特開 2024-143606 シリンダ保護装置及び作業機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024143606

(43)【公開日】2024-10-11

(54)【発明の名称】シリンダ保護装置及び作業機械

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/14 20060101AFI20241003BHJP

   F15B 15/14 20060101ALI20241003BHJP

【ＦＩ】

E02F9/14 Z

F15B15/14 335C

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023056370

(22)【出願日】2023-03-30

(71)【出願人】

【識別番号】000005522

【氏名又は名称】日立建機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000442

【氏名又は名称】弁理士法人武和国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】秋田 秀樹

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 香保里

(72)【発明者】

【氏名】川崎 健司

(72)【発明者】

【氏名】畑 典仁

【テーマコード（参考）】

3H081

【Ｆターム（参考）】

3H081AA03

3H081BB02

3H081CC07

3H081DD24

3H081HH01

(57)【要約】

【課題】シリンダチューブからの作動油の漏洩と、シリンダチューブに対する塵埃の侵入とを適切に防止できるシリンダ保護装置を提供する。
【解決手段】シリンダ保護装置は、シリンダチューブと、シリンダチューブに対して出没するシリンダロッドと、シリンダチューブの開放端に取り付けられて、シリンダロッドに摺接する接触シールとを備える油圧シリンダを保護するものであって、接触シールよりシリンダロッドの突出端側に外挿されて、シリンダロッドと接触シールとの間に塵埃が侵入するのを抑制する非接触シールを備える。非接触シールは、接触シールより表面硬度が高く、シリンダロッドの外周面と第１隙間を隔ててシリンダロッドを囲む円筒形状の内周面と、シリンダロッドの突出端側に向けて外径寸法が徐々に小さくなる円錐台形状の外周面とを有するリング形状である。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

シリンダチューブと、前記シリンダチューブに対して出没するシリンダロッドと、前記シリンダチューブの開放端に取り付けられて、前記シリンダロッドに摺接する接触シールとを備える油圧シリンダを保護するシリンダ保護装置において、
前記接触シールより前記シリンダロッドの突出端側に外挿されて、前記シリンダロッドと前記接触シールとの間に塵埃が侵入するのを抑制する非接触シールを備え、
前記非接触シールは、前記接触シールより表面硬度が高く、
前記シリンダロッドの外周面と第１隙間を隔てて前記シリンダロッドを囲む円筒形状の内周面と、
前記シリンダロッドの突出端側に向けて外径寸法が徐々に小さくなる円錐台形状の外周面とを有するリング形状であることを特徴とするシリンダ保護装置。

【請求項2】

請求項１に記載のシリンダ保護装置において、
前記非接触シールの外周面と第２隙間を隔てて前記非接触シールを囲む保護部材をさらに備え、
前記第２隙間は、前記第１隙間より大きいことを特徴とするシリンダ保護装置。

【請求項3】

請求項２に記載のシリンダ保護装置において、
前記非接触シール及び前記保護部材の間には、グリースが貯留されるグリース溜まりが設けられていることを特徴とするシリンダ保護装置。

【請求項4】

請求項２に記載のシリンダ保護装置において、
前記保護部材は、前記シリンダチューブに固定され、前記非接触シールを着脱可能に支持することを特徴とするシリンダ保護装置。

【請求項5】

請求項１に記載のシリンダ保護装置において、
前記非接触シールの表面は、硬質金属皮膜で覆われていることを特徴とするシリンダ保護装置。

【請求項6】

油圧シリンダの伸縮によって動作する作業装置と、
前記油圧シリンダに取り付けられた請求項１に記載のシリンダ保護装置とを備えることを特徴とする作業機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、油圧シリンダを保護するシリンダ保護装置、及びこれを備えた作業機械に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、油圧シリンダの伸縮によって動作する作業装置を備える作業機械が知られている。作業機械に搭載される油圧シリンダは、シリンダチューブからの作動油の漏洩と、シリンダチューブに対する塵埃の侵入とを防止する必要がある。

【0003】

そこで、特許文献１、２には、シリンダチューブに対して出没するシリンダロッドに、弾性変形可能なリップシールを摺接させることによって、作動油の漏洩と塵埃の侵入とを防止する構成が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許６０６４５５７号公報

【特許文献2】特開２００２－０５４６０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１、２の構成では、シリンダロッドとリップシールとの間に異物が挟まることがある。この状態でシリンダチューブに対してシリンダロッドが出没すると、挟まった異物がシリンダロッドを引っ掻いて、表面が傷つく可能性がある。そして、この傷を通じて、シリンダチューブから作動油が漏洩したり、シリンダチューブに塵埃が侵入するという課題がある。

【0006】

本発明は、上記した実状に鑑みてなされたものであり、その目的は、シリンダチューブからの作動油の漏洩と、シリンダチューブに対する塵埃の侵入とを適切に防止できるシリンダ保護装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、本発明は、シリンダチューブと、前記シリンダチューブに対して出没するシリンダロッドと、前記シリンダチューブの開放端に取り付けられて、前記シリンダロッドに摺接する接触シールとを備える油圧シリンダを保護するシリンダ保護装置において、前記接触シールより前記シリンダロッドの突出端側に外挿されて、前記シリンダロッドと前記接触シールとの間に塵埃が侵入するのを抑制する非接触シールを備え、前記非接触シールは、前記接触シールより表面硬度が高く、前記シリンダロッドの外周面と第１隙間を隔てて前記シリンダロッドを囲む円筒形状の内周面と、前記シリンダロッドの突出端側に向けて外径寸法が徐々に小さくなる円錐台形状の外周面とを有するリング形状であることを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、シリンダチューブからの作動油の漏洩と、シリンダチューブに対する塵埃の侵入とを適切に防止できるシリンダ保護装置を得ることができる。なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】油圧ショベルの側面図である。

【図2】油圧シリンダの一例であるブームシリンダの概略断面図である。

【図3】図２のキャップの周辺の拡大図である。

【図4】スクレーパの概略斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明に係る油圧ショベル１（作業機械）の実施形態について、図面を用いて説明する。但し、作業機械の具体例は、油圧ショベル１に限定されず、ホイールローダ、ダンプトラック、クレーン車など、油圧シリンダを搭載するものであればよい。また、本明細書中の前後左右は、特に断らない限り、油圧ショベル１に搭乗して操作するオペレータの視点を基準としている。

【0011】

図１は、油圧ショベル１の側面図である。図１に示すように、油圧ショベル１は、下部走行体２と、下部走行体２により支持された上部旋回体３とを備える。下部走行体２及び上部旋回体３は、車体の一例である。

【0012】

下部走行体２は、無限軌道帯である左右一対のクローラ４を備える。そして、走行モータ５の駆動により、左右一対のクローラ４が独立して回転する。その結果、油圧ショベル１が走行する。但し、下部走行体２は、クローラ４に代えて、装輪式であってもよい。

【0013】

上部旋回体３は、旋回モータ６によって旋回可能に下部走行体２に支持されている。すなわち、旋回モータ６が回転することによって、下部走行体２に対して上部旋回体３が旋回する。上部旋回体３は、ベースとなる旋回フレーム７と、旋回フレーム７の前方左側に配置されたキャブ（運転席）８と、旋回フレーム７の後部に配置されたカウンタウェイト９と、旋回フレーム７の前方中央に上下方向に回動可能に取り付けられたフロント作業機１０（作業装置）とを主に備える。

【0014】

キャブ８は、左右方向（車体の幅方向）において、フロント作業機１０に隣接して配置されている。より詳細には、キャブ８は、フロント作業機１０の左方（左右方向の一方側）に配置されている。但し、キャブ８の配置は前述の例に限定されず、キャブ８は、左右方向におけるフロント作業機１０の一方側に配置されていればよい。

【0015】

キャブ８には、油圧ショベル１を操作するオペレータが搭乗する空間が形成されている。そして、キャブ８の内部には、オペレータが着席するシートと、シートに着席したオペレータにより操作される操作装置が配置されている。操作装置は、油圧ショベル１を動作させるためのオペレータの操作を受け付ける。オペレータによって操作装置が操作されることによって、下部走行体２が走行し、上部旋回体３が旋回し、フロント作業機１０が動作する。なお、操作装置の具体例としては、レバー、ステアリングホイール、ペダル、スイッチ等が挙げられる。

【0016】

フロント作業機１０は、上部旋回体３に起伏可能に支持されたブーム１１と、ブーム１１の先端に回動（クラウド、ダンプ）可能に支持されたアーム１２と、アーム１２の先端に回動（クラウド、ダンプ）可能に支持されたバケット１３（アタッチメント）と、ブーム１１を駆動させるブームシリンダ１４と、アーム１２を駆動させるアームシリンダ１５と、バケット１３を駆動させるバケットシリンダ１６とを含む。なお、アタッチメントの具体例はバケット１３に限定されず、グラップル、カッタ、破砕機、ブレーカ等でもよい。カウンタウェイト９は、フロント作業機１０との重量バランスを取るためのもので、上面視円弧形状を成す重量物である。

【0017】

図２は、油圧シリンダの一例であるブームシリンダ１４の概略断面図である。但し、本発明は、ブームシリンダ１４のみならず、アームシリンダ１５及びバケットシリンダ１６にも適用可能である。図２に示すように、ブームシリンダ１４は、シリンダチューブ２１と、ピストン２２と、シリンダロッド２３と、キャップ２４とを主に備える。

【0018】

シリンダチューブ２１は、軸方向の一端が開放された円筒形状の外形を呈する。ピストン２２は、シリンダチューブ２１の内部を軸方向に移動可能に構成されている。また、ピストン２２は、シリンダチューブ２１の内部空間を、閉塞端側のボトム室２５と、開放端側のロッド室２６とに隔てる。シリンダロッド２３は、基端がピストン２２に接続され、開放端を通じてシリンダチューブ２１の外部にまで突出している。キャップ２４は、シリンダロッド２３を突出させた状態で、シリンダチューブ２１の開放端を閉塞する。

【0019】

ボトム室２５及びロッド室２６の間は、ピストン２２によって液密に隔てられている。また、ロッド室２６は、キャップ２４によって気密に保たれている。さらに、ブームシリンダ１４には、ボトム室２５及びロッド室２６に連通する給排口２５ａ、２６ａが設けられている。本実施形態では、給排口２５ａはシリンダチューブ２１に形成され、給排口２６ａはキャップ２４に設けられている。給排口２５ａ、２６ａには、油圧回路（図示省略）に接続される配管（図示省略）が接続される。油圧回路は、例えば、作動油を貯留する作動油タンクと、作動油タンクに貯留された作動油を圧送する油圧ポンプとを備える。

【0020】

給排口２５ａ、２６ａを通じてシリンダチューブ２１内に作動油が給排されることによって、シリンダチューブ２１に対してシリンダロッド２３が出没する。より詳細には、給排口２５ａを通じてボトム室２５に作動油が供給され、給排口２６ａを通じてロッド室２６から作動油が排出されると、シリンダチューブ２１からシリンダロッド２３が突出（ブームシリンダ１４が伸長）する。一方、給排口２５ａを通じてボトム室２５から作動油が排出され、給排口２６ａを通じてロッド室２６に作動油が供給されると、シリンダチューブ２１にシリンダロッド２３が没入（ブームシリンダ１４が縮小）する。

【0021】

図１及び図２に示すように、ブームシリンダ１４の一端（シリンダチューブ２１の閉塞端側）に設けられた取付部２７は、上部旋回体３に回動可能に支持される。また、ブームシリンダ１４の他端（シリンダロッド２３の突出端側）に設けられた取付部２８は、ブーム１１に回動可能に支持される。そして、前述したようにブームシリンダ１４が伸縮することによって、上部旋回体３に対してブーム１１が起伏する。

【0022】

図３は、図２のキャップ２４の周辺の拡大図である。図３に示すように、キャップ２４の内周面には、軸方向に離間した複数の位置において、周方向に連続する円周溝２４ａ、２４ｂ、２４ｃが形成されている。そして、円周溝２４ａ、２４ｂ、２４ｃには、リング状の接触シール３０、３１、３２が取り付けられている。接触シール３０、３１、３２は、シリンダチューブ２１に対して出没するシリンダロッド２３の外周面に摺接（接触）する。

【0023】

接触シール３０は、円周溝２４ａ～２４ｃのうち、ピストン２２に最も近い（後述するシリンダ保護装置４０から最も遠い）円周溝２４ａに取り付けられている。接触シール３１は、円周溝２４ａ～２４ｃのうちの中央の円周溝２４ｂに取り付けられている。接触シール３０、３１は、シリンダチューブ２１（ロッド室２６）内の作動油の漏洩を防止する役割を担う。接触シール３２は、円周溝２４ａ～２４ｃのうち、ピストン２２から最も遠い（シリンダ保護装置４０に最も近い）円周溝２４ｃに取り付けられている。接触シール３２は、ブームシリンダ１４の外部の（例えば、シリンダロッド２３の外周面に付着した）塵埃がシリンダチューブ２１の内部に侵入するのを阻止する役割を担う。

【0024】

すなわち、接触シール３０、３１、３２は協働して、シリンダチューブ２１（ロッド室２６）内の作動油の漏洩を防止すると共に、ブームシリンダ１４の外部からシリンダチューブ２１の内部に塵埃が侵入するのを阻止する。但し、接触シール３０、３１、３２の一部は、省略可能である。また、接触シール３０、３１、３２は、例えば、ウレタン樹脂、フッ素ゴム等の弾性材料を用いて環状に形成されている。

【0025】

特に、シリンダ保護装置４０に最も近い接触シール３２は、本体とリップとで構成される、所謂「リップシール」である。本体とは、円周溝２４ｃに圧入されるリング状の部分である。リップとは、本体からシリンダロッド２３に向けて突出すると共に、周方向に連続する部分である。そして、リップは、弾性拡径した状態で、その先端部がシリンダロッド２３の外周面に接触している。なお、このような接触シール３２の構成は、特許文献２に記載されているように既に周知なので、詳細な説明は省略する。

【0026】

さらに、図３に示すように、ブームシリンダ１４には、シリンダ保護装置４０が取り付けられている。すなわち、油圧ショベル１は、シリンダ保護装置４０を備える。そして、シリンダ保護装置４０は、接触シール３２に塵埃が到達する（より詳細には、シリンダロッド２３と接触シール３２との間に塵埃が侵入する）のを抑制する装置である。ブームシリンダ１４は、スクレーパ（非接触シール）４１と、保護部材４２とを備える。

【0027】

スクレーパ４１は、接触シール３２よりシリンダロッド２３の突出端（取付部２８）側に設けられている。また、スクレーパ４１は、シリンダロッド２３に外挿されている。換言すれば、スクレーパ４１は、シリンダロッド２３を囲むように配置される。さらに、スクレーパ４１は、保護部材４２に着脱可能に支持されている。すなわち、スクレーパ４１は、交換可能に構成されている。

【0028】

図４は、スクレーパ４１の概略斜視図である。図３及び図４に示すように、スクレーパ４１は、概ねリング形状の外形を呈する。また、スクレーパ４１の軸方向の両端は、開放されている。

【0029】

スクレーパ４１の内周面４３は、円筒形状である。また、スクレーパ４１の内径寸法（内周面４３の直径）は、シリンダロッド２３の直径より僅かに大きい。そのため、スクレーパ４１の内周面４３は、シリンダロッド２３の外周面との間に第１隙間Ｇ１を隔てて、シリンダロッド２３を囲む。第１隙間Ｇ１は、シリンダロッド２３の外周面と、スクレーパ４１の内周面４３との間に形成されるリング形状の隙間を指す。

【0030】

スクレーパ４１の外周面４４は、円錐台形状である。そして、スクレーパ４１の外径寸法（外周面４４の直径）は、接触シール３２側からシリンダロッド２３の突出端（取付部２８）側に向かって、徐々に小さくなっている。換言すれば、スクレーパ４１の肉厚は、接触シール３２側からシリンダロッド２３の突出端側に向かって、徐々に薄くなっている。さらに換言すれば、図３に示すようにスクレーパ４１を二次元的に見ると、外周面４４はテーパ面である。そして、スクレーパ４１の外周面４４には、被取付部４５と、グリース溝４６とが形成されている。

【0031】

被取付部４５は、保護部材４２に着脱可能に取り付けられる部分である。保護部材４２に対するスクレーパ４１の取付方法は特に限定されないが、例えば、ボルトやリベットで締結されてもよいし、保護部材４２に設けられたスリットに挿入されてもよい。グリース溝４６は、後述するグリース溜まり４８に貯留されたグリースを通過させる空間である。グリース溝４６は、スクレーパ４１の外周面の周方向に離間した複数の位置において、各々が軸方向に延設されている。

【0032】

そして、スクレーパ４１の表面硬度は、接触シール３２（より好ましくは、シリンダロッド２３）より高く設定されている。一例として、スクレーパ４１は、金属材料（例えば、鋼、Ｔｉ、Ｃｕ、またはこれらの合金）で構成される。金属材料の具体例としては、例えば、ＳＵＳ（Ｓｔｅｅｌ Ｕｓｅ Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ）、またはＳＵＪ２（高炭素クロム軸受鋼鋼材）などが挙げられる。他の例として、スクレーパ４１は、樹脂材料の表面を硬質金属皮膜で覆って形成されていてもよい。硬質金属皮膜の具体例としては、例えば、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ－Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）、ＴｉＮ（Ｔｉｔａｎｉｕｍ Ｎｉｔｒｉｄｅ）などが挙げられる。

【0033】

図３に示すように、保護部材４２は、中空の円錐台形状である。また、保護部材４２の軸方向の両端は、開放されている。そして、保護部材４２は、シリンダチューブ２１（より詳細には、キャップ２４）に固定されている。キャップ２４に対して保護部材４２を固定する具体的な方法は特に限定されないが、例えば、ボルト４７による締結でもよいし、溶接などでもよい。

【0034】

保護部材４２は、スクレーパ４１を囲むように配置されている。また、保護部材４２の内周面には、スクレーパ４１の被取付部４５が着脱可能に取り付けられる。すなわち、保護部材４２は、スクレーパ４１を着脱可能に支持する。また、保護部材４２は、被取付部４５よりシリンダロッド２３の突出端側において、第２隙間Ｇ２を隔ててスクレーパ４１を囲んでいる。第２隙間Ｇ２は、スクレーパ４１の外周面４４と、保護部材４２の内周面との間に形成されるリング形状の隙間を指す。

【0035】

なお、第２隙間Ｇ２は、第１隙間Ｇ１より大きく設定されている。第２隙間Ｇ２の径方向の大きさ（すなわち、スクレーパ４１の外周面４４と保護部材４２の内周面との径方向の間隔）は、第１隙間Ｇ１の径方向の大きさ（すなわち、シリンダロッド２３の外周面とスクレーパ４１の内周面４３との径方向の間隔）より大きい。

【0036】

保護部材４２の先端（シリンダロッド２３の突出端側の端部）は、スクレーパ４１よりシリンダロッド２３の突出端側にまで延設されている。また、保護部材４２の先端は、径方向の所定の隙間を隔ててシリンダロッド２３を囲んでいる。すなわち、保護部材４２は、シリンダロッド２３と非接触である。保護部材４２は、例えば、スクレーパ４１と同等またはさらに表面硬度の高い材料で構成されている。

【0037】

スクレーパ４１と保護部材４２との間（より詳細には、接触シール３２と被取付部４５との間）には、グリースが貯留されるグリース溜まり４８が設けられている。グリース溜まり４８は、周方向に連続している。また、グリース溜まり４８は、シリンダロッド２３とスクレーパ４１との間の第１隙間Ｇ１と、スクレーパ４１と保護部材４２との間の第２隙間Ｇ２とに連通している。

【0038】

保護部材４２には、グリース注入孔４９が設けられている。グリース注入孔４９は、保護部材４２を厚み方向に貫通する。また、グリース注入孔４９は、グリース溜まり４８に連通する。さらに、グリース注入孔４９は、着脱可能なキャップ５０によって閉塞される。なお、グリース注入孔４９から注入される（換言すれば、グリース溜まり４８に貯留される）グリースは、必ずしも潤滑する機能を有している必要はなく、侵入した塵埃を捕捉する粘性を有していればよい。

【0039】

まず、ブームシリンダ１４の外部の（例えば、シリンダロッド２３の外周面に付着した）塵埃のうち、直径の大きい塵埃は、保護部材４２の先端に衝突して弾かれる。また、もう少し直径の小さい塵埃は、シリンダロッド２３と保護部材４２の先端との間の隙間を通過し、円錐台形状の外周面４４に沿って第２隙間Ｇ２に進入して、グリース溝４６またはグリース溜まり４８のグリースに捕捉される。また、さらに直径の小さい塵埃は、第１隙間Ｇ１に進入してグリースに捕捉される。そして、グリース注入孔４９から定期的にグリースが注入されることによって、塵埃を捕捉した古いグリースが保護部材４２の先端側から排出される。

【0040】

上記の実施形態によれば、例えば以下の作用効果を奏する。

【0041】

上記の実施形態によれば、スクレーパ４１の外周面４４を円錐台形状にすることによって、シリンダロッド２３の外周面に付着した塵埃を掻き取って、接触シール３２に到達するのを抑制できる。また、スクレーパ４１の表面硬度を高くすることによって、第１隙間Ｇ１に侵入した塵埃がスクレーパ４１を凹ませて、シリンダロッド２３とスクレーパ４１との間に留まるのを防止できる。その結果、シリンダロッド２３とスクレーパ４１との間に挟まった塵埃によって、シリンダロッド２３の外周面が傷つくのを防止できる。その結果、シリンダチューブ２１からの作動油の漏洩と、シリンダチューブ２１に対する塵埃の侵入とを適切に防止できる。

【0042】

また、上記の実施形態によれば、スクレーパ４１を保護部材４２で囲むことによって、直径の大きな塵埃がスクレーパ４１に衝突するのを防止できる。その結果、先細り形状のスクレーパ４１の先端の損傷が抑制されるので、シリンダ保護装置４０（または、スクレーパ４１）の交換頻度を低下させることができる。

【0043】

さらに、上記の実施形態によれば、第１隙間Ｇ１及び第２隙間Ｇ２と接触シール３２との間にグリース溜まり４８を設けることによって、第１隙間Ｇ１及び第２隙間Ｇ２を通過した塵埃をグリースで捕捉することができる。これにより、接触シール３２に到達する塵埃の量をさらに少なくできる。

【0044】

上述した実施形態は、本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をそれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。当業者は、本発明の要旨を逸脱することなしに、他の様々な態様で本発明を実施することができる。

【符号の説明】

【0045】

１ 油圧ショベル
２ 下部走行体
３ 上部旋回体
４ クローラ
５ 走行モータ
６ 旋回モータ
７ 旋回フレーム
８ キャブ
９ カウンタウェイト
１０ フロント作業機
１１ ブーム
１２ アーム
１３ バケット
１４ ブームシリンダ（油圧シリンダ）
１５ アームシリンダ（油圧シリンダ）
１６ バケットシリンダ（油圧シリンダ）
２１ シリンダチューブ
２２ ピストン
２３ シリンダロッド
２４ キャップ
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ 円周溝
２５ ボトム室
２５ａ，２６ａ 給排口
２６ ロッド室
２７，２８ 取付部
３０，３１，３２ 接触シール
４０ シリンダ保護装置
４１ スクレーパ
４２ 保護部材
４３ 内周面
４４ 外周面
４５ 被取付部
４６ グリース溝
４７ ボルト
４８ グリース溜まり
４９ グリース注入孔
５０ キャップ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】