JPS6288809A - 弁機構 - 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】 【発明の技術分野］ 本発明は、流体の流通制御を行う弁機構に係わり、特に
シリンダに設けられた弁をピストンにより直接ｊ１閉す
る弁機構に関する。 〔発明の技術的背景とその問題点〕 流体の流通制御を行う弁機構には種々のものがあり、そ
の構造なども用途によって異なる。ヘリウム冷凍機等に
設けられている膨張エンジンは吸・排気弁、シリンダ、
ピストン、エネルギ吸収部等からなり、高圧ヘリウムガ
スを断熱膨張させ、エネルギを吸収し圧力降下と共に温
度を低下させるものである。膨張エンジンにおける吸・
排気弁の開閉動作は、自動車エンジンと同様にピストン
の往復動と共に所定のタイミングで行われる。 従来、膨張エンジンの吸気弁は第５図に示すような構造
となっている。即ち、シリンダ１の端面には吸入口２が
設けられ、弁体３がパツキン４によって吸入口２を押圧
して閉塞している。弁体３は板バネ５で接続・支持され
ており、軸方向に運動可能に設けられている。一方、ピ
ストン６の先端部にはロッド収納部７が設けられ、この
内部に長軸状のブツシュロッド８が上記弁体３と同様に
軸方向に運動可能に板バネ９で接続・支持されている。 板バネ９としては、弁体３を支持する板バネ５よりもバ
ネ定数が大きいものが用いられている。 ピストン６の往復動に伴いブツシュロッド８が弁体３に
近接し、ロッド８が弁体３に当接すると、初めのうちは
吸入口２が閉塞しており弁体収納部１２内のガスが高圧
なため、弁体３は開かずにブツシュロッド８は弁体３に
接触したままとなる。 即ち、ブツシュロッド８は静止したままである。 しかし、ピストン６はさらに下死点まで移動するので、
板バネ９が変形し、相対的にブツシュロッド８はロッド
収納部７の内部に入り込む。次いで、ピストン６が下死
点に近付くと、ブツシュロッド８の後端部１１はロッド
収納部７の底面１３に当接する。そこで、ピストン６が
下死点に達すると、ブツシュロッド８はピストン６自体
に押されて弁体３を開くことになる。このため、第５図
に示すように弁体収納部１２からシリンダ６内の膨張室
１４にガスが流入し、このガス圧によってピストン６は
方向を変え上死点に向って移動する。ピストン６のこの
移動に伴いブツシュロッド８は弁体３を開放したまま、
しばらくは板バネ９のバネ力によって０ラド収納部７か
ら突出するが、これは板バネ９のバネ定数が板バネ５よ
りも大きいからである。ピストン６がさらに移動し、ブ
ツシュロッド８が弁体３から離れたときに弁体３は板バ
ネ５のバネ力により戻され再び吸入口２を押圧して閉塞
する。このような動作によって、上記の吸気弁は膨張室
１４内へのガス吸気制御を行うものとなっている。 しかしながら、この種の吸気弁にあっては以下に述べる
ような欠点があった。それは、ロッド収納部γ内の空間
がデッドスペースとなることである。ブツシュロッド８
は長軸形状で、その２点以上を板バネ９で接続した構造
となっている。板バネ９は上述のように弁体３との接触
後、ピストン６との相対運動に伴い変形するため、この
領域を確保する空間が必要となる。ロッド収納部７の上
記の領域以外の空間は何らかの手段で埋めてしまうこと
もできるが、この場合その形状がＩＩｎで非常に困難と
なる。このため、ロッド収納部７の空間はかなり大きな
容積とならざるを得ない。 吸気時には、ガスが膨張室１４のみならず上記のデッド
スペース内にも流入するため、ガスの吸気量は上記デッ
ドスペースが大きくなるほど増加する。このため、膨張
エンジンの流量、即ち冷凍量全体の流量が増加し周辺の
システム、例えば高圧ガスを送り込む圧縮機が大型化し
ていた。また、吸気量が増加することにより膨張比が小
さくなり、膨張エンジンの性能または効率の悪化の原因
ともなっている。 〔発明の目的〕 本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的
とするところは、ピストンにおけるデッドスペースを非
常に小さくすることができ、且つその構造の簡略化をは
かり得る弁灘構を提供することにある。 〔発明の概要〕 本発明は弁体に当接し押しあける押子を曲線形状のコイ
ルバネの一端に接続し、他端をピストンの先端面に接続
したことを特徴とし、コイルバネの変形による押子のピ
ストンとの相対運動をピストンの外部のみにおいて行う
ようにした弁磯構である。 即ち本発明は、シリンダの端面に設けられた流通口を第
１の弾性体により押圧されて閉塞する弁体と、上記シリ
ンダ内を軸方向に往復動し上記弁体に周期的に近接する
ピストンに第２の弾性体により支持された押子とを備え
、上記押子が上記弁体に当接し該弁体を押し開けること
によって上記流通口を開放し、且つ上記押子が上記弁体
と難れたとき再び該弁体が上記流通口を閉塞することに
よって流体のシリンダ内への流通制御を行う弁機構にお
いて、前記第２の弾性体を円錐状に巻いたコイルバネで
形成し、このコイルバネの上端部を前記押子に取着し、
底端部を前記ピストンの先端面に取着するようにしたも
のである。 〔発明の効果〕 本発明の弁機構によれば、押子とピストンとの相対運動
を略ピストン外部のみにて行うようにしているので、構
造が簡単となり、さらにデッドスペースを非常に小さく
することができる。このため、本発明を膨張エンジンに
使用した場合、周辺システム（特に高圧ガスを送り込む
ための圧縮機）の小型化及び吸気・膨張の効率の向上を
はかり得る。 〔発明の実施例〕 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。 第１図は本発明の一実施例に係わる弁機構の要部構成を
示す平面図、第２図は第１図の矢視Ａ−Ａ断面図である
。第１図に示すようにピストン２）の先端面には押子２
２及びコイルバネ（第２の弾性体）２３が設けられてい
る。押子２２の上面には流体が流れる流通溝２４が設け
られ、中心部には後述する弁体２９に取付けられたロッ
ド３２に当接する受部２５が設けられている。コイルバ
ネ２３はコイル形状が円錐状になるように巻かれており
、その上端部が押子２２に取り付けられ、底端部がピス
トン２）の先端面に駆足されている。第２図は第１図の
矢？Ｊ！Ａ−Ａ断面図であるが、この図からも判るよう
に本実施例では、押子２２の周面に設けた溝２６にコイ
ルバネ２３の上端部をはめ合わせることによって、押子
２２とコイルバネ２３とが結合されている。また、底端
部も同様に、ピストン２）の先端面の周面に設けられた
溝２７にはめ合わせて結合されている。 なお、ピストン２）の先端面の中央部には、押子２２が
移動時に入り込めるような凹部２８が設けられている。 押子２２はピストン２）へ近づく方向へ移動するように
なるが、その最大変位】は凹部２８の深さによって決ま
る。本実施例では、この深さは押子２２が最大変位に達
したとき、コイルバネ２３が同一平面上の螺旋形状とな
るように設定されている。また、このときコイルバネ２
３の線材は互いに非接触状態になるものとなっている。 第３図は本実施例の弁機構全体をヘリウム冷凍機用膨張
エンジンに用いた場合を示す断面図である。弁体２９の
構成は従来と同様で板バネ（第１の弾性体）３０によっ
て支持されているが、異なる点は弁体２９にブツシュロ
ッド３２が取付けられた点である。 次に、上記実施例の動作について説明する。 ピストン２）はシリンダ３５内を軸方向に往復動するが
、弁体２９に接近すると押子２２は受部２４にてブツシ
ュロッド３２に当接する。ピストン２）がさらに下死点
に向かって移動すると、押子２２はブツシュロッド３２
に当接したまま静止状態となるので、コイルバネ２３が
変形し、凹部２８に入り込むようにピストン２）と相対
的に移動する。ピストン２）が下死点直前にまで移動す
ると、押子２２は最大変位まで達し、凹部２８の底面に
接触する。また、コイルバネ２３は同一平面上の螺旋形
状にまで変形する。第３図はこのときの状態を示した因
である。 次いで、ピストン２）が下死点に達すると、押子２２は
凹部２８の底に押され、ブツシュロッド３２を押し下げ
るので弁体２９は吸入口３６を開放することになる。こ
れにより、ガスは吸入口３６、流通溝２４を通りシリン
ダ３５の膨張室内へ流入し、圧力作用によりピストン２
）を上死点に向って移動させる。このとき、コイルバネ
２３からなるバネ系のバネ力が弁体２９のバネ系よりも
大きくなるように設定しておけば、弁体２９は開いたま
ま先に押子２２の方がコイルバネ２３のバネ力により元
の状態に戻ろうとする。この状態にするには、例えばコ
イルバネ２３からなるバネ系のバネ定数を弁体２９のバ
ネ系よりも大きくすればよい。また、コイルバネ２３側
のバネ系のバネ定数が逆に小さいときには、このバネ系
の変位を大きくとってやれば、弁体２９のバネ系のバネ
力よりも大きく設定できる。このため、弁体２９はピス
トン２）が上死点に移動してもしばらくは開いたままで
、押子２２が元の状態になりブツシュロッド３２と離れ
たとき、或いはその直前で弁体２９は再び吸入口３６を
閉塞する。このように本実施例はガスの流入制御を行い
、ピストン２）が往復動することによって自助的にガス
の流入制御が繰り返される。 ここで、デッドスペースはピストン２）が下死点に達し
たときに、シリンダ３５内に存在する空間である。本実
施例によれば、第３図からもわかるように、デッドスペ
ースが非常に小さくなっている。これは、コイルバネ２
３の変形及び押子２２のピストン２）との相対移動を略
ピストン２）の外部のみ、即ちシリンダ３５内の膨張室
にて行わせるようにしたためである。従って、流」増加
を防ぐことができ、膨張エンジンにおいては性能および
効率の悪化となる原因をとり除くことができる。 このように本実施例によれば、シリンダ３５内のデッド
スペースを極めて少なくすることができ、膨張エンジン
の性能及び効率の向上をはかり得る。 また、押子２２とピストン２）の先端面をコイルバネ２
３で接続した構成になっているため、この部分の構造が
非常に簡単となり、部品点数減少から信頼性も向上する
。また、コイルバネ２３の線材は互いに非接触であるの
で、バネの“カジリ′。 がなくなり、コイルバネ２３の寿命も大きく向上する。 なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば第４図に示すように、押子２２の下部に先端
に止め８Ｉ１４１を備えたストッパ４２を設けてもよい
。この場合、ストッパ４２が変位する空間４３がデッド
スペースとなるものの、実用上この空間４３の容積は従
来に比して僅かな量である。固定体４４で止め部４１を
止めることにより、押子２２の変位は一定値に規制され
、コイルバネ２３の形状誤差が要因となる押子２２の変
位量のバラツキをなくすことができる。 また、実施例ではブツシュロッド３２を弁体２９側に設
けたが、押子２２側に設けてもよい。 但し、弁体２９測に設けた方が接触点がコイルバネ２３
の近傍になるため、押子２２．コイルバネ２３の軸に対
する直角方向のぶれが少なくなり、より安定した動作が
できる利点がある。また、コイルバネの個数やバネ定数
等は、仕様に応じて適宜変更可能である。その他、本発
明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施するこ
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わる弁Ｒ溝の要部構成を
示す平面図、第２図は第１図の矢視Ａ−八へ面図、第３
図は本実施例を膨張エンジンに組み込んだ場合を示す断
面図、第４図は他の実施例の要部構成を示す断面図、第
５図及び第６図はそれぞれ従来例を示す断面図である。 ２）・・・ピストン、２２・・・押子、２３・・・コイ
ルバネ（第２の弾性体）、２９・・・弁体、３０・・・
板バネ（第１の弾性体）、３２・・・ブツシュロッド、
３５・・・シリンダ、３６・・・吸入口。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１回　　　第２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリンダの端面に設けられた流通口を第１の弾性
   体により押圧されて閉塞する弁体と、上記シリンダ内を
   軸方向に往復動し上記弁体に周期的に近接するピストン
   に第２の弾性体により支持された押子とを備え、上記押
   子が上記弁体に当接し該弁体を押し開けることによつて
   上記流通口を開放し、且つ上記押子が上記弁体と離れた
   とき再び該弁体が上記流通口を閉塞することによつて流
   体のシリンダ内への流通制御を行う弁機構において、前
   記第２の弾性体は円錐状に巻かれたコイルバネで形成さ
   れ、このコイルバネの上端部は前記押子に取付けられ、
   底端部は前記ピストンの先端面に取付けられたものであ
   ることを特徴とする弁機構。
2. （２）前記第２の弾性体としてのコイルバネは、最大変
   形時に同一平面上の螺旋形状となり、線材同士が非接触
   に維持されることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の弁機構。
3. （３）前記第２の弾性体としてのコイルバネのバネ定数
   は、前記第１の弾性体としての板バネのバネ定数より大
   きく設定されていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の弁機構。