JP2016502036A - 自動調心ピストン、及び、この自動調心ピストンの製造方法 - Google Patents

Abstract

ピストン組立体が提供される。このピストン組立体は、ピストンロッドと、ピストンロッドに回動可能に連結されたピストンと、ピストンロッドを挿通させることができるよう構成されていると共にピストンロッドがピストンに対して回動しているときにピストンロッドと一緒に回転するよう構成されている回転可能なロッド軸受と、を有するのが良い。ピストン組立体を製作する方法を提供することができる。この方法は、ピストンロッドを回動連結方式でピストンに取り付けるステップと、ピストンロッドのための回転可能な軸受を用意するステップと、ピストンロッドを回転可能な軸受で支持するステップと、を有するのが良い。

Description

本発明は、一般に、油圧シリンダに関する。本発明は、特に、油圧シリンダ内に収容された自動調心シリンダピストン及びロッド軸受に関する。

油圧シリンダ（ラム、ジャッキ又はリニアアクチュエータと呼ばれる場合がある）は、典型的には、設計上、シリンダ本体、端キャップ、シール、ピストン、ピストンロッド及びロッド軸受という基本コンポーネントを備えている。ロッド軸受並びにピストンそれ自体は、シリンダ組立体が使用中に遭遇する場合のある偏心荷重を支持するよう働く。側面荷重とも呼ばれるこの偏心荷重は、極めて大きい場合がある。適正に支持されなければ、側面荷重を受けた結果として、シリンダの内部部品の損傷が生じる場合がある。

ロッド軸受及びピストンは、典型的には、シリンダの長手方向軸線と固定された調心関係にあり、側面荷重が加えられると、ピストンロッドとロッド軸受との接触並びにシリンダ壁へのピストンの接触の反作用点は、一接触点に集中状態になる。これにより、反作用点の支承領域又は面積が減少し、増大した応力がシリンダ又はロッド及び軸受材料の荷重抵抗を容易に上回る場合がある。これにより、材料が降伏限度を超えた応力を受ける場合があり、それにより材料が変位する。その結果、典型的には、摩損（ゴーリング）が生じ、それによりシリンダが潜在的に損傷する場合がある。

したがって、ピストン・シリンダの機能を実行することができ、ピストン及び／又はピストンロッドに加わる力がピストンロッドの軸線に厳密に平行ではないようになることができると共に荷重が広い支承領域にわたって分布するようにする方法及び／又は装置を提供することが望ましい。かかる自動調心ピストン、ピストンロッド、シリンダ及びロッド軸受が有用であると言える。

上述の要望は、本発明によって大いに満たされ、一観点では、ピストンロッドに作用する力がピストンロッドの軸線に厳密に平行ではない場合、ピストンロッドが動いてシリンダ内での調心状態から離脱することがないようにした状態で、ピストンロッドがシリンダを作動させることができる自動調心シリンダピストン及びロッド軸受を提供するピストン組立体が提供され、幾つかの実施形態では、ピストンロッドに作用する力がピストンロッドの軸線に厳密に平行ではない場合、ピストンロッドが動いてシリンダ内での調心状態から離脱することがないようにした状態で、ピストンロッドがシリンダを作動させることができる自動調心シリンダピストン及びロッド軸受を提供する方法及び装置が提供される。自動調心ロッド及びピストン軸受の実現を可能にすることにより、互いに合致した表面相互間の広い支承接触領域が達成され、それにより応力による集中荷重が減少する。

本発明の一実施形態によれば、ピストン組立体が提供される。ピストン組立体は、ピストンロッドと、ピストンロッドに回動可能に連結されたピストンと、ピストンロッドを挿通させることができるよう構成されていると共にピストンロッドがピストンに対して回動しているときにピストンロッドと一緒に回転するよう構成されている回転可能なロッド軸受とを含む。

本発明の別の実施形態によれば、ピストン組立体を製作する方法が提供される。この方法は、ピストンロッドを回動連結方式でピストンに取り付けるステップと、ピストンロッドのための回転可能な軸受を用意するステップと、ピストンロッドを回転可能な軸受で支持するステップとを含む。

本発明の更に別の実施形態によれば、ピストン組立体を提供することができる。ピストン組立体は、ピストンを押す手段と、ピストンを押す手段に回動可能に連結されたピストンと、ピストンを押す手段を挿通させることができるよう構成されていると共にピストンを押す手段がピストンに対して回動しているときにピストンを押す手段と一緒に回転するよう構成された回転可能な軸受手段とを含む。

かくして、本明細書における本発明の詳細な説明を良好に理解することができるようにするため、しかも当該技術分野に対する本発明の貢献を良好に理解することができるようにするため、本発明の或る特定の実施形態の概要を広義に説明した。当然のことながら、以下に説明すると共に本明細書に添付された特許請求の範囲の内容をなすことになる本発明の追加の実施形態が存在する。

この点に関し、本発明の少なくとも１つの実施形態を詳細に説明する前に、理解されるべきこととして、本発明は、その用途が構成の細部や以下の説明に記載され又は図面に示されたコンポーネントの配置には限定されない。本発明は、説明する実施形態に加えて様々な実施形態で具体化でき、しかも、種々の仕方で実現できると共に実施できる。また、理解されるべきこととして、本明細書並びに要約書で用いられる語句及び用語は、説明の目的のためであり、本発明を限定するものと解されてはならない。

したがって、当業者であれば、本発明の基礎をなす技術的思想が本発明の幾つかの目的を達成する他の構造、方法及びシステムの設計のための基礎として容易に利用できることは理解されよう。したがって、特許請求の範囲の記載は、かかる均等構成例を含むものと解されることが重要である。ただし、かかる均等構成例が本発明の精神及び範囲から逸脱しないことを条件とする。

本発明の実施形態としての油圧シリンダ及びピストンロッドの側面図である。 関連技術の油圧シリンダ及びピストンロッドの断面図である。 関連技術の油圧シリンダ及びピストンロッドの拡大部分断面図である。 本発明の実施形態としての油圧シリンダ及びピストンロッドの拡大部分断面図である。 本発明の実施形態としての油圧シリンダ及びピストン並びにピストンロッドの一部分の断面斜視図である。 本発明の実施形態としての油圧シリンダ及びピストンロッドの部分断面斜視図である。

次に、図面の各図を参照して本発明について説明する。図中、同一の参照符号は、図全体を通じて同一の部分を示している。本発明の実施形態は、油圧シリンダ、ピストン、及びピストンロッドの軸線と真っ直ぐに平行ではないピストンロッドに加わる力に耐えることができるピストンロッドを提供する。

図１は、油圧シリンダ１０を示している。図１に示された油圧シリンダ１０は、本発明によるものであっても良く、或いは、油圧シリンダ１０の内部構造体が示されていないので、関連技術によるものであっても良い。油圧シリンダ１０は、シリンダハウジング１２、ピストンロッド１４並びに油圧入口／出口１６及び油圧入口／出口１８を有している。

油圧入口／出口１６，１８は、ピストンロッド１４がシリンダハウジング１２内へ内方に動いているかシリンダハウジング１２の外方に動いているかに応じて作動油の入口又は出口である。例えば、ピストンロッド１４がシリンダハウジング１２に向かって内方に動いているとき、特徴部１８は、油圧シリンダ１０内への作動油の入口として作用し、これに対し、特徴部１６は、油圧シリンダ１０からの作動油の出口として働く。作動油を特徴部１６中に圧送して特徴部１６が入口として作用する場合、作動油は、ピストンロッド１４に連結されたピストン（図１には示されていない）を押し、それによりピストンロッド１４をシリンダハウジング１２から押し出す。作動油は、かかる場合には出口として働く特徴部１８を通って油圧シリンダハウジング１２から流出することになる。

様々な理由で、例えば、オフセンタ加重、許容誤差、部品のゆがみ、仕様外れの状態で製造された部品又は種々の他の理由で、ピストンロッド１４に作用する力は、油圧ピストンロッド１４の軸線に平行ではない場合がある。矢印２０は、ピストンロッド１４に作用する場合のある例示の力を誇張して示している。ピストンロッド１４は、ピストンロッド１４が動くときに動かされる種々の機械的装置又は他の特徴部に連結可能である。この装置からの反力（反作用の力）は、ベクトルとして近似的に示されると共に図１では矢印２０によって示されている。理解できるように、ベクトル２０で示された力は、垂直成分２２を有している。図２に示されているように、垂直成分２２は、ピストンロッド１４に下方に作用する力として働く。

図２は、油圧シリンダ１０の断面図である。油圧シリンダ１０は、入口／出口１６，１８及びシリンダハウジング１２内の内部ボア２４を有するのが良い。内部ボア２４内には、ピストン２６が設けられている。ピストン２６は、ピストンロッド１４に取り付けられている。ピストンロッド１４は、部分的にピストン２６で支持されると共にロッド軸受２８で支持されている。垂直力成分２２は、図２及び図３に力の矢印３０，３２として示された反力成分を生じさせることができる。

図３は、内部ボア２４内に配置された状態でピストン２６及びピストンロッド１４を収容しているシリンダハウジング１２の拡大部分断面図である。入口／出口１８も又図示されている。反力の矢印３０，３２は、ピストンロッド１４、ピストン２６を内部ボア２４内に配置された状態に保つために反力を発生させることができる場所を示している。これら反力３０，３２は、内部ボア２４の壁３４、ピストンロッド１４、ピストン２６及びロッド軸受２８に加わる場合があり、それにより摩耗箇所３６，３８が生じる。

油圧ピストン２６及びピストンロッド１４は、シリンダハウジング１２への出入りを続けているとき、摩耗箇所３６，３８は、ピストンロッド１４、内部ボア２４、ピストン２６及び／又は軸受２８に沿って摩損又は他形式の望ましくない摩耗を受ける場合がある。かかる状況を回避し又は最小限に抑えるため、互いに異なる形式のピストン４０及びロッド軸受６０を図示のように用いるのが良く、図４、図５及び図６を参照してこれらについて説明する。

例えば、図４及び図５に示されているように、ピストン４０は、２つの部分から成るピストン４０であるのが良く、このピストンは、前側部分４２及び後側部分４４を含む。前側部分４２及び後側部分４４は、受け口キャビティ４６を構成するのが良い。受け口キャビティ４６は、形状が全体として丸くなっており又は球形であるのが良い。

締結具４８が前側部分４２を後側部分４４に取り付けるのが良く、前側部分４２と後側部分４４は、一緒になって、ピストン４０を構成する。前側部分４２及び後側部分４４は、締結具４８が前側部分４２と後側部分４４を互いに取り付けることができるようにする締結具ボア５０を有するのが良い。ボール（玉）５２がピストンロッド１４をピストン４０に連結するために用いられるのが良い。ボール５２は、シャフト５４に取り付けられている。シャフト５４は、ピストンロッド１４のボア５６内に配置されている。シャフト５４は、図４及び図５に示されているようにねじ山５８を介してボア５６に取り付け可能である。

しかしながら、本発明の幾つかの実施形態では、ねじ山の他に他の取り付け手段を用いても良い。例えば、ボール５２をピストンロッド１４に取り付ける圧力嵌め、溶接又は任意他の適当な仕方を用いることができる。ボール５２は、ピストン４０の前側部分４２及び後側部分４４により構成された受け口キャビティ４６内で自由に動くことができ、かくして、ピストンロッド１４は、矢印６８で示されているようにピストン４０に対して回動することができる。

回転可能な軸受６０も又用いられ、この回転可能な軸受は、シリンダハウジング１２内における又はピストンロッド１４に対する過度の摩耗又は摩損を生じさせないで、ピストンロッド１４がピストン４０に対して回動するのを支援し又は助けるために回転することができる。回転可能なロッド軸受６０は、丸くなった外面６２を有する。回転可能なロッド軸受６０は、シリンダハウジング１２内に設けられた丸形受け口６４内に納められている。回転可能なロッド軸受６０の丸形表面６２は、回転可能なロッド軸受６０が矢印６６（図４参照）によって示されているように収納された丸形ソケット６４に起因して回転することができる。かくして、ピストンロッド１４と回転可能なロッド軸受６０の両方の運動又は回動運動により、ロッド軸受６０は、ピストン４０に対して正確には一致しない位置に存在することができる。

しかしながら、当業者であれば、本開示内容を検討した後、ピストンロッド１４がシリンダハウジング１２内に移動しているときに、ピストンロッド１４は、自動調心し、そしてピストン４０に対してますます一致するようになることが理解されよう。しかしながら、ピストンロッド１４は、動いてシリンダハウジング１２から出、このピストンロッドは、ピストン４０に対してますます一致しない状態に動く場合がある。回転可能なロッド軸受６０は、油圧シリンダ１０の作動条件に対して内部ボア２４を封止するために、“Ｏ”リング溝６９内に配置された“Ｏ”リング６７を備えるのが良い。

図６は、本発明の別の実施形態としての油圧シリンダ１０を示している。シリンダハウジング１２の部分図が入口／出口１６と一緒に断面で示されている。ピストンロッド１４は、内部ボア２４内に配置されている。

ピストンロッド１４は、ロッド１４に設けられた丸形表面７０で終端している。丸形表面７０は、ピストン７４に設けられた対応の丸形表面７２に突き当たっている。対応関係にあるロッド１４の丸形表面７０とピストン７４の丸形表面７２により、ピストンロッド１４は、ピストン１４に対して回動し又は動くことができ、これは、本発明に従って示されると共に図６に示されている。

ピストンロッド１４は、“Ｏ”リング溝７６及びこれらの中に納められた“Ｏ”リング７８を有するのが良く、それにより締結具８０が締結具穴８２内に配置されている領域についてシールが得られる。

締結具８０は、締結具穴８２内に設けられたねじ山８４及び締結具８０上に設けられたねじ山８４を介してピストンロッド１４に取り付け可能である。単一の締結具８０が弾性ワッシャ８６と一緒になって、ピストン７４に対するピストンロッド１４の或る程度の運動を可能にするであろう。弾性ワッシャ８６は、ピストンロッド１４がピストン７４に対して動き又は回動すると、撓むことができる。

図６に示された実施形態は又、図４及び図５に示されている回転可能なロッド軸受と同じ回転可能なロッド軸受６０を用いることができる。図６に示されている実施形態において用いられる回動式ロッド軸受６０は、図４及び図５に示されたロッド軸受とほぼ同じ又は同一なので、回転可能なロッド軸受６０は示されておらず、これについては図６を参照してこれ以上説明しない。

本発明の多くの特徴及び多くの利点は、明細書における詳細な説明から明らかであり、かくして、本発明の真の精神及び範囲に属する本発明のかかる特徴及び利点の全てを含むことは、特許請求の範囲によって意図されている。さらに、多くの改造例及び変形例が当業者には容易に想到されるので、本発明を図示すると共に説明した構成及び作用そのものに限定することは望ましくなく、従って、全ての適当な改造例及び均等例は、本発明の範囲に含まれるものと言って良い。

Claims (20)

1. ピストン組立体であって、
   ピストンロッドと、
   前記ピストンロッドに回動可能に連結されたピストンと、
   前記ピストンロッドを挿通させることができるよう構成されていると共に前記ピストンロッドが前記ピストンに対して回動しているときに前記ピストンロッドと一緒に回転するよう構成されている回転可能なロッド軸受と、
   を有することを特徴とするピストン組立体。
2. 更に、前記ピストン、前記ピストンロッドの少なくとも一部、及び前記回転可能なロッド軸受を収容したシリンダを有する請求項１記載のピストン組立体。
3. 更に、前記回転可能なロッド軸受と前記シリンダとの間に配置されたシールを有する請求項２記載のピストン組立体。
4. 前記シールは、Ｏリングを備えている請求項３記載のピストン組立体。
5. 前記ピストンは、内部受け口を備え、前記ピストンロッドは、前記受け口内に設けられた玉継手を介して前記ピストンに取り付けられている請求項１記載のピストン組立体。
6. 前記ピストンは、２つの部品で構成され、各部品は、前記受け口の一部を備えている請求項５記載のピストン組立体。
7. 前記玉継手は、ねじ山を介して前記ピストンロッドに取り付けられている請求項５記載のピストン組立体。
8. 前記ピストンロッドは、前記ピストンの凹面に接触する凸面で終端し、前記ピストンロッドの前記凸面は、前記ピストンロッドが前記ピストンに対して回動することができるよう前記ピストンの前記凹面と擦れ合う請求項１記載のピストン組立体。
9. 更に、前記ピストンを前記ピストンロッドに連結する締結具を有する請求項８記載のピストン組立体。
10. 更に、前記締結具の頭と前記ピストンとの間に配置された弾性ワッシャを有する請求項９記載のピストン組立体。
11. 前記回転可能なロッド軸受は、球形の外側輪郭形状を有する請求項１記載のピストン組立体。
12. ピストン組立体を製作する方法であって、
    ピストンロッドを回動連結方式でピストンに取り付けるステップと、
    前記ピストンロッドのための回転可能な軸受を用意するステップと、
    前記ピストンロッドを前記回転可能な軸受で支持するステップと、
    を有することを特徴とする方法。
13. 更に、前記ピストンロッドに取り付けられたボールを前記ピストンに設けられた受け口内で回転させるステップを有する請求項１２記載の方法。
14. 更に、前記回転可能な軸受を通って前記ピストンロッドを摺動させるステップを有する請求項１２記載の方法。
15. 更に、前記受け口を構成する前記ピストンの２つの部品を前記ボールの周りに取り付けるステップを有する請求項１２記載の方法。
16. 更に、前記ボールを前記ピストンロッドに取り付けるステップを有する請求項１２記載の方法。
17. 更に、前記ピストンロッドの凸状部分を前記ピストンの凹状部分に突き当てるステップを有する請求項１２記載の方法。
18. 更に、弾性ワッシャに締め付けられた締結具により前記ピストンを前記ピストンロッドに取り付けるステップを有する請求項１２記載の方法。
19. 前記ロッド軸受は、実質的に丸くなった外壁を有し、前記ロッド軸受は、前記ロッド軸受が定位置で回転することができるよう相補的に寸法決めされたキャビティ内に嵌まり込んでいる請求項１２記載の方法。
20. ピストン組立体であって、
    ピストンを押す手段と、
    前記ピストンを押す手段に回動可能に連結されたピストンと、
    前記ピストンを押す手段を挿通させることができるよう構成されていると共に前記ピストンを押す手段が前記ピストンに対して回動しているときに前記ピストンを押す手段と一緒に回転するよう構成された回転可能な軸受手段と、
    を有することを特徴とするピストン組立体。

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