JP2003021111A - 油圧シリンダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 油圧シリンダの作動時において、ロッドが導
出されている状態で、その表面に岩石等の物体が衝突し
て、傷が付いたとしても、ロッドが縮小する際に、この
傷により生じる尖った部分を鈍化させることによって、
オイルシールやダストシール等からなる弾性シール部材
が損傷したり、摩耗したりするのを確実に防止でき、こ
れら弾性シール部材を長寿命化する。 【解決手段】 シリンダチューブ１内に設けたピストン
２に連結したロッド３を外部に導出させるロッドガイド
２０には４つの円環状の凹溝２１〜２４が形成されてお
り、最内端側の凹溝２１には、第１のオイルシール１３
が、２番目の凹溝２２には第２のオイルシール１４が、
第３番目の凹溝２３にはダストシール１５が装着され、
第４番目の凹溝２４が最外端部の位置に形成されてい
る。この凹溝２４には、尖端鈍化手段として、円環状の
刃物２５が装着され、この刃物２５は、円環状板体２５
ａの内周部に円環状の刃先２５ｂを連設される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、建設機械の油圧ア
クチュエータ等として用いられる油圧シリンダに関する
ものであり、特に岩石等がロッドに衝突して、このロッ
ドが損傷した時にも、シール部材を保護できるようにし
た油圧シリンダに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】建設機械として、例えば油圧ショベルに
は、フロント作業機を駆動するために、油圧シリンダが
用いられる。油圧シリンダは、一般に、図８に示したよ
うに構成される。図中において、１は一端側が開口し、
他端側が閉塞したシリンダチューブ、２はこのシリンダ
チューブ１の内面に沿って摺動変位するピストン、３は
ピストン２に連結したロッド、４はシリンダチューブ１
の開口側端に連結され、ロッド３を外部に導出するよう
にガイドするロッドガイドである。シリンダチューブ１
の内部には、ピストン２によってボトム室５ａとロッド
室５ｂとに区画形成されており、シリンダチューブ１の
閉塞側端部にはボトム室５ａに通じる流路６が、ロッド
ガイド４にはロッド室５ｂに通じる流路７が設けられて
いる。

【０００３】シリンダチューブ１の閉塞側端部には、第
１の取付部１ａが設けられ、またロッド３の先端には第
２の取付部３ａが連結されている。従って、例えば油圧
ショベルのブームシリンダとして用いる場合には、第１
の取付部１ａが上部旋回体に連結され、第２の取付部３
ａがブームに連結される。また、流路６，７には方向切
換弁からの配管がそれぞれ接続されており、方向切換弁
を操作すると、流路６，７のうちの一方が油圧ポンプと
接続されて、ボトム室５ａまたはロッド室５ｂに高圧油
が流入し、他方が作動油タンクと接続されて、ロッド室
５ｂまたはボトム室５ａ内の圧力が低下して、ロッド３
が伸長したり、縮小したりするように作動することにな
る。

【０００４】以上のように構成される油圧シリンダにお
いては、ロッド３がロッドガイド４から外部に導出され
ることから、ロッドガイド４にはロッド貫通孔４ａが形
成されている。従って、ロッド３とロッド貫通孔４ａと
の間から作動油が流出したり、外部から異物が侵入した
りするのを防止しなければならない。このために、図９
に示したように、ロッドガイド４の内周面には、３箇所
にわたって円環状の凹溝１０，１１，１２が形成されて
おり、これら各凹溝１０〜１２には、それぞれ弾性シー
ル部材が設けられている。ロッドガイド４のうち、シリ
ンダチューブ１への連結側を内端部とし、それとは反対
側を外端部とした時に、最も内端部側の凹溝１０には、
第１のオイルシール１３が設けられており、また内端側
から２番目に位置する凹溝１１には第２のオイルシール
１４が設けられている。従って、これら第１，第２のオ
イルシール１３，１４は、ロッド室５ｂ内に向けて開口
するリップシールからなり、シリンダチューブ１内のロ
ッド室５ｂ内が高圧になっても、外部に作動油が漏れ出
さないように、２重のシール機構を構成している。さら
に、最外端部に位置する凹溝１２内には、ダストシール
１５が装着されており、このダストシール１５によっ
て、ロッド３の表面に付着した塵埃やその他の異物等が
ロッド室５ｂ内に侵入するのを防止している。さらに、
ロッドガイド４において、凹溝１０を形成した部位より
さらに内端部側にはブッシュ８が設けられており、ロッ
ド３はこのブッシュ８と摺動することになる。

【０００５】ここで、第１，第２のオイルシール１３，
１４及びダストシール１５（以下において、これらを総
称する場合には、弾性シール部材という）は、前述した
シール機能を十分発揮させるようにするために、少なく
ともそれらのロッド３外周面への当接部はゴム等の弾性
部材で構成され、これらの弾性部材は予圧を与えた状態
にして、つまりロッド３の外周面に対して圧接状態にし
て組み込まれている。従って、ロッド３が伸縮する際に
は、このロッド３はこれらの弾性シール部材に対して摺
動することになる。この摺動を円滑に行わせ、弾性シー
ル部材を摩耗乃至損傷させないようにするために、ロッ
ド３の外周面には、高周波焼き入れ等により硬質化させ
た上で、外周面を研磨し、さらにメッキ処理を施すよう
に仕上げ加工がなされる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述したよ
うに、油圧ショベルのフロント作業機の駆動手段等とし
て油圧シリンダを用いる場合、その作動中に岩石等が衝
突する可能性がある。油圧シリンダが伸長すると、ロッ
ドがシリンダチューブから導出されて、その一部分が外
部に露出する。この時に、岩石等がロッドに衝突する
と、このロッドを損傷させることになる。ロッドはその
表面硬度は極めて高くなるように仕上げられているもの
の、衝突状態等によっては、表面に傷を生じさせる可能
性がある。そして、ロッドの外面を損傷させると、この
ロッドの外周面と摺接している弾性シール部材に傷が生
じることになる。その結果、ダストシールが損傷する
と、外部からの異物侵入機能が損なわれ、またオイルシ
ールが損傷すると、作動油の外部漏れを生じることにな
る等といった不都合を生じる。

【０００７】また、油圧ショベル等の建設機械は野外に
配置される関係から、シリンダチューブからロッドを突
出させた状態で長い時間休止させると、粘土質の土やセ
メントがロッドの表面に付着してこびりつくおそれがあ
り、また合成樹脂シート，テープ，紙等が付着する可能
性もある。そして、ロッドへの付着物を除去しないまま
で機械を再起動し、ロッドをシリンダチューブ内に引き
込むと、ダストシールやオイルシールを損傷させる可能
性もある。

【０００８】本発明は以上の点に鑑みてなされたもので
あって、その目的とするところは、ロッドに岩石等の衝
突による損傷等があっても、弾性シール部材がそれに起
因して損傷するのを極力抑制できるようにすることにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために、本発明は、ピストンを摺動可能に設けたシリン
ダチューブの一端側にロッドガイドを連結して設け、前
記ピストンに連結したロッドをこのロッドガイドを介し
て外部に導出させ、ロッドガイドの内周面には、前記シ
リンダチューブへの連結側である内端部側から順に、シ
リンダチューブの内部から作動油が漏れ出すのを防止す
るためのオイルシールと、外部からの異物が侵入するの
を防止するためのダストシールとを装着した油圧シリン
ダであって、前記ロッドガイドには、さらに前記ダスト
シールの装着部より外端側の位置に、前記ロッドの表面
に生じた突起を滑らかにするための尖端鈍化手段を設け
る構成としたことをその特徴とするものである。

【００１０】ロッドがシリンダチューブの外部に導出さ
れている状態で、岩石やその他の物体が衝突すると、ロ
ッドが損傷したり、変形したりする可能性がある。ロッ
ドは高周波焼き入れ等により硬質化されているので、岩
石等の衝突により直ちに使用不能となる程度の損傷や変
形が生じるのは稀であるが、微小な傷が生じる可能性が
ある。たとえ、極めて微小な傷であっても、鋭利な尖端
となった突起がロッドの表面に生じたとしても、オイル
シールやダストシールからなる弾性シール部材にスクラ
ッチ傷を生じさせたり、摩耗を促進させたりすることに
なる。ただし、ロッドに多少の凹凸が生じたとしても、
表面に尖端部が形成されない限りは、つまり尖った突起
ではなく、丸みを帯びた突起である限りは、弾性シール
部材の撓みにより吸収されて、この弾性シール部材を格
別損傷させたり摩耗を生じたりするのを防止できる。

【００１１】本発明では、従ってロッドの衝突物により
凹凸が生じるのをやむを得ないものとして、たとえ突起
等が生じても、弾性シール部材に対する損傷や摩耗を生
じさせないように無害化するようにしている。このため
に、ロッドガイドに装着されているダストシールより外
端側の位置に衝突物等によりロッド表面に生じた突起を
滑らかにする尖端鈍化手段を設けるように構成した。

【００１２】突起そのものをなくすのではなく、微小で
鋭利な尖端を鈍化させるのであるから、この尖端を削り
取るか、または塑性変形させることによって、弾性シー
ル部材に傷や摩耗が生じない程度に丸みを持たせる。こ
の尖端鈍化手段は、具体的には、ロッドの外周面を囲繞
するように装着され、このロッド表面とは非接触状態で
対面する円環状の刃物、砥石、塑性変形部材の少なくと
もいずれか１つ乃至複数の組み合わせとして用いる。ロ
ッドの表面に尖端部が生じていないのに、尖端鈍化手段
がロッド表面に摺接させると、このロッド表面にかえっ
て傷が付くことになる。これを防止するには、ロッドガ
イドに円環状凹部を形成して、この円環状凹部に尖端鈍
化手段を装着するが、この尖端鈍化手段は、ロッドガイ
ドに対して前記ロッドの軸線と直交する方向に所定量移
動可能であり、かつこのロッドに作用する作用部の内径
は、ロッドの外径より僅かに大きいものとする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態について説明する。油圧シリンダの全体構成に
ついては、図８に示したものと格別の差異はないので、
それと同一または均等な部材については、同一の符号を
付して、その説明を省略する。まず、図１乃至図４に本
発明の第１の実施の形態を示す。まず、図１において、
２０はロッドガイドを示し、このロッドガイド２０はシ
リンダチューブ１内に設けたピストン２に連結したロッ
ド３を外部に導出させるためのものである。従って、ロ
ッドガイド２０には、ロッド貫通孔２０ａが形成されて
いる。ロッド貫通孔２０ａの内面には、ブッシュ８の装
着部に近い内端側から順に４つの円環状の凹溝２１〜２
４が形成されている。最内端側の凹溝２１には、第１の
オイルシール１３が、また内端から２番目の凹溝２２に
は第２のオイルシール１４が装着されており、さらに第
３番目の凹溝２３にはダストシール１５が装着されてい
る。

【００１４】ロッドガイド２０には、さらに第４番目の
凹溝２４が最外端部の位置に形成されている。この凹溝
２４には、尖端鈍化手段として、円環状の刃物２５が装
着されている。この刃物２５は、円環状板体２５ａの内
周部に円環状の刃先２５ｂを連設したものであり、刃先
２５ｂは円環状板体２５ａの外端側の面に形成されてお
り、好ましくは円環状板体２５ａの表面から外端側に多
少張り出した位置に形成されている。

【００１５】ここで、油圧シリンダの作動中において、
ロッド３が伸長した状態で、このロッド３に岩石等が衝
突すると、その表面に図２（ａ）に示したような傷が付
くことがあある。この傷はロッド３の表面からの突起Ｐ
を含んでおり、この突起Ｐの先端が尖っているものもあ
る。この尖った突起Ｐが生じると、ロッド３が縮小し
て、この突起Ｐがシリンダチューブ１のロッド室５ｂ内
に入り込む際に、第１，第２のオイルシール１３，１４
及びダストシール１５を構成する弾性シール部材と摺接
して、スクラッチ状の傷を付けたり、摩耗を促進させた
りする。

【００１６】そこで、ロッド３が縮小して、その表面に
生じた突起Ｐがこれら弾性シール部材を通過する前の段
階で、この突起Ｐを弾性シール部材に対して無害なもの
とするために、ダストシール１５の配設位置より外端側
の位置に刃物２５を設けている。従って、突起Ｐが弾性
シール部材と接触する前の段階で、刃物２５の刃先２５
ｂと接触する。その結果、図２（ｂ）において、仮想線
で示したように、刃先２５ｂにより突起Ｐの尖端部が削
り取られ、突起Ｐの尖端が鈍化されて、丸みを帯びた状
態になる。即ち、円環状に形成した刃先２５ｂはロッド
３の表面に作用する作用部となる。このように、ロッド
３の表面に多少の突起Ｐが生じていても、尖端を削り取
って実質的に丸みを帯びたものとすることによって、こ
の突起Ｐが弾性シール部材の位置を通過する際に、これ
ら弾性シール部材が弾性変形することにより吸収され
て、弾性シール部材側に損傷乃至摩耗を生じさせること
がなくなる。

【００１７】ここで、刃物２５の刃先２５ｂは、ロッド
３に突起Ｐが形成されない限り、ロッド３の表面とは実
質的に非接触状態に保持するのが望ましい。一方、刃先
２５ｂがロッド３の表面から離れ過ぎていると、小さな
突起Ｐは刃先２５ｂをかいくぐってしまう。従って、図
３に示したように、刃物２５の刃先２５ｂの直径とロッ
ド３の外径との径差である刃先２５ｂとロッド３の外周
面との間の隙間Ｃは最小限のものとする。尖端鈍化によ
る弾性シール部材の損傷防止という観点からは、０＜Ｃ
≦０．０３０ｍｍとするのが最も望ましい。つまり、ロ
ッド３の外径より刃先２５ｂの内径の方が大きいが、こ
の径差の下限値は実質的に０である。ロッド３には荷重
が作用することから、曲げ方向の力が作用する。ロッド
３の外径と刃先２５ｂの内径とを全く同じ寸法とする
と、ロッド３に曲げ力が作用した時に、刃先２５ｂが部
分的にロッド３の表面に押し付けられて、突起が生じて
いないにも拘らず、ロッド３の表面が削られることにな
る。径差の最大値を０．０３０ｍｍとしたのは、ロッド
３に生じた突起Ｐがこれ以下の寸法であれば、たとえ尖
っていたとしても、弾性シール部材の寿命に影響を与え
る、つまりシール機能を喪失してしまう程度の傷なり摩
耗なりが生じない。

【００１８】前述したように、ロッド３には曲げ力や捩
り力等が作用することから、刃物２５をロッドガイド２
０に固定的に保持させていたのでは、ロッド３の外径と
ほぼ同じか、または僅かに大きい寸法とした刃先２５ｂ
がこのロッド３の表面と接触することになる。ただし、
刃先２５ｂはロッド３に当接する場合には、点乃至線接
触状態となる。従って、ロッド３が曲がった時には、こ
れに追従して刃物２５が軸線と直交する方向には実質的
に変位可能となし、軸線方向には実質的に変位不能とす
る。つまり、刃物２５の傾きを規制する。

【００１９】そこで、図１から明らかなように、刃物２
５における円環状板体２５ａの厚み寸法は、凹溝２４の
溝幅より僅かに小さくする。この寸法差は、刃物２５
が、凹溝２４内でロッド３の軸線と直交する方向に変位
できるが、ロッド３の軸線に対する傾きが実質的に阻止
できる程度のものとする。一方、図３から明らかなよう
に、刃物２５の外周面と凹溝２４の溝底部との間に隙間
Ｄを設ける。この隙間Ｄの大きさは、刃物２５を装着し
た位置でのロッド３の曲がりに依存する。ロッド３が荷
重により曲がるのは、ロッドガイド２０から外側の部位
であり、曲げの始点位置は、ロッドガイド２０に設けた
ブッシュ８の端部位置である。そして、ロッド３のブッ
シュ８への嵌合部には、最大０．２５ｍｍ程度のクリア
ランスがある。しかも、曲げの始点位置から刃物２５の
装着部までの間隔は極僅かなものである。従って、刃物
２５と凹溝２４の溝底部との間の隙間Ｄはロッド３とブ
ッシュ８との嵌合部のクリアランスと同程度か、または
それより僅かに大きくする。これによって、図４に示し
たように、ロッド３に最大に曲がった状態でも、刃物２
５はこれに追従してロッド３の軸線と直交する方向に変
位することになるので、刃先２５ｂがロッド３の表面に
押し付けられるおそれはない。

【００２０】さらに、ロッド３の表面に粘度質の土やセ
メント等がこびりついた状態でシリンダチューブ１内に
引き込まれると、オイルシール１３，１４やダストシー
ル１５を損傷させたり、反転させたりするおそれがあ
る。しかしながら、ロッド３には刃物２５の刃先２５ｂ
がロッド３の表面に対して極僅かな隙間を介して対面し
ているから、シリンダチューブ１の内に引き込まれる前
に、ロッド３の表面におけるこれらの付着物が掻き落と
すことができる。従って、刃物２５はロッド３の表面の
クリーニング機能も発揮することになり、この点でも油
圧シリンダの作動の円滑性を確保でき、オイルシール１
３，１４及びダストシール１５の高い保護機能を発揮す
ることになる。

【００２１】尖端鈍化手段の構成としては、ロッド３の
表面に生じた突起の尖った部分を削り取る刃物２５を用
いたが、これ以外にも、例えば図５に示したように構成
することもできる。同図においては、刃物２５に代え
て、円環状の砥石３０をロッドガイド２０の凹溝２４に
装着するように構成している。この砥石３０は、ロッド
３の表面に生じた突起Ｐの尖った先端部分を研磨するこ
とによって、尖端を鈍化させるものである。このよう
に、突起Ｐを研磨するには、砥石３０の突起Ｐに対する
作用部を構成する内周面における軸線方向にできるだけ
広い幅を持たせる必要がある。このためには、凹溝２４
の幅寸法をできるだけ広くするようになし、この凹溝２
４内に装着される砥石３０の幅寸法を大きくする。

【００２２】このように、砥石３０を用いることによっ
て、ロッド３に衝突物に起因して突起Ｐが生じた時に、
その尖端部を研磨により鈍化させて、弾性シール部材に
とって無害なものとすることができる。なお、砥石３０
の内径とロッド３の外径との寸法差及び砥石３０の外径
と凹溝２４の溝底部との間の隙間は、前述した第１の実
施の形態と実質的に同じ程度とする。また、砥石３０の
傾きを規制する必要もある。

【００２３】さらに、尖端鈍化手段の他の構成例として
は、図６に示した押圧用リング４０がある。この押圧用
リング４０は、ロッドガイド２０の凹溝２４内に装着さ
れて、その内周面がロッド３に生じた突起Ｐに対して作
用する作用部であり、この作用部は、突起Ｐを押し潰す
ように塑性変形させることによって、尖端部を鈍化させ
るものである。このために、押圧用リング４０の内周面
は、ロッドガイド２０の外端側から内端側に向けて連続
的に縮径したテーパ面４０ａとする。そして、最も縮径
された部位の内径は、実質的にロッド３の外径と同じ、
即ちロッド３の外周部との間に隙間が生じないようにす
る。ここで、押圧用リング４０は、ロッド３の外周面と
摺接するようになっていても、このロッド３の外径寸法
が均一な状態となっている限り、格別の影響を与えるこ
とはない。ただし、ロッド３が荷重等の作用で曲がった
時には、押圧用リング４０がこれに追従してロッド３の
軸線と直交する方向に変位する必要があるので、押圧用
リング４０の外周面と凹溝２４の溝底部との間には、第
１の実施の形態で説明したと同様の隙間を形成する必要
はある。

【００２４】以上のように、ロッド３に岩石等の物体が
衝突して生じる突起の尖端部を鈍化させるために、第１
の実施の形態では刃物２５を、第２の実施の形態では砥
石３０を、さらに第３の実施の形態では押圧用リング４
０を用いたが、例えば図７に示したように、これらのう
ちの２種類のものを用いることもできる。即ち、図７に
おいては、ロッドガイド５０には、第１，第２のオイル
シール１３，１４と、ダストシール１５とを装着するた
めに、軸線方向に位置を違えて３箇所設けた円環状の凹
溝５１，５２，５３に加えて、さらに２箇所の円環状凹
溝５４，５５を形成する。そして、ダストシール１５を
装着した凹溝５３に隣接する位置に設けた円環状凹溝５
４には押圧用リング４０を装着し、また最外端側の凹溝
５５には刃物２５を装着する。

【００２５】このように構成すれば、ロッドガイド５０
から導出したロッド３の表面に岩石等の衝突により生
じ、尖端部を有する突起Ｐは、ロッド３が縮小する間
に、まず刃物２５で尖った部分が削り取られ、次いで押
圧用リング４０の作用で削り取った後のロッド３の表面
を滑らかにすることができる。その結果、突起Ｐの鈍化
をさらに促進させると共に、刃物２５が突起Ｐの位置を
通過する動作時に、泥等の付着物や、その他シート，テ
ープ等の異物の排除も行える。

【００２６】

【発明の効果】本発明は以上のように構成したので、油
圧シリンダの作動時において、ロッドが導出されている
状態で、その表面に岩石等の物体が衝突して、傷が付い
たとしても、ロッドが縮小する際に、この傷により生じ
る尖った部分を鈍化させることによって、オイルシール
やダストシール等からなる弾性シール部材が損傷した
り、摩耗したりするのを確実に防止でき、これら弾性シ
ール部材を長寿命化することができる等の効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す油圧シリンダ
の要部断面図である。

【図２】図１の作用説明図である。

【図３】図１のＸ−Ｘ断面図である。

【図４】ロッドが最大に曲がった状態を示す図３と同様
の断面図である。

【図５】本発明の第２の実施の形態を示す油圧シリンダ
の要部断面図である。

【図６】本発明の第３の実施の形態を示す油圧シリンダ
の要部断面図である。

【図７】本発明の第４の実施の形態を示す油圧シリンダ
の要部断面図である。

【図８】従来技術による油圧シリンダの断面図である。

【図９】図８のロッドガイドの部位の要部拡大断面図で
ある。

【符号の説明】

１ シリンダチューブ ２ ピストン ３ ロッド ２０，５０ ロッドガイド ２１〜２４，５１〜５５ 凹溝 ２５ 刃物 ２５ａ 刃先 ３０ 砥石 ４０ 押圧リング ４０ａ テーパ面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 盧 明徳 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 Ｆターム(参考） 2D015 BA04 3H081 BB02 CC08 CC13 CC24 DD24 HH01

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ピストンを摺動可能に設けたシリンダチ
   ューブの一端側にロッドガイドを連結して設け、前記ピ
   ストンに連結したロッドをこのロッドガイドを介して外
   部に導出させ、ロッドガイドの内周面には、前記シリン
   ダチューブへの連結側である内端部側から順に、シリン
   ダチューブの内部から作動油が漏れ出すのを防止するた
   めのオイルシールと、外部からの異物が侵入するのを防
   止するためのダストシールとを装着した油圧シリンダに
   おいて、 前記ロッドガイドには、さらに前記ダストシールの装着
   部より外端側の位置に、前記ロッドの表面に生じた突起
   を滑らかにするための尖端鈍化手段を設ける構成とした
   ことを特徴とする油圧シリンダ。
2. 【請求項２】 前記尖端鈍化手段は、前記ロッドの外周
   面を囲繞するようにして設けた円環状の刃物、砥石、塑
   性変形部材の少なくともいずれか１つ構成したことを特
   徴とする請求項１記載の油圧シリンダ。
3. 【請求項３】 前記ロッドガイドに円環状凹部を形成し
   て、この円環状凹部に前記尖端鈍化手段を装着し、この
   尖端鈍化手段は、前記ロッドガイドに対して前記ロッド
   の軸線と直交する方向に所定量移動可能であり、かつこ
   のロッドに作用する作用部の内径は、ロッドの外径より
   僅かに大きいものであることを特徴とする請求項１また
   は請求項２記載の油圧シリンダ。