KR20170116024A

KR20170116024A - 유체압 실린더

Info

Publication number: KR20170116024A
Application number: KR1020177021745A
Authority: KR
Inventors: 야스히토 다카이; 유우키 시마다; 슈사쿠 사이타
Original assignee: 케이와이비 가부시키가이샤
Priority date: 2015-02-10
Filing date: 2016-01-29
Publication date: 2017-10-18
Also published as: US20180031012A1; EP3258117A1; WO2016129421A1; JP2016148361A; JP6546746B2; CN107208670A; EP3258117A4

Abstract

유압 실린더(100)는, 피스톤(30)과 피스톤 로드(10)의 단차부(13) 사이에서 끼움 지지되는 통 형상의 쿠션 베어링(40)과, 쿠션 베어링(40)과 베어링 수용부(51) 사이에 형성되고, 통과하는 작동유에 저항을 부여하는 쿠션 통로(4)와, 쿠션 베어링(40)의 내주와 피스톤 로드(10)의 외주 사이에 설치되는 체크 시일(60)을 구비하고, 체크 시일(60)이, 피스톤 로드(10)와 피스톤(30) 사이의 연결 간극(71)으로부터 쿠션 베어링(40)의 내측의 환상 간극(70)을 통해 로드측실(2)로 향하는 작동유의 흐름을 차단하고, 환상 간극(70)으로부터 연결 간극(71)을 통해 보텀측실(3)로 향하는 작동 유체의 흐름을 허용한다.

Description

유체압 실린더

본 발명은, 피스톤 로드의 스트로크 단부 부근에서 발생하는 쿠션 압력에 의해 감속하는 유체압 실린더에 관한 것이다.

종래의 유체압 실린더로서, 실린더 튜브에 삽입되는 피스톤 로드가 스트로크 단부 부근에 왔을 때에 발생하는 쿠션 압력에 의해 피스톤 로드를 감속시키는 쿠션 기구를 구비하는 것이 알려져 있다.

JP2012-193752A에는, 실린더 튜브에 삽입되는 피스톤 로드와, 피스톤 로드의 선단에 설치되고 실린더 튜브 내를 로드측실과 보텀측실로 구획하는 피스톤과, 피스톤 로드가 스트로크 단부 부근에 왔을 때에 작동 유체를 통과시키는 쿠션 통로를 구획 형성하는 쿠션 베어링을 구비하는 유체압 실린더가 개시되어 있다. JP2012-193752A에 개시된 유체압 실린더에서는, 쿠션 베어링은, 피스톤 로드에 형성되는 단차부와 피스톤 사이에 끼움 지지된다.

유체압 실린더에서는, 피스톤 로드에 과대한 외력이 가해지면, 피스톤 로드가 축 방향으로 신장되도록 소성 변형되는 경우가 있다. 피스톤 로드의 단차부와 피스톤 사이에 끼움 지지되는 체결형 쿠션 베어링을 갖는 유체압 실린더에는, 피스톤 로드가 축 방향으로 소성 변형되는 이상 상태를 검지하는 기능을 갖는 것이 있다.

이상 검지 기능을 갖는 유체압 실린더는, 쿠션 베어링의 내주와 피스톤 로드의 외주 사이에 환상 간극을 갖는다. 쿠션 베어링의 내측의 환상 간극은, 피스톤 로드와 피스톤 사이의 연결 간극을 통해 보텀측실에 연통된다. 이러한 유체압 실린더에서는, 피스톤 로드가 신장되도록 소성 변형되면, 쿠션 베어링과 피스톤 로드의 단차부 사이에서 축 방향 간극이 발생하여, 축 방향 간극, 환상 간극 및 연결 간극을 통해 로드측실과 보텀측실이 연통된다. 로드측실과 보텀측실이 연통되면, 유체압 실린더에의 작동 유체의 급배를 정지하여 부하 유지 상태로 해도, 부하가 작용하는 방향에 따라서 유체압 실린더는 약간 신장 또는 수축 작동한다. 이로 인해, 이상 검지 기능을 갖는 유체압 실린더에서는, 작업자가 부하 유지 상태에서의 유체압 실린더의 신장 또는 수축 작동의 유무를 확인함으로써, 피스톤 로드가 소성 변형된 이상 상태를 검지할 수 있다.

이러한 유체압 실린더에서는, 피스톤 로드가 소성 변형되어 있지 않은 정상 시에 있어서, 쿠션 베어링이 피스톤 로드의 단차부와 피스톤 사이에서 끼움 지지됨으로써, 쿠션 베어링과 피스톤 로드 사이의 축 방향의 간극이 막힌다. 이에 의해, 정상 시에서는, 환상 간극 및 연결 간극을 통한 로드측실과 보텀측실의 연통이 차단되므로, 유체압 실린더에의 작동 유체의 급배를 정지함으로써, 부하 유지 상태로 할 수 있다.

이와 같이, 이상 검지 기능을 갖는 유체압 실린더는, 정상 시에는 로드측실과 보텀측실의 연통을 차단하고, 이상 시에는 환상 간극에 의해 로드측실과 보텀측실의 연통을 허용하여 이상 상태를 검지할 수 있다.

그러나, 이러한 유체압 실린더에 있어서, 이상 상태를 검지하기 위해 쿠션 베어링의 내측에 환상 간극을 마련하면, 정상 시라도, 보텀측실에 공급되는 작동 유체가, 피스톤 로드와 피스톤 사이의 연결 간극을 통해 환상 간극으로 유도되는 경우가 있다. 환상 간극으로 작동 유체가 유도되면, 작동 유체의 압력에 의해 쿠션 베어링이 탄성 변형되어, 직경 방향으로 팽창될 우려가 있다. 쿠션 베어링이 직경 방향으로 팽창되면, 쿠션 베어링과 베어링 수용부 사이에 형성되는 쿠션 통로가 좁아져, 쿠션 작용의 안정성이 저하될 우려가 있다.

본 발명은, 이상 검지 기능을 갖는 유체압 실린더의 쿠션 작용의 안정성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 환상의 단차부를 외주에 갖는 피스톤 로드가 삽입되는 실린더 튜브와, 피스톤 로드의 선단에 연결되고 실린더 튜브 내를 로드측실과 보텀측실로 구획하는 피스톤과, 피스톤과 피스톤 로드의 단차부 사이에서 끼움 지지됨과 함께 피스톤 로드의 외주에 환상 간극을 갖고 설치되는 통 형상의 쿠션 베어링과, 스트로크 단부 부근에서 쿠션 베어링이 베어링 수용부의 내측으로 진입하였을 때, 쿠션 베어링과 베어링 수용부 사이에 형성되어, 통과하는 작동 유체에 저항을 부여하는 쿠션 통로와, 쿠션 베어링 및 피스톤 중 어느 하나의 내주와 피스톤 로드의 외주 사이에 설치되는 체크 시일을 구비하고, 체크 시일이, 피스톤 로드와 피스톤 사이의 연결 간극으로부터 환상 간극을 통해 로드측실로 향하는 작동 유체의 흐름을 차단하고, 환상 간극으로부터 연결 간극을 통해 보텀측실로 향하는 작동 유체의 흐름을 허용한다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 유체압 실린더의 일부를 도시하는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 관한 유체압 실린더의 쿠션 베어링과 체크 시일을 도시하는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 관한 유체압 실린더의 체크 시일이 수용 홈에 수용된 상태를 도시하는 도면이며, 피스톤이 조립되어 있지 않은 상태를 도시하는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 관한 유체압 실린더의 체크 시일과 피스톤이 조립된 상태를 도시하는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 관한 유체압 실린더의 체크 시일을 도시하는 도면이며, 유체압 실린더가 신장 작동한 상태를 도시하는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시 형태에 관한 유체압 실린더의 일부를 도시하는 도면이며, 유체압 실린더가 이상 상태에 있는 경우를 도시하는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시 형태에 관한 유체압 실린더의 체크 시일을 도시하는 도면이며, 유체압 실린더가 이상 상태에 있는 경우를 도시하는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시 형태의 비교예에 관한 유체압 실린더의 체크 시일을 도시하는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시 형태의 변형예에 관한 유체압 실린더의 체크 시일을 도시하는 단면도이다.

이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 관한 유체압 실린더에 대해 설명한다. 이하에서는, 유체압 실린더가 작동유를 작동 유체로서 구동하는 유압 실린더(100)인 경우에 대해 설명한다.

먼저, 주로 도 1을 참조하여, 유압 실린더(100)의 구성에 대해 설명한다.

유압 실린더(100)는, 예를 들어 유압 셔블의 버킷 실린더로서 사용된다. 유압 실린더(100)가 신축 작동함으로써, 유압 셔블의 버킷(도시 생략)이 회전한다.

유압 실린더(100)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 외주면에 형성되는 환상의 단차부(13)를 갖는 피스톤 로드(10)와, 피스톤 로드(10)가 삽입되는 통 형상의 실린더 튜브(20)와, 피스톤 로드(10)의 선단에 연결되고 실린더 튜브(20)의 내주면을 따라 미끄럼 이동하는 피스톤(30)과, 피스톤 로드(10)의 외주에 설치되는 통 형상의 쿠션 베어링(40)을 구비한다.

실린더 튜브(20)의 내부는, 피스톤(30)에 의해 로드측실(2)과 보텀측실(3)로 구획된다. 유압 실린더(100)는, 유압원(작동 유체압원)으로부터 로드측실(2) 또는 보텀측실(3)로 유도되는 작동 유압에 의해 신축 작동한다. 실린더 튜브(20)의 내주와 피스톤(30)의 외주 사이는, 시일 부재(31)에 의해 밀봉된다. 이에 의해, 실린더 튜브(20)의 내주와 피스톤(30)의 외주 사이를 통한 로드측실(2)과 보텀측실(3)의 연통이 차단된다.

실린더 튜브(20)의 개구 단부에는, 피스톤 로드(10)를 미끄럼 이동 가능하게 지지하는 원통 형상의 실린더 헤드(50)가 설치된다. 실린더 헤드(50)는, 실린더 튜브(20)의 내측에 삽입되는 베어링 수용부(51)를 갖는다. 실린더 헤드(50)는, 복수의 볼트(도시 생략)를 통해 실린더 튜브(20)에 체결된다.

실린더 헤드(50)의 내주에는, 부시(55), 서브 시일(56), 메인 시일(57) 및 더스트 시일(58)이 개재 장착된다.

부시(55)가 피스톤 로드(10)의 외주면에 미끄럼 접촉함으로써, 피스톤 로드(10)가 실린더 튜브(20)의 축 방향으로 이동하도록 지지된다.

실린더 헤드(50)에는, 로드측실(2)에 연통되는 급배구(52)가 형성된다. 급배구(52)를 통해, 로드측실(2)에 작동유가 급배된다.

피스톤 로드(10)는, 실린더 헤드(50)의 내주와 미끄럼 접촉하는 본체부(11)와, 본체부(11)보다 외경이 작게 형성되는 소직경부(12)와, 본체부(11)와 소직경부(12) 사이에 형성되는 환상의 단차부(13)와, 피스톤 로드(10)의 선단에 형성되고 피스톤(30)이 체결되는 나사부(14)를 구비한다.

쿠션 베어링(40)은, 피스톤 로드(10)의 소직경부(12)의 외주에 설치된다. 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 쿠션 베어링(40)의 내경은, 피스톤 로드(10)의 소직경부(12)의 외경보다 크게 형성된다. 즉, 쿠션 베어링(40)과 피스톤 로드(10)의 소직경부(12) 사이에는 환상 간극(70)이 형성된다. 또한, 쿠션 베어링(40)의 내경은, 피스톤 로드(10)의 본체부(11)의 외경보다 작게 형성된다. 따라서, 쿠션 베어링(40)의 일단부면(40A)은, 피스톤 로드(10)의 단차부(13)에 맞닿는다.

피스톤(30)은, 도 1에 도시하는 바와 같이, 피스톤 로드(10)의 나사부(14)에 나사 결합되어, 소정의 체결력에 의해 피스톤 로드(10)에 체결된다. 이로 인해, 쿠션 베어링(40)은, 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 피스톤 로드(10)의 나사부(14)에 나사 결합되는 피스톤(30)과 피스톤 로드(10)의 단차부(13) 사이에서 끼움 지지된다. 이에 의해, 쿠션 베어링(40)과 피스톤 로드(10)의 단차부(13) 사이 및 쿠션 베어링(40)과 피스톤(30) 사이의 축 방향 간극이 각각 막힌다. 따라서, 로드측실(2)과 쿠션 베어링(40)의 내측의 환상 간극(70)의 연통이 차단된다.

이와 같이, 유압 실린더(100)는, 피스톤(30)의 체결에 의해 피스톤(30)과 피스톤 로드(10) 사이에 끼움 지지되는 체결형 쿠션 베어링(40)을 갖는 유압 실린더이다.

피스톤(30)의 내주와 피스톤 로드(10)의 소직경부(12)의 외주 사이나, 피스톤(30)의 내주와 나사부(14) 사이에는, 근소한 간극이 존재하는 경우가 있다. 이러한 피스톤 로드(10)의 소직경부(12)의 외주나 나사의 나사 결합 부분에 존재하는 근소한 간극을 통해, 쿠션 베어링(40)의 내측 환상 간극(70)이 보텀측실(3)에 연통된다. 이하, 피스톤(30)의 내주와 피스톤 로드(10)의 외주 사이에 존재하는 간극을 「연결 간극(71)」이라고 칭한다. 또한, 도 2, 도 4 및 도 5에서는, 연결 간극(71)을 모식적으로 환상의 간극으로서 도시한다.

쿠션 베어링(40)은, 외경이 실린더 헤드(50)의 베어링 수용부(51)의 내경보다 작게 형성되고, 피스톤 로드(10)의 스트로크 단부 부근에서 베어링 수용부(51)의 내측으로 진입한다. 쿠션 베어링(40)이 베어링 수용부(51)의 내측으로 진입함으로써, 쿠션 베어링(40)과 베어링 수용부(51) 사이에서 쿠션 통로(4)가 형성된다. 쿠션 통로(4)를 통과하는 작동유에는, 저항이 부여된다.

유압 실린더(100)는, 쿠션 베어링(40)의 내주와 피스톤 로드(10)의 외주 사이에 설치되는 환상의 체크 시일(60)을 더 구비한다.

체크 시일(60)은, 도 2에 도시하는 바와 같이, 쿠션 베어링(40)의 단부면 중 피스톤(30)에 대향하는 대향면(40B)으로부터 축 방향으로 형성되는 수용 홈(65) 내에 설치된다. 수용 홈(65)은, 피스톤(30)에 대향하는 쿠션 베어링(40)의 대향면(40B)에 개구됨과 함께, 쿠션 베어링(40)의 내주면에 개구되어 형성된다.

체크 시일(60)은, 축 방향의 일단부면으로부터 축 방향을 따라 외경이 점차 증가하는 테이퍼부(61)를 갖는다. 체크 시일(60)의 타단부면은, 중심축에 수직인 평면으로서 형성된다. 또한, 수용 홈(65)의 축 방향의 저부(66)는, 체크 시일(60)의 테이퍼부(61)에 대응하는 테이퍼 형상으로 형성된다.

체크 시일(60)은, 테이퍼부(61)가 수용 홈(65)의 저부(66)에 접촉하도록 수용 홈(65)에 수용된다. 이와 같이, 체크 시일(60)이 테이퍼부(61)를 갖고, 수용 홈(65)이 테이퍼 형상의 저부(66)를 가짐으로써, 체크 시일(60)의 오조립을 방지할 수 있다. 또한, 체크 시일(60)의 테이퍼부(61)와 수용 홈(65)의 저부(66)가 서로 테이퍼면에서 면 접촉하므로, 체크 시일(60)에 의한 시일성이 향상된다. 또한, 체크 시일(60)의 오조립을 방지하기 위해서는, 체크 시일(60)이 테이퍼부(61)를 갖고, 수용 홈(65)이 테이퍼 형상의 저부(66)를 갖는 것이 바람직하다. 그러나, 수용 홈(65)의 저부(66)는 테이퍼 형상으로 형성되어 있지 않아도 된다. 예를 들어, 수용 홈(65)의 저부(66)는, 중심축에 수직인 평면으로 형성되어도 된다. 이 경우라도, 체크 시일(60)이 일단부에 테이퍼부(61)를 가짐으로써, 오조립을 방지할 수 있다.

체크 시일(60)은, 도 2에 도시하는 바와 같이, 축 방향을 따라 외주면에 형성되는 축 방향 홈(62)과, 직경 방향을 따라 피스톤(30)측의 단부면에 형성됨과 함께 축 방향 홈(62)과 연통되는 직경 방향 홈(63)을 갖는다.

체크 시일(60)은, 예를 들어 고무 등의 수지재에 의해 형성되고, 외력에 의해 변형 가능한 탄성 부재이다. 체크 시일(60)은, 도 3에 도시하는 바와 같이, 수용 홈(65)에 수용된 상태에서, 피스톤(30)에 대향하는 쿠션 베어링(40)의 대향면(40B)으로부터 약간 돌출되도록 형성된다. 구체적으로는, 체크 시일(60)은, 외력이 작용하고 있지 않은 상태에서의 축 방향의 자연 길이가 수용 홈(65)의 축 방향 길이보다 길게 형성된다.

이하, 도 3 및 도 4를 참조하여, 체크 시일(60) 및 쿠션 베어링(40)의 조립 방법에 대해 구체적으로 설명한다.

먼저, 도 3에 도시하는 바와 같이, 피스톤 로드(10)의 소직경부(12)의 외주에 쿠션 베어링(40)을 설치하고, 수용 홈(65)에 체크 시일(60)을 수용한다. 체크 시일(60)은, 수용 홈(65)에 수용된 상태에서, 피스톤(30)에 대향하는 쿠션 베어링(40)의 대향면(40B)으로부터 약간 돌출된다.

다음으로, 피스톤(30)을 피스톤 로드(10)의 나사부(14)에 나사 결합한다. 피스톤(30)을 피스톤 로드(10)의 나사부(14)에 나사 결합하면, 쿠션 베어링(40)에 대향하는 피스톤(30)의 대향면(30A)과 체크 시일(60)이 맞닿는다. 이 상태로부터 피스톤(30)을 더 비틀어 넣으면, 체크 시일(60)을 축 방향으로 압축하면서, 피스톤(30)과 피스톤 로드(10)의 서로의 대향면(30A, 40B)을 맞닿게 한다. 이에 의해, 체크 시일(60)은 도 4에 도시하는 바와 같이, 축 방향으로 압축되어 수용 홈(65)에 수용된다. 또한, 피스톤(30)을 소정의 체결력으로 체결하여, 피스톤 로드(10)의 단차부(13)와의 사이에서 쿠션 베어링(40)을 끼움 지지한다.

다음으로, 주로 도 5∼도 8을 참조하여, 유압 실린더(100)의 동작에 대해 설명한다. 도 5∼도 8에서는, 작동유의 흐름을 실선 화살표로 모식적으로 나타낸다. 도 8에서는, 체크 시일에 작용하는 작동유의 압력을 파선 화살표로 모식적으로 도시한다.

보텀측실(3)에 유압원이 연통되고, 로드측실(2)에 탱크(도시 생략)가 연통되면, 보텀측실(3)에 작동유가 공급되고, 로드측실(2) 내의 작동유는 탱크로 배출된다. 이로 인해, 유압 실린더(100)는 신장 작동한다.

보텀측실(3)에 작동유가 공급되면, 피스톤 로드(10)의 나사부(14)와 피스톤(30) 사이의 연결 간극(71)을 통해 작동유의 압력이 체크 시일(60)에 작용한다.

이로 인해, 체크 시일(60)은, 도 5에 도시하는 바와 같이, 축 방향으로 압축되면서 쿠션 베어링(40)에 압박된다.

여기서, 본 실시 형태의 비교예에 관한 유압 실린더를 도 8에 도시한다. 비교예에 관한 유압 실린더에서는, 도 8에 도시하는 바와 같이, 체크 시일(60)이 수용 홈(65)의 저부(66) 및 피스톤(30)과의 사이에 간극(80)을 갖고 수용 홈(65) 내에 수용된다. 체크 시일(60)이 간극(80)을 갖고 수용 홈(65) 내에 수용되는 경우에는, 연결 간극(71)을 통해 작동유의 압력이 유도되면, 직경 방향 홈(63) 및 축 방향 홈(62)을 통해 체크 시일(60)의 쿠션 베어링(40)측의 단부면에도 작동유의 압력이 작용한다. 이 경우에는, 작동유의 압력에 의해 체크 시일(60)의 축 방향의 양단부면에 작용하는 힘이 균형을 이루므로, 체크 시일(60)이 쿠션 베어링(40)을 향해 압박되지 않아, 환상 간극(70)을 막을 수 없는 경우가 있다.

이에 대해, 유압 실린더(100)에서는, 체크 시일(60)이 축 방향으로 압축되어 수용 홈(65)에 수용된다. 이로 인해, 유압 실린더(100)가 후술하는 이상 상태에 있는 경우를 제외하고, 도 5에 도시하는 바와 같이, 체크 시일(60)이 항시 수용 홈(65)의 저부(66)에 맞닿아, 환상 간극(70)을 확실하게 막을 수 있다.

체크 시일(60)에 의해 쿠션 베어링(40)의 내측의 환상 간극(70)이 막힘으로써, 쿠션 베어링(40)의 내측의 환상 간극(70)과 피스톤(30)의 내측의 연결 간극(71)의 연통이 차단된다. 따라서, 연결 간극(71)을 통해 유도되는 작동유의 압력이 환상 간극(70)으로 유도되는 것이 방지된다.

환상 간극(70)은, 쿠션 베어링(40)이 피스톤 로드(10)의 단차부(13)와 피스톤(30)에 의해 끼움 지지됨으로써, 로드측실(2)과의 연통이 차단된다(도 1 및 도 2 참조). 따라서, 로드측실(2)로부터 쿠션 베어링(40)의 내측의 환상 간극(70)으로 향하는 작동유의 흐름도 차단된다.

피스톤 로드(10)가 신장되어 스트로크 단부에 근접하면, 쿠션 베어링(40)은 실린더 헤드(50)의 베어링 수용부(51)의 내측으로 진입한다(도 1 및 도 2 참조). 이에 의해, 쿠션 베어링(40)의 외주면과 베어링 수용부(51)의 내주면에 의해 쿠션 통로(4)가 형성된다. 급배구(52)를 통해 로드측실(2) 내로부터 배출되는 작동유에는 쿠션 통로(4)에 의해 저항이 부여되므로, 로드측실(2) 내의 압력 저하가 억제되어, 피스톤 로드(10)가 감속한다. 이와 같이 하여, 피스톤 로드(10)의 신장 시에 있어서의 스트로크 단부 부근에 있어서의 쿠션 작용이 발휘된다.

또한, 체크 시일(60)에 의해 쿠션 베어링(40)의 내측의 환상 간극(70)으로의 작동유의 흐름이 차단되어 있으므로, 쿠션 베어링(40)이 환상 간극(70) 내의 압력에 의해 직경 방향으로 팽창되는 것이 방지된다. 따라서, 쿠션 통로(4)가 좁아지는 것도 방지되어, 안정된 쿠션 작용을 발휘할 수 있다.

로드측실(2)에 유압원이 연통되고, 보텀측실(3)에 탱크가 연통되면, 로드측실(2)에 작동유가 공급되고, 보텀측실(3) 내의 작동유는 탱크로 배출된다. 이로 인해, 유압 실린더(100)는 수축 작동한다.

또한, 유압 실린더(100)에는, 피스톤 로드(10)에 연결되는 버킷의 중량에 의해, 신장되는 방향의 힘이 작용한다. 버킷을 구동하는 유압 실린더(100)에서는, 로드측실(2)이 부하(버킷)에 의한 부하압이 작용하는 부하측 압력실이다. 로드측실(2)과 보텀측실(3)은, 쿠션 베어링(40)이 피스톤 로드(10)의 단차부(13)와 피스톤(30)에 의해 끼움 지지됨으로써 서로의 연통이 차단된다. 이로 인해, 유압 실린더(100)에의 작동유의 급배를 정지하면, 유압 실린더(100)는 로드측실(2)에 작용하는 부하압을 유지하여, 부하인 버킷을 정지시키는 부하 유지 상태로 된다.

여기서, 피스톤 로드(10)에 과대한 외력이 작용하면, 피스톤 로드(10)가 소성 변형되어 신장되는 경우가 있다. 유압 실린더(100)는, 이러한 피스톤 로드(10)가 소성 변형되는 이상 상태를 검지하는 이상 검지 기능을 갖고 있다. 이하, 도 6 및 도 7을 참조하여, 유압 실린더(100)의 이상 검지 기능에 대해 설명한다.

피스톤 로드(10)가 신장되는 방향으로 소성 변형되면, 도 6에 도시하는 바와 같이, 축 방향으로 나열되는 쿠션 베어링(40)과 피스톤 로드(10)의 단차부(13) 사이에서, 축 방향 간극(74)이 발생한다. 이러한 축 방향 간극(74)이 쿠션 베어링(40)에 인접하여 발생하면, 축 방향 간극(74)을 통해 로드측실(2)과 환상 간극(70)이 연통된다.

이러한 이상 상태에 있어서, 유압 실린더(100)에의 작동유의 급배를 정지하여 부하 유지 상태로 하면, 로드측실(2)의 부하압이 축 방향 간극(74)을 통해 환상 간극(70)으로 유도된다. 환상 간극(70)을 통해 유도되는 부하압에 의해, 체크 시일(60)이 압축되고, 체크 시일(60)은 피스톤(30)측으로 압박된다. 이때, 쿠션 베어링(40)도 피스톤(30)측으로 압박된다.

체크 시일(60)이 압축되어 피스톤(30)측으로 압박되면, 도 7에 도시하는 바와 같이, 체크 시일(60)의 테이퍼부(61)와 수용 홈(65)의 저부(66)에 의해 수용 홈(65) 내에 홈 내 간극(72)이 형성된다. 홈 내 간극(72)은, 체크 시일(60)의 축 방향 홈(62)과 직경 방향 홈(63)에 연통된다. 이로 인해, 환상 간극(70)이, 홈 내 간극(72), 축 방향 홈(62), 직경 방향 홈(63)을 통해 연결 간극(71)에 연통된다. 이와 같이, 축 방향 홈(62)과 직경 방향 홈(63)이, 연결 간극(71)과 홈 내 간극(72)을 연통하는 연통로이다.

이로 인해, 로드측실(2)의 부하압은, 환상 간극(70), 홈 내 간극(72), 연통로로서의 축 방향 홈(62) 및 직경 방향 홈(63), 연결 간극(71)을 통해 보텀측실(3)로 유도된다. 이와 같이, 체크 시일(60)은, 이상 상태 시에 환상 간극(70)으로부터 유도되는 부하압에 의해 홈 내 간극(72)을 형성하고, 홈 내 간극(72)과 축 방향 홈(62) 및 직경 방향 홈(63)에 의해 로드측실(2)로부터 보텀측실(3)로 향하는 작동유의 흐름을 허용한다.

따라서, 이상 상태에서는, 유압 실린더(100)에의 작동유의 급배를 정지해도, 연결 간극(71)을 통해 로드측실(2)로부터 보텀측실(3)로 작동유가 약간 유도되어, 유압 실린더(100)가 약간 신장 작동한다. 이로 인해, 작업자가 부하 유지 상태에서의 유압 실린더(100)의 신장 작동의 유무를 확인함으로써, 피스톤 로드(10)가 변형된 이상 상태를 검지할 수 있다.

이상과 같이, 체크 시일(60)은, 연결 간극(71)으로부터 환상 간극(70)을 통해 로드측실(2)로 향하는 작동유의 흐름을 차단하고, 이상 시에는 환상 간극(70)으로부터 연결 간극(71)을 통해 보텀측실(3)로 향하는 작동유의 흐름을 허용하는 체크 기능을 갖는다. 이에 의해, 이상 시에 있어서 로드측실(2)과 보텀측실(3)을 연통하여 부하 유지 상태에서 약간 유압 실린더(100)를 신장시키는 이상 검지 기능을 손상시키는 일 없이, 정상 시에 있어서 직경 방향으로의 쿠션 베어링(40)의 팽창을 방지할 수 있다.

이상의 실시 형태에 따르면, 이하에 나타내는 효과를 발휘한다.

유압 실린더(100)에서는, 체크 시일(60)이 연결 간극(71)으로부터 환상 간극(70)을 통해 로드측실(2)로 향하는 작동유의 흐름을 차단하므로, 쿠션 베어링(40)의 내측으로 작동유가 유도되는 것이 방지된다. 따라서, 직경 방향 외측으로의 쿠션 베어링(40)의 팽창이 방지되어, 스트로크 단부 부근에서 형성되는 쿠션 통로(4)가 좁아지는 것이 방지된다. 또한, 체크 시일(60)은, 환상 간극(70)으로부터 연결 간극(71)을 통해 보텀측실(3)로 향하는 작동유의 흐름을 허용하므로, 피스톤 로드(10)가 축 방향으로 소성 변형되어 신장되는 이상 시에는, 체크 시일(60)을 통해 로드측실(2)로부터 보텀측실(3)로 작동유가 유도된다. 이로 인해, 체결형 쿠션 베어링(40)을 갖는 유압 실린더(100)의 이상 검지 기능을 손상시키는 일 없이, 쿠션 통로(4)가 좁아지는 것이 방지된다. 따라서, 유압 실린더(100)에 의하면, 체결형 쿠션 베어링(40)을 갖는 유압 실린더(100)의 쿠션 작용의 안정성을 향상시킬 수 있다.

또한, 유압 실린더(100)에서는, 체크 시일(60)이 피스톤(30)에 대향하는 쿠션 베어링(40)의 대향면(40B)으로 형성되는 수용 홈(65)에 설치된다. 이와 같이, 체크 시일(60)이 피스톤(30)측에 설치됨으로써, 축 방향의 전체에 걸쳐 환상 간극(70)으로 작동유가 유도되는 것이 방지된다. 따라서, 쿠션 작용의 안정성을 더 향상시킬 수 있다.

또한, 체크 시일(60)이 축 방향으로 압축되어 수용 홈(65)에 수용됨으로써, 이상 시를 제외하고, 체크 시일(60)이 항시 수용 홈(65)의 저부(66)에 맞닿는다. 따라서, 환상 간극(70)을 확실하게 막을 수 있다.

이하, 본 발명의 실시 형태의 구성, 작용 및 효과를 정리하여 설명한다.

유압 실린더(100)는, 외주면에 형성되는 환상의 단차부(13)를 갖는 피스톤 로드(10)와, 피스톤 로드(10)가 삽입되는 실린더 튜브(20)와, 피스톤 로드(10)의 선단에 연결되고 실린더 튜브(20) 내를 로드측실(2)과 보텀측실(3)로 구획함과 함께 실린더 튜브(20)의 내주면을 따라 미끄럼 이동하는 피스톤(30)과, 피스톤(30)과 피스톤 로드(10)의 단차부(13) 사이에서 끼움 지지됨과 함께 피스톤 로드(10)의 외주에 환상 간극(70)을 갖고 설치되는 통 형상의 쿠션 베어링(40)과, 피스톤 로드(10)의 스트로크 단부 부근에서 쿠션 베어링(40)의 진입을 허용하는 베어링 수용부(51)와, 스트로크 단부 부근에서 쿠션 베어링(40)이 베어링 수용부(51)의 내측으로 진입하였을 때, 쿠션 베어링(40)과 베어링 수용부(51) 사이에 형성되어, 통과하는 작동유에 저항을 부여하는 쿠션 통로(4)와, 쿠션 베어링(40)의 내주와 피스톤 로드(10)의 외주 사이에 설치되는 체크 시일(60)을 구비하고, 체크 시일(60)이 피스톤 로드(10)와 피스톤(30) 사이의 연결 간극(71)으로부터 환상 간극(70)을 통해 로드측실(2)로 향하는 작동유의 흐름을 차단하고, 환상 간극(70)으로부터 연결 간극(71)을 통해 보텀측실(3)로 향하는 작동유의 흐름을 허용한다.

이 구성에서는, 체크 시일(60)이 연결 간극(71)으로부터 환상 간극(70)을 통해 로드측실(2)로 향하는 작동유의 흐름을 차단하므로, 쿠션 베어링(40)의 내측으로 작동유가 유도되는 것이 억제된다. 따라서, 쿠션 베어링(40)의 직경 방향 외측으로의 팽창이 억제되어, 스트로크 단부 부근에서 형성되는 쿠션 통로(4)가 좁아지는 것이 방지된다. 또한, 체크 시일(60)은, 환상 간극(70)으로부터 연결 간극(71)을 통해 보텀측실(3)로 향하는 작동유의 흐름을 허용하므로, 피스톤 로드(10)가 축 방향으로 소성 변형되는 이상 시에는, 체크 시일(60)을 통해 로드측실(2)로부터 보텀측실(3)로 작동유가 유도된다. 이로 인해, 피스톤(30)과 피스톤 로드(10)의 단차부(13) 사이에서 끼움 지지되는 체결형 쿠션 베어링(40)을 갖는 유압 실린더(100)의 이상 검지 기능을 손상시키는 일 없이, 쿠션 통로(4)가 좁아지는 것이 방지된다.

이 구성에 따르면, 이상 검지 기능을 갖는 유압 실린더(100)에 있어서의 쿠션 작용의 안정성을 향상시킬 수 있다.

또한, 유압 실린더(100)는, 체크 시일(60)이, 쿠션 베어링(40)의 단부면 중 피스톤(30)에 대향하는 대향면(40B)에 형성되는 수용 홈(65)에 설치된다.

이 구성에서는, 체크 시일(60)이 피스톤(30)에 대향하는 쿠션 베어링(40)의 대향면(40B)에 설치됨으로써, 축 방향의 전체에 걸쳐 환상 간극(70)으로 작동유가 유도되는 것이 방지되어, 쿠션 통로(4)가 좁아지는 것이 방지된다.

이 구성에 따르면, 체결형 쿠션 베어링(40)을 갖는 유압 실린더(100)에 있어서의 쿠션 작용의 안정성을 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 유압 실린더(100)는, 환상 간극(70)을 통해 유도되는 작동유의 압력에 의해 체크 시일(60)이 피스톤(30)측으로 압박됨으로써 수용 홈(65) 내에 홈 내 간극(72)이 형성되고, 체크 시일(60)이, 연결 간극(71)과 홈 내 간극(72)을 연통하는 연통로(축 방향 홈(62), 직경 방향 홈(63))를 갖는다.

이 구성에서는, 환상 간극(70)으로부터의 작동유의 압력에 의해 홈 내 간극(72)이 형성되고, 체크 시일(60)이 연통로(축 방향 홈(62), 직경 방향 홈(63))를 가짐으로써, 환상 간극(70)과 연결 간극(71)이 서로 연통된다. 따라서, 체크 시일(60)은 환상 간극(70)으로부터 연결 간극(71)을 통해 보텀측실(3)로 향하는 작동유의 흐름을 허용한다.

또한, 유압 실린더(100)는, 연통로가, 체크 시일(60)의 외주면에 축 방향을 따라 형성되고 홈 내 간극(72)에 연통되는 축 방향 홈(62)과, 체크 시일(60)의 피스톤(30)측의 단부면에 형성되고 축 방향 홈(62)과 연결 간극(71)을 연통하는 직경 방향 홈(63)을 갖는다.

이 구성에서는, 연통로의 축 방향 홈(62)과 직경 방향 홈(63)에 의해, 홈 내 간극(72)과 연결 간극(71)이 연통된다. 따라서, 체크 시일(60)은, 환상 간극(70)으로부터 연결 간극(71)을 통해 보텀측실(3)로 향하는 작동유의 흐름을 허용한다.

또한, 유압 실린더(100)는, 체크 시일(60)이, 축 방향의 일단부로부터 축 방향을 따라 외경이 점차 증가하는 테이퍼부(61)를 갖는다.

이 구성에 따르면, 체크 시일(60)의 오조립을 방지할 수 있다.

또한, 유압 실린더(100)는, 수용 홈(65)의 축 방향의 저부(66)가 체크 시일(60)의 테이퍼부(61)에 대응하는 테이퍼 형상으로 형성된다.

이 구성에서는, 체크 시일(60)의 테이퍼부(61)와 수용 홈(65)의 저부(66)가 서로 테이퍼면에 의해 면 접촉한다.

이 구성에 따르면, 체크 시일(60)의 오조립을 방지할 수 있음과 함께 체크 시일(60)에 의한 환상 간극(70)의 시일성을 향상시킬 수 있다.

또한, 유압 실린더(100)는, 체크 시일(60)이, 축 방향으로 압축되어 수용 홈(65)에 수용된다.

이 구성에서는, 유압 실린더(100)가 이상 상태에 있는 경우를 제외하고, 체크 시일(60)이 항시 수용 홈(65)의 저부(66)에 맞닿는다.

이 구성에 따르면, 환상 간극(70)을 체크 시일(60)에 의해 확실하게 막을 수 있다.

이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명하였지만, 상기 실시 형태는 본 발명의 적용예의 일부를 나타낸 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 범위를 상기 실시 형태의 구체적 구성에 한정하는 취지는 아니다.

상기 실시 형태에서는, 작동 유체로서 작동유를 사용하였지만, 이 대신 예를 들어 수용성 대체액 등을 사용해도 된다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 체크 시일(60)은 테이퍼부(61)를 갖는다. 이 대신, 체크 시일(60)은, 예를 들어 원형의 단면을 갖는 것이어도 되고, 그 밖의 다각형 단면을 갖는 것이어도 된다. 또한, 수용 홈(65)도, 저부(66)를 갖는 것에 한정되지 않고, 임의의 형상으로 형성해도 된다.

또한, 연통로도, 축 방향 홈(62)과 직경 방향 홈(63)에 한정되지 않고, 연결 간극(71)과 홈 내 간극(72)을 연통하는 것이면, 임의의 형상으로 형성해도 된다. 예를 들어, 도 9에 도시하는 바와 같이, 연통로는, 연결 간극(71)과 홈 내 간극(72)을 연통하여 체크 시일(60)을 관통하는 단일의 관통 구멍(64)으로서 형성해도 된다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 수용 홈(65)은, 피스톤(30)에 대향하는 쿠션 베어링(40)의 대향면(40B)으로 형성된다. 축 방향의 전체에 걸쳐 쿠션 베어링(40)의 내측의 환상 간극(70)으로 작동유가 유도되는 것을 방지하기 위해서는, 수용 홈(65)은 쿠션 베어링(40)과 피스톤(30)이 서로 대향하는 위치에 형성되는 것이 바람직하다. 그러나, 이것에 한정되지 않고, 수용 홈(65)은, 예를 들어 쿠션 베어링(40)의 축 방향 중앙 부분에 형성되어도 된다. 이 경우라도, 환상 간극(70)의 일부, 즉, 피스톤 로드(10)의 단차부(13)와 체크 시일(60) 사이에는 작동유가 유도되는 것을 방지할 수 있으므로, 작동유의 압력에 의해 직경 방향으로의 쿠션 베어링(40)의 팽창을 억제할 수 있다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 체크 시일(60)은, 피스톤(30)에 대향하는 쿠션 베어링(40)의 대향면(40B)으로 형성되는 수용 홈(65)에 설치된다. 이 대신, 체크 시일(60)은 피스톤(30)의 내주와 피스톤 로드(10)의 외주 사이에 설치되어도 된다. 즉, 피스톤(30)의 내주에 수용 홈을 형성해도 된다. 이 경우에는, 쿠션 베어링(40)에 대향하는 피스톤(30)의 대향면(30A)에 개구되도록 수용 홈을 형성하지 않아도, 환상 간극(70)의 전체에 걸쳐 작동유가 유도되는 것을 방지할 수 있다. 이와 같이, 피스톤(30)의 내주에 형성되는 수용 홈에 체크 시일(60)을 설치하는 경우에도, 상기 실시 형태와 마찬가지의 효과를 발휘할 수 있다.

본원은 2015년 2월 10일에 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 제2015-24358호에 기초하는 우선권을 주장하고, 이 출원의 모든 내용은 참조에 의해 본 명세서에 포함된다.

Claims

유체압 실린더이며,
외주면에 형성되는 환상의 단차부를 갖는 피스톤 로드와,
상기 피스톤 로드가 삽입되는 실린더 튜브와,
상기 피스톤 로드의 선단에 연결되고 상기 실린더 튜브 내를 로드측실과 보텀측실로 구획함과 함께 상기 실린더 튜브의 내주면을 따라 미끄럼 이동하는 피스톤과,
상기 피스톤과 상기 피스톤 로드의 상기 단차부 사이에서 끼움 지지됨과 함께 상기 피스톤 로드의 외주에 환상 간극을 갖고 설치되는 통 형상의 쿠션 베어링과,
상기 피스톤 로드의 스트로크 단부 부근에서 상기 쿠션 베어링의 진입을 허용하는 베어링 수용부와,
상기 쿠션 베어링이 상기 베어링 수용부의 내측으로 진입하였을 때, 상기 쿠션 베어링과 상기 베어링 수용부 사이에 형성되어, 통과하는 작동 유체에 저항을 부여하는 쿠션 통로와,
상기 쿠션 베어링 및 상기 피스톤 중 어느 하나의 내주와 상기 피스톤 로드의 외주 사이에 설치되는 체크 시일을 구비하고,
상기 체크 시일은, 상기 피스톤 로드와 상기 피스톤 사이의 연결 간극으로부터 상기 환상 간극을 통해 상기 로드측실로 향하는 작동 유체의 흐름을 차단하고, 상기 환상 간극으로부터 상기 연결 간극을 통해 상기 보텀측실로 향하는 작동 유체의 흐름을 허용하는, 유체압 실린더.
제1항에 있어서,
상기 체크 시일은, 상기 쿠션 베어링의 단부면 중 상기 피스톤에 대향하는 대향면에 형성되는 수용 홈에 수용되는, 유체압 실린더.
제2항에 있어서,
상기 환상 간극을 통해 유도되는 작동 유체의 압력에 의해 상기 체크 시일이 상기 피스톤측으로 압박됨으로써 상기 수용 홈 내에 홈 내 간극이 형성되고,
상기 체크 시일은, 상기 연결 간극과 상기 홈 내 간극을 연통하는 연통로를 갖는, 유체압 실린더.
제3항에 있어서,
상기 연통로는,
상기 체크 시일의 외주면에 축 방향을 따라 형성되고 상기 홈 내 간극에 연통되는 축 방향 홈과,
상기 체크 시일의 상기 피스톤측의 단부면에 형성되고 상기 축 방향 홈과 상기 연결 간극을 연통하는 직경 방향 홈을 갖는, 유체압 실린더.
제2항에 있어서,
상기 체크 시일은, 축 방향의 일단부면으로부터 축 방향을 따라 외경이 점차 증가하는 테이퍼부를 갖는, 유체압 실린더.
제5항에 있어서,
상기 수용 홈의 축 방향의 저부는, 상기 체크 시일의 상기 테이퍼부에 대응하는 테이퍼 형상으로 형성되는, 유체압 실린더.
제2항에 있어서,
상기 체크 시일은, 축 방향으로 압축되어 상기 수용 홈에 수용되는, 유체압 실린더.