JPH0517993B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、共同するピストン棒に堅固に連結さ
れ、かつシリンダ内での往復運動中このシリンダ
の中心軸線に対してその縦軸線を小さな角度α傾
斜させることのできる型式のピストンのためのピ
ストンリング組立体であつて、前記ピストンは非
常に高い液圧流体圧力をもつ液圧機構及び主とし
て軸方向ピストン機構に使用するためのものであ
りかつシール作用をするピストンリング組立体を
収容する周囲みぞを有しており、前記組立体は２
個以上の環状の半径方向にスリツトを付された金
属特に鋼の座金からなり、前記座金は円筒形外周
面をもちかつ液圧流体に対する一種のラビリンス
シールを一緒に形成している如きピストンリング
組立体に関するものである。

この種のピストンでは、ピストンリングは従
来、ピストンがその縦軸線をシリンダの中心軸線
に対して傾けたときにもシール作用を得るように
円錐形か又は球形に作られていた。スエーデン特
許明細書は第190707号及び第210202号には、シリ
ンダ壁に掛合する球形周面をもつシールピストン
リング組立体の種々の設計が記載されている。し
かし、上記２つの明細書に記載された発明概念を
工業的大量生産に適用したときには球形ピストン
リングは幾つかの欠点を示す結果となつた。

球形リングはその良好な作用を得るためには球
形面の非常に注意深い機械加工を必要とするため
に大量生産で製造費が比較的高くなる。主として
前記機械加工は研削を含むが、この研削はそのリ
ングを研削中しつかり固定するには問題点がある
ためにその実施が困難である。このことは最小寸
法の軸方向ピストン機械における最小のリング寸
法に当てはまる。すべての事情の下で、リングの
研削加工は時間がかかり、やつかいな作業であ
り、それ故高価になる。

既知の球形ピストンリングでは、半径方向にス
リツトを付したリングのギヤツプを通して生ずる
漏れを避けることができない。確かに、リング直
径の寸法は次の如く定められる。即ち前記ギヤツ
プの接線方向の大きさ又は幅が、ピストン棒とピ
ストンの縦軸線がシリンダの中心軸線と一致した
ときにはほぼゼロになるが、それらの間の傾斜角
度が増すにつれて、リングギヤツプが次第に増す
如く定められる。このリングギヤツプが次第に増
すのは、シリンダ壁に対してシール作用をするた
めにリングはその周囲の半分にわたつてだ円形状
をとらなければならないという事実に因る。リン
グギヤツプはピストンとピストン棒の縦軸がシリ
ンダ中心軸線から最大の傾斜を生じたときに最大
幅となり、前記傾斜は4°程度までの大きさであ
る。

確かにギヤツプからの漏れ損失は重要性自体を
左右するのみならず、現在例えば前述の如き軸方
向ピストン機械の動作流体用に使われかつ300〜
400バール程度でありそしてあまり遠くない将来
は多分500〜700バールまで増大するかみ知れない
高圧では、ギヤツプを通る前記漏れは侵食損傷が
漏れ流体の非常に高い流速に起因して生ずること
を意味する。かかる侵食損傷は主としてシリンダ
壁に生ずるが、ピストンもかかる損傷を受ける。
リングはシリンダ内での往復運動中その周囲の半
分にわたつてだ円形横断面をとらなければならな
いという前記事情はまた曲げ応力の発生を意味す
る。この曲げ応力はリングの疲れ破壊を生じる可
能性がある。

球形ピストンリングは、リングが作動中その周
囲の半分にわたり圧力不釣合いの状態にあるとい
う事実に因つて摩耗することが調査の結果証明さ
れた。前記摩耗に困りギヤツプ幅は摩耗を増す
が、この摩耗は更に急速に自己増大しかつ機械の
作用に決定的な影響を与える大きさのギヤツプを
通して漏れ損失を極めて早めにもたらすものであ
る。

シリンダ内で眞に平行な又は並進的なピストン
棒運動、従つてピストン傾斜の起こらない運動で
は、比較的低圧をもつ用途に利用され、ピストン
リング組立体はドイツ国特許公報第2440037号に
開示された如き複数のお互に等しい円筒形リング
からなる。前記ピストンリング構造を球形ピスト
ン、即ち傾斜可能のピストンに使用しようとすれ
ば、リングギヤツプの幅の変動と、こりにより生
ずる漏れ及び球形ピストンリングにおいて生ずる
如き侵食傾向について上記と同じ決定的欠点を考
慮しなければならない。

かくしてリングギヤツプとその幅の変動は良好
な永続的な作動に大きな影響をもち、それ故、球
形ピストンリングより良くしかも確実に作動する
が好適には上記最後に述べたものより製造が簡単
でかつ安価である他のリング構造を開発できるか
どうかを調査することは重要であると考えられ
た。

このたび本発明により極めて簡単な方法で上記
の如き構造が達成された。本発明を実質的に特徴
づける事項は、スリツト付き座金の厚さはシリン
ダ直径のパーセントとして次の如く選択される、
即ち座金のスリツト幅又はギヤツプがピストンの
縦軸線とシリンダの中心軸線間の角度の中間値に
対して実質的にゼロに等しくなるように選択さ
れ、またピストンリングみぞはシリンダ内のピス
トンの傾斜運動を妨げることなしに座金間の自由
な相対的摺動運動を十分に行なうことのできる深
さをもつことにある。

本発明の組立体によれば、座金はその選択され
た厚さを通じて球形ピストンリングの場合よりも
有利なもう１つの運動系列のリングギヤツプにお
いてシリンダ壁と協働する。この点については後
述する。またかかる座金は極めて簡単に、安価な
方法で、例えば所要の性質をもつ金属薄板材料か
ら単純な型打加工法によつて作ることができる。

以下、本発明は図示の実施例に基づき詳述す
る。

第１図にはピストン棒２に堅固に連結されかつ
それを取囲んでいるシリンダ３内で行つたりきた
りして動くことのできるピストン１が縦断面で示
されている。このピストンの運動中、ピストン１
とピストン棒２からなるユニツトはその縦軸がシ
リンダ３の中心軸線に対して或る小さな角度αを
なして傾斜している。この角度αは本型式の軸方
向ピストン機械では約３〜4°である。

ピストン１とシリンダ３の壁間にシールを形成
するために、ピストンは円周みぞ４を形成され、
この円周みぞは一般に球形ピストンの中心Ｍを通
る横平面内に又はその平面に接近して配置され、
前記みぞ内には本発明によるピストンリング組立
体が置かれる。前記組立体は２個以上の、本実施
例の場合には３個の環状の半径方向にスリツトを
付した座金５から成り、前記座金は円筒形の外周
面をもつ。座金の円筒形外周面に困つて、ピスト
ンリングとして作用する前記座金は製造が簡単で
あり、例えば適当な厚さと所要の材質をもつ鋼薄
板から型打加工によつて作ることができる。普通
は、特別の仕上げ機械加工は不必要であるが、必
要に応じて座金の縁を面取りすることができる。

上記従来の球形ピストンリングはギヤツプの大
きさが最小でありかつピストンの縦軸がシリンダ
中心軸線と一致したとき実質的にゼロになるよう
に寸法決めされており、また半径方向外方を向く
固有の予張力をもつてシリンダ内に設けられてい
るが、その従来の球形ピストンリングに対して、
本発明のスリツト付き座金５は、ピストンの縦軸
線とシリンダ中心軸線間の角度αの中間値に対し
て実質的にゼロになるギヤツプ寸法又はスリツト
幅をもつように寸法決めされる。そのときギヤツ
プは前記α値の何れかの側へ増大し、スリツト幅
はα＝０とαの最大値の両方において、即ちシリ
ンダ３に対するピストン１の最大傾斜に対して、
明らかに大きく、その最大角度は約4°又はそれ以
上になるが、好適には現在応用される機械設計で
は3°である。かくして本発明による座金はピスト
ン運動中シリンダ壁から半径方向内方に向く力に
よつてスリツト幅ゼロまで圧迫される。

上記の関係は第２図の線図に詳細に示されてい
る。この図では、スリツト幅又はギヤツプはシリ
ンダ３中のピストンの傾斜角αの関数としてシリ
ンダ直径D_CYLのパーセントで表わしたリング又は
座金５のいろいろな厚さに対してシリンダ直径
D_CYLのパーミル（per mille）で表わされている。
この線図からは、D_CYLの2.5％のリング厚さＴに
対しては特に最も利益があるのはスリツト幅がα
の最大とα＝０の両方で等しい寸法をもち、α／
２のときにゼロになるときである。比較のため
に、この線図内に球形と円錐形のピストンリング
ＳとＣに夫々対応する曲線を示している。

数値的に小さなスリツト幅、それ故減少した有
害な液圧流体漏れについては、これはギヤツプ寸
法の変化に比例するたわみのある（flexural）振
幅が円筒形リングにおいては球形ピストンリング
の場合の約半分に、しかも円錐形ピストンリング
の場合のものの1/4にさへも減少することができ
る。

２個以上の座金５により構成される本発明のピ
ストンリング組立体は幾つかの他の作用上の利点
をもつ。従つて軸線方向でお互に隣接した２個以
上のスリツト付き座金の配置は、それを通して漏
れる液圧流体のための軸線方向の列内に配置され
た数個の絞り部がそれ相応に得られ、かかる重大
な絞り部は、違つたやり方では大きな圧力低下を
起こす高流速の減少に関する限りでは非常に大き
な影響をもつということを意味する。勿論、その
他の利点は、シリンダ壁中に存在しうる表面でこ
ぼこは本発明による複数の座金状ピストンリング
によつてずつと容易にに橋渡しされるという点に
ある。前記ピストンリング組立体は動作の時に機
械の吸引ストローク中にポンプと同様に良く作動
する。これは球形ピストンリングと比較して異な
る点である。

寸法の例としては、19mmのピストン直径に対し
て、2.1mm幅のピストンリングみぞが、球形ピス
トンリングを使用するときに、設けられると云う
ことができる。前記みぞのために最初予定された
球形ピストンリングは、2.0mmの厚さをもつてい
たが、本発明によれば、0.5mm厚さの鋼薄板材料
から型打加工によつて作つた例えば４個のピスト
ンリングを使用することができ、前記４個のリン
グを合わせて置いたとき全厚さは球形リングのた
めのものと同じ全厚さが得られることになる。座
金状リング５を４個もつ場合、リングギヤツプの
幅は漏れに大きな影響をもつ。ピストンリング装
置の満足な働きを得るためには、リング５の内縁
面とリングみぞ４の底間に十分なすき間があつ
て、リングがピストン１の傾斜運動中常にシリン
ダ壁に掛合するように前記みぞ内で相互に自由に
動き即ち摺動できるようになすことを要するに過
ぎない。満足なシール作用を得るための座金状リ
ング間の前記相互摺動運動は、座金が極めて平滑
な面をもち、液圧流体によつて十分に油さしされ
た状態で作動するので、容易であることが判明し
た。リングは同心であるが、必要に応じて偏心と
することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるピストンリング組立体
を、例えば軸方向ピストン機械内にある状態で示
す概略断面図；第２図は本発明による円筒形座金
と球状ピストンリングのギヤツプの大きさの間
の、シリンダ穴内のピストン傾斜に対する関係を
夫々示す線図である。 １……ピストン、２……ピストン棒、３……シ
リンダ、４……円周みぞ、５……座金。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 共同するピストン棒に堅固に連結され、かつ
   シリンダ内での往復運動中このシリンダの中心軸
   線に対してその縦軸線を小さな角度傾斜させるこ
   とのできる型式のピストンのためのピストンリン
   グ組立体であつて、前記ピストンは非常に高い液
   圧流体圧力をもつ液圧機構及び主として軸方向ピ
   ストン機構に使用するためのものでありかつシー
   ル作用をするピストンリング組立体を収容する周
   囲みぞを有しており、前記組立体は２個以上の環
   状の半径方向にスリツトを付された金属特に鋼の
   座金からなり、前記座金は円筒形外周面をもちか
   つ液圧流体に対する一種のラビリンスシールを一
   緒に形成している如きピストンリング組立体にお
   いて、前記スリツト付き座金の厚さはシリンダ直
   径のパーセントとして次の如く選択される、即ち
   座金のスリツト幅又はギヤツプがピストンの縦軸
   線とシリンダの中心軸線間の傾斜角度の中間値に
   対して実質的にゼロに等しくなるように選択さ
   れ、またピストンみぞはシリンダ内のピストンの
   傾斜運動を妨げることなしに座金間の自由な相対
   的摺動運動を十分に行なうことのできる深さをも
   つことを特徴とするピストンリング組立体。 ２ 特許請求の範囲１記載のピストンリング組立
   体において、各座金の厚さはシリンダ直径の約
   2.5％であることを特徴とするピストンリング組
   立体。