JP5621091B2

JP5621091B2 - 流体圧機器

Info

Publication number: JP5621091B2
Application number: JP2010115074A
Authority: JP
Inventors: 正博大熊; 康永鈴木
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 2010-05-19
Filing date: 2010-05-19
Publication date: 2014-11-05
Anticipated expiration: 2030-05-19
Also published as: CN102252093B; TWI526641B; US20110283880A1; DE102011101968B4; TW201202577A; US8739684B2; KR101802901B1; CN102252093A; DE102011101968A1; KR20110127608A; JP2011241912A

Description

本発明は、流体圧シリンダや流体切換弁等の流体圧機器に関するものであり、さらに詳しくは、ハウジングの摺動孔内を移動するピストンやスプールなどの仕切部材に改良されたパッキンを装着した流体圧機器に関するものである。

例えば、流体圧シリンダは、一般に、ハウジングに形成された摺動孔内を軸線方向に移動するピストンを有していて、このピストンの外周にゴム弾性材からなるパッキン（Ｏリング）を装着し、このパッキンでピストンの外周と摺動孔の内周との間をシールしている（例えば、特許文献１、２参照）。

また、従来技術では、上記ピストンに、上記パッキンとは別に、該パッキンより硬質で摺動性に優れた材料（例えば合成樹脂）からならなるウエアリングを設けている。これにより、ピストンに摺動孔の軸線と該ピストンの軸線とがずれる方向、すなわち、ピストンの軸線に対して直交する方向の横荷重が作用した場合に、このウエアリングでピストンの軸線のずれを抑制し、上記パッキンが摺動孔の内面に強く押し付けられて極度につぶされるのを防止している。また、ウエアリングにより、ピストンの外周が摺動孔の内周に接触するのを防止している。

特開平９−７２３１０号公報特開２００３−１２０６０２号公報

しかしながら、従来技術のように、パッキンとウエアリングとをピストンに装着すると、部品数が多くなってシール部の構成が複雑になる。また、従来技術では、パッキンとウエアリングは、ピストンの軸線方向に間隔をおいてピストンに装着されるため、ピストンの軸線方向の寸法が大きくなる。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、ピストンなどの仕切部材が摺動孔の内周に接触することを防止する機能を有しながらも、シール部の構成を簡略化でき、かつピストンの軸線方向の寸法の増大を抑制できるパッキンを備えた流体圧機器を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明に係る流体圧機器は、摺動孔が形成されたハウジングと、前記摺動孔内を軸線方向に移動する仕切部材と、前記仕切部材の外周に装着されたパッキンと、を備え、前記パッキンは、前記仕切部材の外周に形成された環状のパッキン装着溝に装着された、弾性材からなるリング状のシール部材と、前記シール部材の外周に取り付けられた低摩擦材からなるサポートリングと、を有し、前記シール部材は、前記摺動孔の内周面に接触するシール用突部と、該シール用突部の両側又は片側のみに形成されて前記パッキン装着溝から外部に突出している肩部と、を外周に有し、前記サポートリングは、前記シール用突部の両側又は片側のみに配置され、前記シール部材よりも軸線方向に突出し、前記サポートリングの外周には、前記仕切部材の軸線方向に平坦なサポート面が形成され、前記仕切部材に横荷重が作用していないとき、前記シール用突部は前記摺動孔の内周面に押圧されて弾性圧縮変形し、前記サポートリングの前記サポート面は前記摺動孔の内周面に接触する一方、前記サポートリングの内周面は前記仕切部材の外周に非接触の状態で前記仕切部材の外周に対向し、前記仕切部材に所定以上の横荷重が作用しているとき、前記シール用突部は前記摺動孔の内周面に押圧されて弾性圧縮変形し、前記サポートリングの前記サポート面は前記摺動孔の内周面に接触するとともに、前記サポートリングの内周面は前記仕切部材の外周に接触する、ことを特徴とする。

上記の構成によれば、ピストンに横荷重が作用したときには、サポートリングの内周の一部とピストンの外周の一部とが接触し、ピストンの横方向の移動が規制されることにより、シール用突部が潰れすぎることが防止されるとともに、ピストンが摺動孔の内周面に接触することが防止される。このように、サポートリングが従来のウエアリングと少なくとも同等の機能を担っているので、ピストンの軸線方向に間隔を置いた位置にパッキンとは別のウエアリングを配置する必要がない。このため、構成が簡単であり、また、ピストンの軸線方向の寸法の増大を抑制できる。

前記シール部材の外周には、前記肩部と前記シール用突部との間に介在する凹溝が設けられ、前記サポートリングの内周には、係止用の突条が形成され、前記突条が前記凹溝に係止されることにより、前記サポートリングが前記シール部材に前記肩部の外周を取り巻くように取り付けられるとよい。

上記の構成によれば、シール部材へのサポートリングの組み付けが容易になる。

前記シール用突部の弾性圧縮変形量は、前記仕切部材に横荷重が作用していないときと、前記仕切部材に横荷重が作用しているときとで同じであるとよい。

上記の構成によれば、サポートリングは、ピストンに横荷重が作用しているときもしていないときも、常時、摺動孔の内周面に接触し、シール用突部の弾性変形量は各状態で同じである。従って、シール用突部と摺動孔との接触面圧及び接触面積は、ピストンに横荷重が作用しているときもしていないときも同じであり、ピストンの摺動抵抗の管理が容易である。

前記シール部材の内周に、前記パッキン装着溝の溝底に弾性的に接触するシール用の内周突起が形成されているとよい。

上記の構成によれば、シール部材の内周に設けられた内周突起により、シール部材の内周とパッキン装着溝の溝低との間のシールがなされ、両者間の流体の流れが有効に阻止される。

本発明に係る流体圧機器によれば、仕切部材が摺動孔の内周に接触することを防止する機能を有しながらも、シール部の構成を簡略化でき、かつピストンの軸線方向の寸法の増大を抑制できるという優れた効果が得られる。

本発明の一実施形態に係る流体圧機器の部分断面側面図である。ピストンに横荷重が作用していないときのパッキン及びその周辺部位を示す一部省略断面図である。ピストンに小さい横荷重が作用しているときのパッキン及びその周辺部位を示す一部省略断面図である。ピストンに大きな横荷重が作用しているときのパッキン及びその周辺部位を示す一部省略断面図である。第１変形例に係るパッキン及びその周辺部位を示す一部省略断面図である。第２変形例に係るパッキン及びその周辺部位を示す一部省略側面図である。

以下、本発明に係る流体圧機器について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。

図１は、一実施形態に係る流体圧機器１０の部分断面側面図である。本実施形態において、流体圧機器１０は、ハウジング１２内でピストン１３が往復移動する流体圧シリンダ１０Ａとして構成されている。流体圧シリンダ１０Ａは、一対のポート１４、１６を備えたアルミニウム合金等の金属素材からなるハウジング１２の内部に、ポート１４、１６にそれぞれ連通する摺動孔１８を有し、この摺動孔１８の内部に、金属素材からなるピストン１３が配置されている。

図１において、符号Ｌ１はピストン１３の軸線を示し、符号Ｌ２は摺動孔１８の軸線を示す。図１の状態ではピストン１３の軸線Ｌ１と摺動孔１８の軸線Ｌ２とは一致している。このピストン１３は、ハウジング１２に収容され、一方のポート１４側の圧力室２０と、他方のポート１６側の圧力室２２とに仕切った状態で、摺動孔１８の軸線Ｌ２方向（図１で、矢印Ｘ方向）に移動自在な変位体である。すなわち、本実施形態におけるピストン１３は、摺動孔１８内を軸線Ｌ２方向に移動する「仕切部材」を構成するものである。

ピストン１３の外周には、パッキン装着溝２４が形成され、このパッキン装着溝２４にゴム弾性材からなるリング状のパッキン２６が装着され、このパッキン２６でピストン１３の外周面と摺動孔１８の内周面との間がシールされている。ピストン１３にピストンロッド２８の基端部が連結され、このピストンロッド２８の先端部は、摺動孔１８の端部を塞ぐロッドカバー３０を貫通して摺動孔１８の外部に延出している。

ロッドカバー３０の内周部に形成された環状溝３２には、ロッドカバー３０の内周面とピストンロッド２８の外周面との間をシールするシール部材３４が装着されている。ロッドカバー３０の外周部に形成された環状溝３６には、ロッドカバー３０の外周面と摺動孔１８の内周面との間をシールするシール部材３８が装着されている。

上記２つのポート１４、１６から２つの圧力室２０、２２の内部に圧縮エア等の圧力流体を交互に供給及び排出することにより、ピストン１３が摺動孔１８の軸線Ｌ２方向に往復移動してピストンロッド２８が進退移動する。このピストン１３は、横荷重を受けることがある。この横荷重とは、ピストンロッド２８の先端に連結して作業を行う部材により、ピストンロッド２８を介してピストン１３に作用する横向きの力（図１中、矢印Ａ方向の力）のことで、ピストン１３の軸線Ｌ１を摺動孔１８の軸線Ｌ２からずらしたり、傾けたりする力である。

図２は、図１の部分拡大図であって、ピストン１３に横荷重が作用していないときのパッキン２６及びその周辺部位を示す一部省略断面図である。

図２に示すように、パッキン装着溝２４は、左右の側壁２９ａと溝底２９ｂとで三方を囲まれた溝であり、左右の側壁２９ａは、ピストン１３の軸線Ｌ１と直交する平坦な面であって、互いに平行しており、前記溝底２９ｂは、ピストン１３の軸線Ｌ１方向に平坦な面である。従って、このパッキン装着溝２４は、全体的に均一な溝幅と均一な深さとを有するものである。また、ピストン１３の外周において、パッキン装着溝２４の軸線方向両側には、ピストン１３の最外周面３９よりも外径が小さい小径部４０が、周方向に延在して設けられている。

パッキン２６は、弾性体（例えば、ゴム材）からなるリング状のシール部材４２と、このシール部材４２の外周に取り付けられた２つのサポートリング４４とを有する。

シール部材４２は、ピストン１３のパッキン装着溝２４に装着されており、外周及び内周と、軸線方向両側で互いに平行な側面４３とを有する。シール部材４２の外周には、摺動孔１８の内周面に常時接触するシール用突部４６と、シール用突部４６の両側に位置してパッキン装着溝２４から外部に突出している２つの肩部４８と、肩部４８とシール用突部４６との間に介在する断面Ｕ字形の凹溝５０とが形成されている。

シール用突部４６は、パッキン２６の軸線方向のほぼ中央の位置に形成され、パッキン２６の外周において、周方向の全周にわたって、半径方向外方に突出している。図２において仮想線で示すように、シール用突部４６の最外周部は、自然状態（パッキン２６に何らの圧縮荷重が作用してなく弾性変形していない状態）で、断面略円弧形状である。

肩部４８は、ピストン１３の軸線Ｌ１方向に平坦な面であって、２つの肩部４８の径は互いに同径である。換言すれば、ピストン１３の軸線Ｌ１から一方の肩部４８までの距離と他方の肩部４８までの距離とは互いに等しい。ピストン１３に横荷重が作用していない状態において、肩部４８の外径は、シール用突部４６の外径よりも小さく、ピストン１３の小径部４０の外径よりも大きい。

サポートリング４４は、低摩擦材からなる。このため、サポートリング４４（具体的には、サポート面５２）と摺動孔１８の内周面との間の摩擦係数は、シール部材４２（具体的には、シール用突部４６）と摺動孔１８の内周面との間の摩擦係数も小さい。このような低摩擦材としては、例えば、四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）のような低摩擦性と耐摩耗性とを兼ね備えた合成樹脂材料や、金属材料等が挙げられる。

サポートリング４４は、シール用突部４６の両側に配置されている。サポートリング４４の一端は、シール用突部４６の側面に近接または当接し、また、サポートリング４４の他端は、シール部材４２の側面４３よりも軸線方向に突出している。サポートリング４４の外周には、ピストン１３の軸線Ｌ１方向に平坦なサポート面５２が設けられている。

サポートリング４４の内周には、Ｕ字形断面をした係止用の突条５４が設けられている。サポートリング４４は、突条５４を凹溝５０に係止させることにより、シール部材４２に肩部４８の外周を取り巻くように取り付けられている。

シール部材４２の内周には、前記パッキン装着溝２４の溝底２９ｂに弾性的に接触する断面が半円形をしたシール用の内周突起５６が形成されている。この内周突起５６は、シール用突部４６とピストン１３の軸線Ｌ１方向の同じ位置、即ち、内周の中央位置に設けられていて、シール用突部４６より幅及び高さが小さい。

また、シール部材４２の内周における内周突起５６の両側には、内周突起５６がパッキン装着溝２４の溝底２９ｂに押し付けられて圧縮されたとき（図４参照）、一部が溝底２９ｂに当接する当たり面４７を備えている。この当たり面４７は、ピストン１３が摺動孔１８内に装着されていない状態においては、ピストン１３の軸線Ｌ１方向に平坦な面であり、このとき内周突起５６の両側にある２つの当たり面４７の径は互いに等しい。

なお、内周突起５６は、シール用突部４６とピストン１３の軸線Ｌ１方向の異なる位置に設けることもできる。

本実施形態に係る流体圧機器１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、以下、その作用及び効果について説明する。

図２に示すように、ピストン１３に横荷重が作用していない状態において、シール用突部４６は、摺動孔１８の内周面に当接し、弾性圧縮変形している。この弾性圧縮変形量は、軸線周りの全周にわたって略一定である。また、サポートリング４４の外周面は、軸線周りの全周にわたって摺動孔１８の内周面に当接する。このとき、サポートリング４４の突出端部の内周面は、ピストン１３の外周に当接しない、つまり非接触である。

図２に示す状態で、ピストン１３は摺動孔１８の軸線Ｌ２方向に沿って往復移動し、これによりサポートリング４４の外周面は、サポート面５２と摺動孔１８の内周面に対して接触しながら移動する、つまり摺動するが、サポートリング４４は低摩擦材からなるため、サポート面５２と摺動孔１８の内周面との間の摩擦抵抗は十分に小さく、このため、ピストン１３は円滑かつ安定的に動作する。

図３に示すように、ピストン１３に矢印Ａ方向の小さい横荷重が作用した場合、ピストン１３の軸線Ｌ１は摺動孔１８の軸線Ｌ２に対して角度θだけ傾斜するが、サポートリング４４の軸線は摺動孔１８の軸線Ｌ２と平行を保持する。このため、サポートリング４４のサポート面５２と摺動孔１８の内周面との接触状態は、図２の状態と同じであり、シール用突部４６の弾性圧縮変形量も同じである。また、このようにピストン１３に作用する横荷重が小さい場合でも、サポートリング４４の外周面と摺動孔１８の内周面とが面で接触するので、摺動抵抗が過大となるのが防止され、ピストン１３を円滑かつ安定的に動作させることができる。

図４に示すように、ピストン１３に矢印Ａ方向の大きい横荷重が作用した場合、サポートリング４４の内周面が、ピストン１３の外周（図示例では、小径部４０）に当接する。一方、サポートリング４４のサポート面５２は、ピストン１３の最外周よりも半径方向外側に位置するので、ピストン１３の外周は摺動孔１８の内周面に接触しない。すなわち、サポートリング４４により、ピストン１３が摺動孔１８の内周面に接触することが防止される。

また、この状態で、サポートリング４４のサポート面５２と摺動孔１８の内周面との接触状態は、図２及び図３の状態と同じであり、シール用突部４６の弾性圧縮変形量も同じである。また、このようにピストン１３に作用する横荷重が大きい場合でも、サポートリング４４の外周面と摺動孔１８の内周面とが面で接触するので、摺動抵抗が過大となるのが防止され、ピストン１３を円滑かつ安定的に動作させることができる。

上述したように、本実施形態に係る流体圧機器１０によれば、ピストン１３に横荷重が作用したときには、サポートリング４４の内周の一部とピストン１３の外周の一部とが接触し、ピストン１３の横方向の移動が規制されることにより、シール部材４２のシール用突起が潰れすぎることが防止されるとともに、ピストン１３が摺動孔１８の内周面に接触することが防止される。このように、サポートリング４４が従来のウエアリングと少なくとも同等の機能を担っているので、ピストン１３の軸線Ｌ１方向に間隔を置いた位置にパッキン２６とは別のウエアリングを配置する必要がない。このため、構成が簡単であり、また、ピストン１３の軸線Ｌ１方向の寸法の増大を抑制できる。

また、上記の構成によれば、サポートリング４４の内周には、内周に係止用の突条５４が形成され、突条５４が凹溝５０に係止されることにより、サポートリング４４がシール部材４２に肩部４８の外周を取り巻くように取り付けられるので、シール部材４２へのサポートリング４４の組み付けが容易になる。

さらに、上記の構成によれば、サポートリング４４は、ピストン１３に横荷重が作用しているときもしていないときも、常時、摺動孔１８の内周面に接触し、シール用突部４６の弾性変形量は各状態で同じである。従って、シール用突部４６と摺動孔１８との接触面圧及び接触面積は、ピストン１３に横荷重が作用しているときもしていないときも同じであり、ピストン１３の摺動抵抗の管理が容易である。

またさらに、シール部材４２の内周には、パッキン装着溝２４の溝底２９ｂに弾性的に接触するシール用の内周突起５６が形成されているので、シール部材４２の内周とパッキン装着溝２４の溝低との間のシールがなされ、両者間の流体の流れが有効に阻止される。

図５は、第１変形例に係るパッキン２６ａ及びその周辺部位を示す一部省略断面図である。上述した本実施形態では、シール部材４２の外周の凹溝５０とサポートリング４４の内周の突条５４とが何れも断面Ｕ字形に形成されているが、この凹溝５０と突条５４とはその他の形状に形成することもできる。例えば、図５に示すシール部材４２ａとサポートリング４４ａのように、凹溝５０ａの肩部４８ａ側の溝面と突条５４ａの該溝面に対応する側面とを、シール部材４２ａの軸線と直交する方向の平坦面とすることもできる。パッキン２６ａに関して上述した部分以外の構成については、図２に示したパッキン２６と同一構成である。

第１変形例の構成によれば、サポートリング４４ａをシール部材４２ａに対して確実に係止させることができる。あるいは、凹溝５０ａの左右の溝面を互いに平行な平坦面に形成するとともに底面を平坦面とし、突条５４ａの断面形状をこの凹溝５０ａの溝形状と同様な形状に形成することもできる。

また、図６に示す第２変形例に係るパッキン２６ｂのように、サポートリング４４ｂに周方向に間隔をおいて複数の孔６０を形成することもできる。図示例では、各孔６０は、等間隔に配置されている。この孔６０は、サポートリング４４を厚さ方向に貫通している。このような孔６０に代えて、サポートリング４４の外周面に周方向に間隔をおいて凹部を設けてもよい。このような凹部は、サポートリング４４ｂを厚さ方向に貫通しない穴（窪み）である。

このような孔６０または凹部は、グリス溜の機能を持つので、その内部にグリスを保持することによってサポート面５２ａと摺動孔１８の内面との間の良好な摺動性を長期間維持できる。

なお、上述した実施形態では、流体圧機器１０の一例として流体圧シリンダ１０Ａを示したが、この流体圧機器１０は、ハウジング１２に形成された摺動孔１８内を摺動するスプールで流体流路を切り換える流体切換弁であってもよい。この場合、前記スプールが仕切部材を形成することになる。

上述した実施形態、第１変形例及び第２変形例では、サポートリング４４（４４ａ、４４ｂ）は、シール用突部４６の両側に設けられた場合を説明したが、シール用突部４６の片側のみに配設されてもよく、この場合、肩部４８はサポートリング４４が配設される側のみに設けられればよい。

上記において、本発明について好適な実施の形態を挙げて説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能なことは言うまでもない。

１０…流体圧機器１２…ハウジング
１３…ピストン２４…パッキン装着溝
２６、２６ａ、２６ｂ…パッキン４２、４２ａ…シール部材
４４、４４ａ、４４ｂ…サポートリング４６…シール用突部
４８…肩部５０、５０ａ…凹溝
５２、５２ａ…サポート面５４、５４ａ…突条
５６…内周突起

Claims

摺動孔が形成されたハウジングと、
前記摺動孔内を軸線方向に移動する仕切部材と、
前記仕切部材の外周に装着されたパッキンと、を備え、
前記パッキンは、前記仕切部材の外周に形成された環状のパッキン装着溝に装着された、弾性材からなるリング状のシール部材と、前記シール部材の外周に取り付けられた低摩擦材からなるサポートリングと、を有し、
前記シール部材は、前記摺動孔の内周面に接触するシール用突部と、該シール用突部の両側又は片側のみに形成されて前記パッキン装着溝から外部に突出している肩部と、を外周に有し、
前記サポートリングは、前記シール用突部の両側又は片側のみに配置され、前記シール部材よりも軸線方向に突出し、
前記サポートリングの外周には、前記仕切部材の軸線方向に平坦なサポート面が形成され、
前記仕切部材に横荷重が作用していないとき、前記シール用突部は前記摺動孔の内周面に押圧されて弾性圧縮変形し、前記サポートリングの前記サポート面は前記摺動孔の内周面に接触する一方、前記サポートリングの内周面は前記仕切部材の外周に非接触の状態で前記仕切部材の外周に対向し、
前記仕切部材に所定以上の横荷重が作用しているとき、前記シール用突部は前記摺動孔の内周面に押圧されて弾性圧縮変形し、前記サポートリングの前記サポート面は前記摺動孔の内周面に接触するとともに、前記サポートリングの内周面は前記仕切部材の外周に接触する、
ことを特徴とする流体圧機器。
請求項１記載の流体圧機器において、
前記シール部材の外周には、前記肩部と前記シール用突部との間に介在する凹溝が設けられ、
前記サポートリングの内周には、係止用の突条が形成され、
前記突条が前記凹溝に係止されることにより、前記サポートリングが前記シール部材に前記肩部の外周を取り巻くように取り付けられる、
ことを特徴とする流体圧機器。
請求項１または２記載の流体圧機器において、
前記シール用突部の弾性圧縮変形量は、前記仕切部材に横荷重が作用していないときと、前記仕切部材に横荷重が作用しているときとで同じである、
ことを特徴とする流体圧機器。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の流体圧機器において、
前記シール部材の内周に、前記パッキン装着溝の溝底に弾性的に接触するシール用の内周突起が形成されている、
ことを特徴とする流体圧機器。