CN102844634A - 回转阀及使用该回转阀的超低温制冷机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种回转阀及使用该回转阀的超低温制冷机，本发明的回转阀，包括：形成有主体侧流路的阀主体和形成有板侧流路的阀板，使所述阀主体的主体侧滑动面紧贴于所述阀板的板侧滑动面，并且使所述阀板旋转，由此切换所述主体侧流路与所述板侧流路的连接状态，其中，所述阀板具备：树脂制的阀滑动体，具有所述板侧滑动面；和由非磁性材料构成的阀板主体，形成有容纳该阀滑动体的容纳室。
Description
技术领域
本发明涉及一种回转阀及使用该回转阀的超低温制冷机，尤其涉及一种通过使抵接于阀主体的阀板旋转来进行流路的切换的回转阀及使用该回转阀的超低温制冷机。
背景技术
通常，在回转阀方式的吉福德-麦克马洪（GM）制冷机中，压紧成为定子及转子的2个圆盘的同时使转子旋转，并进行制冷剂气体的气密与阀的切换（专利文献1）。
图5表示用于以往的GM制冷机中的回转阀100。以往的回转阀100由具有滑动面101a的阀主体101（定子）和具有滑动面102a的阀板102（转子）构成。阀主体101上形成有第1气体流路104及第2气体流路105，而且阀板102上形成有槽部106及气体流路107。
阀板102能够旋转地支承于旋转轴承103，成为通过未图示的旋转驱动机构进行旋转的结构。与此相对，阀主体101设为非旋转结构，而且朝向阀板102被按压加力。阀主体101被压紧于阀板102，由此各滑动面101a、滑动面102a气密地滑动接触。
各气体流路104、气体流路105、气体流路107的一端部及槽部106在滑动面101a、滑动面102a上开口。由此，通过使阀板102旋转能够在第2气体流路105与气体流路107连通的状态和第2气体流路105经槽部106与第1气体流路104连通的状态之间进行切换处理。
然而，GM制冷机大多使用于MRI（Magnetic Resonance Imaging system：磁共振成像装置）等的磁场中，存在若在磁场中挪动磁性体的构造物，则会扰乱磁场的问题。因此，以往作为旋转侧的阀板102使用铝等非磁性材料，作为固定侧的阀主体101使用高功能树脂。而且，为了保护阀板102的与阀主体101滑动接触的滑动面102a，通过在整体实施硬质耐酸铝来形成表面处理层108，进而对该表面处理层108实施表面研磨。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-205581号公报
然而，以往的回转阀100中，如上述，在阀板102形成表面处理层108，并且需要对该表面处理层108进行表面研磨的处理，因此制作麻烦，由此存在阀板102变得非常昂贵的问题。而且，在定期维护时，需要更换阀主体101及阀板102的双方，存在维护所需的更换部件成本也变得昂贵的问题。
发明内容
本发明的总括目的在于提供一种解决上述的以往技术的问题的、改良了的有用的回转阀及使用该回转阀的超低温制冷机。
本发明的更加详细的目的在于提供一种能够谋求低成本化的回转阀及使用该回转阀的超低温制冷机。
为了达到该目的，本发明的回转阀，包括形成有主体侧流路的阀主体和形成有板侧流路的阀板，使所述阀主体的主体侧滑动面紧贴于所述阀板的板侧滑动面，并且使所述阀板旋转，由此切换所述主体侧流路与所述板侧流路的连接状态，所述回转阀的特征在于，
所述阀板构成为具有树脂制的阀滑动体和由非磁性材料构成的阀板主体，所述阀滑动体具有所述板侧滑动面，所述阀板主体形成有容纳该阀滑动体的容纳室。
而且，在上述发明中，可设为如下结构，即所述阀板具有旋转限制部件，该旋转限制部件限制所述阀滑动体相对于所述阀板主体的旋转。
并且，在上述发明中，可设为所述阀滑动体能够相对于所述阀板主体装卸的结构。
此外，在上述发明中，所述阀主体可由钢构成。
而且，为了达到上述目的，本发明的使用回转阀的超低温制冷机，其特征在于，具有：
压缩机，压缩从吸气口吸入的制冷剂气体并向排出口排出；
缸体，被供给所述制冷剂气体；
置换器，在该缸体内往复移动并在所述缸体内使被压缩的所述制冷剂气体膨胀；
驱动装置，使所述置换器在所述缸体内往复移动；及
上述的回转阀，
由第1主体侧流路和第2主体侧流路构成所述阀主体的所述主体侧流路，其中所述第1主体侧流路连接于所述排出口，所述第2主体侧流路连接于所述缸体，
将所述回转阀的形成于所述阀板上的板侧流路与所述吸气口连接，且
通过所述阀板旋转，所述第2主体侧流路选择性地与所述第1主体侧流路或所述板侧流路连接。
发明效果
根据本发明，由于将阀板设为具有树脂制阀滑动体和阀板主体的结构，且该树脂制阀滑动体具有板侧滑动面，该阀板主体形成有容纳该阀滑动体的容纳室，因此无需在板侧滑动面进行如以往的表面研磨处理，能够谋求降低回转阀及超低温制冷机的成本。
附图说明
图1是表示作为本发明的一实施方式的回转阀及使用该回转阀的超低温制冷机的截面图。
图2是作为本发明的一实施方式的回转阀的分解立体图。
图3是分解作为本发明的一实施方式的回转阀的状态的截面图。
图4是作为本发明的一实施方式的回转阀的截面图。
图5是作为以往的一例的回转阀的截面图。
符号的说明：
1-气体压缩机，2-冷头，3A-第1级置换器，3B-第2级置换器，4A、4B-蓄冷材料，6、7-冷却台，8-阀主体，8a-滑动面，8b-第1气体流路，8c-槽，8d-第2气体流路，9-阀板，9b-板侧气体流路，10-缸体部，10A-第1级缸体，10B-第2级缸体，11-第1级膨胀室，12-第2级膨胀室，13-上部室，14-曲柄，15-马达，16-旋转轴承，22-止转棒轭，30-阀板主体，30a-容纳室，30b-气体流路，30c-止转销，31-阀滑动部件，31a-滑动面，31b-气体流路，31c-止转凹部，31d-槽。
具体实施方式
以下，参考附图，对本发明的实施方式进行说明。
图1是表示作为本发明的一实施方式的超低温制冷机的截面图，图2至图4是用于说明作为本发明的一实施方式的回转阀的图。另外，本实施方式中，作为超低温制冷机例举吉福德-麦克马洪型制冷机（以下，称为GM制冷机）进行说明。另外，设为本实施方式所涉及的GM制冷机及回转阀用在如MRI等在磁场中怕扰乱磁场的环境下。
基于本实施方式的GM型制冷机具有气体压缩机1和冷头2。冷头2具有壳体23和缸体部10。气体压缩机1从吸气口1a吸入制冷剂气体并进行压缩，而从吐出口1b作为高压制冷剂气体来吐出。而且，使用氦气来作为制冷剂气体。
缸体部10为第1级缸体10A和第2级缸体10B的2级结构，第2级缸体10B设定为比第1级缸体10A细。而且，在第1级缸体10A的内部沿缸体10A的轴向能够往复运动地***有第1级置换器3A，在第2级缸体10B的内部沿缸体10B的轴向能够往复运动地***有第2级置换器3B。
第1级置换器3A和第2级置换器3B通过省略图示的接头机构相互连结。而且，第1级置换器3A的内部设置有蓄冷材料4A，第2级置换器3B中填充有蓄冷材料4B。而且，各第1级置换器3A、第1级置换器3B中形成有制冷剂气体所通过的气体流路L1～L4。
第1级缸体10A内的、第2级缸体10B侧的端部形成有第1级膨胀室11，另一侧的端部形成有上部室13。而且，在第2级缸体10B的与第1级缸体10A侧相反的一侧的端部形成有第2级膨胀室12。
上部室13和第1级膨胀室11经气体流路L1、填充有蓄冷材料4A的第1级蓄冷材料填充室、及气体流路L2连接。而且，第1级膨胀室11和第2级膨胀室12经气体流路L3、填充有蓄冷材料4B的第2级蓄冷材料填充室、及气体流路L4连接。
第1级缸体10A的外周面中，在与第1级膨胀室11大致对应的位置配设有冷却台6。而且，第2级缸体10B的外周面中，在与第2级膨胀室12大致对应的位置配设有冷却台7。
第1级置换器3A的外周面中，在上部室13侧的端部附近配置有密封件50。该密封件50将第1级置换器3A的外周面与缸体10A的内周面之间密封。
第1级置换器3A经省略图示的连结机构连结于止转棒轭22的输出轴22a。止转棒轭22通过固定于壳体23的一对滑动轴承17a、滑动轴承17b被支承为能够向第1级置换器3A、第2级置换器3B的轴向移动。在滑动轴承17b中，保持了滑动部的气密性，且气密地分隔了壳体23内的空间与上部室13。
而且，止转棒轭22上连接有马达15。马达15的旋转运动通过曲柄14及止转棒轭22转换为往复运动。该往复运动经输出轴22a及连结机构传递至第1级置换器3A，由此第1级置换器3A在第1级缸体10A内进行往复移动，而且第2级置换器3B在第2级缸体10B内进行往复移动。该马达15及止转棒轭22（包括输出轴22a）构成权利要求所述的驱动装置。
在各第1级置换器3A、第2级置换器3B向图中上方移动時，上部室13的容积减少，相反第1级膨胀室11及第2级膨胀室12的容积则增加。而且相反地，在各第1级置换器3A、第2级置换器3B向图中下方移动时，上部室13的容积增大，第1级膨胀室11及第2级膨胀室12的容积则减少。随着该上部室13、膨胀室11及膨胀室12的容积的变动，制冷剂气体通过气体流路L1～L4而移动。
而且，当制冷剂气体在填充于各置换器3A、置换器3B的蓄冷材料4A、蓄冷材料4B内通过时，在制冷剂气体与蓄冷材料4A、蓄冷材料4B之间进行热交换。由此，蓄冷材料4A、蓄冷材料4B被制冷剂气体冷却。
接着，利用图1和图2乃至图4对回转阀RV进行说明。图2是回转阀RV的分解立体图，图3是回转阀RV的分解的状态的截面图，图4是回转阀RV的装配状态的截面图。
回转阀RV在制冷剂气体的流路中配置于压缩机1的吸气口1a及吐出口1b与上部室13之间。回转阀RV发挥切换制冷剂气体的流路的功能。具体而言，回转阀RV进行将从气体压缩机1的吐出口1b吐出的制冷剂气体导入上部室13内的第1形态和将上部室13内的制冷剂气体导入气体压缩机1的吸气口1a的第2形态的切换处理。
回转阀RV具有阀主体8及阀板9。而且，阀板9由阀板主体30和阀滑动部件31构成（对此将在后面进行详述）。
阀板9被旋转轴承16能够旋转地支承于壳体23内。驱动止转棒轭22的曲柄14的偏心销14a以旋转轴为中心进行公转，由此阀板9进行旋转。阀主体8被螺旋弹簧20压紧于阀板9，而且被销19固定成不进行旋转。
螺旋弹簧20是为了按压阀主体8而设置的按压构件，以免当排气侧的压力变得大于供气侧的压力时阀主体8远离阀板9。通过制冷剂气体的供气侧的压力与排气侧的压力的差压作用于阀主体8来产生工作时将阀主体8按压于阀板9的力。
阀主体8具有圆柱状。该阀主体8的与阀板9对置的面形成有平坦的滑动面8a，该滑动面8a与构成阀板9的阀滑动部件31的滑动面31a面接触。
第1气体流路8b（第1主体侧流路）沿阀主体8的中心轴贯穿阀主体8而形成。该第1气体流路8b的一端在滑动面8a上开口。而且，第1气体流路8b的另一端连接于图1所示的气体压缩机1的吐出口1b。
而且，阀主体8的滑动面8a上形成有沿以阀主体8的中心轴为中心的圆弧的槽8c。并且，阀主体8上形成有侧面观察时具有倒L字形状的第2气体流路8d（第2主体侧流路）。该第2气体流路8d的一端在槽8c的底面上开口，并且其另一端在阀主体8的外周面上开口。在该阀主体8的外周面上开口的第1气体流路8b的端部经由形成于图1所示的壳体23的气体流路21与上部室13连通。
阀板9（阀滑动部件31）的滑动面31a上形成有从其中心向半径方向延伸的槽31d。当阀板9旋转且槽31d的外周侧的端部与槽8c部分重叠时，第1气体流路8b与第2气体流路8d经槽31d连通。
板侧气体流路9b（由气体流路30b、气体流路31b构成）贯穿阀板9（阀板主体30及阀滑动部件31）而向与旋转轴平行的方向延伸。板侧气体流路9b的一端部在滑动面31a上开口。该板侧气体流路9b的端部在滑动面31a内的与形成于滑动面8a的槽8c对应的位置上开口。
由此，若阀板9旋转且板侧气体流路9b的开口部（阀主体8侧的端部）与槽8c部分重叠，则第2气体流路8d与板侧气体流路9b成为连通的状态。板侧气体流路9b的另一端经图1所示的壳体23内的空腔与气体压缩机1的吸气口1a连通。
由此，在第1气体流路8b与第2气体流路8d经槽8c连通时，从压缩机1送出的制冷剂气体经回转阀RV被送入上部室13内。另一方面，在第2气体流路8d与板侧气体流路9b连通时，上部室13内的制冷剂气体回收至气体压缩机1。因此，若使阀板9旋转，则会反复实施向上部室13的制冷剂气体的导入（供气）和从上部室13的制冷剂气体的回收（排气）。
在此，更加详细地对阀主体8及阀板9进行说明。
本实施方式中，成为定子（固定侧）的阀主体8由淬火钢等金属形成。即便由这种作为磁性材料的金属形成阀主体8，但由于阀主体8为不进行旋转的结构，因此即使将超低温制冷机及回转阀RV应用于MRI等中，在其磁场中磁场也不会因超低温制冷机及回转阀RV而被扰乱。
另外，阀主体8的材料不限定于磁性材料，还能够使用对铝表面进行了耐氧化铝处理的材料等非磁性材料。
而且，阀板9由阀板主体30和阀滑动部件31构成。阀板主体30由作为非磁性金属材料的不锈钢形成。该阀板主体30通过旋转轴承16而能够旋转地支承于壳体23。由此，阀板主体30的前表面侧（与阀主体8对置的一侧）形成有与旋转轴承16卡合的凸缘部30e。
而且，阀板主体30的与阀主体8对置的面上形成有用于容纳阀滑动部件31的容纳室30a。该容纳室30a呈凹陷的形状，其底面形成有止转销30c（相当于权利要求所述的旋转限制部件）。
该止转销30c与形成于阀板主体30的止转凹部30f及形成于阀滑动部件31的止转凹部31c卡合，由此限制阀滑动部件31相对于阀板主体30的旋转。然而，止转销30c并不将阀滑动部件31完全固定于阀板主体30，而只发挥限制旋转的功能。由此，阀滑动部件31成为能够相对于阀板主体30进行装卸（能够向旋转轴方向装卸）的结构。
而且，阀板主体30上形成有构成板侧气体流路9b的一部分的气体流路30b。该气体流路30b贯穿阀板主体30的容纳室30a的底板部而形成。由此，气体流路30b的一端在容纳室30a的底面开口，另一端如前述经壳体23内的空腔与气体压缩机1的吸气口1a连通。
另一方面，阀滑动部件31由树脂形成，具有圆盘形状。作为用于阀滑动部件31的树脂，例如由四氟乙烯（例如，NTN公司制造的BEAREE FL3000）形成。该阀滑动部件31在与阀主体8紧贴的滑动面31a上形成有所述槽31d。而且，阀滑动部件31上贯穿形成有构成板侧气体流路9b的气体流路31b。当将阀滑动部件31安装于阀板主体30的容纳室30a时，该气体流路31b与形成于阀板主体30的气体流路30b连通，由此形成板侧气体流路9b。
因此，若阀板主体30在安装有阀滑动部件31的状态下被驱动机构旋转，则通过止转销30c而以限制旋转状态安装于阀板主体30的阀滑动部件31也开始旋转。如此，若阀板9（阀板主体30、阀滑动部件31）相对于阀主体8旋转，则如上述在通过槽31d连接第1气体流路8b与第2气体流路8d的状态和将第2气体流路8d连接于阀板9的状态之间进行切换。
此时，如所述，阀板主体30由不锈钢等非磁性金属材料形成，而且阀滑动部件31也由作为非磁性的树脂形成。因此，即便在怕磁场变动的环境下使用本实施方式所涉及的超低温制冷机及回转阀RV，磁场也不会被阀板主体30及阀滑动部件31的旋转扰乱。
而且，本实施方式中，阀板9的滑动面31a形成于树脂制的阀滑动部件31上。由此，能够省掉以往的铝制的阀板102中所必需的氧化铝处理，能够谋求阀板9的成本降低。
而且，当对回转阀RV进行维护时，以往由于滑动面101a及滑动面102a均为消耗部分，因此对阀主体101及阀板102均进行更换（参考图5）。然而，本实施方式所涉及的回转阀RV中，阀板主体30不存在消耗部分，且阀滑动部件31为能够相对于阀板主体30装卸的结构，因此维护时只进行阀主体8和阀滑动部件31的更换即可。
阀板主体30需要在不锈钢设置容纳室30a、气体流路30b及止转销30c等，因此比阀滑动部件31昂贵。因此维护时，只要更换比阀板主体30低价的阀滑动部件31及阀主体8即可，因此能够谋求削减维护时的更换零件的成本。
以上，对本发明的优选实施方式进行了详述，但本发明不限定于上述的特定实施方式，在技术方案中记载的本发明主旨的范围内，能够进行各种变形或变更。
本国际申请主张基于2010年4月19日申请的日本专利申请2010-095921号的优先权，将日本专利申请2010-095921号的全部内容援用于本国际申请。
Claims (5)
1.一种回转阀，其包括形成有主体侧流路的阀主体和形成有板侧流路的阀板，使所述阀主体的主体侧滑动面紧贴于所述阀板的板侧滑动面，并且使所述阀板旋转，由此切换所述主体侧流路与所述板侧流路的连接状态，
所述回转阀的特征在于，
所述阀板构成为具有树脂制的阀滑动体和由非磁性材料构成的阀板主体，所述阀滑动体具有所述板侧滑动面，所述阀板主体形成有容纳所述阀滑动体的容纳室。
2.如权利要求1所述的回转阀，其特征在于，
所述阀板具有旋转限制部件，该旋转限制部件限制所述阀滑动体相对于所述阀板主体的旋转。
3.如权利要求1所述的回转阀，其特征在于，
所述阀滑动体为能够相对于所述阀板主体装卸的结构。
4.如权利要求1所述的回转阀，其特征在于，
所述阀主体由磁性材料形成。
5.一种使用回转阀的超低温制冷机，其特征在于，具有：
压缩机，压缩从吸气口吸入的制冷剂气体并向排出口排出；
缸体，供给有所述制冷剂气体；
置换器，在该缸体内往复移动并在所述缸体内使被压缩的所述制冷剂气体膨胀；
驱动装置，使所述置换器在所述缸体内往复移动；及
权利要求1所述的回转阀，
由第1主体侧流路和第2主体侧流路构成所述阀主体的所述主体侧流路，其中所述第1主体侧流路连接于所述排出口，所述第2主体侧流路连接于所述缸体，
将所述回转阀的形成于所述阀板上的板侧流路与所述吸气口连接，且
通过使所述阀板旋转，所述第2主体侧流路选择性地与所述第1主体侧流路或所述板侧流路连接。
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