JPH0561470B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 往復動自在軸の周囲のベローズ型気密シール
の制御装置において、前記シールが固定した開口
端部と可動端部と前記制御装置の周囲圧力に露出
した内面と外面とを備え、且つ前記シールが該シ
ールに外圧を作用させる圧力室の中に収容され且
つ外圧と内圧との間の有害な差圧を受け；前記制
御装置が周囲圧力より低い圧力を作る第１装置
と、前記内面と外面の中の一方の面にかかる圧力
が他方の面にかかる圧力に対し必要以上に高い場
合前述の周囲圧力より低い圧力を前記一方の面に
連通させもつて前記ベローズの両面間の圧力差を
必要レベルに保つためのバルブ装置と、前記シー
ルの可動端部と中間部分を同時に作動させる装置
と、を包含することを特徴とするベローズ型気密
シールの制御装置。

２ 前記第１装置が真空排気ポンプを含む請求の
範囲第１項記載の制御装置。

３ 前記軸がコンプレツサーのピストンに取付け
られ且つ前記一方の面の圧力が他方の面の圧力に
比較して必要以下に下つたとき前記バルブ装置が
移動して前記一方の面を高圧源に連結する請求の
範囲第１項記載の装置。

４ 前記第１装置が前記往復動自在軸に平行でそ
れと一緒に往復動する軸を有し且つ周囲圧力より
低圧の室に連結されている往復動自在の真空排気
ポンプを包含する請求の範囲第３項記載の装置。

５ 前記軸が圧縮シリンダーの中のピストンに取
付けられ且つ前記シリンダーが前記室として作動
する請求の範囲第１項記載の装置。

６ 前記ピストンが前記第１装置として作動する
請求の範囲第３項記載の装置。

７ 前記ベローズが該ベローズを回旋区画に分割
する同時作動の複数個の中間部分を有する請求の
範囲第１項記載の装置。

８ 前記低減装置が前記ピストンと前記シリンダ
ーの仕切り壁の間に延在し且つ前記ベローズの少
くとも一つの中間部分に取付けられている伸縮腕
型機構を有する請求の範囲第７項記載の装置。

９ 前記表面の一方が前記シールの外面である請
求の範囲第１項記載の制御装置。

１０ 前記軸がグランド型シールの中を通つて前
記圧力室に延びる請求の範囲第１項記載の制御装
置。

１１ 軸方向に相へだたつた伸縮腕リンクの組が
違つた長さを有する請求の範囲第８項記載の制御
装置。

１２ 往復動自在軸のベローズシールの制御装置
において、該ベローズシールの内面と外面のガス
圧力を実質的に平衡させる装置と、ベローズの固
定端からその可動端に順次数が減少するような数
の異なる回旋を有する複数個の区画にベローズシ
ールの回旋を分割する装置と、前記軸と前記可動
端部の間及び前記軸と回旋を分割する前記装置と
の間に延在して前記軸が移動するとき同時に作動
して各区画の回旋の数に比例する量各区画の長さ
を伸ばしたり縮めたりする可動自在の駆動装置
と、を包含することを特徴とするベローズシール
の制御装置。

１３ 前回旋数に対するベローズ区画の回旋数の
比率がベローズの全体の伸び又は収縮に対する任
意のベローズ区画の伸び又は収縮の比率に大体等
しい請求の範囲第１２項記載の制御装置。

１４ 前記ベローズの中間区画を作動させる装置
がラツクとピニオンを含む請求の範囲第１２項記
載の制御装置。

１５ 前記ベローズシールの１端がコンプレツサ
ーピストンに密封状に連結され且つその他端が前
記ピストンの周りのシリンダーの壁に密封状に連
結されている請求の範囲第１２項記載の制御装
置。

１６ 前記ガス圧力を平衡させる装置が前記ベロ
ーズ回旋の少くとも高圧側の圧力を変える装置を
含む請求の範囲第１２項記載の制御装置。

１７ 前記バルブ装置が前記ベローズの一方の側
の圧力に感応する装置によつて制御される請求の
範囲第１項記載の制御装置。

１８ 前記バルブ装置が前記シールの一方の側を
前記第１装置のいづれかに又は周囲圧力より高い
圧力源に連結するように作動する請求の範囲第１
７項記載の制御装置。

（産業上の利用分野） 本発明は往復動軸機構の密封型シールに関す
る。

本発明は一般的な利用性を有するが、特に冷却
剤の蒸気やシステムガスの損失を無くすようにな
つたスターリングエンジン及びヒートポンプ装置
やヒートポンプシステムに利用性がある。前記シ
ステムが作動しているとき又は休止していると
き、冷却剤の高い蒸気圧が通常の軸シールから漏
洩を生ずる。ダイヤフラム又はベローズシールが
このような漏洩を防ぐ。しかしながら、例えば薄
い可撓性ベローズの外面に作用する高圧力は、そ
の内側は大気圧又は周囲圧力である、前記ベロー
ズの膨脹収縮によつて生ずるストレスすなわち内
部応力と、組み合つてシールを歪ませ且つ急速に
故障させる。

本発明は可撓性シールの内側と外側、例えばベ
ローズ型シールの内側と外側の間の圧力差をコン
トロールすることにより、且つ膨脹や収縮によつ
て生ずる各区画内の最高の内部応力レベルを、こ
れから説明するようにベローズを適当な区画に分
割し且つ各区画内の回旋の数を適当に選定し且つ
各区画の駆動装置を適当に選定することによつ
て、前述の従来技術の困難性と欠点を除去する。

【図面の簡単な説明】

第１図は第２図乃至第４図の線１−１における
断面図にしてヒートポンプの圧縮器機構に応用さ
れた本発明の一実施例を示し、 第２図、第３図、第４図はそれぞれ第１図の線
２−２，３−３，４−４における部分断面図、 第５図は第４図の線５−５における部分断面
図、 第６図は第８図の線６−６における本発明の第
２実施例の長手方向断面図、 第７図は第８図の線７−７における断面図、 第８図は第６図の線８−８における断面図、 第９図は本発明の実施例の長手方向断面図、 第１０図は第９図の線１０−１０における断面
図、 第１１図は第９図の線１１−１１における断面
図、 第１２図は本発明の別の実施例の部分断面図、 第１３図は第１４図の線１３−１３における別
の実施例の略図、 第１４図は第１３図の線１４−１４における断
面図、 第１５図は第１４図の線１５−１５における断
面図、 第１６図は補助ポンプを駆動するため２本の軸
を備えた圧縮器ピストンの略図である。

実施例 第１図乃至第５図において、軸１１に固定した
ピストン１０がハウジング区画９ａのシリンダー
１２の内部で作動し且つ低圧ポンプすなわち真空
ポンプ１５のピストン１４に連結した副軸１３を
作動させる。室１７の中に在るベローズ１６はそ
の上端が軸１１に対して密封され且つその下端が
室１７とハウジング壁９ｂとの間に延在する壁に
対して密封され且つ室１２ｂとベローズの開放端
を通じてハウジング区画９ｃの周囲圧力に露出さ
れている前記ベローズ内の大気圧との間を密封し
ている。前記ベローズは壁１２ｃのグランド型シ
ール１１ａを貫通している前記軸と同時に作動
し、且つ前記ベローズの回旋の膨脹と収縮に起因
する最高の機械的内部応力はハウジング区画９ｃ
の中のレバー・管装置１８（1980年７月31日に出
願され現在放棄されている特許出願第06／174201
号及び継続出願第06／392457号これは現在登録さ
れている米国特許第4424008号に説明されている）
によつて大幅に低減される。

通常差圧によつて生ずるストレスすなわち内部
応力はあとで述べるように本発明の一つの原理に
よつて除かれる。

前記ポンプ１５は管１５ａと弁２２と逆止弁１
４ａを通じて真空室１９に連結されている。機械
の作動中に生ずる真空は、弁２２を閉じることに
よつて休止中室１９の中に保たれる。前記室１９
はあとで述べるようにエンジンの始動のためにの
み充分大きくする必要がある。前記ポンプはエン
ジンの作動中に室１７の中の過剰圧力を除去する
ために充分な真空を提供できるよう且つ圧縮器が
短期間の作動を行う場合に始動の目的で室１９の
中に真空を急速に貯えることができるよう充分大
きな容量を有する必要がある。管２０が室１９を
スリーブバルブ又はプランジヤーバルブ２１に連
結する。バルブ２１はマニホルド２３と管１７ａ
を通じてベローズ室１７を連通し且つオリフイス
２５によつて制限されている管２４を通じてシリ
ンダー室１２ｂと連通する。少くとも一つの孔２
６ａを貫通しているプランジヤーすなわちピスト
ン２６が、ハウジング区画９ｂ又はハウジング区
画９ｃ又は大気中に在るコントロールベローズ２
７とロツドで連結することによつて、孔２６ａを
通じてベローズ１６の周囲の圧力変化に対し自動
的に調節する。

休止期間中にピストン１０は室１２ａの中のガ
ス又は冷媒の圧力によつて膨脹位置又は下部位置
に押され、且つベローズ１６はシール１１ａとプ
ランジヤー２６による漏洩に起因して圧縮され且
つガス又は蒸気の全圧力を受ける。始動時に弁２
２が開かれるのでベローズ１６の周りの圧力を直
ちに凡そ大気圧まで低下させる。圧縮器の作動中
にベローズ２７の中の高圧がバルブ２１を作動し
て、ポンプ１５によつて排出され続けている真空
室に至る管２０ａを開き、またベローズ２７の中
の低圧が逆にバルブ２１を作動して管２０ａを閉
じ且つ室１７をマニホルド２３と管２４とオリフ
イス２５を通じて高圧室１２ｂに連通し、このよ
うにしてベローズ１６の周りの圧力は殆んど周囲
圧力に維持される。

第１図における管１５ａ，２０は第５図の管１
５ａ，２０にそれぞれ連通し且つバルブ２６が管
２０ａと管２４の両方を横切る中立位置にあるよ
う図示されている。作動時にベローズ２７が室１
７内の圧力の増減に感応するに応じてプランジヤ
ーすなわちピストン２６が絶えず前後に移動す
る。室１２ｂ内の圧力は注入されている冷却剤の
蒸気圧に起因してベローズ１６とハウジング区画
９ｃの中の大気圧より常に幾分高い。これは本発
明の主要な効用である。しかし管２４は室１２ｂ
に連結せず室１２ａに連結することができる。

ポンプと真空室の主要な役目は室１７内の圧力
を凡そベローズの中の圧力まで低下することであ
るが室１９の中に残つている真空もまたエンジン
又は圧縮器の始動に役立つ。前記真空室から室１
２ａに通ずる管（図示せず）が簡単に開かれてシ
リンダー室の圧力を下げ且つピストン１０を圧縮
器のトツプデツドセンター位置へ引張る、この作
用はまた原動機のシリンダーに装入物を入れる。
前記管が閉じると室１２ａの中の蒸気圧を再び上
昇させ、ピストン１０がそのボトムデツドセンサ
ー位置へ戻るのを助け、かくして原動機の装入物
を点火できるほどに圧縮する。前記ピストンを始
動の目的でいづれか一方向又は両方向に移動させ
るための装置が設けられ、且つ室１９の大きさを
縮少するか又はその必要性を無くすため圧縮器が
休止しているとき漏洩を防止するため軸１１，１
３の周りと逆止弁１４ｃと管２４に確実な（軟
い）シールを設ける。

装置全体は自己内蔵式であつて、真空ポンプと
プランジヤーバルブと真空室がすべて圧縮器のハ
ウジングの中に配置され、しかし該ハウジングは
第６図乃至第８図では幾分長く図示されている。
一層簡潔な修正型が第６図乃至第８図に示されて
いる。これによるとベローズ１１６が直接ピスト
ン１１０とシリンダー１１２の下端壁１１２ｃに
対し密封されている。ベローズの作用は該ベロー
ズの回旋から延出した支持シリンダ１３１に取付
けたクロスリンク１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃ
の伸縮腕１３０によつて制御される。クロスリン
ク１３０ａは通常間隔が大きいので長く、リンク
１３０ｃは間隔が狭いので短い。第１図乃至第６
図についてすでに説明した方法並びに目的のため
に適当な弁及び管（図示せず）を通じてピストン
１１０の上と下のシリンダー１１２に連通する真
空室１１９を真空ポンプ１１５が排出する。

本発明の第２の原理は、ベローズシールの複数
個の各区画の中の同一の回旋の数を、該ベローズ
の固定端からその可動端に次の式に従つて順次減
少させていることである。

N₂／N_T＝S₂／S_T N₂はベローズの複数個の区画の中の一つの区
画の中に存在する回旋の数、N_Tはベローズ全体
の同一回旋の全数、S₂は前記区画の伸張又は収縮
の量、S_Tはシールを使用している機械の作動時の
ベローズ全体の伸張又は収縮である。

第６図乃至第８図のシステムの別の効果は、ベ
ローズの中間部（単数又は複数）をできれば該ベ
ローズの外側に設けることによつてベローズの直
径を小さくしたことである。

ベローズの外側と内側の圧力はプランジヤーバ
ルブ２１の作用によつて凡そ周囲圧力に調整され
るので、またポンプ１１５によつて真空室の中に
非常に低い圧力が保持されるので、前に述べたよ
うに始動が容易に行える。

本発明の別の実施例を第９図乃至第１１図に示
す。この図は第１図乃至第５図に示したものと類
似のベローズシール装置を示しているが、ピスト
ンロツドとシリンダーの間の作動機構として長さ
の異なるレバー２３０ａ，２３０ｂ，２３０ｃを
備えた長さの異なるベローズ区画２１６ａ，２１
６ｂ，２１６ｃを有する。前記ベローズの中間部
分はガイドロツド２３２を摺動できる短かいガイ
ドスリーブ２３１に連結されている。

本発明のなお別の実施例を第１２図に示し、こ
の実施例においてベローズ３１６が圧縮器のピス
トンに連結され且つ該ベローズの中間部分が、該
ベローズの両側をピストン３１０に連結した可動
ガイドロツド３３２の周りの短いガイドスリーブ
を通じて外側に駆動リンクに連結されている。こ
れは第９図乃至第１１図の修正型より一層簡潔な
構造を提供する。

第１３図乃至第１５図の修正型は１対のラツク
を使用し、その中の一つのラツク４１８はピスト
ン４１０に連結しまた他のラツク４１９はベロー
ズ４１６の中間部４３１に連結しており、更に前
記ラツク４１８と噛合う大径の歯車４３０ａと前
記ラツク４１９と噛合う一体型又は附加型の小径
歯車４３０ｂを使用している。この構造はベロー
ズ区画の間の相対的運動が別の実施例におけるも
のと同一である。

第１６図は圧縮器ピストン５１０がシリンダー
端壁５１２ｃを通じてポンプ軸５１３を作動させ
且つ前記軸とピストンロツドの周りの壁から漏れ
るのを防ぐため軟いパツド５１２ｄに着座する状
況を図示するものである。

本発明の別の実施例においてベローズシールの
外側を周囲圧力にし、その内側を可変圧に露出し
て同じように制御できることが分る。また本発明
の或る実施例において、制御された圧力である限
りにおいてベローズの両側を周囲圧力以外の圧力
にすることが望ましいかも知れない。