JP5730058B2 - 流体圧シリンダ - Google Patents

Description

本発明は、外部の作動流体圧源から導かれる作動流体圧によって伸縮作動する流体圧シリンダに関するものである。

一般に、油圧ショベル等に設けられる流体圧シリンダにあっては、伸縮作動時のストロークエンド付近でクッション圧力を高めてピストンロッドを減速させるクッション機構を備え、流体圧シリンダが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（特許文献１〜４参照）。

特開２００２−３１１０６号公報 特開昭６０−１２５４０４号公報 特開昭５４−１５６９８３号公報 特開昭４７−２５５７９号公報

しかしながら、このような従来の流体圧シリンダにあっては、クッション機構によってピストンロッドに対するピストンの締結構造が複雑化し、ピストンロッドの減速度をストロークに応じて設定することが難しい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、クッション機構によってピストン締結構造が複雑化することを抑えられ、ピストンロッドの減速度をストロークに応じて設定することができる流体圧シリンダを提供することを目的とする。

本発明は、外部の作動流体圧源から導かれる作動流体圧によって伸縮作動する流体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ロッド室とエンド室を仕切るピストンと、このピストンに連結されるピストンロッドと、このピストンロッドが摺動可能に挿通するシリンダヘッドと、このシリンダヘッドとピストンロッドの間に画成され作動流体圧源に連通する給排口と、伸長作動時のストロークエンド付近でピストンロッドを減速させるクッション機構と、を備え、このクッション機構は、ピストンロッドのロッド外周面に開口するロッド凹部と、ピストンロッドのロッド外周面に摺動可能に嵌合する可動スリーブと、この可動スリーブのスリーブ内周面に開口する溝状のスリットと、可動スリーブをピストンから離れてシリンダヘッドに向かう方向に付勢するスプリングと、を備え、伸長作動時のストロークエンド付近で可動スリーブがシリンダヘッドに当接してロッド室の作動流体がスリット及びロッド凹部を通って給排口へと導かれ、ピストンは、ストロークエンドで可動スリーブを介してシリンダヘッドに当接することを特徴とするものとした。
また、可動スリーブはシリンダヘッドに当接した状態でロッド室と給排口を連通するバイパス通孔を有し、バイパス通孔を通じてロッド室から給排口へと向かう作動流体の流れに対して閉弁し、バイパス通孔を通じて給排口からロッド室へと向かう作動流体の流れに対して開弁するノンリターンバルブを備えることを特徴とするものとした。
また、ロッド室から給排口へと向かう作動流体の流れに対して閉弁し、給排口からロッド室へと向かう作動流体の流れに対して開弁するノンリターンバルブと、ノンリターンバルブの開弁時にノンリターンバルブを当接させるストッパと、を備え、ストッパとピストンの間にスプリングが圧縮して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、クッション機構は、伸長作動時のストロークエンド付近で可動スリーブがシリンダヘッドに当接することによって、ロッド室から直に給排口へと流出していた作動流体の流れが、スリット及びロッド凹部を通って給排口へと流出する作動流体の流れに切り換えられ、スリットがこれを通過する作動流体の流れに付与する抵抗によってピストンロッドを円滑に減速させる。

伸長作動時のストロークエンド付近で作動流体が可動スリーブの内側に通過する構成により、ピストンロッドにクッション機構を構成する部材を締結する必要がなく、ピストンロッドに対するピストンの締結構造が簡素化される。これにより、ピストンの取り付け強度を高められるとともに、ピストンロッドの外径を大きくして、ピストンロッドの内部に設ける給排通路の配置スペースが確保される。また、ピストンの受圧面積を大きくして、ロッド室の圧力を低減することが可能となる。

スリットの断面積を可動スリーブの軸方向について変えることにより、スリットがこれを通過する作動流体の流れに付与する抵抗の大きさがストロークに応じて調節され、ピストンロッドの減速度をストロークに応じて設定することができる。

本発明の実施形態における油圧シリンダが伸長したストローク中程にある状態を示す断面図。 同じく油圧シリンダが伸長してストロークエンド付近にある状態を示す断面図。 同じく図２の一部を拡大した断面図。 同じく油圧シリンダが最も伸長した状態を示す断面図。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１〜４に示す油圧シリンダ１は、例えば油圧ショベルのブ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、油圧ショベルのブームが回動する。

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、図示しない油圧源（作動流体圧源）から導かれる作動油圧（作動流体圧）によってシリンダチューブ１０に対してピストンロッド３０が中心軸Ｏ方向に移動して伸縮作動する。

ピストン２０は、その内周ネジ部２１がピストンロッド３０の外周ネジ部３９に螺合する。ピストン２０は、内周フランジ部２２を有し、この内周フランジ部２２がピストンロッド３０の先端面３４の間に先端ロッド１７が介装される。ピストン２０は、その内周フランジ部２２が先端ロッド１７を介してピストンロッド３０の先端面３４に押し付けられることによって締結される。

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、筒状のシリンダヘッド本体４１とシートホルダ４５を備える。シリンダヘッド本体４１に軸受４２を介してピストンロッド３０が摺動可能に支持される。

ピストンロッド３０にはピストン２０が連結される。シリンダチューブ１０内は、このピストン２０によってロッド室２とエンド室３に画成される。

ロッド室２とエンド室３には、それぞれ油圧源に連通する給排通路（図示せず）が接続される。

油圧シリンダ１の伸長作動時に、油圧源からの加圧作動油がエンド室３に流入し、ロッド室２の作動油が油圧源のタンク側へと流出する。一方、油圧シリンダ１の収縮作動時に、油圧源からの加圧作動油がロッド室２に流入し、エンド室３の作動油が油圧源のタンク側へと流出する。

シリンダヘッド４０には、給排通路として油圧源に連通する給排口４が開口される。この給排口４は、シートホルダ４５とピストンロッド３０との間に環状の流路として画成される。

シートホルダ４５は、中心軸Ｏに対して直交して延びる平面状のヘッドシート面４６を有する。このヘッドシート面４６に給排口４が開口される。

油圧シリンダ１には伸長作動時のストロークエンド付近でピストンロッド３０を減速させるクッション機構７を備える。

このクッション機構７は、ピストンロッド３０のロッド外周面３１に摺動可能に嵌合する可動スリーブ５０と、この可動スリーブ５０をピストン２０から離れてシリンダヘッド４０に向かう方向（図にて右方向）に付勢するスプリング１５とを備える。

可動スリーブ５０は、中心軸Ｏ方向に延びる円筒面状のスリーブ内周面５１を有し、このスリーブ内周面５１がピストンロッド３０のロッド外周面３１に摺動可能に嵌合される。

可動スリーブ５０のスリーブ内周面５１には、中心軸Ｏ方向について溝状に延びるスリット５７が開口される。このスリット５７は、その溝深さ（中心軸Ｏに対して直交方向の深さ）がピストン２０からシリンダヘッド４０に向かう方向（図にて右方向）について次第に小さくなるように形成される。

スリット５７は、その一端が可動スリーブ５０の一方の端面５９に開口し、その他端が他方の端面として設けられる第一スリーブシート面５４に開口して、可動スリーブ５０の両側を連通する。

ピストンロッド３０は、そのロッド外周面３１に開口する環状のロッド凹部３５を有する。図２、３に示すように、可動スリーブ５０がシリンダヘッド４０に当接するストロークエンド付近で、ロッド凹部３５に可動スリーブ５０のスリット５７が対峙し、ロッド凹部３５とスリット５７の間にロッド室２から給排口４へと流出する作動流体の流れを絞るスリーブ内側流路５が画成される。

ピストンロッド３０は、その外径が段階的に大きくなる円筒面状のロッド外周面３１、３２、３３を有する。

図３に示すように、ロッド凹部３５は、小径のロッド外周面３１に開口し、中心軸Ｏ方向に延びる円錐面状のピストン側凹部端面３６と、中心軸Ｏ方向に延びる円筒面状の凹部底面３７と、中心軸Ｏ方向に延びる円錐面状のヘッド側凹部端面３８とによって画成される。

可動スリーブ５０は、その内周端部に中心軸Ｏ方向に延びる円錐面状のエッジ部５６を有する。図１に示すように、油圧シリンダ１が伸長したストローク中程にある状態にて、スプリング１５によって付勢される可動スリーブ５０は、そのエッジ部５６がピストンロッド３０のヘッド側凹部端面３８に当接することによって、ピストン２０から所定距離だけ離れた位置に保持される。このとき、第一スリーブシート面５４に開口したスリット５７の端部は、ヘッド側凹部端面３８に当接することによって閉塞される。

可動スリーブ５０は、中心軸Ｏに対して直交して延びる平面状の第一スリーブシート面５４を有する。図２に示すように、可動スリーブ５０がシリンダヘッド４０に当接するストロークエンド付近にある状態にて、スプリング１５によって付勢される可動スリーブ５０は、その第一スリーブシート面５４がシリンダヘッド４０のヘッドシート面４６に当接し、ロッド室２と給排口４の連通部を遮断する。

可動スリーブ５０は、中心軸Ｏに対して直交して延びる平面状の第二スリーブシート面５５と、第一、第二スリーブシート面５４、５５に開口する複数のバイパス通孔５８とを有する。図２に示すように、第一スリーブシート面５４がヘッドシート面４６に当接した状態にて、バイパス通孔５８の第一スリーブシート面５４側の開口は、給排口４に対峙し連通している。

可動スリーブ５０には、バイパス通孔５８を開閉するノンリターンバルブ６０が設けられる。このノンリターンバルブ６０は、第二スリーブシート面５５に着座する円盤状に形成される。図４に示すように、ノンリターンバルブ６０が第二スリーブシート面５５から離れると、バイパス通孔５８がロッド室２と給排口４を連通する。

可動スリーブ５０には、ノンリターンバルブ６０の内周面を摺動可能に嵌合させる外周面５２が形成される。

ノンリターンバルブ６０の開弁時、第二スリーブシート面５５から離れるノンリターンバルブ６０の背面６１を当接させるストッパ６５が設けられる。

可動スリーブ５０には、環状の段部５３が形成され、この段部５３に環状のストッパ６５が着座する。

コイル状のスプリング１５は、ピストン２０とストッパ６５の間に圧縮して介装される。スプリング１５は、ストッパ６５を介して可動スリーブ５０をピストン２０から離れてシリンダヘッド４０に向かう方向に付勢する。

次に油圧シリンダ１の作動について説明する。

油圧シリンダ１の伸縮作動時、ピストン２０がエンド側油圧室とロッド室２とに導かれる油圧力によってピストン２０が中心軸Ｏ方向に移動し、ピストンロッド３０がシリンダチューブ１０から出入りする伸縮作動をして負荷を駆動する。

図１に示すように、伸長作動時のストローク中程にて、ロッド室２の作動油が、矢印で示すように、給排口４へと流出し、油圧配管を通って油圧源へと戻される。

図２、３に示すように、伸長作動時のストロークエンド付近にて、クッション機構７が作動して、ピストン２０がシリンダヘッド４０に当接する衝撃を緩和する。

これについて詳述すると、ピストンロッド３０と共に矢印方向に移動していた可動スリーブ５０は、その第一スリーブシート面５４がシリンダヘッド４０のヘッドシート面４６に当接し、ロッド室２と給排口４の連通部を遮断する。これにより、ロッド室２の作動油は、矢印で示すように、ロッド凹部３５とスリット５７の間に画成されるスリーブ内側流路５を通って給排口４へと流出する。このスリーブ内側流路５が、ロッド室２から給排通路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（クッション圧力）が上昇することにより、ピストンロッド３０を減速する。

ロッド凹部３５がピストンロッド３０と共に矢印方向に移動するのに伴って、ロッド凹部３５とスリット５７の間に画成されるスリーブ内側流路５の最小流路断面積が次第に小さくなり、スリーブ内側流路５が作動油の流れに付与する抵抗が次第に増大する。こうして、クッション機構７は、ピストン２０がシリンダヘッド４０に当接して手前でピストンロッド３０を減速する度合い（加速度）を次第に高め、ピストン２０がシリンダヘッド４０に当接する衝撃を有効に緩和する。

図４は油圧シリンダ１が最も伸長した状態から収縮作動する様子を示している。油圧源から給排口４に導かれる作動油圧が、バイパス通孔５８を介してノンリターンバルブ６０に導かれ、ノンリターンバルブ６０が開弁する。これにより、給排口４に導かれる加圧作動油が、バイパス通孔５８を通ってロッド室２に流入し、ロッド室２に導かれる油圧力によってピストン２０が速やかに移動する。

このとき、ノンリターンバルブ６０は、第二スリーブシート面５５から離れ、その背面６２がストッパ６５に当接し、それ以上に第二スリーブシート面５５から離れないように保持される。

なお、油圧シリンダ１は、収縮作動時のストロークエンド付近でピストンロッド３０を減速させるクッション機構（図示せず）を備える。ピストンロッド３０と先端ロッド１７の内部にエンド室３に連通する給排通路（図示せず）が設けられており、収縮作動時のストロークエンド付近で先端ロッド１７がシリンダチューブ１０の基端ブロックの穴（図示せず）に嵌合することにより、エンド室３からこの給排通路へと流出する作動油の流れが絞られ、ピストンロッド３０を減速するようになっている。

油圧シリンダ１は、作動流体として、作動油（オイル）を用いるが、作動油の代わりに例えば水溶性代替液等の作動液を用いてもよい。

以下、本実施形態の要旨と作用、効果を説明する。

本実施形態では、外部の作動流体圧源から導かれる作動流体圧によって伸縮作動する油圧シリンダ（流体圧シリンダ）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、このピストンロッド３０が摺動可能に挿通するシリンダヘッド４０と、このシリンダヘッド４０とピストンロッド３０の間に画成され作動流体圧源に連通する給排口４と、伸長作動時のストロークエンド付近でピストンロッド３０を減速させるクッション機構７と、を備え、このクッション機構７は、ピストンロッド３０のロッド外周面３１に開口するロッド凹部３５と、ピストンロッド３０のロッド外周面３１に摺動可能に嵌合する可動スリーブ５０と、この可動スリーブ５０のスリーブ内周面５１に開口する溝状のスリット５７と、可動スリーブ５０をピストン２０から離れてシリンダヘッド４０に向かう方向に付勢するスプリング１５と、を備え、伸長作動時のストロークエンド付近で可動スリーブ５０がシリンダヘッド４０に当接してロッド室２の作動流体がスリット５７及びロッド凹部３５を通って給排口４へと導かれる構成とした。

上記構成に基づき、クッション機構７は、伸長作動時のストロークエンド付近で可動スリーブ５０がシリンダヘッド４０に当接することによって、ロッド室２から直に給排口４へと流出していた作動流体の流れが、スリット５７及びロッド凹部３５を通って給排口４へと流出する作動流体の流れに切り換えられ、スリット５７がこれを通過する作動流体の流れに付与する抵抗によってピストンロッド３０を円滑に減速させる。

伸長作動時のストロークエンド付近で作動流体が可動スリーブ５０の内側に通過する構成により、ピストンロッド３０にクッション機構を構成する部材を締結する必要がなく、ピストンロッド３０に対するピストン２０の締結構造が簡素化される。これにより、ピストン２０の取り付け強度を高められるとともに、ピストンロッド３０の外径を大きくして、ピストンロッド３０の内部に設ける給排通路（図示せず）の配置スペースが確保される。また、ピストン２０の受圧面積を大きくして、ロッド室２の圧力を低減することが可能となる。

スリット５７の断面積を変えることにより、スリット５７がこれを通過する作動流体の流れに付与する抵抗の大きさが調節され、ピストンロッドの減速度をストロークに応じて設定することができる。

本実施形態では、スリット５７はその溝深さがピストン２０からシリンダヘッド４０に向かう方向について次第に小さくなるように形成される構成とした。

上記構成に基づき、可動スリーブ５０がシリンダヘッド４０に当接するストロークエンド付近で、スリット５７がこれを通過する作動流体の流れに付与する抵抗がストロークに応じて大きくなり、ピストンロッド３０を円滑に減速させる。

本実施形態では、可動スリーブ５０はシリンダヘッド４０に当接した状態でロッド室２と給排口４を連通するバイパス通孔５８を有し、ロッド室２から給排口４へと向かう作動流体の流れに対して閉弁し、給排口４からロッド室２へと向かう作動流体の流れに対して開弁するノンリターンバルブ６０を備える構成とした。

上記構成に基づき、油圧シリンダ（流体圧シリンダ）１が伸長した状態から収縮作動するときに、流体圧源から給排口４に導かれる加圧作動流体が、ノンリターンバルブ６０が開弁し、バイパス通孔５８を通ってロッド室２に流入し、ロッド室２に導かれる流体圧力によってピストン２０が速やかに移動する。これにより、油圧シリンダ（流体圧シリンダ）１が収縮作動する起動性を高められる。

本実施形態では、ノンリターンバルブ６０の開弁時にノンリターンバルブ６０を当接させるストッパ６５を備え、このストッパ６５とピストン２０の間にスプリング１５が圧縮して介装される構成とした。

上記構成に基づき、ストッパ６５は、ノンリターンバルブ６０を所定の開弁位置に保持する機能と、可動スリーブ５０をピストン２０から離れてシリンダヘッド４０に向かう方向に付勢するスプリング１５を支持する機能を果たし、構造の簡素化がはかれる。

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）
２ ロッド室
３ エンド室
４ 給排口
５ スリーブ内側流路
７ クッション機構
１０ シリンダチューブ
１５ スプリング
２０ ピストン
３０ ピストンロッド
３１ ロッド外周面
３４ 先端面
４０ シリンダヘッド
４６ ヘッドシート面
５０ 可動スリーブ
５１ スリーブ内周面
５７ スリット
５８ バイパス通孔
６０ ノンリターンバルブ

Claims (5)

1. 外部の作動流体圧源から導かれる作動流体圧によって伸縮作動する流体圧シリンダであって、
   筒状をしたシリンダチューブと、
   前記シリンダチューブ内にロッド室とエンド室を仕切るピストンと、
   前記ピストンに連結されるピストンロッドと、
   前記ピストンロッドが摺動可能に挿通するシリンダヘッドと、
   前記シリンダヘッドと前記ピストンロッドの間に画成され前記作動流体圧源に連通する給排口と、
   伸長作動時のストロークエンド付近で前記ピストンロッドを減速させるクッション機構と、を備え、
   前記クッション機構は、
   前記ピストンロッドのロッド外周面に開口するロッド凹部と、
   前記ピストンロッドのロッド外周面に摺動可能に嵌合する可動スリーブと、
   前記可動スリーブのスリーブ内周面に開口する溝状のスリットと、
   前記可動スリーブを前記ピストンから離れて前記シリンダヘッドに向かう方向に付勢するスプリングと、を備え、
   伸長作動時のストロークエンド付近で前記可動スリーブが前記シリンダヘッドに当接して前記ロッド室の作動流体が前記スリット及び前記ロッド凹部を通って前記給排口へと導かれ、
   前記ピストンは、ストロークエンドで前記可動スリーブを介して前記シリンダヘッドに当接することを特徴とする流体圧シリンダ。
2. 外部の作動流体圧源から導かれる作動流体圧によって伸縮作動する流体圧シリンダであって、
   筒状をしたシリンダチューブと、
   前記シリンダチューブ内にロッド室とエンド室を仕切るピストンと、
   前記ピストンに連結されるピストンロッドと、
   前記ピストンロッドが摺動可能に挿通するシリンダヘッドと、
   前記シリンダヘッドと前記ピストンロッドの間に画成され前記作動流体圧源に連通する給排口と、
   伸長作動時のストロークエンド付近で前記ピストンロッドを減速させるクッション機構と、を備え、
   前記クッション機構は、
   前記ピストンロッドのロッド外周面に開口するロッド凹部と、
   前記ピストンロッドのロッド外周面に摺動可能に嵌合する可動スリーブと、
   前記可動スリーブのスリーブ内周面に開口する溝状のスリットと、
   前記可動スリーブを前記ピストンから離れて前記シリンダヘッドに向かう方向に付勢するスプリングと、を備え、
   伸長作動時のストロークエンド付近で前記可動スリーブが前記シリンダヘッドに当接して前記ロッド室の作動流体が前記スリット及び前記ロッド凹部を通って前記給排口へと導かれ、
   前記可動スリーブは前記シリンダヘッドに当接した状態で前記ロッド室と前記給排口を連通するバイパス通孔を有し、
   前記バイパス通孔を通じて前記ロッド室から前記給排口へと向かう作動流体の流れに対して閉弁し、前記バイパス通孔を通じて前記給排口から前記ロッド室へと向かう作動流体の流れに対して開弁するノンリターンバルブを備えることを特徴とする流体圧シリンダ。
3. 前記ノンリターンバルブの開弁時に前記ノンリターンバルブを当接させるストッパを備え、
   前記ストッパと前記ピストンの間に前記スプリングが圧縮して介装されることを特徴とする請求項２に記載の流体圧シリンダ。
4. 外部の作動流体圧源から導かれる作動流体圧によって伸縮作動する流体圧シリンダであって、
   筒状をしたシリンダチューブと、
   前記シリンダチューブ内にロッド室とエンド室を仕切るピストンと、
   前記ピストンに連結されるピストンロッドと、
   前記ピストンロッドが摺動可能に挿通するシリンダヘッドと、
   前記シリンダヘッドと前記ピストンロッドの間に画成され前記作動流体圧源に連通する給排口と、
   伸長作動時のストロークエンド付近で前記ピストンロッドを減速させるクッション機構と、を備え、
   前記クッション機構は、
   前記ピストンロッドのロッド外周面に開口するロッド凹部と、
   前記ピストンロッドのロッド外周面に摺動可能に嵌合する可動スリーブと、
   前記可動スリーブのスリーブ内周面に開口する溝状のスリットと、
   前記可動スリーブを前記ピストンから離れて前記シリンダヘッドに向かう方向に付勢するスプリングと、を備え、
   伸長作動時のストロークエンド付近で前記可動スリーブが前記シリンダヘッドに当接して前記ロッド室の作動流体が前記スリット及び前記ロッド凹部を通って前記給排口へと導かれ、
   前記ロッド室から前記給排口へと向かう作動流体の流れに対して閉弁し、前記給排口から前記ロッド室へと向かう作動流体の流れに対して開弁するノンリターンバルブと、
   前記ノンリターンバルブの開弁時に前記ノンリターンバルブを当接させるストッパと、を備え、
   前記ストッパと前記ピストンの間に前記スプリングが圧縮して介装されることを特徴とする流体圧シリンダ。
5. 前記スリットはその溝深さが前記ピストンから前記シリンダヘッドに向かう方向について次第に小さくなるように形成されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の流体圧シリンダ。

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