JPH10103311A - 油圧シリンダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 油圧シリンダのストロークエンドでのクッシ
ョン機構として最良のクッション特性を持たせることが
でき、しかもクッション部材とその嵌入部との間の摩耗
の低減を図る。 【構成】 油圧シリンダ２０のロッド側のクッション機
構は、クッションリング２１がヘッドカバー２２内に嵌
入した時に、ロッド側チャンバ４ｂがクッション室とな
るように機能させ、クッション室から作動油タンクへの
流路を絞ることによりクッション圧を発生させるが、ク
ッションリング２１とヘッドカバー２２との間に油通路
２３を形成することにより絞り流路を形成し、クッショ
ンリング２１とヘッドカバー２２との間の摺動部分の潤
滑性を向上させると共に、摺動部を冷却するために、ヘ
ッドカバー２２の内面に先端部からクッションリング２
１のストロークエンドを越える位置までの部位に螺旋溝
２４を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、油圧ショベルのフ
ロント作業機構の駆動手段等として用いられる油圧シリ
ンダに関するものであり、特に油圧シリンダのストロー
クエンドでの衝撃を吸収するクッション機構の構造に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】油圧ショベル等の建設機械においては、
フロント作業機構を駆動するために、ブームシリンダ、
アームシリンダ及びバケットシリンダ等の油圧シリンダ
が装着される。フロント作業機構には極めて大きな荷重
が作用することから、油圧シリンダのストロークエンド
で剛体的に停止させると、極めて大きな衝撃が作用する
ことになる。従って、この衝撃を吸収するために油圧を
利用したクッション機構を備えている。そこで、従来技
術による油圧シリンダの構成を図８乃至図１１に示す。

【０００３】まず、図８及び図９において、１は油圧シ
リンダを示し、この油圧シリンダ１はシリンダチューブ
２を有し、このシリンダチューブ２の一端側は閉塞して
おり、他端側は開口しており、この開口側端部にはヘッ
ドカバー３が装着されている。これらシリンダチューブ
２とヘッドカバー３とでシリンダ４が形成される。そし
て、シリンダ４内には、ボトム側チャンバ４ａとロッド
側チャンバ４ｂとに区画形成するピストン５が摺動可能
に装着されている。ピストン５にはピストンロッド５ａ
が連結され、さらにピストンロッド５ａはヘッドカバー
３から外部に導出されている。また、ボトム側チャンバ
４ａ及びロッド側チャンバ４ｂには、それぞれ圧油の給
排を行うための油道６，７が穿設されている。ボトム側
の油道６はシリンダチューブ２の閉塞側端部に形成さ
れ、またロッド側の油道７はヘッドカバー３に形成され
ている。

【０００４】以上の構成を有する油圧シリンダ１は、例
えばそのピストンロッド５ａの先端に設けた取付部８を
上部旋回体のフレームに連結し、シリンダチューブ２の
端部に形成した取付部９をブームに連結すると、このブ
ームを俯仰動作させるブームシリンダとして用いること
ができる。ピストンロッド５ａが、シリンダ４内に進入
する油圧シリンダ１の縮小時と、シリンダ４から突出す
る油圧シリンダ１の伸長時との双方のストロークエンド
近傍で衝撃を油圧の作用により吸収するクッション機構
を備えている。

【０００５】縮小時のクッション機構は、シリンダチュ
ーブ２の閉塞側端部に嵌入部としてのボス孔１０を設け
て、油道６をこのボス孔１０に開口させると共に、ピス
トン５の端部からボス孔１０に僅かな隙間で挿嵌される
外径を有するクッション部材として機能する突出部１１
を設ける構成としている。これによって、ピストンロッ
ド５ａがシリンダ４内に進入して、縮小する方向にピス
トン５が変位して、そのストロークエンド近傍に至る
と、突出部１１がボス孔１０に嵌入するようになり、こ
の時にボトム側チャンバ４ａから油道６への流路が制限
されるために、ボトム側チャンバ４ａ内に圧力が生じる
ことになり、しかもこの圧力は突出部１１のボス孔１０
への進入長さに応じて増大する。この圧力がクッション
圧となって、ピストン５を減速させて、衝撃を吸収す
る。

【０００６】一方、伸長側のクッション機構におけるク
ッション部材としては、クッションリング１２が用いら
れる。このクッションリング１２はピストンロッド５ａ
のピストン５への連結部に嵌合して設けられている。ヘ
ッドカバー３の先端部がシリンダチューブ２の開口側端
部の内部に挿嵌されているので、ロッド側チャンバ４ｂ
が段差形状となり、このヘッドカバー３のシリンダチュ
ーブ２への挿嵌部分が嵌入部となる。そして、クッショ
ンリング１２の外径はヘッドカバー３の内径より僅かに
小さくなっている。また、油道７は、ヘッドカバー３に
おいて、クッションリング１２の嵌合部よりピストンロ
ッド５ａの伸長方向の前方側の部位に開口している。従
って、ピストンロッド５ａが伸長する方向にピストン５
が変位した時に、そのストロークエンド近傍で、クッシ
ョンリング１２がヘッドカバー３に嵌入を開始して、流
路が絞られることになり、ロッド側チャンバ４ｂの圧力
が上昇して、クッション圧が発生する。これにより、ク
ッションストロークが開始し、ストロークエンドになる
と、クッションリング１２は所定の嵌合長でヘッドカバ
ー３に嵌合される。

【０００７】而して、図９に示したように、油圧シリン
ダ１における油道６を油圧ポンプＰに接続し、油道７を
作動油タンクＴと接続する状態にすると、ボトム側チャ
ンバ４ａには油圧ポンプＰからの圧油が供給されて、内
部の圧力が上昇して、ピストン５に作用する圧力によっ
て、このピストン５がシリンダ４内をヘッドカバー３側
に向けて摺動変位し、ピストンロッド５ａを伸長させ
る。これに対して、ロッド側チャンバ４ｂは作動油タン
クＴに接続されているから、このロッド側チャンバ４ｂ
内の作動油はピストンロッド５ａとヘッドカバー３との
間を通って油道７から作動油タンクＴに還流する。

【０００８】図１０に示したように、ピストンロッド５
ａの伸長ストロークエンド近傍になると、クッションリ
ング１２がヘッドカバー３内に嵌入する。この結果、ロ
ッド側チャンバ４ｂから油道７への流路がクッションリ
ング１２とヘッドカバー３との径差分の流路断面積とな
って流路が絞られる。そして、作動油タンクＴへの戻り
油の流量が減少するから、ロッド側チャンバ４ｂ内には
クッション圧が生じるクッション室となる。図１１に示
した状態がピストンロッド５ａの伸長方向のストローク
エンドであるが、ピストン５が図１０の状態から図１１
の状態にまで変位する間がクッションストローク区間と
なり、このクッションストローク区間において、クッシ
ョンリング１２とヘッドカバー３との嵌合長が長くなる
と、その分だけ戻り油の絞り流路が長くなるから、クッ
ション室におけるクッション圧が上昇することになっ
て、ストロークエンドに至るまでに油圧シリンダ１に作
用する荷重が吸収される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、クッション
ストローク直前の段階からクッションストローク区間に
入ると、クッション室が形成されて、圧力が発生する
が、このクッション圧は緩やかに上昇する方が動きが円
滑になる。クッションストローク区間の前後でクッショ
ン圧が急激に変化すると、衝撃が発生して、油圧シリン
ダの動作の安定性が失われと共に、シール部材等の部材
に悪影響を与えることになる。また、油圧シリンダに最
大荷重が作用した時にも、クッションストローク区間内
でクッション圧により全荷重を確実に吸収する必要があ
る。クッションストローク区間で有効に荷重を吸収しき
れないと、ストロークエンドでピストンがヘッドカバー
やシリンダチューブに衝突してしまい、油圧シリンダを
構成する各部材を損傷させたり、振動が発生したりする
ことになる。

【００１０】前述した従来技術のように、クッションリ
ングとヘッドカバーとの間の嵌合による流路の絞りでク
ッション圧を生じさせる構成とした場合において、極め
て大きい荷重を有効に吸収しようとすると、このクッシ
ョンリングとヘッドカバーとの嵌合部の隙間を極めて小
さくしなければならない。嵌合部の隙間を極小にした場
合には、クッションストローク区間に入ると、クッショ
ン圧が急激に上昇することになってしまうという問題が
ある。また、油圧シリンダの作動中に振動等が作用し
て、この振動による影響がクッションリングとヘッドカ
バーとの嵌合部に及ぶと、クッションリングが部分的に
ヘッドカバーに接触して、油膜切れが生じて摩耗が促進
されたり、焼き付きが生じたりする等、その間の摺動性
が低下することになるし、さらにクッションリングの軸
芯とヘッドカバーの軸芯とにずれが生じる結果、流路の
形状が変化して、クッション特性が変化する等といった
問題点もある。

【００１１】本発明は以上の点に鑑みてなされたもので
あって、その目的とするところは、クッション機構とし
て最良のクッション特性を持たせることができ、しかも
クッション部材とその嵌入部との間の摩耗の低減を図る
ことにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために、本発明は、シリンダ内に、ピストンロッドを連
結したピストンを摺動可能に装着することによって、こ
のシリンダ内を２室に区画形成し、ピストンの少なくと
も一側の端面にクッション部材を連結すると共に、シリ
ンダ側には、ピストンがストロークエンド近傍に変位し
た時にクッション部材が嵌入する嵌入部を形成して、ク
ッション部材の嵌入部への嵌入時に、シリンダ内の戻り
油の流出流路を絞ることによって、所定のクッション圧
を発生させるように構成したものであって、前記クッシ
ョン部材の外周面と前記嵌入部の内周面との一方には油
通路を形成し、また他方には螺旋溝を形成し、これら油
通路または螺旋溝のうち少なくとも一方をクッション部
材と嵌入部との嵌入位置が最も通路断面積が大きくなる
ように流路断面積を変化させる構成としたことをその特
徴とするものである。

【００１３】前述したクッション機構はボトム側及びロ
ッド側のいずれにも設けることができるが、例えばロッ
ド側クッション機構としては、シリンダチューブのピス
トンロッドの導出側に設けたヘッドカバーを嵌入部とし
て機能させ、またクッション部材はピストンロッドのピ
ストンへの連結部に設けたクッションリングから構成す
ることができる。そして、この場合には、油通路はクッ
ションリングに、螺旋溝はヘッドカバー内面に形成する
構成とすることができる。油通路は、前記クッション部
材と嵌入部との嵌入部の位置から軸線方向に向けて連続
的に浅くなる傾斜形状とすることができる。一方、螺旋
溝は、全長にわたって１回転分以上形成するのが好まし
い。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて、油圧シリ
ンダのロッド側におけるクッション機構として構成した
場合につき、本発明の実施の一形態について説明する。
なお、以下の説明においては、前述した従来技術のもの
と同一または均等な部材については同一の符号を付し
て、その詳細な説明は省略する。

【００１５】而して、図１に示したように、油圧シリン
ダ２０としては、シリンダチューブ２内にピストン５が
摺動可能に装着され、このピストン５にはピストンロッ
ド５ａが連結されている点については、前述した従来技
術のものと格別の差異はない。また、この油圧シリンダ
２０は、図示は省略するが、シリンダチューブ２の閉塞
側の端部にボス孔１０が設けられ、ピストン５の先端に
は、このボス孔１０内に挿嵌される突出部１１を備えた
ボトム側クッション機構を有する点についても同様であ
る。

【００１６】ところで、ロッド側のクッション機構とし
ては、ピストンロッド５ａにおけるピストン５の連結部
にクッションリング２１を嵌合・固定させて設け、この
クッションリング２１がクッション部材となる。また、
シリンダチューブ２の開口側端部にはシリンダチューブ
２と共にシリンダを構成するヘッドカバー２２が連結し
て設けられ、このヘッドカバー２２により、ロッド側チ
ャンバ４ｂは段差形状となり、従ってヘッドカバー２２
がクッションリング２１を嵌入させる嵌入部として機能
する。そして、クッションリング２１がヘッドカバー２
２内に嵌入すると、ロッド側チャンバ４ｂは、シリンダ
チューブ２、ピストン５及びヘッドカバー２２の端面
と、クッションリング４の外周面との間に形成される環
状となり、クッション室として機能する。そして、この
クッション室から作動油タンクへの流路を絞ることによ
りクッション圧を発生させ、このクッション圧によりク
ッション機能を発揮させている点についても、前述した
従来技術のものと基本的には差異はない。

【００１７】然るに、図２及び図３から明らかなよう
に、クッション室内でクッション圧を発生させるため
に、クッションリング２１とヘッドカバー２２との間に
油通路２３を形成している。油通路２３はクッションリ
ング２１の外周面に１乃至複数箇所設けられるもので
（図面においては２箇所設けている。）、この油通路２
３は絞り流路として、実質的にクッション機能を発揮さ
せることになる。従って、クッション室が形成された後
のピストン５のヘッドカバー２２側への変位ストローク
がクッションストローク区間となり、この間に生じるク
ッション圧は、主として、油通路２３の通路断面積と、
クッションリング２１のヘッドカバー２２への嵌合長に
よる絞り流路により定まる。

【００１８】そこで、所要のクッション圧を作用させる
ために、クッションリング２１に形成された油通路２３
は、ヘッドカバー２２への対向端部側が最も深く、しか
もその幅も最も広くなし、ピストン５への連結部側に向
けて連続的に浅く、かつ幅が狭くなるような傾斜面の形
状となっている。従って、クッションリング２１がヘッ
ドカバー２２内に進入すればする程、絞り流路の断面積
が小さくなる。しかも、この油通路２３の長さは、実質
的にクッションリング２１をヘッドカバー２２に嵌合さ
せた時に、その大半に及ぶものであり、油通路２３はス
トロークエンドの直近位置で閉塞されることになる。

【００１９】以上のように、クッション圧は主に油通路
２３による絞り流路に基づいて定まるようにしており、
クッションリング２１とヘッドカバー２２との間には、
実質的な流路が形成されないようにしている。このため
に、クッションリング２１の外径寸法と、ヘッドカバー
２２の内径寸法との差を極めて小さくする。このよう
に、クッションリング２１とヘッドカバー２２との間を
実質的な隙間をなくした上で、その間の摺動部分の潤滑
性を向上させると共に、摺動部を冷却するために、ヘッ
ドカバー２２の内面に先端部からクッションリング２１
のストロークエンドを越える位置までの部位に螺旋溝２
４を形成している。この螺旋溝２４は、その全長にわた
って均一な幅及び深さを有し、またそのピッチは、その
始端位置から終端位置までの間に、少なくとも１回転乃
至それ以上となっている。そして、螺旋溝２４の始端位
置から終端位置までのヘッドカバー２２における軸線方
向の長さは、クッションリング２１の軸線方向の長さよ
り長くなっている。ここで、クッション室の内外で差圧
が生じると、螺旋溝２４を介しても、クッション室から
の作動油の流出があるから、螺旋溝２４の流路断面積を
ある程度の大きくすれば、この螺旋溝２４も絞り流路と
して機能する。

【００２０】ボトム側チャンバ４ａが油道６を介して油
圧ポンプからの圧油が供給され、ロッド側チャンバ４ｂ
を油道７から作動油タンクに連通させると、ピストン５
がヘッドカバー２２側に摺動変位し、ピストンロッド５
ａが伸長する。そして、このピストンロッド５ａの伸長
ストロークエンド近傍にまで変位すると、クッションリ
ング２１がヘッドカバー２２に嵌合され、この時にロッ
ド側チャンバ４ｂにおけるピストン５とヘッドカバー２
２の端部との間にクッション室が形成され、ピストン５
のそれ以降のストロークはクッションストローク区間と
なる。このクッション室は完全に封鎖された空間ではな
く、クッションリング２１に形成した油通路２３がクッ
ション室からの戻り油の流路となり、また螺旋溝２４も
戻り油の流路となる。従って、これら油通路２３及び螺
旋溝２４からなる流路全体の流路断面積は、クッション
ストローク区間に入る前の段階と比較して遥かに小さく
なるから、クッション室内に背圧が発生して、ピストン
５の動きが減速される。

【００２１】ここで、クッションストローク区間の初期
においては、油通路２３の流路断面積は比較的大きくな
っているから、クッション室内のクッション圧はあまり
大きくはなく、従って緩やかに減速が開始することにな
り、クッションストロークへの移行時に衝撃が発生する
ことはない。そして、クッションストロークが進むに応
じて油通路２３の流路断面積が減少して行くと共に、ク
ッションリング２１の嵌合長が長くなり、油通路２３及
び螺旋溝２４の流路の長さが長くなるので、クッション
圧が急カーブを描くように増大して、ピストンロッド５
ａに作用する荷重を有効に吸収しながら、クッションス
トロークエンドに至る。この間に、ピストンロッド５ａ
に作用する全荷重の吸収が行われる。従って、このクッ
ション特性は、図４の線図に示したようになる。この特
性線図における略三角形状の部分の面積がクッションス
トローク全体での吸収エネルギを示している。

【００２２】而して、クッションリング２１のヘッドカ
バー２２への嵌合部分の隙間により絞り流路を構成する
のではなく、所定の形状を有する油通路２３及び螺旋溝
２４で絞り流路を形成しているから、油圧シリンダ２０
に振動が生じたりしても、絞り流路の形状が安定し、ク
ッション特性が変化するようなことはない。

【００２３】そして、クッションリング２１とヘッドカ
バー２２との間に殆ど隙間をなくしているが、ヘッドカ
バー２２には螺旋溝２４が形成されているから、この螺
旋溝２４内の作動油がその間に浸透するようになって、
嵌合部分のほぼ全体にわたって潤滑膜が形成される。従
って、クッションリング２１とヘッドカバー２２との間
の摺動が円滑に行われる。しかも、螺旋溝２４内では、
クッション室側から流出する戻り油により、クッション
リング２１とヘッドカバー２２との摺動部を冷却する機
能も発揮する。また、螺旋溝２４が流路となることか
ら、クッションリング２１とヘッドカバー２２との間に
入り込んだ異物や摩耗粉等を排出する機能も発揮する。
この結果、クッションリング２１とヘッドカバー２２と
の摺動が極めて円滑に行われ、全体としての油圧シリン
ダ２０の寿命が長くなる。

【００２４】さらに、ピストン５のストロークエンドの
位置において、螺旋溝２４の一端は油道７が導入される
部位に開口し、他端はピストン５の端面側に開口する状
態となっており、このために油道７側を油圧ポンプに接
続し、油道６を作動油タンクに接続して、ピストンロッ
ド５ａを縮小させる方向に作動させる際に、まずこの螺
旋溝２４内に圧油が流れて、ピストン５を押動して、こ
のピストン５の端面をヘッドカバー２２から離間させる
ことになるから、速やかに圧油が供給されて、ロッド側
チャンバ４ｂが形成されることになる。従って、ピスト
ン５のストロークエンドの位置からの戻り動作を迅速に
行わせることができる。

【００２５】ところで、クッション特性は、油通路及び
螺旋溝の形状により自由に設定できる。螺旋溝は、その
本来の機能としては、クッションリングとヘッドカバー
との間の摺動面を潤滑するためのものであるから、油通
路の流路断面積より遥かに小さい流路断面積に構成する
ことができる。この場合には、螺旋溝は実質的に絞り流
路を構成しない。しかしながら、この螺旋溝の流路断面
積を大きくすれば、絞り流路として実質的な機能を果た
すことになり、この場合には螺旋溝におけるヘッドカバ
ーの先端側の部位の流路断面積を広くすることにより、
クッションストロークの開始時における衝撃発生防止機
能を発揮させることができる。

【００２６】また、例えば、図５に示したように、クッ
ションリング３０に設けた油通路３１の幅（または深
さ）を直線的に変化させるのではなく、端部側から奥側
に向けて曲線的に狭くなる変化を持たせるようにするこ
ともできる。このように構成すれば、クッションストロ
ークが進むに応じて、クッション圧が指数関数的に増大
させることができる。さらに、図６に示したように、ク
ッションリング４０の油通路４１を軸線方向に貫通する
状態に設け、しかもこの油通路４１は途中位置が最も狭
く、両端側に向かうに応じて広くなる形状とすれば、図
７に示したように、クッションストロークの初期におい
ては、クッション圧は緩やかに上昇し、中間部分での上
昇度合いが極めて大きくなり、さらに油通路４１の最も
狭い部位を過ぎると、クッション圧はほぼ一定になる。
これによって、クッションストロークの開始時には緩や
かな減速となり、中間部分で負荷の大半を吸収でき、し
かもストロークエンドで極端にクッション圧が高くなる
のを防止できる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、クッシ
ョン部材の外周面と嵌入部の内周面との一方には絞り流
路となる油通路を形成すると共に、他方には螺旋状の溝
を形成する構成としたので、油通路の形状を適宜設定す
ることによって、クッションストローク区間の開始直後
にクッション圧が急激に上昇するのを防止できて、緩や
かに減速が開始するようになり、またクッション部材の
嵌入部への進入時にその間の摺動面が螺旋溝内の作動油
により潤滑されて、クッション部材の動きが円滑になる
等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態を示す油圧シリンダの断
面図である。

【図２】図１の要部拡大図である。

【図３】クッションリングの外観図である。

【図４】クッション特性線図である。

【図５】クッションリングに設けた油通路の他の例を示
すクッションリングの展開図である。

【図６】クッションリングに設けた油通路のさらに別の
例を示すクッションリングの展開図である。

【図７】図６の油通路を用いた場合のクッション特性線
図である。

【図８】油圧シリンダの外観図である。

【図９】従来技術による油圧シリンダの断面図である。

【図１０】図９の油圧シリンダにおけるクッションスト
ロークの開始時を示す作用説明図である。

【図１１】図９の油圧シリンダにおけるクッションスト
ロークエンドの状態を示す作用説明図である。

【符号の説明】

２ シリンダチューブ ３ ヘッドカバー ４ シリンダ ４ａ ボトム側チャンバ ４ｂ ロッド側チャンバ ５ ピストン ５ａ ピストンロッド ６，７ 油道 ２０ 油圧シリンダ ２１，３０，４０ クッションリング ２２ ヘッドカバー ２３，３１，４１ 油通路 ２４ 螺旋溝

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダ内に、ピストンロッドを連結し
   たピストンを摺動可能に装着することによって、このシ
   リンダ内を２室に区画形成し、ピストンの少なくとも一
   側の端面にクッション部材を連結すると共に、シリンダ
   側には、ピストンがストロークエンド近傍に変位した時
   にクッション部材が嵌入する嵌入部を形成して、クッシ
   ョン部材の嵌入部への嵌入時に、シリンダ内の戻り油の
   流出流路を絞ることによって、所定のクッション圧を発
   生させるように構成したものにおいて、前記クッション
   部材の外周面と前記嵌入部の内周面との一方には油通路
   を形成し、また他方には螺旋溝を形成し、これら油通路
   または螺旋溝のうち少なくとも一方をクッション部材と
   嵌入部との嵌入位置が最も通路断面積が大きくなるよう
   に流路断面積を変化させる構成としたことを特徴とする
   油圧シリンダ。
2. 【請求項２】 前記シリンダのピストンロッドの導出側
   にはヘッドカバーを設け、前記クッション部材は前記ピ
   ストンロッドのピストンへの連結部に設けたクッション
   リングから構成し、またヘッドカバーを前記嵌入部とな
   し、さらに前記油通路はクッションリングに、螺旋溝は
   ヘッドカバー内面にそれぞれ形成する構成としたことを
   特徴とする請求項１記載の油圧シリンダ。
3. 【請求項３】 前記油通路は、前記クッション部材と嵌
   入部との嵌入部の位置から軸線方向に向けて連続的に浅
   くなる傾斜形状とする構成としたことを特徴とする請求
   項１記載の油圧シリンダ。
4. 【請求項４】 前記螺旋溝は、全長にわたって１回転分
   以上形成する構成としたことを特徴とする請求項１記載
   の油圧シリンダ。