(57)【要約】【課題】簡単な構成で油漏れを抑制可能な油圧シリンダおよびその油圧シリンダを有する衝撃試験機を提供することにある。【解決手段】ダストシール３０は、Ｕパッキン２０よりもピストンロッド先端側に設けられ、ピストンロッド伸張時には、ダストシール３０の摺動部３１がダストシール３０のシール性を増加する方向の力をピストンロッド１２から受ける。一方、ピストンロッド収縮時には、摺動部がダストシール３０のシール性を緩和させる方向の力を受ける。これによれば、ピストンロッド伸張時にピストンロッド１２に付着する油膜の厚さを薄くできるとともに、収縮時にはダストシール３０で掻き落とされる油量を減らすことができ、その結果、油漏れを抑制できる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダチューブと、このシリンダチューブに対して伸縮するピストンロッドと、前記シリンダチューブとピストンロッドとの隙間を塞いで油漏れを防ぐ第１のシール部材と、ピストンロッドが摺動する摺動部を有し、前記第１のシール部材よりもピストンロッド先端側に設けられ、前記シリンダチューブとピストンロッドとの隙間を塞ぐ第２のシール部材とを備え、ピストンロッド伸張時には、前記摺動部が前記第２のシール部材のシール性を増す方向の力をピストンロッドから受け、ピストンロッド収縮時には前記摺動部が前記第２のシール部材のシール性を緩和する方向の力を受けるよう前記第２のシール部材の形状を定めたことを特徴とする油圧シリンダ。
【請求項２】
前記第２のシール部材のうち前記摺動部に至る面は、前記ピストンロッド先端側の面がピストンロッドの伸縮方向に対して鋭角をなすテーパー面とされ、かつピストンロッド基端側の面が前記伸縮方向に対して鈍角をなすテーパー面とされていることを特徴とする請求項１に記載の油圧シリンダ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の油圧シリンダと、この油圧シリンダの伸縮を制御する制御装置とを備え、油圧シリンダの伸張により試験片に衝撃を与えるよう構成したことを特徴とする衝撃試験機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば衝撃試験機に用いて好適な油圧シリンダおよびその油圧シリンダを有する衝撃試験機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高速衝撃試験機は、油圧シリンダを高速駆動することで試験機治具を試験片に衝突させて破壊し、衝突時のデータから試験片の衝撃破壊特性等を得るものである（例えば、特許文献１参照）。油圧シリンダのシリンダチューブとピストンロッドとの間には、油漏れを防ぐためにパッキンが設けられ、ピストンロッドはこのパッキンを摺動しつつ伸縮する。
【０００３】
【特許文献１】
特公平７−５４２９０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般に油圧シリンダでは、ピストンロッドがパッキンを摺動する際、パッキンで掻き落とされなかった油（パッキンを通過した油）が油膜としてピストンロッドの表面に付着する。この油膜の厚さは、ピストンロッドの伸縮速度が速いほど厚くなることが知られている。高速衝撃試験機では、試験片に衝撃を与えるためピストンロッドを高速で伸張させる一方、戻しは低速で収縮しているため、伸張と収縮とで油膜の厚さが異なり、その膜厚差分の油が外部に漏れるという不都合がある。
【０００５】
本発明の目的は、簡単な構成で油漏れを抑制可能な油圧シリンダおよびその油圧シリンダを有する衝撃試験機を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係る油圧シリンダは、シリンダチューブと、このシリンダチューブに対して伸縮するピストンロッドと、シリンダチューブとピストンロッドとの隙間を塞いで油漏れを防ぐ第１のシール部材と、ピストンロッドが摺動する摺動部を有し、第１のシール部材よりもピストンロッド先端側に設けられ、シリンダチューブとピストンロッドとの隙間を塞ぐ第２のシール部材とを備え、ピストンロッド伸張時には、摺動部が第２のシール部材のシール性を増す方向の力をピストンロッドから受け、ピストンロッド収縮時には摺動部が第２のシール部材のシール性を緩和する方向の力を受けるよう第２のシール部材の形状を定める。
請求項２の発明では、第２のシール部材のうち摺動部に至る面は、ピストンロッド先端側の面がピストンロッドの伸縮方向に対して鋭角をなすテーパー面とされ、かつピストンロッド基端側の面が伸縮方向に対して鈍角をなすテーパー面とされる。
請求項３の発明に係る衝撃試験機は、上述した油圧シリンダと、この油圧シリンダの伸縮を制御する制御装置とを備え、油圧シリンダの伸張により試験片に衝撃を与えるよう構成したものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１，図２により本発明を高速衝撃試験機の油圧シリンダに適用した場合の一実施形態を説明する。
まず図１により高速衝撃試験機の基本構成を説明する。試験片ＴＰが載置される支持台１の上方には油圧シリンダ１０が配置され、油圧シリンダ１０は、シリンダチューブ１４内を昇降する復動式のピストン１１と、上下のピストンロッド１２，１３とを有する。下部ピストンロッド１２はシリンダチューブ１４から下方に突出され、その先端には試験機治具２が試験片ＴＰと対向するように取り付けられる。荷重検出器３は、試験片ＴＰにかかる荷重を検出して制御装置４に入力する。
【０００８】
シリンダチューブ１４の下部と下部ピストンロッド１２との間には、ゴム製で円環状のＵパッキン（第１のシール部材）２０およびダストシール（第２のシール部材）３０が設けられ、下部ピストンロッド１２はこれらのＵパッキン２０およびダストシール３０を摺動しつつ伸縮する。Ｕパッキン２０はシリンダ室内の油が外部に漏れないようシールするものであり、ダストシール３０は本来はシリンダ室内に塵埃が侵入しないようにするものである。本実施形態では、ダストシール３０にも油漏れ防止機能を持たせているが、その詳細については後述する。
【０００９】
油圧シリンダ１０の上部ピストンロッド１３は、ピストン１１の変位量を検出する例えば静電容量式の変位検出器５に挿通され、変位検出器５の検出信号は変位信号として制御装置４に入力される。流量切換弁６は、ピストン１１の移動速度、すなわち試験片ＴＰに対する衝撃破壊のための速度を例えば１ｍｍ／ｓ〜２０ｍ／ｓの範囲で任意に切換えるものである。アキュムレータ７は、不図示の油圧ポンプからの吐出圧を畜圧する。
【００１０】
試験片ＴＰを支持台１に支持し、流量切換弁６によりピストン１１の移動速度を設定してから油圧シリンダ１０の上部シリンダ室に油を供給すると、ピストン１１が下降して下側ピストンロッド１２が伸張し、試験治具２が試験片ＴＰに衝突してこれを破壊する。制御装置４は、荷重検出器３および変位検出器５の各出力を読み込み、これらのデータを処理して試験片の衝撃破壊特性等を得る。
【００１１】
ところで、下部ピストンロッド１２がＵパッキン２０を摺動する際、Ｕパッキン２０で掻き落とされずに通過した油が油膜としてピストンロッド１２の表面に付着する。その油膜の厚さは、ピストンロッド１２の移動速度や油の粘度、Ｕパッキン２０の接触圧力分布等によって変わるが、特に速度に着目すると、油膜の厚さはピストンロッド速度の平方根にほぼ比例して厚くなることが分かっている。
【００１２】
本実施形態のような高速衝撃試験機では、試験片ＴＰに衝撃力を加えるためにピストンロッド１２は高速（例えば、最高２０ｍ／ｓ）で伸長される一方、戻すときには低速（例えば、１０ｃｍ／ｓ）で収縮されるから、収縮時における膜厚は伸張時と比べて大幅に薄くなる。このとことは、その膜厚差に相当する量の油が収縮時にＵパッキン２０で外側に掻き落とされることを意味し、掻き落とされた油は、他に何らの措置も講じなければ漏れ油として外部に流れてしまう。
【００１３】
そこで本実施形態では、Ｕパッキン２０よりもピストンロッド先端側にダストシール３０を設けることで、上記速度差に起因する油漏れを防止している。図２から分かるように、ダストシール３０は、符号３１で示す部分がピストンロッド１２の表面と接触し、この部分をピストンロッド１２が摺動する。その摺動部３１に至る上下の面３２，３３のうち、ピストンロッド先端側の面３２はピストンロッド１２の伸縮方向に対して鋭角をなすテーパー面とされ、またピストンロッド基端側の面３３は伸縮方向に対して鈍角をなすテーパー面とされている。
【００１４】
このように面３２，３３の角度を定めた場合、ピストンロッド１２の伸張時に摺動部３１に発生する力は、摺動部３１がピストンロッド１２の周面に押される方向の力、つまりダストシール３０のシール性を増す方向の力として作用する。このためピストンロッド１２が高速で伸張してもダストシール３０によって掻き落とされる油量が多く、ピストンロッド１２に付着する油膜の厚さは薄くなる。
【００１５】
一方、ピストンロッド１２の収縮時に摺動部３１に発生する力は、摺動部３１がピストンロッド１２の周面から離れる方向の力、つまりダストシール３０のシール性を緩和する方向の力として作用する。したがって、ピストンロッド１２の収縮速度が低速であっても、ダストシール３０によって掻き落とされる油量は少なく、多くの油はダストシール３０を通過してシリンダチューブ１４側に戻る。
【００１６】
このように本実施形態のダストシール３０は、ピストンロッド１２が伸張する際の油膜の厚さを薄くする作用と、ピストンロッド１２が収縮する際の油膜の掻き落とし量を減らす作用という２つの作用をもたらし、それらの相乗効果により油漏れ量を最小限に減らすことが可能となる。
【００１７】
因みに油圧シリンダに用いられるダストシールは、塵埃の侵入防止という本来の機能を優先して上述とは上下逆に、つまりテーパー面３２がピストンロッド１２に対して鈍角を、かつ面３３が鋭角をなすように配置されるのが普通である。この配置では、ダストシールが逆に油漏れ量を助長する方向に作用するため、高速衝撃試験機のように伸縮に速度差がある場合には不向きである。本実施形態では、ダストシール３０を通常とは上下逆に装着することで、伸縮に速度差がある場合でも油漏れ量を最小限に抑えることが可能となる。
【００１８】
ここで、ダストシール３０を通常と逆に装着することで、本来の防塵効果は多少低下するおそれがある。しかし、防塵効果が完全に損なわれるわけではなく、また衝撃試験をクリーンルームで行うようにすれば問題はない。防塵効果を多少犠牲にしてでも油漏れを抑制できる効果は大きい。
【００１９】
なお、第２のシール部材は上述のようなダストシールに限定されず、ピストンロッド伸張時には摺動部がシール性を増す方向の力をピストンロッドから受け、収縮時には摺動部がシール性を緩和する方向の力を受けるようなものであればよい。また衝撃試験機の油圧シリンダを例に挙げたが、ピストンロッドの伸張速度が収縮速度よりも速くなるよう制御されるものであれば、衝撃試験機以外の装置に用いられる油圧シリンダにも本発明を適用できる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、油漏れを防止用の第１のシール部材の他に第２のシール部材を設け、ピストンロッド伸張時には、第２のシール部材のシール性が増し、収縮時には第２のシール部材のシール性が緩和されるようにしたので、ピストンロッドの伸縮に速度差がある場合でも油漏れ量を最小限に抑えることが可能となる。特に衝撃試験機は、油圧シリンダのピストンロッド伸縮の速度差が大きいため、本発明を適用する効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における高速衝撃試験機の要部を示す概略図。
【図２】高速衝撃試験機の油圧シリンダのシール部分を示す拡大図。
【符号の説明】
１  支持台
２  試験治具
３  荷重検出器
４  制御装置
５  変位検出器
１０  油圧シリンダ
１１  ピストン
１２，１３  ピストンロッド
１４  シリンダチューブ
２０  Ｕパッキン
３０  ダストシール
３１  摺動部
３２  下面（テーパー面）
３３  上面（テーパー面）
【図１】
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【図２】
2004225791.tif 000004