JP3770847B2 - 流体圧シリンダのクッション装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種の産業機械類の駆動源として使用される流体圧シリンダのクッション装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、流体圧シリンダには、ピストンのストロークエンドにおいてピストンおよび負荷を衝撃なく停止させるために、クッション装置が設けられている。
【０００３】
このクッション装置は、ピストンと一体的に移動するように設けられたクッションボスをシリンダカバーに設けられたクッション穴に嵌入させ、シリンダ室からの流体の流出量を大幅に減少させて、シリンダ室に発生する背圧によってピストンの動きを抑えることによりクッション作用が生じるように構成される。
【０００４】
図８に示すように、クッションリング７８は、シリンダカバー７４のクッション穴７５に移動可能に設けられ、止め輪７９により抜け止めがなされている。その形状は、例えば図９に示すように円環状であり、軸方向の両端面が平面であって、外周部の円の一部を欠いている。
【０００５】
この従来のクッション装置では、ピストン７１が図８の右方向に移動する場合に、シリンダ室８１内の流体は、クッションリング７８の内側からクッション穴７５を通りポートＰＴ１より排出される。クッションボス７３がクッションリング７８に嵌入した後は、シリンダ室８１に流体が閉じ込められて圧力が上昇し、ピストン７１を押し戻そうとする抗力が生まれる。この抗力がクッションとして作用し、ピストン７１の移動速度を低下させる。閉じこめられた流体は、良好なクッション作用が得られるようクッションバルブ７６で流量が調整される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、クッションバルブ７６によるクッション作用の調整範囲を広くするには、クッションボス７３がクッションリング７８に嵌入した後に、シリンダ室８１からの流体の流出速度をクッションバルブ７６で十分に制御できることが必要であり、そのためには、クッションリング７８の内周面とクッションボス７３の外周面との間隙からの流体の流出を極力抑えなければならない。
【０００７】
この課題に対し、従来において、クッションリング７８の内周面にゴム部材をコーティングしてクッションボス７３の外周面と密封状態で摺動させ、間隙からの流体の流出を防ぐことが一般に行われている。
【０００８】
空気圧のように低圧で作動させる流体圧シリンダではこの方法が効果的であるが、油圧シリンダのように高圧で動作させる場合には、ゴム部材が高圧によって破損したり摺動面が摩耗するという問題がある。これらのゴム部材の損耗によるクッション作用の低下に対しては、頻繁にクッションバルブ７６を調整する必要があった。クッションバルブ７６による調整が困難なほどに損耗した場合には、クッションリング７８を交換する必要があった。
【０００９】
しかし、クッションバルブ７６は、その開度の微妙な違いでクッション作用が大きく変化するため、開度調整は極めて煩雑である。また、クッションリング７８の交換は、作業の負担を増加させるのに加え、交換のための流体圧シリンダの頻繁な停止は、設備の稼働率を低下させ生産コストを上昇させる。
【００１０】
さらに、流体圧シリンダの慣性負荷が大きい場合には、わずかな損耗であってもピストン速度が十分に低下せず、ストロークエンドでピストンとカバーが強く当たり、衝撃や大きな音が発生するという問題がある。
【００１１】
一方、クッションリング７８として金属材料のみを使用した流体圧シリンダでは、クッションボス７３の外周面との間隙を十分には狭めることができず、ストロークエンドでピストンを微速動作させることが困難である。
【００１２】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、クッションリングの内周面とクッションボスの外周面との間隙からの流体の流出を極力抑えることにより、ピストン速度の広い範囲で、クッションバルブによるクッション作用の調整を可能とすることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る装置は、ピストンに設けられたクッションボスがシリンダカバーに設けられたクッションリングに嵌入することによってクッション作用を生じるように構成された、流体圧シリンダのクッション装置であって、前記クッションリングは、円環状であって、その内周面と前記クッションボスの外周面との間に間隙が設けられており、しかも、ピストンに近い側に半径方向の厚みを減じた変形部を有し、前記変形部は、前記クッションボスが当該クッションリングに嵌入したときに発生する背圧により変形して、当該変形部の内周面と前記クッションボスの外周面との間隙を狭めるように構成されてなる。
好ましくは、前記クッションリングは、前記シリンダカバーのクッション穴に軸方向に移動可能に設けられ且つ止め輪によって抜け止めがなされており、前記クッションリングの外周には、前記クッションリングが前記止め輪２５に当接した際に前記止め輪との間に隙間を生じさせるものであり且つ前記クッション穴の壁面に当接した際には壁面との間に隙間を生じさせない欠損部が形成されている。また、欠損部に代えて穴が設けられている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係るクッション装置３が設けられた流体圧シリンダ１の一部を示す断面図、図２（ａ），（ｂ）は本発明に係るクッションリング３１の左側面図および断面の形状の一例を示す正面断面図、図３は図１におけるクッションボス１４がクッションリング３１に嵌入した状態を示す図、図４はクッションボス１４がクッションリング３１に嵌入した直後にクッションリング３１が変形する様子を示す図である。
【００１５】
図１において、流体圧シリンダ１は、シリンダチューブ１１、ピストン１２、ピストン１２に連結されたピストンロッド１３、ヘッドカバー２１、および図示しないロッドカバーなどからなる。
【００１６】
ピストン１２はシリンダチューブ１１の内周面を摺動する。ピストンロッド１３はピストン１２と一体に移動する。ピストンロッド１３の端部は、ピストン１２を貫通して反対側に突出し、そこに円柱状のクッションボス１４が形成されている。クッションボス１４は、ピストン１２およびピストンロッド１３とは別個に形成して取り付けてもよい。
【００１７】
ヘッドカバー２１にはクッション穴４２が設けられる。クッション穴４２の入り口部分には径大穴部２２が設けられ、径大穴部２２には、クッションリング３１が軸方向に移動可能に設けられる。クッションリング３１は、止め輪２５を用いて脱落しないように係止される。
【００１８】
図２（ｂ）に示すように、クッションリング３１は、ピストン１２に近い側に半径方向の厚みを減じた変形部３５を有した、断面形状がＬ型の円環状のリングである。図２（ａ）に示すように、径大外周は、円の４カ所において平面でカットされて欠損部３４が形成された形状となっている。欠損部３４は、クッションリング３１が止め輪２５に当接した際に、欠損部３４と止め輪２５の内周面との間に隙間が生じ、この隙間から流体が流出するようになっている。また、図３に示すように、クッションリング３１が径大穴部２２に当接した際には、クッション穴４２の壁面との間に隙間を生じることなく、流体がここで密封されるようになっている。
【００１９】
クッションリング３１の内周面３３は、変形部３５を含め全体が同一の内径を有し、その大きさは、クッションボス１４の外周面１５との間に、自由に挿通可能な間隙（間隙Ａ）が設けられる程度である。ここで、間隙Ａは、できる限り小さい方が効果的なクッション作用を得るためには好ましい。通常、間隙Ａは、０．０１ミリメ−トル程度以上に設定される。
【００２０】
変形部３５は円環状であり、その径小外周面３２は止め輪２５には当接しない。また、変形部３５には、径小外周面３２に半径方向の力（流体圧力）が加えられた場合に生ずる圧縮力および曲げモーメントにより、半径方向の内方に弾性変形する性質を有する。変形部３５は、本発明にかかるクッション装置３においてこのように変形することで、間隙Ａを狭める働きをする。
【００２１】
クッションリング３１の材質は、流体圧シリンダ１の作動圧力、負荷の大きさ、流体の物性、動作温度等により適宜選択されるが、銅合金、ＦＣもしくはＦＣＤその他の鋳物または鉄などを用いることができる。作動圧力が低い場合には、合成樹脂、合成ゴムなどを使用することもできる。クッションリング３１は、これらの材料によって一体に形成される。また、止め輪２５に当接する部分には硬い材料、変形部３５には柔らかい材料というように、クッションリング３１の各部分にそれぞれ適する複数の材料を組み合わせることもできる。
【００２２】
クッションリング３１の各寸法も、流体圧シリンダ１の作動圧力等により適宜決定する。寸法の一例としては、外径が３８ミリメ−トル、内径が３２ミリメ−トル、変形部３５の厚みが１〜３ミリメ−トル、および、変形部３５の軸方向長さは０．５〜３ミリメートルである。また、クッションリング３１を流体圧シリンダ１に取り付けた場合の、内周面３３とクッションボスの外周面１５との間隙は、０．０１〜０．０５ミリメートルである。
【００２３】
クッションボス１４は、図１に示すように、先端に向かって円錐状に傾斜が施される。この傾斜は、クッションリング３１にクッションボス１４を円滑に嵌入させる。また、クッションリング３１にクッションボス１４が嵌入する際の流体の流路面積の急激な減少を緩和することで、シリンダ室４１の背圧（サージ圧力）上昇を幾分緩やかなものとし、かつ、背圧の最大値を低く抑える働きもする。
【００２４】
なお、円錐状の傾斜を設けることに代えて、先端に向かって広くなる溝などを設けてもよい。ストロークエンドでより強力なクッション作用を要する場合には、このような傾斜や溝を設けないものとすることができる。クッションボス１４の先端の傾斜や溝の有無に関わらず、クッション装置３は、後に説明する効果を発揮することができる。
【００２５】
本実施形態のクッション装置３が発揮する良好なクッション作用について、以下に説明する。
図１において、図示しない他方のシリンダ室に圧流体が流入することによってピストン１２が右方向に駆動されたときには、シリンダ室４１内の流体は、クッションリング３１の内側からクッション穴４２を通り、ポートＰＴ１より排出される。ストロークエンドにおいて、クッションボス１４がクッションリング３１に嵌入する際には、クッションリング３１は径大穴部２２の端面に当接した状態である。この後、図３に示すように、クッション穴４２は、クッションボス１４により閉塞され、クッション穴４２を経由し流出する流体の量は激減し、流体はその大部分がバイパス流路２４を通る。バイパス流路２４はクッションバルブ２３の開度調整により流量が絞られているので、シリンダ室４１内に背圧が発生し、これによってピストン１２を押し戻す方向の力が働き、クッション作用が生じる。
【００２６】
本実施形態のクッション装置では、このクッションボス１４がクッションリング３１に嵌入した際に発生した背圧（サージ圧力）が、図４に示すように、クッションリング３１の径小外周面３２に対して、その圧力に応じた下方向（半径方向の内方）の力ｐとなって働く。この力ｐは、間隙Ａを狭めるように変形部３５を変形させるので、間隙Ａから流出する流体の量は一層減少する。
【００２７】
このように、間隙Ａから流出する流体の量を無視できる程度に減少させた結果、ストロークエンドにおけるシリンダ室４１から流出する流体の量は、バイパス流路２４に設けられたクッションバルブ２３で十分に調節することが可能となる。流出する流体の量をクッションバルブ２３により確実に調整できるようになったことで、ピストン１２が低速で作動する場合であっても、必要なクッション作用を確実に得ることができるようになった。
【００２８】
このクッション装置３によれば、産業機械の搬送装置等で負荷が大きい場合に、ストロークエンドでピストン１２を微速で作動させることができる。また、確実なクッション作用によりストロークエンドにおける衝撃や音が大幅に軽減されるため、従来、衝撃や音の問題で流体圧シリンダを使用することができなかった分野や場所における搬送装置にも、本実施形態のクッション装置３を備えることにより使用することが可能となる。さらに、本実施形態のクッション装置３では、クッションリング３１の内周面が摩耗しにくいので、流体圧シリンダ１の保全周期を伸ばすことができ、保全作業の負担軽減および稼働率の向上によるコスト低下という効果が期待できる。
【００２９】
さらに、これらの効果とは別に、本実施形態のクッション装置では、流体圧シリンダ１の作動ごとの負荷にバラツキがある場合でも、クッション作用を安定して発揮することができるという効果を有する。たとえば、負荷が通常に比べて大きく、慣性が大きいことによって、クッションリング３１に嵌入直後のピストン１２の減速が不十分な場合には、シリンダ室４１の背圧が通常に比べて高くなる。このとき、変形部３５の径小外周面３２には背圧に対応したより大きな力ｐが働き、変形部３５は、間隙Ａを通常負荷時よりも一層狭めるように変形する。この結果、間隙Ａからの流体の流出量はさらに減少し、背圧（サージ圧）は通常より高くなって、より強力なクッション作用によりピストン１２を減速させる。すなわち、ピストン１２の減速が不十分な場合には、（１）シリンダ室４１が通常より高背圧となり、（２）変形部３５を通常時より大きく変形させ、（３）一層シリンダ室４１の背圧を高めることで、ピストン１２を強力に減速する。
【００３０】
このように、本実施形態のクッション装置３では、流体圧シリンダ１の負荷に応じた適切なクッション作用が得られるように、自動的に流体の流出量を調整するという特徴を有する。
【００３１】
図５に示すように、変形部３５Ｂの外周面３２Ｂと本体の側面との交わる部分には曲面加工を施し、変形部３５Ｂが半径方向内方の力を受けた場合の応力集中による破損を回避する形状とすればよい。また、止め輪２５や径大穴部２２の形状に合わせて、不要な干渉が生じることなく動作が円滑に行われるよう、クッションリング３１Ｂの形状を決定すればよい。内周面３３Ｂのクッションボスが嵌入する端縁は、クッションボスが円滑に嵌入するよう曲面に加工してもよい。
【００３２】
クッションリングの断面形状は、半径方向に沿って外側から中心に作用する力により、厚みを減じた部分が内向きに変形する形状を有すれば、図２に示す断面形状に限られない。図６および図７は、本発明にかかるクッションリングの断面形状の他の例である。図６のクッションリング３１Ｃは、変形部３５Ｃにおいて流体の圧力を受ける外周面３２Ｃを曲面とすることで、変形部３５Ｃのピストンに近い側の端面をより変形しやすくすることを意図するものである。図７のクッションリング３１Ｄも、図６のクッションリング３１Ｃと同様の意図によるものであり、いずれもクッションリングのシール性の向上が図られる。
【００３３】
上述の実施形態において、クッションリング３１，３１Ｂ…３１Ｄの外周円の欠損部は、図２（ａ）のように平面でカットした形状の他に、クッションリングが止め輪２５に当接した際に、欠損部と止め輪の内周面との間に隙間が生ずる形状であればよい。また、欠損部に代えて、本体に穴を設けてもよい。また、本体の側面に突起または溝を設け、流体が流出可能なように構成してもよい。また、クッションリング３１，３１Ｂ…３１Ｄの径大穴部２２からの抜け止めは、止め輪２５を使用する方法に限られない。
【００３４】
上述の実施形態では、クッションリングの径大外周に欠損部を設けることによってチェック弁機能を持たせたが、欠損部などを設けることなく、チェック弁をヘッドカバー２１などに別途に設けてもよい。クッションリングを径大穴部２２内において移動可能としたが、移動しないように設けてもよい。
【００３５】
上述の実施形態では、本発明にかかるクッション装置３をヘッドカバー２１の側に設けたが、当然に、ロッドカバーの側に設けることもできる。
その他、クッション装置３および流体圧シリンダ１の全体または各部の構造、形状、寸法、材質、数などは、本発明の趣旨に沿って上述した以外の種々のものとすることができる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によると、ピストン速度の広い範囲で、クッションバルブによるクッション作用の調整が可能となり、ストロークエンドにおけるピストン速度を制御して、ピストンとカバーが当たる時の衝撃や大きな音の発生が防止できる。また、流体圧シリンダの保全周期を伸ばし、保全作業の負担の軽減や稼働率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る流体圧シリンダのクッション装置の断面図である。
【００３８】
【図２】クッション装置のクッションリング断面を示す図である。
【００３９】
【図３】クッション装置の断面の拡大図である。
【００４０】
【図４】クッション装置がシリンダ室の背圧を受けて変形する様子を示す図である。
【００４１】
【図５】クッションリングの断面形状の他の例を示す図である。
【００４２】
【図６】クッションリングの断面形状の他の例を示す図である。
【００４３】
【図７】クッションリングの断面形状の他の例を示す図である。
【００４４】
【図８】従来の流体圧シリンダのクッション装置の断面図である。
【００４５】
【図９】従来のクッション装置のクッションリング断面を示す図である。
【００４６】
【符号の説明】
１ 流体圧シリンダ
３ クッション装置
１２ ピストン
１４ クッションボス
１５ クッションボスの外周面
２１ ヘッドカバー（シリンダカバー）
３１，３１Ｂ〜３１Ｄ クッションリング
３５，３５Ｂ〜３５Ｄ 変形部

Claims (3)

1. ピストンに設けられたクッションボスがシリンダカバーに設けられたクッションリングに嵌入することによってクッション作用を生じるように構成された、流体圧シリンダのクッション装置であって、
   前記クッションリングは、円環状であって、その内周面と前記クッションボスの外周面との間に間隙が設けられており、しかも、ピストンに近い側に半径方向の厚みを減じた変形部を有し、
   前記変形部は、前記クッションボスが当該クッションリングに嵌入したときに発生する背圧により変形して、当該変形部の内周面と前記クッションボスの外周面との間隙を狭めるように構成されてなる、
   ことを特徴とする流体圧シリンダのクッション装置。
2. 前記クッションリングは、前記シリンダカバーのクッション穴に軸方向に移動可能に設けられ且つ止め輪によって抜け止めがなされており、
   前記クッションリングの外周には、前記クッションリングが前記止め輪に当接した際に前記止め輪との間に隙間を生じさせるものであり且つ前記クッション穴の壁面に当接した際には壁面との間に隙間を生じさせない欠損部が形成されている、
   請求項１記載の流体圧シリンダのクッション装置。
3. 前記クッションリングは、前記シリンダカバーのクッション穴に軸方向に移動可能に設けられ且つ止め輪によって抜け止めがなされており、
   前記クッションリングには、前記クッションリングが前記止め輪に当接した際に前記止め輪との間に隙間を生じさせるものであり且つ前記クッション穴の壁面に当接した際には壁面との間に隙間を生じさせない穴が形成されている、
   請求項１記載の流体圧シリンダのクッション装置。

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