(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダチューブにピストンを摺動自在に設けるとともに、シリンダチューブの端部にシリンダヘッドを設け、このシリンダヘッドからピストンに設けたピストンロッドを外方に突出させ、シリンダチューブに形成したシリンダポートから圧力流体を供給したり、あるいはそこから圧力流体を排出することによって、ピストンを往復運動させる一方、上記ピストンロッド側に上記ピストンと隣接させてクッションリングを設けるとともに、シリンダヘッド側に、軸方向に移動可能にした金属製のクッションシールを複数設け、クッション機能発揮時に、上記複数のクッションシールにクッションリングが順次進入する構成にしたことを特徴とするシリンダのクッション構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ピストンのストロークエンドでの衝撃を緩和するためのシリンダのクッション構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリンダのクッション装置として、図３、４に示すものが従来から知られているが、その構造は次のとおりである。
図３に示すように、シリンダチューブ１にピストン２を摺動自在に組み込むとともに、このピストン２にピストンロッド３を設けている。そして、このピストン２によって、シリンダチューブ１内を、シリンダ室４と５に区画している。
しかも、上記ピストンロッド３であってピストン２と隣接する位置に、クッションリング６を固定している。このクッションリング６には、ピストン２とは反対端からピストン側に向かって徐々に浅くなるスリット７を形成している。
【０００３】
また、上記シリンダチューブ１の端部には、シリンダヘッド８をはめ着けているが、このシリンダヘッド８の内周には軸受け９を設けている。そして、上記ピストンロッド３は、この軸受け９に摺動自在に支持されて、シリンダヘッド８から外方に突出する。
なお、図中符号１０は軸受け９よりも内側に設けたシールである。
【０００４】
上記のようにしたシリンダヘッド８の内端には、ホルダー１１を固定するとともに、このホルダー１１の内周には、シリンダヘッド８側から順にカラー１２および金属製のクッションシール１３をはめている。
上記カラー１２は、ホルダー１１に圧入するとともに、一端をシリンダヘッド８の内端にぴったりと接触させている。また、カラー１２の他端、すなわちクッションシール１３との対向面に切欠き１４を形成し、カラー１２の他端にクッションシール１３が当接したときにオリフィスを構成するようにしている。なお、クッションシール１３がカラー１２から離れることによって、この切欠き１４が解放され、オリフィスとしての機能はなくなる。
【０００５】
一方、クッションシール１３は、上記カラー１２とホルダー１１の内端に形成したストッパー１５との間を移動可能にしている。このようにしたクッションシール１３は、ホルダー１１との間で、図４に示すように多少のすき間１６を保つとともに、ピストン２がストロークエンド部分に到達したとき、クッションリング６が進入できる内径を保っている。
また、上記ホルダー１１には、自由流通路１７を形成しているが、この自由流通路１７は、クッションシール１３がストッパー１５に当接しているとき、カラー１２とクッションシール１３との間を介してシリンダ室４とシリンダポート１８とを自由流れの状態で連通させる。
【０００６】
上記のようにして各部材を組み付けているが、実際には次のような部分にかん合すき間ができてしまう。まず、クッションリング６は、ピストンロッド３との間にその組み付け上必要とされるかん合すき間がある。また、軸受け９とピストンロッド３との間にもかん合すき間が生じてしまう。さらに、シリンダチューブ１とピストン２との間にもかん合すき間が生じる。
上記のようなかん合すき間は、各部材の軸心をずらす原因となる。そして、上記した各かん合すき間が総合化されてピストンロッド３が偏心するが、その偏心を吸収するために、クッションシール１３が径方向にある程度動けるようにしている。
【０００７】
もし、クッションシール１３が径方向に一切動けなければ、上記したかん合すき間が総合化されてピストンロッド３が偏心したとき、ピストンのストロークエンド部分で、クッションリング６がクッションシール１３に進入できなくなる。
しかし、上記のようにクッションシール１３が径方向に動ければ、ピストンロッド３の偏心を吸収することができる。
【０００８】
今、ピストン２が図３の状態から、矢印１９方向に移動すると、シリンダ室４内の作動流体は、クッションシール１３とカラー１２の内側を通ってシリンダポート１８から排出される。そして、クッションリング６がクッションシール１３に進入しようとすると、そのときの流体圧でクッションシール１３がカラー１２に押し付けられる。この状態では、自由流通路１７は、クッションシール１３の外周に形成したすき間１６を介して切欠き１４に連通することになる。
【０００９】
上記の状態から図４に示すように、クッションリング６がクッションシール１３内に進入すると、シリンダ室４とシリンダポート１８とは、次の２つの流路を介して連通することになる。
その一つは、クッションシール１３とクッションリング６に形成したスリット７との間を通過する絞り流路と、もう一つは、前記すき間１６および切欠き１４からなるオリフィスを通過する流路とである。
いずれにしても、上記２つの流路は、その流路抵抗が大きいので、その抵抗によってシリンダ室４の圧力が上昇し、その上昇した圧力によってピストン２の移動速度を緩和させ、クッション効果を発揮させる。
【００１０】
また、前記したように組み付け上のかん合すき間は、それが総合化されるとピストンロッド３が偏心するが、その偏心を吸収するために、クッションシール１３が径方向にある程度動けるようにしている。そのために、クッションリング６がクッションシール１３に進入するとき、それらの軸心が完全に一致していないことが多くなる。
【００１１】
しかし、クッションリング６とクッションシール１３との軸心が多少ずれていても、クッションシール１３ががたつきながら、徐々にクッションリング６になじんでいき、最終的には両者の軸心がぴったりと一致するようになる。この原理は、棒をきっちりとした穴に入れるときに、棒を少しがたつかせながら穴に押し込むのと似ている。
【００１２】
一方、ピストン２を上記矢印１９とは反対方向に移動させるときには、シリンダポート１８から圧力流体を供給する。このようにシリンダポート１８から圧力流体を供給すると、その圧力作用で、クッションシール１３がストッパー１５側まで移動する。クッションシール１３がこのように移動すれば、切欠き１４からなるオリフィスが解放されるとともに、カラー１２とクッションシール１３との間および自由流通路１７を介してシリンダ室４とシリンダポート１８とが直接連通することになる。
したがって、シリンダポート１８から供給された圧力流体は、切欠き１４→カラー１２とクッションシール１３との間および自由流通路１７を介してシリンダ室４に供給されるとともに、ピストン２を上記矢印１９とは反対方向に移動させる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようにした従来のクッション構造では、クッション効果を発揮するときに、キャビテーションが発生し、大きな騒音が生じるという問題があった。すなわち、クッションリング６がクッションシール１３を貫通すると、シリンダ室４の高圧は、クッションシール１３とクッションリング６との隙間で構成される絞り流路を介してシリンダポート１８側に流れ込むが、このとき、流体の圧力は、絞り流路を通過することによって徐々に減少する。この絞り流路を通過する流体の圧力と絞り流路の位置との関係を示したグラフが図５である。
【００１４】
このグラフから明らかなように、流体の圧力は、シリンダ室４の圧力Ｐ１を最大にして、絞り流路の長さに比例して徐々に減少していく。そして、クッションシール１３から抜け出す直前の出口部分の圧力がＰ２となる。
一方、シリンダポート１８の圧力は、ほぼタンク圧なので０とすると、出口部分の差圧がＰ２となる。この差圧Ｐ２が小さければ、キャビテーションもほとんど生じない。
【００１５】
ところが、シリンダが大型化した場合には、そのシリンダ室４から絞り流路を介して排出される流量も多くなる。このように絞り通路を通過する流量が多くなると、クッションシール１３によって形成される絞り流路だけでは、出口付近の圧力Ｐ２を十分に低減することができなくなる。そのため、出口付近での差圧Ｐ２が大きくなり、そこにキャビテーションが生じる。その結果、キャビテーションが原因で、大きな騒音が発生するという問題があった。
【００１６】
ここで、クッションシール１３の軸線方向長さを長くすれば、キャビテーションの発生を防止することができる。なぜなら、絞り流路を長くすれば、この絞り流路の長さに比例して圧力が減少するので、出口付近の差圧を十分小さくでき、このように差圧を十分小さくすれば、キャビテーションも発生しないからである。
しかし、クッションシールの軸線方向長さを長くすると、クッションシール１３の質量が増加して、クッションシール１３の剛性も高くなり、それが変形しにくくなる。このようにクッションシール１３の質量が増加して、しかもそれが変形しにくくなると、クッションリング６が進入するときに、このクッションリング６がクッションシール１３にぶつかって、大きな衝突音が発生する。つまり、クッションシール１３の軸線方向の長さをただ長くしただけでは、別の部分で大きな騒音が発生する。
この発明の目的は、キャビテーションの発生を抑えることができ、しかも、衝突音が大きくなったりしないシリンダのクッション構造を提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、シリンダチューブにピストンを摺動自在に設けるとともに、シリンダチューブの端部にシリンダヘッドを設け、このシリンダヘッドからピストンに設けたピストンロッドを外方に突出させ、シリンダチューブに形成したシリンダポートから圧力流体を供給したり、あるいはそこから圧力流体を排出することによって、ピストンを往復運動させる一方、上記ピストンロッド側に上記ピストンと隣接させてクッションリングを設けるとともに、シリンダヘッド側に、軸方向に移動可能にした金属製のクッションシールを複数設け、クッション機能発揮時に、上記複数のクッションシールにクッションリングが順次進入する構成にしたことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１に示す実施例は、ホルダー１１の内周に、２つのクッションシール２０，２１を組み込んだ点と、カラー２２の形状を変更した点とに特徴を有するものである。
また、ホルダー１１のシリンダ室４側には、切り欠き２５を形成しているが、シリンダの構成自体については前記従来例と同じである。
したがって、以下では、クッションシール２０，２１およびカラー２２を中心に説明し、従来と同じ構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００１９】
図示するように、ホルダー１１の内周には、クッションシール２０とクッションシール２１とを組み込んでいる。これら２つのクッションシール２０，２１は、従来のクッションシール１３と全く同じものであり、軸線方向の長さも全く同じにしている。
一方、カラー２２は、その軸線方向長さを従来よりも短くして、ホルダー１１の内周に、クッションシール２０，２１を２つ組み込むだけのスペースを形成している。また、上記２つのクッションシール２０，２１を、軸線方向に移動可能にもしている。
なお、上記カラー２２には、従来と同じく切り欠き２３を形成している。
【００２０】
次に、この実施例の作用について説明する。ただし、クッションリング６がクッションシール２０，２１から抜け出すときの作用については前記従来例とほとんど同じなので、以下では、クッション効果が発揮されるときの作用、すなわち、クッションリング６がクッションシール２０，２１に進入したときの作用についてのみ説明する。
【００２１】
クッションリング６の先端が、クッションシール２０に進入すると、シリンダ室４の圧力が上昇し、クッション効果が発揮される。そして、図示するように、クッションリング６が２つのクッションシール２０，２１を貫通したときのシリンダ室４内の圧力をＰ１とすると、このシリンダ室４内の圧力Ｐ１の流体は、クッションリング６とクッションシール２０，２１との隙間によって形成される絞り流路を通過する過程で減少する。そして、この絞り流路を通過する流体の圧力と、絞り流路の位置との関係を図２に示す。
【００２２】
図示するように、シリンダ室４から排出される流体の圧力は、まず、クッションシール２０によって形成される絞り流路ａによってＰ２まで減少する。そして、このＰ２の流体圧は、クッションシール２１によって形成される絞り流路ｂによってさらに減少し、出口付近でＰ３となる。
この圧力Ｐ３というのは、上記圧力Ｐ２のほぼ半分となっている。
このように絞り流路の出口付近の流体圧を半分まで減少させれば、この出口付近での差圧を十分小さくできる。
したがって、クッション効果を発揮させるときに、キャビテーションの発生を防止でき、それによって騒音が発生することもない。
【００２３】
また、この実施例によれば、個々のクッションシールの質量も剛性も従来と変わらないので、クッションシールにクッションリングが進入するときに、衝突音が大きくなったりしない。つまり、この実施例は、２つのクッションシール２０，２１を用いることによって、キャビテーションの発生を防止するとともに、これらクッションシール２０，２１にクッションリング６が進入するときの衝突音の増加も防止できる。
【００２４】
なお、上記実施例では、クッションシール２０，２１を２つ用いたが、これらクッションシール２０，２１の数は、シリンダの大きさに応じて決めればいい。例えば、さらに大型のシリンダの場合には、クッションシールを３つ用いれば、それだけ絞り流路の出口付近の差圧を小さくできる。したがって、キャビテーションによる騒音を防止できる。
【００２５】
【発明の効果】
この発明によれば、クッションシールを複数組み込んだので、このクッションシールによって構成される絞り通路の出口付近の流体圧を、十分に低減することができる。
したがって、この出口付近で生じるキャビテーションを防止でき、騒音が発生することもない。
また、個々のクッションシールが変形しにくくなることもないので、これらクッションシールにクッションリングが進入するときに、衝突音が増加することもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の要部断面図である。
【図２】クッションシール２０，２１とクッションリング６との間で形成される絞り流路を通過する流体の圧力と、この絞り流路の位置との関係を示したグラフである。
【図３】従来例の断面図である。
【図４】従来例を示す拡大断面図であり、クッションリング６がクッションシール１３に進入した状態を示す図である。
【図５】クッションシール１３とクッションリング６と間で形成される絞り流路を通過する流体の圧力と、この絞り流路の位置との関係を示したグラフである。
【符号の説明】
１    シリンダチューブ
２    ピストン
３    ピストンロッド
６    クッションリング
８    シリンダヘッド
１８    シリンダポート
２０    クッションシール
２１    クッションシール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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