JP6523409B2 - ピストン・シリンダユニット - Google Patents

Description

本発明は、シリンダを備え、シリンダが流体で充填されると共に、その内部空間が、シリンダの軸線方向に変位可能なピストンにより、第１作動室及び第２作動室に分割され、更に、ピストンにピストンロッドが配置され、該ピストンロッドが、第２作動室に沿って延在すると共に、シリンダの第２端部における第２閉鎖部を外部からのシール下で通過するようガイドされるピストン・シリンダユニットに関する。

このようなピストン・シリンダユニットにおいて、ピストンが押し込み端部位置及び押し出し端部位置のみで抑止可能であり、これら両端部位置間における中間位置では抑止が不可能である。即ち、抑止可能に構成されたピストン・シリンダユニットにおいて、ピストンは、押し込み端部位置及び押し出し端部位置間で抑止可能な位置決めができるものの、その中間位置では位置決めが不可能である。

従って、本発明の課題は、ピストンを、押し込み端部位置及び押し出し端部位置のみならず、これら両端部位置間における任意の中間位置でも位置決め可能とした、簡潔な構成のピストン・シリンダユニットを提案することである。

この課題を解決するため、本発明は、冒頭に記載した形式のピストン・シリンダユニットにおいて、ピストン及びピストンロッドの押し込みストロークが、シリンダ内に配置されてピストンが直接的又は間接的に当接するストッパで制限され、シリンダ内におけるストッパの位置が、調整手段により可変に調整可能であることを特徴とする。

この構成においては、ストッパの軸線方向位置が所望の中間位置に調整可能であるため、ピストン及びピストンロッドの最大ストロークは、ピストンがストッパに当接することで制限される。そして、ストッパは、調整可能であるため、その軸線方向位置を可変とすることができる。

ガススプリングとしての機能を発揮させるため、シリンダ内には加圧ガスを充填するのが好適である。

外部から保護された簡略な構成において、ストッパは、シリンダ内にてシール状態で変位可能に配置されたストッパピストンで構成することができる。この場合、ストッパピストンにより、第１作動室は、ストッパピストンと、シリンダの第１端部における第１閉鎖部との間のストッパ空間から分離される。更に、ストッパピストン内にはバルブ装置が配置され、そのバルブ装置は、作動手段により、閉鎖位置から、第１作動室及びストッパ空間の間を連通させる開放位置まで調整変位可能であり、その開放位置において、ストッパピストンがピストンに追従する変位する構成とすることができる。

ストッパピストンをピストンに追従変位させるため、ストッパピストンをピストンに結合することができる。

ストッパピストンの追従変位を可能とするため、簡略な構成においては、付勢ばねにより、ストッパピストンをピストンに向けて負荷するか、又はストッパピストンにマグネットが配置されると共に、ピストンが強磁性材料より成るか又は強磁性部分を有する構成とすることができる。この場合、ピストンがストッパピストンに当接しているときに、マグネットの磁界により、ピストン及びストッパピストンが互いに摩擦係合する。

上記のバルブ装置は、好適には、作動手段により軸線方向に移動可能な閉鎖部材を備える。この場合、バルブスライダを有するスライドバルブ又はシート状閉鎖部材を有するシートバルブとして構成することができ、そのバルブスライダ又はシート状閉鎖部材は、作動手段により、閉鎖位置から開放位置に向けて移動させることができる。

このような構成によれば、バルブ装置を簡潔な構成とし、従って故障し難くすることが可能である。

バルブ装置を開放するための簡略な構成において、バルブスライダ又はシート状閉鎖部材は、軸線方向外側からシリンダ内に突入する作動ロッドにより、閉鎖位置から開放位置に向けて移動させることができる。

この場合、ピストンロッドが、その内部を貫通する軸線方向孔を有し、その軸線方向孔内において、外端部に操作力を負荷可能な作動ロッドが、軸線方向にシール状態で移動可能にガイドされる構成とすれば、省スペース化を図ることができる。

作動ロッドの外端部は、アクチュエータにより、又は手動で操作力を負荷することができる。

バルブ装置を作動させるための有利な構成において、ピストンは、作動室内に突入すると共に、同軸貫通孔を有する延長ロッドを備え、その延長ロッドが、伸縮変位可能な伸縮スリーブにより包囲される構成とすることができる。この場合、伸縮スリーブは、延長ロッドと摩擦係合可能であるため、ストッパピストン側を指向する伸縮スリーブの端部により、バルブ装置におけるバルブスライダ又はシート状閉鎖部材をその開放方向に向けて可動的に負荷することができる。

上記の摩擦係合を容易に達成可能とするため、延長ロッドから伸縮スリーブ内に突入する作動ロッドの自由端は、環状摩擦要素の同心開口内に突入する拡開要素を備えることができる。この場合、作動手段で作動ロッドを作動させる際に、摩擦要素を半径方向に拡張させ、伸縮スリーブの内壁に対して押圧することができる。

バルブ装置を作動させるための他の有利な構成として、バルブ装置は、電磁的又は電気機械的に作動可能なバルブ装置で構成することができる。

ストッパピストンを負荷する付勢ばねを圧縮コイルばねとし、その一端をシリンダの第１端部における第１閉鎖部に支持し、他端をストッパピストンに支持すれば、故障し難い構成を実現することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳述する。

ピストン・シリンダユニットの第１実施形態を示す縦断面図である。 図１のピストン・シリンダユニットの拡大図である。 ピストン・シリンダユニットの第２実施形態を示す縦断面図である。 図２のピストン・シリンダユニットの拡大図である。 ピストン・シリンダユニットの第３実施形態を示す縦断面図である。 ピストン・シリンダユニットの第４実施形態を示す縦断面図である。 図４のピストン・シリンダユニットの拡大図である。 ピストン・シリンダユニットの第５実施形態を示す縦断面図である。 図５のピストン・シリンダユニットの拡大図である。

各図に示すピストン・シリンダユニットは、第１閉鎖部14及び第２閉鎖部15により、両端部が閉鎖されたシリンダ１を備える。シリンダ１内には、ピストン２が軸線方向に変位可能に配置されている。ピストン２により、流体が充填されたシリンダ１の内部空間が第１作動室３及び第２作動室４に分割されている。

ピストン２の一側には、ピストンロッド５が配置されている。ピストンロッド５は、第２作動室４に沿って同軸的に延在し、ガイド・シールユニット６及び第２閉鎖部15を通過して外部に向けてガイドされる。

ピストンロッド５は、その内部に沿って延在する軸線方向孔７を有する。孔７内には、軸線方向に変位可能な作動ロッド８が配置されている。ピストンロッド５から外部に突出する作動ロッド８の端部には、作動ロッド８を軸線方向に直接的又は間接的に駆動させる作動手段９が配置されている。

ピストンロッド５とは反対側における第１作動室３の端部領域には、ストッパピストン10がシリンダ１内で軸線方向に変位可能に配置されている。ストッパピストン10により、第１作動室３は、シリンダ１における第１作動室３及び第１閉鎖部14間のストッパ空間13から分離されている。ストッパピストン10により、ピストン２及びピストンロッド５の押し込みストロークを制限することができる。これは、ピストン２又はピストン２に接続された構成要素がストッパピストン10に当接するからである。

ストッパピストン10内には、ストッパピストン10の同軸孔内で軸線方向に変位可能なバルブスライダ12を有するスライドバルブ11が配置されている。バルブスライダ12が不作動位置にある場合、第１作動室３及びストッパ空間13の間での連通状態が遮断されるため、バルブスライダ12がその占有位置に固定される。

図１〜図4aの実施形態において、スライドバルブ11を開放するには、ピストン２がストッパピストン10に当接するまで、ピストンロッド５をピストン２と共に移動させる。ピストン２がストッパピストン10に当接した段階で、作動手段９により、作動ロッド８をストッパピストン10に向けて変位させる。この場合、シリンダ１内に突出する作動ロッド８の自由端面がバルブスライダ12に当接し、作動ロッド８の更なる変位により、バルブスライダ12がばね16力に抗してストッパ空間13に向けて変位する。

スライドバルブ11が開放されると、ストッパピストン10の固定が解除されると共に、流体がストッパ空間13から第１作動室３内に又は第１作動室３からストッパ空間13内に流入することができる。

ピストンロッド５を押し込み方向に更に変位させると、ストッパピストン10がピストン２により第１閉鎖部14に向けて変位する。これにより、端部位置に至るまでのより大きなストロークが実現される。

図１及び図1aの実施形態においては、ストロークをより小さくするため、ストッパ空間13に配置されると共に、一端が第１閉鎖部14に支持された付勢圧縮コイルばね17により、ストッパピストン10が負荷されている。スライドバルブ11の開放状態でピストンロッド５をピストン２と共に押し出し方向に移動させると、圧縮コイルばね17の負荷により、ストッパピストン10がピストン２に追従変位する。ストッパピストン10が所望の新たな端部位置に到達した後、作動手段９により、作動ロッド８がピストンロッド５の軸線方向孔７内に再び後退するため、バルブスライダ12がばね16のばね力によりその端部位置に復帰する。これにより、ストッパ空間13及び第１作動室３間の連通状態が遮断されるため、ストッパピストン10が再び固定される。

図２及び図2aの実施形態において、ピストン・シリンダユニットの構造及び機能は、図１及び図1aの実施形態と基本的に同一であるが、圧縮コイルばね17が設けられておらず、マグネットリング18として構成されたマグネットがストッパピストン10に配置されている点で相違する。図２の実施形態において、強磁性材料より成るピストン２をストッパピストン10に移動させると、マグネットリング18の磁界により、ストッパピストン10がピストンに結合する。

図１及び図1aの実施形態に関連して上述した要領でスライドバルブ11を開放すれば、ピストンロッド５を、ピストン２及びこれに結合したストッパピストン10と共に、ストッパ空間13又は第１作動室３まで変位させることができる。その後、スライドバルブ11を新たな端部位置で閉鎖すれば、ストッパピストン10が再び固定される。

図３及び図４の実施形態において、スライドバルブ11を有するストッパピストン10の構造と、作動ロッド８によるストッパピストン10の作動方法は、図２及び図2aの実施形態に対応している。

図５及び図5aの実施形態において、圧縮コイルばね17で負荷されると共に、スライドバルブ11を有するストッパピストン10の構造及び機能は、図１及び図1aの実施形態の構造及び機能に対応している。

図５及び図5aの実施形態において、ピストン２は、第１作動室３内に突入すると共に、同軸貫通孔22が形成された延長ロッド19を有し、延長ロッド19は、伸縮変位可能な伸縮スリーブ20により包囲されている。ストッパピストン10側を指向すると共に、延長ロッド19の自由端を越えて延在する伸縮スリーブ20の端部は、ストッパピストン10に向けて突出した同軸の作動ピン21を有する。作動ピン21は、同軸のピン開口35を通過し、第１作動室３に対して開放されたチャンバ34内に突入している。作動ピン21は、その自由端において、ピン開口35よりも大きな半径方向拡張部36を有するから、軸線方向の遊び37分だけストッパピストン10に移動可能に配置されている。

延長ロッド19から突出する作動ロッド８の自由端には、円錐状の拡開要素23が軸線方向に配置されている。拡開要素23は、半径方向に弾性変形可能であると共に、ピストン２に接続された保持リング39における対応の円錐状凹部38内に突入している。保持リング39は、やはり環状の摩擦要素24に包囲されている。作動レバー26を作動させると、作動ロッド８により、拡開要素23が保持リング39の円錐状凹部38内に更に変位する。これにより、保持リング39及び保持リング39を包囲する環状の摩擦要素24が半径方向に拡張される。その結果、摩擦要素24が伸縮スリーブ20の内壁に対して押圧される。従って、ピストン２及びピストン２に接続された延長ロッド19が伸縮スリーブ20と結合する。この段階でピストンロッド５を変位させれば、作動ピン21が遊び37を超えてバルブスライダ12に当接し、バルブスライダ12をその開放位置、即ちストッパ空間13及び第１作動室３間を連通させる位置まで変位させることができる。

ストッパ空間13及び第１作動室３間の連通が生じる状態において、ピストンロッド５及びこれに結合した伸縮スリーブ20を移動させると、ストッパピストン10が所望の新たな端部位置に変位する。作動ロッド８を後退させれば、伸縮スリーブ20及びピストンロッド５間の結合が解除されるため、伸縮スリーブ20が自由に変位可能となり、バルブスライダ12をばね16でその閉鎖位置まで復帰させることができる。これにより、ストッパピストン10が占有端部位置に固定される。

作動ロッド８による開放操作が行われていないときにスライドバルブ11の開放を回避するため、ピストン２には、伸縮スリーブ20を所定間隔で包囲するスペーサスリーブ32が配置されている。即ち、スペーサスリーブ32は、作動ロッド８の非操作状態及びピストンロッド５の後退状態において、伸縮スリーブ20が延長ロッド19上で自由に変位可能であるときに、ストッパピストン10に当接する。

図１、図1aと、図５、図5aの実施形態において、作動手段９は、ピストンロッド５に対して半径方向に延在する作動レバー26で構成される。作動レバー26の一端は、ピストンロッド５の長手軸線方向に直交すると共に、取り付け部33に形成された凹部27内で傾動可能に突入している。この傾動は、作動レバー26の自由端を、作動レバー26の長手方向軸線に直交するよう手動で負荷することにより生じさせることができる。作動レバー26を傾動させれば、作動ロッド８がスライドバルブ11の開放方向に変位する。

図３の実施形態においては、ピストンロッド５の外端部に、作動ロッド８を変位駆動させる電気機械的アクチュエータ28が配置されている。

図４及び図4aの実施形態においては、ピストンロッド５の外端部に、膨張要素29が配置されている。膨張要素29における膨張材31で可動的に負荷可能なピストン（図示の実施形態ではメンブラン30）は、作動ロッド８に作用することにより、作動ロッド８を変位駆動させる。このように、温度に応じて体積が変化する膨張材により、ストッパピストン10が温度に応じて調整される。

言うまでもなく、ピストンロッド５の外端部に配置されると共に、作動ロッド８を調整するための他の任意かつ適切な装置を使用することも可能である。

１ シリンダ
２ ピストン
３ 第１作動室
４ 第２作動室
５ ピストンロッド
６ ガイド・シールユニット
７ 軸線方向孔
８ 作動ロッド
９ 作動手段
10 ストッパピストン
11 スライドバルブ
12 バルブスライダ
13 ストッパ空間
14 第１閉鎖部
15 第２閉鎖部
16 ばね
17 圧縮コイルばね
18 マグネットリング
19 延長ロッド
20 伸縮スリーブ
21 作動ピン
22 貫通孔
23 拡開要素
24 摩擦要素
26 作動レバー
27 凹部
28 駆動部
29 膨張要素
30 メンブラン
31 膨張材
32 スペーサスリーブ
33 取り付け部
34 チャンバ
35 ピン開口
36 半径方向拡張部
37 遊び
38 円錐状凹部
39 保持リング

Claims (15)

1. シリンダ（１）を備え、該シリンダ（１）が流体で充填されると共に、その内部空間が、前記シリンダ（１）の軸線方向に変位可能なピストン（２）により、第１作動室（３）及び第２作動室（４）に分割され；前記ピストン（２）にピストンロッド（５）が配置され、該ピストンロッド（５）が、前記第２作動室（４）に沿って延在すると共に、前記シリンダ（１）の第２端部における第２閉鎖部（15）を外部からのシール下で通過するようガイドされるピストン・シリンダユニットにおいて：前記ピストン（２）及び前記ピストンロッド（５）の押し込みストロークが、前記シリンダ（１）内に配置されて前記ピストン（２）が直接的又は間接的に当接するストッパで制限され、前記シリンダ（１）内における前記ストッパの位置が、調整手段により可変に調整可能であることを特徴とするピストン・シリンダユニット。
2. 請求項１に記載のピストン・シリンダユニットであって、前記シリンダ（１）内に、加圧ガスが充填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。
3. 請求項１又は２に記載のピストン・シリンダユニットであって、前記ストッパが、前記シリンダ（１）内にてシール状態で変位可能に配置されたストッパピストン（10）として構成され、該ストッパピストン（10）により、前記第１作動室（３）が、前記ストッパピストン（10）と前記シリンダ（１）の第１端部における第１閉鎖部（14）との間のストッパ空間（13）から分離され、前記ストッパピストン（10）内にバルブ装置が配置され、該バルブ装置が、作動手段（９）により、閉鎖位置から、前記第１作動室（３）及び前記ストッパ空間（13）の間に連通状態が生じる開放位置まで調整可能であり、その開放位置において、前記ストッパピストンが前記ピストンに追従変位可能であることを特徴とするピストン・シリンダユニット。
4. 請求項３に記載のピストン・シリンダユニットであって、前記ストッパピストン（10）が、付勢ばね（17）により、前記ピストン（２）に向けて負荷可能であることを特徴とするピストン・シリンダユニット。
5. 請求項３に記載のピストン・シリンダユニットであって、前記ストッパピストン（10）にマグネットが配置されると共に、前記ピストン（２）が強磁性材料を備え、該ピストン（２）が前記ストッパピストン（10）に当接しているときに、前記マグネットの磁界により、前記ピストン及び前記ストッパピストン（10）が互いに係合することを特徴とするピストン・シリンダユニット。
6. 請求項３〜５の何れか一項に記載のピストン・シリンダユニットであって、前記バルブ装置が、前記作動手段（９）により軸線方向に移動可能な閉鎖部材を備えることを特徴とするピストン・シリンダユニット。
7. 請求項６に記載のピストン・シリンダユニットであって、前記バルブ装置が、バルブスライダ（12）を有するスライドバルブ（11）として、又はシート状閉鎖部材を有するシートバルブとして構成され、前記バルブスライダ（12）又はシート状閉鎖部材が、前記作動手段（９）により、前記閉鎖位置から前記開放位置に向けて移動可能であることを特徴とするピストン・シリンダユニット。
8. 請求項７に記載のピストン・シリンダユニットであって、前記バルブスライダ（12）又は前記シート状閉鎖部材が、軸線方向外方から前記シリンダ（１）内に突入する作動ロッド（８）により、前記閉鎖位置から前記開放位置に向けて移動可能であることを特徴とするピストン・シリンダユニット。
9. 請求項８に記載のピストン・シリンダユニットであって、前記ピストンロッド（５）が、その内部に亘って延在する軸線方向孔（７）を有し、該軸線方向孔（７）内において、外端部が操作力で負荷可能な前記作動ロッド（８）が、軸線方向にシール状態で移動可能にガイドされることを特徴とするピストン・シリンダユニット。
10. 請求項８又は９に記載のピストン・シリンダユニットであって、前記作動ロッド（８）の外端部は、手動操作力が負荷可能であることを特徴とするピストン・シリンダユニット。
11. 請求項８又は９に記載のピストン・シリンダユニットであって、前記作動ロッド（８）の外端部は、膨張材要素（29）における膨張材ピストンによる操作力が負荷可能であることを特徴とするピストン・シリンダ。
12. 請求項８〜１１の何れか一項に記載のピストン・シリンダユニットであって、前記ピストン（２）が、前記第１作動室（３）内に突入すると共に、前記第１作動室（３）と同軸の貫通孔（22）を有する延長ロッド（19）を備え、該延長ロッド（19）が、伸縮変位可能な伸縮スリーブ（20）により包囲され、該伸縮スリーブ（20）が、前記延長ロッド（19）と選択的に摩擦係合可能であり、前記ストッパピストン（10）側を指向する前記伸縮スリーブ（20）の端部により、前記バルブ装置における前記バルブスライダ（12）又は前記シート状閉鎖部材がその開放方向に可動的に負荷可能であることを特徴とするピストン・シリンダユニット。
13. 請求項１２に記載のピストン・シリンダユニットであって、前記延長ロッド（19）から前記伸縮スリーブ（20）内に突入する作動ロッド（８）の自由端が、環状摩擦要素（24）の同心開口内に突入する拡開要素（23）を有し、前記作動手段（９）で前記作動ロッド（８）を作動させる際に、前記摩擦要素（24）が半径方向に拡張して前記伸縮スリーブ（20）の内壁に対して押圧されることを特徴とするピストン・シリンダ。
14. 請求項３〜７の何れか一項に記載のピストン・シリンダユニットであって、前記バルブ装置が、電気機械的アクチュエータ（２８）を備えることを特徴とするピストン・シリンダユニット。
15. 請求項３〜１４の何れか一項に記載のピストン・シリンダユニットであって、前記ストッパピストン（10）を負荷する付勢ばねが、圧縮コイルばね（17）として構成され、その一端が前記シリンダ（１）の第１端部における前記第１閉鎖部（14）に支持され、他端は前記ストッパピストン（10）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。