JP2005337440A

JP2005337440A - シール構造及び油圧シリンダのシール構造

Info

Publication number: JP2005337440A
Application number: JP2004159320A
Authority: JP
Inventors: Akihisa Ikoma; 亮久生駒; Tetsuya Suzuki; 哲哉鈴木
Original assignee: Kayaba Industry Co Ltd
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2004-05-28
Filing date: 2004-05-28
Publication date: 2005-12-08

Abstract

【課題】高圧負荷状態で使用されても油漏れや、潤滑不良を起すことなく高いシール性を長期間維持できる油圧シリンダのシール構造を提供する。
【解決手段】ピストンロッド３に取付けられたピストンをシリンダ２内に移動自在に設け、このピストンに形成した環状溝１０内に互いに隣接配置されたパッキン７及びバックアップリング２１を収容し、上記パッキン７をピストンロッド３の周面に摺接して上記シリンダ２とピストンロッド３と間の摺動隙間をシールする油圧シリンダのシール構造において、上記パッキン７は内周側コーナーにヒール部１１を有する環状の基部１２と、この基部１２の内周側から立上がり内周面でピストンロッド３に摺接して前記隙間をシールするメインリップ１４とを備え、上記バックアップリング２１には上記基部の内周側コーナーのヒール部に近接又は隣接すると共に、圧力作用時における上記ヒール部の内周方向への変形を規制する変形規制部材を設けたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、油圧シリンダ又は油圧緩衝器等に利用されるシール構造に関し、例えば、シリンダ側に設けられてピストンロッドとシリンダとの間の摺動隙間をシールする油圧シリンダのシール構造に関する。

従来より、この種の油圧シリンダのシール構造としては、特許文献１に示すものを例示することができる。

この油圧シリンダは、図３に示すように、両端が塞がれたシリンダ３１内に二つの油室３２、３３を区画するピストン３４が移動自在に設けられ、このピストン３４の一端に取付けられたピストンロッド３５を上記シリンダ３１に貫通させると共に、このシリンダ３１におけるピストンロッド３５の貫通孔３９にはピストンロッド３５とシリンダ３１との摺動隙間を油密的にかつ摺動可能にシールするシール構造３６が設けられている。

又、シリンダ３１には各油室３２，３３に連通する油路３７，３８がそれぞれ設けられ、外部の図示しない油圧源からの作動油を油路３７を介して油室３２に供給すると共に、油室３３を油路３８を介して図示しない外部のタンクに連通することで、ピストンロッド３５を収縮させる一方、油圧源からの作動油を油路３８を介して油室３３に供給すると共に、油室３２を油路を３７介して外部のタンクに連通することで、ピストンロッド３５を伸長させるようになっている。

ところで、シリンダ３１におけるピストンロッド３５の貫通孔３９内周には図４に示すように、２本の環状溝４０、４１と、シリンダ３１の外側に臨む環状切欠部４２とが設けられている。

この環状溝４０，４１内及び環状切欠部４２内には上記シール構造３６、即ち、油室Ｏ側の環状溝４０内にはウレタン樹脂等よりなる第一のＵパッキン４３が、又、大気側の環状溝４１内には同じくウレタン樹脂等よりなる第二のＵパッキン４４とその背面側のバックアップリング４７が、そして、環状切欠部４２内にはワイパーシール４５がそれぞれ装着されている。

第一のＵパッキン４３は、油室Ｏ側の高圧を受けるバッファシールとして機能するものであり、ピストンロッド３５の表面と摺接するリップ部４３ａを備えている。

第二のＵパッキン４４は、ピストンロッド３５の表面に付着して大気側へ出る油膜の厚みを制御するものであり、内周面にヒール部４４ａを有する環状の基部４４ｂと、基部４４ｂの外周側に立設された外周リップ４６と、同じく基部４４ｂの内周側に立設されたメインリップ４４ｃと、このメインリップ４４ｃの内周に設けられた断面三角形状をなすリップ部４４ｄとから構成されている。

従って、このリップ部４４ｄの反基部４４ｂ側の傾斜面でピストンロッド３５の表面に付着して外部に出る油膜の厚みを制御すると共に、基部４４ｂ側の傾斜面でピストンロッド３５の表面に付着してシリンダ３１内に引き込まれる油膜の厚みを制御している。

このように構成されたシール構造３６では、ピストンロッド３５の進退動作に伴って油室Ｏ側の圧力が上がった場合、第二のＵパッキン４４におけるメインリップ４４ｃのリップ部４４ｄで作動油が外部に漏れるのを防止すると共に、ピストンロッド３５の表面に付着して外部に残る油膜の厚みを制御している。
特開２００４−６０７２３号公報（図５，図６）

上記のように構成された油圧シリンダのシール構造においては、特に問題がある訳ではないが、以下に示す課題の発生が考えられる。

即ち、第二のＵパッキン４４の背面側に隣接配置したバックアップリング４７はこのＵパッキン４４の背面側が貫通孔３９に食い込むのを防止することをその目的としており、矩形断面に形成されている。

しかしながら、バックアップリング４７は、その内周面がピストンロッド３５に強く摺接すると、バックアップリング４７のピストンロッド３５に対する接触面圧が上がり、ピストンロッド３５の表面に付着した油膜を掻き取ってしまうので、そうならないように常に僅かな隙間Ｈができるような内径に形成されている。

ところが、油圧シリンダ３１の作動状態における高圧負荷が予め想定された値よりも異常に高いときや、この高圧負荷が長時間続く場合、図５に示すように、上記した僅かな隙間Ｈへ第二のＵパッキン４４のヒール部４４ａが変形して押し込まれることが想定される。

この場合には、ヒール部４４ａのピストンロッド３５に対する接触面圧が高くなり、面圧勾配の増加と共に、ピストンロッド３５の縮み行程でピストンロッド３５表面の油膜を掻き取ることが考えられる。

従って、ピストンロッド３５表面は、所謂ドライ状態となり、油引き込み性低下による油漏れの発生や、潤滑不良によるヒール部４４ａの磨耗を引き起こす可能性がある。

又、上記の高圧負荷時、第二のＵパッキン４４全体が上記の僅かな隙間Ｈ方向へ向って変形するため、内部発生応力が高くなって短時間でへたりが生じ易くなり、Ｕパッキン４４自体の寿命を縮めることにも繋がる。

そこで、本発明は、上記の問題点を解決するために創案されたものであって、その目的は、高圧負荷状態で使用されても油漏れや、潤滑不良を起すことなく高いシール性を長期間維持できる油圧シリンダのシール構造を提供することである。

上記の目的を達成するため、本発明の一つの手段は、固定部材内に可動部材を移動自在に挿入し、固定部材に形成した環状溝内にパッキンとこのパッキンをバックアップするバックアップリングを収容し、パッキンを可動部材の周面に摺接しながら当該固定部材と可動部材との間の隙間をシールするシール構造において、上記パッキンは環状の基部と基部から立上るメインリップとを備え、上記バックアップリングの内周側に上記隙間に近接した位置で上記パッキンの基部側コーナーのヒール部と対向させながら圧力作用時における上記ヒール部の内周方向への変形を規制する変形規制部材を連設させたことを特徴とする。

同じく他の手段は、固定部材内に可動部材を移動自在に挿入し、可動部材に形成した環状溝内にパッキンとこのパッキンをバックアップするバックアップリングを収容し、パッキンを固定部材の周面に摺接しながら当該固定部材と可動部材との間の隙間をシールするシール構造において、上記パッキンは環状の基部と基部から立上るメインリップとを備え、上記バックアップリングの外周側に上記隙間に近接した位置で上記パッキンの基部側コーナーのヒール部と対向させながら圧力作用時における上記ヒール部の外周方向への変形を規制する変形規制部材を連設させたことを特徴とする。

本発明によれば、バックアップリングに圧力作用時におけるパッキンの基部の内周方向又は外周方向への変形を規制する変形規制部材を設けたので、上記圧力作用時に基部が内周又は外周側に向かって変形してもこの変形規制部材によってその変形が規制される。

従って、従来のように、例えば、基部のヒール部が可動部材たるピストンロッドと固定部材たるシリンダとの隙間に押し込まれてこのヒール部のピストンロッドに対する接触面圧を高くすることで、ピストンロッド表面をドライ状態とし、油引き込み性低下による油漏れの発生や、潤滑不良による基部の磨耗を引き起こす可能性を確実に払拭できるので、高圧負荷状態で使用されても油漏れや、潤滑不良を起すことなく高いシール性を長期間維持することができる。

本発明は、油圧シリンダ又は油圧緩衝器に利用するシール構造であって、その基本的構成は、例えば固定部材たるシリンダ内に可動部材たるピストンロッドを移動自在に挿入し、固定部材に形成した環状溝内にパッキンとこのパッキンをバックアップするバックアップリングを収容し、パッキンを可動部材の周面に摺接しながら当該固定部材と可動部材との間の隙間をシールするシール構造であって、上記パッキンは環状の基部と基部から立上るメインリップとを備え、上記バックアップリングの内周側に上記隙間に近接した位置で上記パッキンの基部側コーナーのヒール部と対向させながら圧力作用時における上記ヒール部の内周方向への変形を規制する変形規制部材を連設させたものである。

同じく、固定部材たるシリンダ内に可動部材たるピストンを移動自在に挿入し、可動部材に形成した環状溝内にパッキンとこのパッキンをバックアップするバックアップリングを収容し、パッキンを固定部材の周面に摺接しながら当該固定部材と可動部材との間の隙間をシールするシール構造であって、上記パッキンは環状の基部と基部から立上るメインリップとを備え、上記バックアップリングの外周側に上記隙間に近接した位置で上記パッキンの基部側コーナーのヒール部と対向させながら圧力作用時における上記ヒール部の外周方向への変形を規制する変形規制部材を連設させたことを特徴とする。

以下に、本発明を高圧建機用油圧シリンダのシール構造に具体化した実施の形態を図に基づいて説明する。

このシール構造１は、シリンダ２におけるピストンロッド３の貫通孔４内周の最も油室Ｏ側に配置された第一のＵパッキン５と、大気側に配置されたワイパーシール６と、これらの間に配置された本発明の第二のＵパッキン７及びバックアップリング２１とから構成されており、以下、これらについて詳述する。

第一のＵパッキン５は、シリンダ２におけるピストンロッド３の貫通孔４内周の最も油室Ｏ側に形成された第一の環状溝８に装着されており、ウレタン樹脂等の合成樹脂や、天然又は合成ゴムで形成されている。

この第一のＵパッキン５は、油室Ｏ側の高圧を受けるバッファシールとして機能するものであり、ピストンロッド３の表面と摺接するリップ部９を備えている。

第二のＵパッキン７及びバックアップリング２１は、バックアップリング２１が大気側となるように隣接配置されており、上記第一の環状溝８よりも大気側に形成された第二の環状溝１０に装着されている。

この第二のＵパッキン７は、内周側コーナーにヒール部１１を有する環状の基部１２と、この基部１２の外周側から立上り、外周面が第二の環状溝１０に当接する環状の外周リップ１３と、基部１２の内周側から立上がり、内周面でピストンロッド３に摺接してシリンダ２とピストンロッド３との間の隙間をシールする同じく環状のメインリップ１４と、このメインリップ１４の内周側先端に内側に向って突出形成されたリップ部１５とを備えている。

バックアップリング２１は、矩形断面に形成されたリング状の本体部２２と、この本体部２２の油室Ｏ側下面の内周側から第二のＵパッキン７側へ向かって突出形成された本発明の特徴的構成である変形規制部材としてのリング状のリング部材１７とから構成されている。

このリング部材１７は、上記基部１２の内周側で前記隙間に近接した部分に配置されると共に、基部１２のヒール部１１内周面と略同一形状で中央の折れ点部分１７ａ及び両端部が円弧状に面取り加工された外周面を有する断面三日月状に形成されている。

又、第二のＵパッキン７は、ウレタン樹脂等の合成樹脂や、天然又は合成ゴムで一体形成されており、リング部材１７を一体形成したバックアップリング２１は、この第二のＵパッキン７の材質よりも剛性、強度及び耐クリープ性に優れた熱可塑性樹脂で形成されている。

従って、圧力作用時におけるパッキン７の内周側への変形をこのリング部材１７で規制すると共に、上記の外周面の形状によってヒール部１１がリング部材１７の外周面に穏やかに接触することにより、密封性を左右するロッド接触面圧分布へ与える影響を小さくするようになっている。

又、リング部材１７の折れ点部分１７ａと対向する内周面が円弧状に面取り加工されており、上記パッキン本体１６の変形規制時にこの部分がピストンロッド３とシリンダ２の貫通孔４との僅かな隙間Ｈに押し込まれにくいようになっている。

ワイパーシール６は、シリンダ２におけるピストンロッド３の貫通孔４内周の最も大気側に形成された環状切欠部１８に装着されており、図示はしないが、大気側に臨むダストリップ部と、油室側に臨むオイルリップ部とを備えている。

このように構成された油圧シリンダのシール構造１では、第一のＵパッキン５のリップ部９がピストンロッド３の表面に摺接しているので、例えば、ピストンロッド３の伸長行程においては、ピストンロッド３の表面に付着した油膜を適宜の厚さに制御すると共に、油室Ｏ側の高圧を減圧して第二のＵパッキン７に加える。

この減圧された圧力が予め想定された値よりも異常に高いときや、この圧力負荷が長時間続く場合、第二のＵパッキン７自体が内周方向へ変形し、基部１２のヒール部１１がピストンロッド３とバックアップリング２１との僅かな隙間Ｈに押し込まれようとする。

ところが、このヒール部１１と近接した部分には変形規制部材としてのリング部材１７がバックアップリング２１の下面の内周側から突出形成されているので、図２に示すように、上記ヒール部１１は、リング部材１７の外周面に当接され、その以上の変形が規制される。

このため、従来のように、ヒール部１１がピストンロッド３とバックアップリング２１との隙間に押し込まれてヒール部１１のピストンロッド３に対する接触面圧を高くし、面圧勾配の増加と共に、ピストンロッド３の縮み行程でピストンロッド３表面の油膜を掻き取るとことを防止できる。

従って、ピストンロッド３表面がドライ状態となり、油引き込み性低下による油漏れの発生や、潤滑不良によるヒール部１１の磨耗を引き起こす可能性を確実に払拭できるので、高圧負荷状態で使用されても油漏れや、潤滑不良を起こすことなく高いシール性を長期間維持することができる。

又、リング部材１７の外周面が上記ヒール部１１内周面と略同一形状で中央の折れ点部分１７ａ及び両端部が円弧状に面取り加工された外周面を有する断面三日月状に形成されているので、上記第二のＵパッキン７の変形時にはそのヒール部１１がこの外周面に穏やかに接触し、密封性を左右するロッド接触面圧分布へ与える影響を小さくできる。

又、リング部材１７の折れ点部分１７ａと対向する内周面が円弧状に面取り加工されているので、この部分が上記第二のＵパッキン７の変形規制時にピストンロッド３とバックアップリング２１との僅かな隙間Ｈに押し込まれにくい。

又、リング部材１７を一体形成したバックアップリング２１を第二のＵパッキン７の材質よりも剛性、強度及び耐クリープ性に優れた熱可塑性樹脂で形成したので、第二のＵパッキン７が先に変形することになり、リング部材１７自体の変形を最小限に留めることができる。

又、リング部材１７を上記基部１２の内周面に近接するよう配置したので、内圧の変化で第二のＵパッキン７が大きな断面変化を起こしても、この変化によってヒール部１１とリング部材１７とが不規則な接触を起こし、例えば、ヒール部１１を破損させると言ったことを確実に防止できる。

尚、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、例えば、次のように変更して具体化することも可能である。

１）本実施の形態では、第二のＵパッキン７の油室Ｏ側に第一のＵパッキン５を備えたシール構造１に具体化したが、これに限定されるものではなく、第二のＵパッキン７のみを備えたシール構造１に具体化しても良い。

２）本実施の形態では、シリンダ２におけるピストンロッド３の貫通孔４内周面に設けたシール構造１に具体化したが、これに限定されるものではなく、ピストンの外周側に設けられてシリンダ内周面との間をシールするシール構造に具体化しても良い。

３）本実施の形態では、高圧建機用油圧シリンダのシール構造１を示したが、これに限定されるものではなく、一般的な油圧シリンダのシール構造に具体化しても良い。

本発明を高圧建機用油圧シリンダのシール構造に具体化した要部断面図である。図１の第二のＵパッキン及びバックアップリングを拡大して示す要部断面図である。従来の油圧シリンダを示す断面図である。図３の油圧シリンダのシール構造を示す要部断面図である。図４の第二のＵパッキン及びバックアップリングを拡大して示す要部断面図である。

符号の説明

２シリンダ
３ピストンロッド
７第二のＵパッキン（パッキン）
１１ヒール部
１２基部
１４メインリップ
１５リップ
１７リング部材（変形規制部材）
１７ａ折れ点部分
２１バックアップリング

Claims

固定部材内に可動部材を移動自在に挿入し、固定部材に形成した環状溝内にパッキンとこのパッキンをバックアップするバックアップリングを収容し、パッキンを可動部材の周面に摺接しながら当該固定部材と可動部材との間の隙間をシールするシール構造において、上記パッキンは環状の基部と基部から立上るメインリップとを備え、上記バックアップリングの内周側に上記隙間に近接した位置で上記パッキンの基部側コーナーのヒール部と対向させながら圧力作用時における上記ヒール部の内周方向への変形を規制する変形規制部材を連設させたことを特徴とするシール構造。
固定部材内に可動部材を移動自在に挿入し、可動部材に形成した環状溝内にパッキンとこのパッキンをバックアップするバックアップリングを収容し、パッキンを固定部材の周面に摺接しながら当該固定部材と可動部材との間の隙間をシールするシール構造において、上記パッキンは環状の基部と基部から立上るメインリップとを備え、上記バックアップリングの外周側に上記隙間に近接した位置で上記パッキンの基部側コーナーのヒール部と対向させながら圧力作用時における上記ヒール部の外周方向への変形を規制する変形規制部材を連設させたことを特徴とするシール構造。
ピストンロッドに取付けられたピストンをシリンダ内に移動自在に設け、このピストンに形成した環状溝内に互いに隣接配置されたパッキン及びバックアップリングを収容し、上記パッキンをピストンロッドの周面に摺接して上記シリンダとピストンロッドと間の摺動隙間をシールする油圧シリンダのシール構造において、上記パッキンは内周側コーナーにヒール部を有する環状の基部と、この基部の内周側から立上がり内周面でピストンロッドに摺接して前記隙間をシールするメインリップとを備え、上記バックアップリングには上記基部の内周側コーナーのヒール部に近接又は隣接すると共に、圧力作用時における上記ヒール部の内周方向への変形を規制する変形規制部材を設けたことを特徴とする油圧シリンダのシール構造。
変形規制部材は基部のヒール部内周面と略同一形状で中央の折れ点部分及び両端部が円弧状に面取りされた外周面を有する三日月状のリング部材であり、バックアップリングと一体成形されている請求項３記載の油圧シリンダのシール構造。
変形規制部材は断面三日月状のリング部材であり、折れ点部分と対向する内周面が円弧状に面取り加工されている請求項３又は４記載の油圧シリンダのシール構造。
変形規制部材はパッキンを構成する材料よりも剛性、強度及び耐クリープ性に優れた熱可塑性樹脂で形成されている請求項１、２、３、４、又は５記載の油圧シリンダのシール構造。
ピストンロッドに取付けられたピストンをシリンダ内に移動自在に設け、このピストンに形成した環状溝内に互いに隣接配置されたパッキン及びバックアップリングを収容し、上記パッキンをシリンダの周面に摺接して上記シリンダとピストンと間の摺動隙間をシールする油圧シリンダのシール構造において、上記パッキンは内周側コーナーにヒール部を有する環状の基部と、この基部の外周側から立上がり外周面でシリンダに摺接して前記隙間をシールするメインリップとを備え、上記バックアップリングには上記基部の外周側コーナーのヒール部に近接又は隣接すると共に、圧力作用時における上記ヒール部の外周方向への変形を規制する変形規制部材を設けたことを特徴とする油圧シリンダのシール構造。