JP5789456B2 - 流体圧シリンダ - 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を備え、フローティング支持されたクッションベアリングの内側にチェック弁の機能を持つクッションシール（シール）が介装されるものがある（特許文献１、２参照）。

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シリンダヘッドの内側に進入してクッション間隙が画成されると、作動流体がこのクッション間隙とクッションシールの間隙（オリフィス溝）をそれぞれ通って流出し、これらが作動流体の流れに付与する抵抗によってクッション圧力が発生し、ピストンロッドを減速する。

特開平８−６１３１１号公報 特開平１１−２３０１１７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、クッションベアリングの内側に仕様に応じた専用のクッションシールが介装される構造のため、製品のコストアップを招くとともに、クッションシールの間隙（オリフィス溝）等の寸法バラツキによってクッション性能にバラツキが生じる可能性がある。

また、ピストンロッドの外周にクッションシールを収容するクッションシール溝が形成されるため、ピストンロッドに溝加工が必要になる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、クッションシールを用いることなく所定のクッション圧力が得られ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、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と、ストローク端付近でクッションベアリングが進入するクッション円筒面と、このクッション円筒面とクッションベアリングとの間に画成されて作動流体の流れを絞るクッション間隙と、このクッション間隙を迂回する作動流体を導くバイパス通路と、このバイパス通路に取り付けられる抵抗器とを備え、この抵抗器にバイパス通路を通過する作動流体の流れを絞るオリフィスが形成される構成とした。

本発明によると、抵抗器に形成されるオリフィスの形状、大きさを変えることにより、バイパス通路を通過する作動流体の流れに付与される抵抗が変えられ、所定のクッション圧力が得られる。

従来装置のようにクッションベアリングの内側にクッションシールを介装する必要がなくなるため、製品のコストダウンがはかれるとともに、クッションシールに関係するクッション性能のバラツキが解消される。

従来装置のようにピストンロッドの外周にクッションシールが介装されるクッションシール溝を形成する必要がなくなるため、ピストンロッドの強度を高められる。

本発明の実施形態を示す油圧シリンダの断面図である。 同じく（ａ）は図１の一部を拡大した油圧シリンダの断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 同じく伸長作動時の状態を示す油圧シリンダの断面図である。 同じく収縮作動時の状態を示す油圧シリンダの断面図である。

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。

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。

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。円筒状のシリンダヘッド４０は、その外周ネジ部（雄ネジ）４１がシリンダチューブ１０の内周ネジ部（雌ネジ）１２に螺合して締結される。

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の外周部にはＯリング９とバックアップリング１９が介装される。

シリンダヘッド４０の内周部には、軸受５５、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５５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には、給排口４３が形成され、この給排口４３によって給排通路５が画成される。この給排通路５は、シリンダチューブ１０の配管口１７に接続される図示しない油圧配管を介して油圧源に連通する。

シリンダヘッド４０の内周には、円筒面状のヘッド内周面４４が形成される。このヘッド内周面４４に給排口４３の一端が開口され、ヘッド内周面４４とロッド外周面３１の間に給排通路５が画成される。

シリンダチューブ１０の内側には、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る。ホルダ２３は、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の外周部にはＯリング２８とバックアップリング１８が介装される。

ホルダ２３は、その内周面としてクッション円筒面２４を有する。クッション円筒面２４は、中心軸Ｏを中心とする円筒面状に形成される。

ホルダ２３は、その外周テーパ部がシリンダ内周面１１のテーパ面１３に嵌合し、その上端面がシリンダヘッド４０の下端に形成されるヘッド端面４５に当接して固定される。

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に図示しないボルトを介して固定してもよい。この場合に、シリンダチューブ１０の内面にテーパ面１３を形成する必要がなくなる。また、シリンダヘッド４０にホルダ２３を一体形成してもよい。

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、給排通路５を通ってロッド室２に流入する。

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。

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。図１はピストンロッド３０がストローク端付近の手前にある状態を示している。

このクッション機構６は、ピストンロッド３０に取り付けられる円筒状のクッションベアリング６０を備える。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の内側に進入して、両者の間にクッション間隙４（図３参照）が画成される。このクッション間隙４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、かつクッション円筒面２４の内径より小さく形成される。クッション間隙４は、ベアリング外周面６１とクッション円筒面２４の間に画成される。

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割円部（切り欠き）６２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６２によって画成されるクッション間隙４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４のクリアランス（間隙幅）、割円部６２の形状が設定される。

クッション機構６は、クッション間隙４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に介装される抵抗器（セットスクリュ）６３とを備え、この抵抗器６３にバイパス通路５０を通過する作動油の流れを絞るオリフィス６４が形成される。

バイパス通路５０は、ホルダ２３を貫通するバイパス通孔２５によって画成される。このバイパス通孔２５は、中心軸Ｏと略平行に延び、ホルダ２３の上下端面にそれぞれ開口される。

図２の（ａ）は、図１の一部を拡大した断面図であり、（ｂ）は、Ａ−Ａ線に沿う断面図である。

ホルダ２３の上端面に対して窪むホルダ凹部２６が形成され、このホルダ凹部２６にバイパス通孔２５の上端が開口される。

なお、これに限らず、ホルダ凹部２６を廃止し、ホルダ２３の上端面にバイパス通孔２５の上端が開口される構成としてもよい。

シリンダヘッド４０の下端には、中心軸Ｏと直交するヘッド端面４５が形成され、このヘッド端面４５にホルダ２３の上端面が当接する。

ヘッド端面４５には、中心軸Ｏを中心とする円盤状に窪むバイパス凹部４６が形成される。このバイパス凹部４６は、ホルダ２３のホルダ凹部２６及びバイパス通孔２５の開口端に対峙して形成され、これらの間にバイパス通路５０が画成される。

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、ロッド室２の作動油が、図２の（ａ）に矢印で示すように、バイパス通路５０、給排通路５を通って油圧源へと流出する。

ホルダ２３の下端面には、切り欠き部２９が形成される。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の下端面に当接するが、切り欠き部２９によってクッション間隙４及びバイパス通路５０がロッド室２と連通する。

オリフィス６４は、バイパス通路５０を流れる作動油に抵抗を付与する。これに伴って、ロッド室２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３０を減速する。オリフィス６４の開口径、通路長は、クッション機構６に要求される減速特性に応じて設定される。

バイパス通路５０において、オリフィス６４を通過した作動油は、ホルダ２３のホルダ凹部２６とシリンダヘッド４０のバイパス凹部４６との間隙に流出し、バイパス凹部４６の内壁面に当たって中心軸Ｏに向かう方向に曲げられる。これにより、オリフィス６４を通過した作動油の噴流によって騒音が生じることが防止される。

円筒状の抵抗器６３の外周には、外周ネジ部（雄ネジ）６６が形成される。一方、ホルダ２３のバイパス通孔２５には、内周ネジ部２７が形成される。抵抗器６３はその外周ネジ部６６がホルダ２３の内周ネジ部２７に螺合して取り付けられる。ホルダ２３は、シリンダヘッド４０と別体で設けられることにより、バイパス通孔２５の機械加工が容易に行えるため、製品のコストダウンがはかれる。

抵抗器６３の内周には、オリフィス６４と六角穴６５とが並んで形成される。抵抗器６３は、六角穴６５に係合される工具（図示せず）を介して内周ネジ部２７に締め付け固定される。

なお、これに限らず、抵抗器６３は、ホルダ２３のバイパス通孔２５に圧入して取り付けられる構成としてもよい。

また、抵抗器６３は、ホルダ２３のバイパス通孔２５の上端部に介装される構成としたが、これに限らず、バイパス通孔２５の下端部に介装される構成としてもよい。

また、ホルダ２３にバイパス通路５０を画成する通孔が中心軸Ｏに対して略直交する方向に延びるように形成され、抵抗器６３がこの通孔に介装される構成としてもよい。この場合、通孔の開口端がシリンダ内周面１１に対峙し、シリンダ内周面１１によって抵抗器６３が脱落することが係止される。

中心軸Ｏからシリンダヘッド４０のバイパス凹部４６を画成する外周壁部までの長さ（曲率半径）Ｒ１は、中心軸Ｏから抵抗器６３の外周端部までの長さＲ２より小さく形成される。図２の（ｂ）において、シリンダヘッド４０のヘッド端面４５の一部が抵抗器６３の一部に対峙する。

これにより、仮にホルダ２３の内周ネジ部２７に螺合する抵抗器６３が緩んでバイパス通孔２５から上方に突出しても、抵抗器６３の一部がシリンダヘッド４０のヘッド端面４５に当接し、抵抗器６３がそれ以上に上方に突出することが止められるとともに、バイパス通孔２５がバイパス凹部４６と連通している。これにより、抵抗器６３がホルダ２３のバイパス通孔２５から抜け落ちることが防止されるとともに、バイパス通路５０が閉塞されないため、クッション機構６の作動が維持される。

クッションベアリング６０は、ピストンロッド３０に対してその半径方向についてベアリング内周間隙７を持って嵌合され、ピストンロッド３０に移動可能にフローティング支持される。ベアリング内周間隙７は、クッションベアリング６０の内周面６７とピストンロッド３０の端部外周面３３との間に画成される。

クッションベアリング６０は、ピストンロッド３０に対して中心軸Ｏ方向について間隙８を持って介装される。クッションベアリング６０の下端面がピストン２０の上端面２２に当接した状態にて、間隙８は、クッションベアリング６０の上端面６８とピストンロッド３０の環状段部３２との間に画成される。

クッションベアリング６０の下端面には、切り欠き部６９が形成される。クッションベアリング６０の下端面がピストン２０の上端面２２に当接した状態にて、切り欠き部６９がベアリング内周間隙７とロッド室２を連通する。

図３は、ピストンロッド３０が白抜き矢印で示すように上方へと移動する油圧シリンダ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の状態を示す断面図である。

ピストンロッド３０がストローク端付近に来ると、クッションベアリング６０がホルダ２３の内側に進入することによって、両者の間にクッション間隙４が画成される。

クッション間隙４がロッド室２から給排通路５へと流出する作動油の流れに抵抗を付与し、ロッド室２のクッション圧力が上昇する。これに伴って、クッションベアリング６０が上方に押され、クッションベアリング６０の上端面がピストンロッド３０の環状段部３２に当接し、間隙８が閉塞されてベアリング内周間隙７と給排通路５の間が閉じられる。

これにより、ロッド室２の作動油が、図３に矢印で示すように、クッション間隙４とバイパス通路５０をそれぞれ通って給排通路５から流出する。このクッション間隙４とバイパス通路５０のオリフィス６４がロッド室２から流出する作動油の流れに抵抗を付与し、ロッド室２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３０が減速される。

図４は、ストローク端付近にあるピストンロッド３０が白抜き矢印で示すように下方へと移動する油圧シリンダ１の収縮作動時の状態を示す断面図である。

油圧源から加圧作動油が給排通路５に供給されると、クッションベアリング６０が下方に押され、クッションベアリング６０の上端面がピストンロッド３０の環状段部３２から離れ、両者の間に間隙８が画成されてベアリング内周間隙７と給排通路５の間が開かれる。

これにより、給排通路５に供給される加圧作動油が、図４に矢印で示すように、
間隙８、ベアリング内周間隙７、切り欠き部６９を通ってロッド室２に流入するとともに、クッション間隙４とバイパス通路５０をそれぞれ通って流入する。このように作動油が、３系統からロッド室２に流入し、ピストンロッド３０が速やかに収縮方向に移動する。

こうして、クッションベアリング６０は、ストローク端付近において、伸長作動時にベアリング内周間隙７を閉じる一方、収縮作動時にベアリング内周間隙７を開くチェック弁の機能を果たす。

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、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を減速させるクッション機構６を備える流体圧シリンダ（油圧シリンダ１）であって、クッション機構６は、ピストンロッド３０に設けられるクッションベアリング６０と、ストローク端付近でクッションベアリング６０が進入するクッション円筒面２４と、このクッション円筒面２４とクッションベアリング６０との間に画成されて作動流体の流れを絞るクッション間隙４と、このクッション間隙４を迂回する作動流体を導くバイパス通路５０と、このバイパス通路５０に介装される抵抗器６３とを備え、この抵抗器６３にバイパス通路５０を通過する作動流体の流れを絞るオリフィス６４が形成される構成とする。

上記構成に基づき、抵抗器６３に形成されるオリフィス６４の形状、大きさを変えることにより、バイパス通路５０を通過する作動流体の流れに付与される抵抗が変えられ、所定のクッション圧力が得られる。

バイパス通路５０に介装される抵抗器６３にオリフィス６４が形成される構造のため、バイパス通路５０を画成する部材（ホルダ２３）を異なる仕様の製品の間で共通化でき、部材（ホルダ２３）の品番を増やさないで済む。また、バイパス通路５０を画成する部材（ホルダ２３）にオリフィスを形成する構造に比べて、オリフィス６４の加工精度を高められ、クッション性能のバラツキを抑えられる。

従来装置のようにクッションベアリング６０の内側にクッションシールを介装する必要がなくなるため、製品のコストダウンがはかれるとともに、クッションシールに関係するクッション性能のバラツキが解消される。

従来装置のようにピストンロッド３０の外周にクッションシールが介装されるクッションシール溝を形成する必要がなくなるため、ピストンロッド３０の強度を高められる。

本実施形態では、クッション機構６は、ピストンロッド３０を摺動可能に支持するシリンダヘッド４０と、シリンダチューブ１０の内側にシリンダヘッド４０と並んで介装される環状のホルダ２３とを備え、このホルダ２３は、クッション円筒面２４と、バイパス通路５０の一部を画成して抵抗器６３が介装されバイパス通路５０の一部を画成するバイパス通孔２５と、を有し、シリンダヘッド４０は、バイパス通孔２５の開口端に対峙するヘッド端面４５と、このヘッド端面４５に形成（凹設）されバイパス通路５０の一部を画成するバイパス凹部４６とを有し、中心軸Ｏからバイパス凹部４６を画成する外周壁部までの長さＲ１は、ピストンロッド３０の中心軸Ｏから抵抗器６３の外周端部までの長さＲ２より小さく形成され、抵抗器６３がバイパス通孔２５から抜けることが係止される構成とする。

上記構成に基づき、抵抗器６３がホルダ２３のバイパス通孔２５から抜け落ちることが防止されるとともに、バイパス通路５０が閉塞されないため、クッション機構６の作動が維持される。

また、抵抗器６３が介装されるホルダ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及び抵抗器６３を交換することにより、クッション性能のコントロールが容易に行われる。

本実施形態では、クッション機構６は、シリンダヘッド４０にバイパス通孔２５に対峙するヘッド端面４５が形成される構成とした。

上記構成に基づき、クッション機構６は、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設けられ、製品のコストアップを抑えられる。

本実施形態では、クッション機構６は、ピストンロッド３０を摺動可能に支持するシリンダヘッド４０と、ピストンロッド３０とシリンダヘッド４０の間に画成され作動流体を給排するに給排通路５と、を備え、クッションベアリング６０は、ピストンロッド３０にベアリング内周間隙７を持ってフローティング支持され、クッションベアリング６０がクッション円筒面２４に進入していく作動時にベアリング内周間隙７と給排通路５の間が閉じられる一方、クッションベアリング６０がクッション円筒面２４から出ていく作動時にベアリング内周間隙７と給排通路５の間が開かれる構成とした。

上記構成に基づき、クッションベアリング６０がベアリング内周間隙７と給排通路５の間を開閉するチェック弁の機能を果たし、流体圧シリンダ１の駆動時にピストンロッド３０を速やかに移動させることができる。

また、ベアリング内周間隙７を画成するクッションベアリング６０の内周面６７、ピストンロッド３０の端部外周面３３に複数の環状溝（ラビリンス溝）を形成し、ベアリング内周間隙７を流れる作動流体に抵抗を付与し、クッションベアリング６０をピストンロッド３０に対して同軸上に保つ構成としてもよい。

なお、本発明は、流体圧シリンダ（油圧シリンダ１）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）
４ クッション間隙
５ 給排通路
６ クッション機構
７ ベアリング内周間隙
８ クッション間隙
１０ シリンダチューブ
２０ ピストン
２３ ホルダ
２４ クッション円筒面
２５ バイパス通孔
３０ ピストンロッド
４０ シリンダヘッド
４５ ヘッド端面
４６ バイパス凹部
５０ バイパス通路
６０ クッションベアリング
６１ ベアリング外周面
６３ 抵抗器
６４ オリフィス

Claims (3)

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ピストンロッドを減速させるクッション機構を備える流体圧シリンダであって、
   前記クッション機構は、
   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と、
   ストローク端付近で前記クッションベアリングが進入するクッション円筒面と、
   前記クッション円筒面と前記クッションベアリングとの間に画成されて作動流体の流れを絞るクッション間隙と、
   前記クッション間隙を迂回する作動流体を導くバイパス通路と、
   前記バイパス通路に取り付けられる抵抗器とを備え、
   前記抵抗器に前記バイパス通路を通過する作動流体の流れを絞るオリフィスが形成されることを特徴とする流体圧シリンダ。
2. 前記クッション機構は、
   前記ピストンロッドを摺動可能に支持するシリンダヘッドと、
   前記シリンダチューブの内側に前記シリンダヘッドと並んで取り付けられる環状のホルダとを備え、
   前記ホルダは、
   前記クッション円筒面と、
   前記抵抗器が取り付けられ前記バイパス通路の一部を画成するバイパス通孔と、を有し、
   前記シリンダヘッドは、
   前記バイパス通孔の開口端に対峙するヘッド端面と、
   前記ヘッド端面に形成され前記バイパス通路の一部を画成するバイパス凹部と、を有し、
   前記ピストンロッドの中心軸から前記バイパス凹部を画成する外周壁部までの長さは、前記ピストンロッドの中心軸から前記抵抗器の外周端部までの長さより小さく形成さ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. 前記クッション機構は、
   前記ピストンロッドを摺動可能に支持するシリンダヘッドと、
   前記ピストンロッドと前記シリンダヘッドの間に画成され作動流体を給排するに給排通路と、を備え、
   前記クッションベアリングは、
   前記ピストンロッドにベアリング内周間隙を持ってフローティング支持され、
   前記クッションベアリングが前記クッション円筒面に進入していく作動時に前記ベアリング内周間隙と前記給排通路の間が閉じられる一方、
   前記クッションベアリングが前記クッション円筒面から出ていく作動時に前記ベアリング内周間隙と前記給排通路の間が開かれる構成としたことを特徴とする請求項１または２に記載の流体圧シリンダ。

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