JPH0375456A - 極低温冷凍機及びその運転制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、圧縮された冷媒を膨張させて極低温レベルの
寒冷を発生させるようにした極低温冷凍機に関し、特に
、その効率を高める技術に関するものである。

（従来の技術） 従来より、高圧の冷媒ガスを膨張機のシリンダ内膨張室
で膨張させて寒冷を発生させるようにした極低温冷凍機
として各種タイプのものが知られており、その−例とし
て、例えば特開昭５９−６３４６２号公報等に開示され
ているように、シリンダ内のディスプレーサをモータ等
の駆動手段により機械的に往復駆動するようにした機械
駆動式のものがある。この機械駆動式のものは、ディス
プレーサの動きを直接モータ等により制御するため、デ
ィスプレーサがそのストロークエンドでシリンダ端部に
衝突するのを規制でき、その衝突による衝撃を小さくで
きる利点がある。

（発明が解決しようとする課題） ところで、このような機械駆動方式の極低温冷凍機とし
て、この他、膨張室のシリンダ上部に出力軸を水平方向
にしてモータを配設する一方、ディスプレーサの上端に
は上方に延びるロッドを取り付け、このロッドの上端と
モータの出力軸とをモータ出力軸の回転運動をロッドの
往復運動に変換するスコッチョークにより連結し、モー
タの作動に伴ってディスプレーサを往復動させるように
したＧ−Ｍサイクル（ギフオード・マクマホンサイクル
）と呼ばれるものがある。

しかし、この機械駆動式のＧ−Ｍサイクルものでは、シ
リンダ内膨張室に冷媒ガスを給排を切り換える切換バル
ブの切換時期と、ディスプレーサの変位とが一定の関係
にあり、例えば第９図に示す如く、モータの回転に伴っ
てディスプレーサがｓｉｎカーブを描いて往復動するの
に対し、ディスプレーサの上死点で切換バルブが開いて
膨張室内の低圧冷媒ガスが圧縮機の吸込側に排出され、
ディスプレーサが下降して下死点直前に上記切換バルブ
が閉じ、その後、ディスプレーサが下死点に達すると、
切換バルブが開いて今度は膨張室に圧縮機から高圧冷媒
ガスが供給され、ディスプレーサが上昇して上死点直前
に上記切換バルブが閉じるように切り換えられる。そし
て、このような切換時期により、第５図に破線にて示す
ように、横軸を容積Ｖとし、縦軸を圧力Ｐとしたいわゆ
るＰｖ線図において、その低圧低容積の隅角部（図で■
の位置）及び高圧高容積の隅角部（同■の位置）が欠け
るとともに、■−■辺及びＩＶ−Ｉ辺がサイクルの内側
に傾斜して図で破線に示すようになり、１サイクルのＰ
Ｖ線図で囲まれた面積で表されるＰｖ図示能力が小さい
という欠点がある。

そして、冷媒ガスの温度低下に伴い、その流動抵抗が増
大するため、上記ＰＶ線図が大きく崩れ、シリンダ端部
の冷却ステージの最低到達温度に限界がある。

本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その
目的は、上記の切換バルブの切換時期とディスプレーサ
の変位との関係を変えることにより、機械駆動式冷凍機
の長所を活かしつつ、そのｐｖ図示能力を高めて冷凍能
力を増大させ、よって冷凍機の最低到達温度を低下させ
得るようにすることにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的の達成のために、請求項（１）及び（２）に係
る発明では、シリンダ内のディスプレーサの変位を検出
し、この変位に応じて切換バルブ及びディスプレーサ駆
動用の駆動手段を制御し、Ｐｖ線図を理想サイクルに近
付けるようにする。

具体的には、請求項（１）に係る発明では、シリンダ（
２）内に往復動可能に嵌装され、シリンダ（２）内に膨
張室（６）を区画形成するディスプレーサ（４）と、該
ディスプレーサ（４）を往復動させる駆動手段と、上記
ディスプレーサ（４）の往復動に同期して上記膨張室（
６）に対し冷媒を給排する切換バルブとを有する膨張機
を備えてなり、ディスプレーサ（４）の往復動により膨
張室（６）内で冷媒を膨張させて冷却ステージに極低温
レベルの寒冷を発生させる極低温冷凍機の運転を制御す
る方法として、上記ディスプレーサ（４）の移動位置を
検出し、先ず、このディスプレーサ（４）がストローク
エンドに到達する直前に膨張室（６）に対する冷媒の給
排を停止するように切換バルブを閉じる。

次いで、ディスプレーサ（４）のストロークエンドへの
到達と同時に膨張室（６）に対する冷媒の給排が逆の状
態となるように切換バルブを開き、同時に、駆動手段を
停止させてディスプレーサ（４）をストロークエンドに
停止保持させる。

この後、上記膨張室（６）が一定圧に変化すると、駆動
手段を作動させてディスプレーサ（４）をストロークエ
ンドから逆方向に移動させる。

請求項（２）に係る発明では、シリンダ（２）内に往復
動可能に嵌装され、シリンダ（２）内に膨張室（６）を
区画形成するディスプレーサ（４）と、該ディスプレー
サ〈４）を往復動させる駆動手段と、上記ディスプレー
サ（４）の往復動に同期して上記膨張室（６）に対し冷
媒を給排する切換バルブとを有する膨張機を備えてなり
、ディスプレーサ（４）の往復動により膨張室（６）内
で冷媒を膨張させて冷却ステージに極低温レベルの寒冷
を発生させるようにした機械駆動式の極低温冷凍機が前
提である。

そして、上記ディスプレーサ〈４）の移動位置を検出す
るディスプレーサ移動位置検出手段と、該ディスプレー
サ移動位置検出手段の出力を受けて上記駆動手段及び切
換バルブを制御する制御手段とを設け、上記制御手段は
、ディスプレーサ（４）がストロークエンドに到達する
直前に膨張室（６）に対する冷媒の給排を停止するよう
に切換バルブを閉じ、ディスプレーサ（４）のストロー
クエンドへの到達と同時に膨張室（６）に対する冷媒の
給排が逆の状態となるように切換バルブを開くとともに
、駆動手段を停止させてディスプレーサ（４）をストロ
ークエンドに停止保持させ、膨張室（６）が一定圧に変
化した後に駆動手段を作動させてディスプレーサ（４）
をストロークエンドから逆方向に移動させる制御を行う
ように構成する。

また、請求項（３）及び（４）記載の発明では、切換バ
ルブの切換時期とディスプレーサの変位との関係を構造
的に設定する。すなわち、請求項（３）記載の発明では
、第１図〜第４図に示すように、シリンダク２）内に膨
張室（６）を区画するディスプレーサ（４）が往復動可
能に嵌装され、該ディスプレーサ（４）の往復動に伴う
膨張室（６）での冷媒の膨張によってシリンダ（２）下
端の冷却ステージ（７）に極低温レベルの寒冷を発生さ
せる膨張機（１）を備えた極低温冷凍機において、上記
膨張機（１）のシリンダ（２）上方に配置され、高圧ガ
ス入口（１３）及び低圧ガス出口（１４）を有する弁固
定体（１２）と、該弁固定体（１２）の下面に回転可能
に摺接し、回転により弁固定体（１２）の高圧ガス入口
（１３）及び低圧ガス出口０４）を上記膨張室（６）に
交互に連通ずるように開閉して膨張室（６）に対するガ
スの給排を切り換える回転弁（１７）と、該回転弁（１
７）を駆動するパルプモータ（２０）とを設ける。

そして、上記ディスプレーサ（４）は膨張室（６）のガ
ス圧により回転弁（１７）側に向かう方向に付勢される
ように構成し、ディスプレーサ（４）の上端には連結ロ
ッド（ｌＯ）を突設する。一方、上記回転弁（Ｌ７）の
下面には上記ディスプレーサ（４）の連結ロッド〈ｌＯ
）を摺動可能に係合案内する案内満（２２）をディスプ
レーサ（４）の軸方向に対して傾斜して形成する。

さらに、上記案内？１Ｗ（２２）には、ディスプレーサ
（４）がストロークエンドに達したときに該ディスプレ
ーサ（４）をストロークエンドに所定時間保持するよう
にディスプレーサ（４）の軸方向に対して直交する平坦
部（２２ａ）　、　（２２ａ）を形成する。また、上記
回転弁（１７）は、ディスプレーサ（４）がストローク
エンドに到達する直前に弁固定体（１２）の高圧ガス入
口（１３）又は低圧ガス出口（１４）の一方と膨張室（
６）との連通を遮断し、ディスプレーサ（４）のストロ
ークエンドへの到達と同時に弁固定体（１２）の高圧ガ
ス入口（１３〉又は低圧ガス出口（１４）の他方と膨張
室（６）とを連通させるように構成する。

請求項（４）記載の発明では、第６図〜第８図に示す如
く、上記の如き構成の極低温冷凍機において、上記ディ
スプレーサ（４）の連結口・ソド（１０〉を摺動可能に
係合案内する案内溝（２２）を回転弁（１７）の下面に
代えてその外周面に形成し、この案内溝（２２）に、デ
ィスプレーサ（４）がストロークエンドに達したときに
該ディスプレーサ（４）をストロークエンドに所定時間
保持する平坦部（２２ａ）　、　（２２ａ）を形成する
。

（作用） 上記の構成により、請求項（１）及び（２記載の発明で
は、冷凍機の運転時、そのディスプレーサ（４）の移動
位置が検出され、この検出信号に基づき切換バルブ及び
駆動手段が制御される。例えば、ディスプレーサ（４）
がストロークエンドたる上死点（下死点）に到達する直
前に切換バルブが閉じ、膨張室（６）と高圧側（低圧側
）との連通が遮断される。その後、短時間の経過後にデ
ィスプレーサ（４）が上死点（下死点）に達すると、切
換バルブが開いて膨張室（６）が低圧側（高圧側）と連
通される。この間、駆動手段が作動停止してディスプレ
ーサ（４）は上死点（下死点）に停止保持され、所定時
間が経過して膨張室〈６）の圧力が低圧（高圧）になる
と、駆動手段の作動によりディスプレーサ（４）が下降
移動（上昇移動）する。このようなディスプレーサの動
き及び切換バルブの開閉時期の関係により、ＰＶ図示能
力が増大し、冷却温度が低下しても大きく崩れず、よっ
て冷凍機の最低到達温度を下げることができる。

また、請求項（３）記載の発明では、バルブモータ（２
０〉の作動により回転弁（１７）が回転し、この回転弁
（１７）の回転によって弁固定体（１２）の高圧ガス入
口（１３〉及び低圧ガス出口（１４）がシリンダ（２）
内の膨張室（６）に交互に連通されて膨張室（６）に対
するガスの給排が切り換えられる。一方、上記膨張室（
６）のガス圧によりディスプレーサ（４）が回転弁（１
７）側に向かう方向に付勢され、このガス圧によりディ
スプレーサ（４）の連結ロッド（ｌＯ〉が回転弁（１７
）下面の案内溝（２２）に押し付けられる。また、上記
案内溝（２２）はディスプレーサ（４）の軸方向に対し
傾斜しているため、回転弁（１７）の回転に伴う連結ロ
ッド（ｌＯ）の案内溝（２２）での摺動により、ディス
プレーサ（４）がシリンダ（２）内を上下動することと
なる。

そして、上記案内溝（２２）にはディスプレーサ（４）
の軸方向と直交する平坦部（２２ａ）　、　（２２ａ）
が形成されているので、ディスプレーサ（４）が上死点
又は下死点のストロークエンドに移動したときには、そ
の平坦部（２２ａ）　、　（２２ａ）を連結ロッド（１
０）が摺動している間、回転弁（１７）の回転に拘らず
ディスプレーサ（４）はストロークエンドに停止保持さ
れる。また、上記回転弁（１７）は、ディスプレーサ（
４）がストロークエンドに到達する直前に弁固定体（１
２）の高圧ガス入口（ｔ３〉又は低圧ブス出口（１４）
の一方と膨張室（６）との連通を遮断し、ディスプレー
サ（４）のストロークエンドへの到達と同時に弁固定体
（ｉ２）の高圧ガス入口（１３）又は低圧ガス出口（１
４）の他方と膨張室（６）とを連通させるように構成さ
れていることから、ディスプレーサ（４）の動き及び回
転弁（１７）の開閉時期は上記説明した関係となり、よ
って冷凍機のＰｖ図示能力が増大してその最低到達温度
を下げることができる。

さらに、請求項（４）記載の発明では、回転弁（１７）
外周の案内溝（２２）と連結ロッド（ｌＯ）とが係合さ
れているので、回転弁（１７）の回転に伴い、ディスプ
レーサ（４）は膨張室（６）の圧力に関係なく往復駆動
される。そして、上記案内ｔｆ１７（２２）に平坦部（
２２ａ）　、　（２２ａ）が形成されているので、ディ
スプレーサ（４）はストロークエンドで所定時間停止す
る。

また、このディスプレーサ（４）の動きに対応して回転
弁（１７）の開閉時期が設定されているので、上記請求
項（２）記載の発明と同様の作用効果を得ることができ
、冷凍機の冷凍能力を増大させることができる。

特に、この発明では、請求項（３）に係る発明と比較し
た場合、連結ロッド（１０）を回転弁（１７）に押し付
ける必要がないので、シリンダ（２）内の膨張室（６）
と反対側の室（５）を低圧に保持する必要がなくなり、
このため、ディスプレーサ（４）のシール負荷が小さく
て済み、ディスプレーサ〈４）の端部を支持するための
スリーブ（１９）が不要であり、さらに、ディスプレー
サ（４）上下の差圧力が殆どなく、バルブモータ（２０
）の駆動力を軽減できる利点がある。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の第１実施例に係る極低温冷凍機の膨張
機（１）を示し、この膨張機（１）はロータリベーン式
、ローリングピストン式、スクロール式等の図外の圧縮
機と組み合わされて極低温冷凍機が構成される。

上記膨張機（１）は、下端が閉塞された円筒状のシリン
ダ（２）と、該シリンダ（２）の上端に連設された円筒
状のケーシング（１１〉とを有している。上記シリンダ
（２）内には内部に蓄冷器（３〉を有する円筒状のディ
スプレーサ（４）がキー（４ａ）によって回転不能にか
つ往復動可能に妖装され、このディスプレーサ（４）に
よりシリンダ（２）内空間が上部の常温空間（５）と下
部の膨張室（６）とに区画形成され、シリンダ（２）の
下端は上記膨張室（６）の冷媒ガスの膨張によって低温
となる冷却ステージ（７）が形成されている。ディスプ
レーサ（４）の土壁中心部にはディスプレーサ（４）内
を常温空間（５）に連通ずるスリーブ挿通口（６）が、
底壁にはディスプレーサ（４）内を膨張室〈６）に連通
する連通口（９）がそれぞれ開口されており、この構造
により常温空間（５）及び膨張室（６）はディスプレー
サ（４）内の蓄冷器（３）を通して連通されている。ま
た、ディスプレーサ（４）の上端面外周には上方に延び
る連結ロッド（ＬＯ）が突設されている。

一方、上記ケーシング（１１）は下端開放部でシリンダ
（２）の上端開放部を気密状に覆うように配置され、そ
の下端部内には弁固定体（１２）が移動不能に固定され
ている。この弁固定体（１２）にはその略直径方向に対
向した位置にそれぞれ上下面間を貫通する高圧ガス入口
（１３）及び低圧ガス出口（１４）が形成されている。

この各日（１３）、　（１４）は弁固定体（１２）の中
心を中心とする断面円弧状の貫通孔からなるもので、上
記高圧ガス入口（１３）はケーシング（１１）側面に取
り付けた高圧ガス配管（１５）を介して図外の圧縮機吐
出側に、低圧ガス出口（１４）は同低圧ガス配管（ＩＢ
）を介して圧縮機吸込側にそれぞれ常時連通されている
。・ 上記弁固定体（１２）の下側には略円柱状の回転弁（１
７）が回転可能に配設され、この回転弁（１７）は上面
を弁固定体（１２）の下面に気密状に摺接させながら回
転するものである。回転弁（Ｉ７）にはその上下面間を
連通ずる弁口（１６）が貫通形成され、この弁口（１６
）の上端開口は回転中心に対しオフセットした位置に位
置していて、回転弁（１７）の回転に伴い上記弁固定体
（１２）の高圧ガス入口（１３）又は低圧ガス出口（１
４）に交互に連通ずるようになされている。

一方、弁口（１６）の下端開口は回転弁（１７）の中心
部に位置し、この開口には上記ディスプレーサ（４）土
壁のスリーブ挿通口（８〉に摺動可能に挿通される円筒
状スリーブ（ＩＢ）の上端が嵌合固定されており、この
スリーブ（１９）によって弁口（１６）がディスプレー
サ（４）内の蓄冷器（３）ないし膨張室（６）にディス
プレーサ（４）の移動に拘らず常時連通されている。

また、ケーシング（１１）向上部にはバルブモータ（２
０）が嵌め込まれ、このモータ（２０）の回転軸（２０
ａ）は上記弁固定体（１２）を貫通して回転弁（１７）
にピン（２１〉によって回転一体に゛固定されており、
モータ（２０）の作動によって回転弁（１７）を回転さ
せ、高圧ガス入口（１３）又は低圧ガス出口（１４）を
交互に蓄冷器〈３〉を介して膨張室（６）に連通させ、
弁口（１６）が高圧ガス入口（１３〉に合致したとき（
開弁状態）には、高圧ガス入口（１３）を膨張室（６）
に連通させて、圧縮機からの高圧冷媒ガスを膨張室（６
）に送り込む一方、弁口（１８〉が低圧ガス出口（１４
）に合致したとき（開弁状態）には、低圧ガス出口（１
４）を膨張室（６）に連通させて、膨張室（６）の低圧
冷媒ガスを圧縮機吸込側に排出するようにしている。

上記回転弁（１７）の下面は回転中心に対して傾斜した
傾斜面とされ、この下面には回転弁（１７）回転中心を
中心とする案内溝（２２）が凹設され、この案内溝（２
２）に上記連結ロッド（ｌＯ）の上端が摺動可能に係合
されている。そして、上記ディスプレーサ（４）は膨張
室（６）のガス圧により上側（回転弁（１７）側）に向
かう方向に付勢されており、このディスプレーサ（４）
の付勢によって連結ロッド（１０）上端が回転弁（１７
）の案内溝（２２）に常時係合し、回転弁（１７）の回
転に伴ってディスプレーサ（４）がシリンダ（２）内を
往復動するようになっている。

さらに、第２図及び第３図に示すように、上記案内溝（
２２）において、その上端部（回転弁（１７）上面に最
も近い部位）及び下端部（同最も遠い部位）にはそれぞ
れ所定範囲に亘リゾイスプレーサ（４）の軸方向に対し
て直交する。つまり回転弁（１７）上面と平行な平坦部
（２２ａ）　、　（２２ａ）が形成されており、この平
坦部（２２ａ）　、　（２２ａ）により、ディスプレー
サ（４）が上死点又は下死点（ストロークエンド）に達
したときに該ディスプレーサ（４）をストロークエンド
に所定時間保持するようにしている。

また、上記回転弁（１７）における弁口（１８〉と弁固
定体（１２）の高圧ガス入口（１３）及び低圧ガス出口
（１４）との位置関係は、第４図に示す如く、ディスプ
レーサ（４）が上死点（下死点）に到達する直前に弁口
（１６）が弁固定体（１２）の高圧ガス入口（１３）　
（低圧ガス出口（１４））から外れて閉弁状態となり、
該高圧ガス入口（１３）　（低圧ガス出口（１４））と
膨張室〈６）との連通が遮断されるとともに、その後、
ディスプレーサ（４）の上死点（下死点）への到達と同
時に弁口（１８〉が弁固定体（Ｉ２）の低圧ガス出口（
１４）（高圧ガス入口（１３））に合致して開弁状態と
なり、該低圧ガス出口（１４）　（高圧ガス入口（１３
））が膨張室（６）と連通するように構成されている。

尚、第１図中、（２３〉はシリンダ（２）の上端外周に
取り付けられた膨張機取付用のフランジである。

次に、上記実施例の作動について説明すると、膨張機（
１）において、バルブモータ（２０）の作動により回転
弁（１７）が回転し、この回転弁（１７）の回転によっ
て弁固定体（Ｉ２）の高圧ガス入口〈１３〉及び低圧ガ
ス出口（１４）がシリンダ（２）内の膨張室（６）に交
互に連通されて膨張室（６）に対するガスの給排が切り
換えられる。ガスが低圧に切り換えられたときに、膨張
室（６）のガスがサイモン膨張し、このガスの膨張によ
って寒冷が発生する。一方、上記膨張室（６）のガス圧
によりディスプレーサ（４）が回転弁（１７）側に向か
う方向に付勢され、このガス圧によりディスプレーサ（
４）の連結ロッド（ｌＯ〉上端が回転弁（１７）下面の
案内溝（２２）に押し付けられる。そして、この案内溝
（２２）はディスプレーサ（４）の軸方向に対し傾斜し
ているため、回転弁（１７）の回転に伴う連結ロッド（
ｌＯ）の案内溝（２２）での摺動により、ディスプレー
サ（４）がシリンダ（２）内を上下動する。このディス
プレーサ（４）の上昇移動により膨張室（６）にガスが
給排される。低温のガスはディスプレーサ（４）内の蓄
冷器（３）との熱交換により該蓄冷器（３）を冷却して
常温に戻り、シリンダ（２）外に排出される。次のディ
スプレーサ（４）の下降行程で膨張室（６）に供給され
る冷媒ガスは、その途中で、上記蓄冷器（３）との熱交
換により冷却されて低温になった後、膨張室（６）で膨
張し、以上で１サイクルが終了する。このようなサイク
ルの繰返しにより、シリンダ（２）下端の冷却ステージ
（７）の温度が徐々に低下して極低温レベルの寒冷が発
生する。

この実施例では、上記案内溝（２２）にディスプレーサ
（４）の軸方向と直交する平坦部（２２ａ）　、　　（
２２ａ）が形成されているので、ディスプレーサ（４）
が上死点（又は下死点）に移動したときには、その平坦
部（２２ａ）を連結ロッド（１０）が摺動し、この間、
回転弁（１７）が一定速度で回転しているにも拘らずデ
ィスプレーサ（４）は上死点（又は下死点）に停止保持
される。また、上記回転弁（１７）の弁口（１６）と弁
固定体（１２）の高圧ガス入口（１３）及び低圧ガス出
口（１４）との位置関係から、第４図に示°す如く、デ
ィスプレーサ（４）が上死点（下死点）に到達する直前
に回転弁（１７）が閉じて、膨張室（６）と高圧側（低
圧側）との連通が遮断され、その後、短時間の経過後に
ディスプレーサ（４）が上死点（下死点）に達すると、
回転弁〈１７）が開いて膨張室（６）が低圧側（高圧側
）と連通される。この間、上記の如くディスプレーサ（
４）は上死点（下死点）に停止保持され、所定時間が経
過して膨張室（６）の圧力が低圧（高圧）になると、デ
ィスプレーサ（４）が下降移動（上昇移動）する。この
ようなディスプレーサ（４）の動き及び回転弁（１７）
の開閉時期の関係により、第５図に示す如くＰＶ図示能
力が増大し、冷却温度が低下しても大きく崩れず、よっ
て冷凍機の最低到達温度を下げることができる。

第６図〜第８図は本発明の第２実施例を示しく尚、第１
図と同じ部分について・は同じ符号を付してその詳細な
説明は省略する）、ディスプレーサ（４）の駆動構造が
異なるものである。

すなわち、この実施例では、上記実施例と同様の構成に
おいて、回転弁（１７’　）はその下面が回転中心と直
交する平面とされた円柱体からなり、この回転弁（１７
’　）の外周に案内７ｉＷ（２２’　）がディスプレー
サ（４）の軸方向に対して傾斜して形成され、該案内？
ｉＭ（２２’）にディスプレーサ（４）上端に突設した
連結ロッド（１０’　）上端が摺動可能に係合されてお
り、回転弁（＋７’）の回転に伴ってディスプレーサ（
４）を往復動させるようになされている。

そして、第７図及び第８図に示すように、上記案内溝（
２２’　）において、その上端部（回転弁（１７′）上
面に最も近い部位）及び下端部（同最も遠い部位）には
それぞれ所定範囲に亘りディスプレーサ（４）の軸方向
に対し直交する平坦部（２２ａ’）　、　（２２ａ’　
）が形成されており、この平坦部（２２ａ’　）　、　
（２２ａ’　）により、ディスプレーサ（４）が上死点
又は下死点（ストロークエンド）に達したときに該ディ
スプレーサ（４）をストロークエンドに所定時間保持す
るようにしている。

したがって、この実施例においても、上記実施例と同様
の作用効果を奏することができる。

また、特に、この実施例では、上記第１実施例と比して
以下の利点がある。すなわち、第１実施例の如く、連結
ロッド（ｌＯ）を回転弁（１７）に押し付ける必要がな
いので、ディスプレーサ（４）上側の常温空間（５）を
低圧に保持する必要がなくなる。

このため、 ■　ディスプレーサ（４）のシール負荷が小さい。

■　スリーブ（１９）が不要である。

■　ディスプレーサ（４）上下の差圧力が殆どないので
、バルブモータ（２ｏ〉の駆動力を軽減することができ
る。

尚、本発明は上記各実施例に限定されるものではなく、
種々の変形例を包含するものである。例えば、上記実施
例では、ディスプレーサ（４）のストロークエンドでの
所定時間の保持を回転弁（１７）の案内溝（２２）の平
坦部（２２ａ）　、　　（２２ａ）によって行うように
したが、この他、ディスプレーサ（４）のストロークエ
ンドを電気的に検出し、その位置でバルブモータ（２０
）を所定時間保持ないし停止させるようにしてもよい。

また、上記実施例では、膨張室（６）に対する冷媒の給
排時期を、弁固定体（１２）の高圧ガス入口（１３）及
び低圧ガス出口（１４）と回転弁（１７）の弁口（１８
〉との位置関係によって調整するようにしたが、ディス
プレーサ（４）のストロークエンドを電気的に検出し、
膨張室（６）に対する冷媒の給排を切り換えるための切
換バルブを上記検出したディスプレーサ（４）の移動に
同期して切換制御することで、冷媒給排時期を調整する
ようにしてもよい。

（発明の効果） 以上説明したように、請求項（１）及び（２記載の発明
によると、ディスプレーサを機械的に駆動する機械駆動
式極低温冷凍機において、ディスプレーサの移動位置を
検出し、その移動位置に応じて切換バルブの開閉時期及
びディスプレーサ駆動手段の動きをＰＶ線図が理想サイ
クルとなるよう関係付けるようにしたことにより、機械
駆動式冷凍機の長所を活かしつつ、冷却ステージの温度
が低下してもＰｖ図示能力を大きく保つことができ、よ
って極低温冷凍機の最低到達温度を低下させることがで
きる。

また、請求項（３）及び（４）記載の発明によると、回
転弁の回転によりシリンダ内膨張室に対する冷媒の給排
を切り換えるとともに、回転弁の傾斜案内溝とディスプ
レーサとのカム係合によってディスプレーサを往復動さ
せるようにした機械駆動式極低温冷凍機において、回転
弁の案内溝にディスプレーサがストロークエンドで所定
時間保持するように平坦部を形成し、一方、このディス
プレーサの動きに対応させて回転弁の開閉時期を設定し
たことにより、ＰＶ線図の理想サイクルを簡単な構造で
得ることができ、よって冷凍機のＰＶ図示能力を高めて
最低到達温度の低下を図ることができる。

特に、請求項（４）に係る発明では、連結ロッドを回転
弁に押し付ける必要がないので、シリンダ内の膨張室と
反対側の室を低圧に保持する必要がなく、ディスプレー
サのシール負荷の低減、ディスプレーサ端部を支持する
スリーブの不要化及びバルブモータ駆動力の軽減を図る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は本発明の第１実施例を示し、第１図は
極低温冷凍機の膨張機の全体構成を示す断面図、第２図
は回転弁の拡大正面図、第３図は同斜視図、第４図はデ
ィスプレーサの動きと回転弁の開閉時期との関係を示す
タイムチャート図、第５図はＰＶ線図である。第６図〜
第８図は第２実施例を示し、第６図は冷凍機の断面図、
第７図は第２図相当図、第８図は第３図相当図である。 第９図は従来例を示す第４図相当図である。 （１）　、　（１’　）・・・膨張機 （２）・・・シリンダ （４）・・・ディスプレーサ （６）・・・膨張室 （７）・・・冷却ステージ （１０）、　（１０’　）・・・連結ロッド（１２）・
・・弁固定体 （１３）・・・高圧ガス入口 （１４）・・・低圧ガス出口 （１７）、　（１７’　）・・・回転弁（１８〉・・・
弁口 （２０）・・・バルブモータ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリンダ（２）内に往復動可能に嵌装され、シリ
   ンダ（２）内に膨張室（６）を区画形成するディスプレ
   ーサ（４）と、該ディスプレーサ（４）を往復動させる
   駆動手段と、上記ディスプレーサ（４）の往復動に同期
   して上記膨張室（６）に対し冷媒を給排する切換バルブ
   とを有する膨張機を備えてなり、ディスプレーサ（４）
   の往復動により膨張室（６）内で冷媒を膨張させて冷却
   ステージに極低温レベルの寒冷を発生させる極低温冷凍
   機の運転を制御する方法であって、 上記ディスプレーサ（４）の移動位置を検出し、このデ
   ィスプレーサ（４）がストロークエンドに到達する直前
   に膨張室（６）に対する冷媒の給排を停止するように切
   換バルブを閉じ、 次いでディスプレーサ（４）のストロークエンドへの到
   達と同時に膨張室（６）に対する冷媒の給排が逆の状態
   となるように切換バルブを開くとともに、駆動手段を停
   止させてディスプレーサ（４）をストロークエンドに停
   止保持させ、上記膨張室（６）が一定圧に変化すると、
   駆動手段を作動させてディスプレーサ（４）をストロー
   クエンドから逆方向に移動させることを特徴とする極低
   温冷凍機の運転制御方法。
2. （２）シリンダ（２）内に往復動可能に嵌装され、シリ
   ンダ（２）内に膨張室（６）を区画形成するディスプレ
   ーサ（４）と、該ディスプレーサ（４）を往復動させる
   駆動手段と、上記ディスプレーサ（４）の往復動に同期
   して上記膨張室（６）に対し冷媒を給排する切換バルブ
   とを有する膨張機を備えてなり、ディスプレーサ（４）
   の往復動により膨張室（６）内で冷媒を膨張させて冷却
   ステージに極低温レベルの寒冷を発生させるようにした
   極低温冷凍機において、 上記ディスプレーサ（４）の移動位置を検出するディス
   プレーサ移動位置検出手段と、該ディスプレーサ移動位
   置検出手段の出力を受けて上記駆動手段及び切換バルブ
   を制御する制御手段とを設け、 上記制御手段は、ディスプレーサ（４）がストロークエ
   ンドに到達する直前に膨張室（６）に対する冷媒の給排
   を停止するように切換バルブを閉じ、ディスプレーサ（
   ４）のストロークエンドへの到達と同時に膨張室（６）
   に対する冷媒の給排が逆の状態となるように切換バルブ
   を開くとともに、駆動手段を停止させてディスプレーサ
   （４）をストロークエンドに停止保持させ、膨張室（６
   ）が一定圧に変化した後に駆動手段を作動させてディス
   プレーサ（４）をストロークエンドから逆方向に移動さ
   せる制御を行うように構成されていることを特徴とする
   極低温冷凍機。
3. （３）シリンダ（２）内に膨張室（６）を区画するディ
   スプレーサ（４）が往復動可能に嵌装され、該ディスプ
   レーサ（４）の往復動に伴う膨張室（６）での冷媒の膨
   張によってシリンダ（２）下端の冷却ステージ（７）に
   極低温レベルの寒冷を発生させる膨張機（１）を備えた
   極低温冷凍機において、上記膨張機（１）のシリンダ（
   ２）上方に配設され、高圧ガス入口（１３）及び低圧ガ
   ス出口（１４）を有する弁固定体（１２）と、該弁固定
   体（１２）の下面に回転可能に摺接し、回転により弁固
   定体（１２）の高圧ガス入口（１３）及び低圧ガス出口
   （１４）を上記膨張室（６）に交互に連通するように開
   閉して膨張室（６）に対するガスの給排を切り換える回
   転弁（１７）と、該回転弁（１７）を駆動するバルブモ
   ータ（２０）とを備えてなり、上記ディスプレーサ（４
   ）は膨張室（６）のガス圧により回転弁（１７）側に向
   かう方向に付勢されるように構成され、ディスプレーサ
   （４）の上端には連結ロッド（１０）が突設されている
   一方、上記回転弁（１７）の下面には上記ディスプレー
   サ（４）の連結ロッド（１０）を摺動可能に係合案内す
   る案内溝（２２）がディスプレーサ（４）の軸方向に対
   して傾斜して形成されており、 上記案内溝（２２）には、ディスプレーサ（４）がスト
   ロークエンドに達したときに該ディスプレーサ（４）を
   ストロークエンドに所定時間保持するようにディスプレ
   ーサ（４）の軸方向に対して直交する平坦部（２２ａ）
   、（２２ａ）が形成されているとともに、 上記回転弁（１７）は、デイスプレーサ（４）がストロ
   ークエンドに到達する直前に弁固定体（１２）の高圧ガ
   ス入口（１３）又は低圧ガス出口（１４）の一方と膨張
   室（６）との連通を遮断し、ディスプレーサ（４）のス
   トロークエンドへの到達と同時に弁固定体（１２）の高
   圧ガス入口（１３）又は低圧ガス出口（１４）の他方と
   膨張室（６）とを連通させるように構成されていること
   を特徴とする極低温冷凍機。
4. （４）シリンダ（２）内に膨張室（６）を区画するディ
   スプレーサ（４）が往復動可能に嵌装され、該ディスプ
   レーサ（４）の往復動に伴う膨張室（６）での冷媒の膨
   張によってシリンダ（２）下端の冷却ステージ（７）に
   極低温レベルの寒冷を発生させるようにした極低温冷凍
   機において、 上記膨張機（１）のシリンダ（２）上方に配設され、高
   圧ガス入口（１３）及び低圧ガス出口（１４）を有する
   弁固定体（１２）と、該弁固定体（１２）の下面に回転
   可能に摺接し、回転により弁固定体（１２）の高圧ガス
   入口（１３）及び低圧ガス出口（１４）を上記膨張室（
   ６）に交互に連通するように開閉して膨張室（６）に対
   するガスの給排を切り換える回転弁（１７）と、該回転
   弁（１７）を駆動するバルブモータ（２０）とを備えて
   なり、上記ディスプレーサ（４）の上端には連結ロッド
   （１０）が突設されている一方、上記回転弁（１７）の
   外周面には上記ディスプレーサ（４）の連結ロッド（１
   ０）を摺動可能に係合案内する案内溝（２２）がディス
   プレーサ（４）の軸方向に対して傾斜して形成されてお
   り、上記案内溝（２２）には、ディスプレーサ（４）が
   ストロークエンドに達したときに該ディスプレーサ（４
   ）をストロークエンドに所定時間保持するようにディス
   プレーサ（４）の軸方向に対して直交する平坦部（２２
   ａ）、（２２ａ）が形成されているとともに、 上記回転弁（１７）は、ディスプレーサ（４）がストロ
   ークエンドに到達する直前に弁固定体（１２）の高圧ガ
   ス入口（１３）又は低圧ガス出口（１４）の一方と膨張
   室（６）との連通を遮断し、ディスプレーサ（４）のス
   トロークエンドへの到達と同時に弁固定体（１２）の高
   圧ガス入口（１３）又は低圧ガス出口（１４）の他方と
   膨張室（６）とを連通させるように構成されていること
   を特徴とする極低温冷凍機。