JPH06300378A - 極低温冷凍機のバルブタイミング可変機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＧＭ冷凍機（ギフォード・マクマホン冷凍
機）など極低温冷凍機４０における冷凍機の外側から、
そのバルブタイミングを変更することができる極低温冷
凍機のバルブタイミング可変機構４１を提供すること。 【構成】 バルブ本体４２のバルブプレート２９に対
する相対位置を変更可能にすることによってバルブタイ
ミングを可変可能とすることに着目したもので、ロータ
リーバルブはこれをバルブプレート２９とバルブ本体４
２とから構成するとともに極低温冷凍機４０の外部から
バルブ本体４２をバルブプレート２９に対して回転可能
とするクランクピン４３および円形ハンドル４４を有す
るバルブ本体回転機構４１を設けたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は極低温冷凍機のバルブタ
イミング可変機構にかかるもので、とくにギフォード・
マクマホン冷凍サイクル冷凍機（以下、「ＧＭ冷凍機」
と呼ぶ）などの極低温冷凍機における作動流体（ヘリウ
ムガスなどの冷媒ガス）の吸排気のタイミング（バルブ
タイミング）を最適化可能な、極低温冷凍機のバルブタ
イミング可変機構に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のＧＭ冷凍機について図４ないし図
９にもとづき説明する。図４はＧＭ冷凍機１の縦断面図
であって、このＧＭ冷凍機１は圧縮機２と、冷凍機３と
を接続したギフォード・マクマホン冷凍サイクルからな
る冷凍機である。

【０００３】圧縮機２は、冷媒ガス（ヘリウムガス）を
その低圧側２Ａから吸い込み、冷媒ガスの圧力を高める
とともにこれを冷却して高圧側２Ｂに排出し冷凍機３に
供給する。冷媒ガスの冷却は、これを水冷あるいは空冷
により行うが、ここでは図示を省略してある。

【０００４】冷凍機３は、ハウジング部（ハウジング
４）と、シリンダー部（シリンダー５）とに分かれる。
すなわち冷凍機３は、ハウジング４と、シリンダー５
と、ハウジング４内に設けたモーター６、クランク部材
７、スコッチヨーク８およびロータリーバルブ９と、シ
リンダー５内に設けたディスプレーサー１０と、シリン
ダー５の端部外壁に設けた第１の冷却ステージ１１およ
び第２の冷却ステージ１２とを有する。

【０００５】ハウジング４には、圧縮機２の高圧側２Ｂ
からの冷媒ガス導入口１３と、圧縮機２の低圧側２Ａに
還流する冷媒ガス導出口１４とを形成してある。

【０００６】シリンダー５には、二段式のディスプレー
サー１０を上下往復摺動可能に収容し、その摺動部分に
はシールを施してある。

【０００７】ディスプレーサー１０内には第１の蓄冷材
１５および第２の蓄冷材１６を内蔵し、シリンダー５と
の間には第１の空間１７（室温空間）、第２の空間１８
（第１の膨張空間）および第３の空間１９（第２の膨張
空間）を形成するとともに、ディスプレーサー１０に第
１の連通孔２０、第２の連通孔２１、第３の連通孔２２
および第４の連通孔２３を形成して、それぞれを連通可
能としてある。

【０００８】ディスプレーサー１０の往復動にともなっ
て、第２の空間１８および第３の空間１９は互いに比例
関係で容積変化するとともに、第２の空間１８および第
３の空間１９と第１の空間１７とは互いに反比例関係で
容積変化する。

【０００９】第１の冷却ステージ１１および第２の冷却
ステージ１２は、フランジからこれらを構成し、ディス
プレーサー１０の外壁に熱伝導可能に密着してこれを設
ける。

【００１０】なお、第１の冷却ステージ１１および第２
の冷却ステージ１２にはクライオパネル（図示せず）を
取り付け、密閉空間内の窒素など種々の気体分子を凝縮
（冷却固化）し、同時に直接的に吸着、あるいは活性炭
により間接的に吸着するクライオポンプという真空ポン
プの一種として使用することができる。

【００１１】図５はハウジング４内のクランク部材７、
スコッチヨーク８およびロータリーバルブ９部分の分解
斜視図、図６はロータリーバルブ９の分解斜視図であ
り、モーター６は駆動回転軸２４を有し、クランク部材
７はその円周上に突出したクランクピン２５を有し、ス
コッチヨーク８は横長の平板２６と、上下軸２７と、こ
ろ軸受け２８とを有し、ロータリーバルブ９はバルブプ
レート２９と、バルブ本体３０と、圧縮スプリング３１
と、固定ピン３２とを有する。

【００１２】モーター６の駆動回転軸２４を円筒形状の
クランク部材７の中心に貫通し、キー（図示せず）によ
り固定する。

【００１３】クランク部材７のピン２５をスコッチヨー
ク８のころ軸受け２８、およびバルブプレート２９に形
成したクランクピン係合孔３３にそれぞれ嵌合し、回転
運動を与える。

【００１４】スコッチヨーク８は、その上下軸２７の下
方部をディスプレーサー１０の上部に固定し、横長の平
板２６には横長の窓３４を形成してころ軸受け２８を設
ける。

【００１５】ころ軸受け２８は、横長の窓３４内を回転
自在に移動可能な外形を有し、クランク部材７のクラン
クピン２５と嵌合する内径のベアリングである。

【００１６】スコッチヨーク８は、横長の平板２６部分
の回転止めのピン（図示せず）により水平面内における
その回転運動を規制し、シール材を兼ねる一対の滑り軸
受け３５（図４）によってその上下軸２７を受けて、こ
れをハウジング４内に上下動可能な構造とする。

【００１７】すなわち、スコッチヨーク８は、クランク
部材７の回転運動をディスプレーサー１０の上下往復運
動に変換するものである。

【００１８】ロータリーバルブ９のバルブプレート２９
は、図５および図６に示すように円筒形状であって、フ
ランジ部分を有し、アルミニウム合金製で、その表面に
は耐摩耗性処理を施してある。

【００１９】バルブプレート２９はクランク部材７側に
位置する低圧側面２９Ａを有し、この低圧側面２９Ａと
は反対側のバルブ本体３０に面する高圧側面２９Ｂに
は、低圧側面２９Ａと高圧側面２９Ｂとを連通する軸方
向の円弧状貫通孔２９Ｃを開口させ、高圧側面２９Ｂの
面には径方向長溝２９Ｄを形成する。

【００２０】ロータリーバルブ９のバルブ本体３０は、
テフロンの一種の高分子材料などを用いた円筒形で、高
圧側面２９Ｂに密着接触する第１の側面３０Ａと、第１
の側面３０Ａとは反対側であって圧縮機２の高圧側２Ｂ
側から高圧ガスを受ける第２の側面３０Ｂとを有すると
ともに、第１の側面３０Ａと第２の側面３０Ｂとを連通
する中心貫通孔３０Ｃを形成する。

【００２１】さらに、第１の側面３０Ａには円弧状溝３
０Ｄと、この円弧状溝３０Ｄに連通するとともにバルブ
本体３０の外周面に開口する連通用矩形孔３０Ｅと、固
定ピン３２を挿入する固定用孔３０Ｆとを形成する。

【００２２】とくに図４に示すように、連通用矩形孔３
０Ｅは、ハウジング４のガス流路３６を介してディスプ
レーサー１０の第１の空間１７と連通する。

【００２３】図７はバルブプレート２９とバルブ本体３
０との当接面（高圧側面２９Ｂおよび第１の側面３０
Ａ）をバルブ本体３０側からみた説明図であって、図示
のように、円弧状貫通孔２９Ｃは、バルブプレート２９
の中心から中心貫通孔３０Ｃと円弧状溝３０Ｄとの間の
距離に等しい半径の位置に形成した丸孔を同一の半径の
円周上に、ある円周角度分だけ広げた形状を有する。

【００２４】バルブプレート２９の小判型の形状を呈し
た径方向長溝２９Ｄは、バルブプレート２９の中心から
中心貫通孔３０Ｃと円弧状溝３０Ｄとの間の距離に等し
い長さを有する。

【００２５】また、バルブ本体３０の円弧状溝３０Ｄの
形状も、円弧状貫通孔２９Ｃと同様に、バルブ本体３０
の中心から中心貫通孔３０Ｃと円弧状溝３０Ｄとの間の
距離に等しい半径の位置に、ある円周角度分だけ広げた
ものである。

【００２６】したがって、バルブプレート２９とバルブ
本体３０とはそれぞれの中心軸を一致させて、その高圧
側面２９Ｂおよび第１の側面３０Ａが互いに密着して接
触しながらバルブプレート２９が摺動回転するもので、
中心貫通孔３０Ｃと径方向長溝２９Ｄとは互いに常に連
通状態にあって、バルブプレート２９の回転にともなっ
て、径方向長溝２９Ｄが円弧状溝３０Ｄと連通している
ときが吸気弁「開」および排気弁「閉」となり、円弧状
貫通孔２９Ｃが円弧状溝３０Ｄと連通しているときが吸
気弁「閉」および排気弁「開」となる。

【００２７】バルブプレート２９は、ベアリング３７
（図４）によりこれを回転自在としてあるとともに、軸
方向には移動しないようにハウジング４にこれを固定し
てある。

【００２８】バルブ本体３０は、固定ピン３２によりハ
ウジング４に固定することによって回転することができ
ないようにしてあるが、軸方向には摺動可能であって、
摺動部分にはシールを施してある。

【００２９】圧縮スプリング３１は、これをバルブ本体
３０の第２の側面３０Ｂに係合し、伸展力を発生する
が、誤操作時のバルブ本体３０の偏りを防止するための
もので、この圧縮スプリング３１がなくても冷却・昇温
には関係ない。

【００３０】こうした構成のＧＭ冷凍機１の通常の冷却
モード運転について説明する。圧縮機２から出た高圧の
ヘリウムガスは、流路により冷媒ガス導入口１３からハ
ウジング４内に導かれ、その一部は圧縮スプリング３１
とともにバルブ本体３０をバルブプレート２９に押し付
ける。

【００３１】ほとんどのヘリウムガスは、バルブ本体３
０の中心貫通孔３０Ｃからバルブプレート２９の径方向
長溝２９Ｄに伝わる。

【００３２】モーター６の回転によりバルブプレート２
９が図６において高圧側面２９Ｂに対して反時計方向に
回転し、径方向長溝２９Ｄと円弧状溝３０Ｄとが接続し
始めると、いわゆる吸気弁が開放し始めるとともにスコ
ッチヨーク８およびディスプレーサー１０はその下死点
に達し、上昇を開始する。

【００３３】この吸気弁「開」およびディスプレーサー
１０の上昇にともない、ヘリウムガスは、中心貫通孔３
０Ｃ、径方向長溝２９Ｄ、円弧状溝３０Ｄ、連通用矩形
孔３０Ｅ、およびガス流路３６の順に通り、第１の空間
１７から第１の蓄冷材１５および第２の蓄冷材１６によ
り冷却され、第２の空間１８および第３の空間１９に充
填される。

【００３４】図８に示すようなディスプレーサー１０の
上昇が終了し、上死点に達すると、径方向長溝２９Ｄと
円弧状溝３０Ｄとは接続を解除され、かわって円弧状貫
通孔２９Ｃが円弧状溝３０Ｄと接続し始める。

【００３５】したがって、圧縮機２からの高圧のヘリウ
ムガスはシリンダー５方向へは閉状態となり、いわゆる
排気弁が開放されて、ディスプレーサー１０の下降とと
もに第２の空間１８および第３の空間１９内の高圧ヘリ
ウムガスが膨張して冷え、第１の蓄冷材１５および第２
の蓄冷材１６を冷却するとともに、ガス流路３６、連通
用矩形孔３０Ｅ、円弧状溝３０Ｄ、円弧状貫通孔２９Ｃ
を順に通り、スコッチヨーク８およびクランク部材７近
傍を通過して冷媒ガス導出口１４から圧縮機２に戻る。

【００３６】こうしたサイクルを繰り返すもので、バル
ブプレート２９の回転によってまず吸気弁が開放し、デ
ィスプレーサー１０が上昇することによってヘリウムガ
スが第１の蓄冷材１５および第２の蓄冷材１６により冷
却されて第２の空間１８および第３の空間１９に充填さ
れる。

【００３７】つぎに排気弁が開放し、第２の空間１８お
よび第３の空間のヘリウムガスが膨張して冷え、ディス
プレーサー１０が下降することによって、この冷えたヘ
リウムガスが第１の蓄冷材１５および第２の蓄冷材１６
を冷却しながら圧縮機２に戻る。

【００３８】こうした冷凍サイクルのバルブタイミン
グ、およびディスプレーサー１０の関係をダイヤグラム
として図９に示す。

【００３９】図９はバルブの開閉状態（バルブタイミン
グ）をクランク角度により模式的に示した図であって、
バルブプレート２９側からバルブ本体３０方向を見た図
に対応し、同図における円の上死点は、ディスプレーサ
ー１０の上死点と一致しており、上死点手前の排気弁
「開」としてある部分は、円弧状貫通孔２９Ｃと円弧状
溝３０Ｄとが接続している状態であり、下死点手前の吸
気弁「開」としてある部分は、径方向長溝２９Ｄと円弧
状溝３０Ｄとが接続している状態を示す。

【００４０】図９において下死点手前の角度θ１で吸気
弁が開き、ディスプレーサー１０が上昇しつつヘリウム
ガスが第２の空間１８および第３の空間１９に充填さ
れ、上死点手前の角度θ２で吸気弁は閉じる。

【００４１】若干の時間をおいてディスプレーサー１０
の上死点手前の角度θ３で排気弁が開き、ディスプレー
サー１０の下降時に排気し、下死点手前の角度θ４で排
気弁を閉じる。

【００４２】上述のように、従来のＧＭ冷凍機１におい
てはそのバルブタイミングは固定されていて、とくに冷
凍機３のある設計回転数に最適なように決定されてお
り、ＧＭ冷凍機１の運転中にそのバルブタイミングを変
更することはできないという問題がある。

【００４３】また、最近では第２の蓄冷材１６に磁性材
料を用いた冷凍機３が使われ始め、冷凍機３の運転中に
その回転数を変化させ、運転を行うことがしばしばあ
る。

【００４４】しかして、こうしたバルブタイミングは、
理論的には、下死点で吸気弁が開くとともに排気弁が閉
じ、また上死点で吸気弁が閉じるとともに排気弁が開く
ようにするのが理想的であるが、実際には、ロータリー
バルブ９におけるヘリウムガスの吸排気の遅れなどがあ
るため、これを考慮して、吸気弁の開く位置を下死点手
前の角度θ１とし、排気弁の閉じる位置を下死点手前の
角度θ４とし、排気弁の開く位置を上死点手前の角度θ
３とし、吸気弁の閉じる位置を上死点手前の角度θ２に
設定している。

【００４５】こうした各角度は、冷凍機３のあるひとつ
の回転数に対して最適となるように決定してあるため、
回転数を変化させた場合には、その変化させた回転数に
最適な角度にはなっていないという問題がある。

【００４６】さらに、ＧＭ冷凍機１を再生する場合に
は、冷凍機３のシリンダー５内の温度を常温まで昇温さ
せる必要があるが、シリンダー５の外部から加熱するこ
とにより昇温させる方法では時間がかかる。

【００４７】他の昇温方法としてモーター６を逆転させ
る方法が考えられるが、この方法では吸排気弁のバルブ
タイミングが冷却モードに設定されている場合には、単
純にモーター６を逆転させて昇温モードとしても所定温
度以上には昇温しないという問題がある。

【００４８】また、こうした昇温を行う場合に、モータ
ー６の回転は冷却モードの正転のままでバルブタイミン
グをたとえば１８０度だけずらせることも考えられる
が、既述のように従来のＧＭ冷凍機１においてはその運
転中にバルブタイミングを変更することは、不可能であ
った。

【００４９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上のような
諸問題にかんがみなされたもので、ＧＭ冷凍機など極低
温冷凍機における冷凍機の外側から、そのバルブタイミ
ングを変更することができる極低温冷凍機のバルブタイ
ミング可変機構を提供することを課題とする。

【００５０】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、ロー
タリーバルブにおけるバルブ本体のバルブプレートに対
する相対位置を変更可能にすることによってバルブタイ
ミングを可変可能とすることに着目したもので、作動流
体を圧縮する圧縮機と、この圧縮機により圧縮した作動
流体の流路を制御するロータリーバルブと、この作動流
体を収容するシリンダーと、このシリンダー内を往復動
するディスプレーサーと、このディスプレーサー内に収
容した蓄冷材とを有する極低温冷凍機のバルブタイミン
グ可変機構であって、上記ロータリーバルブはこれをバ
ルブプレートとバルブ本体とから構成するとともに、当
該極低温冷凍機の外部から該バルブ本体を該バルブプレ
ートに対して回転可能とするバルブ本体回転機構を設け
たことを特徴とする極低温冷凍機のバルブタイミング可
変機構である。

【００５１】上記バルブプレートと上記バルブ本体との
間に吸気弁および排気弁を設けるとともに、上記バルブ
本体回転機構によりこれら吸気弁および排気弁の開閉の
タイミングを調節可能とすることができる。

【００５２】上記バルブ本体回転機構は、上記バルブ本
体に係合するクランクピンと、このクランクピンを回転
可能なハンドルと、を有することができる。

【００５３】上記ハンドルを所定位置に固定可能な固定
ピンを設けることができる。

【００５４】上記シリンダーに連通可能な環状溝を上記
バルブ本体の外周面に形成することができる。

【００５５】上記バルブプレートと上記バルブ本体とが
互いに当接するそれぞれの面に径方向長溝および円弧状
貫通孔、ならびに中心貫通孔および円弧状溝を形成する
とともに、上記バルブ本体回転機構によって、これら径
方向長溝および円弧状貫通孔と円弧状溝とが連通するタ
イミングを調整可能とすることができる。

【００５６】上記径方向長溝および上記円弧状貫通孔を
上記バルブプレートの高圧側面に形成するとともに、上
記中心貫通孔および上記円弧状溝を上記バルブ本体の第
１の側面に形成し、このバルブ本体の該中心貫通孔を上
記バルブプレートの上記径方向長溝に連通させ、かつ上
記バルブプレートの回転により該バルブ本体の上記円弧
状溝が上記バルブプレートの該径方向長溝あるいは該円
弧状貫通孔のいずれかに連通可能とすることによって上
記作動流体の吸排気の開閉を行うようにすることができ
る。

【００５７】上記バルブ本体回転機構によって、上記バ
ルブ本体の上記円弧状溝が上記バルブプレートの上記径
方向長溝あるいは上記円弧状貫通孔のいずれかに連通す
るタイミングを調整可能とすることができる。

【００５８】

【作用】本発明による極低温冷凍機のバルブタイミング
可変機構においては、ロータリーバルブのバルブ本体を
冷凍機の外部から回転させることができるようにしたの
で、冷凍機の回転数に応じてバルブタイミングすなわち
吸気弁および排気弁の開閉のタイミングを任意に変更可
能であり、最適な運転条件を得ることができるととも
に、冷凍機の再生時に昇温する場合にも、昇温モードに
おける最適なバルブタイミングを得ることができる。

【００５９】

【実施例】つぎに本発明の一実施例による極低温冷凍機
４０のバルブタイミング可変機構４１を図面にもとづき
説明する。ただし、図４ないし図９と同様の部分には同
一符号を付し、その詳述はこれを省略する。

【００６０】図１は、極低温冷凍機４０のバルブタイミ
ング可変機構４１の縦断面図であり、バルブタイミング
可変機構４１はバルブ本体３０に相当するバルブ本体４
２と、クランクピン４３と、円形ハンドル４４と、固定
ピン４５と、圧縮スプリング４６と、ベアリング４７
と、第１のシール４８、第２のシール４９および第３の
シール５０とを有する。

【００６１】なお、前記ハウジング４には、前記冷媒ガ
ス導入口１３に相当する高圧流路５１を形成してある。

【００６２】図２はバルブ本体４２の斜視図であって、
バルブ本体４２は円筒形で、高圧側面２９Ｂに密着接触
する第１の側面３０Ａに相当する第１の側面４２Ａと、
第１の側面４２Ａとは反対側の第２の側面３０Ｂに相当
する第２の側面４２Ｂとを有する。

【００６３】バルブ本体４２には、第１の側面４２Ａと
第２の側面４２Ｂとを連通する中心貫通孔３０Ｃに相当
する中心貫通孔４２Ｃを形成し、第１の側面４２Ａには
円弧状溝３０Ｄに相当する円弧状溝４２Ｄと、この円弧
状溝４２Ｄに連通する連通用矩形孔３０Ｅに相当する連
通用軸方向孔４２Ｅとを形成し、第２の側面４２Ｂには
固定用孔３０Ｆに相当する固定用孔４２Ｆとを形成す
る。

【００６４】バルブ本体４２の外周面には、連通用軸方
向孔４２Ｅに連通するとともにハウジング４のガス流路
３６に連通する環状溝４２Ｇを形成する。

【００６５】したがって、バルブ本体４２の任意の回転
位置にあっても、連通用軸方向孔４２Ｅおよび円弧状溝
４２Ｄは、環状溝４２Ｇおよびガス流路３６を介してデ
ィスプレーサー１０の第１の空間１７と連通する。

【００６６】なお、クランクピン４３の一端を固定用孔
４２Ｆに挿入するとともに、他端をベアリング４７によ
り支持して円形ハンドル４４を固定し、この円形ハンド
ル４４を回すことによりバルブ本体４２をバルブプレー
ト２９に対して回転可能としてある。

【００６７】円形ハンドル４４には固定ピン４５を挿入
固定するための複数個の固定ピン孔４４Ａを円周方向任
意の間隔で形成してある。すなわち、バルブ本体４２の
位置を調整したのち、バルブプレート２９の回転により
バルブ本体４２が回転しないように、固定ピン４５を所
定の固定ピン孔４４Ａに差し込む。

【００６８】こうした構成のバルブタイミング可変機構
４１において、従来のＧＭ冷凍機１の場合と同様に、バ
ルブプレート２９とバルブ本体４２とはそれぞれの中心
軸を一致させて、その高圧側面２９Ｂおよび第１の側面
４２Ａが互いに密着して接触しながらバルブプレート２
９が摺動回転するもので、中心貫通孔４２Ｃと径方向長
溝２９Ｄとは互いに常に連通状態にあって、バルブプレ
ート２９の回転にともなって、径方向長溝２９Ｄが円弧
状溝４２Ｄと連通しているときが吸気弁「開」および排
気弁「閉」となり、円弧状貫通孔２９Ｃが円弧状溝４２
Ｄと連通しているときが吸気弁「閉」および排気弁
「開」となる。

【００６９】さらに、円形ハンドル４４を回転すること
により外部からバルブ本体４２を回転させることによっ
てバルブの吸排気のタイミングを可変とし、冷凍機３な
いしバルブプレート２９の回転数に応じた最適なバルブ
タイミングに設定することができる。

【００７０】たとえば、回転数を遅くした場合には、ヘ
リウムガスの吸排気の遅れが少なくなるため、吸気弁の
開く位置と、排気弁の閉じる位置を下死点側に近づける
とともに、吸気弁の閉じる位置と排気弁の開く位置を上
死点側に近づけるようにした方がよいと考えられる。

【００７１】この場合に、ロータリーバルブ９のタイミ
ングが最適になるように、バルブ本体４２をたとえば角
度θ５だけ回転させることによって、図９の吸気弁の開
く位置を下死点手前の角度（θ１−θ５）、および排気
弁の閉じる位置を下死点手前の角度（θ４−θ５）と
し、吸気弁の閉じる位置を上死点の手前の角度（θ２−
θ５）、および排気弁の閉じる位置を上死点の手前の角
度（θ３−θ５）とすることができる。

【００７２】ただし、円弧状貫通孔２９Ｃ、径方向長溝
２９Ｄ、中心貫通孔４２Ｃおよび円弧状溝４２Ｄの長さ
ないし大きさ自体は一定であるので、吸気弁と排気弁の
開いている角度ないし時間自体は変化しない。

【００７３】また、バルブのタイミングを最適な位置か
らずらすことにより、意図的に冷凍機の能力を低下させ
ることもできる。

【００７４】さらに、バルブ本体４２を大きく、たとえ
ば１８０度だけ回転させることにより、図３に示すよう
に、吸排気とディスプレーサー１０の動きが前述の冷却
モードとは逆の昇温モードになって、冷凍機の温度を上
げることも可能となり、冷凍機の昇温に応用することも
できる。

【００７５】なお、本発明においては、バルブ本体４２
を回転させる機構としては任意のものを採用可能であ
り、手動あるいはモーター（図示せず）などによるもの
も可能で、冷凍機の回転に合わせてバルブ本体４２の角
度を制御してもよい。

【００７６】また、バルブ本体４２を回転させたのちの
固定する機構としても、固定ピン４５に限定されず、そ
の他任意の手段を採用可能である。

【００７７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、バルブ本
体を回転可能として、バルブプレートとの相対位置を可
変としたので、吸排気のバルブタイミングを任意のもの
とすることができ、冷凍機の回転数に応じてバルブタイ
ミングを冷凍機の外部から調整することができるととも
に、冷凍機の昇温モードにも応用可能である。

【００７８】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による極低温冷凍機４０のバ
ルブタイミング可変機構４１の縦断面図である。

【図２】同、バルブ本体４２の斜視図である。

【図３】同、バルブ本体４２を１８０度回転させた場合
のバルブプレート２９側からバルブ本体４２方向を見た
バルブタイミングのダイヤグラム図である。

【図４】従来のＧＭ冷凍機１の縦断面図である。

【図５】同、ハウジング４内のクランク部材７、スコッ
チヨーク８およびロータリーバルブ９部分の分解斜視図
である。

【図６】同、ロータリーバルブ９部分の分解斜視図でで
ある。

【図７】同、バルブプレート２９とバルブ本体３０との
相対関係図である。

【図８】同、ディスプレーサー１０の上死点でのＧＭ冷
凍機１の縦断面図である。

【図９】同、バルブの開閉状態（バルブタイミング）を
クランク角度により模式的に示したダイヤグラム図（バ
ルブプレート２９側からバルブ本体３０方向を見た図に
対応）である。

【符号の説明】

１ ＧＭ冷凍機（ギフォード・マクマホン冷凍機） ２ 圧縮機 ２Ａ 圧縮機２の低圧側 ２Ｂ 圧縮機２の高圧側 ３ 冷凍機 ４ ハウジング（ハウジング部） ５ シリンダー（シリンダー部） ６ モーター ７ クランク部材 ８ スコッチヨーク ９ ロータリーバルブ １０ ディスプレーサー １１ 第１の冷却ステージ １２ 第２の冷却ステージ １３ 冷媒ガス導入口 １４ 冷媒ガス導出口 １５ 第１の蓄冷材 １６ 第２の蓄冷材 １７ 第１の空間（室温空間） １８ 第２の空間（第１の膨張空間） １９ 第３の空間（第２の膨張空間） ２０ 第１の連通孔 ２１ 第２の連通孔 ２２ 第３の連通孔 ２３ 第４の連通孔 ２４ 駆動回転軸 ２５ クランクピン ２６ 横長の平板 ２７ 上下軸 ２８ ころ軸受け ２９ バルブプレート ２９Ａ バルブプレート２９の低圧側面 ２９Ｂ バルブプレート２９の高圧側面 ２９Ｃ バルブプレート２９の円弧状貫通孔 ２９Ｄ バルブプレート２９の径方向長溝 ３０ バルブ本体 ３０Ａ バルブ本体３０の第１の側面 ３０Ｂ バルブ本体３０の第２の側面 ３０Ｃ バルブ本体３０の中心貫通孔 ３０Ｄ バルブ本体３０の円弧状溝 ３０Ｅ バルブ本体３０の連通用矩形孔 ３０Ｆ バルブ本体３０の固定用孔 ３１ 圧縮スプリング ３２ 固定ピン ３３ クランクピン係合孔 ３４ 横長の窓 ３５ 滑り軸受け ３６ ガス流路 ３７ ベアリング ４０ 極低温冷凍機 ４１ 極低温冷凍機４０のバルブタイミング可変機構 ４２ バルブ本体 ４２Ａ バルブ本体４２の第１の側面 ４２Ｂ バルブ本体４２の第２の側面 ４２Ｃ バルブ本体４２の中心貫通孔 ４２Ｄ バルブ本体４２の円弧状溝 ４２Ｅ バルブ本体４２の連通用軸方向孔 ４２Ｆ バルブ本体４２の固定用孔 ４２Ｇ バルブ本体４２の環状溝 ４３ クランクピン ４４ 円形ハンドル ４４Ａ 円形ハンドル４４の固定ピン孔 ４５ 固定ピン ４６ 圧縮スプリング ４７ ベアリング ４８ 第１のシール ４９ 第２のシール ５０ 第３のシール ５１ 高圧流路 θ１ 吸気弁が開く下死点手前の（上死点手前の）角度 θ２ 吸気弁が閉じる上死点手前の（下死点手前の）角
度 θ３ 排気弁が開く上死点手前の（下死点手前の）角度 θ４ 排気弁が閉じる下死点手前の（上死点手前の）角
度 θ５ バルブ本体４２を回転させることによってロータ
リーバルブ９のタイミングが最適になるようにする角度

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 作動流体を圧縮する圧縮機と、 この圧縮機により圧縮した作動流体の流路を制御するロ
   ータリーバルブと、 この作動流体を収容するシリンダーと、 このシリンダー内を往復動するディスプレーサーと、 このディスプレーサー内に収容した蓄冷材とを有する極
   低温冷凍機のバルブタイミング可変機構であって、 前記ロータリーバルブはこれをバルブプレートとバルブ
   本体とから構成するとともに、 当該極低温冷凍機の外部から該バルブ本体を該バルブプ
   レートに対して回転可能とするバルブ本体回転機構を設
   けたことを特徴とする極低温冷凍機のバルブタイミング
   可変機構。
2. 【請求項２】 前記バルブプレートと前記バルブ本体
   との間に吸気弁および排気弁を設けるとともに、 前記バルブ本体回転機構によりこれら吸気弁および排気
   弁の開閉のタイミングを調節可能としたことを特徴とす
   る請求項１記載の極低温冷凍機のバルブタイミング可変
   機構。
3. 【請求項３】 前記バルブ本体回転機構は、 前記バルブ本体に係合するクランクピンと、 このクランクピンを回転可能なハンドルと、 を有することを特徴とする請求項１記載の極低温冷凍機
   のバルブタイミング可変機構。
4. 【請求項４】 前記ハンドルを所定位置に固定可能な
   固定ピンを設けたことを特徴とする請求項３記載の極低
   温冷凍機のバルブタイミング可変機構。
5. 【請求項５】 前記シリンダーに連通可能な環状溝を
   前記バルブ本体の外周面に形成したことを特徴とする請
   求項１記載の極低温冷凍機のバルブタイミング可変機
   構。
6. 【請求項６】 前記バルブプレートと前記バルブ本体
   とが互いに当接するそれぞれの面に径方向長溝および円
   弧状貫通孔、ならびに中心貫通孔および円弧状溝を形成
   するとともに、 前記バルブ本体回転機構によって、これら径方向長溝お
   よび円弧状貫通孔と円弧状溝とが連通するタイミングを
   調整可能としたことを特徴とする請求項１記載の極低温
   冷凍機のバルブタイミング可変機構。
7. 【請求項７】 前記径方向長溝および前記円弧状貫通
   孔を前記バルブプレートの高圧側面に形成するととも
   に、 前記中心貫通孔および前記円弧状溝を前記バルブ本体の
   第１の側面に形成し、 このバルブ本体の該中心貫通孔を前記バルブプレートの
   前記径方向長溝に連通させ、かつ前記バルブプレートの
   回転により該バルブ本体の前記円弧状溝が前記バルブプ
   レートの該径方向長溝あるいは該円弧状貫通孔のいずれ
   かに連通可能とすることによって前記作動流体の吸排気
   の開閉を行うことを特徴とする請求項６記載の極低温冷
   凍機のバルブタイミング可変機構。
8. 【請求項８】 前記バルブ本体回転機構によって、前
   記バルブ本体の前記円弧状溝が前記バルブプレートの前
   記径方向長溝あるいは前記円弧状貫通孔のいずれかに連
   通するタイミングを調整可能としたことを特徴とする請
   求項７記載の極低温冷凍機のバルブタイミング可変機
   構。