CN103574963A

CN103574963A - 超低温制冷机

Info

Publication number: CN103574963A
Application number: CN201310272293.4A
Authority: CN
Inventors: 森江孝明; 许名尧
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2012-08-07
Filing date: 2013-07-01
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2033-07-01
Also published as: CN103574963B; JP2014035098A; US9772125B2; JP5917331B2; US20140041397A1

Abstract

本发明提供一种实现提高制冷效率的超低温制冷机。该超低温制冷机具有：置换器（11、21），以能够往复移动的方式安装于缸体（10、20）内；滑阀（9），与压缩机（6）连接，对吸气模式和排气模式进行切换，该吸气模式从该压缩机（6）向缸体（10、20）供给高压制冷剂气体，该排气模式使缸体（10、20）内的低压制冷剂气体回流到压缩机（6）；及驱动装置（3A），驱动该滑阀（9），所述超低温制冷机的滑阀（9）具有阀主体（45）及相对于该阀主体（45）相对移动且一体形成有阀柱的驱动杆（37），驱动装置（3A）以驱动杆（37）在同位移位置从上止点朝向下止点时的速度大小与从下止点朝向上止点时的速度大小不同的方式进行驱动。

Description

超低温制冷机

技术领域

本申请主张基于2012年8月7日申请的日本专利申请第2012-175169号的优先权。该申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。

本发明涉及一种具有置换器的超低温制冷机。

背景技术

以往，作为具备置换器的超低温制冷机，已知有吉福德-麦克马洪式制冷机（以下，称作GM制冷机）。该GM制冷机构成为置换器通过驱动装置在缸体内往复移动。

并且，在缸体与置换器之间形成有膨胀空间。并且，构成为从压缩机供给的制冷剂气体在膨胀空间膨胀且排出至压缩机从而产生超低温的寒冷。

并且，还提出有通过滑阀进行高压气体的供给及排出的切换的结构的GM制冷机（专利文献1）。

专利文献1：日本特开平4-55661号公报

在超低温制冷机中，高压气体的供给及排出的切换时机为对制冷效率的影响最大的参数之一，通过该时机的设定有可能较大地提高制冷效率。

然而，滑阀从其结构来看不易使开闭阀前后的时机不同。

发明内容

本发明是鉴于上述观点而完成的，其目的在于提供一种将阀设定成在适当的时机开闭从而实现提高制冷效率的超低温制冷机。

从第1观点来看上述课题能够通过如下解决，

一种超低温制冷机具有：置换器，以能够往复移动的方式安装于缸体内；

滑阀，与压缩机连接，对吸气模式和排气模式进行切换，该吸气模式从该压缩机向所述缸体供给高压制冷剂气体，该排气模式使所述缸体内的低压制冷剂气体回流到所述压缩机；及

驱动装置，驱动该滑阀，所述超低温制冷机的特征在于，

所述滑阀具有阀主体及相对于该阀主体相对移动且一体形成有阀柱的驱动杆，

所述驱动装置以所述驱动杆在同位移位置上从上止点朝向下止点时的速度大小与从下止点朝向上止点时的速度大小不同的方式进行驱动。

根据所公开的超低温制冷机，使从置换器的上止点朝向下止点时的速度大小和从下止点朝向上止点时的速度大小在同位移位置不同，从而能够轻松地设定由滑阀进行的高压气体的供给及排出的切换时机。

由此，例如可以延长上止点之后的制冷剂气体的排气期间。通过如上，能够使产生寒冷的制冷剂气体与连接于缸体的冷却台及设置在置换器的蓄冷材料之间的热交换时间比以往更长，能够良好地进行制冷剂气体与冷却台及蓄冷材料之间的热交换。

并且，例如，可以延迟下止点之前的制冷剂气体的吸气期间。通过如上，能够可靠地排出在膨胀过程中产生的寒冷气体，能够良好地进行制冷剂气体与冷却台及蓄冷材料之间的热交换。

这样一来，能够利用结构比较简单的滑阀来实现制冷机的结构的简化且提高超低温制冷机的制冷效率。

附图说明

图1是本发明的第1实施方式即GM制冷机的局部剖视图。

图2是将设置于本发明的第1实施方式即GM制冷机的止转棒轭机构放大表示的立体图。

图3是将设置于本发明的第1实施方式即GM制冷机的滑阀放大表示的局部剖视图。

图4是表示本发明的第1实施方式即GM制冷机的置换器的位移的图。

图5是用于说明本发明的第1实施方式即GM制冷机的动作的图（其1）。

图6是用于说明本发明的第1实施方式即GM制冷机的动作的图（其2）。

图7是表示驱动装置的第1变形例的立体图。

图8是表示驱动装置的第2变形例的立体图。

图9是适用驱动装置的第3变形例的GM制冷机的剖视图。

图中：1A、1B-GM制冷机，3A、3B、3C-驱动装置，5-制冷剂气体供给系统，6-压缩机，7-吸气配管，8-排气配管，9-滑阀，10-第1级缸体，11-第1级置换器，14-室温室，15-第1级膨胀室，18-第1级冷却台，20-第2级缸体，21-第2级置换器，25-第2级膨胀室，28-第2级冷却台，30-马达，31-马达轴，32-止转棒轭机构，34-曲柄部件，35-滚子轴承，35A-阀柱用滚子轴承，35B-置换器用滚子轴承，36-止转棒轭，36A-阀柱用止转棒轭，36B-置换器用止转棒轭，37、37C，62-带阀柱驱动杆，37A-阀柱，37B-驱动杆，38-滑槽，38A-阀柱用滑槽，38B-置换器用滑槽，39-水平槽，40-倾斜槽，42-上部流通孔，43-下部流通孔，44-连通孔，45-滑阀主体，50-圆筒凸轮，51-凸轮槽，52-从动辊，60-线性马达，61-马达壳体，L1～L4-气体流路，P_H-吸气端口，P_L-排气端口。

具体实施方式

接着，根据附图对本发明的实施方式进行说明。

图1中示出了本发明的一实施方式即超低温制冷机。在以下说明中，作为超低温制冷机举出利用吉福德-麦克马洪循环的超低温制冷机（以下，称作GM制冷机）为例进行说明。然而，本发明的适用并不限定于GM制冷机，能够适用于使用置换器的各种超低温制冷机（例如，苏尔威制冷机、斯特林制冷机等）。

本实施方式所涉及的GM制冷机1A为2级式制冷机，且具有第1级缸体10和第2级缸体20。该第1级缸体10及第2级缸体20由导热率较低的不锈钢等形成。并且，第2级缸体20的高温端构成为连结于第1级缸体10的低温端。

第2级缸体20具有小于第1级缸体10的直径。第1级置换器11、第2级置换器21以能够往复移动的方式分别安装在第1级缸体10内、第2级缸体20内。第1级置换器11与第2级置换器21相互连结，通过驱动装置3A在缸体10、20内的上止点与下止点之间往复驱动（向图中箭头Z1、Z2方向驱动）。

另外，为了便于图示，在图1中成为第1级置换器11与第2级置换器21成一体的图示，但是实际上构成为通过连结机构连结。

并且，在第1级置换器11及第2级置换器21的内部分别设置有蓄冷器12、22。在该蓄冷器12、22的内部分别填充有蓄冷材料13、23。

并且，在第1级缸体10内的高温端形成有室温室14，并且在低温端形成有第1级膨胀室15。另外，在第2级缸体20的低温侧形成有第2级膨胀室25。

在第1级置换器11及第2级置换器21设置有制冷剂气体（氦气）流动的多个气体流路L1～L4。气体流路L1连接室温室14与蓄冷器12，气体流路L2连接蓄冷器12与第1级膨胀室15。并且，气体流路L3连接第1级膨胀室15与蓄冷器22，气体流路L4连接蓄冷器23与第2级膨胀室25。

第1级缸体10的高温端侧的室温室14连接于气体供给系统5。气体供给系统5包括压缩机6、吸气配管7、排气配管8、滑阀9、上部流通孔42、下部流通孔43、及连通孔44等而构成（关于各流通孔42～44参考图3）。

吸气配管7的一端连接于压缩机6的吸气口侧，另一端连接于滑阀9的吸气端口P_H。并且，排气配管8的一端连接于压缩机6的排气口侧，另一端连接于滑阀9的排气端口P_L。

如图3所示，滑阀9具有作为套筒发挥作用的筒状的滑阀主体45（相当于权利要求中记载的阀主体）、及构成为相对于该滑阀主体45能够相对移动的阀柱。

滑阀主体45具有排气端口P_L和吸气端口P_H。排气端口P_L设置于滑阀主体45的上方（Z1方向侧），并且吸气端口P_H设置于滑阀主体45的下方（Z2方向侧），因此排气端口P_L和吸气端口P_H为分开配置的结构。

在该吸气端口P_H连接有吸气配管7，并且在排气端口P_L连接有排气配管8。因此，从压缩机6向吸气端口P_H供给高压制冷剂气体，并且如后述，膨胀而成为低压的制冷剂气体从排气端口P_L回流到压缩机6。

阀柱构成为与后述的止转棒轭机构32的驱动杆37成一体。因此，本说明书中，将与阀柱成一体的驱动杆37称作带阀柱驱动杆37。另外，本申请中的一体结构是指阀柱能够与驱动杆一体移动的结构，也可为能够分离驱动杆和阀柱的结构。

在该带阀柱驱动杆37的下端部连结有第1级置换器11。在带阀柱驱动杆37形成有上部流通孔42、下部流通孔43、及连通孔44。该各孔42、43、44的配设位置设为比带阀柱驱动杆37的止转棒轭36的配设位置更靠下侧的位置（Z2方向侧的位置）。

上部流通孔42及下部流通孔43以将带阀柱驱动杆37向相对于其中心轴方向正交的方向贯通的方式形成。并且，上部流通孔42及下部流通孔43在带阀柱驱动杆37的中心轴方向（Z1、Z2方向）上分开配置。另外，如图1所示，下部流通孔43向室温室14内开口。

另一方面，连通孔44在带阀柱驱动杆37的内部沿中心轴形成。该连通孔44的上端部连接于上部流通孔42，下端部连接于下部流通孔43。这样一来，上部流通孔42与下部流通孔43通过连通孔44连接，因此构成为上部流通孔42通过连通孔44及下部流通孔43与室温室14连通。因此，制冷剂气体能够在上部流通孔42与下部流通孔43之间移动。

接着，利用图3对滑阀9的动作进行说明。

滑阀主体45固定于容纳马达30的马达壳体（省略图示）。相反，构成滑阀9的带阀柱驱动杆37通过构成驱动装置3A的止转棒轭机构32沿Z1、Z2方向往复移动。因此，带阀柱驱动杆37相对于被固定的滑阀主体45沿Z1、Z2方向往复移动。

图3（A）中示出了带阀柱驱动杆37移动至Z1方向的移动极限位置（向上移动极限位置）的状态。在带阀柱驱动杆37移动至Z1方向的移动极限位置的状态下，置换器11、21位于上止点。因此，本说明书中，将带阀柱驱动杆37移动至Z1方向的移动极限后的位置与置换器11、21相同地作为上止点进行说明。

在带阀柱驱动杆37移动至上止点的状态下，滑阀主体45的排气端口P_L构成为与带阀柱驱动杆37的上部流通孔42对置且连通。相反，滑阀主体45的吸气端口P_H则构成为与带阀柱驱动杆37的外周壁对置且关闭。

因此，在第1级置换器11及第2级置换器21位于上止点的状态下，室温室14构成为通过下部流通孔43、连通孔44、上部流通孔42、排气端口P_L、及排气配管8而连接于压缩机6的排气侧。

相反，图3（B）中示出了带阀柱驱动杆37移动至Z2方向的移动极限位置（向下移动极限位置）的状态。在带阀柱驱动杆37移动至Z2方向的移动极限位置的状态下，置换器11、21位于下止点。因此，本说明书中，将带阀柱驱动杆37移动至Z2方向的移动极限的位置与置换器11、21相同地作为下止点进行说明。

在带阀柱驱动杆37移动至下止点的状态下，滑阀主体45的吸气端口P_H构成为与带阀柱驱动杆37的上部流通孔42对置且连通。相反，滑阀主体45的排气端口P_L构成为与带阀柱驱动杆37的外周壁对置且关闭。

因此，在第1级置换器11及第2级置换器21位于下止点的状态下，室温室14构成为通过下部流通孔43、连通孔44、上部流通孔42、吸气端口P_H、及吸气配管7而连接于压缩机6的吸气侧。

接着，对驱动装置3A进行说明。

驱动装置3A使第1级置换器11及第2级置换器21在第1级缸体10及第2级缸体20内进行往复移动。该驱动装置3A具有马达30和止转棒轭机构32。图2放大表示止转棒轭机构32。止转棒轭机构32构成为大略来讲具有曲柄部件34、止转棒轭36、及带阀柱驱动杆37。

曲柄部件34固定于马达30的旋转轴（以下，称作马达轴31）。该曲柄部件34在从马达轴31的安装位置偏心的位置设有曲柄销34a。并且，在曲柄销34a的前端部能够旋转地安装有滚子轴承35（相当于权利要求中记载的驱动轴）。

止转棒轭36通过在内部形成滑槽38成为框状。设置于曲柄部件34的滚子轴承35能够移动地卡合于形成在该止转棒轭36的滑槽38。滚子轴承35构成为能够在滑槽38内向图中箭头X1、X2方向转动。

并且，如上述，对滚子轴承35进行支承的曲柄销34a相对于马达轴31偏心。因此，若马达轴31旋转，则曲柄销34a以描绘圆弧的方式旋转，由此止转棒轭36向图中箭头Z1、Z2方向进行往复移动。此时，滚子轴承35在滑槽38内向图中箭头X1、X2方向往复移动。另外，为了便于说明，对止转棒轭36及滑槽38的具体的形状及结构在后面进行详述。

止转棒轭36上设置有向上方向及下方向延伸的带阀柱驱动杆37。其中，如图1所示，下方的带阀柱驱动杆37连结于第1级置换器11。因此，如上述，若止转棒轭36通过止转棒轭机构32向Z1、Z2方向往复移动，则带阀柱驱动杆37也向上下方向移动，由此第1级置换器11及第2级置换器21在第1级缸体10及第2级缸体20内往复移动。

另外，在止转棒轭36下方的带阀柱驱动杆37形成有上述构成滑阀9的上部流通孔42、下部流通孔43、及连通孔44，并且配设有滑阀主体45。

在此，关注构成止转棒轭机构32的止转棒轭36，主要利用图2及图3对其结构及功能进行说明。

图3（A）、（B）为从正面观察止转棒轭36的图。如上述，在止转棒轭36形成有沿X1、X2方向延伸的滑槽38。以往的止转棒轭的滑槽一般为横长的矩形或长椭圆形状。

相反，在本实施方式中，滑槽38构成为以带阀柱驱动杆37的中心轴CA为中心成为左右（在箭头X1、X2方向）不对称。具体而言，滑槽38设为具有水平槽39和倾斜槽40的结构，在中心轴CA的右侧（X1方向侧）形成有水平槽39，并且在中心轴CA的左侧（X2方向侧）形成有倾斜槽40。

水平槽39在下部具有水平槽下部39a，在上部具有水平槽上部39b。该水平槽下部39a与水平槽上部39b为平行对置结构。相同地，倾斜槽40在下部具有倾斜槽下部40a，在上部具有倾斜槽上部40b。该倾斜槽下部40a与倾斜槽上部40b也是平行对置结构。

水平槽39以向水平方向（与中心轴CA正交的方向）延伸的方式形成。该水平槽39的形状构成为与设置于以往的止转棒轭的槽相同。

相反，倾斜槽40相对于水平方向朝向下方（Z2方向）倾斜角度θ_G而形成（以下，称作倾斜角度θ_G）。因此，倾斜槽40构成为从与水平槽39接触的位置向斜下方延伸。

另外，水平槽39与倾斜槽40接触的位置通过倒棱加工构成为使滚子轴承35在水平槽39与倾斜槽40之间移动时能够顺畅地移动。

接着，对上述结构的GM制冷机1的动作进行说明。

制冷剂气体供给系统5如在后面进行详述，若第1级置换器11及第2级置换器21位移至下止点之前的预定位置（与图4所示的θ3对应的位置），则切换成使压缩机6的吸气侧与室温室14（缸体10、20）连通的模式（以下，称作吸气模式）。

在该吸气模式中，在压缩机6生成的高压制冷剂气体经吸气配管7、滑阀9、室温室14、及气体流路L1流入到形成于第1级置换器11的蓄冷器12。流入到该蓄冷器12内的制冷剂气体被蓄冷器12内的蓄冷材料13冷却的同时行进，接着经气体流路L2流入到第1级膨胀室15。

流入到第1级膨胀室15的制冷剂气体经气体流路L3流入到形成于第2级置换器21的蓄冷器22。并且，流入到蓄冷器22内的制冷剂气体被蓄冷器22内的蓄冷材料23进一步冷却的同时行进，接着经气体流路14流入到第2级膨胀室25。

第1级置换器11及第2级置换器21被驱动装置3A驱动而向下移动（向Z2方向移动），到达第1膨胀室15及第2级膨胀室25的体积成为最小的下止点BDC（与图4所示的θ4对应的位置）。

接着，第1级置换器11及第2级置换器21通过驱动装置3A开始向上方（图中箭头Z1方向）移动。随此，从压缩机6供给的高压制冷剂气体经所述路径向第1级膨胀室15及第2级膨胀室25内吸气（供给）。

并且，在第1级置换器11及第2级置换器21到达预定位置（与图4所示的θ5对应的位置）时刻，滑阀9切断压缩机6与室温室14的连接并结束吸气模式。由此，停止从气体供给系统5向室温室14的制冷剂气体的供给。

吸气模式结束之后，驱动装置3A使第1级置换器11及第2级置换器21进一步向上移动。并且，若第1级置换器11及第2级置换器21到达预定位置（与图4所示的θ6对应的位置），则气体供给系统5切换成连接压缩机6的排气侧与室温室14（缸体10、20）的模式（以下，称作排气模式）。由此，第1级膨胀室15及第2级膨胀室25内的制冷剂气体膨胀而在各膨胀室15、25内产生寒冷。

制冷剂气体供给系统5切换成排气模式之后，第1级置换器11及第2级置换器21仍然被驱动装置3A驱动而向上移动（向Z1方向移动），并到达第1级膨胀室15及第2级膨胀室25的体积成为最大的上止点TDC（与图4所示的θ0、θ7对应的位置）。

接着，第1级置换器11及第2级置换器21通过驱动装置3A开始向下方（图中箭头Z2方向）移动。随此，在第2级膨胀室25内膨胀后的制冷剂气体通过气体流路L4流入到蓄冷器22内，冷却蓄冷器22内的蓄冷材料23的同时通过，经气体流路L3流入到第1级膨胀室15。

流入到该第1级膨胀室15的制冷剂气体与在第1级膨胀室15内膨胀的制冷剂气体一同经气体流路L2流入到蓄冷器12。流入到蓄冷器12的制冷剂气体冷却蓄冷材料13的同时行进，并且经气体流路L1、室温室14、滑阀9及排气配管8回收至压缩机6的排气侧。

并且，在第1级置换器11及第2级置换器21到达预定位置（与图4所示的θ2对应的位置）时刻，制冷剂气体供给系统5结束排气模式。由此，停止从室温室14朝向气体供给系统5的制冷剂气体的排气。

通过反复进行以上循环能够在第1级膨胀室15中产生例如20～50K左右的寒冷，能够在第2级膨胀室25中产生例如4～10K以下的超低温。

接着，主要利用图4～图6，对设置于GM制冷机1A的驱动装置3A及制冷剂气体供给系统5的动作进行说明。

图4为表示置换器11、21的1个周期中的位移（这与带阀柱驱动杆37的位移相等）的图。并且，图5及图6为表示设置于GM制冷机1A的滑阀9及止转棒轭机构32的动作的图。

另外，图4中置换器11、21的位移表示为将上止点（TDC）与下止点（BDC）的中心位置设为0，且距该中心位置的距离。并且，图4的横轴表示曲柄部件34的旋转角度（曲柄角度）。

另外，图4中，作为参考与本实施方式所涉及的GM制冷机1A的特性一同图示了以往的GM制冷机的特性（具有矩形滑槽的GM制冷机的特性）。图4中，箭头A表示本实施方式所涉及的GM制冷机1A的置换器11、21的位移特性（位移轨迹），箭头B表示参考例所涉及的GM制冷机的位移特性（位移轨迹）。

本实施方式所涉及的制冷剂气体供给系统5利用滑阀9对吸气模式与排气模式的切换时机进行控制。该滑阀9的开闭时机通过还作为被止转棒轭机构32驱动的阀柱发挥作用的带阀柱驱动杆37的移动来进行。

在此，吸气模式是指将高压制冷剂气体从压缩机6的吸气侧向缸体10、20吸气的模式，排气模式是指将膨胀而成为低压的低压制冷剂气体从缸体10、20向压缩机6的排气侧排气的模式。

并且，在本实施方式中，排气模式设定在置换器11、21从中心位置向Z1方向隔开距离H1以上的区域中移动的期间（旋转角度为θ6～θ2之间），并且吸气模式设定在置换器11、21从中心位置向Z2方向隔开距离H2以上的区域中移动的期间（旋转角度为θ3～θ5之间）。

在以下说明中，对置换器11、21位于上止点时以后的动作进行说明。另外，图4中将该置换器11、21位于上止点时的曲柄角度设为θ0（=0°）。

图5（A）中示出了置换器11、21位于上止点时的止转棒轭机构32。此时，滚子轴承35位于滑槽38内的中央位置（水平槽39与倾斜槽40接触的边界位置）。

另一方面，曲柄角度为θ0时，制冷剂气体供给系统5成为排气模式。在该排气模式中，滑阀9成为连通上部流通孔42与排气端口P_L的状态，并且成为关闭吸气端口P_H的状态。

因此，第1级缸体10内的室温室14通过下部流通孔43、连通孔44、上部流通孔42、排气端口P_L、及排气配管8连接于压缩机6的排气侧。另外，排气模式在曲柄角度为θ6～θ2（θ6～θ7，θ0～θ2）的期间实施，该排气模式中高压制冷剂气体在各膨胀室15、25中进行绝热膨胀而产生寒冷。并且，通过膨胀成为低压的制冷剂气体在该排气模式中经滑阀9回流到压缩机6的排气侧。

若曲柄部件34从图5（A）所示的状态进行旋转，则滚子轴承35随着该动作在滑槽38内向X2方向移动而向倾斜槽40内行进。如上述，安装有滚子轴承35的曲柄销34a位于相对于曲柄部件34的中心偏心的位置，因此止转棒轭36随着滚子轴承35的移动向Z2方向移动。

并且，在止转棒轭36通过带阀柱驱动杆37连接有置换器11、21。因此，若带阀柱驱动杆37随着止转棒轭36的移动而移动，则置换器11、21也向Z2方向移动。

如上述，带阀柱驱动杆37作为滑阀9的阀柱发挥作用，且形成有上部流通孔42、下部流通孔43、及连通孔44。因此，通过带阀柱驱动杆37向Z2方向移动，与排气端口P_L连通的上部流通孔42以从排气端口P_L逐渐离开的方式移动。

图5（B）中示出了曲柄部件34通过驱动装置3A旋转至图4所示的θ2，因此置换器11、21移动至位移量H1的状态。在该状态下，滑阀9的上部流通孔42与排气端口P_L分开，压缩机6的排气侧与室温室14（缸体10、20）成为被隔断的状态。另外，吸气端口P_H此时仍维持被隔断的状态。

若曲柄部件34从图5（B）所示的状态进一步进行旋转，则滚子轴承35随着该动作在滑槽38内移动至X2方向端部之后，向X1方向改变移动方向。在该滚子轴承35的移动期间，止转棒轭36仍继续向Z2方向移动。

图5（C）中示出了曲柄部件34通过驱动装置3A旋转至图4所示的θ3，因此置换器11、21移动至位移量H2的状态。在该状态下，制冷剂气体供给系统5切换至吸气模式。即，滑阀9的上部流通孔42与吸气端口P_H随着带阀柱驱动杆37的移动而开始连通，压缩机6的吸气侧与室温室14（缸体10、20）成为连接的状态。另外，排气端口P_L此时仍维持隔断的状态。

这样一来，由于制冷剂气体供给系统5成为压缩机6的吸气侧与室温室14连接的状态，因此从压缩机6对室温室14吸入（供给）高压制冷剂气体。

图5（D）中示出了曲柄部件34通过驱动装置3A旋转至图4所示的θ4，因此置换器11、21移动至下止点的状态。此时，滚子轴承35成为返回到滑槽38内的中央位置（水平槽39与倾斜槽40接触的边界位置）的状态。并且，制冷剂气体供给系统5在下止点状态下仍维持吸气模式，滑阀9维持上部流通孔42与吸气端口P_H连通的状态。

图6（E）中示出了曲柄部件34通过驱动装置3A旋转至图4所示的θ5，因此置换器11、21移动至位移量H2的状态。在该状态下，滑阀9的上部流通孔42与吸气端口P_H分开，压缩机6的吸气侧与室温室14（缸体10、20）成为被隔断的状态。另外，排气端口P_L此时仍维持被隔断的状态。

若曲柄部件34从图6（E）所示的状态进一步进行旋转，则滚子轴承35随着该动作在滑槽38内向X1方向移动，由此止转棒轭36继续向上移动（向Z1方向移动）。并且，滚子轴承35在滑槽38内移动至X1方向端部之后，再次向X2方向改变移动方向。在该滚子轴承35的移动期间，止转棒轭36继续向Z1方向移动。

图6（F）中示出了曲柄部件34通过驱动装置3A旋转至图4所示的θ6，因此置换器11、21再次移动至位移量H1的状态。在该状态下，制冷剂气体供给系统5再次切换成排气模式，因此滑阀9的上部流通孔42与吸气端口P_H开始连通，从而成为压缩机6的吸气侧与室温室14（缸体10、20）连接的状态。由此，从压缩机6对室温室14开始吸入（供给）高压制冷剂气体。

并且，通过滚子轴承35进一步旋转至图4所示的θ7，如图6（G）所示，置换器11、21再次到达上止点（θ7=θ0）。此时，滚子轴承35成为返回到滑槽38内的中央位置（水平槽39与倾斜槽40接触的边界位置）的状态。并且，在下止点状态下，制冷剂气体供给系统5仍维持吸气模式，滑阀9仍维持上部连通孔42与吸气端口P_H连通的状态。

驱动装置3A及制冷剂气体供给系统5将上述动作设为1周期，通过反复进行该循环从而实施置换器11、21的往复移动、及制冷剂气体从压缩机6向置换器11、21的供排气处理。

在此，关注置换器11、21的移动速度（这与止转棒轭36的移动速度相等）。

在本实施方式中，形成于止转棒轭36的滑槽38由水平槽39和倾斜槽40构成。相对于中心轴CA在X1方向侧形成的水平槽39为与以往相同地构成水平槽39的水平槽下部39a及水平槽上部39b向水平方向延伸的槽。相反，相对于中心轴CA在X2方向侧形成的倾斜槽40设为构成倾斜槽的倾斜槽下部40a及倾斜槽上部40b向斜下方延伸的形状。

在本实施方式的驱动装置3A中，滚子轴承35在如此形成为以中心轴CA为中心而左右（在X1方向侧和X2方向侧）不对称的形状的滑槽38内移动，因此在1个周期中从下止点朝向上止点时的置换器11、21（带阀柱驱动杆37）的速度和从上止点朝向下止点时的置换器11、21（带阀柱驱动杆37）的速度在同位移位置上不同。

从下止点朝向上止点时的驱动装置3A的动作为图5（D）～图6（G）所示的动作。即，滚子轴承35在水平槽39内移动时的动作。该水平槽39构成为与形成于以往止转棒轭的滑槽相同。

因此，从下止点朝向上止点时（θ4～θ7的范围），本实施方式所涉及的置换器11、21的位移特性（图中用箭头A表示）成为与以往GM制冷机中的置换器的位移特性（图中，用箭头B表示）相同。因此，图4中，从下止点朝向上止点时，本实施方式所涉及的置换器11、21的位移特性A与以往置换器的位移特性B一致。

相反，从上止点朝向下止点时的驱动装置3A的动作为图5（A）～图5（D）所示的动作。即，滚子轴承35在倾斜槽40内移动时的动作。该倾斜槽40与形成于以往止转棒轭的沿水平方向延伸的滑槽不同，构成为相对于水平方向向图3（A）中倾斜角度θ_G的方向延伸。

因此，从上止点朝向下止点时（θ0～θ4的范围），本实施方式所涉及的置换器11、21的位移特性A成为与以往GM制冷机中的置换器的位移特性B不同的特性。

现关注下止点附近的特性，在同位移位置上置换器11、21（带阀柱驱动杆37）朝向下止点时的移动速度的大小大于置换器11、21（带阀柱驱动杆37）从下止点离开时的移动速度的大小。

具体而言，作为同位移位置举出图4中用H4表示的位移位置的例子，在位移位置H4上置换器11、21（带阀柱驱动杆37）朝向下止点时的移动速度V1的大小大于置换器11、21（带阀柱驱动杆37）从下止点离开时的位移位置H4的移动速度V2的大小（∣V1∣＞∣V2∣）。

相反，关注上止点附近的特性，在同位移位置中置换器11、21（带阀柱驱动杆37）朝向上止点时的移动速度的大小大于置换器11、21（带阀柱驱动杆37）从上止点离开时的移动速度的大小。

具体而言，作为同位移位置举出图4中用H3表示的位移位置的例子，在位移位置H3上置换器11、21（带阀柱驱动杆37）朝向上止点时的移动速度V3的大小大于置换器11、21（带阀柱驱动杆37）从上止点离开时的位移位置H3的移动速度V4的大小（∣V3∣＞∣V4∣）。

这样一来，在本实施方式所涉及的驱动装置3A中，从上止点朝向下止点时的置换器11、21的位移轨迹与从下止点朝向上止点时的置换器11、21的位移轨迹不同，成为不对称的特性。

另外，在以往的GM制冷机中，在同位移位置上置换器朝向下止点时的移动速度（例如，图4中用箭头V1’表示）的大小与置换器从下止点离开时的移动速度（例如，图4中用箭头V2表示）的大小相等，在同位移位置上置换器朝向上止点时的移动速度（例如，图4中用箭头V3表示）大小与置换器从上止点离开时的移动速度（例如，图4中用箭头V4’表示）大小相等（∣V1’∣=∣V2∣，∣V3∣=∣V4’∣）。

并且，在同位移位置上以往的GM制冷机的置换器朝向下止点时的移动速度V1’小于本实施方式所涉及的GM制冷机1A的置换器11、21朝向下止点时的移动速度V1（V1＞V1’）。

另外，在同位移位置上以往的GM制冷机的置换器从上止点离开时的移动速度V4’大于本实施方式所涉及的GM制冷机1A的置换器11、21从上止点离开时的移动速度V4（V4＜V4’）。

接着，如上述本实施方式中，通过使从上止点朝向下止点时的置换器11、21的位移轨迹与从下止点朝向上止点时的置换器11、21的位移轨迹不同而得到的作用效果进行说明。

本实施方式所涉及的GM制冷机1A在吸气模式（图4中的曲柄角度θ3～θ5的范围）下，对各膨胀室15、25供给高压制冷剂气体，在排气模式（图4中的曲柄角度θ6～θ2的范围）中，进行绝热膨胀，并且排出低压化的制冷剂气体。

在此，假如置换器11、21从上止点离开时的速度V4为以往的速度V4’，则排气模式在置换器11、21的位移量成为H1的时刻结束。相反，在本实施方式所涉及的GM制冷机1A中，从上止点离开时的速度V4相对于以往的速度V4’较慢，因此排气模式在曲柄角度θ1之后的曲柄角度θ2处结束。

因此，在本实施方式所涉及的GM制冷机1A中，通过使从上止点朝向下止点时的置换器11、21的位移轨迹与从下止点朝向上止点时的置换器11、21的位移轨迹不同，与位移轨迹对称的以往的结构相比能够使排气模式延长图4中用箭头Δθ表示的期间。

这样一来，根据本实施方式，与以往相比能够更延长产生寒冷后的制冷剂气体与冷却台18、28及蓄冷材料13、23之间的热交换时间，制冷剂气体与冷却台18、28及蓄冷材料13、23之间的热交换效率变得良好，因此能够提高GM制冷剂1A的制冷效率。

另一方面，在本实施方式中，在同位移位置上，置换器11、21靠近下止点时的速度V1比以往的GM制冷机的置换器靠近下止点时的速度V1’快（V1＞V1’）。

这样一来，从压缩机6供给高压制冷剂气体的吸气模式中，置换器11、21在短时间内到达下止点。因此，能够延迟下止点之前的制冷剂气体的吸气期间，能够完全排出在膨胀过程中产生的寒冷气体，因此能够实现提高超低温制冷机的制冷效率。

并且，本实施方式所涉及的GM制冷机1A构成为如上述通过带阀柱驱动杆37进行置换器11、21的驱动，并且还进行对缸体10、20的吸排气的时机进行控制的滑阀9的驱动。因此，与分别用不同的驱动装置驱动置换器和驱动进行吸排气的阀的结构相比，能够实现GM制冷机1A的结构的简化、紧凑化、及降低产品成本。

另外，在本实施方式中，其结构为利用滑阀9而不是旋转阀的结构，因此阀随时间的劣化（磨损）较少。因此，能够实现提高GM制冷机1A的可靠性。

但是，在上述实施方式中使用的驱动装置3A中，使置换器11、21进行直线往复移动，并且驱动滑阀9时利用止转棒轭机构32。但是，还可以通过其他驱动装置使置换器11、21进行往复移动，并且驱动滑阀9。

图7至图9中示出了上述驱动装置3A的第1至第3变形例。图7至图9中，关于与图1至图6所示的结构对应的结构附加相同符号而省略其说明。

图7中示出了作为第1变形例的驱动装置3B。另外，图7中，为了便于图示，除驱动装置3B之外省略GM制冷机1A及滑阀主体45的图示。

图7所示的驱动装置3B作为驱动带阀柱驱动杆37的驱动机构，利用由圆筒凸轮50和从动辊52构成的凸轮机构。

圆筒凸轮50构成为通过马达等定速旋转，在其外周形成有类似正弦波形状的凸轮槽51。在该凸轮槽51卡合有从动辊52，因此从动辊52与凸轮槽51的形状对应而向图中箭头Z1、Z2方向进行移动。并且，从动辊52安装于带阀柱驱动杆37，因此通过带阀柱驱动杆37上下移动（向Z1、Z2方向移动），未图示的置换器11、21也上下移动。

在本实施方式中，凸轮槽51构成为通过圆筒凸轮50旋转180°而带阀柱驱动杆37进行1次上下移动。因此，构成为通过圆筒凸轮50旋转1次而带阀柱驱动杆37进行2次上下移动，相应地置换器11、21也进行2次往复位移（进行2个周期的动作）。

在此，关注凸轮槽51的形状，在与凸轮槽51的下止点对应的位置假设与旋转轴平行的线段（图7中用箭头E表示的单点划线）时，相对于该线段E向旋转方向延伸的凸轮槽部51a相对于线段E的倾斜度（图7中用箭头α表示）设定为大于相对于线段E向旋转方向的反方向延伸的凸轮槽部51b相对于线段E的倾斜度（图7中用箭头β表示）。

通过设为该结构，与利用图1至图6来说明的驱动机构3A相同，在下止点的附近同位移位置上，置换器11、21（带阀柱驱动杆37）朝向下止点时的移动速度大小大于置换器11、21（带阀柱驱动杆37）从下止点离开时的移动速度大小。

并且，在上止点的附近同位移位置上，置换器11、21（带阀柱驱动杆37）朝向上止点时的移动速度大小大于置换器11、21（带阀柱驱动杆37）从上止点离开时的移动速度大小。因此，当将该驱动装置3B适用于GM制冷机时，与利用驱动机构3A时相同，也能够实现GM制冷机的制冷效率的提高、及紧凑化等。

另外，在上述第1变形例中示出了通过圆筒凸轮50旋转1次而带阀柱驱动杆37（置换器11、21）进行2次往返动作的结构，但是并不限定于此。例如，也可将圆筒凸轮的结构设为通过使其旋转1周而带阀柱驱动杆（置换器）进行1次往返动作的结构（进行1个周期的动作的结构）。

图8中示出了作为第2变形例的驱动装置3C。

在本变形例中，构成为将开闭滑阀9的阀柱37A和驱动置换器11、21的驱动杆37B分开设置。

在阀柱37A设有上部流通孔42、下部流通孔43、连通孔44、及阀柱用止转棒轭36A等。并且在驱动杆37B设有置换器用止转棒轭36B。

在曲柄部件34的曲柄销34a设有阀柱用滚子轴承35A及置换器用滚子轴承35B。并且构成为该阀柱用滚子轴承35A与阀柱用止转棒轭36A的阀柱用滑槽38A卡合，且置换器用滚子轴承35B与置换器用滑槽38B卡合。

在本变形例所涉及的驱动装置3C中，设置于阀柱37A的阀柱用止转棒轭36A和设置于驱动杆37B的置换器用止转棒轭36B分开构成。因此，能够使阀柱用滑槽38A的形状与置换器用滑槽38B的形状不同，因此根据本变形例所涉及的驱动装置3C能够提高滑阀9的驱动时机与置换器11、21的驱动时机组合的自由度。

图9中示出了利用第3变形例即驱动装置3C的GM制冷机1B。

在本变形例中，其特征在于作为驱动装置3C利用线性马达60。该线性马达60包括电磁铁60a和一体设置于带阀柱驱动杆37C的永久磁铁60b。

在第1级置换器11的上部设置有马达壳体61。构成线性马达60的电磁铁60a固定于该马达壳体61。永久磁铁60b构成为多个小磁铁以磁化方向不同的方式交替配设。

电磁铁60a设为圆筒形状，在内部插通有带阀柱驱动杆37C。由此，带阀柱驱动杆37C的永久磁铁60b成为与电磁铁60a对置的结构。因此，通过向电磁铁60a供给电流能够使带阀柱驱动杆37向上下方向（Z1、Z2方向）驱动，并且通过控制电流量能够改变移动速度。该电磁铁60a连接于控制装置65。并且，在控制装置65存储有对驱动杆37进行驱动的驱动程序。

控制装置65通过执行驱动程序来控制带阀柱驱动杆37C的速度，以使下止点的附近同位移位置上的置换器11、21（带阀柱驱动杆37）朝向下止点时的移动速度的大小大于置换器11、21（带阀柱驱动杆37）从下止点离开时的移动速度的大小。

并且，控制装置65通过执行驱动程序来控制带阀柱驱动杆37C的速度，以使上止点的附近同位移位置上的置换器11、21（带阀柱驱动杆37）朝向上止点时的移动速度大小大于置换器11、21（带阀柱驱动杆37）从上止点离开时的移动速度大小。

因此，将本变形例所涉及的驱动装置3C适用于GM制冷机时，也与利用驱动机构3A、3B时相同，能够实现GM制冷机的制冷效率的提高、及紧凑化等。

以上，对本发明的优选实施方式进行了详述，但本发明并不限定于上述特定的实施方式，在技术方案中记载的本发明的主旨范围内，能够进行各种变形或变更。

例如，在上述实施方式中，对滑阀的驱动轴沿铅垂方向配置的例子进行了说明，但是配置方向并不限定于此。滑阀的驱动轴沿非铅垂方向配置时，实施方式中的上止点是指其中一方的阀柱的移动极限位置，下止点是指另一方阀柱的移动极限位置。

Claims

1.一种超低温制冷机，其具有：

置换器，以能够往复移动的方式安装于缸体内；

滑阀，与压缩机连接，对吸气模式和排气模式进行切换，所述吸气模式从该压缩机向所述缸体供给高压制冷剂气体，所述排气模式使所述缸体内的低压制冷剂气体回流到所述压缩机；及

驱动装置，驱动该滑阀，

所述超低温制冷机的特征在于，

所述滑阀具有阀主体及相对于该阀主体能够相对移动且一体形成有阀柱的驱动杆，

所述驱动装置以使所述驱动杆在同位移位置上从上止点朝向下止点时的速度大小与从下止点朝向上止点时的速度大小不同的方式进行驱动。

2.根据权利要求1所述的超低温制冷机，其特征在于，

所述驱动装置以在所述下止点的附近同位移位置上所述驱动杆朝向所述下止点时的速度大小大于所述驱动杆从所述下止点离开时的速度大小的方式驱动所述置换器。

3.根据权利要求1或2所述的超低温制冷机，其特征在于，

所述驱动装置以在所述上止点的附近同位移位置上所述驱动杆朝向所述上止点时的速度大小大于所述驱动杆从所述上止点离开时的速度大小的方式驱动所述置换器。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的超低温制冷机，其特征在于，

所述驱动装置与所述驱动杆一同驱动所述置换器。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的超低温制冷机，其特征在于，

所述驱动装置包含具有与驱动轴卡合的滑槽的止转棒轭机构，

该滑槽的形状相对于中心位置左右不对称。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的超低温制冷机，其中，

所述驱动装置为凸轮机构。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的超低温制冷机，其中，

所述驱动装置为线性马达。