JP5822105B2 - 流体圧シリンダのピストン軸受け構造 - Google Patents

Description

本発明は、ピストンがウェアリングを介してシリンダチューブに摺接し支持される流体圧シリンダのピストン軸受け構造に関するものである。

この種の流体圧シリンダのピストン軸受け構造として、樹脂製のウェアリングがピストンの収容溝に嵌め込まれるものがある（特許文献１、２参照）。

従来のウェアリングは、ピストンの収容溝に嵌められた状態で、所定の間隙を持つ合い口を有する。流体圧シリンダの作動時に、作動流体圧がウェアリングの合い口を介して逃がされることによって、ピストンとシリンダチューブの間においてウェアリングの両側に圧力差が生じることを抑えられ、ウェアリングが圧力差によって変形することが防止される。

特開２０１０−１２７３８７号公報 特開２０１０−８４８５３号公報

しかしながら、このような従来のピストン軸受け構造にあっては、流体圧シリンダの作動状態によっては、ウェアリングの温度上昇によって熱膨張し、各合い口端部が互いに接し、合い口が閉じる可能性がある。こうして、合い口が閉じた場合には、ピストンとシリンダチューブの間においてウェアリングの両側に生じる圧力差が増大し、ウェアリングの一部がピストンの収容溝からはみ出す変形を起こす可能性がある。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ウェアリングの一部がピストンの収容溝からはみ出す変形を抑えられる流体圧シリンダのピストン軸受け構造を提供することを目的とする。

本発明は、ウェアリングがシリンダチューブに摺接してピストンを支持する流体圧シリンダのピストン軸受け構造であって、ウェアリングの一部がピストンの収容溝に嵌合され、ウェアリングは、合い口を形成する合い口端部と、シリンダチューブに摺接するリング外周面と、リング外周面及びリング外周面の両端から延びる両リング端面に開口してピストンとシリンダチューブの間におけるウェアリングの両側を連通する圧力逃がし溝と、を有し、圧力逃がし溝は、略三角形の断面形状を持つものとした。

本発明によると、ウェアリングの熱膨張等によって合い口が閉じる流体圧シリンダの作動状態にて、圧力逃がし溝によってピストンとシリンダチューブの間におけるウェアリングの両側が連通されることにより、ウェアリングの両側に圧力差が生じることを抑えられる。これにより、ウェアリングの一部がピストンの収容溝からはみ出す変形を起こすことが防止され、ウェアリングの軸受機能が維持される。

参考例を示す流体圧シリンダの縦断面図。 同じくウェアリングの斜視図。 同じくウェアリングの平面図と側面図。 同じく試験装置の構成図。 他の参考例を示すウェアリングの平面図と側面図。 他の参考例を示すウェアリングの斜視図。 他の参考例を示すウェアリングの斜視図。 本発明の実施形態を示すウェアリングの斜視図。

以下、参考例を添付図面に基づいて説明する。

図１は、流体圧シリンダ（油圧シリンダ）１の一部を示す縦断面図である。この流体圧シリンダ１は、例えば建設機械、作業機械、他の機械、設備等の負荷を駆動するアクチュエータとして用いられる。

流体圧シリンダ１は、作動流体として、オイルを用いるが、オイルの代わりに例えば水溶性代替液等の作動液（液体）、あるいは作動ガス（気体）を用いても良い。

流体圧シリンダ１は、円筒状のシリンダチューブ２と、このシリンダチューブ２の内側に摺動可能に収められるピストン３と、このピストン３に連結されるピストンロッド７（図４参照）と、シリンダチューブ２に対してピストンロッド７を摺動可能に支持する図示しないシリンダヘッドとを備える。シリンダチューブ２、ピストンロッド７、ピストン３、シリンダヘッド等は、ピストン３の中心軸Ｐについて同軸上に配置される。

流体圧シリンダ１は、シリンダチューブ２の内側がピストン３によってロッド側の流体圧室５とエンド側の流体圧室６とに仕切られる。ロッド側の流体圧室５とエンド側の流体圧室６は、図示しない配管を介して流体圧ユニットに連通する。複動式の流体圧シリンダ１は、流体圧ユニットから供給される加圧作動流体がエンド側の流体圧室６に導入されることによって伸長作動する一方、加圧作動流体がロッド側の流体圧室５に導入されることによって収縮作動する。

ピストン本体１０の外周とシリンダチューブ２の内周面２ｉの間に、図１において上から順にウェアリング２０、シールリング１９、ウェアリング２０が介装される。

ピストン本体１０の外周面１０ｏには、各ウェアリング２０が収容される２つの収容溝１２と、シールリング１９とＯリング１８が収容される１つの収容溝１３とが形成される。収容溝１２、１３は、矩形の断面形状を持ち、環状に形成される。

シールリング１９は、その背後に介装されたＯリング１８の弾性復元力によって押圧され、その外周面１９ｏが全周に渡ってシリンダチューブ２の内周面２ｉに摺接し、ロッド側の流体圧室５とエンド側の流体圧室６との間を密封する。

ウェアリング２０は、例えばテフロン（登録商標）に代表されるフッ化炭素樹脂等の樹脂材によって形成される。ウェアリング２０は、シリンダチューブ２の内周面２ｉに摺接し、ピストン３をシリンダチューブ２に対して摺動可能に支持する軸受機能を果たす。

図２は、ウェアリング２０の斜視図である。ウェアリング２０は、合い口２１を有するリング状に形成される。ウェアリング２０は、合い口２１を拡げた状態で収容溝１２に嵌め込まれ、収容溝１２からピストン３の外径方向に突出する部位を有する。

ウェアリング２０は、矩形の断面形状を持ち、内周面２０ｉ、リング外周面２０ｏ、両リング端面２０ｊを有する。内周面２０ｉとリング外周面２０ｏは、それぞれ中心軸Ｐについて同心円筒面状に形成される。両リング端面２０ｊは、それぞれ中心軸Ｐについて直交する平面状に形成される。

ウェアリング２０は、合い口２１を形成する一対の合い口端部２１ｍを有する。合い口端部２１ｍはその端面が中心軸Ｐについて傾斜するテーパ状に形成される。

ウェアリング２０は、外側に開こうとする弾性復元力によってその各合い口端部２１ｍが互いに離れて合い口２１を画成する。図２の（ａ）に示すように、合い口２１が開いている状態では、ピストン３とシリンダチューブ２の間におけるウェアリング２０の両側を連通され、作動流体が合い口２１を通り、ウェアリング２０によって作動流体が閉じ込められることがない。

ところで、流体圧シリンダ１の作動状態によっては、ウェアリング２０の温度上昇によって熱膨張し、図２の（ｂ）に示すように、各合い口端部２１ｍが互いに接し、合い口２１が閉じる可能性がある。従来のウェアリングにあっては、合い口が閉じた場合に、ピストンとシリンダチューブの間においてウェアリングの両側に生じる圧力差が増大し、ウェアリングの一部がピストンの収容溝からはみ出す変形を起こして、ウェアリングの軸受機能が損なわれる可能性がある。

本参考例は、これに対処してなされたものであり、ウェアリング２０に圧力逃がし溝２２を形成し、この圧力逃がし溝２２によってピストン３とシリンダチューブ２の間におけるウェアリング２０の両側が連通されることにより、ウェアリング２０の両側に圧力差が生じないようにする。

圧力逃がし溝２２は、収容溝１２からピストン３の外径方向に突出する部位に開口してピストン３とシリンダチューブ２の間におけるウェアリング２０の両側を連通する構成とする。

図３の（ａ）は、ウェアリング２０の一部を示す平面図であり、（ｂ）は、同じくウェアリング２０の一部を示す正面図である。

圧力逃がし溝２２は、ウェアリング２０のリング外周面２０ｏと両リング端面２０ｊに渡って開口する。

図３の（ａ）に示すように、圧力逃がし溝２２は、互いに略平行に対峙する二つの溝側部２２ｂと、この溝側部２２ｂに略直交する溝底部２２ａとを有する、略矩形の断面形状を持つ。

ウェアリング２０がシリンダチューブ２に組み付けられた状態にて、圧力逃がし溝２２の底部半径（ピストン３の中心軸Ｐからから溝側部２２ｂまでの距離）Ｒ２は、ピストン３の外周半径（ピストン３の中心軸Ｐからピストン本体１０の外周面１０ｏまでの距離）Ｒ３より大きく形成される。

圧力逃がし溝２２の深さＨは、ウェアリング２０の収容溝１２からピストン３の外径方向に突出する距離Ｌより小さく形成される。これにより、圧力逃がし溝２２の溝底部２２ａは、ピストン３（ピストン本体１０）の外周面１０ｏよりピストン３の外径方向に突出する。

図３の（ｂ）に示すように、圧力逃がし溝２２は、ピストン３の中心軸Ｐと略平行に延びるように形成される。

圧力逃がし溝２２は、ピストン３の中心軸Ｐについて合い口２１に対して反対側に配置される。換言すると、圧力逃がし溝２２は、合い口２１との間にピストン３の中心軸Ｐが位置するように形成される。

流体圧シリンダ１のピストン軸受け構造は、以上のように構成される。上記構成に基づき、ウェアリング２０の熱膨張によって合い口２１が閉じた流体圧シリンダ１の作動時にも、圧力逃がし溝２２がピストン３とシリンダチューブ２の間においてウェアリング２０の両側を連通するため、ウェアリング２０の両側に圧力差が生じることを抑えられる。これにより、ウェアリング２０の一部が収容溝１２からはみ出す変形を起こすことが防止され、ウェアリング２０の軸受機能が維持される。

図４に示す試験装置３０は、流体圧供給装置３１から供給される加圧作動流体によって流体圧シリンダ１を図中矢印で示すように伸縮作動させるとともに、アクチュエータ３２によって流体圧シリンダ１に図中矢印で示すように横荷重を所定の時間間隔をもって付与するものである。この試験装置３０を用いて以下の条件にて耐久試験を行った。
・横荷重 …９８１０〔Ｎ〕
・摺動速度 …２５〔ｍ／ｍｉｎ〕
・摺動ストローク …１０００〔ｍｍ〕
・摺動サイクル …４ｍｉｎの荷重負荷と１ｍｉｎの除荷の繰り返し
・温度 …５０±５〔℃〕
・流体圧シリンダの内圧 …３４．３〔ＭＰａ〕
この耐久試験を行った結果、本発明の流体圧シリンダ１は、摺動距離が２０００ｋｍを超えてもウェアリング２０は破損することなく、正常に作動することが確認された。これに対して、ウェアリングが圧力逃がし溝を持たない従来装置は、摺動距離が１０００ｋｍを超えるとウェアリングが破損することが確認された。

以下、本参考例の要旨と作用、効果を説明する。

本参考例では、ウェアリング２０がシリンダチューブ２に摺接してピストン３を支持する流体圧シリンダ１のピストン軸受け構造であって、ウェアリング２０の一部がピストン３の収容溝１２に嵌合され、ウェアリング２０は、合い口２１を形成する合い口端部２１ｍと、シリンダチューブ２に摺接するリング外周面２０ｏと、少なくともリング外周面２０ｏに開口してピストン３とシリンダチューブ２の間におけるウェアリング２０の両側を連通する圧力逃がし溝２２と、を有する構成とする。

上記構成に基づき、ウェアリング２０の熱膨張等によって合い口２１が閉じる作動状態にて、圧力逃がし溝２２によってピストン３とシリンダチューブ２の間におけるウェアリング２０の両側が連通されることにより、ウェアリング２０の両側に圧力差が生じることを抑えられる。これにより、ウェアリング２０の一部が収容溝からはみ出す変形を起こすことが防止され、ウェアリング２０の軸受機能が維持される。

本参考例では、圧力逃がし溝２２の溝底部２２ａがピストン３の外周面１０ｏよりピストン３の径方向外側に突出する構成した。

上記構成に基づき、流体圧シリンダ１に働く横荷重によってウェアリング２０の圧力逃がし溝２２が開口する部位がピストン３とシリンダチューブ２の間にて圧縮される作動時にも、圧力逃がし溝２２の溝底部２２ａがピストン３の外周面１０ｏよりピストン３の外径方向に突出することにより、ピストン３の外周面１０ｏがシリンダチューブ２に直接当たることを防止できる。

なお、ウェアリング２０がピストン３とシリンダチューブ２の間にて圧縮される荷重が小さい場合には、圧力逃がし溝２２の溝底部２２ａがピストン３の外周面１０ｏよりピストン３の径方向内側に位置するように形成しても良い。

本参考例では、圧力逃がし溝２２は、ピストン３の中心軸Ｐについて合い口２１に対して反対側に配置される構成とした。

上記構成に基づき、流体圧シリンダ１に働く横荷重によってウェアリング２０の合い口２１が開口する部位がピストン３とシリンダチューブ２の間にて圧縮される作動時に、ウェアリング２０の圧力逃がし溝２２が開口する部位がピストン３とシリンダチューブ２の間にて圧縮されず、圧力逃がし溝２２の開口面積が十分に確保される。逆に、ウェアリング２０の圧力逃がし溝２２が開口する部位がピストン３とシリンダチューブ２の間にて圧縮される作動時に、ウェアリング２０の合い口２１が開口する部位がピストン３とシリンダチューブ２の間にて圧縮されず、合い口２１の開口面積が十分に確保される。これにより、流体圧シリンダ１に働く横荷重の方向によらず、圧力逃がし溝２２と合い口２１によってピストン３とシリンダチューブ２の間におけるウェアリング２０の両側が連通されることにより、ウェアリング２０の両側に圧力差が生じることを抑えられる。

なお、圧力逃がし溝２２は、ピストン３の中心軸Ｐについて合い口２１に対して反対側に限らず、他の部位に形成しても良い。

次に図５に示す他の参考例を説明する。図５の（ａ）は、ウェアリング２０の一部を示す平面図であり、（ｂ）は、同じくウェアリング２０の一部を示す正面図である。

図５の（ａ）に示すように、圧力逃がし溝２３は、互いに略平行に対峙する二つの溝側部２３ｂと、この溝側部２３ｂに略直交する溝底部２３ａとを有する、略矩形の断面形状を持つ。

図５の（ｂ）に示すように、圧力逃がし溝２３は、ピストン３の中心軸Ｐに対して傾斜して延びる二つの溝側部２３ｂを有し、二つの溝側部２３ｂがピストン３の中心軸Ｐ方向について対向するように形成される。

上記構成に基づき、二つの溝側部２３ｂがピストン３の中心軸Ｐ方向について対向する部位では、ウェアリング２０のシリンダチューブ２に対する接触部分がシリンダチューブ２の周方向についてオーバラップしている。すなわち、ウェアリング２０のシリンダチューブ２に対する接触部分がシリンダチューブ２の周方向について途切れることがなく、ウェアリング２０の軸受け機能を高められる。そして、圧力逃がし溝２３の開口縁部にてシリンダチューブ２に対する面圧が高まることを抑えられ、ウェアリング２０の耐久性を高められる。

他の参考例として、図６に示すように、二つの圧力逃がし溝２４、２５を並んで形成しても良い。

これにより、圧力逃がし溝２４、２５の開口幅を小さくすることと、圧力逃がし溝２４、２５の開口面積を確保することが両立される。圧力逃がし溝２４、２５の開口幅を小さくすることにより、ウェアリング２０の軸受け機能を高められる。

他の参考例として、図７に示すように、圧力逃がし溝２６は、略半円形の断面形状を持つ構成としても良い。

これにより、圧力逃がし溝２６の開口縁部の剛性を高められることと、圧力逃がし溝２６の開口面積を確保することが両立される。圧力逃がし溝２６の開口縁部の剛性を高められることにより、ウェアリング２０の軸受け機能を高められる。

本発明の実施形態として、図８に示すように、圧力逃がし溝２６は、略三角形の断面形状を持つ構成としても良い。

これにより、圧力逃がし溝２６の開口縁部の剛性をさらに高められ、ウェアリング２０の軸受け機能を高められる。

本発明は上記の実施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 流体圧シリンダ
１０ ピストン本体
１２ 収容溝
２０ ウェアリング
２０ｏ リング外周面
２１ 合い口
２１ｍ 合い口端部
２２、２３、２４〜２７ 圧力逃がし溝
２２ａ 溝底部
２３ｂ 溝側部

Claims (3)

1. ウェアリングがシリンダチューブに摺接してピストンを支持する流体圧シリンダのピストン軸受け構造であって、
   前記ウェアリングの一部が前記ピストンの収容溝に嵌合され、
   前記ウェアリングは、
   合い口を形成する合い口端部と、
   前記シリンダチューブに摺接するリング外周面と、
   前記リング外周面及び前記リング外周面の両端から延びる両リング端面に開口して前記ピストンと前記シリンダチューブの間における前記ウェアリングの両側を連通する圧力逃がし溝と、を有し、
   前記圧力逃がし溝は、略三角形の断面形状を持つことを特徴とする流体圧シリンダのピストン軸受け構造。
2. 前記圧力逃がし溝の溝底部は、前記ピストンの外周面より前記ピストンの径方向外側に突出したことを特徴とする請求項１に記載の流体圧シリンダのピストン軸受け構造。
3. 前記圧力逃がし溝は、前記ピストンの中心軸について前記合い口に対して反対側に配置されたことを特徴とする請求項１または２に記載の流体圧シリンダのピストン軸受け構造。

Images