(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る流体圧シリンダ100について説明する。以下では、流体圧シリンダ100の作動流体が作動油である場合について説明する。
【0013】
まず、主に
図1から
図3を参照して、油圧シリンダ100の構成について説明する。
【0014】
油圧シリンダ100は、例えば油圧ショベルのアームシリンダとして用いられる。油圧シリンダ100が伸縮作動することにより、油圧ショベルのアームが回動する。
【0015】
油圧シリンダ100は、筒状のシリンダチューブ10と、シリンダチューブ10内をロッド側室2とボトム側室3とに仕切るピストン20と、ピストン20に連結されシリンダチューブ10に挿入されるピストンロッド30と、ピストンロッド30の外周に設けられる筒状のクッションベアリング40と、を備える。
【0016】
油圧シリンダ100は、油圧源(作動流体圧源)からロッド側室2またはボトム側室3に導かれる作動油圧によってピストンロッド30が軸方向に移動して伸縮作動する。
【0017】
シリンダチューブ10の開口端には、ピストンロッド30を摺動自在に支持する円筒状のシリンダヘッド50が設けられる。シリンダヘッド50は、シリンダチューブ10の内側に挿入されるベアリング受容部50Aを有する。シリンダヘッド50は、複数のボルト11を介してシリンダチューブ10に締結される。
【0018】
シリンダヘッド50の内周には、ブッシュ55、サブシール56、メインシール57、及びダストシール58が介装される。
【0019】
ブッシュ55がピストンロッド30の外周面に摺接することにより、ピストンロッド30がシリンダチューブ10の軸方向に移動するように支持される。
【0020】
シリンダヘッド50には、ロッド側室2に連通する給排口51が形成される。給排口51には、油圧源に連通する油圧配管が接続される。
【0021】
ここで、油圧シリンダ100の理解を容易にするために、
図8を参照して、比較例としての油圧シリンダ200について説明する。油圧シリンダ100と同一の構成については、同一の符号を用いて説明する。
【0022】
油圧シリンダ200のピストンロッド130は、シリンダヘッド50の内周と摺接する本体部131と、本体部131より径が小さい小径部132と、本体部131と小径部132の間に形成される段差部133と、ピストンロッド130の先端に形成されピストン20が締結されるねじ部134と、を備える。
【0023】
ピストンロッド130の段差部133は、中心軸に対して傾斜して形成されるテーパ部133Aと、中心軸に対して垂直に形成され後述するクッションベアリング140の座面となる鉛直部133Bと、を備える。テーパ部133Aを設けることによって、ピストンロッド130をシリンダヘッド50に挿入する際に、シリンダヘッド50の内周に設けられるシール部材がピストンロッド130の段差部133に引っかかることが防止され、油圧シリンダ200の組み立てが容易になる。また、鉛直部133Bと小径部132との間には、ピストンロッド130に対する応力集中を防止するための逃げ部135が形成される。
【0024】
油圧シリンダ200のクッションベアリング140は、内径がピストンロッド130の小径部132の外径より大きく形成され、ピストンロッド130の小径部132の外周であって、ピストンロッド130の段差部133とピストン20との間に設けられる。
【0025】
クッションベアリング140は、外径がシリンダヘッド50のベアリング受容部50Aの内径より小さく形成され、ピストンロッド130のストローク端付近でベアリング受容部50Aの内側に進入して、ベアリング受容部50Aとの間でクッション通路105を形成する。クッション通路105を通過する作動油には、抵抗が付与される。
【0026】
また、クッションベアリング140は、ピストンロッド130の段差部133とピストン20との間で軸方向にわずかに移動可能に形成される。クッションベアリング140は、一方の軸方向端面141がピストン20に当接し、他方の軸方向端面142がピストンロッド130の段差部133の鉛直部133Bに当接することによって軸方向の位置が決められ、ピストンロッド130からの抜けが防止される。
【0027】
このように、油圧シリンダ200では、テーパ部133Aと鉛直部133Bを有するピストンロッド130を備えるため、本体部131とピストンロッド130の先端であるねじ部134との外径差が大きくなり、ねじ部134の径を大きくすることができない。
【0028】
そこで、
図2に示すように、油圧シリンダ100のピストンロッド30は、シリンダヘッド50の内周と摺接する本体部31と、本体部31より径が小さい小径部32と、本体部31と小径部32との間に中心軸に対して傾斜して形成される第1テーパ部33と、ピストンロッド30の先端に形成されピストン20が締結されるねじ部34と、を備える。
【0029】
ピストンロッド30の第1テーパ部33は中心軸に対して傾斜して形成されるため、シリンダヘッド50をピストンロッド30に挿入する際に、シリンダヘッド50の内側に設けられるサブシール56、メインシール57、及びダストシール58といったシール部材がピストンロッド30に引っかかることが防止される。つまり、第1テーパ部33は、組み立て性確保のためのテーパ部として機能する。
【0030】
油圧シリンダ100のクッションベアリング40は、ピストンロッド30のストローク端付近でシリンダヘッド50のベアリング受容部50Aの内側に進入する進入部41と、ピストンロッド30の第1テーパ部33とピストン20との間に設けられる位置決め部42と、位置決め部42と進入部41の間であって中心軸に対して傾斜して内周に形成される当接部としての第2テーパ部43と、を備える。
【0031】
クッションベアリング40の外周には、中心軸に対して傾斜するテーパ溝40Aが形成される。テーパ溝40Aは、深さがクッションベアリング40のピストン20側から軸方向に沿って徐々に深くなるように形成される。このため、テーパ溝40Aは、クッションベアリング40がシリンダヘッド50のベアリング受容部50Aの内側に進入した際に、通過する作動油に抵抗を付与する可変絞りとして機能する。テーパ溝40Aの形状は、通過する作動油に付与する抵抗に合わせて任意に形成することができる。
【0032】
クッションベアリング40の進入部41の内径は、ピストンロッド30の本体部31の外径より大きく形成され、外径はシリンダヘッド50のベアリング受容部50Aの内径より小さく形成される。このように、クッションベアリング40の進入部41は、ピストンロッド30の本体部31の外周面と第1内周隙間6を持って設けられると共に、ピストンロッド30のストローク端付近においてシリンダヘッド50のベアリング受容部50Aの内側に進入するように設けられる。
【0033】
クッションベアリング40の位置決め部42の内径は、ピストンロッド30の小径部32の外径より大きく、ピストンロッド30の本体部31の外径より小さく形成される。このように、クッションベアリング40の位置決め部42は、ピストンロッド30の外周面との間に第2内周隙間7を持って設けられる。
【0034】
位置決め部42は、ピストンロッド30の第1テーパ部33とピストン20との間で軸方向にわずかに移動可能に形成される。クッションベアリング40が、ピストン20側に移動した際には、端面がピストン20と当接する。
【0035】
位置決め部42のピストン20側の端面には、径方向に延在する溝部44が設けられる。
【0036】
クッションベアリング40の第2テーパ部43は、ピストンロッド30に対する傾斜角が、ピストンロッド30の第1テーパ部33と略同一となるように形成される。クッションベアリング40がピストン20とは反対側に移動した際には、第2テーパ部43がピストンロッド30の第1テーパ部33と当接する。つまり、ピストンロッド30の第1テーパ部33は、クッションベアリング40の軸方向の位置を決める座面として機能する。クッションベアリング40の第2テーパ部43は、ピストンロッド30の第1テーパ部33と当接可能であれば、その傾斜角は同一に形成しなくてもよく、直角な段差として形成してもよい。
【0037】
このように、油圧シリンダ100によれば、ピストンロッド30の第1テーパ部33が、組み立て性確保のためのテーパ部とクッションベアリング40の座面との両方の機能を兼ねるため、ピストンロッド30の本体部31と先端側のねじ部34との外径差を少なくすることができる。
【0038】
次に、
図2及び
図3を参照して、油圧シリンダ100のクッション動作について説明する。
【0039】
図2はピストンロッド30が伸長してストローク端付近にある状態を示し、
図3はピストンロッド30がストローク端付近から収縮する状態を示している。
【0040】
ボトム側室3に油圧ポンプが連通し、ロッド側室2にタンクが連通すると、ボトム側室3には作動油が供給され、ロッド側室2内の作動油はタンクに排出されるため、ピストンロッド30は伸長する。
【0041】
ピストンロッド30が伸長すると、クッションベアリング40は、ロッド側室2から排出される作動油によってピストン20とは反対側にわずかに移動し、
図2に示すように、ピストンロッド30の第1テーパ部33とクッションベアリング40の第2テーパ部43とが当接する。
【0042】
ピストンロッド30が伸長してストローク端に近づくと、クッションベアリング40は進入部41からシリンダヘッド50のベアリング受容部50Aの内側に進入し、クッションベアリング40の外周面とベアリング受容部50Aの内周面とによってクッション通路5が形成される。ピストンロッド30の第1テーパ部33とクッションベアリング40の第2テーパ部43が当接しているため、第1内周隙間6と第2内周隙間7との連通は遮断される。したがって、ロッド側室2の作動油は、クッションベアリング40の内側を通じては排出されず、クッション通路5を通じて排出される。クッション通路5によってロッド側室2内から排出される作動油には抵抗が付与されるため、ロッド側室2内の圧力低下が抑制されて、ピストンロッド30が減速する。このようにして、ピストンロッド30の伸長時におけるストローク端付近におけるクッション作用が発揮される。
【0043】
ロッド側室2に油圧ポンプが連通し、ボトム側室3にタンクが連通すると、ロッド側室2には作動油が供給され、ボトム側室3内の作動油はタンクに排出されるため、ピストンロッド30は収縮する。
【0044】
ピストンロッド30が最伸長状態から収縮する際には、
図3に示すように、クッションベアリング40は、ロッド側室2に供給される作動油によってピストン20側に移動し、端面がピストン20に当接する。ピストンロッド30の第1テーパ部33とクッションベアリング40の第2テーパ部43とは離れるため、ポンプから供給される作動油は、クッション通路5を通じてロッド側室2へ導かれると共に、第1内周隙間6、第2内周隙間7、及びクッションベアリング40の溝部44を通じてロッド側室2へ導かれる。このため、ピストンロッド30が最伸長状態から収縮する場合には、ロッド側室2に作動油が速やかに流入し、収縮作動時の応答性が確保される。
【0045】
以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。
【0046】
油圧シリンダ100では、ピストンロッド30の外周には中心軸に対して傾斜する第1テーパ部33が形成され、クッションベアリング40の内周には中心軸に対して傾斜する第2テーパ部43が形成される。クッションベアリング40は、第2テーパ部43がピストンロッド30の第1テーパ部33に当接することによってピストンロッド30に対して位置決めされる。このように、第1テーパ部33が、クッションベアリング40の座面と組み立て性確保のためのテーパ部との両方の機能を兼ねるため、ピストンロッド30の本体部31と先端側のねじ部34との外径差を少なくすることができる。したがって、ピストン20が締結されるねじ部34の径を大きくすることができ、ピストンロッド30の強度を向上させることができる。
【0047】
また、クッションベアリング40の座面としての鉛直部133B(
図8参照)をピストンロッド30に設ける必要がないため、ピストンロッド30に応力集中を防止するための逃げ部を設ける必要がない。このため、ピストンロッド30の製造時における加工工程が減少して加工が容易となり、製造コストを低減することができる。
【0048】
次に、本実施形態に係る油圧シリンダ100の変形例を示す。
【0049】
上記実施形態では、ピストンロッド30の伸長時において、ピストンロッド30の第1テーパ部33とクッションベアリング40の第2テーパ部43とが当接することにより、クッションベアリング40の内側を通じた作動油の排出が遮断される構成であった。これに代えて、
図4及び
図5示すように、クッションベアリング40の第2テーパ部43に、第1内周隙間6と第2内周隙間7を連通し、通過する作動油に抵抗を付与する切欠き部45を形成してもよい。切欠き部45は、ピストンロッド30の第1テーパ部33に形成してもよいし、ピストンロッド30の第1テーパ部33とクッションベアリング40の第2テーパ部の両方に形成してもよい。
【0050】
クッションベアリング40の第2テーパ部43に切欠き部45が形成されることにより、ピストンロッド30の伸長時において、ロッド側室2の作動油は、クッション通路5を通じて排出されると共に、クッションベアリング40の溝部44、第2内周隙間7、切欠き部45及び第1内周隙間6を通じて排出される。
【0051】
切欠き部45を通過する作動油にも抵抗が付与されるため、クッションベアリング40の内側を通過する作動油によってもクッション作用が発揮される。したがって、切欠き部45の形状を任意に設定することで、油圧シリンダ100のクッション特性を調整することができる。例えば、切欠き部45は、
図4に示すように軸方向に垂直な断面を角状に形成してもよいし、
図5に示すように軸方向に垂直な断面を円弧状に湾曲する曲面に形成してもよい。また、クッションベアリング40の内側を通過する作動油に抵抗を付与するために設けられるクッションシール150(
図8参照)を設けなくてよいため、部品点数を削減することができる。
【0052】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【0053】
上記実施形態では、作動流体として作動油を用いたが、この代わりに例えば水溶性代替液等を用いてもよい。
【0054】
また、上記実施形態では、クッションベアリング40の第2テーパ部43は、
図2に示すように、軸方向の中程に形成される。これに代えて、
図6や
図7に示すように、ピストンロッド30の第1テーパ部33側や軸方向のピストン20側に形成してもよい。
【0055】
また、上記実施形態では、クッションベアリング40は、ピストンロッド30の外周面と隙間を持って設けられ、軸方向にわずかに移動するようなフローティング支持される構成であった。これに代えて、クッションベアリング40は、ピストンロッド30に締め付けられて固定される構成でもよい。
【0056】
また、上記実施形態では、ベアリング受容部50Aは、シリンダヘッド50に設けられる構成であった。これに代えて、ベアリング受容部50Aは、シリンダチューブ10の内周に設けられてもよい。また、ベアリング受容部50Aは、シリンダヘッド50及びシリンダチューブ10とは別体の独立した部材として設けてもよい。
【0057】
また、上記実施形態では、クッションベアリング40の外周にテーパ溝40Aが形成されるが、テーパ溝40Aを形成しなくてもよい。