JP5563506B2 - 流体圧シリンダのクッション機構 - Google Patents

Description

本発明は、シリンダチューブにおけるピストンロッドのストローク端付近でピストンロッドを減速させる流体圧シリンダのクッション機構に関するものである。

例えば油圧ショベル等に用いられる流体圧シリンダ（油圧シリンダ）にあっては、ピストンロッドのストローク端付近でクッション圧力を発生させてピストンロッドを減速させるクッション機構を備えている。

従来、この種のクッション機構として、ピストンロッドがストローク端付近に来たときに、作動流体を通過させるクッション間隙を画成するクッションベアリングと、このクッションベアリングに対峙するように介装されるスペーサ部材とを備えるものがある（特許文献１参照）。

このクッション機構は、ピストンロッドがストローク端付近に来たときに、クッションベアリングがスペーサ部材の内側に入ってクッション間隙が画成され、このクッション間隙が作動流体の流れに抵抗を付与することによってクッション圧力が発生する。

特開２００４−１１７８１号公報

しかしながら、このような従来のクッション機構にあっては、クッション間隙を画成するクッションベアリング等の寸法バラツキによってクッション圧力が設定値からズレる可能性がある。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、クッション圧力を調整できる流体圧シリンダのクッション機構を提供することを目的とする。

本発明は、シリンダチューブに対するピストンロッドのストローク端付近でピストンロッドを減速させる流体圧シリンダのクッション機構であって、ピストンロッドに設けられるクッションベアリングの外周によって作動流体の流れを絞るクッション間隙と、クッションベアリングの外周との間にクッション間隙を画成するクッション間隙画成部材に設けられクッション間隙を迂回する作動油を導くバイパス通路と、クッション間隙画成部材に設けられバイパス通路の通路開口面積を調整するバイパス絞り調整機構と、を備える構成とした。

本発明によると、バイパス絞り調整機構によってクッション圧力が調整されることによって、クッション間隙を画成するクッション間隙画成部材の寸法バラツキに起因するクッション圧力の過不足が解消される。

本発明の実施形態を示す油圧シリンダの断面図。 同じく図１の一部を拡大した油圧シリンダの断面図。 同じくバイパス絞り調整機構の動作を示す図。 他の実施形態を示す油圧シリンダの断面図。 同じく図４の一部を拡大した油圧シリンダの断面図。 同じくバイパス絞り調整機構の動作を示す図。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１に示す油圧シリンダ１は、例えば油圧ショベルのアームシリンダとして用いられる。油圧シリンダ１が伸縮作動することにより、油圧ショベルのアームが回動する。

油圧シリンダ（流体圧シリンダ）１は、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内にロッド室２とエンド室３を仕切るピストン２０と、このピストン２０に連結されるピストンロッド３０とを備える。ロッド室２とエンド室３は、それぞれ図示しない油圧源（作動流体圧源）に連通し、この油圧源から導かれる作動油圧（作動流体圧）によってピストンロッド３０が中心軸Ｏ方向に移動して伸縮作動する。図１はピストンロッド３０がストローク端付近に来た状態を示している。

なお、作動油としてオイルの代わりに例えば水溶性代替液等の作動流体を用いても良い。

円筒状のシリンダチューブ１０の端部にはシリンダヘッド４０が複数のボルト４１を介して締結される。

シリンダチューブ１０の開口端には、ピストンロッド３０を摺動可能に挿通させるシリンダヘッド４０が設けられる。

シリンダヘッド４０は、シリンダ内周面１１に嵌合される円筒状のヘッド嵌合部４２を有する。ヘッド嵌合部４２とシリンダ内周面１１の間にシールリング９が介装され、ロッド室２が密封される。

シリンダヘッド４０の内周には、軸受５９、サブシール５６、メインシール５７、ダストシール５８がそれぞれ介装され、これらがピストンロッド３０のロッド外周面３１に摺接する。軸受５９がロッド外周面３１に摺接することにより、ピストンロッド３０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。

シリンダヘッド４０のフランジ面４６には給排口４３が開口し、この給排口４３に油圧源に連通する図示しない油圧配管が接続される。

シリンダヘッド４０の内周には、ヘッド環状溝４５とヘッド内周面４４が形成され、これらとピストンロッド３０との間に給排通路５が画成される。ヘッド環状溝４５に給排口４３の一端が開口される。ヘッド内周面４４は、中心軸Ｏを中心とする円筒面状に形成される。

図１にてピストンロッド３０が下方に移動する油圧シリンダ１の収縮作動時、油圧源から油圧配管を通って供給される加圧作動油が、給排口４３と給排通路５を通ってロッド室２に流入する（図中白抜き矢印参照）。

一方、図１にてピストンロッド３０が上方に移動する油圧シリンダ１の伸張作動時、そのストローク中程では、ロッド室２の作動油が、給排通路５、給排口４３、油圧配管を通って油圧源へと流出する（図中白抜き矢印参照）。

油圧シリンダ１にはピストンロッド３０がストローク端付近に来たときにピストンロッド３０を減速させるクッション機構６が設けられる。

クッション機構６は、ピストンロッド３０がストローク端付近に来たときに画成されるクッション間隙８を備える。

ピストンロッド３０には円筒状のクッションベアリング６０が取り付けられる。このクッションベアリング６０は、ピストンロッド３０の端部の外周面に嵌合し、ピストンロッド３０の環状段部３２とピストン２０の上端面２２との間に挟持される。

なお、これに限らず、クッションベアリングがピストンロッド３０に一体形成される構成としてもよい。

また、クッションベアリング６０はピストンロッド３０に間隙を持って嵌合し、クッションベアリング６０がピストンロッド３０の半径方向について移動可能にフローティング支持される構成してもよい。

油圧シリンダ１の伸張作動時に、ピストンロッド３０がストローク端付近に来たときに、クッションベアリング６０がヘッド内周面４４の内側に入ることによって、両者の間にクッション間隙８が画成される。クッションベアリング６０がヘッド内周面４４の内側に入ると、ロッド室２の作動油が、クッション間隙８と給排通路５と油圧配管を通って油圧源へと流出する。このクッション間隙８がロッド室２から給排通路５を通って流出する作動油の流れに抵抗を付与し、ロッド室２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３０を減速する。

クッションベアリング６０は、その外周面としてベアリング外周面６１を有する。このベアリング外周面６１は中心軸Ｏを中心とする円筒面状に形成される。

ベアリング外周面６１の外径は、ロッド外周面３１の外径より大きく、かつヘッド内周面４４の内径より小さく形成される。ストローク端付近でクッションベアリング６０がヘッド内周面４４に入ることによって、両者の間にクッション間隙８が画成される。

クッションベアリング６０には、ベアリング外周面６１を部分的に削除した図示しない割円部（切り欠き）が形成される。ピストンロッド３０がストローク端に近づくのにしたがって、割円部によって画成されるクッション間隙８の流路断面積が漸次減少するようになっている。クッション機構６に要求される減速特性に応じて、クッション間隙８のクリアランス（間隙幅）、割円部の形状が設定される。

しかし、クッション間隙８の微少なクリアランスは、クッション間隙８を画成するベアリング外周面６１、ヘッド内周面４４等の寸法バラツキによって設定値からズレる可能性がある。

これに対処して、クッション機構６には、クッション間隙８を迂回する作動油を導くバイパス通路５０と、このバイパス通路５０の通路開口面積を作業者が調整するバイパス絞り調整機構６５とが設けられる。

バイパス通路５０は、クッション間隙画成部材として設けられるシリンダヘッド４０に形成される通孔５１、５２、切り欠き部４８によって画成される。この通孔５１、５２は、中心軸Ｏと平行な直線上に延びるように形成される。通孔５１の一端が給排口４３に開口し、通孔５２の一端が切り欠き部４８を介してロッド室２に開口する。これにより、バイパス通路５０は、給排口４３とロッド室２を連通する。

油圧シリンダ１が最も伸長した状態では、ピストン２０の上端面２２がシリンダヘッド４０の下端面４９に当接するが、切り欠き部４８によってクッション間隙８及びバイパス通路５０がロッド室２と連通される。

図２は図１の一部を拡大した断面図である。油圧シリンダ１の伸長作動時に、ロッド室２の作動油は、図中矢印で示すように、クッション間隙８を通るとともに、バイパス通路５０を通って給排口４３へと流れる。

バイパス絞り調整機構６５は、バイパス通路５０の通孔５１と交差するバルブ収容孔５３と、このバルブ収容孔５３に収容されてバイパス通路５０の通路開口面積を可変とするバルブスクリュ６６と、このバルブスクリュ６６を螺合させる調整用ネジ孔５４とを備える。このバルブスクリュ６６は、調整用ネジ孔５４に対する螺合位置が作業者によって調整される構成する。

バルブ収容孔５３は、中心軸Ｏに対して略直交する直線上に延びるように形成され、バイパス通路５０の通孔５１に対しても略直交する。調整用ネジ孔５４は、バルブ収容孔５３と同軸上に形成される。

シリンダヘッド４０には、調整用ネジ孔５４と同軸上に作業穴（ネジ孔）５５が形成される。この作業穴５５はシリンダヘッド４０の外壁面に開口し、栓体７４が取り付けられる。この栓体７４は作業穴５５に螺合して取り付けられ、バルブ収容孔５３を閉塞することにより、作動油がバルブ収容孔５３を通って外部へと洩れ出さないようになっている。

円柱状のバルブスクリュ６６は、バイパス通路５０の通路開口面積を可変とする弁体部６４と、シリンダヘッド４０に対して弁体部６４を支持する弁体部支持部６３とを有し、これらが一体形成される。

スプール式の弁体部６４は、一対のランド部６７、６９と、このランド部６７、６９を結ぶ弁軸部６８と有する。このランド部６７、６９がバイパス通路５０（通孔５１）を挟んでバルブ収容孔５３に嵌合され、ランド部６７、６９の軸方向の位置に応じてバイパス通路５０の開口面積を増減する可変絞りを構成する。

弁体部支持部６３は、調整用ネジ孔５４に螺合するヘッド部７２と、ランド部６９とヘッド部７２を結ぶ軸部７０とを有する。ヘッド部７２の外周には調整用ネジ孔５４に螺合する雄ねじが形成され、ヘッド部７２の端面には工具に係合する工具係合部７１が開口される。例えば、工具係合部７１は六角穴であり、これに係合する工具は六角レンチが用いられる。

作業者がヘッド部７２の螺合位置を変えてバルブスクリュ６６をその軸方向に移動することにより、ランド部６７、６９の一方がバイパス通路５０に臨み、バイパス通路５０の開口面積が減らされるようになっている。

図３の（ａ）、（ｂ）は、図１の矢印Ａ方向から見た図であり、バルブスクリュ６６の動作を示しており、斜線部分がバイパス通路５０の開口部（流路部）を示している。

図３の（ａ）は、バルブスクリュ６６が全開位置にある様子を示している。この状態では、ランド部６７、６９がバイパス通路５０の両側に位置しており、バイパス通路５０の開口面積がランド部６７、６９によって削減されることはない。

図３の（ｂ）は、バルブスクリュ６６が半開位置にある様子を示している。この状態では、ランド部６９がバイパス通路５０に臨んでおり、バイパス通路５０の開口面積がランド部６９によって半分程度削減されている。この状態から、バルブスクリュ６６が図にて右方向に移動することによってバイパス通路５０の開口面積が増加する一方、左方向に移動することによってバイパス通路５０の開口面積が減少する。

油圧シリンダ１の製造時には、油圧シリンダ１の組み立て工程が終了した後に、油圧シリンダ１の作動特性を測定する試験工程が行われ、作業者がこの測定結果に基づいてバイパス絞り調整機構６５の調整をする調整工程が行われる。

試験工程では、油圧シリンダ１を図示しないアクチュエータによって所定の条件で伸縮作動させ、ピストンロッド３０のストロークに応じた伸縮作動速度を測定する。

調整工程では、ストローク端付近の減速度の測定値と設定値との差に応じて、バルブスクリュ６６の開度が調整される。この調整は、作業者が工具を作業穴５５から差し込んでバルブスクリュ６６の工具係合部７１に係合させてバルブスクリュ６６を回転し、バルブスクリュ６６の螺合位置を変えることによって行われる。

減速度の測定値が設定値より低い場合には、バイパス通路５０の開口面積が所定の基準開度より小さくなるように調整され、クッション圧力が高められる。一方、減速度の測定値が設定値より高い場合には、バイパス通路５０の開口面積が所定の基準開度より大きくなるように調整され、過大なクッション圧力が下げられる。

こうして、油圧シリンダ１は、製品毎にバイパス通路５０の開口面積の調整が行われることにより、クッション間隙８を画成するベアリング外周面６１、ヘッド内周面４４等の寸法バラツキに起因するクッション圧力の過不足が解消され、ストローク端付近の減速度を設定値に近づけられる。

以上のように本実施形態では、シリンダチューブ１０に対するピストンロッド３０のストローク端付近でピストンロッド３０を減速させる流体圧シリンダ１のクッション機構６であって、作動流体の流れを絞るクッション間隙８と、このクッション間隙８を迂回する作動油を導くバイパス通路５０と、このバイパス通路５０の通路開口面積を調整するバイパス絞り調整機構６５とを備える構成とした。

上記構成に基づき、バイパス絞り調整機構６５によってクッション圧力が調整されることによって、クッション間隙８を画成する部材の寸法バラツキに起因するクッション圧力の過不足が解消される。これにより、クッション間隙８を画成する部材の寸法精度を高めることなく、クッション性能のバラツキを抑えられるため、製品のコストダウンがはかれる。

本実施形態では、バイパス絞り調整機構６５は、バイパス通路５０が開口するバルブ収容孔５３と、このバルブ収容孔５３と同軸上に形成される調整用ネジ孔５４と、バルブ収容孔５３と調整用ネジ孔５４に渡って収容されるバルブスクリュ６６とを備え、このバルブスクリュ６６は、バルブ収容孔５３に収容されてバイパス通路５０の通路開口面積を可変とする弁体部６４と、調整用ネジ孔５４に螺合して弁体部６４を支持する弁体部支持部６３とを有する構成とした。

上記構成に基づき、作業者が調整用ネジ孔５４に対する弁体部支持部６３の螺合位置を調整することにより、弁体部６４がバルブ収容孔５３にて変位し、バイパス通路５０の通路開口面積を変えられる。これによって、クッション圧力が調整される。

（第２実施形態）
次に図４〜６に示す他の実施形態を説明する。これは図１〜３の実施形態と基本的に同じ構成を有し、相違する部分のみを説明する。なお、前記実施形態と同一構成部には同一符号を付す。

図４に示すように、シリンダチューブ１０の内側にホルダ２３が介装される。ホルダ２３は、中心軸Ｏを中心とする円環状に形成され、シリンダ内周面１１に、シリンダヘッド４０のヘッド嵌合部４２と並んで嵌合される。ホルダ２３は、その下端外周部がシリンダ内周面１１のテーパ面１２に着座し、その上端面にシリンダヘッド４０の下端面４７が当接し、両者の間に挟持される。

なお、ホルダ２３の固定方法については、これに限らず、他に例えば、シリンダヘッド４０とホルダ２３とを図示しないボルトにて固定してもよい。この場合に、シリンダチューブ１０の内面にテーパ面１２を形成する必要がなくなる。

図５は図４の一部を拡大した断面図である。ホルダ２３の内周面２４は、中心軸Ｏを中心とする円筒面状に形成される。油圧シリンダ１の伸張作動時に、ピストンロッド３０がストローク端付近に来たときに、クッションベアリング６０がホルダ２３の内側に入ることによって、両者の間にクッション間隙８が画成される。

クッション間隙画成部材として設けられるホルダ２３にバイパス通路２８が設けられる。このバイパス通路２８は、ホルダ２３に形成される切り欠き部２５、通孔２６、２７、切り欠き部２９によって画成される。この通孔２６、２７は、中心軸Ｏと平行な直線上に延びるように形成される。通孔２６の一端が切り欠き部２５を介して給排通路５に開口し、通孔２７の一端が切り欠き部２９を介してロッド室２に開口する。これにより、バイパス通路２８は、給排通路５を介して給排口４３とロッド室２を連通する。

油圧シリンダ１が最も伸長した状態では、ピストン２０の上端面２２がホルダ２３の下端面３９に当接するが、切り欠き部２９によってクッション間隙８及びバイパス通路５０がロッド室２と連通される。

油圧シリンダ１の伸長作動時に、ロッド室２の作動油は、図５に矢印で示すように、クッション間隙８を通るとともに、バイパス通路２８を通って給排通路５へと流れる。

図５に示すように、バイパス絞り調整機構６５は、バイパス通路２８の通孔５１と交差するバルブ収容孔３３と、このバルブ収容孔３３に収容されバイパス通路２８の通路開口面積を可変とするバルブスクリュ６６と、このバルブスクリュ６６を螺合させる調整用ネジ孔３４とを備え、作業者によってこの調整用ネジ孔３４に対するバルブスクリュ６６の螺合位置が調整される構成する。

ホルダ２３には、バルブ収容孔３３が中心軸Ｏに対して略直交する直線上に延びるように形成されるとともに、調整用ネジ孔３４がバルブ収容孔３３と同軸上に形成される。

調整用ネジ孔３４とバルブ収容孔３３に渡ってバルブスクリュ６６が収容される。バルブスクリュ６６は前記実施形態と同様の構成を有する。作業者がヘッド部７２の螺合位置を変えてバルブスクリュ６６をその軸方向に移動することにより、ランド部６７、６９の一方がバイパス通路２８に臨み、バイパス通路２８の開口面積が増減するようになっている。

シリンダチューブ１０には、調整用ネジ孔３４と同軸上に作業穴（ネジ孔）５５が形成される。この作業穴５５は、その一端がホルダ２３の調整用ネジ孔３４に対峙して開口し、その他端がシリンダチューブ１０の外壁面に開口し、栓体７４が取り付けられる。

図６の（ａ）、（ｂ）は、図４の矢印Ａ方向から見た図であり、バルブスクリュ６６の動作を示しており、斜線部分がバイパス通路２８の開口部（流路部）を示している。

図６の（ａ）は、バルブスクリュ６６が全開位置にある様子を示している。この状態では、ランド部６７、６９がバイパス通路２８の両側に位置しており、バイパス通路２８の開口面積がランド部６７、６９によって削減されることはない。

図６の（ｂ）は、バルブスクリュ６６が半開位置にある様子を示している。この状態では、ランド部６９がバイパス通路２８に臨んでおり、バイパス通路２８の開口面積がランド部６９によって半分程度削減されている。この状態から、バルブスクリュ６６が図にて右方向に移動することによってバイパス通路２８の開口面積が増加し、左方向に移動することによってバイパス通路２８の開口面積が減少する。

以上のように本実施形態では、シリンダチューブ１０の内側に介装されるホルダ２３を備え、このホルダ２３にバイパス絞り調整機構６５が介装される構成とした。

上記構成に基づき、ホルダ２３がシリンダヘッド４０と別体で形成されるため、要求される減速特性に応じたホルダ２３をシリンダチューブ１０の内側に介装することが可能となり、バイパス絞り調整機構６５の交換が容易に行われる。また、ホルダ２３を追加することにより、シリンダヘッド４０の基本形状を変更することなく実施することが可能となり、製品のコストアップを抑えられる。

本実施形態では、ホルダ２３の内周面２４によってクッション間隙８が画成される構成とした。

上記構成に基づき、流体圧シリンダ１にクッション機構６を備える必要がない場合には、ホルダ２３を外すことによって容易に対応できる。また、ホルダ２３を交換することにより、クッション間隙８のクリアランスを容易に変更できる。

なお、本発明は、流体圧シリンダの収縮作動時におけるピストンロッドのストローク端付近でピストンロッドを減速させるクッション機構（図示せず）に適用することもできる。

本発明は上記の実施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 油圧シリンダ（流体圧シリンダ）
５ 給排通路
６ クッション機構
８ クッション間隙
１０ シリンダチューブ
２３ ホルダ（クッション間隙画成部材）
２８、５０ バイパス通路
３３、５３ バルブ収容孔
３４、５４ 調整用ネジ孔
５５ 作業穴
３０ ピストンロッド
４０ シリンダヘッド（クッション間隙画成部材）
４３ 給排口
６０ クッションベアリング
６１ ベアリング外周面
６３ 弁体部支持部
６４ 弁体部
６５ バイパス絞り調整機構
６６ バルブスクリュ
７４ 栓体

Claims (4)

1. シリンダチューブに対するピストンロッドのストローク端付近で前記ピストンロッドを減速させる流体圧シリンダのクッション機構であって、
   前記ピストンロッドに設けられるクッションベアリングの外周によって作動流体の流れを絞るクッション間隙と、
   前記クッションベアリングの外周との間に前記クッション間隙を画成するクッション間隙画成部材に設けられ前記クッション間隙を迂回する作動油を導くバイパス通路と、
   前記クッション間隙画成部材に設けられ前記バイパス通路の通路開口面積を調整するバイパス絞り調整機構と、を備えることを特徴とする流体圧シリンダのクッション機構。
2. 請求項１に記載の流体圧シリンダのクッション機構であって、
   前記バイパス絞り調整機構は、
   前記バイパス通路が開口するバルブ収容孔と、
   前記バルブ収容孔と同軸上に形成される調整用ネジ孔と、
   前記バルブ収容孔と前記調整用ネジ孔に渡って収容されるバルブスクリュと、を備え、
   前記バルブスクリュは、
   前記バルブ収容孔に収容されて前記バイパス通路の通路開口面積を可変とする弁体部と、
   前記調整用ネジ孔に螺合して前記弁体部を支持する弁体部支持部と、を有する流体圧シリンダのクッション機構。
3. 請求項１または２に記載の流体圧シリンダのクッション機構であって、
   前記シリンダチューブの内側に介装されるホルダを備え、
   前記ホルダに前記バイパス通路が形成されるとともに前記バイパス絞り調整機構が介装される流体圧シリンダのクッション機構。
4. 請求項３に記載の流体圧シリンダのクッション機構であって、
   前記ホルダの内周面によって前記クッション間隙が画成される流体圧シリンダのクッション機構。

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