CN112368525B - 超低温制冷机及超低温制冷机的流路切换机构 - Google Patents

Abstract

本发明的超低温制冷机(10)具备：冷头(14)，其具备置换器(20)、驱动活塞(22)、膨胀室(34)及活塞驱动室(46)；滑阀(50)，其具备阀驱动室(54)以及根据阀驱动室(54)的压力而在第1位置和第2位置之间进行移动的阀芯(56)，阀芯(56)在位于第1位置处时将膨胀室(34)连接于压缩机吐出口(12a)，在位于第2位置处时将膨胀室(34)连接于压缩机吸入口(12b)，通过使阀芯(56)在第1位置与第2位置之间往复移动，在膨胀室(34)中产生周期性的压力变动；及压力控制机构(52)，其构成为控制阀驱动室(54)的压力以使阀芯(56)在第1位置与第2位置之间进行往复移动，并且与阀芯(56)的往复移动同步地在活塞驱动室(46)中产生与膨胀室(34)的压力变动相反相位的压力变动。

Description

超低温制冷机及超低温制冷机的流路切换机构

技术领域

本发明涉及一种超低温制冷机及超低温制冷机的流路切换机构。

背景技术

为了将物体冷却为超低温而利用超低温制冷机。超低温制冷机的一个典型示例为GM(吉福德-麦克马洪、Gifford-McMahon)制冷机。GM制冷机根据其驱动源大体分为马达驱动型和气体驱动型两种。在马达驱动型中，置换器机械连接于马达并被马达驱动。在气体驱动型中，置换器被气体压力驱动。

在典型的超低温制冷机中，通常将回转阀用作流路切换机构。回转阀具有阀定子及与其面接触的阀转子，在接触面上形成有多个工作气体流路。通过使阀转子相对于阀定子旋转滑动从而切换工作气体流路之间的连接，由此，能够进行用于使超低温制冷机准确地进行动作的流路切换。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5710602号公报

发明内容

发明要解决的技术课题

为了提高超低温制冷机的制冷性能，优选降低工作气体在回转阀的工作气体流路中的压力损失。作为一种措施，可以扩大各个工作气体流路，但这种流路扩大可能会导致阀转子的旋转滑动面的面积增加。若旋转滑动面变大，则作用于旋转的阀转子上的摩擦阻力也会增加。如此一来，驱动阀转子所需转矩也会变大，会导致驱动回转阀的马达等驱动源的大型化。这种缺点在大型超低温制冷机中可能会变得显著。

本发明的一实施方式的示例性目的之一在于，抑制用于超低温制冷机的流路切换机构的驱动源的大型化。

用于解决技术课题的手段

根据本发明的一实施方式提供一种超低温制冷机，其具备：冷头，其具备能够沿轴向移动的置换器以及与所述置换器连结从而使所述置换器沿轴向移动的驱动活塞，在所述冷头与所述置换器之间形成有膨胀室，在所述冷头与所述驱动活塞之间形成有活塞驱动室，所述驱动活塞基于所述活塞驱动室与所述膨胀室之间的压力差而沿轴向移动；滑阀，其具备阀驱动室以及根据所述阀驱动室的压力而在第1位置与第2位置之间移动的阀芯，所述阀芯在位于所述第1位置处时将所述膨胀室连接于压缩机吐出口，在位于所述第2位置处时将所述膨胀室连接于压缩机吸入口，通过使所述阀芯在所述第1位置与所述第2位置之间往复移动，在所述膨胀室中产生周期性的压力变动；及压力控制机构，其构成为控制所述阀驱动室的压力以使所述阀芯在所述第1位置与所述第2位置之间进行往复移动，并且与所述阀芯的往复移动同步地在所述活塞驱动室中产生与所述膨胀室的压力变动相反相位的压力变动。

根据本本发明的一实施方式提供一种超低温制冷机的流路切换机构。所述超低温制冷机具备冷头，该冷头具备能够沿轴向移动的置换器以及与所述置换器连结从而使所述置换器沿轴向移动的驱动活塞，在所述冷头与所述置换器之间形成有膨胀室，在所述冷头与所述驱动活塞之间形成有活塞驱动室，所述驱动活塞基于所述活塞驱动室与所述膨胀室之间的压力差而沿轴向移动；所述流路切换机构具备：滑阀，其具备阀驱动室以及根据所述阀驱动室的压力而在第1位置与第2位置之间进行移动的阀芯，所述阀芯在位于所述第1位置处时将所述膨胀室连接于压缩机吐出口，在位于所述第2位置处时将所述膨胀室连接于压缩机吸入口，通过使所述阀芯在所述第1位置与所述第2位置之间往复移动，在所述膨胀室中产生周期性的压力变动；及压力控制机构，其构成为控制所述阀驱动室的压力以使所述阀芯在所述第1位置与所述第2位置之间进行往复移动，并且与所述阀芯的往复移动同步地在所述活塞驱动室中产生与所述膨胀室的压力变动相反相位的压力变动。

另外，以上构成要件的任意组合或将本发明的构成要件或表述在方法、装置及系统等之间相互置换的方式也作为本发明的实施方式而有效。

发明效果

根据本发明，能够抑制超低温制冷机用流路切换机构的驱动源大型化。

附图说明

图1是概略地表示第1实施方式所涉及的超低温制冷机的图。

图2是概略地表示第1实施方式所涉及的超低温制冷机的图。

图3是概略地表示可适用于一实施方式所涉及的超低温制冷机上的压力控制机构的示例性结构的图。

图4是例示第1实施方式所涉及的超低温制冷机的阀定时(valve timing)和压力变动的图。

图5是概略地表示可适用于一实施方式所涉及的超低温制冷机上的滑阀的另一结构的图。

图6是概略地表示可适用于一实施方式所涉及的超低温制冷机上的滑阀的又一结构的图。

图7是概略地表示第2实施方式所涉及的超低温制冷机的图。

图8是概略地表示第2实施方式所涉及的超低温制冷机的另一结构的图。

图9是概略地表示第3实施方式所涉及的超低温制冷机的图。

图10是概略地表示第3实施方式所涉及的超低温制冷机的另一结构的图。

图11是例示图10所示的压力控制机构的阀定时的图。

图12是概略地表示第4实施方式所涉及的超低温制冷机的图。

图13是例示图12所示压力控制机构的阀定时的图。

图14是概略地表示可适用于一实施方式所涉及的超低温制冷机上的压力控制机构的另一结构的图。

具体实施方式

以下，参考附图，对本发明的实施方式进行详细说明。在以下说明及附图中，对相同或等同的构成要件、部件及处理标注相同的符号，并适当省略重复说明。为了易于说明，在附图中，适当设定各部的缩尺或形状，只要没有特别提及，其并不作限定性解释。另外，以下实施方式仅为示例，其并不对本发明的范围作任何限定。实施方式中所记载的所有特征或其组合并不一定是发明的本质内容。

图1及图2是概略地表示第1实施方式所涉及的超低温制冷机10的图。图1中示出了超低温制冷机10的吸气工序，图2中示出了超低温制冷机10的排气工序。

超低温制冷机10为气体驱动型GM制冷机。

超低温制冷机10具备：压缩机12，对工作气体(例如，氦气)进行压缩；及冷头14，通过使工作气体绝热膨胀而使工作气体冷却。压缩机12具有压缩机吐出口12a及压缩机吸入口12b。压缩机吐出口12a及压缩机吸入口12b分别作为超低温制冷机10的高压源及低压源而发挥作用。冷头14还被称为膨胀机。

详细内容如后述，压缩机12从压缩机吐出口12a向冷头14供给高压PH的工作气体。冷头14具备对工作气体进行预冷的蓄冷器15。被预冷的工作气体在冷头14内膨胀而被进一步冷却。通过膨胀而被减压的工作气体通过蓄冷器15之后回收到压缩机吸入口12b。工作气体当通过蓄冷器15时对蓄冷器15进行冷却。压缩机12对回收过来的低压PL的工作气体进行压缩后再次供给到冷头14。

通常，高压PH及低压PL均比超低温制冷机10的周围环境压力(例如，大气压)高很多。因此，高压PH及低压PL也可以分别称为第1高压及第2高压。通常，高压PH例如为2～3MPa。低压PL例如为0.5～1.5MPa。

图示的冷头14为单级式。然而，冷头14也可以是多级式。

冷头14是气体驱动型，因此，冷头14具备利用气体压力驱动的自由活塞(即，轴向可动体16)以及气密地构成且容纳轴向可动体16的冷头壳体18。冷头壳体18将轴向可动体16支承为能够沿轴向往复移动。与马达驱动型的GM制冷机不同，冷头14不具有驱动轴向可动体16的马达及连结机构(例如，止转棒轭机构)。

轴向可动体16具备：置换器20，能够沿轴向(图1中的上下方向，以箭头C来表示)往复移动；及驱动活塞22，以沿轴向驱动置换器20的方式与置换器20连结。驱动活塞22与置换器20同轴配设且在轴向上分开配设。

冷头壳体18具备容纳置换器20的置换器缸体26和容纳驱动活塞22的活塞缸体28。活塞缸体28与置换器缸体26同轴配设且在轴向上相邻配设。详细内容将进行后述，气体驱动型的冷头14的驱动部构成为包括驱动活塞22和活塞缸体28。

并且，轴向可动体16具备连杆24，该连杆24将置换器20刚性连结于驱动活塞22，以使置换器20与驱动活塞22一体地沿轴向往复移动。连杆24也与置换器20及驱动活塞22同轴配设且从置换器20朝向驱动活塞22延伸。

驱动活塞22的尺寸小于置换器20的尺寸。驱动活塞22的轴向长度比置换器20的轴向长度短，驱动活塞22的直径也小于置换器20的直径。连杆24的直径小于驱动活塞22的直径。

活塞缸体28的容积小于置换器缸体26的容积。活塞缸体28的轴向长度比置换器缸体26的轴向长度短，并且活塞缸体28的直径也小于置换器缸体26的直径。

另外，驱动活塞22与置换器20之间的尺寸关系并不只限于上述尺寸关系，其尺寸关系也可以与上述尺寸关系不同。同样地，活塞缸体28与置换器缸体26之间的尺寸关系并不只限于上述尺寸关系，其尺寸关系也可以与上述尺寸关系不同。例如，驱动活塞22也可以是连杆24的前端部，驱动活塞22的直径也可以与连杆24的直径相等。

置换器20的轴向往复移动被置换器缸体26引导。通常，置换器20及置换器缸体26均为沿轴向延伸的圆筒状的部件，并且置换器缸体26的内径等于或稍大于置换器20的外径。同样地，驱动活塞22的轴向往复移动被活塞缸体28引导。通常驱动活塞22及活塞缸体28均为沿轴向延伸的圆筒状的部件，活塞缸体28的内径等于或稍大于驱动活塞22的外径。

置换器20和驱动活塞22通过连杆24刚性连结，因此驱动活塞22的轴向冲程与置换器20的轴向冲程相等，两者在整个冲程中一体地移动。驱动活塞22相对于置换器20的位置在轴向可动体16沿轴向往复移动的期间不变。

并且，冷头壳体18具备将置换器缸体26连接于活塞缸体28的连杆引导件30。连杆引导件30与置换器缸体26及活塞缸体28同轴配设且从置换器缸体26朝向活塞缸体28延伸。连杆24贯穿于连杆引导件30。连杆引导件30构成引导连杆24沿轴向往复移动的轴承。

置换器缸体26经由连杆引导件30与活塞缸体28气密地连结。如此，冷头壳体18构成工作气体的压力容器。另外，连杆引导件30也可以视作置换器缸体26或活塞缸体28的一部分。

杆密封部32设置于连杆24与连杆引导件30之间。杆密封部32安装于连杆24或连杆引导件30中的任一个上，并且与连杆24或连杆引导件30中的另一个进行滑动。杆密封部32例如由滑动密封件或O型环等密封部件构成。通过杆密封部32，活塞缸体28构成为相对于置换器缸体26气密。如此，活塞缸体28从置换器缸体26流体隔离，活塞缸体28的内压和置换器缸体26的内压可以具有不同大小。由于设置有杆密封部32，因此，活塞缸体28与置换器缸体26之间不会产生直接的气体流通。

置换器缸体26被置换器20分隔为膨胀室34和室温室36。置换器20的轴向上的一端与置换器缸体26之间形成膨胀室34，轴向上的另一端与置换器缸体26之间形成室温室36。室温室36还可以称为压缩室。膨胀室34配置于置换器20的下止点侧，室温室36配置于置换器20的上止点侧。并且，在冷头14设置有以从外侧包围膨胀室34的方式固定于置换器缸体26的冷却台38。

蓄冷器15内置于置换器20。在置换器20的上盖部具有使蓄冷器15与室温室36连通的入口流路40。并且，在置换器20的筒部具有使蓄冷器15与膨胀室34连通的出口流路42。或者，出口流路42也可以设置于置换器20的下盖部。而且，蓄冷器15具备与上盖部内接的入口保持架41及与下盖部内接的出口保持架43。蓄冷材料例如可以是铜制的金属丝网。保持架可以是比蓄冷材料更粗的金属丝网。

置换器密封部44设置于置换器20与置换器缸体26之间。置换器密封部44例如为滑动密封件，其安装于置换器20的筒部或上盖部。置换器20与置换器缸体26之间的游隙被置换器密封部44封闭，因此在室温室36与膨胀室34之间不会存在直接的气体流通(即，绕过蓄冷器15的气流)。

在置换器20沿轴向移动时，膨胀室34及室温室36的容积以互补方式增减。即，在置换器20朝下移动时，膨胀室34变窄而室温室36变宽。反之亦然。

工作气体从室温室36通过入口流路40流入蓄冷器15。更准确地说，工作气体从入口流路40通过入口保持架41流入蓄冷器15。工作气体从蓄冷器15经由出口保持架43及出口流路42流入膨胀室34。在工作气体从膨胀室34返回室温室36时，通过相反的路径。即，工作气体从膨胀室34通过出口流路42、蓄冷器15及入口流路40返回到室温室36。欲绕过蓄冷器15而流过游隙的工作气体被置换器密封部44阻断。

活塞缸体28具备活塞驱动室46，其压力被控制成驱动驱动活塞22。活塞驱动室46相当于活塞缸体28的内部空间。活塞驱动室46被驱动活塞22分为上部区段46a和下部区段46b。驱动活塞22的轴向上的一端与活塞缸体28之间形成上部区段46a，轴向上的另一端与活塞缸体28之间形成下部区段46b。在驱动活塞22沿轴向移动时，上部区段46a及下部区段46b的容积以互补方式增减。连杆24从驱动活塞22的下表面通过下部区段46b后朝向连杆引导件30延伸。而且，连杆24通过室温室36后延伸至置换器20的上盖部。

驱动活塞22与活塞缸体28之间的游隙(即，活塞密封部48)设置于驱动活塞22与活塞缸体28之间。活塞密封部48对上部区段46a和下部区段46b之间的气体流通起到流路阻力的作用。另外，活塞密封部48也可以具有安装于驱动活塞22的侧面的滑动密封件等密封部件从而密封该游隙。此时，活塞驱动室46的下部区段46b被杆密封部32及活塞密封部48密封。

在驱动活塞22朝下移动时，下部区段46b变窄。此时，下部区段46b的气体被压缩，压力变高。下部区段46b的压力向上作用于驱动活塞22的下表面。因此，下部区段46b产生抵抗驱动活塞22朝下移动的气体弹簧力。下部区段46b还可以称为气体弹簧室。相反，在驱动活塞22朝上移动时，下部区段46b变宽。下部区段46b的压力下降，作用于驱动活塞22的气体弹簧力也变小。

冷头14在所使用的现场以图1所示朝向设置。即，纵置设置冷头14，以使置换器缸体26配置于铅垂方向下方且使活塞缸体28配置于铅垂方向上方。如此，在以使冷却台38朝向铅垂方向下方的姿势设置冷头14的情况下，超低温制冷机10的制冷能力变得最高。然而，超低温制冷机10的配置并不只限于此。相反，也可以以冷却台38朝向铅垂方向上方的姿势设置冷头14。或者，冷头14也可以横向设置或其他朝向设置。

基于工作气体压力而作用于驱动活塞22的驱动力在驱动活塞22朝下移动时朝下作用于驱动活塞22。基于轴向可动体16的自身重量的重力也朝下作用，因此，在冷头14以使冷却台38朝向铅垂方向下方的姿势设置的情况下，朝下移动时的驱动力的方向成为与重力相同的方向。相反，朝上移动时的驱动力的方向则成为与重力方向相反的方向。从气体弹簧室(即，活塞驱动室46的下部区段46b)作用于驱动活塞22的气体弹簧力有助于缓和或防止轴向可动体16的朝上移动和朝下移动的运动产生差异。

超低温制冷机10构成为，在活塞缸体28(即，活塞驱动室46)与置换器缸体26(即，膨胀室34和/或室温室36)之间产生压力差。通过该压力差，轴向可动体16沿轴向移动。若置换器缸体26的压力低于活塞缸体28的压力，则驱动活塞22朝下移动，随之，置换器20也朝下移动。相反，若置换器缸体26的压力高于活塞缸体28的压力，则驱动活塞22朝上移动，随之，置换器20也朝上移动。

并且，详细内容将进行后述，超低温制冷机10具备滑阀50及压力控制机构52(作为一例可以是回转阀)作为工作气体的流路切换机构。相对于此，典型的超低温制冷机仅具有回转阀作为工作气体的流路切换机构。

滑阀50具备阀驱动室(也可以称为第1滑阀室)54和根据阀驱动室54的压力在第1位置和第2位置之间进行移动的阀芯56。阀芯56在位于第1位置处时将膨胀室34连接于压缩机吐出口12a，在位于第2位置处时将膨胀室34连接于压缩机吸入口12b。通过使阀芯56在第1位置与第2位置之间往复移动，滑阀50在膨胀室34中产生周期性的压力变动。图1中示出了阀芯56的第1位置，图2中示出了阀芯56的第2位置。

压力控制机构52构成为控制阀驱动室54的压力，以使阀芯56在第1位置与第2位置之间进行往复移动，并且与阀芯56的往复移动同步地在活塞驱动室46中产生与膨胀室34的压力变动的相位相反相位的压力变动。

在本说明书中，“相反相位”是指具有相同周期的两个腔室的周期性地压力变动彼此具有约180度的相位差，但是并不只限于此。两个腔室(例如，膨胀室34和活塞驱动室46)的压力变动的相位差只要是与阀芯56的往复移动(及由此引起的膨胀室34的压力变动)同步地产生置换器20的往复移动(及由此引起的膨胀室34的容积变动)从而形成超低温制冷机10的热力学循环的的大小即可称为“相反相位”。两个腔室的压力变动的相位差例如可以为150度或其以上，160度或其以上，170度或其以上或175度或其以上。两个腔室的压力变动的相位差例如可以为210度或其以下，200度或其以下，190度或其以下或185度或其以下。

具体而言，压力控制机构52具备滑阀压力切换阀(以下，还称为主压力切换阀)58和活塞驱动室压力切换阀(以下，还称为副压力切换阀)60。主压力切换阀58具有第1开闭阀V1和第2开闭阀V2。副压力切换阀60具有第3开闭阀V3及第4开闭阀V4。

主压力切换阀58构成为，使压缩机吐出口12a或压缩机吸入口12b选择性地连通于滑阀50的阀驱动室54。在主压力切换阀58中，第1开闭阀V1及第2开闭阀V2分别被排他性开放。即，禁止第1开闭阀V1及第2开闭阀V2同时打开。另外，第1开闭阀V1及第2开闭阀V2也可以同时关闭一段时间。

副压力切换阀60构成为，使压缩机排出口12a或压缩机吸入口12b选择性地连通于活塞缸体28的活塞驱动室46。副压力切换阀60构成为第3开闭阀V3及第4开闭阀V4分别被排他性开放。即，禁止第3开闭阀V3及第4开闭阀V4同时打开。另外，第3开闭阀V3及第4开闭阀V4也可以同时关闭一段时间。

副压力切换阀60构成为控制活塞驱动室46的压力以使驱动活塞22驱动置换器20沿轴向往复移动。典型地，活塞驱动室46中的压力变动以与膨胀室34中的压力变动相同的周期且大体相反的相位产生。膨胀室34成为高压PH时，活塞驱动室46成为低压PL，驱动活塞22能够使置换器20朝上移动。膨胀室34成为低压PL时，活塞驱动室46成为高压PH，驱动活塞22能够使置换器20朝下移动。

在压力控制机构52采用回转阀的形式的情况下，一组阀(V1至V4)组装于回转阀，并同步驱动。回转阀构成为，通过阀盘(或阀转子)相对于阀主体(或阀定子)的旋转滑动，准确地切换阀(V1～V4)。一组阀(V1～V4)在超低温制冷机10的运行中以相同周期进行转换，由此四个开闭阀(V1～V4)周期性地改变开闭状态。四个开闭阀(V1～V4)分别以不同的相位打开或关闭。

超低温制冷机10具备将压缩机12连接于滑阀50及压力控制机构52的高压管路13a及低压管路13b。高压管路13a从压缩机吐出口12a延伸并在高压管路分支部17a分支后分别与滑阀50的高压端口62、第1开闭阀V1及第3开闭阀V3连接。低压管路13b从压缩机吸入口12b延伸并在低压管路分支部17b分支后分别与滑阀50的低压端口64、第2开闭阀V2及第4开闭阀V4连接。

并且，超低温制冷机10具备将主压力切换阀58连接于滑阀50的第1气体管路66a、将滑阀50连接于冷头14的置换器缸体26的第2气体管路66b及将副压力切换阀60连接于活塞缸体28的第3气体管路66c。第1气体管路66a从阀驱动室54延伸并在中途分支后分别与第1开闭阀V1和第2开闭阀V2连接。第2气体管路66b从第2滑阀室55延伸并与冷头14的室温室36连接。第3气体管路66c从活塞驱动室46的上部区段46a延伸并在中途分支后分别与第3开闭阀V3和第4开闭阀V4连接。

高压管路13a及低压管路13b可以是连接压缩机12、冷头14及压力控制机构52的刚性或挠性配管。同样地，第1气体管路66a、第2气体管路66b及第3气体管路66c也可以是刚性或挠性配管。

滑阀50具有套筒68，该套筒68容纳阀芯56并且引导阀芯56移动。阀驱动室54形成于阀芯56的一端与套筒68之间。第2滑阀室55形成于阀芯56的另一端与套筒68之间。相对于阀芯56而言，阀驱动室54和第2滑阀室55位于彼此相反的一侧。

阀芯56能够基于阀驱动室54和第2滑阀室55之间的压力差而相对于套筒68进行移动。在阀驱动室54的压力低于第2滑阀室55的压力时，阀芯56以缩小阀驱动室54并扩张第2滑阀室55的方式在套筒68内移动(图中朝上移动)。相反地，在阀驱动室54的压力高于第2滑阀室55的压力时，阀芯56以扩张阀驱动室54并缩小第2滑阀室55的方式在套筒68内移动(图中朝下移动)。

套筒68具有作为高压端口62及低压端口64而发挥作用的两个贯穿孔。并且，在套筒68上还设置有另外两个贯穿孔，阀驱动室54通过其中一个贯穿孔与第1气体管路66a连通，第2滑阀室55通过另一个贯穿孔与第2气体管路66b连通。

作为一例，阀芯56是圆柱状的部件，套筒68是与阀芯56同轴配置且具有圆筒状的内周面的部件。阀芯56及套筒68也可以分别称为活塞及气缸。高压端口62及低压端口64形成于套筒68的侧面，另外两个贯穿孔分别形成于套筒68的端面。另外，阀芯56和套筒68的延伸方向可以与冷头14的轴向C一致，或者也可以沿其他方向延伸。

并且，滑阀50具有配置在阀芯56与套筒68之间的游隙中的多个密封部件，具体而言，具有第1密封部件70a、第2密封部件70b、第3密封部件70c及第4密封部件70d。这些密封部件在轴向上的不同位置处安装于阀芯56，并沿阀芯56的周向延伸。密封部件例如为滑动密封件或O形环等用于密封工作气体的部件，但只要具有所期望的密封性能，则也可以使用其他的接触密封件或非接触密封件。

滑阀50内部的工作气体空间被密封部件分隔成包括阀驱动室54和第2滑阀室55在内的五个区段。其余的三个区段形成于阀芯56与套筒68之间的游隙中。即，游隙分隔成第1游隙区域72a、第2游隙区域72b及第3游隙区域72c，这些区域在阀芯56的轴向上彼此相邻。

第1密封部件70a构成为，配置在阀驱动室54与第1游隙区域72a之间，并防止或最小化工作气体在它们之间直接流通。第2密封部件70b构成为，配置在第1游隙区域72a与第2游隙区域72b之间，并防止或最小化工作气体在它们之间直接流通。第3密封部件70c构成为，配置在第2游隙区域72b与第3游隙区域72c之间，并防止或最小化工作气体在它们之间直接流通。第4密封部件70d构成为，配置在第3游隙区域72c与第2滑阀室55之间，并防止或最小化工作气体在它们之间直接流通。

阀芯56具有阀芯主流路74。阀芯主流路74的一端与第2游隙区域72b连通，阀芯主流路74的另一端与第2滑阀室55连通。阀芯主流路74可以从阀芯56的侧面朝向端面贯穿阀芯56而形成。

并且，在阀芯56与套筒68之间还设置有复位弹簧76。复位弹簧76例如使阀芯56趋向于阀芯56的上止点与下止点之间的中间的初始位置。复位弹簧76在阀芯56位于上止点时能够将阀芯56朝下拉回，在阀芯56位于下止点时能够将阀芯56向上推回。复位弹簧76容纳于第2滑阀室55中。另外，复位弹簧76也可以设置于阀驱动室54中。并且，设置复位弹簧76并不是必须的，滑阀50也可以不具备复位弹簧76。

滑阀50也可以配设于冷头壳体18内并且通过配管与压缩机12及压力控制机构52连接。例如，滑阀50可以以与室温室36相邻配置的方式搭载于冷头14。如此一来，能够缩短第2气体管路66b的长度。阀芯主流路74、第2滑阀室55及第2气体管路66b形成对超低温制冷机10的制冷能力不作贡献的所谓的死容积(Dead volume)。因此，通过缩短第2气体管路66b的长度，能够减少死容积。这有助于提高超低温制冷机10的制冷能力。

或者，滑阀50也可以与冷头14分开配置并且通过配管与冷头14连接。

图3是概略地表示可适用于一实施方式所涉及的超低温制冷机10上的压力控制机构52的示例性结构的图。压力控制机构52具备回转阀78，该回转阀78使压缩机吐出口12a及压缩机吸入口12b交替连接于阀驱动室54并且使压缩机吐出口12a及压缩机吸入口12b交替连接于活塞驱动室46。

回转阀78具备马达78a(例如，旋转电动机等)、阀转子78b、阀定子78c及阀壳体78d。阀转子78b及阀定子78c容纳于阀壳体78d内，并且两者以通过阀滑动面78e而彼此面接触的方式相邻配置。阀定子78c固定于阀壳体78d。马达78a设置在阀壳体78d的外侧，马达78a的输出轴贯穿阀壳体78d延伸到阀转子78b。

在阀壳体78d的内部形成有压力室78f，阀转子78b及阀定子78c配置在压力室78f内。作为一例，压力室78f上连接有高压管路13a，从而导入高压PH。阀定子78c上连接有低压管路13b、第1气体管路66a及第3气体管路66c。在阀定子78c与阀壳体78d之间安装有至少两个密封部件，其中一个密封部件从压力室78f(即，高压管路13a)密封低压管路13b，另一个密封部件从低压管路13b密封第1气体管路66a及第3气体管路66c。第1气体管路66a和第3气体管路66c也通过适当的密封部件而彼此密封。因此，在回转阀78的内部，高压管路13a、低压管路13b、第1气体管路66a及第3气体管路66c之间的工作气体的直接流通得到防止。

输出轴通过马达78a的驱动而进行旋转，由此，阀转子78b相对于阀定子78c进行旋转滑动。随着阀转子78b的旋转滑动，在阀滑动面78e上，流路连接周期性地切换，回转阀78使高压管路13a和低压管路13b交替连接于第1气体管路66a。同样地，随着阀转子78b的旋转滑动，在阀滑动面78e上，流路连接周期性地切换，回转阀78使高压管路13a和低压管路13b交替连接于第3气体管路66c。

由阀转子78b和阀定子78c构成的回转阀78的具体的流路结构可以适当采用各种公知的结构，因此省略详细说明。在上述说明中，高压管路13a连接于压力室78f，低压管路13b连接于阀定子78c上，但是也可以采用与此相反的结构，即，将高压管路13a连接于阀定子78c，将低压管路13b连接于压力室78f。

如此，在压力控制机构52构成为回转阀78的情况下，可以沿用超低温制冷机的回转阀的已有的设计。因此，能够轻松地制造出压力控制机构52，是有利的。

超低温制冷机10的用途的一例是对产生强磁场的超导磁铁进行冷却。若使超低温制冷机10在这种强磁场环境下运行，则受磁场的影响马达78a的额定转矩会下降。不够充分的转矩会导致马达78a产生失调或打滑。例如，在GM制冷机的情况下，回转阀78的等速运转受到阻碍，制冷能力会下降。

为了防止强磁场作用于马达78a，可以将磁屏蔽件设置于超低温制冷机10。为了有效地防止强磁场的作用，希望磁屏蔽件具有足够的厚度。然而，这种磁屏蔽件可能会给超低温制冷机10带来重量及尺寸显著增加的副作用。并且，磁屏蔽件还会被强磁场磁化，可能会产生不期望的强电磁吸力。

因此，压力控制机构52(即，回转阀78)也可以与冷头14分开配置并且通过管道与冷头14连接。如此一来，能够将马达78a配置在与冷头14及需要冷却的超导磁铁足够远的位置上，从而能够充分减小强磁场对马达78a的影响。由于不需要包围马达78a的磁屏蔽件，因此能够缓和或应对上述若干问题。

或者，在将超低温制冷机10使用于没有强磁场的作用的其他用途的情况下，可以将压力控制机构52配设于冷头壳体18内并使其通过配管与压缩机12及滑阀50连接。

图4是例示第1实施方式所涉及的超低温制冷机10的阀定时(valve tim ing)和压力变动的图。在图4的上部示出了超低温制冷机10的制冷循环的一个周期的各阀(V1～V4)的阀定时，在图4的下部示出了膨胀室34、活塞驱动室46及阀驱动室54的压力变动。在阀定时的图示中，实线表示阀打开期间，虚线表示阀关闭期间。并且，针对压力变动而言，忽略了伴随阀开闭的过渡性变化而概略地表示了压力变动。

参考图1、图2及图4，对超低温制冷机10的动作进行说明。如上所述，图1中示出了超低温制冷机10的吸气工序的状态，图2中示出了超低温制冷机10的排气工序的状态。滑阀50的阀芯56在吸气工序中移动到第1位置，在排气工序中移动到第2位置。第1位置及第2位置也可以分别称为吸气位置及排气位置。

在置换器20位于下止点或其附近位置时，开始超低温制冷机10的吸气工序(另外，此时的置换器20的位置如图2所示。这是因为排气工序结束时开始吸气工序)。

在吸气工序中，如图1及图4所示，第2开闭阀V2被打开，第1开闭阀V1被关闭。压缩机吸入口12b与阀驱动室54连通，阀驱动室54的压力成为低压PL。此时，第2滑阀室55具有稍高于低压PL的压力。这是因为，冷头14(即，膨胀室34及室温室36)内的压力变动相对于阀驱动室54中的压力变动有所延迟。在吸气工序的开始时刻，阀芯56位于下止点或其附近(图1中，在第2滑阀室55中用虚线表示)。基于阀驱动室54与第2滑阀室55之间的压力差，阀芯56以缩小阀驱动室54的方式在套筒68内沿轴向移动(用虚线箭头表示)。复位弹簧76的复原力也有助于阀芯56的朝上移动。

如图1所示，若通过阀芯56的朝上移动而阀芯56到达第1位置(即，上止点或其附近)，则第2游隙区域72b变得与高压端口62相邻。高压端口62通过阀芯主流路74与第2滑阀室55连接。由此，滑阀50将压缩机吐出口12a连接于膨胀室34。高压PH的工作气体从压缩机吐出口12a经过滑阀50及第2气体管路66b供给到冷头14。而且，工作气体从室温室36通过蓄冷器15流向膨胀室34。膨胀室34成为高压PH。此时，第3游隙区域72c与低压端口64相邻。由于低压端口64被阀芯56堵住，因此膨胀室34与压缩机吸入口12b的连接被切断。

与膨胀室34的吸气开始同时或者在从膨胀室34吸气开始稍微延迟(例如，图4所示第1延迟时间ΔT₁)的时刻进行活塞驱动室46的排气。在吸气工序中，如图1及图4所示，第4开闭阀V4被打开，第3开闭阀V3被关闭。工作气体从活塞驱动室46经过第3气体管路66c、第4开闭阀V4及低压管路13b回收到压缩机吸入口12b，活塞驱动室46的压力下降到低压PL。另外，第1延迟时间ΔT₁可以设定为，使置换器20在膨胀室34实质上升压至高压PH之后开始朝上移动。这有助于提高超低温制冷机10的制冷能力。

因此，在吸气工序中，基于活塞驱动室46与膨胀室34之间的压力差的驱动力(即，与压力差PH-PL成比例的驱动力)朝上作用于驱动活塞22。因此，置换器20与驱动活塞22一同在冷头14内从下止点朝向上止点移动。膨胀室34的容积增加并且被高压气体填满。如此，置换器20到达上止点或其附近位置的状态示于图1。

在置换器20位于上止点或其附近位置时，开始超低温制冷机10的排气工序。如图2及图4所示，在排气工序中，第1开闭阀V1被打开，第2开闭阀V2被关闭。压缩机吐出口12a与阀驱动室54连通，阀驱动室54的压力成为高压PH。此时，第2滑阀室55具有稍低于高压PH的压力。在排气工序的开始时刻，阀芯56位于上止点或其附近(图2中，在阀驱动室54中用虚线表示)。基于阀驱动室54与第2滑阀室55之间的压力差，阀芯56以扩张阀驱动室54的方式在套筒68内沿轴向移动(用虚线箭头表示)。复位弹簧76的复原力也有助于阀芯56的朝下移动。

如图2所示，若通过阀芯56的朝下移动而阀芯56到达第2位置(即，下止点或其附近)，则第2游隙区域72b与低压端口64相邻。低压端口64通过阀芯主流路74与第2滑阀室55连接。如此，滑阀50将压缩机吸入口12b连接于膨胀室34。高压气体在膨胀室34中膨胀并被冷却。膨胀的气体对蓄冷器15进行冷却的同时经过室温室36流向滑阀50。工作气体经过滑阀50及低压管路13b回收到压缩机12。膨胀室34成为低压PL。此时，第1游隙区域72a与高压端口62相邻。由于高压端口62被阀芯56堵住，因此膨胀室34与压缩机吐出口12a的连接被切断。

与膨胀室34排气开始同时或者在从膨胀室34排气开始稍微延迟(例如，图4所示第2延迟时间ΔT₂)的时刻进行活塞驱动室46的吸气。在排气工序中，如图2及图4所示，第3开闭阀V3被打开，第4开闭阀V4被关闭。工作气体从压缩机吐出口12a经过高压管路13a、第3开闭阀V3及第3气体管路66c供给到活塞驱动室46，活塞驱动室46成为高压PH。另外，第2延迟时间ΔT₂可以设定为，使置换器20在膨胀室34实质上降压至低压PL之后开始朝下移动。这有助于提高超低温制冷机10的制冷能力。

因此，在排气工序中，基于活塞驱动室46与膨胀室34之间的压力差的驱动力(即，与压力差PH-PL成比例的驱动力)朝下作用于驱动活塞22。因此，置换器20与驱动活塞22一同在冷头14内从上止点朝向下止点移动。如此，膨胀室34的容积减少，并且低压气体被排出。

如此，滑阀50作为将压缩机吐出口12a及压缩机吸入口12b交替连接于膨胀室34的超低温制冷机10的流路切换机构而发挥作用。压力控制机构52作为该流路切换机构的驱动源而发挥作用。压力控制机构52能够使压缩机吐出口12a及压缩机吸入口12b交替连接于滑阀50的阀驱动室54从而能够控制阀驱动室54的压力以使阀芯56适当地往复移动。并且，压力控制机构52能够使压缩机吐出口12a及压缩机吸入口12b交替连接于活塞驱动室46从而控制活塞驱动室46的压力以使置换器20适当地往复移动。

超低温制冷机10重复进行这种冷却循环(即，GM循环)，从而对冷却台38进行冷却。由此，超低温制冷机10能够对与冷却台38热连接的超导装置或其他被冷却物(未图示)进行冷却。

图4中所描述的阀定时只是示例，其并不作限定性解释。各阀(V1～V4)的阀定时也可以从图示的示例稍微偏离。例如，在图4中，第3开闭阀V3的关闭比第1开闭阀V1的关闭稍微提前进行，但这并不是必须的。第3开闭阀V3的关闭也可以与第1开闭阀V1的关闭同时进行，或者也可以比第1开闭阀V1的关闭稍微延迟进行。同样地，第4开闭阀V4的关闭比第2开闭阀V2的关闭稍微提前进行，但这并不是必须的。

如上所述，典型的超低温制冷机将回转阀用作流路切换机构，在回转阀的旋转滑动面上设置有若干个工作气体端口。为了通过旋转来切换这些工作气体端口之间的彼此连接，这些端口在旋转滑动面上配置在径向上彼此不同的位置。想要减少回转阀内的工作气体的压力损失，需要加宽端口，但是这会导致回转阀的直径增大，即，旋转滑动面的面积会增加。若旋转滑动面变大，则旋转时的摩擦阻力会变大，因此驱动回转阀所需转矩也会增加，马达等驱动源也需要大型设备。这会带来回转阀的制造成本上升、超低温制冷机的大型化等缺点。尤其，针对输出较大的制冷能力的大型超低温制冷机而言，这种缺点可能会变得显著。

在使用回转阀的超低温制冷机中，例如像GM制冷机那样回转阀设置于冷头。使回转阀旋转的马达也成为冷头的一部分，因此，根据大型超低温制冷机的以往的设计，大型马达会直接设置于冷头。由于大型马达成为相应的电磁噪声和/或机械振动的产生源，因此不优选。并且，如上所述，在强磁场环境下使用超低温制冷机的情况下，为了抑制强磁场对马达的影响，可能会需要厚的磁屏蔽件。

为了避免这种问题发生，可以考虑将回转阀单元配置在与冷头分开的位置并用长配管来连接两者的设计。然而，在该设计中，从回转阀的工作气体出入口到冷头的蓄冷器为止的配管容积也会变大。该容积为对制冷能力没有贡献的死容积，因此该容积的增加不可取。

如此，在使用回转阀作为流路切换机构的以往的超低温制冷机中，难以在避免死容积的增加及避免制冷能力下降的状态下充分降低从回转阀传递到冷头的噪声/振动。

相对于此，实施方式所涉及的超低温制冷机10将滑阀50用作冷头14的膨胀室34的流路切换机构。因此，难以产生起因于上述回转阀的缺点。

在滑阀50中，即使扩张阀芯主流路74等阀内部流路，也不会直接造成驱动源的大型化。滑阀50基于阀驱动室54的工作气体压力而流体性地进行动作。因此，阀驱动室54的容积可以较小。因此，能够将阀驱动室54的尺寸机制为较小的同时能够扩张滑阀50的内部流路，由此，能够减少滑阀50内的工作气体的压力损失。与采用回转阀的情况相比，能够抑制用于超低温制冷机10的流路切换机构的驱动源的大型化。

并且，虽然压力控制机构52采用回转阀78，但该回转阀78连接于活塞驱动室46及阀驱动室54并未连接于膨胀室34。若将压力控制机构52与冷头14分开配置，则将压力控制机构52连接于冷头14的配管(例如，第1气体管路66a及第3气体管路66c)会变长导致它们的容积增大，但是成为与冷头14的吸排气相反的相位，因此其不相当于死容积。因此，相对于冷头14的压力控制机构52的配置几乎或完全不会给超低温制冷机10的制冷能力带来影响。

因此，在实施方式所涉及的超低温制冷机10中，容许将压力控制机构52与冷头14分开配置。由此，能够抑制压力控制机构52可能会产生的噪声/振动传递到冷头14。并且，如上所述，能够简化或取消附设于压力控制机构52的磁屏蔽件。

而且，由于活塞驱动室46及阀驱动室54的容积均可以较小，因此，压力控制机构52也可以采用较小型。因此，压力控制机构52可能会产生的噪声或振动原本较小，对冷头14带来的影响也变小。

而且，在实施方式所涉及的超低温制冷机10中，压力控制机构52构成为，(不仅在活塞驱动室46)在阀驱动室54中也产生与膨胀室34的压力变动相反相位的压力变动。如此一来，如图4所示，在吸气工序中，不需要向活塞驱动室46及阀驱动室54供给工作气体。因此，能够减少从压缩机12向膨胀室34供给的工作气体供给流量，这有助于减小压缩机12的负载及小型化。

另外，压力控制机构52也可以构成为，在阀驱动室54中也产生与膨胀室34的压力变动相同相位或任意相位差的压力变动。压缩机12可能必须向膨胀室34和阀驱动室54同时供给工作气体。然而，若阀驱动室54的容积较小，则不会产生显著的影响。在该结构中，如后所述，为了使阀芯56的往复移动和滑阀50对膨胀室34的压力控制适当地同步，阀芯主流路74可以不与第2滑阀室55连通而与第2滑阀室55分隔。可以适当地控制第2滑阀室55的压力。

并且，在实施方式所涉及的超低温制冷机10中，滑阀50具备在与阀驱动室54相反的一侧与阀芯56相邻的第2滑阀室55以及从阀驱动室54密封并且经由第2滑阀室55连接到膨胀室34的连接流路。连接流路包括阀芯主流路74。连接流路在阀芯56位于第1位置时将膨胀室34连接于压缩机吐出口12a，在阀芯56位于第2位置时将膨胀室34连接于压缩机吸入口12b。如此一来，容易使滑阀50内的工作气体流路面积变得较宽。

图5是概略地表示可适用于一实施方式所涉及的超低温制冷机10上的滑阀50的另一结构的图。在参考图1及图2进行了说明的实施方式中，阀芯主流路74在阀芯56侧面的一个部位开口且与第2滑阀室55连通，阀芯主流路74以阀芯56的中心轴为中心并不对称。相对于此，如图5所示，滑阀50也可以具备以阀芯56的中心轴为中心对称配置的阀芯内部流路75。

阀芯内部流路75具有以阀芯56的中心轴为中心对称配置的多个流路75a。多个流路75a均在第2游隙区域72b开口并且沿阀芯56的周向等间隔配置。并且，阀芯内部流路75具有连通通道75b，该连通通道75b从多个流路75a的汇流点沿着中心轴延伸，并将这些多个流路75a连接于第2滑阀室55。在套筒68，对应于多个流路75a而设置有多个高压端口62和多个低压端口64。多个高压端口62连接于高压管路13a，多个低压端口64连接于低压管路13b。高压端口62及低压端口64也以阀芯56的中心轴为中心对称配置。

如此，滑阀50具备以阀芯56的中心轴为中心对称配置的流路，因此能够抑制阀芯56的偏心。能够抑制阀芯56沿轴向往复移动时可能会产生的阀芯56的偏向磨损。

图6是概略地表示可适用于一实施方式所涉及的超低温制冷机10上的滑阀50的又一结构的图。如图6所示，阀芯56具备第1突起79a及第2突起79b。除此以外，图6所示的滑阀50具有与图1的所示滑阀50相同的结构。

第1突起79a从阀芯56的面向阀驱动室54的第1端面突出。第1突起79a以阀芯56位于上止点或其附近时堵住阀驱动室54的第1气体管路66a的出口的方式配置于阀芯56的第1端面。第1气体管路66a的出口形成于与阀芯56的第1端面对置的套筒68的上表面。在套筒68的上表面形成有容纳第1突起79a的第1凹部79c。第1突起79a、第1凹部79c及第1气体管路66a的出口均配置于阀芯56的中心轴上。若阀芯56离开上止点，则第1突起79a脱离第1凹部79c。

在阀芯56朝上移动而第1突起79a进入到第1气体管路66a的出口时形成于阀芯56的第1端面与套筒68的上表面之间的工作气体区域(阀驱动室54中的外周部分)实质上被密闭。因此，与参考图1进行说明的活塞驱动室46的下部区段46b同样，该工作气体区域作为气体弹簧室而发挥作用。其能够防止阀芯56在上止点与套筒68碰撞或接触，或者即使碰撞或接触也能够缓和其冲击。由此，能够减小伴随阀芯56的往复移动而可能产生的振动。

同样地，第2突起79b从阀芯56的面向第2滑阀室55的第2端面突出。然而，由于在第2端面开有阀芯主流路74，因此第2突起79b以包围该开口的方式形成于第2端面。第2突起79b以阀芯56位于下止点或其附近时堵住第2滑阀室55的第2气体管路66b的出口的方式配置于阀芯56的第2端面。第2气体管路66b的出口形成于与阀芯56的第2端面对置的套筒68的下表面。在套筒68的下表面形成有容纳第2突起79b的第2凹部79d。第2突起79b、第2凹部79d及第2气体管路66b的出口均配置于阀芯56的中心轴上。若阀芯56离开下止点，则第2突起79b脱离第2凹部79d。

如图6中虚线所示，在阀芯56朝下移动而第2突起79b进入到第2气体管路66b的出口时形成于阀芯56的第2端面与套筒68的下表面之间的工作气体区域(第2滑阀室55中的外周部分)实质上被密闭。因此，工作气体区域作为气体弹簧室而发挥作用。其能够防止阀芯56在下止点与套筒68碰撞或接触，或者即使碰撞或接触也能够缓和其冲击。由此，能够减小伴随阀芯56的往复移动而可能产生的振动。

另外，将第1突起79a及第2突起79b这两者设置于阀芯56上并不是必须的，阀芯56可以仅具有第1突起79a及第2突起79b中的一个。

图7是概略地表示第2实施方式所涉及的超低温制冷机10的图。第2实施方式所涉及的超低温制冷机10与第1实施方式所涉及的超低温制冷机10不同点在于工作气体回路的配管连接不同，除此以外的结构均与第1实施方式所涉及的超低温制冷机10的结构相同。以下，重点对第2实施方式所涉及的超低温制冷机10的与第1实施方式不同的结构进行说明，对于相同的结构则简单地进行说明或者省略说明。

在第2实施方式所涉及的超低温制冷机10中，作为流路切换机构也使用滑阀50和压力控制机构52的组合。因此，与第1实施方式所涉及的超低温制冷机10同样，与作为流路切换机构仅采用回转阀的以往典型的超低温制冷机相比是有利的。滑阀50容纳于冷头14的冷头壳体18内。

如图7所示，超低温制冷机10具备将阀驱动室54连接于压力控制机构52的可装卸的连接器80以及将活塞驱动室46连接于压力控制机构52的另一个可装卸的连接器80。可装卸的连接器80分别设置于第1气体管路66a及第3气体管路66c上。可装卸的连接器80例如是自动密封管接头。

如此，将压力控制机构52经由可装卸的连接器80连接于冷头14，因此能够容易加长第1气体管路66a及第3气体管路66c从而将压力控制机构52配置在远离冷头14的配置。这有助于抑制在压力控制机构52中可能会产生的电磁噪声和/或机械振动传递到冷头14。并且，通过可装卸的连接器80，压力控制机构52可拆卸地连接于冷头14，因此操作人员能够从冷头14拆卸压力控制机构52进行维护。

可装卸的连接器80也可以追加设置于超低温制冷机10的工作气体回路的其他位置。如图7所示，例如，可以将可装卸的连接器80设置于高压管路13a及低压管路13b中的至少一个管路上。如此一来，能够抑制噪声或振动从压缩机12传递到冷头14。

并且，超低温制冷机10还可以具备具有高压管路分支部17a及低压管路分支部17b的歧管81。通过歧管81，压缩机12与冷头14连接，而且压缩机12与压力控制机构52连接。歧管81可以固定于地面或其他静止部。压缩机12与歧管81分开配置并经由配管与歧管81连接。如此一来，能够抑制噪声或振动从压缩机12传递到冷头14。

如图7所示，压力控制机构52可以与歧管81分开配置并经由配管与歧管81连接。或者，压力控制机构52也可以设置于歧管81上。

图8是概略地表示第2实施方式所涉及的超低温制冷机10的另一结构的图。超低温制冷机10具备设置于高压管路13a、低压管路13b、第1气体管路66a及第3气体管路66c中的至少一个管路上的噪声阻断结构82。噪声阻断结构82直接或经由配管连结于可装卸的连接器80，从而阻断或降低沿设置有噪声阻断结构82的配管传递过来的电磁噪声。可装卸的连接器80设置于噪声阻断结构82的至少一侧(图8中设置于两侧)。

作为一例，噪声阻断结构82具备一对凸缘82a和被这些凸缘82a夹持的噪声阻断体82b。噪声阻断体82b例如为被陶瓷涂层或氟树脂涂层等绝缘性涂层材料包覆的金属体。凸缘82a及噪声阻断体82b通过螺栓或螺母等适当的紧固件彼此固定在一起。贯穿凸缘82a及噪声阻断体82b而形成有工作气体流路。

通过设置噪声阻断结构82，能够进一步抑制噪声从压缩机12或压力控制机构52传递到冷头14。

图9是概略地表示第3实施方式所涉及的超低温制冷机10的图。第3实施方式所涉及的超低温制冷机10与第1实施方式所涉及的超低温制冷机10不同点在于滑阀50的第2滑阀室55，除此以外的结构均与第1实施方式所涉及的超低温制冷机10的结构相同。以下，重点对第3实施方式所涉及的超低温制冷机10的与第1实施方式不同的结构进行说明，对于相同的结构则简单地进行说明或者省略说明。

滑阀50具备在与阀驱动室54相反的一侧与阀芯56相邻的多个彼此密封的区段。阀芯56基于阀驱动室54与多个区段中的至少一个区段之间的压力差而在第1位置和第2位置之间移动。第2滑阀室55分割成作为背压室的第1区段55a和成为朝向冷头14的工作气体流路的一部分的第2区段55b。第1区段55a相当于第2滑阀室55中的外周部，第2区段55b相当于第2滑阀室55中的中心部。

第2突起79b从阀芯56的面向第2滑阀室55的第2端面突出。由于在第2端面上开有阀芯主流路74，因此第2突起79b以包围该开口的方式形成于第2端面。在套筒68的下表面上形成有容纳第2突起79b的第2凹部79d。阀芯56位于下止点时以及位于上止点时第2突起79b均配置于第2凹部79d内。第2突起79b的长度及第2凹部79d的深度确定为，第2突起79b的至少前端部在阀芯56的整个冲程中进入到第2凹部79d内。

滑阀50具备第5密封部件70e，该第5密封部件70e构成为，配置在第1区段55a与第2区段55b之间，并防止或最小化工作气体在它们之间直接流通。第5密封部件70e设置于靠近第2突起79b前端的侧面的外周，不管阀芯56的位置如何都夹在第2突起79b与第2凹部79d之间。因此，在阀芯56往复移动的期间，第1区段55a和第2区段55b始终被第5密封部件70e密封。

在第1区段55a连接有中间压力缓冲器83。中间压力缓冲器83具有高压PH与低压PL之间的中间压力PM(例如，高压PH和低压PL的平均压力)。因此，第1区段55a的压力保持在中间压力PM。另外，如后所述，在压力控制机构52具有线性压缩机的情况下，中间压力缓冲器83可以是线性压缩机的背压室(例如，图14所示的背压室86d)。

第2区段55b将阀芯主流路74连接于第2气体管路66b。第2气体管路66b的出口形成在第2凹部79d内的与阀芯56的第2端面对置的套筒68的下表面。

在第3实施方式所涉及的超低温制冷机10中，也可以采用图4所示阀定时。

因此，在超低温制冷机10的吸气工序中，第2开闭阀V2被打开，第1开闭阀V1被关闭。压缩机吸入口12b与阀驱动室54连通，阀驱动室54的压力成为低压PL。由于第1区段55a具有中间压力PM，因此阀芯56基于阀驱动室54与第1区段55a之间的压力差而以缩小阀驱动室54的方式在套筒68内沿轴向移动。阀芯主流路74与高压端口62连接。高压PH的工作气体从压缩机吐出口12a通过滑阀50供给到冷头14的膨胀室34。

在排气工序中，第1开闭阀V1被打开，第2开闭阀V2被关闭。压缩机吐出口12a与阀驱动室54连通，阀驱动室54的压力成为高压PH。由于第1区段55a具有中间压力PM，因此阀芯56基于阀驱动室54与第1区段55a之间的压力差而以扩张阀驱动室54的方式在套筒68内沿轴向移动。阀芯主流路74与低压端口64连接。工作气体在膨胀室34中膨胀，其结果产生的低压PL的工作气体从膨胀室34通过滑阀50回收到压缩机吸入口12b。

如此，与第1实施方式所涉及的滑阀50同样，第3实施方式所涉及的滑阀50也可以作为将压缩机吐出口12a及压缩机吸入口12b交替连接于膨胀室34的超低温制冷机10的流路切换机构而发挥作用。中间压力PM导入到第1区段55a，并且基于第1区段55a与阀驱动室54之间的压力差能够支援阀芯56的驱动，因此，第3实施方式所涉及的滑阀50可以不具有图1及图2所示的复位弹簧76。

图10是概略地表示第3实施方式所涉及的超低温制冷机10的另一结构的图。将第1区段55a保持为恒定压力(即，在第1区段55a上设置中间压力缓冲器83)并不使必须的。压力控制机构52也可以控制第1区段55a的压力以支援阀芯56往复移动。

压力控制机构52构成为，在第1区段55a中产生与阀驱动室54的压力变动相反相位的压力变动。压力控制机构52除了具备上述四个阀(V1～V4)以外还具备第5开闭阀V5及第6开闭阀V6。第5开闭阀V5将压缩机吐出口12a连接于第1区段55a，第6开闭阀V6将压缩机吸入口12b连接于第2区段55b。

图11是例示图10所示压力控制机构52的阀定时的图。在此，与第1实施方式相同的四个阀(V1～V4)可以采用图4所示阀定时。第5开闭阀V5与第2开闭阀V2同时打开，并在第2开闭阀V2关闭之前关闭。第6开闭阀V6与第1开闭阀V1同时打开，并在第1开闭阀V1关闭之前关闭。如图11所示，第5开闭阀V5仅在第2开闭阀V2打开期间的最初时段打开，第6开闭阀V6仅在第1开闭阀V1打开期间的最初时段打开。

因此，在吸气工序中，首先打开第2开闭阀V2和第5开闭阀V5。由于压缩机吐出口12a与第1区段55a连通，因此第1区段55a的压力成为高压PH，由于压缩机吸入口12b与阀驱动室54连通，因此阀驱动室54的压力成为低压PL。阀芯56基于阀驱动室54与第1区段55a之间的压力差而以缩小阀驱动室54的方式在套筒68内沿轴向移动。阀芯主流路74连接于高压端口62。高压P H的工作气体从压缩机吐出口12a通过滑阀50供给到冷头14的膨胀室34。

在排气工序中，首先打开第1开闭阀V1和第6开闭阀V6。由于压缩机吐出口12a与阀驱动室54连通，因此阀驱动室54的压力成为高压PH，由于压缩机吸入口12b与第1区段55a连通，因此第1区段55a的压力成为低压PL。阀芯56基于阀驱动室54与第1区段55a之间的压力差而以扩张阀驱动室54的方式在套筒68内沿轴向移动。阀芯主流路74连接于低压端口64。工作气体在膨胀室34中膨胀，其结果产生的低压PL的工作气体从膨胀室34通过滑阀50回收到压缩机吸入口12b。

图12是概略地表示第4实施方式所涉及的超低温制冷机10的图。第4实施方式所涉及的超低温制冷机10与第1实施方式所涉及的超低温制冷机10不同点主要在于滑阀50，除此以外的结构均与第1实施方式所涉及的超低温制冷机10的结构相同。以下，重点对第4实施方式所涉及的超低温制冷机10的与第1实施方式不同的结构进行说明，对于相同的结构则简单地进行说明或者省略说明。

滑阀50具备在与阀驱动室54相反的一侧与阀芯56相邻的背压室84以及从阀驱动室54及背压室84密封的连接流路85。在阀芯56位于第1位置时，连接流路85将膨胀室34连接于压缩机吐出口12a，当阀芯56位于第2位置时，连接流路85将膨胀室34连接于压缩机吸入口12b。

并且，滑阀50具有配置在阀芯56与套筒68之间的游隙中的多个密封部件(具体而言，第1密封部件70a、第2密封部件70b、第3密封部件70c、第4密封部件70d、第5密封部件70e及第6密封部件70f)。通过这些密封部件，滑阀50内部的工作气体空间分隔成阀驱动室54、第1游隙区域72a、第2游隙区域72b、第3游隙区域72c、第4游隙区域72d、第5游隙区域72e及背压室84。通过第6密封部件70f，背压室84从第5游隙区域72e密封。

背压室84连接于活塞驱动室46的下部区段46b(即，气体弹簧室)。背压室84通过第4气体管路66d连接于下部区段46b。背压室84及气体弹簧室具有高压PH与低压PL之间的中间压力PM(例如，高压PH和低压PL的平均压力)。因此，与上述实施方式不同，超低温制冷机10构成为如下：阀芯56位于上止点时驱动活塞22位于下止点，阀芯56位于下止点时驱动活塞22位于上止点。如此，抑制阀芯56及驱动活塞22往复移动时的背压室84及气体弹簧室的总容积变动，由此也能够减小背压室84及气体弹簧室的压力变动。

连接流路85以使第4游隙区域72d连接于第2游隙区域72b的方式贯穿阀芯56。在阀芯56位于上止点时，低压端口64连接于第4游隙区域72d，高压端口62被第5游隙区域72e封闭。在阀芯56位于下止点时，高压端口62连接于第4游隙区域72d，低压端口64被第3游隙区域72c封闭。

并且，第2气体管路66b从膨胀室34延伸并在中途分支成两个分支路后连接于滑阀50。第1分支路用于将工作气体从滑阀50供给到膨胀室34，第2分支路用于将工作气体从膨胀室34排出到滑阀50。在阀芯56位于上止点时，第2气体管路66b的第2分支路连接于第2游隙区域72b，第2气体管路66b的第1分支路被第3游隙区域72c封闭。在阀芯56位于下止点时，第2气体管路66b的第1分支路连接于第2游隙区域72b，第2气体管路66b的第2分支路被第1游隙区域72a封闭。

图13是例示图12所示压力控制机构52的阀定时的图。在此，第1开闭阀V1及第2开闭阀V2使用与图4所示阀定时相反的阀定时。第3开闭阀V3及第4开闭阀V4可以采用图4所示阀定时。即，如图13所示，在第1开闭阀V1打开的期间第4开闭阀V4打开，在第2开闭阀V2打开的期间第3开闭阀V3打开。

因此，在吸气工序中，第1开闭阀V1和第4开闭阀V4被打开。压缩机吐出口12a与阀驱动室54连通，阀驱动室54的压力成为高压PH。由于背压室84具有中间压力PM，因此阀芯56基于阀驱动室54与背压室84之间的压力差而以扩张阀驱动室54的方式在套筒68内沿轴向移动。连接流路85将高压端口62连接于第2气体管路66b。高压PH的工作气体从压缩机吐出口12a通过滑阀50供给到冷头14的膨胀室34。

此时，由于第4开闭阀V4被打开，因此活塞驱动室46的上部区段46a成为低压PL，驱动活塞22以扩张下部区段46b的方式在活塞驱动室46内沿轴向移动。因此，能够使基于阀芯56的移动而从背压室84推出的工作气体经过第4气体管路66d而容纳于下部区段46b中。

在排气工序中，第2开闭阀V2和第3开闭阀V3被打开。压缩机吸入口12b与阀驱动室54连通，阀驱动室54的压力成为低压PL。由于背压室84具有中间压力PM，因此阀芯56基于阀驱动室54与背压室84之间的压力差而以缩小阀驱动室54的方式在套筒68内沿轴向移动。连接流路85将低压端口64连接于第2气体管路66b。工作气体在膨胀室34中膨胀，其结果产生的低压PL的工作气体从膨胀室34经过滑阀50回收到压缩机吸入口12b。

此时，由于第3开闭阀V3被打开，活塞驱动室46的上部区段46a成为高压PH，驱动活塞22以缩小下部区段46b的方式在活塞驱动室46内沿轴向移动。因此，这次能够使基于驱动活塞22的移动而从下部区段46b推出的工作气体经过第4气体管路66d而容纳于背压室84。

如此，与第1实施方式所涉及的滑阀50同样，第4实施方式所涉及的滑阀50也能够作为将压缩机吐出口12a及压缩机吸入口12b交替连接于膨胀室34的超低温制冷机10的流路切换机构而发挥作用。中间压力PM导入到背压室84，并且基于背压室84与阀驱动室54之间的压力差能够支援阀芯56的驱动。

另外，背压室84并不只限于与活塞驱动室46的下部区段46b连接。例如，背压室84也可以与图9所示实施方式同样地连接于中间压力缓冲器83。或者，背压室84也可以连接于冷头14的室温室36，此时，可以在将背压室84连接于室温室36的流路中设置流路阻力(例如，节流孔或节流阀等)。背压室84也可以连接于连接流路85，此时，可以在将背压室84连接于连接流路85的阀芯56内部的流路中设置流路阻力。

图14是概略地表示可适用于一实施方式所涉及的超低温制冷机10上的压力控制机构52的另一结构的图。如图14所示，压力控制机构52可以具备与阀驱动室54及活塞驱动室46连接的线性压缩机86。在该情况下，压力控制机构52不具有回转阀。

线性压缩机86具备电磁铁等致动器86a、通过致动器86a的驱动而往复移动的压缩机活塞86b、与阀驱动室54及活塞驱动室46连接的压缩室86c以及背压室86d。在压缩室86c中，在压缩机活塞86b前进时(图14中，在压缩机活塞86b朝下移动时)，工作气体被压缩，高压工作气体从压缩室86c供给到阀驱动室54及活塞驱动室46。在压缩机活塞86b后退时(图14中，压缩机活塞86b朝上移动时)，压缩室86c的压力下降，由此，阀驱动室54及活塞驱动室46的压力也下降。另外，线性压缩机86可以适当地采用公知结构的线性压缩机。

如此，压力控制机构52能够在阀驱动室54及活塞驱动室46中产生与图4所示压力变动相同的压力变动。因此，压力控制机构52能够使滑阀50进行动作以使压缩机吐出口12a及压缩机吸入口12b交替连接于膨胀室34。

另外，必要时，根据压力变动的相位调整或其他理由，可以在将线性压缩机86连接于阀驱动室54的流路中设置第1流路阻力88a，在将线性压缩机86连接于活塞驱动室46的流路中设置第2流路阻力88b。

以上，根据实施例对本发明进行了说明。本发明并不只限于上述实施方式，本领域技术人员可以理解，可以进行各种设计变更，可以存在各种变形例，并且这样的变形例也在本发明的范围内。

在一实施方式中进行说明的各种特征也可以适用于其他实施方式中。通过组合而产生的新的实施方式兼具所组合的实施方式各自的效果。

例如，在第2实施方式中说明的可装卸的连接器80也可以适用于第3实施方式或第4实施方式或其他实施方式所涉及的超低温制冷机10。

产业上的可利用性

本发明可以利用于超低温制冷机及超低温制冷机的流路切换机构的领域中。

符号说明

10-超低温制冷机，12-压缩机，12a-压缩机吐出口，12b-压缩机吸入口，14-冷头，20-置换器，22-驱动活塞，34-膨胀室，46-活塞驱动室，50-滑阀，52-压力控制机构，54-阀驱动室，56-阀芯，75a-流路，78-回转阀，80-可装卸的连接器，84-背压室，85-连接流路，86-线性压缩机。

Claims (10)

1.一种超低温制冷机，其特征在于，具备：

冷头，其具备能够沿轴向移动的置换器以及与所述置换器连结从而使所述置换器沿轴向移动的驱动活塞，在所述冷头与所述置换器之间形成有膨胀室，在所述冷头与所述驱动活塞之间形成有活塞驱动室，所述驱动活塞基于所述活塞驱动室与所述膨胀室之间的压力差而沿轴向移动；

滑阀，其具备阀驱动室以及根据所述阀驱动室的压力而在第1位置与第2位置之间进行移动的阀芯，所述阀芯在位于所述第1位置处时将所述膨胀室连接于压缩机吐出口，在位于所述第2位置处时将所述膨胀室连接于压缩机吸入口，通过使所述阀芯在所述第1位置与所述第2位置之间往复移动，在所述膨胀室中产生周期性的压力变动；及

压力控制机构，其构成为控制所述阀驱动室的压力以使所述阀芯在所述第1位置与所述第2位置之间进行往复移动，并且与所述阀芯的往复移动同步地在所述活塞驱动室中产生与所述膨胀室的压力变动相反相位的压力变动，

所述压力控制机构构成为，在所述阀驱动室中也产生与所述膨胀室的压力变动相反相位的压力变动。

2.根据权利要求1所述的超低温制冷机，其特征在于，

所述压力控制机构与所述冷头分开配置。

3.根据权利要求1或2所述的超低温制冷机，其特征在于，

还具备第1可装卸的连接器及第2可装卸的连接器，所述第1可装卸的连接器将所述阀驱动室连接于所述压力控制机构，所述第2可装卸的连接器将所述活塞驱动室连接于所述压力控制机构。

4.根据权利要求1或2所述的超低温制冷机，其特征在于，

所述压力控制机构具备回转阀，该回转阀使所述压缩机吐出口及所述压缩机吸入口交替连接于所述阀驱动室并且使所述压缩机吐出口及所述压缩机吸入口交替连接于所述活塞驱动室。

5.根据权利要求1或2所述的超低温制冷机，其特征在于，

所述压力控制机构具备与所述阀驱动室及所述活塞驱动室连接的线性压缩机。

6.根据权利要求1或2所述的超低温制冷机，其特征在于，

所述滑阀具备在与所述阀驱动室相反的一侧与所述阀芯相邻的多个彼此密封的区段，所述阀芯基于所述阀驱动室与所述多个区段中的至少一个区段之间的压力差而在所述第1位置与所述第2位置之间移动。

7.根据权利要求1或2所述的超低温制冷机，其特征在于，

所述滑阀具备以所述阀芯的中心轴为中心对称配置的流路。

8.根据权利要求1或2所述的超低温制冷机，其特征在于，

所述滑阀具备：

背压室，在与所述阀驱动室相反的一侧与所述阀芯相邻；及

连接流路，从所述阀驱动室及所述背压室密封，并且在所述阀芯位于所述第1位置处时将所述膨胀室连接于所述压缩机吐出口，在所述阀芯位于所述第2位置处时将所述膨胀室连接于所述压缩机吸入口。

9.一种超低温制冷机，其特征在于，具备：

冷头，其具备能够沿轴向移动的置换器以及与所述置换器连结从而使所述置换器沿轴向移动的驱动活塞，在所述冷头与所述置换器之间形成有膨胀室，在所述冷头与所述驱动活塞之间形成有活塞驱动室，所述驱动活塞基于所述活塞驱动室与所述膨胀室之间的压力差而沿轴向移动；

滑阀，其具备阀驱动室以及根据所述阀驱动室的压力而在第1位置与第2位置之间进行移动的阀芯，所述阀芯在位于所述第1位置处时将所述膨胀室连接于压缩机吐出口，在位于所述第2位置处时将所述膨胀室连接于压缩机吸入口，通过使所述阀芯在所述第1位置与所述第2位置之间往复移动，在所述膨胀室中产生周期性的压力变动；及

压力控制机构，其构成为控制所述阀驱动室的压力以使所述阀芯在所述第1位置与所述第2位置之间进行往复移动，并且与所述阀芯的往复移动同步地在所述活塞驱动室中产生与所述膨胀室的压力变动相反相位的压力变动，

所述滑阀具备：

第2气体室，在与所述阀驱动室相反的一侧与所述阀芯相邻；及

连接流路，从所述阀驱动室密封，并且经由所述第2气体室与所述膨胀室连接，在所述阀芯位于所述第1位置处时将所述膨胀室连接于所述压缩机吐出口，在所述阀芯位于所述第2位置处时将所述膨胀室连接于所述压缩机吸入口。

10.一种超低温制冷机的流路切换机构，其特征在于，

所述超低温制冷机具备冷头，该冷头具备能够沿轴向移动的置换器以及与所述置换器连结从而使所述置换器沿轴向移动的驱动活塞，在所述冷头与所述置换器之间形成有膨胀室，在所述冷头与所述驱动活塞之间形成有活塞驱动室，所述驱动活塞基于所述活塞驱动室与所述膨胀室之间的压力差而沿轴向移动，

所述流路切换机构具备：

滑阀，其具备阀驱动室以及根据所述阀驱动室的压力而在第1位置与第2位置之间进行移动的阀芯，所述阀芯在位于所述第1位置处时将所述膨胀室连接于压缩机吐出口，在位于所述第2位置处时将所述膨胀室连接于压缩机吸入口，通过使所述阀芯在所述第1位置与所述第2位置之间往复移动，在所述膨胀室中产生周期性的压力变动；及

压力控制机构，其构成为控制所述阀驱动室的压力以使所述阀芯在所述第1位置与所述第2位置之间进行往复移动，并且与所述阀芯的往复移动同步地在所述活塞驱动室中产生与所述膨胀室的压力变动相反相位的压力变动，

所述压力控制机构构成为，在所述阀驱动室中也产生与所述膨胀室的压力变动相反相位的压力变动。

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