JP6757154B2 - 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。

一般に、油圧ショベル等に用いられる流体圧シリンダは、ピストンロッドがストローク端に達する際に発生する衝撃を緩和するクッション機構を備える（特許文献１）。

特許文献１に開示されるクッション機構は、ストローク端付近で、流体圧室から給排口へと流出する作動流体の流れを絞るように構成される。作動流体の流れが絞られることによってピストンロッドが減速し、流体圧シリンダが伸縮しきる際に生じる衝撃が緩和される。

また、特許文献１のクッション機構は、流体室内の作動流体を、絞り通路を迂回して給排口へと導くバイパス通路と、バイパス通路に設けられたリリーフ弁と、を備える。リリーフ弁は、流体圧室内の圧力が所定値に達したときにバイパス通路を開通させ、流体室内の作動流体がバイパス通路を通じて給排口へ流出するのを許容する。

特開２００９−２８７７１４号公報

特許文献１に開示される流体圧シリンダでは、リリーフ弁によっても、バイパス通路を通じて流体圧室から給排口へと流出する作動流体の流れがある程度絞られる。リリーフ弁が作動流体の流れを絞ることによって、リリーフ弁が開弁した状態においても衝撃が緩和される。

しかしながら、ストローク端付近でピストンロッドが高速で移動し流体圧室内の圧力が高くなった場合に、バイパス通路における作動流体の流れはリリーフ弁によって十分に絞られないことがある。この場合、ピストンロッドが減速せず、衝撃を緩和できないおそれがある。

本発明は、流体圧シリンダが伸縮しきる際に生じる衝撃をより確実に緩和することを目的とする。

第１の発明は、シリンダチューブと、ピストンロッドと、ピストンと、閉塞部材と、給排ポートと、クッション機構と、を備え、クッション機構は、圧力室と給排ポートとを連通するメイン通路と、ストローク端付近でメイン通路内に進入してメイン通路における作動流体の流れを絞る進入部と、メイン通路を迂回して圧力室と給排ポートとを連通する迂回通路と、迂回通路に設けられ、圧力室内の圧力がリリーフ設定圧に達した場合に作動流体の流れを許容するリリーフ弁と、圧力室内の圧力をリリーフ弁の背圧室に導く第１背圧通路と、第１背圧通路に設けられ作動流体の流れに抵抗を付与する第１絞り部と、を備え、リリーフ弁は、迂回通路に設けられる弁座に対して離着座して迂回通路を開閉する弁体と、弁体を弁座に着座させる方向に付勢し付勢力の大きさに応じてリリーフ設定圧を定める付勢部材と、付勢部材を支持するとともに、圧力室から第１背圧通路及び第１絞り部を通じて導かれる圧力による背圧室内の圧力の上昇に伴って付勢部材の付勢力を増加させる方向に移動してリリーフ設定圧を上昇させる支持部材と、を有することを特徴とする。

第１の発明では、ストローク端付近でピストンロッドが高速で移動しメイン通路内に進入部が進入した際には、圧力室内の圧力は上昇する。圧力室内の圧力が初期のリリーフ設定圧に達すると、リリーフ弁が開弁する。リリーフ弁が開弁しても圧力室内の圧力が上昇する場合には、圧力室内の圧力は、第１絞り部を有する第１背圧通路を通じて背圧室に導かれ、背圧室の圧力が徐々に上昇する。背圧室内の圧力の上昇に伴ってリリーフ設定圧変化部によってリリーフ設定圧が上昇する。リリーフ設定圧が圧力室内の圧力に達すると、リリーフ弁が閉弁し、圧力室内の作動流体は迂回通路を通じて給排ポートに導かれなくなる。その結果、給排ポートから排出される作動流体の流量が減少し、ピストンロッドはストローク端に達する前に減速する。

第２の発明は、第１絞り部が、閉塞部材に着脱可能であることを特徴とする。

第２の発明では、第１絞り部が閉塞部材に着脱可能に設けられるので、第１背圧通路における作動流体の流れに付与される抵抗を変化させる場合には、第１絞り部を取り替えればよい。したがって、背圧室内の圧力の上昇速度を容易に変えることができ、クッション特性を容易に調整することができる。

第３の発明は、クッション機構が、背圧室内の圧力を給排ポートに導く第２背圧通路と、第２背圧通路に設けられ、第１絞り部によって付与される抵抗よりも大きい抵抗を作動流体の流れに付与する第２絞り部と、を更に備えることを特徴とする。

第３の発明では、第２背圧通路が背圧室内の圧力を給排ポートに導くので、ピストンロッドが停止して圧力室内の圧力の上昇が止まったときには、背圧室内の圧力は第２背圧通路を通じて給排ポートに導かれ、低下する。したがって、リリーフ設定圧を初期の値に戻すことができる。また、第２絞り部は第１絞り部によって作動流体の流れに付与される抵抗よりも大きい抵抗を作動流体の流れに付与する。そのため、背圧室から第２背圧通路を通じて給排ポートに導かれる作動流体の流量は、圧力室から第１背圧通路を通じて背圧室に導かれる作動油の流量よりも少ない。したがって、ストローク端付近でピストンロッドが高速で移動し圧力室内の圧力がリリーフ設定圧を超えて上昇し続ける場合に、背圧室内の圧力を確実に上昇させることができ、衝撃をより確実に緩和することができる。

第４の発明は、第２絞り部が、閉塞部材に着脱可能であることを特徴とする。

第４の発明では、第２絞り部が閉塞部材に着脱可能であるので、第２背圧通路における作動流体の流れに与えられる抵抗を変化させる際には、第２絞り部を取り替えればよい。したがって、背圧室内の圧力の上昇速度を容易に変えることができ、クッション特性を容易に調整することができる。

第５の発明は、支持部材の受圧面積は、弁体の受圧面積と比較して大きいことを特徴とする。

第５の発明では、支持部材の受圧面積が弁体の受圧面積に対して大きいので、背圧室内の圧力が圧力室内の圧力よりも低い場合でも、圧力室内の圧力によって弁体に作用する力よりも大きい力が支持部材に作用する。背圧室内の圧力が圧力室内の圧力に達する前でも、支持部材は移動して付勢部材の付勢力を増加させ、リリーフ設定圧を上昇させる。したがって、リリーフ弁を閉弁して給排ポートから排出される作動流体の流量を減少させることができ、衝撃をより確実に緩和することができる。

第６の発明は、リリーフ弁は、閉塞部材に対する位置に応じて支持部材の移動範囲を規制する規制部材を更に備え、規制部材は、閉塞部材に対して移動可能であることを特徴とする。

第６の発明では、規制部材が閉塞部材に対する位置に応じて支持部材の移動範囲を規制するので、背圧室の圧力が上昇していない状態では、支持部材の位置は規制部材によって定められる。その結果、付勢部材の初期の付勢力が定められ、初期のリリーフ設定圧が決定される。また、規制部材は、移動可能に閉塞部材に設けられるので、初期のリリーフ設定圧を変える際には、規制部材を閉塞部材に対して移動させればよい。したがって、初期のリリーフ設定圧を容易に変えることができ、クッション特性を容易に調整することができる。

本発明によれば、流体圧シリンダが伸縮しきる際に生じる衝撃をより確実に緩和することができる。

本発明の実施形態に係る流体圧シリンダの部分断面図である。 ヘッドの断面図であり、ピストンロッドが通常ストローク領域にある状態を示す。 ヘッドの断面図であり、ストローク端付近でピストンロッドが低速で移動する状態を示す。 ヘッドの断面図であり、ストローク端付近でピストンロッドがやや速い速度で移動する状態を示す。 ヘッドの断面図であり、ストローク端付近でピストンロッドが高速で移動する状態を示す。 本発明の実施形態の変形例に係る流体圧シリンダの拡大断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。ここでは、作動流体として作動油が用いられる油圧シリンダ１００，２００について説明するが、本実施形態は、作動水等の他の流体が用いられる流体圧シリンダに適用可能である。また、複動形の油圧シリンダ１００，２００に適用した例ついて説明するが、本実施形態は単動形の油圧シリンダにも適用可能である。

油圧シリンダ１００，２００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。例えば、油圧シリンダ１００，２００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る。油圧シリンダ１００，２００の伸縮によって、油圧ショベルのアームが回動する。

図１に示すように、油圧シリンダ１００は、中空のシリンダ１０と、シリンダ１０内に往復動自在に設けられたピストンロッド２０と、ピストンロッド２０に連結されたピストン３０と、を備える。ピストン３０は、シリンダ１０内に摺動自在に収容される。

シリンダ１０は、筒状のシリンダチューブ１１と、シリンダチューブ１１の一端に設けられるヘッド側フランジ部１２と、シリンダチューブ１１の他端に設けられるシリンダボトム１３と、を有する。ヘッド側フランジ部１２及びシリンダボトム１３は、溶接によりシリンダチューブ１１に接合される。

ピストンロッド２０は、ヘッド側フランジ部１２の内部を通ってシリンダ１０の外側へ延在する。ヘッド側フランジ部１２には、閉塞部材としてのシリンダヘッド４０が複数のボルト１４を用いて締結される。

シリンダヘッド４０は環状に形成され、ピストンロッド２０を摺動自在に支持する。シリンダヘッド４０によってシリンダチューブ１１の一方の開口端が閉塞される。シリンダ１０、ピストン３０及びシリンダヘッド４０によって、圧力室としてのロッド側室１が形成される。シリンダヘッド４０には、ロッド側室１と連通する給排ポートとしてのヘッド側ポート３が形成される。

シリンダボトム１３は、シリンダチューブ１１の他方の開口端を閉塞する。シリンダ１０、ピストン３０及びシリンダボトム１３によって、圧力室としての反ロッド側室２が形成される。シリンダボトム１３には、反ロッド側室２と連通する給排ポートとしてのボトム側ポート（図示省略）が形成される。

ヘッド側ポート３及びボトム側ポートは、切換弁（不図示）を通じて、油圧供給源としての油圧ポンプ（不図示）又は作動油貯留部としてのタンク（不図示）に選択的に接続される。切換弁によりヘッド側ポート３及びボトム側ポート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。

油圧ポンプからの作動油がヘッド側ポート３を通じてロッド側室１に供給されると、ピストンロッド２０及びピストン３０が反ロッド側室２を縮小する方向に移動し、油圧シリンダ１００が収縮する。このとき、反ロッド側室２内の作動油は、ボトム側ポートを通じて排出される。

油圧ポンプからの作動油がボトム側ポートを通じて反ロッド側室２に供給されると、ピストンロッド２０及びピストン３０がロッド側室１を縮小する方向に移動し、油圧シリンダ１００が伸長する。このとき、ロッド側室１内の作動油は、ヘッド側ポート３を通じて排出される。

シリンダボトム１３には、建設機械又は産業機械に連結される連結部１３ａが設けられる。連結部１３ａには孔１３ｂが形成され、孔１３ｂを挿通するピン（不図示）を介して連結部１３ａが建設機械又は産業機械に連結される。

シリンダ１０の外側に位置するピストンロッド２０の端部には、建設機械又は産業機械に連結される連結部２１が設けられる。連結部１３ａと同様に、連結部２１には孔２２が形成され、孔２２を挿通するピン（不図示）を介して連結部２１が建設機械又は産業機械に連結される。

図２は、シリンダヘッド４０の周辺の拡大断面図であり、ピストンロッド２０が通常ストローク領域にある状態を示す。図２に示すように、シリンダヘッド４０は、ヘッド側フランジ部１２の端面に当接する当接部４１と、ヘッド側フランジ部１２の内周面に嵌合する嵌合部４２と、ピストンロッド２０を支持する支持部４３と、を有する。

嵌合部４２は当接部４１からシリンダボトム１３（図１参照）に向かって環状に延在する。嵌合部４２の外周面とヘッド側フランジ部１２の内周面との間にはＯリング４４が配置される。Ｏリング４４によって、嵌合部４２の外周面とヘッド側フランジ部１２の内周面との間からロッド側室１内の作動油が漏出するのを防ぐことができる。

支持部４３は、嵌合部４２とは反対側に当接部４１から環状に延在する。支持部４３の内周面には、軸受４５、サブシール４６、メインシール４７、及びダストシール４８が配置される。

当接部４１、嵌合部４２及び支持部４３は一体的に形成されていてもよいし、嵌合部４２及び支持部４３が当接部４１とは別体に形成されていてもよい。

ピストンロッド２０は、支持部４３によって摺動自在に支持されるロッド本体２３と、ロッド本体２３の外径と比較して小さい外径を有する小径部２４と、を有する。小径部２４はロッド本体２３から軸方向に連続して形成され、ロッド本体２３と小径部２４との間には段部２５が形成される。小径部２４の外周面には雄ねじ２４ａが形成される。

ピストン３０は、環状に形成され、ピストン３０の内周面には雌ねじ３０ａが形成される。ピストン３０の雌ねじ３０ａとピストンロッド２０の雄ねじ２４ａとの螺合によって、ピストンロッド２０にピストン３０が連結される。

シリンダヘッド４０の嵌合部４２の内径は、ロッド本体２３の外径よりも大きく、嵌合部４２の内周面とロッド本体２３の外周面とによって環状のメイン通路５が形成される。メイン通路５は、環状の当接部４１の内周面に形成される環状溝４１ａを通じて、ロッド側室１とヘッド側ポート３とを連通する。

油圧シリンダ１００の収縮動作時には、ヘッド側ポート３から供給される作動油は、環状溝４１ａ及びメイン通路５を通じてロッド側室１に供給される。油圧シリンダ１００の伸長動作時には、ロッド側室１内の作動油は、メイン通路５及び環状溝４１ａを通じてヘッド側ポート３から排出される。

また、油圧シリンダ１００は、伸長動作時にストローク端付近でピストンロッド２０を減速させるクッション機構６０を更に備える。以下、クッション機構６０について詳述する。

クッション機構６０は、メイン通路５と、ストローク端付近でメイン通路５内に進入する進入部としての環状のクッションリング６１と、を備える。クッションリング６１は、ピストンロッド２０の小径部２４の外周に設けられる。

クッションリング６１の内径は小径部２４の外径と略等しく、クッションリング６１はピストンロッド２０の段部２５とピストン３０とによって挟まれている。つまり、クッションリング６１は、段部２５とピストン３０によって、ピストンロッド２０に固定される。

クッションリング６１の外径はロッド本体２３の外径よりも大きく、シリンダヘッド４０の嵌合部４２の内径よりも小さい。クッションリング６１がメイン通路５に進入した状態では、メイン通路５の流路断面は、クッションリング６１によって狭められ、メイン通路５における作動油の流れが絞られる。なお、クッションリング６１がメイン通路５に進入した際に嵌合部４２の内周面とクッションリング６１との外周面とによって形成される通路を「絞り通路６２」とも称する（図３から図５参照）。

油圧シリンダ１００の伸長動作時にクッションリング６１がメイン通路５に進入し作動油の流れが絞られると（図３参照）、ロッド側室１からメイン通路５を流れる作動油の流量が減少し、ロッド側室１の圧力が上昇する。その結果、ピストンロッド２０が減速する。

このように、クッション機構６０は、クッションリング６１がメイン通路５に進入することによってクッション作用を発揮する。以下において、クッション機構６０がクッション作用を発揮している状態でのロッド側室１内の圧力を「クッション圧力」とも称する。

また、クッション機構６０は、メイン通路５を迂回してロッド側室１とヘッド側ポート３とを連通する迂回通路６３と、迂回通路６３に設けられるリリーフ弁６４と、を有する。迂回通路６３は、嵌合部４２の端面に開口するとともに環状溝４１ａの底面に開口するようにシリンダヘッド４０に形成される。

リリーフ弁６４は、ロッド側室１内の圧力がリリーフ設定圧に達した場合に開弁し、迂回通路６３における作動油の流れを許容する。また、リリーフ弁６４は、ロッド側室１内の圧力がリリーフ設定圧未満の場合に閉弁し、迂回通路６３における作動油の流れを遮断する。

リリーフ弁６４の構造をより詳細に説明する。リリーフ弁６４は、迂回通路６３に設けられる弁座６４ａと、弁座６４ａに離着座可能に設けられる弁体６４ｂと、弁体６４ｂを弁座６４ａに着座させる方向に付勢する付勢部材としてのスプリング６４ｃと、を備える。スプリング６４ｃの付勢力は、スプリング６４ｃの圧縮量によって変化し、圧縮量が大きいほどスプリング６４ｃは大きい付勢力を発揮する。

ロッド側室１内の圧力によって弁体６４ｂに作用する力がスプリング６４ｃの付勢力よりも大きいと、弁体６４ｂは弁座６４ａから離れ、迂回通路６３における作動油の流れを許容する。ロッド側室１内の圧力によって弁体６４ｂに作用する力がスプリング６４ｃの付勢力よりも小さいと、弁体６４ｂは弁座６４ａに着座し、迂回通路６３における作動油の流れを遮断する。このように、リリーフ弁６４のリリーフ設定圧は、スプリング６４ｃの付勢力の大きさに応じて定められる。

また、リリーフ弁６４は、スプリング６４ｃを支持する支持部材６４ｄを更に備える。支持部材６４ｄは、リリーフ弁６４のハウジング６４ｅ内に摺動自在に収容される。ハウジング６４ｅの開口はプラグ６４ｆによって閉塞される。プラグ６４ｆと支持部材６４ｄとによって、ハウジング６４ｅ内にリリーフ弁６４の背圧室６４ｇが形成される。

背圧室６４ｇ内の圧力が増加すると、支持部材６４ｄはスプリング６４ｃを圧縮する方向に移動する。スプリング６４ｃの付勢力が増加し、リリーフ弁６４のリリーフ設定圧が上昇する。背圧室６４ｇ内の圧力が減少すると、支持部材６４ｄはスプリング６４ｃを伸長させる方向に移動する。スプリング６４ｃの付勢力が減少し、リリーフ弁６４のリリーフ設定圧が低下する。

このように、支持部材６４ｄは、背圧室６４ｇ内の圧力を受けてハウジング６４ｅ内を移動し、スプリング６４ｃの圧縮量を変化させる。スプリング６４ｃの圧縮量の変化に伴ってスプリング６４ｃの付勢力が変化し、リリーフ弁６４のリリーフ設定圧が変化する。つまり、支持部材６４ｄは、背圧室６４ｇ内の圧力の上昇に伴ってリリーフ設定圧を上昇させるリリーフ設定圧変化部として作動する。

油圧シリンダ１００の伸長動作時にクッション機構６０がクッション作用を発揮しクッション圧力がリリーフ設定圧に達すると、リリーフ弁６４が開弁し、迂回通路６３における作動油の流れが許容される（図４参照）。ロッド側室１内の作動油は、メイン通路５を通じてヘッド側ポート３へ流れるとともに、迂回通路６３を通じてヘッド側ポート３へ流れる。ロッド側室１からヘッド側ポート３へ流れる作動油の流量が増加するので、クッション圧力の上昇が停止又は緩やかになる。その結果、ピストンロッド２０の減速が緩やかになり、ピストンロッド２０の速度の急激な変化を防止することができる。

クッション機構６０は、ロッド側室１内の圧力を背圧室６４ｇに導く第１背圧通路６５と、第１背圧通路６５における作動油の流れに抵抗を付与する第１絞り部としてのオリフィスプラグ６６と、を更に備える。第１背圧通路６５は、シリンダヘッド４０に、迂回通路６３におけるリリーフ弁６４の上流側から分岐して設けられる。オリフィスプラグ６６は、シリンダヘッド４０に着脱可能に設けられる。

油圧シリンダ１００の伸長動作時にクッション機構６０がクッション作用を発揮してもピストンロッド２０が高速で移動する場合には、リリーフ弁６４の開度が不足し、クッション圧力は上昇し続けることがある。この場合、クッション圧力は第１背圧通路６５を通じて背圧室６４ｇに導かれる。第１背圧通路６５における作動油の流れにはオリフィスプラグ６６によって抵抗が付与されるので、背圧室６４ｇ内の圧力は徐々に上昇する。

背圧室６４ｇ内の圧力の上昇に伴って、リリーフ弁６４の支持部材６４ｄはハウジング６４ｅ内を移動し、スプリング６４ｃの圧縮量を増加させる。その結果、スプリング６４ｃの付勢力が増加し、リリーフ弁６４のリリーフ設定圧が上昇する。

リリーフ設定圧がクッション圧に達すると、リリーフ弁６４が閉弁し、迂回通路６３における作動油の流れが遮断される（図５参照）。その結果、ロッド側室１内の作動油は、迂回通路６３を通じてヘッド側ポート３へ流れなくなり、ロッド側室１からヘッド側ポート３へ流れる作動油の流量が減少する。ヘッド側ポート３から排出される作動油の流量が減少し、ピストンロッド２０はストローク端に達する前に減速する。したがって、油圧シリンダ１００が伸長しきってピストンロッド２０が停止する際に生じる衝撃を緩和することができる。

背圧室６４ｇ内の圧力の上昇の速度は、オリフィスプラグ６６が作動油の流れに付与する抵抗を変化させることによって変えることができる。具体的には、オリフィスプラグ６６のオリフィス径を変えればよい。

油圧シリンダ１００では、オリフィスプラグ６６はシリンダヘッド４０に着脱可能に設けられるので、オリフィスプラグ６６を容易に取り替えることができる。したがって、背圧室６４ｇ内の圧力の上昇速度を容易に変えることができ、クッション特性を容易に調整することができる。

なお、クッション機構６０がクッション作用を発揮してリリーフ弁６４が開弁した後にクッション圧力が上昇しない場合には、オリフィスプラグ６６の前後の圧力差は小さい。そのため、ロッド側室１内の作動油は第１背圧通路６５を通じて背圧室６４ｇにほとんど流れない。背圧室６４ｇ内の圧力はほとんど上昇せず、リリーフ設定圧は上昇しない。したがって、リリーフ弁６４は開弁したままであり、ロッド側室１内の作動油はメイン通路５（絞り通路６２）を通じてヘッド側ポート３へ流れるとともに、迂回通路６３を通じてヘッド側ポート３へ流れる（図４参照）。このときには、リリーフ弁６４によっても迂回通路６３における作動流体の流れが絞られるので、油圧シリンダ１００が伸長しきる際に生じる衝撃を緩和することができる。

また、クッション機構６０は、背圧室６４ｇ内の圧力をヘッド側ポート３に導く第２背圧通路６７と、第２背圧通路６７に設けられる第２絞り部としてのオリフィスプラグ６８と、を更に備える。第２背圧通路６７は、シリンダヘッド４０に、迂回通路６３におけるリリーフ弁６４の下流側から分岐して設けられる。オリフィスプラグ６８は、シリンダヘッド４０に着脱可能に設けられる。

ピストンロッド２０が停止してロッド側室１内の圧力の上昇が停止したときには、背圧室６４ｇ内の圧力は、第２背圧通路６７を通じてヘッド側ポート３に導かれる。したがって、背圧室６４ｇ内の圧力を容易に低下させることができ、リリーフ設定圧を初期の値に戻すことができる。

オリフィスプラグ６８は、オリフィスプラグ６６が作動油の流れに付与する抵抗よりも大きい抵抗を作動油の流れに付与する。そのため、背圧室６４ｇから第２背圧通路６７を通じてヘッド側ポート３に導かれる作動油の流量は、ロッド側室１から第１背圧通路６５を通じて背圧室６４ｇに導かれる作動油の流量よりも少ない。したがって、クッション圧力がリリーフ設定圧力を超えて上昇を続ける場合に背圧室６４ｇ内の圧力を確実に上昇させることができ、衝撃をより確実に緩和することができる。

第２背圧通路６７における作動油の流量は、オリフィスプラグ６８が作動油の流れに付与する抵抗を変化させることによって変えることができる。具体的には、オリフィスプラグ６８のオリフィス径を変えればよい。油圧シリンダ１００では、オリフィスプラグ６８はシリンダヘッド４０に着脱可能に設けられるので、オリフィスプラグ６８を容易に取り替えることができる。したがって、背圧室６４ｇ内の圧力の上昇速度及び降下速度を容易に変えることができ、クッション特性を容易に調整することができる。

油圧シリンダ１００が収縮する際には、ヘッド側ポート３から供給される作動油は、メイン通路５（絞り通路６２）を通じてロッド側室１に導かれるととともに、第１背圧通路６５及び第２背圧通路６７を通じてロッド側室１に導かれる。したがって、ロッド側室１に作動油を容易に供給することができ、油圧シリンダ１００の応答性を向上させることができる。

油圧シリンダ１００では、支持部材６４ｄの受圧面積は、弁体６４ｂの受圧面積と比較して大きい。そのため、背圧室６４ｇ内の圧力がロッド側室１の圧力よりも低い場合でも、ロッド側室１内の圧力によって弁体６４ｂに作用する力よりも大きい力が支持部材６４ｄに作用する。背圧室６４ｇ内の圧力がクッション圧に達する前でも、支持部材６４ｄは移動してスプリング６４ｃを圧縮し、リリーフ設定圧を上昇させる。したがって、リリーフ弁６４を閉弁してヘッド側ポート３から排出される作動油の流量を減少させることができ、衝撃をより確実に緩和することができる。

リリーフ弁６４は、支持部材６４ｄの移動範囲を規制する規制部材としての規制ロッド６４ｈを更に備える。規制ロッド６４ｈは、プラグ６４ｆを介してシリンダヘッド４０に移動可能に設けられる。

背圧室６４ｇ内の圧力が上昇していない状態では、支持部材６４ｄは、スプリング６４ｃによって規制ロッド６４ｈに押し付けられる（図２参照）。つまり、スプリング６４ｃの伸長方向への支持部材６４ｄの移動範囲が規制される。その結果、スプリング６４ｃの初期の圧縮量が定められ、リリーフ弁６４の初期のリリーフ設定圧が定められる。

規制ロッド６４ｈは、プラグ６４ｆに形成される孔に挿通される。規制ロッド６４ｈの外周面とプラグ６４ｆの内周面とが螺合する。規制ロッド６４ｈをプラグ６４ｆに対して回転させることによって、規制ロッド６４ｈはスプリング６４ｃの伸縮方向に移動する。このように、規制ロッド６４ｈは、スプリング６４ｃの伸縮方向に移動可能にシリンダヘッド４０に設けられる。

リリーフ弁６４の初期のリリーフ設定圧を変える際には、規制ロッド６４ｈをプラグ６４ｆに対して回転させ、シリンダヘッド４０に対する規制ロッド６４ｈの位置を変化させればよい。したがって、初期のリリーフ設定圧を容易に変えることができ、クッション特性を容易に調整することができる。

次に、油圧シリンダ１００の動作について、図３から図５を参照して説明する。

まず、ストローク端付近でピストンロッド２０が低速で移動する場合について、図３を参照して説明する。ここで、「低速」とは、クッションリング６１がメイン通路５に進入してメイン通路５における作動油の流れが絞られてもクッション圧がリリーフ弁６４のリリーフ設定圧に達しない速度である。

クッション圧はリリーフ弁６４の初期のリリーフ設定圧に達しないので、リリーフ弁６４は開弁せず、迂回通路６３における作動油の流れは遮断される。ロッド側室１内の作動油は、主にメイン通路５（絞り通路６２）を通じてヘッド側ポート３へ流れる。

メイン通路５における作動油の流れはクッションリング６１によって絞られるので、ロッド側室１からヘッド側ポート３へ流れる作動油の流量が減少し、ピストンロッド２０が減速する。その結果、油圧シリンダ１００が伸長しきってピストンロッド２０が停止する際に生じる衝撃を緩和することができる。

次に、ストローク端付近でピストンロッド２０がやや速く移動する場合について、図４を参照して説明する。ここで、「やや速く」とは、クッションリング６１がメイン通路５に進入したときに、クッション圧がリリーフ弁６４の初期のリリーフ設定圧に達してリリーフ弁６４が開弁し、その後、クッション圧が初期のリリーフ設定圧で維持される速度である。

クッション圧はリリーフ弁６４の初期のリリーフ設定圧に達するので、リリーフ弁６４は開弁し、迂回通路６３における作動油の流れは許容される。ロッド側室１内の作動油は、メイン通路５（絞り通路６２）を通じてヘッド側ポート３へ流れるとともに、迂回通路６３を通じてヘッド側ポート３へ流れる。

クッション圧は、リリーフ弁６４の初期のリリーフ設定圧に達した後は、上昇しないので、オリフィスプラグ６６の前後の圧力差は小さい。そのため、ロッド側室１内の作動油は第１背圧通路６５を通じて背圧室６４ｇにほとんど流れない。

背圧室６４ｇ内の圧力はほとんど上昇せず、リリーフ弁６４のリリーフ設定圧は上昇しない。したがって、リリーフ弁６４は開弁したままである。このときには、リリーフ弁６４によっても迂回通路６３における作動流体の流れが絞られるので、油圧シリンダ１００が伸長しきる際に生じる衝撃を緩和することができる。

次に、ストローク端付近でピストンロッド２０が高速で移動する場合について、図４及び図５を参照して説明する。ここで、「高速」とは、クッションリング６１がメイン通路５に進入しクッション圧がリリーフ弁６４の初期のリリーフ設定圧に達してリリーフ弁６４が開弁した後でもクッション圧が上昇し続ける速度である。

クッションリング６１がメイン通路５に進入すると、クッション圧はリリーフ弁６４の初期のリリーフ設定圧に達する。リリーフ弁６４が開弁し、迂回通路６３における作動油の流れが許容される（図４参照）。ロッド側室１内の作動油は、メイン通路５を通じてヘッド側ポート３へ流れるとともに、迂回通路６３を通じてヘッド側ポート３へ流れる。

ロッド側室１からヘッド側ポート３へ流れる作動油の流量が増加するので、クッション圧力の上昇が停止又は緩やかになる。その結果、ピストンロッド２０の減速が緩やかになり、ピストンロッド２０の速度の急激な変化を防止することができる。

リリーフ弁６４の開弁後もクッション圧が上昇するので、クッション圧力は第１背圧通路６５を通じて背圧室６４ｇに導かれる。第１背圧通路６５における作動油の流れには第１背圧通路６５によって抵抗が付与されるので、背圧室６４ｇ内の圧力は徐々に上昇する。

背圧室６４ｇ内の圧力の上昇に伴って、リリーフ弁６４のリリーフ設定圧が上昇する。リリーフ設定圧がクッション圧に達すると、リリーフ弁６４が閉弁し、迂回通路６３における作動油の流れが遮断される（図５参照）。

ロッド側室１内の作動油は迂回通路６３を通じてヘッド側ポート３へ流れなくなり、ロッド側室１からヘッド側ポート３へ流れる作動油の流量が減少する。ヘッド側ポート３から排出される作動油の流量が減少し、ピストンロッド２０はストローク端に達する前に減速する。したがって、油圧シリンダ１００が伸長しきってピストンロッド２０が停止する際に生じる衝撃を緩和することができる。

以上の説明では、伸長動作時にストローク端付近でピストンロッド２０を減速させるクッション機構６０について述べた。本実施形態は、収縮動作時にストローク端付近でピストンロッド２０を減速させるクッション機構にも適用可能である。以下、収縮動作時の衝撃を緩和するクッション機構について、説明する。

図６は、本実施形態の変形例に係る油圧シリンダ２００の拡大断面図であり、収縮動作時に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２６０を主に示す。

図６に示すように、ボトム側ポート４は、シリンダボトム２１３に設けられる。シリンダボトム２１３は、シリンダチューブ１１の内周面に嵌合する環状部２５２と、環状部２５２から径方向外側に突出する突出部２５１と、を有する。

環状部２５２の内周面によってメイン通路２０５が形成される。メイン通路２０５は、環状部２５２の内周面に形成される環状溝２５２ａを通じて、反ロッド側室２とボトム側ポート４とを連通する。

クッション機構２６０は、メイン通路２０５と、ストローク端付近でメイン通路２０５内に進入するクッションリング２６１と、を備える。クッションリング２６１は、ピストンロッド２０の小径部２４の外周に設けられ、螺合によって小径部２４に固定される。

クッションリング２６１がメイン通路２０５に進入した状態では、メイン通路２０５の流路断面は、クッションリング２６１によって狭められ、メイン通路２０５における作動油の流れが絞られる。

また、クッション機構２６０は、メイン通路２０５を迂回して反ロッド側室２とボトム側ポート４とを連通する迂回通路２６３と、迂回通路２６３に設けられるリリーフ弁２６４と、を有する。

リリーフ弁２６４は、反ロッド側室２内の圧力がリリーフ設定圧に達した場合に開弁し、迂回通路２６３における作動油の流れを許容する。また、リリーフ弁２６４は、反ロッド側室２内の圧力がリリーフ設定圧未満の場合に閉弁し、迂回通路２６３における作動油の流れを遮断する。

リリーフ弁２６４の構造は、リリーフ弁６４（図２から図５参照）の構造と同じであるので、ここではその説明を省略する。

クッション機構２６０は、第１背圧通路２６５と、オリフィスプラグ２６６と、第２背圧通路２６７と、オリフィスプラグ２６８と、を更に有する。第１背圧通路２６５は、反ロッド側室２内の圧力をリリーフ弁２６４の背圧室２６４ｇに導く。オリフィスプラグ２６６は、第１背圧通路２６５における作動油の流れに抵抗を付与する。第２背圧通路２６７は、背圧室２６４ｇ内の圧力をボトム側ポート４に導く。オリフィスプラグ２６８は、第２背圧通路２６７における作動油の流れに抵抗を付与する。

油圧シリンダ２００においても、油圧シリンダ１００と同様に、油圧シリンダ２００が収縮しきってピストンロッド２０が停止する際に生じる衝撃を緩和することができる。

以下、本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。

本実施形態では、油圧シリンダ１００，２００は、シリンダチューブ１１と、シリンダチューブ１１内に往復動可能に設けられたピストンロッド２０と、ピストンロッド２０に連結されシリンダチューブ１１内に摺動自在に収容されたピストン３０と、シリンダチューブ１１の開口端を閉塞しピストン３０との間にロッド側室１及び反ロッド側室２を形成するシリンダヘッド４０及びシリンダボトム２１３と、シリンダヘッド４０及びシリンダボトム２１３に形成されロッド側室１及び反ロッド側室２に連通するヘッド側ポート３及びボトム側ポート４と、ロッド側室１及び反ロッド側室２内の作動油がヘッド側ポート３及びボトム側ポート４から排出されピストンロッド２０が移動する際にストローク端付近でピストンロッド２０を減速させるクッション機構６０，２６０と、を備え、クッション機構６０，２６０は、シリンダヘッド４０及びシリンダボトム２１３によって形成され、ロッド側室１及び反ロッド側室２とヘッド側ポート３及びボトム側ポート４とを連通するメイン通路５，２０５と、ピストンロッド２０に設けられ、ストローク端付近でメイン通路５，２０５内に進入してメイン通路５，２０５における作動油の流れを絞るクッションリング６１，２６１と、シリンダヘッド４０及びシリンダボトム２１３に設けられ、メイン通路５，２０５を迂回してロッド側室１及び反ロッド側室２とヘッド側ポート３及びボトム側ポート４とを連通する迂回通路６３，２６３と、迂回通路６３，２６３に設けられ、ロッド側室１及び反ロッド側室２内の圧力がリリーフ設定圧に達した場合に作動油の流れを許容するリリーフ弁６４，２６４と、シリンダヘッド４０及びシリンダボトム２１３に設けられロッド側室１及び反ロッド側室２内の圧力をリリーフ弁６４，２６４の背圧室６４ｇ，２６４ｇに導く第１背圧通路６５，２６５と、第１背圧通路６５，２６５に設けられ作動油の流れに抵抗を付与するオリフィスプラグ６６，２６６と、を備え、リリーフ弁６４，２６４は、背圧室６４ｇ，２６４ｇ内の圧力の上昇に伴ってリリーフ設定圧を上昇させるリリーフ設定圧変化部６４ｄを有することを特徴とする。

この構成では、ストローク端付近でピストンロッド２０が高速で移動しメイン通路５，２０５内にクッションリング６１，２６１が進入した際には、ロッド側室１及び反ロッド側室２内の圧力は上昇する。ロッド側室１及び反ロッド側室２内の圧力が初期のリリーフ設定圧に達すると、リリーフ弁６４，２６４が開弁する。リリーフ弁６４，２６４が開弁してもロッド側室１及び反ロッド側室２内の圧力が上昇する場合には、ロッド側室１及び反ロッド側室２内の圧力は、オリフィスプラグ６６，２６６を有する第１背圧通路６５，２６５を通じて背圧室６４ｇ，２６４ｇに導かれ、背圧室６４ｇ，２６４ｇの圧力が徐々に上昇する。背圧室６４ｇ，２６４ｇ内の圧力の上昇に伴ってリリーフ設定圧変化部６４ｄによってリリーフ設定圧が上昇する。リリーフ設定圧がロッド側室１及び反ロッド側室２内の圧力に達すると、リリーフ弁６４，２６４が閉弁し、ロッド側室１及び反ロッド側室２内の作動油は迂回通路６３，２６３を通じてヘッド側ポート３及びボトム側ポート４に導かれなくなる。その結果、ヘッド側ポート３及びボトム側ポート４から排出される作動油の流量が減少し、ピストンロッド２０はストローク端に達する前に減速する。したがって、油圧シリンダ１００，２００が伸縮しきる際に生じる衝撃をより確実に緩和することができる。

また、本実施形態では、オリフィスプラグ６６，２６６は、シリンダヘッド４０及びシリンダボトム２１３に着脱可能であることを特徴とする。

この構成では、オリフィスプラグ６６，２６６がシリンダヘッド４０及びシリンダボトム２１３に着脱可能に設けられるので、第１背圧通路６５，２６５における作動油の流れに付与される抵抗を変化させる場合には、オリフィスプラグ６６，２６６を取り替えればよい。したがって、背圧室６４ｇ，２６４ｇ内の圧力の上昇速度を容易に変えることができ、クッション特性を容易に調整することができる。

また、本実施形態では、クッション機構６０，２６０は、シリンダヘッド４０及びシリンダボトム２１３に設けられ背圧室６４ｇ，２６４ｇ内の圧力をヘッド側ポート３及びボトム側ポート４に導く第２背圧通路６７，２６７と、第２背圧通路６７，２６７に設けられ、オリフィスプラグ６６，２６６によって付与される抵抗よりも大きい抵抗を作動油の流れに付与するオリフィスプラグ６８，２６８と、を更に備えることを特徴とする。

この構成では、第２背圧通路６７，２６７が背圧室６４ｇ，２６４ｇ内の圧力をヘッド側ポート３及びボトム側ポート４に導くので、ピストンロッド２０が停止してロッド側室１及び反ロッド側室２内の圧力の上昇が止まったときには、背圧室６４ｇ，２６４ｇ内の圧力は第２背圧通路６７，２６７を通じてヘッド側ポート３及びボトム側ポート４に導かれ、低下する。したがって、リリーフ設定圧を初期の値に戻すことができる。また、オリフィスプラグ６８，２６８はオリフィスプラグ６６，２６６によって作動油の流れに付与される抵抗よりも大きい抵抗を作動油の流れに付与する。そのため、背圧室６４ｇ，２６４ｇから第２背圧通路６７，２６７を通じてヘッド側ポート３及びボトム側ポート４に導かれる作動油の流量は、ロッド側室１及び反ロッド側室２から第１背圧通路６５，２６５を通じて背圧室６４ｇ，２６４ｇに導かれる作動油の流量よりも少ない。したがって、ストローク端付近でピストンロッド２０が高速で移動しロッド側室１及び反ロッド側室２内の圧力がリリーフ設定圧を超えて上昇し続ける場合に、背圧室６４ｇ，２６４ｇ内の圧力を確実に上昇させることができ、衝撃をより確実に緩和することができる。

また、本実施形態では、オリフィスプラグ６８，２６８は、シリンダヘッド４０及びシリンダボトム２１３に着脱可能であることを特徴とする。

この構成では、オリフィスプラグ６８，２６８がシリンダヘッド４０及びシリンダボトム２１３に着脱可能であるので、第２背圧通路６７，２６７における作動油の流れに与えられる抵抗を変化させる際には、オリフィスプラグ６８，２６８を取り替えればよい。したがって、背圧室６４ｇ，２６４ｇ内の圧力の上昇速度を容易に変えることができ、クッション特性を容易に調整することができる。

また、本実施形態では、リリーフ弁６４，２６４は、迂回通路６３，２６３に設けられる弁座６４ａに対して離着座して迂回通路６３，２６３を開閉する弁体６４ｂと、弁体６４ｂを弁座６４ａに着座させる方向に付勢し付勢力の大きさに応じてリリーフ設定圧を定めるスプリング６４ｃと、を備え、リリーフ設定圧変化部６４ｄは、スプリング６４ｃを支持するとともに、背圧室６４ｇ，２６４ｇ内の圧力を受けて移動してスプリング６４ｃの付勢力を変化させる支持部材６４ｄを備え、支持部材６４ｄの受圧面積は、弁体６４ｂの受圧面積と比較して大きいことを特徴とする。

この構成では、支持部材６４ｄの受圧面積が弁体６４ｂの受圧面積に対して大きいので、背圧室６４ｇ，２６４ｇ内の圧力がロッド側室１及び反ロッド側室２内の圧力よりも低い場合でも、ロッド側室１及び反ロッド側室２内の圧力によって弁体６４ｂに作用する力よりも大きい力が支持部材６４ｄに作用する。背圧室６４ｇ，２６４ｇ内の圧力がロッド側室１及び反ロッド側室２内の圧力に達する前でも、支持部材６４ｄは移動してスプリング６４ｃの付勢力を増加させ、リリーフ設定圧を上昇させる。したがって、リリーフ弁６４，２６４を閉弁してヘッド側ポート３及びボトム側ポート４から排出される作動油の流量を減少させることができ、衝撃をより確実に緩和することができる。

また、本実施形態では、リリーフ弁６４，２６４は、シリンダヘッド４０及びシリンダボトム２１３に対する位置に応じて支持部材６４ｄの移動範囲を規制する規制ロッド６４ｈを更に備え、規制ロッド６４ｈは、シリンダヘッド４０及びシリンダボトム２１３に対して移動可能であることを特徴とする。

この構成では、規制ロッド６４ｈがシリンダヘッド４０及びシリンダボトム２１３に対する位置に応じて支持部材６４ｄの移動範囲を規制するので、背圧室６４ｇ，２６４ｇの圧力が上昇していない状態では、支持部材６４ｄの位置は規制ロッド６４ｈによって定められる。その結果、スプリング６４ｃの初期の付勢力が定められ、初期のリリーフ設定圧が決定される。また、規制ロッド６４ｈは、シリンダヘッド４０及びシリンダボトム２１３に対して移動可能であるので、初期のリリーフ設定圧を変える際には、規制ロッド６４ｈをシリンダヘッド４０及びシリンダボトム２１３に対して移動させればよい。したがって、初期のリリーフ設定圧を容易に変えることができ、クッション特性を容易に調整することができる。

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部を示したに過ぎず、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。

１・・・ロッド側室（圧力室）、２・・・反ロッド側室（圧力室）、３・・・ヘッド側ポート（給排ポート）、４・・・ボトム側ポート（給排ポート）、５・・・メイン通路、１１・・・シリンダチューブ、２０・・・ピストンロッド、３０・・・ピストン、４０・・・シリンダヘッド（閉塞部材）、６０・・・クッション機構、６１・・・クッションリング（進入部）、６３・・・迂回通路、６４・・・リリーフ弁、６４ａ・・・弁座、６４ｂ・・・弁体、６４ｃ・・・スプリング（付勢部材）、６４ｄ・・・支持部材（リリーフ設定圧変化部）、６４ｇ・・・背圧室、６４ｈ・・・規制ロッド（規制部材）、６５・・・第１背圧通路、６６・・・オリフィスプラグ（第１絞り部）、６７・・・第２背圧通路、６８・・・オリフィスプラグ（第２絞り部）、１００・・・油圧シリンダ（流体圧シリンダ）、２００・・・油圧シリンダ（流体圧シリンダ）、２０５・・・メイン通路、２１３・・・シリンダボトム（閉塞部材）、２６０・・・クッション機構、２６１・・・クッションリング（進入部）、２６３・・・迂回通路、２６４・・・リリーフ弁、２６４ｇ・・・背圧室、２６５・・・第１背圧通路、２６６・・・オリフィスプラグ（第１絞り部）、２６７・・・第２背圧通路、２６８・・・オリフィスプラグ（第２絞り部）

Claims (6)

1. シリンダチューブと、
   前記シリンダチューブ内に往復動可能に設けられたピストンロッドと、
   前記ピストンロッドに連結され前記シリンダチューブ内に摺動自在に収容されたピストンと、
   前記シリンダチューブの開口端を閉塞し前記ピストンとの間に圧力室を形成する閉塞部材と、
   前記閉塞部材に形成され前記圧力室に連通する給排ポートと、
   前記圧力室内の作動流体が前記給排ポートから排出され前記ピストンロッドが移動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、
   前記閉塞部材によって形成され、前記圧力室と前記給排ポートとを連通するメイン通路と、
   前記ピストンロッドに設けられ、前記ストローク端付近で前記メイン通路内に進入して前記メイン通路における作動流体の流れを絞る進入部と、
   前記閉塞部材に設けられ、前記メイン通路を迂回して前記圧力室と前記給排ポートとを連通する迂回通路と、
   前記迂回通路に設けられ、前記圧力室内の圧力がリリーフ設定圧に達した場合に作動流体の流れを許容するリリーフ弁と、
   前記閉塞部材に設けられ前記圧力室内の圧力を前記リリーフ弁の背圧室に導く第１背圧通路と、
   前記第１背圧通路に設けられ作動流体の流れに抵抗を付与する第１絞り部と、を備え、
   前記リリーフ弁は、
   前記迂回通路に設けられる弁座に対して離着座して前記迂回通路を開閉する弁体と、
   前記弁体を前記弁座に着座させる方向に付勢し付勢力の大きさに応じて前記リリーフ設定圧を定める付勢部材と、
   前記付勢部材を支持するとともに、前記圧力室から前記第１背圧通路及び前記第１絞り部を通じて導かれる圧力による前記背圧室内の圧力の上昇に伴って前記付勢部材の付勢力を増加させる方向に移動して前記リリーフ設定圧を上昇させる支持部材と、を有することを特徴とする流体圧シリンダ。
2. 前記第１絞り部は、前記閉塞部材に着脱可能であ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、前記閉塞部材に設けられ前記背圧室内の圧力を前記給排ポートに導く第２背圧通路と、前記第２背圧通路に設けられ、前記第１絞り部によって付与される抵抗よりも大きい抵抗を作動流体の流れに付与する第２絞り部と、を更に備え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. 前記第２絞り部は、前記閉塞部材に着脱可能であることを特徴とする請求項３に記載の流体圧シリンダ。
5. 前記支持部材の受圧面積は、前記弁体の受圧面積と比較して大きいことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の流体圧シリンダ。
6. 前記リリーフ弁は、前記閉塞部材に対する位置に応じて前記支持部材の移動範囲を規制する規制部材を更に備え、
   前記規制部材は、前記閉塞部材に対して移動可能であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の流体圧シリンダ。

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