JP4651220B2 - スイベルジョイント付き流体シリンダ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイベルジョイント付き流体シリンダに関する。
【0002】
【従来の技術】
流体シリンダは、その希な使われ方として、例えば直線レール上に移動自在に配置した部材と、レール外に固定した固定側部材との間に架設され、シリンダの伸縮によって部材をレール上で移動させる使われ方がある。この使われ方では、シリンダは伸縮するが、その姿勢は変化しない。
一方、使われ方の多くは、他部材に設けたピンを内嵌するピン孔をシリンダのロッド先端部及びチューブ後端部の少なくとも一方に備え、シリンダの伸縮時にチューブ(即ち、シリンダ自体)がピン回りで相対回転する使われ方である。この使われ方では、シリンダの伸縮時にその姿勢は変化する。そして、この使われ方に鑑み、実開平1−148105号公報ではスイベルジョイント付き流体シリンダが提案されている。
【0003】
上記公報の技術は、これを要約すれば、図示しないが、「ピン外周面に第1開口部を備えると共に、ピン孔内周面にチューブがピン回りに相対回転しても第1開口部に対して常時対向する第2開口部を備え、かつ第1開口部からピン端面に設けた第3開口部に至る第1流路をピン内に備えると共に、第2開口部からチューブ内に至る第2流路を有し、チューブがピン回りに相対回転しても第1、第2開口部を介して第1、第2流路が常時連通するスイベル流路を備えた流体シリンダであって、
前記第1、第3開口部及び第1流路を備えるピンは、チューブ後端部のピン孔に内嵌されるピンであり、
前記第2開口部は、ピン孔内周面の全周に備えられ、かつ
前記第2流路のうちチューブ内の反ロッド側の室に至る流路は、チューブ後部内に設け、
一方、第2流路のうちチューブ内のロッド側の室に至る流路は、チューブ前後部のそれぞれ設けた孔の間をチューブ外周面に沿って延設した管を接続して設けた複動式かつ片ロッド式の流体シリンダ」である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、流体シリンダを多用する例えば建設機械の一つである油圧ショベルを例にとれば、この機械は、山林地及び荒れ地等の不整地での稼動は元よりのこと、市街地等での稼動も多い。従って、建設機械であると言えども、外観上の美観を要請される。また、油圧ショベルの各油圧シリンダは固有の常用負荷方向の元に作動する。従って、上記公報の技術のままであれば、次のような不都合が生ずる。
【0005】
(1)上記公報の技術では、「第2流路のうちチューブ内のロッド側の室に至る流路は、チューブ前後部のそれぞれ設けた孔の間をチューブ外周面に沿って延設した管を接続して設けてある」。このため、管が車体からの露出物及び突起物となって美観を損ねる。また、市街での構築物解体作業時及び不整地での各種作業時等では、この管なる突起物が解体物、木枝、岩石等と衝突し、油漏れ等の不慮の故障休車をもたらすことも懸念される。
【0006】
(2)ピン孔に対するピンの内嵌具合は、負荷側で互いに強圧して密接し、反負荷側で隙間が生ずる。ところが、上記公報の技術では、「第2開口部は、ピン孔内周面の全周に備えられ」ている。このため、次の第1、第2の不都合が生ずる。
第1の不都合は、稼動時間が進んでピンとピン孔との互いの摺動面が摩耗してその内嵌具合にガタツキが生ずると、ガタツキ原因なる拡大された隙間のうちの反負荷側での隙間が、ピン孔内周面の全周に備えらた第2開口部から油を外部へ直接的に漏らし易くすることである。
第2の不都合は、油圧シリンダはチューブ内の反ロッド側の室に至る流路と、ロッド側の室に至る流路とで構成される。ところが、ピン孔内周面の全周に備えられた両第2開口部が、ガタツキ原因なる拡大された隙間のうちの反負荷側での隙間によって両流路を連通させることである。
つまり、スイベルジョイントの「外部に対する封止機能及び個別流路間での封止機能」が損なわれ、結果として、シリンダの伸縮性能が低下する不都合が生ずる。
【0007】
本発明は、上記従来技術例の不都合に鑑み、さらには単に上記従来技術例の不都合のみに止まらず、よりよく改善された、かつ有用性の高いスイベルジョイント付き流体シリンダを提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
上記目的達成のため、本発明に係るスイベルジョイント付き流体シリンダは、第1に、シリンダチューブと、チューブに内嵌されてチューブ内を摺動自在とされたピストンと、先端部側をチューブ外に突出すると共にピストンを一体的に外嵌してチューブ内のロッド側の室及び反ロッド側の室への流体の出入によって先端部側のチューブ外への突出量が変化するピストンロッドとを備え、突出量の変化によって全体が伸縮する流体シリンダであり、
ロッド先端部及びチューブ後端部の少なくとも一方に他部材に設けたピンを内嵌するピン孔を備えてシリンダの伸縮時にチューブのピン回りでの相対回転を自在とされた流体シリンダであり、さらに、
ピン外周面に第1開口部を備えると共に、ピン孔内周面にチューブがピン回りに相対回転しても第1開口部に対して常時対向する第2開口部を備え、かつ
第1開口部からピン端面に設けた第3開口部に至る第1流路をピン内に備えると共に、第2開口部からチューブ内に至る第2流路を有し、チューブがピン回りに相対回転しても第1、第2開口部を介して第1、第2流路が常時連通するスイベル流路を備えた流体シリンダにおいて、
前記第1、第3開口部及び第1流路を備えるピンは、ロッド先端部のピン孔に内嵌されるピンであり、かつ前記第2流路は、ロッド内に設けられ、
前記第2開口部(K2)は、ピン孔内周面のうちチューブ(1)のピン回りでの相対回転範囲(θ)に設けられている
ことを特徴とする。
【0009】
上記第1構成は、簡単に言えば、シリンダのロッド側の室に至る流路をロッド内に設けると共に、ロッド先端部のピン孔とこのピン孔に内嵌するピンとを、ピン孔とピンとが相対回転しても流路が常時外部に導かれるようにスイベルジョイント化したものである。そして、これにより、従来の、シリンダ外面に沿って配設した管なる流路を無くしたものである。詳しくは次の通り。
上記第1構成によれば、第1、第3開口部及び第1流路を備えるピンは、ロッド先端部のピン孔に内嵌されるピンである。しかも、チューブがピン回りに相対回転しても第1、第2開口部を介して第1流路に常時連通している第2流路が、ロッド内に設けてある。つまり、前記公報の技術のようにチューブ内のロッド側の室に至る流路をチューブの外周面に沿って延設した管で構成する必要がない。従って、管なる突起物がシリンダから削除され、シリンダの美観が高まる。また、市街での構築物解体作業時及び不整地での各種作業時等において、前記公報の技術で懸念された、管なる突起物が解体物、木枝、岩石等と衝突して油漏れ等の不慮の故障休車が生ずるということもなくなる。
【0011】
また、上記構成によれば、チューブがピン回りに相対回転しても第1、第2開口部を介して第1流路に常時連通している第2流路が、ピン孔内周面のうちチューブのピン回りでの相対回転範囲に設けられている。
流体シリンダは「ピン回り全周角範囲(即ち、360°)で相対回転する」との使われ方は実用上極めて希であり、「100°〜120°程度迄のピン回り周角範囲で相対回転する」との使われ方が殆どである。
つまり、スイベルジョイントとして、第1開口部に常時連通する第2開口部は、前記公報の技術のように全周に設ける必要はなく、流体シリンダの使われ方によって定まるチューブのピン回りでの相対回転範囲だけに設けてもよい。
尚、相対回転範囲は、例えば、流体シリンダが伸縮いずれにおいても強圧して接触する範囲が略同一となる使われ方の流体シリンダでのその範囲であることを例示できる。具体的には、後述する「発明の実施の形態及び実施例」で述べる油圧ショベルのブームシリンダは作業機の自重に抗して伸縮するから、伸縮のいずれにおいても、強圧して接触する範囲が同じである。そして、かかるブームシリンダに上記第2構成を適用するのが望ましい。つまり、流体シリンダでは、上記強圧して接触する範囲でのピンとピン孔との隙間は当然に狭くなるが、反対範囲の隙間は逆に拡大する。
かかる実状において、前記公報の技術のように第2開口部を全周(即ち、全周範囲)に設けると、拡大した隙間が第2開口部に直接的に連通してしまうから、第2開口部内の流体が拡大された隙間を介して外部へと漏れ易くなる。つまり、スイベルジョイントとしての機能維持が困難となる。
これに対し、上記第2構成は、ピン回りでの相対回転範囲に第2開口部を設けたので、隙間の大小に係りなく、さらには例えば流体圧シリンダの長期作動によって隙間がさらに拡大しても、隙間のこのさらなる拡大は反相対回転範囲に生じても、強圧して接触する相対回転範囲には生ずることがなく、従って、スイベルジョイントとしての機能が長期に亘って維持される。
【0012】
第2に、上記第1の構成において、前記範囲は、第2流路がチューブ内の反ロッド側の室に至るときはピン孔内周面のうちのピストン側の面に設けることが望ましい。
【0013】
上記第2構成は上記第1構成の限定構成であるが、流体シリンダの使われ方によって顕著な作用効果を奏する構成となっている。即ち、上記第2構成において、「第2流路がチューブ内の反ロッド側の室に至るとき」とは、第2流路に高圧流体を流入させると流体シリンダが伸長するということである。そして高圧流体は低圧流体に比して同一隙間に対し、その隙間から外部への流体漏れが当然に多くなる。
ところで、多くのシリンダの使われ方として、シリンダはその伸長時にピン孔内周面のうちのピストン側の面がピンの外周面のうちのピストン側の面に強圧して当接する。ところが、この面はピンとピン孔とが強圧して当接しているから、ピンとピン孔との隙間が狭くなり、従って高圧流体と言えども、この狭い隙間を経て外部へ漏れることを大幅に抑制される。このとき、反対側面でのピンとピン孔との隙間は拡大するが、このように拡大された隙間は第2開口部に直接的に連通していない。即ち、上記第3構成は、第2流路がチューブ内の反ロッド側の室に至るときはピン孔内周面のうちのピストン側の面なる範囲に第2開口部を設けたので、隙間の大小に係りなく、さらには例えば流体圧シリンダの長期作動によって隙間がさらに拡大しても、隙間のこのさらなる拡大は反ピストン側の面に生じても、強圧して接触するピストン側の面には生ずることがなく、従って、スイベルジョイントとしての機能が長期に亘って維持される。
【0014】
第3に、上記第1の構成において、前記範囲は、第2流路がチューブ内のロッド側の室に至るときはピン孔内周面のうちの反ピストン側の面に設けることが望ましい。
【0015】
上記第3構成において、「第2流路がチューブ内のロッド側の室に至るとき」とは、第2流路に高圧流体を流入させると流体シリンダが短縮するということである。そして、高圧流体は低圧流体に比して同一隙間に対し、その隙間から外部への流体漏れが当然に多くなる。即ち、この第3構成は、上記第2構成の逆である。従って、上記第2実施例での作用効果に対する単なる読み替え説明は省略する。尚、この第3構成は、後述する「発明の実施の形態及び実施例」で述べる第2実施例でのロッド先端部側のスイベルジョイント化(本第3構成に対応)とチューブ後端部側のスイベルジョイント化(上記第2構成に対応)のように、それぞれ個別に設けることができるため、独立構成としてある。
【0016】
以降に述べる各構成は、上記第1〜第3構成でのスイベルジョイントを構成する部位におけるシール部材の好適な組み合わせ構成である。即ち、
(A)第1、第2開口部からピン端面側へ離間したピン回りの部位に、ピンを外嵌する環状シールを設けることが望ましい。
(B)前記第1、第2開口部から環状シールまでの間のピン外周面及び/又はピン孔内周面の部位に、環状ラビリンスを設けることが望ましい。
(C)前記環状シールからピン端面側へ離間したピン回りの部位に、ピンを外嵌する第2の環状シールを設け、
両環状シール間のピン外周面及び/又はピン孔内周面の部位で開口してスイベル流路に至る第3流路を設け、
かつ第3流路にスイベル流路への流体流れのみを許容する逆止弁を設けるのが望ましい。
(D)前記第3流路のうち逆止弁の反スイベル流路側に、フィルタを外部から着脱自在に設けるのが望ましい。
(E)ピン端面側に最期に設けた環状シールの位置からピン端面側で対向するピン外周面とピン孔内周面との間に環状間隙を設けることが望ましい。
【0017】
これら(A)〜(E)の各構成の作用効果の説明は、後述する「発明の実施の形態及び実施例」で述べる上記(A)〜(E)に対応する各構成での作用効果に対して長文的に重畳するため、ここでの重畳説明は省略する。
【0018】
【発明の実施の形態及び実施例】
以下、本発明に係るスイベルジョイント付き流体シリンダの好適な実施例を図1〜図8を参照し説明する。図1は第1実施例、図2は第2実施例、図3は第3実施例である。図1(第1実施例)はロッド先端部3Fをスイベルジョイント化したもの、図2(第2実施例)はロッド先端部3F及びチューブ後端部1Eをそれぞれスイベルジョイント化したもの、図3(第3実施例)はチューブ後端部1Eをスイベルジョイント化したものである。各実施例なる流体シリンダは、複動式かつ片ロッド式の油圧シリンダであり、図1〜図3に示す通り、シリンダチューブ1と、チューブ1に内嵌されてチューブ1内を摺動自在とされたピストン2と、先端部3F側をチューブ1外に図示左側へ突出すると共にピストン2をナット4での締め付けて一体化し、かつ外嵌してチューブ1内のロッド側の室1F及び反ロッド側の室1Rへの作動油Rqの出入によって先端部側のチューブ2外への突出量Lが変化するピストンロッド3とを備え、突出量Lの変化によって全体が伸縮するものである。詳しくは、次の通り。
【0019】
第1実施例なる油圧シリンダは、図1に示す通り、ロッド先端部3Fに他の可動部材5に固設したピンP1を内嵌するピン孔3Hを備えると共に、チューブ後端部1Eに他の可動又は固定部材6に設けたピンP2を内嵌するピン孔1Hを備える。これにより、シリンダの伸縮時におけるチューブ1の(即ち、シリンダ自体の)各ピンP1、P2回りでの相対回転を自在とする。ピンP1は、その外周面に第1開口部K1を備え、ピン端面に第3開口部K3を備え、ピン内に第1、第3開口部K1、K3間を連通させる第1流路R1を備える。一方、ピン孔3Hは、その内周面に第2開口部K2を備え、ロッド3内に第2開口部K1からチューブ1内に至る第2流路R2を備える。
尚、第2開口部K2はチューブ1がピンP1回りに相対回転しても第1開口部K1に対して常時対向するように備えてある。
また、第1、第2流路R1、R2はチューブ1内のロッド側の室1Fに至る流路R1b、R2bと、チューブ1内の反ロッド側の室1Rに至る流路R1a、R2aとの総称である。
また、図示するピンP1、P2回りの黒抜き部はブッシュBを示し、本実施例では、ブッシュBの内孔をピン孔3Hとしている。
【0020】
上記第1実施例によれば、次の作用が生ずる。シリンダが伸縮すると、シリンダはピンP1、P2回りで回転するが、第2開口部K2がシリンダの回転に係らず第1開口部K1に対し常時対向するため、第1、第2流路R1〜R2間が(即ち、流路R1a〜R2a間が、かつ流路R1b〜R2b間が)遮断されることはない。つまり、ロッド先端部3FはピンP1と共にスイベルジョイント化されている(以下、これら流路を「スイベル流路R1a〜R2a、R1b〜R2b」とする)。
【0021】
上記第1実施例によれば、次の効果を奏する。ロッド先端部3FはピンP1と共にスイベルジョイント化したため、第2流路R2bを第2流路R2aと共にロッド3内に設けることができ、そして設けてある。つまり、前記公報の技術のように、チューブ内のロッド側の室(「1F」相当)に至る流路(「R2b」相当)をチューブ1の外周面に沿って延設した管で構成する必要がない。即ち、管なる突起物をシリンダから削除でき、シリンダの美観が高まる。また、市街での構築物解体作業時及び不整地での各種作業時等において、前記公報の技術で懸念された、管なる突起物が解体物、木枝、岩石等と衝突して油漏れ等の不慮の故障休車が生ずるということもなくなる。
【0022】
第2実施例なる油圧シリンダは、図2に示す通りである。尚、図1の第1実施例との相違点のみ述べる。図1の第1実施例は、ロッド先端部3Fをスイベルジョイント化したものであるが、第2実施例は、図2に示す通り、ロッド先端部3F及びチューブ後端部1Eをそれぞれスイベルジョイント化したものである。つまり、第1実施例でのスイベル流路R1a〜R2aをその第1〜第3開口K1〜K3と共に第1実施例から削除し、これを、チューブ後端部1EとピンP2との間に設けたものである。
【0023】
上記第2実施例によれば、次の作用が生ずる。シリンダが伸縮すると、シリンダはピンP1、P2回りでの回転するが、ロッド先端部3F及びチューブ後端部1Eの各第2開口部K2がシリンダの回転に係らずそれぞれの第1開口部K1に対して常時対向しているため、第1、第2流路R1〜R2間が(即ち、流路R1a〜R2a間が、かつ流路R1b〜R2b間が)遮断されることがない。つまり、ロッド先端部3FはピンP1と共にスイベルジョイント化され、一方、チューブ後端部1EはピンP2と共にスイベルジョイント化されている。
【0024】
上記第2実施例によれば、次の効果を奏する。ロッド先端部3F及びチューブ後端部1Eをそれぞれスイベルジョイント化したため、第2流路R2bをロッド3内に設けることができ、そして設けてある。このため、上記第1実施例とほぼ同じ効果を奏する。
【0025】
第3実施例なる油圧シリンダは、図3に示す通りである。尚、図1の第1実施例との相違点のみ述べる。図1の第1実施例は、ロッド先端部3Fをスイベルジョイント化したものであるが、第3実施例は、図3に示す通り、チューブ後端部1Eをスイベルジョイント化したものである。ところがこれだけの説明のままでは、前記公報の技術と何ら変わるところがない。ところが、この第3実施例でのスイベルジョイントは、前記公報の技術の全くの技術思想上の予想外の、詳細を後述する相違点(内部構成)を有する。尚、第3実施例でのこのスイベルジョイントの内部構成は、上記第1、第2実施例の説明では述べなかったが、これら第1、第2実施例でのスイベルジョイントにも含めてある。以下、このスイベルジョイントの内部構成を図4〜図5を参照し詳細に述べる。
【0026】
図4は図1のロッド先端部3Fの部分断面図であり、(a)は図1のA1−A1断面図、図4(b)は図1のA2−A2断面図である。
【0027】
図4(a)のA1−A1断面は、ロッド側室1Fに至るスイベル流路R1b〜R2bを示す。ここに、第2開口部K2は、ピン孔3Hの内周面のうちシリンダのピンP1回りでの相対回転範囲θに設けられており、しかもこの範囲θをピン孔3Hの内周面のうちの反ピストン側の面に設けてある(以下、説明の便宜上、これを「第2開口部反ピストン側式」とする)。詳しくは、ブッシュBの反ピストン側の面に第2開口部K2を設け、ロッド先端部3F内に第2開口部K2から第2流路R2bに至る溝3Mを設けてある。つまり、溝3Mは第2開口部K2を除いてブッシュBで内側から覆われている。
尚、この溝3Mは、円形のブッシュ貫入孔の軸線(紙面垂直方向)から図示上方へ幾らか偏心して機械的に円形切削して設けたものである(溝制作の1例である)。
また、上記例のようにロッド先端部3Fのブッシュ貫入孔に溝3Mを設けることなく、ブッシュ外周面にブッシュBの第2開口部K2に連通する溝3Mを設けてもよい。
【0028】
一方、図4(b)のA2−A2断面は、反ロッド側の室1Rに至るスイベル流路R1a、R2aを示す。ここに、第2開口部K2もピン孔3Hの内周面のうちシリンダのピンP1回りでの相対回転範囲θに設けられているが、この範囲θは、上記「第2開口部反ピストン側式」とは異なり、逆に、ピストン側の面に設けてある(以下、説明の便宜上、これを「第2開口部ピストン側式」とする)。詳しくは、ブッシュBからロッド先端部3F内にかけて第2開口部K2を設けてある。
尚、ロッド先端部3F側の第2開口部K2は、ロッド先端部3を鋳物とした場合に予め鋳型に作り込んだものである(溝制作の他例である)。
【0029】
上記図4のスイベルジョイントの効用を説明する。油圧シリンダに係らず流体シリンダは一般に、「ピン回り全周角範囲で相対回転する」との使われ方も存在するが、かかる使われ方は実用上極めて希であり、使われ方の多くは、「θ=100°〜120°程度迄のピン回り周角範囲θで相対回転する」のが普通である(第1の一般的使われ方)。
さらに、第2の一般的な使われ方としては、油圧シリンダの短縮時には(即ち、外部からの圧油がスイベル流路R1b〜R2bを経てロッド側の室1Fに流入すると共に、反ロッド側の室1Rの作動油がスイベル流路R1a〜R2aを経て外部へ排出されたときには)、ピンP1とピン孔3Hとはそれぞれの反ピストン側の面で互いに強圧して当接し、一方、油圧シリンダの伸長時には(即ち、外部からの圧油がスイベル流路R1a〜R2aを経て反ロッド側の室1Rに流入すると共に、ロッド側の室1Fの作動油がスイベル流路R1b〜R2bを経て外部へ排出されたときには)、ピンP1とピン孔3Hとはそれぞれのピストン側の面で互いに強圧して当接するというものである。
そして、この第2の使われ方では、伸縮いずれの状態も強圧が生ずる故に、ピンP1とピン孔3Hとの間の反強圧側の隙間は拡大し、この隙間が摩耗等によってさらに拡大すると、例えば前記公報の技術のように第2開口部がピン孔3Hの内周面の全周に備えられている場合、第2開口部からの作動油が隙間を介して直接的に外部漏れすることとなる。
また、第1、第3実施例では、室1F、1Rへのそれぞれの第1、第2開口部K1、K2が隣接配置されることとなるために、例えば前記公報の技術のように第2開口部がピン孔3Hの内周面の全周に備えられている場合、第1、第2開口部K1、K2間のピンP1回りに例えピンP1を外嵌する環状シールを設けたとしても、このシールが封止しようとする隙間が拡大するのであるから、第1、第2開口部K1、K2間で連通し易くなる。
即ち、前記公報の技術のように第2開口部がピン孔3Hの内周面の全周に備えられていると、スイベルジョイントとしての「個別流路間での及び外部に対する封止機能」を維持できなくなる。
【0030】
ところが、上記図4のスイベルジョイントは、上記第1、かつ第2の使われ方に対して有機的に結合して対応したものとなっている。即ち、第1、かつ第2の使われ方において、シリンダの短縮時には、図4(a)に示す通り、ピンP1とピン孔3Hとの強圧側(図示左側)では強圧接触を許容する。従って外部漏れを制限する。ところが、反強圧側(図示右側)では第2開口部K2自体が存在しないため、スイベルジョイントとしての機能が損われることは全くない。
一方、シリンダの伸長時にも、図4(b)に示す通り、ピンP1とピン孔3Hとの強圧側(図示右側)では強圧接触を許容する。従って外部漏れを制限する。ところが、反強圧側(図示左側)では第2開口部K2自体が存在しないため、スイベルジョイントとしての機能が損われることは全くない。
【0031】
即ち、上記第3実施例は図3に示す通り、そのスイベルジョイントが上記図4の通りに構成されている。尚、第1、第2実施例も各スイベルジョイントもまたその図1及び図2に示す通り、図4と同様構成してある。従って、第1〜第3実施例によれば、上記スイベルジョイントとしての機能が全く損なわれることがない。特に、ピンとピン孔との当接面が摩耗しても、この摩耗は上記スイベルジョイントの機能に無関係である。即ち、このスイベルジョイントには機能維持特性が生ずる。
【0032】
ところでスイベルジョイントとしての上記機能を維持するには、その封止部材(シール部材)が基本となる。上記第1における封止部材を、図5及び図6を参照し説明する。
【0033】
図5は、上記第1実施例でのスイベルジョイントの拡大図であり、(a)は他の可動部材5側を示し、説明を容易にするために、ピンP1を可動部材5のピン孔に仮挿入し、ボルトで可動部材5に締めし、固定してある。一方、(b)は、(a)に図面上で目視対応できるように、ロッド先端部3F側を示してある。
【0034】
図5(a)に示す通り、図示左右の第1開口部K1の配置位置近傍のピン端面側外周には、それぞれラビリンス溝S1を設けてある。尚、このラビリンス溝S1は、後述するシールS3と前記第1開口部K1との間に対応するピン端面側外周の位置に1本から複数本設けてある。
一方、図5(b)に示す通り、ブッシュBの内周面には、両第2開口部K2間に溝を設けてこの溝内にO−リングS2(環状シールS2)を内嵌してある。さらに、ブッシュBの内周面には、両第2開口部K2の配置位置間からラビリンス溝S1を超えたピン端面側個所に互いに僅かに離間して2本の溝を設け、これら溝内にそれぞれO−リングS3、S4(環状シールS3、S4)を内嵌してある。さらに、ロッド先端部3F内にはO−リングS3、S4間のブッシュBの内周面で開口してスイベル流路(本例では溝3M)に至る第3流路R3を備え、かつ第3流路R3にスイベル流路3Mへの流体流れのみを許容する逆止弁7を設けると共に、逆止弁7の反スイベル流路側にフィルタ8を外部から着脱自在に備えている。さらに、ブッシュBの内周の両端面は、O−リングS4の位置から外側へ外広がりにテーパ成形してある。つまり、この部位でのピンP1の外周面とピン孔3Hの内周面との間に環状間隙dを設けてある。
尚、環状間隙dはピンP1側に設けてもよい。
環状シールS2〜S4としては、上記O−リングよりもシール性の高いリップ形シールとするのが望ましい。さらに、環状シールS4としては、O−リング及び単なるリップ形シールよりも、内側リップを作動油の多量の外部漏れ防止するためのオイルシールとし、かつ外側リップを外部から内部へのダスト侵入を防止するためのダストシールとしたダブルリップ形とするのが望ましい。
【0035】
上記図5の封止部材間構成の作用効果を次に説明する。
【0036】
(1)環状シールS2の効能は次の通り。
シールS2は、図示左右の互いに遮断されるべきスイベル流路R1a〜R2aと、スイベル流路R1b〜R2bとの間の作動油の漏れ、即ち連通を防止する。
【0037】
(2)ラビリンス溝S1及び環状シールS3の効能は次の通り。
シールS2〜S4はシール(封止)とは言っても、若干量の作動油がそのシール面から外部へ漏れる。そして、シールは油が漏れ出て初めてそのシール寿命(シール性)が維持される。例えばシールS3は油が外部へ漏れ出にくいと、シールS3、S4間でのピンP1とブッシュBとの間の摺動面に対する潤滑をよりよく達成できない。従って例えば、作動油が高圧である場合、その圧油がシールS3からシールS4へと漏れ易い。この漏れを適量化するのがラビリンス溝S1である。ラビリンス溝S1は、ラビリンス溝を一本ずつ経るごとに圧力損失が生じ、シールS3に到達する頃にはその到達圧も低下し、もってシールS3からシールS4への油漏れを抑制している。
尚、上記第1実施例では、シールS2の両側にラビリンス溝をそれぞれ設けてない。これは次の理由に基く。シリンダ伸縮時でのシリンダの姿勢変化はミクロ的には3次元的に生じており、このため、シールS2、S3もまた3次元的に姿勢変化し、歪んで油が外部へ漏れ易い。ところが、シールS2は図示左右間でそのほぼ中央に位置するが、シールS3は両外側に位置する。従って、シールS2が受ける3次元的姿勢変化はシールS3が受ける3次元的姿勢変化よりも少ない。このため、シールS2はシールS3よりもそのシール性を長期に維持し易いからである。勿論、シールS2の両側にラビリンス溝をそれぞれ設けてもよい。
【0038】
(3)環状シールS4、逆止弁7及びフィルタ8の効能は次の通り。
上記の通り、ピンP1とブッシュBとの間の摺動面に対する潤滑をよりよく達成するには、シールS3からの適正な油漏れが必須である。但しこれを放置すると、シールS3から外部への油漏れが生じ、スイベルジョイントから地上への漏れ油の滴下となり、また油で濡れたロッド先端部3F外面へのダスト付着による外観悪化が生ずる。そこで、上記実施例では、シールS4を設け、シールS3、S4間に油を溜めて潤滑性を図ると共に、シールS3、S4間からスイベル流路にかけてフィルタ8と逆止弁7とを順に備えた第3流路R3を備え、シールS3、S4間に溜まった油をスイベル流路に排出可能としたものである。尚、ブッシュBは、その孔内面に全面潤滑を促進するための油の流れ溝を備えるのが普通である。本実施例では、この溝を油溜りとし、かつこの溝底に第3流路R3の開口部を設けてある。
ここに、逆止弁7は不可欠である。一方、フィルタ8はピンP1とブッシュBとの摺動面に生ずる異常摩耗成分を捕捉するが、摺動面が正常摩耗しているときは基本的には不要である。つまり、フィルタ8は逆止弁7の保護として配置するのが望ましく、そこで配置したのが本実施例である。
即ち、逆止弁7は当然にスイベル流路3Mへの流体流れのみを許容する。これを逆にすると、排出側のスイベル流路3M内が高圧時にその高圧油が逆止弁7を経てシールS3、S4間へと逆流し、シールS4から外部への多量の油漏れとなる。つまり、逆止弁7のシール面での摩耗成分の微小堆積を防止するのがフィルタ8の設置の狙いである。
かかる逆止弁7としては、スプール式、ポペット式及びボール式等を準備できるが、本スイベルジョイントでの逆止弁7は概して超小形が望ましく、このため、超小形化に好適なボール式を採用するのがよい。
一方、フィルタ8は小形でさえあれば、磁石付き、イオン吸着式、ろ紙式等でよく、また、ろ紙式ならばそのメッシュは細かいほどよい。また、逆止弁7及びフィルタ8は共に点検可能とされるのが望ましく、従って上記実施例では、ロッド先端部3Fへのねじ込み式プラグ9内に逆止弁7及びフィルタ8を一体化して納めると共に、外部からプラグ9を着脱、点検、かつ交換自在としてある。尚、逆止弁7及びフィルタ8は上記実施例のように一体化する必要はなく、適宜、個別に着脱自在に設けてもよい。
尚、当然ながら、シリンダが空圧シリンダである場合は、これらシールS4、逆止弁7及びフィルタ8は無くてよく、シールS2、S3だけ又はシールS2、S3及びラビリンス溝S1だけとしてもよい。但しこの場合は、ブッシュBを含油式(いわゆる「(油の)含浸メタル」)とするのが望ましい。また、シールS2、S3もまた(S4を備えればこのS4も)、含油式とするのが望ましい。
【0039】
(4)第3流路R3の効能は次の通り。
上記スイベルジョイントの実施例では、第3流路R3をロッド先端部3F内に備えたが、ピンP1内に備えてもよい。寧ろこの方がピンP1の加工機械上、また使用上、有利なこともある。
また、上記スイベルジョイントの実施例では、第3流路R3についてただ単に、「スイベル流路(本例では溝3M)に至る第3流路R3」とのみ説明したが、これに対し、次の(A)、(B)の通り、補足する。
【0040】
(A)図5(b)は上記第1実施例のロッド先端部3Fの部分断面図であり、同図に示す通り、2本の第3流路R3を備え、両第3流路R3を互いに一方のスイベル流路側のシールS3、S4間のブッシュBの内周面で開口して他方のスイベル流路に至るようにしてある。簡単に言えば、図5(b)に示す通り、両第3流路R3、R3を交差させてある。これは、シリンダの伸縮に際し、一方のスイベル流路が高圧であるとき、同時に他方のスイベル流路が低圧となるからである。具体的には、一方のスイベル流路が高圧であるとき、その側のシールS3、S4間に油が溜まり、これを低圧側のスイベル流路に排出できるからである(以下、説明の便宜上、これを「クロス式ドレイン回路」とする)。
即ち、クロス式ドレイン回路は、スイベル流路を複数備えるスイベルジョイントに適用でき、それ故、上記図1の第1実施例の油圧シリンダに適用したものである。勿論、上記図3の第3実施例の油圧シリンダにも適用できる。
【0041】
(B)ところで上記クロス式ドレイン回路は、シリンダの伸縮を時間軸上の一点で見た場合の構成である。ところが、シリンダの伸縮を時間軸上で連続的に見れば、例えば一方のスイベル流路が高圧であり、かつ他方のスイベル流路が低圧であるシリンダの伸長時の後には、いつか必ず、一方のスイベル流路が低圧に変わり、かつ他方のスイベル流路が高圧に変わってシリンダが短縮する。つまり、各スイベル流路ごとに(R1a〜R2aごとに、かつR1b〜R2bごとに)、低圧と高圧とが順次発生する。つまり、低圧と高圧との発生時期が異なるだけである。従って、例えばシールS3、S4間での油の時間当たりの溜まり量が少ないスイベルジョイントに対しては、上記クロス式ドレイン回路ではなく、図6に示すように、2本の第3流路R3を他のスイベル流路に係りなく互いに独立した回路としてもよい(以下、説明の便宜上、これを「個別式ドレイン回路」とする)。
即ち、個別式ドレイン回路は、スイベル流路の数に無関係である。換言すれば、個別式ドレイン回路は、上記図1の第1実施例の油圧シリンダは勿論のこと、図3の第3実施例の油圧シリンダにも適用できる。尚、図2の第2実施例の油圧シリンダは、ロッド先端部3Fと、チューブ後端部1Eとにそれぞれ1本ずつのスイベル流路を備えたスイベルジョイントを有するから、上記クロス式ドレイン回路は適用不能であって本個別式ドレイン回路のみ適用できる。
【0042】
(5)環状間隙dの効能は次の通り。
環状間隙dは、上記の通り、ブッシュBの内周の両端面又はピンP1での対応部位に設けてある。
即ち、前述の通り、シリンダの伸縮時のシリンダの姿勢変化はミクロ的には3次元的に生ずる。ここに、ピンP1自体は他の可動部材5に両端支持されているものの、ロッド先端部3Fはシリンダの3次元的姿勢変化を受けてその両端に至るほど変化量は大きくなる。また、環状間隙dの成形部位は、外部からのダストが侵入して堆積し易い部位でもある。さらにまた、ピンP1の挿入のための出入口でもある。つまり、環状間隙dは、ロッド先端部3Fが3次元的に姿勢変化してもピンP1の外周面とブッシュBのピン孔3Hの内周面との間での接触摩耗を防止する。また、環状間隙dは、これを適正化することにより、例えば上記の通り外広がりのテーパ状とすることにより、外部からダストが侵入しても、そのダストが環状間隙d内に噛み込むことを防止する。さらにまた、環状間隙dは、これを適正形状に成形することにより、例えば上記の通り外広がりのテーパ状とすることにより、ピンP1の挿入及び引き抜きを容易化し、ピンP1の端面との衝突に基くブッシュBの端面の破壊を防止する。
【0043】
尚、上記各シリンダは、複動式かつ片ロッド式に限らず、単動式、ばね内臓式、ばねなし式、両ロッド式、テレスコピック式等に対しても上記同様に構成すれば、上記同様の作用効果が得られる。また、流体も上記油(作動油)に限ることなく、他の液体又は空気等の気体を用いたシリンダでもよく、この場合も上記同様に構成すれば、上記同様の作用効果が得られる。
【0044】
以下、上記第1〜第3実施例と、これらに対する第2開口部反ピストン側式又は第2開口部ピストン側式と、クロス式ドレイン回路又は個別式ドレイン回路との好適な適用関係(組み合わせ関係)を図8に例示する油圧ショベルを参照し説明する。
【0045】
図8に示す油圧ショベルは、下部走行体E1上に上部旋回体E2を旋回自在に備え、上部旋回体E2上に作業機E3、運転室E4及びエンジンE5を備える。作業機E3はブームE31、アームE32及びバケットE33を順次関節接続し、これらをそれぞれの油圧シリンダC1〜C3の伸縮によって起伏自在(回転自在)としたものである。各シリンダC1〜C3は複動式かつ片ロッド式であり、エンジンE5で駆動した油圧ポンプ(不図示)からの圧油を、運転室E4からの操作信号に基いて切り換わる方向切換弁(不図示)等を経て受けて伸縮自在とされる。ここに、作業機E3は上記の通り回転自在に作動するから、各シリンダC1〜C3はその伸縮時にその姿勢も変化する。そこで、各シリンダC1〜C3をそれぞれスイベルジョイント付きとしたものである。
【0046】
ブーム起伏用シリンダC1は、そのロッド先端部3FをブームE31の中央下面に固設したピンP11に軸支されると共に、チューブ後端部1Eを上部旋回体E2の前部に固設したピンP21に軸支される。アーム起伏用シリンダC2は、そのロッド先端部3FをブームE31の中央上面に固設したピンP12に軸支されると共に、チューブ後端部1EをアームE32の後端に固設したピンP22に軸支される。バケット回転用シリンダC3は、そのロッド先端部3FをアームE32の中央上面に固設したピンP13に軸支されると共に、チューブ後端部1EをバケットE33の背面に固設したピンP23に軸支される。
【0047】
(1)上記油圧ショベルの場合、シリンダC1〜C3の各ピン内嵌面の各ピンに対する相対回転範囲θは、シリンダC1ではピンP21回りで、シリンダC2ではピンP22回りで、かつシリンダC3ではピンP23回りでそれぞれ110°〜120°程度ある。一方、シリンダC1ではピンP11回りで、シリンダC2ではピンP12回りで、かつシリンダC3ではピンP13回りでそれぞれ4°〜6°程度である。
従って、各シリンダC1〜C3は上記第1実施例とするのが望ましい。各シリンダC1〜C3でのスイベルジョイント化部位の相対回転範囲θがそれぞれ4°〜6°程度と小さく、従って油漏れの危険性が殆どなくなるからである。
【0048】
(2)但しシリンダC1は、その伸縮動作に係らず、作業機E3自体の自重を常時受け、さらに掘削物重量も受ける。従って、伸長時も、短縮時も共に、ピンとピン孔とは、そのロッド側で強圧されて当接している。つまり、このシリンダC1は、第1実施例そのものではなく、2つのスイベルジョイントでの第2開口部は、いずれも「第2開口部ピストン側式」とすることが望ましい。尚、このように「いずれも第2開口部ピストン側式」とした場合は、上記「第2開口部反ピストン側式とするために利用したブッシュB」は無くてもよい。
また、このシリンダC1が作業機E3自体の自重を常時受け、さらに掘削物重量も受けるということは、反ロッド側の室1Rが常時高圧化し、一方、ロッド側の室1Fが高圧化と低圧化とを繰り返すことを意味する。従って、仮にシリンダC1の両スイベル流路にドレイン回路をそれぞれ設けるときは、次のようにすべきである。即ち、図7に示すように、常時高圧化している反ロッド側の室1Rのスイベル流路R1a〜R2aに対しては、スイベル流路R1b〜R2bに排出するドレイン回路R3aを設け、もって、常時高圧化しているスイベル流路R1a〜R2aからシールS3を介しての漏れ油を、低圧化したときのロッド側の室1Fのスイベル流路R1b〜R2bに排出させる。尚、高圧化と低圧化とを繰り返すロッド側の室1Fのスイベル流路R1b〜R2bに対しては、個別式ドレイン回路(図7のR3b)を適用すべきことは改めてここに説明するまでも無い。つまり、このシリンダC1のように、伸縮のいずれにおいても特定方向の負荷を常時受ける流体シリンダにあっては、「個別式ドレイン回路」と「クロス式ドレイン回路」とを折衷したドレイン回路とすべきである。
【0049】
(3)一方、シリンダC2、C3は次の通り。シリンダC2及びC3では、アームE32及びバケットE33が垂直線Z1及びZ2を挟んで前側に位置するか又は後側に位置するかによって、アームE32以降及びバケットE33以降の自重によるシリンダC1及びC2の自重に基く負荷方向が異なる。従って、シリンダC2、C3は、上記シリンダC1とは異なり、作動形態上、ピンとピン孔とは総じて伸長時にはピストン側の面が強圧されて当接し、一方、短縮時には反ピストン側の面が強圧されて当接する。つまり、これらは、第1実施例の通りとするのが望ましい。つまり、図1に示す通り、2つのスイベルジョイントでの第2開口部を「第2開口部ピストン側式」と「第2開口部反ピストン側式」と区別して設けることが望ましい。
【0050】
(4)尚、各シリンダC1〜C3の前後を逆にして油圧ショベルに取り付ければ、第2、第3実施例の通りとする方が望ましい場合もある。例えば上記油圧ショベルでのシリンダC2、C3はチューブ1側を前側にしている。このため、作業機3Eの重心が前方に位置し、作業両に対するエネルギ効率が悪い。従って、仮にシリンダC2、C3の前後を逆にして油圧ショベルに取り付ければ、これらは第2、第3実施例の方かよいこととなる。
【0051】
即ち、油圧ショベルだけでなく各種流体シリンダの実際上の各種使われ方に合わせて、第1〜第3実施例を基礎として、これら実施例のいずれかに「第2開口部ピストン側式」及び/又は「第2開口部反ピストン側式」と、「クロス式ドレイン回路」及び/又は「個別式ドレイン回路」とを組み合わせてなる上記各実施例のスイベルジョイント付き流体シリンダは、極めて有用性の高いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施例の側面断面図。
【図2】第2実施例の側面断面図。
【図3】第3実施例の側面断面図。
【図4】図1のロッド先端部の部分断面図。
【図5】第1実施例でのスイベルジョイントの拡大図。
【図6】第1実施例でのスイベルジョイントの他の態様の拡大図。
【図7】第1実施例でのスイベルジョイントのさらなる他の態様の拡大図。
【図8】油圧ショベルの全体構成を示す側面図。
【符号の説明】
1:シリンダチューブ、1E:チューブ後端部、1F:ロッド側の室、1H:ピン孔、1R:反ロッド側の室、2:ピストン、3:ピストンロッド、3F:ロッド先端部、3H:ピン孔、5、6:他部材、7:逆止弁、8:フィルタ、d:環状間隙、K1:第1開口部、K2:第2開口部、K3:第3開口部、L:突出量、P1、P2:ピン、R1:第1流路、R2:第2流路、R3:第3流路、R1−K1−K2−R2:スイベル流路、Rq:流体、S1:環状ラビリンス、S2〜S4:環状シール、θ:相対回転範囲。
Claims (6)
- シリンダチューブ(1)と、チューブ(1)に内嵌されてチューブ(1)内を摺動自在とされたピストン(2)と、先端部(3F)側をチューブ(1)外に突出すると共にピストン(2)を一体的に外嵌してチューブ(1)内のロッド側の室(1F)及び反ロッド側の室(1R)への流体(Rq)の出入によって先端部(3F)側のチューブ(1)外への突出量(L)が変化するピストンロッド(3)とを備え、突出量(L)の変化によって全体が伸縮する流体シリンダであり、
ロッド先端部(3F)及びチューブ後端部(1E)のうち、少なくともロッド先端部(3F)に他部材(5,6)に設けたピンを内嵌するピン孔を備えてシリンダの伸縮時にチューブ(1)のピン回りでの相対回転を自在とされた流体シリンダであり、さらに、
ピン外周面に第1開口部(K1)を備えると共に、ピン孔内周面にチューブ(1)がピン回りに相対回転しても第1開口部(K1)に対して常時対向する第2開口部(K2)を備え、かつ
第1開口部(K1)からピン端面に設けた第3開口部(K3)に至る第1流路(R1)をピン内に備えると共に、第2開口部(K2)からチューブ(1)内に至る第2流路(R2)を有し、チューブ(1)がピン回りに相対回転しても第1、第2開口部(K1,K2)を介して第1、第2流路(R1,R2)が常時連通するスイベル流路(R1-K1-K2-R2)を備えた流体シリンダにおいて、
前記第1、第3開口部(K1,K3)及び第1流路(R1)を備えるピンは、ロッド先端部(3F)のピン孔(3H)に内嵌されるピン(P1)であり、かつ
前記第2流路(R2)は、ロッド(3)内に設けられ、
前記第2開口部(K2)は、第2流路がチューブ(1)内の反ロッド側の室(1R)に至るときはピン孔内周面のうちのピストン側の面、及び、第2流路がチューブ(1)内のロッド側の室(1F)に至るときはピン孔内周面のうちの反ピストン側の面の、チューブ(1)のピン回りでの相対回転範囲(θ)に設けられている
ことを特徴とするスイベルジョイント付き流体シリンダ。 - 前記第1、第2開口部(K1,K2)からピン端面側へ離間したピン回りの部位に、ピンを外嵌する環状シール(S3)を設けたことを特徴とする請求項1に記載のスイベルジョイント付き流体シリンダ。
- 前記第1、第2開口部(K1,K2)から環状シール(S3)までの間のピン外周面及び/又はピン孔内周面の部位に、環状ラビリンス(S1)を設けたことを特徴とする請求項2に記載のスイベルジョイント付き流体シリンダ。
- 前記環状シール(S3)からピン端面側へ離間したピン回りの部位に、ピンを外嵌する第2の環状シール(S4)を設け、
両環状シール(S3-S4)間のピン外周面及び/又はピン孔内周面の部位で開口してスイベル流路(R1-K1-K2-R2)に至る第3流路(R3)を設け、かつ
第3流路(R3)にスイベル流路(R1-K1-K2-R2)への流体流れのみを許容する逆止弁(7)を設けたことを特徴とする請求項2又は3に記載のスイベルジョイント付き流体シリンダ。 - 前記第3流路(R3)のうち逆止弁(7)の反スイベル流路側に、フィルタ(8)を外部から着脱自在に設けたことを特徴とする請求項4記載のスイベルジョイント付き流体シリンダ。
- ピン端面側に最期に設けた環状シール(S4)の位置からピン端面側で対向するピン外周面とピン孔内周面との間に環状間隙(d)を設けたことを特徴とする請求項2〜5のいずれかに記載のスイベルジョイント付き流体シリンダ。
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