JP5057089B2 - 流体圧シリンダ装置 - Google Patents

Description

本発明は、両端がカバーで閉塞されたシリンダチューブの内周面を摺動するピストンを有した流体圧シリンダ装置に関する。

従来より、自動化機械、工作機械、建設機械、その他の産業用機械に、油圧シリンダ、水圧シリンダ、または空気圧シリンダなどの流体圧シリンダ装置が用いられている。

特に油圧シリンダにおいて、ピストンとシリンダチューブとの間のシール性を得るために、ピストンに２つのＵパッキンを設けることが多い。２つのＵパッキンを互いに外向きに設けることによって、高圧に対しても確実なシールが行われる。

しかし、このような油圧シリンダにおいて、Ｕパッキンによるシール性が極めて高いため、２つのＵパッキンの間には作動油がほとんど侵入することがない。そのため、２つのＵパッキンとシリンダチューブとの間が無潤滑の状態となり易く、安定した潤滑油膜の形成が行われない。そのため、Ｕパッキンの摩耗が激しい。

また、ピストンとシリンダチューブとの間の摺動面も同様に潤滑不足となり易く、ピストンおよびシリンダチューブの摺動面を損傷する可能性がある。

なお、Ｕパッキン以外のパッキンを用いた場合も同様な問題が生じる可能性がある。

従来において、このような問題を解消するために、シリンダチューブに給油孔を設けてピストンとシリンダチューブとの間を潤滑させる機構が提案されている（特許文献１，２）。

また、シリンダチューブの内周面に付着した潤滑剤をシールパッキンの方に向かって掻き集めるための潤滑剤保持パッキンを設けることも提案されている（特許文献３）。
実開昭５６−８５７０３ 実開平２−９０４５９ 実開平６−６７０９

しかし、特許文献１および２の装置では、シリンダチューブの外周面に給油装置などを設ける必要があり、これが流体圧シリンダ装置を大型化させてしまうとともに、面倒なメンテナンスが必要となる。

また、特許文献３の装置では、ピストンにマグネットを設けた場合などのように長いピストンに対して潤滑剤を供給する場合には有効であるが、Ｕパッキンそれ自体に潤滑を与えるためには余り有効ではない。

また、Ｕパッキンのリップを丸くすることによってＵパッキンによる潤滑油膜の掻き取り作用を少なくする方法が考えられるが、この場合には油漏れが多くなるという問題がある。

また、ピストンとシリンダチューブとの間にグリースを充填しておいた場合には、一定の時間は効果があるが、時間の経過ととともにその効果が減少してやがて喪失する。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、ピストンに設けられるシールのための２つのパッキンおよびピストンとシリンダチューブとの間の摺動のための潤滑油を、簡単な構造によって供給できるようにすることを目的とする。

本発明の実施形態の流体圧シリンダ装置は、両端がカバーで閉塞されたシリンダチューブの内周面を摺動するピストンを有した流体圧シリンダ装置であって、前記ピストンには、前記シリンダチューブとの間をシールするための、第１のパッキンおよび第２のパッキンが互いに距離をあけて設けられ、かつ、前記第１のパッキンと第２のパッキンとの中間に第３のパッキンが設けられており、前記シリンダチューブには、その少なくとも一方のストローク端において、内径が拡張されかつ前記パッキンが滑らかに移動可能な径大部が設けられ、前記ピストンが前記ストローク端に移動したときに、前記第１のパッキンまたは前記第２のパッキンのいずれかと前記シリンダチューブとの間におけるシール性が前記径大部によってなくなるように、かつ、前記第３のパッキンと前記シリンダチューブとの間におけるシール性がなくならないように、前記径大部の位置および寸法が選定されている。

例えば、前記第１のパッキンおよび第２のパッキンは、いずれもそれぞれの外側から内側に向かう方向にシール性が発揮されるように装着されたＵパッキンである。

また、第３のパッキンは、Ｏリングである。

好ましくは、前記径大部は、前記第１のパッキンまたは第２のパッキンとの間において隙間を形成する円筒面と、前記円筒面と前記シリンダチューブの他の部分とを滑らかに接続するテーパ面と、を有する。

本発明によると、ピストンに設けられるシールのための２つのパッキンおよびピストンとシリンダチューブとの間の摺動のための潤滑油を、簡単な構造によって供給することができる。

図１は本発明の一実施形態の流体圧シリンダ装置１の正面断面図、図２は図１の流体圧シリンダ装置１の要部を拡大して示す図である。

図１に示すように、流体圧シリンダ装置１それ自体は複動型の公知のものである。本実施形態において、流体圧シリンダ装置１は、ピストンのシールのための構造およびシールへの給油のための構造に特徴を有するので、それらについて詳しく説明する。

流体圧シリンダ装置１は、円筒状のシリンダチューブ１１、シリンダチューブ１１の内周面を摺動するピストン１２、ピストン１２に連結されたピストンロッド１３、ヘッドカバー１４、ロッドカバー１５、およびブシュ１６などからなる。

ヘッドカバー１４およびロッドカバー１５には、内部のシリンダ室ＣＡ，ＣＢに圧油を供給するためのポートＰＴ１，２が設けられている。これらシリンダチューブ１１、ヘッドカバー１４、およびロッドカバー１５は、４本のタイロッド１７，１７…とナット１８，１８…とによって締結されて一体化されている。

ピストン１２は、ネジ２１によってピストンロッド１３にネジ込まれた後、セットネジ２２によって固定されている。ピストンロッド１３は、図１におけるピストン１２よりも右側に突出してそこにヘッド側のクッションボス２３が形成されている。また、図１におけるピストン１２の左側には、ロッド側のクッションボス２４が、リング２５との間に挟まれて固定されている。ピストン１２とピストンロッド１３との間は、パッキン２６、２７によってシールが行われている。

図２をも参照して、ピストン１２には、シリンダチューブ１１との間をシールするための、２つのパッキン３１，３２が互いに距離をあけて設けられ、かつ、２つのパッキン３１，３２の中間にＯリング３３が設けられている。ピストン１２には、これらパッキン３１，３２、Ｏリング３３を装着するために、パッキン溝３６，３７，３８が設けられている。２つのパッキン溝３６，３７は、ピストン１２のそれぞれの端面から同じ距離だけ内側に寄った軸方向位置に設けられ、パッキン溝３８は、ピストン１２の軸方向の中央部に設けられている。

パッキン３１，３２は、いずれも、それぞれの外側から内側に向かう方向にシール性が発揮されるように装着されたＵパッキンである。

また、ピストン１２には、２つのパッキン３１，３２の間において、その外周面に潤滑油を保持するための周溝３４，３５が設けられている。図２で分かるように、周溝３４，３５は、断面がＶ字形の溝である。

シリンダチューブ１１には、両方のストローク端において、内径が拡張されかつパッキン３１，３２が滑らかに移動可能なように径大部４１，４２が設けられている。ピストン１２がストローク端に移動したときに、２つのパッキン３１，３２のいずれかとシリンダチューブ１１との間におけるシール性が、径大部４１，４２によってなくなるように、かつ、Ｏリング３３とシリンダチューブ１１との間におけるシール性がなくならないように、径大部４１，４２の位置および寸法が選定されている。

そして、径大部４１，４２は、それぞれ、２つのパッキン３１，３２の間において隙間を形成する円筒面４１ａ，４２ａと、円筒面４１ａ，４２ａとシリンダチューブ１１の他の部分、つまり通常のシリンダ内周面１１ａとを滑らかに接続するテーパ面４１ｂ，４２ｂとを有する。

このような径大部４１，４２は、例えば、シリンダチューブ１１の内周面の両端部を旋盤などによって切削加工することによって形成される。通常、パッキン３１，３２は、その外側のリップ部がシリンダチューブ１１の内周面（通常のシリンダ内周面１１ａ）と所定の強さで接触し、これによってシール性が確保される。しかし、径大部４１，４２においては、パッキン３１，３２の外側のリップ部との間に隙間ができるようにし、シール性をなくすのである。しかし、パッキン３１，３２の浮き上がりをできるだけ抑え、パッキン３１，３２がパッキン溝３６，３７から脱落しないために、隙間はできるだけ小さい方がよい。

その場合に、パッキン３１，３２のリップ部の張り代（シール状態と自由状態との差の寸法）を考慮して、例えば、円筒面４１ａ，４２ａの直径を、通常のシリンダ内周面１１ａに対して、０．５ｍｍ〜２ｍｍ程度、より具体的には例えば１．３ｍｍ〜１．５ｍｍ程度大きくしておけばよい。また、ピストン１２がストローク端よりも例えば５ｍｍ〜１０ｍｍ程度手前に達したときにシール性がなくなるよようにしておけばよい。

また、ピストン１２がストローク端に移動したときにおいて、径大部４１，４２がＯリング３３にかからないように、径大部４１，４２の軸方向の長さが選定されている。つまり、ピストン１２がどのようなストローク位置であっても、Ｏリング３３は、径大部４１，４２に入ることなく、通常のシリンダ内周面１１ａと接触してシール性を維持する。

なお、上に述べたように、テーパ面４１ｂ，４２ｂは、円筒面４１ａ，４２ａと通常のシリンダ内周面１１ａとを滑らかに接続する部分であり、直線的な円錐面であってもよく、また曲面であってもよい。テーパ面４１ｂ，４２ｂの軸方向の寸法は、例えば、２ｍｍ〜５ｍｍ、より具体的には例えば３ｍｍ程度としておけばよい。

なお、シリンダチューブ１１の端面は、ヘッドカバー１４およびロッドカバー１５にそれぞれ設けられた端面溝４３に嵌入するように段部が形成され、かつ、その先端が端面溝４３に装着されたパッキン４４に押当してシールが行われている。

次に、上のように構成された流体圧シリンダ装置１の作用について説明する。

図１および図２に示す状態では、ポートＰＴ２から圧油が供給されてシリンダ室ＣＢに圧油が充填されており、ピストン１２は図の右側のストローク端に移動している。

この状態では、パッキン３２が、シリンダチューブ１１の右側の端部に形成された径大部４１に入っており、これによってパッキン３２のシール性がなくなり、シリンダ室ＣＡの圧油はパッキン３２を通り越してＯリング３３にまで至り、Ｏリング３３によってシールが行われる。したがって、圧油は周溝３５に入り込んで、そこに貯留されることとなる。

この状態では、パッキン３２の周囲の圧油は同じ圧力であるから、パッキン３２の浮き上がりや脱落などは起こらない。

この状態から、図示しない電磁弁などが切り替わり、ポートＰＴ１から圧油が供給されると、圧油はシリンダ室ＣＡに流入し、ピストン１２を図の左側に向かって押す。このとき、圧油は、パッキン３２によってシールされないが、Ｏリング３３によってシールされ、圧油の吹き抜けは起こらない。

これにより、ピストン１２が図の左方へ移動し、左側のストローク端に達すると、今度は、パッキン３１が、シリンダチューブ１１の左側の端部に形成された径大部４２に入り、これによってパッキン３１のシール性がなくなり、シリンダ室ＣＢの圧油はパッキン３１を通り越してＯリング３３にまで至り、Ｏリング３３によってシールが行われる。したがって、圧油は周溝３４に入り込んで、そこに貯留されることとなる。

この状態において、再度ポートＰＴ２から圧油が供給されると、圧油はシリンダ室ＣＢに流入し、ピストン１２を図の右側に向かって押す。このとき、圧油は、パッキン３１によってシールされないが、Ｏリング３３によってシールされ、圧油の吹き抜けは起こらない。これにより、ピストン１２は図の右方へ移動する。

このように、流体圧シリンダ装置１は、ポートＰＴ１，２から圧油を供給することによって、通常の往復作動を行う。そして、左右のストローク端において、径大部４１，４２の存在によってパッキン３１，３２のシール性がなくなり、圧油がＯリング３３の位置まで到る。これによって、パッキン３１，３２、Ｏリング３３、およびピストン１２の外周面に、充分な潤滑油が供給されることとなる。

したがって、２つのパッキン３１，３２およびＯリング３３とシリンダチューブ１１との間、およびその他の境界面に、安定した潤滑油膜が形成され、パッキン３１，３２およびＯリング３３の摩耗が最小限に抑えられる。

また、ピストン１２がどのようなストローク位置であってもＯリング３３によってシール性が維持されるので、流体圧シリンダ装置１をメータアウトによって使用した場合であっても吹き抜けなどが起こることがない。なお、Ｏリング３３には油圧が作用するが、ストローク端における短い距離だけであるので、シール性において問題は生じない。

また、径大部４１，４２に入った場合に、パッキン３１，３２の周囲の圧油の圧力は同じであるので、パッキン３１，３２のはみ出しや変形が生じない。

また、従来において生じ易かったパッキン３１，３２間の蓄圧は、径大部４１，４２に入ることによって減圧され、これによる悪影響がなくなる。

しかも、シリンダチューブ１１の端部に径大部４１，４２を設けるとともに、ピストン１２にＯリング３３を追加するという、簡単な構造によって、それらの機能を実現することができる。

パッキン３１，３２の寿命が延びるので、メンテナンスが容易となる。スティックスリップの少ない流体圧シリンダ装置１として適用することができる。

上の実施形態において、シリンダチューブ１１の端部とヘッドカバー１４およびロッドカバー１５との間のシールの方法は、上に述べた以外の種々の方法または構造とすることができる。

例えば、図３に示すように、シリンダチューブ１１の端部の内周面との間でパッキン４５によってシールを行ってもよい。この場合に、例えば、シリンダチューブ１１の端部に近い位置に、端面にまで至らない径大部４１Ｂを設けるようにすればよい。

上の実施形態において、パッキン３１，３２としてＵパッキンを用いたが、これ以外に、Ｙパッキンなど、種々のパッキンを用いることができる。また、Ｏリング３３に代えて、Ｘパッキン、その他の種々のパッキンを用いることが可能である。

また、上の実施形態では、両方のストローク端に径大部４１，４２を設けたが、いずれか一方にのみ径大部を設けてもよい。

上に述べた実施形態において、シリンダチューブ１１、ピストン１２、パッキン３１，３２、Ｏリング３３、径大部４１，４２、または流体圧シリンダ装置１の全体または各部の構造、形状、寸法、個数、材質などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。

本発明の一実施形態の流体圧シリンダ装置の正面断面図である。 図１の流体圧シリンダ装置の要部を拡大して示す図である。 径大部の他の形状を示す図である。

符号の説明

１ 流体圧シリンダ装置
１１ シリンダチューブ
１２ ピストン
１４ ヘッドカバー
１５ ロッドカバー
３１，３２ パッキン（第１のパッキン、第２のパッキン）
３３ Ｏリング（第３のパッキン）
３４，３５ 周溝
４１，４２ 径大部
４１ａ，４２ａ 円筒面
４１ｂ，４２ｂ テーパ面

Claims (5)

1. 両端がカバーで閉塞されたシリンダチューブの内周面を摺動するピストンを有した流体圧シリンダ装置であって、
   前記ピストンには、前記シリンダチューブとの間をシールするための、第１のパッキンおよび第２のパッキンが互いに距離をあけて設けられ、かつ、前記第１のパッキンと第２のパッキンとの中間に第３のパッキンが設けられており、
   前記シリンダチューブには、その少なくとも一方のストローク端において、内径が拡張されかつ前記パッキンが滑らかに移動可能な径大部が設けられ、
   前記ピストンが前記ストローク端に移動したときに、前記第１のパッキンまたは前記第２のパッキンのいずれかと前記シリンダチューブとの間におけるシール性が前記径大部によってなくなるように、かつ、前記第３のパッキンと前記シリンダチューブとの間におけるシール性がなくならないように、前記径大部の位置および寸法が選定されている、
   ことを特徴とする流体圧シリンダ装置。
2. 前記第１のパッキンおよび第２のパッキンは、いずれもそれぞれの外側から内側に向かう方向にシール性が発揮されるように装着されたＵパッキンである、
   請求項１記載の流体圧シリンダ装置。
3. 前記第３のパッキンは、Ｏリングである、
   請求項２記載の流体圧シリンダ装置。
4. 前記径大部は、
   前記第１のパッキンまたは第２のパッキンとの間において隙間を形成する円筒面と、
   前記円筒面と前記シリンダチューブの他の部分とを滑らかに接続するテーパ面と、を有する、
   請求項２または３記載の流体圧シリンダ装置。
5. 前記ピストンには、前記第１のパッキンと第２のパッキンとの間において、その外周面に潤滑油を保持するための周溝が設けられている、
   請求項２ないし４のいずれかに記載の流体圧シリンダ装置。

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