JP4350841B2 - 水圧式シリンダ装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐久性の向上を図ることのできる水圧式シリンダ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から、各種の産業分野において、シリンダ装置として油圧式のものが用いられている。この種のシリンダ装置は、シリンダ本体の内部に摺動可能に配設されて、このシリンダ本体の内部を二つの圧力室に画成するピストンロッドを備えている。そのピストンロッドは一方の圧力室に作動液を供給することにより伸張方向に移動され、かつ、他方の圧力室に作動液を供給することにより短縮方向に移動される。
【0003】
シリンダ本体には、ロッド部の貫通穴が形成されている。この貫通穴には、ロッド部を摺動可能に支持する摺動軸受けと他方の圧力室の作動液の洩れを防止する軸封パッキン部材とが設けられている。また、作動液としては油が用いられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この油圧式シリンダ装置では作動液に油が用いられているため、廃液の処理が難しく環境に優しくないとして、近時、廃液処理の容易な環境に優しいシリンダ装置として、作動液として水を用いた水圧式シリンダ装置の開発が望まれている。
【0005】
この種の構造のシリンダ装置の作動液として油の代わりに水を用いると、水は油に較べて粘性が低いため、ピストンロッドが伸張方向に移動されたときに、ピストンロッドのロッド部外周に付着している水が軸封パッキン部材により剥ぎ取られるが、剥ぎ取られる直前までロッド部の外周面を濡らしていた水膜が軸封パッキン部材とロッド部との接触面で潤滑作用を果たすので、ピストンロッドは伸張方向にはスムーズに移動できる。
【0006】
しかしながら、ピストンロッドを短縮方向に移動させようとすると、軸封パッキン部材により水膜が剥ぎ取られて外周面が乾いた状態のロッド部が軸封パッキン部材に摺接してシリンダ本体の内部に引き込まれるため、軸封パッキン部材とロッド部との間の接触面の摺動抵抗が大きくなり、これが何度も繰り返されると、軸封パッキン部材が摩耗して水洩れが発生する原因となり、水圧式シリンダ装置は油圧式シリンダ装置に較べて耐久性に劣るという問題があった。
【0007】
本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、その課題は、軸封パッキン部材の摺動抵抗を軽減し、油圧式シリンダ装置に匹敵する耐久性に優れた水圧式シリンダ装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本願請求項1に記載の発明に係る水圧式シリンダ装置は、シリンダ本体の内部に摺動可能に配設されて該シリンダ本体の内部を二つの圧力室に画成するピストンロッドを備え、該ピストンロッドは一方の圧力室に水を供給することにより伸張方向に移動されかつ他方の圧力室に水を供給することにより短縮方向に移動され、前記シリンダ本体には該ピストンロッドのロッド部が貫通する貫通穴が形成され、該貫通穴には前記ロッド部を摺動可能に支持する摺動軸受けと前記他方の圧力室からの水の洩れを防止する軸封パッキン部材とが設けられ、シリンダ本体には前記ピストンロッドが少なくとも短縮方向に移動されたときに、前記軸封パッキンよりも外側に位置する前記ロッド部の外周面に潤滑水を供給する潤滑水供給手段が設けられていることを特徴とするものである。
【0009】
請求項1に記載の発明によれば、ピストンロッドが短縮方向に移動されてシリンダ本体の内部に引き込まれる際には、ピストンロッドが伸張方向に移動したときに水膜が剥ぎ取られて乾いた状態にあるロッド部の外周面に、潤滑水供給手段から潤滑水が供給されるので、軸封パッキン部材とロッド部との間の接触面の摺動抵抗を軽減でき、ひいては軸封パッキン部材の摩耗低減を図ることができることになって、油圧式シリンダ装置に匹敵する耐久性を得ることができる。
【0010】
また、本願請求項2に記載の発明は、請求項1に記載された水圧式シリンダ装置おいて、前記貫通穴には前記軸封パッキン部材の外側に塵挨混入防止用のダストシール部材が設けられ、前記潤滑水供給手段は前記軸封パッキン部材と前記ダストシール部材との間に配置されていることを特徴とするものである。
【0011】
請求項2に記載の発明によれば、ピストンロッドを短縮方向へ移動させるときに当該ダストシール部材によって塵挨が除去され、塵挨が付着したまま軸封パッキン部材にロッド部が摺接して引き込まれることを防止でき、塵挨による軸封パッキンの損傷を抑制できる。さらに、潤滑水供給手段により供給される潤滑水をダストシール部材によって封じ、外部への潤滑水の漏れを低減できる。
【0012】
また、本願請求項3に記載の発明は、請求項2に記載された水圧式シリンダ装置において、前記ダストシール部材は潤滑水が前記貫通穴から洩れ出るのを防止する環状リップ部と塵挨が前記ロッド部の外周面に付着して前記シリンダ本体の内部に混入するのを防止する環状リップ部とを備えた二重リップ構造であることを特徴とするものである。
【0013】
請求項3に記載の発明によれば、潤滑水が貫通穴から外部に流出するのをより低減できる。更に、潤滑水供給部分を大気圧雰囲気になるようにしておけば、前記環状リップ部も大気圧となるので、高圧下でのシール性能を要求されず、環状リップ部がロッドを押圧する力が小さいものでよいため、摩擦抵抗が小さく磨耗を低減できるとともに、シール材の選定自由度が増す。
【0014】
また、本願請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3のいずれか1項に記載された水圧式シリンダ装置において、前記潤滑水供給手段は前記ロッド部の外周面を常時濡らすために潤滑水を貯溜する貯溜室を有することを特徴とするものである。本発明によれば、簡単な構造で潤滑水供給手段を形成することができる。
【0015】
また、本願請求項5に記載の発明は、請求項1乃至4のいずれか1項に記載された水圧式シリンダ装置において、前記潤滑水供給手段は前記ロッド部の外周面を常時濡らすために流水を供給する供給通路を有することを特徴とするものである。
請求項5に記載の発明によれば、軸封パッキン部材とロッド部との摩擦により発生した熱を流水により受熱して取り除くことができるので、ロッド部の冷却効果を向上させることができ、軸封パッキン部材の耐久性の低下を抑制できる。
【0016】
また、本願請求項6に記載の発明は、請求項1乃至5のいずれか1項に記載された水圧式シリンダ装置において、前記ロッド部の外周面に向けて潤滑水を噴霧する噴射部を有することを特徴とするものである。本発明によれば、少量の潤滑水をロッド部に供給できることになり、貫通穴から外部に潤滑水が流出する虞を軽減することができる。
【0017】
また、本願請求項7に記載の発明は、請求項4または5に記載された水圧式シリンダ装置において、前記軸受け部材は第1軸受け部材と第2軸受け部材とからなり、該第1軸受け部材と該第2軸受け部材とは前記軸封パッキン部材を挟んで間隔を開けて配置されていると共に、前記第2軸受け部材は、前記軸封パッキン部材と前記ダストシール部材との間に配置されていることを特徴とするものである。
本発明によれば、両軸受け間の間隔を大きくとれるので、ピストンロッドをしっかりと支持することができ、もって軸振れ防止を図ることができ、ひいては、軸封パッキン部材の偏摩耗を低減できる。
【0018】
また、本願請求項8に記載の発明は、請求項1乃至7のいずれか1項に記載された水圧式シリンダ装置において、前記シリンダ本体には前記他方の圧力室に水を給排するための給排ポートが設けられ、該給排ポートと前記他方の圧力室とは前記ロッド部に沿って延びる環状連通路によって連通され、前記ピストンロッドには前記伸張方向に移動されたときに前記環状連通路に嵌合する大径嵌合部が形成され、前記シリンダ本体には、絞り弁を介して前記給排ポートと前記他方の圧力室とを連通してクッション作用を果たすクッション通路が形成されると共に、前記シリンダ本体には前記環状通路に連通してかつ前記他方の圧力室に臨む部分にクッションシール部材が設けられ、該クッションシール部材と前記大径嵌合部が係合して該環状通路部を閉塞することを特徴とするものである。
請求項8に記載の発明によれば、クッションシール部材と大径嵌合部とにより、環状連通路を閉塞するから、水の流出を防ぐ。そして、絞り弁を介して水を制限して流出させるから、ピストンロッドの伸張方向の移動終端での衝撃力を吸収できる。
【0019】
また、本願請求項9に記載の発明は、請求項8に記載された水圧式シリンダ装置において、前記クッションシール部材が超高分子量ポリエチレンからなることを特徴とするものである。
請求項9に記載の発明によれば、クッションシール部材の材料に超高分子量ポリエチレンを用いたので、クッション作用時に生じる急激な圧力上昇に耐えることができる。さらに、大径嵌合部と摺動しても磨耗が少ない。よって、耐久性がより一層向上する。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る水圧式シリンダ装置の一実施の形態を図1ないし図4を参照しつつ説明する。図1は本発明に係る水圧式シリンダ装置の縦断面図であって、ピストンロッドが短縮方向に移動されてその移動終端で停止している状態を示し、図2は図1に示すクッションシール部材の拡大断面図であり、図3は図1に示すダストシール部材の拡大断面図であり、図4は本発明に係る水圧式シリンダ装置の縦断面図であって、ピストンロッドが伸張方向に移動されて移動終端近傍に達している状態を示している。
【0021】
図1において、符号1はシリンダ本体、符号2はピストンロッドである。ピストンロッド2はシリンダ本体1の内部に摺動可能に配設されている。そのシリンダ本体1は、シリンダチューブとヘッドカバー部材3とロッドカバー部材4とを有し、シリンダチューブの一方の端部は、ヘッドカバー部材3によって閉成され、他方の端部は、ロッドが突出する突出側端部としてのロッドカバー部材4によって閉成されている。
【0022】
そのピストンロッド2はピストン部5とロッド部6とからなっている。シリンダ本体1の内部は、ピストン部5によって二つの圧力室7、8に画成されている。そのピストン部5にはシールリング部材5bと軸受け5a,5cとが嵌合されている。
【0023】
ヘッドカバー部材3には、一方の圧力室7に作動液を給排する給排ポート9が形成されている。また、ロッドカバー部材4には、他方の圧力室8に作動液を給排する給排ポート10が形成されている。その作動液は水である。水としては、純水、水道水、河川や池の水、高含水等が用いられる。
ヘッドカバー部材3には、圧力室7と給排ポート9とを連通する環状連通路11がピストンロッド2の延びる方向に沿って設けられている。また、ロッドカバー部材4には、圧力室8と給排ポート10とを連通する環状連通路12がピストンロッド2の延びる方向に沿って設けられている。
【0024】
ピストンロッド2は、圧力室7に水を供給することにより伸張方向(矢印A1方向)に移動され、かつ、圧力室8に水を供給することにより短縮方向(矢印A2方向)に移動される。
【0025】
ピストンロッド2には、短縮方向に移動されたときに環状連通路11に嵌合して環状連通路11を閉塞する大径嵌合部13がピストン部5に一体に形成されていると共に、伸張方向に移動されたときに環状連通路12に嵌合してこの環状連通路12を閉塞する大径嵌合部14がピストン部5に一体に大径嵌合部13とは反対側に形成されている。
【0026】
ヘッドカバー部材3には絞り弁15が設けられている。この絞り弁15はオリフィス通路16を有する。そのヘッドカバー部材3には絞り弁15を介して圧力室7と給排ポート9とを連通してクッション作用を果たすクッション通路17が形成されている。
【0027】
ロッドカバー部材4には絞り弁18が設けられている。この絞り弁18はオリフィス通路19を有する。そのロッドカバー部材4には絞り弁18を介して圧力室8と給排ポート10とを連通してクッション作用を果たすクッション通路20が形成されていると共に、ピストンロッド2の伸張方向の移動終端側で且つ圧力室8に臨む環状連通路12の拡径穴12aにクッションシール部材21が設けられている。
【0028】
そのクッションシール部材21には、図2に拡大して示すように半径方向に放射状に延びる放射溝21aが四方に(図2においては3ヶ所が現れ、残りの1ヶ所は手前側の図面に現れない位置に形成されている)形成されているリング状体からなる。このリング状体は一ヶ所で切断され、装着するときにこの切断部分でリング状体を開いて装着できるようになっている。符号35はその切断箇所を示す。このクッションシール部材21には、図4に示すようにピストンロッド2が伸張方向に移動されたときに、その伸張方向の移動終端近傍において大径部14が嵌合され、これにより、環状連通路12が閉鎖されて、圧力室8内の水が矢印B1、B2で示すようにクッション通路20を経由して絞り弁18によって流量を絞られて、矢印B3で示すように給排ポート10に向かって流れるようになっている。従って、ピストンロッド2の伸張方向の移動終端での衝撃力が緩和されるようになっている。
【0029】
クッションシール部材20の材料には、クッション作用時に生じる急激な圧力上昇に耐えることができる超高分子量ポリエチレンが用いられている。絞り弁15、18はオリフィス面積を調整可能であり、この絞り弁15、18を操作することによって、ピストンロッド2の移動終端でのクッション力を調整できるようになっている。
【0030】
ロッドカバー部材4には、ロッド部6が貫通する貫通穴23が形成されている。この貫通穴23にはロッド部6を摺動可能に支持する摺動軸受け部材24と圧力室8の水の洩れを防止する軸封パッキン部材25とが設けられている。
【0031】
軸封パッキン部材25は、バッファリング26とロッドパッキン部材27とからなっており、このバッファリング26とロッドパッキン部材27とはロッド部5の延びる方向に近接して設けられている。バッファリング26は、圧力室8内の圧力を大気圧に向けて低減する役割を果たす。ロッドパッキン部材27は、バッファリング26から洩れ出た水が外部に洩れ出るのを防止する役割を果たす。
【0032】
摺動軸受け24は、ピストンロッド2の延びる方向に間隔を開けて配設された第1軸受け部材28と第2軸受け部材29とからなっている。軸封パッキン部材25は第1軸受け部材28と第2軸受け部材29との間に位置している。これにより、両軸受け28,29間の間隔を大きくとれるので、ピストンロッド2をしっかりと支持することができ、もってピストンロッド2の往復動の際の軸振れが防止される。
【0033】
ロッドカバー部材4には、ロッドパッキン部材27と第2軸受け部材29との間でロッドパッキン部材27の近傍に、ピストンロッド2が少なくとも短縮方向に移動されたときにロッド部6の外周面6aに潤滑水を供給する潤滑水供給手段としての貯溜室30が設けられている。この貯溜室30には給水口31から水を供給可能であり、排水口32から水を排出可能である。
【0034】
給水口31に潤滑水供給通路としての図示を略す給水ホースを接続し、給水口31から貯溜室30に向けて常時水を流しても良く、このように水を常時流して潤滑することとすると、軸封パッキン部材25とロッド部6との摩擦により発生した熱を流水により受熱して取り除くことができるので、ロッド部6の冷却効果を向上させることができる。
【0035】
また、給水口31から貯溜室30に向けて水を流す代わりに、ピストンロッド2が短縮方向に可動されるときにのみ、ロッド部6の外周面6aに少量の潤滑水を噴霧する図示を略す噴射部を設けるようにしても良い。
【0036】
ロッドカバー部材4には、第2軸受け部材29よりもロッド部5の突出側に塵挨混入防止用のダストシール部材33が設けられている。このダストシール部材33は、図3に拡大して示すように潤滑水が貫通穴23から洩れ出るのを防止する環状リップ部33aと塵挨がロッド部6の外周面6aに付着してシリンダ本体1の内部に混入するのを防止する環状リップ部33bとの二重リップ構造からなっている。貯溜室30は大気圧下におかれるから、このダストシール部材33は、ロッド部6に緩く接触されている。これにより、そのロッド部6との摩擦抵抗は小さくなる。図3において、符号36はバックアップリングを示し、該バックアップリング36は、当該ダストシール部材33をピストンロッド2の表面へ押し付けるためのものである。
【0037】
上記実施の形態によれば、ピストンロッド2が短縮方向に移動されてシリンダ本体1の内部に引き込まれる際には、ピストンロッドが伸張方向に移動したときに水膜が剥ぎ取られて乾いた状態にあるロッド部6の外周面に、貯溜室30から潤滑水が供給されるので、軸封パッキン部材25とピストンロッド2との間の接触面の摺動抵抗を小さくでき、ひいては軸封パッキン部材25の摩耗軽減を図ることができ、油圧式シリンダ装置に匹敵する耐久性を得ることができる。
【0038】
本発明者等は、上記実施の形態に係る水圧式シリンダ装置において、ピストンロッド2の繰り返し摺動距離の総和が飛躍的に伸びたことを確認した。
【0039】
なお、上記実施の形態によれば、ロッドパッキン部材27から万一水洩れが発生したとしても、貯溜室30からその水排出口32が排出されるので、ダストシール部材33に要求される封止能力をより一層軽減できる。
【0040】
また、潤滑水と2つの圧力室に供給される水とは同じものを使用することが可能であり、同じ水圧源から供給することもできる。
【0041】
【発明の効果】
本発明によれば、ピストンロッドが短縮方向に移動されてシリンダ本体の内部に引き込まれる際には、ピストンロッドが伸張方向に移動したときに水膜が剥ぎ取られて乾いた状態にあるそロッド部の外周面に、潤滑水供給手段から潤滑水が供給されるので、軸封パッキン部材とロッド部との間の接触面の摺動抵抗を軽減でき、ひいては軸封パッキン部材の摩耗低減を図ることができ、油圧式シリンダ装置に匹敵する耐久性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る水圧式シリンダ装置の縦断面図であって、ピストンロッドが短縮方向に移動されてその移動終端で停止している状態を示している。
【図2】図1に示すクッションシール部材の断平面図である。
【図3】図1に示すダストシール部材の断面図である。
【図4】本発明に係る水圧式シリンダ装置の縦断面図であって、ピストンロッドが伸張方向に移動されて移動終端近傍に達している状態を示している。
【符号の説明】
1 シリンダ本体
2 ピストンロッド
4 ロッドカバー部材
5 ピストン部
6 ロッド部
6a 外周面
7、8 圧力室
13、14 大径嵌合部
20 クッション通路
21 クッションシール部材
23 貫通穴
24 摺動軸受け
25 軸封パッキン部材
26 バッファリング
27 ロッドパッキン部材
28 第1軸受け部材
29 第2軸受け部材
30 貯溜室(潤滑水供給手段)
Claims (2)
- シリンダ本体の内部に摺動可能に配設されて該シリンダ本体の内部を二つの圧力室に画成するピストンロッドを備え、該ピストンロッドは一方の圧力室に水を供給することにより伸張方向に移動されかつ他方の圧力室に水を供給することにより短縮方向に移動され、前記シリンダ本体には該ピストンロッドのロッド部が貫通する貫通穴が形成され、該貫通穴には前記ロッド部を摺動可能に支持する摺動軸受けと前記他方の圧力室からの水の洩れを防止する軸封パッキン部材とが設けられ、シリンダ本体には前記ピストンロッドが少なくとも短縮方向に移動されたときに、前記軸封パッキンよりも外側に位置する前記ロッド部の外周面に潤滑水を供給する潤滑水供給手段が設けられ、
前記貫通穴には前記軸封パッキン部材の外側に塵挨混入防止用のダストシール部材が設けられ、前記潤滑水供給手段は前記軸封パッキン部材と前記ダストシール部材との間に配置され、
前記潤滑水供給手段は前記ロッド部の外周面を常時濡らすために潤滑水を貯溜する貯溜室を有し、前記軸封パッキン部材から漏れた水が前記貯留室から排水口に排出されるように構成されていることを特徴とする水圧式シリンダ装置。 - 請求項1に記載の水圧式シリンダ装置において、
前記軸受け部材は第1軸受け部材と第2軸受け部材とからなり、該第1軸受け部材と該第2軸受け部材とは前記軸封パッキン部材を挟んで間隔を開けて配置されているとともに、前記第2軸受け部材と前記軸封パッキン部材との間に、前記貯留室を配置し、
前記第2軸受け部材は、前記軸封パッキン部材と前記ダストシール部材との間に配置されていることを特徴とする水圧式シリンダ装置。
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