JPH05172120A - 多段油圧シリンダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 供給する作動油の量を調整しなくても、１段
目のロッドが伸長する速度及び推進力と、２段目のロッ
ドが伸長する速度及び推進力とが同じにする。 【構成】 外シリンダ２の内部に、ピストンロッド１２
を有する中空な第１ロッド４を設け、第１ロッドの内部
に第２ロッド５を設け、ピストンロッドの内部に貫通流
路１３と連通流路１４を形成し、貫通流路により第１ロ
ッドの基端側の第１シリンダ室１９とピストンロッド先
端のサブピストン１１の前方の第３シリンダ室２４と連
通し、連通流路によりピストンロッドの周りの第５シリ
ンダ室２５と第１ロッドの周りの第２シリンダ室２０と
を連通し、外シリンダの第１ポートを第１シリンダ室
に、第２ポートを第２シリンダ室に連通し、第３，第４
シリンダ室の断面積の和と第１シリンダ室の面積を等し
くした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、作動油の量を調整しな
くても各段のロッドがほぼ同じ速度、同じ力で伸びるよ
うにした多段油圧シリンダに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の多段油圧シリンダは、外シリンダ
内に中空な第１ロッドを設け、該第１ロッドの内部に第
１ロッドよりも小さな径の第２ロッドを設けて構成する
ことが一般的である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
多段油圧シリンダは、作動油の量を調整しないで同じ量
を供給すると、断面積の大きな第１ロッドが伸びる際の
伸長速度が遅く、断面積の小さな第２ロッドが伸びる際
の伸長速度が速くなり、また、断面積の小さな第２ロッ
ドでは第１ロッド程大きな力を発生することができな
い。この様に、各段のロッドの伸長速度や力が異なる
と、装置の駆動源として不都合を生じることが少なくな
い。そこで、作動油の量を調整しなくても各段のロッド
がほぼ同じ速度、同じ力で伸びる多段油圧シリンダの開
発が望まれており、しかも、配管が簡素であって製造工
程が容易なものが望まれていた。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記に鑑み提
案されたもので、基端が閉塞して先端が開放した外シリ
ンダの基端側に第１ポートを穿設して先端側に第２ポー
トを穿設し、該外シリンダの内周壁に摺接する中空の第
１ロッドのピストンと外シリンダの内側底面との間に第
１シリンダ室を形成して上記第１ポートと連通させ、第
１ロッドのピストンよりも先端側の外周面と外シリンダ
の内周面との間に第２シリンダ室を形成して上記第２ポ
ートに連通し、第１ロッドのピストンの中央部に、先端
にサブピストンを有するピストンロッドを突設し、第１
ロッドとピストンロッドの内外周壁面に第１ロッド内に
嵌装した中空の第２ロッドのピストンの外周面と内周面
とを夫々摺接して、ピストンロッドのピストンと第２ロ
ッドの先端内部間に第３シリンダ室を形成し、第２ロッ
ドのピストンと第１ロッドの内側底面間に第４シリンダ
室を形成し、ピストンロッドのサブピストンと第２ロッ
ドのピストンの内側面との間に第５シリンダ室を形成
し、上記ピストンロッドに貫通させて形成した貫通流路
により上記第１シリンダ室と第３シリンダ室との間を連
通し、第１シリンダ室を第１ロッドのピストンに設けた
孔を介して第４シリンダ室に連通し、ピストンロッドの
内部から第１ロッドの底部に形成した連通流路の一方の
開口部をピストンロッドのサブピストン側の側面に開口
して該連通流路を第５シリンダ室に連通させる一方、該
連通流路の他方の開口部を第１ロッドの基端側に開口し
て第２シリンダ室に連通し、第３シリンダ室の断面積と
第４シリンダ室の断面積との合計面積と、第１シリンダ
室の断面積とを等しくしたものである。

【０００５】

【作用】第１ポートから作動油を第１シリンダ室内に圧
送すると、この作動油の圧力により第１ロッドが第２ロ
ッドとともに外シリンダに対して伸長し、第１ロッドの
伸長により第２シリンダ室の容積が減少すると、該第２
シリンダ室内の作動油が第２ポートから外シリンダの外
部に押し出される。第１ロッドが十分に伸長して第１シ
リンダ室の容積が最大になると、第１シリンダ室内作動
油がピストンロッドの貫通流路を通って第３シリンダ室
内に送られるとともに、第１ロッドのピストンに開設さ
れた孔を通って第４シリンダ室内に送られる。第３シリ
ンダ室と第４シリンダ室に作動油が送られると、これら
作動油の圧力により第２ロッドが第１ロッドに対して伸
長する。第２ロッドの伸長により第５シリンダ室の容積
が減少すると、第５シリンダ室内の作動油がピストンロ
ッド内の連通流路を通って第２シリンダ室内に一旦入
り、その後第２ポートから外シリンダの外部に押し出さ
れる。第２ロッドが伸長する場合、この第３シリンダ室
の断面積と第４シリンダ室の断面積との合計がほぼ第１
シリンダ室の断面積に等しいので、第１ロッドが伸長す
るときの速度と同様の速度で伸長し、また、伸長する力
も同様である。

【０００６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面にもとづいて説
明する。図１は、本発明の多段油圧シリンダの実施例で
ある２段油圧シリンダ１の概略断面図であり、基端（図
中右側）が閉塞して先端（図中左側）が開放した外シリ
ンダ２の内部に、基端にピストン３を有し、先端が開放
した中空の第１ロッド４を設け、該第１ロッド４の内部
に中空の第２ロッド５を設けてなる。

【０００７】外シリンダ２は、底部近傍の側面に第１ポ
ート６を開設し、開口部から少し中央寄りの側面に第２
ポート７を開設し、内周壁の内径よりも小さな開口部内
周縁にはシール材８を設けてある。

【０００８】第１ロッド４は、外シリンダ２の内周壁に
摺接するピストン３の外周縁にシール材９を、内周壁の
内径よりも小さな開口部内周縁にはダストシール１０を
それぞれ有し、中空な内部の中央には先端にサブピスト
ン１１を有するピストンロッド１２を設け、該ピストン
ロッド１２の内部に貫通流路１３を軸方向に貫通させた
状態で形成し、また、ピストンロッド１２の内部には連
通流路１４を形成して、該連通流路１４の一端をピスト
ンロッド１２のサブピストン１１近傍の側面に開口する
とともに、他端を底部の内部に半径方向の孔１５を穿設
して第１ロッド４のピストン近傍の側面に開口してあ
る。なお、第１ロッド４のピストン３の近傍の外周面に
突条の第１ストッパ１６を設け、ピストンロッド１２の
サブピストン１１近傍の外周面に突条の第２ストッパ１
７を設け、サブピストン１１の外周面にはシール材１８
を設けてある。

【０００９】この様な構成からなる第１ロッド４を外シ
リンダ２内に、ピストン３のシール材９が外シリンダ２
の内周壁に摺接し、外シリンダ２の開口部のシール材８
が第１ロッド４の外周面に摺接する状態で設けると、第
１ロッド４のピストン３と外シリンダ２の内側底面との
間に第１シリンダ室１９が形成され、該第１シリンダ室
１９が上記第１ポート６と連通し、第１ロッド４のピス
トン３よりも先端側の外周面と外シリンダ２の内周壁と
の間に第２シリンダ室２０が形成されて該第２シリンダ
室２０が上記第２ポート７に連通する。

【００１０】第２ロッド５は、先端が閉塞して基端が開
口した中空な部材で、開口基端側には中心に開口部を有
するピストン２１を備え、該ピストン２１の外周面と開
口部の内周縁にそれぞれシール材２２，２３を有する。

【００１１】そして、この第２ロッド５を第１ロッド４
の中空内部に嵌装すると、第２ロッド５のピストン２１
の外周縁のシール２２が第１ロッド４の内周壁に摺接
し、ピストン２１の開口部のシール材２３がピストンロ
ッド１２の外周面に摺接し、ピストンロッド１２のサブ
ピストン１１と第２ロッド５の先端内部間に第３シリン
ダ室２４が形成され、第２ロッド５のピストンと第１ロ
ッド４の内側底面との間に第４シリンダ室２５が形成さ
れ、サブピストン１１と第２ロッド５のピストン２１の
内側面との間に第５シリンダ室２６が形成され、上記第
３シリンダ室２４はピストンロッド１２の貫通流路１３
を介して第１シリンダ室１９に、第４シリンダ室２５は
第１ロッド４のピストン３に穿設した孔２７を介して第
１シリンダ室１９に、第５シリンダ室２６はピストンロ
ッド１２の連通流路１４を介して第２シリンダ室２０に
それぞれ連通する。

【００１２】また、本実施例では、外シリンダ２の断面
積、即ち第１ロッド４が摺動する第１シリンダ室１９の
断面積（Ｓ１）と、第２ロッド５の断面積、即ち第１ロ
ッド４のピストンロッド１２のサブピストン１１が相対
的に摺動する第３シリンダ室２４の断面積（Ｓ２）と第
１ロッド４の中空内部の断面積、即ち第４シリンダ室２
５のリング状断面積（Ｓ３）との合計面積とをほぼ等し
く（厳密には第１シリンダ室１９の断面積（Ｓ１）を極
く僅か大きく）設定してある。

【００１３】なお、第１シリンダ室１９の断面積（Ｓ
１）を、第３シリンダ室２４の断面積と第４シリンダ室
２５の断面積（Ｓ３）との合計面積よりも僅かに大き
く、即ち、第３シリンダ室２４の断面積と第４シリンダ
室２５の断面積との合計面積を、第１シリンダ室１９の
断面積を超えない範囲で第１シリンダ室１９の断面積に
近付けたのは、最初に第１ロッド４と第２ロッド５とが
共に伸長し、第１ロッド４が所定位置まで伸長した後に
第２ロッド５が伸長するようにしたためであり、伸長す
るロッドの順よりも伸長時の速度と伸長力の均一を重要
視する場合には、第１シリンダ室１９の断面積（Ｓ１）
と、第３シリンダ室２４の断面積（Ｓ２）と第４シリン
ダ室２５のリング状断面積（Ｓ３）との合計面積とを等
しく設定してもよい。

【００１４】上記した構成からなる２段油圧シリンダ１
を作動するには、図１に示すように、第１ポート６と第
２ポート７に油圧回路や切換弁２８を介してポンプ２９
を接続する。なお、本発明の多段油圧シリンダ１は、一
般的な使用態様では固定して装着する外シリンダ２に油
圧回路を接続するだけで、伸縮移動する第１ロッド４や
第２ロッド５に油圧回路の配管を直接接続する必要がな
いので、配管作業が容易であり、また、使用する配管も
フレキシブル管を使用する必要がないので、耐久性に優
れている。

【００１５】上記した油圧回路において、切換弁２８の
第１ソレノイド３０を励磁すると、切換弁２８中の流路
が変換することにより、ポンプ２９の吐出側が第１ポー
ト６に連通するので、ポンプ２９からの作動油が第１ポ
ート６から第１シリンダ室１９内に供給される。第１シ
リンダ室１９内に作動油が圧送されると、第２ロッド５
の先端に負荷が掛かっている状態では、第１ロッド４の
推進力が第２ロッド５の推進力よりも僅かに強いので、
第１ロッド４と第２ロッド５が共に伸長する。そして、
第１ロッド４と第２ロッド５とが一体的になって伸長す
ると、第１ロッド４のピストン３の摺動によって第２シ
リンダ室２０の容積が減少するのが、第２シリンダ室２
０内の作動油は、第２ポート７から外シリンダ２の外部
に押し出され、オイルタンク側に戻される。この様にし
て第１ロッド４と第２ロッド５が共に伸長し、第１ロッ
ド４が十分に伸長して所定位置まで伸びると、受部とし
て機能する外シリンダ２の開口部に第１ストッパ１６が
当接するので、この時点で第１ロッド４の伸長が停止す
る。

【００１６】この状態になると、第１シリンダ室１９内
に圧送された作動油がピストンロッド１２内の貫通流路
１３を通って第３シリンダ室２４内に供給されると共
に、第１ロッド４のピストン３の孔２７を介して第４シ
リンダ室２５内にも供給される。第３シリンダ室２４に
作動油が圧送されると、この作動油が第２ロッド５の先
端内部面を第３シリンダ室２４の断面積（Ｓ２）に対応
した力で推進し、また、第４シリンダ室２５に作動油が
圧送されると、この作動油が第２ロッド５のリング状ピ
ストン２１を第４シリンダ室２５の断面積（Ｓ３）に対
応した力で推進するので、第２ロッド５はこれら推進力
を合わせた力で伸長する。そして、第２ロッド５が十分
に伸長すると、第２ロッド５のピストン２１の内側が第
２ストッパ１７に当接し、停止する。

【００１７】ここで、第３シリンダ室２４の断面積（Ｓ
２）と第４シリンダ室２５のリング状断面積（Ｓ３）と
の合計面積は、第１シリンダ室１９の断面積（Ｓ１）と
ほぼ同様である。したがって、ポンプ２９から供給され
る作動油の量が同じであっても、第１ロッド４と第２ロ
ッド５が一体的に伸長する際の速度、および推進力と、
その後第２ロッド５だけが伸長する際の速度、および推
進力とがほぼ同様となる。

【００１８】この様にして伸長したロッド４，５を戻す
には、第２ソレノイド３１を励磁することにより切換弁
２８の流路を切り換えて、ポンプ２９の吐出側を第２ポ
ート７に、第１ポート６をオイルタンク側に切り換え
る。このように油圧回路を切り換えると、第３シリンダ
室２４内の作動油が連通流路１４を通って第１シリンダ
室１９に戻り、第４シリンダ室２５の作動油が孔を介し
て第１シリンダ室１９に戻り、第１シリンダ室１９の作
動油は第１ポート６から外シリンダ２の外部に押し出さ
れてオイルタンクに戻されるので、第２ロッド５および
第１ロッド４がそれぞれ縮んで図１に示す初期状態に復
帰する。

【００１９】第１ロッド４のピストンロッド１２の内部
に貫通流路１３と連通流路１４を形成する場合、上記し
た実施例のように、細い孔を別個に穿設してもよいが、
管材を使用すると更に容易に形成することができる。例
えば、図２乃至図４に示すように、ピストンロッド１２
の中心に貫通孔３２を穿設し、この貫通孔３２内に管材
３３を装填して２つの流路を形成する。貫通孔３２は、
図３に示すように、サブピストン１１側の先端の内径を
他の部分よりも少し細く設定し、ピストン側の基端部分
は位置決め押圧部材３４が嵌合できるように段階的に大
きな内径とする。管材３３は、貫通孔３２の先端細径部
分に嵌合する程度の外径を有する金属製管材を使用す
る。この管材３３を貫通孔３２内に挿入し、先端部分を
細径部分に嵌合するとともに、基端部分を嵌合した位置
決め押圧部材３４を貫通孔３２の基端大径部に嵌合し、
該位置決め押圧部材３４を第１ロッド４の底部に固定す
ると、管材３３が貫通孔３２の中心（所定位置）に固定
され、先端部分と後端部分を除いた管材３３の外周面と
貫通孔３２の内周面との間に断面リング状の空隙が長手
方向に形成され、この空隙が連通流路１４となり、管材
３３の内部が貫通流路１３となる。

【００２０】そして、貫通孔３２の細径部分にＯリング
等のシール材３５を設けて管材３３の先端部分における
空隙を液密状に閉塞し、また、位置決め押圧部材３４に
もＯリング等のシール材３６を設けて管材３３の基端部
分における空隙を液密状に閉塞し、先端部分のシール材
３５よりも基端側寄りのピストンロッド１２に半径方向
の孔３７を穿設して上記連通流路１４の先端側を第５シ
リンダ室２６に連通させ、第１ロッド４の底部内に半径
方向の孔１５を穿設して連通流路１４の基端側を第２シ
リンダ室２０に連通させてある。

【００２１】この様に、ピストンロッド１２の内部に貫
通流路１３と連通流路１４との２つの流路を形成する場
合に、穿設した貫通孔３２の内部に貫通孔３２の内径よ
りも外径が細い管材３３を挿入して該管材３３の内部を
一方の流路とし、管材３３の外周面と貫通孔３２の内周
面との間のリング状空隙を他方の流路にすると、製造が
容易である。なお、図２中、１６′は第１ロッド４の第
１ストッパ１６が当接する受部であり、１７′は第２ロ
ッド５用の第２ストッパ１７が当接する受部である。ま
た、第１ロッド４の内周面と第２ロッド５の外周面との
間の空隙内には、第２ロッド５の伸縮時にダストシール
を通してエアーが出入りしているため、ベアリング部３
８の油切れによりビビリ振動が発生する虞れがある。そ
こで、第１ロッド４の先端部分にグリスニップル３９を
設け、ベアリング部３８にグリースを供給することによ
り上記振動の発生を抑制している。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、供給する
作動油の量が一定であっても、各ロッドの伸長速度が同
様であり、また、有効直径が小さい第２ロッドが単独で
伸長する場合にも有効直径が大きな第１ロッドと同様の
大きな推進力を発揮することができる。したがって、広
い用途に不都合なく使用することができる。また、本発
明の多段油圧シリンダは、外シリンダの第１ポートと第
２ポートに配管するだけでよいので、油圧回路の配管作
業が容易であり、また、フレキシブル管を使用する必要
もないので、各種装置に組み込んだ場合にも優れた耐久
性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】多段油圧シリンダの主要構造を表した断面図で
ある。

【図２】多段油圧シリンダの断面図である。

【図３】図２に示す管材の先端部分の取付構造の拡大図
である。

【図４】図２に示す管材の基端部分の取付構造の拡大図
である。

【符号の説明】

１ 油圧シリンダ ２ 外シリンダ ３ 第１ロッドのピストン ４ 第１ロッド ５ 第２ロッド ６ 第１ポート ７ 第２ポート １１ 第１ロッドのサブピストン １２ ピストンロッド １３ 貫通流路 １４ 連通流路 １９ 第１シリンダ室 ２０ 第２シリンダ室 ２１ 第２ロッドのピストン ２４ 第３シリンダ室 ２５ 第４シリンダ室 ２６ 第５シリンダ室 ２８ 切換弁 ２９ ポンプ ３２ ピストンロッドに開設した貫通孔 ３３ 管材 ３４ 位置決め押圧部材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基端が閉塞して先端が開放した外シリン
   ダの基端側に第１ポートを穿設して先端側に第２ポート
   を穿設し、該外シリンダの内周壁に摺接する中空の第１
   ロッドのピストンと外シリンダの内側底面との間に第１
   シリンダ室を形成して上記第１ポートと連通させ、第１
   ロッドのピストンよりも先端側の外周面と外シリンダの
   内周面との間に第２シリンダ室を形成して上記第２ポー
   トに連通し、 第１ロッドのピストンの中央部に、先端にサブピストン
   を有するピストンロッドを突設し、第１ロッドとピスト
   ンロッドの内外周壁面に第１ロッド内に嵌装した中空の
   第２ロッドのピストンの外周面と内周面とを夫々摺接し
   て、ピストンロッドのピストンと第２ロッドの先端内部
   間に第３シリンダ室を形成し、第２ロッドのピストンと
   第１ロッドの内側底面間に第４シリンダ室を形成し、ピ
   ストンロッドのサブピストンと第２ロッドのピストンの
   内側面との間に第５シリンダ室を形成し、 上記ピストンロッドに貫通させて形成した貫通流路によ
   り上記第１シリンダ室と第３シリンダ室との間を連通
   し、 第１シリンダ室を第１ロッドのピストンに設けた孔を介
   して第４シリンダ室に連通し、 ピストンロッドの内部から第１ロッドの底部に形成した
   連通流路の一方の開口部をピストンロッドのサブピスト
   ン側の側面に開口して該連通流路を第５シリンダ室に連
   通させる一方、該連通流路の他方の開口部を第１ロッド
   の基端側に開口して第２シリンダ室に連通し、 第３シリンダ室の断面積と第４シリンダ室の断面積との
   合計面積と、第１シリンダ室の断面積とを等しくしたこ
   とを特徴とする多段油圧シリンダ。
2. 【請求項２】 第３シリンダ室の断面積と第４シリンダ
   室の断面積との合計面積を、第１シリンダ室の断面積を
   超えない範囲で第１シリンダ室の断面積に近付けたこと
   を特徴とする請求項１に記載の多段油圧シリンダ。
3. 【請求項３】 ピストンロッドに軸方向の貫通孔を開設
   し、該貫通孔の内部に貫通孔の内径よりも外径が細い管
   材を挿通し、該管材と貫通孔との間に生じた隙間をピス
   トンロッドのサブピストン側先端部分と第１ロッドのピ
   ストン側の基端部分とにおいて閉塞して、管材の外周面
   と貫通孔の内周面との間の隙間を連通流路とするととも
   に管材の内部を貫通流路とし、ピストンロッドの周面に
   開設した孔を介して上記連通流路と第５シリンダ室とを
   連通し、第１ロッドの底部に開設した孔を介して連通流
   路と第２シリンダ室を連通したことを特徴とする請求項
   １または請求項２に記載の多段油圧シリンダ。