JP2011094798A - チェックリングを含む油圧シリンダクッション装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クッション性能を向上させる油圧シリンダクッション装置を提供する。
【解決手段】ロッドがシリンダチューブ内で往復運動をしながらストロークエンド作動時、ピストンとヘッドカバー、及びピストンとカバーエンドの間の圧力室に形成される高圧の作動油を排出させる油圧シリンダに設けられる油圧シリンダクッション装置において、ヘッドカバー又はカバーエンドの内面に備わる溝に設けられ、ストロークエンドへの突入時には流路が閉じられるように溝内の一側方に相対的に移動し、ストロークエンドで初期動作時には流路が開かれるように溝内の他側方に相対的に移動するチェックリング９０を含む。
【選択図】図５

Description

本発明は、油圧シリンダのクッション装置に関するものであり、さらに詳細には、チェックリングによりストロークエンドにおけるクッション性を向上させることに関するものである。

図１は、従来の建設機械用油・空圧シリンダを例に挙げて示したものである。シリンダの構造は、概略的に図１の（ａ）に示すように圧力容器の役割をし、ピストンの直線運動をガイドするチューブ（ｔｕｂｅ）１０と、長い円形状の棒でシリンダの直線往復運動をする軸部分であるロッド（ｒｏｄ）２０と、チューブ内の圧油の漏出を防止するためにパッキングが取り付けられているヘッドカバー（ｈｅａｄ‐ｃｏｖｅｒ）３０と、チューブ内を大径室（ｌａｒｇｅ‐ｃｈａｍｂｅｒ）と小径室（ｓｍａｌｌ‐ｃｈａｍｂｅｒ）とに分けて受圧力を維持するピストン（ｐｉｓｔｏｎ）４０と、ストロークエンド（ｓｔｏｒｋｅ‐ｅｎｄ）における機械的衝撃を吸収するためのクッションリング（ｃｕｓｈｉｏｎ‐ｒｉｎｇ）５０とからなる。

図１の（ｂ）は、ヘッドカバー３０へクッションリング５０の突入が行われている状態を示す図であり、図１の（ｃ）は、クッションリングの進入が完了した後、反対側に初期動作が行われる時点を例示した図である。

クッション内蔵型のシリンダの場合、ストロークエンドにおける機械的衝撃を減少するために、図１に示すようにクッションシステムを構成したが、接近方式がリングタイプ（ｒｉｎｇ‐ｔｙｐｅ）、あるいはプランジャータイプ（ｐｌｕｎｇｅｒ‐ｔｙｐｅ）などを利用して通り抜ける流路上の開口面積を調整し、徐々に流路を絞縮させることによって、ピストン４０の速度を減速させ、衝撃力を減少させるという構造から構成される。

図１の（ｃ）に示すように、一旦、ストロークエンドまでクッション器具の突入がほとんど終わった時点では、充分なクッション性を確保するために隙間を最小化した状態を維持すると共に、終端部及び外周部の相互接触面は、相互堅固な面接触を形成することになる。

これは、ストロークエンドからクッションが抜け出る場合、付加的な摩擦力を形成することになり、流路の内部にポンプから圧油が伝達されるが、実際にシリンダロッドを移送するための断面積がクッションリングの環形で突出された部位に形成されるため、非常に狭小であり、そのことから圧力が蓄積し、充分な推力が形成されるまで時間遅延が発生することになる。

ある製造会社では、図２に示すようにクッションリングの下端にクッションシール７０を備え、チェック機能を誘導する場合もあるが、この場合は、相当な推力に耐えると共に、いつも外力に晒されているロッドの一端にグルーブ（ｇｒｏｏｖｅ）が加工されることによって、応力集中による破損の危険性を持つことになる。

油圧システムの側面で問題点を確認してみると、図３に示すようにストロークエンドで最初シリンダが動作する時、ポンプの吐出側がシリンダ内部の受圧面積の不足による動作遅延により圧力が上昇する。時々、これはリリーフ圧力まで到達することになり、不必要なエネルギーの消耗を惹き起こす。シリンダの動作性の側面では、動作遅延と同時に遅延後瞬間的な初期急作動などの現状を惹き起こし、高精度の作業が必要となる場合は、致命的な要因となる。

しかも、前記した現状は、不必要なエネルギーの消耗に起因して機械の燃費を悪化させ、作動上の円滑な初期作動性を与えるために、ポンプ容量の増大などのシステム過度設計（ｓｙｓｔｅｍ ｏｖｅｒ ｄｅｓｉｇｎ）の要因となり、コスト上昇の原因につながる。

本発明は、前述した問題点等を解決するために案出されたものであって、チェックリングを設けることによって、クッション性能を向上させる油圧シリンダクッション装置を提供することにその目的がある。

本発明は、ロッドがシリンダのチューブ内で往復運動をし、ストロークエンド作動時、ピストンとヘッドカバー、及びピストンとカバーエンドの間の圧力室に形成される高圧の作動油を排出させる油圧シリンダに設けられる油圧シリンダクッション装置において、ヘッドカバー又はカバーエンドの内面に備わる溝に設けられ、ストロークエンドへの突入時には流路が閉じられるように溝内の一側方に相対的に移動し、ストロークエンドで初期動作時には流路が開けられるように溝内の他側方に相対的に移動するチェックリングを含む。

前述した構成からなる本発明は、次のような効果を有する。第一に、チェックリングを設けることによって、ストロークエンドにおける動作遅延及び初期急作動現状を防止できる。第二に、ストロークエンドにおける動作遅延によるポンプの過度な圧力上昇を防止できるので、ポンプの効率性が高くなる。最後に、チェックリングを適用し、ストロークエンドへ進入する場合は、クッション機能がさらに向上し、ポンプの過度な作動を防止すると共に、動作遅延が改善し、燃料効率性が向上するので、コストの削減にもつながる。

（ａ）は従来の油圧シリンダクッション装置を示した断面図であり 、（ｂ）は従来のクッションリングがストロークエンドへ突入する時の状態を示した断面図であり、（ｃ）はストロークエンドで初期動作時の状態を示した断面図である。 クッションシールを適用した従来の油圧シリンダのクッション装置を示した断面図である。 ストロークエンドで初期動作時の従来の油圧シリンダクッション装置の圧力プロファイルを示したものであって、油圧シリンダ初期作動時、油圧ポンプの吐出圧力の流れ図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施例による油圧シリンダクッション装置を示した断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、図４に示した油圧シリンダクッション装置の詳細構造を示した断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は図４に示した油圧シリンダクッション装置のチェックリングを示した斜視図であり、（ｃ）は図４に示した油圧シリンダクッション装置のチェックリングを示した断面図である。

以下、本発明の一実施例による油圧シリンダクッション装置の望ましい実施例について添付図面を参照しながら説明する。この過程で、図に示す線の太さや構成要素のサイズなどに関しては、説明の明瞭性と便宜性のため、誇張して図示することも可能である。

また、後述する用語などは、本発明における機能を考慮したうえで定義した用語として、これらは使用者や運用者の意図または慣例によって異なる。したがって、このような用語に対する定義は、本明細書全体の内容に基づいて下されるべきである。

さらに、下記の実施例は、本発明の権利範囲を限定するものではなく、本発明の請求範囲に提示された構成要素の例示的な事項に過ぎず、本発明の明細書全般に亘った技術思想に含まれると共に、特許請求の範囲の構成要素において均等物として交換可能な構成要素を含んだ実施例は、本発明の権利範囲に含まれる。

図１において、（ａ）は従来の油圧シリンダクッション装置を示した断面図、（ｂ）は従来のクッションリングがストロークエンドへ突入する時の状態を示した断面図、（ｃ）はストロークエンドで初期動作時の状態を示した断面図であり、図２は、クッションシールを適用した従来の油圧シリンダクッション装置を示した断面図であり、図３は、ストロークエンドで初期動作時の従来の油圧シリンダクッション装置の圧力プロファイル（ｐｒｅｓｓｕｒｅ‐ｐｒｏｆｉｌｅ）を示した油圧流れ図であり、図４の（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施例による油圧シリンダクッション装置を示した断面図であり、図５の（ａ）及び（ｂ）は、図４に示した油圧シリンダクッション装置の詳細構造を示した断面図であり、図６において、（ａ）及び（ｂ）は図４に示した油圧シリンダクッション装置のチェックリングを示した斜視図であり、（ｃ）は図４に示した油圧シリンダクッション装置のチェックリングを示した断面図である。

本発明の望ましい実施例による油圧シリンダクッション装置は、ロッド２０がシリンダチューブ１０内で往復運動し、ストロークエンド作動時、ピストン４０とヘッドカバー３０、及びピストン４０とカバーエンド８０の間の圧力室に形成される高圧の作動油を排出させる油圧シリンダに設けられる油圧シリンダクッション装置において、前記ヘッドカバー３０またはカバーエンド８０の内面に備わる溝に設けられ、ストロークエンドへ突入時には流路が閉じられるように溝内の一側方に相対的に移動し、ストロークエンドで初期動作時には流路が開かれるように溝内の他側方に相対的に移動するチェックリングを含む。

チューブ１０は、シリンダの外枠を構成する部分としてピストン４０の動きを案内することから、耐圧性と耐磨耗性が要求される。このような機械的性能を高めるためにチューブ１０の内側の表面を１．６Ｓ以下の表面粗度に仕上げる。チューブ１０の材質としては、アルミニウム管、機械構造用圧延鋼管、黄銅管などが主に用いられたが、最近は、小形のシリンダにステンレススチール管、またはプラスチックチューブも使われる。

ロッド２０は、作用する負荷に応じて引張、圧縮、曲げ、振動などの荷重に耐えるような充分な強度と耐磨耗性を要求するので、その材質としては機械構造用炭素鋼に耐蝕性、耐摩耗性を向上させるために硬質クロムを鍍金したものや、特殊用途としてステンレススチール系を用いる場合もある。

建設機械に用いられる油圧シリンダは、負荷が大きくかかるものを移動させるためにストロークエンド作動時にピストン４０がヘッドカバー３０と衝突し、機械的なショックを発生させることになる。このようなショックを緩和させ、スピーディーな速度と高負荷でシリンダを円滑に作動させるために油圧シリンダクッション装置が必要となる。

油圧シリンダクッション装置により、ピストン４０がヘッドカバー３０と衝突する時のショックを吸収し、油圧シリンダの寿命を延長できるばかりでなく、ショックで発生し得る振動などによる油圧装置の機器や配管などの損傷を防止する。

図１と図３に示すように、従来の油圧シリンダクッション装置にはストロークエンドで初期動作時、時間遅延とそれによる過度な圧力上昇が起こる問題があった。

図４に示すように、本発明の油圧シリンダクッション装置は、チェックリング９０を含んで構成される。前記チェックリング９０は、前記ヘッドカバー３０やカバーエンド８０の内面に備わる溝に設けられ、溝内で相対的に移動が可能である。

前記チェックリング９０は、ストロークエンドへ突入時には流路が閉じられるように溝内の一側方に相対的に移動し、ストロークエンドで初期動作時には流路が開かれるように溝内の他側方に相対的に移動する方式で流路を開閉するチェック機能を行うことになる。

本発明の望ましい実施例による油圧シリンダクッション装置において、前記チェックリング９０は、前記ヘッドカバー３０及びカバーエンド８０の内面に備わる溝に形成される。

図４の（ａ）には、チェックリング９０がヘッドカバー３０の内面に備わる溝に形成されている。これと同じく、チェックリング９０がカバーエンド８０の内面に備わる溝に形成することができると共に、ヘッドカバー３０とカバーエンド８０の内面に備わる溝にそれぞれ形成することもできる。この場合、ヘッドカバー３０とカバーエンド８０の両方のストロークエンドで初期動作時、作動遅延とポンプ圧力の上昇を防ぐことができる。

本発明の望ましい実施例による油圧シリンダクッション装置は、ロッド２０がシリンダチューブ１０内で往復運動し、ストロークエンド作動時、ピストン４０とヘッドカバー３０、及びピストン４０とカバーエンド８０の間の圧力室に形成される高圧の作動油を排出させる油圧シリンダに設けられる油圧シリンダクッション装置において、前記ロッド２０の外面に備わるクッションリング５０の内面に、又は前記カバーエンド８０側のロッドの一端に挿入するクッションプランジャー６０の外面に備わる溝に形成され、ストロークエンドへの突入時には流路が閉じられるように溝内の一側方に移動し、ストロークエンドで初期動作時には流路が開かれるように溝内の他側方に移動するチェックリング９０を含む。

図１に示すように、ストロークエンドにおける機械的衝撃を吸収するために、ロッド２０の外面にはクッションリング（ｃｕｓｈｉｎ‐ｒｉｎｇ）５０が備えられており、ロッド２０の一端にはクッションプランジャー６０が挿入し形成されている。

前記チェックリング９０は、ヘッドカバー３０やカバーエンド８０に設けられる代わりにクッションリング５０やクッションプランジャー６０に設けられることも可能である。図４の（ｂ）は、クッションリング５０にチェックリング９０が形成されている状態を示している。

図４の（ｂ）の詳細構造を図５に示す。図５の（ａ）に示すように、クッションリング５０が突入する際には、流路の絞縮によるクッションの圧力がクッションリング５０の後面を押すことになり、これにより生じた隙間とクッションリング５０の後面のスロット溝を通じてチェックリング９０まで到達するが、以降チェックリング９０の機能により流路が閉鎖し、充分なクッションが可能となるように維持される。

反対の場合、図５（ｂ）のように、ストロークエンドからクッションリング５０が抜け出る場合は、流入圧力によりクッションリング５０が、設計上の隙間分だけ押され、この隙間９６とクッションリング５０の先端部のオリフィス、あるいはスロット溝９７へポンプからの吐出油が流入し、クッションリング５０の内部隙間を通じてチェックリング９０まで到達することになる。

この際、吐出油はチェックリング９０を押すことになり、チェックリング９０の外周面や内周面９１に形成された流路に沿ってクッションリング５０の後面のスロット溝９７まで流路がつながっており、これを通過した流体はピストン４０の前面に圧油を形成させ、初期受圧面積を大幅に上昇させることになるので、実際、油圧が作動する面積９４の他にさらに面積９５を付加することによって、初期作動の遅延なしにスムーズな移送が可能となる。

本発明の望ましい実施例による油圧シリンダクッション装置において、前記チェックリング９０は、前記ロッド２０の外面に備わるクッションリング５０の内面及び前記カバーエンド８０側のロッド２０の一端に挿入するクッションプランジャー６０の外面に備わる溝に形成される。

図４（ｂ）は、チェックリング９０がクッションリング５０の内面に備わる溝に形成された状態を示している。これと同じくチェックリング９０がクッションプランジャー６０の外面に備わる溝に形成することができると共に、クッションリング５０の内面に備わる溝とクッションプランジャー６０の外面に備わる溝にそれぞれ形成することもできる。この場合、溝内でチェックリング９０が相対的に移動しながら作動油の流入と流出を制御するという方式でチェック機能を行うので、ヘッドカバー３０とカバーエンド８０の両方のストロークエンドで初期動作時、作動遅延とポンプ圧力上昇を防ぐことが可能となる。

本発明の望ましい実施例による油圧シリンダクッション装置において、前記チェックリング９０は、前記ヘッドカバー３０の内面に備わる溝と前記カバーエンド８０側のロッド２０の一端に挿入されるクッションプランジャー６０の外面に備わる溝に形成されるか、又は前記ロッド２０の外面に備わるクッションリング５０の内面に備わる溝と前記カバーエンド８０側のロッド２０の一端に挿入されるクッションプランジャー６０の外面に備わる溝に形成される。

前記チェックリング９０は、ヘッドカバー３０とカバーエンド８０にそれぞれ設けたり、クッションリング５０とクッションプランジャー６０にそれぞれ設ける代わりにヘッドカバー３０とクッションプランジャー６０にそれぞれ設けられたり、クッションリング５０とカバーエンド８０にそれぞれ設けたりすることも可能である。

本発明の望ましい実施例による油圧シリンダクッション装置において、前記チェックリング９０は、前後方向に多数個の第１のグルーブ９１ａが形成されている内周面９１と、面接触可能のように平らに形成されているシール面９２と、ラジアル方向に多数個の第２のグルーブ９３ａが形成され、前記シール面９２の反対側にステップが形成されているステップ面９３とを含み、ストロークエンドへ突入する際には前記シール面９２が溝の一側方に移動して流路が閉じられ、ストロークエンドで初期動作時には前記ステップ面９３が溝の他側方に移動して流路が開けられる。

図６に示すように、チェックリング９０は、内周面９１と、シール面９２と、ステップ９３とを含む。内周面９１には多数個の第１のグルーブ９１ａが形成されるが、図６には四つの第１のグルーブ９１ａが形成されている。シール面９２は、チェックリング９０の一側面に該当するが、面接触が可能となるように平らに形成された左側面を意味する。

ステップ面９３は、シール面９２を除いてチェックリング９０の他側面に該当し、ラジアル方向に多数個の第２のグルーブ９３ａが形成されるが、図６には、四つの第２のグルーブ９３ａが形成されている。また、ステップ面９３にはステップが形成され、シール面９２と違って面接触をしないので、流路が形成される。

ストロークエンドへの突入時には、前記シール面９２が溝の一側方に移動するので、面接触し、流路が閉じられる。その反面、ストロークエンド側で初期動作をする時には前記ステップ面９３が溝の他側方に移動し、面接触が行われないので、第１のグルーブ９１ａを通じて流入した作動油がステップ面９３の円周方向と第２のグルーブ９３ａを通じて移動できるので、流路が開かれる。

シール面９２の構造は、流路の閉鎖が可能となるように面接触を誘導しえるような平らな構造になっているが、内周面９１あるいは外周面は、装着構造に応じて流路が形成できるようにスロット溝やノッチ、オリフィスなどの形態で加工が行われ、ステップ面９３は、内周面９１や外周面を通じた流路が絶えることなくピストン４０の前端につながり、追加的な油圧が作用可能な構造に様々変形し、形成することもできる。

チェックリング９０は、鋳鉄系、合金系、テフロン（登録商標）系、ナイロン系、樹脂系、ウレタン系、その他ゴム類を含む様々な材質からなり、その構造については図６に示すように円形に形成する。

望ましくは、要求されるシール特性と流路開放特性を満足することができるように前後面と内外周面の加工が行われなければならず、形成された流路は、流路そのものの機能を奏しながら、一定の寿命を確保しなければならない。

１０ チューブ
２０ ロッド
３０ ヘッドカバー
４０ ピストン
５０ クッションリング
６０ クッションプランジャー
７０ クッションシール
８０ カバーエンド
９０ チェックリング
９１ 内周面
９６ 隙間
９７ スロット溝

Claims (7)

1. ロッドがシリンダチューブ内で往復運動をしながらストロークエンド作動時、ピストンとヘッドカバー及びピストンとカバーエンドの間の圧力室に形成される高圧の作動油を排出させる油圧シリンダに設けられる油圧シリンダクッション装置において、
   前記ヘッドカバー又はカバーエンドの内面に備わる溝に設けられ、ストロークエンドへの突入時には流路が閉じられるように溝内の一側方に移動し、ストロークエンドで初期動作時には流路が開かれるように溝内の他側方に移動するチェックリングを含むことを特徴とする油圧シリンダクッション装置。
2. 前記チェックリングは、前記ヘッドカバー及びカバーエンドの内面に備わる溝に形成されることを特徴とする請求項１に記載の油圧シリンダクッション装置。
3. ロッドがシリンダチューブ内で往復運動しながら、ストロークエンド作動時、ピストンとヘッドカバー及びピストンとカバーエンドの間の圧力室に形成される高圧の作動油を排出させる油圧シリンダに設けられる油圧シリンダクッション装置において、
   前記ロッドの外面に備わるクッションリングの内面に、または、前記カバーエンド側のロッドの一端に挿入するクッションプランジャーの外面に備わる溝に形成され、ストロークエンドへの突入時には流路が閉じられるように溝内の一側方に移動し、ストロークエンドで初期動作時には流路が開らかれるように溝内の他側方に移動するチェックリングを含むことを特徴とする油圧シリンダクッション装置。
4. 前記チェックリングは、前記ロッドの外面に備わるクッションリングの内面及び前記カバーエンド側のロッド一端に挿入するクッションプランジャーの外面に備わる溝に形成されることを特徴とする請求項３に記載の油圧シリンダクッション装置。
5. 前記チェックリングは、前記ヘッドカバーの内面に備わる溝と、前記カバーエンド側のロッド一端に挿入するクッションプランジャーの外面に備わる溝に形成されたり、
   前記ロッド外面に具備されるクッションリングの内面に備わる溝と、前記カバーエンド側のロッド一端に挿入するクッションプランジャーの外面に備わる溝に形成されることを特徴とする請求項１に記載の油圧シリンダクッション装置。
6. 前記チェックリングは、
   前後方向に多数個の第１のグルーブが設けられる内周面と、
   面接触が可能となるように平らに形成されるシール面と、
   ラジアル方向に多数個の第２のグルーブが設けられ、前記シール面の反対側にステップが形成されるステップ面とを含み、
   ストロークエンドへの突入時には、前記シール面が溝の一側方に移動して流路が閉じられ、ストロークエンドで初期動作時には、前記ステップ面が溝の他側方に移動して流路が開かれることを特徴とする請求項１に記載の油圧シリンダクッション装置。
7. 前記チェックリングは、
   前後方向に多数個の第１のグルーブが設けられる内周面と、
   面接触が可能となるように平らに形成されるシール面と、
   ラジアル方向に多数個の第２のグルーブが設けられ、前記シール面の反対側にステップが形成されるステップ面とを含み、
   ストロークエンドへの突入時には、前記シール面が溝の一側方に移動して流路が閉じられ、ストロークエンドで初期動作時には前記ステップ面が溝の他側方に移動して流路が開けられることを特徴とする請求項４に記載の油圧シリンダクッション装置。

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