(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置であって、
チャンバ及び前記チャンバと連通する周方向溝を画定するピストンであって、前記チャンバの少なくとも一部が流体で実質的に充填されるべきである、前記ピストンと、
前記チャンバ内及び前記溝内に配設されるピストンリングであって、前記ピストンリングが、第１の大きさの断面を有する第１のＯリングと、前記第１のＯリングに動作可能に連結されて前記第１の大きさの断面より小さい第２の大きさの断面を有する第２のＯリングとを備え、前記流体が前記ピストンリングの前記第１のＯリングに第１の圧力をかけることにより、前記ピストンリングの前記第２のＯリングがシリンダ壁に第２の圧力をかけることができるようにするためのものであり、前記第２の圧力が前記第１の圧力よりも大きい、前記ピストンリングと、を備える、前記装置。
【請求項２】
前記第１のＯリングが前記第２のＯリングと接触する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１のＯリングが前記チャンバ内に配設され、前記第２のＯリングが前記溝内に配設される、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記ピストンリングが、前記ピストンに対する流体シールを形成して、前記チャンバの第１の部分内の前記流体が前記第１の圧力を有し、かつ前記チャンバの第２の部分内の前記流体が前記第１の圧力よりも小さい第３の圧力を有することができるようにするためのものである、請求項１〜３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
前記チャンバと流体連通する逃し弁をさらに備える、請求項１〜４のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
前記チャンバと流体連通する逆止弁をさらに備える、請求項１〜５のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
装置であって、
流体チャンバ及び前記流体チャンバと連通する周方向溝を画定するピストンと、
前記流体チャンバ内に配設され、第１の大きさの断面を有する第１のシールと、
前記溝内に配設され、前記第１の大きさの断面より小さい第２の大きさの断面を有し、かつ前記第１のシールに動作可能に連結される第２のシールと、を備え、前記第１のシールが前記ピストンに対する流体シールを提供するためのものであり、前記第２のシールがシリンダ壁に対する流体シールを提供するためのものであって、
前記チャンバ内の流体が前記第１のシールに第１の圧力をかけることにより、前記第２のシールが前記シリンダ壁に第２の圧力をかけることが可能であり、前記第２の圧力が前記第１の圧力よりも大きい、前記装置。
【請求項８】
前記第１のシールが第１のＯリングを備え、前記第２のシールが第２のＯリングを備える、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記第１のＯリングが前記第２のＯリングと接触する、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記流体チャンバ内の流体が前記第１のシールの第１の側に第１の圧力及び前記第１のシールの第２の側に第２の圧力を有する、請求項７〜９のいずれかに記載の装置。
【請求項１１】
前記流体チャンバと流体連通する逃し弁をさらに備える、請求項７〜１０のいずれかに記載の装置。
【請求項１２】
前記ピストンが、スペーサーを介して第２の末端部分に連結される第１の末端部分を備える、請求項７〜１１のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
装置であって、
流体チャンバを画定するための、第２の末端部分から離間する第１の末端部分を含むピストンと、
第１の大きさの断面を有する第１のＯリング、及び前記第１のＯリングに動作可能に連結されて前記第１の大きさの断面より小さい第２の大きさの断面を有する第２のＯリングを備えるピストンリングであって、前記流体チャンバ内の第１の領域及び前記流体チャンバ内の第２の領域を画定するための、前記ピストンの前記第１の末端部分と前記第２の末端部分との間に配設されるピストンリングと、を備え、前記第１の領域が流体で実質的に充填されるべきであり、前記ピストンリングの前記第１のＯリングが、前記ピストンの前記第１の末端部分及び前記ピストンの前記第２の末端部分に対する流体シールを形成するためのものであり、前記ピストンリングの前記第２のＯリングが、シリンダ壁に対する流体シールを形成するためのものであって、
前記流体が前記第１のＯリングに第１の圧力をかけることにより、前記第２のＯリングが前記シリンダ壁に第２の圧力をかけることが可能であり、前記第２の圧力が前記第１の圧力よりも大きい、前記装置。
【請求項１４】
圧力差が前記ピストンリングの前記第１のＯリングにわたって提供される、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記ピストンが周方向溝を画定し、前記ピストンリングの前記第２のＯリングが前記溝内に配設される、請求項１３または１４に記載の装置。
【請求項１６】
流体チャンバの前記第２の領域と連通する逃し弁をさらに備える、請求項１３〜１５のいずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、ピストンアクチュエータに関し、より具体的には、ピストンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ピストンアクチュエータは、典型的には、シリンダ内に配設されるピストンを含む。ピストンアクチュエータは、単動式または複動式であり得る。ピストンアクチュエータが単動式である場合、ピストンアクチュエータは、流体を用いてピストンを１つの方向に駆動し得、バネは、ピストンを、例えば閉鎖位置または解放位置等のフェイルセーフ位置に戻し得る。ピストンアクチュエータが複動式である場合、ピストンアクチュエータは、流体を用いてピストンを２つの方向のいずれかに駆動し得る。
【発明の概要】
【０００３】
ピストンが本明細書において開示される。装置の実施例は、チャンバ及びそのチャンバと連通する周方向溝を画定するピストンを含む。チャンバの少なくとも一部は、流体で実質的に充填されるべきである。装置の実施例は、チャンバ内及び溝内に配設されるピストンリングも含む。ピストンリングは、第１の大きさの断面を有する第１のＯリングと、当該第１のＯリングに動作可能に連結されて第１の大きさの断面より小さい第２の大きさの断面を有する第２のＯリングとを備え、流体は、ピストンリングの第１のＯリングに第１の圧力をかけることにより、ピストンリングの第２のＯリングがシリンダ壁に第２の圧力をかけることができるようにするためのものである。第２の圧力は第１の圧力よりも大きくあるべきである。
【０００４】
本明細書に開示される装置の別の実施例は、流体チャンバ及びその流体チャンバと連通する周方向溝を画定するピストンを含む。第１のシールは、流体チャンバ内に配設され、第１の大きさの断面を有する。第２のシールは、溝内に配設され、第１の大きさの断面より小さい第２の大きさの断面を有し、かつ第１のシールに動作可能に連結される。第１のシールは、ピストンに対する流体シールを提供するためのものであり、第２のシールは、シリンダ壁に対する流体シールを提供するためのものである。そして、チャンバ内の流体が第１のシールに第１の圧力をかけることにより、第２のシールがシリンダ壁に第２の圧力をかけることが可能であり、第２の圧力が第１の圧力よりも大きい。
【０００５】
本明細書に開示される装置の別の実施例は、流体チャンバを画定するための、第２の末端部分から離間する第１の末端部分を含むピストンを含む。装置の実施例は、第１の大きさの断面を有する第１のＯリング、及び当該第１のＯリングに動作可能に連結されて第１の大きさの断面より小さい第２の大きさの断面を有する第２のＯリングを備えるピストンリングであって、流体チャンバ内の第１の領域及び流体チャンバ内の第２の領域を画定するための、ピストンの第１の末端部分と第２の末端部分との間に配設されるピストンリングも含む。第１の領域は、流体で実質的に充填されるべきである。ピストンリングの第１のＯリングは、ピストンの第１の末端部分及びピストンの第２の末端部分に対する流体シールを形成するためのものである。ピストンリングの第２のＯリングは、シリンダ壁に対する流体シールを形成するためのものである。そして、流体が第１のＯリングに第１の圧力をかけることにより、第２のＯリングがシリンダ壁に第２の圧力をかけることが可能であり、第２の圧力が第１の圧力よりも大きい。
【０００６】
論じられている特徴、機能、及び利点は、様々な実施例において独立して達成され得るか、または、さらに他の実施例において組み合され得、そのさらなる詳細は、以下の説明及び図面を参照して理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本明細書に開示されるピストンの実施例を例示する。
【図２】図１のピストンの実施例の断面図である。
【図３】図１〜２のピストンの実施例の別の断面図である。
【図４】図１〜３のピストンの実施例の拡大断面図である。
【図５】流体貯水槽と連通する図１〜４のピストンの実施例を例示する。
【０００８】
可能な場合は常に、同じまたは同様の部品を指すために、同じ参照番号が図面（複数可）及び付随の書面の説明を通して使用され得る。本開示で使用される場合、任意の部品（例えば、層、フィルム、領域、またはプレート）が任意の方法で別の部品上に位置する（例えば、上に位置する、上に位置付けられる、上に配設される、または上に形成される等）と述べることは、言及された部品が、もう一方の部品と接触しているか、または言及された部品が、それらの間に位置する１つ以上の中間部品（複数可）を伴って、もう一方の部品の上にあるかのいずれかを意味する。任意の部品が別の部品と接触すると述べることは、それらの２つの部品の間に中間部品が存在しないことを意味する。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
ピストンが本明細書において開示される。本明細書に開示されるピストンの実施例は、流体チャンバ及びその流体チャンバと連通する周方向溝を画定し得る。いくつかの実施例では、ピストンリングは、ピストンの２つの末端部分の間に配設される。ピストンリングの第１の部分は、流体チャンバ内に配設され得、ピストンの第２の部分は、溝内に配設され得る。いくつかの実施例では、ピストンリングの第１の部分は、ピストンの２つの末端部分に対する流体シールを形成して、流体チャンバ内の第１の領域を画定する。流体チャンバの第１の領域内の流体は、ピストンリングの第１の部分に圧力をかけ得る。結果として、ピストンリングの第２の部分は、シリンダ壁に第２の圧力をかけて、シリンダ壁に対する流体シールを形成し得る。第２の圧力は、第１の圧力よりも大きくあり得る。いくつかの実施例では、圧力差がピストンリングの第１の部分にわたって提供され、ピストンリングの第１の部分がピストンリングの第２の部分に力を移すことができるようにする。
【００１０】
いくつかの実施例では、ピストンリングの第１の部分は、第１のＯリングであり、ピストンリングの第２の部分は、第２のＯリングである。第１のＯリングは、第２のＯリングの第２の断面大きさよりも大きい第１の断面大きさを有し得る。いくつかの実施例では、第１のＯリングは、第２のＯリングと接触し、第１のＯリングと第２のＯリングとを動作可能に連結する。
【００１１】
図１は、本明細書に開示されるピストンの実施例１００を例示する。ピストンの実施例１００は、単動式アクチュエータ、複動式アクチュエータ、及び／または任意の他の種類のピストンアクチュエータのシリンダ３０２（図３）内に配設され、例えば弁等の１つ以上のデバイスを動作させ得る。ピストンの実施例１００は、ピストンの第１の側１０２及び／またはピストンの第２の側１０４上に配設される、例えば、油、水、空気等の任意の好適な流体によって駆動され得る。
【００１２】
ピストンの実施例１００は、第２の末端部分１０８に連結される第１の末端部分１０６を含む。例示される実施例では、ピストンリング１１０は、第１の末端部分１０６と第２の末端部分１０８との間に配設される。ピストンの実施例１００の動作中、ピストンリング１１０は、シリンダ３０２の壁３１２（図３）に対する流体シールを形成する。したがって、ピストンリング１１０の実施例は、流体が、ピストン１００の第１の側１０２からピストン１００の第２の側１０４に、かつ／またはピストン１００の第２の側１０４からピストン１００の第１の側１０２に流れることを実質的に防止する。図１のピストンの実施例１００が１つのピストンリング１１０を含むが、他の実施例は、他の数（例えば、２つ、３つ、４つ等）のピストンリングを含む。
【００１３】
図２は、図１のピストンの実施例１００の斜視断面図である。ピストンの実施例１００は、流体チャンバ２００及びその流体チャンバ２００と連通する周方向溝２０２を画定する。例示される実施例では、第１の末端部分１０６は、スペーサー２０４を介して第２の末端部分１０８から離間し、第１の末端部分１０６と第２の末端部分１０８との間に溝２０２及び流体チャンバ２００を画定する。スペーサーの実施例２０４は、流体チャンバ２００内に配設され、第１の末端部分１０６から第２の末端部分１０８に延在する。他の実施例では、第１の末端部分１０６は、複数のスペーサー、１つ以上の機械的留め具（例えば、ボルト）、及び／または任意の他の好適な技術によって第２の末端部分１０８に連結され得る。
【００１４】
図３は、複動式アクチュエータ３００において用いられる、図１〜２のピストンの実施例１００の別の断面図である。ピストンの実施例１００は、シリンダ３０２内に配設される。第１のステム３０４は、ピストン１００の第１の側１０２に連結される。第２のステム３０６は、ピストン１００の第２の側１０４に連結される。他の実施例では、ピストン１００は、単一のステムに連結され得る。
【００１５】
ピストンリングの実施例１１０は、流体チャンバ２００内に配設される第１の部分３０８と、シリンダ３０２の壁３１２に隣接して溝２０２内に配設される第２の部分３１０と、を含む。ピストンリングの実施例１１０の第１の部分３０８は、ピストン１００の第１の末端部分１０６及び第２の末端部分１０８に対する流体シールを形成して、流体チャンバ２００の第１の領域３１４が流体で実質的に充填され、その流体によって加圧されることを可能にする。下記により詳細に説明されるように、ピストンリング１１０の第１の部分３０８にかけられる第１の領域３１４内の流体の第１の圧力は、ピストンリング１１０の第２の部分３１０がシリンダ３０２の壁３１２に対する流体シールを形成することを可能にする。例示される実施例では、第１の領域３１４は、ピストン１００の第１の末端部分１０６と、ピストン１００の第２の末端部分１０８と、ピストンリング１１０の第１の部分３０８の内径側３１６と、によって画定される。
【００１６】
いくつかの実施例では、流体は、アクチュエータ３００の動作中、流体チャンバ２００の第１の領域３１４へと流され、第１の領域３１４を加圧する。例示される実施例では、流体チャンバ２００の第１の領域３１４は、シリンダ３０２内から流体を受容し、第１の領域３１４にその流体を充填し、かつ／または第１の領域３１４を第１の圧力まで加圧する。ピストン１００の第１の末端部分の実施例１０６は、第１の領域３１４及びシリンダ３０２と流体連通する第１のポート３１８を画定する。ピストン１００の第２の末端部分の実施例１０８は、第１の領域３１４及びシリンダ３０２と流体連通する第２のポート３２０を画定する。第１の逆止弁３２２は、第１のポート３１８内に配設され、第２の逆止弁３２４は、第２のポート３２０内に配設される。他の実施例では、ピストン１００は、第１の領域３１４及びシリンダ３０２と連通する他の数（例えば、１つ、３つ、４つ等）の逆止弁を含む。例示される実施例では、第１の逆止弁３２２及び／または第２の逆止弁３２４は、第１の領域３１４内の第１の圧力が下側閾値圧力未満である場合、かつ／またはシリンダ３０２内の流体圧力が上側閾値圧力を超える場合、流体がシリンダ３０２から第１の領域３１４に流れることを可能にする。したがって、ピストン１００を駆動するために用いられる流体圧力は、第１の領域３１４を加圧するために使用されて、ピストンリング１１０がシリンダ３０２の壁３１２に対する流体シールを形成することを可能にし得る。
【００１７】
いくつかの実施例では、流体チャンバ２００の第１の領域３１４は、動作前に加圧される。ピストン１００は、ピストンの実施例１００の製造及び／または組立中に第１の領域３１４に流体を実質的に充填することによって、動作前に加圧され得る。ピストリング１１０が、ピストン１００の第１の末端部分１０６と第２の末端部分１０８との間に配設され、かつ第１の領域３１４が流体によって加圧されると、続いて、ピストン１００は、シリンダ、ステム、及び／またはアクチュエータの任意の他の構成部品（複数可）で組み立てられ得る。
【００１８】
図４は、図１〜３のピストンリングの実施例１１０の拡大断面図である。例示される実施例では、ピストン１００は、実質的にディスク形状であり、ピストンリング１１０の第１の部分３０８は、第１のＯリング４００であり、ピストンリング１１０の第２の部分３１０は、第２のＯリング４０２である。他の実施例では、ピストン１００は、他の形状（例えば、長方形、三角形、六角形、楕円形等）であり、ピストンリング１１０の第１の部分３０８及び第２の部分３１０は、ピストン１００の形状に実質的に一致するように成形（例えば、長方形、三角形等）される。例示される実施例では、第１のＯリング４００は、第２のＯリング４０２と接触し、第１のＯリング４００を第２のＯリング４０２に動作可能に連結する。図４に例示される第１のＯリング４００及び第２のＯリング４０２は、実質的に同中心である。いくつかの実施例では、ピストンリング１１０の第１の部分３０８及び第２の部分３１０は、一体である（例えば、ピストンリング１１０は、単一のＯリングまたは他の要素である）。他の実施例では、ピストンリング１１０は、３つ以上の別個のＯリングを含む。例示される実施例では、第１のＯリング４００は第１の断面大きさ（例えば、断面直径）を有し、第２のＯリング４０２は第１の断面大きさよりも小さい第２の断面大きさを有する。第１のＯリング４００及び／または第２のＯリング４０２は、任意の好適な断面形状（例えば、円形、六角形、長方形等）を有し得る。
【００１９】
第１のＯリングの実施例４００は、溝２０２に隣接して、ピストン１００の第１の末端部分１０６と第２の末端部分１０８との間に配設される。例示される実施例では、第１のＯリング４００及び第２のＯリング４０２は、丸い断面形状を有し、ピストン１００は、溝２０２に隣接して、実質的に直角の角４０４及び４０６を有する流体チャンバ２００を画定する。結果として、ピストンリング１１０及びピストン１００の第１の末端部分１０６は、角４０４のうちの１つに隣接して、流体チャンバ２００内に第２の領域４０８を画定する。ピストンリング１１０及びピストン１００の第２の末端部分１０８は、流体チャンバ２００内のピストンリング１１０と角４０６のうちの別の１つとの間に第３の領域４１０を画定する。
【００２０】
いくつかの実施例では、流体は、第２の領域４０８及び／または第３の領域４１０から実質的に除去（例えば、排出、放出、流出等）される。したがって、第２の領域４０８及び／または第３の領域４１０における圧力は、実質的に大気圧であり得る。いくつかの実施例では、流体は、第２の領域４０８及び／または第３の領域４１０のうちのいくらかまたは全てを充填し得る。したがって、流体は、第１のＯリング４００の内径側３１６上及び第１のＯリング４００の外径側４１２上の流体チャンバ２００内に配設され得る。第２の領域４０８及び第３の領域４１０内の流体の圧力は、第１の領域３１４内の流体の第１の圧力よりも小さく、第１のＯリング４００にわたって圧力差を提供する。例示される実施例では、第１の逃し弁４１４は、ピストン１００の第１の末端部分１０６によって画定される第３のポート４１６内に配設される。第１の逃し弁４１４は、第２の領域４０８と流体連通し、第２の領域４０８内の流体圧力を制御する。第２の逃し弁４１８は、ピストン１００の第２の末端部分１０８によって画定される第４のポート４２０内に配設される。第２の逃し弁４１８は、第３の領域４１０と流体連通し、第３の領域４１０内の流体圧力を制御する。いくつかの実施例では、第１の逃し弁４１４及び／または第２の逃し弁４１８は、シリンダ１０２の最低圧力領域（例えば、ピストン１００を駆動するのに用いられない流体を含むシリンダ３０２内の領域）と連通する。第１の領域３１４ならびに第２及び第３の領域４０８及び４１０の間の圧力差の結果として、第１の領域３１４内の流体によって第１のＯリング４００にかけられる力は、第２のＯリング４０２に移される。この力が第２のＯリング４０２にかけられると、第２のＯリング４０２は、その力をシリンダ３０２の壁３１２にかけ、シリンダ３０２の壁３１２に対する流体シールを形成する。第２のＯリング４０２の断面大きさが第１のＯリング４００の断面大きさよりも小さいため、第２のＯリング４０２は、シリンダ３０２の壁３１２に、第１の領域３１４内の流体によって第１のＯリング４００にかけられる第１の圧力よりも大きい第２の圧力をかける。
【００２１】
第２の圧力の値は、第１のＯリング４００をわたる圧力差、第１のＯリング４００の断面大きさ、及び第２のＯリング４０２の断面大きさの関数である。したがって、第１の圧力、第２の領域４０８及び第３の領域４１０内の圧力、ならびに／またはピストンリング１１０の寸法は、ピストンリング１１０がシリンダ壁３１２に対して所望の値の第２の圧力をかけることを可能にするように選択され得る。いくつかの実施例では、第２の圧力の所望の値は、第２のＯリング４０２を介してシリンダ３１２に対する流体シール（「シール圧力」）を形成するための最小圧力である。したがって、第１のＯリング４００をわたる圧力差及び／またはピストンリング１１０の寸法は、第２の圧力がシール圧力と実質的に同等になり、それによりシリンダ３０２の壁３１２に対する第２のＯリング４０２の第２の圧力によるピストンリング１１０の摩耗を最小限に抑えるように選択され得る。他の実施例では、ピストンリング１１０の圧力差及び／または寸法は、第２の圧力がシール圧力よりも大きくなるように選択され得る。
【００２２】
図５は、ピストンの実施例１００のチャンバ２００を加圧するための技術の別の実施例を例示する。例示される実施例では、第１の領域３１４は、シリンダ３０２の外側に配設される流体貯水槽５０２からの流体５００によって加圧される。例示される実施例では、ピストン１００は、第１の逆止弁３２２及び／または第２の逆止弁３２４を含まない。流体５００は、第１の領域３１４及び流体貯水槽５０２と流体連通する導管５０４（例えば、流線、ホース等）を介して第１の領域３１４へと流され得る。例示される実施例では、導管５０４は、第１のステム３０４を介して流体貯水槽５０２からピストン１００に指向される。流体貯水槽５０２内の流体５００は、第１の領域３１４内に流され（例えば、ポンプ注入され）、かつ／または加圧されて、第１の領域３１４内の第１の圧力を増加させることができる。いくつかの実施例では、流体貯水槽５０２内の流体５００の圧力は、流体貯水槽５０２と連通する圧力センサ５０６によって監視される。したがって、流体５００の流体貯水槽５０２から第１の領域３１４への流れを制御することによって、かつ／または流体貯水槽５０２内の流体５００の圧力を制御することによって、第１の領域３１４内の第１の圧力は、動作中、制御され得る。
【００２３】
ある特定の実施例製造方法、装置、及び物品が本明細書に記載されているが、本特許の対象範囲は、それらに限定されない。かかる実施例は、非限定的な例示的実施例であるよう意図される。対照的に、本特許は、文字通りまたは等価物の原理の下でのいずれかで、添付の特許請求の範囲内に適正に収まる全ての製造方法、装置、及び物品を対象とする。
【００２４】
本開示の最後の要約書は、読者が技術開示の本質を迅速に確認することを可能にするために、米国特許規則の名称及び要約（３７  Ｃ．Ｆ．Ｒ．§１．７２（ｂ））に従って提供される。これは、これが特許請求の範囲または意味を解釈または限定するために用いられるものではないという理解の下で提出される。
【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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