JP2000511996A - アキュムレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 改善された油圧アキュムレータであって、バルブ機構(3)を使用して、加圧されたピストン(1)が該油圧アキュムレータの端部に達する前に作動油をシールして、ピストン(1)が完全に伸張する際の差圧をなくすことにより圧縮されたガスの損失を最低限にする、油圧アキュムレータが開示される。これにより該油圧アキュムレータの容器の寿命が延長される。該容器に対する圧力負荷を低減させることもまた、ピストンシール及び金属ベローの寿命を延長させるものとなり、これにより油圧アキュムレータの寿命が延長され、軽量化を行い及び完全な油圧又は空気圧システムの保全性を維持する設計が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】 アキュムレータ 発明の背景及び分野 １．発明の分野 油圧アキュムレータ(又は蓄圧器：hydraulic accumulator)がその作動油を放 出する場合、ベロー又はピストンからなる動的なガス／流体分離装置は、定常状 態の高いストレス条件中に置かれる。該ストレスは、前記分離装置の側に現れる 事前充填ガス圧と放出される流体の側における一層低い実際の作動圧とによって 生成される力に起因するものである。更に、前記分離装置がアキュムレータ容器 の構造体上で機械的に停止する場所に高い点接触による負荷が存在する可能性が ある。 上述の条件は、装置重量及び作動寿命が重要なファクタとなる高性能の駆動用 途の場合には特に、設計者により考慮されなければならないことである。その１ つのファクタは、別のファクタとの間で妥協点を見いださなければならないもの となる。 ２．従来技術の説明 a）米国特許第2745357号は、改善された加圧式リザーバを備えた航空機用油圧シ ステムを開示している。 b）米国特許第4601369号は、圧力容器を開示している。 c）米国特許第4852615号は、２つのチャンバを備えたハイドロニューマチックア キュムレータを教示している。 d）米国特許第4959958号は、ガスチャンバと組み合わせられた加圧流体を供給す るための油圧システムを開示している。 e）米国特許第4997009号は、金属製ベロー及び自己シール機構を備えたアキュム レータを開示している。 f）米国特許第5009066号は、自動パワーステアリングシステムを扱ったものであ る。 g）米国特許第5036661号は、高圧下の液体のためのレベル調整アキュムレータ (regulated level accumulator)を開示している。 発明の要約 アキュムレータのピストン及び容器に関連してバルブ機構が開示される。ここ で、前記ピストンは、ガス成分から液体を分離させるための分離器として働くも のである。該バルブ機構は、前記ピストンの相対的な位置を検知するように設計 される。 該バルブ機構は、ピストン（分離器）の両側で平衡した圧力を得るために、ア キュムレータから放出された流体の体積を制限するものとなる。このバルブ機構 の動作により、ピストンの定常状態の高いストレスレベルを生じさせるものとな る該ピストンの両側での差圧が低減され、このため、固定ハウジングに対する高 い接触負荷がなくなる。 該バルブ機構は、流体圧が事前充填ガス圧を下回ることがないように、完全な 放出が行われる時点の近傍で流体の放出を制限することになる。該バルブ機構は 、固定容器または動的なピストン（分離器）において使用することが可能であり 、又はアキュムレータと結合される分離システムとして使用することが可能であ る。 流体分離器又はそれを取り囲むシェルにおける（ピストン（分離器）が前記シ ェルの油圧端に底突きする結果として生じる）局所的な高いストレスの集中は、 該シェルの疲労及びその寿命の短縮化を生じさせるものとなる。 アキュムレータは、標準的な油圧システムにおいて２つの別個の機能のために 使用される。その第１の機能は、圧縮ガス及び油圧流体という形でエネルギーを 蓄えることである。その第２の機能は、油圧システムの構成要素が起動し又は作 業を行う場合に生じる圧力スパイクを吸収することである。これら両方の用途は 、分離器の一方の側で圧縮可能な流体（ガス、即ち、窒素、ヘリウム、空気等） を使用し、該分離器の他方の側で圧縮不能な流体（作動油）を使用することを必 要とする。油圧システムの圧力がガス側の事前充填圧を下回った場合、分離器が 油圧側の方向に移動し、収容されている作動油が必要に応じてシステム中に移送 されることになる。該油圧システムがシャットダウンされると、分離器がフルス トローク停止位置へと移動し、全事前充填圧が分離器の領域に 加えられて該分離器に作用する力が生成され、これにより該部材にストレスが生 じることになる。完全に底部に位置すると、その負荷はまた、停止機構に加えら れ、次いで該停止機構が、局所的な高いストレスの領域をシェル中に生じさせる ことになる。 上記の両方の場合とも、前記ストレスは、材料の選択及び／又は材料の厚さ及 び物理的な外形によって対応することが可能である。典型的には、これらの方法 は両方とも、最終的な設計上の解決策をかなりの重量を有するものとし、多くの 場合、該重量により不利益が生じる結果として、動作系全体の全体的な性能が低 下することになる。 本発明の方法は、アキュムレータの油圧側に十分な流体を捕捉して、分離器を その底部位置に僅かに満たない位置に維持し、これにより、分離器の両側におけ る圧力を平衡化させ、これにより、分離器の圧力負荷に起因するストレスレベル を低下させるものである。これはまた、分離器が油圧シェルに対して物理的に底 突きするのを防止し、その結果として、油圧シェルの圧力負荷が均一に分布する ことになる。 図面の簡単な説明 図１は、ガス及び流体チャンバの分離器として後述のように使用されるアキュ ムレータを示す断面図である。 図２は、ガス及び流体チャンバの分離器としてピストンを用いた代替的なアキ ュムレータ構成を示す断面図であり、シール位置におけるポペットが示されてい る。 図３は、ガス及び流体チャンバの分離器としてピストンを用いた代替的なアキ ュムレータ構成を示す断面図であり、開放位置におけるポペットが示されている 。 図４は、開放位置におけるポペットの後端を詳細に示す断面図である。 本発明の好適実施例の詳細な説明 本発明の第１の実施例を図１ないし図４に示し、これらについて説明する。 該実施例は、本発明の好適な実施例である。図１ないし図４、図６、図９ない し図１１に示すポペットが本発明のポイントである点に留意することが重要 である。アキュムレータ構成に該ポペットを加えることにより、流体側の圧力が 事前充填ガス圧を下回ることがないように、放出される流体の制御を行うことが 可能になる。そのバルブシール機構は、圧力が平衡化する位置へとピストンが移 動することを可能にし、及び、接触負荷が容器に伝達するのを防止し、ピストン がフルストローク位置に達する前にシールを行うことを可能にして、容器に関す る接触ストレスをなくすものとなる。 ここで図１を参照する。油圧システム内の圧力がガス圧を越えると、戻りバネ 6がバルブ機構に力を加えて、該バルブ機構を開放位置へと戻す。該戻りバネ6は ポペット3に取り付けられており、該ポペット3は、その開放時に液体チャンバ16 中への作動油の流れを可能にし、これにより、アキュムレータチャンバ12のガス チャンバ17中のガスが圧縮される。即ち、この作動油の流れによって、ベロー8 が伸張され、ピストン1の後壁の突出する中央部18がポペット3の接触ピン2から 離れる方向に移動されて、ガスチャンバ17中のガスが圧縮される。 ここで図２を参照する。ピストン1が、ガスチャンバ17中の所定位置又はガス 体積まで移動すると、突出する中央部18が接触ピン18と接触し、次いで該接触ピ ン18が接触ピンバネ4を押圧し、これによりポペット3が流体チャンバをシールす る。即ち、シール支持部ネジ11を用いてポペット3に固定されたシール支持部10 により保持されたポペットシール9がバルブシート5のショルダ部19と接触するこ とにより、流体チャンバがシールされる。バルブシート5の下部には、該システ ムの流体圧をチェックし、及びポペットシール9が正しくシールされるか否かを チェックするために使用される、圧力テストポート7が配設されている。アキュ ムレータの完全な放出時には、液体チャンバ16中のポペットシール9とピストン1 との間の油圧が、ガスチャンバ17中の圧力と等しくなる。 図２及び図３は、本発明の代替的な実施例を示すものである。この場合には、 ベローがピストン1に置換されている。該ピストン1は、液体チャンバ16とガスチ ャンバ17との間で分離器として作用するものであり、該ピストン1は、アキュム レータハウジング12の内壁に接触し、「Ｏ」リング13によりシールされたもので ある。このように構成されたアキュムレータの原理及び動作は、ベロー8に交換 した点を除き、上記と同様である。図２は、ポペットシールを閉鎖位置で 示したものであり、この場合には、シール支持部10上のシール9がシールバルブ のショルダ19上に載り、これにより、液体チャンバ16中の圧力がガスチャンバ17 中の圧力と等しくなった場合に該液体チャンバ16への流体の流れが停止される。 図４は、液体チャンバ16中への流体の流れを可能にする開放位置でポペット3 を示す部分断面図であり、この場合、戻りバネ6は、ガスチャンバ17中のガスを 圧縮するようピストン1を押圧するように接触ピン2を押圧する圧縮バネ4に抗し て作用するものである。 また、同図には、開放位置におけるシートバルブ5のショルダ部19から離れて 位置するシール支持ネジ11により互いに保持されたポペット3のシール支持部10 及びシール9が示されている。 本発明の詳細な利点及び固有のポイント 本発明のポイントは、ピストンが完全ストローク位置に達する前に流体チャン バをシールするようなポペットバルブ構成を採用した点にある。この独特な構成 により、ピストンがそのサイクル動作中に全事前充填負荷を受けることが防止さ れる。 該バルブ機構の更なる利点は、バネ負荷式ポペットバルブ構成を用いて平衡位 置を確立し、システムの温度変化に伴う圧力変化による完全な圧力開放特徴を提 供する点にある。 この独特なポペットバルブシステムによりもたらされる上記特徴により、該シ ステムの疲労、消耗、及び亀裂の発生が低減され、これにより、当該アキュムレ ータの寿命が延びる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．アキュムレータであって、 a）中空のハウジングと、 b）該ハウジングの内側に配設されたベローであって、第１の端部及び第２の端 部を有するべロー本体を備えており、該第１の端部が前記ハウジングに固定され ており、該第２の端部が前記ハウジングの軸方向に移動可能になっている、ベロ ーと、 c）前記ベロー本体の前記第２の端部を閉鎖するためのピストンに対するベロー 取り付け部と、 d）前記ベローの内面により画定され、液体で満たされた、液体チャンバと、 e）前記ベロー本体及び前記ピストンの外面により画定され、圧縮ガスが充填さ れた、ガスチャンバと、 f）前記液体チャンバと連絡すると共に前記ベローの圧縮時又は伸張時に前記液 体チャンバ中の液体が通過することを可能にする液体流通ポートを有すると共に 、第１の一組のショルダ部を前端に有する、管状シートと、 g）接触ピンの反対側の軸方向位置に外側後端部を有する矢状形状のポペットを 有するシャフトを備えた自己シール機構であって、前記接触ピンが前記ピストン の後方の突出する中心部に直接対向しており、前記外側後端部が第２の一組のシ ョルダ部を有しており、前記ガスチャンバ中のガスにより前記ピストンが前記接 触ピンと接触させられて該接触ピンが圧縮された際に前記第２の一組のショルダ 部が前記管状シートの前端の前記第１の一組のショルダ部と接触する、自己シー ル機構とを備えており、 h）前記矢状形状の前記ポペットの前記シャフトの前記接触ピンが圧縮可能な内 側バネに接続されており、前記ピストンが前記接触ピンと接触した際に、前記接 触ピンの反対側の軸方向位置で前記ポペットの前記外側後端部に取り付けられた 外側バネが圧縮されて前記ポペットの前記外側後端部が前記管状シートに対して 押圧され着座させられて、前記ポペットの前記後端部におけるシール支持部及び シールが前記液体チャンバ中への液体の流れを停止させ、 i）前記ガスチャンバ中の圧縮ガスの圧力変化によって前記ベローがその軸方 向に所定量だけ変形された際に前記自己シール機構が前記液体流通ポートを閉鎖 し、前記ポペットの前記接触ピンと接触するようになる前記ピストンの動作によ り前記自己シール機構が閉鎖された際に前記液体チャンバ中の液体の一部が前記 ベロー内の領域に拘束され、 j）前記シール支持部と前記シールとを有する前記シャフトの前記第２の一組 のショルダが、前記管状シートの前記第１の一組のショルダと接触して該ショル ダ上に載置され、この際にシールされた前記液体チャンバ中への液体の流れが防 止され、 k）前記自己シール機構が、前記内側バネを軸方向の反対側に圧縮することに なる外側バネを備えており、該外側バネによる前記内側バネの圧縮により前記液 体の油圧が前記シールを開放させることが可能になり、また前記ベローが伸張し て前記ガスチャンバ中のガスを圧縮するよう前記ピストンを前方ヘ押圧すること が可能になることを特徴とする、アキュムレータ。 ２．アキュムレータであって、 a）中空のハウジングと、 b）該ハウジングの内側に配設されたピストンであって、該ハウジングの内壁 に接触し及びＯリングによりシールされている、ピストンとを備えており、 c）前記ピストンがガスチャンバを液体チャンバから分離させ、 d）前記液体チャンバが、前記ハウジングの内壁と前記ピストンの後方側とに よって画定され、 e）前記ガスチャンバが、前記ハウジングの内壁と前記ピストンの前方側とに よって画定され、及び圧縮ガスが充填されており、 f）前記ピストンが、前記液体チャンバ中において該ピストンの後壁に突出す る中央部分を有しており、 g）前記液体チャンバと連絡すると共に該液体チャンバ中の液体が通過するこ とを可能にする液体流通ポートを有すると共に、第１の一組のショルダ部を前端 に有する、管状シートを備えており、 h）接触ピンの反対側の軸方向位置に外側後端部を有する矢状形状のポペット を有するシャフトを備えた自己シール機構であって、前記接触ピンが前記ピスト ンの後方の突出する中心部に直接対向しており、前記外側後端部が第２の一組の ショルダ部を有しており、前記ガスチャンバ中のガスにより前記ピストンが前記 接触ピンと接触させられて該接触ピンが圧縮された際に前記第２の一組のショル ダ部が前記管状シートの前端の前記第１の一組のショルダ部と接触する、自己シ ール機構を備えており、 i）前記矢状形状の前記ポペットの前記シャフトの前記接触ピンが圧縮可能な内 側バネに接続されており、前記ピストンが前記接触ピンと接触した際に、前記接 触ピンの反対側の軸方向位置で前記ポペットの前記外側後端部に取り付けられた 外側バネが圧縮されて前記ポペットの前記外側後端部が前記管状シートに対して 押圧され着座させられて、前記ポペットの前記後端部におけるシール支持部及び シールが前記液体チャンバ中への液体の流れを停止させ、 j）前記ガスチャンバ中の圧縮ガスの圧力変化によって前記ピストンがその軸方 向に所定量だけ変形された際に前記自己シール機構が前記液体流通ポートを閉鎖 し、前記ポペットの前記接触ピンと接触するようになる前記ピストンの動作によ り前記自己シール機構が閉鎖された際に前記液体チャンバ中の液体の一部が該ア キュムレータ内の領域に拘束され、 k）前記シール支持部と前記シールとを有する前記シャフトの前記第２の一組の ショルダが、前記管状シートの前記第１の一組のショルダと接触して該ショルダ 上に載置され、この際にシールされた前記液体チャンバ中への液体の流れが防止 され、 l）前記自己シール機構が、前記内側バネを軸方向の反対側に圧縮することにな る外側バネを備えており、該外側バネによる前記内側バネの圧縮により前記液体 の油圧が前記シールを開放させることが可能になり、及び前記液体チャンバを加 圧してして前記ガスチャンバ中のガスを圧縮するよう前記ピストンを前方へ押圧 することが可能になることを特徴とする、アキュムレータ。