JP3782725B2 - 油圧シリンダ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、大きな出力を発揮する油圧シリンダに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８に示すように、従来の油圧シリンダは、ボディ１に円形の凹部２を形成するとともに、この凹部２にピストン部材３を摺動自在に組み込むことによって、圧力室４を区画している。
また、上記ボディ１には通路５を形成し、この通路５を上記圧力室４に連通させている。上記通路５には、図示していない圧力供給源を接続し、この圧力供給源から通路５を介して圧力室４に圧油を導くようにしている。圧力室４に圧油を導くと、その圧力の作用によってピストン部材３に図中上方向の推力が与えられる。そして、この上方向の推力が、ピストン部材３の自重およびその上面に固定したプレート６の自重よりも大きくなると、ピストン部材３がプレート６とともに上昇する。
【０００３】
また、上記凹部２の内周には、環状溝８を形成している。この環状溝８には、図９に示すように、シール部材９とバックアップリング１０とを組み込んでいる。上記シール部材９は、圧力室４に導いた高圧が、凹部２とピストン部材３との隙間から外部に漏れるのを規制するものである。
また、このシール部材９には、圧力室４内の高圧と大気圧との差圧が作用するが、この差圧によって生じる力によって、シール部材９がバックアップリング１０に押し付けられる。このとき、シール部材９の一部が、凹部２とピストン部材３との隙間からはみ出そうとするのを、バックアップリング１０によって規制するようにしている。
【０００４】
上記のピストン部材３に与えられる推力は、圧力室４に供給する圧力と、ピストン部材３の受圧面積との積によって決まる。上記ピストン部材３の受圧面積というのは、ピストン部材３の直径に比例する。
したがって、圧力室４に供給する圧力を大きくしたり、ピストン部材３の直径を大きくしたりすれば、ピストン部材３に大きな推力を与えることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ピストン部材３に大きな推力を与えるために、非常に高い圧力を圧力室４に供給すると、シール部材９の前後の差圧も非常に大きくなる。そして、この差圧によって、シール部材９やバックアップリング１０に大きな力が作用すると、これらシール部材９やバックアップリング１０が破損してしまうという問題があった。つまり、大きな推力を得ようとして、非常に高い圧力を圧力室４に供給すると、シール部材９によるシール性が損なわれてしまうという問題があった。
この発明の目的は、圧力室に高圧を供給したときに、シール部材に作用する差圧を緩和して、このシール部材の破損を防止することのできる油圧シリンダを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、ボディに形成した凹部に、ピストン部材を摺動自在に組み込んで圧力室を区画するとともに、この圧力室と外部との連通を、上記凹部とピストン部材との間に介在させたシール部材によって遮断する油圧シリンダにおいて、上記凹部の内周およびピストン部材のそれぞれに、１又は複数の段部を形成するとともに、上記凹部とピストン部材とが相まって、ボディの中心から外側に向かって複数の圧力室を区画して、隣接する圧力室の連通をシール部材によって遮断し、しかも、複数の圧力室には同時に圧力を供給するとともに、ボディの最も内側に位置する圧力室に最高圧を供給し、この圧力室の外側に位置する他の圧力室には、内側に隣接する圧力室よりも低い圧力を供給して、上記各シール部材の前後に生じる差圧を低く抑える構成にしたことを特徴とする。
【０００７】
第２の発明は、上記第１の発明において、最も内側に位置する圧力室に圧力供給源から最高圧を供給するメイン通路と、この圧力室の外側に位置する他の圧力室には、内側に隣接する圧力室よりも低い圧力を圧力供給源からそれぞれ供給するサブ通路と、上記メイン通路およびサブ通路を互いに連通させる連通路と、これら連通路に設けるとともに、高圧を供給する通路側から低圧を供給する通路側への流れを規制するチェック弁と、上記メイン通路およびサブ通路にそれぞれ設けるとともに、連通路を接続した部分よりも圧力供給源側に設けた逆止弁と、メイン通路に接続するとともに、逆止弁よりも圧力室側に接続したリリーフ弁と、サブ通路に設けるとともに、逆止弁よりも圧力室側に接続したリリーフ弁と、メイン通路の逆止弁よりも圧力室側に接続した下降用バルブとを備え、上記リリーフ弁のうち、メイン通路に接続したリリーフ弁の設定圧を最も高くし、サブ通路に接続したリリーフ弁の設定圧を、各圧力室に供給する圧力の大きさに応じて低くしたことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１〜図５に、この発明の第１実施形態を示す。
図１，図２に示すように、ボディ１１には、環状の凹部１２を形成している。この環状の凹部１２の底には、段部１５を環状に形成している。そして、この段部１５を備えた凹部１２に、ピストン部材１３を摺動自在に組み込んでいる。
このピストン部材１３は、その外周に段部１６を環状に形成し、また、その内周に凹部１４を形成している。このようにしたピストン部材１３を、凹部１２に組み込むと、これら両部材１２、１３が相まってボディ１１内に第１圧力室ａ〜第３圧力室ｃが区画される。なお、これら第１圧力室ａ〜第３圧力室ｃは、図２に示すように、ボディ１１の中心から外側に向かって位置している。
【０００９】
また、上記ボディ１１には、第１〜第３通路２１〜２３を形成し、これら第１通路２１〜２３を上記第１〜第３圧力室ａ〜ｃにそれぞれ接続している。
上記第１通路２１には、第１配管３１を介して第１ポンプＰ１を接続し、この第１ポンプＰ１の吐出油を、第１配管３１→第１通路２１を介して第１圧力室ａに供給するようにしている。また、上記第２通路２２には、第２配管３２を介して第２ポンプＰ２を接続し、この第２ポンプＰ２の吐出油を、第２配管３２→第２通路２２を介して第２圧力室ｂに供給するようにしている。さらに、上記第３通路２３には、第３配管３３を介して第３ポンプＰ３を接続し、この第３ポンプＰ３の吐出油を、第３配管３３→第３通路２３を介して第３圧力室ｃに供給するようにしている。
なお、上記第１〜第３ポンプＰ１〜Ｐ３が、この発明の圧力供給源に相当するが、圧力を供給できるのであれば、圧力供給源はポンプに限定されない。
【００１０】
上記第１〜第３配管３１〜３３には、第１〜第３リリーフ弁２４〜２６をそれぞれ接続している。これら第１〜第３リリーフ弁２４〜２６のうち、第１リリーフ弁２４の設定圧を一番高くしている。そして、第２リリーフ弁２５の設定圧を２番目に高くして、第３リリーフ弁２６の設定圧を一番低くしている。このような設定にすることによって、第１圧力室ａに一番高い圧力が供給され、次に高い圧力が第２圧力室ｂに供給され、一番低い圧力が第３圧力室ｃに供給されるようにしている。つまり、ボディ１１の最も内側に位置する第１圧力室ａに最高圧を供給し、この第１圧力室ａの外側に位置する第２、第３圧力室ｂ、ｃには、内側に隣接する圧力室に供給する圧力よりも低い圧力を供給するようにしている。
【００１１】
上記凹部１２の内周には、第１〜第３環状溝１７〜１９を形成している。これら第１〜第３環状溝１７〜１９には、図３〜図５に示すように、シール部材３４ａ〜３４ｃとバックアップリング３５ａ〜３５ｃとをそれぞれ組み込んでいる。第１環状溝１７に組み込んだシール部材３４ｃは、図３に示すように、第１圧力室ａ内の高圧が第２圧力室ｂ側に漏れないようにするものである。また、上記第２環状溝１８に組み込んだシール部材３４ｂは、図４に示すように、第２圧力室ｂ内の高圧が第３圧力室ｃ側に漏れないようにするものである。そして、上記第３環状溝１９に組み込んだシール部材３４ｃは、図５に示すように、第３圧力室ｃ内の高圧が外部に漏れないようにするものである。
なお、上記バックアップリング３５ａ〜３５ｃは、シール部材３４ａ〜３４ｃが凹部１２とピストン部材１３との隙間にはみ出すのを規制するものである。
【００１２】
一方、図１に示すように、上記第１〜第３配管３１〜３３には、圧力室ａ〜ｃ側からポンプＰ１〜Ｐ３側への逆流を規制する第１〜第３逆止弁３６〜３８をそれぞれ設けている。これら第１〜第３逆止弁３６〜３８は、第１〜第３リリーフ弁２４〜２６の上流側にあり、言い換えれば、第１〜第３逆止弁３６〜３８を、リリーフ弁２４〜２６よりも圧力供給源である第１〜第３ポンプＰ１〜Ｐ３側に接続している。
また、上記第１配管３１の第１チェック弁３６よりも圧力室ａ側には、下降用バルブ２０を接続している。この下降用バルブ２０は、ピストン部材１３を下降させるときにだけ開き、第１配管３１をタンクＴに連通させるものである。
【００１３】
上記第１配管３１と第２配管３２とを連通路３９を介して接続し、第２配管３２と第３配管３３とを連通路４０を介して接続している。
上記連通路３９にはチェック弁４１を設け、このチェック弁４１よって第１配管３１側から第２配管３２側への流れを規制している。また、上記連通路４０にはチェック弁４２を設け、このチェック弁４２によって第２配管３２側から第３配管３３側への流れを規制している。つまり、高圧が供給される圧力室の圧油が、低圧が供給される圧力室側に流れ込まないようにしている。
【００１４】
なお、図中符号３０はアンロード弁である。これらアンロード弁３０は、ピストン部材１３を作動させる必要のないときに図示する開ポジションを保ち、各ポンプＰ１〜Ｐ３をタンクＴに連通させることによって、エネルギーロスを防止する。
また、上記第１通路２１および第１配管３１が、この発明のメイン通路を構成し、上記第２、第３通路２２，２３および第２，第３配管３２，３３が、この発明のサブ通路を構成する。
【００１５】
次に、この第１実施形態の作用について説明する。
まず、ピストン部材１３を上昇させる場合について説明する。
下降用バルブ２０およびアンロード弁３０を閉じた状態で、第１〜第３ポンプＰ１〜Ｐ３を作動させると、第１ポンプＰ１から吐出された圧油は、第１配管３１→第１通路２１を介して第１圧力室ａに供給される。また、第２ポンプＰ２から吐出された圧油は、第２配管３２→第２通路２２を介して第２圧力室ｂに供給され、第３ポンプＰ３から吐出された圧油は、第３配管３３→第２配管２３を介して第３圧力室ｃに供給される。
【００１６】
このとき、各ポンプＰ１〜Ｐ３から各圧力室ａ〜ｃに供給される最高圧力は、それぞれ第１〜第３リリーフ弁２４〜２６の設定圧によって決まる。そのため、第１圧力室ａに一番高い圧力が供給され、次に高い圧力が第２圧力室ｂに供給され、一番低い圧力が第３圧力室ｃに供給される。
なお、第１〜第３配管３１〜３３は、連通路３９および連通路４０によって連通しているが、これら連通路３９，４０には、それぞれチェック弁４１，４２を設けているので、高圧側の圧力室の圧油が、低圧側の圧力室に流れ込むことはない。
【００１７】
上記のようにして、各圧力室ａ〜ｃに圧油が供給されるが、大気圧を基準にして、例えば第１圧力室ａに供給する圧力の大きさを１５０、第２圧力室ｂに供給する圧力の大きさを１００、第３圧力室ｃに供給する圧力の大きさを５０とすると、各圧力室ａ〜ｃ内におけるピストン部材１３の受圧面には、それぞれ１５０、１００、５０の大きさの圧力が作用する。
ピストン部材１３に与えられる推力というのは、各圧力室ａ〜ｃに供給した圧力と、各圧力室ａ〜ｃ内における受圧面積との積で決まる。いま、第１〜第３圧力室ａ〜ｃ内におけるピストン部材１３の受圧面積の大きさをそれぞれ３、２、３とすれば、このピストン部材１３は、第１圧力室ａから１５０×３＝４５０の推力を受け、第２圧力室ｂから１００×２＝２００の推力を受け、第３圧力室ｃから５０×３＝１５０の推力を受けることになる。したがって、これら３つの推力を合計した８００の推力がピストン部材１３に作用することになる。
【００１８】
また、このとき、シール部材３４ａには、第１圧力室ａ内の圧力と、第２圧力室ｂ内の圧力との差圧が作用する。すなわち、第１圧力室ａに供給する圧力が１５０で、第２圧力室ｂに供給する圧力が１００なので、シール部材３４ａの前後には、１５０―１００＝５０の大きさの差圧が生じる。また、第２圧力室ｂと第３圧力室ｃとの間に設けたシール部材３４ｂの前後には、１００―５０＝５０の大きさの差圧が生じ、第３圧力室ｃと外部との間に設けたシール部材３４ｃの前後には、５０−０＝５０の差圧が生じる。
【００１９】
したがって、各シール部材３４ａ〜３４ｃには、差圧５０に応じた力がそれぞれ作用することになり、第１圧力室ａや第２圧力室ｂに供給している圧力よりも、小さい力が作用することになる。このようにして、供給している圧力よりも各シール部材３４ａ〜３４ｃに作用する差圧を小さくすれば、これらシール部材３４ａ〜３４ｃの破損を防止できる。
つまり、第１圧力室ａの外周に第２圧力室ｂおよび第３圧力室ｃを設けるとともに、これら第２圧力室ｂおよび第３圧力室ｃに、内側の圧力室に比べて低い圧力を供給することによって、各シール部材３４ａ〜３４ｃに作用する差圧を小さくするようにした。このようにすれば、ボディ１１の中央に設けた第１圧力室ａに、非常に高い圧力を供給した場合でも、シール部材３４ａの破損を防止することができる。
【００２０】
一方、ピストン部材１３を下げる場合には、第１ポンプＰ１〜第３ポンプＰ３の作動を停止して、下降用バルブ２０を開く。下降用バルブ２０を開くと、第１配管３１とタンクＴとが連通する。そのため、一番高い圧力が供給されている第１圧力室ａ内の圧油が、第１通路２１→第１配管３１→下降用バルブ２０を介してタンクＴに排出される。
また、上記第１圧力室ａ内の圧力が、第２圧力室ｂの圧力よりも低くなると、チェック弁４１が開いて、第２圧力室ｂの圧油が、第２通路２２→第２配管３２→連通路３９→チェック弁４１→下降用バルブ２０を介してタンクＴに排出される。
【００２１】
そして、上記第１，第２圧力室ａ，ｂの圧力が、第３圧力室ｃ内の圧力よりも低くなった場合には、チェック弁４２が開いて、第３圧力室ｃの圧油が、第３通路２３→第３配管３３→連通路４０→チェック弁４２→連通路３９→チェック弁４１→下降用バルブ２０を介してタンクＴに排出される。
このようにして各圧力室ａ〜ｃの圧油を排出すれば、それに応じてピストン部材１３がプレート６とともに下降する。
【００２２】
以上のように、この実施形態によれば、１つの下降用バルブ２０を開くことによって、ピストン部材１３をスムーズに下降させることができる。すなわち、各圧力室ａ〜ｃには、それぞれ異なる大きさの圧力を供給しているため、通常、各圧力室ａ〜ｃに専用の下降用バルブを設けることが考えられる。しかし、このようにすると、ピストン部材１３を下降させる場合に、全ての下降用バルブを開く手間がかかり、下降用バルブが３つになる分、コストも高くなる。
これに対して上記のように接続すれば、１つの下降用バルブ２０を開くだけでピストン部材１３を下降させることができるので、上記のような不都合が生じない。
【００２３】
図６に示した第２実施形態は、ボディ１１内に４つの圧力室a〜ｄを形成し、各圧力室a〜ｄに供給する圧力を、内側から外側に向かって段階的に低くするようにしたものである。具体的に説明すると、ボディ１１に複数の段部を有する凹部１２を形成するとともに、この凹部１２に、複数の段部を有するピストン部材１３を組み込むことによって、ボディ内に第１〜第４圧力室a〜ｄを区画している。そして、互いに隣接する圧力室の連通を、シール部材３４ａ〜３４ｄによってそれぞれ遮断するようにしている。
【００２４】
また、最も内側に位置する第１圧力室ａに、第１通路２１および第１配管３１を介して第１ポンプＰ１を接続し、この第１圧力室ａよりも外側に位置する第２圧力室ｂには、第２通路２２および第２配管３２を介して第２ポンプＰ２を接続している。さらに、第３圧力室ｃに、第３通路２３および第３配管３３を介して第３ポンプＰ３を接続し、第４圧力室ｄに、第４通路５４および第４配管５５を介して第４ポンプＰ４を接続している。そして、上記第１圧力室aに第１ポンプＰ１から最も高い圧力を供給し、第２〜第４圧力室ｂ〜ｄには、それぞれ内側に隣接する圧力室よりも低い圧力を第２〜第４ポンプＰ１〜Ｐ４から供給するようにしている。
なお、上記第１通路２１および第１配管３１がこの発明のメイン通路を構成し、第２〜第４通路２２，２３，５４および第２〜第４配管３２，３３，５５がこの発明のサブ通路を構成する。
【００２５】
上記第１配管３１と第２配管３２とを連通路３９を介して連通し、第２配管３２と第３配管３３とを連通路４０を介して連通し、第３配管３３と第４配管５５とを連通路５０を介して連通している。また、上記連通路３９，４０，５０には、チェック弁４１，４２，５１をそれぞれ設け、これらチェック弁４１，４２，５１によって、高圧を供給する通路側から低圧を供給する通路側への流れを規制するようにしている。
また、上記第１〜第４配管３１〜３３，５４であって、連通路３９，４０，５０を接続した部分よりもポンプＰ１〜Ｐ４側には、逆止弁３６〜３８，５３を設けている。
【００２６】
さらに、上記第１〜第４配管３１〜３３，５５であって、逆止弁３６〜３８，５３よりも圧力室ａ〜ｄ側にリリーフ弁２４〜２６，５２を接続している。そして、第１配管３１の逆止弁３６よりも圧力室ａ側に、下降用バルブ２０を接続している。
なお、上記リリーフ弁２４〜２５，５２のうち、第１配管３１に接続したリリーフ弁２４の設定圧を最も高くし、第２〜第４配管３２，３３，５５に接続したリリーフ弁２５，２６，５２の設定圧を、供給する圧力の大きさに応じて低くするようにしている。つまり、ボディ１１の最も内側にある第１圧力室ａに１番高い圧力を供給し、この第１圧力室ａの外側に位置する第２〜第４圧力室ｂ〜ｄに、内側に隣接する圧力室に供給する圧力よりも低い圧力を供給するようにしている。
【００２７】
以上のようにして、第１〜第４圧力室ａ〜ｄに圧油を供給すれば、各シール部材３４ａ〜３４ｄの前後に生じる差圧は、シール部材が１つだけの従来例に比べて小さくなる。このように各シール部材３４ａ〜３４ｄに作用する差圧を小さくすれば、その破損を防止することができる。
なお、この第２実施形態においても、ピストン部材１３を上昇させたり下降させたりするときの作用は、上記第１実施形態と同様である。すなわち、各ポンプＰ１〜Ｐ４から各圧力室ａ〜ｄに圧油を供給すれば、ピストン部材１３が上昇し、下降用バルブ２０を開けば、各圧力室ａ〜ｄの圧油が排出されて、ピストン部材１３がスムーズに下降する。
【００２８】
また、この第２実施形態では、ピストン部材１３の外周に複数の圧力室ａ〜ｄを設けたが、図７に示す第３実施形態ように、ピストン部材１３の内側に第１〜第４圧力室ａ〜ｄを設けてもよい。そして、この場合においても、最も内側の第１圧力室ａに一番高い圧力を供給し、この第１圧力室ａの外側に位置する圧力室ｂ〜ｄに、内側に隣接する圧力室よりも低い圧力をそれぞれ供給する。
以上のようにすれば、上記第１、第２実施形態と同様に、各シール部材３４ａ〜３４ｄの前後に生じる差圧が、シール部材が１つしかない場合に比べて小さくできる。このように各シール部材３４ａ〜３４ｅに作用する推力を小さくすれば、その破損を防止することができる。
【００２９】
【発明の効果】
第１の発明によれば、ボディ内に、その中心から外側に向かって複数の圧力室を区画して、隣接する圧力室の連通をシール部材によって遮断し、しかも、複数の圧力室には同時に圧力を供給するとともに、ボディの最も内側に位置する圧力室に最高圧を供給し、外側に位置する圧力室に、低圧を供給する構成にした。このようにすれば、各シール部材に作用する差圧を小さくできる。各シール部材に作用する差圧が小さくなれば、最も内側に位置する圧力室に高圧を供給した場合でも、シール部材の破損を防止することができる。
【００３０】
第２の発明によれば、下降用バルブを１つ開くだけで、ピストン部材をスムーズに下降させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の説明図である。
【図２】第１実施形態の平面図である。
【図３】第１環状溝１７の部分拡大図である。
【図４】第２環状溝１８の部分拡大図である。
【図５】第３環状溝１９の部分拡大図である。
【図６】第２実施形態の説明図である。
【図７】第３実施形態の断面図である。
【図８】従来例の説明図である。
【図９】環状溝８の部分拡大図である。
【符号の説明】
ａ〜ｄ 第１圧力室〜第４圧力室
Ｐ１〜Ｐ４ この発明の圧力供給源に相当するポンプ
１１ ボディ
１２ 凹部
１３ ピストン部材
１５ 凹部に形成した段部
１６ ピストン部材に形成した段部
２０ 下降用バルブ
３４ａ〜３４ｅ シール部材
２１ この発明のメイン通路を構成する第１通路
３１ この発明のメイン通路を構成する第１配管
２２ この発明のサブ通路を構成する第２通路
３２ この発明のサブ通路を構成する第２配管
２３ この発明のサブ通路を構成する第３通路
３３ この発明のサブ通路を構成する第３配管
５４ この発明のサブ通路を構成する第４通路
５５ この発明のサブ通路を構成する第４配管
３９、４０，５０ 連通路
４１，４２，５１ チェック弁
３６〜３８，５３ 逆止弁
２４ メイン通路に設けたリリーフ弁
２５，２６，５２ サブ通路に設けたリリーフ弁

Claims (2)

1. ボディに形成した凹部に、ピストン部材を摺動自在に組み込んで圧力室を区画するとともに、この圧力室と外部との連通を、上記凹部とピストン部材との間に介在させたシール部材によって遮断する油圧シリンダにおいて、上記凹部の内周およびピストン部材のそれぞれに、１又は複数の段部を形成するとともに、上記凹部とピストン部材とが相まって、ボディの中心から外側に向かって複数の圧力室を区画して、隣接する圧力室の連通をシール部材によって遮断し、しかも、複数の圧力室には同時に圧力を供給するとともに、ボディの最も内側に位置する圧力室に最高圧を供給し、この圧力室の外側に位置する他の圧力室には、内側に隣接する圧力室よりも低い圧力を供給して、上記各シール部材の前後に生じる差圧を低く抑える構成にした油圧シリンダ。
2. 最も内側に位置する圧力室に圧力供給源から最高圧を供給するメイン通路と、この圧力室の外側に位置する他の圧力室には、内側に隣接する圧力室よりも低い圧力を圧力供給源からそれぞれ供給するサブ通路と、上記メイン通路およびサブ通路を互いに連通させる連通路と、これら連通路に設けるとともに、高圧を供給する通路側から低圧を供給する通路側への流れを規制するチェック弁と、上記メイン通路およびサブ通路にそれぞれ設けるとともに、連通路を接続した部分よりも圧力供給源側に設けた逆止弁と、メイン通路に接続するとともに、逆止弁よりも圧力室側に接続したリリーフ弁と、サブ通路に設けるとともに、逆止弁よりも圧力室側に接続したリリーフ弁と、メイン通路の逆止弁よりも圧力室側に接続した下降用バルブとを備え、上記リリーフ弁のうち、メイン通路に接続したリリーフ弁の設定圧を最も高くし、サブ通路に接続したリリーフ弁の設定圧を、各圧力室に供給する圧力の大きさに応じて低くしたことを特徴とする請求項１記載の油圧シリンダ。

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