【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、一般に、ガス膨張装置に使用するバルブに関し、特に、低温のガス膨張装置に使用される場合に、非常に低い膨張排気温度で有効に作動することができる独特の排気バルブに関する。 【０００２】 【従来の技術】ガス膨張装置は、すでに公知であり、その膨張容積部で、またはその近くの空間的な領域で非常に低い温度を達成するために、低温の適用において長年にわたって使用されている。 このような目的のために、
特に有効な装置は、例えば、米国特許第４，８６２，６
９２号に開示されている。 【０００３】このような低温装置における排気バルブは、非常に低い温度、例えば、約５°Ｋから約３°Ｋの範囲の温度で作動しなければならない。 このような低温において、従来のバルブ構造は、時間が経過するにつれて不十分で信頼性に欠ける動作を行う傾向があった。 さらに、従来の低温のバルブ構造は、低温の領域に熱の漏れ通路を形成する複雑な機械的な作動装置を必要とする。 例えば、このような低温において、バルブ部品の間の金属と金属との接触を必要とするバルブは、その金属部品間に比較的に早い摩耗及びこすれ合いを生じる傾向がある。 ガス膨張装置の膨張容積部で発生する低い温度で、より信頼性を有するように作動し、低損失の低温ソレノイドオペレータと両立し得る改良された排気バルブを提供することが望ましい。 【０００４】 【課題を解決するための手段】本発明によれば、可動なバルブ部材を利用する排気バルブは、金属製のバルブディスク・エレメントと非線形ばねである金属製ばねエレメントとを有し、これらのエレメントは可動なバルブ部材を形成するために一体的に成形されている。 このバルブ部材は、複動低温ソレノイドによって作動され、このソレノイドによって、バルブを閉鎖、開放するように、
固定的に取り付けられたバルブシート・エレメントの非金属製の表面にバルブディスク・エレメントを着座させたり離したりする。 ばねの非線形の性質は、バルブを開放状態に維持するために必要な「開放維持」力を減少させ、従って、低温ソレノイドアクチュエータに使用される開放維持電流によって発生する熱を減少させる。 さらに、バルブアセンブリは、膨張容積部に対して、ガス膨張動作用の装置内に通常必要とされる真空を開放することなくバルブへの接近とサービスを行うことができるように配置される。 【０００５】 【実施例】以下に、本発明を添付図面を参照して詳細に説明する。 【０００６】本発明による排気バルブはガス膨張装置、
特に低温の液体ヘリウムを適用した場合のような極端に低い温度を生じるように設計された装置の膨張容積部で有効に使用することができる。 このような使用のための装置は、例えば前述した米国特許において説明されている。 このような装置の典型的な例図を図１に示すが、この例において、そのガス膨張容積端部、すなわち装置の「冷たい」端部を示す。 これによって分かるように、エキスパンダ、または駆動、ピストン１０は膨張容積部１
２上で円筒形のハウジング１１内で可動である。 【０００７】膨張容積部１２の下端部は、ガス排気出力ライン１５に接続されたガス排気ポート１４を有する円筒形のヘッドアセンブリ１３によって閉鎖されている。
排気バルブ１７は、ばねエレメント１９および外側のリング部分２０と一体に形成されたバルブディスク・エレメント１８を有する。 このバルブディスク・エレメント１８及びばねエレメント１９はシリンダヘッドアセンブリ１３内に配置され、リング２０がスペーサ２１上に載置され、スペーサ２１と１つまたは複数のねじ２３（その内１つを図１に示す）によって所定位置に配置されたクランプリング２２との間に固定されるようになっている。 バルブシート２４が１つまたは複数のねじ２６（その内１つを図１に示す）によって所定位置に保持されるクランプリング２５によってシリンダヘッドに固定されている。 図１に示すバルブ閉鎖位置において、バルブディスク１８は複動低温ソレノイド２８の垂直方向に可動な操作プランジャ２７の上端上に配置されている。 【０００８】作動中、膨張容積部１２は、ピストン１０
がその最下位置、すなわち圧縮位置から移動するにしたがって適当に開口した吸気バルブ（図示せず）を介して高圧のガス、例えばヘリウムで充填され、このバルブは、装置の上方の「暖かい」端部に配置される。 この圧縮ガスは、前述した米国特許からよく理解できるように、例えば吸気バルブを通り、シリンダ１１とピストン１０の外壁との間の間隙、すなわち通路１６を通って供給され、膨張容積部内は高圧を保持する。 【０００９】適当な量の高圧ガスが膨張容積部１２に入ったときに、吸気バルブを閉鎖する。 このピストン１０
は上方に移動し膨張容積部１２と間隙部１６内に形成されたガスが膨張し、その圧力が排気ポート１４及び排気出力ライン１５の排気圧よりわずかに低い水準まで低下する。 【００１０】ピストン１０が最大の上限の膨張位置に達したときに、このような目的のために作動されるソレノイド２８の制御の下にプランジャ２７を上方に運動させることによって膨張容積部１２の圧力と排気ポート１４
との圧力の間の差圧によって付加された力に対抗して排気バルブ１７が開放される。 このような作動によって、
バルブディスク１８はバルブシート２４から持ち上げられる。 バルブディスク１８がこの圧力に対抗して上方に移動するとき、バルブディスクが保持される選択された開放位置まで移動し、それ以上の運動は、以下にさらに詳しく述べるように、クランプリング２２上に取り付けられた、フィンガストップ２９によって制限される。 バルブ１７が開放された後、ソレノイド２８はピストン１
０が下方に移動する間バルブを開放し続ける。 ピストンの運動によって、開放したバルブ１７を通り、排気ポート１４に、したがって排気ライン１５を通って外側に膨張容積部１２内の大部分の膨張したガスを押し出す。 【００１１】その後適当に選択された時間、ピストン１
０が下方に移動し続け、ソレノイド２８をプランジャ２
７が下方に移動するように作動させ、ばね１９の力によって、バルブを閉鎖位置に戻し、その位置でバルブディスク１８がバルブを閉鎖するようにバルブシート２４上に着座する。 ピストン１０はその最下位置まで下方に移動し続け、膨張容積部１２と間隙部１６に残っているガスを、吸気バルブを開放したときに膨張容積部に導入される高圧ガスの圧力に近い圧力にまで圧縮する。 膨張容積部１２内の圧力が上昇するにつれて膨張容積部内１２
内の圧力とバルブディスク１８上に作用する排気ポート内の圧力との間の差圧によって、バルブディスク１８をバルブシート２４に対して確実に押し付け、バルブを通過するガス漏れを防ぐ。 【００１２】上記したように、クランプリング２２は、
各々が非金属製の先端エレメント３０を有する１つまたは複数のフィンガストップ２９を備えている。 このフィンガストップはバルブディスクがバルブを開放するために上方に移動するときに一体に形成されたバルブディスク・エレメントとばねエレメントの上方への移動を制限する。 プランジャ２７の上端の非金属性の先端部エレメント３１はディスクをその開放位置まで上方に移動させるためにディスク１８の下面に接触する。 このディスクエレメントは、上方への非線形のスナップ動作を丁度始めようとする点付近まで移動し、その点からさらに上方への運動はフィンガストップ２９によって阻止される。 【００１３】一体的に形成されるバルブディスク及びばねアセンブリを図２及び３において、さらに詳しく説明する。 その図から分かるように、特に好ましい実施例において、３つのばね要素１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃが形成されている。 図示した実施例において、バルブディスク１８，ばね１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ及び外側リング２０
は、一体的な構造としてアセンブリを形成するために一枚のばね鋼からすべてを切り出すことが好ましい。 このアセンブリは、外側リング２２より下位に配置されたバルブディスク１８とともに熱処理され、バルブをシリンダヘッドアセンブリ１３内で組み立てて配置し、プランジャ２７からディスク上へ上方に向かう接触力がないときはバルブディスク１８がバルブシート２４に対して押し付けられる。 【００１４】ばね１９の半径方向の圧縮特性は、ディスク１８がリング２０の平面上より上方の位置まで移動するときに、非線形のスナップ動作を起こすようになっている。 上述した動作において、ディスクがほぼリング２
０の平面内の位置に到達したときに、バルブディスクはスナップ動作を始め、この平面より上位の位置へ移動しようとする。 バルブディスクが、ほぼリング２０の平面内の位置に到達したときに、フィンガストップ２９はバルブディスクがさらに上方へ運動するのを阻止する。 上記の位置で有効に始まる非線形のスナップ動作はバルブを開放したまま保持するために必要なプランジャ２７の上方への力を最小にし、従ってソレノイドに必要な開放保持電流を最小限にすることができる。 ソレノイドがプランジャ２７を下方に移動させると、ばねの動作によってディスクがバルブシート２４上に着座する位置に戻される。 【００１５】外部の真空は、通常、このようなガス膨張装置に使用するようなピストン／シリンダ・アセンブリはその全体を包囲することが必要であるが、シリンダ１
１の内側のピストン・アセンブリのためには真空は必要ではない。 従って、本発明のバルブは、ピストン／シリンダアセンブリを包囲する外部の真空を開放することなくピストン・アセンブリをシリンダ１１から取り外しさえすれば保守のために容易に接近することができるように配置されている。 【００１６】バルブシート２４及び先端エレメント３０
及び３１は、適当な可塑性材料、例えば、テフロン（登録商標）またはＫｅｌ−Ｆ（登録商標）のようなポリテトラフルオロエチル（ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏ
ｅｔｈｌ）ポリマで製造することができる。 したがって、金属製のスナップ動作可能なバルブディスク・エレメント１８は、その動作中に非金属エレメントにのみ接触するので、通常、金属同士の接触により起こるバルブの摩耗及び引っ掻き傷を避けることができる。 【図面の簡単な説明】 【図１】この装置の膨張容積部の「冷たい」端部で使用されるこの発明の排気バルブアセンブリの特定の実施例を示すガス膨張装置の一部の断面図である。 【図２】図１に示した排気バルブアセンブリのバルブディスク・エレメントの平面図である。 【図３】図２に示したバルブディスク・エレメントを線３−３に沿って切った断面図である。 【符号の説明】 １０…ピストン １２…膨張容積部 １５…ガス排気出力ライン １７…排気バルブ １８…バルブディスク・エレメント １９…ばねエレメント ２０…リング ２１…スペーサ ２２…クランプリング ２３…ねじ ２４…バルブシート ２８…ソレノイド フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−84270（ＪＰ，Ａ) 実開 昭55−132475（ＪＰ，Ｕ) 米国特許3921670（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl. 7 ，ＤＢ名) F16K 31/06 - 31/11 |
