JP2000027916A - シリンダのクッション機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】緩衝効率が高く、緩衝時においてピストンが反
発することのないシリンダのクッション機構を提供す
る。 【解決手段】ピストン３８が矢印Ａ方向に変位すると、
シリンダ室３６内の空気が圧縮されて緩衝作用が働き、
ピストン３８の変位速度が減少する。ピストン３８のさ
らなる変位作用下にオリフィス５４ａがクッション室４
２に連通すると、シリンダ室３６内の空気がオリフィス
５４ｂ〜５４ｄ、溝部５２、オリフィス５４ａを通って
クッション室４２に導出される。このため、シリンダ室
３６内の圧力が低下し、この圧力が必要以上に上昇する
ことが阻止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリンダ本体に設
けられたピストンの変位に対して緩衝作用を営むための
クッション機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、シリンダにはクッション機構
が設けられる。このクッション機構は、ピストンがシリ
ンダ本体の内部を終端まで移動するときに緩衝作用を営
む。

【０００３】従来技術にかかるシリンダ１０のクッショ
ン機構１２を、図９に示す。このクッション機構１２は
シリンダ１０のボデイ１４に形成されたシリンダ室１６
に連通するクッション室１８を有し、クッション室１８
は通路２０を介してボデイ１４の外部に連通する。通路
２０には該通路２０の開度を調整するニードル弁２２が
設けられる。シリンダ室１６にはピストン２４が変位可
能に設けられ、ピストン２４にはロッド２６が連設され
る。

【０００４】ピストン２４の矢印Ａ方向に対する変位動
作を停止する際、ピストン２４は慣性力によって矢印Ａ
方向にさらに変位しようとする。このとき、シリンダ室
１６の空気は、クッション室１８からニードル弁２２を
介してボデイ１４の外部に導出されるが、ニードル弁２
２により空気の導出量が制限されるため、シリンダ室１
６、クッション室１８内の空気が圧縮されて圧力が大き
くなり、ピストン２４にはこの圧力により駆動方向と反
対方向（矢印Ｂ方向）の力がかかり、ピストン２４の変
位速度が抑制される。このため、ピストン２４が徐々に
減速され、ボデイ１４内部の端部に衝突することが阻止
される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来技術に係るシリンダ１０のクッション機構１２で
は、動作中において通路２０の開度が一定であるニード
ル弁２２から排気しているため、図１０に示すように、
クッション室１８内の圧力Ｐは、ピストン２４がシリン
ダ室１６の終端近傍まで変位したときに急激に大きくな
る。この場合、ピストン２４の変位による衝撃を充分に
吸収することができず、例えば、ピストン２４が駆動方
向と反対方向に変位してしまうことがある（図１０中、
領域２８参照）。場合によっては、クッション室１８か
ら空気が漏洩することを防止するためのパッキン部材２
７等が破損してしまう懸念もある。

【０００６】本発明は前記の課題を解決すべくなされた
ものであって、緩衝効率が高く、緩衝時においてピスト
ンが反発することのないシリンダのクッション機構を提
供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明は、シリンダ本体に設けられたピストンの
変位に対して緩衝作用を営むクッション機構において、
前記ピストンに連接されるロッド側のシリンダ室端部に
設けられ、通路を介して前記シリンダ本体の外部に連通
するクッション室と、前記シリンダ室と前記クッション
室とを隔離する隔壁と、前記ロッドの外周部に設けら
れ、前記ピストンの変位方向に配列されて相互に連通す
る複数の連通路と、を備え、前記連通路を介して、前記
シリンダ室から前記クッション室に流体を導出すること
を特徴とする。

【０００８】本発明によれば、ピストンがクッション室
から離間しているときには複数の連通路の全てがシリン
ダ室に連通し、ピストンの変位によってシリンダ室内の
流体が圧縮されてピストンに緩衝作用を営む。ピストン
がクッション室に接近する方向に変位すると、複数の連
通路のいずれかがクッション室に連通し、流体はシリン
ダ室から連通路を通ってクッション室に導入されるた
め、シリンダ室内の圧力が低下する。

【０００９】この場合、前記連通路が、前記ロッドの外
周部に形成される溝部と、前記ロッドの外周部に設けら
れ、前記ピストンの変位方向に配列される複数の孔部を
有する筒状部材とから構成され、前記溝部を介して前記
複数の前記孔部が相互に連通されると、簡素な構造によ
ってクッション機構が構成され、好適である。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明に係るシリンダのクッショ
ン機構について、好適な実施の形態を挙げ、添付の図面
を参照しながら以下詳細に説明する。

【００１１】図１において、参照符号３０は、本実施の
形態に係るクッション機構３２が使用されるシリンダを
示す。このシリンダ３０は、基本的には、ボデイ３４
と、ボデイ３４内部のシリンダ室３６に挿入され、矢印
Ａ、Ｂ方向に変位可能なピストン３８と、ピストン３８
に接続されたロッド４０とを備える。

【００１２】ボデイ３４の端部近傍にはクッション機構
３２を構成するクッション室４２が形成され、クッショ
ン室４２は導出路４４によってボデイ３４の外部に連通
する。ボデイ３４にはシリンダ室３６とクッション室４
２との間に縮径部４６が形成され、縮径部４６にはゴム
の如き弾性を有する部材で形成されたパッキン部材４８
が設けられる。パッキン部材４８はロッド４０を囲繞し
て設けられた筒状部材５０の外壁に当接し、シリンダ室
３６とクッション室４２とを隔離する隔壁として機能す
る。

【００１３】ロッド４０には、図２Ａに示すように、そ
の軸線方向に沿って溝部５２が形成され、溝部５２は筒
状部材５０によって閉塞される。筒状部材５０には溝部
５２に連通する複数のオリフィス（連通路）５４ａ〜５
４ｄがロッド４０の軸線方向に並べて形成される。オリ
フィス５４ａ〜５４ｃはそれぞれ同一の有効断面積を有
するが、オリフィス５４ｄの有効断面積は他のオリフィ
ス５４ａ〜５４ｃの有効断面積より小さく形成される。
ロッド４０の外周には圧縮空気の如き流体の漏洩を防止
するＯリング５６ａ、５６ｂが設けられる。

【００１４】本実施の形態に係るシリンダ３０のクッシ
ョン機構３２は、基本的には以上のように構成されるも
のであり、次にその動作並びに作用効果について説明す
る。

【００１５】先ず、ピストン３８が矢印Ａ方向に変位
し、図２Ａに示す位置において、停止指令がなされたと
き、シリンダ室３６とクッション室４２とはパッキン部
材４８によって隔離されている。従って、シリンダ室３
６内の空気がクッション室４２に導出されることがな
く、ピストン３８の慣性による変位作用下にシリンダ室
３６内の空気が圧縮され、圧力Ｐが徐々に上昇する（図
３中、領域５８ａ参照）。シリンダ室３６内の圧力Ｐが
上昇することにより、ピストン３８を矢印Ｂ方向に押圧
する力が徐々に大きくなるため、ピストン３８の変位速
度Ｖは徐々に小さくなり、緩衝作用が営まれる。なお、
シリンダ室３６から空気が排出される通路の有効断面積
は０である（図４中、領域５８ａ参照）。

【００１６】ピストン３８がさらに矢印Ａ方向に変位し
て、図２Ｂに示すように、オリフィス５４ａがクッショ
ン室４２に連通すると、シリンダ室３６内の空気がオリ
フィス５４ｂ〜５４ｄから溝部５２、オリフィス５４ａ
を通ってクッション室４２に導出される。クッション室
４２に導出された空気は導出路４４からシリンダ３０の
外部に排出される。このため、シリンダ室３６内の圧力
Ｐの上昇が抑制される（図３中、領域５８ｂ参照）。こ
のとき、シリンダ室３６から空気が排出される通路の有
効断面積はオリフィス５４ａの有効断面積に等しい（図
４中、領域５８ｂ参照）。

【００１７】ピストン３８がさらに矢印Ａ方向に変位す
ると、オリフィス５４ａ、５４ｂがクッション室４２に
連通し、シリンダ室３６内の空気がオリフィス５４ｃ、
５４ｄから溝部５２、オリフィス５４ａ、５４ｂを通っ
てクッション室４２に導出される。このときの通路の有
効断面積は、オリフィス５４ａとオリフィス５４ｂとの
有効断面積の合計、またはオリフィス５４ｃとオリフィ
ス５４ｄとの有効断面積の合計のいずれか小さい方とな
る。この場合、前記有効断面積は、オリフィス５４ｄの
孔径が他のオリフィス５４ａ〜５４ｃより小さいため、
オリフィス５４ｃとオリフィス５４ｄとの有効断面積の
合計となる（図４中、領域５８ｃ参照）。このように、
通路の有効断面積が大きくなると、ピストン３８が変位
してシリンダ室３６の容積が減少するが、シリンダ室３
６内の圧力Ｐも低下する（図３中、領域５８ｃ参照）。
なお、この圧力Ｐにより緩衝作用が継続し、ピストン３
８の変位速度Ｖは減少を続ける。

【００１８】ピストン３８の矢印Ａ方向のさらなる変位
作用下にオリフィス５４ａ〜５４ｃがクッション室４２
に連通すると、シリンダ室３６にはオリフィス５４ｄだ
けが連通する。このため、シリンダ室３６から空気が排
出される通路の有効断面積は小さくなり（図４中、領域
５８ｄ参照）、ピストン３８の変位によりシリンダ室３
６の容積が減少すると、シリンダ室３６の圧力Ｐが上昇
する（図３中、領域５８ｄ参照）。しかしながら、ピス
トン３８の変位速度Ｖは十分に減少しているため、圧力
Ｐの上昇は小さいものとなる。その後、シリンダ室３６
内の空気が排出されて圧力Ｐは減少する。

【００１９】そして、ピストン３８は、図２Ｃに示すよ
うに、変位速度Ｖが充分に減少した状態でシリンダ室３
６の端部に当接するに至る。

【００２０】以上のように、ピストン３８が終端に接近
するまでは、シリンダ室３６から空気が排出されないた
め、緩衝効率が向上してピストン３８の運動エネルギー
が効率よく吸収される。また、ピストン３８が終端に接
近すると、シリンダ室３６からクッション室４２を介し
て空気が排出される。このため、シリンダ室３６の圧力
Ｐが必要以上に上昇することがなく、ピストン３８がそ
の駆動方向と反対方向に変位してしまうことが阻止され
る。ピストン３８がさらに終端に接近すると、シリンダ
室３６から空気が排出される連通路の面積が減少する
が、この時点ではピストン３８の変位速度Ｖが十分に減
少しており、圧力Ｐが必要以上に大きくなることがな
い。

【００２１】次に、ピストン３８にかかる負荷を変化さ
せたときのシリンダ室３６の圧力Ｐの変化について、従
来技術にかかるクッション機構１２と本実施の形態に係
るクッション機構３２とを比較した実験結果について説
明する。

【００２２】図５は、従来技術にかかるクッション機構
１２について、ピストン２４の変位量Ｘに対するシリン
ダ室１６の圧力Ｐのグラフであり、グラフ６４ａ、６４
ｂ、６４ｃの順にピストン２４にかかる負荷を大きくし
たものである。図５からわかるように、負荷が大きくな
ると、圧力Ｐのピークが大きくなる。

【００２３】一方、図６は、本実施の形態に係るクッシ
ョン機構３２について、ピストン３８の変位量Ｘに対す
るシリンダ室３６の圧力Ｐのグラフであり、グラフ６６
ａ、６６ｂ、６６ｃの順にピストン３８にかかる負荷を
大きくしたものである。図６からわかるように、ピスト
ン３８の変位量Ｘが小さいうちに圧力Ｐが上昇し、この
ときの緩衝効率が従来技術より大きいことがわかる。ま
た、負荷が大きくなると、ピストン３８が終端近傍に変
位したときに発生する圧力Ｐのピークが大きくなるが、
このピークの値は従来技術にかかるクッション機構１２
における圧力Ｐのピークより小さくて済む。

【００２４】従って、本実施の形態に係るクッション機
構３２では、ピストン３８にかかる負荷に対する適応範
囲が広いことが諒解される。

【００２５】次いで、ピストン３８の突入速度を変化さ
せたときのシリンダ室３６の圧力Ｐの変化について、従
来技術にかかるクッション機構１２と本実施の形態に係
るクッション機構３２とを比較した実験結果について説
明する。

【００２６】図７は、従来技術にかかるクッション機構
１２について、ピストン２４の変位量Ｘに対するシリン
ダ室１６の圧力Ｐのグラフであり、グラフ６８ａ、６８
ｂ、６８ｃの順にピストン２４の突入速度が大きくな
る。図７からわかるように、ピストン２４の突入速度が
大きくなると、圧力Ｐのピークが大きくなる。

【００２７】一方、図８は、本実施の形態に係るクッシ
ョン機構３２について、ピストン３８の変位量Ｘに対す
るシリンダ室３６の圧力Ｐのグラフであり、グラフ７０
ａ、７０ｂ、７０ｃの順にピストン３８の突入速度を大
きくしたものである。図８からわかるように、ピストン
３８の変位量Ｘが小さいうちに圧力Ｐが上昇し、このと
きの緩衝効率が従来技術より大きいことがわかる。ま
た、突入速度が大きくなると、ピストン３８が終端近傍
に変位したときに発生する圧力Ｐのピークが大きくなる
が、このピークの値は従来技術にかかるクッション機構
１２における圧力Ｐのピークより小さくて済む。

【００２８】従って、本実施の形態に係るクッション機
構３２では、ピストン３８の突入速度に対する適応範囲
が広いことが諒解される。

【００２９】

【発明の効果】本発明に係るシリンダのクッション機構
によれば、以下のような効果ならびに利点が得られる。

【００３０】ピストンが変位して変位範囲の終端に接近
するまでは、シリンダ室から流体が排出されないため、
緩衝効率が向上してピストンの運動エネルギーを効率よ
く吸収することができる。また、ピストンが変位範囲の
終端に接近すると、シリンダ室から連通路を介して流体
が排出される。このため、シリンダ室の圧力が必要以上
に上昇することが阻止され、また、ピストンが停止する
際においてピストンが反発されることもない。

【００３１】さらに、ピストンにかかる負荷に対する適
用範囲、ピストンの突入速度に対する適用範囲が広いと
いう効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るシリンダのクッショ
ン機構を示す概略縦断面図である。

【図２】図１に示すクッション機構の動作を説明する一
部拡大断面図であり、図２Ａは、複数のオリフィスがシ
リンダ室に連通している状態を示す図であり、図２Ｂ
は、一つのオリフィスがクッション室に連通している状
態を示す図であり、図２Ｃは、ピストンがシリンダ室の
端部まで変位した状態を示す図である。

【図３】図１に示すクッション機構のピストンの変位量
に対するシリンダ室の圧力とピストンの変位速度を示す
グラフである。

【図４】図１に示すクッション機構のピストンの変位量
に対する通路の有効断面積の変化を示すグラフである。

【図５】従来技術にかかるクッション機構について、ピ
ストンにかかる負荷を変化させたときのピストンの変位
量に対するシリンダ室の圧力の変化を示すグラフであ
る。

【図６】本発明の実施の形態にかかるクッション機構に
ついて、ピストンにかかる負荷を変化させたときのピス
トンの変位量に対するシリンダ室の圧力の変化を示すグ
ラフである。

【図７】従来技術にかかるクッション機構について、ピ
ストンの突入速度を変化させたときのピストンの変位量
に対するシリンダ室の圧力の変化を示すグラフである。

【図８】本発明の実施の形態にかかるクッション機構に
ついて、ピストンの突入速度を変化させたときのピスト
ンの変位量に対するシリンダ室の圧力の変化を示すグラ
フである。

【図９】従来技術にかかるシリンダのクッション機構を
示す概略縦断面図である。

【図１０】図９に示すクッション機構のピストンの変位
量に対するシリンダ室の圧力とピストンの変位速度を示
すグラフである。

【符号の説明】

３０…シリンダ ３２…クッション機
構 ３６…シリンダ室 ３８…ピストン ４０…ロッド ４２…クッション室 ４４…導出路 ４８…パッキン部材 ５０…筒状部材 ５２…溝部 ５４ａ〜５４ｄ…オリフィス

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリンダ本体に設けられたピストンの変位
   に対して緩衝作用を営むクッション機構において、 前記ピストンに連接されるロッド側のシリンダ室端部に
   設けられ、通路を介して前記シリンダ本体の外部に連通
   するクッション室と、 前記シリンダ室と前記クッション室とを隔離する隔壁
   と、 前記ロッドの外周部に設けられ、前記ピストンの変位方
   向に配列されて相互に連通する複数の連通路と、 を備え、前記連通路を介して、前記シリンダ室から前記
   クッション室に流体を導出することを特徴とするシリン
   ダのクッション機構。
2. 【請求項２】請求項１記載の機構において、 前記連通路は、前記ロッドの外周部に形成される溝部
   と、前記ロッドの外周部に設けられ、前記ピストンの変
   位方向に配列される複数の孔部を有する筒状部材とから
   構成され、前記溝部を介して前記複数の前記孔部が相互
   に連通されることを特徴とするシリンダのクッション機
   構。