JP2007231980A - 流体圧シリンダのクッション装置 - Google Patents

Abstract

【課題】作動流体の温度が高くなるにしたがってクリアランスが小さくなるようにして、作動流体の粘性の変化の一部を自動的に補償し、クッションバルブの調整の頻度を少なくしてもできる限り良好なクッション作用が得られるようにすること。
【解決手段】クッションボス１４の外周面１５を構成する部分に、熱膨張率の比較的大きい材料が用いられており、クッションリング３１の内周面３３を構成する部分に、熱膨張率の比較的小さい材料が用いられており、２つの部分の熱膨張率の相違によって、作動流体の温度が高くなるにしたがってクリアランスが小さくなるように構成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、各種の産業機械類の駆動源として使用される流体圧シリンダのクッション装置に関する。

従来より、流体圧シリンダには、ピストンのストロークエンドにおいてピストンおよび負荷を衝撃なく停止させるために、クッション装置が設けられている。

このクッション装置は、ピストンと一体的に移動するように設けられたクッションボスをシリンダカバーに設けられたクッション穴に嵌入させ、シリンダ室からの流体の流出量を大幅に減少させて、シリンダ室に発生する背圧によってピストンの動きを抑えることによりクッション作用が生じるように構成される（特許文献１）。

特許文献１に記載されたクッション装置では、円環状のクッションリングが、シリンダカバーの穴に移動可能に設けられている。

このような従来のクッション装置では、ピストンの移動にともなって、シリンダ室内の流体は、クッションリングの内側からクッション穴を通りポートから排出される。クッションボスがクッションリングに嵌入した後は、シリンダ室に流体が閉じ込められて圧力が上昇し、ピストンを押し戻そうとする抗力が生まれる。この抗力がクッションとして作用し、ピストンの移動速度を低下させる。閉じこめられた流体は、良好なクッション作用が得られるよう、クッションバルブによってその流量が調整される。
特開２００３−２６９４１６

上に述べたように、従来において、良好なクッション作用が得られるよう、つまりできるだけ少ない衝撃で滑らかにピストンが停止するように、負荷の大きさや種類などに応じてクッションバルブを調整することとなる。

ところが、そのようにクッションバルブを調整した後で、その状態で流体圧シリンダを作動させていると、その作動にともなって作動油の温度が上昇しこれによって作動油の粘性が低下するので、クッション作用の効き方が悪くなる。そのため、流体圧シリンダの使用状態に応じて、クッションバルブの調整をしばしば行う必要があり、その調整が極めて面倒であった。

また、１日のうちの朝、昼、晩では気温が異なり、これによって作動油の粘性も変化するので、クッション作用を良好な状態に維持することが結構難しい。

この課題に対し、クッションリングの内周面にゴム部材をコーティングしたりゴムパッキンを装着したりし、クッションボスの外周面との間を密封状態にすることが一般に行われている。

空気圧のように低圧で作動させる流体圧シリンダではこの方法が効果的であるが、油圧シリンダのように高圧で動作させる場合には、ゴム部材やパッキンなどが高圧によって破損したり摺動面が摩耗するという問題がある。これらのゴム部材の損耗によるクッション作用の低下に対しては、やはり頻繁にクッションバルブを調整する必要があった。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、作動流体の温度が高くなるにしたがってクリアランスが小さくなるようにして、作動流体の粘性の変化の一部を自動的に補償し、クッションバルブの調整の頻度を少なくしてもできる限り良好なクッション作用が得られるようにすることを目的とする。

本発明に係る装置は、ピストンに設けられたクッションボスがシリンダカバーに設けられたクッション穴に嵌入することによって、前記クッションボスの外周面と前記クッション穴の内周面とのクリアランスによって作動流体の流れが絞られてクッション作用を生じるように構成された、流体圧シリンダのクッション装置であって、前記クッションボスの外周面を構成する部分に、熱膨張率の比較的大きい材料が用いられており、前記クッション穴の内周面を構成する部分に、熱膨張率の比較的小さい材料が用いられており、前記２つの部分の熱膨張率の相違によって、前記作動流体の温度が高くなるにしたがって前記クリアランスが小さくなるように構成される。

好ましくは、前記クッション穴は、前記シリンダカバーの穴に移動可能に装着されたクッションリングの内周面によって構成される。

また、前記クッションボスの前記ピストンの端面に近い部分に環状の凹溝が設けられ、前記凹溝に、熱膨張率の比較的大きい材料からなる環状のリング部材が、前記クッションボスの外周面を構成する部分として装着される。

また、前記クッションボスの外周面を構成する部分には、真ちゅう、アルミニウム合金、または鉛のいずれかの材料が用いられ、前記クッション穴の内周面を構成する部分には、炭素鋼、ステンレス鋼、セラミックス、カーボン、またはガラスのいずれかの材料が用いられる。

または、前記クッションボスの外周面を構成する部分には合成樹脂材料が用いられ、前記クッション穴の内周面を構成する部分には金属材料が用いられる。

本発明によると、作動流体の温度が高くなるにしたがってクリアランスが小さくなり、これによって作動流体の粘性の変化の一部が自動的に補償され、クッションバルブの調整の頻度を少なくしてもできる限り良好なクッション作用が得られることとなる。

図１は本発明に係るクッション装置３が設けられた流体圧シリンダ１の一部を示す断面図、図２は図１のクッション装置３を示す断面図、図３はクッション装置３の右側面図、図４は他の実施形態のクッション装置３Ｂを示す断面図、図５は温度変化によるクリアランスＡの変化を説明するための図である。

図１において、流体圧シリンダ１は、シリンダチューブ１１、ピストン１２、ピストン１２に連結されたピストンロッド１３、ヘッドカバー２１、および図示しないロッドカバーなどからなる。ピストン１２はシリンダチューブ１１の内周面を摺動する。ピストンロッド１３はピストン１２と一体に移動する。

図１ないし図３を参照して、ピストンロッド１３の端部は、ピストン１２を貫通して反対側に突出し、その先端部に雄ネジ１３ａが設けられている。雄ネジ１３ａには、円筒状のクッションボス１４の内周面に設けた雌ネジがネジ込まれて固定されている。

ヘッドカバー２１には穴４２が設けられ、穴４２の入り口部分には径大穴部２２が設けられ、外面への開口部にはポートＰＴ１が設けられる。径大穴部２２には、クッションリング３１が軸方向に移動可能に設けられ、止め輪２５を用いて脱落しないように係止されている。

クッションリング３１は、円環状のリングであり、外周部の４カ所において平面でカットされて欠損部が形成された形状である。なお、このようなクッションリング３１の形状については種々の形状を採用することができる。

クッションリング３１は、その右側の端面３１ａが径大穴部２２の奥の壁面に当接した状態では、それらの間が隙間を生じることなく密封されるので、作動油（作動流体）はクッションリング３１の内周面３３の中のみを通って流通する。また、クッションリング３１が止め輪２５に当接した状態では、クッションリング３１の欠損部と止め輪２５の内周面との間に隙間が生じ、この隙間から流体が流通することが可能となる。

クッションリング３１の内周面３３は、クッションボス１４の外周面１５との間に、自由に挿通可能なクリアランスＡが設けられている。クリアランスＡは、できる限り小さい方が効果的なクッション作用を得るためには好ましいが、通常、クリアランスＡは、常温において０．０１ミリメ−トル程度以上、例えば、０．０２ミリメ−トル、または０．０５ミリメ−トル程度に設定される。なお、ここではクリアランスＡを直径で表しているので、半径でのクリアランスはＡ／２となる。

また、クッションボス１４は、先端に向かって円錐状に傾斜が施されている。この傾斜は、クッションリング３１にクッションボス１４を円滑に嵌入させる。また、クッションリング３１にクッションボス１４が嵌入する際の流体の流路面積の急激な減少を緩和することで、シリンダ室４１のサージ圧力の上昇を幾分緩やかなものとし、かつ、サージ圧力の最大値を低く抑える働きもする。

なお、円錐状の傾斜を設けることに代えて、先端に向かって広くなる溝などを設けてもよい。ストロークエンドでより強力なクッション作用を要する場合には、このような傾斜や溝を設けないものとすることができる。

上に述べたように構成された流体圧シリンダ１は、クッションボス１４がクッションリング３１に嵌入することによって、クッションボス１４の外周面１５とクッションリング３１の内周面３３とのクリアランスＡによって作動油の流れが絞られ、これによってクッション作用を生じる。

さて、クッションボス１４の外周面１５を構成する部分、つまりクッションボス１４それ自体に、熱膨張率の比較的大きい材料が用いられている。クッション穴の内周面を構成する部分、つまりクッションリング３１それ自体に、熱膨張率の比較的小さい材料が用いられている。

具体的には、例えば、クッションボス１４には、真ちゅう、アルミニウム合金、または鉛などの材料が用いられ、クッションリング３１には、炭素鋼、ステンレス鋼、セラミックス、またはカーボンなどの材料が用いられる。

また、クッションボス１４に合成樹脂材料を用い、クッションリング３１に、炭素鋼、ステンレス鋼、真ちゅう、またはアルミニウム合金などの金属材料を用いてもよい。合成樹脂として、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＢＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ナイロン、フェノール、その他のエンジニアリングプラスチックなどを用いてもよい。

そうすると、作動油の温度が高くなるにしたがってこれらの部材の温度も上昇するので、その結果、クッションボス１４とクッションリング３１との熱膨張率の相違によってクリアランスＡが小さくなる。つまり、温度の上昇にともなって、クッションボス１４の外周面１５の直径（外径）およびクッションリング３１の内周面３３の直径（内径）のいずれも大きくなるが、クッションボス１４の外周面１５の直径がクッションリング３１の内周面３３の直径よりも一層大きくなるので、その差分だけクリアランスＡが小さくなることになる。

したがって、温度が上昇すると、クリアランスＡの減少によって作動流体の流れがより一層絞られ、これによって作動油の粘性の低下によるクッション作用の低下が補われることとなる。

図５に示すように、温度に応じて、クッションボスの外径およびクッションリングの内径が変化する。外径と内径との差分であるクリアランスＡは、温度が高くなるにつれて小さくなる。例えば、温度ｔ１から温度ｔ２までの間を使用可能な温度範囲とする。このような温度範囲は、例えば、−１０〜７０°Ｃ、−１０〜１００°Ｃ、または５〜１２０°Ｃなどに設定すればよい。

なお、この場合に、例えば温度が最低使用温度である場合のクリアランスＡが、従来におけるクリアランスと同じ程度になるようにすればよい。この場合には、温度が上昇することによってクリアランスＡが従来よりも小さくなることとなる。また、例えば、温度が常温である場合のクリアランスＡが従来におけるクリアランスと同じ程度になるようにしてもよい。

本実施形態のクッション装置３によるクッション作用は次のとおりである。

図１において、図示しない他方のシリンダ室に圧流体が流入することによってピストン１２が右方向に駆動されたときに、シリンダ室４１内の作動油は、クッションリング３１の内側から穴４２を通り、ポートＰＴ１から排出される。ストロークエンドにおいて、クッションボス１４がクッションリング３１に嵌入する際には、クッションリング３１は径大穴部２２の壁面に当接した状態である。この後、穴４２は、クッションボス１４が突入することにより閉塞され、穴４２を経由し流出する流体の量は激減し、流体の大部分がバイパス流路２４を通る。バイパス流路２４はクッションバルブ２３の開度調整により流量が絞られているので、シリンダ室４１内に背圧が発生し、これによってピストン１２を押し戻す方向の力が働き、クッション作用が生じる。

本実施形態のクッション装置３では、上に述べたように、作動油の温度が高くなるにしたがってクリアランスＡが小さくなり、これによって作動油の粘性の変化によるクッション作用の低下分の一部が自動的に補償される。その結果、クッションバルブ２３の調整の頻度を少なくしても良好なクッション作用が得られることとなる。

なお、温度の変化によるクリアランスＡの変化が、作動油の粘性の変化によるクッション作用の低下分を旨く補償するように、クッションボス１４およびクッションリング３１の材料を選定すればよい。

上に述べた例では、本発明のクッション穴は、クッションリング３１の内周面３３によって構成したが、クッションリング３１を用いることなく、ヘッドカバー２１に設ける穴４２の径を適当なものとすることによってクッション穴を形成してもよい。

次に、本発明に係る他の実施形態のクッション装置３Ｂについて説明する。

図４に示すように、クッション装置３Ｂでは、クッションボス１４Ｂのピストン１２の端面に近い部分に環状の凹溝５１が設けられ、凹溝５１に環状のリング部材５２が装着されている。

リング部材５２は、熱膨張率の比較的大きい材料、つまり熱膨張率がクッションリング３１よりも大きい材料からなり、例えば、上に述べたように合成樹脂が用いられ、または、真ちゅう、アルミニウム合金、または鉛などの材料が用いられる。この場合に、クッションボス１４Ｂそれ自体の材料は、どのようなものでもよく、例えばピストン１２やピストンロッド１３と同じ材料でもよい。

リング部材５２の外周面５２ａの外径は、上に延べたクッションボス１４の外径と同じように設定される。クッションボス１４Ｂの外径をリング部材５２の外径よりも僅かに小さくしてもよい。その場合には、クッションリング３１の内周面３３の中に、外周面１５Ｂから外周面５２ａに滑らかに移行するよう、リング部材５２の外周面５２ａの端縁を滑らかに仕上げておけばよい。

このように、第２の実施形態においては、リング部材５２が、本発明におけるクッションボスの外周面を構成する部分に相当する。クッションボス１４Ｂがクッションリング３１に突入すると、最初はクッションボス１４Ｂの外周面１５で緩やかなクッション作用が行われ、ストロークの最後の部分で、リング部材５２の外周面５２ａによって良好なクッション作用が行われることとなる。この場合においても、作動油の温度が高くなるにしたがってクリアランスＡが小さくなり、良好なクッション作用が得られることとなる。

第２の実施形態のクッション装置３Ｂによると、リング部材５２が摩耗したり損傷した場合には、リング部材５２のみを交換すればよく、メンテナンスが容易である。

上に述べた実施形態において、クッションボス１４またはクッションリング３１の一部に、上に述べたような熱膨張率の異なる材料を用いてもよい。ヘッド側のクッション装置について説明したが、ロッド側にも適用することができる。クッションボス１４、クッションリング３１、リング部材５２、クッション装置３，３Ｂ、および流体圧シリンダ１の全体または各部の構造、形状、寸法、個数、材質などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。

本発明に係る流体圧シリンダを示す断面図である。 図１のクッション装置を示す断面図である。 クッション装置の右側面図である。 他の実施形態のクッション装置を示す断面図である。 温度変化によるクリアランスＡの変化を説明するための図である。

符号の説明

１ 流体圧シリンダ
３，３Ｂ クッション装置
１２ ピストン
１４ クッションボス（クッションボスの外周面を構成する部分）
１５ 外周面
２１ ヘッドカバー（シリンダカバー）
３１ クッションリング（クッション穴）
３３ 内周面
５１ 凹溝
５２ リング部材（クッションボスの外周面を構成する部分）
５２ａ 外周面
Ａ クリアランス

Claims (5)

1. ピストンに設けられたクッションボスがシリンダカバーに設けられたクッション穴に嵌入することによって、前記クッションボスの外周面と前記クッション穴の内周面とのクリアランスによって作動流体の流れが絞られてクッション作用を生じるように構成された、流体圧シリンダのクッション装置であって、
   前記クッションボスの外周面を構成する部分に、熱膨張率の比較的大きい材料が用いられており、
   前記クッション穴の内周面を構成する部分に、熱膨張率の比較的小さい材料が用いられており、
   前記２つの部分の熱膨張率の相違によって、前記作動流体の温度が高くなるにしたがって前記クリアランスが小さくなるように構成されている、
   ことを特徴とする流体圧シリンダのクッション装置。
2. 前記クッション穴は、前記シリンダカバーの穴に移動可能に装着されたクッションリングの内周面によって構成されている、
   請求項１記載の流体圧シリンダのクッション装置。
3. 前記クッションボスの前記ピストンの端面に近い部分に環状の凹溝が設けられ、
   前記凹溝に、熱膨張率の比較的大きい材料からなる環状のリング部材が、前記クッションボスの外周面を構成する部分として装着されている、
   請求項１または２記載の流体圧シリンダのクッション装置。
4. 前記クッションボスの外周面を構成する部分には、真ちゅう、アルミニウム合金、または鉛のいずれかの材料が用いられ、
   前記クッション穴の内周面を構成する部分には、炭素鋼、ステンレス鋼、セラミックス、カーボン、またはガラスのいずれかの材料が用いられている、
   請求項１ないし３のいずれかに記載の流体圧シリンダのクッション装置。
5. 前記クッションボスの外周面を構成する部分には合成樹脂材料が用いられ、
   前記クッション穴の内周面を構成する部分には金属材料が用いられている、
   請求項１ないし３のいずれかに記載の流体圧シリンダのクッション装置。