JP4773886B2 - Ｕパッキン及び流体圧単動シリンダ - Google Patents

Description

本発明は、流体圧単動シリンダのピストンのシール溝に外嵌され、前記ピストンで仕切られるボトム側とロッド側間の流体密を維持するＵパッキン、及び、このＵパッキンを備えた流体圧単動シリンダに関する。

油圧や水圧などを用いた流体圧シリンダの内、そのピストンのボトム側だけに作動流体を供給して直線駆動力を発生させる流体圧単動シリンダがある。この流体圧単動シリンダでは、作動流体が作用すべきボトム側から反対側のロッド側に作動流体が漏れないように、この両者間の流体密を維持するのにＵパッキンが用いられている。

そのようなＵパッキンを用いた流体圧単動シリンダの一例について以下、図４を用いて説明する。この図４は、本発明の背景技術であるＵパッキンを用いた流体圧単動シリンダを例示する断面図であり、特許文献１に記載されたものである。

この流体圧単動シリンダ３０は、シリンダ本体２５と、このシリンダ本体２５内で流体密にスライドするピストン２６と、このピストン２６を先端に備え、外部へ作動流体によって発生する直線駆動力を出力するピストンロッド２７とを備えている。

ピストン２６の外周には、シール溝２６ａが設けられ、このシール溝２６ａに、ピストン２６で仕切られるボトム側流体室Ｃａとロッド側流体室Ｃｂとの間の流体密を維持するＵパッキン２３が設置されている。

シリンダ本体２５のボトム側は、シリンダヘッド２５ａで閉止され、このシリンダヘッド２５ａに作動流体の流通のための通路２５ｃが設けられている。シリンダ本体２５のロッド側は、ピストンロッド２６を流体密かつスライド可能に突出させるシリンダヘッド２５ｂで閉止されている。

流体圧単動シリンダ３０は、駆動時にはボトム側流体室Ｃａに作動流体の供給を受けて、ピストン２６をこの図で上方に押し上げ、非駆動時（ピストン２６が下降する場合をいう。）には、ピストンロッド２７への負荷に押されてピストン２６が下降するものである。

この際、Ｕパッキン２３で、ボトム側流体室Ｃａからロッド側流体室Ｃｂへの作動流体の漏れを防止しているのであるが、漏れを完全に防止することが出来ず、その際、ロッド側流体室Ｃｂに溜まった作動流体が、ピストン２６がその上限まで達するのを阻止することとなる。

そのため、この流体圧単動シリンダ３０は、ピストン２６がその上限に達しようとする際に、このロッド側流体室Ｃｂに溜まった作動流体をボトム側流体室Ｃａに戻すためのチェック機構２８を備えている。

このチェック機構２８は、上記Ｕパッキン２３よりロッド側で、ロッド側流体室Ｃｂからボトム側流体室Ｃａに通じるように、ピストン２６とピストンロッド２７との間に設けられた流体通路２８ａ、２８ｂ、２８ｃと、流体通路２８ｃのボトム側流体室Ｃａへの出口に設けられたチェック弁２８ｄとを備えている。

チェック弁２８ｄは、ロッド側流体室Ｃｂの作動流体の圧力が、ボトム側流体室Ｃａの作動流体の圧力より高くなった際に、ロッド側流体室Ｃｂからボトム側流体室Ｃａへの作動流体の流通を許可するものである。

こうして、このチェック機構２８を備えた流体圧単動シリンダ３０においては、ピストン２６がその上限まで達しようとする場合に、ロッド側流体室Ｃｂの作動流体の圧力がボトム側流体室Ｃａの作動流体より高くなった際には、ロッド側流体室Ｃｂの作動流体がボトム側流体室Ｃａに戻され、ピストン２６は支障なくその上限に達することができる。

しかしながら、このようなチェック機構２８は、チェック弁２８ｄを必要とし、また、ピストン２６や、ピストンロッド２７に流体通路２８ａ、２８ｂ、２８ｃを設ける必要があり、それだけのコストが掛かるものであった。

この問題を解決する方法としては、シール機能を主目的とするＵパッキンにチェック機能を持たせるようにすればよく、これまでにも特許文献２〜５のような技術が提案されている。

しかしながら、いずれも本発明のように、ロッド側流体室Ｃｂとボトム側流体室Ｃａとの間の非常に高圧な作動流体の釣り合い条件下という過酷な環境下で適用可能なものではなかった。
特開２００３−４９８０６号公報（図１） 特公昭４９−４９３３０号公報（第２図、第３図） 実開昭５９−５１２３２号公報（第２図、第３図、第４図） 実開平６−５１６５８号公報（図１） 特開平８−３５５０４号公報（図１、図２）

本発明は、上記問題を改善しようとするもので、流体圧単動シリンダのピストンのシール溝に外嵌され、前記ピストンで仕切られるボトム側とロッド側間の流体密を維持するという過酷な環境下でチェック機能を発揮し得るＵパッキン、及び、このＵパッキンを用いた流体圧単動シリンダを提供することを目的としている。

本発明のＵパッキンは、流体圧単動シリンダのピストンのシール溝に外嵌され、前記ピストンで仕切られるボトム側とロッド側間の流体密を維持するＵパッキンであって、
前記Ｕパッキンの開口側が前記ボトム側となるように用いられ、前記開口側と非開口側とを連通する戻し孔が設けられ、前記ボトム側の作動流体圧（以下、「正圧」という。）が前記ロッド側の作動流体圧（以下、「背圧」という。）より大きい場合には前記戻し孔が前記シール溝のロッド側側壁で閉止される一方、前記背圧が、前記正圧より大きい場合には、前記戻し孔が、前記ロッド側側壁に対して開口されるように前記Ｕパッキンが前記シール溝内で移動するように構成され、
前記戻し孔は、Ｕパッキンの成形時に、該Ｕパッキン内の必要部位だけに埋め込まれる剛体の戻し孔形成体により形成されることを特徴とする。

また、本発明の流体圧単動シリンダは、上記Ｕパッキンを用いたことを特徴とする。

本発明のＵパッキンは、流体圧単動シリンダのピストンのシール溝に外嵌され、前記ピストンで仕切られるボトム側とロッド側間の流体密を維持するＵパッキンに戻し孔を設け、このＵパッキンが、シール溝内で移動して戻し孔が開閉されることでチェック機能を発揮するようにしたので、この過酷な環境下でもチェック機能を発揮することができる。

また、本発明の流体圧単動シリンダは、上記Ｕパッキンを用いたので、このＵパッキンの効果をシリンダとして発揮する。

以下に、本発明の実施の形態（実施例）について、図面を用いて説明する。

図１は、本発明のＵパッキンの一例を示すもので、（ａ）はその正面図、（ｂ）はその断面図、（ｃ）はそのＵパッキンを用いた流体圧単動シリンダの要部断面図、（ｄ）は（ｃ）のＵパッキン部分の拡大図、（ｅ）は（ｄ）に比べ、Ｕパッキンがボトム側に移動した状態の拡大図である。

図１（ａ）、（ｂ）に示すＵパッキン３は、全体としてはリング状であって、その中心を通る平面で切断した断面は、ほぼＵ字状であって、その開口側は自然状態では、リング状のＵパッキン３の外径方向、内径方向に外リップ部３ａ、内リップ部３ｂが広がった形状をしており、その開口側と非開口側とを連通する戻し孔１が設けられている点を特徴とする。

外リップ部３ａ、内リップ部３ｂとの間の空間を形成する部分を開口部３ｃと称し、前記戻し孔１は、Ｕパッキン３の非開口側と、この開口側の開口部３ｃとを連通させている。

また、戻し孔１は、その非開口側の円周を等分する位置に設けられるが、具体的には、この戻し孔１を形成維持するための必要部位に、このＵパッキン３のゴム成形時に、その表面に表れないように適宜埋め込まれた剛体の戻し孔形成体１ａにより形成されている。

ここで、必要部位とは、この戻し孔形成体１ａが、高圧下でのＵパッキン３の使用時に変形等したとしても、戻し孔１が維持されるようにするものであるので、上述したような戻し孔１を設ける位置の近傍ということになる。

この戻し孔形成体１ａは、この例では、直方体形状であって、その対向する二面の中心部分を戻し孔１が貫通している。

外リップ部３ａの軸方向端縁の要所要所には、戻し孔１及び開口部３ｃにある作動流体をＵパッキン３の外周側に流通させ得る流体凹溝３ｄが形成されている。

Ｕパッキン３の素材は、通常のＵパッキンと同様の素材、機能的には、自然状態で、それが嵌まり込む溝の内外径にはまり込む形状でありながら、装着時には、その内径が、その溝の外径より拡開することができる程度に伸び縮みし、また、正圧（開口側に作用する作動流体の圧力をいう。）に対して、十分に外リップ部３ａがシリンダの内周面、内リップ部３ｂが前記溝の底周面に流体密に当接してシール機能を発揮するような素材、具体的にはゴム系の合成樹脂であるポリウレタン（ＰＵ。ＴＰＵ、ＰＵＲを含む。）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）などが好適である。

このＵパッキン３は、図１（ｃ）に示すような流体圧単動シリンダ３０に用いられる。この流体圧単動シリンダ１０は、フォークリフトのフォークの昇降などに用いられるもので、シリンダ本体５と、このシリンダ本体５内で流体密にスライドするピストン６と、このピストン６を一端に備え、他端はシリンダ本体５外へ突出し、外部負荷に直線駆動を与えるピストンロッド７とを備えている。

シリンダ本体５の両側はシリンダヘッドで封止されているが、この図１（ｃ）では、そのボトム側のシリンダヘッド５ａが見えている。このシリンダヘッド５ａに作動流体の流通のための通路５ｃが設けられている。

ピストン６の外周にシール溝６ａが設けられ、このシール溝６ａに本発明のＵパッキン３がその開口側がボトム側（ボトム側流体室Ｃａ側）となるように填め込まれ、シリンダ本体５とピストン６との間の流体密、換言すれば、ピストン６で仕切られるボトム側流体室Ｃａとロッド側流体室Ｃｂとの間の流体密が維持されている。

なお、これらのシリンダ本体５、ピストン６、ピストンロッド７などの基本的機能は、図４で説明した流体圧単動シリンダ３０のものと同じであるので、詳細な説明は省略する。

シール溝６ａとＵパッキン３との間には、ピストン６の軸方向つまりスライド方向に所定の隙間があり、ボトム側流体室Ｃａの作動流体とロッド側流体室Ｃｂの作動流体との圧力差により、戻し孔１を備えたＵパッキン３はシール溝６ａ内で軸方向に移動し、チェック機能を発揮する。以下、図１（ｄ）、（ｅ）を用いて説明する。

図１（ｄ）は駆動時であって、ピストン６が最上限に達する前の状態で、ボトム側流体室Ｃａの作動流体の圧力（正圧）が、ロッド側流体室Ｃｂの作動流体の圧力（背圧）より高く、この圧力差により、Ｕパッキン３の非開口側端面がシール溝６ａのロッド側壁面６ｂに当接し、戻し孔１がロッド側壁面６ｂにより閉止されている状態である。

この状態では、Ｕパッキン３は、ボトム側流体室Ｃａとロッド側流体室Ｃｂとの間の流体密機能を発揮し、作動流体は、ボトム側流体室Ｃａからロッド側流体室Ｃｂへは流れない。

図１（ｅ）は、図１（ｄ）から更にピストン６が上昇してその最上限に達しようとする状態で、ロッド側流体室Ｃｂに漏れ出た作動流体が、徐々に小さくなるロッド側流体室Ｃｂ内に封じ込められて、その圧力（背圧）がボトム側流体室Ｃａの作動流体の圧力（正圧）より高くなった状態を示している。

この際、その圧力差により、Ｕパッキン３の開口側端面がシール溝６ａのボトム側壁面６ｃに当接し、一方、非開口側端面がロッド側壁面６ｂから離間して戻し孔１が開放されている状態となる。

したがって、この場合、ロッド側流体室Ｃｂ内の作動流体は、Ｕパッキン３の戻し孔１、開口部３ｃ、流体凹溝３ｄを通って、ボトム側流体室Ｃａへ戻され、ピストン６は支障なく、その最上限まで上昇することができる。

つまり、本発明の戻し孔１を設けたＵパッキン３は、戻し孔１を設けただけという簡単な構成でありながら、必要なチェック機能を果たすことができ、加えて、背景技術である図４の流体圧単動シリンダ３０で不可欠であったチェック機構２８が不要になり、コストダウンを図ることができる。

換言すれば、本発明のＵパッキン３は、流体圧単動シリンダ１０のピストン６のシール溝６ａに外嵌され、ピストン６で仕切られるボトム側（Ｃａ）とロッド側（Ｃｂ）間の流体密を維持するという過酷な環境下で十全なチェック機能を発揮することができる。

また、かかるＵパッキン３を用いた流体圧単動シリンダ１０は、そのＵパッキン３の効果をシリンダ１０として発揮することができる。

また、本発明のＵパッキン３においては、チェック機能を果たすための戻し孔１は、剛体である戻し孔形成体１ａにより形成、確保されているので、ロッド側流体室Ｃｂとボトム側流体室Ｃａとの間の非常に高圧な作動流体のつい合い条件下という過酷な環境下でも、戻し孔１を更に確実に確保することができ、チェック機能を確実に発揮させることができる。

また、かかるＵパッキン３を用いた流体圧単動シリンダ１０は、そのＵパッキン３の効果をシリンダ１０として発揮することができる。

図２は、本発明のＵパッキンの他例を示すもので、（ａ）はその正面図、（ｂ）はその断面図、（ｃ）はそのＵパッキンを用いた流体圧単動シリンダの要部断面図である。これより、既に説明した部分と同じ部分については、同じ符号を付して重複説明を省略する。

このＵパッキン３Ａは、図１のＵパッキン３に比べ、その非開口側の外周に、バックアップリング４が嵌め込まれるようになっている点が異なっている。

また、戻し孔形成体１ｂが、図１のように直方体形状ではなく、パイプ状である点も異なっている。しかし、戻し孔形成体は、戻し孔１を確保でき、また、高圧下でも変形しない剛体であれば、必要十分であり、その外形形状には依存しないので、その作用効果は図１の場合と同様である。

バックアップリング４は、バイアスカットタイプであって、ピストン６のシール溝６ａに、このバックアップリング４が無い状態で先にＵパッキン３Ａを嵌め込んで、その後に、Ｕパッキン３Ａの外周非開口側に組み合わせて嵌め込まれるものである。

バックアップリング４は、硬質の素材で形成され、高圧下でＵパッキン３Ａが変形するのを防止して、Ｕパッキン３Ａのシール機能がより良く発揮されるようにする。また、その変形防止機能は、高圧下での戻し孔１の確保にも好影響を与える。

したがって、このＵパッキン３Ａによれば、Ｕパッキン３の基本機能に加え、そのシール機能及びチェック機能をより十全に発揮することができる。

また、図２（ｃ）は、このＵパッキン３Ａを用いた流体圧単動シリンダ１０Ａであり、
この流体圧単動シリンダ１０Ａは、Ｕパッキン３Ａの効果をシリンダとして発揮することができる。

図３は、本発明のＵパッキンの他例を示すもので、（ａ）はその正面図、（ｂ）はその断面図、（ｃ）はそのＵパッキンを用いた流体圧単動シリンダの要部断面図である。

このＵパッキン３Ｂは、図１のＵパッキン３と比べて、その開口側は、図１のＵパッキン３と同様の素材で製作されており共通するが、その非開口側が、より硬質の素材で製作した硬質部３ｅとされ、全体として一体成形されたものである点が異なっている。

戻し孔１は、この硬質部３ｅにその主要部分が形成され、高圧下での形状維持、戻し孔１の確保を図っている。

また、この硬質部３ｅは、硬質であり、拡開して装着できないので、ピストン６のシール溝６ａ′は、そのロッド側側壁部分が、着脱可能なリング体６ｄとなっており、このＵパッキン３Ｂの装着時には、一旦、リング体６ｄを外してから、Ｕパッキン３Ｂを嵌め、その後に、リング体６ｄを元に戻すという手順が必要となる。

このようなＵパッキン３Ｂによれば、硬質部３ｅを備え、ここに戻し孔１が形成されているので、図１のＵパッキン３と同様の効果に加え、図２のバックアップリング４を備えたＵパッキン３Ａと同様に、バックアップリング効果も発揮する。

また、図３（ｃ）は、このＵパッキン３Ａを用いた流体圧単動シリンダ１０Ｂであり、この流体圧単動シリンダ１０Ｂは、Ｕパッキン３Ｂの効果をシリンダとして発揮することができる。

また、本発明のＵパッキン及び流体圧単動シリンダは、上記の実施例に限定されず、特許請求の範囲に記載された範囲、実施例の範囲で、種々の変形例、組み合わせが可能である。

本発明のＵパッキンは、流体圧単動シリンダのピストンのシール溝に外嵌され、前記ピストンで仕切られるボトム側とロッド側間の流体密を維持するという過酷な環境下でチェック機能を発揮することが要請されるあらゆる産業分野に用いることができる。

本発明のＵパッキンの一例を示すもので、（ａ）はその正面図、（ｂ）はその断面図、（ｃ）はそのＵパッキンを用いた流体圧単動シリンダの要部断面図、（ｄ）は（ｃ）のＵパッキン部分の拡大図、（ｅ）は（ｄ）に比べ、Ｕパッキンがボトム側に移動した状態の拡大図 本発明のＵパッキンの他例を示すもので、（ａ）はその正面図、（ｂ）はその断面図、（ｃ）はそのＵパッキンを用いた流体圧単動シリンダの要部断面図 本発明のＵパッキンの他例を示すもので、（ａ）はその正面図、（ｂ）はその断面図、（ｃ）はそのＵパッキンを用いた流体圧単動シリンダの要部断面図 背景技術であるＵパッキンを用いた流体圧単動シリンダを例示する断面図

符号の説明

１ 戻し孔
１ａ、１ｂ 戻し孔形成体
３〜３Ｂ Ｕパッキン
５ シリンダ本体
６ ピストン
６ａ シール溝
６ｂ ロッド側側壁
７ ピストンロッド
８ チェック機構
１０〜１０Ｂ 流体圧単動シリンダ

Claims (2)

1. 流体圧単動シリンダのピストンのシール溝に外嵌され、前記ピストンで仕切られるボトム側とロッド側間の流体密を維持するＵパッキンであって、
   前記Ｕパッキンの開口側が前記ボトム側となるように用いられ、前記開口側と非開口側とを連通する戻し孔が設けられ、前記ボトム側の作動流体圧（以下、「正圧」という。）が前記ロッド側の作動流体圧（以下、「背圧」という。）より大きい場合には前記戻し孔が前記シール溝のロッド側側壁で閉止される一方、前記背圧が、前記正圧より大きい場合には、前記戻し孔が、前記ロッド側側壁に対して開口されるように前記Ｕパッキンが前記シール溝内で移動するように構成され、
   前記戻し孔は、Ｕパッキンの成形時に、該Ｕパッキン内の必要部位だけに埋め込まれる剛体の戻し孔形成体により形成されることを特徴とするＵパッキン。
2. 請求項１記載のＵパッキンを用いたことを特徴とする流体圧単動シリンダ。

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