JPH09303319A - シリンダ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 ピストンの強度を低下させることなく、ピス
トンをピストンロッドに固定するために作用させる初期
締め付けや、油圧シリンダの作動時に作用する衝撃荷重
等を含めた荷重に基づく応力がねじ嵌合部の一部に集中
するのを防止でき、応力の分散によるねじ嵌合部分の疲
労寿命を著しく向上させる。 【解決手段】 ピストンロッド２５の先端側におねじ部
２６を設け、ピストン２２には、シリンダチューブ２１
の内面に摺接するピストン作動部２２ａと、固定部２２
ｂとから構成される。ピストン２２には、貫通孔３１が
穿設され、ピストン作動部２２ａの部位はピストンロッ
ド２５の細径部２５ａに略密嵌状に挿通される挿通部３
１ａで、ピストン作動部２２ａの先端側の部位から固定
部２２ｂの全長にかけての部分は、おねじ部２６にねじ
嵌合されるめねじ部３１ｂとなり、挿通部３１ａとめね
じ部３１ｂとの間に、円環状の凹部３２が形成されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば産業機械等
の駆動手段として用いられるシリンダ装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】産業機械に設けられる作動部を駆動する
アクチュエータとして油圧シリンダが用いられるが、油
圧シリンダは、シリンダチューブ内にピストンを摺動可
能に装着し、このピストンにピストンロッドを連結し
て、このピストンロッドをシリンダチューブから外部に
導出させてなるシリンダ装置を有し、このシリンダ装置
には、ロッド室及びボトム室に油圧配管が接続されて、
これらロッド室，ボトム室に圧油の給排を行うことによ
って、ピストンロッドを伸縮させて、シリンダチューブ
とピストンロッドとの間に連結した部材が駆動される。

【０００３】例えば、油圧ショベルのフロント作業機構
におけるブームシリンダとして用いる場合には、図３に
示したように、油圧シリンダＣのシリンダチューブＴ側
を油圧ショベルＳの上部旋回体Ｆに枢着し、ピストンロ
ッドＲ側をブームＢに枢着する。そして、この油圧シリ
ンダＣのシリンダチューブＴにおけるロッド室側に圧油
を供給すると、ピストンロッドＲが伸長して、ブームＢ
が上昇する。また、シリンダチューブＴのロッド室側に
圧油を供給すると、ピストンロッドＲが縮小して、ブー
ムＢが下降する。

【０００４】図４に従来技術のシリンダ装置の構成を示
す。図中において、１はシリンダチューブであって、こ
のシリンダチューブ１は一端が閉塞しており、他端は開
口している。そして、閉塞側の端部には取付部１ａが連
設され、他端部には筒状に形成したロッド導出部２が固
着して設けられている。シリンダチューブ１内には、ピ
ストン３が軸線方向に摺動可能に設けられている。ピス
トン３にはピストンロッド４が連結されており、このピ
ストンロッド４は、シリンダチューブ１に連結したロッ
ド導出部２を介して外部に導出されている。ピストンロ
ッド４の端部には取付部４ａが連設されている。シリン
ダチューブ１の内部は、ピストン３によってロッド室５
とボトム室６との２室に区画形成されており、これらロ
ッド室５及びボトム室６には圧油供給路が接続されてい
る。なお、図４には、これら圧油供給路のうち、ボトム
室６側の圧油供給路７が示され、図面上にはロッド室５
側の圧油供給路は表れていない。

【０００５】ピストン３とピストンロッド４とをアセン
ブルするために、ピストン３には挿通孔３ａが軸線方向
に穿設されており、ピストンロッド４の先端部分は細径
化され、この細径部４ｂは挿通孔３ａ内に挿通されてい
る。そして、このピストンロッド４の先端部分には、お
ねじ部４ｃが形成されており、このおねじ部４ｃには内
面にめねじ部８ａを設けたナット８が螺合されている。
さらに、ピストンロッド４の細径部４ｂを形成する段差
部とピストン３との間にはカラー９が嵌合されている。
従って、ピストンロッド４にカラー９及びピストン３を
挿通させ、次いでナット８をおねじ部４ｃに螺合させる
ことによって、ピストン３とピストンロッド４とがアセ
ンブルされる。

【０００６】シリンダ装置は以上のように構成される
が、このシリンダ装置をブームシリンダとして用いる場
合には、シリンダチューブ１の取付部１ａは、上部旋回
体Ｆに枢着され、ピストンロッド４の先端の取付部４ａ
はブームＢに枢着するようにして取り付けられる。そし
て、シリンダチューブ１のロッド室５，ボトム室６の一
方に圧油を供給し、他方をタンクと連通させて、その圧
力によりピストンロッド４を伸長させるか、または縮小
させることによって、ブームＢを俯仰動作させることが
できる。

【０００７】ところで、前述したシリンダ装置にあって
は、ピストン３は確実に固定する必要があり、このため
にナット８を十分に締め込んで、ピストン３をナット８
とカラー９との間に挟着させる。これが初期締め付けで
あり、この初期締め付けを行うと、ナット８のめねじ部
とピストンロッド４のおねじ部４ｃとの間のねじ嵌合部
に反力が作用することになる。そして、ピストン３を軸
線方向に確実に固定するには、それだけ強力な初期締め
付けを行わなければならない。この反力はナット８とピ
ストンロッド４のおねじ部４ｃとのねじ嵌合部に作用す
るものであり、ナット８のピストン３への圧接部分に最
も近い第１のねじ嵌合部の部分に最大の反力が作用する
ことになる。

【０００８】また、油圧ショベルのフロント作業機構を
構成するブームは土砂の掘削等という作業を行うに当っ
ては、ブーム，アーム及びバケットからなるフロント作
業機構の全荷重を支承しなければならず、掘削時におけ
る抵抗及びバケット内に収容させた土砂の重量等が加わ
ることから、シリンダ装置に作用する荷重は極めて大き
いものである。特に、バケットが地面と接触する際に
は、過大な衝撃荷重も作用する。この衝撃荷重を含む作
動時の荷重は、ピストン４からナット８に直接伝達さ
れ、ピストンロッド３とナット８とのねじ嵌合部に対し
て剪断する方向に極めて大きな力が作用する。とりわ
け、ねじ嵌合部分における第１のねじ嵌合部に最大の力
が働く。このように、初期締め付けによる荷重及び衝撃
荷重等の作動時の荷重に基づく応力が、第１のねじ嵌合
部に極端に集中することから、この第１のねじ嵌合部に
極めて大きな剪断力が作用する。従って、ピストンロッ
ド３及びナット８は、第１のねじ嵌合部に作用する剪断
力に耐えられるように極めて高い強度を持たせる必要が
あり、その材質の選択の余地が狭くなり、かつコスト的
にも不利になる等といった問題点がある。

【０００９】以上の点から、初期締め付けによる荷重及
び衝撃荷重等の作動時の荷重が第１のねじ嵌合部に集中
するのを防止し、応力の分散を図るようにしたものが特
開平６−３０００１０号公報において提案されている。
このシリンダ装置は、図５に示した構成となっている。

【００１０】図５から明らかなように、ピストンロッド
１０に嵌合されるピストン１１と、ピストンロッド１０
の外周面に形成したおねじ部１２に螺合されるナット１
３によりピストン１１を軸線方向に固定するが、ピスト
ン１１とナット１３との接合部は段差形状となってい
る。即ち、ピストン１１側には内周側が凹状の段差が形
成され、これにより円環状の空隙１１ａが形成され、ま
たナット１３は、この空隙１１ａに入り込む凸状の段差
からなる円環状凸部１３ａが形成されている。そして、
ピストン１１には、空隙１１ａを形成した部位の外周側
に所定の幅を持った円環状接合面１１ｂが形成され、ま
たナット１３には、円環状凸部１３ａを張り出した段差
の部分に接合面１１ｂと実質的に同じ幅の円環状接合面
１３ｂが形成される。

【００１１】ナット１３の内周面におけるめねじ部１４
は、段差部１３ａの部位まで形成されている。従って、
ピストン１１をピストンロッド１０に挿嵌させて、ナッ
ト１３をピストンロッド１０に螺合させると、ナット１
３の円環状凸部１３ａはピストン１１の空隙１１ａ内に
進入して、ピストン１１及びナット１３の円環状接合面
１１ａ，１３ａが接合する位置まで締め込まれる。そし
て、ねじ１５をナット１３に螺挿して、ピストンロッド
１０のおねじ部１２の部位に設けた円環状の凹溝１６に
係合させることによりピストン１１の回り止めが行われ
る。ここで、ナット１３の円環状凸部１３ａの軸線方向
の長さは、ピストン１１における空隙１１ａの軸線方向
の長さより短い寸法となっており、これによりナット１
３を締め込んだ状態でも、円環状凸部１３ａの先端面１
３ｃは、空隙１１ａを形成する端面１１ｃとは非接触状
態に保持される。

【００１２】以上のように構成することによって、ナッ
ト１３のめねじ部１４におけるピストンロッド１０のお
ねじ部１２とのねじ嵌合部において、初期締め付け及び
作動時等に生じる荷重による応力が作用する位置から間
隔Ｌだけ離れた位置に第１のねじ嵌合部が位置すること
になるから、応力が第１のねじ嵌合部だけに集中するこ
とがなく、間隔Ｌに相当する長さにわたるねじ嵌合部分
の全体に分散されることになる。従って、部分的に過大
な力が作用することがなくなり、ねじ山の損傷を防ぎ、
疲労寿命を高めることができる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】図５の構成を採用する
と、ねじ嵌合部の損傷の防止には極めて有効に機能する
が、ピストン１１とナット１３との接合面積が小さくな
り、同じ初期締め付け及び衝撃荷重による応力が作用し
た場合には、単位面積当りの圧接力が大きくなり、また
ピストンロッド１０に曲げ方向の力が作用すると、凹状
となっているピストン１１がナット１３に乗り上げよう
とする力が働く。従って、ピストン１１の強度を保つに
は、円環状接合面１１ｂ，１３ｂ間の接合面積を広くし
て、このピストン１１とナット１３との接合関係を安定
させなければならない。

【００１４】円環状接合面１１ｂ，１３ｂ間の接合面積
を広くするには、まずピストン１１及びナット１３の外
径寸法を大きくすることが考えられるが、シリンダ装置
全体の形状が大型化してしまうので好ましくはない。ま
た、ナット１３における円環状凸部１３ａの幅を狭くす
ることも可能であるが、そうするとこの円環状凸部１３
ａの強度が低下することになる。

【００１５】以上のことから、ピストン１１及びナット
１３については、強度の優れた材質を用い、かつ初期締
め付け力や作動時に作用する荷重等の状態、さらにピス
トンロッド１０にかかる力の方向等に基づいて、円環状
接合面１１ｂ，１３ｂと、ナット１３における円環状凸
部１３ａとの寸法関係を適正な値となるように設定し、
しかも厳格な寸法管理を行わなければならない等、実用
化する上で、なお解決すべき課題があり、さらに産業機
械等において、装着可能な部位に制限があるという問題
点もある。

【００１６】本発明は以上の点に鑑みてなされたもので
あって、その目的とするところは、ピストンロッドにピ
ストンを固定するためのねじ嵌合部を含めた全体の構成
において、応力が極端に集中する部位が生じないように
したシリンダ装置を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
めに、本発明は、シリンダチューブと、このシリンダチ
ューブ内に設けたピストンと、このピストンに連結さ
れ、シリンダチューブ外に延在させたピストンロッドと
を有するシリンダ装置であって、前記ピストンロッドに
は、シリンダチューブ内側の先端部に軸線方向の所定長
さ分だけおねじ部を設け、前記ピストンの内面には、ピ
ストンロッドへの挿通部と、このピストンロッドに螺合
されるめねじ部とを形成し、かつこの挿通部とめねじ部
との間に円環状の凹部を形成する構成としたことをその
特徴とするものである。

【００１８】ピストンの内面に形成されるピストンロッ
ドへの挿通部と、ピストンロッドに設けたおねじ部にね
じ嵌合されるめねじ部とは、強度等の点から軸線方向に
おいて所定の長さが必要である。一方、ピストンは、摺
動抵抗の低減等の観点から、シリンダチューブの内面と
摺接する部位の軸線方向の長さは必要以上長くしない方
が良い。従って、ピストンの内面側における挿通部及び
めねじ部の軸線方向の長さの方がシリンダチューブ内面
に沿って摺動する外周面の軸線方向の長さより長くなっ
てしまうことがある。このような場合には、ピストン
に、外面がシリンダチューブ内面への摺動面となったピ
ストン作動部と、ピストンロッドのおねじ部に螺合され
るめねじ部が形成され、外面がシリンダチューブの内面
と非接触状態に保持される固定部とからなる段差形状と
すれば良い。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の一形態について詳細に説明する。而して、図１はシ
リンダ装置の全体構成を示す断面図であり、図２はその
要部拡大図である。

【００２０】図１において、２１はシリンダチューブで
あって、このシリンダチューブ２１の一端は閉塞した状
態に保持され、他端は開口しており、この開口部に筒状
のロッド導出部が連結されている。ピストン２２はシリ
ンダチューブ２１内に摺動可能に設けられており、これ
によりシリンダチューブ２１の内部は、ロッド室２３と
ボトム室２４とに区画形成される。そして、ピストン２
２にはピストンロッド２５が連結されており、このピス
トンロッド２５は、ロッド導出部から外部に導出され
て、相対的に動く部材間に連結されることになる。そし
て、このシリンダ装置は、例えば、図３に示した油圧シ
ョベルのフロント作業機構におけるブームシリンダ等の
油圧シリンダとして用いることができる。

【００２１】以上の点は、従来技術によるものと格別の
差異はない。しかしながら、ピストン２２とピストンロ
ッド２５との連結・固定機構の構成は、従来技術のもの
と異なっている。即ち、ピストン２２はナットを用いて
ピストンロッド２５に固定されるのではなく、ピストン
２２単体でピストンロッド２５に固定する構成としてい
る。

【００２２】ピストンロッド２５には、段差が設けられ
ており、この段差部から先端側が細径部２５ａとなって
いる。そして、この細径部２５ａの先端側には軸線方向
における所定の長さ分にわたっておねじ部２６が形成さ
れている。また、このおねじ部２６を形成した部位の先
端側近傍部には、円環状の凹溝２７が設けられ、この凹
部２７には、ピストン２２の固定部２２ｂに設けたねじ
孔２８に螺挿される回り止め用のねじ２９の先端が係合
するようになっている。なお、図中において、３０はピ
ストンロッド２５が縮小する方向にピストン２２が摺動
した時に、そのストロークエンド近傍で減衰力を発生さ
せるために、ピストンロッド２５の先端に連設したクッ
ション部材である。

【００２３】次に、ピストン２２は、シリンダチューブ
２１の内面に摺接するピストン作動部２２ａと、このピ
ストン作動部２２ａに連設され、外径が縮径されて、シ
リンダチューブ２１の内面と非摺接状態に保持される固
定部２２ｂとから構成される。ピストン２２には、その
軸中心部分において、ピストン作動部２２ａから固定部
２２ｂに至るまでの全長に及ぶ貫通孔３１が穿設されて
いる。貫通孔３１を構成する内面部のうち、ピストン作
動部２２ａの部位はピストンロッド２５における細径部
２５ａに略密嵌状に挿通される挿通部３１ａとなってお
り、またピストン作動部２２ａの先端側の部位から固定
部２２ｂの全長にかけての部分は、ピストンロッド２５
に設けたおねじ部２６にねじ嵌合されるめねじ部３１ｂ
となっている。そして、この挿通部３１ａとめねじ部３
１ｂとの間には、円環状の凹部３２が形成されている。
なお、図中において、３３はピストンロッド２５の細径
部２５ａを形成する段部とピストン２２との間に介装さ
れるカラーである。

【００２４】以上のように構成されるシリンダ装置は、
ピストンロッド２５に、まずカラー３３を挿嵌させ、次
いでピストン２２を挿嵌させる。ピストン２２における
ピストンロッド２５を挿通させる貫通孔３１のうち、そ
のピストン作動部２２ａの部位は挿通部３１ａとなって
おり、この挿通部３１ａがおねじ部２６の部位を通過し
た後に、細径部２５ａに挿通される。従って、この細径
部２５ａ及び挿通部３１ａを正確に加工しておけば、ピ
ストン２２のうち、ピストン作動部２２ａの部位はピス
トンロッド２５と正確に調芯されることになる。

【００２５】そして、ピストン２２の貫通孔３１におけ
るめねじ部３１ｂがピストンロッド２５のおねじ部２６
に係合する状態になると、ピストン２２を螺回させるこ
とによって、このピストン２２は、そのめねじ部３１ｂ
がピストンロッド２５のおねじ部２６とねじ嵌合され
て、カラー３３側に追い込まれる。そして、ピストン２
２がカラー３３に所定の圧接力で接合される状態にまで
締め込んで、ねじ２９をねじ孔２８に螺挿させて、この
ねじ２９の先端部をピストンロッド２５側に設けた凹溝
２７内に突出させることによって、ピストン２２は緩む
方向における回り止めを行う。ピストン２２は、このよ
うにしてピストンロッド２５への連結・固定がなされ、
このピストン−ピストンロッドの組立体は、シリンダチ
ューブ２１に装着される。

【００２６】ところで、ピストン２２はピストンロッド
２５にねじ嵌合されており、しかも確実に固定するため
に、所定の初期締め付け力を作用させている。また、前
述のようにして組み立てられたシリンダ装置は、既に説
明したように、ブームシリンダ等の油圧シリンダとして
使用されることから、作動時において、衝撃荷重を含む
荷重がピストン２２に作用することになり、この初期締
め付けや作動時等において生じる荷重により、ピストン
２２のめねじ部３１ｂとピストンロッド２５のおねじ部
２６におけるねじ嵌合部に直接応力が作用する。

【００２７】然るに、このねじ嵌合部における第１のね
じ嵌合の部分に隣接する位置においては、ピストン２２
に凹部３２が形成されているから、前述した荷重はこの
第１のねじ嵌合部を避けるように迂回してねじ嵌合部に
伝達されることになる。そして、第１のねじ嵌合部は実
質的にピストン２２の剛性による圧接力に基づく応力し
か作用しないことになる。従って、第１のねじ嵌合部に
対する荷重は著しく軽減されるから、損傷の防止が図ら
れる。また、前述した荷重に基づく応力は各ねじ嵌合部
に分散されることから、個々のねじ嵌合部に応力が部分
的に集中することがなくなり、ピストン２２のめねじ部
３１ｂ及びピストンロッド２５のおねじ部２６の疲労寿
命が著しく高くなる。

【００２８】ここで、ねじ嵌合部における応力の分散の
度合いは、凹部３２の深さ寸法に依存する。凹部３２を
深くすればする程、ねじ嵌合部における応力は幅広く分
散されるようになるが、凹部３２を深くすると、その分
だけピストン２２の強度が低下する。従って、凹部３２
の形成位置は、厚みの大きいピストン作動部２２ａに設
けるようになし、しかもピストン作動部２２ａのうち、
シール装着用の溝の部分を避けた位置に設け、かつ凹部
３２にある程度の深さを持たせることによって、応力を
可及的に分散させ、かつピストン２２における強度の低
下防止を図ることができて、極めて大きな荷重に耐えら
れる。

【００２９】ところで、ピストン２２はシリンダチュー
ブ２１の内面と直接摺動するピストン作動部２２ａの部
位は、シリンダチューブ２１の軸線と正確に一致してい
なければならない。従って、貫通孔３１のうち、挿通部
３１ａは、ピストンロッド２５と正確に芯合わせが行わ
れていなければならない。これに対して、めねじ部３１
ｂはピストンロッド２５におけるおねじ部２６に確実に
ねじ嵌合されるように加工されなければならない。ピス
トン２２は、強度の関係等から、一般に鍛造品で形成さ
れるが、近年における鍛造技術の向上により、前述した
挿通部３１ａ及びめねじ部３１ｂを精度良く形成でき
る。しかも、挿通部３１ａとめねじ部３１ｂとは所定の
幅を有する凹部３２により明確に区画分けされているの
で、挿通部３１ａとめねじ部３１ｂとを別々に加工でき
ることから、挿通部３１ａにはそれに必要な精度を持つ
ように加工でき、まためねじ部３１ｂにもそれに見合っ
た精度の加工を容易に行えることになる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、ピスト
ン内面に、ピストンロッドへの挿通部と、このピストン
ロッドに螺合されるめねじ部とを一体に設けて、このピ
ストンのめねじ部とピストンロッドのおねじ部とを直接
ねじ嵌合させるように構成したので、ピストンの強度を
低下させることなく、このピストンをピストンロッドに
固定するために作用させる初期締め付けや、油圧シリン
ダの作動時に作用する衝撃荷重等を含めた荷重に基づく
応力がねじ嵌合部の一部に集中するのを防止でき、応力
の分散によるねじ嵌合部分の疲労寿命を著しく向上させ
ることができる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すシリンダ装置の断面図
である。

【図２】図１の要部拡大図である。

【図３】シリンダ装置が取り付けられる装置の一例とし
ての油圧ショベルの外観図である。

【図４】従来技術によるシリンダ装置の断面図である。

【図５】他の従来技術におけるシリンダ装置のピストン
のピストンロッドへの固定機構の構成を示す要部断面図
である。

【符号の説明】

２１ シリンダチューブ ２２ ピストン ２２ａ ピストン作動部 ２２ｂ 固定部 ２５ ピストンロッド ２５ａ 縮径部 ２６ おねじ部 ３１ 貫通孔 ３１ａ 挿通部 ３１ｂ めねじ部 ３２ 凹部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダチューブと、このシリンダチュ
   ーブ内に設けたピストンと、このピストンに連結され、
   シリンダチューブ外に延在させたピストンロッドとを有
   するシリンダ装置において、前記ピストンロッドには、
   シリンダチューブ内側の先端部に軸線方向の所定長さ分
   だけおねじ部を設け、前記ピストンの内面には、ピスト
   ンロッドへの挿通部と、このピストンロッドに螺合され
   るめねじ部とを形成し、かつこの挿通部とめねじ部との
   間に円環状の凹部を形成する構成としたことを特徴とす
   るシリンダ装置。
2. 【請求項２】 前記ピストンは、外面がシリンダチュー
   ブ内面への摺動面となったピストン作動部と、ピストン
   ロッドのおねじ部に螺合されるめねじ部が形成され、外
   面がシリンダチューブの内面と非接触状態に保持される
   固定部とからなる段差形状としたことを特徴とする請求
   項１記載のシリンダ装置。