(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒面状の内周面を有するシリンダチューブと、このシリンダチューブの内周面に摺接するピストンと、このピストンによって仕切られる流体圧室と、を備え、この流体圧室に導かれる作動流体圧によって伸縮作動する流体圧シリンダであって、前記ピストンは、ピストン本体と、このピストン本体の外周面に開口するシールリング収容溝と、このシールリング収容溝に介装されるシールリングと、前記ピストン本体の外周面に開口するピストンリング収容溝と、このピストンリング収容溝に介装される合い口を持つピストンリングと、前記ピストン本体の外周面に装着して前記シールリングと前記ピストンリングの間に介装されるバックアップリングと、中心軸方向に関して、前記ピストンの前記ピストンリングの外側に装着される軸受リングと別のピストンリングと、を備えることを特徴とする流体圧シリンダ。
【請求項２】
中心軸方向に関して、前記ピストンの前記シールリングの両側にそれぞれ前記バックアップリングと前記ピストンリングを配置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。
【請求項３】
中心軸方向に関して、前記バックアップリングが前記シールリングから受ける前記シリンダチューブの中心軸方向の荷重が前記ピストンリングによって支持される構造を備える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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストンによって流体圧室が仕切られる流体圧シリンダに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の流体圧シリンダとして、図５に示すものがある。
【０００３】
これについて説明すると、流体圧シリンダ１０１は、シリンダチューブ１０２と、このシリンダチューブ１０２の内周面１０２ａに摺接するピストン１０４と、このピストン１０４によって仕切られる流体圧室１０５、１０６と、を備え、この流体圧室１０５、１０６に導かれる作動流体圧によって伸縮作動する。
【０００４】
ピストン本体１４０の外周には、環状の収容溝１４１〜１４７が形成される。この収容溝１４１〜１４７に、コンタミシールリング１３１、軸受リング１１５、バックアップリング１１３、シールリング１１０、Ｏリング１１１、バックアップリング１１４、軸受リング１１６、コンタミシールリング１３２がそれぞれ介装される。
【０００５】
シールリング１１０は、その背後に介装されたＯリング１１１によって押圧され、その外周面が全周に渡ってシリンダチューブ１０２の内周面１０２ａに摺接し、ロッド側の流体圧室１０５とエンド側の流体圧室１０６との間を密封する。
【０００６】
バックアップリング１１３、１１４は、シールリング１１０の端面に当接し、シールリング１１０の形状を保つ働きをする。
【０００７】
軸受リング１１５、１１６は、シリンダチューブ１０２の内周面１０２ａに摺接し、ピストン１０４をシリンダチューブ１０２に対して摺動可能に支持する働きをする。
【０００８】
コンタミシールリング１３１、１３２は、シリンダチューブ１０２の内周面１０２ａに摺接し、作動流体中のコンタミ等がシールリング１１０の摺接部に侵入することを防止する。
【０００９】
シールリング１１０は、合い口を持たないリング状に形成される。シールリング１１０の組み付け時に、装着治具を用いてシールリング１１０を塑性変形により拡径して収容溝１４４に嵌合させる。
【００１０】
特許文献１には、ピストン本体を分割構造とし、ピストン本体を分解した状態にてシールリングを支持する金属リングを収容溝に組み付け、その後に分解したピストン本体を合体させるようにした流体圧シリンダのシール構造が開示されている。
【００１１】
この場合、シールリングを大きく拡径することなく収容溝に嵌合することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】実開昭６２−１６８６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、図５に示す従来の流体圧シリンダ１０１にあっては、ピストン本体１４０がバックアップリング１１３、１１４の収容溝１４３、１４５を画成する山部１４８、１４９を有するため、シールリング１１０の組み付け時に、シールリング１１０を大きく拡径して山部１４８、１４９を乗り越えて収容溝１４４に嵌合させる必要がある。このため、この組み付け後に矯正治具を用いてシールリング１１０を塑性変形により縮径する作業を行う必要があり、ピストン４の組み立て工数が増えるという問題点があった。
【００１４】
特許文献１に開示された流体圧シリンダは、ピストン本体を分割構造としているため、構造の複雑化を招くという問題点があった。
【００１５】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ピストン本体の構造を複雑化することなく、シールリングの組み付けが容易に行われる流体圧シリンダを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、円筒面状の内周面を有するシリンダチューブと、このシリンダチューブの内周面に摺接するピストンと、このピストンによって仕切られる流体圧室と、を備え、この流体圧室に導かれる作動流体圧によって伸縮作動する流体圧シリンダであって、ピストンは、ピストン本体と、このピストン本体の外周面に開口するシールリング収容溝と、このシールリング収容溝に介装されるシールリングと、ピストン本体の外周面に開口するピストンリング収容溝と、このピストンリング収容溝に介装される合い口を持つピストンリングと、ピストン本体の外周面に装着してシールリングとピストンリングの間に介装されるバックアップリングと、中心軸方向に関して、ピストンのピストンリングの外側に装着される軸受リングと別のピストンリングと、を備える構成とした。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によると、ピストンリングがバックアップリング収容部（バックアップリングの収容溝）を画成するハウジングの機能を果たすことにより、ピストン本体は従来装置のようにバックアップリングの収容溝を画成する山部を持たず、シールリングを大きく拡径することなく収容溝に嵌合することができる。これにより、シールリングを組み付け後に矯正治具を用いてシールリングを塑性変形（縮径）させる作業が不要になり、シールリングの組み付けが容易に行われる。
【００１８】
軸受リングが対のピストンリングの間に介装されることにより、軸受リングの組み付け時に、軸受リングを拡径させる必要がなく、容易に組み付けられる。ピストン本体を分割構造にする必要がなく、ピストン本体の構造の複雑化を招かない。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態を示す流体圧シリンダの断面図。
【図２】同じく流体圧シリンダの断面図。
【図３】同じくピストンリングの合い口を示す斜視図。
【図４】他の実施形態を示す流体圧シリンダの断面図。
【図５】従来例を示す流体圧シリンダの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２１】
（第１実施形態）
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。
【００２２】
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。
【００２３】
流体圧シリンダ１は、円筒状のシリンダチューブ２と、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４と、このピストン４に連結されるピストンロッド３と、シリンダチューブ２に対してピストンロッド３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３、ピストン４、シリンダヘッド等は、シリンダチューブ２及びピストン４の中心軸Ｏについて同軸上に配置される。
【００２４】
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４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の加圧作動流体がロッド側の流体圧室５に供給されることによって伸長作動する一方、加圧作動流体がエンド側の流体圧室６に供給されることによって収縮作動する。
【００２５】
ピストン４は、ピストンロッド３の基端部に締結される円筒状のピストン本体４０を備える。
【００２６】
ピストン本体４０の外周とシリンダチューブ２の内周面２ａの間に、図１において上から順にピストンリング２１、軸受リング１５、ピストンリング２１、バックアップリング１３、シールリング１０、バックアップリング１３、ピストンリング２１、軸受リング１５、ピストンリング２１が介装される。
【００２７】
図２は、図１の一部を拡大した断面図である。ピストン本体４０の外周面４５には、４本の環状のピストンリング収容溝４１が形成され、各ピストンリング収容溝４１にピストンリング２１が嵌め込まれる。
【００２８】
ピストンリング２１は、矩形の断面形状を有し、例えば鋼材等の金属によって、合い口を有するリング状に形成される。
【００２９】
図３は、ピストンリング２１の合い口を示す斜視図である。ピストンリング２１の合い口端部２１ｅ、２１ｆは、矩形の断面形状を有する湾曲板状に形成される。ピストンリング２１が拡縮するのに伴って、合い口端部２１ｅと合い口端部２１ｆとが互いに摺接し、両者の間に合い口隙間が生じないようになっている。
【００３０】
なお、ピストンリング２１の合い口端部２１ｅ、２１ｆは、これに限らず、例えばバイアスカット形や他の形状にしてもよい。
【００３１】
ピストンリング２１は、合い口を拡げた状態でピストンリング収容溝４１にそれぞれ嵌め込まれた後に、合い口を縮めてピストンリング収容溝４１に嵌合される。これにより、ピストンリング２１を組み付けるためにピストン本体４０を分割構造にする必要がなく、ピストン本体４０の構造の複雑化を招かない。
【００３２】
ピストンリング２１は、ピストンリング収容溝４１に嵌合する内周部分と、ピストンリング収容溝４１からピストン４の外径方向に突出する外周部分を有する。
【００３３】
ピストンリング２１は、外側に開こうとする弾性復元力によってそれぞれの外周面が全周に渡ってシリンダチューブ２の内周面２ａに摺接する。これにより、ピストンリング２１は、作動流体中のコンタミ等がシールリング１０とシリンダチューブ２の内周面２ａとの摺接部に侵入することを防止するコンタミシールリングの機能を果たすとともに、ロッド側の流体圧室５、エンド側の流体圧室６に生じる高圧がシールリング１０に導かれることを緩和するバッファリングの機能を果たす。
【００３４】
軸受リング１５は、矩形の断面形状を有し、例えばポリイミド樹脂等の合成樹脂によって、合い口を持たないリング状に形成される。軸受リング１５は、その外周面１５ｄがシリンダチューブ２の内周面２ａに摺接し、ピストン４をシリンダチューブ２に対して摺動可能に支持する機能を果たす。
【００３５】
なお、軸受リング１５は、これに限らず、合い口を持つ形状にしてもよい。
【００３６】
軸受リング１５は、２本のピストンリング２１の間に介装される。軸受リング１５は、両方の端面１５ａ、１５ｂが各ピストンリング２１の端面２１ｂ、２１ａに対峙し、内周面１５ｃがピストン本体４０の外周面４５に対峙し、外周面１５ｄがシリンダチューブ２の内周面２ａに対峙する。
【００３７】
換言すると、２本のピストンリング２１の端面２１ｂ、２１ａと、ピストン本体４０の外周面４５とによって、軸受リング１５を収容する環状の軸受リング収容部５１が画成される。
【００３８】
これにより、２本のピストンリング２１は、軸受リング１５を挟持し、ピストン本体４０に対する軸受リング１５の変位をシリンダチューブ２の中心軸Ｏ方向について規制する。
【００３９】
ピストン本体４０の外周には、１本の環状のシールリング収容溝３９が形成される。このシールリング収容溝３９にＯリング１１とシールリング１０が嵌め込まれる。
【００４０】
Ｏリング１１は、円形状の断面を有し、例えばゴム材によってリング状に形成される。
【００４１】
Ｏリング１１は、シールリング１０の内側（背後側）にてシールリング収容溝３９に介装され、その弾性復元力によってシールリング１０の内周面１０ｃを押圧する。
【００４２】
シールリング１０は、矩形の断面形状を有し、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の合成樹脂材によって、リング状に形成される。
【００４３】
シールリング１０は、シールリング収容溝３９に嵌合する部位と、シールリング収容溝３９からピストン４の外径方向に突出する部位を有する。
【００４４】
シールリング１０は、合い口を持たないリング状に形成され、その外周面１０ｄが全周に渡ってシリンダチューブ２の内周面２ａ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との間を密封する機能を果たす。
【００４５】
対のバックアップリング１３はシールリング１０を挟むように配置される。バックアップリング１３はピストンリング２１とシールリング１０の間に介装される。
【００４６】
バックアップリング１３は、矩形の断面形状を有し、合い口を持たないリング状に形成される。
【００４７】
なお、バックアップリング１３は、これに限らず、合い口を持つ形状にしてもよい。
【００４８】
バックアップリング１３の断面は、流体圧シリンダ１の軸と直交する半径方向についてシールリング１０より小さい寸法（リング厚さ）を有する。
【００４９】
バックアップリング１３は、シールリング１０のはみ出しを防止するハウジングの機能を果たす。
【００５０】
バックアップリング１３は、一方の端面１３ａがピストンリング２１の端面２１ｂに対峙し、他方の端面１３ｂがシールリング１０の端面１０ａに対峙し、内周面１３ｃがピストン本体４０の外周面４５に対峙し、外周面１３ｄがシリンダチューブ２の内周面２ａに対峙する。
【００５１】
換言すると、ピストンリング２１の端面２１ｂと、シールリング１０の端面１０ａと、ピストン本体４０の外周面４５とによって、バックアップリング１３を収容する溝状のバックアップリング収容部５２が画成される。
【００５２】
各バックアップリング１３の端面１３ｂは、シールリング１０の端面１０ａ、１０ｂに当接し、シールリング１０の外周エッジ部（角部）が変形することを抑える。
【００５３】
バックアップリング１３の厚さは、シリンダチューブ２の中心軸Ｏと直交する半径方向について、軸受リング１５の厚さと同等に形成してもよい。
【００５４】
ピストン４は、例えば以下の順に組み立てられる。
【００５５】
〔１〕．Ｏリング１１、シールリング１０が、シールリング収容溝３９に嵌め込まれてピストン本体４０に組み付けられる。
【００５６】
Ｏリング１１の組み付け時に、Ｏリング１１は、弾性変形により拡径してシールリング収容溝３９に嵌合される。
【００５７】
シールリング１０の組み付け時に、ピストンリング２１がピストン本体４０に組み付けられていないため、シールリング１０を拡径させてピストンリング２１を乗り越える必要がない。これにより、シールリング１０は、主として弾性変形により拡径してシールリング収容溝３９に嵌合され、シールリング１０が塑性変形することを抑えられる。このため、組み付け後にシールリング１０を専用の矯正治具を用いて縮径する作業工程が不要になり、ピストン４の組み立て工数を削減できる。
【００５８】
〔２〕．バックアップリング１３が、シールリング１０に隣接するように、外周面４５に装着される。
【００５９】
〔３〕．対のピストンリング２１が、バックアップリング１３に隣接するように、合い口を拡げてピストンリング収容溝４１にそれぞれ介装される。対のピストンリング２１によって、バックアップリング１３の抜け止めが行われる。
【００６０】
〔４〕．対の軸受リング１５が、各ピストンリング２１に隣接するように、外周面４５にそれぞれ嵌合される。
【００６１】
〔５〕．対のピストンリング２１が、合い口を拡げてピストンリング収容溝４１にそれぞれ介装される。対のピストンリング２１によって、軸受リング１５の抜け止めが行われる。
【００６２】
なお、ピストン４が組み立てられる手順は、これに限らず、例えば上から順にピストンリング２１、軸受リング１５、ピストンリング２１、バックアップリング１３、シールリング１０、バックアップリング１３、ピストンリング２１、軸受リング１５、ピストンリング２１が組み付けられるようにしてもよい。
【００６３】
以上のように、本実施形態では、円筒面状の内周面２ａを有するシリンダチューブ２と、このシリンダチューブ２の内周面２ａに摺接するピストン４と、このピストン４によって仕切られる流体圧室５、６と、を備え、この流体圧室５、６に導かれる作動流体圧によって伸縮作動する流体圧シリンダ１であって、ピストン４は、ピストン本体４０と、このピストン本体４０の外周面４５に開口するシールリング収容溝３９と、このシールリング収容溝３９に介装される合い口を持たないシールリング１０と、ピストン本体４０の外周面４５に開口するピストンリング収容溝４１と、このピストンリング収容溝４１に介装される合い口を持つピストンリング２１と、ピストン本体４０の外周面４５に装着してシールリング１０とピストンリング２１の間に介装されるバックアップリング１３とを備え、バックアップリング１３がシールリング１０から受けるシリンダチューブ２の中心軸Ｏ方向の荷重がピストンリング２１によって支持される構成とした。
【００６４】
上記構成に基づき、ピストンリング２１は、以下の機能を果たす。
【００６５】
・ピストン本体４０に対してバックアップリング１３から受ける荷重を支持するバックアップリング収容部５２を画成するハウジングの機能。
【００６６】
・作動流体中のコンタミ等がシールリング１０の摺接部に侵入することを防止するコンタミシールリングの機能。
【００６７】
・作動流体中に含まれる気泡がシールリング１０の摺接部に侵入することを抑え、気泡が圧縮されるのに伴って作動油が燃焼する際に生じる熱によってシールリング１０が損傷（焼損）することを防止する機能。
【００６８】
・ロッド側の流体圧室５、エンド側の流体圧室６に生じる高圧がシールリング１０に導かれることを緩和するバッファリングの機能。
【００６９】
ピストンリング２１は、これらの機能を果たすことにより、従来装置のようにバックアップリング収容溝、コンタミシールリング、バッファリングを設ける必要がない。このため、ピストン４は、シリンダチューブ２の中心軸Ｏ方向についてピストン本体４０の寸法を削減することが可能となり、軽量化がはかれるとともに、流体圧シリンダ１の有効ストロークを大きくすることができる。
【００７０】
ピストン本体４０は、その外周にバックアップリング収容溝を画成する山部を持たないため、ピストン本体４０の外径がバックアップリングの収容溝を画成する山部を持つ従来装置に比べて小さくなり、以下の効果が得られる。
【００７１】
・ピストン本体４０の外周面４５とシリンダチューブ２の内周面２ａとの間隔が、従来装置に比べて拡大するため、ピストン４に大きな横荷重が加わった際に、ピストン本体４０の外周面４５がシリンダチューブ２の内周面２ａに当たることを防止できる。
【００７２】
・シールリング１０をシールリング収容溝３９に嵌合させる組み付け時に、シールリング１０を大きく拡径させる必要がなく、専用の矯正治具を用いてシールリング１０に縮径する塑性変形をさせる作業工程が不要になり、ピストン４の組み立て工数を削減できる。
【００７３】
・ピストン本体４０の外周に施される切削加工の工数を削減できる。
【００７４】
・ピストン本体４０の軽量化がはかれる。
【００７５】
本実施形態では、ピストン本体４０の外周面４５に開口する対のピストンリング収容溝４１と、この各ピストンリング収容溝４１にそれぞれ介装される合い口を持つ対のピストンリング２１と、ピストン４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リング１５とを備え、この軸受リング１５が２本のピストンリング２１の間に介装される構成とした。
【００７６】
上記構成に基づき、軸受リング１５の組み付け時に、軸受リング１５を拡径させる必要がなく、容易に組み付けられる。
【００７７】
（第２実施形態）
次に図４に示す他の実施形態を説明する。図４は、ピストン４の一部を示す断面図である。これは基本的に図１〜３の実施形態と同じ構成を有し、相違する部分のみを説明する。なお、前記実施形態と同一構成部には同一符号を付す。
【００７８】
図４に示すピストン４は、図１、２に示すピストン４において、シールリング１０よりロッド側（上方）に設けられていたピストンリング２１、軸受リング１５が廃止されている。
【００７９】
ピストン本体４０の外周とシリンダチューブ２の内周面２ａの間に、図４において上から順にピストンリング２１、バックアップリング１３、シールリング１０、バックアップリング１３、ピストンリング２１、軸受リング１５、ピストンリング２１が介装される。
【００８０】
この場合、ピストン４は、シリンダチューブ２に対して単一の軸受リング１５を介して摺動可能に支持されることにより、シリンダチューブ２の中心軸Ｏ方向についてピストン本体４０の寸法を削減することが可能となり、流体圧シリンダ１の有効ストロークを大きくすることができる。
【００８１】
また、上記の実施形態は、本発明を複動式の流体圧シリンダ１に適用したものであるが、本発明を単動式の流体圧シリンダに適用してもよい。単動式の流体圧シリンダは、ロッド側の流体圧室とエンド側の流体圧室のいずれか一方のみに加圧作動流体が導かれるため、シールリングの片側のみにバックアップリングを設けてもよい。
【００８２】
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。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明の流体圧シリンダは、油圧機器、空気圧機器、他の機械、設備に有用である。
【符号の説明】
【００８４】
１    流体圧シリンダ
２    シリンダチューブ
２ａ    内周面
３    ピストンロッド
４    ピストン
５、６    流体圧室
１０    シールリング
１１    Ｏリング
１３    バックアップリング
１５    軸受リング
２１    ピストンリング
３９    シールリング収容溝
４０    ピストン本体
４１    ピストンリング収容溝
４５    外周面
５１    軸受リング収容部
５２    バックアップリング収容部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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