(57)【要約】  アキュムレータ組立体（１０）が、円筒型で気体不透過性のシェル（１８）と、該シェル（１８）内に実質的に同心状に配置された、円筒型で気体不透過性のスリーブ（２０）と、から形成されるアキュムレータシリンダー（１２）を含んでいる。該スリーブ（２０）とシェル（１８）との間に隙間空間（３０）が形成される。該スリーブ（１８）内に、ピストン（２２）が摺動可能に配置されており、ピストン（２２）が、該スリーブ（１８）の内部を、圧縮気体を収容するように構成された第１チャンバー（２９）と、加圧流体を収容するように構成された第２チャンバー（３１）に分離する。取り外し可能な一対の軸方向蓋（１４、１６）が、気体不透過性のスリーブ（２０）の両側の端部で該スリーブ（２０）に保持され、該軸方向蓋（１４、１６）は、気体不透過性のシェル（１８）における対応する両側の端部に密閉状態で係合しており、この軸方向蓋（１４、１６）は、スリーブ（２０）の引張応力に対して最大の抵抗を備えるように構成されている。【選択図】      図７Ｂ
2013539845.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのアキュムレータシリンダー（１２）を含み、該アキュムレータシリンダー（１２）は、
円筒型で気体不透過性のシェル（１８）と、
前記シェル（１８）内に、実質的に同心状に配置された円筒型で気体不透過性のスリーブ（２０）と、
を備え、
該スリーブ（２０）とシェル（１８）との間に隙間空間（３０）が形成され、
該スリーブ（１８）内にはピストン（２２）が摺動可能に配置され、該ピストン（２２）が、該スリーブ（１８）の内部を、圧縮気体を収容するように構成された第１チャンバー（２９）と、加圧流体を収容するように構成された第２チャンバー（３１）とに分離しており、
取り外し可能な、一対の軸方向蓋（１４、１６）が、前記気体不透過性のスリーブ（２０）の両側の端部において該スリーブ（２０）に保持されており、該一対の軸方向蓋（１４、１６）は、前記気体不透過性のシェル（１８）における対応する両側の端部に密閉状態で係合しており、該軸方向蓋（１４、１６）は、前記スリーブ（２０）の引張応力に対して最大の抵抗を与えるように構成された、
ことを特徴とするアキュムレータ組立体（１０）。
【請求項２】
前記軸方向蓋（１６）の少なくとも１つが、その軸方向蓋（１６）の周縁部に内側溝（４６）を含んでおり、前記隙間空間（３０）から前記第１チャンバー（２９）への気体の流れを可能にする、ことを特徴とする請求項１に記載されたアキュムレータ組立体（１０）。
【請求項３】
前記軸方向蓋（１４）の少なくとも１つが、気体ポート（４０）と流体ポート（４２）とを有することを特徴とする請求項１に記載されたアキュムレータ組立体（１０）。
【請求項４】
複数のアキュムレータシリンダー（１２）及び取り外し可能なマニュホールドハウジング（４８）が、
それぞれのアキュムレータシリンダー（１２）の前記軸方向蓋のそれぞれの気体ポート（４０）と流体的に連通された気体マニュホールド（５４）と、それぞれのアキュムレータシリンダー（１２）の前記軸方向蓋のそれぞれの流体ポートと流体的に連通された流体マニュホールド（５６）、
の１つを含むことを特徴とする請求項３に記載されたアキュムレータ組立体（１０）。
【請求項５】
前記取外し可能なマニュホールドハウジング（４８）が、更に前記気体マニュホールド（５４）及び流体マニュホールド（５６）と流体的に連通されたリリーフ弁（６０）を有すること特徴とする請求項４に記載されたアキュムレータ組立体（１０）。
【請求項６】
前記圧縮気体及び加圧流体の１つを含む少なくとも１つの補助シリンダー（５０）が、更に前記取り外し可能のマニュホールドハウジング（４８）と流体的に連通されていることを特徴とする請求項５に記載されたアキュムレータ組立体（１０）。
【請求項７】
前記圧縮気体及び加圧流体の１つを含む少なくとも１つの補助シリンダー（５０）が、更に前記取り外し可能のマニュホールドハウジング（４８）と流体的に連通されていることを特徴とする請求項５に記載されたアキュムレータ組立体（１０）。
【請求項８】
少なくとも１つの取り外し可能な軸方向蓋が、ネジ、ベアリングウエッジ及びベアリングローラの１つによって前記気体不透過性のスリーブに保持されることを特徴とする請求項１に記載されたアキュムレータ組立体（１０）。
【請求項９】
複数のアキュムレータシリンダー（１２）を含むアキュムレータ組立体（１０）を備えており、前記シリンダーの各々が、
円筒型で気体不透過性のシェル（１８）と、
前記シェル（１８）内に、実質的に同心状に配置された円筒型で気体不透過性のスリーブ（２０）と、
を含み、
該スリーブ（２０）とシェル（１８）との間に隙間空間（３０）が形成され、
該スリーブ（１８）内にピストン（２２）が摺動可能に配置され、
該ピストン（２２）は、該スリーブ（１８）の内部を、圧縮気体を収容するように構成された第１チャンバー（２９）と、加圧流体を収容するように構成された第２チャンバー（３１）とに分離しており、
取り外し可能な、一対の軸方向蓋（１４、１６）が、前記気体不透過性のスリーブ（２０）の両側の端部において該スリーブ（２０）に保持され、前記気体不透過性のシェル（１８）の対応する両側端部に密閉状態で係合しており、該軸方向蓋（１４）の少なくとも１つが、気体ポート（４０）と流体ポート（４２）とを含み、
取り外し可能なマニュホールドハウジング（４８）が備えられ、該マニュホールドハウジング（４８）は、それぞれのアキュムレータシリンダー（１２）の軸方向蓋（１４）の流体ポート（４２）及び気体ポート（４０）のそれぞれと流体的に連通する気体マニュホールド（５４）と流体マニュホールド（５６）を有する、
ことを特徴とするアキュムレータシステム。
【請求項１０】
前記軸方向蓋（１６）の少なくとも１つが、その軸方向蓋（１６）の周縁部に内側溝（４６）を含んでおり、前記隙間空間（３０）と前記第１チャンバー（２９）との間に気体が流れることを可能にする請求項９に記載されたアキュムレータシステム（１０）。
【請求項１１】
前記軸方向蓋（１４，１６）が、前記スリーブ（２０）への引張応力に対して最大の抵抗を備えるように構成されている、請求項９に記載されたアキュムレータシステム（１０）。
【請求項１２】
前記取外し可能なマニュホールドハウジング（４８）が、更に前記気体マニュホールド（５４）及び流体マニュホールド（５６）と流体的に連通されたリリーフ弁（６０）を有すること特徴とする請求項９に記載されたアキュムレータシステム（１０）。
【請求項１３】
前記圧縮気体及び加圧流体の１つを含む少なくとも１つの補助シリンダー（５０）が、前記取り外し可能のマニュホールドハウジング（４８）と、少なくとも１つの軸方向蓋と、の１つと流体的に連通されていることを特徴とする請求項９に記載されたアキュムレータシステム（１０）。
【請求項１４】
少なくとも１つの軸方向蓋が、ネジ係合、ベアリングウエッジ、及びベアリングローラの１つによって、前記気体不透過性のスリーブに保持されることを特徴とする請求項９に記載されたアキュムレータシステム（１０）。
【請求項１５】
流体的に密閉されたハウジング（１００）と、
該ハウジング（１００）内に配置された少なくとも１つのアキュムレータシリンダー（１２）と、
を備え、該シリンダー（１２）が、
円筒型で気体不透過性のシェル（１８）と、
前記シェル（１８）内に、実質的に同心状に配置された円筒型で気体不透過性のスリーブ（２０）と、
を含み、
該スリーブ（２０）とシェル（１８）との間に隙間空間（３０）が形成され、
該スリーブ（１８）内にピストン（２２）が摺動可能に配置され、該ピストン（２２）が、該スリーブ（１８）の内部を、圧縮気体を収容するように構成された第１チャンバー（２９）と、加圧流体を収容するように構成された第２チャンバー（３１）とに分離しており、
取り外し可能な、一対の軸方向蓋（１４、１６）が、前記気体不透過性スリーブ（２０）の両側の端部で該スリーブ（２０）に保持されており、該軸方向蓋（１４、１６）は、前記気体不透過性のシェル（１８）の対応する両側端部に密閉状態で係合しており、該軸方向蓋（１４）の少なくとも１つが、気体ポート（４０）と流体ポート（４２）を有し、
それぞれのアキュムレータシリンダー（１２）の軸方向蓋（１４）の流体ポート（４２）及び気体ポート（４０）のそれぞれと流体的に連通する気体マニュホールド（５４）と流体マニュホールド（５６）と、
前記気体マニュホールド（５４）と流体マニュホールド（５６）に流体的に連通されたリリーフ弁（６０）と、
取り外し可能なマニュホールドハウジング（４８）と、
が設けられ、該マニュホールドハウジング（４８）は、前記気体及び流体の１つを前記ハウジング（１００）に排出するように構成された、該マニュホールドハウジング（４８）の壁を貫いて形成された排出リリーフポート（６４）を有する、
ことを特徴とするアキュムレータ組立体。
【請求項１６】
前記軸方向蓋（１６）の少なくとも１つが、ネジ部の周囲部（４８）周りに内側溝（４６）を含んでおり、前記隙間空間（３０）と前記第１チャンバー（２９）との間に気体が流れることを可能にする請求項１５に記載のアキュムレータ組立体（１０）。
【請求項１７】
前記軸方向蓋（１４，１６）が、前記スリーブ（２０）への引張応力に対して最大の抵抗を備えるように構成された、請求項１５に記載されたアキュムレータ組立体（１０）。
【請求項１８】
前記圧縮気体及び圧力流体の１つを含む少なくとも１つの補助シリンダーが、前記取り外し可能のマニュホールドハウジングと、少なくとも１つの軸方向蓋のうちの１つと流体的に連通されていることを特徴とする請求項１５に記載されたアキュムレータ組立体。
【請求項１９】
少なくとも１つの取り外し可能な軸方向蓋が、ネジ、ベアリングウエッジ、ベアリングローラの１つによって、前記気体不透過性のスリーブに保持されることを特徴とする請求項１５に記載されたアキュムレータ組立体。
【請求項２０】
前記ハウジング（１００）が、前記シェル（１８）に加わる軸方向の応力と円周方向の応力に対して最大の抵抗を与えるように構成されている、請求項１５に記載されたアキュムレータ組立体（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〔関連出願の相互参照〕
本出願は、２０１０年９月２２日に出願された、米国予備出願番号第６１／３８５，３２８号、発明の名称「超軽量で小型のアキュムレータ」に基づく利益を主張する。
【０００２】
本発明は、一般的に高圧力用途のアキュムレータ、より詳しく述べると、ピストン内蔵スリーブ型（又は「ピストン・スリーブ型」）高圧力用途アキュムレータに関する。更に本発明は、燃料効率の良い流体型ハイブリッド動力車両に関連するアキュムレータにおける潜在的な用途に関する。
【背景技術】
【０００３】
現在では、ハイブリッド型の動力伝達系は、動力車両の燃料使用率を改善するのに急速に普及している手法である。「ハイブリッド」とは、通常の内燃機関にエネルギー貯蔵システムを組合せたものを指しており、このエネルギー貯蔵システムは、典型的には、エンジンによって作り出された過剰のエネルギーと、制動動作によって回生されたエネルギーとを受け取り、貯蔵して、必要な時に、エンジンに補給するために、これらのエネルギーを再分配する機能を果たす。これは、動力の生成と消費とを切り離すことにより、内燃機関のより効率的な作動を可能にし、また負荷要求に合うように充分な動力が使用できることを確実にする。
【０００４】
この技術分野では、幾つかのエネルギー貯蔵形態が知られており、電池を使用する電気的貯蔵システムが最もよく知られている。最近では、電気的ハイブリッドよりも流体的ハイブリッドの方が、より良い効率、より大きな動力量、より低価格で、かつより長い使用年数を提供することを示している。流体型の動力システムは、エネルギー貯蔵のための１又はそれ以上の液圧アキュムレータと、動力伝達のための１又はそれ以上の流体ポンプ、モータ、又は、ポンプ／モータの組合せという形態をとる。液圧アキュムレータは、気体を圧縮することによりエネルギーを貯蔵する原理で作動する。アキュムレータの圧力容器には、典型的には窒素ガスである、気体が充填されており、この気体が、流体ポンプにより液体を容器内に圧送することによって圧縮される。したがって、液体は加圧され、圧力が解放された時に流体モータを駆動するのに使用することができる。液圧アキュムレータは、このように２つの別の作動媒体、一方が圧縮性気体で、他方が比較的非圧縮性の流体を使用する。この明細書を通じて、この分野で習慣的であるように、「気体」という用語は、ガス状媒体を指し、「流体」という用語は、流体作動媒体を指す。
【０００５】
現在の技術水準では、液圧アキュムレータは、スプリング型、ブラダ型、及びピストン型の３つの基本的な形態がある。スプリング型は、スプリングの寸法、費用、重量及びバネ比のために、典型的に小さな流体量のアキュムレータに制限される。ブラダ型アキュムレータは、典型的には、気体透過率が高く、信頼性が乏しいという欠点がある。これらの中では、ピストン型が、所望の流体量を貯蔵することができる最も安価な設計である。更に、適切に設計されたピストン型アキュムレータは、物理的に堅固で、効率が良く、信頼性がある。
【０００６】
通常のピストン型アキュムレータも、この分野ではよく知られている。標準的なピストン型アキュムレータでは、ピストンによって、作動流体が、圧縮された気体と分離されており、該ピストンが、円筒型圧力容器の内壁に対して密閉状態をもたらしており、流体が流入及び流出するのに伴ってピストンが長さ方向に自由に移動して、気体が圧縮され、膨張する。ピストンは、可撓性である必要はないので、鋼材のような、気体不透過性の材料から形成することができる。しかしながら、ピストンとシリンダー内壁との間の境界面は、良好な密閉を確実にするために厳密に制御されなければならず、そして、良好な密閉を確実とするために必要な寸法公差の条件が、製作費を増加させるものとなる。更に、圧力容器は、極度に剛性であり、加圧状態で、その中心付近が膨張に対する抵抗を有することが必要であり、さもなければ、ピストンとシリンダー壁との間の距離が広がって、密閉状態が壊れることになる。このことが、複合材料を高圧ピストン型アキュムレータ容器に使用する、という考えを排除するものとなっており、それは、複合材料は、圧力のもとで著しく膨張する傾向を示す（例えば、直径１２インチの容器に５０００ｐｓｉの圧力が作用すると、直径方向で約１／１０インチ）からである。
【０００７】
前述したことから、標準のピストン型アキュムレータ容器は、厚さの大きい、高張力鋼から製作される傾向にあり、非常に重くなる。標準のピストン型アキュムレータは、鋼材又は複合材料から成るブラダ型アキュムレータの何れよりも、重量対エネルギー貯蔵比が非常に高くなり、このアキュムレータは移動車両の用途には望ましくないものとなる（例えば、このような重量の増加は、車両用では燃料経済性を悪化させるであろう）。更に詳述すると、同じ容量（即ち大きさ）で、同じ圧力規格の場合には、ピストン型アキュムレータは、アキュムレータの重さが問題となるような用途にとって好ましい、軽量な複合材料の圧力容器設計のアキュムレータよりも、何倍も（例えば１０倍に達するほど）重いものとなる。したがって、その潜在的に優れた気体不透過性を有するにも拘わらず、ピストン型アキュムレータは、車両用には殆ど実用できないものである。
【０００８】
幾つかの先行技術におけるピストン型アキュムレータの着想は、ピストン内蔵スリーブ型のアキュムレータ設計を利用しており、この設計では、ピストンが、圧力容器内壁とは別体に形成された円筒スリーブ内にあって、該スリーブの内壁に対して密閉状態にされている。このスリーブは、中空部材として形成されており、この中空部材は、アキュムレータの最大圧力差が該中空部材を横切る方向に加えられるときに該中空部材に作用する応力に耐えることが実質的に不可能なものである。一方で、この手法は、先行技術に較べて少なくとも２つの利点、即ち、（i）容器壁の耐圧力機能をピストンの密閉機能から分離することにより、圧力容器構造に関係する諸問題とは独立して、有効な密閉をスリーブが達成できるようにする、（ii）スリーブと圧力容器との間に充填気体を満たすことのできる介在容積、つまり隙間容量を設けることにより、気体と流体の割合を最適な性能になる仕様に形成することができ、更に、排出される油の圧力曲線の形状調整を可能にする。
【０００９】
これらのシステムの欠点は、鋼合金から製作される、全体的に厚い壁の、高力円筒型圧力容器と、該容器の壁に較べて薄い金属スリーブとから構成されることである。このスリーブは、圧力容器の一端における周辺部近傍の内側面に永久的に取り付けられ、（ピストンと共に）作動流体用の塞がったチャンバー、即ち「内側」チャンバーを形成する。スリーブの他端は、該圧力容器の他端に向かって延びて、全体的に開いた状態にされており、該スリーブのこの開いた容積と、圧力容器の残りの容積と、スリーブ外壁と圧力容器内壁との間における介在／隙間空間とから構成される「外側」チャンバーが形成され、各々にアキュムレータの気体状媒体が満たされる。
【００１０】
このシステムの他の欠点は、この作動が、例えば乗物用途（例えば、航空機）での使用中における振動による半径方向移動を防ぐために、このスリーブが圧力容器内に強固に保持され、その中心に位置していることを必要とすることである。スリーブの移動は、スリーブの強固に固定された端部を疲労させ、亀裂、変形、又は密閉ガスケットの摩耗の１つが起きると、漏洩を起こすことがある。このことから、このスリーブを、容器壁に複数個所で連結することにより補強するか、通常の圧入と放出によって遭遇する小さな圧力差に耐えるのに必要な最小厚みよりも厚くするか、のどちらかが必要となる。更に、壁が膨張してスリーブに緩みを生じたり、又はピストンの密閉を維持するのに必要な真円形状からの変形を生じたりするのを防止しなければならないので、この容器外壁を、圧力封入のためのみに必要とされる厚みよりも、厚くしなければならない。
【００１１】
先行技術のピストン内蔵スリーブ設計はまた、密閉（内側）チャンバー内に流体を一様に収容し、ピストンの反対側におけるスリーブと容器壁との間の隙間空間には充填気体を存在させるものである。この形態は、装置の流体容量、したがってエネルギー容量を最大限にするものであって、通常は好ましいものである。すなわち、スリーブ内の作動媒体は完全に排出することができるであろうが、スリーブ外側にある媒体の一部分は、常に隙間空間内に閉じこめられて残されることになり、作動能力はどれだけの流体量を放出することができるかによって決定されるので、スリーブ内側に流体があり、その外側に気体があることが、自然な選択である。
【００１２】
上記した標準のピストン型アキュムレータと同様に、これら先行技術のピストン内蔵スリーブ型アキュムレータは、流体ハイブリッドモータ車両の用途、又はアキュムレータ重量が顕著な問題になるような他の用途では、許容することができない重さである。圧力壁内の圧力封入機能のために、鋼材に代えて、軽量な複合材料を使用してこのピストン内蔵スリーブ型アキュムレータの重量を低減する幾つかの試みは、これまでに行われている。しかしながら、この装置は、圧力容器壁に対応するものとして金属製内部コアが必要になり、アキュムレータの一端部に厚い金属領域が依然と必要になる。上述のように、この装置では、流体ハイブリッドモータ車両に使うのには、望ましくない重さを残す。アキュムレータが経験する強烈なデューティサイクル（即ち、場合によっては１００万サイクルを越えることがある、極めて多い回数の圧送と放出サイクル）と、複合材料の顕著な半径方向の膨張（例えば、直径１２インチの容器の場合に、５０００ｐｓｉの圧力で、直径方向で約１／１０インチ）が相俟って、金属コアすなわちライナーの疲労欠陥をもたらすことが予期される。
【００１３】
これらの欠点を解決するために、先行技術の装置では、熱可塑性樹脂スリーブに炭素繊維を巻装した圧力容器シェルを採用する。この装置は又、コアの外側に流体を位置させることにより、流体で隙間空間を満たすようにしている。この設計には、幾つかの顕著な問題、即ち、（ｉ）隙間空間の流体を使用することができないので、アキュムレータの物理的な寸法が、使用可能な同量の作動流体をもつのに必要な寸法よりも、大きくなり、（ｉｉ）最適なアキュムレータ設計は、気体容積が流体容積よりも大きいことを要求するものとなり、（ｉｉｉ）この設計は修理ができないので、どんな部品に生じたどのような欠陥でも、シリンダー全体を廃棄することが必要になり、（ｉｖ）圧力容器の巻装が軸方向と接線方向の両方の負荷に対抗できるものでなければならず、巻装の厚さが必要以上に厚くなり、（ｖ）この設計は、流体圧が気体圧力を超えた場合における、スリーブの一体性を保護する手段を備えていない、という問題を伴う。
【００１４】
最近になって、非常に軽量な複合材料の圧力容器を使用し、修理可能なピストン・スリーブ設計を備えた、小型の液圧アキュムレータが開発された。このモジュール化された設計は、アキュムレータシリンダーと補助ガスシリンダーとを備えており、これらは、取り外し可能な端部キャップとして構成されるマニュホールドを介して、流体的に連通され、結合用ロッドがモジュールを張力状態に保持している。この装置は、本出願人と同一人に譲渡された特許文献１に開示されており、その全ての内容が引用によりここに組み込まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】米国特許第７，６６１，４４２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
この装置の欠点は、マニュホールドを収容する両端部のキャップが、容器を密閉するために必要な結合用ロッドと相俟って、嵩高になることである。これら構成部品は、車両に適合させるのに必要な組込み空間を大幅に増加させる。もっと小さな端部キャップを備えると、その寸法及び組込みのための要求が減少させられることになり、アキュムレータの実用性を向上させるであろう。
【００１７】
本発明に一致させ、対応させることにより、超軽量で、小型のアキュムレータが驚くべきことに創出された。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
１つの実施形態では、アキュムレータ組立体が少なくとも１つのアキュムレータシリンダーを含み、該アキュムレータシリンダーが、円筒型で気体不透過性のシェルと、該シェル内に、実質的に同心状に配置された円筒型で気体不透過性のスリーブとを含み、該スリーブとシェルとの間に隙間空間が形成され、該スリーブ内にピストンが摺動可能に配置され、該ピストンは、該スリーブの内部を、圧縮気体を収容するように構成された第１チャンバーと、高圧流体を収容するように構成された第２チャンバーとに分離しており、取り外し可能な一対の軸方向蓋が、気体不透過性のスリーブの両側の端部に保持され、これら軸方向蓋は、気体不透過性のシェルにおけるそれぞれ対応する両側端部に密閉状態で係合し、該軸方向蓋が、スリーブに加わる引張応力に対して最大の抵抗を与えるように構成される。
【００１９】
他の実施形態では、アキュムレータシステムが、複数のアキュムレータシリンダーを有するアキュムレータ組立体を含み、該アキュムレータシリンダーの各々は、円筒型で気体不透過性のシェルと、該シェル内に実質的に同心状に配置された円筒型で気体不透過性のスリーブとを備え、該スリーブと該シェルとの間に隙間空間が形成され、該スリーブ内にピストンが摺動可能に配置され、該ピストンは、該スリーブの内部を、圧縮気体を収容するように構成された第１チャンバーと、高圧流体を収容するように構成された第２チャンバーとに分離しており、取り外し可能な一対の軸方向蓋が、気体不透過性のスリーブの両側の端部に保持されており、該一対の軸方向蓋は、気体不透過性のシェルの対応する両側端部に密閉状態で係合しており、該軸方向蓋の少なくとも１つが、気体ポートと流体ポートとを有し、取り外し可能なマニュホールドハウジングが設けられ、該マニュホールドハウジングに、それぞれのアキュムレータシリンダーの軸方向蓋の流体ポート及び気体ポートのそれぞれと流体的に連通する気体マニュホールドと流体マニュホールドが備えられる。
【００２０】
更に別の実施形態では、アキュムレータの組立体が、流体的に密閉されたハウジングと、該ハウジング内に配置された、少なくとも１つのアキュムレータシリンダーを備え、該アキュムレータシリンダーが、円筒型で気体不透過性のシェルと、該シェル内に、実質的に同心状に配置された円筒型で気体不透過性のスリーブとを備え、該スリーブとシェルとの間に隙間空間が形成され、該スリーブ内にピストンが摺動可能に配置され、該ピストンは、該スリーブの内部を、圧縮気体を収容するように構成された第１チャンバーと、高圧流体を収容するように構成された第２チャンバーとに分離しており、取り外し可能な一対の軸方向蓋が、気体不透過性のスリーブの両側の端部に保持され、該一対の軸方向蓋は、気体不透過性のシェルの対応する両側の端部に密閉状態で係合しており、該軸方向蓋の少なくとも１つが、気体ポートと流体ポートとを有し、更に、取り外し可能なマニュホールドハウジングが設けられ、該マニュホールドハウジングは、それぞれのアキュムレータシリンダーの軸方向蓋の流体ポート及び気体ポートのそれぞれと流体的に連通する気体マニュホールド及び流体マニュホールドと、該気体マニュホールド及び流体マニュホールドに流体的に連通されたリリーフ弁と、気体及び流体の１つを該流体的に密閉されたハウジングに排出するように、マニュホールドハウジングの壁を貫いて形成された排出リリーフポートとを有する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
本発明の上述した利点、及びその他の利点は、添付図面に照らして考慮されるとき、好ましい実施形態の詳細な説明からこの分野の当業者に容易に明白となるであろう。図面は以下のとおりである。
【００２２】
【図１Ａ】本発明の超軽量で小型のアキュムレータの概略図を示す。
【図１Ｂ】図１Ａで示す超軽量で小型のアキュムレータを横から見た分解斜視図を示す。
【図２】図１Ａと図１Ｂで示した超軽量で小型のアキュムレータを形成するシリンダーの一端部を示す。
【図３Ａ】３−３線に沿って切断した図２のシリンダーを一部拡大した断面の側面図を示す。
【図３Ｂ】シリンダーの断面図を示す。
【図４Ａ】本発明の超軽量で小型のアキュムレータの第１軸方向蓋を横から見た分解斜視図を示す。
【図４Ｂ】図４Ａの第１軸方向蓋の側面図である。
【図５Ａ】本発明の超軽量で小型のアキュムレータの第２軸方向蓋を横から見た分解斜視図を示す。
【図５Ｂ】図５Ａの第２軸方向蓋の側面図である。
【図５Ｃ】軸方向蓋の代替的な保持手段の一例を示す。
【図５Ｄ】軸方向蓋の代替的な保持手段のその他の例を示す。
【図６Ａ】本発明の超軽量で小型のアキュムレータ用ピストンを横から見た分解斜視図を示す。
【図６Ｂ】図６Ａのピストンの側面頭を示す。
【図７Ａ】マニュホールドハウジングと補助シリンダーを備えた超軽量で小型のアキュムレータ組立体を正面からみた概略図である。
【図７Ｂ】マニュホールドハウジングと補助シリンダーを備えた超軽量で小型のアキュムレータ組立体を背面からみた概略図である。
【図８】本発明による超軽量で小型のアキュムレータ組立体のマニュホールドハウジングの拡大概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下の詳細な説明及び添付図面は、本発明の種々例示的な実施形態を説明するものである。この説明及び図面は、この分野の当業者が、本発明を実施し、かつ使用するのに役立つものであるが、いかなる意味でも、発明の範囲を限定するものではない。
【００２４】
図１Ａは、本発明の超軽量で小型のアキュムレータ１０を示し、該アキュムレータ１０は、シリンダー１２と、該シリンダー１２の両側の端部に位置する一対の軸方向蓋１４、１６を有する。
【００２５】
図１Ｂは、小型アキュムレータ１０におけるシリンダー１２の分解図を示す。該シリンダー１２は、好ましくは、円筒型で実質的に気体不透過性を有するシェル１８と、このシェル１８内に配置された円筒型で実質的に気体不透過性を有するスリーブ２０とから形成される。ピストン２２が、スリーブ２０内に摺動可能に設けられる。一対の軸方向蓋１４、１６が、スリーブ２０に取り付けられ、シェル１８と密閉状態で係合する。
【００２６】
図２、図３Ａ、図３Ｂは、シェル１８内に配置されたスリーブ２０をより明確に示すものである。シェル１８は、実質的に気体不透過性である。シェル２０は、少なくとも１つの金属、ポリマー、及び複合材料のような、希望により好ましい材料の何れによっても形成することができる。シェルは、例えば、軸方向応力と円周方向応力の１つのような、方向性の応力に関連した強度に対して、最適な材料から形成することができる。シェル１８は、円周方向応力を含むために、所望によりオーバーラップ２４を有するものとすることができる。オーバーラップ２４は、典型的には、炭素繊維、Ｅガラス、その他のこの分野で良く知られている他の適切な材料など、強度のある軽量な材料から形成することができる。オーバーラップ２４の材料は、該オーバーラップ２４とアキュムレータのシリンダー１２の軸方向軸線との間が最大角度になるように巻くことができる。好ましい実施形態では、この材料は、完全に半径方向を指向した炭素繊維である。長さ方向の応力によって分離してしまうことを避けるために、炭素を巻装する前に、離型剤がシリンダー１２の外面に設けられる。この離型剤は、大きな力が炭素巻装に伝わる前に、炭素繊維をシリンダー１２から剥がし、これによって離型剤は、炭素繊維が軸方向に離れたり、圧力が加えられた際にシリンダー１２の支持を損なう可能性を無くす。
【００２７】
第１金属ボス２６が、シリンダー１２の一端に配置され、第２金属ボス２８が、シリンダー１２の他端に配置される。シェル１８は、実質的に気体不透過性の、この分野で良く知られた手段、例えば溶接、接着剤、シール剤その他同様なものなど用いて、第１金属ボス２６と第２金属ボス２８に取り付けられる。
【００２８】
内側スリーブ２０は、第１金属ボス２６と第２金属ボス２８との間に配置される。内側スリーブ２０は、２つのチャンバー、即ち、気体側チャンバー２９と流体側チャンバー３１に分割される。気体側チャンバー２９は、窒素ガス、ヘリウムガス、或いは、この分野で公知の他の望ましいガスのような気体を収容するように構成される。流体側チャンバー３１は、炭化水素油、或いは、この分野で公知の他の望ましい流体又は気体を含むように構成される。この２つのチャンバー２９、３１は、引用によりここに組み込まれる特許文献１に開示されている。
【００２９】
この内側スリーブ２０は、修理を容易にするために、容易に取り外し及び交換ができるように構成することができる。第１金属ボス２６と第２金属ボス２８は、内側スリーブ２０を所定の位置に保持するものであることが好ましい。損傷した内側スリーブ２０は、安価に、簡単に修理又は取り外し、交換をすることができるものである。内側スリーブ２０は、例えば複合材料、シート状金属のような、軽量で、実質的に気体不透過性の材料によって製作することができる。
【００３０】
隙間空間３０が、シェル１８及び内側スリーブ２０の間に形成される。内側スリーブ２０とシェル１８の寸法は、隙間空間３０内に所望の量の気体を含むように選定することができる。
【００３１】
図４Ａ、図４Ｂは、第１軸方向蓋１４の好ましい実施形態を示す。該第１軸方向蓋１４は、アキュムレータシリンダー１２の流体側に設けられ、段差付き円周面に沿って設けられた溝３６内に置かれるＯリング３４を囲むバックリング３２のシールセットを、少なくとも１組か、好ましくは２組有することが望ましい。該軸方向蓋１４は、以下に説明されるマニュホールド及びリリーフ弁のような、流体及び気体を吸入及び排出するための、少なくとも１つ、好ましくは２つのポート４０、４２を有する。好ましい実施形態では、第１ポート４０が、スリーブ２０の気体側チャンバー２９に流体的に接続され、第１ポートよりも大きい開口であることが望ましい第２ポート４２が、スリーブ２０の流体側チャンバー３１に流体的に接続される。それぞれの流体ポートは、密閉のためにバックリング３２とＯリング３４とを有する。図４Ｂは、段差３８、３８’をもつ軸方向蓋１４の側面図を最適に示す。小さい径の円周面３８’が、気体不透過性のスリーブ２０と密閉状態で係合し、好ましくはネジ係合によってスリーブ２０の端部内に保持され、一方、大きい径の円周面３８は、気体不透過性のシェル１８と密閉状態で係合する。軸方向蓋１４をスリーブ２０にネジ係合すると、軸方向蓋１４からスリーブ２０に軸方向荷重を伝達することができる。つまり、この構成は、端部が塞がれた圧力容器のように作用するので、実質的に軸方向応力をスリーブ２０の壁に伝達する。この引張応力により、スリーブに軸方向歪を起こすことになる。スリーブは、上述したように炭素を巻装することによって、半径方向に支持されており、応力分布は実質的に一軸性応力として残る。軸方向蓋１４は、ピストン２２及びスリーブ２０の修理のために取り外し可能であり、また容易に交換することができる。この軸方向蓋１４は、アキュムレータシリンダー１２の一端部を密閉する。
【００３２】
図５Ａ、図５Ｂは、第２軸方向蓋１６の好ましい実施形態を示す。この第２軸方向蓋１６は、アキュムレータシリンダー１２の気体側に設けられ、軸方向蓋１４の段差付き円周面４４に沿って設けられた溝３６内に置かれるＯリング３４を囲むバックリング３２からなるシールセットを、少なくとも１組有することが望ましい。該軸方向蓋１６は、軸方向蓋１６の周縁部まわりに延びる、少なくとも１つ、望ましくは複数の内側溝４６を含んでおり、該溝は、スリーブ２０の気体側チャンバー２９から隙間空間３０に続く開口を形成して、スリーブ２０内の気体圧力を均等化する。図５Ｂは、軸方向蓋１６の側面図を示すもので、該軸方向蓋１６は、周縁部４４のまわりに延びる溝４６を有する。軸方向蓋１６は、好ましくはネジ係合によりスリーブ２０の端部に固定される。軸方向蓋１６のスリーブ２０に対するネジ係合は、軸方向蓋１６からスリーブ２０への軸方向荷重の伝達機能をもたらす。その結果、この構成は、端部が塞がれた圧力容器のように作用することになるので、大きな軸方向応力をスリーブ２０壁にもたらすことになる。この引張応力により、スリーブに軸方向の歪が生じる。スリーブは、上述のように炭素巻装により半径方向で支持され、応力分布は実質的に一軸性の応力として残る。軸方向蓋１６は、アキュムレータシリンダー１２の一端部を密閉するものである。
【００３３】
図５Ｃ、図５Ｄは、軸方向蓋１４、１６をスリーブ２０の端部に係合する代替手段を示す。図５Ｃを参照すると、ベアリングウエッジ６０が、スリーブ２０及び軸方向蓋１４、１６のそれぞれに対応する境界面６２、６４内に、取り外し可能に嵌め込まれることにより、軸方向蓋１４、１６をスリーブ２０に着脱可能に固定することができる。別な係合手段が図５Ｄに示されており、この係合手段では、ベアリングローラ７０が、スリーブ２０及び軸方向蓋１４、１６のそれぞれに対応する境界面７２、７４内に、取り外し可能に嵌め込まれることによって、軸方向蓋１４、１６をスリーブ２０に着脱可能に固定することができる。ベアリングウエッジ６０とベアリングローラ７０を採用することの有利性は、費用のかかるネジ製作を無くして、迅速容易な組立を可能にすることである。図５Ｃ、図５Ｄの実施形態では、軸方向蓋１４、１６に加わるどのような軸方向荷重も、ウエッジ６０又はローラ７０により吸収され、シェル１８とオーバーラップ２４によって吸収できるような荷重が伝達されることになる。
【００３４】
図６Ａ、図６Ｂは、この分野で良く知られる摩耗リング２３とＯリング２５を配置したアキュムレータピストン２２’を含むピストン組立体を示す。
【００３５】
図７Ａ、図７Ｂは、２つのシリンダー１２を有し、軸方向蓋１４がマニュホールドハウジング４８によって連結された、超軽量で小型のアキュムレータ１０を示す。通常の鋼材流体管のような、耐圧性を有する伝送媒体の何れかを介して、補助シリンダー５０を、シリンダー１２と流体的に連通させることができる。
【００３６】
図８は、複数のシリンダー１２を軸方向蓋１４において連結するマニュホールドハウジングの拡大図を示す。該マニュホールドハウジング４８は、２つの個別のシリンダー１２の２つの気体ポート４０を流体的に連通する気体マニュホールド５４と、その同じシリンダー１２が有する２つの流体ポート４２を連通する流体マニュホールド５６とを有する。マニュホールド４８を軸方向蓋１４に固定するための端部キャップ５８が、マニュホールドハウジング４８から延びて、気体マニュホールド５４及び流体マニュホールド５６の両者と流体的に連通する。該端部キャップ５８は、気体マニュホールド５４及び流体マニュホールド５６の両者と流体的に連通するリリーフ弁６０を支持する。マニュホールドハウジング４８及びリリーフ弁６０は、該リリーフ弁６０が気体マニュホールド５４及び流体マニュホールド５６の両者と流体的に連通しているものであれば、いかなる形態にでも、またアキュムレータ１０組立体内のどこにでも配置できるように構成することができる。
【００３７】
補助シリンダー５０は、配管５２によりマニュホールドハウジング４８と流体的に連通される。図においては、補助シリンダー５０は、配管６２により気体マニュホールド５４と流体的に連通させられることにより、補助シリンダー５０が、アキュムレータ１０に必要に応じて供給することのできる圧縮気体を含んでいる。他の実施形態では、補助シリンダー５０が、図示されるような配管によって、流体マニュホールド５６と流体的に接続される流体を含むものとすることもできる。補助的な流体を、アキュムレータ１０に必要に応じて供給することができる。
【００３８】
リリーフ弁６０は、マニュホールド５６内の排出用リリーフポート６４を介する大気との連通が、バネ付勢により閉じられており、過剰な圧力を開放するために、すなわちアキュムレータ１０から過剰な気体又は過剰な流体を大気中に排出するために、開かれる。アキュムレータ１０は、押し出された気体又は流体を受け取るために、アルミニウム成形ハウジングのようなハウジング１００（図７Ａ、７Ｂ参照）内に配置されることが好ましい。更に、該ハウジング１００は、アキュムレータ１０の全体構成を定めるものとなる。例えば、ハウジング１００が大容積である場合には、シリンダー２０は、必要により多量の気体又は流体を収容できるように、延長した長さとすることができ、これによって補助シリンダー５０の必要性を省くことができる。代替的には、アキュムレータ１０が必要とする気体量又は流体量を増すために、ハウジング１００内に収まる寸法及び形状のシリンダー２０の数は、いくつでもよい。上述したように、各マニュホールドハウジング４８は、アキュムレータ１０の要求を満たすように独立して形作られる一方で、各シリンダー１２の流体ポート４２及びこの対応する気体ポート４０の流体的な連通は維持され、軸方向蓋１４はシリンダー１２の一端部に固定される。シリンダー１２がハウジング１００内部に配置される場合には、軸方向蓋１４、１６を有するスリーブ２０には、引張応力のみが集中する。シリンダー１２のシェル１８は、したがって、ハウジング１００に対して膨み、応力吸収するハウジング１００構造に依存して、シェル１８がハウジング１００の外側へ拡大することが防止され、円周方向応力のような、如何なる応力にも対応することができる。もしシェル１８が膨んで損傷すると、シェル１８は容易に交換することができる。更に上記したように、スリーブ２０も容易に交換することができる。実際には、この新規なアキュムレータ１０の構成は、マニュホールドハウジング４８、軸方向蓋１４、１６、更に補助シリンダー５０の交換も含めて、組立体の各部品を容易に交換するのに適している。代替的には、この新規なアキュムレータ１０の構成は、必要によりアキュムレータ１０の組立体を簡単に拡大したり、縮小したりするに相応しいものである。
【００３９】
以上の説明から、この分野における当業者は、本発明の本質的な特徴を容易に確認することができ、又本発明の精神と範囲から逸脱することなく、様々の使用状態に適するように、本発明に種々の変更及び改変を加えることが可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  小型アキュムレータ
１２  シリンダー
１４  軸方向蓋
１６  軸方向蓋
１８  気体不透過性のシェル
２０  気体不透過性のスリーブ
２２  ピストン
２９  気体側チャンバー
３１  流体側チャンバー
４０  気体ポート
４２  流体ポート
４８  マニュホールドハウジング
５４  気体マニュホールド
５６  流体マニュホールド
５８  端部キャップ
６０  リリーフ弁
１００  ハウジング
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【国際調査報告】
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