JP2011102615A - シリンダ装置 - Google Patents

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    • E05F3/221Mechanical power-locks, e.g. for holding the wing open or for free-moving zones

Abstract

【課題】シリンダ装置において、ピストンロッドの突出長さに応じてバネ力を付与、解放できるようにし、また、作動時の騒音を低減する。
【解決手段】シリンダ部材3にピストンロッド2が連結されたピストン12を嵌装し、コイルスプリング27でクラッチ部材24を介してピストンロッド2を付勢する。ピストンロッド2の突出長さが所定未満のとき、ボール26が内周クラッチ溝18に係合して保持部材24をガイドスリーブ17に固定し、ピストンロッド2を解放することにでピストンロッド2にバネ力を作用させず、所定長さ以上のとき、ボール26が外周クラッチ溝23に係合してクラッチ部材24をガイドスリーブ17から解放し、ピストンロッド2に固定することでバネ力をピストンロッド2に作用させる。シリンダ部材3、ガイドスリーブ17間にOリング21、22を介装してボール26の作動音の伝達を遮断する。
【選択図】図1

Description

本発明は、扉の開閉を補助するドアクローザ等に使用されるシリンダ装置に関するものである。
開き戸にスプリングダンパ等のシリンダ装置をリンク結合して、扉の開閉に対してバネ力、減衰力を作用させることにより、扉を自動的に閉じたり、その閉じ速度を調整したり、また、扉を開位置で保持するようにしたドアクローザが知られている。従来、この種のスプリングダンパ等のシリンダ装置を利用したドアクローザとしては、例えば特許文献1に記載されたものがある。
特許文献1に記載されたドアクローザは、圧縮コイルバネのバネ力を作動ロッドの伸長方向に作用させるようにしたスプリングダンパを開き戸の扉と扉枠との間にリンク結合することにより、扉の開度に応じて、扉が閉じ位置付近にある場合には、閉方向の力を付与し、また、扉が全開位置付近にある場合には、扉を開位置で保持する。
特開2008−2124号公報
しかしながら、上記特許文献1に記載されたものでは、スプリングダンパが最も短縮される中間位置にある場合に、比較的強いバネ力が発生してしまうという問題があった。このため、ドアが開閉位置の中間にあるときでも、バネ力が作用することになり、ドアを開閉位置の中間で保持しようとした場合に不都合があった。
本発明は、上記問題点を解決したシリンダ装置を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明は、作動流体が封入されたシリンダと、該シリンダ内に摺動可能に嵌装されたピストンと、該ピストンに連結され、前記シリンダの外部に延出されたピストンロッドと、前記シリンダ内に設けられ、前記ピストンロッドの前記シリンダからの突出長さが所定長さ以上のとき、前記ピストンロッドにバネ力を付与し、所定長さ未満のとき、前記ピストンロッドにバネ力を付与しないバネ機構とを備えたシリンダ装置であって、
前記バネ機構は、前記ピストンロッドの外周に設けられた外周クラッチ溝と、前記外周クラッチ溝に対向して前記シリンダの内周側に設けられた内周クラッチ溝と、前記ピストンロッドの前記シリンダからの突出長さが所定長さ以上のとき、前記外周クラッチ溝と係合して前記ピストンロッドに対して軸方向に固定されると共に前記シリンダに対して軸方向に移動可能になり、前記ピストンロッドの前記シリンダからの突出長さが所定長さ未満のとき、前記内周クラッチ溝と係合して前記シリンダに対して軸方向に固定されると共に前記ピストンロッドに対して軸方向に移動可能となるクラッチ手段と、前記クラッチ手段を付勢するバネ手段とを有し、
前記クラッチ手段は、前記外周クラッチ溝及び前記内周クラッチ溝の少なくとも一方に係合した状態で前記内周クラッチ溝が設けられた前記シリンダ側の内周面と前記ピストンロッドの外周面との間に挿入される複数のカム部材と、該カム部材を前記シリンダ及びピストンロッドの径方向に沿って移動可能に保持する保持部材とを含み、
当該シリンダ装置には、前記シリンダの内周側であって、該シリンダの軸方向に沿って延びて前記カム部材を案内するガイドスリーブが設けられて、該ガイドスリーブに前記内周クラッチ溝が形成され、前記ガイドスリーブと前記シリンダとの間に弾性部材が介装されていることを特徴とする。
本発明によれば、ピストンロッドに対して、そのシリンダからの突出長さに応じてバネ力を付与することができ、このとき、弾性部材により、クラッチ手段の作動による騒音の発生を軽減することができる。
本発明の一実施形態に係るシリンダ装置の縦断面図である。 図1のシリンダ装置において、ピストンロッドが短縮されてバネ機構のバネ力がピストンロッドに作用していない状態を示す要部の拡大縦断面図である。 図1のシリンダ装置の第1変形例を示す要部の拡大縦断面図である。 図1のシリンダ装置の第2変形例を示す要部の拡大縦断面図である。 図1のシリンダ装置の第3変形例を示す要部の拡大縦断面図である。 図3のA−A線による横断面図である。 本発明の一実施形態に係るシリンダ装置を扉に装着した状態を平面視で示す説明図である。
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
本実施形態に係るシリンダ装置を図1に示し、その要部を拡大して図2に示す。図1及び図2に示すように、シリンダ装置1は、ピストンロッド2に反発力を付与するようにした、いわゆるスプリングダンパであって、シリンダを構成する略有底円筒状のシリンダ部材3の開口端部に、内周部がピストンロッド2と摺動するベアリングとなっているロッドガイド4が挿入されており、ロッドガイド4は、シリンダ部材3の開口端部をかしめて固定されている。ロッドガイド4の内側には、シリンダ部材3の内部と外部との間をシールするゴム製で内部に金属環が埋め込まれたオイルシール5が装着されている。
また、シリンダ部材3の中間部の内部に隔壁部材である中間ガイド6が取付けられて、この中間ガイド6によってシリンダ部材3の内部が底部側のシリンダ部7と、開口部側のロッド案内部8とに区画されている。中間ガイド6には、シリンダ部7とロッド案内部8とを連通する通路6Aが軸方向に貫通されている。中間ガイド6は、シリンダ部材3内に嵌合し、シリンダ部材3の側壁を内側にかしめることによって固定されている。なお、この中間ガイド6は、ロッドガイド4と同様にピストンロッド2と摺動するベアリングとしてもよいが、この場合、ロッドガイド2と中間ガイド6との同心度を高くする必要があるので、中間ガイド6はロッドガイド4よりも内径を大きくした方が製造性がよい。シリンダ部7には、フリーピストン9が摺動可能に嵌合され、フリーピストン9によって、シリンダ部7内が底部側のガス室10と中間ガイド6側のシリンダ室11とに区画されている。
シリンダ部材3には、ロッドガイド4及びオイルシール5を摺動可能かつ液密的に貫通してピストンロッド2が挿入されている。ピストンロッド2の基端側は、中間ガイド6を貫通してシリンダ室11の内部まで延びて、その先端部にピストン12が連結されている。ピストン12は、シリンダ部7に摺動可能に嵌合して、その外周にOリング13が装着されて、シリンダ室11内を中間ガイド6側のロッド側室11Aとフリーピストン9側のボトム側室11Bとの2室に区画している。そして、シリンダ室11及びロッド案内部8内には、作動液が封入され、ガス室10内には大気圧程度の低圧ガスが封入されている。この大気圧程度のガスとは、図1に示されるピストンロッド2の最大伸長時に大気をガス室10に導入したものである。よって、使用時は、温度条件等によって、大気圧より高い場合もある。
また、シリンダ装置1の要求特性によって、ガス圧は多少高くてもよいが、ガス圧が高いと、後述のフリー区間で多少のバネ力が発生することになるので、望ましくは、シリンダ装置1や扉等の取付側のフリクションより小さい力となるガス圧が望ましい。あるいは、ガス室10を大気開放としてもよい。この場合、大気開放する孔には、異物の侵入を防止するフィルタを設けることが望ましい。
ピストン12には、ロッド側室11Aとボトム側室11Bとを連通させる連通路14が軸方向に沿って貫通されており、連通路14には、減衰力発生機構15が設けられている。減衰力発生機構15は、ピストン12のロッド側室11A側の端面に取付けられて連通路14を開閉するディスク状の弁体からなり、その中央部がロッド2の縮径部2aの間で軸方向に摺動可能(1.5mm程度)に嵌挿されている。これにより、通常は連通路14を閉じて、ボトム側室11Bからロッド側室11Aへの作動液の流通のみを許容する逆止弁として機能する。また、減衰力発生機構15には、ボトム側室11Bとロッド側室11Aとを常時連通させる小孔、切欠等からなるオリフィスが設けられている。
ロッド案内部8には、ピストンロッド2にバネ力を付与するバネ機構16が設けられている。バネ機構16の構成について以下に説明する。シリンダ部材3のロッド案内部8内に円筒状のガイドスリーブ17が挿入され、その両端部がオイルシール5及び中間ガイド6に当接して軸方向に固定されている。ガイドスリーブ17の中間部には、内周溝である内周クラッチ溝18が形成されている。ガイドスリーブ17は、内周クラッチ溝18の加工性を考慮して、内周クラッチ溝18の中間ガイド6側の端部で軸方向に2分割されて2つの第1ガイドスリーブ17A及び第2ガイドスリーブ17Bからなり、オイルシール5側の第1ガイドスリーブ17Aに内周クラッチ溝18となる凹部が形成されている。ガイドスリーブ17は、強度上、金属製が望ましいが、軽量化のためには、強化された合成樹脂を用いてもよい。
第1及び第2ガイドスリーブ17A、17Bは、外径がシリンダ部材3のロッド案内部8の内径よりも僅かに小さく、第1及び第2ガイドスリーブ17A、17Bのそれぞれの両端部付近には外周溝19、20が形成され、外周溝19、20には、それぞれOリング21、22が嵌合されている。これにより、第1及び第2ガイドスリーブ17A、17Bは、ロッド案内部8との間に僅かな隙間を有し、Oリング21、22を介して弾性的に支持されている。
ピストンロッド2には、ガイドスリーブ17に対向して中間部に外周溝である外周クラッチ溝23が形成されている。内周クラッチ溝18と外周クラッチ溝23とは、深さがほぼ等しく、また、これらの軸方向端部はテーパ状に形成されている。
ガイドスリーブ17とピストンロッド2との間には、円筒状のクラッチ部材24が軸方向に沿って摺動可能に案内されている。クラッチ部材24の側壁には、放射状で等間隔に配置された複数のボール穴25が貫通されている。それぞれのボール穴25には、カム部材となる転動体であるボール26(鋼球)がボール穴25の軸方向(クラッチ部材24の径方向)に沿って移動可能に挿入されている。ボール26の直径は、ボール穴25の直径とほぼ等しく、また、クラッチ部材24の肉厚と内周クラッチ溝18の深さ(外周クラッチ溝18の深さと等しい)の和にほぼ等しくなっている。これにより、ボール26は、クラッチ部材24がガイドスリーブ17とピストンロッド2との間に挿入された状態では、必ず、ピストンロッド2の外周クラッチ溝23に係合した状態(図1参照)又はガイドスリーブ17の内周クラッチ溝18に係合した状態(図2参照)となる。ボール26の保持部材であるクラッチ部材24と、ボール26とにより、ピストンロッド2に係脱するクラッチ手段を構成している。
中間ガイド6とクラッチ部材24との間には、バネ手段であるコイルバネ27(圧縮バネ)が介装されて、そのバネ力によってクラッチ部材24を常時オイルシール5側へ向かって付勢している。クラッチ部材24の一端部には、円筒状のバネ受部28が同心上に一体的に形成されており、コイルバネ27の一端部がバネ受部28の外周に嵌合されてクラッチ部材24に結合されている。また、中間ガイド6の一端部には、円筒状のバネ受部29が同心上に一体的に形成されており、コイルバネ27の他端部がバネ受部29の外周に嵌合されて中間ガイド6に結合されている。このようにバネ受部28、29により、コイルバネ27の両端部を位置決めすることにより、コイルバネ27を円滑に伸縮させることができる。また、クラッチ部材24及び中間ガイド6のバネ受部28、29の先端部は、テーパ状に形成されており、コイルバネ27が伸縮したとき、コイルバネ27を構成する線材がバネ受部28、29に干渉しないようにしている。これにより、コイルバネ27を確実に位置決めしつつ、線材の干渉による異音の発生を防止することができる。
シリンダ部材3の底部及びピストンロッド2の突出側の先端部には、それぞれシリンダ装置1をリンク結合するための取付部30、31が取付けられており、これらの取付部30、31の形状は、扉等の被取付部材に合わせた形状とすることができる。
以上のように構成した本実施形態の作用について次に説明する。
図7は、シリンダ装置1が装着される開き戸60の一例を平面視した説明図である。図7に示すように、戸開き戸60は、扉枠61に、ヒンジ62によって扉63を開閉可能に取付けたものであり、図7中符号(A)は、扉63の閉位置を示し、符号(C)は、閉位置(A)からほぼ90°開いた全開位置を示し、符号(B)は、閉位置(A)と全開位置(C)との中間位置(閉位置(A)からほぼ45°開いた位置)を示している。
シリンダ装置1は、シリンダ部材3側の取付部30を戸枠61側に固定されたブラケット64に回動可能にピン結合し、ピストンロッド2側の取付部31を扉63側に固定されたブラケット65に回動可能にピン結合して開き戸60に装着し、扉63の開閉を補助する扉開閉装置として使用することができる。このとき、ピストンロッド2は、扉63が閉位置(A)又は全開位置(C)にあるとき、伸長長さが最大となり、中間位置(B)にあるとき、伸長長さが最小となり、この位置では、開き戸60のヒンジ62がシリンダ装置1の軸線の延長線上にある。
図7を参照して、扉63が中間位置(B)から開閉方向に所定範囲内にある場合、ピストンロッド2のシリンダ部材3からの突出長さは、最小位置から所定の範囲にある。このとき、図2に示すように、ピストンロッド2の外周クラッチ溝23がガイドスリーブ17の内周クラッチ溝18に対して中間ガイド6側にある。この状態では、クラッチ部材24のボール穴25に挿入されたボール26は、ガイドスリーブ17の内周クラッチ溝18に係合し、ピストンロッド2の外周面に当接して径方向内側への移動が規制されて、クラッチ部材24をガイドスリーブ17に対して軸方向に固定すると共に、ピストンロッド2の軸方向の移動を許容する。これにより、コイルバネ27のバネ力は、ボール26によってガイドスリーブ17に対して軸方向に固定されたクラッチ部材24によって支持されることになり、ピストンロッド2には作用しない。この範囲をフリー区間という。
一方、ピストンロッド2の伸縮に対して、ピストン12が移動して、シリンダ室11内の作動液が連通路14を流通することにより、減衰力発生機構15によって減衰力が作用する。このとき、ピストンロッド2の伸び行程時には、連通路14のロッド側室11A側からボトム側室11B側への作動液の流れに対して、減衰力発生機構15がオリフィスとして機能して所定の減衰力を発生する。また、縮み行程時には、減衰力発生機構15が連通路14のボトム側室11B側からロッド側室11A側への作動液の流れを許容して、減衰力が小さくなる。
前述のフリー区間では、ピストンロッド2の伸縮に対して、コイルバネ27のバネ力は作用せず、主にピストン12の移動による減衰力のみが作用する。また、シリンダ室11内の容積変化によってガス室10内のガスが圧縮、膨張するが、ガス室10内は大気圧程度の低圧であるため、この圧力はピストンロッド2の伸縮に殆ど影響しない。このように、フリー区間では、殆ど抵抗を生じることなくピストンロッド2を自由に伸縮させることができるので、扉63を自由に開閉両方向に移動させることができる。
扉63をフリー区間を越えて閉位置(A)又は全開位置(C)付近まで移動させると、図1に示すように、ピストンロッド2が伸長して、その外周クラッチ溝23がガイドスリーブ17の内周クラッチ溝18を越えてオイルシール5側へ移動する。このとき、ピストンロッド2のシリンダ部材3からの突出長さが所定長さに達して、ピストンロッド2の外周クラッチ溝23がガイドスリーブ17の内周クラッチ溝18を通過する際、内周クラッチ溝18に係合してクラッチ部材24をガイドスリーブ17に固定していたボール26がピストンロッド2の外周クラッチ溝23に係合し、クラッチ部材24は、ガイドスリーブ17に対する軸方向の固定が解除されると共に、ピストンロッド2に対して軸方向に固定される。これにより、コイルバネ27のバネ力がクラッチ部材24を介してピストンロッド2に作用して、ピストンロッド2を伸長方向に付勢する。その結果、扉63は、閉位置(A)付近にある場合、閉位置(A)まで自動的に移動し、また、全開位置(C)付近にある場合、全開位置(C)まで自動的に移動して保持されることになる。このような区間を付勢区間という。
この付勢区間では、ピストンロッド2の伸長に対して、減衰力発生機構15が前述のようにオリフィスとして機能して所定の減衰力を発生させるので、扉63の移動速度を適度に減速することができ、扉63の開閉時の衝撃及び騒音を軽減することができる。
ピストンロッド2のシリンダ部材3からの突出長さが所定長さとなって上述のフリー区間と付勢区間とが切換る際、ボール26がガイドスリーブ17の内周クラッチ溝18又はピストンロッド23の外周クラッチ溝23に係合することによって、いくらかの打音が発生することになる。これに対して、ガイドスリーブ17A、17Bは、Oリング21、22によって弾性的に支持され、シリンダ部材3に直接接触していないので、シリンダ部材3に伝達される打音を低減して騒音の発生を抑制することができる。
なお、上記実施形態において、ボール26の代わりに、内周クラッチ溝18及び外周クラッチ溝23に係合することにより、クラッチ部材24をガイドスリーブ17又はピストンロッド2に選択的に固定できるものであれば、ローラ等の他の転動体、あるいは、転動せずに摺動するカム部材を用いてもよい。
次に、上記実施形態の第1乃至3変形例について、図3乃至図6を参照して説明する。なお、以下の説明において、図1及び図2に示す実施形態に対して、同様の部分には同一の符号を用いて、異なる部分についてのみ詳細に説明する。
図3及び図6に示す第1変形例では、2分割された第1及び第2ガイドスリーブ17A、17Bのうち、ボール26が転動しない位置にある第2ガイドスリーブ17Bの代りに、弾性を有する合成樹脂製のガイドスリーブ17Cが設けられている。ガイドスリーブ17Cには、外周溝20及びOリング22が設けられておらず、図6に示すように、その外周部には、軸方向に沿って延びる突出部である複数のリブ32が一体に形成され、リブ32の先端部がシリンダ部材3のロッド案内部8内に嵌合されている。リブ32は、周方向に沿って等間隔で配置されている。
リブ32により、ガイドスリーブ17Cのシリンダ部材3との接触面積を小さくし、また、リブ32の可撓性及びリブ32間の隙間に満たされる作動液の振動減衰作用により、ガイドスリーブ17Cからシリンダ部材3に伝達される振動、騒音を低減することができる。これにより、上記実施形態と同様、シリンダ部材3に伝達されるボール26による打音を低減して騒音の発生を抑制することができる。なお、ガイドスリーブ17Cの外周にリブ32を形成することによりさらに騒音の低減が図れるが、リブ32を形成しなくてもガイドスリーブ17Cを合成樹脂で形成することにより騒音低減の効果を生じることができる。
図4に示す第2変形例では、ガイドスリーブ17は、一体に形成されており、外周溝19、20及びOリング21、22は、その両端部のみに設けられている。これにより、ガイドスリーブ17をOリング21、22によって弾性的に支持して、シリンダ部材3との間に隙間を形成することができ、上記実施形態と同様、シリンダ部材3に伝達されるボール26による打音を低減して騒音の発生を抑制することができる。なお、この場合、部品点数を削減することができるが、内周クラッチ溝18が円筒部材の中間部の内周溝となるので、加工性にやや難があると考えられる。
図5に示す第3実施形態では、2分割された一方の第2ガイドスリーブ17Bが省略され、他方の第1ガイドスリーブ17Aの一端部をシリンダ部材3のロッド案内部8の側壁を内側にかしめたカシメ部33に当接させて軸方向に固定している。また、中間ガイド6は、円筒状のバネ受部29を省略し、ピストンロッド2を挿通する開口の周囲に形成したテーパ状の凹部であるバネ受部34によってコイルバネ27の一端部を位置決めをし、そのテーパ形状によって、コイルバネ27の線材との干渉を防止している。これにより、部品点数を削減しつつ、上記実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
なお、上記実施形態及びその第1乃至第3変形例では、作動液の流れる流路面積を絞ることによって減衰力を得ているが、いわゆる摩擦ダンパのように、ピストンとシリンダの間の摩擦によって減衰力を得てもよく、減衰力を発生できる構造であれば、他の構造であってもよい。但し、作動流体として油液を用いることで、最も安定した減衰力を得ることができる。
1 シリンダ装置、2 ピストンロッド、3 シリンダ部材(シリンダ)、12 ピストン、17 ガイドスリーブ、16 バネ機構、18 内周クラッチ溝、21、22 Oリング(弾性部材)23 外周クラッチ溝、24 クラッチ部材(保持部材)、26 ボール(カム部材)、27 コイルスプリング(バネ手段)

Claims (6)

  1. 作動流体が封入されたシリンダと、該シリンダ内に摺動可能に嵌装されたピストンと、該ピストンに連結され、前記シリンダの外部に延出されたピストンロッドと、前記シリンダ内に設けられ、前記ピストンロッドの前記シリンダからの突出長さが所定長さ以上とき、前記ピストンロッドにバネ力を付与し、所定長さ未満のとき、前記ピストンロッドにバネ力を付与しないバネ機構とを備えたシリンダ装置であって、
    前記バネ機構は、前記ピストンロッドの外周に設けられた外周クラッチ溝と、前記外周クラッチ溝に対向して前記シリンダの内周側に設けられた内周クラッチ溝と、前記ピストンロッドの前記シリンダからの突出長さが所定長さ以上のとき、前記外周クラッチ溝と係合して前記ピストンロッドに対して軸方向に固定されると共に前記シリンダに対して軸方向に移動可能になり、前記ピストンロッドの前記シリンダからの突出長さが所定長さ未満のとき、前記内周クラッチ溝と係合して前記シリンダに対して軸方向に固定されると共に前記ピストンロッドに対して軸方向に移動可能となるクラッチ手段と、前記クラッチ手段を付勢するバネ手段とを有し、
    前記クラッチ手段は、前記外周クラッチ溝及び前記内周クラッチ溝の少なくとも一方に係合した状態で前記内周クラッチ溝が設けられた前記シリンダ側の内周面と前記ピストンロッドの外周面との間に挿入される複数のカム部材と、該カム部材を前記シリンダ及びピストンロッドの径方向に沿って移動可能に保持する保持部材とを含み、
    当該シリンダ装置には、前記シリンダの内周側であって、該シリンダの軸方向に沿って延びて前記カム部材を案内するガイドスリーブが設けられて、該ガイドスリーブに前記内周クラッチ溝が形成され、前記ガイドスリーブと前記シリンダとの間に弾性部材が介装されていることを特徴とするシリンダ装置。
  2. 前記シリンダ内の前記ピストンと前記ピストンロッドが延出される前記シリンダの一端部との間に隔壁部材が固定され、前記ガイドスリーブ及び前記バネ手段の一端部は、前記隔壁部材に当接していることを特徴とする請求項1に記載のシリンダ装置。
  3. 前記ガイドスリーブは、軸方向に分割された第1及び第2ガイドスリーブからなり、少なくとも前記カム部材の軸方向の移動範囲に位置する第1ガイドスリーブは、金属製であることを特徴とする請求項1又は2に記載のシリンダ装置。
  4. 前記カム部材の軸方向の移動範囲に位置していない前記第2ガイドスリーブは、合成樹脂製であることを特徴とする請求項3に記載のシリンダ装置。
  5. 前記シリンダの軸方向中間部に内周側に突出するカシメ部が形成され、前記ガイドスリーブの一端部は、前記カシメ部に当接していることを特徴とする請求項1に記載のシリンダ装置。
  6. カム部材は、転動体であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載のシリンダ装置。
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