JP5575227B2 - 流体作動機器用シリンダアセンブリ - Google Patents

Description

本発明は流体作動機器の技術分野に関し、特に容積が周期的に変化する少なくとも一つの作動チャンバーを備える流体作動機器におけるシリンダアセンブリ及びそれらの構成部品に関する。前記又は各作動チャンバーを通じた流体の正味の置換量は、少なくとも一つのバルブにおけるサイクル毎の高圧マニホールド及び低圧マニホールドの各々の流体のやり取りによって規制されることで、各作動チャンバーを通る流体の正味の流量が決定される。

流体作動機器は流体によって駆動被駆動機器及び／又は流体駆動機器を含んでおり、例えばポンプ、モータ、異なる操作モードにおいてポンプ又はモータの一方として機能する機器である。本発明は流体として液体を適用した例について説明するが、流体を気体に代えてもよい。

流体作動機器がポンプとして動作するとき、低圧マニホールドは典型的には正味の流体源として作動すると共に、高圧マニホールドは典型的には正味のシンクとして機能する。流体作動機器がモータとして動作するとき、高圧マニホールドは典型的には正味の流体源として作動すると共に、低圧マニホールドは典型的には正味のシンクとして機能する。本明細書及び添付の請求項では、「高圧マニホールド」及び「低圧マニホールド」との用語は互いに相対的に圧力が高い又は低いマニホールドを意味する。高圧マニホールド及び低圧マニホールド間の圧力差、及び、高圧マニホールド及び低圧マニホールドにおける圧力の絶対値は、用途に依存してもよい。例えば、該圧力差は、高出力ポンプ用途に最適化されたポンプの場合を、高圧マニホールド及び低圧マニホールド間の圧力差を最小にすることで精度良く正味の流体置換量を決定するように最適化されたポンプの場合に比べて、大きくしてもよい。流体作動機器は一以上の低圧マニホールドを有していてもよい。

機器を通過する流体の正味の流量を決定するために、電気的に制御可能なバルブによって作動チャンバーを通過する流体の置換量をサイクル毎に規制して、周期的に容積が変化する複数の作動チャンバーを備えた流体作動機器が知られている。例えばEP 0 361 927には、作動チャンバー容積のサイクルに伴って、電気的に制御可能なバルブを開閉することによって複数のチャンバーポンプにおける流体の正味の流量を制御し、ポンプの個々の作動チャンバーと低圧マニホールドとの間の流体のやり取りを規制する方法が開示されている。その結果、個々のチャンバーはサイクル毎に、コントローラによって選択可能となり、予め規定された流体の所定容量を置換したり、流体の正味の置換を伴わないアイドルサイクルを実施したりして、要求に応じたポンプの流入出を実現できる。EP 0 494 236では、この原理を発展させており、個々の作動チャンバーと高圧マニホールドとの間における流体のやり取りを規制することで、操作モードに応じてポンプ又はモータとして機能する流体作動機器を実施する電気的に制御可能なポペットバルブを含んでいる。EP 1 537 333では、個々の作動チャンバーのサイクルにおいて、複数の異なる流体容積を要求に良好に対応させるように置換する部分サイクルについて紹介されている。

この種の流体作動機器では、低圧マニホールド（態様によっては、高圧マニホールド）からの作動チャンバーへの流体の流入出を規制できるために、迅速に開閉する電気的に制御可能なバルブが必要とされている。

この種の流体作動機器は典型的にはモジュールであり、例えば不良部品のメンテナンスや交換のために、様々な部品を組み立てたり、分解したりできるようになっている。更に、最も頻繁に交換や修理が必要な部品やモジュールやアセンブリが、流体作動機器の全体を分解することなくアクセス可能な点で有利である。

図１は、上述した一般的なタイプの流体作動機器の模式図であり、符号２００で示されている。高圧バルブとして図示されたバルブアセンブリ２０２を組み込んでおり、高圧マニホールド２０４及び作動チャンバー２０６間の油圧液体の流れを規制している。作動チャンバーはシリンダ２０８の内側、及び、適当な機械リンク機構２１４によってクランクシャフト２１２の回転に機械的にリンクされると共に、作動チャンバーの容積を周期的に変化させるシリンダ内を往復するピストン２１０によって規定されている。低圧バルブ２１６は低圧マニホールド２１８及び作動チャンバー間の油圧液体の流れを規制する。ここに例示した流体作動機器は複数の作動チャンバーを含んでおり、同様のクランクシャフトの回転に適当な位相差で機械的にリンクされている。シャフトの位置速度センサ２２０はシャフトの回転について瞬間的な位置及び速度を決定し、コントローラ２２２にシャフトの位置速度信号を送信する。コントローラ２２２は個々の各作動チャンバーのサイクルにおける瞬間的な位相を決定するコントローラである。コントローラは典型的には、使用時に蓄積されたプログラムを実行するマイクロプロセッサ又はマイクロコントローラである。低圧バルブは電気的に駆動可能であり、高圧バルブ及び低圧バルブの開閉は、コントローラの駆動制御下にある。

ここに例示した流体作動機器は操作モードの切換によってポンプ又はモータの一方として機能するように操作される。ポンプとして動作する場合、低圧流体は低圧マニホールドから受け取られ、高圧バルブを通じて高圧マニホールドに出力される。従って、シャフトのパワーは流体のパワーに変換される。モータとして動作するとき、高圧流体は高圧マニホールドから受け取られ、低圧バルブを通じて低圧マニホールドに出力される。従って、流体のパワーはシャフトのパワーに変換される。

コントローラは低圧バルブ及び高圧バルブの開閉を制御し、サイクル毎に各作動チャンバーを通じた流体の置換量を規定して、作動チャンバー容積のサイクルの位相関係のもと、機器を通る流体の実流量を規定する。このように、この流体作動機器は、EP 0 361 927、EP 0 494 236及びEP 1 537 333に開示された原理を組み込んでいる。

この種の機器用の従来のシリンダアセンブリは、ポペットバルブを有しており、例えばピストンを駆動するカムから離れたシリンダの端部に設けられたポペットバルブのような低圧面シーリングバルブ及び高圧面シーリングバルブを有している。例えば環状バルブである高圧バルブのような面シーリングバルブ（シリンダ及び高圧マニホールド間の流体の流れを規制する）が知られている。これは、ある状況においては、比較的高い流速が得られる点で有利である。しかしながら、カムから離れたシリンダの端部に設けられた環状バルブは、大量の容量を消費し、シリンダアセンブリのコンパクト度を制限してしまう。このように、本発明は環状バルブを含むコンパクトなシリンダアセンブリを提供するという技術的問題点を解決する。

更に、各作動チャンバーに関する特定の部品、シリンダ（使用時におけるピストンの動きによる）、バルブ及びバルブ部材を含む流体作動機器の各種部品において、高い割合で摩擦が生じることが知られている。そのため、これらの部品は摩擦の割合を低減するために、強度及び／又は硬度を増加しなければならない。公知の流体作動機器では、これらの一以上の部品はシリンダブロック内に組み込まれていたり、アクセスが困難であったりする。例えば（US 6,158,402に示されている燃焼エンジン、又は、US 2007/0071614のポンプのような）“モノブロック”機器、シリンダヘッド（又はクランクケース）、及び、シリンダブロックは一つの鋳物に結合されている。従って、一以上のシリンダ又はバルブシートの摩擦によって、手間がかかり費用がかかるシリンダヘッド又はクランクケースの全体に置き換える必要がある。

特定の部品が比較的容易にアクセス可能で交換可能である場合（例えばUS 2007/0071614のポンプのバルブ部材）であっても、アクセスは空間の節約を消費するので、そのような構成を有する複数のシリンダを有する流体作動機器は、寸法や最小全体サイズの条件において制限される。

それに代えて、様々な部品を分解することは可能であるかもしれないが、極度に時間を消費する。例えばUS 5,562,430の油圧ブレーキポンプ（高圧バルブシートがサブアセンブリの一部であり、低圧バルブシート及びピストンが第２のサブアセンブリの一部であり、これらサブアセンブリは本体内部に搭載されている）は、高圧バルブ部材又は高圧バルブシートにアクセスするために、実質的にポンプエレメントの分解が求められる。

本発明のシリンダアセンブリ及びシリンダ本体は、この種の流体作動機器に関して特に有利であり、上述の公知の流体作動機器の不利な点を克服することができる。

本発明の第１の態様によれば、流体作動機器用のシリンダアセンブリであって、
シリンダ本体、第１のバルブ部材を有する第１のバルブ及び環状バルブ部材である第２のバルブ部材を有する面シーリングバルブである第２のバルブを備えており、
前記本体は、第１の端部及び第２の端部を有すると共に、シリンダ、第１のバルブシート及び面シーリング環状バルブシートである第２のバルブシートを備えており、
前記シリンダは、前記第１の端部に対して開口しており、往復するピストンを受けるように構成されており、
前記第１のバルブシートは、前記第１及び第２の端部間においてシリンダ軸の周りに延在すると共に、一以上の第１のバルブアパーチャを備え、該第１のバルブアパーチャの各々は、前記本体を通じて延在して前記シリンダと連通し、前記本体を通じる流路を形成しており、
環状バルブシートである前記第２のバルブシートは、少なくとも一つの環状シーリング面と、環状バルブ用の複数のアパーチャとを備え、前記各アパーチャは前記シーリング面と関連付けられており、
環状バルブシートである前記第２のバルブシートの前記アパーチャは前記軸周りに設けられ前記シリンダと連通し、前記本体を通じる流路を形成しており、
前記第１のバルブシート及び前記第１のバルブ部材は共に前記第１のバルブを形成しており、
環状バルブシートである前記第２のバルブシート及び環状バルブ部材である前記第２のバルブ部材は共に、面シーリング環状バルブである前記第２のバルブを形成していることを特徴とする。

このように、環状バルブシートである第２のバルブシートのアパーチャが軸の周りに配置されており、シリンダと流体をやり取りする本体を通る流路が設けられており、面シーリング環状バルブである第２の環状バルブがシリンダ本体の周りに形成されていることにより、コンパクトな配置となっている。好ましくは、環状バルブ部材である第２のバルブ部材がシリンダの周りに延在している。環状バルブ部材である第２のバルブ部材は、シリンダの周りに、帯状に形成されていてもよい。

好ましくは、前記本体は前記各環状バルブシーリング面、前記各第１のシーリング面、及び、シリンダを備えており、連続的な一体構造である。

連続的な一体構造とは、単体材料（典型的には金属）から形成されており、溶接のように部品間に非連続性を有さないこと、又は、接着剤や固定部材（例えば、ボルト、ネジ、スレッド接合（threadable connections）など）によって部品間の接合を形成していることを意味している。シリンダ本体は更なる材料部品やアパーチャ―を備えたシリンダアセンブリの一部であってもよく、本体に（例えば一以上の固定部材や溶接によって）固定されていてもよいが、本体の一部を形成しない。

シリンダはシリンダ軸に対して軸対称である。従って、シリンダを規定する本体の一部もまた、典型的には、シリンダ軸に対して軸対称である。ある態様では、本体全体がシリンダ軸に対して軸対称である。

流体作動機器は少なくとも一つ（典型的には複数の）作動チャンバーを備えており、その各々はシリンダにおいて往復運動するピストンによって規定されている。各作動チャンバーは高圧バルブ（環状バルブのような）を介して高圧マニホールドと流体のやり取りをすると共に、低圧バルブ（ポペットバルブのような）を介して低圧マニホールドと流体をやり取りする。部品の作動寿命が妥当になるために、少なくとも高圧バルブシート、低圧バルブシート及びシリンダは、硬化されていなければならない（ここでは、鋼鉄のような硬いコーティング又は硬化材料から構成されていることを意味する）。

典型的には、硬化にはより高価な材料を使用することが求められたり、一又はそれ以上の処理工程を追加することが求められる。本発明のシリンダ本体を構成する全ての材料は、硬化される必要があり、一つの硬化処理又は機械加工が実施されてもよい。さもなければ、硬化材料単体から製造される。

更に、単一の一体構造はセパレート型の構造ユニットを接合（例えば溶接や固定）することによって製造される同等の構造に比べて、全体的なに大きな力を有する。一体構造は、構造ユニット間の接合にストレスが集中しないので、使用時に印加される力（例えば高圧流体からの力）に対してより良好に耐えることができる。このように、必要な力耐性を有するシリンダ本体はより少ない材料を用いて構成されるとよく、それゆえ、従来に比べてよりコンパクトとなる。そして、よりコンパクトな構成とより効率的な流体作動機器を容易にする。

好ましくはシリンダ、第１のバルブシート及び環状バルブシートは同軸である。従って、使用時に本体から（例えば流体圧から）受けるストレスは、極力均等に分布する。また好ましくは、本体は一般的に環対称であり、バルブシート及びシリンダも好ましくは環対称であるとよい。

典型的には第１のバルブシート、及び、環状バルブシートである第２のバルブシートは異なる寸法又は大きさを有する。流体作動機器では、高圧マニホールド、低圧マニホールド及びシリンダ間の各流体の流れは、制御されなければならず、高圧マニホールドとシリンダとの間、並びに、低圧マニホールドとシリンダとの間における適切なバルブ配置は異なってもよい。例えば、第１のバルブシートは、ポペットバルブ（例えば、一つアパーチャと該アパーチャをシールするように操作可能な可動バルブ部材を有するバルブであって、典型的にはバルブシートに協調的に係合する寸法を有するヘッドと、バルブ部材の移動をガイドするように延在して形成されたステムを有する）のような低圧バルブ用のバルブシートであってもよい。

第１のバルブシートはポペットバルブシート（典型的には単一のシーリング面からなる）であってもよく、本体を通じて伸びるアパーチャを規定し、シリンダと流体のやり取りを行ってもよい。他の態様では、第１のバルブシートは２つの同心面とそれらの間に複数のアパーチャを備えた環状バルブシートであってもよい。

ポペット（又は第１の）バルブシートは典型的には、各環状バルブシーリング面に比べて小さい周縁部を有している。

ある態様では、環状バルブシートは第１の周縁部を有する第１のシーリング面と、前記第１の周縁部より大きな第２の周縁部を有する第２のシーリング面を備え、環状バルブの前記アパーチャは第１及び第２のシーリング面間にある。典型的には複数のアパーチャは前記シーリング面に関連付けられている。例えば、第１及び第２のシーリング面並びに複数のアパーチャが第１及び第２のシーリング面間にあってもよく、各アパーチャは各シーリング面に関連付けられている。しかしながら、他の配置も可能である。

ある態様では、第１及び第２のシーリング面は軸方向に離れている。すなわち、第１及び第２のシーリング面は第１又は第２の端部からシリンダ軸に沿って異なる距離にある。好ましい態様では、第１のシーリング面は第２のシーリング面及び第１の端部間にあり、環状バルブシートが第１の端部に向う成分（及び、シリンダ軸から離れて面する直交成分）を有する方向に面している。

本体は金属鋳物であってもよい。本体は単体材料から機械加工されていてもよい。例えば、本体は鋳物であって、一以上の部位（例えばバルブシート）が機械加工されていてもよい。それに代えて、本体は単体材料から機械加工されていてもよく、鋳物である単体材料でなくともよい。ある態様では、本体は鋼鉄から形成されている。ある態様では本体は鉄及び一以上の硬化部位（焼きなまし、焼き入れ又は焼き戻しが施された部位）から形成されている。機械加工された態様では、本体はそれに加えて硬化されていてもよいし、典型的には機械加工後に一以上の硬化処理が施されている。

それに代えて又はそれに加えて、本体は硬化（例えば、浸炭又は窒化）面や層であってもよい。ある態様では、本体の一以上の面は摩擦が低減されている、又はハードコーティングが施されている。例えばシリンダの内外面は低摩擦及び又は耐性コーティング（例えば窒化チタンのようなセラミックコーティング）が施されていてもよいし、前記バルブシートには硬化及び又は耐性コーティング（タングステン浸炭、ボールピーニング、ローラバニシ、ダイアモンドライクコーティング、ＰＴＦＥ（例えばテフロン（登録商標）ＰＴＦＥ）、又はその他の適切な表面コーティング）が施されていてもよい。

ある態様では、ポペットバルブアパーチャ（又は前記第１のバルブアパーチャの各々）は本体を通じて延在しており、シリンダ及び第２の端部と流体をやり取りしている。ポペットバルブアパーチャ（又は前記第１のバルブアパーチャの各々）は第２の端部を通じて延在していてもよい。ある態様では、ポペットバルブアパーチャ（又は前記第１のバルブアパーチャの各々）はシリンダと流体のやり取りを行い、第２の端部の近傍に本体を通じ
て延在する流路（又は一以上の流路）を形成している。例えば、使用時にはポペットバル
ブアパーチャは流体作動機器の低圧マニホールドに接続された一以上のアパーチャと流体のやり取りをしてもよく、該アパーチャは一般的に第２の端部の近傍において本体を通じて径方向に延在している。

好ましくは、ポペットバルブアパーチャの最大径はシリンダの最小内径以下であるとよい。このように、ポペットバルブ部材はシリンダを介して第１の端部に導入されて、ポペットバルブが形成されていてもよい。使用時には、ポペットバルブは典型的に低圧マニホールド及び作動チャンバー間の流体の流れを規制するように形成されているので、作動チャンバーはシリンダ内において往復運動するピストンによって規定される。

使用時には、流体作動機器は、高圧マニホールド、低圧マニホールド及び作動チャンバ
ー間における流体の流れを規制するために電気的に制御可能なバルブを各々が有する作動
チャンバーを備えていてもよい。このように、ある態様では、前記作動チャンバーのポペットバルブは電気的に制御可能であり、シリンダ本体は電気的に制御可能なポペットバルブ部材と共に使用されるように構成されている。従って、シリンダ本体は、軸の周りに伸びるフラックスブリッジを備えており、該フラックスブリッジは好ましくは、ポペットバルブアパーチャの直径以下の内径を有し、ポペットバルブ部材はシリンダを介して第１の端部に導入されて、電気的に制御可能なポペットバルブが形成されているとよい。

フラックスブリッジはシリンダ本体からポペットバルブ部材（又はその他の電気的に制御可能なバルブのバルブ部材）に対して磁束をやり取りするために透磁性材料を備えており、コイルを励磁する。フラックスブリッジは典型的には、金属材料を備えており、シリンダ本体と同材料から形成されている。フラックスブリッジは典型的には、シリンダ本体及びポペットバルブ部材（又はその他の電気的に制御可能なバルブのバルブ部材）間を通るフラックスの径方向パスを規定しており、シリンダ軸に沿ったポペットバルブ部材の移動はフラックスブリッジ及びポペットバルブ部材間のギャップを変化させない。

ある態様では、本体は使用時に流体作動機器の高圧マニホールドとの流体のやり取りをするために構成される高圧流体受け面を備えており、高圧流体受け面は前記本体の第２の端部に向う成分を有する方向に面する領域を備えている。高圧流体受け面は本体の外表面であってもよい。

流体作動機器におけるシリンダ本体を使用する際には、作動チャンバーはシリンダ内を往復運動するピストンによって規定される。シリンダ本体は典型的には、流体作動機器の通常動作中に作動チャンバー内の高流体圧（場合によっては極めて高い流体圧）に耐えなければならない。このように印加される流体圧は、シリンダ本体に対して第２の端部に向って外側から作用し、シリンダ本体をストレス下に置いている。（高圧マニホールド及び作動チャンバー間における流体の流れを規制する高圧環状バルブの）環状バルブシートが第１の端部に向う成分を有する方向に面している態様では、第２の端部に向う力成分は環状バルブ部材及び環状バルブシート上で耐える高圧マニホールドからの高圧流体の動作によって更に増加する。

本発明のシリンダ本体は、高圧流体受け面が設けられており、使用時に高圧マニホールドと流体のやり取りをするように配置されている。高圧流体によって本体に対して第２の端部に向う成分を有する方向に面する高圧流体受け面の領域上に伝達される力は、第２の端部に向う力成分とは反対の第１の端部に向う成分を有し、環状バルブシート上で（動作中のいくつかの段階では、作動チャンバー内の高圧から生じる）流体圧に耐える。その結果、シリンダ本体に作用する正味の力が軽減される。

従って、本体は従来に比べてより少ない材料を使用して構成されていてもよい。シリンダ本体をより小さく且つよりコンパクトにすることによって、流体作動機器をより小さく且つよりコンパクトに構成することができる。更に、一以上の電気的に制御可能なバルブを有する態様では、シリンダアセンブリを構成するために必要な材料の量を軽減することによって、電磁的な効率を改善することができる。

典型的には、本体の外観は環状バルブシート及び第１の端部間の本体の周りに延在する第１の外側シールと、第２の端部及び第１のシール間（典型的には環状バルブシートと第２の端部との間）における本体の周りに延在する第２の外側シールとの間に延在する高圧流体受け面領域を備える。

前記外側シールは、シリンダ軸の垂直面上に投影された第１の領域及び第２の領域をそれぞれ規定し、第１及び第２の領域は略等しく、例えば互いに５％以内である。典型的には、高圧流体受け面領域はシリンダ軸の垂直面に投影された最大又は最小の領域を有しており、第１及び第２の領域に対して異なっている（好ましくはより小さい）。

好ましくは環状バルブシートである第２のバルブシートは第１及び第２の外側シール間にあるとよい。

本体が流体作動機器に搭載されるとき（典型的には、シリンダアセンブリの構成部品として）前記外部シールはシーリング部材を介して選択的に流体作動機器と係合し、使用時に高圧マニホールドと流体のやり取りを行う本体（典型的には本体の外観）の高圧流体受け面領域に接続する。例えばシールは溝や隆起、例えば弾性材料からなる周辺隆起（peripheral ridges）を備えるとよい。

使用時には、シリンダ本体は前記外側シール間における（本体、典型的には本体の外観の）高圧流体受け面領域に接触する高圧流体によって、第１及び第２の端部の方向においてシリンダ軸に平行な力成分を受ける。

第１及び第２の領域が略等しいとき、第１の端部の方向においてシリンダ軸に平行な高圧流体受け面領域に作用する流体圧による力成分は、使用時に環状バルブが閉じた際に、第２の端部の方向においてシリンダ軸に平行な力成分に必要に応じて略等しい。このように、シリンダ本体に作用する正味の力が軽減され、シリンダ本体はより少ない材料で形成され、従来に比べて小さくなり、（流体作動機器からシリンダアセンブリに働く正味の力が低くなるので）流体作動機器内により容易に保持される。第１の領域は第２の領域よりわずかに小さく（例えば１−５％以下）、流体作動機器においてアパーチャ内に本体を容易に挿入できる。

典型的には第１の外側シールはシリンダ軸の周りに延在する第１の外環寸法を有しており、第２の外部シールはシリンダ軸の周りに延在する第２の外環寸法を有しており（典型的には、第１及び第２の外側シールは同形状を有しており、典型的には環状であり、それぞれ第１及び第２の外環寸法を有している）、第１及び第２の外環寸法は略等しい。典型的には高圧流体受け面領域は第２の外側シールとの中間の最小環寸法を有しており、第１及び第２の環寸法とは異なっている（好ましくは、より小さい）。第２の外環寸法は第２の外環寸法に比べてわずかに小さいとよい（例えば１−２．５％以下）。

本発明の第２の態様によれば、第１の態様に係るシリンダ本体と、第１のバルブ部材（典型的にはポペットバルブ部材）と、環状バルブ部材である第２のバルブ部材とを備え、
第１のバルブシート及び第１のバルブ部材は共に第１のバルブ（典型的にはポペットバルブ）を形成し、環状バルブシートである第２のバルブシート及び環状バルブ部材である第２のバルブ部材は共に面シーリング環状バルブを形成する。

ポペットバルブを有する態様では、ポペットバルブ部材は本体に対して軸方向に移動可能であり、使用時に第２の端部に向かうポペットバルブ部材の軸方向移動によってポペットバルブがシール係合する環状シート係合面を有している。

ある態様では、環状バルブ部材は本体の一部の周りに保持されており、該一部は円筒状ガイドとして機能し、本体に対する環状バルブ部材の径方向移動を制限する。従って、環状バルブ部材は本体に対して軸方向に移動可能であり、使用時に第２の端部に向かう環状バルブ部材の軸方向移動によって、対応する環状シーリング面にシール係合する少なくとも一つのシート係合面を有している。

ある態様では、環状バルブは各アパーチャに関して、第３のバルブ部材（例えば、コイルバネのような弾性付勢手段と共に設けられたボールベアリング）を備え、環状バルブ部材に操作可能に接続されており、各前記第３のバルブ部材はシート係合面を備えている。

好ましくは、シリンダの外側表面は環状バルブ部材のための円筒状ガイドである。ある態様では、シリンダアセンブリは環状バルブシート及び第２の端部間における本体の周りに固定されたカラーを備えており、該カラーはシリンダ本体の周りに環状バルブ部材を保持するためのエンドストップを備えている。

第１のバルブは電気的に制御可能であってもよい。ある態様では、ポペットバルブを有しており、該ポペットバルブは電気的に制御可能なポペットバルブであってもよい。このようにシリンダアセンブリ又はポペットバルブ（又は第１のバルブ）は、更にソレノイドを備えていてもよい。

ある態様では、シリンダアセンブリはポペットバルブアパーチャ及び本体の第２の端部間におけるシリンダ本体に固定されたフラックスブリッジを備えており、該フラックスブリッジはポペットバルブアパーチャの直径以下の内径を有している。ある態様では、シリンダ本体はポペットバルブアパーチャ及び本体の第２の端部間にフラックスブリッジを備えており、該フラックスブリッジはポペットバルブアパーチャの直径以下の内径を有している。このように、ポペットバルブは本体の第１の端部からシリンダを通じてポペットバルブ部材に導入することによって組み立てられてもよい。

ある態様では、シリンダアセンブリは使用時に、流体作動機器の高圧マニホールドと流体をやり取りするように構成された高圧流体受け面を有しており、該高圧流体受け面は第２の端部に向かう成分を有する方向に面する領域を備えている。シリンダアセンブリは一以上の高圧流体受け面を備えていてもよい。

流体作動機器におけるシリンダアセンブリの使用時には、シリンダアセンブリは流体作動機器の通常動作中に作動チャンバー内において、典型的には高い、場合によっては極めて高い流体圧力に耐えなければならない。このように、シリンダアセンブリの第２の端部に外側から向かって作用するシリンダアセンブリに印加される力は、シリンダ本体及びその他のアセンブリの部品をストレス下に置く。シリンダアセンブリの第２の端部に向かう力成分は更に、環状バルブ部材及び環状バルブシート上で耐える高圧マニホールドからの高圧が作用するに従い増加する。

本発明のシリンダアセンブリは高圧流体受け面（又は、一以上の面を備えた面領域）が設けられており、使用時に高圧マニホールドと流体をやり取りできるように配置されている。第２の端部に向かう成分を有する方向に面する高圧流体受け面の領域（又は表面領域）上の高圧流体によってシリンダアセンブリに伝達される力は、環状バルブシート上で耐える（動作中のいくつかの段階において、作動チャンバー内の高圧によって生じる）流体圧力による第２の端部に向かう力成分に対向する第１の端部に向かう成分を有している。その結果、シリンダアセンブリに作用する正味の力は軽減される。

従って、シリンダアセンブリは従来に比べて少ない材料を使用して構成される。シリンダアセンブリをより小さく且つコンパクトにすることにより、流体作動機器をより小さく且つコンパクトに構成することができる。更に、一以上の電気的に制御されるバルブを有する態様では、シリンダアセンブリを構成するのに必要な材料の量を軽減することによって、電気的な効率を改善することができる。

ある態様では、シリンダアセンブリは環状バルブ及び第１の端部間において本体の周りに固定されたカラーを有しており、該カラーは前記高圧流体受け面（場合によって、一以上あってもよいし、前記表面全体であってもよい）を備えていてもよい。カラーの外表面（又は一以上の外表面）は、高圧流体受け面（又は、その各々）として機能してもよい。

高圧流体受け面を規定するカラーを有するシリンダアセンブリは、特に環状バルブ部材を備えた環状高圧バルブを有する態様では、更に容易に組み立てられる。そのようなシリンダアセンブリのシリンダ本体は第１の端部に向かうシリンダ軸からの距離に従って増加する（高圧流体受け面として機能する）外表面を有する必要が無い。例えば、環状バルブ部材はシリンダ本体の第１の端部から組み立てられることができ、高圧流体受け面を規定するカラーが幅広であるので、本体の周りに組み立てることができる。

典型的にはアセンブリの外環は環状バルブシート及び第１の端部間に延在する高圧流体受け面領域を備えており（一以上の高圧流体受け面を備えており）、第２の外側シールは環状バルブシート及び第２のシール間におけるアセンブリの周りに延在している。

前記外側シールはシリンダ軸の垂直面上への投影において、第１の領域及び第２の領域をそれぞれ規定しており、第１及び第２の領域は略等しい。典型的には、高圧流体受け面領域は前記外側シール間において、シリンダ軸の垂直面上への投影領域において最小値又は最大値を有しており、それらは第１及び第２の領域とは異なっている（好ましくはより小さい）。

好ましくは環状バルブである第２のバルブは第１及び第２の外側シール間にあるとよい。

アセンブリが（典型的には、シリンダアセンブリの構成部品として）流体作動機器に搭載されているとき、前記外側シールはアセンブリの外環の高圧流体受け面領域に向かうように流体作動機器に係合し、使用時に、高圧マニホールドと流体のやり取りを行う。

使用時には、シリンダアセンブリは第１及び第２の端部の方向においてシリンダ軸に平行な力成分を受け、高圧流体によって高圧流体受け面領域に接触する。

第１及び第２の領域が略等しいとき、第１の端部の方向においてシリンダ軸に平行な高圧流体受け面領域に作動する流体圧力による力成分は、使用時に環状バルブが閉じたときに、第２の端部の方向においてシリンダ軸に平行な高圧流体受け面領域に作動する流体圧力による力成分に略等しい。このように、シリンダアセンブリに作用する正味の力が軽減され、アセンブリはより少ない材料で形成され、従来に比べて小さくすることができ、流体作動機器内により容易に保持されることができる。第１の領域は第２の領域よりわずかに小さく（例えば第２の領域より１−５％以下）、流体作動機器内のアパーチャに本体を容易に挿入できる。

典型的には、第１の外側シールはシリンダ軸の周りに延在する第１の外環寸法を有しており、第２の外部シールはシリンダ軸の周りに延在する第２の外環寸法を有しており（典型的には、第１及び第２の外側シールは同形状を有しており、典型的には環状であり、それぞれ第１及び第２の外環寸法を有している）、第１及び第２の外環寸法は略等しい。典型的には高圧流体受け面領域は第２の外側シールとの中間の最小環寸法を有しており、第１及び第２の環寸法とは異なっている（好ましくは、より小さい）。第２の外環寸法は第２の外環寸法に比べてわずかに小さいとよい（例えば１−２．５％以下）。

本発明の第３の態様によれば、第２の態様に係るシリンダアセンブリの組立方法であり、（第１のバルブシートがポペットバルブシートである）第１の態様に係るシリンダ本体の第１の端部から第２の端部に向かってシリンダにポペットバルブ部材を導入する工程を備えている。

本方法は環状バルブ部材を第１の端部からシリンダ本体の一部を経て導入する工程を備えていてもよい。本方法は更に、第１の端部からシリンダ本体の一部を経て環状バルブ部材を導入する工程と、環状カラーを環状バルブシート及び第１の端部間における本体の周りに固定する工程とを備え、カラーはシリンダ本体の周りに環状バルブ部材を保持するためのエンドストップを備えていてもよい。

ある態様では、本方法はシリンダ本体の第１の端部から第２の端部に向かってシリンダにフローガイド又はバルブ移動ガイドを導入する工程を備える。

流体作動機器の使用時には、ある時間における流体は作動チャンバーからポペットバルブを通って迅速に圧送されなければならない。典型的には、流体はポペットバルブ部材及びポペットバルブシート間のギャップにおいて最も速く流れ、ポペットバルブ部材及びポペットバルブシート間における圧力低下に関する慣性エネルギーを生じさせ、バルブを閉じるための力が作用する。流体のシェア・アンド・ドラグ（shear and drag）効果もまた、例えば国際特許出願番号PCT/GB2009/051762に記載されているように、流体の流れに対してポペットバルブが閉じるように作用する。

フローガイドは典型的には、バルブシートに向かってバルブ部材に印加する流体の流れによってバルブ部材に作用する一以上の力を軽減するためにバルブシートの上流側に設けられたバリアを備えている。

バルブ移動ガイド（態様によっては、フローガイドとして機能し、又は、備えている。）はシリンダ軸から離れるポペットバルブ部材の移動を制限するために作動チャンバー及びポペットバルブ部材間に配置されている。例えば、移動ガイドは、ポペットバルブ部材から延在するペグとスライド係合して、そこを通過して延在する軸方向アパーチャと共になった構造を備えている。移動ガイドによってポペットバルブを、シリンダ軸から離れるバルブ部材の移動による意図しない効果（摩耗超過など）を生じることなく、迅速に開閉させることができる。

ある態様では、本方法は単体の金属部材を鋳造する工程を備えてもよい。ある態様では、単体の金属部材からなる一以上のシリンダ、ポペットバルブ、環状バルブシート、ポペットバルブアパーチャ、環状バルブ用アパーチャ、少なくとも一つの環状シーリング面を備えていてもよい。

本方法は前記金属部材を焼き入れ、焼き戻し、酸化処理の一以上によって硬化する工程を備えていてもよい。

本発明の第４の態様によれば、高圧マニホールド、低圧マニホールド、及び、シリンダアセンブリを備え、該シリンダアセンブリは第１の態様に係る本体、第１のバルブ部材及び環状バルブ部材である第２のバルブ部材を備えたアセンブリを備え、
環状バルブシートである第２のバルブシート及び環状バルブ部材は共に、高圧マニホールドからシリンダへの流体の流れを規制する面シーリング環状バルブを共に形成し、第１のバルブシート及び第１のバルブ部材は共に、シリンダ及び低圧マニホールド間の流体の流れを規制する第１のバルブ（典型的にはポペットバルブシート及びポペットバルブ部材はポペットバルブを形成している）を形成し、往復運動するピストンは本体によって規定されるシリンダ内で受けられることを特徴とし、本体は第１のバルブシート、環状バルブシーリング面及びシリンダが連続的な単体構成をしている。

流体作動機器は複数のアセンブリ、及び、前記各シリンダ内で受けられる往復運動するピストンを備えていてもよい。

前記又は各ポペットバルブ（又は、場合によっては第１のバルブ）は電気的に駆動されてもよい。環状バルブである前記又は各第２のバルブは電気的に駆動されてもよい。

本発明はまた、高圧マニホールド、低圧マニホールド及び第２の態様に係る少なくとも一つのシリンダアセンブリを備えており、往復運動するピストンは前記各シリンダ内で受けられ、前記各面シーリング環状バルブは高圧マニホールドからそれぞれのシリンダへの流体の流れを規制し、前記各ポペットバルブ（又は、場合によっては第１のバルブ）はそれぞれのシリンダ及び低圧マニホールド間の流体の流れを規制する。

典型的には流体作動機器の各前記ピストンはそれぞれのシリンダの第１の端部から第２の端部に延在するピストン軸に沿ってそれぞれのシリンダ内において往復運動による移動を操作可能になっており、流体作動機器は、第１及び第２の端部の間（第１の端部の近傍が最も好ましい）にある各前記シリンダアセンブリと係合する第１の保持手段を備え、ピストン軸から離れるように作用する力に耐えている。

これに代えて又は加えて、流体作動機器は第２の端部又はその近傍で各前記シリンダアセンブリと係合する第２の保持手段を備え、ピストン軸に沿って（第１から第２の端部に向かう方向で）作用する力（ピストン及び／又は作動チャンバー内の流体圧）に耐えている。好ましくは第２の保持手段は前記第１の保持手段に比べて第２の端部に近いとよい。

このように軸方向の力は各前記シリンダアセンブリを圧縮（第２の保持手段に対して）して配置し、その結果、より大きな力が第１の端部においてのみ保持されている流体作動機器、又は前記軸方向の力が印加されて配置されるように保持されている流体作動機器におけるアセンブリに比べて、大きな力に耐えることができる。典型的には、流体作動機器において軸方向力に対してアセンブリを保持することは、よりコスト高価があり、流体作動機器において第１の端部の近傍でピストン軸から離れるように作用する力に対してアセンブリを保持する。

第２の端部又はその近傍に第２の保持手段を配置することによって、第２の端部は第２の保持手段をより容易に流体作動機器からシリンダアセンブリを挿入又は取り外しできるように係合又は非係合させる。第１の保持手段を第１及び第２の端部の間、特に第１の端部の近傍に配置することによって、シリンダ軸から流体作動機器に作用する力をよりダイレクトに伝達できる（態様によっては、流体作動機器における流体圧によって、作動チャンバーがアクティブサイクルにある間、ピストンの傾きは、作動チャンバー内からの作用するシリンダアセンブリの正味のスライド負荷となる）。第２の端部におけるシリンダ軸から流体作動機器（典型的には流体作動機器のシリンダブロック又は本体）への負荷の伝達によって、シリンダ本体の歪を生じさせ、環状バルブ部材又はポペットバルブ部材のシーリング機能に潜在的に影響を与える。

ある態様では、流体作動機器は前記又は各前記シリンダに対して回転するように操作可能なカムを備えており、該又は各前記ピストンは前記又は各前記シリンダに対するカムの回転に連動して各前記ピストンの往復移動に連動するカム係合部材を備えている。各前記ピストン軸はカムの回転軸から延在する径に沿って、又は略沿って、配列されている。このように第１の保持手段はカムの回転軸の周りに作用する力に抵抗していてもよい（このように、前記又は各シリンダアセンブリの移動を防止する）。第２の保持手段はカムの回転軸から作用する力に抵抗していてもよい（このように、前記又は各シリンダアセンブリの移動を防止する）。

複数の作動チャンバーが中央カムの周りに配置されている態様では、第２の保持手段は、第１の保持手段に比べてカム軸から離れて配置されており、シリンダアセンブリ間に、より多くのスペースがある。

第１の保持手段は流体作動機器の一部に延在するボア（例えば円筒状ボア）を備えており、シリンダアセンブリの本体の少なくとも第１の端部においてしっかり挿入可能であり、シリンダアセンブリの本体の第１の端部において流体作動機器の一部にしっかり挿入可能な形状（例えば円筒形状）を有している。第１の保持手段はネジ止め、テーパロック、或いは、流体作動機器においてピストン軸に沿った力に対してシリンダアセンブリを保持する構造を備えていてもよい。好ましくは、第１の保持手段は第２の端部の近傍においてシリンダアセンブリを保持していないとよい。第１の保持手段は第１の端部の近傍、又は、第１の端部の近傍のみにおいてシリンダアセンブリを保持（例えば、協調的に係合）している。

第２の保持手段は流体作動機器において、シリンダアセンブリの第２の端部に向かって作用するピストン軸に沿った力に対してシリンダアセンブリを保持するように配列された保持固定部材、好ましくは複数の保持固定部材を備えてもよい。ある態様では、第２の保持手段はピストン軸から作用する力に対してシリンダアセンブリを肯定的に（例えば摩擦より大きな他の力によって）保持しない。好ましくは、保持固定部材はネジ又はボルトである。

第１、第２或いは第４の態様のいずれかに記載された特徴は、本発明の他の態様に好適且つ選択的に適用できる。

本発明の第５の態様によれば、流体作動機器用のシリンダアセンブリであって、第１の端部及び第２の端部を有すると共に、シリンダを規定するシリンダ本体を備え、該シリンダはシリンダ軸を有すると共に前記シリンダ本体の前記第１の端部側が開口しており、
前記シリンダアセンブリは流体作動機器の前記シリンダ及び高圧マニホールド間の流体の流れを規制するための高圧バルブと、流体作動機器の前記シリンダ及び低圧マニホールド間の流体の流れを規制するための低圧バルブとを備え、
前記高圧バルブは前記第１の端部に向かう成分を有する方向に面する高圧バルブシートを備え、使用時において、可動高圧バルブ部材が前記高圧バルブシートとシール係合に操作可能であると共に前記高圧バルブを通り前記シリンダに流入する流体を規制し、
前記シリンダアセンブリは高圧流体受け面（流体作動機器の前記高圧マニホールドと流体をやり取りするように構成されている）を有しており、
前記高圧流体受け面は前記第２の端部に向かう成分を有する方向に面する領域を備えたことを特徴とする。

本発明はまた、第５の態様のシリンダアセンブリを備えた流体作動機器に適用されてもよい。

流体作動機器におけるシリンダ本体を使用する際には、作動チャンバーはシリンダ内を往復運動するピストンによって規定される。シリンダ本体は典型的には、流体作動機器の通常動作中に作動チャンバー内の高流体圧（場合によっては極めて高い流体圧）に耐えなければならない。このように印加される流体圧は、シリンダ本体に対して第２の端部に向って外側から作用し、シリンダ本体及びアセンブリの他の部品をストレス下に置いている。シリンダアセンブリの第２の端部に向かう力成分は更に、環状バルブ部材及び環状バルブシート上で耐える高圧マニホールドからの高圧流体の動作によって更に増加する。

本発明のシリンダ本体は、高圧流体受け面（又は、ある態様では表面）が設けられており、使用時に高圧マニホールドと流体のやり取りをするように配置されている。好ましくは、高圧流体受け面は高圧マニホールドと定常的に流体をやり取りする。高圧流体によってシリンダアセンブリに対して第２の端部に向う成分を有する方向に面する高圧流体受け面の領域上に伝達される力は、第２の端部に向う力成分とは反対の第１の端部に向う成分を有し、環状バルブシート上で（動作中のいくつかの段階では、作動チャンバー内の高圧から生じる）流体圧に耐える。その結果、シリンダ本体に作用する正味の力が軽減される。好ましくは、高圧流体受け面は、第１の方向に作用し、高圧マニホールドの流体によって印加される力が、第２の方向に作用し、シリンダ本体及び該高圧マニホールド定常的に流体をやり取りする高圧バルブの部品に高圧マニホールドの流体によって印加される力と略同等である（偏差が約１０％より小さく、態様によっては偏差が約５％より小さい）。

シリンダアセンブリは従来に比べて少ない材料を使用して構成されていても良い。シリンダアセンブリをより小さく且つコンパクトに形成することによって、流体作動機器をより小さく且つコンパクトに構成することができる。更に、一以上の電気的に制御可能なバルブを有する態様では、シリンダアセンブリを構成するのに必要な材料の量を軽減することによって、電磁的効率を改善することができる。

ある態様では、高圧流体受け面はシリンダアセンブリの外部表面である。典型的には、高圧流体受け面及びシリンダ軸間の距離が第１の端部に向かって増加する。

好ましくは、高圧バルブは環状バルブシート及びシリンダ本体の周りにスライド可能に保持された環状バルブ部材を備えており、該環状バルブシートは少なくとも一つのシーリング面と、シリンダと流体をやり取りすると共に本体に通じる流路を与える複数のアパーチャを供えており、該アパーチャは第１及び第２の端部間に延在する軸の周りに設けられており、各アパーチャは前記シーリング面に関連している。

ある態様では、高圧バルブは少なくとも一つの環状シーリング面、及び、少なくとも一つの対応する環状シート係合面を備えた環状バルブ部材を備えた面シーリング環状バルブである。ある態様では、高圧バルブは各アパーチャに関して、第３のバルブ部材（例えば、コイルバネのような弾性付勢手段と共に設けられたボールベアリング）を備え、環状バルブ部材に操作可能に接続されており、各前記第３のバルブ部材はシート係合面を備えている。

ある態様では、高圧流体受け面は本体の外部表面である。ある態様では、シリンダアセンブリはシリンダ本体の第１及び第２の端部間のシリンダ本体のカラー係合部と強調的に係合する本体を有しており、該カラーは高圧流体受け面の少なくとも一部を規定する。

高圧流体受け面を規定するカラーを有するシリンダアセンブリは、特に環状バルブ部材を備える環状高圧バルブを有する態様では、より容易に組み立てられることができる。そのようなシリンダアセンブリのシリンダ本体は第１の端部に向かってシリンダ軸からの距離に従って増加する外部表面又は表面を有する必要がない。例えば、環状バルブ部材はシリンダ本体の第１の端部から組み立てられることができ、高圧流体受け面を規定するカラーを幅広にすることによって、本体の周りに組み立てることができる。

ある態様では、カラーは第１の端部に向かう部分に係合する本体上に延在しており、シリンダ本体から離れて配置されている。カラー及びシリンダ本体間のスペースは、第１の端部に向かって増加するとよい。ある態様では、カラー及びシリンダ本体間のスペースは高圧流体受け面、すなわち、第２の端部に向かって、流体のやり取りをする。ある態様では、本体係合部は、環状バルブシートから第１の端部に向かって延在する本体の一部を超えて延在していてもよい（カラーは本体から離れて配置されていない）。

従って、高圧流体受け面上の力はカラー係合部においてシリンダ本体に伝達される。更に、シリンダ軸に向かう力成分は、シリンダの外部寸法を変形するように作用するが、シリンダ内で往復運動するピストンを詰まらせたり、故障させたりする原因となり、カラーとシリンダ本体が離れて配置されている部分におけるカラーによって受けられる。従って、シリンダを規定すると共にカラーから離れて配置されているシリンダ本体の一部は、そのような変形に耐えるために十分な強度をもって構成される必要がなく、使用される材料を少なくし、シリンダアセンブリを従来に比べてよりコンパクトにすることができる。

好ましくは、シリンダを規定するシリンダ本体の領域とシリンダ本体のカラー係合部との間にオーバーラップがなくともよい。このように、シリンダ軸に向かって高圧流体受け面によって受ける力成分は、使用時に、往復運動するピストンが動作するシリンダ本体の任意の部分に伝達されない。シリンダ（好ましくは高圧バルブ及び低圧バルブ）以外のシリンダ本体の部品の変形は、シリンダアセンブリの機能を損なわず、シリンダを規定するシリンダ本体の一部をカラー係合部からわけることによって、シリンダアセンブリを従来に比べてより少ない材料及び質量で、より小さく且つコンパクトに構成することができる。

好ましくは、高圧流体受け面はシリンダアセンブリの第１の端部と高圧バルブとの間にあるとよい。

ある態様では、環状バルブシートは、第１の周縁寸法から、第１の周縁寸法より大きい第２の周縁寸法に向かって延在しており、前記アパーチャはそれらの間にある。

前記第１及び第２の周縁寸法は軸方向に離れて配置されていてもよい。

好ましくは、環状バルブは第１の周縁寸法と、該第１の周縁寸法より大きい第２の周縁寸法とを有する第１の環状シーリング面を備えており、前記前記アパーチャはそれらの間にある。

このように、環状バルブ部材上に影響する流体圧によってシリンダ本体に伝達される力は、環状バルブが閉じているとき、第２の端部に向かい、且つ、シリンダ軸に向かう成分を備えている。従って、使用時に、作動チャンバー内の流体圧が高いとき、第２の端部に向かい、シリンダ軸から離れる成分と共にシリンダアセンブリに伝達される力がオフセットされており、シリンダアセンブリによって受けられる正味の力は軽減される。

好ましくは、シリンダアセンブリは第１の週縁寸法と略等しい最小週縁寸法と、第２の週縁寸法と略等しい最大週縁寸法とを有する環状高圧流体受け面を備えている。

従って、第２の端部に向かって高圧バルブ上で耐える高圧流体からの力は、第１の端部に向かって環状の高圧バルブ上で耐える高圧流体からの力と略等しい。

シリンダアセンブリは第２の端部に向かう成分を有する方向に面する領域を有する高圧流体受け面を少なくとも一つ備えているとよい。

第１乃至第５の態様のいずれか一つの好適で選択的な特徴は、本発明の第１乃至第５の態様のいずれか一つの好適で選択的な特徴に対応している。

本発明の実施例を以下の図を参照しながら説明する。
図１は流体作動機器の模式図である。 図２はシリンダアセンブリの断面図である。 図３は流体作動機器のシリンダブロックの一部の断面図である。 図４は平面Ｂ−Ｂにおける下側及び上側高圧シールの外周の投影図である。

図２はシリンダアセンブリ１を示しており、本体２を備え、図１に示す一般的なタイプの流体作動機器に使用される。

本体は一般的には、シリンダ軸Ａの周りに円筒対称であり、本体の第１の端部３に向かって開口するシリンダ５、環状バルブシート７（第２のバルブシートとして機能すると共に、本体の周りに配列されて伸びる複数のアパーチャ８を規定する）及び第１のバルブシートとして機能すると共にポペットバルブアパーチャ１０を規定する（第１のバルブアパーチャとして機能すると共に、シリンダ及び本体の上側部分に伸びる径方向通路２１間の流路を与えている）ポペットバルブシート９を備えている。本体は、第１の端部３の反対側の端部に第２の端部４を有している。

シリンダ本体は単体材料からなる鋳物又は鍛物であり、続いてバルブシート、シリンダ及びシールは機械加工されている。本体の部品（例えば、シリンダを規定する本体の一部やバルブシート）又は全体は、焼き戻しや焼き入れのような硬化処理が施されていてもよい。他の態様では、本体が機械加工されている（例えば、鋼鉄のような硬い材料のブロック単体から機械加工されたＣＮＣ）。

また、硬化コーティング又は低摩擦コーティングが、シリンダやバルブシートの内面に施されていてもよい。

本体は単体行為性を有しており、全ての部品及び表面が硬化処理やコーティングを必要としているか、又は、硬化材料から形成されていなければならないので、シリンダ本体は取り扱う部品が少なく、従来に比べてより効率的であるとよい。更に、接合や溶接を用いないことにより、従来に比べて本体の強度が強くなる（また、使用する材料数を減らすことで、受ける力に耐えられるように構成してもよい）。

環状バルブ部材１１は第２の環状バルブ部材として機能し、環状バルブシート及びカラー１３のエンドストップ１２間において本体の周りに保持されている。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、環状バルブ部材の下側面１７及びカラーの反対にある上側面１９間に延在するコイルバネ１５によって（図示するように、環状バルブ部材が環状バルブシートに嵌め込まれて）閉位置に付勢されている。使用時には、シリンダの内側からの流体圧力のもとで、環状バルブ部材は軸方向に移動するように操作可能であり、エンドストップに嵌め込んだり、シリンダ５及び環状バルブ部材１１（図３を参照して後述するように、高圧マニホールドと流体をやり取りする）の周辺領域間で流体が流れるように環状バルブを開く。

図２に示す閉位置では、環状バルブ部材はシリンダを規定する本体の一部における外側面の一部に対して外側シール７ａ、及び、内側シール７ｂを形成している。内側シール及び外側シールは環状バルブシートが一般的にフラスト円錐状（frustoconical）で、シリンダ軸から離れる方向に面し、シリンダ本体の第１の端部（図に示す下側端部）に向かって角度を有するように、軸方向に離れて配置されている。内側シールの周縁部はシリンダを規定する本体の一部の周縁部と一致しており、外側シールの周縁部はカラーの上側面１９の外側周縁部に略一致している。

カラーは保持リング１４によって保持されている。他の実施形態では、カラーは該カラーの外側に印加される力がシリンダを規定する本体の少なくとも一部に伝達されないように、第１の端部に向かって本体から傾いており、シリンダ本体、例えばシリンダを規定する本体の一部において歪みを引き起こしている（さもなければピストンの焼き入れ又は焼き戻しに導く）。カラーは該カラーの深さの一部又は全部に対して、シリンダの周りにフィットする周縁部に設けられている。更に典型的には、シリンダブロック内への搭載や、カラー、環状高圧バルブ及びバネの取り外しを容易にするために、カラー及びシリンダ本体は協調的に係合している。

アセンブリは更に、ポペットバルブシート及びポペットバルブアパーチャと共に、ポペットバルブ部材を備えており、径方向通路２１（及び、低圧マニホールド）及びシリンダ５間の流体の流れを制御するポペットバルブを形成している。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可能であり、ポペットバルブは開位置（図示）とシーリング面２３（ポペットバルブ部材のヘッド部２４の上側面上の環状領域）がポペットバルブシートと接触する閉位置との間を移動できるようになっている。

ポペットバルブ部材はその下側端部にペグ２５を備えており、該ペグ２５は下側ガイド構造２９において中央アパーチャ２７とスライド係合可能である。下側ガイド構造はシリンダの内壁に延在する径方向支柱３０によって保持されており、使用時には、シリンダ軸からの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伸びる経路３４を備えており、コイルスペース３８（図３に示すと共に、後述するようにトッププレート１０１によってシールされてコイル３９用のスペースを形成する）と流体をやり取りする径方向通路２１が設けられている。アーマチャの外側面は上側ガイド構造３６の内面３５とスライド可能なように係合している。

下側の高圧シール４０（第１の外部シールとして機能する）は、カラーに設けられたチャネルの周りに延在しており、上側の高圧シール４２（第２の外部シールとして機能する）は環状バルブシートの上側で同様に本体に設けられたチャネルの周りに延在している。使用時には、上側及び下側の高圧シールの中間にあるシリンダアセンブリの領域は、流体作動機器の高圧マニホールド２０４との流体のやり取りに使用され、この領域における高圧流体の漏れを防ぐ。第１の低圧シール４３ａは本体の径方向通路２１上に設けられたチャネルの周りに延在しており、流体作動機器の低圧マニホールド２１８と流体のやり取りを行う。シール４０，４２，４３ａは互いに類似の径を有しているが、シール４３ａはシール４２によりわずかに大きな径を有しており、シール４２はシール４０よりわずかに大きな径を有している。これにより、シリンダアセンブリを流体作動機器に挿入できるようになっている。

本実施例に示すように、ポペットバルブは（ソレノイドコイル３９及び図示しない電気的なコントローラによって）電気的に制御可能なように構成されている。

上側ガイド構造３６の内側面３５の径は、ポペットバルブ部材の上側端部において、アーマチャを受けるようにスライド可能に設計されている。ポペットバルブ部材のヘッド部の最大径もまた、シリンダの内径より小さく、ポペットバルブ部材は搭載時にシリンダの開（第１の）端部を通じて導入され、下側ガイド構造によって所定位置に保持されている。上側ガイド構造もまた、磁束のやり取りに関して磁束ブリッジ３７として動作し、本体３からアーマチャに向かって、コイルスペース３８を占めるコイル３９を励磁する。

シリンダを規定する本体の一部の外側面は円筒状であり、環状バルブシート及び第１の端部間においてシリンダ本体の長さに亘って一定の径を有している。従って、環状バルブ部材はシリンダの開端部から本体の周りに導入され、カラーは（コイルバネと共に）本体に導入され、環状バルブ部材の軸方向移動の範囲を制限し、カラーは保持リングによって本体の周りの所定位置に保持される。

従って、シリンダアセンブリは、一端側から本体に対して全ての部品を固定することによって、迅速且つ効率的に組み立てることができる。一端側からの取り付けが可能なシリンダ本体の寸法や構造によって、（（例えば）バルブ部材が取り付けられるために、一緒に接続されなければならないいくつかの部品からなる従来のデバイスに比べて）シンプルで一体的な構成であるシリンダ本体を実現することができる。

シリンダアセンブリはまた、環状バルブとポペットバルブの不良部品を独立的に置換出来るように、予め分解できるようになっている。従来のデバイスとメンテナンスの観点で比較すると、どこが不良であるかわからない場合にバルブの一又は他の部品にアクセスするために、バルブ及び／又は本体の双方を分解する必要がある。

図３は上述のタイプの流体作動機器のシリンダブロック１００に取り付けられたシリンダアセンブリ（の一部）を示している。

シリンダアセンブリはシリンダブロックの隅部内において協調的に受けとめられており、ピストンの上方への移動によって生じる縦方向の力に耐えている。このように、隅部はピストン軸から離れて作用する抵抗力に対する第１の保持手段として機能する。

シリンダアセンブリはトッププレート１０１によってその上側端で保持され、ネジ１４０によってシリンダ本体に固定されている。このように、使用時において、上方に作用して作動チャンバーの内部の高圧流体から生じる力は、トッププレート（第２の保持手段として機能する）によって妨げられ、シリンダ本体は圧縮される。その上端に保持されたシリンダアセンブリは、アセンブリのサイドに対して（シリンダアセンブリの一部又は全部の部品に対する）保持手段を有する従来の流体作動機器の部品に比べて作動チャンバーにおける高圧から生じる力に良好に耐えられるようになっている。そのようなデバイスはアセンブリの少なくとも上部に配置される作動チャンバーにおける高圧に耐えなければならなく、そのため、本発明のシリンダアセンブリより多くの材料を使用して構成する必要があったので、製造がより高価である。更に、中央回転カムから径方向に延在する複数の作動チャンバーを備えた流体作動機器では、アセンブリの上側（又は外側）端に保持手段を配置することによって、保持手段がアセンブリの側部に設けられることによってカムに近くなっている場合に比べて、シリンダアセンブリを共に近い距離で隣接させることができる。

シリンダアセンブリは、トッププレートを取り外した単体ユニットとすることで、メンテナンスや交換のために、迅速且つ経済的にシリンダブロックに対して脱着してもよい。

上述したように、コイルスペース３８はトッププレート１０１及び本体３によって規定されている。フラスト円錐状（frustroconically）のポール４１はコイルスペースに延在しており、アーマチャ３２と共にフラックスギャップ４４をそれらの間に規定している。コイル３８の駆動時には、フラックスは本体を循環し、上側ガイド構造３６を通ってアーマチャに出て、フラックスギャップを通ってポールに入り、トッププレートを通過して再び本体に入る。その結果、アーマチャはフラックスギャップを通じてポールに引き付けられ、バルブは閉じる。他の態様では、バルブを開位置又は閉位置に保持して、ソレノイドによって打ち勝つ（overcome）又は打ち負け（defeat）される電磁ラッチが設けられている。バネ４５又はその他の弾性部材が、開位置にガイド構造２９が不勢されるまで、トッププレート及びアーマチャ間に設けられて第１の端部に向かってアーマチャが付勢している。第１及び第２のコイルシート４３ｂ及び４３ｃは、コイル、トッププレート及び本体の間にそれぞれあり、流体作動機器から流体が逃げることを防いでいる。

ポペットバルブ（電気的に制御可能であり、非常に迅速に駆動できる）が開閉されたとき、流体はアーマチャ３２における通路３４を通って、フラックスギャップに流入出する。このように生じたフラックスのドラグは、典型的にはコイルによるポペットバルブに印加された磁気力に比べてとても小さく、バルブは依然として迅速に駆動できる。しかしながら、ポペットバルブを閉じるためには、ソレノイドを駆動停止させたり、バルブ部材がポペットバルブシートに接触してシートに対するバルブ部材のピーク衝撃力を減少させる前に、ソレノイドの電流を減少させる必要がある。

径方向チャネル２１は低圧マニホールド１１８と流体をやり取りする（ポペットバルブが開状態にあるとき、往復運動するピストン１１０とシリンダによって規定される作動チャンバー１０６は、ポペットバルブアパーチャ１０を介して低圧マニホールドと流体のやり取りを行う）。そして、環状バルブアパーチャ８は（環状バルブ部材が開状態にあるとき）作動チャンバー及び高圧マニホールド１０４と流体のやり取りをする。高圧マニホールド及び低圧マニホールドは典型的には、バルブ本体を取り囲む環状ギャラリーを備えており、それぞれのアパーチャと流体をやり取りすると共に、典型的にはその他の複数のバルブに対して延在している。

使用時において、環状バルブが（図示のように）閉じて作動チャンバーの流体圧が高圧マニホールドの圧力より低いとき、環状バルブ部材に作用する流体圧は、シリンダ軸に向かって作用する径方向成分、及び、上向き（すなわち、カム１１２から離れる方向、第２の端部に向かう方向）の軸方向成分によって、本体に力が伝達される

カラーのエンドストップ１２及び上側面１９もまた高圧の流体に曝され、流体圧は（図に示すシリンダアセンブリの傾斜においての）下側及びカムに向かう軸方向の力成分を本体に伝達する。このように、カラーのエンドストップ及び上側面は高圧流体受け面として作用する。

上述したように、下側高圧シール４０及び上側高圧シール４２の周縁部は略等しい。図２はシリンダ軸に垂直なB-B面を示している。図４は下側高圧シール、上側高圧シール、平面B-Bにおける投影で下側及び上側高圧シールによって規定される領域４６，４７（それぞれ第１及び第２の領域として機能する）によって形成されたシールの投影４０´、４２´を示している。領域４６はサークル４０´の領域であり、領域４７はサークル４２´の領域である。これらの領域は略等しく見えるが、B-B平面における投影で下側高圧シールによって形成される領域は、B-B平面における投影で上側高圧シールによって形成される領域に比べてわずかに小さく、シリンダアセンブリをシャシーに軸方向に挿入すると共に、付勢して互いに整合できるになっている。

従って、環状バルブ部材及びバルブ本体に上側から作用すると共に、カラーに下側から作用する力の軸方向成分は、実質的に等しい大きさであり、互いに打ち消し合う。その結果、ネジ１４０は環状バルブ部材における流体圧による力に耐える必要が無くなり、シリンダアセンブリ全体は従来に比べてより小さく且つ軽量に形成することができる。流体圧はポペットバルブ及びポペットバルブシートを介してバルブ本体に軸方向に印加されるが、シリンダ本体及びシリンダアセンブリ（またはネジ１４０）を対象とする正味の力はカラーの高圧流体受け面の結果として実質的に減少する。

上側及び下側、並びに、傾きや方向に関するその他の用語は、図面に示された傾き及びここで述べられた傾きを有する装置に関するものであり、相対的な位置関係を使用時における装置の傾きを考慮しない範囲で意図したものである。

シリンダ本体の周りにおける環状バルブ部材の配置は、シリンダ本体を通じて延在するアパーチャを有する環状バルブシートと共に、非常にコンパクトなバルブ構成を提供し、よりコンパクトな流体作動機器を提供することができる。

本発明のシリンダ本体及びシリンダアセンブリは、任意又は広範囲のピストンタイプを有する流体作動機器に使用されるのに適している。例えば、複数のピストンリング、シリンダ軸に実質的に沿って設けられたピストン、及び／又は、ピストン軸が回転する偏心カムに沿って設けられると共にシリンダ軸に沿って設けられていないピストン、ピストン又はピストン係合リングがバネ又は作動チャンバー内からの流体圧の作用により付勢されている、又は、ピストンが係合保持されている偏心カムのようなピストン駆動手段を備える。

更なるバリエーション及び修正はここに開示された本発明の範囲内で行うことができる。

１ シリンダアセンブリ
２ 本体
３ 第１の端部
４ 第２の端部
５ シリンダ
７ 第２のバルブシート（環状バルブシート）
７a 外側シール
７ｂ 装置側シール
８ アパーチャ
９ 第１のバルブシート（ポペットバルブシート）
１０ 第１のバルブアパーチャ（ポペットバルブアパーチャ）
１１ 環状バルブ部材（環状バルブ部材である、第２のバルブ部材）
１２ エンドストップ
１３ カラー
１４ 保持リング
１５ ネジ
１７ 下側面
１９ 上側面
２１ 径方向通路
２３ シーリング面
２４ ポペットバルブ部材の頂部
２５ ペグ
２７ 中央アパーチャ
２９ 下側ガイド構造
３０ 径方向支柱
３２ アーマチャ
３４ 通路
３５ 内側面
３６ 上側ガイド構造
３７ フラックスブリッジ
３８ コイルスペース
３９ ソレノイドコイル
４０ 第１の外部シール（下側高圧シール）
４０´ B-B平面における第１の外部シール（下側高圧シール）の投影
４１ ポール
４２ 第２の外部シール（上側高圧シール）
４２´ B-B平面における第２の外部シール（上側高圧シール）の投影
４３a 第１の定合うシール
４３ｂ 第１のコイルシール
４３ｃ 第２のコイルシール
４４ フラックスギャップ
４５ バネ
４６ 第１の領域
４７ 第２の領域
１００ シリンダブロック
１０１ トッププレート
１０４ 高圧マニホールド
１０６ 作動チャンバー
１１０ 往復運動するピストン
１１２ カム
１１８ 低圧マニホールド
１４０ ネジ
２００ 流体作動機器
２０２ 高圧バルブ
２０４ 高圧マニホールド
２０６ 作動チャンバー
２０８ シリンダ
２１０ ピストン
２１２ カム
２１４ 連結ロッド
２１６ 低圧バルブ
２１８ 低圧マニホールド
２２０ シャフト角度センサ
２２２ コントローラ

Claims (20)

1. 流体作動機器用のシリンダアセンブリであって、
   シリンダ本体、第１のバルブ部材を有する第１のバルブ及び環状バルブ部材である第２のバルブ部材を有する面シーリングバルブである第２のバルブを備えており、
   前記本体は、第１の端部及び第２の端部を有すると共に、シリンダ、第１のバルブシート及び面シーリング環状バルブシートである第２のバルブシートを備えており、
   前記シリンダは、前記第１の端部に対して開口しており、往復するピストンを受けるように構成されており、
   前記第１のバルブシートは、前記第１及び第２の端部間においてシリンダ軸の周りに延在すると共に、一以上の第１のバルブアパーチャを備え、該第１のバルブアパーチャの各々は、前記本体を通じて延在して前記シリンダと連通し、前記本体を通じる流路を形成しており、
   環状バルブシートである前記第２のバルブシートは、少なくとも一つの環状シーリング面と、環状バルブ用の複数のアパーチャとを備え、前記各アパーチャは前記シーリング面と関連付けられており、
   環状バルブシートである前記第２のバルブシートの前記アパーチャは前記軸周りに設けられ前記シリンダと連通し、前記本体を通じる流路を形成しており、
   前記第１のバルブシート及び前記第１のバルブ部材は共に前記第１のバルブを形成しており、
   環状バルブシートである前記第２のバルブシート及び環状バルブ部材である前記第２のバルブ部材は共に、面シーリング環状バルブである前記第２のバルブを形成していることを特徴とするシリンダアセンブリ。
2. 前記本体は前記各環状バルブシーリング面、前記各第１のシーリング面、及び、シリンダを備えており、連続的な一体構造であることを特徴とする請求項１に記載のシリンダアセンブリ。
3. 前記シリンダ、第１のバルブシート、及び、環状バルブシートである前記第２のバルブシートは、同軸であることを特徴とする請求項１に記載のシリンダアセンブリ。
4. 前記第１のバルブシートはポペットバルブシートであり、単一のシーリング面を有すると共に、シリンダとの流体のやり取りをする前記本体を通じて延在するポペットバルブアパーチャを規定しており、
   前記本体は前記各環状バルブシーリング面及びポペットバルブシート及びシリンダが連続的な一体構造であることを特徴とする請求項１に記載のシリンダアセンブリ。
5. 前記ポペットバルブシートは前記各環状バルブシーリング面に比べて小さい周縁部を有することを特徴とする請求項４に記載のシリンダアセンブリ。
6. 前記本体は金属鋳物である、又は、単体材料から機械加工されていることを特徴とする請求項２に記載のシリンダアセンブリ。
7. 前記本体は硬化処理された鉄からなることを特徴とする請求項２に記載のシリンダアセンブリ。
8. 前記本体の一以上の面は摩擦が低減された、又は、硬化コーティングされていることを特徴とする請求項１に記載のシリンダアセンブリ。
9. 前記ポペットバルブアパーチャの最大径は前記シリンダの内径の最小値以下であることを特徴とする請求項４に記載のシリンダアセンブリ。
10. 前記軸の周りに延在するフラックスブリッジを備え、
    該フラックスブリッジは前記ポペットバルブアパーチャの径より小さな内径を有していることを特徴とする請求項４に記載のシリンダアセンブリ。
11. 前記本体の外側は、前記環状バルブシート及び前記第１の端部間において前記本体の周りに延在する第１の外部シールと、前記環状バルブシート及び前記第２の端部間において前記本体の周りに延在する第２の外部シールとの間に延在する高圧流体受け面領域を備え、
    前記外部シールは前記シリンダ軸の垂直平面上に投影された第１の領域及び第２の領域をそれぞれ規定し、
    前記第１及び第２の領域は略等しいことを特徴とする請求項１に記載のシリンダアセンブリ。
12. 前記シリンダの外側面は環状バルブ部材である前記第２のバルブ部材のための円筒形状ガイドであることを特徴とする請求項１に記載のシリンダアセンブリ。
13. 環状バルブシートである前記第２のバルブシート及び前記第１の端部間において前記本体の周りに固定されたカラーを備え、
    該カラーは前記シリンダ本体の周りに環状バルブ部材である前記第２のバルブ部材を保持するエンドストップを備えたことを特徴とする請求項１に記載のシリンダアセンブリ。
14. シリンダ本体の前記第１の端部から前記第２の端部に向ってポペットバルブ部材を導入する工程を備えたことを特徴とする請求項４に記載のシリンダアセンブリの組立方法。
15. 前記第１の端部から前記シリンダの一部を越えて、環状バルブ部材を導入する工程を備えたことを特徴とする請求項１４に記載のシリンダアセンブリの組立方法。
16. 前記第１の端部から前記シリンダ本体の一部を越えて環状バルブ部材を導入する工程と、
    前記環状バルブシート及び前記第１の端部間において前記本体の周りに環状カラーを固定する工程と
    を備え、
    前記カラーは前記シリンダ本体の周りに前記環状バルブ部材を保持するエンドストップを備えたことを特徴とする請求項１４に記載のシリンダアセンブリの組立方法。
17. 前記シリンダ本体の前記第１の端部から前記シリンダを通って前記第２の端部に向って、フローガイド又はバルブ移動ガイドを導入する工程を更に備えたことを特徴とする請求項１４に記載のシリンダアセンブリの組立方法。
18. 高圧マニホールド、低圧マニホールド、及び、請求項４に関する少なくとも一つのシリンダアセンブリを備え、
    往復運動するピストンは前記シリンダの各々の内部で受け止められ、
    前記面シーリング環状バルブの各々は前記高圧マニホールドからそれぞれのシリンダへの流体の流れを規制し、
    前記ポペットバルブの各々は前記それぞれのシリンダ及び前記低圧マニホールド間において流体の流れを規制することを特徴とする流体作動機器。
19. 前記各ピストンはそれぞれのシリンダ内において、それぞれのシリンダ本体の前記第１の端部から前記第２の端部に延在するピストン軸に沿って往復運動するように操作可能であり、
    前記各シリンダアセンブリと前記第１の端部の近傍で係合し、前記ピストン軸から離れるように作用する力に耐える第１の保持手段を備えたことを特徴とする請求項１８に記載の流体作動機器。
20. 前記各ピストンはそれぞれのシリンダ本体において前記第１の端部から前記第２の端部に延在するピストン軸に沿って往復移動するように操作可能であり、
    前記第２の端部の近傍において前記各シリンダアセンブリと係合して、前記ピストン軸に沿って作用する力に耐える第２の保持手段を備えたことを特徴とする請求項１８に記載の流体作動機器。

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