JP2009503653A

JP2009503653A - 二段階気体調整組立体

Info

Publication number: JP2009503653A
Application number: JP2008522936A
Authority: JP
Inventors: ウィルソン，ヘンリー，マーチン，ジュニア; ジェルソン，デイヴィッド
Original assignee: ファッツ・インコーポレイティッド
Priority date: 2005-07-19
Filing date: 2006-07-19
Publication date: 2009-01-29
Also published as: CN101283210A; IL188840A0; EP1907738A2; RU2008105776A; US20070017524A1; AU2006269893A1; CA2615796A1; NO20080381L; WO2007012018A3; WO2007012018A2

Abstract

気体貯蔵器から気体作動装置への気体の圧力を制御する気体調整組立体が、一対の気体調整器を包囲している主筐体を含んでいる。これらの気体調整器は、高圧気体を受け入れるための入口と制御済圧力気体を解放するための出口との間で主筐体内に直列に並べられている。入力及び出力を定める封止可能弁を各々の気体調整器が含んでおり、シリンダ及び棒を有するピストンを各々の弁が含んでいる。上記ピストンシリンダを対応する上記入口から離隔させるためにばねが上記ピストンに隣接しており、上記ばねによって上記ピストンシリンダに印加される力を調節するために詰め物が上記ばねに近接している。夫々の気体調整器の夫々の出口において所定圧力が達成されるまで気体が対応する気体調整器を縦走することを各々の弁が可能にし、その達成時点でその所定圧力が対応する弁を閉じる。

Description

小型の気体作動装置は定圧の加圧気体の供給を必要とするので、多くの装置がその装置に取り付けられている調整器に接続されている小さなタンクを使用している。携帯性のために、夫々の部分の寸法が重要な考慮事項になっている。現行の調整器は、流れの方向に対してある角度をなしている空気通路のために、比較的大きくて且つ機械加工の困難な筐体を必要としている。

本明細書中で説明されている発明は、気体貯蔵器から気体作動装置への気体の圧力を制御するための気体調整組立体を提供し、一対の気体調整器用の主筐体を含んでいる。これらの気体調整器は、高圧気体を受け入れるための気体入口と所定圧力の調整済気体を解放するための気体出口との間の主筐体内に直列に並べられている。入力及び出力を定める封止可能弁を各々の気体調整器が含んでおり、シリンダ及び棒を有するピストンを各々の弁が含んでいる。上記ピストンシリンダを対応する上記入口から離隔させるためにばねが上記ピストンに隣接しており、上記ばねによって上記ピストンシリンダに印加される力を調節するために詰め物が上記ばねに近接している。夫々の気体調整器の夫々の出口において所定圧力が達成されるまで気体が対応する気体調整器を縦走することを各々の弁が可能にし、その達成時点でその所定圧力が対応する弁を閉じる。

この気体調整組立体は、複雑な機械加工も筐体内における気体流のための望ましくない通路も不要である簡単な筐体を備える小型で且つ安定な組立体を提供する。この気体調整組立体の実施形態は二段階設計を提供するので、例えば貯蔵器内の気体が消費されて供給圧力が変化しても、気体作動装置内での使用のために出力圧力は実質的に一定のままである。

本発明の特徴を具現する二段階気体調整器が添付図面中に描かれており、これらの図面はこの開示の一部になっている。

図１、２及び６に気をつけると、気体貯蔵器１０２と気体作動装置１００との間で使用される二段階気体または流体調整器組立体１０の一実施形態が図解されている。この気体調整器組立体１０は、基体１９またはその他の支持部材を含んでいる、カートリッジまたはその他の筐体の様な、主筐体１５内に直列に配置されている二つの不平衡調整器１２、１４（夫々段階一及び段階二）を含んでいる。二つの調整器１２、１４は、気体貯蔵器１０２から供給される高圧気体ＨＰからの気体圧力を制御する。気体調整器組立体１０には高圧気体ＨＰが段階一つまり基部調整器１２へ入る入口１６があり、段階二つまり末端調整器１４内への入力において適度なつまり中間の気体圧力が存在する様に準備するために段階一調整器１２が気体を調整する。段階二調整器１４は制御済圧力ＣＰの所望出力７０へ気体圧力を更に調整する。

図３及び４を参照すると、段階一調整器１２が図解されている。第一のピストン２０を包囲している調整器筐体１８をこの段階一調整器１２が含んでいる。ピストン２０は、調整器筐体１８内に摺動可能に置かれており、ピストン棒または軸２４の上方に接続されていて凹部付き中央表面を備えるピストンシリンダまたはブロック２２を含んでいる。ピストンシリンダ２２と調整器筐体１８との間にシリンダＯリング２６が置かれている。更に、第一の座台２７に接続されている基体部材１８ｂを調整器筐体１８が含んでいる。高圧気体ＨＰと連通している一つ以上の第一段階入口１６を提供するために、第一の座台２７は分離されている。ピストンシリンダ２２と基体部材１８ｂとの間に第一のばね２８が置かれており、本明細書中で議論されている様に、この第一のばね２８と基体部材１８ｂとの間に詰め物３０または一連の詰め物が更に置かれている。第一のばね２８を含んでいる空洞は第一の通気孔２９を介して大気に通じており、この第一の通気孔は主筐体１５及び調整器筐体１８を貫通して延びていてよい。従って、第一のばね２８の周囲で、調整済圧力と大気圧との間の一定の関係が維持される。基体部材１８ｂとピストンシリンダ２２との間に、バックアップリング３２、押さえ座金３４、及び環Ｏリング３６が置かれている。最後に、中空流路３８が、ピストン２０を縦走して、段階一入口１６を段階一出口４０と接続している。

図３及び５を参照すると、段階二調整器１２が図解されており、第一のピストン５０を包囲している調整器筐体４８をこの段階二調整器が含んでいる。第二のピストン５０は、調整器筐体４８内に摺動可能に置かれており、ピストン軸５４の上方に接続されていて凹部付き中央表面を備えるピストンシリンダ５２を含んでいる。ピストンシリンダ５２と調整器筐体４８との間にシリンダＯリング５６が置かれている。更に、第二の座台５７に接続されている基体部材４８ｂを調整器筐体４８が含んでいる。段階一出口４０に対応しており且つ中間気体圧力と連通している一つ以上の第二段階入口４６を提供するために、第二の座台５７は分離されている。ピストンシリンダ５２と基体部材４８ｂとの間に第二のばね５８が置かれており、本明細書中で議論されている様に、この第二のばね５８と基体部材５８ｂとの間に詰め物６０または一連の詰め物６０が更に置かれている。第二のばね５８を含んでいる空洞は第一の通気孔５９を介して大気に通じており、この第一の通気孔は主筐体１５及び調整器筐体４８を貫通して延びていてよい。従って、第二のばね５８の周囲で、調整済圧力と大気圧との間の一定の関係が維持される。基体部材４８ｂとピストンシリンダ５２との間に、バックアップリング６２、押さえ座金６４、及び環Ｏリング６６が置かれている。最後に、中空流路６８が、ピストン５０を縦走して、段階二入口５６を段階二出口７０と接続している。

図１〜５に気をつけると、ばね２８、５８を含んでいる空洞は通気孔２９、５９を介して大気に通じている。通気孔２９、５９は主筐体１５及び夫々の調整器筐体１８、４８を貫通して延びていてよい。従って、各々の調整器１２、１４内で、調整済圧力と大気圧との間の一定の関係が維持される。

上述の様に、ピストン２０、５０とそれらの夫々の調整器筐体１８、４８との間に複数の封止が存在している。ピストンシリンダ５２に近接している各々のピストン２０、３０の調整済側に対する封止は標準ピストン型Ｏリング２６、５６であり、このＯリングは実際にピストン２０、３０の一部になっている。更に、夫々のピストン２０、３０のピストン棒２４、５４が高圧封止を提供しており、Ｏリング２６、５６が不均衡力に領域を与えない様に、環Ｏリング３６、６６がピストン棒２４、５４の周囲に延びている。

図２を参照すると、気体調整組立体１０が初めて気体貯蔵器１０２に接続されるときか、または気体貯蔵器１０２が高圧気体ＨＰで満たされているときに、両段階調整器１２、１４のピストン２０、５０が夫々のばね２８、５８の力によってそれらの対応する座台２７、５７から変位される。高圧気体ＨＰは、第一段階調整器１２を通って気体調整組立体１０へ入る。つまり、ばね２８は、ピストン２０を第一の座台２４から持ち上げようとして、それによって気体が第一の通路３８を通って第二段階調整器１４内へ流入することを可能にする。気体が出口４０で第一段階１２を出ると、この気体は第二段階１４の入口４６内へ流入する。第二のばね５８は、第二のピストン５０を第二の座台５７から持ち上げようとして、それによって気体が第二の通路６８を通り第二のピストン３０を縦走して第二段階調整器１４内へ流入し気体作動装置１００による使用のために出口７０で出ることを可能にする。

気体作動装置１００によって使用されるために第二段階１４の出口７０における圧力が増加するに連れて、この出口７０における圧力に比例する力Ｆ２が第二のピストン５０上で発達する。この力Ｆ２は第二のばね５８の力に逆らい、この力Ｆ２が十分に大きければ、第二のピストン３０が第二の座台５７に押し付けられ、従って、気体が第二の通路６８を流れて第二のピストン５０を縦走することを妨げる。その結果、第二段階１４から供給される気体が、使用者の所望通りの制御済圧力ＣＰに維持される。

段階二調整器１４の作動と同様に、段階一調整器１２の出口４０における圧力が増加するに連れて、この出口４０における中間圧力に比例する力Ｆ１がピストン２０上で発達する。この力Ｆ１はばね２８の力に逆らい、この力Ｆ１が十分に大きければ、ピストン２０、詳細には、ピストン棒２４が第一の座台２７に押し付けられる。一旦、ピストン棒２４が第一の座台２７に接触すると、ピストン２０を縦走している第一の通路３８が閉塞されて、気体が第一の通路３８をそれ以上に流れることを妨げる。従って、気体貯蔵器１０２からの可変高圧気体ＨＰは、対応する気体作動装置１００によって使用可能な一定圧力ＣＰに管理される。

上記の様に、気体貯蔵器１０２からの高圧気体ＨＰは最初は高い圧力で入口１６を占める。しかし、一旦、高圧気体ＨＰが気体調整組立体１０へ解放されてしまうと、この高圧気体ＨＰの圧力は減少する。更に、気体作動装置１００が作動されるに連れてこの圧力は減少し続けるので、高圧気体ＨＰの圧力が、結局は大気圧に等しくなり、その結果、貯蔵器１０２が再充填されるかまたは新しい貯蔵器１０２が気体調整組立体１０に接続されるまで、気体作動装置１００の作動に必要な要件を提供しない。それにも拘らず、高圧気体ＨＰの圧力が変動しても、気体作動装置１００の適切な操作に必要な圧力を有する制御済気体ＣＰを気体調整組立体１０が供給し続ける。

気体の軸流は、ピストン２０、５０を縦走している流路３８、６８を貫通して生じる。高圧ＨＰは最初はピストン棒２４の外表面において気体調整器組立体１０を占める。各々の調整器１２、１４の座台２７、５７はゴム表面を含んでいてよい。段階一調整器１２に関しては、ピストン棒２４が座台２７に接触する時にピストン棒２４の末端縁が実質的に流路３８を封止する。

気体調整器組立体１０における不均衡の大部分は、夫々の気体調整器１２、１４を閉じようとする調整済圧力に曝されているピストン２０、３０の領域と、夫々の気体調整器１２、１４を開こうとする高い圧力に曝されている領域との、比率の関数である。この比率が大きければ大きいほど、調整器が示す不均衡は小さい。この問題を解決するために従来の気体調整器は大きなピストンまたは仕切板を使用しているが、カートリッジの様な小さな空間または小さな筐体に適合することが設計である場合にはそれは禁制である。この気体調整器組立体１０の一つの目的はこの組立体１０によって占領される寸法を最小にすることであるので、大きなピストンは適していなかった。従って、各々の段階の調整器１２、１４は高い圧力に曝される領域を最小にしている。ピストン棒２４、５４が座台２７、５７と係合していれば、ピストン棒２４、５４の側面で高い圧力が実質的に維持され、ピストン棒２４、５４の内側で調整済圧力が実質的に維持される。ピストン２０、５０の端におけるピストン棒２４、５４の壁の断面を横切って封止が行われる。夫々の座台２７、５７からピストン２０、３０を変位させようとする高圧気体ＨＰに曝されるピストン２０、３０の領域は、ピストン棒２０、３０の外側からの押さえ座金３４、６４及び環Ｏリング３６、６６からピストン棒２０、３０の最終封止が座台２７、５７上で生じる食付き部１７、４７までの領域である。ピストン棒２０、３０の壁を薄くすることによって、高圧気体ＨＰに曝されるこの領域は最小にされる。

段階一１２と段階二１４とは機能上は同じであって交換可能である。予圧における非常に小さな変化がばね力における著しい変化を引き起こすことができる様に、各々の段階１２、１４のばね２８、５８は高いばね定数（ｋ）で設計されている。つまり、ばね２８、５８と基体部材２８ｂ、４８ｂとの間の薄い詰め物３０、６０の追加が、夫々のピストン２０、５０に印加されるばね力を実質的に調整することができる。予圧とそれによって出力圧２８、３８とを増加させるために、夫々のばね２２、３２の下の詰め物３３、４３の追加によって出力圧が設定されている。第一及び第二の調整段階１２、１４のばね定数ｋは所望の出力圧に個別に設定されているが、各々のばね２８、５８のばね定数ｋは同じであってもよい。従って、ばね２８、５８及び詰め物３０、６０は、所望の出力圧よりも僅かに高い入力圧に対して出力圧を決定する。

例として、もし１５０ＰＳＩ（１，０３４ｋＰａ）が所望の出力圧であれば、調整器段階１２、１４は２００ＰＳＩ（１，３７９ｋＰａ）入力圧において１５０ＰＳＩ（１，０３４ｋＰａ）に設定される。この取り決めによって、貯蔵器１０２の圧力が３，０００ＰＳＩ（２０，６８５ｋＰａ）から２００ＰＳＩ（１，３７９ｋＰａ）へ低下するに連れて、第一段階１２からの出力は約２４０ＰＳＩ（１，６５４ｋＰａ）から１５０ＰＳＩ（１，０３４ｋＰａ）へ変動し、第二段階１４からの出力は約１５５ＰＳＩ（１，０６９ｋＰａ）から１５０ＰＳＩ（１，０３４ｋＰａ）へ変動する。従って、第一段階調整器１２と第二段階調整器１４とを直列に配置することによって、制御済圧力ＣＰが組立体１０から流入する組立体１０内へ流入する高い圧力ＨＰを使用者が調整することができる。

もっと具体的に言うと、所望の最終出口制御済圧力ＣＰよりも常に高い圧力へ段階一調整器１２によって高圧気体が調整される。不均衡のために、段階一調整器１２の出口４０は段階一調整器１２の入口１６における圧力に依存して変動する。例えば、入口圧力ＨＰが３，０００（２０，６８５ｋＰａ）から３００ＰＳＩ（２，０６９ｋＰａ）へ変動するに連れて、段階一１２からの出口圧力は３００（２，０６９ｋＰａ）から２００ＰＳＩ（１，３７９ｋＰａ）へおそらく変動する。出口４０におけるこの中間調整済圧力は次に実質的に等しい段階二調整器１４へ向けられ、この段階二調整器は第二出口７０における所望の制御済圧力ＣＰへ気体圧力を更に調節する。段階一１２からの出口圧力が３００（２，０６９ｋＰａ）から２００ＰＳＩ（１，３７９ｋＰａ）へ変動するに連れて、段階二１４からの出口圧力は１５５（１，０６９ｋＰａ）から１５３ＰＳＩ（１，０５５ｋＰａ）へおそらく変動する。従って、二つの不平衡調整器１２、１４を直列で使用することによって、入力圧ＨＰが変動しても気体調整組立体１０からの出力制御圧力ＣＰは事実上一定のままである。

この設計の重要な観点はその小さな寸法を含んでいる。直径が僅か０．５４５インチ（１．３８ｃｍ）で長さが１インチ（２．５４ｃｍ）を少し超える円形空洞の様な小さな空洞内に、気体調整組立体１０の全体を置くことができる。別の重要な観点は、総ての流れ及び封止が軸方向であり従って外部封止が不要である、という事実である。外部封止が不要であるので、空洞の製造が遥かにもっと簡単で従ってもっと安価になる。詳細に言うと、空洞にＯリング溝を機械加工する必要がなく、総ての公差及び仕上げ要件が遥かに緩くてよい。唯一の要件は、空洞の両端に封止があるということである。

本発明がその好ましい実施形態を参照して説明されたが、本明細書中に記載されており且つ添付の特許請求の範囲に記載されている様に、本発明の精神及び範囲内で変更及び修正を好んで用いることができることが理解されるべきである。

筐体内へ嵌め込まれている二段階気体調整器組立体の断面図である。図１の気体調整器の断面図であり、二段階気体調整器組立体を貫通する気体の流れを図解している。二段階気体調整器組立体の断面図である。二段階気体調整器組立体のうちの最初の一つの断面図である。二段階気体調整器組立体のうちの第二段階の断面図である。気体作動装置と気体貯蔵器との間で作動中の気体調整組立体のブロック図である。

Claims

気体貯蔵器から気体作動装置への気体の圧力を制御するための気体調整組立体であって、
支持体を有する主筐体と、
前記主筐体内で前記支持体上に置かれており、前記気体貯蔵器から高圧気体を受け入れる入口と、中間圧力の調整済気体を供給する出口とを有する、第一段階気体調整器と、
前記第一段階気体調整器の前記出口に近接している前記主筐体内に置かれており、前記中間調整済気体を受け入れる入口と、制御済圧力の調整済気体を前記気体作動装置へ分配する出口とを有する、第二段階気体調整器と
を具備する、気体調整組立体。
第一の基体部材を有しており、気体入口及び気体出口を定めている、第一の調整器筐体と、
この第一の調整器筐体内に移動可能に置かれている第一のピストンと、
この第一のピストンと前記第一の基体部材との間に置かれており、この第一の基体部材から離隔させる第一のばね力を前記ピストンに印加する、第一のばねと、
前記第一の調整器筐体の前記気体入口を前記第一の調整器筐体の前記気体出口と定期的に接続するために前記第一のピストンを縦走している第一の通路と
を前記第一段階調整器が具備する、請求項１に記載の気体調整組立体。
前記第一の通路が縦走しているピストンシリンダ及びピストン棒を前記第一のピストンが具備しており、
前記ピストンシリンダと前記第一の基体部材との間に前記第一のばねが置かれている、請求項２に記載の気体調整組立体。
前記ピストンシリンダと前記第一の調整器筐体との間に介在しているシリンダＯリングを更に具備する、請求項３に記載の気体調整組立体。
前記ピストン棒の周囲にあってこのピストン棒と前記第一の基体部材との間に置かれている環Ｏリングを更に具備する、請求項３に記載の気体調整組立体。
前記第一のばねと前記第一の基体部材との間に介在している少なくとも一つの詰め物を更に具備する、請求項２に記載の気体調整組立体。
前記第一のばねを大気圧と接続するために前記主筐体と前記第一の調整器筐体とを横断している第一の通気孔を更に具備する、請求項２に記載の気体調整組立体。
第二の基体部材を有しており、気体入口及び気体出口を定めている、第二の調整器筐体と、
この第二の調整器筐体内に移動可能に置かれている第二のピストンと、
この第二のピストンと前記第二の基体部材との間に置かれており、前記第一の基体部材から離隔させる第二のばね力を前記第二のピストンに印加する、第二のばねと、
前記第二の調整器筐体の前記気体入口を前記第二の調整器筐体の前記気体出口と定期的に接続するために前記第二のピストンを縦走している第二の通路と
を前記第二段階調整器が具備する、請求項２に記載の気体調整組立体。
前記第二の通路が縦走しているピストンシリンダ及びピストン棒を前記第二のピストンが具備しており、
前記ピストンシリンダと前記第二の基体部材との間に前記第二のばねが置かれている、請求項８に記載の気体調整組立体。
前記ピストンシリンダと前記第二の調整器筐体との間に介在しているシリンダＯリングを更に具備する、請求項９に記載の気体調整組立体。
前記ピストン棒の周囲にあってこのピストン棒と前記第二の基体部材との間に置かれている環Ｏリングを更に具備する、請求項９に記載の気体調整組立体。
前記第二のばねと前記第二の基体部材との間に介在している少なくとも一つの詰め物を更に具備する、請求項９に記載の気体調整組立体。
前記第二のばねを大気圧と接続するために前記主筐体と前記第二の調整器筐体とを横断している第二の通気孔を更に具備する、請求項９に記載の気体調整組立体。
気体貯蔵器から気体作動装置への気体の圧力を制御するための気体調整組立体であって、
支持体を有する主筐体と、
この主筐体内で前記支持体上に置かれている基部気体調整器であって、前記気体貯蔵器から高圧気体を受け入れる基部入口と、中間圧力の調整済気体を供給する基部出口と、前記基部入口と前記基部出口との間に置かれている基部弁であってこの基部弁を閉じるために前記基部出口において所定圧力が達成されるまで前記基部気体調整器を気体が縦走することを可能にする前記基部弁とを有する、前記基部気体調整器と、
前記主筐体内で前記基部気体調整器の前記基部出口に隣接して置かれている末端気体調整器であって、前記中間調整済気体を受け入れる末端入口と、制御済圧力の調整済気体を前記気体作動装置へ分配する末端出口と、前記末端入口と前記末端出口との間に置かれている末端弁であって前記基部弁を閉じるために前記末端出口において所定圧力が達成されるまで前記末端気体調整器を気体が縦走することを可能にする前記末端弁とを有する、前記末端気体調整器と
を具備する、気体調整組立体。
基部基体部材を有しており、前記基部気体入口及び前記基部気体出口を定めている、基部調整器筐体であって、この基部調整器筐体内に移動可能に置かれており基部ピストンシリンダ及び基部ピストン軸を有する基部ピストンを前記基部弁が具備している、前記基部調整器筐体と、
前記基部ピストンシリンダと前記基部基体部材との間に置かれており、この基部基体部材から離隔させる基部ばね力を前記基部ピストンシリンダに印加する、少なくとも一つの基部ばねと、
前記基部ピストンが前記基部基体部材から変位させられたときに前記基部気体入口を前記基部気体出口と定期的に接続するために前記基部ピストンを縦走している第一の流路と、
末端基体部材を有しており、前記末端気体入口及び前記末端気体出口を定めている、末端調整器筐体であって、この末端調整器筐体内に移動可能に置かれており末端ピストンシリンダ及び末端ピストン軸を有する末端ピストンを前記末端弁が具備している、前記末端調整器筐体と、
前記末端ピストンシリンダと前記末端基体部材との間に置かれており、この末端基体部材から離隔させる末端ばね力を前記末端ピストンシリンダに印加する、少なくとも一つの末端ばねと、
前記末端ピストンが前記末端基体部材から変位させられたときに前記末端気体入口を前記末端気体出口と定期的に接続するために前記末端ピストンを縦走している第二の流路と
を前記基部気体調整器が具備する、請求項１４に記載の気体調整組立体。
前記基部ピストンシリンダを前記基部調整器筐体内で封止するため手段と、
前記末端ピストンシリンダを前記末端調整器筐体内で封止するため手段と
を更に具備する、請求項１５に記載の気体調整組立体。
前記基部ピストン棒を前記基部基体部材で封止するため手段と、
前記末端ピストン棒を前記末端基体部材で封止するため手段と
を更に具備する、請求項１５に記載の気体調整組立体。
前記基部ばねと前記基部基体部材との間に介在している少なくとも一つの基部詰め物と、
前記末端ばねと前記末端基体部材との間に介在している少なくとも一つの末端詰め物と
を更に具備する、請求項１５に記載の気体調整組立体。
気体貯蔵器から気体作動装置への気体の圧力を制御するための気体調整組立体であって、
主筐体と、
高圧気体を受け入れるための入口と制御済圧力気体を解放するための出口との間の前記主筐体内に直列に置かれている一対の気体調整器であって、入力及び出力を定めている封止可能弁を各々の前記気体調整器が有しており、対応する前記気体調整器の夫々の前記出口において所定圧力が達成されるまで対応する前記気体調整器を気体が縦走することを各々の前記弁が可能にする、前記一対の気体調整器と
を具備する、気体調整組立体。
シリンダと棒と前記シリンダ及び前記棒を縦走している流路とを有するピストンを各々の前記弁が具備しており、
前記ピストンシリンダを対応する前記入口から離隔させるために前記ピストンに隣接しているばねと、前記ばねによって前記ピストンシリンダに印加される力を調節するために前記ばねに近接している詰め物とを更に具備する、請求項１９に記載の気体調整組立体。