JP6356987B2

JP6356987B2 - ロッドレスシリンダ用ピストンシール

Info

Publication number: JP6356987B2
Application number: JP2014058222A
Authority: JP
Inventors: 裕紀岡田
Original assignee: Nok Corp; Howa Machinery Ltd
Current assignee: Nok Corp; Howa Machinery Ltd
Priority date: 2014-03-20
Filing date: 2014-03-20
Publication date: 2018-07-11
Anticipated expiration: 2034-03-20
Also published as: JP2015183711A

Description

本発明は、ロッドレスシリンダのピストンに装着されるピストンシールに関する。

従来、エアシリンダの一種として、両端を閉塞したシリンダ本体内にその長手方向往復動可能に配置されたピストンと、シリンダ本体の外側に配置されたスライダが、シリンダ本体の壁面に形成され長手方向へ延びるスリットを貫通した連結部を介して互いに連結され、シリンダ本体内のピストンの両側空間のうち一方又は他方にエアを供給することによって往復移動するピストンに連動して、シリンダ本体の外部のスライダを移動させるようにしたロッドレスシリンダが知られている。

この種のロッドレスシリンダでは、ピストンを動作させるエアが、ピストンとスライダを連結している連結部が移動するスリットを通じてシリンダの外部へ漏れることのないように、スリットに沿って配置した帯状のシールバンドを、ピストンの外周に装着したピストンシールでスリットの両縁のシリンダ本体の内面に押し付けることによって、前記スリットを密閉している。

図５及び図６は、ロッドレスシリンダに用いられる従来のピストンシール１００を示すものである。このピストンシール１００は、ゴム状弾性材料（ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料）で成形されたものであって、外周リップ１０１と内周リップ１０２を有し、外周リップ１０１の外周面には一対のシールバンド支持凸部１０３，１０３及びその間に位置する中間支持部１０４が隆起形成されている。

図７は上記ピストンシール１００の装着状態の一部を示すもので、シリンダ本体２００の内面には、図示の断面と直交する方向（シリンダ２００の長手方向）へ延びるスリット２０１に沿ってシールバンド収納凹部２０２が形成され、このシールバンド収納凹部２０２には、スリット２０１を塞ぐように、このスリット２０１よりも幅の広いシールバンド４００が配置されている。ピストン３００の外周面の溝（不図示）に装着されたピストンシール１００は、外周リップ１０１が、図中破線で示す適当な締め代をもってシリンダ本体２００の内面に密接され、外周リップ１０１に形成されたシールバンド支持凸部１０３，１０３及び中間支持部１０４が、シールバンド４００を内側から支持すると共にその幅方向両縁部をシールバンド収納凹部２０２の内面に押し付けながら、図示の断面と直交する方向へ摺動するようになっている（例えば下記の特許文献１参照）。

実開平６−３２８３９号公報

しかしながら、従来のピストンシール１００によれば、シールバンド支持凸部１０３と、シールバンド４００の縁部からシリンダ本体２００の内面（シールバンド収納凹部２０２の内面）にかけての部分との間に微小な隙間Ｇが形成され、低圧時に、この隙間Ｇを通じてエアが漏れることがある。この隙間Ｇは、シールバンド４００によって、ピストンシール１００のシールバンド支持凸部１０３が図中破線で示す原形から内周側へ変形を受けることで生じるものと推定され、シールバンド４００の縁部は面取り４０１が形成されているにもかかわらず、装着初期状態でも微小な隙間Ｇは生じていた。

また、ピストンシール１００の各シールバンド支持凸部１０３には、シールバンド４００の縁部との摺動部からシリンダ本体２００の内面（シールバンド収納凹部２０２の内面）との摺動部にかけて局部的な摩耗Ｗを生じ、これによって隙間Ｇが拡大してエア漏れが増大してしまうおそれがあった。

本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、ロッドレスシリンダのピストンに装着されるピストンシールにおいて、初期装着状態でシールバンドの縁部とシリンダ本体の内面に跨る部分に隙間が生じるのを防止すると共に、この部分でピストンシールに局部的な偏摩耗が集中して生じるのを防止して、密封性を向上させることにある。

上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係るロッドレスシリンダ用ピストンシールは、ピストンの移動方向へ延びるスリットを有するシリンダ本体の内面に密接される外周リップと、前記ピストンに密接される内周リップと、前記外周リップの外周面に隆起形成され、前記シリンダ本体の内面及び前記スリットの内側に配置されたシールバンドの内面に跨って密接されてこのシールバンドを支持し、前記シールバンドの幅方向両縁部を前記シリンダ本体の内面に押し付ける一対のシールバンド支持凸部と、を備え、前記シールバンド支持凸部の内周側の位置で前記外周リップと前記内周リップとの間の溝を埋めるリブが形成されると共に、前記外周リップに、前記シールバンド支持凸部の内周側に位置する肉抜き穴が形成されたことを特徴とするものである。

上記構成において、外周リップと内周リップの間の溝を埋めるリブは、外周リップと内周リップにその対向方向へ作用する圧縮力に対する剛性を増大させ、内周側への外周リップ及びシールバンド支持凸部の変形を抑制するものである。一方、外周リップに、シールバンド支持凸部の内周側に位置して形成された肉抜き穴は、シールバンド支持凸部自体の剛性を低下させることによって、シールバンド支持凸部の表面をシールバンドの縁部とシリンダ本体の内面に跨る部分の形状にフィットしやすくするものである。そしてこのようなリブによる内周側への変形抑制作用と、肉抜き穴によるシールバンド支持凸部のフィット性との組み合わせによって、初期装着状態においてシールバンドの縁部とシリンダ本体の内面に跨る部分とシールバンド支持凸部の間に隙間が生じるのを防止すると共に、シールバンド支持凸部の摺動面圧増大による局部的な偏摩耗を抑制するものである。

請求項２の発明に係るロッドレスシリンダ用ピストンシールは、請求項１に記載の構成において、前記外周リップ及び前記内周リップの延長方向に対する前記リブの長さよりも同方向に対する前記肉抜き穴の長さが短いことを特徴とするものである。

上記構成によれば、リブを外周側へ投影した領域のうち肉抜き穴を外周側へ投影した領域と重なる領域では面圧が減少又は面圧増大が抑制されるので、面圧分布を適切に設定して、初期装着状態におけるシールバンドの縁部とシリンダ本体の内面に跨る部分とシールバンド支持凸部の間の隙間の発生や、偏摩耗の抑制を一層確実に実現することができる。

請求項３の発明に係るロッドレスシリンダ用ピストンシールは、請求項１又は２に記載の構成において、前記外周リップ及び前記内周リップの延長方向に対する前記リブの長さを同方向に対する前記シールバンド支持凸部の長さと同等としたことを特徴とするものである。

上記構成によれば、シールバンドの縁部とシリンダ内面に跨る部分に対するシールバンド支持凸部の面圧のみが増大し、シールバンド支持凸部が形成された部分以外での外周リップの面圧増大は抑制されるので、外周リップの偏摩耗が抑制される。

本発明に係るロッドレスシリンダ用ピストンシールによれば、初期装着状態において、シールバンド支持凸部と、シールバンドの縁部からシリンダ本体の内面に跨る部分との間に隙間が発生せず、しかも前記シールバンド支持凸部に経時的な摩耗が部分的に集中して生じるのを防止できるので、密封性及びシール耐久性を向上させることができる。

本発明に係るロッドレスシリンダ用ピストンシールが装着されるロッドレスシリンダの一例を示す概略的な断面図である。本発明に係るロッドレスシリンダ用ピストンシールの好ましい実施の形態を、図１における矢印II方向から見た矢視図である。本発明に係るロッドレスシリンダ用ピストンシールの好ましい実施の形態を示す装着状態の断面図で、（Ａ）は図２におけるIIIＡ−IIIＡ’線で切断した断面図、（Ｂ）は図２におけるIIIＢ−IIIＢ’線で切断した断面図である。図１におけるIV−IV’線で切断した部分断面図である。従来のロッドレスシリンダ用ピストンシールの一例をシリンダの長手方向から見た図である。図５におけるVI−VI’線で切断した部分断面図である。従来のロッドレスシリンダ用ピストンシールの一例をシリンダの長手方向と直交する平面で切断して示す装着状態の断面図である。

以下、本発明に係るロッドレスシリンダ用ピストンシールの好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

まず図１は、ロッドレスシリンダの一例を示すもので、参照符号１は長手方向と直交する断面が略長円形のシリンダ孔１ａを有するシリンダ本体で、前記シリンダ孔１ａの長手方向両端開口をそれぞれ端部材２，３で閉塞してある。

シリンダ本体１のシリンダ孔１ａ内には、ピストン４が長手方向往復動可能に配置されている。そしてこのピストン４の移動方向両端に形成された環状溝４ａ，４ａにはそれぞれ本発明に係るピストンシール１０が装着されており、このピストンシール１０，１０によって、シリンダ孔１ａ内が端部材２側の導圧空間Ｓ１と端部材３側の導圧空間Ｓ２に区画され、この導圧空間Ｓ１，Ｓ２には、端部材２，３に開設したエア給排ポート２ａ，３ａを介して加圧エアが給排されるようになっている。

ピストン４には連結部４ｂが突設されており、この連結部４ｂは、シリンダ本体１の壁面に形成されて長手方向へ延びるスリット１ｂを貫通し、シリンダ本体１の外側に配置されたスライダ５と連結されている。このため、シリンダ孔１ａ内における導圧空間Ｓ１，Ｓ２のうち一方又は他方に、エア給排ポート２ａ，３ａを介してエアを供給することによって、ピストン４は導圧空間Ｓ１，Ｓ２のうち相対的に低圧となる側へ移動し、スライダ５が連結部４ｂを介してピストン４と一体に連動するようになっている。

スリット１ｂは、その内側と外側に配置されたシールバンド６，７によって密閉されている。このシールバンド６，７は、スリット１ｂよりも幅が広く可撓性を有する帯状体であって、ピストン４における連結部４ｂの内側と外側を通って、スリット１ｂの内側と外側に沿って延びており、その両端がそれぞれ端部材２，３に密封的に固定されている。

そして内側のシールバンド６は、ピストン４における連結部４ｂの移動方向両側で、ピストン４の両端の環状溝４ａ，４ａに装着されたピストンシール１０，１０によって幅方向両縁がシリンダ本体１におけるスリット１ｂの幅方向両側の内面に押し付けられ、外側のシールバンド７は、ピストン４における連結部４ｂの移動方向両側で、スライダ５の内側面の外周部に周設されたパッキン８によって幅方向両縁がシリンダ本体１におけるスリット１ｂの幅方向両側の外面に押し付けられている。

ピストンシール１０は、ゴム状弾性材料（ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料）で成形されたものであって、図１における矢印II方向から見た投影形状が、図２に示すように長円形状をなしており、すなわちシリンダ本体１におけるシリンダ孔１ａの断面形状と相似形状となっている。そしてこのピストンシール１０は、外周リップ１１と内周リップ１２を有し、外周リップ１１の外周面には一対のシールバンド支持凸部１３，１３及びその間に位置する中間支持部１４が隆起形成されている。また、シールバンド支持凸部１３，１３は、後述する図４に示すシリンダ本体１のシールバンド収納凹部１ｃ，１ｃとシールバンド６の幅方向両縁部とで形成される一対の溝状凹面Ｘと対応して形成されている。

外周リップ１１の外周面には、シールバンド支持凸部１３，１３及び中間支持部１４の外周面を通って周方向へ連続したビード１１ａが形成され、内周リップ１２の内周面には周方向へ連続したビード１２ａが形成されている。また、内周リップ１２には、ピストン４における環状溝４ａの側面に当接することによってピストンシール１０の挙動を規制するための複数の突起１２ｂが形成されている。

外周リップ１１と内周リップ１２の間は溝１５となっており、図２及び図３に示すように、シールバンド支持凸部１３，１３の内周側には、前記溝１５を埋めるリブ１６，１６が形成されている。また、外周リップ１１には、その先端部（導圧空間Ｓ１又はＳ２側を向いた端部）に、シールバンド支持凸部１３，１３の内周側に位置する肉抜き穴１７，１７が形成されている。

リブ１６は、溝１５の周方向に対する長さＬ_２が同方向に対するシールバンド支持凸部１３の長さＬ_１と略同等であり、その外端は外周リップ１１及び内周リップ１２の先端面と面一となっている。一方、肉抜き穴１７は、溝１５の周方向に対する長さＬ_３がシールバンド支持凸部１３の長さＬ_１及びリブ１６の長さＬ_２より短く、肉抜き穴１７は溝１５の１／２程度の深さに形成されている。そしてこの肉抜き穴１７の大きさや形状は、シリンダ本体１の内面及びシールバンド６に対するシールバンド支持凸部１３の面圧が均一になるように、適切に設定される。

また、一方のシールバンド支持凸部１３から中間支持部１４及び他方のシールバンド支持凸部１３にかけての部分の隆起高さは、図２及び図３（Ｂ）に一点鎖線で示す従来の形状（図５に示す一方のシールバンド支持凸部１０３から中間支持部１０４及び他方のシールバンド支持凸部１０３にかけての部分の形状）より僅かに低いものとなっている。

図４は、ピストンシール１０の装着状態の一部を示すものである。すなわちシリンダ本体１の内面には、ピストン４から突出した連結部４ｂが通るスリット１ｂの幅方向両側に沿ってシールバンド収納凹部１ｃ，１ｃが形成され、スリット１ｂをその内側から塞ぐシールバンド６は、両側のシールバンド収納凹部１ｃ，１ｃに跨って配置されている。また、シールバンド６の幅方向両縁部の内面には面取り部６ａ，６ａが形成されている。

そしてピストンシール１０は、外周リップ１１の外周面がシリンダ本体１の内面に適当な締め代をもって（破線で示す原形から内周側へ適度に変形された状態で）摺動可能に密接し、内周リップ１２の内周面がピストン４における環状溝４ａの底面に適当な締め代をもって（破線で示す原形から外周側へ適度に変形された状態で）密接し、外周リップ１１に形成されたシールバンド支持凸部１３，１３及び中間支持部１４が、シールバンド６をその内側から支持すると共に、このシールバンド６の幅方向両縁部をシリンダ本体１の内面（シールバンド収納凹部１ｃ，１ｃ）に押し付けながら、図示の断面と直交する方向（図１における左右方向）へ摺動するようになっている。

そして上述の構成を備えるピストンシール１０によれば、シールバンド支持凸部１３の内周に位置して外周リップ１１と内周リップ１２の間を連結しているリブ１６は、外周リップ１１と内周リップ１２にその対向方向へ作用する圧縮力に対する剛性を増大させ、内周側への外周リップ１１及びシールバンド支持凸部１３の変形を抑制するものである。また、一方のシールバンド支持凸部１３から中間支持部１４及び他方のシールバンド支持凸部１３にかけての部分の隆起高さを、図２及び図３（Ｂ）に一点鎖線で示す従来の形状より僅かに低くしたことによって、内周側へのシールバンド支持凸部１３及び中間支持部１４の変形も抑制される。一方、外周リップ１１に、シールバンド支持凸部１３とリブ１６の間に位置して形成された肉抜き穴１７は、シールバンド支持凸部１３自体の剛性を低下させ、その表面に形成されたビード１１ａの柔軟性と相まって、シールバンド６の両縁の面取り部６ａからシリンダ本体１の内面（シールバンド収納凹部１ｃ）にかけての溝状凹面Ｘにフィットしやすくするものである。

このため、内周側への外周リップ１１の変形が抑制されると共に、シールバンド支持凸部１３のフィット性が肉抜き穴１７により向上することによって、シールバンド支持凸部１３がシールバンド６からシールバンド収納凹部１ｃにかけての溝状凹面Ｘに密接するので、初期装着状態での隙間の発生を有効に防止することができ、しかも上述のように、肉抜き穴１７によってシールバンド支持凸部１３自体の剛性は低く抑えられるので、シールバンド支持凸部１３の摺動面圧増大による局部的な偏摩耗を抑制することができる。

また、リブ１６の長さＬ_２がシールバンド支持凸部１３の長さＬ_１より長い場合は、その差に相当する領域で外周リップ１１の面圧が高くなるので、局部的に摩耗が促進されるおそれがあり、逆にリブ１６の長さＬ_２がシールバンド支持凸部１３の長さＬ_１より短い場合は、リブ１６による剛性増大作用が小さくなってしまうが、上記構成のピストンシール１０によれば、リブ１６の長さＬ_２をシールバンド支持凸部１３の長さＬ_１と略同等とすることによって、隙間発生の防止と局部的な偏摩耗の防止を実現することができる。

さらに、肉抜き穴１７の長さＬ_３をシールバンド支持凸部１３の長さＬ_１及びリブ１６の長さＬ_２より短くすることによって、リブ１６を外周側へ投影した領域のうち肉抜き穴１７を外周側へ投影した領域と重なる領域で、シールバンド支持凸部１３の面圧が減少又は面圧増大が抑制されるので、肉抜き穴１７の長さＬ_３や位置により面圧分布を適切に設定して、初期装着状態におけるシールバンド６の縁部とシールバンド収納凹部１ｃによる溝状凹面Ｘとシールバンド支持凸部１３の間の隙間の発生や、局部的な偏摩耗を一層有効に防止することができる。

１シリンダ本体
１ａシリンダ孔
１ｂスリット
１ｃシールバンド収納凹部
４ピストン
６シールバンド
１０ピストンシール
１１外周リップ
１２内周リップ
１３シールバンド支持凸部
１４中間支持部
１５溝
１６リブ
１７肉抜き穴

Claims

ピストンの移動方向へ延びるスリットを有するシリンダ本体の内面に密接される外周リップと、
前記ピストンに密接される内周リップと、
前記外周リップの外周面に隆起形成され、前記シリンダ本体の内面及び前記スリットの内側に配置されたシールバンドの内面に跨って密接されてこのシールバンドを支持し、前記シールバンドの幅方向両縁部を前記シリンダ本体の内面に押し付ける一対のシールバンド支持凸部と、
を備え、
前記シールバンド支持凸部の内周側の位置で前記外周リップと前記内周リップとの間の溝を埋めるリブが形成されると共に、
前記外周リップに、前記シールバンド支持凸部の内周側に位置する肉抜き穴が形成された
ことを特徴とするロッドレスシリンダ用ピストンシール。
前記外周リップ及び前記内周リップの延長方向に対する前記リブの長さよりも同方向に対する前記肉抜き穴の長さが短いことを特徴とする請求項１に記載のロッドレスシリンダ用ピストンシール。
前記外周リップ及び前記内周リップの延長方向に対する前記リブの長さを同方向に対する前記シールバンド支持凸部の長さと同等としたことを特徴とする請求項１又は２に記載のロッドレスシリンダ用ピストンシール。