JPH0463250B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

技術分野 本発明は、トリプルピストンシリンダ装置に係
り、特にピストンロツドを変位させるための力が
受圧面積との関係で小さくなる場合に、この受圧
面積を部分的に損失なく増大させることにより押
圧力の減少を防止し、ピストンロツドを変位させ
る力を均等化しながらピストンロツドを所定の４
点位置に確実に停止させることができるようにし
たトリプロピストンシリンダ装置に関する。 従来技術 従来のシングルピストンシリンダ装置において
は、そのピストンに固着されたピストンロツドを
２点には確実に停止させることはできるが、該２
点位置に２点の中間位置を加えた４点位置、例え
ばトランスミツシヨンの自動変速操作等において
必要とされる４点位置に確実に停止させることは
できないという欠点があつた。またシリンダ内に
互いに相対的に変位し得る複数のピストンを摺動
自在に収容して４点位置を出すことができる複数
ピストンによるシリンダ装置も考えられるが、シ
リンダの内径をピストンの全可動範囲で同一にす
ると、ピストンロツドを変位させるための力が受
圧面積との関係で特に小さくなつてしまう場合が
生じ、この欠点を解消するためには、各ピストン
の外径を大きくしなければならず、この結果シリ
ンダ装置が大型化すると共に重量が増大してしま
うという欠点が生ずる。 目 的 本発明は、上記した従来技術の欠点を除くため
になされたものであつて、その目的とするところ
は、シリンダの中にトリプルピストンを相対的に
変位可能に収容することによつて、簡易な構成で
ピストンロツドを確実に４点位置に停止させるこ
とができるようにすることである。また他の目的
は、４つのセレクト位置を持つトランスミツシヨ
ンのセレクト操作を単一のシリンダ装置で行い得
るようにすることである。更に他の目的は、ピス
トンロツドを変位させるための力が受圧面積との
関係で小さくなるピストンの可動範囲において、
部分的にシリンダの内径を増大させ、しかも該大
径部を中間ピストン駆動用の流体ポート（第２の
流体ポート）を越えてピストンロツド側に延長
し、該大内径部に嵌合する外側ピストンの大径部
の両端部にシール部材を装着することによつて、
該流体ポートから供給される流体圧が相殺される
ようにして、増大した径の分だけ損失なく受圧面
積で増大させ、特定変位における出力を増大させ
てピストンロツドを変位させるための力を均等化
することであり、またこれによつてピストンロツ
ド及びその関連部品の寸法を大きくしなくてよい
ようにし、小型でかつ軽量なシリンダ装置を提供
することである。 構 成 要するに本発明は、シリンダと、該シリンダの
中間部内に摺動自在に収容された中空の外側ピス
トンと、該外側ピストン内に摺動自在に収容され
た第１及び第２の中間ピストンからなる中間ピス
トンと、該中間ピストン内に摺動自在に収容され
前記第２の中間ピストンの一端を貫通し前記シリ
ンダの一端を摺動自在に貫通したピストンロツド
が一体的に形成され内側ピストンとを備え、前記
シリンダには、前記外側ピストンが最大量前記ピ
ストンロツド側に変位させるための第１の流体ポ
ートと、前記外側ピストンの中空部に連通し前記
第１の中間ピストンを前記外側ピストン内で前記
ピストンロツド側に最大量変位させるための第２
の流体ポートと、前記外側ピストン、中間ピスト
ン及び内側ピストンを前記ピストンロツドの反対
側に最大量変位させるための第３の流体ポートと
が形成され、かつ前記外側ピストンには前記第２
の流体ポートから流入した流体が前記内側ピスト
ンに作用するための連通穴が形成されると共に、
該外側ピストンの長手方向中央部内周面には前記
第１及び第２の中間ピストンが当接することでそ
のストロークが規制されるようにしたストツパが
固定され、更に前記シリンダは、前記外側ピスト
ンの前記ピストンロツドと反対側の端部の可動範
囲の内径が他の部分の内径より大きく形成され、
かつ該大内径部が前記第２の流体ポートを越えて
前記ピストンロツド側に延長され、該大内径部に
嵌合する前記外側ピストンの大内径部の両端部に
シール部材を装着したことを特徴とするものであ
る。 以下本発明を図面に示す実施例に基いて説明す
る。本発明に係るトリプルピストンシリンダ装置
１は、シリンダ２と、外側ピストン３と、第１及
び第２の中間ピストン４ａ，４ｂとからなる中間
ピストン４と、内側ピストン５とを備えている。 シリンダ２は、密閉構造とされており、図中右
端２ａには、内側ピストン５と一体的に形成され
たピストンロツド５ａが、シール部材８を介して
摺動自在に貫通する穴部２ｂが形成されている。
またシリンダ２には、外側ピストン３をピストン
ロツド５ａ側に最大量変位させるための第１の流
体ポートP₁と、外側ピストン３の中空部３ａに
連通し、第１の中間ピストン４ａを外側ピストン
３内でピストンロツド５ａ側に最大量変位させる
ための第２の流体ポートP₂と、外側ピストン３
と第２の中間ピストン４ｂと内側ピストン５とを
ピストンロツド５ａの反対側に最大量変位させる
ための第３の流体ポートP₃とが形成されている。
そしてこれらの各流体ポートは、夫々スプール制
御弁（図示せず）等を介してエアやオイル等の流
体供給源（図示せず）に接続されている。 外側ピストン３は、シリンダ２の中空部２ｃ内
にシール部材９を介して摺動自在に収容されてい
て、中空に形成されており、図中左端は壁部３ｂ
によつて密閉され、開口した図中右端には、シリ
ンダ２の中空部２ｃに連通する溝３ｃが設けられ
ている。また外側ピストン３の図中下部には、第
２の流体ポートP₂と中空部３ａとを連通させる
溝３ｄと、該溝及び中空部３ａとに連通する連通
穴３ｅと、シリンダ２の図中下部に形成された排
出穴２ｅに連通する溝３ｇとが夫々設けられてい
る。そして外側ピストン３は、ストロークl₁の範
囲でシリンダ２内を左右に摺動し得るようになつ
ている。 第１の中間ピストン４ａは、外側ピストン３内
にシール部材１０を介して摺動自在に収容されて
いて、中空に形成されており、図中左端には壁部
４ｃが形成され、該壁部には、外側ピストン３の
中空部３ａに連通する穴４ｄが形成されている。
また第１の中間ピストン４ａは、図中右端に形成
された開口端４ｅが外側ピストン３の内周面中間
部に埋設されたストツパ１２に当接することによ
つて、そのストロークl₂が規制されるようになつ
ている。そしてストロークl₂の範囲で外側ピスト
ン３内を左右に摺動し得るようになつている。 第２の中間ピストン４ｄは、外側ピストン３内
にシール部材１３を介して摺動自在に収容されて
いて、第１の中間ピストン４ａと同一形状に形成
されており、図中右端に形成された壁部４ｆの穴
４ｇには、ピストンロツド５ａが貫通している。
また第２の中間ピストン４ｂは、図中左端に形成
された開口端４ｈが外側ピストン３のストツパ１
２に当接することによつて、そのストロークl₃が
規制されるようになつている。そしてストローク
l₃の範囲で外側ピストン３内を左右に摺動し得る
ようになつている。 内側ピストン５は、第１及び第２の中間ピスト
ン４ａ，４ｂ内にシール部材１５を介して摺動自
在に収容されていて、ストロークl₃とl₄の和の範
囲で単独又は第２の中間ピストン４ｂを伴つて外
側ピストン３内を左右に摺動し得るようになつて
おり、右側にはピストンロツド５ａが一体的に形
成されている。 そして外側ピストン３と、第１及び第２の中間
ピストン４ａ，４ｂからなる中間ピストン４と、
内側ピストン５との相対的な変位により、ピスト
ンロツド５ａを所定の４点位置Q₁，Q₂，Q₃及び
Q₄に停止させることができるように構成されて
いる。 またシリンダ２は、外側ピストン３のピストン
ロツド５ａと反対側の端部３ｆの可動範囲（スト
ロークl₁の範囲）の内径（＝端部３ｆの直径）D₄
が他の部分の内径（＝外側ピストン３の直径）
D₃より大きく形成されて大内径部２ｈとなつて
おり、該大内径部２ｈは第２の流体ポートP₂を
越えてピストンロツド５ａ側に延長されている。
そして大内径部２ｈに嵌合する外側ピストン３の
大径部３ｈの両端部３ｉ，３ｊにシール部材９を
装着してあり、第２の流体ポートP₂に供給され
る流体圧により両端部３ｉ，３ｊに作用する左右
方向の力が相殺されるようになつている。このよ
うにして外側ピストン３がピストンロツド５ａの
方向に移動するときの受圧面積が損失なく増大す
るようになつている。 作 用 本発明は、上記のように構成されており、以下
その作用について説明する。まずピストンロツド
５ａを最右端の第１位置Q₁に停止させる場合を
第１図により説明する。矢印B₁で示す如く流体
を第１の流体ポートP₁に流入させると、外側ピ
ストン３は最右端位置に変位して停止する。同時
に矢印B₂で示す如く流体を第２の流体ポートP₂
に流入させると、溝３ｄ及び連通穴３ｅを通つて
該流体は中空部３ａ内に流入し、第１の中間ピス
トン４ａはストツパ１２に当たる位置に変位して
停止し、また内側ピストン５は第２の中間ピスト
ン４ｂを伴つて該第２のピストンの壁部４ｆがシ
リンダ２の右端２ａに当たる最右端位置に変位し
て停止する。この結果、外側ピストン３と内側ピ
ストン５が共に最右端に変位して停止することと
なり、ピストンロツド５ａは第１位置Q₁に停止
する。従つて、例えばこの第１位置Q₁がセレク
トされることよつてトランスミツシヨンは第５速
又は第６速ギヤにシフト可能となる。 次にピストンロツド５ａを中間の第２位置Q₂
に停止させる場合について第１図により説明す
る。上記第１位置Q₁の状態を維持したまま矢印
B₃で示す如く流体を第３の流体ポートP₃に流入
させる。この場合、第１及び第３の流体ポート
P₁，P₃に流入する流体の圧力Ｐは同一とし、シ
リンダ２の中間部２ｃのうち内径がD₄の部分の
断面積をA₄、その他の内径がD₃である部分の断
面積をA₃、ピストンロツド５ａの断面積をA₂と
すると、外側ピストン３を図中右方向に押圧する
力F₁は、F₁＝PA₄であり、これに対して外側ピス
トン３を図中左方向に押圧する力F₂は、F₂＝Ｐ
（A₃−A₂）＝PA₃−PA₂であり、断面積A₄＞A₃で
あるので力F₁は力F₂よりＰ（A₄−A₃＋A₂）に相
当する分だけ大きい。 従つて外側ピストン３は停止しており、第２の
中間ピストン４ｂが左方に動いて内側ピストン５
が左方に押圧されて第２の中間ピストン４ｂがス
トツパ１２に当たるまでストロークl₃−l₁の範囲
で左方に変位して停止する。この結果、第１位置
Q₁からピストンロツド５ａはストロークl₃−l₁の
分だけ左方に移動して第１図に示す第２位置Q₂
に停止する。従つて例えば第２位置Q₂がセレク
トされることでトランスミツシヨンは第３速又は
第４速ギヤにシフト可能となる。 次にピストンロツド５ａを中間の第３位置Q₃
に停止させる場合について第１図により説明す
る。第２位置Q₂の状態を維持したまま第２の流
体ポートP₂からの流体の供給を停止すると、内
側ピストン５は、第１の中間ピストン４ａを伴つ
て該第１の中間ピストン４ａの壁部４ｃが外側ピ
ストン３の壁部３ｂに当たるまでストロークl₂の
範囲で左方に変位して停止する。この結果、第１
図の状態からピストンロツド５ａはストロークl₂
の分だけ左方に異動して第３位置Q₃に停止する。
従つて、例えば第３位置Q₃でセレクトされるこ
とでトランスミツシヨンは第１速又は第２速ギヤ
にシフト可能となる。 次にピストンロツド５ａを最左端の第４位置
Q₄に設定する場合について、第２図により説明
する。第３位置Q₃の状態を維持したまま第１の
流体ポートP₁からの流体の供給を停止すると、
外側ピストン３は、その壁部３ｂがシリンダ２の
左端２ｇに当たるまで最左端位置に変位して停止
する。同時に内側ピストン５も第１の中間ピスト
ン４ａを伴つて外側ピストン３と共に左方向に変
位する。この結果、外側ピストン３と内側ピスト
ン５が共に最左端位置に変位して停止することと
なり、ピストンロツド５ａは第４位置Q₄に停止
する。従つて、例えば第４位置Q₄がセレクトさ
れることでトランスミツシヨンはリバースギヤに
シフト可能となる。 以上のようにピストンロツド５ａは、流体の流
入制御又は流出制御によつて４点位置Q₁，Q₂，
Q₃及びQ₄に確実に停止する。 ここで各位置Q₁，Q₂，Q₃，Q₄から他の位置に
変位するときに、ピストンロツド５ａを変位させ
る力Ｆについて説明する。ピストンロツド５ａの
直径をD₀とし、内側ピストン５の直径D₁をmD₀、
中間ピストン４の直径D₂をmD₀、＋nD₀外側ピス
トン３の直径D₃をmD₀＋2nD₀、同じく直径D₄を
kD₃とする（ｍ，ｎ及びｋは定数）。また第１、
第２及び第３の流体ポートP₁，P₂，P₃に流入す
る流体の圧力Ｐはすべて同一とする。 そして第１位置Q₁から第２位置Q₂に、第２位
置Q₂から第３位置Q₃に、第３位置Q₃から第４位
置Q₄に夫々変位するときにピストンロツド５ａ
を変位させる力を夫々F₁₂，F₂₃，F₃₄とすると、 F₁₂＝π／４｛（ｍ＋ｎ）²−m²−１｝D₀ ²P F₂₃＝π／４（m²−１）D₀ ²P F₃₄＝π／４（ｍ＋2n）²−１｝D₀ ²P となる。 また第４位置Q₄から第３位置Q₃に、第３位置
Q₃から第２位置Q₂に、第２位置Q₂から第１位置
Q₁に、第４位置Q₄から第２位置Q₂に夫々変位す
るときにピストンロツド５ａを変位させる力を
夫々F₄₃，F₃₂，F₂₁とすると、 F₄₃＝π／４｛（k²−１）（ｍ＋2n）²＋１｝ D₀ ²P F₃₂＝π／４｛（ｍ＋ｎ）²−ｍ＋１｝D₀ ²P F₂₁＝π／４m²D₀ ²P F₄₂＝π／４｛（k²−１）（ｍ＋2n）²＋１｝ D₀ ²P＝F₄₃ となる。ここで内径D₄とD₃とが同一の場合には
F₄₃＝F₄₂＝π／４D₀ ²Pであるから内径D₄をD₃よりも 大きくしたことによつて力F₄₃及びF₄₂は、 π／４（K²−１）（ｍ＋2n）²D₀ ²Pだけ増加したこと になる。上式に、例えばｍ＝２、ｎ＝１又はm3、
ｎ＝１、ｋ＝1.3を夫々代入すると第１表に示す
如くなる。

【表】 ここで内径D₄＝D₃の場合には、力F₄₃は第１表
の上下段ともF₄₃＝π0.25D₀ ²Pであるので、内径
D₄＝1.3D₃としたことで力F₄₃は18.24倍に増大し
たことになる。 また力F₄₂については、本願出願人の先願（特
願昭59−220841）の発明の場合と比較して説明す
ると、第３図及び第４図に本発明と同一の符号を
用いて示す該先願に係るトリプルピストンシリン
ダ装置２１において、シリンダ２の大内径部２ｈ
が、第２の流体ポートP₂を越えてピストンロツ
ド５ａ側に延長されておらず、またシール部材９
も外側ピストン３の大径部３ｈの左端部３ｉに１
個装着されているだけであるため、第４図に示す
第４位置Q₄から第３図に示す第２位置Q₂に変位
するときにピストンロツド５ａを変位させる力
F₄₂は、 F₄₂＝π／４D₀ ²P＝π0.25D₀ ²P となつてしまい、他の力に比べて極端に小さくな
る。これは第４図に示すように、第２表の流体ポ
ートP₂に矢印B₂で示す如く流体が供給されると、
その圧力Ｐは外側ピストン３の大径部３ｈの左端
部３ｉの外周部に左向きに作用し、この結果シリ
ンダ２の大内径部２ｈの内径D₄を内径D₃よりも
（ｋ−１）D₃だけ大きくしたことの効果がなくな
つてしまうためである。 これに対して、本発明はこの不具合を改良した
ものであつて、第１図及び第２図に示すように、
シリンダ３の大内径部２ｈは、第２の流体ポート
P₂を越えてピストンロツド５ａ側に延長されて
おり、しかも外側ピストン３の大径部３ｈの両端
部３ｉ，３ｊにシール部材９が装着されているの
で、第２の流体ポートP₂から供給された圧力Ｐ
は外側ピストン３の両端部３ｉ，３ｊに対して左
右反対方向に同一の力を作用させることになり、
この結果該圧力による外側ピストン３の左右方向
の力は相殺されてしまう。これによつて、シリン
ダ２の大内径部２ｈの内径D₄を内径D₃よりも
（ｋ−１）D₃だけ大きくしたことの効果が十分に
生かされ、力F₄₂は、 F₄₂＝π／４｛（k²−１）（ｍ＋2n）²＋１｝D₀ ²P となり、上記先願発明に比べて力F₄₂は、 π／４｛k²−１）（ｍ＋2n）²｝D₀ ²P だけ増大し、例えばｍ＝３、ｎ＝１、ｋ＝1.3と
した場合には、 先願発明のF₄₂＝π0.25D₀ ²P 本願発明のF₄₂＝π4.56D₀ ²P となつて、力F₄₂は上記先願発明に比べて18.24倍
に増大したことになる。 以上の如くピストンロツド５ａを第４位置Q₄
から第３位置Q₃又は第２位置Q₂に変位させると
きのように、該ピストンロツドを変位させる力が
特に小さくなる場合にも、内径D₄をD₃に比べて
大きくしたことによつてピストンロツド５ａを変
位させるための力が均等化され特にピストンロツ
ド５ａの直径D₀を大きくする必要がない。従つ
て内側ピストン５、中間ピストン４、外側ピスト
ン３及びシリンダ２の各直径も特に大きくする必
要がないので、シリンダ装置１は小型でかつ軽量
となる。 なお上記説明において、流体は空気でもオイル
でもよい。 効 果 本発明は、上記のように構成され、作用するも
のであるから、シリンダの中にトリプルピストン
を相対的に変位可能に収容したので、簡易な構成
でピストンロツドを確実に４点位置に停止させる
ことができる効果が得られる。また、４つのセレ
クト位置を持つトランスミツシヨンのセレクト操
作を単一のシリンダ装置で行い得る効果があり、
その他広範囲の用途に応用することができる効果
がある。更には、ピストンロツドを変位させるた
めの力が受圧面積との関係で特に小さくなるピス
トンの可動範囲において、部分的にシリンダの内
径を増大させ、しかも該大内径部を中間ピストン
駆動用の流体ポート（第２の流体ポート）を越え
てピストンロツド側に延長し、該大内径部に嵌合
する外側ピストンの大径部の両端部にシール部材
を装着したので、該流体ポートから供給される流
体圧が相殺されることとなり、増大した径の分だ
け損失なく受圧面積を増大させることができる効
果があり、特定変位における出力を増大させてピ
ストンロツドを変位させるための力を均等化する
ことができ、この結果ピストンロツド及びその関
連部品の寸法を大きくする必要がなくなり、小型
でかつ軽量なシリンダ装置を提供し得る効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の実施例に係り、第
１図はピストンロツドが中間の第２位置に停止し
た場合を示すトリプルピストンシリンダ装置の縦
断面図、第２図はピストンロツドが最左端の第４
位置に停止した場合のトリプルピストンシリンダ
装置の縦断面図、第３図及び第４図は本願出願人
の先願発明に係り、第３図は第１図と同様の縦断
面図、第４図は第２図と同様の縦断面図である。 １はトリプルピストンシリンダ装置、２はシリ
ンダ、２ｃは該シリンダの中空部、２ｈは大内径
部、３は外側ピストン、３ａは該外側ピストンの
中空部、３ｅは連通穴、３ｆは端部、３ｈは大径
部、３ｉ，３ｊは両端部、４は中間ピストン、４
ａは第１の中間ピストン、４ｂは第２の中間ピス
トン、５は内側ピストン、５ａはピストンロツ
ド、９はシール部材、１２はストツパ、D₃，D₄
はシリンダの内径、P₁は第１の流体ポート、P₂
は第２の流体ポート、P₃は第３の流体ポートで
ある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ シリンダと、該シリンダの中間部内に摺動自
   在に収容された中空の外側ピストンと、該外側ピ
   ストン内に摺動自在に収容された第１及び第２の
   中間ピストンからなる中間ピストンと、該中間ピ
   ストン内に摺動自在に収容され前記第２の中間ピ
   ストンの一端を貫通し前記シリンダの一端を摺動
   自在に貫通したピストンロツドが一体的に形成さ
   れた内側ピストンとを備え、前記シリンダには、
   前記外側ピストンを最大量前記ピストンロツド側
   に変位させるための第１の流体ポートと、前記外
   側ピストンの中空部に連通し前記第１の中間ピス
   トンを前記外側ピストン内で前記ピストンロツド
   側に最大量変位させるための第２の流体ポート
   と、前記外側ピストン、中間ピストン及び内側ピ
   ストンを前記ピストンロツドの反対側に最大量変
   位させるための第３の流体ポートとが形成され、
   かつ前記外側ピストンには前記第２の流体ポート
   から流入した流体が前記内側ピストンに作用する
   ための連通穴が形成されると共に、該外側ピスト
   ンの長手方向中央部内周面には前記第１及び第２
   の中間ピストンが当接することでそのストローク
   が規制されるようにしたストツパが固定され、更
   に前記シリンダは、前記外側ピストンの前記ピス
   トンロツドと反対側の端部の可動範囲の内径が他
   の部分の内径より大きく形成され、かつ該大内径
   部が前記第２の流体ポートを越えて前記ピストン
   ロツド側に延長され、該大内径部に嵌合する前記
   外側ピストンの大内径部の両端部にシール部材を
   装着したことを特徴とするトリプルピストンシリ
   ンダ装置。