(57)【要約】【課題】パッキンに隣接配置されたバックアップリングがピストンロッドの表面に強く摺接してピストンロッド表面に形成された油膜を掻き取ることのない油圧シリンダのシール構造を提供する。【解決手段】ピストンロッド５に取付けられたピストン４をシリンダ１内に移動自在に設け、このシリンダ１に対して互いに隣接配置されたパッキ１４及びバックアップリング１７を介して前記ピストンロッド５とシリンダ１との摺動隙間をシールする油圧シリンダのシール構造において、パッキン１４とバックアップリング１７との間に、バックアップリング１７方向へ向かってパッキン１４に加わる軸方向の力によりバックアップリング１７を拡径方向へ変形させるための拡径方向変形手段１８を設けた。【選択図】　　　　図１
2004060723.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンロッドに取付けられたピストンをシリンダ内に移動自在に設け、このシリンダに対して互いに隣接配置されたパッキン及びバックアップリングを介して前記ピストンロッドとシリンダとの摺動隙間をシールする油圧シリンダのシール構造において、パッキンとバックアップリングとの間に、バックアップリング方向へ向かってパッキンに加わる軸方向の力によりバックアップリングを拡径方向へ変形させるための拡径方向変形手段を設けたことを特徴とする油圧シリンダのシール構造。
【請求項２】
バックアップリングを断面長方形に形成するとともに、パッキンとの当接面となる長辺を外方程パッキン側に向かう傾斜面とし、この傾斜面を前記拡径方向変形手段とした請求項１に記載の油圧シリンダのシール構造。
【請求項３】
バックアップリングの前記傾斜面に径方向に伸びる潤滑溝を複数個所定間隔をおいて設けた請求項２に記載の油圧シリンダのシール構造。
【請求項４】
ピストンロッドに取付けられたピストンをシリンダ内に移動自在に設け、このピストンに対して互いに隣接配置されたパッキン及びバックアップリングを介して前記シリンダとピストンとの間の摺動隙間をシールする油圧シリンダのシール構造において、パッキンとバックアップリングとの間に、バックアップリング方向へ向かってパッキンに加わる軸方向の力によりバックアップリングを縮径方向へ変形させるための縮径方向変形手段を設けたことを特徴とする油圧シリンダのシール構造。
【請求項５】
バックアップリングを断面長方形に形成するとともに、パッキンとの当接面となる長辺を内方程パッキン側に向かう傾斜面とし、この傾斜面を前記縮径方向変形手段とした請求項４に記載の油圧シリンダのシール構造。
【請求項６】
バックアップリングの前記傾斜面に径方向に伸びる潤滑溝を複数個設けた請求項５に記載の油圧シリンダのシール構造。
【請求項７】
前記バックアップリングは一箇所が径方向に切断されている請求項１，２，３，４，５又は６に記載の油圧シリンダのシール構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリンダ側に設けられてピストンロッドとシリンダとの間の摺動隙間をシールしたり、ピストン側に設けられてシリンダとピストンロッドとの間の摺動隙間をシールしたりする油圧シリンダのシール装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の油圧シリンダとしては、例えば、図５，図６に示すものがあるが、この油圧シリンダは、両端が塞がれたシリンダ１内に二つの油室２，３を区画するピストン４を移動自在に設け、このピストン４が一端に取付けられたピストンロッド５を前記シリンダ１に貫通させるとともに、このシリンダ１におけるピストンロッド５の貫通部にはピストンロッド５とシリンダ１との間の摺動隙間を油密的にかつ摺動可能にシールするシール構造６が設けられている。
【０００３】
又、シリンダ１には油室２，３に連通する油路７，８がそれぞれ設けられ、外部の図示しない油圧源からの作動油を油路７を介して油室２に供給すると共に、油室３を油路８を介して図示しない外部のタンクに連通することで、ピストンロッド５を収縮させる一方、前記油圧源からの作動油を油路８を介して油室３に供給すると共に、油室２を油路７を介して外部のタンクに連通することで、ピストンロッド５を伸長させるようになっている。
【０００４】
ところで、シリンダ１におけるピストンロッド５の貫通孔９内周には、図６に示すように、二本の環状溝１０，１１と、シリンダ１の外側に臨む環状切欠部１２とが設けられている。
【０００５】
この環状溝１０，１１内及び環状切欠部１２内には上記のシール構造６、即ち、油室側の環状溝１０内にはウレタン樹脂等からなる第一のＵパッキン１３が、また、大気側の環状溝１１内には同じくウレタン樹脂等からなる第二のＵパッキン１４とその背面側のバックアップリング１７が、そして、環状切欠部１２内にはワイパーシール１５がそれぞれ挿着されている。
【０００６】
前記第一のＵパッキン１３は、油室側の高圧を受けるバッファシールとして機能するものであり、ピストンロッド５の表面と摺接するリップ部１３ａを有している。
【０００７】
前記第二のＵパッキン１４は、ピストンロッド５の表面に付着して大気側に出る油膜の厚みを適切な値にコントロールするものであり、同じくピストンロッド５の表面と摺接するリップ部１４ａを有している。
【０００８】
又、油室２側の高圧を受けた場合にこのリップ部１４ａの背面側が貫通孔９側に食い込むのを阻止するように、この第二のＵパッキン１４を補強するナイロン樹脂等よりなるバックアップリング１７が隣接配置されている。
【０００９】
前記ワイパーシール１５は、図示はしないが、外部に臨むダストリップ部と、内側に臨むオイルリップ部とを備え、金属製の芯金と一体的に形成されるとともに、この芯金が前記環状切欠部１２に嵌着されている。
【００１０】
上記のように構成されたシール構造６では、油室２側が高圧となった場合、第一のＵパッキン１３がバッファシールとして機能するとともに、そのリップ部１３ａの突端縁で貫通孔９とピストンロッド５との隙間を通して第二のＵパッキン１４側へ移動しようとする作動油を所定の膜圧までカットし、第二のＵパッキン１４へは所定厚みの油膜のみを送るようになっている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の油圧シリンダのシール構造６にあっては、以下に示すような問題点が考えられる。
【００１２】
即ち、第二のＵパッキン１４の背面側に隣接配置したバックアップリング１７はリップ部１４ａの背面側が貫通孔９側に食い込むのを防止することを目的としたものであるので、矩形断面を有するリング状に形成されるとともに、環状溝１１に挿着されたときにその内周面とピストンロッド５表面とが強く摺接しない程度に余裕を持った内径に設定されている。
【００１３】
このため、バックアップリング１７が成形不良等の原因によって設計通りの形状にならなかった場合、具体的には、内径が設計値よりも小さくなった場合や、環状溝１１内に偏心した状態で組付けられた場合には、バックアップリング１４における内周面全体又はその一部がピストンロッド５表面に強く摺接してピストンロッド５表面の油膜を掻き取ってしまう。
【００１４】
この場合には、ピストンロッド５表面がいわゆるドライの状態となり、リップ部１４ａを磨耗させたり、損傷させたりして作動油漏れを引き起こすことが危惧される。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、第二のＵパッキンに隣接配置されたバックアップリングがピストンロッドの表面に強く摺接してピストンロッド表面に形成された油膜を掻き取ることのない油圧シリンダのシール構造を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の一つの手段は、ピストンロッドに取付けられたピストンをシリンダ内に移動自在に設け、このシリンダに対して互いに隣接配置されたパッキン及びバックアップリングを介して前記ピストンロッドとシリンダとの摺動隙間をシールする油圧シリンダのシール構造において、パッキンとバックアップリングとの間に、バックアップリング方向へ向かってパッキンに加わる軸方向の力によりバックアップリングを拡径方向へ変形させるための拡径方向変形手段を設けたことを特徴とするものである。
【００１７】
この場合、バックアップリングを断面長方形に形成するとともに、パッキンとの当接面となる長辺を外方程パッキン側に向かう傾斜面とし、この傾斜面を前記拡径方向変形手段とするのが好ましい。
【００１８】
又、バックアップリングの前記傾斜面に径方向に伸びる潤滑溝を複数個所定間隔をおいて設けても良い。
【００１９】
更に、本発明の他の手段は、ピストンロッドに取付けられたピストンをシリンダ内に移動自在に設け、このピストンに対して互いに隣接配置されたパッキン及びバックアップリングを介して前記シリンダとピストンとの間の摺動隙間をシールする油圧シリンダのシール構造において、パッキンとバックアップリングとの間に、バックアップリング方向へ向かってパッキンに加わる軸方向の力によりバックアップリングを縮径方向へ変形させるための縮径方向変形手段を設けたことを特徴とするものでもある。
【００２０】
この場合、バックアップリングを断面長方形に形成するとともに、パッキンとの当接面となる長辺を内方程パッキン側に向かう傾斜面とし、この傾斜面を前記縮径方向変形手段とすることが好ましい。
【００２１】
又、バックアップリングの前記傾斜面に径方向に伸びる潤滑溝を複数個設けても良い。
【００２２】
上記各手段において、バックアップリングは一箇所が径方向に切断されていても良い。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を高圧建機用シリンダのシール構造に具体化した実施の形態を図に基づいて説明する。
【００２４】
この油圧シリンダのシール構造は、前述した図５，６に示す従来の油圧シリンダ１の第二のＵパッキン１４とバックアップリング１７との間に、バックアップリング１７方向へ向かって第二のＵパッキン１４に加わる軸方向の力によりバックアップリング１７を拡径方向へ変形させるための拡径方向変形手段を設けた点に特徴を有するものであり、その他の構成は、上記の従来構造と同様なので、図中に同一の符号を付すのみとし、その説明を省略する。
【００２５】
即ち、本発明の一の実施形態では、図１に示すように、第二のＵパッキン１４の背面にバックアップリング１７の内面を当接し、バックアップリング１７の内面に傾斜面１８を形成し、この傾斜面１８を拡径方向変形手段として利用している。
【００２６】
この場合、パッキン１４の背面は、垂直面でも良く、図示のように傾斜面１８ａとしても良い。
【００２７】
更に、第二のＵパッキン１４の背面側に隣接配置されたバックアップリング１７を断面長方形に形成するとともに、第二のＵパッキン１４との当接面となる長辺を外方程第二のＵパッキン１４側に向かう傾斜面１８とし、この傾斜面１８を前記拡径方向変形手段としても良い。
【００２８】
このバックアップリング１７の前記傾斜面１８には、図２に示すように、径方向に伸びる潤滑溝１９が複数個所定間隔をおいて設けられており、第二のＵパッキン１４との当接状態において、この潤滑溝１９内に作動油が侵入し、両者の間の摩擦抵抗を著しく低減させるようになっている。
【００２９】
又、バックアップリング１７は、例えば、Ｃ型リングのように、その一箇所が径方向に切断されており、第二のＵパッキン１４から軸方向の力が加わったときに容易に拡径し易いようになっている。
【００３０】
従って、第二のＵパッキン１４にシリンダ伸縮作動で発生する油圧負荷に起因して発生する軸方向の力（矢印Ｐに示す）が加わると、前記傾斜面１８，１８ａ又は傾斜面１８のみによる分力で、所謂くさび作用によってこのバックアップリング１７が拡径方向に容易に変形するようになっている。
【００３１】
上記のように構成された油圧シリンダ１では、第一のＵパッキン１３のリップ部１３ａは，その突端縁がピストンロッド５の外周に摺接した状態となっているので、例えば、ピストンロッド５の伸長行程においては、ピストンロッド５はその表面に付着した油膜を適宜の厚さにカットされた状態で第一のＵパッキン１３上を摺動移動するとともに、このリップ部１３ａにより油室２側の高圧が第二のＵパッキン１４に直接影響を及ぼさないようにしている。
【００３２】
従って、この第二のＵパッキン１４には減圧された圧力が加わり、この油圧負荷に起因して発生する軸方向の力Ｐ、即ち、第二のＵパッキン１４を大気側へ押す力が発生する。
【００３３】
このとき、バックアップリング１７は、第二のＵパッキン１４との当接面となる長辺を外方程第二のＵパッキン１４側に向かう傾斜面１８としているので、第二のＵパッキン１４が大気側へ押されると、前記くさび作用によりバックアップリング１７自体が傾斜面１８に沿って外方に移動し、全体が拡径するように変形するとともに、図３に示すように、バックアップリング１７内周面とピストンロッド５表面との間に適切な隙間を形成する。
【００３４】
以上のように、本実施の形態によれば、第二のＵパッキン１４にバックアップリング１７方向へ向かう軸方向の力が加わると、この力を利用してバックアップリング１７自体を拡径方向に変形させるので、例えば、バックアップリング１７の内径が製造誤差等により設計値よりも小さくなった場合でも、上記の拡径作用により前記内周面とピストンロッド５表面との摺接状態を緩和したり、適切な隙間を形成したりすることができる。
【００３５】
従って、従来例で示したような、バックアップリング１７の内周面全周又は一部がピストンロッド５表面に強く摺接してピストンロッド５表面の油膜を掻き取ってしまい、リップ部１４ａを磨耗させたり、損傷させたりして作動油漏れを引き起こすという不具合を確実に防止することができる。
【００３６】
又、バックアップリング１７が環状溝１１内に偏心した状態で組付けられた場合でも、上記の拡径方向への変形により調芯されるので、上記と同様の作用・効果を発揮する。
【００３７】
又、バックアップリング１７の長辺を傾斜面１８とすることによって本発明の拡径方向変形手段としたので、バックアップリング１７自体を容易に製造でき、安価に実施化できる。
【００３８】
又、バックアップリング１７の傾斜面１８に潤滑溝１９を複数個所定間隔をおいて設けたので、この潤滑溝１９内に供給された作動油により傾斜面１８に沿ってバックアップリング１７をスムーズに移動させることができる。
【００３９】
又、バックアップリング１７の一箇所を切断しているので、上記の拡径方向への変形をスムーズに行うことができる。
【００４０】
尚、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、例えば、次のように変更して具体化することもできる。
【００４１】
１）前記実施の形態では、シリンダ１側に設けられたパッキン１４及びバックアップリング１７について説明したが、勿論、ピストン４側に設けられたパッキン２２及びバックアップリング２３に具体化しても良い。
【００４２】
この場合には、図４に示すように、ピストン４に設けられた環状溝２１にパッキン２２及びバックアップリング２３が挿着されるので、バックアップリング２３のパッキン２２との当接面となる長辺を内方程パッキン２２側に向かう傾斜面２４とし、この傾斜面２４を前記縮径方向変形手段としている点において相違する。
【００４３】
この場合には、バックアップリング２３方向に向かう軸方向の力がパッキン２２に加わると、上記のくさび作用によりバックアップリング２３自体が縮径方向に変形され、バックアップリング２３のシリンダ１に対する摺接度合いが調整できる。
【００４４】
従って、バックアップリング２３の外周面がシリンダ１の内周面に強く摺接してシリンダ１内周面の油膜を掻き取ってしまい、バックアップリング２３やパッキン２２のリップ部を磨耗させたり、損傷させたりするという不具合を確実に防止することができる。
【００４５】
２）前記実施の形態では、第二のＵパッキン１４に具体化したが、バックアプリングを有する第一のＵパッキン１３に具体化しても良い。
【００４６】
３）前記実施の形態では、バックアップリング１７側に本件発明の拡径方向変形手段を設けたが、勿論パッキン側に拡径方向変形手段を設けても良い。
【００４７】
４）前記実施の形態では、バックアップリング１７の第二のＵパッキン１４側となる長辺のみを傾斜面としたが、両側の長辺を傾斜面１８としても良い。この場合には、バックアップリング１７を環状溝１１内に組付ける際の誤組付けを防止できる。
【００４８】
５）本実施の形態では、高圧建機用シリンダを示したが、これに限定されるものではなく、一般的な油圧シリンダに具体化しても良いことは勿論である。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば次の効果がある。
【００５０】
１）請求項１の発明によれば、バックアップリング方向に向かってパッキンに加わる軸方向の力を利用してバックアップリング自体を拡径方向に変形させ、バックアップリングのピストンロッドに対する摺接度合いを調整できるので、例えば、バックアップリングの内周面がピストンロッド表面に強く摺接してピストンロッド表面の油膜を掻き取ってしまい、バックアップリングやパッキンのリップ部を磨耗させたり、損傷させたりして作動油漏れを引き起こすという不具合を確実に防止することができる。
【００５１】
２）請求項５の発明によれば、バックアップリング方向に向かってパッキンに加わる軸方向の力を利用してバックアップリング自体を縮径方向に変形させ、バックアップリングのシリンダに対する摺接度合いを調整できるので、例えば、バックアップリングの外周面がシリンダの内周面に強く摺接してシリンダ内周面の油膜を掻き取ってしまい、バックアップリングやパッキンのリップ部を磨耗させたり、損傷させたりするという不具合を確実に防止することができる。
【００５２】
３）請求項２，３及び６の発明によれば、バックアップリングの長辺を傾斜面とすることによって本発明の拡径又は縮径方向変形手段としたので、バックアップリング自体を容易に製造でき、安価に実施化できる。
【００５３】
４）請求項３及び７の発明によれば、バックアップリングの傾斜面に潤滑溝を複数個所定間隔をおいて設けたので、この潤滑溝内に作動油が供給されると、傾斜面に沿ってバックアップリングをスムーズに移動させることができる。
【００５４】
５）請求項８の発明によれば、又、バックアップリングの一箇所を径方向に切断しているので、バックアップリングの拡径又は縮径方向への変形をスムーズに行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す油圧シリンダのシール構造を示す要部断面である。
【図２】バックアップリングを示す平面図である。
【図３】図１に示す油圧シリンダのシール構造において、バックアップリングの作動状態を示す要部断面である。
【図４】本発明の他の実施形態を示す油圧シリンダのロッドシール構造を示す要部断面である。
【図５】従来の油圧シリンダを示す断面図である。
【図６】従来の油圧シリンダのロッドシール構造を示す要部断面である。
【符号の説明】
１　シリンダ
４　ピストン
５　ピストンロッド
１４　第二のパッキン
１７　バックアップリング
１８　１８ａ　傾斜面（拡径方向変形手段）
２４　傾斜面（縮径方向変形手段）
【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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【図６】
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