JP2005106282A - 内部プッシュロッドを有するシリンダ - Google Patents

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Abstract

【課題】 内部プッシュロッドを有するシリンダを提供する。
【解決手段】 シリンダアセンブリが開示されている。シリンダアセンブリは、その中に内部キャビティを有するシリンダ本体と、シリンダ本体の内部キャビティ内の軸方向移動のために配置されたピストンおよびロッドアセンブリとを含むことが可能である。ピストンおよびロッドアセンブリは、その中に延在する軸方向通路を有してもよい。シリンダアセンブリは、ピストンおよびロッドアセンブリの軸方向通路内に収容された管状要素をさらに含んでもよい。管状要素の少なくとも一部分は、軸方向通路から、軸方向通路とシリンダ本体の壁部との間のシリンダ本体の内部キャビティ内に延在することが可能である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、一般に、流体アクチュエータ、より詳しくは、流体作動シリンダに関する。
土工機械等のような多くの作業機械は、土工機器を持ち上げ、下げ、さもなければ移動するために土工機械によって使用し得る油圧シリンダのような流体アクチュエータを含む。このような流体アクチュエータは、作業期間中に多くの伸縮サイクルを経験する場合がある。例えば、土工機械の油圧シリンダを使用して、作業器具を周期的に昇降することが可能である。作業器具は、加圧流体を油圧シリンダに印加することによって持ち上げてもよく、また作業器具は、流体によって供給される圧力を解放することによって、その自重を受けて下げられることが可能である。再び、作業器具は、加圧流体をシリンダに印加することによって持ち上げてもよく、また再び、作業器具は、流体をシリンダから解放することによって下げることが可能である。作業器具が持ち上げられる度毎に、位置エネルギが作業器具システム内で発生され、また作業器具が、圧力をシリンダから解放することによって下げられる度毎に、位置エネルギが失われる。
作業器具の周期的昇降と関連付けられるエネルギ損失を低減するために、（ｉ）作業器具が下げられるときに解放されるエネルギのあるものを回収かつ蓄積し、また（ｉｉ）蓄積エネルギを引き続き使用して、次のリフトサイクル中に作業器具を持ち上げるための様々な装置が提案されてきた。例えば、（非特許文献１）において、キシングイ・リアング（Ｘｉｎｇｕｉ Ｌｉａｎｇ）およびタピオ・ビルバロ（Ｔａｐｉｏ Ｖｉｒｖａｌｏ）は、クレーンの動作と関連付けられるエネルギ損失を低減するためのエネルギ回収システムを提案した。（非特許文献２）。提案されたリアング（Ｌｉａｎｇ）のシステムは、クレーンの継手と連結された油圧リフトシリンダを含む。リフトシリンダは、クレーンを持ち上げるためのリフトシリンダに加圧流体を供給する油圧ポンプによって供給を受ける。さらに、提案されたシステムは、アキュムレータと連結された追加の２つの補助シリンダを含む。補助シリンダはクレーンの負荷をリフトシリンダと共有する。ブームが下げられると、補助シリンダはアキュムレータをチャージする。ブームを持ち上げる場合、油圧ポンプは圧力をリフトシリンダに送り、アキュムレータは蓄積圧力を補助シリンダに送って戻す。
従来のシステムは様々な不都合を被る可能性がある。例えば、追加の別個のシリンダをリフトシステムに付加することはリフトシステムのコストを増すことがある。さらに、既存のリフトシステムへの追加のシリンダの適用は、空間、構造、または他の設計上の制約の故に実行可能でない場合がある。さらに、提案された従来のシステムの追加のシリンダは、アキュムレータからの供給圧力の受容に拘束される可能性があり、したがって、リフトシステムへの蓄積エネルギのみの適用に限定されるかもしれない。したがって、このような追加のシリンダによって供給される持ち上げ力の大きさは、関連アキュムレータの圧力蓄積容量によって限定されることがある。
油圧クレーン用のエネルギ回収システム（Ａｎ Ｅｎｅｒｇｙ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ａ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｃｒａｎｅ） キシングイ・リアング（Ｘｉｎｇｕｉ Ｌｉａｎｇ）およびタピオ・ビルバロ（Ｔａｐｉｏ Ｖｉｒｖａｌｏ）、油圧クレーン用のエネルギ回収システム（Ａｎ Ｅｎｅｒｇｙ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ａ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｃｒａｎｅ）、Ｉｎｓｔ．Ｍｅｃｈ．Ｅｎｇ’ｒ Ｐａｒｔ Ｃ，Ｊ．Ｍｅｃｈ．Ｅｎｇ’ｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｖｏｌ．２１５，ｎｏ．６，７３７−４４（２００１年）の議事録。
本発明は、従来の流体作動システムと関連付けられる１つ以上の不都合を克服することに関する。
本発明の一形態によれば、シリンダアセンブリを提供することが可能である。シリンダアセンブリは、その中に内部キャビティを含むシリンダ本体と、シリンダ本体の内部キャビティ内の軸方向移動のために配置されたピストンおよびロッドアセンブリとを含んでもよい。ピストンおよびロッドアセンブリは、その中に延在する軸方向通路を有し得る。シリンダアセンブリは、ピストンおよびロッドアセンブリの軸方向通路内に収容された管状要素をさらに含んでもよい。管状要素の少なくとも一部分は軸方向通路から、軸方向通路とシリンダ本体の壁部との間のシリンダ本体の内部キャビティ内に延在してもよい。
本発明の他の形態によれば、流体システムを提供することが可能である。流体システムは、その中に内部キャビティを有するシリンダ本体と、シリンダ本体の内部キャビティ内の軸方向移動のために配置されたピストンおよびロッドアセンブリとを含んでもよい。ピストンおよびロッドアセンブリは、その中に延在する軸方向通路を有してもよく、ロッド側面とヘッド側面とを有するピストンを含んでもよい。流体システムは、ピストンおよびロッドアセンブリの軸方向通路内に収容された管状要素をさらに含んでもよく、管状要素はその中に流体通路を有する。管状要素の少なくとも一部分は軸方向通路から、軸方向通路とシリンダ本体の壁部との間のシリンダ本体の内部キャビティ内に延在してもよい。ピストンのヘッド側面と流体連通する流体源も設けることが可能である。流体システムはまた、管状要素の流体通路を通してピストンおよびロッドアセンブリの軸方向通路と流体連通する流体源を含んでもよい。
本発明のさらなる形態によれば、その中に内部キャビティを有するシリンダ本体と、内部に延在する軸方向通路を有しかつシリンダ本体の内部キャビティ内の軸方向移動のために配置されたピストンおよびロッドアセンブリとを含む流体アクチュエータを作動するための方法を提供することが可能である。本方法は、加圧流体を流体源からシリンダ本体内にまたピストンおよびロッドアセンブリのピストンの第１の側面に方向付けることによって、ピストンおよびロッドアセンブリに対し第１の付勢力を軸方向に生成するステップと、ピストンおよびロッドアセンブリが軸方向に移動するときに流体を流体源からピストンおよびロッドアセンブリの軸方向通路内に方向付けるステップと、ピストンおよびロッドアセンブリに対し第１の付勢力を生成している加圧流体がシリンダ本体内でピストンおよびロッドアセンブリの軸方向通路内の流体と実質的に連通することを防止するステップとを含んでもよい。
上述の一般的な説明および以下の詳細な説明の両方はあくまでも例証的かつ説明的なものであり、かつ特許請求の範囲に記載されるように、本発明を限定するものではないことを理解すべきである。
本明細書に組み込まれかつその一部を構成する添付図は、本発明の例証的な実施形態または特徴を示しており、詳細な説明と共に、本発明の原理を説明するために役立つ。
図面は本発明の例証的な実施形態または特徴を示しているが、図面は必ずしも寸法通りでなく、また本発明をより良く例示しかつ説明するために、ある特徴が誇張されている場合がある。本明細書で説明する例証は本発明の実施形態または特徴を示しており、このような例証は、本発明の範囲を限定するものとして決して解釈すべきでない。
次に、実施例が添付図に示されている本発明の実施形態または特徴を詳細に参照する。可能な場合、図面全体にわたって、同一または対応する部分を指すために、同一または対応する参照番号が使用される。
図１を参照するに、例証的な流体作動システム１０が示されている。例えば、流体作動システム１０をローダ、掘削機、採鉱ショベル等のような土工機械に使用して、例えば、作動システム１０のピストンおよびロッドアセンブリ１８に取り付け可能な作業器具（図１の参照番号１１で一般に示されている）を昇降することが可能である。流体作動システム１０は、シリンダ本体１４と、シリンダ本体１４内に配置されたピストンおよびロッドアセンブリ１８と、管状要素２２とを有するシリンダ装置１２を含んでもよい。システム１０は第１の加圧流体源２６と第２の加圧流体源３０とをさらに含んでもよい。
図２を参照するに、システム１０は、加圧流体をシリンダ本体１４内の内部キャビティ３６に供給しまたそこから解放するための第１および第２の流体ポート３４ａ、３４ｂを有するシリンダ本体１４を含み得る。シリンダ本体１４はまた、ロッド部材４６を通過させるためにシリンダ本体１４の第１の端部４２に開口部３８を含んでもよい。シリンダ本体１４は、以下により詳細に説明するように、作動流体を通過させるためにシリンダ本体１４の第２の端部５６に開口部またはポート５２をさらに含んでもよい。一実施形態では、シリンダ本体１４は、図２の線６０で一般に示した土工機械に装着し得る。
ピストンおよびロッドアセンブリ１８はシリンダ本体１４の内部キャビティ３６内に配置してもよく、内部キャビティ３６内の軸方向移動のために配列してもよい。ピストンおよびロッドアセンブリ１８はピストン部材６４と、ピストン部材６４に連結されたロッド部材４６とを含み得る。ロッド部材４６はシリンダ本体１４の内部キャビティ３６から延在し、作業バケット等のような作業器具１１（図１）に連結し得る。シール部材７６はロッド４６とシリンダ本体１４の開口部３８との間に配置してもよく、シリンダ本体１４の壁部７０ａに形成されたシール溝８０に着座させてもよい。追加シール部材６８はピストン６４とシリンダ本体１４の壁部７０ｂとの間に配置してもよく、ピストン６４の外面に形成されたシール溝７２に着座させてもよい。
ピストンおよびロッドアセンブリ１８は、その中に形成された軸方向通路８４を有することが可能である。例えば、図２に示したように、軸方向通路８４を形成するために、ピストン６４およびロッド４６はその中に軸方向中央ボアを有し得る。
流体作動システム１０は、ピストンおよびロッドアセンブリ１８の軸方向通路８４内に収容された管状要素２２をさらに含んでもよい。流体を軸方向通路８４にまたそこから供給するために、管状要素２２はその中に流体通路８８を有し得る。管状要素２２は、流体をピストンおよびロッドアセンブリ１８の軸方向通路８４にまたそこから供給するための１つ以上の管、管腔、またはチャネルを提供する鋼管のようなある長さの材料であり得る。図２に示したように、管状要素２２の第１の部分２２ａはピストンおよびロッドアセンブリ１８の軸方向通路８４内で摺動可能に受容され、また管状要素２２の中間部分２２ｂはピストン６４のヘッド側面６４ａとシリンダ本体１４の端壁７０ｃとの間の軸方向通路８４から外側方向に延在する。管状要素２２の第１の部分２２ａは、ピストンおよびロッドアセンブリ１８の内面にシール噛合することが可能である。例えば、シール部材９６を管状要素２２と軸方向通路８４の壁部との間に配置してもよく、ピストンおよびロッドアセンブリ１８の内壁または構造体に形成されたシール溝１００に着座させてもよい。シール部材９６は、ピストンおよびロッドアセンブリ１８の軸方向通路８４内の作動流体が、ピストンおよびロッドアセンブリ１８の内部キャビティ３６の他方の部分に配置された作動流体と実質的に連通することを防止するように動作可能であり得る。例えば、シール部材９６は、ポート３４ａおよび／またはポート３４ｂを通して内部キャビティ３６に印加される加圧流体から、軸方向通路８４内の作動流体を実質的に隔離するように動作可能であり得る。
管状要素２２の第２の部分２２ｃは、例えば端壁７０ｃでシリンダ本体１４に連結してもよい。管状要素２２の第２の部分２２ｃは、様々な方法でシリンダ本体１４に連結可能であることを理解すべきである。例えば、管状要素２２およびシリンダ本体１４をねじ付き係合部９２を介して連結してもよく、この場合、管状要素２２上のねじ部はシリンダ本体１４上の相補的ねじ部に噛み合う。代わりにまたは追加して、管状要素２２は、溶接し、圧入し、シリンダ本体１４と一体成形するか、あるいは公知の他の様々な方法で連結し得る。
図１を参照するに、作動液ポンプのような流体源２６はポート３４ａ、３４ｂでシリンダ本体と流体連結してもよく、電気油圧弁のような弁部材１０４を通してポート３４ａ、３４ｂに加圧流体を供給することが可能である。図１に示した電気油圧弁１０４は３位置比例弁であり、また選択的に、（ｉ）所望の加圧流体流をポンプ２６からシリンダ本体１４のポート３４ａに供給し、（ｉｉ）加圧流体がポンプ２６からシリンダ本体１４に通過するのをブロックし、また（ｉｉｉ）所望の加圧流体流をポンプ２６からシリンダ本体１４のポート３４ｂに供給するために制御することが可能である。
例えば、弁１０４が位置１０４ｂから位置１０４ａに向かって移動されると、ポンプ２６は加圧流体をシリンダ本体１４のポート３４ａに供給する。加圧流体は、ピストンおよびロッドアセンブリ１８のヘッド側面６４ａに対して作用し、このようにして、図１と図２の矢印Ａの方向のピストンおよびロッドアセンブリ１８の軸方向移動を引き起こす。ピストンおよびロッドアセンブリ１８がシリンダ本体１４内で矢印Ａの方向に移動されるとき、流体はポート３４ｂでシリンダ本体１４から放出され、弁１０４を通して流体リザーバまたはタンク１０８内に通過させられる。弁１０４が位置１０４ｂから位置１０４ｃに向かって移動されると、ポンプ２６は加圧流体をシリンダ本体１４のポート３４ｂに供給する。加圧流体は、ピストンおよびロッドアセンブリ１８のロッド側面６４ｂに対して作用し、このようにして、図１と図２の矢印Ｂの方向のピストンおよびロッドアセンブリの移動を強制する。ピストンおよびロッドアセンブリ１８がシリンダ本体１４内で矢印Ｂの方向に移動されるとき、流体はポート３４ａでシリンダ本体１４から放出され、弁１０４を通してタンク１０８内に通過させられる。
図１と図２を参照するに、管状要素２２は、例えば開口部５２でアキュムレータのような流体源３０と流体連結し得る。ピストンおよびロッドアセンブリ１８が矢印Ｂの方向に移動されると（例えば、ポンプ２６からポート３４ａへの加圧流体の供給が省略または低減され、またピストンおよびロッドアセンブリ１８が、取り付けられた作業器具の重量によって下方に押されると）、軸方向通路８４内に配置された流体は、軸方向通路８４から管状要素２２の流体通路８８を通して放出され、アキュムレータ３０に押し込まれる。流体がアキュムレータ３０に押し込まれるとき、アキュムレータ３０内の圧縮ガス（または他のバネ手段）がさらに圧縮され、アキュムレータ３０内の内圧が上昇される。加圧流体を介してアキュムレータの圧力を伝達して、ピストンおよびロッドアセンブリ１８の内部構造体または壁部１８ａに対して作用させ、これによって、力をピストンおよびロッドアセンブリ１８に対し矢印Ａの方向に方向付けてもよいことを理解すべきである。このようにして、アキュムレータ３０からの加圧流体は力をピストンおよびロッドアセンブリ１８に対し方向付けて、ポンプ２６からの加圧流体によってピストンおよびロッドアセンブリ１８に対して方向付けられる上向きの力を補足し得る（すなわち弁１０４が位置１０４ａに向かって移動されるとき）。ピストンおよびロッドアセンブリ１８が矢印Ｂの方向に移動される度毎に（例えば、ピストンおよびロッドアセンブリ１８と連結された作業器具が、例えばその自重を受けて下げられるとき）、エネルギはアキュムレータ３０内に蓄積される。このエネルギをアキュムレータ３０から加圧作動流体を通して伝達して、補足力をピストンおよびロッドアセンブリ１８に対し矢印Ａの方向に方向付け、これによって、ピストンおよびロッドアセンブリ１８を矢印Ａの方向に移動する必要がある場合に（例えば作業器具を再び持ち上げる必要がある場合に）、ポンプ２６によって供給すべき必要なエネルギ量を減少させてもよい。
図１を参照するに、流体作動システム１０は、ポンプ２６とピストンおよびロッドアセンブリ１８（および／またはアキュムレータ３０）の軸方向通路８４との間に流体連結されたリリーフ弁のような制御弁１１２をさらに含み得る。制御弁１１２は、例えば、ポンプ２６からの流体圧力が調整可能なしきい値圧力に一致するかあるいはそれ未満である場合に、ポンプ２６とピストンおよびロッドアセンブリ１８の軸方向通路８４との間の流体通過を防止または制限するように構成かつ配列された調整可能なリリーフ弁でもよい。さらに、制御弁１１２は、（ａ）ポンプ２６からの流体圧力がしきい値圧力に一致するかあるいはそれを超え、（ｂ）アキュムレータ３０からの流体圧力がポンプ２６からの流体圧力未満である場合に、ポンプ２６とピストンおよびロッドアセンブリ１８の軸方向通路８４との間の流体通過を可能にするように構成してもよい。
図１の流体作動システム１０は、アキュムレータ３０とピストンおよびロッドアセンブリ１８の軸方向通路８４との間に連結された電気油圧比例弁のような第２の制御弁１１４を含んでもよい。流体作動システム１０は、ポンプ２６とシリンダ本体１４のポート３４ａ（センサ１１９ａ）との間のライン１０６に、かつアキュムレータ３０とピストンおよびロッドアセンブリ１８の軸方向通路８４（センサ１１９ｂ）との間のライン１０７に流体連結し得る圧力センサ１１９ａ、１１９ｂをさらに含んでもよい。圧力センサ１１９ａ、１１９ｂは制御器１１５と電気連結してもよく、また制御器を制御弁１１４と電気連結して、制御弁１１４の動作を制御してもよい。例えば、（ａ）ライン１０６の圧力が所定のしきい値圧力（例えば、制御弁１１２を開くために必要な圧力よりも大きな圧力）を超え、（ｂ）ライン１０７の圧力がライン１０６の圧力よりも低い場合、制御器は、制御弁１１４を閉じて、ライン１０６からの加圧流体がアキュムレータ３０に入ることを防止するように動作可能であり得る。
一実施例では、大きな持ち上げ力をピストンおよびロッドアセンブリ１８に印加しなければならない場合（例えば、完全に負荷された作業器具を持ち上げるため）、ポンプ２６を制御して、非常に高圧の流体を（例えば、制御弁１１２を開くために必要な圧力よりも大きな圧力で）ポート３４ａを介してシリンダ本体１４に供給してもよい。さらに、このような状況下では、アキュムレータ３０からの加圧流体は所望の大きさの圧力をピストンおよびロッドアセンブリ１８の軸方向通路８４に供給しない場合があるので、制御弁１１２により、非常に高圧の流体がポンプ２６からピストンおよびロッドアセンブリ１８の軸方向通路８４に連通することを許容し、これによって、ピストンおよびロッドアセンブリ１８に印加される持ち上げ力全体を増すことが可能である。さらに、制御器１１５によって制御弁１１４を閉鎖させ、これによって、ポンプ２６からの非常に高圧の流体がアキュムレータ３０に入ることを防止することが可能である。
図１に示した制御弁１１２は、ポンプ２６とピストンおよびロッドアセンブリ１８の軸方向通路８４との間の流体連通を選択的に可能にするように動作可能である電気油圧比例弁装置１１２’（図３）と置き換え得ることを理解すべきである。例えば、圧力センサ１１９ａが、流体ライン１０６内の流体圧力がしきい値圧力に一致するかあるいはそれ未満であることを示す信号を制御器に送信すると、制御器１１５は制御弁１１２’を閉鎖維持するように動作可能であり得る。さらに、センサ１１９ａが、流体ライン１０６内の流体圧力がしきい値圧力に一致するかあるいはそれを超えることを示す場合、制御器は、制御弁１１２’を所望の大きさだけ開いて、ポンプ２６とピストンおよびロッドアセンブリ１８の軸方向通路８４との間の流体通過を可能にするように動作可能であり得る。同様に、制御器は、ポンプ２６と軸方向通路８４との間を通過する流体がアキュムレータ３０にそらされないように弁１１４を閉じるために動作可能であり得る。
制御弁１１２’は、流体源２６からの流体を所望に応じてピストンおよびロッドアセンブリ１８の軸方向通路８４および／またはアキュムレータ３０に選択的に印加し得るように、流体作動システム１０の操作者により選択的に制御することが可能である。例えば、操作者が追加の持ち上げ力をピストンおよびロッドアセンブリ１８に印加したいと望む場合、操作者は制御弁１１２’を選択的に開いて、ポンプ２６からピストンおよびロッドアセンブリ１８の軸方向通路８４への加圧流体の供給を可能にし得る（ポンプ２６からの流体圧力がアキュムレータ３０からの流体圧力を超えることを前提として）。制御器１１５は、このような操作中に、自動的にまたは操作者による操作によって制御弁１１４を閉じるように動作可能であり得ることを理解すべきである。ポンプ２６からの流体が、ポート３４ａとピストンおよびロッドアセンブリの軸方向通路８４の両方に（制御弁１１２、１１２’を通して）供給されると、（ａ）ポンプ２６からの加圧流体によってピストンおよびロッドアセンブリ１８に対し及ぼされる合計の持ち上げ力が増大し、（ｂ）矢印Ａの方向のピストンおよびロッドアセンブリ１８のリフト速度が減少することをさらに理解すべきである（この理由は、ピストンおよびロッドアセンブリ１８を持ち上げるために、ポンプ２６によってシリンダ本体１４の内部に供給する必要がある流体容量が増大するからである）。このようにして、例えば、（ａ）ピストンおよびロッドアセンブリ１８を持ち上げる（さもなければ移動する）ために大きな持ち上げ力が必要とされるか、あるいは（ｂ）操作者がピストンおよびロッドアセンブリ１８のリフト速度に対するより精密な制御を望む場合（例えば、より遅いリフト速度が望まれる場合）、操作者は、制御弁１１２’（および制御弁１１４）を選択的に操作するように望むことが可能である。
図１を参照するに、流体作動システム１０は、ピストンおよびロッドアセンブリ１８の軸方向通路８４（またはアキュムレータ３０）からシリンダ本体１４（またはタンク１０８）のポート３４ａへの流体通過を防止するように動作可能である一方向ポペット弁のような弁１１６をさらに含むことが可能である。
流体作動システム１０はまた、圧力リリーフ弁のような１つ以上の弁１２０を含んでもよく、この弁は、流体圧力がしきい値リリーフ圧力に一致するかあるいはそれを超える場合、（ｉ）ポンプ２６（制御弁１１２、１１２’を通して）、（ｉｉ）ピストンおよびロッドアセンブリ１８の軸方向通路８４、および／または（ｉｉｉ）アキュムレータ３０から、タンク１０８への流体通過を可能にするように動作可能であり得る。
流体作動システム１０は、流体作動システム１０の始動および停止中にアキュムレータ３０をチャージおよび放出するための機器をさらに含んでもよい。例えば、また図１を参照するに、システム１０は、アキュムレータ３０とピストンおよびロッドアセンブリ１８の軸方向通路８４とに流体連結されたパイロットポンプ１２４を含んでもよい。始動すると、ポンプ１２４は加圧流体を供給して、アキュムレータ３０をチャージし、必要ならば、ピストンおよびロッドアセンブリ１８の軸方向通路８４を充填することが可能である。初期の充填操作中、空気は、シリンダ本体１４の外側のロッド４６に配置されたブリード弁１２６（図２）を介して軸方向通路８４から放出してもよい。ブリード弁１２６は、ピストンおよびロッドアセンブリ１８内の内部管腔１２６ａを介してピストンおよびロッドアセンブリの内部通路８４と流体連通し得る。一方向ポペット弁のような弁１２８（図１）は、パイロットポンプ１２４の下流側に配置してもよく、流体作動システム１０の通常作動中にパイロットポンプ１２４に向かって流体が流れることを防止するように動作可能であり得る。
代替的実施形態（図４と図５）では、軸方向通路８４およびアキュムレータ３０をメインポンプ２６からの流体によって直接充填かつチャージしてもよい。このような実施形態では、システム１０は、所望に応じて、軸方向通路８４を充填するためかつアキュムレータ３０をチャージするために開放可能な（位置１４４ａ）電気油圧比例弁のような追加の弁１４４を含んでもよい。
一方向ポペット弁のような弁１３２（図１、図３と図４）はまた、必要に応じて、流体リザーバまたはタンク１０８からピストンおよびロッドアセンブリの軸方向通路８４への補給流体の通過を可能にするように用意してもよい。例えば、ピストンおよびロッドアセンブリ１８の軸方向通路８４がパイロットポンプ１２４によって充填される前に（あるいはアキュムレータ３０がチャージされる前に）流体作動システム１０が最初に作動されるならば、例えば加圧流体がポンプ２６によってポート３４ａに供給される結果、ピストンおよびロッドアセンブリ１８が最初に持ち上げられる（矢印Ａの方向）場合、軸方向通路８４はタンク１０８から弁１３２を通して補給流体を引き込むことが可能である。さらに、ピストンおよびロッドアセンブリ１８が最初に下げられる（矢印Ｂの方向）場合、ピストンおよびロッドアセンブリ１８の軸方向通路８４内の流体はアキュムレータ３０に押し込まれて、アキュムレータ３０をチャージする。
図４を参照するに、システム１０は、アキュムレータ３０が圧力を増加できるようにシステム１０の始動後に閉鎖できる（位置１３６ｂ）電気油圧比例弁のような弁装置１３６をさらに含み得る。弁１３６は、システム１０の停止時に開放して（位置１３６ａ）アキュムレータ３０からの流体圧力の解放を可能にし得る。停止中にしきい値圧力がアキュムレータ３０およびピストンおよびロッドアセンブリ１８の軸方向通路８４内で維持されることを保証するために、同様に、ばね負荷された一方向ポペット弁のような圧力点検装置１４０を弁１３６の下流側に含んでもよい。
図５を参照するに、例証的な流体作動システム１０’の代替的実施形態が示されている。図５の実施形態は、図４に示した実施形態とほぼ同様に構成されるが、電気油圧比例弁のような代わりの制御弁装置１１７を含み、制御弁１１４は含まない。制御弁１１７を制御器１１５に電気連結し、それによって制御してもよい。制御弁１１７はポンプ２６とピストンおよびロッドアセンブリ１８の軸方向通路８４との間で流体連結され、アキュムレータ３０と軸方向通路８４との間でさらに流体連結される。例えば流体作動システム１０’の通常作動中に、弁１１７が所定位置１１７ａにある場合、弁１１７は、アキュムレータ３０とピストンおよびロッドアセンブリ１８の軸方向通路８４との間の流体連通を可能にし、ライン１０６と軸方向通路８４との間の流体連通をブロックする。弁１１７が例えば制御器１１５によって位置１１７ｂに移動されると、アキュムレータ３０と軸方向通路８４との間の流体連通がブロックされ、一方、ライン１０６と軸方向通路８４との間の流体連通が可能にされる。このような実施形態では、例えば、（ａ）ライン１０６（ポンプ２６からの）の圧力がしきい値圧力を超えることが圧力センサ１１９ａによって示され、（ｂ）ライン１０７（アキュムレータからの）の圧力がライン１０６の圧力未満であることが圧力センサ１１９ｂによって示される場合、弁１１７を通常作動中に位置１１７ａに構成することが可能であり、制御器によって位置１１７ｂに移動することが可能である。代わりに、操作者は、弁１１２’と１１４に関して上述したように、制御器１１５を介して弁１１７を位置１１７ｂに選択的に位置付けることが可能である。
図６を参照するに、例証的な流体作動システム１０”の代替的実施形態が示されている。システム１０”は、加圧流体源２６（例えば流体ポンプ）および弁部材１０４（例えば電気油圧弁）のような図１に示したシステム１０の同一の特徴部の多くを含むことが可能である。しかし、図６のシステム１０”は、シリンダ装置１２”およびその様々な構成部材（例えばシリンダ本体１４”、ピストンおよびロッドアセンブリ１８”および管状要素２２”）が、図１に示した構成部材に対して逆さまにされるように構成かつ配列してもよい。さらに、管状要素２２” は、アキュムレータの代わりに流体リザーバまたはタンク１０８と流体連結してもよい。
引き続き図６を参照するに、流体ポンプ２６はポート３４ａ”、３４ｂ”でシリンダ本体１４”と流体連結してもよく、加圧流体を弁部材１０４を通してポート３４ａ”、３４ｂ”に供給することが可能である。図６に示した弁部材１０４は４位置電気油圧比例弁であり、また選択的に、（ｉ）所望の加圧流体流をポンプ２６からシリンダ本体１４”のポート３４ａ”に供給し、（ｉｉ）加圧流体がポンプ２６からシリンダ本体１４”に通過するのをブロックし、（ｉｉｉ）所望の加圧流体流をポンプ２６からシリンダ本体１４”のポート３４ｂ”に供給し、また（ｉｖ）流体をポンプ２６からまたシリンダ本体１４”のポート３４ａ”からポート３４ｂ”に供給するために制御することが可能である。
例えば、弁１０４が位置１０４ｂから位置１０４ａに向かって移動されると、ポンプ２６は加圧流体をシリンダ本体１４”のポート３４ａ”に供給する。加圧流体はピストンおよびロッドアセンブリ１８”のロッド側面６４ｂ”に対して作用し、このようにして、図６の矢印Ａの方向のピストンおよびロッドアセンブリ１８”の軸方向移動を引き起こし、例えば、ピストンおよびロッドアセンブリ１８”に連結された作業器具１１”（例えばブルドーザのブレード）の上昇を引き起こす。ピストンおよびロッドアセンブリ１８”がシリンダ本体１４”内で矢印Ａの方向に移動されるとき、流体はポート３４ｂ”でシリンダ本体１４”から放出され、弁１０４を通して流体リザーバまたはタンク１０８内に通過させられる。弁１０４が位置１０４ｂから位置１０４ｃに向かって移動されると、ポンプ２６は加圧流体をシリンダ本体１４”のポート３４ｂ”に供給する。加圧流体はピストンおよびロッドアセンブリ１８”のヘッド側面６４ａ”に対して作用し、このようにして、図６の矢印Ｂの方向のピストンおよびロッドアセンブリの移動を強制し、例えば、ピストンおよびロッドアセンブリ１８”に連結された作業器具１１”（例えばブルドーザのブレード）の下降を引き起こす。ピストンおよびロッドアセンブリ１８”がシリンダ本体１４”内で矢印Ｂの方向に移動されるとき、流体はポート３４ａ”でシリンダ本体１４”から放出され、弁１０４を通してタンク１０８内に通過させられる。
弁１０４が位置１０４ｂから位置１０４ｃを越えて位置１０４ｄに向かって移動されると、ポンプ２６からのおよびポート３４ａ”からの流体をシリンダ本体１４”のポート３４ｂ”に方向付けて、図６の矢印Ｂの方向のピストンおよびロッドアセンブリ１８”の移動を引き起こすことが可能である。例えば、矢印Ｂの方向のピストンおよびロッドアセンブリ１８”を急速に移動することが望まれる場合、例えば、作業器具１１”が急速に下げられる「急降下」操作中に、弁１０４を位置１０４ｃを越えて位置１０４ｄに向かって移動することが可能である。このようにして、作業器具１１”が下げられるとき、流体はポート３４ａ”から弁１０４を通してシリンダアセンブリ１４”のポート３４ｂ”に押し込まれる。この結果、下降動作中にポンプ２６はより少ない流体量をポート３４ｂ”に供給し得る。
図６に示したように、管状要素２２”は、例えば開口部またはポート５２”で流体リザーバまたはタンク１０８のような流体源１０８と流体連結してもよい。このようにして、ピストンおよびロッドアセンブリ１８”が矢印Ａの方向に移動されると、軸方向通路８４”内に配置された流体は軸方向通路８４”から管状要素２２”の流体通路８８”を通して放出され、タンク１０８に移送される。ピストンおよびロッドアセンブリ１８”が矢印Ｂの方向に移動されると、タンク１０８からの流体は管状要素２２”の流体通路８８”を通して軸方向通路８４”内に引き込まれる。
ポンプ出力要件を低減するような利点を提供するために、図６の実施形態を例えばブルドーザまたは他の土工機械に適用してもよい。ブルドーザ等のような土工機械はシリンダ装置を含んでもよく、この場合、作業器具は、加圧流体をピストンおよびロッドアセンブリのロッド側面に印加することによってピストンおよびロッドアセンブリを介して持ち上げられ（すなわち図６の矢印Ａの方向に移動され）、また作業器具は、加圧流体をピストンおよびロッドアセンブリのヘッド側面に印加することによって下げられる（すなわち図６の矢印Ｂの方向に移動される）。このような機械では、ポンプは、高速の器具下降速度を達成し得るように寸法決めすることが可能である。このようなシステムでは、ポンプは、下降動作中にシリンダ本体の内部キャビティのヘッド側面全体を充填するように寸法決めしてもよい。しかし、図６に示した実施形態では、管状要素２２”が内部キャビティ３６”のヘッド側面の部分を充填するので、下降動作中のポンプ２６の出力要件を低減し得る。例えば、器具の下降動作中に、ポンプ２６”（弁１０４が位置１０４ｄにあるときにポート３４ａ”からの流体と組み合わせて）は、管状要素２２”によって占められた内部キャビティ３６”の容積と管状要素２２”の内部の流体とを差し引いて、内部キャビティ３６”のヘッド側面を充填すればよい。このようにして、図６に示したポンプ２６は、従来のブルドーザまたは同様の配列の他の機械のポンプよりも少ない流量の加圧流体を供給しつつ、高速の器具下降動作を実行することが可能である。
本発明を使用して、エネルギを流体作動システムの構成部材から回収しまたエネルギを流体作動システムの構成部材に戻し、このようにして、システム全体のエネルギ消費を低減することが可能である。図１〜図５の例証的な流体作動システム１０の作動中、弁１０４を使用して、ポンプ２６からポート３４ａ、３４ｂを通したシリンダ本体１４への加圧流体の印加を制御してもよい。ポート３４ａに対する加圧流体の印加により、ピストンおよびロッドアセンブリ１８がシリンダ本体１４内で移動させられて、例えば、ピストンおよびロッドアセンブリ１８に連結された作業器具１１を持ち上げる。作業器具１１とピストンおよびロッドアセンブリ１８が下げられると、エネルギはアキュムレータ３０内に（加圧流体の形態で）蓄積され、次のリフト動作に利用可能である。アキュムレータ３０は、引き続くリフト動作を補助するために加圧流体をピストンおよびロッドアセンブリ１８の軸方向通路８４に供給してもよい。アキュムレータ３０によってピストンおよびロッドアセンブリ１８に提供されるリフト補助の結果として、ピストンおよびロッドアセンブリ１８を介して作業器具１１を周期的に昇降するとき、ポンプ２６のエネルギ消費はより少なくて済むことが可能であり、またシステム１０による全体の燃料消費量を減少し得る。
さらに、本発明はポンプ２６の出力要件を低減し得る。例えば、シリンダ本体１４の内部キャビティ３６内の管状要素２２の存在は、ピストンおよびロッドアセンブリ１８（図１〜図５）を持ち上げるかあるいはピストンおよびロッドアセンブリ１８”（図６）を下げるために、より小さな容量の流体供給（ポンプ２６から）を可能にする。したがって、一定流量の流体がポンプ２６によって供給されることを前提として、ピストンおよびロッドアセンブリ１８は、管状要素２２がシリンダ本体１４の内部キャビティ３６内に存在しない場合よりも、開示した例証的な実施形態により速く持ち上げる（あるいは下げる）ことが可能である。
本明細書に開示した例証的な流体作動システム１０の作動中、ポンプ２６からの加圧流体をシリンダ本体１４のポート３４ａにまたピストンおよびロッドアセンブリの軸方向通路８４に同時に供給し、これによって、加圧流体によりピストンおよびロッドアセンブリ１８に対し及ぼされる力全体を増すことが可能である。例えば、完全に負荷された重い作業器具を持ち上げる場合、非常に高圧の流体をポンプ２６によってシリンダ本体１４のポート３４ａ内に供給し得る。流体の高圧がしきい値圧力を超えて制御弁１１２を開くことが可能であり、また高圧に加圧された流体を軸方向通路８４に供給し、これによって、ピストンおよびロッドアセンブリ１８に対し及ぼされる持ち上げ力全体を増すことが可能である。さらに、電気油圧制御弁１１２’を使用する場合、操作者は、加圧流体をポンプ２６から軸方向通路８４に選択的に印加してもよい。このような実施形態では、操作者は、高速サイクルモード（この場合制御弁１１２’は閉）で作動システム１０を操作して生産性を増すことを任意に選択し得るか、あるいは操作者は、より遅い、持ち上げ力のより高いモード（この場合制御弁１１２’は開であり、ポンプ流体は軸方向通路８４に供給される）でシステム１０を操作することを選択し得る。
本発明のシステム１０は、ポンプ２６からの加圧流体がシリンダ本体１４のポート３４ａに供給される第１のリフト装置と、アキュムレータ３０がエネルギ保存機能を提供する第２のリフト装置とを含む単一シリンダ本体１４の使用を可能にし得ることを理解すべきである。さらに、単一シリンダ本体アセンブリを使用して、従来のシリンダが適用される本発明の機械の大きな配置再設計なしに従来のシリンダを置き換えることが可能である。
上述のことから、説明のために本発明の特定の実施形態について本明細書に説明してきたが、本発明の精神と範囲から逸脱することなしに様々な修正を行い得ることが理解される。本発明の他の実施形態は、ここに開示した本発明の明細書および図面と実施を考慮すれば、当業者には明白であろう。明細書および開示した実施例は例証的なものに過ぎないと考えられ、本発明の真の範囲および精神は、次の特許請求の範囲およびそれらの等価物によって示されることが意図される。したがって、本発明は、添付された特許請求の範囲の記載を除いて限定されない。
本発明による例証的な流体作動システムの部分図および部分概略図である。 本発明によるシリンダアセンブリの側部プロファイル切り取り図である。 本発明による第２の例証的な流体作動システムの部分図および部分概略図である。 本発明による第３の例証的な流体作動システムの部分図および部分概略図である。 本発明による第４の例証的な流体作動システムの部分図および部分概略図である。 本発明による第５の例証的な流体作動システムの部分図および部分概略図である。
符号の説明
１０ 流体作動システム
１２ シリンダ装置
１４ シリンダ本体
１８ ピストンおよびロッドアセンブリ
２２ 管状要素
２２ａ 管状要素の部分
２２ｂ 管状要素の部分
２２ｃ 管状要素の部分
２６ 加圧流体源
３０ 加圧流体源
３４ａ 流体ポート
３４ｂ 流体ポート
３６ 内部キャビティ
３８ シリンダ本体の開口部
４２ シリンダ本体の端部
４６ ロッド部材
５２ 開口部
５６ シリンダ本体の端部
６０ 土工機械
６４ ピストン
６４ａ ピストンのヘッド側面
６４ｂ ピストンのロッド側面
６８ シール
７０ａ シリンダ本体の壁部
７０ｂ シリンダ本体の壁部
７０ｃ シリンダ本体の壁部
７２ シール溝
７６ シール
８０ シール溝
８４ 通路
８８ 流体通路
９２ ねじ付き噛合部
９６ シール要素
１００ シール溝
１０４ 弁部材
１０８ タンク
１１２ 弁
１１２’ 弁
１１４ 制御弁
１１５ 制御器
１１６ ポペット弁
１１７ 制御弁
１１９ 圧力センサ
１２０ 弁
１２４ ポンプ
１２６ ブリード弁
１２８ 弁
１３２ 弁
１３６ 弁
１４０ 弁
１４４ 弁

Claims (7)

  1. シリンダアセンブリであって、
    その中に内部キャビティを含むシリンダ本体と、
    その中に延在する軸方向通路を有する、シリンダ本体の内部キャビティ内の軸方向移動のために配置されたピストンおよびロッドアセンブリと、
    ピストンおよびロッドアセンブリの軸方向通路内に収容された管状要素であって、管状要素の少なくとも一部分が軸方向通路から、軸方向通路とシリンダ本体の壁部との間のシリンダ本体の内部キャビティ内に延在する管状要素と、
    を含むシリンダアセンブリ。
  2. 管状要素がピストンおよびロッドアセンブリの軸方向通路内に摺動可能に受容され、シリンダ本体に固定されるかあるいはそれと一体成形される、請求項１に記載のシリンダアセンブリ。
  3. シリンダ本体が第１の端部と第２の端部とを有し、第１の端部がその中に開口部を有し、
    ピストンおよびロッドアセンブリの部分がシリンダ本体の第１の端部の開口部を通して延在し、
    管状要素が軸方向通路とシリンダ本体の第２の端部との間のシリンダ本体の内部キャビティ内に延在する、請求項１に記載のシリンダアセンブリ。
  4. シリンダ本体の外側に配置された流体源を含み、
    管状要素がシリンダ本体の第２の端部に固定され、ピストンおよびロッドアセンブリの軸方向通路内に摺動可能にかつシールして受容され、
    管状要素がその中に流体通路を含み、流体通路がピストンおよびロッドアセンブリの軸方向通路と、シリンダ本体の外側に配置された流体源とを流体連通する、請求項３に記載のシリンダアセンブリ。
  5. 内部キャビティをその中に有するシリンダ本体と、シリンダ本体の内部キャビティ内の軸方向移動のために配置される、その中に延在する軸方向通路を有するピストンおよびロッドアセンブリとを含む流体アクチュエータを作動するための方法であって、
    加圧流体を流体源からシリンダ本体内にかつピストンおよびロッドアセンブリのピストンの第１の側面に方向付けることによって、ピストンおよびロッドアセンブリに対し第１の付勢力を軸方向に生成するステップと、
    ピストンおよびロッドアセンブリが軸方向に移動するときに流体を流体源からピストンおよびロッドアセンブリの軸方向通路内に方向付けるステップと、
    ピストンおよびロッドアセンブリに対し第１の付勢力を生成している加圧流体がシリンダ本体内でピストンおよびロッドアセンブリの軸方向通路内の流体と実質的に連通することを防止するステップと、
    を含む方法。
  6. 加圧流体をピストンおよびロッドアセンブリの軸方向通路内に方向付けることによって、ピストンおよびロッドアセンブリに対し第２の付勢力を軸方向に生成するステップを含む、請求項５に記載の方法。
  7. ピストンおよびロッドアセンブリに対し第２の付勢力を生成するステップが、ピストンおよびロッドアセンブリの軸方向通路内に摺動可能に配置されかつ軸方向通路から、軸方向通路とシリンダ本体の壁部との間のシリンダ本体の内部キャビティ内に延在する管状要素を通して加圧流体を方向付けるステップを含む、請求項６に記載の方法。
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