JP6788362B2 - 浮動ピストン、低プロフィールスイベルキャップ、及び潤滑ロッドを有するシリンダ - Google Patents

Description

本発明は、一般に、アクチュエータに関し、特に、曲げモーメントを減少させると共に横運動を減少させるようアクチュエータに用いられるロッド用のスイベルキャップ及び浮動ピストンに関する。

〔関連出願の説明〕
本願は、２０１５年３月１０日に出願された米国特許出願第１４／６４３，９４０号（発明の名称：Cylinder Having a Floating Piston, Swivel Cap and Lubricated Rod）の優先権主張出願であり、この米国特許出願は、２０１４年７月２２日に出願された係属中の米国特許出願第１４／３３８，１０２号（発明の名称：Cylinder Having a Floating Piston, Swivel Cap and Lubricated Rod）の優先権主張出願であり且つ一部継続出願であり、この米国特許出願は、２０１４年４月１１日に出願された米国特許出願第１４／２５０，６１５号（発明の名称：Swivel Cap）の優先権主張出願であり且つ一部継続出願であり、この米国特許出願は、２０１３年４月１２日に出願された米国特許仮出願第６１／８１１，５７５号（発明の名称：Swivel Cap）の優先権及び権益主張出願である。米国特許出願第１４／６４３，９４０号は又、２０１４年７月２２日に出願された米国特許仮出願第６２／０２７，３５０号（発明の名称：Actuation Rod Lubrication System and Method）及び２０１４年７月２２日に出願された米国特許仮出願第６２／０２７，２８９号（発明の名称：A Floating Piston）の権益主張出願である。これら出願の各々の優先権を主張し、これら出願の各々を参照により引用し、これらの開示内容全体を本明細書の一部とする。

アクチュエータは、物体を持ち上げ又は動かし、或いは物体を動かないようクランプするために用いられる場合が多い機構体である。アクチュエータは、直線又は非直線運動を生じさせることができる。アクチュエータの例としては、油圧シリンダ、空気圧シリンダ、電気モータ等が挙げられる。アクチュエータは、多くの用途で用いられ、かかる用途としては、建設機械、土木工事車両及び製造機械類が挙げられる。例えば、油圧シリンダは、一方向ストロークにより一方向の力をもたらすことができる機械的アクチュエータである。油圧シリンダは、ロッドに連結されたピストンがシリンダバレル内を前後に動くよう構成されたものである。

アクチュエータには、ロッドのミスアラインメント（心合せ不良）と関連した不利益又は欠点がある。このミスアラインメントは、釣り合わせが不十分な又はオフセンター状態の荷重をシリンダに加えた結果であると言える。これは、例えば、ロッドがでこぼこの表面に接触したときに起こることがある。この問題により、シリンダに損傷が生じる場合があり、シリンダは、最終的には破損する場合がある。

ミスアラインメントの結果として生じるシリンダの横方向加重を軽減し又はなくすために油圧シリンダの製造業者によって多大な労力が払われた。シリンダのアラインメント（心合せ）状態が油圧シリンダの寿命に直接的な影響を及ぼす場合であっても、油圧シリンダの完全なアラインメントを達成することはほぼ不可能である。多くの用途のためのアクチュエータは、カスタムメイドであって高価であり、従ってこれらアクチュエータの寿命及び稼働を引き延ばすということは、相当な節約になる。

多くの油圧シリンダは、シリンダの長さに沿って前後に動かされる内部ピストンを有する。作動ロッドがシリンダに取り付けられる場合が多く、ロッドは、ピストンが動くとシリンダから出入りする。作動ロッドは、シリンダの外部に設けられていてロッドが動くと動く構造体に連結される場合が多い。多くの場合、ワイパがロッドの入るピストンの端の近くに配置される。ワイパは、ロッドが油圧シリンダに入る前にロッドから汚れ、デブリ、及び異物を落とすために用いられる。

油圧シリンダの内部にはシールが設けられ、このシールは、ロッドに密着して油圧シリンダからの作動油がロッドと一緒に油圧シリンダから出るのを阻止するために用いられる場合が多い。しかしながら、シールの欠点は、ロッドがシールの先へいったん動くとロッドが乾き、したがって、ロッドがシリンダから出入りしているときにロッドが油圧シリンダの構造体の先へ動き又はこれをこすっているときに潤滑されないということにある。

ロッド沿いの潤滑が失われることにより、ロッドが油圧シリンダの構造体の先へ動いているときに、ロッドの表面に摩耗が生じる場合がある。この摩耗の問題は、ロッドが横荷重を受けると、深刻化する場合がある。横荷重は、力がロッドと同軸ではない方向でロッドに作用した場合に生じることがある。かかる横荷重により、ロッドは、ロッドが油圧シリンダから出入りしているときに油圧シリンダの構造体をこする場合がある。

したがって、ロッドのための潤滑手段を提供する方法及び装置を提供することが望ましい。

しかしながら、これら先行技術の方法及びシステムは、ロッドに加わる応力を生じさせ、最終的にはロッド破損の原因となる曲げモーメントを十分に減少させることはなく或いはなくすことがなかった。したがって、潜在的にシリンダ組立体を故障させる場合のある曲げモーメントを減少させるよう動作できるアクチュエータが要望されている。

本明細書において開示するシステム及び方法は、現在利用可能なアクチュエータのこれらの欠点のうちの１つ又は２つ以上を解決することを目的としている。

本発明の幾つかの実施形態によれば、アクチュエータ用のスイベル組立体は、ソケットを備えたロッドを含み、ロッドは、ソケットのフロアのところに弧状表面を備え、スイベル組立体は、ソケットに嵌まり込むよう寸法決めされたキャップを更に含み、キャップは、ソケットのフロアの弧状表面に対応するよう寸法決めされた凸弧状表面を備え、スイベル組立体は、ロッドに設けられた第１の延長表面を更に含み、第１の延長表面は、少なくとも一部がソケットの側部分によって構成され、それによりソケットに深さが提供され、スイベル組立体は、キャップに設けられた第２の延長表面を更に含み、この第２の延長表面は、延長長さをキャップに提供し、それによりキャップは、キャップの凸弧状表面がソケットのフロアの弧状表面に接触すると、ソケットから延び出ることができ、スイベル組立体は、ピストン及びキャップに作動的に連結されたシリンダ組立体を更に含み、それにより、ピストン及びキャップは、シリンダ組立体の長手方向軸線に沿って軸方向に動いてシリンダ組立体の内方に動いたり外方に動いたりすることができるようになっている。

本発明の幾つかの実施形態によれば、シリンダ組立体に働く曲げモーメントを減少させる方法は、第１の延長表面を細長いソケットに提供してソケットの追加の深さをロッド中に与えるステップと、凸弧状表面を有するキャップに第２の延長表面を設けると共に第２の延長表面及び凸弧状表面をポケット内に嵌まり込むよう寸法決めするステップと、キャップとソケット内に配置するステップと、キャップに設けられた頂面を用意するステップと、ロッド及びキャップをピストン・シリンダ組立体に作動的に連結するステップとを含み、ピストンは、シリンダ組立体の側壁に当たる支承面（ベアリング面／軸受面）を有し、この方法は、キャップがソケット内に配置されると、キャップの頂面とピストンの支承面との間の距離を最小限に抑えるようソケットを差し向けるステップを更に含む。

本発明の幾つかの実施形態によれば、アクチュエータ用のスイベル組立体は、ソケットを備えたロッドを含み、ロッドは、ソケットのフロアのところに弧状表面を備え、スイベル組立体は、ソケット内に嵌まり込むよう寸法決めされたキャップを更に含み、キャップは、ソケットのフロアの弧状表面に対応するよう寸法決めされた凸弧状表面を備え、スイベル組立体は、ソケットの深さを延長させる手段と、凸弧状表面を延長させてキャップが延長ソケット内に嵌まり込むことができるようにする手段と、第１及び第２の本体を作動シリンダから遠ざけたりこれに近づけたりするよう伸縮させる手段とを更に含む。

この点に関し、本発明の少なくとも１つの実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、その用途が以下の説明に記載され又は図面に示されたコンポーネントの構成の細部及び配置に限定されないことは理解されるべきである。本発明は、説明する観点に加えて種々の観点を有することができると共に種々の仕方で具体化されて実施できる。また、本明細書及び要約書で用いられる語句及び用語は、説明の目的のためであり、本発明を限定するものとみなされるべきではない。

したがって、当業者であれば理解されるように、本発明が立脚する技術的思想は、本発明の幾つかの目的を達成するための他の構造、方法及びシステムの設計の基礎として容易に利用できる。したがって、重要なこととして、本発明の範囲は、かかる均等構成例が本発明の精神及び範囲から逸脱しない限り、かかる均等構成例を含むものとみなされる。

本発明に従ってロッド及びソケット部分を示すアクチュエータの断面図である。 本発明の実施形態に従ってロッドと共に示されたスイベルキャップの側面図である。 本発明によるスイベルキャップの断面図である。 本発明によるロッドのソケット部分の平面図である。 油圧シリンダ、ピストン、及びロッドを示す断面図であり、ピストンが第１の位置にある状態を示す図である。 油圧シリンダ、ピストン、及びロッドを示す断面図であり、ピストンが第２の位置にある状態を示す図である。 本発明の実施形態による油圧ピストンリテーナの部分断面図である。 本発明による油圧ピストンリテーナ及び関連コンポーネントの部分断面図である。 本発明による第２の給油器を有する実施形態としての油圧ピストンリテーナ及び関連コンポーネントの部分断面図である。 シリンダ組立体の部分断面図であり、追加の細部を示す図である。 シリンダ組立体の部分断面図である。 シリンダ組立体の部分断面図である。 別の実施形態に従ってスイベルキャップ及びソケットを含む部分シリンダ組立体の断面図である。 別の実施形態に従ってスイベルキャップ及びソケットを含む部分シリンダ組立体の断面図である。 別の実施形態に従ってスイベルキャップ及びソケットを含む部分シリンダ組立体の断面図である。 別の実施形態に従ってスイベルキャップ及びソケットを含む部分シリンダ組立体の断面図である。 別の実施形態に従ってスイベルキャップ及びソケットを含むシリンダ組立体の断面図である。

今、図１を参照すると、本発明のアクチュエータ１０の断面図が示されている。図示すると共に以下において説明するアクチュエータ１０は、油圧シリンダ組立体である。ただし、本発明は、油圧シリンダに限定されるものではない。本発明の原理は、他形式のアクチュエータ、例えば油圧式、空気圧式、電気式及び任意他の形式のアクチュエータに利用できる。

油圧シリンダ組立体１０は、バレル又はシリンダ２０及びロッド３０を含む。ロッド３０は、バレル２０内に摺動可能に受け入れられると共にバレル２０を貫通している。ロッド３０は、２つの端部３２，３４を有する。ロッド３０は、一端部３２のところにソケット部分４０を有する。アクチュエータ１０は、ソケット部分４０と反対側の端部３４の近くにベース５０を有する。本発明の幾つかの実施形態では、ロッド３０は、円筒形であるのが良い。しかしながら、ロッド３０について他の幾何学的形状を用いることができる。本発明では、ロッド３０という用語は、ロッドそのものを意味するために用いられ、更に、ピストンとロッドを組み合わせた単一部品を意味するために用いられている。ロッド３０のソケット部分４０は、ロッド３０への別個のアタッチメントであるのが良い。変形例として、ロッド３０は、ソケット部分４０との単一の部品として製作されても良い。

油圧シリンダ組立体１０は、スイベルキャップ６０を更に含む。スイベルキャップ６０及びロッド３０の遠位端部の斜視図が図２に示されている。ロッド３０の遠位端部と共にスイベルキャップ６０の断面図が図３に示されている。

スイベルキャップ６０は、ベース部分７０及び隆起ドーム状部分８０を含む。スイベルキャップ６０のベース部分７０は、内面７２及び外面７４を備えている。図３及び図４に示されているように、スイベルキャップ６０の隆起ドーム状部分８０がベース部分７０の内面７２上に設けられている。隆起ドーム状部分８０は、ロッド３０のソケット部分４０内に設けられるのが良い。ベース部分７０及び隆起ドーム状部分８０は、代表的には、金属、例えば鋼で作られており、ベース部分７０及び隆起ドーム状部分８０は、ロッド３０を形成するために用いられている材料と同種の材料で作られるのが良い。しかしながら、ベース部分７０及び隆起ドーム状部分８０を形成するのに他の材料を用いることができ、ただし、選択されるかかる材料は、シリンダ組立体１０の用途にとって十分な強度を有することを条件とする。ベース部分７０は、円形であるのが良い。

隆起ドーム状部分８０は、ドームの形をしており又は半球形であり、かかる隆起ドーム状部分は、ロッド３０のソケット部分４０（図４参照）を受け入れるよう形作られている。スイベルキャップ６０の隆起ドーム状部分８０は、全体としてロッド３０の軸線Ａと一線をなして位置決めされた中心軸線を有する。隆起ドーム状部分８０は、半径の原点８５を有し、この半径の原点は、ベース部分７０の外面７４を定める平面上に位置する。半径の原点８５のこの特定の存在場所により、スイベルキャップ６０の回転の際における横方向運動がゼロになり、しかもロッド３０に加わる曲げモーメントが減少する。隆起ドーム状部分８０の半径の原点８５は、ベース部分の外面を定める平面の中央で中心軸線に沿って位置している。半径の原点８５は、図３及び図４に示されている。軸線Ａは、図３に示されている。

本発明の幾つかの実施形態では、ベース部分７０は、円形であり、ロッド３０は、円筒形である。図２及び図３は、円筒形ロッド３０及び円形ベース部分７０を示している。幾つかの実施形態では、ベース部分７０の直径は、ロッド３０の外径よりも小さく、これよりも大きく、又はこれに等しい。図２及び図３では、ベース部分７０の直径は、ロッド３０の外径よりも大きい。

一般的に言えば、ベース部分７０がロッド３０の平らなフェース３６よりも広いことが望ましい。と言うのは、広いベース部分７０は、アクチュエータが作用する物体を保護することができるからである。多くの場合、アクチュエータ１０が作動状態にあるとき、アクチュエータが持ち上げ、動かし、或いはクランプしている物体は、応力及びロッド３０による変形によって損傷を受けることがある。しかしながら、広いベース部分７０は、この損傷を阻止することができる。円形ベース部分７０の直径が少なくとも、円筒形ロッド３０の外径と同程度の大きさなので、ベース部分７０は、ロッド３０の遠位端部を保護し、特に、ロッド３０の遠位端部のところのロッド３０の平らなフェース３６を保護する。さらに、本発明のスイベルキャップ６０の幾何学的形状及びドーム部分８０の接触面積が所与の場合、ベース部分７０のサイズは、油圧シリンダ組立体１０の定格に影響を及ぼすことはなく、しかも油圧シリンダ組立体１０の性能に悪影響を及ぼすこともない。本発明の幾つかの実施形態では、ベース部分７０の表面積とロッド３０の平らなフェース３６の表面積の比は、１：１から２：１以上まで様々であって良い。

上述したように、油圧シリンダ組立体１０は、ロッド３０に加わる荷重の角度的ミスアラインメントに起因して問題を生じる。これは、例えば、油圧シリンダ組立体１０の作動中におけるロッド３０のミスアラインメントに起因した過負荷によって引き起こされる場合があり、このミスアラインメントは、部分的には、持ち上げ中における荷重の変化の方向に起因している場合がある。ロッド３０の角度的ミスアラインメントにより、ロッド３０に曲げモーメントが加わり、それによりロッド３０が破損すると共にシリンダ組立体１０が故障する。したがって、ロッド３０に加わる曲げモーメントをなくし又は少なくとも減少させることが肝要であり、その結果、ロッド３０は、破損せず、油圧シリンダ組立体１０は、可能な限り長く稼働する。

油圧シリンダ組立体１０は、ロッド３０を角度的ミスアラインメントに起因したこの損傷から保護するよう設計されているスイベルキャップ６０を含む。スイベルキャップ６０は、ロッド３０の端部３２に取り付けられている。スイベルキャップ６０は、荷重との角度的ミスアラインメントに応答してロッド３０に対し傾動角度に合わせて傾動する。本発明の幾つかの実施形態では、スイベルキャップ６０の傾動角度は、５°以下である。他の実施形態では、シリンダは、５°を超える傾動角度に合わせて設計されるのが良い。

ソケット部分４０は、スイベルキャップ６０の隆起ドーム状部分８０を受け入れるよう寸法決めされ、またこの逆の関係が成り立つ。図４は、本発明によるロッド３０のソケット部分４０の平面図を示している。しかしながら、ソケット部分４０は、隆起ドーム状部分８０と正確に嵌合するよう形作られなくても良く又は寸法決めされなくても良い。例えば、図３は、ロッド３０の端部３２の平らなフェース３６とスイベルキャップ６０の内面７２との間に隙間９０が形成されていることを示している。

隙間９０は、最大傾動角度が守られなかった時点を油圧シリンダ組立体１０のユーザが知るための視覚的指標となる。これが重要である理由は、ロッド３０を最大傾動角度を超える傾動角度で作動させた場合にロッド３０が損傷状態になる場合があるからである。スイベルキャップ６０がロッド３０の角度的ミスアラインメントに応答して傾動すると、ベース部分７０の内面７２の一部分は、スイベルキャップ６０が最大傾動角度で傾動し又はこの最大傾動角度を超えた場合、ロッド３０の平らなフェース３６に接触することになる。隙間９０は、ベース部分７０の内面７２とロッド３０の平らなフェース３６との間に接触が生じた場合に隙間がなくなる。しかしながら、ベース部分７０の内面７２の残りの部分（即ち、ロッドの平らな表面に接触していない部分）とロッド３０の平らなフェース３６との間に隙間９０が残る。換言すると、隙間９０は、スイベルキャップ６０が回転しているときにはベース部分７０とロッドの平らなフェース３６との間では一様ではない。

油圧シリンダ組立体１０のユーザは、作動中、最大傾動角度に達したかどうか又はこれを超えたかどうかを目で見て判定することができる。と言うのは、隙間９０がベース部分７０の内面７２の或る部分のところで消失するからである。この特徴により、ユーザは、ロッド３０が損傷する前に油圧シリンダ組立体１０の作動を停止させることができる。

ロッド３０が作動されてスイベルキャップ６０が最大傾動角度よりも大きな傾動角度で傾動した場合、ベース部分７０の内面７２は、ロッド３０の平らなフェース３６に凹み又は窪みを作ることになる。変形例として、ベース部分７０の内面７２に凹み又は窪みが生じる場合がある。この凹み又は窪みは、ベース部分７０とロッド３０の平らな表面との接触によって生じる。変形例として、凹み又は窪みは、ベース部分７０の内面７２上に生じる場合がある。凹みの大きさは、荷重及びミスアラインメントの量の関数である。この場合、ロッドの平らな表面及び／又はベース部分の内面７２を点検すると、油圧シリンダ組立体１０がその荷重仕様を超えて作動されたかどうかを明らかにすることができる。

したがって、隙間９０は、最終的には、油圧シリンダ組立体１０のユーザにとって２つの利点をもたらす。第１に、油圧シリンダ組立体１０のユーザは、使用中、最大傾動に関する視覚的指示手段又は目印を得る。第２に、ロッド３０に生じた凹み又は窪みにより、ロッド３０がその荷重仕様を超えて作動されたことが分かる。ロッド３０がその設計仕様範囲内で作動されているかどうかを知ることは、ユーザと製造業者の両者にとって有用な情報であると言える。例えば、ロッド３０がその設計仕様範囲内で作動されている場合、凹みが生じることはなく、ロッドに破損があればこれは製造上の結果に起因している場合がある。他方、凹みにより、油圧シリンダ組立体１０の荷重仕様が守られておらず、ロッドの損傷があればこれはユーザによって引き起こされたということが分かる。

本発明のスイベルキャップ６０は、ロッド３０との最小接触量を有するよう設計されている。スイベルキャップ６０の隆起ドーム状部分８０は、ロッド３０にソケット部分４０のところで接触する。ソケット部分４０と隆起ドーム状部分８０の接触は、ロッド３０のソケット部分４０内の或る特定の領域に制限される。接触領域８０Ａは、ロッドのソケット部分４０内に位置し、これは、図３で理解できる。

スイベルキャップ６０は、隆起ドーム状部分８０かソケット部分４０かのいずれかに設けられた隆起領域１００を更に有するのが良い。幾つかの実施形態では、隆起領域１００は、隆起ドーム状部分８０上に位置する。他の実施形態では、隆起領域１００は、図３に示されているようにソケット部分４０上に位置しても良い。隆起領域１００は、スイベルキャップ６０の軸線Ａから半径（ｒ）の長さの約半分（ｒ／２）のところに位置する中央部分８１を有するのが良い。隆起領域１００のサイズ及び特定の幾何学的形状は、スイベルキャップ６０とロッド３０のソケット部分４０との間にどれほど多くの接触が望まれるかに応じて様々な場合がある。

隆起領域１００は、隆起ドーム状部分８０の外面から隆起した隆起ドーム状部分８０の一領域であるのが良い。変形例として、隆起領域１００は、ソケット部分４０の表面７９から隆起したソケット部分４０内の領域であっても良い。隆起領域１００は、重要であるが、その理由は、これがソケット部分４０と隆起ドーム状部分８０の接触の減少を容易にするからである。以下に更に説明するように、この接触領域を最小限に抑えると共に制御することにより、曲げモーメントが制御され、最終的にはシリンダ組立体１０（図１参照）の種々のコンポーネントの寿命が延びる。

接触領域が例えばロッド３０のソケット部分４０の表面領域全体である場合、ロッド３０は、大きな曲げモーメントを受け、ロッド３０が曲げモーメントの応力を受けて破損する恐れが増大する。しかしながら、スイベルキャップ６０の隆起ドーム状部分８０とロッド３０のソケット部分４０の接触領域を最小限に抑えることによって、曲げモーメントが制御され、ロッド３０の受ける応力が小さくなり、それによりロッド３０の破損の恐れが減少する。

スイベルキャップ６０は、荷重に応答してロッド３０に対して或る程度傾動することができる。この傾動は、半径の原点８５の回り且つ接触面８０Ａ相互間で起こるのが良い。スイベルキャップ６０は、荷重を接触面８０Ａを介してロッド３０の中心に保つことができる。接触面８０Ａは、シリンダ組立体３０を介して曲げモーメントを制御し又は制限し、それによりロッド３０が損傷状態になり又は破損する恐れが減少する。

スイベルキャップ６０の隆起ドーム状部分８０の軸線（図３の軸線Ａによって示されている）は、全体としてロッド３０の軸線Ａと同軸に位置決めされている。隆起ドーム状部分８０の半径の原点８５は、軸線Ａに沿って位置すると共にベース部分７０の外面７４上に位置決めされる。

接触面８０Ａの上方に或る距離を置いたところで隆起ドーム状部分の外面上に配置される１つ又は２つ以上の傾動指示手段又は目印１１０が設けられるのが良い。幾つかの実施形態では、図３に示されているように円形溝である２つの傾動目印１１０が設けられるのが良い。傾動目印１１０が接触面８０Ａの外部に配置されているので、傾動目印１１０の上に損傷又は応力の徴候があれば、これにより、油圧シリンダ組立体１０がその荷重仕様を超えて作動されたことが分かる。これとは逆に、傾動目印１１０の下に損傷又は応力の徴候があれば、これにより、油圧シリンダ組立体１０が荷重仕様の範囲内で作動されたことが分かる。

本発明の幾つかの実施形態では、油圧シリンダ組立体１０はシール（図示せず）を含むのが良い。シールは、環状汚染防止シールであるのが良く、かかるシールは、隆起ドーム状部分８０周りに設けられるのが良い。シールは、汚れ又はデブリがソケット部分４０及び隆起ドーム状部分８０に入るのを阻止する上で有用な場合がある。

本発明の実施形態は、ロッドを支承面に押圧しているときにロッドに対する潤滑手段を提供する。幾つかの実施形態では、潤滑システムは、ロッドがリテーナの支承面を押圧する前にシールもワイパもロッドから潤滑状態を除くことがないように構成されている。

本発明の装置の実施形態が図５及び図６に示されている。図５及び図６は、油圧シリンダ組立体１１１の断面図である。油圧シリンダ組立体１１１は、ハウジング１１３を有する油圧シリンダ１１２を含む。油圧シリンダハウジング１１３は、内部空間１１４を画定している。油圧シリンダ１１２は、実質的に流体密の内部１１４を構成するようプラグ１２０及びリテーナ１２２を収容している。リテーナ１２２は、シリンダ１１２とは別個の部品である必要はなく、シリンダ１１２若しくはハウジング１１３の一部であっても良く或いは他の何らかの特徴部であっても良い。第１のポート１１６及び第２のポート１１８は、作動油が油圧シリンダ１１２の内部１１４に入り又はこれから出るようにするための入口／出口となっている。

作動油が第２のポート１１８に入って第１のポート１１６から出ると、ピストン１２４は、図５に示されているように上方に押される。これにより、ロッド又はシャフト１２６が油圧シリンダ１１２から出る。作動油が第１のポート１１６に入って第２のポート１１８から出ると、ピストンは、図６に示されているように下方に押される。これにより、ロッド又はシャフト１２６が油圧シリンダ１１２に入る。

ロッド又はシャフト１２６が油圧シリンダ１１２から出入りしているとき、ロッド１２６は、リテーナ１１２に当たった状態で摺動する。多くの場合、ロッド１２６は、横荷重又は換言するとロッド１２６の長手方向軸線と一線をなしていない荷重を受ける。横荷重により、ロッド１２６は、リテーナ１２２に押し当たる。リテーナ１２２に当たっているロッド１２６の表面１２８の摩耗により、ロッド１２６の表面１２８及び／又はリテーナ１２２の損傷が生じる場合がある。この摩耗を軽減するため、本発明の種々の実施形態は、ロッド１２６の表面１２８を潤滑する方法及びシステムを提供する。

幾つかの実施形態では、ロッド１２６の表面１２８を潤滑する潤滑システムがリテーナ１２２内に配置されている。図７は、リテーナ１２２の部分断面図である。当業者であれば理解されるように、リテーナ１２２は、形状が全体として環状である。しかしながら、図７には部分断面図しか存在していない。図１及び図２に示されている断面図を参照すると、本開示内容を検討した後、当業者にはリテーナ１２２の形状が環状であることが分かろう。

図７に戻ってこれを参照すると、ワイパ用凹部１３２がリテーナ１２２に設けられた状態で示されている。ワイパ用凹部１３２は、保持リップ１３４の真上に配置されている。保持リップ１３４は、リテーナ１２２内に設けられていてシール１３８（図８に示されている）を定位置に保持する構造体となっている。図７は、シール１３８（図８に示されている）が収納されるリテーナ１２２に設けられていてシール１３８（図８に示されている）を収納する凹部１３６を示している。リテーナ１２２は、支承面１４２を有する。ロッド又はシャフト１２６（図７には示されていない）の表面１２８に接触してこれをこするのは、支承面１４２である。

幾つかの実施形態では、本発明によれば、ロッド１２６は、支承面１４２以外のリテーナ１２２の他の部分をこすることはない。

図７に示されているように、支承面１４２及びリテーナ１２２は、切欠き又は溝１４６を備えている。ロッド１２６の表面１２８を潤滑するために潤滑システムが存在するのは、切欠き又は溝１４６内である。

図８は、リテーナ１２２内に配置された他のコンポーネントと一緒にリテーナ１２２の部分断面を示している。加うるに、リテーナ１２２は、油圧シリンダ１１２内に配置された状態で示されている。ハウジング１１３は、ロッド１２６を収容した状態で示されている。ロッド１２６の表面１２８は、リテーナ１２２の支承面１４２に隣接して位置した状態で示されている。

ワイパ１３０がリテーナ１２２のワイパ用凹部１３２内に配置された状態で示されている。ワイパ１３０は、ロッド１２６が油圧シリンダ１１２に入っているときにロッド１２６の表面１２８から汚れ、デブリ、又は任意他の異物を落とす機能を発揮する。図８に示されているように、ワイパ１３０は、階段形状を有するのが良く、かくして、ワイパ用凹部１３２の段付き部分１４８が提供されている。

リテーナリップ１３４は、ワイパ１３０の下に配置されているものとして見える。リテーナリップ１３４は、リテーナ１２２内に設けられていてシール１３８が油圧シリンダ１１２の内部１１４内の油圧に起因し又は油圧シリンダ１１２から出ているロッド１２６からの摩擦に起因して油圧シリンダ１１２から押し出されるのを阻止する構造体となっている。

シール１３８は、リテーナ１２２内のシール用凹部１３６内に位置している。シール１３８は、作動油がロッド１２６の表面１２８沿いに移動して油圧シリンダ１１２から出るのを阻止する。シール１３８及びワイパ１３０は、当該技術分野においては比較的周知であると言え、本明細書においてこれ以上説明するメリットはないであろう。

図８は又、潤滑システム１４４を示している。幾つかの実施形態では、潤滑システム１４４は、単に、潤滑剤で含浸し又は飽和したフェルトから成る。潤滑システム１４４は、単に給油器１４４と呼ばれる場合がある。幾つかの実施形態では、潤滑剤は、潤滑油であるのが良い。他の実施形態では、潤滑剤は、油圧シリンダ１１２内で用いられる作動油であるのが良い。油含浸フェルト１４４は、リテーナ１２２に設けられた潤滑システム切欠き１４６内に位置している。図８に示されているように、油含浸フェルト１４４は、ロッド１２６の表面１２８に接触する。油含浸フェルト１４４は、ワイパ１３０とシール１３８の両方の下に配置されている。この配置の結果として、ロッドの表面１２８は、ロッド１２６が矢印Ａで示されている外向きの方向に動く前に、油含浸フェルト１４４によって潤滑されることになる。ロッド１２６の外部１２８は、外部１２８が支承面１４２に接触前に潤滑されるので、ロッド１２６の外部１２８は、ロッドが矢印Ａで示された方向に沿って油圧シリンダ１１２から出ているときに潤滑される。

特に、本発明の種々の実施形態によって潤滑されるロッド１２６の表面１２８が図８に示されている。図８は、リテーナ１２２の部分断面図であり、ロッド１２６の一部及び油圧シリンダハウジング１１３も又示している。

図８に示されている実施形態は、単動シリンダ１１２に適しており、この場合、単動油圧シリンダ１１２は、ロッド１２６が油圧シリンダ１１２から出るときに負荷に押し当たる。油含浸フェルト１４４は、ロッド１２６が矢印Ａで示されているように油圧シリンダ１１２から出ているときに、ロッド１２６の表面１２８が支承面１４２に接触するのに先立って、潤滑剤をロッド１２６の表面１２８に塗布するに過ぎない。かかる油圧シリンダ１１２は、矢印Ａとは逆の方向で油圧シリンダ１１２に向かって入るロッド１２６を有する場合、潤滑剤又は油は、ロッド１２６が支承面１４２に沿って摺動する前にロッド１２６に塗布されることはない。

複動油圧シリンダ１１２は、ロッド１２６が矢印Ａで示されているように油圧シリンダ１１２から出ているときと矢印Ａで示された方向とは逆の方向で油圧シリンダ１１２に入っているときの両方において、相当大きな荷重をロッド１２６に加える。かかる複動シリンダ１１２は、図８に示されている実施形態から恩恵を受けることができる。しかしながら、かかる油圧シリンダ１１２は、主として、ロッド１２６が矢印Ａで示されているように油圧シリンダ１１２から出ているときにロッド１２６の表面１２８がリテーナ１２２の支承面１４２に接触するのに先立って油含浸フェルト１４４で潤滑されるロッド１２６の表面１２８を有するに過ぎないであろう。

当業者であれば理解できるように、ロッド１２６の表面１２８がリテーナ１２２の支承面１４２に接触する前にロッド１２６の表面１２８の潤滑手段を提供する油圧シリンダ組立体１１１を提供することも又、望ましいと言える。かかる油圧シリンダ組立体１１１が図９に部分断面で示されている。

図９は、図８に示された形態に類似した形態を示している。リテーナ１２２は、油圧シリンダ１１２のハウジング１１３内に配置されている。入口１１６も又、油圧シリンダ１１２の内部１１４に対する接近手段となる状態で示されている。

しかしながら、幾つかの実施形態では油含浸フェルト１５０であるのが良い第２の潤滑システムが図示のようにリテーナ１２２に設けられた第２の潤滑溝１５２内に配置されている。図９のリテーナ１２２内には、ロッド１２６の一部分が見える。リテーナ１２２は、ワイパ用凹部１３２内に配置されたワイパ１３０を有し、ワイパ１３０は、段付き部分１４８を有する。リテーナ１２２は、上述したようにシール用凹部１３６内にシール１３８を保持する上述したのと同様な機能を有する保持リップ１３４を更に有する。リテーナ１２２は、支承面１４２を有している。しかしながら、幾つかの実施形態では、油含浸フェルト１４４，１５０を含むのが良い２つの潤滑システムがそれぞれ、潤滑溝１４６，１５２内に位置している。

図９に示されているように、潤滑システム１４４は、リテーナ１２２の支承面１４２の下に配置されている。かくして、ロッド１２６の表面１２８が矢印Ａの方向に油圧シリンダ１１２から出ているとき、表面１２８は、支承面１４２に接触する前に潤滑システム１４４から潤滑作用を受ける。加うるに、第２の潤滑システム１５０は、ロッド１２６が矢印Ａで示されているのとは逆の方向で油圧シリンダ１１２中に動いているときにロッド１２６の表面１２８がリテーナ１２２の支承面１４２沿いにこすれる前に、ロッド１２６の表面１２８に潤滑作用をもたらす。２つの潤滑システム１４４，１５０は、支承面１４２の下及び支承面１４２の上に配置され、それにより、ロッド１２６の表面１２８が支承面１４２をこする前に、ロッド１２６の表面１２８が潤滑されるという利点が得られる。

上述の説明から理解できるように、しかも図示のように、本発明の幾つかの実施形態の中には、１つの潤滑システムを有するのが良いものもあれば、２つの潤滑システムを用いるのが良いものもある。図は、支承面１４２の下に配置された単一の潤滑システム１４４を示しているが、他の実施形態では、単一潤滑システムは、潤滑システム１５０と同様、支承面１４２の上に配置されても良い。当業者であれば、本開示内容を検討した後、所与の油圧シリンダについて１つ又は複数の潤滑システムを配置する有利な場所を選択することができる。

本明細書は、主として、油圧シリンダについて説明したが、当業者であれば、本開示内容を検討した後、本発明の種々の原理を種々のシリンダに適用できることが理解されよう。例えば、ピストンを動かす油圧シリンダ、ガス充填シリンダ、液体充填シリンダ、又は任意他の流体充填シリンダを本明細書において説明する本発明に従って使用できる。本明細書において説明する原理は、油圧シリンダが主として一例として本明細書において説明されているに過ぎないので、油圧シリンダには限定されない。

本明細書の実施形態は、添付の図に見える。アクチュエータが図示のピストン・シリンダ組立体と類似したピストン・シリンダ組立体を有することができる。本明細書において説明する実施例は、油圧シリンダであるが、本発明の原理は、油圧シリンダには限定されず、空気圧シリンダ、ガス充填シリンダ、若しくは任意他の形式のシリンダ又はアクチュエータに利用できることは理解されよう。

本発明の装置の実施形態が図５及び図６に示されている。図５及び図６は、油圧シリンダ組立体１１１の断面図である。油圧シリンダ組立体１１１は、ハウジング１１３を有する油圧シリンダ１１２を含む。油圧シリンダハウジング１１３は、内部空間１１４を画定している。油圧シリンダ１１２は、実質的に流体密の内部１１４を構成するようプラグ１２０及びリテーナ１２２を収容している。第１のポート１１６及び第２のポート１１８は、作動油が油圧シリンダ１１２の内部に入り又はこれから出るようにするための入口／出口となっている。

作動油が第２のポート１１８に入って第１のポート１１６から出ると、ピストン１２４は、図５に示されているように上方に押される。これにより、ロッド又はシャフト１２６が油圧シリンダ１１２から出る。作動油が第１のポート１１６に入って第２のポート１１８から出ると、ピストンは、図６に示されているように下方に押される。これにより、ロッド又はシャフト１２６が油圧シリンダ１１２に入る。

ロッド又はシャフト１２６が油圧シリンダ１１２から出入りしているとき、ロッド１２６は、リテーナ１１２に当たった状態で摺動する。多くの場合、ロッド１２６は、横荷重又は換言するとシリンダ１１２の長手方向軸線と一線をなしていない荷重を受ける。横荷重により、ロッド１２６は、リテーナ１２２に押し当たる。リテーナ１２２に当たっているロッド１２６の表面１２８の摩耗により、ロッド１２６の表面１２８及び／又はリテーナ１２２の損傷が生じる場合がある。

図１０は、図６に示された図と同様な拡大詳細部分断面図である。ロッド１２６は、ピストン１２４のソケット部分２５０内に嵌め込まれている。ピストン１２４は、種々の空所２５２，２５４，２５６を有するのが良い。これら空所２５２，２５４，２５６は、種々のインサート、例えばピストンシール又は任意他のインサートのために利用されるのが良い。他の実施形態では、これらボイドは、ボイドとして残されても良く、或いは、設けられなくても良い。さらに別の実施形態では、図示の数よりも多い又は少ないボイド２５２，２５４，２５６が設けられる場合がある。

ピストン１２４は又、これをプラグ１２０に着座させると、ピストン１２４とプラグ１２０との間に隙間又はクリアランス２７２を形成することができる。この隙間又はクリアランス２７２は、ピストン１２４に設けられた突出部２７４の結果であると言える。突出部２７４は、ピストン１２４が一杯まで動いてプラグ１２０に当たるのを阻止する。その結果、ポート１１８に入って来る作動油は、隙間２７２中に流れてこれを満たすことができ、そして力を上方に（図１０に示されているように）及ぼしてピストン１２４を上向きの方向に動かす。隙間２７２が存在しない場合、流体がピストン１２４に押し当たってピストン１２４を持ち上げることが困難であろう。幾つかの実施形態では、突出部２７４は、ピストン１２４の表面積の約１０％に及ぶのが良い。他の実施形態では、突出部２７４は、互いに異なる寸法を有することができる。本明細書を検討した後、当業者であれば理解されるように、突出部２７４は又、プラグ１２０上に配置されて同様な効果を達成することができる。

ピストン１２４のソケット部分２５０は、受座空所２５８を有するのが良い。ロッド受座２６０がソケット部分２５０の底部を形成するのが良い。ロッド１２６のピストン端部２６２は、ソケット部分２５０内に嵌まり込む。ロッド１２６のピストン端部２６２は、図１０及び図１２の側部２６４，２６６に示されているように面取りされるのが良い。ロッド１２６のピストン端部２６２がピストン１２４のソケット部分２５０内に嵌まり込むと、ピストン１２４のソケット部分２５０内の受座２６０とロッド１２６の端部２６２との間にはクリアランス又は空所２６８が生じる。クリアランス空所２６８は、受座コーナー部２７０，２７３の両方まで延びている。クリアランス又は空所２６８は、ピストン１２４をロッド１２６にルーズに取り付けた結果であると言える。

図１０に示されているように、ピストン１２４は、ピストン１２４に設けられた締結具用穴２７６及びロッド１２６に設けられた締結具用穴２７８内に嵌め込まれた締結具２８０によってロッド１２６に取り付けられている。幾つかの実施形態では、締結具２８０及びロッド１２６の締結具用穴２７８にのみねじ山が設けられる。締結具２８０は、隙間２６８が所望の量の状態であるように調節される。幾つかの実施形態では、隙間２６８は、約０．０１５インチ（０．３８１ｍｍ）であるのが良い。他の実施形態では、これよりも大きい又は小さい隙間を用いることができる。幾つかの実施形態では、ピストン１２４をロッド１２６に取り付ける際、締結具２８０を回してピストン１２４がロッド１２６にだけ接触し、次に締結具２８０を約１／２回転戻して所望の隙間２６８を作るようにする。

図１１は、本発明ではないピストン組立体１１１を示している。図１１に示されているピストン組立体１１１は、互いに一体化されたピストン１２４とロッド１２６を表している。ピストン１２４とロッド１２６は、これらが単一の一体部品で作られているので一体化でき、或いは、ピストン１２４とロッド１２６は、ピストン１２４がロッド１２６にぴったりとした仕方で取り付けられて隙間２６８（図１０及び図１２に示されている）が存在しないようになっているので一体化されている。

ロッド１２６は、横荷重、換言すると、シリンダ１１２の軸線Ｅと完全には平行ではない荷重を受け、それによりロッド１２６及びピストン１２４が変位する。図１１では、横荷重としての力が矢印Ｆで表されている。矢印Ｆの角度は、側荷重を良好に示すために誇張されている。矢印Ｆの力はロッド１２６を変位させ、その結果、ロッド１２６の軸線Ｄ及びピストン１２４の軸線Ｇは、シリンダの内部１１４の軸線Ｅに平行ではないようになる。ロッド１２６とピストン１２４が一体化されているので、この説明のため、ロッド１２６の軸線Ｄとピストン１２４の軸線Ｇが同軸であるということが前提とされている。理論的には、側荷重としての力Ｆが存在せず、油圧ピストン組立体１１１が完全な寸法に合わせて製造されている場合、ロッド１２６の軸線Ｄとピストン１２４の軸線Ｇとシリンダの内部１１４の軸線Ｅは、完全に整列する。しかしながら、これは、そのようには決してならず、したがって、３つの軸線Ｄ，Ｇ，Ｅが互いに整列しないことは、例外ではなく一般的である。

力Ｆの結果としてのロッド１２６の変位により、ロッド１２６の表面１２８は、リテーナ１２２の支承面１４２に当接する。ロッド１２６の表面１２８がリテーナ１２２の支承面１４２に当接した結果として、リテーナには大きな応力の領域２８４が生じる。ロッド１２６が出入りしてリテーナ１２２に当接すると、ロッド１２６の表面１２８並びにリテーナ１２２の表面１４２は、すじ付け状態、摩耗状態又は損傷状態になる場合がある。

ロッド１２６の反対側では、ロッド１２６とリテーナ１２２の支承面１４２との間に隙間２９４が生じる。加うるに、ピストン１２４も又、大きな応力の領域２８６を有する場合がある。ピストンの大きな応力の領域２８６内では、シリンダハウジングの壁２８８は、ピストン１２４の支承面２９０をこする。この結果、ピストン１２４及びシリンダハウジングの壁２８８のいずれか一方又はこれら両方には摩耗及びすじ付けが生じる場合がある。この状態は、望ましくない摩耗を生じさせるだけでなく、大応力領域２８４，２８６内でピストン１２４又はロッド１２６を動かすために摩擦に打ち勝つ際にエネルギーが無駄になるので、シリンダ組立体１１１の効率又は有効性を減少させる場合がある。

図１２は、本発明によるシリンダ組立体１１１の部分拡大断面図である。ロッド１２６は、ピストン１２４にルーズに連結されている。このルーズな連結は、浮動ピストン１２４と呼ばれる場合がある。矢印Ｆは、シリンダ軸線Ｅに平行ではない方向で作用する力を表している。ロッド１２６は、横荷重としての力Ｆによって変位し、その結果、ロッド１２６の外面１２８が大応力領域２８４のところでリテーナ１２２の支承面１４２に圧接している。ロッド１２６の反対側では、隙間２９４がロッド１２６とリテーナ１２２との間に存在している。

ピストン１２４は、図１１に示されている状態とは対照的に、シリンダ１１２の内部１１４内にきっちりと納まっている。その結果、ピストンの軸線Ｇは、シリンダ１１２の軸線Ｅと実質的に平行である。これは、図１１に示された状態とは異なっている。図１１では、ロッド軸線Ｄとピストン軸線Ｇは、実質的に同軸であった。しかしながら、図１２に示されている実施形態では、ピストン軸線Ｇは、ボア軸線Ｅと実質的に平行である。ピストン軸線Ｇをボア軸線Ｄに実質的に平行にすることによって、ピストン１２４は、過度の応力、摩耗を生じさせず又はピストン１２４を側壁２８８沿って動かす際の摩擦の増大をもたらさないで、シリンダ１１２の内部１１４内で動くことができる。

図１２に示されているように、ピストン１２４は、シリンダ１１２の内部１１４内にきっちりと収容されており、領域２８６にはピストン１２４の支承面２９０とシリンダ１１３の壁２８８の過度の結合は生じない。そうではなく、ロッド１２６は、ピストン１２４のソケット部分２５０の内部に押し当たる。ロッド１２６の側部２６４は、力Ｆの結果として、応力領域２９８のところでソケット部分２５０の側壁２９６に圧接されるようになる。しかしながら、ロッド１２６の側部２６４がピストン１２４の側壁２９６に押し当たることにより、不必要な摩耗結合が生じることがない。と言うのは、例えば図１１に示されているようなシリンダハウジング１１３の側壁２８８に当たるピストン１２４の運動と比較して、ピストン１２４に対するロッド１２６の運動は、相対的に少ないからである。その結果、シリンダハウジング１１３の側壁２８８の摩耗は、図１１に示されている実施形態と比較して、図１２では大幅に減少する。さらに、ピストン１２４及びロッド１２６をシリンダ１１３の内部１１４を通って出し入れするのに必要な力又はエネルギーは、図１１に示されている実施形態の場合よりも小さい。

ロッド１２６は、クリアランス空所２６８を依然として有するのが良いが、その空所２６８の形状は、力Ｆの方向及び大きさに応じて、異なっていても良く又は変化しても良い。当業者であれば理解されるように、ロッド１２６の向きが変化し、この場合、力Ｆの方向及び／又は大きさも又変化することを条件とする。

側部２６６，２６４のいずれか一方又はロッド１２６の周囲のどこか他の場所のところの面取り部は、幾つかの実施形態では、ロッド１２６がピストン１２４のソケット部分２５０内で僅かに回動し又は違ったやり方で動くことができるよう逃げを提供することができる。幾つかの実施形態では、図１２で識別される点は、点Ｄ，Ｅ，Ｇであり、かかる点は、ロッド軸線Ｄとシリンダ軸線Ｅとピストン軸線Ｇが互いに交差した場合に存在するのが良い。幾つかの実施形態では、これは、ロッド１２６が力Ｆの結果として回動する中心となる点であるのが良い。

当業者であれば本開示内容を検討した後に理解できるように、力Ｆが十分に大きい場合、ロッド１２６は、ピストン１２４内で回動し又は動き、又、それによりピストン１２４は、シリンダハウジング１１３の内部１１４内で回動し又は動く。

幾つかの実施形態では、ピストン１２４に対するロッド１２６の回動運動を一層容易にするために、締結具２８０は、締結具穴２７８内に入れられた状態でのみロッド１２６に螺着でき、ピストン１２４の締結具穴２７６には螺着されない。

図１２に示されている力Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３は、力Ｆがロッド１２６に加わることによって生じる反力である。上述したように、力Ｆがロッド１２６に加えられると、ロッド１２６は、点Ｄ，Ｅ，Ｇを中心として回動することになる。この運動により、ロッド１２６は、応力領域２８４のところでリテーナ１２２に接触することになる。さらに、ロッド１２６の底部は、コーナー部２７０に向かって図１２に示されているように右側に摺動することができる。ロッド１２６も又、応力領域２９８のところでピストン１２４に接触することになる。この接触の結果として、ロッド１２６に作用する反力が生じることになる。例えば、力Ｆ１は、リテーナ１２２がロッド１２６に及ぼす反力である。力Ｆ２は、ピストン１２４がロッド１２６の側部に及ぼす反力である。力Ｆ３は、ピストン１２４がロッド１２６に加える力を表している。当業者であれば理解されるように、Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３として示された反力は、図示のように別々の点だけでなく領域に沿って分布して位置する力の単なる表示である。反力Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３は、ロッド１２６に加えられた力Ｆと反対に作用する曲げモーメントを生じさせる。浮動ピストン設計の一利点は、ピストン１２４とロッド１２６の相対運動により反力Ｆ３が力Ｆの反作用として生じることにある。Ｆ３の存在の結果として、Ｆ１，Ｆ２の大きさは、Ｆ３に反作用するということに関して言えば、Ｆ３が存在していない場合よりも小さい。

特に、反力Ｆ３は、曲げモーメントを生じさせ、この曲げモーメントの結果として、ロッド１２６とリテーナ１２２との間、ロッド１２６とピストン１２４との間、及びピストン１２４とハウジング１１３との間の応力領域２８４，２８６，２９６の応力は、同じ横荷重Ｆを受けた状態で動作する図１１に示されている実施形態に見られる応力よりも小さい。その結果、図１２に示されている実施形態は、図１１の実施形態と比較して、或る特定の利点をもたらす。

応力の減少に加えて、図１２の実施形態は、ピストン１２４とハウジング１１３との間の摩耗を減少させる。摩耗が減少する理由は、大応力接触領域がロッド１２６とピストン１２４との間で静的だからであり、これは、大応力領域がピストン１２４とシリンダ１１２のハウジング１１３との間で動的である図１１の実施形態とは対照的である。図１２の実施形態では、ピストン１２４とシリンダ１１２のハウジング１１３との間の動的表面のところでは、応力は、ロッド１２６が横荷重Ｆに起因して整列状態から外れている場合であってもピストン１２４がシリンダ１１２内で良好に整列することができるので減少する。

油圧ピストン組立体１１１（例えば、図５及び図６に示されている）の幾つかの実施形態は、上述したスイベルキャップ６０と上述した浮動ピストン１２４の両方の組み合わせを含むのが良い。スイベルキャップ６０と浮動ピストン１２４の両方が油圧ピストン組立体１１１内で組み込まれている実施形態では、油圧ピストン組立体１１１が著しく高い効率で動作することができ、種々のコンポーネントに及ぼす応力が小さく、しかも摩耗を劇的に減少させることがユーザには分かる。幾つかの実施形態では、ユーザの中には、スイベルキャップ６０と浮動ピストン１２４の両方を組み込んだ油圧ピストン組立体１１１に相乗効果を見出すことができる人が居る。例えば、スイベルキャップ６０を油圧ピストン組立体に組み込んだ場合、その結果として、油圧ピストン組立体の性能が“Ｘ”の量だけ高くなり、浮動ピストンを油圧ピストン組立体に組み込むと、その結果として、性能が“Ｙ”の量だけ高くなり、スイベルキャップ６０と浮動ピストン１２４の両方を含む油圧ピストン組立体１１１は、“Ｘ”に“Ｙ”を加えた量よりも高い性能の向上をもたらすことができる。かくして、スイベルキャップ６０と浮動ピストン１２４を組み合わせることにより、予想した性能レベルよりも良好な予期しない結果を得ることができる。

他の実施形態も又、上述したロッド循環システムをスイベルキャップ６０及び浮動ピストン１２４のうちの一方又は両方を含む油圧ピストン組立体に組み込むことができる。しかしながら、他の実施形態は、上述したロッド循環システムをスイベルキャップ６０も浮動ピストン１２４も含まない油圧ピストン組立体に組み込むことができる。

図１３〜図１７は、追加の実施形態としてのシリンダ組立体１０を示している。当業者であれば本開示内容を検討した後に理解されるように、図１３〜図１７は、円形物体の断面図である。したがって、右側及び／又は左側に見える特徴は、実際には、図示の種々の物体周りに円周方向に配置された単一の特徴であると言える。当業者であれば本開示内容を検討した後に理解されるように、シリンダ、ロッド、及び他のかかる特徴は、平面図で見て形状が円形である場合が多い。本発明の種々の観点は、円形のシリンダ及びロッドにだけに限定されず、種々の形状を有する特徴に利用できる。

図１３は、シリンダ組立体１０の断面図であり、このシリンダ組立体は、少なくとも部分的に凸の弧状（球形とも呼ばれる）突出部３０２を有するスイベルキャップ３００を含むのが良い。突出部３０２は、ロッド３０６の受け入れカップ又はソケット部分３０４内に配置される。幾つかの実施形態では、ロッド３０６は、上述したピストンロッド３０に類似したピストンロッドである。他の実施形態では、ロッド３０６は、図１７を参照して以下に詳細に説明する組み合わせ型ロッド・ピストンであるのが良い。

ロッド３０６は、受け入れカップ又はソケット部分３０４内に配置された凹弧状底面３０７を有する。幾つかのオプションとしての実施形態では、底面３０７は、隆起部分３０８を有するのが良い。隆起部分３０８は、図示すると共に図３を参照して説明した隆起領域１００とほぼ同じ機能を発揮することができる。図３に示されている実施形態と同様、図１３に示されている実施形態も又、キャップ３００の支承面３１２と底面３０７との間に位置する空所３１０を有するのが良い。ロッド３０６も又、端フェース３１４又は端部分３１４を備えるのが良い。幾つかの実施形態では、停止面３１６がスイベルキャップ３００のフランジ部分３３２に設けられるのが良い。停止面３１６を備えた実施形態は、スイベルキャップ３００がソケット部分３０４内で係合することができる量を制限することができる。図１３の左側に示されているように、停止面３１４は、端フェース３１４に突き合わされ、それによりスイベルキャップ３００がどれほど多く傾動することができるかどうかが制限される。

幾つかの実施形態では、停止面３１６と端フェース３１４は、スイベルキャップ３００の軸線Ｇ‐Ｇがシリンダ組立体の軸線Ａ‐Ａから約５°以上は変化することがないようスイベルキャップ３００の傾動を制限するような寸法に設定される。他の実施形態は、許容できる異なる傾動量を選択することができる。当業者であれば本開示内容を検討した後、所望の最大傾動角を提供するために停止面３１６及び端フェース３１４をどのように構成して寸法決めすべきかを知るであろう。

スイベルキャップ３００も又、突出部３０２の周りの円周方向に配置されたシール用溝３１８を有するのが良い。弾性シール３２０がシール用溝３１８内に位置するのが良い。幾つかの実施形態では、弾性シール３２０は、ダスト、汚れ、デブリ又は任意他の望ましくない物質が空所３１０、キャップ３００の支承面３１２又はロッド３０６の底面３０７に入るのを阻止する密封機能をもたらすＯリングであるのが良い。幾つかの実施形態では、スイベルキャップ３００がソケット部分３０４内で自由に旋回することができるようにするために異物がその領域に入るのを阻止することが望ましい場合がある。幾つかの実施形態では、弾性シールリング３２０は、スイベルキャップ３００を傾動させたときに図１３の右側に示されているように圧縮されることになる。弾性材料３２０は、その元の形状に戻るよう付勢され、かくしてスイベルキャップ３００を中心位置に戻す力をもたらす。

上述した実施形態とは対照的に、図１３に示されている実施形態は、突出部３０２上に配置された延長突出部壁３２２を有する。延長された受け入れカップ又はソケット壁３２４は、ロッド３０６上に設けられるのが良い。延長突出部壁３２２と延長受け入れカップ又はソケット壁３２４の組み合わせにより、キャップ３００の支承面３１２及びソケット３０４の隆起部分３０８は、所与の半径ｒの場合、上述した他の実施形態のうちの幾つかよりも深く位置することができる。

延長突出部壁３２２及び／又は延長受け入れカップ又はソケット壁３２４を設けることが望ましい一理由は、例えば図５及び図１７に示されているようにスイベルキャップ３００の頂面３３０上に載る負荷からピストン１２４，３４２の支承面３４９までの距離を減少させることにある。この距離は、参照符号Ｗによって表されている。また、受け入れカップ３０４の底面３０７の隆起部分３０８上の平均点３４４と図１７に示されているピストン／ロッド組み合わせ３４２の支承面３４９上の平均点３４７との差を減少させることが望ましい場合がある。この距離は、図１３〜図１７に参照符号Ｚで表されている。スイベルキャップ３００の頂面３３０とロッド３０６の端フェース又は端部分３１４との間の距離は、距離“Ｘ”と称される。

上述したように、油圧シリンダ１０は、時々、曲げモーメント又は横荷重を受ける。ピストン１２４（例えば、図５を参照されたい）又は図１７のピストン／ロッド組み合わせ３４２の支承面３９４の平均位置３４７と負荷との間の距離（距離Ｗ）及びピストン１２４又はピストン／ロッド組み合わせ３４２の支承面３４９の平均位置３４７とロッド３０６の支承面３１２の平均位置３４４との間の距離（距離Ｚ、図１７を参照されたい）を減少させることによって、これら曲げモーメント又は横荷重を減少させることができる。スイベルキャップ３００上に延長突出部壁３２２及びロッド３０４内に延長受け入れカップ又はソケット壁３２４を有する実施形態は、所与の半径ｒにより定められた支承面３１２を維持する一方で、例えば図３に示された実施形態と比較して、距離Ｗ，Ｚを減少させることができる。上述したように、距離Ｗ，Ｚを減少させると、その結果として、モーメントアームが減少し、かくしてピストン１２４（図５参照）に加わるモーメント又は横荷重が小さくなる。かくして、図１３に示されたスイベルキャップ３００を備えたピストン１２４は、モーメントアームの減少に起因して、同一の半径ｒを有する図３に示されたスイベルキャップ６０よりも小さな横荷重を及ぼすことになる。

図１４及び図１５は、シリンダキャップ３００が図１３に示されたフランジ３３２及び停止面３１６を備えていないことを除き、図１３に示された実施形態とほぼ同じシリンダキャップ３００及びロッド３０６の実施形態を示している。図１４及び図１５は、少なくとも部分的球形の突出部３０２を備えたスイベルキャップ３００を含むのが良いシリンダ組立体１０の断面図である。突出部３０２は、ロッド３０６の受け入れカップ又はソケット部分３０４内に配置されている。幾つかの実施形態では、ロッド３０６は、上述したピストンロッドに類似したピストンロッドである。他の実施形態では、ロッド３０６は、図１７を参照して以下に詳細に説明するように組み合わせ型ロッド・ピストンであるのが良い。

ロッド３０６は、受け入れカップ又はソケット部分３０４内に底面３０７を有する。幾つかのオプションとしての実施形態では、底面３０７は、隆起部分３０８を有するのが良い。隆起部分３０８は、図示すると共に図３を参照して説明した隆起領域１００とほぼ同じ機能を発揮することができる。図３に示されている実施形態と同様、図１４及び図１５に示されている実施形態も又、スイベルキャップ３００の支承面３１２と底面３０７との間に位置する空所３１０を有するのが良い。

図１４及び図１５に示された実施形態は、突出部３０２上に配置された延長突出部壁３２２を有する。延長受け入れカップ又はソケット壁３２４がロッド３０６内に設けられるのが良い。延長突出部壁３２２と延長受け入れカップ又はソケット壁３２４の組み合わせにより、ソケット３０４は、所与の半径ｒの場合、上述した他の実施形態のうちの幾つかよりも深く位置することができる。長さＷ，Ｘ，Ｚは、図１３の実施形態の示された長さとほぼ同じである。

図１５は、スイベルキャップ３００上に位置する負荷３３４を示している。負荷３３４は、それ自体、深さ３３４が図１５の左側に示されているように端フェース３１４に接触すると、停止面として作用することができる。図１４及び図１５に示された実施形態は、図１３に示されているように端停止部３１６を有するのではなく、端停止部として負荷それ自体３３４を用いることができる。

図１５に示されているように、端面又は端フェース３１４は、これが負荷３３４に接触して負荷の軸線Ｇ‐Ｇが図示のようにロッド３０６の軸線Ａ‐Ａに対して約５°以下傾動するように配置されると共に寸法決めされるのが良い。これは、図１３を参照して上述したのとほぼ同じ最大傾動角であるのが良い。

図１５は又、図１４の実施形態の僅かな改造例を示している。図１５は、スイベルキャップ３００のシール用溝３１８内に配置された弾性シール３２０を示している。弾性シール３２０は、図１３の実施形態を参照して上述したのとほぼ同じ機能をもたらすことができる。

図１６に示された実施形態は、図１４及び図１５を参照して上述した実施形態とほぼ同じである。図１６は、少なくとも部分的に球形の突出部３０２を有するスイベルキャップ３００を含むのが良いシリンダ組立体１０の断面図である。突出部３０２は、ロッド３０６の受け入れカップ又はソケット部分３０４内に配置されている。幾つかの実施形態では、ロッド３０６は、上述したピストンロッドに類似したピストンロッドである。他の実施形態では、ロッド３０６は、図１７を参照して以下において詳細に説明する組み合わせ型ロッド・ピストンであるのが良い。

ロッド３０６は、受け入れカップ又はソケット部分３０４内に底面３０７を有する。幾つかのオプションとしての実施形態では、底面３０７は、隆起部分３０８を有するのが良い。隆起部分３０８は、図示すると共に図３を参照して説明した隆起領域１００とほぼ同じ機能を発揮することができる。図３に示されている実施形態と同様、図１４及び図１５に示されている実施形態も又、キャップ３００の支承面３１２と底面３０７との間に位置する空所３１０を有するのが良い。

図１６に示された実施形態は、突出部３０２上に配置された延長突出部壁３２２を有する。図１６は、スイベルキャップ３００のシール用溝３１８内に配置された弾性シール３２０を示している。弾性シール３２０は、図１３の実施形態を参照して上述したのとほぼ同じ機能を提供することができる。負荷３３４の底面３３６は、端キャップ３００の頂面３３０上に載っている。負荷３３４は、これがロッド３０６の端フェース又は端部分３１４に接触したときに停止部として作用することができる。上述した実施形態と同様、ロッド３０６及び端フェース３１４の寸法は、軸線Ａ‐Ａ及び軸線Ｇ‐Ｇで示されているように負荷３３４の最大傾動角が約５°であるように選択されるのが良い。本明細書において説明する最大傾動角は、約５°であるが、当業者であれば本開示内容を検討した後、任意他の最大傾動角を達成するために特定の実施形態においてロッド３０６及び端フェース３１４をどのように構成して寸法決めすれば良いか及び距離Ｘをどのように定めれば良いかを理解されよう。

図１６に示された実施形態と上述の実施形態の１つの差は、スイベルキャップ３００が上述の実施形態と同様、スイベルキャップ３００の頂面３３０上には位置していない回動点３４０を有することにある。これとは異なり、回動点３４０は、スイベルキャップ３００内に配置されている。点３４０は又、図１３〜図１７に関して半径ｒの原点でもある。

幾つかの実施形態では、図１６に示されているように、回動点３４０を設けると共に半径ｒの原点をスイベルキャップ６０内に位置した点３４０のところに設けることにより、その結果として、延長受け入れカップ又はソケット壁３２４が余分に長い対応の突出部壁３２２であることになる。図１６に示されている実施形態の延長受け入れカップ又はソケット壁３２４は、半径ｒが所与の場合、図１３〜図１５を参照して説明した延長受け入れカップ又はソケット壁よりも一層長い。参照符号“Ｙ”は、これ又半径ｒの原点３４０である回動点３４０の配置場所とスイベルキャップ３００の頂面３３０との間の距離を指している。長さＺは、図１３〜図１５に示されている実施形態と比較して、図１６の実施形態において距離Ｙだけ減少しており、その結果、負荷３３４とピストン支承面との間のモーメントアームが減少する。

図１７は、ロッド３０６とピストン１２４が単一のピストン／ロッド組み合わせ３４２の状態に一体化された実施形態を示している。シリンダ１１３は、内部空間１１４を備えている。ピストン／ロッド組み合わせ３４２は、ピストン／ロッド組み合わせ３４２がシリンダ１１３に接触する支承面３４９を有している。図示すると共に図１３を参照して説明したスイベルキャップと類似していてフランジ３３２を有するスイベルキャップ３００が図１７に示されている。しかしながら、これは、図１７の実施形態が種々のスイベルキャップ３００と共に使用されるようになっているので、限定として解されるべきではない。例えば、図１３〜図１６に示されたスイベルキャップとほぼ同じスイベルキャップ３００を図１７に示された実施形態に使用することができるようになっている。

スイベルキャップ３００の少なくとも部分的に球形の突出部３０２は、半径の原点３４０から始まって上述した突出部に類似した少なくとも部分的に球形の突出部３０２の外面（支承面３１２の）に至る半径ｒによって定められている。スイベルキャップ３００が延長突出部壁３２２及び延長受け入れカップ又はソケット部分壁３２４を備えていない場合に短い半径ｒ′が図１７に示されている寸法のスイベルキャップ３００に用いられることを実証するために第２の半径ｒ′が図示されている。かくして、図１７は、延長突出部壁３２２及び受け入れカップ壁３２４がもたらす利点を示しており、即ち、スイベルキャップ３００の球形突出部３０２を定める長い半径を使用することができるという利点を示している。長い半径ｒを用いると、距離Ｗ，Ｚを減少するという利点が得られ、その結果、任意の横荷重のモーメントアームが減少する。

図１７は、他の実施形態と比較した場合に比較的短い距離Ｗ及び距離Ｚを有するピストン組立体１０を示している。その結果、図１７に示されている実施形態は、端キャップ３００の頂面３３０上に載っている負荷とピストン支承面３４９の平均点３４７との間のモーメントアームが短いことに起因して大幅に減少した横荷重を有する。

本発明の多くの特徴及び多くの利点は、詳細な説明から明らかであり、かくして、本発明の真の精神及び範囲に属する本発明のかかる全ての特徴及び利点を含むことが特許請求の範囲に記載によって意図されている。さらに、当業者であれば多くの改造及び変形を容易に想到するので、本発明を図示すると共に説明した構成及び作用そのものに限定することは望ましくなく、従って、全ての好適な改造例及び均等例は、本発明の範囲に含まれるものとすることが可能である。

１０ アクチュエータ又は油圧シリンダ組立体
２０ バレル
３０ ロッド
４０ ソケット部分
５０ ベース
６０ スイベルキャップ
７０ ベース部分
９０ 隙間
１００ 隆起領域
１１０ 傾動指示手段又は目印
１１１ 油圧シリンダ組立体
１１２ 油圧シリンダ
１１３ ハウジング
１１４ 内部空間
１１６，１１８ ポート
１２０ プラグ
１２２ リテーナ
１２４ ピストン
１２６ ロッド又はシャフト
１２８ ロッド表面
１３０ ワイパ
１３２ ワイパ用凹部
１３４ 保持リップ
１３６ シール用凹部
１３８ シール
１４４ 油含浸フェルト
１４６ 潤滑溝
１４８ 段付き部分
３００ スイベルキャップ
３０２ 突出部
３０４ 受け入れカップ又はソケット部分
３０６ ロッド
３２２ 延長突出部壁
３２４ 延長ソケット壁
３４２ ピストン

Claims (15)

1. アクチュエータ用のスイベル組立体であって、
   ソケットを備えたロッドを含み、前記ロッドは、前記ソケットのフロアのところに弧状表面を備え、
   前記ソケットに嵌まり込むよう寸法決めされたキャップを含み、前記キャップは、前記ソケットの前記フロアの前記弧状表面に対応するよう寸法決めされた凸弧状表面を備え、
   前記ロッドに設けられ、当該ロッドの前記弧状表面に連結された円筒壁によって構成された第１の延長表面を含み、前記第１の延長表面は、少なくとも一部が前記ソケットの端部から鉛直上方に突出する前記円筒壁を備える前記ソケットの側部分によって構成され、それにより前記ソケットに深さが提供され、
   前記キャップに設けられ、当該キャップの前記凸弧状表面に連結された円筒壁によって構成された第２の延長表面を含み、該第２の延長表面は延長長さを前記キャップに提供し、それにより、前記キャップの前記凸弧状表面が前記ソケットの前記フロアの前記弧状表面に接触すると、前記キャップが前記ソケットから延び出ることができ、
   前記キャップと一体であり、前記キャップの前記第２の延長表面の先へ延びるフランジを含み、前記フランジの下面は、前記キャップと当該フランジの下面との間に配置された環状ステップにより構成された傾動停止構造体を備え、
   前記第２の延長表面と前記フランジの端との間で前記キャップ上に配置される、前記ロッドの端面及び前記傾動停止構造体の下面を含み、前記キャップが前記ソケット内で傾動すると、前記傾動停止構造体の前記下面が前記ロッドの環状の端面に接触し、それにより、前記キャップが全方向において所定の量を超えて傾動するのを阻止し、
   ピストン及び前記キャップに作動的に連結されたシリンダ組立体を含み、それにより、前記ピストン及び前記キャップは、前記シリンダ組立体の長手方向軸線に沿って軸方向に動いて前記シリンダ組立体の内方に動いたり外方に動いたりすることができるようになっている、スイベル組立体。
2. 前記ピストンは、前記ロッドと一体化されている、請求項１記載のスイベル組立体。
3. 前記ロッドは、前記ピストン及び前記キャップに作動的に連結されたロッドである、請求項１記載のスイベル組立体。
4. 前記キャップに設けられた頂面を含む、請求項３記載のスイベル組立体。
5. 前記凸弧状表面は、少なくとも部分的に球形であり、この球形部分は、前記キャップの前記頂面上に位置した原点をもつ半径を有する、請求項４記載のスイベル組立体。
6. 前記凸弧状表面は、少なくとも部分的に球形であり、この球形部分は、前記キャップの前記頂面の下に位置する原点をもつ半径を有する、請求項４記載のスイベル組立体。
7. 前記ロッドの端面を更に含み、前記キャップが前記ソケット内に配置されたときに、前記キャップが所定の距離を超えて傾動すると前記頂面上に置かれて前記頂面を越えて延びる負荷が前記ロッドの前記端面に接触するのに十分な距離だけ、前記頂面が前記ロッドの前記端面の上方のところで延びるように、前記第１及び前記第２の延長表面が寸法決めされている、請求項４記載のスイベル組立体。
8. 前記所定の距離は、前記頂面が前記ロッドの前記端面に実質的に平行である中心位置から約５°に対応する長さである、請求項７記載のスイベル組立体。
9. 前記所定の量は、前記頂面が前記ロッドの前記端面に実質的に平行な中心位置から５°である、請求項１記載のスイベル組立体。
10. 前記第１及び前記第２の延長表面のうちの少なくとも一方に設けられた環状シール用溝を更に備えている、請求項１記載のスイベル組立体。
11. 前記シール用溝内に配置された弾性材料を更に含む、請求項１０記載のスイベル組立体。
12. 前記ロッドの前記ソケットの前記フロアのところで前記弧状表面に設けられた突出部を更に含み、前記突出部は、前記キャップの前記凸弧状表面に接触するよう構成された支承面を備えている、請求項１記載のスイベル組立体。
13. シリンダ組立体に働く曲げモーメントを減少させる方法であって、
    第１の延長表面を細長いソケットに設けて、前記ソケットの追加の深さをロッド中に与えるステップを含み、前記第１の延長表面は、前記細長いソケットの端部から鉛直上方に突出し、且つ、前記ロッドにおいて前記ソケットのフロアのところに設けられた弧状表面に連結された円筒壁によって構成され、
    凸弧状表面を有するキャップに第２の延長表面を設けると共に、前記第２の延長表面及び前記凸弧状表面を前記細長いソケット内に嵌まり込むよう寸法決めするステップを含み、前記第２の延長表面は、前記キャップの前記凸弧状表面に連結された円筒壁によって構成され、
    前記キャップと一体であり、前記キャップの前記第２の延長表面の先へ延びるフランジを設けるステップを含み、前記フランジの下面は、前記キャップと当該フランジの下面との間に配置された環状ステップにより構成された傾動停止構造体を備え、
    前記第２の延長表面と前記フランジの端との間で前記キャップ上に配置される、前記第１の延長表面の端面及び前記傾動停止構造体の下面を設けるステップを含み、前記キャップが前記ソケット内で傾動すると、前記傾動停止構造体の前記下面が前記ロッドの環状の端面に接触し、それにより、前記キャップが全方向において所定の量を超えて傾動するのを阻止し、
    前記キャップを前記細長いソケット内に配置するステップを含み、
    前記キャップに頂面を設けるステップを含み、
    前記第１及び前記キャップをピストン・シリンダ組立体に作動的に連結するステップを含み、前記ピストンは、前記シリンダ組立体の側壁に当たる支承面を有し、
    前記キャップが前記細長いソケット内に配置されたときに、前記キャップの前記頂面と前記ピストンの前記支承面との間の距離を最小化するように前記細長いソケットを差し向けるステップを含む、方法。
14. 前記ピストンと前記シリンダ組立体との連結部を封止するステップを更に含む、請求項１３記載の方法。
15. 半径を有するよう前記凸弧状表面を寸法決めするステップを更に含み、前記半径は、前記キャップの前記頂面上及び前記頂面の下のうちの少なくとも一方に原点をもつ、請求項１３記載の方法。

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