JP3899508B2 - ピストンシリンダー装置とガススプリング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の技術分野】
本発明の分野は、ピストンシリンダー装置とガススプリング装置、特に安全性を向上したピストンシリンダー装置とガススプリング装置に関わる。
【０００２】
【発明の背景技術】
ガススプリングは、通常60乃至160 バールの高圧下でガスを予め充填する。ガススプリングのピストンが使用時に事故で破損しピストン杆から分離すると、ピストン杆は、ガススプリングから外方向に向けピストン杆の案内部内で自由に加速してしまう。
【０００３】
米国特許第5,485,987 号は、加圧ガスが所定圧力を超過した場合にその加圧ガスを逃がすために、シリンダーに通常は閉成した径方向の穴を穿孔するためピストン杆を軸方向に変位可能にしたガススプリング装置を示す。
【０００４】
米国特許第5,454,455 号は、ピストンがシリンダーの端部に近付く際に、そのシリンダーの窪みに当接するように配置することにより、その当接によって傾斜または曲げられ締付け効果を達成し、これによりピストン杆の放逐を防止し、加圧流体を逃がす漏出口ができる。
【０００５】
更に、ドイツ特許公報A1-2457938号には、シリンダー及び／又はピストン杆を特別に設計した破損ポイントに調節して加圧流体を抜くことができるガススプリングが示されている。この型の装置では、シリンダーピストン装置の部品が分離し高速度の射出体になり得る。ドイツ特許公報A1-4216573号には、ピストン杆シールを変形させる案内部を備えて、圧力が高くなり過ぎた場合にガススプリングから加圧ガスを抜くガススプリング装置が示されている。
【０００６】
【発明の要約】
本発明の目的は、ガススプリング装置の故障の際にその装置内で高速運動しているピストン杆の速度をゼロまで減少する安全かつ効果的な方法を提供することである。これは、エネルギーと速度を段階的に減少させガススプリング装置の故障の際に常にそのピストンに加わる力を最小に保ってピストン杆の停止動作を制御することにより達成される。
【０００７】
本発明による一実施例では、ピストンシリンダー装置は、管状壁、その管状壁の一端に設けた端壁、その管状壁の他端に設けた案内部を備える。その管状壁、端壁及び案内部により、圧力チャンバを形成し、ピストン杆を案内部を介してその圧力チャンバ内に摺動自在に延ばす。ピストン杆の案内部からの飛び出しを防ぐため脆弱手段を設ける。ピストンシリンダー装置が故障中にピストン杆が高速度で運動すると、その脆弱手段が動力学的エネルギーの段階的発散によりピストン杆の停止を制御する。
【０００８】
本発明による別の実施例では、ガススプリング装置は、管状壁とその管状壁の一端に設けた端壁とその管状壁の他端に設けた案内部を有するシリンダーを備える。その管状壁、端壁及び案内部により、圧力チャンバを形成する。ピストン杆とピストンの組立体はシリンダーと連動し、その組立体は案内部を通って前記圧力チャンバ内に延びるピストン杆を備える一方、そのピストン杆は前記案内部に対し摺動自在で前記圧力チャンバ内でピストンと接続する。前記組立体と案内部の一方に形成された破壊ゾーンは、ガススプリング装置の故障の間にピストン杆の動力学的エネルギーを発散させる。
【０００９】
本発明を特徴づけるこれら及びその他の利点及び新規な特徴は、此に添付し、本発明の一部を構成する特許請求の範囲により特に指摘される。しかし、本発明とその使用により得られる利点をより良く理解するため、本発明のさらに別の部分を構成する図面とそれに対応した本発明の好適な実施例の記述を参照すべきである。
【００１０】
【好適な実施例の詳細な説明】
図１に本発明の原理に従うガススプリング装置10を示す。このガススプリング装置10は、管状壁14を有しその管状壁14の一端を閉成する端壁を備えたシリンダー12を備える。その管状壁14の対向した端部に開口部18を備え、ピストン杆案内部20を係止リング22を介しその開口部内に固着し、シリンダー12内に圧力チャンバ24を形成する。シール26をピストン杆案内部20と管状壁14の内面の間に配設し、これにより案内部20の外部と管状壁14の内面の間の漏れを防止する。圧力チャンバ24は、通常は、60から160 バールの高圧でガスを充填される。
【００１１】
前記案内部20は中央の貫通孔28を備え、ピストン杆30が摺動しその貫通孔28に受けられ前記圧力チャンバ24内に延びる。ピストン32が圧力チャンバ24内のピストン杆30の末端に固定される。シール31がピストン杆30を取り囲み案内部20の末端に対向して配設され、これによりピストン杆と案内部間の流体の漏れを防止する。
【００１２】
前述のように、本発明のガススプリング装置10は、装置内で故障が発生した場合、例えば、図１の矢印方向にピストン杆30が高速度で運動するような故障が発生した際に、そのピストン杆を制御された方法で停止するよう設計されている。これは、そのガススプリング装置10に複数の脆弱部を備え、ピストン杆の非制御高速度運動に繋がる故障時にその脆弱部を破損するよう設計することにより、そのピストン杆30の動力学的エネルギーを吸収し停止させるものである。
【００１３】
図１に示すように、前記ピストン杆案内部20は前記開口部28を形成する本体34とその本体34から前記圧力チャンバ24内に延びる円筒状のスカート部36を備える。そのスカート部36は破壊ゾーン38で本体34に接続し、その破壊ゾーン36はピストン杆30の非制御高速度運動の間にピストン32によりスカート部36に十分な力が加えられた時に、スカート部が本体から破損して本体から分離するように設計されている。また、このスカート部36は破壊ゾーン42を介しスカート部に接続するヘッド部40を備え、そのヘッド部40は、前記故障時に破断してスカート部の残りの部分から分離可能になっている。こうして、スカート部36とそのスカート部36のヘッド部40は共に脆弱な構成部となり、ピストン杆の高速度運動の際に破損するように設計される。
【００１４】
また、前記ピストン32は、故障の間に前記ピストン杆30から分離するように設計され、これにより更にエネルギーを吸収する。図２ａに、ピストン杆とピストンの組立体の一実施例を図示するが、この実施例ではピストン32はピストン杆30と一体に形成されている。ピストン杆30は拡大された端部44を備え、その端部44と一体にピストン32が形成されている。しかし、破壊ゾーン46をピストン32と拡大された端部44との連結点に形成して故障中にピストン32が拡大された端部44から分離できるようにすることで、更に動力学的エネルギーを吸収できる。また、拡大された端部44の直径は、開口部28の直径より大きいため、前記ピストン杆30が拡大された端部44と開口部28間の干渉によりガススプリング装置から飛び出すのを防止することが理解される。
【００１５】
ピストン杆とピストンの組立体の別の実施例を図２ｂに示す。この実施例では、ピストン32' はピストン杆30' と一体に形成されず、係止リング48によりピストン杆30' に固定され、その係止リング48をピストン杆の周縁溝とピストン32' の溝に配設する。図２ｃに示すように、ピストン32' は、その一部が破壊ゾーン46' で分離し、残りの部分はピストン杆30に付着したままになるよう設計してもよい。その場合、ピストンの残りの部分は開口部28より大きい直径を有するため、ピストン杆30' の飛び出しを防止することが分かるであろう。ピストン32' の残りの部分は、これにより前記ピストン杆30の拡大された端部44に類似した作用を果たす。
【００１６】
ピストンの一部をピストン杆に接続したままにする代わりに、ピストン32' 全体を、保持リング48だけを残してピストン杆30' から分離するように設計してもよい。しかし、保持リング48の外径は開口部28の直径より大きいので、ピストン杆30' の飛び出しを防止できる。
【００１７】
従って、本発明のピストン32,32'は、故障時に破壊する脆弱部として設計され、これによって、高速運動するピストン杆の動力学的エネルギーを発散させるものである。
【００１８】
図３ａ乃至３ｄは、図２ａのピストン杆とピストンの組立体を利用したガススプリング装置10の故障時に発生し得る一連の故障動作を示す。図３ａは、故障の初期段階の装置10を示し、ピストン杆30は、左側の矢印Ａ方向に高速運動を開始した状態である。ピストン杆が更に運動すると、ピストン32はスカート部36のヘッド部40に接触し、図３ｂに示すように破壊ゾーン38で該スカート部36が本体34から分離する。分離したスカート部36は、本体上に押し上げられ、かつ／又は管壁14の内壁に対し押付けられ、シール31用のスペースの形状を変えさせ、ガス漏れを誘導する。このガス漏れは、ガススプリング装置10内の故障を視覚的に表示する。分離したスカート部36がシール26まで達し、分離スカート部36のそれ以上の運動が停止すると、スカート部のヘッド部40が図３ｃに示すように破壊ゾーン42で分離し、さらにエネルギーを発散させる。ヘッド部40はピストン杆とピストン組立体によりシール31に押付けられ、シール31はすでに動きが遅くなっているピストン杆のエネルギーを更に発散させるダンパーとして作用する。また、シール31用スペースが更に変形し、更に多くのガス漏れを誘導する。ピストン杆30が更に運動すると破断したスカート部，ヘッド部及びシール31が互いに押付けられ、ヘッド部は結果的にピストン32に接触し当該ピストンを破壊ゾーン46で拡大された端部から分離させることで、更にエネルギーを発散させる。エネルギーが残っていれば、ピストン杆は運動し続けてシール31を破壊し、結果的に拡大された端部44が開口部28内に押入され、最後に残ったエネルギーを発散させ、拡大された端部44を案内部20の本体34に付着させた状態にする。
【００１９】
起こり得る別の一連の故障動作を、図４ａと４ｂに示す。図４ａは、ピストン32がピストン杆30から分離するが他の部分は分離しない例であり、図４ｂは、案内部20のスカート部とピストンの両方が破壊される例を示す。
【００２０】
図５ａは、ヘッド部40が破壊・分離される故障の一連動作を示し、この例ではシール31用の空間が変化し流体の漏れを誘起する。図５ｂは、ヘッド部40とピストン32の両方が破壊分離する点を除き図５ａに類似した一連動作を示す。
【００２１】
尚、上述以外の他の一連の故障動作も起り得ることを理解すべきである。また、上述した一連の故障動作は図２ａに示したピストン杆とピストンの組立体に関連付けて説明したが、図２ｂ乃至図２ｄに示したピストン杆とピストンの組立体に類似した故障動作を適用してもよい。
【００２２】
シール31と開口部28の変形に加え、本発明のガススプリング装置の種々の脆弱部品の破壊によりガススプリング装置の故障時に段階的に動力学的エネルギーを発散させることによって、ピストン杆の停止を制御できるようになる。さらに、シール31の変形によりシリンダ12から流体が漏れ出すため、故障の発生を視認できるようになる。
【００２３】
以上、本発明の実施例を例示し説明してきたが、本発明は此に記述し示した特定の形態や装置に限定されるないことが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガススプリング装置の縦断面図である。
【図２】本発明で使用されるピストンとピストン杆組立体の異なった実施例２ａ乃至２ｄを示す。
【図３】 前記ガスピストン装置が故障する場合の一連の動作例を示す。
【図４】 前記ガスピストン装置が故障する場合の別の一連の動作例を示す。
【図５】前記ガスピストン装置が故障する場合の更に別の一連の動作例を示す。
【符号の説明】
10 ガススプリング装置
12 シリンダー
14 管状壁
16 端壁
18 第１の破壊ゾーン
20 案内部
24 圧力チャンバ
28 開口部
30 ピストン杆
31 シール
32 ピストン
36 スカート部
40 ヘッド部
42 第２の破壊ゾーン
44 拡大された端部
48 係止リング
【課題】 ガススプリング装置（10）に、その装置（10）の故障の際にその装置（10）内で高速運動しているピストン杆（30）の速度をゼロに減少する安全かつ効果的な方法を提供する。
【解決手段】 ピストン杆（30) をエネルギーと速度が段階的に減少するよう制御して停止させ、その故障の際に常にピストン（32) に作用する力を最小に保つことで達成される。そのエネルギーの減少は、ガススプリング装置（10）に複数の脆弱部材を組付け、それら脆弱部材を故障時に破壊させて、ピストン杆（30) の動力学的エネルギーを発散させることで実現する。
【選択図】 図１

Claims (13)

1. 管状壁（14）とその管状壁（14）の一端に設けた端壁（16）と他端に設けた案内部（20）を有しそれら管状壁（14），端壁（16）及び案内部（20）によって内部に圧力チャンバ（24）を形成したシリンダー（12）と、その圧力チャンバ（24）内に配置されピストン杆（30）に接続したピストン（32）と、前記案内部（20）を通って前記圧力チャンバ（24）内に延設すると共にその案内部（20）に対し摺動自在なピストン杆（30）とを備えたピストンシリンダー装置（10）において、
   前記ピストン杆（ 30 ）が前記案内部（ 20 ）から飛出すことを防止するため、前記ピストン（ 32 ）と前記案内部（ 20 ）との所定レベルの衝撃での衝突による動力学的エネルギーを吸収して破壊される破壊手段を、前記ピストン（ 32 ）又は前記案内部（ 20 ）に設けたことを特徴とするピストンシリンダー装置（10）。
2. 前記破壊手段は、前記案内部(20)から前記圧力チャンバ（24)に延びるスカート部（36)を備えることを特徴とする請求項１記載のピストンシリンダー装置（10)。
3. 前記破壊手段は、更に前記スカート部（36)に接続したヘッド部（40）を備えることを特徴とする請求項２記載のピストンシリンダー装置（10）。
4. 前記破壊手段は、前記ピストン杆（30）に接続したピストン（32）であることを特徴とする請求項１記載のピストンシリンダー装置（10）。
5. 管状壁（14）とその管状壁（14）の一端に設けた端壁（16）と他端に設けた案内部（20）を有しそれら管状壁（14），端壁（16）及び案内部（20）によって内部に圧力チャンバ（24）を形成したシリンダー（12）と、
   そのシリンダー(12)に連設したピストン杆（30）とピストンの組立体であって、前記案内部（20）を通って前記圧力チャンバ（24）内に延設すると共にその案内部（20）に対し摺動自在なピストン杆（30）とを備えた組立体と、
   そのピストン杆（30）に接続すると共に前記圧力チャンバ（24）内に配置したピストン（32）とを備えたガススプリング装置（10）において、
   前記組立体と前記案内部（20）の一方に前記ピストン杆（30）の動力学的エネルギーを吸収して破壊される破壊ゾーンを形成したことを特徴とするガススプリング装置（10)。
6. 前記破壊ゾーンを前記案内部（20)に形成したことを特徴とする請求項５記載のガススプリング装置（10)。
7. 前記案内部（20)は、その案内部から前記圧力チャンバ（24)に延びるスカート部（36)を備え、そのスカート部（36)は第１の前記破壊ゾーン（38)で前記案内部（20）に接続することを特徴とする請求項６記載のガススプリング装置（10)。
8. 前記スカート部（36)の自由端に設けたヘッド部(40)を更に備え、そのヘッド部（40)が第２の前記破壊ゾーン（42)で前記スカート部(36)に接続することを特徴とする請求項７記載のガススプリング装置（10)。
9. 前記破壊ゾーンは、前記組立体に形成したことを特徴とする請求項５記載のガススプリング装置(10)。
10. 前記破壊ゾーンは、前記ピストン杆（30）に拡大された端部(44)を備え、前記ピストン(32)をその拡大された端部(44)に接続したことを特徴とする請求項９記載のガススプリング装置(10)。
11. 前記破壊ゾーンは、前記ピストン（32)を係止リング(48)によってピストン杆(30')に接続したことを特徴とする請求項９記載のガススプリング装置(10)。
12. 前記案内部(20)は前記ピストン杆(30)が通過して延びる円筒状の開口部（28）を備え、そのピストン杆(30)は前記圧力チャンバ内に配置された端部（44）を有すると共にその端部（44）の直径は前記開口部（28）の直径より大きいことを特徴とする請求項６記載のガススプリング装置（10）。
13. 前記ピストン杆(30)と案内部(20)の間に更にシール（31）を備え、前記シリンダー開口部(28)からの流体漏れを防止すると共に、このシール（31）を前記シリンダー開口部(28)から流体が漏れる程度まで、前記案内部（20）と組立体の一方によって変形可能にすることを特徴とする請求項12記載のガススプリング装置（10）。

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