(57)【要約】【課題】溶接部における応力集中を緩和し、耐久性を向上させることができるセンサ付き流体シリンダを提供する。【解決手段】流体シリンダ１０は、円筒状のシリンダチューブ１１の一端にシリンダボトム１２が連結され、他端にシリンダヘッド２０が連結されて構成される。シリンダチューブ１１内には往復動するピストン２２が挿嵌されている。シリンダボトム１２内にはピストン２２の位置を検出するためのセンサ本体３５が配置され、そのセンサ本体３５から延びるセンサロッド３９がピストンロッド２３の挿入穴４０内に延びている。ピストン２２の内周面には、センサを構成するマグネット４６がセンサロッド３９に対向するように固着されている。前記シリンダボトム１２は有底円筒状に形成され、そのシリンダボトム１２の開口端部とシリンダチューブ１１の一端部が円環状の溶接部１３により連結されている。【選択図】図１
2017115905.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のシリンダチューブと、該シリンダチューブの一端に連結されるシリンダボトムと、シリンダチューブの他端に連結されるシリンダヘッドと、前記シリンダチューブ内に挿嵌されて往復動するピストンと、該ピストンに連結されてシリンダヘッドから突出するピストンロッドと、シリンダチューブ内でピストンにより区分された往動用流体室及び復動用流体室を有するとともに、シリンダボトム及びシリンダチューブ内にはピストンの位置を検出するためのセンサを備えたセンサ付き流体シリンダであって、
前記シリンダボトムを有底筒状に構成し、そのシリンダボトムの開口端部とシリンダチューブの一端部を環状の溶接部により連結したセンサ付き流体シリンダ。
【請求項２】
前記シリンダボトムの筒部をシリンダチューブの周壁より厚く形成し、シリンダボトムの開口端部の内周部にはシリンダボトムの軸線方向に延びる係合突出部を設け、該係合突出部にシリンダチューブの一端部が嵌合されている請求項１に記載のセンサ付き流体シリンダ。
【請求項３】
前記シリンダボトムの開口端部の係合突出部の基端部より外周部とシリンダチューブの一端部にそれぞれ端部側ほど縮径する傾斜面又は凹状面を設け、それらの傾斜面又は凹状面により形成される溝部に溶接部を設けた請求項２に記載のセンサ付き流体シリンダ。
【請求項４】
前記シリンダボトムの係合突出部とシリンダチューブの内周面との間には、ピストンが係合されて位置決めされる係合段差が設けられている請求項２又は請求項３に記載のセンサ付き流体シリンダ。
【請求項５】
前記シリンダボトム内にはセンサ本体が固定され、該センサ本体から延びるセンサロッドがピストンロッドの挿入穴内に挿入されるとともに、ピストンの内周部にはセンサロッドと対向するようにセンサを構成するマグネットが装着されている請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のセンサ付き流体シリンダ。
【請求項６】
前記ピストンロッドの没入状態で、ピストンはシリンダボトム内とシリンダチューブ内に跨って配置されている請求項５に記載のセンサ付き流体シリンダ。
【請求項７】
前記シリンダボトムの内周面にはシリンダボトムの内奥部側が縮径する位置決め段部が設けられ、該位置決め段部にセンサ本体が係合されて位置決めされるとともに、位置決め段部にセンサ本体が位置決めされた状態で、センサ本体よりもシリンダヘッド側におけるシリンダボトム内周面にはシリンダボトムの内奥部側ほど縮径するテーパ面が設けられている請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のセンサ付き流体シリンダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばフォークリフト、トラクター等の車両、工作機械、医療器械等の広範な分野で機械部品として使用されるセンサ付き流体シリンダに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、流体シリンダとしての油圧シリンダは、ピストンロッドの端部に連結されたピストンを収容するシリンダチューブの一端部がヘッドカバー（又はシリンダボトム）に対して溶接されて構成されている。しかしながら、シリンダチューブの端部とヘッドカバーとの接合部には応力集中が生じやすいことから、油圧シリンダの耐久性に欠けるという欠点があった。
【０００３】
また、油圧シリンダのピストンロッドのストローク位置を検出するためにセンサが装着される場合があるが、そのようなセンサやセンサ部品はシリンダチューブの外部に設けられるのが一般的である。このため、斯かる油圧シリンダはその径方向や軸線方向に長くなり、大型化しやすいという欠点があった。
【０００４】
この種の油圧シリンダが例えば特許文献１に開示されている。すなわち、この油圧シリンダは、ヘッドカバーとシリンダチューブとの溶接部と一定距離をおいた位置を中心とするシリンダチューブ表層部に環状溶融凝固部を設けたものである。この環状溶融凝固部に発生する縮径力と、溶接部までの距離との関係によるモーメントに基づく圧縮応力とにより、前記溶接部を保護することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２５７２３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記特許文献１に記載されている従来構成の油圧シリンダにおいては、ヘッドカバーとシリンダチューブとの溶接部に作用する応力を低減させることができる。しかしながら、筒状のシリンダチューブと平盤状のヘッドカバーとの溶接部が油圧シリンダの隅部に位置していることから、その隅部には油圧シリンダの稼働時におけるシリンダチューブ内の内圧変化により繰り返し応力が集中する。このため、斯かる溶接部は損傷を受ける可能性が高く、油圧シリンダの耐久性が低下するという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明の目的とするところは、溶接部における応力集中を緩和し、耐久性を向上させることができるセンサ付き流体シリンダを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明のセンサ付き流体シリンダは、筒状のシリンダチューブと、該シリンダチューブの一端に連結されるシリンダボトムと、シリンダチューブの他端に連結されるシリンダヘッドと、前記シリンダチューブ内に挿嵌されて往復動するピストンと、該ピストンに連結されてシリンダヘッドから突出するピストンロッドと、シリンダチューブ内でピストンにより区分された往動用流体室及び復動用流体室を有するとともに、シリンダボトム及びシリンダチューブ内にはピストンの位置を検出するためのセンサを備えたセンサ付き流体シリンダであって、前記シリンダボトムを有底筒状に構成し、そのシリンダボトムの開口端部とシリンダチューブの一端部を環状の溶接部により連結したものである。
【０００９】
前記シリンダボトムの筒部をシリンダチューブの周壁より厚く形成し、シリンダボトムの開口端部の内周部にはシリンダボトムの軸線方向に延びる係合突出部を設け、該係合突出部にシリンダチューブの一端部が嵌合されていることが好ましい。
【００１０】
前記シリンダボトムの開口端部の係合突出部の基端部より外周部とシリンダチューブの一端部にそれぞれ端部側ほど縮径する傾斜面又は凹状面を設け、それらの傾斜面又は凹状面により形成される溝部に溶接部を設けることが好ましい。
【００１１】
前記シリンダボトムの係合突出部とシリンダチューブの内周面との間には、ピストンが係合されて位置決めされる係合段差が設けられていることが好ましい。
前記シリンダボトム内にはセンサ本体が固定され、該センサ本体から延びるセンサロッドがピストンロッドの挿入穴内に挿入されるとともに、ピストンの内周部にはセンサロッドと対向するようにセンサを構成するマグネットが装着されていることが好ましい。
【００１２】
前記ピストンロッドの没入状態で、ピストンはシリンダボトム内とシリンダチューブ内に跨って配置されていることが好ましい。
前記シリンダボトムの内周面にはシリンダボトムの内奥部側が縮径する位置決め段部が設けられ、該位置決め段部にセンサ本体が係合されて位置決めされるとともに、位置決め段部にセンサ本体が位置決めされた状態で、センサ本体よりもシリンダヘッド側におけるシリンダボトム内周面にはシリンダボトムの内奥部側ほど縮径するテーパ面が設けられていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のセンサ付き流体シリンダによれば、溶接部における応力集中を緩和し、耐久性を向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）はセンサ付き流体シリンダを示す要部破断正面図、（ｂ）は（ａ）の１ｂ−１ｂ線における断面図。
【図２】（ａ）はシリンダボトムの開口端部にシリンダチューブの端部を溶接部で連結した状態を示す断面図、（ｂ）は（ａ）の２ｂ−２ｂ線における断面図。
【図３】ピストンロッドを示す断面図。
【図４】シリンダヘッドを示す断面図。
【図５】ピストンを示す断面図。
【図６】センサを構成するマグネットを示す断面図。
【図７】センサ本体にセンサロッド及びセンサ取付部を取付けた状態を示す正面図。
【図８】ピストンロッドにシリンダヘッド及びピストンを装着する状態を示す断面図。
【図９】シリンダチューブ及びシリンダボトム内にセンサロッド及びセンサ取付部を取付けたセンサ本体を装着する状態を示す説明図。
【図１０】シリンダヘッド及びピストンが装着されたピストンロッドを、センサロッド及びセンサ取付部を有するセンサ本体が組み込まれたシリンダチューブ及びシリンダボトム内に装着する状態を示す断面図。
【図１１】シリンダ駆動装置全体を示す概略説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図１〜図１１に基づいて詳細に説明する。
図１（ａ）、（ｂ）及び図２（ａ）、（ｂ）に示すように、センサ付き流体シリンダ（以下、単に流体シリンダともいう）１０を構成するシリンダチューブ１１は、略円筒状に形成されている。このシリンダチューブ１１の一端には、有底円筒状に形成されたシリンダボトム１２の開口端部が円環状の溶接部１３により連結されている。すなわち、シリンダチューブ１１の一端部には端部側ほど縮径する傾斜面１４が設けられるとともに、シリンダボトム１２の開口端部には端部側ほど縮径する凹状面１５が設けられ、これらの傾斜面１４及び凹状面１５により形成される溝部１６に前記溶接部１３が設けられている。
【００１６】
前記シリンダボトム１２の筒部１２ａはシリンダチューブ１１の周壁１１ａよりも厚く形成されている。そして、シリンダボトム１２の開口端部の内周部には円環状の係合突出部１７が設けられ、該係合突出部１７の外周部にシリンダチューブ１１の一端部が嵌合されている。この嵌合構成により、シリンダチューブ１１とシリンダボトム１２との連結性、同軸性及び密閉性を高めるようになっている。前記シリンダボトム１２の外端面には、流体シリンダ１０を他部材へ取付けるための取付孔１８を有する取付部１９が突設されている。
【００１７】
図１（ａ）、（ｂ）及び図４に示すように、前記シリンダチューブ１１の他端部には、略円筒状をなすシリンダヘッド２０が螺合されるとともに、シリンダチューブ１１とシリンダヘッド２０との間には複数のシール部材２１が介装されている。
【００１８】
図１（ａ）、（ｂ）、図３及び図５に示すように、前記シリンダチューブ１１内には略円筒状をなすピストン２２が挿嵌され、シリンダチューブ１１内を往復動する。このピストン２２の外端側の内周にはピストンロッド２３の一端が螺合され、ピストンロッド２３の他端はシリンダヘッド２０から外部へ突出している。ピストンロッド２３の他端には流体シリンダ１０を他部材へ取付けるための取着孔２４を有する取着部２５が突設されている。シリンダヘッド２０の内周部には複数のシールリング２６が装着され、シリンダヘッド２０とピストンロッド２３との間をシールしている。
【００１９】
前記シリンダチューブ１１又はシリンダボトム１２内の空間が、ピストン２２によりシリンダボトム１２側の往動用流体室２７とシリンダヘッド２０側の復動用流体室２８とに区分されている。これらの往動用流体室２７及び復動用流体室２８には、油、空気等の流体が収容される。シリンダボトム１２の筒部１２ａには流体用通路２９が開口され、該流体用通路２９には継手３０を介して往動用パイプ３１が接続されている。一方、シリンダチューブ１１の周壁１１ａにも流体用通路３２が開口され、該流体用通路３２には継手３３を介して復動用パイプ３４が接続されている。
【００２０】
図１（ａ）、（ｂ）及び図７に示すように、前記シリンダボトム１２内にはセンサ本体３５がその内端部を、シリンダボトム１２内周の内奥部側が縮径する位置決め段部３６に係合した状態で位置決め保持されている。センサ本体３５の外周面にはＯリング３７が装着され、センサ本体３５とシリンダボトム１２との間をシールしている。センサ本体３５よりシリンダヘッド２０側のシリンダボトム１２内周にはシリンダボトム１２の内奥部側ほど縮径するテーパ面３８が形成され、シリンダボトム１２内へのセンサ本体３５の挿入を容易にするとともに、Ｏリング３７の損傷を抑制している。センサ本体３５の外端面の中心部には、センサロッド３９がセンサ本体３５の軸心方向へ延びるように突出形成されている。
【００２１】
このセンサロッド３９は、ピストンロッド２３の中心部にその軸線方向に延びるように穿設された挿入穴４０に挿入されている。前記センサ本体３５の内奥部には複数の電気的な接続線４１の一端が接続され、その他端がセンサ取付部４３に接続されている。このセンサ取付部４３はシリンダボトム１２の筒部１２ａに開口された装着孔４４に嵌合され、そのセンサ取付部４３から前記接続線４１が引き出されている。
【００２２】
図１（ａ）、（ｂ）、図５及び図６に示すように、前記ピストン２２のシリンダボトム１２側の内周面には、センサを構成する円環状のマグネット４６がセンサロッド３９と対向するように固着されている。前記センサ本体３５、センサロッド３９、マグネット４６等によりセンサが構成されている。そして、ピストン２２の移動によりマグネット４６とセンサロッド３９との位置関係が相対的に変化し、その変化に対応してセンサがピストン２２の位置を検出できるように構成されている。
【００２３】
図１１に示すように、前記往動用パイプ３１及び復動用パイプ３４はポンプ４８に接続され、流体タンク４７内の流体がポンプ４８により押し出されて往動用流体室２７又は復動用流体室２８に供給されるようになっている。このポンプ４８にはサーボモータ４９が接続されるとともに、前記接続線４１は制御装置５０に接続され制御される。そして、センサによって検出されたピストン２２の位置情報に基づいてサーボモータ４９の回転が制御され、ピストン２２の往復動の速度を調節できるように構成されている。
【００２４】
図１に示すように、前記ピストンロッド２３の没入状態でピストン２２の中間部外周面の係合突部２２ａは、前記シリンダボトム１２の係合突出部１７とシリンダチューブ１１の内周面との係合段差５１に係合している。この状態は、ピストン２２がシリンダチューブ１１内の最も内端側に位置する状態である。このようなピストンロッド２３の没入状態で、ピストン２２はシリンダボトム１２内からシリンダチューブ１１内に跨って配置されている。図１の二点鎖線に示すように、ピストン２２の外端面がシリンダヘッド２０に当接した状態が、ピストン２２の最も外端側に位置する状態である。
【００２５】
前記シリンダチューブ１１、シリンダボトム１２、シリンダヘッド２０等は、鋼鉄等の金属材料により形成されている。
次に、前記流体シリンダ１０の組付け方法について説明する。
【００２６】
まず、図８に示すように、ピストンロッド２３に対してその内端側（図８の右側）からシリンダヘッド２０を嵌挿してピストンロッド２３の外端側まで摺動させた後、ピストン２２を嵌挿してピストンロッド２３の端部にねじ止めする。図５の二点鎖線に示すように、ピストン２２の内周面にはマグネット４６を固着する。
【００２７】
一方、図９に示すように、センサロッド３９を有するセンサ本体３５をシリンダボトム１２内へセンサ本体３５側から挿入する。このとき、図９の二点鎖線に示すように、センサ取付部４３をセンサ本体３５の軸線方向に延してシリンダボトム１２内へ挿入する。そして、そのセンサ取付部４３をシリンダボトム１２の装着孔４４から引き出すようにして装着孔４４に取付ける。
【００２８】
続いて、図１０に示すように、シリンダヘッド２０及びピストン２２が嵌挿されたピストンロッド２３をシリンダチューブ１１内へ挿入し、シリンダヘッド２０をシリンダチューブ１１の外端部に螺合する。このとき、センサロッド３９がピストンロッド２３の挿入穴４０内へ挿入される。そして、ピストンロッド２３を図１に示す位置まで挿入することにより、流体シリンダ１０の組付けが完了する。
【００２９】
次に、前記のように構成されたセンサ付き流体シリンダ１０について作用を説明する。
さて、図１に示すように、本実施形態の流体シリンダ１０は、そのシリンダボトム１２が有底円筒状に形成され、シリンダボトム１２の開口端部とシリンダチューブ１１の一端部が円環状の溶接部１３により連結されている。すなわち、シリンダボトム１２の筒部１２ａの円筒部分とシリンダチューブ１１の周壁１１ａの円筒部分とが溶接部１３で接合されている。
【００３０】
このため、流体シリンダ１０の使用中に流体シリンダ１０に応力が作用したとき、その応力はシリンダボトム１２の隅部（コーナ部）に集中しやすく、円筒部には集中しにくい。その結果、シリンダボトム１２の筒部１２ａの円筒部分とシリンダチューブ１１の周壁１１ａの円筒部分に設けられた溶接部１３には応力の集中が回避される。従って、流体シリンダ１０の溶接部１３における初期の接合状態及び接合強度が長期に亘って保持される。
【００３１】
また、シリンダチューブ１１及びシリンダボトム１２内にはピストン２２の位置を検出するためのセンサが設けられている。すなわち、センサ本体３５がシリンダボトム１２内に設けられ、そのセンサ本体３５から延びるセンサロッド３９がピストンロッド２３の挿入穴４０に挿入されるとともに、ピストン２２にはマグネット４６が装着されている。
【００３２】
このため、シリンダチューブ１１やシリンダボトム１２に外力が作用しても、センサはシリンダチューブ１１又はシリンダボトム１２によって保護される。加えて、シリンダチューブ１１やシリンダボトム１２の外部にセンサが突出していないことから、流体シリンダ１０を極力小さく形成することができる。
【００３３】
そして、往動用流体室２７内と復動用流体室２８内の流体の流出入に応じてピストン２２が往復動する。このとき、ピストン２２の位置がセンサで検出され、ピストン２２の移動速度が制御される。例えば、ピストン２２の移動停止直前にその速度が減速される。
【００３４】
以上の実施形態によって発揮される効果を以下にまとめて記載する。
（１）本実施形態の流体シリンダ１０は、そのシリンダボトム１２を有底円筒状に形成し、シリンダボトム１２の開口端部とシリンダチューブ１１の一端部を円環状の溶接部１３により連結し、かつシリンダボトム１２及びシリンダチューブ１１内にはピストン２２の位置を検出するセンサを備えている。
【００３５】
そのため、溶接部１３をシリンダボトム１２の隅に設けた場合に比べ、溶接部１３に働く応力集中を低減させることができる。さらに、センサがシリンダチューブ１１及びシリンダボトム１２の内部に設けられていることから、センサに外力が作用することを回避できると同時に、流体シリンダ１０を小さく設計することができる。加えて、シリンダボトム１２の外端面に取付孔１８を有する取付部１９を設けることができ、その取付部１９にシリンダクレビス等を取付けることができる。
【００３６】
従って、本実施形態のセンサ付き流体シリンダ１０によれば、溶接部１３における応力集中を緩和し、耐久性を向上させることができるという効果を奏する。
（２）前記シリンダボトム１２の開口端部の内周部にはシリンダボトム１２の軸線方向に延びる係合突出部１７が設けられ、該係合突出部１７にシリンダチューブ１１の一端部が嵌合されている。このため、シリンダボトム１２の開口端部とシリンダチューブ１１の一端部との連結を容易かつ強固に行うことができるとともに、シリンダボトム１２とシリンダチューブ１１の軸線を容易に一致させることができ、かつシリンダボトム１２の係合突出部１７にピストン２２の係合突部２２ａを係合させて位置決めすることができる。
【００３７】
（３）前記シリンダボトム１２の開口端部とシリンダチューブ１１の一端部にそれぞれ端部側ほど縮径する傾斜面１４又は凹状面１５を設け、その傾斜面１４又は凹状面１５により形成される溝部１６に溶接部１３を設けた。従って、溶接部１３のための十分な空間を形成することができ、溶接部１３における接合強度を確保することができる。
【００３８】
（４）前記シリンダボトム１２の係合突出部１７とシリンダチューブ１１の内周面との間には、ピストン２２が係合されて位置決めされる係合段差５１が設けられている。そのため、ピストン２２の最も内端側の位置を決定できるとともに、往動用流体室２７を形成でき、かつセンサ本体３５をシリンダボトム１２内に収容するための位置決め段部３６を設けることができる。
【００３９】
（５）前記シリンダボトム１２内にはセンサ本体３５が固定され、該センサ本体３５から延びるセンサロッド３９がピストンロッド２３の挿入穴４０内に挿入されるとともに、ピストン２２の内周部にはセンサを構成するマグネット４６が装着されている。このため、ピストン２２の移動に伴うマグネット４６とセンサロッド３９との位置関係に基づいてピストン２２の位置を精度良く検出することができる。
【００４０】
（６）前記ピストンロッド２３の没入状態で、ピストン２２はシリンダボトム１２内からシリンダチューブ１１内に跨って配置されている。そのため、ピストン２２に装着されるマグネット４６をセンサ本体３５に近づけることが可能になり、流体シリンダ１０の全長を短くし、小型化を図ることができる。
【００４１】
（７）前記シリンダボトム１２の内周面にはシリンダボトム１２の内奥部側が縮径する位置決め段部３６が設けられ、該位置決め段部３６にセンサ本体３５が係合されて位置決めされている。さらに、位置決め段部３６にセンサ本体３５が位置決めされた状態で、センサ本体３５よりもシリンダヘッド２０側のシリンダボトム１２内周面にはシリンダボトム１２の内奥部側ほど縮径するテーパ面３８が設けられている。
【００４２】
従って、位置決め段部３６によりセンサ本体３５を容易に位置決めできるとともに、テーパ面３８によりセンサ本体３５の組付けを容易かつ速やかに行うことができる。
（８）前記センサ本体３５は、溶接部１３から離間したシリンダボトム１２内に配置されている。このため、溶接によるシリンダボトム１２の形状歪みの影響を受けることなく、真円状のシリンダボトム１２内にセンサ本体３５が配置され、センサロッド３９をシリンダボトム１２の軸線方向に沿って延出することができ、センサ本体３５への影響を極力抑えることができる。
【００４３】
なお、前記実施形態を次のように変更して具体化することも可能である。
・前記シリンダボトム１２の筒部１２ａを前記実施形態より短く設定し、流体シリンダ１０の全長が短くなるように構成してもよい。
【００４４】
・前記溝部１６を形成する傾斜面１４をシリンダボトム１２の端部に形成し、凹状面１５をシリンダチューブ１１の端部に形成してもよい。或いは、溝部１６を２つの傾斜面１４で構成したり、２つの凹状面１５で構成したりしてもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１０…センサ付き流体シリンダ、１１…シリンダチューブ、１２…シリンダボトム、１３…溶接部、１４…傾斜面、１５…凹状面、１６…溝部、１７…係合突出部、２０…シリンダヘッド、２２…ピストン、２３…ピストンロッド、２７…往動用流体室、２８…復動用流体室、３５…センサを構成するセンサ本体、３６…位置決め段部、３８…テーパ面、３９…センサを構成するセンサロッド、４０…挿入穴、４６…センサを構成するマグネット、５１…係合段差。
【図１】
2017115905.tif 000003
【図２】
2017115905.tif 000004
【図３】
2017115905.tif 000005
【図４】
2017115905.tif 000006
【図５】
2017115905.tif 000007
【図６】
2017115905.tif 000008
【図７】
2017115905.tif 000009
【図８】
2017115905.tif 000010
【図９】
2017115905.tif 000011
【図１０】
2017115905.tif 000012
【図１１】
2017115905.tif 000013