JP6580450B2 - 弁構造、無潤滑リニア圧縮機、および極低温冷凍機 - Google Patents

Description

本発明は、弁付き無潤滑リニア圧縮機の弁構造およびそれを有する無潤滑リニア圧縮機に関する。また、本発明は、そうした無潤滑リニア圧縮機を有する極低温冷凍機に関する。

極低温冷凍機に無潤滑リニア圧縮機を適用する試みが提案されている。

特開平６−２６４５８号公報

無潤滑リニア圧縮機は、その内部に弁を有しうる。こうした弁には、弁体の移動量を制限するストッパが設けられていてもよい。しかし、弁体の移動量が制限されれば、弁を流れるガス流量が小さくなるからリニア圧縮機が吐出するガス流量も低下しうる。また、ストッパへの弁体の衝突は異音を発生させうる。このように、ストッパをもつ弁を有する無潤滑リニア圧縮機には性能上改良の余地がある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、改良された弁構造、それを有する弁付き無潤滑リニア圧縮機、およびそれを有する極低温冷凍機を提供することにある。

本発明のある態様によると、弁付き無潤滑リニア圧縮機の弁構造が提供される。弁構造は、第１ガス室を第２ガス室に接続する弁孔を有する弁孔部と、前記弁孔部から側方に延在する弁体支持壁部と、を備える弁座部と、前記弁孔を覆うよう前記弁孔部に沿って配設された第１弾性板状部分と、前記第１弾性板状部分から延在し前記弁体支持壁部に沿って配設された第２弾性板状部分と、を備え、前記第１ガス室と前記第２ガス室との圧力差によって前記弁孔を開くよう前記第１弾性板状部分が前記第２弾性板状部分に対し弾性変形可能である弾性弁体部材と、前記弾性弁体部材とともに弾性変形するよう前記第２弾性板状部分に沿って配設された弾性押さえ部材であって、前記第１弾性板状部分を露出するよう定められた平面形状を有する弾性押さえ部材と、を備える。

本発明のある態様によると、上記の弁構造を備える無潤滑リニア圧縮機が提供される。

本発明のある態様によると、上記の無潤滑リニア圧縮機を備える極低温冷凍機が提供される。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、改良された弁構造、それを有する弁付き無潤滑リニア圧縮機、およびそれを有する極低温冷凍機を提供することができる。

本発明のある実施形態に係る極低温冷凍機を示す模式図である。 図１に示すリニア圧縮機を概略的に示す断面図である。 本発明のある実施形態に係る弁付き無潤滑リニア圧縮機の弁構造を概略的に示す断面図である。 図３に示す弾性弁体部材を概略的に示す平面図である。 図３に示す弾性押さえ部材を概略的に示す平面図である。 図３に示す弁構造を概略的に示す上面図である。 ストッパを有するリード弁の一部を概略的に示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係る弁付き無潤滑リニア圧縮機の弁構造を概略的に示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係る弁付き無潤滑リニア圧縮機の弁構造を概略的に示す断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。

図１は、本発明のある実施形態に係る極低温冷凍機１００を示す模式図である。極低温冷凍機１００は、リニア圧縮機１０及び膨張機１０２を備える。膨張機１０２は例えば、ギフォード・マクマホン式の膨張機であり、その場合、極低温冷凍機１００は、ギフォード・マクマホン式の冷凍機である。

リニア圧縮機１０の吐出口が高圧配管１０４を通じて膨張機１０２に接続されている。また、リニア圧縮機１０の吸入口が低圧配管１０６を通じて膨張機１０２に接続されている。高圧作動ガス３６はリニア圧縮機１０から高圧配管１０４を通じて膨張機１０２に供給される。膨張機１０２における高圧作動ガス３６の断熱膨張によって、膨張機１０２は寒冷を発生させる。低圧作動ガス３４は膨張機１０２から低圧配管１０６を通じてリニア圧縮機１０に回収される。リニア圧縮機１０は、低圧作動ガス３４を圧縮し高圧作動ガス３６として再び膨張機１０２に供給する。作動ガスは例えばヘリウムガスである。

図２は、図１に示すリニア圧縮機１０を概略的に示す断面図である。リニア圧縮機１０は、圧縮機筐体１２、圧縮機容器１４、ピストン１６、シリンダ１８、リニアアクチュエータ２０、及び、板バネユニット２２を備える。リニア圧縮機１０には、単一のピストン１６とこれを受け入れる単一のシリンダ１８とが設けられている。リニア圧縮機１０は、可動要素の潤滑にオイルを使用しない無潤滑リニア圧縮機（オイルレスリニア圧縮機ともいう）として構成されている。

圧縮機筐体１２は、圧縮機容器１４を収容する。圧縮機筐体１２と圧縮機容器１４との間には、圧縮機容器１４の振動の外部への伝達を防止または軽減するための動吸振器２４が設けられている。圧縮機筐体１２は、動吸振器２４を覆うカバー部材であってもよい。

圧縮機容器１４は、リニア圧縮機１０の作動ガスを気密に保持するよう構成されている圧力容器である。圧縮機容器１４は、ピストン１６、シリンダ１８、リニアアクチュエータ２０、及び、板バネユニット２２を収容する。

圧縮機容器１４はその内部に作動ガスの高圧室２６及び低圧室２８を有する。高圧室２６には吐出管３０が接続され、低圧室２８には吸入管３２が接続されている。吐出管３０は、圧縮機筐体１２及び圧縮機容器１４を貫通して高圧室２６をリニア圧縮機１０の外部に接続する。吸入管３２は、圧縮機筐体１２及び圧縮機容器１４を貫通して低圧室２８をリニア圧縮機１０の外部に接続する。従って、低圧作動ガス３４がリニア圧縮機１０の外部から吸入管３２を通じて低圧室２８に回収される。また、高圧作動ガス３６が高圧室２６から吐出管３０を通じてリニア圧縮機１０の外部に供給される。

なお、圧縮機容器１４とともに、または圧縮機容器１４に代えて、圧縮機筐体１２がリニア圧縮機１０の作動ガスを気密に保持する圧力容器として構成されていてもよい。

ピストン１６は、圧縮機容器１４の内部において高圧室２６と低圧室２８とを仕切る可動体である。高圧室２６は、加圧室３８及び吐出室４０を含む。加圧室３８は、ピストン１６とシリンダ１８との間に形成される。吐出室４０はシリンダ１８内に形成されている。吐出管３０は吐出室４０に接続されている。

リニア圧縮機１０は、弁付きリニア圧縮機として構成されている。ピストン１６には、低圧室２８から高圧室２６に低圧作動ガス３４を供給するための吸気弁４２が設けられている。吸気弁４２は、高圧室２６と低圧室２８との圧力差によって開閉される。当該圧力差が所定のしきい値を超えるとき吸気弁４２は開かれ、当該しきい値を下回るとき閉まる。シリンダ１８には、加圧室３８から吐出室４０に高圧作動ガス３６を吐出するための吐出弁４４が設けられている。吐出弁４４は、加圧室３８と吐出室４０との圧力差によって開閉される。当該圧力差が所定のしきい値を超えるとき吐出弁４４は開かれ、当該しきい値を下回るとき閉まる。吸気弁４２及び吐出弁４４は、例えば、リード弁の形式をとる。

ピストン１６は、軸方向（図２において上下方向）に延在する中空の円筒部材である。ピストン１６は、加圧室３８に面するピストン先端部４６と、軸方向に加圧室３８と反対側に向けてピストン先端部４６から延在するピストン本体部４８と、を備える。ピストン先端部４６には第１ピストン凹部５０が形成され、ピストン本体部４８には第２ピストン凹部５２が形成されている。第１ピストン凹部５０はピストン先端部４６の中空部分であり加圧室３８の一部を形成する。第２ピストン凹部５２はピストン本体部４８の中空部分であり低圧室２８の一部を形成する。

ピストン先端部４６とピストン本体部４８との間にはピストン仕切部５４が設けられている。ピストン仕切部５４は、第１ピストン凹部５０と第２ピストン凹部５２とを仕切る壁である。ピストン仕切部５４の中心にはピストン連通孔５６が形成されている。ピストン連通孔５６は、第１ピストン凹部５０と第２ピストン凹部５２とを連通する。吸気弁４２は、第１ピストン凹部５０に収容されている。吸気弁４２は、第１ピストン凹部５０と第２ピストン凹部５２との圧力差によってピストン連通孔５６を開閉するよう構成されている。

ピストン１６は、板バネユニット２２によって軸方向に往復運動可能（例えば振動可能）に圧縮機容器１４に支持されている。板バネユニット２２の径方向内側部分は、ピストン１６を周方向に囲むようにピストン本体部４８の基端部に取り付けられている。板バネユニット２２の径方向外側部分は、圧縮機容器１４に取り付けられている。

また、ピストン１６は、リニアアクチュエータ２０によって駆動されるピストン駆動部４９を備える。ピストン駆動部４９はピストン本体部４８に取り付けられている。

シリンダ１８は、ピストン１６を受け入れるよう軸方向に延在する中空の円筒部材である。シリンダ１８は、圧縮機容器１４に固定的に支持されている。シリンダ１８は、圧縮機容器１４に固定されるシリンダ固定端部５８と、シリンダ固定端部５８からピストン１６に向けて軸方向に延在するシリンダ本体部６０と、を備える。シリンダ固定端部５８内に吐出室４０が形成されている。シリンダ本体部６０は、ピストン１６を軸方向に摺動可能に支持するシリンダ内面６２を有する。シリンダ固定端部５８とシリンダ本体部６０との間にはシリンダ仕切部６４が設けられている。シリンダ仕切部６４の中心にはシリンダ連通孔６６が形成されている。シリンダ連通孔６６は、吐出室４０と加圧室３８とを連通する。吐出弁４４は、吐出室４０に収容され、吐出室４０と加圧室３８との圧力差によってシリンダ連通孔６６を開閉するよう構成されている。

リニアアクチュエータ２０は、ピストン１６の軸方向往復運動を駆動するよう構成されている。リニアアクチュエータ２０の駆動により、ピストン１６は軸方向の前進及び後退を周期的に繰り返す。ピストン１６の前進は図２において上向きであり、ピストン１６の後退は図２において下向きである。リニアアクチュエータ２０は、例えば、ピストン１６を軸方向に振動させるリニア振動アクチュエータである。

板バネユニット２２は、ピストン１６の軸方向往復運動を許容し、ピストン１６の径方向及び周方向への移動を規制する軸受である。板バネユニット２２は、複数の板バネ２３を備える。複数の板バネ２３は、軸方向に直列に配列されており、例えば少なくとも１０枚の板バネ２３を含む。複数の板バネ２３は、各板バネ２３がピストン１６の軸方向往復運動を可能とするようにピストン１６を圧縮機容器１４に弾性的に支持する。各板バネ２３は、軸方向に垂直な平面に沿って延在する。板バネ２３はフレクシャバネとも呼ばれ、ピストン１６の往復移動方向に柔軟であり、往復移動方向に垂直な方向に剛である。

複数の板バネ２３は、軸方向に間隔を空けて互いに隣接して配置されている。各板バネ２３は、互いに接触しない程度に軸方向に間隔を空けて配列されている。例えば、軸方向に隣接する２つの板バネ２３の間隔は、ピストン１６の往復移動による弾性変形によってそれら２つの板バネ２３が互いに接触しないように定められている。適正な間隔を保持するために、２つの板バネ２３の間にスペーサまたは押さえ部材が設けられていてもよい。

このようにして、質量要素としてピストン１６を有し、弾性要素として板バネユニット２２を有する軸方向の振動系が構築されている。この振動系は、例えば板バネユニット２２の各板バネ２３の軸方向剛性を適切に設定することによって、所望の共振周波数が与えられるよう設計される。振動系は、リニアアクチュエータ２０によって駆動される。

ピストン１６の設計上の軸方向可動域は、高圧室２６（例えば加圧室３８）に所望の容積変化のサイクルを与えるよう定められる。ピストン１６の軸方向可動域は、例えば、ピストン１６が前進するとき上死点においてピストン１６（例えばピストン先端部４６）がシリンダ１８の対向部分（例えばシリンダ仕切部６４）に当接し又は接触し、ピストン１６が後退するとき下死点においてピストン１６の先端面がシリンダ１８の対向部分との間に所定の距離だけ隔てられるよう定められてもよい。あるいは、軸方向可動域は、ピストン１６の先端面が上死点においてシリンダ１８の対向部分に接触せずにある距離離れるよう定められてもよい。

ここで、リニア圧縮機１０の基本的な動作を説明する。上述のように低圧作動ガス３４がリニア圧縮機１０の外部から吸入管３２を通じて低圧室２８に回収される。ピストン１６が下死点またはその近傍を移動しているとき、吸気弁４２は開放され吐出弁４４は閉鎖されている。低圧作動ガス３４は第２ピストン凹部５２からピストン連通孔５６を通じて加圧室３８に供給される。ピストン１６が下死点から上死点へと前進するとき吸気弁４２は閉鎖され、加圧室３８及び吐出室４０の作動ガスは圧縮され昇圧される。

ピストン１６が上死点またはその近傍を移動しているとき吐出弁４４が開放され、高圧作動ガス３６が吐出室４０から吐出管３０を通じてリニア圧縮機１０の外部に供給される。ピストン１６が上死点から下死点へと後退するとき吐出弁４４は閉鎖され、加圧室３８及び吐出室４０の作動ガスは膨張され減圧される。ピストン１６が下死点またはその近傍まで戻ったとき吸気弁４２は開放され、低圧作動ガス３４が再び加圧室３８に供給される。こうしてリニア圧縮機１０における圧縮サイクルが繰り返される。

図３は、本発明のある実施形態に係る弁付き無潤滑リニア圧縮機の弁構造７０を概略的に示す断面図である。弁構造７０は、弁孔７２を有する弁座部７４、弾性弁体部材７６、弾性押さえ部材７８、及び固定部材８０を備える。弁構造７０は、第１ガス室８２と第２ガス室８４との間に配置されている。弁孔７２を通じて第１ガス室８２は第２ガス室８４に連通される。弁構造７０が閉鎖されているとき、弁構造７０は、第１ガス室８２を第２ガス室８４から仕切る。弁構造７０は、弁孔７２を通じた第１ガス室８２と第２ガス室８４との間の作動ガス流れを遮断する。一方、弁構造７０が開放されているとき、弁構造７０は、第１ガス室８２を第２ガス室８４に連通する。弁構造７０は、弁孔７２を通じた第１ガス室８２と第２ガス室８４との間の作動ガス流れを許容する。

弁構造７０は、上述の吸気弁４２であってもよい。その場合、弁孔７２及び弁座部７４はそれぞれ、図２に示すピストン連通孔５６及びピストン仕切部５４に相当する。第１ガス室８２及び第２ガス室８４はそれぞれ、高圧室２６及び低圧室２８に相当する。あるいは、弁構造７０は、上述の吐出弁４４であってもよい。その場合、弁孔７２及び弁座部７４はそれぞれ、図２に示すシリンダ連通孔６６及びシリンダ仕切部６４に相当する。第１ガス室８２及び第２ガス室８４はそれぞれ、吐出室４０及び加圧室３８に相当する。

弁座部７４は、弁孔７２を有する弁孔部７４ａと、弁孔部７４ａから側方に延在する弁体支持壁部７４ｂと、を備える。弁孔部７４ａは、弁孔７２を定める弁座部７４の一部分であり、弁体支持壁部７４ｂは、弁孔７２を有しない弁座部７４の他の一部分である。その意味で、弁孔部７４ａ及び弁体支持壁部７４ｂはそれぞれ、弁座部７４の有孔壁部及び無孔壁部とも呼べる。

弁座部７４は、軸方向（図３においても図２と同様に上下方向）に垂直な面に沿って平坦に延びている。弁体支持壁部７４ｂは、この平坦面を弁孔部７４ａとともに形成するよう弁孔部７４ａに連続している。例えば、弁座部７４が円板形状を有する場合、弁孔部７４ａがその円板の片側の半円領域（または、扇形状または弓形状の領域）を占め、弁体支持壁部７４ｂが反対側の半円領域（または、扇形状または弓形状の領域）を占めてもよい。

弾性弁体部材７６は、第１弾性板状部分７６ａ及び第２弾性板状部分７６ｂを備える。第１弾性板状部分７６ａは、弁孔７２を覆うよう弁孔部７４ａに沿って配設されている。第２弾性板状部分７６ｂは、第１弾性板状部分７６ａから側方に延在し弁体支持壁部７４ｂに沿って配設されている。第１ガス室８２と第２ガス室８４との圧力差によって弁孔７２を開くよう第１弾性板状部分７６ａが第２弾性板状部分７６ｂに対し弾性変形可能である。弾性弁体部材７６は、軸方向に柔軟であり軸方向に垂直な方向に剛である板バネであってもよい。弁孔７２に対する第１弾性板状部分７６ａの相対移動を図３に破線で例示する。弾性弁体部材７６は、弁孔７２を開閉するよう弾性的に変位可能な弁体として働く。

第１弾性板状部分７６ａ及び第２弾性板状部分７６ｂは、相互に連続する一体の部材（すなわち弾性弁体部材７６）を形成する。例えば、弾性弁体部材７６が円板形状を有する場合、第１弾性板状部分７６ａがその円板の片側の半円部分（または、扇形状または弓形状の部分）であり、第２弾性板状部分７６ｂが反対側の半円部分（または、扇形状または弓形状の部分）であってもよい。また、弾性弁体部材７６は、第１弾性板状部分７６ａと第２弾性板状部分７６ｂとの間に位置するスリット７６ｃを有する。

弾性押さえ部材７８は、弾性弁体部材７６とともに弾性変形するよう第２弾性板状部分７６ｂに沿って配設されている。弾性押さえ部材７８は、第１弾性板状部分７６ａを露出するよう定められた平面形状を有する。こうして、弾性押さえ部材７８は、弁座部７４の弁体支持壁部７４ｂ（すなわち無孔壁部）に対応する場所に位置決めされている。弾性押さえ部材７８は、弁孔部７４ａの上方には存在せず、第１弾性板状部分７６ａの軸方向上方の空間は開放されている。

弾性押さえ部材７８は、弾性弁体部材７６と同じ厚さを有してもよい。あるいは、弾性押さえ部材７８は、弾性弁体部材７６と異なる厚さを有してもよい。弾性押さえ部材７８の厚さを調整することにより、弾性押さえ部材７８の軸方向剛性を調整することができる。

弾性弁体部材７６の一方の表面は弁座部７４に接触し、弾性弁体部材７６の他方の表面は弾性押さえ部材７８に接触する。より具体的には、第１弾性板状部分７６ａは一方の表面が弁孔部７４ａに接触し、他方の表面に接触する部材はない。第２弾性板状部分７６ｂは一方の表面が弁体支持壁部７４ｂに接触し、他方の表面が弾性押さえ部材７８に接触する。

なお、必要に応じて、弾性弁体部材７６と弁座部７４との間に、何らかの板状またはフィルム状の部材が介在してもよい。また、弾性弁体部材７６と弾性押さえ部材７８との間に、何らかの板状またはフィルム状の部材が介在してもよい。

固定部材８０は、弾性弁体部材７６を弾性押さえ部材７８と弁座部７４との間に挟み込むようにして、弾性弁体部材７６及び弾性押さえ部材７８を弁座部７４に固定する。固定部材８０は、例えばボルト等の締結部材であってもよい。弁座部７４、弾性弁体部材７６、弾性押さえ部材７８はそれぞれ、固定部材８０が貫通する貫通穴（例えばボルト穴）を有してもよい。

図４は、図３に示す弾性弁体部材７６を概略的に示す平面図である。弾性弁体部材７６は、第１弾性板状部分７６ａ及び第２弾性板状部分７６ｂに加えて、支点部７６ｄ及び接続部７６ｅを備える。支点部７６ｄは、第１弾性板状部分７６ａからスリット７６ｃにより分離されている。スリット７６ｃは、円弧状スリットであり、支点部７６ｄを部分的に囲む。接続部７６ｅは、スリット７６ｃと反対側へ支点部７６ｄから径方向に延在する。接続部７６ｅは、支点部７６ｄを第２弾性板状部分７６ｂに接続する。第２弾性板状部分７６ｂは、周方向に第１弾性板状部分７６ａと連続している。円弧状スリットの中心角は１８０度より大きいので、接続部７６ｅの中心角は１８０度より小さい。これに対応して、第１弾性板状部分７６ａは１８０度より大きい中心角を有する扇形形状を有し、第２弾性板状部分７６ｂは１８０度より小さい中心角を有する扇形形状を有する。

支点部７６ｄは、弾性弁体部材７６の中心に位置する。支点部７６ｄはその中心に、固定部材８０が貫通する貫通穴７６ｆを有する。従って支点部７６ｄは貫通穴７６ｆを囲む円環形状を有する。支点部７６ｄは、上述の固定部材８０によって弁体支持壁部７４ｂに固定される。

図５は、図３に示す弾性押さえ部材７８を概略的に示す平面図である。弾性押さえ部材７８は、弾性弁体部材７６の一部分と平面視にて同一形状を有する。弾性押さえ部材７８は、弾性板状部分７８ｂ、支点部７８ｄ、及び接続部７８ｅを備えており、これらはそれぞれ弾性弁体部材７６の第２弾性板状部分７６ｂ、支点部７６ｄ、及び接続部７８ｅと平面視にて同様の形状を有する。また、弾性押さえ部材７８は、弾性弁体部材７６のスリット７６ｃ両端に相当する切り欠き７８ｃと、弾性弁体部材７６の貫通穴７６ｆに相当する貫通穴７８ｆと、を有する。弾性押さえ部材７８の支点部７８ｄは、上述の固定部材８０によって弾性弁体部材７６の支点部７６ｄとともに弁体支持壁部７４ｂに固定される。

図６は、図３に示す弁構造７０を概略的に示す上面図である。したがって、図６には、弾性弁体部材７６、弾性押さえ部材７８、及び、固定部材８０が示されている。また、図６には、理解を助けるために、弁孔７２を破線で示す。この例では弁構造７０は３つの弁孔７２を有する。

図３及び図６からわかるように、第１弾性板状部分７６ａはこれら弁孔７２を覆うよう配置され、第２弾性板状部分７６ｂは弁孔７２のない領域に配置されている。弾性押さえ部材７８は弾性弁体部材７６の上に重ね合わされており、第２弾性板状部分７６ｂと同様に弁孔７２のない領域に配置されている。固定部材８０は、弾性弁体部材７６及び弾性押さえ部材７８を固定する。

上述の構成を有する弁構造７０の動作を説明する。弁構造７０は、第１ガス室８２と第２ガス室８４との圧力差によって開閉される。第１ガス室８２の圧力が第２ガス室８４の圧力に対し増加して二室間の圧力差が所定のしきい値を超えるとき、第１弾性板状部分７６ａが第２弾性板状部分７６ｂに対し弾性的に変位する（図３の矢印Ｄ）。第１弾性板状部分７６ａが弁孔部７４ａから離れる。その結果、弁孔７２を通じて第２ガス室８４から第１ガス室８２に作動ガスが流入する（図３の矢印Ｇ）。こうして弁構造７０が開く。

その後、二室間の圧力差が所定のしきい値を下回るとき、第１弾性板状部分７６ａは復元力により初期位置に戻る（図３の矢印Ｅ）。第１弾性板状部分７６ａは弁孔部７４ａに再び接触する。第２ガス室８４から第１ガス室８２への作動ガス流入は遮断される。こうして弁構造７０は閉じる。

図７は、ストッパ８６を有するリード弁の一部を概略的に示す断面図である。ストッパ８６はその先端部が弁孔８８から軸方向に離れて配設されている。リード弁体９０は弁孔８８を覆うようにストッパ８６から離れている。破線で図示するように、リード弁体９０が弁孔８８を開くとき、リード弁体９０の軸方向移動はストッパ８６によって規制される。リード弁体９０のリフト量が制限されるので、弁を流れるガス流量が比較的小さくなる。そのため、リニア圧縮機が吐出するガス流量も低下しうる。また、ストッパ８６へのリード弁体９０の衝突は異音を発生させうる。

ところが、図１から図６を参照して説明した実施形態によると、第１弾性板状部分７６ａの軸方向上方が開放されており、弁構造７０は、弾性弁体部材７６の移動を制限するストッパを有しない。そのため、弾性弁体部材７６のリフト量を比較的大きくすることができる。弁構造７０を流れるガス流量が増加され、リニア圧縮機１０が吐出するガス流量も大きくなる。また、ストッパが無いことにより、弁構造７０の開閉による衝突音も低減される。

第１弾性板状部分７６ａが軸方向に弾性的に変位するとき第２弾性板状部分７６ｂも弾性的に変形する。弾性押さえ部材７８は、第２弾性板状部分７６ｂの弾性変形に追従する。このように弾性押さえ部材７８が弾性弁体部材７６と一体に変形することより、弾性押さえ部材７８が無い場合に比べて、弾性弁体部材７６の弾性変形時の応力を緩和することができる。例えば、接続部７６ｅ及び第２弾性板状部分７６ｂにおける応力集中が緩和される。したがって、弾性弁体部材７６の耐用寿命を延ばすことができる。

加えて、弾性弁体部材７６の平面形状は、リフト量の拡大に寄与する。第１弾性板状部分７６ａが支点部７６ｄからスリット７６ｃにより分離され、第１弾性板状部分７６ａは第２弾性板状部分７６ｂ及び接続部７６ｅによって支点部７６ｄに接続されている。また、支点部７６ｄが弾性弁体部材７６の中心に位置する。こうして、弾性弁体部材７６のバネ長を長くすることができる。よって、大きなリフト量を実現する弁構造７０が提供される。

図８は、本発明の他の実施形態に係る弁付き無潤滑リニア圧縮機の弁構造７０を概略的に示す断面図である。図示されるように、弾性弁体部材７６は、フッ素樹脂層９２を備える。弾性弁体部材７６の弁座部７４との接触面がフッ素樹脂層９２で被覆されている。なお弾性弁体部材７６の両面がフッ素樹脂層９２で被覆されていてもよい。フッ素樹脂層９２は例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）で形成されている。このようにすれば、弾性弁体部材７６と弁座部７４との衝突音を低減することができる。また、弁構造７０の閉弁中のシール性、つまり弾性弁体部材７６による弁孔７２の密閉性も向上される。

図９は、本発明の他の実施形態に係る弁付き無潤滑リニア圧縮機の弁構造７０を概略的に示す断面図である。弁構造７０は、弁座部７４と弾性弁体部材７６との間に配置されたフッ素樹脂部材９４を備える。フッ素樹脂部材９４は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のようなフッ素樹脂で形成されたフィルム、シート、または板であってもよい。フッ素樹脂部材９４は、弁座部７４に沿って配設されている。フッ素樹脂部材９４の一方の表面は弁座部７４に接触し、フッ素樹脂部材９４の他方の表面は弾性弁体部材７６に接触する。

フッ素樹脂部材９４は、開口部９６を有することを除いて、弾性弁体部材７６と同様の平面形状を有する。開口部９６は、弁孔７２に対応する場所に形成されている。よって、作動ガスは弁孔７２及び開口部９６を通る。開口部９６は、穴、スリット、またはその他の開口部であってもよい。

フッ素樹脂部材９４は、弾性弁体部材７６と同じ厚さを有してもよい。あるいは、フッ素樹脂部材９４は、弾性弁体部材７６と異なる厚さを有してもよい。このようにして、フッ素樹脂部材９４は、図８に示すフッ素樹脂層９２と比べて、厚くすることができる。これは、弾性弁体部材７６と弁座部７４との衝突音の低減に役立つ。

開口部９６は、弁孔７２と同じ形状の穴であってもよい。開口部９６は、弁孔７２と異なる形状の穴であってもよい。例えば、開口部９６は、弁孔７２より小さい穴であってもよい。フッ素樹脂部材９４が軸方向に柔軟性を有する場合には、弁孔７２を通る作動ガスとの相互作用により、フッ素樹脂部材９４を軸方向にいくらか持ち上げることができる。これもまた、弁構造７０の開閉時の異音低減に役立ちうる。

以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。

１０ リニア圧縮機、 ７０ 弁構造、 ７２ 弁孔、 ７４ 弁座部、 ７４ａ 弁孔部、 ７４ｂ 弁体支持壁部、 ７６ 弾性弁体部材、 ７６ａ 第１弾性板状部分、 ７６ｂ 第２弾性板状部分、 ７６ｃ スリット、 ７６ｄ 支点部、 ７６ｅ 接続部、 ７８ 弾性押さえ部材、 ７８ｂ 弾性板状部分、 ７８ｄ 支点部、 ７８ｅ 接続部、 ８２ 第１ガス室、 ８４ 第２ガス室、 ８８ 弁孔、 ９２ フッ素樹脂層、 ９４ フッ素樹脂部材、 ９６ 開口部、 １００ 極低温冷凍機。

Claims (7)

1. 弁付き無潤滑リニア圧縮機の弁構造であって、
   第１ガス室を第２ガス室に接続する弁孔を有する弁孔部と、前記弁孔部から側方に延在する弁体支持壁部と、を備える弁座部と、
   前記弁体支持壁部に固定された弁体部材支点部と、スリットによって前記弁体部材支点部から分離され、前記弁孔を覆うよう前記弁孔部に沿って配設された第１弾性板状部分と、前記スリットとは反対側で前記弁体部材支点部から前記第１弾性板状部分に延在し前記弁体支持壁部に沿って配設された第２弾性板状部分と、を備え、前記第１ガス室と前記第２ガス室との圧力差によって前記弁孔を開くよう前記第１弾性板状部分が前記第２弾性板状部分に対し弾性変形可能である弾性弁体部材と、
   前記弁体部材支点部とともに前記弁体支持壁部に固定された押さえ部材支点部と、前記押さえ部材支点部から前記スリットとは反対側に延在し、前記弾性弁体部材とともに弾性変形するよう前記第２弾性板状部分に沿って配設された弾性板状部分と、を備え、前記弾性板状部分が前記第１弾性板状部分を露出するよう定められた平面形状を有する弾性押さえ部材と、を備え、
   前記弾性押さえ部材の弾性板状部分と前記弾性弁体部材の前記第２弾性板状部分は、前記弾性押さえ部材の弾性板状部分が前記弾性弁体部材の前記第２弾性板状部分に重ね合わされるように、ともに扇形状であることを特徴とする弁構造。
2. 前記弾性弁体部材は、フッ素樹脂層で被覆されていることを特徴とする請求項１に記載の弁構造。
3. 前記弁座部と前記弾性弁体部材との間に配置され、前記弁座部に沿って配設されたフッ素樹脂部材をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の弁構造。
4. 前記フッ素樹脂部材は、前記弁孔に対応する場所に開口部を有することを特徴とする請求項３に記載の弁構造。
5. 前記弾性弁体部材は、円板状であり、前記スリットおよび前記第１弾性板状部分はそれぞれ、１８０度より大きい中心角の円弧状および扇形状であり、前記第２弾性板状部分および前記弾性押さえ部材の弾性板状部分はともに、１８０度より小さい中心角の扇形状であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の弁構造。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の弁構造を備えることを特徴とする無潤滑リニア圧縮機。
7. 請求項６に記載の無潤滑リニア圧縮機を備えることを特徴とする極低温冷凍機。

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