(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有する圧縮機と、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において、
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もつ基部と、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且つ一直線状をなす中心軸線をもつ棒状の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有する弁体と、前記弁部が前記弁座に着座して前記弁口を閉鎖するように前記弁体を付勢する閉弁付勢力を発揮する付勢バネと、旋回中心をもち前記旋回中心を中心として一方向および逆方向に旋回可能に設けられ前記一方向への旋回に伴い前記弁体の前記ステムの先端部に接触して前記ステムの前記先端部を開弁方向に加圧させることにより弁部を開弁させる加圧領域を有する旋回部材と、前記旋回部材を前記一方向に旋回させて規定の開放タイミングで前記ステムの前記先端部を直線方向に沿って加圧させるカムとを具備しており、
前記弁部が前記弁口を開弁させる瞬間のときにおいて、前記加圧領域のうち前記ステムの先端部を開弁方向に加圧させる領域を第１領域とし、且つ、前記ステムの前記中心軸線と交差する前記第１領域の角度をθstartとするとき、θstartは９０°プラスマイナス３°の範囲内に設定され、
前記弁部が弁口を開弁させた後に開弁方向へ移動して開弁ストローク終端に位置するときにおいて、前記加圧領域のうち前記ステムの先端部を開弁方向に加圧させる領域を第２領域とし、且つ、前記ステムの前記中心軸線と交差する前記第２領域の角度をθfinalとするとき、θfinalが９０°プラスマイナス３°の範囲内に設定されていることを特徴とする低温冷凍装置。
【請求項２】
請求項１において、前記旋回部材の前記加圧領域は、前記第１領域および前記第２領域のほかに、前記第１領域と前記第２領域とを繋ぐ第３領域とを備えていることを特徴とする低温冷凍装置。
【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も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を開示する。特許文献１に示す第２実施例に記載されているように、旋回可能なレバーを弁体と偏心カムとの間に介在させ、弁部を開閉させている。すなわち、高圧バルブ装置は、弁口をもつ基部と、直線方向に沿って往復直動可能であり且つ一直線状をなす中心軸線をもつ棒状のステムとステムに連設され弁口を開閉させる弁部とを有する弁体と、弁部が弁口を閉鎖するように弁体を付勢する閉弁付勢力を発揮する付勢バネと、旋回中心をもち旋回中心を中心として旋回可能に設けられたレバーとを有する。レバーの一方向への旋回に伴い、レバーが弁体のステムの先端部に接触してステムの先端部を開弁方向に加圧させる。これによりステムを直線方向に沿って後退させて弁部を開弁させる。
【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、レバーが揺動可能なため、揺動する角度分だけ、レバーがステムを押している角度も変わる。従って、詳しく観察すると、レバーがステムをこれの中心軸線に沿った真っ直ぐではなく、斜めに加圧させている。この場合、横方向（ステムの中心軸線に対して直角方向）にも力が発生する。閉弁状態の弁体には差圧及び付勢バネの付勢力が加わっている。弁体を開弁動作させるためには、これらの力を克服する必要がある。レバーがステムをこれの中心軸線に対して斜めに押していれば、横方向の力も大きくなる。高圧バルブ装置のステムが長期間にわたり横方向の力を受けていると、軸受や弁座が偏摩耗し、軸受や弁座のシール性能が低下するおそれがある。この場合、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、バルブの弁口の開弁時において、弁口を閉鎖している弁部を備えるステムをもつ弁体を開弁方向にできるだけ真っ直ぐに加圧させ、軸受や弁座の偏摩耗を抑制させ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】
（１）本発明の様相１に係る低温冷凍装置は、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有する圧縮機と、冷媒ガスを膨張させて寒冷を発生させる冷凍機と、圧縮機の高圧側の吐出ポートと冷凍機とを連通させ且つ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冷凍機に供給させる高圧バルブと、圧縮機の低圧側の吸込ポートと冷凍機とを連通させ且つ冷凍機の冷媒ガスを開弁により圧縮機の吸込ポートに帰還させる低圧バルブとを具備する極低温冷凍装置において、
高圧バルブおよび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もつ基部と、直線方向に沿って往復直動可能に軸受の軸孔に保持され且つ一直線状をなす中心軸線をもつ棒状のステムとステムに連設され弁口を開閉させる弁部とを有する弁体と、弁部が弁座に着座して弁口を閉鎖するように弁体を付勢する閉弁付勢力を発揮する付勢バネと、旋回中心をもち旋回中心を中心として一方向および逆方向に旋回可能に設けられ一方向への旋回に伴い弁体のステムの先端部に接触してステムの先端部を開弁方向に加圧させることにより弁部を開弁させる加圧領域を有する旋回部材と、旋回部材を一方向に旋回させるように規定の開放タイミングでステムの先端部を直線方向に沿って加圧させるカムとを具備しており、弁部が弁口を開弁させる瞬間のときにおいて、加圧領域のうちステムの先端部を開弁方向へ加圧させる領域を第１領域とし、且つ、ステムの中心軸線と交差する第１領域の角度をθstartとするとき、θstartは９０°プラスマイナス３°の範囲内に設定され、弁部が弁口を開弁させた後に開弁方向へ移動して開弁ストローク終端に位置するときにおいて、加圧領域のうちステムの先端部を開弁方向に加圧させる領域を第２領域とし、且つ、ステムの中心軸線と交差する第２領域の角度をθfinalとするとき、θfinalが９０°プラスマイナス３°の範囲内に設定されていることを特徴とする。
【０００７】
本様相によれば、高圧バルブまたは低圧バルブにおいて、付勢バネの付勢力は、弁部が弁座に着座して弁口を閉鎖するように、つまり、弁口を閉弁させるように弁体を付勢する。高圧バルブおよび低圧バルブのうちの少なくとも一方において、カムが作動すると、カムに操作されて旋回部材がこれの旋回中心を中心として一方向に旋回する。従って、旋回部材の加圧領域は、規定の開放タイミングでステムの先端部に接触して先端部を加圧させる。これによりステムは軸受の軸孔に沿って直線方向に沿って後退され、弁部を弁座から離脱させて弁口を開弁させる。
【０００８】
弁部が弁口を開弁させる直前のとき、弁部を閉弁方向に作用させるバルブの差圧は最大となる。従って、軸受および弁座の偏摩耗を抑制させるためには、弁部が弁座から弁口を開弁させる瞬間のとき、弁体のステムをこれの中心軸線に沿ってできるだけ真っ直ぐに加圧させることが好ましい。
【０００９】
ここで、弁部が弁座から離脱させて弁口を開弁させる瞬間のときにおいて、加圧領域のうちステムの先端部を開弁方向に加圧させる領域を第１領域とする。ステムの中心軸線と交差する第１領域の角度をθstartと定義する。第１領域に係るθstartは９０°プラスマイナス３°の範囲内に設定されている。このため本様相によれば、弁部が弁口を開弁させる直前のとき、弁部を閉弁方向に作用させる差圧は最大となるにも拘わらず、弁部が弁口を開弁させる瞬間のとき、旋回部材の加圧領域の第１領域は、ステムをこれの中心軸線に沿って加圧させて開弁方向に沿ってできるだけ真っ直ぐに後退させることができる。このように開弁時においてステムの中心軸線の傾きを抑制させつつステムを開弁方向に真っ直ぐに移動できる。このため、開弁動作時においてステムの中心軸線を傾斜させることが抑制され、ステムを往復移動可能に支持する軸受や、弁部が着座する弁座等の偏摩耗も抑制できる。このように開弁時において弁体のステムの中心軸線の傾きを抑制させれば、同様に、逆方向動作である閉弁動作時においても、弁体のステムを開弁方向にできるだけ真っ直ぐに移動できるため、閉弁動作時においてステムの中心軸線を傾斜させることが抑制され、ステムを往復移動可能に支持する軸受や弁座等の偏摩耗も抑制できる。
【００１１】
付勢バネは閉弁用であるため、付勢バネのバネ荷重は、弁体のステムの開弁ストロークの増加と共に増加する。従って、弁体の弁部が弁座から離脱して弁口を開弁させた後に開弁ストローク終端に位置するとき、弁体を閉弁方向に付勢させる付勢バネのバネ荷重は、最も増加するといえる。このときにおいても、弁体のステムを開弁方向にできるだけ真っ直ぐに移動させることが好ましい。そこで本様相によれば、加圧領域の第２領域に係るθfinalは、９０°プラスマイナス３°の範囲内に設定されている。このため、付勢バネのバネ荷重が最も増加するときにおいても、弁体のステムを開弁方向にできるだけ真っ直ぐに維持させることができる。従って、閉弁動作時においてステムの中心軸線を傾斜させることが抑制され、ステムを往復移動可能に支持する軸受や弁座等の偏摩耗も抑制できる。ステムに作用する力を考慮すると、θstartはθfinalよりも９０°に近いことが好ましい。
【００１２】
（２）本発明の様相２に係る低温冷凍装置によれば、上記様相において、旋回部材の加圧領域は、第１領域および第２領域のほかに、第１領域と第２領域とを繋ぐ第３領域とを備えていることを特徴とする。カムが作動すると、カムに操作されて旋回部材が旋回中心を中心として一方向に旋回し、旋回部材の加圧領域の第１領域、第３領域および第２領域は、この順に、ステムの先端部に接触して先端部を直線方向に沿って加圧させる。これによりステムはこれの中心軸線に沿ってできるだけ真っ直ぐに後退され、弁部を弁座から離脱させて弁口を開弁させる。この点について本様相によれば、弁部が弁口を開弁させる瞬間を開弁ストローク始端とすると、開弁ストローク始端から開弁ストローク終端に至るまで、すなわち、弁部が弁口を開弁させる瞬間から開弁終端の位置まで、旋回部材の加圧領域はステムをできるだけ真っ直ぐに加圧させて開弁方向に後退させることができる。更に、ステムの中心軸線の傾きを抑制させつつ、ステムを開弁方向に移動できるため、軸受や弁座の偏摩耗を抑制できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、弁体を開弁させるにあたり、バルブの弁口の開弁時において、弁口を閉鎖している弁部を備えるステムをもつ弁体を開弁方向にできるだけ真っ直ぐに加圧させるため、ステムが往復移動可能に支持される軸受の偏り摩耗、弁部が着座する弁座の偏摩耗を抑制させるのに有利な極低温冷凍装置等の低温冷凍装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【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後退するときにおいてステムの先端部付近を模式的に示す図である。
【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後退するときにおいてステムの先端部付近を模式的に示す図である。
【図５】実施形態２に係り、極低温冷凍装置を模式的に示す図である。
【図６】実施形態５に係り、高圧バルブのステムが開弁方向に後退するときにおいてステムの先端部付近を模式的に示す図である。
【図７】実施形態５に係り、低圧バルブのステムが開弁方向に後退するときにおいてステムの先端部付近を模式的に示す図である。
【図８】実施形態５に係り、極低温冷凍装置を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
冷凍機としては、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ものが例示される。旋回部材は旋回中心を中心として旋回できるものであれば良く、レバーが例示される。
【００１６】
（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、高圧の冷媒ガスを吐出させ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とを有する圧縮機１と、高圧の冷媒ガスが膨張し寒冷が発生する膨張室となる中空室２０をもつ冷凍機２と、圧縮機１の高圧側の吐出ポート１１に繋がる高圧バルブ３と、冷媒ガスを開弁により圧縮機１の吸込ポート１２に帰還させる低圧バルブ７とを有する。
【００１７】
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、高温部２０ａおよび低温部２０ｃをもつ中空室２０を形成するシリンダ２１と、シリンダ２１において矢印Ｘ１，Ｘ２方向に往復移動可能に設けられたディスプレーサ２２と、ディスプレーサ２２の外周部に設けられたシールリング２３と、ディスプレーサ２２に設けられた蓄冷器２４とをもつ。蓄冷器２４は冷媒ガスが通過可能とされている。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。
【００１８】
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、他の駆動源によりディスプレーサ２２が中空室２０の低温部２０ｃ側の容積を増加させる方向に、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て冷凍機２の中空室２０の低温部２０ｃにおいて温度が低下し冷凍出力（寒冷）が得られる。
【００１９】
さて本実施形態の特徴について説明する。即ち、図１および図２を参照しつつ、高圧バルブ３について説明を更に加える。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。基部３０は、圧縮機１の高圧の吐出ポート１１に連通し吐出ポート１１から高圧の冷媒ガスが供給される高圧ガス室３１（ガス室）と、弁口３２を形成する弁座３３と、軸孔３４をもつ軸受３５と、中間圧室３６とを有する。高圧バルブ３の中間圧室３６は、高圧通路８１を介して冷凍機２の中空室２０に繋がると共に弁口３２を介して高圧ガス室３１に繋がる。軸受３５、弁体４および弁座３３により中間圧室３６が形成される。高圧バルブ３の弁口３２が開弁すると、圧縮機１の吐出ポート１１から供給された高圧ガス室３１の高圧の冷媒ガスは、開弁状態の弁口３２から中間圧室３６に至り、高圧通路８１により冷凍機２の中空室２０に供給される。このように高圧バルブ３は開弁により、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とを連通させ、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に供給させる。
【００２０】
上記した弁体４は、軸受３５の軸孔３４により嵌合されており、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。弁体４は、一直線状をなす中心軸線Ｐをもつ棒状のステム４０と、ステム４０の基端部４３に連設され弁口３２を開閉させる径大な弁部４２とを有する。弁部４２は、弁口３２に対面する円錐面４２ｋをもつ。付勢バネ４７は、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）に付勢する閉弁付勢力を発揮する。従って付勢バネ４７の一端部は基部３０の着座面３０ａに着座していると共に、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。
【００２１】
図２に示すよう、旋回部材５は旋回中心５５をもち、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）に旋回可能に設けられている。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とを有する。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を加圧させる加圧領域５０を有する。旋回部材５が一方向（矢印Ｂ１方向，開弁方向）へ旋回すると、旋回部材５の加圧領域５０は、弁体４のステム４０の先端部４１と接触した状態で、ステム４０の先端部４１を開弁方向（矢印Ａ１方向）に加圧させる。これにより弁部４２をステム４０の中心軸線Ｐに沿って直線方向に沿って後退させ、弁部４２を弁座３３から離脱させて弁口３２を開弁させる。
【００２２】
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体６１と、回転体６１に設けられた偏芯カム部６２とをもつ。カム６は、規定の開放タイミングで旋回部材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の加圧領域５０でステム４０の先端部４１をこれの中心軸線Ｐに沿って直線方向に沿って矢印Ａ１方向に加圧させる。
【００２３】
図３は、高圧バルブ３のステム４０がこれの閉弁位置から開弁方向に後退するときにおいてステム４０の先端部４１付近を模式的に示す図であり、旋回部材５の旋回方向（矢印Ｂ１，Ｂ２方向）に沿っていると共にステム４０の中心軸線Ｐに沿った断面を示す。この断面において、ステム４０は側面４０ａ，４０ｅをもつ。ステム４０の先端部４１は、ステム４０の中心軸線Ｐに対して直角方向に沿った受圧面積を確保するために平坦状とされた先端立面４１０と、中心軸線Ｐよりも旋回中心５５に近い側の先端円弧面４１１と、中心軸線Ｐよりも旋回中心５５に遠い側の先端円弧面４１２とを備えている。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、付勢バネ４７の閉弁方向（矢印Ａ２方向）の付勢力によりステム４０は閉弁方向（矢印Ａ２方向）に付勢されて弁座３３に着座して弁口３２を閉鎖させる。
【００２４】
次に、低圧バルブ７について説明を更に加える。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もつ。図１に示すように、低圧バルブ７は、基部３０Ｃ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をもつ軸受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に繋がると共に、弁口３２Ｃを介して低圧室３８に繋がる。低圧バルブ７の基部３０Ｃにおいて弁座３３Ｃにより中間圧室３６Ｃが形成されている。ここで、低圧バルブ７の弁口３２Ｃが開弁すると、低圧バルブ７の中間圧室３６Ｃの冷媒ガスは、開弁状態の弁口３２Ｃから低圧室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および低圧バルブ７の弁口３２Ｃを介して圧縮機１の低圧側の吸込ポート１２に連通し、吸込ポート１２に吸い込まれ、圧縮機１の圧縮により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。
【００２５】
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に嵌合されており、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、一直線状をなす中心軸線ＰＣをもつ棒状のステム４０Ｃと、ステム４０Ｃの基端部４３Ｃに連設され弁口３２Ｃを開閉させる径大な弁部４２Ｃとを有する。付勢バネ４７Ｃは、弁部４２Ｃが弁座３３Ｃに着座して弁口３２Ｃを閉鎖するように、弁体４Ｃを閉弁方向（矢印Ａ４方向）に付勢する閉弁付勢力を発揮する。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を加圧させる加圧領域５０Ｃを有する。旋回部材５Ｃは旋回中心５５Ｃをもち、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）に旋回可能に設けられている。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と接触した状態でステム４０Ｃの先端部４１Ｃを開弁方向（矢印Ａ３方向）に加圧させる。これにより弁部４２Ｃをステム４０Ｃの中心軸線ＰＣに沿って直線方向に沿って後退させ、弁部４２Ｃを弁座３３Ｃから離脱させ弁口３２Ｃを開弁させる。
【００２６】
図４は、低圧バルブ４Ｃのステム４０Ｃが開弁方向に後退するときにおいてステム４０Ｃの先端部付近を模式的に示す図であり、旋回部材５Ｃの旋回方向（矢印Ｂ３，Ｂ４方向）に沿っていると共にステム４０Ｃの中心軸線ＰＣに沿った断面を示す。この断面において、ステム４０Ｃは側面４０ａｃ，４０ｅｃをもつ。ステム４０Ｃの先端部４１Ｃは、ステム４０Ｃの中心軸線ＰＣに対して直角方向に沿った受圧面積を確保するために平坦状とされた先端立面４１０ｃと、中心軸線ＰＣよりも旋回中心５５Ｃに近い側の先端円弧面４１１ｃと、中心軸線ＰＣよりも旋回中心５５Ｃに遠い側の先端円弧面４１２ｃとを備えている。
【００２７】
なお、低圧バルブ７の開弁後には、カム６の偏芯カム部６２が旋回部材５Ｃのカム従動面５９Ｃから退避するため、付勢バネ４７Ｃの付勢力によりステム４０Ｃは閉弁方向（矢印Ａ４方向）に付勢されて弁座３３Ｃに着座して弁口３２Ｃを閉鎖させる。
【００２８】
さて、本実施形態に係る要部構成について、図３および図４を参照しつつ説明する。高圧バルブ３において、旋回部材５の加圧領域５０は、ステム４０の先端部４１を加圧させる領域である。図３に示すように、ステム４０の開弁ストローク始端（閉弁時）をＳstartとし、開弁ストローク終端（全開時）をＳfinalとし、開弁ストロークをＳｗとする。加圧領域５０のうち第１領域５１は、弁部４２が弁口３２を開弁させる瞬間（開弁ストローク始端Ｓstartの位置に相当）のとき、ステム４０の先端部４１を開弁方向（矢印Ａ１方向）に加圧させる領域であり、ステム４０の中心軸線Ｐに沿って中心軸線Ｐを通る断面（図３参照）において直線状に形成されている。ここで、ステム４０の中心軸線Ｐと交差する第１領域５１の交差角度をθstart（図３参照）と定義する。第１領域５１に係る角度θstartは、９０°プラスマイナスΔαの範囲内に設定されている。Δαとしてはできるだけ小さい方が好ましく、０〜３°の範囲内、０〜２°の範囲内であることが好ましい。
【００２９】
本実施形態によれば、高圧バルブ３において、カム６が作動方向（図１の矢印Ｋ１方向）に作動すると、カム６の偏芯カム６部に押圧操作されて旋回部材５が旋回中心５５を中心として一方向（矢印Ｂ１方向）に旋回する。従って、旋回部材５の加圧領域５０は、規定の開放タイミングで、ステム４０の先端部４１に接触して先端部４１を直線方向に沿って開弁方向（矢印Ａ１方向）に加圧させる。これにより図１から理解できるようにステム４０は、これの中心軸線Ｐに沿って直線方向に後退され、弁部４２を弁座３３から離脱させて弁口３２を開弁させる。このとき本実施形態によれば、前述したように、高圧バルブ３について、旋回部材５の加圧領域５０の第１領域５１に係る角度θstartは、９０°プラスマイナスΔαの範囲内に設定されている。従って、高圧バルブ３について、弁部４２が弁口３２を開弁させる直前のとき、弁部４２を閉弁方向に作用させる差圧（中間圧室３６と高圧ガス室３１との差圧）は最大となるにも拘わらず、弁部４２が弁口３２を開弁させる瞬間のとき、旋回部材５の加圧領域５０の第１領域５１は、ステム４０をこれの中心軸線Ｐに沿って加圧させて開弁方向（矢印Ａ１方向）に沿ってできるだけ真っ直ぐに一直線状に後退させることができる。
【００３０】
このように高圧バルブ３の開弁動作の初期において、ステム４０の中心軸線Ｐの傾きを抑制させつつステム４０を開弁方向に真っ直ぐに一直線状に後退させることができるため、開弁動作時においてステム４０の中心軸線Ｐを傾斜させることが抑制され、ステム４０を往復移動可能に支持する軸受３５の偏摩耗、弁部４２が着座する弁座３３等の偏摩耗を抑制できる。このように開弁動作時において弁体４のステム４０の中心軸線Ｐの傾きを抑制させれば、同様に、逆方向動作である時においても、弁体４のステム４０を閉弁方向（矢印Ａ２方向）にできるだけ真っ直ぐに一直線状に前進させ得る。このため、閉弁動作時においてステム４０の中心軸線Ｐを傾斜させることが抑制され、軸受３５や弁座３３等の偏摩耗を一層抑制できる。
【００３１】
上記した説明は高圧バルブ３についてであるが、低圧バルブ７についても同様な構造とされている。すなわち本実施形態によれば、図４に示すように、低圧バルブ７において、旋回部材５Ｃの加圧領域５０Ｃの第１領域５１Ｃは、弁部４２Ｃが弁口３２Ｃを開弁させる瞬間のとき、ステム４０Ｃの先端部４１Ｃを開弁方向（矢印Ａ３方向）に加圧させる領域である。旋回部材５Ｃの加圧領域５０Ｃについて、ステム４０Ｃの中心軸線ＰＣと交差する第１領域５１Ｃの交差角度をθｃstart（図４参照）と定義する。θｃstartは、高圧バルブ３におけるθstartに相当するものであり、低圧バルブ７用として単に区別するため、ｃの添え字を付記している。従って、低圧バルブ７用の角度θｃstartは、高圧バルブ３における角度θstartと同様に、請求項における角度θstartに相当する。第１領域５１Ｃに係る角度θｃstartは、９０°プラスマイナスΔβの範囲内に設定されている。Δβとしてはできるだけ小さい方が好ましく、０〜３°の範囲内、０〜２°の範囲内であることが好ましい。
【００３２】
従って、高圧バルブ３と同様に低圧バルブ７について、弁部４２Ｃが弁口３２Ｃを開弁させる直前のとき、弁部４２Ｃを閉弁方向に作用させる差圧は最大となるにも拘わらず、弁部４２Ｃが弁口３２Ｃを開弁させる瞬間のとき、旋回部材５Ｃの加圧領域５０Ｃの第１領域５１Ｃは、ステム４０Ｃをこれの中心軸線ＰＣに沿って加圧させて開弁方向（矢印Ａ３方向）に沿ってできるだけ真っ直ぐに一直線状に後退させることができる。このように低圧バルブ７についても、開弁動作の初期においてステム４０Ｃの中心軸線ＰＣの傾きを抑制させつつステム４０Ｃを開弁方向（矢印Ａ３方向）に真っ直ぐに一直線状に後退させることができるため、開弁動作時においてステム４０Ｃの中心軸線ＰＣを傾斜させることが抑制され、ステム４０Ｃを往復移動可能に支持する軸受３５Ｃの偏摩耗、弁座３３Ｃ等の偏摩耗を抑制できる。
【００３３】
低圧バルブ７について、開弁動作時において弁体４Ｃのステム４０Ｃの中心軸線ＰＣの傾きを抑制させれば、同様に、逆方向の動作である閉弁動作時においても、ステム４０Ｃを閉弁方向（矢印Ａ４方向）にできるだけ真っ直ぐに一直線状に前進させ得る。このため、閉弁動作時においてステム４０Ｃの中心軸線ＰＣを傾斜させることが抑制され、ステム４０Ｃを往復移動可能に支持する軸受３５Ｃや弁座３３Ｃ等の偏摩耗を一層抑制できる。なお本実施形態によれば、高圧バルブ３について、弁部４２が弁口３２を開弁させる瞬間のとき、旋回部材５の加圧領域５０の第１領域５１（ステム４０の先端部４１を加圧する部位）と旋回中心５５とを一直線で仮想的に結ぶ線を仮想線Ｗ（図１，図２）とする。弁部４２が弁口３２を開弁させる瞬間のとき、仮想線Ｗとステム４０の中心軸線Ｐとがなす角度θset（図１参照）は、７５〜１０５°の範囲内、殊に８０〜１００°の範囲内とされていることが好ましい。この場合、旋回部材５の加圧領域５０がステム４０の先端部４１を効果的に加圧させることができる。低圧バルブ７についても同様である。
【００３４】
（実施形態２）
図５は実施形態２を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成および同様の作用効果を奏するため、図３および図４を準用する。但し、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と繋がるパルス管冷凍機とされており、蓄冷材をもつ蓄冷器２４と、中空室９０をもつパルス管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と繋がり、且つ、低圧通路８２を介して低圧バルブ７と繋がる。パルス管９１は高温端９１ａと低温端９１ｃとをもつ。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。
【００３５】
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に蓄冷させると共に、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において冷凍が発生する。
【００３６】
本実施形態によれば、高圧バルブ３において、旋回部材５の加圧領域５０は、ステム４０の先端部４１を加圧させる領域である。加圧領域５０の第１領域５１は、弁部４２が弁口３２を開弁させる瞬間のとき、ステム４０の先端部４１を開弁方向（矢印Ａ１方向）に加圧させる領域であり、中心軸線Ｐに沿った断面において一直線状に形成されている。
【００３７】
準用する図３に示すように、高圧バルブ３において旋回部材５の加圧領域５０について、ステム４０の中心軸線Ｐと交差する第１領域５１の交差角度をθstartと定義する。第１領域５１に係るθstartは、９０°プラスマイナスΔαの範囲内に設定されている。Δαとしてはできるだけ小さい方が好ましく、０〜３°の範囲内、０〜２°の範囲内であることが好ましい。このため、高圧バルブ３において、開弁動作時においてステム４０の中心軸線Ｐを傾斜させることが抑制され、ステム４０を往復移動可能に支持する軸受３５や弁座３３等の偏摩耗を抑制できる。
【００３８】
本実施形態においても、低圧バルブ７において、旋回部材５Ｃの加圧領域５０Ｃについて、ステム４０Ｃの中心軸線ＰＣと交差する第１領域５１Ｃの交差角度をθｃstartと定義する。旋回部材５Ｃの加圧領域５０Ｃの第１領域５１Ｃに係るθｃstartは、９０°プラスマイナスΔβの範囲内に設定されている。Δβとしてはできるだけ小さい方が好ましく、０〜３°の範囲内、０〜２°の範囲内であることが好ましい。このため、低圧バルブ７において、開弁動作時においてステム４０Ｃの中心軸線ＰＣを傾斜させることが抑制され、ステム４０Ｃを往復移動可能に支持する軸受３５Ｃや弁座３３Ｃ等の偏摩耗を抑制できる。
【００３９】
（実施形態３）
本実施形態は実施形態１と同様にＧＭ冷凍機に適用されており、実施形態１と基本的には同様の構成および同様の作用効果を奏するため、図１を準用する。高圧バルブ３について、旋回部材５の加圧領域５０の第１領域５１に係るθstartは、前記したように９０°プラスマイナスΔαの範囲内に設定されている。Δαとしては０〜３°の範囲内が好ましい。但し、低圧バルブ７については施されていない。
【００４０】
（実施形態４）
本実施形態は実施形態２と同様にパルス管冷凍機に適用されており、実施形態２と基本的には同様の構成および同様の作用効果を奏するため、図５を準用する。高圧バルブ３について、旋回部材５の加圧領域５０の第１領域５１に係るθstartは、前記したように９０°プラスマイナスΔαの範囲内に設定されている。Δαとしては０〜３°の範囲内が好ましい。但し、低圧バルブ７については施されていない。
【００４１】
（実施形態５）
図６〜図８は実施形態５を示す。本実施形態は実施形態１，２と基本的には同様の構成および同様の作用効果を奏する。図６は、高圧バルブ３のステム４０が開弁方向に後退するときにおいてステム４０の先端部付近を模式的に示す。図７は、低圧バルブ７のステム４０Ｃが開弁方向に後退するときにおいてステム４０Ｃの先端部付近を模式的に示す。図８は、極低温冷凍装置を模式的に示す。図８は実施形態１に係る図１に相当するため、図８についての説明を省略する。
【００４２】
図６に示すように、高圧バルブ３において、旋回部材５の加圧領域５０は、ステム４０の先端部４１を加圧させる領域である。図６に示すように、ステム４０の開弁ストローク始端（閉弁時）をＳstartとし、開弁ストローク終端（全開時）をＳfinalとし、旋回中心５５を中心とする旋回軌跡をＳｍとして示す。
【００４３】
本実施形態によれば、高圧バルブ３について、旋回部材５の加圧領域５０の第１領域５１は、弁部４２が弁口３２を開弁させる瞬間のとき、ステム４０の先端部４１を開弁方向（矢印Ａ１方向）に加圧させる領域である。図６に示すように、第１領域５１は、ステム４０の先端部４１の平坦状をなす先端立面４１０のうち先端円弧面４１１側を加圧する。ここで、実施形態１と同様に、旋回部材５の加圧領域５０の第１領域５１（断面で直線状）について、ステム４０の中心軸線Ｐと第１領域５１とが交差する交差角度をθstart（図６参照）と定義する。第１領域５１に係る角度θstartは、９０°プラスマイナスΔαの範囲内に設定されている。Δαとしてはできるだけ小さい方が好ましく、０〜３°の範囲内、０〜２°の範囲内であることが好ましい。
【００４４】
このため実施形態１と同様に、弁体４のステム４０を開弁させるとき、弁体４の中心軸線Ｐの傾きを抑制させつつ、弁体４を開弁方向（矢印Ａ１方向）に移動できる。このためステム４０を往復移動可能に支持する軸受３５の偏摩耗や弁座３３の偏摩耗も抑制できる。軸受３５や弁座３３の長寿命化に貢献できる。
【００４５】
ところで、図８から理解できるように付勢バネ４７の閉弁弁用付勢力は、弁体４を閉弁方向（矢印Ａ２方向）に付勢する。従って、弁体４の開弁ストロークが増加すると共に、付勢バネ４７のバネ荷重は増加する。前述したように、図６においてＳstartは、弁部４２が弁口３２を開弁させるとき開弁ストローク始端に位置する状態を示し、Ｓfinalは、弁部４２が弁口３２を開弁させた後に開弁ストローク終端に位置する状態を示す。図６に示すように、開弁ストローク終端Ｓfinalにおいて、即ち、弁部４２の全開時において、旋回部材５の加圧領域５０の第１領域５１ではなく、第２領域５２がステム４０の先端部４１を開弁方向（矢印Ａ１方向）に加圧させている。このように開弁ストローク終端Ｓfinalにおいて、即ち、弁部４２の全開時において、弁体４を閉弁方向（矢印Ａ２方向）に付勢させる付勢バネ４７のバネ荷重は、最も増加する。このように付勢バネ４７のバネ荷重が最大のときにおいても、旋回部材５の加圧領域５０は、ステム４０の先端部４１を真っ直ぐに一直線状に加圧させることが好ましい。
【００４６】
そこで本実施形態によれば、図６に示すように、高圧バルブ３において、ステム４０が開弁ストローク終端Ｓfinalに到達するとき、加圧領域５０のうち第２領域５２がステム４０の先端部４１を加圧する。ここで、図６に示すように、第２領域５２はステム４０の先端部４１の先端立面４１０のうち先端円弧面４１２側を加圧する。
【００４７】
ここで、ステム４０の中心軸線Ｐと交差する第２領域５２の角度をθfinal（図６参照）と定義する。このとき第２領域５２に係る角度θfinalは、９０°プラスマイナスΔβの範囲内に設定されている。Δβは０〜３°の範囲内、０〜２°の範囲内とされている。このため高圧バルブ３において、付勢バネ４７のバネ荷重が最も増加するとき（Ｓfinal）においても、旋回部材５の加圧領域５０の第２領域５２は、ステム４０を開弁方向（矢印Ａ１方向）にできるだけ真っ直ぐに加圧させることができる。この場合、実施形態１と同様に、軸受３５や弁座３３の偏摩耗を抑制でき、軸受３５や弁座３３の長寿命化に一層貢献できる。θstartにおいてステム４０に作用する差圧に基づく閉弁力が最も大きいことを考慮すると、θstartはθfinalよりも９０°に近いことが好ましい。なお、本実施形態によれば、図６から理解できるように、開弁ストローク始端Ｓstart、開弁ストローク終端Ｓfinalの双方において、旋回部材５０の加圧領域５０はステム４０の中心軸線Ｐを加圧させており、ステム４０を真っ直ぐに矢印Ａ１方向（開弁方向）に後退させるのに貢献できる。
【００４８】
図６に示すように、高圧バルブ３において旋回部材５の加圧領域５０は、断面で一直線状をなす第１領域５１と、断面で一直線状をなす第２領域５２とを有するほかに、第１領域５１と第２領域５２とを円弧で繋ぐ第３領域５３とを備えている。このため第１領域５１から第２領域５２への切り替えが円滑となる。従って、弁体４の開弁ストロークの全距離において、旋回部材５の加圧領域５０はステム４０の先端部４１を真っ直ぐに加圧させるのに有利となる。高圧バルブ３の軸受３５や弁座３３の長寿命化に一層貢献できる。第３領域５３を形成する円弧については、第１領域５１のうち第３領域５３側の端、第２領域５２のうち第３領域５３側の端がそれぞれ接線となっている円弧であることが好ましい。また、円弧でなくても、旋回部材５からステム４０に加わる応力の方向と、ステム４０の中心軸線Ｐとのなす角度が３°以内であれば良い。なお、図６において第１領域５１と第２領域５２との交差角度をγとして示す。但し、場合によっては、高圧バルブ３において第３領域５３が設けられておらず、第１領域５１および第２領域５２のみでも良い。
【００４９】
図７は低圧バルブ７について示す。図７に示すように、低圧バルブ７においても、旋回部材５Ｃの加圧領域５０Ｃの第１領域５１Ｃは、弁部４２Ｃが弁口３２Ｃを開弁させる瞬間のとき、ステム４０Ｃの先端部４１Ｃを開弁方向（矢印Ａ３方向）に加圧させる領域である。ステム４０Ｃの中心軸線ＰＣと第１領域５１Ｃとの交差角度をθcstart（図７参照）と定義する。第１領域５１Ｃに係るθcstartは、９０°プラスマイナスΔαの範囲内に設定されている。Δαとしてはできるだけ小さい方が好ましく、０〜３°の範囲内であることが好ましい。このため実施形態１と同様に、弁体４Ｃのステム４０Ｃを開弁させるとき、弁体４Ｃの中心軸線ＰＣの傾きを抑制させつつ、弁体４Ｃを開弁方向（矢印Ａ３方向）に移動できる。このためステム４０Ｃを往復移動可能に支持する軸受３５Ｃの偏摩耗、弁座３３Ｃの偏摩耗も抑制できる。軸受３５Ｃや弁座３３Ｃの長寿命化に貢献できる。
【００５０】
更に低圧バルブ７において、ステム４０Ｃが開弁ストローク終端Ｓfinal（全開時）に到達するとき、加圧領域５０Ｃのうち第２領域５２Ｃがステム４０Ｃの先端部４１を開弁方向に加圧させる。ここで、加圧領域５０Ｃのうち中心軸線ＰＣと第２領域５２Ｃとの交差角度をθcfinal（図７参照）と定義する。θcfinalは、高圧バルブ３におけるθfinalと同意義であり、低圧バルブ７用の角度であるため、cの添え字が単に付記されているものである。従って、低圧バルブ７用の角度θｃfinalは、高圧バルブ３における角度θfinalと同様に、請求項における角度θfinalに相当する。
【００５１】
本実施形態によれば、第２領域５２Ｃに係る角度θcfinalは、９０°プラスマイナスΔβの範囲内に設定されている。Δβは０〜３°の範囲内が好ましい。このため低圧バルブ７において、付勢バネ４７Ｃのバネ荷重が最も増加するときにおいて（開弁ストローク終端Ｓfinal，全開時）についても、旋回部材５Ｃの加圧領域５０Ｃはステム４０Ｃを開弁方向（矢印Ａ３方向）にできるだけ真っ直ぐに加圧させることができる。この場合、軸受３５Ｃや弁座３３Ｃの偏摩耗を抑制できる。
【００５２】
本実施形態によれば、図７に示すように、低圧バルブ７において旋回部材５Ｃの加圧領域５０Ｃは、第１領域５１Ｃおよび第２領域５２Ｃを有するほかに、第１領域５１Ｃと第２領域５２Ｃとを円弧で繋ぐ第３領域５３Ｃとを備えている。このため、ステム４０Ｃのストロークの全距離において、旋回部材５Ｃの加圧領域５０Ｃはステム４０Ｃの先端部４１Ｃをできるだけ真っ直ぐに且つ円滑に加圧させるのに有利となる。低圧バルブ７Ｃの軸受３５Ｃや弁座３３Ｃの長寿命化に一層貢献できる。図７において第１領域５１Ｃと第２領域５２Ｃとの交差角度をηとして示す。但し、場合によっては、低圧バルブ７において第３領域５３Ｃが設けられておらず、第１領域５１Ｃおよび第２領域５２Ｃのみでも良い。なお、本実施形態によれば、図７から理解できるように、開弁ストローク始端Ｓstart、開弁ストローク終端Ｓfinalの双方において、加圧領域５０Ｃはステム４０Ｃの長手方向に延びる中心軸線Ｐを加圧させており、ステム４０Ｃを真っ直ぐに矢印Ａ３方向（開弁方向）に後退させるのに貢献できる。
【００５３】
（その他）カムは上記構造に限定されず、要するに旋回部材を加圧させる方向に移動させるものであれば良い。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】
【００５４】
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、４７は付勢バネ、５は旋回部材、５０は加圧領域、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は回転体、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】
0005761562.tif 000002
【図２】
0005761562.tif 000003
【図３】
0005761562.tif 000004
【図４】
0005761562.tif 000005
【図５】
0005761562.tif 000006
【図６】
0005761562.tif 000007
【図７】
0005761562.tif 000008
【図８】
0005761562.tif 000009