JP7323103B2 - 流体圧シリンダ - Google Patents

Description

本発明は、ピストンを減速させる機構を備えた流体圧シリンダに関する。

従来から、ピストンのストロークエンド近傍でピストンを減速させる緩衝機構を設けた流体圧シリンダが知られている。

例えば、特許文献１には、ヘッドカバーに形成されたクッション孔に挿抜可能な第１クッションリングをピストンに装着し、ロッドカバーに形成されたロッド孔に挿抜可能な第２クッションリングをピストンロッドに装着した流体圧シリンダが記載されている。

この流体圧シリンダでは、ピストンがヘッドカバーの近傍まで変位すると、第１クッションリングがクッション孔に挿入されるとともにクッション孔の内周面に装着された第１シールリングが第１クッションリングの外周面に摺接する。これにより、ヘッドカバーに設けられた調整機構で設定された流路面積に見合う流量で圧力流体が排出され、圧力流体の排出量が減少する。

また、ピストンがロッドカバーの近傍まで変位すると、第２クッションリングがロッド孔に挿入されるとともにロッド孔の内周面に装着された第２シールリングが第２クッションリングの外周面に摺接する。これにより、ロッドカバーに設けられた調整機構で設定された流路面積に見合う流量で圧力流体が排出され、圧力流体の排出量が減少する。

しかしながら、ピストンがエンドストローク近傍で減速し停止に至るまでの流路面積およびピストンがエンドストロークで停止した状態から動き出すときの流路面積をピストンの変位に応じてきめ細かく設定可能な流体圧シリンダは、未だ十分に開発されていない。

特開２０１３－２３８２６９号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ピストンのストロークエンド近傍において、流路面積をピストンの変位に応じてきめ細かく設定可能な流体圧シリンダを提供することを目的とする。

本発明に係る流体圧シリンダは、シリンダチューブと、シリンダチューブの端部に固定されるカバー部材とを含み、ピストンとカバー部材との間に形成される圧力室を有し、カバー部材には、圧力室に圧力流体を給排するためのポートと、圧力室とポートとを接続するクッション孔とが設けられる。そして、ピストンの移動に伴ってクッション孔に挿抜自在となるように筒状のクッションリングがピストンまたはピストンロッドに設けられ、クッション孔を構成するカバー部材の内壁に形成された取付溝には、クッションリングの外周に摺接可能な環状のクッションパッキンが軸方向に移動可能に装着され、クッションパッキンには、その外周面からピストンに近い側面まで延びる複数の突起が周方向に並んで設けられ、クッションリングの外周面にはクッションリングの軸線と平行な向きに延びるとともに断面積が変化する緩衝溝が形成されている。

本発明に係る流体圧シリンダによれば、クッションリングに形成された断面積が変化する緩衝溝と、取付溝内で軸方向に移動可能なクッションパッキンとを組み合わせることにより、ピストンがストロークエンドに接近し停止するときの流路面積およびピストンがストロークエンドから動き出すときの流路面積をピストンの変位に応じてきめ細かく設定できる。

本発明の第１実施形態に係る流体圧シリンダの断面図である。 図１の流体圧シリンダのクッションパッキンをその軸線方向から見た図である。 図２のクッションパッキンのＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図である。 図１の流体圧シリンダのクッションリングの断面図である。 図４のクッションリングをその軸線方向から見た図である。 図１の流体圧シリンダがヘッド側ストロークエンド近傍にあるときの断面図である。 図１の流体圧シリンダがヘッド側ストロークエンドに到達したときの断面図である。 図１の流体圧シリンダがロッド側ストロークエンド近傍にあるときの断面図である。 図１の流体圧シリンダがロッド側ストロークエンドに到達したときの断面図である。 図１の流体圧シリンダについて、ストロークエンド近傍におけるピストンの位置と流路面積との関係を示すグラフである。 本発明の第２実施形態に係る流体圧シリンダがヘッド側ストロークエンド近傍にあるときの断面図である。 図１１の流体圧シリンダがロッド側ストロークエンド近傍にあるときの断面図である。 図１１の流体圧シリンダのクッションパッキンをその軸線方向から見た図である。 図１３のクッションパッキンのＸＩＶ－ＸＩＶ線に沿った断面図である。 図１１の流体圧シリンダについて、ストロークエンド近傍におけるピストンの位置と流路面積との関係を示すグラフである。

以下、本発明に係る流体圧シリンダについて複数の好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。なお、使用される流体は、圧縮空気等の圧力流体である。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る流体圧シリンダ１０について、図１～図１０を参照しながら説明する。
図１に示すように、流体圧シリンダ１０は、シリンダチューブ１２、ヘッドカバー１４、ロッドカバー１６、ピストン１８、ピストンロッド２０等から構成される。シリンダチューブ１２の一端にカバー部材としてのヘッドカバー１４が固定され、シリンダチューブ１２の他端に同じくカバー部材としてのロッドカバー１６が固定される。シリンダチューブ１２の内側にはシリンダ室２２が形成される。

シリンダ室２２にピストン１８が配置され、ピストン１８に一端部が連結されたピストンロッド２０の他端部がロッドカバー１６を貫通して外部に延びる。シリンダ室２２は、ピストン１８とヘッドカバー１４との間に形成される第１圧力室２４と、ピストン１８とロッドカバー１６との間に形成される第２圧力室２６とに区画される。

ヘッドカバー１４は、第１圧力室２４に圧力流体を給排するための第１ポート１４ａと、第１圧力室２４と第１ポート１４ａとを接続する第１クッション孔１４ｂを有する。ロッドカバー１６は、第２圧力室２６に圧力流体を給排するための第２ポート１６ａと、第２圧力室２６と第２ポート１６ａとを接続する第２クッション孔１６ｂを有する。

ピストン１８のヘッドカバー１４側端部には、ヘッドカバー１４に向かって延びる円筒状の第１クッションリング２８が設けられている。第１クッションリング２８の端部には、テーパ部２８ａが形成されている。第１クッションリング２８の外径は、第１クッション孔１４ｂの径よりも小さく、第１クッションリング２８は、第１クッション孔１４ｂに挿抜自在となっている。

第１クッション孔１４ｂを構成するヘッドカバー１４の内壁には、第１クッションパッキン３６を装着するための取付溝１４ｅが形成されている。環状の第１クッションパッキン３６は、第１クッションリング２８に摺接可能であり、取付溝１４ｅ内で軸方向に移動可能となるように装着されている。

図３に示すように、第１クッションパッキン３６は、その内周面から径方向内側に向けて突出する環状の内径側突出部３６ａと、ピストン１８から離れた側面から軸方向に突出する環状の軸方向突出部３６ｂとを有する。図２および図３に示すように、第１クッションパッキン３６には、その外周面からピストン１８に近い側面まで延びる複数の突起３６ｃが周方向に等間隔に設けられている。外周に位置する複数の突起３６ｃの先端は、常に取付溝１４ｅの底面に当接しており、側面に位置する複数の突起３６ｃの先端は、第１クッションパッキン３６が取付溝１４ｅ内でピストン１８に近づく方向に移動したとき、取付溝１４ｅの一側面（ピストン１８に近い側面）に当接する。

第１クッションパッキン３６は、内径側突出部３６ａにおいて第１クッションリング２８の外周に摺接する。隣接する突起３６ｃの間には隙間３６ｄが形成され、この隙間３６ｄは、第１クッションパッキン３６が第１クッションリング２８に摺接するとき、第１圧力室２４と第１クッション孔１４ｂとを連通して圧力流体の通路となる。隙間３６ｄは、第１クッションパッキン３６と取付溝１４ｅの壁面とで囲まれた空間である。第１クッションパッキン３６の軸方向突出部３６ｂが取付溝１４ｅの他側面（ピストン１８から離れた側面）に当接するとき、隙間３６ｄを介した第１圧力室２４と第１クッション孔１４ｂの連通は遮断される。

ピストンロッド２０の一端部外周には、円筒状の第２クッションリング３２が設けられている。第２クッションリング３２の端部には、テーパ部３２ａが形成されている。第２クッションリング３２の外径は、第２クッション孔１６ｂの径よりも小さく、第２クッションリング３２は、第２クッション孔１６ｂに挿抜自在となっている。

第２クッション孔１６ｂを構成するロッドカバー１６の内壁には、第２クッションパッキン３８を装着するための取付溝１６ｅが形成されている。環状の第２クッションパッキン３８は、第２クッションリング３２に摺接可能であり、取付溝１６ｅ内で軸方向に移動可能となるように装着されている。

図３に示すように、第２クッションパッキン３８は、その内周面から径方向内側に向けて突出する環状の内径側突出部３８ａと、ピストン１８から離れた側面から軸方向に突出する環状の軸方向突出部３８ｂとを有する。図２および図３に示すように、第２クッションパッキン３８には、その外周面からピストン１８に近い側面まで延びる複数の突起３８ｃが周方向に等間隔に設けられている。外周に位置する複数の突起３８ｃの先端は、常に取付溝１６ｅの底面に当接しており、側面に位置する複数の突起３８ｃの先端は、第２クッションパッキン３８が取付溝１６ｅ内でピストン１８に近づく方向に移動したとき、取付溝１６ｅの一側面（ピストン１８に近い側面）に当接する。なお、第２クッションパッキン３８は、第１クッションパッキン３６と同一の構造を有しているので、これらのクッションパッキンについては、同一の図面（図２および図３）を参照しながら説明することとした。

第２クッションパッキン３８は、内径側突出部３８ａにおいて第２クッションリング３２の外周に摺接する。隣接する突起３８ｃの間には隙間３８ｄが形成され、この隙間３８ｄは、第２クッションパッキン３８が第２クッションリング３２に摺接するとき、第２圧力室２６と第２クッション孔１６ｂとを連通して圧力流体の通路となる。隙間３８ｄは、第２クッションパッキン３８と取付溝１６ｅとの壁面で囲まれた空間である。第２クッションパッキン３８の軸方向突出部３８ｂが取付溝１６ｅの他側面（ピストン１８から離れた側面）に当接するとき、隙間３８ｄを介した第２圧力室２６と第２クッション孔１６ｂの連通は遮断される。

図４に示すように、第１クッションリング２８の外周には、第１クッションリング２８の軸線２８ｂと平行な向きに延びる複数のヘッド側緩衝溝３０が形成されている。ヘッド側緩衝溝３０は、第１クッションリング２８のヘッドカバー１４側端部で始まり（始端３０ａ）、ピストン１８がヘッドカバー１４に当接するストロークエンドにおいて第１クッションパッキン３６と当接する箇所２８ｃよりもピストン１８から離れた位置で終わる（終端３０ｂ）。換言すれば、ピストン１８のヘッド側ストロークエンドでは、第１クッションパッキン３６は、ヘッド側緩衝溝３０が形成されていない第１クッションリング２８の外周面に密接する（図７参照）。なお、ピストン１８には、ヘッドカバー１４側端面から一部突出するように環状の第１弾性体１８ａが装着されており、ピストン１８は、第１弾性体１８ａを介してヘッドカバー１４に当接する。

ヘッド側緩衝溝３０の底面は、ヘッド側緩衝溝３０の始端３０ａから終端３０ｂにかけて、第１クッションリング２８の軸線２８ｂから徐々に離れるように該軸線２８ｂに対して傾斜している。第１クッションパッキン３６がヘッド側緩衝溝３０を跨いで第１クッションリング２８の外周面に当接するとき、ヘッド側緩衝溝３０が第１クッションパッキン３６によって塞がれることはなく、第１圧力室２４は、所定の流路面積で第１ポート１４ａと連通する。

本実施形態では、第１クッションリング２８の軸線２８ｂ回りに１２０度の間隔で、同一構造の３本のヘッド側緩衝溝３０が設けられている（図５参照）。また、本実施形態では、第１クッションリング２８にテーパ部２８ａが形成され、第１クッションパッキン３６が該テーパ部２８ａには当接しない構成となっている。このため、第１クッションリング２８のテーパ部２８ａを除く部位に形成されたヘッド側緩衝溝３０が後述するクッション効果に寄与する。第１クッションパッキン３６が当接可能な部位におけるヘッド側緩衝溝３０は、終端３０ｂに向かうにつれて徐々に浅くなっており、それに伴い断面積が徐々に減少している。

第１クッションリング２８と同様に、第２クッションリング３２の外周には、第２クッションリング３２の軸線と平行な向きに延びる複数のロッド側緩衝溝３４が形成されている。ロッド側緩衝溝３４は、第２クッションリング３２のロッドカバー１６側端部で始まり、ピストン１８がロッドカバー１６に当接するストロークエンドにおいて第２クッションパッキン３８と当接する箇所よりもピストン１８から離れた位置で終わる。換言すれば、ピストン１８のロッド側ストロークエンドでは、第２クッションパッキン３８は、ロッド側緩衝溝３４が形成されていない第２クッションリング３２の外周面に密接する（図９参照）。なお、ピストン１８には、ロッドカバー１６側端面から一部突出するように環状の第２弾性体１８ｂが装着されており、ピストン１８は、第２弾性体１８ｂを介してロッドカバー１６に当接する。

ロッド側緩衝溝３４の底面は、ロッド側緩衝溝３４の始端から終端にかけて、第２クッションリング３２の軸線から徐々に離れるように該軸線に対して傾斜している。第２クッションパッキン３８がロッド側緩衝溝３４を跨いで第２クッションリング３２の外周面に当接するとき、ロッド側緩衝溝３４が第２クッションパッキン３８によって塞がれることはなく、第２圧力室２６は、所定の流路面積で第２ポート１６ａと連通する。

本実施形態では、第２クッションリング３２の軸線回りに１２０度の間隔で、同一構造の３本のロッド側緩衝溝３４が設けられている。また、本実施形態では、第２クッションリング３２にテーパ部３２ａが形成され、第２クッションパッキン３８が該テーパ部３２ａには当接しない構成となっている。このため、第２クッションリング３２のテーパ部３２ａを除く部位に形成されたロッド側緩衝溝３４が後述するクッション効果に寄与する。第２クッションパッキン３８が当接可能な部位におけるロッド側緩衝溝３４は、終端に向かうにつれて徐々に浅くなっており、それに伴い断面積が徐々に減少している。

ヘッドカバー１４には、第１圧力室２４と第１クッション孔１４ｂとを接続する第１バイパス路１４ｃが設けられている。第１バイパス路１４ｃの一端は、第１圧力室２４に臨むヘッドカバー１４の端面に開口し、第１バイパス路１４ｃの他端は、第１クッションパッキン３６の装着箇所よりもピストン１８から離れた位置で第１クッション孔１４ｂに接続される。

第１バイパス路１４ｃの途中の箇所は、断面積が縮小され、第１固定オリフィス１４ｄを形成している。第１クッションリング２８が第１クッション孔１４ｂに挿入されたとき、第１クッションリング２８の外周と第１クッション孔１４ｂを構成するヘッドカバー１４の内壁面との間には、全周にわたって隙間が存在する。したがって、第１圧力室２４は、ピストン１８の位置に関わらず、第１固定オリフィス１４ｄが介在された第１バイパス路１４ｃを介して第１ポート１４ａに連通している。

ロッドカバー１６には、第２圧力室２６と第２クッション孔１６ｂとを接続する第２バイパス路１６ｃが設けられている。第２バイパス路１６ｃの一端は、第２圧力室２６に臨むロッドカバー１６の端面に開口し、第２バイパス路１６ｃの他端は、第２クッションパッキン３８の装着箇所よりもピストン１８から離れた位置で第２クッション孔１６ｂに接続される。

第２バイパス路１６ｃの途中の箇所は、断面積が縮小され、第２固定オリフィス１６ｄを形成している。第２クッションリング３２が第２クッション孔１６ｂに挿入されたとき、第２クッションリング３２の外周と第２クッション孔１６ｂを構成するロッドカバー１６の内壁面との間には、全周にわたって隙間が存在する。したがって、第２圧力室２６は、ピストン１８の位置に関わらず、第２固定オリフィス１６ｄが介在された第２バイパス路１６ｃを介して第２ポート１６ａに連通している。

本実施形態に係る流体圧シリンダ１０は、以上のように構成されるものであり、以下、その作用について説明する。図１に示すように、ピストン１８がヘッドカバー１４およびロッドカバー１６から概ね等距離だけ離れた位置にあり、第１圧力室２４および第２圧力室２６に圧力流体が供給・蓄積されていない状態を初期状態とする。

上記初期状態から、図示しない切換弁の位置が切り換えられ、第１圧力室２４に圧力流体が供給されるとともに第２圧力室２６から流体が排出されると、ピストン１８がロッドカバー１６に向けて駆動される。そして、ピストン１８が所定距離移動すると、ピストンロッド２０と一体の第２クッションリング３２がロッドカバー１６の第２クッション孔１６ｂに挿入されるとともに、ロッドカバー１６に装着された第２クッションパッキン３８がその内径側突出部３８ａにおいて第２クッションリング３２の外周面に摺接する（図８参照）。

第２クッションパッキン３８は、第２クッションリング３２に摺接すると、第２クッションリング３２との接触摩擦により、ロッドカバー１６の取付溝１６ｅ内でピストン１８から離れる方向に移動する。そして、第２クッションパッキン３８の軸方向突出部３８ｂが取付溝１６ｅの他側面に当接し、隣接する突起３８ｃ間の隙間３８ｄを介した第２圧力室２６と第２クッション孔１６ｂの連通は遮断される。

第２クッションパッキン３８が第２クッションリング３２に摺接し始めてから、ピストン１８がストロークエンドに到達する前であって第２クッションパッキン３８がロッド側緩衝溝３４の終端に達するまでは、第２圧力室２６と第２ポート１６ａを連絡する流路面積は、第２クッションパッキン３８が当接する箇所におけるロッド側緩衝溝３４の断面積に第２固定オリフィス１６ｄの断面積を加えたものとなる。第２クッションパッキン３８がロッド側緩衝溝３４の終端に達してから、ピストン１８がストロークエンドに到達するまでは、該流路面積は、第２固定オリフィス１６ｄの断面積と等しくなる。すなわち、ピストン１８がロッド側ストロークエンドに接近し停止するとき、第２圧力室２６から圧力流体を排出する流路面積が徐々に減少した後に一定となるというメータアウト制御が行われ、所望のクッション効果が得られる。

ピストン１８がロッド側ストロークエンドに到達してピストンロッド２０が最も押し出された状態で、図示しないワークの位置決め等の仕事がなされる（図９参照）。その後、図示しない切換弁の位置が切り換えられ、第２圧力室２６に圧力流体が供給されるとともに第１圧力室２４から圧力流体が排出されると、ピストン１８がヘッドカバー１４に向けて駆動される。

ピストン１８がヘッドカバー１４に向けて駆動されると、第２クッションパッキン３８は、第２クッションリング３２との接触摩擦および第２ポート１６ａから供給される流体の圧力により、ロッドカバー１６の取付溝１６ｅ内でピストン１８に近づく方向に移動する。そして、第２クッションパッキン３８の軸方向突出部３８ｂは、取付溝１６ｅの他側面から離れ、第２圧力室２６は、第２クッションパッキン３８の隣接する突起３８ｃ間の隙間３８ｄを介して第２クッション孔１６ｂと連通する。

ピストン１８がヘッドカバー１４に向けて移動し始めてから、第２クッションリング３２が第２クッション孔１６ｂから抜け出して第２クッションパッキン３８が第２クッションリング３２の外周から離れるまでの間、第２圧力室２６に圧力流体を供給する流路面積は、第２固定オリフィス１６ｄの断面積と、隣接する突起３８ｃ間の隙間３８ｄの面積とを合わせた一定値を保った後、この一定値に徐々に増加するロッド側緩衝溝３４の断面積が加わったものとなる。すなわち、ピストン１８がロッド側ストロークエンドから動き出すとき、第２圧力室２６に圧力流体を供給する流路面積が一定値を保った後に徐々に増加するというメータイン制御が行われる。このメータイン制御時の流路面積は、前述のメータアウト制御時の流路面積に比べて隙間３８ｄの面積だけ大きいので、ピストン１８の飛び出し現象を抑えることができ、スムーズな動き出し特性が得られる。

図１０に、ピストン１８がロッド側ストロークエンドに接近し停止するときのピストン１８の位置Ｘと第２圧力室２６から圧力流体を排出する流路面積Ｓとの関係、および、ピストン１８がロッド側ストロークエンドから動き出すときのピストン１８の位置Ｘと第２圧力室２６に圧力流体を供給する流路面積Ｓとの関係を示す。前者は実線で示され、後者は点線で示されている。

図１０において、Ｘ１は、第２クッションパッキン３８が第２クッションリング３２に摺接し始めたときまたは摺接を終えたときのピストン１８の位置、Ｘ２は、第２クッションパッキン３８がロッド側緩衝溝３４の終端に位置するときのピストン１８の位置、Ｘ３は、ロッド側ストロークエンドにおけるピストン１８の位置を示している。また、Ｓ１は、第２固定オリフィス１６ｄの断面積であり、Ｓ２は、第２固定オリフィス１６ｄの断面積に第２クッションパッキン３８の突起３８ｃ間の隙間３８ｄの面積を加えた面積である。後述するピストン１８のヘッド側ストロークエンド近傍におけるピストン１８の位置Ｘと流路面積Ｓとの関係もこれと同様である。なお、第２クッションパッキン３８が取付溝１６ｅ内で軸方向に移動可能であるため、厳密にいえば、ピストン１８がストロークエンドに接近するときとストロークエンドから動き出すときとで、例えばＸ２の値は必ずしも一致しないが、図１０では、便宜上一致するものとして示してある。

第２クッションリング３２が第２クッション孔１６ｂから抜け出して第２クッションパッキン３８が第２クッションリング３２の外周から離れると、第２圧力室２６に圧力流体を供給する流路面積は最大になり、ピストン速度が急速に上昇する。そして、ピストン１８がヘッドカバー１４に接近すると、ピストン１８と一体の第１クッションリング２８がヘッドカバー１４の第１クッション孔１４ｂに挿入されるとともに、ヘッドカバー１４に装着された第１クッションパッキン３６が第１クッションリング２８の外周面に摺接する（図６参照）。

第１クッションパッキン３６は、第１クッションリング２８に摺接すると、第１クッションリング２８との接触摩擦により、ヘッドカバー１４の取付溝１４ｅ内でピストン１８から離れる方向に移動する。そして、第１クッションパッキン３６の軸方向突出部３６ｂが取付溝１４ｅの他側面に当接し、隣接する突起３６ｃ間の隙間３６ｄを介した第１圧力室２４と第１クッション孔１４ｂの連通は遮断される。

第１クッションパッキン３６が第１クッションリング２８に摺接し始めてから、ピストン１８がストロークエンドに到達する前であって第１クッションパッキン３６がヘッド側緩衝溝３０の終端３０ｂに達するまでは、第１圧力室２４と第１ポート１４ａを連絡する流路面積は、第１クッションパッキン３６が当接する箇所におけるヘッド側緩衝溝３０の断面積に第１固定オリフィス１４ｄの断面積を加えたものとなる。第１クッションパッキン３６がヘッド側緩衝溝３０の終端３０ｂに達してから、ピストン１８がストロークエンドに到達するまでは、該流路面積は第１固定オリフィス１４ｄの断面積と等しくなる。すなわち、ピストン１８がヘッド側ストロークエンドに接近し停止するとき、第１圧力室２４から圧力流体を排出する流路面積が徐々に減少した後に一定となるというメータアウト制御が行われ、所望のクッション効果が得られる。

そして、ピストン１８がヘッド側ストロークエンドに到達し、ピストンロッド２０が最も引き込まれた状態となる（図７参照）。その後、図示しない切換弁の位置が切り換えられ、第１圧力室２４に圧力流体が供給されるとともに第２圧力室２６から圧力流体が排出されると、ピストン１８がロッドカバー１６に向けて駆動される。

ピストン１８がロッドカバー１６に向けて駆動されると、第１クッションパッキン３６は、第１クッションリング２８との接触摩擦および第１ポート１４ａから供給される流体の圧力により、ヘッドカバー１４の取付溝１４ｅ内でピストン１８に近づく方向に移動する。そして、第１クッションパッキン３６の軸方向突出部３６ｂは、取付溝１４ｅの他側面から離れ、第１圧力室２４は、第１クッションパッキン３６の隣接する突起３６ｃ間の隙間３６ｄを介して第１クッション孔１４ｂと連通する。

ピストン１８がロッドカバー１６に向けて移動し始めてから、第１クッションリング２８が第１クッション孔１４ｂから抜け出して第１クッションパッキン３６が第１クッションリング２８の外周から離れるまでの間、第１圧力室２４に圧力流体を供給する流路面積は、第１固定オリフィス１４ｄの断面積と、隣接する突起３６ｃ間の隙間３６ｄの面積とを合わせた一定値を保った後、この一定値に徐々に増加するヘッド側緩衝溝３０の断面積が加わったものとなる。すなわち、ピストン１８がヘッド側ストロークエンドから動き出すとき、第１圧力室２４に圧力流体を供給する流路面積が一定値を保った後に徐々に増加するというメータイン制御が行われる。このメータイン制御時の流路面積は、前述のメータアウト制御時の流路面積に比べて隙間３６ｄの面積だけ大きいので、ピストン１８の飛び出し現象を抑えることができ、スムーズな動き出し特性が得られる。

以後、流体圧シリンダ１０は、上述した動作を繰り返す。本実施形態の流体圧シリンダ１０はピストンロッド２０が最も押し出された状態で仕事をするものとして説明したが、これに限られるものではない。また、ロッド側ストロークエンドでのクッション効果とヘッド側ストロークエンドでのクッション効果を異ならせることもできるほか、ロッド側ストロークエンドからのピストン１８の動き出し特性とヘッド側ストロークエンドからのピストン１８の動き出し特性を異ならせることもできる。

本実施形態に係る流体圧シリンダ１０によれば、クッションリング２８、３２に形成された断面積が変化する緩衝溝３０、３４と、バイパス路１４ｃ、１６ｃに設けられた固定オリフィス１４ｄ、１６ｄと、突起３６ｃ、３８ｃを有し取付溝１４ｅ、１６ｅ内で軸方向に移動可能なクッションパッキン３６、３８とを組み合わせることにより、ピストン１８がストロークエンドに接近し停止するときの流路面積およびピストン１８がストロークエンドから動き出すときの流路面積をピストン１８の変位に応じてきめ細かく設定できる。

本実施形態では、第１クッションリング２８の軸線２８ｂ回りに１２０度の間隔で３本のヘッド側緩衝溝３０を設けたが、第１クッションリング２８の軸線２８ｂ回りに適宜の間隔で複数のヘッド側緩衝溝３０を設けたものでもよく、また、ヘッド側緩衝溝３０を１本のみとしてもよい。ロッド側緩衝溝３４についても同様である。

また、本実施形態では、第１クッションパッキン３６が当接可能な部位におけるヘッド側緩衝溝３０について、終端３０ｂに向かうにつれて徐々に浅くすることで断面積を徐々に減少させているが、終端３０ｂに向かうにつれて断面積が徐々に減少するものであればよく、例えば、終端３０ｂに向かうにつれて徐々に幅を狭くしてもよい。ロッド側緩衝溝３４についても同様である。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る流体圧シリンダ５０について、図１１～図１５を参照しながら説明する。第２実施形態は、クッションパッキンの構成が第１実施形態と異なるほか、バイパス路と固定オリフィスを有しない点が第１実施形態と異なる。なお、上述した流体圧シリンダ１０と同一または同等の構成要素には同一の参照符号を付し、詳細な説明を省略する。

第１クッション孔１４ｂを構成するヘッドカバー１４の内壁には、第１クッションパッキン５２を装着するための取付溝１４ｅが形成されている。環状の第１クッションパッキン５２は、第１クッションリング２８に摺接可能であり、取付溝１４ｅ内で軸方向に移動可能となるように装着されている。

図１４に示すように、第１クッションパッキン５２は、その内周面から径方向内側に向けて突出する環状の内径側突出部５２ａと、ピストン１８から離れた側面から軸方向に突出する環状の軸方向突出部５２ｂとを有する。第１クッションパッキン５２は、内径側突出部５２ａにおいて第１クッションリング２８の外周に摺接する。

第１クッションパッキン５２の軸方向突出部５２ｂの先端は、第１クッションパッキン５２が取付溝１４ｅ内でピストン１８から離れる方向に移動したとき、取付溝１４ｅの他側面（ピストン１８から離れた側面）に当接する（図１１参照）。図１３および図１４に示すように、軸方向突出部５２ｂは、周方向の所定位置においてその先端が切り欠かれることで、切欠き部５２ｅを有している。本実施形態では、軸方向突出部５２ｂの周方向１箇所のみに切欠き部５２ｅを設けているが、周方向の複数個所に切欠き部５２ｅを設けてもよい。

第１クッションパッキン５２には、その外周面からピストン１８に近い側面まで延びる複数の突起５２ｃが周方向に等間隔に設けられている。外周に位置する複数の突起５２ｃの先端は、常に取付溝１４ｅの底面に当接しており、側面に位置する複数の突起５２ｃの先端は、第１クッションパッキン５２が取付溝１４ｅ内でピストン１８に近づく方向に移動したとき、取付溝１４ｅの一側面（ピストン１８に近い側面）に当接する。

隣接する突起５２ｃの間には隙間５２ｄが形成され、この隙間５２ｄは、第１クッションパッキン５２が第１クッションリング２８に摺接するとき、第１圧力室２４と第１クッション孔１４ｂとの連通状態を維持して圧力流体の通路となる。また、軸方向突出部５２ｂの先端が取付溝１４ｅの他側面に当接するとき、軸方向突出部５２ｂの切欠き部５２ｅは、第１圧力室２４と第１クッション孔１４ｂとの連通状態を維持して圧力流体の通路となる。切欠き部５２ｅによる流路面積は、隙間５２ｄによる流路面積よりも小さい。

ロッドカバー１６の取付溝１６ｅには、第１クッションパッキン５２と同じ構成を有する第２クッションパッキン５４が第１クッションパッキン５２とは向きを変えた状態で装着されている。

第１圧力室２４に圧力流体が供給されるとともに第２圧力室２６から流体が排出されることで、ピストン１８がロッドカバー１６に向けて駆動されると、第２クッションリング３２がロッドカバー１６の第２クッション孔１６ｂに挿入されるとともに、ロッドカバー１６に装着された第２クッションパッキン５４がその内径側突出部５４ａにおいて第２クッションリング３２の外周面に摺接する（図１２参照）。このとき、第２クッションパッキン５４は、ロッドカバー１６の取付溝１６ｅ内でピストン１８から離れる方向に移動し、その軸方向突出部５４ｂが取付溝１６ｅの他側面に当接する。

第２クッションパッキン５４が第２クッションリング３２に摺接し始めてから、ピストン１８がロッド側ストロークエンドに到達する前であって第２クッションパッキン５４がロッド側緩衝溝３４の終端に達するまでは、第２圧力室２６と第２ポート１６ａを連絡する流路面積は、第２クッションパッキン５４が当接する箇所におけるロッド側緩衝溝３４の断面積に第２クッションパッキン５４の切欠き部５４ｅによる流路面積を加えたものとなる。第２クッションパッキン５４がロッド側緩衝溝３４の終端に達してから、ピストン１８がロッド側ストロークエンドに到達するまでは、該流路面積は、第２クッションパッキン５４の切欠き部５４ｅによる流路面積と等しくなる。すなわち、ピストン１８がロッド側ストロークエンドに接近し停止するとき、第２圧力室２６から圧力流体を排出する流路面積が徐々に減少した後に一定となるというメータアウト制御が行われ、所望のクッション効果が得られる。

ピストン１８がロッド側ストロークエンドに到達した後、第２圧力室２６に圧力流体が供給されるとともに第１圧力室２４から圧力流体が排出されると、ピストン１８がヘッドカバー１４に向けて駆動される。第２クッションパッキン５４は、ロッドカバー１６の取付溝１６ｅ内でピストン１８に近づく方向に移動し、その軸方向突出部５４ｂが取付溝１６ｅの他側面から離れ、第２圧力室２６は、第２クッションパッキン５４の隣接する突起５４ｃ間の隙間５４ｄを介して第２クッション孔１６ｂと連通する。

ピストン１８がヘッドカバー１４に向けて移動し始めてから、第２クッションリング３２が第２クッション孔１６ｂから抜け出して第２クッションパッキン５４が第２クッションリング３２の外周から離れるまでの間、第２圧力室２６に圧力流体を供給する流路面積は、隣接する突起５４ｃ間の隙間５４ｄによる流路面積を保った後、該流路面積に徐々に増加するロッド側緩衝溝３４の断面積が加わったものとなる。すなわち、ピストン１８がロッド側ストロークエンドから動き出すとき、第２圧力室２６に圧力流体を供給する流路面積が一定値を保った後に徐々に増加するというメータイン制御が行われる。隙間５２ｄによる流路面積は切欠き部５２ｅによる流路面積よりも大きいため、このメータイン制御時の流路面積は前述のメータアウト制御時の流路面積より大きく、ピストン１８の飛び出し現象を抑えることができ、スムーズな動き出し特性が得られる。

図１５に、ピストン１８がロッド側ストロークエンドに接近し停止するときのピストン１８の位置Ｘと第２圧力室２６から圧力流体を排出する流路面積Ｓとの関係、および、ピストン１８がロッド側ストロークエンドから動き出すときのピストン１８の位置Ｘと第２圧力室２６に圧力流体を供給する流路面積Ｓとの関係を示す。前者は実線で示され、後者は点線で示されている。

図１５において、Ｘ１は、第２クッションパッキン５４が第２クッションリング３２に摺接し始めたときまたは摺接を終えたときのピストン１８の位置、Ｘ２は、第２クッションパッキン５４がロッド側緩衝溝３４の終端に位置するときのピストン１８の位置、Ｘ３は、ロッド側ストロークエンドにおけるピストン１８の位置を示している。また、Ｓ３は、第２クッションパッキン５４の軸方向突出部５４ｂの切欠き部５４ｅによる流路面積であり、Ｓ４は、第２クッションパッキン５４の隣接する突起５４ｃ間の隙間５４ｄによる流路面積である。ピストン１８のヘッド側ストロークエンド近傍におけるピストン１８の位置Ｘと流路面積Ｓとの関係もこれと同様である。

本実施形態に係る流体圧シリンダ５０によれば、クッションリング２８、３２に形成された断面積が変化する緩衝溝３０、３４と、突起５２ｃ、５４ｃおよび切欠き部５２ｅ、５４ｅを有し取付溝１４ｅ、１６ｅ内で軸方向に移動可能なクッションパッキン５２、５４とを組み合わせることにより、ピストン１８がストロークエンドに接近し停止するときの流路面積およびピストン１８がストロークエンドから動き出すときの流路面積をピストン１８の変位に応じてきめ細かく設定できる。

本発明に係る流体圧シリンダは、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することのない範囲で、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０、５０…流体圧シリンダ １２…シリンダチューブ
１４…ヘッドカバー（カバー部材） １４ａ…第１ポート（ポート）
１４ｂ…第１クッション孔（クッション孔）
１４ｃ…第１バイパス路（バイパス路）
１４ｄ…第１固定オリフィス（固定オリフィス）
１４ｅ、１６ｅ…取付溝
１６…ロッドカバー（カバー部材） １６ａ…第２ポート（ポート）
１６ｂ…第２クッション孔（クッション孔）
１６ｃ…第２バイパス路（バイパス路）
１６ｄ…第２固定オリフィス（固定オリフィス）
１８…ピストン ２０…ピストンロッド
２４…第１圧力室（圧力室） ２６…第２圧力室（圧力室）
２８…第１クッションリング（クッションリング）
３０…ヘッド側緩衝溝（緩衝溝）
３２…第２クッションリング（クッションリング）
３４…ロッド側緩衝溝（緩衝溝）
３６、５２…第１クッションパッキン（クッションパッキン）
３６ｃ、３８ｃ、５２ｃ、５４ｃ…突起
３６ｄ、３８ｄ、５２ｄ、５４ｄ…隙間
３８、５４…第２クッションパッキン（クッションパッキン）
５２ｅ、５４ｅ…切欠き部

Claims (6)

1. シリンダチューブと、前記シリンダチューブの端部に固定されるカバー部材とを含み、ピストンと前記カバー部材との間に形成される圧力室を有する流体圧シリンダであって、
   前記カバー部材には、前記圧力室に圧力流体を給排するためのポートと、前記圧力室と前記ポートとを接続するクッション孔とが設けられ、前記ピストンの移動に伴って前記クッション孔に挿抜自在となるように筒状のクッションリングが前記ピストンまたはピストンロッドに設けられ、前記クッション孔を構成する前記カバー部材の内壁に形成された取付溝には、前記クッションリングの外周に摺接可能な環状のクッションパッキンが軸方向に移動可能に装着され、前記クッションパッキンには、その外周面から前記ピストンに近い側面まで延びる複数の突起が周方向に並んで設けられ、前記クッションリングの外周面には前記クッションリングの軸線と平行な向きに延びるとともに断面積が変化する緩衝溝が形成され、前記クッションパッキンは、前記ピストンから離れた側面から軸方向に突出する環状の軸方向突出部を有し、前記軸方向突出部は、周方向の所定位置においてその先端部が切り欠かれることで切欠き部を有し、前記切欠き部による流路面積は、隣接する前記突起間の隙間による流路面積より小さい流体圧シリンダ。
2. 請求項１記載の流体圧シリンダにおいて、
   前記緩衝溝は、クッションリングの軸線回りに等角度間隔で複数形成される流体圧シリンダ。
3. 請求項１記載の流体圧シリンダにおいて、
   前記緩衝溝は、前記クッションリングの前記カバー部材側端部で始まり、前記ピストンが前記カバー部材に当接するストロークエンドにおいて前記クッションパッキンと当接する箇所よりも前記ピストンから離れた位置で終わる流体圧シリンダ。
4. 請求項３記載の流体圧シリンダにおいて、
   前記クッションパッキンが当接可能な部位における前記緩衝溝の横断面は、前記緩衝溝の終端に向けて徐々に面積が減少する形状となっている流体圧シリンダ。
5. 請求項４記載の流体圧シリンダにおいて、
   前記クッションパッキンが当接可能な部位における前記緩衝溝の横断面は、前記緩衝溝の終端に向けて徐々に浅くなっている流体圧シリンダ。
6. 請求項１記載の流体圧シリンダにおいて、
   前記カバー部材は、前記シリンダチューブの一端に固定されるヘッドカバーおよび前記シリンダチューブの他端に固定されるロッドカバーである流体圧シリンダ。

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