JP3632942B2

JP3632942B2 - ロッドレスシリンダ用のピストンパッキン

Info

Publication number: JP3632942B2
Application number: JP17111697A
Authority: JP
Inventors: 光雄野田; 剛米沢
Original assignee: Howa Machinery Ltd
Current assignee: Howa Machinery Ltd
Priority date: 1997-06-11
Filing date: 1997-06-11
Publication date: 2005-03-30
Anticipated expiration: 2017-06-11
Also published as: JPH112209A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、シリンダチューブに設けた長手方向のスリットを介して、チューブ内側のシリンダ孔内のピストンの動きをチューブ外側に取り出すようにしたロッドレスシリンダに関し、詳しくは、ピストンの長手方向の両端部分に装着されるロッドレスシリンダ用のピストンパッキンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ロッドレスシリンダは、シリンダチューブの長手方向にスリットが設けられ、シリンダチューブ内側のシリンダ孔内にピストンが嵌合され、このピストンが圧流体によりシリンダ孔内を往復摺動し、このピストンの動きをスリットを介してチューブ外側に取り出すようになっている。シリンダ孔内はピストンにより前、後ピストン室に区画されている。ピストンの両端部分にはピストンパッキンが嵌合されている。このピストンパッキンとスリットの内側を塞ぐ内シールバンドとにより前、後ピストン室が封止されて圧流体の外側への洩れを防止している。このようなロッドレスシリンダとして例えば▲１▼特開昭５６−１２４７１１号公報に開示のものでは、ピストンパッキンのスリット側の外周リップを内シールバンドの内面に略適合する形状として、ピストンパッキンと内シールバンドとのシール性を良くしている。また、▲２▼実公平６−４０３２４号公報に開示のものでは、内シールバンドをシリンダ孔内面に取付たときの内シールバンドの両側縁のシリンダ内面からの突出によってパッキンとの間で生じる隙間による圧流体の洩れの防止と、この洩れ防止によっても作動効率を低下させないために、内シールバンドの両側縁に対応するピストンパッキンの内周リップ（基部）と外周リップとの間に中実部を形成して両者を連結して、中実部の弾性により外周リップのシールバンドに対する押圧力を高めて内シールバンドの両側縁を押し潰して、ピストンパッキンと、内シールバンド両側縁とシリンダ孔との集合する部分での気密を向上している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
▲１▼では、略ピストンパッキンの外周リップに作用する圧流体の圧力のみにより外周リップを径方向外側へ拡いてシールしており、ピストンパッキンのシール性は圧力に比例するので、圧流体の圧力が高い場合であれば、圧流体により外周リップがシリンダ孔内面に強く押圧されてシール性が良いが、低圧の場合ではシール性が低く圧流体が洩れる場合もあり、好ましくない。また、▲２▼では、内シールバンドの両側縁に対応するピストンパッキンの内周リップと外周リップとの間に中実部を形成し、その部分の圧縮こわさを大きくしているので、▲１▼のように圧流体が低圧の場合であってもシール性が低下することがなく、中実部によりシール性は良い。しかし、高圧の場合には、外周リップに作用する圧流体による外周リップの押圧が逆に中実部により妨げられ、シール性が低下する問題がある。
本願の課題は圧流体の圧力が低圧から高圧までの広い圧力範囲であっても、シール性が高く、ピストンの円滑作動性が良いピストンパッキンを提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、シリンダチューブに設けた長手方向のスリットを介して、チューブ内側のシリンダ孔内のピストンの動きをチューブ外側に取り出すようにし、前記スリットはピストン両端のピストンパッキンより軸方向外側部分を、内シールバンドで塞いで成る流体圧作動のロッドレスシリンダにおいて、シリンダ孔は、スリット側内面の曲率がゼロまたは、極めて小さくしてあり、スリットの幅方向両側内面を、前記スリット側内面の曲率よりも大きな曲率で形成され、内シールバンドの幅方向端部が接触する表面に形成し、ピストンパッキンは基部と内側リップと外側リップとから形成され、内側リップと外側リップとの間に隙間が設けられており、内シールバンド側の外側リップには、内シールバンドの幅方向の両端部と幅方向両側内面との間の窪みに対応した形状の突起を設け、そのピストンパッキンの内側リップと外側リップの連結点より、リップ開き方向と反対側の基部には、前記突起を形成した外側リップの背部側の部分を厚肉部に形成し、前記突起と厚肉部とが連続していることを特徴とする（請求項１）。
【０００５】
【０００６】
この構成では、流体圧力が高いときには、リップの流体圧による押付作用と厚肉部の復元弾力により、また、流体圧力の低い時にも、厚肉部の復元弾力により、ピストンパッキンが内シールバンドの幅方向端部と幅方向両側内面とに押し付けられるから、流体圧力が低圧、高圧にかかわらず、ピストンパッキンと内シールバンドの幅方向端部と幅方向両側内面との集合する部分を確実にシールする。
【０００７】
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本願実施の形態を図１から図９により説明する。ロッドレスシリンダ１のシリンダチューブ（ボディ）２は、非磁性材料（例えばアルミニウム合金）を押出し、もしくは、引き抜き成形して成り、非円形（長円形）のシリンダ孔３を有すると共に、その長手方向全長に亘って、スリット４が形成してある。シリンダチューブ２には、断面でみて、前記シリンダ孔３とスリット４の他に、幅方向左右の側壁外面にシリンダ孔３と平行に、端部材取付用の取付溝５とセンサ取付溝６とが形成されている。
【０００９】
シリンダ孔３は、図４、図５に示すようにスリット側内面７，７とスリット４と対向するスリット対向側内面８とが平面となっており、スリット側内面７，７とスリット対向側内面８とをスリット４両側の円弧（半円）形状内面９，９により連続し、スリット側内面７，７には、スリット４の幅方向両側に断面円弧形状であり、その表面に内シールバンド２５の幅方向両端部が接触する幅方向両側内面１０，１０を連続して形成し、幅方向両側内面１０，１０によりバンド収容くぼみが形成される。この幅方向両側内面１０の表面を形成する円弧の中心は、スリット４を構成する左右のスリット面４ａ，４ａを含む面内に夫々位置している。尚、スリット側内面７は平面の他に曲率を極めて小さく形成してもよく、このスリット側内面７の曲率より大きな曲率で幅方向両側内面１０，１０を形成しても良い。
【００１０】
シリンダチューブ２の長手両端部は、左右のエンドキャップ１１，１１で塞がれ、左右のエンドキャップ１１，１１間にシリンダ室１３を形成している。左右のエンドキャップは、左右形状が対称となっているのみで同様であるから、以下、左側のエンドキャップ１１を示す各図に基づいて説明する。図１，２において、エンドキャップ１１とシリンダチューブ２とは、エンドキャップ１１の嵌入軸部１４をシリンダガスケット１５を介してシリンダ孔３端部に嵌入した状態で、自体の捩じ込みにより下孔に雌ねじを形成して締結されるタッピンねじ（例えばＪＩＳ（日本工業規格）Ｂ−１１２２に規定されているような）１６を、前記端部材取付用の取付溝５の端部に捩じ込むことにより、エンドキャップ１１のシリンダチューブ２に対する幅方向位置を決めて結合されている。タッピンねじ１６による結合個所は、エンドキャップ１１の側面に形成されている図示しない流体給排ポートとの関係で、エンドキャップ１１について各３か所である。
【００１１】
シリンダ室１３は、ピストン本体１８ａの両端にピストンエンド１８ｂを有するピストン１８により前後シリンダ室１３Ａ，１３Ｂに区画されている。ピストン１８には、前記スリット４を貫通するピストンヨーク１９が一体成形されている。そのピストンヨーク１９は、シリンダチューブ２外側において左右に拡がり、ピストンマウント２０となっている。ピストンマウント２０は、外シールバンド２６の通過するバンド通過空間２１を樹脂材料から成るカバー部材２２で塞いでいる。これらピストン１８とピストンヨーク１９とピストンマウント２０とにより移動体２３が構成されている。ピストン本体１８ａとピストンヨーク１９とピストンマウント２０とは全体がアルミニウム合金からる単一部材で構成されている。ピストンマウント２０の下端外周には、全周にわたってスクレーパ２４が取り付けられ、シリンダチューブ２の上面（スリット開口方向側外面）との間とピストンマウント２０の下面との間の隙間からの塵埃侵入を防止している。
【００１２】
スリット４を内側と外側から塞ぐ内外シールバンド２５，２６は、前記ピストンヨーク１９の上下を通ってその両端が左右のエンドキャップ１１，１１に達している。内外シールバンド２５，２６は、厚みの薄い、弾性を有する可撓性バンドであり、例えばスチールバンドなどの磁性材料から成る。内外シールバンド２５，２６は周知のように、スリット４の幅より大きな幅を有している。各シールバンド２５，２６は、それらの両端をエンドキャップ１１の対応するバンド嵌入孔２７，２８に嵌め込み、シールバンド２５，２６の長手両端に設けた図示しない取付孔と、エンドキャップ１１のピン孔２９とを一致させた状態で、外方から取付ピン３０をピン孔２９に嵌め込んで、エンドキャップ１１に連結される。
【００１３】
これらの内外シールバンド２５，２６を吸着するための磁石３１が、シリンダチューブ２外面において、スリット４両側に長手に沿って配置されている。ピストンヨーク１９を通過している部分を除いて、内シールバンド２５は、その磁気吸着力とシリンダ室１３に加わる流体圧力によりスリット４を内側から塞ぎ、また、外シールバンド２６は前記磁気吸着力によりスリット４を外側から塞ぐ。
【００１４】
内シールバンド２５は図５に示すようにシリンダ孔３側に向く内側面２５ａの幅方向両端部がエッジ部分２５ｃに向けて傾斜する傾斜面３３に面取りされ、これと反対側の外側面２５ｂの幅方向端部が前記スリット４の幅方向両側内面１０，１０に圧接するエッジ部分２５ｃとなっていて、エッジ部分２５ｃは長手方向に歪みのない状態で高精度に、例えばシェーパー加工により、形成されている。この内シールバンド２５の両端部と幅方向両側内面１０，１０とにより窪み３４が形成される。この内シールバンド２５の端部厚さは好ましくは０．０２〜０．０５ｍｍであり、０．１ｍｍ以下に形成されている。また、前記内側面２５ａは内シールバンド２５が平坦状態では、スリット側内面７、７と同一面を成している。内シールバンド２５のスリット側面２５ｂとスリット４の内側開口までの距離である動き量Ｌがスリットからの流体漏れを、実用上問題のない程度に少なくする適正移動量に設定してある。この適正移動量は実験等により定められる。
【００１５】
こうして、スリット側内面７が平面または曲率が極めて小さく設定された一つのシリンダ孔形状に対して、漏れ量を少なくできる所定の軸方向両側内面１０，１０の曲率と、それに対する一つの適正移動量が決定されると、その曲率と適正動き量の値とを同じとして、スリット側内面７が平面または曲率が極めて小さく設定された別のシリンダ孔形状のものに適用しても、シール機能が満足されることはいうまでもなく、従って、異なるシリンダ出力となる受圧面積を違えた、別のシリンダ孔形状に対応して幅方向両側内面半径Ｒと動き量Ｌとを新たに設定する必要がなく、スリット部分のシール性能の最適設計が容易に行える。ちなみに、半径Ｒを２５ｍｍ、動き量Ｌを０．１２５ｍｍとしたとき、スリット４からの圧流体漏れ量が少なく、実用的であった。尚、本願請求項１では、前記幅方向内面半径Ｒと動き量Ｌとを、同じにせずその都度検討することを否定するものではない。
【００１６】
前記ピストン１８両端のピストンエンド１８ｂにはピストンパッキン３５を嵌合する嵌合溝３６が設けられている。この嵌合溝３６にピストンパッキン３５が嵌合される。ピストンパッキン３５はシリンダ孔３より大きな略相似形をしている。ピストンパッキン３５は図６、図７に示すように基部３７と内側リップ３８と外側リップ３９とから形成され、内側リップ３８と外側リップ３９との間に隙間４０が設けられた略Ｕ字形状断面をしたＵパッキンである。内側リップ３８と基部３７とに貫通する中心孔は嵌合溝３６に嵌合し、外側リップ３９はピストン１８をシリンダ孔４に嵌合した状態でシリンダ孔４の内面と内シールバンド２５とに内側から圧接する。図６，７に示すように内シールバンド２５側の外側リップ３９には、内シールバンド２５の幅方向の両端部と幅方向両側内面１０との間の窪み３４に対応した形状の突起４１ａが設けられている。基部３７には、前記突起４１ａを形成した外側リップ３９の背部側の部分が、基部３７の他の肉厚に比べて厚肉部４１ｂに形成してあり、突起４１ａと連続している。前記厚肉部４１ｂは、内側リップ３８と外側リップ３９の連結点Ａより、リップ開き方向と反対側にあって、ピストンパッキン２５をピストン孔３に嵌入したとき圧縮され、厚肉部４１ｂとなっていない他の基部の圧縮こわさよりも大きな圧縮こわさによる復元弾力で、幅方向両側内面１０との間をシールし、また、内シールバンド２５を幅方向両側内面１０に押し付ける。
【００１７】
前記ピストンパッキン３５はゴムから形成され、一般的なピストンパッキンのゴム硬度（ＨＳ７０程度）としているが、このピストンパッキン３５の表面を化成処理（例えば塩素化処理）して耐久性と潤滑性を向上してもよいし、あるいは、シール性を向上するために前記ゴム硬度（ＨＳ７０程度）より低いゴム硬度（ＨＳ６０程度）とし、それによって低下する耐久性を補うために、ピストンパッキン３５の表面に前記のような化成処理をしてもよい。
【００１８】
尚、４２は外部ダンパであり、エンドキャップ１１のピストンマウント２０と対向する側に取付けられ、ピストンマウント２０のストロークエンドでピストンマウント２０と衝接してその運動エネルギを吸収する。
【００１９】
ロッドレスシリンダ１はエンドキャップ１１側面に設けた図示しない給排ポートからの圧流体が前後シリンダ室１３Ａ，１３Ｂに給排され、これによりピストン１８即ち移動体２３が左右に移動する。窪み３４に入り込んでいるピストンパッキン３５の突起４１ａ部分において、外側リップ３９に流体圧が作用し、外側リップ３９が外方に押し付けられて幅方向両側内面１０と内シールバンド２５に内側から圧接する。また、図８に示す内、外側リップ３８，３９との連結点Ａから、厚肉部４１ｂと幅方向両側内面１０、内シールバンド２５との圧接が始まる点Ｂまでの間は、ピストンパッキン３５の基部３７の中実部分が、厚肉部４１ｂを設けたことによって高くなった圧縮こわさによって幅方向両側内面１０と内シールバンド２５に圧接する。こうして、ピストンパッキン３５と幅方向両側内面１０と内シールバンド２５端部との集合部分は、外側リップ３９の流体圧による押し付けと、厚肉部４１ｂによる復元弾力でシールされる。勿論、外側リップ３９は、前記の他のシリンダ孔３内周にも圧接して、その部分をシールしている。
【００２０】
ピストンパッキン３５に対応していない部分では、シリンダ室６内の圧力により内シールバンド２５がスリット４に向けて凸にたわみ、この内シールバンド２５の屈曲によるエッジ部分２５ｃを幅方向両側内面１０に圧接しようとする押圧力と圧流体の圧力とにより、特にエッジ部分２５ｃが幅方向両側内面１０に圧接して圧流体の漏れを防ぎ、この状態でピストン１８が移動すると、ピストンパッキン３５は内シールバンド２５の変形に追従し、内シールバンド２５とピストンパッキン３５とでシリンダ室６内のシール性が保たれる。エッジ部分２５ｃでシールする本構成では、幅方向両側内面１０の軸方向の表面粗さは幅方向両側内面１０の円弧に沿う方向の表面粗さより低い精度であってもシール性を保つことができ、これによって、平面度（２次元方向）の面粗度を精度良くしなくてはならない従来のものと比べて、シリンダチューブ２の成形が容易に行える。
【００２１】
前後シリンダ室１３Ａ，１３Ｂに作用する圧流体が高圧の場合には、外側リップ３９の圧接力は圧力に比例するから、特に圧力作用により外側リップ３９がシリンダ孔３の内面、幅方向両側内面１０、及び内シールバンド３８に圧接する方向に強い押付力を受けるので厚肉部４１ｂの復元弾力と相俟ってシール性が高い。また、外側リップ３９によるシール性は圧力に比例するため、圧流体が低圧の場合には、外側リップ３９によるシール性が低くなるが、厚肉部４１ｂは圧流体の圧力に影響されず、その圧縮こわさの増加によるスクイズ効果（パッキン３５の厚肉部４１ｂが圧縮されて生じる復元弾力によるシール効果）によって、厚肉部４１ｂが前記集合部分に強く圧接しているから、シール性が保たれる。また、厚肉部４１ｂは突起４１ａと対応する位置のみに設けられており、その他の部分の外側リップ３９では、内側リップ３８と外側リップ３９との間の隙間４０によって外側リップ３９がシリンダ孔３中心方向に変形できるようになっており、リップの復元弾力が小さいのでシリンダ孔３内面への押付力は厚肉部４１ｂと突起４１ａの押付力に比べ小さく、ピストン１８全体としては摺動抵抗が小さく、ピストン１８を円滑に作動させることが可能である。
【００２２】
【００２３】
【発明の効果】
以上のように本願発明では、ピストンパッキンの基部に厚肉部を設けたので、ピストンパッキンは、流体圧力によるリップの押付力によるシールと厚肉部によるスクイズ効果とにより、流体圧力が低圧から高圧までの広い範囲でピストンパッキンと内シールバンドとシリンダ孔との集合する部分のシール性を高く維持でき、安定した動作となる。
【００２４】
また、ピストンパッキンの厚肉部と突起は窪みに対応する部分のみに設けられているので、その他の部分におけるリップのシリンダ孔の内面に圧接する押付力が厚肉部と突起による押圧弾力に比べて小さく、このためピストン全体の摺動抵抗は小さく、円滑に作動できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明を実施したロッドレスシリンダの縦断面図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】シリンダチューブの断面形状を示す図である。
【図５】図４のＶ部拡大図である。
【図６】ピストンパッキンの正面図である。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面拡大図である。
【図８】ピストンパッキンのピストンエンドへの嵌合状態を示す説明図である。
【図９】ピストンパッキンの装着状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１ロッドレスシリンダ
２シリンダチューブ
３シリンダ孔
４スリット
７スリット側内面
１０幅方向両側内面
１８ピストン
２５内シールバンド
３４窪み
３５ピストンパッキン
３９外側リップ
４１ａ突起
４１ｂ厚肉部

Claims

シリンダチューブに設けた長手方向のスリットを介して、チューブ内側のシリンダ孔内のピストンの動きをチューブ外側に取り出すようにし、前記スリットはピストン両端のピストンパッキンより軸方向外側部分を、内シールバンドで塞いで成る流体圧作動のロッドレスシリンダにおいて、シリンダ孔は、スリット側内面の曲率がゼロまたは、極めて小さくしてあり、スリットの幅方向両側内面を、前記スリット側内面の曲率よりも大きな曲率で形成され、内シールバンドの幅方向端部が接触する表面に形成し、ピストンパッキンは基部と内側リップと外側リップとから形成され、内側リップと外側リップとの間に隙間が設けられており、内シールバンド側の外側リップには、内シールバンドの幅方向の両端部と幅方向両側内面との間の窪みに対応した形状の突起を設け、そのピストンパッキンの内側リップと外側リップの連結点より、リップ開き方向と反対側の基部には、前記突起を形成した外側リップの背部側の部分を厚肉部に形成し、前記突起と厚肉部とが連続していることを特徴とするロッドレスシリンダ用のピストンパッキン。