JP5552384B2 - ガススプリング装置 - Google Patents

Description

本発明はガススプリング装置に関する。

一般に、椅子に着座したときの座り心地を良好にするためには、ガススプリング装置を介して座部を支持する構成のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−３１１２８３号公報

ところで、上記ガススプリング装置では、座部に座る際に作用する体重によってピストンロッドがシリンダ内のガスを圧縮することで、座り心地を良好にしているが、更なる座り心地向上の要求がある。

そこで、本発明は上記事情に鑑み、上記課題を解決したガススプリング装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は以下のような手段を有する。
（１）本発明は、加圧ガスが封入されたシリンダと、
前記シリンダに摺動可能に挿入されて前記シリンダの内部を一側室と他側室に画成するピストンと、
前記ピストンに一端が連結され他端が前記他側室を介して外部へ延出されたピストンロッドと、
前記シリンダが挿入される外筒と、
前記シリンダと前記外筒との間に形成され、前記一側室と他側室とを連通する連通路とを有するガススプリング装置において、
前記ピストンロッドに軸方向の力が作用しないときに、前記ピストンロッドを最大長位置まで伸長させる最大長自動復帰機構を有し、
前記シリンダには、前記ピストンロッドが最大長のときに一側室となる位置に形成され、前記連通路と前記シリンダ内とを連通する孔を形成し、
前記シリンダは、内部に粘性流体が注入され、前記粘性流体の油面より上方に加圧ガスが封入され、
前記ピストンに、前記粘性流体が流通する流通孔と、前記流通孔を前記孔の開口面積よりも小さい面積に絞る絞りとを設け、
前記粘性流体の液面が前記孔よりも上の位置になるように前記粘性流体の注入量を設定したことを特徴とする。

本発明によれば、シリンダのピストンロッドが最大長のときに一側室となる位置に、連通路とシリンダとを連通する孔を形成したため、ピストンロッドに体重がかかるときの圧力によってシリンダ内のガスが当該孔を通って連通路へ流出し、ピストンロッドの軸方向への移動量を増大させることができ、座り心地が向上する。

本発明によるガススプリング装置の一実施例が適用された椅子の図である。 ガススプリング装置の内部構造を示す縦断面図である。 ガススプリング装置のガス反力とピストン変位との関係を示すグラフである。 ガススプリング装置の変形例を示す縦断面図である。 変形例のピストンのオリフィスを絞るディスクの構成を示す平面図である。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。

図１は本発明によるガススプリング装置の一実施例が適用された椅子の図である。図２はガススプリング装置の内部構造を示す縦断面図である。

図１、図２に示されるように、ガススプリング装置１１は、高さ調整機構として作用する弁機構３５（図２参照）と、自動回転位置復帰機構５０と、最大長自動復帰機構７０（図２参照）とを有する。ガススプリング装置１１は、外観的には筒状体からロッドが突出したものであり、その下端には椅子１２の脚部１３が嵌合される。また、ガススプリング装置１１の上端には座部１４が設けられている。

ガススプリング装置１１の外周側に設けられた支持筒体２２は、底部開口が底板２３に閉塞された有底円筒状に形成されている。支持筒体２２の内部に挿通された外筒２４は、支持筒体２２の上端開口から軸方向に移動可能に突出している。

支持筒体２２の内周と外筒２４の外周との間に形成された筒状空間には、椅子１２の回転方向の向きを正常な初期位置に復帰させる自動回転位置復帰機構５０が設けられている。自動回転位置復帰機構５０は、人が立ちあがった離席状態になると椅子１２の向きを所定の向き（初期位置）に自動的に復帰させる機構であり、案内部材５２、昇降部材５３、回転部材５４、ばね部材５６等から大略構成されている。

案内部材５２は、支持筒体２２の内周側にかしめ等により固定されており、外筒２４を軸方向と回転方向に案内する。また、案内部材５２の内周側には、ばね部材５６が収容される凹部が設けられている。また、案内部材５２の上側には後方向に１８０度対向して上下方向に伸長し、昇降部材５３の回転を規制する回止め溝が形成されている。

昇降部材５３は、案内部材５２の凹部内に軸方向にのみ可動に設けられ、内周側で外筒２４を回転方向と軸方向に移動可能に支持するように嵌合されている。また、昇降部材５３の外周側には、案内部材５２の回止め溝に係合する突起が設けられている。また、昇降部材５３の上面には、回転部材５４の傾斜面と対向する傾斜面が形成されている。

回転部材５４は、上側に設けられたラジアル軸受５５によって回転可能に支持されている。また、回転部材５４は、外筒２４に対し回転方向に固定され、外筒２４を軸方向にのみ可動に支持している。さらに、回転部材５４の下面には、昇降部材５３の傾斜面に当接、離間する傾斜面が形成されている。ばね部材５６は、昇降部材５３と回転部材５４との傾斜面同士を当接する方向に付勢している。

このように構成された自動回転位置復帰機構５０は、支持筒体２２に対して外筒２４が回転すると、昇降部材５３に対して回転部材５４を回転させ、各傾斜面を離間させる。これにより、外筒２４を回転させていた外力を取除いたときには、ばね部材５６の付勢力により上側に移動する昇降部材５３の傾斜面を回転部材５４の傾斜面に押付けて回転部材５４を回転させる。従って、回転部材５４と共に外筒２４が回転し、外筒２４は、昇降部材５３の傾斜面と回転部材５４の傾斜面とが互いに当接する回転方向の原点位置に復帰する。これで、外筒２４に支持された座部１４は、それまで座っていた人が立ち上がって体重を掛けなくなった時点で、上記復帰動作方向に回転して正常な初期位置に戻される。

ここで、ガススプリング１１の内部構成について説明する。図２に示されるように、外筒２４の上端開口には、プランジャ２６が摺動可能に挿嵌されている。このプランジャ２６は、例えば、座部１４の下面等に設けた操作レバー（図示せず）などの外部操作により下方に押圧操作させると、外筒２４の内部に降下して高さ調整を可能とする。

外筒２４内には加圧されたガスと極少量の油液が封入されており、この外筒２４の内側には、金属チューブからなるシリンダ６０が挿入されている。また、シリンダ６０の内部には、ピストン３２、ピストンロッド３３が軸方向に摺動可能に挿入されており、シリンダ６０の上端には、ガス流通路２８を開または閉とする弁機構３５が設けられている。弁機構３５は、人が椅子１２に座った着席状態で加圧ガスの流れを流通することにより椅子１２の高さ調整操作を行う高さ調整機構を構成しており、シリンダ６０の上室６０Ａとシリンダ６０の外周に形成された連通路３０とを連通するガス流通路２８と、上下方向に貫通するロッド４０に設けられたスプール弁４２とから構成されている。スプール弁４２は、プランジャ２６が押圧操作されないときは、内部のガス圧により上方に付勢されガス流通路２８を遮断する閉位置にある。

ロッド４０の上端は、プランジャ２６の下端に当接しており、着座状態でプランジャ２６が押圧操作されると、ロッド４０が下方に変位して、スプール弁４２の括れ部分がガス流通路２８を遮断する閉位置からガス流通路２８を連通する開位置に変位する。

シリンダ６０の外周に形成された筒状の連通路３０は、上端がガス流通路２８を介してシリンダ６０の上室（一側室）６０Ａに連通され、下端が下室（他側室）６０Ｂに連通されている。スプール弁４２がガス流通路２８を閉止するときは、シリンダ６０内に充填された加圧ガス（図２中梨地模様で示す）の流通が阻止されている。また、上記プランジャ２６が押圧されてスプール弁４２が下方に変位してガス流通路２８を開放したときは、シリンダ６０の上室６０Ａと下室６０Ｂとの間が連通状態に切り替わり、ピストン３２が受圧面積の差によりガス圧によって押し下げられる。

ピストン３２は、シリンダ６０内を上室６０Ａと下室６０Ｂとに仕切っており、外周にはＯリングからなるシール部材３６が装着される周方向の溝３２Ａが設けられている。この溝３２Ａは、軸方向上側が深く（溝の底部の径が小さい）、軸方向下側が浅い（溝の底部の径が大きい）形状となっている。また、ピストン３２の中央には、ピストンロッド３３が貫通結合しており、ピストンロッド３３はピストン３２と共に軸方向（上下方向）に移動可能に設けられている。

最大長自動復帰機構７０は、シール部材３６と溝３２Ａから構成され、ピストンロッド３３に軸方向の力（荷重）が作用したときには、ピストン３２に対しシリンダ６０及び外筒２４が下方に下がる。このとき、シール部材３６はシリンダ６０との摩擦により、溝３２Ａの下方側の浅い部分に押し込まれるので、シール部材３６により、上室６０Ａと下室６０Ｂとが画成されロック状態となる。

また、ピストンロッド３３に軸方向の力（荷重）が無くなると、シリンダ６０内の圧力（内圧）によりピストン３２に対しシリンダ６０及び外筒２４が上方に上がる。このとき、シール部材３６はシリンダ６０内壁との摩擦により、溝３２Ａの上方側の深い部分に抜けるので、シール部材３６の内周側に上室６０Ａと下室６０Ｂとをつなぐ流路ができ、画成が解除されて連通し、アンロック状態となる。この状態では、シリンダ６０の内圧によりピストンロッド３３を最大長位置まで自動的に伸長させることができる。

また、外筒２４は、下端にピストンロッド３３が貫通する軸受部材３７が固定されている。この軸受部材３７より下方に突出したピストンロッド３３の下端は、椅子１２の脚部１３に嵌合固定された支持筒体２２の底板２３に固定される。従って、弁機構３５がスプール弁４２の下動によってガス流通路２８を開放した連通状態になると、上室６０Ａと下室６０Ｂとの間の加圧ガスの移動が可能になり、ピストンロッド３３が軸受部材３７より最も長く突出した最大長位置まで伸長させることが可能になる。

さらに、シリンダ６０には、所定の高さ位置にガス抜き用の小孔６２が半径方向に貫通して設けられている。この高さ位置は、小孔６２とピストン３２の上面から距離Ｌとした場合、例えば、ピストンロッド３３が最大長位置まで伸長させた状態で、Ｌ＝２０ｍｍとする。この小孔６２は、シリンダ６０の内側に形成された上室６０Ａとシリンダ６０の外側に形成された連通路３０を連通するバイパス路である。

小孔６２は、ピストンロッド３３が最大長位置まで伸長させた状態で、ピストン３２の上面から距離Ｌ最大高さ位置にあるため、座部１４に着席する際に体重が外筒２４に作用すると共に、ピストン３２が相対的に上動するため、上記距離Ｌがゼロになるまで、シリンダ６０の上室６０Ａのガスが小孔６２を通過してシリンダ６０の外側に形成された連通路３０に流出される。これにより、着席時に座部１４に体重が作用すると上室６０Ａのガスが小孔６２を通過することで、ピストン３２が上記距離Ｌの最大値から０ｍｍの範囲で移動可能になるため、座部１４が着席動作と共に下動して沈み込むので座部１４の座り心地をソフトにすることができる。

尚、上記小孔６２は、任意の高さ位置に設けることが可能であり、ピストンロッド３３が最大長位置まで伸長させた状態で座った際の沈み込み量を設定することが可能である。

また、上記小孔６２は、例えば内側から外側に向けて直径φ１．０ｍｍのピンをパンチして開けるか、または、ドリルなどで加工する。加工後は、内周面を研磨して、シール部材３６に傷がつかないようにする。この加工方法によれば、ピストン３２にシール部材３６が摺動するシリンダ６０の内周面にバリが発生せず、シール部材３６の破損を防止することができる。

また、小孔６２の孔径を、１ｍｍ以下にすることで、ガスが通過する際の流量を絞ることができ、着席時にシリンダ６０の上室６０Ａのガスが小孔６２を通過してシリンダ６０の外側に形成された連通路３０に流出される際のピストン速度を減速することが可能になる。すなわち、ガスが小径に加工された小孔６２を通過する際に抵抗力を発生させ、着席動作によるピストン３２の下動速度に対して減衰効果（ダンパ効果）を発揮して着席時のガス反力による反動をソフトな感触とすることが可能になる。

図３はガススプリング装置のガス反力とピストン変位との関係を示すグラフである。図３に示されるように、着席動作によりピストン３２の上端が小孔６２に達するまでは、シリンダ６０の上室６０Ａのガスが小孔６２を通過してシリンダ６０の外側に形成された連通路３０に流出されているため、ガス反力が上昇せず、ほぼ一定である。更に、座部１４が降下してピストン３２の上端が上記小孔６２を閉塞する位置に達した後は、ピストン３２の変位に比例してガス反力が上昇する。

この実験結果からもシリンダ６０に微小な小孔６２を設けることで、座部１４に着席する際の座り心地がソフトになり、ガス反力による反動を緩和することが分かる。

このように上記実施の形態では、最大長状態または最大長付近から座った際に沈込み量を増やし、座心地を向上させるものである。高さ調整機能を有する椅子の場合は、最大長付近でない場合には、この効果を得ることが出来ないが、最大長自動復帰機能が付いた椅子にあっては、殆どの場合、最大長で着座することになるため、本発明による効果を享受することが出来る。

なお、上記実施の形態では、高さ調整機構、自動回転位置復帰機構５０を設けた最も高機能なシリンダ装置を例に説明したが、これらの機能は、必要に応じて外してもよい。

また、最大長自動復帰機構７０の構成としては、上記実施の形態に限らず、軸方向に力が働いたときにシリンダ６０の上室６０Ａと下室６０Ｂとを遮断し、軸方向に力が働かないときにシリンダ６０の上室６０Ａと下室６０Ｂとを連通させる構成であればよく、例えば、ピストンをピストンロッドに対し移動可能に設け、ピストンの内周とピストンロッドとの間の移動によりシリンダの上室と下室との間を連通・遮断する通路を設け、ピストンを弁部としてシリンダとの摩擦によって移動させることにより構成してもよい。

なお、上記弁機構３５は、シリンダ６０の上部に設けた構成を一例として挙げたが、これに限らず、例えば、ピストン３２に貫通するピンを設け、ピンの位置を軸方向に移動させてシリンダ６０の上室６０Ａと下室６０Ｂとを連通させてピストンロッド３３を最大長位置まで伸長させる構成としても良いのは勿論である。
〔変形例〕
図４はガススプリング装置の変形例を示す縦断面図である。尚、図４において、上記実施例と同一部分には、同一符合を付してその説明を省略する。

図４に示されるように、変形例では、シリンダ６０の上室６０Ａがガス領域Ｇと粘性流体領域Ｒとを有する。また、下室６０Ｂは、粘性流体領域Ｒである。粘性流体としては、油が用いられ、所定の粘度を有する油が選択的に注入されている。

粘性流体領域Ｒの液面（油面）は、小孔６２よりも椅子に取付けた状態で上側となる位置になるように粘性流体の注入量が調整（設定）されている。これにより、小孔６２は常時粘性流体領域Ｒの位置となるため、粘性流体のみが小孔６２を通過してシリンダ６０の外側に形成された連通路３０に流出される。粘性流体の流入量が小孔６２と同じ、もしくは下側となる位置とした場合には、小孔６２を粘性流体とガスが混在して通過することになる。粘性流体とガスが混在すると、エアレーションが発生し、減衰力の低下に繋がる。本実施の形態では、粘性流体の流入量を小孔６２よりも上側となる位置としたので、エアレーションの発生を抑制する事ができ、所望の減衰力を発生することができる。

したがって、ピストン３２がシリンダ６０に対して相対移動するのに伴って小孔６２を粘性流体が通過することため、前述の実施の形態に示す気体が小孔６２を通過する場合よりも粘性流体の粘度に応じた大きな減衰力を発生することが可能になる。従って、上室６０Ａの粘性流体が小孔６２を通過してシリンダ６０の外側に形成された連通路３０に流出される際の減衰力によって、ピストン速度を効果的に減速することが可能になる。すなわち、着席動作によるピストン３２の下動速度に対し、粘性流体が小孔６２を通過する際の減衰効果（ダンパ効果）により着席時のガス反力による反動をソフトな感触とすることが可能になる。

また、ピストン３２の内部には、上室６０Ａと下室６０Ｂとの間を連通するオリフィス孔（流通孔）８０が設けられている。オリフィス孔８０は、シール部材３６が装着される溝３２Ａの上部に連通されており、粘性流体の流通を可能にしている。

溝３２Ａは、上側の半径方向の開口幅が広く（溝の内径が小さい）、下側の半径方向の開口幅が狭い（溝の内径が大きい）形状となっている。そのため、着座する前まではシール部材３６は、溝３２Ａの開口幅が広い上側に位置している。そして、座部１４に着座することによりシリンダ６０に荷重（体重）がかかり始めたときは、シリンダ６０の上室６０Ａと下室６０Ｂの圧力差が小さいため、シール部材３６は溝３２Ａの半径方向の開口幅が広い上側に位置しており、シリンダ６０の内周面に接していないので、シリンダ６０の上室６０Ａから下室６０Ｂへ粘性流体が流通する。

本変形例では、小孔６２を粘性流体が流通することによる減衰力を主としたいので、着座時のピストン３２内の粘性流体の移動を制限するため、ピストン３２の上端に円盤状の絞り板（絞り）９０が設けられている。この絞り板９０は、例えば、金属板からなり、外周の一部に切欠９２（図５参照）を有する。

切欠９２は、例えば、三角形に形成されており、その一部がオリフィス孔８０に連通するように設けられている。切欠９２とオリフィス孔８０との連通部分は、小孔６２の開口面積よりも小さい面積となるように切欠９２の大きさ及び位置が設定されている。

尚、図５においては、４つのオリフィス孔８０が９０度間隔で配置された場合を示しているがオリフィス孔８０の数は、設定される減衰力との関係から適宜選択される。また、切欠９２の数は、オリフィス孔８０の数に合わせて複数設ける場合には、各切欠９２の連通面積の合計が小孔６２の開口面積よりも小さい面積となるように調整する。

また、絞り板９０は、ピストンロッド３３の上端に突出する取付軸３３ａに嵌合し、取付軸３３ａの上端のかしめ部３３ｂにより締結されている。そのため、絞り板９０は、ピストン３２の上端に固定され、ピストン３２と一体化されている。

従って、着座時にピストン３２が上方に移動するのに伴って、シリンダ６０の上室６０Ａと下室６０Ｂの圧力差が除々に大きくなり、シール部材３６が溝３２Ａの上側から下側に移動する間もオリフィス孔８０に流入する粘性流体の流量が絞り板９０の切欠９２によって小孔６２から流出する流量よりも絞られる。

このように、着座動作によるピストン３２の移動開始当初は、シール部材３６が溝３２Ａの半径方向の開口幅が狭い下側に移動してシール効果を発揮するまでの間は、粘性流体による減衰力は、小孔６２を流出する際の粘性抵抗によって発生する減衰力と、各切欠９２の連通面積の合計を流出する粘性抵抗によって発生する減衰力の加算になる。しかし、各切欠９２の連通面積の合計を流出する粘性抵抗による減衰力は、小孔６２を流出する際の粘性抵抗によって発生する減衰力と比べると非常に小さいため、小孔６２を粘性流体が流通することによる減衰力を主とすることができる。これにより、本変形例においては、前述した図３の示すようなガス反力特性が得られ、粘性流体が小孔６２を通過することで、座部１４に着席する際の座り心地がソフトになり、ガス反力による反動を緩和することができる。

また、上記絞り板９０を設ける代わりにオリフィス孔８０の内径を小さくして粘性流体の流量を絞るように構成としても良い。この場合、オリフィス孔８０が絞りとなる。

さらに、上述した変形例では、絞り板９０は、ピストンロッド３３の上端に突出する取付軸３３ａに嵌合し、取付軸３３ａの上端のかしめ部３３ｂにより締結される構成とした。そのため、絞り板９０は、ピストン３２の上端に固定され、ピストン３２と一体化される構成であった。

そのため、離座動作によりシリンダ６０内をピストンロッド３３が伸びる方向に移動するとき、ピストン３２が粘性流体領域Ｒにあるときと、ガス領域Ｇにあるときでは、各切欠９２による絞りによりピストンロッド３３の伸びる速度に差が生じる。その対策として、絞り板９０を取付軸３３ａに対し軸方向に移動可能な構成とすることにより、各切欠９２による絞りをキャンセルし、オリフィス孔８０の合計流通面積とすることができる。この構成とすることにより、ピストン３２が粘性流体領域Ｒにあるときと、ガス領域Ｇにあるときの伸びる速度の差を軽減することができる。

１１ ガススプリング装置
１２ 椅子
１３ 脚部
１４ 座部
２２ 支持筒体
２４ 外筒
２６ プランジャ
２８ ガス流通路
３０ 連通路
３２ ピストン
３３ ピストンロッド
３５ 弁機構
４０ ロッド
４２ スプール弁
５０ 自動回転位置復帰機構
５２ 案内部材
５３ 昇降部材
５４ 回転部材
５６ ばね部材
６０ シリンダ
６０Ａ 上室
６０Ｂ 下室
６２ 小孔
７０ 最大長自動復帰機構
８０ オリフィス孔（流通孔）
９０ 絞り板（絞り）
９２ 切欠

Claims (1)

1. 加圧ガスが封入されたシリンダと、
   前記シリンダに摺動可能に挿入されて前記シリンダの内部を一側室と他側室に画成するピストンと、
   前記ピストンに一端が連結され他端が前記他側室を介して外部へ延出されたピストンロッドと、
   前記シリンダが挿入される外筒と、
   前記シリンダと前記外筒との間に形成され、前記一側室と他側室とを連通する連通路とを有するガススプリング装置において、
   前記ピストンロッドに軸方向の力が作用しないときに、前記ピストンロッドを最大長位置まで伸長させる最大長自動復帰機構を有し、
   前記シリンダには、前記ピストンロッドが最大長のときに一側室となる位置に形成され、前記連通路と前記シリンダ内とを連通する孔を形成し、
   前記シリンダは、内部に粘性流体が注入され、前記粘性流体の油面より上方に加圧ガスが封入され、
   前記ピストンに、前記粘性流体が流通する流通孔と、前記流通孔を前記孔の開口面積よりも小さい面積に絞る絞りとを設け、
   前記粘性流体の液面が前記孔よりも上の位置になるように前記粘性流体の注入量を設定したことを特徴とするガススプリング装置。

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