JP6787915B2 - 流体回路デバイス - Google Patents

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Description

関連出願
本出願は、参照により本明細書に組み込まれるニュージーランド特許出願第７０５５１２号から優先権を得る。
本明細書において、流体回路デバイスが説明される。より具体的には、圧力差動構成において、少なくとも２つの流体ボリュームの間に配置された少なくとも１つの圧力バランスバルブを組み込んでいる流体回路デバイスであって、このバルブが２つのボリュームのうちの低い方と第３の圧力等化ボリュームとの間の圧力平衡を維持する流体回路デバイスが説明される。
エンジン内の冷却または潤滑のような様々な用途のための圧力流体回路は、当該技術分野に存在してきた。流体圧力の緩和は知られているが、第１の流体側から第２の流体側へ流体を導くインバースまたは逆シャトルバルブの使用は、すべての流体および用途に対して広範囲に及んでいない。この問題の一部は、多種多様な流体に適合し、高い動作効率を提供するための機械的構成を提供することである。さらに、いくつかの構成、例えば摺動シールを必要とする構成からの信頼性が低いことは、当該技術分野の回路およびバルブがより広く使用されていないことを意味する。
インバースシャトルバルブ（ＩＳＶ）は、ピストンの低圧側から水を排出するバルブとして１９００年代初期から蒸気エンジンに使用されており、自動排水デバイス、例えば、米国特許第１，５７４，１０３号明細書および米国特許第７７６，０６１号明細書として特許取得されている。しかしながら、このような蒸気エンジンの使用は、ピストンシリンダに関する圧力差に対処するためには使用されなかった。
液圧回路の圧力差を平衡させるためにインバースシャトルバルブを使用することは例えば、米国特許第８，１３２，５８８号明細書に既知である。しかし、液圧シリンダ内での使用は、高速スイッチング動作および高い圧力差許容値が必要なシリンダピストン構成などの用途には理想的ではない。
圧力変動に対処するための、または少なくとも公衆に選択肢を提供するための代替手段を提供する流体回路デバイスを提供することが有用であり得ることを理解されたい。
流体回路デバイスのさらなる態様および利点は、例としてのみ与えられる以下の説明から明らかになるであろう。
本明細書では、作動圧力変動を受ける流体回路内の作動流体の圧力変動を制御するための手段を提供する流体回路デバイスが説明される。このデバイスは、液圧緩衝装置（またはダンパ）などによって、圧力が平衡していない場合に、内部容積の変化または流体の膨張および収縮がシステムに有害である場合に有用であり得る。
第１の態様では、流体回路デバイスが提供され、デバイスは、
圧力が変動する関係を介して動作可能に連結されている少なくとも１つの第１の流体ボリュームと少なくとも１つの第２の流体ボリュームとを備え、少なくとも１つの圧力バランスバルブが、少なくとも１つの第１の流体ボリュームおよび少なくとも１つの第２の流体ボリュームを少なくとも１つの第３の流体ボリュームに流体連通させ、
使用中、少なくとも１つの第１の流体ボリュームと少なくとも１つの第２の流体ボリュームとの間に圧力差があるとき、少なくとも１つの圧力バランスバルブは、少なくとも１つの第３のボリュームと、第１の流体ボリュームまたは第２の流体ボリュームのいずれかより圧力が低い方との間に流体流路を提供するように作用する。
第２の態様では、作動圧力変動を受ける流体回路内の作動流体の圧力変動を制御する方法であって、
（ａ）実質的に本明細書に記載の流体回路デバイスを選択するステップと、
（ｂ）作動圧力変動を受ける装置に装置を一体化するステップとを含む、方法が提供される。
上述の流体回路デバイスの利点の例には、以下のものの一部または全部が含まれる。
・作動ボリューム内の真空圧力を最小にする。
・調整可能な流れ挙動および遮断閾値を提供する。
・製造が容易である、すなわち挿入カートリッジとして、またはピストン／チャンバ／ボリューム内にデバイスが直接機械加工されるように装置を構築することが可能である。
・製造公差が低い、すなわち上記の設計では、研磨されたまたは作り付けの流路または精密摺動部品が不要であり得る。
・本明細書のデバイスに使用されるバルブが摺動シールなしで製造できるため、摺動シールは、従来技術のデバイスと異なり、避けることができる。
・バルブの高速動的スイッチング動作によって、バルブを高速動的用途で使用することが可能になり得る。
・記載されているデバイスは、動的に動く構成要素に取り付けることができるため、柔軟な設置要件を満たすことができる。
・デバイスはコンパクトにすることができ、コンパクトな構成を提供するために既存の構成要素内に直接機械加工することができる。
・高耐圧、すなわち高圧力差で上記のデバイスを使用することができる。
・デブリ耐性、すなわち上記のデバイスは、デブリが動作を妨げる可能性がある場合に、デブリ耐性のために大きな部分間隙を有するように製造することができる。
流体回路デバイスのさらなる態様は、例としてのみ与えられる以下の説明から、添付の図面を参照することによって明らかになるであろう。
圧力バランスバルブを組み込んだデバイスの第１の実施形態の側面断面図である。 図１に示された第１の実施形態で使用される圧力バランスバルブの概略詳細側面断面図である。 チャンバＰ２とＰ３との間に流体の流れが開いている、一実施形態による概略的な圧力フロー構成を示す図である。 チャンバＰ１とＰ３との間で流体の流れが開いている、図３の代替的な概略構成を示す図である。
上述したように、本明細書では、作動圧力変動を受ける流体回路内の作動流体の圧力変動を制御するための手段を提供する流体回路デバイスが説明される。このデバイスは、結果としてもたらされる圧力が平衡しない場合に、内部容積の変化または膨張もしくは収縮がシステムに有害である場合に有用であり得る。
本明細書の目的では、「約」または「およそ」という用語およびその文法上の変化形は、基準となる量、レベル、程度、値、数、頻度、割合、寸法、サイズ、量、重量または長さに対して３０，２５，２０，１５，１０，９，８，７，６，５，４，３，２または１％程度だけ変化する量、レベル、程度、値、数、頻度、割合、寸法、サイズ、量、重量または長さを意味する。
用語「実質的に」またはその文法上の変化形は、少なくとも約５０％、例えば７５％、８５％、９５％または９８％を指す。
用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」およびその文法上の変化形は、包括的な意味を有するものとする。すなわち、それが直接参照する列挙された構成要素だけでなく、他の指定されていない構成要素または要素をも含むことを意味する。
「粘性ダンパ」という用語またはその文法的変形は、粘性抵抗挙動の使用によって主に達成される運動に対する抵抗力を提供するデバイスを指し、それによって、ダンパが運動を受けるとエネルギーが伝達される。粘性抵抗挙動がここでは記載されているが、当業者であれば、他の方法も可能であるので、このような定義は限定的であると見なされるべきではないことを理解するであろう。これは、衝撃減衰または振動減衰が有益な用途に使用することができる。
「液圧シリンダ」という用語またはその文法的変形は、１つまたは複数の液圧力を少なくとも部分的に介してシリンダ内の部材間に結合力を課すデバイスを指す。
本明細書で使用される用語「シリンダ」またはその文法上の変形は、シリンダの長手方向軸線に沿ってその中に孔を有するシリンダを指す。
本明細書で使用される用語「締結具」またはその文法上の変形は、２つ以上の物体を互いに接合または固定する機械的締結具を指す。本明細書で使用される場合、この用語は、材料の単純な当接または対向を排除し、典型的には、障害物を通じて接合または固定する１つまたは複数の部品を指す。締結具の非限定的な例には、ねじ、ボルト、釘、クリップ、だぼ、カムロック、ロープ、紐またはワイヤが含まれる。
「シール」という用語またはその文法的変形は、２つの流体ボリュームの間に障壁を形成するように作用する特徴のデバイスまたは構成を指す。
第１の態様では、流体回路デバイスが提供され、デバイスは、
圧力が変動する関係を介して動作可能に連結されている少なくとも１つの第１の流体ボリュームと少なくとも１つの第２の流体ボリュームとを備え、少なくとも１つの圧力バランスバルブが、少なくとも１つの第１の流体ボリュームおよび少なくとも１つの第２の流体ボリュームを少なくとも１つの第３の流体ボリュームに流体連通させ、
使用中、少なくとも１つの第１の流体ボリュームと少なくとも１つの第２の流体ボリュームとの間に圧力差があるとき、少なくとも１つの圧力バランスバルブは、少なくとも１つの第３のボリュームと、第１の流体ボリュームまたは第２の流体ボリュームのいずれかより圧力が低い方との間に流体流路を提供するように作用する。
流体回路は閉回路であってもよい。すなわち、回路は外部環境からシールされ、圧力のすべての変化は流体回路デバイス内で処理される。
上記の第３の流体ボリュームは、アキュムレータであってもよい。アキュムレータへの流体の流れは、少なくとも１つの第１の流体ボリュームおよび／または第２の流体ボリュームに流体連通された通路を経由することができる。アキュムレータは、第１の流体ボリュームおよび第２の流体ボリュームに関して容積変化運動／圧力変化が生じるときに、容積補償用のオーバーフローおよび低圧補給流体のためのボリュームリザーバを提供することができる。アキュムレータはまた、環境影響がデバイスの圧力、容積、および膨張特性に影響を及ぼすとき、アイドル使用中にボリュームリザーバを提供することもできる。一実施形態では、アキュムレータは、より大きなリザーバに連結されたチューブを備えてもよく、リザーバは、主装置、例えば、ピストンおよびシリンダアセンブリのような主装置の遠位に配置されてもよく、または例えば、ピストンシャフト内のような主装置内に組み込まれてもよい。この構成の重要な特徴は、アキュムレータが、バルブを介して上述したようにチャンバの一方または両方の側に連通していることである。
本明細書における説明を容易にするために、第１のボリュームおよび第２のボリュームは、第１のチャンバおよび第２のチャンバとして交換可能に参照することができ、第３のボリュームは、流体アキュムレータとして参照される場合がある。これは、これらの関連する容積またはチャンバおよびアキュムレータが様々な端部構成をとることができるため、適用に関して限定的であると見なすべきではない。
上述した少なくとも１つの圧力バランスバルブは、第１の容積変化運動を介して第１の流体ボリュームおよび第２の流体ボリュームに対する圧力勾配の適用中に、第３の流体ボリュームと低圧の第１の流体ボリュームとを接続するように作動すると共に、相対的に高圧の第２の流体ボリュームへの接続を制限または閉鎖し、第１の流体ボリュームおよび第２の流体ボリュームに対して逆の容積変化運動を介して逆の圧力勾配が課せられる場合には、第３のボリュームと第１の流体ボリュームとの接続が制限または閉鎖され、第２の流体ボリュームと第３の流体ボリュームとの間の接続が行われ、バルブの運動は、第１の流体ボリュームおよび第２の流体ボリュームのうちのいずれか低圧の方と第３の流体ボリュームとの間の圧力勾配を少なくとも部分的に均等化させる。
容積変化運動は、線形ストローク運動であってもよい。代替的に、容積変化運動は角運動であってもよい。またさらなる代替形態では、容積変化運動は回転運動であってもよい。上記に加えて、容積変化運動の組み合わせ、例えば、ストローク運動と角度運動の組み合わせもしくはストローク運動と回転運動との組み合わせ、または、ストローク運動と角運動と回転運動との組み合わせも保証され得る。
上述したように、バルブの運動は、バルブの容積変化運動作用を駆動する圧力差または勾配からのものであってもよい。バルブならびに／または第１のチャンバおよび／もしくは第２のチャンバが動いて、バルブ位置を変化させ得る。例えば、横方向のバルブの運動が、バルブを応答させる慣性変化によって少なくとも部分的に駆動され得る。この慣性変化は、例えば、バルブハウジング（例えば、チャンバ）の運動によって駆動され得る。バルブの慣性は、ハウジングの運動を遅くし得、それによってバルブが静止したままにされ、したがってハウジングに対して位置を変える。
バルブサイズ、運動に対する慣性、使用される材料、剛性、柔軟性、熱伝導率、存在する場合には材料間の摩擦などの要因を使用して、動力学を調整し、速度、運動のタイミング、および第１のバルブおよび第２のバルブの運動の限界の間のバルブ運動の他のストローク特性を変更することができる。例えば、運動は、滑らかな安定した動きを有するように、または代わりに、遅延した初期運動、および後続する急激な運動を有するように、または代替的に、急激な初期運動、および後続する減速されている緩衝を受けた最終的な運動を有するように調整されてもよい。さらに、バルブ作用は、特定の方向への、または中立位置のような特定の位置への駆動運動のような、バルブの運動挙動に影響を及ぼすための付勢要素を組み込むことによって影響され得る。
第１の流体ボリュームと第２の流体ボリュームとの間の圧力勾配が低いか、またはまったくない場合、少なくとも１つの圧力バランスバルブは、第１の流体ボリューム、第２の流体ボリュームおよび第３の流体ボリュームの間の接続を可能にし、それによって、流体回路内のすべての容積にわたる圧力の平衡が可能になる。これは、環境要因（熱および寒さ）によって引き起こされる容積変化に対処し、それにより、デバイスが静止しているかまたはデバイスに容積を変化させる運動力が課されていないときに、望ましくない圧力蓄積または損失を回避するのに有用であり得る。このようにして、バルブは、環境温度変化に起因する流体の膨張または収縮を可能にすることができる。理解され得るように、温度変化はまた、バルブ位置を変更し、圧力平衡を可能にする別の手段を提供し得る。
少なくとも１つの圧力バランスバルブは、少なくとも１つのバイアスを介して、少なくとも１つの第１の流体ボリュームまたは第２の流体ボリュームに対して流体流制限位置または閉鎖位置に駆動することができる。前述の通り、完全な流体の流れの閉鎖は必須ではない場合がある。流量制限で十分な場合がある。
１つの実施形態では、少なくとも１つの圧力バランスバルブは、ハウジング内に位置する細長いピン要素を備え、ピン要素は、ハウジング内の運動を受けて、ハウジングのいずれかの範囲に位置する第１のシールまたは第２のシールと接触し、第１のシールは第１の流体ボリュームと流体連通しており、第２のシールは第２の流体ボリュームと流体連通している。この実施形態では、ハウジングに対するピンの長さは、第１の流体ボリュームと第２の流体ボリュームとの間に圧力差が加わると、ピンが少なくとも１つの圧力バランスバルブの第１のシールまたは第２のシールのいずれかを制限または閉鎖するように運動するように駆動される一方で、反対のシールはシールされないままにするようなものであり得る。
バルブを形成するために使用されるピンは、一体の剛性構造であってもよい。代替的に、ピンは、直接的に接続されなくてもよく、または一体的でなくてもよく、その代わりに、２つの側部から形成されてもよく、それらの側部は、ばねまたは他の連結具のような第３の要素を介して連結される。またさらなる実施形態では、設計にばねが組み込まれた中実ピンが使用されてもよい。理解されるように、様々なバルブ／シール／ピン構成を使用して、ピンを形成し、バルブの動作を駆動／遅延／制御することができ、与えられている例は限定的であると考えるべきではない。
上述したように、少なくとも１つの圧力バランスバルブはまた、付勢力を課す少なくとも１つのバイアスを含むこともできる。付勢力は、ピンまたはシールのいずれかまたは両方に加えられて、付勢力に打ち勝つのに十分な力がピンまたはシールに加えられるまで、バルブを中立位置に駆動して第１の流体ボリュームおよび第２の流体ボリュームへのアクセスを開く。バイアスは、少なくとも１つのばねによって課されてもよい。バイアスは、少なくとも１つの磁石によって課されてもよい。他のバイアス印加手段は、電気ソレノイドおよび補助アクチュエータを含むことができる。記載されたいずれかの１つの付勢手段への言及は、限定と考えられるべきではない。バイアスは、ばねと磁石の両方の組み合わせのようなバイアス印加要素の組み合わせによって課されてもよい。バイアスを取り込むことは、ロックアップスタイルの粘性ダンパなどの、流体ボリュームまたはチャンバ間の一部の流れが、低移送速度での第１のボリュームと第２のボリュームとの間の流体ボリューム移動を可能にするために重要であり得る一部の用途では重要であり得る。
上述の１つまたは複数のシールは、第１の流体ボリュームまたは第２の流体ボリュームまたはチャンバ入口／出口の一方または両方で使用することができる。一実施形態では、シールは、チャンバまたはピストンに対してシャフトのいずれかの端部に配置されてもよく、チェックバルブまたはボールバルブ構成を介して形成されてもよいが、多くの他の従来技術のバルブシステムも使用されてもよい。
バルブとチャンバとの間の境界面において、シールは、少なくとも１つの圧縮面シールであってもよい。第１のシールおよび／または第２のシールは、圧縮面シールであってもよい。このようなシールは、他のタイプのシールよりも堅牢性および耐久性が高いため、これは有用であり得る。一実施形態では、このようなデバイスで一般的な摺動シールを、上述のデバイスの使用によって回避することができる。これらのタイプのシールはより複雑であり、より多くの信頼性の問題を有し、他のタイプのシール、例えば、圧縮シールよりも多くのメンテナンスを必要とする場合があるため、摺動シールの回避は有用であり得る。
流体は、例えば、油、炭化水素系の流体（例えばディーゼル）、ブレーキ液、パワーステアリング液、植物油または水などの液圧流体であってもよいが、多種多様な流体（液体、半固体および気体）が使用されてもよい。
第２の態様では、作動圧力変動を受ける流体回路内の作動流体の圧力変動を制御する方法であって、
（ａ）実質的に本明細書に記載の流体回路デバイスを選択するステップと、
（ｂ）作動圧力変動を受ける装置にデバイスを一体化するステップとを含む、方法が提供される。
一実施形態では、デバイスは、ピストンの周りで使用され、デバイスはシリンダ内のピストンシールの対向する両側の間に配置され、ピストンがシリンダ内を運動するとき、ピストンの一方の側の流体が圧縮され（圧力がより高くなる）、ピストンの反対側の流体が膨張する（圧力がより低くなる）ことによって、圧力変化が生じる。過度に高いまたは低い圧力はシステムを損傷する可能性があり、したがって、特に低圧側で少なくともある程度まで圧力を消散させることが、損傷を防止し、圧力変化中およびその後の継続的な信頼性を保証するために重要であり得る。
上記の流体回路デバイスは、エネルギー吸収装置に使用することもでき、その例としては、液圧シリンダまたは粘性ダンパ装置を含むピストンが挙げられる。
液圧シリンダの応用形態では、バルブはピストンヘッドの異なる側に配置され、ピストンまたはチャンバのいずれかの側から流体アキュムレータへの流体の流れは、バルブによって導くことができ、圧力がピストンの閉鎖バルブ側で上昇することを可能にし、バルブの低圧開放側の真空を緩和する。ピストンキャビティ内の圧力上昇は、バルブを閉じた状態に保つことができる。ピストンの開放バルブ側は、このとき、アキュムレータを介して流体ボリュームおよび圧力の変化を自由に平衡させる。例えば、圧力均等化は、ピストンヘッドと連結されていない外部チューブを介したものであってもよいため、ピストンヘッド内の適用例は、限定と考えるべきではない。
粘性ダンパ装置の場合、装置は急速な往復運動を経験し、建物または構造物の地震エネルギーを吸収するために使用される場合のような劇的な力の変化に対処しなければならない。ダンパは、理想的には、ピストン運動によって引き起こされる圧力の急激な変化、および環境の影響からの漸進的な変化に対処するために、何らかの圧力平衡手段を利用する。加えて、ダンパデバイス内の流体は、地震イベント中に高温になり、また、作動流体ボリュームの膨張（および収縮）を引き起こす周囲温度の日内変動のために、流体の体積も変化する。これらの変化は理想的には、デバイスの故障または信頼性の低下を避けるために、対処する必要がある。本明細書に記載されているようなバルブは、本発明者の経験において、ダンパ設計の成功および信頼できる機能にとって重要である。
上述の流体回路デバイスの利点の例には、以下のものの一部または全部が含まれる。
・作動ボリューム内の真空圧力を最小にする。
・調整可能な流れ挙動および遮断閾値を提供する。
・製造が容易である、すなわち挿入カートリッジとして、またはピストン／チャンバ／ボリューム内にデバイスが直接機械加工されるように装置を構築することが可能である。
・製造公差が低い、すなわち上記の設計では、研磨されたまたは作り付けの流路または精密摺動部品が不要であり得る。
・本明細書のデバイスに使用されるバルブが摺動シールなしで製造できるため、摺動シールは、従来技術のデバイスと異なり、避けることができる。
・バルブの高速動的スイッチング動作によって、バルブを高速動的用途で使用することが可能になり得る。
・記載されているデバイスは、動的に動く構成要素に取り付けることができるため、柔軟な設置要件を満たすことができる。
・デバイスはコンパクトにすることができ、コンパクトな構成を提供するために既存の構成要素内に直接機械加工することができる。
・高耐圧、すなわち高圧力差で上記のデバイスを使用することができる。
・デブリ耐性、すなわち上記のデバイスは、デブリが動作を妨げる可能性がある場合に、デブリ耐性のために大きな部分間隙を有するように製造することができる。
上述した実施形態は広範に、本出願の明細書において個別にまたは集合的に参照されるかまたは示される部品、要素および特徴、ならびに、上記部分、要素または特徴の任意の２つ以上のうちのいずれかまたはすべての組み合わせからなると広く言及することもでき、実施形態が関係する技術分野において既知の等価物を有する特定の整数が本明細書で言及されている場合、そのような既知の等価物は、個々に記載されているように本明細書に組み込まれると考えられる。
本発明が関係する技術分野において既知の等価物を有する特定の整数が本明細書で言及されている場合、そのような既知の等価物は、個々に記載されているように本明細書に組み込まれると考えられる。
上述の流体回路デバイスについて、ここで具体例を参照して説明する。説明を簡単にするために、粘性ダンパが実施例に記載されているが、粘性ダンパに関する原理は、例えばピストンおよび／または液圧シリンダ装置などの、流体回路を含む他のデバイスにも適用することができる。粘性ダンパ応用形態への参照は、限定的であると考えられるべきではない。
実施例１
以下の図１を参照すると、粘性ダンパ装置は、一実施形態では、シャフト１．２に接続されたピストン１．１からなり、ピストンアセンブリは、粘性流体１．４で満たされた適合するシリンダ１．３内を運動する。シャフトは、シリンダ１．３の開放端部にあるエンドキャップ１．５，１．６を通過し、そこで流体シール要素は、ピストン１．１およびシリンダ１．３によって形成されたキャビティ１．８内の流体（図示せず）を含む。シリンダ１．３とシャフト１．２との間の横方向荷重を支持するために、ベアリング要素１．９がエンドキャップ１．６内に存在する。外部負荷または変位（図示せず）に応答してシリンダ１．３内のピストン１．１が動くと、ピストン１．１の負荷側に流体圧力が発生する。ピストン１．１にわたる圧力差により、ピストン１．１とシリンダ１．３との間に形成された環帯またはピストンヘッド１．１０にわたって層流で流体が流れる。層流は、ピストン１．１およびシリンダ１．３にせん断力を生じさせ、結果としてシャフト１．２の運動の運動エネルギーが熱エネルギーに変換され、したがって運動エネルギーが散逸され、したがってピストン１．１およびシャフト１．２の運動が遅くなる。エネルギーは、流体の中に部分的に散逸され、その結果、流体が加熱される。流体の熱膨張が生じる可能性がある。
圧力バランスバルブ１０は、１つまたは複数の流体ボリューム（Ｐ１および／またはＰ２）を第３の圧力均等化（Ｐｅ）ボリュームに開くことによって、環帯１．１０にわたる差圧に対処し、Ｐ１およびＰ２の圧力が低い方のボリュームと第３の圧力均等化（Ｐｅ）ボリュームとの間で流体が流れることが可能になる。
実施例２
図２は、実施例１に記載されたピストン実施形態で使用される閉鎖流体回路に使用される圧力バランスバルブ構成１０の詳細な断面図を示す。
圧力バランスバルブ１０は、シリンダ１４を通って延びるピストンヘッド１２の対向する両側の２つの圧力キャビティＰ１およびＰ２を接続する通路１１からなる。通路１１は、圧力が低い方のキャビティＰ１またはＰ２から通路１１に流体が流れることを可能にするように配置された、弁座１３Ａと接触するボールベアリング１３を備える２つの対向するボールバルブを含む。このようにして、ボール１３は、圧力キャビティＰ１またはＰ２から通路１１への対向する流れを弁で調節する。ボールベアリング１３は、一方の側Ｐ１またはＰ２をシールするために横方向に移動し、他方の側を開放したままにすることができる。
２つのボールベアリング１３は、所与の時間に１つのボール１３のみが弁座１３Ａ上に着座できるように十分な長さの中空ピン１６によって分離されている。ピン１６は、通路１１を通る流体を許容し、ピン１６を通じた圧力平衡を可能にするように中空である。
ピストンヘッド１２およびシャフト１７の内部の第２の通路１５は、第１の通路１１を、ピストンヘッド１２のいずれかの圧力キャビティＰ１、Ｐ２によって必要とされる補給流体を提供する、アキュムレータ（Ｐ３）の形態の第３の圧力キャビティに接続する。第２の通路１５はまた、接続されたピストンキャビティＰ１またはＰ２およびアキュムレータＰ３内の圧力が平衡することを可能にする。この機構により、接続されたＰ１もしくはＰ２またはＰ１とＰ２の両方のチャンバの圧力は、アキュムレータＰ３の圧力と平衡することができる。
図３を参照すると、左側のボール３が着座しているバルブが概略的に示されており、アキュムレータＰ３がピストンＰ２の右側に接続されており（すなわち、Ｐ１とＰ３との間の通路が閉鎖されている）、右側のボール２が着座すると、アキュムレータＰ３はピストンＰ１の左側に接続される（すなわち、Ｐ１とＰ３との間の通路が開放される）。
ボール２，３の位置は、圧力、流れおよび／もしくは慣性によって、またはこれらの要因のすべての組み合わせによって制御することができる。ピストン（図示せず）の「駆動（ｄｒｉｖｅ）」（圧力）側Ｐ１から通路５を介してアキュムレータＰ３に至る流体流は、圧力下でボールバルブ３によって停止する。ピストンの「被駆動（ｄｒｉｖｅｎ）」（低圧）側Ｐ２およびアキュムレータＰ３からの流体の流れが開放される６。ピストンＰ２の開放バルブ側は、このとき、アキュムレータＰ３を介して流体ボリュームおよび圧力の変化を自由に平衡させる。
このようにして、バルブ１０は、作業サイクルからアキュムレータＰ３へのＰ１およびＰ２にわたる流体圧力差４に対応することができ、それにより閉鎖された液圧回路の過圧と圧力不足の両方が回避される。
圧力勾配４が逆転すると（ピストンの逆運動中）、図４に示すように、ボール２が開かれ、ボール３がＰ２とＰ３との間の流体連通を閉じる結果として、Ｐ１とＰ３との間に圧力均等化が生じ、Ｐ１とＰ３との間の流体ボリュームおよび圧力の平衡が可能になる。
実施例３
図２のものに対する代替の構成は、運動ピストン装置の使用である。圧力ポートをピストンシャフトに入れることによって、バルブ装置をピストンシャフトに収容することができる。シリンダの外部ポートを使用すると、バルブをシリンダチューブの外部に取り付けることができる。
実施例４
２つのチェックバルブの間のインターロックは、いくつかの形態をとることができる。一例では、インターロックはチェックバルブに接続され、チェックバルブが一斉に開閉するようにすることができる。代替的に、インターロックは、一斉に開閉するが、互いに独立して開くように、間隔を置かれた接続されていないチェックバルブを備えていてもよい。インターロックは、チェックバルブのストロークを変えてスイッチの位相調整を変更することができるように、さらに変更することができる。
流体回路デバイスの態様は、単なる例示として記載されており、本明細書の特許請求の範囲から逸脱することなく、修正および追加が可能であることを理解されたい。

Claims (16)

  1. エネルギー吸収装置に一体化されている流体回路デバイスを備える流体回路システムであって、前記流体回路デバイスは、少なくとも１つの第１の流体ボリュームと少なくとも１つの第２の流体ボリュームとを備え、
    前記流体回路デバイスは、ピストンの周りで使用され、
    前記流体回路デバイスは、シリンダ内の前記ピストンのピストンシールの対向する両側の間に配置され、前記ピストンが前記シリンダ内を運動するとき、前記ピストンの一方の側の流体が圧縮され、前記ピストンの反対側の流体が膨張することによって、圧力変化が生じ、
    前記少なくとも１つの第１の流体ボリュームと前記少なくとも１つの第２の流体ボリュームは、圧力が変動する関係を介して前記ピストンシールの両側で動作可能に連結され、バルブハウジング内の少なくとも１つの圧力バランスバルブが、前記少なくとも１つの第１の流体ボリュームおよび前記少なくとも１つの第２の流体ボリュームを少なくとも１つの共通の第３の流体ボリュームに流体連通させ、
    使用中、前記少なくとも１つの第１の流体ボリュームと前記少なくとも１つの第２の流体ボリュームとの間に前記ピストンのピストン運動によって引き起こされた圧力差があるとき、前記少なくとも１つの圧力バランスバルブが、
    前記共通の第３の流体ボリュームと、前記第１の流体ボリュームまたは前記第２の流体ボリュームのいずれかより圧力が低い方との間に流体流路を提供するように、かつ、
    前記共通の第３の流体ボリュームと、前記第１の流体ボリュームまたは前記第２の流体ボリュームのいずれかより圧力が高い方との間の流体流路を制限または閉鎖するように、
    前記バルブハウジング内における位置を変え、
    前記第１の流体ボリュームと前記第２の流体ボリュームとの間の圧力勾配が低いか、またはまったくない場合、前記圧力バランスバルブが、前記共通の第３の流体ボリュームを介した前記第１の流体ボリューム及び前記第２の流体ボリュームの間の接続を可能にし、それによって、前記流体回路デバイス内のすべての容積にわたる圧力の平衡が可能になり、
    前記流体回路デバイスが閉回路である、流体回路システム。
  2. 前記少なくとも１つの圧力バランスバルブが、第１の容積変化運動を介して前記第１の流体ボリュームおよび前記第２の流体ボリュームに対する圧力勾配の適用中に、前記共通の第３の流体ボリュームと低圧の第１の流体ボリュームとを接続するように作動すると共に、ほぼ一斉に相対的に高圧の第２の流体ボリュームへの接続を制限または閉鎖し、
    前記第１の流体ボリュームおよび前記第２の流体ボリュームに対して逆の容積変化運動を介して逆の圧力勾配が課せられる場合には、前記共通の第３の流体ボリュームと前記第１の流体ボリュームとの接続が制限または閉鎖され、ほぼ一斉に前記第２の流体ボリュームと前記共通の第３の流体ボリュームとの間の接続が行われ、バルブの運動が、前記共通の第３の流体ボリュームを介した前記第１の流体ボリュームおよび前記第２の流体ボリュームのうちのいずれか低圧の方との間の圧力勾配を少なくとも部分的に均等化させる、請求項１に記載の流体回路システム。
  3. 前記第１の容積変化運動及び前記逆の容積変化運動が線形ストローク運動である、請求項２に記載の流体回路システム。
  4. 前記少なくとも１つの圧力バランスバルブが、少なくとも１つのバイアスを介して、少なくとも１つの第１の流体ボリュームまたは第２の流体ボリュームに対して流体流制限位置または閉鎖位置に駆動される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の流体回路システム。
  5. 前記少なくとも１つの圧力バランスバルブが、細長いピン要素を備え、いずれかのピン要素の端部が、前記流体流路を制限または閉鎖するシールに接触する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の流体回路システム。
  6. 前記少なくとも１つの圧力バランスバルブが、前記バルブハウジング内に位置する対向する端部を有する細長いピン要素を備え、前記第１の流体ボリュームと前記第２の流体ボリュームとの間に圧力差がある場合、前記ピン要素が、前記ハウジング内を前記ハウジングのいずれかの端部まで移動し、それにより、前記ピン要素の端部が前記バルブハウジングのいずれかの端部に位置する第１のシール及び第２のシールと接触し、前記第１のシールは前記第１の流体ボリュームと流体連通しており、前記第２のシールは前記第２の流体ボリュームと流体連通しており、それにより、前記第１の流体ボリュームと前記第２の流体ボリュームの一方と前記共通の第３の流体ボリュームとの間にアクセスを開くと共に、ほぼ一斉に前記第１の流体ボリュームと前記第２の流体ボリュームの他方と前記共通の第３の流体ボリュームとの間の流体連通を制限または閉鎖する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の流体回路システム。
  7. 前記圧力バランスバルブが少なくとも１つのバイアスを介して中立位置に駆動され、前記少なくとも１つのバイアスの駆動力に打ち勝つのに十分な力が前記ピン要素に加えられるまで、前記共通の第３の流体ボリュームと前記第１の流体ボリュームおよび前記第２の流体ボリュームの両方とのアクセスを開く、請求項６に記載の流体回路システム。
  8. 前記第１のシール及び前記第２のシールは、チェックバルブ構成を有する、請求項６又は７に記載の流体回路システム。
  9. 単一の圧力バランスバルブを備える、請求項１〜８のいずれか一項に記載の流体回路システム。
  10. 前記第１のシール及び前記第２のシールは、ボールバルブ構成を有する、請求項６に従属する場合の請求項９に記載の流体回路システム。
  11. 前記圧力バランスバルブは、付勢力を課す少なくとも１つのバイアスを含み、前記付勢力は、前記付勢力に打ち勝つのに十分な力が前記ピン要素又は前記第１のシール及び第２のシールに加えられるまで、前記圧力バランスバルブを中立位置に駆動して前記第１の流体ボリューム及び前記第２の流体ボリュームへのアクセスを開くように、前記ピン要素又は前記第１のシール及び第２のシールに加えられる、請求項６に従属する場合の請求項９又は１０に記載の流体回路システム。
  12. 前記圧力バランスバルブと前記少なくとも１つの第１の流体ボリューム又は前記少なくとも１つの第２の流体ボリュームとの間の境界面において、前記第１のシール及び／又は前記第２のシールは、少なくとも１つの圧縮面シールである、請求項６に従属する場合の請求項９〜１１のいずれか一項に記載の流体回路システム。
  13. 前記エネルギー吸収装置が液圧シリンダである、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の流体回路システム。
  14. 前記少なくとも１つの圧力バランスバルブが、前記液圧シリンダ内のピストンヘッドの異なる側に配置された液圧シリンダバルブを備え、前記共通の第３の流体ボリュームは、流体アキュムレータであり、前記ピストンのいずれかの側から前記流体アキュムレータへの流体の流れは、前記液圧シリンダバルブによって導かれ、圧力が前記ピストンの閉鎖バルブ側で上昇することを可能にし、前記液圧シリンダバルブの低圧開放側の真空を緩和する、請求項１３に記載の流体回路システム。
  15. 前記エネルギー吸収装置が、建物または構造物の地震エネルギーを吸収するために使用される粘性ダンパである、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の流体回路システム。
  16. 前記少なくとも１つの圧力バランスバルブの運動が、慣性変化によって少なくとも部分的に駆動される、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の流体回路システム。
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