(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダチューブと、シリンダチューブに摺動自在に組み込んだピストンと、ピストンに固定したピストンロッドとを備え、ピストンロッドをシリンダチューブの端部で支持しながらシリンダチューブから突出させ、このピストンロッドに圧縮加重が作用する構成にしたシリンダ装置において、シリンダチューブの内径Ｄｓと、ピストンロッドの外径Ｄｐと、ピストンとシリンダチューブ端部の支持位置との間におけるピストンロッドの長さＬと、ピストンが最大に傾いた状態でのシリンダチューブの内周面との間の最大クリアランスをδとし、ピストンの摺動部分の軸方向長さをａとしたとき、２（Ｄｓ−Ｄｐ）／Ｌが、δ／ａよりも大きくなる関係にし、ピストンが最大に傾いたときピストンロッドのたわみを規制する構成にしたシリンダ装置。
【請求項２】
Ｌ／Ｄｐ＞２５となっている状況で、２(Ｄｓ−Ｄｐ)／Ｌ＞δ／ａの関係を持たせたことを特徴とする請求項１記載のシリンダ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、主にクレーンのブームを伸縮させるのに用いられるシリンダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３、４は、クレーンのブームを伸縮させるのに用いられるシリンダ装置Ｓを示す。
図３に示すように、クレーンのブームは、第１、２ブーム１、２がテレスコピック状にスライドするようにしたものである。つまり、第１ブーム１の内側に第２ブーム２を摺動自在に組み込み、この第２ブーム２の内側にシリンダ装置Ｓを設けている。
【０００３】
上記シリンダ装置Ｓは、先端にピストン３を固定したピストンロッド４と、ピストン３を摺動自在に組み込んだシリンダチューブ５とからなる。そして、ピストンロッド４をシリンダチューブ５後端のフランジ部６に貫通させて、このピストンロッド４の後端を、第１ブーム１の底部側に固定している。また、シリンダチューブ５後端のフランジ部６を、支持部１２を介して第２ブーム２の内周面に固定している。
【０００４】
このようにしたブームでは、シリンダチューブ５内に形成される圧力室７に圧力が導かれると、シリンダチューブ５がピストンロッド４に対して移動する。そして、シリンダチューブ５が移動すれば、このシリンダチューブ５に連結する第２ブーム２が第１ブーム１から突出することになる。
【０００５】
上記ブームでは、第２ブーム２を第１ブーム１内にテレスコピック状に収納することから、このブーム全体の径を抑えようとすると、第２ブーム２の内部空間を狭くせざるを得ない。そのため、この狭くせざるを得ない第２ブーム２内に収納するシリンダ装置Ｓについても、できるだけ細くすることが要求される。そして、シリンダ装置Ｓを細くしようとすると、シリンダチューブ５の径を小さくしなければならず、結局はピストンロッド４を細長くしなければならない。
また、軽量化を図る点からも、ピストンロッド４を太くすることは望ましくないといえる。
【０００６】
しかし、ピストンロッド４が細長くなると、このピストンロッド４は、それだけ撓みやすくなってしまう。そして、このピストンロッド４の撓みは、次に詳述するが、ブームを伸ばした状態よりも、ブームを縮めた状態において大きく発生することが多い。
【０００７】
すなわち、ブームを伸ばした状態では、長くなった分だけモーメントが大きくなることから、吊り荷重量Ｗが大きくなると、クレーン自体が不安定になったり、ブームが曲がったりするおそれが生じてしまう。
そのため、現実には、ブームを伸ばしているときは、最大定格荷重よりずっと低い範囲での吊り荷重量Ｗの制限が行わる。そして、その制限範囲内においては、ピストンロッド４に作用する圧縮荷重は小さいので、ピストンロッド４の撓みが問題となるようなことはほとんどない。
【０００８】
上記のようにブームを伸ばした状態よりも、むしろ、ブームを縮めた状態においてピストンロッド４の撓みが問題となってしまう。
ブームが縮んだ状態では、図３に示すように、ピストンロッド４の両端付近がフランジ部６とピストン３とによって支持されることになり、その間の長さＬが長くなる。そのため、ピストンロッド４には、その自重によって撓みが発生してしまう。
【０００９】
また、丸棒からなるピストンロッド４の相当細長比Ｌ／ｋについて、
Ｌ／ｋ＝４Ｌ／Ｄｐ＞１００＝Ｌ／Ｄｐ＞２５
ただし、            ｋ：断面二次半径
Ｄｐ：ピストンロッド４の外径
の関係があるとき、このピストンロッド４には座屈といった現象が生じる。すなわち、上記長さＬが長くなると、オイラーの式が適用されるようになり、ピストンロッド４に作用する圧縮加重がある値を超えると、ピストンロッド４が急に側方に撓み始め、その圧縮加重が増加すると撓みも大きく増大してしまう。
【００１０】
そして、ブームを縮めた状態では、上記ブームを伸ばした状態と異なり、モーメントが小さいことから、クレーン自体が不安定になったり、ブームが曲がったりするといったおそれが少ない。そのため、吊り荷重量Ｗの制限は行われず、最大定格荷重付近の吊り荷重量Ｗを吊り下げる状況が多くなる。そして、吊り荷荷重Ｗが大きくなれば、ピストンロッド４には、圧力室７の圧力を介して大きな圧縮荷重が作用することになり、上記座屈現象によってピストンロッド４に大きな撓みが発生することになる。
【００１１】
なお、上記のように自重や大きな圧縮荷重によってピストンロッド４が撓むと、その撓みに追従して、図４に示すように、ピストン３がシリンダチューブ５内で傾いてしまう。
つまり、ピストン３はシリンダチューブ５の内周面に対して摺動するものであるが、実際には、ピストン３とシリンダチューブ５の内周面との間にクリアランスが確保される。そのため、そのクリアランスの範囲で、ピストン３は、シリンダチューブ５の内周面に対して傾くことが許容されている。
【００１２】
このようにしてピストン３の傾きが許容された結果、前述のようにピストンロッド４が撓むと、それに追従してピストン３がシリンダチューブ５内で傾いてしまう。
そして、ピストンロッド４の撓みに追従してピストン３が傾くのでは、このピストンロッド４の撓みに対してなんらの規制力も発揮されず、ピストンロッド４は大きく撓んでしまうことになる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように、ピストンロッド４が撓みに追従してピストン３が傾くのでは、このピストンロッド４の撓みに対してなんらの規制力も発揮されない。そのため、ブームを縮めた状態で、最大定格荷重付近の吊り荷重量Ｗを吊り下げたような場合には、ピストンロッド４が大きく撓んで、ピストンロッド４がシリンダチューブ５の内周面に接触してしまうことがある。
そして、ピストンロッド４がシリンダチューブ５の内周面に接触すると、これらピストンロッド４の外周面やシリンダチューブ５の内周面に傷がついてしまう。その結果、例えば、シリンダチューブ５の内周面に傷がつくと、ピストン３がシリンダチューブ５の内周面を摺動するときに、このピストン３に設けたシール等にも傷がついてしまう。そのため、その傷部分から油漏れが発生するといった問題が生じてしまう。
この発明の目的は、ピストンロッド４の撓みに対して規制力を発揮させ、このピストンロッド４がシリンダチューブ５の内周面に接触するのを防ぐことのできるシリンダ装置を提供することである。
【００１４】
第１の発明は、シリンダチューブと、シリンダチューブに摺動自在に組み込んだピストンと、ピストンに固定したピストンロッドとを備え、ピストンロッドをシリンダチューブの端部で支持しながらシリンダチューブから突出させ、このピストンロッドに圧縮加重が作用する構成にしたシリンダ装置において、シリンダチューブの内径Ｄｓと、ピストンロッドの外径Ｄｐと、ピストンとシリンダチューブ端部の支持位置との間におけるピストンロッドの長さＬと、ピストンが最大に傾いた状態でのシリンダチューブの内周面との間の最大クリアランスをδとし、ピストンの摺動部分の軸方向長さをａとしたとき、２（Ｄｓ−Ｄｐ）／Ｌが、δ／ａよりも大きくなる関係にし、ピストンが最大に傾いたときピストンロッドのたわみを規制する構成にした点に特徴を有する。
【００１５】
第２の発明は、第１の発明において、Ｌ／Ｄｐ＞２５となっている状況で、２(Ｄｓ−Ｄｐ)／Ｌ＞δ／ａの関係を持たせた点に特徴を有する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１、２にしたがって、この発明のシリンダ装置の一実施例を説明する。この実施例のシリンダ装置では、ピストンロッド４が撓みに追従してピストン３が傾くときに、ピストンロッド４がシリンダチューブ５の内周面に接触しない状態で、ピストン３が最大に傾くような関係を持たせたものである。
以下では、その関係を具体的に説明するが、まず、シリンダチューブ５内でのピストン３の傾きについて説明する。
【００１７】
図１には、ピストン３とシリンダチューブ５との関係を示す。ピストン３の外周面とシリンダチューブ５の内周面との間には隙間を確保するとともに、このピストン３の外周面の両端付近に一対の軸受け８、９をはめ込んでいる。また、ピストン３の外周面には、これら軸受け８、９間に位置させて、Ｏリング１０及びシールリング１１をはめ込んでいる。
【００１８】
このようにしたシリンダ装置Ｓは、ピストン３の外周面をシリンダチューブ５の内周面に対して直接摺動させるのではなく、上記軸受け８、９をシリンダチューブ５の内周面に対して摺動させるようにしたものである。
この場合も、実際には、軸受け８、９とシリンダチューブ５の内周面との間にクリアランスが確保される。そのため、図１に示すように、ピストン３は、シリンダチューブ５の内周面に対して最大角度θの範囲内で、その傾きが許容されることになる。
【００１９】
ピストン３が最大角度θで傾いたとすると、そのときの傾きＡｍａｘは、
Ａｍａｘ＝δ／ａ・ｃｏｓθ
ただし、            δ：ピストン３が最大に傾いた状態での軸受け８、９とシリンダチューブ５の内周面との間の最大クリアランス
ａ：軸受け８、９両端間の長さ
となる。
そして、θはゼロに近い角度なので、上記の式は
Ａｍａｘ＝δ／ａ
と近似することができる。
【００２０】
一方、図２には、ブームが縮んだ状態において、自重や大きな圧縮荷重によってピストンロッド４が撓むとともに、それに追従してピストン３が傾いた様子を簡単に示す。この図２では、撓んだピストンロッド４がシリンダチューブ５の内周面に接触したときに、ピストン３がちょうど最大に傾いた状況を仮定する。
なお、図２では、ピストンロッド４が接触する側のシリンダチューブ５の内周をｘ軸としている。また、ピストンロッド４の撓み量は、フランジ部６とピストン３との間におけるピストンロッド４の長さＬのほぼ中央で最大となるが、その箇所にｙ軸を設定している。
【００２１】
上記のようにｘ軸、ｙ軸をとると、一般的に、ピストンロッド４の撓みは微分方程式で表すことが可能である。
ただし、この実施例では、もっと簡単にするため、図２に実線で示す部分、すなわち、撓んだピストンロッド４のうちｘ軸側の外周を、（０、０）点を通る二次曲線Ｑに近似して考えることにする。
そして、この二次曲線Ｑを、ほぼ（Ｌ／２、ΔＤ／２）点を通るものとして、
ｙ＝(２ΔＤ／Ｌ２)・ｘ２
ただし、            ΔＤ：Ｄｓ−Ｄｐ
Ｄｓ：シリンダチューブ５の内径
Ｄｐ：ピストンロッド４の外径
として表す。
【００２２】
さらに、上記二次曲線Ｑを表す式を微分すると、
ｄｙ／ｄｘ＝(４ΔＤ／Ｌ２)・ｘ
となる。
したがって、ピストンロッド４がピストン３に固定されている位置をほぼｘ＝Ｌ／２と考えると、その位置での二次曲線Ｑの傾きＢは、
Ｂ＝２ΔＤ／Ｌ
となる。
【００２３】
ここで、図２は、前述のように、撓んだピストンロッド４がシリンダチューブ５の内周面に接触したときに、ピストン３がちょうど最大に傾いた状況を示している。
そして、ピストン３とピストンロッド４とがしっかりと固定され、ピストン３に対してピストンロッド４が直角を維持するものと考えると、図２に示す状況でのピストン３の傾きＡは、上記ｘ＝Ｌ／２の位置での二次曲線Ｑの傾きＢに一致する。
【００２４】
以上述べたように、ピストン３が最大に傾いたときの傾きＡｍａｘは、
Ａｍａｘ＝δ／ａ
と表される。
一方で、撓んだピストンロッド４がシリンダチューブ５の内周面に接触したときに、ピストン３がちょうど最大に傾いたとして、その状況でのピストン３の傾きは、
Ａ＝Ｂ＝２ΔＤ／Ｌ
と表すことができる。
【００２５】
したがって、上記ピストン３の最大傾きＡｍａｘを、ピストンロッド４がシリンダチューブ５の内周面に接触する状況でのピストン３の傾きＡよりも小さくすれば、つまり、
Ａ＞Ａｍａｘ＝２ΔＤ／Ｌ＞δ／ａ
の関係を持たせれば、ピストンロッド４がシリンダチューブ５の内周面に接触しない状態で、ピストン３が最大に傾くことになる。
そして、ピストン３が最大に傾けば、ピストンロッド４がそれ以上撓もうとするのに対して規制力を発揮することになる。したがって、ピストンロッド４がシリンダチューブ５に接触するのを防ぐことができ、ピストンロッド４の外周面やシリンダチューブ５の内周面に傷がつくのを避けることができる。
【００２６】
上記のようにピストン３が最大に傾いたとき、ピストンロッドがそれ以上撓むのを規制できるので、シリンダチューブの内径Ｄｓ、ピストンロッドの外径Ｄｐおよびピストンの摺動部分の軸方向長さａを決めて、ピストン３の最大傾き量δ／ａさえ特定できれば、２（Ｄｓ−Ｄｐ）／Ｌ＞δ／ａの範囲内で、ピストンとシリンダチューブ端部の支持位置との間におけるピストンロッドの長さＬを特定できる。
なお、この実施例では、ピストン３に軸受け８，９を設けたが、ピストン３の外周面をシリンダチューブ５の内周面に対して直接摺動させる構造にしてもよいこと当然である。
【００２７】
【発明の効果】
第１の発明によれば、ピストンが最大に傾いたとき、ピストンロッドがそれ以上撓むのを規制できるので、シリンダチューブの内径Ｄｓ、ピストンロッドの外径Ｄｐおよびピストンの摺動部分の軸方向長さａを決めて、ピストンの最大傾き量δ／ａさえ特定できれば、２（Ｄｓ−Ｄｐ）Ｌ＞δ／ａの範囲内で、ピストンとシリンダチューブ端部の支持位置との間におけるピストンロッドの長さＬを特定することができる。
【００２８】
第２の発明によれば、第１の発明において、ピストンロッドが撓みやすい状況で、ピストンロッドがシリンダチューブに接触するのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例のシリンダ装置Ｓでピストン３部分を示す図である。
【図２】ピストンロッド４が撓むとともに、それに追従してピストン３が傾いた様子を簡単に示す図である。
【図３】ブームを示した断面図である。
【図４】ピストンロッド４が撓むとともに、それに追従してピストン３が傾いて、ピストンロッド４がシリンダチューブ５の内周面に接触した状態を示す図である。
【符号の説明】
Ｓ        シリンダ装置
３        ピストン
４        ピストンロッド
５        シリンダチューブ
６        フランジ部
７        圧力室
８、９    軸受け
【図１】
0003837252.tif 000002
【図２】
0003837252.tif 000003
【図３】
0003837252.tif 000004
【図４】
0003837252.tif 000005