JPS62299662A - 極低温冷凍機 - 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】 ３、発明の詳細な説明 （産業上の利用分野） 本発明は、圧縮機と膨張機とが閉回路に接続された改良
ソルベーサイクルやＧ−Ｍサイクル等のガスサイクルを
持つ極低温冷凍機に関し、特にその運転振動を低減させ
る対策に関する。

（従来の技術） 従来より、例えば特開昭５８−２１４７５８号公報等に
開示されているように、冷媒ガスとしてのへリウ、ムガ
スを圧縮する圧縮機とその圧縮されたガスを膨張させる
膨張機とを高圧ガス配管および低圧ガス配管によって開
回路に接続して（２つ、上記膨張機における切換バルブ
により上記高圧おｊ；び低圧ガス配管を膨張機のシリン
ダ内に交Ｕに連通させるとともに、この切操バルブの切
換動作に応じてシリンダ内でディスプレーサ（置換器）
を往復動させてヘリウムガスを膨張さけることにＪ二り
、寒冷を発生させるようにしたいわゆる改良ソルベーザ
イクルやＧ−Ｍサイクル（ギフオード・マクマホンサイ
クル）等のヘリウム冷１！ｌｔｌ殿はよく知られ、各種
の用途に広く用いられている。

（発明が解決しようとする問題点） しかるに、この種の冷凍買にＪ３いては、運転時に膨張
機に振動が生じるこという欠点が従来からあり、近年、
撮動に敏感なレンサ等、より一層低振動が要求される低
温機器類への適用が増えるのに伴ってこの膨張機の振動
が問題視されている。

そして、この膨張機の振動の主たる原因は、従来、膨張
機のケーシングを構成するシリンダの端部にディスブレ
ーナがＷＪ突する際の衝撃によるものであると考えられ
ていた。

ところが、本発明名らが膨張機の振ａノをガスサイクル
の動きと同期させて測定分析した結果、振動の発生原因
は主に別のところにあることが判明した。

ツなわら、切換バルブを使用するタイプの冷凍機におい
ては、バルブの切換動作に伴ってシリンダの圧力が短時
間で変動し、特にバルブの開き始めの圧力変化速度が大
きいため、圧力容器となっている薄肉のシリンダの受け
る力が短時間のうちに大きく変わり、これが衝撃的な１
１１撮力となってシリンダが振動し、この振動はサイク
ル運転時のディスプレーサの衝突による振動よりも大き
くなる。

具体的には、第１１図に示すように、横軸に時間を、縦
軸に振動加速度、シリンダ内圧力およびディスプレーサ
の動きをとった場合、ディスプレーサがシリンダの上端
、下端に衝突した瞬間よりも圧・力が変化している間の
方が加速度が大きい。

また、圧力が低圧から高圧に変化する瞬間の方が高圧か
ら低圧に変化する瞬間よりも、最大加速度が大きく、こ
れは圧力の変化する速度に影響されるものと考えられる
。

本発明は斯かる点に着目した発明者らの＃２意研究の結
果なされたもので、その目的とするところは、上記の如
く切換バルブを備えたヘリウム冷凍機等の極低温冷凍機
において、切換バルブのｌ、ＩＪ換動作に応じて膨張機
のシリンダ内に出入りするガス１Ｒｆｆｉを適切にコン
トロールするようにすることにより、シリンダ内の圧力
変動を緩やかに行わせるようにし、よって膨張機の実質
的な振動を有効に低減せｌυとすることにある。

（問題点を解決するための手段） 上記の目的の達成のため、本発明の解決手段は、第１図
ないし第３図に示すように、先に説明の如く、ヘリウム
ガス等の冷媒ガスを圧縮する圧縮機（１）と、この圧縮
機（１）で圧縮されたガスを膨張させる膨張機（８）゛
とが高圧ガス配管（２）および低圧ガス配管（３）によ
って閉回路（４）に接続され、上記膨張機〈８〉には、
高圧ガス配＠（２）と低圧ガス配管（３）とをシリンダ
（１２）内に対し交互に連通させる切換バルブ（３つ）
と、該切換バルブ（３９）の切ＶＡ＃＋作に応じてシリ
ンダ〈１２）内を往復動するディスブレーナ（２６）と
が設けられ、このディスプレーサ〈２６）の往復動によ
り冷媒ガスを膨張させて寒冷を発生させるようにした極
低温冷凍機を前提とする。

そして、この前提のものに対し、切換バルブ（３９）の
切換動作に伴いシリンダ（１２）内に対して出入するヘ
リウムガスの初ＩＩ流量を少量となるように抑υＪ：ｇ
Ｊ整するガス流５制御手段（４５）を設ける。

（作用） この構成により、本発明では、冷凍機の運転時、例えば
膨張機（８）の切換バルブ（３９）がそのシリンダ（１
２）内を高圧ガス配管（２）と連通するようにｂ１弁動
作したときには、該切換バルブ（３９）を通ってシリン
ダ（１２）内に流入する高圧ガス配管（２）内の冷媒ガ
スの初期流ａ（初期流入量）がガス流ｍ制御手段（４５
）により減少するように規制され、このため、シリンダ
（１２）内の圧りが緩やかに上昇することになる。一方
、シリンダ（１２）内での冷媒ガスの膨張後に切換バル
ブ〈３９）がシリンダ（１２）内を低圧ガス配管〈３）
と連通するように問いたときには、上記と同様に、切換
バルブ（３９）を通って低圧ガス配管（３）に至るシリ
ンダ（１２）内のガスの初期冷開（初期流出Ｄ）が減少
するように抑制され、シリンダ（１２）内の圧力低下が
緩やかに行われることになる。こうした結果、ｌ；ｒｌ
換バルブ（３つ）の切換動作に伴うシリンダ（１２）内
の圧力変化率が極めて小さくなり、シリンダ（１２）が
衝撃的な加振力によって撮動するのが抑制され、よって
膨張機（８）の振動を有効に低減できるのである。

（第１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図は本発明を改良ソルベーサイクルを持つヘリウム
冷凍機に適用した第１実施例の全体構成を示し、（１）
は冷媒ガスとしてのヘリウムガスを圧縮する圧縮機、（
８）は該圧縮機（１）で圧縮された高圧ヘリウムガスを
膨張させる膨張機であって、この両機器（１）、（８）
は高圧ガス配管（２）および低圧ガス配管（３）によっ
て接続されて閉回路（４）が形成されている。（５〉は
上記圧縮ｎ（１）で圧縮された高圧ヘリウムガスから圧
縮機用の潤滑油を分離除去する油分離器、（６）は該油
分離器（５）を通過したヘリウムガス中の水分や不純ガ
ス等の不純物を吸着除去する吸着器、（７）は膨張機（
８）から吐比された低圧ヘリウムガスの圧力変動を吸収
するサージボトルである。

上記膨張機（８）は、第２図にも拡大詳ホするように、
上記高圧ガス配管（２）に接続される高圧ガス入口（９
）および低圧ガス配管（３）に接続される低圧ガス出１
コ（１０）を有するモータ収容部（１１）と、該Ｅ−タ
収容部（１１）の下方に配置され、上側の大径部（１２
ａ）および下側の小径部（１２ｂ）よりなる２段構造の
シリンダ（１２）とを一体向に気密接合してなるケーシ
ング（１３）を備え、上記モータ収容部（１１）の内部
には上記高圧ガス人口（９）に連通するモータ室（１４
）と、該モータｕ（１４）に連通ずる上下方向の貫通孔
（１５）と、上記低圧ガス出口（１０）に補助オリフィ
ス（１６）を介して連通ずるサージボリューム室（１７
）とが形成されている。また、上記モータ収容室（１１
）とシリンダ（１２〉との接合部には該シリンダ（１２
）の上側カバーを構成づるバルブステム（１８）が嵌装
され、該バルブステム（１日）は上記モータ収容部（１
１）の貫通孔（１５）に気密嵌合されたバルブシート部
（１８ａ）と、シリンダ大径部（１２ａ＞の内径よりも
小径に形成され、該シリンダ大径部（１２ａ＞向上部に
垂下する垂下部（１８ｂ）とを備えてなり、バルブシー
ト部（１８ａ＞の上面と貫通孔（１５）の壁面とで囲ま
れる空間により上記高圧ガス配管（２）とモータ室（１
４）を介して連通ずるバルブ室（１９）が形成されてい
る。また、上記バルブステム（１８）には、上半部が２
股状に分岐され、上記バルブ室（１９）をシリンダ（１
２）内に連通ずる第１ガス流路（２０）と、一端が該第
１ガス流路（２０）に後）ホするロータリバルブ（３９
）の低圧ボート（４３）を介して連通ずるとともに、＋
１！！端が上記低圧ガス出口（１ｏ）に１−夕収容部（
１１）に形成した連通路（２２）を介して連通ずる第２
ガス流路（２１）とがｎ過形成され、該両ガス流路（２
０）、（２１＞は、第４図に示ザようにバルブステム（
１８）上面においてバルブＮ＜１９）に対し、第２ガス
流路（２１）にあってはバルブステム（１８）中心部に
、分岐された第１ガス流路（２０＞、（２０＞にあって
は該第２ガス流路（２１）に対して対称な位置にそれぞ
れ開口されている。

一方、シリンダ（１２）の大径部（１２ａ）内にはその
上端部に、上記モータ収容部（１１）内のサージボリュ
ーム室（、１７）にオリフィス（２３）を介して常時連
通Ｊる中間圧力室（２４）をシリンダ大径部（１２ａ）
向上部に区画形成Ｊる略カップ形状のスラツクピストン
（２５）がその上端内側面を上記バルブステム（１８）
の垂下部（１８ｂ）に摺動案内せしめた状態で往復動可
能に嵌合され、該スラツクピストン（２５）はス１−ツ
バ部としての底壁（２５ａ）を右し、該底壁（２５ａ）
にはピストン（２５）内外を連通する中心孔（２５ｂ）
Ｊ’ｊよび連通孔（２５ｃ）がｎ過形成されている。

また、上記シリンダ（１２）内にはディスプレーｊす（
２６＞（首換器）が往復りＪ可能に嵌合されている。該
ディスプレーサ（２６）は、シリンダ（１２）の大径部
（１２ａ）下半部内を贋紡する密閉円筒状の大径部（２
６ａ）と、該大径部（２６ａ＞下端に一体結合され、シ
リンダ（１２）の小径部（１２ｂ）内を漕勤する密閉円
筒状の小径部（２６ｂ）とからなり、このディスプレー
４Ｆ（２６）により、上記スラックピストン（２５）下
方のシリンダ（１２）内空間が上側から順に加圧室（２
７）、第１段膨張室（２８）おＪ：び第２段膨張１（２
９）に区画されている。１記デイスプレーサ（２Ｇ）の
大径ｍ（２６ａ）内には上記第１段膨張室（２８）に連
通孔（ａＯ）（第１図参照）を介して常時連通する空間
（３１）が形成され、該空間（３１）には蓄冷型熱交換
器よりなる第１段蓄冷器（３２）が表装されている。ま
た、ディスプレーサ（２６）の小径部（２６ｂ）内には
上記第１段膨張室（２８）に連通孔（３３）を介して、
第２段膨張室（２９）に連通孔（３４）を介してそれぞ
れ常時連通する空間（３５）が形成され、該空間（３５
）には上記第１段蓄冷器（３２）と同様の第２段蓄冷！
！！Ｉｔ（３６）が嵌装されている。さらに、上記ディ
スプレー１す（２６）の大径部（２６ａ）上端にはその
大径部（２６ｉ１　）内の空間（３１）を上記加圧室（
２７）に連通ずる管状の係止片（３７）が一体に突設さ
れ、該係止片（３７）の上部は上記スラツクピストン底
壁（２５ｉ１＞の中心孔（２５ｂ）を口過してビス］−
ン（２５）内部に所定寸１人だけ延び、その上端部には
゛ピストン底壁（２・５ａ）（ストッパ部）に係合する
係止フランジ（３７ａ）が一体に形成されており、スラ
ツクピストン（２５）の上昇移８ｎ１ピストン（２５）
が所定ストロークだけ上ｌした時点でその底壁（２５ａ
）と係止片（３７）の係止部（３７ａ）との係合により
、ディスプレーサ（２６）がビス１−ン（２５）に駆動
されて上界ＩＡ１始するように、つまりディスプレーサ
（２６）が遅れをもってピストン（２５）に迫従移ｆＪ
Ｊ′１ｊるように構成されている。

さらに、上記モータ収￥ＦｔＡ（１１）のバルブ室（１
９）内にはモータ室（１４）に配置したバルブモータ（
３８）によって回転駆動される切換バルブとしてのロー
クリバルブ（３９）が配設され、該ロータリバルブ（３
９）の切換動作により、高圧ガス配管（２）つまり該高
圧ガス配管（２）に連通ずるバルブ室（１ａ）と、低圧
ガス配管（３）つまり咳低圧ガス配管（３）に連通ずる
連通路（２２）とをシリンダ（１２）内の加圧室（２７
）、第１段膨張室（２８）および第２段膨張室（２９）
に対し交互に連通ずるようになされている。

すなわち、上記ロータリバルブ（３９）の１而には中心
孔（／１０）が形成され、該中心孔（４０）にはバルブ
モータ〈３８）の出力軸（３８ａ　）が回転不能にかつ
ｉ習動可能に嵌合されている。また、バルブ（３９）上
面とモータ（３８〉との間にはスプリング（４１）が縮
装されており、このスブ、リング（４１）のばね力およ
びバルブｕ（１９＞に導入された高圧ヘリウムガスの圧
力によりロークリバルブ（３９）下面をバルブステム（
１８）上面に対し一定の押圧力で押し付けるようになさ
れている。

一方、上記ロークリバルブ（３９）の下面には、第３図
に示すように、その半径方向に対向する外周縁から中心
方向に所定長さだけ切り込んでなる１対の高圧ボート（
４２）、（４２）と、該高圧ボート（４２）、（４２）
に対しロークリバルブ（３９）の回転方向（同図で矢印
にて示す方向）に所定の角度間隔をあけて配置され、バ
ルブ、〈３９）下面の中心から外周縁近傍に向かって直
径方向に切り欠いてなる低圧ボート（４３）とが形成さ
れており、バルブモータ（３８）の駆動にＪ、リローク
リバルブ〈３９〉がその下面をバルブステム〈１８）上
面に圧接させながら回転して切換動作する際、このロー
クリバルブ（３９＞の切換動作に応じてディスプレーサ
（２６）をシリンダ〈１２）内で往復動さけ、バルブ（
３９）下面の高圧ボー１〜（４２）、（４２）の内端が
それぞれバルブステム（１８）上面に間口する第１ガス
流路（２０）、（２０＞に合致したときには、バルブ室
（１９）（高圧ガス配管（２））を、へ匡ボート（４２
）、（４２）および第１ガス流路（２０）（２０）を介
してシリンダ（１２）内の加圧室（２７）、第１段膨張
室（２８）および第２段膨張室（２９）に連通させて、
これら各室（２７）〜（２つ）に高圧ヘリウムガスを導
入充填することにより、スラツクピス１−ン〈２５）お
よびピストン（２５）によって駆動されるディスプレー
サ（２６）を上昇させる一方、バルブステム（１８）上
面に開口する第２ガス流路〈２１）に央部にて常時連通
づる低圧ボー１〜（４３）の外端が上記第１ガス流路（
２０）、（２０＞に合致したときには、上記シリンダ（
１２）内の各室（２７）〜（２９）を第１ガス流路（２
０）、低圧ポート（４３）、第２ガス流路（２１）およ
び連通路（２２）を介して低圧ガス出口（１０）に連通
させて、各室（２７）〜（２９）に充填されているヘリ
ウムガスを膨張させながら低圧ガス配管（３〉に排出す
ることにより、スラツクピストン（２５）およびディス
プレーサ（２６）を下降させ、このディスプレーサ（２
６〉の上下移動のサイクルに伴うヘリウムガスの膨張に
よって寒冷を発生するように構成されている。

さらに、本発明の特徴として、上記ロークリバルブ（３
つ）の下面には、上記高圧ボート（４２）、（４２）に
対しバルブ回転方向前側に、高圧ボート（４２）、（４
２）と同様でそれよりも間口面積の小さい補助高圧ポー
ト（４４）、（４４）が形成されてＪ３す、ロータリバ
ルブ（３９）の切１９！動作時、その高圧ボート（４２
）、（４２）とバルブステム（１８）の第１ガス流路（
２０）。

（２０）との合致による高圧ヘリウムガスの導入に先立
ち、補助高圧ボート（４４）、（４４）の内端と第１ガ
ス流路（２０）、（２０＞とを合致させて高圧ヘリウム
ガスをシリンダ（１２）内の各室（２７）〜（２９）に
導入することにより、シリンダ（１２）内に導入する高
圧ヘリウムガスの初期流ｆｉｌを９伍に抑制調整するよ
うにしたガス流量制御手段（４５）が構成されている。

次に、上記実施例の作動について説明する。

膨張機（８）の作動は通常のものと同様に行われる。す
なわち、膨張機（８）におけるシリンダ（１２）内の圧
力が低圧であって、スラツクピストン（２５）とディス
プレー’Ｊ−（２６）とが下降端位置にある状態におい
て、バルブモータ（３８）の駆動によるロータリバルブ
（３９）の回転により、その高圧ボート（４２）、（４
２）がバルブステム（１８）上面の第１ガス流路（２０
）。

（２０）に合致してロータリバルブ（３９）が高圧側に
開くと、圧縮機（１）から高圧ガス配管（２）および膨
張別（８）のモータ室（１４）を介してバルブ室（１９
）に供給されている常温の高圧ヘリウムガスが［１−ク
リバルブ（３つ）の高圧ボート＜４２）、＜４２＞およ
び第１ガス流路（２０）を介してスラツクビストン（２
５）下方の加圧室（２７）に導入されるととしに、さら
にこの加圧室（２７）から、ディスプレーサ（２６）の
各蓄冷器＜３２）、（３Ｇ）を通って順次各膨張室（２
８）、（２９）に充填され、この蓄冷器＜３２）、（３
６）を通る間に熱交換によって掻低温まで冷却される。

また、上記ビス１−ン（２５）上側の中間圧室〈２４）
と下側の加圧室（２７）との圧力差によってピストンく
２５）が上？？シ、このピストン（２５）の上背ストロ
ークが所定値に達すると、該ピストン（２５）の底壁（
２５ａ　）（ストッパ部）とディスプレー’７（２６）
上端の係止片〈３７）とが係合して、ディスプレーサ・
（２６）は圧力変化に対しｄれを持ってビス１−ン（２
５）により引き上げられ、このディスプレーサ（２６）
の」ニ胃移動によりその下方の膨張室（２８）、（２９
）にさらに高圧ガスが充填される。

この後、上記ロークリバルブ（３つ）が閉じると、その
閉弁後もディスプレーサ（２６）は慣性力によって上昇
し、これに１′１′い、ディスプレーサ（２６）上方の
加圧’４　（２７＞内のヘリウムガスが第１段および第
２段膨張室（２８＞、（２９＞に移動する。

そして、ディスプレーサ（２６）が上界端位置に達した
後、ロータリバルブ（３つ）の低圧ボート（４３）が上
記バルブステム（１８）　−ｆ：面の第１ガス流路（２
０＞、（２０＞に合致してバルブ（３９〉が低圧側に間
ぎ、この開弁に伴い、上記ディスプレーサ（２６）下方
の各膨張室（２８＞。

（２９）内のヘリウムガスがサイモン膨張し、このガス
膨張によって寒冷が発生する。この楊低温状態となった
ヘリウムガスは、上記ガス導入時とは逆に、ディスプレ
ーサ（２６）内の蓄冷器（３６）、（３２）を通って上
記加圧室（２７）内に戻り、その間に蓄冷器（３６）、
（３２）を冷却しながら常温まで暖められる。そして、
この常温のヘリウムガスは、さらに加圧室（２７）内の
ガスと共に第１ガス流路（２０）、＜２０）、バルブ（
３９）の低圧ボート（４３）、連通路（２２）を介して
膨張機（８）外に排出され、低圧ガス配管（３）を通っ
て圧縮機（１）に流れてそれに吸入される。このガス排
出に伴い上記加圧室（２７）内のガス圧が低下してその
中間圧空（２４）との圧力差によりスラックピストン（
２５）が下降し、このピストン（２５）の底１（２５ａ
）がディスプレーサ（２６）の上面に当接した後は該デ
ィスプレーサ（２６）が押圧されて下降し、このディス
プレーサ（２６）の下降移動により膨張室（２９）、（
２８）内のガスが膨張機（８）外にざらに排出される。

次いで、ロータリバルブ（３つ）が閉じるが、この後も
ディスプレーサ（２６〉は下降端位置まで下降し、膨張
室（２９）、（２８＞内のガスが排出されて最初の状態
に戻る。以上により膨張機（８）の動作の１１ナイクル
が終了し、以後は上記と同様な動作が繰り返される。

そして、この実施例では、上記ロークリバルブ（３９）
に、本来の高圧ボート（４２＞、（／１２）よりも早期
にバルブステム（１Ｂ）の第１ガス流路（２，０＞、（
２０）と合致してシリンダ（１２）内に高圧ヘリウムガ
スを導入さける開口面積の小ざい補助高圧ボート（４４
）、（４４）が形成されているため、バルブ室（１９）
内の高圧ヘリウムガスはシリンダ（１２）内に対し、先
ず、開口面積の小さい補助高圧ボート（４４）、（４４
）を通って流ｍを規制されながら流入し、シリンダ（１
２）内のガス圧がある程度上界した後に高圧ボート（４
２）、（４２）と第１ガス流路（２０）、（２０）との
連通により島流♀でもって流入することになる。それ故
、ロークリバルブ（３９）の高圧側への開弁時、シリン
ダ（１２）内のガス圧は緩やかに上界してその変化率が
小さくなり、シリンダ（１２）に対するｍ撃的な加振力
が抑制され、よって膨張機（８）の運転振動を低減する
ことができる。

尚、上記実施例では、ロータリバルブ（３９）の下面に
、本来の高圧ボート（４２）、（４２）よりも先にシリ
ンダ（１２〉内に連通ずる小さい開口面積の補助高圧ポ
ーｈ（４４）、＜４４＞を設けたが、このＪ、うなバル
ブ構造に限定づる必要はなく、例えば第５図に示すよう
に、高圧ボート（４２）、（４２）を通常のにうに低圧
ボート（４３）に対しバルブ回転方向に等角度間隔だけ
ずらせた上で、該一方の高圧ボート（４２）の回転方向
前側に、該対応する高圧ポー１−（４２）に内端が通路
（４６）を介して連通ずるガス導入ボート・（４７）を
形成１′るように変更してもよい。

また、第６図に示すように一方の高圧ボート（４２）の
内端あるいは第７図に示すように外端に同高圧ボート（
４２）からバルブ回転方向前側に延びるガス導入溝（４
８）、（４８’　）を形成１ろことにより、このガス導
入溝＜４８）、（４８’　）にＪ：って高圧ガスをバル
ブ開弁時期よりし早期にシリンダ（１２）内に導入する
ようにしてちＪ：り、いずれの場合も上記実施例と同様
の作用効果をりすることができる。

（第２実施例） また、第８図および第９図は本発明の第２実施例を示し
、ロータリバルブ（３つ）の回転速度１？１１１９１１
によってバルブ（３９）の開弁時の速度をＲくυ−るこ
とにより、バルブく３９）切換時におｔＪるシリンダ（
１２〉に対する初明流巳を調整ザるようにしたものであ
る。

すなわら、本実施例では、第９図に示すように、バルブ
ステム（１８）上面に圧接されるロータリバルブ（３９
）の下面には、従来のものと同様に、１対の高圧ポー１
−（／Ｉ２＞、（４２）と低圧ボート（４３）とがバル
ブ回転方向に略等しい角度間隔をあけて形成されている
。

そして、このロークリバルブ（３９）を回転駆動するバ
ルブモータ（３８）を年初制御するための制御装置く４
９）は、第８図に示すように、回路用電源回路（５０）
からの電源により所定周波数の信号を発生する発振器（
５１）と、バルブモータ（３８）（ロータリバルブ（３
９））の実際の回転速１夷を検出するモータ回転速度検
出器（５５）の出力信号をフィードバック入力してその
モータ（３８）の回転速度を予め設定された制御特性に
従って制御ｉＩｌ″Ｉｊる１−夕回転速度制御回路（５
２）と、上記回路用電源回路（５０）からの電源により
作動し、モータ用市源回路（５３）からの電源周波数を
上記発振器（５１）およびモータ回転速度制御回路（５
２）からの出力に基づいて変えてその周波数制御された
電源でもってバルブモータ（３８）を駆動する駆動回路
（５４）とからなり、上記モータ回転速度制御回路（５
２）により１ｊｌｔ２′ｉｌされるバルブモータ（３８
）の回転速度υ制御特性は、モータ（３８）の１回転中
、ロークリバルブ（３９）の高圧ボート＜４２）、（４
２）がバルブステム（１８）の第１ガス流路（２０＞。

（２０）に合致してロークリバルブ（３つ）が高圧側に
聞き始める状態にＪ３けるモータ（３８）の回転速度を
他の状態よりも低くするように設定されており、この制
御特性でもってモータ（３８）および０−クリバルブ（
３９）を回転数制御することにより、バルブ（３９）の
閉弁動作によるシリンダ（１２）内に対するヘリウムガ
スの初期流量を少量に抑制御′るようにしたガス流ｆｆ
ｌ　ｉｔ、ＩＩ御千手段４５”）が構成される。

したがって、本実施例では、ロークリバルブ（３９）が
高圧側に間き始める特定の状態でその回転速度が低速に
制り１１されるので、高圧ヘリウムガスは緩やかにシリ
ンダ（１２）内に流入し、シリンダ内圧が急激に変化す
るのは抑制され、よって膨張機〈８）の振動を低減する
ことができる。

（第３実施例） さらに、第１０図は本発明の第３実施例を示し、膨張機
（８）のシリンダ（１２）内に流入する高圧ヘリウムガ
スの初期流邑を流路面積の切換えによって減少規制する
ようにしたものである。

本実施例では、膨張機（８）を構成するバルブステム（
１８）の第１ガス流路（２０）内にシート面（５６ａ）
を上面に有する筒状のバルブシート（５６）が［１され
るとともに、該バルブシート＜５６＞のシート面（５６
ａ＞に着座する逆止弁（５７）と、該逆止弁（５７）を
着座方向に付勢するバルブスプリング（５８）とが設け
られている。そして、上記逆止弁（５７）には貫通状の
高圧ガス流路（５９）が形成されており、第１ガス流路
（２０）を高圧ガスが流れる状態と低圧ガスが流れる状
態とで該第１ガス流路（２ｏ）の流路面積を変更し、高
圧ガスがシリンダ（１２）内に流入するとぎには、逆止
弁（５７）の閉弁動作により流路面積を小さくする一方
、低圧ガスがシリンダ〈１２）内から流出するどきには
、逆止弁（５７）の閉弁動作によって流路面積を大きく
するように構成されている。

すなわち、本実施例の場合、高圧ガスは低圧ガスに比べ
て密度が大きいために同−流路面積のガス流路であって
も流路抵抗が小さくなり、しかも高圧ガスの方が１’ｊ
ｆ？ｒ流聞が多いのでシリンダ（１２）内の圧力変化率
が大きくなることに着目し、これらの現象に基づいて流
路抵抗を高圧ガス流通時と低圧ガス流通時とで変えるよ
うに構成している。

したがって、本実施例でも、ロークリバルブ（３９）の
開弁ａノ作による高圧ガスのシリンダ（１２）内に対り
る初期流量を大ぎい流路抵抗によって抑制でき、シリン
ダ（１２）内の急激な圧力変動ににる振動を低減するこ
とがでさ・る。

尚、以上の各実施例で４．ｔ、ロータリバルブ（３９）
が高圧側に聞いて高圧ヘリウムガスがシリンダ（１２）
内に急激に流入Ｊることによる膨張様（８）の振動を低
減Ｊ−るようにしたが、逆に、ロークリバルブ（３９）
が低圧側に聞くのに伴い低圧ガスが急激にシリンダ（１
２）内から流出Ｊるのを抑えて振動を低減でるようにす
ることもてきる。

また、本発明は、上記各実施例の如き改良ソルベーサイ
クルを持つ冷凍機に限らず、その他、ガス駆動式のギフ
オード・マクマホンサイクルを持つ冷凍機Ｆｍｍ馳駆動
式ものに対しても適用でき、さらにはヘリウムガス以外
の冷媒ガスを使用するものへの適用も可能である。

（発明の効果） 以上の如く、本発明によれば、シリンダに対する高圧お
よび低圧の冷媒ガスの給餠を切換制御する切換バルブを
膨張機に議えた改良ソルベーサイクル、Ｇ−Ｍサイクル
等の極低温冷凍機において、切換バルブの切換動作時に
シリンダに対して出入するガスの初＋１１１流間を減少
規制するようにしたことにより、切換バルブの切換動作
に伴うシリンダ内の圧力変化率が小さくなってシリンダ
への衝撃的なＷｎ振力がｔｉｌｌ　１，１１され、よっ
て極低温冷凍機の運転時における膨張機の実質的な振動
を有効に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の第１実施例を示し、第１
図はヘリウム冷凍機の全体構成図、第２図は膨張機の要
部を示す一部破断正面図、第３図および第４図はそれぞ
れ第２図の■−■線およびＩＶ　−ＩＶ線断面図である
。第５図ないし第７図はそれぞれロータリバルブのバル
ブ構造の変形例を示す第３図相当図である。第８図Ｊ５
よび第９図（ま第２実施例を示し、第８図はロータリバ
ルブの切操速１哀を可変制御する制御装置の構成図、第
９図は第３図相当図である。第１０図は第３実施例にお
ける膨張機の要部を示す断面図である。第１１図は従来
例において振動加速度の時間変化をシリンダ内圧および
ディスプレーサの動きに関連しで示す実験データ図であ
る。 （１）・・・圧縮機、（２）・・・高圧ガス配管、（３
）・・・低圧ガス配管、（４）・・・開回路、（８）・
・・膨張機、（１２）・・・シリンダ、（１３）・・・
ケーシング、（１８）・・・バルブステム、（２０）・
・・第１ガス流路、（２１）・・・第２ガス流路、（２
５）・・・スラックピストン、（２６）・・・ディスプ
レーサ、（２８）、（２９＞・・・膨張室、（３２）、
（３６）・・・蓄冷器、（３８）・・・バルブモータ、
（３９）・・・ロータリバルブ、（４２）・・・高圧ボ
ート、（４３）・・・低圧ボート、（４４）・・・補助
高圧ポート、（４５）。 （４５’　）、（４５”　）・・・ガス流計制御手段、
（４７）・・・ガス導入ポート、（４８）、（４８’　
）・・・ガス導入溝、（４つ）・・・制御装置、（５７
）・・・逆止弁、（５９）・・・高圧ガス流路。 特　許　出　願　人　ダイキンエ菜株式会社６代　　　
　　理　　　　　人　　　　館　　１）　　　弘　　　
　　　−第１１図 す年間　　　　　　　　　　− 第８ｒ２ｙ ちり 力 第１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ヘリウム等の冷媒ガスを圧縮する圧縮機（１）と
   膨張させる膨張機（８）とが高圧ガス配管（２）および
   低圧ガス配管（３）によって閉回路（４）に接続されて
   なり、上記膨張機（８）には、上記高圧ガス配管（２）
   と低圧ガス配管（３）とをシリンダ（１２）内に対し交
   互に連通させる切換バルブ（３９）と、該切換バルブ（
   ３９）の切換動作に応じてシリンダ（１２）内を往復動
   するディスプレーサ（２６）とを備え、このディスプレ
   ーサ（２６）の往復動により冷媒ガスを膨張させるよう
   にした極低温冷凍機において、上記切換バルブ（３９）
   の切換動作に伴いシリンダ（１２）内に対して出入する
   冷媒ガスの初期流量を少量に抑制調整するガス流量制御
   手段（４５）が設けられていることを特徴とする極低温
   冷凍機。