JP5876855B2 - 流体圧シリンダ - Google Patents

Description

本発明は、流体圧シリンダに関する。

フォークリフトなどの積荷を昇降させる装置は、油圧の給排によって伸縮して積荷を上下させる油圧シリンダを備えている。油圧シリンダは単動式であり、シリンダチューブ内の油圧室に油圧を供給することで伸長し、油圧室の油圧を排出させることで収縮する。

特許文献１には、ストロークエンドに達する際にピストンの上昇速度を抑えることで衝撃を緩和するクッション機能を備える油圧シリンダが記載されている。クッション機能は、油圧シリンダのピストンロッドのピストン付近に設けられピストンロッドの内外を連通するオリフィスによって実現される。すなわち、ストロークエンド付近において、シリンダチューブとピストンロッドとの間の作動油であるクッション油がオリフィスを介してピストンロッド内に流入することで、作動油に流動抵抗を生じさせてピストンの上昇速度を低下させる。

また、ピストンには、ピストンロッド内と油圧室とを連通する連通路と、連通路に設けられピストンロッド内から油圧室への流れのみを許容するチェックバルブと、が内蔵される。これにより、作動油が油圧室からピストンの外周に設けられるオイルシールを通過して上方へと漏出することでクッション油が余剰となった場合に、その余分な作動油を油圧室へと戻すことができる。

特開平９−３１７７１７号公報

油圧シリンダの使い方によっては、クッション油がピストンのオイルシールを下方へと通過して油圧室側に漏出する。上記従来の技術では、チェックバルブの作用によって、油圧室からピストンロッド内へと作動油を供給することができないので、クッション油が不足する可能性がある。

本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたものであり、クッション油が不足することを防止可能な流体圧シリンダを提供することを目的とする。

本発明は、シリンダチューブ内を摺動するピストンの下側の駆動室への作動流体の供給に応じて上方に伸長するとともに、ピストンが伸側のストローク端に達する前に伸長作動を抑制するクッション機能を有する単動型の流体圧シリンダであって、ピストンの上部に連結されてピストンとの間にロッド内室を画成するピストンロッドと、ピストンロッドとシリンダチューブとの間に画成され、流体圧シリンダの伸長に応じて容積が減少するクッション室と、ピストンロッドに形成されクッション室とロッド内室とを連通する連通路と、連通路より下方に形成されクッション室からロッド内室への作動流体の流れに抵抗を与えることでクッション機能を発揮する絞り通路と、ピストンに設けられロッド内室と駆動室とを連通するとともにロッド内室から駆動室への作動流体の流れのみを許容する逆止機能を有する逆止弁と、ピストンに形成されクッション室の圧力をパイロット圧として逆止弁に導くことで逆止機能を解除させるパイロット通路と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、クッション室の圧力をパイロット圧として逆止弁に導くパイロット通路を備えるので、流体圧シリンダの伸長時に上昇するクッション室の圧力をパイロット圧として逆止弁の逆止機能を解除させることができる。これにより、駆動室の作動流体が逆止弁を介してロッド内室へと供給されるので、クッション油が不足することを防止することができる。

本発明の第１実施形態に係る流体圧シリンダを示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係る流体圧シリンダを示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る流体圧シリンダを示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る流体圧シリンダを示す断面図である。

図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

初めに、第１実施形態について説明する。

図１は、本実施形態における流体圧シリンダ１００を示す断面図である。

流体圧シリンダ１００は、筒状のシリンダチューブ１０と、シリンダチューブ１０内に摺動自在に嵌装されるピストン２０と、ピストン２０の上部に連結されるピストンロッド３０と、シリンダチューブ１０の上端に嵌合されピストンロッド３０を摺動自在に軸支するシリンダヘッド４０と、を備える単動型の流体圧シリンダ１００である。

流体圧シリンダ１００は、フォークリフトなどの昇降装置において積荷を昇降させるリフトシリンダとして用いられる。流体圧シリンダ１００をフォークリフトに搭載した場合、シリンダチューブ１０及びピストンロッド３０は車体（不図示）に固定される。流体圧シリンダ１００は、図１に示すように、ピストンロッド３０がピストン２０の上部に配置され、シリンダチューブ１０の軸方向が鉛直方向と略一致する向きで使用される。

シリンダチューブ１０内のピストン２０より下側には駆動室１が画成される。駆動室１には、給排通路５０が接続され、流体圧源（図示せず）からの作動流体が給排通路５０を介して駆動室１へ給排される。駆動室１の作動流体圧が上昇すると、ピストン２０及びピストンロッド３０が上方へ駆動され、流体圧シリンダ１００が伸長作動する。一方、駆動室１の作動流体圧が低下すると、ピストン２０及びピストンロッド３０が自重によって下方へと移動し、流体圧シリンダ１００が収縮作動する。なお、作動流体は、例えばオイルや、その他の水溶性代替液等である。

ピストンロッド３０は、開口端である一端がピストン２０に連結され、他端がシリンダチューブ１０の外方に位置する有底筒状に形成される。ピストンロッド３０の内部には、ピストン２０との間にロッド内室２が画成される。ピストンロッド３０の底部（図１の上端部）には、内径が他の部分より小さい縮径部３１が形成される。なお、縮径部３１内に画成される空間もロッド内室２の一部である。

シリンダヘッド４０は、シリンダチューブ１０の上部開口端に装着されてピストンロッド３０を軸支する。シリンダチューブ１０とピストンロッド３０の外周面との間には、環状のクッション室３が画成される。クッション室３の容積は、流体圧シリンダ１００が伸長するほど減少し、流体圧シリンダ１００が収縮するほど増加する。ロッド内室２の容積は、クッション室３が最大となる流体圧シリンダ１００の最収縮時におけるクッション室３の容積以上となるように設定される。

ピストンロッド３０の側面には、クッション室３とロッド内室２とを連通する連通路３２が形成される。さらに、ピストンロッド３０の側面であって連通路３２より下方には、クッション室３とロッド内室２とを連通する絞り通路３３が形成される。絞り通路３３は、クッション室３からロッド内室２への作動流体の流れに抵抗を与える。これにより、ピストン２０が伸側のストローク端に達する前に流体圧シリンダ１００の伸長作動を抑制するクッション機能が発揮される。

ピストンロッド３０内のロッド内室２には、ロッド内室２を上下に摺動可能なフリーピストン６０が収容される。隔離部材としてのフリーピストン６０は、ロッド内室２の内壁面に摺接する摺接部６１と、摺接部６１の下方に配置されて摺接部６１より小径な小径部６２と、を有する。

摺接部６１の外周には、フリーピストン６０の上下の空間を封止するシールリング６３が嵌装される。フリーピストン６０より下方側には作動流体が充填され、フリーピストン６０より上方側には気体（例えばエア）が蓄えられる。つまり、フリーピストン６０は、ピストン２０の上面に当接する最下点にある状態から、ロッド内室２の作動流体の液面に応じて上下に摺動する。

小径部６２の軸方向寸法は、フリーピストン６０が最下点にある場合に、連通路３２の開口部が小径部６２に対峙するように設定される。これにより、連通路３２及び絞り通路３３は、フリーピストン６０の位置にかかわらず常にシールリング６３より下側に開口する。

ピストン２０の外周には、駆動室１とクッション室３との間を封止するシールリング２１が嵌装される。シールリング２１は、駆動室１の作動流体がクッション室３に漏出することを抑制するとともに、クッション室３の作動流体が駆動室１に漏出することを抑制する。

ピストン２０は、ロッド内室２と駆動室１とを連通するとともにロッド内室２から駆動室１への作動流体の流れのみを許容する逆止機能を有する逆止弁２３を内蔵する。逆止弁２３は、ロッド内室２の作動流体圧が駆動室１の作動流体圧より低い場合に逆止機能によって閉弁し、ロッド内室２の作動流体圧が駆動室１の作動流体圧より高い場合に開弁する。

ピストン２０にはさらに、クッション室３の作動流体圧をパイロット圧として逆止弁２３に導くパイロット通路２４が形成される。パイロット通路２４を介してクッション室３から供給されるパイロット圧が所定の開弁圧を超えた時、逆止弁２３の逆止機能が解除され、逆止弁２３が開弁する。

以上より、シリンダチューブ１０内の空間は、ピストン２０より下側に画成される駆動室１と、ピストンロッド３０の外側に画成されるクッション室３と、ピストンロッド３０の内側に画成されるロッド内室２と、に区画される。

駆動室１は、作動流体が充填される圧力室であり、流体圧源から供給される作動流体の給排に応じて圧力が変動する。クッション室３は、作動流体が充填される圧力室であり、ピストン２０の摺動に応じて容積が増減する。ロッド内室２は、フリーピストン６０を境に作動流体とエアとが充填される圧力室であり、圧力の変化に応じてフリーピストン６０が摺動することで蓄圧機能を発揮する。

次に、流体圧シリンダ１００の作動について説明する。

図１は、流体圧源から給排通路５０を介して駆動室１に作動流体が供給されている状態を示している。作動流体の供給によって駆動室１の圧力が上昇し、ピストン２０及びピストンロッド３０が上方へと駆動される。ピストン２０の上昇に伴って、クッション室３の容積が減少するので、減少する容積分の作動流体が連通路３２を介してロッド内室２へと流入していく。

一方、ロッド内室２は、連通路３２を介してクッション室３と連通しているので、クッション室３の圧力上昇に伴ってロッド内室２の圧力も上昇していく。ロッド内室２の圧力が上昇すると、フリーピストン６０がエアを圧縮しながら上方へ摺動する。

さらにピストン２０が上昇すると、図２に示すように、連通路３２がシリンダヘッド４０によって閉塞される。連通路３２が閉塞した後、ピストン２０の上昇によるクッション室３の容積減少分の作動流体は、絞り通路３３を介してロッド内室２へ流入する。絞り通路３３はクッション室３からロッド内室２への作動流体の流れに抵抗を与えるので、クッション室３の圧力が上昇してピストン２０の上昇が抑制される。これにより、クッション機能が発揮される。さらに、このとき、フリーピストン６０が上昇して縮径部３１内に高圧のエアが蓄えられる。

その後、ピストン２０の上死点位置、すなわち、流体圧シリンダ１００の伸側ストローク端に達するまでクッション機能が発揮されるので、ピストン２０がシリンダヘッド４０に衝突する際の衝撃が緩和される。

また、クッション室３の圧力はパイロット通路２４を介して逆止弁２３に供給される。クッション室３の圧力の上昇によって逆止弁２３に供給されるパイロット圧が所定の開弁圧を超えると、逆止弁２３の逆止機能が解除される。これにより、駆動室１の作動流体が逆止弁２３を介してロッド内室２へと流入する。

したがって、流体圧シリンダ１００の伸長作動の度に駆動室１からロッド内室２へと作動流体が供給されるので、クッション室３内の作動流体が不足してクッション機能が低下することを防止できる。

一方、駆動室１の作動流体が給排通路５０から排出されると、ピストン２０及びピストンロッド３０は自重によって下降する。ピストン２０の下降によってクッション室３の容積が増加するので、ロッド内室２の作動流体が絞り通路３３及び連通路３２を介してクッション室３へ流入する。ロッド内室２の作動流体の液面が低下するのに伴って、フリーピストン６０が下方に摺動する。このとき、流体圧シリンダ１００の伸長時にエアに蓄えられた圧力がフリーピストン６０の下降を促進する。

このように、ピストン２０の下降時にはロッド内室２の作動流体がクッション室３に流入するが、ロッド内室２の容積はクッション室３の容積以上となるように設定されているので、流体圧シリンダ１００が最収縮状態となる前にフリーピストン６０が最下点まで下降して、ピストン２０が下降できなくなることはない。

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

クッション室３の圧力がパイロット通路２４を介して逆止弁２３に供給され逆止弁２３の逆止機能が解除されるので、駆動室１の作動流体を逆止弁２３を介してロッド内室２へ供給することができる。したがって、クッション室３からピストン２０のシールリング２１を介して駆動室１へ作動流体が漏出したとしても、流体圧シリンダ１００の伸長作動の度にロッド内室２に作動流体を補充することができるので、クッション室３内の作動流体が不足してクッション機能が低下することを防止できる。

さらに、ロッド内室２にフリーピストン６０が収容され、フリーピストン６０がロッド内室２を作動流体とエアとに隔てるので、流体圧シリンダ１００の伸縮に伴ってロッド内室２の作動流体が増減する際に作動流体が泡立つことを防止することができる。

さらに、フリーピストン６０がロッド内室２の作動流体圧に応じてエアの体積を増減させるので、ロッド内室２をアキュムレータとして機能させることができ、流体圧シリンダ１００の収縮時にフリーピストン６０を蓄圧されたエアによって下降へと付勢することで円滑な動作を促進することができる。

さらに、ロッド内室２の容積は、クッション室３が最大となる流体圧シリンダ１００の最収縮時におけるクッション室３の容積以上となるように設定されるので、ロッド内室２からクッション室３へと作動流体が流入する流体圧シリンダ１００の収縮時、流体圧シリンダ１００が最収縮状態となる前にフリーピストン６０が最下点まで下降してピストン２０が下降できなくなることを防止することができる。

次に、第２実施形態について説明する。

図３は、本実施形態における流体圧シリンダ２００を示す断面図である。

本実施形態では、第１実施形態のフリーピストン６０の代わりに後述するブーツ１７０を設けたこと及びロッド内室２の構造が第１実施形態と異なり、その他の構造は同一である。したがって、以下では第１実施形態と異なる部分について説明する。

本実施形態のピストンロッド１３０は、第１実施形態のように縮径部３１を有しておらず、軸方向に沿って一様な内径を有する有底筒状に形成される。

さらに、ピストンロッド１３０の内部には、フリーピストン６０の代わりに、内部にエアが充填されるブーツ１７０が収容される。隔離部材としてのブーツ１７０は、膨縮可能な素材、例えば樹脂や薄い金属などによって形成される。これにより、ロッド内室２の圧力変化に応じてブーツ１７０の体積が変化する。すなわち、ロッド内室２の圧力が上昇するとブーツ１７０が収縮し、ロッド内室２の圧力が低下するとブーツ１７０が膨張する。

ブーツ１７０の上下方向の寸法は、連通路３２の開口部を閉塞しない程度に設定される。これにより、連通路３２及び絞り通路３３は、ブーツ１７０の膨縮状態にかかわらず常にブーツ１７０より下側に開口する。

次に、流体圧シリンダ２００の作動について説明する。

図３は、流体圧源から給排通路５０を介して駆動室１に作動流体が供給されている状態を示している。作動流体の供給によって駆動室１の圧力が上昇し、ピストン２０及びピストンロッド１３０が上方へと駆動される。ピストン２０の上昇に伴って、クッション室３の容積が減少するので、減少する容積分の作動流体が連通路３２を介してロッド内室２へと流入していく。

一方、ロッド内室２は、連通路３２を介してクッション室３と連通しているので、クッション室３の圧力上昇に伴ってロッド内室２の圧力も上昇していく。ロッド内室２の圧力が上昇すると、ブーツ１７０がエアを圧縮しながら収縮する。

さらにピストン２０が上昇すると、図４に示すように、連通路３２がシリンダヘッド４０によって閉塞される。連通路３２が閉塞した後、ピストン２０の上昇によるクッション室３の容積減少分の作動流体は、絞り通路３３を介してロッド内室２へ流入する。絞り通路３３はクッション室３からロッド内室２への作動流体の流れに抵抗を与えるので、クッション室３の圧力が上昇してピストン２０の上昇が抑制される。これにより、クッション機能が発揮される。さらに、このとき、ブーツ１７０内には高圧のエアが蓄えられる。

その後、ピストン２０の上死点位置、すなわち、流体圧シリンダ２００の伸側ストローク端に達するまでクッション機能が発揮されるので、ピストン２０がシリンダヘッド４０に衝突する際の衝撃が緩和される。

また、クッション室３の圧力はパイロット通路２４を介して逆止弁２３に供給される。クッション室３の圧力の上昇によって逆止弁２３に供給されるパイロット圧が所定の開弁圧を超えると、逆止弁２３の逆止機能が解除される。これにより、駆動室１の作動流体が逆止弁２３を介してロッド内室２へと流入する。

したがって、流体圧シリンダ２００の伸長作動の度に駆動室１からロッド内室２へと作動流体が供給されるので、クッション室３内の作動流体が不足してクッション機能が低下することを防止できる。

一方、駆動室１の作動流体が給排通路５０から排出されると、ピストン２０及びピストンロッド１３０は自重によって下降する。ピストン２０の下降によってクッション室３の容積が増加するので、ロッド内室２の作動流体が絞り通路３３及び連通路３２を介してクッション室３へ流入する。ロッド内室２の作動流体の液面が低下するのに伴って、ブーツ１７０が膨張する。

このように、ピストン２０の下降時にはロッド内室２の作動流体がクッション室３に流入するが、ロッド内室２の容積はクッション室３の容積以上となるように設定されているので、流体圧シリンダ２００が最収縮状態となる前にブーツ１７０がロッド内室２と同等の体積となるまで膨張して、ピストン２０が下降できなくなることはない。

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

ロッド内室２にブーツ１７０が収容され、ブーツ１７０によってロッド内室２の作動流体とエアとが隔てられるので、流体圧シリンダ２００の伸縮に伴ってロッド内室２の作動流体が増減する際に作動流体が泡立つことを防止することができる。

さらに、ブーツ１７０がロッド内室２の作動流体圧に応じて膨縮するので、ロッド内室２をアキュムレータとして機能させることができ、流体圧シリンダ２００の収縮時にブーツ１７０に蓄圧されたエアによってロッド内室２の作動流体をより円滑にクッション室３へと流入させることで円滑な動作を促進することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一つを示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、上記実施形態では、ロッド内室２の作動流体とエアとを隔てるために、フリーピストン６０又はブーツ１７０を用いた場合について例示したが、その他の構造により作動流体とエアとを隔ててもよい。

さらに、上記実施形態では、フリーピストン６０又はブーツ１７０をロッド内室２に設けることで、作動流体の泡立ちの防止を図っているが、これらの部材を設けなくても、クッション油の不足を防止することは可能である。

さらに、上記実施形態では、ロッド内室２の容積が、クッション室３が最大となる流体圧シリンダ１００、２００の最収縮時におけるクッション室３の容積以上となるように設定されているが、ピストン２０がシリンダチューブ１０の底部まで下降しないタイプの流体圧シリンダであれば、ロッド内室２の容積がクッション室３の最大容積より小さくてもよい。

１ 駆動室
２ ロッド内室
３ クッション室
１０ シリンダチューブ
２０ ピストン
２４ パイロット通路
２３ 逆止弁
３０ ピストンロッド
３２ 連通路
３３ 絞り通路
６０ フリーピストン（隔離部材）
１００ 流体圧シリンダ
１３０ ピストンロッド
１７０ ブーツ（隔離部材）
２００ 流体圧シリンダ

Claims (5)

1. シリンダチューブ内を摺動するピストンの下側の駆動室への作動流体の供給に応じて上方に伸長するとともに、前記ピストンが伸側のストローク端に達する前に伸長作動を抑制するクッション機能を有する単動型の流体圧シリンダであって、
   前記ピストンの上部に連結されて前記ピストンとの間にロッド内室を画成するピストンロッドと、
   前記ピストンロッドと前記シリンダチューブとの間に画成され、前記流体圧シリンダの伸長に応じて容積が減少するクッション室と、
   前記ピストンロッドに形成され前記クッション室と前記ロッド内室とを連通する連通路と、
   前記連通路より下方に形成され前記クッション室から前記ロッド内室への作動流体の流れに抵抗を与えることで前記クッション機能を発揮する絞り通路と、
   前記ピストンに設けられ前記ロッド内室と前記駆動室とを連通するとともに前記ロッド内室から前記駆動室への作動流体の流れのみを許容する逆止機能を有する逆止弁と、
   前記ピストンに形成され前記クッション室の圧力をパイロット圧として前記逆止弁に導くことで逆止機能を解除させるパイロット通路と、
   を備えることを特徴とする流体圧シリンダ。
2. 前記ロッド内室に収容され前記ロッド内室を作動流体とエアとに隔てるとともに前記ロッド内室の作動流体圧に応じてエアの体積を増減させる隔離部材をさらに備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の流体圧シリンダ。
3. 前記隔離部材は、前記ロッド内室を上下に摺動可能であって上方にエアを蓄えるフリーピストンである、
   ことを特徴とする請求項２に記載の流体圧シリンダ。
4. 前記隔離部材は、内部にエアを蓄える膨縮可能なブーツである、
   ことを特徴とする請求項２に記載の流体圧シリンダ。
5. 前記ロッド内室の容積は、前記流体圧シリンダの最収縮時における前記クッション室の容積以上である、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の流体圧シリンダ。

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