JPH0968207A - 液圧式シリンダ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】液圧式シリンダ装置のセグメントに掛かる限界
負荷荷重を、内部構造を変更することなしに有効に高め
得るようにした液圧式シリンダ装置を提供する。 【解決手段】シリンダ室Ｂと液圧源７との間に、液圧源
７の元圧を立上がりを緩やかにしてシリンダ室Ｂに導入
するバルブ８を介設したので、液圧源７からの圧力導入
を当初バルブ８により絞り、ロックピストン３の作動圧
力を低いレベルに抑えて、セグメント４の限界負荷荷重
の範囲内でより過大なピストン外力ＦPを許容すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ロック機能を有す
る直動式シリンダ等として利用可能な液圧式シリンダ装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、直動式シリンダとして、図３に
示す液圧式シリンダ装置が利用される。この液圧式シリ
ンダ装置は、内周にリング状の係合溝１ａを有したシリ
ンダ１と、このシリンダ１の一対のシリンダ室Ａ、Ｂの
間に配設され、一方のシリンダ室Ａ又はＢに液圧が導入
されることによって進退駆動可能であるとともに、軸心
位置に中空部２ａを有し、周壁部の等角位置（例えば３
〜４箇所）に放射方向に貫通する溝部２ｂを有したピス
トン２と、前記シリンダ室Ａ又はＢに液圧源７からの液
圧を導入する液圧導入路７ａ（シリンダ室Ａへの液圧導
入路は図示省略してある）と、前記ピストン２に摺動可
能に嵌装され外周に前記中空部２ａに摺接するランド部
３ａ及びこのランド部３ａよりも小径な凹所３ｂを形成
されたロックピストン３と、前記ピストン２の溝部２ｂ
に突没可能に配設されたロック部材たるセグメント４と
を具備してなる。ロックピストン３はピストン２との間
に弾設したスプリング５によって図中左方向にオフセッ
ト力を受けているため、シリンダ室Ａに液圧が導入され
てピストン２が図中左方向に駆動されたときには、シリ
ンダ１内でロックピストン３が図３のロック位置に保持
されると同時に、そのランド部３ａによりセグメント４
の基端４ａを押上げて該セングメント４の先端４ｂを前
記シリンダ１の係合溝１ａに装入する。このため、この
状態でピストン２に外力である引張荷重ＦP が作用して
も、該ピストン２は図示の位置にロックされる。また、
他方のシリンダ室Ｂに液圧が導入されてピストン２が図
中右方向に駆動されたときには、ロックピストン３がそ
の液圧を利用して図４に示すロック開放位置に移行する
と同時にその凹所３ｂにセグメント４の基端４ａを引き
込んで該セグメント４の先端４ｂをシリンダ１の係合溝
１ａから解離させ、ピストン２を図５に示す作動端にま
で移動させ得るようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ロックピス
トン３が図３に示すロック位置から図４に示すロック開
放位置に移行する動作に着目すると、先ずシリンダ室Ｂ
に液圧が導入され、ピストン２がその液圧付勢力によっ
て図中右方向へ移動しようとするが、そのスラスト力に
よって、ピストン２の放射方向の溝部２ｂに装入してい
るセグメント４には次のようにして没入動作が惹起され
る。すなわち、最初はセグメント４は先端４ｂをシリン
ダ１の係合溝１ａに係合させており、このとき、セグメ
ント先端４ｂと係合溝１ａとの間には、セグメント４が
スラスト方向の液圧付勢力を受けて溝部１ａに当接する
側の面に、そのスラスト力をセグメント４のラジアル方
向への力に変換するためのテーパ面４ｃ、１ｃが形成し
てある。そして、スラスト力を受けたセグメント４は、
そのテーパ面４ｃをシリンダ係合溝１ａのテーパ面１ｃ
に沿って摺動させながら没入方向へ移動することにな
る。一方、シリンダ室Ｂに導入された液圧はロックピス
トン３にも作用し、このロックピストン３が、スプリン
グ５によるオフセット位置からスプリング５を圧縮しつ
つ図中右方向へ移動するので、一定量の移動後にこのピ
ストン２のランド部３ａが図４に示す位置でセグメント
４の基端４ａから外れ、その基端４ａに凹所３ｂを合致
させる。このとき、セグメント４を押上げていた力が消
失し、セグメント４がその基端４ａを凹所３ｂに没入さ
せる位置にまで移動して、先端４ｂがシリンダ１の係合
溝１ａから外れる。このため、ピストン２に対するスラ
スト方向のロック状態が開放され、ピストン２は図中右
方向に向かって図５に示す動作端にまで移動することが
可能となる。

【０００４】ところが、このような液圧式シリンダ装置
のピストン２に外力として引張荷重ＦP が作用したと
き、ピストン推力は、シリンダ室Ｂに導入される液圧に
よる付勢力のみならず、その外力ＦP によっても発生す
る。液圧源７は液圧導入路７ａを介してシリンダ室Ｂに
直接接続されており、液圧導入時にはシリンダ室Ｂ内の
液圧は急峻に元圧にまで上昇するため、このときのピス
トン推力によって、セグメント４がシリンダ１の係合溝
１ａとピストン２の溝部２ｂとの間で大きな剪断方向の
スラスト荷重を受けることになる。したがって、そのス
ラスト荷重をセグメント４の許容容量以下に抑えるため
には、ピストン２に掛ける外力ＦP の限界を低いレベル
に抑えざるを得ず、目的・用途に大きな制約を伴うとい
う不都合を生じる。逆に、このような不具合を解消する
ために、セグメント４を始めとするロック部分の構造を
重厚なものにすれば、装置全体の大型化や重量化を招く
ことが避けられないものとなる。

【０００５】本発明は、このような課題に着目してなさ
れたものであって、液圧式シリンダ装置の限界負荷荷重
を、内部構造を変更することなしに有効に高めることが
できるようにした液圧式シリンダ装置を提供することを
目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、かかる目的を
達成するために、次のような構成を採用したものであ
る。

【０００７】すなわち、本発明の液圧式シリンダ装置
は、シリンダ内に進退可能に嵌装されるピストンと、導
入される液圧によってこのピストンを進退駆動するシリ
ンダ室と、このシリンダ室に液圧を導入する液圧源と、
前記ピストンに内設され前記シリンダ室に導入される液
圧を利用して駆動されるロックピストンと、このロック
ピストンの作動に伴いピストンからシリンダに向かって
ピストンの作動方向と略直交する方向に突没動作を行う
ロック部材とを具備してなり、ロック部材がピストンか
ら突出してシリンダに係合した状態でピストンをロック
し、逆にシリンダ室に液圧が導入されてロックピストン
が移動したときにロック部材をピストン内に没入させて
ピストンをロック解除するように構成されたものにおい
て、前記シリンダ室と前記液圧源との間に、液圧源の元
圧を立上がりを緩やかにしてシリンダ室に導入するバル
ブを介設したことを特徴とする。

【０００８】このような構成によれば、シリンダ室の液
圧力が増加していく過程で、液圧がロックピストン作動
圧力を上回ったときに、ロックピストンが作動し、ピス
トンとシリンダとのロック状態が解除される。ロック部
材に作用するスラスト荷重は、ピストン外力とロックピ
ストン作動圧力における液圧付勢力との総和に基づくピ
ストン推力により発生するが、液圧源からの圧力導入を
当初バルブにより絞り、ロックピストン作動圧力を低い
レベルに抑えることにより、ロック部材の限界負荷荷重
の範囲内でより過大なピストン外力を許容することがで
きる。このため、ピストンに接続できる負荷容量を、内
部構造に変更を加えることなく有効に増大させることが
でき、直動式シリンダ等として用いるときの能力を効果
的に高めることが可能となる。

【０００９】また、このような構成を採用すれば、シリ
ンダ室に液圧源の元圧が急峻に導入されることがないた
め、ピストンからロック部材に過大なスラスト荷重が作
用することがない。このため、ロック部材がロックピス
トンに強く当接して挙動を妨げる不都合や、同ロック部
材がピストン嵌装部に高面圧で当接して高速で摺動する
ことにより摩耗、焼付等を生じる不具合も同時に解消し
て、装置の信頼性や耐久性を確実に向上させることが可
能となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を、図
１及び図２を参照して説明する。

【００１１】図１及び図２に示す液圧シリンダ装置は、
基本的には図３〜図５に示したものと同様である。すな
わち、内周にリング状の係合溝１ａを有したシリンダ１
と、このシリンダ１の一対のシリンダ室Ａ、Ｂの間に配
設され、一方のシリンダ室Ａ又はＢに液圧が導入される
ことによって進退駆動可能であるとともに、軸心位置に
中空部２ａを有し、周壁部の等角位置（例えば３〜４箇
所）に放射方向に貫通する溝部２ｂを有したピストン２
と、前記シリンダ室Ａ又はＢに液圧源７からの液圧を導
入する液圧導入路７ａ（シリンダ室Ａへの液圧導入路は
図示省略してある）と、前記ピストン２に摺動可能に嵌
装され外周に前記中空部２ａに摺接するランド部３ａ及
びこのランド部３ａよりも小径な凹所３ｂを形成された
ロックピストン３と、前記ピストン２の溝部２ｂに突没
可能に配設されたロック部材たるセグメント４とを具備
してなる。ロックピストン３はピストン２との間に弾設
したスプリング５によって図中左方向にオフセット力を
受けているため、シリンダ室Ａに液圧が導入されてピス
トン２が図中左方向に駆動されたときには、シリンダ１
内でロックピストン３が図３のロック位置に保持される
と同時に、そのランド部３ａによりセグメント４の基端
４ａを押上げて該セングメント４の先端４ｂを前記シリ
ンダ１の係合溝１ａに装入する。このため、この状態で
ピストン２に外力である引張荷重ＦP が作用しても、該
ピストン２は図示の位置にロックされる。また、他方の
シリンダ室Ｂに液圧が導入されてピストン２が図中右方
向に駆動されたときには、ロックピストン３がその液圧
を利用して図４に示すロック開放位置に移行すると同時
にその凹所３ｂにセグメント４の基端４ａを引き込んで
該セグメント４の先端４ｂをシリンダ１の係合溝１ａか
ら解離させ、ピストン２を図５に示す作動端にまで移動
させ得るようにしている。

【００１２】このような構成において、本実施形態は、
図１に示すように、前記シリンダ室Ｂと前記液圧源７と
の間を接続する液圧導入路７ａに、液圧源７の元圧を立
上がりを緩やかにして前記シリンダ室Ｂに導入するため
のバルブ８を介設している。

【００１３】詳述するとこのバルブ８は、バルブハウジ
ング８１及びスプール８２を主体として構成される。バ
ルブハウジング８１は、上面に入口ポート８１ａを、ま
た側面に出口ポート８１ｂを開口させ、両ポート８１
ａ、８１ｂ間を円筒状の中空部８１ｃを介して内部で連
通させたもので、出口ポート８１ｂに臨む中空部８１ｃ
の外周にリング状の溝８１ｄを刻設している。スプール
８２はその中空部８１ｃに嵌装されたもので、入口８１
ａと出口８１ｂの間をブロックする図示の上昇位置と、
入口８１ａと出口８１ｂの間を連通させる降下位置との
間で摺動可能とされている。スプール８２の基端８２ａ
とバルブハウジング８１の底壁８１ｅとの間には、スプ
ール８２を上昇位置に向かって付勢するオフセットスプ
リング８３が弾設してある。また、このスプール８２の
肉厚内には、スプール８２がブロック位置にあっても入
口８１ａと出口８１ｂの間を連通させることのできる絞
り８２ｂを有した内部通路８２ｃが設けてある。そし
て、バルブハウジング８１の入口８１ａを液圧源７に接
続し、出口８１ｂをシリンダ室Ｂに接続している。ま
た、前記スプール８２が一定量以上降下するとバルブハ
ウジング８１の底壁８１ｅ側の中空部８１ｃはスプール
８２により密閉状態となるが、該底壁８１ｅには、圧縮
時に閉じ込められる圧液を逃がすためのダンピングオリ
フィスを有した通路８１ｆと、膨脹時の負圧を避けるた
めの圧液を導入するチェック弁を有した通路８１ｇとが
設けてあり、その通路は図外のタンク等に接続されてい
る。

【００１４】このような構成においては、シリンダ室Ｂ
への液圧の導入を開始したときに、スプール８２は当初
入口８１ａと出口８１ｂの間をブロックする位置にある
が、内部通路８２ｃがこれらの入口８１ａ及び出口８１
ｂを絞り８２ｂを介して連通させているので、液圧は徐
々に内部通路８２ｃを通ってシリンダ室Ｂに導入され、
シリンダ室Ｂの内圧はこれに伴って徐々に高められる。
この状態は、スプール８２がスプリング８３を圧縮しつ
つその閉塞空間に存在する流体を通路８１ｆを介して放
出しながら降下位置近傍に達するまで続く。そして、ス
プール８２が入口８１ａ側の中空部８１ｃから外れ、入
口８１ａと出口８１ｂの間が直接連通されたときに、液
圧源７の液圧は一挙にシリンダ室Ｂに導入される。この
ようにして、シリンダ室Ｂの液圧が増加していく過程
で、液圧がロックピストン作動圧力を上回ったときにロ
ックピストン３が作動し、ピストン２とシリンダ１との
ロック状態が解除される。しかして、セグメント４に作
用するスラスト荷重は、ピストン外力ＦP とロックピス
トン作動圧力における液圧付勢力の総和に基づくピスト
ン推力により発生するが、液圧源７からの圧力導入を当
初バルブ８により絞り、ロックピストン作動圧力を低い
レベルに抑えるため、セグメント４の限界負荷荷重の範
囲内でより過大なピストン外力ＦP を許容することがで
きる。このため、ピストン２に接続できる負荷容量を、
内部構造に変更を加えることなく増大させることがで
き、直動式シリンダ等として用いるときの能力を有効に
高めることが可能となる。

【００１５】以上の作用をより具体的に示すために、ピ
ストンに作用する外力をＦP 、ピストン受圧面積をＡP
、液圧源の液圧をＰS とすると、バルブ８を設けない
場合のセグメント４に掛かる荷重Ｗ1 は、 Ｗ1 ＝ＦP ＋ＡP ・Ｐs となるのに対して、バルブ８を設けたときに掛かる荷重
Ｗ2 は、ロックピストン３が作動する圧力をＰR とし
て、 Ｗ2 ＝ＦP ＋ＡP ・ＰR となる。ＰR ＜ＰS であるため、Ｗ2 ＜Ｗ1 となり、Ｗ
1 −Ｗ2 分だけ従来よりも大きな外力ＦP を許容し得る
ものとなる。

【００１６】更に具体的な一例を挙げると、セグメント
４が許容し得るスラスト荷重の最大値Ｗmax を１３００
０kgf 、液圧源７の元圧を２１０kgf/cm² 、ピストン受
圧面積ＡP を５０cm² 、ロックピストン作動圧力ＰR を
３５kgf/cm² とした場合、バルブ無しでは図２に示すよ
うに２５００kgf の引張荷重ＦP までしか対応できない
が、本実施形態のようにバルブ８を付加すると、内部構
造を変更せずとも１１２５０kgf まで対応可能となる。
したがって、既存装置に単にバルブ８を付加するだけ
で、その装置の性能を高めて、従来よりも広範な用途に
適合させることが可能となる。

【００１７】また、このように構成されるバルブ８を付
加しておけば、ピストン２からセグメント４に過大なス
ラスト荷重が作用することがないため、セグメント４が
ロックピストン３のランド部３ａに強く押し付けられて
その挙動を妨害する不都合や、同セグメント４がピスト
ン２の溝部２ｂに高面圧で当接して高速で摺動すること
により生じる摩耗、焼付等の不具合も同時に解消して、
装置の信頼性や耐久性も確実に向上させることが可能と
なる。

【００１８】以上、本発明の一実施形態について説明し
たが、各部の具体的な構成や断面形状などは、図示実施
形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱し
ない範囲で種々変形が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す全体断面図。

【図２】同実施形態の作用を説明するグラフ。

【図３】従来例を示す全体断面図。

【図４】同従来例の作用説明図。

【図５】同従来例の作用説明図。

【符号の説明】

１…シリンダ ２…ピストン ３…ロックピストン ４…ロック部材（セグメント） ７…液圧源 ８…バルブ Ｂ…シリンダ室

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリンダ内に進退可能に嵌装されるピスト
   ンと、導入される液圧によってこのピストンを進退駆動
   するシリンダ室と、このシリンダ室に液圧を導入する液
   圧源と、前記ピストンに内設され前記シリンダ室に導入
   される液圧を利用して駆動されるロックピストンと、こ
   のロックピストンの作動に伴いピストンからシリンダに
   向かってピストンの作動方向と略直交する方向に突没動
   作を行うロック部材とを具備してなり、ロック部材がピ
   ストンから突出してシリンダに係合した状態でピストン
   をロックし、逆にシリンダ室に液圧が導入されてロック
   ピストンが移動したときにロック部材をピストン内に没
   入させてピストンをロック解除するように構成されたも
   のにおいて、 前記シリンダ室と前記液圧源との間に、液圧源の元圧を
   立上がりを緩やかにしてシリンダ室に導入するバルブを
   介設したことを特徴とする液圧式シリンダ装置。