JP2011074960A

JP2011074960A - ピストン部のシール構造

Info

Publication number: JP2011074960A
Application number: JP2009224820A
Authority: JP
Inventors: Yuji Morita; 雄二森田
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2009-09-29
Filing date: 2009-09-29
Publication date: 2011-04-14
Anticipated expiration: 2029-09-29
Also published as: JP5530142B2

Abstract

【課題】摺動摩擦を低減しつつ安定させることができるピストン部のシール構造を提供する。
【解決手段】シリンダ内に摺動自在に挿入されてシリンダ内を二つの液室に区画するピストン２と、ピストン２の外周に設けた環状溝２ｂ内に装着されてシリンダ内周に摺接してピストン２とシリンダとの間をシールするピストンリング３とを備えたピストン部のシール構造において、環状溝２ｂの軸方向の両端に、ピストンリング３の端部のシリンダから遠ざかる方向への逃げを許容する環状の逃げ溝２１ｂ，２１ｃを設けた。
【選択図】図２

Description

本発明は、ピストン部のシール構造の改良に関する。

従来、この種のピストン部のシール構造にあっては、たとえば、車両用の緩衝器のピストン部等に具現化され、シリンダ内に摺動自在に挿入されてシリンダ内を二つの液室に区画するピストンと、ピストンの外周に装着されてシリンダ内周に摺接してピストンとシリンダとの間をシールするピストンリングとを備えて構成されている。

そして、合口を備えていない円環状のピストンリングを用いる場合、ピストンの外周に加熱したピストンリングを加圧して装着するようにしたものがあり、このように構成されたシール構造では、上記加工によって残留応力が生じてピストンリングの一端がシリンダ側へ反り返るため、当該一端の外周縁を切除して残留応力を減少せしめて、シリンダとの接触面圧の減少させて摺動摩擦の低減を図るようにしている（たとえば、特許文献１参照）。

また、合口を有するピストンリングを用いる場合、合口を備える一対のシールリングでピストンリングを構成し、これらを軸方向に重ねてピストンの外周に設けた環状溝内に装着するようにしており、シールリングの合口が周方向で一致しないようにこれらシールリングの対向面に段部や傾斜を設けているものがある（たとえば、特許文献２、３参照）。

特開２００６−１７２３３号公報実開平０１−７５６３８号公報実開平０６−４７７７０号公報

上述した特開２００６−１７２３３号公報のピストン部のシール構造では、機能上、特に問題が生じるわけではないが、シリンダとの接触面圧を減少させて摺動摩擦の低減を図るもピストンリングの一端の反り返りを完全には阻止できず、ピストンがシリンダに対して変位する際に、当該一端がシリンダの内周の油膜を掻き切ってしまう場合があり、更なる摺動摩擦の低減が望まれ、また、ピストンリングの一端が反り返っているためにピストンのシリンダに対する変位の方向で摺動摩擦が異なり、当該シール構造が適用される緩衝器の発生減衰力の特性のチューニングが難しくなるという問題がある。

また、実開平０１−７５６３８号公報や実開平０６−４７７７０号公報に開示されたピストン部のシール構造にあっても、車両の車体と車軸との間に介装される緩衝器に適用される場合、緩衝器に作用する横力やサスペンションのジオメトリ変化等によって、シリンダに対してピストンが傾いた状態で変位すると、ピストンリングの端部のエッジがシリンダの内周に強く押し当てられて油膜を掻き切って、摺動摩擦が大きくなるとともに安定しないところがある。

そこで、本発明は、上記不具合を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、摺動摩擦を低減しつつ安定させることができるピストン部のシール構造を提供することである。

上記した目的を解決するために、本発明における課題解決手段は、シリンダ内に挿入されてシリンダ内を二つの液室に区画するピストンと、ピストンの外周に設けた環状溝内に装着されてシリンダ内周に摺接してピストンとシリンダとの間をシールするピストンリングとを備えたピストン部のシール構造において、環状溝の軸方向の両端に、ピストンリングの端部のシリンダから遠ざかる方向への逃げを許容する環状の逃げ溝を設けた。

本発明のピストン部のシール構造によれば、ピストンがシリンダに対して傾くような場合にあっても、ピストンリングとシリンダとの接触面圧が過剰となってしまうことがなく、ピストンリングがシリンダの内周に付着した液体の膜を掻き切ってしまうことが無いので、摺動摩擦を低減しつつ安定させることができる。

したがって、このシール構造を車両のサスペンション用途に使用される緩衝器に適用することで、緩衝器に上記摺動摩擦の影響の少ない減衰力を発揮させることで車両における乗り心地を向上することができ、当該シール構造は車両用の緩衝器に好適となる。

さらに、このピストン部のシール構造の場合、ピストンリングの一端のみが反り返る構成を採用していないので、ピストンがシリンダに対していずれの方向へ変位しても、摺動摩擦に変化を生じない。

そして、緩衝器の作動や緩衝器を取り巻く雰囲気の温度変化などによって、ピストンリングが熱膨張することがあっても、膨張による体積増加分を逃げ溝に逃がすことによって、シリンダとの接触面圧の上昇を低減することが可能である。

一実施の形態におけるピストン部のシール構造が具現化したピストン部における断面図である。一実施の形態におけるピストン部のシール構造が具現化したピストン部の一部拡大断面図である。一実施の形態におけるピストン部のシール構造が具現化したピストンリングの斜視図である。

以下、本発明のピストン部のシール構造を図に基づいて説明する。一実施の形態におけるピストン部のシール構造は、図１から図３に示すように、緩衝器のピストン部１に具現化されており、具体的には、この例ではシリンダ６内に挿入されてシリンダ６内を二つの液室Ｒ１，Ｒ２に区画するピストン２と、ピストン２の外周に設けた環状溝２ｂに装着されてシリンダ６の内周に摺接してピストン２とシリンダ６との間をシールするピストンリング３とを備えたピストン部１に具現化されている。

以下、ピストン部１のシール構造の各部について説明する。まず、ピストン２は、図１および図２に示すように、円盤状のピストン本体２ａと、ピストン本体２ａの外周に設けた環状溝２ｂと、当該環状溝２ｂの軸方向の両端に設けた環状の逃げ溝２１ｂ，２１ｃを備えている。詳細には、環状溝２ｂは、シリンダ６の内周に対向する底部２１ａと、環状溝２ｂの図２中上下端となる両端における深さを底部２１ａより深くして形成した逃げ溝２１ｂ，２１ｃと、逃げ溝２１ｂの図２中上端とピストン本体２ａの外周との間の段部でなる側壁２１ｄと、逃げ溝２１ｃの図２中下端とピストン本体２ａの外周との間の段部でなる側壁２１ｅとを備えて構成されている。そして、逃げ溝２１ｂ，２１ｃは、環状溝２ｂの中心側の底部２１ａから徐々に深度が深くなるようになっていて、底部２１ａ側にテーパ面２１ｆ，２１ｇを備えている。

また、ピストン２は、この実施の形態の場合、上記構成の他に、ピストン本体２ａを貫いて上記二つの液室Ｒ１，Ｒ２を連通するポート２ｃ，２ｄを有していて、当該ピストン２の図１中上下端に積層されるリーフバルブ４，５で当該ポート２ｃ，２ｄを通過する液体の流れに抵抗を与えて減衰力を発生できるようになっている。

他方、シール構造が具現化されるピストン部１が適用される緩衝器は、周知であるので詳細には図示して説明しないが、具体的にたとえば、シリンダ６と、シリンダ６の上端を封止するヘッド部材（図示せず）と、ヘッド部材（図示せず）を摺動自在に貫通するピストンロッド７と、ピストンロッド７の先端に固定されるピストン２と、シリンダ６内にピストン２で区画した図１中上方側の液室Ｒ１と下方側の液室Ｒ２と、シリンダ６の下端を封止する封止部材（図示せず）と、シリンダ６から出没するピストンロッド７の体積分のシリンダ内容積変化を補償する図示しないリザーバあるいはエア室とを備えて構成され、シリンダ６内には作動液体、具体的にはたとえば作動油が充填されている。

そして、上記緩衝器にあっては、シリンダ６に対してピストン２が図１中上下方に移動して、液室Ｒ１と液室Ｒ２とをポート２ｃ，２ｄを介して作動油が行き交うときに、その作動油の流れに対してポート２ｃ，２ｄに対応するリーフバルブ４，５にて抵抗を与えて所定の圧力損失を生じせしめて、減衰力を発生するようになっている。

ピストンリング３は、この実施の形態では、合口８ａ，９ａを備えた一対のシールリング８，９を備えている。この合口８ａ，９ａによってシールリング８，９をピストン２の環状溝２ｂ内へ装着する際に、シールリング８，９を拡径させつつ装着することができるので、ピストンリング３を容易に環状溝２ｂへ装着することができる。シールリング８，９は、たとえば、樹脂や合成樹脂といった材料から作ることができる。

なお、このシールリング８，９は、軸方向に沿った合口８ａ，９ａを備えているが、合口８ａ，９ａを軸方向に対して傾斜させて設けてもよいし、合口８ａ，９ａの途中に段部を設けてもよい。また、ピストンリング３が合口を持たない円環とされる場合には、ピストン本体２ａを環状溝２ｂの上方側の側壁２１ｂを備えたピースと下方側の側壁２１ｃを備えたピースの図１中上下二つに分割した構成としておき、ピストンリング３をこれらピースで挟み込む構造とすることもできる。

さらに、ピストンリング３の上下端、この場合、シールリング８の上端８ｂとシールリング９の下端９ｂは、シールリング８，９を互いに当接した状態で、それぞれ対面する環状溝２ｂの側壁２１ｄ，２１ｅに当接するようにしておくとよい。そうすることで、シールリング８，９が環状溝２ｂ内で軸方向にて遊んで音を生じてしまうことを防止できる。なお、ピストンリング３が単一の円環状のピストンリングとされる場合には、当該ピストンリング３の両端を側壁２１ｄ，２１ｅへ当接させるようにしておけばよい。

そして、これらシールリング８，９は、図１から図３に示すように、軸方向に並べられるとともに合口８ａ，９ａを周方向にずらした状態で、たとえば、図示するように合口８ａ，９ａを１８０度周方向にずらした状態で、ピストン２の環状溝２ｂ内に装着されて、シリンダ６の内周に摺接してピストン２とシリンダ６との間をシールしている。

上述のようにピストン２の環状溝２ｂにピストンリング３を装着すると、ピストンリング３の上端である図１中上方側に配置されるシールリング８の上端８ｂの内周が逃げ溝２１ｂに対向し、ピストンリング３の下端である図１中下方側に配置されるシールリング９の下端９ｂの内周が逃げ溝２１ｃに対向することとなる。

このように構成されたピストン部１にあっては、ピストン２の外周に設けた環状溝２ｂ内に装着されたピストンリング３がシリンダ６の内周に摺接することで、ピストン２とシリンダ６との間をシールして液室Ｒ１，Ｒ２とがピストン２とシリンダ６との間を介して連通することを阻止している。

また、ピストンリング３を構成するシールリング８，９が合口８ａ，９ａを周方向にずらした状態でピストン２の環状溝２ｂ内に装着されるので、合口８ａ，９ａを介して液室Ｒ１，Ｒ２とが連通することも防止されている。

なお、合口８ａ，９ａの一致を確実に阻止するために、たとえば、ピストン２の環状溝２ｂの側壁２１ｄ，２１ｅあるいは底部２１ａに合口８ａ，９ａ内に入り込んでシールリング８，９のピストン２に対する周方向の回転を防止する突起を設けて、これを合口８ａ，９ａの一致を阻止する阻止手段としてもよいし、また、シールリング８，９が互い周方向に相対移動しないように、シールリング８，９の互いに向き合う対面側の端部に傾斜面を設けたり、シールリング８，９の対面側の端部の一方に相手方へ向けて突出する突部を設け他方に前記突部が入り込む凹部を設けたりして、これらを合口８ａ，９ａの一致を確実に阻止する阻止手段としてもよい。

このように阻止手段を設ける場合には、合口８ａ，９ａの周方向での一致を阻止できるので、ピストンリング３を一対の合口８ａ，９ａを有するシールリング８，９としてピストン２の環状溝２ｂへの装着を容易としつつ、液室Ｒ１，Ｒ２の連通を阻止して密にシールすることが可能である。

そして、ピストン２がシリンダ６に対して図１中上下方向へ変位する際に、緩衝器に横方向の力（横力）によって曲げモーメントが作用したり、緩衝器が組み込まれたサスペンションにおけるジオメトリ変化したりして、ピストン２がシリンダ６に対して傾くような場合にあっても、環状溝２ｂの上下端となる両端に、逃げ溝２１ｂ，２１ｃが設けてあって、図２の破線で示すように、シールリング８の上端８ｂとシールリング９の下端９ｂがそれぞれ対応する逃げ溝２１ｂ，２１ｃ内へ逃げるので、シールリング８，９の端部８ｂ，９ｂが強くシリンダ６へ押し付けられてシリンダ６との接触面圧が過剰となってしまうことがない。

シールリング８，９の逃げ変形時には、逃げ溝２１ｂ，２１ｃと底部２１ａとの境のエッジが支点となってシールリング８，９が変形することになるが、逃げ溝２１ｂ，２１ｃがともに環状溝２ｂの中央側にテーパ面２１ｆ，２１ｇを備えているので、シールリング８，９の変形支点におけるエッジが鈍角となり、逃げ変形時にシールリング８，９の底部２１ａ側面となる裏面に無理な負荷が作用しないようになっていて、シールリング８，９の劣化を防止することができる。なお、上記エッジをＲ面取りするようにしておくと、より一層シールリング８，９の劣化を防止することができる。

また、このピストンリング３における各シールリング８，９の逃げ変形によって液体をシリンダ６とシールリング８，９の端部８ｂ，９ｂとの間に入り込ませることができシリンダ６の内周に付着した液体の膜を掻き切ってしまうことが無い。

このように、本発明のピストン部１のシール構造では、ピストン２がシリンダ６に対して傾くような場合にあっても、ピストンリング３とシリンダ６との接触面圧が過剰となってしまうことがなく、ピストンリング３がシリンダ６の内周に付着した液体の膜を掻き切ってしまうことが無いので、摺動摩擦を低減しつつ安定させることができる。

さらに、このピストン部１のシール構造の場合、ピストンリング３の一端のみが反り返る構成を採用していないので、ピストン２がシリンダ６に対して図１中上下いずれの方向へ変位しても、摺動摩擦に変化が無く、減衰特性のチューニングも容易となる。

そしてさらに、緩衝器の作動や緩衝器を取り巻く雰囲気の温度変化などによって、ピストンリング３が熱膨張することがあっても、膨張による体積増加分を逃げ溝２１ｂ，２１ｃに逃がすことによって、シリンダ６との接触面圧の上昇を低減することが可能である。詳しくは、当該シール構造が適用される緩衝器の使用される温度の下限において、ピストンリング３がシリンダ６の内周に摺接してシールが可能なように設定しておくと、この下限より高い温度ではピストンリング３が下限温度のときよりも膨張する、この場合にはピストンリング３がシールリング８，９で構成されているので各シールリング８，９が膨張するが、この膨張した体積分を逃げ溝２１ｂ，２１ｃへ逃げさせることができるのである。

また、ピストンリング３を合口８ａ，９ａを備えたシールリング８，９とすることにより、ピストンリングをピストンの外周に加熱加圧加工するシール構造に比較して、シールリング８，９の材料選択幅が広がり設計の自由度を向上させることができる。

なお、上述したところでは、ピストン部１のシール構造が車両用の緩衝器のピストン部に具現化した例を用いて説明しているが、当該シール構造は、緩衝器以外のアクチュエータとして機能するシリンダ装置等、他の液圧機器へ適用することも可能である。

以上でピストン部１のシール構造の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されない。

本発明は、たとえば、緩衝器のピストン部に利用可能である。

１ピストン部
２ピストン
２ａピストン本体
２ｂ環状溝
２ｃ，２ｄポート
３ピストンリング
４，５リーフバルブ
６シリンダ
７ピストンロッド
８，９シールリング
８ａ，９ａシールリングにおける合口
８ｂシールリングの上端
９ｂシールリングの下端
２１ａ底部
２１ｂ，２１ｃ逃げ溝
２１ｄ，２１ｅ側壁
２１ｆ，２１ｇテーパ面
Ｒ１，Ｒ２液室

Claims

シリンダ内に挿入されてシリンダ内を二つの液室に区画するピストンと、ピストンの外周に設けた環状溝内に装着されてシリンダ内周に摺接してピストンとシリンダとの間をシールするピストンリングとを備えたピストン部のシール構造において、環状溝の軸方向の両端に、ピストンリングの端部のシリンダから遠ざかる方向への逃げを許容する環状の逃げ溝を設けたことを特徴とするピストン部のシール構造。
逃げ溝は、環状溝の中心側から徐々に深度が深くなるテーパ面を備えていることを特徴とする請求項１に記載のピストン部のシール構造。
ピストンリングが合口を備えた一対のシールリングを備え、これらシールリングの合口を周方向にずらしてピストンの環状溝に装着したことを特徴とする請求項１または２に記載のピストン部のシール構造。
シールリングの合口の一致を阻止する阻止手段を備えたことを特徴とする請求項３に記載のピストン部のシール構造。