JP7659472B2

JP7659472B2 - 冷凍機用のロータリーバルブ

Info

Publication number: JP7659472B2
Application number: JP2021138958A
Authority: JP
Inventors: 淳志森平; 凌平目黒
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2021-08-27
Filing date: 2021-08-27
Publication date: 2025-04-09
Anticipated expiration: 2041-08-27
Also published as: JP2023032680A

Description

本発明は、冷凍機用のロータリーバルブに関する。

核磁気共鳴診断装置や物性測定装置では、極低温の環境を形成するためにパルス管冷凍機やＧＭ冷凍機といった各種の冷凍機が用いられている。このような冷凍機は、一般に、圧力振動させた作動ガスを流通させるためにロータリーバルブを備えている。この種の冷凍機用のロータリーバルブは、例えば特許文献１で知られている。

このものは、バルブハウジングを備え、バルブハウジング内には、Ｏリングなどのシール部材を介して気密保持した状態でステータが取り付けられている。バルブハウジング内にはまた、ステータに正対させてロータが、このロータが当接するステータの摺動面を通る中心軸線回りにステータに対して摺動回転自在に配置されている。この場合、ロータは、バルブハウジング内に設けた軸受で支承されるロータホルダに第１連結ピンを介して連結され、ロータホルダは、第２連結ピンを介して、中心軸線上に位置するモータの回転軸に直接取り付けられる回転部材に連結されている。また、ロータとロータホルダとの間にはコイルバネが縮設されている。そして、モータによりロータを一方向に摺動回転させると、圧縮機で圧縮された高圧の作動ガスを、バルブハウジング内を介してパルス管などの冷凍機の構成部品に供給する高圧側通路と、構成部品内での膨張により圧力低下した低圧の作動ガスを圧縮機に回収する低圧側通路とが周期的に切り換わるようになっている。

ここで、上記従来例のものでは、ステータの摺動面に、その下方からは低圧の作動ガスに起因する力が、また、その上方からはロータやバルブハウジング内の高圧の作動ガスに起因する力が夫々作用し、その力の差でステータの摺動面に向けてロータに一定の予圧（ステータの摺動面に加わるロータの面圧）が付与される。このとき、バルブハウジング内のステータは中心軸線方向（スラスト方向）には移動の自由度があるので、駆動モータによりロータを一方向に摺動回転させると、摺動面に作用するロータの面圧が周期的に変動する。しかも、ロータの摺動回転に伴うスラスト方向の反力がロータに作用したときにはこれをモータの回転軸が受ける構造となっているので、この場合にもステータの摺動面に加えるロータの面圧が変動してしまう。このように上記従来例のものでは、作動ガスのリークレートとロータの摩耗量との関連などから適した値として定められる面圧を一定に保つことができないばかりか、変動を考慮して面圧の平均値を上げれば、ロータは摩耗して短寿命化し、また、反力が作用することで駆動モータの故障や短寿命化を招来する虞がある。

特開２０１９－２０３６４４号公報

本発明は、以上の点に鑑み、ステータの摺動面に作用する面圧を安定化できる構造を持つ冷凍機用のロータリーバルブを提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために、本発明の冷凍機用のロータリーバルブは、バルブハウジングと、バルブハウジング内に固定のステータと、バルブハウジング内でステータに正対配置されるステータと異種材料のロータと、ロータが当接するステータの摺動面を通る中心軸線回りにステータに対してロータを摺動回転させるモータとを備え、ステータに、中心軸線上に位置させて高圧ガスが流通する第１通路と、第１通路の周囲で中心軸線に沿ってのびる複数本の第２通路とが形成され、ロータに、第１通路に連通する第３通路と、第２通路がバルブハウジングの内部通路に連通した状態からロータを摺動回転させたときに第２通路に選択的に連通する第４通路とが形成され、摺動面の摺動面圧として予圧を付与する予圧印加手段と、モータの回転軸とロータとの間に介設されて回転トルクをロータに伝達する動力伝達手段と、摺動面に予圧より高い摺動面圧が作用したときに対応する反力を吸収する吸収手段とを更に備えることを特徴とする。

本発明によれば、モータの回転軸を一方向に回転させると、その回転トルクが動力伝達手段を介してロータに伝達され、ステータの摺動面上でロータが摺動回転する。即ち、摺動面に高い摺動面圧が付与されることで各通路間での気密が保持されることにより、第１通路から第２通路を介して、圧縮機で圧縮された高圧の作動ガスをパルス管などの冷凍機の構成部品に流出させる高圧側通路と、構成部品内での膨張により圧力低下した低圧の作動ガスを第２通路からバルブハウジングの内部通路を介して圧縮機に回収できる低圧側通路とが周期的に切り換わる。このとき、バルブハウジング内にステータを固定する（即ち、例えば、締結ボルトによりバルブハウジングにステータが固定されていれば、ステータの摺動面にその下方から高圧の作動ガスに起因する力が作用しても、締結ボルトによりステータの摺動面がロータに加える摺動面圧を常時安定化されることができる）と共に、吸収手段を備えて摺動回転に伴ってロータに作用するスラスト方向の反力を吸収し、モータの回転軸に伝達されない構成を採用したことで、作動ガスのリークレートとロータの摩耗量との関連などから適した値として定められる面圧、即ち、予圧より高い摺動面圧の安定化を図ることができ、しかも、モータの故障や短寿命化を招来することもない。

本発明においては、前記ロータは、前記ステータより剛性の低い異種材料で構成されることが好ましい。これにより、ロータが優先的に摩耗することで、ステータの摺動面に作用する面圧が不安定になったとき、ロータのみを交換すれば済む。

また、本発明においては、前記ステータから前記ロータに向かう方向を上とし、前記ロータは、その上部に設けた凹孔内に圧入されて高圧の作動ガスが作用するシリンダヘッドを有し、シリンダヘッドの軸部が前記バルブハウジング内に設けた軸受で支承され、この軸受で前記吸収手段を構成すればよい。更に、前記動力伝達手段は、前記回転軸に連結される上下方向と直交する方向に長手の支持体と、支持体に吊設される複数のピン部材とを備え、各ピン部材がロータに連結される構成とすればよい。また、前記予圧印加手段は、例えば、前記支持体と前記ロータとの間に縮設されるコイルバネで構成すればよい。これらの構成を採用すれば、ロータリーバルブの組付けまたは分解に際し、一方向から、吸収手段、動力伝達手段及び予圧印加手段を特段の手工具なしに順次取り付けまたは取り外しができる構造となり、有利である。

ところで、ステータの摺動面をロータが一方向に摺動回転したとき、何等かの原因でロータの当接面に偏摩耗が生じ、これに起因してロータの中心軸線がモータの回転軸に対して傾いたとすれば、摺動面に付与される面圧に偏りがある、即ち、面圧が安定化されていないことを示すと共にモータの回転軸に負荷がかかる虞がある。ここで、上記構成では、平面で動作が規制されているので１自由度は既に減じられ、ここから平面からの逸脱をさせない（回転中心から動かさない）とすると、２自由度を減じる必要がある。そこで、上記動力伝達手段は、前記ロータへの連結時に３以上５以下の自由度を許容する構成であればよい。そして、動力伝達手段が支持体とピン部材とを備えてピン部材がロータに連結される構成の場合、前記支持体に各ピン部材の上端部が遊挿される透孔が形成され、この透孔を挿通させた状態で各ピン部材が前記支持体に着脱自在に取り付けられる構成を採用することができる。これによれば、各ピン部材の支持体の長手方向への移動が許容されることで、モータの回転軸に負荷がかかることを回避でき、有利である。なお、透孔が一方向に長手の長孔で構成されているような場合、１自由度が追加されることになるが、事実上、回転中心がずれても良い程度の許容範囲の長孔になっていればよい。

本実施形態の冷凍機用のロータリーバルブを適用した冷凍機の構成を示す模式断面図。（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態のロータリーバルブを作動ガスが流れる通路を切り換えた状態を示す模式断面図。ロータリーバルブの要部の分解斜視図。冷凍機用のロータリーバルブの変形例を示す模式断面図。

以下、図面を参照して、冷凍機を一段式のパルス管冷凍機とし、パルス管冷凍機のパルス管に圧力振動させた作動ガスを流通させるための本発明の冷凍機用のロータリーバルブの実施形態を説明する。

図１を参照して、本実施形態のロータリーバルブＲＶ_１を備えるパルス管冷凍機Ｐｒは、ヘリウムガスなどの作動ガスに対し圧力振動を発生させる圧力振動発生手段１と、圧力振動させた作動ガスが流入するパルス管２と、圧力振動発生手段１とパルス管２との間に設けられてパルス管２に流入する作動ガスを予冷する蓄冷器３とを備え、パルス管２の低温端２ａと蓄冷器３の低温端３ａとがガス通路４１を有する冷却ステージ４を介して接続されている。なお、パルス管２、蓄冷器３及び冷却ステージ４といった部品は、公知のものを利用できるため、これ以上の説明を省略する。

圧力振動発生手段１は、作動ガスを圧縮する圧縮機１１を備える。圧縮機１１には、高圧に圧縮された作動ガスが流れる高圧ガスライン５１が接続され、高圧ガスライン５１は分岐され、この分岐された各高圧ガスライン５１ａ，５１ｂが第１及び第２の各バルブＶ１，Ｖ２を介して、パルス管２及び蓄冷器３の各高温端２ｂ，３ｂに夫々通じている。圧縮機１１にはまた、膨張により圧力低下した低圧の作動ガスが流れる低圧ガスライン５２が接続され、低圧ガスライン５２は分岐され、この分岐された各低圧ガスライン５２ａ，５２ｂが第３及び第４の各バルブＶ３，Ｖ４を介して、パルス管２及び蓄冷器３の各高温端２ｂ，３ｂに夫々通じている。これにより、第１及び第２の各バルブＶ１，Ｖ２を開弁、第３及び第４の各バルブＶ３，Ｖ４を閉弁すると、圧縮機１１からパルス管２及び蓄冷器３へと高圧の作動ガスが供給される高圧側通路が形成される一方で、第１及び第２の各バルブＶ１，Ｖ２を閉弁、第３及び第４の各バルブＶ３，Ｖ４を開弁すると、低圧の作動ガスが圧縮機１１のガス回収側（低圧側）に回収される低圧側通路が形成される。そして、作動ガスの圧力振動の位相を制御してパルス管２の低温端２ａにて作動ガスの膨張に伴う寒冷を発生させる。この場合、特に図示して説明しないが、バッファタンクを設けて作動ガスの圧力振動の位相を制御するようにしてもよい。このような第１～第４のバルブＶ１～Ｖ４の切換操作を単一の部品で実現するために本実施形態のロータリーバルブＲＶ_１が使用される。

図２及び図３を参照して、本実施形態のロータリーバルブＲＶ_１は、バルブハウジング６と、バルブハウジング６に固定されるステータ７と、ステータ７に正対配置されるロータ８と、ロータ８と正対するステータ７の摺動面７ａを通る中心軸線Ｃｌ回りにロータ８を摺動回転させるモータＭｔとを備える。以下において、上、下といった方向を示す用語は、図２の姿勢を基準とする。ステンレスなどの金属製のバルブハウジング６は、上面にステータ７が格納される格納部が凹設された下ハウジング６１と、下ハウジング６１に取り付けたときに、内部にロータ８などの構成部品を収容する収容空間６２ａが形成される上ハウジング６２とを備える。上ハウジング６２の側壁には、収容空間６２ａから、低圧ガスライン５２に連通する開口６２ｂが設けられ、収容空間６２ａが低圧の作動ガスが流通する低圧領域となる。この場合、収容空間６２ａがバルブハウジング６の内部通路を構成する。格納部には、Ｏリングなどのシール材Ｓｍ１を介してステータ７が圧入され、ステータ７の上面７ａが後述のロータ８の摺動面となる。

ステータ７は、略円柱状の輪郭を有し、比較的剛性のある例えばステンレスなどの金属製である。そして、締結ボルトＢｔ１により下ハウジング６１に固定されている。これにより、ステータ７の摺動面７ａにその下方から高圧の作動ガスに起因する力が作用しても、締結ボルトＢｔ１によりステータ７の上下動が防止されて、ステータ７の摺動面７ａがロータ８に加える摺動面圧を常時安定化されることができる。ステータ７にはまた、夫々がステータ７の摺動面７ａに達する、中心軸線Ｃｌ上に位置させて、第１のバルブＶ１または第２のバルブＶ２に接続され、かつ、高圧ガスライン５１に連通する（圧縮機１１で圧縮された高圧の作動ガスが流通する）第１通路Ｌ１１と、２本の第２通路Ｌ２１，Ｌ２２と、２本の小通路Ｌ２３，Ｌ２４とが設けられている。この場合、図３に示すように、各第２通路Ｌ２１，Ｌ２２の摺動面７ａへの開口端Ｌ２１ａ，Ｌ２２ａは、第１通路Ｌ１１の摺動面７ａへの開口端Ｌ１１ａの両側にロータ８の摺動回転方向に間隔を置いて形成されている。各小通路Ｌ２３，Ｌ２４の摺動面７ａへの開口端Ｌ２３ａ，Ｌ２４ａは、開口端Ｌ２１ａ，Ｌ２２ａより小面積であり、ロータ７の摺動回転方向前方で開口端Ｌ２１ａ，Ｌ２２ａに近接させて設けられ、作動ガスに対し圧力振動を発生させる役割を果たす。

ロータ８は、円柱状の基部８１と、基部８１の下面に形成された基部８１より小径の摺動部８２とで構成される。摺動部８２は、円柱状部材の外周から互いに対称な扇状領域を切り欠いた輪郭を有し、摺動部８２の下面がステータ７への摺動面に当接する当接面（反力が作用する受圧面）８ａとなる。この場合、摺動部８２の扇状に切り欠いた部分が開口端Ｌ２１ａ，Ｌ２２ａ及びＬ２３ａ，Ｌ２４ａ上に位置する場合には、各第２通路Ｌ２１，Ｌ２２がバルブハウジング６内の収容空間６２ａを介して低圧ガスライン５２に連通した状態になる（図２（ｂ）参照）。また、ロータ８は、ステータ７より比較的剛性の低い樹脂製であり、ここで使用される樹脂としては、例えばＢＥＡＲＥＥ（登録商標）のようなフッ素樹脂が挙げられる。その他、ロータとステータとを比べた際にロータ側は、縦弾性係数が低い材料を用いることができる。このようにロータ８とステータ７とを異種の材料としておけば、ロータ８が優先的に摩耗することで、ステータ７の摺動面７ａに作用する面圧が不安定になったとき、ロータ８のみを交換すれば済む。ロータ８にはまた、上下方向に貫通して第１通路Ｌ１１に常時連通する第３通路Ｌ３と、各第２通路Ｌ２１，Ｌ２２がバルブハウジング６内の収容空間６２ａに連通した状態からロータ８を摺動回転させたときに、開口端Ｌ２１ａ，Ｌ２２ａに、または、開口端Ｌ２１ａ，Ｌ２３ａ及び開口端Ｌ２２ａ，Ｌ２４ａに選択的に合致する開口端Ｌ４１ａ，Ｌ４２ａを持つ２本の第４通路Ｌ４１，Ｌ４２がロータ８の摺動回転方向に間隔を置いて形成されている。

ロータ８の基部８１上面には、格納部８１ａとしての凹孔が凹設され、格納部８１ａには、ＯリングＯｒ１を介して、シリンダヘッド８３が中心軸線方向（スラスト方向）に移動の自由度を持って圧入されている。そして、第１通路Ｌ１１及び第３通路Ｌ３から高圧の作動ガスが作用すると、シリンダヘッド８３の下方に位置する格納部８１ａ内の空間に連通空間８４を画成されるようにしている。この場合、シリンダヘッド８３下面の面積等は、高圧ガスが流通するときに圧力損失が生じない大きさの隙間ｄとなるように適宜設計される。シリンダヘッド８３には、後述の支持体が嵌合する凹溝８３ａを有する円筒状の軸部８３ｂが一体に形成され、軸部８３ｂを介して上ハウジング６２の収容空間６２ａに設けた軸受Ｂｒで支承され、軸受Ｂｒが本実施形態の吸収手段を構成する。なお、軸受Ｂｒは、上ハウジング６２の上壁内面に形成した段差部に設けているが、これに限定されるものではない。なお、シリンダヘッド８３下面の面積に対して高圧ガスライン５１と低圧ガスライン５２との差圧が作用するので、差圧によってシリンダヘッド８３が受けた力が摺動面に対して予圧より高い摺動面圧となる。つまり、シリンダヘッド８３とロータ８で実質的に画成されている連通空間８４の内部圧力は摺動面に対して予圧より高い摺動面圧となると共に、次のような構成を持つことで摺動面圧の変動を抑止している。即ち、シリンダヘッド８３が受ける反力（摺動面圧に対応する反力）を支承されている軸受Ｂｒに伝え、これを図示しない締結ボルトを含めて結合されている上ハウジング６２、下ハウジング６１、ステータ７へと順に伝え、ロータ８とステータ７との間の摺動面にて拮抗する構成である。このように予圧より高い摺動面圧を生じさせるのにあたっては他の構成要素からの影響を排除する特徴を持つ。この際、モータＭｔはこの力の伝播経路に含まれないため、予圧より高い摺動面圧からは影響を受けず、且つ、摺動面の面圧に対してその回転トルクが影響を与えないように各ピン部材９３が２本配置され、モーメント起因の変動の低減が図られている。

支持体９は、スラスト方向にのびる角柱状部９１と、角柱状部９１の下端でスラスト方向と直交する方向（図２（ｂ）中、左右方向）にのびる板状部９２とで構成され、板状部９２の長手方向両端部分に、２本のピン部材９３が吊設されている。この場合、板状部９２には、その長手方向に沿う長孔（透孔）９２ａが夫々形成されている。そして、各長孔９２ａに各ピン部材９３の上部が夫々遊挿され、各長孔９２ａから上方に突出する各ピン部材９３の上端部分に形成した溝９３ａにＥ型止め輪（Ｅリング）Ｅｒを取り付けることで、各ピン部材９３が吊設される。この場合、支持体９や各ピン部材９３といった部品が本実施形態の動力伝達手段を構成する。各ピン部材９３の下端は、ロータ８の上面に形成されたピン穴８５にＯリングなどを介して夫々係止されている。一方、角柱状部９１には、上ハウジング６２の上面に設けたモータＭｔの回転軸Ａｒが隙間を持って挿設される角穴９１ａが形成されている。なお、回転軸Ａｒは角穴９１ａに倣う角柱状とする。

上ハウジング６２には、モータＭｔを囲うようにしてカバー体６３が設けられている。カバー体６３は上ハウジング６２に締結ボルトＢｔ２で固定され、カバー体６３の下面にはＯリングなどのシール部材Ｓｍ２が設けられている。低圧領域としての収容空間６２ａに連通するカバー体６３の内部空間６３aには、モータＭｔが取り付けられている。そして、中心軸線Ｃｌ上に位置するモータＭｔの回転軸Ａｒが上ハウジング６２に設けた透孔６２ｃを通って収容空間６２ａ内に突出し、ＯリングＯｒ２を介在させて回転軸Ａｒが挿設されている。これにより、回転軸Ａｒは角穴９１ａに倣う角柱状であるので、角穴９１ａ内面部にて相互が２線あるいは３点接触することによりトルクの伝達が可能となり、よって、回転軸Ａｒと共に支持体９が回転され、このときの隙間の存在により、支持体９が何等かの原因で傾動しても回転軸Ａｒに負荷がかからないようになっている。なお、隙間に存するＯリングＯｒ２は、その接触面に垂直抗力を与えるように配置されているため、回転軸Ａｒと支持体９がＯリングＯｒ２の静止摩擦力で結合されている。また、支持体９とロータ８との間にはピン部材９３に外挿されたコイルバネＣｓが縮設され、コイルバネＣｓの付勢力により、ステータ７の摺動面７ａに所定の予圧（面圧）が付与され、コイルバネＣｓが本実施形態の予圧印加手段を構成する。

以上によれば、図２（ａ）に示すロータリーバルブＲＶ_１を起点状態とし、この起点状態では、ロータ８の摺動部８２における開口端Ｌ４１ａ，Ｌ４２ａが、ステータ７の摺動面７ａにおける開口端Ｌ２１ａ，Ｌ２３ａ及び開口端Ｌ２２ａ，Ｌ２４ａに上下方向で合致する。つまり、図１でいうところの第１及び第２の各バルブＶ１，Ｖ２が開弁、第３及び第４の各バルブＶ３，Ｖ４が閉弁した状態となり、高圧ガス通路が形成されて、圧縮機１１で圧縮されて第１通路Ｌ１１に流入した高圧の作動ガスが高圧ガスライン５１ａ，５１ｂを介してパルス管２及び蓄冷器３へと供給される。この状態からモータＭｔの回転軸Ａｒを一方向に回転駆動させると、回転トルクが支持体９と各ピン部材９３とを介してロータ８に伝達され、ステータ７の摺動面７ａをロータ８が一方向に摺動回転する。このとき、開口端Ｌ４１ａ，Ｌ４２ａのない摺動部８２の当接面８ａの部分でステータ７の摺動面７ａにおける開口端Ｌ２１ａ，Ｌ２３ａと開口端Ｌ２２ａ，Ｌ２４ａとが順次閉塞され、その後、摺動面７ａのないステータ７の部分（扇形に切り欠いた部分）を介して、各第２通路Ｌ２１，Ｌ２２がバルブハウジング６内の収容空間６２ａに連通した状態となり、図２（ｂ）に示すように、ロータ８が所定の回転角で摺動回転した位置で完全に開放される。つまり、図１でいうところの第１及び第２の各バルブＶ１，Ｖ２が閉弁、第３及び第４の各バルブＶ３，Ｖ４が開弁した状態となり、低圧側通路が形成されて、膨張により圧力低下した低圧の作動ガスが低圧ガスライン５２ａ，５２ｂを介して圧縮機１１のガス回収側に回収される。

ロータ８を一方向に更に摺動回転させると、摺動部８２の開口端Ｌ４１ａ，Ｌ４２ａがステータ７の摺動面７ａにおける開口端Ｌ２３ａ，Ｌ２４ａと先ず合致して図１でいうところの第２のバルブＶ２が開弁、第１，第３及び第４の各バルブＶ１，Ｖ３，Ｖ４が閉弁した状態となり、高圧の作動ガスが高圧ガスライン５１ｂを介してパルス管２へと先ず供給される。次に、摺動部８２の開口端Ｌ４１ａ，Ｌ４２ａがステータ７の摺動面７ａにおける開口端Ｌ２１ａ，Ｌ２２ａにも合致して高圧の作動ガスが高圧ガスライン５１ａを介して蓄冷器３にも供給される（高圧側通路が完全に形成された状態となる）。これら操作が繰り返され、作動ガスに対し圧力振動を発生させながら高圧側通路と低圧側通路とが周期的に切り換わる。なお、圧力振動に伴う進行波によって定常的に高温部と低温部が形成されていればよく、図３に示すロータ８の摺動回転方向や開口端Ｌ４１ａ，Ｌ４２ａ、開口端Ｌ２１ａ，Ｌ２２ａ，Ｌ２３ａ，Ｌ２４ａの形状は上記に限定されない。

このように本実施形態によれば、バルブハウジング６内にステータ７を締結ボルトＢｔ１で固定すると共に、軸受Ｂｒを備えて摺動回転に伴ってロータ８に作用するスラスト方向の反力を吸収し、モータＭｔの回転軸Ａｒに伝達されない構成を採用したことで、作動ガスのリークレートとロータ８の摩耗量との関連などから適した値として定められる面圧の安定化を図ることができ、しかも、モータＭｔの故障や短寿命化を招来することもない。加えて、面圧の安定化は平均面圧値を要求されるリークレートへと漸近させることができ（つまり、従来構成より平均面圧値を減少させることができ）、これにより、ロータ８の摩耗量を減少させた（寿命を改善した）構成とすることができる。また、ＥリングＥｒを用いて支持体９とピン部材９３とを係止すると共に、ＯリングＯｒ１を用いてピン部材９３とロータ８とを係止することで、ロータリーバルブＲＶ_１の組付けまたは分解に際し、一方向から、軸受Ｂｒ、支持体９、ピン部材９３及びコイルバネＣｓをドライバなどの特段の手工具なしに順次取り付けまたは取り外しができる構造となり、有利である。

ここで、ステータ７の摺動面７ａをロータ８が一方向に摺動回転したとき、何等かの原因でロータ８の当接面８ａに偏摩耗が生じ、これに起因してロータ８の中心軸線がモータＭｔの回転軸Ａｒに対して傾いたのでは、モータＭｔの回転軸Ａｒに負荷がかかる虞がある。それに対して、本実施形態では、支持体９に各ピン部材９３の上端部が遊挿される透孔９２ａが形成され、この透孔９２ａを挿通させた状態で各ピン部材９３が支持体９に着脱自在に取り付けているため、各ピン部材９３の支持体９の長手方向への移動が許容されることで、モータＭｔの回転軸Ａｒに負荷がかかることを回避でき、有利である。なお、長手の支持体９と支持体９に吊設される複数のピン部材９３とを有するものを例に動力伝達手段を説明したが、平面で動作が規制されているので１自由度は既に減じられ、ここから平面からの逸脱をさせない（回転中心から動かさない）とすると、２自由度を減じる必要がある。そこで、動力伝達手段としては、ロータ８への連結時に３以上５以下の自由度を許容する構成であればよい。また、透孔９２ａが一方向に長手の長孔で構成されているような場合、１自由度が追加されることになるが、事実上、回転中心がずれても良い程度の許容範囲の長孔になっていればよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の技術思想の範囲を逸脱しない限り、種々の変形が可能である。上記実施形態では、パルス管冷凍機Ｐｒに適用されるロータリーバルブＲＶ_１を例に説明したが、これに限定されず、ＧＭ冷凍機など他の冷凍機にも適用することができる。また、上記実施形態では、予圧付与手段としてコイルバネＣｓを用いる場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、同一の要素または部材に同一の符号を付した図４を参照して、変形例に係るロータリーバルブＲＶ_２では、コイルバネＣｓに代えて、取付ナット９５で締結されるダイヤフラムＤｐが用いられる。ダイヤフラムＤｐ上面には、金属製の板材Ｐｍが密着配置されている。板材Ｐｍの上面中央には、上記実施形態の角柱状部９１に対応する角柱状体９６が取り付けられている。このように予圧付与手段は、図２または図４の組立状態を起因とする弾性変形が予圧となる構成とすればよい。弾性変形を利用することでロータリーバルブの姿勢（重力加速度方向）に依らず、摺動面に安定した予圧を与えることできる。なお、本変形例での予圧より高い摺動面圧は、ダイヤフラムＤｐとロータ８で実質的に画成されている連通空間８４同様の内部圧力によってもたらされ、また、差圧を受ける面積であるシリンダヘッド８３下面の面積は、少なくともダイヤフラムＤｐ上面の金属製の板材Ｐｍの面積に相当し、これが予圧より高い摺動面圧となる。

角柱状体９６の周囲に位置させて板材Ｐｍの上面には周方向に等間隔で３個のプランジャタイプのボールローラ９７が設けられ、ボールローラ９７の上端に転動自在に設けたボール９７ａが上ハウジング６２の上壁内面に当接させている。これにより、本変形例の吸収手段としてロータ８に作用するスラスト方向の反力を吸収することが可能になる。この場合、角柱状体９６には回転軸Ａｒが隙間を存して挿入される角穴９６ａが形成され、回転軸Ａｒに各柱状体９６が係止され、モータＭｔの回転軸Ａｒの回転トルクがピン９８のせん断応力を介してロータ８に伝達される。ピン９８は、割りピンまたは針金で構成することができ、組立や分解時に手工具を用いることなく着脱可能となる。なお、ピン９８の代わりに、上記実施形態の如く、回転軸Ａｒの軸形状を角柱としてＯリングを用いて係止することもできる。また、上記変形例の如く、単一のダイヤフラムＤｐを用いると、その下面（押圧面）中央からずれた位置に力が加わると、モーメントが発生するので、回転軸Ａｒの回転軸線に対して周方向に等間隔で複数（例えば１２０°間隔で３つ）のダイヤフラムを配置して、各ダイヤフラムの押圧面に働くモーメントの和をゼロにするようにしてもよい。好ましくは、可能な範囲で回転軸線から遠方に配置する構成とする。このように構成することで摺動面に付与される面圧について均等を維持するのと同時に偏摩耗の進行を防止することができる。

また、上記実施形態では、各ピン部材９３が長孔９２ａに遊挿することで、各ピン部材９３ひいてはロータ８の支持体９の長手方向への移動を許容しているが、３以上５以下の自由度を許容する構成であればこれに限定されるものではない。例えば、支持体９とロータ８とをフレキシブルジョイントで連結することもできる。この場合も、ロータ８の支持体９の長手方向への移動が許容されるため、モータＭｔの回転軸Ａｒに負荷がかかることを回避できる。フレキシブルジョイントとしては、例えば等速ジョイントやオルダム継手などの公知のものを利用できるため、これ以上の説明を省略する。なお、自由度の数を３以上の４または５とした場合は、増加した自由度について規制要素が設けられることが好ましい。上記実施形態では長孔９２ａの長手方向の寸法からピン部材９３上部の遊挿部位の寸法を差し引いた距離が、この規制要素の典型例となる。この規制要素は、例えば摺動面の気密すなわち各通路間での気密が保持され、かつ連通空間８４同様の内部圧力からもたらされる摺動面圧の変動が１％以下となるように設けられる。このように構成することで、安定した摺動面圧が保たれる。

また、シリンダヘッド８３とロータ８との間である格納部８１ａについて、例えば「ＪＩＳＢ０４０１－１：２０１６」に示されるすきまばめを適用すれば、実質的にロータ８の自由動を回転軸Ａｒの回転軸線の回転および軸方向のみの２自由度に制限することができ、摺動面圧の偏りを防止すると共に、その面圧を安定化することができる。ダイヤフラムＤｐを用いる変形例の場合は、シリンダヘッド８３とロータ８との構成と同様の効果を奏するリニアガイドを付加すればよい。このようにロータ８の自由度が制限されるように構成されている場合は、動力伝達手段の自由度は４自由度以上であっても制限される。つまり、増加した自由度について規制要素を設ける必要はない。

ＲＶ_１，ＲＶ_２…ロータリーバルブ、Ｐｒ…パルス管冷凍機（冷凍機）、６…バルブハウジング、６２ａ…収容空間（内部通路）、７…ステータ、８…ロータ、８１ａ…格納部（凹孔）、８３…シリンダヘッド、８３ｂ…軸部、Ｍｔ…モータ、Ｌ１…第１通路、Ｌ２１，Ｌ２２…第２通路、Ｌ３…第３通路、Ｌ４…第４通路、Ｂｒ…ベアリング（吸収手段）、９…支持体（動力伝達手段）、９２ａ…長孔（透孔）、９３…ピン部材（動力伝達手段）、Ｃｓ…コイルバネ（予圧印加手段）。

Claims

バルブハウジングと、バルブハウジング内に固定のステータと、バルブハウジング内でステータに正対配置されるロータと、ロータが当接するステータの摺動面を通る中心軸線回りにステータに対してロータを摺動回転させるモータとを備え、
ステータの摺動面にその下方から高圧の作動ガスに起因する力が作用してもステータの摺動面がロータに加える摺動面圧を安定化するように、ステータが締結ボルトによりバルブハウジングに固定されると共に、ステータに、中心軸線上に位置させて高圧ガスが流通する第１通路と、第１通路の周囲で中心軸線に沿ってのびる複数本の第２通路とが形成され、ロータに、第１通路に連通する第３通路と、第２通路がバルブハウジングの内部通路に連通した状態からロータを摺動回転させたときに第２通路に選択的に連通する第４通路とが形成され、
摺動面の摺動面圧として予圧を付与する予圧印加手段と、モータの回転軸とロータとの間に介設されて回転トルクをロータに伝達する動力伝達手段と、摺動面に予圧より高い摺動面圧が作用したときに対応する反力を吸収する吸収手段とを更に備えることを特徴とする冷凍機用のロータリーバルブ。
前記ロータは、前記ステータより剛性の低い異種材料で構成されていることを特徴とする請求項１記載の冷凍機用のロータリーバルブ。
前記ステータから前記ロータに向かう方向を上とし、前記ロータは、その上部に設けた凹孔内に圧入されて高圧の作動ガスが作用するシリンダヘッドを有し、シリンダヘッドの軸部が前記バルブハウジング内に設けた軸受で支承され、この軸受で前記吸収手段を構成したことを特徴とする請求項１または請求項２記載の冷凍機用のロータリーバルブ。
前記動力伝達手段は、前記回転軸に連結される上下方向と直交する方向に長手の支持体と、支持体に吊設される複数のピン部材とを備え、支持体に各ピン部材の上端部が遊挿される透孔が形成され、この透孔を挿通させた状態で各ピン部材が前記支持体に着脱自在に取り付けられることで各ピン部材がロータに連結されることを特徴とする請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の冷凍機用のロータリーバルブ。
前記予圧印加手段は、前記支持体と前記ロータとの間に縮設されるコイルバネで構成されることを特徴とする請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の冷凍機用のロータリーバルブ。