KR20150065711A - 유체압 실린더 - Google Patents

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KR20150065711A
KR20150065711A KR1020157008882A KR20157008882A KR20150065711A KR 20150065711 A KR20150065711 A KR 20150065711A KR 1020157008882 A KR1020157008882 A KR 1020157008882A KR 20157008882 A KR20157008882 A KR 20157008882A KR 20150065711 A KR20150065711 A KR 20150065711A
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KR
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cushion
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piston rod
groove
cylinder
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KR1020157008882A
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다카히코 하라
히로시 후나토
Original Assignee
카야바 고교 가부시기가이샤
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    • F15B15/22—Other details, e.g. assembly with regulating devices for accelerating or decelerating the stroke
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Abstract

실린더 튜브에 삽입되는 피스톤 로드(30)가 스트로크 단부 부근에서 발생하는 쿠션 압력에 의해 감속되는 유체압 실린더(1)이며, 피스톤 로드(30)에 설치되며 스트로크 단부 부근에서 쿠션 원통면(45)의 내측에 진입하여 작동 유체의 흐름을 교축하는 통 형상의 쿠션 베어링(60)과, 쿠션 베어링(60)의 외주면(61)에 개구되며 쿠션 베어링(60)의 중심축 O에 대하여 경사지는 테이퍼 홈(62)을 구비하고, 테이퍼 홈(62)은 그 길이 방향에 직교하는 단면 형상이 원호 형상으로 형성되는 구성으로 하였다.

Description

유체압 실린더{HYDRAULIC CYLINDER}
본 발명은 스트로크 단부 부근에서 발생하는 쿠션 압력에 의해 피스톤 로드가 감속되는 유체압 실린더에 관한 것이다.
예를 들어 유체압 실린더(유압 실린더)는, 실린더 튜브에 삽입되는 피스톤 로드가 스트로크 단부 부근에 왔을 때에 발생하는 쿠션 압력에 의해 피스톤 로드를 감속시키는 쿠션 기구를 구비하고 있다.
JP11-230117A에 개시된 쿠션 기구는, 실린더 튜브에 설치되는 쿠션 원통면과, 작동 유체 압력에 의해 피스톤 로드에 플로팅 지지되는 쿠션 베어링을 구비한다.
이 쿠션 기구에서는, 피스톤 로드가 스트로크 단부 부근에 왔을 때에, 쿠션 베어링이 쿠션 원통면의 내측에 진입하여, 양자의 사이에서 작동 유체의 흐름이 교축됨으로써, 쿠션 압력이 발생하여 피스톤 로드가 감속된다.
이러한 종류의 쿠션 기구에서는, 쿠션 베어링의 외주면에 축방향으로 경사져서 연장되는 평면 형상의 홈부(절결부)가 절삭 가공에 의해 형성된다(도 9 참조). 피스톤 로드가 스트로크 단부에 오면, 홈부가 쿠션 원통면에 대치하여 작동 유체의 흐름을 교축하는 가변 교축부로서 기능한다. 피스톤 로드가 스트로크 단부에 근접하는 것에 수반하여 가변 교축부의 개구 면적이 감소된다.
이 쿠션 기구에서는, 홈부의 경사 각도를 임의로 설정함으로써, 피스톤 로드가 감속되는 쿠션 특성을 변화시킬 수 있다.
JP2008-291858A에 기재된 쿠션 기구는, 실린더 튜브에 설치되는 쿠션 원통면과, 피스톤 로드에 끼워 맞춰져 지지되는 쿠션 베어링을 구비한다. 이 쿠션 베어링은, 작동 유체 압력에 의해 플로팅 지지되지 않고, 피스톤 로드에 고정되어 있다.
이 쿠션 기구는, 쿠션 베어링의 외주면에 축방향으로 경사져서 연장되는 단면 V자 형상의 테이퍼 홈(교축 홈)이 형성되어 있다. 이 경우에도, 피스톤 로드가 스트로크 단부에 오면, 테이퍼 홈이 쿠션 원통면에 대치하여 작동 유체의 흐름을 교축하는 가변 교축부로서 기능한다. 피스톤 로드가 스트로크 단부에 근접하는 것에 수반하여 가변 교축부의 개구 면적이 감소된다.
이 쿠션 기구에서는, 테이퍼 홈의 단면적을 임의로 설정함으로써, 피스톤 로드가 감속되는 쿠션 특성을 변화시킬 수 있다.
JP11-230117A에 개시된 쿠션 기구는, 쿠션 베어링의 외주면에 절삭 가공을 실시하여 홈부가 형성되지만, 홈부의 절삭 경사 각도의 가공 오차에 기인하여 피스톤 로드가 감속되는 쿠션 특성에 편차가 발생하기 쉽다는 문제점이 있다.
또한, JP11-230117A에 개시된 플로팅 지지되는 쿠션 베어링의 외주면에, JP2008-291858A에 개시된 단면 V자 형상의 테이퍼 홈을 형성하는 것이 생각된다. 그러나, 이 경우에는, 쿠션 베어링이 쿠션 압력을 받아 확대되는 탄성 변형 시에, 쿠션 베어링의 테이퍼 홈이 개구되는 부위에 응력이 집중되어, 쿠션 베어링의 강도를 확보하기 위해서, 판 두께를 두껍게 할 필요가 있었다.
본 발명은, 유체압 실린더에 있어서, 쿠션 특성의 편차를 억제하는 것과, 쿠션 베어링의 강도를 확보하는 것을 양립시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 어떤 형태에 의하면, 실린더 튜브에 삽입되는 피스톤 로드가 스트로크 단부 부근에서 발생하는 쿠션 압력에 의해 감속되는 유체압 실린더이며, 실린더 튜브에 설치되는 쿠션 원통면과, 피스톤 로드에 설치되며 스트로크 단부 부근에서 쿠션 원통면의 내측에 진입하여 작동 유체의 흐름을 교축하는 통 형상의 쿠션 베어링과, 쿠션 베어링의 외주면에 개구되며 쿠션 베어링의 중심축에 대하여 경사지는 테이퍼 홈을 구비하고, 테이퍼 홈은 그 길이 방향에 직교하는 단면 형상이 원호 형상으로 형성된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 유체압 실린더의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 쿠션 베어링의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 쿠션 베어링의 가공 공정을 도시하는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 유체압 실린더의 피스톤 로드가 스트로크 단부에 온 작동 상태를 도시하는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 형태의 테이퍼 홈 및 종래 장치의 홈부에 관한 쿠션 스트로크와 가변 교축부의 개구 면적의 관계를 도시하는 특성도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 형태의 테이퍼 홈 및 종래 장치의 홈부에 관한 쿠션 스트로크와 가변 교축부의 개구 면적의 관계를 도시하는 특성도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시 형태의 테이퍼 홈 및 종래 장치의 홈부에 관한 쿠션 스트로크와 가변 교축부의 개구 면적의 관계를 도시하는 특성도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 쿠션 베어링의 가공 공정을 도시하는 단면도이다.
도 9는 종래예에 관한 쿠션 베어링의 단면도이다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다.
(제1 실시 형태)
도 1에 도시한 유압 실린더(1)는, 예를 들어 유압 셔블의 아암 실린더로서 사용된다. 유압 실린더(1)가 신축 작동함으로써, 유압 셔블의 아암이 회전한다. 유압 실린더(1)는, 유압 셔블 등의 건설 기계에 한하지 않고, 다른 산업 분야에 있어서의 기계, 설비 등에도 이용할 수 있다.
유압 실린더(1)는, 통 형상을 한 실린더 튜브(10)와, 실린더 튜브(10) 내에 로드실(2)과 엔드실(3)을 구획하는 피스톤(20)과, 피스톤(20)에 연결되는 피스톤 로드(30)를 구비한다.
유압 실린더(1)는, 도시하지 않은 유압원(작동 유체압원)으로부터 엔드실(3) 또는 로드실(2)로 유도되는 작동 유압에 의해 피스톤 로드(30)가 중심축 O 방향으로 이동함으로써 신축 작동한다.
또한, 유압 실린더(유체압 실린더)(1)는, 급배되는 작동 유체로서, 작동유를 사용하지만, 이 대신에 예를 들어 수용성 대체액 등을 사용해도 된다.
실린더 튜브(10)의 개구 단부에는, 피스톤 로드(30)가 미끄럼 이동 가능하게 삽입 관통하는 원통 형상의 실린더 헤드(40)가 설치된다. 실린더 헤드(40)는 복수의 볼트(12)를 통해서 실린더 튜브(10)에 체결된다.
실린더 헤드(40)의 내주에는 부시(55), 서브 시일(56), 메인 시일(57) 및 더스트 시일(58)이 개재 장착된다.
부시(55)가 피스톤 로드(30)의 외주면(31)에 미끄럼 접촉함으로써, 피스톤 로드(30)가 실린더 튜브(10)의 중심축 O 방향으로 이동하도록 지지된다.
서브 시일(56) 및 메인 시일(57)이 피스톤 로드(30)의 외주면(31)에 미끄럼 접촉함으로써 외부와 로드실(2) 사이가 밀봉된다.
더스트 시일(58)이 피스톤 로드(30)의 외주면(31)에 미끄럼 접촉함으로써 유압 실린더(1)의 내부에의 더스트의 침입이 방지된다.
실린더 헤드(40)의 내주에는, 원통면 형상의 헤드 내주면(44)이 형성된다. 이 헤드 내주면(44)과 피스톤 로드(30)의 외주면(31) 사이에 급배 통로(5)가 구획 형성된다. 실린더 헤드(40)에는, 헤드 내주면(44)에 개구되는 급배구(43)가 형성된다. 급배구(43)에는, 도시하지 않은 유압원에 연통하는 유압 배관이 접속된다.
피스톤 로드(30)가 도 1에 있어서 하방으로 이동하는 유압 실린더(1)의 수축 작동 시에는, 유압원으로부터 유압 배관을 통해서 공급되는 가압 작동유가, 급배 통로(5)를 통해서 로드실(2)에 유입된다. 한편, 엔드실(3)의 작동유가 도시하지 않은 급배 통로를 통해서 유압원인 탱크측으로 되돌려진다.
피스톤 로드(30)가 도 1에 있어서 상방으로 이동하는 유압 실린더(1)의 신장 작동 시에는, 유압원으로부터 공급되는 가압 작동유가 급배 통로를 통해서 엔드 실(3)에 유입된다. 한편, 로드실(2)의 작동유가 급배 통로(5)를 통해서 유압원인 탱크측으로 되돌려진다.
도 1에는 피스톤 로드(30)가 스트로크 단부 부근의 전방에 있는 상태가 도시되어 있다. 유압 실린더(1)는, 신장 작동 시에 있어서의 스트로크 단부 부근에서 피스톤 로드(30)를 감속시키는 쿠션 기구(6)를 구비한다.
쿠션 기구(6)는, 실린더 헤드(40)의 헤드 내주면(44)에 설치되는 쿠션 원통면(45)과, 피스톤 로드(30)가 스트로크 단부 부근에 왔을 때에 쿠션 원통면(45)의 내측에 진입하는 쿠션 베어링(60)을 구비한다.
피스톤 로드(30)가 스트로크 단부 부근에 왔을 때에, 쿠션 베어링(60)이 쿠션 원통면(45)의 내측에 진입하여, 양자의 사이에 베어링 외주 간극(8)(도 4 참조)이 구획 형성된다. 이 베어링 외주 간극(8)이 로드실(2)로부터 급배 통로(5)를 통해서 유출되는 작동유의 흐름에 저항을 부여하여, 로드실(2)의 압력(이하, 쿠션 압력이라 함)이 상승함으로써, 피스톤 로드(30)가 감속되는 작동(이하, 「쿠션 작동」이라 함)이 행해진다.
쿠션 베어링(60)은, 그 외주에 외주면(61)을 갖는다. 이 외주면(61)은, 중심축 O를 중심으로 하는 원통면 형상으로 형성된다. 외주면(61)의 외경은, 피스톤 로드(30)의 외주면(31)의 외경보다 크고, 또한 쿠션 원통면(45)의 내경보다 작게 형성된다. 피스톤 로드(30)가 스트로크 단부 부근에 왔을 때에, 쿠션 베어링(60)의 외주면(61)은 쿠션 원통면(45)과의 사이에 베어링 외주 간극(8)(도 4 참조)을 구획 형성한다.
피스톤 로드(30)의 외주에는, 환상 단차부(32), 외주 끼워 맞춤면(33) 및 환상 단차부(34)가 순서대로 나란히 형성된다.
피스톤(20)은, 그 단부면(22)이 환상 단차부(34)에 접촉하여 고정된다.
원통 형상의 쿠션 베어링(60)은, 환상 단차부(32)와 피스톤(20) 사이에 간극을 갖고 개재 장착되며, 중심축 O 방향으로 약간 이동 가능하게 설치된다.
쿠션 베어링(60)은, 피스톤 로드(30)의 외주에 베어링 내주 간극(7)을 갖고 끼워 맞춰져, 베어링 내주 간극(7)으로 유도되는 작동 유체압에 의해 플로팅 지지된다. 베어링 내주 간극(7)은, 쿠션 베어링(60)의 내주면(67)과 피스톤 로드(30)의 외주 끼워 맞춤면(33) 사이에 구획 형성된다.
쿠션 베어링(60)은, 그 일단부에 중심축 O에 직교하는 환상의 단부면(63)이 형성되고, 이 단부면(63)으로부터 연속하여 환상으로 연장되는 테이퍼면(64)이 형성된다. 테이퍼면(64)은 중심축 O에 대하여 경사지는 원뿔대 형상으로 형성된다. 쿠션 베어링(60)의 타단부에는 중심축 O에 직교하는 환상의 단부면(65)이 형성된다.
피스톤(20)에 대향하는 쿠션 베어링(60)의 단부면(65)(도 1에서 하단부면)에는, 슬릿(절결부)(69)이 형성된다. 피스톤 로드(30)의 환상 단차부(32)에 대향하는 쿠션 베어링(60)의 단부면(63)(도 1에서 상단부면)에도, 슬릿(68)이 형성된다.
유압 실린더(1)가 신장 작동하는 스트로크 단부에서 피스톤 로드(30)가 감속되는 쿠션 작동이 행해진다. 이 쿠션 작동 시에, 쿠션 베어링(60)은, 쿠션 압력에 의해, 피스톤 로드(30)에 대하여 도 1 중 상방으로 약간 이동한다. 그리고, 그 단부면(63)이 피스톤 로드(30)의 환상 단차부(32)에 접촉한다. 이에 의해, 베어링 내주 간극(7)을 통해서 도 1 중 상방[급배 통로(5)]을 향하는 작동유의 흐름은, 슬릿(68)을 통과함으로써 교축된다.
한편, 유압 실린더(1)가 최신장 상태로부터 수축하는 작동 시에, 유압원으로부터 공급되는 가압 작동유가, 급배 통로(5)로부터 베어링 외주 간극(8)과 베어링 내주 간극(7)을 통해서 로드실(2)에 유입된다. 이때, 쿠션 베어링(60)은, 유압원으로부터 유도되는 작동유 압력에 의해, 피스톤 로드(30)에 대하여 도 1 중 하방으로 약간 이동한다. 그리고, 그 단부면(65)이 피스톤(20)의 단부면(22)에 접촉한다. 단부면(65)에 개구된 슬릿(69)은, 베어링 내주 간극(7)과 로드실(2)을 연통한다. 이에 의해, 작동유가 베어링 내주 간극(7)으로부터 슬릿(69)을 통해서 로드실(2)로 빠르게 유입되어, 유압 실린더(1)가 최신장 상태로부터 수축 작동하는 응답성이 확보된다.
피스톤 로드(30)의 외주 끼워 맞춤면(33)에는, 쿠션 베어링(60)의 내주면(67)에 대치하여 개구되는 환상 홈(35) 및 환상 홈(36)이 형성된다.
환상 홈(35)은, 외주 끼워 맞춤면(33)의 단부에 개구되고, 환상 단차부(32)에 단차없이 연속하는 홈 측면을 갖는다.
환상 홈(36)은, 외주 끼워 맞춤면(33)의 중간에 개구된다. 환상 홈(36)에는, 체크 밸브 기능을 발휘하는 쿠션 시일(15)이 개재 장착된다. 쿠션 시일(15)은, 쿠션 베어링(60)의 내주면(67)에 미끄럼 접촉하여 중심축 O 방향으로 약간 이동 가능하게 설치된다.
환상의 쿠션 시일(15)은, 엔드 갭(도시 생략)을 갖는다. 쿠션 시일(15)을 환상 홈(36)에 조립할 때에, 쿠션 시일(15)은, 시일 엔드 갭을 넓혀 환상 홈(36)에 끼워 넣어진다. 쿠션 시일(15)의 피스톤(20)측의 단부면(도 1에서 하단부면)에는, 복수의 슬릿(도시 생략)이 형성된다. 한편, 쿠션 시일(15)의 피스톤 로드(30)의 환상 단차부(32)에 대치하는 단부면(도 1에서 상단부면)에는, 슬릿이 형성되지 않는다.
이에 의해, 쿠션 작동 시에, 쿠션 시일(15)은, 쿠션 압력에 의해 피스톤 로드(30)에 대하여 도 1 중 상방으로 약간 이동한다. 그리고, 그 상단부면이 환상 홈(36)의 홈 측면에 접촉한다. 이에 의해, 환상 홈(36)을 통해서 도 1 중 상방을 향하는 작동유의 흐름은, 쿠션 시일(15)에 의해 차단된다.
한편, 유압 실린더(1)가 최신장 상태로부터 수축하는 작동 시에, 쿠션 시일(15)은, 유압원으로부터 유도되는 작동유 압력에 의해, 피스톤 로드(30)에 대하여 도 1 중 하방으로 약간 이동한다. 그리고, 그 하단부면이 환상 홈(36)의 홈 측면에 접촉하고, 쿠션 시일(15)의 하단부면에 개구된 슬릿이 환상 홈(36) 내에 있어서의 쿠션 시일(15)의 상하 공간을 연통한다. 이에 의해, 베어링 내주 간극(7)을 흐르는 작동유가 쿠션 시일(15)의 하단부면에 개구된 슬릿을 빠르게 통과하여, 유압 실린더(1)가 최신장 상태로부터 수축 작동하는 응답성이 확보된다.
도 2는 쿠션 베어링(60)을 도시하는 사시도이다. 쿠션 베어링(60)의 외주에는, 외주면(61)에 개구되는 테이퍼 홈(62)이 형성된다. 테이퍼 홈(62)은, 외주면(61)에 대하여 오목 형상으로 움푹 패여, 쿠션 원통면(45)의 개구 단부에 대치하는 가변 교축부(9)(도 4 참조)로서 기능한다.
테이퍼 홈(62)은, 중심축 O에 대하여 경사지고, 그 깊이가 일단부(62A)로부터 타단부(62B)에 걸쳐 점차 작아지도록 형성된다. 이에 의해, 피스톤 로드(30)가 스트로크 단부에 근접함에 따라서, 쿠션 원통면(45)의 개구 단부에 대치하는 가변 교축부(9)의 유로 단면적이 점차 감소되도록 되어 있다.
테이퍼 홈(62)은, 그 일단부(62A)가 테이퍼면(64)에 개구되고, 그 타단부(62B)가 외주면(61)에 개구된다. 또한, 테이퍼 홈(62)은, 상술한 구성에 한정되지 않고, 그 일단부가 단부면(63)에 개구되어도 된다. 또한, 테이퍼 홈(62)은, 그 타단부가 단부면(65)에 개구되는 구성으로 해도 된다.
테이퍼 홈(62)은, 그 길이 방향에 직교하는 단면 형상이 원호 형상으로 만곡되는 원호 형상 곡면(홈 내면)(62C)에 의해서만 형성된다. 테이퍼 홈(62)의 길이 방향과 직교하는 단면은, 연속하여 원호 형상으로 만곡되고, 직선 형상으로 연장되는 부위나 곡절하는 부위를 갖지 않는 형상이다.
도 3에 쿠션 베어링(60)의 가공 공정을 도시한다. 절삭 공구(도시 생략)를 반경 R의 정원호 S62를 따라서 이동시킴과 함께, 쿠션 베어링(60)의 중심축 O에 대하여 경사지는 절삭 중심축 O62를 따라서 이동시켜 쿠션 베어링(60)을 절삭한다. 이와 같이 하여, 원호 형상 곡면(홈 내면)(62C)이 형성된다. 이에 의해, 테이퍼 홈(62)은, 정원을 따른 정원호 형상으로 만곡되는 단면 형상으로 형성된다.
이하, 유압 실린더(1)의 작동에 대하여 설명한다.
유압 실린더(1)의 신장 작동 시에 있어서, 도 4에 도시한 바와 같이, 쿠션 베어링(60)이 쿠션 원통면(45)의 내측에 진입하면, 쿠션 베어링(60)과 쿠션 원통면(45) 사이에 베어링 외주 간극(8)이 구획 형성된다. 이 신장 작동 시에 로드실(2)의 작동유는, 도 4에 화살표로 나타낸 바와 같이 베어링 외주 간극(8)을 통해서 급배 통로(5)로 흐르고, 또한 베어링 내주 간극(7)을 통해서 급배 통로(5)로 흐른다. 주로 베어링 외주 간극(8) 및 쿠션 시일(15)의 엔드 갭이 이 작동유의 흐름에 저항을 부여하여, 로드실(2)의 쿠션 압력이 상승함으로써 피스톤 로드(30)가 감속되는 쿠션 작동이 행해진다.
상기의 쿠션 작동 시에, 쿠션 원통면(45)의 개구 단부에 면하는 테이퍼 홈(62)에 의해 가변 교축부(9)가 구획 형성된다. 피스톤 로드(30)가 스트로크 단부에 근접하는 것에 수반하여 가변 교축부(9)의 개구 면적이 작아진다. 테이퍼 홈의 단면적 및 절삭 경사 각도(경사 각도)를 임의로 설정함으로써, 피스톤 로드(30)가 감속되는 쿠션 특성을 변화시킬 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 원호 형상의 테이퍼 홈(62)에 의해 구획 형성되는 가변 교축부(9)의 단면은, 절삭면으로 되는 정원호 S62[원호 형상 곡면(62C)의 단면]와, 쿠션 베어링(60)의 외주면(61)을 연장한 정원호 S61에 의해 둘러싸인다. 한편, 도 9에 도시한 바와 같이, 종래 장치에 있어서의 쿠션 베어링(160)에 형성되는 평면 형상의 홈부(169)에 의해 구획 형성되는 가변 교축부의 단면은, 절삭면으로 되는 직선 S169[홈부(169)의 단면]와, 쿠션 베어링(160)의 외주면(161)을 연장한 정원호 S161에 의해 둘러싸인다. 테이퍼 홈(62)은, 홈부(169)에 비해, 쿠션 베어링(60)의 둘레 방향의 좁은 범위로 연장되는 단면 형상으로 되어 있다. 테이퍼 홈(62)과 홈부(169)에 대하여, 각각의 깊이(중심축 O에 직교하는 반경 방향의 최대 절삭 폭)가 동일한 경우의 단면적을 비교하면, 테이퍼 홈(62)의 단면적이 홈부(169)의 단면적보다 작아진다. 이 때문에, 절삭 경사 각도의 가공 오차에 의해 발생하는 테이퍼 홈(62)의 단면적 편차는, 홈부(169)의 단면적 편차에 비해 작게 억제된다.
도 5 내지 도 7은, 쿠션 원통면(45)에 쿠션 베어링(60)이 진입하는 쿠션 스트로크와 가변 교축부(9)의 개구 면적의 관계를 도시하는 특성도이다. 도 5 내지 도 7에 있어서, 실선으로 나타내는 특성이, 본 실시 형태에 있어서의 테이퍼 홈(62)에 의해 구획 형성되는 가변 교축부(9)의 특성이며, 파선으로 나타내는 특성이 종래 장치에 있어서의 평면 형상의 홈부(169)에 의해 구획 형성되는 가변 교축부의 특성이다.
도 5는 절삭 경사 각도(경사 각도)가 서로 동일하게 되도록 형성된 테이퍼 홈(62)의 특성 A1과, 홈부(169)의 특성 a1을 도시하고 있다. 이 테이퍼 홈(62)과 홈부(169)는, 동일 쿠션 스트로크에 있어서의 깊이(중심축 O에 직교하는 반경 방향의 절삭 폭)가 동일하고, 최대 깊이도 동일하게 되도록 형성되어 있다. 도 5의 특성도에 있어서, 양쪽 특성 A1, a1은, 모두, 쿠션 스트로크가 커지는 것에 수반하여 가변 교축부(9)의 개구 면적이 점차적으로 감소되지만, 각각의 감소되는 정도가 본 실시 형태의 특성 A1쪽이 종래 장치의 특성 a1보다 작다. 동일 쿠션 스트로크에 있어서의 가변 교축부(9)의 개구 면적을 비교하면, 본 실시 형태의 특성 A1쪽이 종래 장치의 특성 a1보다 작다.
도 6은 절삭 경사 각도의 가공 오차가 공차 내인 0°∼2°의 범위에서 발생하는 경우에, 최솟값(0°), 중앙값(1°), 최댓값(2°)에 있어서의 테이퍼 홈(62)의 특성 A2, B2, C2와 홈부(169)의 특성 a2, b2, c2를 도시하고 있다. 최솟값으로 되는 특성 A2와 특성 a2는, 동일 쿠션 스트로크에 있어서의 개구 면적이 서로 동등하게 되도록, 테이퍼 홈(62), 홈부(169)의 단면적 및 절삭 경사 각도를 각각 설정하고 있다. 특성 B2, C2와 특성 b2, c2는, 특성 A2와 특성 a2에 대하여 동일한 각도 가공 오차(1°, 2°)를 갖도록, 테이퍼 홈(62), 홈부(169)의 절삭 경사 각도가 각각 설정되어 있다. 도 6의 특성도로부터, 절삭 경사 각도의 가공 오차에 의해 가변 교축부(9)의 개구 면적에 발생하는 편차의 크기는, 본 실시 형태의 특성 B2, C2가 종래 장치의 특성 b2, c2에 비해 감소되는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 실시 형태의 테이퍼 홈(62)은, 종래의 홈부(169)에 비해, 절삭 경사 각도에 요구되는 공차(가공 오차의 허용값)를 크게 할 수 있다.
도 7은 테이퍼 홈(62)의 절삭 반경 R을 변화시킴으로써 개구 면적이 임의로 설정된 테이퍼 홈(62)의 특성 B3, A3, C3을 도시하고 있다. 특성 B3, A3, C3에 있어서, 테이퍼 홈(62)의 절삭 경사 각도 및 깊이가 동일값이며, 테이퍼 홈(62)의 절삭 반경 R이 특성 B3, A3, C3의 순으로 크게 설정되어 있다. 도 7에 있어서, a3은, 테이퍼 홈(62)의 특성 A3과 개구 면적이 대략 동일하게 되도록 형성된 홈부(169)의 특성이다. 홈부(169)의 특성을 변경하는 파라미터의 하나가 절삭 경사 각도이다. 이에 대하여, 본 실시 형태의 테이퍼 홈(62)은, 절삭 반경 R을 변화시킴으로써도, 그 특성을 변화시킬 수 있기 때문에, 종래의 홈부(169)에 비해 미세하게 가변 교축부(9)의 개구 면적을 설정할 수 있다.
유압 실린더(1)가 신장 작동하는 스트로크 단부에서 피스톤 로드(30)가 감속되는 쿠션 작동 시에는, 로드실(3)에 발생하는 쿠션 압력이 쿠션 베어링(60)의 내주로 유도되기 때문에, 쿠션 베어링(60)이 직경 방향으로 확대되어 탄성 변형된다. 테이퍼 홈(62)은, 연속하여 원호 형상으로 만곡되는 원호 형상 곡면(62C)에 의해서만 형성되고, 직선 형상으로 연장되는 부위나 절곡하는 부위를 갖지 않기 때문에, 쿠션 압력에 의해 쿠션 베어링(60)이 확대되어 탄성 변형할 때에 응력이 집중되는 것이 억제된다. 이에 의해, 쿠션 베어링(60)의 강도를 확보할 수 있어, 쿠션 베어링(60)의 테이퍼 홈(62)이 개구되는 부위에 균열 등이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
이상의 제1 실시 형태에 의하면, 이하에 나타내는 작용 효과를 발휘한다.
피스톤 로드(30)가 스트로크 단부 부근에 왔을 때에 쿠션 베어링(60)이 쿠션 원통면(45)의 내측에 진입하여 작동 유체의 흐름을 교축하는 유체압 실린더(1)이며, 쿠션 베어링(60)의 외주면(61)에 개구되며 쿠션 베어링(60)의 중심축 O에 대하여 경사지는 테이퍼 홈(62)을 구비하고, 테이퍼 홈(62)은 그 길이 방향에 직교하는 단면 형상이 원호 형상으로 형성된다. 이 때문에, 베어링 내주 간극(7)으로 유도되는 쿠션 압력에 의해 쿠션 베어링(60)이 확대되는 탄성 변형 시에, 쿠션 베어링(60)의 테이퍼 홈(62)이 개구되는 부위에 응력이 집중되는 것이 억제되어, 쿠션 베어링(60)의 강도를 확보할 수 있다.
즉, 테이퍼 홈(62)은, 그 길이 방향에 직교하는 단면 형상이 정원호 형상으로 형성되어, 원호 형상 곡면(62C) 곡률이 변화되는 부위를 갖지 않기 때문에, 쿠션 베어링(60)의 테이퍼 홈(62)이 개구되는 부위에 응력이 집중되는 것이 억제되어, 쿠션 베어링(60)의 강도를 확보할 수 있다.
또한, 피스톤 로드(30)가 스트로크 단부 부근에 왔을 때에, 쿠션 베어링(60)이 쿠션 원통면(45)의 내측에 진입하면, 양자의 사이에서 작동 유체의 흐름이 교축됨으로써, 쿠션 압력이 발생하여 피스톤 로드(30)가 감속된다. 피스톤 로드(30)가 스트로크 단부에 근접하는 것에 수반하여 테이퍼 홈(62)에 의해 구획 형성되는 가변 교축부의 개구 면적이 작아진다. 테이퍼 홈(62)의 단면의 곡률 반경(절삭 반경 R) 및 경사 각도를 파라미터로 하여 가변 교축부(9)의 개구 면적이 변화되어, 피스톤 로드(30)가 감속되는 쿠션 특성을 미세하게 고정밀도로 설정할 수 있다.
또한, 테이퍼 홈(62)이 쿠션 베어링(60)의 외주면(61)에 원호 형상으로 만곡되어 형성되기 때문에, 종래 장치에 있어서의 쿠션 베어링의 외주면이 평면 형상으로 절제된 홈부(169)에 비해, 경사 각도의 가공 오차에 기인하는 쿠션 특성의 편차를 억제할 수 있다.
이와 같이, 제1 실시 형태에 관한 유체압 실린더[유압 실린더(1)]에 의하면, 쿠션 특성의 편차를 억제하는 것과, 쿠션 베어링(60)의 강도를 확보하는 것을 양립시킬 수 있다.
(제2 실시 형태)
다음에, 도 8을 참조하여, 본 발명의 제2 실시 형태를 설명한다. 이하에서는, 상기 제1 실시 형태와 상이한 점을 중심으로 설명하고, 상기 제1 실시 형태의 유체압 실린더[유압 실린더(1)]와 동일한 구성에는 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
상기 제1 실시 형태에 관한 유체압 실린더에서는, 쿠션 베어링(60)에 테이퍼 홈(62)이 형성되고, 테이퍼 홈(62)이 정원호 형상으로 만곡되는 단면 형상으로 형성되는 구성이었다. 제2 실시 형태에 관한 유체압 실린더에서는, 쿠션 베어링(60)에 테이퍼 홈(72)이 형성되고, 테이퍼 홈(72)이 타원호 형상으로 만곡되는 단면 형상으로 형성되는 구성으로 한다.
도 8에 쿠션 베어링(60)의 가공 공정을 도시한다. 절삭 공구(도시 생략)를 반경 R의 타원호 S72를 따라서 이동함과 함께, 쿠션 베어링(60)의 중심축 O에 대하여 경사지는 절삭 중심축 O72를 따라서 이동하여 쿠션 베어링(60)을 절삭함으로써, 타원호 형상 곡면(홈 내면)(72C)이 형성된다. 이에 의해, 테이퍼 홈(72)은, 타원을 따른 타원호 형상으로 만곡되는 단면 형상으로 형성된다.
이상의 제2 실시 형태에 의하면, 이하에 나타내는 작용 효과를 발휘한다.
테이퍼 홈(72)은, 그 길이 방향에 직교하는 단면 형상이 타원을 따른 원호 형상으로 형성되기 때문에, 타원의 긴 직경 또는 짧은 직경을 변화시킴으로써, 테이퍼 홈(72)의 단면적에 대한 설정 자유도를 높일 수 있다. 또한, 쿠션 베어링(60)의 테이퍼 홈(72)이 개구되는 부위에 응력이 집중되는 것이 억제되어, 쿠션 베어링(60)의 강도를 확보할 수 있다.
이와 같이, 제2 실시 형태에 관한 유체압 실린더[유압 실린더(1)]에 의하면, 쿠션 특성의 편차를 억제하는 것과, 쿠션 베어링(60)의 강도를 확보하는 것을 양립시킬 수 있다.
또한, 본 발명은, 유체압 실린더[유압 실린더(1)]의 수축 작동 시에 있어서의 피스톤 로드의 스트로크 단부 부근에서 피스톤 로드를 감속시키는 쿠션 기구(도시 생략)에 적용할 수도 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명하였지만, 상기 실시 형태는 본 발명의 적용예의 일부를 나타낸 것에 지나지 않고, 본 발명의 기술적 범위를 상기 실시 형태의 구체적 구성에 한정한다는 취지는 아니다.
본원은 2012년 10월 11일에 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 제2012-226143에 기초하는 우선권을 주장하고, 이 출원의 모든 내용은 참조에 의해 본 명세서에 포함된다.

Claims (3)

  1. 실린더 튜브(10)에 삽입되는 피스톤 로드(30)가, 스트로크 단부 부근에서 발생하는 쿠션 압력에 의해 감속되는 유체압 실린더(1)이며,
    상기 실린더 튜브(10)에 설치되는 쿠션 원통면(45)과,
    상기 피스톤 로드(30)에 설치되며 스트로크 단부 부근에서 상기 쿠션 원통면(45)의 내측에 진입하여 작동 유체의 흐름을 교축하는 통 형상의 쿠션 베어링(60)과,
    상기 쿠션 베어링(60)의 외주면에 개구되며 상기 쿠션 베어링(60)의 중심축에 대하여 경사지는 테이퍼 홈(62)을 구비하고,
    상기 테이퍼 홈(62)은, 그 길이 방향에 직교하는 단면 형상이 원호 형상으로 형성되는, 유체압 실린더(1).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 테이퍼 홈(62)은, 그 길이 방향에 직교하는 단면 형상이 정원호 형상으로 형성되는, 유체압 실린더(1).
  3. 제1항에 있어서,
    상기 테이퍼 홈(62)은, 그 길이 방향에 직교하는 단면 형상이 타원호 형상으로 형성되는, 유체압 실린더(1).
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