本申请主张基于2015年1月29日申请的日本专利申请第2015-015718号的优先权。该日本申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。技术领域本发明涉及一种斯特林制冷机，尤其涉及一种斯特林制冷机的膨胀机。
背景技术：
在斯特林制冷机的膨胀机设置有置换器。置换器的一端配置于低温部，另一端配置于常温部。由此，在使用制冷机时，在置换器上产生温度梯度。因此热量可以从常温部通过置换器进入低温部。这种热输入可能会降低斯特林制冷机的制冷能力。专利文献1：日本特开2000-121187号公报
技术实现要素：
本发明的一种实施方式的示例性目的之一在于，在斯特林制冷机的膨胀机中降低通过置换器的传热。根据本发明的一种实施方式，提供一种斯特林制冷机，其具备：置换器，其具备置换器基部和置换器前端部,所述置换器基部配设在中心轴上，所述置换器前端部沿所述中心轴从所述置换器基部向工作气体的膨胀空间延伸；以及蓄冷器，配设在所述置换器前端部的周围，以便引导所述置换器沿所述中心轴的方向进行往复移动。所述置换器前端部具备多个板状组件，所述多个板状组件沿所述中心轴的方向排列，且分别具备构成所述置换器前端部外表面的一部分的组件侧面。所述多个板状组件以在相邻的两个板状组件之间形成工作气体层的方式排列。根据本发明的一种实施方式，提供一种斯特林制冷机，其具备：置换器，其具备置换器基部和置换器前端部,所述置换器基部配置在中心轴上，所述置换器前端部沿所述中心轴从所述置换器基部向工作气体的膨胀空间延伸；以及蓄冷器，配设在所述置换器前端部的周围，以便引导所述置换器沿所述中心轴的方向进行往复移动。所述置换器前端部具备多个板状组件，所述多个板状组件沿所述中心轴的方向排列，且分别具备构成所述置换器前端部外表面的一部分的组件侧面。所述多个板状组件由树脂材料制成。另外，在方法、装置、系统等之间相互替换以上构成要件的任意组合或本发明的构成要件或表现也作为本发明的方式有效。根据本发明，能够在斯特林制冷机的膨胀机中降低通过置换器的传热。附图说明图1是概略地表示本发明的一种实施方式所涉及的斯特林制冷机的图。图2是概略地表示本发明的一种实施方式所涉及的斯特林制冷机的膨胀机的剖视图。图3是概略地表示本发明的一种实施方式所涉及的膨胀机的置换器的一部分的剖视图。图中：10-斯特林制冷机，13-膨胀机，22-置换器，28-膨胀空间，38-蓄冷器，50-置换器基部，52-置换器前端部，54a-第1板状组件，54b-第2板状组件，54c-第3板状组件，54d-第4板状组件，62-工作气体层，64-空腔，68-螺纹部。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。另外，在说明中，对相同的要件标注相同的符号，并适当省略重复的说明。并且，以下叙述的结构为示例，并不用于限定本发明的范围。图1是概略地表示本发明的一种实施方式所涉及的斯特林制冷机10的图。斯特林制冷机10具备压缩机11、连接管12以及膨胀机13。压缩机11具备压缩机外壳14。压缩机外壳14为气密地保持高压工作气体的压力容器。工作气体例如为氦气。并且，压缩机11具备容纳于压缩机外壳14的压缩机单元。压缩机单元具备压缩机活塞及压缩机缸体，并且其中的一个是在压缩机外壳14中往复移动的可动部件15，另一个是固定于压缩机外壳14的静止部件。压缩机单元具备驱动源，该驱动源使可动部件15相对于压缩机外壳14沿可动部件15的中心轴的方向移动。压缩机11具备支承部16，该支承部16以使可动部件15可以往复移动的方式将可动部件15支承于压缩机外壳14。可动部件15相对于压缩机外壳14及静止部件以某一振幅及频率振动。其结果，压缩机11内的工作气体的压力也以特定振幅及频率变化。在压缩机活塞与压缩机缸体之间形成有工作气体室。该工作气体室通过形成于上述静止部件及压缩机外壳14的连通路连接于连接管12的一端。连接管12的另一端连接于膨胀机13的工作气体室。如此，通过连接管12，压缩机11的工作气体室连接于膨胀机13的工作气体室。如参考图2将在后面叙述的那样，膨胀机13具备膨胀机主体20、置换器22以及至少一个支承部40。图2是概略地表示本发明的第1实施方式所涉及的膨胀机13的图。图2概略地表示膨胀机13的内部结构。膨胀机主体20是气密地保持高压工作气体的压力容器。该压力容器可以由以气密地保持内部的方式相互连接的多个容器部分构成。置换器22是在膨胀机主体20中往复移动的可动部件。支承部40以使置换器22可以往复移动的方式将置换器22支承于膨胀机主体20。膨胀机主体20具备第1区段24及第2区段26。第1区段24包括形成于膨胀机主体20与置换器22之间的工作气体的膨胀空间28。在与膨胀空间28相邻的膨胀机主体20的部分设置有用于冷却对象物的冷却台29。第2区段26构成为经由弹性部件30将置换器22支承于膨胀机主体20。膨胀机主体20的第1区段24侧的一部分容纳于未图示的真空容器。凸缘47分隔真空容器内部的真空层与真空容器外部的大气层。第2区段26在置换器22的往复移动方向(图中由箭头C表示)上与第1区段24相邻。在第2区段26与第1区段24之间设置有密封部25，由此隔开第2区段26与第1区段24。因此，在第1区段24中的工作气体的压力变动不会传递至第2区段26，或者不怎么影响第2区段26中的工作气体的压力。另外，第2区段26中封入有与工作气体相同种类的气体，以便成为与从压缩机11输送过出的工作气体的平均压力相等的压力。由此，在第2区段26的内部形成平均压室27。置换器22具备置换器头32和置换器杆34，置换器头32容纳于第1区段24，置换器杆34从置换器头32通过密封部25向第2区段26延伸。置换器杆34为比置换器头32细的轴部。置换器22具有与其往复移动方向平行的中心轴(图中用单点划线A表示)，置换器头32及置换器杆34以与置换器22的中心轴同轴的方式设置。置换器杆34以使置换器22能够往复移动的方式在第2区段26中被膨胀机主体20支承。上述密封部25可以是例如形成于置换器杆34与膨胀机主体20之间的杆密封件。第1区段24形成包围置换器头32的缸体部42。在该缸体部42的底面(即，冷却台29的内表面)与置换器头32的前端面之间形成有膨胀空间28。膨胀空间28在置换器22的往复移动方向上形成于与置换器头32和置换器杆34的接合部相反的一侧。在该接合部与密封部25之间形成有作为膨胀机13中的工作气体的压缩空间的气体空间36。如上所述，气体空间36连接于连接管12。膨胀机13在置换器22的往复移动方向上的多个不同的位置将置换器22支承于膨胀机主体20，以使置换器22能够往复移动。因此，膨胀机13具备两个支承部40。这两个支承部40设置于第2区段26。这样，能够抑制置换器22相对于中心轴倾动。支承部40具备上述弹性部件30。弹性部件30配设于置换器杆34与膨胀机主体20之间，以便在置换器22从中立位置变位时将弹性复原力作用于置换器22。由此，置换器22以取决于弹性部件30的弹簧常数、基于工作气体压力的弹簧常数以及置换器22的重量的固有振动频率进行往复移动。弹性部件30例如具备至少包括一个板簧的弹簧机构。板簧是被称为挠性轴承的弹簧，其在置换器22的往复移动方向上是柔性的，而在与往复移动方向垂直的方向上是硬性的。因此，弹性部件30允许置换器22沿其中心轴的方向移动，但限制沿与该中心轴正交的方向移动。置换器杆34经由弹性部件安装部49固定于弹性部件30。由此构成由置换器22和弹性部件30组成的振动系统。该振动系统构成为使置换器22以与压缩机11的可动部件15的振动频率相同的频率且与该振动具有相位差地进行振动。置换器头32具备置换器基部50和置换器前端部52。置换器基部50配置在置换器22的中心轴上。置换器前端部52沿着置换器22的中心轴从置换器基部50向工作气体的膨胀空间28延伸。置换器杆34的端部安装在置换器基部50的中心。置换器基部50为沿置换器22的中心轴延伸的圆筒状的中空部件。置换器杆34固定在置换器基部50的背面。置换器基部50中形成有空腔64。空腔64被气密地密封以与气体空间36隔离。置换器基部50例如由金属材料制成。置换器杆34为两端开放的中空的筒。置换器杆34的内部空间在置换器杆34的一端与置换器基部50的空腔64连通，另一端与平均压室27连通。因此，置换器基部50的空腔64具有与第2区段26的内部相同的平均压力。置换器杆34例如由金属材料制成。在膨胀机主体20设置有蓄冷器38。蓄冷器38配设在置换器前端部52的周围，以便在轴向上引导置换器22的往复移动。蓄冷器38具备作为膨胀机主体20的一部分的蓄冷材料容器以及容纳于蓄冷材料容器的蓄冷材料。蓄冷材料容器为以与置换器22同轴的方式沿轴向延伸的环状或者环形的容器，其形成蓄冷材料的容纳空间。蓄冷材料容器的内筒作为缸体部42发挥作用。蓄冷材料例如具备金属丝网的层叠结构。蓄冷器38允许工作气体在气体空间36与膨胀空间28之间的流通。在轴向上，在蓄冷器38与气体空间36之间，以与蓄冷器38相邻的方式设置有水冷式热交换器37。与蓄冷器38相同，水冷式热交换器37也形成为环状或者环形。与蓄冷器38相同，水冷式热交换器37的内壁部也作为缸体部42发挥作用。水冷式热交换器37实现冷却从压缩机11供给的工作气体并将该热量排放到膨胀机13外部的热交换。从压缩机11供给到气体空间36的工作气体通常具有高于室温的温度，因此水冷式热交换器37将该高温气体冷却至大约室温。水冷式热交换器37配设在置换器基部50的周围。置换器基部50的侧面相对于水冷式热交换器37的内壁部可以滑动，由此水冷式热交换器37能够引导置换器头32的轴向上的往复移动。阻止工作气体在气体空间36与膨胀空间28之间流通的密封部也可以形成于置换器基部50的侧面与水冷式热交换器37的内壁部之间。并且，在轴向上，在蓄冷器38与冷却台29之间，以与蓄冷器38相邻的方式安装有低温热交换器39。低温热交换器39配设在置换器前端部52的周围。由水冷式热交换器37、蓄冷器38以及低温热交换器39形成连接气体空间36和膨胀空间28的工作气体流路。凸缘47设置在相当于蓄冷器38与水冷式热交换器37之间的边界的轴向位置上。即，凸缘47形成斯特林制冷机10的常温部与低温部的边界。在斯特林制冷机10的常温部设置有第1区段24的一部分，具体而言设置有气体空间36及水冷式热交换器37。密封部25及第2区段26也设置在斯特林制冷机10的常温部。在斯特林制冷机10的低温部设置有第1区段24的剩余部分，具体而言设置有蓄冷器38、低温热交换器39、膨胀空间28以及冷却台29。并且，置换器杆34及置换器基部50设置在斯特林制冷机10的常温部。置换器前端部52设置在斯特林制冷机10的低温部。置换器22通过由压缩机11的可动部件15的振动而产成的工作气体压力的脉动而被驱动。通过置换器22及压缩机11的可动部件15的往復移动，在膨胀空间28与压缩机11的工作气体室之间形成反向斯特林循环。由此，与膨胀空间28相邻的低温热交换器39被冷却。通过低温热交换器39，冷却台29被冷却，由此斯特林制冷机10能够冷却对象物。在膨胀空间28中产生的冷热积蓄在蓄冷器38。低温热交换器39与蓄冷器38之间的边界区域被冷却至最低温，另一方面，水冷式热交换器37与蓄冷器38之间的边界区域具有室温。由此，在蓄冷器38产生轴向上的温度梯度。如上所述，蓄冷器38包围置换器前端部52，以便引导置换器22沿轴向进行往复移动。因此，在置换器前端部52也存在与蓄冷器38相同的轴向上的温度梯度。以下，为了便于说明，将蓄冷器38及置换器头32中靠近膨胀空间28的一侧称为“低温侧”。将蓄冷器38及置换器头32中靠近气体空间36的一侧称为“高温侧”。置换器前端部52由沿轴向排列的多个板状组件形成。多个板状组件排列成在相邻的两个板状组件之间形成工作气体层62。多个板状组件分别具备够成置换器前端部52外表面的一部分的组件侧面。多个板状组件包括面向膨胀空间28的第1板状组件54a以及将第1板状组件54a连结于置换器基部50的至少一个中间板状组件。在图2所示的实施方式中，置换器前端部52具备三个中间板状组件。由此，置换器前端部52具备四个板状组件。第1板状组件54a为半球状或者半椭圆体形状的实心部件。第1板状组件54a的外形由暴露于膨胀空间28的第1前面56a和面向与第1前面56a相反的一侧(即置换器杆34侧)的第1背面58a确定。第1前面56a为弯曲成半球状或者半椭圆体形状的第1板状组件54a的侧面(或者前表面)。第1前面56a形成置换器头32的前端面。第1背面58a为大致平面。另外，根据需要，在第1前面56a还可以形成狭缝等凹凸。在第1背面58a也可以形成用于与中间板状组件连结的凹凸或孔。以下，将三个中间板状组件分别称为第2板状组件54b、第3板状组件54c、第4板状组件54d。第2板状组件54b配置在膨胀空间28侧，第4板状组件54d配置在置换器基部50侧。第3板状组件54c配置在第2板状组件54b与第4板状组件54d之间。第2板状组件54b、第3板状组件54c以及第4板状组件54d为具有圆板状形状的实心部件。第2板状组件54b、第3板状组件54c以及第4板状组件54d的形状相同。第2板状组件54b的外形由第2前面56b、第2背面58b以及第2侧面60b确定。第2前面56b及第2背面58b为大致平面。但是，根据需要，也可以在第2前面56b及第2背面58b形成凹凸或孔。第2前面56b的一部分与第1板状组件54a的第1背面58a接触，第2前面56b的其他部分不与第1背面58a接触。在该非接触部分形成工作气体层62。例如，如图2所示，第2前面56b具备与第1板状组件54a的第1背面58a接触的外周部和不与第1背面58a接触而面向第1背面58a的中心凹部。第2侧面60b为圆筒面。第2侧面60b构成置换器前端部52的圆筒状侧面的一部分。工作气体层62形成于第2前面56b的中心凹部与第1背面58a之间。工作气体层62在轴向上的宽度(即、中心凹部的高度)小于板状组件在轴向上的厚度。工作气体层62的宽度可以小于第2板状组件54b的厚度的1/10、1/50或者1/100。工作气体层62的宽度可以小于1mm、0.5mm或者0.1mm。相邻的两个板状组件之间的接触区域上形成有微小的空隙67(参考图3)。空隙67形成于第2前面56b的外周部与第1背面58a之间。工作气体层62相对于置换器前端部52与缸体部42之间的间隙66以及膨胀空间28并未气密地密封。工作气体层62可以通过微小的空隙67与间隙66连通。间隙66中的工作气体压力根据膨胀空间28的压力而变动，因此工作气体层62中的工作气体压力也可以根据膨胀空间28的压力变动。第3板状组件54c及第4板状组件54d的结构也与第2板状组件54b相同。第3板状组件54c及第4板状组件54d各自的侧面构成置换器前端部52的侧面的一部分。在第2板状组件54b与第3板状组件54c之间形成有第2工作气体层62，在第3板状组件54c与第4板状组件54d之间形成有第3工作气体层62。并且，在第2板状组件54b与第3板状组件54c之间形成有第2空隙，在第3板状组件54c与第4板状组件54d之间形成有第3空隙。与上述空隙67相同，这些空隙也使工作气体层62与间隙66连通。第4板状组件54d的背面连结于置换器基部50的前表面。第1板状组件54a的第1前面56a隔着膨胀空间28与低温热交换器39及冷却台29对置。第2板状组件54b的第2侧面60b隔着间隙66与蓄冷器38对置。同样，第3板状组件54c及第4板状组件54d的侧面也隔着间隙66与蓄冷器38对置。第1板状组件54a与第2板状组件54b之间的边界的轴向位置比蓄冷器38与低温热交换器39之间的边界的轴向位置更靠近膨胀空间28。即，第1背面58a及第2前面56b被低温热交换器39包围。并且，第2板状组件54b与第3板状组件54c之间的边界被蓄冷器38包围。第3板状组件54c与第4板状组件54d之间的边界也被蓄冷器38包围。第4板状组件54d与置换器基部50之间的边界的轴向位置相当于水冷式热交换器37与蓄冷器38之间的边界的轴向位置，因而被凸缘47包围。多个板状组件通过螺纹部(未图示)连结在一起。例如，多个板状组件通过贯穿这些板状组件的长螺栓相互连结在一起。该长螺栓的螺栓头可以设置于置换器基部50侧，也可以设置于第1板状组件54a侧。并且，多个板状组件由相同的树脂材料制成。树脂材料例如为聚碳酸酯。树脂材料也可以为玻璃纤维增强塑料(GFRP)。或者，树脂材料还可以为酚栓树脂等通用塑料。第1板状组件54a在多个板状组件中配置于最低温侧。第2板状组件54b在多个中间板状组件中配置于最低温侧。第4板状组件54d在多个板状组件中配置于最高温侧。由此，在斯特林制冷机10的运行中，第4板状组件54d被冷却至低于置换器基部50温度的低温。第3板状组件54c被冷却至低于第4板状组件54d温度的低温。第2板状组件54b及第1板状组件54a被冷却至低于第3板状组件54c温度的低温。然而，某一典型的斯特林制冷机的膨胀机的置换器由单一的实心部件构成。该实心部件由金属材料制成。如上所述，由于置换器上形成有温度梯度且金属的导热系数通常较大，因此从常温部通过置换器流入到低温部的热量变大。这种热损失对斯特林制冷机的制冷能力带来不良影响。因此，有时采用由单一的中空部件构成的膨胀机的置换器。由此，抑制由置换器部件的导热引起的向低温部的热输入。但是，在中空部件的空腔部中会产生气体的对流，这会导致热损失。为了防止对流，提出有在空腔部设置隔板或多孔体的方案。但是，利用这种方案也未必能够充分地防止对流。根据本实施方式，置换器前端部52被分割为多个板状组件。多个板状组件层叠从而形成置换器前端部52。与板状组件形成为一体的情况相比，这种分割层叠结构能够降低某一板状组件与相邻板状组件之间的导热。并且，由于各板状组件为实心部件，因此在其内部不会产生气体的对流。因此，在斯特林制冷机10的膨胀机13中，能够降低通过置换器22的传热。由此，能够降低热损失，提高斯特林制冷机10的制冷能力。多个板状组件由树脂材料制成。通常，树脂材料的导热系数显著低于金属材料的导热系数。例如，聚碳酸酯的导热系数为0.2～0.3W/Km。因此，根据本实施方式，与由金属材料制成置换器的情况相比，能够提高斯特林制冷机10的制冷能力。在相邻的板状组件之间形成有工作气体层62。通常，气体的导热系数显著低于金属材料的导热系数，甚至气体的导热系数低于树脂材料的导热系数。例如，在低温部的氦气的导热系数约为0.15W/Km，其比聚碳酸酯的导热系数低。因此，通过在树脂材料的板状组件之间形成工作气体层，能够进一步降低通过置换器22的传热。并且，由于工作气体层62的轴向上的宽度足够小，因此在工作气体层62中基本上不会产生温度梯度。换言之，某一板状组件的背面与相邻的板状组件的前面基本上被冷却至相同的温度。因此，基本上防止工作气体层62中的工作气体的对流。多个板状组件通过螺纹部连结在一起。由此，能够减少板状组件彼此之间的热接触，因此能够降低通过置换器22的传热。第1板状组件54a与第2板状组件54b之间的边界的轴向位置比蓄冷器38与低温热交换器39之间的边界的轴向位置更靠近膨胀空间28。通过如此分割第1板状组件54a与第2板状组件54b，降低从第1板状组件54a到第2板状组件54b的热输入。能够降低从冷却台29朝向低温热交换器39与蓄冷器38之间的边界区域的通过置换器前端部52的热输入。并且，采用分割结构而产生的板状组件之间的微小的空隙67与间隙66相邻(参考图3)。该空隙能够容纳因置换器头32与缸体部42的滑动而产生磨损粉末。由此，能够抑制磨损粉末滞留或者蓄积在滑动面。由于磨损粉可能改变滑动阻力，因此可能影响置换器22的往復运动。由此，本实施方式所涉及的置换器22的分割结构有助于置换器22的往復运动的稳定化。由于置换器基部50及置换器杆34为中空结构，因此能够实现置换器22的轻质化。以上，基于实施例对本发明进行了说明。但本领域技术人员可以理解，本发明不只限定于上述实施方式，可以施以各种设计变更，且可以存在各种变形例，并且这些变形例也属于本发明的范围。在一种实施方式中，可以在相邻的两个板状组件中的一个板状组件上形成第1螺纹部，并在另一个板状组件上形成与第1螺纹部卡合的第2螺纹部。如图3所示，可以在第1板状组件54a的第1背面58a上形成第1螺纹部，并在第2板状组件54b的第2前面56b上形成第2螺纹部。这样，可以通过螺纹部68将多个板状组件连结在一起。在一种实施方式中，多个板状组件可以由不同的材料制成。置换器前端部52的轴向上的一端或者两端可以由第1树脂材料制成，置换器前端部52的其他部分(例如轴向上的中间部)可以由第2树脂材料制成。第1树脂材料的线膨胀系数可以小于第2树脂材料的线膨胀系数。第1树脂材料的导热系数可以大于第2树脂材料。线膨胀系数较小的材料有助于抑制因冷却导致的间隙66变动。可以在间隙66的至少端部使用线膨胀系数较小的材料。例如，第2板状组件54b及第4板状组件54d可以由GFRP制成，第3板状组件54c由聚碳酸酯制成。在一种实施方式中，可以在面向工作气体层62的板状组件的前面和/或背面形成反射面。还可以在板状组件的前面和/或背面形成金属包覆层。这样，可以降低板状组件之间的辐射热。蓄冷器38与低温热交换器39之间的边界的轴向位置可以比第1板状组件54a与第2板状组件54b之间的边界的轴向位置更靠近膨胀空间28。即，第1背面58a及第2前面56b可以被蓄冷器38包围。在一种实施方式中，至少一个板状组件可以为中空的板状组件。这种情况下，板状组件中可以封入工作气体或者其他气体。或者，板状组件的内部可以保持真空。在一种实施方式中，至少一个板状组件可以由在与轴向不同的方向(例如，径向或者周向)上被分割的多个部分形成。