JP2013540952A - 流体作動機器用の面シーリング環状バルブ - Google Patents

Abstract

流体作動機器用の面シーリング環状バルブ（１）であって、環状バルブ部材の第１のシート係合面（１４，１０１）が環状バルブシート（８）の第１のシーリング面にシール係合可能である一方、第２のシート係合面（１５，１０１）が第２のシーリング面（９）にシール係合不能なリラックス構成と、第１のシート係合面が第１のシーリング面とシール係合している間に、第２のシート係合面が第２のシーリング面とシール係合可能なように弾性的に変形可能な変更構成とを有する。環状バルブ部材は比較的高い耐性で形成されており、リラックス構成においてガイドによって緩く保持のみされている。

Description

本発明は油圧ポンプ、油圧モータ及び油圧ポンプ―モータのような流体作動機器に使用される面シーリング環状バルブの分野に関する。

ピストンシリンダや流体作動機器のその他の作動チャンバーへの油圧流体の流入出を規制するために、面シーリング環状バルブを使用することが知られている。この種の環状バルブでは、リング形状をした流路が、同様にリング形状をした環状バルブ部材によって選択的にシールされる。環状バルブは油圧液体が作動チャンバーに流入出する際に通過する断面領域を比較的大きく得られる点で有利である。

面シーリング環状バルブは、環状バルブの径を減少させて流体作動機器のサイズを小さくするために、比較的小さいことが望ましい。また、環状バルブは駆動ライフタイムのような適当な用途仕様作動基準を満足しながら、極力少ない部品で、極力大きな耐性を有するように形成されることが望ましい。

従来の環状バルブ部材では、効果的なシールを形成するための良好な内側及び外側のシーリングラインを形成することが難しいという問題がある。バルブシートや環状バルブ部材に求められる許容度はとても小さい。内側シーリングライン又は外側シーリングラインの一方が他方より前に形成されると、従来のバルブでは、他方のシーリングラインが完成せず、シーリングが乏しい。そのため、本発明では、信頼性のあるシールを形成する環状バルブを提供することを技術的な課題解決として取組む。

一般的に、内側及び外側シーリングラインが同時に形成される従来のバルブでは、環状バルブ部材及びバルブシート間にある内側及び外側シーリングラインは、一方のシーリングラインを他方より前に形成することを回避するために、環状バルブ部材の移動軸に垂直な面になければならない。しかしながら、例えば、バルブのサイズを減少又はバルブを通る流路の単純化ができるように、環状バルブ部材の移動軸に垂直な面にない内側及び外側シーリングラインを有することが望まれている。このように、本発明のある実施形態では特に、内側及び外側シーリングラインが環状バルブ部材の移動軸に垂直な面にない態様において、効果的なシールを形成するという課題を解決する。

本発明の一態様によれば、
バルブ本体と及び環状バルブシートを有する流体作動機器用の面シーリング環状バルブであって、
前記バルブシートは、
第１の周縁部を有する第１の環状シーリング面、前記第１の周縁部と異なる第２の周縁部を有する第２の環状シーリング面、並びに、前記第１のシーリング面及び前記第２のシーリング面間に前記バルブの前記本体を通過する流路を設ける少なく一つのアパーチャと、
少なくとも一部が弾性変形可能であり、前記第１の環状シーリング面に整合するように構成された第１の環状シート係合面及び第２の環状シート係合面を有する環状バルブ部材と
を備え、
前記環状バルブ部材は、前記第１のシート係合面が前記第１のシーリング面にシール係合するように設計され、且つ、前記第１のシーリング面及び前記第１のシート係合面がシール係合状態にあるときに、前記第２のシート係合面が前記第１のシート係合面に対して前記第２のシーリング面及び前記第２のシート係合面がシール係合しないように前記第２のシート係合面が前記第１のシート係合面に対して配置されており、
前記第１のシーリング面及び前記第１のシート係合面がシーリング状態にある間、前記第２のシーリング面及び前記第２のシート係合面がシーリング状態にあることによって、前記流路を通る流体の流れを制限するように、環状バルブ部材の少なくとも一部が弾性変形可能に構成されていることを特徴とする。

このように環状バルブ部材はその少なくとも一部が弾性変形可能であり、環状バルブシートにシール係合するように構成されることによって、弾性変形によって環状バルブを閉じる一方、環状バルブシートにシール係合するために、第１及び第２のシーリング面の相対的な位置を互いに正確に決定するように、製造耐性を強化するように製造する必要がない。環状バルブ部材は弾性的であり、それにより、外力が印加されないときにリラックス構成に戻る。

本発明の第２の態様に係る環状バルブ用の環状バルブ部材は、第１の環状シート係合面及び第２のシート係合面を有し、リラックス構成と第１及び第２のシート係合面の相対的な位置がリラックス構成と異なる変形構成との間において、環状バルブ部材の少なくとも一部が弾性変形可能である。このように、第１の態様に係る環状バルブを使用する際には、環状バルブ部材は第１のシート係合面が第１のシーリング面とシール係合すると共に、第１のシーリング面及び第１のシート係合面がシール係合したときに、第２のシート係合面が第１のシート係合面に対して第２のシーリング面及び第２のシート係合面がシール係合しないように配置されたリラックス構成を有する。そして、環状バルブ部材の少なくとも一部は、第１のシーリング面及び第１のシート係合面がシール係合する際に、流路を通る液体の流れを制限することによって、第２のシーリング面及び第２のシート係合面がシーリング状態にある変形構成に弾性変形する。

シーリング面又はシート係合面（又は、環状バルブのその他の特徴）の周縁部は、場合によっては、環状バルブ又は環状バルブ部材の中心軸の周りに延在する前記面又は特徴の長さを意味する。このように周縁部は、内側表面の内径縁部であってもよいし、外側表面の外径縁であってもよい。周縁部は表面の特徴であってもよく、それぞれの軸に対して任意の傾きを有していてもよい。

好ましくは、環状バルブは前記アパーチャから本体に径方向に通じる少なくとも一つの溝部を備えるとよい。ある態様では、環状バルブは複数のアパーチャの各々から本体に通じる溝部を複数備えており、前記溝部は前記シーリング面を含む平面に対して直交するように伸びている。ある態様では、前記溝部は前記シーリング面に対して平行な面に対して所定角度で伸びている。前記溝部は、環状バルブシートが配置されている中心軸に向って延びていてもよい。ある態様では、前記溝部は中心軸に対して９０度以外の角度で伸びている。

本発明の環状バルブ、バルブ部材、或いはその他の特徴は、一般的に環状の構成を有している。また環状であってもよいし、環状でなくてもよいが、一般的には環状配置される（例えば複数のアパーチャが軸の周りに配列される）。

環状バルブ部材はシール係合するために、環状バルブシートの周りに位置してもよいし、環状バルブシートの内側又は対向して位置していてもよい。

ある態様では、第１のシート係合面は環状バルブ部材の軸移動によって第１のシーリング面とシール係合すると共に、環状バルブ部材の少なくとも一部がリラックス構成から変形構成に弾性変形することによって、第２のシート係合面は第２のシーリング面にシール係合可能である。

ある態様では、前記第１及び第２のシーリング面は軸方向に離れて配置されている。好ましくは、第１及び第２のシーリング面は、双方が環状バルブ部材の移動軸に対して垂直面にないとよい。好ましくは、第１及び第２のシーリング面は、双方が環状バルブシートが配置された中心軸に対して垂直面にないとよい。

ある態様では、変形構成において第２のシート係合面はリラックス構成に比べて第２のシート係合面の周縁部を減少又は増加させるように弾性的に変形される。従って、第２のシート係合面は弾性的に変形可能であってもよい。環状バルブ部材は典型的に、弾性材料（例えばPEEK（ポリエーテルエーテルケトン）プラスチック材料のような弾性プラスチック材料）又は鉄からなり、変形構成において、弾性変形は環状バルブ部材の全体として表れる。典型的には変形構成における弾性変形度は環状バルブ部材の異なる領域と異なっている。例えば、第２のシート係合面における弾性変形は、環状バルブ部材の他の領域の弾性変形に比べて大きくてもよい。弾性変形の最大度合いは第２のシート係合面であってもよい。ある態様では、環状バルブ部材は少なくとも一つの剛性部と少なくとも一つの弾性部を備えてなる。

ある態様では、第１及び第２のシート係合面は弾性的に変形可能である。一方又は両方のシート係合面が弾性変形可能である態様では、シート係合面はそれぞれのシーリング面とシール係合するために弾性変形するよう構成されることにより、耐性を強化して製造されなくともよいので、環状バルブ部材は硬化材料を備える必要はない。

一方又は両方のシート係合面が弾性変形可能である態様では、バルブ部材及びバルブシート間におけるシールの有効性もまた、バルブ係合面は表面欠陥に従って操作され、又は、シーリング面及びシート係合面間に補足された破片の周りで変形してバルブシートとシール係合するので、従来のバルブ部材に比べて、バルブ部材及びバルブシートの表面の劣化（degradation）に依存しにくい。

第２のシート係合面が弾性変形可能であると共に変形構成における第２のシート係合面の周縁部がリラックス構成における第２のシート係合面の周縁部と異なる態様では、リラックス構成及び変形構成間における弾性変形は、径方向成分を有する。すなわち、第２のシート係合面（典型的には環状バルブ部材に延在する領域）は（中心軸、そして第１のシート係合面の軸に対して）径方向成分を有した変形を行ってもよい。

ある態様ではリラックス構成及び変形構成間における弾性変形は軸方向成分を有してもよい。すなわち、バルブ部材は弾性変形を行って、第１及び第２のシート係合面間の軸方向距離（使用時における第２のシート係合面のバルブ本体に対する軸移動）を変化させてもよい。

従って、ある態様では、バルブ部材が使用時にリラックス構成から変形構成に移動したときに、第２のシート係合面は第１のシート係合面の周りに旋回する。

ある態様では、バルブ部材が変形構成にあるとき、第１及び第２のシート係合面間の軸方向距離は増加する。

第１及び第２のシーリング面が軸方向に離れて配置されている態様では、バルブ部材が変形構成にあるとき、第１及び第２のシート係合面間の軸方向距離は減少してもよい。

第１のシーリング面の周縁部は第２のシーリング面の周縁部に比べて大きくてもよいし、小さくてもよい。

第１の周縁部が第２の周縁部に比べて大きい態様では、環状バルブ部材は一般的に環状バルブの周りに配置可能であり、第１及び第２のシート係合面間の軸方向距離はバルブ部材が変形構成にあるとき減少する。第１の周縁部が第２の周縁部に比べて小さく、環状バルブ部材が環状バルブシートの周りに配置可能である態様では、第１及び第２のシート係合面間の軸方向距離はバルブ部材が変形構成にあるとき増加する。

典型的には、環状バルブ部材は一以上の円筒状に配列された一以上のガイドを備えたガイド手段によって保持され、当該一以上のガイドは軸移動を許容すると共に、環状バルブ部材の径方向移動を制限する。ガイド手段は環状バルブシートに対する固定位置関係にあり、環状バルブシートに（直接的又は間接的に）固定されていてもよいし、ガイド手段及び環状バルブシートはそれぞれ単一構造であってもよい（すなわち、単体材料から形成されていてもよい）。ガイド手段は円筒状のガイドからなっていてもよい。

環状バルブ部材はガイド手段の周りに保持されていてもよいし、ガイド手段の内側に保持されていてもよい。

環状バルブ部材はガイド手段に緩く保持されていてもよい。

緩く保持することによって、ガイド手段の周縁部及び環状バルブの表面に対応する表面（又は環状バルブ部材の対応する径）の周りに延在する周縁部は通常の製造耐性に比べてかなり異なってくる。例えば、環状バルブ部材はガイド手段の周りに（円筒状のガイドのように）保持されてもよく、ガイド係合面（又は表面）に設けられてもよく、（ガイド手段がリラックス構成にあるとき）その内側周縁部がガイド手段の周りの周縁部に比べてわずかに大きい。典型的には（リラックス構成において）ガイド手段の周縁又は径、及び、環状バルブ部材の対応する寸法は少なくとも０．１％、ある態様では少なくとも０．５％、またある態様では少なくとも２％だけ異なる。

このように使用時において、環状バルブ部材は横方向の（すなわち、環状バルブを通る中心軸から離れる）移動が少量許容される。弾性変形可能なバルブ部材は、特に弾性変形可能な第２のシート係合面を有する態様では、環状バルブ部シートとシール係合するために、位置の中心軸に対する位置の範囲の任意の一つから変形できる点で有利であり、その位置の範囲は緩くガイド手段の周りに整合されることにより許容されている。従来の変形不能なバルブ部材のそれぞれの環状バルブシートとのシール係合は、特に一般的にフラスト円錐状（frustconical）のバルブシートを有する（すなわち、第１及び第２のシーリング面が軸方向に離れて配置されている）バルブ用のバルブ部材は、本発明の環状バルブ部材に比べてバルブ部材及びバルブシートの軸方向の非整合性への耐性が極めて小さい。このように、バルブは、従来の環状バルブに比べて、環状バルブ部材及びガイド手段間に破片が補足されることによって、開閉時に詰まりが生じないように形成されるとよい。

更に、従来の環状バルブ部材はガイド手段と密に係合するように設計されているので、そのようなバルブ部材はガイド手段やバルブシートに対する（すなわち、バルブを通る軸に対する）傾きへの耐性が無く、典型的にはバルブ部材の配列を維持するために「カラー（延在されたガイド手段）」が延在されて設けられている。そのため、そのような環状バルブ部材は付随して高い質量、イナーシャ及びドラグと共に、比較的高いＬ／Ｄ比（典型的には０．５−０．７の範囲）を有していなければならない。Ｌ／Ｄ比は対称軸に沿ったバルブ部材の長さとガイド係合形状（例えば、環状バルブがスライド可能に搭載されている円筒状ガイドを有するバルブの環状バルブ部材の内径）の径との比である。

本発明の環状バルブ部材もまた、従来の面シーリング環状バルブの環状バルブ部材に比べて、ガイド手段と係合する面に向いあう前に、環状バルブを通る中心軸に対して、大きく傾いたり、又はねじれることができる。そのため、環状バルブ部材は傾くことによって詰まりが生じることへの耐性を有しつつ、極めて小さいＬ／Ｄ比（０．５以下であり、態様によっては０．１以下）を有するように構成することができる。その結果、環状バルブ部材は従来の環状バルブのものに比べて軽量であり、そのためより迅速に操作することができる。

ある態様では、第１及び第２のシーリング面が第１及び第２のシート係合面とシール係合しているときに、環状バルブ部材は環状バルブ部材の少なくとも一部の周縁部の変化に基づいて、円筒状のガイドにシール係合する。

ある態様では、第２のシート係合面（典型的にはそこから延在しているバルブ部材の領域）は円筒状のガイドにシール係合するために弾性変形可能である。このように、第２のシーリング面は円筒状のガイドの一部であってもよい。このように、第２のシート係合面はガイド係合面、又はその一部として機能してもよい。

（第２のシーリング面を有する）円筒状のガイド及び第２のシート係合面のシール係合は更に、バルブ部材及び第１のシーリング面間のシールの有効性や、このように変形するように構成されたバルブ部材の条件を、第１のシーリング面及び第１のシート係合面が初期にシール係合しているときのバルブ部材及びバルブシートの相対的位置に関わらず、バルブ部材がバルブシートに対して最終的に閉まる位置に移動及び変形可能なように改善する。

典型的には、環状バルブ部材はガイド係合面を備える。ある態様では、ガイド係合面は弾性変形によって環状バルブ部材の少なくとも一部（例えば、ガイド係合面及び／又はある態様では、第１又は第２のシート係合面及び典型的には、そこから延在するバルブ部材の領域）の周縁部を変化させることによって、円筒状ガイドとシール係合させてもよい。

ガイド係合面の少なくとも一部はこのようにテーパ状の周縁部が設けられており、該周縁部はシート係合面から軸方向距離に従ってテーパ形状になっている。このように、ガイド係合面及びガイド手段間の平均距離はガイド係合面から軸方向距離に従って増加する。

環状バルブ部材がガイド手段の周りに保持される態様では、ガイド係合面の少なくとも一部はバルブ部材の内側周縁部（前記シート係合面又はガイド係合面の一部であってもよい）の最小値から軸方向距離に従って増加する周縁部を有する。同様に、環状バルブ手段がガイド手段内に保持されている態様では、ガイド係合面の少なくとも一部が外側周縁部の最大値から軸方向距離に従って減少する周縁部を有する。

ガイド係合面の一部（又は全部）はフラスト円錐状（frustoconical）であってもよい。

好ましくは、第１のシート係合面及びガイド係合面の各々は、（径方向断面において）環状バルブ部材の周りに延在する凸面に滑らかに伸びている。このように、環状バルブ部材の径方向断面における表面は、ガイド係合面及び第１のシート係合面から凸面に向って伸びている。凸面は放射形状面であってもよい。ある態様では、ガイド係合面の一部又は全は径方向断面において凸形状であり、放射形状であってもよいし、放射形状面から延在していてもよい。

ある態様では、環状バルブ部材は流体圧の偏差、すなわち第１のシーリング面及び第１のシート係合面がシール係合にあるとき環状バルブにおいて生じる流体圧の偏差に応じて、リラックス構成と変形構成との間で弾性変形可能である。そして、環状バルブ部材における流体圧の偏差による力によって環状バルブ部材の弾性変形が引き起こされる。

環状バルブ部材は弾性本体と剛性コーティングを備えてなってもよく、弾性本体は剛性コーティングが変化しない一方で、環状バルブ部材がリラックス構成と変形構成との間で変形可能なように弾性変形可能であるとよい。

環状バルブ部材は剛性本体と弾性材料からなるシーリング部材を備えていてもよく、環状バルブ部材の大部分は弾性的に変形しない一方で、シーリング部材は圧力のもとで十分に変形することにより、内側及び外側シールを形成する。

環状バルブ部材は断面において湾曲して弾性変形できるように十分薄い板バネ（例えば鉄板バネ）として形成されていてもよい。

第１及び第２のシーリング面は、例えば環状頂部のような突起部として形成されていてもよい。突起部は軸方向に延在していてもよい。第１のシーリング面は更に、環状バルブ部材は第１のシーリング面に接触する一方で、リラックス構成において第２のシーリング面に接触しないように、第２のシーリング面に比べて軸方向に突出していてもよい。環状バルブ部材は環状バルブ部材の軸に対する垂直面に面する平坦な環状バルブシートを有してもよい。

環状バルブ部材は弾性付勢手段によって環状バルブシートに対して弾性的に付勢されていてもよい。他の態様では、環状バルブ部材は弾性付勢部材によって環状バルブシートから離れるように弾性的に付勢されていてもよい。すなわち、環状バルブは、弾性付勢手段によって開くように付勢されていてもよく、或いは、弾性付勢手段によって閉じるように付勢されていてもよい。

環状バルブ部材は弾性付勢手段の動作の下でリラックス構成と変形構成との間を弾性的に変形可能であってもよい。

本発明の第３の態様よれば、
バルブ本体と及び環状バルブシートを有する流体作動機器用の面シーリング環状バルブの操作方法であって、
前記バルブシートは、
第１の周縁部を有する第１の環状シーリング面、前記第１の周縁部と異なると共に前記第１のシーリング面と同軸である第２の周縁部を有する第２の環状シーリング面、並びに、前記第１のシーリング面及び前記第２のシーリング面間に前記バルブの前記本体を通過する流路を設ける少なく一つのアパーチャと、
前記第１の環状シーリング面に整合するように構成された第１の環状シート係合面及び第２の環状シート係合面を有する弾性変形可能な環状バルブ部材と
を備え、
前記第１のシート係合面を前記第１のシーリング面にシール係合させ、前記環状バルブ部材を弾性変形して前記第２のシート係合面を前記第２のシーリング面にシール係合させることにより、前記流路を通る流体の流れを制限することを特徴とする。

本方法は、第２のシート画係合面の周縁部を変化させることで環状バルブ部材を弾性的に変形し、第２のシート係合面を第２のシーリング面とシール係合させてもよい。

本方法は、第１及び第２のシート係合面間の軸方向距離を変化させることで環状バルブ部材を弾性的に変形し、第２のシート係合面を第２のシーリング面にシール係合させてもよい。

ある態様では、本方法は第２のシート係合面を第１のシート係合面の周りで旋回させて、第２のシート係合面を第２のシーリング面とシール係合させる。

環状バルブ部材は円筒状のガイドの周りに緩く保持されていてもよく、本方法は環状バルブ部材の少なくとも一部の周縁部を変形させることで環状バルブ部材を弾性的に変形させて、環状バルブ部材を円筒状ガイドとシール係合させてもよい。円筒状ガイドは第２のシート係合面を備えてもよい。

ある態様では、本方法は、環状バルブ部材を弾性的に変形させるための、環状バルブ部材における流体圧の偏差を与える（例えば、環状バルブ部材を軸方向に本体部に対して移動することによって、第１のシート係合面を第１のシーリング面にシール係合させ、アパーチャを通る流体の流れを妨げることによって、環状バルブ部材における圧力差を与える）。

バルブは環状バルブ部材を環状バルブシートに対して付勢する弾性付勢手段を備えていてもよく、弾性付勢手段からの力によって環状バルブ部材を弾性的に変形させてもよい。

第３の態様に係る好適で適切な特徴は、第１及び第２の態様における好適で適切な特徴と対応に対応している。

本発明の実施例を以下の図面を参照して説明する。
図１はシリンダアセンブリの断面図である。 図２は環状バルブシート及び環状バルブ部材を通る断面図であり、リラックス構成にある環状バルブ部材と共に示したものである。 図３は環状バルブシート及び環状バルブ部材を通る断面図であり、環状バルブが接近する途中を示したものである。 図４は環状バルブシート及び環状バルブ部材を通る断面図であり、環状バルブが閉じたときに、環状バルブ部材が変形構成にあるのを示したものである。 図５は環状バルブシート及び第２の実施形態に係る環状バルブ部材を通る断面図であり、環状バルブ部材がリラックス構成に維持されたまま環状バルブが接近する途中を示したものである。 図６は環状バルブシート及び第２実施形態に係る環状バルブ部材を通る断面図であり、環状バルブが閉じた時に、環状バルブ部材が変形構成にあるのを示したものである。 図７は環状バルブシート及び第３実施形態に係る環状バルブ部材を通る断面図であり、環状バルブ部材がリラックス構成に維持されたまま環状バルブが接近する途中を示したものである。 図８は環状バルブシート及び第３実施形態に係る環状バルブ部材を通る断面図であり、環状バルブが閉じた時に、環状バルブ部材が変形構成にあるのを示したものである。 図９は環状バルブシート及び第４実施形態に係る環状バルブ部材を通る断面図であり、環状バルブ部材がリラックス構成に維持されたまま環状バルブが接近する途中を示したものである。 図１０は環状バルブシート及び第４実施形態に係る環状バルブ部材を通る断面図であり、環状バルブが閉じた時に、環状バルブ部材が変形構成にあるのを示したものである。 図１１は環状バルブシート及び第５実施形態に係る環状バルブ部材を通る断面図であり、環状バルブ部材がリラックス構成に維持されたまま環状バルブが接近する途中を示したものである。 図１２は環状バルブシート及び第５実施形態に係る環状バルブ部材を通る断面図であり、環状バルブが閉じた時に、環状バルブ部材が変形構成にあるのを示したものである。 図１３は環状バルブシート及び第６実施形態に係る環状バルブ部材を通る断面図であり、環状バルブ部材がリラックス構成に維持されたまま環状バルブが接近する途中を示したものである。 図１４は環状バルブシート及び第６実施形態に係る環状バルブ部材を通る断面図であり、環状バルブが閉じた時に、環状バルブ部材が変形構成にあるのを示したものである。 図１５は環状バルブシート及び第７実施形態に係る環状バルブ部材を通る断面図であり、環状バルブ部材がリラックス構成に維持されたまま環状バルブが接近する途中を示したものである。 図１６は環状バルブシート及び第７実施形態に係る環状バルブ部材を通る断面図であり、環状バルブが閉じた時に、環状バルブ部材が変形構成にあるのを示したものである。

図１は油圧ポンプ、油圧モータ又は油圧ポンプ―モータのような流体作動機器に使用されるシリンダアセンブリを示している。シリンダアセンブリは、シリンダ軸Aの周りに円筒対称な本体２を備え、該本体の第１の端部４に向って開口したシリンダ３、ポペットバルブアパーチャ７を規定する（シリンダと本体の一部を通るように延在した径方向通路２２との間の流路が設けられた）ポペットバルブシート５、及び、本体の周りに並べられると共に本体を貫通して延在する複数のアパーチャ７を規定する環状バルブシート６を備える。環状バルブシートは（第１のシーリング面として機能する）外側シーリング面８と（第２のシーリング面として機能する）内側シーリング面９とを備える。

環状バルブ部材１０は環状バルブシートとカラー１２のエンドストップ１１との間の本体周りに保持されている。環状バルブ部材はシリンダの外面１３の周りに嵌め込まれており、環状バルブ部材にとってガイド手段として機能する。

環状バルブ部材はＰＥＥKのような弾性材料から形成されており、弾性変形可能である。環状バルブ部材は（第１のシート係合面として機能する）外側シート係合面１４と（第２のシート係合面として機能する）内側シート係合面１５とを備える。環状バルブシート及び環状バルブ部材は共に、環状バルブを形成しており、図１に示されている。環状バルブは高圧マニホールド１６とシリンダとの間における油圧液体の流れを、アパーチャ７によって規制する。

環状バルブ部材は、環状バルブ部材の下側面１８とそれに対向するカラーの上側面１９との間にあるコイルバネ１７によって、環状バルブシートに対して付勢されている。カラーは保持リング２０によって所定位置に保持されている。カラーは該カラー、環状高圧バルブ及びバネの取付けや取外しが容易になるように、該カラーの深さの一部又は全部がシリンダの周りにフィットする干渉部を設けてもよいし、カラーとシリンダ本体とがお互いに係合していてもよい。

アセンブリは更に、ポペットバルブ部材２１ポペットバルブシートとポペットバルブアパーチャと共に、（低圧マニホールド３９と流体をやり取りする）径方向通路２２とシリンダ５との間の流量を制御するためのポペットバルブを形成するポペットバルブ部材２１を備える。ポペットバルブ部材は軸Ａに沿って移動するように操作でき、ポペットバルブは図示する開位置と、シーリング面２４（ポペットバルブ部材の頭部２５の上面にある環状領域）がポペットバルブシートに接触する閉位置との間を移動する。

ポペットバルブ部材は、その下端にペグ２６が設けられており、該ペグは下側ガイド機構２９において中央アパーチャ２７と係合するスライド可能な部材である。下側ガイド機構はシリンダの内壁に延在する径方向支柱（radial struts）３０によって保持されており、使用時には、シリンダ軸から離れるペグの移動を制限するように機能し、ポペットからシリンダと低圧マニホールドとの間において流体の流れを保護又は隔離する部分的なバリアを形成する。さもなければポペットバルブは閉じようと作用する。

その上側終端では、ポペットバルブ部材はアーマチャ３２が設けられており、該アーマチャの上側面及び下側面間に延在する経路３４を備えており、コイルスペース５７と流体をやり取りする径方向通路２２が設けられている。これにより、ポペットバルブは電気コントローラ（不図示）からの制御信号によって電気的に駆動されるようになっている。アーマチャの外側面は上側ガイド構造３６の内面３５とスライド可能に係合している。第１のシール４０はカラーに設けられたチャネルの周りに延在しており、第２のシール４２及び第３のシール４３は環状バルブの上方で、本体に設けられた同様のチャネルの周りに延在している。第１及び第２のシールは、動作中に、圧縮された油圧液体がシリンダアセンブリの周りの高圧マニホールドから流出することを防止する。

図２乃至図４は、環状バルブが閉じる過程を示している。次に開く際には、この手順が逆になる。シリンダの圧力が高圧マニホールドの圧力より大きくなったとき、環状バルブは開く。この場合、環状バルブ部材は図２に示すリラックス構成にある。

環状バルブ部材はバネによって弾性的に付勢されながら近づけられている。高圧マニホールド及びシリンダ間の圧力差が十分に低いとき、環状バルブ部材は該環状バルブ部材が環状バルブシートの外側シーリング面に接触するように、環状バルブシートに向って軸方向にスライドする。図３に示すように、リラックス構成が維持されている間、環状バルブ部材のシート係合面及び環状バルブシートの外側シーリング面がシール係合することによって外側シールを形成するように、環状バルブ部材の形状は外側シール係合面が環状バルブシートの外側シーリング面に一致する。しかしながら、内側シート係合面は内側シーリング面より大きな径を有しており、リラックス構成では、内側シート係合面が内側シーリング面とシール係合できるように設計されていない。シート係合面及びシーリング面間のギャップの大きさは図示を容易にするために誇張されている。

高圧バルブ部材に十分な圧力があるとき、環状バルブ部材は図４に示す変形構成になるように弾性的に変形する。変形構成では、内側シート係合面は内側シーリング面とシール係合するように設計されている。この変形の間、環状バルブ部材は弾性変形するように弾性材料から形成されており、外側シート係合面の周りで旋回する。内側シート係合面の径は変化（減少）し、内側シート係合面は径方向内側及び軸方向の両方にアパーチャ７に向って移動し、その結果、内側シーリング面に対して面シールする。

圧力差が減少すると、環状バルブ部材はリラックス構成に戻り、アパーチャから軸方向に離れる用にスライドして、図２に示す位置に戻る。

環状バルブ部材に求められる製造耐性が、内側シール及び外側シールを同時に形成しなければならない環状バルブの場合に比べて小さく、寿命が長い点で有利である。

リラックス構成では、内側シート係合面とシリンダの外面との間の空間は、環状バルブがシリンダ上に緩く保持され、シリンダによってガイドされながら軸方向に容易にスライドできることを意味している。しかしながら、リラックス構成から変形構成に変形する間、内側シート係合面の周縁部において変化（減少）があり、環状バルブがシールされているときに内側シート係合面がシリンダにしっかりグリップすることで、良好なシールを容易に提供している。

本発明を機能させるためには、環状バルブ部材の少なくとも一部が環状バルブ部材がリラックス構成及び変形構成の両方を有することができるように弾性的に変形可能な弾性部材であることが必要なだけである。

例えば、図５及び図６に示すように、第２の実施形態に係る環状バルブ部材５０は、第１及び第２のシート係合面に各々において、弾性本体５１及びグラファイト層のような剛性コーティング６２を有している。弾性本体は、剛性コーティングが変形しない一方で、環状バルブ部材がリラックス構成（図５）及び変形構成（図６）間で変形できるように弾性変形可能である。

図７及び図８に示すように、第３の実施形態に係る環状バルブ部材６０は、鉄から形成された剛性本体６１と、ＰＥＥＫやその他の弾性材料から形成されるシーリング部材６２とを有しており、外側及び内側シート係合面を規定している。このように、環状バルブ部材６０の大部分が弾性的に変形不能であるが、リラックス構成において、外側シート係合面が環状バルブシートの外側シーリング面とシールを形成する一方で、内側シート係合面が環状バルブシートの内側シーリング面とシール係合しない。しかしながら、シーリング部材は圧力下で十分に変形することができ、内側及び外側シールの両方を形成することができる。

図９及び図１０に示すように、第４実施形態に係る環状バルブ部材７０は、断面において湾曲している鉄板バネとして形成され、弾性変形できるように十分に薄い。図８に示すリラックス構成では、環状バルブ部材は環状バルブ部材の外側シーリング面とシール係合可能な外側シート係合面を含む外側部材７１と、内側シート係合面に対して大きすぎて内側シーリング面とはシールを形成できない内側部材７２とを有している。前述したように、環状バルブ部材はリラックス構成においてシリンダの外側面の周りに緩く保持されている一方で、変形構成においてしっかり整合し、良好なシールを形成する。

図１１及び図１２は本発明の第５実施形態に係る環状バルブ部材８０を示している。第５実施形態では、環状バルブ部材はＰＥＥＫのような弾性材料から形成されており、内側及び外側のシーリング面が中心軸Ａに対して垂直面になる環状バルブをシールするために適している。環状バルブ部材は、内側及び外側のシーリング係合面をそれぞれ形成する内側及び外側の同心円状の頂部８２，８３を含む上側面８１を有している。外側の同心円状の頂部は更に、内側の同心円状の頂部に比べて軸方向にわずかに延在している。環状バルブ部材はまた、シリンダの外側面に対してスライドする面８４に向って接触する凸状ガイドを有している。

第５実施形態に係る環状バルブ部材は図１１に示すリラックス構成を有しており、外側シール係合面が環状バルブの外側シーリング面に接触する一方で、外側の頂部が内側の頂部より上方にわずかに延在することによって、内側シール係合面は内側シーリング面に接触していない。

環状バルブ部材に十分な圧力偏差があるとき、環状バルブ部材は内側頂部が外側頂部まで伸びると共に、外側シール係合面が外側シーリング面とシール接触する間に内側シール係合面が内側シーリング面にシール接触するように湾曲することによって弾性変形する。

環状バルブ部材の内側及び外側のシール係合面が断面の周りにある最初の５つの実施形態とは対照的に、図１３及び図１４に示す第６の実施形態に係る弾性環状バルブ部材９０は、断面において平坦又はほぼ平坦な、円筒状の内側シール係合面を有している。それに代えて、シリンダは（第２のシーリング面として機能する）丸みを帯びた周辺突起部９１を有している。円筒状の内側シール係合面は、図１３に示すように、リラックス構成において周辺突起部に比べてわずかに大きい周縁部を有している。しかしながら、高圧マニホールドにおける圧力がシリンダにおける圧力に比べて十分に高いとき、環状バルブ部材は内側シール係合面が丸みを帯びた周辺突起部に対してシールを形成するように外側シール係合面の周りで弾性的に変形する。

図１５及び図１６は第７実施形態に係る弾性環状バルブ部材１００を示しており、環状バルブ部材が図１５に示すようにリラックス構成にあるときに環状バルブシートの垂直面において、平面的なシール係合面１０１を有する。内側シーリング面９及びシーリング面８は、環状突起部や環状バルブシートから更に突出したシーリング面（本実施例では、外側シーリング面）の一つのような突起部によって形成されている。このように、平面的なシール係合面は、環状バルブがリラックス構成にあると、外側シーリング面にのみ接触できる。図１６に示す変形構成では、平面的なシール係合面は内側及び外側のシーリング面の両方に接触でき、シールを形成する。この場合、平面的なシール係合面１０１の外側及び内側の領域は環状バルブ部材の第１及び第２のシート係合面としてそれぞれ機能する。

第１乃至代４の実施形態では、外側シーリング面はシリンダアセンブリの中心軸に垂直でないが、環状バルブ部材から離れて径方向に傾いている。このように、環状バルブが閉じたとき、外側シーリング面によって外側シール係合面に作用する力は径方向外側成分を有している。典型的には、環状バルブ部材は、通常操作中に、環状バルブ部材における圧力偏差によって前記径方向外側の力成分が外側シール係合面上で径方向内側の力とバランスするように設計されている。

傾きや方向に関する上側や下側などの用語は、図面やここでの記載に示された装置に関するものであり、使用時の装置の傾きに関わらず相対的な位置を述べたものである。

本発明のシリンダ本体及びシリンダアセンブリは様々なピストンタイプを有する流体作動機器の使用に適している。例えばピストンリング、実質的にシリンダ軸に配列されたピストン及び／又は軸が回転する偏心カムに配列されると共にシリンダ軸に配列されていないピストン、及び、ピストン又はピストン係合リングが作動チャンバー内から不勢されたバネや油圧の作用によって付勢された偏心カムのようなピストン駆動手段を備える。

更なる変更や修正は、個々に開示された本発明の範囲に含むことができる。

１ シリンダアセンブリ
２ 本体
３ シリンダ
４ ポペットバルブシート
５ ポペットバルブアパーチャ
６ 環状バルブシート
７ アパーチャ
８ 外側（第１の）シーリング面
９ 内側（第２の）シーリング面
１０ 環状バルブ部材
１１ エンドストップ
１２ カラー
１３ シリンダの外側面（ガイド手段）
１４ 外側（第１の）シート係合面
１５ 内側（第２の）シート係合面
１６ 高圧マニホールド
１７ バネ
１８ 環状バルブの下側面
１９ カラーの上側面
２０ 保持リング
２１ ポペットバルブ部材
２２ 径方向通路
２３ 低圧マニホールド
２４ シーリング面
２５ ポペットバルブ部材のヘッド部
２６ ペグ
２７ 中央アパーチャ
２９ 下側ガイド構成
３０ 径方向支柱
３２ アーマチャ
３４ 通路
３６ 上側ガイド構造
３８ コイル空間
３９ ソレノイドコイル
４０ 下側高圧シール
４２ 上側高圧シール
４３ 低圧シール
５０ 環状バルブ部材（第２実施形態）
５１ 弾性本体
５２ 合成コーティング
６０ 環状バルブ部材（第３実施形態）
６１ 合成本体
６２ シーリング部材
７０ 環状バルブ部材（第４実施形態）
７１ 外側部材
７２ 内側部材
８０ 環状バルブ部材（第５実施形態）
８１ 上側面
８２ 内側頂部
８３ 外側頂部
８４ 内側面
９０ 環状バルブ部材（第６実施形態）
９１ 周辺突起部
１００ 環状バルブ部材（第２実施形態）
１０１ シール係合面

Claims (19)

1. バルブ本体と及び環状バルブシートを有する流体作動機器用の面シーリング環状バルブであって、
   前記バルブシートは、
   第１の周縁部を有する第１の環状シーリング面、前記第１の周縁部と異なる第２の周縁部を有する第２の環状シーリング面、並びに、前記第１のシーリング面及び前記第２のシーリング面間に前記バルブの前記本体を通過する流路を設ける少なく一つのアパーチャと、
   少なくとも一部が弾性変形可能であり、前記第１の環状シーリング面に整合するように構成された第１の環状シート係合面及び第２の環状シート係合面を有する環状バルブ部材と
   を備え、
   前記環状バルブ部材は、前記第１のシート係合面が前記第１のシーリング面にシール係合するように設計され、且つ、前記第１のシーリング面及び前記第１のシート係合面がシール係合状態にあるときに、前記第２のシート係合面が前記第１のシート係合面に対して前記第２のシーリング面及び前記第２のシート係合面がシール係合しないように前記第２のシート係合面が前記第１のシート係合面に対して配置されており、
   前記第１のシーリング面及び前記第１のシート係合面がシーリング状態にある間、前記第２のシーリング面及び前記第２のシート係合面がシーリング状態にあることによって、前記流路を通る流体の流れを制限するように、環状バルブ部材の少なくとも一部が弾性変形可能に構成されていることを特徴とする面シーリング環状バルブ。
2. 前記第１及び第２のシーリング面は軸方向に離れて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の面シーリング環状バルブ。
3. 前記第１のシート係合面は前記環状バルブ部材の軸移動によって前記第１のシーリング面にシール係合可能であり、
   前記第２のシート係合面は前記環状バルブ部材の弾性変形によって前記第２のシーリング面にシール係合可能であることを特徴とする請求項１に記載の面シーリング環状バルブ。
4. 前記第２のシート係合面は弾性変形可能であり、変形構成における前記第２のシート係合面の周縁部は、リラックス構成における前記第２のシート係合面の周縁部と異なることを特徴とする請求項３に記載の面シーリング環状バルブ。
5. 変形構成における前記第１のシート係合面及び前記第２のシート係合面間の軸方向距離は、リラックス構成における軸方向距離と異なることを特徴とする請求項３に記載の面シーリング環状バルブ。
6. 前記第１のシーリング面の周縁部は前記第２のシーリング面の周縁部より大きいことを特徴とする請求項１に記載の面シーリング環状バルブ。
7. 前記環状バルブ部材は、一以上のガイドが円筒状に配列されてなるガイド手段によって保持され、
   前記一以上のガイドは前記環状バルブ部材の軸移動を許可又は制限することを特徴とする請求項１に記載の面シーリング環状バルブ。
8. 前記ガイド手段は円筒状のガイドからなることを特徴とする請求項７に記載の面シーリング環状バルブ。
9. 前記環状バルブ部材は前記ガイド手段の周りに保持されていることを特徴とする請求項７に記載の面シーリング環状バルブ。
10. 前記環状バルブ部材は前記ガイド手段によって緩く保持されていることを特徴とする請求項７に記載の面シーリング環状バルブ。
11. 前記第１及び第２のシーリング面が前記第１及び第２のシート係合面とシール係合するときに、前記環状バルブ部材は前記環状バルブ部材の少なくとも一部の周縁部において変化することによって、前記円筒状ガイドにシール係合することを特徴とする請求項９に記載の面シーリング環状バルブ。
12. 前記環状バルブ部材は流体圧差に応じてリラックス構成と変形構成との間で弾性変形することを特徴とする請求項１に記載の面シーリング環状バルブ。
13. 前記環状バルブ部材は弾性付勢手段によって前記環状バルブシートに向かって弾性的に付勢されることを特徴とする請求項１に記載の面シーリング環状バルブ。
14. 前記環状バルブ部材は弾性本体と剛性コーティングとを備え、
    前記弾性本体は前記剛性コーティングが湾曲されることなく、前記環状バルブ部材がリラックス構成と変形構成との間で変形できるように弾性変形することを特徴とする請求項８に記載の面シーリング環状バルブ。
15. 前記環状バルブ部材は剛性本体と弾性材料から形成されたシーリング部材とを備え、
    前記環状バルブ部材の大部分は弾性的に変形せず、前記シーリング部材は圧力下で十分に変形可能であることにより、内側及び外側シールの双方を形成可能であることを特徴とする請求項８に記載の面シーリング環状バルブ。
16. 前記環状バルブ部材は断面において湾曲すると共に弾性変形可能に十分薄い鉄板バネとして形成されていることを特徴とする請求項１３に記載の面シーリング環状バルブ。
17. 前記環状バルブ部材シートは軸を有しており、前記環状バルブの前記内側及び外側シーリング面は前記軸に垂直な面にあることを特徴とする請求項１３に記載の面シーリング環状バルブ。
18. バルブ本体と及び環状バルブシートを有する流体作動機器用の面シーリング環状バルブの操作方法であって、
    前記バルブシートは、
    第１の周縁部を有する第１の環状シーリング面、前記第１の周縁部と異なると共に前記第１のシーリング面と同軸である第２の周縁部を有する第２の環状シーリング面、並びに、前記第１のシーリング面及び前記第２のシーリング面間に前記バルブの前記本体を通過する流路を設ける少なく一つのアパーチャと、
    前記第１の環状シーリング面に整合するように構成された第１の環状シート係合面及び第２の環状シート係合面を有する弾性変形可能な環状バルブ部材と
    を備え、
    前記第１のシート係合面を前記第１のシーリング面にシール係合させ、前記環状バルブ部材を弾性変形して前記第２のシート係合面を前記第２のシーリング面にシール係合させることにより、前記流路を通る流体の流れを制限することを特徴とする面シーリング環状バルブの操作方法。
19. 前記環状バルブを弾性変形させて、前記第１及び第２のシート係合面間の軸距離を変化させて、前記第２のシート係合面を前記第２のシーリング面にシール係合させることを特徴とする請求項１８に記載の面シーリング環状バルブの操作方法。

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