(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ本体の内部に摺動可能に配設されて該シリンダ本体の内部を二つの圧力室に画成するピストンロッドを備え、該ピストンロッドは一方の圧力室に水を供給することにより伸張方向に移動されかつ他方の圧力室に水を供給することにより短縮方向に移動され、前記シリンダ本体には該ピストンロッドのロッド部が貫通する貫通穴が形成され、該貫通穴には前記ロッド部を摺動可能に支持する摺動軸受けと前記他方の圧力室からの水の洩れを防止する軸封パッキン部材とが設けられ、シリンダ本体には前記ピストンロッドが少なくとも短縮方向に移動されたときに、前記軸封パッキンよりも外側に位置する前記ロッド部の外周面に潤滑水を供給する潤滑水供給手段が設けられ、
前記貫通穴には前記軸封パッキン部材の外側に塵挨混入防止用のダストシール部材が設けられ、前記潤滑水供給手段は前記軸封パッキン部材と前記ダストシール部材との間に配置され、
前記潤滑水供給手段は前記ロッド部の外周面を常時濡らすために潤滑水を貯溜する貯溜室を有し、前記軸封パッキン部材から漏れた水が前記貯留室から排水口に排出されるように構成されていることを特徴とする水圧式シリンダ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の水圧式シリンダ装置において、
前記軸受け部材は第１軸受け部材と第２軸受け部材とからなり、該第１軸受け部材と該第２軸受け部材とは前記軸封パッキン部材を挟んで間隔を開けて配置されているとともに、前記第２軸受け部材と前記軸封パッキン部材との間に、前記貯留室を配置し、
前記第２軸受け部材は、前記軸封パッキン部材と前記ダストシール部材との間に配置されていることを特徴とする水圧式シリンダ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐久性の向上を図ることのできる水圧式シリンダ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、各種の産業分野において、シリンダ装置として油圧式のものが用いられている。この種のシリンダ装置は、シリンダ本体の内部に摺動可能に配設されて、このシリンダ本体の内部を二つの圧力室に画成するピストンロッドを備えている。そのピストンロッドは一方の圧力室に作動液を供給することにより伸張方向に移動され、かつ、他方の圧力室に作動液を供給することにより短縮方向に移動される。
【０００３】
シリンダ本体には、ロッド部の貫通穴が形成されている。この貫通穴には、ロッド部を摺動可能に支持する摺動軸受けと他方の圧力室の作動液の洩れを防止する軸封パッキン部材とが設けられている。また、作動液としては油が用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この油圧式シリンダ装置では作動液に油が用いられているため、廃液の処理が難しく環境に優しくないとして、近時、廃液処理の容易な環境に優しいシリンダ装置として、作動液として水を用いた水圧式シリンダ装置の開発が望まれている。
【０００５】
この種の構造のシリンダ装置の作動液として油の代わりに水を用いると、水は油に較べて粘性が低いため、ピストンロッドが伸張方向に移動されたときに、ピストンロッドのロッド部外周に付着している水が軸封パッキン部材により剥ぎ取られるが、剥ぎ取られる直前までロッド部の外周面を濡らしていた水膜が軸封パッキン部材とロッド部との接触面で潤滑作用を果たすので、ピストンロッドは伸張方向にはスムーズに移動できる。
【０００６】
しかしながら、ピストンロッドを短縮方向に移動させようとすると、軸封パッキン部材により水膜が剥ぎ取られて外周面が乾いた状態のロッド部が軸封パッキン部材に摺接してシリンダ本体の内部に引き込まれるため、軸封パッキン部材とロッド部との間の接触面の摺動抵抗が大きくなり、これが何度も繰り返されると、軸封パッキン部材が摩耗して水洩れが発生する原因となり、水圧式シリンダ装置は油圧式シリンダ装置に較べて耐久性に劣るという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、その課題は、軸封パッキン部材の摺動抵抗を軽減し、油圧式シリンダ装置に匹敵する耐久性に優れた水圧式シリンダ装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本願請求項１に記載の発明に係る水圧式シリンダ装置は、シリンダ本体の内部に摺動可能に配設されて該シリンダ本体の内部を二つの圧力室に画成するピストンロッドを備え、該ピストンロッドは一方の圧力室に水を供給することにより伸張方向に移動されかつ他方の圧力室に水を供給することにより短縮方向に移動され、前記シリンダ本体には該ピストンロッドのロッド部が貫通する貫通穴が形成され、該貫通穴には前記ロッド部を摺動可能に支持する摺動軸受けと前記他方の圧力室からの水の洩れを防止する軸封パッキン部材とが設けられ、シリンダ本体には前記ピストンロッドが少なくとも短縮方向に移動されたときに、前記軸封パッキンよりも外側に位置する前記ロッド部の外周面に潤滑水を供給する潤滑水供給手段が設けられていることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、ピストンロッドが短縮方向に移動されてシリンダ本体の内部に引き込まれる際には、ピストンロッドが伸張方向に移動したときに水膜が剥ぎ取られて乾いた状態にあるロッド部の外周面に、潤滑水供給手段から潤滑水が供給されるので、軸封パッキン部材とロッド部との間の接触面の摺動抵抗を軽減でき、ひいては軸封パッキン部材の摩耗低減を図ることができることになって、油圧式シリンダ装置に匹敵する耐久性を得ることができる。
【００１０】
また、本願請求項２に記載の発明は、請求項１に記載された水圧式シリンダ装置おいて、前記貫通穴には前記軸封パッキン部材の外側に塵挨混入防止用のダストシール部材が設けられ、前記潤滑水供給手段は前記軸封パッキン部材と前記ダストシール部材との間に配置されていることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、ピストンロッドを短縮方向へ移動させるときに当該ダストシール部材によって塵挨が除去され、塵挨が付着したまま軸封パッキン部材にロッド部が摺接して引き込まれることを防止でき、塵挨による軸封パッキンの損傷を抑制できる。さらに、潤滑水供給手段により供給される潤滑水をダストシール部材によって封じ、外部への潤滑水の漏れを低減できる。
【００１２】
また、本願請求項３に記載の発明は、請求項２に記載された水圧式シリンダ装置において、前記ダストシール部材は潤滑水が前記貫通穴から洩れ出るのを防止する環状リップ部と塵挨が前記ロッド部の外周面に付着して前記シリンダ本体の内部に混入するのを防止する環状リップ部とを備えた二重リップ構造であることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、潤滑水が貫通穴から外部に流出するのをより低減できる。更に、潤滑水供給部分を大気圧雰囲気になるようにしておけば、前記環状リップ部も大気圧となるので、高圧下でのシール性能を要求されず、環状リップ部がロッドを押圧する力が小さいものでよいため、摩擦抵抗が小さく磨耗を低減できるとともに、シール材の選定自由度が増す。
【００１４】
また、本願請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載された水圧式シリンダ装置において、前記潤滑水供給手段は前記ロッド部の外周面を常時濡らすために潤滑水を貯溜する貯溜室を有することを特徴とするものである。本発明によれば、簡単な構造で潤滑水供給手段を形成することができる。
【００１５】
また、本願請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載された水圧式シリンダ装置において、前記潤滑水供給手段は前記ロッド部の外周面を常時濡らすために流水を供給する供給通路を有することを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明によれば、軸封パッキン部材とロッド部との摩擦により発生した熱を流水により受熱して取り除くことができるので、ロッド部の冷却効果を向上させることができ、軸封パッキン部材の耐久性の低下を抑制できる。
【００１６】
また、本願請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載された水圧式シリンダ装置において、前記ロッド部の外周面に向けて潤滑水を噴霧する噴射部を有することを特徴とするものである。本発明によれば、少量の潤滑水をロッド部に供給できることになり、貫通穴から外部に潤滑水が流出する虞を軽減することができる。
【００１７】
また、本願請求項７に記載の発明は、請求項４または５に記載された水圧式シリンダ装置において、前記軸受け部材は第１軸受け部材と第２軸受け部材とからなり、該第１軸受け部材と該第２軸受け部材とは前記軸封パッキン部材を挟んで間隔を開けて配置されていると共に、前記第２軸受け部材は、前記軸封パッキン部材と前記ダストシール部材との間に配置されていることを特徴とするものである。
本発明によれば、両軸受け間の間隔を大きくとれるので、ピストンロッドをしっかりと支持することができ、もって軸振れ防止を図ることができ、ひいては、軸封パッキン部材の偏摩耗を低減できる。
【００１８】
また、本願請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載された水圧式シリンダ装置において、前記シリンダ本体には前記他方の圧力室に水を給排するための給排ポートが設けられ、該給排ポートと前記他方の圧力室とは前記ロッド部に沿って延びる環状連通路によって連通され、前記ピストンロッドには前記伸張方向に移動されたときに前記環状連通路に嵌合する大径嵌合部が形成され、前記シリンダ本体には、絞り弁を介して前記給排ポートと前記他方の圧力室とを連通してクッション作用を果たすクッション通路が形成されると共に、前記シリンダ本体には前記環状通路に連通してかつ前記他方の圧力室に臨む部分にクッションシール部材が設けられ、該クッションシール部材と前記大径嵌合部が係合して該環状通路部を閉塞することを特徴とするものである。
請求項８に記載の発明によれば、クッションシール部材と大径嵌合部とにより、環状連通路を閉塞するから、水の流出を防ぐ。そして、絞り弁を介して水を制限して流出させるから、ピストンロッドの伸張方向の移動終端での衝撃力を吸収できる。
【００１９】
また、本願請求項９に記載の発明は、請求項８に記載された水圧式シリンダ装置において、前記クッションシール部材が超高分子量ポリエチレンからなることを特徴とするものである。
請求項９に記載の発明によれば、クッションシール部材の材料に超高分子量ポリエチレンを用いたので、クッション作用時に生じる急激な圧力上昇に耐えることができる。さらに、大径嵌合部と摺動しても磨耗が少ない。よって、耐久性がより一層向上する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る水圧式シリンダ装置の一実施の形態を図１ないし図４を参照しつつ説明する。図１は本発明に係る水圧式シリンダ装置の縦断面図であって、ピストンロッドが短縮方向に移動されてその移動終端で停止している状態を示し、図２は図１に示すクッションシール部材の拡大断面図であり、図３は図１に示すダストシール部材の拡大断面図であり、図４は本発明に係る水圧式シリンダ装置の縦断面図であって、ピストンロッドが伸張方向に移動されて移動終端近傍に達している状態を示している。
【００２１】
図１において、符号１はシリンダ本体、符号２はピストンロッドである。ピストンロッド２はシリンダ本体１の内部に摺動可能に配設されている。そのシリンダ本体１は、シリンダチューブとヘッドカバー部材３とロッドカバー部材４とを有し、シリンダチューブの一方の端部は、ヘッドカバー部材３によって閉成され、他方の端部は、ロッドが突出する突出側端部としてのロッドカバー部材４によって閉成されている。
【００２２】
そのピストンロッド２はピストン部５とロッド部６とからなっている。シリンダ本体１の内部は、ピストン部５によって二つの圧力室７、８に画成されている。そのピストン部５にはシールリング部材５ｂと軸受け５ａ,５ｃとが嵌合されている。
【００２３】
ヘッドカバー部材３には、一方の圧力室７に作動液を給排する給排ポート９が形成されている。また、ロッドカバー部材４には、他方の圧力室８に作動液を給排する給排ポート１０が形成されている。その作動液は水である。水としては、純水、水道水、河川や池の水、高含水等が用いられる。
ヘッドカバー部材３には、圧力室７と給排ポート９とを連通する環状連通路１１がピストンロッド２の延びる方向に沿って設けられている。また、ロッドカバー部材４には、圧力室８と給排ポート１０とを連通する環状連通路１２がピストンロッド２の延びる方向に沿って設けられている。
【００２４】
ピストンロッド２は、圧力室７に水を供給することにより伸張方向（矢印Ａ１方向）に移動され、かつ、圧力室８に水を供給することにより短縮方向（矢印Ａ２方向）に移動される。
【００２５】
ピストンロッド２には、短縮方向に移動されたときに環状連通路１１に嵌合して環状連通路１１を閉塞する大径嵌合部１３がピストン部５に一体に形成されていると共に、伸張方向に移動されたときに環状連通路１２に嵌合してこの環状連通路１２を閉塞する大径嵌合部１４がピストン部５に一体に大径嵌合部１３とは反対側に形成されている。
【００２６】
ヘッドカバー部材３には絞り弁１５が設けられている。この絞り弁１５はオリフィス通路１６を有する。そのヘッドカバー部材３には絞り弁１５を介して圧力室７と給排ポート９とを連通してクッション作用を果たすクッション通路１７が形成されている。
【００２７】
ロッドカバー部材４には絞り弁１８が設けられている。この絞り弁１８はオリフィス通路１９を有する。そのロッドカバー部材４には絞り弁１８を介して圧力室８と給排ポート１０とを連通してクッション作用を果たすクッション通路２０が形成されていると共に、ピストンロッド２の伸張方向の移動終端側で且つ圧力室８に臨む環状連通路１２の拡径穴１２ａにクッションシール部材２１が設けられている。
【００２８】
そのクッションシール部材２１には、図２に拡大して示すように半径方向に放射状に延びる放射溝２１ａが四方に（図２においては３ヶ所が現れ、残りの１ヶ所は手前側の図面に現れない位置に形成されている）形成されているリング状体からなる。このリング状体は一ヶ所で切断され、装着するときにこの切断部分でリング状体を開いて装着できるようになっている。符号３５はその切断箇所を示す。このクッションシール部材２１には、図４に示すようにピストンロッド２が伸張方向に移動されたときに、その伸張方向の移動終端近傍において大径部１４が嵌合され、これにより、環状連通路１２が閉鎖されて、圧力室８内の水が矢印Ｂ１、Ｂ２で示すようにクッション通路２０を経由して絞り弁１８によって流量を絞られて、矢印Ｂ３で示すように給排ポート１０に向かって流れるようになっている。従って、ピストンロッド２の伸張方向の移動終端での衝撃力が緩和されるようになっている。
【００２９】
クッションシール部材２０の材料には、クッション作用時に生じる急激な圧力上昇に耐えることができる超高分子量ポリエチレンが用いられている。絞り弁１５、１８はオリフィス面積を調整可能であり、この絞り弁１５、１８を操作することによって、ピストンロッド２の移動終端でのクッション力を調整できるようになっている。
【００３０】
ロッドカバー部材４には、ロッド部６が貫通する貫通穴２３が形成されている。この貫通穴２３にはロッド部６を摺動可能に支持する摺動軸受け部材２４と圧力室８の水の洩れを防止する軸封パッキン部材２５とが設けられている。
【００３１】
軸封パッキン部材２５は、バッファリング２６とロッドパッキン部材２７とからなっており、このバッファリング２６とロッドパッキン部材２７とはロッド部５の延びる方向に近接して設けられている。バッファリング２６は、圧力室８内の圧力を大気圧に向けて低減する役割を果たす。ロッドパッキン部材２７は、バッファリング２６から洩れ出た水が外部に洩れ出るのを防止する役割を果たす。
【００３２】
摺動軸受け２４は、ピストンロッド２の延びる方向に間隔を開けて配設された第１軸受け部材２８と第２軸受け部材２９とからなっている。軸封パッキン部材２５は第１軸受け部材２８と第２軸受け部材２９との間に位置している。これにより、両軸受け２８，２９間の間隔を大きくとれるので、ピストンロッド２をしっかりと支持することができ、もってピストンロッド２の往復動の際の軸振れが防止される。
【００３３】
ロッドカバー部材４には、ロッドパッキン部材２７と第２軸受け部材２９との間でロッドパッキン部材２７の近傍に、ピストンロッド２が少なくとも短縮方向に移動されたときにロッド部６の外周面６ａに潤滑水を供給する潤滑水供給手段としての貯溜室３０が設けられている。この貯溜室３０には給水口３１から水を供給可能であり、排水口３２から水を排出可能である。
【００３４】
給水口３１に潤滑水供給通路としての図示を略す給水ホースを接続し、給水口３１から貯溜室３０に向けて常時水を流しても良く、このように水を常時流して潤滑することとすると、軸封パッキン部材２５とロッド部６との摩擦により発生した熱を流水により受熱して取り除くことができるので、ロッド部６の冷却効果を向上させることができる。
【００３５】
また、給水口３１から貯溜室３０に向けて水を流す代わりに、ピストンロッド２が短縮方向に可動されるときにのみ、ロッド部６の外周面６ａに少量の潤滑水を噴霧する図示を略す噴射部を設けるようにしても良い。
【００３６】
ロッドカバー部材４には、第２軸受け部材２９よりもロッド部５の突出側に塵挨混入防止用のダストシール部材３３が設けられている。このダストシール部材３３は、図３に拡大して示すように潤滑水が貫通穴２３から洩れ出るのを防止する環状リップ部３３ａと塵挨がロッド部６の外周面６ａに付着してシリンダ本体１の内部に混入するのを防止する環状リップ部３３ｂとの二重リップ構造からなっている。貯溜室３０は大気圧下におかれるから、このダストシール部材３３は、ロッド部６に緩く接触されている。これにより、そのロッド部６との摩擦抵抗は小さくなる。図３において、符号３６はバックアップリングを示し、該バックアップリング３６は、当該ダストシール部材３３をピストンロッド２の表面へ押し付けるためのものである。
【００３７】
上記実施の形態によれば、ピストンロッド２が短縮方向に移動されてシリンダ本体１の内部に引き込まれる際には、ピストンロッドが伸張方向に移動したときに水膜が剥ぎ取られて乾いた状態にあるロッド部６の外周面に、貯溜室３０から潤滑水が供給されるので、軸封パッキン部材２５とピストンロッド２との間の接触面の摺動抵抗を小さくでき、ひいては軸封パッキン部材２５の摩耗軽減を図ることができ、油圧式シリンダ装置に匹敵する耐久性を得ることができる。
【００３８】
本発明者等は、上記実施の形態に係る水圧式シリンダ装置において、ピストンロッド２の繰り返し摺動距離の総和が飛躍的に伸びたことを確認した。
【００３９】
なお、上記実施の形態によれば、ロッドパッキン部材２７から万一水洩れが発生したとしても、貯溜室３０からその水排出口３２が排出されるので、ダストシール部材３３に要求される封止能力をより一層軽減できる。
【００４０】
また、潤滑水と２つの圧力室に供給される水とは同じものを使用することが可能であり、同じ水圧源から供給することもできる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、ピストンロッドが短縮方向に移動されてシリンダ本体の内部に引き込まれる際には、ピストンロッドが伸張方向に移動したときに水膜が剥ぎ取られて乾いた状態にあるそロッド部の外周面に、潤滑水供給手段から潤滑水が供給されるので、軸封パッキン部材とロッド部との間の接触面の摺動抵抗を軽減でき、ひいては軸封パッキン部材の摩耗低減を図ることができ、油圧式シリンダ装置に匹敵する耐久性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る水圧式シリンダ装置の縦断面図であって、ピストンロッドが短縮方向に移動されてその移動終端で停止している状態を示している。
【図２】図１に示すクッションシール部材の断平面図である。
【図３】図１に示すダストシール部材の断面図である。
【図４】本発明に係る水圧式シリンダ装置の縦断面図であって、ピストンロッドが伸張方向に移動されて移動終端近傍に達している状態を示している。
【符号の説明】
１  シリンダ本体
２  ピストンロッド
４  ロッドカバー部材
５  ピストン部
６  ロッド部
６ａ  外周面
７、８  圧力室
１３、１４  大径嵌合部
２０  クッション通路
２１  クッションシール部材
２３  貫通穴
２４  摺動軸受け
２５  軸封パッキン部材
２６  バッファリング
２７  ロッドパッキン部材
２８  第１軸受け部材
２９  第２軸受け部材
３０  貯溜室（潤滑水供給手段）
【図１】
0004350841.tif 000002
【図２】
0004350841.tif 000003
【図３】
0004350841.tif 000004
【図４】
0004350841.tif 000005