CN1077216C - 气体压缩机或膨胀机 - Google Patents

Abstract

气体压缩机或膨胀机，具有：容纳与杆一端连接的活塞使之能往复运动的工作部；容纳与杆另一端连接的滑块使之沿着滑块导向部往复运动的驱动机构的驱动部；以及将工作部与驱动部隔开并使杆能够穿过的分隔部。还设置有以包含杆的方式置于分隔部内部并以使杆径向尺寸大于粘附在杆上的油厚度的方式形成的中间室，以让分隔部与到达上死点的滑块之间的尺寸大于粘附在滑块上的油厚度的方式形成的滑块空间，以及使滞留在滑块空间中的油返回到油槽中的回油装置。

Description

气体压缩机或膨胀机

本发明涉及一种通过活塞的往复运动压缩或膨胀气体的气体压缩机或膨胀机。

以往，气体压缩机或膨胀机用于斯特令(Sterling)冷冻机、斯特令发动机及往复式压缩机等。

图14示出这种气体压缩机或膨胀机的简要构成。气体压缩机或膨胀机100包括工作部110及驱动部120，工作部110具有活塞111，并通过该活塞111压缩或膨胀工作气体，驱动部120将启动力传递给活塞111，这儿两个部分由分隔部130隔开。此外，设置于驱动部120中的曲柄机构121通过连杆122与滑块123相连接。

此外，活塞111与滑块123通过穿过分隔部130的杆140连接，将曲柄机构121的旋转运动转换成往复运动并传递给活塞。由此，通过活塞111的往复运动压缩或膨胀工作部110内的工作气体。

曲柄机构121由油124来润滑，但是，当油124浸入工作部110内混人工作气体中时，油会引起工作气体通路阻塞及工作效率降低等。为此，在分隔部130中设置嵌套在杆140上的密封部件131，通过该密封部件131与杆140的滑动摩擦将粘附在杆140上的油124擦掉。

图15示出了配设密封部件131的部分断面图，密封部件131安装在密封安装部132中，由背填料133朝杆140一侧施压。上述密封部件131的密封效果是通过密封部件131与杆140滑动摩擦来擦掉粘附的油124实现的，因此为了彻底的擦去油124，必须使用很强的背压力对密封部件131施压。

但是，这种除去油124的方法，在长期使用时密封部件131会磨耗，由此引起密封效果降低的问题。

此外，在滑块123到达上死点时，该滑块123距分隔部130的距离变短，粘附在滑块123上的油124与分隔部130接触，会大量粘附在分隔部130上，浸入密封部。

还有，粘附在往复运动的滑块123上的油124因惯性力的作用朝密封部件131的方向飞溅。同时，通过运动使油124积留在滑块123与分隔部130之间，这会导致由滑块123引起油朝密封部件131的方向飞溅的事情发生。

一旦发生上述情况，由于杆140的往复运动，就会将油124徐徐送入工作部110一侧，随之浸入工作部110内，混入工作气体中，结果导致气体压缩或膨胀装置的性能下降。使装置不能使用。换句话说，导致了装置的寿命的缩短。

因此，本发明的目的是为了解决上述问题，而提供一种可避免油混入工作气体中，由此提高可靠性并能延长寿命的气体压缩机或膨胀机。

本发明涉及气体压缩机或膨胀机，它具有容纳可以往复运动的与杆一端连接的活塞的工作部、用于容纳带动与杆另一端连接的滑块沿着滑块导向部往复运动的驱动机构的驱动部、将工作部与驱动部隔开并使杆能够穿过的分隔部。

而且，设置有以包含杆的方式置于分隔部内部并以使杆径向尺寸大于粘附在杆上的油厚度的方式形成的中间室、以让分隔部与到达上死点的滑块之间的尺寸大于粘附在滑块上的油厚度的方式形成的滑块空间、以及使滞留在滑块空间中的油返回到油槽中的回油装置。该中间室的杆的径向尺寸大于粘附在杆上的油厚度。

由此，使粘附在滑块上的油不直接与分隔部接触，同时，在油密封没有施压时仍能防止粘附在杆上的油浸入工作部。

图1是本发明气体压缩机或膨胀机一实施例的斯特令冷冻机的简要结构图。

图2是用于说明回油间隙的斯特令的局部立体图，其中，(a)示出了滑块纵向布置的场合，(b)示出了滑块横向布置的场合。

图3是设有前室的气体压缩机或膨胀机的结构简图。

图4是在驱动隔壁上设有油密封部件的气体压缩机或膨胀机的结构简图。

图5是设有数个前室的气体压缩机或膨胀机的结构简图。

图6是在纵向配设前室时的结构图，其中(a)是设有该前室的气体压缩机或膨胀机的结构简图，(b)是前室的局部放大图。

图7是密封面做成锥状的油密封结构的断面图。

图8是采用密封面做成锥状的油密封的气体压缩机或膨胀机主要部分的断面图。

图9是密封面加长的气体密封结构示意图。

图10是内部带有一个空间的气体密封结构示意图。

图11是内部带有数个空间的气体密封结构示意图。

图12是采用内部带有数个空间的气体密封的气体压缩机或膨胀机的结构简图。

图13是在图12的气体密封中设置前室的场合的气体压缩机或膨胀机的结构简图。

图14是用于说明以往技术的气体压缩机或膨胀机的结构简图。

图15是用于说明密封部件密封效果的部分断面图。

下文参照附图说明本发明的实施例。图1是将本发明油密封装置用于容积式斯特令冷冻机时的该斯特令冷冻机的结构简图。

本发明除了适用于容积式斯特令冷冻机外，还可以用于膨胀活塞式斯特令冷冻机、斯特令发动机以及活塞式往复压缩机等。此外有关使用的符号，例如在滑块用符号421(421a、421b)表示的场合，在不需要对该符号特别区分时，用总符号421表示421a及421b。

斯特令冷冻机10包括：压缩工作气体的压缩部20，通过与工作气体热交换使该工作气体膨胀的排出部30，将驱动力施加给压缩部20和排出部30的驱动部400，以及将该驱动部400与压缩部20隔开、同时将驱动部400与排出部30隔开的分隔部500(500a、500b)，压缩部20和排出部30构成工作部，在以下的说明中，特别是在不需要区分压缩部20和排出部30的场合，用工作部20、30表示。

压缩部20具有作为对工作气体进行压缩或其它工作的作业空间的压缩空间22和装在该压缩空间内部的可自由往复运动的压缩活塞21等。排出部30具有使工作气体膨胀的膨胀空间32以及装在该膨胀空间32内可自由往复运动的排出器31。

压缩部20与排出部30由气体通路60连通，当通过该气体通路流动的工作气体在压缩部20与排出部30来回往返时，由作为活塞的压缩活塞21及排出器31压缩及膨胀。

排出器31由用例如铜、铅、不锈钢的金属网状或球状蓄冷材料制成的蓄冷器33构成。于是，当排出器31向排出部30的方向移动时，工作气体通过蓄冷器33R对蓄冷材料放热，当排出器31朝离开排出部30的方向移动时，工作气体通过蓄冷器33吸收蓄冷材料的热量。

驱动部400包括：设置在驱动空间401中的曲柄机构411、通过连杆412(412a、412b)与该曲柄机构411连接的滑块421(421a、421b)、对该滑块421导向使该滑块421往复运动的滑块导向部422(422a、422)、设置在曲柄机构411下部的用于储存润滑该曲柄机构411和滑块421的油槽413以及用于转动该曲柄机构411的图中未示的马达等。

于是，设置于驱动部400上的曲柄机构411的驱动力通过连杆412传递给滑块421。这时由于两个连杆412做成在同一点上受来自于曲柄411的动力作用的结构，因而压缩活塞21与排出器31随着曲柄411的旋转运动同期往复运动。

这时，由于压缩活塞21与排出器31相互垂直地设置着，因而当连杆412a处于大致水平的位置时，活塞21基本不动，排出器运动幅度最大。相反，当连杆412b大致垂直时，排出器31基本不动，压缩活塞21最大幅度地运动。因此压缩活塞21与排出器31以相位大致错开90度的方式同期运动。

在设置于排出部30一侧的滑块421b的侧面，沿着滑块421的轴线方向切有槽，使构成滑块导向部422b的空间形成作为回油装置的回油间隙414。图2(a)中点划线区域就表示了该回油间隙414。

当然，也可以在滑块421a上设置这种切槽，在本发明中，因下述理由应最好设置切槽。换句话说，在没有切槽的场合，油P会滞留在滑块空间中，粘附在下述的油密封511上。因此，使滑块空间416a的压力始终与驱动空间401的压力相等，因此，不会产生力的作用。

关于下文要叙述的数个油密封，是将油密封511及下述油密封519记载为主油密封511及主油密封519，以区别于其它油密封。

此外，油密封并不限于所谓的“O”型环等独立密封部件，还包括例如具有除去后述驱动部隔壁等的油的作用的部件，另外，还包括密封面与杆密封接触以及两个之间存在间隙的场合，在下文的叙述中，对此都仅以油密封作适当的叙述。而且关于气体密封也是一样。但是，在需要特别限定的场合，会对其目的进行叙述。

滑块421a的冲程或驱动部隔壁415a的位置设定成：当滑块421a往复运动到达左端死点时，使粘附在该滑块421a的滑块一端表面423a上的油P不与驱动部隔壁415a接触，同样，滑块421b的冲程或驱动部隔壁415b的位置设定成：当滑块421b到达上死点时，使粘附在该滑块421b的滑块一端表面423b上的油P不与驱动部隔壁415b接触。

在此左端死点是指滑块421a最接近压缩部20一侧的点，而上死点是指滑块421b最接近排出部30一侧的点。此外，下述的右端死点是指滑块421a最远离压缩部20的点，而下死点是指滑块421b最远离排出部30的点。

因此，在滑块421与间隔部500之间必须产生间隙，该间隙定义为滑块空间416(416a、416b)。

滑块空间416a与油槽413通过回油装置的回油通路417相连通，通过该回油通路417浸入滑块空间416a的油P返回到油槽413中。

在作为回油装置的滑块导向部422a上设置回油通路417以及在滑块421b上设置回油间隙414的理由如下文所述。即是说，在图1所示的斯特令式冷冻机中，由于排出部30是纵向设置的，滑块空间416b的油P可以由重力的作用从回油间隙414下滴返回到油槽413中。图2(a)中的箭头就示出了这种下滴的油P的流动。

另一方面，由于压缩部20是横向没置的，滑块空间416a的油P不会受重力的作用返回到油槽413中，因此，设置有通过滑块导向部422a的内部的回油通路417，使滞留在滑块空间416a中的油P返回到油槽413中。

而且，如果压缩部20或排出部30不水平设置，而是设置成如图2(b)所示的从驱动部400的方向看向上倾斜的形式，在这种场合，就没有必要再设置回油路417，设置回油间隙414就可以了。

在这种场合，回油间隙414的至少一个必须是朝铅直下方设置的。据此，可以使滞留在滑块空间416a中的油P经过回油间隙414流动，返回到油槽413中。

此外，在沿纵向设置压缩部20或排出部30的场合，也并不是非要设置回油间隙414，采用回油通路417也是可行的。

回油间隙414的形状并不限于图2所示的形式，在滑块421b侧面形成槽或者在滑块导向部422上形成槽也是可行的。

进一步，回油间隙414采用存滑块421上沿该滑块421运动方向设置通孔也是可行的。

另外，在图1所示的所取特令冷冻机中，压缩部20横向设置，排出部30纵向设置。因此，粘附在滑块一端表面423b上的油P厚度可以看作是均匀的，但是，粘附在滑块一端表面423a上的油P因重力作用而汇集在铅直下方，产生厚度分布。

这样，油P的厚度不能一概而论，在本说明书中，在叙述有关“油厚度”的场合，是指厚度最大位置处的油厚度。因此，粘附在滑块一端表面423上的油P的厚度是铅直下方一侧的油P的厚度。

间隔部500包括：将滑块421a的往复运动传递给压缩活塞21的杆Ra、将滑块421b的往复运动传递给排出器31的杆Rb、将粘附在杆R(Ra、1Rb)上的油P擦掉的主油密封511(511a、511b)、用于防止压缩空间22和驱动空间401的压力干涉及膨胀空间32和驱动空间401的压力于涉并能防止粘附在杆R上的油P浸入压缩空间22及膨胀空间32的中间室521(521a、521b)等。下文将压缩空间22及膨胀空间32统称为工作空间22、23。

中间室521在间隔部500内部形成，中间室521与滑块空间416由驱动部隔壁415(59a、59b)隔开，中间室521a与压缩部20、中间室521b与排出部30分别由工作部隔壁531(531a、531b)隔开。

其次，主油密封511设置在驱动部415上，将粘附在杆R上的油P擦掉。但是，油P不能完全除去，以油膜状态残留在该杆R上。作为主油密封511可以采用由PTFE等比较软的材质构成的部件。

中间室521的形成应当使该中间室521的侧壁522(522a、522b)到穿过内部的杆R表面的距离L2大于粘附在杆R上的油P的厚度T。即满足于：L2＞T。此外，该油P的厚度是指先前定义的“油厚度”。

粘附在该中间室521内的杆R上的油P不能由主油密封511完全除去，而是以油膜状态残留在其上。

此外，中间室521内的杆R的轴向尺寸L1设定成比该杆R的冲程S长。即是说，满足于L1＞S。因此，可以避免粘附在杆R上的油P的前端与中间室521的工作部隔壁531接触。

在此，粘附在杆R上的油P的前端是指，粘附在中间室521内的杆R上的油P位于最接近压缩部20一侧及排出部30一侧的粘附的油P。

通过这样来设定中间室521的尺寸，例如在即使中间室521内的杆R上粘附有油P的场合，也能可以防止该油P与中间室521的侧壁522的接触，由此，可以避免油P浸入工作空间22、23中。

此外，由于杆R往复运动，中间室521的工作气体一侧的侧壁523与油P前端的距离随着该往复运动而同时变化，油P的前端始终不能与工作气体一侧的侧壁523接触，因此，可以将工作气体一侧的侧壁523始终保持无油状态。上述的结果是，能够防止油P浸入工作部20、30中。

上述尺寸L1、L2是在考虑了压缩部20及排出部30的设置方向、压缩活塞21及排出器31的冲程S、杆R的直径及材质、主油密封511的形状及该主油密封511弹性的有无来设定的。

例如在图1所示的斯特令冷冻机10的场合，压缩部20及排出部30相互大致垂直地设置着。因而，粘附在中间室521a内的杆Ra上的油P受与杆Ra垂直方向的重力影响。这样，由于中间室521a、521b的水平角，粘附在杆Ra上的油P的厚度T不同。

另外，由于冲程S及R的直径不同，中间室521内的杆R的表面面积不同，因而，残留在该中间室521内的杆R上的油量不同。

本实施例的斯特令冷冻机10通过采用上述结构，根据图中省略的驱动马达的转动，将驱动力由曲柄机构411传递给压缩活塞21及排出器31。

下文根据上述结构叙述斯特令冷冻机10的运作。另外，由于上述压缩活塞21及排出器31的相位错开，因此，后述的压缩过程、膨胀过程等不能进行严格的区分。

压缩活塞21从左端死点向右端死点移动时，压缩空间22内的工作气体由压缩活塞21等温压缩。

在这期间，排出器31向上运动，到达上死点之后向下运动。随着排出器31向上运动而被压缩的工作气体通过气体通路60送往排出部30一侧，排出器31向下运动时工作气体通过蓄冷器33，给该蓄冷器33放热并送往膨胀空间32。

随着排出器31到达下死点，压缩活塞21从右端死点向左端死点移动，工作气体膨胀、降温，这时的膨胀过程是等温膨胀过程，因而，通过膨胀降温来吸收外部的热量。即是说能够进行冷却。

随着压缩活塞21接近左端死点，排出器31开始向上运动，工作气体通过排出器31，从蓄冷器33吸热，完成一个循环。

但是，在上述循环中，一旦油P浸入压缩部20及排出部30，就会降低斯特令冷冻机10的冷冻效率。油P的这种浸入在粘附在滑块421的滑块一端表面423b上的油P直接与驱动部隔壁415会比较明显。

换句话说，主油密封511挤压油P时，油P无处可逃，只能浸入主油密封511的密封面，在这种状态下杆R往复运动时，大量的油P朝工作部20、30方向浸入，在短时间内到达工作部20、30。

因此，使滑块空间416的尺寸大于粘附在滑块一端表面423的油P厚度T的，就能够隔断这种接触。

此外，由于滑块421往复运动，存在着因这种往复运动使粘附在滑块一端表面423上的油P，因受往复运动惯性力的作用而飞溅并粘附在主油密封511上的情况。但是通过保证滑块空间416，使油P飞溅到滑块空间416时能够落下，便可以减少通过这种飞溅而粘附在主油密封511的油P的粘附量。

另外，由于装置的运转，油P滞留在滑块空间416中，往复运动的滑块421使积存的油P飞溅，也会发生粘附在主油密封511上的情况。为了避免这种情况的发生，通过设置将滑块空间416a与油槽413相连通的回油通路417，可以阻止油P滞留在滑块空间416a中，而且，通过在滑块421b上设置回油间隙414，油P也不会滞留在滑块空间416b中。

另外，通过设置滑块空间416可以减少粘附在主油密封511上的油P的量，由此，即使主油密封511没有对杆R施加强大的力，也可以做到实用上毫无问题的擦掉油P。因此，即使在主油密封511与杆R之间存在着规定的间隙或者在主油密封511因磨耗而产生间隙的场合，仍可以使该主油密封511具有上述的机能。

根据上述结构，由于可以防止由杆的往复运动助长的毛细管现象而产生的油的浸入，因而在本发明中，可以延长采用这种密封装置的斯特令冷冻机等装置的寿命。

但是，尽管工作空间22、32的压力根据压缩活塞21及蓄冷器33的往复运动周期地变化，但驱动空间401一侧的压力不会产生压力变动，因而，施加主油密封511上的压力会产生压力差。于是，在驱动空间401一侧的压力变高时，在该压力作用下使粘附在主油密封511上的油P更多地浸入工作空间22、32中。

即是说，作用在主油密封511上的工作空间22、32一侧的压力，通过工作部隔壁531与杆R的间隙受该工作空间22、32压力变动的影响。由于这个原因，虽然比工作空间22、23小，还是产生了压力差。该压差的作用会使油P浸入工作空间22、23中。

因此在本发明中，为了缩小该压差，在驱动空间401与工作空间22、23之间的间隔部500上设置有容纳杆R的中间室521。

另外，为了完全实现上述中间室521的压力变动的缓和效果即、为充分发挥作用在主油密封511上的压力差变小的效果，在工作部隔壁531(参照图3)上设置气体密封512(512a、512b)，气体密封512对杆R施压是有效的。这种气体密封512的配设的优点是非常简单易行。

在通过设置上述中间室521、主油密封511及气体密封512，来抑制油P向工作空间22、23流动时，会遇到中间室521的轴向尺寸L1根据情况设置成不大于杆R的冲程S也是可行的情况。

即是说，在L1≤S的场合，油粘附在杆R上，浸入工作空间22、23中，由于该浸入的油含混入工作气体中而产生异常现象，因而，这时规定L1＞S。

但是，根据设置滑块空间416、中间室521、主油密封511及气体密封512的上述结构，浸入工作空间22、23的油量是非常微小的。在这种场合，如果利用蒸汽压高的油，就不会出现该浸入的微量油P混入工作气体中的实用上的问题。由此，在这种场合，中间室521的轴向尺寸L1不必非要规定成L1＞S。即是说，L1≤S也是可行的。

特别是在这种场合，由于粘附在杆R上的微量油膜状的油P附着在气体密封512上，因而，可以减少该气体密封512与杆R的摩擦，可以防止由于向气体密封512施压较强而引起的该气体密封512寿命的缩短。

通过上述结构可以避免油P浸入工作部20、30中，但是，粘附在滑块421上的油量根据设计条件及使用条件会发生变化，大量的油P粘附在主油密封511上时，结果会发生大量的油浸入工作部20、30中的现象。针对这种情况，为了防止油向工作部20、30的浸入，有必要例如扩大滑块空间416中的杆R的轴向尺寸。这样，却带来了难以如意的装置大型化的问题。

因此如图3所示，在驱动部隔壁415内设置有与中间室521一样直径大到使粘附在杆R上的油P不与侧壁接触的前室540(540a、540b)。于是该前室540与中间室521之间形成了中间室隔壁541，在该中间室隔壁541上设置有主油密封511。这时，驱动部隔壁415设定成相对杆R具有预定间隙的形式。即是说，在这种场合，驱动部隔壁415起油密封作用。

由此，粘附在杆R上的大部分油P由驱动隔壁415除去，即使在设计条件或使用条件不同的场合，也可以维持粘附在主油密封511上的油P数量大致恒定，不必要将滑块空间的尺寸等增大到所需要值以上，同时为了防止油P浸入工作空间22、23的其它设计条件，就可以通过只假定一定量的油P粘附在主油密封511上的状况进行设计。

在这种场合，一定程度的油P浸入前室540时，该浸入的油P必须返回到油槽413中。为此，在驱动部隔壁415上设有回油孔542(542a、542b)，并且还设置有空气孔543(543a、543b)，使前室540与驱动部400的压力相等。

在上述的说明中，驱动部隔壁415做成与杆R之间保持有预定间隙的结构，这时，因存在着杆R与驱动部隔壁415的加工精度、同轴度及杆R的绕曲等问题，会引起始终难以达到所希望的间隙的现象。

当然，如果该间隙足够大，就不会出现加工精度等问题，但是，该间隙的大小根据与回油孔542的回油能力的兼顾及一次性浸入的油量P来确定。即是说，当间隙变大时，浸入前室540中的油量增多，即使在这种场合，该间隙大小的设定也必须以使浸入的油P量达到通过回油孔542能够返回到油槽423的程度为依据。此外，尽管该回油孔542使油P连续返回到油槽413中，但由于油P的浸入是周期进行的，暂时滞留在前室540的油量会增多。然而，即使油P是暂时滞留，也必须防止油P粘附在主油密封511上，因此也可以从这个观点出发来确定间隙的大小。

但是，为了能充分处理因使用状况等引起的粘附在滑块421上的油P变动的情况，该间隙最好小到必要的最小限度。

这意味着如图4所示的那样，把容易形成很小间隙的油密封514设置在驱动部隔壁415上为好。在这种场合，在中间室隔壁541上仍设置主油密封511，而且设置中间室521，因而，油密封514不必对杆R施压。

此外，在驱动部隔壁415上不设置油密封的场合，由于驱动部隔壁415能够做得比较薄，因而很容易在驱动部隔壁415形成杆R穿过的通孔。

特别是在即使驱动部隔壁415与杆R多少有接触的状态下，驱动部隔壁415因比较薄也不会将较大的阻力施加给杆R，另外，通过对装置的使用，薄的驱动部隔壁415会产生磨耗，这样，有利的是中断了该驱动部隔壁415与杆R的接触，之后便可以在适当的间隙状态下进行使用。

另外，前室540并不限于一个，也可以设置数个。图5示出了在中间室521与驱动部400之间的间隔部500上设置有前室540，并且在该前室540与驱动部400之间设置有辅助前室544的场合。前室540与中间室521由中间室隔壁541隔开，前室540与辅助前室544由前室隔壁545隔开，而辅助前室544与驱动部400由驱动部隔壁415隔开。

根据这种结构，杆R穿过设置有气体密封512的工作部隔壁531、设置有位于中间室521与前室540之间的主油密封511的中间室隔壁541、设置有处于前室540与辅助前室544之间的油密封514的前室隔壁545以及没有设置这样的油密封的驱动部隔壁415。而驱动部隔壁415起油密封的作用。

在这种场合，前室隔壁545及驱动部隔壁415上设置有回油孔542及空气孔543。这时，回油孔542最好设置成倾斜结构，使油P能在重力的作用下自然流回油槽413中。

这样，通过设置辅助前室544，可以通过驱动部隔壁415将大部分油P除去，使从前室隔壁545浸入前室540的油P的数量大致一定。由于设置在中间室隔壁541上的主油密封511及中间室521的设计可以根据假定的该一定量的油P来进行，因此，不管其它设计条件或使用条件如何，都可以始终得到预定的油密封效果。

可是，在设置于前室隔壁545上的油密封514与杆R之间的间隙变大的场合以及在驱动部隔壁415与杆R之间的间隙变大的场合，由于通过该大的间隙，辅助前室544及前室540的压力与驱动部400的压力相等，因此在这种场合就没有必要设置空气孔543。

当然条件应是围绕杆R的全周该间隙不会由油P堵塞。例如，粘附在前室隔壁545上的油P由重力作用而向下垂直流动，这时即使在杆R的铅直下方一侧的间隙由油P堵塞，也不会发生杆R铅直上方一侧的间隙由油P堵塞的情况。在这种场合，通过铅直上方的间隙部对压力进行调整，因而不必要设置空气孔543。

此外，象排出部30一侧的前室540那样沿纵向设置的场合，浸入该前室540中的油P滞留在杆R***的底面一侧，再粘附在杆R上同时产生堵塞空气孔543的现象，使前室540处于密闭状态。

因此，油P不能从回油孔542向驱动部400一侧返回，使前室540中的油P逐渐储存起来，直至很薄。

因而在这种场合，如图6所示，将前室548一侧的空气孔543b的形成位置设置在高于回油孔542b的形成位置处。在图6(b)中仅高度H变高。另外图6(b)是图6(a)中的包含前室548的区域的局部放大断面图。

此外，为了使浸入前室548中的油P因重力作用而流动，并很容易地汇集到回油孔542b处，将前室548一侧的侧壁546设置成朝回油孔542b倾斜的形式。进一步，将前室548的驱动部侧底面547的一部分做成相对杆R轴线成锐角的结构，使粘附在杆R上的浸入油P快速汇集到回油孔542b处，这样粘附在杆R上油P纷纷向下滴落。

但是，设置在中间室隔壁541上的主油密封511的中间室一侧的密封面做成使粘附在杆R上的油P剥落的结构时，该落下的油P会滞留在中间室521中而产生不良后果。

另外，在主油密封511不对杆施压的场合，该密封面并不限于必须与杆面平行的结构，即使在设计上要求平行，实际上不平行的场合比较多。因此很难做到平行。

在这种场合，例如将密封面做成朝驱动部一侧扩大的锥状时，粘附在杆上的油汇集到锥部，在这种状态下，当杆R朝工作部20、30一侧运动时，因油的粘性而将油硬粘在杆R上，滞留在锥部的油压力变高。因此作用在主油密封551上的压力差增大。由此使油P很容易浸入工作部20、30一侧。

因此在本发明中，逆向利用这种作用，如图7所示的那样，在中间室隔壁541上设置带有锥状部分的主油密封519。该主油密封519的中间室521一侧的密封面516做成锥状，使主油密封519成为圆锥形状。由此，粘附在杆R上的成为油膜状态的油P因表面张力而汇集到锥状密封面516的端部518处，于是杆R朝驱动部一侧移动时，汇集的油压力变高，使该工作部一侧的油返回到驱动部一侧。

因此，主油密封的密封面当然无需与杆平行，这种情况与平行的场合相比较能进一步压缩油P的浸入量，此外，也不会产生并非按本意形成的朝驱动部一侧扩大的锥面。再者，当主油密封519因磨耗引起对杆R施压的力下降时，锥状密封面的端部518仅仅向驱动部一侧移动，从而可防止密封特性的损伤。

另外在设置有数个前室540的场合，如图8所示，带有该锥状密封面的主油密封519最好设置在中间室隔壁541上，而油密封517最好设置在前室隔壁545上。

但是，上述的油P向工作部20、30浸入是由于因工作部20、30的压力变动的影响使中间室521的压力变化，这样，产生驱动部400的压力升高的现象而引起的。

因此，为了尽可能地将中间室521的压力变动限制到最小程度而设置气体密封512，此外，还让该气体密封512对杆R强有力地施压，由此增大工作部20、30与中间室521的流动阻力。这时，杆R的驱动力必须大，同时因磨耗等原因会引起气体密封512剧烈地磨耗，出现了该气体密封512寿命缩短的问题，因此，在实际中不得不对间隙妥协。

从这种观点出发，如图9所示，通过加长工作部隔壁531使流动长度变长，从而有效地增大了流动阻力。在这种场合，不需要采用其它施压气体密封，工作部隔壁531与杆R之间形成有间隙，构成非接触型的气体密封。

此外，作为决定上述流动阻力的要素有如图10所示的在流动回路中设置空间552的方法。该空间552由壁553、554将其与中间室521及工作部20、30隔开。于是该气体密封551通过在壁560、561与杆R之间形成间隙而构成非接触型的气体密封。

在采用该气体密封551的场合，仅当空间552的压力变动时可以缓和中间室521的压力变动。因此，能够防止油向工作空间22、23的流动。

当然，缓和空间552中压力变动所引起的中间室521的压力变动，即缓和施加在主油密封上的压力差是本发明的目的，因而不存在空间552的数目问题。即是说，如图11所示，可以采用设置有数个该空间552的结构，在这种场合，也能够形成非接触型的气体密封。这种结构的气体密封称作所谓的迷宫式密封。

在采用这种迷宫式密封的场合，相邻空间552之间的压力差变小，因而可有效地缓和作用在主油密封上的压力差。

利用这种特性，在工作部20、30与中间室521之间的工作部隔壁531上设置该迷宫式密封554，具体结构如图12所示。

此外，图13所示的结构是在图12所示的斯特令冷冻机上增设有上述的前室等，通过采用这种结构可以简单、廉价地构成用于防止油浸入工作部20、30中的油密封装置。

下文叙述根据上述实施例试制的斯特令冷冻机10在运转3000～6000小时的试验结果。试验结果表明，为了得到本发明的效果，最好是将滑块空间中的杆轴向尺寸设定在1.5mm以上，并且中间室中的杆轴向尺寸L1＞杆的冲程＋3mm，中间室的杆表面到中间室侧壁的距离L2＞0.5mm。

此外，即使在不设中间室521而只设置滑块空间416的场合，也能够充分发挥主油密封511的密封效果。

再者，通过设置回油通路417及回油空间552，可以使油P不滞留在滑块空间416中。

产品化的装置与试制机不同，由于受装置大小等的制约，中间室521及滑块空间416的尺寸不能任意设定。因此通过对产品化的装置进行改进得到试验的结果，为了在不损伤装置性能的前提下得到本发明的效果，采用下述设定数值范围便能够得到良好的效果，这些设定数值是：滑块空间的杆轴向尺寸＝5～15mm，中间室的杆轴向尺寸L1＝杆的冲程＋(3～20)mm，中间室的杆表面到中间室侧壁的距离L2＝10～30mm。

下文叙述根据采用在中间室521的基础上设置前室540的结构的实施例试制的斯特令冷冻机10运转3000～6000小时的试验结果。

试验结果表明，为了得到本发明的效果，当中间室521的大小及前室540的大小、中间室的杆轴向尺寸(大于冲程的场合)L1设定为杆的冲程＋(3～20)mm，前室的杆轴向尺寸设定为5mm以上时，可以得到良好地效果。

当然这些数值是根据产品化装置的种类得到的数值，没有必要专门说明，通过上述说明确认了本发明的效果。

Claims (19)

1、一种气体压缩机或膨胀机，包括：

容纳与杆一端连接的活塞并能保证其往复运动的工作部；

用于驱动前述活塞往复运动并具有与杆另一端连接的滑块和将该滑块的运动方向限制在一个轴方向上的滑块导向部的驱动部；

将前述工作部与前述驱动部隔开的并带有前述杆能够穿过的贯通孔的分隔部，其特征是，还包括：

以使粘附在前述滑块上的油不直接与前述贯通孔接触的方式设置的滑块空间，该滑块空间是在前述滑块往复运动到达最接近前述分隔部的上死点时，让该上死点与前述分隔部之间的尺寸设计成大于粘附在该滑块上的油厚度的尺寸的情况下产生的；

使滑块空间中的油返回到设置于前述驱动部上的油槽的回油装置。

2、根据权利要求1所述的气体压缩机或膨胀机，其特征是，前述的回油装置是指，通过在前述滑块侧面沿轴向形成切槽，由该切槽与前述滑块导向部构成的回油间隙。

3、根据权利要求1所述的气体压缩机或膨胀机，其特征是，前述的回油装置是指，通过在前述滑块导向部的导向面与前述滑块被导向的面中的至少一方上沿导向方向切槽，在前述滑块与前述滑块导向部之间构成的回油间隙。

4、根据权利要求2所述的气体压缩机或膨胀机，其特征是，在前述滑块沿大致水平方向往复运动的场合，前述回油间隙设置在铅直方向的最下端。

5、根据权利要求3所述的气体压缩机或膨胀机，其特征是，在前述滑块沿大致水平方向往复运动的场合，前述回油间隙设置在铅直方向的最下端。

6、根据权利要求1所述的气体压缩机或膨胀机，其特征是，前述回油装置是沿杆轴向穿过滑块而设置的回油通路。

7、根据权利要求1所述的气体压缩机或膨胀机，其特征是，前述回油装置是在前述滑块导向部内部形成的将前述滑块空间与前述油槽连通的回油通路。

8、根据权利要求4～7中任一个所述的气体压缩机或膨胀机，其特征是，还包括：

包含前述杆并且设置在前述分隔部内部的其尺寸做成使杆的径向尺寸大于粘附在该杆上的油厚度的中间室；

将该中间室与前述工作部隔开的工作部隔壁；

将前述中间室与前述驱动部隔开的驱动部隔壁。

9、根据权利要求8所述的气体压缩机或膨胀机，其特征是，还包括：

设置在前述中间室与前述驱动部隔壁之间的并包括前述杆的、其尺寸做成使杆的径向尺寸大于粘附在该杆上的油厚度的一个以上的前室；

使前述前室的油返回到前述驱动部的回油孔；

将前述前室与前述驱动部连通的空气孔；

将前述前室与中间室隔开的中间室隔壁；

在前述前室设置成两个以上的场合，将相互邻接的前室隔开的前室隔壁。

10、根据权利要求4～7之一所述的气体压缩机或膨胀机，其特征是，前述驱动部隔壁、前述中间室隔壁或前述前室隔壁的至少一个上形成或设置有使粘附在杆上的油落下并与该杆紧密接触或与该杆保持有间隙的油密封。

11、根据权利要求10所述的气体压缩机或膨胀机，其特征是，作为前述油密封密封面的一部分的前述工作部一侧的密封面做成朝该工作部扩大的圆锥形状。

12、根据权利要求10所述的气体压缩机或膨胀机，其特征是，在前述工作部一侧的前述分隔部上设置有与前述杆紧密接触或者保持有间隙的气体密封。

13、根据权利要求12所述的气体压缩机或膨胀机，其特征是，在前述中间室中的杆轴向尺寸设定成比前述杆的冲程短的场合，前述气体密封与前述杆紧密接触。

14、根据权利要求12所述的气体压缩机或膨胀机，其特征是，在前述中间室中的杆轴向尺寸设定成比前述杆的冲程长的场合，设置有与前述杆保持有间隙的气体密封。

15、根据权利要求14所述的气体压缩机或膨胀机，其特征是，前述气体密封在密封面上具有一个以上的空间。

16、根据权利要求9所述的气体压缩机或膨胀机，其特征是，前述回油孔相对水平倾斜地设置着，使前述前室的油在重力作用下流动并返回前述驱动部。

17、根据权利要求9所述的气体压缩机或膨胀机，其特征是，前述空气孔设置在较前述回油孔更高的位置，这样，在前述前室的油在重力作用下流动并进入前述回油孔而返回到前述驱动部之际，使该油不堵塞前述空气孔。

18、根据权利要求9所述的气体压缩机或膨胀机，其特征是，作为前述前室侧壁的前述杆穿过的该前室的径向侧壁相对于该杆的轴线倾斜设置，使由重力作用而流动的油集中到前述回油孔中。

19、根据权利要求18所述的气体压缩机或膨胀机，其特征是，作为前述前室驱动侧底壁的前述杆穿过的该前室轴向的底壁相对于该杆的轴线成锐角地设置着，使粘附在该杆上的油被剥落。

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