JPH0143186B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は複動式空気圧シリンダに関し、より詳
細には、改良されたピストンシールに関する。

従来の複動式空気圧シリンダは、通常は、たと
えば米国特許第4242946号の第７図に示されるよ
うな、ピストンとハウジングとの間に配置される
一対の対向するＶ字形環状シールを利用してい
る。空気の圧力が一方向に加わると、Ｖ字形のシ
ールの足の部分は押し開かれ、ピストンとハウジ
ングこの間に間隙のない密封係合状態が得られ
る。逆の方向に空気の圧力が加わると、シールに
よりピストンおよびハウジングに加わる接触圧
力、すなわち、シールとハウジングとの間のすべ
り摩擦は最小となる。

別の複動式空気圧シリンダはＯリングのような
環状シールを使用しているが、この種のシールは
Ｖ字形環状シールに比べると、耐久性に欠ける等
のいくつかの欠点を有する。Ｏリングは単動式空
気圧シリンダにおいては広く使用されているが、
従来は、複動式空気圧シリンダ、特に10〜20psi
程度の比較的低い圧力で動作する複動式空気圧シ
リンダには適さないものと考えられていた。その
理由として、まず第１に、ＯリングはＶ字形シー
ルのように圧力流体を逃すことができないため、
従来の空気圧シリンダにおいて２つのＶ字形シー
ルの代わりに２つのＯリングを使用すると、２つ
のＯリングの間に望ましくない圧力ロツクが形成
されるという問題が起こる点があげられる。第２
に、Ｏリングでは通常、製造時の公差
（tolerances）による変動がかなり激しい。その
ため、高い空気圧に対しても空気が漏れることの
ないように、Ｏリングをピストンとハウジングと
の間にはめ込んで、充分に堅く締付ければ、Ｏリ
ングとハウジングとの間の接触圧力はかなり大き
くなる。従つて、Ｏリングおおよびピストンのハ
ウジングに関する摺動運動を開始するためには、
相当に大きな分離力が必要である。大きな分離力
を必要とするために、空気圧シリンダの効率は悪
くなり、比較的低い空気圧に対しては動作しなく
なる場合も考えられる。これに対し、Ｏリングと
ハウジングとの間のすべり摩擦を排除するのに必
要な分離力を低減するように、Ｏリングをピスト
ンとハウジングとの間に遊びをもつてはめ込んだ
場合には、Ｏリングは、通常、低い空気圧におい
て空気の漏れを生じやすく（これは、一部は、公
差によるばらつきが原因となつている）、比較的
低い空気圧に対して効率が低下し、動作しなくな
る場合もある。

従つて、本発明の目的は、単一のＯリングを使
用して、圧力の高低にかかわらず有効な密封状態
をピストンとハウジングとの間に形成し、同時
に、Ｏリングとハウジングとの間の摩擦係合に対
して分離力を最小限に抑えることができるような
複動式空気圧シリンダを提供することである。

本発明の目的は、前述のように、Ｏリングにお
ける公差に基づくばらつきとは無関係に所望の密
封関係を達成できるような複動式空気圧シリンダ
を提供することである。

これらの目的を含む本発明の目的は、実質的に
円筒形の室を有する、ハウジングと、ハウジング
の室内に同軸的に支持されて、室の軸の方向に移
動する円筒形のピストンとを含む複動式空気圧シ
リンダを提供することにより達成される。ピスト
ンは、その周囲に環状の周囲溝を有する。この周
囲溝は、一対の対向し且つ離間した、ほぼ軸方向
に対向する環状の密封表面を画定し、これらの環
状の密封表面の間の、軸方向に見て中間の位置に
は径方向外側に向かつて突出する環状のリブが設
けられている。ハウジング内のポートは、ピスト
ンの両側において室と連通し、加圧空気を室内に
供給してピストンを往復運動させる。エラストマ
ー材料から成るＯリングは、環状の周囲溝の内部
においてピストンを包囲する。Ｏリングの外径
は、ハウジングの室の内径よりわずかに大きいの
で、Ｏリングは室の内表面との間に環状係合帯部
分を形成する。また、Ｏリングの内径は環状のリ
ブの外径よりわずかに大きいので、Ｏリングは環
状のリブとの間に環状係合帯部分を形成する。Ｏ
リングは、ポートを介して交互に室に供給される
空気の比較的低い圧力に応答して、周囲溝の内部
において、Ｏリングが一方の環状の密封表面との
間に環状係合帯部分を形成する第１の位置と、他
方の環状の密封表面との間に環状係合帯部分を形
成する第２の位置との間で横方向に動くことがで
きる。Ｏリングは、室に供給される空気の圧力が
かなり高くなつたとき、弾性変形する。変形後、
Ｏリングは環状のリブと係合しなくなり、ハウジ
ングの室の内表面との間の環状係合帯部分および
いずれか一方の環状の密封表面との間の環状係合
帯部分に沿つた接触面積は広くなる。環状の密封
表面の間の距離は、Ｏリングの横断面の直径より
長いが、この直径の２倍よりは短く、その約1.5
倍であるのが好ましい。

以下、添付の図面を参照して本発明をさらに詳
細に説明する。

第１図は、実質的に円筒形のハウジング１１を
有する複動式空気圧シリンダ１０を示す。ハウジ
ング１１は従来の構成のもので、米国特許第
4242946号に記載されているハウジングとほぼ同
じである。

ハウジング１１は、一対の離間して配置された
端部材１２および１３を含む。端部材１２および
１３は、細長い円筒形のスリーブ１４により堅固
に連結されて、ハウジング内部に実質的に円筒形
の室１６を画定する。端部材１２および１３を貫
通するように設けられた、ねじ山を有するポート
または流路１７および１８は、夫々、その対向す
る端部において室１６と連通する。端部１２には
孔１９が形成され、この孔１９は円筒形のスリー
ブ１４の軸と同軸である。

細長い円筒形のピストンロツド２２は孔１９か
ら軸方向に突出し、孔１９内で摺動する。ピスト
ンロツド２２の内端に固着される、実質的に円筒
形のピストン２３は、室１６内部において軸方向
に運動する。

ピストン２３は円筒形の外表面２６を有し、こ
の外表面２６の直径は円筒形のスリーブ１４の内
表面２５の直径よりわずかに小さい。ピストン２
３の外表面２６には、環状の周囲溝２７が設けら
れている。周囲溝２７は、ピストン２３の軸に対
して実質的に垂直に延在する一対の対向する側面
２８および２９により境界を画定されている。実
質的に円筒形の底面３１は、環状の側面２８およ
び２９の、軸方向に見て内側の縁部の間に延在し
ている。各々の側面２８および２９は、以下によ
り詳細に説明するように、環状の密封表面として
作用する。

周囲溝２７の底面３１には、径方向外側へ向か
つて突出する環状のリブ３３が設けられている。
このリブ３３は、側面２８および２９の間の、軸
方向に見てほぼ中央の位置にある。リブ３３の外
表面は丸くなつているのが好ましく、ほぼ半円形
である。

エラストマーの材料から成るＯリング３７は環
状の周囲溝２７の内部においてピストン２３を包
囲している。Ｏリング３７の外径は、円筒形のス
リーブ１４の内表面２５の内径よりわずかに大き
く、また、Ｏリング３７の内径は、環状のリブ３
３の最大直径よりわずかに小さい。このリブ３３
の幅は、Ｏリブ３７の横断面の直径よりかなり小
さい。側面２８および２９の間の距離は、Ｏリン
グ３７の横断面の直径よりかなり長いがこの直径
の２倍よりはかなり短い。第１図に示す本発明の
好ましい実施例においては、側面２８および２９
の間に距離は、Ｏリング３７の横断面の直径の約
1.5倍である。

Ｏリング３７は、通常は、リブ３３と係合する
内側環状係合帯部分４１と、円筒係合のスリーブ
１４の内表面２５と係合する外側環状係合帯部分
４２とを有する。Ｏリング３７は、以下により詳
細に説明するようにリブ３３上で揺動し、円筒形
スリーブ１４の内表面２５に沿つて摺動すること
により、周囲溝２７内部の、第１図に示す位置
と、第２図に示す位置との間で移動することがで
きる。Ｏリブ３７がこのように移動する間、Ｏリ
ング３７とリブ３３との間の内側環状係合部分４
１およびＯリング３７と内表面２５との間の外側
環状係合帯部分４２は、夫々、中断されない。第
１図に示す位置においてＯリング３７は周囲溝２
７の側面２９の当接して、環状係合帯部分４３を
形成している。第２図に示す位置においては、Ｏ
リング３７は周囲溝２７の側面２８に当接して、
環状係合帯部分４４を形成している。

周囲溝２７は充分な深さを有し、環状のリブ３
３は、Ｏリング３７と周囲溝２７の底面３１とが
常に接触しないような充分な高さを有しているの
が好ましい。

動 作 第１図は、流路１７を介して低圧の空気が室１
６内に供給されて、ピストン２３が右方向へ動か
されるときのＯリング３７の位置を示す。次にピ
ストン２３を左の方向へ動かすために、流路１８
を介して、低圧の圧縮空気が室１６内の、ピスト
ン２３の右側に供給される。この圧縮空気は、円
筒係合のスリーブ１４の内表面２５とピストン２
３の外表面２６との間を通つて、Ｏリング３７を
左方向へ押圧するので、Ｏリング３７は、第２図
に示すように、側面２８と密封係合する。

リブ３３はＯリング３７に向かつて突出してＯ
リング３７を変形させているが、リブ３３の幅が
比較的狭いために、Ｏリングの変形は内周部分に
局部的に起こり、円筒形のスリーブ１４の内表面
２５との外側環状係合帯部分４２を変形させた
り、この部分に過剰の接触圧力を加えたりするこ
とはない。このように、Ｏリングの公差に基づく
ばらつきとは無関係に、低圧の空気を包囲し且つ
密封するための所望の密封関係が内側と外側の環
状係合帯部分４１および４２に沿つて得られる。
同時に、Ｏリング３７と内表面２５との間の圧力
および摩擦は外側環状係合帯部分４２に沿つて最
小となるので、Ｏリング３７と内表面２５との間
で運動を開始するために必要な分離力を最小限に
抑えることができる。

従つて、流路１８を介して室１６に導入される
圧力空気が、Ｏリング３７を左方向に押圧する
と、Ｏリング３７は環状のリブ３３を中心として
左方向へ揺動する一方、内表面２５に沿つて摺動
して、第２図に示す位置に達する。この位置にお
いては、Ｏリング３７は環状の側面２８に当接し
ている。その後、流路１８を介して供給される低
圧の圧縮空気により、ピストン２３は室１６内で
左方向に移動する。

流路１８を介して室１６に供給される圧縮空気
の圧力がかなり高くなると、第３図に示すよう
に、Ｏリング３７の変形も相当に大きくなる。よ
り詳細に説明すると、高圧の圧縮空気によりＯリ
ング３７が円筒形スリーブ１４の内表面２５およ
び環状の側面２８により大きな力で圧接される
と、Ｏリングはこれらの面と接触する箇所で幾分
平坦になる。その結果、外側環状係合帯部分４２
および環状係合帯部分４４に沿つた接触面積と接
触圧力が大きくなる。同時に、Ｏリング３７は環
状のリブ３３と係合しなくなるので、Ｏリング３
７とリブ３３との間の内側環状係合帯部分４１は
完全になくなつてしまう。

高圧の圧縮空気が室１６に導入されることによ
り、外側環状係合帯部分４２および環状係合帯部
分４４に沿つて接触面積と接触圧力が大きくなれ
ば、Ｏリング３７と環状の側面２８との間並びに
Ｏリング３７と内表面２５との間の密封関係はよ
り確実なものとなるため、必要な高圧シールを得
ることができる。Ｏリング３７と内表面２５と間
の接触面積および接触圧力が大きくなることによ
り、Ｏリング３７と内表面２５との間のすべり摩
擦は大きくなるが、室１６に供給される空気の圧
力はかなり高いので、このような大きなすべり摩
擦に打ち克つだけの大きな分離力を発生すること
ができる。流路１８を介して行なわれる高圧の圧
縮空気の供給が終わると、弾性のＯリング３７は
通常の形状に戻り第２図に示す位置をとる。

続いて、ピストン２３を室１６内で右方向に移
動するために、流路１７を介して圧流空気が室１
６に供給される。周囲溝２７はリブ３３を含む平
面に関して対称形であるため、Ｏリング３７は、
先に説明したのと同様に過程を経て第２図に示す
位置から第１図に示す位置へ動く。同様に、流路
１７を介して比較的高い圧力の圧縮空気が供給さ
れると、Ｏリング３７は環状の側面２９および内
表面２５に、第３図に示すような変形を生じさせ
るのに充分な力で圧接される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例による複動式空気
圧シリンダの中心断面図。第２図は、異なる動作
位置を示す部分断面図。第３図は、さらに別の動
作位置を示す第２図と同様の部分断面図である。 １０……複動式空気圧力シリンダ、１１……ハ
ウジング、１６……室、１７，１８……流路、２
３……ピストン、２５……内表面、２６……外表
面、２７……周囲溝、２８，２９……側面、３３
……リブ、３７……Ｏリング、４１……内側環状
係合帯部分、４２……外側環状係合帯部分。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 円筒形の室１６を有するハウジング１１と；
   横断面が円形でありハウジングの室１６内に同軸
   的に支持されて室１６の軸の方向に運動し径方向
   外側の表面２６に一対の対向し且つ離間して配置
   された軸方向に対向する環状の表面２８，２９の
   間に画定される環状の周囲溝２７と、周囲溝２７
   の環状の表面２８，２９の間の軸方向に見て中間
   の位置に設けられ径方向外側に向かつて突出する
   環状のリブ３３とを有するピストン２３と；ピス
   トン２３の両側において室１６と連通して加圧空
   気を室内へ導入する２つの流路１７，１８をハウ
   ジング内に画定する手段と；環状の周囲溝２７の
   内部においてピストンを包囲しハウジングの室１
   ６の内表面２５の直径よりわずかに大きな外径を
   有してハウジングの室の内表面２５との間に環状
   係合帯部分４２を形成し環状のリブ３３の外径よ
   りわずかに小さな内径を有して環状のリブとの間
   に環状係合帯部分４１を形成し前記流路を介して
   選択的に室１６に供給される低圧の空気の圧力に
   応答して周囲溝２７の内部において前記環状の表
   面の一方２８との間に環状係合帯部分を形成する
   第１の位置と前記環状の表面の他方２９との間に
   環状係合帯部分を形成する第２の位置との間で横
   方向に移動する弾性のＯリング３７とを具備する
   ことを特徴とする複動式空気圧シリンダ。 ２ Ｏリング３７は室１６に供給される空気の圧
   力が実質的に上昇したときに弾性変形し変形した
   Ｏリング３７は環状のリブ３３と係合しなくなり
   ハウジングの室の内表面２５との間の環状係合帯
   部分及びピストンの環状の表面２８，２９との間
   の環状係合帯部分の接触面積が広くなることを特
   徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の複動式
   空気圧シリンダ。 ３ 環状のリブ３３の幅はＯリング３７の横断面
   の直径より小さいことを特徴とする、特許請求の
   範囲第１項または第２項に記載の複動式空気圧シ
   リンダ。 ４ 環状の表面２８，２９の間の距離はＯリング
   ３７の横断面の直径より長いがＯリングの横断面
   の直径の２倍よりは短いことを特徴とする、特許
   請求の範囲第１項から第３項のいずれか１項に記
   載の複動式空気圧シリンダ。 ５ 周囲溝２７は室１６の軸に対して垂直に延在
   する一対の離間した環状の側面２８，２９と側面
   ２８，２９の径方向内側の縁部の間に延在する円
   筒形の底面３１とを有し環状のリブ３３は底面３
   １に設けられ且つ底面３１から径方向外側に向か
   つて突出しＯリング３７は常に底面３１と接触し
   ていないことを特徴とする、特許請求の範囲第１
   項から第４項のいずれか１項に記載の複動式空気
   圧シリンダ。