本申請主張基于2015年12月28日于日本申請的日本專利申請第2015-257052號的優(yōu)先權。該日本申請的全部內容通過參考援用于本說明書中。

本發(fā)明涉及一種超低溫制冷機及超低溫制冷機的回轉閥機構。

背景技術：

以吉福德-麥克馬洪(gifford-mcmahon；gm)制冷機為代表的超低溫制冷機具有工作氣體(也稱為制冷劑氣體)的膨脹機及壓縮機。膨脹機通常具有通過驅動機構的驅動沿軸向往復移動的置換器及內置于置換器中的蓄冷器。置換器容納于引導其往復移動的缸體中。通過相對于缸體的置換器的相對移動，形成于缸體與置換器之間的可變容積用作工作氣體的膨脹室。通過使膨脹室的容積變化與壓力變化適當?shù)赝?，膨脹機能夠產生寒冷。

因此，超低溫制冷機具備用于控制膨脹室的壓力的閥部。閥部構成為，交替地切換從壓縮機向膨脹機的高壓工作氣體的供給與從膨脹機向壓縮機的低壓工作氣體的回收。閥部通常使用回轉閥機構。脈沖管制冷機等其他超低溫制冷機中也具備閥部。

專利文獻1：日本特開平9-236347號公報

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一種實施方式的示例性的目的之一在于提高超低溫制冷機的回轉閥機構的可靠性。

本發(fā)明的一種實施方式所涉及的超低溫制冷機具備：工作氣體的壓縮機，其具備壓縮機排出口及壓縮機吸入口；膨脹機，其具備氣體膨脹室及與所述壓縮機吸入口連通的低壓氣體室；定子閥部件，其配設在所述低壓氣體室，且具備定子側旋轉滑動面、開口于所述定子側旋轉滑動面且與所述壓縮機排出口連通的高壓氣體流入口、及開口于所述定子側旋轉滑動面且與所述氣體膨脹室連通的氣體流通口；及轉子閥樹脂部件，其以相對于所述定子閥部件繞軸旋轉的方式配設在所述低壓氣體室，并且構成為從所述低壓氣體室隔離轉子閥高壓凹部，所述轉子閥高壓凹部形成為，在轉子閥樹脂部件的一個旋轉周期中的一部分期間使所述高壓氣體流入口與所述氣體流通口連通，而在該一個旋轉周期的剩余期間使所述高壓氣體流入口不與所述氣體流通口連通。所述轉子閥樹脂部件具備：轉子閥外周面，其面向所述低壓氣體室；轉子側旋轉滑動面，其利用所述轉子閥高壓凹部的周圍與所述定子側旋轉滑動面面接觸；凹部底壁面，其面向所述轉子閥高壓凹部；凹部周壁面，其在所述轉子側旋轉滑動面上形成凹部輪廓線并從所述凹部輪廓線朝向所述凹部底壁面延伸而形成，并且所述凹部周壁面的距所述轉子閥外周面的樹脂厚度沿著所述凹部輪廓線而變化；及第1樹脂薄壁部，其具有從所述凹部周壁面到所述轉子閥外周面的第1最小樹脂厚度，并且具有連接所述凹部底壁面與所述凹部周壁面且相對于所述凹部底壁面及所述凹部周壁面傾斜的第1傾斜接合區(qū)域。

本發(fā)明的一種實施方式所涉及的超低溫制冷機的回轉閥機構具備：定子閥部件，其配設在超低溫制冷機的低壓氣體室，且具備定子側旋轉滑動面、開口于所述定子側旋轉滑動面的高壓氣體流入口、及開口于所述定子側旋轉滑動面的氣體流通口；轉子閥樹脂部件，其以相對于所述定子閥部件繞軸旋轉的方式配設在所述低壓氣體室，并且構成為從所述低壓氣體室隔離轉子閥高壓凹部，所述轉子閥高壓凹部形成為，在轉子閥樹脂部件的一個旋轉周期中的一部分期間使所述高壓氣體流入口與所述氣體流通口連通，而在該一個旋轉周期的剩余期間使所述高壓氣體流入口不與所述氣體流通口連通。所述轉子閥樹脂部件具備：轉子閥外周面，其面向所述低壓氣體室；轉子側旋轉滑動面，其利用所述轉子閥高壓凹部的周圍與所述定子側旋轉滑動面面接觸；凹部底壁面，其面向所述轉子閥高壓凹部；凹部周壁面，其在所述轉子側旋轉滑動面上形成凹部輪廓線并從所述凹部輪廓線朝向所述凹部底壁面延伸而形成，并且所述凹部周壁面的距所述轉子閥外周面的樹脂厚度沿著所述凹部輪廓線而變化；及樹脂薄壁部，其具有從所述凹部周壁面到所述轉子閥外周面的最小樹脂厚度，并且具有連接所述凹部底壁面與所述凹部周壁面且相對于所述凹部底壁面及所述凹部周壁面傾斜的傾斜接合區(qū)域。

本發(fā)明的一種實施方式所涉及的回轉閥機構具備：定子閥部件，其具備樹脂制的圓頂狀高壓凹部及金屬制的高壓流路中的一個；及轉子閥部件，其具備所述樹脂制的圓頂狀高壓凹部及所述金屬制的高壓流路中的另一個，并且以密封將所述高壓流路連通于所述圓頂狀高壓凹部而形成的高壓區(qū)域以從低壓周圍環(huán)境隔離該高壓區(qū)域的方式與所述定子閥部件相鄰配置。

另外，在方法、裝置、系統(tǒng)等之間相互替代本發(fā)明的構成要件及表現(xiàn)的方式，仍作為本發(fā)明的方式而有效。

根據(jù)本發(fā)明，能夠提高超低溫制冷機的回轉閥機構的可靠性。

附圖說明

圖1是概略地表示本發(fā)明的一種實施方式所涉及的超低溫制冷機的整體結構以及超低溫制冷機的膨脹機的剖面的圖。

圖2是概略地表示可使用于圖1所示的超低溫制冷機的回轉閥的主要部分的分解立體圖。

圖3是概略地表示可使用于圖1所示的超低溫制冷機的轉子閥部件的立體圖。

圖4是表示采用圖3所示的轉子閥部件時的高壓流路中的工作氣體流速的模擬試驗結果的圖。

圖5是概略地表示本發(fā)明的一種實施方式所涉及的轉子閥部件的立體圖。

圖6是表示作用于圖5所示的轉子閥部件的馮米斯應力的模擬試驗結果的圖。

圖中：10-超低溫制冷機，12-壓縮機，12a-排出口，12b-吸入口，14-膨脹機，34-閥部，34a-轉子閥部件，34b-定子閥部件，40-氣體膨脹室，42-低壓氣體室，50-定子側旋轉滑動面，52-轉子側旋轉滑動面，60-轉子閥外周面，62-高壓氣體流入口，64-氣體流通口，68-轉子閥高壓凹部，70-轉子閥開口部，72-凹部底壁面，74-凹部周壁面，76-凹部輪廓線，80-第1樹脂薄壁部，82-第2樹脂薄壁部，84-第1最小樹脂厚度，86-第2最小樹脂厚度，88-第1傾斜接合區(qū)域，90-第2傾斜接合區(qū)域。

具體實施方式

以下，參考附圖對本發(fā)明的實施方式進行詳細說明。另外，在說明書中，對相同的要件標注相同的符號，并適當省略重復說明。并且，以下所述的結構只是示例，對本發(fā)明的范圍并不作任何限定。

在一種實施方式中，超低溫制冷機的回轉閥機構具備金屬制(或樹脂制)的定子閥部件及相對于定子閥部件旋轉滑動的樹脂制(或金屬制)的轉子閥部件。定子閥部件及轉子閥部件也可以分別被稱為定子閥板及轉子閥板。

回轉閥機構設置在充滿有相對低壓的工作氣體的低壓室。金屬部件具備用于高壓工作氣體的高壓流路，高壓流路貫穿形成在金屬部件。樹脂部件具備用于高壓工作氣體的圓頂狀高壓凹部。圓頂狀凹部以與凹部的深度方向垂直的截面隨著朝向深度方向逐漸變小的方式成型。圓頂狀凹部能夠以任意的加工方法成型，但例如也可以通過圓角加工或倒角加工來形成。轉子閥部件以密封將金屬制的高壓流路連通于樹脂制的圓頂狀高壓凹部而形成的高壓區(qū)域以從低壓周圍環(huán)境隔離該高壓區(qū)域的方式與定子閥部件相鄰配置。圓頂狀凹部可在回轉閥機構的一個旋轉周期中的至少一部分期間與高壓流路連通，而在其他期間則被阻斷。

因此，轉子閥部件及定子閥部件的實心部分中的至少一部分(尤其是面向上述高壓區(qū)域的部分)作為承受高壓與低壓的壓差負荷的壓力隔壁而發(fā)揮作用。圓頂狀凹部的隔壁部的壁厚隨著朝向其深度方向逐漸變厚。由此能夠減少作用于圓頂狀凹部表面和/或隔壁內部的應力。尤其，樹脂部件的薄壁部處的應力減小會降低該部位的破損風險并提高回轉閥機構的可靠性。并且，由于圓頂狀凹部表面不具有顯著影響工作氣體流動的銳角部，因此有助于減小工作氣體流的壓力損失以及提高制冷性能。

圖1是概略地表示本發(fā)明的一種實施方式所涉及的超低溫制冷機10的圖。超低溫制冷機10具備壓縮工作氣體的壓縮機12及使工作氣體通過絕熱膨脹而被冷卻的膨脹機14。工作氣體例如為氦氣。膨脹機14也被稱作冷頭。膨脹機14具備對工作氣體進行預冷的蓄冷器16。超低溫制冷機10具備氣體配管18，該氣體配管18包括分別連接壓縮機12和膨脹機14的第1管18a及第2管18b。圖示的超低溫制冷機10為單級式的gm制冷機。

眾所周知，具有第1高壓的工作氣體從壓縮機12的排出口12a通過第1管18a供給至膨脹機14。通過在膨脹機14中絕熱膨脹，工作氣體從第1高壓減壓至比其低的第2高壓。具有第2高壓的工作氣體從膨脹機14通過第2管18b回收到壓縮機12的吸入口12b。壓縮機12壓縮回收過來的具有第2高壓的工作氣體。如此，工作氣體再次被升壓至第1高壓。通常，第1高壓及第2高壓均遠高于大氣壓。為了便于說明，將第1高壓及第2高壓分別簡稱為高壓及低壓。通常，高壓例如為2～3mpa，低壓例如為0.5～1.5mpa。高壓與低壓的壓差例如為1.2～2mpa左右。

膨脹機14具備膨脹機可動部分20及膨脹機靜止部分22。膨脹機可動部分20構成為相對于膨脹機靜止部分22能夠沿軸向(圖1中的上下方向)往復移動。在圖1中用箭頭a表示膨脹機可動部分20的移動方向。膨脹機靜止部分22構成為將膨脹機可動部分20支承為能夠沿軸向往復移動。并且，膨脹機靜止部分22構成將膨脹機可動部分20與高壓氣體(包括第1高壓氣體及第2高壓氣體)一同容納的氣密容器。

膨脹機可動部分20包括置換器24及驅動置換器24往復移動的置換器驅動軸26。置換器24中內置有蓄冷器16。置換器24具有包圍蓄冷器16的置換器部件24a。在置換器部件24a的內部空間填充有蓄冷材料，由此在置換器24內形成蓄冷器16。置換器24例如具有沿軸向延伸的實際上為圓柱狀的形狀。置換器部件24a具有在軸向上實際上相同的外徑及內徑。因此，蓄冷器16也具有沿軸向延伸的實際上為圓柱狀的形狀。

膨脹機靜止部分22大致具有由缸體28及驅動機構殼體30構成的兩個部分結構。膨脹機靜止部分22的軸向上的上部為驅動機構殼體30，膨脹機靜止部分22的軸向上的下部為缸體28，它們彼此牢固地結合在一起。缸體28構成為引導置換器24往復移動。缸體28從驅動機構殼體30沿軸向延伸。缸體28具有在軸向上實際上相同的內徑，因此，缸體28具有沿軸向延伸的實際上為圓筒的內面。其內徑稍大于置換器部件24a的外徑。

并且，膨脹機靜止部分22包括冷卻臺32。冷卻臺32在軸向上的與驅動機構殼體30相反的一側固定在缸體28的末端。冷卻臺32是為了將由膨脹機14生成的寒冷傳遞至其他物體而設置的。該物體安裝在冷卻臺32上，從而在超低溫制冷機10工作時被冷卻臺32冷卻。

在超低溫制冷機10工作時，蓄冷器16在軸向上的一側(圖中的上側)具有蓄冷器高溫部16a而在相反的一側(圖中的下側)具有蓄冷器低溫部16b。如此，蓄冷器16在軸向上具有溫度分布。包圍蓄冷器16的膨脹機14的其他構成要件(例如置換器24及缸體28)也同樣具有軸向溫度分布，因此膨脹機14在工作時在軸向上的一側具有高溫部而在軸向上的另一側具有低溫部。高溫部例如具有室溫左右的溫度。低溫部雖因超低溫制冷機10的用途而異，但例如被冷卻至約100k至約10k范圍內的某一溫度。冷卻臺32以從外側包圍缸體28的低溫部的方式固定在缸體28上。

在本說明書中，為了便于說明，使用軸向、徑向及周向等術語。如圖中的箭頭a所示，軸向表示膨脹機可動部分20相對于膨脹機靜止部分22移動的方向。徑向表示與軸向垂直的方向(圖中的橫向)，周向表示包圍軸向的方向。有時將膨脹機14的某一要件在軸向上與冷卻臺32相對較近的情況稱為“下”，相對較遠的情況稱為“上”。因此，膨脹機14的高溫部及低溫部在軸向上分別位于上部及下部。這種表述只是為了便于理解膨脹機14的要件之間的相對位置關系而使用，與在現(xiàn)場進行設置時的膨脹機14的配置并沒有關系。例如，可以將膨脹機14設置為冷卻臺32朝上而驅動機構殼體30朝下?；蛘?，也可以將膨脹機14設置為其軸向與水平方向一致。

并且，對于回轉閥機構，也使用軸向、徑向及周向等術語。此時，軸向表示回轉閥機構的旋轉軸的方向。

下面，對膨脹機14中的工作氣體的流路結構進行說明。膨脹機14具備閥部34、殼體氣體流路36、上部氣體室37、置換器上蓋氣體流路38、置換器下蓋氣體流路39、氣體膨脹室40及低壓氣體室42。高壓氣體從第1管18a經過閥部34、殼體氣體流路36、上部氣體室37、置換器上蓋氣體流路38、蓄冷器16及置換器下蓋氣體流路39而流入氣體膨脹室40。從氣體膨脹室40返回的氣體經過置換器下蓋氣體流路39、蓄冷器16、置換器上蓋氣體流路38、上部氣體室37、殼體氣體流路36及閥部34而進入低壓氣體室42。

詳細內容進行后述，但閥部34構成為與置換器24的往復移動同步地控制氣體膨脹室40的壓力。閥部34作為用于將高壓氣體供給至氣體膨脹室40的供給通道的一部分而發(fā)揮作用，并且還作為用于從氣體膨脹室40排出低壓氣體的排出通道的一部分而發(fā)揮作用。閥部34構成為，在置換器24通過下止點或其附近時結束低壓氣體的排出并開始高壓氣體的供給。閥部34構成為，在置換器24通過上止點或其附近時結束高壓氣體的供給并開始低壓氣體的排出。如此，閥部34構成為，與置換器24的往復移動同步地切換工作氣體的供給功能與排出功能。

殼體氣體流路36貫穿形成于驅動機構殼體30，以使氣體在膨脹機靜止部分22與上部氣體室37之間流通。

上部氣體室37在蓄冷器高溫部16a側形成在膨脹機靜止部分22與置換器24之間。更詳細而言，上部氣體室37在軸向上夾在驅動機構殼體30與置換器24之間，且在周向上被缸體28所包圍。上部氣體室37與低壓氣體室42鄰接。上部氣體室37也被稱作室溫室。上部氣體室37是形成在膨脹機可動部分20與膨脹機靜止部分22之間的可變容積。

置換器上蓋氣體流路38是以使蓄冷器高溫部16a與上部氣體室37連通的方式形成的置換器部件24a的至少一個開口。置換器下蓋氣體流路39是以使蓄冷器低溫部16b與氣體膨脹室40連通的方式形成的置換器部件24a的至少一個開口。在置換器部件24a的側面設置有封閉置換器24與缸體28之間的間隙的密封部44。密封部44可以以沿周向包圍置換器上蓋氣體流路38的方式安裝在置換器部件24a上。

氣體膨脹室40在蓄冷器低溫部16b側形成在缸體28與置換器24之間。與上部氣體室37相同，氣體膨脹室40也是形成在膨脹機可動部分20與膨脹機靜止部分22之間的可變容積，并且通過相對于缸體28的置換器24的相對移動，氣體膨脹室40的容積與上部氣體室37的容積以互補的方式變動。由于設置有密封部44，因此氣體不會在上部氣體室37與氣體膨脹室40之間直接流通(即，氣體不會以繞過蓄冷器16的方式流動)。

低壓氣體室42劃定在驅動機構殼體30的內部。第2管18b連接于驅動機構殼體30，由此低壓氣體室42通過第2管18b與壓縮機12的吸入口12b連通。因此，低壓氣體室42始終維持在低壓。

置換器驅動軸26從置換器24貫穿上部氣體室37而向低壓氣體室42突出。膨脹機靜止部分22具備將置換器驅動軸26支承為可沿軸向移動的驅動軸引導件46a、46b。驅動軸引導件46a、46b分別以包圍置換器驅動軸26的方式設置在驅動機構殼體30。軸向上的下側的驅動軸引導件46b或驅動機構殼體30的下端部氣密地構成，因此低壓氣體室42從上部氣體室37被隔離。氣體不會在低壓氣體室42與上部氣體室37之間直接流通。

膨脹機14具備容納于低壓氣體室42且驅動置換器24的驅動機構48。驅動機構48包括馬達48a及止轉棒軛機構48b。置換器驅動軸26構成止轉棒軛機構48b的一部分。并且，止轉棒軛機構48b具備以與馬達48a的輸出軸平行的方式延伸并且從該輸出軸偏心的曲柄銷49。置換器驅動軸26連結于止轉棒軛機構48b，以便通過止轉棒軛機構48b的驅動而沿軸向移動。因此，通過馬達48a的旋轉而驅動置換器24沿軸向往復移動。驅動軸引導件46a、46b在軸向上隔著止轉棒軛機構48b而位于不同的位置。

閥部34連結于驅動機構48，且容納于驅動機構殼體30。閥部34采用回轉閥的形式。閥部34具備轉子閥樹脂部件(以下，簡稱為轉子閥部件)34a及定子閥金屬部件(以下，簡稱為定子閥部件)34b。即，轉子閥部件34a由樹脂材料(例如，工程塑料材料、氟樹脂材料)制成，定子閥部件34b由金屬(例如鋁材或鋼材)制成。另外，相反地，也可以由金屬制成轉子閥部件34a，由樹脂制成定子閥部件34b。

轉子閥部件34a連結于馬達48a的輸出軸，以便通過馬達48a的旋轉而旋轉。轉子閥部件34a以相對于定子閥部件34b旋轉滑動的方式與定子閥部件34b面接觸。定子閥部件34b固定在驅動機構殼體30。定子閥部件34b構成為接受從第1管18a進入驅動機構殼體30的高壓氣體。

下面，對具有上述結構的超低溫制冷機10的動作進行說明。當置換器24向缸體28的下止點或其附近的位置移動時，閥部34被切換成使壓縮機12的排出口12a與氣體膨脹室40連接。由此開始超低溫制冷機10的吸氣工序。高壓氣體從閥部34通過殼體氣體流路36、上部氣體室37及置換器上蓋氣體流路38而進入蓄冷器高溫部16a。氣體通過蓄冷器16的同時被冷卻，并從蓄冷器低溫部16b通過置換器下蓋氣體流路39而進入氣體膨脹室40。在氣體流入氣體膨脹室40的期間，置換器24朝向缸體28的上止點移動。由此氣體膨脹室40的容積變大。如此，氣體膨脹室40被高壓氣體所充滿。

當置換器24向缸體28的上止點或其附近的位置移動時，閥部34被切換成使壓縮機12的吸入口12b與氣體膨脹室40連接。由此結束吸氣工序而開始排氣工序。高壓氣體在氣體膨脹室40中膨脹而被冷卻。已膨脹的氣體從氣體膨脹室40通過置換器下蓋氣體流路39而進入蓄冷器16。氣體通過蓄冷器16的同時冷卻蓄冷器16。氣體從蓄冷器16經過殼體氣體流路36、閥部34及低壓氣體室42而返回到壓縮機12。在氣體從氣體膨脹室40流出的期間，置換器24朝向缸體28的下止點移動。由此氣體膨脹室40的容積變小，低壓氣體從氣體膨脹室40排出。若排氣工序結束，則再次開始吸氣工序。

以上為超低溫制冷機10的1次冷卻循環(huán)。超低溫制冷機10通過重復進行冷卻循環(huán)，將冷卻臺32冷卻至所期望的溫度。由此，超低溫制冷機10能夠將與冷卻臺32熱連接的物體冷卻至超低溫。

圖2是概略地表示可使用于圖1所示的超低溫制冷機10的示例性的回轉閥的主要部分的分解立體圖。圖2所示的單點劃線y表示閥部34的旋轉軸。

定子閥部件34b具有平坦的定子側旋轉滑動面50，轉子閥部件134a具有同樣平坦的轉子側旋轉滑動面52。定子側旋轉滑動面50及轉子側旋轉滑動面52均與旋轉軸y垂直。通過使定子側旋轉滑動面50與轉子側旋轉滑動面52面接觸，能夠防止制冷劑氣體泄漏。

定子閥部件34b通過定子閥固定銷54固定在驅動機構殼體30內。定子閥固定銷54與定子閥部件34b的在旋轉軸方向上位于與定子側旋轉滑動面50相反的一側的定子閥端面51卡合，并限制定子閥部件34b的旋轉。

轉子閥部件134a被圖1所示的轉子閥軸承56支承為能夠旋轉。在轉子閥部件134a的、在旋轉軸方向上位于與轉子側旋轉滑動面52相反的一側的轉子閥端面58形成有與曲柄銷49卡合的卡合孔(未圖示)。馬達48a使曲柄銷49旋轉，由此轉子閥部件134a與止轉棒軛機構48b同步旋轉。并且，轉子閥部件134a具備連接轉子側旋轉滑動面52與轉子閥端面58的轉子閥外周面60。轉子閥外周面60被轉子閥軸承56支承，并且面向低壓氣體室42。

定子閥部件34b具有高壓氣體流入口62及氣體流通口64。高壓氣體流入口62開口于定子側旋轉滑動面50的中心部，且以沿旋轉軸方向貫穿定子閥部件34b的中心部的方式形成。高壓氣體流入口62通過第1管18a與壓縮機12的排出口12a連通。氣體流通口64開口于定子側旋轉滑動面50上的高壓氣體流入口62的徑向外側。氣體流通口64形成為以高壓氣體流入口62為中心的圓弧狀槽。

定子閥部件34b具有以使氣體流通口64與殼體氣體流路36相連的方式貫穿形成在定子閥部件34b的連通路66。因此，氣體流通口64經由連通路66及殼體氣體流路36最終與氣體膨脹室40連通。連通路66的一端開口于氣體流通口64而另一端開口于定子閥部件34b的側面。連通路66的氣體流通口64側的部分沿旋轉軸方向延伸，而連通路66的殼體氣體流路36側的部分沿徑向延伸以與氣體流通口64側的部分正交。

在超低溫制冷機10的吸氣工序中，高壓氣體流過氣體流通口64，另一方面，在排氣工序中，來自氣體膨脹室40的低壓回流氣體流過氣體流通口64。

轉子閥部件134a具有轉子閥高壓凹部68及轉子閥開口部70。轉子側旋轉滑動面52利用轉子閥高壓凹部68的周圍與定子側旋轉滑動面50面接觸。同樣地，轉子側旋轉滑動面52利用轉子閥開口部70的周圍與定子側旋轉滑動面50面接觸。

轉子閥高壓凹部68開口于轉子側旋轉滑動面52且形成為橢圓狀槽。轉子閥高壓凹部68從轉子側旋轉滑動面52的中心部向徑向外側延伸。轉子閥高壓凹部68的深度短于轉子閥部件134a的旋轉軸方向上的長度，轉子閥高壓凹部68并未貫穿轉子閥部件134a。轉子閥高壓凹部68的徑向上的一端位于轉子側旋轉滑動面52上的與高壓氣體流入口62相對應的位置。因此，轉子閥高壓凹部68始終與高壓氣體流入口62連通。轉子閥高壓凹部68的徑向上的另一端形成為位于與定子閥部件34b的氣體流通口64大致相同的圓周上。

由此，在閥部34中構成吸氣閥。轉子閥高壓凹部68形成為，在轉子閥部件134a的一個旋轉周期的一部分(例如吸氣工序)期間使高壓氣體流入口62與氣體流通口64連通，而在該一個旋轉周期的剩余(例如排氣工序)期間使高壓氣體流入口62不與氣體流通口64連通。由轉子閥高壓凹部68及高壓氣體流入口62構成的兩個區(qū)域，或由轉子閥高壓凹部68、高壓氣體流入口62及氣體流通口64構成的三個區(qū)域彼此連通而在閥部34內形成高壓區(qū)域(或高壓流路)。轉子閥部件134a以密封高壓區(qū)域而從低壓周圍環(huán)境(即低壓氣體室42)隔離高壓區(qū)域的方式與定子閥部件34b相鄰配置。轉子閥高壓凹部68作為閥部34的高壓流路中的流動方向變更部或流路折回部。

另一方面，轉子閥開口部70是從轉子閥部件134a的轉子側旋轉滑動面52貫穿至轉子閥端面58的圓弧狀孔，形成與低壓氣體室42連通的低壓流路。轉子閥開口部70相對于轉子側旋轉滑動面52的中心部位于在徑向上與轉子閥高壓凹部68的外端部大致相反的一側。轉子閥開口部70形成為位于與定子閥部件34b的氣體流通口64大致相同的圓周上。由此，在閥部34中構成排氣閥。轉子閥部件134a形成為，在高壓氣體流入口62與氣體流通口64未連通的期間中的至少一部分(例如排氣工序)期間，使氣體流通口64與低壓氣體室42連通。

圖3是概略地表示可使用于圖1所示的超低溫制冷機10的轉子閥部件234a的立體圖。與圖2所示的轉子閥部件134a相同，轉子閥部件234a具有轉子閥高壓凹部68及轉子閥開口部70，并且作為吸排氣閥而發(fā)揮作用。

轉子閥部件234a具備凹部底壁面72及凹部周壁面74。凹部底壁面72面向轉子閥高壓凹部68并且確定轉子閥高壓凹部68的深度。凹部底壁面72與轉子側旋轉滑動面52平行且與旋轉軸方向垂直。凹部周壁面74在轉子側旋轉滑動面52上形成橢圓狀的凹部輪廓線76，并且從凹部輪廓線76朝向凹部底壁面72延伸。凹部周壁面74與凹部底壁面72垂直交叉，并且形成邊緣線78。因此，邊緣線78具有與凹部輪廓線76相同的尺寸及形狀。轉子閥開口部70形成為扇狀的貫穿孔。

轉子閥部件234a的從凹部周壁面74到轉子閥外周面60的樹脂厚度沿凹部輪廓線76而變化，并且具備第1樹脂薄壁部80及第2樹脂薄壁部82。第1樹脂薄壁部80具有從凹部周壁面74到轉子閥外周面60的第1最小樹脂厚度84。第2樹脂薄壁部82具有從凹部周壁面74到轉子閥開口部70的第2最小樹脂厚度86。第1最小樹脂厚度84與第2最小樹脂厚度86可以相等也可以不同。第1最小樹脂厚度84也可以大于或小于第2最小樹脂厚度86。

凹部輪廓線76具有第1圓弧狀部分76a、第2圓弧狀部分76b、第1直線狀部分76c及第2直線狀部分76d。第1圓弧狀部分76a及第2圓弧狀部分76b分別位于第1樹脂薄壁部80及第2樹脂薄壁部82。第1直線狀部分76c及第2直線狀部分76d連接第1圓弧狀部分76a與第2圓弧狀部分76b。第1直線狀部分76c及第2直線狀部分76d從轉子側旋轉滑動面52上的中心部朝向徑向外側延伸，第1直線狀部分76c與第2直線狀部分76d之間的間隔隨著從中心部朝向徑向外側逐漸變大。轉子閥高壓凹部68的寬度在徑向外側比中心部更寬。由于定子閥部件34b的氣體流通口64位于徑向外側，因此通過采用這種轉子閥高壓凹部68的形狀，能夠稍微延長超低溫制冷機10的吸氣期間。

圖4是表示采用圖3所示的轉子閥部件234a時的閥部34內的高壓流路中的工作氣體流速的模擬試驗結果的圖。在圖4中，深灰色部分表示流速較低的區(qū)域，淺灰色部分表示流速較高的區(qū)域。

從圖4中可以理解，在從定子閥部件34b的高壓氣體流入口62流向氣體流通口64的工作氣體在轉子閥高壓凹部68中折返時，流速較低的區(qū)域92形成于邊緣線78的附近。該區(qū)域92幾乎不用作流路，反而成為對氣體流動帶來壓力損耗的主要因素。在區(qū)域92與轉子閥高壓凹部68內的氣體流動區(qū)域之間形成有圓角面狀的邊界94。

圖5是概略地表示本發(fā)明的一種實施方式所涉及的轉子閥部件34a的立體圖。與圖2所示的轉子閥部件134a及圖3所示的轉子閥部件234a相同，轉子閥部件34a具有轉子閥高壓凹部68及轉子閥開口部70，并且作為吸排氣閥而發(fā)揮作用。

第1樹脂薄壁部80具有第1傾斜接合區(qū)域88，第2樹脂薄壁部82具有第2傾斜接合區(qū)域90。第1傾斜接合區(qū)域88連接凹部底壁面72與凹部周壁面74并且相對于凹部底壁面72及凹部周壁面74傾斜。第2傾斜接合區(qū)域90連接凹部底壁面72與凹部周壁面74并且相對于凹部底壁面72及凹部周壁面74傾斜。

如圖5所示，轉子閥部件34a具備遍及凹部周壁面74的整周而連接凹部底壁面72與凹部周壁面74的圓角面。第1傾斜接合區(qū)域88及第2傾斜接合區(qū)域90分別構成圓角面的一部分。由此，轉子閥部件34a的凹部底壁面72形成為圓頂狀。轉子閥高壓凹部68不具有如圖3所示的轉子閥部件234a所具有的邊緣線78，而是從凹部周壁面74向凹部底壁面72平滑地彎曲。

圓頂狀的凹部底壁面72確定轉子閥高壓凹部68的自轉子側旋轉滑動面52的最大深度。第1最小樹脂厚度84及第2最小樹脂厚度86均小于該最大深度。如此，轉子閥部件34a的樹脂厚度較薄。這有助于轉子閥部件34a的小型化。

從圓角加工的容易性的觀點考慮，圓角面具有小于第1圓弧狀部分76a或第2圓弧狀部分76b的半徑的圓角半徑。并且，圓角半徑大于圓弧狀部分的半徑的1/10。由此，能夠獲得第1樹脂薄壁部80及第2樹脂薄壁部82處的應力緩和效應。通過加大圓角半徑，能夠獲得更大的應力緩和效應。

與圖3所示的轉子閥部件234a相同，第1直線狀部分76c及第2直線狀部分76d從轉子側旋轉滑動面52上的中心部朝向徑向外側延伸，第1直線狀部分76c與第2直線狀部分76d之間的間隔隨著從中心部朝向徑向外側而逐漸變大。

如上所述，轉子閥部件34a可以由氟樹脂材料制成。此時，圓角面可以具有以如下方式確定的圓角半徑，即，使作用于凹部周壁面74上的馮米斯應力的最大值成為小于氟樹脂材料的抗拉強度的1/3(或1/5)。圓角半徑還可以以如下方式確定，即，使作用于凹部周壁面74上的馮米斯應力的最大值成為小于氟樹脂材料的抗拉強度的1/5。通過如此設計轉子閥高壓凹部68，實際上能夠充分降低第1樹脂薄壁部80及第2樹脂薄壁部82處的轉子閥部件34a的破損風險。另外，圓角半徑也可以以如下方式確定，即，使作用于凹部周壁面74上的馮米斯應力的最大值成為大于氟樹脂材料的抗拉強度的1/6(或1/8)。

圖6是表示作用于圖5所示的轉子閥部件34a的馮米斯應力的模擬試驗結果的圖。圖6表示超低溫制冷機10運行中(即，轉子閥高壓凹部68內的區(qū)域成為高壓，轉子閥部件34a的周圍區(qū)域(低壓氣體室42)成為低壓的狀態(tài))的模擬試驗結果。在圖6中，深灰色部分表示應力較大的區(qū)域，淺灰色部分表示應力較小的區(qū)域。在該模擬模型中省略了轉子閥開口部70。

從圖6中可以理解，馮米斯應力的最大值出現(xiàn)在面向轉子閥高壓凹部68的第1樹脂薄壁部80的內面上。最大值為約6.66mpa。在此，所使用的氟樹脂材料的抗拉強度為約37mpa。因此，馮米斯應力的最大值小于所使用材料的抗拉強度的1/5。

另一方面，根據(jù)以相同條件進行的模擬試驗結果，在具有邊緣線78的圖3所示的轉子閥部件234a的情況下，馮米斯應力的最大值同樣出現(xiàn)在第1樹脂薄壁部80的內面上，其值為約8.5mpa。

由此，根據(jù)本實施方式，通過在轉子閥部件34a的樹脂薄壁部設置傾斜接合區(qū)域，能夠減少作用于薄壁部的應力。并且，能夠降低薄壁部處的破損風險并提高回轉閥機構的可靠性。另外，可以沿圖4所示的邊界94形成圓頂狀的凹部底壁面72。通過用材料填補引起壓力損耗的區(qū)域92而形成平滑的彎曲表面，能夠降低工作氣體流的壓力損失，并且能夠提高超低溫制冷機10的制冷性能。

以上，根據(jù)實施例對本發(fā)明進行了說明。本領域的技術人員可以理解，本發(fā)明并不限定于上述實施方式，能夠進行各種設計變更，可以存在各種變形例，并且這種變形例也屬于本發(fā)明的范圍內。

在上述實施方式中，第1傾斜接合區(qū)域88及第2傾斜接合區(qū)域90形成為圓角面，但并不限定于此。第1傾斜接合區(qū)域88和/或第2傾斜接合區(qū)域90可以是平坦的傾斜面(例如，45度倒角面或其他任意角度的倒角面)。

在上述說明中，對單級式的gm制冷機的實施方式進行了說明。本發(fā)明并不限定于此，實施方式所涉及的工作氣體流路結構能夠適用于二級式或多級式的gm制冷機或脈沖管制冷機等其他超低溫制冷機中。