狀，多個(gè)球狀形成物聚集而構(gòu)成蓄冷材料。分隔件23防止高溫側(cè)區(qū)域24的蓄冷材料與低溫側(cè)區(qū)域25的蓄冷材料混合。該第2置換器3的內(nèi)部容積即高溫側(cè)區(qū)域24和低溫側(cè)區(qū)域25作為第2蓄冷器34發(fā)揮作用。第I膨脹空間18和第2置換器3的高溫端由連接器5周圍的連通路連通。制冷劑氣體經(jīng)由該連通路從第I膨脹空間18流向第2蓄冷器34。
[0025]在第2置換器3的低溫端形成有用于使制冷劑氣體經(jīng)由第2間隙C2流向第2膨脹空間26的第3開口 27。第2膨脹空間26為由第2缸體8和第2置換器3形成的空間。第2膨脹空間26的容積隨著第2置換器3的往復(fù)移動(dòng)發(fā)生變化。第2間隙C2由第2缸體8的低溫端和第2置換器3形成。
[0026]在第2缸體8的外周的與第2膨脹空間26相對(duì)應(yīng)的位置配置有與冷卻對(duì)象熱連接的第2冷卻臺(tái)28。第2冷卻臺(tái)28被流過第2間隙C2的制冷劑氣體冷卻。
[0027]從比重、強(qiáng)度、導(dǎo)熱系數(shù)等觀點(diǎn)考慮，作為第I置換器2例如使用夾布酚醛樹脂等。第I蓄冷材料例如由金屬絲網(wǎng)等構(gòu)成。并且，通過毛氈及金屬絲網(wǎng)在軸向上夾持例如鉛、鉍等球狀的第2蓄冷材料而構(gòu)成第2置換器3。另外，如上所述，可通過分隔件將第2置換器3的內(nèi)部容積分割成多個(gè)區(qū)域。
[0028]第I置換器2及第2置換器3可在低溫端分別具備蓋部29及蓋部30。從與置換器主體接合的觀點(diǎn)考慮，蓋部29及蓋部30具有兩級(jí)的圓柱形形狀。蓋部29通過壓入銷31固定于第I置換器2，蓋部30通過壓入銷32固定于第2置換器3。
[0029]接著，對(duì)實(shí)施方式所涉及的超低溫制冷機(jī)I的動(dòng)作進(jìn)行說明。在制冷劑氣體供給工序的某一時(shí)間點(diǎn)，第I置換器2及第2置換器3位于第I缸體7及第2缸體8的下止點(diǎn)。若與此同時(shí)或者在稍微錯(cuò)開的時(shí)刻打開供給閥15，則高壓氦氣(例如，2.2MPa的氦氣)經(jīng)由供給閥15從供排氣共同配管供給至第I缸體7內(nèi)，并從位于第I置換器2上部的第I開口 13流入到第I置換器2內(nèi)部的第I蓄冷器9中。流入到第I蓄冷器9中的高壓氦氣被第I蓄冷材料冷卻的同時(shí)，經(jīng)由位于第I置換器2下部的第2開口 19及第I間隙Cl供給至第I膨脹空間18。
[0030]供給到第I膨脹空間18的高壓氦氣經(jīng)由連接器5周圍的連通路流入到第2置換器3內(nèi)部的第2蓄冷器34中。流入到第2蓄冷器34中的高壓氦氣被第2蓄冷材料冷卻的同時(shí)，經(jīng)由位于第2置換器3下部的第3開口 27及第2間隙供給至第2膨脹空間26。
[0031]如此，第I膨脹空間18及第2膨脹空間26被高壓氦氣充滿，供給閥15被關(guān)閉。此時(shí)，第I置換器2及第2置換器3位于第I缸體7及第2缸體8內(nèi)的上止點(diǎn)。若與此同時(shí)或者在稍微錯(cuò)開的時(shí)刻打開回流閥16，則第I膨脹空間18及第2膨脹空間26內(nèi)的制冷劑氣體被減壓并膨脹，成為低壓氦氣(例如0.SMPa的氦氣)。此時(shí)，通過制冷劑氣體的膨脹而產(chǎn)生寒冷。通過膨脹成為低溫的第I膨脹空間18的氦氣經(jīng)由第I間隙Cl吸收第I冷卻臺(tái)20的熱量。并且，第2膨脹空間26的氦氣經(jīng)由第2間隙C2吸收第2冷卻臺(tái)28的熱量。
[0032]第I置換器2及第2置換器3朝向下止點(diǎn)移動(dòng)，從而第I膨脹空間18及第2膨脹空間26的容積減少。第2膨脹空間26內(nèi)的氦氣經(jīng)由第2間隙C2、第3開口 27、第2蓄冷器34及連通路返回到第I膨脹空間18。并且，第I膨脹空間18內(nèi)的氦氣經(jīng)由第2開口 19、第I蓄冷器9及第I開口 13返回到壓縮機(jī)14的吸入側(cè)。此時(shí)，第I蓄冷材料、第2蓄冷材料及第3蓄冷材料被制冷劑氣體冷卻。即，第I蓄冷材料、第2蓄冷材料及第3蓄冷材料積蓄通過制冷劑氣體的膨脹而產(chǎn)生的寒冷。將該工序作為I個(gè)循環(huán)，超低溫制冷機(jī)I重復(fù)進(jìn)行該制冷循環(huán)，由此對(duì)第I冷卻臺(tái)20及第2冷卻臺(tái)28進(jìn)行冷卻。另外，超低溫制冷機(jī)I的制冷循環(huán)的頻率為幾赫茲到幾十赫茲左右。
[0033]以上，參考圖1對(duì)實(shí)施方式所涉及的超低溫制冷機(jī)I的概要進(jìn)行了說明。在上述說明中，為了簡(jiǎn)化說明，省略了對(duì)實(shí)施方式所涉及的超低溫制冷機(jī)I所具備的緩沖部的說明。以下，對(duì)實(shí)施方式所涉及的超低溫制冷機(jī)I所具備的緩沖部進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0034]如上所述，超低溫制冷機(jī)I通過重復(fù)進(jìn)行制冷循環(huán)來對(duì)第I冷卻臺(tái)20及第2冷卻臺(tái)28進(jìn)行冷卻。在此期間，第2冷卻臺(tái)28達(dá)到4K左右的超低溫。因此，用超低溫制冷機(jī)I冷卻超導(dǎo)磁鐵或各種傳感器時(shí)，使作為這些冷卻對(duì)象的電子設(shè)備與第2冷卻臺(tái)28接觸。
[0035]第2冷卻臺(tái)28在超低溫制冷機(jī)I的制冷循環(huán)中，被在第2膨脹空間26內(nèi)膨脹的制冷劑氣體所產(chǎn)生的寒冷冷卻。因此，第2冷卻臺(tái)28的溫度隨著超低溫制冷機(jī)I的制冷循環(huán)而周期性變動(dòng)。其結(jié)果，與第2冷卻臺(tái)28熱接觸的電子設(shè)備的溫度也周期性變動(dòng)。該溫度變動(dòng)有可能成為降低電子設(shè)備的性能的主要原因。
[0036]因此，實(shí)施方式所涉及的超低溫制冷機(jī)I具備與第2膨脹空間26相鄰且與第2膨脹空間26連通的緩沖部。由于緩沖部與第2膨脹空間26連通，因此與第2膨脹空間26共用制冷劑氣體。存在于該緩沖部的制冷劑氣體作為降低第2膨脹空間26內(nèi)的制冷劑氣體的溫度變化的所謂熱緩沖或緩沖件發(fā)揮作用。以下，對(duì)緩沖部的結(jié)構(gòu)及其作用進(jìn)行說明。另夕卜，當(dāng)超低溫制冷機(jī)I為具有3級(jí)以上的置換器的多級(jí)式超低溫制冷機(jī)時(shí)，可以與在最低溫側(cè)的置換器與缸體之間形成的膨脹空間相鄰設(shè)置緩沖部。
[0037]圖2是表示氦及各種金屬材料在超低溫區(qū)域中的比熱隨溫度變化的圖。更具體而言，圖2是將金屬材料及氦的溫度作為橫軸，將金屬材料的比熱作為縱軸繪制的圖表。如圖2所示，在20K以下的超低溫的溫度區(qū)域中，銅等金屬材料的比熱急劇下降。另一方面，即使在這種溫度區(qū)域中，氦的比熱高于金屬材料的比熱。
[0038]圖3(a)?圖3(c)是表示實(shí)施方式所涉及的緩沖部35的放大了圖1中的第2缸體8及其周邊的圖。如圖3(a)?圖3(c)所示，將容納作為制冷劑氣體的氦氣的緩沖部35設(shè)置成與第2膨脹空間26相鄰，由此第2膨脹空間26的容積增加。由于在緩沖部35積存有氦氣，因此包括第2膨脹空間26及緩沖部的制冷部的熱容量增加。其結(jié)果，第2冷卻臺(tái)28的溫度振幅也下降。
[0039]圖3 (a)是表示在第2置換器3設(shè)置緩沖部35時(shí)的圖。更具體而言，在圖3(a)中，緩沖部35設(shè)置于配置在第2置換器3的低溫端的蓋部30。如圖3 (a)所示，緩沖部35具有一端開口且另一端封閉的短管形狀。在此，緩沖部35的一端朝向與第2膨脹空間26相鄰的方向開放。并且，緩沖部35的另一端通過第2置換器3的蓋部30封閉。另外，圖1表示具備圖3(a)所示的緩沖部35的超低溫制冷機(jī)I。
[0040]圖3 (a)所示的緩沖部35隨著第2置換器3的往復(fù)移動(dòng)而往復(fù)移動(dòng)。當(dāng)?shù)?置換器3位于下止點(diǎn)時(shí)，第2膨脹空間26的體積幾乎為O。另一方面，即使第2置換器3位于下止點(diǎn)，緩沖部35也能夠積存氦氣。
[0041]如圖3(a)所示，緩沖部35的一端朝向第2膨脹空間26開放得較大。因此，第2膨脹空間26與緩沖部35之間的氦氣的流路阻力較小。因此，氦氣能夠在短時(shí)間內(nèi)迅速流過第2膨脹空間26與緩沖部35之間。因此，第2膨脹空間26內(nèi)的氦氣與緩沖部35內(nèi)的氦氣的溫度差極小。這也是能夠抑制第2冷卻臺(tái)28的溫度變化的原因。
[0042]超低溫制冷機(jī)I通常用作其他測(cè)量裝置的一部分，因此超低溫制冷機(jī)I的大小尤其是其全長(zhǎng)最好不要變大。如圖3(a)所示，由于緩沖部35設(shè)置于已有的第2置換器3的低溫端側(cè)的蓋部30，因此，即使追加了緩沖部35，超低溫制冷機(jī)I的大小也不會(huì)發(fā)生變化，或者即使發(fā)生變化也能夠?qū)⑵湓黾右种频幂^小。
[0043]圖3(b)是表示在第2缸體8設(shè)置緩沖部35時(shí)的圖。如圖3 (b)所示，在第2缸體8的底部及外周的與第2膨脹空間26相對(duì)應(yīng)的位置設(shè)