JP5091879B2 - 流体圧シリンダ - Google Patents

Description

本発明は、作動流体の給排によって伸縮する流体圧シリンダに関するものである。

従来の流体圧シリンダとして、特許文献１には、シリンダチューブ内に、ピストンを介してピストンロッドが移動自在に挿入されたものが開示されている。

ピストンは、ピストンロッド先端のインロー部に挿入され、インロー部にナットが締結されることによって、端面がピストンロッドの段部に押し付けられて固定される。
特開平１１−２３０１１７号公報

ピストンロッドに対するピストンの締結力は、ピストンに作用する流体圧による推力以上に設定する必要がある。したがって、大きな荷重でピストンをピストンロッドに対して締結する必要があり、荷重の大きさによっては、ピストンがピストンロッドとナットとの間で圧縮変形してピストン内周とピストンロッド外周とが固着するおそれがある。

流体圧シリンダの分解点検を行う場合において、ピストンとピストンロッドとが固着した場合には、ピストンがピストンロッドから抜けず、分解点検することができない。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ピストンロッドに対するピストンの締結力を確保しつつ、分解可能な流体圧シリンダを提供することを目的とする。

本発明は、作動流体の給排によって伸縮する流体圧シリンダであって、シリンダチューブの内部を区画し、前記シリンダチューブ内を摺動自在に移動可能なピストンユニットと、前記ピストンユニットが一端に固定され、他端は前記シリンダチューブから突出するピストンロッドと、を備え、前記ピストンユニットは、前記ピストンロッドの小径部に挿入され、端面が前記ピストンロッドの肩端面に当接して固定され、前記ピストンロッドの前記小径部の基端部外周には、Ｒ部が環状に窪んで形成され、前記ピストンユニットの内周には、前記小径部に窪んで形成された窪み部に対応して、前記端面からテーパ部が形成され、前記テーパ部のピストンユニット軸方向の長さは、前記窪み部の前記ピストンロッド軸方向の長さ以上であることを特徴とする。

本発明によれば、ピストンロッドの小径部の基端部外周にはＲ部が環状に窪んで形成されるため、ピストンロッドの肩端面に当接するピストンユニットの面積を大きく取ることができ、ピストンロッドに対するピストンユニットの締結力を確保することができる。また、ピストンユニットの内周には窪み部に対応して端面からテーパ部が形成されるため、ピストンユニットが圧縮変形しても、ピストンユニットの内周が窪み部に入り込むことが防止され、ピストンユニットがピストンロッドから抜けなくなることがない。このように、ピストンロッドに対するピストンユニットの締結力を確保しつつ、分解も可能な流体圧シリンダを得ることができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

本実施の形態では、流体圧シリンダが作動油（作動流体）の給排によって伸縮する油圧シリンダである場合について説明する。

（第１の実施の形態）
図１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る本油圧シリンダ１００について説明する。図１は油圧シリンダ１００の部分断面図である。

油圧シリンダ１００は、建設機械、その他の産業機械におけるアクチュエータとして用いられるものである。

油圧シリンダ１００は、作動油が給排されるシリンダチューブ１と、シリンダチューブ１内を摺動自在に移動可能なピストンユニット２と、ピストンユニット２が一端に固定され、他端はシリンダチューブ１から突出するピストンロッド３とを備える。

シリンダチューブ１は、底部１ａを有する有底筒状の部材であり、内部は、ピストンユニット２によってロッド側油室４と反ロッド側油室５とに区画される。シリンダチューブ１端部の開口部にはシリンダヘッド（図示省略）が設けられ、開口部が閉塞される。

ロッド側油室４及び反ロッド側油室５には、ポート（図示省略）を通じて作動油が給排され、その給排によってピストンユニット２はシリンダチューブ１内を移動する。具体的には、ロッド側油室４及び反ロッド側油室５の一方に油圧供給源から作動油が供給されれば、他方から作動油が排出されるように作動油の流れが制御される。

ピストンユニット２は、シリンダチューブ１の内周に沿って摺動する円筒状のピストン本体２ａと、ピストンユニット２の内周に形成され、ピストンロッド３に締結される雌ねじ部２ｂと、ピストン本体２ａと一体に形成され、ピストンロッド３に対するピストン本体２ａの締結力を規定する環状のナット部２ｃとを有する。このように、ピストンユニット２は、ピストン本体２ａとナットとが一体に形成されたナット一体型の構造であり、ピストンユニット２とは、シリンダチューブ１の内周に沿って摺動するピストン本体２ａと、それに付随する部材を含むものである。

ピストン本体２ａは、外周に設けられた軸受８を介してシリンダチューブ１の内周に沿って摺動する。また、ピストン本体２ａの外周には、Ｏリング９によってシリンダチューブ１内周との間で圧縮されたシール１０が設けられる。このシール１０によって、シリンダチューブ１内周とピストン本体２ａ外周との間がシールされ、ロッド側油室４と反ロッド側油室５との間の作動油の行き来が防止される。

ナット部２ｃは、外周に工具が組み付け可能な形状に形成される。具体的には、ナット部２ｃの外周は六角形状に形成される。

ピストンロッド３は、一端に固定されたピストンユニット２と共にシリンダチューブ１内を移動し、シリンダチューブ１外部の他端に固定された負荷（図示省略）を駆動する。このように、ピストンロッド３に固定された負荷は、ピストンユニット２に作用する油圧による推力によって駆動する。

ピストンロッド３は、本体部３ａと、本体部３ａと比較して小径でピストンユニット２が固定される小径部３ｂとを有する。本体部３ａと小径部３ｂとの境界には段部が形成され、この段部によって、ピストンロッド３には径方向に平らな肩端面３ｃが形成される。小径部３ｂには、ピストンユニット２の雌ねじ部２ｂが螺合する雄ねじ部３ｄが形成される。

ピストンユニット２をピストンロッド３に固定するには、まず、ピストンユニット２をピストンロッド３の小径部３ｂに挿入し、雌ねじ部２ｂを小径部３ｂの雄ねじ部３ｄに螺合させ、ピストン本体２ａの端面２ｄをピストンロッド３の肩端面３ｃに当接させる（図１及び図２に示す状態）。このようにして、ピストンユニット２をピストンロッド３に締結される。

ここで、ピストンロッド３に対するピストンユニット２の締結力は、ピストンユニット２の抜けを防止するため、ピストンユニット２に作用する油圧による推力以上に設定する必要がある。

そこで、次に、ピストンユニット２のナット部２ｃに工具を取り付け、工具を介してピストンユニット２を回転させ、油圧による推力以上の荷重にて、ピストン本体２ａの端面２ｄをピストンロッド３の肩端面３ｃに押し付ける。このようにして、ピストンユニット２は、油圧による推力以上の締結力にてピストンロッド３に固定される。

ピストンユニット２がピストンロッド３に固定されることによって、ピストン本体２ａの端面２ｄとピストンロッド３の肩端面３ｃとが圧着されるため、ピストン本体２ａとピストンロッド３との間がシールされる。このように、ピストン本体２ａの端面２ｄは、ピストンロッド３との間をシールする機能を有する。

ここで、ピストンユニット２は、ナット一体型の構造であるため、通常のピストンと異なり、内周に雌ねじ部２ｂを加工すると共に、外周にナット部２ｃを加工する必要がある。このように、雌ねじ部２ｂとナット部２ｃを加工する際や、ピストン本体２ａの外周に、軸受８、Ｏリング９、及びシール１０を取り付ける際において、端面２ｄを下にしてピストンユニット２を作業台に載置しなければならない場合には、シール機能を有する端面２ｄに傷が付くおそれがある。特に、ナット一体型であるピストンユニット２の重量は大きいため、端面２ｄに傷が付き易い。

しかし、ピストン本体２ａの端面２ｄには、環状に窪んだ段差面１５が形成される。段差面１５の内径はピストン本体２ａの内径と一致しており、外径はピストンロッド３の本体部３ａの外径よりも大きい。したがって、ピストンユニット２がピストンロッド３に固定された状態では、端面２ｄのうち段差面１５がピストンロッド３の肩端面３ｃに当接する。このように、端面２ｄのうち段差面１５がシール機能を発揮する。

段差面１５は、ピストン本体２ａの端面２ｄから窪んでいるため、端面２ｄを下にしてピストンユニット２を作業台に載置しても、段差面１５が作業台と接触することがない。したがって、ピストンユニット２の加工時等に段差面１５に傷が付くことを防ぐことができる。これにより、ピストン本体２ａとピストンロッド３との間のシール性は良好となる。

次に、図２及び図３を参照して、ピストンユニット２及びピストンロッド３について説明する。図２は油圧シリンダ１００の要部拡大図であり、図３は図２における拡大図である。

まず、図４を参照して、本実施の形態に対する比較例について説明する。図４は、本発明の実施の形態に係る油圧シリンダ１００の比較例を示す図である。

小径部３ｂの根元である基端部の外周には、ピストンロッド３の小径部３ｂの外周面に対する応力集中を防止するため、Ｒ部２０が環状に形成される。

ここで、上述のように、ピストンロッド３に対するピストンユニット２の締結力は、ピストンユニット２に作用する油圧による推力以上に設定する必要がある。したがって、大きな荷重でピストンユニット２をピストンロッド３に対して締結する必要があるため、ピストンロッド３の肩端面３ｃに当接するピストン本体２ａの面積は大きい方が望ましい。一方、ピストンロッド３の肩端面３ｃに対する応力集中を防止するため、ピストン本体２ａの内周端部の角度には面取り部２１が形成される。この面取り部２１の寸法が大きい場合には、ピストンロッド３の肩端面３ｃに当接するピストン本体２ａの面積が小さくなるため、面取り部２１の寸法は極力小さい方が望ましい。しかし、小径部３ｂの基端部外周にはＲ部２０が形成されているため、Ｒ部２０の寸法に合わせて面取り部２１の寸法を大きくせざるを得ず、ピストンロッド３の肩端面３ｃに当接するピストン本体２ａの面積が小さくなってしまう。

そこで、本実施の形態の油圧シリンダ１では、図２に示すように、Ｒ部２０は、小径部３ｂの基端部外周に、環状に窪んで形成される。これにより、小径部３ｂの基端部外周には、環状に窪んだ窪み部２２が形成される。Ｒ部２０が窪んで形成されることによって、ピストン本体２ａの内周端部に形成する面取り部の寸法を極力小さくすることが可能となり、ピストンロッド３の肩端面３ｃに当接するピストン本体２ａの面積を大きく取ることができる。

しかし、ピストンロッド３に対するピストンユニット２の締結力が大きい場合には、ピストンユニット２が圧縮変形するおそれがあり、その場合には、ピストン本体２ａの内周が窪み部２２に入り込んでしまう。ピストン本体２ａの内周が窪み部２２に入り込んだ場合には、ピストンユニット２とピストンロッド３の分解時、ピストンユニット２がピストンロッド３から抜けなくなる。

この対策として、ピストン本体２ａの内周には、窪み部２２に対応して段差面１５から環状のテーパ部２３が形成される。このように、窪み部２２に対向するピストン本体２ａの内周は、テーパ状に形成され内径が小さいため、ピストンユニット２が圧縮変形したとしても、ピストン本体２ａの内周が窪み部２２に入り込むことが防止される。したがって、ピストンユニット２がピストンロッド３から抜けなくなるような事態は発生しない。

図３を参照して、テーパ部２３について詳しく説明する。

テーパ部２３は、一端の最大内径部２３ａから他端の最小内径部２３ｂに向かって序々に縮径して形成される。

テーパ部２３の最大内径部２３ａは、ピストンロッド３の肩端面３ｃに当接して形成される。このように、テーパ部２３は、段差面１５から延び縮径して形成されるものであるため、ピストン本体２ａの内周端部の角度を面取りする機能を有する。

ピストン本体２ａの内周端部の角度は、最大内径部２３ａと最小内径部２３ｂとの寸法差ａだけ面取りされる。Ｒ部２０は小径部３ｂの基端部外周に窪んで形成されるため、寸法ａは極力小さくすることが可能であり、具体的には、ピストンロッド３の肩端面３ｃに応力集中が発生しない寸法に設定される。

また、テーパ部２３は、テーパ部２３のピストンユニット軸方向の長さｂが窪み部２２のピストンロッド軸方向の長さｃ以上となるように形成される。つまり、テーパ部２３の最小内径部２３ｂは、図３に示すように、小径部３ｂの窪み部２２に対峙することなく、窪んでいない曲面部２４に対峙する。これにより、窪み部２２に対応するピストン本体２ａの内周全体がテーパ状に形成されることになるため、ピストンユニット２が圧縮変形したとしても、ピストン本体２ａの内周が窪み部２２に入り込むことが防止される。

以上の実施の形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。

ピストンロッド３の小径部３ｂの基端部外周にはＲ部２０が環状に窪んで形成されるため、ピストンロッド３の肩端面３ｃに当接するピストン本体２ａの面積を大きく取ることができ、ピストンロッド３に対するピストンユニット２の締結力を確保することができる。また、ピストン本体２ａの内周には窪み部２２に対応してテーパ部２３が形成されるため、ピストンユニット２が圧縮変形しても、ピストン本体２ａの内周が窪み部２２に入り込むことが防止され、ピストンユニット２がピストンロッド３から抜けなくなることがない。このように、ピストンロッド３に対するピストンユニット２の締結力を確保しつつ、分解も可能な油圧シリンダ１００を得ることができる。

また、ピストン本体２ａの端面２ｄには環状に窪んだ段差面１５が形成されるため、端面２ｄを下にしてピストンを作業台に載置しても、段差面１５が作業台と接触することがない。したがって、ピストンロッド３の肩端面３ｃと当接する段差面１５に傷が着くことを防ぐことができるため、ピストン本体２ａとピストンロッド３との間のシール性は良好となる。

（第２の実施の形態）
図５を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る油圧シリンダ２００について説明する。図５（ａ）は油圧シリンダ２００の部分断面図であり、図５（ｂ）は油圧シリンダ２００の要部拡大図である。

本第２の実施の形態に係る油圧シリンダ２００において、上記第１の実施の形態に係る油圧シリンダ１００と同様の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。以下では、上記第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。

油圧シリンダ２００では、ピストンユニット２は、ピストン本体２ａと、ピストン本体２ａと別体に形成されたナット３１と、ピストンロッド３の肩端面３ｃとピストン本体２ａとの間に介装された環状のクッションベアリング３０（環状体）とを備える。このように、油圧シリンダ２００では、ピストンロッド３の肩端面３ｃに当接するのは、ピストン本体２ａの端面２ｄではなく、クッションベアリング３０の端面３０ａである。つまり、クッションベアリング３０の端面３０ａがピストンロッド３との間をシールする機能を有する。

クッションベアリング３０は、油圧シリンダ２００の最伸長時に、シリンダヘッドの内周に形成された環状のポートの流路面積を絞り、ロッド側油室４からポートへの作動油の流れに抵抗を付与するものであり、油圧シリンダ２００の伸長速度を減速させる機能を有するものである。

クッションベアリング３０の内周には、ピストンロッド３の小径部３ｂの基端部外周に形成された窪み部２２に対応してテーパ部２３が形成される。

テーパ部２３は、上記第１の実施の形態と同様の形状であり、ピストンユニット軸方向の長さが窪み部２２のピストンロッド軸方向の長さ以上となるように形成される。

クッションベアリング３０は、ナット３１がピストン本体２ａに及ぼす締結力と同様の締結力でピストンロッド３の肩端面３ｃに押し付けられるため、圧縮変形するおそれがある。しかし、クッションベアリング３０の内周には窪み部２２に対応してテーパ部２３が形成されるため、クッションベアリング３０が圧縮変形しても、クッションベアリング３０の内周が窪み部２２に入り込むことが防止され、クッションベアリング３０がピストンロッド３から抜けなくなることがない。

以上のように、本実施の形態によれば、ピストンロッド３に対するピストン本体２ａの締結力を確保しつつ、分解も可能な油圧シリンダ２００を得ることができる。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明に係る流体圧シリンダは、負荷を駆動するアクチュエータとして用いることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る油圧シリンダの部分断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る油圧シリンダの要部拡大図である。 図２における拡大図である。 本発明の実施の形態に係る油圧シリンダの比較例を示す図である。 （ａ）本発明の第２の実施の形態に係る油圧シリンダの部分断面図である。（ｂ）本発明の第２の実施の形態に係る油圧シリンダの要部拡大図である。

１００，２００ 油圧シリンダ
１ シリンダチューブ
２ ピストン
２ａ ピストン本体
２ｂ 雌ねじ部 （締結部）
２ｃ ナット部（締結力規定部）
２ｄ 端面
３ ピストンロッド
３ａ 本体部
３ｂ 小径部
３ｃ 肩端面
１５ 段差面
２０ Ｒ部
２２ 窪み部
２３ テーパ部
２３ａ 最大内径部
２３ｂ 最小内径部
３０ クッションベアリング
３１ ナット

Claims (2)

1. 作動流体の給排によって伸縮する流体圧シリンダであって、
   シリンダチューブの内部を区画し、前記シリンダチューブ内を摺動自在に移動可能なピストンユニットと、
   前記ピストンユニットが一端に固定され、他端は前記シリンダチューブから突出するピストンロッドと、を備え、
   前記ピストンユニットは、前記ピストンロッドの小径部に挿入され、端面が前記ピストンロッドの肩端面に当接して固定され、
   前記ピストンロッドの前記小径部の基端部外周には、Ｒ部が環状に窪んで形成され、
   前記ピストンユニットの内周には、前記小径部に窪んで形成された窪み部に対応して、前記端面からテーパ部が形成され、
   前記テーパ部のピストンユニット軸方向の長さは、前記窪み部の前記ピストンロッド軸方向の長さ以上であることを特徴とする流体圧シリンダ。
2. 前記ピストンユニットは、前記ピストンロッドの肩端面とピストン本体との間に介装された環状体を備え、
   前記テーパ部は前記環状体の内周に形成されることを特徴とする請求項１に記載の流体圧シリンダ。

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