JP2006022958A - ピストン・シリンダユニット - Google Patents

Abstract

【課題】僅かなペダル力の助けを借りて、クラッチ操作のための高いレリーズ力を、空気圧式の力増幅なしに実現する。
【解決手段】液圧式クラッチ操作システムにおけるマスターシリンダ及びスレーブシリンダのピストン・リンダユニットにおいて、液圧が作用する有効な圧力面Ａ_Ｄがピストン３，１４の軸方向のストロークにわたって変化可能であるようにした。即ちピストン３は圧力領域で、その直径が出発直径を起点として軸方向で、半径方向の最深点まで減径（テーパ）し、その後再度やはり軸方向で出発直径まで増加するように形成した。
【選択図】図１ａ

Description

本発明は、ピストン・シリンダユニットであって、ハウジング内に摺動可能に配置された１つのピストンと、ハウジングとピストンとの間に設けられた少なくとも１つのシール手段とが設けられており、該シール手段がピストンおよびハウジングと相俟って、液圧媒体で満たされた圧力室を制限し、かつ以下のように形成されている、すなわちシール手段が、少なくとも１つのシール面でもって、互いに軸方向で延在する２つの面の間のギャップを封止し、封止されたギャップが、有効な圧力面Ａ_Ｄを規定するか、またはギャップがピストンの圧力面と相俟って、有効な圧力面Ａ_Ｄを規定するように形成されている形式のものに関する。

本発明は、特に自動車のための、可変の液圧的な変換比（ｈｙｄｒａｕｌｉｓｃｈｅ Ｕｅｂｅｒｓｅｔｚｕｎｇ）もしくは倍力比の助けを借りて力伝達を実現することができるピストン・シリンダユニットに関する。

一般に、自動車のための液圧式のクラッチ操作部は、クラッチペダルを介して操作可能なマスターシリンダに接続されている。このマスターシリンダは、液圧媒体（液体）で満たされた補償容器に接続されている。マスターシリンダが圧力管路を介してスレーブシリンダに液圧的に接続されているので、クラッチペダルの踏み込み時にマスターシリンダ内に発生する圧力は、圧力管路内の液柱を介してスレーブシリンダに伝達される。結果として、レリーズ軸受が操作力で負荷されて、レリーズ機構を介してクラッチプレッシャプレートがクラッチ連行ディスクから切断され、それにより機関が自動車の伝動装置（トランスミッション）から切断されることができる。

特にトルクの強い自動車において、より高いトルクを伝達するために必要な、クラッチペダルに加えなければならない操作力を減じるために、背景技術では、マスターシリンダとスレーブシリンダとの間の液圧式の圧力管路内に、空気圧式の圧力増幅装置（倍力装置）を設けることが提案される。例として、ドイツ連邦共和国特許第１９５０９３５６号明細書に記載された解決策が挙げられる。この公知の解決策では、液圧式に供給される作業ピストンが、空気圧式に負荷されるサーボピストンに連結されている。このサーボピストンは制御弁により負荷される。さらに変換ピストンが設けられている。変換ピストンは、マスターシリンダを介して流入制御される液圧と空気圧との間の第１の変換比のための第１の面積比を形成する。その一方で、サーボピストンの作用面と作業ピストンの作用面との間の第２の面積比により、第２の変換比が形成される。ドイツ連邦共和国特許第１９７１７４８６号明細書には、液圧式の装置のための空気圧式の圧力増幅装置が記載されている。この圧力増幅装置は、簡単な構造の空気圧式の圧力増幅装置ながら、圧縮空気供給部の失陥時にも、液圧式の装置のスレーブシリンダに支配する力の、マスターシリンダへの適当な報知を保証する。その際、空気圧式の圧力増幅装置の制御圧力室は、所定のレベルの力負荷以後、空気圧式の圧力増幅装置の液圧式の作業室から液圧的に遮断される。その結果、圧縮空気供給部の失陥時に、液圧式の作業室ならびに制御圧力室を制限する作業ピストンは制御圧力室の力負荷により、液圧式の作業室内に決められた圧力を発生するために摺動可能である。その際、スレーブシリンダに作用する力を表す、液圧式の作業室内に支配する圧力が、空気圧式の圧力増幅装置の作業ピストンにより、所定の変換比を被るので、スレーブシリンダに作用する力は適当に、制御圧力室に液圧的に接続されたマスターシリンダに報知される。その結果、圧縮空気供給部の失陥時にも、空気圧式の圧力増幅装置の作業ピストンの介在下での、マスターシリンダを介したスレーブシリンダの力負荷が可能である。

さらに、液圧区間における圧力損失をできる限り僅かに維持することが特に重要である。それゆえ、可動な部分、例えばマスターシリンダのピストンをそのハウジングに対して封止する、すなわちシールすることが特に重要である。このために一般的には、ピストンに当て付けられるシールが設けられている。高い圧力は、ギャップ押出に至り、結果としてシール損傷を伴う可能性を有している。このシール損傷は最終的に非密な液圧システムにつながる。

背景技術は、確かに液圧区間における圧力増幅のための解決策を提供するものの、構成スペースおよびコストに対して不利に働く付加的な空気圧式のエレメントを常に有している。
ドイツ連邦共和国特許第１９５０９３５６号明細書 ドイツ連邦共和国特許第１９７１７４８６号明細書

それゆえ本発明の課題は、僅かなペダル力の助けを借りて、クラッチ操作のための高いレリーズ力を、空気圧式の力増幅なしに実現することである。

上記課題を解決するために本発明の構成では、有効な圧力面Ａ_Ｄがピストンの軸方向のストロークにわたって変化可能であるようにした。

このようにピストンの圧力面の大きさが変化させられていると、圧力が一定ならば、例えば液圧式のシステムにおけるピストンストロークに沿って、力経過の繊細な段階付けが得られる。

加えて、本発明の有利な構成では、ギャップの変化が、圧力領域における、可動な構成部分としてのピストンの表面の形状変化、または定置の構成部分の、ピストンの表面に半径方向で接触する内壁の形状変化の助けを借りて生ぜしめられる。

本発明の別の有利な構成では、ピストンの表面と、ピストンを包囲する内壁との間の接触が、圧力領域で、軸方向および半径方向で運動可能な構成部分を介して形成され、該構成部分が両表面を互いに封止する。

本発明の別の有利な構成では、シールがリップ形シールとして形成されており、その動的なシールリップでもって、シリンダ軸線に対する間隔が変化する表面に当て付けられている。

本発明の別の有利な構成では、ピストンの直径が、軸方向で見て曲線状に減径し、最大値の到達後、曲線状に出発直径を取る。

本発明の別の有利な構成では、シリンダの、圧力室の領域に、シリンダ軸線の方向で見て曲線状の、半径方向の肉厚化部が設けられている。

本発明の別の有利な構成では、曲線状の肉厚化部がハウジングの内壁により形成される。

本発明の別の有利な構成では、圧力室の領域に、スリーブが設けられており、該スリーブの内壁が、シリンダ軸線の方向で見て曲線状の、半径方向の肉厚化部を有している。

本発明の別の有利な構成では、圧力室内に達する、軸方向で見て曲線状の肉厚化部が、マスターシリンダまたはスレーブシリンダ内に設けられている。

本発明の別の有利な構成では、圧力領域で、軸方向で見て曲線状に減径するピストンが、マスターシリンダ内に配置されている。

本発明の別の有利な構成では、マスターシリンダおよびスレーブシリンダが液圧的に互いに接続されており、クラッチ操作システムの部分である。

以下に図面を参照しながら本発明の実施例について詳説する。

図１ａ〜図１ｃには、液圧式のシステム内に配置されたマスターシリンダ１の運動経過が示されている。マスターシリンダ１のハウジング２内には、圧力領域で円筒形状から逸脱した輪郭を有するピストン３が、軸方向で摺動可能に挿入されている。力が導入され、ピストン３がその第１の終端位置にあるメカニズムの操作を起点として、ピストン３は力負荷により無段階に中間位置を介してその第２の終端位置へと運動する。第２の終端位置は例えばクラッチのレリーズを生ぜしめる。図１ａおよび図１ｃはそれぞれ、ピストン３の、ハウジング２内での方向転換が実施された後の、ピストン３の位置を具現する。図１ｂには、これらの両終端位置の間で取られる、ピストン３の中間位置が示されている。

図１ａには、マスターシリンダ１のハウジング２内に軸方向で摺動可能に配置されたピストン３が示されている。ピストン３はクラッチペダルの操作前にはその第１の終端位置にある。ハウジング２とピストン３との間には、封止のために、リップ形シールの形のシール５が設けられている。Ｖ字形に構成された凹部が間に存在する、非対称に配置されたシールリップ５ａ，５ｂを備えた、この種のシール５を使用するのが有利である。それというのも、シール５はその特徴的な形状に基づいて複数の特性を統一するからである。つまり、適当なシールリップ５ａ（静的なシールリップ）または５ｂ（動的なシールリップ）の助けを借りて、シール作用に対して付加的に、多様に要求される自由度が実現される。

このリップ形シール５はシール支持体６に配置されており、ハウジング２の内壁と、ピストン３の表面との間の室を封止する。シール５は、その静的なシールリップ５ａ、すなわちハウジング２に対して相対的に不動なシールリップ５ａでもって、ハウジング２の内壁に当て付けられており、かつその動的な、ピストンにより運動可能なシールリップ５ｂでもって、ピストン３の表面に当て付けられている。シール５と、ピストン３と、ハウジング２とにより制限される室は、圧力室１３を規定する。ピストン３の表面と、ハウジング２の内壁との間の間隔ｓ_１は、ギャップ１７が存在し続けるように選択されている。このギャップ１７はシール５の動的なシールリップ５ｂにより封止されなければならない。ピストン３の端面に周方向で配置された複数のスニッファ溝（Ｓｃｈｎｕｅｆｆｅｌｎｕｔ）４はピストン３の第１の終端位置で圧力補償を提供する。

ピストン３の、図１に示した位置において、圧力室１３は最大に液圧媒体で満たされている。ピストン３は圧力領域で、その直径が出発直径（Ａｕｓｇａｎｇｓｄｕｒｃｈｍｅｓｓｅｒ）を起点として軸方向で、半径方向の最深点まで減径（テーパ）し、その後再度やはり軸方向で出発直径まで増加するように形成されている。ピストン３の、図示した第１の終端位置において、シール５はそのシールリップ５ｂでもって、ピストン３の出発直径に当て付けられている。ピストン３の出発直径において、ギャップ１７の幅ｓ_１は最小である。

図１ｂには、力負荷により圧力室１３の方向で運動したピストン３の位置が示されている。この位置で、どのようにシール５がそのシールリップ５ｂでもってピストン３の凹部に適合し、ギャップ１７を封止するかが明らかである。ギャップ１７はこの箇所、すなわち最も狭い狭窄部で最大である。これにより、狭窄部は同時にピストン３の最小の圧力面Ａ_Ｄを規定する。

図１ｃには、ピストン３の第２の終端位置が示されている。第２の終端位置において、シールリップ５ｂは、ピストン３の直径、ひいては圧力面Ａ_Ｄの増加の結果として、再度その出発位置に戻される。ピストン３のこの位置で、液圧媒体は圧力室１３から圧力媒体接続部１６を介して圧力媒体管路に放出されている。

図２には、スレーブシリンダ７が見て取れる。スレーブシリンダ７はこの図面ではコンセントリックレリーズシステム（Ｚｅｎｔｒａｌａｕｓｒｕｅｃｋｅｒ）として構成されており、主に、ハウジングフランジ１２内で軸方向で摺動可能なリングピストン１４を有している。リングピストン１４の端面には、シール５として、シールリップ５ａ，５ｂを備えたリップ形シールが取り付けられている。このリングピストン１４はシール５の静的なシールリップ５ａでもってガイドスリーブ１１に当て付けられており、その動的なシールリップ５ｂでもってハウジングフランジ１２の肉厚化部に当て付けられている。ハウジングフランジ１２は圧力領域で、軸方向でまず増加し、最高点の到達後に減少する肉厚化部を有するように形成されている。肉厚化部は圧力室１３内に突入している。シール５はやはりそのシールリップ５ｂでもってリングピストン１４の軸方向の運動時に、ハウジングフランジ１２の、予め決められたこの輪郭に沿って運動する。

図３には、マスターシリンダ１が示されている。マスターシリンダ１のハウジング内には、スリーブ１１ａが挿入されている。スリーブ１１ａの壁厚さは軸方向で、所定の壁厚さを起点として曲線状に増加して最大の厚さにまで到達し、その後出発壁厚さに減少する。ピストン３はこの図面では２つの位置で示されている。

同様に、ハウジング２の圧力領域の内面の、特にスリーブ１１ａの助けを借りて実現される張り出し成形部が、製作技術的に非切削加工または切削加工によりハウジング２に設けられることもできる。その結果、スリーブ１１ａの形のアダプタは省略されることができる。このことは逆に言えば、図２においてもスリーブが挿嵌されることができることを意味する。先行の図面に対してこの図面には、公知の形式で円筒形状を有するピストン３が示されている。ピストン３の表面と、周囲を取り巻く内壁との間に存在するギャップ１７は、シール５、すなわちピストン３の端部側に挿嵌されたリップ形シール５のシールリップ５ａ，５ｂにより封止される。ピストン３の第１の終端位置を起点として、ピストン３は力負荷後にその第１の終端位置から第２の終端位置へと運動する。この軸方向の運動時、シール５はシールリップ５ｂでもってスリーブ１１ａの輪郭に沿って運動する。その際、シールリップ５ｂはスリーブ１１ａの輪郭に適合する。図３には、力負荷後、リップ形シール５の、ピストン３の表面から張り出したシールリップ５ｂがスリーブ１１ａの輪郭に従い、シールリップ５ａとシールリップ５ｂとの間のＶ字形の凹部が常に小さくなる、すなわち動的なシールリップが常に、静的なシールリップ５ａに接近するように押圧され、スリーブ１１ａが最大の厚さを有しているところで、シールリップ５ａとシールリップ５ｂとの間の間隔が最小となることが見て取れる。それにより、ギャップ１７の幅ｓ_１はこの位置（図面左側の位置）でやはり最小である。

図３に示した右側の位置は、ピストン３の第１の終端位置を示す。この第１の終端位置で、シール５のシールリップ５ｂはその最大の変位を有しており、それによりギャップ１７の最大の幅ｓ_２を封止しなければならない。

最も理想的にはマスターシリンダおよびスレーブシリンダの液圧区間で実現されている、図１〜図３に基づく実施例に示された、本発明による解決策の助けを借りて、圧力室の領域における特別な形状付与により、互いに接触すべき面の少なくとも一方が、ピストン３もしくは１４の運動時に無段階に液圧式のシステムの液圧的な変換比を変化させる。湾曲部もしくは肉厚化部の大きさおよび形状に関する設計は、所望される変換比に応じて実施されることができる。この無段階の液圧的な変換比の助けを借りて、ドロップオフ効果（Ｄｒｏｐ−Ｏｆｆ−Ｅｆｆｅｋｔ）に対してアクティブに反作用する、すなわち、例えばクラッチの特性線のような、非直線的な特性線をも補償することが可能である。クラッチ操作の事例では、この解決策により、レリーズ力最大値におけるペダル力が引き下げられ、レリーズ力最小値におけるペダル力が引き上げられる。このことは、例えばクラッチの操作を特に快適にする。加えて、実験から、このピストン・シリンダユニットにより実現される液圧的な無段階の変換比が、温度に依存することなく機能することが判っている。このことは使用範囲を極めて多様に構成する。

ピストン３およびハウジング２，１２は金属または非金属の材料から成ることができる。その際、両者が同じ材料から製作されていても、異種の材料の組み合わせから製作されていてもよい。さらに、両構成部分の材料が同じであれば、少なくとも一方の構成部分の表面の、接触すべき表面の領域または圧力室の領域での、特に滑動性の材料による被覆が可能である。

シールを備えた本発明によるピストンの第１の終端位置を示す図である。 シールを備えた本発明によるピストンの中間位置を示す図である。 シールを備えた本発明によるピストンの第２の終端位置を示す図である。 本発明によるハウジングフランジを備えたスレーブシリンダを示す図である。 ピストンを２つの異なる位置で示す、本発明によるスリーブが挿嵌されたマスターシリンダを示す図である。

符号の説明

１ マスターシリンダ、 ２ ハウジング／シリンダハウジング、 ３ ピストン、 ４ スニッファ溝、 ５ シール手段／シール（リップ形シール）、 ５ａ 静的なリップ、 ５ｂ 動的なリップ、 ６ シール支持体、 ７ スレーブシリンダ、 ９ 駆動軸、 １０ 伝動装置ハウジング、 １１ ガイドスリーブ、 １１ａ スリーブ、 １２ ハウジングフランジ、 １３ 圧力室、 １４ リングピストン、 １５ 支持面、 １６ 圧力媒体管路の接続部、 １７ ギャップ、 １８ シリンダ軸線／ピストン軸線、 ｓ_１ 最小のギャップ幅、 ｓ_２ 最大のギャップ幅、 Ａ_Ｄ 有効な圧力面

Claims (11)

1. ピストン・シリンダユニットであって、ハウジング（２，１２）内に摺動可能に配置された１つのピストン（３，１４）と、ハウジング（２，１２）とピストン（３，１４）との間に設けられた少なくとも１つのシール手段（５）とが設けられており、該シール手段（５）がピストン（３）およびハウジング（２，１２）と相俟って、液圧媒体で満たされた圧力室（１３）を制限し、かつ以下のように形成されている、すなわちシール手段（５）が、少なくとも１つのシール面でもって、互いに軸方向で延在する２つの面の間のギャップ（１７）を封止し、封止されたギャップ（１７）が、有効な圧力面Ａ_Ｄを規定するか、またはギャップ（１７）がピストン（３）の圧力面と相俟って、有効な圧力面Ａ_Ｄを規定するように形成されている形式のものにおいて、有効な圧力面Ａ_Ｄがピストン（３，１４）の軸方向のストロークにわたって変化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. ギャップ（１７）の変化が、圧力領域における、可動な構成部分としてのピストン（３，１４）の表面の形状変化、または定置の構成部分の、ピストン（３，１４）の表面に半径方向で接触する内壁の形状変化により生じる、請求項１記載のピストン・シリンダユニット。
3. ピストン（３，１４）の表面と、ピストン（３，１４）を包囲する内壁との間の接触が、圧力領域で、軸方向および半径方向で運動可能な構成部分を介して形成され、該構成部分が両表面を互いに封止する、請求項１記載のピストン・シリンダユニット。
4. シール（５）がリップ形シールとして形成されており、その動的なシールリップ（５ｂ）でもって、シリンダ軸線（１８）に対する間隔が変化する表面に当て付けられている、請求項１記載のピストン・シリンダユニット。
5. ピストン（３，１４）の直径が、軸方向で見て曲線状に減径し、最大値の到達後、曲線状に出発直径を取る、請求項１記載のピストン・シリンダユニット。
6. ハウジング（２，１２）の、圧力室（１３）の領域に、シリンダ軸線（１８）の方向で見て曲線状の、半径方向の肉厚化部が設けられている、請求項１記載のピストン・シリンダユニット。
7. 前記曲線状の肉厚化部がハウジング（２，１２）の内壁により形成される、請求項５記載のピストン・シリンダユニット。
8. 圧力室（１３）の領域に、スリーブ（１１ａ）が設けられており、該スリーブ（１１ａ）の内壁が、シリンダ軸線（１８）の方向で見て曲線状の、半径方向の肉厚化部を有している、請求項１または５記載のピストン・シリンダユニット。
9. 圧力室（１３）内に達する、軸方向で見て曲線状の肉厚化部が、マスターシリンダ（１）またはスレーブシリンダ（７）内に設けられている、請求項５記載のピストン・シリンダユニット。
10. 圧力領域で、軸方向で見て曲線状に減径するピストン（３，１４）が、マスターシリンダ（１）および／またはスレーブシリンダ（７）内に配置されている、請求項１記載のピストン・シリンダユニット。
11. マスターシリンダ（１）およびスレーブシリンダ（７）が液圧的に互いに接続されており、クラッチ操作システムの部分である、請求項１記載のピストン・シリンダユニット。

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