JP2017078507A - Single rod type double-acting hydraulic cylinder - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シリンダと、シリンダ内空間部に嵌挿されたピストンと、ピストンの後端部に結合されシリンダ内空間部からシリンダの後壁部を貫通してシリンダ外空間部に伸びる中空のピストンロッドとを備えている片ロッド形複動油圧シリンダに関するものである。 The present invention relates to a cylinder, a piston fitted in the cylinder inner space, a hollow piston coupled to the rear end of the piston and extending from the cylinder inner space through the rear wall of the cylinder to the cylinder outer space. The present invention relates to a single rod type double acting hydraulic cylinder provided with a rod.
一般に、シリンダ内に摺動可能に嵌挿されたピストンが、油圧ポンプから吐出された作動油の圧力により往復運動をする油圧シリンダは、同様の往復運動をする機械式のアクチュエータ、例えばラックピニオン機構やボールねじ機構などに比べて、構造が単純であり、出力が高く、かつ寿命が長いといった利点を有するので、種々の機械装置や土木建設用車両などのアクチュエータとして広く用いられている。そして、このような油圧シリンダの1つとして、構造が簡素であり、ピストンをキャップ側及びヘッド側の両方向に油圧で駆動することができる片ロッド形複動油圧シリンダが種々知られている(例えば、特許文献1〜3参照)。 In general, a hydraulic cylinder in which a piston slidably fitted in a cylinder reciprocates by the pressure of hydraulic oil discharged from a hydraulic pump is a mechanical actuator that reciprocates similarly, such as a rack and pinion mechanism. Compared with a ball screw mechanism or the like, the structure is simple, the output is high, and the life is long. Therefore, it is widely used as an actuator for various mechanical devices and civil engineering construction vehicles. As one of such hydraulic cylinders, various single rod type double acting hydraulic cylinders having a simple structure and capable of hydraulically driving the piston in both directions of the cap side and the head side are known (for example,
しかしながら、例えば図6に示すように、従来の片ロッド形複動油圧シリンダ100では、ピストン101のヘッド側の端部にピストンロッド102が取り付けられているので、その分だけピストン101のヘッド側の受圧面積がキャップ側の受圧面積より小さくなる。そして、このようにヘッド側とキャップ側とでピストン101の受圧面積が異なると、作動油供給装置103から供給される作動油の圧力が一定である場合、受圧面積の差に起因して、ピストン101がキャップ側に移動するときとヘッド側に移動するときとで、ピストン101に加わる力、ひいてはピストン101の移動速度が異なることになる。このため、ピストン101の両方向への駆動力ないしは移動速度を同一にする必要がある場合は用いることができないといった問題がある。 However, for example, as shown in FIG. 6, in the conventional single rod type double acting
また、キャップ側とヘッド側とでは油室の横断面の面積が互いに異なるので、キャップ側油室104に作動油を供給するときと、ヘッド側油室105に作動油を供給するときとでは、作動油の供給量ないしは排出量が異なることになる。具体的には、ピストン101がヘッド側からキャップ側に移動するときには、作動油供給装置103の作動油タンク(図示せず)からヘッド側油室105に供給される1ストローク分の作動油の量が、キャップ側油室104から作動油タンクに排出される1ストローク分の作動油の量よりも少ないので、作動油タンク内の作動油の保有量(液位)が増加する。 Further, since the cross-sectional areas of the oil chamber are different between the cap side and the head side, when supplying hydraulic oil to the cap
逆に、ピストン101がキャップ側からヘッド側に移動するときには、作動油タンクからキャップ側油室104に供給される1ストローク分の作動油の量が、ヘッド側油室105から作動油タンクに排出される1ストローク分の作動油の量よりも多いので、作動油タンク内の作動油の保有量(液位)が減少する。このように、従来の片ロッド形複動油圧シリンダ100では、作動油タンクの作動油の保有量(液位)が変動するので、作動油の保有量の変動に対処するために、より多くの量の作動油を無駄に保有しなければならない、といった問題がある。 Conversely, when the
なお、例えば図7に示すように、両ロッド形複動油圧シリンダ100’では、ピストン101のキャップ側の端部にも、ヘッド側のピストンロッド102と同一径のピストンロッド106が取り付けられているので、ピストン101のキャップ側及びヘッド側の受圧面積が等しくなり、前記のような問題は生じない。しかしながら、ピストン101がキャップ側に移動したときには、キャップ側のピストンロッド106が、破線で示すようにキャップ側のシリンダ端壁107から外方に大きく突出するので、その分だけ無駄な空間を確保しなければならない。このため、該両ロッド形複動油圧シリンダ100’では、これを装着する機械装置等の構成要素のレイアウトに大きな制約が生じるといった、前記問題とは別の問題がある。 For example, as shown in FIG. 7, in the double rod type double acting
本発明は、前記従来の問題を解決するためになされたものであって、ピストン及びこれに連結された部材(ピストンロッド等)をヘッド側に移動させるときの作動油の受圧面の面積とキャップ側に移動させるときの作動油の受圧面の面積とが等しい片ロッド形複動油圧シリンダを提供することを解決すべき課題とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described conventional problems, and the area of the pressure receiving surface of the hydraulic oil and the cap when moving the piston and the member (piston rod, etc.) connected thereto to the head side. It is an object to be solved to provide a single rod type double acting hydraulic cylinder having the same area of the pressure receiving surface of hydraulic oil when moved to the side.
前記課題を解決するためになされた本発明に係る片ロッド形複動油圧シリンダは、シリンダと、ピストンと、略円柱形のピストンロッドと、略円柱形の芯部材とを備えている。ここで、シリンダは、略円筒形の周壁部と、周壁部の前端(キャップ側の端部)に結合された前壁部と、周壁部の後端(ヘッド側の端部)に結合された後壁部とを有する。ピストンは、シリンダ内に形成された略円柱形のシリンダ内空間部に嵌挿され、シリンダ中心軸が伸びる方向に摺動することができる。ピストンロッドは、ピストンの後端部に結合又は連結され、シリンダ内空間部から後壁部を貫通してシリンダ外空間部に伸びている。芯部材は、その前端が前壁部に結合又は連結され、シリンダ中心軸が伸びる方向に沿って、後壁部の位置まで、又は後壁部の近傍の位置(後壁部より前側又は後側)まで後方に伸びている。 A single rod double acting hydraulic cylinder according to the present invention, which has been made to solve the above problems, includes a cylinder, a piston, a substantially cylindrical piston rod, and a substantially cylindrical core member. Here, the cylinder is connected to the substantially cylindrical peripheral wall portion, the front wall portion connected to the front end (cap-side end portion) of the peripheral wall portion, and the rear end (head-side end portion) of the peripheral wall portion. And a rear wall portion. The piston is fitted into a substantially cylindrical space in the cylinder formed in the cylinder, and can slide in the direction in which the cylinder central axis extends. The piston rod is coupled or connected to the rear end portion of the piston, and extends from the inner space portion of the cylinder through the rear wall portion to the outer space portion of the cylinder. The core member is connected or connected to the front wall at the front end, and along the direction in which the cylinder central axis extends, to the position of the rear wall or near the rear wall (the front side or the rear side of the rear wall ) To the rear.
この片ロッド形複動油圧シリンダにおいては、ピストンロッド内に略円柱形の中空部が形成され、芯部材の外周面はこの中空部の内周面と摺動可能に嵌合し、この中空部の芯部材の後端面より後側の部分が第1油室をなしている。そして、芯部材に、該芯部材の前端に形成された第1作動油ポートと、前端が第1作動油ポートと連通し後端が第1油室と連通する芯材内油路とが設けられている。シリンダ内空間部は、ピストンによって前後に仕切られ、その結果ピストンの前側(キャップ側)に位置する空気室と、ピストンの後側(ヘッド側)に位置する第2油室とが形成されている。シリンダには、空気室と連通する空気ポートと、第2油室と連通する第2作動油ポートとが設けられている。この片ロッド形複動油圧シリンダにおいては、シリンダ中心軸と垂直な平面で切断した場合における、第1油室の断面積(キャップ側の受圧面積に相当する)と第2油室の断面積(ヘッド側の受圧面積に相当する)とが等しくなっている(同一である)。 In this single rod type double acting hydraulic cylinder, a substantially cylindrical hollow portion is formed in the piston rod, and the outer peripheral surface of the core member is slidably fitted to the inner peripheral surface of the hollow portion. A portion on the rear side of the rear end surface of the core member forms a first oil chamber. The core member is provided with a first hydraulic oil port formed at the front end of the core member, and a core internal oil passage whose front end communicates with the first hydraulic oil port and whose rear end communicates with the first oil chamber. It has been. The in-cylinder space is partitioned forward and backward by the piston, and as a result, an air chamber located on the front side (cap side) of the piston and a second oil chamber located on the rear side (head side) of the piston are formed. . The cylinder is provided with an air port communicating with the air chamber and a second hydraulic oil port communicating with the second oil chamber. In this single rod type double acting hydraulic cylinder, the cross-sectional area of the first oil chamber (corresponding to the pressure-receiving area on the cap side) and the cross-sectional area of the second oil chamber (when corresponding to the cross section of the second oil chamber) (Corresponding to the pressure receiving area on the head side) is equal (same).
本発明に係る片ロッド形複動油圧シリンダにおいては、空気室は、周壁部の内周面と、前壁部の後端面と、芯部材の外周面と、ピストンの前端面とによって画成される。また、第2油室は、周壁部の内周面と、後壁部の前端面と、ピストンロッドの外周面と、ピストンの後端面とによって画成される。空気ポートは、周壁部の前端部もしくはその近傍又は前壁部に設けられているのが好ましい。第2作動油ポートは、周壁部の後端部もしくはその近傍又は後壁部に設けられているのが好ましい。 In the single rod type double acting hydraulic cylinder according to the present invention, the air chamber is defined by the inner peripheral surface of the peripheral wall portion, the rear end surface of the front wall portion, the outer peripheral surface of the core member, and the front end surface of the piston. The The second oil chamber is defined by the inner peripheral surface of the peripheral wall portion, the front end surface of the rear wall portion, the outer peripheral surface of the piston rod, and the rear end surface of the piston. The air port is preferably provided at the front end portion of the peripheral wall portion, the vicinity thereof, or the front wall portion. It is preferable that the second hydraulic oil port is provided at the rear end portion of the peripheral wall portion, the vicinity thereof, or the rear wall portion.
本発明に係る片ロッド形複動油圧シリンダにおいては、加圧された作動油が第1作動油ポートと芯材内油路とを介して第1油室に供給されたときには、ピストンロッドの後端壁の内面(前面)に作用する作動油の圧力により、ピストンロッドひいてはピストンに後向きの力が加えられ、ピストン及びピストンロッドが後方に移動させられる。これにより、ピストンロッドは、これに連結されている部材(負荷)を後向きに移動させる。このとき、第2油室内に滞留している作動油は、第2作動油ポートを介して外部(例えば、作動油タンク)に排出される。その際、外部の空気が空気ポートを介して空気室に吸入される。 In the single rod double acting hydraulic cylinder according to the present invention, when pressurized hydraulic oil is supplied to the first oil chamber via the first hydraulic oil port and the oil passage in the core material, Due to the pressure of the hydraulic oil acting on the inner surface (front surface) of the end wall, a backward force is applied to the piston rod and thus the piston, and the piston and the piston rod are moved rearward. Thereby, a piston rod moves the member (load) connected with this backward. At this time, the hydraulic oil staying in the second oil chamber is discharged to the outside (for example, a hydraulic oil tank) via the second hydraulic oil port. At that time, external air is sucked into the air chamber via the air port.
他方、加圧された作動油が第2作動油ポートを介して第2油室に供給されたときには、ピストンの後端面に作用する作動油の圧力により、ピストンひいてはピストンロッドに前向きの力が加えられ、ピストン及びピストンロッドが前方に移動させられる。これにより、ピストンロッドは、これに連結されている部材(負荷)を前向きに移動させる。このとき、第1油室内に滞留している作動油は、芯材内油路と第1作動油ポートとを介して外部(例えば、作動油タンク)に排出される,その際、空気室内の空気が空気ポートを介して外部に排出される。 On the other hand, when pressurized hydraulic oil is supplied to the second oil chamber via the second hydraulic oil port, a forward force is applied to the piston and thus the piston rod due to the pressure of the hydraulic oil acting on the rear end surface of the piston. The piston and the piston rod are moved forward. Thereby, a piston rod moves the member (load) connected with this to the front. At this time, the hydraulic oil staying in the first oil chamber is discharged to the outside (for example, a hydraulic oil tank) through the core oil passage and the first hydraulic oil port. Air is discharged to the outside through the air port.
そして、本発明に係る片ロッド形複動油圧シリンダにおいては、シリンダ中心軸と垂直な平面で切断した場合における、第1油室の断面積と第2油室の断面積とが等しくなっているので、加圧された作動油により、ピストン及びピストンロッドを前向き(キャップ側)に移動させるときの作動油の受圧面の面積と後向き(ヘッド側)に移動させるときの作動油の受圧面の面積とは同一である。このため、供給される作動油の圧力及びピストンロッドへの負荷が一定である場合、ピストン及びピストンロッドが前向きに移動するときと後向きに移動するときとで、ピストン及びピストンロッドに加わる力、ひいてはこれらの移動速度を等しくすることができる。また、ピストン及びピストンロッドが前向きに移動するときと後向きに移動するときのいずれにおいても、第1油室又は第2油室への作動油の供給と排出量とが等しくなるので、作動油タンクの作動油の保有量を少なくすることができる。 In the single rod double acting hydraulic cylinder according to the present invention, the cross-sectional area of the first oil chamber is equal to the cross-sectional area of the second oil chamber when cut along a plane perpendicular to the cylinder central axis. Therefore, the area of the pressure receiving surface of the hydraulic oil when moving the piston and piston rod forward (cap side) and the area of the pressure receiving surface of the hydraulic oil when moving backward (head side) with pressurized hydraulic oil Is the same. For this reason, when the pressure of the supplied hydraulic oil and the load on the piston rod are constant, the force applied to the piston and the piston rod when the piston and the piston rod move forward and when the piston rod moves backward, and thus These moving speeds can be made equal. In addition, since the supply and discharge amount of the hydraulic oil to the first oil chamber or the second oil chamber are equal regardless of whether the piston and the piston rod move forward or backward, the hydraulic oil tank The amount of hydraulic oil retained can be reduced.
また、芯部材がシリンダ中心軸の伸びる方向に沿って、後壁部の近傍(後壁部より前側又は後側)まで後方に伸び、かつ芯部材の外周面と中空部(ピストンロッド)の内周面とが摺動可能に嵌合しているので、芯部材と中空部(ピストンロッド)とがシリンダ中心軸方向に比較的長い距離にわたって摺接する。このため、ピストン及びピストンロッドのシリンダ中心軸方向の往復移動が安定化ないしは円滑化される(ギクシャクしない)。 Further, the core member extends rearward along the direction in which the center axis of the cylinder extends to the vicinity of the rear wall (front side or rear side of the rear wall), and the inner surface of the core member and the hollow portion (piston rod) Since the peripheral surface is slidably fitted, the core member and the hollow portion (piston rod) are in sliding contact with each other over a relatively long distance in the cylinder central axis direction. For this reason, the reciprocating movement of the piston and piston rod in the cylinder central axis direction is stabilized or smoothed (not jerky).
以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の実施形態を具体的に説明する。
図1及び図2(a)、(b)に示すように、本発明の実施形態に係る片ロッド形複動油圧シリンダ1(以下、略して「油圧シリンダ1」という。)は、シリンダ2(シリンダチューブ)と、略円柱形のピストン3と、中空略円柱形ないしは略円筒形のピストンロッド4と、略円柱形の芯部材5とを備えている。なお、以下では、油圧シリンダ1における各構成要素の位置関係を簡明に示すため、該油圧シリンダ1におけるキャップ側の位置を「前」といい、ヘッド側の位置を「後」ということにする。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
As shown in FIGS. 1 and 2 (a) and 2 (b), a single rod double acting hydraulic cylinder 1 (hereinafter referred to as "
シリンダ2は、略円筒形の周壁部6と、周壁部6の前端に結合された前壁部7と、周壁部6の後端に結合された後壁部8とを有している。ピストン3は、シリンダ2内に形成された略円柱形のシリンダ内空間部9に嵌挿され、シリンダ中心軸が伸びる方向(前後方向)に摺動することができるようになっている。ピストンロッド4は、ピストン3の後端部に結合又は連結(締結)され、シリンダ内空間部9から後壁部8を前後方向に貫通してシリンダ外空間部に伸びている。また、ピストンロッド4には、円柱形の中空部10が形成されている。 The
芯部材5は、その前端が前壁部7に結合又は連結(締結)され、シリンダ中心線が伸びる方向(前後方向)に沿って、後壁部8のやや前方の位置まで後方に伸びている。ここで、芯部材5の後端面5aは、後壁部8の内面8a(前面)に近接して該内面8aの前方に位置している。また、芯部材5の外周面は、ピストンロッド4の中空部10の内周面と摺動可能に嵌合し、中空部10における芯部材5の後端面5aより後側の部分は、油圧シリンダ1の第1油室11をなしている。すなわち、第1油室11は、ピストンロッド4の円筒形の周壁4aの内周面と、ピストンロッド4の後壁4bの円形の内面(前面)と、芯部材5の円形の後端面5aとによって画成されている。なお、芯部材5は、後壁部8の位置又はこれより後方(ないしはやや後方)の位置まで伸びていてもよい。 The front end of the
前記のとおり、芯部材5の後端面5aが後壁部8の内面8aに近接して該内面8aの前方に位置しているので、後端面5aは、ピストン3が最大限に後方(ヘッド側)に移動したときでも中空部10内に位置し、芯部材5と中空部10の摺動可能な嵌合が維持される。なお、図示していないが、ピストン3の後面にはピストン3が図1に示す位置(最大限に後方に移動した位置)より後方に移動するのを係止する係止部材が設けられる一方、ピストン3の前面にはピストン3が図2(b)に示す位置(最大限に前方に移動した位置)より前方に移動するのを係止する係止部材が設けられている。 As described above, since the
そして、芯部材5の前端には、第1油室11に対して作動油を給排するための第1作動油ポート12が設けられている。また、芯部材5には、該芯部材5を前後方向に貫通し、前端が第1作動油ポート12と連通し、後端が第1油室11と連通する芯材内油路13が設けられている。なお、この実施形態では、芯部材5は、芯材内油路13が形成された部分を除けば中実構造のものであるが、芯部材5を軽量化するため、中実構造内に閉空間(閉じられた中空空間)を設けてもよい。 The front end of the
シリンダ内空間部9は、ピストン3によって前後に仕切られている。これにより、シリンダ内空間部9におけるピストン3より前側の部分は空気室14をなし、ピストン3より後側の部分は油圧シリンダ1の第2油室15をなしている。すなわち、空気室14は、円筒形の周壁部6の内周面と、前壁部7の環形の後端面と、円柱形の芯部材5の外周面と、ピストン3の環形の前端面とによって画成されている。また、第2油室15は、周壁部6の内周面と、後壁部8の環形の前端面8aと、ピストンロッド4の円筒形の周壁4aの外周面と、ピストン3の環形の後端面とによって画成されている。 The in-
そして、シリンダ2の前端近傍において周壁部6には、空気室14と連通する空気ポート16が設けられている。さらに、シリンダ2の後端近傍において周壁部6には、第2油室15と連通する第2作動油ポート17が設けられている。なお、空気ポート16を前壁部7に設けてもよい。また、第2作動油ポート17を後壁部8に設けてもよい。油圧シリンダ1を装着した機械装置等の稼動時ないしは運転時においては、第1油室11及び第2油室15には、常時作動油が滞留している。また、空気室14は、常時大気と連通している。 In the vicinity of the front end of the
かくして、図1に示すようにピストン3が最大限に後方(ヘッド側)に移動した状態にあるときに、加圧された作動油が第2作動油ポート17を介して第2油室15に供給されると、ピストン3の環形の後端面に作用する作動油の圧力により、ピストン3ひいてはピストンロッド4に前向きの力が加えられ、ピストン3及びピストンロッド4が前方に移動させられる。このとき、第1油室11内に滞留している作動油は、芯材内油路13と第1作動油ポート12とを介して外部に排出される。また、空気室14内の空気は、空気ポート16を介して外部に排出される。その結果、油圧シリンダ1は、図2(a)に示すような中間状態を経て、図2(b)に示すようにピストン3が最大限に前方に移動した状態となる。これにより、ピストンロッド4は、その後端部に連結されている部材(負荷)を前向きに移動させる。 Thus, as shown in FIG. 1, when the
他方、図2(b)に示すようにピストン3が最大限に前方に移動した状態にあるときに、加圧された作動油が第1作動油ポート12と芯材内油路13とを介して第1油室11に供給されると、ピストンロッド4の後壁4bの円形の内面(前面)に作用する作動油の圧力により、ピストンロッド4ひいてはピストン3に後向きの力が加えられ、ピストン3及びピストンロッド4が後方に移動させられる。このとき、第2油室15内に滞留している作動油は、第2作動油ポート17を介して外部に排出される。また、空気室14内には、外部の空気が空気ポート16を介して吸入される。その結果、油圧シリンダ1は、図2(a)に示すような中間状態を経て、図1に示すようにピストン3が最大限に後方に移動した状態となる。これにより、ピストンロッド4は、その後端部に連結されている部材(負荷)を後向きに移動させる。 On the other hand, as shown in FIG. 2B, when the
このようにピストン3及びピストンロッド4がシリンダ2内で前後方向に移動するときには、ピストンロッド4は芯部材5に外嵌された状態で摺動するので、ピストンロッド4の前後方向の移動は芯部材5によってガイドされ、ピストンロッド4に振れ(横振れ)が生じない。すなわち、芯部材5は、ピストンロッド4のガイド部材としての機能を有している。なお、従来の片ロッド形複動油圧シリンダでは、一般に、シリンダの外部にピストンロッドをガイドするガイド部材を設けて、ピストンロッドに振れが生じるのを防止するようにしている。 Thus, when the
この油圧シリンダ1においては、シリンダ中心軸と垂直な平面で切断した場合における、第1油室11の円形の断面の面積と、第2油室15の環形(リング形)の断面の面積とが互いに等しくなっている。すなわち、加圧された作動油により、ピストン3及びピストンロッド4を前向き(キャップ側)に移動させるときの作動油受圧面の面積と、後向き(ヘッド側)に移動させるときの作動油受圧面の面積とは同一である。このため、油圧シリンダ1に供給される作動油の圧力と、ピストンロッド4にかかる負荷とが一定であるときには、ピストン3及びピストンロッド4が前向きに移動するときと後向きに移動するときとで、ピストン3及びピストンロッド4に加わる力、ひいてはこれらの移動速度が等しくなる。 In this
また、ピストン3及びピストンロッド4が前向きに移動するときと後向きに移動するときのいずれにおいても、第1油室11又は第2油室15に供給される作動油の流量と、これに伴って第2油室15又は第1油室11から排出される作動油の流量とが互いに等しくなる。その結果、作動油供給装置20の作動油タンク21に貯留される作動油の保有量が変動せずほぼ一定となるので、作動油タンク21の容量を可及的に小さくすることができる(図4参照)。 Further, the flow rate of the hydraulic oil supplied to the
また、前記のとおり、従来の片ロッド形複動油圧シリンダ100では、ヘッド側とキャップ側とでピストン101の受圧面積が互いに異なるので、ピストン101をキャップ側に移動させるときと、ヘッド側に移動させるときとで作動油の給排量が異なる。そして、従来の片ロッド形複動油圧シリンダ100では、作動油の給排量が少ない方の行程(ストローク)でも所定の出力ないしは仕事が実現されるように作動油を供給することになる。したがって、作動油の給排量が多い方の行程(ストローク)では、必要以上に作動油を給排することになる。このため、従来の片ロッド形複動油圧シリンダ100では、油圧ポンプないしは作動油の流量が必要以上に大きくなり、その分エネルギ消費量が多くなる。これに対して、本発明に係る油圧シリンダ1では、ピストン3及びピストンロッド4を前向き移動させるときと後向きに移動させるときとで作動油受圧面の面積が同一であるので、このような不具合は発生せず、エネルギの無駄な消費を防止することができる。 Further, as described above, in the conventional single rod type double acting
以下、図3を参照しつつ、シリンダ中心軸と垂直な平面で切断した場合における、第1油室11の断面積と第2油室15の断面積とが等しくなるように、油圧シリンダ1の形状ないしは寸法を設定する基本的な手法を説明する。なお、その際に考慮する必要がある油圧シリンダ1の諸元は、およそ下記のとおりである。
(a)シリンダ2の周壁部6の内径D
(b)ピストンロッド4の周壁4aの外径d1
(c)ピストンロッド4の周壁4aの内径d2
(d)ピストンロッド4の周壁4aの肉厚t(=(d1−d2)/2)
(e)芯部材5の外径d3(=d2)
(f)ピストンロッド4の長さLHereinafter, with reference to FIG. 3, the
(A) Inner diameter D of the
(B) The outer diameter d 1 of the
(C) Inner diameter d 2 of the
(D) Thickness t (= (d 1 −d 2 ) / 2) of the
(E) The outer diameter d 3 (= d 2 ) of the
(F) Length L of the
(1) この手法においては、まず、油圧シリンダ1の仕様ないしはこれが装着される機械装置の仕様等に応じて、第1油室11の断面積S(第2油室15の断面積と同一)、すなわち所望の出力を実現するために必要とされる作動油の受圧面積Sを設定した上で、次の式1によりピストンロッド4の内径d2を算出する。
π・d2 2/4=S……………………………………………………………式1
d2:周壁4aの内径
S:受圧面積(1) In this method, first, the cross-sectional area S of the first oil chamber 11 (the same as the cross-sectional area of the second oil chamber 15) is determined according to the specifications of the
π · d 2 2/4 = S .....................................................................
d 2 : inner diameter of the
S: Pressure receiving area
(2) 次に、油圧シリンダ1の仕様ないしはこれが装着される機械装置の仕様等に応じて設定されるピストンロッド4の座屈荷重に基づいて、下記の式2によりピストンロッド4の周壁4aの外径d1ないしはピストンロッド4の周壁の肉厚t(=(d1−d2)/2)を算出する。
F=n・π2・E・I/L2=((n・π2・E)/L2)・(π(d1 4−d2 4)/64)…………式2
F:座屈荷重
n:取付け末端条件に応じた係数(1/4〜4)
E:ピストンロッド4の材料のヤング率
I:ピストンロッド4の断面2次モーメント
L:ピストンロッド4の長さ
d1:周壁4aの外径
d2:周壁4aの内径(2) Next, based on the buckling load of the
F = n · π 2 · E · I /
F: Buckling load
n: Coefficient according to the mounting end condition (1/4 to 4)
E: Young's modulus of the material of the
I: Second moment of inertia of
L: Length of
d 1 : outer diameter of the
d 2 : inner diameter of the
(3) さらに、すでに算出された周壁4aの外径d1及び内径d2に基づいて、下記の式3によりシリンダ2の周壁部6の内径Dを算出する。
π・(D2−d1 2)/4=π・d2 2/4………………………………式3
なお、芯部材の外径d3は、周壁4aの内径d2と実質的に同一である(芯部材を中空部に嵌挿するために、若干小さくなっている。)。また、シリンダ2の周壁部6の肉厚は、油圧シリンダ1の仕様ないしはこれが装着される機械装置の仕様等に応じて設定される。したがって、周壁部6の外径は、周壁部6の内径Dに周壁部6の肉厚を加えたものとなる。これにより、油圧シリンダ1の基本的な形状ないしは寸法が決定される。なお、式3によれば、例えばピストンロッド4の周壁4aの内径d2が60mmであり、ピストンロッド4の周壁4aの外径d1が80mm(すなわち、周壁4aの肉厚が10mm)である場合、シリンダ2の周壁部6の内径Dは100mmとなる。(3) Further, based on the outer diameter d 1 and the inner diameter d 2 of the
π · (D 2 -d 1 2 ) / 4 = π ·
The outer diameter d 3 of the core member is substantially equal to the inner diameter d 2 of the
以下、図4を参照しつつ、油圧シリンダ1に対して作動油を給排する作動油供給装置20の概略構成及び機能を説明する。この作動油供給装置20には、作動油を貯留する作動油タンク21と、複数の油路で構成される作動油通路22と、電動機23(モータ)又は原動機(エンジン)によって駆動される油圧ポンプ24と、作動油通路22に介設された油路切換弁25とが設けられている。作動油通路22は、油圧シリンダ1の第1作動油ポート12と油路切換弁25とを接続する第1油路26と、油圧シリンダ1の第2作動油ポート17と油路切換弁25とを接続する第2油路27とを有している。 Hereinafter, the schematic configuration and function of the hydraulic oil supply device 20 that supplies and discharges hydraulic oil to and from the
さらに、作動油通路22は、一端が油路切換弁25に接続され、他端がオイルフィルタ28を介して作動油タンク21内の作動油に浸漬された第3油路29を有している。油圧ポンプ24は第3油路29に介設され、作動油タンク21内の作動油を吸入した上で、加圧して吐出し、第3油路29を介して油路切換弁25に供給する。また、作動油通路22は、作動油を油路切換弁25から作動油タンク21に還流させる第4油路30と、油路切換弁25をバイパスして第1油路26と第4油路30を接続する第5油路31と、第3油路29(油圧ポンプ24より下流側の部分)と第4油路30(第5油路31との接続部より下流側の部分)を接続する第6油路32とを有している。 Further, the
第2油路27には、油路切換弁25側から第2作動油ポート17側に向かって順に、逆止弁33と、第1チェック付き流量調整弁34と、第2チェック付き流量調整弁35とが介設されている。また、第5油路31及び第6油路32には、それぞれ、第1リリーフ弁36及び第2リリーフ弁37が介設されている。 The
作動油供給装置20は、一端が油圧シリンダ1の空気ポート16に接続され、他端が作動油タンク21内の作動油の上方の空間部(空気中)に導入された(差し込まれた)空気通路40を備えている。この空気通路40は、油圧シリンダ1の空気室14から排出される空気に随伴する作動油のミストないしは液滴を作動油タンク21に戻し、外部に漏れるのを防止する。また、第2油室15内の作動油が、ピストン3とシリンダ2の摺接部を介して空気室14に漏出したときには、この作動油は空気通路40を介して作動油タンク21に還流する。 The hydraulic oil supply device 20 has one end connected to the
油路切換弁25は、油圧シリンダ1への作動油の給排経路を切り換える。詳しくは図示していないが、油路切換弁25は制御装置(図示せず)によって制御されるソレノイド弁であり、油圧ポンプ24から吐出された作動油を、第1油路26を介して油圧シリンダ1の第1油室11に供給する第1の状態と、第2油路27を介して油圧シリンダ1の第2油室15に供給する第2の状態と、油圧シリンダ1には作動油を供給しない第3の状態のいずれかにセットすることができる。なお、第1の状態では、第2油室15内の作動油は、第2油路27と第4油路30とを介して作動油タンク21に還流し、第2の状態では、第1油室11内の作動油は、第1油路26と第4油路30とを介して作動油タンク21に還流する。また、第3の状態では、第1油路26及び第2油路27は第4油路30と連通する。 The oil
かくして、油圧シリンダ1においては、第1油路26等を介して第1油室11に作動油が供給される一方、第2油室15内の作動油が第2油路27等を介して排出されたときには、ピストン3及びピストンロッド4は油圧により後方(ヘッド側)に移動させられる。他方、第2油路27等を介して第2油室15に作動油が供給される一方、第1油室11内の作動油が第1油路26等を介して排出されたときには、ピストン3及びピストンロッド4が油圧により前方(キャップ側)に移動させられる。 Thus, in the
前記のとおり、油圧シリンダ1においては、ピストン3及びピストンロッド4が前向きに移動するときと後向きに移動するときのいずれにおいても、第1油室11又は第2油室15に供給される作動油の流量と、これに伴って第2油室15又は第1油室11から排出される作動油の流量とが等しくなるので、作動油タンク21に貯留される作動油の保有量(液位)は変動せずほぼ一定となる。このため、油圧供給装置20においては、作動油タンク21の容量を可及的に小さくすることができる。また、前記のとおり、ピストン3及びピストンロッド4を前向きに移動させるときと後向きに移動させるときとで作動油受圧面の面積が同一であるので、油圧ポンプ24ないしは作動油の流量が必要以上に大きくならず、エネルギの無駄な消費を防止することができる。 As described above, in the
また、芯部材5が前後方向(シリンダ中心軸の伸びる方向)に、後壁部8又はその近傍(後壁部8より前側又は後側)の位置まで後方に伸び、かつ芯部材5の外周面と中空部10(ピストンロッド4)の内周面とが摺動可能に嵌合しているので、芯部材5と中空部10(ピストンロッド4)とがシリンダ中心軸方向に比較的長い距離にわたって摺接する。このため、ピストン3及びピストンロッド4のシリンダ中心軸方向の往復移動が安定化ないしは円滑化される(ギクシャクしない)。 Further, the
図5(a)及び図5(b)に、本願出願人が本発明を実施して実際に製造及び販売する予定である片ロッド形複動油圧シリンダを示す。この片ロッド形複動油圧シリンダ1の主な仕様は、下記のとおりである。なお、この片ロッド形複動油圧シリンダ1には、ピストンロッド4と該片ロッド形複動油圧シリンダ1で駆動すべき各種機器とを連結するための連結具50と、該片ロッド形複動油圧シリンダ1を固定部に固定するためのフランジ51とが設けられている。
(a)油圧シリンダ全長 :930mm
(b)シリンダ内径D :150mm
(c)ピストンロッド外径d1:120mm
(d)ピストンロッド内径d2:90mm
(e)第1油室断面積 :6360mm2
(f)第2油室断面積 :6360mm2
(g)最高使用圧力 :7MPa
(h)作動油 :一般鉱物性作動油
(i)質量 :150kg5 (a) and 5 (b) show a single rod type double acting hydraulic cylinder which the applicant of the present application intends to actually manufacture and sell by implementing the present invention. The main specifications of the single rod type double acting
(A) Total hydraulic cylinder length: 930 mm
(B) Cylinder inner diameter D: 150 mm
(C) Piston rod outer diameter d 1 : 120 mm
(D) Piston rod inner diameter d 2 : 90 mm
(E) First oil chamber cross-sectional area: 6360 mm 2
(F) Second oil chamber cross-sectional area: 6360 mm 2
(G) Maximum operating pressure: 7 MPa
(H) Hydraulic oil: General mineral hydraulic oil (i) Mass: 150 kg
1 片ロッド形複動油圧シリンダ、2 シリンダ、3 ピストン、4 ピストンロッド、5 芯部材、6 周壁部、7 前壁部、8 後壁部、9 シリンダ内空間部、10 中空部、11 第1油室、12 第1作動油ポート、13 芯部材内油路、14 空気室、15 第2油室、16 空気ポート、17 第2作動油ポート、20 作動油供給装置、21 作動油タンク、22 作動油通路、23 電動機(原動機)、24 油圧ポンプ、25 油路切換弁、26 第1油路、27 第2油路、28 オイルフィルタ、29 第3油路、30 第4油路、31 第5油路、32 第6油路、33 逆止弁、34 第1チェック付き流量調整弁、35 第2チェック付き流量調整弁、36 第1リリーフ弁、37 第2リリーフ弁、40 空気通路、50 連結具、51 フランジ、100 従来の片ロッド形複動油圧シリンダ、100‘ 両ロッド形複動油圧シリンダ、101 ピストン、102 ピストンロッド、103 作動油供給装置、104 キャップ側油室、105 ヘッド側油室、106 ピストンロッド、107 シリンダ端壁。 1 single rod type double acting hydraulic cylinder, 2 cylinder, 3 piston, 4 piston rod, 5 core member, 6 peripheral wall, 7 front wall, 8 rear wall, 9 cylinder internal space, 10 hollow, 11 1st Oil chamber, 12 First hydraulic oil port, 13 Core member internal oil passage, 14 Air chamber, 15 Second oil chamber, 16 Air port, 17 Second hydraulic oil port, 20 Hydraulic oil supply device, 21 Hydraulic oil tank, 22 Hydraulic oil passage, 23 Electric motor (motor), 24 Hydraulic pump, 25 Oil passage switching valve, 26 First oil passage, 27 Second oil passage, 28 Oil filter, 29 Third oil passage, 30 Fourth oil passage, 31 5 oil passage, 32 6th oil passage, 33 check valve, 34 flow check valve with first check, 35 flow control valve with second check, 36 first relief valve, 37 second relief valve, 40 air passage, 50 Connector, DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記シリンダ内に形成された略円柱形のシリンダ内空間部に嵌挿され、シリンダ中心軸が伸びる方向に摺動することができるピストンと、
前記ピストンの後端部に結合され、前記シリンダ内空間部から前記後壁部を貫通してシリンダ外空間部に伸びる略円柱形のピストンロッドと、
前端が前記前壁部に結合され、シリンダ中心軸が伸びる方向に沿って、前記後壁部の位置まで又は前記後壁部の近傍の位置まで後方に伸びる略円柱形の芯部材とを備えている片ロッド形複動油圧シリンダであって、
前記ピストンロッド内に略円柱形の中空部が形成され、
前記芯部材の外周面は前記中空部の内周面と摺動可能に嵌合し、前記中空部の前記芯部材の後端面より後側の部分が第1油室をなし、
前記芯部材に、該芯部材の前端に形成された第1作動油ポートと、前端が前記第1作動油ポートと連通し後端が前記第1室と連通する芯材内油路とが設けられ、
前記シリンダ内空間部が前記ピストンによって前後に仕切られて、前記ピストンの前側に位置する空気室と、前記ピストンの後側に位置する第2油室とが形成され、
前記シリンダに、前記空気室と連通する空気ポートと、前記第2油室と連通する第2作動油ポートとが設けられ、
シリンダ中心軸と垂直な平面で切断した場合における、前記第1油室の断面積と前記第2油室の断面積とが同一であることを特徴とする片ロッド形複動油圧シリンダ。A cylinder having a substantially cylindrical peripheral wall, a front wall connected to the front end of the peripheral wall, and a rear wall connected to the rear end of the peripheral wall;
A piston that is fitted into a substantially cylindrical space in the cylinder formed in the cylinder and can slide in a direction in which the cylinder central axis extends;
A substantially cylindrical piston rod coupled to a rear end portion of the piston and extending from the inner space portion of the cylinder to the outer space portion of the cylinder through the rear wall portion;
A substantially cylindrical core member having a front end coupled to the front wall portion and extending rearwardly to a position of the rear wall portion or a position in the vicinity of the rear wall portion along a direction in which a cylinder central axis extends. A single rod type double acting hydraulic cylinder,
A substantially cylindrical hollow portion is formed in the piston rod,
The outer peripheral surface of the core member is slidably fitted to the inner peripheral surface of the hollow portion, and the rear portion of the hollow portion from the rear end surface of the core member forms a first oil chamber,
The core member is provided with a first hydraulic oil port formed at the front end of the core member, and a core internal oil passage whose front end communicates with the first hydraulic oil port and whose rear end communicates with the first chamber. And
The in-cylinder space is partitioned forward and backward by the piston to form an air chamber located on the front side of the piston and a second oil chamber located on the rear side of the piston;
The cylinder is provided with an air port communicating with the air chamber and a second hydraulic oil port communicating with the second oil chamber,
A single-rod double-acting hydraulic cylinder characterized in that a cross-sectional area of the first oil chamber and a cross-sectional area of the second oil chamber are the same when cut along a plane perpendicular to the cylinder central axis.
前記第2油室は、前記周壁部の内周面と、前記後壁部の前端面と、前記ピストンロッドの外周面と、前記ピストンの後端面とによって画成されていることを特徴とする、請求項1に記載の片ロッド形複動油圧シリンダ。The air chamber is defined by an inner peripheral surface of the peripheral wall portion, a rear end surface of the front wall portion, an outer peripheral surface of the core member, and a front end surface of the piston,
The second oil chamber is defined by an inner peripheral surface of the peripheral wall portion, a front end surface of the rear wall portion, an outer peripheral surface of the piston rod, and a rear end surface of the piston. The single rod type double acting hydraulic cylinder according to claim 1.
前記第2作動油ポートは、前記周壁部の後端部もしくはその近傍又は前記後壁部に設けられていることを特徴とする、請求項1又は2に記載の片ロッド形複動油圧シリンダ。The air port is provided at or near the front end of the peripheral wall or the front wall.
3. The single-rod double acting hydraulic cylinder according to claim 1, wherein the second hydraulic oil port is provided in a rear end portion of the peripheral wall portion, in the vicinity thereof, or in the rear wall portion.
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2015
- 2015-10-19 JP JP2015217975A patent/JP2017078507A/en active Pending
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