JP3894890B2 - 支持ウェブを備えたピストン・シリンダ装置用ピストン - Google Patents

Description

本発明は、支持ウェブを備えたピストン・シリンダ装置用ピストン、特にショックアブソーバピストンに関する。

欧州特許出願公開第０６５８６１１号明細書により公知のショックアブソーバピストンはピストン本体を有し、このピストン本体がその周面に周辺ウェブを備えており、この周辺ウェブに、軸方向に延びる多数のウェブが周辺ウェブの片側で続いている。このピストン本体に射出成形法で熱可塑性プラスチックからなるパッキンが射出して被着されており、特に軸方向に延びるウェブはその間にあってパッキン素材で完全に充填されたそれらの溝でもってパッキン素材の確実な係止とピストンの案内とに役立つ。射出成形法で取付けられるパッキンは、いわゆる「ブローバイ」を防止し、こうして互いに付設されたシリンダ室の確実な密封を引き起こすために狭い公差を可能とする。このような射出成形されたパッキンの製造方法は比較的支出を要する。

米国特許第３２１２４１１号明細書により公知のピストン・シリンダ装置はそのピストン本体がその周面に多数の周方向条溝を有する。パッキンを取付けるためにＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）からなる鉢状予備成形品が設けられており、この予備成形品はまず最初、ピストン本体に緩く載置される。このように準備されたピストン本体は次にまず最初、高温に加熱された成型・寸法規制シリンダに押し込まれ、熱の影響を受けてＰＴＦＥ材料はピストン本体周面の条溝に圧入される。次にピストン本体が圧着されたパッキンと共に相応に構成された冷却シリンダ内で冷却される。条溝がパッキン素材で完全に充填されており、こうしてパッキンとピストン本体周面との形状嵌合式‐固定結合がもたらされる。ショックアブソーバピストンとして利用するには次になお、ピストン本体の正面を片側で覆う予備成形品の底面を除去しなければならない。

欧州特許出願公開第６８２１９０号明細書により公知のショックアブソーバピストンはその製造において、パッキン取付のために鉢状予備成形品の代りに打抜き円環ディスクが利用される点で前記方法と実質的に相違しているにすぎない。この円環ディスクはピストン本体の一端に装着される。このように準備されたピストン本体はこれも同様に、加熱された成型・寸法規制シリンダに押し込まれ、円環ディスクは帯材としてピストン本体の周面に巻き付けられ、次に、ピストン本体の周方向に延びる条溝に熱影響のもとで押し込まれる。次に、圧着されたパッキンを備えたピストンが冷却管に通される。その際にもパッキン素材が条溝を事実上完全に充填し、パッキンはピストン本体の周面に形状嵌合式に強固に結合されている。

上で述べた両方の方法は、パッキン材料の変形とピストン本体の周面の条溝内への圧入とにかなりの押圧力が必要であり、パッキンを形成するパッキン材料が強い変形を受け、これがパッキン素材の構造に不利に影響する欠点を有する。

独国特許出願公開第１９８４７３４２号明細書により公知のピストン・シリンダ装置用ピストン、特にショックアブソーバピストンはピストン本体を有し、このピストン本体がその周面に、一方のピストン末端に隣接する領域内で、周面から張り出す少なくとも１つの周方向周辺ウェブを備えており、この周辺ウェブに、他方のピストン末端の方向に延びて平行に離間して並置された縦長支持ウェブが続いており、隣接する各２つの支持ウェブが溝状凹部を限定し、支持ウェブは周辺ウェブとは反対側の末端が長手方向で開口しており、熱間成形可能なパッキン材料からなるカフス状パッキンがピストン本体上に形成されて、周辺ウェブも支持ウェブも少なくともそれらの高さの一部にわたってカフス状パッキンの材料内に一体に形成されている。

この公知の解決は、一方でピストンのカフス状パッキンと他方でシリンダの内壁との間での良好な密封にとってパッキンがピストン本体の全高で当接する必要がないことを示した。密封カフスが周方向で比較的細い周辺ウェブでしっかり支えられるなら十分である。さらに意外なことに、パッキンとピストン本体との間の問題のない確実な結合にとって欧州特許出願公開第０６８５６１１号明細書により公知なように縦長支持ウェブの間の溝状凹部をパッキン材料で完全に充填しておく必要はないことが判明した。

さらに、欧州特許出願公開第６８２１９０号明細書に述べられた方法でカフス状パッキンが形成されるショックアブソーバピストンの場合、周辺ウェブの他に縦長支持ウェブもその高さの一部にわたってパッキンの材料内に一体に形成すれば十分であることが判明した。一方でカフス状パッキンとピストン本体との間に、しかも長手方向でも横方向でも、問題のない形状嵌合が得られ、他方でパッキン材料の穏当な変形が生じるだけであり、したがって加えねばならない押圧力が僅かであるだけでなく、変形時に起きる肉流れがかなり少なく、したがって材料構造が不利な影響を受けることも事実上避けられる。溝状凹部が完全に充填される程度に円環ディスクを変形する場合でも、凹部の広がり内で起きるピストン本体の運動によってパッキン材料の変形は横方向で生じ、したがって好ましい「肉流れ」が生じ、この変形時にも材料構造が不利な影響を受けることは避けられる。支持ウェブがパッキン材料内に部分的にのみ一体に形成されることによってその間にある溝状凹部が完全に充填されるのではないので、十分な自由空間が残り、温度上昇の結果として膨張するときパッキン材料はこの自由空間内に逃げ込むことができ、しかしピストンは縦長支持ウェブを介して問題なく案内されている。その際、長手ウェブがピストン本体の末端まで延びていると望ましい。

本発明の課題は、改良されたピストン、特にショックアブソーバピストンを提供することである。

この課題が本発明によれば請求項１の特徴を有するピストンによって解決される。

本発明のその他の構成は以下の実施例の説明と従属請求項とに明示されている。

１実施例の略図を基に本発明が詳しく説明される。

図１は、互いに相対移動可能な２つの部材、例えば車軸と車両フレームを互いに結合するショックアブソーバの軸方向断面を機能図式として示す。このショックアブソーバがシリンダ部１を有し、このシリンダ部は互いに相対移動可能な両方の部材の一方に結合されている。シリンダ１内で案内されているピストン２がピストンロッド３に固着されており、このピストンロッドは互いに相対移動可能な両方の部材の他方の部材にその自由端が固定されている。シリンダ１はこの場合両側を密閉して作動流体が充填してあり、ピストン・シリンダ装置は複動式に設計されており、ピストンは２つのシリンダ室４、５を相互に分離する。

ピストン２のピストン本体６は並べて延設された複数の流路７、８を有する。流路７、８は機能の点でなお説明されるその出口側が絞り弁７．１もしくは８．１でそれぞれ施蓋されている。その際、それぞれ複数の流路７と複数の流路８がシリンダ軸線の周りで交互に配置して設けられているように、配置はなされている。

ピストン２の周面がカフス状パッキン９を備えており、このパッキンがシリンダ室４をシリンダ室５に対して密封をもたらす。ピストン２がシリンダ室４内に動くと流体は流路７を通して絞り弁７．１の戻し力に抗して加圧される。その際流路（流孔）８は絞り弁８．１に加わる流体室４の圧力によって閉鎖保持される。逆方向に動くとき流路７が絞り弁７．１によって閉じられる一方、流体は流路８を通してシリンダ室５からシリンダ室４に流れて戻ることができる。

図２には、絞り弁７．１、８．１を配置しない図１のピストン２の本発明に係る実施が側面図で示してある。図３の平面図は、ピストン周面の構造を示すためにパッキン９を省いたピストン２を示す。図２の部分断面図はパッキン９付きでピストンを示す。

ピストン本体６はその周面に多数の縦長支持ウェブ１０を備えており、支持ウェブはそれぞれ相応する溝状凹部１１を限定する。ここに示した実施例において溝状凹部１１は第１周辺ウェブ１２が付設されている方の正面、例えばピストン本体６の正面４．１から第２周辺ウェブ１２．１まで延びているように配置されており、この第２周辺ウェブはピストン本体６の他方の末端で正面５．１の近傍領域内をまたは正面に隣接して周方向に延び、このピストン末端の溝状凹部１１を限定する。周辺ウェブ１２と縦長支持ウェブ１０はピストン本体６の外面を形成し、同一レベルにある。図示向上の理由からこの外面はハッチングを施してある。支持ウェブ１０は、またそれに相応して溝１１は、図示したように軸線平行に延設しまたはピストン２の運動軸線に対して或る角度で整列させておくことができる。

ピストン本体６の周面に配置されるカフス状パッキン９は熱間成形可能なプラスチック、主にＰＴＦＥからなる。ここに示す実施例においてカフス状パッキン９は熱間変形によってピストン本体６上に形成されている。

予め作製された円環ディスクまたは予め作製された管部材で構成することのできるパッキン材料の熱間変形時、支持ウェブ１０と周辺ウェブ１２はその高さの一部にわたってのみカフス状パッキン９の材料内に一体に形成され、パッキン９の材料と溝状凹部１１の底との間になお一定の自由空間が残り、パッキン９の成型時にパッキン材料は自由に、強制を受けることなく溝１１に流れ込むことができる。この変形過程のときパッキン９の円筒形外面１３が同時に寸法規制され、シリンダ１の内径に対する希望する公差は守ることができる。特にこのようなピストン・シリンダ装置をショックアブソーバとして使用する場合運転中にシステム全体の加熱が現れるので、溝底に残存するこの自由空間はパッキン材料が溝内に膨張することも一定の限界内で許容し、パッキン９の縁に隣接する円筒形周面でのパッキンの摩耗が減少する。ピストン２はその高さにわたって全体として事実上傾くことなく支えられている。パッキン９は各周辺ウェブ１２の内面の溝末端でそれぞれ支えられる。

図３にはピストン２がパッキン９を取り外して図２のＩＩＩ‐ＩＩＩ線に沿った水平断面図で示してあり、支持ウェブ１０および溝１１の構造を認めることができる。

図２と図３、そして図４の部分縦断面図におけるピストン２の図示から認めることができるように、カフス状パッキン９は周辺ウェブ１２も縦長支持ウェブ１０もその高さの一部にわたってのみパッキン材料内に一体に形成されているようにピストン本体６上に形成されており、カフス状パッキン９の内面と溝状凹部１１の底との間で溝状凹部１１にそれぞれ僅かな自由空間が残る（図２の右側）。しかし縦長支持ウェブ１０は一貫して周辺ウェブ１２と同じ厚さでカフス状パッキン９で施蓋されている。ピストン本体６に対して露出したパッキン９の張り出し縁９．１もしくは９．２は、パッキン９の加圧時に縁がその都度僅かに広がってピストンとシリンダ壁との間の密封を向上するという効果をもたらす。運転条件に応じて、パッキン９の１つの自由縁のみ設ければ十分なこともある。

末端側で周辺ウェブ１２、１２．１によって限定されたこのような溝・ウェブ配置を有利に製造できるために、図７に示すように周辺ウェブの少なくとも一方１２もしくは１２．１を個別のリング１２．０として製造し、ピストン本体６の賦形後に溝１１のウェブ状制限部としてピストン本体に摺着して固定するのが望ましい。しかし、縦長支持ウェブ１０のみを有するピストン本体を製造し、周辺ウェブを有するリングをピストン本体にそれぞれ片側で摺着することも可能である。

このようなピストン本体６は粉末冶金的に製造される主に１つの、しかし特に２つの部分要素６．１、６．２で形成することができる。部分要素６．１、６．２は焼結冶金粉末から圧縮成形される。圧縮成形して焼結された部分要素は次に接合操作において相応に組み合わされる。組み合わされた予備成形品が次に寸法規制され、両方の部分要素６．１、６．２は互いに強固に結合される。この方法は、リング１２．０を使った上記設計時にも応用可能である。このような幾何学の賦形は安価な金型で製造することができる。

ピストン２とパッキン９との間の結合の剪断負荷容量(Scherbelastbarkeit)を向上するために、個々の部分要素６．１、６．２に付設されるウェブ部分の相向き合う末端１０．１、１０．２は図示したように斜にされまたは階段状に段差を付けられており、ウェブ１０はこの領域内でそれぞれ中断している。パッキン９の材料の成型、特に熱間成型時、パッキンが中断部内に相応に一体に形成され、ピストン２の運動方向（図１の両方向矢印Ａ）に関していわゆる爪立て部の形の形状嵌合領域が得られる。この領域には、事実上斜面１０．１、１０．２の底に至るまで境接する突合せ溝１０．３が一貫して設けられている。

図５と図６に示す本発明の実施形態は構造および機能が図２、図３、図４の実施形態に一致している。この実施形態では、両方の部分要素６．１、６．２が溝１１の１溝ピッチだけずらして組み合わせられており、こうしていまや互いにずらして配置された溝領域内に一体に形成されたパッキン材料の剪断荷重を受ける横断面が拡大されることに違いがある。

しかしながらこの溝オフセットは部分要素の賦形時に流路７、８の推移に関して考慮されねばならない。この実施形態においても、支持ウェブ１０の相向き合う末端が斜にされるかまたは丸くされていると望ましい。

ショックアブソーバ用ピストン・シリンダ装置の軸方向部分断面図である。 第１実施形態のショックアブソーバ用ピストンを一部断面で示す側面図である。 密封カフスを除く図２のＩＩＩ‐ＩＩＩ線に沿ったピストンの水平断面図である。 図３のＩＶ‐ＩＶ線に沿った部分断面図である。 第２実施形態のピストンを一部断面で示す側面図である。 図５のＶＩ‐ＶＩ線に沿ったピストンの水平断面図である。 装着したリングの形の周辺ウェブを有する実施形態を示す。

Claims (9)

1. ピストン・シリンダ装置用ピストンであって、ピストン本体（６）を有し、このピストン本体がその周面に、それぞれ一方のピストン末端を限定する両方の領域で、周面から張り出す周方向周辺ウェブ（１２）を備えており、この周辺ウェブに、他方のピストン末端の方向に延びて平行に離間して並置された縦長支持ウェブ（１０）が続いており、隣接する各２つの支持ウェブ（１０）が溝状凹部（１１）を限定し、熱間成形可能なパッキン材料からなるカフス状パッキン（９）がピストン本体（６）上に形成されて、周辺ウェブ（１２）も支持ウェブ（１０）も少なくともそれらの高さの一部にわたってカフス状パッキン（９）の材料内に一体に形成されており、ピストン（６）が軸線を横切る分割平面において２つの部分要素（６．１、６．２）に分割されており、部分要素が組み合わされて互いに結合されており、少なくとも一方の部分要素（６．１、６．２）が周辺ウェブ（１２、１２．１）とこれに続く支持ウェブ（１０．１、１０．２）とを有し、この部分要素に、溝状凹部（１１）を限定する周辺ウェブ（１２．１）を有する部分要素（６．２）が付設されており、支持ウェブは部分要素（６．１、６．２）の周辺ウェブ（１２、１２．１）とは反対側の末端（１０．１、１０．２）が分割平面において中断しているピストン。
2. 支持ウェブ（１０）の末端（１０．１、１０．２）が軸線に直行する面に対して斜めにされていることを特徴とする請求項１に記載のピストン。
3. 支持ウェブ（１０）の末端（１０．１、１０．２）が階段状に段差を付けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のピストン。
4. カフス状パッキン（９）が、ピストン本体（６）の周面領域に対して露出した少なくとも１つの自由縁を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のピストン。
5. ピストン本体（６）が粉末冶金的に製造されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のピストン。
6. 両方の部分要素（６．１、６．２）がそれぞれ周辺ウェブ（１２、１２．１）とこれに続く支持ウェブ（１０）とを備えていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のピストン。
7. 両方の部分要素（６．１、６．２）が支持ウェブ（１０）の幅だけ相互にずらして組み合わされていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のピストン。
8. カフス状パッキン（９）が熱間成形可能なプラスチックとしてのＰＴＦＥからなることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のピストン。
9. カフス状パッキン（９）が、少なくともウェブ（１０、１２）を覆うその領域で、その外面（１３）の寸法が調整されつつ圧着されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のピストン。

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