JP5038782B2 - 流体圧機器 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも、円筒室（シリンダに相当）と、この円筒室を作動液体充填部分と作動気体充填部分とに２分しながら、この円筒室の軸方向にスライドする円柱体（ピストンに相当）と、この円柱体の外周に設けられた運動用Ｏリング溝と、この運動用Ｏリング溝に収容され、前記円柱体と前記円筒室との間のシールをする運動用Ｏリングとを備えた流体圧機器に関する。

運動用Ｏリングを備えた流体圧機器については、特許文献１に、シール体と摺動面との面圧分布が重要であることが記載されており、図８は、この本発明の背景技術となる運動用Ｏリングを備えた流体圧機器を示す図である。

この流体圧機器３０は、円筒室２１と、この円筒室２１内で円筒室２１の軸中心で回転し、あるいは軸方向にスライドする円柱体２２と、円柱体２２の外周面と、円筒室２１の内周面との間の作動液体のシールをするためのシール溝２３と、このシール溝２３に嵌め込まれた運動用Ｏリング２５と樹脂リング２６とを備えている。

樹脂リング２６は「コ」の字断面形状であって、その背面が円筒室２１の内周面に接触している。Ｏリング２５は、樹脂リング２６の「コ」の字断面の開口側に収容され、その反収容側がシール溝２３の底周面に接触している。

このＯリング２５と樹脂リング２６とは、このような組み合わせで用いられ、シールとしての使用状態では、図８に示すように、Ｏリング２５が収容部分に拘束されで断面が楕円になるに変形し、これにより樹脂リング２６が、その「コ」の字断面の開口側が更に開くように変形し、以て、この図８で、符号Ｐ２１、Ｐ２２で示すような面圧分布が得られるようになっている。

特許文献１によると、このような樹脂リング２６の背面の外側ほど高くなるような面圧分布Ｐ２１、Ｐ２２により、この樹脂リング２６と円筒室２１の内周面との間が確実にシールされるということである。

しかしながら、この特許文献１の技術は、上記の効果を生じる面圧分布を得るのに、Ｏリング２５と樹脂リング２６とを組み合わせたものを用いる必要があるものであり、シール性の改善をシール溝側で対応しようとするものでもなかった。

一方、流体圧機器の中には、ショックアブソーバー、アキュムレータなどのフリーピストンにおいて、円筒室（シリンダに相当）を作動液体充填部分と作動気体充填部分とに２分しながら、この円筒室の軸方向にスライドする円柱体（ピストンに相当）の外周面と、この円筒室の内周面との間のシールを必要とするものがあり、かかる場合のシール性の向上が望まれていた。
特開平１１−２３０３６８号公報（図１）

本発明は、上記問題を改善しようとするもので、円筒室と、この円筒室内を作動液体充填部分と作動気体充填部分とに２分しながら軸方向にスライドする円柱体との間のシール性を、運動用Ｏリングだけを用ながら、運動用Ｏリング溝側で改善することができる流体圧機器を提供することを目的としている。

本発明の流体圧機器は、少なくとも、円筒室と、この円筒室を作動液体充填部分と作動気体充填部分とに２分しながら、この円筒室の軸方向にスライドする円柱体と、この円柱体の外周に設けられた運動用Ｏリング溝と、この運動用Ｏリング溝に収容され、前記円柱体の外周面と前記円筒室の内周面との間のシールをする運動用Ｏリングとを備えるとともに、前記円筒室の軸方向に沿った前記運動用Ｏリング溝の溝幅の中心に想定される中心線（Ｍ）によって、この運動用Ｏリング溝の断面積を、作動液体充填部分（Ｗ）側の断面積（ＳＡ）と作動気体充填部分（Ｖ）側の断面積（ＳＢ）とに区分するとき、前記運動用Ｏリング溝の作動液体充填部分側の断面積（ＳＡ）を、作動気体充填部分側の断面積（ＳＢ）より大きくした流体圧機器である。そして、本発明は次の点で特徴付けられる。
［発明その１］
前記運動用Ｏリング溝の作動液体充填部分（Ｗ）側の溝底面に、前記円柱体の溝側面に近づくほど当該円柱体の軸芯から遠くなる直線状または曲線状の第１勾配面を設けるとともに、前記運動用Ｏリング溝の作動気体充填部分（Ｖ）側の溝底面に、前記円柱体の溝側面に近づくほど当該円柱体の軸芯から遠くなる直線状または曲線状の第２勾配面を設け、更に、
（イ）：前記第１勾配面における円柱体の軸方向長さ（Ｌ１）と、前記第２勾配面における円柱体の軸方向長さ（Ｌ２）とを異ならせることにより、又は、
（ロ）：前記第１勾配面における円柱体の溝深さ方向の高さ（Ｈ１）と、前記第２勾配面における円柱体の溝深さ方向の高さ（Ｈ２）とを異ならせることにより、又は、
（ハ）：前記第１勾配面における円柱体の軸方向長さ（Ｌ１）と、前記第２勾配面における円柱体の軸方向長さ（Ｌ２）とを異ならせ、且つ、前記第１勾配面における円柱体の溝深さ方向の高さ（Ｈ１）と、前記第２勾配面における円柱体の溝深さ方向の高さ（Ｈ２）とを異ならせることにより、
前記運動用Ｏリング溝の作動液体充填部分側の断面積（ＳＡ）を、前記作動気体充填部分側の断面積（ＳＢ）より大きくしたことを特徴とする流体圧機器。
［発明その２］
前記運動用Ｏリング溝の作動液体充填部分（Ｗ）側の溝底面に、前記円柱体の溝側面に近づくほど当該円柱体の軸芯に近くなる直線状または曲線状の勾配面を設けるとともに、前記運動用Ｏリング溝の作動気体充填部分（Ｖ）側の溝底面に、円柱体の軸芯から一定距離だけ離間した位置にて円柱体の軸芯と平行に延びる面を設けることで、前記運動用Ｏリング溝の作動液体充填部分側の断面積（ＳＡ）を、前記作動気体充填部分側の断面積（ＳＢ）より大きくしたことを特徴とする流体圧機器。
［発明その３］
前記運動用Ｏリング溝の作動気体充填部分（Ｖ）側の溝底面に、前記円柱体の溝側面に近づくほど当該円柱体の軸芯から遠くなる直線状または曲線状の勾配面を設けるとともに、前記運動用Ｏリング溝の作動液体充填部分（Ｗ）側の溝底面に、円柱体の軸芯から一定距離だけ離間した位置にて円柱体の軸芯と平行に延びる面を設けることで、前記運動用Ｏリング溝の作動液体充填部分側の断面積（ＳＡ）を、前記作動気体充填部分側の断面積（ＳＢ）より大きくしたことを特徴とする流体圧機器。
［発明その４］
前記運動用Ｏリング溝の作動液体充填部分（Ｗ）側の溝底面に、前記円柱体の溝側面に近づくほど当該円柱体の軸芯に近くなる直線状または曲線状の第１勾配面（Ｕ１）を設けるとともに、前記運動用Ｏリング溝の作動気体充填部分（Ｖ）側の溝底面に、前記円柱体の溝側面に近づくほど当該円柱体の軸芯から遠くなる直線状または曲線状の第２勾配面（Ｕ２）を設け、
更に、前記運動用Ｏリング溝の溝底面に、前記第１勾配面と前記第２勾配面との間において、円柱体の軸芯から一定距離だけ離間した位置にて円柱体の軸芯と平行に延びる面を設けることで、前記運動用Ｏリング溝の作動液体充填部分側の断面積（ＳＡ）を、前記作動気体充填部分側の断面積（ＳＢ）より大きくしたことを特徴とする流体圧機器。

本発明の流体圧機器は、少なくとも、円筒室と、この円筒室を作動液体充填部分と作動気体充填部分とに２分しながら、この円筒室の軸方向にスライドする円柱体と、この円柱体の外周に設けられた運動用Ｏリング溝と、この運動用Ｏリング溝に収容され、前記円柱体と前記円筒室との間のシールをする運動用Ｏリングとを備えた流体圧機器であって、
前記運動用Ｏリング溝の作動液体充填部分側の断面積を、作動気体充填部分側の断面積より大きくしたので、精度のばらつき等があっても、作動液体充填部分側最大面圧勾配が作動気体充填部分側最大面圧勾配より大きくなり、作動液体が作動気体充填部分側に漏れ出すことをより確実に防ぐことができ、円筒室と円柱体との間のシール性を、運動用Ｏリングだけを用ながら、運動用Ｏリング溝側で改善することができる。

以下に、本発明の実施の形態（実施例）について、図面を用いて説明する。

図１は、本発明の流体圧機器における運動用Ｏリング溝の基本原理を説明するもので、（ａ）は円柱体が停止状態の説明図、（ｂ）は円柱体が作動液体充填部分側に移動している状態の説明図、（ｃ）は円柱体が作動気体充填部分側に移動している状態の説明図、（ｄ）は（ａ）、（ｂ）、（ｃ）による基本原理の説明の際に用いる式を示す図である。

まず、この図１により、本発明の流体圧機器における運動用Ｏリング溝の基本原理を説明する。

本発明の流体圧機器２０は、フリーピストンや、ショックアブソーバー、アキュムレータなどにおいて、円筒室１１（シリンダに相当）を作動液体充填部分Ｗと作動気体充填部分Ｖとに２分しながら、この円筒室１の軸方向にスライド（点線の矢印）する円柱体１２（ピストンに相当）の外周面と、この円筒室１の内周面との間のシールを必要とする場合に用いられる。

特に、本発明は、上記の流体圧機器２０において、円柱体１２の外周面に運動用Ｏリング溝１５を設け、ここに運動用Ｏリング１３だけを収容して、作動液体充填部分Ｗ側の作動液体が、作動気体充填部分Ｖ側に漏れ出さないようにするのに、運動用Ｏリング溝１５の形状を工夫することを着想したものであり、ここではその基本原理を、運動用Ｏリング溝１５に格別の工夫を施していない場合について説明する。

一般に、上記のような条件で用いられる流体圧機器２０においては、運動用Ｏリング１３と円筒室１１の内周である摺動相手面との間には、微小な厚さの作動液体膜が発生し、その厚さによって、シール性能が決まる。

例えば、円柱体１２が作動液体充填部分Ｗ側に動くとき（図１（ｂ）の状態）に発生し得る作動液体の膜厚をｈ１、作動液体充填部分Ｗ側と反対側、つまり、作動気体充填部分Ｖ側に動くとき（図１（ｃ）の状態）に発生し得る作動液体の膜厚をｈ２とすると、膜厚ｈ１が膜厚ｈ２以下であること（図１（ｄ）に示す式３が成立すること）が、漏れを防止する条件である。

ここで、膜厚ｈ１は、円柱体１２つまり運動用Ｏリング１３が、作動液体充填部分Ｗ側に移動した際に、この運動用Ｏリング１３が通過した後に、円筒室１１の内面に形成される作動液体の膜厚であるので、形成膜厚ｈ１とも称されるものである。

一方、膜厚ｈ２は、円柱体１２、つまり、運動用Ｏリング１３が、作動気体充填部分Ｖ側に移動した際、すでに円筒室１１の内面に形成されている作動液膜を作動液体充填部分Ｗ側に取り込むことのできる膜厚を意味するので、この膜厚ｈ２は取込膜厚ｈ２とも称されるものである。

つまり、図１（ｄ）に示す式３は、形成膜厚ｈ１が取込膜厚ｈ２以下であること、いいかえれば、運動用Ｏリング１３の移動により取り込まれる取込膜厚ｈ２が、運動用Ｏリング１３の移動により形成される形成膜厚ｈ１以上であれば、作動気体充填部分Ｖ側に残存する作動液体は増加することはなく、シールが確保されることを示している。

ここで、膜厚ｈ１、膜厚ｈ２は、図１（ｄ）に示す式１、式２によって得られる。ただし、これらの式において、それぞれの符号は、以下の意味内容を持つものである。

μ：作動液体の粘度 ν：円柱体１２の移動速度
θ１：運動用Ｏリング１３が作動液体充填部分Ｗ側に動くときに発生する面圧分布の作動液体充填部分側の最大面圧勾配＝作動液体充填部分側最大面圧勾配
θ２：運動用Ｏリング１３が作動気体充填部分Ｖ側に動くときに発生する面圧分布の作動液体と反対側の最大面圧勾配＝作動気体充填部分側最大面圧勾配
ここで、膜厚ｈ１、ｈ２と最大面圧勾配θ１、θ２との関係は、他の条件（μ、ν）が変化しないと仮定して、式１、式２から、膜厚ｈ１、ｈ２と、最大面圧勾配θ１、θ２の平方根とが反比例するという関係にある。

より定性的に表現すると、膜厚ｈ１を膜厚ｈ２以下とするには、作動液体充填部分側最大面圧勾配θ１を作動気体充填部分側最大面圧勾配θ２以上にすればよいことになる。

この関係を、実際の流体圧機器２０のシール部分で示したのが、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）である。なお、これらの図において、運動用Ｏリング溝１５部分は、図１（ａ）のようにハッチングを用いた断面図で示すのが正しいものであるが、図１（ｂ）以下では、煩雑をさけるために、図１（ａ）のような断面図表記を省略する。

図１（ａ）では、円柱体１２は静止しており、運動用Ｏリング溝１５に収容された運動用Ｏリングは、このＯリング溝１５と円筒室１１の内周とに規制されて、変形し、図に示すようなスライド方向の正逆に対して対称な面圧分布Ｐ１０を受けている。

ここで、円柱体１２が作動液体充填部分Ｗ側に動くとき、運動用Ｏリング１３は円筒室１１の内周との摩擦力により、この動きに抗して運動用Ｏリング溝１５の作動気体充填部分Ｖ側に接触して図１（ｂ）に示すように変形し、作動気体充填部分Ｖ側に偏った面圧分布Ｐ１１を受ける。このときの作動液体充填部分側最大面圧勾配θ１は図示のものである。

一方、円柱体１２が作動気体充填部分Ｖ側に動くとき、Ｏリング１３は円筒室１１の内周との摩擦力により、この動きに抗して運動用Ｏリング溝１５の作動液体充填部分Ｗ側に接触して図１（ｃ）に示すように変形し、作動液体充填部分Ｗ側に偏った面圧分布Ｐ１２を受ける。このときの作動気体充填部分側最大面圧勾配θ２は図示のものである。

このとき、運動用Ｏリング溝１５の作動液体充填部分Ｗ側、作動気体充填部分Ｖ側の形状が同一であり、運動用Ｏリングと円筒室１１の内周との摩擦力も等しいと推定できるので、結果、円柱体１２が作動液体充填部分Ｗ側に動くときの作動液体充填部分側最大面圧勾配θ１と、円柱体１２が作動気体充填部分Ｖ側に動くときの作動気体充填部分側最大面圧勾配θ２は等しいものと考えられる。

したがって、この場合、式３においてｈ１≒ｈ２が成立し、特に、運動用Ｏリング溝１５の形状を工夫しなくとも、上記原則により、作動液体充填部分Ｗ側の作動液体が、作動気体充填部分Ｖ側に漏れ出さないようにすることができる。

しかしながら、現実には、実際の製品におけるＯリング溝１５の形状の精度ばらつき、円筒室１１の内周摺動面の面粗度のばらつきなどにより、面圧分布が想定されたものとならず、作動液体充填部分側最大面圧勾配θ１が、作動気体充填部分側最大面圧勾配θ２より小さくなることがあり、式３が成立しないため、作動液体の漏れが発生することがあった。

本発明は、上記基本原理をこのような流体圧機器のシール性の向上に積極的に利用することを着想し、精度のばらつき等があっても、作動液体充填部分側最大面圧勾配θ１が作動気体充填部分側最大面圧勾配θ２以上となるように、運動用Ｏリング溝の作動液体充填部分側の断面積を、作動気体充填部分側の断面積より大きくした流体圧機器を提案するものである。

図２（ａ）は、本発明の流体圧機器の一例において、円柱体が作動気体充填部分側に移動している状態の説明図、（ｂ）は、本発明の流体圧機器の他例において、円柱体が作動液体充填部分側に移動している状態の説明図、（ｃ）〜（ｆ）は、本発明の流体圧機器の他例を示す図である。

なお、本明細書においては、数字の後に英大文字を付加した符号を付したものは、英大文字のない符号を付したものの変形例であることを示す。

図２（ａ）の流体圧機器１０は、少なくとも、円筒室１と、この円筒室１を作動液体充填部分Ｗと作動気体充填部分Ｖとに２分しながら、この円筒室１の軸方向にスライドする円柱体２と、この円柱体２の外周に設けられた運動用Ｏリング溝５と、この運動用Ｏリング溝５に収容され、円柱体２と円筒室１との間のシールをする運動用Ｏリング３とを備えたものである。

ここで、運動用Ｏリング溝５に軸方向の溝幅中心に中心線Ｍを仮想した場合、この中心線Ｍで区分される作動液体充填部分側の運動用Ｏリング溝５の断面積を、図示したように断面積ＳＡ、作動気体充填部分側の運動用Ｏリング溝５の断面積を、図示したように断面積ＳＢとする。

流体圧機器１０は、上記のような基本構成において、運動用Ｏリング溝５の作動液体充填部分Ｗ側の断面積ＳＡを、作動気体充填部分Ｖ側の断面積ＳＢより大きくしたこと、つまり、図２（ａ）で解るように、運動用Ｏリング溝５の作動液体充填部分Ｗ側の溝側面だけが、作動液体充填部分Ｗ側に突となるような円弧面Ｒ１となっており、その分だけ、このような円弧面となっていない作動気体充填部分Ｖ側の溝側面に比べ、溝断面積が大きくなっている点を特徴とする。

このようにすると、図２（ａ）に示すように、円柱体２が作動気体充填部分Ｖ側に移動した際、運動用Ｏリング３が運動用Ｏリング溝５の作動液体Ｗ側の円弧面Ｒ１に接触するが、ここで運動用Ｏリング３が拘束される部分の断面積が大きくなるため、Ｏリング３の円筒室１の内面に接触する部分での面圧分布Ｐ１が小さくなると共に、分布の勾配も小さくなる。

従って、この場合の作動気体充填部分側最大面圧勾配θ２′は、図２（ａ）に示すように、この円弧面Ｒ１の無い場合の作動気体充填部分側最大面圧勾配θ２より小さくなることが推認され、作動液体充填部分側最大面圧勾配θ１が作動気体充填部分側最大面圧勾配θ２′より大きいという状態がよりよく維持され、シール性能を向上させることができる。

つまり、このような運動用Ｏリング溝５を備えた流体圧機器１０によれば、運動用Ｏリングだけを用いながら、この運動用Ｏリングによるシール性を、運動用Ｏリング溝側で改善することができる。

なお、この例の運動用Ｏリング溝５の場合、作動液体充填部分Ｗ側の円弧面Ｒ１が運動用Ｏリング３の円弧断面をその形状に合わせて受け止める所から、Ｏリング３をより広い範囲に渡って支えて、運動用Ｏリング３の表面の変形が規制され、高い内部応力の発生も押されられるという点も、耐久性の改善に資するところがある。

したがって、この円弧面Ｒ１形状は、運動用Ｏリングが接触する直前の外周形状に近似していることが望ましい。

図２（ｂ）の流体圧機器１０Ａは、図２（ａ）の流体圧機器１０に比べ、円柱体２Ａに設けられた運動用Ｏリング溝５Ａの作動気体充填部分Ｖ側の溝側面だけが、作動液体充填部分Ｗ側に突となるような円弧面Ｒ２となっており、その分だけ、このような円弧面となっていない作動液体充填部分Ｗ側の溝側面に比べ、溝断面積が小さくなっている点を特徴とする。

このようにすると、図２（ｂ）に示すように、円柱体２が作動液体充填部分Ｗ側に移動した際、運動用Ｏリング３が運動用Ｏリング溝５Ａの作動気体充填部分Ｖ側の円弧面Ｒ２に接触するが、ここで運動用Ｏリング３が拘束される部分の断面積が小さくなるため、Ｏリング３の円筒室１の内面に接触する部分での面圧分布Ｐ２が大きくなると共に、分布の勾配も大きくなる。

従って、この場合の作動気体充填部分側最大面圧勾配θ１′は、図２（ｂ）に示すように、この円弧面Ｒ１の無い場合の作動気体充填部分側最大面圧勾配θ１より大きくなることが推認され、作動液体充填部分側最大面圧勾配θ１′が作動気体充填部分側最大面圧勾配θ２より大きいという状態がよりよく維持され、シール性能を向上させることができる。

つまり、このような運動用Ｏリング溝５Ａを備えた流体圧機器１０Ａによれば、図２（ａ）の流体圧機器１０と同様の効果、つまり、運動用Ｏリングだけを用いながら、この運動用Ｏリングによるシール性を、運動用Ｏリング溝側で改善することができる。

なお、この場合も、結果的に、運動用Ｏリング溝の作動液体充填部分Ｗ側の断面積を、作動気体充填部分Ｖ側の断面積より大きくするという本発明の要件が充足されている。

図２（ｃ）の流体圧機器１０Ｂは、図２（ａ）の流体圧機器１０の特徴と、図２（ｂ）の流体圧機器１０Ａとの特徴を併せ持つ、つまり、円柱体２Ｂの運動用Ｏリング溝５Ｂの作動液体充填部分Ｗ側の溝側面は、作動液体充填部分Ｗ側へ突となる円弧面Ｒ１、作動気体充填部分Ｖ側の溝側面は、作動液体充填部分Ｗ側へ突となる円弧面Ｒ２となっている点を特徴とする。

このようにすると、本発明の基本原理と、上記図２（ａ）、（ｂ）の説明とから、より確実に、作動液体充填部分側最大面圧勾配が作動気体充填部分側最大面圧勾配より大きいという状態が確保され、シール性能を向上させることができる。

つまり、この流体圧機器１０Ｂによれば、流体圧機器１０、１０Ａの効果を相乗的に発揮することができる。

なお、図２（ａ）の運動用Ｏリング溝５と、図２（ｂ）の運動用Ｏリング溝５Ａとを比べると、その違いは、運動方向に依る作動液体の膜厚の差の取り方のみである。

よって、摩擦や摩耗特性を考慮して、全体的に作動液体の膜厚を厚くしたい場合には、取込膜厚ｈ２を大きくする図２（ａ）の運動用Ｏリング溝５を、漏れを少なくすることを重視して、全体的に作動液体の膜厚を薄くしたい場合には、形成膜厚ｈ１を小さくする図２（ｂ）の運動用Ｏリング溝５Ａを採用すればよい。

図２（ｄ）の流体圧機器１０Ｃは、図２（ａ）の流体圧機器１０に比べ、円柱体２Ｃの運動用Ｏリング溝５Ｃの作動液体充填部分Ｗ側の溝側面が円弧面Ｒ１ではなく、作動液体充填部分Ｗ側に突となる山型の凸面Ｔ１となっている点が異なる。

このようにしても、運動用Ｏリング溝の作動液体充填部分Ｗ側の断面積を、作動気体充填部分Ｖ側の断面積より大きくするという要件は充足され、この流体圧機器１０Ｃは、図２（ａ）の流体圧機器１０と同様の効果を発揮する。加えて、この流体圧機器１０Ｃにおいては、側面形状がよりシンプルな直線の組み合わせで構成された凸面Ｔ１となっているので、より製作しやすいという面がある。

図２（ｅ）の流体圧機器１０Ｄは、図２（ｂ）の流体圧機器１０Ａに比べ、円柱体２Ｄの運動用Ｏリング溝５Ｄの作動気体充填部分Ｖ側の溝側面が円弧面Ｒ２ではなく、作動液体充填部分Ｗ側に突となる山型の凸面Ｔ２となっている点が異なる。

このようにしても、運動用Ｏリング溝の作動液体充填部分Ｗ側の断面積を、作動気体充填部分Ｖ側の断面積より大きくするという要件は充足され、この流体圧機器１０Ｄは、図２（ｂ）の流体圧機器１０Ａと同様の効果を発揮する。加えて、この流体圧機器１０Ｄにおいては、側面形状がよりシンプルな直線の組み合わせで構成された凸面Ｔ２となっているので、より製作しやすいという面がある。

図２（ｆ）の流体圧機器１０Ｅは、図２（ｃ）の流体圧機器１０Ｂに比べ、円柱体２Ｅの運動用Ｏリング溝５Ｅの作動液体充填部分Ｗ側、作動気体充填部分Ｖ側の溝側面が円弧面Ｒ１、Ｒ２ではなく、作動液体充填部分Ｗ側に突となる山型の凸面Ｔ１、Ｔ２となっている点が異なる。

このようにしても、運動用Ｏリング溝の作動液体充填部分Ｗ側の断面積を、作動気体充填部分Ｖ側の断面積よりより大きくするという要件は充足され、この流体圧機器１０Ｅは、図２（ｃ）の流体圧機器１０Ｂと同様の効果を発揮する。加えて、この流体圧機器１０Ｅにおいては、側面形状がよりシンプルな直線の組み合わせで構成された凸面Ｔ１、Ｔ２となっているので、より製作しやすいという面がある。

図３（ａ）〜（ｆ）は、本発明の流体圧機器の他例を示す図である。これよりすでに説明した部分と同じ部分には同じ符号を付して重複説明を省略する。

図２で説明した流体圧機器１０〜１０Ｅは、いずれも、運動用Ｏリング溝５〜５Ｅの溝形状について、その溝側面を作動液体充填部分Ｗ側に変化させることで、運動用Ｏリング溝の作動液体充填部分Ｗ側の断面積を、作動気体充填部分Ｖ側の断面積より大きくするものであった。

これらに比べて、この図３で説明する流体圧機器１０Ｆ〜１０Ｋは、いずれも、運動用Ｏリング溝５Ｆ〜５Ｋの溝底面の形状を変化させることで、運動用Ｏリング溝の作動液体充填部分Ｗ側の断面積を、作動気体充填部分Ｖ側の断面積より大きくするものである。

また、これよりの変形例については、運動用Ｏリング溝の作動液体充填部分Ｗ側の断面積を、作動気体充填部分Ｖ側の断面積より大きくするのに、運動用Ｏリング溝の形状をどのようにするか、という観点について説明し、その作用効果についてはいちいち説明しないが、上述したものと同様に、いずれの変形例も、運動用Ｏリング溝の作動液体充填部分Ｗ側の断面積を、作動気体充填部分Ｖ側の断面積より大きくしたことによる作用効果を発揮するものである。

図３（ａ）の流体圧機器１０Ｆは、円柱体２Ｆの運動用Ｏリング溝５Ｆにおいて、その作動液体充填部分Ｗ側の溝底面だけに円柱体２Ｆの溝側面に近づくほど直線的に軸芯方向に深くなる半Ｖ溝Ｕ１を設けたものである。

これに対し、図３（ｂ）流体圧機器１０Ｇは、円柱体２Ｇの運動用Ｏリング溝５Ｇにおいて、その作動気体充填部分Ｖ側の溝底面だけに円柱体２Ｆの溝側面に近づくほど直線的に軸芯から遠くなる勾配面Ｕ２を設けたものである。この勾配面Ｕ２は、図３（ａ）の半Ｖ溝Ｕ１に比べ、運動用Ｏリング溝の溝底面に対称的な形状である。

図３（ｃ）の流体圧機器１０Ｈは、図３（ａ）の流体圧機器１０Ｆと図３（ｂ）流体圧機器１０Ｇとの特徴を併せ持つものである。つまり、流体圧機器１０Ｈの円柱体２Ｈの運動用Ｏリング溝５Ｈは、作動液体充填部分Ｗ側に半Ｖ溝Ｕ１を、作動気体充填部分Ｖ側に勾配面Ｕ２を備えたものである。

図３（ｄ）の流体圧機器１０Ｉは、円柱体２Ｉの運動用Ｏリング溝５Ｉにおいて、作動液体充填部分Ｗ側の勾配面Ｕ３、作動気体充填部分Ｖ側の勾配面Ｕ４のいずれもＯリングに近づく勾配面としながら、勾配面Ｕ３で狭くなる度合いを、勾配面Ｕ４で狭くなる度合いに比べて小さくすることで、運動用Ｏリング溝５Ｉの作動液体充填部分Ｗ側の断面積を、作動気体充填部分Ｖ側の断面積より大きくしている。

具体的には、勾配面Ｕ３と勾配面Ｕ４の高さＨ１は共通としながら、その円柱体２Ｉの軸方向長さを、勾配面Ｕ３の長さＬ１に比べ、勾配面Ｕ４の長さＬ２を長くしている。

このようにすると、この運動用Ｏリング溝５Ｉでは、運動用Ｏリング３は、どちらの側に寄せられた場合でも、通常の運動用Ｏリング溝の場合に比べて、より面圧分布が大きくなりながら、作動液体充填部分側最大面圧勾配θ１が作動気体充填部分側最大面圧勾配θ２より大きいという状態を達成することとなり、シール性能を向上させる。

また、この場合は、双方の面圧勾配が、通常の運動用Ｏリング溝の場合に比べて大きくなるので、膜厚ｈ１、膜厚ｈ２が双方共小さくなりながら、膜厚ｈ１が膜厚ｈ２以下という条件を満たすこととなり、運動用Ｏリングによる作動液体の漏れをより確実に防止したい場合に向いている。

図３（ｅ）の流体圧機器１０Ｊは、図３（ｄ）の流体圧機器１０Ｉに比べ、円柱体２Ｊの運動用Ｏリング溝５Ｊにおいて、作動液体充填部分Ｗ側の勾配面Ｕ３は同じだが、作動気体充填部分Ｖ側の勾配面Ｕ５が、勾配面Ｕ３に対して、長さＬ１は共通で、高さＨ２を勾配面Ｕ３の高さＨ１に比べて高くすることで、運動用Ｏリング溝５Ｊの作動液体充填部分Ｗ側の断面積を、作動気体充填部分Ｖ側の断面積より大きくしている。

図３（ｆ）の流体圧機器１０Ｋは、図３（ｄ）の流体圧機器１０Ｉに比べ、円柱体２Ｋの運動用Ｏリング溝５Ｋにおいて、作動液体充填部分Ｗ側の勾配面Ｕ３は同じだが、作動気体充填部分Ｖ側の勾配面Ｕ６が、勾配面Ｕ３に対して、勾配角度α１は共通で、長さＬ２を勾配面Ｕ３の長さＬ１に比べて長くすることで、運動用Ｏリング溝５Ｊの作動液体充填部分Ｗ側の断面積を、作動気体充填部分Ｖ側の断面積より大きくしている。

上記の運動用Ｏリング溝５Ｆ〜５Ｋのいずれを採用するかは、加工性、シール性を考慮して適宜決定されるものである。

なお、図３（ｄ）〜（ｆ）の運動用Ｏリング溝５Ｉ〜５Ｋのような組み合わせを、図３（ａ）の運動用Ｏリング溝５Ｆの半Ｖ溝Ｕ１と同様な、溝深さを深くするような底面形状の組み合わせとすることができ、その場合には、作動液体充填部分Ｗ側、作動気体充填部分Ｖ側の双方の膜厚をより大きくしながら、作動液体充填部分Ｗ側の膜厚ｈ１を作動気体充填部分Ｖ側の膜厚ｈ２より小さくすることができ、円柱体のスライドがよりスムーズに行われることが要請される場合に向いている。

図４は、図３の運動用Ｏリング溝の種々の変形例の表を示す図、図５は、図３に示した運動用Ｏリング溝の変形例の組み合わせ方法の説明図である。

図４の一番左の欄では、それぞれ、これまで説明した図３（ａ）の運動用Ｏリング溝５Ｆ、図３（ｂ）の運動用Ｏリング溝５Ｇ、図３（ｃ）の運動用Ｏリング溝５Ｈ、図３（ｄ）の運動用Ｏリング溝５Ｉ、図３（ｅ）の運動用Ｏリング溝５Ｉ、及び、図３（ｆ）の運動用Ｏリング溝５Ｊが基本変形例として上から下へと列記されている。

真ん中の欄では、それぞれの左隣の基本変形例の半Ｖ溝Ｕ１、勾配面Ｕ２等の長さを変更した追加変形例１がそれぞれ「′」付きで列記されている。

一番右の欄では、これらの変形例の最終的に行き着く先の追加変形例２として、作動液体充填部分Ｗ側から作動気体充填部分Ｖ側への溝の深さが浅くなっていく勾配面Ｕ７を備えた運動用Ｏリング溝５Ｍが記載されている。

図５では、図４で示された変形例について、溝底面の勾配面を直線状のものから、曲線状のものへと変化させるパターンが示されている。

図５（ａ）では、図４で示された運動用Ｏリング溝５Ｈ′について、二つの底面の勾配面Ｕ１′′とＵ２′′とを曲線状の勾配Ｒ面ＵＲ１、ＵＲ２とした運動用Ｏリング溝５ＨＲと、この運動用Ｏリング溝５ＨＲの二つの勾配Ｒ面ＵＲ１、ＵＲ２を一体化した勾配Ｒ面ＵＲ８を備えた運動用Ｏリング溝５Ｎとが示されている。

図５（ｂ）では、図４で示された運動用Ｏリング溝５Ｋ′（勾配が途中で、下向きから上向きに変化している。）について、二つの底面の勾配面Ｕ３′とＵ６′とを曲線状の勾配Ｒ面ＵＲ３、ＵＲ６とした運動用Ｏリング溝５ＫＲと、この運動用Ｏリング溝５ＫＲの二つの勾配Ｒ面ＵＲ３、ＵＲ６を一体化した勾配Ｒ面ＵＲ９を備えた運動用Ｏリング溝５Ｐとが示されている。

図５（ｃ）では、図４で示された運動用Ｏリング溝Ｍについて、勾配面Ｕ７を曲線状の勾配Ｒ面ＵＲ７とした運動用Ｏリング溝５Ｑが示されている。

上記の運動用Ｏリング溝のうち、運動用Ｏリング５Ｍは、勾配面Ｕ７が単一の直線となっているので、加工性がよい。一方、運動用Ｏリング５Ｎ〜５Ｑは、勾配Ｒ面ＵＲ７〜ＵＲ９となっているので、ここに接触する運動用Ｏリングに発生する内部応力を低下させ、局部的な摩耗の発生を防いで耐久性を向上させる。

図６は、図２と図３との運動用Ｏリング溝の種々の変形例を組み合わせた種々の変形例の表を示す図、図７（ａ）、（ｂ）は、本発明の流体圧機器の他例を示す図である。

図６において、運動用Ｏリング溝の溝底面を変化させた変形例として、図３（ａ）の運動用Ｏリング溝５Ｆ、図３（ｂ）の運動用Ｏリング溝５Ｇ、図３（ｃ）の運動用Ｏリング溝５ｈ、及び、図３（ｆ）の運動用Ｏリング溝５Ｋが表の最上欄に列記されている。

また、運動用Ｏリング溝の溝側面形状を変化させた変形例として、図２（ｄ）の運動用Ｏリング溝５Ｃ、図２（ｅ）の運動用Ｏリング溝５Ｄ、及び、図２（ｆ）の運動用Ｏリング溝５Ｅが表の最左欄に列記されている。

そして、表の他の欄には、それぞれ、最上欄と最左欄の運動用Ｏリング溝を組み合わせたものが、その符号も組み合わせた形で列記されている。例えば、運動用Ｏリング溝５Ｃと運動用Ｏリング溝５Ｆとを組み合わせたものは、上から二列目、左から二列目の欄に、運動用Ｏリング溝５ＣＦとして記載されている。

本発明では、この図６の表などに列記したように、様々なタイプの溝形状を組み合わせることが可能である。

図７の流体圧機器１０Ｒ、１０Ｓが備える円柱体２Ｒ、２Ｓの運動用Ｏリング溝５Ｒ、５Ｓは、図３（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）の運動用Ｏリング溝５Ｉ、５Ｊ、５Ｋと同様な形状ではあるが、これらのＯリング溝５Ｒ、５Ｓの溝側面から溝底面に渡る隅肉部として観念されている点が異なる。

図７（ａ）の運動用Ｏリング溝５Ｒは、隅肉部として、作動液体充填部分Ｗ側として、より曲率半径の小さい隅肉Ｒ部Ｒ３を、作動気体充填部分Ｖ側として、より曲率半径の大きい隅肉Ｒ部Ｒ４を備えている。このような構成であっても、隅肉Ｒ部Ｒ４が隅肉Ｒ部Ｒ３に比べてより大きい曲率半径の隅肉なので、運動用Ｏリング溝の作動液体充填部分Ｗ側の断面積を、作動気体充填部分Ｖ側の断面積より大きくするものである。

図７（ｂ）の運動用Ｏリング溝５Ｓは、図７（ａ）の運動用Ｏリング溝５Ｒに比べ、隅肉部として、Ｒ面ではない直線で構成された勾配面とされた、作動液体充填部分Ｗ側のより出っ張りの小さい隅肉部Ｃ１を、作動気体充填部分Ｖ側として、より出っ張りの大きい隅肉部Ｃ２を備えている点が異なっている。

このような構成であっても、隅肉部Ｃ２が隅肉部Ｃ１に比べてより大きく出っ張っているので、運動用Ｏリング溝の作動液体充填部分Ｗ側の断面積を、作動気体充填部分Ｖ側の断面積より大きくするものである。

なお、この例においては、作動気体充填部分Ｖ側の隅肉部Ｃ２は、二つの勾配の異なる直線の組み合わせとなっており、このような隅肉部Ｃ２であってもよい。また、このような隅肉部Ｃ１、Ｃ２の場合、加工・測定が容易である。

また、本発明の流体圧機器は、上記の実施例に限定されず、特許請求の範囲に記載された範囲、実施例の範囲で、種々の変形例、組み合わせが可能であり、これらの変形例、組み合わせもその権利範囲に含むものである。

また、流体圧とは、作動液体として作動油を用いる油圧や、水を用いる水圧や、高分子流体や、空気などを用いるものを含むものである。

本発明の流体圧機器は、円筒室と、この円筒室内を作動液体充填部分と作動気体充填部分とに２分しながら軸方向にスライドする円柱体との間の運動用Ｏリングによるシール性を、運動用Ｏリング溝側で改善することが要請される産業分野に用いることができる。

本発明の流体圧機器における運動用Ｏリング溝の基本原理を説明するもので、（ａ）は円柱体が停止状態の説明図、（ｂ）は円柱体が作動液体充填部分側に移動している状態の説明図、（ｃ）は円柱体が作動気体充填部分側に移動している状態の説明図、（ｄ）は（ａ）、（ｂ）、（ｃ）による基本原理の説明の際に用いる式を示す図 （ａ）は、本発明の流体圧機器の一例において、円柱体が作動気体充填部分側に移動している状態の説明図、（ｂ）は、本発明の流体圧機器の他例において、円柱体が作動液体充填部分側に移動している状態の説明図、（ｃ）〜（ｆ）は、本発明の流体圧機器の他例を示す図 （ａ）〜（ｆ）は、本発明の流体圧機器の他例を示す図 図３の運動用Ｏリング溝の種々の変形例の表を示す図 図３に示した運動用Ｏリング溝の変形例の組み合わせ方法の説明図 図２と図３との運動用Ｏリング溝の種々の変形例を組み合わせた種々の変形例の表を示す図 （ａ）、（ｂ）は、本発明の流体圧機器における運動用Ｏリング溝の他例を示す図 本発明の背景技術となる流体圧機器を示す図

符号の説明

１ 円筒室
２〜２Ｓ 円柱体
３ 運動用Ｏリング
５〜５Ｓ 運動用Ｏリング溝
１０〜１０Ｓ 流体機器

Claims (5)

1. 少なくとも、円筒室と、この円筒室を作動液体充填部分と作動気体充填部分とに２分しながら、この円筒室の軸方向にスライドする円柱体と、この円柱体の外周に設けられた運動用Ｏリング溝と、この運動用Ｏリング溝に収容され、前記円柱体の外周面と前記円筒室の内周面との間のシールをする運動用Ｏリングとを備えるとともに、
   前記円筒室の軸方向に沿った前記運動用Ｏリング溝の溝幅の中心に想定される中心線（Ｍ）によって、この運動用Ｏリング溝の断面積を、作動液体充填部分（Ｗ）側の断面積（ＳＡ）と作動気体充填部分（Ｖ）側の断面積（ＳＢ）とに区分するとき、前記運動用Ｏリング溝の作動液体充填部分側の断面積（ＳＡ）を、作動気体充填部分側の断面積（ＳＢ）より大きくした流体圧機器であって、
   前記運動用Ｏリング溝の作動液体充填部分（Ｗ）側の溝底面に、前記円柱体の溝側面に近づくほど当該円柱体の軸芯から遠くなる直線状または曲線状の第１勾配面を設けるとともに、前記運動用Ｏリング溝の作動気体充填部分（Ｖ）側の溝底面に、前記円柱体の溝側面に近づくほど当該円柱体の軸芯から遠くなる直線状または曲線状の第２勾配面を設け、更に、
   （イ）：前記第１勾配面における円柱体の軸方向長さ（Ｌ１）と、前記第２勾配面における円柱体の軸方向長さ（Ｌ２）とを異ならせることにより、又は、
   （ロ）：前記第１勾配面における円柱体の溝深さ方向の高さ（Ｈ１）と、前記第２勾配面における円柱体の溝深さ方向の高さ（Ｈ２）とを異ならせることにより、又は、
   （ハ）：前記第１勾配面における円柱体の軸方向長さ（Ｌ１）と、前記第２勾配面における円柱体の軸方向長さ（Ｌ２）とを異ならせ、且つ、前記第１勾配面における円柱体の溝深さ方向の高さ（Ｈ１）と、前記第２勾配面における円柱体の溝深さ方向の高さ（Ｈ２）とを異ならせることにより、
   前記運動用Ｏリング溝の作動液体充填部分側の断面積（ＳＡ）を、前記作動気体充填部分側の断面積（ＳＢ）より大きくしたことを特徴とする流体圧機器。
2. 前記運動用Ｏリング溝の溝底面には、前記第１勾配面と前記第２勾配面との間において、円柱体の軸芯から一定距離だけ離間した位置にて円柱体の軸芯と平行に延びる面が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の流体圧機器。
3. 少なくとも、円筒室と、この円筒室を作動液体充填部分と作動気体充填部分とに２分しながら、この円筒室の軸方向にスライドする円柱体と、この円柱体の外周に設けられた運動用Ｏリング溝と、この運動用Ｏリング溝に収容され、前記円柱体の外周面と前記円筒室の内周面との間のシールをする運動用Ｏリングとを備えるとともに、
   前記円筒室の軸方向に沿った前記運動用Ｏリング溝の溝幅の中心に想定される中心線（Ｍ）によって、この運動用Ｏリング溝の断面積を、作動液体充填部分（Ｗ）側の断面積（ＳＡ）と作動気体充填部分（Ｖ）側の断面積（ＳＢ）とに区分するとき、前記運動用Ｏリング溝の作動液体充填部分側の断面積（ＳＡ）を、作動気体充填部分側の断面積（ＳＢ）より大きくした流体圧機器であって、
   前記運動用Ｏリング溝の作動液体充填部分（Ｗ）側の溝底面に、前記円柱体の溝側面に近づくほど当該円柱体の軸芯に近くなる直線状または曲線状の勾配面を設けるとともに、前記運動用Ｏリング溝の作動気体充填部分（Ｖ）側の溝底面に、円柱体の軸芯から一定距離だけ離間した位置にて円柱体の軸芯と平行に延びる面を設けることで、前記運動用Ｏリング溝の作動液体充填部分側の断面積（ＳＡ）を、前記作動気体充填部分側の断面積（ＳＢ）より大きくしたことを特徴とする流体圧機器。
4. 少なくとも、円筒室と、この円筒室を作動液体充填部分と作動気体充填部分とに２分しながら、この円筒室の軸方向にスライドする円柱体と、この円柱体の外周に設けられた運動用Ｏリング溝と、この運動用Ｏリング溝に収容され、前記円柱体の外周面と前記円筒室の内周面との間のシールをする運動用Ｏリングとを備えるとともに、
   前記円筒室の軸方向に沿った前記運動用Ｏリング溝の溝幅の中心に想定される中心線（Ｍ）によって、この運動用Ｏリング溝の断面積を、作動液体充填部分（Ｗ）側の断面積（ＳＡ）と作動気体充填部分（Ｖ）側の断面積（ＳＢ）とに区分するとき、前記運動用Ｏリング溝の作動液体充填部分側の断面積（ＳＡ）を、作動気体充填部分側の断面積（ＳＢ）より大きくした流体圧機器であって、
   前記運動用Ｏリング溝の作動気体充填部分（Ｖ）側の溝底面に、前記円柱体の溝側面に近づくほど当該円柱体の軸芯から遠くなる直線状または曲線状の勾配面を設けるとともに、前記運動用Ｏリング溝の作動液体充填部分（Ｗ）側の溝底面に、円柱体の軸芯から一定距離だけ離間した位置にて円柱体の軸芯と平行に延びる面を設けることで、前記運動用Ｏリング溝の作動液体充填部分側の断面積（ＳＡ）を、前記作動気体充填部分側の断面積（ＳＢ）より大きくしたことを特徴とする流体圧機器。
5. 少なくとも、円筒室と、この円筒室を作動液体充填部分と作動気体充填部分とに２分しながら、この円筒室の軸方向にスライドする円柱体と、この円柱体の外周に設けられた運動用Ｏリング溝と、この運動用Ｏリング溝に収容され、前記円柱体の外周面と前記円筒室の内周面との間のシールをする運動用Ｏリングとを備えるとともに、
   前記円筒室の軸方向に沿った前記運動用Ｏリング溝の溝幅の中心に想定される中心線（Ｍ）によって、この運動用Ｏリング溝の断面積を、作動液体充填部分（Ｗ）側の断面積（ＳＡ）と作動気体充填部分（Ｖ）側の断面積（ＳＢ）とに区分するとき、前記運動用Ｏリング溝の作動液体充填部分側の断面積（ＳＡ）を、作動気体充填部分側の断面積（ＳＢ）より大きくした流体圧機器であって、
   前記運動用Ｏリング溝の作動液体充填部分（Ｗ）側の溝底面に、前記円柱体の溝側面に近づくほど当該円柱体の軸芯に近くなる直線状または曲線状の第１勾配面（Ｕ１）を設けるとともに、前記運動用Ｏリング溝の作動気体充填部分（Ｖ）側の溝底面に、前記円柱体の溝側面に近づくほど当該円柱体の軸芯から遠くなる直線状または曲線状の第２勾配面（Ｕ２）を設け、
   更に、前記運動用Ｏリング溝の溝底面に、前記第１勾配面と前記第２勾配面との間において、円柱体の軸芯から一定距離だけ離間した位置にて円柱体の軸芯と平行に延びる面を設けることで、前記運動用Ｏリング溝の作動液体充填部分側の断面積（ＳＡ）を、前記作動気体充填部分側の断面積（ＳＢ）より大きくしたことを特徴とする流体圧機器。

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