JP3227400U - 流体圧シリンダ - Google Patents

Abstract

【課題】ピストンのストロークエンド近傍において、ピストンの減速度合をピストンの変位に応じてきめ細かく設定可能であり、しかも簡単な構造の流体圧シリンダを提供する。【解決手段】カバー部材１４、１６には、圧力室２４、２６に圧力流体を給排するためのポート１４ａ、１６ａと、圧力室とポートとを接続するクッション孔１４ｂ、１６ｂと、圧力室とクッション孔とを接続するバイパス路１４ｃ、１６ｃとが設けられ、ピストン１８の移動に伴ってクッション孔に挿抜自在となるように筒状のクッションリング２８、３２がピストンまたはピストンロッド２０に設けられ、カバー部材の内壁面にはクッションリングの外周に摺接可能なクッションパッキン３６、３８が装着され、バイパス路の途中には固定オリフィス１４ｄ、１６ｄが設けられ、クッションリングの外周面には断面積が変化する緩衝溝３０、３４が形成されている。【選択図】図１

Description

本考案は、ピストンを減速させる機構を備えた流体圧シリンダに関する。

従来から、ピストンのストロークエンド近傍でピストンを減速させる緩衝機構を設けた流体圧シリンダが知られている。

例えば、特許文献１には、ヘッドカバーに形成されたクッション孔に挿抜可能な第１クッションリングをピストンに装着し、ロッドカバーに形成されたロッド孔に挿抜可能な第２クッションリングをピストンロッドに装着した流体圧シリンダが記載されている。

この流体圧シリンダでは、ピストンがヘッドカバーの近傍まで変位すると、第１クッションリングがクッション孔に挿入されるとともにクッション孔の内周面に装着された第１シールリングが第１クッションリングの外周面に摺接する。これにより、ヘッドカバーに設けられた調整機構で設定された流路面積に見合う流量で圧力流体が排出され、圧力流体の排出量が減少する。

また、ピストンがロッドカバーの近傍まで変位すると、第２クッションリングがロッド孔に挿入されるとともにロッド孔の内周面に装着された第２シールリングが第２クッションリングの外周面に摺接する。これにより、ロッドカバーに設けられた調整機構で設定された流路面積に見合う流量で圧力流体が排出され、圧力流体の排出量が減少する。

しかしながら、ピストンの減速度合をピストンの変位に応じてきめ細かく設定可能で実用的な流体圧シリンダは、未だ十分に開発されていない。

特開２０１３−２３８２６９号公報

本考案は、上記事情に鑑みてなされたもので、特にピストンのストロークエンド近傍において、ピストンの減速度合をピストンの変位に応じてきめ細かく設定可能であり、しかも簡単な構造の流体圧シリンダを提供することを目的とする。

本考案に係る流体圧シリンダは、シリンダチューブと、シリンダチューブの端部に固定されるカバー部材とを含み、ピストンとカバー部材との間に形成される圧力室を有し、カバー部材には、圧力室に圧力流体を給排するためのポートと、圧力室とポートとを接続するクッション孔と、圧力室とクッション孔とを接続するバイパス路とが設けられる。そして、ピストンの移動に伴ってクッション孔に挿抜自在となるように筒状のクッションリングがピストンまたはピストンロッドに設けられ、クッション孔を構成するカバー部材の内壁面にはクッションリングの外周に摺接可能なクッションパッキンが装着され、バイパス路の途中には固定オリフィスが設けられ、クッションリングの外周面にはクッションリングの軸線と平行な向きに延びるとともに断面積が変化する緩衝溝が形成されている。

本考案に係る流体圧シリンダによれば、クッションリングに形成された断面積が変化する緩衝溝とバイパス路に設けられた固定オリフィスとを組み合わせることにより、ピストンのストロークエンド近傍でピストンの減速度合をピストンの変位に応じてきめ細かく設定できる。

本考案の実施形態に係る流体圧シリンダの断面図である。 図１の流体圧シリンダのクッションリングの断面図である。 図２のクッションリングをその軸線方向から見た図である。 図１の流体圧シリンダがヘッドカバー側ストロークエンド近傍にあるときの断面図である。 図１の流体圧シリンダがヘッドカバー側ストロークエンドに到達したときの断面図である。 図１の流体圧シリンダがロッドカバー側ストロークエンド近傍にあるときの断面図である。 図１の流体圧シリンダがロッドカバー側ストロークエンドに到達したときの断面図である。 図１の流体圧シリンダについて、ストロークエンド近傍におけるピストンの位置と流路面積との関係を示すグラフである。

以下、本考案に係る流体圧シリンダについて好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。なお、使用される流体は、圧縮空気等の圧力流体である。

図１に示すように、流体圧シリンダ１０は、シリンダチューブ１２、ヘッドカバー１４、ロッドカバー１６、ピストン１８、ピストンロッド２０等から構成される。シリンダチューブ１２の一端にカバー部材としてのヘッドカバー１４が固定され、シリンダチューブ１２の他端に同じくカバー部材としてのロッドカバー１６が固定される。シリンダチューブ１２の内側にはシリンダ室２２が形成される。

シリンダ室２２にピストン１８が配置され、ピストン１８に一端部が連結されたピストンロッド２０の他端部がロッドカバー１６を貫通して外部に延びる。シリンダ室２２は、ピストン１８とヘッドカバー１４との間に形成される第１圧力室２４と、ピストン１８とロッドカバー１６との間に形成される第２圧力室２６とに区画される。

ヘッドカバー１４は、第１圧力室２４に圧力流体を給排するための第１ポート１４ａと、第１圧力室２４と第１ポート１４ａとを接続する第１クッション孔１４ｂを有する。ロッドカバー１６は、第２圧力室２６に圧力流体を給排するための第２ポート１６ａと、第２圧力室２６と第２ポート１６ａとを接続する第２クッション孔１６ｂを有する。

ピストン１８のヘッドカバー１４側端部には、ヘッドカバー１４に向かって延びる円筒状の第１クッションリング２８が設けられている。第１クッションリング２８の端部には、テーパ部２８ａが形成されている。第１クッションリング２８の外径は、第１クッション孔１４ｂの径よりも小さく、第１クッションリング２８は、第１クッション孔１４ｂに挿抜自在となっている。第１クッション孔１４ｂを構成するヘッドカバー１４の内壁面には、第１クッションリング２８の外周に摺接可能な環状の第１クッションパッキン３６が装着されている。

ピストンロッド２０の一端部外周には、円筒状の第２クッションリング３２が設けられている。第２クッションリング３２の端部には、テーパ部３２ａが形成されている。第２クッションリング３２の外径は、第２クッション孔１６ｂの径よりも小さく、第２クッションリング３２は、第２クッション孔１６ｂに挿抜自在となっている。第２クッション孔１６ｂを構成するロッドカバー１６の内壁面には、第２クッションリング３２の外周に摺接可能な環状の第２クッションパッキン３８が装着されている。

図２に示すように、第１クッションリング２８の外周には、第１クッションリング２８の軸線２８ｂと平行な向きに延びる複数のヘッド側緩衝溝３０が形成されている。ヘッド側緩衝溝３０は、第１クッションリング２８のヘッドカバー１４側端部で始まり（始端３０ａ）、ピストン１８がヘッドカバー１４に当接するストロークエンドにおいて第１クッションパッキン３６と当接する箇所２８ｃよりもピストン１８から離れた位置で終わる（終端３０ｂ）。換言すれば、ピストン１８のヘッドカバー１４側ストロークエンドでは、第１クッションパッキン３６は、ヘッド側緩衝溝３０が形成されていない第１クッションリング２８の外周面に密接する（図５参照）。なお、ピストン１８には、ヘッドカバー１４側端面から一部突出するように環状の第１弾性体１８ａが装着されており、ピストン１８は、第１弾性体１８ａを介してヘッドカバー１４に当接する。

ヘッド側緩衝溝３０の底面は、ヘッド側緩衝溝３０の始端３０ａから終端３０ｂにかけて、第１クッションリング２８の軸線２８ｂから徐々に離れるように該軸線２８ｂに対して傾斜している。第１クッションパッキン３６がヘッド側緩衝溝３０を跨いで第１クッションリング２８の外周面に当接するとき、ヘッド側緩衝溝３０が第１クッションパッキン３６によって塞がれることはなく、第１圧力室２４は、所定の流路面積で第１ポート１４ａと連通する。

本実施形態では、第１クッションリング２８の軸線２８ｂ回りに１２０度の間隔で、同一構造の３本のヘッド側緩衝溝３０が設けられている（図３参照）。また、本実施形態では、第１クッションリング２８にテーパ部２８ａが形成され、第１クッションパッキン３６が該テーパ部２８ａには当接しない構成となっている。このため、第１クッションリング２８のテーパ部２８ａを除く部位に形成されたヘッド側緩衝溝３０が後述するクッション効果に寄与する。第１クッションパッキン３６が当接可能な部位におけるヘッド側緩衝溝３０は、終端３０ｂに向かうにつれて徐々に浅くなっており、それに伴い断面積が徐々に減少している。

第１クッションリング２８と同様に、第２クッションリング３２の外周には、第２クッションリング３２の軸線と平行な向きに延びる複数のロッド側緩衝溝３４が形成されている。ロッド側緩衝溝３４は、第２クッションリング３２のロッドカバー１６側端部で始まり、ピストン１８がロッドカバー１６に当接するストロークエンドにおいて第２クッションパッキン３８と当接する箇所よりもピストン１８から離れた位置で終わる。換言すれば、ピストン１８のロッドカバー１６側ストロークエンドでは、第２クッションパッキン３８は、ロッド側緩衝溝３４が形成されていない第２クッションリング３２の外周面に密接する（図７参照）。なお、ピストン１８には、ロッドカバー１６側端面から一部突出するように環状の第２弾性体１８ｂが装着されており、ピストン１８は、第２弾性体１８ｂを介してロッドカバー１６に当接する。

ロッド側緩衝溝３４の底面は、ロッド側緩衝溝３４の始端から終端にかけて、第２クッションリング３２の軸線から徐々に離れるように該軸線に対して傾斜している。第２クッションパッキン３８がロッド側緩衝溝３４を跨いで第２クッションリング３２の外周面に当接するとき、ロッド側緩衝溝３４が第２クッションパッキン３８によって塞がれることはなく、第２圧力室２６は、所定の流路面積で第２ポート１６ａと連通する。

本実施形態では、第２クッションリング３２の軸線回りに１２０度の間隔で、同一構造の３本のロッド側緩衝溝３４が設けられている。また、本実施形態では、第２クッションリング３２にテーパ部３２ａが形成され、第２クッションパッキン３８が該テーパ部３２ａには当接しない構成となっている。このため、第２クッションリング３２のテーパ部３２ａを除く部位に形成されたロッド側緩衝溝３４が後述するクッション効果に寄与する。第２クッションパッキン３８が当接可能な部位におけるロッド側緩衝溝３４は、終端に向かうにつれて徐々に浅くなっており、それに伴い断面積が徐々に減少している。

ヘッドカバー１４には、第１圧力室２４と第１クッション孔１４ｂとを接続する第１バイパス路１４ｃが設けられている。第１バイパス路１４ｃの一端は、第１圧力室２４に臨むヘッドカバー１４の端面に開口し、第１バイパス路１４ｃの他端は、第１クッションパッキン３６の装着箇所よりもピストン１８から離れた位置で第１クッション孔１４ｂに接続される。

第１バイパス路１４ｃの途中の箇所は、断面積が縮小され、第１固定オリフィス１４ｄを形成している。第１クッションリング２８が第１クッション孔１４ｂに挿入されたとき、第１クッションリング２８の外周と第１クッション孔１４ｂを構成するヘッドカバー１４の内壁面との間には、全周にわたって隙間が存在する。したがって、第１圧力室２４は、ピストン１８の位置に関わらず、第１固定オリフィス１４ｄが介在された第１バイパス路１４ｃを介して第１ポート１４ａに連通している。

ロッドカバー１６には、第２圧力室２６と第２クッション孔１６ｂとを接続する第２バイパス路１６ｃが設けられている。第２バイパス路１６ｃの一端は、第２圧力室２６に臨むロッドカバー１６の端面に開口し、第２バイパス路１６ｃの他端は、第２クッションパッキン３８の装着箇所よりもピストン１８から離れた位置で第２クッション孔１６ｂに接続される。

第２バイパス路１６ｃの途中の箇所は、断面積が縮小され、第２固定オリフィス１６ｄを形成している。第２クッションリング３２が第２クッション孔１６ｂに挿入されたとき、第２クッションリング３２の外周と第２クッション孔１６ｂを構成するロッドカバー１６の内壁面との間には、全周にわたって隙間が存在する。したがって、第２圧力室２６は、ピストン１８の位置に関わらず、第２固定オリフィス１６ｄが介在された第２バイパス路１６ｃを介して第２ポート１６ａに連通している。

本実施形態に係る流体圧シリンダ１０は、以上のように構成されるものであり、以下、その作用について説明する。図１に示すように、ピストン１８がヘッドカバー１４およびロッドカバー１６から概ね等距離だけ離れた位置にあり、第１圧力室２４および第２圧力室２６に圧力流体が供給・蓄積されていない状態を初期状態とする。

上記初期状態から、図示しない切換弁の位置が切り換えられ、第１圧力室２４に圧力流体が供給されるとともに第２圧力室２６から流体が排出されると、ピストン１８がロッドカバー１６に向けて駆動される。そして、ピストン１８が所定距離移動すると、ピストンロッド２０と一体の第２クッションリング３２がロッドカバー１６の第２クッション孔１６ｂに挿入されるとともに、ロッドカバー１６に装着された第２クッションパッキン３８が第２クッションリング３２の外周面に摺接する（図６参照）。

第２クッションパッキン３８が第２クッションリング３２に摺接し始めてから、ピストン１８がストロークエンドに到達する前であって第２クッションパッキン３８がロッド側緩衝溝３４の終端に達するまでは、第２圧力室２６と第２ポート１６ａを連絡する流路面積は、第２クッションパッキン３８が当接する箇所におけるロッド側緩衝溝３４の断面積に第２固定オリフィス１６ｄの断面積を加えたものとなる。第２クッションパッキン３８がロッド側緩衝溝３４の終端に達してから、ピストン１８がストロークエンドに到達するまでは、該流路面積は、第２固定オリフィス１６ｄの断面積と等しくなる。すなわち、ピストン１８のロッドカバー１６側ストロークエンド近傍において、第２圧力室２６から圧力流体を排出する流路面積が徐々に減少した後に一定となるというメータアウト制御が行われ、所望のクッション効果が得られる。

図８に、ピストン１８のロッドカバー１６側ストロークエンド近傍におけるピストン１８の位置Ｘと第２圧力室２６から圧力流体を排出する流路面積Ｓとの関係を示す。Ｘ１は、第２クッションパッキン３８が第２クッションリング３２に摺接し始めたときのピストン１８の位置、Ｘ２は、第２クッションパッキン３８がロッド側緩衝溝３４の終端に達したときのピストン１８の位置、Ｘ３は、ロッドカバー１６側ストロークエンドにおけるピストン１８の位置である。また、Ｓ１は、第２固定オリフィス１６ｄの断面積である。後述するピストン１８のヘッドカバー１４側ストロークエンド近傍におけるピストン１８の位置Ｘと流路面積Ｓとの関係もこれと同様である。

ピストン１８がロッドカバー１６側ストロークエンドに到達してピストンロッド２０が最も押し出された状態で、図示しないワークの位置決め等の仕事がなされる（図７参照）。その後、図示しない切換弁の位置が切り換えられ、第２圧力室２６に圧力流体が供給されるとともに第１圧力室２４から圧力流体が排出されると、ピストン１８がヘッドカバー１４に向けて駆動される。

ピストン１８がヘッドカバー１４に向けて移動し始めてから、第２クッションリング３２が第２クッション孔１６ｂから抜け出して第２クッションパッキン３８が第２クッションリング３２の外周から離れるまでの間、ピストン速度の上昇は抑制される。ピストン１８がロッドカバー１６に接近する場合とは逆の過程を辿り、第２圧力室２６に圧力流体を供給する流路面積は、第２固定オリフィス１６ｄの断面積に相当する最小値を保った後、第２固定オリフィス１６ｄの断面積と徐々に増加するロッド側緩衝溝３４の断面積とを合わせたものとなるからである（メータイン制御）。

第２クッションリング３２が第２クッション孔１６ｂから抜け出して第２クッションパッキン３８が第２クッションリング３２の外周から離れると、第２圧力室２６に圧力流体を供給する流路面積は最大になり、ピストン速度が急速に上昇する。そして、ピストン１８がヘッドカバー１４に接近すると、ピストン１８と一体の第１クッションリング２８がヘッドカバー１４の第１クッション孔１４ｂに挿入されるとともに、ヘッドカバー１４に装着された第１クッションパッキン３６が第１クッションリング２８の外周面に摺接する（図４参照）。

第１クッションパッキン３６が第１クッションリング２８に摺接し始めてから、ピストン１８がストロークエンドに到達する前であって第１クッションパッキン３６がヘッド側緩衝溝３０の終端３０ｂに達するまでは、第１圧力室２４と第１ポート１４ａを連絡する流路面積は、第１クッションパッキン３６が当接する箇所におけるヘッド側緩衝溝３０の断面積に第１固定オリフィス１４ｄの断面積を加えたものとなる。第１クッションパッキン３６がヘッド側緩衝溝３０の終端３０ｂに達してから、ピストン１８がストロークエンドに到達するまでは、該流路面積は第１固定オリフィス１４ｄの断面積と等しくなる。すなわち、ピストン１８のヘッドカバー１４側ストロークエンドの近傍において、第１圧力室２４から圧力流体を排出する流路面積は、徐々に減少した後に一定となるというメータアウト制御が行われ、所望のクッション効果が得られる。

そして、ピストン１８がヘッドカバー１４側ストロークエンドに到達し、ピストンロッド２０が最も引き込まれた状態となる（図５参照）。その後、図示しない切換弁の位置が切り換えられ、第１圧力室２４に圧力流体が供給されるとともに第２圧力室２６から圧力流体が排出されると、ピストン１８がロッドカバー１６に向けて駆動される。

ピストン１８がロッドカバー１６に向けて移動し始めてから、第１クッションリング２８が第１クッション孔１４ｂから抜け出して第１クッションパッキン３６が第１クッションリング２８の外周から離れるまでの間、ピストン速度の上昇は抑制される。ピストン１８がヘッドカバー１４に接近する場合とは逆の過程を辿り、第１圧力室２４に圧力流体を供給する流路面積は、第１固定オリフィス１４ｄの断面積に相当する最小値を保った後、第１固定オリフィス１４ｄの断面積と徐々に増加するヘッド側緩衝溝３０の断面積とを合わせたものとなるからである（メータイン制御）。以後、流体圧シリンダは、上述した動作を繰り返す。なお、本実施形態の流体圧シリンダはピストンロッド２０が最も押し出された状態で仕事をするものとして説明したが、これに限られるものではない。

本実施形態に係る流体圧シリンダ１０によれば、クッションリング２８、３２に形成された断面積が変化する緩衝溝３０、３４とバイパス路１４ｃ、１６ｃに設けられた固定オリフィス１４ｄ、１６ｄとを組み合わせるという簡単な構成により、ピストン１８のストロークエンド近傍でピストン１８の減速度合をピストン１８の変位に応じてきめ細かく設定できる。

本実施形態では、第１クッションリング２８の軸線２８ｂ回りに１２０度の間隔で３本のヘッド側緩衝溝３０を設けたが、第１クッションリング２８の軸線２８ｂ回りに適宜の間隔で複数のヘッド側緩衝溝３０を設けたものでもよく、また、ヘッド側緩衝溝３０を１本のみとしてもよい。ロッド側緩衝溝３４についても同様である。

また、本実施形態では、第１クッションパッキン３６が当接可能な部位におけるヘッド側緩衝溝３０について、終端３０ｂに向かうにつれて徐々に浅くすることで断面積を徐々に減少させているが、終端３０ｂに向かうにつれて断面積が徐々に減少するものであればよく、例えば、終端３０ｂに向かうにつれて徐々に幅を狭くしてもよい。ロッド側緩衝溝３４についても同様である。

本考案に係る流体圧シリンダは、上述の実施形態に限らず、本考案の要旨を逸脱することのない範囲で、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０…流体圧シリンダ １２…シリンダチューブ
１４…ヘッドカバー（カバー部材） １４ａ…第１ポート（ポート）
１４ｂ…第１クッション孔（クッション孔）
１４ｃ…第１バイパス路（バイパス路）
１４ｄ…第１固定オリフィス（固定オリフィス）
１６…ロッドカバー（カバー部材） １６ａ…第２ポート（ポート）
１６ｂ…第２クッション孔（クッション孔）
１６ｃ…第２バイパス路（バイパス路）
１６ｄ…第２固定オリフィス（固定オリフィス）
１８…ピストン ２０…ピストンロッド
２４…第１圧力室（圧力室） ２６…第２圧力室（圧力室）
２８…第１クッションリング（クッションリング）
３０…ヘッド側緩衝溝（緩衝溝）
３２…第２クッションリング（クッションリング）
３４…ロッド側緩衝溝（緩衝溝）
３６…第１クッションパッキン（クッションパッキン）
３８…第２クッションパッキン（クッションパッキン）

Claims (7)

1. シリンダチューブと、前記シリンダチューブの端部に固定されるカバー部材とを含み、ピストンと前記カバー部材との間に形成される圧力室を有する流体圧シリンダであって、
   前記カバー部材には、前記圧力室に圧力流体を給排するためのポートと、前記圧力室と前記ポートとを接続するクッション孔と、前記圧力室と前記クッション孔とを接続するバイパス路とが設けられ、前記ピストンの移動に伴って前記クッション孔に挿抜自在となるように筒状のクッションリングが前記ピストンまたはピストンロッドに設けられ、前記クッション孔を構成する前記カバー部材の内壁面には前記クッションリングの外周に摺接可能なクッションパッキンが装着され、前記バイパス路の途中には固定オリフィスが設けられ、前記クッションリングの外周面には前記クッションリングの軸線と平行な向きに延びるとともに断面積が変化する緩衝溝が形成されている流体圧シリンダ。
2. 請求項１記載の流体圧シリンダにおいて、
   前記カバー部材は、前記シリンダチューブの一端に固定されるヘッドカバーおよび前記シリンダチューブの他端に固定されるロッドカバーである流体圧シリンダ。
3. 請求項１記載の流体圧シリンダにおいて、
   前記緩衝溝は、クッションリングの軸線回りに等角度間隔で複数形成される流体圧シリンダ。
4. 請求項１記載の流体圧シリンダにおいて、
   前記緩衝溝は、前記クッションリングの前記カバー部材側端部で始まり、前記ピストンが前記カバー部材に当接するストロークエンドにおいて前記クッションパッキンと当接する箇所よりも前記ピストンから離れた位置で終わる流体圧シリンダ。
5. 請求項４記載の流体圧シリンダにおいて、
   前記クッションパッキンが当接可能な部位における前記緩衝溝の横断面は、前記緩衝溝の終端に向けて徐々に面積が減少する形状となっている流体圧シリンダ。
6. 請求項５記載の流体圧シリンダにおいて、
   前記クッションパッキンが当接可能な部位における前記緩衝溝の横断面は、前記緩衝溝の終端に向けて徐々に浅くなっている流体圧シリンダ。
7. 請求項１記載の流体圧シリンダにおいて、
   前記バイパス路の一端は、前記圧力室に臨む前記カバー部材の端面に開口し、前記バイパス路の他端は、前記クッションパッキンの装着箇所よりも前記ピストンから離れた位置で前記クッション孔に接続され、前記ピストンが前記カバー部材に当接するとき、前記バイパス路の他端は、前記クッションリングの前記緩衝溝と対向する流体圧シリンダ。

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