JP5124862B2 - ピストン・シリンダユニット - Google Patents

Description

本発明は、圧力下にある流体で満たされた閉じたシリンダを備え、このシリンダの中を軸方向に摺動できるピストンによりシリンダ内の空間が第１動作室と第２動作室とに分割されており、ピストンの片側に配置されたピストンロッドが第２動作室を貫通すると共にシリンダの正面側で密封されて外向きに延びており、第１動作室から第２動作室に通じる通路又はバルブ通路が電気的に起動制御できる電磁弁の通電により開放可能であり、また、この通路と電磁弁がピストン内に形成されていて、閉位置と開位置の間で移動自在に駆動できるバルブ閉動作エレメントにより通路を閉鎖可能である、ピストン・シリンダユニットに関する。

この種のピストン・シリンダユニットは、特に自動車のハッチに、とりわけ、ハッチの定置構造部品にシリンダが係着される一方、ハッチの自由端にピストンロッドの自由端が係着される形式のテールゲートを開放するために利用される。

本発明の課題は、僅かな構造スペースしか必要とせず、僅かな数の単純な構造部品からなる、冒頭に挙げた種類のピストン・シリンダユニットを提供することである。

この課題は、電磁弁がピストン内に固定的に配置された電流付勢可能なコイルを備え、コイルの中にコイル芯が電機子の移動方向に対して軸方向に配置されており、コイル芯が、ピストン内に固定的に配置されたスリーブ状の外側極芯と、この外側極芯により包囲された円筒形の内側極芯と、からなり、内側極芯がその外被面に雄ねじを付け、これをもって内側極芯が外側極芯の内被面に付けられた雌ねじにねじ込まれている本発明によって解決される。

この構成により、電機子がある一定のトルクをもって弁座に接するまで、内側極芯を外側極芯にねじ込むことで、電磁弁の切り換えギャップを構造部品公差に関係なく再生可能な形で整定できることになる。その後、切り換え間隔を整定するために、内側極芯をある角度だけ回し戻す。次の内側極芯の固定は、例えば接着または圧着によって行うことができる。

この課題は更に、本発明によって、電磁弁が、ピストン内に固定的に配置された電流付勢可能な第１コイルを備え、電機子が電流付勢可能な第２コイルから形成されており、第１コイルと第２コイルにより互いに引き寄せ合う磁界が発生できるようになっていることによって解決される。

これは、電磁弁の開動作力を強めることにつながる。

本発明による更なる構成では、電磁弁が無通電状態で、第２動作室から第１動作室に向かってある一定の圧力差を超える圧力落差が存在する時、第１動作室と第２動作室との間の第１バルブの第１バルブ通路が開放できる。また、電磁弁が無通電状態で、第１動作室から第２動作室に向かってある一定の更なる圧力差を超える圧力落差が存在する時、第１動作室と第２動作室との間の第２バルブの第２バルブ通路が開放できるようになっている。

これにより、電磁弁への給電が止まった場合でも、ピストン・シリンダユニットを両移動方向に手動で位置調整することが可能である。

本発明によれば、ピストンがその円筒形外被面に半径方向で周回するリング溝を有し、その中にシールリングが軸方向に移動自在に配置されていて、その外側の半径方向で周回する周面がプリテンションを付与されてシリンダの内壁に接していて、その内側の半径方向で周回する周面の下を溝底の範囲内で流体が流動できるようになっている。ここで、第１動作室に面した第１溝側壁は閉じられていて、第２動作室に面した第２溝側壁は溝底の範囲内に第２動作室に通じる流体流連絡路を有することによって、第２バルブが形成される。

シールリングは、一方の位置でバルブエレメントとして働き、他方の位置で両方の動作室を密封分離する働きをすることにより、二重の機能を有する。これにより、電磁弁への給電が止まった場合でも、ピストン・シリンダユニットを両移動方向に手動で位置調整することが可能である。

第２バルブは、一方の押圧方向で作用し、反対の押圧方向で作用しないシールから作られていてもよい。

第１コイルの、電機子と反対の側の端に、第１コイルの磁界を強める永久磁石が配置されていると有利である。

更に力を高めるために、第２コイルの、第１コイルと反対の側の端に、第２コイルの磁界を強める第２の永久磁石が配置されていてよい。

別の構成として、通路又はバルブ通路がピストンの電機子側の円筒形部域内に半径方向外向きに通じている。その円筒形部域は、リング状に形成された閉動作エレメントにより包囲される。閉動作エレメントは、通路の出口を覆う閉位置と出口を開放する開位置の間を軸方向に移動できる。閉動作エレメントは、ばね押しによって、電機子により閉動作方向に押し留められている。

電機子をばね押しするために、電機子は、コイル芯に支えられた圧力ばねによりバルブ閉動作エレメントの閉動作方向に押し留められていてよい。ここで、コイル芯が二分割されている場合は、圧力ばねがこれに面した外側極芯のリング状正面側で支えられていてよい。

二重機能においてシリンダが磁界案内管を形成でき、コイルがその磁界案内管により包囲されることによってピストン・シリンダユニットの直径をより小さく抑えることができる場合には、磁界の磁束線を集中的に案内することができ、従って電機子に作用する磁界を強めることにつながる。これにより高い動作力が得られるのであれば、磁界を発生させる要素、ひいてはピストン・シリンダユニット全体を、より小さいサイズで設計することができる。

以下、本発明の実施例を図面に則して詳細に説明する。

本発明に係るピストン・シリンダユニットの縦断面図である。 図１に示したピストン・シリンダユニットのピストン部域の切り取った一部分を拡大した縦断面図である。 第２実施例のピストン・シリンダユニットのピストン部域の切り取った一部分を拡大した縦断面図である。

図示されたピストン・シリンダユニットは、圧力下にある流体、特に気体で満たされたシリンダ１を備える。これは磁界案内管を形成し、その内空間は、シリンダ１の中を軸方向に摺動できるピストン２により、第１動作室３と第２動作室４に分割されている。

ピストン２の片側にはピストンロッド５が締着されている。ピストンロッド５は第２動作室４を貫通し、シリンダ１の正面側で密封／案内パッケージ６により密封されて外向きに延びている。

図１および図２の実施例では、ピストン２は、第２動作室４に面した端に、第２動作室４に向かって開いた基礎穴８を有する回転対称の保持部品７を備える。基礎穴８の中には、シリンダ１の中に突き入るピストンロッド５の端が突き入り、締着されている。基礎穴８の底部域から、保持部品７の中心にバルブ通路９が形成されており、これにより基礎穴８は、保持部品７の第１動作室３に面した側と連絡している。バルブ通路９から半径方向には連絡穴１０が形成されており、これは、保持部品７の円筒形外被面に形成された半径方向で周回するリング溝１１の中に通じている。リング溝１１の中には、シールリング１２が軸方向移動自在に配置されていて、その外側の半径方向で周回する周面がプリテンションを付与されてシリンダ１の内壁に接していて、その内側の半径方向で周回する周面の下をリング溝１１の溝底１３の範囲内で流体が流動できるようになっている。

ここで、第１動作室３に面した第１溝側壁１４は閉じられており、第２動作室４に面した第２溝側壁１５は、溝底１３の範囲内において第２動作室４に通じる流体流連絡路１６を有する。第２溝側壁１５は、第２動作室４に近接して面した保持部品７の端部域に固定的に配置されたガイドリング１７のフランジにより形成されている。このガイドリングは、保持部品７と同様に常磁性材からなることが好ましい。

リング溝１１およびシールリング１２により、第２バルブ１８が形成されている。第１動作室３の内圧の方が高い場合には、第２バルブが第２動作室４の内圧に抗して開き、両方の第１動作室３と第２動作室４とを結合させる。保持部品７の、第１動作室３に面した側には、シリンダ１内を同心で第１動作室３に向かって突き入る管１９が締着されている。

第１動作室３の方を向いた管１９の端部域には、強磁性材からなるコイル芯２０が固定的に配置されている。本発明によれば、コイル芯２０は２つの部分により形成されている。１つは、その内被面に雌ねじ２２を付けて管１９に圧入されたスリーブ状外側極芯２１からなる。もう１つは、その外被面に雄ねじ２４を付けた円筒形の内側極芯２３からなる。この雄ねじ２４は、電機子２５との切り換え間隔が正確に整定されるように外側極芯２１の雌ねじ２２にねじ込まれ、固定されている。

管１９の第１動作室３に面した端には、リング状の第１鋼ディスク２６が配置される。管１９の第２動作室４に面した端部域には、リング状の第２鋼ディスク又は鋼スリーブ２７が配置されている。

更に、第２動作室４に向けては、第１鋼ディスク２６と並んで非導電性材からなるガイドリング２８も配置されており、これによりピストン２はシリンダ１の中を摺動自在に案内される。

ガイドリング２８と鋼スリーブ２７の間で、管１９は、すべり接点３０を介してシリンダ１の内壁と導電結合したコイル２９により包囲されている。ここで、シリンダ１は給電管路を形成する。

管１９の中に配置され、プリテンションを付与された螺旋状の圧力ばね３１は、一端でコイル芯２０に支えられており、他端で、略回転対称の構造部品として形成された管１９の中を摺動自在に案内される電機子２５を保持部品７に押し付ける。ここで、螺旋状の圧力ばね３１は、外側極芯２１のリング状正面３２に支持されている。

電機子２５とコイル芯２０には、不図示の穴、または凹部が設けられていてよい。これにより、第１動作室３の方を向くバルブ通路９の出口は、第１動作室３と結合していてよい。

鋼スリーブ２７の周囲には、更なるガイドリング２８が形成されていてよい。ピストン２が、電気絶縁材からなるガイドリング２８によりシリンダ１の中を摺動自在に案内されるようになっていてよい。磁力を強めるために、ガイドリング２８は強磁性の内リングも備えていてもよく、これは絡防止のために電気絶縁材により包囲されていてよい。

外側極芯２１と内側極芯２３、電機子２５、第１鋼ディスク２６と第２鋼ディスク２７、及びシリンダ１は、強磁性材からなる。管１９は、強磁性材からなることが好ましいが、常磁性材から形成されてもよい。

例えば１２Ｖの直流電圧のコイル２９への供給は、一方でシリンダ１とすべり接点３０を介して行われ、他方でピストンロッド、常磁性材からなる保持部品７及び管１９を介して行われる。

ここで、速度はパルス幅変調信号により制御できる。

電機子２５は、バルブ通路９の出口に面した正面側にシール３３を備える。シール３３はバルブ閉動作エレメント３４を形成し、これによりバルブ通路９を閉鎖できる。

コイル２９が無通電状態の時、電機子２５は螺旋状圧力ばね３１によりバルブ閉動作エレメント３４に押し付けられる。これでバルブ閉動作エレメントはバルブ通路９を閉じるようにその出口に押し付けられる。

ピストン２の作用面は、第２動作室４に面した側と比べて第１動作室３に面した側の方が大きい。この大きい作用面により短い引き出し運動が行われることにより、第２バルブ１８が閉じられる。

これにより、ピストン２はこの位置でロックされる。

外側の負荷により第１動作室３と第２動作室４との間にある一定の値を超える圧力落差が生じると、第１動作室３と第２動作室４との間の連絡路が開かれる。

ここで、第２動作室４の内圧がある一定程度、第１動作室３の内圧より低いと、シールリング１２が第１溝側壁１４に接した位置から第２溝側壁１５へと移動することにより、第２バルブ１８が開く。

第２動作室４の内圧がある一定の程度、第１動作室３の内圧より高いと、バルブ閉動作エレメント３４がバルブ通路９の出口から浮き上がり、バルブ通路９が開く。

図３の実施例では、シリンダ１に突き入るピストンロッド５の端に同軸の穴３５が付けられている。この中にコイル芯２０の一端が固定的に嵌め込まれることにより、ピン状に形成されたコイル芯２０がピストンロッド５の軸方向延長部を形成する。

ピストンロッド５に続いて、コイル芯２０上には第１永久磁石円板３６が配置されており、これと並んで、第２動作室４と反対の側に定置式に第１コイル２９がコイル芯２０を同軸で包囲する形で配置されている。

コイル２９を支持するコイルサポート３７には、遊びをもってコイル芯２０を包囲する螺旋状圧力ばね３１がその一端で支えられている。

その他端で、プリテンションを付与された螺旋状の圧力ばね３１は、コイル芯２０を包囲する形でこのコイル芯２０上を軸方向に摺動自在に配置されたリング状のコイル本体３８に接している。このコイル本体に、電機子２５を形成する電流付勢可能な第２コイル３９が巻き付けられている。

コイル本体３８の、第１コイル２９と反対の側には、閉位置にとってのストッパとしても役立つ第２永久磁石円板４０が同軸で配置されている。

コイル芯２０には、第１動作室３の中に通じる同軸穴４１からなるバルブ通路９が形成されていて、半径方向穴４２からコイル芯２０の外被面につながり、そこから外へとつながる。

コイル本体３８が図示した閉位置にある時、半径方向穴４２の出口はコイル本体で覆われるとともに閉じられている。

コイル本体３８がこの閉位置にある時、コイル芯２０は軸方向両側でシールリングにより包囲されており、ここで、シールリングは各々コイル本体３８の半径方向で周回する溝４３の中に配置されている。

第１コイル２９に近い方のシールリングは複動式シールリング４４で、第１コイル２９から遠い方のシールリングは単動式シールリング４５である。単動式シールリング４５は第２動作室４から第１動作室３への方向だけを封じ、他方、複動式シールリング４４は両方の流れ方向を封じる。

第１動作室３の方を向いたコイル芯２０の自由端には、常磁性材からなる回転対称の弁体４６が配置されており、コイル芯２０のねじを設けた端に螺着されたナット４７により保持されている。

弁体４６は、その円筒形外被面に半径方向で周回するリング溝１１を有する。リング溝の中には、シールリング１２が軸方向に移動自在に配置されている。シールリング１２の外側の半径方向で周回する周面は、プリテンションを付与されてシリンダ１の内壁に接している。シールリング１２の内側の半径方向で周回する周面の下は、溝底１３の範囲内で流体が流動可能である。ここで、第１動作室３に面した第１溝側壁１４は閉じられていて、第２動作室４に面した第２溝側壁１５は、溝底１３の範囲内で第２動作室４に通じる流体流連絡路１６を有する。

リング溝１１とシールリング１２により、第２バルブ１８が形成される。

第１コイル２９、第２コイル３９が無通電状態の時、螺旋状圧力ばね３１により電機子２５は第２永久磁石円板４０に押し付けられる。これにより、バルブ通路９はコイル本体３８により閉じられる。

ピストン２の作用面は、第２動作室４に面した側と比べて第１動作室３に面した側の方が大きい。この大きい作用面により短い引き出し運動が行われることにより、第２バルブ１８が閉じられる。

これで、ピストン２はこの位置でロックされる。

外側の負荷により第１動作室３と第２動作室４との間にある一定の値を超える圧力差が生じると、第１動作室３と第２動作室４との間の連絡路が開かれる。

ここで、第２動作室４の内圧が第１動作室３の内圧よりある一定程度低いと、シールリング１２が第１溝側壁１４に接した位置から第２溝側壁１５へと移動することにより、第２バルブ１８が開く。

第２動作室４の内圧が第１動作室３の内圧よりある一定程度高いと、単動式シールリング４５がバルブ通路９の中の気体によって過圧をかけられてコイル芯２０から浮き上がる結果、バルブ通路９が開く。

第１コイル２９と第２コイル３９の両方が通電されると、強磁性部品であるコイル芯２０、第１永久磁石円板３６及び第２永久磁石円板４０、ならびにシリンダ１により、磁束線が閉じられた磁界が生じる。互いに引き寄せ合う第１永久磁石円板３６と第２永久磁石円板４０は、この磁界を強めるのに役立つ。

この磁界により、電機子２５として働く第２コイル３９は、コイル本体３８と共に第１コイル２９に引き寄せられる。これにより半径方向穴４２の出口が開放される結果、気体が一方の動作室から他方の動作室に流れることができる。

１ シリンダ
２ ピストン
３ 第１動作室
４ 第２動作室
５ ピストンロッド
６ 密封／案内パッケージ
７ 保持部品
８ 基礎穴
９ バルブ通路
１０ 連絡穴
１１ リング溝
１２ シールリング
１３ 溝底
１４ 第１溝側壁
１５ 第２溝側壁
１６ 流体流連絡路
１７ ガイドリング
１８ 第２バルブ
１９ 管
２０ コイル芯
２１ 外側極芯
２２ 雌ねじ
２３ 内側極芯
２４ 雄ねじ
２５ 電機子
２６ 第１鋼ディスク
２７ 第２鋼ディスク又は鋼スリーブ
２８ ガイドリング
２９ コイル
３０ すべり接点
３１ 螺旋状の圧力ばね
３２ 正面
３３ シール
３４ バルブ閉動作エレメント
３５ 穴
３６ 第１永久磁石円板
３７ コイルサポート
３８ コイル本体
３９ 第２コイル
４０ 第２永久磁石円板
４１ 同軸穴
４２ 半径方向穴
４３ 溝
４４ シールリング
４５ シールリング
４６ 弁体
４７ ナット

Claims (8)

1. 圧力下にある流体で満たされた閉じたシリンダを備え、
   前記シリンダ内の空間が、前記シリンダの中を軸方向に摺動できるピストンにより第１動作室と第２動作室とに分割されており、
   前記ピストンの片側に配置されるピストンロッドが、前記第２動作室を貫通して前記シリンダの正面側で密封されて外向きに延びており、
   前記第１動作室から前記第２動作室に通じる通路が、電気的に起動制御できる電磁弁を通電することにより開放可能であり、
   前記通路および前記電磁弁が前記ピストン内に形成されており、
   前記通路が、閉位置と開位置との間で移動自在に駆動できるバルブ閉動作エレメントにより閉鎖可能である、ピストン・シリンダユニットであって、
   前記電磁弁が、前記ピストン（２）内に固定的に配置された電流付勢可能なコイル（２９）を備え、
   コイル芯（２０）が、電機子（２５）の移動方向に対して軸方向に前記コイル（２９）の中に配置されており、
   前記コイル芯が、前記ピストン（２）内に固定的に配置されたスリーブ状の外側極芯（２１）と、前記外側極芯（２１）により包囲された円筒形の内側極芯（２３）からなり、
   前記内側極芯（２３）がその外被面に雄ねじ（２４）を設けていることにより、前記内側極芯（２３）が前記外側極芯（２１）の内被面に設けられた雌ねじ（２２）にねじ込まれており、
   前記コイル芯（２０）に支持された圧力ばねにより、前記電機子（２５）がバルブ閉動作エレメントの閉動作方向に押し留められており、前記圧力ばねが、前記圧力ばねに面する前記外側極芯（２１）のリング状正面（３２）に支持されていることを特徴とするピストン・シリンダユニット。
2. 圧力下にある流体で満たされた閉じたシリンダを備え、
   前記電磁弁が無通電状態で、前記第２動作室（４）から前記第１動作室（３）に向かってある一定の圧力差を超える圧力落差が存在する時、前記第１動作室（３）と前記第２動作室（４）との間の第１バルブの第１バルブ通路が開放でき、
   前記電磁弁が無通電状態で、前記第１動作室（３）から前記第２動作室（４）に向かってある一定の更なる圧力差を超える圧力落差が存在する時、前記第１動作室（３）と前記第２動作室（４）との間の第２バルブ（１８）の第２バルブ通路が開放できることを特徴とする請求項１に記載のピストン・シリンダユニット。
3. 前記ピストン（２）がその円筒形外周面にリング溝（１１）を有し、
   前記リング溝（１１）中に、シールリング（１２）が軸方向に移動自在に配置されており、
   前記シールリング（１２）の外周面がプリテンションを付与されて前記シリンダ（１）の内壁に接しており、
   前記シールリング（１２）の内周面の下を、溝底（１３）の範囲内で流体が流動できるようになっており、
   前記第１動作室（３）に面した溝側壁（１４）が閉じられており、
   前記第２動作室（４）に面した溝側壁（１５）が前記溝底（１３）の範囲内に前記第２動作室（４）に通じる流体流連絡路（１６）を有することにより、前記第２バルブ（１８）が形成されることを特徴とする請求項２に記載のピストン・シリンダユニット。
4. 前記第２バルブ（１８）が、一方の押圧方向で作用すると共にその反対の押圧方向では作用しないシール（１２）から形成されていることを特徴とする請求項３に記載のピストン・シリンダユニット。
5. 前記第１コイル（２９）の前記電機子（２５）と反対側の端に、前記第１コイル（２９）の磁界を強める第１永久磁石（３６）が配置されていることを特徴とする請求項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. 前記第２コイル（３９）の前記第１コイル（２９）と反対側の端に、前記第２コイル（３９）の磁界を強める第２永久磁石（４０）が配置されていることを特徴とする請求項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。
7. 前記通路（９）が、前記ピストン（２）の電機子側の円筒形部域内において径方向外向きに通じ、
   前記円筒形部域がリング状に形成された閉動作エレメントにより包囲され、
   前記閉動作エレメントは、前記通路（９）の出口を覆う閉位置と、前記出口を開放する開位置と、の間を軸方向に移動でき、
   前記閉動作エレメントが、ばね押しによって前記電機子（２５）により閉動作方向に押し留められていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のピストン・シリンダユニット。
8. 前記第１コイル（２９）および前記第２コイル（３９）が１つの磁界案内管により包囲されており、
   前記シリンダ（１）が磁界案内管を形成することを特徴とする請求項１〜７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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