JP2017026033A - 流体圧シリンダ - Google Patents

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Abstract

【課題】流体圧シリンダのクッション性能を容易に調整する。【解決手段】油圧シリンダは、ピストンロッド20のストローク端付近でクッションベアリング40の進入を許容する受容部と、ピストンロッド20のストローク端付近で、クッションベアリング40と受容部との間に形成されるクッション通路5と、クッション通路5を迂回する複数のバイパス通路60と、複数のバイパス通路60のそれぞれの開閉を選択的に切り換えるクッション調整部70と、を備え、クッション調整部70は、複数のバイパス通路60のそれぞれに連通する複数の調整穴71と、複数の調整穴71にそれぞれ収容されてバイパス通路60を閉塞する閉塞ボルト75と、を有する。【選択図】図3

Description

本発明は、流体圧シリンダに関するものである。
特許文献1には、シリンダチューブを被覆して端面開口を閉塞する第1被覆部材の嵌合部に、作動室からポートに向かって延びる通路と、開口部と通路とを連通し作動室の作動流体の流量を制限してポートに向けて排出する役割を果たす絞り孔とが形成され、ピストンに隣接してピストンロッドにクッションリングが設けられる油圧シリンダが開示されている。
この油圧シリンダでは、クッションリングは、ピストンロッドが作動室の作動流体を排出する方向に移動したときに、その移動終端近傍で拡径穴に嵌合されて、拡径穴を塞ぐ役割を果たす。これにより、作動室の作動流体は、開口部から絞り孔を経由してポートに向けて流量を制限されつつ排出されて、ピストンロッドの移動終端でクッション作用が付与される。
特開2001−82415号公報
特許文献1に開示の流体圧シリンダでは、クッション性能を調整する際には、第1被覆部材をシリンダチューブから取り外し、絞り孔の径を調整する必要がある。しかしながら、クッション性能を調整するたびに第1被覆部材を取り外すことは煩わしい。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、クッション性能を容易に調整できる流体圧シリンダを提供することを目的とする。
第1の発明は、流体圧シリンダであって、シリンダチューブに挿入されるピストンロッドと、ピストンロッドに設けられる環状のクッションベアリングと、シリンダチューブに設けられピストンロッドのストローク端付近でクッションベアリングの進入を許容する受容部と、ピストンロッドのストローク端付近でクッションベアリングが受容部の内側に進入した際に、クッションベアリングと受容部との間に形成され通過する作動流体の流れに抵抗を付与するクッション通路と、受容部に設けられクッション通路を迂回する複数のバイパス通路と、複数のバイパス通路のそれぞれの開閉を選択的に切り換えるクッション調整部と、を備え、クッション調整部は、複数のバイパス通路のそれぞれに連通する複数の調整穴と、複数の調整穴にそれぞれ収容されてバイパス通路を開通又は閉塞する複数の切換部材と、を有することを特徴とする。
第1の発明では、ストローク端付近において、作動流体は、クッション通路及び開通したバイパス通路を通過する。複数のバイパス通路の開閉をクッション調整部により選択的に切り換え、開通するバイパス通路の数量を変更することにより、作動流体が通過する総流路面積が調整される。よって、流体圧シリンダを分解することなく、クッション性能を調整できる。
第2の発明は、シリンダチューブが、一端部に開口部を有し、受容部は、シリンダチューブの開口部を封止するシリンダヘッドに設けられ、シリンダチューブとシリンダヘッドとは、周方向に並ぶ複数の締結ボルトによって連結され、複数の調整穴は、複数の締結ボルトの周方向の間に設けられることを特徴とする。
第2の発明によれば、調整穴に収容される切換部材によって開閉されるバイパス通路をより多く設けることができるため、流体圧シリンダのクッション性能の調整可能範囲を大きくすることができる。
第3の発明は、シリンダチューブ内を2つの流体圧室に区画するピストンをさらに備え、バイパス通路が、流体圧室の一方に連通する第一バイパス通路と、調整穴を通じて第一バイパス通路に連通する第二バイパス通路と、を有し、調整穴への第二バイパス通路の開口に切換部材が当接することによってバイパス通路が閉塞されることを特徴とする。
本発明によれば、流体圧シリンダのクッション性能を容易に調整することができる。
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平面図である。 本発明の実施形態に係る流体圧シリンダの閉塞ボルト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開通ボルト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第1変形例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第2変形例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について説明する。以下では、流体圧シリンダが作動油を作動流体として駆動する油圧シリンダ100である場合について説明する。
油圧シリンダ100は、図1に示すように、筒状のシリンダチューブ10と、シリンダチューブ10に挿入されるピストンロッド20と、ピストンロッド20の先端に連結されシリンダチューブ10の内周面に沿って摺動するピストン30と、ピストンロッド20の外周に設けられる環状のクッションベアリング40と、を備える。
シリンダチューブ10の内部は、ピストン30によってロッド側室1と反ロッド側室2との2つの流体圧室に仕切られる。油圧シリンダ100は、油圧源(作動流体圧源)からロッド側室1または反ロッド側室2に導かれる作動油圧によって伸縮作動する。シリンダチューブ10の内周とピストン30の外周との間は、シール部材31によって封止される。これにより、シリンダチューブ10の内周とピストン30の外周との間を通じたロッド側室1と反ロッド側室2との連通が遮断される。
シリンダチューブ10には、一端の開口部10Aを封止すると共にピストンロッド20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、ピストンロッド20の伸長ストローク端付近でクッションベアリング40の進入を許容する受容部51を有する。シリンダチューブ10の内側には、受容部51の一部が挿入される。シリンダヘッド50は、図1及び図2に示すように、周方向に並ぶ複数の締結ボルト53を介してシリンダチューブ10に締結される。なお、図2では、ピストンロッド20の図示は省略する。
シリンダヘッド50の内周には、図1に示すように、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20の外周面に摺接することにより、ピストンロッド20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、内周面に形成される環状溝4を通じてロッド側室1に連通する給排口3が形成される。給排口3を通じて、ロッド側室1に作動油が給排される。
ピストンロッド20は、シリンダヘッド50の内周に摺接する本体部21と、本体部21より外径が小さく形成される小径部22と、本体部21と小径部22の間に形成される環状の段差部23と、ピストンロッド20の先端に形成されピストン30が締結されるねじ部24と、を有する。
ピストン30は、ピストンロッド20のねじ部24に螺合し、所定の締め付け力によってピストンロッド20に締結される。
クッションベアリング40は、ピストンロッド20の小径部22の外周に設けられる。クッションベアリング40の内径は、ピストンロッド20の小径部22の外径よりも大きく、かつ、ピストンロッド20の本体部21の外径よりも小さく形成される。クッションベアリング40は、ピストンロッド20の段差部23とピストン30の端面30Aとによって挟持される。
クッションベアリング40の外径は、ピストンロッド20の本体部21の外径よりも大きく、かつ、受容部51の内径よりも小さく形成される。これにより、クッションベアリング40は、ピストンロッド20の伸長ストローク端付近で受容部51の内側に進入する。クッションベアリング40が受容部51の内側に進入することにより、クッションベアリング40と受容部51との間でクッション通路5が形成される。クッション通路5を通過する作動油の流れには、抵抗が付与される。作動油がクッション通路5を通過することにより、ロッド側室1にはクッション圧が作用する。これにより、油圧シリンダ100では、伸長ストローク端付近で伸長速度が減速するクッション作用が発揮される。
また、油圧シリンダ100は、シリンダヘッド50の受容部51に設けられクッション通路5を迂回する複数のバイパス通路60と、複数のバイパス通路60のそれぞれの開閉を選択的に切り換えるクッション調整部70と、をさらに備える。
バイパス通路60は、それぞれクッション通路5を迂回し、環状溝4を通じてロッド側室1と給排口3とを連通する。つまり、バイパス通路60は、クッション通路5を通過させずにロッド側室1内の作動油の一部を給排口3に導く。複数のバイパス通路60は、互いに連通せず独立して設けられ、環状に並ぶ締結ボルト53の周方向の間にそれぞれ配置される(図2参照)。複数のバイパス通路60は、全て同一形状に形成される。バイパス通路60を通過する作動油の流れには、バイパス通路60の最少断面積(以下、単に「バイパス通路60の断面積」と称する。)に応じた抵抗が付与される。
図3及び図4に示すように、クッション調整部70は、複数のバイパス通路60のそれぞれから分岐して設けられる複数の調整穴71と、それぞれ複数の調整穴71に収容されバイパス通路60を開通又は閉塞する複数の切換部材としての切換ボルトと、を有する。
複数の調整穴71は、シリンダヘッド50の外周面に開口して設けられる。複数の調整穴71も、バイパス通路60と同様に、環状に並ぶ締結ボルト53の周方向の間にそれぞれ配置される(図2参照)。調整穴71がバイパス通路60に連通して設けられることにより、バイパス通路60は、ロッド側室1に開口する第一バイパス通路61と、調整穴71を通じて第一バイパス通路61に連通すると共に環状溝4に開口する第二バイパス通路62と、に隔てられる。言い換えれば、調整穴71の一部がバイパス通路60の一部として機能する。油圧シリンダ100では、第二バイパス通路62の断面積が、バイパス通路60の最少断面積に相当する。
調整穴71に収容される切換ボルトとしては、調整穴71に収容された状態でバイパス通路60を閉塞する閉塞ボルト75(図3参照)と、閉塞ボルト75よりも短く形成され調整穴71に収容された状態でバイパス通路60を開通する開通ボルト76(図4参照)と、の2種類が用いられる。複数の調整穴71には、閉塞ボルト75及び開通ボルト76のいずれか一方が収容される。
閉塞ボルト75は、図3に示すように、ボルトヘッド75Aと、調整穴71に螺合する調整ねじ部75Bと、調整ねじ部75Bの先端に設けられる円柱部75Cと、を有する。閉塞ボルト75は、調整穴71の全長にわたって収容される。
円柱部75Cには、円柱部75Cの外周と調整穴71の内周との間の隙間を塞ぐシール部材77が設けられる。シール部材77は、第一バイパス通路61と第二バイパス通路62との間に設けられる。閉塞ボルト75が調整穴71に収容されると、第一バイパス通路61と第二バイパス通路62との間に円柱部75Cが配置されて両者の連通が遮断される。また、円柱部75Cの外周にシール部材77が設けられることにより、円柱部75Cの外周と調整穴71の内周との間の隙間を通じた第一バイパス通路61と第二バイパス通路62との連通も遮断される。これにより、バイパス通路60が閉塞され、バイパス通路60を通じた作動油の流れが完全に遮断される。なお、シール部材77は、円柱部75Cの外周に限らず、円柱部75Cの端面と調整穴71の底部との間に設けられてもよい。
開通ボルト76は、図4に示すように、ボルトヘッド76Aと、調整穴71に螺合する調整ねじ部76Bと、を有する一方、閉塞ボルト75のような円柱部75Cを有していない。つまり、開通ボルト76は、バイパス通路60に達しない長さに形成される。これにより、開通ボルト76が調整穴71に収容された状態ではバイパス通路60は閉塞されず、バイパス通路60を通じた作動油の流れが許容される。
このように、調整穴71に閉塞ボルト75を収容するか、又は開通ボルト76を収容するかによって、バイパス通路60の開閉が選択的に切り換えられる。
次に、油圧シリンダ100の動作について説明する。
ロッド側室1に油圧源が連通し、反ロッド側室2にタンク(図示省略)が連通すると、ロッド側室に作動油が供給され、反ロッド側室内の作動油はタンクに排出される。このため、油圧シリンダ100は収縮作動する。
反ロッド側室2に油圧源が連通し、ロッド側室1にタンクが連通すると、反ロッド側室2に作動油が供給され、ロッド側室1内の作動油はタンクに排出される。このため、油圧シリンダ100は伸長作動する。
油圧シリンダ100の伸長作動によって、ピストンロッド20が図1に示すような伸長ストローク端付近まで移動すると、クッションベアリング40が受容部51の内側に進入し、クッションベアリング40の外周面と受容部51の内周面とによってクッション通路5が形成される。
ロッド側室1の作動油は、クッション通路5及び開通するバイパス通路60を通じて、給排口3に導かれロッド側室1から排出される。クッション通路5及びバイパス通路60を通過する作動油の流れには抵抗が付与されるため、ロッド側室1にはクッション通路5によって付与される抵抗とバイパス通路60によって付与される抵抗とに応じたクッション圧が作用する。このようにして、ピストンロッド20の伸長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。
具体的に説明すると、全ての調整穴71に閉塞ボルト75が収容され、複数のバイパス通路60の全てが閉塞される場合には、ロッド側室1内の作動油はクッション通路5のみを通じて排出される。つまり、複数のバイパス通路60の全てが閉塞される場合には、ロッド側室1から排出される作動油が通過する流路(以下、「排出流路」と称する。)の総流路面積は、クッション通路5の断面積に相当する。よって、この場合には、クッション通路5の断面積に応じて作動油の流れに抵抗が付与され、付与される抵抗に応じたクッション圧が発生する。この状態が、作動油に付与される抵抗が最も大きく、最も高いクッション圧が発生する状態である。
複数のバイパス通路60のうちの一部が開通する場合には、ロッド側室1内の作動油はクッション通路5及び開通する一部のバイパス通路60を通じて排出される。この場合には、排出流路の総流路面積は、開通するバイパス通路60の断面積とクッション通路5の断面積との総和に相当する。よって、ロッド側室1から排出される作動油の流れには、開通するバイパス通路60とクッション通路5との断面積の総和に応じた抵抗が付与され、付与される抵抗に応じたクッション圧が発生する。
全ての調整穴71に開通ボルト76が収容され複数のバイパス通路60の全てが開通する場合には、ロッド側室1内の作動油はクッション通路5及び複数のバイパス通路60の全てを通じて排出される。よって、排出流路の総流路面積は、複数のバイパス通路60の断面積の総和とクッション通路5の断面積との総和に相当する。ロッド側室1から排出される作動油の流れには、複数のバイパス通路60の全てとクッション通路5との断面積の総和に応じた抵抗が付与され、付与される抵抗に応じたクッション圧が発生する。この場合には、作動油に付与される抵抗が最も小さく、最も小さいクッション圧が発生する。
以上のように、伸長ストローク端付近で発生するクッション圧は、開通するバイパス通路60とクッション通路5との断面積の総和に応じて発生する。よって、作業者が調整穴71に収容される切換ボルトの種類を変更して開通するバイパス通路60の数量を変更することにより、排出流路の総流路断面積が調整される。したがって、クッション性能の調整のたびにシリンダヘッド50を取り外す必要がなく、クッション性能を容易に調整することができる。
また、油圧シリンダ100では、複数のバイパス通路60の開閉を選択的に切り換えることによりクッション性能が調整されるため、クッション性能は、1つバイパス通路60を開通又は閉塞することにより、連続的ではなく、段階的に変化する。よって、油圧シリンダ100では、開通するバイパス通路60の数量、言い換えれば開通するバイパス通路60の断面積の総和が同一であれば同様のクッション性能を発揮する。このように、油圧シリンダ100では、開通するバイパス通路60の断面積の総和が同一となるように複数のバイパス通路60の開通と閉塞とを選択的に切り換えることにより、高い再現性によってクッション性能を調整することができる。
また、油圧シリンダ100のクッション性能は、油圧シリンダ100に供給される作動油圧や油圧シリンダ100が駆動する負荷といった油圧シリンダ100の作動条件に応じて調整される。油圧シリンダ100は、複数のバイパス通路60の開閉を選択的に切り換えるものであるため、開通するバイパス通路60の数量とバイパス通路60の断面積とを乗じた断面積をクッション通路5の断面積に加算することで、排出流路の総流路面積を容易に求めることができる。よって、油圧シリンダ100の作動条件に応じて調整された最適なクッション性能を発揮する総流路面積を容易に求めることができる。このようにして求められた最適な総流路面積の情報を作動条件と共に蓄積していくことにより、油圧シリンダ100の開発設計時の基礎情報として利用することもできる。つまり、新たな作動条件で使用される油圧シリンダ100の最適なクッション性能を発揮する排出流路の総流路断面積を蓄積された情報を基に予測して決定することができる。
次に、本実施形態の変形例について説明する。
上記実施形態では、複数のバイパス通路60は、全て同一形状に形成される。これに代えて、複数のバイパス通路60は、形状が異なってもよく、断面積が異なる複数の種類のバイパス通路60が設けられてもよい。この場合には、異なる断面積を有するバイパス通路60をそれぞれ識別できるように、刻印等の目印を設けてもよい。
また、上記実施形態では、閉塞ボルト75の先端は円柱部75Cとして形成され、円柱部75Cの外周にシール部材77が設けられることにより、第一バイパス通路61と第二バイパス通路62との連通が完全に遮断される。閉塞ボルト75と調整穴71との間のわずかな隙間を通じた第一バイパス通路61と第二バイパス通路62との連通がクッション性能に影響しない場合には、シール部材77を設けなくてもよい。
また、閉塞ボルト75は、第一バイパス通路61と第二バイパス通路62との連通を遮断するものであれば、任意の形状に形成してよい。
例えば、図5に示すように、閉塞ボルト75の円柱部75Cの先端に球状部75Dを設け、球状部75Dを調整穴71への第二バイパス通路62の開口に向けて押し付けることにより、第一バイパス通路61と第二バイパス通路62とを遮断してもよい。
また、閉塞ボルト75の円柱部75Cの先端にテーパ面75Eを形成し、テーパ面75Eによって調整穴71への第二バイパス通路62の開口を封止してもよい。この場合には、図6に示すように、調整穴71の底部を閉塞ボルト75のテーパ面75Eに対応するテーパ面71Aに形成することにより、シール性を向上させることができる。
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20とピストン30とによって挟持される。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20の外周との間に隙間を持って設けられ、ピストンロッド20の段差部23とピストン30の端面30Aとの間で軸方向にわずかに移動可能に設けられるいわゆるフローティング支持されるものでもよい。
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、複数のバイパス通路60の開閉をクッション調整部70の切換ボルトを交換することにより選択的に切り換え、開通するバイパス通路60の数量を変更することにより、排出流路の総流路面積が調整される。よって、シリンダヘッド50を取り外して油圧シリンダ100を分解することなく、油圧シリンダ100のクッション性能を調整できる。したがって、油圧シリンダ100のクッション性能を容易に調整することができる。
また、油圧シリンダ100は、複数のバイパス通路60の開閉を選択的に切り換えることによりクッション性能を調整するため、開通するバイパス通路60の断面積の総和が同一となるようにバイパス通路60の開閉を切り換えることにより、高い再現性によってクッション性能を調整することができる。
また、複数のバイパス通路60は、シリンダヘッド50とシリンダチューブ10とを連結する複数の締結ボルト53の周方向の間にそれぞれ設けられるため、より多くのバイパス通路60をシリンダヘッド50に設けることができる。よって、油圧シリンダ100のクッション性能の調整可能範囲を大きくすることができる。
以下、本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。
油圧シリンダ100は、シリンダチューブ10と、シリンダチューブ10に挿入されるピストンロッド20と、ピストンロッド20に設けられる環状のクッションベアリング40と、シリンダチューブ10に設けられピストンロッド20のストローク端付近でクッションベアリング40の進入を許容する受容部51と、ピストンロッド20のストローク端付近でクッションベアリング40が受容部51の内側に進入した際に、クッションベアリング40と受容部51との間に形成され通過する作動油の流れに抵抗を付与するクッション通路5と、受容部51に設けられクッション通路5を迂回する複数のバイパス通路60と、複数のバイパス通路60のそれぞれの開閉を選択的に切り換えるクッション調整部70と、を備え、クッション調整部70は、複数のバイパス通路60のそれぞれに連通する複数の調整穴71と、複数の調整穴71にそれぞれ収容されてバイパス通路60を開通又は閉塞する複数の切換ボルト(閉塞ボルト75及び開通ボルト76)と、を有する。
この構成では、ストローク端付近において、作動油は、クッション通路5及び開通したバイパス通路60を通過する。複数のバイパス通路60の開閉をクッション調整部70により選択的に切り換え、開通するバイパス通路60の数量を変更することにより、作動油が通過する総流路面積が調整される。よって、油圧シリンダ100を分解することなく、クッション性能を調整できる。したがって、油圧シリンダ100のクッション性能を容易に調整することができる。
また、油圧シリンダ100は、シリンダチューブ10が、一端の開口部10Aを封止すると共に受容部51が設けられるシリンダヘッド50を有し、シリンダチューブ10とシリンダヘッド50とは、周方向に並ぶ複数の締結ボルト53によって連結され、複数の調整穴71は、複数の締結ボルト53の周方向の間に設けられる。
この構成によれば、調整穴71に収容される切換ボルトによって開閉されるバイパス通路60をより多く設けることができるため、油圧シリンダ100のクッション性能を調整可能な範囲を大きくすることができる。
また、油圧シリンダ100は、ピストン30が、シリンダチューブ10内を2つの流体圧室(ロッド側室1、反ロッド側室2)に区画し、バイパス通路60は、ロッド側室1に連通する第一バイパス通路61と、調整穴71を通じて第一バイパス通路61に連通する第二バイパス通路62と、を有し、調整穴71への第二バイパス通路62の開口に切換ボルト(閉塞ボルト75)が当接することによってバイパス通路60が閉塞される。
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。
100…油圧シリンダ(流体圧シリンダ)、5…クッション通路、10…シリンダチューブ、10A…開口部、20…ピストンロッド、30…ピストン、40…クッションベアリング、50…シリンダヘッド、51…受容部、53…締結ボルト、60…バイパス通路、70…クッション調整部、71…調整穴、75…閉塞ボルト(切換部材)、76…開通ボルト(切換部材)

Claims (3)

  1. シリンダチューブと、
    前記シリンダチューブに挿入されるピストンロッドと、
    前記ピストンロッドに設けられる環状のクッションベアリングと、
    前記シリンダチューブに設けられ前記ピストンロッドのストローク端付近で前記クッションベアリングの進入を許容する受容部と、
    前記ピストンロッドのストローク端付近で前記クッションベアリングが前記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受容部との間に形成され通過する作動流体の流れに抵抗を付与するクッション通路と、
    前記受容部に設けられ前記クッション通路を迂回する複数のバイパス通路と、
    前記複数のバイパス通路のそれぞれの開閉を選択的に切り換えるクッション調整部と、を備え、
    前記クッション調整部は、
    前記複数のバイパス通路のそれぞれに連通する複数の調整穴と、
    前記複数の調整穴にそれぞれ収容されて前記バイパス通路を開通又は閉塞する複数の切換部材と、を有することを特徴とする流体圧シリンダ。
  2. 前記シリンダチューブは、一端の開口部を有し、
    前記受容部は、前記シリンダチューブの前記開口部を封止するシリンダヘッドに設けられ、
    前記シリンダチューブと前記シリンダヘッドとは、周方向に並ぶ複数の締結ボルトによって連結され、
    前記複数の調整穴は、前記複数の締結ボルトの周方向の間に設けら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. 前記シリンダチューブ内を2つの流体圧室に区画するピストンをさらに備え、
    前記バイパス通路は、
    前記流体圧室の一方に連通する第一バイパス通路と、
    前記調整穴を通じて前記第一バイパス通路に連通する第二バイパス通路と、を有し、
    前記調整穴への前記第二バイパス通路の開口に前記切換部材が当接することによって前記バイパス通路が閉塞されることを特徴とする請求項1または2に記載の流体圧シリンダ。
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