JP2009287714A - 流体圧シリンダ - Google Patents

Abstract

【課題】クッション圧力の高圧化に伴ってシリンダヘッドが大型化することを抑えられる流体圧シリンダを提供する。
【解決手段】ストローク端付近でロッド側油圧室２からロッド側給排口４３へと流出する作動油の流れを絞る絞り流路と、ロッド側油圧室２の作動油を絞り流路を迂回してロッド側給排口４３へと導くバイパス通路７と、ロッド側油圧室２に生じるクッション圧力が所定値以上に上昇するのに伴ってバイパス通路７を開通させるリリーフバルブ７０とを備える油圧シリンダ１であって、バイパス通路７をシリンダチューブ１０とシリンダヘッド４０とに渡って形成する構成とした。
【選択図】図２

Description

本発明は、ストローク端付近でが生じるクッション圧力が異常に高まらないようにリリーフバルブが開弁作動する流体圧シリンダに関するものである。

一般に、油圧ショベル等に設けられる流体圧シリンダにあっては、そのストローク端付近でクッション圧力が生じるように構成され、流体圧シリンダが伸びきって停止する際に生じる衝撃が緩和される。

特許文献１、２にそれぞれ開示された流体圧シリンダは、シリンダチューブの開口端にシリンダヘッドが連結され、このシリンダヘッドにクッション圧力を逃がすバイパス通路が形成されるとともに、このバイパス通路を開閉するリリーフバルブが設けられる。リリーフバルブは、クッション圧力が所定値以上に上昇するのに伴ってバイパス通路を開通させ、クッション圧力が異常に高まらないようにする。

上記のリリーフバルブは、シリンダヘッドに介装されており、同じくシリンダヘッドに形成されるバイパス通路ととともにシリンダチューブの径方向に延びるように配置されている。
特開２００４−１１７８１号公報 実開昭４７−２９０８７号公報

近年、流体圧シリンダにあっては、高圧化、伸縮速度の高速化のために、クッション圧力が従来より高くなり、リリーフバルブ等を大型化する傾向がある。

しかしながら、従来は、バイパス通路とリリーフバルブがシリンダヘッドに内蔵される構造のため、シリンダヘッドの限られたスペースにバイパス通路とリリーフバルブを設けることが難しく、シリンダヘッドの大型化を招くという問題点があった。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、クッション圧力の高圧化に伴ってシリンダヘッドが大型化することを抑えられる流体圧シリンダを提供することを目的とする。

本発明は、外部の作動流体圧源から導かれる作動流体圧によって伸縮作動する流体圧シリンダであって、筒状をしたシリンダチューブと、このシリンダチューブ内に流体圧室を画成するピストンと、このピストンに連結されるピストンロッドと、シリンダチューブの開口端に連結されピストンロッドを摺動可能に挿通させるシリンダヘッドと、このシリンダヘッドに開口し作動流体圧源に連通する給排口と、ストローク端付近で流体圧室から給排口へと流出する作動流体の流れを絞る絞り流路と、流体圧室の作動流体を絞り流路を迂回して給排口へと導くバイパス通路と、流体圧室に生じるクッション圧力が所定値以上に上昇するのに伴ってバイパス通路を開通させるリリーフバルブとを備え、バイパス通路をシリンダチューブとシリンダヘッドとに渡って形成したことを特徴とする。

本発明によると、バイパス通路をシリンダヘッドのみに形成する従来構造に比べて、バイパス通路の配置自由度が高められる。これにより、リリーフバルブをシリンダチューブの中心軸方向に延びるように配置することが可能となり、リリーフバルブがシリンダチューブの径方向に突出してシリンダヘッドが大型化することを抑えられる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１の（ａ）〜（ｄ）は流体圧シリンダとして設けられる油圧シリンダ１を四方から見た図であり、図１の（ｅ）は油圧シリンダ１を上方から見た図であり、図１の（ｆ）は油圧シリンダ１を下方から見た図である。

油圧シリンダ１は、図示しない油圧源から導かれる作動油圧（作動流体圧）によってシリンダチューブ１０に対してピストンロッド３０が中心軸Ｏ方向（図２参照）に移動して伸縮作動するものである。図１は油圧シリンダ１が最も収縮した状態を示している。

油圧シリンダ１は例えば油圧ショベルのブームを駆動するブームシリンダとして用いられる。この場合、シリンダチューブ１０の端部１９が本体に連結され、ピストンロッド３０の端部３９がブームに連結される。

シリンダチューブ１０は有底円筒状をしており、その上部開口端には筒状をしたシリンダヘッド４０が複数のボルト４１を介して締結される。このシリンダヘッド４０にピストンロッド３０が摺動可能に嵌合する。

ピストンロッド３０にはピストン６０（図２参照）が連結される。シリンダチューブ１０内は、このピストン６０によってロッド側油圧室２（図２参照）とエンド側油圧室（図示せず）に画成される。

図１の（ａ）に示すように、シリンダヘッド４０の側面にフランジ面４２が膨出して形成される。このフランジ面４２にはロッド側油圧室２に連通するロッド側給排口４３が開口し、このロッド側給排口４３に油圧源に連通する図示しない油圧配管が接続される。

図１の（ｂ）に示すように、シリンダチューブ１０の下部にはフランジ面１２が形成される。このフランジ面１２にエンド側油圧室に連通するエンド側給排口１３が開口し、このエンド側給排口１３に油圧源に連通する図示しない油圧配管が接続される。

図２は油圧シリンダ１のシリンダヘッド４０まわりの断面図であり、油圧シリンダ１が伸張した状態を示している。

シリンダチューブ１０は、円筒面状のシリンダ内周面１１を有する。このシリンダ内周面１１にピストン６０が摺動可能に嵌合される。シリンダ内周面１１の上部にシリンダヘッド４０が嵌合される。

シリンダチューブ１０は、その開口端部にチューブフランジ部１５が形成され、このチューブフランジ部１５にシリンダヘッド４０が締結される。このチューブフランジ部１５に複数のネジ穴（図示せず）が形成され、このネジ穴に前記した各ボルト４１が螺合することにより、シリンダヘッド４０をチューブフランジ部１５に締結される。

シリンダヘッド４０は、シリンダチューブ１０の中心軸Ｏ方向に延びる円筒面状の外周面４９と、シリンダチューブ１０の中心軸Ｏに対して直交して延びる平面状の接合面５３とを有する。外周面４９がシリンダ内周面１１の上部に嵌合するとともに、接合面５３がチューブフランジ部１５の上面１６に接合することにより、ロッド側油圧室２が密封される。

シリンダチューブ１０の内周には、メインシール５５が介装され、このメインシール５５がピストンロッド３０の外周面３１に摺接することにより、ロッド側油圧室２が密封される。

シリンダチューブ１０の内周端には、ダストシール５７が介装され、このダストシール５７がピストンロッド３０の外周面３１に摺接することにより、ダスト等の侵入が防止される。

シリンダチューブ１０の内周には、軸受５６が介装される。一方、ピストン６０の外周には軸受６１が介装される。軸受５６がピストンロッド３０の外周面３１に摺接するとともに、軸受６１がシリンダ内周面１１に摺接することにより、ピストンロッド３０がシリンダチューブ１０の中心軸Ｏ方向に平行移動するように支持される。

シリンダヘッド４０とピストンロッド３０との間には、ロッド側油圧室２に作動油を給排する給排通路３が設けられる。この給排通路３を画成するために、シリンダヘッド４０は、その内周にヘッド内周面４４とヘッド環状溝４５と前記のロッド側給排口４３とが形成される。

ヘッド内周面４４は、シリンダチューブ１０の中心軸Ｏ方向に延びる円筒面状に形成され、ピストンロッド３０の外周面３１との間に円筒状の間隙４を画成する。この間隙４が給排通路３を構成する。

ヘッド環状溝４５はヘッド内周面４４に対して環状に窪む。図２には示されないが、ロッド側給排口４３はその一端がヘッド環状溝４５に開口し、その他端がシリンダヘッド４０のフランジ面４２に開口している。

図２にてピストンロッド３０が下方に移動する油圧シリンダ１の収縮作動時、油圧源から油圧配管を通って供給される加圧作動油が、ロッド側給排口４３→ヘッド環状溝４５→間隙４を通ってロッド側油圧室２に流入する。

一方、図２にてピストンロッド３０が上方に移動する油圧シリンダ１の伸張作動時、そのストローク中程では、ロッド側油圧室２の作動油が、間隙４→ヘッド環状溝４５→ロッド側給排口４３→油圧配管を通って油圧源へと流出する。

油圧シリンダ１にはそのストローク端付近でピストンロッド３０を減速させるクッション機構６が設けられる。

このクッション機構６は、前記のヘッド内周面４４と、ピストンロッド３０に取り付けられる円筒状のクッションベアリング５とを備える。このクッションベアリング５は、その外径がヘッド内周面４４の内径より小さく形成される。

油圧シリンダ１の伸張作動時に、そのストローク端付近でクッションベアリング５がヘッド内周面４４の内側に入り込み、クッションベアリング５とヘッド内周面４４との間に絞り流路が画成される。この絞り流路がロッド側油圧室２から給排通路３を通って流出する作動油の流れに抵抗を付与し、ロッド側油圧室２の圧力（以下、クッション圧力という）が上昇することにより、ピストンロッド３０を減速する。

油圧シリンダ１にはクッション圧力の上昇を抑えるクッション圧力逃がし機構８が設けられ、クッション圧力が異常に上昇しないようになっている。

このクッション圧力逃がし機構８は、ロッド側油圧室２の作動油を絞り流路を迂回して導くバイパス通路７と、このバイパス通路７をクッション圧力が所定値以上に上昇するのに伴って開通させるリリーフバルブ７０とを備える。

バイパス通路７は、シリンダチューブ１０とシリンダヘッド４０とに渡って形成され、シリンダチューブ１０とシリンダヘッド４０とに渡って嵌合する中継スリーブ８０を備える。

チューブフランジ部１５には第一バイパス通孔１７、第二バイパス通孔２０とが形成される。

第一バイパス通孔１７は、シリンダチューブ１０の径方向に延び、その一端がシリンダ内周面１１に開口し、その他端がチューブフランジ部１５の側面に開口している。第一バイパス通孔１７の外側開口端は、栓体１８によって閉塞される。

第二バイパス通孔２０は、シリンダチューブ１０の中心軸Ｏ方向に延びる小径穴２１と大径穴２２とを有し、小径穴２１と大径穴２２との間には環状段部２３が形成される。小径穴２１の一端が第一バイパス通孔１７に連通している。

シリンダヘッド４０には第三バイパス通孔５０、第四バイパス通孔４７とが形成される。

第三バイパス通孔５０は、シリンダチューブ１０の中心軸Ｏ方向に延びる小径穴５１と大径穴５２とを有し、この小径穴５１と大径穴５２は第二バイパス通孔２０と同軸上に配置される。小径穴５１と第二バイパス通孔２０の大径穴２２とは、それぞれ同一開口径を有し、互いに段差なく接続される。

第三バイパス通孔５０の大径穴５２は、シリンダヘッド４０の端面に開口しており、リリーフバルブ７０が収容される。大径穴５２の内周には、ネジ部４６が形成され、このネジ部４６にリリーフバルブ７０のバルブボディ７１に螺合して取り付けられる。バルブボディ７１と大径穴５２との間にはシールリング９１が介装され、この部分が密封される。

第四バイパス通孔４７は、シリンダチューブ１０の径方向に延び、その一端が大径穴５２に開口し、その他端がヘッド環状溝４５に開口し、給排通路３に連通している。

なお、第四バイパス通孔４７は、給排通路３を画成するロッド側給排口４３（図１の（ａ）参照）と同軸上に延びるように形成され、環状溝４５を介してロッド側給排口４３と連通している。

中継スリーブ８０は、第三バイパス通孔５０の小径穴５１と第二バイパス通孔２０の大径穴２２とに渡って嵌合される。

中継スリーブ８０の外周面には２本の環状溝８３、８４が形成され、各環状溝８３、８４にシールリング８１とバックアップリング８２とが並んで介装される。

環状溝８３に介装されるシールリング８１とバックアップリング８２は第二バイパス通孔２０の大径穴２２に対峙し、この部分を密封する。

環状溝８４に介装されるシールリング８１とバックアップリング８２は第三バイパス通孔５０の小径穴５１に対峙し、この部分を密封する。

リリーフバルブ７０のバルブボディ７１は環状段部７９を有し、この環状段部７９が中継スリーブ８０の上端面に当接し、この部分を密封するメタルシールを構成する。ロッド側油圧室２に生じるクッション圧力は、この環状段部２３に設けられるメタルシールと、環状溝８３に介装されるシールリング８１とによって二重に密封される。

中継スリーブ８０の下端面はシリンダチューブ１０の環状段部２３に当接し、この部分を密封するメタルシールを構成する。

図１の（ｂ）〜（ｆ）に示すように、シリンダヘッド４０には膨出部４８が形成され、シリンダチューブ１０には膨出部１４が形成され、この膨出部４８、１４内にクッション圧力逃がし機構８を構成するリリーフバルブ７０とバイパス通路７とが設けられる。こうしてリリーフバルブ７０のバルブボディ７１がシリンダチューブ１０の中心軸Ｏ方向に延びるように配置され、シリンダヘッド４０を締結する各ボルト４１と並んで設けられることにより、油圧シリンダ１の大型化が抑えられる。

リリーフバルブ７０は、前述したようにシリンダヘッド４０に取り付けられるバルブボディ７１と、バルブボディ７１に摺動可能に介装される弁体７２と、この弁体７２を閉弁方向に付勢するリリーフスプリング７８とを備える。

弁体７２は、円柱状に形成され、円筒状のバルブボディ７１の内側に摺動可能に介装される。弁体７２の外周にはシールリング７５が介装され、シールリング７５とバルブボディ７１間の密封がはかられる。

弁体７２は、その先端に円錐状の弁部７４を有し、この弁部７４がバルブボディ７１のシート部７３に着座することにより、バイパス通路７を閉塞する。

バルブボディ７１は、シリンダチューブ１０の中心軸Ｏ方向に延びるバイパスポート７７と、このバイパスポート７７の開口端に形成され弁部７４を着座させるシート部７３と、弁部７４のまわりに開口する複数の通孔８５と有する。弁体７２がシート部７３から離れて開弁すると、バイパスポート７７が開かれ、ロッド側油圧室２の作動油がバイパス通路７を通って油圧源に連通するロッド側給排口４３へと流出するようになっている。

このようにリリーフバルブ７０によって開閉されるバイパスポート７７は、バルブボディ７１に形成されているが、この構造に限らず、中継スリーブ８０、シリンダヘッド４０、シリンダチューブ１０のいずれかに形成してもよい。

次に油圧シリンダ１の作動について説明する。

油圧シリンダ１の作動時、ピストン６０がエンド側油圧室とロッド側油圧室２とに導かれる油圧力によってピストン６０が中心軸Ｏ方向に移動し、ピストンロッド３０がシリンダチューブ１０から出入りする伸縮作動をして負荷を駆動する。例えば油圧シリンダ１が油圧ショベルのブームシリンダとして用いられる場合、油圧シリンダ１が伸縮作動することにより、油圧ショベルのブームが回動する。

図２に示すように、ピストンロッド３０が上方に移動する油圧シリンダ１の伸張作動時におけるストローク中程にて、ロッド側油圧室２の作動油が、間隙４→ヘッド環状溝４５→ロッド側給排口４３→油圧配管を通って油圧源へと流出する。

伸張作動時のストローク端付近にて、クッション機構６が作動して、ピストン６０がシリンダヘッド４０に当接する衝撃を緩和する。これについて詳述すると、クッション機構６は、クッションベアリング５がヘッド内周面４４の内側に入り込むと、クッションベアリング５とヘッド内周面４４との間に絞り流路が画成され、この絞り流路がロッド側油圧室２から給排通路３を通って流出する作動油の流れに抵抗を付与し、ロッド側油圧室２のクッション圧力が上昇することにより、ピストンロッド３０を減速する。こうして、クッション機構６は、ピストン６０がシリンダヘッド４０に当接して手前でピストンロッド３０を減速させ、ピストン６０がシリンダヘッド４０に当接する衝撃を緩和する。

クッション機構６の作動時にて、ロッド側油圧室２のクッション圧力が所定値以上に上昇すると、クッション圧力逃がし機構８が作動してバイパス通路７が開通し、クッション圧力の上昇が抑えられる。これについて詳述すると、クッション圧力が所定値以上に上昇すると、リリーフバルブ７０の弁体７２がシート部７３から離れて開弁する。これにより、バイパス通路７が開通し、ロッド側油圧室２の作動油が第一バイパス通孔１７→第二バイパス通孔２０→中継スリーブ８０→バイパスポート７７→通孔８５→第三バイパス通孔５０→第四バイパス通孔４７→ヘッド環状溝４５→ロッド側給排口４３→油圧配管を通って油圧源へと流出する。このクッション機構６の作動によって油圧シリンダ１内の圧力が異常に上昇することが回避される。

以上のように本実施形態では、外部の油圧源から導かれる作動油圧によって伸縮作動する油圧シリンダ１であって、筒状をしたシリンダチューブ１０と、このシリンダチューブ１０内にロッド側油圧室２を画成するピストン６０と、このピストン６０に連結されるピストンロッド３０と、シリンダチューブ１０の開口端に連結されピストンロッド３０を摺動可能に挿通させるシリンダヘッド４０と、このシリンダヘッド４０に開口し油圧源に連通するロッド側給排口４３と、ストローク端付近でロッド側油圧室２からロッド側給排口４３へと流出する作動油の流れを絞る絞り流路と、ロッド側油圧室２の作動油を絞り流路を迂回してロッド側給排口４３へと導くバイパス通路７と、ロッド側油圧室２に生じるクッション圧力が所定値以上に上昇するのに伴ってバイパス通路７を開通させるリリーフバルブ７０とを備え、バイパス通路７をシリンダチューブ１０とシリンダヘッド４０とに渡って形成する構成とした。

上記構成に基づき、バイパス通路をシリンダヘッドのみに形成する従来構造に比べて、バイパス通路７の配置自由度が高められる。これにより、リリーフバルブ７０をシリンダチューブ１０の中心軸Ｏ方向に延びるように配置することが可能となり、リリーフバルブ７０がシリンダチューブ１０の径方向に突出して油圧シリンダ１が大型化することを抑えられる。

本実施形態では、バイパス通路７はシリンダチューブ１０の中心軸Ｏ方向に延びるバイパスポート７７を有し、リリーフバルブ７０の弁体７２がシリンダチューブ１０の中心軸Ｏ方向に移動してバイパスポート７７を開通させる構成とした。

上記構成に基づき、リリーフバルブ７０がシリンダチューブ１０の中心軸Ｏ方向に延びるように配置され、リリーフバルブ７０がシリンダチューブ１０の径方向に突出して油圧シリンダ１が大型化することを抑えられる。

本実施形態では、リリーフバルブ７０は弁体７２を収容する筒状のバルブボディ７１を有し、このバルブボディ７１をシリンダヘッド４０に螺合して取付け、バルブボディ７１をシリンダチューブ１０の中心軸Ｏ方向に延びるように配置する構成とした。

上記構成に基づき、リリーフバルブ７０のバルブボディ７１をシリンダヘッド４０を締結する各ボルト４１と並んで設けることが可能となり、油圧シリンダ１の大型化が抑えられる。

本実施形態では、シリンダチューブ１０とシリンダヘッド４０とに渡って嵌合する筒状の中継スリーブ８０を設け、この中継スリーブ８０の内側にバイパス通路７を画成する構成とした。

上記構成に基づき、中継スリーブ８０を介してバイパス通路７が密封され、高いクッション圧力に対する密封性を確保できる。

本実施形態では、中継スリーブ８０の外周に環状溝８３、８４を形成し、環状溝８３、８４にシールリング８１を介装する構成とした。

上記構成に基づき、シールリング８１を介してバイパス通路７が密封され、高いクッション圧力に対する密封性を確保できる。

なお、作動油としてオイルの代わりに例えば水溶性代替液等の作動流体を用いても良い。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明の実施の形態を示す油圧シリンダを前後左右上下方向からそれぞれ見たの図。 同じく油圧シリンダの断面図。

符号の説明

１ 油圧シリンダ
２ ロッド側油圧室
３ 給排通路
６ クッション機構
７ バイパス通路
８ クッション圧力逃がし機構
１０ シリンダチューブ
３０ ピストンロッド
４０ シリンダヘッド
４１ ボルト
４６ ネジ部
６０ ピストン
７０ リリーフバルブ
７１ バルブボディ
７２ 弁体
７７ バイパスポート
８０ 中継スリーブ
８１ シールリング
８２ バックアップリング
８３ 環状溝
８４ 環状溝

Claims (5)

1. 外部の作動流体圧源から導かれる作動流体圧によって伸縮作動する流体圧シリンダであって、
   筒状をしたシリンダチューブと、
   このシリンダチューブ内に流体圧室を画成するピストンと、
   このピストンに連結されるピストンロッドと、
   前記シリンダチューブの開口端に連結され前記ピストンロッドを摺動可能に挿通させるシリンダヘッドと、
   このシリンダヘッドに開口し前記作動流体圧源に連通する給排口と、
   ストローク端付近で前記流体圧室から前記給排口へと流出する作動流体の流れを絞る絞り流路と、
   前記流体圧室の作動流体を前記絞り流路を迂回して前記給排口へと導くバイパス通路と、
   前記流体圧室に生じるクッション圧力が所定値以上に上昇するのに伴ってバイパス通路を開通させるリリーフバルブとを備え、
   前記バイパス通路を前記シリンダチューブと前記シリンダヘッドとに渡って形成したことを特徴とする流体圧シリンダ。
2. 前記バイパス通路は前記シリンダチューブの中心軸方向に延びるバイパスポートを有し、
   前記リリーフバルブの弁体が前記シリンダチューブの中心軸方向に移動して前記バイパスポートを開通させる構成としたことを特徴とする請求項１に記載の流体圧シリンダ。
3. 前記リリーフバルブは弁体を収容する筒状のバルブボディを有し、
   このバルブボディを前記シリンダヘッドに螺合して取付け、
   前記バルブボディを前記シリンダチューブの中心軸方向に延びるように配置したことを特徴とする請求項２に記載の流体圧シリンダ。
4. 前記シリンダチューブと前記シリンダヘッドとに渡って嵌合する筒状の中継スリーブを設け、
   この中継スリーブの内側に前記バイパス通路を画成したことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の流体圧シリンダ。
5. 前記中継スリーブの外周に環状溝を形成し、
   この環状溝にシールリングを介装したことを特徴とする請求項４に記載の流体圧シリンダ。

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