JP2006038036A

JP2006038036A - 油圧シリンダの緩衝装置

Info

Publication number: JP2006038036A
Application number: JP2004216062A
Authority: JP
Inventors: Teiji Sugano; 悌二菅野
Original assignee: Furukawa Co Ltd
Current assignee: Furukawa Co Ltd
Priority date: 2004-07-23
Filing date: 2004-07-23
Publication date: 2006-02-09

Abstract

【課題】油路がロッドに形成されている油圧シリンダに適用可能であり、油圧シリンダの軽量化、小型化を可能とし、安価に製造可能な油圧シリンダの緩衝装置の提供。
【解決手段】油圧シリンダのピストン１８にボディ３０を装着し、ボディ３０内に中空のスプール３４を摺動可能に嵌装し、スプリング３６によってスプール３４を付勢してスプール３４の先端がボディ３０から伸張側油室２０内に突出可能とし、スプール３４の中間部に油穴４６を形成し、先端がボディ３０から突出した状態のスプール３４の油穴４６と対向するボディ３０の位置に油穴４０を形成し、ボディ３０の奥側部分に複数の絞り用油穴４２を形成し、油圧シリンダが縮小し、スプール３４がシリンダエンドに当接してボディ３０内に没入すると、油穴４０及び絞り用油穴４２が順次閉じて、伸張側油室２０から油路２４に流れる圧油の流量が絞られる構成とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、縮小ストロークエンドにおいて、油圧シリンダの縮小速度を減速して緩やかに油圧シリンダを停止する油圧シリンダの緩衝装置に関する。

各種作業機械には伸長縮小作動する油圧シリンダが使われている。かかる作業機械の油圧シリンダが縮小する際、ピストンがシリンダエンドに達して急激に停止すると、大きな衝撃や停止音を生じる。この問題に対応するため、油圧シリンダに緩衝装置を設け、縮小ストロークエンドにおいて、油圧シリンダの縮小速度を減速して緩やかに油圧シリンダを停止することが行われている。

油圧シリンダの緩衝装置の一例を図４及び図５に示す（特許文献１を参照）。油圧シリンダ１０１は、チューブ１１０と、ロッド１１６を有するピストン１１８とを備える。チューブ１１０とピストン１１８との間の主油室１２０に圧油が供給されて、油圧シリンダ１０１が伸長し、主油室１２０から圧油が排出されて、油圧シリンダ１０１が縮小する構成となっている。

チューブ１１０のシリンダエンド１１２側には、チューブ１１０内部に向かって開口する第１油室１５０と、第１油室１５０よりも小径の摺動部１５４と、摺動部１５４よりも大径の第２油室１５２とが連続して設けられ、摺動部１５４にスプール１３４が摺動自在に嵌合されている。スプール１３４の中心部には、チューブ１１０内部に向かって開口する縦穴１６０と、第２油室１５２に向かって開口する油道１５６とが連続して設けられ、縦穴１６０には、摺動自在に嵌合する弁子１５８が設けられている。弁子１５８には、チューブ１１０内部と油道１５６とを連通する中心穴１６２と、中心より少し離間する周囲穴１６４とが配設されている。また、スプール１３４には、スプール１３４の中立状態で第１油室１５０と油道１５６とを連通する絞り穴１６６が設けられ、第２油室１５２には、外部と連通する油出入口１６８が設けられ、第２油室１５２内に設けられたスプリング１３６がスプール１３４をチューブ１１０内に向かって付勢するように構成されている。

主油室１２０から圧油が排出されて油圧シリンダ１０１が縮小すると、主油室１２０から排出される圧油の流れによって弁子１５８がスプール１３４の油道１５６を塞ぎ、第２油室１５２に流れる圧油の流量が絞られる。ピストン１１８がシリンダエンド１１２側に近づき、スプール１３４がピストン１１８に当接して摺動部１５４に押し込まれると、絞り穴１６６が摺動部１５４によって塞がれ、第２油室１５２に流れる圧油の流量が更に絞られる。第２油室１５２に流れる圧油の流量が絞られて、油圧シリンダ１０１の縮小速度が減速し、大きな衝撃や停止音の発生が防止される。

油圧シリンダに緩衝装置の他の一例を図６及び図７に示す（特許文献２を参照）。油圧シリンダ２０１は、チューブ２１０と、ロッド２１６を有するピストン２１８とを有する。チューブ２１０のシリンダエンド２１２とピストン２１８との間の油室２２０に圧油が供給されて、油圧シリンダ２０１が伸長し、油室２２０から圧油が排出されて、油圧シリンダ２０１が縮小する構成となっている。ロッド２１６内部には、圧油を油室２２０に供給し排出するパイプ２２４が配設されている。ピストン２１８のシリンダエンド２１２側端に円筒状のボディ２３０が取り付けられている。ボディ２３０は、中空のスプール２３４を収納しており、中立状態で、スプール２３４がスプリング２３６によって付勢され、ピストン２１８のシリンダエンド２１２側端からスプール２３４の先端が突出している。スプール２３４は途中に穴２３８が形成されており、スプール２３４内には逆止弁２５０としてスチールボールが封入されている。

油圧シリンダ２０１が縮小する際、スプール２３４の先端がシリンダエンド２１２に当接するまでの間は、圧油が油室２２０からスプール２３４内に流れ、スプール２３４の途中に形成された穴２３８からスプール２３４とボディ２３０との間の間隙を流れてパイプ２２４に排出される。縮小ストロークエンド付近で、スプール２３４の先端がシリンダエンド２１２に当接し、スプール２３４がボディ２３０内に挿入され、スプール２３４の逆止弁２５０が働くと同時にスプール２３４がボディ２３０に嵌合し、スプール２３４とボディ２３０との間に僅かな間隙が形成される。この形成された僅かな間隙を圧油が流れ、パイプ２２４に排出される圧油の流量が絞られるとともに、逆止弁２５０が働いて流量の絞り効果が高まる。この結果、油圧シリンダ２０１の縮小速度が減速し、大きな衝撃や停止音の発生が防止される。
実開昭５８−１７３８０６号公報実開昭６２−９３４０６号公報

しかしながら、上述の油圧シリンダ１０１が備える緩衝装置にあっては、以下の問題がある。
油圧シリンダ１０１を組み立てる際、スプール１３４をシリンダエンド１１２に組み込み、スプール１３４を摺動部１５４に摺動自在に嵌合させなければならない。摺動部１５４にスプール１３４の組み込みを可能とするためには、シリンダエンド１１２をチューブ１１０から分割可能に構成しなければならない。したがって、シリンダエンド１１２におけるチューブ１１０の形状や構成が複雑化するとともに、シリンダエンド１１２を薄くすることが困難である。

また、シリンダエンド１１２に組み込まれたスプール１３４において、第２油室１５２に流れる圧油の流量が変化し、油圧シリンダ１０１の緩衝効果が生じている。すなわち、シリンダエンド１１２に圧油の油路を形成して圧油の流量を変化させねばならない。したがって、圧油の油路がロッド１１６内に形成されている例えば油圧シリンダ２０１の様な場合には、かかる緩衝装置を適用できない。

上述の油圧シリンダ２０１が備える緩衝装置にあっては、以下の問題が存在する。
スプール２３４がボディ２３０に嵌合し、スプール２３４とボディ２３０との間に僅かな間隙を形成し、この僅かな間隙に圧油を流すことによって圧油の流量を絞っているので、製品間で緩衝効果の程度にばらつきを生じやすい。
また、スプール２３４内の逆止弁２５０が圧油の流量の絞り効果を高めているが、スプール２３４内に逆止弁２５０としてスチールボールを封入する必要があり、スプール２３４の形状が複雑化し、スプール２３４の製造が煩雑化するとともに製造コストが高くなる。
本発明は、上記問題を解決するものであり、その目的とするところは、油路がロッドに形成されている油圧シリンダに適用可能であり、油圧シリンダの軽量化、小型化を可能とし、安価に製造可能な油圧シリンダの緩衝装置を提供することである。

本発明は、その課題を解決するために以下のような構成をとる。請求項１の発明に係る油圧シリンダ緩衝装置は、伸張側油室に連通する油路がロッド及びピストンを貫通して形成された油圧シリンダにおいて、油路のピストン先端側に装着されたボディと、ボディ内に摺動可能に嵌装され、スプリングによって付勢されて先端が伸張側油室内に突出する中空のスプールと、を備え、スプールが、スプールの中間部に第１の油穴を有し、ボディが、スプールの先端が伸張側油室内に突出する状態で第１の油穴と対向する位置に、第２の油穴を有し、スプールの先端が伸張側油室内に突出する状態で、第１の油穴と第２の油穴が対向し、第１の油穴、第２の油穴及び絞り用油穴によって、伸張側油室が油路に連通し、油圧シリンダが縮小し、スプールの先端がシリンダエンドに当接して、スプールがボディ内に没入するに伴って、第１の油穴と第２の油穴の位置がずれて第２の油穴が閉じ、第２の油穴が閉じるに従って、伸張側油室から油路に流れる圧油の流量が絞られる。

請求項１の発明によれば、油圧シリンダが縮小する際、シリンダエンドにスプールの先端が当接するまでの間は、スプールの先端がボディから突出しており、ピストンの先端側とシリンダエンドとの間に形成される伸張側油室から、圧油がスプールの先端を通ってスプール内に流れる。スプール内に流れた圧油が第１の油穴と第２の油穴を通って排出される。

縮小ストロークエンド付近でシリンダエンドにスプールの先端が当接すると、スプールがボディ内に押し込まれて、第２の油穴がスプール壁によって絞るように閉じられ、第１の油穴と第２の油穴を通って排出される圧油の流量が次第に絞られる。スプールがボディ内に押し込まれるにつれて、第２の油穴の開口面積が次第に小さくなり、第２の油穴が完全に閉じる。
油室から排出される圧油の流量が次第に絞られると、油圧シリンダの縮小速度が次第に減速し、縮小ストロークエンドにおいて、ロッド先端のピストンが急激に停止することが防止される。

請求項２の発明に係る油圧シリンダ緩衝装置は、請求項１記載の油圧シリンダの緩衝装置であって、ボディが第２の油穴より奥側部分に絞り用油穴を有し、この絞り用油穴はスプールの摺動方向に所定間隔で複数個並設されており、スプールがボディ内に没入するに伴って、第２の油穴が閉じ、第２の油穴が閉じた後に絞り用油穴が順次閉じ、伸張側油室から油路に流れる圧油の流量が絞られる。

請求項２の発明によれば、圧油が伸張側油室からスプール内に流れ、スプール内に流れた圧油の一部が第１の油穴と第２の油穴を通って排出され、スプール内に流れた圧油の残りがスプールの後端と絞り用油穴を通って排出される。縮小ストロークエンド付近でシリンダエンドにスプールの先端が当接し、スプールがボディ内に押し込まれるにつれて、スプールによって第２の油穴が徐々に閉じ、第２の油穴が完全に閉じた後、スプールが複数の絞り用油穴をシリンダエンド側から順番に塞ぐ。第２の油穴が完全に閉じた後に絞り用油穴が順番に塞がれていくので、第２の油穴によって絞られた圧油の流量がさらに絞られることとなり、油圧シリンダの縮小速度が次第に減速する。

本発明は、上記のような油圧シリンダの緩衝装置であるので、油路がロッドに形成されている油圧シリンダに適用可能であり、油圧シリンダの軽量化、小型化を可能とし、安価に製造可能である。

本発明を実施するための最良の形態を図１から図４を参照しつつ説明する。図１は本発明に係る油圧シリンダの緩衝装置を備える油圧シリンダの断面図、図２は本発明に係る油圧シリンダの緩衝装置の構成図、図３は本発明に係る油圧シリンダの緩衝装置の作動説明図である。
図１に示す油圧シリンダ１は、チューブ１０とピストン１８とを備える。チューブ１０の先端と後端はそれぞれシリンダエンド１２とカバー１４によって塞がれている。ロッド１６がカバー１４を貫通してチューブ１０内に挿入されており、チューブ１０内でロッド１６の先端がピストン１８に取り付けられている。ピストン１８とシリンダエンド１２との間に挟まれたチューブ１０内の空間が伸張側油室２０を形成し、ピストン１８の後端側とカバー１４に挟まれたロッド１６の周囲の空間が縮小側油室２２を形成している。

ロッド１６は二重管構造を有し、二重管の内側部分が油路２４をなし、二重管の外側部分が油路２６をなしている。油路２４の先端側は後述のボディ３０及びスプール３４を介して伸張側油室２０に連通し、油路２４の後端は外部の制御弁（図示せず）に連通している。油路２６の先端側はロッド１６の外周筒に形成された油穴３８を介して縮小側油室２２に連通し、油路２６の後端は外部の制御弁に連通している。

図２に示すように、中空筒状のボディ３０がピストン１８に取り付けられている。ボディ３０の先端側がプラグ３２によってピストン１８に固定され、ボディ３０の中間から後端側の部分が油路２４内に突出している。ボディ３０の円筒先端が伸張側油室２０に開口し、ボディ３０の円筒後端が塞がれている。

ボディ３０内に中空筒状のスプール３４が軸方向に摺動可能に挿入されており、スプール３４の先端が伸張側油室２０に開口し、スプール３４の後端がボディ３０内で開口している。スプール３４の全長は、ピストン１８のシリンダエンド１２側の面からボディ３０の最奥部までの距離に対応した長さである。ボディ３０の最奥部にはスプリング３６が装着されており、スプリング３６がスプール３４の後端側を伸張側油室２０に向かって付勢している。スプール３４の先端がシリンダエンド１２に当接していないときは、スプリング３６の付勢によって、スプール３４の先端がピストン１８から伸張側油室２０内に突出した状態となっている。以下の説明で、スプール３４の先端がシリンダエンド１２に当接せず、スプール３４の先端がピストン１８から伸張側油室２０内に突出した状態を中立状態という。なお、スプール３４の先端側にはプラグ３２と当接可能に段部が形成されており、段部がプラグ３２に当接することにより、中立状態にあるスプール３４がボディ３０から抜け落ちることを防止可能に構成されている。

ボディ３０には油穴４０と複数の絞り用油穴４２が形成されており、油穴４０はボディ３０の中間部分に位置し、絞り用油穴４２は油穴４０よりもボディ３０の奥側部分にスプール３４の摺動方向に所定間隔で並設されている。スプール３４には油穴４４、４６が形成されており、油穴４４はスプール３４の先端側部分に位置し、油穴４６はスプール３４の中間部分に位置している。スプール３４が中立状態にあるとき、ボディ３０の油穴４０とスプール３４の油穴４６は互いに対向し合う位置にあり、ボディ３０の複数の絞り用油穴４２はスプール３４の後端よりもボディ３０の奥側に位置している。

次に、伸長した状態にあった油圧シリンダ１が縮小する場合について説明する。最初、ピストン１８がチューブ１０内の後端側に位置しており、スプール３４が中立状態にある。外部の制御弁から供給された圧油はロッド１６の油路２６を介して縮小側油室２２に入り、油圧シリンダ１は縮小する。
油圧シリンダ１が縮小するにつれて、伸張側油室２０内の圧油がスプール３４先端の開口と油穴４４からスプール３４内に流れる。スプール３４内に流れた圧油の一部は、スプール３４の油穴４６とボディ３０の油穴４０を通ってロッド１６の油路２４に流れる。スプール３４内に流れた圧油の残りは、スプール３４後端の開口からボディ３０の奥部に流れ、ボディ３０の複数の絞り用油穴４２を通って油路２４に流れる。油路２４に流れた圧油は外部の制御弁に流れる。

油圧シリンダ１が縮小を続け、縮小ストロークエンド付近で、スプール３４先端がシリンダエンド１２に当接し、スプール３４先端の開口がシリンダエンド１２によって塞がれるとともに、スプール３４がボディ３０内に押し込まれる（図３（ｉ）を参照）。スプール３４がボディ３０内に押し込まれると、スプール３４の油穴４６の位置とボディ３０の油穴４０の位置とがずれ、油穴４６がボディ３０によって次第に塞がれる。

伸張側油室２０の圧油はスプール３４の油穴４４からのみスプール３４内に流れるので、スプール３４内に流れる圧油の流量は絞られる。また、スプール３４に流れた圧油はスプール３４後端の開口からボディ３０の奥部に流れ、ボディ３０の複数の絞り用油穴４２のみを通って油路２４に流れるので、油路２４に流れる圧油の流量は絞られる。したがって、伸張側油室２０から油路２４に流れる圧油の流量は絞られ、油圧シリンダ１の縮小速度が減速する。

油圧シリンダ１が縮小を続けると、スプール３４が更に深くボディ３０内に押し込まれ、スプール３４の後端がボディ３０の絞り用油穴４２に達する（図３（ｉｉ）を参照）。スプール３４がボディ３０内に押し込まれるにつれて、複数の絞り用油穴４２がシリンダエンド１２側から順番にスプール３４の後端側部分によって塞がれていく。スプール３４によって塞がれる絞り用油穴４２の数が増加するにつれて、絞り用油穴４２を通ってボディ３０の奥部から油路２４に流れる圧油の流量が絞られていく。したがって、スプール３４がボディ３０内に押し込まれるにつれて、伸張側油室２０から油路２４に流れる圧油の流量が引き続き絞られ、油圧シリンダ１の縮小速度も引き続き減速する。

油圧シリンダ１が縮小を続け、ピストン１８がシリンダエンド１２に当接する直前で、スプール３４が殆どボディ３０内に押し込まれた状態となる（図３（ｉｉｉ）を参照）。スプール３４の油穴４４は殆どプラグ３２によって塞がれ、絞り用油穴４２も殆どスプール３４によって塞がれた状態となる。このため、伸張側油室２０からスプール３４を通って油路２４に流れる圧油の流量が零に近づき、油圧シリンダ１の縮小速度も零に近づく。したがって、縮小ストロークエンド直前において油圧シリンダ１の縮小速度が殆ど零となっており、縮小ストロークエンドにおいて、大きな衝撃や停止音が発生することはない。

本発明に係る油圧シリンダの緩衝装置を備える油圧シリンダの断面図である。本発明に係る油圧シリンダの緩衝装置の構成図である。本発明に係る油圧シリンダの緩衝装置の作動説明図である。従来の油圧シリンダの緩衝装置を備える油圧シリンダの断面図である。従来の油圧シリンダの緩衝装置の構成図である。従来の他の油圧シリンダの緩衝装置を備える油圧シリンダの断面図である。従来の他の油圧シリンダの緩衝装置の構成図である。

符号の説明

１油圧シリンダ
１０チューブ
１２シリンダエンド
１４カバー
１６ロッド
１８ピストン
２０伸張側油室
２２縮小側油室
２４、２６油路
３０ボディ
３２プラグ
３４スプール
３６スプリング
３８、４０、４４、４６油穴
４２絞り用油穴

Claims

伸張側油室に連通する油路がロッド及びピストンを貫通して形成された油圧シリンダにおいて、
油路のピストン先端側に装着されたボディと、ボディ内に摺動可能に嵌装され、スプリングによって付勢されて先端が伸張側油室内に突出する中空のスプールと、を備え、
スプールが、スプールの中間部に第１の油穴を有し、
ボディが、スプールの先端が伸張側油室内に突出する状態で第１の油穴と対向する位置に、第２の油穴を有し、
スプールの先端が伸張側油室内に突出する状態で、第１の油穴と第２の油穴が対向し、第１の油穴、第２の油穴及び絞り用油穴によって、伸張側油室が油路に連通し、
油圧シリンダが縮小し、スプールの先端がシリンダエンドに当接して、スプールがボディ内に没入するに伴って、第１の油穴と第２の油穴の位置がずれて第２の油穴が閉じ、第２の油穴が閉じるに従って、伸張側油室から油路に流れる圧油の流量が絞られることを特徴とする油圧シリンダの緩衝装置。
ボディが第２の油穴より奥側部分に絞り用油穴を有し、この絞り用油穴はスプールの摺動方向に所定間隔で複数個並設されており、
スプールがボディ内に没入するに伴って、第２の油穴が閉じ、第２の油穴が閉じた後に絞り用油穴が順次閉じ、伸張側油室から油路に流れる圧油の流量が絞られることを特徴とする請求項１記載の油圧シリンダの緩衝装置。