超低温制冷机的制作方法

技术领域

本发明涉及一种使高压制冷剂气体膨胀而产生寒冷的超低温制冷机。

背景技术：

作为产生超低温的制冷机的一例已知有吉福德-麦克马洪(Gifford-McMahon；GM)制冷机。GM制冷机通过使置换器在缸体内进行往复移动来改变膨胀空间的体积。并且，通过对应于该体积变化而选择性地连接膨胀空间和压缩机的吐出侧或膨胀空间和压缩机的吸气侧，使制冷剂气体在膨胀空间内膨胀。通过此时产生的寒冷来冷却冷却对象(参考专利文献1)。

专利文献1：日本特开昭58-47970号公报

在置换器上施加有基于其内部的制冷剂气体的压力损失而产生的力。若置换器伴随GM制冷机的大型化而变大，则作用于置换器的基于压力损失的力也会变大。此时，驱动置换器所需的负载就会增大，施加于驱动置换器的驱动机构上的负载也会增大。这样一来，施加于构成驱动机构的构成组件上的负载也增大，其寿命可能会变短。并且，若施加于驱动机构的负载增大，则驱动驱动机构的马达所受的负载会增大，例如在驱动马达使用同步马达时，会引起同步脱落(滑移)，可能会导致GM制冷机难以进行正常的周期运转。

技术实现要素：

本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于提供一种能够减少施加于置换器的驱动机构上的负载的超低温制冷机。

为了解决上述课题，本发明的一种实施方式的超低温制冷机具备：置换器，沿轴向延伸；缸体，以使置换器能够沿轴向往复移动的方式容纳置换器；驱动机构，驱动置换器；及壳体，容纳驱动机构。驱动机构包括：偏心旋转体；轭板，通过偏心旋转体的旋转而往复移动；第2轴部，从轭板沿轴向延伸并且与置换器连接；及第1轴部，从轭板向与第2轴部相反的一侧延伸。在缸体的轴向一侧与置换器之间形成有气体膨胀室，在缸体的轴向另一侧与置换器之间形成有常温室，壳体包括：第1室，容纳偏心旋转体和轭板；第2室，容纳第1轴部的前端且能够调整为比第1室的压力高的压力；及第3室，设置于第1室与气体室之间或第1室与第2室之间，并且能够调整为比第1室的压力高的压力。

为了解决上课题，本发明的一种实施方式的超低温制冷机具备：置换器，沿轴向延伸；缸体，以使置换器能够沿轴向往复移动的方式容纳置换器；驱动机构，驱动置换器；及壳体，容纳驱动机构。驱动机构包括：偏心旋转体；轭板，通过偏心旋转体的旋转而往复移动；及轴部，从轭板沿轴向延伸。壳体包括：第1室，容纳偏心旋转体和轭板；第2室，与第1室相邻且容纳轴部的一部分，并且能够调整为比第1室的压力更高的压力。超低温制冷机还具备控制装置，该控制装置获取与施加于驱动机构的轴向力有关的信息，并以缓和该力的方式调整第2室的压力。

另外，以上构成要件的任意组合、本发明的构成要件或表现在方法、装置、系统等之间的相互置换也作为本发明的方式有效。

根据本发明，能够减少施加于置换器的驱动机构上的负载。

附图说明

图1为表示第1前提技术所涉及的超低温制冷机的示意图。

图2为止转棒轭机构的分解立体图。

图3为表示图1的控制装置的功能结构的框图。

图4表示施加于第1前提技术所涉及的超低温制冷机的马达上的负载及转矩。

图5为表示第2前提技术所涉及的超低温制冷机的示意图。

图6为表示实施方式所涉及的超低温制冷机的示意图。

图7为表示图6的控制装置的功能结构的框图。

图8为表示实施方式的变形例所涉及的超低温制冷机的示意图。

图中：1-压缩机，3-膨胀机，4-控制装置，10-缸体，12-置换器，14-止转棒轭机构，16-壳体，34-轭板，38-第1驱动轴，40-第2驱动轴，55-应变信息获取部，56-力运算部，57-阀控制部，60-驱动机构容纳室，62-第1辅助室，64-第2辅助室，76-应变传感器，100-超低温制冷机。

具体实施方式

以下，在各附图中，对相同或相等的构成要件、部件、工序标注相同的符号，并适当省略重复说明。并且，为了便于理解，在各附图中适当放大或缩小部件的尺寸。并且，在各附图中，省略了对实施方式的说明并不重要的部件的一部分。

(第1前提技术)

在对实施方式所涉及的超低温制冷机进行说明之前，对其前提技术进行说明。图1为表示第1前提技术所涉及的超低温制冷机100的示意图。超低温制冷机100为吉福德-麦克马洪制冷机(GM制冷机)，其具备压缩机1、配管2、膨胀机3及控制装置4。

压缩机1对从膨胀机3返回的低压制冷剂气体进行压缩，并将压缩后的高压制冷剂气体供给到膨胀机3。配管2包括高压配管2a和低压配管2b。高压配管2a连接于压缩机1的吐出侧。从压缩机1流向膨胀机3的高压制冷剂气体在高压配管2a中流动。低压配管2b连接于压缩机1的吸气侧。从膨胀机3流向压缩机1的低压制冷剂气体在低压配管2b中流动。作为制冷剂气体，例如可以使用氦气。另外，作为制冷剂气体也可以使用氮气或其他气体。

膨胀机3使从压缩机1供给过来的高压制冷剂气体膨胀从而产生寒冷。膨胀机3包括缸体10、置换器12、止转棒轭机构14、壳体16、马达18及回转阀19。

以下，为了通俗易懂地表示膨胀机3的构成要件的位置关系，有时使用“轴向”的术语。轴向表示第1驱动轴38及第2驱动轴40(均进行后述)所延伸的方向。轴向还与置换器12的移动方向一致。为方便起见，有时将轴向上相对靠近膨胀空间24或冷却台26(均进行后述)的一侧称为“下”，相对远离膨胀空间24或冷却台26的一侧称为“上”。另外，这种表达方式与安装了膨胀机3时的配置无关。

缸体10具有圆筒部与底部形成为一体的有底杯状形状，且容纳有置换器12以使置换器能够沿轴向往复移动。考虑到强度、导热系数等，缸体10例如由不锈钢制成。

置换器12在缸体10内的上止点与下止点之间进行往复移动。在此，上止点是指膨胀空间24的容积最大时的膨胀空间24的位置，下止点是指膨胀空间24的容积最小时的膨胀空间24的位置。置换器12具有圆筒状的外周面，在其内部填充有蓄冷材料(未图示)。从比重、强度、导热系数等观点出发，置换器12由例如酚醛树脂(夹布酚醛)等树脂制成。蓄冷材料例如由金属丝网等制成。

在置换器12的上部形成有使气体室20与置换器12的内部连通的气体流路L1。在此，气体室20为由缸体10和置换器12的上端形成的空间。气体室20的容积随着置换器12的往复移动而变化。气体室20的温度接近设置膨胀机的室温，因此有时还将气体室20称为常温室。

在置换器12的下部形成有使置换器12的内部与膨胀空间24连通的气体流路L2。在此，膨胀空间24为由缸体10和置换器12的下端形成的空间。膨胀空间24的容积随着置换器12的往复移动而变化。在缸体10的外周中的与膨胀空间24相对应的位置配置有与冷却对象物(未图示)热连接的冷却台26。冷却台26通过膨胀空间24内部的制冷剂气体而被冷却。

在缸体10的内周面与置换器12之间设置有密封件22。因此，气体室20与膨胀空间24之间的制冷剂气体的流动经由置换器12的内部。

马达18使连接于马达18的旋转轴18a旋转。

图2为止转棒轭机构14的分解立体图。止转棒轭机构14驱动置换器12往复移动。止转棒轭机构14包括曲柄28和止转棒轭30。

曲柄28固定于马达18的旋转轴18a。曲柄28在从固定有旋转轴18a的位置偏心的位置具有曲柄销28a。因此，若将曲柄28固定在旋转轴18a，则曲柄销28a成为相对于旋转轴18a偏心的状态。

止转棒轭30包括驱动轴32、轭板34及滚子轴承36。驱动轴32包括第1驱动轴38和第2驱动轴40。第1驱动轴38从轭板34的上部中央朝向上方延伸。第2驱动轴40从轭板34的下部中央朝向下方延伸。

第1驱动轴38被第1滑动轴承42支承为能够沿轴向移动。第2驱动轴40被第2滑动轴承44支承为能够沿轴向移动。即，驱动轴32甚至止转棒轭30构成为能够沿轴向移动。

轭板34为板状的部件，在其中央形成有横向窗34a。横向窗34a沿与第1驱动轴38及第2驱动轴40的延伸方向(即轴向)交叉的方向(例如正交的方向)延伸。

滚子轴承36可转动地配设于横向窗34a内。在滚子轴承36的中心形成有与曲柄销28a卡合的卡合孔36a，曲柄销28a贯穿卡合孔36a。

若马达18驱动而使旋转轴18a旋转，则曲柄销28a和与曲柄销28a卡合的滚子轴承36以描绘圆的方式旋转。通过使滚子轴承36以描绘圆的方式旋转，止转棒轭30沿轴向往复运动。此时，滚子轴承36在横向窗34a内沿与轴向交叉的方向往复移动。

第2驱动轴40与置换器12连结。因此，通过使止转棒轭30沿轴向移动，置换器12在缸体10内沿轴向往复移动。

返回到图1，壳体16具有驱动机构容纳室60。驱动机构容纳室60容纳止转棒轭机构14。驱动机构容纳室60经由低压配管2b与压缩机1的吸气侧连通。因此，驱动机构容纳室60维持在与压缩机1的吸气侧相同程度的低压。在壳体16设置有一端与气体室20连通且另一端与回转阀19连通的气体流路L3。

回转阀19设置于从压缩机1至气体室20的制冷剂气体的流路上。回转阀19包括定子阀46和转子阀48。转子阀48可旋转地支承在壳体16内。定子阀46以不旋转的方式固定于壳体16。在转子阀48上连接有止转棒轭机构14的曲柄销28a的前端。因此，若曲柄销28a随着马达18的旋转轴18a的旋转而旋转，则转子阀48相对于定子阀46进行旋转。由此，转子阀48与止转棒轭机构14同步旋转。

定子阀46及转子阀48构成将从压缩机1吐出的高压工作气体经由气体室20导向膨胀空间24的供给用阀50以及将工作气体从膨胀空间24经由气体室20导向压缩机1的排气用阀52。供给用阀50及排气用阀52随着转子阀48的旋转而进行开闭。

若供给用阀50随着转子阀48的旋转而开启，则高压工作气体从压缩机1通过气体流路L3而供给到气体室20。另一方面，若排气用阀52随着转子阀48的旋转而开启，则低压工作气体从气体室20通过气体流路L3而被回收到压缩机1。

图3为表示图1的控制装置4的功能结构的框图。就该图所示的各框而言，在硬件方面能够通过以计算机的CPU为首的元件和机械装置来实现，在软件方面能够通过计算机程序等来实现，但在此表示通过硬件和软件的协作来实现的功能框。因此，本领域技术人员应当理解这些功能框通过硬件、软件的组合以各种形式得以实现。关于图7也相同。

控制装置4包括压缩机控制部53和马达控制部54。压缩机控制部53控制压缩机1的动作。压缩机控制部53例如将压缩机1的高压与低压的压力差控制为目标压力。马达控制部54控制马达18的驱动。马达控制部54例如使马达18的旋转轴18a以所期望的转速进行旋转。

以下，对上述结构的超低温制冷机100的动作进行说明。

假设置换器12从下止点向上止点移动，供给用阀50处于开启状态。此时，高压制冷剂气体从压缩机1经由高压配管2a及供给用阀50流入到气体室20。高压制冷剂气体从气体流路L1流入到置换器12的内部，并被蓄冷材料冷却。被冷却的制冷剂气体从气体流路L2流入到膨胀空间24。由此，膨胀空间24内成为高压状态。

供给用阀50在置换器12到达上止点之前被关闭。之后，排气用阀52在置换器12刚要到达上止点之前被开启，由此，在膨胀空间24内的制冷剂气体从高压状态变成低压状态，从而进行膨胀。其结果，膨胀空间24内的制冷剂气体的温度进一步下降。并且，冷却台26通过温度下降的制冷剂气体而被冷却。

置换器12到达上止点后继续从上止点向下止点移动。随之，低压制冷剂气体通过与上述路径相反的路径，并且冷却蓄冷材料的同时经由排气用阀52及低压配管2b返回到压缩机1。而且，排气用阀52在置换器12到达下止点之前被关闭。之后，供给用阀50在置换器12刚要到达下止点之前被开启，由此，高压制冷剂气体再次从压缩机1经由高压配管2a及供给用阀50流入到气体室20。置换器12到达下止点后继续从下止点向上止点移动。

将以上动作设为1个周期，通过反复进行该制冷周期，对与冷却台26热连接的冷却对象物进行冷却。

图4表示施加于第1前提技术所涉及的超低温制冷机100的马达18上的轴向负载及施加于马达18上的负载转矩。在图4中，横轴表示运转角度(曲柄28的角度)[deg]。0°(360°)为置换器12处于上止点时，即膨胀空间24的容积最大时的角度，180°为置换器12处于下止点时，即膨胀空间24的容积最小时的角度。并且，在图4中，左边的纵轴表示置换器12的位移[cm]和施加于马达18的负载转矩[N·m]。右边的纵轴表示施加于马达18的轴向负载[N]。在此，将朝上的负载设为正。曲线90表示置换器12的位移，曲线92表示施加于止转棒轭机构14甚至马达18的轴向负载，曲线94表示施加于马达18的负载转矩。另外，在曲线94中，作为恒定值附加有使转子阀48旋转所需的负载转矩。

如上所述，为了提高冷却效率，在置换器12的内部填充有蓄冷材料。因此，在制冷剂气体流过置换器12的内部时会产生压力损失，而基于该压力损失产生的力会作用于置换器12上。

在此，将排气用阀52处于开启状态的期间称为排气期间。在排气期间中的包含在运转角度为0°～180°范围的期间(例如0°～120°)，置换器12的移动方向(下方向)与制冷剂气体流动方向成为相反方向。因此，置换器12受到与其移动方向相反方向的基于压力损失产生的力。该力经由第2驱动轴40传递到止转棒轭机构14，成为妨碍驱动止转棒轭机构14的马达18旋转的负载。

在此，将供给用阀50处于开启状态的期间称为吸气期间。在吸气期间中的包含在运转角度为0°～180°范围的期间(例如120°～180°)，置换器12的移动方向(下方向)与制冷剂气体流动方向成为相同方向。因此，置换器12受到与其移动方向相同方向的基于压力损失产生的力。该力经由第2驱动轴40传递到止转棒轭机构14，成为帮助驱动止转棒轭机构14的马达18旋转的负载。

在吸气期间中的包含在运转角度为180°～360°范围的期间(例如180°～260°)，置换器12的移动方向(上方向)与制冷剂气体的流动方向成为相反方向。因此，置换器12受到与其移动方向相反方向的基于压力损失产生的力。该力成为妨碍马达18旋转的负载而施加于马达18。

在排气期间中的包含在运转角度为180°～360°范围的期间(例如320°～360°)，置换器12的移动方向(上方向)与制冷剂气体的流动方向成为相同方向。因此，置换器12受到与其移动方向相同方向的基于压力损失产生的力。该力成为帮助马达18旋转的负载而施加于马达18。

如此，在止转棒轭机构14及马达18上施加有基于压力损失产生的负载。若在止转棒轭机构14上施加有较大的负载，则其构成组件的寿命会变短。并且，无论是妨碍马达18旋转的负载还是帮助马达18旋转的负载，只要有大于容许值的负载施加于马达18，则会产生马达18的同步脱离(滑移)，有可能使超低温制冷机100无法进行正常的循环运转。

另外，若增加超低温制冷机100的冷却容量，则流过置换器12的内部的气体量也会增加，因此制冷剂气体流过置换器12的内部时产生的压力损失也会变大。因此，若增加超低温制冷机100的冷却容量，则施加于止转棒轭机构14及马达18的负载也会变大。因此，超低温制冷机100越大，该问题越显著。

(第2前提技术)

接着，说明对第1前提技术进行了改进的第2前提技术。

图5为表示第2前提技术所涉及的超低温制冷机100的示意图。在此，重点对与图1的不同点进行说明。

壳体16具有驱动机构容纳室60和第1辅助室62。第1辅助室62容纳第1驱动轴38的上端部。在第1辅助室62的下方设置有密封件66。密封件66容许第1驱动轴38的轴向移动，并且从驱动机构容纳室60气密地隔离第1辅助室62。作为密封件66例如可以使用滑动密封件或间隙密封件。另外，也可以将第1滑动轴承42与密封件66设为一体。

在第1辅助室62连接有高压配管2a和低压配管2b。在第1辅助室62与压缩机1之间的高压配管2a上设置有第1阀78。若第1阀78被开启，则第1辅助室62的制冷剂气体成为高压状态。在第1辅助室62与压缩机1之间的低压配管2b上设置有第2阀80。若第2阀80被开启，则第1辅助室62的制冷剂气体成为低压状态。如上所述，第1辅助室62从驱动机构容纳室60被气密地隔离，因此基于第1辅助室62与驱动机构容纳室60的压力差，在第1驱动轴38上施加有下式表示的轴向力F₁。在此，将朝下设为正。

F₁＝S_U×(P_U-P_L) (1)

在此，S_U为第1驱动轴38的与轴向正交的截面的面积(以下，简称为“截面积”)，P_U为第1辅助室62的压力，P_L为驱动机构容纳室60的压力。

如上所述，由于驱动机构容纳室60维持在低压，因此若第1辅助室62的制冷剂气体成为高压状态，则基于第1辅助室62与驱动机构容纳室60的压力差，在第1驱动轴38上施加有朝向轴向下方的力。由于第1驱动轴38经由止转棒轭机构14与置换器12连接，因此基于该力，置换器12向轴向下方施力。即，在通过止转棒轭机构14使置换器12向下方移动时，供给到第1辅助室62的工作气体的压力能够作为帮助该移动的辅助力而发挥作用。通过适时施加该辅助力，能够减少施加于止转棒轭机构14及马达18的负载。

然而，在第2前提技术所涉及的超低温制冷机100中，即便第1辅助室62的制冷剂气体成为低压状态，第1辅助室62与驱动机构容纳室60之间也不会产生压力差，无法基于第1辅助室62与驱动机构容纳室60的压力差而使置换器12向轴向上方施力。因此，在图4的吸气期间中的包含在运转角度为0°～180°范围的期间，无法减少施加于马达18及止转棒轭机构14的负载。并且，在第2前提技术中，通常，在通过设计而预先确定的时刻使辅助力发挥作用。因此，无法应对由于超低温制冷机100的姿势、运转状态(即，过渡运转状态还是稳定运转状态)、机械误差等而导致压力损失甚至施加于马达18的负载的大小及上述时刻与设计不同的情况，并且若辅助力过强，则反而会造成不良影响。

(实施方式)

下面，对实施方式所涉及的超低温制冷机的概要进行说明。实施方式所涉及的超低温制冷机除了第1辅助室之外还具备第2辅助室。第2辅助室构成为使朝向轴向上方的辅助力作用于止转棒轭机构。由此，不仅在排气期间，在吸气期间也能够减少施加于马达18及止转棒轭机构14的负载。

并且，实施方式所涉及的超低温制冷机获取施加于止转棒轭机构甚至马达18上的负载，并以缓和该负载的方式使各辅助力作用于止转棒轭机构14。由此，能够适时使适当方向的辅助力作用于止转棒轭机构14。

另外，也可以考虑测定施加于马达的转矩，并以降低其转矩的方式使各辅助力作用于止转棒轭机构。然而，即便以降低施加于马达的转矩的方式使各辅助力作用于止转棒轭机构，也存在施加于止转棒轭机构的轴向负载并不下降的运转时刻。例如在运转角度为0°和180°的时刻，即便在止转棒轭机构上施加有轴向负载，也不会产生转矩。即，在该时刻，即便测定转矩，也无法降低施加于止转棒轭机构的轴向负载。此时，可能对止转棒轭机构的构成组件的寿命带来不良影响。另一方面，若降低施加于止转棒轭机构的负载，则施加于止转棒轭机构的轴向负载及施加于马达的负载转矩也下降。因此，在本实施方式中，获取施加于止转棒轭机构14的负载。以下，对实施方式所涉及的超低温制冷机进行具体说明。

图6为表示实施方式所涉及的超低温制冷机100的示意图。在此，重点对与图1及图5不同的点进行说明。

第1驱动轴38具有第1小形部38a及截面积大于第1小形部38a的截面积的第1大形部38b。在本实施方式中，第1小形部38a及第1大形部38b均为圆柱形形状。

第2驱动轴40具有：第2小形部40a；第2大形部40b，截面积大于第2小形部40a的截面积；第2中形部40c，截面积大于第2小形部40a的截面积且小于第2大形部40b的截面积。另外，第2小形部40a与第2中形部40c的截面积的大小关系可以相反。

在第1驱动轴38的第1小形部38a，以夹着轴彼此对置的方式粘贴有两个应变传感器76。应变传感器76安装于第1驱动轴38的位于驱动机构容纳室60的部分。同样地，在第2驱动轴40的第2小形部40a，也以夹着轴彼此对置的方式粘贴有两个应变传感器77。应变传感器77安装于第2驱动轴40的位于驱动机构容纳室60的部分。另外，应变传感器76、77优选设置于滚子轴承36的附近。

壳体16具有驱动机构容纳室60、第1辅助室62及第2辅助室64。第1辅助室62、驱动机构容纳室60、第2辅助室64依次自上而下排列。

第1辅助室62、第1阀78、第2阀80的结构与第2前提技术的第1辅助室62、第1阀78、第2阀80的结构相同。因此，式(1)的轴向力作为辅助力而作用于第1驱动轴38上。

第2辅助室64容纳第2大形部40b的下端部和第2中形部40c的上侧部分。换言之，第2辅助室64容纳第2大形部40b与第2中形部40c之间的连接部分。在第2辅助室64的上方设置有密封件70。密封件70容许第2大形部40b的轴向移动，并且从驱动机构容纳室60气密地隔离第2辅助室64。在第2辅助室64的下方设置有密封件74。密封件74容许第2中形部40c的轴向移动，并且从气体室20气密地隔离第2辅助室64。与密封件66相同，密封件70、密封件74例如也可以使用滑动密封件或间隙密封件。

在第2辅助室64连接有高压配管2a和低压配管2b。在第2辅助室64与压缩机1之间的高压配管2a上设置有第3阀82，在第2辅助室64与压缩机1之间的低压配管2b上设置有第4阀84。若第3阀82被开启，则第2辅助室64的制冷剂气体成为高压状态。若第4阀84被开启，则第2辅助室64的制冷剂气体成为低压状态。如上所述，第2辅助室64从驱动机构容纳室60及气体室20被气密地隔离，因此基于第2辅助室64与驱动机构容纳室60及气体室20的压力差，在第2驱动轴40上施加有下式表示的轴向力F₂。在此，将朝下设为正。

F₂＝S_M×(P_L-P_V)+S_L×(P_V-P_R) (2)

在此，S_M为第2驱动轴40的第2大形部40b的截面积，P_V为第2辅助室64的压力，S_L为第2驱动轴40的第2中形部40c的截面积，P_R为气体室20的压力。

如上所述，由于驱动机构容纳室60维持在低压，并且在S_M足够大于S_L时可忽略式(2)的第2项，因此若第2辅助室64的制冷剂气体成为高压状态，则基于第2辅助室64与驱动机构容纳室60的压力差，在第2驱动轴40上施加有朝向轴向上方的力。由于第2驱动轴40经由止转棒轭机构14与置换器12连接，因此基于该力，置换器12向轴向上方施力。即，在通过止转棒轭机构14使置换器12向上方移动时，供给到第2辅助室64的工作气体的压力能够作为帮助该移动的辅助力而发挥作用。

图7为表示图6的控制装置4的功能结构的框图。在此，重点对与图3不同的点进行说明。

控制装置4包括压缩机控制部53、马达控制部54、应变信息获取部55、力运算部56及阀控制部57。

应变信息获取部55从应变传感器76、77获取第1小形部38a、第2小形部40a的应变量的测定值。

力运算部56运算出施加于止转棒轭机构14的轴向力F₃。在本实施方式中，根据应变信息获取部55所获取的应变量进行运算。在此，将朝下设为正。

F₃＝X₁×S_T×E-X₂×S_N×E (3)

在此，X₁为第1小形部38a的应变量，S_T为第1小形部38a的截面积，X₂为第2小形部40a的应变量，S_N为第2小形部40a的截面积，E为驱动轴材料的杨氏模量。

阀控制部57控制第1阀78～第4阀84的开闭。在第1阀78被开启且第2阀80被关闭的状态下，第1辅助室62成为高压，式(1)的朝向轴向下方的辅助力作用于止转棒轭机构14。另一方面，在第3阀82被开启且第4阀84被关闭的状态下，第2辅助室64成为高压，式(2)的朝向轴向上方的辅助力作用于止转棒轭机构14。

因此，当利用式(3)运算出的力为“-”时，阀控制部57开启第1阀78且关闭第2阀80从而使第1辅助室62成为高压，并且开启第4阀84且关闭第3阀82从而使第2辅助室64成为低压，以使朝下的辅助力作用于止转棒轭机构14。

另一方面，当利用式(3)运算出的力为“+”时，阀控制部57开启第2阀80且关闭第1阀78从而使第1辅助室62成为低压，并且开启第3阀82且关闭第4阀84从而使第2辅助室64成为高压，以使朝上的辅助力作用于止转棒轭机构14。

即，阀控制部57以缓和施加于止转棒轭机构14及马达18的负载的方式(即，使负载接近零的方式)控制第1阀78～第4阀84的开闭，从而使辅助力作用于止转棒轭机构14。

根据上述实施方式所涉及的超低温制冷机100，除了朝向轴向下方的辅助力之外，能够在任意时刻使朝向轴向上方的辅助力作用于止转棒轭机构14。因此，不论在运转周期的哪一时刻均能够减少施加于止转棒轭机构14的负载。由此，能够减少施加于止转棒轭机构14的构成组件上的负载，从而能够实现止转棒轭机构14的构成组件的长寿命化。并且，由于施加于驱动止转棒轭机构14的马达18上的负载转矩也得到减少，因此同步脱离的产生也得到抑制。

并且，根据实施方式所涉及的超低温制冷机100，能够监控施加于止转棒轭机构14的力，并以缓和施加于止转棒轭机构14的负载的方式使辅助力发挥作用。因此，无论超低温制冷机100的姿势、运转状态(即，过渡运转状态还是稳定运转状态)、机械误差等，均能够适时施加适当大小的辅助力。

并且，根据实施方式所涉及的超低温制冷机100，应变传感器76、77安装于位于驱动机构容纳室60的第1驱动轴38及第2驱动轴40的靠近曲柄销28a的上端附近。因此，能够通过应变传感器76、77获取基于压力损失产生的力、由置换器12的自身重量产生的负载、驱动惯性力、密封件的摩擦负载等与伴随驱动的负载有关的几乎所有信息。即，能够比较准确地运算出施加于止转棒轭机构14的负载。

并且，根据实施方式所涉及的超低温制冷机100，应变传感器76、77粘贴于第1驱动轴38的第1小形部38a和第2驱动轴40的第2小形部40a。换言之，粘贴于与其他部分相比截面积较小的缩颈部。由于在缩颈部容易产生应变，因此与粘贴于其他部分的情况相比，能够更准确地获取应变量，从而能够更准确地运算出施加于止转棒轭机构14的轴向力。

以上，对实施方式所涉及的超低温制冷机进行了说明。该实施方式为例示，本领域技术人员应当理解，在这些各构成要件或各处理程序的组合中可存在各种变形例，而且这种变形例也在本发明的范围内。以下，示出变形例。

(变形例1)

在实施方式中，对通过将第1辅助室62设为高压并将第2辅助室64设为低压，从而施加朝向轴向下方的辅助力，并且通过将第1辅助室62设为低压并将第2辅助室64设为高压，从而施加朝向轴向上方的辅助力的情况进行了说明，但并不限于此。也可以将第1辅助室62或第2辅助室64中的一个固定为低压与高压之间的压力，并将第1辅助室62或第2辅助室64中的另一个在低压和高压之间进行切换。例如，可以将第1辅助室62的压力固定为低压与高压之间的中间压。此时，可以将第1阀78和第2阀80分别开启1/2的开度，从而固定为中间压。根据本变形例，只要将其中一个辅助室的压力在低压和高压之间进行切换即可，因此控制变得比较轻松。

在实施方式中，对第1辅助室62、驱动机构容纳室60、第2辅助室64依次自上而下排列的情况进行了说明，但并不限于此。图8表示实施方式的变形例所涉及的超低温制冷机100。在本变形例中，在第1辅助室62与驱动机构容纳室60之间设置有第2辅助室64。根据本变形例，也能够得到与实施方式所涉及的超低温制冷机100相同的作用效果。

(变形例2)

在实施方式中，对超低温制冷机100的膨胀机3的级数为一级的情况进行了说明，但并不限于此，膨胀机3的级数也可以是二级以上。

(变形例3)

在实施方式中，对根据来自粘贴于第1驱动轴38和第2驱动轴40这两者上的应变传感器的测定值来运算出施加于止转棒轭机构14的负载的情况进行了说明，但并不限于此。根据超低温制冷机100的使用环境、超低温制冷机100的使用方法，有时根据第1驱动轴38或第2驱动轴40中的一个轴的应变量运算出施加于止转棒轭机构14的负载也足以。此时，也可以仅在第1驱动轴38或第2驱动轴40中的一个轴上粘贴应变传感器。

(变形例4)

在实施方式中，对控制装置4包括马达控制部54的情况进行了说明，但并不限于此。例如，当马达18为以恒定速度旋转的马达时，控制装置4也可以不具有马达控制部54。

上述前提技术、实施方式及变形例的任意组合作为本发明的实施方式同样有用。通过组合而产生的新实施方式兼具所组合的实施方式及变形例各自的效果。