JP2004053157A

JP2004053157A - 圧力切換弁

Info

Publication number: JP2004053157A
Application number: JP2002212189A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Ogura; 小倉　鉄也; Toshio Uchida; 内田　年雄
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-07-22
Filing date: 2002-07-22
Publication date: 2004-02-19

Abstract

【課題】バルブ機構内の回転体の組立を容易とし、長寿命化を図る。
【解決手段】流路を切換えるための回転側バルブ５０がベアリング３６に保持された圧力切換弁１４において、回転側バルブ５０とベアリング３６の間に弾性体６０、６２を挿入し、前記回転側バルブ５０の回転によりベアリング３６が確実に回転するようにする。
【選択図】　　　図７

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流路を切換えるための回転体がベアリングに保持された圧力切換弁に係り、特に、パルス管冷凍機やギフォード・マクマホンサイクル（ＧＭ）冷凍機に用いるのに好適な、バルブ機構内のベアリングと回転体の組立が容易で、しかも長寿命の圧力切換弁、該圧力切換弁を用いた冷凍機、及び、該冷凍機を用いた低温装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パルス管冷凍機においては、図１に示す如く、作動ガス（冷媒ガス）を吸引する吸引口１０Ａ、及び、該吸引口１０Ａから吸引された作動ガスを圧縮して吐出する吐出口１０Ｂを有するガス圧縮機（以下、単に圧縮機と称する）１０と、高温端（図の上端）と低温端（図の下端）が画定され、内部にガス流路を有し、内部を流れる作動ガスと熱交換を行なう蓄冷器１２Ａ、同じく高温端と低温端が画定され、内部空洞を有するパルス管１２Ｂ、前記蓄冷器１２Ａ内のガス流路と前記パルス管１２Ｂ内の内部空洞を連結させるガス流路を有するコールドステージ１２Ｃを有するパルス管冷凍機（以下、単に冷凍機とも称する）１２と、前記圧縮機１０の吐出口１０Ｂ、吸引口１０Ａ、及び、前記蓄冷器１２Ａの高温端に接続され、前記吸引口１０Ａと蓄冷器１２Ａの高温端を連結させるガス回収状態、前記吐出口１０Ｂと蓄冷器１２Ａの高温端を連結させるガス供給状態を取り得る圧力切換弁（バルブユニットとも称する）１４が備えられている。図において、１６は低圧配管、１８は高圧配管、２０は冷凍機側管路、２２はオリフィス、２４はバッファタンクである。
【０００３】
前記ガス回収及び供給状態のサイクルを発生させるバルブユニット１４は、例えば図２（縦断面図）及び図３（分解斜視図）に示す如く構成されている。
【０００４】
即ち、高圧配管１８の継手１８Ａ側は、フレキシブルチューブ等の管により、圧縮機１０の高圧側吐出口１０Ｂに接続され、他端はバルブユニット１４に接続される。
【０００５】
該バルブユニット１４は、高圧配管１８と接続される高圧流路１４Ａを有し、ここを介して、固定側のバルブ本体３０を有する穴部へ接続されている。
【０００６】
又、バルブ本体３０の冷凍機側流路３０Ａと対応する箇所に冷凍機流路１４Ｂが設けられ、該冷凍機流路１４Ｂは、図示しない継手、チューブ等を介して、外部の冷凍機と接続される。
【０００７】
前記バルブ本体３０は、バルブユニット１４内部の穴部に挿入されており、バルブ押えピン３２（図３参照）によってバルブユニット１４と接続され、回転が防止されているが、軸方向には摺動可能とされている。
【０００８】
バルブ本体３０の中央部には、高圧流路３０Ｂが穿設されている。又、バルブユニット１４の冷凍機流路１４Ｂと接続して冷凍機へ冷媒ガスを流すためのバルブ側流路３０Ｃ及び前記冷凍機側流路３０Ａが設けられている。
【０００９】
前記バルブ本体３０と接するように、回転体であるバルブプレート３４が設けられている。このバルブプレート３４のバルブ本体３０と接する面には、直管状の低圧流路３４Ａ及び星型状の高圧流路３４Ｂが設けられ、それぞれバルブ本体３０の高圧流路３０Ｂやバルブ側流路３０Ｃと挿通して、冷媒ガスの方向を交互に切換えるようにされている。
【００１０】
該バルブプレート３４は、そのバルブ本体３０側外径にフランジ部３４Ｆを有し、ここで嵌め込まれたベアリング３６端面の押圧によって軸方向の位置決めがなされる。
【００１１】
前記バルブプレート３４には、そのピン穴３４Ｄに挿通してバルブクランク４０の回転トルクを伝えるためのバルププレートピン３８が設けられている。
【００１２】
内部にバルブプレート３４を挟み込んだ前記ベアリング３６は、ベアリング押え４２によって押えられ、ボルト４４によってバルブユニット１４へ押圧される。
【００１３】
前記バルブクランク４０は、中心にモータ軸４６Ａを有し、外周側に穴を開けてバルブプレートピン３８が挿入され、該バルブプレートピン３８を介して、モータ軸４６Ａの回転トルクをバルブプレート３４に伝える。
【００１４】
前記モータ軸４６Ａはモータ４６の回転トルクを出力する。該モータ４６は、モータ押え４８によって押圧され、内部の隙間に冷凍機から戻ってきた冷媒ガスを通すようにされている。
【００１５】
低圧配管１６は、モータ４６の内部と圧縮機１０の低圧側吸引口１０Ａとを接続する。
【００１６】
このようなバルブユニットの動作は次のとおりである。
【００１７】
（１）圧縮機によって高圧に圧縮された冷媒ガスは、高圧配管１８を介して、高圧流路１４Ａよりバルブユニット１４の内部に流入する。
【００１８】
（２）冷媒ガスの一部は、バルブ本体３０の端面を押圧し、摩擦係数の低い処理を施してある摺動体３１を介して、バルブ本体３０をバルブプレート３４に押し付けた後、バルブ本体３０中央の高圧流路３０Ｂを通ってバルブプレート３４端面の星型で溝状の高圧流路３４Ｂに到達し、中央部から円周部へと流れる。
【００１９】
（３）バルブプレート３４は、モータ軸４６Ａ、バルブクランク４０、バルブプレートピン３８によって回転トルクを与えられる。すると、高圧流路３４Ｂの円周部がバルブ本体３０のバルブ側流路３０Ｃと合致したとき、バルブ側流路３０Ｃ、冷凍機側流路３０Ａ、冷凍機流路１４Ｂを介して、高圧の冷媒ガスが冷凍機に達する。
【００２０】
（４）回転するバルブプレート３４の低圧流路３４Ａがバルブ本体３０のバルブ側流路３０Ｃと合致したとき、断熱膨張した冷凍機の冷媒ガスは、冷凍機流路１４Ｂ、冷凍機側流路３０Ａ、バルブ側流路３０Ｃを介して、バルブプレート３４を通過する。その後、モータ４６のボディへ流入し、低圧配管１６の先に接続された圧縮機低圧側へ戻る。
【００２１】
このようなパルス管冷凍機は、低温部に機械的な可動部がなく、構造も簡単である。そのため、メンテナンスは、機械的可動部のあるバルブ機構（１４）内のシール材や消耗部品の交換のみとなる。
【００２２】
従来のバルブ機構では、図４（バルブプレート部分の分解斜視図）及び図５（組み込んだ状態の断面図）に示すベアリング３６の内径ｄと、回転体であるバルブプレート３４の外径ｄ´との交差が重要であり、機構上、外径ｄ´を内径ｄになるべく近くする必要がある。即ち、ｄ＞ｄ´であればバルブプレート３４を容易にベアリング３６に挿入することができるが、ベアリング３６とバルブプレート３４が安定接触しないため、ベアリングの機能を果たさず、特に偏心していると、バルブプレート３４の材質によっては、当たったところが部分的に削れたり、あるいは焼き付きによる変形が発生し、寿命が著しく低下する。逆に、ｄ＜ｄ´であると、バルブプレート３４をベアリング３６に挿入することができない。ｄがｄ´とほぼ等しいことが望ましいが、材質によっては加工時の環境温度を非常に厳しく管理する必要があったり、交差がきつ過ぎる場合には、組立が非常に難しくなり、専用治具が必要になって、作業性が悪くなるという問題点を有していた。
【００２３】
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、バルブ機構内のベアリングと回転体を容易に組立てることができ、長寿命なバルブ機構を提供することを課題とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、流路を切換えるための回転体がベアリングに保持された圧力切換弁において、前記回転体とベアリングの間に弾性体を挿入し、前記回転体の回転によりベアリングが確実に回転するようにして、前記課題を解決したものである。
【００２５】
又、前記回転体に、前記弾性体を保持するための凹部を形成して、弾性体が確実に保持されるようにしたものである。
【００２６】
又、前記凹部を、半円形の断面形状を有する溝としたものである。
【００２７】
あるいは、前記回転体に、前記弾性体を接着したものである。
【００２８】
又、前記弾性体をＯリングとしたものである。
【００２９】
本発明は、又、前記の圧力切換弁を備えた冷凍機を提供するものである。
【００３０】
又、前記の冷凍機を用いた低温装置を提供するものである。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００３２】
本発明の第１実施形態は、図６（回転側バルブ部分の分解斜視図）及び図７（組み込んだ状態の断面図）にバルブ機構の要部を示す如く、従来例のバルブプレート３４に代わる回転体である回転側バルブ５０とベアリング３６の間にゴム製のＯリング６０を挿入し、前記回転側バルブ５０の回転によりベアリング３６が確実に回転するようにしたものである。
【００３３】
図において、５０Ｇは、Ｏリング６０を保持するための、回転側バルブ５０の外周に形成された、半円形の断面形状を有する溝（Ｏリング溝と称する）である。
【００３４】
前記ベアリング３６の内径ｄは、回転側バルブ５０の外径ｄ´よりも大とされる。
【００３５】
本実施形態においては、ベアリング３６の内径ｄが回転側バルブ５０の外径ｄ´よりも大とされているので、回転側バルブ５０を容易にベアリング３６に挿入することができる。なお、ベアリング３６と回転側バルブ５０は接触しないが、回転側バルブ５０に配設されたＯリング６０がインナーベアリングと接触するため、回転側バルブ５０の回転によりベアリング３６が確実に回転し、ベアリング機能を果たす。又、回転側バルブ５０は、図７の上下方向の荷重により、回転を維持しながら、回転軸方向（図７の上下方向）に移動可能である。
【００３６】
なお、第１実施形態では、Ｏリングが１本とされていたが、図８に示す第２実施形態のように、Ｏリング６０を複数本（図８では２本）としてもよい。材質もゴムに限定されず、例えば軟質塩化ビニールであってもよい。
【００３７】
又、弾性体の種類もＯリングに限定されず、図９に示す第３実施形態の如く、例えば回転側バルブ５０の長手方向に溝を掘って、棒状の弾性体６２を接着したり、開き方向のバイアスがかけられた金属製のＣ字状ワッシャを用いることもできる。
【００３８】
次に、図１０（縦断面図）及び図１１（分解斜視図）を参照して、本発明に係るバルブ機構の第１実施形態を有する圧力切換弁の実施例の全体構成について説明する。
【００３９】
本実施例において、管等により、図１に示した圧縮機１０と接続される高圧配管１８は、バルブユニット１４に内蔵されるモータ４６側に接続されている。
【００４０】
該モータ４６はバルブユニット１４内部に固定され、モータ軸ピン４７を設けたモータ軸４６Ａを、回転側バルブ５０のモータ軸溝５０Ａに挿入する。このとき、モータ軸４６Ａと回転側バルブ５０間には遊びがあり、回転側バルブ５０は軸方向に摺動可能である。
【００４１】
前記回転側バルブ５０を回転自在に保持するためのベアリング３６は、ボルト４４を用いて、ベアリング押え４２によりバルブユニット１４に固定される。
【００４２】
前記ベアリング３６は、図７に示したように、内部に回転側バルブ５０が挿入され、Ｏリング６０の作用によって、軸方向に適度な摺動状態を、インナーベアリングとは固定した状態を得る。
【００４３】
前記回転側バルブ５０は、外周に断面半円形状のＯリング溝５０Ｇが形成され、該Ｏリング溝５０ＧにＯリング６０が嵌められた状態で、ベアリング３６に挿入される。又、モータ軸溝５０Ａは、モータ軸４６Ａの回転トルクを受け、回転側バルブ５０を一方向へ回転する。
【００４４】
モータ４６側と、従来のバルブ本体に代わる固定側バルブ５２を連通する高圧流路５０Ｂは、図１１に示した如く、固定側バルブ５２側端面で見て、冷凍機側流路５２Ｂが配設された直径と同寸法に均等に配置される。
【００４５】
回転側バルブ５０の低圧流路５０Ｃは、中央から円周方向の三方へ延びる溝であり、円周部分の直径は、冷凍機側流路５２Ｂの直径と一致している。
【００４６】
又、回転側バルブ５０の摺動面５０Ｄは、固定側バルブ５２と接する箇所で、低摩擦の表面処理が施されている。
【００４７】
前記固定側バルブ５２は、回転側バルブ５０と接する側にフランジ部５２Ｆを有し、このフランジ部５２Ｆにある固定穴５２Ｇにボルト５４を通してバルブユニット１４に固定されている。
【００４８】
前記固定側バルブ５２は、回転側バルブ５０と冷凍機側配管２０を連通する冷凍機側流路５２Ａを有する。又、固定側バルブ５２の中央には、回転側バルブ５０側に開口した低圧流路５２Ｂが設けられ、この低圧流路５２Ｂは、軸方向に穿設され、略中央部で半径方向の３方向の放射状に分かれる放射状流路５２Ｃを有する。
【００４９】
前記バルブユニット１４の放射状流路５２Ｃと当接する部分には、円周状に溝１４Ｄが設けられ、低圧側流路１４Ｃと接続され、該低圧配管側流路１４Ｃが低圧配管１６と接続されている。
【００５０】
前記固定側バルブ５２の冷凍機側配管２０側端部には、バルブユニット１４を円錐状に絞った形状の冷凍機側流路１４Ｅが設けられ、前記冷凍機側配管２０と接続されている。
【００５１】
以下、実施例の作用を説明する。
【００５２】
（１）図示しない圧縮機により高圧にされた冷媒ガスは、高圧配管１８を通過して、バルブユニット１４内部のモータ４６側に流入する。
【００５３】
（２）バルブユニット１４内部の高圧の冷媒ガスは、回転側バルブ５０を固定側バルブ５２側へ押圧する。
【００５４】
（３）モータ４６は、モータ軸４６Ａを介して回転側バルブ５０を回転させる。該回転側バルブ５０の高圧流路５０Ｂが固定側バルブ５２の冷凍機側流路５２Ａと合致したとき、高圧の冷媒ガスは、回転側バルブ５０、固定側バルブ５２を通過し、冷凍機側流路１４Ｅ及び冷凍機側配管２０を介して、図示しない冷凍機へ導かれる。
【００５５】
（４）冷凍機で膨張したガスは、回転側バルブ５０の低圧流路５０Ｃの円周部と固定側バルブ５２の冷凍機側流路５２Ａが合致したとき、冷凍機側配管２０、バルブユニット１４の冷凍機側流路１４Ｅを介して、再び固定側バルブ５２の冷凍機側流路５２Ａを通過し、低圧流路５０Ｃの円周部からその中央部を経て、固定側バルブ５２の低圧流路５２Ｂに流入する。その後、放射状流路５２Ｃを経て、バルブユニット１４の低圧配管側流路１４Ｃに入る。
【００５６】
（５）該低圧配管側流路１４Ｃを通過した冷媒ガスは、低圧配管１６を経て、圧縮機の低圧側へ戻る。
【００５７】
本実施例によれば、ベアリング３６に冷媒ガスの圧力がかからないため、ベアリングの長寿命化を図れる。又、回転側バルブ５０と固定側バルブ５２のバルブ当たり面での漏れが減少し、到達温度低下、到達時間減少等の性能向上を図ることができる。
【００５８】
なお、前記実施形態においては、本発明が、パルス管冷凍機に適用されていたが、本発明の適用対象はこれに限定されず、特許第２６１７６８１号に記載されたＧＭ冷凍機のロータリー弁等、他の極低温冷凍機の圧力切換弁にも用いることができる。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、ベアリングに回転体を直接接触させることがないため、回転体外径の公差をベアリングの内径に対して緩くすることができ、組立が容易となる。又、回転体とベアリングが直接接触していないため、回転体の削れや変形が起こらず、寿命も長くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の適用対象であるパルス管冷凍機の一例の全体構成を示すブロック図
【図２】従来の圧力切換弁の全体構成を示す断面図
【図３】同じくバルブ機構の要部を示す分解斜視図
【図４】従来の問題点を説明するためのバルブプレート部分の分解斜視図
【図５】同じくバルブプレートとベアリングを組立てた状態を示す断面図
【図６】本発明の第１実施形態における回転側バルブ部分を示す分解斜視図
【図７】同じく回転側バルブとベアリングを組立てた状態を示す断面図
【図８】本発明の第２実施形態の回転側バルブを示す斜視図
【図９】同じく第３実施形態の回転側バルブを示す斜視図
【図１０】本発明に係る回転側バルブの第１実施形態が採用された圧力切換弁の実施例の全体構成を示す断面図
【図１１】同じくバルブ機構の要部を示す分解斜視図
【符号の説明】
３６…ベアリング
４６…モータ
５０…回転側バルブ
５０Ｇ…Ｏリング溝
５２…固定側バルブ
６０…Ｏリング
６２…弾性体

Claims

流路を切換えるための回転体がベアリングに保持された圧力切換弁において、
前記回転体とベアリングの間に弾性体が挿入され、
前記回転体の回転によりベアリングが確実に回転するようにされていることを特徴とする圧力切換弁。
前記回転体に、前記弾性体を保持するための凹部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力切換弁。
前記凹部が、半円形の断面形状を有する溝であることを特徴とする請求項２に記載の圧力切換弁。
前記回転体に、前記弾性体が接着されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧力切換弁。
前記弾性体がＯリングであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の圧力切換弁。
請求項１乃至５のいずれかに記載の圧力切換弁を備えたことを特徴とする冷凍機。
請求項６に記載の冷凍機を用いたことを特徴とする低温装置。