KR20130045283A - 유체 작동 기계용 실린더 조립체 - Google Patents

Abstract

유체 작동 기계용 실린더 조립체 (1) 가 개시되는데, 조립체는 제 1 단부 (3) 및 제 2 단부 (4) 를 갖는 본체 (2) 를 포함하고, 실린더 (5), 포핏 밸브 시트 (9) 및 면 실링 고리형인 밸브 시트 (7) 를 포함한다. 실린더는 제 1 단부로 개방되고 왕복 피스톤 (210) 을 수용하도록 구성되고, 포핏 및 고리형인 밸브 시트는 실린더를 통과하는 축선 주위에 연장된다. 고리형인 밸브 시트 및 고리형인 밸브 부재를 포함하는 고리형인 밸브는 실린더 주위에 연장된다. 따라서, 실린더 조립체는 컴팩트하다. 유리하게도, 본체는 경화 재료로 형성 또는 코팅되어야 하는 본체의 모든 부품을 포함하는 연속 일체 구조체이다. 따라서, 본체는 종래에 가능했던 것보다 더 강하고 더 적은 재료로 구성될 수도 있다. 부가적으로, 실린더 본체의 배치는 실린더 조립체의 제조, 조립 및 유지보수, 그리고 유체 작동 기계의 본체로 실린더 조립체의 삽입을 용이하게 한다.
실린더 조립체 및 하나 이상의 실린더 조립체를 포함하는 유체 작동 기계의 추가적인 구조적 특징이 개시되는데, 이것은 사용시 실린더 본체 (및 연관된 장치) 에 의해 받아들이는 힘을 감소시켜, 보다 작고 가벼운 장치의 구성을 가능하게 한다.

Description

유체 작동 기계용 실린더 조립체 {CYLINDER ASSEMBLY FOR FLUID WORKING MACHINE}

본 발명은 유체 작동 기계 분야에 관한 것으로, 특히 주기적으로 바뀌는 용적을 가지는 적어도 하나의 작동 챔버를 포함하는 유체 작동 기계용 실린더 조립체 및 그것의 구성 부품의 구조에 관한 것인데, 각 작동 챔버를 통과하는 유체의 순 유출량 (throughput) 을 결정하기 위해서 사이클마다 각각의 고압 매니폴드 및 저압 매니폴드와 연통하는 적어도 하나의 밸브에 의하여 각 작동 챔버를 통과하는 유체의 순 이동량 (displacement) 이 조절된다.

유체 작동 기계는, 펌프, 모터 및, 다른 작동 모드에서 펌프 또는 모터 중 어느 하나로서 역할을 할 수 있는 기계와 같은 유체 피동 및/또는 유체 구동 기계를 포함한다. 비록 본 발명은 유체가 일반적으로 비압축성 유압액과 같은 액체로 적용한 예를 참조하여 설명되겠지만, 유체는 대안적으로 가스일 수 있다.

유체 작동 기계가 펌프로서 작동할 때, 저압 매니폴드는 전형적으로 순 유체 공급원으로서 역할을 하고, 고압 매니폴드는 전형적으로 순 유체 싱크로서 역할을 한다. 유체 작동 기계가 모터로서 작동할 때, 고압 매니폴드는 전형적으로 순 유체 공급원으로서 역할을 하고, 저압 매니폴드는 전형적으로 순 유체 싱크로서 역할을 한다. 본 명세서 및 첨부된 청구항 내에서, "고압 매니폴드" 및 "저압 매니폴드" 라는 용어는 서로에 대해 더 높은 압력과 더 낮은 압력을 가지는 매니폴드를 말한다. 고압 매니폴드와 저압 매니폴드 사이의 압력 차이 및 고압 매니폴드와 저압 매니폴드에서 압력의 절대값은 용도에 따를 것이다. 예를 들어, 순 유체 이동량을 정확하게 결정하는데 최적화된, 예를 들어, 고압 매니폴드와 저압 매니폴드 사이에 단지 최소 압력 차이를 가질 수도 있는 펌프의 경우보다 고출력 펌핑 용도를 위해 최적화된 펌프의 경우에 압력 차이가 더 클 수도 있다. 유체 작동 기계는 하나 초과의 저압 매니폴드를 가질 수도 있다.

주기적으로 변하는 용적을 가지는 복수의 작동 챔버를 포함하는 유체 작동 기계가 공지되어 있는데, 기계를 통과하는 유체의 순 유출량을 결정하도록, 사이클마다 그리고 작동 챔버 용적 사이클에 대해 단계적으로, 작동 챔버를 통과하는 유체의 이동량이 전자 제어 밸브에 의해 조절된다. 예를 들어, EP 0 361 927 에는, 펌프의 개별 작동 챔버와 저압 매니폴드 사이의 유체 연통을 조절하도록, 작동 챔버 용적 사이클에 대해 단계적으로, 전자 제어 포핏 밸브를 개방 및/또는 폐쇄함으로써 다중 챔버 펌프를 통과하는 유체의 순 유출량을 제어하는 방법이 개시되어 있다. 결과적으로, 개별 챔버는 미리 정해진 고정된 용적의 유체를 이동시키거나 순 유체 이동 없이 아이들 (idle) 사이클을 수행하도록, 사이클마다, 컨트롤러에 의해 선택 가능하여서, 펌프의 순 유출량을 동적으로 요구에 부합하도록 할 수 있다. EP 0 494 236 은 이 원리를 발전시켰고 개별 작동 챔버와 고압 매니폴드 사이에서 유체 연통을 조절하여, 대안적 작동 모드에서 펌프 또는 모터로서 기능하는 유체 작동 기계의 제공을 용이하게 하는 전자 제어 포핏 밸브를 포함하고 있다. EP 1 537 333 은, 개별 작동 챔버의 개별 사이클이 복수의 상이한 유체 용적 중 임의의 용적을 요구에 더 잘 부합하도록 이동시킬 수 있는 부분 사이클 (part cycles) 의 가능성을 소개하였다.

이 타입의 유체 작동 기계는, 저압 매니폴드로부터, 일부 실시형태에서는 고압 매니폴드로부터 작동 챔버에 대한 유체의 유입과 유출을 조절할 수 있는 신속 개폐 전자 제어 밸브를 요구한다.

이 타입의 유체 작동 기계는, 예를 들어 마모된 부품의 유지보수 또는 교체를 위해 여러 부품들을 조립 및 분해할 수 있게 허용하는, 전형적으로 모듈식이다. 더구나, 유체 작동 기계의 전체의 실질적 분해 없이, 가장 빈번하게 교체 또는 수리될 필요가 있는 부품이나 모듈이나 조립체에 접근 가능하다는 점에서 유리하다.

도 1 은, 고압 매니폴드 (204) 와 작동 챔버 (206) 사이에서 유압 유체의 유동을 조절하는, 고압 밸브로서 도시된 밸브 조립체 (202) 를 통합한, 일반적으로 도면 부호 200 으로 나타낸, 전술한 일반적 타입의 유체 작동 기계의 개략도이다. 작동 챔버는 실린더 (208) 의 내부 및, 적합한 기계 링크 기구 (214) 에 의해 크랭크샤프트 (212) 의 회전에 기계적으로 링크되고 작동 챔버의 용적을 주기적으로 변화시키도록 실린더 내부에서 왕복운동하는 피스톤 (210) 에 의해 한정된다. 저압 밸브 (216) 는 저압 매니폴드 (218) 와 작동 챔버 사이의 유압 유체의 유동을 조절한다. 예시적 유체 작동 기계는 복수의 작동 챔버를 포함하고 적당한 위상 차로 동일한 크랭크샤프트의 회전에 기계적으로 링크된다. 샤프트의 위치 및 속도 센서 (220) 는 샤프트의 회전에 대해 순간적인 각도상 위치 및 속도를 결정하고, 컨트롤러 (222) 로 샤프트 위치 및 속도 신호를 송신하는데, 이것은 컨트롤러가 각각의 개별 작동 챔버의 사이클의 순간적 위상을 결정할 수 있도록 한다. 컨트롤러는 전형적으로 사용시 저장된 프로그램을 실행하는 마이크로프로세서 또는 마이크로컨트롤러이다. 저압 밸브는 전자적으로 작동 가능하고, 고압 밸브 및 저압 밸브는 컨트롤러의 능동 제어하에 개방 및/또는 폐쇄된다.

예시적 유체 작동 기계는 대안적 작동 모드에서 펌프 또는 모터 중 어느 하나로서 기능을 하도록 작동 가능하다. 펌프로서 작동할 때, 저압 유체는 저압 매니폴드로부터 수용되어 고압 밸브를 통해서 고압 매니폴드로 출력된다. 따라서, 샤프트 동력은 유체 동력으로 변환된다. 펌프로서 작동할 때, 고압 유체는 고압 매니폴드로부터 수용되어 저압 밸브를 통해서 저압 매니폴드로 출력된다. 따라서, 유체의 동력이 샤프트의 동력으로 변환된다.

컨트롤러는 저압 밸브 및 고압 밸브의 개방 및/또는 폐쇄를 조절하여, 사이클마다 작동 챔버 용적의 사이클에 대해 단계적으로, 각 작동 챔버를 통과하는 유체의 이동량을 결정하여서, 기계를 통과하는 유체의 순 유출량을 결정한다. 따라서, 유체 작동 기계는, 본원에 그 내용이 참조로 포함된 EP 0 361 927, EP 0 494 236 및 EP 1 537 333 에 개시된 원리에 따라 작동한다.

이 타입의 공지된 기계용 실린더 조립체는 포핏 밸브, 예를 들어 피스톤을 구동하는 캠으로부터 가장 멀리 있는 실린더의 단부에 위치한, 포핏 밸브와 같은 저압 면 실링 밸브 및 고압 면 실링 밸브를 가진다. 이 면 실링 밸브 중 하나, 예를 들어 고압 밸브 (실린더와 고압 매니폴드 사이의 유체 유동을 조절) 가 고리형 밸브인 것으로 알려져 있다. 이것은, 잠재적으로 비교적 높은 유량을 허용하므로 어떤 경우에 유리할 수도 있다. 그러나, 캠으로부터 멀리 실린더의 단부에 위치한 고리형 밸브는 상당량의 용적을 소비하여서, 실린더 조립체가 압축할 수 있는 정도를 제한한다. 따라서, 본 발명은 고리형 밸브를 포함한 컴팩트 실린더 조립체를 제공하는 기술적 과제를 해결한다.

더구나, 각 작동 챔버에 연관된 특정 부품, 실린더 (사용시 피스톤의 이동에 기인), 밸브 및 밸브 부재를 포함하는 유체 작동 기계의 다양한 부품에서, 높은 비율의 마모가 발생하는 것으로 알려져 있다. 따라서, 이 부품들은 마모 비율을 감소시키기 위해서 증가된 강도 및/또는 경도를 가져야 한다. 공지된 유체 작동 기계에서, 이 부품들 중 하나 이상은 실린더 블록으로 통합되거나, 접근하기에 어렵다. 예를 들어, (US 6,158,402 에 나타낸 연소 엔진 또는 US 2007/0071614 의 펌프와 같은) "모노 블록" 기계에 대해, 실린더 헤드 (또는 크랭크 케이스) 및 실린더 블록은 하나의 주조로 결합된다. 따라서, 하나 이상의 실린더 또는 밸브 시트의 마모는, 전체 실린더 헤드 또는 크랭크 케이스 (경우에 따라) 의 교체를 요구하는데 이것은 시간이 많이 걸리고 고비용이 든다.

임의의 부품이 비교적 용이하게 접근 가능하고 교체 가능하도록 만들어질 수도 있는 경우 (예를 들어 US 2007/0071614 의 펌프의 밸브 부재), 이러한 접근의 용이성은 공간 절약의 희생으로 제공되므로, 이러한 구성을 가지는 다중 실린더를 갖는 유체 작동 기계는 기하학적 구조 또는 최소 전체 크기 면에서 제한된다.

대안적으로, 다양한 부품의 분해가 가능할 수도 있지만, 극도로 시간이 많이 걸린다. 예를 들어, US 5,562,430 의 유압 브레이크 펌프 (고압 밸브 시트가 서브 조립체의 일부이고, 저압 밸브 시트 및 피스톤이 제 2 서브 조립체의 일부이며, 서브 조립체는 본체 내부에 설치됨) 는, 고압 밸브 부재 또는 고압 밸브 시트로 접근하기 위해서, 펌프 요소의 실질적 분해가 요구된다.

본 발명의 실린더 조립체 및 실린더 본체는, 이 타입의 유체 작동 기계와 관련해 특히 유리하고, 전술한 공지된 유체 작동 기계의 단점을 극복한다.

본 발명의 제 1 양태에 따르면, 유체 작동 기계용 실린더 조립체가 제공되는데, 실린더 본체, 제 1 밸브 부재를 가지는 제 1 밸브 및 고리형인 제 2 밸브 부재를 가지는 면 실링 고리형인 제 2 밸브를 포함하고;

본체는 제 1 단부 및 제 2 단부를 가지고, 실린더, 제 1 밸브 시트 및 면 실링 고리형인 제 2 밸브 시트를 가지고;

실린더는 제 1 단부로 개방되고, 왕복 피스톤을 수용하도록 구성되고;

제 1 밸브 시트는 제 1 및 제 2 단부 사이에 연장되는 실린더 축선 주위에 연장되고, 하나 이상의 제 1 밸브 구멍을 포함하고, 각각의 제 1 밸브 구멍은 본체를 통하여 연장되고 실린더와 유체 연통하며 본체를 통하여 유로를 제공하고;

고리형인 제 2 밸브 시트는 적어도 하나의 고리형인 실링면과 고리형인 밸브를 위한 복수의 구멍을 포함하고, 각각의 구멍은 상기 실링면과 연관되고;

고리형인 제 2 밸브 시트의 구멍은 축선 주위에 배치되고 실린더와 연통하며, 본체를 통하여 유로를 제공하고;

제 1 밸브 시트 및 제 1 밸브 부재는 함께 제 1 밸브를 형성하고;

고리형인 제 2 밸브 시트와 고리형인 제 2 밸브 부재는 함께 면 실링 고리형인 제 2 밸브를 형성한다.

따라서, 고리형인 제 2 밸브 시트의 구멍은 축선 주위에 배치되고 실린더와 연통하고 본체를 통과하는 유로를 제공하므로, 면 실링 고리형인 제 2 밸브가 실린더 본체 주위에 형성되는데, 이것은 컴팩트한 배치가 된다. 바람직하게, 고리형인 제 2 밸브 부재는 실린더 주위에 연장된다. 고리형인 제 2 밸브 부재는 실린더 주위에 연장되는 밴드 형태일 수도 있다.

바람직하게, 고리형 밸브 실링면 각각, 제 1 실링면 및 실린더 각각을 포함하는 본체는 연속 일체 구조체이다.

연속 일체 구조체라는 것은, 단일 재료 (전형적으로 금속) 로 형성되고, 부품 사이의 용접 또는 접착제나 고정구 (예컨대, 볼트, 나사, 스레드 연결부 등) 에 의해 형성된 부품 사이의 본딩과 같은 비연속성이 없는 구조체를 의미한다. 실린더 본체는 추가 재료나 장치를 포함하는 실린더 조립체의 일부일 수도 있는데, 이것은 (예를 들어 하나 이상의 고정구 또는 용접에 의해) 본체에 고정될 수도 있지만 본체의 일부를 형성하지 않는다.

실린더는 실린더 축선에 대해 축 대칭이다. 따라서, 실린더를 한정하는 본체의 일부도 또한 전형적으로 실린더 축선에 대해 축 대칭이다. 일부 실시형태에서는, 본체 전체가 실린더 축선에 대해 축 대칭이다.

유체 작동 기계는 적어도 하나 (전형적으로는 복수의) 작동 챔버를 포함하고, 각각은 실린더에서 왕복 피스톤에 의해 한정된다. 각 작동 챔버는 고압 밸브 (예, 고리형 밸브) 를 통하여 고압 매니폴드와 연통하고, 저압 밸브 (예, 포핏 밸브) 를 통하여 저압 매니폴드와 연통한다. 받아들일 수 있는 작동 수명을 부품에 제공하기 위해서, 적어도 고압 밸브 시트, 저압 밸브 시트 및 실린더는 경화되어야 한다 (경화라 하는 것은, 경화강과 같은 경질 또는 경화 재료를 포함하거나 재료로 이루어지거나 재료로 코팅되는 것을 의미한다).

전형적으로, 경화는 보다 고가의 재료의 사용 또는 하나 이상의 부가적 프로세싱 단계를 요구한다. 본 발명의 실린더 본체는, 경화될 필요가 있어서 단일 경화 처리를 받거나 기계가공되거나 그렇지 않으면 단일 경화 재료로 제조될 수도 있는 모든 부품을 포함한다.

더구나, 분리된 구조 유닛을 접합 (예를 들어 함께 용접 또는 고정) 함으로써 제조되는 비슷한 구조체에 비해 더 큰 전체 강도를 가지는 단일 일체 구조체가 제공될 수도 있다. 일체 구조체는, 구조 유닛 사이의 접합부 또는 접합점에 응력이 집중되지 않기 때문에, 사용중 (예컨대, 고압 유체로부터) 인가되는 힘을 더 잘 견딜 수 있다. 따라서, 요구되는 강도를 가지는 실린더 본체는 보다 적은 재료를 이용해 구성될 수도 있고, 따라서 종래에 가능했던 것보다 컴팩트하게 될 수도 있고, 이것은 보다 컴팩트하고 보다 효율적인 유체 작동 기계의 구성을 용이하게 한다.

바람직하게, 실린더, 제 1 밸브 시트 및 고리형 밸브 시트는 동축을 이룬다. 그러므로, (예컨대 유체 압력으로부터) 사용시 본체에 의해 수용되는 응력은 가능한 한 균등하게 분배된다. 또 바람직하게, 본체는 일반적으로 원형 대칭이고, 밸브 시트 및 실린더는 바람직하게 원형 대칭이다.

전형적으로, 제 1 밸브 시트 및 고리형인 제 2 밸브 시트는 상이한 기하학적 구조 또는 치수를 가진다. 유체 작동 기계에서, 각각의 고압 매니폴드와 저압 매니폴드 및 실린더 사이의 유체 유동은 제어되어야 하고, 고압 매니폴드와 실린더 사이, 그리고 저압 매니폴드와 실린더 사이의 최적 밸브 배치는 다를 수도 있다. 예를 들어, 제 1 밸브 시트는 포핏 밸브 (예컨대, 단일 구멍 및 구멍을 실링하도록 작동 가능한 가동 밸브 부재를 가지는 밸브로서, 전형적으로 밸브 시트에 협동작용하여 맞물리도록 크기가 정해진 헤드 및, 밸브 부재의 운동을 가이드 하도록 헤드에서 연장된 스템을 가짐) 와 같은 저압 밸브용 밸브 시트일 수도 있다.

제 1 밸브 시트는, 본체를 통하여 연장되고 실린더와 연통하는 구멍을 한정하는 포핏 밸브 시트 (전형적으로 단일 실링면을 포함하거나 보다 전형적으로 단일 실링면으로 이루어짐) 일 수도 있다. 대안적인 실시형태에서, 제 1 밸브 시트는 2 개의 동심 실링면과 그 사이에 복수의 구멍을 포함하는 고리형 밸브 시트일 수도 있다.

포핏 (또는 제 1) 밸브 시트는 전형적으로 고리형 밸브 실링면 각각에 비해 작은 원주를 가진다.

일부 실시형태에서, 고리형 밸브 시트는 제 1 원주를 갖는 제 1 실링면과, 제 1 원주보다 큰 제 2 원주를 갖는 제 2 실링면을 포함하고, 고리형 밸브의 상기 구멍은 제 1 및 제 2 실링면 사이에 있다. 전형적으로, 복수의 구멍은 상기 실링면과 연관된다. 예를 들어, 제 1 실링면, 제 2 실링면과 제 1 및 제 2 실링면 사이에 복수의 구멍이 있을 수도 있고, 그리하여 각 구멍은 각 실링면에 연관된다. 하지만, 대안적인 배치가 가능하다.

일부 실시형태에서, 제 1 및 제 2 실링면은 축방향으로 이격되어 있고; 즉, 제 1 및 제 2 실링면은 제 1 또는 제 2 단부로부터 실린더 축선을 따라 상이한 거리에 있다. 바람직한 실시형태에서, 제 1 실링면은 제 2 실링면과 제 1 단부 사이에 있어서, 고리형 밸브 시트는 제 1 단부를 향한 성분 (및 실린더 축선으로부터 멀어지게 향하는 직교 성분) 을 갖는 방향으로 향한다.

본체는 금속 주조물일 수도 있다. 본체는 단일 재료로 기계가공될 수도 있다. 예를 들어, 본체는 주조된 후 하나 이상의 부분 (예, 밸브 시트) 이 기계가공될 수도 있다. 대안적으로, 본체는 단일 재료로 기계가공될 수도 있는데, 이것은 주조된 단일 재료일 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 일부 실시형태에서, 본체는 경화강으로 형성된다. 일부 실시형태에서, 본체는 강 및 하나 이상의 경화된 부분 (예, 어닐링, 담금질 또는 템퍼링과 같은 경화 프로세스를 거침) 으로 형성된다. 본체가 기계가공된 실시형태에서, 본체는 추가로 경화될 수도 있고, 전형적으로 기계가공 후 하나 이상의 경화 프로세스를 거친다.

대안적으로 또는 부가적으로, 본체는 경화된 (예를 들어, 침탄 또는 질화) 면 또는 케이스일 수도 있다. 일부 실시형태에서, 본체의 하나 이상의 면은 마찰 감소 또는 경질 코팅을 구비할 수도 있다. 예를 들어, 실린더의 내부면(들)은 저마찰 및/또는 내마모성 코팅 (예, 예컨대 티탄 질화물과 같은 세라믹 코팅) 을 구비할 수도 있고, 상기 밸브 시트는 경질 및/또는 내마모성 코팅 (예, 텅스텐 침탄, 볼 피닝, 롤러 버니싱, 다이아몬드형 탄소, PTFE (예컨대, 테플론 상표 PTFE), 또는 그 밖의 적합한 표면 코팅) 을 구비할 수도 있다.

일부 실시형태에서, 포핏 밸브 구멍 (또는 각각의 상기 제 1 밸브 구멍) 은 본체를 통하여 연장되고, 실린더 및 제 2 단부와 연통한다. 포핏 밸브 구멍 (또는 각각의 상기 제 1 밸브 구멍) 은 제 2 단부를 통하여 연장될 수도 있다. 일부 실시형태에서, 포핏 밸브 구멍 (또는 각각의 상기 제 1 밸브 구멍) 은 실린더 및, 제 2 단부 근방에서 본체를 통하여 연장되는 유로 (또는 하나 이상의 유로) 와 연통한다. 예를 들어, 사용시, 포핏 밸브 구멍은 유체 작동 기계의 저압 매니폴드에 연결된 하나 이상의 구멍과 연통할 수도 있는데, 그 구멍은 일반적으로 제 2 단부 근방에서 본체를 통하여 반경 방향으로 연장된다.

바람직하게, 포핏 밸브 구멍의 최대 직경은 실린더의 최소 내부 직경 이하이다. 따라서, 포핏 밸브 부재는 포핏 밸브를 형성하도록 실린더를 통하여 제 1 단부에 도입될 수도 있다. 사용시, 그렇게 형성된 포핏 밸브는 전형적으로 저압 매니폴드와 작동 챔버 사이의 유체 유동을 조절하고, 작동 챔버는 실린더 내부에서 왕복 피스톤에 의해 한정된다.

사용시, 유체 작동 기계는 고압 또는 (보다 전형적으로) 저압 매니폴드 및 작동 챔버 사이에서 유체 유동을 조절하기 위한 전자 제어 밸브를 각각 갖는 작동 챔버를 포함할 수도 있다. 따라서, 일부 실시형태에서, 상기 작동 챔버의 포핏 밸브는 전자 제어 가능할 수도 있고, 실린더 본체는 전자 제어 포핏 밸브 부재와 사용하도록 되어 있다. 그러므로, 실린더 본체는 축선 주위에 연장되는 플럭스 브릿지를 포함할 수도 있고, 바람직하게 플럭스 브릿지는 포핏 밸브 구멍의 직경과 동일하거나 보다 바람직하게 더 작은 내부 직경을 가져서, 포핏 밸브 부재는 전자 제어 포핏 밸브를 형성하도록 실린더를 통하여 제 1 단부로 도입될 수도 있다.

플럭스 브릿지는, 실린더 본체로부터 포핏 밸브 부재 (또는 그 밖의 전자 제어 밸브의 밸브 부재) 까지, 코일의 여자 (energising) 에 의해 야기되는, 자속과 연통하기 위한 투자성 재료를 포함하는 구조체이다. 플럭스 브릿지는 전형적으로 금속 재료를 포함하고, 실린더 본체 및/또는 일부와 동일한 재료로 형성될 수도 있다. 플럭스 브릿지는 전형적으로 실린더 본체 및 포핏 밸브 부재 (또는 그 밖의 전자 제어 밸브의 밸브 부재) 사이에 플럭스가 통과하는 반경 방향 경로를 한정하고, 따라서 실린더 축선을 따른 포핏 밸브 부재의 이동은 플럭스 브릿지와 포핏 밸브 부재 사이의 갭을 실질적으로 변화시키지 않는다.

일부 실시형태에서, 본체는 사용시 유체 작동 기계의 고압 매니폴드와 유체 연통하도록 구성된 고압 유체 수용 면을 포함하고; 고압 유체 수용 면은 본체의 제 2 단부를 향한 성분을 갖는 방향을 향하는 영역을 포함한다. 고압 유체 수용 면은 본체의 외부면일 수도 있다.

유체 작동 기계에서 실린더 본체의 사용시, 작동 챔버는 실린더 내부에서 왕복 피스톤에 의해 한정된다. 실린더 본체는 전형적으로 유체 작동 기계의 정상 작동중 작동 챔버 내부에서 높은, 일부 경우에 극도로 높은 유체 압력을 견뎌야 한다. 따라서 제 2 단부를 향해 외향 작용하는 유체 압력이 실린더 본체에 힘을 인가하여, 실린더 본체를 응력하에 둔다. (고압 매니폴드 및 작동 챔버 사이 에서 유체 유동을 조절하는 고압 고리형 밸브의) 고리형 밸브 시트가 제 1 단부를 향한 성분을 가지는 방향으로 향하는 실시형태에서, 제 2 단부를 향하는 힘 성분은 고리형 밸브 부재 및 따라서 고리형 밸브 시트에서 지탱하는 고압 매니폴드로부터 고압 유체의 작용에 의해 추가 증가된다.

본 발명의 실린더 본체는, 사용시 고압 매니폴드와 유체 연통하도록 배치된 고압 유체 수용 면을 구비한다. 제 2 단부를 향한 성분을 가지는 방향으로 향하는 고압 유체 수용 면의 영역 상에 고압 유체에 의해 본체로 전달되는 힘은, 고리형 밸브 시트에서 지탱하는 유체 압력으로부터 발생한 (그리고, 작동 중 일부 스테이지에서, 작동 챔버 내부의 고압으로부터 발생한) 제 2 단부를 향한 힘의 성분과 반대인 제 1 단부를 향한 성분을 가질 것이다. 그 결과, 실린더 본체에 작용하는 순 힘이 감소된다.

따라서, 본체는 종래에 가능했던 것보다 적은 재료를 사용해 구성될 수도 있다. 더 작고 더 컴팩트한 실린더 본체는 더 작고 더 컴팩트한 유체 작동 기계의 구성을 가능하게 한다. 또한, 하나 이상의 전자 제어 밸브를 갖는 실시형태에서, 실린더 조립체를 구성하는데 필요한 재료의 양을 감소시킴으로써 전자기 효율을 개선할 수 있다.

전형적으로, 본체의 외부는, 고리형 밸브 시트와 제 1 단부 사이에서 본체 주위에 연장되는 제 1 외부 시일 및, 제 2 단부와 제 1 시일 (전형적으로 고리형 밸브 시트와 제 2 단부 사이) 사이에서 본체 주위에 연장되는 제 2 외부 시일 사이에 연장되는 고압 유체 수용 면 영역 (하나 이상의 고압 유체 수용 면 포함) 을 포함한다.

상기 외부 시일은, 실린더 축선과 직각을 이루는 평면에 투영된 제 1 영역 및 제 2 영역을 각각 형성하는데, 제 1 및 제 2 영역은, 예를 들어 서로 5 % 이내로, 대략 동일하다. 전형적으로, 고압 유체 수용 면 영역은, 제 1 및 제 2 영역과 다른 (바람직하게는 작은), 상기 외부 시일 중간에 있는, 실린더 축선과 직각을 이루는 평면에서 투영된 최소 또는 최대 영역을 가진다.

바람직하게, 고리형인 제 2 밸브 시트는 제 1 및 제 2 외부 시일 사이에 있다.

본체가 (전형적으로 실린더 조립체의 구성 부품으로서) 유체 작동 기계에 설치될 때, 상기 외부 시일은 실링 부재를 통하여 선택적으로 유체 작동 기계와 맞물려, 사용시 고압 매니폴드와 유체 연통하는 본체 (전형적으로는 본체 외부) 의 고압 유체 수용 면 영역에 접경한다. 예를 들어 시일은 홈 또는 리지, 예를 들어 탄성 재료로 된 주변 리지 (peripheral ridges) 를 포함할 수도 있다.

사용시, 실린더 본체는 상기 외부 시일 사이에서 (본체, 전형적으로 본체 외부의) 고압 유체 수용 면 영역에 접촉하는 고압 유체로 인해, 제 1 및 제 2 단부의 방향으로 실린더 축선과 평행한 힘 성분을 수용한다.

제 1 및 제 2 영역이 대략 동일할 때, 제 1 단부의 방향으로 실린더 축선과 평행한 고압 유체 수용 면 영역에 작용하는 유체 압력으로 인한 힘 성분은, 사용시 고리형 밸브가 폐쇄될 때, 제 2 단부의 방향으로 실린더 축선과 평행한 힘 성분에 반드시 대략 동일하다. 따라서, 실린더 본체에 작용하는 순 힘이 감소되고, 실린더 본체는 종래에 가능했던 것보다 더 적은 재료 및/또는 더 작은 크기로 만들어질 수도 있고 또한 유체 작동 기계 내부에 보다 용이하게 유지될 수도 있다 (왜냐하면, 유체 작동 기계로부터 떨어짐에 따라 실린더 조립체에 작용하는 순 힘이 더 낮기 때문이다). 유체 작동 기계에서 구멍으로 본체의 삽입을 용이하게 하기 위해서, 제 1 영역은 제 2 영역보다 약간 (예컨대, 1 ~ 5 % 미만) 작을 수도 있다.

전형적으로, 제 1 외부 시일은 실린더 축선 주위에 연장되는 제 1 외주 치수를 가지고, 제 2 외부 시일은 실린더 축선 주위에 연장되는 제 2 원주 치수를 가지는데 (제 1 및 제 2 외부 시일은 전형적으로 동일한 형상을 가지고 전형적으로 원형이며, 각각 제 1 및 제 2 외주를 가짐), 제 1 및 제 2 원주 치수는 대략 동일하다. 전형적으로, 고압 유체 수용 면 영역은 제 2 외부 시일 중간에 최소 원주 치수를 가지는데, 이것은 제 1 및 제 2 원주 치수와 다르다 (바람직하게는, 보다 작다). 제 1 외주 치수는 제 2 외주 치수에 비해 조금 (예컨대, 1 ~ 2.5 % 미만) 작을 수도 있다.

본 발명의 제 2 양태에 따르면, 제 1 양태에 따른 실린더 본체, 제 1 밸브 부재 (전형적으로 포핏 밸브 부재) 와 고리형인 제 2 밸브 부재를 포함하는 실린더 조립체를 제공하는데, 제 1 밸브 시트 및 제 1 밸브 부재는 함께 제 1 밸브 (전형적으로 포핏 밸브) 를 형성하고, 고리형인 제 2 밸브 시트 및 고리형인 제 2 밸브 부재가 함께 면 실링 고리형 밸브를 형성한다.

포핏 밸브를 가지는 일부 실시형태에서, 포핏 밸브 부재는 본체에 대해 축방향으로 이동 가능하고, 사용시 본체의 제 2 단부를 향하는 포핏 밸브 부재의 축방향 이동에 의해 포핏 밸브와 실링 맞물림 하기 위한 고리형 시트 맞물림 면을 가진다.

일부 실시형태에서, 고리형 밸브 부재는 본체의 일부의 주위에 유지되고, 상기 일부는 원통형 가이드로서 기능하여, 본체에 대한 고리형 밸브 부재의 반경 방향 운동을 제한한다. 따라서, 고리형 밸브 부재는 본체에 대해 축방향으로 이동 가능하고, 사용시 제 2 단부를 향하는 고리형 밸브 부재의 축방향 이동에 의해 대응하는 고리형 실링면과 실링 맞물림 하기 위한 적어도 하나의 시트 맞물림 면을 가진다.

일부 실시형태에서, 고리형 밸브는 각각의 상기 구멍과 연관되고 고리형 밸브 부재에 작동 가능하게 연결된 제 3 밸브 부재 (예를 들어, 코일 스프링과 같은 탄성 바이어싱 수단을 구비할 수도 있는 볼 베어링) 를 구비하고, 각각의 상기 제 3 밸브 부재는 시트 맞물림 면을 포함한다.

바람직하게, 실린더의 외부면은 고리형 밸브 부재를 위한 원통형 가이드이다. 일부 실시형태에서, 실린더 조립체는 고리형 밸브 시트 및 제 1 단부 사이에서 본체 주위에 고정된 칼라를 포함하고, 그 칼라는 실린더 본체 주위에 고리형 밸브 부재를 유지하는 엔드 스톱을 포함한다.

제 1 밸브는 전자적으로 제어 가능할 수도 있다. 포핏 밸브를 가지는 일부 실시형태에서, 포핏 밸브는 전자적으로 제어 가능한 포핏 밸브일 수도 있다. 따라서, 실린더 조립체 또는 포핏 밸브 (또는 제 1 밸브) 는 솔레노이드를 추가로 포함할 수도 있다.

일부 실시형태에서, 실린더 조립체는 포핏 밸브 구멍 및 본체의 제 2 단부 사이에서 실린더 본체에 고정된 플럭스 브릿지를 포함하고, 플럭스 브릿지는 포핏 밸브 구멍의 직경 이하의 내부 직경을 가진다. 일부 실시형태에서, 실린더 본체는 포핏 밸브 구멍 및 본체의 제 2 단부 사이에 플럭스 브릿지를 포함하고, 플럭스 브릿지는 포핏 밸브 구멍의 직경 이하인 내부 직경을 가진다. 따라서, 포핏 밸브는 본체의 제 1 단부로부터 실린더를 통해서 포핏 밸브 부재를 도입함으로써 조립될 수도 있다.

일부 실시형태에서, 실린더 조립체는 사용시 유체 작동 기계의 고압 매니폴드와 유체를 연통하도록 구성된 고압 유체 수용 면을 가지고, 고압 유체 수용 면은 제 2 단부를 향한 성분을 가지는 방향으로 향하는 영역을 포함한다. 실린더 조립체는 하나 초과의 고압 유체 수용 면을 포함할 수도 있다.

유체 작동 기계에서 실린더 조립체의 사용시, 실린더 조립체는 전형적으로 유체 작동 기계의 정상 작동 중 작동 챔버 내부에서, 높은, 일부 경우에는 극히 높은 유체 압력을 견뎌야 한다. 따라서, 실린더 조립체의 제 2 단부를 향해 외향 작용하는 유체 압력이 실린더 조립체에 힘을 인가하여, 실린더 본체 및 그 밖의 조립체 부품을 응력하에 둔다. 실린더 조립체의 제 2 단부를 향한 힘 성분은 고리형 밸브 부재 및 따라서 고리형 밸브 시트에서 지탱하는 고압 매니폴드로부터 고압 유체의 작용에 의해 추가 증가된다.

본 발명의 실린더 조립체는, 사용시 고압 매니폴드와 유체 연통하도록 배치된 고압 유체 수용 면 (또는, 하나 초과의 이러한 면을 포함하는 면 영역) 을 구비한다. 제 2 단부를 향한 성분을 가지는 방향으로 향하는 고압 유체 수용 면 (또는 면 영역) 의 영역(들) 상에 고압 유체에 의해 실린더 조립체로 전달되는 힘은, 고리형 밸브 시트에서 지탱하는 유체 압력으로부터 발생한 (그리고, 작동 중 일부 스테이지에서, 작동 챔버 내부의 고압으로부터 발생한) 제 2 단부를 향한 힘의 성분과 반대인 제 1 단부를 향한 성분을 가질 것이다. 그 결과, 실린더 본체에 작용하는 순 힘이 감소된다.

따라서, 실린더 조립체는 종래에 가능했던 것보다 적은 재료를 사용해 구성될 수도 있다. 더 작고 더 컴팩트한 실린더 조립체는 더 작고 더 컴팩트한 유체 작동 기계의 구성을 가능하게 한다. 또한, 하나 이상의 전자 제어 밸브를 갖는 실시형태에서, 실린더 조립체를 구성하는데 필요한 재료의 양을 감소시킴으로써 전자기 효율을 개선할 수 있다.

일부 실시형태에서, 실린더 조립체는 고리형 밸브 시트 및 제 1 단부 사이에서 본체 주위에 고정된 칼라를 포함하고, 그 칼라는 상기 고압 유체 수용 면 (경우 에 따라서, 하나 초과 또는 상기 면 전부) 을 포함할 수도 있다. 칼라의 외부면 (또는 하나 이상의 외부면) 은, (각각의 상기) 고압 유체 수용 면으로서 기능할 수도 있다.

특히 고리형 밸브 부재를 포함하는 고리형 고압 밸브를 갖는 실시형태에서, 고압 유체 수용 면(들)을 한정하는 칼라를 갖는 실린더 조립체는 보다 용이하게 조립될 수도 있다. 이러한 실린더 조립체의 실린더 본체는 (고압 유체 수용 면으로서 기능하도록) 실린더 축선으로부터 제 1 단부를 향해 거리가 증가하는 외부면(들)을 가질 필요가 없다. 예를 들어, 고리형 밸브 부재는 실린더 본체의 제 1 단부에 대해 설치될 수도 있고, 그러면 고압 유체 수용 면을 한정하는 더 넓은 칼라가 본체 주위에 조립될 수도 있다.

전형적으로, 조립체의 외부는, 고리형 밸브 시트와 제 1 단부 사이에서 조립체 주위에 연장되는 제 1 외부 시일 및, 고리형 밸브 시트와 제 2 시일 사이에서 조립체 주위에 연장되는 제 2 외부 시일 사이에 연장되는 고압 유체 수용 면 영역 (하나 이상의 고압 유체 수용 면을 포함) 을 포함한다.

상기 외부 시일은 실린더 축선에 직각을 이루는 평면에 대한 투영에 있어서 제 1 영역 및 제 2 영역을 각각 형성하고, 제 1 및 제 2 영역은 대략 동일하다. 전형적으로, 고압 유체 수용 면 영역은 상기 외부 시일 사이에서 실린더 축선과 직각을 이루는 평면에 대한 투영에 있어서 최소 또는 최대 영역을 가지는데, 이것은 제 1 및 제 2 영역과 상이하다 (바람직하게 작다).

바람직하게, 제 2 고리형 밸브는 제 1 및 제 2 외부 시일 사이에 있다.

조립체가 (전형적으로, 실린더 조립체의 구성 부품으로서) 유체 작동 기계에 설치될 때, 상기 외부 시일은, 사용시 고압 매니폴드와 유체 연통하는 조립체 외부의 고압 유체 수용 면 영역과 접경하도록, 선택적으로 실링 부재를 통하여, 유체 작동 기계와 맞물린다.

사용시, 실린더 조립체는, 고압 유체와 고압 유체 수용 면 영역의 접촉으로 인해, 제 1 및 제 2 단부의 방향으로 실린더 축선과 평행한 힘 성분을 수용한다.

제 1 및 제 2 영역이 대략 동일할 때, 제 1 단부의 방향으로 실린더 축선과 평행한 고압 유체 수용 면 영역에 작용하는 유체 압력에 기인한 힘 성분은, 사용시 고리형 밸브가 닫힐 때, 제 2 단부의 방향으로 실린더 축선에 평행한 힘 성분과 반드시 대략적으로 동일하다. 따라서, 실린더 조립체에 작용하는 순 힘이 감소되고, 조립체는 종래에 가능했던 것보다 적은 재료 및/또는 작은 크기로 만들어질 수도 있고, 또한 유체 작동 기계 내부에 보다 용이하게 유지될 수도 있다. 제 1 영역은 유체 작동 기계에서 구멍에 본체를 용이하게 삽입할 수 있도록 제 2 영역보다 조금 (예컨대 제 2 영역보다 1 ~ 5 % 미만) 작을 수도 있다.

전형적으로, 제 1 외부 시일은 실린더 축선 주위에 연장되는 제 1 외주 치수를 가지고, 제 2 외부 시일은 실린더 축선 주위에 연장되는 제 2 원주 치수를 가지는데 (제 1 및 제 2 외부 시일은 전형적으로 동일한 형상을 가지고 전형적으로 원형이며, 각각 제 1 및 제 2 외주를 가짐), 제 1 및 제 2 원주 치수는 대략 동일하다. 전형적으로, 고압 유체 수용 영역은 제 2 외부 시일 중간에 최소 원주 치수를 가지는데, 이것은 제 1 및 제 2 원주 치수와 다르다 (바람직하게는, 보다 작다). 제 1 외주 치수는 제 2 외주 치수에 비해 조금 (예컨대, 1 ~ 2.5 % 미만) 작을 수도 있다.

본 발명의 제 3 양태에 따르면, 제 2 양태에 따른 실린더 조립체의 구성 방법을 제공하는데, 제 1 양태 (제 1 밸브 시트는 포핏 밸브 시트임) 에 따른 실린더 본체의 제 1 단부로부터 제 2 단부를 향해 실린더 내부로 포핏 밸브 부재를 도입하는 단계를 포함한다.

본 방법은 고리형 밸브 부재를 제 1 단부로부터 실린더 본체의 일부에 대해 도입하는 단계를 포함할 수도 있다. 본 방법은 제 1 단부로부터 실린더 본체의 일부에 대해 고리형 밸브 부재를 도입하고 고리형 밸브 시트와 제 1 단부 사이에서 본체 주위에 고리형 칼라를 고정시키는 단계를 더 포함하고, 칼라는 실린더 본체 주위에 고리형 밸브 부재를 유지하는 엔드 스톱을 포함한다.

일부 실시형태에서, 본 방법은 실린더 본체의 제 1 단부로부터 제 2 단부를 향해 실린더로 유동 가이드 또는 밸브 이동 가이드를 도입하는 단계를 포함한다.

유체 작동 기계에서 사용될 때, 임의의 시간에 유체는 작동 챔버로부터 포핏 밸브를 통하여 신속히 펌핑되어야 한다. 전형적으로, 유체는 포핏 밸브 부재 및 포핏 밸브 시트 사이의 갭에서 가장 빠르게 유동하여, 포핏 밸브 부재 및 포핏 밸브 시트 사이에 운동 에너지와 관련된 압력 강하를 야기하는데, 이 힘은 밸브를 닫도록 작용한다. 또한 유체의 시어 드래그 (shear and drag) 효과는, 예를 들어 국제 특허 출원 번호 PCT/GB2009/051762 에 기재한 바와 같이, 유체 유동에 대해 포핏 밸브를 닫도록 작용한다.

유동 가이드는 전형적으로 하나 이상의 힘을 감소시키도록 밸브 부재의 상류에 배리어를 포함하는데, 이것은 그렇지 않으면 밸브 시트를 향해 밸브 부재를 가압하는 유체 유동 때문에 밸브 부재에 작용할 것이다.

밸브 이동 가이드 (일부 실시형태에서는, 유동 가이드로서 또한 기능하거나, 이를 포함함) 는 실린더 축선으로부터 이격되는 포핏 밸브 부재의 운동을 제한하기 위해서 작동 챔버와 포핏 밸브 부재 사이에 위치한다. 예를 들어, 이동 가이드는, 포핏 밸브 부재로부터 연장한 페그와 슬라이딩 맞물림하게, 가이드를 관통하여 연장되는 축방향 구멍을 가지는 형상부를 포함할 수도 있다. 이동 가이드는 실린더 축선으로부터 이격되는 밸브 부재의 이동으로 인한 바람직하지 못한 효과 (예, 과도한 마모) 없이 포핏 밸브의 신속한 개폐를 용이하게 한다.

일부 실시형태에서, 본 방법은 단일 금속을 주조하는 단계를 포함한다. 일부 실시형태에서, 본 방법은 단일 금속 (주조물일 수도 있음) 으로부터 실린더, 포핏 밸브 시트, 고리형 밸브 시트, 포핏 밸브 구멍, 고리형 밸브용 구멍, 적어도 하나의 고리형 실링면 중 하나 이상을 포함한다.

본 방법은 담금질, 템퍼링, 산 처리 중 하나 이상에 의해 상기 단일 금속을 경화하는 단계를 포함할 수도 있다.

본 발명의 제 4 양태에 따르면, 고압 매니폴드, 저압 매니폴드 및 실린더 조립체를 포함하는 유체 작동 기계가 제공되는데, 이 조립체는 제 1 양태에 따른 본체, 제 1 밸브 부재 및 고리형인 제 2 밸브 부재를 포함하고;

고리형인 제 2 밸브 시트 및 고리형 밸브 부재는 함께 고압 매니폴드로부터 실린더로 유체의 유동을 조절하는 면 실링 고리형 밸브를 형성하고, 제 1 밸브 시트 및 제 1 밸브 부재는, 실린더 및 저압 매니폴드 사이의 유체의 유동을 조절하는 제 1 밸브 (전형적으로 포핏 밸브 시트 및 포핏 밸브 부재는 포핏 밸브를 형성함) 를 함께 형성하고; 왕복 피스톤은 본체에 의해 한정된 실린더 내부에 수용되고;

제 1 밸브 시트, 각각의 고리형 밸브 실링면 및 실린더를 포함하는 본체는 연속 일체 구조체인 것을 특징으로 한다.

유체 작동 기계는 복수의 조립체 및, 상기 각 실린더 내부에 수용되는 왕복 피스톤을 포함할 수도 있다.

상기 각 포핏 밸브 (또는 경우에 따라 제 1 밸브) 는 전자적으로 작동될 수도 있다. 상기 각 제 2 고리형 밸브는 전자적으로 작동될 수도 있다.

또, 본 발명은 고압 매니폴드, 저압 매니폴드 및 제 2 양태에 따른 적어도 하나의 실린더 조립체를 포함하는 유체 작동 기계로 확장되는데, 왕복 피스톤은 상기 각 실린더 내에 수용되고, 상기 각 면 실링 고리형 밸브는 고압 매니폴드로부터 각각의 실린더로 유체의 유동을 조절하고, 상기 각 포핏 밸브 (또는 경우에 따라 제 1 밸브) 는 각각의 실린더 및 저압 매니폴드 사이의 유체의 유동을 조절한다.

전형적으로, 유체 작동 기계의 각 상기 피스톤은 각각의 실린더 본체의 제 1 단부로부터 제 2 단부로 연장되는 피스톤 축선을 따라 각각의 실린더 내부에서 왕복 운동을 하도록 작동 가능하고, 유체 작동 기계는 피스톤 축선으로부터 이격되어 작용하는 (피스톤 및/또는 작동 챔버 내부의 유체 압력으로부터) 힘을 견디도록 제 1 및 제 2 단부 중간에 (가장 바람직하게, 제 1 단부 근방) 각 상기 실린더 조립체와 맞물리는 제 1 리테이닝 수단을 포함한다.

대안적으로 또는 부가적으로, 유체 작동 기계는 (제 1 단부에서 제 2 단부 방향으로) 피스톤 축선을 따라 작용하는 (피스톤 및/또는 작동 챔버 내부의 유체 압력으로부터) 힘을 견디도록 제 2 단부 또는 그 근방에서 각 상기 실린더 조립체와 맞물리는 제 2 리테이닝 수단을 포함할 수도 있다. 바람직하게, 제 2 리테이닝 수단은 제 1 리테이닝 수단에 비해 제 2 단부에 더 가깝다.

따라서, 축방향 힘은 각 상기 실린더 조립체를 압축 (제 2 리테이닝 수단에 대해) 되게 하고, 따라서 단지 제 1 단부에서 유지되거나 상기 축방향 힘에 의해 인장되도록 유지되는 유체 작동 기계에서 조립체보다 각각의 상기 실린더 조립체에 의해 보다 큰 힘을 견딜 수도 있다. 전형적으로, 제 2 단부에서 제 2 리테이닝 수단에 의해 축방향 힘에 대해 유체 작동 기계에서 조립체를 유지하고, 제 1 단부 근방에서 피스톤 축선으로부터 이격되어 작용하는 힘 (일부 실시형태에서는 반경 방향 힘) 에 대해 유체 작동 기계에서 조립체를 유지하는 것이 보다 비용 효율적이다.

제 2 단부 또는 그 근방에 제 2 리테이닝 수단을 배치하는 것은, 유체 작동 기계로부터 실린더 조립체의 삽입 또는 제거를 용이하게 하기 위해서, 제 2 리테이닝 수단이 보다 쉽게 맞물림 또는 맞물림 해제되도록 한다. 제 1 리테이닝 수단을 제 1 및 제 2 단부 중간, 특히 제 1 단부 근방에 배치하는 것은, 실린더 축선으로부터 이격되어 유체 작동 기계로 작용하는 힘 (작동 챔버 내 유체 압력 및 일부 실시형태에서는 작동 챔버 내부로부터 실린더 조립체에 작용하는 순 측면 하중을 야기하는 작동 챔버의 활성 사이클 중 내부 피스톤의 틸팅에 의해 야기됨) 을 보다 직접적으로 전달하도록 한다. 제 2 단부에서 실린더 축선으로부터 이격되어 유체 작동 기계 (그리고 전형적으로 유체 작동 기계의 실린더 블록 또는 본체) 로 하중 (전형적으로 중심 회전 크랭크샤프트 또는 캠 주위에 배치된 작동 챔버를 가지는 유체 작동 기계에 대해 반경 방향임) 의 전달은 실린더 본체의 비틀림을 일으켜서, 고리형 밸브 부재 또는 포핏 밸브 부재의 실링 능력에 잠재적으로 영향을 준다.

일부 실시형태에서, 유체 작동 기계는 각각의 상기 실린더에 대해 회전하도록 작동 가능한 캠을 포함하고, 각각의 상기 피스톤은 각각의 상기 실린더에 대한 캠의 회전에 각각의 상기 피스톤의 왕복 운동을 결합하는 캠 맞물림 요소를 포함한다. 각각의 상기 피스톤 축선은 캠의 회전 축선으로부터 연장되는 반경을 따라, 또는 실질적으로 반경을 따라, 정렬될 수도 있다. 따라서, 제 1 리테이닝 수단은 캠의 회전 축선 주위에 작용하는 힘을 견딜 수도 있다 (따라서, 각각의 실린더 조립체의 운동을 방지할 수도 있다). 제 2 리테이닝 수단은 캠의 회전 축선으로부터 이격되어 작용하는 힘을 견딜 수도 있다 (따라서, 캠으로부터 이격되는 각각의 상기 실린더 조립체의 운동을 방지할 수도 있다).

복수의 작동 챔버가 중심 캠 주위에 배치되는 실시형태에서, 제 2 리테이닝 수단은, 실린더 조립체 사이에 더 많은 공간이 있는 제 1 리테이닝 수단에 비해 캠 축선으로부터 멀리 위치한다.

제 1 리테이닝 수단은, 실린더 조립체의 본체의 적어도 제 1 단부가 밀착 삽입 가능한 유체 작동 기계의 일부로 연장되는 보어 (예, 원통형 보어) 및/또는 유체 작동 기계의 일부로 밀착 삽입 가능한 실린더 조립체의 본체의 제 1 단부에서 형상부 (예, 원통형 형상부) 를 포함할 수도 있다. 제 1 리테이닝 수단은 나사 스레드 또는 테이퍼 록, 또는 피스톤 축선을 따른 힘에 맞서 유체 작동 기계에서 실린더 조립체를 유지하는 다른 형상부를 포함할 수도 있다. 바람직하게, 제 1 리테이닝 수단은 제 2 단부 부근에서 실린더 조립체를 유지하지 않는다. 제 1 리테이닝 수단은 제 1 단부 부근 또는, 단지 제 1 단부 부근에서만 실린더 조립체를 유지할 수도 있다 (예를 들어, 협동작용하여 맞물릴 수도 있다).

제 2 리테이닝 수단은, 실린더 조립체의 제 2 단부를 향해 작용하는 피스톤 축선을 따른 힘에 맞서 유체 작용 기계에 실린더 조립체를 유지하도록 배치된 리테이닝 체결부, 또는 바람직하게 복수의 리테이닝 체결부를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태에서, 제 2 리테이닝 수단은 피스톤 축선으로부터 이격되어 작용하는 힘에 맞서 실린더 조립체를 긍정적으로 (예컨대, 마찰 이외) 유지하지 않는다. 바람직하게, 리테이닝 체결부는 나사 또는 볼트이다.

제 1, 제 2 또는 제 4 양태 중 어느 하나의 바람직한 선택적 특징들은 본 발명의 제 1, 제 2 또는 제 4 양태 중 다른 어느 하나의 바람직한 선택적 특징들에 대응한다.

본 발명의 제 5 양태에 따르면, 유체 작동 기계용 실린더 조립체가 제공되는데, 제 1 단부 및 제 2 단부를 가지고, 실린더를 한정하는 실린더 본체를 포함하고, 실린더는 실린더 축선을 가지고 실린더 본체의 제 1 단부로 개방되고;

실린더 조립체는 유체 작동 기계의 실린더 및 고압 매니폴드 사이의 유체 유동을 조절하기 위한 고압 밸브 및, 유체 작동 기계의 실린더 및 저압 매니폴드 사이의 유체 유동을 조절하기 위한 저압 밸브를 포함하고;

고압 밸브는 제 1 단부를 향한 성분을 가지는 방향으로 향하는 고압 밸브 시트 및, 사용시 고압 밸브 시트와 실링 맞물림 되고 고압 밸브를 통한 실린더로 유체 유동을 제한하도록 작동할 수 있는 가동 고압 밸브 부재를 포함하고;

실린더 조립체는 고압 유체 수용 면 (사용시, 유체 작동 기계의 고압 매니폴드와 유체 연통하도록 구성됨) 을 가지고;

고압 유체 수용 면은 제 2 단부를 향한 성분을 가지는 방향으로 향하는 영역을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명은 제 5 양태의 실린더 조립체를 포함하는 유체 작동 기계로 확장된다.

유체 작동 기계에서 실린더 조립체의 사용시, 작동 챔버는 실린더 내부에서 왕복 피스톤에 의해 한정된다. 전형적으로 실린더 조립체는 유체 작동 기계의 정상 작동중 작동 챔버 내부에서 높은, 일부 경우에 매우 높은 유체 압력을 견뎌야 한다. 따라서, 실린더 조립체의 제 2 단부를 향해 외향 작용하는 유체 압력이 실린더 조립체에 힘을 인가하여, 실린더 본체 및 조립체의 다른 부분을 응력하에 둔다. 실린더 조립체의 제 2 단부를 향한 힘의 성분은 고압 밸브 부재 및 따라서 고압 밸브 시트에서 지탱하는 고압 매니폴드로부터 고압 유체의 작용에 의해 추가 증가된다.

본 발명의 실린더 본체는, 사용시 고압 매니폴드와 유체 연통하도록 된, 고압 유체 수용 면 (또는, 일부 실시형태에서는 면들) 을 구비한다. 바람직하게, 고압 유체 수용 면은 고압 매니폴드와 영구적으로 유체 연통한다. 제 2 단부를 향한 성분을 가지는 방향으로 향하는 고압 유체 수용 면의 영역에서 고압 유체에 의해 실린더 조립체로 전달된 힘은 고압 밸브 시트에서 지탱하는 유체 압력으로부터 발생한 (그리고 작동중 일부 스테이지에서, 작동 챔버 내부의 고압으로부터 발생한) 제 2 단부를 향한 힘의 성분과 반대인 제 1 단부를 향한 성분을 가질 것이다. 그 결과, 실린더 조립체에 작용하는 순 힘이 감소된다. 바람직하게, 제 1 방향으로 작용하고 고압 매니폴드의 유체에 의해 인가되는 힘이 제 2 방향으로 작용하고 고압 매니폴드의 유체에 의해 고압 매니폴드와 영구적으로 유체 연통하는 실린더 본체 및 고압 밸브의 부품에 인가되는 힘과 실질적으로 유사하도록 (대략적으로 10 % 미만의 차이, 또는 일부 실시형태에서는 대략적으로 5 % 미만의 차이를 의미함) 고압 유체 수용 면의 크기가 정해진다.

실린더 조립체는 종래에 가능했던 것보다 적은 재료를 사용해 구성될 수도 있다. 더 작고 더 컴팩트한 실린더 조립체는, 유체 작동 기계를 더 작고 더 컴팩트하게 구성하도록 할 수 있다. 더구나, 하나 이상의 전자 제어 밸브를 갖는 실시형태에서는, 실린더 조립체를 구성하는데 필요한 재료 양의 감소는 전자기적 효율을 개선할 수 있다.

일부 실시형태에서, 고압 유체 수용 면은 실린더 조립체의 외부면이다. 전형적으로, 고압 유체 수용 면 및 실린더 축선 사이의 거리는 제 1 단부를 향해 증가한다.

바람직하게, 고압 밸브는 고리형 밸브 시트 및 실린더 본체의 주위에 슬라이딩 가능하게 유지되는 고리형 밸브 부재를 포함하는 고리형 밸브이고, 고리형 밸브 시트는 적어도 하나의 실링면 및 실린더와 연통하여 본체를 관통하는 유로를 제공하는 복수의 구멍을 포함하고, 축선 주위에 배치된 구멍은 제 1 및 제 2 단부 사이에 연장되고 각각의 상기 구멍은 상기 실링면과 연관된다.

일부 실시형태에서, 고압 밸브는 적어도 하나의 고리형 실링면을 포함하는 면 실링 고리형 밸브이고, 고리형 밸브 부재는 적어도 하나의 대응하는 고리형 시트 맞물림 면을 포함한다. 일부 실시형태에서, 고압 밸브는 각각의 상기 구멍에 연관되고 고리형 밸브 부재에 작동 가능하게 연결된 제 3 밸브 부재 (예를 들어, 코일 스프링과 같은 탄성 바이어싱 수단을 구비할 수도 있는 볼 베어링) 를 포함하고, 각각의 상기 제 3 밸브 부재는 시트 맞물림 면을 포함한다.

일부 실시형태에서, 고압 유체 수용 면은 본체의 외부면이다. 일부 실시형태에서, 실린더 조립체는 실린더 본체의 제 1 및 제 2 단부 사이에서 실린더 본체의 칼라 맞물림부와 협동작용하여 맞물림 되는 본체 맞물림부를 가지는 칼라를 포함하고, 칼라는 고압 유체 수용 면의 적어도 일부를 한정한다.

고압 유체 수용 면을 한정하는 칼라를 갖는 실린더 조립체는, 특히 고리형 밸브 부재를 포함하는 고리형 고압 밸브를 갖는 실시형태에서, 보다 용이하게 조립될 수도 있다. 이러한 실린더 조립체의 실린더 본체는 실린더 축선으로부터 제 1 단부를 향한 거리가 증가하는 외부면(들)을 가질 필요가 없다. 예를 들어, 고리형 밸브 부재는 실린더 본체의 제 1 단부에 대해 설치될 수도 있고, 그러면 고압 유체 수용 면을 한정하는 더 넓은 칼라가 본체 주위에 조립될 수도 있다.

일부 실시형태에서, 칼라는 제 1 단부를 향해 본체 맞물림부 너머로 연장될 수도 있고, 실린더 본체로부터 이격 배치될 수도 있다. 칼라 및 실린더 본체 사이의 공간은 제 1 단부를 향해 증가할 수도 있다. 일부 실시형태에서, 칼라 및 실린더 본체 사이의 공간은 고압 유체 수용 면, 즉 제 2 단부를 향해, 유체 연통한다. 일부 실시형태에서, 본체 맞물림부는 고리형 밸브 시트로부터 제 1 단부를 향해 (또는 제 1 단부까지) 연장하는 본체의 일부에 대해 연장될 수도 있다 (칼라는 본체로부터 이격 배치되지 않는다).

따라서, 고압 유체 수용 면에서 힘은 칼라 맞물림부에서 실린더 본체에 전달된다. 더구나, 실린더의 내부 치수를 변형시키도록 작용하고 실린더 내부에서 왕복 피스톤의 잼 (jam) 또는 핀치 (pinch) 를 일으키는 실린더 축선을 향한 힘 성분은, 칼라와 실린더 본체가 이격 배치되는 부분에서 칼라에 의해 수용된다. 따라서, 실린더를 한정하고 칼라로부터 이격 배치된 실린더 본체의 일부는 이런 변형에 저항하기에 충분한 강도를 가지고 구성될 필요가 없어서, 종래에 가능했던 것보다 더 적은 재료가 사용되도록 하고 실린더 조립체가 보다 컴팩트하게 되도록 한다.

바람직하게, 실린더를 한정하는 실린더 본체의 영역과 실린더 본체의 칼라 맞물림부 사이에 중첩부가 없다. 따라서, 실린더 축선을 향해 고압 유체 수용 면에 의해 수용되는 힘 성분은, 사용시, 왕복 피스톤이 내부에서 작동하는 실린더 본체의 어떤 부분에도 전달되지 않는다. 실린더 이외의 실린더 본체의 부품 (바람직하게는 또한 고압 밸브 및 저압 밸브) 의 변형은 실린더 조립체의 기능을 손상시키지 않아서, 칼라 맞물림부로부터 실린더를 한정하는 실린더 본체 부분의 분리는, 종래에 가능했던 것보다 더 적은 재료와 질량으로, 더 작고 더 컴팩트한 실린더 조립체를 구성할 수 있도록 한다.

바람직하게, 고압 유체 수용 면은 실린더 조립체의 제 1 단부와 고압 밸브 사이에 있다.

일부 실시형태에서, 고리형 밸브 시트는, 제 1 원주 치수로부터, 제 1 원주 치수보다 큰 제 2 원주 치수로 연장되고, 그 사이에 상기 구멍이 있다.

제 1 및 제 2 원주 치수는 축방향으로 이격될 수도 있다.

바람직하게, 고리형 밸브는 제 1 원주 치수를 가지는 제 1 고리형 실링면 및 제 1 원주 치수보다 큰 제 2 원주 치수를 가지는 제 2 고리형 실링면을 포함하고, 그 사이에 상기 구멍이 있다.

따라서, 고리형 밸브 부재에 영향을 주는 유체 압력에 의해 실린더 본체로 전달되는 힘은, 고리형 밸브가 닫힐 때, 제 2 단부를 향하는 그리고 실린더 축선을 향하는 성분을 포함한다. 따라서, 사용시, 작동 챔버 내부의 유체 압력이 높을 때, 제 2 단부를 향하고 실린더 축선으로부터 이격되는 성분을 가지는 실린더 조립체로 전달되는 결과적인 힘이 오프셋 되고, 실린더 조립체에 의해 수용되는 순 힘은 감소된다.

바람직하게, 실린더 조립체는 제 1 원주 치수와 실질적으로 동일한 최소 원주 치수 및, 제 2 원주 치수와 실질적으로 동일한 최대 원주 치수를 갖는 고리형 고압 유체 수용 면을 포함한다.

따라서, 제 2 단부를 향해 고압 밸브에서 지탱하는 고압 유체로부터 발생한 힘은, 제 1 단부를 향해 고리형 고압 유체 수용 면에서 지탱하는 고압 유체로부터 발생한 힘과 실질적으로 동일하다.

실린더 조립체는 제 2 단부를 향한 성분을 갖는 방향으로 향하는 영역을 가지는 하나를 초과하는 고압 유체 수용 면을 포함할 수도 있다.

제 1 내지 제 5 양태 중 어느 하나의 바람직한 선택적 특징들은 본 발명의 제 1 내지 제 5 양태 중 다른 하나의 바람직한 선택적 특징들에 대응한다.

이제, 본 발명의 예시적 실시형태를 이하의 도면을 참조해 설명할 것이다.

도 1 은 유체 작동 기계의 개략도이다.
도 2 는 실린더 조립체의 단면도이다.
도 3 은 유체 작동 기계의 실린더 블록의 일부의 단면도이다.
도 4 는 B－B 평면에서 하부 및 상부 고압 시일의 외주의 투영도이다.

도 2 는 도 1에 나타낸 일반적 타입의 유체 작동 기계에 사용하기 위한, 본체 (2) 를 포함하는, 실린더 조립체 (1) 를 나타낸다.

본체는 일반적으로 실린더 축선 (A) 주위에 원통 대칭이고, 본체의 제 1 단부 (3) 로 개방된 실린더 (5), 고리형 밸브 시트 (7) (제 2 밸브 시트로서 기능하고, 본체 주위에 어레이되고 본체를 통하여 연장되는 복수의 구멍 (8) 을 한정함) 및 제 1 밸브 시트로서 기능하고 포핏 밸브 구멍 (10) (제 1 밸브 구멍으로서 기능 하고, 실린더 및 본체의 상측부를 통하여 연장되는 반경 방향 통로 (21) 사이에 유로를 제공함) 을 한정하는 포핏 밸브 시트 (9) 를 포함한다. 제 1 단부 (3) 와 대향한 단부에 본체는 제 2 단부 (4) 를 가진다.

실린더 본체는 단일 재료로 주조 또는 단조되며, 밸브 시트, 실린더 및 시일이 그 후 기계가공된다. 본체의 일부 부품 (예컨대, 실린더를 한정하는 본체 부분 및 밸브 시트) 또는 선택적으로 전체는, 그 후, 템퍼링 및 담금질 처리와 같은 경화 처리를 거칠 수도 있다. 대안적 실시형태에서, 본체는 기계가공된다 (예컨대, 경화강과 같은 경화된 재료의 단일 블록으로부터 기계가공된 CNC).

선택적으로, 경질 코팅 및/또는 저마찰 코팅은, 실린더 및 밸브 시트의 내부면에 적용될 수도 있다.

본체는 일체 구성을 가지고, 경화 처리나 코팅을 필요로 하는 모든 부품 및 면을 포함하거나, 경화된 재료로 구성되어야 하므로, 실린더 본체는 종래에 가능했던 것보다 더 경제적으로 구성될 수도 있는데, 왜냐하면 더 적은 부품들이 그렇게 처리되어야 하기 때문이다. 더구나, 접합부나 용접부를 가지지 않으므로, 종래에 가능했던 것보다 본체의 강도가 더 강해진다 (따라서, 더 적은 재료를 사용해 정해진 힘을 견디도록 구성될 수도 있다).

고리형인 제 2 밸브 부재로서 기능하는 고리형 밸브 부재 (11) 는, 고리형 밸브 시트 및 칼라 (13) 의 엔드 스톱 (12) 사이에서 본체 주위에 유지된다. 고리형 밸브 시트 및 고리형 밸브 부재는 함께 고리형 밸브를 형성하고, 고리형 밸브 부재의 하면 (17) 및 칼라의 대향한 상면 (19) 사이에 연장되는 코일 스프링 (15) 에 의해 폐쇄 위치 (도면에 나타낸 것처럼, 고리형 밸브 부재가 고리형 밸브 시트와 접함) 로 바이어싱된다. 사용시, 고리형 밸브 부재 주위의 압력을 초과하는 실린더 내부로부터의 유체 압력 힘 작용하에, 고리형 밸브 부재는 축방향으로 이동하도록 작동 가능하여서, 엔드 스톱에 접하고, 실린더 (5) 및 고리형 밸브 부재 (11) (도 3 을 참조해 후술하는 바와 같이 고압 매니폴드와 연통함) 주위 영역 사이에 유체가 유동할 수 있도록 고리형 밸브를 개방한다.

도 2 에 나타낸 폐쇄 위치에서, 고리형 밸브 부재는 실린더를 한정하는 본체 부분의 외부면 일부에 대해 외부 시일 (7a) 및 내부 시일 (7b) 을 형성한다. 고리형 밸브 시트가 일반적으로 절두 원추형이고 실린더 축선으로부터 멀어지는 방향으로 향하고 실린더 본체의 제 1 단부 (도면에서 보았을 때 하부 단부) 를 향해 각도를 이루도록 내부 시일 및 외부 시일은 축방향으로 이격 배치된다. 내부 시일의 원주는 실린더를 한정하는 본체 부분의 원주 (따라서 엔드 스톱 (12) 의 최소 원주) 와 일치하고, 외부 시일의 원주는 칼라 상면 (19) 의 외주에 대략 일치한다.

칼라는 리테이닝 링 (14) 에 의해 제자리에 유지된다. 대안적인 실시형태에서, 칼라의 외부에 인가된 힘이 실린더를 한정하는 본체의 적어도 일부에 전달되지 않고, 예를 들어 실린더를 한정하는 본체 부분에서 실린더 본체를 변형시키도록 (그렇지 않으면 피스톤의 "핀칭" 또는 트래핑을 이끌 수도 있다) 칼라는 본체로부터 제 1 단부 (및 리테이닝 링) 를 향하여 테이퍼된다. 칼라는 칼라 깊이의 일부 또는 전부에 대해 실린더 주위에 억지 끼워맞춤을 구비할 수도 있다. 더욱 전형적으로, 칼라와 실린더 본체가 칼라, 고리형 고압 밸브 및 스프링의 실린더 블록 내 설치 및 제거를 용이하게 하기 위해 협동작용하여 맞물릴 수도 있다.

조립체는, 포핏 밸브 시트 및 포핏 밸브 구멍과 함께, 반경 방향 통로 (21) (및 따라서 저압 매니폴드) 와 실린더 (5) 사이의 유체 유동을 제어하기 위한 포핏 밸브를 형성하는 포핏 밸브 부재를 더 포함한다. 포핏 밸브 부재는 축선 (A) 을 따라 이동하도록 작동할 수 있어서, 포핏 밸브는 개방 위치 (도시됨) 와 실링면 (23) (포핏 밸브 부재의 헤드부 (24) 의 상면 상의 고리형 영역) 이 포핏 밸브 시트와 접촉하는 폐쇄 위치 사이에서 이동할 수도 있다.

포핏 밸브 부재는 그 하단에 페그 (25) 를 구비하고, 그 페그는 하부 가이드 구조체 (29) 에서 중심 구멍 (27) 과 슬라이딩 맞물린다. 하부 가이드 구조체가 포함되고 실린더의 내벽으로 연장되는 반경 방향 지주 (30) 에 의해 제자리에 유지되고, 사용시, 실린더 축선으로부터 페그의 이동을 제한하고 부분 배리어를 형성하는 기능을 하여서 포핏으로부터 실린더와 저압 매니폴드 사이의 유체 유동을 보호 또는 분리하는데, 그렇지 않으면 포핏 밸브를 닫도록 작용할 것이다.

그것의 상단에서, 포핏 밸브 부재는 전기자 (32) 를 구비하고, 전기자의 상면과 하면 사이에 연장되는 통로 (34) 를 포함하고, 코일 공간 (38, 도 3 에 나타내고 후술하는 바와 같이 코일 (39) 을 위한 공간을 형성하도록 탑 플레이트 (101) 에 의해 실링됨) 과 유체 연통하게 반경 방향 통로 (21) 를 배치한다. 전기자의 외면은 상부 가이드 구조체 (36) 의 내면 (35) 과 슬라이딩 맞물린다.

하부 고압 시일 (40, 제 1 외부 시일로서 기능함) 은 칼라에 제공된 채널 주위에 연장되고, 상부 고압 시일 (42, 제 2 외부 시일로서 기능함) 은 고리형 밸브 시트 위에서 본체에 제공된 유사한 채널 주위에 연장된다. 사용시, 상부 및 하부 고압 시일의 중간에 있는 실린더 조립체의 영역은 유체 작동 기계의 고압 매니폴드 (204) 와 연통하도록 되어 있고, 시일은 이 영역 너머로 고압 유체의 유출을 방지한다. 제 1 저압 시일 (43a) 은 유체 작동 기계의 저압 매니폴드 (218) 와 유체 연통하는 반경 방향 통로 (21) 위에서 본체에 제공된 채널 주위에 연장된다. 시일 (40, 42, 43a) 은 서로 유사한 직경을 가지지만, 실린더 조립체를 유체 작동 기계로 쉽게 삽입하도록 시일 (43a) 은 시일 (42) 보다 직경이 약간 더 크고 시일 (42) 은 시일 (40) 보다 직경이 약간 더 크다.

나타낸 실시예에서, 포핏 밸브는 (솔레노이드 코일 (39) 및 도시되지 않은 전자 컨트롤러에 의해) 전자 제어 가능하도록 되어 있다.

상부 가이드 구조체 (36) 의 내면 (35) 의 직경은, 포핏 밸브 부재의 상부 단부에서, 전기자를 슬라이딩 수용하도록 크기가 정해진다. 포핏 밸브 부재의 헤드부의 최대 직경부는 또한 실린더의 내부 직경보다 작아서, 포핏 밸브 부재는 설치중 실린더의 개방 (제 1) 단부를 통하여 도입된 후 하부 가이드 구조체에 의해 제자리에 유지될 수도 있다. 상부 가이드 구조체는 본체 (3) 로부터 전기자까지 코일 공간 (38) 을 차지하는 코일 (39) 의 여자 (energising) 에 의해 야기되는 자속 유통을 위한 플럭스 브릿지 (37) 로서 또한 작용한다.

실린더를 한정하는 본체 부분의 외부면은 원통형이고, 고리형 밸브 시트 및 제 1 단부 사이에서 실린더 본체의 길이에 대해 일정한 직경을 가진다. 따라서, 고리형 밸브 부재는 실린더의 개방 단부로부터 본체 주위에 도입될 수도 있고, 그 후 고리형 밸브 부재의 축방향 운동 범위를 제한하도록 칼라는 (코일 스프링과 함께) 본체에 도입될 수도 있고, 칼라는 리테이닝 링에 의해 본체 주위에서 제자리에 유지될 수도 있다.

따라서, 실린더 조립체는 일 단부로부터 본체에 모든 부품을 고정시킴으로써, 신속하고 경제적으로 조립될 수도 있다. 일 단부로부터 설치를 허용하는 실린더 본체의 기하학적 구조 및 구성은 또한 실린더 본체가 단일 일체 구성 ((예를 들어) 밸브 부재가 설치될 수 있도록, 함께 연결되어야 하는 여러 부품으로 만들어지는 공지된 기기와 비교했을 때) 을 가질 수 있도록 한다.

실린더 조립체는 고리형 밸브와 포핏 밸브의 마모된 부품을 독립적으로 교체하기 위해서 또한 쉽게 분해될 수 있다. 공지된 기기의 유지보수에 대해 비교하면, 밸브 중 하나 또는 다른 것에 접근하도록 또는 어느 것이 불량인지 모르는 경우 밸브를 교체하도록 양 밸브 및/또는 본체를 분해할 필요가 있을 수도 있다.

도 3 은 전술한 타입의 유체 작동 기계의 실린더 블록 (100) (실린더 블록 일부) 에 설치된 실린더 조립체를 나타낸다.

실린더 조립체는 실린더 블록의 리세스 내에 협동작용하게 수용되어서, 피스톤의 상향 운동에 의해 생기는 횡방향 힘 (즉, 실린더 축선에서 멀어짐) 을 견딘다. 따라서, 리세스는 피스톤 축선으로부터 멀어져 작용하는 힘을 견디는 제 1 리테이닝 수단으로서 기능한다.

실린더 조립체는 그것의 상부 단부에서 탑 플레이트 (101) 에 의해 유지되는데, 탑 플레이트는 나사 (140) 에 의해 실린더 본체에 고정된다. 따라서, 사용시, (도면에 나타낸 배향으로) 상향 작용하고 작동 챔버의 내부에서 고압 유체에 의해 발생하는 힘은 탑 플레이트 (제 2 리테이닝 수단으로서 기능) 에 의해 견뎌서, 실린더 본체가 압축된다. 그것의 상단부에서 유지되는 실린더 조립체는 조립체의 측부에 대해 (실린더 조립체의 부품 일부 또는 전부를 위한) 리테이닝 수단을 갖는 공지된 유체 작동 기계의 부품보다 작동 챔버 내 고압으로부터 생기는 힘을 더 양호하게 견딜 수 있다. 이런 기기는 조립체의 적어도 상부를 인장시키는 작동 챔버 내 고압을 견뎌야 하고, 그 때문에 본 발명의 실린더 조립체에 필요한 것보다 많은 재료를 사용해 구성되어야 하고, 생산 비용이 보다 고가일 수 있다. 또한, 중심 회전 캠으로부터 반경 방향으로 연장되는 복수의 작동 챔버를 포함한 유체 작동 기계에서, 조립체의 상부 (또는 외부) 단부에 위치결정된 리테이닝 수단은, 리테이닝 수단이 조립체의 측부에 제공되어서 캠과 더 가까운 경우에 비해, 인접한 실린더 조립체를 더 가깝게 함께 배치시킬 수 있다.

실린더 조립체는, 탑 플레이트의 제거 후 단일 유닛으로서, 유지보수 또는 교체를 위해, 신속하고 경제적으로 실린더 블록으로 떨어뜨리고 들어올릴 수도 있다.

전술한 대로, 코일 공간 (38) 은 탑 플레이트 (101) 및 본체 (3) 에 의해 규정된다. 절두 원추형 형상의 폴 (41) 은 또한 코일 공간으로 연장되고, 전기자 (32) 와 함께 그 사이에 플럭스 갭 (44) 을 한정한다. 코일 (38) 을 활성화하였을 때, 자속은 본체를 순환해, 반경 방향으로 상부 가이드 구조체 (36) 를 통하여 전기자로 나오고, 폴로 진입하도록 플럭스 갭을 횡단하고, 본체로 재진입하도록 탑 플레이트를 통과한다. 그 결과, 전기자는 플럭스 갭을 가로질러 폴에 끌어당겨지고 밸브는 닫힌다. 다른 실시형태에서, 밸브를 개방 위치 또는 폐쇄 위치 중 어느 하나로 유지하도록 전자기 래치가 제공되어서, 이러한 래치는 솔레노이드에 의해 극복 (overcome) 또는 압도 (defeat) 된다. 스프링 (45) 또는 어떤 다른 탄성 부재가, 가이드 구조체 (29) 와 접할 때까지, 즉 개방 위치로 제 1 단부를 향해 전기자를 가압하도록 탑 플레이트와 전기자 사이에 제공된다. 제 1 및 제 2 코일 시일 (43b, 43c) 은, 유체가 유체 작동 기계에서 빠져나오는 것을 방지하도록 코일과 탑 플레이트 및 본체 사이에 각각 있다.

포핏 밸브 (전자 제어 가능하여서 매우 신속히 작동될 수도 있음) 가 개폐될 때, 유체는 전기자 (32) 의 통로 (34) 를 통하여 플럭스 갭 안과 밖으로 비워진다. 이렇게 발생된 유체 드래그는 전형적으로 코일에 의해 포핏 밸브 부재에 인가된 자기력에 비해 훨씬 더 작아서, 밸브는 여전히 신속히 작동될 수도 있다. 그러나, 포핏 밸브를 닫기 위해서, 솔레노이드가 비활성화될 수도 있고, 또는 시트에 대한 밸브 부재의 피크 충격력을 감소시키도록 밸브 부재가 포핏 밸브 시트와 접촉하기 조금 전, 솔레노이드 내부의 전류가 감소될 수도 있다.

반경 방향 채널 (21) 은 저압 매니폴드 (118) 와 유체를 연통하고 (포핏 밸브가 개방 구성 상태로 있을 때, 나타낸 대로, 왕복 피스톤 (110) 및 실린더에 의해 한정된 작동 챔버 (106) 는 포핏 밸브 구멍 (10) 을 통하여 저압 매니폴드와 유체 연통), 고리형 밸브 구멍 (8) 은 (고리형 밸브 부재가 개방 구성 상태로 있을 때) 작동 챔버 및 고압 매니폴드 (104) 와 유체 연통한다. 고압 매니폴드 및 저압 매니폴드는 전형적으로 밸브 본체를 둘러싸고 그것의 각 구멍과 연통하는 고리형 갤러리를 포함하고, 전형적으로 그 밖의 복수의 밸브로 연장된다.

사용시, 고리형 밸브가 (도시된 대로) 닫히고 작동 챔버의 유체 압력이 고압 매니폴드의 압력보다 낮을 때, 고리형 밸브 부재에 작용하는 유체 압력은, 실린더 축선을 향해 작용하는 반경 방향 성분 및 상향 (즉, 캠 (112) 으로부터 멀어지고, 제 2 단부를 향함) 축방향 성분을 가지는 힘을 전달한다.

칼라의 엔드 스톱 (12) 및 상면 (19) 은 또한 고압 유체에 노출되고, 유체 압력은 (도면에 나타낸 실린더 조립체의 배향으로) 하향 및 캠을 향한 축방향 힘 성분을 본체에 전달한다. 따라서, 칼라의 엔드 스톱 및 상면은 고압 유체 수용 면으로서 작용한다.

전술한 대로, 하부 고압 시일 (40) 및 상부 고압 시일 (42) 의 원주는 대략적으로 동일하다. 도 2 는 실린더 축선에 직각을 이루는 B-B 평면을 도시한다. 도 4 는 하부 고압 시일과 상부 고압 시일에 의해 형성된 시일의 투영부 (40', 42') 및 B-B 평면에서 투영된 하부 및 상부 고압 시일에 의해 나타낸 영역 (46, 47; 각각 제 1 및 제 2 영역으로서 기능함) 을 도시한다. 영역 (46) 은 원 (40') 의 영역이고, 영역 (47) 은 원 (42') 의 영역이다. 비록 실린더 조립체를 섀시에 축방향으로 삽입하고 억지 끼워맞춤에 의해 유지할 수 있도록 B-B 평면에서 투영된 하부 고압 시일에 의해 형성된 영역이 B-B 평면에서 투영된 상부 고압 시일에 의해 형성된 영역보다 약간 작을지라도, 이 영역들은 대략적으로 동일하다는 것을 알 수 있다.

따라서, 고리형 밸브 부재 및 밸브 본체에 상향 작용하고, 칼라에 하향 작용하는 고압 유체로 인한 힘의 축방향 성분은 실질적으로 동등한 크기여서, 서로 대략적으로 상쇄시킨다. 그 결과, 나사 (140) 는 고리형 밸브 부재에서 유체 압력으로 인한 힘을 견딜 수 있을 필요가 없어서, 그것과 전체 실린더 조립체는 종래에 가능했던 것보다 더 작고 더 가볍게 만들어질 수 있다. 유체 압력은 포핏 밸브 및 포핏 밸브 시트를 통하여 밸브 본체에 축방향 힘을 여전히 인가하지만, 실린더 본체 및 실린더 조립체 (그래서 또한 나사 (140)) 가 부여받는 순 힘의 크기는 칼라의 고압 유체 수용 면 때문에 실질적으로 감소한다.

상부 및 하부라는 용어와 배향 및 방향에 관한 그 밖의 용어는, 도면에 나타내고 본원에 설명한 배향을 가지는 장치에 관한 것으로, 사용시 장치의 배향에 관계없이 상대 위치 또는 각각의 통합 (integers) 을 설명하려는 것이다.

실린더 본체 주위에 고리형 밸브 부재의 배치는, 실린더 본체를 통하여 연장 되는 구멍을 갖는 고리형 밸브 시트와 함께, 매우 컴팩트한 밸브 배치를 제공해, 보다 컴팩트한 유체 작동 기계를 제공할 수 있다.

본 발명의 실린더 본체 및 실린더 조립체는, 임의의 또는 광범위한 피스톤 타입, 예를 들어, 피스톤 링을 포함하는 피스톤, 실린더 축선에 실질적으로 정렬 유지되는 피스톤 및/또는 축선이 회전 편심 캠과 정렬 유지되어서 실린더 축선과 정렬되지 않는 피스톤; 및 피스톤 또는 피스톤 맞물림 링이 스프링 또는 작동 챔버 내부로부터 유체 압력의 작용에 의해 가압되는 편심 캠, 또는 피스톤이 맞물림 유지되는 편심부와 같은 피스톤 구동 수단을 가지는 유체 작동 기계에서 사용하기에 적합하다.

본원에 개시된 본 발명의 범위 내에서 추가 변형 및 수정을 수행할 수 있다.

1 실린더 조립체
2 본체
3 제 1 단부
4 제 2 단부
5 실린더
7 제 2 밸브 시트 (고리형 밸브 시트)
7a 외부 시일
7b 내부 시일
8 구멍
9 제 1 밸브 시트 (포핏 밸브 시트)
10 제 1 밸브 구멍 (포핏 밸브 구멍)
11 고리형 밸브 부재 (고리형인 제 2 밸브 부재)
12 엔드 스톱
13 칼라
14 리테이닝 링
15 스프링
17 하면
19 상면
21 반경 방향 통로
23 실링면
24 포핏 밸브 부재의 헤드부
25 페그
27 중심 구멍
29 하부 가이드 구조체
30 반경 방향 지주
32 전기자
34 통로
35 내면
36 상부 가이드 구조체
37 플럭스 브릿지
38 코일 공간
39 솔레노이드 코일
40 제 1 외부 시일 (하부 고압 시일)
40' B-B 평면에서 제 1 외부 시일 (하부 고압 시일) 의 투영부
41 폴
42 제 2 외부 시일 (상부 고압 시일)
42' B-B 평면에서 제 2 외부 시일 (상부 고압 시일) 의 투영부
43a 제 1 저압 시일
43b 제 1 코일 시일
43c 제 2 코일 시일
44 플럭스 갭
45 스프링
46 제 1 영역
47 제 2 영역
100 실린더 블록
101 탑 플레이트
104 고압 매니폴드
106 작동 챔버
110 왕복 피스톤
112 캠
118 저압 매니폴드
140 나사
200 유체 작동 기계
202 고압 밸브
204 고압 매니폴드
206 작동 챔버
208 실린더
210 피스톤
212 캠
214 연결 로드
216 저압 밸브
218 저압 매니폴드
220 샤프트 각도 센서
222 컨트롤러

Claims (20)

1. 유체 작동 기계용 실린더 조립체로서,
   실린더 본체, 제 1 밸브 부재를 가지는 제 1 밸브 및 고리형인 제 2 밸브 부재를 가지며 면 실링 고리형인 제 2 밸브를 포함하고;
   상기 본체는 제 1 단부 및 제 2 단부를 가지고, 실린더, 제 1 밸브 시트 및 면 실링 고리형인 제 2 밸브 시트를 가지고;
   상기 실린더는 상기 제 1 단부로 개방되고, 왕복 피스톤을 수용하도록 구성되고;
   상기 제 1 밸브 시트는 상기 제 1 및 제 2 단부 사이에 연장되는 실린더 축선 주위에 연장되고, 하나 이상의 제 1 밸브 구멍을 포함하고, 상기 각각의 제 1 밸브 구멍은 상기 본체를 통하여 연장되고 상기 실린더와 유체 연통하며 상기 본체를 통하여 유로를 제공하고;
   상기 고리형인 제 2 밸브 시트는 적어도 하나의 고리형 실링면과 고리형 밸브를 위한 복수의 구멍을 포함하고, 상기 각각의 구멍은 하나의 상기 실링면과 연관되고;
   상기 고리형인 제 2 밸브 시트의 구멍은 상기 축선 주위에 배치되고 상기 실린더와 연통하며, 상기 본체를 통하여 유로를 제공하고;
   상기 제 1 밸브 시트 및 상기 제 1 밸브 부재는 함께 상기 제 1 밸브를 형성하고;
   상기 고리형인 제 2 밸브 시트와 상기 고리형인 제 2 밸브 부재는 함께 면 실링 고리형인 상기 제 2 밸브를 형성하는 유체 작동 기계용 실린더 조립체.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 각 고리형 밸브 실링면, 상기 각 제 1 실링면 및 상기 실린더를 포함하는 상기 본체는 연속 일체 구조체인 유체 작동 기계용 실린더 조립체.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 실린더, 상기 제 1 밸브 시트 및 상기 고리형인 제 2 밸브 시트는 동축을 이루는 유체 작동 기계용 실린더 조립체.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 밸브 시트는, 단일 실링면을 가지고 본체를 통하여 연장되고 상기 실린더와 연통하는 구멍을 한정하는 포핏 밸브 시트이며,
   상기 각 고리형 밸브 실링면, 상기 포핏 밸브 시트 및 상기 실린더를 포함하는 상기 본체는 연속 일체 구조체인 유체 작동 기계용 실린더 조립체.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 포핏 밸브 시트는 상기 각 고리형 밸브 실링면보다 작은 원주를 가지는 유체 작동 기계용 실린더 조립체.
6. 제 2 항에 있어서,
   상기 본체는 금속 주조물이거나 단일 재료로 기계가공되는 유체 작동 기계용 실린더 조립체.
7. 제 2 항에 있어서,
   상기 본체는 경화강으로 형성되는 유체 작동 기계용 실린더 조립체.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 본체의 하나 이상의 면은 마찰 감소 또는 경질 코팅을 구비하는 유체 작동 기계용 실린더 조립체.
9. 제 4 항에 있어서,
   상기 포핏 밸브 구멍의 최대 직경은 상기 실린더의 최소 내부 직경 이하인 유체 작동 기계용 실린더 조립체.
10. 제 4 항에 있어서,
    상기 축선 주위에 연장되는 플럭스 브릿지를 포함하고,
    상기 플럭스 브릿지는 상기 포핏 밸브 구멍의 직경보다 작은 내부 직경을 가지는 유체 작동 기계용 실린더 조립체.
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 본체의 외부는, 고리형인 상기 밸브 시트와 상기 제 1 단부 사이에서 상기 본체 주위에 연장되는 제 1 외부 시일 및, 고리형인 상기 밸브 시트와 상기 제 2 단부 사이에서 상기 본체 주위에 연장되는 제 2 외부 시일 사이에 연장되는 고압 유체 수용 면 영역을 포함하고,
    상기 외부 시일은 상기 실린더 축선에 직각을 이루는 평면에 투영된 제 1 영역 및 제 2 영역을 각각 형성하고, 상기 제 1 영역 및 상기 제 2 영역은 대략적으로 동일한 유체 작동 기계용 실린더 조립체.
12. 제 1 항에 있어서,
    상기 실린더의 외부면은 고리형인 상기 제 2 밸브 부재를 위한 원통형 가이드인 유체 작동 기계용 실린더 조립체.
13. 제 1 항에 있어서,
    고리형인 상기 제 2 밸브 시트 및 상기 제 1 단부 사이에서 상기 본체 주위에 고정된 칼라를 포함하고, 상기 칼라는 상기 실린더 본체 주위에 고리형인 상기 제 2 밸브 부재를 유지하는 엔드 스톱을 포함하는 유체 작동 기계용 실린더 조립체.
14. 제 4 항에 기재된 실린더 본체의 제 1 단부로부터 제 2 단부를 향해 실린더 내부로 포핏 밸브 부재를 도입하는 단계를 포함하는, 제 4 항에 기재된 실린더 조립체 구성 방법.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 단부로부터 실린더 본체의 일부에 대해 고리형 밸브 부재를 도입하는 단계를 포함하는 실린더 조립체 구성 방법.
16. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 단부로부터 실린더 본체의 일부에 대해 고리형 밸브 부재를 도입하고 고리형 밸브 시트와 상기 제 1 단부 사이에서 상기 본체 주위에 고리형 칼라를 고정시키는 단계를 포함하고,
    상기 칼라는 상기 실린더 본체 주위에 상기 고리형 밸브 부재를 유지하는 엔드 스톱을 포함하는 실린더 조립체 구성 방법.
17. 제 14 항에 있어서,
    상기 실린더 본체의 상기 제 1 단부로부터 상기 제 2 단부를 향해 상기 실린더 내부로 유동 가이드 또는 밸브 이동 가이드를 도입하는 단계를 더 포함하는 실린더 조립체 구성 방법.
18. 고압 매니폴드, 저압 매니폴드 및, 제 4 항에 기재된 적어도 하나의 실린더 조립체를 포함하는 유체 작동 기계로서,
    왕복 피스톤은 각각의 상기 실린더 내부에 수용되고,
    면 실링 고리형인 상기 밸브 각각은 상기 고압 매니폴드로부터 상기 각 실린더로 유체의 유동을 조절하고, 각각의 상기 포핏 밸브는 상기 각 실린더 및 상기 저압 매니폴드 사이의 유체 유동을 조절하는 유체 작동 기계.
19. 제 18 항에 있어서,
    각각의 상기 피스톤은 각 실린더 본체의 상기 제 1 단부로부터 상기 제 2 단부로 연장되는 피스톤 축선을 따라 각각의 실린더 내부에서 왕복 운동을 하도록 작동 가능하고,
    상기 유체 작동 기계는 상기 제 1 단부 또는 근방에서 각각의 상기 실린더 조립체와 맞물림하는 제 1 리테이닝 수단을 포함하여서, 상기 피스톤 축선으로부터 멀어지게 작용하는 힘을 견디는 유체 작동 기계.
20. 제 18 항에 있어서,
    각각의 상기 피스톤은 각 실린더 본체의 상기 제 1 단부로부터 상기 제 2 단부로 연장되는 피스톤 축선을 따라 왕복 운동을 하도록 작동 가능하고,
    상기 유체 작동 기계는 상기 제 2 단부 또는 근방에서 각각의 상기 실린더 조립체와 맞물림하는 제 2 리테이닝 수단을 포함하여서, 상기 피스톤 축선을 따라 작용하는 힘을 견디는 유체 작동 기계.

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