JP5438435B2 - 液圧シリンダ - Google Patents

Description

本発明は、伸長ストローク端付近でクッション圧力が生じる直動型の液圧シリンダに関するものである。

一般に、フォークリフトに設けられ積み荷を持ち上げる直動型の油圧シリンダ（リフトシリンダ）にあっては、その伸長ストローク端付近でクッション圧力が生じることにより、油圧シリンダが伸びきって停止する際に生じる衝撃が緩和されるようになっている。

この種の油圧シリンダは、ピストンの外周にピストンシール（シールリング）が介装され、このピストンシールによってクッション圧力室が仕切られ、このクッション圧力室にクッションを効かすために必要な量の作動油が溜められる。

以下、この種の直動型の油圧シリンダに設けられる従来のピストンシールの構造について説明する。

図５に示すように、特許文献１に開示されたピストンシール５０は、シリンダチューブ１０の内周面１１に摺接するシールリング５１と、このシールリング５１をシリンダチューブ１０の内周面１１に押し付けるＯリング５２とを備える。

シールリング５１とＯリング５２は、ピストン３０の収容溝４２にピストン３０の半径方向に並んで介装される。

油圧シリンダの伸長作動時、ピストン３０が上昇する過程で、Ｏリング５２の弾性復元力によってシールリング５１がシリンダチューブ１０の内周面１１に押し付けられ、クッション圧力を保持するようになっている。

図６に示すように、特許文献２に開示されたピストンシール７０は、シリンダチューブ１０の内周面１１に摺接するゴム製シールリング７１と、樹脂製のバックアップリング７２とを備える。

シールリング７１とバックアップリング７２は、ピストン３０の収容溝４２にピストン３０の軸方向に並んで介装される。

油圧シリンダの伸長作動時、ピストン３０が上昇する過程で、ゴム製シールリング７１は、その弾性復元力によってシリンダチューブ１０の内周面１１に押し付けられ、クッション圧力を保持するようになっている。

このとき、バックアップリング７２はシールリング７１に当接し、ゴム製シールリング７１が収容溝４２からはみ出すことを係止するようになっている。

特開２０００−２２０７号公報 特開平１０−１２２２０５号公報

しかしながら、このような従来のピストンシール構造では、油圧シリンダの伸長作動時、ピストンが上昇する過程で、ピストンシール５０、７０によって油膜が十分に掻き落とされない可能性があった。

このため、油圧シリンダの伸長作動時にクッション圧力室からピストン３０より下方の駆動圧力室へ移動する作動油の量が、油圧シリンダの収縮作動時に駆動圧力室からピストン３０より上方のクッション圧力室へ移動する作動油の量より多くなり、油圧シリンダの伸縮作動が繰り返されることによってクッション圧力室に溜められる作動油の量が不足する可能性があった。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、クッション圧力室に溜められる作動液の量が維持される液圧シリンダ（油圧シリンダ）を提供することを目的とする。

本発明は、シリンダチューブと、このシリンダチューブの内側に駆動圧力室とクッション圧力室とを画成するピストンが設けられるピストンロッドと、
このピストンの外周に介装され前記シリンダチューブの内周面に摺接するピストンシールと、を備え、ピストンロッドが駆動圧力室に導かれる加圧作動液によって伸長作動するストローク端に近づくとクッション圧力室の圧力が上昇することによって減速し、クッション圧力室に溜まる余剰作動液がピストンに設けられる連通路を通じて駆動圧力室に戻される液圧シリンダであって、ピストンシールは、シリンダチューブの内周面に摺接するメインシールリングと、このメインシールリングの内周を押圧してメインシールリングの外周をシリンダチューブの内周面に向けて付勢するＯリングと、メインシールリングと並列でかつクッション圧力室側に配置され駆動圧力室からの受圧時にメインシールリングに押されてシリンダチューブの内周面に摺接する矩形の断面形状を有したサブシールリングと、を備え、ピストンシールは、ピストンの外周に設けた収容溝に収容され、この収容溝は、メインシールリングを収容するメイン収容溝と、このメイン収容溝より溝深さが浅く、かつメイン収容溝に隣接して段差をもって連続する、サブシールリングを収容するサブ収容溝とからなり、
サブシールリングはサブ収容溝の溝巾より大きいリング巾をもち、駆動圧力室からの受圧時にメイン収容溝に収容したメインシールリングにより溝巾方向から押圧されることを特徴とした。

上記構成に基づき、駆動圧力室からの受圧時、ピストンが移動する過程で、シリンダチューブの内周面の作動液膜が予めサブシールリングによって掻き取られ、さらに強くシリンダチューブの内周面に押し付けられるメインシールリングによって作動液膜が掻き取られるため、作動液がクッション圧力室から駆動圧力室に移動することが十分に抑えられ、クッション圧力室に溜められる作動液の量が維持される。

本発明の実施の形態を示す液圧シリンダの断面図。 同じく伸長状態における液圧シリンダの断面図。 同じく液圧シリンダの一部を拡大した断面図。 同じく伸長作動時における液圧シリンダの一部を拡大した断面図。 従来例を示す液圧シリンダの一部を拡大した断面図。 従来例を示す液圧シリンダの一部を拡大した断面図。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は、液圧シリンダ（油圧シリンダ）１の全体を示す縦断面図である。この液圧シリンダ１は、例えばフォークリフトの積み荷を昇降するリフトシリンダとして用いられる。

液圧シリンダ１は、車体にその軸が上下方向に延びるように搭載される。単動形の液圧シリンダ１は、車体に支持されるシリンダチューブ１０と、積み荷を昇降するフォークに連結されるピストンロッド２０とを備え、このピストンロッド２０の基端部に設けられるピストン３０によってシリンダチューブ１０の底部に駆動圧力室５が画成される。

シリンダチューブ１０の基端部に駆動圧力室５と連通する給排ポート１２が形成され、この給排ポート１２に図示しない液圧源から延びる配管が接続される。

図示しない液圧源から供給される加圧作動液が配管を通して駆動圧力室５に導かれる。駆動圧力室５に導かれる作動液圧が高まると、ピストン３０が押し上げられ、ピストンロッド２０がシリンダチューブ１０の内部で上方に移動し伸長作動する。一方、駆動圧力室５に導かれる作動液圧が低下すると、ピストンロッド２０に懸かる自重及び負荷によってピストンロッド２０が下方に移動し液圧シリンダ１が収縮作動する。図１は液圧シリンダ１が最も収縮し、ピストンロッド２０が収縮ストローク端にある状態を示している。

液圧シリンダ１は、作動液として、オイルが用いられるが、オイルの代わりに例えば水溶性代替液等の作動液を用いても良い。

シリンダチューブ１０の上部開口端に円筒状のシリンダヘッド６０が結合される。シリンダヘッド６０の内周には、円筒状のベアリング６１が介装され、このベアリング６１によってピストンロッド２０が摺動自由に支持される。

ピストン３０はその外周にベアリング４１が介装され、このベアリング４１を介してシリンダチューブ１０の内周面１１に摺接する。

シリンダヘッド６０のベアリング６１がピストンロッド２０の外周面に摺接するとともに、ピストン３０のベアリング４１がシリンダチューブ１０の内周面１１に摺接することにより、ピストンロッド２０がシリンダチューブ１０の軸方向に移動するように支持される。

ピストンロッド２０の下部は中空に形成され、その内側にエア室７が画成される。シリンダチューブ１０の内周とピストンロッド２０の外周の間には、ピストン３０とシリンダヘッド６０とによって環状のクッション圧力室６が画成される。これらエア室７とクッション圧力室６とは互いに連通すると共に、作動液（クッション用油）と空気が充填される。図１、２において、破線のハッチング部分がエア室７とクッション圧力室６において作動液が溜められる部位である。

シリンダヘッド６０の内周には、下から順にピストンロッド２０の外周面２８に摺接するヘッドシール６２とダストシール６３が介装される。ヘッドシール６２によって後述するようにクッション圧力室６が密封される。ダストシール６３によってダスト等の侵入が防止される。

ピストン３０の外周にはベアリング４１の上側に位置してピストンシール５０が介装され、このピストンシール５０がシリンダチューブ１０の内周面１１に摺接することによってピストン３０の下面側の駆動圧力室５とピストン３０の上面側のクッション圧力室６との間が仕切られる。

ピストンロッド２０にはクッション圧力室６とエア室７とを連通するポート２１とオリフィス２２とが上下に隔てて形成される。オリフィス２２の位置はピストン３０の上面にできるだけ近づけて設けられる。ポート２１の有効面積は、オリフィス２２の面積より大きく形成される。

図２は、液圧シリンダ１が伸長した状態を示している。液圧シリンダ１の伸長作動に伴って縮小するクッション圧力室６からエア室７に作動液がポート２１とオリフィス２２を経由して流入する。ピストンロッド２０が伸長ストローク端に近づくと、ポート２１がベアリング６１の下端によって閉塞され、縮小するクッション圧力室６からは、作動液がオリフィス２２のみを通ってエア室７に流入する。このオリフィス２２がクッション圧力室６から流出する作動液の流れに抵抗を付与し、クッション圧力室６の圧力（以下、クッション圧力という）が上昇することにより、ピストンロッド２０の伸長速度が減速される。これにより、ピストンロッド２０が図２に示すように伸長ストローク端に達する際の衝撃が緩和される。

ピストン３０にはエア室７と駆動圧力室５とを連通する連通路１９が設けられ、この連通路１９の途中にはチェックバルブ８が介装される。チェックバルブ８は図示しないシートに弁体（ボール）がスプリングの付勢力によって押し付けられ、エア室７よりも駆動圧力室５の圧力が高いときに閉じているが、エア室７の圧力が高まり駆動圧力室５との圧力差が所定の開弁圧を超えると、弁体がシートから離れるようになっている。

ピストン３０からエア室７に突出するリターンパイプ９が設けられ、このリターンパイプ９が連通路１９の流入口に接続される。リターンパイプ９の高さによってクッション圧力室６とエア室７に溜められる有効作動液の量が規定される。

液圧シリンダ１を伸長作動させるために駆動圧力室５に供給される高圧の作動液がピストン３０外周のピストンシール５０の隙間を介してクッション圧力室６に少しづつ移動するのに伴って、クッション圧力室６とエア室７に溜まる作動液が増え、やがて作動液の液面がリターンパイプ９の上端を超えると、作動液がリターンパイプ９内に流下する。エア室７の圧力が所定値を超えて上昇すると、チェックバルブ８が開き、リターンパイプ９に溜まった余剰の作動液が連通路１９を通って駆動圧力室５に戻される。これにより、クッション圧力室６とエア室７に溜まる作動液の液面がリターンパイプ９の上端近傍に維持され、クッション圧力室６とエア室７に常に液圧シリンダ１の同一の伸長ストローク端でクッションを効かす必要量の作動液が溜められる。

ところで、液圧シリンダ１の伸長作動時、ピストン３０が上昇する過程で、シリンダチューブ１０の内周面１１に摺接するピストン３０に嵌めたピストンシール５０によって掻き残される液膜の厚さが大きい場合、液圧シリンダ１の伸縮作動が繰り返されるのに伴って、作動液がクッション圧力室６から駆動圧力室５に少しづづ移動し、やがてクッション圧力室６に溜められる作動液の量が不足する可能性がある。

これに対処するために、ピストンシール５０は、シリンダチューブ１０の内周面１１に摺接するメインシールリング５１と、このメインシールリング５１をシリンダチューブ１０の内周面１１に押し付けるＯリング５２と、メインシールリング５１の上方（クッション圧力室６側）に並んで介装されシリンダチューブ１０の内周面１１に摺接する液膜掻き取り用サブシールリング５３とを備える構成とする。

ピストン３０の外周にはピストンシール５０を収容する収容溝４０が形成される。この収容溝４０は、メインシールリング５１を収容するメイン収容溝４２と、液膜掻き取り用サブシールリング５３を収容するサブ収容溝４３とを有する。

図３は、ピストンシール５０及びそのまわりを示す断面図である。メインシールリング５１は、矩形の断面形状を有し、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の樹脂材によってリング状に形成される。

メインシールリング５１は、合い口を持たないリング状に形成され、ピストン３０に設けたメイン収容溝４２に介装された状態にて、その外周面５１ａが全周に渡ってシリンダチューブ１０の内周面１１に摺接する。

Ｏリング５２は、円形状の断面を有し、ゴム材によってリング状に形成される。

Ｏリング５２はメインシールリング５１の内側（背後側）にてメイン収容溝４２に介装され、メインシールリング５１の内周面５１ｂを押圧する。

液膜掻き取り用サブシールリング５３は、矩形の断面形状を有し、ナイロン等の樹脂材によってリング状に形成される。サブシールリング５３は、ナイロンに限らず、その硬度がメインシールリング５１と同等もしくはメインシールリング５１以上の樹脂材によって形成される。

サブシールリング５３は、図示しないバイアスカット形の合い口を有するリング状に形成され、この合い口の間を拡げてピストン３０のサブ収容溝４３に介装される。サブシールリング５３は、ピストン３０に設けたサブ収容溝４３に介装された状態にて、液圧シリンダ１の軸方向に対して傾斜する合い口の各端面が互いに当接し、その外周面５３ａが全周に渡ってシリンダチューブ１０の内周面１１に摺接する。

サブシールリング５３の断面は、液圧シリンダ１の軸と直交する半径方向についてメインシールリング５１より小さい寸法（リング厚さ）を有する。

サブ収容溝４３は、液圧シリンダ１の軸と直交する半径方向についてメイン収容溝４２より小さい溝深さを有する。

メイン収容溝４２は、液圧シリンダ１の軸方向についてメインシールリング５１より大きい溝巾を有する。すなわち、メイン収容溝４２の溝巾をＷ４２とし、メインシールリング５１のリング巾をＷ５１とすると、Ｗ４２＞Ｗ５１の関係になる。

サブ収容溝４３は、液圧シリンダ１の軸方向についてサブシールリング５３より小さい溝巾を有する。すなわち、サブ収容溝４３の溝巾をＷ４３とし、サブシールリング５３のリング巾をＷ５３とすると、Ｗ４３＜Ｗ５３の関係になる。

Ｏリング５２は、メイン収容溝４２の内奥部（サブ収容溝４３が開口しない部位）に介装され、メインシールリング５１の内側（背後側）に配置される。

液圧シリンダ１の伸長作動時、駆動圧力室５に導かれる作動液圧力によってピストン３０及びピストンロッド２０が軸方向について図２に示すように上方に移動し、これに連動するフォークを介して積み荷を持ち上げる。

図４は、液圧シリンダ１の伸長作動時、ピストン３０が上昇する過程で、ピストンシール５０がシリンダチューブ１０の内周面１１に摺接する状態を示す断面図である。

駆動圧力室５から導かれる高圧の作動液圧力Ｐが、図４に矢印にて示すように、メインシールリング５１とＯリング５２に下面から作用する。

Ｏリング５２は、作動液圧力Ｐによってメイン収容溝４２の端面４２ａとの間で圧縮され、その弾性復元力ｅが、図４に矢印にて示すように、メインシールリング５１の内周面５１ｂに働き、メインシールリング５１をシリンダチューブ１０の内周面１１に面圧Ｓをもって強く押し付ける。

また、図４に矢印にて示すように、メインシールリング５１の下端面５１ｃに作動液圧力Ｐが働くことによって、メインシールリング５１がサブ収容溝４３から突出しているサブシールリング５３の下端面５３ｃを面圧ｆをもって押圧する。これによりサブシールリング５３の上端面５３ｂがサブ収容溝４３の溝壁面４３ａに面圧ｕをもって押圧され、隙間なく当接する。

同時に、サブシールリング５３はサブ収容溝４３の溝壁面４３ａとメインシールリング５１の上端面５１ｄの間で圧縮されるのに伴って弾性変形または合い口の端面どうしが開き方向に摺動することにより液圧シリンダ１の半径方向に拡張し、サブシールリング５３の外周面５３ａがシリンダチューブ１０の内周面１１に押し付けられる。

ピストン３０が上昇する液圧シリンダ１の伸長作動時に、メインシールリング５１からの力を受けてシリンダチューブ１０の内周面１１に押し付けられるサブシールリング５３によってシリンダチューブ１０の内周面１１の作動液膜を均一に残して作動液を掻き取る。このサブシールリング５３に続いてメインシールリング５１が駆動圧力室５から導かれる高圧の作動液圧力Ｐにより弾性変形するＯリング５２の押圧力を受けてシリンダチューブ１０の内周面１１の作動液膜をさらに掻き取る。このようにしてピストン３０の上昇時にクッション圧力室６に作動液を留め、駆動圧力室５へ移動する作動液の量を十分に抑えられる。

一方、ピストン３０が下降する液圧シリンダ１の収縮作動時は、メインシールリング５１に駆動圧力室５から導かれる作動液圧力Ｐが低下するのに伴って、メインシールリング５１とサブシールリング５３がそれぞれシリンダチューブ１０の内周面１１に押し付けられる力が小さくなるため、メインシールリング５１とサブシールリング５３によってシリンダチューブ１０の内周面１１の作動液膜を掻き取る量が液圧シリンダ１の伸長作動時に比べて小さくなり、駆動圧力室５からクッション圧力室６へ移動する作動液の量が適度に確保される。

こうして、液圧シリンダ１の伸長作動時にクッション圧力室６から駆動圧力室５へ移動する作動液の量が、液圧シリンダ１の収縮作動時に駆動圧力室５からクッション圧力室６へ移動する作動液の量より少なくなるため、液圧シリンダ１の伸縮作動が繰り返されることによってクッション圧力室６に作動液が補充される。これにより、クッション圧力室６に溜められる作動液の量が不足することが回避される。

クッション圧力室６とエア室７に溜まる作動液が増え、やがて作動液の液面がリターンパイプ９の上端を超えると、作動液がリターンパイプ９内に流下し、リターンパイプ９に溜まった余剰の作動液がチェックバルブ８を介して駆動圧力室５に戻されることにより、クッション圧力室６とエア室７に常に必要量の作動液が溜められる。

以上のように本実施形態では、シリンダチューブ１０の内側がピストン３０によって駆動圧力室５とクッション圧力室６とに画成され、駆動圧力室５に導かれる加圧作動液によって伸長作動する液圧シリンダ１であって、ピストンシール５０は、シリンダチューブ１０の内周面１１に摺接するメインシールリング５１と、このメインシールリング５１の内周（内周面５１ｂ）を押圧してメインシールリング５１の外周（外周面５１ａ）をシリンダチューブ１０の内周面１１に向けて付勢するＯリング５２と、メインシールリング５１と並列でかつクッション圧力室６側に配置され駆動圧力室５からの受圧時にメインシールリング５１に押されてシリンダチューブ１０の内周面１１に摺接するサブシールリング５３と、を備える構成とした。

上記構成に基づき、駆動圧力室５からの受圧時、ピストン３０が移動する過程で、シリンダチューブ１０の内周面１１の作動液膜が予めサブシールリング５３によって掻き取られ、さらに強くシリンダチューブ１０の内周面１１に押し付けられるメインシールリング５１によって作動液膜が掻き取られるため、作動液がクッション圧力室６から駆動圧力室５に移動することが十分に抑えられ、クッション圧力室６に溜められる作動液の量が維持される。

本実施の形態では、ピストンシール５０は、ピストン３０の外周に設けた収容溝４０に収容され、この収容溝４０は、メインシールリング５１を収容するメイン収容溝４２と、このメイン収容溝４２より溝深さが浅く、かつメイン収容溝４２に隣接して段差をもって連続する、サブシールリング５３を収容するサブ収容溝４３とからなり、サブシールリング５３はサブ収容溝４３の溝巾Ｗ４３より大きいリング巾Ｗ５３をもち、駆動圧力室５からの受圧時にメイン収容溝４２に収容したメインシールリング５１により溝巾方向から押圧される構成とした。

上記構成に基づき、サブシールリング５３の下端面５３ｃがサブ収容溝４３から突出しているため、サブシールリング５３がメインシールリング５１からの力を受けてメインシールリング５１と共にシリンダチューブ１０の内周面１１に押し付けられ、シリンダチューブ１０の内周面１１の作動液膜を均一に掻き取る。これにより、作動液がクッション圧力室６から駆動圧力室５に移動することが十分に抑えられ、クッション圧力室６に溜められる作動液の量が維持される。

本実施の形態では、メイン収容溝４２は駆動圧力室５側に設けられ、サブ収容溝４３はクッション圧力室６側に設けられ、メイン収容溝４２に収容されるメインシールリング５１はサブ収容溝４３に収容されるサブシールリング５３よりも厚さが大きい構成とした。

上記構成に基づき、液圧シリンダ１の伸長作動時にクッション圧力室６から駆動圧力室５へ移動する作動液の量が、液圧シリンダ１の収縮作動時に駆動圧力室５からクッション圧力室６へ移動する作動液の量より少なくなるため、液圧シリンダ１の伸縮作動が繰り返されることによってクッション圧力室６に作動液が補充される。これにより、クッション圧力室６に溜められる作動液の量が不足することが回避される。

そして、サブシールリング５３の下端面５３ｃの全面に対してメインシールリング５１の上端面５１ｄが当接することにより、サブシールリング５３が弾性変形して拡張する効果を高められ、メインシールリング５１によってシリンダチューブ１０の内周面１１の作動液膜を均一に掻き取ることができる。

他の実施の形態として、メインシールリングの上下に並ぶ一対の液膜掻き取り用サブシールリングを設けてもよい。

ピストンは、メインシールリング及びＯリングを収容するメイン収容溝と、上下の液膜掻き取り用サブシールリングをそれぞれ収容する上下のサブ収容溝とを有する。

上下のサブ収容溝は、液圧シリンダの軸方向について液膜掻き取り用サブシールリングより小さい寸法（溝巾）を有する。

この場合、液圧シリンダの伸長作動時に上側の液膜掻き取り用サブシールリングがシリンダチューブの内周面の作動液膜を掻き取る一方、液圧シリンダの収縮作動時に下側の液膜掻き取り用サブシールリングがシリンダチューブの内周面の作動液膜を掻き取る。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

１ 液圧シリンダ
５ 駆動圧力室
６ クッション圧力室
７ エア室
１０ シリンダチューブ
１１ 内周面
１２ 給排ポート
２０ ピストンロッド
２８ 外周面
３０ ピストン
４０ 収容溝
４２ メイン収容溝
４３ サブ収容溝
５０ ピストンシール
５１ メインシールリング
５２ Ｏリング
５３ 液膜掻き取り用サブシールリング

Claims (2)

1. シリンダチューブと、
   このシリンダチューブの内側に駆動圧力室とクッション圧力室とを画成するピストンが設けられるピストンロッドと、
   このピストンの外周に介装され前記シリンダチューブの内周面に摺接するピストンシールと、を備え、
   前記ピストンロッドが前記駆動圧力室に導かれる加圧作動液によって伸長作動するストローク端に近づくと前記クッション圧力室の圧力が上昇することによって減速し、前記クッション圧力室に溜まる余剰作動液が前記ピストンに設けられる連通路を通じて前記駆動圧力室に戻される液圧シリンダであって、
   前記ピストンシールは、
   前記シリンダチューブの内周面に摺接するメインシールリングと、
   このメインシールリングの内周を押圧して前記メインシールリングの外周を前記シリンダチューブの内周面に向けて付勢するＯリングと、
   前記メインシールリングと並列でかつクッション圧力室側に配置され前記駆動圧力室からの受圧時に前記メインシールリングに押されて前記シリンダチューブの内周面に摺接する矩形の断面形状を有したサブシールリングと、を備え、
   前記ピストンシールは、前記ピストンの外周に設けた収容溝に収容され、
   この収容溝は、前記メインシールリングを収容するメイン収容溝と、
   このメイン収容溝より溝深さが浅く、かつ前記メイン収容溝に隣接して段差をもって連続する、前記サブシールリングを収容するサブ収容溝とからなり、
   前記サブシールリングは前記サブ収容溝の溝巾より大きいリング巾をもち、前記駆動圧力室からの受圧時に前記メイン収容溝に収容した前記メインシールリングにより溝巾方向から押圧されることを特徴とする液圧シリンダ。
2. 前記サブシールリングは、前記メインシールリングの前記クッション圧力室側に設けられ、前記メインシールリングの前記駆動圧力室側に設けられないことを特徴とする請求項１に記載の液圧シリンダ。

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