JP2017120117A - 油室連通機構を備えた油圧シリンダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】油圧シリンダにおいて、ピストンの下側の油室の上端部近傍において作動油中に気泡等が滞留するのを有効に防止することを可能にする簡素な構造の手段を提供する。
【解決手段】油圧シリンダ装置１は、シリンダ２とピストン３とピストンロッド４とを備えている。ピストン３より上側のシリンダ内空間部は第１油室６を形成し、ピストン３より下側のシリンダ内空間部は第２油室７を形成している。シリンダ２に、第１油室６と第２油室７とを連通させる連通路４８と、連通路４８に介設された連通路逆止弁４９とを有する油室連通機構８が設けられている。連通路上端部４８ａは、ピストン３が最上位置にあるときに、ピストン上端面より上側でシリンダ内周面に開口するように配置されている。連通路下端部４８ｂは、ピストン３が最上位置にあるときに、ピストン下端面より下側でピストン下端面に隣接又は近接してシリンダ内周面に開口するように配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ピストンの下側の油室においてピストン下端面近傍の作動油中に滞留する気泡又は異物を除去する油室連通機構を備えた油圧シリンダ装置に関するものである。

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長所を有するので、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ロ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式の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）。

この種の片ロッド形複動式の油圧シリンダに対しては、通常、油圧ポンプから吐出された作動油を油圧シリンダに給排するための作動油給排装置が設けられる。そして、作動油給排装置には、作動油タンクと油圧シリンダとの間に配設される複数の油路と、これらの油路に介設される油圧ポンプ、油路切換弁、流量調整弁、リリーフ弁、逆止弁等の種々の油圧機器とが設けられる。

ところで、このような作動油給排装置から油圧シリンダに供給される作動油には若干の微細な気泡が混在することがある。そして、気泡を含む作動油が、ピストンの下側の油室（以下「下側油室」という。）に供給され続けた場合、気泡はその浮力により下側油室の上端部近傍、ないしはピストン下端面近傍に滞留する。このように下側油室の上端部近傍に滞留する気泡は、下側油室から作動油が排出されるときに作動油に随伴されず、下側油室の上端部近傍に滞留することになる。このように、下側油室の作動油中に気泡が滞留すると、気泡は圧縮性を有するので、ピストンの動作に不具合が生じたり、気泡の断熱圧縮により作動油が過熱状態になったりするおそれがある。なお、ピストンの上側の油室（以下「下側油室」という。）の作動油中に混在する気泡は、上側油室から作動油が排出される際に作動油に随伴され排出される。

そこで、ピストンの内部に気泡除去機構を設けた油圧シリンダが提案されている（例えば、特許文献４、５参照）。例えば、特許文献４、５に開示された油圧シリンダでは、ピストンの内部に、下側油室と上側油室とを連通する連通路と、該連通路を開閉する制御弁とが設けられ、ピストンがシリンダ内で最上位置に到達したときに、シリンダの上端面によって制御弁が開かれ、下側油室内の作動油が連通路を介して上側油室に流れ、これにより下側油室内の気泡が上側油室を経由して排出される。

特開平１０−１１０７１０号公報 特開２００３−７４５１８号公報 特開２００４−６８８６３号公報 特開２００６−２０７７９２号公報 特開２０１３−００７４０７号公報

しかしながら、例えば特許文献４、５に開示されている、ピストンの内部に、連通路と制御弁とを有する気泡除去機構を設けた油圧シリンダでは、ピストンの構造が非常に複雑なものとなるといった問題があり、またピストンの強度が十分に確保されないおそれがあるといった問題がある。

本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたものであって、油圧シリンダにおいて、ピストンの下側の油室の上端部近傍ないしはピストン下端面の近傍において作動油中に気泡あるいは異物が滞留するのを有効に防止することを可能にする簡素な構造の手段を提供することを解決すべき課題とする。

前記課題を解決するためになされた本発明に係る油圧シリンダ装置は、（ａ）シリンダと、（ｂ）シリンダ内に形成された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、（ｃ）ピストンの下端面に結合され、シリンダ内空間部からシリンダの下端壁を貫通してシリンダ外に伸びるピストンロッドとを備えていて、（ｄ）ピストンより上側のシリンダ内空間部が第１油室を形成し、ピストンより下側のシリンダ内空間部が第２油室を形成している。

この油圧シリンダ装置においては、シリンダに、第１油室と第２油室とを連通させる連通路と、連通路に介設され第１油室側から第２油室側への作動油の流れを係止する連通路逆止弁とを有する油室連通機構が設けられている。ここで、連通路の上端部は、ピストンがシリンダ内で最上位置に位置しているときに、ピストンの上端面より上側でシリンダの周壁の内周面に開口するように配置されている。他方、連通路の下端部は、ピストンがシリンダ内で最上位置に位置しているときに、ピストンの下端面より下側において、ピストンの下端面に隣接又は近接してシリンダの周壁の内周面に開口するように配置されている。

本発明に係る油圧シリンダ装置においては、連通路と連通路逆止弁とからなる組立体が複数設けられ、これらの複数の組立体は、平面視において、シリンダの中心のまわりに互いに等しい角度間隔で配置されているのが好ましい。

本発明に係る油圧シリンダ装置において、連通路及び連通路逆止弁は、シリンダの外周面に取り付けられた連通機構本体部内に設けられているのが好ましい。

本発明に係る油圧シリンダ装置においては、連通路の下端部のシリンダの周壁の内周面への開口部の縁は、面取り加工が施され、又は丸められているのが好ましい。

本発明に係る油圧シリンダ装置において、シリンダは、略円筒形の円筒部材と、円筒部材の上端開口部を閉止する略円板形の第１端板と、円筒部材の下端開口部を閉止する略円板形の第２端板とを有しているのが好ましい。この場合、第１端板に、第１油室に作動油を給排する端板内油路が形成され、端板内油路は、平面視において、第１端板の中心で第１油室に開口しているのが好ましい。

本発明に係る油圧シリンダ装置においては、該油圧シリンダ装置に作動油を給排する作動油給排装置における第１油室に作動油を給排する油路に、第１油室から離反する方向の作動油の流れを係止する第１逆止弁と、第１油室に向かう方向の作動油の流れを係止する第２逆止弁とが互いに並列に接続されてなる逆止弁対が介設されているのが好ましい。

本発明に係る油圧シリンダ装置によれば、シリンダに、実質的には連通路と連通路逆止弁とで構成される簡素な構造の油室連通機構を設けるだけで、ピストンの下側の油室の上端部近傍ないしはピストン下端面の近傍において作動油中に気泡あるいは異物が滞留するのを有効に防止することができ、油圧シリンダ装置の性能ないしは信頼性を高めることができる。

本発明に係る油圧シリンダ装置に対して作動油を給排する作動油給排措置の概略構成を示す油圧回路図である。 本発明に係る油圧シリンダ装置の一部断面立面図である。 図２に示す油圧シリンダ装置の、連通路の上端部が配置された高さの位置における平面断面図である。 図２に示す油圧シリンダ装置の、端板内油路の横穴が配置された高さの位置における平面断面図である。 第１、第２油室に加圧された作動油は供給されず、ピストンがシリンダ内の最下位置に位置している状態における油圧シリンダ装置の模式的な立面断面図である。 第２油室に加圧された作動油が供給され、ピストンがシリンダ内のある位置まで上昇した状態における油圧シリンダ装置の模式的な立面断面図である。 第２油室に加圧された作動油が供給され、ピストンがシリンダ内の最上位置に到達した状態における油圧シリンダ装置の模式的な立面断面図である。 第１油室に加圧された作動油が供給され、ピストンがシリンダ内のある位置まで下降した状態における油圧シリンダ装置の模式的な立面断面図である。 第１油室に加圧された作動油が供給され、ピストンがシリンダ内の最下位置に到達した状態における油圧シリンダ装置の模式的な立面断面図である。 キャップ側油漏れが発生した状態における油圧シリンダ装置の模式的な立面断面図である。 ロッド側油漏れが発生した状態における油圧シリンダ装置の模式的な立面断面図である。

以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の典型的な実施形態を具体的に説明する。
図１に示すように、本発明の実施形態に係る片ロッド形複動式の油圧シリンダ装置１は、略円筒形のシリンダ２と、シリンダ２の円柱形空間部（中空部）に嵌入された略円柱形のピストン３と、ピストン３の下側に取り付けられた細長い円柱形のピストンロッド４とを備えている。油圧シリンダ装置１は、シリンダ２、ピストン３又はピストンロッド４の中心軸が上下方向（鉛直方向）を向くように配置された縦置き型の油圧シリンダ装置である。そして、ピストンロッド４の下端部は、油圧シリンダ装置１によって、例えば上下方向に移動させられる負荷５（例えば、水門の扉体等）に連結されている。

ピストン３は、シリンダ２の円柱形空間部内で上下方向に摺動ないしは滑動することができ、シリンダ２の円柱形空間部は、ピストン３によって上下に仕切られ、ピストン３の上側に第１油室６が形成され、ピストン３の下側に第２油室７が形成されている。そして、油圧シリンダ装置１においては、加圧された作動油が第１油室６に供給されたときには、作動油の圧力によってピストン３及びピストンロッド４が下向きに移動させられ、加圧された作動油が第２油室７に供給されたときには、作動油の圧力によってピストン３及びピストンロッド４が上向きに移動させられ、これによって負荷５が下向き又は上向きに移動させられるようになっている。なお、油圧シリンダ装置１には、後で詳しく説明する、シリンダ２内の作動油中の気泡ないしは異物を除去する油室連通機構８と、油圧シリンダ装置１ないしは該油圧シリンダ装置１に作動油を給排する作動油給排装置１０の油漏れを検出する油漏れ検出機構９とが付設されている。

油圧シリンダ装置１に対して、加圧された作動油を該油圧シリンダ装置１の任意の一方の油室（すなわち、第１油室６又は第２油室７）に供給するとともに、他方の油室（すなわち、第２油室７又は第１油室６）から作動油を排出する作動油給排装置１０が設けられている。作動油給排装置１０には、４ポート３位置方向制御弁である電磁式の油路切換弁１１が設けられている。油路切換弁１１の第１ポートＰ１及び第２ポートＰ２は、それぞれ、第１油路１２及び第２油路１３を介して、油圧シリンダ装置１の第１油室６及び第２油室７に接続されている。また、油路切換弁１１の第３ポートＰ３及び第４ポートＰ４には、それぞれ第３油路１４及び第４油路１５が接続され、これらの第３油路１４及び第４油路１５の先端（油路切換弁１１に接続されていない方の端部）は、作動油を貯留する作動油タンク１６内に導入されている。

第３油路１４の先端には、該第３油路１４に吸入される作動油中の異物を除去するオイルフィルタ１７が取り付けられ、このオイルフィルタ１７は、常時、作動油タンク１６内に貯留された作動油に浸漬されている。さらに、第３油路１４には、電動機１８（又はガソリンエンジン等の原動機）によって駆動される油圧ポンプ１９が介設されている。油圧ポンプ１９は、作動油タンク１６内の作動油を吸入し、加圧して油路切換弁１１の第３ポートＰ３に供給する。作動油の流れ方向に関して、油圧ポンプ１９より下流側（油路切換弁側）の第３油路１４と第４油路１５とを接続する第１バイパス油路２０が設けられている。そして、第１バイパス油路２０に、油圧ポンプ１９から吐出された作動油の圧力を設定値以下に調整するリリーフ弁２１が介設されている。

油路切換弁１１は、油圧シリンダ装置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１１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１９によって加圧され第３ポートＰ３に供給された作動油を、第１油路１２を介して油圧シリンダ装置１の第１油室６に供給する第１の状態と、第２油路１３を介して油圧シリンダ装置１の第２油室７に供給する第２の状態と、油圧シリンダ装置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。

かくして、第１の状態では、第２油室７内の作動油は、第２油路１３と第４油路１５とを介して作動油タンク１６に還流し、第２の状態では、第１油室６内の作動油は、第１油路１２と第４油路１５とを介して作動油タンク１６に還流する。また、第３の状態では、第１油路１２及び第２油路１３の油路切換弁側の端部は閉止される。なお、油路切換弁１１を、第３の状態では第３油路１４と第４油路１５とが連通するように構成してもよい。また、油路切換弁１１を、第３の状態では第１油路１２及び第２油路１３が第４油路１５と連通するように構成してもよい。

第１油路１２には、油路切換弁側から油圧シリンダ装置側に向かって順に、基本的には油圧シリンダ装置側から油路切換弁側への作動油の流れを係止（阻止）する第１パイロット操作式逆止弁２５と、互いに並列に接続された流量調整弁２６ａと逆止弁２６ｂとで構成される第１逆止弁付流量調整弁２６とが直列に介設されている。第１逆止弁付流量調整弁２６は、油路切換弁側から油圧シリンダ装置側への作動油の流れはとくには規制しないが、油圧シリンダ装置側から油路切換弁側への作動油の流量を調整する。なお、第２油路１３に設定圧以上の油圧（パイロット圧）がかかっているときには、第１パイロット操作式逆止弁２５は、第１油路１２における油圧シリンダ装置側から油路切換弁側への作動油の流れを許容する。

また、第２油路１３には、油路切換弁側から油圧シリンダ装置側に向かって順に、基本的には油圧シリンダ装置側から油路切換弁側への作動油の流れを係止（阻止）する第２パイロット操作式逆止弁２７と、互いに並列に接続された流量調整弁２８ａと逆止弁２８ｂとで構成される第２逆止弁付流量調整弁２８とが直列に介設されている。第２逆止弁付流量調整弁２８は、油路切換弁側から油圧シリンダ装置側への作動油の流れはとくには規制しないが、油圧シリンダ装置側から油路切換弁側への作動油の流量を調整する。なお、第１油路１２に設定圧以上の油圧（パイロット圧）がかかっているときには、第２パイロット操作式逆止弁２７は、第２油路１３における油圧シリンダ装置側から油路切換弁側への作動油の流れを許容する。

さらに、第１逆止弁付流量調整弁２６より油圧シリンダ装置側において、第１油路１２に第１開閉弁３０が設けられる一方、第２逆止弁付流量調整弁２８より油圧シリンダ装置側において、第２油路１３に第２開閉弁３１が設けられている。そして、第１、第２開閉弁３０、３１より油路切換弁側であり、かつ第１、第２逆止弁付流量調整弁２６、２８より油圧シリンダ装置側の位置において、第１油路１２と第２油路１３とを接続する第２バイパス油路３２が設けられ、この第２バイパス油路３２に第３開閉弁３３が介設されている。

また、第１開閉弁３０と油圧シリンダ装置１の間において、第１油路１２には、油圧シリンダ装置側から油路切換弁側への作動油の流れを係止する第１逆止弁３４が設けられている。さらに、該第１逆止弁３４を迂回する迂回油路３５に、第１逆止弁３４とは並列に配置され、油路切換弁側から油圧シリンダ装置側への作動油の流れを係止する第２逆止弁３６が設けられている。なお、第１逆止弁３４、迂回油路３５及び第２逆止弁３６は、本発明にとって必須のものではなく、省略することも可能である。

なお、第１逆止弁付流量調整弁２６を、第１油路１２ではなく、第２油路１３に介設してもよい。この場合、第１逆止弁付流量調整弁２６は、第２パイロット操作式逆止弁２７と第２逆止弁付流量調整弁２８の間に介設し、かつ逆止弁２６ｂは、油路切換弁側から油圧シリンダ装置側への作動油の流れを係止するように配置される。

図２〜図４に示すように、油圧シリンダ装置１のシリンダ２は、略円筒形の円筒部材４０と、円筒部材４０のキャップ側（上側）の開口端を閉止する略円柱形の第１端板４１と、円筒部材４０のロッド側（下側）の開口端を閉止する略円柱形の第２端板４２とを備えている。なお、以下では油圧シリンダ装置１の各構成要素の位置関係を簡明に示すため、油圧シリンダ装置１のキャップ側の位置を、適宜「上」といい、ロッド側の位置を「下」ということにする。また、シリンダ２、ピストン３ないしはピストンロッド４の中心軸の伸びる方向（上下方向）と垂直な方向を、適宜「横方向」又は「水平方向」ということにする。

そして、第１端板４１の内部には、該第１端板４１をその直径方向（横方向）に貫通して直線状に伸びる横穴４３ａと、該横穴４３ａの中央部（第１端板４１の中心部に対応する）から分岐して下向きに伸び第１油室６に開口する縦穴４３ｂとで構成される、立面視で略「Ｔ」字形の端板内油路４３が形成されている。ここで、横穴４３ａの一方の端部は第１油路１２に接続され、他方の端部は後で説明する油漏れ検出機構９（取付具内油路５４）に接続されている。なお、第２油路１３は、円筒部材４０の下端部近傍に形成された孔部４０ａを介して、第２油室７と連通している。

ピストン３には、主としてピストン３が上向きに移動する際にピストン外周面と円筒部材内周面との間をシールする第１シール部材４５と、主としてピストン３が下向きに移動する際にピストン外周面と円筒部材内周面との間をシールする第２シール部材４６とが設けられている。また、ピストンロッド４は、第２端板４２の中心部に形成されたピストンロッド挿通孔４２ａを通り抜けて下方に突出している。なお、ピストンロッド４とピストンロッド挿通孔４２ａの間は、Ｏリング４７によりシールされている。

以下、油圧シリンダ装置１に付設されている油室連通機構８（気泡除去機構）の具体的な構成を説明する。油室連通機構８は、基本的には上下方向に伸びその上端部４８ａ及び下端部４８ｂがそれぞれ円筒部材４０の内周面に開口する連通路４８と、該連通路４８に介設され作動油の下向きの流れを係止する連通路逆止弁４９とを備えている。ここで、連通路４８の大部分及び連通路逆止弁４９は、円筒部材４０の外周面に取り付けられた連通機構本体部８ａ内に設けられている。なお、連通路４８の一部（上端近傍部及び下端近傍部）は、円筒部材４０の壁面に形成されている。

連通路４８は、ピストン３が最上部に位置しているときにおいて（図２に示す状態）、上端部４８ａがピストン上端面より上側で円筒部材内周面に開口し、下端部４８ｂがピストン下端面より下側においてピストン下端面に隣接又は近接して円筒部材内周面に開口するように形成されている。具体的には、連通路４８の下端部４８ｂは、その最上部位がピストン下端面と同一位置又はピストン下端面から下側１ｃｍ以内のところに位置するように形成されている。なお、ピストン３が上下方向に移動するときに、第１、第２シール部材４５、４６が連通路４８の下端部４８ｂの開口部の縁に引っかかって損傷するのを防止するため、下端部４８ｂの開口部の縁には面取り加工が施され、あるいは縁が丸められている。

図３から明らかなとおり、１つの連通路４８と１つの連通路逆止弁４９とからなる組立体は３組設けられ、これらの３組の組立体は、平面視で、円筒部材４０の中心の周りに、中心角で１２０°ずつ隔てた位置に配置されている。なお、このような組立体の数は、３組に限られるわけではなく、これより多くてもよく（例えば、４組、５組…）、また少なくてもよい（例えば１組、２組）。

以下、油圧シリンダ装置１に付設されている油漏れ検出機構９の具体的な構成を説明する。油漏れ検出機構９には、油圧シリンダ装置１のシリンダ２に比べて、その寸法（直径、長さ、肉厚等）が大幅に小さい（例えば、０．０５〜０．１倍）略円筒形の小シリンダ５０と、小シリンダ５０の円柱形空間部（中空部）内に嵌入された略円柱形の軽量の小ピストン５１と、小ピストン５１の下側に取り付けられた細長い円柱形のロッド５２とを備えている。小シリンダ５０は、第１端板４１の外周部に固定された小シリンダ取付具５３の下面に取り付けられている。小シリンダ取付具５３内には、その一端が端板内油路４３の横穴４３ａと連通する一方、他端が小シリンダ５０の円柱形空間部の上部と連通する取付具内油路５４が形成されている。小シリンダ５０、小ピストン５１及びロッド５２は、その中心軸が上下方向（鉛直方向）を向くように配置されている。なお、ロッド５２には負荷は連結されていない。

小ピストン５１は、小シリンダ５０の円柱形空間部内で上下方向に摺動ないしは滑動することができ、小シリンダ５０の円柱形空間部は、小ピストン５１によって上下に仕切られ、小ピストン５１の上側に小油室５５が形成され、小ピストン５１の下側に空気室５６が形成されている。ここで、小油室５５は、取付具内油路５４を介して、端板内油路４３に接続されている。空気室５６は、基本的には、該空気室５６の下端部に接続された大気開放通路５７を介して、大気に開放されている。大気開放通路５７には、通路開閉弁５８が介設されている。

さらに、油漏れ検出機構９には、小シリンダ５０（空気室５６）と通路開閉弁５８の間の大気開放通路５７と、小シリンダ５０の上端部近傍において小油室５５とに連通する小シリンダ連通路５９が設けられている。そして、小シリンダ連通路５９には、小油室側から大気開放通路側に作動油が流れるのを係止するチェックバルブ６０が介設されている。小シリンダ連通路５９及びチェックバルブ６０は、小油室５５内の作動油が、小シリンダ内周面と小ピストン外周面との間の間隙を経由して空気室５６に侵入した場合に、空気室５６の底部に溜まっている作動油を小油室５５に還流させるためのものである。なお、小シリンダ連通路５９及びチェックバルブ６０は、本発明の必須の要素ではなく、省略することが可能である。また、チェックバルブ６０に代えて、流動抵抗を生じさせるオリフィス等の流動抵抗体を設けてもよく、あるいは小シリンダ連通路５９及びチェックバルブ６０に代えて、小油室側から大気開放通路側への作動油の流れに対して流動抵抗となる細管又はキャピラリを設けてもよい。

また、油漏れ検出機構９には、小ピストン５１又はロッド５２の上下方向の位置を検出する位置センサ６１が設けられている。位置センサ６１としては、例えば、磁歪センサや、リニアエンコーダなどを用いることができる。なお、本発明において、位置センサ６１の種類は、とくに限定されるわけではなく、小ピストン５１又はロッド５２の上下方向の位置を検出することができれば、どのような位置センサを用いてもよいのはもちろんである。また、位置センサ６１は省略してもよい。

以下、油室連通機構８（気泡除去機構）及び油漏れ検出機構９の機能ないしは動作を説明する。
図５は、油圧シリンダ装置１において、ピストン３が最下位置に位置し、第１油室６及び第２油室７が常圧の作動油で満たされている状態を示している（油路切換弁１１は第３の状態）。そして、油漏れ検出機構９においては、小ピストン５１の上側の小油室５５が常圧の作動油で満たされる一方、通路開閉弁５８が開かれ、小ピストン５１の下側の空気室５６は大気開放通路５７を介して大気に開放されている。油路切換弁１１が第３の状態にあるので、作動油給排装置１０の第１油路１２及び第２油路１３は、基本的には外部に対して閉じられた状態にある。なお、図５では小ピストン５１は小シリンダ５０内で最上位置に位置しているが、小ピストン５１は小シリンダ５０内のどの部位に位置していてもよい。

図６は、図５に示す状態を経て、作動油給排装置１０によって、作動油タンク１６から、第３油路１４と第２油路１３とを介して、第２油室７に加圧された作動油が供給されている状態を示している（油路切換弁１１は第２の状態）。この状態においては、油路切換弁１１が第２の状態にあるので、第２油室７内の作動油の圧力によりピストン３は上向きに移動する一方、第１油室６内の作動油の大部分は、端板内油路４３と第１油路１２と第４油路１５とを介して作動油タンク１６に還流する。

その際、第１油路１２には、第２閉止弁３６等による作動油に対する流動抵抗があるので、第１油室６内の作動油の一部が、端板内油路４３と取付具内油路５４とを介して、小シリンダ５０内の小油室５５に流入する。これにより、小型で軽量の小ピストン５１は下向きに移動し、小シリンダ５０内で最下位置まで移動する。このとき、通路開閉弁５８が開かれているので、空気室５６内の空気は大気開放通路５７を介して大気中に放出される。なお、連通路４８の上端部４８ａ及び下端部４８ｂがともに第１油室６と連通しているので、油室連通機構８（連通路４８及び連通路逆止弁４９）はとくには機能しない。

図７は、図６に示す状態を経て、ピストン３がシリンダ２内で最上位置に到達した状態を示している。この状態においては、ピストン３の上端面は連通路４８の上端部４８ａより下側に位置する一方、ピストン３の下端面は連通路４８の下端部４８ｂより上側に位置する。すなわち、連通路４８の下端部４８ｂは加圧された作動油を収容している第２油室７と連通し、連通路４８の上端部４８ａはほぼ常圧の作動油を収容している第１油室６と連通している。

このため、第２油室７内の加圧された作動油は、連通路４８及び連通路逆止弁４９を介して第１油室６に高速で流入し、さらに端板内油路４３と第１油路１２と第４油路１５とを介して作動油タンク１６に還流する。その際、第２油室７の上端部近傍ないしはピストン３の下面近傍において作動油中に滞留ないしは混在している気泡６５ないしは異物が、作動油タンク１６に還流する作動油とともに作動油タンク１６に排出される。なお、油漏れ検出機構９の小ピストン５１は、小シリンダ５０内で最下位置に位置した状態を維持する。

前記のとおり、１つの連通路４８と１つの連通路逆止弁４９とからなる組立体が、平面視で円筒部材４０の中心の周りに中心角で１２０°ずつ隔てた位置に配置されているので、第２油室７内の作動油中に滞留ないしは混在している気泡６５あるいは異物は、作動油ともに、これらの３組の組立体の各連通路４８の上端部４８ａから、円筒部材４０の中心に向かって移動する。そして、気泡６５ないしは異物を伴った作動油は、円筒部材４０の中心に位置する端板内油路４３の縦穴４３ｂに流入するので、気泡６５ないしは異物は効果的に作動油タンク１６に排出される。

図８は、図７に示す状態を経て、作動油給排装置１０によって、作動油タンク１６から、第３油路１４と第１油路１２と端板内油路４３を介して、第１油室６に加圧された作動油が供給されている状態を示している（油路切換弁１１は第１の状態）。この状態においては、油路切換弁１１が第１の状態にあるので、第１油室６内の作動油の圧力によりピストン３は下向きに移動する一方、第２油室７内の作動油は、第２油路１２と第４油路１５とを介して作動油タンク１６に還流する。この場合、端板内油路４３の作動油の圧力が油漏れ検出機構９の小油室５５にかかるので、小ピストン５１は下方に押され、小シリンダ５０内で最下位置に位置した状態を維持する。

第１油室６に加圧された作動油を供給する場合において、その初期にはピストン３が最上位置又はその近傍に位置し、連通路４８の上端部４８ａは加圧された作動油が供給される第１油室６と連通する一方、下端部４８ｂはほぼ常圧の作動油を収容している第２油室７と連通する。しかしながら、連通路逆止弁４９によって、連通路４８を介しての第１油室６側から第２油室７側への作動油の流れが係止されるので、ピストン３は支障なく下向きに移動する。なお、図８に示す状態においては、連通路４８の上端部４８ａ及び下端部４８ｂがともに第１油室６と連通しているので、油室連通機構８（連通路４８及び連通路逆止弁４９）はとくには機能しない。

図９は、図８に示す状態を経て、ピストン３がシリンダ２内において最下位置まで移動した後、油圧シリンダ装置１への加圧された作動油の供給が停止された状態を示している（油路切換弁１１は第３の状態）。このとき、第１油室６及び第２油室７は常圧の作動油で満たされている。この場合、油漏れ検出機構９の小油室５５には実質的には圧力が作用しないので、小ピストン５１に上向きの力は作用せず、小シリンダ５０内で最下位置に位置した状態を維持する。なお、この状態においては、第１油路１２及び第２油路１３は、基本的にはほぼ常圧の作動油で満たされつつ外部に対して閉じられた状態にある。

以下、油漏れ検出機構９による油圧シリンダ装置１ないしは作動油給排機構１０における作動油漏れの検出手法を説明する。
図１０は、ピストン３がシリンダ２内において最上位置と最下位置の間のある位置で停止し、油圧シリンダ装置１への加圧された作動油の供給が停止され、第１油室６及び第２油室７と、第１、第２油室６、７と連通する各作動油収容部（第１油路１２、第２油路１３、端板内油路４３、小油室５５、取付部内油路５４等）とが常圧の作動油で満たされている場合において、第１油路１２ないしは該第１油路１２に介設され又はこれと連通するいずれかの部材に作動油の漏れ（以下「キャップ側油漏れ」という。）が発生した状態を示している。なお、油路切換弁１１は第３の状態にある。

この場合、第１油路１２内の空間と、該第１油路１２と連通する油圧シリンダ装置１（油漏れ検出機構９を含む）内の各部の空間とを含む閉じられた空間（以下「キャップ側作動油収容空間」という。）に収容されている作動油の量は、作動油漏れ分だけ減少する。このとき、キャップ側作動油収容空間は、減少した作動油の体積分だけ減少するが、このようなキャップ側作動油収容空間の減少は、小ピストン５１が上向きに移動することにより生じる。なお、キャップ側作動油収容空間が減少しなければ、キャップ側作動油収容空間内に局所的な真空空間が生じ、キャップ側作動油収容空間は減圧状態となることになるが、小ピストン５１が上向きに移動してキャップ側作動油収容空間が減少するので、このような減圧状態は生じない。小ピストン５１は小型かつ軽量であり、また小ピストン５０の小シリンダ５１に対する摺動抵抗は非常に小さいので、小ピストン５１は容易に上向きに移動する。

なお、ピストン３も上向きに移動可能な部材、すなわちキャップ側作動油収容空間を減少させることが原理的に可能な部材であるが、ピストン３の質量及びピストン３のシリンダ２に対する摺動抵抗は、小ピストン５１の質量及び小ピストン５１の小シリンダ５０に対する摺動抵抗に比べて格段に大きいので、キャップ側油漏れが生じたときには、小ピストン５１のみが上向きに移動し、ピストン３は上向きに移動しない。

前記のとおり、小シリンダ５０の内径（断面積）及び小ピストン５１の外径（断面積）は、それぞれシリンダ２の内径（断面積）及びピストン３の外径（断面積）に比べて非常に小さいので（例えば、０．０５〜０．１倍）、キャップ側油漏れが生じてキャップ側作動油収容空間が減少したときには、小ピストン５１又はロッド５２の上向きの移動量はかなり大きくなる。例えば、小シリンダ５０の内径が４０ｍｍである場合、５０ｍｌのキャップ側油漏れが発生すると、小ピストン５１又はロッド５２は上向きに約４０ｍｍ移動する。このため、位置センサ６１によって検出される小ピストン５１又はロッド５２の移動量に基づいてキャップ側油漏れの発生を早期に確実に把握することができ、かつキャップ側油漏れによる作動油の漏れ量を正確に把握することができる。なお、位置センサ６１を設けず、マニュアル操作又は目視でロッド５２の移動量を把握することも可能である。

なお、図１０に示す例では、ピストン３がシリンダ２内において最上位置と最下位置の間のある位置で停止した状態を示しているが、油漏れ検出機構９は、シリンダ２内におけるピストン３の位置の如何にかかわわらず、位置センサ６１によって検出される小ピストン５１又はロッド５２の移動量に基づいて、キャップ側油漏れの発生及び作動油の漏れ量を正確に把握することができる。

図１１は、ピストン３がシリンダ２内において最上位置と最下位置の間のある位置で停止し、油圧シリンダ装置１への加圧された作動油の供給が停止され、第１油室６及び第２油室７と、第１、第２油室６、７と連通する各作動油収容部（第１油路１２、第２油路１３、端板内油路４３、小油室５５、取付部内油路５４等）とが常圧の作動油で満たされている場合において、第２油路１３ないしは該第２油路１３に介設され又はこれと連通するいずれかの部材に作動油の漏れ（以下「ロッド側油漏れ」という。）が発生した状態を示している。なお、油路切換弁１１は第３の状態にある。

この場合、第２油路１３内の空間と、該第３油路１３と連通する油圧シリンダ装置１内の各部の空間とを含む閉じられた空間（以下「ロッド側作動油収容空間」という。）に収容されている作動油の量は、作動油漏れ分だけ減少する。このとき、ロッド側作動油収容空間は、減少した作動油の体積分だけ減少するが、このようなロッド側作動油収容空間の減少は、ピストン３が下向きに移動することにより生じる。なお、ロッド側作動油収容空間が減少しなければ、ロッド側作動油収容空間内に局所的な真空空間が生じ、ロッド側作動油収容空間は減圧状態となることになるが、ピストン３が下向きに移動してロッド側作動油収容空間が減少するので、このような減圧状態は生じない。

シリンダ２の内径（断面積）及びピストン３の外径（断面積）は比較的大きいので（例えば、２００〜６００ｍｍ）、ロッド側油漏れによりロッド側作動油収容空間が減少したときのピストン３の下向きの移動量は非常に小さい。なお、図１１において、一点鎖線Ｌは、ロッド側油漏れが生じる前のピストン３の上端面の位置を示している。例えば、シリンダ２（円筒部材４０）の内径が４００ｍｍである場合、５０ｍｌのロッド側油漏れが発生すると、ピストン３は下向きに約０．４ｍｍ移動する。しかしながら、このようなピストン３の下向きの小さな移動は、とくに注目していない限り、目視で発見することは極めて困難である。

このようにピストン３が下向きに移動すると、その分だけ第１油室６の体積が増加する。その結果、油漏れ検出機構９の小ピストン５１が上向きに移動し、キャップ側作動油収容空間の体積は一定に維持される（変化しない）。なお、小ピストン５１が上向きに移動しなければ、キャップ側作動油収容空間が拡大し、キャップ側作動油収容空間内に局所的な真空空間が生じ、キャップ側作動油収容空間は減圧状態となるが、小ピストン５１が上向きに移動してキャップ側作動油収容空間が一定に維持される（増加しない）ので、このような減圧状態は生じない。

前記のとおり、小シリンダ５０の内径（断面積）及び小ピストン５１の外径（断面積）は、それぞれシリンダ２の内径（断面積）及びピストン３の外径（断面積）に比べて非常に小さいので、このようにピストン３が下向きに移動したときには、小ピストン５１の上向きの移動量はかなり大きくなる。例えば、シリンダ２の内径が４００ｍｍであり、小シリンダ５０の内径が４０ｍｍである場合、５０ｍｌのロッド側油漏れが発生してピストン３が下向きに約０．４ｍｍ移動すると、小ピストン５１は上向きに約４０ｍｍ移動する。このため、位置センサ６１によって検出される小ピストン５１又はロッド５２の上向きの移動量に基づいて、ロッド側油漏れの発生を早期に確実に把握することができ、かつロッド側油漏れによる作動油漏れ量を正確に把握することができる。

なお、図１１に示す例では、ピストン３がシリンダ２内において最上位置と最下位置の間のある位置で停止した状態を示しているが、油漏れ検出機構９は、シリンダ２内においてピストン３が最下位置又はその近傍に位置している場合を除き、ピストン３の位置の如何にかかわわらず、前記のプロセスによりロッド側油漏れの発生及び作動油の漏れ量を正確に把握することができる。

ところで、図１１に示す例とは異なり、ピストン３がシリンダ２内において最下位置又はその近傍に位置している場合、すなわちピストン３が下向きに移動することができないか又は十分に移動することができない場合は、以下で説明するプロセスにより、ロッド側油漏れが検出される。例えば、ピストン３がシリンダ２内において最下位置に位置しているとき、すなわちピストン３が下向きに全く移動することができないときにロッド側油漏れが生じた場合、ロッド側作動油収容空間は、その体積は減少しないので、一時的ないしは過渡的に減圧状態となる。すなわち、過渡的には、ピストン３の上側の第１油室６は常圧である一方、ピストン３の下側の第２油室７は減圧状態となる。

このため、第１油室６内の作動油の一部は、ピストン３の外周面とシリンダ２（円筒部材４０）の内周面の間のクリアランス（間隙）を介して第２油室７内に緩慢に流入する。このように第１油室６から第２油室７に流入する作動油の量は、最終的にはロッド側油漏れにより漏出する作動油の量とほぼ一致する。その結果、小ピストン５１及びロッド５２が上向きに移動して、キャップ側作動油収容空間は、第１油室６から第２油室７に流入した作動油の量、すなわちロッド側油漏れにより漏出する作動油の量に対応する分だけ減少する。つまり、小ピストン５１及びロッド５２は、ロッド側油漏れにより漏出する作動油の量に対応して上向きに移動する。したがって、この場合も、位置センサ６１によって検出される小ピストン５１又はロッド５２の上向きの移動量に基づいて、ロッド側油漏れの発生を早期に確実に把握することができ、かつロッド側油漏れによる作動油の漏れ量を正確に把握することができる。

また、ピストン３がシリンダ２内において最下位置の近傍に位置している場合、すなわちピストン３が十分に下向きに移動することができない場合は、ピストン３が最下位置に到達するまでは、図１１に示す例と同様のプロセスで小ピストン５１及びロッド５２が上向きに移動し、ピストン３が最下位置に到達した後は、ピストン３がシリンダ２内において最下位置に位置している場合と同様のプロセスで小ピストン５１及びロッド５２が上向きに移動する。したがって、この場合も、位置センサ６１によって検出される小ピストン５１又はロッド５２の上向きの移動量に基づいて、ロッド側油漏れの発生を早期に確実に把握することができ、かつロッド側油漏れによる作動油の漏れ量を正確に把握することができる。

前記のとおり、キャップ側油漏れが生じた場合及びロッド側油漏れが生じた場合のいずれにおいても、小ピストン５１が上向きに移動する。したがって、位置センサ６１によって検出される小ピストン５１又はロッド５２の上向きの移動のみから、キャップ側油漏れであるか、それともロッド側油漏れであるかを判定することはできない。そこで、位置センサ６１によって小ピストン５１又はロッド５２の上向きの移動が検出されたときには、ピストン３又はピストンロッド４の移動の有無を調べ、ピストン３又はピストンロッド４がわずかでも下向きに移動していることが認められた場合はロッド側油漏れであると判定し、それ以外の場合はキャップ側油漏れであると判定すればよい。

前記のとおり、ロッド側油漏れによるピストン３の下向きの移動量は非常に小さいが、小ピストン５１及びロッド５２の上向きの移動に基づいて作動油漏れが発生していることが判明した後においては、ピストン３又はピストンロッド４を注意深く観察することにより、ピストン３又はピストンロッド４の下向きの移動の有無を判定することは容易である。なお、ピストン３がシリンダ２内において最下位置に位置している場合は、ピストン３又はピストンロッド４が下向きに移動しないので、作動油給排装置１０を操作して第２油室７に少量の作動油を供給し、ピストン３をある程度上向きに移動させた後、作動油の供給を停止して、ピストン３が下向きに移動するか否かを判定すればよい。

ところで、油圧シリンダ装置１の温度環境の変化、例えば周囲の気温の変化、日射状態の変化等により油圧シリンダ装置１の温度ないしは作動油の温度が変化した場合、熱膨張又は熱収縮によりキャップ側作動油収容空間もしくはロッド側動油収容空間の体積、又はこれらに収容されている作動油の体積が変化し、これに伴って小ピストン５１及びロッド５２が上向きに移動する可能性がある。したがって、小ピストン５１又はロッド５２が上向きに移動しても、その移動が作動油の漏れに起因するのではなく、温度環境の変化に起因するものである可能性がある。

しかしながら、作動油の漏れに起因する小ピストン５１の移動と、温度環境の変化に起因する小ピストン５１の移動とでは、その移動パターンないしは移動態様（挙動）が異なる。そこで、小ピストン５１の移動パターンないしは移動態様（挙動）に基づいて、小ピストン５１の上向きの移動が、作動油の漏れに起因するか、それとも温度環境の変化に起因するかを判定すればよい。その際、例えば以下のような要素ないしは事情を総合的に考慮して判定すればよい。なお、小ピストン５１の上向きの移動が作動油の漏れに起因するものと判定された場合は、多機能弁（図示せず）などを用いて、作動油の漏れの有無を実際に確認し、作動油の漏れ箇所を特定することになる。

一般に、作動油の漏れに起因する小ピストン５１の移動は、温度環境の変化に起因する小ピストン５１の移動に比べて急速である。したがって、小ピストン５１の移動速度が比較的大きい場合は、作動油の漏れに起因するものである可能性が高い。これ対して、小ピストン５１の移動速度が比較的小さい場合は、温度環境の変化に起因するものである可能性が高い。

作動油の漏れに起因する小ピストン５１の移動は一定速度で単調に上昇する傾向が強いが、温度環境の変化に起因する小ピストン５１の移動は、温度の変化に伴って移動速度が変化する傾向が強く、ときによっては小ピストン５１が下降することもある。したがって、ピストン５１が一定速度で単調に上昇している場合は、作動油漏れに起因するものである可能性が高い。他方、小ピストン５１の移動速度が変化したり、小ピストン５１が下降したりする場合は温度環境の変化に起因するものである可能性が高い。

本発明に係る油圧シリンダ装置１が、比較的近い位置に複数設置されている場合、温度環境の変化に起因する小ピストン５１の移動は、これらのすべての油圧シリンダ装置１において同様に起こるのが普通である。したがって、これらの油圧シリンダ装置１のうちの１つの油圧シリンダ装置１のみに小ピストン５１の上向きの移動が生じたときは、作動油漏れに起因するものである可能性が非常に高い。

ところで、油漏れ検出機構９においては、小油室５５内の作動油が、小シリンダ５０の内周面と小ピストン５１の外周面との間のクリアランス（間隙）を通って空気室５６に侵入して、空気室５６の底部に溜まる可能性がある。このように、空気室５６の底部に溜まった作動油は、以下のような手順で小油室５５に戻すことができる。

小ピストン５１が小シリンダ５０内において比較的下側の位置（例えば、最下位置）にある場合は、ロッド５２に上向きの力を加えて、小ピストン５１を比較的上側の位置、例えば上下方向の中央位置よりも上側の位置まで押し上げる。このとき、作動油給排装置１０を、キャップ側作動油収容空間内の作動油が外部（例えば、作動油タンク１６）にリークすることができるようにセットする。なお、小ピストン５１が小シリンダ５０内において比較的上側の位置にある場合は、このような操作は不要である。

次に、通路開閉弁５８を閉じる。そして、ロッド５２に下向きの力を加えて、小ピストン５１を比較的下側の位置、例えば上下方向の中央位置よりも下側の位置まで移動させる。このとき、小油室５５内は過渡的に減圧状態となるので、空気室５６内に溜まっている作動油は、大気開放通路５７と小シリンダ連通路５９とを介して小油室５５内に吸引される。なお、チェックバルブ６０は、作動油の上向きの流れを許容する。このようにして空気室５６内の作動油が除去された後、通路開閉弁５８を開き、キャップ側作動油収容空間を再び外部に対して閉じられた状態にする。

本発明に係る油圧シリンダ装置１によれば、第２油室７に加圧された作動油を供給してピストン３を最上位置まで移動させたときに、ピストン３の下端面近傍において第２油室７内の作動油中に滞留ないしは混在している気泡あるいは異物を、連通路４８と、第１油室６と、端板内油路４３と、第１油路１２と、第４油路１５とを介して、作動油タンク１６に排出することができるので、シリンダ２内に気泡又は異物が蓄積されず、油圧シリンダ装置１の動作を良好に維持することができる。さらに、作動油給排装置１０ないしは油圧シリンダ装置１における作動油漏れの発生を早期に正確に把握することができ、かつ作動油の漏れ量を正確に把握することができる。

１ 油圧シリンダ装置、２ シリンダ、３ ピストン、４ ピストンロッド、５ 負荷、６ 第１油室、７ 第２油室、８ 油室連通機構、８ａ 連通機構本体部、９ 油漏れ検出機構、１０ 作動油給排装置、１１ 油路切換弁、１２ 第１油路、１３ 第２油路、１４ 第３油路、１５ 第４油路、１６ 作動油タンク、１７ オイルフィルタ、１８ 電動機、１９ 油圧ポンプ、２０ 第１バイパス油路、２１ リリーフ弁、２５ 第１パイロット操作式逆止弁、２６ 第１逆止弁付流量調整弁、２６ａ 流量調整弁、２６ｂ 逆止弁、２７ 第２パイロット操作式逆止弁、２８ 第２逆止弁付流量調整弁、２８ａ 流量調整弁、２８ｂ 逆止弁、３０ 第１開閉弁、３１ 第２開閉弁、３２ 第２バイパス油路、３３ 第３開閉弁、３４ 第１逆止弁、３５ 迂回油路、３６ 第２逆止弁、４０ 円筒部材、４０ａ 孔部、４１ 第１端板、４２ 第２端板、４２ａ ピストンロッド挿入孔、４３ 端板内油路、４３ａ 横穴、４３ｂ 縦穴、４５ 第１シール部材、４６ 第２シール部材、４７ Ｏリング、４８ 連通路、４８ａ 連通路の上端部、４８ｂ 連通路の下端部、４９ 連通路逆止弁、５０ 小シリンダ、５１ 小ピストン、５２ ロッド、５３ 小シリンダ取付具、５４ 取付具内油路、５５ 小油室、５６ 空気室、５７ 大気開放通路、５８ 通路開閉弁、５９ 小シリンダ連通路、６０ チェックバルブ、６１ 位置センサ、６５ 気泡（異物）、Ｐ１ 第１ポート、Ｐ２ 第２ポート、Ｐ３ 第３ポート、Ｐ４ 第４ポート。

Claims (6)

1. シリンダと、
   前記シリンダ内に形成された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、
   前記ピストンの下端面に結合され、前記シリンダ内空間部から前記シリンダの下端壁を貫通してシリンダ外に伸びるピストンロッドとを備えていて、
   前記ピストンより上側の前記シリンダ内空間部が第１油室を形成し、前記ピストンより下側の前記シリンダ内空間部が第２油室を形成している油圧シリンダ装置であって、
   前記シリンダに、前記第１油室と前記第２油室とを連通させる連通路と、前記連通路に介設され前記第１油室側から前記第２油室側への作動油の流れを係止する連通路逆止弁とを有する油室連通機構が設けられ、
   前記連通路の上端部は、前記ピストンが前記シリンダ内で最上位置に位置しているときに、前記ピストンの上端面より上側で前記シリンダの周壁の内周面に開口するように配置され、
   前記連通路の下端部は、前記ピストンが前記シリンダ内で最上位置に位置しているときに、前記ピストンの下端面より下側において、前記ピストンの下端面に隣接又は近接して前記シリンダの周壁の内周面に開口するように配置されていることを特徴とする油圧シリンダ装置。
2. 前記連通路と前記連通路逆止弁とからなる組立体が複数設けられ、前記複数の組立体は、平面視において、前記シリンダの中心のまわりに互いに等しい角度間隔で配置されていることを特徴とする、請求項１又に記載の油圧シリンダ装置。
3. 前記連通路及び前記連通路逆止弁は、前記シリンダの外周面に取り付けられた連通機構本体部内に設けられていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の油圧シリンダ装置。
4. 前記連通路の下端部の前記シリンダの周壁の内周面への開口部の縁は、面取り加工が施され、又は丸められていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１つに記載の油圧シリンダ装置。
5. 前記シリンダは、略円筒形の円筒部材と、前記円筒部材の上端開口部を閉止する略円板形の第１端板と、前記円筒部材の下端開口部を閉止する略円板形の第２端板とを有し、
   前記第１端板に、前記第１油室に作動油を給排する端板内油路が形成され、前記端板内油路は、平面視において、前記第１端板の中心で前記第１油室に開口していることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１つに記載の油圧シリンダ装置。
6. 該油圧シリンダ装置に作動油を給排する作動油給排装置における前記第１油室に作動油を給排する油路に、前記第１油室から離反する方向の作動油の流れを係止する第１逆止弁と、前記第１油室に向かう方向の作動油の流れを係止する第２逆止弁とが互いに並列に接続されてなる逆止弁対が介設されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１つに記載の油圧シリンダ装置。

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