JPH09507560A - 自動調心ピストン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 自動調心ピストン組立体は、シリンダボア内で滑動可能な側壁と内曲面とを有するピストン部材と、接続部材への取付手段と上記内曲面に対向する曲面とを有するインナレースと、略球面状をなして両曲面の間に配置されたエラストマー部材とを備え、エラストマー部材が、ピストンの接続部材に対する球面タイプの取付座を形成する。球面タイプの取付座の使用により、軸方向の剛性が維持され、さらに、接続部材を介して作用する如何なる側方荷重や製造誤差も、球面状のエラストマーに吸収され、シリンダボア内で移動するピストンの心ズレや傾頭が防止される。本発明によれば、エラストマー部材により心ズレが吸収されるため、ピストンによる過度な摩耗と油圧油の漏洩が防止される。

Description

【発明の詳細な説明】 自動調心ピストン 技術分野 本発明は、ピストン組立体に関し、詳しくは、接続部材に対する球面軸受タイ プの取付座を有することにより、ピストンがシリンダボア内で自動調心できる様 にしたピストンに関する。背景 エアコンプレッサ、内燃機関、油圧アクチュエータ等に使用されるピストンに は、多くの異なる設計仕様がある。例えば、油圧アクチュエータにおいては、ピ ストンに取付けられたロッドを駆動するため、シリンダボア内に設置されたピス トンの片側に油圧が作用する。そして、前記ロッドは、シリンダボア内のピスト ンの運動に伴って移動される部材に接続されている。 従来例を示す図１において、ピストン（Ａ）はボア（Ｂ）内にあり、ボア（Ｂ ）は、ピストンに取付けられたロッドを駆動するための油圧をピストン（Ａ）の 片側に作用させる手段を有する。このロッドは、例えば、ヘリコプターのロータ ブレードを折畳み格納位置とするために使用される。もちろん、この様なアクチ ュエータは、多様な異なる用途を有する。 この種のピストン構造における問題点の一つは、ロッドに対してピストンが剛 直に連結されていることである。この様な剛結合は、ロッドに曲げ荷重が加わっ たときにロッドに固着されたピストンに曲げ荷重を伝達することとなり、ボア内 でピストンを傾頭させてしまう。例えば、この種のアクチュエータが航空機に使 用された場合、アクチュエータに接続された航空機の構造体の屈曲がピストンの 傾頭を発生させ、その結果、油圧油の漏洩をもたらす様な過度の摩耗がシリンダ ボアに発生する。また、製造や組立時における許容誤差の累積により、心ズレや 偏心が発生する。内燃機関のコネクチングロッドの様に、ロッドにピストンがピ ン結合されている組立体でさえ、吸収される心ズレは、コネクチングロッドの回 転方向の一方向のみである。他の全ての方向においては剛結合であるため、側方 荷重によりピストンの傾頭が発生し、過度の摩耗がシリンダボアに発生する。発明の要約 本発明の目的は、接続部材に柔結合されたピストンを提供することにある。本 発明の他の目的は、シリンダボア内で自動調心するピストンを提供することにあ る。 更に他の目的は、球面軸受手段により接続部材に取り付けられた自動調心ピス トンを含むピストン組立体を提供することにある。 本発明のこれらの目的および他の目的は、曲面を有するアウタレースと、対向 曲面を有するインナレースと、インナレースとアウタレースとの間に配置された エラストマー部材とから構成され、エラストマー部材が略球面状に形成されたピ ストン組立体により達成される。 ピストンは、剛結合またはピン結合に代えて、球面軸受タイプの取付座により ロッドに装着され、この球面軸受タイプの取付座は、エラストマー部材により、 ロッドに作用する殆ど全ての方向の側方荷重を吸収する様に作用する。アウタレ ースを有するピストンは、製造誤差に合わせて自由にシリンダボアへ適合するこ とが出来る。その結果、ピストンは、シリンダボア内で芯出しされて密着され、 シリンダボアの過度の摩耗と漏洩を防止する。図面の簡単な説明 図１は、油圧アクチュエータの従来例の図である。 図２は、本発明のピストン組立体を組込んだ油圧アクチュエータの断面図であ る。 図２ａは、図２のピストン組立体の拡大図である。 図３は、本発明のピストン組立体の他の実施形態の拡大断面図である。 図４は、本発明の更に他の実施形態の断面図である。 図５は、本発明のピストン組立体の更に他の図面である。 図６は、本発明を取入れたピストン組立体の更に他の実施形態である。発明の詳細な説明 図２には、油圧ダンパー１０が示されている。油圧ダンパーは、本発明の実施 例であるが、如何なるピストンを組み入れた装置も、本発明から利益を得ること が出来ることは理解されるであろう。この油圧ダンパーは、ピストン組立体１３ が往復運動可能なシリンダーボア１２を有するハウジング１１を含んでいる。ピ ストン組立体は、関連する構造体へ接続するための突部１５を端部に有するロッ ド１４に取り付けられている。同様に、ハウジング１１は、対応する構造体へ接 続するための突部１６を有する。従って、ピストンに作用する油圧に応じてピス トンがシリンダボア内を移動すると、前記突部の一つに接続された構造体が運動 する。 図２ａには、本発明を使用しているピストン組立体の拡大断面図が示されてい る。ピストン組立体１３は、シリンダボア１２の壁面１９に滑動可能に係合する 周面１８を有する。本実施形態においては、壁との係合のために弾性シール２０ が備えられている。ピストン１３は、アウタレースを構成するため、内曲面２２ を有するインナチャンバ２１も備えている。 ピストン組立体１３は、内周孔２４を有するインナレース２３も備えており、 内周孔２４内にはロッド１４の小径突部２５が配置されている。インナレース２ ３は、ロッドの小径突部へ取付けるための手段を有する。この場合、小径突部に はネジが形成され、ナット２６がインナレースをロッドに取り付けるために使用 されている。また、インナレースとロッドとの間の連結部からの油圧油の漏洩を 防止するため、Ｏリング２７が溝２８内に配置されている。インナレースは、内 曲面２２に対向する曲面２９を間隔をあけて有する。 一対の曲面の間にはエラストマー部材３０が配置されている。アウタレースを 構成するインナチャンバは、略球面の曲面を有し、インナレースは、ピストン組 立体を実際に球面エラストマー軸受とするための略球面の対向曲面を有する。こ のエラストマー部材は、対向曲面に固着されて単一のピストン組立体を構成して いる。 インナレースとアウタレースとの間に配置されたエラストマー部材は、図２に 示される様に、単一のエラストマー層から構成されるか、または、図２ａに示さ れる様に、複数の接合された積層として製造される。この様なエラストマーは、 天然ゴム、合成ゴム、シリコンエラストマー、フッ素エラストマー、または、こ れらの混合物から成る。勿論、その他のエラストマーも、油圧油の併用性、温度 と圧力の制約、疲労寿命などに関連した固有の性能特性を備える様に、適宜選択 することが出来る。本技術の当業者であれば、この選択を行うことが出来る。例 えば、単一体のエラストマー部材は、天然ゴムと合成ゴムとの混合物、即ち、約 ７５〜９０％の天然ゴムと、２５〜１０％の合成ゴムとの混合物から構成される 。これらの使用可能な合成ゴムとしては、ポリブタン、ブタノール及びブタノー ルゴムがある。さらに、シリコンまたはフッ素エラストマーが使用可能である。 積層されたエラストマー部材が使用される場合、異なるエラストマー素材の層 を一緒に配置し、各エラストマー層間にシムを追加することも可能である。シム は、金属や剛性のあるプラスチック合成物などの非伸張性材料から成る。一般に 、金属シムは、各層の間に使用される。 図３には、本発明の他の実施形態が示されている。この実施形態において、ピ ストン組立体３１は、アウタレース３２とインナレース３３とを有する。ナット ３４は、インナレース３３をロッド３６の小径突部３５に固定している。積層さ れたエラストマー部材３７は、インナレースの曲面３８とアウタレースの曲面３ ９との間に配置されている。エラストマー部材は、２枚の非伸長性のシム４１ａ 、４１ｂによって分離された３つのエラストマー層４０ａ、４０ｂ、４０ｃを有 する。この実施形態においては、ピストン組立体の芯出しと密着とを補助するた め、ピストンの円形側壁４４の３つの溝４３内に、３つの要素４２ａ、４２ｂ、 ４２ｃが配置されている。要素４２ａはシールであり、要素４２ｂ、４２ｃは、 ピストンヘッドに加わる荷重に対抗するために広く使用されているガイドリング である。なお、側壁を横切って各要素を拡径することは、ボア内のピストンの自 動調心を補助する。 この様なシール又はガイドリングの数量、配置または設定さえも、ピストンの 最終的な使用状態に依存し、本発明の実施にはシールやガイドリングは必要では ない。 エラストマー部材および曲面は、球面軸受タイプの取付座として機能する様に 形成するのが好ましい。しかし、エラストマーの曲率と厚さは、既知の又は予測 される荷重条件に適合するように調製することが出来、本発明では、完全な球面 に限定されない。略球面であることは、軸方向の歪みを制限して十分な柔軟性を 与え、ボア内での自動調心を許容するので、ピストン組立体にとって有用である 。 図４に示されている本発明の他の実施形態では、ピストン組立体４５は、内曲 面４８を有する円形側壁４７付きのアウタレース４６を備えている。エラストマ ー部材４９の曲率と厚さの程度は、予測される設計荷重に適合するように、曲面 ４８により調整される。インナレース５０は、球面タイプの取付座に共通する球 形によく似た曲面５１を有する。これらの変形に関係なく、自動調心ピストンが 構成される。 図５には、他の実施形態が示されている。ピストン組立体５２は、円形側壁５ ４と内曲面５５とを有するアウタレース５３を備えている。このアウタレースは 、ピストンヘッド面５６も有する。ロッド５７は、ピストン組立体のインナレー スを形成する外曲面５９が形成された前端５８を有している。エラストマー部材 ６０は、これらの曲面の間に配置されている。かくして、ピストンヘッドはアウ タレースを一体に有し、ロッドはインナレースを一体に有し、インナレースは、 ロッドとピストンとの間に配置されて固着された略球面のエラストマー部材６０ により調整されたロッドとピストンとの間の接続部を有する。 本発明のさらに他の実施形態が図６に示されおり、ここでは、ピストンヘッド ６１が、円形側壁６２と内曲面６３とを有する。インナレース６４には、一対の 同軸通路６６を有する一対の接続突部６５が形成されている。ロッド６７は、そ の前端に対面通路６８を有する。ピストン部に接続突部６５を介してロッドを取 付けるため、ピン６９が設けられている。 前記の実施形態に示されている様に、エラストマー部材７０が一対の曲面６３ と曲面７１との間に配置されて、球面軸受タイプの取付座を形成している。従っ て、ピン結合が使用されている場合でも、球面軸受タイプの取付座がピストンの 自動調心を行い、磨耗と油圧油の漏洩の可能性を最小にする。 本発明の使用により、シリンダボア内でその行程中にピストンを傾頭させる様 に作用する多様な荷重を吸収するための自動調心ピストンが提供される。エラス トマーは、軸方向の歪みを制限する物理的形状により、かなりの剛性があり、さ らに、球面タイプのエラストマー部材は、十分な柔軟性を有しているため、ピス トンは、傾頭と歪みとを惹起し易い力を受けても、シリンダーボア内にてそれ自 身で適切に調心することが出来る。さらに、球面タイプの取付座は、全ての方向 に有効であるため、これらの力の方向には無関係である。 本発明の特定の実施形態を示して説明したが、当業者には、本発明の範囲を逸 脱することなく多様な変更と修正が可能であることが理解されるであろう。例え ば、本発明に係るピストン組立体は、図１においてロッド（Ｃ）にピストン（Ｄ ）を取付ける様に、接続部材の端部ではなく中央部に配置してもよい。本質的に 、如何なるピストンも、本発明の球面タイプの取付座の構造から利益を得ること が出来る。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年１０月２０日 【補正内容】 この種のピストン構造における問題点の一つは、ロッドに対してピストンが剛 直に連結されていることである。この様な剛結合は、ロッドに曲げ荷重が加わっ たときにロッドに固着されたピストンに曲げ荷重を伝達することとなり、ボア内 でピストンを傾頭させてしまう。例えば、この種のアクチュエータが航空機に使 用された場合、アクチュエータに接続された航空機の構造体の屈曲がピストンの 傾頭を発生させ、その結果、油圧油の漏洩をもたらす様な過度の摩耗がシリンダ ボアに発生する。また、製造や組立時における許容誤差の累積により、心ズレや 偏心が発生する。内燃機関のコネクチングロッドの様に、ロッドにピストンがピ ン結合されている組立体でさえ、吸収される心ズレは、コネクチングロッドの回 転方向の一方向のみである。他の全ての方向においては剛結合であるため、側方 荷重によりピストンの傾頭が発生し、過度の摩耗がシリンダボアに発生する。 英国特許出願ＧＢ−Ａ−２ １５７ ３９６の公報には、シリンダボア内で滑 動するための側壁を有するピストン部材を備えたピストン組立体が開示されてい る。このピストン部材は、ピストン部材の内周に添う曲面を有するアウタレース 部材を備えている。ピストン部材の内側には、補助曲面を有する単一のインナレ ース部材が配置されている。インナレース部材の曲面とアウタレース部材の曲面 との間には、荷重伝達用のボールエレメントが配置されている。ボールエレメン トにはピストンロッドが接続されている。発明の要約 請求の範囲 １．ボア内で滑動可能な側壁（４４）を有するピストン部材から本質的に構成 されているピストン組立体（３１）であって、ピストン部材は、ピストン部材の 内側に沿った曲面（３９）を有するアウタレース（３２）と、ピストン部材内に 配置され且つ対向曲面（３８）を有する単一のインナレース（３３）と、曲面（ ３８，３９）の間に配置された動力伝達部材（３７）とを備えており、動力伝達 部材は、略球面状をなし且つ複数のエラストマー層（４０ａ，４０ｂ，４０ｃ） から成るエラストマー部材（３７）であることを特徴とするピストン組立体（３ １）。 ２．インナレース（３３）が接続部材（３６）への取付手段（３４）を含んで いる請求の範囲第１項に記載のピストン組立体（３１）。 ３．インナレース（３３）が通路を有し、接続部材（３６）が前記通路を通し て延びるネジ付き端部（３５）を有すると共に、インナレース（３３）に接続部 材（３６）を取付けるナット（３４）を含んでいる請求の範囲第２項に記載のピ ストン組立体（３１）。 ４．側壁（４４）の回りには１つ以上の溝（４３）が配列され、溝（４３）に はピストン組立体をシール又はガイドする手段（４２ａ，４２ｂ，４２ｃ）が配 置されている請求の範囲第１項に記載のピストン組立体（３１）。 ５．エラストマー部材（３７）が単一体のエラストマー構造体である請求の範 囲第１項に記載のピストン組立体（３１）。 ６．１つ以上の非伸長性のシム（４１ａ，４１ｂ）が、隣接したエラストマー 層（４０ａ，４０ｂ，４０ｃ）の間に配置されている請求の範囲第１項に記載の ピストン組立体（３１）。 ７．エラストマー部材（３７）が天然ゴム、合成ゴム、シリコン、フッ素エラ ストマー又はその混合物から成る請求の範囲第１項に記載のピストン組立体（３ １）。 ８．各エラストマー層（４０ａ，４０ｂ，４０ｃ）が天然ゴム、合成ゴム、シ リコン、フッ素エラストマー又はその混合物から成る１以上の層により形成され ている請求の範囲第１項に記載のピストン組立体（３１）。 ９．ピストン部材の前端に配置されたピストンヘッド面を含んでいる請求の範 囲第１項に記載のピストン組立体（３１）。 １０．インナレース（３３）が接続部材（３６）と一体に構成されている請求 の範囲第１項に記載のピストン組立体（３１）。 １１．インナレース（６４）から延出し且つそれぞれ対面通路（６６）を有す る一対の接続突部（６５）と、接続突部（６５）の間に配置可能であって対応通 路（６８）を有する接続部材（６７）と、接続部材（６７）の通路（６８）内お よび接続突部（６５）の通路（６８）内に配置されてインナレース（６４）に接 続部材（６７）を接続するピン（６９）とを備えている請求の範囲第１項に記載 のピストン組立体（３１）。 １２．ボア内で滑動可能な側壁（４４）を有するピストン部材であって、その 内側に曲面（３９）を有するアウタレース（３２）を備えたピストン部材を構成 し、アウタレース（３２）の曲面（３９）に対向する曲面（３８）を有する単一 のインナレース（３３）を構成し、対向する曲面（３８，３９）間に動力伝達部 材（３７）を構成して成り、動力伝達部材（３７）は、略球面状をなし且つ複数 のエラストマー層（４０ａ，４０ｂ，４０ｃ）から成るエラストマー部材（３７ ）としたことを特徴とする自動調心ピストン組立体の製造方法。 【図５】 【図６】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ボア内で滑動可能な側壁を有し、かつ、曲面付きのインナチャンバを有す るピストン部材と、インナチャンバ内に配置され且つ対向曲面を有するインナレ ースと、両曲面の間に配置された略球面状を成すエラストマー部材とを備えてい るピストン組立体。 ２．インナレースが接続部材への取付手段を含んでいる請求の範囲第１項に記 載のピストン組立体。 ３．インナレースが通路を有し、接続部材が前記通路を通して延びるネジ付き 端部を有すると共に、インナレースに接続部材を取付けるナットを含んでいる請 求の範囲第２項に記載のピストン組立体。 ４．側壁の回りには１つ以上の溝が配列され、溝にはピストン組立体をシール 又はガイドする手段が配置されている請求の範囲第１項に記載のピストン組立体 。 ５．エラストマー部材が単一体のエラストマー構造体である請求の範囲第１項 に記載のピストン組立体。 ６．エラストマー部材が複数のエラストマー層から構成されている請求の範囲 第１項に記載のピストン組立体。 ７．１つ以上の非伸長性のシムが、隣接したエラストマー層の間に配置されて いる請求の範囲第６項に記載のピストン組立体。 ８．エラストマー部材が天然ゴム、合成ゴム、シリコン、フッ素エラストマー 又はその混合物から成る請求の範囲第１項に記載のピストン組立体。 ９．各エラストマー層が天然ゴム、合成ゴム、シリコン、フッ素エラストマー 又はその混合物から成る１以上の層により形成されている請求の範囲第６項に記 載のピストン組立体。 １０．ピストン部材の前端に配置されたピストンヘッド面を含んでいる請求の 範囲第１項に記載のピストン組立体。 １１．インナレースが接続部材と一体に構成されている請求の範囲第１項に記 載のピストン組立体。