(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体増圧器であって、
ポンプシリンダ内を密封滑動するように取付けられ、第１端室に面した大面積面および第２端室に面した小面積面を有するポンプピストン；
一端が上記ポンプピストンに取付けられ、上記ポンプシリンダの端壁を密封貫通する部分を有するロッド；
第１加圧流体源；
流体を上記第１流体源から上記第１端室へ一方向にだけ流すように作用するように配設された入口導管手段；
上記第１端室から上記第２端室へ一方向にだけ流すように作用するように配設された連絡導管手段；
上記第２端室から出口へ一方向にだけ流すように作用するように配設された出口導管手段；
駆動シリンダ内を密封滑動するように取付けられ、一つの方向のみに力を生ずるように配設され、上記ロッドと共に動くように該ロッドに結合され、駆動端室に面した面を有し、前記ピストンポンプの大面積面に働く力の方向とは反対の方向に力を生ずるように配設された駆動ピストン；
第２加圧流体源；および
上記駆動端室を第２流体源または流体帰路と交互に連通させるための三方制御弁を含み、上記駆動端室が第２流体源と通じるときは、上記ポンプピストンが上記第１端室の容積を減ずるように前記ポンプピストンの大面積面に作用する加圧された流体により駆動されて、上記出口に第１増強圧力を供給し、上記駆動端室が上記帰路と通じるときは、上記ポンプピストンが第２端室の容積を減ずるように駆動されて、上記出口に第２増強圧力を供給する流体増圧器。
【請求項２】
請求項１に記載する増圧器において、上記第１流体源と上記第２流体源が同じである流体増圧器。
【請求項３】
請求項１に記載する増圧器において、上記第１増強圧力と上記第２増強圧力がほぼ同じである流体増圧器。
【請求項４】
請求項１に記載する増圧器において、上記大面積ポンプピストン面の面積が、上記小面積ポンプピストン面の面積のほぼ２倍である流体増圧器。
【請求項５】
請求項１に記載する増圧器において、上記大面積ポンプピストン面の面積が、上記駆動ピストン面の面積とほぼ同じである流体増圧器。
【請求項６】
請求項１に記載する増圧器において、上記入口導管手段が入口逆止弁を含む流体増圧器。
【請求項７】
請求項１に記載する増圧器において、上記連絡導管手段が連絡逆止弁を含む流体増圧器。
【請求項８】
請求項１に記載する増圧器において、上記出口導管手段が出口逆止弁を含む流体増圧器。
【請求項９】
請求項１に記載する増圧器において、上記三方制御弁がばねによって第１の位置へ片寄らせられ、パイロット圧力に反応して第２の位置へ移動する流体増圧器。
【請求項１０】
請求項９に記載する増圧器であって、更に、
２位置三方パイロット弁；および
上記パイロット弁を上記駆動ピストンに連結する空動き結合機構を含み、上記パイロット弁の位置の関数として、上記制御弁に選択的にパイロット圧力を供給し、上記駆動ピストンが、どちらの方向にも、その最大行程に近づくと、上記パイロット弁が反対位置に移され；
それによって上記ポンプピストンがポンプシリンダ内で自動的に往復運動して、上記出口に連続的に増強圧力を供給する流体増圧器。
【請求項１１】
請求項１０に記載する増圧器において、上記パイロット弁が第１端領域および第２端領域を有し、増圧器がさらに、上記駆動端室内の圧力を上記パイロット弁第１端領域へ加えるための第１導管、および上記パイロット圧力を上記パイロット弁第２端領域へ加えるための第２導管を含み、それによって上記パイロット弁が二つの位置のどちらかに確実に保持される流体増圧器。
【請求項１２】
流体増圧器であって、駆動ピストンに接続したポンプピストンと、パイロット圧を生ずるように配置したパイロット弁と、空動き結合機構とを有し、駆動ピストンの動きは流体源からの圧力を配向する２位置三方制御弁によって制御され、この制御弁はパイロット圧に反応し、パイロット弁は、駆動ピストンが該ピストンのストローク終端に近づく際に動かされるように、空動き結合機構を介して駆動ピストンに連結され、前記ポンプおよび駆動ピストンを往復動させて増強圧力を生成させる、流体増圧器において、
前記駆動ピストンは、前記制御弁に制御された圧力が作用することによって該駆動ピストンに第１の方向の力を及ぼすように配設することと、
前記ポンプピストンは大面積面と対向した小面積面とを有し、このポンプピストンの大面積面が面する室の圧が、前記第１の方向とは反対の第２の方向でポンプおよび駆動ピストンに働く力を生ずることと、
逆止弁が、前記流体源から流体を、前記ポンプピストンの大面積面が面する室へ、そこから前記ポンプピストンの小面積面が面する室へ、そこから出口へ流れさせるように配設されていることと、
前記制御弁が、ばねにより第１の位置へ片寄らされ、前記流体源からの流体圧力を前記駆動ピストンに加えさせて、前記ポンプおよび駆動ピストンが前記第１の方向へ動かされるようにするとともに、前記パイロット圧に反応して第２の位置へ可動であり、この第２の位置では、前記駆動ピストンが面した室が流体帰路に連通することとを含む流体増圧器。
【請求項１３】
請求項１２に記載の流体増圧器において、前記制御弁は、前記駆動ピストンが完全に引き込められると、前記パイロット弁が前記制御弁を動かし、前記流体源からの圧力が前記駆動ピストンに加えられて該駆動ピストンを前記第１の方向へ動かし、前記ポンプピストンの大面積面と小面積面とが晒されている室に増強圧力があって、前記出口に連通させられるように配置され、前記流体源の圧力に対する増強圧力の大きさは、ロッド面積に対する駆動ピストン面積の大きさの割合である、流体増圧器。
【請求項１４】
請求項１２に記載の流体増圧器において、前記制御弁は、前記駆動ピストンが完全に引き込められていると、前記パイロット弁が前記制御弁を動かして、該駆動ピストンが面している室が流体帰路に連通して該駆動ピストンを前記第２の方向へ移動可能にするとともに、前記ポンプピストンの小面積面が晒されている室に増強圧力があって、前記出口に連通させられるように配置され、前記流体源の圧力に対する増強圧力の大きさは、前記ポンプピストンの小面積面に対する該ポンプピストンの大面積面の大きさの割合である、流体増圧器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、一般的には、供給流体の流量を犠牲にして圧力を増強するための装置に関し、更に詳しくは、単動駆動ピストンに関連して作動するようにされた流体増圧器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
流体増圧器、即ち、流量を犠牲にして流体圧力を増大または増強する装置は、知られている。
【０００３】
従来技術の流体増圧器の一例が、米国特許明細書第２，２９６，６４７号に図示および説明されていて、その開示全体を参考文献として本文に含める。その装置は、大まかに言って、駆動ピストン、従動またはポンプピストン、逆転弁、および空動き結合機構を含む。ある行程端センサが、どちらの行程でも出力圧力を増強するために、駆動ピストンを自動的に逆転するために作用するように配設されている。しかし、上記米国特許に記載されている装置は、比較的大きく、かさばり、従って高価である。その上、この装置は、等面積駆動ピストンに関連して四方制御弁を使うようである。「等面積駆動ピストン」の語は、ピストンの対向する面の面積が等しいことを意味する。
【０００４】
従って、不等面積のピストンおよび三方制御弁を使える、簡単な設計の、改良された流体増圧器を提供することが一般的に望ましいだろう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、この発明の課題は、改良された流体増圧器を提供することである。
他の課題は、不等面積のピストンおよび三方制御弁を使える、改良された、簡単な設計の流体増圧器を提供することである。
この発明の上記およびその他の課題および利点は、前記および以後の説明、図面、並びに前記の請求項から明白となろう。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
限定としてではなく、単に説明の目的で、開示する実施例の対応した部品、部分および面を括弧書きで参照するが、この発明は、大まかに言って、改良された流体増圧器１０を提供する。この改良された増圧器は、ポンプシリンダ１２内を密封滑動するように取付けられ、第１端室２１に面した大面積面２０および第２端室２９に面した小面積面２８を有するポンプピストン１１；一端がこのポンプピストンに取付けられ、ポンプシリンダの端壁３２を密封貫通する部分３１を有するロッド１３；第１加圧流体源Ｐs ；流体をこの第１流体源から第１端室２１へ一方向にだけ流すように作用するように配設された入口導管２２；第１端室２１から第２端室２９へ一方向にだけ流すように作用するように配設された連絡導管３０；第２端室から出口へ一方向にだけ流すように作用するように配設された出口導管２４；駆動シリンダ１５内を密封滑動するように取付けられ、ロッド１３にそれと共に動くように結合され、駆動端室３５に面した面３４を有する駆動ピストン１４；第２加圧流体源Ｐs ；および駆動端室３５を第２流体源または流体帰路と交互に連通させるための制御弁１９を含み、駆動端室が第２流体源と通じるときは、ポンプピストンが第１端室の容積を減ずるように駆動されて、出口に第１増強圧力Ｐi1供給し、駆動端室が帰路と通じるときは、ポンプピストンが第２端室の容積を減ずるように駆動されて、出口に第２増強圧力Ｐi2供給する。
【０００７】
好ましい実施例では、第１および第２流体源が同じであり、第１および第２増強圧力がほぼ同じである（即ち、Ｐi1＝Ｐi2）。制御弁は、パイロット圧力Ｐp に反応する三方制御弁１９を含んでもよい。制御弁は、更に、２位置三方パイロット弁１６、およびパイロット弁と駆動ピストンの間に空動き結合機構１８を含み、パイロット弁の位置の関数として、制御弁に選択的にパイロット圧力Ｐp を供給し、駆動ピストンが、どちらの方向にも、その行程の端に近づくと、パイロット弁が反対位置に移され、それによってポンプピストンがポンプシリンダ内で自動的に往復運動して、出口に連続的に増強圧力（Ｐi1またはＰi2）を供給するようにしてもよい。大面積ポンプピストン面２０の面積は、小面積ポンプピストン面２８の面積のほぼ２倍でもよい。この大面積ポンプピストン面２０の面積は、駆動ピストン面３４の面積とほぼ等しくてもよい。入口導管、連絡導管および出口導管は、貫流する流体を一方向に拘束するために、各々逆止弁（それぞれ２３、２５、２６）を組込んでいてもよい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
最初に、類似の参照数字は、幾つかの図面を通じ一貫して同じ構造要素、部分または面を指すものであることを明確に理解すべきである。それは、この詳細な説明がその肝要な部分であるこの明細書全体で、そのような要素、部分または面を更に説明するかも知れないからである。他に指示がなければ、これらの図面は、明細書と共に読むこと（例えば、クロスハッチング、部品の配置、割合、程度、等）を意図し、この発明の明細書全体の一部であると考えるべきである。以下の説明で使う、”水平”、”垂直”、”左”、”右”、”上”および”下”、並びにそれらの形容詞および副詞派生語（例えば、”水平に”、”垂直に”、”上に”、等）は、その図面が読者に普通に面したときの、図示した構造体の方向を単純に指す。同様に、”内方に”および”外方に”という語は、一般に面の、適宜、縦軸または回転軸に対する方向を指す。
【０００９】
さて、図面、特に図１を参照して、この発明は、大まかに言って、全体を１０で指す改良された増圧器を提供する。ここでは、この改良された増圧器を液圧作動に関して説明するが、この発明は、気体にも同様に使えることを明確に理解すべきである。それで、前記の請求項で使ったように、”流体”という語は、液体、気体、またはその組合せを包括的に含むことを意図する。
【００１０】
この改良された増圧器１０は、大まかに言うと、ポンプシリンダ１２内に密封滑動するように取付けられたポンプピストン１１；ロッド１３；駆動シリンダ１５内に密封滑動するように取付けられた駆動ピストン１４；予圧Ｐp を供給するように作用するよう配設された、全体を１６で指すパイロット弁；駆動ピストンとパイロット弁の間に作用するように配設された、全体を１８で指す空動き結合機構；および全体を１９で指す制御弁を含むように図示されている。今説明した種々の機素は、以下に説明するように、種々の連絡通路によって接続されている。
【００１１】
ポンプピストン１１は、第１端室２１に面した大面積円形垂直左面２０を有するように図示されている。Ｐs で示す適当な第１供給源からの加圧流体が、逆止弁２３を含む入口導管２２に供給される。第１ポンプ端室２１は、それぞれ逆止弁２５および２６を含む出口導管を介して出口に通じている。それで、この出口で増強した圧力Ｐi を利用できる。ポンプピストン１１は、第２端室２９に面した小面積環状垂直右面２８も有するように図示されている。連絡導管３０が、室２９を逆止弁２５と２６の間で出口導管２４と接続する。それで、流体は、ポンプ第１端室２１から逆止弁２５を介してポンプ第２端室２９へ、そして第２端室から逆止弁２６を介して出口へ流れるように拘束される。
【００１２】
ロッド１３は、その左端がポンプピストン１１に固定され、ポンプシリンダの端壁３２を密封貫通する中間部３１を有するように図示されている。ロッド１３の右端は、駆動ピストンに結合されている。しかし、導管２７が絶えず流体帰路Ｒに通じていることで示すように、ロッド１３の、ポンプピストンの外側にある部分は流体圧を受けていないので、ロッド１３の中間部は単に点線３３で表す。
【００１３】
駆動ピストン１４は、小面積環状垂直左端面、および駆動端室３５に面した大面積環状垂直右面３４を有するように図示されている。空動き結合機構１８は、駆動ピストンから右方に伸び、右端壁が内方に曲がった水平に長い円筒形スリーブ３６を有するように図示されている。小径ロッド３９が、端壁３８を貫通し、拡大頭部４０がスリーブ３６内に捕らえられている。これは、頭部４０がスリーブ３６の壁と密封係合していないので、ピストン・シリンダの関係にはない。そうではなくて、駆動室３５内の流体がスリーブ３６の右に存在し、スリーブ３６内にも頭部４０の両側にある。
【００１４】
パイロット弁１６は、パイロット弁シリンダ４２内を密封滑動するように取付けられた、２枚ローブの弁スプール４１を有するように図示されている。スプール４１の左および右ローブを、それぞれ４３および４４で示す。ロッド３９の右端は、パイロットスプール４１に結合されている。それ故、空動き結合機構の頭部４０とパイロットスプール４１が一緒に動く。駆動室３５内の圧力が、パイロット弁スプールの左端面４５に掛かる。通路４６が、パイロットスプールローブ４３，４４間の空間を、パイロットピストンシリンダの右端に伸びる室４８に連絡する。それで、ローブ４３，４４間のパイロット圧力（Ｐp ）が、引き続いてパイロット弁スプール右端面に掛かる。ローブ４３，４４は、それぞれ、パイロット弁本体の中へ伸びる環状口４９，５０を選択的に閉じまたは開くように配設されている。それで、パイロット弁スプール４１は、シリンダ４２の中で、左ストッパ５１と右ストッパ５２の間を滑動するように取付けられている。
【００１５】
制御弁１９は、制御弁５４の中を滑動するように取付けられ且つばねで片寄せられた２枚ローブの弁スプール５３を有するように図示されている。制御弁の左および右ローブを、それぞれ５５および５６で示す。ローブ５５，５６は、それぞれ、制御弁本体の中へ伸びる環状口５８，５９を選択的に閉じまたは開くように配設されている。制御弁シリンダの右端は、導管６１を介してパイロット弁端室４８と常に連通している端室６０を備える。それで、パイロット弁端室４８の中のパイロット圧力が、制御弁端室６０の中にも存在する。制御弁は、左ストッパ６２と右ストッパ６３の間を密封滑動するように取付けられている。ロッド６４が、ローブ５５から左方に伸び、左ストッパ６２を密封しないように貫通し、そしてばね室６６内の押板６５で終る。コイルばね６８が、ばね室左壁６９と押板６５の間に作用するように、室６６内で機能するように配置されている。ばね６８は圧縮されていて、制御弁スプールを制御弁シリンダに対して右方に、図１の位置へ動かすように絶えず押圧する。駆動室３５は、導管７０を介して制御弁ローブ５５，５６間の空間と絶えず連通している。導管７１が、制御弁口５８をパイロット弁口５０と連絡し、分岐導管７２を介して流体帰路Ｒとも連絡する。導管７１は、分岐導管７３を介してばね室６６にも通じている。
【００１６】
導管７４が、制御弁口５９をパイロット弁口４９と連絡し、分岐導管７５を介して第２圧力源Ｐs に通じる。導管７５が接続されている流体源は、入口導管２２が接続されている第１圧力源と同じでも、違ってもよい。簡略化のために、両流体源を入口圧力Ｐs で流体を供給するように配設されているものとして示す。しかし、ある代替実施例では、これらの二つの流体源および／またはそれらそれぞれの圧力は、異なってもよい。流体帰路は、圧力ゼロまたは流体源の圧力以下の他の圧力の溜めでよい。
【００１７】
【作用】
図１は、ポンプピストンを左方に動かすパイロット弁および制御弁の位置を示す。議論のために、種々の逆止弁２３，２５および２６を通っても圧力降下はないと仮定する。換言すれば、議論のために、これらの逆止弁は、単純に、関連する通路を通る流れが一方向であることを保証すると仮定する。それで、全ての意図および目的に対し、供給圧力Ｐs は、室２１内の圧力がＰs より大きくなければ、ポンプ左室２１に通じる。
【００１８】
図１では、ばね６８が伸長していて、制御弁５３を右方に押圧し、ストッパ６３に当接させていることにも注意すべきである。同様に、パイロット弁スプール４１は、右ストッパ５２に当接しているように図示され、そこではそれが、ローブ４３の左端面に作用する供給圧力Ｐs によって確実に保持され、一方ローブ４４の右端面は、帰路圧力であるパイロット圧力Ｐp を受けている。この配置で、供給圧力Ｐs は、導管７５を入り、開いた制御弁口５９および導管７０を通って駆動ピストン端室３５に入る。ポンプピストン端室２１内の圧力は増大し、この増強した圧力が導管３０を介して環状垂直右第２ポンプ室２９に通じる。それで、増強した圧力がロッドの正味面積（即ち、Ａ20−Ａ28＝Ａ13）に作用してポンプピストンに右方向の力を働かせる。しかし、供給圧力は、駆動端室３５内にも存在し、駆動ピストンの大面積面３４に対して作用する。従って、ポンプ・駆動ピストン組立体は、左方に矢印７６の方向に動く。これが起きると、第１ポンプ端室２１の容積は、増強した圧力Ｐi の流体が出口導管２４を通って出口へ出るので、減る。
【００１９】
ポンプ・駆動ピストン組立体のそのような左方運動は続き、空動き結合機構１８によって吸収される。しかし、ポンプピストンがその行程の端に近づくと、空動き結合機構の頭部４０がスリーブ端壁３８に当接し、パイロット弁を、図１に示す右方に移動した位置から、図２に示す代替の左方に移動した位置へ引っ張る。ローブ４４が口５０を閉じ、ローブ４３が口４９を開くので、供給圧力は、導管７５，７４および４６を介してパイロット弁右端室４８および制御弁端室６０へ入る。これは、パイロットピストンを圧力平衡状態にし、空動き結合機構にパイロットピストンを左方に、図２に示す位置の方へ引かせ続ける。
【００２０】
パイロット弁がその零位置を通過するとき（即ち、パイロットローブ４４が口５０を閉じ、パイロットローブ４３が口４９を開くとき）、供給圧力は制御弁端室６０にも入る。ばね室は、絶えず導管７３，７１および７２を介して帰路に抜けているので、端室６０に供給圧力が突然現れると、図２に示すように、左ローブ５５がストッパ６２に当接するまで、制御スプールを左方に迅速に動かす。今度移動した位置で、駆動室３５は、導管７０，７１および７２を介して流体帰路に通じる。それで、ポンプピストン第１室２１内の供給圧力が、ポンプ・駆動ピストン組立体を右方に変位し、それによって流体をポンプピストン右室２９から連絡導管３０および逆止弁２６を介して出口へ押し出す。ポンプ・駆動ピストン組立体のそのような右方運動は続き、空動き結合機構１８によって吸収される。同時に、パイロット弁は、その左端面が帰路圧力を受けるのに対し、右端面には供給圧力Ｐs が作用するので、ストッパ４５に対して確実に保持される。
【００２１】
最後に、ポンプピストンがその行程の右方端に近づいたとき、空動き結合機構の頭部４０は駆動ピストンに当接し、この駆動ピストンが更に右方に動くとパイロット弁スプールがこのパイロット弁シリンダの中で右方に移動する。パイロット弁が右方に移され、選択的に口４９を閉じて口５０を開くので、パイロット弁右端室４８内の圧力は帰路に通じる。これは、制御弁右端室６０の中の圧力を帰路に通じさせもし、それによってばね６８を伸長させ、制御弁を右方に、図４に示す位置へ迅速に動かす。この制御弁がそのように右方に動くと、口５８を閉じ、口５９を開き、再び流体に供給源から導管７５および７０を介して駆動室３５内へ流入させる。それで、このようにして、改良された増圧器は、ポンプピストンがその行程のどちらかの端に近づくと自動的に反転する。
【００２２】
【変更例】
この発明は、多くの変更や修正がなされるかも知れないことを予想している。この発明は、面積の等しくないポンプおよび駆動ピストンを使えるようにするのが望ましい。好ましい実施例では、ポンプと駆動ピストンの間に好ましい面積関係がある。ポンプピストン面２０，２８の表面の面積比を、駆動ピストン表面３４の面積対ロッド１３の断面積の比に等しく選ぶ。すなわち、Ａsurface20 ／Ａsurface28 ＝Ａsurface34 ／Ａsurface31 である。これは、どちらの方向に動いても同じ増強圧力Ｐi を与えるために好ましいが、これらの相対比は、変更または修正してもよいことを明確に理解すべきである。ポンプ・駆動ピストンサブ組立体は、図示のように、ダンベル型の部材でもよいが、所望により他の形状または構成を採ってもよい。空動き結合機構は、図示の形でもよいが、何か他の形または構造でもよい。同様に、この発明は、スプール型パイロットおよび制御弁を有するように図示しているが、これらのどちらか、または両方を他の型の機能的に作用する弁で変更または修正してもよい。前に記したように、導管７５および２２を接続する流体源は、同じでも違ってもよい。同様に、これらの流体源は、圧力が同じでも違ってもよい。
【００２３】
従って、改良された増圧器の現在好ましい形を図示し、説明し、その幾つかの変更および修正を議論してきたが、当業者は、前記の請求項で差異を明確に定めるこの発明の精神から逸脱することなく、種々の付加的変更および修正をなすことができるかも知れないことを容易に分かるだろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】改良された増圧器の模式図で、ポンプ・駆動ピストン組立体がその行程の中間位置にあり、パイロットおよび制御弁の右方に移動した位置に応じて左方に動いている状態を示す。
【図２】類似の模式図であるが、ポンプ・駆動ピストン組立体が、その左方行程の端の直後に、パイロットおよび制御弁の左方に移動した位置に応じて右方に動き始めた状態を示す。
【図３】類似の模式図であり、ポンプ・駆動ピストン組立体がその行程の中間位置にあり、パイロットおよび制御弁の左方に移動した位置に応じて右方に動いている状態を示す。
【図４】類似の模式図であるが、ポンプ・駆動ピストン組立体が、その右方行程の端の直後に、パイロットおよび制御弁の右方に移動した位置に応じて左方に動き始めた状態を示す。
【符号の説明】
１０  増圧器
１１  ポンプピストン
１２  ポンプシリンダ
１３  ロッド
１４  駆動ピストン
１５  駆動シリンダ
１６  パイロット弁
１８  空動き結合機構
１９  制御弁手段
２０  大面積面
２１  第１端室
２２  入口導管手段
２３  入口逆止弁
２４  出口導管手段
２５  連絡逆止弁
２６  出口逆止弁
２８  小面積面
２９  第２端室
３０  連絡導管手段
３１  貫通部
３２  端壁
３４  垂直面
３５  駆動端室
４１  第２端領域
４５  第１端領域
４６  第２導管
Ｐi1  第１増強圧力
Ｐi2  第２増強圧力
Ｐp   パイロット圧力
Ｐs   第１および第２加圧流体源
Ｒ  流体帰路
【図１】
0003640447.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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