JP5580550B2 - カートリッジ及びそれに関連する方法 - Google Patents

Description

関連特許出願へのクロスリファレンス
本出願は、アメリカ特許商標庁へ２００８年５月３０日に出願された仮出願番号第６１／０５７，４９７の優先権を主張する。この仮出願に開示された事項は、参照によって本発明に包含される。

本発明は、例えば、往復式または回転式の圧縮機及び／又はポンプのような可動軸（ｍｏｖａｂｌｅ ｓｈａｆｔ）を有する装置において特に有用なカートリッジ組立部品に関する。特に典型的な実施形態において、カートリッジは、内蔵型（ｓｅｌｆ−ｃｏｎｔａｉｎｅｄ）、横置き型（ｓｉｄｅ−ｌｏａｄｉｎｇ）、低摩擦（ｌｏｗ ｆｒｉｃｔｉｏｎ）であり、可動軸の表面に対して、例えばシールリング（ｓｅａｌ ｒｉｎｇｓ）又はスクレーパリング（ｓｃｒａｐｅｒ ｒｉｎｇｓ）のようなリングを適切な位置におくように意図されている。

分割されたシールリングのようなシールリングを含む装置は、圧縮機、ポンプ、タービン、及びその他の装置において円筒形の軸（ｓｈａｆｔ）の表面に沿って流体を厳重に封止するために使用される。スクレーパリングは、そのような装置の円筒形の軸の表面をクリーニングする。長期間使用された後で、そのような装置のシールリングとスクレーパリングは、磨耗とダメージを受け、リングの修理または取替えを必要とする傾向がある。

米国特許第６，２８６，８３７号公報 米国特許第５，０５８，９０４号公報 米国特許第１，８２８，１７８号公報

これらの通常の装置の多くは、シールリングとスクレーパリングを一定の場所に保ち、軸の表面に対してリングを偏らせるために、多数の小さな部品を含む。１個の磨耗またはダメージを受けたシールリングまたはスクレーパリングを取り替えるだけであっても、装置を分解し、再度組み立てるために多くの努力を必要とする。ダメージを受け、取り替えられるリングだけではなく、ダメージを受けていない部品もまたダメージを受けた部品にアクセスするために除かれなければならない。
その結果、そのような装置を修理するための人手、時間、費用はかなり大きくなる。更に、時間を要する修理の間、圧縮機、ポンプ、タービン、又はその他の装置を動かすことはできない。このため、全体の生産性に有害な影響を及ぼす。

本発明の第１の態様によれば、可動軸が中央開口に挿入されるカートリッジが提供される。このカートリッジは、
中央ボディ部と当該中央ボディ部を挟んで向かい合って配置された第１および第２の外部ボディ部とを有し、当該中央ボディ部と当該第１および第２の外部ボディ部とが締め金具によって結合されており、内周面に、前記中央ボディ部の一部が突き出した突起部を有し、当該突起部と前記第１および第２の外部ボディ部との間に第１と第２の座繰が形成されているカートリッジ筐体と、
前記可動軸と接触部分を形成するために半径方向の内周をそれぞれ備えた第１と第２のリングと、
前記突起部を挟んで前記第１と第２のリングの間に配置され、半径方向に延びた足がそれぞれ前記第１と第２の座繰に嵌め込まれ、前記カートリッジ筐体の内側に置かれる第１と第２の圧力プレートと、
前記突起部に配置されており、前記第１と第２の圧力プレートをそれぞれ前記第１と第２のリングの方向に押す付勢部材と、
を備えることを特徴とする。

本発明の第２の態様によって提供されるカートリッジは、
中央ボディ部と当該中央ボディ部を挟んで向かい合って配置された第１および第２の外部ボディ部とを有し、当該中央ボディ部と当該第１および第２の外部ボディ部とが締め金具によって結合されており、内周面に、前記中央ボディ部の一部が突き出した突起部を有し、当該突起部と前記第１および第２の外部ボディ部との間に第１と第２の座繰が形成されているカートリッジ筐体と、
前記可動軸と接触部分を形成するために半径方向の内周をそれぞれ備えた第１と第２のリングと、
前記突起部を挟んで前記第１と第２のリングの間に配置され、半径方向に延びた足がそれぞれ前記第１と第２の座繰に嵌め込まれ、前記カートリッジ筐体の内側に置かれる第１と第２の圧力プレートと、
前記突起部に配置されており、前記第１と第２の圧力プレートをそれぞれ前記第１と第２のリングの方向に押す付勢部材と、
を備え、
前記第１と第２のリングは、前記カートリッジ筐体から前記第１と第２の圧力プレートおよび前記付勢部材を取り除くこと無しに、前記カートリッジ筐体から取り外し可能であることを特徴とする。

本発明の第３の態様は、可動軸が中央開口に挿入されるカートリッジを提供する。このカートリッジは、
お互いに隣接する第１の筐体プレートと第２の筐体プレートとを有し、当該第１の筐体プレートと第２の筐体プレートとが締め金具によって結合されており、内周面に、前記第１の筐体プレートの一部が突き出した突起部を有し、当該突起部と第２の筐体プレートとの間に座繰が形成されているカートリッジ筐体と、
前記可動軸と接触部分を形成するために半径方向の内周を備えたリングと、
前記突起部と前記リングの間に配置され、半径方向に延びた足が前記座繰に嵌め込まれ、前記カートリッジ筐体の内側に置かれる圧力プレートと、
前記突起部に配置されており、前記圧力プレートを前記リングの方向に押す付勢部材と、
を備え、
前記リングは、前記カートリッジ筐体から前記圧力プレートおよび前記付勢部材を取り除くこと無しに、前記カートリッジ筐体から取り外し可能であることを特徴とする。

本発明の第４の態様は、可動軸と、前記可動軸が前記中央開口に挿入される第１から第３までの態様のいずれか一つのカートリッジと、前記カートリッジに隣接しており、前記可動軸が中央開口に挿入される少なくとも１個の環状部材と、を備えることを特徴とする組立品を提供する。

本発明の第５の態様は、第１から第３までの態様のいずれか一つのカートリッジを作成する方法を提供する。この方法は、
第１のカートリッジ筐体部品の開口に付勢部材を装着するステップと、
前記付勢部材から押す力を受けるように、前記第１のカートリッジ筐体部品に隣接して少なくとも１個の圧力プレートを配置するステップと、
第２のカートリッジ筐体部品の座繰に前記圧力プレートの半径方向に延びた足を嵌め込むことによって、前記圧力プレートを保持するように前記第１のカートリッジ筐体部品に隣接して少なくとも１個の前記第２のカートリッジ筐体部品を配置し、前記第１のカートリッジ筐体部品と前記第２のカートリッジ筐体部品とを締め金具によって結合するステップと、
前記圧力プレートを通して伝えられる前記付勢部材の押す力を受けるように、前記圧力プレートに隣接して、前記可動軸と接触部分を形成する大きさである半径方向の内周を持つ少なくとも１個のリングを配置するステップと、
を備えることを特徴とする。

本発明の第６の態様は、第１から第３までの態様のいずれか一つのカートリッジを修理する方法を提供する。この態様の方法は、前記カートリッジ筐体と前記圧力プレートと前記付勢部材の何れもお互いから取り外すこと無しに、前記カートリッジのリングを取り替えるステップを備える。

本発明の第７の態様は、第１から第３までの態様のいずれか一つのカートリッジを使う方法を提供する。

本発明の他の態様は、本発明の一部を構成する機器、装置、組立品、システム、設備、キット、及びそれらの作成方法、使用方法等を含む。本発明の他の態様は、以下の実施形態の詳細な説明を読み、図面を見ることでもっと明らかになるであろう。

添付される図面は、明細書に含まれ、明細書の一部を構成する。上述した一般的な説明及び以下に示す実施形態と方法の詳細な説明とともに、以下の図面は本発明の原理を説明するために有用である。

本発明の第１の実施形態に係るカートリッジ装置の、軸平面に沿った部分的な断面図である。 図１のカートリッジ装置の分解組立図である。 図１のカートリッジ装置の内部通路を説明するために、図１と異なる軸平面に沿った断面を図示するもう一つの部分的な断面図である。 図１−３のカートリッジ装置を含む組立品の部分的な断面図である。 図４の組立品の分解組立図である。 本発明の第１の実施形態の変更例に係る修正された内部通路を持つカートリッジ装置の部分的な断面図である。 本発明の第１の実施形態の他の変更例に係るスクレーパリングを持つカートリッジ装置の部分的な断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るカートリッジ装置の部分的な断面図である。 図８のカートリッジ装置の分解組立図である。 図８と図９のカートリッジ装置を含む組立品の部分的な断面図である。 図１０の組立品の分解組立図である。

添付された図面を参照しながら、本発明の実施形態と方法を以下に詳細に説明する。添付された図面の中では、参照符号を用いて図面全体を通して対応する部分を指定する。ただし、本発明は、より広い態様を有しており、実施形態と方法に関連してこのセクションで示され、記述される具体的な詳細、典型的な装置と方法、及び実例に制限されないことに留意すべきである。本発明は、様々な態様に従って、本明細書とそれと等価なものを考慮して読まれる請求項の中で特に指摘され、明確に主張される。

本明細書と特許請求の範囲の中で使われる単数形”ａ”、”ａｎ”及び”ｔｈｅ”は、その内容が明らかに他のものを示していない場合には、複数の対象を含む。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るカートリッジ８を示す。第１の実施形態に係るカートリッジ８は往復式の圧縮機、ポンプ、及び圧縮された流体を扱う装置で特に有用である。第１の実施形態に係るカートリッジ８は、それらの装置の往復運動する棒（ｒｏｄ）Ｒの周りに浄化／緩衝用の流体を導入することを許して構造的に封止する。ポンプピストンを備えた圧縮機とポンプが特許文献１に開示されている。

カートリッジ８は、環状のカートリッジ筐体を有する。そして、環状のカートリッジ筐体は、中央筐体プレート１０と、中央筐体プレート１０を挟んで向かい合って配置された第１と第２の外部筐体プレート３４，３６を含んでいる。図２に示すように、中央筐体プレート１０と外部筐体プレート３４，３６は穴４０を有し、穴４０はボルトまたは押さえネジのような機械的な締め金具５０によって互いに位置合せされる。
外部筐体プレート３６の穴４０は、中央筐体プレート１０と外部筐体プレート３４の位置合せされた他の穴４０と突き通されていても良いし、突き通されていなくても良い。付加的に、各穴４０は突き通されていても良い。位置合せされた穴４０は、第１の外部筐体プレート３４に皿穴を開けて示されている。位置合せされた穴４０は、中央筐体プレート１０と外部筐体プレート３４，３６の周囲に間隔を空けて配置されても良い。位置合せされ、突き通された３セットの穴４０が図２に示されているが、カートリッジ８はもっと少ないまたはもっと多い穴４０のセットを含んでいても良い。あるいは、異なる締め金具または結合物がカートリッジ筐体を固定するために使われても良い。

中央筐体プレート１０と第１と第２の外部筐体プレート３４，３６は各々半径方向の（ｒａｄｉａｌ）内周面１０ｂ，３４ｂ，３６ｂを有する。これらの内周面は、それぞれ縦軸Ａ_ｘに沿って軸Ｒの挿入と往復運動を許す大きさの各中央開口を定義する。なお、軸Ｒは棒Ｒとしても参照される。中央筐体プレート１０は、第１と第２の外部筐体プレート３４，３６の半径方向の内周面３４ｂ，３６ｂを超えて内側に向けて延びる突起部１０ａを持つ。突起部１０ａは、図１に示すように、第１と第２の外部筐体プレート３４，３６の半径方向の内周面３４ｂ，３６ｂによって定義される中央開口よりも小さな直径を持った半径方向の内周面１０ｂによって定義される中央開口を与える。第１と第２の外部筐体プレート３４，３６の半径方向の内周面３４ｂ，３６ｂは、各々肩の形の座繰（ｃｏｕｎｔｅｒｂｏｒｅ）３４ａ，３６ａを含む。

中央筐体プレート１０の突起部１０ａは、中央筐体プレート１０の周辺に互いに間隔をあけて一様に配置された複数の貫通孔１２を備えている。貫通孔１２は、２つをセットとして組み合わされており、１つの貫通孔がそのセットの他の貫通孔と半径方向に位置合せされている。貫通孔１２は異なる配置であっても良いことは理解されるべきである。貫通孔１２は、中央筐体プレート１０の向かい合った側に底を有する凹部として置き換えられて良い。各々の貫通孔１２（または、上述した凹部のような他の開口）には、圧縮ばね１４の形で付勢部材（ｂｉａｓｉｎｇ ｍｅｍｂｅｒ）が挿入される。付勢部材は他の形であっても良いことは理解されるべきである。例えば、圧縮ばね１４は、中央筐体プレート１０の向かい合った側に配置された波形ばねまたはＯリングに置き換えられても良い。機械、電気、油圧または膨張性空気袋のような空気圧装置が圧縮ばね１４の代わりに用いられて良い。また、そのような付勢部材の組み合わせも用いられて良い。

第１と第２の圧力プレート１８，２０は中央筐体プレート１０の突起部１０ａを挟んで向かい合うように配置される。図示された実施形態の圧力プレート１８，２０は環状である。圧力プレート１８，２０は、半径方向に延び、それぞれ座繰３４ａ，３６ａに嵌め込まれる長い足１８ａ，２０ａと、中央筐体プレート１０の半径方向の内周面１０ｂに沿って軸方向に延びる短い足またはフランジ１８ｂ，２０ｂとによって定義されるＬ形の断面を有する。そして、短い足１８ｂ，２０ｂは、それぞれの向かい合っている端の間に（Ｔ形の空間領域４４の部分を形成する）ギャップを構築する。（圧力プレート１８，２０は異なる断面形状を持っていても良いことは理解されるべきである。例えば、軸方向に延びる短い足１８ｂ，２０ｂは無くても良い。）圧力プレート１８，２０の半径方向に延びた足１８ａ，２０ａは、中央筐体プレート１０を挟んで向かい合う環状の表面を持ち、それぞれの環状の表面は圧縮ばね１４の向かい合った端に接触している。また、圧力プレート１８，２０の半径方向に延びた足１８ａ，２０ａにおける互いから離れた反対の表面は、それぞれ第１と第２の分割されたシールリング２２，２４と接触している。

圧縮ばね１４は、圧力プレート１８，２０がお互いから離れてシールリング２２，２４の方に押しつけられるように、圧力プレート１８，２０に対して付勢する力（ｂｉａｓｉｎｇ ｆｏｒｃｅ）を与える。圧縮ばね１４は、圧力プレート１８，２０がお互いから離れように押すけれども、圧力プレート１８，２０の（お互いから軸方向に離れる）動きは、座繰３４ａ，３６ａの肩の形の表面によって制限される。図１に示すように、軸Ａ_ｘに沿って測定される座繰３４ａ，３６ａの幅は、それぞれ圧力プレート１８，２０の半径方法に延びる足１８ａ，２０ａの厚さよりもわずかに広い。

第１と第２の分割されたシールリング２２，２４は、第１と第２の圧力プレート１８，２０を挟んで向かい合って配置される。図示された実施形態の中で、第１のシールリング２２は、第１のリング部品２６と第２のリング部品２７を含む２個の部品のリングとして表わされる。第２のシールリング２４は、第１のリング部品２８と第２のリング部品２９を含む２個の部品のリングとして表わされる。分割されたシールリング２２，２４の第１のリング部品２６，２８は、それぞれラジアルカット（ｒａｄｉａｌ ｃｕｔｓ）３１によってお互いから分離された複数のセグメント（例えば、３個）から構成される。分割されたシールリング２２，２４の第２のリング部品２７，２９は、それぞれ非ラジアルカット（ｎｏｎ−ｒａｄｉａｌ ｃｕｔｓ）３２によってお互いから分離された複数のセグメント（例えば、３個）を特徴とする。なお、非ラジアルカット３２は、またタンジェンシャル・カット（ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ ｃｕｔｓ）として知られている。第１のリング部品２６，２８と第２のリング部品２７，２９の半径方向の外周面（外側の端）は溝を有している。参照符号２９ａは、第２のリング部品２９の１つの溝を示す。他のリング部品２６−２８にも溝が同様に設けられている。ガータースプリング３３のような弾力性のある部品が例えば溝２９ａに挿入される。この弾力性のある部品は、リング部品２６−２９の外周のまわりに延びて、リング部品２６−２９が棒Ｒの表面と接触して封止するようにリング部品２６−２９のセグメントを半径方向の内側に押し込む。ガータースプリング３３は、各リング部品２６−２９のセグメントをしっかりと結合させる。更に、ガータースプリング３３は、棒Ｒの直径の変化やリング部品２６−２９の半径方向の磨耗に合わせて各リング部品２６−２９が伸び縮みすることを可能にする。

他のリング部品と配置が選択されて良いことは理解されるべきである。分割された２個の部品から成るリングが図示されているが、シールリング２２，２４は１個、２個、３個またはそれ以上の個数の部品を含んでいても良い。シールリングは、例えば特許文献２に記載されているように、公知である。分割されたシールリング２２，２４は、他のリング、例えば、シールリングやスクレーパリングのような非シールリング等で置き換えられても良い。スクレーパリングは、一般に知られており、例えば特許文献３に記載されている。また、シールリング２２，２４は、例えば特許文献１に記載されているように、一体的に形成（非分割）されていても良い。

上述したように、圧縮ばね１４は、圧力プレート１８，２０に対して付勢する力を与える。付勢する力は、圧力プレート１８，２０がお互いから軸方向に離れて、分割されたシールリング２２，２４と接触するように圧力プレート１８，２０を押す。図１に図示されている実施形態では、座繰３４ａ，３６ａの幅は、それぞれ圧力プレート１８，２０の半径方向に延びる足１８ａ，２０ａの厚さよりもわずかに広い。これは、圧力プレート１８，２０がそれぞれ軸方向にシールリング２２，２４に対してスライドすることを可能にする。後述するように、シールリング２２，２４は、フランジ（ｆｌａｎｇｅ）７０とベントプレート（ｖｅｎｔ ｐａｌｔｅ）７２に押し付けられる。

分割されたシールリング２２，２４は、それぞれ半径方向の内周２２ａ，２４ａを有する。そして、半径方向の内周２２ａ，２４ａは、第１の内径を持ち、往復運動する棒Ｒと接触部分を形成し、封止する。第１と第２の圧力プレート１８，２０はそれぞれ半径方向の内周面１８ｃ，２０ｃを有する。半径方向の内周面１８ｃ，２０ｃは、第２の内径を持つ。第２の内径は、分割されたシールリング２２，２４の内周２２ａ，２４ａの第１の内径より大きい。圧力プレート１８，２０のより大きな第２の内径は、圧力プレート１８，２０の半径方向の内周面１８ｃ，２０ｃと往復運動する棒Ｒの間に、（反転したＴ形の空間領域４４の部分を形成する）空間的なギャップを構築する。

中央筐体プレート１０の半径方向の内周面１０ｂは、第３の内径を持つ。第３の内径は、圧力プレート１８，２０の半径方向の内周面１８ｃ，２０ｃによって定義される第２の内径よりも大きい。中央筐体プレート１０の半径方向の内周面１０ｂと往復運動する棒Ｒの外周面の間に空間的なギャップが構築される。中央筐体プレート１０と圧力プレート１８，２０の半径方向の内周面１０ｂ，１８ｃ，２０ｃによって定義される空間的なギャップは、お互いにつながっており、集合的に棒Ｒを取り囲む反転したＴ形の空間領域４４を構築する。

カートリッジ筐体の１つまたは複数の内部通路５２（図３）は、カートリッジ筐体の周辺の環境を空間領域４４に伝える。図３は、カートリッジ筐体の外側の周辺から空間領域４４まで中央筐体プレート１０を通って実質的に半径方向に延びる内部通路５２を示す。同様に、複数の内部通路５２が中央筐体プレート１０に間隔をあけて配置されても良い。制御された処理の間、持続する有効な障壁を作り、上流の排出口（ｖｅｎｔ）及び／又は排出ライン（ｄｒａｉｎ ｌｉｎｅｓ）Ｖで媒体を強制的に圧縮するために、１以上の浄化／緩衝用の流体が内部通路５２を通ってシールリング２２，２４の間の空間領域４４に送られて良い。

当業者は、（図１の左側の）カートリッジ８の一端４８が高圧側であり、（図１の右側の）カートリッジ８の他端４６が低圧側であることを理解する。カートリッジ８の中央の開口内で往復運動する棒Ｒのために、カートリッジ８は機械的かつ流動性の封止を与える。従って、カートリッジ８は、高圧側の一端４８で圧縮された流体が低圧側の他端４６へ漏れることを防止する。

図４と図５は、上述した第１の実施形態に係るカートリッジ８を含むピストン又は圧縮機の組立品の断面図と分解組立図である。カートリッジ８の高圧側の一端４８には、排出口Ｖを持ったベントプレート７２、シールリング７５を持った第１のプレーンカップ（ｐｌａｉｎ ｃｕｐ）７４、シールリング７７を持った第２のプレーンカップ７６、そしてシールリング７９を持ったエンドカップ（ｅｎｄ ｃｕｐ）７８がある。ベントプレート７２は、そらされた流体を捉えるための通路または排出口Ｖを含む。カートリッジ８の低圧側の他端４６に隣接してフランジ７０がある。フランジ７０は、圧縮機本体にパッキングケース（ｐａｃｋｉｎｇ ｃａｓｅ）をボルトまたは他の方法で取り付けるための穴及び内部通路のための接続部を含んでいる。組立品は、ガスケット（ｇａｓｋｅｔｓ）、ルーブカップ（ｌｕｂｅ ｃｕｐｓ）や公知の他の部品のような付加的な部品を少数含んでいても良い。

カートリッジ８は適切な方法で組み立てられて良い。例えば、一実施形態によれば、圧縮ばね１４は、中央筐体プレート１０の穴１２に嵌め込まれる。そのとき、第１と第２の圧力プレート１８，２０は、穴１２を囲むように中央筐体プレート１０を挟んで向かい合って配置され、圧力プレート１８，２０の間の位置に圧縮ばね１４を固定する。
第１と第２の外部筐体プレート３４，３６は、中央筐体プレート１０を挟んで向かい合って配置される。座繰３４ａ，３６ａには、圧力プレート１８，２０の足１８ａ，２０ａの半径方向に延びた外側の細長い部分が嵌め込まれる。締め金具５０は、中央筐体プレート１０と外部筐体プレート３４，３６の位置合せされた穴４０に挿入され、望ましくはねじ山によって所定の位置に固定される。そのとき、第１と第２のシールリング２２，２４は、それぞれ外部筐体プレート３４，３６の中心の空洞に装着される。シールリング２２，２４は、カートリッジ８に予め装着されても良いし、カートリッジ８が軸／棒Ｒに取り付けられるとき、装着されても良い。

カートリッジ８の修理の間、カートリッジ筐体から圧力プレート１８，２０および付勢部材（圧縮ばね）１４を取り除くこと無しに、ダメージを受けたまたは磨耗したシールリング２２，２４が修理され、または取り替えられる。

第１の実施形態に様々な修正と改良がなされても良く、他の実施形態が記載されても良いことは理解されるべきである。例えば、内部通路の配置は他の様々な形に修正されて良いし、内部通路は除去されても良い。また、内部通路は他のまたは付加的な部品によって拡張されても良い。
図６は、変更されたカートリッジ１０８の例を示す。図６には、複数の内部通路１５２の１つが示されている。内部通路１５２は、外部筐体プレート１３６を通って中央筐体プレート１１０まで（Ａ_ｘに平行に）軸方向に延びる部分と、中央筐体プレート１１０を通って（Ａ_ｘに垂直に）半径方向に延びる部分とを含む。内部通路１５２は、軸方向に延びる部分に通じる一端と、空間領域４４で終わる他端とを有する。修正された本実施形態の全ての他の部分は、上述した通りであり、図６には図１〜図５と同じ符号が付されている。

上記で触れた他の変更は、１個以上のシールリングをスクレーパリングで置き換えることである。図７は、変更されたカートリッジ１９８の例を示す。図７では、第１のリングセット１２２が第１の圧力プレート１８に隣接して配置されている。第１のリングセット１２２は第１の内部スクレーパリング１２６と第１の外部リング１２７で構成される。また、図７では、第２のリングセット１２４が第２の圧力プレート２０に隣接して配置されている。第２のリングセット１２４は、第２の内部スクレーパリング１２８と第２の外部リング１２９で構成される。各スクレーパリング１２６，１２８は、棒Ｒが往復運動するとき棒Ｒに対してこすり取る機能を果たす内径を持ったスクレーピングエッジ（ｓｃｒａｐｉｎｇ ｅｄｇｅ）１２６ａ，１２８ａを持っている。スクレーピングエッジは図７と異なる構成であっても良い。リング１２６−１２９は、図７に示すように、それぞれ対応する（参照符号を付されていない）ガーターリングを持っている。

図８と図９は、本発明の第２の実施形態に係るカートリッジ２０８を示す。カートリッジ２０８は、往復式の圧縮機、ポンプ、圧縮された流体を扱う装置のような可動棒／軸を持つ装置で特に有用である。第２の実施形態に係るカートリッジ２０８は、制御された処理の間、上流の排出口及び／又は排出ラインＶで媒体を強制的に圧縮するように構造的に封止する。

カートリッジ２０８は、お互いに隣接する第１の筐体プレート２１０と第２の筐体プレート２３４を含む環状のカートリッジ筐体を有している。第１と第２の筐体プレート２１０、２３４はボルトまたは押さえネジのような機械的締め金具を挿入されてお互いに位置合せされる穴２４０を有している。第１の筐体プレート２１０の穴２４０は突き通される。第２の筐体プレート２３４の穴２４０は突き通されても良いし、突き通されなくても良い。穴２４０は、第２の外部筐体プレート２３４に皿穴を開けて示されている。位置合せされた穴２４０は、第１と第２の筐体プレート２１０，２３４の周囲に間隔を空けて配置されても良い。位置合せされ、突き通された３セットの穴２４０が図９に示されているが、カートリッジ２０８はもっと少ないまたはもっと多い穴２４０のセットを含んでいても良い。あるいは、異なる締め金具または結合手段がカートリッジ筐体を固定するために使われても良い。

第１と第２の筐体プレート２１０，２３４は半径方向の内周面２１０ｂ，２３４ｂを有する。これらの内周面は、それぞれ軸Ｒの挿入と往復運動を許す大きさの各中央開口を定義する。なお、軸Ｒは棒Ｒとしても参照される。図８に示すように、第１の筐体プレート２１０の中央開口の直径は、第２の筐体プレート２３４の中央開口の直径よりも小さい。第２の筐体プレート２３４の半径方向の内周面２３４ｂは、肩を定義する座繰２３４ａを含む。

第１の筐体プレート２１０は、第２の筐体プレート２３４の半径方向の内周面２３４ｂを超えて半径方向の内側に向けて延びる突起部２１０ａを持つ。突起部２１０ａは、第１の筐体プレート２１０の周辺に互いに間隔をあけて一様に配置された複数の凹部２１２を備えている。凹部２１２は、２つをセットとして組み合わされており、１つの凹部がそのセットの他の凹部と半径方向に位置合せされている。凹部２１２は異なる配置であっても良いことは理解されるべきである。各々の凹部２１２には、圧縮ばね２１４の形で付勢部材が挿入される。付勢部材は、波形ばね、Ｏリング、機械、電気、油圧または膨張性空気袋のような空気圧装置を含む他の形であっても良いことは理解されるべきである。また、そのような付勢部材の組み合わせが用いられても良い。

圧力プレート２１８は、第１の筐体プレート２１０に隣接し、第２の筐体プレート２３４の半径方向の内側に配置されている。圧力プレート２１８は環状である。図示された実施形態では、圧力プレート２１８は、第１の筐体プレート２１０の突起部２１０ａに沿って半径方向に長く延びる足２１８ａと、第１の筐体プレート２１０の半径方向の内周面２１０ｂに沿って軸方向に短く延びる付加的な足またはフランジ２１８ｂとによって定義されるＬ形の断面を有する。圧力プレート２１８の半径方向に延びる足２１８ａの細長い部分は、第２の筐体プレート２３４の座繰２３４ａに嵌め込まれる。図示されているように、座繰２３４ａの幅は、圧力プレート２１８の半径方法に延びる足２１８ａの厚さよりもわずかに広い。圧力プレート２１８の半径方向に延びる足２１８ａの側部は、付勢する力を受けるように圧縮ばね２１４の一端に接触する。圧縮ばね２１４は、圧力プレート２１８を第１の筐体プレート２１０から軸方向に離れるように押すけれども、圧力プレート２１８の（第１の筐体プレート２１０から軸方向に離れる）動きは、座繰２３４ａの肩によって制限される。

分割されたシールリング２２２は、圧力プレート２１８に隣接している。図示された実施形態の中で、シールリング２２２は、第１のリング部品２２６と第２のリング部品２２７を含む２個の部品のリングとして表わされる。第１のリング部品２２６は、ラジアルカットによってお互いから分離された複数のセグメント（例えば、３個）から構成される（図示されていないが、図２のラジアルカット３１と同様である。）。第２のリング部品２２７は、それぞれ非ラジアルカット２３２によってお互いから分離された複数のセグメント（例えば、３個）を特徴とする。なお、非ラジアルカット２３２は、またタンジェンシャル・カットとして知られている。第１と第２のリング部品２２６，２２７の半径方向の外周面（外側の端）は溝２２６ａ，２２７ａを有している。ガータースプリング２３３のような弾力性のある部品が溝２２６ａ，２２７ａに挿入される。この弾力性のある部品は、リング部品２２６，２２７の外周のまわりに延びて、リング部品２２６，２２７が棒Ｒの表面と接触して封止するようにリング部品２２６，２２７のセグメントを半径方向の内側に押し込む。ガータースプリング２３３は、各リング部品２２６，２２７のセグメントをしっかりと結合させる。更に、ガータースプリング２３３は、棒Ｒの外径の変化やリング部品２２６，２２７の半径方向の磨耗に合わせて各リング部品２２６，２２７が半径方向の内側と外側に柔軟に伸び縮みすることを可能にする。

他のリング部品と配置が選択されて良いことは理解されるべきである。分割されたシールリング２２２は、図示されているよりも少ないまたは多い部品を含んでいても良い。シールリングは、例えば特許文献２に記載されているように、公知である。分割されたシールリング２２２は、他のリング、例えばシールリングやスクレーパリングのような非シールリング等で置き換えられても良い。スクレーパリングは、一般に知られており、例えば特許文献３に記載されている。また、シールリング２２２は、分割されていない一体的に形成されたリングであっても良い。

上述したように、圧縮ばね２１４は、圧力プレート２１８に対して付勢する力を与える。この付勢する力は、圧力プレート２１８が分割されたシールリング２２２と接触するように圧力プレート２１８を軸方向に押す。第２の実施形態では、座繰２３４ａの幅は、圧力プレート２１８の半径方向に延びる足２１８ａの厚さよりもわずかに広い。これは、圧力プレート２１８がシールリング２２２に対してスライドすることを可能にする。後述するように、シールリング２２２は、フランジ２７０とベントプレート２７２に押し付けられる。

分割されたシールリング２２２は、半径方向の内周２２２ａを有する。そして、半径方向の内周２２２ａは、第１の内径を持ち、往復運動する棒Ｒと接触部分を形成し、封止する。圧力プレート２１８は半径方向の内周面２１８ｃを有する。半径方向の内周面２１８ｃは、第２の内径を持つ。第２の内径は、分割されたシールリング２２２の第１の内径より大きい。圧力プレート２１８の半径方向の内周面２１８ｃのより大きな第２の内径は、圧力プレート２１８の半径方向の内周面２１８ｃと往復運動する棒Ｒの間に、（空間領域２４４の部分を形成する）空間的なギャップを構築する。

第１の筐体プレート２１０の半径方向の内周面２１０ｂは、第３の内径を持つ。第３の内径は、圧力プレート２１８の第２の内径よりも大きい。第１の筐体プレート２１０の半径方向の内周面２１０ｂと往復運動する棒Ｒの外周面の間に空間的なギャップが構築される。第１の筐体プレート２１０の半径方向の内周面２１０ｂと棒Ｒの間、及び圧力プレート２１８の半径方向の内周面２１８ｃと棒Ｒの間に定義される空間的なギャップは、お互いにつながっており、集合的に棒Ｒを取り囲むＬ形の空間領域２４４を構築する。
図示されていないが、例えば、第１と第２の筐体プレート２１０，２３４の一方または両方を通って延びる内部通路が空間領域２４４に流体を供給しても良い。内部通路は、第１の実施形態に関連して上述されており、それぞれ図３と図６の参照符号５２と１５２によって図示されている。

当業者は、（図８の左側の）カートリッジ２０８の一端２４８が高圧側であり、（図８の右側の）カートリッジ２０８の他端２４６が低圧側であることを理解する。カートリッジ２０８の中央の開口内で往復運動する棒Ｒのために、カートリッジ２０８は機械的かつ流動性の封止を与える。従って、カートリッジ２０８は、高圧側の一端２４８で圧縮された流体が低圧側の他端２４６へ漏れることを防止する。

図１０と図１１は、上述したカートリッジ２０８を含む組立品の断面図と分解組立図である。カートリッジ２０８の高圧側の一端２４８には、排出口Ｖ^１を持ったベントプレート２７２、シールリング２７５を持った第１のプレーンカップ２７４、シールリング２７７を持った第２のプレーンカップ２７６、そしてシールリング２７９を持ったエンドカップ２７８がある。ベントプレート２７２は、そらされたガスを捉えるための通路または排出口Ｖ^１を含む。カートリッジ２０８の低圧側の他端２４６に隣接してフランジ２７０がある。フランジ２７０は、圧縮機本体にパッキングケースをボルトまたは他の方法で取り付けるための穴及び内部通路のための接続部を含んでいる。組立品は、ガスケット、ルーブカップや公知の他の部品のような付加的な部品を少数含んでいても良い。

カートリッジ２０８は適切な方法で組み立てられて良い。例えば、一実施形態によれば、圧縮ばね２１４は、第１の筐体プレート２１０の凹部２１２に嵌め込まれる。そのとき、圧力プレート２１８は、凹部２１２を囲むように第１の筐体プレート２１０の側面に配置され、圧縮ばね２１４を所定の位置に固定する。
第２の筐体プレート２３４は、第１の筐体プレート２１０に隣接して配置される。座繰２３４ａの肩には、圧力プレート２１８の外側の細長い部分が嵌め込まれる。締め金具２５０は、第１と第２の筐体プレート２１０，２３４の位置合せされた穴２４０に挿入され、望ましくは穴２４０にねじ山を持つことによって所定の位置に固定される。そのとき、シールリング２２２は、第２の筐体プレート２３４の中心の空洞に装着される。シールリング２２２は、カートリッジ２０８に予め装着されても良いし、カートリッジ２０８が軸／棒Ｒに取り付けられるとき、装着されても良い。

カートリッジ２０８を修理するとき、筐体構造または分解された筐体から圧力プレート２１８および付勢部材（圧縮ばね）２１４を取り除くこと無しに、ダメージを受けたまたは磨耗したシールリング２２２が修理され、または取り替えられる。

本発明のある実施形態では、カートリッジは、例えば、近接した表面に対して往復式の圧縮機及び／又はポンプに標準のリング（例えば、シールリング又はスクレーパリング）を適合させ、作動させるために設計された内蔵型、横置き型、低摩擦のカートリッジである。シールリングの場合には、保守要員が横置きの効果を生じるカートリッジの内部の小さな部品を取り扱う必要無しに、そしていくつかの従来技術に見られるような半径方向の装着部品無しに、持続する有効な封止が確立される。ある実施形態では、カートリッジ装置は、リテーナリング（ｒｅｔａｉｎｅｒ ｒｉｎｇｓ）や付勢部材のような他の部品を完全に分解したり、部分的に分解することなしに、シールリング及び／又はスクレーパリングにアクセスし、それを取り除き、交換することを許す。

当業者は、さらなる長所と修正を容易に思い付くであろう。従って、より広い態様の中で本発明は、具体的な詳細、典型的な装置と方法、記述されている実施例に制限されない。添付されている請求項とそれらと等価なものによって定義される一般の発明概念の精神または範囲を逸脱することなく、そのような詳細から拡張されて良い。

Claims (25)

1. 可動軸が中央開口に挿入されるカートリッジであって、
   中央ボディ部と当該中央ボディ部を挟んで向かい合って配置された第１および第２の外部ボディ部とを有し、当該中央ボディ部と当該第１および第２の外部ボディ部とが締め金具によって結合されており、内周面に、前記中央ボディ部の一部が突き出した突起部を有し、当該突起部と前記第１および第２の外部ボディ部との間に第１と第２の座繰が形成されているカートリッジ筐体と、
   前記可動軸と接触部分を形成するために半径方向の内周をそれぞれ備えた第１と第２のリングと、
   前記突起部を挟んで前記第１と第２のリングの間に配置され、半径方向に延びた足がそれぞれ前記第１と第２の座繰に嵌め込まれ、前記カートリッジ筐体の内側に置かれる第１と第２の圧力プレートと、
   前記突起部に配置されており、前記第１と第２の圧力プレートをそれぞれ前記第１と第２のリングの方向に押す付勢部材と、
   を備えることを特徴とするカートリッジ。
2. 前記第１と第２のリングは、第１と第２の分割されたシールリングで構成されることを特徴とする請求項１に記載のカートリッジ。
3. 前記第１と第２のリングは、第１と第２の一体的に形成されたシールリングで構成されることを特徴とする請求項１に記載のカートリッジ。
4. 前記突起部は、前記付勢部材が挿入される開口を備えることを特徴とする請求項１に記載のカートリッジ。
5. 前記付勢部材は、前記開口に挿入される圧縮ばねを含むことを特徴とする請求項４に記載のカートリッジ。
6. 前記第１と第２のリングの半径方向の内周は、第１の内径を持ち、
   前記第１と第２の圧力プレートは、それぞれ前記第１の内径よりも大きい第２の内径を持つ半径方向の内周面を有し、
   各前記圧力プレートの半径方向の内周面と前記可動軸の間に空間的なギャップが構築される、
   ことを特徴とする請求項１に記載のカートリッジ。
7. 前記カートリッジ筐体の中央ボディ部は、前記第２の内径よりも大きい第３の内径を持つ半径方向の内周面を有し、
   前記中央ボディ部の半径方向の内周面と前記可動軸の間に空間的なギャップが構築されることを特徴とする請求項６に記載のカートリッジ。
8. 前記可動軸に対して前記中央ボディ部と前記圧力プレートの各半径方向の内周面によって集合的に構築される空間的なギャップは、Ｔ形の空間領域を形成することを特徴とする請求項７に記載のカートリッジ。
9. 前記カートリッジ筐体は、前記空間的なギャップに流体を送るために内部通路を備えることを特徴とする請求項６に記載のカートリッジ。
10. 前記付勢部材は、前記第１および第２のリングと、前記第１および第２のリングに隣接する部品との間で流体をしっかりと封止するために、前記第１と第２の圧力プレートをそれぞれ前記第１と第２のリングと十分に緊密に接触させることを特徴とする請求項１に記載のカートリッジ。
11. 可動軸と、
    前記可動軸が前記中央開口に挿入される請求項１に記載のカートリッジと、
    前記カートリッジに隣接しており、前記可動軸が中央開口に挿入される少なくとも１個の環状部材と、
    を備えることを特徴とする圧縮機組立品。
12. 可動軸が中央開口に挿入されるカートリッジであって、
    中央ボディ部と当該中央ボディ部を挟んで向かい合って配置された第１および第２の外部ボディ部とを有し、当該中央ボディ部と当該第１および第２の外部ボディ部とが締め金具によって結合されており、内周面に、前記中央ボディ部の一部が突き出した突起部を有し、当該突起部と前記第１および第２の外部ボディ部との間に第１と第２の座繰が形成されているカートリッジ筐体と、
    前記可動軸と接触部分を形成するために半径方向の内周をそれぞれ備えた第１と第２のリングと、
    前記突起部を挟んで前記第１と第２のリングの間に配置され、半径方向に延びた足がそれぞれ前記第１と第２の座繰に嵌め込まれ、前記カートリッジ筐体の内側に置かれる第１と第２の圧力プレートと、
    前記突起部に配置されており、前記第１と第２の圧力プレートをそれぞれ前記第１と第２のリングの方向に押す付勢部材と、
    を備え、
    前記第１と第２のリングは、前記カートリッジ筐体から前記第１と第２の圧力プレートおよび前記付勢部材を取り除くこと無しに、前記カートリッジ筐体から取り外し可能であることを特徴とするカートリッジ。
13. 可動軸と、
    前記可動軸が前記中央開口に挿入される請求項１２に記載のカートリッジと、
    前記カートリッジに隣接しており、前記可動軸が中央開口に挿入される少なくとも１個の環状部材と、
    を備えることを特徴とする組立品。
14. 可動軸が中央開口に挿入されるカートリッジであって、
    お互いに隣接する第１の筐体プレートと第２の筐体プレートとを有し、当該第１の筐体プレートと第２の筐体プレートとが締め金具によって結合されており、内周面に、前記第１の筐体プレートの一部が突き出した突起部を有し、当該突起部と第２の筐体プレートとの間に座繰が形成されているカートリッジ筐体と、
    前記可動軸と接触部分を形成するために半径方向の内周を備えたリングと、
    前記突起部と前記リングの間に配置され、半径方向に延びた足が前記座繰に嵌め込まれ、前記カートリッジ筐体の内側に置かれる圧力プレートと、
    前記突起部に配置されており、前記圧力プレートを前記リングの方向に押す付勢部材と、
    を備え、
    前記リングは、前記カートリッジ筐体から前記圧力プレートおよび前記付勢部材を取り除くこと無しに、前記カートリッジ筐体から取り外し可能であることを特徴とするカートリッジ。
15. 前記リングは、分割されたシールリングで構成されることを特徴とする請求項１４に記載のカートリッジ。
16. 前記リングは、一体的に形成されたシールリングで構成されることを特徴とする請求項１４に記載のカートリッジ。
17. 前記突起部は、前記付勢部材が挿入される開口を備えることを特徴とする請求項１４に記載のカートリッジ。
18. 前記付勢部材は、前記開口に挿入される圧縮ばねを含むことを特徴とする請求項１７に記載のカートリッジ。
19. 前記リングの半径方向の内周は、第１の内径を持ち、
    前記圧力プレートは、前記第１の内径よりも大きい第２の内径を持つ半径方向の内周面を有し、
    前記圧力プレートの半径方向の内周面と前記可動軸の間に空間的なギャップが構築される、
    ことを特徴とする請求項１４に記載のカートリッジ。
20. 前記カートリッジ筐体は、前記第２の内径よりも大きい第３の内径を持つ半径方向の内周面を有する突起部を備え、
    前記突起部の半径方向の内周面と前記可動軸の間に空間的なギャップが構築される、
    ことを特徴とする請求項１９に記載のカートリッジ。
21. 前記可動軸に対して前記突起部と前記圧力プレートの各半径方向の内周面によって集合的に構築される空間的なギャップは、Ｌ形の空間領域を形成することを特徴とする請求項２０に記載のカートリッジ。
22. 前記付勢部材は、前記リングと前記リングに隣接する部品との間で流体をしっかりと封止するために、前記圧力プレートを前記リングと十分に緊密に接触させることを特徴とする請求項１４に記載のカートリッジ。
23. 可動軸と、
    前記可動軸が前記中央開口に挿入される請求項１４に記載のカートリッジと、
    前記カートリッジに隣接しており、前記可動軸が中央開口に挿入される少なくとも１個の環状部材と、
    を備えることを特徴とする組立品。
24. 可動軸が中央開口に挿入されることができるカートリッジを作成するカートリッジ作成方法であって、
    第１のカートリッジ筐体部品の開口に付勢部材を装着するステップと、
    前記付勢部材から押す力を受けるように、前記第１のカートリッジ筐体部品に隣接して少なくとも１個の圧力プレートを配置するステップと、
    第２のカートリッジ筐体部品の座繰に前記圧力プレートの半径方向に延びた足を嵌め込むことによって、前記圧力プレートを保持するように前記第１のカートリッジ筐体部品に隣接して少なくとも１個の前記第２のカートリッジ筐体部品を配置し、前記第１のカートリッジ筐体部品と前記第２のカートリッジ筐体部品とを締め金具によって結合するステップと、
    前記圧力プレートを通して伝えられる前記付勢部材の押す力を受けるように、前記圧力プレートに隣接して、前記可動軸と接触部分を形成する大きさである半径方向の内周を持つ少なくとも１個のリングを配置するステップと、
    を備えることを特徴とするカートリッジ作成方法。
25. 第１のカートリッジ筐体部品と当該第１のカートリッジ筐体部品に隣接する少なくとも１個の第２のカートリッジ筐体部品とを有し、当該第１のカートリッジ筐体部品と当該第２のカートリッジ筐体部品とが締め金具によって結合されており、内周面に、前記第１のカートリッジ筐体部品の一部が突き出した突起部を有し、当該突起部と前記第２のカートリッジ筐体部品との間に座繰が形成されているカートリッジ筐体と、可動軸と接触部分を形成するために半径方向の内周を備えた少なくとも１個のリングと、前記突起部と当該リングの間に配置され、半径方向に延びた足が前記座繰に嵌め込まれ、前記カートリッジ筐体の中に設置される少なくとも１個の圧力プレートと、前記突起部に配置されており、当該圧力プレートを前記リングの方向に押す付勢部材とを備え、前記可動軸が中央開口に挿入されるカートリッジを修理するカートリッジ修理方法であって、
    前記カートリッジ筐体と前記圧力プレートと前記付勢部材の何れもお互いから取り外すこと無しに、前記リングを取り替えるステップを備えることを特徴とするカートリッジ修理方法。

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