(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダの内周を往復動するピストンと、該シリンダの内周にて前記ピストンを支持する軸受と、前記ピストンとシリンダの内周とにより区画形成され、加圧流体が給排される流体室と、該流体室と外部との間を流体密にシールするシール機構とを備えた流体シール装置において、
前記シール機構は、前記シリンダの内部に前記ピストンの外周に臨んで形成された空間と、該空間内に移動可能に収納されたフローチングケースと、
該フローチングケースの内周に前記ピストンの外周に摺接して設けられた第１のシールリングと、
該第１のシールリングの外周側に並設され弾力によって前記第１のシールリングの内周を前記ピストンの外周に押圧する第１の弾性リングと、
前記フローチングケースの外側側面とこれに対向する前記シリンダの側板との間に、前記フローチングケースの外周側に形成された前記空間内と外部との間を流体密にシールする第２のシールリングと、
該第２のシールリングの内側に並設され弾力によって前記第２のシールリングを前記側板に押圧する第２の弾性リングとを備え、
前記第２のシールリングが、前記フローチングケースの外側側面と前記側板との摺接部分より前記ピストン側に位置され、さらに前記ピストンの半径方向変位量より大きく離れた部分に設けられたことを特徴とする流体シール装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧シリンダ、空気圧シリンダ等の加圧流体で作動する流体機器に適用される流体シール装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２は、油圧により作動する油圧シリンダの従来の１例を示す。図２において、１はシリンダである。３０は該シリンダ１内に往復摺動自在に嵌合されたピストンで、シリンダ１の内周１ａに摺動するピストン部９、ピストンロッド部２及び被駆動体（不図示）に連結されるフランジ部３より成る。
【０００３】
前記シリンダ１内には、前記ピストン３０のピストン部９によって２つの油室１１ａ、１１ｂが区画形成されている。１０ａ及び１０ｂは前記油室１１ａ及び油室１１ｂに作動油（圧油）を夫々給排するための油穴であり、該油室１１ａと油室１１ｂとの圧力差によって前記ピストン３０がシリンダ１内を往復するようになっている。
３１は前記ピストン３０の背部に形成される背部室、４は該背部室３１を覆う蓋である。
【０００４】
前記シリンダ１の内周には、油室１１ａ側に取付ライナ５ａが、油室１１ｂ側に取付ライナ５ｂが夫々圧入されている。前記取付ライナ５ａ及び５ｂの油室１１ａ及び１１ｂ寄りの内周には高圧シール６ａ及び６ｂが設けられている。
該高圧シール６ａ、６ｂは、その内周とピストン３０のピストンロッド部２の外周との間に微小な隙間が形成される非接触型のフローチングシールにより構成される。
７ａ及び７ｂは前記取付ライナ５ａ及び５ｂに取付けられた軸受で、前記高圧シール６ａ及び６ｂの外側に夫々配置され、該高圧シール６ａ及び６ｂからの漏油等によって潤滑されるようになっている。
【０００５】
さらに前記取付ライナ５ａ及び５ｂには、前記軸受７ａ及び７ｂの外側に低圧シール８ａ及び８ｂが設けられている。低圧シール８ａ及び８ｂはシール性の良好なＵパッキン等の接触型シールが用いられ、軸受７ａ及び７ｂを通過した油の外部への漏洩を阻止している。
１２ａは、前記軸受７ａと低圧シール８ａとの間に穿設されたドレン穴、１２ｂは軸受７ｂと低圧シール８ｂとの間に穿設されたドレン穴であり、前記軸受７ａ及び７ｂを通過し、低圧シール８ａ及び８ｂによりシールされた油が該ドレン穴１２ａ及び１２ｂから外部に排出されるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる従来の流体シール装置には次のような解決すべき課題がある。
【０００７】
（１）軸受７ａ、７ｂには、一般に銅合金等の軟質金属が用いられている。然るに、油室１１ａ、１１ｂ内の作動油の温度上昇、あるいは摩擦熱による該軸受７ａ、７ｂの温度上昇があると、銅合金製の軸受７ａ、７ｂの熱変形は、ピストンロッド部２と軸受７ａ、７ｂとの隙間を小さくする方向に作用する。このため、かかる従来技術においては、軸受７ａ、７ｂによるピストンロッド部２の隙間の過小による、いわゆる抱き付きによる軸受の損傷の発生を防止するため、軸受隙間を大きく設定せざるを得ず、ピストンロッド部２の径が大きくなる程前記隙間は大きくなる。これにより、軸受７ａ、７ｂ部からの油漏れが多くなる。
【０００８】
（２）ピストン３０のフランジ部３に結合される被駆動体に軸直角方向の交番荷重が作用すると、ピストン３０はこれのピストンロッド部２と軸受７ａ、７ｂとの前記軸受隙間内で半径方向に運動し変位する。
そして、かかるピストンロッド部２の前記半径方向変位量が、低圧シール８ａ、８ｂの接触シールの許容変位量を越えると該低圧シール８ａ、８ｂのシール能力が無くなり、油の漏れ量が急激に増加し、あるいは接触型シールつまり低圧シール８ａ、８ｂの損傷が発生する。
殊にピストンロッド部２の径が大きくなると該ピストンロッド部２の半径変位量が大きくなるため、通常の接触型シールではかかる半径方向の変位量に追随できず、適用可能な接触型シールが皆無となり前記不具合の発生が避けられなくなる。
【０００９】
本発明にかかる従来技術の課題に鑑み、ピストンの半径方向変位量が過大となり、あるいは軸受隙間が過大となっても、かかる変位や隙間の変化に影響されることなく確実に油等の流体をシールできるとともに、シール部の寿命が延長され、かつ低コストの流体シール装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するため、シリンダの内周を往復動するピストンと、該シリンダの内周にて前記ピストンを支持する軸受と、前記ピストンとシリンダの内周とにより区画形成され、加圧流体が給排される流体室と、該流体室と外部との間を流体密にシールするシール機構とを備えた流体シール装置であって、前記シール機構は、前記シリンダの内部に前記ピストンの外周に臨んで形成された空間と、該空間内に移動可能に収納されたフローチングケースと、該フローチングケースの内周に前記ピストンの外周に摺接して設けられた第１のシールリングと、該第１のシールリングの外周側に並設され弾力によって前記第１のシールリングの内周を前記ピストンの外周に押圧する第１の弾性リングと、前記フローチングケースの外側側面とこれに対向する前記シリンダの側板との間に、前記フローチングケースの外周側に形成された前記空間内と外部との間を流体密にシールする第２のシールリングと、該第２のシールリングの内側に並設され弾力によって前記第２のシールリングを前記側板に押圧する第２の弾性リングとを備え、前記第２のシールリングが、前記フローチングケースの外側側面と前記側板との摺接部分より前記ピストン側に位置され、さらに前記ピストンの半径方向変位量より大きく離れた部分に設けられたことを特徴とする流体シール装置を提案する。
【００１１】
かかる発明によれば、フローチングケースの内周に並設された内側の第１のシールリング及び該第１のシールリングの外周側の第１の弾性リングのうち該第１のシールリングはピストンの外周に常時摺接することにより軸受の作用及び半径方向の隙間を一定に保持する作用をなし、また前記第１の弾性リングは半径方向に弾力性を保持しながらピストンの半径方向の変位に追従してシール作用を行なう。
【００１２】
これにより、ピストンの半径方向の変位が大きくなっても、第１の弾性リングが速やかに追従して良好なシール性を保持することができる。また、軸受隙間が過大となっても、前記第１のシールリングと第１の弾性リングの接触型の２段階シールにより確実に流体のシールをなすことができる。
【００１４】
また、かかる発明によれば、フローチングケースの空間内での移動により、該フローチングケースの外側側面とシリンダの側板との当接部に隙間が生じても、前記第２の弾性リングがフローチングケースの変位に追従して前記第２のシールリングを側板の当接部に押し付けてシール作用を行なうので、該当接部からの流体の漏洩は確実に阻止される。
さらに、前記第２のシールリングが、前記フローチングケースの外側側面と前記側板との摺接部分より前記ピストン側に、前記ピストンの半径方向変位量より大きく離れて位置されたことにより、前記フローチングケースの外側側面と前記側板との摺接部分に損傷が生じても、これが前記第２のシールリングのシール性に影響を及ぼすことがない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がないかぎりは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００１６】
本発明の実施形態は、図２に示す油圧シリンダの取付ライナ５ａ、５ｂ、高圧シール６ａ、６ｂ、軸受７ａ、７ｂ、低圧シール８ａ、８ｂ等からなる油圧シール部を改良したものである。
図２において、１はシリンダであり、該シリンダ１内にはピストン部９、ピストンロッド部２及びフランジ部３より成るピストン３０が往復摺動自在に嵌合されている。
【００１７】
前記シリンダ１内には、前記ピストン３０のピストン部９によって２つの油室１１ａ、１１ｂが区画形成されている。
１０ａ及び１０ｂは前記油室１１ａ、油室１１ｂに作動油を夫々給排するための油穴であり、該油室１１ａと油室１１ｂとの圧力差によって前記ピストン３０がシリンダ１内を往復動するようになっている。
３１は前記ピストン３０の背部に形成される背部室、４は背部室３１を覆う蓋である。
前記シリンダ１の内周には、油室１１ａ側に取付ライナ５ａが、油室１１ｂ側に取付ライナ５ｂが夫々圧入されている。以上の構成は図２に示す従来の油圧シリンダと同様である。
【００１８】
本発明は前記のように図２に示す油圧シリンダの油圧シール部を改良したもので、図１はその実施形態を示す図２のＺ部の拡大図である。
図１において、シリンダ１に圧入された取付ライナ５ｂの端面５ｂ1 には、穴あき円板上の側板１８ｂがボルト（不図示）によって固着されている。１９ｂは該側板１８ｂの内面２６と前記端面５ｂ1 との油漏れをシールするＯリングである。
【００１９】
２５は前記取付ライナ５ｂに凹設された空間で、前記端面５ｂ1 の内周側からシリンダ１の内側へむけて凹設され、その内部には円環状のフローチングケース１３ｂが収納されている。該フローチングケース１３ｂは前記空間２５内にその端面と微小間隙を存して浮動状態にて収納され、その外側面２７（詳細は後述）と前記側板１８ｂの内面２６とを当接させたとき、内側面２８と前記空間２５の側面２９との間に微小間隙ｈが形成される。
【００２０】
そして前記フローチングケース１３ｂの内周には、内側にウェアリング１４ｂ、外側にＯリング（弾性体）１５ｂ2 とシールリング１５ｂ1 とより成る低圧ロッドシール１５ｂが長手方向に並設されている。
前記ウェアリング１４ｂは、その内周面を前記ピストンロッド部２の外周面に摺接させた接続型シールであり、ＰＴＦＥ等の樹脂材からなる。
また、前記低圧ロッドシール１５ｂは外周側のＯリング１５ｂ2 の弾力でシールリング１５ｂ1 の内周をピストンロッド部２の外周に押圧するように構成された組合せ型のシールである。尚、該低圧ロッドシール１５ｂはＵパッキンでもよい。
【００２１】
１６ｂは前記フローチングケース１３ｂの外側面２７と側板１８ｂの内面２６との間をシールする低圧端面シールで、前記低圧ロッドシール１５ｂと同様、側板１８ｂの内面２６に当接されるシールリング１６ｂ1 と該シールリングを押し付ける弾性体からなるＯリング１６ｂ2 とによって構成されている。
前記低圧端面シール１６ｂが挿入されるリング溝３２の外周側には、浅い切欠き溝２０ｂが刻設されている。該切欠き溝２０ｂの半径方向長さＬはピストンロッド部２の半径方向変位量よりも大きく形成される。
そして前記フローチングケース１３ｂは、前記切欠き溝２０ｂよりも外周側の外側面２７が側板１８ｂの内面２６と反対側に前記間隙ｈを存して当接し、前記リング溝３２よりも内周側は前記側板１８ｂとｈ1 なる間隙を形成している。
【００２２】
また前記フローチングケース１３ｂには、その外周面から内周面へと貫通された連通孔１７ｂが設けられ、該連通孔１７ｂは前記空間２５と前記軸受７ｂの外側の空間２１ｂとを連通している。１２ｂは前記空間２１ｂと外部とを連通するドレン穴である。
【００２３】
かかる構成からなる油圧シール装置において、軸受７ｂへの油圧０（ゼロ）のときには、フローチングケース１３ｂは、低圧端面シール１６ｂの圧縮及び反作用力で取付ライナ５ｂの側面２９に押し付けられている。
また、軸受７ｂに所定の圧力で油（潤滑油）が供給されているときは、空間２１ｂを経てドレン穴１２ｂへと流れる油には管路抵抗を生じ、この管路抵抗に相当する圧力Ｐが軸受７ａ及び空間２１ｂに生ずる。この圧力Ｐが間隙ｈに入ってフローチングケース１３ｂの内側面２８に作用し、該フローチングケース１３ｂを前記側板１８ｂに押し付ける。
【００２４】
また、前記空間２１ｂ内の油は連通孔１７ｂを経て空間２５に入り、フローチングケース１３ｂの外側面２７と側板１８ｂの内面２６との摺接部の潤滑に利用される。そして前記空間２１ｂ及び該空間２１ｂと連通孔１７ｂを介して連通される空間２５は低圧ロッドシール１５ｂ及び低圧端面シール１６ｂにより密封されることとなり、これによって該空間２１ｂ内の油はドレン穴１２ｂから外部へ排出される。
【００２５】
かかる実施形態によれば、ピストンロッド部２の半径方向変位が大きい場合には、該ピストンロッド部２はウェアリング１４ｂを介してフローチングケース１３ｂを半径方向に変位させる。この際において、前記ピストンロッド部２と低圧ロッドシール１５ｂとの隙間は許容変位量以内に維持され、この部位のシール性は良好に保持される。
また、前記ウェアリング１４ｂは、前記ピストンロッド部２と摺接することにより軸受作用を行ない、フローチングケース１３ｂとピストンロッド部２との直接接触による損傷が防止される。また、前記ウェアリング１４ｂにＰＴＦＥ等の樹脂材を用いることにより、ピストンロッド部２との間の摩擦損失が低減される。
【００２６】
前記低圧ロッドシール１５ｂは、ＵパッキンあるいはＯリングとＰＴＦＥ等の樹脂材とを組合せたシールをしているので、低圧ロッドシール１５ｂの許容変位量を大きく採ることができる。これにより、ピストンロッド部２の半径方向微小変位はこの低圧ロッドシール１５ｂで吸収し、フローチングケース１３ｂを微小変位させることがなく、該フローチングケース１３ｂの反軸受側端面の摩擦が低減させる。また、かかるシールは接触型シールであるので、シール部からの流体の漏れ量も微小量に維持できる。
【００２７】
また、前記フローチングケース１３ｂの反軸受側端面に、即ち外側面２７にＵパッキンあるいはＯリングとＰＴＦＥ等の樹脂リングとを組み合わせてなる低圧端面シール１６ｂを設けているので、フローチングケース１３ｂの内側面２８と、該フローチングケース１３ｂが挿入される空間での側面２９と隙間ｈは、該フローチングケース１３ｂが側板１８ｂと接触した場合でも、また、反対側の取付ライナ５ｂの側面２９と接触した場合でも、前記低圧端面シール１６ｂのシール性が維持できるように設定することができる。
【００２８】
また前記フローチングケース１３ｂは、稼動時においては側板１８ｂに油圧により押し付けられており、該フローチングケース１３ｂの半径方向の運動に伴ないフローチングケース１３ｂの外側面２７と側板１８ｂ及び低圧端面シール１６ｂと側板１８ｂとは摺接している。
【００２９】
また、フローチングケース１３ｂの低圧端面シール１６ｂが挿入されるリング溝３２の外周部には浅い切欠き溝２０ｂが設けられており、該切欠き溝２０ｂの幅Ｌはピストンロッド部２の半径方向変位量よりも大きく形成している。これによって、低圧端面シール１６ｂと摺接する側板１８ｂの内面２６と、フローチングケース１３ｂの外側面２７に摺接する側板１８ｂの内面部分を分離することができ、後者の摺接面に損傷が生じても、これが前者のシール性には影響を及ぼすことはない。
【００３０】
さらに、フローチングケース１３ｂに連通孔１７ｂを設けているので、油をフローチングケース１３ｂの外側面２７と側板１８ｂの内面２６との摺動面に供給することができ、かかる摺接面の異常摩耗や焼付き等の損傷の発生を防止できる。
【００３１】
尚、この実施形態は図１に示すようにフランジ３寄りの取付ライナ５ｂについて示したが、内側の取付ライナ５ａについても、前記実施形態と同様な構成、機能を備えた装置とすることができる。
【００３２】
また、前記実施形態は本発明を油圧シリンダに適用した場合について示したが、本発明はこれに限定されることなく、各種油圧機器、並びに空気圧を利用した空気圧シリンダ等の空気圧機器等、加圧流体を使用する機器の流体シール部に適用できる。
【００３３】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、シリンダの空間内に収納されたフローチングケースの内周に、内側の第１のシールリングと外側の第１の弾性リングとを並設したので、シールリングが軸受けの作用及び半径方向に隙間を一定に保持する作用をなす一方、第１の弾性リングが半径方向に弾力性を保持しながらピストンの半径方向変位に確実に追従してシール作用をなすことができる。
【００３４】
従って、前記第１のシールリングによる軸受作用及び隙間保持作用と、第１の弾性リングによるシール作用とを組合せてなさしめることにより、ピストンの大きな半径方向変位に正しく追従し、さらに、軸受隙間が過大となっても前記第１のシールリングと第１の弾性リングとの組合せによって、漏れのない確実な流体シールをなすことができる。
また、第１のシールリングに軸受作用をなさしめることにより、第１の弾性リングに過大な荷重が加わることがなく、シール部の寿命が延長される。
【００３５】
さらに、軸受作用及び半径方向隙間の保持作用をなす第１のシールリングとシール作用をなす第１の弾性リングを分離したので、ロッドシールとしての第１の弾性リングの選定範囲が拡がり、低コストとなる。
【００３６】
また、フローチングケースの移動に対しても該フローチングケースの側部に設けた第２の弾性リングが前記移動に正しく追従することにより、これによってフローチングケースの外側側面とこれに対向するシリンダの側板との間で確実に流体シールを行なうことができる。
さらに、前記第２のシールリングが、前記フローチングケースの外側側面と前記側板との摺接部分より前記ピストン側に、前記ピストンの半径方向変位量より大きく離れて位置されたことにより、前記フローチングケースの外側側面と前記側板との摺接部分に損傷が生じても、これが前記第２のシールリングのシール性に影響を及ぼすことがなく、フローチングケースの外側側面とこれに対向するシリンダの側板との間で確実に流体シールを行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかる油圧シリンダ用シール装置の要部拡大断面図（図２のＺ部に対応する図）である。
【図２】本発明が適用される油圧シリンダにおける従来のシール装置を装備した縦断面である。
【符号の説明】
１            シリンダ
２            ピストンロッド部
５ａ、５ｂ    取付ライナ
５ｂ1         端面（取付ライナ）
６ａ、６ｂ    高圧シール
７ａ、７ｂ    軸受
１１ａ、１１ｂ    油室
１３ｂ        フローチングケース
１４ｂ        ウェアリング
１５ｂ        低圧ロッドシール
１５ｂ1       シールリング
１５ｂ2       Ｏリング
１６ｂ        低圧端面シール
１６ｂ1       シールリング
１６ｂ2       Ｏリング
１７ｂ        連通孔
１８ｂ        側板
１９ｂ        Ｏリング
２０ｂ        切欠き溝
２１ｂ        空間
２５          空間
２６          内面（側板）
２７          外側面（フローティングケース）
２８          内側面（フローティングケース）
２９          側面
３０          ピストン
【図１】
0003957832.tif 000002
【図２】
0003957832.tif 000003