(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧ガスを吐出させる高圧側の吐出ポートと低圧ガスを吸い込む低圧側の吸込ポートとを持つ圧縮機と、冷媒ガスを膨張させて寒冷を発生させる冷凍機と、前記圧縮機の高圧側の前記吐出ポートと前記冷凍機とを連通させ且つ前記圧縮機の吐出ポートから吐出された高圧の冷媒ガスを開弁により前記冷凍機に供給させる高圧バルブと、前記圧縮機の低圧側の前記吸込ポートと前記冷凍機とを連通させ且つ前記冷凍機の冷媒ガスを開弁により前記圧縮機の前記吸込ポートに帰還させる低圧バルブとを具備する低温冷凍装置であって、
前記高圧バルブおよび前記低圧バルブのうちの少なくとも一方は、
弁口を形成する弁座と軸孔を形成する軸受とを持つ基部と、
直線方向に沿って往復直動可能に前記軸受の前記軸孔に保持されているステムと、前記ステムに連設され前記弁口を開閉させる弁部と、を持つ弁体と、
前記弁部が前記弁座に着座する方向に前記弁体を付勢する付勢バネと、
回動軸を中心として回動するカムと、前記カムの回動に従動し前記カムによって決まる規定のタイミングで前記ステムの先端部に摺接しつつ前記先端部を開弁方向に押圧することで前記弁体を開弁方向に移動させる接触面と、を持つ弁駆動部材と、を具備し、
前記ステムの前記先端部は、前記接触面に接触する回転体と、前記回転体を回転可能に保持する保持部と、で構成され、
前記ステムは前記回転体の一部を収容する収容部を持ち、
前記収容部には、前記回転体とともに潤滑剤が収容され、
前記収容部は前記基部の内部に開口する、低温冷凍装置。
【請求項２】
前記回転体は球体である請求項１記載の低温冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高圧バルブおよび低圧バルブを持つ低温冷凍装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、極低温冷凍機に使用される高圧バルブ装置が開示されている。この高圧バルブ装置では、カムの回転運動を弁体の直線運動に変換し、カムにより決まる規定のタイミングで弁体を直線運動させることで弁口を開閉する技術を開示している。特許文献１に開示されている高圧バルブ装置においては、旋回可能に設けられたレバーの旋回に伴い、レバーの表面によって弁体の先端部を離接可能に押圧し、弁体を開弁方向に移動させている。レバーは弁体を開弁方向に駆動するための弁駆動部材として機能している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公平０４−０８０３１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に開示されている高圧バルブ装置においては、弁体の先端部がレバーの表面（弁駆動部材の接触面と呼ぶ）に接触することで、弁体が開弁方向に直線移動する。この接触面はカムの回動に従動するため、接触面のなかで弁体の先端部に接触する点もまた移動する。したがって、弁体の先端部と接触面との間には摩擦力が生じる。このため、弁体の先端部や接触面には摩耗が生じる可能性がある。弁体の先端部や接触面が大きく摩耗すると、弁の開閉タイミングに影響が生じるおそれがある。弁が望み通りのタイミングで開閉しなければ、冷凍機の性能も劣化するおそれがある。
【０００５】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、弁体の先端部、および、弁駆動部材における接触面の摩耗を抑制するのに有利な低温冷凍装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記課題を解決すべくなされた発明である。本発明の低温冷凍装置は、高圧ガスを吐出させる高圧側の吐出ポートと低圧ガスを吸い込む低圧側の吸込ポートとを持つ圧縮機と、冷媒ガスを膨張させて寒冷を発生させる冷凍機と、前記圧縮機の高圧側の前記吐出ポートと前記冷凍機とを連絡させ且つ前記圧縮機の吐出ポートから吐出された高圧の冷媒ガスを開弁により前記冷凍機に供給させる高圧バルブと、前記圧縮機の低圧側の前記吸込ポートと前記冷凍機とを連絡させ且つ前記冷凍機の冷媒ガスを開弁により前記圧縮機の前記吸込ポートに帰還させる低圧バルブとを具備する低温冷凍装置であって、
前記高圧バルブおよび前記低圧バルブのうちの少なくとも一方は、
前記弁口を形成する弁座と軸孔を形成する軸受とを持つ基部と、
直線方向に沿って往復直動可能に前記軸受の前記軸孔に保持されているステムと、前記ステムに連設され前記弁口を開閉させる弁部と、を持つ弁体と、
前記弁部が前記弁座に着座する方向に前記弁体を付勢する付勢バネと、
回動軸を中心として回動するカムと、前記カムの回動に従動し前記カムによって決まる規定のタイミングで前記ステムの先端部に摺接しつつ前記先端部を開弁方向に押圧することで前記弁体を開弁方向に移動させる接触面と、を持つ弁駆動部材と、を具備し、
前記ステムの前記先端部は、前記接触面に接触する回転体と、前記回転体を回転可能に保持する保持部と、で構成されているものである。
【０００７】
本発明の低温冷凍装置においては、ステムの先端部のなかで接触面に接触（摺接）する部分を回転体で構成し、先端部の他の一部（保持部）によってこの回転体を回転可能に保持している。接触面とステムの先端部とが摺接すると、ステムの先端部の一部である回転体が回転する。このため接触面に作用する摩擦力が緩和され、接触面が摩耗し難くなる。また、ステムの先端部（つまり回転体）自体に作用する摩擦力もまた緩和され、ステムの先端部もまた摩耗し難くなる。したがって、本発明の低温冷凍装置によると、接触面の摩耗を抑制可能である。
【０００８】
本発明の低温冷凍装置は、以下の（１）〜（３）の何れかを備えるのが好ましく、複数を備えるのがより好ましい。
（１）前記回転体は球体である。
（２）前記基部は前記回転体の一部を収容する収容部を持ち、前記収容部には、前記回転体とともに潤滑剤が収容されている。
（３）前記収容部は前記基部の内部に開口する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の低温冷凍装置においては、ステムの先端部を回転体で構成することで、接触面の摩耗を抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態１に係り、極低温冷凍装置を模式的に示す図である。
【図２】実施形態１に係り、極低温冷凍装置に使用される高圧バルブ付近を模式的に示す断面図である。
【図３】実施形態１に係り、高圧バルブのステムが開弁方向に移動するときのステムの先端部付近を模式的に示す要部拡大図である。
【図４】実施形態１に係り、低圧バルブのステムが開弁方向に移動するときのステムの先端部付近を模式的に示す要部拡大図である。
【図５】実施形態１に係り、弁体におけるステムの先端部を製造している様子を模式的に表す説明図である。
【図６】実施形態２に係り、極低温冷凍装置を模式的に示す説明図である。
【図７】実施形態２に係り、極低温冷凍装置に使用される高圧バルブ付近を模式的に示す説明図である。
【図８】実施形態２に係り、高圧バルブのステムが開弁方向に移動するときのステムの先端部付近を模式的に示す要部拡大図である。
【図９】実施形態２に係り、低圧バルブのステムが開弁方向に移動するときのステムの先端部付近を模式的に示す要部拡大図である。
【図１０】実施形態３に係り、極低温冷凍装置に使用される高圧バルブ付近を模式的に示す説明図である。
【図１１】実施形態３に係り、極低温冷凍装置に使用される低圧バルブ付近を模式的に示す説明図である。
【図１２】実施形態４に係り、高圧バルブのステムが開弁方向に移動し、かつ、低圧バルブのステムが閉弁位置に配置されているときのステムの先端部付近を模式的に示す要部拡大図である。
【図１３】実施形態５に係り、高圧バルブのステムが開弁方向に移動するときのステムの先端部付近を模式的に示す要部拡大図である。
【図１４】実施形態５に係り、低圧バルブのステムが開弁方向に移動するときのステムの先端部付近を模式的に示す要部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の低温冷凍装置は、ＧＭ（ギフォードマクマホン）サイクル冷凍機、パルス管冷凍機、ソルベイサイクル冷凍機等の公知の冷凍機に適用できる。本発明の低温冷凍装置における接触面（つまり、弁駆動部材のなかでステムの先端部と摺接する面）は、カムの外周面そのものであっても良いし、或いは、カムとステムとの間に介在する何らかの部材の表面であっても良い。カムとステムとの間に介在する部材は、カムの回動に従動し、カムによって決まる規定のタイミングでステムの先端部に摺接する必要がある。そして、この部材は、当該規定のタイミングでステムの先端部を開弁方向に押圧し、このときの押圧力で弁体を開弁方向に移動させる必要がある。このような部材のなかでステムの先端部に摺接する面が本発明の低温冷凍装置における接触面に相当する。このようにカムとステムとの間に介在する部材としては、カムおよびステムに対して任意の軸を中心として旋回あるいは揺動する部材、例えばレバーが挙げられる。
【００１２】
（実施形態１）
図１は実施形態１の概念を示す。低温冷凍装置の代表例である極低温冷凍装置は、圧縮機１、冷凍機２、高圧バルブ３および低圧バルブ７を持つ。圧縮機１は、高圧の冷媒ガスを吐出する高圧側の吐出ポート１１と、低圧の冷媒ガスを吸い込む低圧側の吸込ポート１２と、を持つ。冷凍機２は、高圧の冷媒ガスが膨張し寒冷（冷熱エネルギー）が発生する膨張室となる中空室２０を持つ。高圧バルブ３は、圧縮機１の高圧側の吐出ポート１１と冷凍機２の中空室２０とを連絡し、開弁することにより高圧の冷媒ガスを中空室２０に送込むためのバルブである。低圧バルブ７は、開弁することにより冷媒ガスを圧縮機１の吸込ポート１２に帰還させるためのバルブである。
【００１３】
冷凍機２はＧＭ（ギフォードマクマホン）サイクル冷凍機であり、シリンダ２１、ディスプレーサ２２、シールリング２３および蓄冷器２４を持つ。シリンダ２１には、高温部２０ａおよび低温部２０ｃを持つ中空室２０が形成されている。ディスプレーサ２２は、シリンダ２１の内部を往復動（図１中矢印Ｘ１，Ｘ２方向）可能である。シールリング２３は、ディスプレーサ２２の外周部に設けられ、シリンダ２１の内周面とディスプレーサ２２の外周面との間をシールする。蓄冷器２４は、ディスプレーサ２２の内部に設けられ、後述する冷媒ガスが流通する。なお、ディスプレーサ２２は、高圧バルブ３および低圧バルブ７のバルブ開閉タイミングと位相差をもって、矢印Ｘ１，Ｘ２方向に往復移動する。つまり、高圧バルブ３および低圧バルブ７のバルブ開閉タイミングと、ディスプレーサ２２の往復動タイミングとは、ずれている。
【００１４】
まず、ディスプレーサ２２が矢印Ｘ１方向に移動して低温部２０ｃ側に移動している状態において、低圧バルブ７が閉弁し高圧バルブ３が開弁する。これにより圧縮機１の吐出ポート１１から供給された高圧の冷媒ガスは、高圧バルブ３、高圧通路８１を介して冷凍機２の中空室２０の高温部２０ａおよび低温部２０ｃに供給され、高温部２０ａおよび低温部２０ｃは高圧となる。この状態で、他の駆動源に駆動されて、ディスプレーサ２２が中空室２０の低温部２０ｃ側の容積を増加させる方向、つまり、矢印Ｘ２方向に移動する。すると、高温部２０ａの冷媒ガスは蓄冷器２４で冷却されながら低温部２０ｃに流れる。更にディスプレーサ２２の矢印Ｘ２方向の移動により、低温部２０ｃが最大容積となる。次に、高圧バルブ３が閉弁し、低圧バルブ７が開弁する。すると、冷媒ガスが膨張し、温度が下がり、蓄冷器２４を冷却し蓄冷させつつ、蓄冷器２４を通過し低圧通路８２に供給される。この状態で、ディスプレーサ２２が中空室２０の低温部２０ｃの容積を減少させる方向に、つまり、矢印Ｘ１方向に移動すると、低温部２０ｃに存在する低温の冷媒ガスは蓄冷器２４を冷却して蓄冷器２４を蓄冷させつつ、低圧通路８２に供給される。低圧バルブ７が開弁しているため、冷媒ガスは低圧バルブ７を介して低圧室３８に供給され、ひいては吸込ポート１２から圧縮機１に吸い込まれ、再び高圧ガスとなる。このような動作が繰り返されることで、冷凍機２の中空室２０に存在する低温部２０ｃにおいて温度が低下して冷凍出力（寒冷）が得られる。
【００１５】
次いで本実施形態の低温冷凍装置における高圧バルブ３について、図１、２を参照しつつさらに詳しく説明する。
【００１６】
高圧バルブ３は、基部３０と、弁体４と、閉弁用の付勢バネ４７と、旋回部材５と、カム６とを有する。このうち旋回部材５およびカム６は、本発明の低温冷凍装置における弁駆動部材に相当する。したがって旋回部材５の表面（より具体的には後述する加圧領域５０、５０Ｃ）は本発明の低温冷凍装置における接触面に相当する。
【００１７】
基部３０は、高圧ガス室３１と、弁座３３と、軸受３５と、中間圧室３６とを持つ。高圧ガス室３１は基部３０の内部に区画形成されている。高圧ガス室３１は圧縮機１の吐出ポート１１（高圧側）に連絡しているため、高圧ガス室３１には吐出ポート１１から高圧の冷媒ガスが供給される。中間圧室３６もまた基部３０の内部に区画形成されている。中間圧室３６は高圧通路８１を介して冷凍機２の中空室２０に連絡している。高圧ガス室３１と中間圧室３６とは弁座３３によって隔てられている。弁座３３には開口状の弁口３２が形成されており、高圧ガス室３１と中間圧室３６とは弁口３２を介して連絡している。軸受３５は中間圧室３６を挟んで弁座３３の反対側に配置されている。軸受３５には開口状の軸孔３４が形成されている。
【００１８】
弁体４は、棒状をなすステム４０と、ステム４０の基端部４３に連接されている弁部４２とを持つ。ステム４０の中心軸線Ｐは一直線状をなす。弁部４２の外径はステム４０の外径よりも大径であり、かつ、弁口３２の孔径よりも大径である。弁部４２は高圧ガス室３１内に配置されている。ステム４０の基端部４３側（弁部４２側）の部分は弁座３３の弁口３２に挿通され、かつ、ステム４０の先端部４１側（弁部４２とは逆側の端部）の部分は軸受３５の軸孔３４に挿通されている。したがって弁体４は、基部３０によって、直線方向（矢印Ａ１，Ａ２方向）に沿って往復直動可能に支持されている。さらに、弁部４７は、弁口３２に対面する円錐面４２ｋを持つ。付勢バネ４７は、弾性により、弁部４２が弁座３３に着座して弁口３２を閉鎖するように、弁体４を閉弁方向（矢印Ａ２方向）に付勢している。したがって、付勢バネ４７の一端部は基部３０の着座面３０ａに着座し、付勢バネ４７の他端部は弁部４２の着座面４２ａに着座している。
【００１９】
なお、基部３０の一部（具体的には軸受３５の一部）、弁体４の一部（具体的にはステム４０の先端部４１側の部分）、旋回部材５およびカム６は低圧室３８に配置されている。基部３０の一部である軸受３５は低圧室３８と外部との境界に位置する。
【００２０】
図３は、高圧バルブ３のステム４０が閉弁位置から開弁方向に直線移動するときにおけるステム４０の先端部４１付近を模式的に示す図である。具体的には、図３は、ステム４０の先端部４１付近を、旋回部材５の旋回方向（矢印Ｂ１，Ｂ２方向）に沿いかつステム４０の中心軸線Ｐに沿って切断した様子を模式的に表す断面図である。
【００２１】
図３に示すように、ステム４０の先端部４１は回転体４４と保持部４５とによって構成されている。具体的には、ステム４０の先端部４１には、空洞状の収容部４６が穿設されている。この収容部４６には略球状をなす回転体４４が収容保持されている。ステム４０における先端部４１以外の部分に連続し、かつ、収容部４６を区画する部分が保持部４５である。収容部４６はステム４０の先端側に開口している。収容部４６の開口径は、収容部４６の最大孔径よりも小さく、回転体４４の直径よりも小さい。したがって、回転体４４は保持部４５のなかで収容部４６の開口周縁部４６ａを構成する部分に対して回転可能に係合し、保持部４５から脱落し難い。
【００２２】
先端部４１を製造する方法の一例としては、図５に示す方法が挙げられる。図５に示すように、先ず柱状のステム４０の先端４１ａにドリル等の切削工具９９によって孔状の収容予定部４６ｘを穿設し、収容予定部４６ｘに回転体４４を挿入する。そして、回転体４４の一部が収容予定部４６ｘの開口４６ｙを経て外部に露出した状態で収容予定部４６ｘの先端４１ａ側をカシメることで、回転体４４の一部を収容する収容部４６を形成できる。そして収容部４６を持つ保持部４５によって、回転体４４を回転可能に保持できる。なお回転体４４の一部は、収容部４６の外部に露出したままである。収容部４６の外部に露出している回転体４４の一部は、後述する接触面（加圧領域５０）に接触（摺接）し、回転体４４が回転するのに伴って収容部４６の内部に入る。つまり回転体４４は、加圧領域５０との摩擦力によって回転する。
【００２３】
回転体４４と保持部４５とは同材料であっても良いし異材料であっても良い。また、回転体４４および保持部４５の硬度は特に限定しない。例えば、本実施形態においては、ステム４０、４０Ｃにおける回転体４４以外の部分（ステム４０の本体と呼ぶ）、および、旋回部材５、５Ｃは何れも機械構造用炭素鋼の一種であるＳ４５Ｃ（炭素鋼全体の質量１００質量％に対して０．４５質量％の炭素を含む）を焼入れ・焼き戻し処理、高周波焼入れ焼き戻し等の熱処理をしたものを用いている。回転体４４の材料は、このようなステム４０の本体や旋回部材５等と同じ材料を用いても良いし、これらと異なる材料を用いても良い。なお、接触面の摩耗を抑制するためには、回転体４４の材料として、ステム４０の本体や旋回部材５（つまり、保持部４５や接触面５０）よりも硬度の高い材料を選択することが好ましい。具体的には、ＨＲｃ（ロックウェル硬さ）５０〜６０程度の高硬度材や、炭化ケイ素等のセラミックス等が好ましく用いられる。
【００２４】
図１、２に示すように、高圧バルブ３の高圧ガス室３１には、圧縮機１の吐出ポート１１を通じて高圧の冷媒ガスが供給されている。高圧バルブ３の弁口３２が開弁すると、高圧ガス室３１に存在する高圧の冷媒ガスは、弁口３２を経て中間圧室３６に至り、さらに、高圧通路８１を介して冷凍機２の中空室２０に供給される。このように高圧バルブ３が開弁することで、圧縮機１の高圧側の吐出ポート１１と冷凍機２の中空室２０とが通じ、高圧ガス（例えば１．５〜２．５ＭＰａ程度，これに限定されるものではない）を冷凍機２の中空室２０に供給する。なお、高圧バルブ３の中間圧室３６は、高圧通路８１および低圧通路８２を介して低圧バルブの中間圧室３６Ｃに連絡している。
【００２５】
図２に示すように、旋回部材５は旋回中心５５を持ち、旋回中心５５を中心として一方向（矢印Ｂ１方向，開弁方向）および逆方向（矢印Ｂ２方向）に旋回（揺動）可能である。旋回部材５は、ステム４０に対向する対向面５８と、カム６の偏芯カム部６０に対向するカム従動面５９とを持つ。旋回部材５の対向面５８は、ステム４０の先端部４１に接触して先端部４１を押圧する加圧領域５０を持つ。図１に示すように、カム６は、回転中心６０を中心として回転する回転部６１と、回転部６１に設けられた偏芯カム部６２とを持つ。カム６の回転中心６０は偏心カム部６２に対して偏心しているため、偏心カム部６２の周面６２ａと旋回部材５のカム従動面５９との最短距離は、カム６の回転に伴って変化する。したがってカム６は、規定の開放タイミングで旋回部材５のカム従動面５９に近づき、これを押圧する。つまりカム６は旋回部材５をこれの旋回中心５５を中心として一方向（矢印Ｂ１方向）に旋回させる。この結果、旋回部材５は、加圧領域５０によってステム４０の先端部４１をこれの中心軸線Ｐに沿って直線方向（開弁方向、矢印Ａ１方向）に加圧する。このため弁体４は開弁方向（矢印Ａ１方向）に直線移動し、弁部４２が弁座３３から離脱して弁口３２が開弁する。つまりこのとき高圧バルブ３が開弁する。このとき加圧領域５０は、旋回中心５５を中心とする円弧上を位置変化する。このため加圧領域５０はステム４０の先端部４１を構成する回転体４４に対して相対的に位置変化する。したがって加圧領域５０と回転体４４とは摺接し、両者の間には摩擦力が生じる。しかし回転体４４はステム４０の先端部４１を構成する他の部分（つまり保持部４５）に対して回転可能であるため、摩擦力が作用した回転体４４は回転し、ステム４０の先端部４１と加圧領域５０との摩擦抵抗は増大し難い。つまり、実施形態１の低温冷凍装置によると、ステム４０の先端部４１と加圧領域５０（以下、必要に応じて接触面５０と呼ぶ）との摩擦抵抗の増大を抑制することで、ステム４０の先端部４１および加圧領域５０の摩耗を抑制できる。
【００２６】
なお、高圧バルブ３の開弁後には、カム６の偏芯カム部６２が旋回部材５のカム従動面５９から退避するため、カム６による旋回部材５への押圧力が解除される。したがって、付勢バネ４７の閉弁方向（矢印Ａ２方向）の付勢力により、弁体４は閉弁方向（矢印Ａ２方向）に付勢され、弁部４２が弁座３３に着座して弁口３２を閉鎖する。つまり高圧バルブ３が閉弁する。
【００２７】
本実施形態においては、ステム４０の先端部４１（すなわち回転体４４）と接触面５０とは離接可能であり、高圧バルブ３の開弁時（つまり回転体４４と加圧領域５０とが接触しているとき）に両者は摺接する。また、高圧バルブ３の閉弁時には両者は離間する。接触面５０の摩耗抑制を考慮すると、高圧バルブ３の閉弁時には回転体４４と接触面５０とが離間するのが好ましい。しかし本発明の低温冷凍装置における回転体４４および接触面５０の態様はこれに限定されない。例えば、回転体４４と接触面５０とは常に摺接していても良い。そして接触面５０は、所定のタイミングで回転体４４を開弁方向に強く押圧して弁体４を開弁方向に移動させ、それ以外の時には回転体４４を僅かに（弁部４２が弁座３３に着座し続ける程度に）開弁方向に押圧していても良い。
【００２８】
次に、低圧バルブ７について説明する。低圧バルブ７は高圧バルブ３と基本的には同様の構造を持つ。図１に示すように、低圧バルブ７は、基部３０Ｃと、軸受３５Ｃと、弁体４Ｃと、閉弁用の付勢バネ４７Ｃと、旋回部材５Ｃとを有する。基部３０Ｃは、冷凍機２の中空室２０から冷媒ガスが供給される中間圧室３６Ｃと、弁口３２Ｃを形成する弁座３３Ｃと、軸孔３４Ｃを持つ軸受３５Ｃとを有する。低圧バルブ７の中間圧室３６Ｃは、低圧通路８２を介して冷凍機２の中空室２０に連絡するとともに、弁口３２Ｃを介して低圧室３８に連絡する。低圧バルブ７の基部３０Ｃは中間圧室３６Ｃを持ち、中間圧室３６Ｃの内部には弁体４Ｃの弁部４２Ｃが配置されている。中間圧室３６は弁座３３Ｃにより区画されている。弁座３３Ｃの弁口３２Ｃにはステム４０の基端部４３Ｃ側の部分が挿通されている。弁体４Ｃは弁体４と略同形状であり、弁体４と同様に、付勢バネ４７Ｃによって閉弁方向（図１中矢印Ａ４方向）に付勢されている。また、ステム４０Ｃの先端部４１Ｃ側の部分は、基部３０Ｃとは別体であり基部３０Ｃと離間配置されている軸受３５Ｃの軸孔３４Ｃに挿通されている。軸受３５Ｃは基部３０Ｃと旋回部材５Ｃとの間に配置されている。なお、基部３０Ｃの一部（具体的には弁座３３Ｃの一部）、弁体４Ｃの一部（具体的にはステム４０Ｃの先端部４１Ｃ側の部分）、軸受３５Ｃ、旋回部材５Ｃは低圧室３８に配置されている。弁座３３Ｃは低圧室３８と外部との境界に位置する。
【００２９】
低圧バルブ７が開弁すると、低圧バルブ７の中間圧室３６Ｃの冷媒ガスは、弁口３２Ｃを介して低圧室３８に至り、更に圧縮機１の吸込ポート１２に吸い込まれる。このように低圧バルブ７の開弁により、冷凍機２の中空室２０は、低圧通路８２、低圧バルブ７の弁口３２Ｃ、および低圧室３８を介して、圧縮機１の低圧側の吸込ポート１２に通じる。吸込ポート１２に吸い込まれた冷媒ガスは、圧縮機１により圧縮され、再び高圧の冷媒ガスとして高圧バルブ３の高圧ガス室３１に供給される。
【００３０】
上記した低圧バルブ７において、弁体４Ｃは、軸受３５Ｃの軸孔３４Ｃに挿通され、直線方向（矢印Ａ３，Ａ４方向）に沿って往復直動可能に支持されている。弁体４Ｃは、上述したように、弁体４と略同形状であり、弁体４と同様のステム４０Ｃ、および、ステム４０Ｃの基端部４３Ｃに連設されている弁部４２Ｃを有する。付勢バネ４７Ｃは、弁体４Ｃを閉弁方向（矢印Ａ４方向）、すなわち、弁部４２Ｃが弁座３３Ｃに着座して弁口３２Ｃを閉鎖する方向に付勢する。旋回部材５Ｃの対向面５８Ｃは、ステム４０Ｃの先端部４１Ｃに接触して先端部４１Ｃを加圧する加圧領域５０Ｃを有する。加圧領域５０Ｃは、加圧領域５０と同様に、本発明の低温冷凍装置における接触面に相当する。以下、必要に応じて加圧領域５０Ｃを接触面５０Ｃと呼ぶ。
【００３１】
旋回部材５Ｃは旋回中心５５Ｃを持ち、旋回中心５５Ｃを中心として一方向（矢印Ｂ３方向，開弁方向）および逆方向（矢印Ｂ４方向）に旋回可能である。旋回部材５Ｃが一方向（矢印Ｂ３方向）へ旋回すると、旋回部材５Ｃの加圧領域５０Ｃは、弁体４Ｃのステム４０Ｃの先端部４１Ｃと接触した状態で、先端部４１Ｃを開弁方向（矢印Ａ３方向）に加圧する。これにより弁部４２Ｃはステム４０Ｃの中心軸線ＰＣに沿って直線移動し、弁座３３Ｃから離脱する。したがって弁口３２Ｃが開弁する。図４に示すように、ステム４０Ｃの先端部４１Ｃは回転体４４Ｃと、収容部４６Ｃを持つ保持部４５Ｃとで構成されている。回転体４４Ｃは、加圧領域５０Ｃとの摩擦力によって回転する。このためステム４０Ｃの先端部４１Ｃと加圧領域５０Ｃとの摩擦抵抗を小さくでき、ステム４０Ｃの先端部４１Ｃおよび加圧領域５０Ｃの摩耗を抑制できる。なお、低圧バルブ７の開弁後には、カム６の回転に伴い、カム６の偏芯カム部６２による旋回部材５Ｃのカム従動面５９Ｃへの押圧力が解除される。したがって、付勢バネ４７Ｃの付勢力により弁体４Ｃは閉弁方向（矢印Ａ４方向）に付勢され、弁部４２Ｃが弁座３３Ｃに着座して、弁口３２Ｃを閉鎖させる。つまり低圧バルブ７が閉弁する。
【００３２】
実施形態１においては、二つの弁体４、４Ｃにおいて、ステム４０、４０Ｃの先端部４１、４１Ｃを回転体４４、４４Ｃと保持部４５、４５Ｃとで構成したが、一方のステム４０の先端部４１のみを回転体４４と保持部４５とで構成しても良い。または、他方のステム４０Ｃの先端部４１Ｃのみを回転体４４Ｃと保持部４５Ｃとで構成しても良い。この場合においても、接触面５０と接触面５０Ｃとの何れかにおいて摩耗抑制効果が発揮される。
【００３３】
（実施形態２）
図６は実施形態２の概念を示す。図７は実施形態２の低温冷凍装置における高圧バルブ付近を模式的に示す断面図である。図８は高圧バルブ３のステム４０が閉弁位置から開弁方向に直線移動するときにおけるステム４０の先端部４１付近を模式的に示す図である。図９は低圧バルブ７のステム４０Ｃが閉弁位置から開弁方向に直線移動するときにおけるステム４０Ｃの先端部４１Ｃ付近を模式的に示す図である。
【００３４】
実施形態２におけるステム４０、４０Ｃは実施形態１におけるステム４０、４０Ｃと異なっている。具体的には、図７および図８に示すように、ステム４０の先端部４１は実施形態１と同様に回転体４４および保持部４５によって構成されているが、保持部４５の内部に形成されている収容部４６はステム４０の長手方向に沿って延びる長溝状をなす。なおかつ、収容部４６の内部には回転体４４とともに潤滑剤４８が収容されている。図９に示すように、ステム４０Ｃに関しても同様である。潤滑剤４８の種類は特に限定しないが、フッ素系グリース、カルシウム石鹸基グリース、カルシウム複合石鹸基グリース、リチウム石鹸基グリース、シリコングリース等が好ましく用いられ、特に蒸気圧が低い材料を用いるのが好ましい。収容部４６に、回転体４４とともに潤滑剤４８を収容したことで、回転体４４と保持部４５との摩擦抵抗が低減され、回転体４４が回転し易くなる。このため接触面５０とステム４０の先端部４１との摩擦抵抗がより信頼性高く軽減される。また、回転体４４には収容部４６中の潤滑剤４８が付着するため、接触面５０と回転体４４との間には潤滑剤４８が少しずつ供給される。つまり、接触面５０と回転体４４との間には比較的長期間にわたって潤滑剤４８が供給され続け、潤滑剤４８によるステム４０の先端部４１および接触面５０の摩耗低減効果が比較的長期間維持される。これは、ステム４０Ｃの先端部４１Ｃに関しても同様であり、接触面５０Ｃと回転体４４Ｃとの間には比較的長期間にわたって潤滑剤４８が供給され続け、潤滑剤４８Ｃによるステム４０Ｃの先端部４１Ｃおよび接触面５０Ｃの摩耗低減効果が比較的長期間維持される。なお、本実施形態の収容部４６は、実施形態１の収容部４６と同様に切削工具９９によって穿設することもできる。あるいは、ステム４０の材料として金属管を用い、金属管内部に予め形成されている空洞を収容部４６として利用することもできる。収容部４６の形成方法はこの限りではない。実施形態２においては、収容部４６、４６Ｃは所定長さ直進し、奥側（弁部４２、４２Ｃ側）において屈曲している。このためステム４０、４０Ｃの側面には小さな開口が形成されている。この開口は中空圧室３６に開口する通気口４９である。
【００３５】
ところで、図６に示すように、実施形態２における冷凍機２Ｅは、高圧バルブ３および低圧バルブ７を介して圧縮機１に連絡するパルス管冷凍機である。この冷凍機２Ｅには、蓄冷材を持つ蓄冷器２４と、中空室９０を持つパルス管９１とが並設されている。圧縮機１、高圧バルブ３及び低圧バルブ７は、パルス管冷凍機２Ｅに供給する冷媒ガスの圧力波形を発生させる圧力波形発生装置として機能する。蓄冷器２４は、高圧通路８１を介して高圧バルブ３に連絡し、かつ、低圧通路８２を介して低圧バルブ７に連絡する。パルス管９１は高温端９１ａと低温端９１ｃとを持つ。高温端９１ａ側には位相制御機構９５が配置されている。位相制御機構９５は、蓄冷器２４の高温端２４ａ、パルス管９１の高温端９１ａと高圧通路８１および低圧通路８２との間に配置されており、パルス管９１の中空室９０に供給される冷媒ガスの流れと圧力間の位相差を調整する。位相制御機構９５は開閉バルブ、バッファタンク又はイナータンスチューブ機構で形成できる。
【００３６】
まず、低圧バルブ７が閉弁し高圧バルブ３が開弁する。これにより圧縮機１の吐出ポート１１から供給された高圧の冷媒ガスは、高圧バルブ３、高圧通路８１を介して、蓄冷器２４の高温端２４ａ及び位相制御機構９５に至り、蓄冷器２４を経て蓄冷器２４の低温端２４ｃ、パルス管９１の高温端９１ａから中空室９０に供給される。その後、高圧バルブ３が閉弁し、低圧バルブ７が開弁する。この状態で、パルス管９１の中空室９０の低温端９１ｃ側の冷媒ガスは蓄冷器２４に接触して冷熱を蓄冷器２４に蓄冷させるとともに、低圧通路８２を経て低圧バルブ７に供給される。低圧バルブ７が開弁すると、冷媒ガスは、低圧バルブ７を介して低圧室３８に供給され、ひいては吸込ポート１２から圧縮機１に吸い込まれ、再び高圧ガスとなる。このような動作が繰り返されて冷凍機２Ｅのパルス管９１の低温端９１ｃにおいて寒冷が発生する。
【００３７】
（実施形態３）
図１０は実施形態３の低温冷凍装置における高圧バルブ付近を模式的に示す断面図である。図１１は実施形態３の低温冷凍装置における低圧バルブ付近を模式的に示す断面図である。
【００３８】
図１０、１１に示すように、弁体４、４Ｃには、実施形態２と同様に長溝状の収容部４６、４６Ｃが設けられている。収容部４６、４６Ｃには回転体４４、４４Ｃとともに潤滑剤４８、４８Ｃが収容されている。実施形態３においては、収容部４６、４６Ｃはステム４０の基端部４３に向けて延び、通気口４９、４９Ｃを介して基部３０、３０Ｃの内部に開口している。より具体的には、弁体４における弁部４２よりもさらに端側の部分には、収容部４６に連絡し高圧ガス室３１に開口する通気口４９が設けられている。弁体４Ｃにもまた、収容部４６Ｃに連絡し中間圧室３６に開口する通気口４９Ｃが設けられている。
【００３９】
上述したように、弁体４の収容部４６は通気口４９を介して高圧ガス室３１に連絡し、弁体４Ｃの収容部４６Ｃは通気口４９Ｃを介して中間圧室３６に連絡している。高圧バルブ３の開弁時において、高圧ガス室３１内のガス圧は低圧室３８内のガス圧よりも高い。このため、収容部４６内の潤滑剤４８は、冷媒ガスによって、低圧室３８方向（つまりステム４０の先端部４１よりも外側）に押圧される。換言すると、潤滑剤４８は冷媒ガスによって押し出され易い。このため、実施形態３の低温冷凍装置においては、収容部４６に潤滑剤４８が詰まり難く、ステム４０の先端部４１と接触面５０との間に潤滑剤４８が安定して供給され易い。したがって実施形態３の低温冷凍装置によると、回転体４４が安定して回転し易く、ステム４０の先端部４１および接触面５０の摩耗を抑制できる。また、比較的流動性の低い潤滑剤４８を用いることも可能である。
【００４０】
同様に、低圧バルブ７の開弁時において、中間圧室３６内のガス圧は低圧室３８内のガス圧よりも高い。このため収容部４６Ｃ内の潤滑剤４８Ｃは、冷媒ガスによって、低圧室３８方向に押圧される。したがってステム４０Ｃの先端部４１Ｃと接触面５０Ｃとの間に潤滑剤４８が安定して供給され易く、回転体４４Ｃが安定して回転し易い。ひいては、ステム４０Ｃの先端部４１Ｃおよび接触面５０Ｃの摩耗を抑制できる。
【００４１】
なお、高圧バルブ３の開弁時において、中間圧室３６内の圧力および弁口３２内の圧力もまた、低圧室３８内の圧力よりも高い。このため、通気口４９が中間圧室３６または弁口３２に開口する場合にも、同様に、潤滑剤４８の押出し効果が発揮される。つまり、通気口４９は基部３０の内部に開口すれば良く、その位置は特に限定しない。また、低圧バルブ３の開弁時において、弁口３２Ｃ内の圧力は低圧室３８内の圧力よりも高い。このため、通気口４９Ｃが弁口３２Ｃに開口する場合にも、同様に、潤滑剤４８の押出し効果が発揮される。つまり、通気口４９Ｃもまた基部３０Ｃの内部に開口すれば良く、その位置は特に限定しない。
【００４２】
（実施形態４）
図１２は高圧バルブ３のステム４０が閉弁位置から開弁方向に直線移動し、かつ、低圧バルブ７のステム４０Ｃが閉弁位置に配置されているときにおけるステム４０の先端部４１付近、および、ステム４０Ｃの先端部４１Ｃ付近を模式的に示す図である。実施形態４の低温冷凍装置は、旋回部材５、５Ｃを持たないこと、高圧バルブ３、低圧バルブ７およびカム６の位置関係、弁体４、４Ｃの形状およびカム６の形状以外は実施形態１と同じものである。
【００４３】
カム６は２つの偏心カム部６２ａ、６２ｂを持つ。カム６の回転中心６０は、偏心カム部６２ａおよび６２ｂの両方に対して偏心している。また、２つの偏心カム部６２ａ、６２ｂは互いに偏心している。
【００４４】
弁体４は、カム６の回転軸６０に直交する方向に往復移動可能である。また、弁体４のステム４０の先端部４１は、偏心カム６２ａの周面５０に対して離接可能であるように配置されている。弁体４Ｃのステム４０Ｃの先端部４１Ｃは、偏心カム６２ｂの周面５０Ｃに対して離接可能であるように配置されている。２つの基部３０、３０Ｃは互いに隣接している。基部３０には弁体４が往復直動可能に支持されている。基部３０Ｃおよび軸受３５Ｃには、弁体４Ｃが往復直動可能に支持されている。偏心カム６２ａと偏心カム６２ｂとは互いに偏心しているため、偏心カム６２ａの周面５０が弁体４におけるステム４０の先端部４１に接触（摺接）している間は偏心カム６２ｂの周面５０Ｃは弁体４Ｃにおけるステム４０Ｃの先端部４１Ｃと離間する。また、偏心カム６２ｂの周面５０Ｃが弁体４Ｃにおけるステム４０Ｃの先端部４１Ｃに接触（摺接）している間は偏心カム６２ａの周面５０は弁体４におけるステム４０の先端部４１と離間する。つまり、カム６は偏心カム６２ａの周面５０と、偏心カム６２ｂの周面５０Ｃとによって、弁体４と弁体４Ｃとを交互に押圧する。このため高圧バルブ３と低圧バルブ７とは、実施形態１の低温冷凍装置と同様に、交互に開閉する。なお、実施形態３の低温冷凍装置における偏心カム６２ａの周面５０および偏心カム６２ｂの周面５０Ｃは、本発明の低温冷凍装置における接触面に相当する。
【００４５】
実施形態４の低温冷凍装置においては、偏心カム６２ａ、６２ｂによって接触面５０、５０Ｃを交互に押圧して高圧バルブ３と低圧バルブ７とを交互に開閉する。このような場合にも、弁体４、４Ｃのステム４０、４０Ｃの先端部４１、４１Ｃを回転体４４、４４Ｃで構成することで、実施形態１の低温冷凍装置と同様に、先端部４１、４１Ｃと接触面５０、５０Ｃとの摩擦抵抗を低減でき、ステム４０、４０Ｃの先端部４１、４１Ｃおよび接触面５０、５０Ｃの摩耗を抑制できる。
【００４６】
（実施形態５）
図１３は高圧バルブ３のステム４０が閉弁位置から開弁方向に直線移動するときにおけるステム４０の先端部４１付近を模式的に示す図である。図１４は低圧バルブ７のステム４０Ｃが閉弁位置から開弁方向に直線移動するときにおけるステム４０Ｃの先端部４１Ｃ付近を模式的に示す図である。実施形態５の低温冷凍装置は、ステム４０の先端部４１およびステム４０Ｃの先端部４１Ｃの形状以外は、実施形態１と同じものである。
【００４７】
図１３に示すように、弁体４におけるステム４０の先端部４１は、ローラー状の回転体４４と、回転体４４を保持する保持部４５とで構成されている。回転体４４は一対の回転軸４４ａを持つ。回転軸４４ａは凸状をなし、保持部４５に貫通形成されている一対の軸支孔４５ａに挿入されている。回転体４４の一部は収容部４６に収容され、他の一部は収容部４６の外部に露出している。なお、実施形態４の低温冷凍装置においては、収容部４６は潤滑剤４８を収容していない。図１４に示すように、弁体４Ｃにおけるステム４０Ｃの先端部４１Ｃもまた、ローラー状の回転体４４Ｃと、回転体４４Ｃを保持する保持部４５Ｃとで構成されている。回転体４４Ｃは回転体４４と略同形状であり、保持部４５Ｃもまた保持部４５と略同形状である。収容部４６Ｃは収容部４６と同様に潤滑剤４８を収容していない。
【００４８】
実施形態５の低温冷凍装置における回転体４４、４４Ｃは、球状でなくローラー状であるが、回転軸４４ａ、４４ｂを中心として回転可能である。図１に示す低温冷凍装置と同様に、実施形態４の回転体４４、４４Ｃは一定の往復方向（図１３中Ｂ１方向およびＢ２方向、または、図１４中Ｂ３方向およびＢ４方向）の力を受けるだけである。このため回転体４４、４４Ｃは、回転軸４４ａ、４４ｂを中心として回転可能であれば、弁駆動部材（実施形態４においては旋回部材５、５Ｃ）の接触面５０、５０Ｃと摺接する際に回転可能である。このため実施形態４においてもステム４０、４０Ｃの先端部４１、４１Ｃおよび接触面５０、５０Ｃの摩耗を抑制できる。
【００４９】
（その他）カムは上記構造に限定されず、要するに、規定のタイミングで２つの弁体を交互に押圧し（または一方の弁体を間欠的に押圧し）て開弁させ得るものであれば良い。本発明の低温冷凍装置は極低温冷凍装置に限定されず、低温冷凍装置であれば良い。本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。
【符号の説明】
【００５０】
１は圧縮機、１１は吐出ポート、１２は吸込ポート、２は冷凍機、２０は中空室、２２はディスプレーサ、３は高圧バルブ、３０は基部、３１は高圧ガス室、３２は弁口、３３は弁座、３４は軸孔、３５は軸受、３６は中間圧室、４は弁体、４０はステム、４１は先端部、４２は弁部、４４は回転体、４５は保持部、４６は収容部、４７は付勢バネ、４８は潤滑剤、４９は通気口、５は旋回部材、５０は接触面（加圧領域）、５１は第１領域、５２は第２領域、５３は第３領域、５５は旋回中心、６はカム、６０は回転中心、６１は回転部、６２は偏芯カム部、７は低圧バルブ、９０は中空室、９１はパルス管、Ｐは中心軸線を示す。
【図１】
0005939433.tif 000002
【図２】
0005939433.tif 000003
【図３】
0005939433.tif 000004
【図４】
0005939433.tif 000005
【図５】
0005939433.tif 000006
【図６】
0005939433.tif 000007
【図７】
0005939433.tif 000008
【図８】
0005939433.tif 000009
【図９】
0005939433.tif 000010
【図１０】
0005939433.tif 000011
【図１１】
0005939433.tif 000012
【図１２】
0005939433.tif 000013
【図１３】
0005939433.tif 000014
【図１４】
0005939433.tif 000015