油圧シリンダ
【課題】比較的簡単な構成で、油圧シリンダのストロークエンドにおいて、ピストンに大きな衝撃が加わるのを抑制できるようにする。
【解決手段】ロッド側バイパス通路３６は、ピストン２２が移動してロッド側突起部３２の先端がロッド側小径部３１の小径孔３１ａに進入するときにヘッド側圧力室４０に連通する。これにより、ヘッド側圧力室４０内の油の一部がロッド側バイパス通路３６から排出されて押し込み圧が低減する。ヘッド側バイパス通路４６は、ピストン２２が移動してヘッド側突起部４２の先端がヘッド側小径部４１の小径孔４１ａに進入するときにロッド側圧力室３０に連通する。これにより、ロッド側圧力室３０内の油の一部がヘッド側バイパス通路４６から排出されて押し込み圧が低減する。
【解決手段】ロッド側バイパス通路３６は、ピストン２２が移動してロッド側突起部３２の先端がロッド側小径部３１の小径孔３１ａに進入するときにヘッド側圧力室４０に連通する。これにより、ヘッド側圧力室４０内の油の一部がロッド側バイパス通路３６から排出されて押し込み圧が低減する。ヘッド側バイパス通路４６は、ピストン２２が移動してヘッド側突起部４２の先端がヘッド側小径部４１の小径孔４１ａに進入するときにロッド側圧力室３０に連通する。これにより、ロッド側圧力室３０内の油の一部がヘッド側バイパス通路４６から排出されて押し込み圧が低減する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧シリンダに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、油圧ショベル等の建設機械では、ブーム、アーム、バケット等のアタッチメントを駆動するために、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設けられている。ここで、油圧シリンダのピストンが進退する際にストロークエンドに勢い良く衝突すると、その衝撃によって大きな振動が発生し、建設機械の運転操作性が悪化するとともに油圧シリンダが破損してしまう。そこで、このような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たものが知られている。
【０００３】
特許文献１には、油圧シリンダのロッド側チャンバ又はボトム側チャンバに生じるクッション圧力の大きさを検出してパイロット圧力信号として出力し、パイロット圧力信号の値が大きくなるのに従って、油圧ポンプの吐出圧を次第に低くなるように可変リリーフ弁を制御することで、油圧ポンプからの押し込みを抑えるようにした技術が開示されている。
【０００４】
特許文献２には、油圧シリンダのピストンの位置を検出し、ピストンがロッド側又はボトム側のストロークエンドに近づいた際に、油圧シリンダへの圧油の供給量を低下させて、ピストンの移動速度を適切に低下させるようにした技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１０８０１４号公報
【特許文献２】特開２００２−３２３００５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の油圧シリンダの駆動回路では、油圧ポンプの吐出圧を次第に低くなるように制御するための可変リリーフ弁を別途設ける必要があり、コストがかかってしまうという問題がある。
【０００７】
また、特許文献２の油圧シリンダ駆動装置では、油圧シリンダへの圧油の供給量を適切に低下させるためにピストンの位置を検出する検出手段を別途設けたり、演算処理を行うための高価なコントローラが必要であり、コストがかかってしまうという問題があった。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、比較的簡単な構成で、油圧シリンダのストロークエンドにおいて、ピストンに大きな衝撃が加わるのを抑制できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、シリンダチューブと、該シリンダチューブ内に摺動自在に挿入されたピストンと、該ピストンに取り付けられ且つ該シリンダチューブの内周面と該ピストンの外周面との隙間をシールして該シリンダチューブ内をロッド側圧力室とヘッド側圧力室とに区画するシールリングと、該ピストンに連結されたピストンロッドとを備えた油圧シリンダを対象とし、次のような解決手段を講じた。
【００１０】
すなわち、第１の発明は、前記ピストンのロッド側及びヘッド側のうち少なくとも一方に設けられた突起部と、
前記突起部側の圧力室の軸方向端部に設けられ、該突起部が進入可能な小径孔が形成された小径部と、
前記シリンダチューブの周面に設けられたバイパス通路とを備え、
前記バイパス通路は、前記ピストンが移動して前記突起部の先端が前記小径部の小径孔に進入するときに、該突起部側の圧力室とは反対側の圧力室に連通して、該反対側の圧力室内の油の一部を排出させるように構成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
第１の発明では、ピストンのロッド側及びヘッド側のうち少なくとも一方に突起部が設けられる。突起部側の圧力室の軸方向端部には、突起部が進入可能な小径孔が形成された小径部が設けられる。シリンダチューブの周面には、バイパス通路が設けられる。ここで、バイパス通路は、ピストンが移動して突起部の先端が小径部の小径孔に進入するときに、突起部側の圧力室とは反対側の圧力室に連通される。これにより、反対側の圧力室内の油の一部がバイパス通路から排出される。
【００１２】
このような構成とすれば、油圧シリンダのストロークエンドにおいて、ピストンに大きな衝撃が加わるのを抑制することができる。例えば、ピストンにロッド側突起部が設けられ、このロッド側突起部がロッド側小径部の小径孔に進入するときに、ロッド側バイパス通路からヘッド側圧力室の油の一部が排出されるので、ピストンのヘッド側に作用している押し込み圧が低下し、クッション領域におけるシリンダ推力を抑えることができる。これにより、クッション領域で吸収すべき衝撃エネルギーが小さくなるため、油圧シリンダの破損を防止することができる。
【００１３】
また、クッション領域で吸収すべき衝撃エネルギーが小さくて済むから、例えば、ロッド側突起部の軸方向長さを短くして油圧シリンダをコンパクトな構成とすることができる。また、クッション室内の圧力を抑えることができるので、シリンダチューブを厚肉にする必要が無く、油圧シリンダの重量を低減させるとともに、コストダウンを図ることができる。
【００１４】
第２の発明は、第１の発明において、
前記小径部には、前記突起部側の圧力室の油を給排する給排通路が接続され、
前記バイパス通路は、前記給排通路に接続され、
前記バイパス通路には、前記シリンダチューブ外部に排出される油の流れのみを許容するチェック弁が設けられていることを特徴とするものである。
【００１５】
第２の発明では、小径部には、突起部側の圧力室の油を給排する給排通路が接続される。バイパス通路は、給排通路に接続される。バイパス通路には、チェック弁が設けられる。チェック弁により、シリンダチューブ外部に排出される油の流れのみが許容される。
【００１６】
このような構成とすれば、例えば、ロッド側給排通路が油の供給側となった場合でも、ロッド側給排通路から供給された油が、ロッド側バイパス通路を介してヘッド側圧力室内に流れてしまうことを防止することができ、油圧シリンダの作動に必要な油の漏洩を無くすことができる。
【００１７】
第３の発明は、第１又は第２の発明において、
前記バイパス通路には、その通路径の一部が小径となった絞り部が設けられていることを特徴とするものである。
【００１８】
第３の発明では、バイパス通路には、その通路径の一部が小径となった絞り部が設けられる。
【００１９】
このような構成とすれば、油圧シリンダをクッション領域内で停止させたときに、絞り部によって圧力室から全ての油が排出されるのを抑制することができる。これにより、油圧シリンダを再起動する際に、駆動側の圧力室の油圧を十分に確保することができる。
【００２０】
第４の発明は、第３の発明において、
前記バイパス通路は、前記シリンダチューブの周面に形成された貫通孔と、該貫通孔に接続されたバイパス配管とで構成され、
前記絞り部は、前記バイパス配管の管内径よりも小さい孔径で形成された前記貫通孔によって構成されていることを特徴とするものである。
【００２１】
第４の発明では、バイパス通路は、シリンダチューブの周面に形成された貫通孔と、貫通孔に接続されたバイパス配管とで構成される。貫通孔は、バイパス配管の管内径よりも小さい孔径で形成されることで絞り部を構成している。
【００２２】
このような構成とすれば、シリンダチューブの貫通孔の孔径を小さくするだけで絞り部を形成することができ、バイパス通路の通路途中に別途、絞り弁等を設ける必要が無く、コストダウンを図ることができる。
【００２３】
第５の発明は、第３の発明において、
前記ピストンの移動量及び移動速度を演算し、その演算結果に基づいて前記絞り部の開度指令を出力するコントローラを備え、
前記絞り部は、開度調整可能な電磁比例弁であり、前記コントローラから出力される開度指令に基づいて開度調整を行うように構成されていることを特徴とするものである。
【００２４】
第５の発明では、コントローラでは、ピストンの移動量及び移動速度が演算され、その演算結果に基づいて絞り部の開度指令が出力される。絞り部は、開度調整可能な電磁比例弁で構成される。そして、電磁比例弁では、コントローラから出力される開度指令に基づいて開度調整が行われる。
【００２５】
このような構成とすれば、ピストンの移動量及び移動速度に応じて絞り部の開度調整を行うことができ、ピストンの押し込み圧を最適化することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、油圧シリンダのストロークエンドにおいて、ピストンに大きな衝撃が加わるのを抑制することができる。例えば、ピストンにロッド側突起部が設けられ、このロッド側突起部がロッド側小径部の小径孔に進入するときに、ロッド側バイパス通路からヘッド側圧力室の油の一部が排出されるので、ピストンのヘッド側に作用している押し込み圧が低下し、クッション領域におけるシリンダ推力を抑えることができる。これにより、クッション領域で吸収すべき衝撃エネルギーが小さくなるため、油圧シリンダの破損を防止することができる。
【００２７】
また、クッション領域で吸収すべき衝撃エネルギーが小さくて済むから、例えば、ロッド側突起部の軸方向長さを短くして油圧シリンダをコンパクトな構成とすることができる。また、クッション室内の圧力を抑えることができるので、シリンダチューブを厚肉にする必要が無く、油圧シリンダの重量を低減させるとともに、コストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態１に係る建設機械の構成を示す側面図である。
【図２】油圧シリンダの構成を示す側面断面図である。
【図３】ピストンがロッド側のストロークエンドに近づいたときの側面断面図である。
【図４】ピストンがロッド側のストロークエンドに位置しているときの側面断面図である。
【図５】ピストンがヘッド側に移動しているときの側面断面図である。
【図６】ピストンがヘッド側のストロークエンドに近づいたときの側面断面図である。
【図７】ピストンがヘッド側のストロークエンドに位置しているときの側面断面図である。
【図８】ピストンの移動量とクッション室内の圧力との関係を示すグラフ図である。
【図９】クッションストロークの時間変化を示すグラフ図である。
【図１０】本実施形態２に係る油圧シリンダの構成を示す側面断面図である。
【図１１】本実施形態３に係る油圧シリンダの構成を示す側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００３０】
《実施形態１》
図１は、本発明の実施形態１に係る建設機械の構成を示す側面図である。図１に示すように、この建設機械１は、いわゆる油圧ショベルであり、土木工事や建設工事を行う建設現場で土砂の掘削、砕石、建物の解体などを行うものである。建設機械１は、多数の板状部材を無端状に連結してなるクローラ２を備えた下部走行体３と、下部走行体３の上側に旋回装置４を介して取り付けられた上部旋回体５とを備えている。
【００３１】
上部旋回体５の下部には基台１０が設けられ、この基台１０の上面における進行方向前側にはアタッチメント１１が設けられている。このアタッチメント１１は、基台１０に対して上下方向に傾動可能に取り付けられたブーム１２と、ブーム１２の先端に揺動可能に取り付けられたアーム１３と、アーム１３の先端に連結されたバケット１４とを備えている。
【００３２】
ブーム１２、アーム１３、及びバケット１４には、それぞれ油圧シリンダ２０が取り付けられている。そして、油圧シリンダ２０のピストンロッド２５を伸縮させることで、ブーム１２、アーム１３、及びバケット１４が駆動するようになっている。
【００３３】
基台１０の上面におけるアタッチメント１１の取付位置の隣りには、オペレータ用のキャビン１５が配設されている。キャビン１５内には、アタッチメント１１を操作するための図示しない操作機器や空調機器が配設されている。基台１０の上面におけるアタッチメント１１の後方には、エンジンや油圧ポンプ等が配設されており、これらはカバー１６により覆われている。さらに基台１０の上面におけるカバー１６後方にはカウンタウエイト１７が装着されている。
【００３４】
図２は、油圧シリンダの構成を示す側面断面図である。図２に示すように、油圧シリンダ２０は、シリンダチューブ２１と、シリンダチューブ２１内に摺動自在に挿入されたピストン２２と、ピストン２２に取り付けられ且つシリンダチューブ２１の内周面とピストン２２の外周面との隙間をシールするシールリング２３と、ピストン２２に連結されたピストンロッド２５とを備えている。
【００３５】
ピストンロッド２５の先端部及びシリンダチューブ２１のヘッド側端部には、ロッド側連結部２０ａ及びヘッド側連結部２０ｂが設けられている。ここで、油圧シリンダ２０がアームシリンダの場合には、ロッド側連結部２０ａがアーム１３に連結され、ヘッド側連結部２０ｂがブーム１２に連結される。そして、油圧シリンダ２０を作動させ、ピストンロッド２５を伸縮させることにより、アーム１３の回動動作を行う。ブームシリンダ及びバケットシリンダについても同様である。
【００３６】
シリンダチューブ２１内は、シールリング２３によってロッド側圧力室３０とヘッド側圧力室４０とに区画されている。ロッド側圧力室３０の軸方向端部には、小径孔３１ａが形成されたロッド側小径部３１が設けられている。ロッド側小径部３１には、小径孔３１ａに連通してロッド側圧力室３０に油を給排するロッド側給排通路３５が接続されている。
【００３７】
ヘッド側圧力室４０の軸方向端部には、小径孔４１ａが形成されたヘッド側小径部４１が設けられている。ヘッド側小径部４１には、小径孔４１ａに連通してヘッド側圧力室４０に油を給排するヘッド側給排通路４５が接続されている。
【００３８】
ピストン２２のロッド側には、ロッド側突起部３２が設けられている。ロッド側突起部３２の外径は、ロッド側小径部３１の小径孔３１ａに進入可能な大きさに形成されている。また、ロッド側突起部３２は、先端に向かって外径が小さくなるテーパー状に形成されている。このような構成とすれば、ロッド側突起部３２がロッド側小径部３１の小径孔３１ａに進入する際の油の抵抗を低減することができ、ピストン２２をスムーズに移動させることができる。
【００３９】
ピストン２２のヘッド側には、ヘッド側突起部４２が設けられている。ヘッド側突起部４２の外径は、ヘッド側小径部４１の小径孔４１ａに進入可能な大きさに形成されている。また、ヘッド側突起部４２は、先端に向かって外径が小さくなるテーパー状に形成されている。このような構成とすれば、ヘッド側突起部４２がヘッド側小径部４１の小径孔４１ａに進入する際の油の抵抗を低減することができ、ピストン２２をスムーズに移動させることができる。
【００４０】
シリンダチューブ２１の周面には、ロッド側バイパス通路３６及びヘッド側バイパス通路４６が設けられている。具体的に、ロッド側バイパス通路３６は、シリンダチューブ２１の周面に形成された貫通孔３６ａと、貫通孔３６ａに接続されたバイパス配管３６ｂとで構成されている。バイパス配管３６ｂの排出側端部は、ロッド側給排通路３５の通路途中に接続されている。ロッド側バイパス通路３６には、その通路径の一部を小径とするための絞り弁３７（絞り部）と、シリンダチューブ２１外部に排出される油の流れのみを許容するチェック弁３８とが設けられている。
【００４１】
このような構成とすれば、油圧シリンダ２０をクッション領域内で停止させたときに、絞り弁３７によってロッド側圧力室３０から全ての油が排出されるのを抑制することができる。これにより、油圧シリンダ２０を再起動する際に、ロッド側圧力室３０の油圧を十分に確保することができる。
【００４２】
また、ピストンロッド２５を縮退させるときに、ロッド側給排通路３５から供給された油が、ロッド側バイパス通路３６を介してヘッド側圧力室４０内に流れてしまうことをチェック弁３８によって防止することができ、油圧シリンダ２０の作動に必要な油の漏洩を無くすことができる。
【００４３】
ロッド側バイパス通路は、ピストン２２がロッド側に移動してロッド側突起部３２の先端がロッド側小径部３１の小径孔３１ａに進入するときにヘッド側圧力室４０に連通する位置に設けられている（図３参照）。具体的に、ロッド側小径部３１の小径孔３１ａの開口端からロッド側バイパス通路３６の貫通孔３６ａまでの距離Ｌ１が、ロッド側突起部３２の先端からシールリング２３の取付位置までの距離Ｌ１と等しくなる位置に形成されている。つまり、ロッド側突起部３２がロッド側小径部３１の小径孔３１ａに進入するときに、ロッド側バイパス通路３６からヘッド側圧力室４０の油の一部が排出されるようになっている。
【００４４】
また、ヘッド側バイパス通路４６も同様に、シリンダチューブ２１の周面に形成された貫通孔４６ａと、貫通孔４６ａに接続されたバイパス配管４６ｂとで構成されている。バイパス配管４６ｂの排出側端部は、ヘッド側給排通路４５の通路途中に接続されている。ヘッド側バイパス通路４６には、その通路径の一部を小径とするための絞り弁３７と、シリンダチューブ２１外部に排出される油の流れのみを許容するチェック弁３８とが設けられている。
【００４５】
このような構成とすれば、油圧シリンダ２０をクッション領域内で停止させたときに、絞り弁３７によってヘッド側圧力室４０から全ての油が排出されるのを抑制することができる。これにより、油圧シリンダ２０を再起動する際に、ヘッド側圧力室４０の油圧を十分に確保することができる。
【００４６】
また、ピストンロッド２５を伸張させるときに、ヘッド側給排通路４５から供給された油が、ヘッド側バイパス通路４６を介してロッド側圧力室３０内に流れてしまうことをチェック弁３８によって防止することができ、油圧シリンダ２０の作動に必要な油の漏洩を無くすことができる。
【００４７】
ヘッド側バイパス通路は、ピストン２２がヘッド側に移動してヘッド側突起部４２の先端がヘッド側小径部４１の小径孔４１ａに進入するときにロッド側圧力室３０に連通する位置に設けられている（図６参照）。具体的に、ヘッド側小径部４１の小径孔４１ａの開口端からヘッド側バイパス通路４６の貫通孔４６ａまでの距離Ｌ２が、ヘッド側突起部４２の先端からシールリング２３の取付位置までの距離Ｌ２と等しくなる位置に形成されている。つまり、ヘッド側突起部４２がヘッド側小径部４１の小径孔４１ａに進入するときに、ヘッド側バイパス通路４６からロッド側圧力室３０の油の一部が排出されるようになっている。
【００４８】
−油圧シリンダの動作−
次に、油圧シリンダ２０のピストンロッド２５を伸長させる場合の動作について、図２から図４を用いて説明する。
【００４９】
図２に示すように、ヘッド側圧力室４０内に油圧ポンプ（図示省略）から油が供給され、ヘッド側圧力室４０内の圧力が高まる。これにより、ピストン２２がロッド側小径部３１に向かって移動し、ピストンロッド２５が伸張する。
【００５０】
そして、ピストン２２のロッド側突起部３２の先端が、ロッド側小径部３１の小径孔３１ａに進入する位置まで移動したときに、ロッド側バイパス通路３６がヘッド側圧力室４０に連通する（図３参照）。これにより、ヘッド側圧力室４０内の油の一部がロッド側バイパス通路３６から排出される。排出された油は、ロッド側給排通路３５で合流して油圧タンク（図示省略）に回収される。
【００５１】
ここで、ロッド側突起部３２の周囲には、シリンダチューブ２１の内周面、ロッド側小径部３１、及びピストン２２によって区画されたクッション室が形成される。そして、ロッド側突起部３２がロッド側小径部３１の小径孔３１ａに進入するときに、ロッド側バイパス通路３６からヘッド側圧力室４０の油の一部が排出されるようになっているから、ヘッド側圧力室４０の押し込み圧が低下し、ピストン２２の移動速度が低下する。
【００５２】
さらに、図４に示すように、ピストン２２がロッド側のストロークエンドまで移動する。ここで、ピストン２２が図３に示す位置から図４に示す位置まで移動する区間が、クッション領域となる。図３に示すように、油圧シリンダ２０の伸長方向のクッション領域に入ると、ロッド側突起部３２がロッド側小径部３１の小径孔３１ａに進入する。その結果、ロッド側小径部３１の小径孔３１ａと、ロッド側突起部３２との隙間が狭く、この狭い隙間を油が通過することとなるため、ピストン２２は、ヘッド側圧力室４０からの押し込み圧に対して大きな抵抗を受ける。このように、ピストン２２は、クッション室内の油圧によって移動速度が減衰されながらストロークエンドに到達する。これにより、ピストン２２がロッド側のストロークエンドに衝突する際の衝撃を吸収することができる。
【００５３】
次に、油圧シリンダ２０のピストンロッド２５を縮退させる場合の動作について、図５から図７を用いて説明する。
【００５４】
図５に示すように、ロッド側圧力室３０内に油圧ポンプ（図示省略）から油が供給され、ロッド側圧力室３０内の圧力が高まる。これにより、ピストン２２がヘッド側小径部４１に向かって移動し、ピストンロッド２５が縮退する。
【００５５】
そして、ピストン２２のヘッド側突起部４２の先端が、ヘッド側小径部４１の小径孔４１ａに進入する位置まで移動したときに、ヘッド側バイパス通路４６がロッド側圧力室３０に連通する（図６参照）。これにより、ロッド側圧力室３０内の油の一部がヘッド側バイパス通路４６から排出される。排出された油は、ヘッド側給排通路４５に合流して油圧タンク（図示省略）に回収される。
【００５６】
ここで、ヘッド側突起部４２の周囲には、シリンダチューブ２１の内周面、ヘッド側小径部４１、及びピストン２２によって区画されたクッション室が形成される。そして、ヘッド側突起部４２がヘッド側小径部４１の小径孔４１ａに進入するときに、ヘッド側バイパス通路４６からロッド側圧力室３０の油の一部が排出されるようになっているから、ロッド側圧力室３０の押し込み圧が低下し、ピストン２２の移動速度が低下する。
【００５７】
さらに、図７に示すように、ピストン２２がロッド側のストロークエンドまで移動する。ここで、ピストン２２が図６に示す位置から図７に示す位置まで移動する区間が、クッション領域となる。図６に示すように、油圧シリンダ２０の縮退方向のクッション領域に入ると、ヘッド側突起部４２がヘッド側小径部４１の小径孔４１ａに進入する。その結果、ヘッド側小径部４１の小径孔４１ａと、ヘッド側突起部４２との隙間が狭く、この狭い隙間を油が通過することとなるため、ピストン２２は、ロッド側圧力室３０からの押し込み圧に対して大きな抵抗を受ける。このように、ピストン２２は、クッション室内の油圧によって移動速度が減衰されながらストロークエンドに到達する。これにより、ピストン２２がヘッド側のストロークエンドに衝突する際の衝撃を吸収することができる。
【００５８】
図８は、ピストンの移動量とクッション室内の圧力との関係を示すグラフ図である。図８に示すように、ロッド側バイパス通路３６及びヘッド側バイパス通路４６を設けていない従来の油圧シリンダに比べて、本実施形態１に係る油圧シリンダ２０の方が、クッション室内の圧力及びピストン２２の押し込み圧が低下していることが分かる。つまり、クッション領域におけるシリンダ推力を抑えることができる。これにより、クッション領域で吸収すべき衝撃エネルギーが小さくなるため、油圧シリンダの破損を防止することができる。
【００５９】
図９は、クッションストロークの時間変化を示すグラフ図である。図９に示すように、ロッド側バイパス通路３６及びヘッド側バイパス通路４６を設けていない従来の油圧シリンダに比べて、本実施形態１に係る油圧シリンダ２０の方が、ピストン２２がクッション領域に到達してからストロークエンドに至るまでのピストン２２の移動速度を緩やかに減衰できていることが分かる。つまり、ピストン２２がストロークエンドに到達したときの衝撃による振動の発生を抑えることができる。
【００６０】
以上のように、本実施形態１に係る油圧シリンダ２０によれば、油圧シリンダ２０のストロークエンドにおいて、ピストン２２に大きな衝撃が加わるのを抑制することができる。具体的に、ピストン２２に設けられたロッド側突起部３２がロッド側小径部３１の小径孔３１ａに進入するときに、ロッド側バイパス通路３６からヘッド側圧力室４０の油の一部が排出されるので、ピストン２２のヘッド側に作用している押し込み圧が低下し、クッション領域におけるシリンダ推力を抑えることができる。これにより、クッション領域で吸収すべき衝撃エネルギーが小さくなるため、油圧シリンダ２０の破損を防止することができる。
【００６１】
また、クッション領域で吸収すべき衝撃エネルギーが小さくて済むから、例えば、ロッド側突起部３２の軸方向長さを短くして油圧シリンダ２０をコンパクトな構成とすることができる。また、クッション室内の圧力を抑えることができるので、シリンダチューブ２１を厚肉にする必要が無く、油圧シリンダ２０の重量を低減させるとともに、コストダウンを図ることができる。
【００６２】
なお、本実施形態では、ピストン２２にロッド側突起部３２及びヘッド側突起部４２を設けた構成としたが、何れか一方の突起部のみがピストン２２に設けられた構成としてもよい。
【００６３】
《実施形態２》
図１０は、本実施形態２に係る油圧シリンダの構成を示す側面断面図である。前記実施形態１との違いは、ロッド側バイパス通路３６及びヘッド側バイパス通路４６に設ける絞り部の構成が異なっている点であるため、以下、実施形態１と同じ部分については、同じ符号を付し、相違点についてのみ説明する。
【００６４】
図１０に示すように、ロッド側バイパス通路３６は、シリンダチューブ２１の周面に形成された貫通孔３６ａと、貫通孔３６ａに接続されたバイパス配管３６ｂとで構成されている。バイパス配管３６ｂの排出側端部は、ロッド側給排通路３５の通路途中に接続されている。
【００６５】
ここで、貫通孔３６ａは、バイパス配管３６ｂの管内径よりも小さい孔径で形成されている。つまり、貫通孔３６ａは、通路径の一部が小径となった絞り部として機能する。
【００６６】
ヘッド側バイパス通路４６は、シリンダチューブ２１の周面に形成された貫通孔４６ａと、貫通孔４６ａに接続されたバイパス配管４６ｂとで構成されている。バイパス配管４６ｂの排出側端部は、ヘッド側給排通路４５の通路途中に接続されている。
【００６７】
ここで、貫通孔４６ａは、バイパス配管４６ｂの管内径よりも小さい孔径で形成されている。つまり、貫通孔４６ａは、通路径の一部が小径となった絞り部として機能する。
【００６８】
このような構成とすれば、シリンダチューブ２１の貫通孔３６ａ，４６ａの孔径を小さくするだけで絞り部を形成することができ、ロッド側バイパス通路３６及びヘッド側バイパス通路４６の通路途中に別途、絞り弁等を設ける必要が無く、コストダウンを図ることができる。
【００６９】
《実施形態３》
図１１は、本実施形態３に係る油圧シリンダの構成を示す側面断面図である。前記実施形態１との違いは、ロッド側バイパス通路３６及びヘッド側バイパス通路４６に設ける絞り部の構成が異なっている点であるため、以下、実施形態１と同じ部分については同じ符号を付し、相違点についてのみ説明する。
【００７０】
図１１に示すように、ロッド側バイパス通路３６には、絞り部としての電磁比例弁５１が設けられている。電磁比例弁５１は、開度指令に基づいて開度を調整可能な弁である。
【００７１】
油圧シリンダ２０は、検出センサ５２と、コントローラ５３とを備えている。検出センサ５２は、シリンダチューブ２１に取り付けられ、ピストン２２の位置を検出するものである。検出センサ５２により、ピストン２２がクッション領域に入ったことが検出され、この検出結果は、コントローラ５３に送信される。
【００７２】
コントローラ５３は、検出センサ５２の検出結果に基づいて、ピストン２２の移動量及び移動速度を演算するものである。そして、演算結果に基づく開度指令を、電磁比例弁５１に出力する。
【００７３】
電磁比例弁５１では、開度指令に基づいてその開度が調整される。具体的に、ピストン２２がロッド側のクッション領域に近づいたときには、ピストン２２の移動速度が速いため、ロッド側の電磁比例弁５１の開度を全開とし、ヘッド側圧力室４０からロッド側バイパス通路３６を介して排出される油の流量を増やす。これにより、ピストン２２の押し込み圧を低減して移動速度を減衰させる。そして、ピストン２２がストロークエンドに近づくほど、ロッド側の電磁比例弁５１の開度が徐々に小さくなるように制御する。
【００７４】
また、ピストン２２がヘッド側のクッション領域に近づいたときには、ピストン２２の移動速度が速いため、ヘッド側の電磁比例弁５１の開度を全開とし、ロッド側圧力室３０からヘッド側バイパス通路４６を介して排出される油の流量を増やす。これにより、ピストン２２の押し込み圧を低減して移動速度を減衰させる。そして、ピストン２２がストロークエンドに近づくほど、ヘッド側の電磁比例弁５１の開度が徐々に小さくなるように制御する。
【００７５】
このような構成とすれば、ピストン２２の移動量及び移動速度に応じて電磁比例弁５１の開度調整を行うことができ、ピストン２２の押し込み圧を最適化することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
以上説明したように、本発明は、油圧シリンダのストロークエンドにおいて、比較的簡単な構成で、ピストンに大きな衝撃が加わるのを抑制できるという実用性の高い効果が得られることから、きわめて有用で産業上の利用可能性は高い。
【符号の説明】
【００７７】
２０ 油圧シリンダ
２１ シリンダチューブ
２２ ピストン
２３ シールリング
２５ ピストンロッド
３０ ロッド側圧力室
３１ ロッド側小径部
３１ａ 小径孔
３２ ロッド側突起部
３５ ロッド側給排通路
３６ ロッド側バイパス通路
３６ａ 貫通孔
３６ｂ バイパス配管
３７ 絞り弁（絞り部）
３８ チェック弁
４０ ヘッド側圧力室
４１ ヘッド側小径部
４１ａ 小径孔
４２ ヘッド側突起部
４５ ヘッド側給排通路
４６ ヘッド側バイパス通路
４６ａ 貫通孔
４６ｂ バイパス配管
５１ 電磁比例弁（絞り部）
５３ コントローラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧シリンダに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、油圧ショベル等の建設機械では、ブーム、アーム、バケット等のアタッチメントを駆動するために、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設けられている。ここで、油圧シリンダのピストンが進退する際にストロークエンドに勢い良く衝突すると、その衝撃によって大きな振動が発生し、建設機械の運転操作性が悪化するとともに油圧シリンダが破損してしまう。そこで、このような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たものが知られている。
【０００３】
特許文献１には、油圧シリンダのロッド側チャンバ又はボトム側チャンバに生じるクッション圧力の大きさを検出してパイロット圧力信号として出力し、パイロット圧力信号の値が大きくなるのに従って、油圧ポンプの吐出圧を次第に低くなるように可変リリーフ弁を制御することで、油圧ポンプからの押し込みを抑えるようにした技術が開示されている。
【０００４】
特許文献２には、油圧シリンダのピストンの位置を検出し、ピストンがロッド側又はボトム側のストロークエンドに近づいた際に、油圧シリンダへの圧油の供給量を低下させて、ピストンの移動速度を適切に低下させるようにした技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１０８０１４号公報
【特許文献２】特開２００２−３２３００５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の油圧シリンダの駆動回路では、油圧ポンプの吐出圧を次第に低くなるように制御するための可変リリーフ弁を別途設ける必要があり、コストがかかってしまうという問題がある。
【０００７】
また、特許文献２の油圧シリンダ駆動装置では、油圧シリンダへの圧油の供給量を適切に低下させるためにピストンの位置を検出する検出手段を別途設けたり、演算処理を行うための高価なコントローラが必要であり、コストがかかってしまうという問題があった。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、比較的簡単な構成で、油圧シリンダのストロークエンドにおいて、ピストンに大きな衝撃が加わるのを抑制できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、シリンダチューブと、該シリンダチューブ内に摺動自在に挿入されたピストンと、該ピストンに取り付けられ且つ該シリンダチューブの内周面と該ピストンの外周面との隙間をシールして該シリンダチューブ内をロッド側圧力室とヘッド側圧力室とに区画するシールリングと、該ピストンに連結されたピストンロッドとを備えた油圧シリンダを対象とし、次のような解決手段を講じた。
【００１０】
すなわち、第１の発明は、前記ピストンのロッド側及びヘッド側のうち少なくとも一方に設けられた突起部と、
前記突起部側の圧力室の軸方向端部に設けられ、該突起部が進入可能な小径孔が形成された小径部と、
前記シリンダチューブの周面に設けられたバイパス通路とを備え、
前記バイパス通路は、前記ピストンが移動して前記突起部の先端が前記小径部の小径孔に進入するときに、該突起部側の圧力室とは反対側の圧力室に連通して、該反対側の圧力室内の油の一部を排出させるように構成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
第１の発明では、ピストンのロッド側及びヘッド側のうち少なくとも一方に突起部が設けられる。突起部側の圧力室の軸方向端部には、突起部が進入可能な小径孔が形成された小径部が設けられる。シリンダチューブの周面には、バイパス通路が設けられる。ここで、バイパス通路は、ピストンが移動して突起部の先端が小径部の小径孔に進入するときに、突起部側の圧力室とは反対側の圧力室に連通される。これにより、反対側の圧力室内の油の一部がバイパス通路から排出される。
【００１２】
このような構成とすれば、油圧シリンダのストロークエンドにおいて、ピストンに大きな衝撃が加わるのを抑制することができる。例えば、ピストンにロッド側突起部が設けられ、このロッド側突起部がロッド側小径部の小径孔に進入するときに、ロッド側バイパス通路からヘッド側圧力室の油の一部が排出されるので、ピストンのヘッド側に作用している押し込み圧が低下し、クッション領域におけるシリンダ推力を抑えることができる。これにより、クッション領域で吸収すべき衝撃エネルギーが小さくなるため、油圧シリンダの破損を防止することができる。
【００１３】
また、クッション領域で吸収すべき衝撃エネルギーが小さくて済むから、例えば、ロッド側突起部の軸方向長さを短くして油圧シリンダをコンパクトな構成とすることができる。また、クッション室内の圧力を抑えることができるので、シリンダチューブを厚肉にする必要が無く、油圧シリンダの重量を低減させるとともに、コストダウンを図ることができる。
【００１４】
第２の発明は、第１の発明において、
前記小径部には、前記突起部側の圧力室の油を給排する給排通路が接続され、
前記バイパス通路は、前記給排通路に接続され、
前記バイパス通路には、前記シリンダチューブ外部に排出される油の流れのみを許容するチェック弁が設けられていることを特徴とするものである。
【００１５】
第２の発明では、小径部には、突起部側の圧力室の油を給排する給排通路が接続される。バイパス通路は、給排通路に接続される。バイパス通路には、チェック弁が設けられる。チェック弁により、シリンダチューブ外部に排出される油の流れのみが許容される。
【００１６】
このような構成とすれば、例えば、ロッド側給排通路が油の供給側となった場合でも、ロッド側給排通路から供給された油が、ロッド側バイパス通路を介してヘッド側圧力室内に流れてしまうことを防止することができ、油圧シリンダの作動に必要な油の漏洩を無くすことができる。
【００１７】
第３の発明は、第１又は第２の発明において、
前記バイパス通路には、その通路径の一部が小径となった絞り部が設けられていることを特徴とするものである。
【００１８】
第３の発明では、バイパス通路には、その通路径の一部が小径となった絞り部が設けられる。
【００１９】
このような構成とすれば、油圧シリンダをクッション領域内で停止させたときに、絞り部によって圧力室から全ての油が排出されるのを抑制することができる。これにより、油圧シリンダを再起動する際に、駆動側の圧力室の油圧を十分に確保することができる。
【００２０】
第４の発明は、第３の発明において、
前記バイパス通路は、前記シリンダチューブの周面に形成された貫通孔と、該貫通孔に接続されたバイパス配管とで構成され、
前記絞り部は、前記バイパス配管の管内径よりも小さい孔径で形成された前記貫通孔によって構成されていることを特徴とするものである。
【００２１】
第４の発明では、バイパス通路は、シリンダチューブの周面に形成された貫通孔と、貫通孔に接続されたバイパス配管とで構成される。貫通孔は、バイパス配管の管内径よりも小さい孔径で形成されることで絞り部を構成している。
【００２２】
このような構成とすれば、シリンダチューブの貫通孔の孔径を小さくするだけで絞り部を形成することができ、バイパス通路の通路途中に別途、絞り弁等を設ける必要が無く、コストダウンを図ることができる。
【００２３】
第５の発明は、第３の発明において、
前記ピストンの移動量及び移動速度を演算し、その演算結果に基づいて前記絞り部の開度指令を出力するコントローラを備え、
前記絞り部は、開度調整可能な電磁比例弁であり、前記コントローラから出力される開度指令に基づいて開度調整を行うように構成されていることを特徴とするものである。
【００２４】
第５の発明では、コントローラでは、ピストンの移動量及び移動速度が演算され、その演算結果に基づいて絞り部の開度指令が出力される。絞り部は、開度調整可能な電磁比例弁で構成される。そして、電磁比例弁では、コントローラから出力される開度指令に基づいて開度調整が行われる。
【００２５】
このような構成とすれば、ピストンの移動量及び移動速度に応じて絞り部の開度調整を行うことができ、ピストンの押し込み圧を最適化することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、油圧シリンダのストロークエンドにおいて、ピストンに大きな衝撃が加わるのを抑制することができる。例えば、ピストンにロッド側突起部が設けられ、このロッド側突起部がロッド側小径部の小径孔に進入するときに、ロッド側バイパス通路からヘッド側圧力室の油の一部が排出されるので、ピストンのヘッド側に作用している押し込み圧が低下し、クッション領域におけるシリンダ推力を抑えることができる。これにより、クッション領域で吸収すべき衝撃エネルギーが小さくなるため、油圧シリンダの破損を防止することができる。
【００２７】
また、クッション領域で吸収すべき衝撃エネルギーが小さくて済むから、例えば、ロッド側突起部の軸方向長さを短くして油圧シリンダをコンパクトな構成とすることができる。また、クッション室内の圧力を抑えることができるので、シリンダチューブを厚肉にする必要が無く、油圧シリンダの重量を低減させるとともに、コストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態１に係る建設機械の構成を示す側面図である。
【図２】油圧シリンダの構成を示す側面断面図である。
【図３】ピストンがロッド側のストロークエンドに近づいたときの側面断面図である。
【図４】ピストンがロッド側のストロークエンドに位置しているときの側面断面図である。
【図５】ピストンがヘッド側に移動しているときの側面断面図である。
【図６】ピストンがヘッド側のストロークエンドに近づいたときの側面断面図である。
【図７】ピストンがヘッド側のストロークエンドに位置しているときの側面断面図である。
【図８】ピストンの移動量とクッション室内の圧力との関係を示すグラフ図である。
【図９】クッションストロークの時間変化を示すグラフ図である。
【図１０】本実施形態２に係る油圧シリンダの構成を示す側面断面図である。
【図１１】本実施形態３に係る油圧シリンダの構成を示す側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００３０】
《実施形態１》
図１は、本発明の実施形態１に係る建設機械の構成を示す側面図である。図１に示すように、この建設機械１は、いわゆる油圧ショベルであり、土木工事や建設工事を行う建設現場で土砂の掘削、砕石、建物の解体などを行うものである。建設機械１は、多数の板状部材を無端状に連結してなるクローラ２を備えた下部走行体３と、下部走行体３の上側に旋回装置４を介して取り付けられた上部旋回体５とを備えている。
【００３１】
上部旋回体５の下部には基台１０が設けられ、この基台１０の上面における進行方向前側にはアタッチメント１１が設けられている。このアタッチメント１１は、基台１０に対して上下方向に傾動可能に取り付けられたブーム１２と、ブーム１２の先端に揺動可能に取り付けられたアーム１３と、アーム１３の先端に連結されたバケット１４とを備えている。
【００３２】
ブーム１２、アーム１３、及びバケット１４には、それぞれ油圧シリンダ２０が取り付けられている。そして、油圧シリンダ２０のピストンロッド２５を伸縮させることで、ブーム１２、アーム１３、及びバケット１４が駆動するようになっている。
【００３３】
基台１０の上面におけるアタッチメント１１の取付位置の隣りには、オペレータ用のキャビン１５が配設されている。キャビン１５内には、アタッチメント１１を操作するための図示しない操作機器や空調機器が配設されている。基台１０の上面におけるアタッチメント１１の後方には、エンジンや油圧ポンプ等が配設されており、これらはカバー１６により覆われている。さらに基台１０の上面におけるカバー１６後方にはカウンタウエイト１７が装着されている。
【００３４】
図２は、油圧シリンダの構成を示す側面断面図である。図２に示すように、油圧シリンダ２０は、シリンダチューブ２１と、シリンダチューブ２１内に摺動自在に挿入されたピストン２２と、ピストン２２に取り付けられ且つシリンダチューブ２１の内周面とピストン２２の外周面との隙間をシールするシールリング２３と、ピストン２２に連結されたピストンロッド２５とを備えている。
【００３５】
ピストンロッド２５の先端部及びシリンダチューブ２１のヘッド側端部には、ロッド側連結部２０ａ及びヘッド側連結部２０ｂが設けられている。ここで、油圧シリンダ２０がアームシリンダの場合には、ロッド側連結部２０ａがアーム１３に連結され、ヘッド側連結部２０ｂがブーム１２に連結される。そして、油圧シリンダ２０を作動させ、ピストンロッド２５を伸縮させることにより、アーム１３の回動動作を行う。ブームシリンダ及びバケットシリンダについても同様である。
【００３６】
シリンダチューブ２１内は、シールリング２３によってロッド側圧力室３０とヘッド側圧力室４０とに区画されている。ロッド側圧力室３０の軸方向端部には、小径孔３１ａが形成されたロッド側小径部３１が設けられている。ロッド側小径部３１には、小径孔３１ａに連通してロッド側圧力室３０に油を給排するロッド側給排通路３５が接続されている。
【００３７】
ヘッド側圧力室４０の軸方向端部には、小径孔４１ａが形成されたヘッド側小径部４１が設けられている。ヘッド側小径部４１には、小径孔４１ａに連通してヘッド側圧力室４０に油を給排するヘッド側給排通路４５が接続されている。
【００３８】
ピストン２２のロッド側には、ロッド側突起部３２が設けられている。ロッド側突起部３２の外径は、ロッド側小径部３１の小径孔３１ａに進入可能な大きさに形成されている。また、ロッド側突起部３２は、先端に向かって外径が小さくなるテーパー状に形成されている。このような構成とすれば、ロッド側突起部３２がロッド側小径部３１の小径孔３１ａに進入する際の油の抵抗を低減することができ、ピストン２２をスムーズに移動させることができる。
【００３９】
ピストン２２のヘッド側には、ヘッド側突起部４２が設けられている。ヘッド側突起部４２の外径は、ヘッド側小径部４１の小径孔４１ａに進入可能な大きさに形成されている。また、ヘッド側突起部４２は、先端に向かって外径が小さくなるテーパー状に形成されている。このような構成とすれば、ヘッド側突起部４２がヘッド側小径部４１の小径孔４１ａに進入する際の油の抵抗を低減することができ、ピストン２２をスムーズに移動させることができる。
【００４０】
シリンダチューブ２１の周面には、ロッド側バイパス通路３６及びヘッド側バイパス通路４６が設けられている。具体的に、ロッド側バイパス通路３６は、シリンダチューブ２１の周面に形成された貫通孔３６ａと、貫通孔３６ａに接続されたバイパス配管３６ｂとで構成されている。バイパス配管３６ｂの排出側端部は、ロッド側給排通路３５の通路途中に接続されている。ロッド側バイパス通路３６には、その通路径の一部を小径とするための絞り弁３７（絞り部）と、シリンダチューブ２１外部に排出される油の流れのみを許容するチェック弁３８とが設けられている。
【００４１】
このような構成とすれば、油圧シリンダ２０をクッション領域内で停止させたときに、絞り弁３７によってロッド側圧力室３０から全ての油が排出されるのを抑制することができる。これにより、油圧シリンダ２０を再起動する際に、ロッド側圧力室３０の油圧を十分に確保することができる。
【００４２】
また、ピストンロッド２５を縮退させるときに、ロッド側給排通路３５から供給された油が、ロッド側バイパス通路３６を介してヘッド側圧力室４０内に流れてしまうことをチェック弁３８によって防止することができ、油圧シリンダ２０の作動に必要な油の漏洩を無くすことができる。
【００４３】
ロッド側バイパス通路は、ピストン２２がロッド側に移動してロッド側突起部３２の先端がロッド側小径部３１の小径孔３１ａに進入するときにヘッド側圧力室４０に連通する位置に設けられている（図３参照）。具体的に、ロッド側小径部３１の小径孔３１ａの開口端からロッド側バイパス通路３６の貫通孔３６ａまでの距離Ｌ１が、ロッド側突起部３２の先端からシールリング２３の取付位置までの距離Ｌ１と等しくなる位置に形成されている。つまり、ロッド側突起部３２がロッド側小径部３１の小径孔３１ａに進入するときに、ロッド側バイパス通路３６からヘッド側圧力室４０の油の一部が排出されるようになっている。
【００４４】
また、ヘッド側バイパス通路４６も同様に、シリンダチューブ２１の周面に形成された貫通孔４６ａと、貫通孔４６ａに接続されたバイパス配管４６ｂとで構成されている。バイパス配管４６ｂの排出側端部は、ヘッド側給排通路４５の通路途中に接続されている。ヘッド側バイパス通路４６には、その通路径の一部を小径とするための絞り弁３７と、シリンダチューブ２１外部に排出される油の流れのみを許容するチェック弁３８とが設けられている。
【００４５】
このような構成とすれば、油圧シリンダ２０をクッション領域内で停止させたときに、絞り弁３７によってヘッド側圧力室４０から全ての油が排出されるのを抑制することができる。これにより、油圧シリンダ２０を再起動する際に、ヘッド側圧力室４０の油圧を十分に確保することができる。
【００４６】
また、ピストンロッド２５を伸張させるときに、ヘッド側給排通路４５から供給された油が、ヘッド側バイパス通路４６を介してロッド側圧力室３０内に流れてしまうことをチェック弁３８によって防止することができ、油圧シリンダ２０の作動に必要な油の漏洩を無くすことができる。
【００４７】
ヘッド側バイパス通路は、ピストン２２がヘッド側に移動してヘッド側突起部４２の先端がヘッド側小径部４１の小径孔４１ａに進入するときにロッド側圧力室３０に連通する位置に設けられている（図６参照）。具体的に、ヘッド側小径部４１の小径孔４１ａの開口端からヘッド側バイパス通路４６の貫通孔４６ａまでの距離Ｌ２が、ヘッド側突起部４２の先端からシールリング２３の取付位置までの距離Ｌ２と等しくなる位置に形成されている。つまり、ヘッド側突起部４２がヘッド側小径部４１の小径孔４１ａに進入するときに、ヘッド側バイパス通路４６からロッド側圧力室３０の油の一部が排出されるようになっている。
【００４８】
−油圧シリンダの動作−
次に、油圧シリンダ２０のピストンロッド２５を伸長させる場合の動作について、図２から図４を用いて説明する。
【００４９】
図２に示すように、ヘッド側圧力室４０内に油圧ポンプ（図示省略）から油が供給され、ヘッド側圧力室４０内の圧力が高まる。これにより、ピストン２２がロッド側小径部３１に向かって移動し、ピストンロッド２５が伸張する。
【００５０】
そして、ピストン２２のロッド側突起部３２の先端が、ロッド側小径部３１の小径孔３１ａに進入する位置まで移動したときに、ロッド側バイパス通路３６がヘッド側圧力室４０に連通する（図３参照）。これにより、ヘッド側圧力室４０内の油の一部がロッド側バイパス通路３６から排出される。排出された油は、ロッド側給排通路３５で合流して油圧タンク（図示省略）に回収される。
【００５１】
ここで、ロッド側突起部３２の周囲には、シリンダチューブ２１の内周面、ロッド側小径部３１、及びピストン２２によって区画されたクッション室が形成される。そして、ロッド側突起部３２がロッド側小径部３１の小径孔３１ａに進入するときに、ロッド側バイパス通路３６からヘッド側圧力室４０の油の一部が排出されるようになっているから、ヘッド側圧力室４０の押し込み圧が低下し、ピストン２２の移動速度が低下する。
【００５２】
さらに、図４に示すように、ピストン２２がロッド側のストロークエンドまで移動する。ここで、ピストン２２が図３に示す位置から図４に示す位置まで移動する区間が、クッション領域となる。図３に示すように、油圧シリンダ２０の伸長方向のクッション領域に入ると、ロッド側突起部３２がロッド側小径部３１の小径孔３１ａに進入する。その結果、ロッド側小径部３１の小径孔３１ａと、ロッド側突起部３２との隙間が狭く、この狭い隙間を油が通過することとなるため、ピストン２２は、ヘッド側圧力室４０からの押し込み圧に対して大きな抵抗を受ける。このように、ピストン２２は、クッション室内の油圧によって移動速度が減衰されながらストロークエンドに到達する。これにより、ピストン２２がロッド側のストロークエンドに衝突する際の衝撃を吸収することができる。
【００５３】
次に、油圧シリンダ２０のピストンロッド２５を縮退させる場合の動作について、図５から図７を用いて説明する。
【００５４】
図５に示すように、ロッド側圧力室３０内に油圧ポンプ（図示省略）から油が供給され、ロッド側圧力室３０内の圧力が高まる。これにより、ピストン２２がヘッド側小径部４１に向かって移動し、ピストンロッド２５が縮退する。
【００５５】
そして、ピストン２２のヘッド側突起部４２の先端が、ヘッド側小径部４１の小径孔４１ａに進入する位置まで移動したときに、ヘッド側バイパス通路４６がロッド側圧力室３０に連通する（図６参照）。これにより、ロッド側圧力室３０内の油の一部がヘッド側バイパス通路４６から排出される。排出された油は、ヘッド側給排通路４５に合流して油圧タンク（図示省略）に回収される。
【００５６】
ここで、ヘッド側突起部４２の周囲には、シリンダチューブ２１の内周面、ヘッド側小径部４１、及びピストン２２によって区画されたクッション室が形成される。そして、ヘッド側突起部４２がヘッド側小径部４１の小径孔４１ａに進入するときに、ヘッド側バイパス通路４６からロッド側圧力室３０の油の一部が排出されるようになっているから、ロッド側圧力室３０の押し込み圧が低下し、ピストン２２の移動速度が低下する。
【００５７】
さらに、図７に示すように、ピストン２２がロッド側のストロークエンドまで移動する。ここで、ピストン２２が図６に示す位置から図７に示す位置まで移動する区間が、クッション領域となる。図６に示すように、油圧シリンダ２０の縮退方向のクッション領域に入ると、ヘッド側突起部４２がヘッド側小径部４１の小径孔４１ａに進入する。その結果、ヘッド側小径部４１の小径孔４１ａと、ヘッド側突起部４２との隙間が狭く、この狭い隙間を油が通過することとなるため、ピストン２２は、ロッド側圧力室３０からの押し込み圧に対して大きな抵抗を受ける。このように、ピストン２２は、クッション室内の油圧によって移動速度が減衰されながらストロークエンドに到達する。これにより、ピストン２２がヘッド側のストロークエンドに衝突する際の衝撃を吸収することができる。
【００５８】
図８は、ピストンの移動量とクッション室内の圧力との関係を示すグラフ図である。図８に示すように、ロッド側バイパス通路３６及びヘッド側バイパス通路４６を設けていない従来の油圧シリンダに比べて、本実施形態１に係る油圧シリンダ２０の方が、クッション室内の圧力及びピストン２２の押し込み圧が低下していることが分かる。つまり、クッション領域におけるシリンダ推力を抑えることができる。これにより、クッション領域で吸収すべき衝撃エネルギーが小さくなるため、油圧シリンダの破損を防止することができる。
【００５９】
図９は、クッションストロークの時間変化を示すグラフ図である。図９に示すように、ロッド側バイパス通路３６及びヘッド側バイパス通路４６を設けていない従来の油圧シリンダに比べて、本実施形態１に係る油圧シリンダ２０の方が、ピストン２２がクッション領域に到達してからストロークエンドに至るまでのピストン２２の移動速度を緩やかに減衰できていることが分かる。つまり、ピストン２２がストロークエンドに到達したときの衝撃による振動の発生を抑えることができる。
【００６０】
以上のように、本実施形態１に係る油圧シリンダ２０によれば、油圧シリンダ２０のストロークエンドにおいて、ピストン２２に大きな衝撃が加わるのを抑制することができる。具体的に、ピストン２２に設けられたロッド側突起部３２がロッド側小径部３１の小径孔３１ａに進入するときに、ロッド側バイパス通路３６からヘッド側圧力室４０の油の一部が排出されるので、ピストン２２のヘッド側に作用している押し込み圧が低下し、クッション領域におけるシリンダ推力を抑えることができる。これにより、クッション領域で吸収すべき衝撃エネルギーが小さくなるため、油圧シリンダ２０の破損を防止することができる。
【００６１】
また、クッション領域で吸収すべき衝撃エネルギーが小さくて済むから、例えば、ロッド側突起部３２の軸方向長さを短くして油圧シリンダ２０をコンパクトな構成とすることができる。また、クッション室内の圧力を抑えることができるので、シリンダチューブ２１を厚肉にする必要が無く、油圧シリンダ２０の重量を低減させるとともに、コストダウンを図ることができる。
【００６２】
なお、本実施形態では、ピストン２２にロッド側突起部３２及びヘッド側突起部４２を設けた構成としたが、何れか一方の突起部のみがピストン２２に設けられた構成としてもよい。
【００６３】
《実施形態２》
図１０は、本実施形態２に係る油圧シリンダの構成を示す側面断面図である。前記実施形態１との違いは、ロッド側バイパス通路３６及びヘッド側バイパス通路４６に設ける絞り部の構成が異なっている点であるため、以下、実施形態１と同じ部分については、同じ符号を付し、相違点についてのみ説明する。
【００６４】
図１０に示すように、ロッド側バイパス通路３６は、シリンダチューブ２１の周面に形成された貫通孔３６ａと、貫通孔３６ａに接続されたバイパス配管３６ｂとで構成されている。バイパス配管３６ｂの排出側端部は、ロッド側給排通路３５の通路途中に接続されている。
【００６５】
ここで、貫通孔３６ａは、バイパス配管３６ｂの管内径よりも小さい孔径で形成されている。つまり、貫通孔３６ａは、通路径の一部が小径となった絞り部として機能する。
【００６６】
ヘッド側バイパス通路４６は、シリンダチューブ２１の周面に形成された貫通孔４６ａと、貫通孔４６ａに接続されたバイパス配管４６ｂとで構成されている。バイパス配管４６ｂの排出側端部は、ヘッド側給排通路４５の通路途中に接続されている。
【００６７】
ここで、貫通孔４６ａは、バイパス配管４６ｂの管内径よりも小さい孔径で形成されている。つまり、貫通孔４６ａは、通路径の一部が小径となった絞り部として機能する。
【００６８】
このような構成とすれば、シリンダチューブ２１の貫通孔３６ａ，４６ａの孔径を小さくするだけで絞り部を形成することができ、ロッド側バイパス通路３６及びヘッド側バイパス通路４６の通路途中に別途、絞り弁等を設ける必要が無く、コストダウンを図ることができる。
【００６９】
《実施形態３》
図１１は、本実施形態３に係る油圧シリンダの構成を示す側面断面図である。前記実施形態１との違いは、ロッド側バイパス通路３６及びヘッド側バイパス通路４６に設ける絞り部の構成が異なっている点であるため、以下、実施形態１と同じ部分については同じ符号を付し、相違点についてのみ説明する。
【００７０】
図１１に示すように、ロッド側バイパス通路３６には、絞り部としての電磁比例弁５１が設けられている。電磁比例弁５１は、開度指令に基づいて開度を調整可能な弁である。
【００７１】
油圧シリンダ２０は、検出センサ５２と、コントローラ５３とを備えている。検出センサ５２は、シリンダチューブ２１に取り付けられ、ピストン２２の位置を検出するものである。検出センサ５２により、ピストン２２がクッション領域に入ったことが検出され、この検出結果は、コントローラ５３に送信される。
【００７２】
コントローラ５３は、検出センサ５２の検出結果に基づいて、ピストン２２の移動量及び移動速度を演算するものである。そして、演算結果に基づく開度指令を、電磁比例弁５１に出力する。
【００７３】
電磁比例弁５１では、開度指令に基づいてその開度が調整される。具体的に、ピストン２２がロッド側のクッション領域に近づいたときには、ピストン２２の移動速度が速いため、ロッド側の電磁比例弁５１の開度を全開とし、ヘッド側圧力室４０からロッド側バイパス通路３６を介して排出される油の流量を増やす。これにより、ピストン２２の押し込み圧を低減して移動速度を減衰させる。そして、ピストン２２がストロークエンドに近づくほど、ロッド側の電磁比例弁５１の開度が徐々に小さくなるように制御する。
【００７４】
また、ピストン２２がヘッド側のクッション領域に近づいたときには、ピストン２２の移動速度が速いため、ヘッド側の電磁比例弁５１の開度を全開とし、ロッド側圧力室３０からヘッド側バイパス通路４６を介して排出される油の流量を増やす。これにより、ピストン２２の押し込み圧を低減して移動速度を減衰させる。そして、ピストン２２がストロークエンドに近づくほど、ヘッド側の電磁比例弁５１の開度が徐々に小さくなるように制御する。
【００７５】
このような構成とすれば、ピストン２２の移動量及び移動速度に応じて電磁比例弁５１の開度調整を行うことができ、ピストン２２の押し込み圧を最適化することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
以上説明したように、本発明は、油圧シリンダのストロークエンドにおいて、比較的簡単な構成で、ピストンに大きな衝撃が加わるのを抑制できるという実用性の高い効果が得られることから、きわめて有用で産業上の利用可能性は高い。
【符号の説明】
【００７７】
２０ 油圧シリンダ
２１ シリンダチューブ
２２ ピストン
２３ シールリング
２５ ピストンロッド
３０ ロッド側圧力室
３１ ロッド側小径部
３１ａ 小径孔
３２ ロッド側突起部
３５ ロッド側給排通路
３６ ロッド側バイパス通路
３６ａ 貫通孔
３６ｂ バイパス配管
３７ 絞り弁（絞り部）
３８ チェック弁
４０ ヘッド側圧力室
４１ ヘッド側小径部
４１ａ 小径孔
４２ ヘッド側突起部
４５ ヘッド側給排通路
４６ ヘッド側バイパス通路
４６ａ 貫通孔
４６ｂ バイパス配管
５１ 電磁比例弁（絞り部）
５３ コントローラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダチューブと、該シリンダチューブ内に摺動自在に挿入されたピストンと、該ピストンに取り付けられ且つ該シリンダチューブの内周面と該ピストンの外周面との隙間をシールして該シリンダチューブ内をロッド側圧力室とヘッド側圧力室とに区画するシールリングと、該ピストンに連結されたピストンロッドとを備えた油圧シリンダであって、
前記ピストンのロッド側及びヘッド側のうち少なくとも一方に設けられた突起部と、
前記突起部側の圧力室の軸方向端部に設けられ、該突起部が進入可能な小径孔が形成された小径部と、
前記シリンダチューブの周面に設けられたバイパス通路とを備え、
前記バイパス通路は、前記ピストンが移動して前記突起部の先端が前記小径部の小径孔に進入するときに、該突起部側の圧力室とは反対側の圧力室に連通して、該反対側の圧力室内の油の一部を排出させるように構成されていることを特徴とする油圧シリンダ。
【請求項２】
請求項１において、
前記小径部には、前記突起部側の圧力室の油を給排する給排通路が接続され、
前記バイパス通路は、前記給排通路に接続され、
前記バイパス通路には、前記シリンダチューブ外部に排出される油の流れのみを許容するチェック弁が設けられていることを特徴とする油圧シリンダ。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記バイパス通路には、その通路径の一部が小径となった絞り部が設けられていることを特徴とする油圧シリンダ。
【請求項４】
請求項３において、
前記バイパス通路は、前記シリンダチューブの周面に形成された貫通孔と、該貫通孔に接続されたバイパス配管とで構成され、
前記絞り部は、前記バイパス配管の管内径よりも小さい孔径で形成された前記貫通孔によって構成されていることを特徴とする油圧シリンダ。
【請求項５】
請求項３において、
前記ピストンの移動量及び移動速度を演算し、その演算結果に基づいて前記絞り部の開度指令を出力するコントローラを備え、
前記絞り部は、開度調整可能な電磁比例弁であり、前記コントローラから出力される開度指令に基づいて開度調整を行うように構成されていることを特徴とする油圧シリンダ。
【請求項１】
シリンダチューブと、該シリンダチューブ内に摺動自在に挿入されたピストンと、該ピストンに取り付けられ且つ該シリンダチューブの内周面と該ピストンの外周面との隙間をシールして該シリンダチューブ内をロッド側圧力室とヘッド側圧力室とに区画するシールリングと、該ピストンに連結されたピストンロッドとを備えた油圧シリンダであって、
前記ピストンのロッド側及びヘッド側のうち少なくとも一方に設けられた突起部と、
前記突起部側の圧力室の軸方向端部に設けられ、該突起部が進入可能な小径孔が形成された小径部と、
前記シリンダチューブの周面に設けられたバイパス通路とを備え、
前記バイパス通路は、前記ピストンが移動して前記突起部の先端が前記小径部の小径孔に進入するときに、該突起部側の圧力室とは反対側の圧力室に連通して、該反対側の圧力室内の油の一部を排出させるように構成されていることを特徴とする油圧シリンダ。
【請求項２】
請求項１において、
前記小径部には、前記突起部側の圧力室の油を給排する給排通路が接続され、
前記バイパス通路は、前記給排通路に接続され、
前記バイパス通路には、前記シリンダチューブ外部に排出される油の流れのみを許容するチェック弁が設けられていることを特徴とする油圧シリンダ。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記バイパス通路には、その通路径の一部が小径となった絞り部が設けられていることを特徴とする油圧シリンダ。
【請求項４】
請求項３において、
前記バイパス通路は、前記シリンダチューブの周面に形成された貫通孔と、該貫通孔に接続されたバイパス配管とで構成され、
前記絞り部は、前記バイパス配管の管内径よりも小さい孔径で形成された前記貫通孔によって構成されていることを特徴とする油圧シリンダ。
【請求項５】
請求項３において、
前記ピストンの移動量及び移動速度を演算し、その演算結果に基づいて前記絞り部の開度指令を出力するコントローラを備え、
前記絞り部は、開度調整可能な電磁比例弁であり、前記コントローラから出力される開度指令に基づいて開度調整を行うように構成されていることを特徴とする油圧シリンダ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−２２５４７３（Ｐ２０１２−２２５４７３Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９５５９４（Ｐ２０１１−９５５９４）
【出願日】平成２３年４月２２日（２０１１．４．２２）
【出願人】（０００２４６２７３）コベルコ建機株式会社 (644)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２２日（２０１１．４．２２）
【出願人】（０００２４６２７３）コベルコ建機株式会社 (644)
【Ｆターム（参考）】
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