JP4918240B2 - 流体圧シリンダ - Google Patents

Description

本発明は、作動流体の流体圧を直線駆動力に変換する流体圧シリンダに関する。

油圧などを用いた流体圧シリンダは、簡易に直線駆動力を発生させるアクチュエータとして、多方面に用いられている。しかし、そのロッドが長い場合に、このロッドへの負荷によりロッドが撓んで、その結果、そのロッドの基端に設けられたピストンが偏心したり、傾いたりして、シリンダ本体の内壁に齧りを生じることがある。

そのような問題を解決するために、ロッドとピストンとを、相互に一定範囲内での角度自由度を有しながら、シリンダ軸方向の動きは伝達する自由継手で連結した流体圧シリンダが提案されている。

そのような流体圧シリンダの内、図５（ａ）は特許文献１に記載されたもの、図５（ｂ）は特許文献２に記載されたものを示している。

図５（ａ）の流体圧シリンダ３０は、シリンダ本体２１、ロッド２２、ピストン２３を備え、ピストン２３の外周には作動流体のロッド側、ボトム側間の漏れを防止する流体シール２３ａが設置された、いわゆるピストン型シリンダである。

このシリンダ３０は、ロッド２２とピストン２３との間の自由継手として、ロッド２２の基端に設けられた球面体２４ａと、ピストン２３の内部に設けられ、この球面体２４ａに対応した球内面を備えた軸受体２４ｂからなる球面型継手２４を用いている点を特徴とし、これによりロッド２２の撓みによるピストン２３の偏心、傾きを防止して、ピストン２３によるシリンダ本体２１への齧りを防止している。

しかしながら、この流体圧シリンダ３０では、ピストン２３の上端、下端に於けるクッションは設けられていなかった。

図５（ｂ）の流体圧シリンダ４０は、シリンダ本体３１、ロッド３２、ピストン３３を備え、作動流体のロッド側、ボトム側間の流通を許可しているラム型シリンダである。

このシリンダ４０は、ロッド３２とピストン３３との間の自由継手として、複数の球体３４ａ、ロッド３２の基端部３２ａに設けられ、球体３４ａに対応した凹面を備えた内側凹部３４ｂ、ピストン２３の内側に設けられ、この球体３４ａに対応した凹溝３４ｃからなる球軸受型継手３４を用いている点を特徴とし、これによりロッド３２の撓みによるピストン３３の偏心、傾きを防止して、ピストン３３によるシリンダ本体３１への齧りを防止している。

一方、この流体圧シリンダ４０は、ロッド３２の基端部３２ａの内側にはクッション用孔３５、シリンダ本体３１のボトム部３１ａにはクッション用突起３６、これらクッション用孔３５、クッション用突起３６の嵌合部分にはクッションパイプ３７が設けられ、いわゆるクッション機能を備えている。

クッションパイプ３７は、クッション用孔３５内でスライド可能で、その内周とクッション用突起３６の外周との隙間がクッション隙間として機能し、また、その外周とクッション用孔３５の内周との通路隙間は、クッション隙間より大きく、ロッド３２の撓みによる偏心、傾きを吸収する。

ロッド３２の収縮時には、クッションパイプ３７の奥面がクッション用孔３５に当接して、通路隙間が閉止され、作動流体はクッション隙間を通過することになるので、ロッド３２がボトム部３１ａに当接する際の衝撃を和らげる。

ロッド３２の伸長時には、クッションパイプ３７はクッション用孔３５の開口側に位置し、作動流体は、クッション隙間、通路隙間の双方を通ることとなるので、良好にロッド３２を伸長させることができる。

このように、このクッションパイプ３７には、偏心、傾きを吸収する調心機能と、収縮時のクッション機能と、伸長時にはその絞りを解除する機能とがあるが、この例のように、偏心、傾きを生じるロッド３２の基端にクッションパイプ３７を設置する場合には、他の二つの機能の必要のない場合でも、調心機能だけのためにクッションパイプ３７を設置しなければならなかった。

図６は、従来の流体圧シリンダの他例を示す縦断面図である。

この流体圧シリンダ５０は、シリンダ本体４１、ロッド４２、ピストン４３を備え、ロッド側、ボトム側間の作動流体の流通を許可せず、ボトム側のみに作動流体が供給され、ピストン４３で流体圧を受ける単動ピストン型シリンダである。

ロッド４２とピストン４３とは嵌合部４４ａ、４４ｂで隙間なく嵌合しており、両者の離脱は止めリング４４ｃで制止されている。また、ピストン４３の外周には、オイルシール４３ａが外嵌されており、作動流体のロッド側、ボトム側間の流通を阻止している。

また、このシリンダ５０は、図５（ｂ）のシリンダ４０と同様のクッション機構４８を備えており、この場合、ロッド４２とピストン４３とは剛性結合であるため、クッション機構４８は、上記３つの機能を兼ねている。

一方、この単動ピストン型である流体圧シリンダ５０では、不可避的にボトム側からロッド側へ作動流体が滲出するので、これをボトム側へ戻すために、ピストン４３の外部に流体溝４７ａ、内部に流体通路４７ｂ、チェック弁４７ｃを設置する必要があったが、この作動流体の戻し機構の簡素化も求められていた。
実登第２５７６６１１号公報（図１） 特開２００５−７６７０９号公報（図１）

本発明は、上記問題を改善しようとするもので、必要に応じてクッションパイプを不要としてクッション機構を簡素化でき、また、単動ピストン型の場合の作動流体の戻し機構の簡素化をも可能とする流体圧シリンダを提供することを目的としている。

本発明の流体圧シリンダは、そのピストンにクッション用の孔を設け、シリンダのボトム部にクッション用の突起を立設し、前記ピストンとロッドとの連結に自由継手を用いることにより、前記クッション用の突起に前記クッション用の孔が直接的に嵌合してクッション機能を発揮することを特徴とする。

また、この自由継手に生じる隙間を作動流体戻し機構の流体通路として用いることを特徴とする。

本発明の流体圧シリンダは、そのピストンとロッドとの連結に自由継手を用い、このピストンにクッション用の孔を設けたので、必要に応じてクッションパイプを不要としてクッション機構を簡素化できる。

また、この自由継手に生じる隙間を作動流体戻し機構の流体通路として用いたので、その機構を簡素化できる。

以下に、本発明の実施の形態（実施例）について、図面を用いて説明する。

図１は、本発明の流体圧シリンダの一例を示すもので、（ａ）はその要部縦断面図、（ｂ）は（ａ）の自由継手部分の横断面図、（ｃ）は（ｂ）のＡＡ断面図である。

この流体圧シリンダ１０は、一般に流体圧から得られる直線駆動力が必要とされる場合に用いられるが、上述したように、ロッドの撓み起因するピストンによるシリンダ本体の齧り防止に重点があるので、特にそのような問題の生じやすい、重荷重でストロークの長い場合に有効なものである。

この流体圧シリンダ１０は、筒状のシリンダ本体１、このシリンダ本体１内で直線スライドするロッド２、このロッド２の基端に設けられ、シリンダ本体１の内壁に当接しながらスライドするピストン３を備え、ロッド２とピストン３との連結に、自由継手としての球軸受型継手４を用いたことを特徴とする。

また、この流体圧シリンダ１０は、クッション用孔５、クッション用突起６からなるクッション機構を備え、このクッション用孔５をピストン３に設けたことを特徴とする。

符合７は、供給される作動流体の通路である流体通路であり、符合８は、ロッド側からボトム側への作動流体の流通のみを許可するチェック弁である。

ピストン３の外周には、オイルシール３ｂが外嵌されて、作動流体のロッド側、ボトム側間の流通を阻止しており、流体通路７によってボトム側のみに作動流体が供給される。したがって、このシリンダ１０は、ピストン３で流体圧を受ける単動ピストン型シリンダである。

ロッド２とピストン３の連結は、ロッド２側に設けられた嵌合孔２ａ、この嵌合孔２ａに嵌まり込むようにピストン３側に設けられた嵌合突起３ａ、これら嵌合孔２ａ、嵌合突起３ａ間に設けられた自由継手である上記球軸受型継手４によって達成されている。

嵌合孔２ａの内周と嵌合突起３ａの外周との間には、作動流体の流通を許可し、また、ロッド２とピストン３間の偏心、傾きがあっても、相互に当接しない程度の隙間７ｃがある。

球軸受型継手４は、複数の球体４ａ、この球体４ａに対応した凹面を備え、球体４ａを円周上に分散して収容すべく嵌合突起３ａ側に設けられた複数の内側凹部４ｂ、嵌合孔２ａ側に設けられ、この球体４ａに対応した凹溝４ｃを備えている。

要するに、この球軸受型継手４は、球体４ａが転がり球軸受の球、内側凹部４ｂの部分が内輪、凹溝４ｃの部分が外輪に相当し、全体として転がり球軸受を構成し、この構成によって、内輪側であるピストン３と外輪側であるロッド２との間の一定角度範囲内での角度自由度を確保しながら、ロッド２とピストン３との間のシリンダ軸方向の駆動力を伝達するものである。

クッション用突起６は、シリンダ１０のボトム部１０ａに立設され、その内部は中空となって流体通路７ａを形成している。

クッション用突起６の外周とクッション用孔５の内周との隙間は、流体通路を構成し、主としてクッションに用いられるクッション隙間７ｄとなっている。

流体通路７としては、上述の流体通路７ａ、隙間７ｃ、クッション隙間７ｄ以外に、ピストン３の嵌合突起３の内部が中空とされた流体通路７ｂがある。流体通路７ａは作動流体の流入流出口に連結されている。

チェック弁８は、ピストン３の流体通路７ｂの出口部分に収容されている。

なお、この図１（ａ）は、ピストン３が最もボトム側に移動した状態となっており、ピストン３がボトム部１０ａに当接し、クッション機構のクッション用孔５は、クッション用突起６に完全に外嵌された状態を示している。

さて、球軸受型継手４は、通常の転がり球軸受と異なり、その内輪、外輪となる内側凹部４ｂ、凹溝４ｃが相互に嵌合している嵌合突起３ａ、嵌合孔２ａに設けられ、その内部に収容されるべき球体４ａを通常の転がり球軸受のように内輪または外輪の側方から挿入することができない。

したがって、図１（ｂ）に示すように、外輪に相当する凹溝４ｃ部分に設けられた挿入孔２ｂから球体４ａを挿入するようにしている。なお、ここで、凹溝４ｃは嵌合孔２ａの内周全体に渡って形成されている点に留意されたい。

つまり、ロッド２の嵌合孔２ａにピストン３の嵌合突起３ａを嵌め込み、挿入孔２ｂから球体４ａを入れ、嵌合突起３ａを回転させながら、順に、その内側凹部４ｂに一個ずつ球体４ａが収容されるようにし、最後にこの挿入孔２ｂに栓２ｃを圧入する、という方法が用いられる。

なお、凹溝４ｃは、この例のような曲面底溝であってもよいし、二点鎖線で示したように、角底の凹溝４ｃ′であってもよく、球体を収容し円周方向に移動可能とするものであれば、その形状は限定されない。

このような構成の流体圧シリンダ１０においては、ロッド２とピストン３は上記のような構成、機能の球軸受型継手４で連結されているので、ロッド２が撓んでも、ピストン３はその影響を受けることなく、ピストン３がシリンダ本体１の内壁を齧るようなことがない。

加えて、このようなロッド２の撓みの影響を受けないピストン３に、クッション機構のクッション用孔５を設けたので、このクッション用孔５もボトム部１０ａに立設されたクッション用突起６に対して偏心したり、傾いたりすることがなく、調心を目的としては、この両者間に従来例のようなクッションパイプを設ける必要がなくなり、クッション機構の簡素化を図ることができる。

更に、このシリンダ１０においては、球軸受型継手４において、その球体４ａ間の隙間を含む嵌合孔２ａ、嵌合突起３間の隙間７ｃが有り、更に、流体通路７ｂ、チェック弁８、流体通路７ａが連通しているので、ピストン３が最もロッド側に到達した際、ロッド側に滲み出して一定量蓄積された作動流体は、ロッド側からボトム側へ戻される。

この際、球軸受型継手４において、自然に生じる隙間７ｃがあるので、図６の従来の流体圧シリンダ５０のような作動流体の戻し機構の流体溝４７ａを別途加工して設ける必要がなくなり、作動流体の戻し機構の簡素化が図れ、また、コストダウンにもつながる。
＜参考例１＞

図２は、本発明の流体圧シリンダの参考例を示す要部縦断面図である。これより、既に説明した部分と同じ部分については、同じ符号を付して重複説明を省略する。

この流体圧シリンダ１０Ａは、図１の流体圧シリンダ１０に比べ、作動流体の戻し機構をシリンダ１０の外に設けた点が異なり、従って、流体圧シリンダ１０に有った流体通路７ｂ、チェック弁８がここでは不要とされ、ピストン３Ａには設けられていない。

一方、球軸受型継手４における隙間７ｃは、球軸受型継手４の構成要素として必要なものであるので、残存している。つまり、これにより、作動流体の戻し機構をシリンダ内部に設ける場合でも、そのために、従来例のような、作動流体の戻し機構の流体溝４７ａを設ける必要がない、ということが解る。

この流体圧シリンダ１０Ａは、上記の点を除けば、図１の流体圧シリンダ１０と同じ構成なので、この点を除いて、流体圧シリンダ１０と同一の作用効果を発揮する。
＜参考例２＞

図３は、本発明の流体圧シリンダの他の参考例を示すもので、（ａ）はその要部縦断面図、（ｂ）はその球面内輪、球面外輪の断面図、（ｃ）は（ｂ）の側面図である。

この流体圧シリンダ１０Ｂは、図２の流体圧シリンダ１０Ａに比べ、作動流体の戻し機構をシリンダ１０の外に設けた点は共通し、ピストン３Ｂには、流体通路７ｂ、チェック弁８は設けられていない。

一方、ロッド２Ａとピストン３Ｂとの連結は、同様に自由継手であるが、いわゆる球面型継手４Ａが用いられている点が異なっている。

この球面型継手４Ａを設けるために、ロッド２Ａとピストン３Ｂとの嵌合部分もそれに対応した嵌合孔２ｄ、嵌合突起３ｃとなっている。

球面型継手４Ａは、嵌合突起３ｃに外嵌された球面内輪４ｄ、この球面内輪４ｄが嵌合突起３ｃから脱落するのを防止する止めリング４ｆ、嵌合孔２ｄに内嵌された球面外輪４ｅ、この球面外輪４ｅが嵌合孔２ｄから脱落するのを防止する止めリング４ｇを備えている。

このような球面内輪４ｄ、球面外輪４ｅを組み合わせた球面型継手４Ａは、図１の球軸受型継手４と同様に、内輪側のピストン３Ｂと外輪側であるロッド２Ａとの間の一定角度範囲内での角度自由度を確保しながら、ロッド２Ａとピストン３Ｂとの間のシリンダ軸方向の駆動力を伝達するものである。

よって、この流体圧シリンダ１０Ｂは、この点では、図１の球軸受型継手４を備えた流体圧シリンダ１０と同様の作用効果を発揮する。

一方、この球面型継手４Ａを構成する球面の内輪、外輪は、少なくともどちらか一方を分割しないと球面部分を嵌合させることができず、この場合、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、球面外輪４ｅが分割されている。

従って、分割された球面外輪４ｅの分割面間に分割隙間７ｅが生じており、この分割隙間７ｅは、図４（ｂ）の流体圧シリンダ１０Ｄについて後述するように、作動流体戻し機構のための流体通路として機能するものである。

なお、上述したように、このような分割は、球面内輪側としてもよく、双方共分割するようにしてもよく、その場合にも、上記と同様の効果を発揮する。

また、球面継手を嵌め合わせる場合に、球面外輪を分割するのではなく、その円周の一か所に切れ目を入れ、弾性限度内でその切れ目を広げて、球面内輪を嵌め込む方法もあるが、その場合には、その切れ目が流体通路として機能する。
＜参考例３＞

図４は、本発明の流体圧シリンダの他の参考例を示す要部縦断面図である。

図４（ａ）の流体圧シリンダ１０Ｃは、図２の流体圧シリンダ１０Ａに比べ、クッション機構にクッションパイプ９を備えている点が異なっている。

このクッション機構は、クッション用孔５Ａがクッションパイプ９をスライド可能に収容する形状となり、そのクッションパイプ９の抜け出しを防止するために、クッション用孔５Ａの開口側に止めリング５ａを備えている。

このクッションパイプ９の内周と、クッション用突起６の外周との間の隙間は、クッションに用いられるクッション隙間７ｆとなっている。クッションパイプ９の外周とクッション用孔５Ａの内周との間の通路隙間７ｅは、クッション隙間７ｆより大きい。

こうして、この流体圧シリンダ１０Ｃのクッションパイプ９を備えたクッション機構は、図６の従来例の流体圧シリンダ５０のクッションパイプを備えたクッション機構４８と同じ三つの機能を発揮し得るが、通路隙間７ｅは調心機能を発揮する必要がないので、この通路隙間７ｅの設計にあたっては、それだけ設計の自由度が高くなる。

一方、このクッション機構以外の部分については、この流体圧シリンダ１０Ｃは、図２の流体圧シリンダ１０Ａと同じ構成であり、同様の効果を発揮する。

図４（ｂ）の流体圧シリンダ１０Ｄは、図４（ａ）の流体圧シリンダ１０Ｃに比べ、クッション機構にクッションパイプ９を備えている点は共通している。

一方、この流体圧シリンダ１０Ｄは、図３（ａ）の流体圧シリンダ１０Ｂに比べ、ロッド２Ａとピストン３Ｄとの連結は、自由継手としての球面型継手４Ａが用いられている点で共通し、また、図１（ａ）の流体圧シリンダ１０に比べ、作動流体戻し機構を備えている点で共通している。

したがって、この流体圧シリンダ１０Ｄはそれぞれ共通している点で、それぞれの流体圧シリンダ１０Ｃ、１０Ｂ、１０と同じ作用効果を発揮する。

一方、本発明の流体圧シリンダでは、このような組み合わせも可能であり、この流体圧シリンダ１０Ｄは、これらの組み合わせの効果を相乗的にも発揮する。

また、本発明の流体圧シリンダは、上記の実施例に限定されず、特許請求の範囲に記載された範囲、実施例の範囲で、種々の変形例、組み合わせが可能である。

本発明の流体圧シリンダは、クッション機構の簡素化、また、単動ピストン型の場合の作動流体の戻し機構の簡素化が要請されるあらゆる産業分野に用いることができる。

本発明の流体圧シリンダの一例を示すもので、（ａ）はその要部縦断面図、（ｂ）は（ａ）の自由継手部分の横断面図、（ｃ）は（ｂ）のＡＡ断面図 本発明の流体圧シリンダの参考例を示す要部縦断面図 本発明の流体圧シリンダの他の参考例を示すもので、（ａ）はその要部縦断面図、（ｂ）はその球面内輪、球面外輪の断面図、（ｃ）は（ｂ）の側面図 本発明の流体圧シリンダの他の参考例を示す要部縦断面図 従来の流体圧シリンダを例示する断面図 従来の流体圧シリンダの他例を示す要部縦断面図

符号の説明

１ シリンダ本体
２〜２Ａ ロッド
３〜３Ｄ ピストン
４ 球軸受型継手（自由継手）
４Ａ 球面型継手（自由継手）
４ａ 球体
４ｄ 球面内輪
４ｅ 球面外輪
５、５Ａ クッション用孔
６ クッション用突起
７ 流体通路
７ｃ 流体通路
７ｅ 流体通路
１０〜１０Ｄ 流体圧シリンダ

Claims (2)

1. 流体圧シリンダであって、そのピストンにクッション用の孔を設け、シリンダのボトム部にクッション用の突起を立設し、前記ピストンとロッドとの連結に自由継手を用いることにより、前記クッション用の突起に前記クッション用の孔が直接的に嵌合してクッション機能を発揮し、前記自由継手は、球軸受型継手であり、
   前記流体圧シリンダが単動ピストン型であって、前記球軸受型継手の球体間の隙間が、 前記ロッド側の嵌合孔と、前記嵌合孔と前記ピストン側の嵌合突起との間の隙間と、前記嵌合突起の先端内側に設けられた流体通路と、前記ピストンのクッション用孔に設けられてロッド側からボトム側への作動流体の流通を許可するチェック弁と、クッション用の前記突起の内側に設けられた流体通路と共に、該流体圧シリンダのロッド側からボトム側への流体通路として用いられることを特徴とする流体圧シリンダ。
2. 流体圧シリンダであって、そのピストンにクッション用の孔を設け、シリンダのボトム部にクッション用の突起を立設し、前記ピストンとロッドとの連結に自由継手を用いることにより、前記クッション用の突起に前記クッション用の孔が直接的に嵌合してクッション機能を発揮し、前記自由継手は、球面型継手であり、前記流体圧シリンダが単動ピストン型であって、前記球面型継手を構成する球面内輪あるいは球面外輪のいずれかを、あるいは双方を分割し、その分割隙間が、前記ロッド側の嵌合孔と、前記嵌合孔と前記ピストン側の嵌合突起との間の隙間と、前記嵌合突起の先端内側に設けられた流体通路と、前記ピストンのクッション用孔に設けられて、ロッド側からボトム側への作動流体の流通を許可するチェック弁と、クッション用の前記突起の内側に設けられた流体通路と共に、該流体圧シリンダのロッド側からボトム側への流体通路として用いられることを特徴とする流体圧シリンダ。

Images