JP2015102164A - 流体圧シリンダ - Google Patents

Abstract

【課題】流体圧シリンダのピストンロッドの強度を向上させる。
【解決手段】ピストンロッド３０のストローク端付近で生じるクッション圧力によって減速する流体圧シリンダ１００であって、中心軸に対して傾斜する第１テーパ部３３が外周に形成されるピストンロッド３０と、ピストンロッド３０が挿入されるシリンダチューブ１０と、ピストンロッド３０の外周に設けられる筒状のクッションベアリング４０と、クッションベアリング４０の進入を許容するベアリング受容部５０Ａと、クッションベアリング４０とベアリング受容部５０Ａとの間に形成され、通過する作動流体に抵抗を付与するクッション通路５と、を備え、クッションベアリング４０は、内周に第１テーパ部と当接可能な当接部４３を有し、当接部４３が、第１テーパ部３３に当接することによって、ピストンロッド３０に対して位置決めされる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ピストンロッドのストローク端付近で生じるクッション圧力によって減速する流体圧シリンダに関するものである。

従来の流体圧シリンダとして、シリンダチューブに挿入されるピストンロッドがストローク端付近に来たときに生じるクッション圧力によってピストンロッドを減速させるクッション機構を備えるものが知られている。

引用文献１には、ピストンロッドの外周に設けられる円筒状のクッションベアリングを備え、クッションベアリングがシリンダチューブに設けられるシリンダヘッドの内側に進入することによって、クッションベアリングとシリンダヘッドとの間を通過する流体に抵抗を付与するクッション機構が開示されている。

特開平１１−２３０１１７号公報

このようなクッション機構では、クッションベアリングは、ピストンロッドに形成される段差とピストンロッドの先端に締結されるピストンとの間に配置されるのが一般的である。

ピストンロッドに形成される段差の角には、シリンダヘッドをピストンロッドに挿入する際の組み立て性を確保するために、テーパ部が設けられる場合がある。このような場合には、クッションベアリングを位置決めするための座面と組み立て性確保のためのテーパ部との両方を有する段差がピストンロッドの外周に形成されるため、ピストンロッドの本体部と先端側との外径差が大きくなってしまう。

このため、ピストンロッドの先端側に形成されるピストン締結用のねじ部の径を大きくすることができず、ピストンロッドの強度を向上させることができない。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、流体圧シリンダのピストンロッドの強度を向上させることを目的とする。

本発明は、ピストンロッドのストローク端付近で生じるクッション圧力によって減速する流体圧シリンダであって、中心軸に対して傾斜する第１テーパ部が外周に形成されるピストンロッドと、ピストンロッドが挿入されるシリンダチューブと、ピストンロッドの外周に設けられる筒状のクッションベアリングと、クッションベアリングの進入を許容するベアリング受容部と、ストローク端付近でクッションベアリングがベアリング受容部の内側に進入した際に、クッションベアリングとベアリング受容部との間に形成され、通過する作動流体に抵抗を付与するクッション通路と、を備え、クッションベアリングは、内周に第１テーパ部と当接可能な当接部を有し、当接部が第１テーパ部に当接することによって、ピストンロッドに対して位置決めされることを特徴とする。

本発明によれば、ピストンロッドの外周には中心軸に対して傾斜する第１テーパ部が形成され、クッションベアリングの内周には第１テーパ部と当接可能な当接部が形成される。クッションベアリングは、当接部がピストンロッドの第１テーパ部と当接することによってピストンロッドに対して位置決めされる。このように、ピストンロッドの第１テーパ部が、クッションベアリングの座面と組み立て性確保のためのテーパ部の両方の機能を兼ねるため、ピストンロッドの本体部と先端側との外径差を少なくすることができる。したがって、ピストンが締結されるねじ部の径を大きくすることができ、ピストンロッドの強度を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る流体圧シリンダの一部を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る流体圧シリンダの断面図であって、ピストンロッドが伸長してストローク端付近にある状態を示す。 本発明の実施形態に係る流体圧シリンダの断面図であって、ピストンロッドがストローク端から収縮する状態を示す。 本発明の実施形態の変形例に係る流体圧シリンダのクッションベアリングを示す斜視図である。 本発明の実施形態の変形例に係る流体圧シリンダのクッションベアリングを示す斜視図である。 本発明の実施形態の他の変形例に係る流体圧シリンダの一部を示す断面図である。 本発明の実施形態の他の変形例に係る流体圧シリンダの一部を示す断面図である。 本発明の実施形態の比較例に係る流体圧シリンダを示す断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る流体圧シリンダ１００について説明する。以下では、流体圧シリンダ１００の作動流体が作動油である場合について説明する。

まず、主に図１から図３を参照して、油圧シリンダ１００の構成について説明する。

油圧シリンダ１００は、例えば油圧ショベルのアームシリンダとして用いられる。油圧シリンダ１００が伸縮作動することにより、油圧ショベルのアームが回動する。

油圧シリンダ１００は、筒状のシリンダチューブ１０と、シリンダチューブ１０内をロッド側室２とボトム側室３とに仕切るピストン２０と、ピストン２０に連結されシリンダチューブ１０に挿入されるピストンロッド３０と、ピストンロッド３０の外周に設けられる筒状のクッションベアリング４０と、を備える。

油圧シリンダ１００は、油圧源（作動流体圧源）からロッド側室２またはボトム側室３に導かれる作動油圧によってピストンロッド３０が軸方向に移動して伸縮作動する。

シリンダチューブ１０の開口端には、ピストンロッド３０を摺動自在に支持する円筒状のシリンダヘッド５０が設けられる。シリンダヘッド５０は、シリンダチューブ１０の内側に挿入されるベアリング受容部５０Ａを有する。シリンダヘッド５０は、複数のボルト１１を介してシリンダチューブ１０に締結される。

シリンダヘッド５０の内周には、ブッシュ５５、サブシール５６、メインシール５７、及びダストシール５８が介装される。

ブッシュ５５がピストンロッド３０の外周面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の軸方向に移動するように支持される。

シリンダヘッド５０には、ロッド側室２に連通する給排口５１が形成される。給排口５１には、油圧源に連通する油圧配管が接続される。

ここで、油圧シリンダ１００の理解を容易にするために、図８を参照して、比較例としての油圧シリンダ２００について説明する。油圧シリンダ１００と同一の構成については、同一の符号を用いて説明する。

油圧シリンダ２００のピストンロッド１３０は、シリンダヘッド５０の内周と摺接する本体部１３１と、本体部１３１より径が小さい小径部１３２と、本体部１３１と小径部１３２の間に形成される段差部１３３と、ピストンロッド１３０の先端に形成されピストン２０が締結されるねじ部１３４と、を備える。

ピストンロッド１３０の段差部１３３は、中心軸に対して傾斜して形成されるテーパ部１３３Ａと、中心軸に対して垂直に形成され後述するクッションベアリング１４０の座面となる鉛直部１３３Ｂと、を備える。テーパ部１３３Ａを設けることによって、ピストンロッド１３０をシリンダヘッド５０に挿入する際に、シリンダヘッド５０の内周に設けられるシール部材がピストンロッド１３０の段差部１３３に引っかかることが防止され、油圧シリンダ２００の組み立てが容易になる。また、鉛直部１３３Ｂと小径部１３２との間には、ピストンロッド１３０に対する応力集中を防止するための逃げ部１３５が形成される。

油圧シリンダ２００のクッションベアリング１４０は、内径がピストンロッド１３０の小径部１３２の外径より大きく形成され、ピストンロッド１３０の小径部１３２の外周であって、ピストンロッド１３０の段差部１３３とピストン２０との間に設けられる。

クッションベアリング１４０は、外径がシリンダヘッド５０のベアリング受容部５０Ａの内径より小さく形成され、ピストンロッド１３０のストローク端付近でベアリング受容部５０Ａの内側に進入して、ベアリング受容部５０Ａとの間でクッション通路１０５を形成する。クッション通路１０５を通過する作動油には、抵抗が付与される。

また、クッションベアリング１４０は、ピストンロッド１３０の段差部１３３とピストン２０との間で軸方向にわずかに移動可能に形成される。クッションベアリング１４０は、一方の軸方向端面１４１がピストン２０に当接し、他方の軸方向端面１４２がピストンロッド１３０の段差部１３３の鉛直部１３３Ｂに当接することによって軸方向の位置が決められ、ピストンロッド１３０からの抜けが防止される。

このように、油圧シリンダ２００では、テーパ部１３３Ａと鉛直部１３３Ｂを有するピストンロッド１３０を備えるため、本体部１３１とピストンロッド１３０の先端であるねじ部１３４との外径差が大きくなり、ねじ部１３４の径を大きくすることができない。

そこで、図２に示すように、油圧シリンダ１００のピストンロッド３０は、シリンダヘッド５０の内周と摺接する本体部３１と、本体部３１より径が小さい小径部３２と、本体部３１と小径部３２との間に中心軸に対して傾斜して形成される第１テーパ部３３と、ピストンロッド３０の先端に形成されピストン２０が締結されるねじ部３４と、を備える。

ピストンロッド３０の第１テーパ部３３は中心軸に対して傾斜して形成されるため、シリンダヘッド５０をピストンロッド３０に挿入する際に、シリンダヘッド５０の内側に設けられるサブシール５６、メインシール５７、及びダストシール５８といったシール部材がピストンロッド３０に引っかかることが防止される。つまり、第１テーパ部３３は、組み立て性確保のためのテーパ部として機能する。

油圧シリンダ１００のクッションベアリング４０は、ピストンロッド３０のストローク端付近でシリンダヘッド５０のベアリング受容部５０Ａの内側に進入する進入部４１と、ピストンロッド３０の第１テーパ部３３とピストン２０との間に設けられる位置決め部４２と、位置決め部４２と進入部４１の間であって中心軸に対して傾斜して内周に形成される当接部としての第２テーパ部４３と、を備える。

クッションベアリング４０の外周には、中心軸に対して傾斜するテーパ溝４０Ａが形成される。テーパ溝４０Ａは、深さがクッションベアリング４０のピストン２０側から軸方向に沿って徐々に深くなるように形成される。このため、テーパ溝４０Ａは、クッションベアリング４０がシリンダヘッド５０のベアリング受容部５０Ａの内側に進入した際に、通過する作動油に抵抗を付与する可変絞りとして機能する。テーパ溝４０Ａの形状は、通過する作動油に付与する抵抗に合わせて任意に形成することができる。

クッションベアリング４０の進入部４１の内径は、ピストンロッド３０の本体部３１の外径より大きく形成され、外径はシリンダヘッド５０のベアリング受容部５０Ａの内径より小さく形成される。このように、クッションベアリング４０の進入部４１は、ピストンロッド３０の本体部３１の外周面と第１内周隙間６を持って設けられると共に、ピストンロッド３０のストローク端付近においてシリンダヘッド５０のベアリング受容部５０Ａの内側に進入するように設けられる。

クッションベアリング４０の位置決め部４２の内径は、ピストンロッド３０の小径部３２の外径より大きく、ピストンロッド３０の本体部３１の外径より小さく形成される。このように、クッションベアリング４０の位置決め部４２は、ピストンロッド３０の外周面との間に第２内周隙間７を持って設けられる。

位置決め部４２は、ピストンロッド３０の第１テーパ部３３とピストン２０との間で軸方向にわずかに移動可能に形成される。クッションベアリング４０が、ピストン２０側に移動した際には、端面がピストン２０と当接する。

位置決め部４２のピストン２０側の端面には、径方向に延在する溝部４４が設けられる。

クッションベアリング４０の第２テーパ部４３は、ピストンロッド３０に対する傾斜角が、ピストンロッド３０の第１テーパ部３３と略同一となるように形成される。クッションベアリング４０がピストン２０とは反対側に移動した際には、第２テーパ部４３がピストンロッド３０の第１テーパ部３３と当接する。つまり、ピストンロッド３０の第１テーパ部３３は、クッションベアリング４０の軸方向の位置を決める座面として機能する。クッションベアリング４０の第２テーパ部４３は、ピストンロッド３０の第１テーパ部３３と当接可能であれば、その傾斜角は同一に形成しなくてもよく、直角な段差として形成してもよい。

このように、油圧シリンダ１００によれば、ピストンロッド３０の第１テーパ部３３が、組み立て性確保のためのテーパ部とクッションベアリング４０の座面との両方の機能を兼ねるため、ピストンロッド３０の本体部３１と先端側のねじ部３４との外径差を少なくすることができる。

次に、図２及び図３を参照して、油圧シリンダ１００のクッション動作について説明する。

図２はピストンロッド３０が伸長してストローク端付近にある状態を示し、図３はピストンロッド３０がストローク端付近から収縮する状態を示している。

ボトム側室３に油圧ポンプが連通し、ロッド側室２にタンクが連通すると、ボトム側室３には作動油が供給され、ロッド側室２内の作動油はタンクに排出されるため、ピストンロッド３０は伸長する。

ピストンロッド３０が伸長すると、クッションベアリング４０は、ロッド側室２から排出される作動油によってピストン２０とは反対側にわずかに移動し、図２に示すように、ピストンロッド３０の第１テーパ部３３とクッションベアリング４０の第２テーパ部４３とが当接する。

ピストンロッド３０が伸長してストローク端に近づくと、クッションベアリング４０は進入部４１からシリンダヘッド５０のベアリング受容部５０Ａの内側に進入し、クッションベアリング４０の外周面とベアリング受容部５０Ａの内周面とによってクッション通路５が形成される。ピストンロッド３０の第１テーパ部３３とクッションベアリング４０の第２テーパ部４３が当接しているため、第１内周隙間６と第２内周隙間７との連通は遮断される。したがって、ロッド側室２の作動油は、クッションベアリング４０の内側を通じては排出されず、クッション通路５を通じて排出される。クッション通路５によってロッド側室２内から排出される作動油には抵抗が付与されるため、ロッド側室２内の圧力低下が抑制されて、ピストンロッド３０が減速する。このようにして、ピストンロッド３０の伸長時におけるストローク端付近におけるクッション作用が発揮される。

ロッド側室２に油圧ポンプが連通し、ボトム側室３にタンクが連通すると、ロッド側室２には作動油が供給され、ボトム側室３内の作動油はタンクに排出されるため、ピストンロッド３０は収縮する。

ピストンロッド３０が最伸長状態から収縮する際には、図３に示すように、クッションベアリング４０は、ロッド側室２に供給される作動油によってピストン２０側に移動し、端面がピストン２０に当接する。ピストンロッド３０の第１テーパ部３３とクッションベアリング４０の第２テーパ部４３とは離れるため、ポンプから供給される作動油は、クッション通路５を通じてロッド側室２へ導かれると共に、第１内周隙間６、第２内周隙間７、及びクッションベアリング４０の溝部４４を通じてロッド側室２へ導かれる。このため、ピストンロッド３０が最伸長状態から収縮する場合には、ロッド側室２に作動油が速やかに流入し、収縮作動時の応答性が確保される。

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

油圧シリンダ１００では、ピストンロッド３０の外周には中心軸に対して傾斜する第１テーパ部３３が形成され、クッションベアリング４０の内周には中心軸に対して傾斜する第２テーパ部４３が形成される。クッションベアリング４０は、第２テーパ部４３がピストンロッド３０の第１テーパ部３３に当接することによってピストンロッド３０に対して位置決めされる。このように、第１テーパ部３３が、クッションベアリング４０の座面と組み立て性確保のためのテーパ部との両方の機能を兼ねるため、ピストンロッド３０の本体部３１と先端側のねじ部３４との外径差を少なくすることができる。したがって、ピストン２０が締結されるねじ部３４の径を大きくすることができ、ピストンロッド３０の強度を向上させることができる。

また、クッションベアリング４０の座面としての鉛直部１３３Ｂ（図８参照）をピストンロッド３０に設ける必要がないため、ピストンロッド３０に応力集中を防止するための逃げ部を設ける必要がない。このため、ピストンロッド３０の製造時における加工工程が減少して加工が容易となり、製造コストを低減することができる。

次に、本実施形態に係る油圧シリンダ１００の変形例を示す。

上記実施形態では、ピストンロッド３０の伸長時において、ピストンロッド３０の第１テーパ部３３とクッションベアリング４０の第２テーパ部４３とが当接することにより、クッションベアリング４０の内側を通じた作動油の排出が遮断される構成であった。これに代えて、図４及び図５示すように、クッションベアリング４０の第２テーパ部４３に、第１内周隙間６と第２内周隙間７を連通し、通過する作動油に抵抗を付与する切欠き部４５を形成してもよい。切欠き部４５は、ピストンロッド３０の第１テーパ部３３に形成してもよいし、ピストンロッド３０の第１テーパ部３３とクッションベアリング４０の第２テーパ部の両方に形成してもよい。

クッションベアリング４０の第２テーパ部４３に切欠き部４５が形成されることにより、ピストンロッド３０の伸長時において、ロッド側室２の作動油は、クッション通路５を通じて排出されると共に、クッションベアリング４０の溝部４４、第２内周隙間７、切欠き部４５及び第１内周隙間６を通じて排出される。

切欠き部４５を通過する作動油にも抵抗が付与されるため、クッションベアリング４０の内側を通過する作動油によってもクッション作用が発揮される。したがって、切欠き部４５の形状を任意に設定することで、油圧シリンダ１００のクッション特性を調整することができる。例えば、切欠き部４５は、図４に示すように軸方向に垂直な断面を角状に形成してもよいし、図５に示すように軸方向に垂直な断面を円弧状に湾曲する曲面に形成してもよい。また、クッションベアリング４０の内側を通過する作動油に抵抗を付与するために設けられるクッションシール１５０（図８参照）を設けなくてよいため、部品点数を削減することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

上記実施形態では、作動流体として作動油を用いたが、この代わりに例えば水溶性代替液等を用いてもよい。

また、上記実施形態では、クッションベアリング４０の第２テーパ部４３は、図２に示すように、軸方向の中程に形成される。これに代えて、図６や図７に示すように、ピストンロッド３０の第１テーパ部３３側や軸方向のピストン２０側に形成してもよい。

また、上記実施形態では、クッションベアリング４０は、ピストンロッド３０の外周面と隙間を持って設けられ、軸方向にわずかに移動するようなフローティング支持される構成であった。これに代えて、クッションベアリング４０は、ピストンロッド３０に締め付けられて固定される構成でもよい。

また、上記実施形態では、ベアリング受容部５０Ａは、シリンダヘッド５０に設けられる構成であった。これに代えて、ベアリング受容部５０Ａは、シリンダチューブ１０の内周に設けられてもよい。また、ベアリング受容部５０Ａは、シリンダヘッド５０及びシリンダチューブ１０とは別体の独立した部材として設けてもよい。

また、上記実施形態では、クッションベアリング４０の外周にテーパ溝４０Ａが形成されるが、テーパ溝４０Ａを形成しなくてもよい。

１００ 油圧シリンダ (流体圧シリンダ)
２ ロッド側室
３ ボトム側室
５ クッション通路
１０ シリンダチューブ
２０ ピストン
３０ ピストンロッド
３３ 第１テーパ部
４０ クッションベアリング
４１ 進入部
４２ 位置決め部
４３ 第２テーパ部（当接部）
５０ シリンダヘッド
５０Ａ ベアリング受容部

Claims (3)

1. ピストンロッドのストローク端付近で生じるクッション圧力によって減速する流体圧シリンダであって、
   中心軸に対して傾斜する第１テーパ部が外周に形成されるピストンロッドと、
   前記ピストンロッドが挿入されるシリンダチューブと、
   前記ピストンロッドの外周に設けられる筒状のクッションベアリングと、
   前記クッションベアリングの進入を許容するベアリング受容部と、
   ストローク端付近で前記クッションベアリングが前記ベアリング受容部の内側に進入した際に、前記クッションベアリングと前記ベアリング受容部との間に形成され、通過する作動流体に抵抗を付与するクッション通路と、を備え、
   前記クッションベアリングは、
   内周に前記第１テーパ部と当接可能な当接部を有し、
   前記当接部が前記第１テーパ部に当接することによって、前記ピストンロッドに対して位置決めされることを特徴とする流体圧シリンダ。
2. 前記クッションベアリングは、前記ピストンロッドの外周面との間に隙間を持って設けられ、
   前記第１テーパ部及び前記当接部の少なくとも一方には、前記隙間に開口する溝部が形成されることを特徴とする請求項１に記載の流体圧シリンダ。
3. 前記当接部は、前記クッションベアリングの中心軸に対して傾斜する第２テーパ部であって、
   前記第１テーパ部と前記第２テーパ部は、前記ピストンロッドの中心軸に対して同一の傾斜角で形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の流体圧シリンダ。

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