JP5443038B2 - 液圧シリンダ - Google Patents

Description

本発明は、ストローク端付近でクッション圧力が生じる直動型の液圧シリンダに関するものである。

一般に、フォークリフトに設けられ積み荷を持ち上げる直動型の油圧シリンダ（リフトシリンダ）にあっては、そのストローク端付近でクッション圧力が生じることにより、油圧シリンダが伸びきって停止する際に生じる衝撃が緩和されるようになっている。

従来、この種の油圧シリンダとして特許文献１に開示されたものがある。これは、中空構造のピストンロッドの内側にエア室が画成され、伸張作動時に収縮するクッション圧力室の作動油がオリフィスを通ってエア室へと流入するようになっている。

ピストンにはチェックバルブが介装され、このチェックバルブはピストンの上下に画成されるエア室と駆動圧力室を連通している。

ピストン上にリターンパイプが立設され、エア室と駆動圧力室の圧力差が所定値以上に上昇するのに伴ってチェックバルブが開弁すると、リターンパイプ内に溜まった作動油が駆動圧力室に戻される。

実開昭５９−９６４０３号公報

しかしながら、このような従来の油圧シリンダにあっては、ピストンロッドが中実の円柱部材の内側を切削加工によってくり抜いてエア室を形成する構造のため、エア室を深くしてエア室の容積を大きくすることがコストアップを招く。これによりエア室の容積を十分に大きくすることができないため、エア室の圧力変動に対応してチェックバルブの開弁圧を必要以上に高く設定しなければならず、油圧シリンダの作動性を高められないという問題点があった。

また、油圧シリンダがフォークリフトのリフトシリンダ等に用いられる場合、ピストンロッドは相手側部材に応じた形状のものを用意する必要があり、製品のコストアップを招くという問題点があった。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、作動性と生産性を共に高められる液圧シリンダ（油圧シリンダ）を提供することを目的とする。

本発明は、外部の液圧源から駆動圧力室に導かれる加圧作動液によって伸張作動する液圧シリンダであって、筒状をしたシリンダチューブと、このシリンダチューブ内に駆動圧力室とクッション圧力室とを画成するピストンと、このピストンに連結されるピストンロッドと、中空のピストンロッドの内側に画成されるエア室と、伸張作動時に収縮するクッション圧力室の作動液をエア室へと導くオリフィスと、エア室と駆動圧力室の圧力差が所定値以上に上昇するのに伴ってエア室の作動液を駆動圧力室に戻すチェックバルブとを備え、ピストンロッドは、円筒状の中空ロッドと、この中空ロッドの上部開口端を閉塞するロッド部材とを備え、エア室は中空ロッドとロッドエンドキャップの間に画成され、ロッドエンドキャップは、中空ロッドの内周に嵌合するインロー部と、中空ロッドの上端面に当接する段部と、相手側部材に連結されるブラケット部とを有し、中空ロッドに対するロッドエンドキャップの抜け止めを行う係止手段として、中空ロッドとインロー部の間にスナップリングが介装されることを特徴とするものとした。

本発明によると、エア室は中空ロッドとロッドエンドキャップの間に画成されることにより、ピストンロッドの内側に画成されるエア室の容積が十分に確保され、エア室の圧力変動を抑えられる。これにより、チェックバルブは、その開弁圧を低く設定しても、安定した開弁作動性が得られる。エア室の作動液が駆動圧力室に円滑に戻され、液圧シリンダの作動性を高められる。

中空ロッドをパイプ材を用いて形成することが可能となり、中実部材を切削加工するものに比べて、生産性を大幅に高めて製品のコストダウンがはかれる。

ピストンロッドは、円筒状の中空ロッドとロッドエンドキャップを別体で形成することにより、ロッドエンドキャップのみをこれが連結される相手側部材に応じた形状のものが用意される。これにより、ピストンロッドは、仕様が異なる相手側に対して共通の中空ロッドを用いることが可能となり、ピストンロッドを構成する部品の管理を容易にし、製品のコストダウンがはかれる。

本発明の実施の形態を示す液圧シリンダの断面図。 同じく液圧シリンダの平面図。 同じく液圧シリンダの一部を拡大した断面図。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は、液圧シリンダ（油圧シリンダ）１の全体を示す縦断面図である。この液圧シリンダ１は、例えばフォークリフトの積み荷を昇降するリフトシリンダとして用いられる。

単動形の液圧シリンダ１は、車体に支持されるシリンダチューブ１０と、積み荷を昇降するフォークに連結されるピストンロッド２０とを備え、このピストンロッド２０の基端部に設けられるピストン４０によって駆動圧力室５が画成される。

液圧シリンダ１は、車体にその中心軸Ｏが上下方向に延びるように搭載される。

図示しない液圧源から供給される加圧作動液が配管を通して駆動圧力室５に導かれる。駆動圧力室５に導かれる作動液圧が上昇すると、ピストンロッド２０がシリンダチューブ１０に対して中心軸Ｏ方向（上方）に移動し伸張作動する。一方、駆動圧力室５に導かれる作動液圧が低下すると、ピストンロッド２０に懸かる自重及び負荷によって下方に移動し収縮作動する。図１は液圧シリンダ１が最も収縮し、ピストンロッド２０がストローク端にある状態を示している。

液圧シリンダ１は、作動液として、オイルが用いられるが、オイルの代わりに例えば水溶性代替液等の作動液を用いても良い。

図２は、液圧シリンダ１を下方から見た平面図である。シリンダチューブ１０は、円筒状をしており、その下端開口部にエンドブロック５０が結合される。

駆動圧力室５は、シリンダチューブ１０の内側にてピストン４０とエンドブロック５０の間に画成される。

エンドブロック５０は、円筒状のインロー部５１を有し、このインロー部５１がシリンダチューブ１０の内周面１１に嵌合し、シリンダチューブ１０の基端部が溶接部５３によって固着される。エンドブロック５０は、給排ポート５２が形成され、この給排ポート５２に図示しない液圧源から延びる配管が接続される。

シリンダチューブ１０の上部開口端に円筒状のシリンダヘッド６０が結合される。シリンダチューブ１０の内周面１１の上部にはネジ部１２が形成され、シリンダヘッド６０はこのネジ部１２に螺合して締結される。

シリンダヘッド６０の内周には、円筒状のベアリング６１が介装され、このベアリング６１を介してピストンロッド２０が摺動可能に嵌合する。

ピストンロッド２０の基端部にはピストン４０が連結される。ピストン４０の外周にはベアリング４１が介装され、このベアリング４１を介してシリンダチューブ１０の内周面１１に摺接する。

シリンダヘッド６０のベアリング６１がピストンロッド２０の外周面２８に摺接するとともに、ピストン４０のベアリング４１がシリンダチューブ１０の内周面１１に摺接することにより、ピストンロッド２０がシリンダチューブ１０の中心軸Ｏ方向に平行移動するように支持される。

中空のピストンロッド２０の内側にエア室７が画成される。このエア室７には作動液（クッション用油）と空気が充填される。

ピストンロッド２０は、円筒状の中空ロッド２５と、この中空ロッド２５の上部開口端を閉塞するロッドエンドキャップ３０とを備える。これにより、ピストンロッド２０の内側に画成されるエア室７の容積が最大限に確保される。

ブロック状のロッドエンドキャップ３０は、中空ロッド２５の内周に嵌合するインロー部３１と、中空ロッド２５の上端面に当接する環状の段部３２と、相手側部材に連結されるブラケット部３３とを有する。

インロー部３１は、中空ロッド２５の内周に嵌合する円柱状に形成される。

中空ロッド２５は、直円筒状に延びるパイプ材（鋼管）を用いて形成され、ピストンロッド２０に要求される強度を持つように、その材質が設定され、高周波焼き入れ等の熱処理が行われる。

中空ロッド２５とインロー部３１の間に、ロッドエンドキャップ３０の抜け止めを行うスナップリング３５と、エア室７を密封するシールリング３６とが介装される。

スナップリング３５は、中空ロッド２５に対するロッドエンドキャップ３０の抜け止めをする係止手段として設けられる。スナップリング３５は、インロー部３１の外周面に開口された環状溝と、中空ロッド２５の内周面に開口された環状溝とに渡って嵌合し、ロッドエンドキャップ３０が中空ロッド２５に対して中心軸Ｏ方向について上方に移動することを係止する。

ロッドエンドキャップ３０が中空ロッド２５にスナップリング３５を介して結合されることにより、この組み付け作業性が向上する。また、ロッドエンドキャップ３０を中空ロッド２５に溶接する作業等が不要であり、溶接スパッタや酸化スケールが発生することがなく、品質の向上がはかられる。

ロッドエンドキャップ３０に形成される環状の段部３２は、中空ロッド２５の上端面に当接することによって、ロッドエンドキャップ３０が中空ロッド２５に対して中心軸Ｏ方向について下方に移動することを係止する。

ピストンロッド２０に懸かる荷重は、ロッドエンドキャップ３０の段部３２が中空ロッド２５の上端面に当接する部位で支持される。これにより、スナップリング３５に過大な荷重が働くことが回避され、ロッドエンドキャップ３０の取付け強度が十分に確保される。

ブラケット部３３は、これが連結される相手側部材（図示せず）に応じたブラケット形状に形成される。実際には、フォークリフトの車種または仕様に応じて複数種類のロッドエンドキャップ３０が設けられる。これにより、ピストンロッド２０は、仕様が異なる相手側に対して共通の中空ロッド２５を用いることが可能となり、ピストンロッド２０を構成する部品の管理を容易にし、製品のコストダウンがはかれる。

シリンダチューブ１０は、その外周にステー７０が設けられ、このステー７０を介してフォークリフトの車体側に固定される。環状のステー７０は、シリンダチューブ１０の外周面に嵌合し、溶接によって結合される。

ステー７０は、一対のフランジ部７１を有し、このフランジ部７１を挿通する２本のボルト（図示せず）によって車体側に締結される。

ステー７０は、各フランジ部７１の間に凹部７２を有し、この凹部７２に駆動圧力室５に作動液を導く配管（図示せず）が通される。

シリンダチューブ１０の内側は、ピストン４０によって駆動圧力室５とクッション圧力室６とに画成される。

ピストン４０の外周にはパッキン４２が介装され、このパッキン４２がシリンダチューブ１０の内周面１１に摺接することによって駆動圧力室５とクッション圧力室６との間が密封される。

シリンダヘッド６０の内周には、ピストンロッド２０の外周面２８に摺接するメインシール６２とダストシール６３が介装される。メインシール６２によって後述するクッション圧力室６が密封される。ダストシール６３によってダスト等の侵入が防止される。

図３は、液圧シリンダ１のピストン４０とシリンダヘッド６０まわりの断面図であり、液圧シリンダ１が伸張した状態を示している。

ピストンロッド２０にはポート２１とオリフィス２２とが形成される。このポート２１とオリフィス２２とによってクッション圧力室６とエア室７とが連通される。

ピストン４０にチェックバルブ８が介装され、このチェックバルブ８を通ってエア室７に溜まった余剰の作動液が駆動圧力室５に戻される。チェックバルブ８は図示しないシートに弁体（ボール）がスプリングの付勢力によって押し付けられ、エア室７と駆動圧力室５の圧力差が所定の開弁圧を超えると、弁体がシートから離れるようになっている。

エア室７にてピストン４０から上方に突出するリターンパイプ９が設けられ、このリターンパイプ９がこのチェックバルブ８の流入口に接続される。

ピストン４０は、有底円筒状に形成され、ピストンロッド２０の外周に嵌合する円筒状のピストン外環部４５と、ピストンロッド２０の下端を着座させる円盤状のピストン底部４６とを有する。

ピストン外環部４５の内周がピストンロッド２０の外周に嵌合し、両者の間にスナップリング１９が介装される。このスナップリング１９は、ピストン外環部４５の内周面に開口された環状溝と、ピストンロッド２０の外周面に開口された環状溝とに渡って嵌合し、ピストンロッド２０がピストン４０に対して中心軸Ｏ方向について上方に移動することを係止する。

ピストン外環部４５の内周には円錐面状に拡がるテーパ部４４が形成され、このテーパ部４４を介してクッション圧力室６の作動液がオリフィス２２へと導かれる。

ピストン底部４６にバルブハウジング８０が組み付けられる。このバルブハウジング８０内にチェックバルブ８が収容される。

バルブハウジング８０の内周に形成された環状溝にスナップリング１６が嵌められ、チェックバルブ８の抜け止めがされる。

ピストン底部４６の中央部に取付穴４７が形成される。この取付穴４７に円筒状のバルブハウジング８０の外周が嵌合される。

取付穴４７とバルブハウジング８０の間にシールリング１８が介装される。このシールリング１８によって駆動圧力室５とエア室７の間が密封される。

ピストン底部４６に環状の段部４８が形成される一方、バルブハウジング８０に環状の鍔部８１が形成される。この段部４８に鍔部８１が当接することにより、バルブハウジング８０がピストン４０に対して中心軸Ｏ方向について上方に移動することが係止される。

取付穴４７に形成された環状溝にスナップリング１７が嵌められ、バルブハウジング８０の抜け止めがされる。このスナップリング１７がバルブハウジング８０の下端面に当接することにより、バルブハウジング８０がピストン４０に対して中心軸Ｏ方向について下方に移動することが係止される。

バルブハウジング８０が受ける駆動圧力室５の液圧力は、その鍔部８１がピストン４０の段部４８に当接する部位で支持される。これにより、スナップリング１７に過大な荷重が働くことが回避され、バルブハウジング８０の取付け強度が十分に確保される。

バルブハウジング８０の中央部に取付穴８２が形成される。この取付穴８２に円筒状のリターンパイプ９が圧入して取付けられる。これにより、リターンパイプ９はピストン４０に立設され、中心軸Ｏ上に配置される。

液圧シリンダ１の伸張作動時にピストンロッド２０がストローク端に近づくと、ポート２１がベアリング６１によって閉塞され、クッション圧力室６の作動液がオリフィス２２を通ってエア室７に流入する。このオリフィス２２がクッション圧力室６から流出する作動液の流れに抵抗を付与し、クッション圧力室６の圧力（以下、クッション圧力という）が上昇することにより、ピストンロッド２０が減速される。これにより、ピストンロッド２０が図１に示すようにストローク端に達する際の衝撃が緩和される。

バルブハウジング８０の外周面８３とピストンロッド２０の内周面２３の間に環状の絞り隙間２４が画成される。この絞り隙間２４は、エア室７の下部に連通する。

バルブハウジング８０の外周面８３は、ピストンロッド２０に開口するオリフィス２２に対峙するように配置される。オリフィス２２は、中心軸Ｏと直交するようにバルブハウジング８０の半径方向に延びる。

これにより、液圧シリンダ１の伸張作動時にピストンロッド２０がストローク端に近づくと、クッション圧力室６の作動液が、オリフィス２２と環状の絞り隙間２４を通ってエア室７に流入する。

次に液圧シリンダ１の作動について説明する。

液圧シリンダ１の伸張作動時、駆動圧力室５に導かれる作動液圧力によってピストン４０及びピストンロッド２０が中心軸Ｏ方向について上方に移動し、これに連動するフォークを介して積み荷を持ち上げる。

ピストン４０の外周からクッション圧力室６に作動液がわずかに洩れ出るのに伴って、クッション圧力室６とエア室７に溜まる作動液の液面がリターンパイプ９の上端を超えると、作動液がリターンパイプ９内に流下する。エア室７の圧力が所定値を超えて上昇すると、チェックバルブ８が開き、リターンパイプ９に溜まった余剰の作動液が駆動圧力室５に戻される。これにより、クッション圧力室６とエア室７に溜まる作動液の液面がリターンパイプ９の上端近傍に維持され、クッションを効かす必要量を保持する。

液圧シリンダ１の伸張作動時にピストンロッド２０がストローク端に近づくと、ポート２１がベアリング６１によって閉塞され、クッション圧力室６の作動液がオリフィス２２と環状の絞り隙間２４を通ってエア室７に流入する。このオリフィス２２と環状の絞り隙間２４とがクッション圧力室６から流出する作動液の流れに抵抗を付与し、クッション圧力室６のクッション圧力が上昇することにより、ピストンロッド２０が減速される。これにより、ピストンロッド２０がストローク端に達する際の衝撃が緩和される。

クッション圧力室６からオリフィス２２を通ってエア室７に流入する作動液の噴流は、図３に矢印で示すように、バルブハウジング８０の外周面８３に当たってバルブハウジング８０の外周面８３に沿って両側に分岐しながら上方のエア室７へと流れる。こうしてオリフィス２２を通過する作動液の噴流に抵抗が付与されることによってこの噴流の圧力が段階的に下げられ、オリフィス２２から噴流音が発生することを抑えられる。

液圧シリンダ１の収縮作動時、駆動圧力室５に導かれる作動液圧が低下され、ピストンロッド２０に懸かる自重及び負荷によって下方に移動し収縮作動する。このとき、クッション圧力室６からエア室７に流入した作動液がポート２１、オリフィス２２を通ってクッション圧力室６に戻される。

以上のように本実施形態では、外部の液圧源から駆動圧力室５に導かれる加圧作動液によって伸張作動する液圧シリンダ１であって、筒状をしたシリンダチューブ１０と、このシリンダチューブ１０内に駆動圧力室５とクッション圧力室６とを画成するピストン４０と、このピストン４０に連結されるピストンロッド２０と、中空のピストンロッド２０の内側に画成されるエア室７と、伸張作動時に収縮するクッション圧力室６の作動液をエア室７へと導くオリフィス２２と、エア室７と駆動圧力室５の圧力差が所定値以上に上昇するのに伴ってエア室７の作動液を駆動圧力室５に戻すチェックバルブ８とを備え、ピストンロッド２０は、円筒状の中空ロッド２５と、この中空ロッド２５の上部開口端を閉塞するロッドエンドキャップ３０とを備え、エア室７は中空ロッド２５とロッドエンドキャップ３０の間に画成される構成とした。

上記構成に基づき、ピストンロッド２０の内側に画成されるエア室７の容積が十分に確保され、エア室７の圧力変動を抑えられる。これにより、チェックバルブ８は、その開弁圧を低く設定しても、安定した開弁作動性が得られる。エア室７の作動液が駆動圧力室５に円滑に戻され、液圧シリンダ１の作動性を高められる。

中空ロッド２５をパイプ材（鋼管）を用いて形成することが可能となり、中実部材を切削加工するものに比べて、生産性を大幅に高めて製品のコストダウンがはかれる。

ピストンロッド２０は、円筒状の中空ロッド２５とロッドエンドキャップ３０を別体で形成することにより、ロッドエンドキャップ３０のみをこれが連結される相手側部材に応じた形状のものが用意される。これにより、ピストンロッド２０は、仕様が異なる相手側に対して共通の中空ロッド２５を用いることが可能となり、ピストンロッド２０を構成する部品の管理を容易にし、製品のコストダウンがはかれる。

本実施の形態では、ロッドエンドキャップ３０は、中空ロッド２５の内周に嵌合するインロー部３１と、中空ロッド２５の上端面に当接する段部３２と、相手側部材に連結されるブラケット部３３とを有し、中空ロッド２５とインロー部３１の間にロッドエンドキャップ３０の抜け止めを行う係止手段（スナップリング３５）が介装される構成とした。

上記構成に基づき、ピストンロッド２０の強度が十分に確保され、ロッドエンドキャップ３０と中空ロッド２５の組み付け作業性が向上する。また、ロッドエンドキャップ３０を中空ロッド２５に溶接する作業等が不要であり、溶接スパッタや酸化スケールが発生することがなく、品質の向上がはかられる。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

１ 液圧シリンダ
５ 駆動圧力室
６ クッション圧力室
７ エア室
８ チェックバルブ
１０ シリンダチューブ
２２ オリフィス
２５ 中空ロッド
３０ ロッドエンドキャップ
３１ インロー部
３２ 段部
３３ ブラケット部
３５ スナップリング（係止手段）
４０ ピストン

Claims (3)

1. 外部の液圧源から駆動圧力室に導かれる加圧作動液によって伸張作動する液圧シリンダであって、
   筒状をしたシリンダチューブと、
   このシリンダチューブ内に前記駆動圧力室とクッション圧力室とを画成するピストンと、
   このピストンに連結されるピストンロッドと、
   中空の前記ピストンロッドの内側に画成されるエア室と、
   伸張作動時に収縮する前記クッション圧力室の作動液を前記エア室へと導くオリフィスと、
   前記エア室と前記駆動圧力室の圧力差が所定値以上に上昇するのに伴って前記エア室の作動液を前記駆動圧力室に戻すチェックバルブとを備え、
   前記ピストンロッドは、円筒状の中空ロッドと、この中空ロッドの上部開口端を閉塞するロッドエンドキャップとを備え、
   前記エア室は前記中空ロッドと前記ロッドエンドキャップの間に画成され、
   前記ロッドエンドキャップは、前記中空ロッドの内周に嵌合するインロー部と、前記中空ロッドの上端面に当接する段部と、相手側部材に連結されるブラケット部とを有し、
   前記中空ロッドに対する前記ロッドエンドキャップの抜け止めを行う係止手段として、前記中空ロッドと前記インロー部の間にスナップリングが介装されることを特徴とする記載の液圧シリンダ。
2. 前記スナップリングは、前記インロー部の外周面に開口された環状溝と前記中空ロッドの内周面に開口された環状溝とに渡って嵌合されることを特徴とする請求項１に記載の液圧シリンダ。
3. 前記中空ロッドと前記インロー部の間には、前記エア室を密封するシールリングが介装されることを特徴とする請求項１または２に記載の液圧シリンダ。

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