルブばね１３８ａと、を有している。
【００８１】
Ｙ軸スライダ１３２ａは、ステム１２５ａの上端部に固定され、第１設置室１３０ａ内に位置している。Ｙ軸スライダ１３２ａは、ほぼブロック形状に形成され、Ｙ軸方向に延びる１側面を有している。Ｙ軸スライダ１３２ａの１側面上にＹ軸方向に延びるＹ軸リニアスライダ１４０ａが固定され、あるいは、Ｙ軸スライダ１３２ａと一体に形成されている。Ｙ軸リニアスライダ１４０ａは、Ｙ軸ガイドレール１３４ａにＹ軸方向に沿って摺動自在にガイドおよび支持されている。
【００８２】
Ｙ軸リニアスライダ１４０ａは、Ｙ軸ガイドレール１３４ａに転接するボールベアリングを内蔵していてもよい。また、吸入バルブ１２１ａおよびＹ軸リニアスライダ１４０ａがＹ軸方向に昇降する時にステム１２５ａがＹ軸リニアスライダ１４０ａに対して回転できるように、深溝玉軸受やアンギュラ軸受等の回転ベアリングをＹ軸リニアスライダ１４０ａに取付け、この回転ベアリングを介してステム１２５ａをＹ軸リニアスライダ１４０ａに固定してもよい。
【００８３】
ばね押さえ１３６ａは、設置室１３０ａ内でバルブガイド１２３ａの近傍に設けられ、シリンダヘッド１１４に固定されている。ばね押さえ１３６ａは、Ｙ軸スライダ１３２ａと隙間をおいて対向しているとともに、ステム１２５ａの軸方向中間部は、ばね押さえ１３６ａを貫通して延びている。バルブばね（例えば、引っ張りコイルばね）１３８ａは、ばね押さえ１３６ａとＹ軸スライダ１３２ａとの間に設けられ、Ｙ軸スライダ１３２ａを介して吸入バルブ１２１ａを閉塞位置側に付勢している。
【００８４】
閉塞時、吸入バルブ１２１ａおよびＹ軸スライダ１３２ａは、バルブばね１３８ａにより付勢されて上昇し、吸入バルブ１２１ａのバルブヘッドは吸入ポート１１６ａの弁座（バルブシート）に密着して、吸入ポート１１６ａを閉じている。ピストン１１５が上死点から下方に移動して圧縮室１１３ａ内が減圧されると、吸入バルブ１２１ａが下降し、吸入ポート１１６ａを開放する。これにより、吸入孔１１６から空気あるいは流体が圧縮室１１３ａ内に送られる。また、ピストン１１５が上昇して圧縮室１１３ａ内の圧力が上昇すると、吸入バルブ１２１ａは、バルブばね１３８ａにより付勢されて上昇し、吸入ポート１１６ａを閉じる。
【００８５】
図１２に示すように、吐出側バルブ機構１２２は、吸入側バルブ機構１２０とほぼ同様に構成されている。すなわち、吐出側バルブ機構１２２は、バルブ体として、例えば、きのこ弁からなる吐出バルブ１２１ｂと、シリンダヘッド１１４に形成されたバルブガイド（ガイド孔）１２３ｂと、を備えている。吐出バルブ１２１ｂのステム１２５ｂは、バルブガイド１２３ｂに挿通されている。吐出バルブ１２１ｂは、バルブガイド１２３ｂにより、Ｙ軸方向（第１方向）に沿って昇降自在にガイドされ、吐出バルブ１２１ｂのバルブヘッドは、吐出孔１１８の圧縮室１１３ａ側の端開口（吐出ポート）１１８ａを開閉する。吐出ポート１１８ａには、全周に亘って、テーパ状のバルブシートが形成されている。吐出バルブ１２１ｂのステム１２５ｂは、バルブガイド１２３ｂに設けられているシーリング１２７を気密に貫通し、シリンダヘッド１１４の第２設置室１３０ｂ内に延出している。第２設置室１３０ｂは、密閉され、吐出孔１１８に対して気密に分離している。
【００８６】
吐出側バルブ機構１２２は、吐出バルブ１２１ｂを開閉方向であるＹ軸方向にリニアに移動させるリニア駆動機構を備えている。このリニア駆動機構は、吐出バルブ１２１ｂのステム１２５ｂに固定されたＹ軸スライダ１３２ｂと、シリンダヘッド１１４の第２設置室１３０ｂ内に固定されＹ軸方向に延びるＹ軸ガイドレール（リニアガイド）１３４ｂと、第２設置室１３０ｂ内に設けられたばね押さえ１３６ｂと、第２設置室１３０ｂ内に設けられたバルブばね１３８ｂと、を有している。
【００８７】
Ｙ軸スライダ１３２ｂは、ステム１２５ｂの軸方向中間部に固定され、第２設置室１３０ｂ内に位置している。Ｙ軸スライダ１３２ｂは、ほぼブロック形状に形成され、Ｙ軸方向に延びる１側面を有している。Ｙ軸スライダ１３２ｂの１側面上にＹ軸方向に延びるＹ軸リニアスライダ１４０ｂが固定され、あるいは、Ｙ軸スライダ１３２ｂと一体に形成されている。Ｙ軸リニアスライダ１４０ｂは、Ｙ軸ガイドレール１３４ｂにＹ軸方向に沿って摺動自在にガイドおよび支持されている。
【００８８】
Ｙ軸リニアスライダ１４０ｂは、Ｙ軸ガイドレール１３４ａに転接するボールベアリングを内蔵していてもよい。また、吐出バルブ１２１ｂおよびＹ軸リニアスライダ１４０ｂがＹ軸方向に昇降する時にステム１２５ｂがＹ軸リニアスライダ１４０ｂに対して回転できるように、深溝玉軸受やアンギュラ軸受等の回転ベアリングをＹ軸リニアスライダ１４０ｂに取付け、この回転ベアリングを介してステム１２５ｂをＹ軸リニアスライダ１４０ｂに固定してもよい。
【００８９】
ばね押さえ１３６ｂは、ステム１２５ｂの上端部に設けられ、シリンダヘッド１１４に固定されている。ばね押さえ１３６ｂは、Ｙ軸スライダ１３２ｂと隙間をおいて対向しているとともに、ステム１２５ｂの上端部は、ばね押さえ１３６ｂに摺動自在に挿通されている。バルブばね（例えば、圧縮コイルばね）１３８ｂは、ばね押さえ１３６ｂとＹ軸スライダ１３２ｂとの間に設けられ、Ｙ軸スライダ１３２ｂを介して吐出バルブ１２１ｂを閉塞位置側（ここでは下方）に付勢している。
【００９０】
閉塞時、吐出バルブ１２１ｂおよびＹ軸スライダ１３２ｂは、バルブばね１３８ｂにより付勢されて下降し、吐出バルブ１２１ｂのバルブヘッドは吐出ポート１１８ａの弁座（バルブシート）に密着して、吐出ポート１１８ａを閉じている。ピストン１１５が下死点から上方に移動して圧縮室１１３ａ内が加圧されると、吐出バルブ１２１ｂが上昇し、吐出ポート１１８ａを開放する。これにより、圧縮空気あるいは圧縮流体が圧縮室１１３ａから吐出孔１１８を通して吐出される。また、ピストン１１５が下降して圧縮室１１３ａ内が減圧されると、吐出バルブ１２１ｂは、バルブばね１３８ｂにより付勢されて下降し、吐出ポート１１８ａを閉じる。
【００９１】
以上のように構成されたＺメカニズムバルブ機構によれば、バルブ体は、リニアスライド機構により、軸方向、つまり、開閉方向のみに摺動可能に支持およびガイドされている。これにより、バルブ体とバルブガイドとの間に作用するサイドスラストを無くし、摩擦ロスによる熱損失の低減し、かつ、サイドスラストによるバルブ体の変形を排除することができる。また、バルブ体はバルブ開閉方向のリニアガイドにより厳正直線運動となるため、バルブとバルブシートが正確に密着しシール性が向上するとともに、ポートの正確な開閉動作を実現することがきる。バルブ体によりポートの全周を開閉することができるため、大容量の動作流体を吸入あるいは吐出することが可能である。バルブ機構は効率が良く、耐久性に優れている。また、バルブばねにより、バルブ体の定位置停止性もよく、漏れも少ない。バルブばねの挿入位置により、上方向開きと下方向開きのバルブ機構が決定される。
【００９２】
バルブ体はスライダに固定されているため、バルブ体の不要な回転を止めることが容易であり、バルブ体の８の字運動の防止、３つ輪と呼ばれるマーキングの発生を抑制し、バルブ機構の耐久性を向上することが可能となる。バルブガイドの摺動部を長くすることなく、円滑なバルブ動作を実現でき、バルブ機構の小型化を図ることが可能となる。
【００９３】
更に、Ｚメカニズムバルブ機構のスライダ、リニアスライダ、ガイドレール、バルブばね等は、支持体に形成された第１および第２設置室１３０ａ、１３０ｂ内に収納され、これらの設置室はシーリングにより密閉され、吸入孔あるいは吐出孔から分離している。そのため、バルブ機構を潤滑する潤滑油と、吸入孔あるいは吐出孔を流れる動作流体とを完全に分離することができる。  
以上のように、第２の実施形態によれば、サイドスラストをなくし、シール性、動作の円滑性、耐久性の向上したＺメカニズムバルブ機構を提供することができる。なお、第２の実施形態において、バルブ体の形状は、円形に限らず、楕円形、半月形、角型、多角形等、任意の形状とすることができ、動作流体の性質に合わせて種々選択可能である。また、きのこ弁の上部に流体のガイド溝、水撃の起こらないなめらかな曲線を付加してもよい。
【００９４】
（第３の実施形態）  
図１３は、第３の実施形態に係るＺメカニズムバルブ機構を備える駆動装置を概略的に示す断面図、図１４は、第３の実施形態に係るＺメカニズムバルブ機構において、バルブばねの付勢力、反力を調整した状態を示すＺメカニズムバルブ機構の断面図である。
【００９５】
第３の実施形態では、Ｚメカニズムバルブ機構は、バルブばねの付勢力、反力を調整してバルブの開閉タイミングを調整可能なばね調整機構を更に備えている。図１３に示すように、シリンダヘッド１１４に設けられたＺメカニズムバルブ機構は、吸入孔１１６を開閉する吸入側バルブ機構１２０、および吐出孔１１８を開閉する吐出側バルブ機構１２２を備えている。本実施形態において、吸入側バルブ機構１２０および吐出側バルブ機構１２２は、静圧バルブとして構成されている。吸入側バルブ機構１２０および吐出側バルブ機構１２２の基本構成は、前述した第２の実施形態に係るＺメカニズムバルブ機構と同一である。
【００９６】
第３の実施形態によれば、吸入側バルブ機構１２０は、第１設置室１３０ａ内において、吸入バルブ１２１ａのステム１２５ａの上端部に固定された固定ばね押さえ１５０ａと、ステム１２５ａの軸方向中間に設けられた可動ばね押さえ１５０ｂと、これら固定ばね押さえ１５０ａと可動ばね押さえ１５０ｂとの間で、ステム１２５ａの周囲に設けられたバルブばね（例えば、圧縮コイルばね）１３８ａと、を備えている。可動ばね押さえ１５０ｂは、第１設置室１３０ａ内でＹ軸方向に沿って移動自在に、シリンダヘッド１１４に取付けられている。吸入バルブ１２１ａのステム１２５ａは、可動ばね押さえ１５０ｂを貫通して延びている。
【００９７】
第１設置室１３０ａ内に調整ロッド１５４ａが挿通され、Ｙ軸方向に延びている。調整ロッド１５４ａの下端は、可動ばね押さえ１５０ｂに固定されている。調整ロッド１５４ａの上端部にはねじが切られ、この上端部は、シリンダヘッド１１４の天井板部にねじ込まれ、シリンダヘッド１１４の上方へ突出している。また、調整ロッド１５４ａの上端部にストッパ用のナット１５６ａが装着され、シリンダヘッド１１４の上面に当接している。
【００９８】
可動ばね押さえ１５０ｂは、調整ロッド１５４ａにより、任意のＹ軸方向位置に位置決めされている。また、ナット１５６ａを緩めた状態で、調整ロッド１５４ａをねじ込むあるいは引出して調整ロッド１５４ａをＹ軸方向に昇降させることにより、可動ばね押さえ１５０ｂを昇降させることができ、これにより、可動ばね押さえ１５０ｂと固定ばね押さえ１５０ａとの間隔を変えてバルブばね１３８ａの付勢力（反力）を調整することができる。そして、バルブばね１３８ａの付勢力を調整することにより、吸込みバルブの１２４ａの開閉タイミング、バルブヘッドの当たり等を調整することができる。
【００９９】
図１４に示すように、例えば、調整ロッド１５４ａにより可動ばね押さえ１５０ｂを固定ばね押さえ１５０ａと接近する方向（上方）へ移動させることにより、バルブばね１３８ａの付勢力が大きくなり、吸入バルブ１２１ａの開放タイミングを遅く（あるいは早く）調整することができる。  
以上のように、固定ばね押さえ１５０ａ、可動ばね押さえ１５０ｂ、調整ロッド１５４ａは、ばね調整機構を構成している。
【０１００】
図１３に示すように、吐出側バルブ機構１２２は、吸入側バルブ機構１２０と同様に構成され、ばね調整機構を備えている。吐出側バルブ機構１２２は、第２設置室１３０ｂ内において、吐出バルブ１２１ｂのステム１２５ｂの軸方向中間部に固定された固定ばね押さえ１５２ａと、ステム１２５ｂの上端部に設けられた可動ばね押さえ１５２ｂと、これら固定ばね押さえ１５２ａと可動ばね押さえ１５２ｂとの間で、ステム１２５ｂの周囲に設けられたバルブばね（例えば、圧縮コイルばね）１３８ｂと、を備えている。可動ばね押さえ１５２ｂは、第２設置室１３０ｂ内でＹ軸方向に沿って移動自在に、シリンダヘッド１１４に取付けられている。吐出バルブ１２１ｂのステム１２５ｂは、可動ばね押さえ１５２ｂを貫通して延びている。
【０１０１】
第２設置室１３０ｂ内に調整ロッド１５４ｂが挿通され、Ｙ軸方向に延びている。調整ロッド１５４ｂの下端は、可動ばね押さえ１５２ｂに固定されている。調整ロッド１５４ｂの上端部にはねじが切られ、この上端部は、シリンダヘッド１１４の天井板部にねじ込まれ、シリンダヘッド１１４の上方へ突出している。また、調整ロッド１５４ｂの上端部にストッパ用のナット１５６ａが装着され、シリンダヘッド１１４の上面に当接している。
【０１０２】
可動ばね押さえ１５２ｂは、調整ロッド１５４ｂにより、任意のＹ軸方向位置に位置決めされている。また、ナット１５６ｂを緩めた状態で、調整ロッド１５４ｂをねじ込むあるいは引出して調整ロッド１５４ｂをＹ軸方向に昇降させることにより、可動ばね押さえ１５２ｂを昇降させることができる。これにより、可動ばね押さえ１５２ｂと固定ばね押さえ１５２ａとの間隔を変えてバルブばね１３８ｂの付勢力（反力）を調整することができる。そして、バルブばね１３８ｂの付勢力を調整することにより、吐出バルブの１２４ｂの開閉タイミング、バルブヘッドの当たり等を調整することができる。
【０１０３】
第３の実施形態において、Ｚメカニズムバルブ機構の他の構成は、前述した第２の実施形態と同一である。以上のように構成された第３の実施形態においても、前述した第２の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、各バルブ機構のバルブばねを調整し、バルブの開閉タイミング、バルブの当たり具合等を容易に調整することが可能となる。
【０１０４】
本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。  
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。  
（付記１）  
圧縮室に開口するポートを有する支持体と、
バルブヘッドおよびステムを有するバルブ体であって、前記支持体に第１方向に沿って往復移動自在に支持され、前記ポートを開閉するバルブ体と、
前記バルブ体を開閉するリニア駆動機構と、を備え、
前記リニア駆動機構は、前記支持体に設けられ前記第１方向に延びるリニアガイドと、前記バルブ体の前記ステムに固定されているとともに前記リニアガイドに沿って前記第１方向に往復移動自在に支持されたリニアスライダと、前記リニアスライダを介して前記バルブ体を閉塞位置に付勢するバルブばねと、を備えているバルブ機構。
（付記２）  
前記支持体は、密閉された設置室を有し、前記リニアガイド、リニアスライダ、バルブばねは、前記設置室内に配置されている付記１に記載のバルブ機構。
（付記３）  
前記バルブばねの付勢力を調整する調整機構を備えている付記１又は２に記載のバルブ機構。
【符号の説明】
【０１０５】
２６…シリンダ、２８、１１４…シリンダヘッド（支持体）、３０…ピストン、  
４２ａ…第１吸気口、４６…第１吸気側ＸＹ分離バルブ機構、  
４８…第１吐出側バルブ機構、７２ａ…吸気バルブ、７４ａ…吸気バルブガイド、  
７４ａ…バルブばね、６０…ＸＹ分離クランク機構、７７…ＸＹ分離駆動機構、  
７８ａ…Ｙ軸分離スライダ、８０ａ…支持ヒンジ、８２ａ…ロッカーアーム、  
８４ａ…Ｘ軸分離スライダ、８６ａ…第１吸気カム、８７ａ…Ｙ軸リニアスライダ、  
８８ａ…Ｘ軸Ｘ軸ガイドレール、９０ａ…Ｙ軸ガイドレール、  
９２ａ…Ｘ軸リニアスライダ、９４ａ…吐出バルブガイド、９６ａ…吐出バルブ、  
９７ａ…バルブばね、９８…スライド駆動機構、１００ａ…Ｙ軸スライダ、  
１０２ａ…カムフォロア（ローラ）、１０４ａ…スライドホルダ、  
１０５ａ…第１吐出カム、１１６ａ…吸入ポート、１１８ａ…吐出ポート、  
１２０…吸入側バルブ機構、１２１ａ…吸入バルブ、１２１ｂ…吐出バルブ、  
１２２…吐出側バルブ機構、１３０ａ…第１設置室、１３０ｂ…第２設置室、  
１３２ａ、１３２ｂ…Ｙ軸スライダ、１３４ａ、１３４ｂ…ガイドレール、  
１３６ａ、１３６ｂ…ばね押さえ、１３８ａ、１３８ｂ…バルブばね、  
１４０ａ、１４０ｂ…リニアスライダ、１５０ａ、１５２ａ…固定バルブ押さえ、  
１５０ｂ、１５２ｂ…可動バルブ押さえ、１５４ａ、１５４ｂ…調整ロッド
【要約】
【課題】サイドスラストをなくし、シール性、動作の円滑性、耐久性の向上したＸＹ分離バルブ機構を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、Ｚメカニズムバルブ機構は、ポート４２ａを有する支持体２８と、支持体に第１方向に沿って往復移動自在に支持され、ポートを開閉するバルブ体７２ａと、バルブ体を開閉するＸＹ分離駆動機構７７と、を備えている。ＸＹ分離駆動機構は、支持体に取付けられた第１ヒンジ部材８０ａと、この第１ヒンジ部材に回動自在に取付けられた揺動部材８２ａと、第１ヒンジ部材に第１方向に往復動自在に支持され、バルブ体に連結された第１分離スライダ７８ａと、揺動部材に回動自在に支持されているとともに、第１方向と直交する第２方向に沿って往復移動自在に第１分離スライダに係合する第２分離スライダ８４ａと、揺動部材を押圧し、揺動部材を揺動させる押圧部材８６ａと、を備えている。
【選択図】図９【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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