特開 2024-93124 ピストン構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024093124

(43)【公開日】2024-07-09

(54)【発明の名称】ピストン構造

(51)【国際特許分類】

   F15B 15/14 20060101AFI20240702BHJP

【ＦＩ】

F15B15/14 335Z

F15B15/14 345Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022209299

(22)【出願日】2022-12-27

(71)【出願人】

【識別番号】591069824

【氏名又は名称】旭精工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100123467

【弁理士】

【氏名又は名称】柳舘 隆彦

(72)【発明者】

【氏名】平尾 善道

【テーマコード（参考）】

3H081

【Ｆターム（参考）】

3H081AA01

3H081BB01

3H081CC23

3H081DD32

3H081DD39

3H081HH08

(57)【要約】

【課題】 ピストンの戻しバネを備えるピストン構造でありながら、戻しバネの保持金具の省略を可能とし、これによりピストンストロークの増大、及び部品点数の低減を可能とする。
【解決手段】 シリンダー１０と、当該シリンダー１０内に両方向に移動可能に配置され、一方の方向に強制駆動されるピストン２０と、当該ピストン２０の駆動方向側のシリンダー１０内に配置されて、当該ピストン２０を反駆動方向へ復帰させる戻しバネ３０とを備える。前記戻しバネ３０として、線材が巻き径を徐々に縮小させながら巻回された円錐バネが、その小径側を前記ピストン２０に向けて配置される。当該円錐バネの最大径側の１巻３１が外力を受けない状態で、当該１巻３１が前記シリンダー１０の内周面に形成された周溝１１に嵌合することにより、当該戻しバネ３０が前記シリンダー１０内に保持される。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

シリンダーと、当該シリンダー内に両方向に移動可能に配置され、一方の方向に強制駆動されるピストンと、当該ピストンの駆動方向側のシリンダー内に配置されて、当該ピストンを反駆動方向へ復帰させる戻しバネとを備えたピストン構造において、
前記戻しバネとして、線材が巻き径を徐々に縮小させながら巻回された円錐バネが、その小径側を前記ピストンに向けて配置され、
当該円錐バネの最大径側の１巻が外力を受けない状態で、当該１巻の外径が前記シリンダーの内径より大とされて、当該１巻が前記シリンダーの内周面に形成された周溝に嵌合することにより、当該戻しバネが前記シリンダー内に保持されることを特徴とするピストン構造。

【請求項2】

請求項１に記載のピストン構造において、
前記円錐バネの最大径側の１巻が外力を受けない状態で、当該１巻の外径が前記周溝の内径より大であることにより、当該戻しバネが前記シリンダー内に弾性的に保持されるピストン構造。

【請求項3】

第１シリンダーと、当該第１シリンダー内に両方向に移動可能に配置され、一方の方向に強制駆動される第１ピストンと、当該第１ピストンの駆動方向側に配置されて、当該第１ピストンを反駆動方向へ復帰させる戻しバネと、当該戻しバネの前記駆動方向側の第１シリンダー内に配置された第２シリンダーと、当該第２シリンダー内に移動可能に配置され、前記第１ピストンと同じ方向に強制駆動される第２ピストンとを備えた２段構造のピストン構造であって、
前記戻しバネとして、線材が巻き径を徐々に縮小させながら巻回された円錐バネが、その小径側を前記第１ピストンに向けて配置され、
当該円錐バネの最大径側の１巻が外力を受けない状態で、当該１巻の外径が前記第１シリンダーの内径より大とされて、当該１巻が前記第１シリンダーの内周面に形成された周溝に嵌合することにより、当該戻しバネが前記第１シリンダー内に保持されることを特徴とするピストン構造。

【請求項4】

請求項３に記載のピストン構造において、
前記円錐バネの最大径側の１巻が外力を受けない状態で、当該１巻の外径が前記周溝の内径より大であることにより、当該戻しバネが前記第１シリンダー内に弾性的に保持されるピストン構造。

【請求項5】

請求項３に記載のピストン構造において、
前記円錐バネの最大径側の１巻が前記周溝に嵌合した状態で、当該１巻の内径が前記第１シリンダーの内径より小とされることにより、前記１巻が前記第２シリンダーのストッパーを兼ねるピストン構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、シリンダー内にピストンが両方向に移動可能に配置され、当該ピストンが一方の方向に強制駆動される一方、前記ピストンの駆動方向側のシリンダー内に保持された戻しバネにより前記ピストンが他方の方向に自動復帰する戻しバネ付きのピストン構造に関し、特にその戻しバネが縮小したときのバネ長を小さく抑制でき、且つその戻しバネの固定構造を簡素化できるピストン構造に関する。

【背景技術】

【0002】

戻しバネを備えた自動復帰式のピストン構造は、各種産業機器用エアシリンダー、ソレノイド等のアクチュエータに広く使用されている（特許文献１）。その構造の一つを図２に示す。

【0003】

図２のピストン構造においては、一端が閉止され、他端が開放されたシリンダー１０内にピストン２０及び戻しバネ３０が重ねて配置されている。そして、ピストン２０とシリンダー１０の閉止端との間に加圧流体を注入することにより、ピストン２０が戻しバネ３０の弾性力に抗してシリンダー１０の開放端側へ強制駆動される。加圧流体を排出すると、ピストン１０が戻しバネ３０の弾性力により元の位置に自動復帰する。

【0004】

ここで、戻しバネ３０としては、線材が巻き径を徐々に縮小させながら巻回された円錐バネが使用されており、その円錐バネは、シリンダー１０内のピストン２０と、保持金具９０（止め輪９１及びリングスペーサ９０）との間に、小径側をピストン１０に向けて保持されている。

【0005】

このような戻しバネ付きのピストン構造においては、戻しバネ３０として円錐バネが使用されているため、戻しバネ３０が縮小したとき、特にピストン１０がストロークエンドまで移動したときに、そのバネ３０の各巻き輪が同一平面上に重なり合う。このため、最大縮小時のバネ長（最小バネ長）が小さく抑制され、その分、ピストンストロークを大きくできる。

【0006】

しかし、そのバネ３０をシリンダー１０内に保持するための保持用金具９０として、止め輪９１及びスペーサーリング９２が使用されているために、これらの厚み分はピストンストロークが制限されるのを避けることができない。また、止め輪９１及びスペーサーリング９２の使用による部品点数の増加を避けることもできない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特許第５６８９６９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明の目的は、ピストンの駆動方向側のシリンダー内に戻しバネを備える自動復帰構造でありながら、戻しバネの保持金具を省略でき、これによりピストンストロークの増大、及び部品点数の低減を可能とするピストン構造を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するために、本発明のピストン構造は、シリンダーと、当該シリンダー内に両方向に移動可能に配置され、一方の方向に強制駆動されるピストンと、当該ピストンの駆動方向側のシリンダー内に配置されて、当該ピストンを反駆動方向へ復帰させる戻しバネとを備えたピストン構造において、
前記戻しバネとして、線材が巻き径を徐々に縮小させながら巻回された円錐バネが、その小径側を前記ピストンに向けて配置され、
当該円錐バネの最大径側の１巻が外力を受けない状態で、当該１巻の外径が前記シリンダーの内径より大とされて、当該１巻が前記シリンダーの内周面に形成された周溝に嵌合することにより、当該戻しバネが前記シリンダー内に保持されることを構造上の特徴点とする。

【0010】

かかる構造によると、止め輪やスペーサーリングといった保持金具を使用することなく、当該戻しバネが小径側をピストンに向けてシリンダー内に保持固定される。ピストンは当該戻しバネの弾性力に抗して強制駆動され、復帰時には当該戻しバネの弾性力により元の位置に自動復帰する。戻しバネが縮小するときには、最大径の巻き輪の内側に各巻き輪が順番に嵌まり込み、最終的に同一平面上に重なり合う。その結果、保持金具の厚みに相当する分、ピストンストロークを増大させることができ、ピストンストロークを一定とすれば、その分、シリンダー長を縮小することができる。

【0011】

本発明のピストン構造においては、前記円錐バネの最大径側の１巻が外力を受けない状態で、当該１巻の外径Ｄ１を前記周溝の内径ｄ２より大とするのが好ましい。こうすることにより、前記戻しバネが前記シリンダー内に弾性的に保持され、そのガタツキ等が防止される。

【0012】

前述したとおり、本発明のピストン構造は、シリンダー長を縮小することができる。このため、シリンダー長の増大を余儀なくされる２段構造のピストン構造に特に有効である。これが、本発明の第２のピストン構造である。

【0013】

すなわち、本発明の第２のピストン構造は、第１シリンダーと、当該第１シリンダー内に両方向に移動可能に配置され、一方の方向に強制駆動される第１ピストンと、当該第１ピストンの駆動方向側に配置されて、当該第１ピストンを反駆動方向へ復帰させる戻しバネと、当該戻しバネの前記駆動方向側の第１シリンダー内に配置された第２シリンダーと、当該第２シリンダー内に移動可能に配置され、前記第１ピストンと同じ方向に強制駆動される第２ピストンとを備えた２段構造のピストン構造であって、
前記戻しバネとして、線材が巻き径を徐々に縮小させながら巻回された円錐バネが、その小径側を前記第１ピストンに向けて配置され、
当該円錐バネの最大径側の１巻が外力を受けない状態で、当該１巻の外径が前記第１シリンダーの内径より大とされて、当該１巻が前記第１シリンダーの内周面に形成された周溝に嵌合することにより、当該戻しバネが前記第１シリンダー内に保持されることを構成上の特徴点とする。

【0014】

本発明の第２のピストン構造においても、前記円錐バネが外力を受けない状態で、その最大径側の１巻の外径Ｄ１を前記周溝の内径ｄ２より大とするのが好ましい。こうすることにより、当該戻しバネが前記第１シリンダー内に弾性的に保持される。

【0015】

また、本発明の第２のピストン構造においては、前記円錐バネの最大径側の１巻が前記周溝に嵌合した状態で、当該１巻の内径Ｄ２を前記第１シリンダーの内径ｄ１より小とするのが好ましい。こうすることにより、前記１巻の内周部が第１シリンダーの内周面より内側に突出し、当該１巻が前記第２シリンダーのストッパーを兼ねることが可能となる。

【発明の効果】

【0016】

本発明のピストン構造によると、止め輪やスペーサーリングといった保持金具を使用することなく、当該戻しバネがシリンダー内に保持固定されるので、保持金具が不要となり、部品点数が削減される。保持金具の省略に伴って、ピストンストロークの増大が可能となり、ピストンストロークを一定とすれば、その分、シリンダー長を縮小することができるので、使用する機器の小型化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の一実施形態を示すピストン構造の縦断面図である。

【図2】従来のピストン構造の縦断面図である。

【図3】本発明のピストン構造の適用例を示すキャリパーブレーキの平面図である。

【図4】図３のＡ－Ａ線断面矢示図である。

【図5】図３のＢ－Ｂ線断面矢示図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下に本発明の一実施形態を図１により説明する。本実施形態のピストン構造は、各種産業機器用エアシリンダー、ソレノイド等のアクチュエータに広く使用される。

【0019】

このピストン構造は、一端が閉止され、他端が開放されたシリンダー１０内にピストン２０及び戻しバネ３０が重ねて配置される点、ピストン２０とシリンダー１０の閉止端との間に加圧流体を注入することにより、ピストン２０が戻しバネ３０の弾性力に抗してシリンダー１０の開放端側へ強制駆動される点、加圧流体を排出すると、ピストン２０が戻しバネ３０の弾性力により元の位置に自動復帰する点、前記戻しバネ３０として、線材が巻き径を徐々に縮小させながら巻回された円錐バネが使用される点、及び当該戻しバネ３０が小径側をピストン２０に向けて、ピストン２０の駆動方向側に保持固定される点において、図２に示す従来のピストン構造と同じである。

【0020】

図２に示す従来のピストン構造と異なるのは、円錐バネからなる戻しバネ３０のシリンダー１０内における保持構造である。具体的には、当該戻しバネ３０の最大径側の１巻３１が、前記シリンダー１０の内周面に形成された周溝１１に嵌合することにより、当該戻しバネ３０が止め輪やスペーサーリング等の保持金具を使用することなく、前記シリンダー１０内に保持されることである。

【0021】

当該戻しバネ３０においては、最大径側の１巻３１を周溝１１に嵌合させるために、当該１巻の外径Ｄ１は、外力を受けない状態でシリンダーの内径ｄ１より大であることが必要であり、周溝１１の内径ｄ２より大きいことが望まれる。当該１巻３１の外径Ｄ１を周溝１１の内径ｄ２より大きくすることにより、当該１巻３１が前記周溝１１内に弾性的に嵌合し、シリンダー１０内に確実に保持される。

【0022】

なお、円錐バネを構成する線材の特性、太さφ、巻き数などのバネ仕様は、必要とする復元力に基づいて適宜設定される。

【0023】

本実施形態のピストン構造によると、止め輪やスペーサーリングといった保持金具が不要となり、部品点数が削減される。また、保持金具の省略に伴って、ピストンストロークの増大が可能となり、ピストンストロークを一定とすれば、その分、シリンダー長を縮小することができるので、適用する機器の小型化が可能となる。

【0024】

次に、本実施形態のピストン構造の適用例を図３～図５により説明する。この適用例は、エア式キャリパーブレーキと呼ばれるディスクブレーキの一種であり、中間部でヒンジ４１により回動可能に結合された第１ハウジング４０Ａ及び第２ハウジング４０Ｂを備えている。第１ハウジング４０Ａ及び第２ハウジング４０Ｂのヒンジ４１より一端側は、一対の摩擦板４２，４２を備えた作用点側であり、大型の戻しバネ４３により開放方向へ付勢されている。

【0025】

一方、力点側においては、第１ハウジング４０Ａに、第１シリンダーとして、対向側へ開放された円形凹部４４が設けられている。この第１シリンダー４４内には、第１ピストン５０、円錐バネからなる戻しバネ６０、及びカップ状の第２シリンダー７０が重ねて配置されており、第２シリンダー７０内には円板状の第２ピストン８０が配置されている。第１ピストン５０の中心部には、対向側へ突出する軸部５１が設けられている。軸部５１は、第２シリンダー７０の底部及び第２ピストン８０の各中心部を貫通しており、止め輪５３により第２ピストン８０の対向側への移動を阻止している。

【0026】

円錐バネからなる戻しバネ６０は、第１ピストン５０と第２シリンダー７０との間に、小径側を第１ピストン５０の側（反対向側）に向けた状態で配置されると共に、第１シリンダー４４の内径より大径である大径側の１巻６１が、第１シリンダー４４の内面に設けた環状の凹溝４５に嵌合することにより、第１シリンダー４４内に保持固定されている。

【0027】

戻しバネ６０の大径側の１巻６１は、外力を受けない状態で、その外径Ｄ１が周溝４５の内径ｄ２より大とされることにより、周溝４５内に弾性的に嵌合している。また、当該１巻６１が周溝４５に嵌合した状態で、当該１巻６１の内径Ｄ２が第１シリンダー４４の内径ｄ１より小とされることにより、当該１巻６１の内周部が周溝４５よりはみ出して、当該１巻６１が第２シリンダー７０の反対向側への動きを制止するストッパーを兼ねている。

【0028】

加圧流体である高圧空気は、第１シリンダー４４である円形凹部の底部に設けたエア配管口４６から第１ピストン５０の反対向側に注入されると同時に、第１ピストン５０の軸部５１の底部中心から先端部の周囲にかけて設けられた貫通孔５２を通じて、第２シリンダー７０内の第２ピストン８０の反対向側に注入される。

【0029】

これにより、第１ピストン５０及び第２ピストン８０が戻しバネ６０による付勢力に抗して対向側へ移動して、第１ピストン５０の軸部５１で第２ハウジング４０Ｂの軸部４７を押圧することにより、第１ハウジング４０Ａと第２ハウジング４０Ｂの間に設けた大型の戻しバネ４３による付勢力に抗して、第１ハウジング４０Ａ及び第２ハウジング４０Ｂの力点側を押し広げ、作用点側に設けた一対の摩擦板４２，４２を閉止方向へ強制駆動する。

【0030】

高圧空気の注入が停止され、エア配管口４６が大気開放されると、第１ハウジング４０Ａと第２ハウジング４０Ｂとの間の大型の戻しバネ４３の弾性力により、第１ハウジング４０Ａ及び第２ハウジング４０Ｂの力点側が閉じ、作用点側に設けた一対の摩擦板４２，４２が開く。また、第１シリンダー４４内の戻しバネ６０の弾性力により、第１ピストン５０及び第２ピストン８０が元の位置に復帰する。

【0031】

このような構造のキャリパーブレーキにおいては、ピストンが第１ピストン５０と第２ピストン８０の縦列２段構造になっているので、強い押圧力が得られ、一対の摩擦板４２，４２の閉止力が増強されるが、その一方でピストン構造が複雑化し、特にピストン駆動方向（ハウジング４０Ａの厚み方向）においてスペース上の制約が大となり、ピストンストロークの確保が困難となる。

【0032】

しかしながら、第１シリンダー４４内の戻しバネ６０が止め輪もスペーサーリングも使用することなく第１シリンダー４４内に保持固定されているので、ピストンストロークの確保が容易となる。具体的には、第１ハウジング４０Ａの基本構造を変えることなく、第１ピストン５０のストロークを大きくでき、結果的に第２ピストン８０のストロークも大きくできる。また、戻しバネ６０の最大径側の１巻６１が第２シリンダー７０のストッパーを兼ねているので、これも第１ピストン５０及び第２ピストン８０のストローク増大に寄与する。

【0033】

以上に説明したとおり、本発明のピストン構造は、厚みの増大、ピストンストロークの制限を余儀なくされる２段構造のピストン構造の薄肉化、ピストンストロークの増大、部品点数の低減に特に有効である。

【符号の説明】

【0034】

１０ シリンダー
１１ 周溝
２０ ピストン
３０ 戻しバネ
３１ 大径側の１巻
４０Ａ 第１ハウジング
４０Ｂ 第２ハウジング
４１ ヒンジ
４２ 摩擦板
４３ 戻しバネ
４４ 第１シリンダー（円形凹部）
４５ 周溝
４６ エア配管口
４７ 軸部
５０ 第１ピストン
５１ 軸部
５２ 貫通孔
５３ 止め輪
６０ 戻しバネ
６１ 大径側の１巻
７０ 第２シリンダー
８０ 第２ピストン
９０ 保持金具
９１ 止め輪
９２ スペーサーリング

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】