JP5509083B2 - レギュレータ、動力供給システムおよびそれらの使用方法 - Google Patents

Description

関連出願
本出願は、発明の名称が「空気圧レギュレータアセンブリ、動力供給システムおよびそれらの使用方法」であり、２００７年１０月３日に出願された米国特許仮出願第６０／９７７，３７４号について優先権の利益を有し、その開示全部を参照によりここに含める。また、本出願は、発明の名称が「空気圧レギュレータアセンブリ、動力供給システムおよびそれらの使用方法」であり、２００７年１２月２６日に出願された国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２００７／８８８６５について優先権の利益を有し、その開示全部を参照によりここに含める。また、発明の名称が「軽量で携帯可能な空気／ガス動力源を用いる装置および方法」である米国特許第６，９３２，１２８号明細書の開示全部を参照によりここに含める。

本発明は、レギュレータ（および／またはその部品）とそのレギュレータを用いる携帯可能な空気圧動力供給システムおよびそれらの使用方法に関する。

きわめて多種の装置および同様のものが、何世紀にも亘って開発され、技術文明の発展の間現代まで発達してきた多数の建設および製造技術を対象に扱われてきた。例えば、建設業等の１つの産業において、数十もの異なる装置が１つの建設現場で用いられうる。特に、利用されるこのような装置の数は、より複雑化する現代の建造物の開発が引き続く大工的なおよび他の建築的な技術、の種々の特殊性および副次的特殊性のため増大してきた。

この発達を通して、装置操作の自動化、主に、装置の動作速度改善および装置操作者の疲労の軽減によって仕事の効率を改善することに、実質的な努力がなされてきた。ここ数十年、このような自動化に向けた努力は、空気圧装置を動力源とするコンプレッサーまたは電動の装置の開発または発達に、典型的に向けられてきた。これに関して、これらの効率が改善され、自動化された装置の使用が日常化したため、空気圧くぎ打ち機または電動ドリルを建築作業の現場で利用できない場合、作業員は四苦八苦させられる。それにもかかわらず、従来の空気圧または電動の装置は、種々の不便性または欠点を有していた。

例えば、ホースで直接コンプレッサーに接続される、または電気コードを介して電気プラグに接続される空気圧動力装置または電動装置は、これらの各動力源への接続のために携帯性または移動性が制限を受けていた（例えば、これらの携帯性はホース若しくはコードの長さによって制限され、および／または、これらは例えば持って梯子を上ることが困難であるかまたは安全に登れないことがありえた。）。さらに、コードまたはホースが長い程、全体的に重くなり、これらのホースまたはコードが絡む、または安全上の問題（例えば、つまずきの危険）として働く可能性を増大させる。バッテリー駆動の装置はこれらの短所の内のいくつかを解消するが、これらの装置はその増大する重量およびバッテリーの有限な充電量に依存する信頼性等としての短所による負担がある（および、例えば、バッテリーが切れた後に、充電のために待たなければならない、または更なる使用可能なバッテリーを持っていなければならない）。

発明の名称が「軽量で携帯可能な空気／ガス動力源を用いる装置および方法」である米国特許第６，９３２，１２８号（以下、１２８特許という。）は、上述した欠点のいくつかに対処し、緩和するが、本発明は、少なくとも一部分において、１２８特許で開示される装置と方法を更に改善し、また、１２８特許で具体的に開示される技術の方向には必ずしも関係ない他の改善を与えることを意図する。特に、本発明は例えば１２８特許で開示されるようなシステムでの使用のためにレギュレータのデザインにおける実質的な改善を与えることを意図する。

例えば、くぎ打ち機のようなあるタイプの空気圧装置は、加圧された空気（”本明細書の中で一般的に用いられる”空気”は、窒素やヘリウムのような他の適切な全てのガスを含み、”ガス”または”空気／ガス”と同じ意味で使われる。）の短いバーストを必要とする。一方、空気圧で駆動されるねじ回しのような他の装置は、動作中に連続的な空気の流れをしばしば高圧で必要とする。同様に、自転車のタイヤ、バスケットボールまたはサッカーボールに空気を充填することのように、あるタイプの圧縮空気を使う”仕事”またはプロジェクトは、低圧の空気を連続的に供給することで最も良く対処される（すなわち、そのようなアプリケーションで高圧のバーストまたは高圧の連続的な流れを用いると、タイヤやボールがダメージを受けたり、破裂したりする。）。さらに、”ジョーズオブライフ”やリフトバッグ（例えば、各々消防隊の緊急措置で使われる。）のようなカッティングデバイスまたはインパクトレンチの操作のように、ある種のもっと要求の多いアプリケーションは、高圧と連続的な流れに加えて多量の空気の供給を必要とする。

これらの多数のアプリケーションと仕事のタイプが存在し、各々がそれら自身への空気の供給を必要とすることを考慮すると、そのようなアプリケーションや仕事のタイプの間で切り替わるとき、レギュレータの調整や部品交換が必要であろうとなかろうと、その形態やデザインのために、そのような（または他の）選択されたアプリケーションや仕事のタイプ（例えば、１２８特許で開示されたようなシステム）で使用することができる単一のレギュレータを持つことが望ましい。ある最適なデザインでは、部品の交換および／または意味のあるレギュレータの調整を必要とすることなく（または高圧シリンダまたはボトルにレギュレータを設置した直後に一般に一時的に行われる初期調整の後、出力圧力調整メカニズム以外にレギュレータを調整することなく）、バーストまたは連続的な流れとして低圧と高圧の両方で二者択一的に（例えば、要望に応じて選択的に）、および／または少量または多量に（またはここに掲げた供給タイプの任意の組み合わせで）空気を供給することができる単一のレギュレータを持つことがもちろん望ましい。

また、公知のレギュレータのデザインを使うと、レギュレータの動作中に好ましくない圧力の変化がよく起こる。公知のレギュレータのデザインにおけるそのような欠陥の例として、高圧の空気供給源（例えば、スチール、アルミニウムまたは炭素繊維のシリンダや”ボトル”）が枯渇するか、またはその空気供給源によって供給される空気またはガスの圧力が減少するとき、そのレギュレータによって供給される出力圧力は一般に増加する（すなわち、これは、低圧ピストンをそらすために低圧チャンバの中で最初により低い圧力しか利用できず、従って低圧チャンバへの空気の流れの供給を適時に止めるためにレギュレータピンによってレギュレータシートが閉鎖されるためであると考えられる。）。例えばしきい値の制限を越える空気圧を受けると、あるタイプの装置はダメージを受けるか、または正しく動作しない（例えば、くぎを非常に深く打ち込む。）ので、この予期しない結果は、携帯可能な空気動力システムで使われるようなあるタイプのレギュレータの動作に問題を生じさせる。

上にあげた欠点および／または技術の改善に対する要望を考慮して、１つ以上のそのような欠点および／または要望にも、またはいったん本発明が開示されると選択的に当業者にもっと明白になる他の必要性にも対処することがここに記述される発明の目的である。

一般的に言えば、本発明は、一実施形態において、改善された性能（例えば、改善されたガス圧供給の安定性）を示す構造を持つレギュレータ（またはその部品）に向けられる。そのようなまたは他の実施形態において、（例えば、供給されるガス圧の範囲、供給されるガスの種類、および／または供給されるガス量について）改善された動作性能を示す構造を持つレギュレータが与えられる。少なくとも１つの好ましい実施形態において、各ステージでユーザが動作性能を調整できる２つのステージを含むレギュレータが与えられる。

一実施形態において、本発明は、高圧ガス供給源に接続するための吸気ポートと、高圧チャンバと低圧チャンバの間で空気の供給を制御するために第１のレギュレータピストンと第１のレギュレータシートとを含む第１のステージと、低圧チャンバと出力チャンバの間で空気の供給を制御するために第２のレギュレータピストンと第２のレギュレータシートとを含む第２のステージと、望ましい出力圧力でガスを供給するために出力チャンバと選択的なガスの流れを交換する出力ポートと、第１のステージの少なくとも１つの操作パラメータを調整するために第１のステージを制御する第１の調整機構と、第２のステージの少なくとも１つの操作パラメータを調整するために第２のステージを制御する第２の調整機構と、を備え、第１の調整機構と第２の調整機構が望ましい操作特性を得るようにレギュレータの動作を調整するために単独でまたは組み合わせて各々調節可能である、ことを特徴とするレギュレータを提供する。本実施形態または他の実施形態において、（例えば、空気圧で動力を供給されるツールなどのために、）第２の調整機構は、出力ポートによる供給のために望ましい操作出力圧力を選択するように調節可能である。そのような実施形態または他の実施形態において、第１の調整機構と第２の調整機構は、選択的にまたは組み合わせて、低圧で、高圧で、少量に、大量に、ショットで、および連続した流れで、出力ポートを経由してガスを供給できるようにレギュレータを選択的に調整することができる。さらなる実施形態において、第１と第２のステージは単一の主レギュレータボディに収納される（すなわち、レギュレータは実質的に単一ボディデザインである）。

必要に応じて、先立つ実施形態のいずれか１つまたはそれらの組み合わせにおいて、実質的に減圧されず加圧されている高圧シリンダにレギュレータが取り付けられている間に、レギュレータキャップを取り除くことができるように、レギュレータは設計される。

他の予期される例の中で、先立つ実施形態のいずれか１つまたはそれらの組み合わせにおいて、望ましい選択されたエンドユーズに応じてレギュレータのｐｓｉ出力を変えるために、ベルビル型スプリング（もちろん他のタイプのスプリングを使ってよい）を選択的に取り除き、他のタイプのスプリングまたは他の”付勢または強度の等級”のスプリングに置き換えてよいように、レギュレータは設計される。ある望ましい実施形態において（特に上述した実施形態、あるいはそれらのいずれかの組み合わせまたはサブコンビネーションにおいて）、変えられることができるｐｓｉ出力は、最大のｐｓｉ出力、ｐｓｉ出力の範囲、最小のｐｓｉ出力、またはここにリストアップされた出力変数の組み合わせを含むグループから選択される。

一実施形態において、カートリッジアセンブリのユニークな構成は、カートリッジボディ（ここに図示される構成例）、レギュレータピン、レギュレータシート、および付勢機構（例えば、スプリング）から成り、内蔵型の取り外し可能なモジュールとして達成される。そのようなモジュールの使用は、そのようなレギュレータ構成例において、レギュレータのメンテナンスおよび／または修理の容易さと、製造の容易さおよび／または増加した信頼性との両方に、あるいは選択的に、役立つ。

いくつかの好ましい実施形態において、ｐｓｉ出力の範囲はベルビル（または他のタイプの）スプリングパックを取り替えることによって簡単にすばやく変えられることができる。例えば、そのようなレギュレータは、単純なスプリングパック（または付勢機構パック）の交換によって０−１５０ｐｓｉ出力と０−３００ｐｓｉ出力（実際には、通常１５０−３００ｐｓｉ出力に）の間で変化することができるように変更されてよい。これは少なくとも１つの点で重要であり、バスケットボールやサッカーボールのようなスポーツ用ボールを膨らませることから、インパクトレンチに動力を供給することや緊急リフトバッグを動作させること等のようなもっと高圧のアプリケーションにまで及ぶさまざまなエンドユーズタイプのために（例えば、携帯可能な動力供給システムの一部として）そのようなレギュレータを使用することが望ましい。

さまざまな実施形態において、レギュレータは、携帯可能な小形容器のような加圧された空気の供給源に接続するように設計される。そのような実施形態において、小形容器は、望ましくはユーザが持ち運びできるように十分小さく、さまざまな圧縮空気を使ったツールを動作可能なように連結するためのホースにレギュレータを通して接続される。

さまざまな実施形態において、高圧チャンバから低圧チャンバへのガスの流れは調節可能なまたは調整可能な高圧ピストンアセンブリと高圧ピンアセンブリによって制御される。更に、そのような例または他の実施形態において、低圧チャンバから出力チャンバへのガスの流れは調節可能なまたは調整可能な低圧ピストンアセンブリと低圧ピンアセンブリによって制御される。さらに他の実施形態では、（例えば、レギュレータに接続された高圧シリンダのような）供給源の圧力が減少しても予測通りの一定の出力圧力を確保するために、高圧ピストンアセンブリと低圧ピストンアセンブリの一方または両方が調整可能または調節可能である。

ここに記載された実施形態のいくつかにおいて、外部ピストンの中で内部ピストンの長手方向の位置が（例えば、レギュレータの調節性のために）ユーザによって調整可能であり、レギュレータは更に低圧ピストンのユーザによる調整用のノブを含む。

さらに、いくつかの実施形態において、レギュレータは、少なくとも０−６０００ｐｓｉの間の圧力の空気／ガスを吸気ポートで受け入れて、そのような空気／ガスの圧力を下げ、好ましい実施形態では１５０−３００ｐｓｉの間で選択された圧力で、もっと好ましい実施形態では０−３００ｐｓｉの間で選択された圧力で、更に好ましい実施形態では０−５００ｐｓｉの間で選択された圧力で、（例えば、さまざまな望ましい量の供給率で、）出力ポートからそのような空気／ガスを供給することができる。最も好ましい（しかし、制限のない）実施形態では、部品の交換の必要および／または実質的なレギュレータの調整無しに、広い範囲の圧力と量を選択して供給することができる。特に効果のある実施形態では、エンドユーズアプリケーションが替わるとき、（例えば、たぶん出力圧力ノブの他に）レギュレータの調整は必要とされない。

いくつかの実施形態では、空気／ガス出力は圧縮空気で動作するツールに空気／ガスホースを介して接続される。そして、レギュレータは更に空気充填ポートを含み、空気充填ポートは、例えば、レギュレータに接続された空気タンクを再充填するために空気貯蔵容器や空気圧縮器に空気ホースを介して接続可能である。

他の態様において、本発明は、（ａ）少なくとも、第１のチャンバおよびその第１のチャンバと流体を交換する第２のチャンバ、高圧カートリッジアセンブリおよび第１のチャンバ内に収納される高圧ピストンアセンブリ、高圧カートリッジアセンブリに設けられた吸気ポート、低圧カートリッジアセンブリおよび第２のチャンバ内に収納される低圧ピストンアセンブリ、低圧カートリッジアセンブリに設けられた空気出力ポートを持ち、高圧ピストンアセンブリが、外部ピストンおよびその外部ピストン内に少なくとも部分的に収納されており、ユーザが外部ピストン内で長手方向に移動させることができる内部ピストンを含むハウジングを有する２ステージレギュレータ、（ｂ）加圧された空気のタンク、および（ｃ）一端が吸気ポートに接続され、他端が加圧された空気のタンクに接続されたホース、を含む携帯可能な圧縮空気を使ったツールへの動力供給システムに向けられる。

いくつかの実施形態において、携帯可能な圧縮空気を使ったツールへの動力供給システムは、更に、圧縮空気を使ったツールと、一端がレギュレータの空気出力ポートに接続され、他端が圧縮空気を使ったツールに接続されたホースとを含む。

ここに記載される一実施形態において、第１のステージと第２のステージの両方で調節機能を持つことは、（ショットタイプのガス供給または連続した流れのガス供給を使う）広い範囲の圧縮空気を使ったツールで容易に使うことができるようにレギュレータを調節することを可能にする。そのようなまたは他の実施形態において、第１のステージと第２のステージで調節機能を持つことは、付加的に、または選択的に、ガス供給圧力（例えば、スチール、アルミニウム、またはカーボンファイバの高圧シリンダによって供給されるガスの圧力）とは関係なく、レギュレータが一般的にまたは実質的に安定した出力圧力でガスを供給するように調節することを可能にする。

本発明の例が、次の図面を参照しながら制限のない実施形態について以下に記載される。

（レギュレータピンが”開”位置にある場合の）本発明に係るレギュレータの一実施形態を示す一部が透過した平面図である。 図１に示す実施形態に係るレギュレータの分解平面図である。 本発明の実施形態に係る高圧レギュレータピンの上面図である。 本発明の実施形態に係る高圧レギュレータピンの側面図である。 本発明の実施形態に係る高圧レギュレータピンの底面図である。 図１Ａに示すレギュレータで使用される高圧ピストンアセンブリの一実施形態を示す一部が透過した図である。 図３Ａに示す高圧ピストンアセンブリの分解図である。 図３Ａに示す高圧ピストンアセンブリの非透過の組立透視図である。 本発明に係る低圧レギュレータピンの一実施形態を示す透視図である。

本発明をより完全に理解するため、同様の符号が同様の特徴を示す添付図面とともにその種々の図的なおよび非限定的な実施形態についての以下の記述が参照される。

まず、本発明に係るレギュレータの一例の組み立て図と分解図を図１と図２に示す。この点で、図示するように、レギュレータ１は、高圧サブアセンブリ、低圧サブアセンブリ、主レギュレータボディ１０、およびレギュレータキャップ９４を含む４つの主部品またはサブアセンブリの組立品から成る。この組立品は、レギュレータ１の主機能部品と一緒に組み立てられ、それらを含み、および／またはそれらを動作可能なように取り囲む。

この点で、レギュレータ１の高圧サブアセンブリは一般に高圧力カートリッジ３から成っており、高圧カートリッジ３自体は高圧シリンダにねじ込むための第１の端５と主レギュレータボディ１０にねじ込むための第２の端７を持つ単一のカートリッジボディ４を備える。この点で、第１の端５は、それが付着する（または取り付けられる）高圧シリンダとのガス流の交換のための高圧入力開口部１１を備える。高圧カートリッジ３は、その反対側、すなわち第２の端７にレギュレータシート２８を保持するためのレギュレータシート開口部１３を含む。レギュレータシート２８は中央開口部１２に隣接し、中央開口部１２は付勢機構２４（例えば、通常のコイルスプリングまたは他の適切な機構）のためのシートとして働くほかにガス流交換のために高圧入力開口部１１とレギュレータシート開口部１３をつなぐ。更に、図示するように、中央開口部１２は、（図２Ａ、図２Ｂおよび図２Ｃに詳細に示される）レギュレータピン２５の一部を収納する。そして、レギュレータピン２５は、（レギュレータシート開口部１３に圧入される）レギュレータシート２８の中央開口部２３に差し込まれる細長い第１の端（または先端）２７を持つ。図示されるように、レギュレータピン２５の反対側の第２の端は付勢機構２４（例えば、コイルスプリング）と付勢接触する。この点で、レギュレータピン２５は、レギュレータの動作中に高圧カートリッジ３の中央開口部１２の中で上下両方向に動くことができ、レギュレータピン２５の円錐部（広い部分）２６が開口部に出入りするとき、レギュレータシート２８の中央開口部２３を効果的に開閉することによって（例えば、物理的に空気／ガスの通路を塞ぐことによって）レギュレータの低圧側へのガスの経路を開閉することが注目される。

図１に最も良く示されるように、（例えば、上述したレギュレータピン２５、スプリングおよびレギュレータシート２８を収納するカートリッジボディ４を含む）高圧カートリッジ３全体は、必要な密封を達成するために適切なＯリングを使って単純にねじ込むことによって主レギュレータボディ１０に接続する。（ここで、雄であろうと雌であろうとねじ山はときどき符合”Ｔ”により図面を通して参照される。同様に、効率化のためにＯリングはときどき特定の符号ではなく、ラベル”Ｏ”を使って指定される。）

主レギュレータボディ１０への高圧カートリッジ３の設置位置のだいたい反対側に（望ましくは、軸方向に位置合せされて）、高圧ピストンアセンブリ４０がピストンチャンバ（または開口部）４３に収納される。そのように設置されると、高圧ピストンアセンブリ４０の第１の端４４と、その反対側の隣接する開口部４７の壁とによって低圧チャンバ１６が一部分において定義される（従って、低圧チャンバ１６の体積は、高圧ピストンアセンブリ４０の位置がレギュレータ内で軸方向に変化するとき、増加または減少する。）。

本実施形態において、高圧ピストンアセンブリ４０は一般的に肩（またはフランジ領域）４９を持つ略円筒状の主ピストンボディ４１を含む。複数のベルビルスプリング（Ｂｅｌｌｅｖｉｌｌｅ−ｓｐｒｉｎｇｓ）４５、またはベルビルスプリング４５の列が主ピストンボディ４１に取り付けられており、ベルビルスプリング４５の列の一端は高圧ピストンアセンブリ４０の肩４９にはめ込まれ、他端はレギュレータキャップ９４によって包み込まれ、または捕らえられている（レギュレータキャップ９４は雄と雌、例えば通常のボルト９６を介して主レギュレータボディ１０に取り外し可能に取り付けられている。しかし、もちろんそれは他の機構または手段によって同様に取り付けられることができる。）。高性能のレギュレータ特性を達成するためにベルビル型スプリング（例えば、好ましくはステンレス鋼）が特に有効であると分かっているが、もちろん他のタイプのスプリングまたは付勢機構が使われてもよい。

特に、主ピストンボディ４１は内部ピストン５０を保持および／またははめ込むための中央開口部４６を持つ。内部ピストン５０はピストンボディ４１内の異なる軸方向の位置にねじ込まれてその有効な長さを変え、従ってレギュレータの出力特性を調整および／または調節するために（第１の端２７で）レギュレータピン２５に対する相対的な付勢を変えることができる（主ピストンボディ４１内で機密を得るために内部ピストン５０の直径について使われるＯリング、および主ピストンボディ４１と主レギュレータボディ１０の間の機密シールのために主ピストンボディ４１で使われる少なくとも１つのＯリングを備える）。この点で、内部ピストン５０は（図３Ａに最も良く示される戻り止め領域を持つ）ピンシート４２を含み、ピンシート４２はレギュレータが組み立てられるとき、第１の端２７を介してレギュレータピン２５の付勢に使われる。レギュレータピン２５は同様に付勢機構（またはスプリング）２４によって反対方向に付勢される。この構成を備えることで、レギュレータの動作の間に、レギュレータの動作の一部として内部システム圧力とスプリング値の関数としてピストンチャンバ４３内で高圧ピストンアセンブリ４０が軸方向に前後に移動することが当然認識される。更に、（内部システムの空気／ガス圧力と相対的に）付勢機構２４とベルビルスプリング４５により与えられる反対方向へのスプリングによる付勢力のバランスを変えるために、内部ピストン５０の軸方向の位置を（主ピストンボディ４１内で）調整できることが認識される。この点で、内部ピストン５０の軸方向の位置を調整することにより、レギュレータの動作中にレギュレータシート２８を通って移動するまたは通過する空気／ガスの体積および／または圧力を望まれるように調整することができる。内部ピストン５０を調整する際にそのピストンにアクセスするために、レギュレータキャップ９４からねじ山をつけられたプラグ（またはキャップ）５３を取り外すことができる（図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃは高圧ピストンアセンブリ４０のより詳細な図である）。

また、図１と図２に示すように、レギュレータの低圧側では、レギュレータ１の低圧サブアセンブリは、一般に（この例では、主レギュレータボディ１０にねじ込まれ、Ｏリング６７で密封される）スプリングシート６１、スプリング（または他の適切な付勢機構）６２、および（周囲に空気／ガスの流れを許すために六角形に形成された）低圧レギュレータピン６３を含む。低圧レギュレータピン６３は、レギュレータシート６６の開口部６８内に差し込まれて延びる先端６５を持ち、低圧レギュレータチャンバ６０内に設置される（レギュレータシート６６は、変形可能なねじ山のある挿入部材７０によって一方の側で密封され、構造的に支持される。）。図示されるように、スプリング６２は、スプリングシート６１と低圧レギュレータピン６３の間に設置され、従ってレギュレータシート６６の方へ低圧レギュレータピン６３を付勢するように作動する（すなわち、スプリング６２はレギュレータシート６６で密封するために低圧レギュレータピン６３を付勢するように作動する。）。

上述した高圧サブアセンブリと同様に、低圧サブアセンブリは、更に低圧レギュレータピン６３の軸とほぼ同軸で一列に並んで配置された低圧ピストンアセンブリ８０を含む。本実施形態では、低圧ピストンアセンブリ８０は、一般にベルビル型スプリング８５（ただし、もちろん他のスプリングまたは付勢機構タイプが使われても良い。）を設置するための肩（またはフランジ部分）８４を持つピストンボディ８１を含む。また、ピストンボディ８１は、対応する高圧部分と同様に、低圧ピンシート８２を含み、低圧ピンシート８２は低圧レギュレータピン６３の先端６５を付勢関係に従事させる（すなわち、ベルビル型スプリング８５は低圧ピンシート８２を介して低圧レギュレータピン６３の先端６５に接触して加えられるピストンボディ８１への付勢力を与える。）。肩８４に接触してベルビル型スプリング８５を捕らえることは、例えば圧縮空気を使ったツールまたは他のニーズに応じて、レギュレータ１によって（出力ポート１８を介して）供給される出力圧力をユーザに選択させることができるように提供される調整機構９０を構成する。もっと具体的に言うと、調整機構９０は、ねじ山９２を介してレギュレータキャップ９４にねじ込まれる調節器ボディ９１を含む。調節器ボディ９１は、一端に、（適切な空気／ガスの密封を与えるための対応するＯリングを備えた）フランジ９３を含む。レギュレータ１に設置されるとき、フランジ９３はベルビル型スプリング８５のためのシートとして役割を果たす。そのように構成されると、レギュレータキャップ９４の内側へまたは外側に調節器ボディ９１を軸方向に更にねじ込み、これによりフランジ９３によってベルビル型スプリング８５に接触して加えられる力の量を変えることによって、低圧レギュレータピン６３（の先端６５）に接触して与えられる付勢力を変化させる、あるいは調整するために、調整機構９０を使うことができる（ここで、フランジ９３は回りまわって低圧レギュレータピン６３に接触して加えられるスプリングの力または付勢力の量を決定する）。本実施形態において、これは単に手動回転調整ノブ９５によって達成される。組み立てられるとき、ベルビル型スプリング８５の力のユーザ調整機能を提供するために手動回転調整ノブ９５は調節器ボディ９１に接続される。これは、回りまわって、（スプリングの力と組み合わせて低圧レギュレータピン６３によってレギュレータシートの開閉の契機を与える役割を果たす）内部システムの空気／ガスの圧力と組み合わせて、（スプリング６２とベルビル型スプリング８５の間で）低圧レギュレータピン６３に加えられる反対方向を向いたばねの力の相対的なバランスまたは差を決定する。従って、これは（体積および／または圧力を含む）空気の流れの量を決定する。その空気の流れは動作中にレギュレータシート６６を通ること、すなわち開口部６８を通って低圧チャンバ１６から出力チャンバ１９へ流れることを許される。

図示するように、出力チャンバ１９は出力ポート１８と空気／ガスをやりとりする。本実施形態では、この点で、出力ポート１８は、例えば、空気／ガスのホースへの接続用（例えば、同様に、圧縮空気を使ったツールへの接続用）のすばやく取り付け／取り外し可能な連結器の設置に対応するためにねじ山のついた壁を持つ。

更に、図示された実施形態では、レギュレータ１は、例えば、レギュレータ１に接続された空気／ガスシリンダ（図示なし）に加圧された空気／ガスを導入することを可能にするために充填路と充填ポート３４を持つ。充填路は充填チャンバ３２を含み、充填チャンバ３２は充填ポート３４と（カートリッジボディ４の中の）対応する充填開口部３７をねじ留めして接続するためのねじ山３６を有する。これは、充填チャンバ３２と高圧入力開口部（高圧入力路）１１の間で空気／ガスの交換を提供する（充填開口部３７により充填チャンバ３２と空気／ガスを交換する）ためである。充填ポート３４は、同様に、それぞれ使用中と充填中にＯリング３５によって選択的に密封および非密封にされるポペット弁（または支柱）３３から成る一方向バルブタイプアセンブリを含む。

動作中に、高圧入力開口部１１により（例えば、接続された高圧空気／ガスシリンダに含まれるような）圧縮空気／ガス源と空気／ガスの流れを交換するように、図示される２ステージレギュレータが好ましくは持ち運びのできる高圧空気／ガスシリンダに取り付けられる。この点で、レギュレータの内部チャンバ（高圧と低圧）が加圧されるとき、付勢機構（スプリング）２４は通常レギュレータシート２８に対してレギュレータピン２５を付勢する。けれども、圧縮空気を使ったツールの使用中のように低圧チャンバ１６の圧力が減少するとき（例えば、出力ポート１８から空気が抜かれるとき）、低圧チャンバ内の内部圧力の対応する降下は、高圧ピストンアセンブリの第１の端４４に対する付勢圧力を軽減し、ベルビルスプリング４５が付勢機構（スプリング）２４の反対側への付勢力を打ち負かすことを許す。結果として、レギュレータピン２５はレギュレータシート２８から軸方向に離れ、加圧された空気が（レギュレータシート２８の中央開口部２３を介して）高圧チャンバ１４から低圧チャンバ１６に再び入ることを許す。しきい量の圧力が低圧チャンバ１６内に再び生じると、高圧ピストン面（高圧ピストンアセンブリ４０の第１の端４４）に対して空気／ガスの力が生じ、高圧ピストンアセンブリがベルビルスプリング４５の力に逆らって後方に押し戻される。これは、付勢機構（スプリング）２４がベルビルスプリング４５の力を打ち負かすことを許し、レギュレータピン２５がレギュレータシート２８に再び座り、従って、（高圧チャンバ１４と低圧チャンバ１６の間のレギュレータシート２８の中央開口部２３において空気の通路を物理的に塞ぐことによって）高圧チャンバ１４と低圧チャンバ１６の間で空気／ガスの交換を止める。

同様に、（例えば、ツールの動作中に）出力ポート１８での圧力が低下する前は、出力チャンバ１９に含まれる空気／ガス圧力と結合したスプリング６２の力は、肩８４の面に対して力を加えるが、（レギュレータが正しく調整されているとき、）ベルビル型スプリング８５の付勢力を打ち負かして、低圧レギュレータピン６３にレギュレータシート６６の開口部６８を塞がせるために十分であり、従って低圧チャンバ１６と出力チャンバ１９の間で空気／ガスの流れを防ぐ。けれども、（出力ポート１８に接続されている圧縮空気を使ったツールが動作するときのように）出力チャンバ１９から空気／ガスが抜かれるとき、出力チャンバ１９の内部の空気／ガス圧の欠如（そして、従って肩８４の面に加えられる空気／ガスの力の欠如）は、一時的にベルビル型スプリング８５の力が十分に長くスプリング６２の力を打ち負かすことを許し、低圧レギュレータピン６３が（低圧ピストンの）低圧ピンシート８２によってレギュレータシート６６から付勢されて離れ、十分な／望ましい圧力および／または体積の空気／ガスが出力チャンバ１９に再び導入される。そのような時、空気／ガスの力に支援されたスプリング６２の力がベルビル型スプリング８５の付勢力を打ち負かすように、導入された圧力および／または体積は肩８４の面上における空気／ガスの圧力を介してベルビル型スプリング８５に対して付勢力を再び加えるために十分であり、（低圧レギュレータピン６３がレギュレータシート６６に再び座るので）レギュレータシート６６の開口部６８は低圧レギュレータピン６３によって再度閉じられる。

特に、ベルビル型スプリング８５は低圧ピストンアセンブリで作動するので、ベルビル型スプリング８５の付勢力を（手動回転調整ノブ９５を介して）手動で調整することができ、出力チャンバ１９で得られる、または出力チャンバ１９に提供される（従って、出力ポート１８に提供される）空気圧の量をユーザが選択できるように調整機構９０が提供される。特に、この特徴は特に選択された圧縮空気を使ったツールの使用または他の圧縮空気の使用のためにユーザが望ましい出力圧力を選ぶことができるように提供される。この目的を補助するために、図示された実施形態のような一実施形態に係るレギュレータは、圧力計測器（実際の圧力計測器は図示されていない）を接続するためのポート／通路１１１を有し、その圧力計測器は出力圧力の正確で素早い選択を可能にする。

（図示されたレギュレータのような）ここに記述されたレギュレータのある特定の実施形態では、付加的な安全上の特徴がレギュレータに提供される。例えば、図１に最も良く描かれるように、主レギュレータボディ１０に開いた安全開口部ＳＡが提供される。描かれた位置において、（恐らくレギュレータシート２８が機能せず、シリンダの最大限の高圧が主ピストンボディ４１を上方へ付勢しているので、）レギュレータのたぶん安全ではない高圧のために、主ピストンボディ４１が（レギュレータピン２５から離れて）十分な距離を外側に進められた場合に、安全開口部ＳＡは大気にさらされ（安全開口部ＳＡは通常は図に描かれたＯリングによって大気から密封されている）、レギュレータ内に含まれる加圧された空気／ガスを少なくともある程度排出することができ、従って、例えば、レギュレータの部品の故障の潜在的な不利な影響を最小限にするかまたは少なくとも削減する。

上記が開示されると、多くの他の特徴、修正および改良が当業者に明らかになるであろう。従って、そのような特徴、修正および改良は、ここに記載された実施形態によって負わされる制限なしに、本発明の一部とみなされる。更に、ここで実施形態を説明または例示するために使われる、いかなる単語、用語、句、特徴、例、実施形態、またはそれらの一部または組み合わせも、もし明白に独自に定義されたものとして、または別の方法で明白に制限として説明されないならば、特許権の範囲を決定する請求項の用語の通常の意味に反して本発明の範囲を狭めることを意図しない。

Claims (37)

1. 高圧ガス供給源に接続するための吸気ポートと、
   高圧チャンバと低圧チャンバの間で空気の供給を制御するために、第１のレギュレータピストンと、第１のレギュレータシートピンアセンブリとを含む第１のステージと、
   前記低圧チャンバと出力チャンバの間で空気の供給を制御するために、第２のレギュレータピストンと、第２のレギュレータシートピンアセンブリとを含む第２のステージと、
   望ましい出力圧力でガスを供給するために前記出力チャンバとガスの流れを交換する出力ポートと、
   前記第１のステージの少なくとも１つの操作パラメータを調整するために前記第１のステージを制御する第１の調整機構と、
   前記第２のステージの少なくとも１つの操作パラメータを調整するために前記第２のステージを制御する第２の調整機構と、
   を備え、
   前記第１の調整機構と前記第２の調整機構が、望ましい操作特性を得るように前記レギュレータの動作を調整するために、単独でまたは組み合わせて各々調節可能であり、
   前記第１のステージの第１のレギュレータピストンと前記第２のステージの第２のレギュレータピストンのいずれか１つが、更に外部ピストンと内部ピストンを持つピストンアセンブリを含み、
   前記内部ピストンが、前記外部ピストンに対して軸方向の位置を調整可能であり、
   前記第１のステージまたは前記第２のステージの操作パラメータの１つが、前記外部ピストンに対する内部ピストンの軸方向の位置である、
   ことを特徴とするレギュレータ。
2. 前記内部ピストンの前記外部ピストンに対する調整機能は、前記内部ピストンと前記外部ピストンの間におけるねじ山をつけられた接続によって促進されることを特徴とする請求項１に記載のレギュレータ。
3. 前記内部ピストンが、前記外部ピストンと略同軸に調整されることを特徴とする請求項１に記載のレギュレータ。
4. 前記外部ピストンが、スプリングによって付勢されることを特徴とする請求項１に記載のレギュレータ。
5. 前記第２のステージの第２のレギュレータピストンが、更に低圧調節器と低圧ピストンと低圧ピンシートを持つ低圧ピストンアセンブリを含むことを特徴とする請求項１に記載のレギュレータ。
6. 前記低圧調節器が、更に、ノブに接続するためのねじ山がついた第１の端と、前記低圧ピストンと連動するためのフランジを持つ第２の端とを有する軸を含むことを特徴とする請求項５に記載のレギュレータ。
7. 前記低圧ピストンが、スプリングによって付勢されることを特徴とする請求項６に記載のレギュレータ。
8. 前記低圧チャンバと前記高圧チャンバが、それぞれレギュレータシートとピンとスプリングとピンシートとを有する前記第２のレギュレータシートピンアセンブリおよび前記第１のレギュレータシートピンアセンブリを各々収納することを特徴とする請求項１に記載のレギュレータ。
9. 前記第１のレギュレータシートピンアセンブリが、前記吸気ポートと略同軸に調整されることを特徴とする請求項８に記載のレギュレータ。
10. 主レギュレータボディと、
    加圧されたガスの供給源に接続するための吸気ポートと、
    調整可能な高圧ピストンアセンブリおよび高圧ピンアセンブリと関連し、前記吸気ポートとの間に流体の経路を持つ高圧チャンバと、
    前記高圧チャンバを低圧チャンバと接続する流体の経路と、
    調整可能な低圧ピストンアセンブリおよび低圧ピンアセンブリと関連する低圧チャンバと、
    前記低圧チャンバとの間に流体の経路を持つ出力ポートと、
    を備え、
    前記高圧ピストンアセンブリと前記低圧ピストンアセンブリのいずれか１つが、更に、外部ピストンと内部ピストンを含み、
    前記内部ピストンが、前記外部ピストンに対して軸方向の位置を調整可能である、
    ことを特徴とするレギュレータ。
11. 前記内部ピストンの前記外部ピストンに対する軸方向の調整は、前記内部ピストンと前記外部ピストンの間におけるねじ山をつけられた接続によって促進されることを特徴とする請求項１０に記載のレギュレータ。
12. 前記内部ピストンが、前記外部ピストンと同軸の関係にあることを特徴とする請求項１０に記載のレギュレータ。
13. 前記外部ピストンが、スプリングによって付勢されることを特徴とする請求項１０に記載のレギュレータ。
14. 前記外部ピストンが、スプリングによって付勢されることを特徴とする請求項１１に記載のレギュレータ。
15. 前記スプリングが、ベルビルスプリングであることを特徴とする請求項１４に記載のレギュレータ。
16. 前記高圧ピストンアセンブリと前記低圧ピストンアセンブリのいずれか１つが、更に、圧力調節器とピストンとピンシートを含むことを特徴とする請求項１１に記載のレギュレータ。
17. 前記圧力調節器が、更に、ノブに接続するためのねじ山がついた第１の端と、前記ピストンと連動するためのフランジを持つ第２の端とを有する軸を含むことを特徴とする請求項１６に記載のレギュレータ。
18. 前記ピストンが、スプリングによって付勢されることを特徴とする請求項１６に記載のレギュレータ。
19. 前記スプリングが、ベルビルスプリングであることを特徴とする請求項１８に記載のレギュレータ。
20. 前記高圧ピストンアセンブリと前記低圧ピストンアセンブリを前記主レギュレータボディに固定するためのレギュレータキャップを含むことを特徴とする請求項１０に記載のレギュレータ。
21. 前記レギュレータキャップが、少なくとも１つのねじを用いて前記主レギュレータボディに固定されることを特徴とする請求項２０に記載のレギュレータ。
22. 前記高圧ピストンアセンブリが、前記レギュレータキャップを通して調整可能であり、
    前記低圧ピストンアセンブリが、前記レギュレータキャップの外側に配置されたノブを介して調整可能である、
    ことを特徴とする請求項２１に記載のレギュレータ。
23. 前記高圧ピンアセンブリが、更に、レギュレータシートとピンとスプリングとピンシートを含むことを特徴とする請求項１０に記載のレギュレータ。
24. 前記ピンシートが、前記主レギュレータボディにねじ留めされていることを特徴とする請求項２３に記載のレギュレータ。
25. 前記低圧ピンアセンブリが、更に、レギュレータシートとピンとスプリングとピンシートを含むことを特徴とする請求項１０に記載のレギュレータ。
26. 前記ピンシートが、前記主レギュレータボディにねじ留めされていることを特徴とする請求項２５に記載のレギュレータ。
27. 前記低圧チャンバが、前記低圧チャンバと前記出力ポートの間で一定の圧力で連続した流れを可能にすることを特徴とする請求項１または１０に記載のレギュレータ。
28. 前記主レギュレータボディが、更に、前記高圧チャンバの中の圧力を測定するための計測器と前記低圧チャンバの中の圧力を測定するための計測器を含むことを特徴とする請求項１または１０に記載のレギュレータ。
29. ホース連結器が、前記出力ポートに接続されることを特徴とする請求項１または１０に記載のレギュレータ。
30. 前記ホース連結器が、すばやく取り付け可能な連結器であることを特徴とする請求項２９に記載のレギュレータ。
31. 前記吸気ポートが、０と６０００ｐｓｉの間の圧力でガスを受け入れることを特徴とする請求項１または１０に記載のレギュレータ。
32. 前記出力ポートから出力されるガスの圧力が、０と４００ｐｓｉの間で選択可能であることを特徴とする請求項１または１０に記載のレギュレータ。
33. 前記出力ポートから出力されるガスの圧力が、１００−３５０ｐｓｉの間で選択可能であることを特徴とする請求項１または１０に記載のレギュレータ。
34. 前記レギュレータがツールに接続されることを特徴とする請求項１または１０に記載のレギュレータ。
35. 前記主レギュレータボディが、更に、充填アセンブリを含むことを特徴とする請求項１０に記載のレギュレータ。
36. 圧縮空気を使うツールを圧縮空気レギュレータに接続するステップと、
    前記圧縮空気レギュレータを加圧されたガスの供給源に接続するステップと、
    を備え、
    前記圧縮空気レギュレータが、第１の調整可能な圧力レギュレータと、第２の調整可能な圧力レギュレータとを含み、
    前記第１の調整可能な圧力レギュレータが、調整可能な高圧ピストンアセンブリおよび高圧ピンアセンブリと関連する高圧チャンバを含み、
    前記第２の調整可能な圧力レギュレータが、調整可能な低圧ピストンアセンブリおよび低圧ピンアセンブリと関連する低圧チャンバを含み、
    前記高圧ピストンアセンブリと前記低圧ピストンアセンブリのいずれか１つが、更に、外部ピストンと内部ピストンを含み、
    前記内部ピストンが、前記外部ピストンに対して軸方向の位置を調整可能である、
    ことを特徴とする圧縮空気を使うツールに動力を供給する方法。
37. 前記第２の調整機構が、前記出力ポートによる供給のために望ましい操作出力圧力を選択するように調節可能であることを特徴とする請求項１に記載のレギュレータ。

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