JP3342929B2 - 高圧流体発生装置 - Google Patents

高圧流体発生装置

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JP3342929B2
JP3342929B2 JP23563593A JP23563593A JP3342929B2 JP 3342929 B2 JP3342929 B2 JP 3342929B2 JP 23563593 A JP23563593 A JP 23563593A JP 23563593 A JP23563593 A JP 23563593A JP 3342929 B2 JP3342929 B2 JP 3342929B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、空気圧を用いてピスト
ンを動作させてプランジャポンプを駆動することにより
高圧の流体を発生する高圧流体発生装置に関する。
【0002】
【従来の技術】このような従来の技術として特開昭63
−130904号公報に記載のものがある。同公報に記
載された装置は、例えば、圧油の消費に応じて空気圧を
油圧に変換して供給するような用途に使用した場合、圧
油の消費が停止している時の圧油の微小な漏れによりピ
ストンが超微速度で移動してデッドポイントに入ってし
まい、作動しなくなる状態が起こる問題があった。この
問題は特開平3−229004号公報に記載の技術によ
って解決された。同公報に記載のものの主な改良点は、
図4に主要部を示すように、給排弁箱29の上部にシリ
ンダ室70aを形成し、そのシリンダ室70aにパイロ
ット弁箱71を上下方向へ保密摺動自在に挿入し、パイ
ロット弁箱71の下面に臨ませて受圧作動室70bを形
成し、受圧作動室70bを排圧用作動室35に連通する
とともに、パイロット弁箱71を復帰ばね73で下向き
に弾圧した点である。
【0003】この構成のものは、何らかの原因でピスト
ン8が超微速度で下降駆動される場合において、ピスト
ン8の下降に同行して導圧指令用弁体46が左半図中の
実線で示す上死点にある状態から、同左半図中の二点鎖
線で示す下死点にある状態に切り換えられる場合には、
まず、上側の一点鎖線で示すように、圧抜き指令用弁体
53が圧抜き指令用弁座52に着座して圧抜き口51が
閉じられ、次いで、下側の一点鎖線で示すように、導圧
指令用弁座48の内周面48aから導圧指令用弁体46
の外周面が極微速度で離間していく。すると、給圧用作
動室33内の圧力流体が、上記の弁体46と弁座48と
の開弁隙間から排圧用作動室入口孔30d内を通って排
圧用作動室35および受圧作動室70bへ導入され、こ
れら両室35、70bを超微速度で加圧していく。
【0004】受圧作動室70bが設定圧力にまで加圧さ
れた時点で、その内圧力により、右半図中の実線で示す
ように、パイロット弁箱71が両ばね73、54の弾圧
力に抗して上昇駆動されるとともに、これに同行して導
圧指令用弁座48が押し上げられて導圧指令用弁体46
から急速に離間する。その結果、その大きな開弁隙間か
ら給圧用作動室33の圧力流体が排圧用作動室35に導
入されてその排圧用作動室35を急速に加圧し、その加
圧力で給排弁体30を強力に押し下げて高速度で下降さ
せ右半図の排圧位置に切り換える。これにより、発動室
9は、作業用室32、排圧室34を介して排圧口15に
連通され、復帰ばね11の弾圧力でピストン8の上昇復
帰行程が開始される、というものである。すなわち、受
圧作動室70b内が設定圧力にまで加圧された時点で、
その内圧でパイロット弁箱71が上昇駆動され、これに
同行して導圧指令用弁座48が導圧指令用弁体46から
急速に離間するから、大きな開弁隙間ができてこれから
圧力流体が排圧用作動室35に導入されて給排弁体30
を高速度で下降させ、下降途中の停止が、つまりデッド
ポイントに入ることが防止されるのである。図中21は
ポンプ室、22はプランジャーであり、また、72はO
リングである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平3−229004号公報に記載のものは、パイロッ
ト用流体圧シリンダ70のパイロット弁箱71を戻す復
帰ばね73のばね力設定が困難である問題がある。これ
は、Oリング72の摺動抵抗が、Oリングのばらつきや
Oリング摺動面の表面粗さ、Oリングの固着現象、潤滑
状況等により異なるためである。また、パイロット弁箱
71を気密を保って摺動するように設ける構成であるか
ら、その分コスト高となり、Oリング72が従来よりも
余分に必要であり、従って、組み立て、保守、耐久性の
面でも不利な点が増大する問題がある。本発明は、上記
の問題を解決することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の手段は、ピスト
ンの片側に復帰ばねを設け他の片側を圧力室としたシリ
ンダに圧縮空気を給排気弁を介して給排することにより
ピストンが往復動作し、その往復動作によってプランジ
ャー式ポンプを駆動して高圧流体を発生する装置であっ
て、前記給排気弁が、本体内に圧縮空気源に接続する給
気路と、外界に連通する排気路と、前記圧力室に連通す
る給排気路とを設けてあり、その本体内に収容され前記
ピストンの移動方向に沿って小寸法移動可能であり第1
弁部及び第2弁部を有し前記給排気路に対して前記給気
路との間を第1弁部で連通させ前記排気路との間を第2
弁部で遮断する給気位置並びに前記給排気路に対し給気
路との間を第1弁部で遮断し前記排気路との間を第2弁
部で連通させる排気位置の二つの切換位置に切り換えら
れるように給排弁体を設け、その給排弁体の移動方向の
一端に第1パイロット室を設け他端に前記給気路に連通
した第2パイロット室を設け、前記ピストンの移動方向
に貫通し第1、第2パイロット室に達した内孔を前記給
排弁体の中心部に穿設し前記ピストンと同軸的に且つ一
体的に形成されたパイロットロッドを本体内壁を摺動可
能に貫通させ第2パイロット室を通り前記内孔に出入り
して前記第2パイロット室と内孔の間を開閉するするよ
うに前記パイロットロッドの先端部に給気弁部を形成し
たパイロット給気弁を設け、前記パイロットロッドの先
端で開弁し第1パイロット室を排気路に接続するパイロ
ット排気弁を設け、前記給排弁体の第1パイロット室側
のパイロット圧受圧面積を第2パイロット室側のパイロ
ット圧受圧面積よりも大きく形成した構成である高圧流
体発生装置において、前記パイロット給気弁が、前記パ
イロットロッドの前記給気弁部にパイロットロッド先端
側に拡大したテーパ状溝底を有しOリング線径よりも十
分に広い溝幅を有するOリング溝を設け、そのOリング
溝に大径側溝底径よりも小さい内径を有し前記内孔に進
入したとき給気圧力により溝底の大径側へ移動して内孔
を気密に封鎖可能な大きさのOリングを装着した構成で
あることを特徴とする。
【0007】
【作用】本発明の手段によれば、給気路に圧縮空気が供
給さた初期の状態は、ピストンが復帰ばねで復帰した復
帰位置にあり、従って給気弁部が内孔内にあってパイロ
ット給気弁が閉弁しパイロットロッドの先端でパイロッ
ト排気弁が開弁していて第1パイロット室が大気圧であ
り、第2パイロット室の圧力で給排弁体が給気位置にあ
る状態である。この状態では給排気路が給気路に接続さ
れて排気路が遮断された状態であるから、ピストンの片
側の圧力室に圧縮空気が供給され、ピストンが復帰ばね
に抗して前進移動する。ピストンが少し前進したときパ
イロットロッドも共に前進するからその先端がパイロッ
ト排気弁から離れてこれを閉弁させる。そしてピストン
が前進端近くに達するとパイロット給気弁が開弁する。
すなわち、Oリングがそれまでは給気圧に押圧されてO
リング溝底の大径側に移動し周長が大きくなって給排弁
体の内孔内面に密着していた状態が内孔の端縁から外れ
て開弁状態となる。この時内孔の端縁からOリングが一
旦外れるとOリングの周長が収縮しようとするから、テ
ーパ状溝底を小径側へ移動する。
【0008】パイロット給気弁の開弁によって第2パイ
ロット室が内孔を介して第1パイロット室に連通し、圧
縮空気が第1パイロット室に供給され、これによって給
排弁体が排気位置に切り換わる。この給排弁体の移動は
内孔の端縁がOリング側に近寄る移動であるが、Oリン
グは既にテーパ溝底の小径側へ移動しており閉弁するこ
とはない。給排気弁が排気位置になると、圧力室の圧縮
空気が給排気路とこれに接続された排気路を通って外界
に排出されるから、ピストンが復帰ばねによって後退し
て復帰する。ピストンの後退の終わり付近でパイロット
ロッドの先端がパイロット排気弁を開弁させ、第1パイ
ロット室を大気圧とし、これによってパイロット給気弁
の前後に圧力差を生じるからこの時点で確実にパイロッ
ト給気弁が閉じ、給排弁体が第2パイロット室の空気圧
で給気位置に切り換わる。この状態は給気路に圧縮空気
を供給した初期の状態と同じであり、以下は上述した過
程を繰り返すことになる。従って、ピストンは往復動作
を繰り返すから、プランジャー式ポンプが駆動されて高
圧流体を発生する。
【0009】この高圧流体発生装置は、ピストンとプラ
ンジャの有効受圧面積の比である増圧比と供給空気圧に
従って対応する高圧の流体を発生する。高圧流体の出力
側が所定の高圧となりそのままで停止状態となっている
とき、出力側に流体漏れが生じて圧力が少しづつ低下し
てくると、その圧力の低下を補うように高圧流体発生装
置が動作する。この時前記流体漏れが極めて微小であれ
ば、前述の超微速度でピストンが往動作し、通常速度で
復動作することになる。超微速度でピストンが往動作し
てその前進端に近づいたとき第2パイロット室と内孔と
の間を閉じていた給気弁が開く。給気弁が開く状態は、
前述したと同様に一旦開弁するとOリングの周長が収縮
してテーパ状溝底を小径側へ移動するから、完全に開弁
してしまうので、第1パイロット室へ圧縮空気が供給さ
れ、給排気弁が確実に排気位置に切り換わる。これによ
って、給排弁体がデッドポイントに入ることはない。
【0010】
【実施例】本発明の一実施例を図1〜図3を用いて説明
する。この高圧流体発生装置は、全体の構成を図2に示
すように、本体81内に、空気圧動作用ピストン82、
給排気弁83、油圧ポンプ119等を設けてあり、圧縮
空気を給排気弁83を介して圧力室87に給排すること
によりピストン82を往復動作させ、その往復動作によ
ってプランジャー式油圧ポンプ119を駆動して高圧流
体を発生するようにした装置である。
【0011】ピストン82は、図示のように、シリンダ
86内に上下に摺動可能に収容され、ピストン82の上
側を圧力室87、下側をばね室88に形成され、ばね室
88にはピストン82が上方端位置に復帰するための復
帰ばね105を設けてある。また、ピストン82は下方
に伸延したピストンロッド89、上方に伸延したパイロ
ットロッド90が設けられている。ピストン82は圧力
室87に圧縮空気を供給されると下方へ前進し、圧力室
87内の圧縮空気を排出されると復帰ばね105によっ
て上方へ後退する。
【0012】給排気弁83は、給気路103、排気路9
8、給排気路99、給排弁体91、第1パイロット室9
7、第2パイロット室85、パイロット給気弁106、
パイロット排気弁111等を具備している。給気路10
3は圧縮空気源に接続される給気ポート104に接続す
る本体81内に形成された通路であり、排気路98は、
図2の上部に見られる外界に解放された排気口121に
連通する本体81内に形成された通路であり、給排気路
99は後述する第1、第2弁部93、94の第1、第2
弁座101、102の間の空間100(図1参照)を圧
力室87に連通している本体81内に形成された通路で
ある。
【0013】給排弁体91は、本体81内に収容され前
記ピストン82の移動方向に沿って、図において上下
に、小寸法移動可能であり、第1弁部93及び第2弁部
94を有し、これ等の各弁部に対応して本体81に第1
弁座101及び第2弁座102を設けてあり、これらの
いずれか一方に着座するようになっている。すなわち、
給排弁体91が上方へ移動したときは第1弁部93が第
1弁座101に着座し、給排弁体91が下方へ移動した
ときは第2弁部94が第2弁座102に着座するように
なっている。そして、第1弁部93と第1弁座101は
給排気路99と排気路98の間に設けてあり、第2弁部
94と第2弁座102は給気路101と給排気路99の
間に設けてある。これによって給排弁体91が上方へ移
動したときは、圧力室87に対する給気位置であり、第
1弁部93が離座して給排気路99と排気路98との間
を連通し且つ第2弁部94が着座して給排気路99と給
気路103との間を遮断する。給排弁体91が下方へ移
動したときは、圧力室87に対する排気位置であり、第
1弁部93が着座して給排気路99と排気路98との間
を遮断し且つ第2弁部94が離座して給排気路99と給
気路103との間を連通する。
【0014】その給排弁体91の移動方向の上端に第1
パイロット室97を設けてあり、下端に第2パイロット
室85を設けてある。第1パイロット室97は、給排弁
体91の上端に形成された大径部92がピストン状に形
成されて本体81に形成されたシリンダ状の部分に嵌合
した構成である。この大径部92は第1弁座101より
も大径であり、また第2弁座102は第1弁座101よ
りも小径である。第2パイロット室85は、給排弁体9
1の第2弁部94よりも小径に形成された下端部を包囲
するような空間を本体81内に形成して、給気路103
に連通させたものである。排気弁体91の有効受圧面積
は、第1パイロット室97側が第2パイロット室85側
よりも十分に大きく、双方のパイロット室に同じ空気圧
が作用したときは排気弁体91が下降動作する。
【0015】また、給排弁体91には、ピストン82の
移動方向に貫通し、第1、第2パイロット室97、85
に達した内孔96を給排弁体の中心部に穿設してある。
そして、ピストン82と同軸的に且つ一体的に上方へ伸
延形成されたパイロットロッド90を本体内のシリンダ
端壁を摺動可能に貫通させて設け、ピストン82の往復
動作により第2パイロット室85を通り内孔96に出入
りして前記第2パイロット室85と内孔96の間を開閉
するするようにパイロットロッド90の先端部に給気弁
部を形成したパイロット給気弁106を設けてある。内
孔96と内孔内に進入したパイロットロッド90との間
には空気圧が導入される程度の小間隙109が存在す
る。
【0016】このパイロット給気弁106は、図3に拡
大して示すように、給気弁部がOリングで形成してあ
り、パイロットロッド90の先端部にOリング溝を設
け、そのOリング溝の溝底を先端側に拡大した角θを有
するテーパ状溝底108とその小径側に続くストレート
部107で形成し、その溝幅をOリングの線径よりも十
分に広い溝幅に形成してある。Oリングは、Oリング溝
のテーパ状溝底108の大径側溝底径よりも小さく略ス
トレート部107の外径に一致するか若しくは小さい内
径を有し、Oリングの線径はOリングがストレート部1
07にあるときその外周が内孔96の内周面から僅かに
離れる程度のものである。これによって弁部であるOリ
ングが内孔96に進入した状態で第2パイロット室85
側に供給空気圧が作用し第1パイロット室97側が大気
圧になると、給気圧力によりテーパ状溝底108の大径
側へ移動して内孔96とパイロットロッド90との隙間
109を気密に封鎖する。このテーパ状溝底108の大
径側へ移動した状態では、Oリングは周長が弾性的に引
き伸ばされている。この給気弁部のOリングは内孔96
から出ている状態では周方向の収縮力によってストレー
ト部107側に移動している。給排弁体91の内孔96
の下端縁95は図示のように丸みを有する面取りをして
ある。
【0017】第1パイロット室97には、前記パイロッ
トロッド90の先端110(図における上端)で押され
て開弁し、第1パイロット室97を排気路112に接続
するパイロット排気弁111を設けてある。図中、11
3は弁の閉弁方向作用ばね、114は弁座である。排気
通路112は排気口121に連通している。
【0018】なお、図1、図2における、115は大径
部92のOリングであり、116は油吸い込みポート、
117は逆止弁、118は圧油出力ポートであり、12
0はばね室の空気出入りのための通路である。
【0019】このように構成された高圧流体発生装置
は、給気路103に圧縮空気が供給さた初期の状態は、
図1〜図3の右半分に示すように、ピストン82が復帰
ばね105で上昇して復帰した復帰位置にあり、従って
パイロットロッド90も上昇していてパイロット給気弁
106が内孔96内にあって閉弁状態であり、パイロッ
トロッド90の先端110でパイロット排気弁111が
開弁していて第1パイロット室97が大気圧であり、第
2パイロット室85の空気圧力で給排弁体91が上昇し
た給気位置にある状態である。この状態では第2弁部9
4が第2弁座102から離座して給排気路99が給気路
103に接続され、そして第1弁部93が第1弁座10
1に着座して排気路98が遮断された状態であるから、
ピストン82の圧力室87に圧縮空気が供給され、ピス
トン82が復帰ばね105に抗して下方へ前進移動す
る。
【0020】ピストン82が少し前進したときパイロッ
トロッド90も共に下方へ前進するからその先端110
がパイロット排気弁111から離れてこれを閉弁させ
る。そしてピストン82が前進端近くに達するとパイロ
ット給気弁106が開弁する。すなわち、給気弁部のO
リングがそれまでは給気圧に押圧されてOリング溝底の
テーパ状溝底107の大径側に移動し周長が大きくなっ
て給排弁体91の内孔96内面に密着していた状態が内
孔96の下端縁95から外れて開弁状態となる。この時
内孔96の下端縁95からOリングが一旦外れるとOリ
ングの周長が収縮しようとするから、テーパ状溝底10
8を小径側のストレート部107に移動する。
【0021】パイロット給気弁106の開弁によって第
2パイロット室85が内孔96を介して第1パイロット
室97に連通し、圧縮空気が第1パイロット室97に供
給され、これによって給排弁体91が下降して排気位置
に切り換わる。この給排弁体91の移動は内孔96の下
端縁95が給気弁部のOリング側に近寄る移動である
が、Oリングは既にテーパ溝底108の小径側へ移動し
ており閉弁することはない。給排気弁83が排気位置に
なると、シリンダの圧力室87の圧縮空気が給排気路9
9とこれに接続された排気路98を通って外界に排出さ
れるから、ピストン82が復帰ばねによって後退して復
帰する。ピストン82の後退の終わり付近でパイロット
ロッド90の先端がパイロット排気弁111を開弁さ
せ、第1パイロット室97を大気圧とし、これによって
パイロット給気弁106が確実に閉じて、第2パイロッ
ト室85の圧力で給排弁体91が上昇する。この状態は
給気路103に圧縮空気を供給した初期の状態と同じで
あり、以下は上述した過程を繰り返すことになる。従っ
て、ピストン82は往復動作を繰り返すから、プランジ
ャー式油圧ポンプ119が駆動されて高圧流体を発生す
る。
【0022】高圧流体の出力側が所定の高圧となりその
ままで停止状態となっているとき、出力側に流体漏れが
生じて圧力が少しづつ低下してくると、その圧力の低下
を補うように高圧流体発生装置が動作する。この時前記
流体漏れが極めて微小であれば、前述の超微速度でピス
トンが往動作し、通常速度で復動作することになる。超
微速度でピストン82が往動作してその前進端に近づい
たとき第2パイロット室85と内孔96との間を閉じて
いたパイロット給気弁106が開く。給気弁が開く状態
は、前述したと同様に一旦開弁するとOリングの周長が
収縮してテーパ状溝底108を小径側へ移動するから、
完全に開弁してしまうので、第1パイロット室97へ圧
縮空気が供給され、給排気弁83が確実に排気位置に切
り換わる。これによって、給排弁体91がデッドポイン
トに入ることはない。
【0023】上記実施例は油圧ポンプを駆動して高圧の
油圧を発生するようにしたが、空気圧ポンプを駆動して
高圧の圧縮空気を発生させるようにしてもよい。
【0024】
【発明の効果】本発明によれば、給排気弁の第1パイロ
ット室と第2パイロット室の間ののパイロット給気弁を
テーパ溝底に沿って移動するOリングで構成してデッド
ポイントに入らないようにしたから、従来のように特別
にパイロット弁箱やこれを戻す復帰ばねを設ける必要は
なく、またその復帰ばねのばね力設定に煩わされること
がない。また、パイロット弁箱を気密を保って摺動する
ように設ける必要がないから、その分コストを低減で
き、パイロット弁箱を気密を保って摺動するOリングも
必要なく、従って、組み立て、保守、耐久性の面でも従
来のものより格段と有利な点が増大する効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の左半分と右半分で異なる状
態を示す主要部縦断正面図である。
【図2】同実施例の全体の構成を左半分と右半分で異な
る状態を示す縦断正面図である。
【図3】図1の部分拡大図である。
【図4】従来の流体圧ピストン発動機の主要部縦断正面
図である。
【符号の説明】
81 本体 82 ピストン 83 給排気弁 85 第2パイロット室 86 シリンダ 87 圧力室 90 パイロットロッド 91 給排弁体 93 第1弁部 94 第2弁部 96 内孔 97 第1パイロット室 98 排気路 99 給排気路 101 第1弁座 102 第2弁座 103 給気路 105 復帰ばね 106 パイロット給気弁 107 ストレート部 108 テーパ状溝底 111 パイロット排気弁 112 排気通路 119 油圧ポンプ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−229004(JP,A) 特開 昭63−130904(JP,A) 特開 平2−211388(JP,A) 特開 平1−267371(JP,A) 実開 平2−81933(JP,U) 実開 平3−40541(JP,U) 実開 平2−117969(JP,U) 特公 昭55−40761(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F04B 9/00 - 15/08 F15B 11/15

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ピストンの片側に復帰ばねを設け他の片
    側を圧力室としたシリンダに圧縮空気を給排気弁を介し
    て給排することによりピストンが往復動作し、その往復
    動作によってプランジャー式ポンプを駆動して高圧流体
    を発生する装置であって、前記給排気弁が、本体内に圧
    縮空気源に接続する給気路と、外界に連通する排気路
    と、前記圧力室に連通する給排気路とを設けてあり、そ
    の本体内に収容され前記ピストンの移動方向に沿って小
    寸法移動可能であり第1弁部及び第2弁部を有し前記給
    排気路に対して前記給気路との間を第1弁部で連通させ
    前記排気路との間を第2弁部で遮断する給気位置並びに
    前記給排気路に対し給気路との間を第1弁部で遮断し前
    記排気路との間を第2弁部で連通させる排気位置の二つ
    の切換位置に切り換えられるように給排弁体を設け、そ
    の給排弁体の移動方向の一端に第1パイロット室を設け
    他端に前記給気路に連通した第2パイロット室を設け、
    前記ピストンの移動方向に貫通し第1、第2パイロット
    室に達した内孔を前記給排弁体の中心部に穿設し前記ピ
    ストンと同軸的に且つ一体的に形成されたパイロットロ
    ッドを本体内壁を摺動可能に貫通させ第2パイロット室
    を通り前記内孔に出入りして前記第2パイロット室と内
    孔の間を開閉するするように前記パイロットロッドの先
    端部に給気弁部を形成したパイロット給気弁を設け、前
    記パイロットロッドの先端で開弁し第1パイロット室を
    排気路に接続するパイロット排気弁を設け、前記給排弁
    体の第1パイロット室側のパイロット圧受圧面積を第2
    パイロット室側のパイロット圧受圧面積よりも大きく形
    成した構成である高圧流体発生装置において、前記パイ
    ロット給気弁が、前記パイロットロッドの前記給気弁部
    にパイロットロッド先端側に拡大したテーパ状溝底を有
    しOリング線径よりも十分に広い溝幅を有するOリング
    溝を設け、そのOリング溝に大径側溝底径よりも小さい
    内径を有し前記内孔に進入したとき給気圧力により溝底
    の大径側へ移動して内孔を気密に封鎖可能な大きさのO
    リングを装着した構成であることを特徴とする高圧流体
    発生装置。
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