JP2010286014A

JP2010286014A - 油圧シリンダ

Info

Publication number: JP2010286014A
Application number: JP2009138584A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Abe; 良行阿部
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2009-06-09
Filing date: 2009-06-09
Publication date: 2010-12-24
Also published as: CN101922554A; KR20100132439A; US20100308542A1; US8276919B2

Abstract

【課題】シール部材のリップ先端を保護しつつ、リップ先端付近でのキャビテーションの発生を抑制することを可能とする油圧シリンダを提供する。
【解決手段】シリンダ３１の軸孔の内周面とピストン３２との間の環状隙間のうちリップ１２ａ１よりも先端側に、リップ１２ａ１のはみ出しを抑制せしめるべく微小隙間Ｓで構成される部分を有する油圧シリンダであって、微小隙間Ｓで構成された環状隙間部分を挟んで装着溝３１ｂと反対側には、該環状隙間部分の軸方向距離を短くせしめるキャビテーション発生抑制用の環状隙間領域が形成されていることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、油圧シリンダに関するものである。

一般的に、油圧シリンダは、ピストンと、シリンダと、これらの間の環状隙間を封止するシール部材とを備えている。そして、かかる油圧シリンダにおいては、シリンダに設けられた軸孔の内周面に対して微小隙間を有するように、この軸孔にピストンが挿入される。

ここで、例えばブレーカーのように、ピストンとシリンダが高速で相対的な往復移動を行い、かつ油圧が高圧となる環境下で用いられる油圧シリンダにおいては、上記微小隙間の部分で、キャビテーションが発生する。

キャビテーションが発生すると、気泡の崩壊によるキャビテーション衝撃波などにより、キャビテーションが発生する付近に瞬間的に非常に高い圧力が発生する。そのため、軸孔の内周に設けられた環状の装着溝に装着されているシール部材のリップ付近でキャビテーションが発生すると、リップの先端付近に虫食い状の欠損が発生し、密封性能が低下してしまう問題がある。

そこで、例えば、特許文献１には、シール部材が装着される装着溝におけるリップ先端付近に切欠を設けることによって、キャビテーションが発生する位置からシール部材までの距離を長くした技術が開示されている。このような従来技術について、図６を参照して説明する。図６は従来例に係る油圧シリンダにおけるシール部材が設けられている付近の模式的断面図である。

図示のように、油圧シリンダにおいては、シリンダ３００の軸孔内にピストン２００が挿入される。そして、シリンダ３００の軸孔の内周に形成された環状の装着溝３０１内に、シール部材であるパッキン１００が装着される。この従来例において、図中左側はオイルが密封されており、図中右側にはガスが密封されている。以下、図中左側をオイル側（Ｏ）、図中右側をガス側（Ｇ）と称する。そして、この従来例においては、パッキン１００は、パッキン本体１０１と、パッキン本体１０１の低圧側の内周端部の微小隙間Ｓへのはみ出しを防止するバックアップリング１０２とを備えている。

そして、この従来例では、パッキン本体１０１のリップ１０１ａよりも先端側（オイル側（Ｏ））に、装着溝３０１に隣接した小径の溝３０２（切欠）が設けられている。上記の通り、キャビテーションは微小隙間Ｓの部分で発生するため、この溝３０２が設けられている分だけ、キャビテーションが発生する位置からパッキン１００までの距離を長くすることが可能となる。従って、キャビテーションを起因とする密封性能の低下を抑制することが可能となる。

しかしながら、この従来例に係る油圧シリンダの場合には、パッキン本体１０１のリップ１０１ａの先端側に比較的隙間が大きな溝３０２が形成される。そのため、リップ１０１ａの一部または全部が、この溝３０２内に嵌まり込んでしまうことがある。これにより、リップ１０１ａの先端に亀裂が生じたり、一部が欠けたりするなど、リップ１０１ａが損傷してしまうおそれがある。従って、仕様によっては、この従来例のように、溝３０２を設けることによるキャビテーション対策を採用することができない。

特開２００８−２５７１号公報

本発明の目的は、シール部材のリップ先端を保護しつつ、リップ先端付近でのキャビテーションの発生を抑制することを可能とする油圧シリンダを提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。

すなわち、本発明においては、シール部材におけるリップよりも先端側の隙間は、リップのはみ出しが抑制されるように微小隙間で構成し、かつ、この微小隙間により構成された部分における軸方向の距離を、キャビテーションが発生しないように短くする構成を採用した。

これについて、より詳細に説明する。キャビテーションは、流体の流速が非常に速くなり、液体の圧力が局部的に液温の飽和圧力よりも低くなることで、その一部が蒸発して気泡が生じ、その後崩壊する現象である。従って、微小隙間の部分では、流体の流速が速くなるために、この部分でキャビテーションが発生し易くなる。しかしながら、微小隙間により構成された部分における軸方向の距離を短くすれば、流体が微小隙間で構成された部分を流れる距離が短くなる。従って、流体が微小隙間で構成された部分を流れる過程で、気泡が生ずるまでには至らなくなる。これにより、キャビテーションの発生を抑制することが可能となる。

また、この構成の場合には、シール部材におけるリップ先端側の隙間は、リップのはみ出しが抑制されるように微小隙間で構成されるので、リップ先端が隙間にはまり込んでしまうことを抑制できる。

より具体的な本発明の油圧シリンダは、
軸孔を有するシリンダと、
前記軸孔内に挿入されるピストンと、
前記軸孔の内周に形成された環状の装着溝内に装着され、軸孔内周とピストンとの間の環状隙間を封止するシール部材と、を備え、
前記シール部材は、軸方向に伸び、かつ前記ピストンに摺動するリップを備えると共に、
前記軸孔の内周面と前記ピストンとの間の環状隙間のうち前記リップよりも先端側に、該リップのはみ出しを抑制せしめるべく微小隙間で構成される部分を有する油圧シリンダであって、
前記微小隙間で構成された環状隙間部分を挟んで前記装着溝と反対側には、該環状隙間部分の軸方向距離を短くせしめるキャビテーション発生抑制用の環状隙間領域が形成されていることを特徴とする。

また、本発明の他の油圧シリンダは、軸孔を有するシリンダと、
前記軸孔内に挿入されるピストンと、
前記軸孔の内周に形成された環状の装着溝内に装着され、軸孔内周とピストンとの間の環状隙間を封止するシール部材と、を備え、
前記シール部材は、軸方向に伸び、かつ前記ピストンに摺動するリップを備える油圧シリンダであって、
前記リップよりも先端側には、前記装着溝に隣接して、該装着溝よりも小径であって、前記ピストンとの間の環状隙間が、キャビテーションが発生しない間隔である小径溝が設けられると共に、
前記装着溝内の前記小径溝側には、前記ピストンとの間の環状隙間が、前記リップのはみ出しを抑制せしめるべく微小隙間となり、かつ該微小隙間の部分における軸方向距離が短く構成された環状部材が装着されることを特徴とする。

更に、本発明の他の油圧シリンダは、軸孔を有するシリンダと、
前記軸孔内に挿入されるピストンと、
前記軸孔の内周に形成された環状の装着溝内に装着され、軸孔内周とピストンとの間の環状隙間を封止するシール部材と、を備え、
前記シール部材は、軸方向に伸び、かつ前記ピストンに摺動するリップを備える油圧シリンダであって、
前記装着溝内における前記リップよりも先端側には環状部材が装着されており、該環状部材の内周面と前記ピストンとの間の環状隙間のうち前記リップ先端付近の隙間は、該リップのはみ出しを抑制せしめるべく微小隙間で構成されると共に、
前記環状部材の内周側には、この微小隙間で構成された環状隙間部分を挟んで前記シール部材と反対側に、該環状隙間部分の軸方向距離を短くせしめるキャビテーション発生抑制用の環状隙間領域が形成されていることを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、シール部材のリップ先端を保護しつつ、リップ先端付近でのキャビテーションの発生を抑制することができる。

本発明の実施例に係る油圧シリンダの模式的断面図である。本発明の実施例１に係る油圧シリンダにおけるシール部材が設けられている付近の模式的断面図である。本発明の実施例１に係る油圧シリンダにおけるシール部材が装着される付近の模式的断面図である。本発明の実施例２に係る油圧シリンダにおけるシール部材が設けられている付近の模式的断面図である。本発明の実施例３に係る油圧シリンダにおけるシール部材が設けられている付近の模式的断面図である。図６は従来例に係る油圧シリンダにおけるシール部材が設けられている付近の模式的断面図である。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

まず、図１を参照して、本発明の実施例に係る油圧シリンダの全体構成等について説明する。なお、ここでは、一例として油圧シリンダがブレーカーに適用された場合を例にして説明する。

ブレーカー３０は、軸孔を有する筒状のシリンダ３１と、このシリンダ３１の軸孔内に、軸孔の内周面に対してクリアランス（微小隙間）を有するように挿入されるピストン３２とを備えている。ピストン３２の先端には、コンクリートや岩盤を粉砕するためのチゼ
ル（ロッド）３３が設けられている。

そして、シリンダ３１の先端側には筒状のフロントヘッド３４が同軸的に固定されている。このフロントヘッド３４の内側に、チゼル３３が往復移動自在に設けられており、フロントヘッド３４の内部には、チゼル３３からの衝撃を受けるため、スラストリングやスラストブッシュが組み込まれている。また、シリンダ３１の後端側には有底筒状のバックヘッド３５が同軸的に固定されている。このバックヘッド３５には、油圧の取出口やガスの吸気弁が組み込まれており、内部には窒素ガスＧが充填されている。

また、ブレーカー３０には、ピストン３２の往復移動の制御を行うためのコントロールバルブ３６や、シリンダ３１内に設けられた油圧回路の圧力補償及び脈動防止を行い、その内部には高圧の窒素ガスが充填されたアキュムレータ３７も備えられている。

そして、シリンダ３１に設けられた軸孔とピストン３２との間の環状隙間を封止するために、後端側と先端側にそれぞれ第１シーリングシステム１０と第２シーリングシステム２０が設けられている。なお、図１においては、これら第１シーリングシステム１０と第２シーリングシステム２０は簡略的に示している。そして、これら第１シーリングシステム１０と第２シーリングシステム２０の間には、油Ｏが封じ込められている。第１シーリングシステム１０は、この油Ｏの漏れを防止するとともに、上述した窒素ガスＧの漏れを防止する役割を担うものである。また、第２シーリングシステム２０は、油Ｏの漏れを防止すると共に、外部からのダストの侵入を防止する役割を担うものである。

以上のように構成されたブレーカー３０においては、油圧とガス圧により、ピストン３２と共に杭状のチゼル３３を軸方向に高速で往復移動させて、チゼル３３の先端を破壊対象（コンクリートや岩盤など）に打ち付けることで、破壊対象を粉砕することができる。なお、油圧によりガスを圧縮し、ガスの反発力を利用することによって、ピストン３２及びチゼル３３を破壊対象に向けて高速（例えば、１０ｍ／ｓ）で移動させることができる。

次に、第１シーリングシステム１０の実施例１〜３を説明する。

（実施例１）
図２及び図３を参照して、本発明の実施例１に係る油圧シリンダにおける第１シーリングシステム１０について説明する。なお、図２及び図３は油圧シリンダにおいて、第１シーリングシステムが設けられる付近の模式的断面図である。図２では各種シールが装着された状態を示し、図３では各種シールが装着されていない状態を示している。

第１シーリングシステム１０は、バッファリング１１と、シール部材としてのパッキン１２とを備えている。バッファリング１１は、断面略Ｕ字形状のバッファリング本体１１ａと、このバッファリング本体１１ａの低圧側（ガス側（Ｇ））の内周端部の微小隙間Ｓ（クリアランス）へのはみ出しを防止するバックアップリング１１ｂとを備えている。

パッキン１２も同様に、断面略Ｕ字形状のパッキン本体１２ａと、パッキン本体１２ａの低圧側の内周端部の微小隙間Ｓへのはみ出しを防止するバックアップリング１２ｂとを備えている。パッキン本体１２ａは、軸方向であって油が密封されているオイル側（Ｏ）に伸び、ピストン３２に摺動するリップ１２ａ１を備えている。

バッファリング１１は、主として密封対象である油の圧力（油圧）を緩衝する機能を発揮し、パッキン１２は、主として油の漏れを防止する機能を発揮する。そして、これらバッファリング１１とパッキン１２とを備える第１シーリングシステム１０によって、窒素
ガスが充填されているガス側（Ｇ）への油漏れを防止すると共に、油が封止されているオイル側（Ｏ）への窒素ガスの漏れを防止する。

また、これらバッファリング１１とパッキン１２は、シリンダ３１に設けられた軸孔の内周に形成された環状の装着溝３１ａ，３１ｂ内に、それぞれ装着される。

ここで、装着溝３１ｂに装着されたパッキン１２におけるパッキン本体１２ａのリップ１２ａ１の先端側において、シリンダ３１の軸孔の内周面とピストン３２との間にできる環状隙間は、リップ１２ａ１がはみ出してしまわないように微小隙間Ｓにより構成されている。

そして、バッファリング１１が装着される装着溝３１ａと、パッキン１２が装着される装着溝３１ｂとの間には、キャビテーション発生抑制用の環状隙間領域を形成する環状溝３１ｃが形成されている。すなわち、この環状溝３１ｃを設けることによって、リップ１２ａ１よりも先端側における微小隙間Ｓで構成される部分の軸方向距離Ｘを短くしている。この軸方向距離Ｘは、シリンダ３１における装着溝３１ｂと環状溝３１ｃとの間の隔壁の強度を維持しつつ、キャビテーションが発生しない程度に短く設定される。

この点について、更に詳細に説明する。上記の通り、微小隙間の部分では、流体の流速が速くなるために、この部分でキャビテーションが発生し易くなる。しかしながら、微小隙間により構成された部分における軸方向の距離を短くすれば、流体（ここでは、オイル）が微小隙間で構成された部分を流れる過程で、気泡が生ずるまでには至らなくなる。これにより、キャビテーションの発生を抑制することが可能となる。そのため、上記軸方向距離Ｘを短くすればするほど、キャビテーションの発生を抑制することができる。しかしながら、この軸方向距離Ｘを短くするほど、装着溝３１ｂと環状溝３１ｃとの間の隔壁が薄くなって強度が低下してしまうので、この隔壁が破損してしまうなどの支障が生じない範囲で、軸方向距離Ｘを短くする必要がある。

ここで、キャビテーションが発生しない軸方向距離は、微小隙間Ｓを流れる流体の物性と、微小隙間Ｓの間隔と、流体の最大流速との関係によって定まる。なお、流体の最大流速は、シリンダ３１とピストン３２の相対的な移動速度と流体の粘度などによって定まる。

以上のように、本実施例に係るブレーカー３０（油圧シリンダ）における第１シーリングシステム１０によれば、パッキン１２の付近（パッキン本体１２ａのリップ１２ａ１付近）で、キャビテーションが発生することを抑制できる。従って、キャビテーションに起因する密封性能の低下を抑制することができる。また、リップ１２ａ１の先端側の隙間は、リップ１２ａ１のはみ出しが抑制されるように微小隙間Ｓで構成されるので、リップ１２ａ１の先端が、この微小隙間Ｓにはまり込んでしまうことが抑制される。これらのことから、パッキン１２の品質低下を抑制でき、パッキン１２の耐久性を向上させることができる。

（実施例２）
図４を参照して、本発明の実施例２に係る油圧シリンダにおける第１シーリングシステムについて説明する。基本的な構成は、上記実施例１の場合と同様であり、基本的構成が実施例１と同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。また、バッファリング１１とパッキン１２の構成については、上記実施例１と同一であるので、図４では、これらは簡略的に示している。

本実施例においても、シリンダ３１に設けられた軸孔の内周には、環状の装着溝３１ａ
，３１ｂ１が設けられている。そして、これらの装着溝３１ａ，３１ｂ１に、それぞれバッファリング１１とパッキン１２が装着される。

そして、本実施例の場合には、装着溝３１ｂ１に隣接して、この装着溝３１ｂ１よりも小径であって、ピストン３２との間の環状隙間が、キャビテーションが発生しない間隔に設定された小径溝３１ｄが設けられている。なお、この小径溝３１ｄは、オイル側（Ｏ）、すなわち、パッキン１２におけるパッキン本体１２ａのリップ１２ａ１（図４では不図示）よりも先端側に、装着溝３１ｂ１に隣接して設けられる。

また、装着溝３１ｂ１内における小径溝３１ｄ側には、樹脂製の環状部材１３が装着されている。この環状部材１３は、その外周面が装着溝３１ｂ１の内周面に密着し、かつ、そのオイル側（Ｏ）の側面が装着溝３１ｂ１のオイル側（Ｏ）の内壁面に密着するように構成されている。そして、この環状部材１３の内周面とピストン３２との間の環状隙間は、リップ１２ａ１がはみ出してしまわないように微小隙間Ｓにより構成されている。また、この環状部材１３の厚み（微小隙間Ｓで構成される部分の軸方向距離Ｘに相当）は、環状部材１３の強度を維持しつつ、キャビテーションが発生しないように短く設定される。

以上のように、本実施例における小径溝３１ｄは、上記実施例１における環状溝３１ｃに相当する。つまり、この小径溝３１ｄと環状部材１３によって形成される領域が、上記実施例１におけるキャビテーション発生抑制用の環状隙間領域に相当する。また、本実施例における環状部材１３は、上記実施例１における装着溝３１ｂと環状溝３１ｃとの間の隔壁に相当する。従って、本実施例においても、上記実施例１の場合と同様の作用効果が得られる。

（実施例３）
図５を参照して、本発明の実施例３に係る油圧シリンダにおける第１シーリングシステムについて説明する。基本的な構成は、上記実施例１の場合と同様であり、基本的構成が実施例１と同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。また、バッファリング１１とパッキン１２の構成については、上記実施例１と同一であるので、図５では、これらは簡略的に示している。

本実施例においても、シリンダ３１に設けられた軸孔の内周には、環状の装着溝３１ａ，３１ｂ２が設けられている。そして、これらの装着溝３１ａ，３１ｂ２に、それぞれバッファリング１１とパッキン１２が装着される。

そして、本実施例においては、装着溝３１ｂ２内におけるオイル側（Ｏ）、つまりリップ１２ａ１（図５では不図示）の先端側には、樹脂製の環状部材１４が装着されている。この環状部材１４は、その外周面が装着溝３１ｂ２の内周面に密着し、かつ、そのオイル側（Ｏ）の側面が装着溝３１ｂ２のオイル側（Ｏ）の内壁面に密着するように構成されている。

また、この環状部材１４の内周面とピストン３２との間の環状隙間のうちパッキン１２の付近（リップ１２ａ１の付近）の隙間は、リップ１２ａ１がはみ出してしまわないように微小隙間Ｓにより構成されている。更に、この環状部材１４の内周側には、この微小隙間Ｓで構成された環状隙間部分を挟んでパッキン１２とは反対側に、この環状隙間部分の軸方向距離Ｘを短くせしめるキャビテーション発生抑制用の環状隙間領域を形成する環状の切欠１４ａが設けられている。これにより、微小隙間Ｓで構成される部分の軸方向距離Ｘは、環状部材１４における当該部分の付近の強度を維持しつつ、キャビテーションが発生しないように短く設定される。

以上のように、本実施例における切欠１４ａは、上記実施例１における環状溝３１ｃに相当する。つまり、この切欠１４ａと装着溝３１ｂ２のオイル側（Ｏ）の内壁面によって形成される領域が、上記実施例１におけるキャビテーション発生抑制用の環状隙間領域に相当する。また、本実施例における環状部材１４のうち内周面側における切欠１４ａが設けられていない部位が、上記実施例１における装着溝３１ｂと環状溝３１ｃとの間の隔壁に相当する。従って、本実施例においても、上記実施例１の場合と同様の作用効果が得られる。

（その他）
以上の実施例においては、キャビテーション発生抑制用の環状隙間領域を、シール部材が装着される装着溝から離れた位置に設けられた環状溝により形成する場合（実施例１）と、装着溝に隣接した小径溝により形成する場合（実施例２）と、装着溝に装着した環状部材に設けた切欠により形成する場合（実施例３）を示した。しかしながら、キャビテーション発生抑制用の環状隙間領域を形成する方法としては、これらに限定されない。例えば、実施例２で示したような小径溝と、実施例３に示した環状部材に設けた切欠とを組み合わせて、当該環状隙間領域を形成するようにしてもよい。

また、上記実施例１〜３では、ブレーカー３０に備えられた第１シーリングシステム１０におけるシール部材（パッキン１２）の付近で、キャビテーションの発生を抑制する構成を示した。しかしながら、第２シーリングシステム２０にもシール部材は備えられており、このシール部材の付近で、キャビテーションの発生を抑制させるために、上記実施例１〜３に示した構成を採用することもできる。また、上記実施例では、油圧シリンダの一例としてブレーカーの場合を示したが、その他の油圧シリンダにおけるシール部材の付近でキャビテーションの発生を抑制するために、上記実施例１〜３に示したような構成を採用することができる。

１０第１シーリングシステム
１１バッファリング
１１ａバッファリング本体
１１ｂバックアップリング
１２パッキン
１２ａパッキン本体
１２ａ１リップ
１２ｂバックアップリング
１３環状部材
１４環状部材
１４ａ切欠
２０第２シーリングシステム
３０ブレーカー
３１シリンダ
３１ａ，３１ｂ，３１ｂ１，３１ｂ２装着溝
３１ｃ環状溝
３１ｄ小径溝
３２ピストン
３３チゼル
３４フロントヘッド
３５バックヘッド
３６コントロールバルブ
３７アキュムレータ
Ｓ微小隙間
Ｘ軸方向距離

Claims

軸孔を有するシリンダと、
前記軸孔内に挿入されるピストンと、
前記軸孔の内周に形成された環状の装着溝内に装着され、軸孔内周とピストンとの間の環状隙間を封止するシール部材と、を備え、
前記シール部材は、軸方向に伸び、かつ前記ピストンに摺動するリップを備えると共に、
前記軸孔の内周面と前記ピストンとの間の環状隙間のうち前記リップよりも先端側に、該リップのはみ出しを抑制せしめるべく微小隙間で構成される部分を有する油圧シリンダであって、
前記微小隙間で構成された環状隙間部分を挟んで前記装着溝と反対側には、該環状隙間部分の軸方向距離を短くせしめるキャビテーション発生抑制用の環状隙間領域が形成されていることを特徴とする油圧シリンダ。
軸孔を有するシリンダと、
前記軸孔内に挿入されるピストンと、
前記軸孔の内周に形成された環状の装着溝内に装着され、軸孔内周とピストンとの間の環状隙間を封止するシール部材と、を備え、
前記シール部材は、軸方向に伸び、かつ前記ピストンに摺動するリップを備える油圧シリンダであって、
前記リップよりも先端側には、前記装着溝に隣接して、該装着溝よりも小径であって、前記ピストンとの間の環状隙間が、キャビテーションが発生しない間隔である小径溝が設けられると共に、
前記装着溝内の前記小径溝側には、前記ピストンとの間の環状隙間が、前記リップのはみ出しを抑制せしめるべく微小隙間となり、かつ該微小隙間の部分における軸方向距離が短く構成された環状部材が装着されることを特徴とする油圧シリンダ。
軸孔を有するシリンダと、
前記軸孔内に挿入されるピストンと、
前記軸孔の内周に形成された環状の装着溝内に装着され、軸孔内周とピストンとの間の環状隙間を封止するシール部材と、を備え、
前記シール部材は、軸方向に伸び、かつ前記ピストンに摺動するリップを備える油圧シリンダであって、
前記装着溝内における前記リップよりも先端側には環状部材が装着されており、該環状部材の内周面と前記ピストンとの間の環状隙間のうち前記リップ先端付近の隙間は、該リップのはみ出しを抑制せしめるべく微小隙間で構成されると共に、
前記環状部材の内周側には、この微小隙間で構成された環状隙間部分を挟んで前記シール部材と反対側に、該環状隙間部分の軸方向距離を短くせしめるキャビテーション発生抑制用の環状隙間領域が形成されていることを特徴とする油圧シリンダ。