JP5489767B2

JP5489767B2 - ガス圧式アクチュエータ

Info

Publication number: JP5489767B2
Application number: JP2010029369A
Authority: JP
Inventors: 秀昭中川; 隆之渡辺
Original assignee: Takata Corp
Current assignee: Takata Corp
Priority date: 2010-02-12
Filing date: 2010-02-12
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2030-02-12
Also published as: JP2011162136A

Description

本発明は、発生させる高圧ガスでピストン機構を作動させて駆動力を発生するガス圧式アクチュエータに関する。本発明のガス圧式アクチュエータは、例えば、自動車のフード持ち上げ装置等に使用される。

フード持ち上げ装置に用いられるガス圧式アクチュエータは、高圧ガスを発生させる高圧ガス発生部と、高圧ガス発生部からの高圧ガスが流入するボディシリンダと、ボディシリンダの内部に軸方向移動可能に設けられたピストンロッドと、を有している。ピストンロッドにはストッパが設けられ、ボディシリンダの先端部にボディアッパが設けられている。アクチュエータ作動時において、ピストンロッドのストッパがボディアッパに突き当たることにより、ピストンロッドの前進におけるストローク長が規定される。

このガス圧式アクチュエータは、フード持ち上げ装置に取り付けられた状態では、ピストンロッドにボンネットフードの持ち上げ負荷が加わった状態で作動する。したがって、高圧ガス発生部は、持ち上げ負荷に抗しつつピストンロッドを前進可能な量の高圧ガスを発生するように設計される。

一方、ガス圧式アクチュエータは、仮に、フード持ち上げ装置への取付け前の輸送時などにおける無負荷状態での作動時には、持ち上げ負荷のある場合に比べ、ボディアッパとストッパとの間に大きな突き当たり衝撃が加わる。これに対応する技術として、従来、ピストンロッドの下端部に衝撃吸収部を設ける構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。

上記従来技術では、無負荷作動時において、ピストンロッドの衝撃吸収部が、ピストンロッドに対し相対移動するピストン及びストッパにより、塑性変形される。この塑性変形により、ピストンロッドの移動に対する抵抗が発生し、ストッパのボディアッパに対する衝撃が緩和される。

特開２００８−５６０６８号公報

上記従来技術の構造では、ピストンロッドにストッパやピストンを嵌装した後に、ピストンロッドの下端部の外周形状をプレス加工で変形させ、その変形部分を衝撃吸収部とする必要がある。このため、ガス圧式アクチュエータの加工工程や組立工程が複雑となり、コストの上昇を招く可能性があった。

本発明の目的は、より低コストでの無負荷作動対策を可能とするガス圧式アクチュエータを提供することにある。

上記目的を達成するために、本願第１の発明は、フード持ち上げ装置に取り付けて用いられ、前記フード持ち上げ装置の駆動時に高圧ガスを発生させる高圧ガス発生部と、前記高圧ガス発生部に基端部を接続されたボディシリンダと、前記高圧ガスの前記高圧ガスのガス圧をピストンで受け、前記ボディシリンダ内を前進するピストンロッドと、前記ピストンロッドに設けられたストッパと、前記ボディシリンダの先端部に設けられ、作動時に前記ストッパを突き当てて前記ピストンロッドの前進を停止するボディアッパと、前記ストッパと前記ボディアッパとの間に介在するとともに、前記ピストンロッドに対し非接触に設けられた、略筒状のダンパ部材と、を有する。

本願第１発明のガス圧式アクチュエータにおいては、作動時に高圧ガス発生部から発生した高圧ガスがボディシリンダ内に導入され、そのガス圧がピストンで受圧されることによってピストンロッドが前進する。ボディシリンダの先端には、このようにして前進するピストンロッドのストッパを突き当てることでピストンロッドを停止するためのボディアッパが設けられている。

ここで、本願第１発明では、ピストンロッドのストッパとボディシリンダのボディアッパとの間に、略筒状のダンパ部材を設けている。これにより、ピストンロッドにフード持ち上げ負荷が加わらない無負荷状態において、当該ダンパ部材がストッパとボディアッパの間での軸方向に圧縮変形し、ボディアッパに加わる衝撃を緩和可能となる。このとき、別部材であるダンパ部材をピストンロッドと非接触に配置するだけで足りるので、ピストンロッドに加工が必要な従来構造のように加工工程や組立工程が複雑となることがない。したがって、製造時のコストの上昇が抑制されるので、より低コストでの無負荷作動対策が可能となる。

また、上記第１発明は、前記ダンパ部材は、前記ピストンロッドにフード持ち上げ負荷が加わる負荷状態では当該ダンパ部材が軸方向に圧縮変形せずに前記ピストンロッドの前進が停止し、前記ピストンロッドに前記フード持ち上げ負荷が加わらない無負荷状態では当該ダンパ部材が前記ストッパと前記ボディアッパの間での軸方向に圧縮変形しつつ前記ピストンロッドの前進が停止するような、圧縮強度を備えていることを特徴とする。

これにより、無負荷状態での衝撃吸収性能を確保しつつ、通常のフード持ち上げ負荷が加わる負荷状態では衝撃を吸収せずに駆動力をフードへと伝達することができる。

第２発明は、上記第１発明において、前記ダンパ部材は、座屈を伴う前記圧縮変形を行うような前記圧縮強度を備えていることを特徴とする。

ダンパ部材が座屈を伴いつつ圧縮変形することで、上記衝撃吸収性能をより効果的に発揮することができる。

第３発明では、上記第１又は第２発明において、前記ダンパ部材は、前記ボディアッパと前記ボディシリンダの間に形成される隙間に位置する先端部と、前記ピストンロッドの周面に隙間を介して沿うように配置された基端部と、を備えることを特徴とする。

これにより、ピストンロッド及びボディシリンダの構造を大きく変えることなくダンパ部材を配置することができる。

第４発明は、上記第１乃至第３発明のいずれかにおいて、前記ボディシリンダは、固定用ナットを螺合するための螺合部と、前記フード持ち上げ装置への取付けに用いられるブラケットを、前記螺合部に螺合された固定用ナットとともに挟持して固定するフランジ部とを、外周部に備えることを特徴とする。

ブラケットをナット止めでボディシリンダに組み付ける構造とすることで、ブラケットの組み付け工程の自由度が高まり、生産効率をより向上させることが可能となる。また、ブラケットの形状がガス圧式アクチュエータの製品種類の規定要因となることを避けることができ、生産管理や製品管理の簡素化が可能となる。この結果、ブラケットに関してコスト低減が可能となる。

本発明によれば、より低コストで無負荷作動対策を実現可能となる。

ガス圧式アクチュエータの適用対象であるフード持ち上げ装置の要部を表す模式図である。本発明の一実施形態によるガス圧式アクチュエータの作動前の状態における外観図、及び縦断面図である。本発明の一実施形態によるガス圧式アクチュエータの負荷作動後の状態における外観図、及び縦断面図である。ガス圧式アクチュエータの負荷作動での作動後の状態における内部構造を部分的に拡大して示す図である。ガス圧式アクチュエータの無負荷作動での作動後の状態における内部構造を部分的に拡大して示す図である。ガス圧式アクチュエータの組立て前における各部品の外観を示す分解図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。本実施形態は、本発明のガス圧式アクチュエータをフード持ち上げ装置に適用した場合の実施形態である。

図１に、本実施形態のガス圧式アクチュエータ１の適用対象である、フード持ち上げ装置２２を示す。

図１において、車両２１に設けられるフード持ち上げ装置２２は、車両２１が歩行者２４に衝突した際の歩行者２４に対する二次的な衝撃を緩和する。フード持ち上げ装置２２は、図示しない検知システムにより、車両２１と歩行者２４の衝突が検知された際、あるいは、車両２１と歩行者２４の衝突が予知された際に、作動する。すなわち、駆動源であるガス圧式アクチュエータ１がボンネットフード２５のフロントガラス側を下側から押して持ち上げる。これにより、ボンネットフード２５の下側に空隙が生じ、ボンネットフード２５のクッション性が高められる。この結果、車両２１との衝突により放り上げられた歩行者２４がボンネットフード２５より受ける衝撃が緩和され、また歩行者２４がフロントガラス２６へ衝突するのが抑制される。

本実施形態のガス圧式アクチュエータ１の構造を図２と図３に示す。図２は、ガス圧式アクチュエータ１の作動前の状態を示している。図２（ａ）は外観図であり、図２（ｂ）は縦断面図である。図３は、ガス圧式アクチュエータ１の作動後の状態を示している。図３（ａ）は外観図であり、図３（ｂ）は縦断面図である。

これら図２（ａ）、図２（ｂ）、図３（ａ）、及び図３（ｂ）において、本実施形態のガス圧式アクチュエータ１は、高圧ガスを発生させる高圧ガス発生部２と、高圧ガス発生部２からの高圧ガスで作動して得られる駆動力をフード持ち上げ装置２２に伝えるピストン機構部３を備えている。

高圧ガス発生部２は、図示しない信号線が接続されており、外部から作動信号が入力されたことを契機に作動する。

ピストン機構部３は、高圧ガス発生部２からの高圧ガスの流入を可能とするように、高圧ガス発生部２に基端部を接続したボディシリンダ４を備える。ボディシリンダ４には、当該ボディシリンダ４の内部にほぼ全体が納まるようにピストンロッド５が設けられている。

ピストンロッド５は、基端部にピストン６を有している。ピストン６は、ピストンリングとして機能するＯ-リング７が装着される。Ｏ-リング７は、ボディシリンダ４の内周面に気密的に摺接する。またピストンロッド５は、先端部にキャップ８が装着されている。このキャップ８は、フード持ち上げ装置２２においてボンネットフード２５を持ち上げる際に、ボンネットフード２５への持ち上げ駆動力の伝達経路の一部を構成する。

ピストンロッド５は、高圧ガス発生部２からの高圧ガスのガス圧をピストン６で受けつつ、ボディシリンダ４内で前進を行う。ピストンロッド５の前進は一定のストローク長でなされ、前進時にはピストンロッド５が一定の長さでボディシリンダ４から突出する。この突出動作により、フード持ち上げ装置２２におけるボンネットフード２５の持ち上げ駆動力を発生させる。

この際、ピストンロッド５の前進は、ストッパ９を介してボディアッパ１０により停止する。より具体的には、ピストンロッド５が一定のストローク長の前進を行うと、ピストンロッド５の前進がストッパ９を介しボディアッパ１０で規制されて停止する。これにより、ピストンロッド５の前進が一定のストローク長で規定され、ボンネットフード２５の持ち上げが、予め定められた高さで実行される。

また、ストッパ９とボディアッパ１０の間には、ダンパ部材１１が介在するように組み込まれている。ダンパ部材１１は、全体として筒形に形成されており、先端部１２と基端部１３とを有している。

ボディアッパ１０の基端側に部分的に形成された小径部１４とボディシリンダ４の内周面との間には、隙間Ｓ（後述の図４参照）が形成される。先端部１２は、この隙間Ｓに入り込むように配置され、図示上端がボディアッパ１０に固定される。基端部１３は、ピストンロッド５の周面に、隙間を有して沿うように配置される。このような構造により、既存のピストンロッド５及びボディシリンダ４の構造を大きく変えることなくダンパ部材１１を配置することができる。また、上記先端部１２の固定により、隙間を介した上記の配置状態が保たれる。つまりダンパ部材１１は、先端部１２をボディアッパ１０に固定してボディシリンダ４に組み込まれることで、先端部１２と基端部１３とのいずれもがピストンロッド５に非接触な状態を維持する。

ここで、ダンパ部材１１は、ボディアッパ１０によるピストンロッド５の前進規制時に、ストッパ９とボディアッパ１０との間で軸方向に圧縮される向きの力を受ける。したがって、ダンパ部材１１は、このときの圧縮方向の荷重に関して、所定の強度が与えられている。この強度付与の詳細内容について、図４及び図５を用いて説明する。

すなわち、ガス圧式アクチュエータ１が車体側に取り付けられた状態では、ピストンロッド５には、ボンネットフードの持ち上げ負荷が加わる。図４に、この状態での負荷作動時のストッパ９、ボディアッパ１０、及びダンパ部材１１の挙動を部分的に拡大して示す。図４及び図３において、前述の作動信号の入力により高圧ガス発生部２が高圧ガスを発生する。その高圧ガスは、ボディシリンダ４に流入してピストン６にガス圧を作用させてピストンロッド５を前進させる。ピストンロッド５の前進が一定のストローク長に達すると、ボディアッパ１０がピストンロッド５の前進を阻止し、停止させる。ダンパ部材１１は、この際に加わる負荷作動時荷重に耐え、元の形状を保ったまま、ストッパ９とボディアッパ１０の間に介在する。

一方、ガス圧式アクチュエータ１が車体側に取り付けられる前の、例えば輸送時の状態では、ピストンロッド５に上記負荷がかかっていない無負荷状態である。

図５に、この状態での無負荷作動時のストッパ９、ボディアッパ１０、及びダンパ部材１１の挙動を部分的に拡大して示す。図５において、高圧ガス発生以後、ピストンロッド５の前進が一定のストローク長に達するまでは負荷作動の場合と同様である。無負荷作動でピストンロッド５の前進が一定のストローク長に達すると、ストッパ９がダンパ部材１１に突き当たる。この場合、ボンネットフード２５の持ち上げ負荷がないことから、ボンネットフード２５の持ち上げ負荷で消費されるのに相当する分だけ余分な運動エネルギをピストンロッド５が有している。そのため、負荷作動の場合に比べてその余分な運動エネルギが加わった無負荷作動時荷重をもってストッパ９がダンパ部材１１に突き当たる。この結果、ダンパ部材１１が座屈を伴って圧縮変形する。そしてこのダンパ部材１１の圧縮変形によりボディアッパ１０に加わる衝撃が緩和される。

ここで、ダンパ部材１１が座屈を伴う圧縮変形を行う際、先端部１２の外周面とボディシリンダ４の内周面の間に設けた上記隙間Ｓが有効である。つまり、座屈を伴って圧縮変形するダンパ部材１１が隙間Ｓに納まるので、ダンパ部材１１が座屈を伴う圧縮変形を行いやすい。

以上のように、ダンパ部材１１の強度は、上記負荷作動時に負荷作動荷重に耐えて元の形状を保つことができ、かつ、無負荷作動時に無負荷荷重で圧縮変形を生じるような強度に設定される。これにより、無負荷作動時での衝撃吸収性能を確保しつつ、通常のフード持ち上げ負荷が加わる負荷作動時では衝撃を吸収せずに駆動力をボンネットフード２５へと伝達することができる。上記のような耐圧縮荷重特性を必要とするダンパ部材１１は、アルミ合金材で作製するのが好ましい。

図２及び図３に戻り、ストッパ９の側面には、テーパ面１６が形成されている。テーパ面１６の下方には、ボールユニット１７が設けられている。ボールユニット１７は、ボールリング１８に複数のボール１９を支持させた構造である。このボールユニット１７は、テーパ面１６とボディシリンダ４の内周面との間に、複数のボール１９が配された状態で、ピストンロッド５に組み付けられている。ピストンロッド５が後退しようとすると、テーパ面１６によりボールユニット１７の各ボール１９が、ボディシリンダ４の内周面に押し付けられる。これにより、ピストンロッド５の後退が規制され、ピストンロッド５の前進状態が維持される。この結果、ピストンロッド５が一定長さでボディシリンダ４から突出した状態が維持され、これによってボンネットフード２５が持ち上げられた後の当該持ち上げられた高さが維持される。

なお、上記のようなガス圧式アクチュエータ１をフード持ち上げ装置２２に駆動源として組み込むについては、ボディシリンダ４に組み付けたブラケット２７を介して車両２１の所定の部位に取り付ける。その取付け部位は、車両２１の車種に応じて異なるが、例えばダッシュアッパーコンポーネント（図示せず）などの車両部材を利用して取り付けるのが一つの例である。

ブラケット２７のボディシリンダ４への組み付けは、ナット止めで行う。すなわち、ボディシリンダ４の外周面には、固定受けフランジ部２８と螺合部２９とが設けられている。組み付け時には、螺合部２９に固定用ナット３０が螺合され、この固定用ナット３０と固定受けフランジ部２８とがブラケット２７を挟持して固定する。これにより、ブラケット２７がボディシリンダ４に組み付けられる。

次に、ガス圧式アクチュエータ１の組立て手順の例を、図６を参照しつつ説明する。図６は、ガス圧式アクチュエータ１を組立て前における各部品の分解図である。図６において、まずロッドアセンブリＲＡが組み立てられる。ロッドアセンブリＲＡの組立ては、予めストッパ９とピストン６とが設けられたピストンロッド５に対し、Ｏ-リング７、ボールリング１８、ボール１９のそれぞれを適宜な順番で組み付けることにより行われる。

次に、上記ロッドアセンブリＲＡがボディシリンダ４に挿入され、セットされる。その後、ボディアッパアセンブリＢＡが組み立てられる。ボディアッパアセンブリＢＡの組立ては、ボディアッパ１０にダンパ部材１１がかしめ法などで固定的に組み付けられることにより、行われる。

その後、ロッドアセンブリＲＡがセット済みのボディシリンダ４に対し、上記ボディアッパアセンブリＢＡが組み付けられる。ボディアッパアセンブリＢＡの組み付けは、螺合によって行われる。すなわちボディアッパ１０の外周に形成してある雄ねじ部３１がボディシリンダ４に形成してある雌ねじ部（図示省略）に螺合されることで、組み付けられる。

そして、ボディシリンダ４にセット済みのピストンロッド５の先端に、キャップ８が螺合により装着される。そして最後に、前述したようにして、ブラケット２７が、固定用ナット３０によるナット止めによりボディシリンダ４に組み付けられる。

以上の例のように、ブラケット２７のボディシリンダ４への組み付けは、最終工程として行うことができる。

以上のように構成した本実施形態のガス圧式アクチュエータ１によれば、以下の効果を得る。

本実施形態のガス圧式アクチュエータ１では、ピストンロッド５のストッパ９とボディシリンダ４のボディアッパ１０との間に、略筒状のダンパ部材１１を設けている。これにより、ピストンロッド５にフード持ち上げ負荷が加わらない無負荷作動時において、当該ダンパ部材１１がストッパ９とボディアッパ１０の間での軸方向に圧縮変形し、ボディアッパ１０に加わる衝撃を吸収し緩和できる。特に、ダンパ部材１１が座屈を伴いつつ圧縮変形することで、上記衝撃吸収性能をより効果的に発揮することができる。このとき、別部材であるダンパ部材１１をピストンロッド５と非接触に配置するだけで足りるので、ピストンロッド５に加工が必要な従来構造のように加工工程や組立工程が複雑となることがない。したがって、製造時のコストの上昇が抑制されるので、より低コストでの無負荷作動対策が可能となる。

また、ブラケット２７をナット止めでボディシリンダ４に組み付ける構造とすることで、ブラケット２７がボディシリンダ４に対し蝋付けなどにより一体化される場合と異なり、ブラケット２７の組み付け工程の自由度が高まる。

すなわち、ガス圧式アクチュエータ１では、高圧ガス発生部２に作動信号を入力するための通電部位が設けられる。その通電部位の気密性を促進するために、例えば樹脂ポッティング加工が施される。樹脂ポッティング加工は、熱硬化性樹脂を用いることから、加熱炉での一定時間の加熱処理を必要とする。しかしながら、上記のように蝋付けを用いたブラケット組み付け手法の場合、蝋付けに専用の設備を必要とするなどのことから、樹脂ポッティング加工の前にブラケット２７の組み付けを行う必要がある。したがって樹脂ポッティング加工のための加熱炉には、ブラケット２７を組み付け済みの比較的大きな加工途中品を投入することになるため、加熱炉に投入可能な加工途中品の数が制限される。その結果、ガス圧式アクチュエータ１の生産効率向上への阻害要因になる。

本実施形態では、前述したように、ブラケット２７のボディシリンダ４への組み付けは、最終工程として行うことができる。この結果、例えば高圧ガス発生部２に施す樹脂ポッティング加工をブラケット２７の組み付け前に実行可能である。そしてこのことにより、樹脂ポッティング加工の作業効率を高めることが可能である。

また上記のように蝋付け等によりブラケット２７がボディシリンダ４に一体化される構造では、ブラケット２７の形状自体がガス圧式アクチュエータ１の製品種類の規定要因となる。このため、形状の異なるブラケット２７も含めてガス圧式アクチュエータ１の生産管理や製品管理を行う必要があり、このこともコスト低減を阻害する要因となる。

本実施形態では、前述のようにブラケット２７をナット止めでボディシリンダ４に組み付ける構造とすることで、ブラケット２７の形状がガス圧式アクチュエータ１の製品種類の規定要因となることを避けることができ、生産管理や製品管理の簡素化が可能となる。この結果、ブラケット２７に関してコスト低減が可能となる。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、これは代表的な例に過ぎず、本発明はその趣旨を逸脱することのない範囲で様々な形態で実施可能である。例えば上記形態は、フード持ち上げ装置２２に適用した場合であったが、これに限られず、本発明によるガス圧式アクチュエータ１は動作の急速性が求められる様々な装置に使用可能である。また上記形態では、ボディシリンダ４に高圧ガス発生部２が直線的な位置関係で接続される構造であったが、これに限られない。すなわち、ボディシリンダ４の基端部にエルボ形の曲折部が設けられ、その曲折部に高圧ガス発生部２が接続されるタイプのガス圧式アクチュエータ（例えば、特開２００８-５６０６８号参照）に対し、本発明を適用することも可能である。

１ガス圧式アクチュエータ
２高圧ガス発生部
３ピストン機構部
４ボディシリンダ
５ピストンロッド
６ピストン
９ストッパ
１０ボディアッパ
１１ダンパ部材
１２先端部
１３基端部
２７ブラケット
２８固定受けフランジ部
２９螺合部
３０固定用ナット

Claims

フード持ち上げ装置に取り付けて用いられ、前記フード持ち上げ装置の駆動時に高圧ガスを発生させる高圧ガス発生部と、
前記高圧ガス発生部に基端部を接続されたボディシリンダと、
前記高圧ガスの前記高圧ガスのガス圧をピストンで受け、前記ボディシリンダ内を前進するピストンロッドと、
前記ピストンロッドに設けられたストッパと、
前記ボディシリンダの先端部に設けられ、作動時に前記ストッパを突き当てて前記ピストンロッドの前進を停止するボディアッパと、
前記ストッパと前記ボディアッパとの間に介在するとともに、前記ピストンロッドに対し非接触に設けられた、略筒状のダンパ部材と、
を有し、
前記ダンパ部材は、
前記ピストンロッドにフード持ち上げ負荷が加わる負荷状態では当該ダンパ部材が軸方向に圧縮変形せずに前記ピストンロッドの前進が停止し、前記ピストンロッドに前記フード持ち上げ負荷が加わらない無負荷状態では当該ダンパ部材が前記ストッパと前記ボディアッパの間での軸方向に圧縮変形しつつ前記ピストンロッドの前進が停止するような、圧縮強度を備えている
ことを特徴とするガス圧式アクチュエータ。
請求項１記載のガス圧式アクチュエータにおいて、
前記ダンパ部材は、
座屈を伴う前記圧縮変形を行うような前記圧縮強度を備えている
ことを特徴とするガス圧式アクチュエータ。
請求項１又は請求項２記載のガス圧式アクチュエータにおいて、
前記ダンパ部材は、
前記ボディアッパと前記ボディシリンダの間に形成される隙間に位置する先端部と、
前記ピストンロッドの周面に隙間を介して沿うように配置された基端部と、
を備えることを特徴とするガス圧式アクチュエータ。
請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のガス圧式アクチュエータにおいて、
前記ボディシリンダは、
固定用ナットを螺合するための螺合部と、
前記フード持ち上げ装置への取付けに用いられるブラケットを、前記螺合部に螺合された固定用ナットとともに挟持して固定するフランジ部と
を、外周部に備えることを特徴とするガス圧式アクチュエータ。