(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも端部のうちの１つが流体チャンバ（２７）により閉じられているシリンダ（８）中を移動するピストン（２）のために提供され、前記ピストン（２）が、少なくとも１つの固定スカート（５）を含み、かつ、一方において、任意の機械的な油圧または空圧伝達手段（３３）に力を及ぼすためにピストン支持面（４）を有し、他方において、前記流体チャンバ（２７）に露出し、流体（３６）の圧力を受けることができる圧縮面（１１）を有する少なくとも１つのピストンヘッド（３）を備える、ピストン用封止デバイス（１）であって、
小さい隙間で前記シリンダ（８）に中に収容され、前記圧縮面（１１）側の前記ピストンヘッド（３）の延長部分および前記ヘッド（３）の軸に配置された、円筒形状の少なくとも１つの摺動スカート（６）であって、前記摺動スカート（６）が、前記ヘッド（３）に関して長手方向に並進して移動することを可能にする機械的スカート間接続（７）により、前記ヘッド（３）に接続されている、少なくとも１つの摺動スカート（６）と、
前記摺動スカート（６）の内側に配列され、前記摺動スカート（６）を軸方向に貫通する少なくとも１つの圧力伝達チャネル（１０）と、
前記固定スカート（５）と前記摺動スカート（６）との間に介挿され、前記圧力伝達チャネル（１０）を介して前記流体（３６）の前記圧力を受ける内側円筒セグメント面（１２）、前記シリンダ（８）と接触することが可能な外側円筒セグメント面（１３）、前記固定スカート（５）と直接的にまたは間接的に封止接触を保つ、前記固定スカート側の軸方向セグメント面（１４）、および、前記摺動スカート（６）と直接的にまたは間接的に封止接触を保つ、前記摺動スカート側の軸方向セグメント面（１５)を備える、連続する環状形態の少なくとも１つの拡張可能な連続セグメント（９）と、
前記摺動スカート（６）を前記固定スカート（５）に近づけ、前記拡張可能な連続セグメント（９）を軸方向に圧縮する傾向がある少なくとも１つの摺動スカートばね（１６）と
を備えることを特徴とし、かつ
その外径が前記シリンダ（８）の内径よりも実質的に小さく、２つの拡張可能な連続セグメント（９）の間に直接的にまたは間接的に介挿された、連続する環状形態の少なくとも１つの拡張可能な連続ロック解除セグメント（３５）であって、前記拡張可能な連続ロック解除セグメント（３５）が、前記圧力伝達チャネル（１０）を介して前記流体（３６）の前記圧力を受ける内側円筒ロック解除セグメント面（３７）、前記シリンダ（８）を一緒に近づけることができる外側円筒ロック解除セグメント面（３８）、および各々が前記２つの拡張可能な連続セグメント（９）のうちの１つとの封止接触を直接的にまたは間接的に保つ２つの軸方向ロック解除セグメント面（３９）を備えることを特徴とする、
ピストン用封止デバイス（１）。
【請求項２】
前記機械的スカート間接続（７）が、前記圧縮面（１１）と一体であり、前記摺動スカート（６）中に軸方向に配列されたマンドレルオリフィス（１８）と協働するマンドレル（１７）からなり、前記マンドレル１７が、前記オリフィス（１８）中に収容されることを特徴とする、請求項１に記載のピストン用封止デバイス。
【請求項３】
前記摺動スカートばね（１６）が、一方が前記マンドレル（１７）の端部上で支持され、他方が前記摺動スカート（６）上で支持される弾性ワッシャー（１９）であることを特徴とする、請求項２に記載のピストン用封止デバイス。
【請求項４】
前記シリンダ（８）の内径よりも外径が実質的に小さい少なくとも１つのフローティングプレート（２１）が、前記拡張可能な連続セグメント（９）と前記固定スカート（５）との間に、または前記セグメント（９）と前記摺動スカート（６）との間に直接的にまたは間接的に介挿されており、前記固定スカート側の前記軸方向セグメント面（１４）および／または前記摺動スカート側の前記軸方向セグメント面（１５）が、前記プレート（２１）との封止接触を保ち、前記機械的スカート間接続（７）が前記プレート（２１）を貫通することを可能にする少なくとも１つの軸方向プレートオリフィス（３１）が横断していることを特徴とする、請求項１に記載のピストン用封止デバイス。
【請求項５】
前記フローティングプレート（２１）が、前記摺動スカート（６）に関して、または前記固定スカート（５）に関して前記プレート（２１）を径方向にセンタリングする傾向があるプレートセンタリング手段（２３）を含み、前記手段（２３）が、前記スカート（５、６）の一方もしくは他方上に、または前記機械的スカート間接続（７）上に直接的にまたは間接的に支持されていることを特徴とする、請求項４に記載のピストン用封止デバイス。
【請求項６】
前記フローティングプレート（２１）が、前記摺動スカート（６）に関する、または前記固定スカート（５）に関する前記拡張可能な連続セグメント（９）の径方向センタリングのために協働するセグメント溝（２２）を含むことを特徴とする、請求項４に記載のピストン用封止デバイス。
【請求項７】
前記固定スカート（５）が、前記スカート（５）の外側円筒表面上に配列されたスクレーパー溝（２５）中に収容された少なくとも１つのスクレーパーセグメント（２４）を含むことを特徴とする、請求項１に記載のピストン用封止デバイス。
【請求項８】
前記外側円筒セグメント面（１３）が、少なくとも１つの軸方向マイクロリーク溝（２６）を含むことを特徴とする、請求項１に記載のピストン用封止デバイス。
【請求項９】
前記摺動スカート（６）が前記スカート（６）に関して前記拡張可能な連続セグメント（９）をセンタリングするために前記内側円筒セグメント面（１２）と協働する拡張可能な連続セグメントセンタリング手段（４０）、および／または前記スカート（６）に関して前記拡張可能な連続ロック解除セグメント（３５）をセンタリングするために前記内側円筒ロック解除セグメント面（３７）と協働するロック解除セグメントセンタリング手段（４１）を有することを特徴とする、請求項１に記載のピストン用封止デバイス。
【請求項１０】
前記拡張可能な連続セグメント（９）および／または前記拡張可能な連続ロック解除セグメント（３５）が、センタリングリングセンタリング手段（４９）によりそれ自体が前記摺動スカート（６）に関してセンタリングされるセンタリングリングによって、前記摺動スカート（６）に関して概センタリング状態を保つことを特徴とする、請求項１に記載のピストン用封止デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストン用封止デバイスに関し、詳細には、高圧下で動作する任意のピストンに適合する封止デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ピストンは、特に、気体を圧縮するために、液体をポンピングするために、気体の膨張によって生じた働きを１つにするために、あるいは、圧力下における液体流を機械の働きへと変換するために、多数の機械において使用される。
【０００３】
ピストンの封止と、上記封止を得るために使用される手段により発生した摩擦による損失との間に許容可能な妥協点を見出すことは困難である。実際には、ピストンの封止デバイスの最終エネルギー収支は、主に、含むことができない漏れとそれらが発生させた摩擦とに起因するエネルギー損失の和の結果として生じる。
【０００４】
摩擦より発生し得る損失を最も低くしながら可能な限り緊密に封止されたピストンを有することを必要にする最も過酷な適用例は、特に油圧伝達システムのために企図された、軸方向ピストンまたは半径方向ピストンをもつ高圧のまたはさらに非常に高圧のオイルポンプを含む。
【発明の概要】
【０００５】
封止を達成するには、ピストンとそのシリンダとの間に小さい隙間を提供する方法がある。上記隙間は、機械の精密加工によって得られる。この手法は、数十から数百バールの圧力では効果的である。しかしながら、たとえば、１５００バールまたは２０００バールの超高圧下では、上記超高圧を受けることにより、ピストンが収容されるシリンダの直径が増大することにより、上記シリンダと上記ピストンとの間の公称隙間が大幅に増大するため、上記手法では、油漏れ率の増加につながる。
【０００６】
代替的手法は、ピストンの外周に配列された溝に収容される封止を提供することからなる。しかるに、前述した超高圧下では、上記封止は、その溝中で変形し、シリンダに対して高圧を及ぼし、摩擦により高損失を発生させて、装備したオイルポンプの最終出力を損なう。さらに、シリンダの直径が圧力とともに増大するにつれて、上記封止は、上記ピストンと上記シリンダとの間のより大きい隙間おいて必要な封止を保証しなければならず、それにより、圧力の影響を受けて上記封止を押し出し、上記封止の破壊につながる傾向がある。
【０００７】
別の手法は、ピストンを備えるオイルポンプを提供することであって、そのピストンの本体の全部または一部が、圧力により、上記ピストンがその中を移動するシリンダが受けるものに匹敵する変形を上記本体が受けるような剛性を有する、オイルポンプを提供することからなる。この手法は、上記ピストンと上記シリンダとの間に小さい隙間を保持することを可能にし、たとえば、「ＩＮＮＡＳ」社により、「ＩＮＮＡＳ」社の「フローティングカップ」油圧ポンプを製造するために採用されてきた。しかるに、上記手法は、ピストンの本体の剛性に実質的に匹敵する剛性を有するシリンダを備える場合にしか機能しないという欠点を有し、それは、高圧範囲内において、上記シリンダおよび上記ピストンの材料を極端に制限することにつながる。
【０００８】
カップセグメントは、上記カップの領域における油漏れ率が過剰であるので、超高圧下で動作するピストンには適さない。さらに、上記カップは、上記圧力の影響を受けてシリンダの直径が増大するにつれてより大きくなる。これにより、装備されるオイルポンプの容積効率が低減する。さらに、上記シリンダの壁に対して上記セグメントにより及ぼされる圧力は、上記圧力が上昇するにつれてより大きくなる。この圧力上昇の影響により、上記セグメントと上記シリンダとの間の接触領域における摩擦による損失が増大し、それにより、上記オイルポンプの機械効率が低減する。
【０００９】
特に、全般的にはピストンと関連する、特に、高圧オイルポンプのピストンと関連するこれらの様々な問題を解決するために、本発明によるピストン用封止デバイスは、採用される実施形態に応じて、以下のことを可能にする。
・ロバストでかつ耐久性のある方法で、２，０００バール以上に達する極めて高い圧力下におかれた流体を任意のピストンが含む場合を含めて、上記圧力により上記シリンダが相当な変形を受けるにもかかわらず、上記ピストンとそれが協働するシリンダとの間に高度の封止を達成すること。
・上記ピストンと上記ピストンと協働するシリンダに対して流体が及ぼす圧力にかかわらず、摩擦による損失を小さくする、あるいは緩和すること。
【００１０】
さらに、本発明によるピストン用封止デバイスは、適度な製造コストを有するために提供され、任意の複雑な実装プロセスまたは高価な材料を使用しない。
【００１１】
当業者に知られるオイルポンプの半径方向ピストンまたは軸方向ピストンにその適用例に加えて、本発明によるピストン用封止デバイスは、少なくとも１つのピストンを備える任意の機械または装置に適用され、上記機械または上記装置は、限定されることなく、ポンプ、発動機またはジャッキである、あるいは、たとえば、圧力分配器またはブースタである。本発明による封止デバイスはまた、たとえいかなるものでも、シリンダとともに、または、任意のピストンに対して相補的形状の任意の他の凹型形状とともに封止を生成し、気体、液体または半固体元素を含有する、任意のタイプの任意のピストンに適用され得る。
【００１２】
本発明の他の特徴は、本明細書に記載され、また、主要な請求項に直接的にまたは間接的に従属する従属請求項に記載される。
【００１３】
本発明によるピストン用封止デバイスは、少なくとも端部のうちの１つが流体チャンバにより閉じられているシリンダ中を移動するピストンために提供され、上記ピストンが、少なくとも１つの固定スカートを含み、かつ、一方において、任意の機械的な油圧または空圧伝達手段に力を及ぼすためにピストン支持面を有し、他方において、流体チャンバに露出し、流体の圧力を受けることができる圧縮面を有する、少なくとも１つのピストンヘッドを備え、上記デバイスが、
・小さい隙間でシリンダに中に収容され、圧縮面側のピストンヘッドの延長部分に、ヘッドの軸に配置された、円筒形状の少なくとも１つの摺動スカートであって、上記摺動スカートが、ヘッドに関して長手方向に並進して移動することを可能にする機械的スカート間接続により、上記ヘッドに接続されている、少なくとも１つの摺動スカートと、
・摺動スカートの内側に配列され、摺動スカートを軸方向に貫通する少なくとも１つの圧力伝達チャネルと、
・ 固定スカートと摺動スカートとの間に介挿され、圧力伝達チャネルを介して流体の圧力を受ける内側円筒セグメント面、シリンダと接触することが可能な外側円筒セグメント面、固定スカートと直接的にまたは間接的に封止接触を保つ、固定スカート側の軸方向セグメント面、および、摺動スカートと直接的にまたは間接的に封止接触を保つ、摺動スカート側の軸方向セグメント面を備える、連続する環状形態の少なくとも１つの拡張可能な連続セグメントと、
・摺動スカートを固定スカートに近づけ、拡張可能な連続セグメントを軸方向に圧縮する傾向がある少なくとも１つの摺動スカートばねとを備える。
【００１４】
本発明によるピストン用封止デバイスは、圧縮面と一体であり、摺動スカート中に軸方向に配列されたマンドレルオリフィスと協働するマンドレルからなる機械的スカート間接続を備え、マンドレルは、上記オリフィス中に収容されている。
【００１５】
本発明によるピストン用封止デバイスは、一方がマンドレルの端部上で支持され、他方が摺動スカートで支持される弾性ワッシャーである摺動スカートばねを備える。
【００１６】
本発明によるピストン用封止デバイスは、シリンダの内径よりも外径が実質的に小さく、拡張可能な連続セグメントと固定スカートとの間に、または上記セグメントと摺動スカートとの間に直接的にまたは間接的に介挿された少なくとも１つのフローティングプレートを備え、固定スカート側の上記軸方向セグメント面および／または摺動スカート側の軸方向セグメント面が、上記プレートとの封止接触を保ち、機械的スカート間接続が上記プレートを貫通することを可能にする少なくとも１つの軸方向プレートオリフィスが横断している。
【００１７】
本発明によるピストン用封止デバイスは、特に図８を見ると分かる、摺動スカートに関して、または固定スカートに関して上記プレートを径方向にセンタリングする傾向があるフローティングプレートを含み、上記手段は、上記スカートの一方もしくは他方上に、または機械的スカート間接続上に直接的にまたは間接的に支持されている。
【００１８】
本発明によるピストン用封止デバイスは、摺動スカートに関する、または固定スカートに関する拡張可能な連続セグメントの径方向センタリングのために協働するセグメント溝を含むフローティングプレートを備える。
【００１９】
本発明によるピストン用封止デバイスは、固定スカートであって、上記スカートの外側円筒表面上に配列されたスクレーパー溝中に収容された少なくとも１つのスクレーパーセグメントを含む、固定スカートを備える。
【００２０】
本発明によるピストン用封止デバイスは、少なくとも１つの軸方向マイクロリーク溝を含む外側円筒セグメント面を備える。
【００２１】
本発明によるピストン用封止デバイスは、固定スカートおよび／または摺動スカートとの封止を直接的にまたは間接的に生成するために、可撓性材料で作製された少なくとも１つの円形封止継手と協働する内側円筒セグメント面を備える。
【００２２】
本発明によるピストン用封止デバイスは、内側円筒セグメント面の長さの軸方向部分であって、拡張可能な連続セグメントが、その軸方向長さのすべてにわたって、径方向では、摺動スカート側よりも、固定スカート側で厚くなく、剛性が低く、外側円筒セグメント面が、その一部については、上記セグメントの軸方向長さのすべてにわたって、ほぼ同じ直径のままであるような方法で、平均して、摺動スカートに最も近接している上記内側円筒面の長さの軸方向部分よりも大きい直径を有する、固定スカートに最も近接した内側円筒セグメント面の長さの軸方向部分を備える。
【００２３】
本発明によるピストン用封止デバイスは、その外径が上記シリンダの内径よりも実質的に小さく、２つの拡張可能な連続セグメントの間に直接的にまたは間接的に介挿された、連続する環状形態の少なくとも１つの拡張可能な連続ロック解除セグメントを備え、上記拡張可能な連続ロック解除セグメントが、圧力伝達チャネルを介して流体の圧力を受ける内側円筒ロック解除セグメント面、シリンダを一緒に近づけることができる外側円筒ロック解除セグメント面、および各々が２つの拡張可能な連続セグメントのうちの１つとの封止接触を直接的にまたは間接的に保つ２つの軸方向ロック解除セグメント面を備える。 
【００２４】
本発明によるピストン用封止デバイスは、摺動スカートであって、上記スカートに関して拡張可能な連続セグメントをセンタリングするために内側円筒セグメント面と協働する拡張可能な連続セグメントセンタリング手段、および／または上記スカートに関して上記拡張可能な連続ロック解除セグメントをセンタリングするために内側円筒ロック解除セグメント面と協働するロック解除セグメントセンタリング手段を有する、摺動スカートを備える。
【００２５】
本発明によるピストン用封止デバイスは、センタリングリングセンタリング手段によりそれ自体が摺動スカートに関してセンタリングされるセンタリングリングによって、上記スカートに関して概センタリング状態を保つ、拡張可能な連続セグメントおよび／または上記拡張可能な連続ロック解除セグメントを備える。 
【００２６】
非限定的な例としての添付の図面に関する以下の説明により、本発明、本発明が提示する特徴、および本発明が提供することができる利点をよく理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明によるピストン用封止デバイスの立体図である。
【図２】本発明によるピストン用封止デバイスの分解立体図である。
【図３】フローティングプレートにより互いから離隔している３つの拡張可能な連続セグメントを備え、上記セグメントは各々、センタリングリングにより摺動スカートに関して概センタリング状態を保つ、本発明によるピストン用封止デバイスの概略断面図である。
【図４】３つの拡張可能な連続セグメント、および２つの拡張可能な連続ロック解除セグメントを備え、上記セグメントが、フローティングプレートにより互いに離隔しており、センタリングリングにより摺動スカートに関して概センタリング状態を保つ、本発明によるピストン用封止デバイスの概略断面図である。
【図５】フローティングプレートにより互いから離隔している３つの拡張可能な連続セグメントを備え、そのセグメント溝が、摺動スカートに関する上記セグメントのセンタリングを保証する、本発明によるピストン用封止デバイスの概略断面図である。
【図６】３つの拡張可能な連続セグメントを備え、それらの間に拡張可能な連続ロック解除セグメントが介挿され、摺動スカートが、拡張可能な連続セグメントセンタリング手段およびロック解除セグメントセンタリング手段を有する、本発明によるピストン用封止デバイスの概略断面図である。
【図７】拡張可能な連続ロック解除セグメントがそれらの間に介挿された３つの拡張可能な連続セグメントを示す、本発明によるピストン用封止デバイスの概略部分断面図であり、上記セグメントは、一方では互いに関して封止され、もう一方では円形の封止継手により固定スカートおよび摺動スカートに関して封止されている。
【図８】本発明によるピストン用封止デバイスに含まれ得るような拡張可能な連続セグメントおよび拡張可能な連続ロック解除セグメント、ならびに、上記セグメントが協働する、フローティングプレートおよびセンタリングリングの立体分解図である。
【図９】図９〜図１６は、３つの拡張可能な連続セグメントを備え、それらの間に拡張可能な連続ロック解除セグメントが介挿されているときの、本発明によるピストン用封止デバイスの動作を示す概略部分断面図である。
【図１０】図９〜図１６は、３つの拡張可能な連続セグメントを備え、それらの間に拡張可能な連続ロック解除セグメントが介挿されているときの、本発明によるピストン用封止デバイスの動作を示す概略部分断面図である。
【図１１】図９〜図１６は、３つの拡張可能な連続セグメントを備え、それらの間に拡張可能な連続ロック解除セグメントが介挿されているときの、本発明によるピストン用封止デバイスの動作を示す概略部分断面図である。
【図１２】図９〜図１６は、３つの拡張可能な連続セグメントを備え、それらの間に拡張可能な連続ロック解除セグメントが介挿されているときの、本発明によるピストン用封止デバイスの動作を示す概略部分断面図である。
【図１３】図９〜図１６は、３つの拡張可能な連続セグメントを備え、それらの間に拡張可能な連続ロック解除セグメントが介挿されているときの、本発明によるピストン用封止デバイスの動作を示す概略部分断面図である。
【図１４】図９〜図１６は、３つの拡張可能な連続セグメントを備え、それらの間に拡張可能な連続ロック解除セグメントが介挿されているときの、本発明によるピストン用封止デバイスの動作を示す概略部分断面図である。
【図１５】図９〜図１６は、３つの拡張可能な連続セグメントを備え、それらの間に拡張可能な連続ロック解除セグメントが介挿されているときの、本発明によるピストン用封止デバイスの動作を示す概略部分断面図である。
【図１６】図９〜図１６は、３つの拡張可能な連続セグメントを備え、それらの間に拡張可能な連続ロック解除セグメントが介挿されているときの、本発明によるピストン用封止デバイスの動作を示す概略部分断面図である。
【図１７】本発明によるピストン用封止デバイスのために提供され得るような、拡張可能な連続セグメントの切欠立体図であり、上記セグメントの横断面をより詳細に示す概略横断面が含まれる。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１〜図１７は、ピストン用封止デバイス１、その構成要素の様々な詳細、その変形形態、およびそのアクセサリーを示している。
【００２９】
ピストン用封止デバイス１は、少なくとも端部のうちの１つが流体チャンバ２７により閉じられているシリンダ８中を移動するピストン２のために提供され、上記ピストン２は、少なくとも１つの固定スカート５を含み、かつ、一方において、任意の機械的な油圧または空圧伝達手段３３に力を及ぼすためにピストン支持面４を有し、他方において、流体チャンバ２７に露出し、流体３６の圧力を受けることができる圧縮面１１を有する少なくとも１つのピストンヘッド３を備える。
【００３０】
伝達手段３３は、たとえば、図１〜図６に示すようなストラット３４であり得ることに留意されたい。
【００３１】
特に図３から図６を見ると、ピストン用封止デバイス１は、小さい隙間でシリンダ８中に収容され、圧縮面１１側のピストンヘッド３の延長部分に、上記ヘッド３の軸に配置された、円筒形状の少なくとも１つの摺動スカート６を備え、上記摺動スカート６は、上記ヘッド３に対して長手方向に並進して移動することを可能にする機械的スカート間接続７により、上記ヘッド３に接続されており、上記機械的接続７は、上記スカート６とともに、摺動接続、摺動回動接続、摺動ボール継手接続、または任意の他のタイプの接続を規定し、小さい隙間が上記スカート６との間に残り、シリンダ８が封止を構成することが分かる。
【００３２】
ピストン用封止デバイス１はまた、摺動スカート６の内側に配列され、この摺動スカート６を軸方向に貫通する少なくとも１つの圧力伝達チャネル１０を備える。
【００３３】
上記デバイス１はまた、固定スカート５と摺動スカート６との間に介挿され、圧力伝達チャネル１０を介して流体３６の圧力を受ける内側円筒セグメント面１２、シリンダ８と接触することが可能な外側円筒セグメント面１３、固定スカート５と直接的にまたは間接的に封止接触を保つ、固定スカート側の軸方向セグメント面１４、および、摺動スカート６と直接的にまたは間接的に封止接触を保つ、摺動スカート側の軸方向セグメント面１５を備える、連続する環状形態の少なくとも１つの拡張可能な連続セグメント９を備え、流体チャンバ２７中の圧力がゼロであるとき、上記セグメント９がいかなるカップも含まず、上記セグメント９は、流体３６により圧力伝達チャネル１０を介して内側円筒セグメント面１２に及ぼされる特定の圧力を超えた場合、外側円筒セグメント面１３がその全周にわたってシリンダ８と接触するように、シリンダ８と直径隙間を残し、半径厚さを有する。
【００３４】
図１７に明確に示した本発明によるデバイス１の代替実施形態によれば、接触線４２は、外側円筒セグメント面１３上に突き出して配列され得ることに留意されたい。上記線４２は、固定スカート５の方向に配向された上記線４２側には、緩傾斜の長い勾配４３が形成され、摺動スカート６の方向に配向された上記線４２側には、急傾斜の短い勾配４４が形成されるような方法で、摺動スカート６の方向に拡張可能な連続セグメント９の軸方向長さ上で実質的に偏心し得る。
【００３５】
拡張可能な連続セグメント９、摺動スカート６または固定スカート５は、窒化され得る、接合され得る、ならびに／あるいはＤＬＣ（ダイヤモンド様炭素）で、あるいは、硬質なおよび／または摩擦係数が低い任意の他の被覆剤で被覆され得ることが規定される。外側円筒セグメント面１３は、クラウンをもつ、シンプルな勾配をもつ、二重勾配をもつ、ショルダーをもつ、複雑な形状をもつ、あるいは、一般にはセグメントに適用可能であり、上記面１３とシリンダ８との間の接触圧力の制御、上記面１３と上記シリンダ８との間に形成される油膜の厚さの制御、または拡張可能な連続セグメント９の捻じれ運動、傾斜運動もしくは撓み運動の制御を可能にする任意のジオメトリをもつ外形を有することができることに留意されたい。
【００３６】
さらに、外側円筒セグメント面１３の外形は、拡張可能な連続セグメント９が、シリンダ８との接触線の両側で上記面１３が受ける圧力の平衡化の影響を受けて素早く後退することを可能にするために斜角を付けてもよい。また、固定スカート側の軸方向セグメント面１４、および／または摺動スカート側の軸方向セグメント面１５ならびに／あるいはスカート５および／または摺動スカート６は、上記面１４、１５と上記スカート５、６との間の最良の可能な封止を保証するために、上記面１４、１５と上記スカート５、６との間の接触面を低減することを可能にする軸方向環状突起２８を有することができる。
【００３７】
上記面１４、１５が、拡張可能な連続ロック解除セグメント３５またはフローティングプレート２１と接触している場合に同じことがあてはまり、本発明による封止デバイスの特定の実施形態によれば、このフローティングプレート２１は同様に、軸方向環状突起２８を含むことができる。
【００３８】
図２〜図６に示すように、ピストン用封止デバイス１は、摺動スカート６を固定スカート５に近づけ、拡張可能な連続セグメント９を軸方向に圧縮する傾向がある少なくとも１つの摺動スカートばね１６を備え、上記ばね１６は、ベルビルワッシャー、任意のタイプの弾性ワッシャーでも、あるいは、ヘリカルワッシャー、ブレードワッシャー、トーションワッシャー、トラクションワッシャー、圧縮ワッシャー、または当業者に知られている任意のタイプとすることができる。
【００３９】
図２〜図６に示した本発明によるピストン用封止デバイス１の変形形態によれば、機械的スカート間接続７は、圧縮面１１と一体であり、摺動スカート６中に軸方向に配列されたマンドレルオリフィス１８と協働するマンドレル１７からなり得、上記マンドレル１７は、上記オリフィス１８中に収容され、円形または任意の他の可能なジオメトリの断面を有することができ、上記マンドレル１７とマンドレルオリフィス１８との間には十分な隙間が残され、それにより、圧力伝達チャネル１０を構成する空間が残り、この圧力伝達チャネル１０は、同様に、マンドレルオリフィス１８中におよび／またはマンドレル１７上に配列される少なくとも１つの長手方向溝の形態をとることができる。
【００４０】
摺動スカートばね１６は、一方がマンドレル１７の端部上で支持され、他方が摺動スカート６上で支持される弾性ワッシャー１９とすることができ、上記ワッシャー１９は、たとえば、図２、図４および図５に示すような絞りを含み得、その中心部は、マンドレル１７の端部に配列された停止溝２０中に部分的に収容され、上記ワッシャー１９はまた、図３および図６に示した別の代替実施形態によれば、上記溝２０中に収容されたサークリップ４６と協働する波形ばねワッシャー４５とすることができ、この場合、上記サークリップ４６と上記波形ばねワッシャー４５との間に平ワッシャー４７が介挿され得ることに留意されたい。
【００４１】
図２〜図５および図７〜図１６は、ピストン用封止デバイス１が、シリンダ８の内径よりも外径が実質的に小さく、かつ、拡張可能な連続セグメント９と固定スカート５との間に、または上記セグメント９と摺動スカート６との間に直接的にまたは間接的に介挿された少なくとも１つのフローティングプレート２１をも含むことができ、固定スカート側の軸方向セグメント面１４および／または摺動スカート側の軸方向セグメント面１５は、上記プレート２１との封止接触を保ち、機械的スカート間接続７が上記プレート２１を貫通することを可能にする少なくとも１つの軸方向プレートオリフィス３１が横断していることを示している。
【００４２】
フローティングプレート２１は、２つの拡張可能な連続セグメント９の間に、または、拡張可能な連続セグメント９と拡張可能な連続ロック解除セグメント３５との間に介挿され得ることに留意されたい。さらに、フローティングプレート２１は、窒化され得る、接合され得る、ならびに／あるいはＤＬＣ（ダイヤモンド様炭素）で、あるいは、硬質なおよび／または摩擦係数が低い任意の他の被覆剤で被覆され得る。
【００４３】
変形形態として、フローティングプレート２１は、特に図８を見ると分かり、摺動スカート６に関して、または固定スカート５に関して上記プレート２１を径方向にセンタリングする傾向があるプレートセンタリング手段２３を含むことができ、上記手段２３は、上記スカート５、６のうちの一方もしくは他方上に、または機械的スカート間接続７上に、またはさもなくば別のフローティングプレート２１上に直接的にまたは間接的に支持されている。
【００４４】
図５に示すように、フローティングプレート２１はまた、摺動スカート６に関する、または固定スカート５に関する拡張可能な連続セグメント９の径方向センタリングに協働するセグメント溝２２を含み得る。
【００４５】
フローティングプレート２１は、上記プレート２１のうちの１つの面から他の面へと流体３６を流すことを可能にする軸方向チャネル、および／または上記プレート２１の中央から外周に向かって流体３６が流れることを可能にする別の径方向チャネル、溝もしくはボアを含むことができることに留意されたい。
【００４６】
図１〜図５および図７を見ると分かるように、ピストン用封止デバイス１の固定スカート５は、上記スカート５の外側円筒表面上に配列されたスクレーパー溝２５中に収容された少なくとも１つのスクレーパーセグメント２４を含むことができ、上記セグメント２４は、固定スカート５と摺動スカート６との間に蓄積された油を常に保つような方法で、シリンダ８の内壁と永続的に接触したままであり、耐摩擦性および／または耐摩耗性材料を含むことも含まないこともある、あるいは、単純な継手または混用継手であり得る、あるいは、カップを含む金属リングであり得る、ゴムまたは弾性材のような可撓性材料で作製され得る。
【００４７】
可撓性材料で作製される場合には、スクレーパーセグメント２４は、窒化され得る、接合され得る、ならびに／あるいはＤＬＣ（ダイヤモンド様炭素）で、あるいは、硬質なおよび／または摩擦係数が低い任意の他の被覆剤で被覆され得る。上記セグメント２４は、クラウンをもつ、円錐形の、あるいは、一般にはセグメントに適用可能であり、上記シリンダ８に対して上記セグメント２４により及ぼされる接触圧力の制御、または、上記セグメント２４と上記シリンダ８との間に形成される油膜の厚さの制御、あるいは、上記セグメント２４の捻じれ運動、傾斜運動もしくは撓み運動の制御をも可能にする任意のジオメトリを有する外形を含むことができることに留意されたい。
【００４８】
図３、図５および図７において、スクレーパー溝２５は、有利には、固定スカート５の軸方向外周に生成されたボア２９によって構成することができ、上記ボア２９は、ボアワッシャー３０と協働し、この構成により、非常に小さい直径のピストン２にスクレーパーセグメント２４を装着することが可能になることが留意されよう。
【００４９】
図１７に示した変形形態によれば、外側円筒セグメント面１３は、外側円筒セグメント面１３が上記シリンダ８と接触しているときに、圧力を受けた非常に少量の油が拡張可能な連続セグメント９とシリンダ８との間を通過することを可能にする少なくとも１つの軸方向マイクロリーク溝２６を含むことができる。
【００５０】
図７において、内側円筒セグメント面１２は、固定スカート５および／または摺動スカート６との封止を直接的にまたは間接的に生成するために、可撓性材料で作製された少なくとも１つの円形封止継手３２と協働することができ、上記継手３２は、ラウンド状断面、スクエア状断面、多角形断面、複雑な断面、または当業者により達成可能な任意のジオメトリの断面を有し得、上記封止は、内側円筒セグメント面１２と固定スカート５および／または摺動スカート６との間に直接的に上記継手３２により生成され得ること、あるいは、上記面２１と上記スカート５、６との間に間接的に介挿された、少なくとも１つのフローティングプレート２１および／または拡張可能な連続ロック解除セグメント３５との封止を同時に生成することによって生成され得ることが留意されよう。
【００５１】
本発明によるピストン用封止デバイス１の変形形態によれば、拡張可能な連続セグメント９が、その軸方向長さのすべてにわたって、径方向では、固定スカート側５で、摺動スカート６側よりも厚くなく、剛性が低く、外側円筒セグメント面１３が、その一部については、上記セグメント９の軸方向長さのすべてにわたって、ほぼ同じ直径のままであるような方法で、固定スカート５に最も近接している内側円筒セグメント面１２の長さの軸方向部分は、平均して、摺動スカート６に最も近接している上記内側円筒面１２の長さの軸方向部分よりも大きい直径を有することができる。
【００５２】
この特定のジオメトリにより、特に、拡張可能な連続セグメント９が、流体チャンバ２７の圧力の増大中に、摺動スカート６の方向に、圧力を受けた少量の油または任意の他の流体３６を、ポンプのように駆動することが可能になることが理解されよう。
【００５３】
この配列は、上記セグメント９が、ピストン２とシリンダ８との間に中間圧力の封止を生成するように要求される場合に当てはまり、この目的のために、一方における、最低圧力の上記封止を生成するために摺動スカート６に最も近接して配置された拡張可能な連続セグメント９と、他方における、最高圧力の上記封止を生成するために固定スカート５に最も近接して置かれた別の拡張可能な連続セグメント９との間に位置することに留意されたい。したがって、上記セグメント９が中間圧力で動作すると、シリンダ８と接触した後に生成され、流体チャンバ２７中の圧力が上昇し続けるポンプ効果によって、より低い圧力で動作し、摺動スカート６により近接して配置される直ぐ隣の拡張可能な連続セグメント９が、流体チャンバ２７の圧力の上記増大中に後退することが可能になる。この後退の効果は、本発明によるピストン用封止デバイス１により発生する摩擦を制限するために必要である。
【００５４】
図２および図４、ならびに図６〜図１６に示すように、本発明によるピストン用封止デバイス１は、その外径が、シリンダ８の内径よりも実質的に小さく、２つの拡張可能な連続セグメント９との間に直接的にまたは間接的に介挿された、連続する環状形態の少なくとも１つの拡張可能な連続ロック解除セグメント３５を含むことができ、上記拡張可能な連続ロック解除セグメント３５は、圧力伝達チャネル１０を介して流体３６の圧力を受ける内側円筒ロック解除セグメント面３７、シリンダ８を一緒に近づけることができる外側円筒ロック解除セグメント面３８、および各々が２つの拡張可能な連続セグメント９のうちの１つとの封止接触を直接的にまたは間接的に保つ２つの軸方向ロック解除セグメント面３９を備える。
【００５５】
上記ロック解除セグメント３７は、カップを含んでおらず、シリンダ８との直径方向隙間が残り、かつ、上記ロック解除セグメント３７と封止接触しており、固定スカート５に最も近接している拡張可能な連続セグメント９が、シリンダ８と接触した時点後に、上記ロック解除セグメント３７の外側円筒ロック解除セグメント面３８と上記シリンダ８との間に依然として特定の距離があるような径方向厚さを有することに留意されたい。拡張可能な連続セグメント９とシリンダ８との接触の確立後、流体チャンバ２７中の圧力が増大し続けるにつれて、外側円筒ロック解除セグメント面３８の直径が増大し続け、それにより、上記２つの拡張可能な連続セグメント９の上記面３８とシリンダ８との間に含まれる流体３６の圧力を増大させ、したがって、上記ロック解除セグメント３７と封止接触しており、摺動スカート６に最も近接している拡張可能な連続セグメント９のシリンダ８との接触線の両側で外側円筒セグメント面１３が受ける圧力を平衡化する傾向がある。
【００５６】
その結果、上記拡張可能な連続セグメント９は、上記ロック解除セグメント３７と封止接触しており、固定スカート５に最も近接している拡張可能な連続セグメント９に対して、ピストン２とシリンダ８との間の封止を保証するための責任を果たすような方法で、素早く後退することができる。拡張可能な連続ロック解除セグメント３５は、窒化され得る、接合され得る、ならびに／あるいはＤＬＣ（ダイヤモンド様炭素）で、あるいは、硬質なおよび／または摩擦係数が低い任意の他の被覆剤で被覆され得ることに留意されたい。
【００５７】
さらに、軸方向ロック解除セグメント面３９は、接触面を減らし、上記面３９と拡張可能な連続セグメント９との間の接触圧力を、または、上記面３９とフローティングプレート２１との間の接触圧力を増大させる軸方向環状突起２８を含むことができる。上記突起２８は、本発明によるピストン用封止デバイス１の封止を補強する。
【００５８】
特に図６を見ると、摺動スカート６は、変形形態として、上記スカート６に関して拡張可能な連続セグメント９をセンタリングするために内側円筒セグメント面１２と協働する拡張可能な連続セグメントセンタリング手段４０、および／または上記スカート６に関して拡張可能な連続ロック解除セグメント３５をセンタリングするために内側円筒ロック解除セグメント面３７と協働するロック解除セグメントセンタリング手段４１を有することができることが分かる。
【００５９】
図２〜図４および図８に表されたピストン用封止デバイス１の別の変形形態によれば、拡張可能な連続セグメント９および／または拡張可能な連続ロック解除セグメント３５は、たとえばマンドレル１７と協働することができるセンタリングリングセンタリング手段４９によってそれ自体が上記スカート６に関してセンタリングされるセンタリングリングによって、摺動スカート６に関して概センタリング状態を保つことができる。
【００６０】
機械的スカート間接続が上記リング４９を横断することを可能にする少なくとも１つの軸方向オリフィスがセンタリングリング４９を横断し、このセンタリングリングは、上記リング４９の１つの面から他の面へと流体３６を流すことを可能にする軸方向チャネル、および／または上記プレート４９の中央から外周に向かって流体３６が流れることを可能にする別の径方向チャネル、溝もしくはボアを含むことができることを留意されたい。
【００６１】
本発明の動作
固定スカート５と摺動スカート６との間に介挿された３つの拡張可能な連続セグメント９を備え、拡張可能な連続ロック解除セグメント３５が各セグメント９の間に介挿された、ピストン用封止デバイス１の動作は、非限定的な代替実施形態として上記デバイス１が示されている図９〜図１６について考察すると理解されよう。 
【００６２】
本発明による上記デバイス１のこの実施形態によれば、流体チャンバ２７は、圧力が可変である流体３６で満たされており、上記流体３６は油である。上記油の圧力の影響を受けて、ピストン２は、機械的伝達手段３３を押すことができ、これらの伝達手段は、図１〜図６に開示される非限定的な例によれば、ストラット３４の形態をとることが留意されよう。
【００６３】
封止デバイス１の動作の理解を促進するために、本明細書では、第１の拡張可能な連続セグメント９、摺動スカート６側から「低圧セグメントＡ」、第２の「中間圧力セグメントＢ」、および第３の「高圧セグメントＣ」について言及する。したがって、この上述のセグメントＣは、固定スカート５に最も近接して位置するセグメントである。
【００６４】
同様に、本明細書では、低圧セグメントＡと中間圧力セグメントＢの間に位置する拡張可能な連続ロック解除セグメント３５「低圧ロック解除セグメントＤ」について言及し、中間圧力セグメントＢと高圧セグメントＣの間に位置する拡張可能な連続ロック解除セグメント３５「中間圧力ロック解除セグメントＥ」についても言及する。
【００６５】
したがって、図９〜図１６に表された封止デバイス１は、４つの動作モードに応じたシリンダ８中のピストン２の封止を保証し、上記モードの各々は、流体チャンバ２７中に含まれている油により圧縮面１１に対して及ぼされ得る圧力範囲に対応する。
【００６６】
本発明によるデバイス１の動作の説明を簡略化するために、図９〜図１６の図にしたがって、拡張可能な連続セグメント９が軸方向環状突起２８を含み、環状突起のすべてが、同じ接触直径を有する場合についてのみ考察する。同様に、流体チャンバ２７において特定の油圧が優勢ではないときに、低圧セグメントＡの外側円筒セグメント面１３、中間圧力セグメントＢの外側円筒セグメント面１３、および高圧セグメントＣの外側円筒セグメント面１３が同じ直径を有することについて考察する。
【００６７】
したがって、本発明によるピストン用封止デバイス１の動作は以下の通りである。
【００６８】
図９に示したように流体チャンバ２７において低圧が優勢である場合には、ピストン２とシリンダ８との間の封止を保証するために、かつ、上記チャンバ２７中に含まれている油が、上記ピストン２と上記シリンダ８との間から流出すること防止するために、拡張可能な連続セグメント９を利用しない。この低レベルの圧力では、摺動スカート６と上記シリンダ８との間に存在する小さい隙間のみによって、上記封止が達成される。
【００６９】
流体チャンバ２７において優勢な圧力は低いが、それにもかかわらず、３つの拡張可能な連続セグメント９の各々の内側円筒セグメント面１２に、そして、２つの拡張可能な連続ロック解除セグメント３５の各々の内側円筒ロック解除セグメント面３７に直ちに伝達される。上記圧力は、摺動スカート６の内側に配列された圧力伝達チャネル１０を介して、上記面１２、３７に伝達され、上記チャネル１０は、上記スカート６を軸方向に貫通している。
【００７０】
図９に示すように、この結果として、３つの拡張可能な連続セグメント９の外側円筒セグメント面１３の直径は実質的に増大するが、上記面１３がシリンダ８と接触するには十分でなくなる。同様に、２つの拡張可能な連続ロック解除セグメント３５の外側円筒ロック解除セグメント面２８の直径は実質的に増大するが、シリンダ８の壁から特定の距離が残っている。
【００７１】
図９〜図１６では、たとえば図６についても、流体チャンバ２７中に含まれている油は、圧力伝達チャネル１０を介して、次いで、低圧セグメントＡと摺動スカート６との間から、任意の拡張可能な連続セグメント９とそれが協働する拡張可能な連続ロック解除セグメント３５との間から、高圧セグメントＣと固定スカート５との間から流出することができないか、あるいは、ほとんど流出することができないことが留意されよう。実際には、これらの構成要素は、一方では摺動スカートばね１６によって、他方では、摺動スカート６に対して油の圧力により生成され、固定スカート５に摺動スカート６を近づける傾向がある力によって、互いに軸方向に圧縮される。上記力は、上記圧力と摺動スカート６の直径のセクションとの積から、上記圧力と低圧セグメントＡの軸方向環状突起２８の接触直径のセクションとの積を引いた差にほぼ等しいことに留意されたい。前に開示したように、上記突起は、上記摺動スカート６と上記セグメントＡとの間の封止を保証する。
【００７２】
図９〜図１６では、低圧セグメントＡの平均径方向厚さは、中間圧力セグメントＢの平均径方向厚さよりも小さく、中間圧力セグメントＢの平均径方向厚さは、高圧セグメントＣの平均径方向厚さよりも小さいことが留意されよう。したがって、同じ油圧の影響下では、低圧セグメントＡの外側円筒セグメント面１３の直径は、中間圧力セグメントＢの上記面１３の直径よりも増大し、中間圧力セグメントＢの上記面１３の直径は、高圧セグメントＣの上記面１３の直径よりも増大する。
【００７３】
同じ原理によれば、低圧ロック解除セグメントＤの平均径方向厚さは、中間圧力ロック解除セグメントＥの径方向厚よりも小さい。この結果として、同じ油圧の影響下では、低圧ロック解除セグメントＤの外側円筒ロック解除セグメント面２８の直径は、中間圧力ロック解除セグメントＥの外側円筒ロック解除セグメント面２８の直径よりも増大する。
【００７４】
流体チャンバ２７中に含まれている油の圧力が増大し続けるにつれて、３つの拡張可能な連続セグメント９の外側円筒セグメント面１３の直径は、図１０に示すように、低圧セグメントＡのこの外側円筒セグメント面１３がシリンダ８と周方向接触するまで増大し続ける。
【００７５】
上記面１３によりシリンダ８に対して及ぼされる接触圧力は、図１７において詳細に視認できるような低圧セグメントＡの上記面１３の外形により詳細にあらかじめ定められており、この外形は、同様に、中間圧力セグメントＢおよび高圧セグメントＣの外側円筒セグメント面１３に適用可能であることに留意されたい。したがって、油により上記セグメントＡの内側円筒セグメント面１２に対して及ぼされる圧力は、剛性と組み合わされ、この内側円筒セグメント面１２の外形は、上記セグメントＡとシリンダ８との間に要求される封止を構成する。
【００７６】
流体チャンバ２７において圧力が増大し続けるにつれて、低圧セグメントＡの外側円筒セグメント面１３の直径はシリンダ８に対して増大した圧力を及ぼし、図１１に示すように、中間圧力セグメントＢの外側円筒セグメント面１３の直径および高圧セグメントＣの直径は、中間圧力セグメントＢの外側円筒セグメント面１３がシリンダ８と周方向接触するまで増大し続ける。この段階において、高圧セグメントＣの径方向厚さが中間圧力セグメントＢの径方向厚さよりも大きく、ならびにその剛性も同様であるので、油圧は、上記高圧セグメントＣの外側円筒セグメント面１３がシリンダ８と周方向接触するには不十分なままである。
【００７７】
シリンダ８と周方向接触すると、中間圧力セグメントＢは、低圧セグメントＡとして機能することによって、上記中間圧力セグメントＢと上記シリンダ８との間の封止を生成する。
【００７８】
この段階において、低圧セグメントＡと中間圧力セグメントＢは両方ともシリンダ８と接触しており、低圧セグメントＡのみが、ピストン２とシリンダ８との間を通過し得る加圧下の油を効果的に止める。
【００７９】
流体チャンバ２７において圧力が増大し続けるにつれて、低圧ロック解除セグメントＤの作用のおかげで、低圧セグメントＡにより保証される効果的な封止を中間圧力セグメントＢに伝達することができる。
【００８０】
実際には、低圧セグメントＡと、中間圧力セグメントＢと、低圧ロック解除セグメントＤの外側円筒ロック解除セグメント面３８と、シリンダ８の壁との間に残された小さな空間に、超低圧の油が閉じ込められる。この空間は、その容積の非常に小さな絶対的低減が、そこに含まれている油の圧力の実質的な相対的増大をもたらすほど小さい。
【００８１】
流体チャンバ２７において圧力が増大し続けるにつれて、低圧ロック解除セグメントＤの外側円筒ロック解除セグメント面３８の直径が増大し、上記面３８は、上記空間中に含まれている油を圧縮する。上記油は次いで、低圧セグメントＡの外側円筒セグメント面１３に対して増大した圧力を及ぼし、上記圧力は、流体チャンバ２７中に含まれている油により圧力伝達チャネル１０を介して上記低圧セグメントＡの内側円筒セグメント面１２に対して及ぼされる圧力に近づく。
【００８２】
上記空間において特定の圧力を超えると、低圧セグメントＡは、もはやシリンダ８と接触し続けることはできず、図１２に示すように、後退する。この場合、シリンダ８との封止はもはや保証されず、流体チャンバ２７の圧力は、低圧セグメントＡと、中間圧力セグメントＢと、低圧ロック解除セグメントＤの外側円筒ロック解除セグメント面３８と、シリンダ８の壁との間に最初に残された空間まで直ちに伝搬する。これは、図１３に示すように、低圧ロック解除セグメントＤの後退を終了し、同様に低圧ロック解除セグメントＤの後退を終了する効果を有する。
【００８３】
したがって、この段階では、中間圧力セグメントＢのみが、ピストン２とシリンダ８との間の必須の封止を保証したままとなる。
【００８４】
流体チャンバ２７において圧力が増大し続けるにつれて、図１４〜図１６に示すように、封止の構築における作用の同じシーケンスが、中間圧力セグメントＢと高圧セグメントＣとの間に起こり、前に使用された低圧ロック解除セグメントＤは、上記シーケンスにおいて、中間圧力ロック解除セグメントＥと置換される。
【００８５】
図１〜図５および図７において、スクレーパーセグメント２４は、有利には、固定スカート５の外側円筒表面上に配列されたスクレーパー溝２５中に、または、上記スカート５の軸方向外周に形成されたボア２９中に提供され得ることが留意されよう。このスクレーパーセグメント２４は、ピストン２がシリンダ８中で実行することができる迅速な往復移動が、加速によって、一方では拡張可能な連続セグメント９とシリンダ８との間に含まれ、他方では拡張可能な連続ロック解除セグメント３５と上記シリンダ８との間に含まれている油を減圧することを防止する。実際には、任意の拡張可能な連続セグメント９がこれまで役目を果たしてきた封止を、固定スカート５により近接して配置された隣接する拡張可能な連続セグメント９に伝達するために後退しなければならない任意の拡張可能な連続セグメント９がこれを効果的に行うことができるように、上記油の存在は必要である。この後退は、流体チャンバ２７の圧力を連続的に増大させるために、後退しなければならない上記セグメント９の直後の固定スカート５の方向に位置する拡張可能な連続ロック解除セグメント３５が、その外側円筒ロック解除セグメント面３８とシリンダ８との間に閉じ込められた油を効果的に圧縮することができる場合にのみ動作することができる。この条件は、後退しなければならない拡張可能な連続セグメント９の外側円筒セグメント面１３に対して油により及ぼされる圧力が、上記セグメント９の内側円筒セグメント面１２に対して上記油により及ぼされる圧力に近づき、それにより、必要に応じて上記セグメント９を効果的に後退させるために必要である。
【００８６】
有利には、摺動スカート６は、低圧セグメントＡがシリンダ８と周方向接触する圧力よりも流体チャンバ２７中の圧力が低くなるたびに、常に、摺動スカート６自体とシリンダ８との間から非常に少量の油が流出することを可能にすることに留意されたい。したがって、摺動スカート６およびスクレーパーセグメント２４は、常に、一方では拡張可能な連続セグメント９とシリンダ８との間に、他方では拡張可能な連続ロック解除セグメント３５と上記シリンダ８との間に油を保つ。
【００８７】
固定スカート５とシリンダ８との間に残された小さい隙間により、任意選択で、スクレーパーセグメント２４を使用する必要がなくなることがあることが留意されよう。
【００８８】
本発明によるピストン用封止デバイス１は、流体チャンバ２７において優勢な圧力が上下しているように動作し、拡張可能な連続セグメント９は各々、あらかじめ定められた圧力範囲内でシリンダ８と周方向接触することに留意されたい。
【００８９】
流体チャンバ２７における上昇圧力段階では、特定の圧力範囲にわたって、ただ１つの拡張可能な連続セグメント９がシリンダ８と接触しており、他の圧力範囲では、拡張可能な連続セグメント９がこれまで役目を果たしていた封止を、固定スカート５により近接して配置された隣接する拡張可能な連続セグメント９に伝達する場合、これらの２つの隣接する拡張可能な連続セグメント９は、一時的に、シリンダ８と同時に接触していることが留意されよう。本発明によるピストン用封止デバイス１により行われるこの特定の動作により、ピストン２とシリンダ８との間の油漏れがある場合であっても、それを最小限に抑えることが可能になる。
【００９０】
図１７は、ピストン用封止デバイス１の代替実施形態にしたがって提供され得る拡張可能な連続セグメント９の外側円筒セグメント面１３の外形を示す。上記外形は、外側円筒セグメント面１３上に突き出して配列され、摺動スカート６の方向に拡張可能な連続セグメント９の軸方向長さ上で実質的に偏心している接触線４２を規定する。上記外形の結果として、固定スカート５の方向に配向された上記線４２側では、緩傾斜の長い勾配４３となり、摺動スカート６の方向に配向された上記線４２側では、急傾斜の短い勾配４４となる。
【００９１】
外側円筒セグメント面１３の外形のこの非限定的な例は、上記線４２に対して及ぼされる力が低いままであるという事実にもかかわらず良好な封止を達成するために、接触線４２の領域において十分に高い接触圧力を保証する。実際には、上記力は、緩傾斜の長い勾配４３の長さにわたって内側円筒セグメント面１２に対して油により及ぼされる圧力から、その固有の剛性に起因して拡張可能な連続セグメント９の後退力を引いた差となる。
【００９２】
接触線４２に対して及ぼされる力がわずかに不足していることにより、上記線４２とシリンダ８との間の接触面における摩擦による損失が小さくなる。しかるに、上記線４２の接触の幅が小さくなった結果、シリンダ８に対する上記線４２の接触圧力が高くなり、上記圧力は、良好な封止を提供する。
【００９３】
ここでは、緩傾斜の長い勾配４３の高さおよび急傾斜の短い勾配４４の高さは、実際には、数マイクロメートルにすぎないことが規定され得る。特に、緩傾斜の長い勾配４３の高さは、上記勾配４３が配列される拡張可能な連続セグメント９が後退するために、上記勾配４３に隣接する拡張可能な連続ロック解除セグメント３５が、この勾配４３とシリンダ８との間の油に圧縮するときに、ならびに圧縮すべきときに、上記勾配４３とシリンダ８との間に十分な空間があるように算出される。
【００９４】
上述したピストン用封止デバイス１の動作に関する記載を読むと、ピストン２が含み得る拡張可能な連続セグメント９および拡張可能な連続ロック解除セグメント３５の数は制限されないことが容易に推測されるであろう。また、ピストン２とシリンダ８との間に生じる摩擦による損失は、上記ピストン２が含む拡張可能な連続セグメント９の数が増えるにつれて小さくなることが理解されよう。
【００９５】
超低圧時には、上記デバイス１は、拡張可能な連続セグメント９とシリンダ８との間に有意な摩擦を発生させず、摺動スカート６とシリンダ８との間に残された小さい隙間により十分に封止が達成されることを想起されたい。
【００９６】
封止のために油の圧力が流体チャンバ２７において上昇したとき、任意の拡張可能な連続セグメント９とシリンダ８との間の摩擦は、上記圧力の影響を受けて上記セグメント９の外側円筒セグメント面１３により上記シリンダ８に対して及ぼされる力は、その剛性に起因して上記セグメント９が発生させた対向する後退力によって低減されるので制限されたままであり、上記セグメント９が発生させた対向する後退力は、上記セグメント９の直径の増大に反比例することに留意されたい。しかるに、上記シリンダ８に対して上記面１３により及ぼされる周方向の接触圧力は、良好な封止を保証するのに充分な高さを保つことができ、上記圧力は、詳細には、図１７に例として表されるように、上記面１３の外形によってあらかじめ定められる。
【００９７】
したがって、本発明によるピストン用封止デバイス１は、流体チャンバ２７中に含まれている油が、２，０００バール以上のオーダーの超高圧を受ける場合であっても、適度の摩擦と良好な封止の両方を維持することを可能にする。実際には、そのような圧力から生じるシリンダ８の直径の実質的な変動は、本発明によるデバイス１の動作も、良好な封止を保証するデバイス１の能力も妨げず、摩擦のレベルを低くする。これは、各拡張可能な連続セグメント９が、必要な圧力に基づいて上記シリンダ８と周方向接触し、必要な封止を生成するためにその外側円筒セグメント面１３と上記シリンダ８との間に必要な接触圧力を発生させるために、有利には、シリンダ８の剛性を考慮して各拡張可能な連続セグメント９の径方向厚さは算出される、という事実に由来する。
【００９８】
一般に、本発明によるピストン用封止デバイス１は、少なくとも、摺動スカート６、拡張可能な連続セグメント９、拡張可能な連続ロック解除セグメント３５、およびシリンダ８を作り出すために高い機械加工精度を必要とし、上記精度は、低圧時の正確な封止を保証し、上記セグメント９、３５と上記シリンダ８との間に残された隙間を最小限に抑えるために必要である。
【００９９】
さらに、超高圧時のコンテキストで上記デバイス１が使用される場合、拡張可能な連続セグメント９が、過剰な機械的歪みを受けて高い疲労応力を受けないために、シリンダ８の剛性は十分に高くなければならない。
【０１００】
したがって、一方では拡張可能な連続セグメント９および拡張可能な連続ロック解除セグメント３５のそれぞれの径方向厚さ、他方では上記セグメント９、３５とシリンダ８との間に残された隙間は、本発明によるピストン用封止デバイス１の動作を決定する主要な因子であることが留意されよう。同じことが、上記セグメント９、３５の径方向剛性に対するシリンダ９の径方向剛性にも当てはまる。さらに、外側円筒セグメント面１３上の接触線４２の軸方向配置、ならびにシリンダ８上の上記線４２の接触の幅は、上記線４２を備えるセグメントの内側円筒セグメント面１２に印加された圧力の関数として、本発明によるデバイス１の動作を実質的に決定する。いずれの場合も、上記デバイス１の設計および寸法設定は、有利には、有限要素法を使用することができる。
【０１０１】
また、本発明によるピストン用封止デバイス１の作動原理は、高強度で、機械抵抗が高く、疲労抵抗が高い材料で製造される拡張可能な連続セグメント９および拡張可能な連続ロック解除セグメント３５を示唆するものである。
【０１０２】
本発明によるピストン用封止デバイス１の可能性は、上述した適用例に限定されるものではなく、さらに、上記説明は例として与えられたものにすぎず、記載された任意の他の等価物により実施の詳細と置き換えることによって、そこから逸脱しない上記発明の範囲をいかなる方法でも限定しないことを理解されたい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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