JPS6256372B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、気体ばね、およびさらに詳しくは広
い温度範囲にわたり不変作動するように自動的に
補償される気体ばねに関する。 自動車のトランクカバー、フード等、殊にハツ
チバツク形のトランクフードを支持するため使用
されるばねは、しばしば多様な気体ばねより成
る。実際の気体ばねは、高圧下のガスを含有しか
つ、シリンダの１端から延びるピストンロツドを
有する密閉シリンダである。代表的に、約
1000psi（70.31Kg／cm²）の圧力を有する窒素ガス
がシリンダ中に使用される。ばね力は、シリンダ
中のロツドと同じ断面積に作用しかつロツドを外
方へ駆動するガス圧力から得られる。ロツドが、
ハツチバツク形トランクカバーが閉じられた場合
のようにシリンダ中へ押込まれた場合、ロツド
は、はじめにガスにより占められたシリンダ中の
所定容積を排気する。シリンダ中の総容積が不変
であるので、ガスに適用可能な残存容積が減少
し、ガスの圧力増大が生じる。従つて、ガスを外
方へ移動させるように作用する力が増大する。常
用の気体ばねの場合、ピストン類似の構造が、シ
リンダ内側のロツドに取付けられかつ、ロツドの
運動範囲を低減および制限するために使用される
ことがある。一般に、ガス圧力がピストンの両側
面で等しいので、ロツドに対する力が殆んど生じ
ない。 理想的なのは、ガス圧力が、ピストンロツドを
シリンダから外方へ移動させかつこれに取付けら
れたトランクカバー等を持上げるのに十分なこと
である。ガス圧力は、トランクが閉じられる際に
人がロツドをシリンダ中へ容易に移動させること
を可能にするため、ロツドが完全に伸長しかつト
ランクカバー等が上昇せる際に十分低くなければ
ならない。気体ばね中に唯一のガスを使用するこ
とから生じる欠点は、任意のガスの一定容積にお
ける圧力がガスの温度と関連することである。窒
素に類似する理想ガスで、圧力が直接にガスの絶
対温度に比例する。このような気体ばねが、０〓
（−17.8℃）以下から100〓（37.8℃）以上にわた
る環境温度に曝される自動車に使用された場合、
この温度依存性が著るしい難点を惹起することが
ある。 環境温度が低い場合、シリンダ内部のガス圧力
が低く、トランクカバーの重量を押上げるためロ
ツドを外方へ駆動するための十分な力が得られな
い。環境温度が高く、シリンダ内部のガス圧力が
大である場合、ロツドをシリンダ外へ駆動する大
きい力を生じ、ロツドに接続されたトランクカバ
ーを極めて迅速に上昇させかつトランクを開く人
を衝撃しうる事態になる。さらに、環境温度が高
い場合、ロツドが完全に伸長した際のシリンダ内
ガス圧力が大であり、トランクカバーを閉じるこ
とが所望される際にロツドをシリンダ中へ移動さ
せることが困難になる。 環境温度の変動を自動的に補償するシヨツクア
ブソーバが当業者に公知である。例えば、米国特
許明細書第2944639号、同第3107752号、同第
3301410号、同第3971551号および同第3944197号
参照。一般にこれら装置は、環境温度が変動せる
際の１次緩衝流体の容積変動を調節するため、シ
ヨツクアブソーバ中に予備室等が備えられる。こ
のような装置は気体ばね中での温度補償を得るの
に不適当である、それというのもこれらは、外方
へ向けられる圧力の不変維持に関わるよりはむし
ろ流体容積の不変維持に関わるからである。 本発明の目的は、そのばね力の温度変化に対す
る感度が許容可能な低水準に低減された気体ばね
を得ることである。 本発明は、密閉ケーシング、このケーシングの
内方から外方へその１端を経て延びるスライド可
能なロツド、ケーシング中のロツドに取付けられ
たピストンを含有する温度補償された気体ばねに
関する。１次圧力源が、ケーシング中に配置され
かつ、ロツドをケーシング外へ駆動するようにピ
ストンに対し作用し、かつ２次圧力源が、ケーシ
ング中に配置されかつ、ロツドをケーシング中へ
駆動するようにピストンに対し作用する。１次圧
力が２次圧力よりも大であり、かつ２次圧力の温
度による変動パーセンテージが、１次圧力の温度
による変動パーセンテージよりも大である。 有利に１次圧力源は、窒素ガスのように、その
圧力が絶対温度と実質的に比例して変動し、かつ
この気体ばねが曝される温度範囲にわたり気相を
維持する加圧された１次ガスである。所望の温度
範囲は−30℃〜80℃である。 有利に２次圧力は、液相および蒸気相が−30℃
〜80℃の温度範囲にわたり平衡状態にある２相系
の蒸気圧である。このような蒸気圧は、絶対温度
に対しほぼ指数関数的に変動する。適当な２相系
は、アセチレン、エタン、フレオン−12、フレオ
ン−13、フレオン−114、プロパン、プロパジエ
ン、ペルフルオルプロパン、ジメチルエーテル、
Ｎ−ブタン、アンモニウム、臭化水素および沃化
水素を包含する。またこの２次圧力源は、液相お
よび蒸気相が−30℃〜80℃の温度範囲の実質的部
分にわたり平衡状態を維持する、六弗化硫黄のよ
うな２相系であることができる。 本発明の有利な実施例において、密閉ケーシン
グは、１端に密閉端壁および他端に、ロツドが貫
通することを許容する孔を有する端壁を有する円
筒状の管を包含する。内管がケーシング中に同軸
に配置され、かつこの内管の１端が密閉端壁に取
付けられている。ピストンが、内管中に配置され
かつ、この内管を、ピストンおよび密閉端壁間の
第１の内容積と残りの内管中の第２の内容積とに
分割する。バツフルが、内管および外管間に配置
されかつ、内管の外側のケーシング容積を、密閉
端壁に隣接する第１の外容積と孔を有する端壁に
隣接する第２の外容積とに分割する。第１の導通
部が第１の内容積および第１の外容積間の流体流
動を許容し、かつ第２の導通部が第２の内容積お
よび第２の外容積間の流体流動を許容する。１次
圧力源が第１の内容積および第１の外容積中に配
置され、かつ２次圧力源が第２の内容積および第
２の外容積中に配置される。 有利に第１の導通部は、ピストンが密閉端壁へ
向け移動する範囲外で内管を貫通する１つまたは
それ以上の孔である。第１の実施例において、内
管が円筒管よりも短小であり、かつ内管が第２の
外容積との流体流通部に第２の導通部を形成す
る。第２の実施例において、内管が円筒管と同じ
長さを有し、かつその両端がケーシングの両端壁
に取付けられ、かつ第２の導通部が、ピストンが
孔を有する端壁へ向け移動する範囲外で内管を貫
通する１つまたはそれ以上の孔である。 またこの気体ばねは、ピストンの移動を制限す
るストツパを含有することができる。流体シール
が、ピストンおよび内管間およびロツドおよびロ
ツドが貫通する壁間に備えられる。 以下に、本発明を図面実施例につき詳説する。 第１図は、本発明による温度補償形気体ばねの
第１の実施例を示す。この気体ばね１０は、外壁
のスリーブまたは管１４とともに、１端に取付け
られた密閉端壁１６および他端に取付けられた壁
１８より成る密閉ケーシング１２を含有する。壁
１８は貫通孔２０を有する。この気体ばね１０
は、ケーシング１２の内部にかつそれと同軸に配
置された内側のスリーブまたは管２２を含有す
る。内管２２の１端が端壁１６に取付けられ、か
つ他端が壁１８から軸方向に距離がおかれてい
る。ピストン２４が、内管２２中に配置されか
つ、内管２２の内部を密閉端壁１６およびピスト
ン２４間の第１の内容積２６とピストンの側面か
ら壁１８までの第２の内容積２８とに分割する。
細長いロツド３０が、ピストン２４に取付けられ
かつ、壁１８中の孔２０を経てケーシング１２の
外方へ延びる。 バツフル３２が、内管２２の外面および外管１
４の内面に取付けられかつそれらの間に延び、か
つ内管を除くケーシング容積を、壁１６に隣接す
る第１の外容積３４と壁１８に隣接する第２の外
容積３６とに分割する。有利に、バツフルは環状
板である。バツフル３２は、内壁２２に対する支
持部をも形成する。１つまたはそれ以上の孔が、
内管２２の、その中でピストン２４が端壁１６へ
向け移動する範囲外の位置に備えられる。孔３８
が、第１の内容積２６および第１の外容積３４間
の流体流動を許容する第１の導通部を形成する。
第１図に示した実施例の場合、内管２２が、壁１
８に近接する終端部で開口しかつ、第２の内容積
２８および第２の外容積３６間の流体流動を許容
する第２の導通部を形成する。 気体ばね１０は、内管２２の開口終端部に、ピ
ストン２４の壁１８へ向けた移動を制限しかつピ
ストンを内管２２中に維持するストツパ４０を含
有することができる。第１図に示したストツパ４
０は、内管２２の終端部に取付けられたワツシヤ
形の板であり、このものは、ロツド３０およびス
トツパ４０間に流体流動用の環状空間４２を残存
させるため、ロツド３０を包囲するが、但しそれ
と接触することがない。気体ばね１０は、第１お
よび第２の内容積２６，２８間の流体流動を阻止
するためピストン２４および内管２２の内面間に
第１のシール４４を含有し、ケーシング１２の内
部および外部間の流体流動を阻止するためロツド
３０および壁１８間に第２のシール４６を含有す
る。 また気体ばね１０は、ケーシング１２の密閉端
１６の外側に取付けられた、その終端部に小孔５
０を有するロツド４８を含有する。ロツド３０
は、ケーシング１２のその自由端に小孔５２を有
する。小孔５０および５２は、気体ばね１０に、
自動車の車体およびトランクカバー間のような２
点間に機械的に接続されることを許容する。有利
に、内管２２、外管１４およびピストン２４は円
筒形である。 １次圧力源が、第１の内容積２６および第１の
外容積３４中に配置されかつ、ロツド３０をケー
シング１２の外方へ駆動するようにピストン２４
に対し作用する。２次圧力源が、第２の内容積２
８および第２の外容積３６中に配置されかつ、ロ
ツドをケーシング中へ駆動するようにピストン２
４に対し作用する。ピストン２４に作用する正味
の力が、１次および２次圧力源による力間の差か
ら生じる。気体ばね１０は、外方へ向けられたば
ね力を有するばねとして機能すべきなので、１次
圧力が２次圧力よりも大である必要がある。 有利に、１次圧力源は、その圧力が絶対温度に
比例して変動しかつ、この気体ばねが曝される温
度範囲にわたり気相を維持する加圧された１次ガ
スである。有利な１次ガスは、−30℃〜80℃の温
度範囲にわたり実質的に理想気体の法測（PV＝
nRT）により挙動する窒素ガスである。当業者
には、ガスが正確に理論的な理想気体の法則によ
り作動しないことが公知である。使用可能な他の
ガスは、アルゴン、ヘリウム、水素、クリプトン
およびネオンを包含する。 気体ばね１０における感温性の低減は、１次圧
力源からの温度上昇による付加的力を相殺する傾
向のある２次圧力源からの反力をピストン２４に
加えることにより実施される。この２次圧力は、
１次ガスの実質的な理想気体挙動と全く別に挙動
するように選択される。本発明の１実施例におい
て、２次圧力は、液相および蒸気相が平衡状態に
ある２相系の蒸気圧である。このような２相系の
蒸気圧は、絶対温度に直接に比例するよりはむし
ろ指数関数的に変動する。選択された任意の圧力
源にもつぱら必要なのは、２次圧力の温度に対す
る変動パーセンテージが１次圧力の温度に対する
変動パーセンテージよりも大きいことである。 ２次圧力源として使用されることのできる多数
の有機および無機物質は、アセチレン、エタン、
フレオン−12、フレオン−13、フレオン−114、
プロパン、プロパジエン、ペルフルオルプロパ
ン、ジメチルエーテル、Ｎ−ブタン、アンモニウ
ム、臭化水素および沃化水素を包含する。これら
物質の蒸気圧は、約−30℃の温度で約０〜150ポ
ンド／平方インチ（psi）（約０〜10.55Kg／cm²）
から70℃で約100〜900psi（約7.03〜63.28Kg／
cm²）以上にわたる。２相系の場合、特定の物質で
その蒸気により得られる圧力は度に依存するにす
ぎない。特定用途で使用するための最適な物質
は、ばね力、ばね寸法、材料コスト、製造コス
ト、シール寿命および所望の温度補償度のような
設計条件により決定される。 ２次圧力が２相系により形成されるということ
は絶対的に必要ではない。以下に実施例３につき
詳述するように、六弗化硫黄が２次圧力源として
使用されることができる。六弗化硫黄は、臨界温
度を上回ると２相系として存在しえず、もつぱら
液相不含の蒸気として存在する。しかしながら、
温度補償が臨界温度以上でさえ達成される、それ
というのも不断に六弗化硫黄蒸気圧（すなわち２
次圧力）の温度による変動パーセンテージが理想
気体圧の温度による変動パーセンテージよりも大
であるからである。 物質は、その蒸気相および液相が平衡状態にあ
る２相系を特定範囲の比容積で維持するにすぎな
いので、条件が、気体ばね中の物質に適用可能な
容積に求められる。一般に所望されるのは、不断
に液体および蒸気両相が存在し、従つて蒸気相が
温度に依存するにすぎないことである。ばねが圧
縮され、すなわちピストン２４が壁１６へ向け移
動した場合、２相系に適用可能な容積が増大す
る。もしはじめに不十分な量の液相物質が存在し
たならば、適用可能な全容積のこのような増大
が、全液体の蒸気への変換を惹起する。一般に、
この蒸気の圧力が温度により他のガスと類似の形
態で変動し、かつ従つて温度補償が殆んど得られ
ない。しかしながら、もし余りに多量の物質が使
用されたならば、ばねが伸長の許容された際に、
例えば物質に適用可能な容積が低減するという難
点が生じる。この容積低減が、全蒸気相を凝縮さ
せ、物質を完全に液相化する。このことは、ピス
トンがそれ以上移動することを阻止する。 ２次圧力源として使用される２相系により生じ
ることのあるこれら難点を回避するため、以下の
条件が満たされなければならない：(1)物質の所要
最低量が、気体ばねが完全に圧縮され、すなわち
適用可能な容積が最大である場合、気体ばねが曝
されうる最高温度で２相系を得るのに丁度に十分
であり、かつ(2)物質に適用可能な容積が、気体ば
ねが完全に伸長され、すなわち適用可能な容積が
最小である場合に蒸気が完全に液体に凝縮しない
程度に十分に大でなければならない。また、この
第２の条件を制限する環境条件は、気体ばねが曝
されることのある最高温度である。 気体ばねの場合、第１図に示した同軸管装置が
殊に有利である。内管２２外側の十分な付加的容
積が１次ガスの第１の外容積３４を形成し、従つ
て１次ガスは、ロツド３０が気体ばね中で完全に
後退せる際に過剰に圧縮されることがない。他方
で、生じる過剰圧力が不利かつ過剰なばね力を惹
起することがあつた。同じく、内管２２外側の付
加的容積が２次圧力源の第２の外容積３６で得ら
れ、従つて２次圧力源は、ロツド３０が完全に伸
長せる際に過剰に圧縮されることがない。 気体ばね１０の、シール４４および４６を除く
全ての部材は、密閉されたガスの圧力に十分な耐
力を有する金属より成る。円筒形の内管２２，外
管１４およびピストン２４を使用するのが殊に有
利である。 例 １ 以下は、第１図に示した実施例による気体ばね
１０において、窒素ガスを１次圧力源として使用
しかつアンモニウムを２次圧力源の２相系として
使用する実施例である。気体ばね１０中に包含さ
れる種々のパラメータ間の関係を、以下の変数を
使用し数式により表わすことができる： Ag＝窒素ガス圧が作用するピストン面積（in².） Av＝アンモニウム蒸気圧が作用するピストン面
積（in².） Dp＝ピストンの直径（in.） Dr＝ロツドの直径（in.） Ｆ＝気体ばねの力（lb.） Pg＝窒素ガスの圧力（psi） Pv＝アンモニウム蒸気の圧力（psi） Po＝20℃における窒素ガス圧力（psi） Ｔ＝温度（℃） 外方への正味のばね力Ｆは、窒素ガスによりピ
ストンに作用する力から、アンモニウムによりピ
ストンに作用する力を差引くことにより決定され
る。Ｆの計算式は、ロツド３０に作用する大気圧
を無視すれば以下の通りである： (1) Ｆ＝AsPg−AvPv 窒素ガスの圧力は、理論的に下式により表わさ
れる： (2) Pg＝（Ｔ＋２７３）Ｐｏ／２９３ この実施例で、所望のばね力Ｆを、−30℃およ
び70℃の極限温度で100lb.（約45.45Kg）とする。
アンモニウムの２相系における蒸気圧は、ジヨ
ン・エイチ・ペリー編の「ケミカル・エンジニヤ
ズ・ハンドブツク」（Chemical Engineers
Handbook、edited by Jhon H.Perry（McGraw
−Hill、1950年、第３版））のような標準かつ公
知の便覧から決定してもよい。−30℃でアンモニ
ウムの蒸気圧が20psi（1.41Kg／cm²）であり、か
つ70℃でこの蒸気圧が475psi（約33.40Kg／cm²）
である。これらの値、所望のＦ＝100lb.および式
２を式１中へ挿入することにより、以下の方程式
が得られる： (3) 100＝Ａｇ（−３０＋２７３）Ｐｏ／２９３−20
Av (4) 100＝Ａｇ（７０＋２７３）Ｐｏ／２９３−475A
v 式３および４を解くと、同時に下式が得られ
る： (5) Av＝0.0921in².（6.45cm²） (6) AgPo＝122.80lb.（55.82Kg） もしロツド直径Drが5/16in.（0.79cm）に選択
されたならば、気体ばねの代表的価、すなわちア
ンモニウム蒸気圧が作用するピストン面積Avは
下式の通りである： (7) Av＝π／４（Dg²−Dr²）＝π／４（Dg²−（５／16）²）＝0.0921in²（0.59cm²） 式７を解いてDg＝0.4636in.（1.18cm）を得、
これからAg＝0.1688in²（1.09cm²）を決定する。
式６以上を使用し、20℃における窒素ガスの所要
充填圧力Poは727psi（51.1Kg／cm²）である。ロツ
ド直径5/16in.（0.79cm）およびピストン直径
0.4636in.（1.18cm）に選択し、第１の内容積およ
び第１の外容積に窒素ガスを727psi（51.1Kg／
cm²）で20℃で装填し、かつ第２の内容積および第
２の外容積に、液相および蒸気相が平衡状態を維
持するような量のアンモニウムを装填することに
より、この気体ばねは、−30℃および70℃の極限
温度における公称の外的ばね力100lb.（45.45Kg）
を有する。この気体ばねの他の温度における挙動
は、前記式２を使用し他の温度におけるPgを計
算し、種々の温度におけるPvの値を決定し、か
つ前記式１を使用しばね力を計算することにより
決定することができる。下記第１表に、このデー
タを所要温度範囲にわたりまとめた。 【表】 前記第１表の結果を第２図の図表により示す、
その場合全て温度の関数として、曲線Ａがピスト
ンに外方へ向け作用する力（PgAg）を表わし、
曲線Ｂがピストンに内方へ向け作用する力
（PvAv）を表わし、かつ曲線Ｃが例１の気体ばね
のばね力を表わす。この気体ばねは、20〜30℃間
で最高ばね力約111.3lb.（約50.59Kg）を有し、か
つ極限温度で最低ばね力100lb.（45.45Kg）を有す
る。例１の気体ばねの温度補償は、標準状態であ
る20℃における力により得られる最高および最低
ばね力を比較することにより、窒素ガス単独使用
のものと比較されることができる。例１の気体ば
ねの偏差は約10％であるが、窒素ガス単独使用の
気体ばねの偏差は約34％である。本発明の気体ば
ねは、窒素ガス単独使用のものと比べ、温度によ
るばね力の変動を著るしく低減させることが明白
である。 第３図に、本発明による温度補償形の気体ばね
の第２の実施例を示す。第３図に示した気体ばね
６０は、第１図に示されかつ前述された気体ばね
１０の部材と同じである多数の部材を有する。従
つて、これら２つの図面中の同じ部材を同じ参照
番号で表わし、かつこれら２つの実施例の相異だ
けを詳述する。 第３図に示した気体ばね６０の場合、内管６２
が、壁１６および１８間に完全に延びかつこれら
２つの端壁に取付けられている。第２の内容積６
４が内管６２中でピストン２４および壁１８間に
配置され、かつ第２の外容積６６が内管の外側で
バツフル３２および壁１８間に配置されている。
１つまたはそれ以上の孔６８が、内管６２の、ピ
ストン２４が壁１８へ向けストツパ４０により制
限されて移動する範囲外の位置に配置されてい
る。孔６８が、第２の内容積６４および第２の外
容積６６間の導通部を形成する。 前述の構造的相異を除き、第３図の実施例に示
した気体ばね６０は、第１図に示した気体ばね１
０と全く同じに作動する。第１図につき詳述せる
ように、１次圧力源が第１の内容積２６および第
１の外容積３４中に配置され、かつ第２の圧力源
が第２の内容積６４および第２の外容積６６中に
配置されている。 気体ばね６０に包含される種々のパラメータ間
の関係が、以下の変数を使用し数式により表わさ
れることができる。 Ag＝１次ガス圧が作用するピストン面積（in².） Ar＝大気圧が作用するロツド面積（in².） Av＝２次圧力が作用するピストン面積（in.²） Dp＝ピストンの直径（in.） Dr＝ロツドの直径（in.） Dt＝外管の内径（in.） Ｆ＝気体ばねの正味の外方への力（lb.） Ｌ＝内管および外管の長さ（in.） Ls＝ストツパ４０および壁１８間の距離（in.） Lt＝気体ばねの、Ｘにより変動する、小孔５０
および小孔５２間の長さ（in.） Lv＝バツフル３２および壁１８間の距離（in.） Ｍ＝２次圧力源物質の質量（lb.） Pa＝大気圧（psi） Pg＝１次ガスの圧力（psi） Po＝20℃における１次ガスの圧力（psi） Pv＝２次圧力源の圧力（psi） Ｓ＝ストローク、またはばね圧縮巾Ｘの設計最高
値（in.） Ｔ＝温度（℃） Vg＝Ｘにより変動する１次ガスの容積（in.³） Vv＝同じくＸにより変動する２次圧力源物質の
容積（in³.） Wc＝内管の厚さ（in.） Wp＝ピストンの厚さ（in.） Ws＝バツフルの厚さ（in.） Ｘ＝ストツパからピストンまでを測定し得られる
ばね圧縮巾（in.） 第３図に示した有利な実施例の特性は、以下の
パラメータ：Dp、Dr、Dt、Ｌ、Ls、Lv、Lt（最
高値）、Pa、Po、Ｓ、Wc、WpおよびWsの初期
値を選択することにより表わされることができ
る。また、PgおよびPv両者の温度依存度を知る
必要がある。一般にPgについては、理想気体の
法則を使用すれば十分である。Pvについては、
選択された特定物質の蒸気圧の温度依存度が公知
の便覧から得られることができる。 以下の方程式は、前述のはじめに挙げたものに
対する残りのパラメータに関する。 (8) Ag＝πＤｐ^２／４ (9) Ar＝πＤｒ^２／４ (10) Lt（最低）＝Lt（最高）−Ｓ (11) Lt＝Lt（最高）−Ｘ (12) Av＝Ag−Ar (13) Vg＝π／４（Dt²−（Dp＋2Wc）²） （Ｌ−Lv−Ws）＋Ag（Ｌ−Wp−Ls−Ｘ） (14) Vv＝π／４（Dt²−（Dp＋2Wc）²） Lv＋Av（Ｘ＋Ls） １次ガスの圧力は、容積Vg、温度Ｔおよび充
填圧力PoによるＸの関数である。ガス充填がロ
ツドを伸長させることにより行なわれ（すなわち
Ｘ＝Ｏ）、かつこのガスが実質的に理想気体の法
則に従うという仮定下に、その圧力が下式により
得られる： (15) Pg＝Ｐｏ（Ｔ＋２７３）Ｖｇ（最高）／２９３Ｖ
ｇ 圧縮巾および温度の関数としてのばね力が下式
により得られる： (16) Ｆ＝PgAg−PvAv−PaAr 例 ２ この実施例の場合、２相の２次圧力源を使用す
る第２の実施例による気体ばねが、伸長長さ50イ
ンチ（127cm）およびストローク20インチ（50.8
cm）を有するように選択される。この気体ばね
は、20℃で、伸長せる際に150lb.（68.18Kg）およ
び圧縮せる際に160lb.（72.73Kg）の正味ばね力を
有する。１次ガスが窒素ガスであり、かつ２次圧
力源物質がフレオン−12であるが、このものは作
動温度範囲にわたり不断に蒸気および液体の両相
が存在するように維持される。温度補償が−30℃
〜80℃にわたる。 はじめに選択されたパラメータの値は以下の通
りである： Dp＝0.593in.（1.51cm） Dr＝0.3125in.（0.79cm） Dt＝2.25in.（5.72cm） Ｌ＝26.0in.（66.04cm） Ls＝3.214in.（8.16cm） Lv＝0.179in.（0.45cm） Lt（最高）＝50.0in.（127.00cm） Ｍ＝0.0400lb.（0.02Kg） Pa＝14.7psi（1.03Kg／cm²） Po＝604.4psi（42.50Kg／cm²） Ｓ＝20.0in.（50.80cm） Wc＝0.0625in.（0.16cm） Wp＝0.25in.（0.64cm） Ws＝0.0625in.（0.16cm） 次いで、前記式８、９および12で、以下の値が
得られる：Ag＝0.277in.²（1.73cm²）、Ar＝
0.077in.²（0.50cm²）およびAv＝0.200in.²（1.29
cm²）。 この実施例の気体ばね60中に挿入されるべきフ
レオン−12の量は0.0400lb.（0.018Kg）である。
約0.029lb.（約0.013Kg）を下廻る量は、ばねが完
全に圧縮せる際にもし温度が80℃程度に高ければ
全液体の蒸気への変換を惹起する。約0.500lb.
（約0.023Kg）を上廻る量は、もし温度が80℃程度
に高ければばねの完全な伸長を阻止する、それと
いうのも全蒸気が液状に圧縮されるからである。
第４図はフレオン−12の状態図表であり、図中蒸
気圧が比容積の関数としてプロツトされている。
図中12本の実線は、このばねが作動可能である温
度を表わす。破線Ｄは、液体および蒸気が相互に
平衡状態にあり、従つてその場合この実施例が作
動すると仮定される内側の範囲を示す。以下の第
２表に、この気体ばねが完全に伸長および完全に
圧縮された場合に限定し、プレオン−12の比容積
の計算に使用される諸量をまとめた。 【表】 フレオン−12 0.0400lb.（0.018Kg）に相応する
作動範囲を第４図中の破線Ｅにより示す。関連の
温度範囲で、フレオン−12が明白に液体−蒸気圧
を維持する。 以下の第３表は、ばね圧縮巾および温度の全範
囲にわたる気体ばね力を表わし、これらばね圧縮
巾および温度で気体ばねが設計されている。これ
らばね力値は前記式16とともに式15から得られ、
かつフレオン−12の蒸気圧値は第４図の状態図表
から得られた。 【表】 【表】 第５図に、全圧縮巾および全伸長長さに関する
第３表の結果をプロツトし、かつその結果を温度
補償を有しない気体ばねと比較して示す。曲線Ｆ
は、例２の温度補償形気体ばねの、このばねが完
全に圧縮せる際のばね力を温度と対比して表わ
す。曲線Ｇは、このばねが完全に伸長せる際の同
じデータを表わす。曲線ＨおよびＩは、無温度補
償形気体ばねの、これがそれぞれ完全に圧縮およ
び完全に伸長せる際のばね力を温度と対比して表
わす。 第５図および第３表の両者は、温度変動に対す
る補償が得られることを表わす。温度補償の程度
は、第３表からのデータを使用し得られるばね力
と温度との変動パーセンテージを計算しかつこれ
を無補償形構造で予測される変動パーセンテージ
と比較することにより定量されることができる。
第４表は、温度補償された結果を表わす。全変動
ベースで、例２の気体ばね６０の温度による偏差
が12パーセントを下廻る。 【表】 【表】 無補償形気体ばねの相応する変動率がさらに大
きく、すなわち約37.5％である。これは、ガスが
理想気体と類似に挙動すると仮定することにより
計算することができる。従つて、一定の容積Vg
で、圧力および従つてばね力は絶対温度に比例す
る。前記実施例と比較すれば、−30℃〜80℃（243
〓〜353〓）の温度変動が以下の変動を惹起す
る： Ｆ（８０℃）−Ｆ（−３０℃）／Ｆ（２０℃）×10
0＝ Ｐ（８０℃）−Ｐ（−３０℃）／Ｐ（２０℃）×10
0＝ Ｐ（３５３〓）−Ｐ（２４３〓）／Ｐ（２９３〓）
×100＝ ３５３〓−２４３〓／２９３〓×100＝37.5％ 例 ３ この実施例の場合、例２におけるように、気体
ばねが伸長長さ50インチ（127cm）およびストロ
ーク20インチ（50.8cm）を有する。このばねは、
20℃の温度で伸長位置で正味ばね力150lb.（68.2
Kg）を有する。１次ガスが窒素であり、かつ２次
圧力源物質が六弗化硫黄（SF₆）である。温度補
償範囲は、SF₆の臨界温度が45.55℃であり、こ
の温度以上でこれがガスとして存在しうるにすぎ
ないという事実にもかかわらず−30℃〜80℃であ
る。 はじめに選択されたパラメータの値は以下の通
りである。 Dp＝0.510in.（1.30cm） Dr＝0.3125in.（0.7938cm） Dt＝2.50in.（6.35cm） Ｌ＝26.0in.（66.04cm） Ls＝3.00in.（7.62cm） Lv＝9.166in.（23.28cm） Lt（最高）＝50.0in（127.0cm） Ｍ＝0.464lb.（0.211Kg） Pa＝14.7psi（1.034Kg／cm²） Po＝929.5psi（65.353Kg／cm²） Ｓ＝20.0in.（50.8cm） Wc＝0.0625in.（0.1588cm） Wp＝0.25in.（0.635cm） Ws＝0.0625in.（0.1588cm） 前記式８、９および12から以下の値が得られ
る：Ag＝0.024in².（0.155cm²）、Ar＝0.077in².
（0.496cm²）、およびAv＝0.128in².（0.826cm²）。 第６図は六弗化硫黄の状態図表であり、図中蒸
気圧が比容積の関数としてプロツトされている。
この図には、気体ばねが作動すべき温度を表わす
12本の実曲線が記載されている。破曲線Ｊのその
内側は、液体および蒸気が平衡状態にある範囲を
表わす。この実施例で、六弗化硫黄0.4644lb.
（0.211ｇ）が気体ばね中へ装入されなければなら
ない。以下の第５表に、この気体ばねが完全に伸
長および圧縮された２つの場合に限定して六弗化
硫黄の比容積の計算に使用される諸量をまとめ
た。 【表】 六弗化硫黄0.4644lb.（0.2111Kg）に相応する作
動範囲を、第６図中に破線Ｋにより表わす。この
実施例の場合、比容積の範囲が極めて狭い。さら
にこれら比容積は、六弗化硫黄が液状であること
の不可能である、臨界点を上廻る温度まで延び
る。この実施例は、伸長状態から圧縮状態までの
比容積の実質的変動を制限するように設計されて
いる。この制限は、バツフル３２を、例２の場合
よりも壁１６に近接して配置することにより達成
される。留意すべきなのは、例２および３におけ
るLvの差である。この特徴は、六弗化硫黄の圧
力が、ほぼ完全に温度に依存しかつ極めてわずか
にパラメータＸの移動に依存し形成されるという
効果を有する。六弗化硫黄の特性で注目に値する
のは、作動範囲が液体−蒸気相を離れる40℃を上
廻つてさえ、その温度による圧力の変動パーセン
テージが１次ガス、すなわち窒素ガスの変動パー
センテージよりも大であるということである。 以下の第６表は、例３の気体ばねが設計された
ばね圧縮巾および温度の全範囲にわたる気体ばね
力を表わす。これらばね力値が前記の式16ととも
に式15から得られ、かつ六弗化硫黄の蒸気圧が第
６図の状態図から得られた。 【表】 【表】 第７図は、第６表の全圧縮巾および全伸長長さ
における結果をプロツトし、かつ無補償形気体ば
ねの結果と比較した図表である。曲線Ｌは、例３
の温度補償形気体ばねの、これが完全に圧縮され
た場合のばね力を温度と対比して表わす。曲線Ｍ
は前記と同じ気体ばねについて、これが完全に伸
長された場合のデータを表わす。曲線ＮおよびＯ
は、無補償形気体ばねの、これがそれぞれ全圧縮
および全伸長された場合のばね力を温度と対比し
て表わす。 第７図および第６表の両者は、２次圧力源物質
の臨界温度を一時的に上廻り作動せる場合でさ
え、温度変動に対する補償の存在することを明示
する。フレオン−12の例と同じく、六弗化硫黄の
例の温度補償の程度は、第６表からのデータを使
用し得られたばね力の温度による変動パーセンテ
ージを計算し、かつ無補償形構造で予測されるそ
の変動パーセンテージと比較することにより定量
化されることができる。全変動巾をベースとし、
温度による偏差が６パーセントを下廻り、この値
はフレオン−12の例の半分だけにすぎずかつそれ
どころか例２につき前述せるような無補償形気体
ばねの偏差37.5％とさらに有利に対比される。 【表】 【表】

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による装置の第１の実施例を略
示する縦断面図、第２図は、第１図による装置に
窒素ガスおよびアンモニウムを装填して得られる
ばね力の１例を温度との関連において示す図表、
第３図は本発明による装置の第２の実施例を略示
する縦断面図、第４図はフレオン−12の両対数に
よる状態図表、第５図は、第３図による装置に窒
素ガスおよびフレオン−12を装填して得られるば
ね力の１例を温度との関連において示す図表、第
６図は六弗化硫黄の両対数による状態図表、およ
び第７図は、第３図による装置に窒素ガスおよび
六弗化硫黄を装填して得られるばね力を温度との
関連において示す図表である。 １０……気体ばね（第１の例）、１２……密閉
ケーシング、１４……外管、１６……密閉端壁、
１８……有孔端壁、２０……孔、２２……内管、
２４……ピストン、２６……第１の内容積、２８
……第２の内容積、３０……ロツド、３２……バ
ツフル、３４……第１の外容積、３６……第２の
外容積、３８……第１の導通孔、４０……ストツ
パ、４２……第２の導通孔、４４……第１のシー
ル、４６……第２のシール、６０……気体ばね
（第２の例）、６２……内管、６４……第２の内容
積、６６……第２の外容積、６８……第２の導通
孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 密閉ケーシング、前記ケーシングのその１方
   の終端部を経て内部から外部へ延びるスライド可
   能なロツド、および前記ケーシング中のロツドに
   取付けられたピストンを含有する装置において、
   前記ケーシング中に配置されかつ、前記ロツドを
   前記ケーシング外へ駆動するように前記ピストン
   に対し作用する１次圧力を形成する１次圧力源、
   および、前記ケーシング中に配置されかつ、前記
   ロツドを前記ケーシング中へ駆動するように前記
   ピストンに対し作用する２次圧力を形成する２次
   圧力源より成り、その場合前記１次圧力が前記２
   次圧力よりも大であり、かつその場合前記２次圧
   力の温度による変動パーセンテージが前記１次圧
   力の温度による変動パーセンテージよりも大であ
   ることを特徴とする気体ばね。 ２ 前記１次圧力が、絶対温度に実質的に比例し
   変動することを特徴とする、特許請求の範囲第１
   項記載の気体ばね。 ３ 前記１次圧力源が、この装置が曝される温度
   範囲にわたり気相を維持する加圧された１次ガス
   であることを特徴とする、特許請求の範囲第２項
   記載の気体ばね。 ４ 前記温度範囲が−30℃〜80℃であることを特
   徴とする、特許請求の範囲第３項記載の気体ば
   ね。 ５ 前記加圧された１次ガスが窒素であることを
   特徴とする、特許請求の範囲第４項記載の気体ば
   ね。 ６ 前記２次圧力が、絶対温度に対しほぼ指数関
   数的に変動することを特徴とする、特許請求の範
   囲第１項記載の気体ばね。 ７ 前記２次圧力源が、液相および蒸気相が平衡
   状態にある２相系の蒸気圧であることを特徴とす
   る、特許請求の範囲第１または第６項のいずれか
   に記載の気体ばね。 ８ 前記２相系の液相および蒸気相が、−30℃〜
   80℃の温度範囲にわたり平衡状態を維持すること
   を特徴とする、特許請求の範囲第７項記載の気体
   ばね。 ９ 前記２相系が、アセチレン、エタン、フレオ
   ン−12、フレオン−13、フレオン−14、プロパ
   ン、プロパジエン、ペルフルオルプロパン、ジメ
   チルエーテル、Ｎ−ブタン、アンモニウム、臭化
   水素および沃化水素より成る群から選択されるこ
   とを特徴とする、特許請求の範囲第８項記載の気
   体ばね。 １０ 前記２相系がアンモニウムであることを特
   徴とする、特許請求の範囲第８項記載の気体ば
   ね。 １１ 前記２相系がフレオン−12であることを特
   徴とする、特許請求の範囲第８項記載の気体ば
   ね。 １２ 前記２相系の液相および蒸気相が、−30℃
   〜80℃の温度範囲の実質的部分にわたり平衡状態
   を維持することを特徴とする、特許請求の範囲第
   ７項記載の気体ばね。 １３ 前記２相系が六弗化硫黄であることを特徴
   とする、特許請求の範囲第１２項記載の気体ば
   ね。 １４ 前記１次圧力源が加圧された窒素ガスであ
   り、前記２次圧力源が、液相および蒸気相が平衡
   状態にある２相系の蒸気圧であり、かつ前記２相
   系が、アンモニウム、フレオン−12および六弗化
   硫黄より成る群から選択されることを特徴とす
   る、特許請求の範囲第１項記載の気体ばね。 １５ 密閉ケーシング、前記ケーシングのその１
   方の終端部を経て内部から外部へ延びるスライド
   可能なロツド、および前記ケーシング中のロツド
   に取付けられたピストンを含有し、前記ケーシン
   グ中に配置されかつ、前記ロツドを前記ケーシン
   グ外へ駆動するように前記ピストンに対し作用す
   る１次圧力を形成する１次圧力源、および、前記
   ケーシング中に配置されかつ、前記ロツドを前記
   ケーシング中へ駆動するように前記ピストンに対
   し作用する２次圧力を形成する２次圧力源より成
   る温度補償形の装置において、 (a) １端に密閉端壁および、他端に貫通孔を有す
   る端壁を有する外管を含有する密閉ケーシン
   グ： (b) 外管中に配置されかつ１端が前記密閉端壁に
   取付けられた内管： (c) 前記内管中に配置されかつ、前記内管をピス
   トンおよび前記密閉端壁間の第１の内容積と残
   りの内管中の第２の内容積とに分割するスライ
   ド可能なピストン： (d) ピストンに固定されかつ、前記貫通孔を有す
   る壁中の孔を経て延びるロツド： (e) 前記内管および前記外管間に取付けられか
   つ、前記内管の外側のケーシング容積を、前記
   密閉端壁に隣接する第１の外容積と前記貫通孔
   を有する壁に隣接する第２の外容積とに分割す
   るバツフル： (f) 前記第１の内容積および前記第１の外容積を
   接続する第１の導通部： (g) 前記第２の内容積および前記第２の外容積を
   接続する第２の導通部： (h) 前記ロツドを、前記貫通孔を有する壁中の前
   記孔を経て前記ケーシング外へ駆動するように
   前記ピストンに対し作用する１次圧力を形成す
   る、前記第１の内容積および前記第１の外容積
   中の１次圧力源：および (i) 前記ロツドを前記ケーシング中へ駆動するよ
   うに前記ピストンに対し作用する２次圧力を形
   成する、前記第２の内容積および前記第２の外
   容積中の２次圧力源： より成り、その場合前記１次圧力が前記２次圧力
   よりも大であり、かつその場合前記２次圧力の温
   度による変動パーセンテージが前記１次圧力の温
   度による変動パーセンテージよりも大であること
   を特徴とする気体ばね。 １６ 前記第１の導通部が、前記ピストンが前記
   密閉端壁へ向け移動する範囲外の前記内管を貫通
   する最低１つの孔であり、その場合前記内管が前
   記貫通孔を有する壁へ向け延びるが、但しそれと
   わずかな距離をおいて終結し、かつその場合前記
   内管が前記第２の内容積および第２の外容積間で
   開口し第２の導通部を形成することを特徴とす
   る、特許請求の範囲第１５項記載の気体ばね。 １７ 前記第１の導通部が、前記ピストンが前記
   密閉端壁へ向け移動する範囲外で前記内管を貫通
   する最低１つの孔であり、その場合前記内管が前
   記貫通孔を有する壁まで延びかつこれに取付けら
   れ、かつその場合前記第２の導通部が、前記ピス
   トンが前記密閉端壁から離反方向へ移動する範囲
   外で前記内管を貫通する最低１つの孔であること
   を特徴とする、特許請求の範囲第１７項記載の気
   体ばね。 １８ 前記ピストンの、前記密閉端壁から離反方
   向への移動を制限するストツパを含有することを
   特徴とする、特許請求の範囲第１７項記載の気体
   ばね。 １９ 前記ピストンおよび前記内管間で前記ピス
   トンを通る流体流動を阻止する第１のシール、お
   よび、前記ロツドおよび、前記貫通孔を有する壁
   中の孔周縁間で前記ケーシングからの流体流出を
   阻止する第２のシールを含有することを特徴とす
   る、特許請求の範囲第１８項記載の気体ばね。 ２０ 前記１次圧力が、絶対温度に実質的に比例
   し変動することを特徴とする、特許請求の範囲第
   １５、第１６または第１７項のいずれかに記載の
   気体ばね。 ２１ 前記１次圧力源が、この気体ばねが曝され
   る温度範囲にわたり気相を維持する加圧された１
   次ガスであることを特徴とする、特許請求の範囲
   第２０項記載の気体ばね。 ２２ 前記加圧された１次ガスが、−30℃〜80℃
   の温度範囲にわたり気相を維持することを特徴と
   する、特許請求の範囲第２１項記載の気体ばね。 ２３ 前記加圧された１次ガスが窒素ガスである
   ことを特徴とする、特許請求の範囲第２２項記載
   の気体ばね。 ２４ 前記２次圧力が絶対温度に対しほぼ指数関
   数的に変動することを特徴とする、特許請求の範
   囲第１５項記載の気体ばね。 ２５ 前記第２の圧力源が、液相および蒸気相が
   平衡状態にある２相系の蒸気圧であることを特徴
   とする、特許請求の範囲第１５、第１６および第
   １７項のいずれかに記載の気体ばね。 ２６ 前記２相系の液相および蒸気相が、−30℃
   〜80℃の温度範囲にわたり平衛状態を維持するこ
   とを特徴とする、特許請求の範囲第２５項記載の
   気体ばね。 ２７ 前記２相系が、アセチレン、エタン、フレ
   オン−12、フレオン−13、フレオン−114、プロ
   パン、プロパジエン、ペルフルオルプロパン、ジ
   メチルエーテル、Ｎ−ブタン、アンモニウム、臭
   化水素および沃化水素より成る群から選択される
   ことを特徴とする、特許請求の範囲第２６項記載
   の気体ばね。 ２８ 前記２相系がアンモニウムであることを特
   徴とする、特許請求の範囲第２６項記載の気体ば
   ね。 ２９ 前記２相系がフレオン−12であることを特
   徴とする、特許請求の範囲第２６項記載の気体ば
   ね。 ３０ 前記２相系の液相および蒸気相が、−30℃
   〜80℃の温度範囲の実質的部分にわたり平衡状態
   を維持することを特徴とする、特許請求の範囲第
   ２５項記載の気体ばね。 ３１ 前記２相系が六弗化硫黄であることを特徴
   とする、特許請求の範囲第３０項記載の気体ば
   ね。 ３２ 前記１次圧力源が加圧された窒素ガスであ
   り、前記２次圧力源が、液相および蒸気相が平衡
   状態にある２相系の蒸気圧であり、かつ前記２相
   系が、アンモニウム、フレオン−12および六弗化
   硫黄より成る群から選択されることを特徴とす
   る、特許請求の範囲第１５、第１６または第１７
   項のいずれかに記載の気体ばね。 ３３ 前記内管、前記外管および前記ピストンの
   断面が円筒形であることを特徴とする、特許請求
   の範囲第１５、第１６または第１７項のいずれか
   に記載の気体ばね。