JP4948058B2 - シール構造 - Google Patents

Description

本発明は、ピストン摺動部のシール構造の改良に関する。

従来、この種ピストン摺動部のシール構造にあっては、たとえば、緩衝器のピストン摺動部に具現化されており、ピストンの外周全周に亘り環状溝を形成して、この環状溝内にＯリング等の環状のシール部材を嵌め込んで、このシール部材でシリンダとピストンとの微小隙間をシールするようにしている。（たとえば、特許文献１参照）。

このようなピストン摺動部のシール構造によって、ピストンでシリンダ内に区画した二つの圧力室が油密に保たれ、上記ピストン摺動部における微小隙間を介して作動油が上記各圧力室を交流してしまうことが無くなり、特に、緩衝器に高周波数の振動が入力されても緩衝器が充分な減衰力を発生できるようになる。
特開２０００−４６０８８号公報（図４）

しかしながら、上述のようなシール構造では、以下の不具合があると指摘される可能性がある。

すなわち、特に、高減衰力の発生が要求される緩衝器では、ピストン部に設けられるバルブは、上記特許文献１に見られるように、ピストンに形成される通路の途中に設けた環状弁座と、環状弁座に着座する弁体と、弁体を附勢するバネと、バネの一端を支持するバネ座とを備えて構成されるため、ピストン自体が乗用自動車用の緩衝器に比較して大きくなってしまい、このピストンの外周にシール部材を設けようとする場合、ピストンの外周にシール部材が嵌まり込む環状溝を上記通路を直径方向に避けて形成する必要があるので、ただでさえ大きなピストンの外径がこのシール部材を設けることによってさらに大型化してしまうことになる。

そして、ピストンが大型化すると、当然に、シリンダ径も大型化することになって、油圧機器全体が大型化してしまい、油圧機器の車両、建造物等の適用箇所への搭載性が悪化してしまう危惧がある。

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、油圧機器の大型化を招かないピストン摺動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、本発明における第一の課題解決手段は、シリンダと、このシリンダ内に移動自在に挿入されるロッドと、このロッドに連結されるとともに上記シリンダ内に摺動自在に挿入されて上記シリンダ内に二つの圧力室を隔成するピストンと、このピストンに形成されて各圧力室を連通する通路と、この通路の途中に設けられて上記通路を通過する作動油の流れに抵抗を与えるバルブとを備えた油圧機器のピストン摺動部におけるシール構造において、軸方向に貫通して上記通路に連通する通孔と、外周に上記シリンダ内周に摺接するシール部材とを有するとともに上記ピストンに積層されて上記シール部材で上記ピストン摺動部をシールするディスクを備え、上記ピストンのディスク側端部若しくは上記ディスクのピストン側端部に上記通路および上記通孔に連通する環状溝が形成されることを特徴とする。
また、本発明における第二の課題解決手段は、シリンダと、このシリンダ内に移動自在に挿入されるロッドと、このロッドに連結されるとともに上記シリンダ内に摺動自在に挿入されて上記シリンダ内に二つの圧力室を隔成するピストンと、このピストンに形成されて各圧力室を連通する一対の通路と、これら通路を通過する作動油の流れに抵抗を与える一対のバルブとを備え、これらバルブが上記通路の途中に設けた環状弁座と、この環状弁座に着座する弁体と、この弁体を着座方向に附勢するバネとをそれぞれ備えて構成される油圧機器のピストン摺動部におけるシール構造において、軸方向に貫通して上記各通路に連通する通孔と、外周に上記シリンダ内周に摺接するシール部材とを備えるとともに上記ピストンの一方側に積層されて上記シール部材で上記ピストン摺動部をシールするディスクと、上記ピストンの他方側に積層されるストッパとを有し、一方のバネが上記弁体と上記ディスクとの間に介装され、他方のバネが上記弁体と上記ストッパとの間に介装されることを特徴とする。

本発明のシール構造によれば、ピストン摺動部にできる微小隙間は、ピストンの外周に設けられるシール部材によってシールされるのではなく、ピストンに積層されるディスクの外周に設けたシール部材によってシールされることになる。

つまり、ピストンの外周にシール部材を配置する必要が無くなり、これによって、ピストンを小型化することが可能となる。すなわち、特に、高減衰力の発生が要求されピストンに組み込まれるバルブが大型な場合にあっても、ピストンの外周にシール部材を設けるスペースを確保する必要がなくなることから、ピストンを小型化することができ、さらには、ピストンの外周に環状溝を設ける必要が無いので、ピストンの強度低下を招く恐れもない。

したがって、ピストンを従来に比較して小型化することが可能であるので、油圧機器、本実施の形態においては緩衝器の外径をより小型化することができ、油圧機器の適用箇所への搭載性が向上することになる。

さらに、シリンダの内径を小型化することができるので、シール部材とシリンダとの摺動抵抗を低減できるので、油圧機器の円滑な伸縮を実現することができ、摺動摩擦による作動油温度上昇を抑制できるので、作動油温度上昇による作動油の粘性低下を抑制でき、長時間にわたる使用によっても減衰力低下を招くことが無く、油圧機器に安定した減衰機能を発揮させることが可能である。

また、シール設計の自由度が高まり、油圧機器の大型化を避けつつ油圧機器に最適なシール形態を採用することが可能となる。

さらに、油圧機器の大型化を避けつつ油圧機器に最適なシール形態を採用することが可能となるので、圧力室と圧力室とのシリンダとピストンとの間の微小隙間を介しての連通を密閉性の高いシール部材で確実に阻止することができるので、特に、油圧機器が緩衝器である場合に、高周波数の振動が入力される際に、緩衝器に高い減衰力を発生させることが可能となる。

そして、ピストンのシール部材を設けるスペースの確保が不要であるので、より大型なバルブをピストンに設けても、ピストンの外径を大型化することが無いので、バルブの設計自由度の向上する。
また、第一の課題解決手段によれば、ピストン若しくはディスクに通路および通孔に連通する円形な環状溝を備えることにより、ディスクをピストンに位置決めしなくとも、必ず、通路は通孔に連通されるので便利であり、万が一、ディスクがピストンに対して円周方向にずれてしまっても油圧機器の機能を損ねることがない。
また、第二の課題解決手段によれば、ディスクおよびストッパがバネ座を兼ねるため、バネ座を省略して部品点数を削減し、ピストンを軸方向に小型化することが可能となる。

以下、本発明のシール構造を図に基づいて説明する。図１は、一実施の形態におけるシール構造が具現化された油圧機器のピストン部の縦断面図である。図２は、一実施の形態の変形例におけるシール構造が具現化されたディスクの縦断面図である。図３は、一実施の形態の他の変形例におけるシール構造が具現化されたディスクの縦断面図である。図４は、他の実施の形態におけるシール構造が具現化された油圧機器のピストン部の縦断面図である。

一実施の形態におけるシール構造は、図１に示すように、油圧機器たる緩衝器のピストン部に具現化されており、ピストン摺動部をシールするようになっており、上記シール構造が具現化される油圧機器たる緩衝器は、シリンダ１と、シリンダ１内に移動自在に挿入されるロッド２と、ロッド２に連結されるとともにシリンダ１内に摺動自在に挿入されてシリンダ１内に二つの圧力室Ｒ１，Ｒ２を隔成するピストン３と、ピストン３に形成されて各圧力室Ｒ１，Ｒ２を連通し通過する作動油の流れに抵抗を与えるバルブ４，５を備えた通路６，７とを備えて構成され、シール構造は、上記ピストン３に積層されて外周側にシール部材２３を備えたディスク２２を備えて構成されている。

なお、このシール構造が具現化される油圧機器たる緩衝器は、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１と、シリンダ１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ロッド２と、ロッド２の端部に設けられる上記ピストン３と、シリンダ１内にピストン３で区画した二つの圧力室Ｒ１，Ｒ２と、シリンダ１の下端を封止する封止部材（図示せず）とを備えて構成され、シリンダ１内には作動油が充填される。

以下、各部について詳細に説明すると、ピストン３は環状とされており、また、ピストン３には、図１に示すように、その上下に亘って貫通されるよう形成された通路６，７を備えており、この通路６，７で上記した各圧力室Ｒ１，Ｒ２とが連通されている。

そして、通路６は、図１中上方側が小径に形成されて途中に段部が形成され、この段部で環状弁座８を構成している。他方、通路７は、図１中下方側が小径に形成されて途中に段部が形成され、この段部で環状弁座１５を構成している。

さらに、上記した通路６の大径に形成される部分の図１中下端内周には螺子部６ａが形成され、この螺子部６ａに通路６の全部を閉塞しないよう図１中左右端部が面取りされたバネ座９が螺着されている。また、上記した通路６の大径に形成される部分には、環状弁座８に着座する弁体１０が収容され、この弁体１０と、バネ座９との間にはバネ１１が介装されて、弁体１０は常に上記バネ１１によって環状弁座８に着座する方向に附勢され、通路６を閉塞している。

この弁体１０は、弁本体１２と、弁本体１２の先端に形成の略円錐状の弁頭１３と、弁頭１３の側部から放射状に突出される複数のバネ受け１４とを備えており、バネ受け１４の端部を環状弁座８の図１中下面に当接させると、弁頭１３の側部が環状弁座８の内周縁に着座して、通路６を閉塞し圧力室Ｒ１と圧力室Ｒ２との連通を断つことができるようになっている。

他方、上記した通路７の大径に形成される部分の図１中上端内周には螺子部７ａが形成され、この螺子部７ａに通路７の全部を閉塞しないよう図１中左右端部が面取りされたバネ座１６が螺着されている。また、上記した通路７の大径に形成される部分には、環状弁座１５に着座する弁体１７が収容され、この弁体１７と、バネ座１６との間にはバネ１８が介装されて、弁体１０は常に上記バネ１８によって環状弁座１５に着座する方向に附勢され、通路７を閉塞している。

この弁体１７は、弁本体１９と、弁本体１９の先端に形成の略円錐状の弁頭２０と、弁頭２０の側部から放射状に突出される複数のバネ受け２１とを備えており、バネ受け２１の端部を環状弁座１５の図１中上面に当接させると、弁頭２０の側部が環状弁座１５の内周縁に着座して、通路７を閉塞し圧力室Ｒ１と圧力室Ｒ２との連通を断つことができるようになっている。

したがって、バルブ４は、上記した環状弁座８と、弁体１０と、バネ１１と、バネ座９とを備えて構成され、上記弁体１０は、常時バネ１１によって環状弁座８に押し付けられて着座し、通路６内の弁体１０は、圧力室Ｒ１の圧力が開弁圧に達すると環状弁座８から図１中下方に後退して通路６を開放し圧力室Ｒ１と圧力室Ｒ２とを連通させることができ、バルブ４は常閉型の減衰バルブとして機能し、他方のバルブ５も上記した環状弁座１５と、弁体１７と、バネ１８と、バネ座１６とを備えて構成され、上記弁体１７は、常時バネ１８によって環状弁座１５に押し付けられて着座し、通路７内の弁体１７は、圧力室Ｒ２の圧力が開弁圧に達すると環状弁座１５から図１中上方に後退して通路７を開放し圧力室Ｒ２と圧力室Ｒ１とを連通させることができ、バルブ５は常閉型の減衰バルブとして機能する。

すなわち、通路６は、圧力室Ｒ１から圧力室Ｒ２へ向かう作動油の流れに対してはバルブ４が開弁してこれを許容し逆向きの流れに対してはバルブ４が開弁せずこれを阻止する一方通行の通路に設定され、他方の通路７は、圧力室Ｒ２から圧力室Ｒ１へ向かう作動油の流れに対してはバルブ５が開弁してこれを許容し逆向きの流れに対してはバルブ５が開弁せずこれを阻止する一方通行の通路に設定されている。

また、各バルブ４，５における弁体１０，１７は、バネ受け１４，２１をそれぞれ環状弁座８，１５に当接させることによって移動が規制されるので、弁頭１３，２０と環状弁座８，１５の当接面が長年の使用によって変形してしまい、バルブの特性が変化してしまうような事態の発生を防止することができる。

つづき、ピストン３に積層されるディスク２２は、環状とされ、その外周全周に亘って環状溝２２ａが形成され、この環状溝２２ａ内に環状のシール部材２３が嵌め込まれている。

そして、ディスク２２をシリンダ１に挿入すると、シール部材２３がシリンダ１の内周に摺接するようになっており、このディスク２２をピストン３に積層することによって、ピストン摺動部であるピストン３とシリンダ１との間にできる微小隙間を介しての圧力室Ｒ１と圧力室Ｒ２との連通は、シール部材２３によって遮断されることになり、これによってピストン摺動部が上記シール部材２３によってシールされることになる。

また、ディスク２２は、上述のように圧力室Ｒ１と圧力室Ｒ２とのピストン３とシリンダ１との間にできる微小隙間を介しての連通を遮断するため、ピストン３にディスク２２を積層すると、通路６，７も閉塞されてしまうことになるので、ディスク２２には、その上下を貫通して、ディスク２２のピストン側を向く端部に形成の円形の環状溝２２ｂに連通される通孔２２ｃが設けられ、また、このディスク２２をピストン３に積層すると環状溝２２ｂは、ピストン３に形成の通路６，７に対向して通孔２２ｃが通路６，７に連通されるようになっている。

なお、通路６，７がディスク２２で隔てられてしまうことを防止する目的を達成するためには、通孔２２ｃを少なくとも２つ設けておき、それぞれを通路６，７に対向させるようにしておけばよいが、通路６，７に対向する円形な環状溝２２ｂを設けることによって、ディスク２２をピストン３に円周方向に位置決めしなくとも、必ず、通路６，７は通孔２２ｃに連通されるので便利であり、万が一、ディスク２２がピストン３に対して円周方向にずれてしまっても、緩衝器の機能が損なわれてしまうことが無い。

なお、上記環状溝２２ｂは、ディスク２２側に設けられているが、これをピストン３のディスク２２を向く端部側に通路６，７およびディスク２２の通孔２２ｃのそれぞれに連通するように設けてもよいことは勿論である。
また、環状溝２２ｂを設けないのであれば、通路６，７と通孔２２ｃとの連通を確保するため、ピストン３に対するディスク２２の円周方向へのずれを規制する規制手段を設けておけばよく、規制手段としては、たとえば、ピストン３とディスク２２の両方に穴を設けて、この各穴にピンを挿入するような手段を用いればよい。

このように、バルブ４，５が組み込まれたピストン３と、ピストン３に積層されるディスク２２の内周側には、段付きのロッド２が挿通され、ピストン３とディスク２２はロッド２の先端に螺着されるピストンナット３０でロッド２に固定されることになる。なお、ディスク２２は、ピストン３の上下どちらへ積層してもよい。

さて、ピストン摺動部のシール構造の作用であるが、上述のように、本発明のシール構造にあっては、ピストン摺動部にできる微小隙間は、ピストン３の外周に設けられるシール部材によってシールされるのではなく、ピストン３に積層されるディスク２２の外周に設けたシール部材２３によってシールされることになる。

つまり、ピストン３の外周にシール部材を配置する必要が無くなり、これによって、ピストン３を小型化することが可能となる。すなわち、特に、高減衰力の発生が要求されピストン３に組み込まれるバルブ４，５が大型な場合にあっても、ピストン３の外周にシール部材を設けるスペースを確保する必要がなくなることから、ピストン３を小型化することができ、さらには、ピストン３の外周に環状溝を設ける必要が無いので、ピストン３の強度低下を招く恐れもない。

したがって、本発明のシール構造にあっては、ピストン３を従来に比較して小型化することが可能であるので、油圧機器、本実施の形態においては緩衝器の外径をより小型化することができ、油圧機器の適用箇所への搭載性が向上することになる。

さらに、シリンダ１の内径を小型化することができるので、シール部材２３とシリンダ１との摺動抵抗を低減できるので、油圧機器の円滑な伸縮を実現することができ、摺動摩擦による作動油温度上昇を抑制できるので、作動油温度上昇による作動油の粘性低下を抑制でき、長時間にわたる使用によっても減衰力低下を招くことが無く、油圧機器に安定した減衰機能を発揮させることが可能である。

また、図２に示すように、シール部材２３の内周側により高圧に耐えうるようにバックアップリング２４を挿入するようなシール形態を採用しても、バルブ４，５が組み込まれることが無いディスク２２にシール部材２３とバックアップリング２４を保持させればよいので、ピストン３やシリンダ１の外径を大型化してしまう不具合も無く、シール設計の自由度が高まり、油圧機器の大型化を避けつつ油圧機器に最適なシール形態を採用することが可能となる。

さらに、油圧機器の大型化を避けつつ油圧機器に最適なシール形態を採用することが可能となるので、圧力室Ｒ１と圧力室Ｒ２とのシリンダ１とピストン３との間の微小隙間を介しての連通を密閉性の高いシール部材で確実に阻止することができるので、特に、緩衝器に、高周波数の振動が入力される際に、高い減衰力を発生させることが可能となる。

そして、ピストン３のシール部材を設けるスペースの確保が不要であるので、より大型なバルブをピストン３に設けても、ピストン３の外径を大型化することが無いので、バルブの設計自由度の向上する。

また、図３に示すように、ディスク２２の外周部を軸方向に長く設定しておき、ディスク２２の外周に、シリンダ１との摺動性の向上とロッド２やシリンダ１に作用する横力を受けるために、スライドベアリング２５を装着することが可能である。このようにすることで、ピストン３の外径の大径化、重量増加、強度低下を防止しつつ油圧機器たる緩衝器のより円滑な伸縮を実現することが可能である。

つづいて、他の実施の形態におけるピストン摺動部のシール構造について説明する。なお、上述した一実施の形態と同様の部材については、説明が重複するので、同一の符号を付するのみとしてその詳しい説明を省略することとする。

この他の実施の形態におけるピストン摺動部のシール構造は、図４に示すように、ディスク４０がバルブ５におけるバネ座１６を兼ねると共に、ディスク４０に保持されるシール部材４１は、環状溝内に嵌め込まれるのではなく、ディスク４０のピストン３に対向する端部外周の全周に亘って設けられた環状の切欠４０ａ内に嵌め込まれ、この切欠４０ａとピストン３の切欠４０ａに対向する図１中上端外周との間で挟持されるようにして、ディスク４０に固定されている。

シール部材４１がたとえば、高剛性の樹脂材料や金属材料から形成されるような場合には、環状溝では、シール部材４１をディスク２２に取り付けることができないが、図４に示すように、シール部材４１の取付部をディスク４０のピストン３に対向する端部外周に設けた環状の切欠４０ａとしたので、シール部材４１を取り付けることができないという事態が回避される。

さらに、このディスク４０に設けられる通孔４０ｂは、通路７の大径部より小径となるように設定されており、ディスク４０の図４中下端となるピストン３側の端部でバネ１８の上端を支承しているので、これによってバネ座１６を省略することができ、部品点数の削減に寄与して、油圧機器全体のコストを低減することが可能となる。

なお、この他の実施の形態の場合、ピストン３のディスク４０が積層される端部とは反対側の端部には、環状のストッパ４５が積層され、この環状のストッパ４５は、バルブ４のバネ座９を兼ねると共に、ピストン３の外周側に設けた切欠３ａ内に嵌め込んだスライドベアリング４６をピストン３から脱落することを防ぐストッパとして機能している。なお、ストッパ４５には、通路６，７に連通される通孔４５ａが設けられており、通路６，７による圧力室Ｒ１，Ｒ２の連通が確保されている。

したがって、バネ座の省略が可能であるので、部品点数が削減される他、ピストン３を図４中上下方向となる軸方向に小型化することが可能となる。

スライドベアリング４６は、一般的にシール部材４１より径方向の肉厚が薄いので、このように、ピストン３にスライドベアリング４６を装着しても、ピストン３の外径をいたずらに大型化してしまう恐れはない。

そして、その他の作用効果については上記した一実施の形態におけるピストン摺動部のシール構造と同様であり、ピストン３の外周にシール部材用の環状溝を設けるスペースを確保する必要がなくなることから、ピストン３を小型化することができ、ピストン３の強度低下を招かず、油圧機器の適用箇所への搭載性が向上し、油圧機器に安定した減衰機能を発揮させることが可能である。

これで、ピストン摺動部におけるシール構造の実施の形態についての説明を終えるが、このピストン摺動部におけるシール構造は、バルブが内設されるピストンとシリンダとの間の隙間をシールするものであるから、緩衝器の他に上記ピストンとシリンダとを備えた構造を有する油圧機器に適用することが可能であることは言うまでもない。

なお、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。

一実施の形態におけるシール構造が具現化された油圧機器のピストン部の縦断面図である。 一実施の形態の変形例におけるシール構造が具現化されたディスクの縦断面図である。 一実施の形態の他の変形例におけるシール構造が具現化されたディスクの縦断面図である。 他の実施の形態におけるシール構造が具現化された油圧機器のピストン部の縦断面図である。

符号の説明

１ シリンダ
２ ロッド
３ ピストン
４，５ バルブ
６，７ 通路
６ａ，７ａ 螺子部
８，１５ 環状弁座
９，１６ バネ座
１０，１７ 弁体
１１，１８ バネ
１２，１９ 弁本体
１３，２０ 弁頭
１４，２１ バネ受け
２２，４０ ディスク
２２ａ，２２ｂ 環状溝
２２ｃ，４５ａ 通孔
２３，４１ シール部材
２４ バックアップリング
２５，４６ スライドベアリング
３０ ナット
４０ａ 切欠
４５ ストッパ
Ｒ１，Ｒ２ 圧力室

Claims (5)

1. シリンダと、このシリンダ内に移動自在に挿入されるロッドと、このロッドに連結されるとともに上記シリンダ内に摺動自在に挿入されて上記シリンダ内に二つの圧力室を隔成するピストンと、このピストンに形成されて各圧力室を連通する通路と、この通路の途中に設けられて上記通路を通過する作動油の流れに抵抗を与えるバルブとを備えた油圧機器のピストン摺動部におけるシール構造において、軸方向に貫通して上記通路に連通する通孔と、外周に上記シリンダ内周に摺接するシール部材とを有するとともに上記ピストンに積層されて上記シール部材で上記ピストン摺動部をシールするディスクを備え、上記ピストンのディスク側端部若しくは上記ディスクのピストン側端部に上記通路および上記通孔に連通する環状溝が形成されることを特徴とするピストン摺動部のシール構造。
2. 上記バルブが上記通路の途中に設けた環状弁座と、この環状弁座に着座する弁体と、この弁体を着座方向に付勢するバネと、上記通路の途中に螺着されるバネ座とを備えて構成され、上記バネが上記弁体と上記バネ座との間に介装されることを特徴とする請求項１に記載のピストン摺動部のシール構造。
3. ディスクの外周にシリンダ内周に摺接するスライドベアリングを装着したことを特徴とする請求項１または２に記載のピストン摺動部のシール構造。
4. シリンダと、このシリンダ内に移動自在に挿入されるロッドと、このロッドに連結されるとともに上記シリンダ内に摺動自在に挿入されて上記シリンダ内に二つの圧力室を隔成するピストンと、このピストンに形成されて各圧力室を連通する一対の通路と、これら通路を通過する作動油の流れに抵抗を与える一対のバルブとを備え、これらバルブが上記通路の途中に設けた環状弁座と、この環状弁座に着座する弁体と、この弁体を着座方向に附勢するバネとをそれぞれ備えて構成される油圧機器のピストン摺動部におけるシール構造において、軸方向に貫通して上記各通路に連通する通孔と、外周に上記シリンダ内周に摺接するシール部材とを備えるとともに上記ピストンの一方側に積層されて上記シール部材で上記ピストン摺動部をシールするディスクと、上記ピストンの他方側に積層されるストッパとを有し、一方のバネが上記弁体と上記ディスクとの間に介装され、他方のバネが上記弁体と上記ストッパとの間に介装されることを特徴とするピストン摺動部のシール構造。
5. ディスクのピストン側端部外周の全周に亘って環状の切欠を設け、この切欠内にシール部材を挿入してなる請求項４に記載のピストン摺動部のシール構造。

Images