JP2008215615A - ピストン・シリンダユニット - Google Patents

Abstract

【課題】小さな組み込み空間しか必要とせず、かつ少数の単純な部品で構成ピストン・シリンダユニットを提供する。
【解決手段】ピストン２の一端に配置されたピストンロッド５は、第２の作動室４を介して外部に延在させてシリンダ１の一端面にて封止され、電気的に駆動可能な電磁弁により第１から第２の作動室に通ずる流路２４を開放及び／又は閉塞することができる。ピストン２内に流路２４と電磁弁とが形成され、この流路２４は閉弁位置と開弁位置との間で駆動できてアーマチュア２６に接続した閉弁部材２７により閉塞することができる。ピストン２内には電流を印加可能なコイル１６が配置され、このコイル内にアーマチュア２６の移動方向に対し軸方向に配置したコイル芯８を配置し、このコイルを磁界誘導管により囲繞する。
【選択図】図１

Description

本発明は、その内部空間を軸方向に変位可能なピストンにより第１と第２の作動室とに分割された、加圧した流体を充填して閉塞されたシリンダを有し、前記ピストンの一端部に配置され、第２の作動室を介して外部に延出され前記シリンダの一端面にて封止されるピストンロッドを有し、電気的に駆動可能な電磁弁により第１から第２の作動室に通ずる流路を開放及び／又は閉塞することができるピストン・シリンダユニットに関する。

この種のピストン・シリンダユニットにあっては、トリップピンを可動起動することができる電磁弁をシリンダ上に配置することが知られている。このトリップピンは、シリンダの一隔壁内に配置した弁をその閉弁位置からばね力に抗してその開弁位置へ動かすことができる。開弁位置にあっては、シリンダの二つの作動室は、相互に対向するそれらの端部において環状流路により互いに接続される。この環状流路は、シリンダとこのシリンダを径方向に一定距離隔てて囲繞する管との間に形成される。この設計は大量の数の部品を有するだけでなく、大きな組み込み空間もまた必要となる。

従って本発明の目的は、小さな組み込み空間しか必要とせず、かつ少数の単純な部品で構成されるような、導入部で述べたような種類のピストン・シリンダユニットを提供することにある。

本発明によれば、この目的は、流路及び電磁弁をピストン内に形成し、この流路を閉弁位置と開弁位置との間で可動的に駆動できてアーマチュアを形成するかあるいはアーマチュアに接続する閉弁部材により閉塞できるようにし、電流を印加できるコイルを設け、これをピストン内に固定的に配置し、コイル内にアーマチュアの移動方向に関し軸方向にコイル芯を配置し、かつ／又はコイルを磁界誘導管により囲繞することで達成される。

この設計によりコンパクトな構成を達成することができ、二つの作動流体室のシリンダ外部での複雑な接続を省くことができる。

閉弁部材が閉弁位置と開弁位置との間をシリンダ内で軸方向に可動的に駆動され、かつコイルがシリンダ内で軸方向に配置された場合に、スリムな構成が達成される。

磁界誘導管に近い点まで径方向に延びる鉄盤をコイルから突出させてアーマチュアを避けたコイル芯のその端部領域に配置した場合、磁界の磁力線の集束案内、ひいてはアーマチュアに作用する磁界の強化とが達成される。

そのため、磁界を生成する要素、ひいてはピストン・シリンダユニット全体は、起動力が大であるときにより小さな全体寸法をもつように設計されることができる。

個々の磁界誘導管は、シリンダが磁界誘導管を形成する場合には省いてもよく、このことにより強力な磁束が得られる。

アーマチュアが磁界誘導管近くの点まで径方向に延びる場合、同様に磁界の磁力線の集束案内が達成される。

部品点数を削減するために、コイル芯はピストンロッドと一体に形成されてもよい。

しかしながら、コイル芯とピストンロッドを二つの部分として形成し、前記コイル芯とピストンロッドを螺子接続により相互接続した状態で互いに同軸的に接続して、簡単に装着できるようにすることもまた可能である。

コンパクトな構成を達成しながら同時にコイルとコイル芯との間の導通接触を排除するため、絶縁材料、特にプラスチックを含むコイル担体をコイル芯上に固定し、そのコイル担体内にコイルを配置することができる。

閉弁した弁における漏洩を防ぐため、閉弁要素はアーマチュアに固定的に接続されるエラストマー部分であると好ましい。

円筒状ピストン部内に同軸的に形成する流路によって、小さな径方向寸法を必要とする簡単な構成が得られ、この流路のアーマチュア端の開口は、軸方向に変位可能な態様にてシリンダ内を案内されるのが好ましい円筒状ピストン部と共に弁座を形成する。

この目的に合わせ、円筒状ピストン部はその径方向囲繞ケーシング面を径方向に囲む１以上の案内リングを単に有していてもよく、この案内リングと共にピストン部がシリンダ内を軸方向に変位可能な態様にて案内され、また案内リングは電気的絶縁材料により構成されることが好ましい。

ピストンロッドが導電性材料からなる場合、案内リングは電気的絶縁材料から形成する必要がある。

二つの作動室を封止態様にて互いに分離するために、シリンダ内壁に対しその外部径方向囲繞リング面をもって係止する封止リングを円筒状ピストン部の径方向囲繞ケーシング面上に形成した環状溝内に配置することができる。

磁界強度を増強すべく、円筒状ピストン部は常磁性体材料で構成されることができる。

弁開口は、アーマチュアをピストンの１以上の案内要素上でその移動方向に変位可能に案内する場合に確実に閉塞され、この案内要素は円筒状ピストン部に配置することができる。

案内要素は軸方向に延びるピンであってよく、同心円内に均一分散態様にて配置し、その上をしかるべく軸方向凹部を形成した盤状アーマチュアが変位可能に案内されることにより、アーマチュアは磁界誘導管に近い点まで案内される。

円筒状ピストンはコイル芯又はピストンロッドに接続することができ、案内要素の自由端に接続した固定要素をコイル芯か又はアーマチュアに対向するピストンロッドのその端部に固定的に配置することができる。

固定要素及び案内要素は同様に、常磁性体材料で構成することができる。

この場合、固定要素は円盤としてもよい。

ばね力はアーマチュア又はその閉弁位置にある閉弁部材に対し印加されることが好ましく、コイルに印加される電流によって前記アーマチュアか又は閉弁部材に対し開弁方向に磁力を印加することができる。

この目的に合わせ、ピストン上に支持される圧縮ばねをアーマチュアか又は閉弁部材に予印加応力をもって支持させてもよく、組み込み空間を節約すべく圧縮ばねをばねリングとしてもよい。

コイルへの電源及び／又は接地接続を配設する簡単な方法としては、管状ピストンロッドを介して外部からコイルへ配線される電源供給線路及び／又は接地線路が含まれる。

しかしながら、電源供給接続や接地接続はピストンロッド自体を介して配設されてもよい。この場合にはピストンロッドが電源供給線路又は接地線路を形成してコイルへ接続され、ピストン及びシリンダから絶縁しなければならないようにできる。

あるいは、ピストンロッドが電源供給線路又は接地線路を形成してコイルに接続される場合には、個々の電源供給線路あるいは個々の接地線路を省いてもよい。

コイルへの電源供給が特に電子制御システムにより制御できる場合には、ピストンとピストンロッドの伸長速度もまた制御することができる。これは、例えばパルス幅変調により行うことができる。

シリンダは関節式態様にて固定構成要素に接続されてもよく、ピストンロッドの自由端は関節式態様にて動力車の可動構成要素に接続されてもよい。

運動学的に反転させた関節式接続が同様に可能であることは、言うまでもない。

この場合、可動要素は枢支軸周りに揺動できて電磁弁が開弁しているときにピストン・シリンダユニットにより開弁方向に可動的に駆動することのできるフラップとすることができる。このフラップは、正に電磁弁が閉弁する結果決まる所定位置に留まる。

本発明の例示実施形態を下記により詳細に説明し、図面に例示する。

図面に示したピストン・シリンダユニットは、特にガスを用いて加圧した流体が充填され、磁界誘導管を形成するシリンダ１を有しており、その内部はシリンダ１内を軸方向に変位可能なピストン２により第１の作動室３と第２の作動室とに分割される。

ピストンロッド５はピストン２の一端に固定されており、第２の作動室４を介して外部に延出し、シリンダ１の一端面において封止案内組立体６により封止されるようになっている。

シリンダ１内に突出するピストンロッド５の端部には同軸の螺子孔７が配設されており、この孔内にピストン５よりも小さな直径を有するボルト状コイル芯８を螺子付き端部をもって螺合させることにより、コイル芯がピストンロッド５の同軸的延長部を形成するようになっている。他の方法の接続、例えば溶接もまた可能であることは言うまでもない。

電気的絶縁材料からなりピストンロッド端を径方向内方へ囲繞するスペーサ盤９が、シリンダ１内へ突出するピストンロッド５の端部に嵌挿されている。絶縁リング１０はスペーサ盤９に対し軸方向に支持されるようコイル芯８上に配置されており、一方、シリンダ１の内壁に近い個所に向けて径方向外方に延びる環状鉄盤１１は、前記絶縁リングに対し軸方向に支持されるようになっている。

コイル芯８を囲繞するコイル担体１２は、電気的絶縁材料、例えばプラスチックから作られかつ盤１１に軸方向に支持されており、径方向フランジ１３は絶縁リング１０を避けた盤１１の側部のコイル芯８上に配置されている。

互いに距離をおいて配置可能であるコイル担体１２のさらなる二つの径方向フランジ１４、１５間には、電流を印加可能なコイル１６が配置されている。

常磁性体材料で作られた円盤１７はその一端がコイル担体に対し軸方向に支持されており、そのフランジ１３により該コイル担体を盤１１と当接状態に保つ。この円盤１７は、ピストンロッド５を避けてコイル担体１２から突出するコイル芯８の端部に配置されている。

シリンダ１の内壁に近い点まで径方向に延びる円盤１７は、均一分散態様にて同心円内に配置された連続する軸方向開口１８を備えて形成されており、この開口中には、軸方向に延びるピン１９に対応する、磁性体材料からなる円筒状ピストン部２０の自由端が固定されている。ピストン部２０は軸方向に変位可能な態様にてシリンダ１内を案内され、その径方向囲繞ケーシング面に環状溝２１を有する。

非導電性材料で作られた二つの案内リング２２は、二つの軸端において環状溝２１内に挿入されることによりシリンダ１の内壁点に支持されるまで径方向に延びるようになっており、ピストン部２０を軸方向に案内する。

その径方向囲繞リング面をもってシリンダ１の内壁に支持されることにより二つの作動室３，４を互いに封止する封止リング２３は、二つの案内リング２２間に軸方向に形成された環状溝２１内の環状空間に挿入されている。

コイル芯８に対向する開口が弁座２５を形成する同軸的な連続流路２４が、ピストン部２０内に形成されている。

エラストマー部分の形をしかつピストン部２０に軸方向に支持されるときに流路２４を閉塞する閉弁部材２７を、弁座２５に対向する側に担持する盤状アーマチュア２６が、ピン１０が軸方向に突出するピストン部２０の端面とコイル芯８の自由端との間に軸方向の遊びをもって軸方向に可動的に配置されている。

シリンダ１の内壁に近い個所まで径方向に延びる盤状アーマチュア２６は軸方向凹部２８を有し、軸方向凹部２８はピン１９に対応しておりかつそこを介してピン１９が突出する。

このようにして、アーマチュア２６は軸方向に変位可能な態様にてピン１９上を案内される。アーマチュア２６はその閉弁要素２７により、円盤１７上に支持されかつばねリング２９の形をとる予印加応力圧縮ばねによって弁座２５に対し軸方向にばね荷重を作用されている。

図１と図３の例示実施形態では、ピストンロッド５によって外部から、コイル１６の第１のコイル端３０に電源を供給する。

図１において、コイル１６の第２のコイル端３１は環状摺動接点３２に通じており、この接点はスペーサ盤９と絶縁リング１０との間に軸方向にクランプされ、ほぼ径方向に外方突出する摺動アーム３３によりばね予印加応力態様にて接地シリンダ１の内壁に支持されている。

図２及び図３において、ピストンロッド５とコイル１６まで達するコイル芯８のその端部には管状態様の流路開口３４が形成されており、この開口を介して外部から電源供給線路３５が配線され、この電源供給線路はコイル芯内の第１の径方向開口３６を介してコイル担体１２へ配線され、コイル１６の第１のコイル端３０に接続される。

図２において、接地線路３７はさらに流路開口３４とコイル芯８内の第２の径方向開口３８を介して外部からコイル担体１２へ配線されており、コイル１６の第２のコイル端３１に接続されている。

この場合、図２と図３の両方において、流路開口３４は径方向開口３６，３８の領域で射出された絶縁材料３９を充填され、閉塞されている。

コイル１６に電流が印加されていないときは、アーマチュア２６はばねリング２９により閉弁部材２７が弁座に支持されるように保持し、このことにより二つの作動室３，４を互いに接続する流路２４を閉塞している。

電流を印加されるとコイルは磁界を発生し、これによりアーマチュア２６はばねリング２９の力に抗してコイル芯８に向け引っ張られ、閉弁部材２７は弁座２５から離座させられる。このようにして、一方の作動室３又は４からもう一方の作動室４又は３にガスを流せるようになる。

コイル芯８と盤１１とシリンダ１とを通りアーマチュア２６によりコイル芯８ヘ戻る磁力線の誘導により、集束された磁束を得ることができる。

ピストン・シリンダユニットの第１の例示実施形態を示す断面図である。 ピストン・シリンダユニットの第２の例示実施形態を示す断面図である。 ピストン・シリンダユニットの第３の例示実施形態を示す断面図である。

符号の説明

１ シリンダ
２ ピストン
３ 第１の作動室
４ 第２の作動室
５ ピストンロッド
６ 封止及び案内組立体
７ 螺子孔
８ コイル芯
９ スペーサ盤
１０ 絶縁リング
１１ 盤
１２ コイル担体
１３ フランジ
１４ フランジ
１５ フランジ
１６ コイル
１７ 円盤
１８ 軸方向開口
１９ ピン
２０ ピストン部
２１ 環状溝
２２ 案内リング
２３ 封止リング
２４ 封止リング
２５ 弁座
２６ アーマチュア
２７ 閉弁部材
２８ 軸方向凹部
２９ ばねリング
３０ 第１のコイル端
３１ 第２のコイル端
３２ 摺動接点
３３ 摺動アーム
３４ 流路開口
３５ 電源供給線路
３６ 第１の径方向開口
３７ 接地線路
３８ 第２の径方向開口
３９ 絶縁材料

Claims (31)

1. 加圧した流体を充填して閉塞され、その内部空間を軸方向に変位可能なピストンにより第１と第２の作動室とに分割されたシリンダを有し、
   前記ピストンの一端部に配置され、前記第２の作動室を介して外部に延出されて前記シリンダの一端面にて封止される、ピストンロッドを有し、
   電気的に駆動可能な電磁弁により前記第１から第２の作動室に通ずる流路を開放及び／又は閉塞することができるピストン・シリンダユニットにおいて、
   前記流路（２４）及び前記電磁弁が前記ピストン（２）内に形成され、前記流路（２４）が、アーマチュアを形成するか又は前記アーマチュア（２６）に接続される、閉弁位置と開弁位置との間で可動的に駆動可能な閉弁部材（２７）により閉塞可能であり、
   電流を印加可能であり前記ピストン（２）内に特に固定的に配置されたコイル（１６）を有し、前記コイル内に前記アーマチュア（２６）の移動方向に対し軸方向にコイル芯（８）が配置され、かつ／又は前記コイルが磁界誘導管により囲繞される、ことを特徴とするピストン・シリンダユニット。
2. 前記閉弁部材（２７）が前記シリンダ（１）内を前記閉弁位置と前記開弁位置との間で軸方向に可動的に駆動可能であり、前記コイル（１６）が前記シリンダ（１）内に軸方向に配置される、請求項１記載のピストン・シリンダユニット。
3. 径方向に前記磁界誘導管近くの点まで延在する鉄盤（１１）が、前記コイル（１６）から突出しかつ前記アーマチュア（２６）を避ける前記コイル芯（８）の端部領域に配置される、請求項１又は２記載のピストン・シリンダユニット。
4. 前記シリンダ（１）が磁界誘導管を形成する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のピストン・シリンダユニット。
5. 前記アーマチュア（２６）が前記磁界誘導管に近い点まで径方向に延在する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のピストン・シリンダユニット。
6. 前記コイル芯が前記ピストンロッドに一体形成された、請求項１〜５のいずれか１項に記載のピストン・シリンダユニット。
7. 前記コイル芯（８）と前記ピストンロッド（５）とが、二つの部分により形成され、互いに同軸的に接続可能である、請求項１〜５のいずれか１項に記載のピストン・シリンダユニット。
8. 前記コイル芯（８）と前記ピストンロッド（５）とが、螺子による接続により互いに接続可能である、請求項７記載のピストン・シリンダユニット。
9. 内部に前記コイル（１６）が配置されるコイル担体（１２）が、絶縁材料、特にプラスチックを含み、前記コイル芯（８）を囲繞するように前記コイル芯（８）上に固定される、請求項１〜８のいずれか１項に記載のピストン・シリンダユニット。
10. 、前記アーマチュア（２６）に固定的に接続されたエラストマー部分である、請求項１〜９のいずれか１項に記載のピストン・シリンダユニット。
11. 前記流路（２４）が前記円筒状ピストン部（２０）内に同軸的に形成され、そのアーマチュア端開口と共に弁座（２５）を形成する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のピストン・シリンダユニット。
12. 前記円筒状ピストン部（２０）が、前記シリンダ（１）内を軸方向に変位可能に案内される、請求項１１記載のピストン・シリンダユニット。
13. 前記円筒状ピストン部（２０）がその径方向囲繞ケーシング面上で径方向に囲む１以上の案内リング（２２）を有し、前記案内リング（２２）により前記ピストン部（２０）が前記シリンダ（１）内で軸方向に変位可能に案内される、請求項１２記載のピストン・シリンダユニット。
14. 前記案内リング（２２）が電気的絶縁材料を含む、請求項１３記載のピストン・シリンダユニット。
15. 外部径方向囲繞リング面により前記シリンダ（１）の内壁に支持される封止リング（２３）が、前記円筒状ピストン部（２０）の前記径方向囲繞ケーシング面に形成された環状溝（２１）内に配置される、請求項１１〜１４のいずれか１項に記載のピストン・シリンダユニット。
16. 前記円筒状ピストン部（２０）が常磁性体材料を含む、請求項１１〜１５のいずれか１項に記載のピストン・シリンダユニット。
17. 前記アーマチュア（２６）が、前記ピストン（２）の１以上の案内要素上をその移動方向で変位可能に案内される、請求項１〜１６のいずれか１項に記載のピストン・シリンダユニット。
18. 前記案内要素が前記円筒状ピストン部（２０）上に配置される、請求項１７記載のピストン・シリンダユニット。
19. 前記案内要素が、同心円内に均一分散態様にて配置された、軸方向に延びるピン（１９）であり、対応して形成された軸方向凹部（２８）を有する盤状アーマチュア（２６）が変位可能に案内される、請求項１８記載のピストン・シリンダユニット。
20. 前記円筒状ピストン部（２０）が前記コイル芯（８）又は前記ピストンロッド（５）に接続される、請求項１〜１９のいずれか１項に記載のピストン・シリンダユニット。
21. 前記案内要素の自由端に接続された固定要素が、前記コイル芯（８）又は前記ピストンロッドの、前記アーマチュア（２６）に対向する自由端に固定配置される、請求項１９又は２０に記載のピストン・シリンダユニット。
22. 前記固定要素が常磁性体材料を含む、請求項２１記載のピストン・シリンダユニット。
23. 前記固定要素が円盤（１７）である、請求項２１又は２２記載のピストン・シリンダユニット。
24. ばね力が、前記アーマチュア（２６）又は閉弁位置にある前記閉弁部材に対し印加され、磁力が、前記コイル（１６）に印加する電流により前記アーマチュア又は閉弁部材に対し開弁方向に印加可能である、請求項１〜２３のいずれか１項に記載のピストン・シリンダユニット。
25. 前記ピストン（２）上に支持される圧縮ばねが、予印加応力をもって、前記アーマチュア（２６）又は閉弁部材に支持される、請求項２４記載のピストン・シリンダユニット。
26. 前記圧縮ばねがばねリング（２９）である、請求項２５記載のピストン・シリンダユニット。
27. 電源供給線路（３５）が前記円筒状ピストンロッド（５）を介して外部から前記コイル（１６）に配線される、請求項１〜２６のいずれか１項に記載のピストン・シリンダユニット。
28. 前記ピストンロッドが電源供給線路又は接地線路（３７）を形成し、前記コイル（１６）に接続される、請求項１〜２７のいずれか１項に記載のピストン・シリンダユニット。
29. 前記シリンダ（１）が接地されるか又は電源供給線路の形態であり、前記コイル（１６）に摺動接点（３２）により接続される、請求項１〜２８のいずれか１項に記載のピストン・シリンダユニット。
30. 前記コイルへの電源供給が特に電子制御システムにより制御可能である、請求項１〜２９のいずれか１項に記載のピストン・シリンダユニット。
31. 前記シリンダが固定構成要素に関節式に接続され、前記ピストンロッドの自由端が動力車の可動構成要素に関節式に接続される、請求項１〜３０のいずれか１項に記載のピストン・シリンダユニット。

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