JP5604345B2 - 流体圧シリンダのピストン軸受け構造 - Google Patents

Description

本発明は、ピストンがシリンダチューブに支持される流体圧シリンダのピストン軸受け構造に関するものである。

流体圧シリンダのピストン軸受け構造として、ピストンが１本のシールリングとこれを挟持する２本のウェアリングを介してシリンダチューブに支持されるものがある。

この種のシールリングとして、その内外周に突出する２対のリップを有するＸ字形の断面形状を持つものが用いられる（特許文献１、２参照）。

一方、この種のウェアリングは、シールリングリップが収容溝からはみ出さないように支持するバックアップ機能と、ピストンをシリンダチューブに対して摺動可能に支持する軸受機能とを果たす。

通常の流体圧シリンダの伸縮作動時において、ウェアリングまわりに間隙が画成されることによって、ピストンとシリンダチューブの間においてウェアリングの両側に圧力差が生じることを抑えられ、ウェアリングが圧力差によって変形することが防止される。

特開２０１０−１４２０１号公報 特開２００８−１３８８０５号公報

ところで、上記ウェアリングとして、上記バックアップ機能を果たすバックアップリング部と、上記軸受機能を果たすウェアリング部とを有し、Ｌ字形の断面形状を持つバックアップウェアリングを用いることがある。なお、こうしたバックアップウェアリングを用いる場合には、ウェアリング部に合い口隙間を設け、バックアップリング部にバイアスカットにて合い口隙間を設けることにより、流体圧シリンダの伸縮作動時に、ピストンとシリンダチューブの間においてバックアップウェアリングの両側に圧力差が生じることを抑制することが考えられる。

しかしながら、このような合い口隙間を構成しても、流体圧シリンダの作動状態によっては、ピストンがシリンダチューブの中心軸に対して傾斜し、バックアップリング部のバイアスカット合い口隙間が閉塞される状態が生じることがある。そして、バイアスカット合い口隙間が閉塞される結果、バックアップリング部とシールリングとの間に作動流体が閉じ込められる、いわゆる畜圧現象が生じる可能性がある。

蓄圧現象が生じると、バックアップウェアリングの両側に生じる圧力差が増大し、バックアップリング部の一部がピストンの収容溝からはみ出す変形を起こして、バックアップウェアリングの軸受機能が損なわれる可能性がある。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、Ｌ字形の断面形状を持つバックアップウェアリングを用いた場合であっても、蓄圧現象を防止できる流体圧シリンダのピストン軸受け構造を提供することを目的とする。

本発明は、ピストンがシリンダチューブに支持される流体圧シリンダのピストン軸受け構造であって、シリンダチューブに摺接する１本のシールリングとこのシールリングを挟持する２本のバックアップウェアリング（ウェアリング）とがピストンの収容溝に収容され、収容溝は、シールリングを収容する深溝と、この深溝の両側部に連接して延びる２本の浅溝とを有し、バックアップウェアリングは、浅溝に収容されてピストンの荷重を受けるウェアリング部と、深溝に収容されてシールリングに対峙するバックアップリング部とを有するＬ字形の断面形状を持ち、ウェアリング部は合い口隙間を形成する一対の合い口端部を有し、バックアップリング部は互いに当接する一対のバイアスカット合い口端部を有し、バックアップウェアリングは収容溝に対峙してバックアップリング部とウェアリング部に渡って延びる圧力逃がし溝を有し、この圧力逃がし溝がピストンとシリンダチューブの間におけるバックアップウェアリングの両側を連通する構成とした。

本発明によると、バックアップリング部まわりの間隙が閉塞される作動時においても、圧力逃がし溝がピストンとシリンダチューブの間においてバックアップウェアリングの両側を連通し、バックアップウェアリングの一部が収容溝からはみ出す変形を起こすことが防止され、バックアップウェアリングの軸受機能が維持される。

本発明の実施形態を示す流体圧シリンダの縦断面図。 同じく図１の一部を拡大した流体圧シリンダの縦断面図。 同じくバックアップウェアリングの斜視図。 同じくバックアップウェアリングの側面図。 他の実施形態を示すバックアップウェアリングの側面図。 他の実施形態を示すバックアップウェアリングの側面図。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１、２は、流体圧シリンダ（油圧シリンダ）１の一部を示す縦断面図である。この流体圧シリンダ１は、例えば作業機械、建設機械、他の機械、設備等の負荷を駆動するアクチュエータとして用いられる。

流体圧シリンダ１は、作動流体として、オイルを用いるが、オイルの代わりに例えば水溶性代替液等の作動液（液体）を用いても良い。

流体圧シリンダ１は、円筒状のシリンダチューブ２と、このシリンダチューブ２の内側に摺動可能に収められるピストン３と、このピストン３に連結されるピストンロッド７（図４参照）と、シリンダチューブ２に対してピストンロッド７を摺動可能に支持するシリンダヘッド（図示せず）とを備える。シリンダチューブ２、ピストンロッド７、ピストン３、シリンダヘッドは、中心軸Ｐについて同軸上に配置される。

流体圧シリンダ１は、シリンダチューブ２の内側がピストン３によってロッド側の流体圧室５とエンド側の流体圧室６とに仕切られる。ロッド側の流体圧室５とエンド側の流体圧室６は、図示しない配管を介して流体圧ユニットに連通する。単動式の流体圧シリンダ１は、流体圧ユニットから供給される加圧作動流体がエンド側の流体圧室６に導入されることによって伸長作動する一方、加圧作動流体がロッド側の流体圧室５に導入されることによって収縮作動する。

ピストン３の外周とシリンダチューブ２の内周面２ｉの間に、図１において上から順にバックアップウェアリング（ウェアリング）２０、シールリング５０、バックアップウェアリング（ウェアリング）２０が介装される。

ピストン３の外周面３ｏには、環状に延びる収容溝１１が形成され、この収容溝１１に各バックアップウェアリング２０とシールリング５０とが収容される。

収容溝１１は、１本の深溝１３と、この深溝１３の両側部に連接して延びる２本の浅溝１２とを有する。中央の深溝１３にシールリング５０が収容され、深溝１３と上下の浅溝１２に渡って各バックアップウェアリング２０が収容される。

浅溝１２と深溝１３は、２つの矩形が合体したＬ字形の断面形状を持つ。浅溝１２の底面１２ａと、深溝１３の底面１３ａは、それぞれ中心軸Ｐを中心とする直円筒面状に形成される。浅溝１２の側面１２ｂと、深溝１３の両側面１３ｂは、それぞれ中心軸Ｐについて略直交する平面状に形成される。

シールリング５０は、Ｘ字形の断面形状を持ち、環状に形成される。シールリング５０は、内外周に突出する２対のリップ５１、５２を有する略線対称形状に形成される。

シールリング５０は、例えばウレタンゴム等の樹脂材によって形成される。

シールリング５０は、その弾性復元力と流体圧力によってリップ５１、５２が互いに拡がり、内周の各リップ５１が全周に渡って深溝１３の底面１３ａに当接するとともに、外周の各リップ５２が全周に渡ってシリンダチューブ２の内周面２ｉに摺接し、ロッド側の流体圧室５とエンド側の流体圧室６との間を密封する。

なお、これに限らず、シールリング５０に略円形の断面形状を有するＯリングを用いてもよい。

バックアップウェアリング２０は、Ｌ字形の断面形状を持ち、環状に形成される。バックアップウェアリング２０は、浅溝１２に収容されてピストン３の荷重を受けるウェアリング部２１と、深溝１３に収容されてシールリング５０に対峙するバックアップリング部３１とを有する。

バックアップウェアリング２０は、例えばナイロン等の樹脂材によって形成され、シールリング５０より高い剛性を有する。

図３は、バックアップウェアリング２０の斜視図である。ウェアリング部２１は、合い口端部２１ｍ、２１ｎによって画成される合い口隙間２２を有するリング状に形成される。バックアップウェアリング２０は、合い口隙間２２を拡げた状態で収容溝１１に嵌め込まれる。

ウェアリング部２１は、Ｌ字形の一辺となる矩形の断面形状を持ち、内周面２１ｉ、外周面２１ｏ、側面２１ｊを有する。内周面２１ｉと外周面２１ｏは、それぞれ中心軸Ｐを中心とする直円筒面状に形成される。側面２１ｊは、中心軸Ｐについて略直交する平面状に形成される。

ウェアリング部２１の合い口端部２１ｍ、２１ｎは、互いに対向する平面状に形成される。図１に示すように、バックアップウェアリング２０は、シリンダチューブ２内に介装された組み付け状態にて、外側に開こうとする弾性復元力が働き、この弾性復元力によってその合い口端部２１ｍ、２１ｎが互いに離れて合い口隙間２２を画成する。

ウェアリング部２１は、その厚さ（径方向の寸法）が浅溝１２の深さ（径方向の寸法）より大きく形成される。これにより、ウェアリング部２１は、その外周面２１ｏが収容溝１１からピストン３の外径方向に突出し、外周面２１ｏがシリンダチューブ２の内周面２ｉに摺接することによって、ピストン３をシリンダチューブ２に対して摺動可能に支持する軸受機能を果たす。

バックアップリング部３１は、Ｌ字形の一辺となる矩形の断面形状を持ち、内周面３１ｉ、外周面３１ｏ、背面（側面）３１ｊ、バックアップ面（側面）３１ｋとを有する。内周面３１ｉと外周面３１ｏは、それぞれ中心軸Ｐを中心とする直円筒面状に形成される。外周面３１ｏは、ウェアリング部２１の外周面２１ｏと段差なく連続する。背面３１ｊ、バックアップ面３１ｋは、中心軸Ｐについて略直交する平面状に形成される。

バックアップウェアリング２０は、そのバックアップ面３１ｋに押圧されるシールリング５０のリップ５２がシリンダチューブ２の内周面２ｉ側にはみ出さないようにするとともに、リップ５１が深溝１３の底面１３ａ側にはみ出さないように支持するバックアップ機能を果たす。

バックアップリング部３１は、互いに当接する一対のバイアスカット合い口端部３１ｍ、３１ｎを有する。バイアスカット合い口端部３１ｍ、３１ｎは、その端面が中心軸Ｐについて傾斜するテーパ状に形成され、バックアップウェアリング２０が開いても、その端面どうしが互いに当接し、両者の間に隙間が空かないようになっている。これにより、バックアップリング部３１は、バックアップ面３１ｋに押圧されるシールリング５０のリップ５１、５２がバイアスカット合い口端部３１ｍ、３１ｎの間にはみ出さないように支持するバックアップ機能を果たす。

図２に示すように、シールリング５０は、内外周のリップ５１、５２の先端角部に環状の面取り部が形成される。例えば、内周のリップ５１の先端には面取り部５１ａが形成される。図２に示すように、シールリング５０が収容溝１１に介装された状態にて、深溝１３の底面１３ａに対する面取り部５１ａの外周端までの距離を面取り幅Ｔとすると、面取り幅Ｔが任意に設定される。

バックアップウェアリング２０は、図２に示すように、バックアップリング部３１の外周面３１ｏがシリンダチューブ２の内周面２ｉに当接した状態で、バックアップリング部３１の内周面３１ｉと深溝１３の底面１３ａの間にスキマＳの間隙が設けられる。

通常の流体圧シリンダ１の伸縮作動時において、バックアップウェアリング２０は、その弾性復元力によってその外周面２１ｏ、３１ｏがシリンダチューブ２の内周面２ｉに摺接し、その内周面２１ｉ、３１ｉが浅溝１２の底面１２ａ、深溝１３の底面１３ａから離れる。これにより、作動流体が内周面２１ｉ、３１ｉと浅溝１２の底面１２ａ、深溝１３の底面１３ａの間に画成される間隙を通り、バックアップウェアリング２０とシールリング５０の間に作動流体が閉じ込められることがない。

ところで、流体圧シリンダ１の作動状態によっては、ピストン３が中心軸Ｐに対して傾斜し、バックアップリング部３１の外周部が全周に渡ってシリンダチューブ２の内周面２ｉに摺接するとともに、バックアップリング部３１の背面３１ｊが全周に渡って深溝１３の側面１３ｂに当接して、バイアスカット合い口端部３１ｍ、３１ｎの間隙が閉塞される状態が生じる可能性がある。

従来のバックアップウェアリングにあっては、この間隙が閉塞される状態において、バックアップウェアリングとシールリングの間に作動流体が閉じ込められ、バックアップウェアリングとシールリングの間に作動流体が閉じ込められる蓄圧現象が生じる可能性がある。この蓄圧現象によってバックアップウェアリングの両側に生じる圧力差が増大し、バックアップウェアリングの一部がピストンの収容溝からはみ出す変形を起こして、バックアップウェアリングの軸受機能が損なわれる可能性がある。

本発明は、これに対処してなされたものであり、図１に示すように、バックアップウェアリング２０に圧力逃がし溝４０を形成し、この圧力逃がし溝４０によってピストン３とシリンダチューブ２の間におけるバックアップウェアリング２０の両側が連通される構成とする。

図３に示すように、圧力逃がし溝４０は、バックアップリング部３１の内周面３１ｉ、背面３１ｊ、ウェアリング部２１の内周面２１ｉ、側面２１ｊに渡って曲折して延びるように形成される。

圧力逃がし溝４０は、その一端４０ａがバックアップリング部３１のバックアップ面３１ｋに開口し、その他端４０ｂがウェアリング部２１の外周面２１ｏに開口する。

圧力逃がし溝４０は、略半円形の断面形状を持つ。

前述したように、図２において、バックアップリング部３１の内周面３１ｉと深溝１３の底面１３ａの間に設けられる間隙の開口幅をバックアップリング部３１の内周スキマＳとし、深溝１３の底面１３ａに対するシールリング５０のリップ５１の面取り部５１ａの外周端までの距離を面取り幅Ｔとすると、圧力逃がし溝４０の深さＵは次式を満たすように設定される。
Ｕ＋Ｓ＜Ｔ …（１）
Ｕ＜Ｔ−Ｓ
すなわち、圧力逃がし溝４０の深さＵは、面取り幅Ｔとバックアップリング部３１の内周スキマＳの差より小さい寸法に設定される。

これにより、リップ５１は、面取り部５１ａの一部が圧力逃がし溝４０の開口部を覆うように対峙し、リップ５１の一部が圧力逃がし溝４０にはみ出すことが防止される。

図３に示すように、バックアップウェアリング２０に２本の圧力逃がし溝４０が形成される。各圧力逃がし溝４０は、それぞれ中心軸Ｐを中心として合い口隙間２２に対して略９０度の角度を持つ位置に形成される。

なお、これに限らず、バックアップウェアリング２０に１本の圧力逃がし溝４０を形成してもよい。この場合、各圧力逃がし溝４０は、中心軸Ｐを中心として合い口隙間２２に対して略１８０度の角度を持つ位置に形成される。

また、バックアップウェアリング２０に３本以上の圧力逃がし溝４０を形成してもよい。

流体圧シリンダ１のピストン軸受け構造は、以上のように構成される。上記構成に基づき、バックアップリング部３１まわりの間隙が閉塞される作動状態においても、圧力逃がし溝４０がピストン３とシリンダチューブ２の間においてバックアップウェアリング２０の両側を連通するため、バックアップウェアリング２０とシールリング５０の間に作動流体が閉じ込められて、バックアップウェアリング２０の両側に圧力差が生じることを抑えられる。これにより、バックアップウェアリング２０の一部が収容溝１１からはみ出す変形を起こすことが防止され、バックアップウェアリング２０の軸受機能が維持される。

図４に示すように、圧力逃がし溝４０は、略半円形の断面形状を持つ。

図５に示すように、圧力逃がし溝４０は、略三角形の断面形状を持つ構成としてもよい。

図６に示すように、圧力逃がし溝４０は、略矩形形の断面形状を持つ構成としてもよい。

以下、本実施形態の要旨と作用、効果を説明する。

本実施形態では、ピストン３がシリンダチューブ２に支持される流体圧シリンダ１のピストン軸受け構造であって、シリンダチューブ２に摺接する１本のシールリング５０とこのシールリング５０を挟持する２本のバックアップウェアリング２０とがピストン３の収容溝１１に収容され、この収容溝１１は、シールリング５０を収容する深溝１３と、この深溝１３の両側部に連接して延びる２本の浅溝１２とを有し、バックアップウェアリング２０は、浅溝１２に収容されてピストン３の荷重を受けるウェアリング部２１と、深溝１３に収容されてシールリング５０に対峙するバックアップリング部３１とを有するＬ字形の断面形状を持ち、ウェアリング部２１は合い口隙間２２を形成する一対の合い口端部２１ｍ、２１ｎを有し、バックアップリング部３１は互いに当接する一対のバイアスカット合い口端部３１ｍ、３１ｎを有し、バックアップウェアリング２０は収容溝１１に対峙してバックアップリング部３１とウェアリング部２１に渡って延びる圧力逃がし溝４０を有し、この圧力逃がし溝４０がピストン３とシリンダチューブ２の間におけるバックアップウェアリング２０の両側を連通する構成とした。

上記構成に基づき、バックアップリング部３１まわりの間隙が閉塞される作動時においても、圧力逃がし溝４０がピストン３とシリンダチューブ２の間においてバックアップウェアリング２０の両側を連通し、バックアップウェアリング２０の一部が収容溝１１からはみ出す変形を起こすことが防止され、バックアップウェアリング２０の軸受機能が維持される。

圧力逃がし溝４０は収容溝１１に対峙して開口し、シリンダチューブ２の内周面２ｉに摺接する部位を持たないため、スラッジ等が圧力逃がし溝４０に詰まることがなく、連通状態が維持される。

なお、圧力逃がし溝をシリンダチューブ２の外周面２１ｏ、３１ｏに開口するように形成することも考えられるが、その場合には、圧力逃がし溝の開口縁部ががシリンダチューブ２の内周面２ｉに摺接し、スラッジ等が圧力逃がし溝に詰まる可能性がある。

本実施形態では、シールリング５０はその内外周に突出する２対のリップ５１、５２を有するＸ字形の断面形状を持ち、内周に突出するリップ５１に深溝１３の底面１３ａに当接する環状の面取り部５１ａが形成され、深溝１３の底面１３ａに対する面取り部５１ａの外周端の距離をシールリング５０の面取り幅Ｔとし、バックアップリング部３１の内周面３１ｉと深溝１３の底面１３ａの間に設けられる間隙の開口幅をスキマＳとすると、圧力逃がし溝４０の深さＵは、シールリング５０の面取り幅Ｔとバックアップリング部３１の内周スキマＳの差より小さい寸法に設定される構成とした。

上記構成に基づき、リップ５１は、面取り部５１ａの一部が圧力逃がし溝４０の開口部を覆うように対峙し、リップ５１の一部が圧力逃がし溝４０にはみ出すことが防止される。

本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

１ 流体圧シリンダ
２ シリンダチューブ
３ ピストン
５ 流体圧室
６ 流体圧室
１１ 収容溝
１２ 浅溝
１３ 深溝
２０ バックアップウェアリング
２１ ウェアリング部
２１ｎ、２１ｍ 合い口端部
２２ 合い口隙間
３１ バックアップリング部
３１ｎ、３１ｍ バイアスカット合い口端部
４０ 圧力逃がし溝
５０ シールリング
５１、５２ リップ
５１ａ 面取り部

Claims (2)

1. ピストンがシリンダチューブに支持される流体圧シリンダのピストン軸受け構造であって、
   前記シリンダチューブに摺接する１本のシールリングとこのシールリングを挟持する２本のバックアップウェアリングとが前記ピストンの収容溝に収容され、
   ピストンの収容溝に１本のシールリングとこのシールリングを挟持する２本のバックアップウェアリングとが収容され、
   前記シールリングと前記バックアップウェアリングがそれぞれシリンダチューブに摺接する流体圧シリンダのピストン軸受け構造であって、
   前記収容溝は、
   前記シールリングを収容する深溝と、
   この深溝の両側部に連接して延びる２本の浅溝と、を有し、
   前記バックアップウェアリングは、
   前記浅溝に収容されて前記ピストンの荷重を受けるウェアリング部と、
   前記深溝に収容されてシールリングに対峙するバックアップリング部と、を有するＬ字形の断面形状を持ち、
   前記ウェアリング部は合い口隙間を形成する一対の合い口端部を有し、
   前記バックアップリング部は互いに当接する一対のバイアスカット合い口端部を有し、
   前記バックアップウェアリングは前記収容溝に対峙して前記バックアップリング部と前記ウェアリング部に渡って延びる圧力逃がし溝を有し、
   この圧力逃がし溝が前記ピストンと前記シリンダチューブの間における前記バックアップウェアリングの両側を連通することを特徴とする流体圧シリンダのピストン軸受け構造。
2. 前記シールリングはその内外周に突出する２対のリップを有するＸ字形の断面形状を持ち、
   前記シールリングの内周に突出する前記リップに前記深溝の底面に当接する環状の面取り部が形成され、
   前記深溝の底面に対する前記面取り部の外周端の距離をシールリングの面取り幅とし、前記バックアップリング部の内周面と前記深溝の底面の間に設けられる間隙の開口幅をスキマとすると、前記圧力逃がし溝の深さは、前記シールリングの面取り幅と前記バックアップリング部の内周スキマの差より小さい寸法に設定されることを特徴とする請求項１に記載の流体圧シリンダのピストン軸受け構造。

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