JPS63201456A - 弁装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、弁装置に係り、たとえば膨張エンジンなどに
組み込むのに適した弁装置に関する。

（従来の技術） クロードサイクル方式で、冷凍能力が５Ｗ程度のヘリウ
ム液化冷凍機には、その膨張機として往復動式の膨張エ
ンジンが多用されている。ヘリウム液化冷凍機に用いら
れる膨張エンジンでは。

断熱槽の内・外に屋る部品を少なくして外部からの熱侵
入を最少限に抑えるために２通常、断熱槽内に配置され
たピストンによって吸・排気弁を直接駆動する方式を採
用している。

第４図および第５図は、上述した弁駆動方式を採用した
従来の膨張エンジンを示している。これらの図において
、１はシリンダを示し、このシリンダ１のヘッド壁２の
中央部には高圧ヘリウムガス供給１’３に通じる吸気口
４が形成されている。

この吸気口４の上記供給管３側には、吸気口４を開閉す
る吸気弁５が配置されており、この吸気弁５はばね６に
よって常に吸気口４を閉塞する方向へ付勢されている。

そして、吸気弁５には吸気口４を透液状態に貫通してシ
リンダ１内まで延びる操作ロッド７が突設されている。

シリンダ１のヘッド壁２における周縁部には弁口、つま
り排気口８が複数周方向に形成されており、これら排気
口８は排気路９に通じている。そして、各排気口８には
、これら排気口８より小径の軸１０がそれぞれ挿通され
ており、これら軸１０のシリンダ１内に位置する部分に
排気口開閉用の弁体１１が固着され、さらに先端部にか
き状部１２が形成されている。また、各軸１０の排気路
９内に位置する部分には止め部材１３が固定されており
、この止め部材１３とヘッド壁２との間には弁体１１を
閉じる方向に常に付勢するコイルばね１４が装着されて
いる。

一方、シリンダ１内には、半割り構成のばねリングで形
成された排気弁操作部材１５がシリンダ１の内面に沿っ
て移動自在に装着されている。この排気弁操作部材１５
の外周面には満１６が形成されており、この溝１６には
一部が外方に突出してシリンダ１の内周面に摺接する自
己潤滑性の樹脂で形成された摺動子１７が装着されてい
る。排気弁操作部材１５の一方の端部には、シリンダ１
の内面に沿って軸方向へ延びる脚部　１８ａ。

１８ｂが設けてあり、また他方の端部には前述した各軸
１０に形成されているかき状部１２に軸方向に遊びをも
って係合するかぎ状の突起１つが形成されている。

シリンダ１内には往復動自在にピストン２０が装着され
ている。このピストン２０の先端側部分２１は前記排気
弁操作部材１５に嵌合し得る径に形成されており、この
部分２１の基端部には段部２２が形成されている。ピス
トン２０の中間部外周で、前記脚部１９ａ、１８ｂに対
向する位置には溝２３ａ、２３ｂが形成されており、上
記脚部１８ａ、１８ｂの先端部には溝２３ａ、２３ｂに
侵入する突起２４ａ、２４ｂが形成されている。

そして、排気弁操作部材１５の半径方向のたわみ量の設
定によって、摺動子１７とシリンダ１との間の摺動抵抗
値がコイルばね１４の最大変位時の弾性荷重より大とな
るように設定されている。なお２図中２５．２６はシー
ルバットを示している。

このように構成された膨張エンジンの特に、弁体１１は
次のように動作する。すなわち、今、第４図に示す状態
において、ピストン２０の先端がヘッド壁２に最も接近
したときくこれを上死点とする。〉、吸気弁５に設けら
れた操作ロッド７がピストン２０に押され、この結果、
吸気弁５が開き、吸気口４より高圧ヘリウムガスがシリ
ンダ１内に流れ込む。このように流れ込むと、ピストン
２０の運動方向が切換ねり、ピストン２０は下死点側へ
と向かう。所定量の高圧ヘリウムガスが流入したとき、
吸気弁５が閉じる。閉込められたヘリウムガスはピスト
ン２０の下死点側への移動に伴って断熱膨張していく。

したがって、ヘリウムガスは低圧、低温となる。ピスト
ン２０が下死点付近まで移動すると、１Ｉ２３ａ、２３
ｂの一方の終端２７ａ、２７ｂが突起２４ａ、２４ｂに
係合し、この結果、排気弁操作部材１５がピストン２０
と一体に移動して弁体１１を移動させ、第５図に示すよ
うに排気口８を解放させる。

排気弁操作部材１５は、ピストン２０が下死点に達する
まで摺動移動するが、ピストン２０が下死点で反転して
再び上死点方向へ移動を開始すると、ピストン２０との
係合状態が解除され、そのままの位置に停滞する。した
がって、ピストン２０だけが上死点方向へ移動する。排
気口８は解放されたままに保たれているので、低圧、低
温となフたヘリウムガスはピストン２０に押されて排気
口８から排気される。そして、ピストン２０が上死点付
近、つまり操作ロッド７を押す手前の位置まで移動する
と、溝２３ａ、２３ｂの他方の端部２８ａ、２８ｂが突
起２４ａ、２４ｂに係合し。

この結果、排気弁操作部材１５はピストン２０と一体に
移動する。したがって、弁体１１が排気口８を閉じるこ
とになる。なお、ピストン２０の運動エネルギは図示し
ない変換装置で動力として取り比される。

弁体１１はピストン２０が往復動するたびに上述した動
作を繰り返す。上記説明から判かるように弁体１１は、
ピストン２０がヘッド壁２から離れる方向に移動したと
きには、ピストン２ｏがヘッド壁２より第１の距離移動
したところから排気口８を解放し、ピストン２０がヘッ
ド壁２に近付く方向に移動したときには、ピストン２ｏ
がヘッド壁２に前記第１の距離より短い第２の距離まで
接近したころからピストン２０と一体に移動して排気口
８を閉じると言う特有の動作を行なっている。

しかしながら、上記のような排気弁構成を採用した膨張
エンジンにあっては１次のような問題があった。すなわ
ち、このような排気弁構成の場合には、摺動子１７の耐
摩耗性が装置の耐久性を左右する要因の１つとなる。こ
の摺動子１７には。

少なくとも弁体１１が開いているとき、コイルばね１４
のばね荷重よりも大きな摩擦力でシリンダ１の内面上に
静止できること、また上記摩擦力を長時間に亙って維持
するために摩耗が少ないことの２つの条件を満たすこと
が望まれる。この条件を満足させるには、排気弁操作部
材１５が所定の押付は荷重で摺動子１７をシリンダ１の
内面へ押付ける機能を有するとともに摺動子１７の摺動
面全体に均一に押付は荷重を作用する機能を有している
ことが必要となる。言替えれば、摺動子１７の摺動面に
加わる面圧が全周に亙って均一であることが必要である
。しかし、半割構成のばねリングで構成された排気弁操
作部材１５で摺動子１７の摺動面に加わる面圧を均一化
しようとしても。

半割構成であるが故に面圧を全周に１って均一にするこ
とが困難で、摺動子１７が局部的に過大摩耗を起し２こ
の結果、短時間で摺動子１７を交換しなければならない
問題があった。

（発明が解決しようとする問題点） 上述の如く、従来の、いわゆる弁装置にあっては、構造
的に摺動子の耐久性を低下させる問題があった。

そこで本発明は、摺動子の耐久性を向上させることがで
き、もって長期に屋る連続運転を可能化できる弁装置を
提供することにある。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明は、弁体が可動体の動きに関連して前述の如く独
特の動作を行なう弁装置、つまりシリンダと、このシリ
ンダ内を往復動する可動体と。

前記シリンダに設けられた弁口と、この弁口に内側から
上記弁口を閉塞するように当てがわれだ弁体と、この弁
体に連結されるとともに前記シリンダの内面に沿って移
動自在に設けられ、１ｌｉ７記可動体が前記シリンダの
ヘッド壁から離れる方向に移動したときには上記可動体
が上記ヘッド壁より第１の距離移動したところから上記
可動体と一体に移動して前記弁口を解放させる方向に前
記弁体を移動させ、上記可動体が上記ヘッド壁に近付く
方向に移動したときには上記可動体が上記ヘッド壁に前
記第１の距離より短い第２の距離まで接近したころから
上記可動体と一体に移動して前記弁口を閉じる方向に前
記弁体を移動させる弁操作部材とを備えた弁装置を対象
にしている。このような弁装置において、前記弁操作部
材の外周面に設けられた環状溝と、この環状溝内に開口
部を前記シリンダの軸心線方向へ向けて装着された横断
面Ｕ字状の摺動子と、この摺動子内に装着され上記摺動
子のｎ口部を押し広げて上記摺動子と前記シリンダとの
間の摩擦抵抗を所定に保持する弾性体とを備えている。

（作用） 断面Ｕ字状に形成された摺動子が受けるシリンダ内面へ
の押圧力は、弁操作部材から与えられるのではなく、こ
の層動子内に装着された弾性体から与えられる。このた
め、弁操作部材で押付は力を与えた場合に比べて摺動面
の面圧を全周に１って均一化し易くなり、これによって
摺動子各部の摩耗の均一化を実現できる。

（実施例） 以下１本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。

第１図は本発明をヘリウム液化冷凍機の膨張エンジンに
おける排気系に適用した例を示すものであり、第４図と
同一部分は同一符号で示しである。

したがって、！複する部分の詳しい説明は省略する。

この実施例では、排気弁操作部材１５ａが９周方向に切
れ目のない環状に形成されている。そして、排気弁操作
部材１５ａの外周面には環状溝１６ａが形成されている
。なお、排気弁操作部材１５ａは、上記環状溝１６８の
一方の側面を境界にして軸方向に２つの部材をねじ接続
等で接続して形成されたものとなっている。

環状溝１６ａ内には、環状の摺動子３１が装着されてい
る。この摺動子３１は、自己潤滑性を有した樹脂、たと
えば４弗化エチレン樹脂にカーボンの微粉末を加えた複
合材で形成されたもので。

第２図に示すように横断面がＵ字状に形成されている。

すなわち、リップ部３２ａ、３２ｂと、これらリップ部
３２ａ、３２ｂの一端側同志を接続する連結部３３とで
構成されている。そして、内部にはリップ部３２ａ、３
２ｂの遊端側に対し。

これら遊端を内外へ広げる向きの力を与える弾性体、た
とえばステンレス鋼でＵ字状に形成された板ばね３４が
周方向に複数装着されている。この板ばね３４の強さは
、シリンダ１の内周面とリップ部３２ａとの間の摩擦抵
抗をコイルはね１４の最大ばね荷重より大きくし得る値
に設定されている。このように、内部に板ばね３４の装
着された摺動子３１が溝１６ａ内に開口部をシリンダ１
の軸方向に向けて装着されているのである。

このような構成であると、弁体１１の動作そのものは従
来のものと変わりはない。しかし、この実施例の場合に
は、排気弁操作部材１５ａの外周面に環状溝１６ａを設
け、この環状溝１６ａ内に開口部をシリンダ１の軸心線
方向に向けて横断面Ｕ字状の摺動子３１を＠看し、この
摺動子３１内に摺動子３１の開口部を押し広げる板ばね
３４を装着して所定の摺動抵抗を確保するようにしてい
るので、従来のものとは違って摺動子３１の摺動面の面
圧を全周に屋っで均一に保つことができる。

このため、摺動面が局部的に摩耗するのを防止できるの
で、連続運転可能時間を大幅に長くすることが可能とな
る。また、リップ部３２ａのたわみ量を大きくとれるの
で、全体の許容摩耗量を増すことができ、なお一層、連
続運転可能時間を長くすることができる。

なお１本発明は上記実施例に限定されるものではない。

たとえば、摺動子３１内に装着する弾性体としては板ば
ねに限らず、第３図に示すように板状の弾性体を蛇行形
状に加工したちの３４ａを図中実線矢印で示すようにＵ
字状に曲げて装着してもよいし、またコイルばねの両端
を繋いだものを装着するようにしてもよい。さらに９本
発明は膨張エンジンの排気弁に限らず、この弁と同様な
動作を行なう弁に適用できることは勿論である。

［発明の効果］ 以上述べたように９本発明によれば、摺動子の摺動面に
加わる面圧を全周に亙って均一に保つことができるので
、摺動子の交換インターバルを大幅に長くすることがで
き、装置としての信頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る弁装置を組み込んだ膨
張エンジンの縦断面図、第２図は同エンジンに組み込ま
れた摺動子を一部切欠して示す側面図、第３図は同層動
子内に装着される弾性体の変形例を示す斜視図、第４図
は従来の弁装置を組み込んでなる膨張エンジンの縦断面
口、第５図は同エンジンの動作を説明するための図であ
る。 １・・・シリンダ、２・・・ヘッド壁、４・・・吸気口
。 ５・・・吸気弁、８・・・排気口、１１・・・弁体。 １５ａ・・・排気弁操作部材、１６ａ・・・環状溝。 ２０・・・ピストン、３１・・・摺動子、３４．３４ａ
・・・板ばね。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリンダと、このシリンダ内を往復動する可動体
   と、前記シリンダのヘッド壁に設けられた弁口と、この
   弁口の内側に当てがわれた弁体と、この弁体に対して軸
   方向に連結されるとともに前記シリンダの内面に沿って
   移動自在に設けられ、前記可動体が前記ヘッド壁から離
   れる方向に移動したときには上記可動体が上記ヘッド壁
   より第１の距離移動したところから上記可動体と一体に
   移動して前記弁口を解放させる方向に前記弁体を移動さ
   せ、上記可動体が上記ヘッド壁に近付く方向に移動した
   ときには上記可動体が上記ヘッド壁に前記第１の距離よ
   り短い第２の距離まで接近したころから上記可動体と一
   体に移動して前記弁口を閉じる方向に前記弁体を移動さ
   せる弁操作部材と、この弁操作部材の外周面に設けられ
   た環状溝と、この環状溝内に開口部を前記シリンダの軸
   心線方向へ向けて装着された横断面Ｕ字状の摺動子と、
   この摺動子内に装着され上記摺動子の開口部を押し広げ
   て上記摺動子と前記シリンダとの間の摩擦抵抗を所定に
   保持する弾性体とを具備してなることを特徴とする弁装
   置。
2. （２）前記弾性体は、金属製のばねであることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の弁装置。
3. （３）前記摺動子は、自己潤滑性を有する樹脂材料で形
   成されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の弁装置。