JPH04503560A - 温度感応式バイパス弁を備えたセルフロッキング気体ばね - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 気体ばねは乗用車、ステーションワゴン及びパンのエンジンコンパートメントフ ード、トランクリッド、リヤウィンド及びテールゲートを開放し、その開放位置 又はほぼ全開位置で保持するためにそれらを釣り合わせるのに広範囲に使用され る。気体ばねの出力が気体の温度に依存して変化することはよく知られている（ ボイルの法則）。低温での気体ばねの出力は高温での出力に比して著しく小さい 。それにも拘わらず、例えば−３０℃の低温でもフード、トランクリッド又は類 似物（以下に負荷と呼ぶ）を保持するのに十分な力を生じると共に適度に選択さ れた低温、例えば−３０℃で開放されるように気体ばねが設計されなければなら ない（一般には、気体ばねは一３０℃において負荷の保持開放位置でほぼ１ない し５ポンドの力が負荷にかけられるように設計される）。高温においては、保持 開放位置での出力の増大は５０ポンド程度であり、これの意味するところは、保 持開放位置から閉鎮方向に負荷を運動させるに要する力（操作力）が５０ポンド であるということである。このように大きな操作力は明らかに不都合である。

本発明の概要 本発明の目的は気体ばねであって低温での操作力と高温での操作力との差が公知 気体ばねに比して著しく小さくなるような気体ばねを提供することにある。本発 明はばねによって初応力を負荷されたチェック弁を備えた気体ばねの改良に関し 、チェック弁は気体ばねのピストンを横切るバイパスを閉鎖端部側の部分室から ピストンロッド側部分室への流体の流れに逆らって閉鎖する。この種の気体ばね では、気体ばねの、負荷が閉まるのに逆らう力はピストンロッドに作用する力（ 通常の気体ばねの力）と、ばねによって初応力を負荷された弁を開放するのに必 要な力との和である。

本発明の構成は、シリンダ室を規定するシリンダ素子を備えた気体ばねであって 、シリンダ素子の一端に閉鎖部材が設けられており、シリンダ素子の他端のとこ ろではシリンダ素子に対して相対的にかつシールされた状態で閉鎖部材に対して 接近及び離反運動可能に、ピストンロッドがシリンダ素子内に収容されており、 このピストンロッドにはシリンダ室内でピストンが固定されており、このピスト ンがシリンダ室を、シリンダ素子の前記一端に隣合う内側の部分室と、シリンダ 素子の前記他端に隣合う外側の部分室とに分割しており、部分室の容積がピスト ンの位置に応じて変化するようになっており、前記シリンダ室の一部内には液体 量が含まれており、シリンダ室の残りの部分内には気体量が大気圧より大きな圧 力下で含まれており、外向きにピストンロッドに作用する力に応動してピストン 及びピストンロッドが外側の部分室へ向かう方向で運動した際に外側の部分室か ら内側の部分室へ液体及び気体が流れるのを許す第１のバイパスを形成する手段 が設けられており、この第１のバイパスを閉鎖して内側の部分室から外側の部分 室への液体及び気体の流れを阻止する１方向弁が設けられており、内側の部分室 へ向かうピストンロッドの運動に依存して、内側の部分室から外側の部分室への 気体及び液体の流れを許容する第２のバイパスが設けられており、内側の部分室 及び外側の部分室内の液体及び気体の間に所定の圧力差が存在しない場合に第２ のバイパスを通る流れを阻止するために第２のバイパスと協働する１方向弁が設 けられており、この１方向弁がばねによって初応力を負荷されている形式のもの において、内側の部分室から外側の部分室への液体および気体の流れを許容する 第３のバイパスが設けられており、気体ばねの温度が所定値より低い場合に第３ のバイパスを閉鎖するようにかつ気体ばねの温度が所定値より高い場合に第３の バイパスを開放するようにこの第３のバイパスと協働する温度感応式弁素子が設 けられていることにある有利に、温度感応式弁は、第３のバイパス内に設けられ 気体ばねの閉鎖端又は内側の部分室に開口したボートと、所定温度でこのボート を閉じるバイメタル式ポート閉鎖部材とを備えている。

本発明の１実施態様では、第３のバイパスがピストンの近傍でピストンロッド部 分を貫通して延びており、ポートオリフィスはピストンロッドに取り付けられた コツプ状の弁支持体内に位置しており、バイメタル素子は弁支持体のフランジ部 に取り付けられたディスクから成る。第３のバイパスはディスクとボートとの間 で弁支持体の一部に設けた少なくとも１つの開口を備えている。

別の１実施態様では、弁体が、内側の部分室に面した側でピストンに結合されて おり、第３のバイパスが、ピストン及び弁体を貫通した通路を備えており、この 通路は弁体の端面に設けたボートに開口しており、温度感応式の弁素子が、細長 いバンドの形状のバイメタル素子を備えており、このバイメタル素子は一端でボ ートから遠いい箇所で弁体に結合されており、かつ、他端にシール部材を備えて おり、シール部材はボートの近傍で弁体の面にシール下で座着するように位置ン ダ素子の軸線に対して斜めに向いており、かつほぼシリンダ素子の片側に位置し ており、かつ、バイメタル素子はほぼシリンダ素子の直径方向でシリンダ素子の 軸線に対して斜めに延びている。第３のバイパスは外側の部分室から内側の部分 室への流体の流れを阻止するように配置された１方向弁を備えている。第２のバ イパスはピストン及び弁体を貫通した通路を備えており、この通路は内側の部分 室内で弁体の壁に設けたボートに開口しており、ばねによって初応力を負荷され た１方向弁が弁体の内部の通路部分内に収容されている。

温度感応式弁が開く温度より低い温度で気体ばねが負荷を開いたままにしておく 場合、気体ばねの力は通常の気体ばね力と、ばねによって初応力を負荷された１ 方向弁を開放させるのに必要な力との和である。温度感応式弁が（設計に基づく 所定温度で）開く場合、第３のバイパスは内側の部分室から外側の部分室へ比較 的自由に液体及び気体が流れるのを許す。気体ばねの力は気体圧だけによる力（ 通常の気体ばね圧）である。ばねによって初応力を負荷されたチェック弁の作用 が失われる。

本発明のより良き理解のために、以下に図面について実施例を説明する。

第１図は本発明の１実施例の縦断面図、第２図及び第３図は第１図の実施例のピ ストン部分の縦断面図であって、チェック弁バイパスモードと温度感応バイパス モードとをそれぞれ示す図、第４図及び第５図は第２実施例のピストン部分の縦 断面図であって、チェック弁バイパスモードと温度感応バイパスモードとをそれ ぞれ示す図である。

実施例の説明 第１図〜第３図に示す気体ばね１０は円筒形の管（シリンダ）１２を備えており 、このシリンダは一端でキャップ１６によって閉鎖されている。ピストンロッド １８がシールユニット２０を介してシリンダ１２内に延びており、このシールユ ニットはシリンダ１２の、ピストン突出側端部に配置されている。取り付は部２ ２．２４がキャップ１６とピストンロッドとにそれぞれ固定されている。この取 り付は部は気体ばねを車体と負荷（フード、トランクリッドなど）とに固定する のに役立つ。

ピストン２６はシリンダ１２内でピストンロッドの端部に固定されていてシリン ダ室を２つの部分室ＩＣ１ＯＣに分割しており、各部分室の容積はピストンの位 置に依存して変化する。ピストンとキャップ１６との間には内側の部分室ＩＣが 位置し、ピストンとシールユニット２０との間には外側の部分室ＯＣが位置して いる。

ピストン２６の周面とシリンダ１２の内壁との間にギャップが存在する。ピスト ンのリング溝２８が弾性的なピストンリング３０を収容しており、ピストンリン グ３０はシリンダ１２の内壁とシール接触している。シールリング３０はリング 溝２８内で軸方向に運動可能であり、要するにピストンリング３０はピストンロ ッドが内側の部分室ＩＣ内に押し込まれた際にリング溝の下方の肩又はランド２ ８ａが係合した場合、又はピストンロッドが外側の部分室ＯＣへ向かって引っ張 られたさいにリング溝の上方の肩又はランド２８ｂが係合したさいに軸方向に運 動する。リング溝２８に対するピストンリング３０のこのような相対運動はピス トンリングとシール内壁との摩擦によって生じる。

シリンダ室の大部分の容積はほぼ３００から４５０Ｑｐｓ　ｉの圧力の空気又は 窒素によって充たされている。その他の容積内には液体、例えば油圧ブレーキ液 が充填されている。複数の孔３２がピストン２６を貫通してリング溝２８内に開 口している。ピストンが外向きに移動して外側の部分室ＯＣの容積を減少させる と、シリンダ室内の液体及び気体はピストンを迂回して、下方のフランジ２６ａ とシリンダ壁との間に形成された環状の隙間から成る第１のバイパス、肩２８ａ とピストンリング３０との間の隙間並びにピストンの上方のフランジ２６ｂの孔 ３２を通って外側の部分室から内側の部分室内へ流入する。

気体ばねはばね負荷された１方向チエツク弁３３を備えており、このチェック弁 は弾性的なシールリング３４と、金属バックアップワッシャ３６と、ピストンの 外側でピストンロッド１８に配置された初応力用の圧縮ばね３８とから成る。シ ールリング３４は、シリンダ室内の気体圧と、孔３２からシールリングを離す（ チェック弁の開放）のに必要な力との和の力よりも小さい力によってピストンが 内向きに押し込まれた際に、シリンダ室内の液体及び気体が外側のフランジ２６ ａの孔３２を通ってピストンを迂回して流れるのを阻止するためにピストンの外 側のフランジ２６ａの孔３２を閉鎖する。チェック弁を開放するのに必要な力は ばね３８の力、孔３２の全横断面及びシールリング３４の両側の圧力差によって 規定される。

気体ばねのこのような作用は従来周知である。負荷がピストンを取り囲む。それ というのは、この気体ばねは負荷を保持する伸長状態ではピストンロッド端部が 下になるように形成されているからである。（液体はリング３０．３４のところ で良好なシール作用を生じるが、気体は漏れて負荷を次第に降下させる。）使用 者が気体ばねの力によって助成されて負荷を持ち上げた後に負荷を離すと、負荷 が短距離降下し、ピストンロッドは、ピストンリング３０（これはシリンダ壁と の摩擦によって動かない状態にある）に対してピストン２６を運動させるのに十 分なだけ深くシリンダ内へ入り込み、ピストンリング３０がリング溝の下方のラ ンド２８ａに座着し、これにより第１のバイパスを閉じる。この場合には、ピス トンリングが第１のバイパスのための１方向弁を形成する。この時点では、孔３ ２を備えたピストンを横切る第２のバイパスはばねによって初応力を負荷された 弁３３によって閉鎖されている。負荷がさらに降下し、ピストンロッド及びピス トンがさらに深くシリンダ内に押し込まれると、内側の部分室内の圧力が増大し 、外側の部分室内の圧力が低下し、これにより、ピストンの両側の圧力差によっ て外向きの力が圧力差だけピストンとピストンロッドとに作用し、負荷と気体ば ね力とがバランスされるばねによって初応力を負荷されたこの弁３３は気体温度 が所定の低温（例えば３０℃）である場合に、負荷を若干上回る力（例えば１〜 ５ポンド）が作用するまで閉鎖されているように構成されている。設計温度が低 い場合、この上回る力は、チェックされた位置から負荷を動かすのに手操作力を 要求する。比較的高い温度では、この手操作力が増大する。それというのは、通 常の気体ばね力が温度上昇に伴って増大するからである。ばねによって初応力を 負荷されたバイパス弁によって加えられる力の増分（以下弁力という）はいかな る温度でもほぼ一定である。

十分な手操作力が負荷に加えられて気体ばねの全出力が克服されると、第２図に 示すように、ばねによって初応力を負荷された弁が開き、液体及び気体が孔３２ を通って流れる。気体ばねが（例えば周囲温度が高いことにより、又は太陽若し くはエンジンの熱によって加熱されることにより）熱くなっている場合に手操作 力が過剰に大きくなるのを阻止するために、本発明によれば、気体ばねが所定温 度を越えて加熱されている場合には、弁力の作用を失わせる手段が設けられるピ ストンロッドの内端部に軸方向の孔４０が形成されており、この軸方向の孔と交 差して単数又は複数の半径方向の孔４２が設けられている。これらの孔４０．４ ２は内側の部分室ＩＣと外側の部分室ＯＣとの間に第３のバイパス形成しており 、この第３のバイパスは機能的には第２のバイパスに対して並列にチェック弁３ ３によって制御される。温度感応式弁４４がこの第３のバイパス内に配置されて いる。この弁４４はコツプ状の支持体４６及び取り付は管４８を備えており、こ の取り付は管４８は孔４０内に挿入されており、かつポート５２で終わる通路５ ０を備えている。弁４４はさらにシールガスケット５４及びバイメタルディスク ５６を備えており、このバイメタルディスクはスプリットリング５８によって支 持体４６のフランジ部４６ａに保持されている。支持体４６の底部に設けた単数 又は複数の孔６０が支持体４６の内部と気体ばねの内側の部分室ＩＣとを連通さ せている。バイメタルディスクの温度が比較的低いと、バイメタルディスクは第 ２図から判るように平ら又は若干皿状とな、って弾性的にガスケット５４と係合 してポート５２を閉鎖し、第３のバイパス（通路５０、孔４０、孔４２）を通る 液体及び気体の流れを阻止する。バイメタルディスクが所定の温度より高い温度 に加熱されると、バイメタルディスクは第３図に示したように著しく深い皿状に 変形してポート５２を開放し、内側の部分室ＩＣ内の液体を矢印で示すように第 ３のバイパス通路を通して外側の部分室ＯＣ内へ流入せしめる。この温度感応式 弁４４の開放状態では、気体ばねの力だけが、ピストンロッドの内向きの運動に 抵抗する。従って、気体ばねの温度が十分に高くこれにより気体ばね力が負荷を 上回った際に変形してポート５２を開放するようにバイメタルディスクが形成さ れ、このようにして、適度の温度でのロック機能が維持される。しかし、気体ば ねが熱い時、弁内の排除は負荷を閉鎖方向に運動させる際の操作力を減少せしめ る。一般によく知られているように、温度感応式弁はおおざっばに０℃で開放さ れるように形成される。低温において、第２のバイパスの作用を失わせ、その際 負荷閉鎖の近傍で弁内を排除することによって液体及び気体のバイパスを許容す るようにキャップの近（のシリンダ部分１４（第１図）はピストンリング３０の Ｏ，Ｄ、に比して大きな直径を有している。高温においては、温度感応式弁はピ ストンの全行程にわたり第２のバイパスの作用を失わせて弁内を排除する。従っ てシリンダの拡大区分は不要である。本発明によれば、多くの場合、閉鎖の近傍 で力をレリースすることに対する従来の要求が消失する。

第４図及び第５に示す実施例は機能的にはほぼ第１図〜第３図の実施例と同様で あるが、若干構成を異にする。ピストン１０２とワッシャ１０４とから成るピス トンユニット１００はピストンロッド１０６の端部に配置されており、リング溝 １１０内にシールリング１０８を収容している。ピストンロッドがシリンダ素子 から突出する際に外側の部分室ＯＣから内側の部分室ＩＣへの流体の流れを許す がその逆の流れ方向ではシールリングによって閉じられる第１のバイパスはピス トン１０２の面に設けたラビリンス溝１１２から成り、このラビリンス溝１１２ はリング溝１１０の底部に開口している。ピストンロッドがシリンダから突出す ると、シールリングはリング溝内で上方へ移動し、ラビリンス溝１１２の入口端 １１４に流体を流入せしめる。ラビリンス溝の出口端はワッシャ１０４の孔に開 口しており、この孔は内側の部分室へ通じている。

ピストンロッドがシリンダ内に突入すると、第４図及び第５図に示すように、シ ールリングがリング溝の下方の肩に座着して第１のバイパスを通る流体の流れを 阻止する。ラビリンス溝によるバイパスはそれ自体は公知であり、ピストンロッ ドの突出方向の運動時にピストンひいてはピストンロッドの速度を制御するため に設けられる。

ばねによって初応力を負荷された第２のバイパスはピストンユニットと、内側の 部分室側でピストンユニットに取り付けられた弁体１１８とを貫通して延びる通 路１１６から成る。弁はばねによって初応力を負荷されたボールチェック弁とし て形成されており、この弁はボール１２０とばね１２２とから成り、弁体１１８ 内に取り付けられている。通路１１６内にプレスばめされた管状のポート素子１ ２４がばねのための座を形成しており、かつ機械的に弁体をピストンユニットに 結合せしめている。

第３のバイパスを形成する温度感応式バイパスはピストンユニットと弁体とを貫 通する通路１２６からなり、この通路は弁体の面１３０に設けたポート１２８に 開口している。弁体はシリンダの軸線に対して斜めに向いている。ストリップ又 はバンドの形状のバイメタル素子１３２が一端で例えばねじ１３４によって弁体 に固定されており、かつその他方の端部にシール部材１３６を備えており、この シール部材はバイメタル素子１３２に設けた孔、内に押しはめられている。バイ メタル素子１３２はほぼシリンダのほぼ直径方向でシリンダを斜めに横切って延 びており、この配置によれば、バイメタル素子を比較的長く、従って温度感応性 の点で高精度に形成することができる。通路１２６内に収容された管状のボート 素子１３８は１方向チエツク弁のポール１４０を保持しており、この１方向チエ ツク弁は、ピストンロッドがシリンダから突出する際に第３のバイパスを通る流 れを阻止する。このボート素子１３８はピストン及び弁体の孔内にプレスばめさ れており、かつ機械的に弁体をピストンに結合させている。

負荷の力に逆らってピストンロッドがシリンダから突出すると、ボール弁１２０ ，１４０が第２及び第３のバイパスを閉じ、流体はラビリンス溝１１２から成る 第１のバイパスを通ってのみ外側の部分室から内側ノ部分室へ流れる。この第１ のバイパスは流れを絞ってピストンロッドの前記突出運動速度を制限する。バィ メタル素子１３２の温度が所定温度まで低下すると、シール部材１３６は第４図 に示すように、弁体の面１３０に密着し、その際に面シールが形成され、これに よって、ピストンロッドがシリンダ内に押し込まれた場合に、内側の部分室から 外側の部分室へ第３のバイパスを通って媒体が流れない。この状態でシリンダ内 に突入するピストンロッドの運動に逆らう力は、気体によって生じる力と弁１２ ０．１２２の開放に要する力との和である。弁の開放に要する力は、低温で開放 維持力を生じせしめるべく、気体によって生じる力を助成する力である。バイメ タル素子の設定値より高い温度ではシール部材１３６が第５図に示すように面１ ３０から離れ、バイメタル素子１３２はその低温状態から転換されて第３のバイ パス（通路１２６）を開放し、内側の部分室から外側の部分室への流体の流れを 可能にする。第３のバイパスを流体が流れることによって、流れがほぼ無制限に 流れ、第２のバイパスが作用を失い、ばね負荷された弁１２０，１２２の力はピ ストンロッドの内向きの動きを妨げない。

国際調査報告 ＦＩＧ、　４　ＦＩＧ、　５

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．室を規定するシリンダ素子を備えた気体ばねであって、シリンダ素子の一端 に閉鎖部材が設けられており、シリンダ素子の他端のところでシリンダ素子に対 して相対的にかつシールされた状態で閉鎖部材に対して接近及び離反運動可能に 、ピストンロッドがシリンダ素子内に収容されており、このピストンロッドには シリンダ室内でピストンが固定されており、このピストンがシリンダ室をシリン ダ素子の前記一端に隣合う内側の部分室と、シリンダ素子の前記他端に隣合う外 側の部分室とに分割しており、部分室の容積がピストンの位置に応じて変化する ようになっており、前記室の一部内には液体量が含まれており、室の残りの部分 内には気体量が大気圧より大きな圧力下で含まれており、ピストンロッドに外向 きに作用する力に応動してピストン及びピストンロッドが外側の部分室へ向かう 方向で運動した際に外側の部分室から内側の部分室へ液体及び気体の流れを許す 第１のバイパスを形成する手段が設けられており、この第１のバイパスを閉鎖し て内側の部分室から外側の部分室への液体及び気体の流れを阻止する１方向弁が 設けられており、内側の部分室へ向かうピストンロッドの連動に依存して、内側 の部分室から外側の部分室への気体及び液体の流れを許容する第２のバイパスが 設けられており、内側の部分室及び外側の部分室内の液体及び気体の間に所定の 圧力差が存在しない場合に第２のバイパスを通る流れを阻止するために第２のバ イパスと協働する１方向弁が設けられており、この１方向弁がばねによって初応 力を負荷されている形式のものにおいて、内側の部分室から外側の部分室への液 体及び気体の流れを許容する第３のバイパスが設けられており、気体ばねの温度 が所定値より低い場合に第３のバイパスを閉鎖するようにかつ気体ばねの温度が 所定値より高い場合に第３のバイパスを開放するようにこの第３のバイパスと協 働する温度感応式弁素子が設けられていることを特徴とする温度感応式バイパス 弁を備えたセルフロッキング式気体ばね。
2. ２．内側の部分室内へのポートのところで第３のバイパスが開くようになってお り、温度感応式弁素子がバイメタル素子を備えており、このバイメタル素子がこ のポートを開閉するようにこのポートと協働していることを特徴とする請求項１ 記載の気体ばね。
3. ３．第３のバイパスが、ピストンの近傍のピストンロッド部分を貫通しており、 かつ、前記ポートが第３のバイパスの端部に位置することを特徴とする請求項２ 記載の気体ばね。
4. ４．前記ポートのオリフィスが、ピストンロッドに固定されたカップ状の弁支持 体内に位置しており、バイメタル素子がこの弁支持体のフランジ部に取り付けら れたディスクから成り、第３のバイパスが少なくとも１つの開口を、それも前記 ディスクと前記ポートとの間の支持体部分に備えていることを特徴とする請求項 １記載の気体ばね。
5. ５．弁体が、内側の部分室に面したピストン面に結合されており、第３のバイパ スがピストン及び弁体を貫通した通路を備えており、この通路が、弁体の面に設 けたポートに開口しており、温度感応式弁素子が、一端で弁体の、それもポート から離れた箇所に固定された細長いバンド状のバイメタル素子を備えており、こ のバイメタル素子がその他端にシール部材を備えており、このシール部材がポー トの近傍で弁体面にシール下で座着可能であることを特徴とする請求項１記載の 気体ばね。
6. ６．シール部材をシール下で座着させる前記弁体面がシリンダ素子の軸線に対し て傾斜しておりかつシリンダ素子の片側に隣接して位置しており、バイメタル素 子が、シリンダ素子の軸線に対して斜めにシリンダ素子のほぼ直径方向で延びて いることを特徴とする請求項５記載の気体ばね。
7. ７．第３のバイパスが、外側の部分室から内側の部分室への流れを阻止するよう に配置された１方向弁を備えていることを特徴とする請求項５記載の気体ばね。
8. ８．第２のバイパスが、ピストン及び弁体を貫通した通路を備えており、この通 路が、内側の部分室内で弁体の壁に設けたポートに開口しており、ばねによって 初応力を負荷された１方向弁が、支持体の弁体部分内の通路の１部分内に収容さ れており、第３のバイパスがディスク状のバイメタル素子とポートとの間におい て支持体の部分に設けた少なくとも１つの開口を備えていることを特徴とする請 求項５記載の気体ばね。