JP5767990B2 - 流体圧シリンダ - Google Patents

Description

本発明は、アクチュエータとして用いられる流体圧シリンダに関するものである。

一般的に、油圧ショベル等に用いられる油圧シリンダは、ピストンロッドのストローク端付近でクッション圧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。

この種の油圧シリンダとして、特許文献１には、シリンダチューブ１を被覆して端面開口を閉塞する第１被覆部材２の嵌合部３に、作動室９からポート１１に向かって延びる通路１５と、開口部１７と通路１５とを連通し作動室９の作動流体の流量を制限してポート１１に向けて排出する役割を果たす絞り孔１８とが形成され、ピストンロッド６にピストン５に隣接してクッションリング１９が設けられるものが開示されている。クッションリング１９は、ピストンロッド６が作動室９の作動流体を排出する方向に移動したときに、その移動終端近傍で拡径穴１３ａに嵌合されて、拡径穴１３ａを塞ぐ役割を果たす。これにより、作動室９の作動流体は、開口部１７から絞り孔１８を経由してポート１１に向けて流量を制限されつつ排出されることになり、ピストンロッド６の移動終端でクッション作用が付与されるようになっている。

特開２００１−８２４１５号公報

特許文献１に記載の油圧シリンダでは、クッション性能を調整する際には、第１被覆部材をシリンダチューブから取り外し、絞り孔の径を調整する必要がある。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、クッション性能を容易に調整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、ピストンが締結されたピストンロッドがシリンダチューブ内に往復動可能に設けられた流体圧シリンダであって、前記シリンダチューブの端部開口部を閉塞する閉塞部材と、前記閉塞部材と前記ピストンとの間に画成された作動室と、前記閉塞部材に形成され前記作動室に連通する給排ポートと、前記給排ポートを通じて前記作動室の作動流体が排出されて前記ピストンロッドがストロークする際にストローク端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、前記シリンダチューブの内周面に嵌合する円筒部と、前記円筒部の端面に締結された環状のホルダと、前記ピストンロッドに環状に設けられ、前記ストローク端付近で前記ホルダ及び前記円筒部に進入する環状進入部と、前記ホルダに形成され、前記環状進入部が前記ホルダ及び前記円筒部に進入した際に前記作動室の作動流体を前記給排ポートへ導くクッション通路と、前記クッション通路に締結され、作動流体の流れに抵抗を付与するオリフィスプラグと、を備え、前記クッション通路は、前記シリンダチューブの内周面と前記ホルダの外周面との間に形成された導入通路と、前記ホルダの外周面に開口して前記ホルダの径方向に延び、前記オリフィスプラグが締結された内部通路と、を備え、前記オリフィスプラグは、前記シリンダチューブを貫通し前記内部通路に連通して形成された交換用ポートを通じて交換可能であることを特徴とする。

本発明によれば、クッション動作時に作動室から給排ポートに作動流体を導くクッション通路にはオリフィスプラグが締結され、そのオリフィスプラグはシリンダチューブに形成された交換用ポートを通じて交換可能であるため、クッション性能の調整は、交換用ポートを通じて所望のオリフィス径を有するオリフィスプラグに交換するだけで行うことができ、閉塞部材をシリンダチューブから取り外すことなく行うことができる。したがって、クッション性能を容易に調整することができる。

本発明の実施形態の流体圧シリンダの断面図であり、ピストンロッドが通常ストローク域にある状態を示す。 本発明の実施形態の流体圧シリンダの断面図であり、ピストンロッドが通常ストローク域にある状態を示すものであり、図１とは異なる断面を示す。 流体圧シリンダの伸長作動時でピストンロッドがストローク端付近にある状態を示す。 図１における一点鎖線で囲まれた部分の拡大図である。

図面を参照して、本発明の実施形態に係る流体圧シリンダとしての油圧シリンダ１について説明する。

油圧シリンダ１は、建設機械や産業機械に搭載されるアクチュエータとして用いられるものである。例えば、油圧シリンダ１は、油圧ショベルに搭載されるアームシリンダとして用いられ、油圧シリンダ１が伸縮作動することによって、油圧ショベルのアームが回動する。

図１及び２に示すように、油圧シリンダ１は、筒状のシリンダチューブ１０と、シリンダチューブ１０内に摺動自在に挿入されシリンダチューブ１０内を作動室としてのロッド側室２と反ロッド側室３とに仕切るピストン２０と、一端にピストン２０が連結され他端がシリンダチューブ１０の外部へと延在しシリンダチューブ１０内を往復動するピストンロッド３０と、を備える。

ロッド側室２と反ロッド側室３は、切換弁を通じて油圧供給源としての油圧ポンプ又はタンクに連通する。ロッド側室２及び反ロッド側室３の一方が油圧ポンプに連通した場合には、他方がタンクに連通する。油圧シリンダ１は、油圧ポンプからロッド側室２又は反ロッド側室３に作動油（作動流体）が導かれてピストンロッド３０が軸方向に移動することによって伸縮作動する。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よい。

シリンダチューブ１０の端部開口部は、閉塞部材としてのシリンダヘッド４０によって閉塞される。ピストンロッド３０は、シリンダヘッド４０を摺動自在に挿通し、シリンダヘッド４０に支持される。シリンダヘッド４０は、略円筒状の部材であり、シリンダチューブ１０の端部に形成されたフランジ部１０ａにボルト３９によって締結される。

シリンダヘッド４０の内周面には、軸受５５、サブシール５６、メインシール５７、及びダストシール５８が並んで介装され、これらがピストンロッド３０の外周面に摺接する。軸受５５は、ピストンロッド３０をシリンダチューブ１０の軸方向に移動可能なように支持する。

シリンダヘッド４０には、ロッド側室２に連通する給排ポート４１が形成される。給排ポート４１には油圧配管が接続され、その油圧配管は切換弁を通じて油圧ポンプ又はタンクに接続される。

また、シリンダヘッド４０には、シリンダチューブ１０の内周面に嵌合する円筒部４２が形成される。円筒部４２の外周面には、シリンダチューブ１０の内周面との間をシールするＯリング９とバックアップリング１９が介装される。なお、円筒部４２をシリンダヘッド４０と別体に設けるようにしてもよい。

ピストンロッド３０は、先端部に形成されピストン２０が締結された小径部３１と、シリンダヘッド４０の内周面に摺動し、小径部３１と比較して径が大きい大径部３２と、小径部３１と大径部３２の間に形成され後述する環状のクッションリング６２が設けられる中径部３３と、を備える。中径部３３の径は、小径部３１よりも大きく大径部３２よりも小さい。クッションリング６２は、ピストン２０と大径部３２に挟まれるため、ピストンロッド３０から抜けることがない。

ロッド側室２に油圧ポンプが連通し、反ロッド側室３にタンクが連通した際には、ロッド側室２に給排ポート４１を通じて作動油が供給され、反ロッド側室３の作動油がタンクへと排出される。これにより、ピストンロッド３０が図１中右方向に移動して油圧シリンダ１は収縮作動する。

一方、反ロッド側室３に油圧ポンプが連通し、ロッド側室２にタンクが連通した際には、反ロッド側室３に作動油が供給され、ロッド側室２の作動油が給排ポート４１を通じてタンクへと排出される。これにより、ピストンロッド３０が図１中左方向に移動して油圧シリンダ１は伸長作動する。油圧シリンダ１には、伸長作動時のストローク端付近でピストンロッド３０を減速させるクッション機構６を備える。図１及び２は、ピストンロッド３０が通常ストローク域にある状態を示し、図３は、油圧シリンダ１の伸長作動時でピストンロッド３０がストローク端付近にあり、クッション機構６がクッション作用を発揮している状態を示している。

以下では、主に図３及び４を参照して、クッション機構６について詳しく説明する。

クッション機構６は、シリンダヘッド４０の円筒部４２の端面に締結された環状のホルダ６１と、ピストンロッド３０の中径部３３に設けられストローク端付近でホルダ６１及び円筒部４２に進入する環状進入部としてのクッションリング６２と、ホルダ６１に形成されクッションリング６２がホルダ６１及び円筒部４２に進入した際にロッド側室２の作動油を給排ポート４１へ導くクッション通路６３と、クッション通路６３に締結され作動油の流れに抵抗を付与するオリフィスプラグ６４と、を備える。

ホルダ６１は、シリンダチューブ１０の内周面に沿って円筒部４２と並んで配置される。図２に示すように、ホルダ６１には軸方向に貫通する締結孔６１ａが周方向に複数形成され、円筒部４２におけるホルダ６１に対向する端面にはホルダ６１の締結孔６１ａに対応して複数の締結穴４２ｂが形成される。ホルダ６１は、締結孔６１ａと締結穴４２ｂに亘って螺合する締結ボルト６５によって円筒部４２に締結される。このように、ホルダ６１は複数の締結ボルト６５によって円筒部４２に締結される。

クッションリング６２は、その外径がピストンロッド３０の大径部３２の外径よりも大きい。したがって、油圧シリンダ１の伸長作動時でピストンロッド３０が通常ストローク域にある場合には、図１及び図２に示すように、ロッド側室２の作動油は、大径部３２の外周面とホルダ６１及び円筒部４２の内周面との間に画成された環状通路７０を通じて給排ポート４１へ導かれて排出される。一方、油圧シリンダ１の伸長作動時でピストンロッド３０がストローク端付近にある場合には、図３に示すように、大径部３２よりも大径のクッションリング６２がホルダ６１及び円筒部４２に進入するため、ロッド側室２の圧力が上昇し、ピストンロッド３０が減速する。このようにして、クッション作用が発揮される。以下では、クッション作用が発揮されているクッション動作時のロッド側室２の圧力を「クッション圧力」と称する。

クッション動作時には、ロッド側室２の作動油は、オリフィスプラグ６４が締結されたクッション通路６３を通じて給排ポート４１へ排出される。したがって、クッション圧力は、オリフィスプラグ６４のオリフィス径を変更することによって調整することができる。クッション圧力をオリフィスによって調整する場合には、作動油の粘度の影響を受け難いため、クッション性能が安定するという利点がある。

ホルダ６１は、内周面をクッションリング６２の外周面が摺動するように形成するのが望ましい。これにより、クッションリング６２がホルダ６１に進入した際には、ロッド側室２の作動油は、ホルダ６１の内周面とクッションリング６２の外周面との間にはほとんど流入せず、ホルダ６１に形成されたクッション通路６３に流入することになり、オリフィスプラグ６４が締結されたクッション通路６３をメイン通路とすることができる。

図４に示すように、クッション通路６３は、シリンダチューブ１０の内周面とホルダ６１の外周面との間に形成された導入通路６６と、ホルダ６１の外周面に開口する開口部６７ａを有しホルダ６１の径方向に延びる内部通路６７と、内部通路６７に連通すると共にホルダ６１の背面に開口して円筒部４２の内周縁に形成された切り欠き部４２ａに連通する導出通路６８と、を備える。

ホルダ６１におけるロッド側室２側の外周面６１ｂとシリンダチューブ１０の内周面との間には環状の隙間が形成され、その隙間が導入通路６６となる。

内部通路６７の内周面には雌ネジ６７ｂが形成され、その雌ネジ６７ｂにオリフィスプラグ６４の外周面に形成された雄ネジ６４ａが螺合して締結される。オリフィスプラグ６４は、作動油の流れを絞るオリフィス部６４ｂを有する。

ホルダ６１の外周面には全周に亘って環状溝６１ｃが形成される。環状溝６１ｃは導入通路６６と内部通路６７とを連通する。したがって、クッション動作時には、ロッド側室２の作動油は、導入通路６６を通じて環状溝６１ｃに導かれて内部通路６７へと流入し、オリフィスプラグ６４のオリフィス部６４ｂを通過して導出通路６８から排出される。

図３に示すように、クッションリング６２が円筒部４２に進入した際には、クッションリング６２の外周面と円筒部４２の内周面との間には、給排ポート４１に連通する環状の環状隙間６９が画成される。したがって、導出通路６８から排出された作動油は、円筒部４２の切り欠き部４２ａ及び環状隙間６９を通じて給排ポート４１に導かれる。

オリフィスプラグ６４のオリフィス部６４ｂの直径は、導入通路６６の径方向の寸法（図４に示す寸法ｔ）よりも大きい。これにより、作動油中にオリフィス部６４ｂを通過できない大きさの異物が混入していた場合であっても、その異物は導入通路６６を通過することができないため、異物がオリフィス部６４ｂに詰まることがない。したがって、クッション動作時にクッション通路６３が異物によって閉塞されることを防止することができる。

シリンダチューブ１０のフランジ部１０ａには、ホルダ６１の内部通路６７に連通し、オリフィスプラグ６４を交換するための交換用ポート７１が内外周面を貫通して形成される。交換用ポート７１は、通常時には、フランジ部１０ａの外周面に開口する開口部７１ａに締結されるプラグ７２によって封止される。

オリフィスプラグ６４を交換する際には、プラグ７２を取り外し、開口部７１ａから交換用ポート７１内にドライバー等の工具を挿入してオリフィスプラグ６４に形成された工具係合穴６４ｃに係合させ、工具を回転させてオリフィスプラグ６４を回転させることによって内部通路６７に対するオリフィスプラグ６４の締結を解除し、交換用ポート７１からオリフィスプラグ６４を油圧シリンダ１の外部へと取り出す。そして、所望のオリフィス径を有するオリフィスプラグ６４を交換用ポート７１内に挿入して、工具を用いて内部通路６７に締結する。このように、オリフィスプラグ６４は、シリンダチューブ１０に形成された交換用ポート７１を通じて交換可能であるため、クッション性能の調整は、シリンダヘッド４０をシリンダチューブ１０から取り外すことなく行うことができる。

図３に示すように、クッションリング６２の外周面に、ピストンロッド３０がストローク端に近づくのに伴って流路断面積が漸次減少する切り欠き８０を形成するのが望ましい。クッションリング６２の外周面に切り欠き８０を形成することによって、クッション動作時には、ロッド側室２の作動油は、クッション通路６３を流れると共に、切り欠き８０も流れて給排ポート４１へ排出される。この場合には、クッションリング６２の外周面とホルダ６１の内周面との隙間が極力小さくなるように設定して、クッションリング６２の外周面がホルダ６１の内周面を摺動するように構成し、メインの流れがクッション通路６３となるように構成するのが望ましい。つまり、クッション通路６３を通じて排出される流量が切り欠き８０を通じて排出される流量として比較して多くなるように構成するのが望ましい。このように構成することによって、オリフィス部６４ｂを有するクッション通路６３がメイン通路となるため、クッション性能のメインの調整は作動油の粘度の影響を受け難いオリフィスによって行うことができ、クッション性能を安定させることができる。一方、クッション性能のピストンロッド３０のストロークに応じた調整は、切り欠き８０の幅や深さを調節することによって行われる。

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

クッション動作時にロッド側室２から給排ポート４１に作動油を導くクッション通路６３にはオリフィスプラグ６４が締結され、オリフィスプラグ６４はシリンダチューブ１０に形成された交換用ポート７１を通じて交換可能であるため、クッション性能の調整は、交換用ポート７１を通じて所望のオリフィス径を有するオリフィスプラグ６４に交換するだけで行うことができる。このように、クッション性能の調整は、シリンダヘッド４０をシリンダチューブ１０から取り外すことなく、かつ油圧シリンダ１が油圧ショベルに装着された状態でも行うことができるため、クッション性能を容易に調整することができる。

また、クッション性能の調整は、オリフィスプラグ６４を交換してオリフィス径を変更することによって行われる。オリフィスは作動油の粘度の影響を受け難いため、クッションリング６２の外周面と円筒部４２の内周面との環状隙間６９によってクッション性能を調整する従来の方法と比較してクッション性能を安定させることができる。また、環状隙間６９によってクッション性能を調整する従来の方法では、クッションリング６２の外周面と円筒部４２の内周面の加工精度や、クッションリング６２と円筒部４２の同軸度等の影響を受け、クッション性能がばらつき安定し難い。しかし、本実施形態では、クッション性能の調整はオリフィス径を変更することによって行われるため、クッション性能のばらつきが抑制され、クッション性能を安定させることができる。

以下に、本実施形態の変形例を示す。

上記実施形態では、ピストンロッド３０の中径部３３にクッションリング６２を設ける構成である。これに代え、クッションリング６２を廃止し、中径部３３をピストンロッド３０の大径部３２よりも大きい外径を有するように形成してもよい。ただ、この場合、クッション動作時に、中径部３３の外周面がホルダ６１又は円筒部４２の内周面に引っ掛かり、ピストンロッド３０のストロークを阻害してしまうおそれがある。一方、上記実施形態のように、ピストンロッド３０の中径部３３にクッションリング６２を設ける構成の場合には、クッションリング６２をピストンロッド３０に対して半径方向に僅かに移動可能なようにフローティング支持されるようにすれば、クッションリング６２の外周面がホルダ６１又は円筒部４２の内周面に引っ掛かることを防止できる。そのため、中径部３３をピストンロッド３０の大径部３２よりも大きい外径を有するように形成するよりは、ピストンロッド３０の中径部３３にクッションリング６２を設ける方が望ましい。

また、上記実施形態では、クッション通路６３の導入通路６６は、ホルダ６１の外周面６１ｂとシリンダチューブ１０の内周面との間に環状に形成されるものである。これに代え、ホルダ６１の外周面にロッド側室２と環状溝６１ｃとを連通する溝を形成して導入通路６６を構成するようにしてもよい。

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
２ ロッド側室
６ クッション機構
１０ シリンダチューブ
３０ ピストンロッド
４０ シリンダヘッド（閉塞部材）
４１ 給排ポート
４２ 円筒部
６１ ホルダ
６２ クッションリング（環状進入部）
６３ クッション通路
６４ オリフィスプラグ
６４ｃ 工具係合穴
６５ 締結ボルト
６６ 導入通路
６７ 内部通路
６９ 環状隙間
７１ 交換用ポート
８０ 切り欠き

Claims (4)

1. ピストンが締結されたピストンロッドがシリンダチューブ内に往復動可能に設けられた流体圧シリンダであって、
   前記シリンダチューブの端部開口部を閉塞する閉塞部材と、
   前記閉塞部材と前記ピストンとの間に画成された作動室と、
   前記閉塞部材に形成され前記作動室に連通する給排ポートと、
   前記給排ポートを通じて前記作動室の作動流体が排出されて前記ピストンロッドがストロークする際にストローク端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、
   前記シリンダチューブの内周面に嵌合する円筒部と、
   前記円筒部の端面に締結された環状のホルダと、
   前記ピストンロッドに環状に設けられ、前記ストローク端付近で前記ホルダ及び前記円筒部に進入する環状進入部と、
   前記ホルダに形成され、前記環状進入部が前記ホルダ及び前記円筒部に進入した際に前記作動室の作動流体を前記給排ポートへ導くクッション通路と、
   前記クッション通路に締結され、作動流体の流れに抵抗を付与するオリフィスプラグと、を備え、
   前記クッション通路は、
   前記シリンダチューブの内周面と前記ホルダの外周面との間に形成された導入通路と、
   前記ホルダの外周面に開口して前記ホルダの径方向に延び、前記オリフィスプラグが締結された内部通路と、を備え、
   前記オリフィスプラグは、前記シリンダチューブを貫通し前記内部通路に連通して形成された交換用ポートを通じて交換可能であることを特徴とする流体圧シリンダ。
2. 前記ホルダは、内周面を前記環状進入部の外周面が摺動するように形成され、
   前記環状進入部が前記ホルダ及び前記円筒部に進入した際、前記クッション通路を通過した作動流体は、前記環状進入部の外周面と前記円筒部の内周面との間に環状に画成された環状隙間を通じて前記給排ポートへ導かれることを特徴とする請求項１に記載の流体圧シリンダ。
3. 前記環状進入部は、前記ピストンロッドの外周面に設けられたクッションリングであり、
   前記クッションリングの外周面には、前記ピストンロッドが前記ストローク端に近づくのに伴って流路断面積が漸次減少する切り欠きが形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の流体圧シリンダ。
4. 前記オリフィスプラグは、作動流体の流れを絞るオリフィス部を有し、
   前記オリフィス部の直径は、前記クッション通路の前記導入通路の径方向の寸法よりも大きいことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の流体圧シリンダ。

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