JP2005337506A - スナッビング弁を備える油圧シリンダ - Google Patents

Abstract

【課題】 スナッビング弁を備える油圧シリンダを提供する。
【解決手段】 油圧シリンダは、第１端部と第２端部とを有する管を備えている。この油圧シリンダはまた、管内に移動自在に配置され管の第１および第２端部の間を移動するように構成されたピストンアセンブリを備えている。この油圧シリンダはさらに、ピストンアセンブリに連結され軸方向ボアを有するバルブプランジャを備えている。この油圧シリンダはさらに、管の第１端部を閉塞するように管に連結されたキャップアセンブリを備えている。このキャップは流体通路を備えており、バルブプランジャは、ピストンアセンブリが管の第１端部に接近するにつれて流体通路を通る流体の流れを累進的に制限するように構成されている。
【選択図】 図３

Description

本明細書は油圧シリンダに関し、より詳細には、スナッビング弁を備える油圧シリンダに関する。

例えばブルドーザ、ローダ、掘削機、モータグレーダやその他の重機などの作業機械は、多様な課題を達成するためリンク機構を用いている。これらのリンク機構は油圧シリンダを備えていることが多い。油圧シリンダ内のピストンが油圧シリンダの末端構造に衝突する場合、油圧シリンダの動作に問題が生じることがある。そのような衝突は作業動作の妨げになり、望ましくない騒音を発生させ、リンク機構のシリンダや他の構成部材に損傷を与える場合がある。このような問題を防止するため、様々なセンサおよび電気油圧式装置を用いてシリンダ内のピストン行程の末端が保護される。これらの保護装置には、電子作動油圧弁と連通するシリンダ位置センサを備えることもできる。

例えば、２００３年１月２１日にブルゴーら（Ｂｌｕｇａｕｇｈ ｅｔ ａｌ．）に発行された（特許文献１）には埋込式位置決めセンサを備える流体シリンダが記載されている。この流体シリンダは、内部空洞を有するシリンダ本体と、内部空洞内に配置されたピストンおよびロッドアセンブリと、内部空洞を封鎖するエンドキャップとを備えている。エンドキャップ内には、ピストンまたはロッドの所定位置からの距離を検知してこの距離を表わす信号を出力するためのセンサが配置されている。この距離情報を用いて、流体シリンダの位置および速度の双方を制御する電子作動油圧弁を操作することができる。

（特許文献１）の流体シリンダ装置は電子作動油圧弁を制御するための位置および速度情報を与えてシリンダ対ピストンの衝突を防ぐことができるが、電子作動油圧弁を含む装置の構成部材が不調の場合、シリンダ対ピストンの衝突を防げないことがある。さらに、（特許文献１）の位置決めセンサは、電子作動油圧弁を用いていない液圧システムにおいてピストン対シリンダの衝突を回避する助けとならないことがある。

米国特許第６，５０９，７３３号明細書

この開示された油圧シリンダは上記問題のうち１つ以上を克服することを目的としている。

ある形態では、本明細書は油圧シリンダを対象としている。この油圧シリンダは、第１端部と第２端部とを有する管を備えている。この油圧シリンダはまた、管内に移動自在に配置され管の第１端部と第２端部との間を移動するように構成されたピストンアセンブリを備えている。この油圧シリンダはさらに、ピストンアセンブリに連結され軸方向ボアを有するバルブプランジャを備えている。この油圧シリンダはさらに、管の第１端部を閉塞するように管の第１端部に連結されたキャップアセンブリを備えている。このキャップアセンブリは流体通路を備えており、バルブプランジャは、ピストンアセンブリが管の第１端部に接近するにつれて流体通路を通る流体の流れを累進的に制限するように構成されている。

別の形態では、本明細書は油圧シリンダの動作方法を対象としている。この方法は、管内のピストンアセンブリを第１位置と第２位置との間で移動させるステップを含む。またこの方法は、ピストンアセンブリが第１位置に接近するにつれて、管に連結されたキャップアセンブリ内の流体通路を通る流体の流れをバルブプランジャにより累進的に制限するステップを含む。バルブプランジャはピストンアセンブリに連結されるとともに軸方向ボアを備えている。

図１は例示的な作業機械１０を示すものである。作業機械１０は、鉱山、建設、農業などの産業または当該技術において既知のその他の産業に関連するある種の作業を行なう固定式または可動式の機械であってもよい。例えば、作業機械１０はブルドーザ、ローダ、バックホウ、掘削機、モータグレーダ、ダンプトラックなどの土工機械やその他の土工機械であってもよい。作業機械１０は、発電機、ポンプ、船舶、航空機やその他の適当な作業機械を含むものでもよい。作業機械１０は、フレーム１２と、少なくとも１つの作業器具１４と、作業器具１４をフレーム１２に連結する少なくとも１つの油圧シリンダ１６とを備えてもよい。

フレーム１２は作業機械１０の動きを支持する構造体を備えてもよい。フレーム１２は、例えば動力源（図示せず）を牽引装置１７に連結する固定ベースフレーム、リンク機構の可動フレーム部材、または当該技術において既知の他のフレームであってもよい。

作業器具１４は、課題の実行において用いられるいかなる装置を備えていてもよい。例えば、作業器具１４はブレード、バケット、ショベル、リッパ、ダンプベッド、推進装置、または当該技術において既知の他の作業実施装置を備えていてもよい。作業器具１４はフレーム１２にダイレクトピボット１３を介して、リンク機構の一部材を形成する油圧シリンダ１６を備えたリンク機構を介して、または他の適切な様態によって連結してもよい。作業器具１４は当該技術において既知の他の様態によりフレーム１２に対して回動、回転、摺動、揺動、または移動するように構成してもよい。

図２に示すように、油圧シリンダ１６は管１８と、管１８内に配置されたピストンアセンブリ２０と、管１８に動作可能に連結されたキャップアセンブリ２２と、ピストンアセンブリ２０に固定して連結されたアイ部材２４とを備えてもよい。アイ部材２４およびキャップアセンブリ２２の一方をフレーム１２に回動自在に連結し、アイ部材２４およびキャップアセンブリ２２の他方を作業器具１４に回動自在に連結してもよい。代わりにアイ部材２４および／またはキャップアセンブリ２２をフレーム１２か作業器具１４のいずれかに固定して連結してもよいものと考えられる。油圧シリンダ１６には加圧された流体を供給してピストンアセンブリ２０を管１８内で変位させ、油圧シリンダ１６の有効長を増大させることができる。また油圧シリンダ１６を流体ドレーンに連結してピストンアセンブリ２０を管１８内で変位させ、油圧シリンダ１６の有効長を縮小させることもできる。油圧シリンダ１６の拡張および収縮は作業器具１４の動きを支援するように作用してもよい。

図３は、円筒形の内部空洞２６を有する油圧シリンダ１６の管１８を示している。管１８は例えば正方形断面、矩形断面、三角形断面または当該技術において既知の他の形状を有する管など円筒形以外の別の形状でもよいものと考えられる。また内部空洞２６も同様に円筒形以外の形状を備えてよいものと考えられる。内部空洞２６は貫通して延びる長手方向軸線２８を有してもよい。

ピストンアセンブリ２０は、管１８と軸方向に位置合わせされ管１８内に配置された第１端部とアイ部材２４に連結された第２端部とを備えてもよい（図２参照）。ピストンアセンブリ２０はピストンアセンブリ２０の第１端部に向かって配置されたピストン３２と、ピストンロッド３４と、バルブプランジャ３８とを備えてもよい。

ピストン３２は雌ねじ４１を備えた軸方向ボア４０を有する円筒状部材であってもよい。ピストン３２は第１油圧面４２と、第１油圧面４２とは反対側の第２油圧面４４とを備えてもよい。第１および第２油圧面４２、４４に対する流体圧力の不均衡により、ピストンアセンブリ２０を管１８内で軸方向に移動させることができる。例えば、第１油圧面４２に対する流体圧力が第２油圧面４４に対する流体圧力より大きいと、ピストンアセンブリ２０が変位して油圧シリンダ１６の有効長が増大することになる。同様に、第２油圧面４４に対する流体圧力が第１油圧面４２に対する流体圧力より大きいと、ピストンアセンブリ２０が管１８内で後退して油圧シリンダ１６の有効長が減少することになる。ピストン３２は第１および第２油圧面４２、４４の間の円筒外面内に配された環状溝４６を備えてもよい。内部空洞２６の壁部とピストン３２の円筒外面の間の流体の流れを制限するため、溝４６内にＯリングなどのシール用部材（図示せず）を配置してもよい。

ピストンロッド３４はピストン３２に脱着自在に連結してもよい。例えば、ピストンロッド３４はピストン３２の雌ねじに係合するように構成された雄ねじを備えてもよい。代わりに、ピストン３２はピストンロッド３４を摺動自在に受容するように構成された貫通穴と、ピストンロッド３４の雄ねじに係合するように構成された雌ねじを有しそれによってピストン３２をピストンロッド３４に固定する１個以上の締付けナットとを備えてもよい。ピストン３２は代わりに例えば溶接などによってピストンロッド３４に固定して連結してよいものと考えられる。さらにピストン３２とピストンロッド３４とは単一の一体部品でもよいものと考えられる。ピストンロッド３４は軸方向ボア４５とカウンタボア４３とを有してもよい。

バルブプランジャ３８は、ピストン３２のカウンタボア４３内に配置されピストンロッド３４に固定して連結された第１端部４７を備えてもよい。例えば、バルブプランジャ３８の第１端部４７はスナップリング４８によってピストンロッド３４に対し固定してもよい。具体的には、スナップリング４８はカウンタボア４３内の溝内に配置し、バルブプランジャ３８のショルダ部を押圧するように構成してもよい。代わりに、バルブプランジャ３８の第１端部４７は、ピストンロッド３４に溶接するか、ピストンロッド３４のカウンタボア４３内の雌ねじに係合するように構成された雄ねじを備えるか、または当該技術において既知の他の様態によりピストンロッド３４に連結してもよい。バルブプランジャ３８とピストンロッド３４とは単一の一体部品でもよいものと考えられる。さらに別の方法としてバルブプランジャ３８をピストンロッド３４でなくピストン３２に連結してもよいと考えられる。バルブプランジャ３８は、第１端部４７から第２端部５０を通って延びピストンロッド３４の軸方向ボア４５と一列に並ぶ軸方向ボア５２を有していてもよい。またバルブプランジャ３８は、第２端部５０に向かって延びる外テーパ部５４を有してもよい。

キャップアセンブリ２２は管１８に脱着自在に連結してもよい。例えば、キャップアセンブリ２２は管１８の雌ねじに係合するように構成された雄ねじ５５を備えてもよい。代わりにキャップアセンブリ２２は管１８の雄ねじに係合するように構成された雌ねじを備えるか、１個以上の締結器を介して管１８に連結するか、または当該技術において既知の他の様態により管１８に連結してもよい。キャップアセンブリ２２は本体５６と、センサ５８と、キャップ部材６０と、コネクタガード６２とを備えてもよい。

本体５６は、フレーム１２か作業器具１４のいずれかと摺動自在および／または回動自在に係合するように構成された１つ以上のブッシュ６４を備えてもよい。１つ以上の流体通路（図示せず）により、ブッシュ６４内で潤滑入口ポート６６と１つ以上の潤滑出口ポート６８とが連結していてもよい。本体の流体通路には入口ポート６６を介して潤滑流体（図示せず）を供給し、油圧シリンダ１６が動作を行なっている間、ブッシュ６４とフレーム１２か作業器具１４いずれかの係合部材（図示せず）との間に潤滑膜が存在するようにしてもよい。本体５６は、センサ５８を受容するように構成された中央ボア７０と、センサ５８のワイヤハーネス部を収容するように構成された通路７２と、流体ポート７４と、バルブプランジャ３８を受容するように構成された通路７６とを備えてもよい。

センサ５８は中央ボア７０内に配置してもよく、また中央ボア７０とセンサ５８との間の流体の流れを制限するため溝７９内に配置されたシール用部材（図示せず）を備えてもよい。センサ５８は、バルブプランジャ３８のボア５２の中へ貫通して、かつピストンロッド３４の軸方向ボア４５の少なくとも一部分の中へ軸方向に延びる圧力管７８を備える磁気ひずみ式センサであってもよい。圧力管７８は、軸方向ボア４５内に取り付けられた環状磁石８０と相互に作用する磁気ひずみ素子または導波管８１を内包してもよい。環状磁石はピストンアセンブリ２０のさまざまな場所に連結することができる。

導波管は、センサ５８に連結され圧力管７８を通って延びる電線を内包してもよい。センサ５８は電流パルスを発生させるように動作可能であってもよく、この電流パルスは電線を通して伝送される。環状磁石８０は圧力管７８の周囲に延在して磁界を発生させてもよく、この磁界は電流パルスと相互に作用して導波管内にねじれパルスを発生させる。このねじれパルスは、周期を有するねじれひずみ波として伝送され、反射されてセンサ５８に戻る。ねじれひずみ波を生じさせる電流パルスが送出される時間と、ねじれひずみ波とを比較して、センサ５８から環状磁石８０までの距離を決定することができる。

キャップ部材６０は、プレート部材８４から延びる１つ以上の突起８２を備えてもよい。突起８２は、プレート部材８４を１個以上の締結器８６により本体５６に連結するとセンサ５８が本体５６内に配置されるように構成してもよい。突起８２は、締結器８６を締める間の圧縮力からセンサ５８を保護するように構成された弾性部材８８によって位置センサ５８から離間させてもよい。

コネクタガード６２は本体５６に連結し、センサ５８のコネクタ８９を衝撃から保護するように構成してもよい。具体的には、コネクタガード６２は外部ケーシング９０と内部空洞９２とを有していてもよく、この内部空洞内にコネクタ８９が配置される。コネクタガード６２は、締結器（図示せず）によって、または接着剤（図示せず）によって、もしくは当該技術において既知の他の様態により本体５６に連結してもよい。

開示された油圧シリンダは、油圧シリンダ内のピストンと油圧シリンダの末端構造との間の機械的衝突防護が重要となるどのような装置でも利用可能としてもよい。特に、開示された油圧シリンダ１６は、油圧シリンダへの、または油圧シリンダからの流体の流れを制御する機械式、油圧式、または電子式に作動するハイドロリックバルブとともに使用してもよい。開示された実施形態では、油圧シリンダ１６はピストンアセンブリ２０およびバルブプランジャ３８とともに、ピストンアセンブリ２０とキャップアセンブリ２２との衝突を機械的に防止し、油圧シリンダ１６内に配置されたセンサ５８がピストン行程の末端を保護する以外の目的で管１８に対するピストンアセンブリ２０の位置を決定できるようにするスナッビング式の弁となる。この油圧シリンダ１６内のスナッビング式の弁は、油圧シリンダ１６内のピストン行程の末端を保護するための主要な手段として用いてもよく、またはセンサ５８を用いた位置に基づく電子制御ハイドロリックバルブ装置に付随するバックアップシステムとして用いてもよい。油圧シリンダ１６の動作について以下に説明する。

第２油圧面４４から流体を排出しながらピストンアセンブリ２０とキャップアセンブリ２２との間の管１８内に流体を導入することにより、ピストンアセンブリ２０をキャップアセンブリ２２から遠ざけて油圧シリンダ１６の有効長を増大させる圧力差をピストン３２の両側に生じさせることができる。加圧された流体をピストン３２の第２油圧面４４に向かわせながらピストンアセンブリ２０とキャップアセンブリ２２との間から流体を排出することにより、ピストンアセンブリ２０を管１８内で後退させ、油圧シリンダ１６の有効長を減少させることもできる。この流体は、流体ポート７４および通路７６を介してピストンアセンブリ２０とキャップアセンブリ２２との間で管１８内への導入および管１８からの排出を行なってもよい。ピストンアセンブリ２０の後退中におけるキャップアセンブリ２２との衝突を防止するため、ピストンアセンブリ２０がキャップアセンブリ２２に近づくにつれて、通路７６を通って管１８から出る流体の流れをバルブプランジャ３８のテーパ部５４によって累進的に制限ないし「緩衝」してもよい。具体的には、ピストンアセンブリ２０がキャップアセンブリ２２に向かって移動する間、バルブプランジャ３８のテーパ部５４が通路７６に進入するにつれて、管１８から出る流体の流れのために利用可能な領域を段階的に減少させてもよい。この利用可能な流れ領域の減少により、キャップアセンブリ２２に対するピストンアセンブリ２０の移動を段階的に減速させ最終的には停止させるピストンアセンブリ２０とキャップアセンブリ２２との間の圧力増大が生じる。このようにして、ピストンアセンブリ２０とキャップアセンブリ２２との間の衝突防止が可能になる。シリンダ１６内のピストンアセンブリ２０の行程を増大させる長さの末端を同様に保護するためアイ部材２４を有する油圧シリンダ１６の末端に向かって、バルブプランジャ３８およびキャップアセンブリ２２に類似の構成（図示せず）を配置してもよいと考えられる。

開示された油圧シリンダに対して様々な修正および変更をなしうることは当業者において明らかであろう。また開示された微粒子トラップに関する明細書および実際を考慮することにより、他の実施形態も当業者において明らかであろう。本明細書および例はあくまでも例示と見なすべきであり、厳密な範囲は以下の特許請求の範囲およびそれらの等価物によって示されるものと解される。

開示された例示的実施形態による作業機械の側面概略図である。 開示された例示的実施形態による油圧シリンダの斜視図である。 図２の油圧シリンダの部分断面概略図である。

符号の説明

１０ 作業機械
１２ フレーム
１３ ピボット
１４ 作業器具
１６ 油圧シリンダ
１７ 牽引装置
１８ 管
２０ ピストンアセンブリ
２２ キャップアセンブリ
２４ アイ部材
２６ 内部空洞（管）
２８ 長手方向軸線（内部空洞）
３２ ピストン
３４ ピストンロッド
３８ バルブプランジャ
４０ 軸方向ボア（ピストン）
４１ ねじ（ピストン）
４２ 第１油圧面
４３ カウンタボア（ピストンロッド）
４４ 第２油圧面
４５ 軸方向ボア（ピストンロッド）
４６ 環状溝（ピストン）
４７ 第１端部（バルブプランジャ）
４８ スナップリング
５０ 第２端部（バルブプランジャ）
５２ 軸方向ボア（バルブプランジャ）
５４ テーパ部（バルブプランジャ）
５５ ねじ（キャップ）
５６ 本体
５８ センサ
６０ キャップ部材
６２ コネクタガード
６４ ブッシュ
６６ 入口ポート（本体）
６８ 潤滑出口ポート（本体）
７０ 中央ボア（本体）
７２ 通路（本体）
７４ 流体ポート（本体）
７６ 通路（本体）
７８ 圧力管
７９ 溝（本体）
８０ 環状磁石
８１ 導波管
８２ 突起（キャップ）
８４ プレート部材（キャップ）
８６ 締結器
８８ 弾性部材
８９ コネクタ
９０ 外部ケーシング（コネクタガード）
９２ 内部空洞（コネクタガード）

Claims (5)

1. 第１端部と第２端部とを有する管と、
   管内に移動自在に配置され第１端部と第２端部との間を移動するように構成されたピストンアセンブリと、
   ピストンアセンブリに連結され軸方向ボアを有するバルブプランジャと、
   管の第１端部を閉塞するように管の第１端部に連結され流体通路を有するキャップアセンブリとを備える油圧シリンダであって、バルブプランジャはピストンアセンブリが管の第１端部に接近するにつれて流体通路を通る流体の流れを累進的に制限するように構成されている、油圧シリンダ。
2. キャップアセンブリが、
   管と軸方向に位置合わせされたキャップボアと、
   キャップボア内に配置された位置センサとをさらに備える、請求項１に記載の油圧シリンダ。
3. 管内のピストンアセンブリを第１位置と第２位置との間で移動させるステップと、
   ピストンアセンブリが第１位置に接近するにつれて、管に連結されたキャップアセンブリ内の流体通路を通る流体の流れをバルブプランジャにより累進的に制限するステップとを含む油圧シリンダの動作方法であって、バルブプランジャはピストンアセンブリに連結されるとともに軸方向ボアを備えている、油圧シリンダの動作方法。
4. キャップアセンブリに対するピストンアセンブリの位置を計測するステップをさらに含む、請求項３に記載の方法。
5. フレームと、
   作業器具と、
   フレームに対して作業器具を移動させるように構成された、請求項１および２のいずれか一項に記載の油圧シリンダとを備える作業機械。
   

Images