JPH11173308A

JPH11173308A - クッション装置付き油圧シリンダ

Info

Publication number: JPH11173308A
Application number: JP36164297A
Authority: JP
Inventors: Tomohiko Yasuoka; 友彦安岡; Akinori Ro; 明徳盧; Mitsuhiro Yoshimoto; 光宏吉本
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1997-12-11
Filing date: 1997-12-11
Publication date: 1999-06-29

Abstract

(57)【要約】【目的】ピストンロッドを必要以上に太径化したり、
また格別大掛かりな熱処理を行うことなく、クッション
装置を設けるために必要な段差の部位における強度を高
くして、ピストンロッドの耐久性を良好に保てるように
する。【構成】ピストンロッド３にクッション装置を構成す
るクッションリング１１を装着するために形成されるリ
ング装着部３ｂとロッド本体３ａとの間に段差Ｄ₂ を設
けるが、この段差Ｄ₂ における垂直壁Ｖからリング装着
部３ｂの外周面Ｒへの移行部を凹状に湾曲した形状の曲
面部Ｃを形成して、応力の分散を図るようにした上で、
この曲面部Ｃから垂直壁Ｖにかけての部位を全周にわた
って部分焼き入れを行うことにより部分焼き入れ層Ｈを
形成することにより局部的に強度の向上を図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、油圧アクチュエー
タ等として用いられる油圧シリンダに、その伸長側に変
位した時に緩衝作用を発揮するクッション装置を備えた
クッション装置付き油圧シリンダに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】油圧アクチュエータとして用いられる油
圧シリンダは、ピストンロッドに連結して設けたピスト
ンをシリンダ内で摺動させるように構成されており、シ
リンダの内部はピストンによりロッド室とボトム室とに
区画形成されている。ピストンロッドの先端部と、シリ
ンダの端部とをそれぞれ所定の部材間に枢着して設けら
れる。ボトム室側に圧油を供給し、ロッド室側をタンク
に連通させると、ピストンロッドが伸長することにな
り、また逆にロッド室側に圧油を供給して、ボトム室側
をタンクに接続すると、ピストンロッドが縮小する。油
圧シリンダにおけるピストンロッドとシリンダとの間に
大きな荷重が作用している状態で、伸長または縮小方向
に作動させると、そのストロークエンドで大きな衝撃が
加わる。

【０００３】以上のことから、大きな負荷が作用する油
圧シリンダには、そのピストンロッドのストロークエン
ド近傍での衝撃を緩和するためのクッション装置が設け
られる。クッション装置は、シリンダにおけるロッド室
なりボトム室なりからの作動油の排出流路を絞ることに
よって、これらの室内に背圧を立たせるのが一般的であ
る。例えば、ピストンロッドの伸長側で作動するクッシ
ョン装置は、ピストンロッドに所定の外径を有するクッ
ションリングを嵌合させて設け、またロッド室には作動
油流通路に通じるクッション流路を形成して、ストロー
クエンド近傍でクッション部材をクッション流路内に嵌
入させるようになし、このクッション部材がクッション
流路内に進入するのに応じて流路を絞ることによりロッ
ド室内に背圧を発生させることができる。

【０００４】より円滑なクッション作用を発揮させて、
滑らかに停止させるには、クッションストロークを所定
の長さに設定すると共に、クッション部材の外径とクッ
ション流路の孔径との径差をできるだけ小さくして、流
路断面積をできるだけ小さくしなければならない。この
ように、クッション部材とクッション流路との径差を小
さくすると、加工誤差や組み付け誤差等により、クッシ
ョン部材の軸芯がクッション流路の軸芯に対して僅かに
ずれていただけでも、金属接触によるカジリ，フィレッ
ティングが生じて、摩耗粉等が発生し、甚だしい場合に
はクッション部材等を損傷させる等のおそれがある。従
って、クッション部材の外径とクッション流路の内径と
の径差を小さくするのには限界がある。また、この径差
をあまり小さくしすぎると、ピストンロッドの伸長時
に、作動油流通路からシリンダのボトム室への圧油の供
給時の流路断面積も小さくなるから、クッション部材が
クッション流路から抜け出るまでは、ボトム室内への圧
油の供給が円滑に行われず、その間はピストンの移動速
度が低下するだけでなく、クッション部材がクッション
流路から抜け出る時に騒音が生じることにもなる。

【０００５】以上の点を考慮して、クッション機能を発
揮する方向において、流路断面積を極めて小さくして
も、クッション部材がクッション流路と金属接触せず、
かつクッション部材がクッション流路から抜け出す方向
においては、流路断面積を増大させるようにしたクッシ
ョン装置は従来から知られている。

【０００６】公知のクッション装置の一例を図２及び図
３に基づいて説明する。まず、図２において、１はシリ
ンダ、２はピストン、３はピストンロッドである。シリ
ンダ１は円筒形をしたシリンダチューブ１ａを有し、こ
のシリンダチューブ１ａの一端には、キャップ１ｂが連
結・固着されており、他端側にはロッド導出部１ｃが固
着して設けられている。ピストン２はピストンロッド３
の一端側の部位に固定されている。ピストンロッド３
は、図３から明らかなように、ロッド本体３ａの先端側
にリング装着部３ｂ，ピストン装着部３ｃの順に小径化
された２段の段差ｄ₁ ，ｄ₂ を持つ形状となっている。
まず、最も小径のピストン装着部３ｃにはピストン２が
嵌合されると共にナット４が締着されるようになってお
り、このナット４の締め付け力によりピストン２をピス
トン装着部３ｃとリング装着部３ｂとの間の段差ｄ₁ に
押し付けるようにして固定される。従って、ピストン２
はナット４の締め付け力により常にこの段差ｄ₁ に圧接
されている。そして、このピストン２によって、シリン
ダ１内がボトム室５とロッド室６とに区画形成される。
そして、これらボトム室５及びロッド室６にはそれぞれ
作動油流通路７，８が設けられている。

【０００７】ボトム室５に通じる作動油流通路７に圧油
を供給し、ロッド室６に通じる作動油流通路８をタンク
に接続すると、ピストン２がロッド導出部１ｃ側に摺動
変位してピストンロッド３が伸長する。また、作動油流
通路８に圧油を供給し、作動油流通路７をタンクに接続
すると、ピストン２がキャップ１ｂ側に摺動変位してピ
ストンロッド３が縮小する。従って、シリンダ１におけ
るキャップ１ｂに設けた取付部９と、ピストンロッド３
の先端に設けた取付部１０とを、例えばそれぞれ固定側
部材と可動側部材との間に枢着すると、可動側部材を駆
動できるようになる。

【０００８】そこで、以下にピストンロッド３の伸長方
向のストロークエンド近傍でクッション作用を発揮する
クッション装置について説明する。なお、ピストンロッ
ド３の縮小方向にも同様のクッション装置が設けられる
が、その図示は省略する。ピストンロッド３の中間径と
なったリング装着部３ｂは、クッションリング１１を装
着するためのものである。クッションリング１１は、そ
の内径がリング装着部３ｂの外径より所定の寸法だけ大
きく、かつ軸線方向の長さはリング装着部３ｂより所定
の寸法だけ短いものとなっている。これによって、クッ
ションリング１１とリング装着部３ｂとの間には円環状
の隙間が形成され、またクッションリング１１はピスト
ン２の端面に当接する状態と、リング装着部３ｂとロッ
ド本体部３ｃとの間の段差ｄ₂ に当接する状態となるよ
うに、制限された範囲で移動可能となっている。

【０００９】一方、シリンダ１におけるロッド導出部１
ｃには作動油流通路８に通じるクッション流路１２が形
成されている。ここで、クッション流路１２は、ロッド
導出部１ｃの内壁面１２ａで囲まれたシリンダチューブ
１ａの内径より小さい円形の通路からなり、ピストンロ
ッド３が伸長して、クッションリング１１がこのクッシ
ョン流路１２内に入り込むと、このクッション流路１２
を介して流出するロッド室６側の戻り油の流路が絞られ
ることになり、その結果ロッド室６内に背圧が生じるこ
とになり、この背圧によってピストンロッド３の伸長方
向におけるクッション作用を発揮する。

【００１０】クッションリング１１は、クッション流路
１２とロッド室６との差圧に基づいて移動するものであ
り、ロッド室６内が高圧になるとクッションリング１１
は段差ｄ₂ に当接し、逆にクッション流路１２側に高圧
が作用すると、クッションリング１１はピストン２の端
面に当接する。クッションリング１１の内面とピストン
ロッド３におけるリング装着部３ｂの外面との間に円環
状の隙間が形成されるが、この円環状隙間を一方向流路
として機能させる。即ち、クッションリング１１が段差
ｄ₂ に当接している際（ピストンロッド３の伸長ストロ
ークエンド近傍に至った時）にはこの円環状隙間を流路
として機能させず、クッションリング１１がピストン２
に当接している際（ピストンロッド３の縮小ストローク
開始時）にはこの円環状隙間をクッション流路１２側か
らロッド室６側に作動油を流す流路としての機能を発揮
させる。このように、円環状隙間を一方向流路として機
能させるために、クッションリング１１のピストン２に
対面する側の端面には複数の溝１３を厚み方向に貫通す
る状態に形成している。そして、この複数の溝１３によ
る合計の流路断面積は、円環状隙間による流路断面積と
ほぼ等しくする。さらに、クッションリング１１がクッ
ション流路１２内に進入する際に、円滑かつ確実にクッ
ション流路１２に入り込むようにするために、このクッ
ションリング１１の段差ｄ₂ に対面する側の外周縁部に
は呼び込みテーパ部１１ａが形成されている。

【００１１】従って、ピストンロッド３が縮小状態にあ
る時において、作動油流通路７を油圧ポンプ等の油圧源
に接続し、作動油流通路８をタンクに接続すると、ボト
ム室５が高圧になり、ロッド室６が低圧になるから、ピ
ストンロッド３が伸長する。この時に、ピストンロッド
３に伸長方向に大きな負荷が作用していると、ボトム室
５とロッド室６との間の差圧が極めて大きくなり、ピス
トンロッド３が急速に変位する。しかしながら、ストロ
ークエンド近傍に至ると、クッションリング１１がクッ
ション流路１２内に進入してクッション行程に入り、戻
り油の流路が絞られる。この結果、ロッド室６側に背圧
が発生するから、ピストン２の両面に作用するボトム室
５の圧力とロッド室６側の圧力との差が減少して動きが
減速される。この時には、ロッド室６内は作動油流通路
８より圧力が高くなるから、この圧力の作用でクッショ
ンリング１１が段差ｄ₂ に圧接されて一方向流路が閉鎖
される結果、戻り油はクッションリング１１とクッショ
ン流路１２との間の隙間からしか流れないので、ロッド
室６側がさらに高圧になり、しかもクッションリング１
１のクッション流路１２内への進入度合いに応じて絞り
流路の長さが長くなるから、ストロークエンドに近づく
と、ロッド室６内の背圧がさらに増大して、ストローク
エンドで円滑に停止することになり、衝撃が著しく緩和
される。

【００１２】クッションリング１１はピストンロッド３
のリング挿嵌部３ｂに遊嵌されていることから、このク
ッションリング１１がクッション流路１２内に入り込む
と、ピストンロッド３全体またはそのリング挿嵌部３ｂ
とは無関係に、クッション流路１２側に倣うようにな
る。従って、クッションリング１１の外径寸法とクッシ
ョン流路１２を構成する内内壁面１２ａの内径との寸法
差を極僅かなものとし、絞り流路の流路断面積を極めて
小さくし、より大きなクッション作用を発揮するように
しても、クッションリング１１は内内壁面１２ａと金属
接触してカジリやフレッティング等が発生するおそれは
なく、その間が損傷したり、また摩耗粉が発生したりす
るおそれはない。

【００１３】一方、ピストンロッド３をそのストローク
エンドから縮小させるために、作動油流通路８に圧油を
供給すると、この作動油通路８からの圧力の作用でクッ
ションリング１１が押動されて、段差壁１３から離間し
てピストン２に当接する。この結果、クッションリング
１１の外面側の流路に加えて、クッションリング１１と
ピストン２との間に溝１３を含む一方向流路が形成され
るから、流路断面積が増大してピストンロッド３は円滑
かつ迅速に伸長し、クッションリング１１がクッション
流路１２から抜け出す際の騒音もなくなる。

【００１４】以上のようなストロークエンドにおけるク
ッション作用は、油圧シリンダに対して大きな負荷が作
用する場合に、そのストロークエンドでの衝撃を緩和す
るために必要となる。油圧シリンダをアクチュエータと
して、しかも極めて大きな負荷が作用する過酷な条件下
で用いられるものの一例として、例えば図４に示した油
圧ショベルのフロント作業機構がある。同図において、
２０は下部走行体、２１は上部旋回体であって、上部旋
回体２１には土砂の掘削等の作業を行うフロント作業機
構２２が装着されている。フロント作業機構２２は、上
部旋回体２１に俯仰動作可能に連結したブーム２３と、
このブーム２３の先端に軸２４を中心として上下方向に
回動可能に連結したアーム２５と、このアーム２５の先
端に軸２６を介して連結され、この軸２６の軸回りに回
動可能なバケット２７を有する。これらフロント作業機
構２２を構成するブーム２３，アーム２５及びバケット
２７は、それぞれブームシリンダ２３ａ，アームシリン
ダ２５ａ及びバケットシリンダ２７ａにより駆動され
る。また、バケットシリンダ２７ａのバケット２７への
連結はリンク機構２８を介して行われる。

【００１５】これら各シリンダ２３ａ，２５ａ，２７ａ
に作用する負荷の大きさとしては、ブームシリンダ２３
ａが最大で、次いでアームシリンダ２５ａに作用する負
荷が大きい。また、バケットシリンダ２７ａは、負荷自
体としては、これらブームシリンダ２３ａやアームシリ
ンダ２５ａと比較して小さいものである。ただし、ブー
ムシリンダ２３ａ及びアームシリンダ２５ａは土砂の掘
削動作に邪魔にならない部位に装着されているから、あ
る程度大型の油圧シリンダを用いることができるが、バ
ケットシリンダ２７ａは、掘削時に土砂等に衝当する可
能性がある等から、ブームシリンダ２３ａやアームシリ
ンダ２５ａと比較すると、外径寸法が制約されることに
なり、小型の油圧シリンダを用いなければならない。い
ずれにしろ、土砂の掘削等の作業を行う際には、フロン
ト作業機構２２の駆動用の油圧アクチュエータとしての
各シリンダ２３ａ，２５ａ，２７ａは極めて大きな負荷
が作用している状態で、繰り返し頻繁に伸長させたり、
縮小させたりすることになる。これらの油圧シリンダに
おけるピストンロッドは直接負荷が作用するものであ
り、またシリンダに対して摺動するものであることか
ら、その強度等は作用する負荷の大きさや性質等に応じ
て適宜設定される。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、油圧ショベ
ルのフロント作業機構を駆動するための油圧シリンダ等
のように、極めて高い負荷が作用する状態で頻繁に伸縮
するように作動する油圧シリンダにあっては、ピストン
ロッド３に対して引っ張り方向及び圧縮方向に大きな荷
重が繰り返し作用することになる。この結果、ピストン
ロッド３はこの繰り返し作用する荷重により損傷するお
それがある。とりわけ、ピストンロッド３にはクッショ
ンリング１１を装着するために、段差ｄ₂ が設けられて
いることから、この段差ｄ₂ に応力が集中する結果とな
り、この部位における損傷が激しく、甚だしい場合には
折損に至るという問題点がある。

【００１７】従って、ピストンロッド３の強度を向上さ
せる必要がある。このための方策として、ピストンロッ
ド３を太径化することが考えられる。ただし、ピストン
ロッド３にはピストン２が連結されており、このピスト
ン２は所定の受圧面積を持たせなければならないことか
ら、ピストンロッド３を太径化すると、ピストン２も大
径化させなければならず、従って油圧シリンダの全体構
成が大型化すると共に重量化してしまう。しかも、前述
したバケットシリンダ２７ａのように、設置スペースに
制約がある場合には、外径の大きな大型化の油圧シリン
ダを用いることはできない。

【００１８】以上のように、ピストンロッド３を太径化
させて、その強度の向上を図るのは必ずしも得策ではな
い。また、ピストンロッド３の強度の向上を図るための
他の方策として、焼き入れ等の熱処理により強度の向上
を図ることが考えられる。しかしながら、油圧シリンダ
のストロークが長い場合には、ピストンロッド３の全長
もそれだけ長くなる。従って、このような長尺のピスト
ンロッド３を焼き入れ処理を行うと、極めて高価なもの
となってしまうという欠点がある。従って、油圧シリン
ダにクッションリングを用いたクッション装置を設ける
と、衝撃の低減による低騒音化、振動の抑制等といった
極めて有利な点があるにも拘らず、実際に油圧シリンダ
にクッション装置を設ける上で、ピストンロッドの強度
の観点等から大きな制約があるのが現状である。

【００１９】以上のような従来技術の課題を解決するた
めに、本発明者等は、油圧シリンダにクッション装置を
設けるに当って、ピストンロッドに作用する荷重につい
て鋭意研究を行ったところ、以下に示したような知見を
得ることにより、発明を完成するに至った。而して、本
発明の目的とするところは、ピストンロッドを必要以上
に太径化したり、また格別大掛かりな熱処理を行うこと
なく、クッション装置を設けるために必要な段差の部位
を部分的に強度を向上させて、ピストンロッドの耐久性
を良好に保てるようにすることにある。

【００２０】まず、図５に示したように、ピストンロッ
ド３に大きな慣性負荷Ｆが作用している状態において、
ピストンロッド３を伸長させるためにボトム室５に負荷
Ｆに打ち勝つだけの圧力を作用させると、この圧力がピ
ストン２の受圧面２ａに対して矢印方向に作用すること
になり、この結果、ピストンロッド３には軸線方向に圧
縮される方向の荷重が作用する。逆に、伸長しているピ
ストンロッド３を縮小させる際にはロッド室６内に圧力
を作用させるが、この結果、ピストン２のロッド室６側
の受圧面２ｂに負荷Ｆに打ち勝つだけの圧力が矢印方向
に作用するから、ピストンロッド３には引っ張り方向の
荷重が作用する。

【００２１】ここで、ピストンロッド３が全長にわたっ
て均一な直径となっておれば、その強度の点であまり大
きな問題とはならないが、ピストンロッド３にはピスト
ン２とクッションリング１１とを装着するために、２つ
の段差ｄ₁ ，ｄ₂ が形成されている。このために、これ
ら段差ｄ₁ ，ｄ₂ の部位に圧縮荷重及び引っ張り荷重に
基づく集中応力が発生する。ここで、慣性負荷Ｆがピス
トンロッド３に作用している状態で、油圧シリンダが伸
長したり、縮小したりすると、ピストン装着部３ｃから
リング嵌合部３ｂへの段差ｄ₁ とリング嵌合部３ｂから
ロッド本体３ａへの段差ｄ₂ とには、それぞれ図６に示
した応力が作用することになる。同図において、点線は
段差ｄ₁ での集中応力を示し、また段差ｄ₂ における集
中応力を実線で示す。

【００２２】ここで、ピストン２は段差ｄ₁ とナット４
との間に挾持されており、強力な締め付け力によりピス
トン２は段差ｄ₁ に圧接されている。従って、段差ｄ₁
に作用する荷重としては、この圧接力の分だけ初期的に
引っ張り力が作用した状態となっており、この部位での
荷重値そのものは高いが、油圧シリンダの作動時におけ
る油圧による応力の変動幅は比較的小さい。これに対し
て、クッションリング１１に一方向流路を形成できるよ
うに構成したことによって、段差ｄ₂ の部位には格別の
外力が作用していないから、油圧シリンダの作動時に作
用する油圧による圧縮荷重及び引っ張り荷重により、こ
の段差ｄ₂ の部位に作用する圧縮時の応力と、引っ張り
時の応力との変動幅は大きくなり、しかも慣性負荷が大
きければ大きいほど、応力の変動幅は極めて大きくな
る。

【００２３】また、ピストンロッド３における段差ｄ₂
の部位に作用するのは、圧縮応力と引っ張り応力だけで
ない。ピストンロッド３を圧縮させる方向に負荷が作用
する際に、通常は、このピストンロッド３には軸線方向
にのみ力が作用するのではなく曲げ方向にも力が働くこ
とになる。ここで、ピストンロッド３の先端はピストン
２に連結されているから、ピストンロッド３に作用する
曲げ力の支点位置はこのピストン２への連結部である。
そしてこのピストンロッド３に大きな負荷で圧縮される
際に曲げ方向の荷重が作用した時に、、ピストンロッド
３に段差があると、この段差部分に応力が集中して、こ
の段差部分で折れ曲げられようとする。ただし、段差が
支点となるピストンの位置乃至その近傍に存在している
場合には、当該の段差は曲げに対する強度は比較的強い
が、支点位置から遠ざかれば遠ざかる程、曲げに対する
強度は低下する。以上のことから、ピストンロッド３に
は２段の段差があるが、最も脆弱なのは段差ｄ₂ の部位
である。

【００２４】そして、段差ｄ₁ はピストン２を固定する
ためのものであるのに対して、段差ｄ₂ はクッション作
用を発揮させるためのものである。従って、ピストン２
から段差ｄ₂ までの距離はクッションストロークに依存
する。ストロークエンドで衝撃がなく、円滑に停止させ
るためには、クッションストロークをある程度は長くす
る必要がある。そうすると、ピストン２から段差ｄ₂ ま
での距離が長くなって、曲げ力が作用した時における強
度が著しく低下してしまう。また、段差ｄ₂ をピストン
２に近づけると、クッション機能が低下することにな
る。

【００２５】以上のように、油圧シリンダに大きな負荷
が作用している状態で伸長させたり、縮小させたりする
動作を繰り返し頻繁に行うと、圧縮及び引っ張り荷重と
曲げ荷重との複合的な荷重の作用によって、油圧シリン
ダのピストンロッド３に２段設けた段差ｄ₁ ，ｄ₂ のう
ちの段差ｄ₂ の部位で金属疲労を起こして、その表面に
亀裂が発生する。そして、このような亀裂が生じたまま
作動を継続すると、やがてはその部分で折損してしまう
という事態が発生する。

【００２６】以上のことから、クッション装置を構成す
るクッションリングを装着するために設けた段差の部位
における表面の強度を部分的に高くすれば、ピストンロ
ッドを太径化させたり、また全体に焼き入れを行ったり
して、油圧シリンダを構成するピストンロッドに必要以
上の強度を持たせなくても良いということになる。

【００２７】

【課題を解決するための手段】従って、本発明において
採用した構成の特徴としては、シリンダ内にピストンロ
ッドに連結したピストンを摺動可能に装着してなり、こ
のピストンの伸長側のストローク端近傍でクッション作
用を発揮させるために、前記シリンダにクッション流路
を形成し、また前記ピストンロッドの途中位置に段差を
設けることにより小径のリング挿嵌部を形成して、この
リング挿嵌部にクッションリングを遊嵌状態に装着し、
このクッションリングには前記ピストンと当接した時
に、このクッションリングの内面からシリンダ内に通じ
る流路を形成したものであって、このピストンロッドに
は、段差を形成する部位にその全周にわたって部分焼き
入れ層を形成する構成としたことにある。

【００２８】ここで、ピストンロッドにおける段差は垂
直壁を有するが、この垂直壁から小径側の外周面への移
行部に凹状に湾曲する曲面面を形成し、部分焼き入れ層
をこの曲面部から垂直壁にかけての部位に設けるのが、
強度向上の観点からさらに好ましい。

【００２９】

【発明の実施の形態】そこで、以下に図１に基づいて本
発明の実施の一形態について説明する。油圧シリンダ及
びこの油圧シリンダに装着されるクッション装置の全体
構成としては、前述した従来技術のものと格別の差はな
いので、同一または均等な構成要素については、それと
同一の符号を付して、その説明は省略するものとする。

【００３０】まず、ピストンロッド３において、クッシ
ョンリング１１が装着されるリング装着部３ｂとロッド
本体３ａとの間に形成される段差Ｄ₂ を、その形状の変
化を緩和するために、垂直壁Ｖからリング装着部３ｂの
外周面Ｒへの移行部を直角に形成するのではなく凹状に
湾曲した形状の曲面部Ｃを形成している。これによっ
て、この部分に急激な変化点を生じさせず、ある程度の
応力の分散が図られることになる。ここで、垂直面Ｖは
クッションリング１１が当接して、一方向流路を閉鎖さ
せるものであるから、垂直面Ｖはクッションリング１１
の端面が確実に当接できるようにするために、ある程度
の幅を有しており、かつこの幅分の面精度は極めて高く
している。

【００３１】しかも、この段差Ｄ₂ の部位には全周にわ
たって部分焼き入れを行うことにより部分焼き入れ層Ｈ
を形成する。ここで、焼き入れは、基本的には、最も応
力が集中する部位である曲面部Ｃに対して行うが、垂直
壁Ｖの部位にはクッションリング１１が圧接されること
から、この垂直壁Ｖの強度を向上するために、この垂直
壁Ｖの部位も部分焼き入れ層Ｈに含ませる。

【００３２】既に説明したように、大きな負荷が作用し
ている状態で油圧シリンダを作動させると、ピストンロ
ッド３には、圧縮，引っ張り，曲げの各荷重が作用する
ことになり段差Ｄ₂ の部位に応力が集中する。しかも、
繰り返し頻繁に圧縮と引っ張りとの交互作用による金属
疲労が生じる。従って、この箇所に焼き入れを行うこと
によって、表面の強度が向上することになり、金属疲労
による表面亀裂の発生を抑制できる。また、クッション
リング１１によるクッション作用を遺憾なく発揮させる
には、段差Ｄ₂ の位置は、ピストンロッド３のピストン
２への連結部からかなりの距離を持たせる必要がある。
このために、段差Ｄ₂ には大きな曲げ力が作用するが、
焼き入れによる強度向上により、座屈のおそれがない。

【００３３】また、段差Ｄ₂ における垂直壁Ｖには、ク
ッションリング１１が当接するが、クッション行程にお
いて、クッション流路１２に連なる作動油流路８とシリ
ンダ１におけるロッド室６との差圧が最大になると、ク
ッションリング１１は極めて強力に垂直壁Ｖに押し付け
られる。しかも、クッションリング１１のこの垂直壁Ｖ
に押し付けられる面は呼び込み用のテーパ部１１ａが形
成されているために、幅が狭くなっている。また、ピス
トンロッド３の縮小時において、クッションリング１１
のクッション流路１２からの抜け出しをより円滑にする
には、一方向流路の流路面積を大きくするために、クッ
ションリング１１の内径をできるだけ大きくする必要が
あり、そうするとクッションリング１１の垂直壁Ｖへの
当接面の面積が著しく制約されることになる。従って、
単位面積当りの面圧が高くなるが、垂直壁Ｖも部分焼き
入れが行われているから、クッションリング１１の押し
付けによる変形や損傷等が生じるおそれはない。この結
果、一方向流路の流路面積を大きくできるようになるか
ら、クッションリング１１のクッション流路１２からの
抜け出しをより円滑に行える。

【００３４】このように、クッションリング１１を有す
るクッション装置を油圧シリンダに装着するに当って、
ピストンロッド３に段差Ｄ₂ を設けたことによる強度低
下を、焼き入れによりより補強しているが、焼き入れ層
Ｈはピストンロッド３の全長のうちの一部分にだけ設け
られている。従って、ピストンロッド３の長さは焼き入
れ処理を行う範囲に全く影響を及ぼさず、油圧シリンダ
のストロークを長くするためにピストンロッド３の全長
が極めて長くなったとしても、焼き入れを行う範囲は変
わらない。この結果、部分焼き入れ処理によるコストア
ップは最小限に抑制できる。

【００３５】以上のように、部分焼き入れを行うことに
よって、ピストンロッド３を太径化させることなく、そ
のピストン２への連結部からある程度離れた位置に段差
Ｄ₂によるリング装着部３ｂを形成して、所望のクッシ
ョン特性を発揮するクッションリング１１を装着できる
ことから、油圧ショベルにおいては、直径が制約される
バケットシリンダ２７ａにクッション装置を装着するこ
とも可能になる。バケットシリンダ２７ａはバケット２
７による掘削時に地面に食い込ませるために、極めて強
力な駆動力が必要となり、土砂をすくい上げる瞬間に
は、急激に負荷が解消されるから、短いサイクルで大き
な圧縮荷重と引っ張り荷重とがピストンロッドに作用す
る。また、地面の締め固めを行う際には、バケット２７
により繰り返し頻繁に衝撃的な荷重を作用させる。従っ
て、バケットシリンダ２７ａにおけるピストンロッドに
は強い圧縮及び引っ張り方向の力が極めて頻繁に作用
し、また同時に曲げ方向にも極めて大きな力が作用す
る。それにも拘らず、バケットシリンダ２７ａの直径に
は制約があるために、そのピストンロッドを太径化して
強度を向上させることはできない。このために、従来は
バケットシリンダ２７ａにはクッション装置を装着でき
ないとされていた。しかしながら、部分焼き入れを行っ
て、段差部分の強度を向上できることから、バケットシ
リンダ２７ａにもクッション装置を装着することができ
るようになり、油圧ショベルの作動時における低騒音
化、振動の抑制等に資するところは極めて大きい。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、クッシ
ョンリングを装着するために設けられるピストンロッド
の段差の箇所に部分焼き入れを行うことによって、その
部位の強度を向上させるようにしているから、ピストン
ロッドを必要以上に太径化したり、また格別大掛かりな
熱処理を行うことなく、この段差の強度が増してピスト
ンロッドの耐久性を良好に保つことができる等の効果奏
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すピストンロッドの要部
断面図である。

【図２】油圧シリンダの全体構成を示す断面図である。

【図３】従来技術によるクッション装置を備えた油圧シ
リンダの要部断面図である。

【図４】クッション装置付き油圧シリンダが用いられる
機械の一例としての油圧ショベルの全体構成図である。

【図５】ピストンロッドに作用する力を示す説明図であ
る。

【図６】ピストンロッドに形成される２つの段差に作用
する応力線図である。

【符号の説明】

１シリンダ２ピスト
ン３ピストンロッド４ボトム
室５ロッド室７，８作
動油流路１１クッションリング１２クッ
ション流路Ｈ部分焼き入れ層Ｃ曲面部Ｒ水平面Ｖ垂直壁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリンダ内にピストンロッドに連結した
ピストンを摺動可能に装着してなり、このピストンの伸
長側のストローク端近傍でクッション作用を発揮させる
ために、前記シリンダにクッション流路を形成し、また
前記ピストンロッドの途中位置に段差を設けることによ
り小径のリング挿嵌部を形成して、このリング挿嵌部に
クッションリングを遊嵌状態に装着し、このクッション
リングには前記ピストンと当接した時に、このクッショ
ンリングの内面からシリンダ内に通じる流路を形成した
ものにおいて、前記ピストンロッドには、前記段差を形
成する部位にその全周にわたって部分焼き入れ層を形成
する構成としたことを特徴とするクッション装置付き油
圧シリンダ。
【請求項２】前記ピストンロッドの段差により形成さ
れる垂直壁から小径側の外周面への移行部に凹状に湾曲
する曲面面を形成し、前記部分焼き入れ層は、この曲面
部から垂直壁にかけての部位に形成されていることを特
徴とする請求項１記載のクッション装置付き油圧シリン
ダ。