JPH086811B2 - 両圧用ピストンシール - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、流体圧シリンダ、特に空気圧シリンダのピ
ストン部分に取り付けられ、１個で両方向からの流体圧
力をシールする低摩擦特性に優れた両圧用ピストンシー
ルに関する。

（従来の技術） 流体圧シリンダの両圧用ピストンシールとしては、Ｏ
−リング、Ｘリングに代表されるシールがあり、これら
のシールを改良したシールも見受けられる。しかしなが
らこれら従来からの両圧用ピストンシールでＯリングの
ような圧縮型パッキンは捩れによる損傷を生じやすく、
摩擦力を下げるためにはつぶし量を少なくし、耐久性を
犠牲にしなければならなかった。

特に、油圧に比べ低い圧力（常用３〜7Kgf/cm²）で使
用される空気圧シリンダのピストンシールにおいては、
シリンダの出力が小さいためシールの摩擦力を小さくす
ることが要求されていた。

第５図に従来例として示す断面の中央部に薄肉部を設
けた両圧用ピストンシールにおいては、シール全体とし
て圧縮型に構成されているが、シール断面の幅寸法を大
きくすることによって、つぶし量を確保してもつぶし率
を小さくできることから、低摩擦性と耐久性の維持がは
かられている。

また、薄肉部を設けることにより、圧縮によるシール
の変形を薄肉部で吸収すると共に、薄肉部が弓状に曲り
つぶし量を一時的に減少させて摩擦力を低減したもので
ある。

しかしながら、このような基本的に圧縮型のシール
は、静止状態が長くなると、シールの接触面と相手運動
面との固着による摩擦力の増大が避けられず、特に長時
間静止後の始動時の圧力（以下始動圧力と記す）が異常
に高くなり、シリンダの作動不良の原因となっている。

また第６図に従来例として示す、略Ｘ断面のリップ形
状のシールは、シリンダチューブ面に２つの外周側リッ
プで接触するため摩擦力が大きくなりやすいが、リップ
シールの特長として相手運動面との固着は発生しにく
い。摩擦力の低減にはリップの薄肉化が最も簡便な手段
であるが、リップの厚さも強度との関係からあまり薄肉
とすることができない。

仮にリップを薄肉にして摩擦抵抗を低くしても、今度
はスティックスリップが発生して低速作動性が得られ
ず、また、リップのめくれによる破損が起るなどから、
低摩擦用シールとしての耐久性能を確保することが難し
かった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は上述した流体圧シリンダ、特に空気圧シリン
ダの両圧用ピストンシールの低摩擦特性と、低速作動性
及び耐久性の向上を計ったもので、長時間静止後の始動
圧力の上昇を少くして、シリンダ始動時の作動応答性、
及び低速でのスムーズな作動特性を持って低摩擦用の両
圧用ピストンシールを提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は上記の問題点を解決するために、添付図面の
参照符号をもって説明すれば、両圧用ピストンシール１
を、外周側摺動面の中央に設けた円弧11による外周突出
し部12と、該円弧11に接し両側面４の外周側端部13を結
ぶ両テーパー面14または両曲面25とからなる摺動面５
と、両側面４とをもった摺動側部２と、装着溝の底面34
に接する内周側固定面の両側面７の間に設けた両内周突
出し部15と、突出し部15の間の凹所16とからなる内周面
６を非圧縮型のリップシール状に構成した固定側部３と
を、両側面４、７に設けた１つの小さな円弧状の先端部
18と摺動部側と固定部側の斜面19、20とからなる略Ｖ字
状の谷部８によって挟まれる薄肉部９により接続された
上下対称断面形状に構成している。

（作用） このような本発明の両圧用ピストンシール１は、固定
側部３の内周面６を突出し部15と凹所16によりリップシ
ール状に構成し、全体として非圧縮型のリップシールと
して機能させ、摩擦力を低減し固着の発生を少くすると
共に、始動時の摺動面５とシリンダチューブ面31との摩
擦力によって、薄肉部９を中心とする捩じれによる回転
運動をする摺動側部２の構成によって、前述の従来技術
の問題点を解決しようとするものである。

（実施例） 本発明による両圧用ピストンシールの一実施例を第１
図に、他の実施例を第２図および第３図に示す。

第１図に示す両圧用ピストンシール１は、外周側摺動
面の中央に設けた円弧11による外周突出し部12と、該円
弧に接し両側面４の外周側端部13を結ぶ両テーパー面14
とからなる摺動面５と、両側面４とをもった摺動側部２
と、装着溝35の溝底面34に接する内周側固定面の両側面
７の間に設けた両内周突出し部15と、両内周突出し部15
の間の凹所16とからなる内周面６がリップシールに構成
された固定側部３とを、両側面４、７に設けた略Ｖ字状
の谷部８で挟まれる薄肉部９により接続されている。

固定側部３の凹所16の深さ（内周突出し部15の先端か
ら凹所の底面までの寸法）は、両圧用ピストンシール１
をシリンダに装着した時の摺動側部２の外周突出し部12
のしめしろ量αに見合う寸法とすることにより、全体と
して非圧縮型のリップシールとしての構成が得られる。

第２図に示すように、他の実施例によれば、摺動面５
の突出し部12の円弧11と、外周側端部13との間を、中心
が薄肉部９の中央部を通る軸線上で、薄肉部に対し外周
側端部と反対側に位置し、円弧11に接し外周側端部13を
通る円弧による曲面25で構成してもよい。

また、固定側部３の両側面７に、摺動側部２と固定側
部３を隔てる谷部８よりも浅い第２の谷部26を設けて、
装着溝の底面34に当接する内周面６の両側面４の側に設
けた内周突出し部を薄肉の完全なリップ27としてもよ
い。

なお、摺動側部２の両側面４には、摺動面５の側と谷
部８の側を連通する径方向の複数の溝21または突起（図
示せず）22を設けてもよい。

また好適態様としては、第３図に示すように、外周側
端部13が、薄肉部９の中央部を中心として、外周突出し
部12の先端ａ、及び前記先端ａよりしめしろ量α分だけ
内周側に位置する装着時における先端の位置であるａ′
を通る同心円の両側面４との交点であるｂ、ｂ′の間に
くるように構成することにより、外周側摺動面全体を摺
動側部２の回転の中心である薄肉部９の中央からシリン
ダチューブ面31までの距離と同等以上として、回転運動
による摺動面５とシリンダチューブ面31との接触が失わ
れることを防止するようにしてもよい。

本発明による両圧用ピストンシール１は、摺動側部２
の外周側摺動面の中央が突出した圧縮型シールの構成
と、固定側部３の非圧縮型リップシールの構成とを、谷
部８を設けることで形成された薄肉部９によって結合す
ることによって、以下に述べる作用効果を奏するもので
ある。

第一に、固定側部３の内周面６の両リップ状突出し部
15と凹所16によって、シール全体として非圧縮型である
リップシールとしているため、摩擦抵抗が小さく、しか
も圧縮型シールに見られるような長時間の静止による摺
動面５とシリンダチューブ面31の固着現象による摩擦力
の異常が発生し難くなっている。

第二に、第４図の説明図に示すように、流体圧力の方
向切替えによってピストンロッドがいずれが一方の方向
に動く時に、摺動側部２はシリンダチューブ面31との摩
擦力により谷部８に挟まれた薄肉部９を中心として捩れ
を起し、外周側摺動面はシリンダチューブ面31との間で
相対的に回転運動をする。

この薄肉部９を中心とした摺動側部２の捩れ回転によ
って、外周側摺動面とシリンダチューブ面との摩擦力
が、通常のシールの場合のように摺動による滑り摩擦で
はなく、捩れによる転がり摩擦に転換され、摩擦力、特
に始動時の摩擦力が著しく低減される。

摺動側部２の捩れは、摩擦力が大きければより大きな
捩れが起き、摩擦力に応じた捩れとなるが、両側面４が
装着溝側面35に圧接することにより制限される。

このような摺動側部２の作用は、通常の摺動運動中の
シリンダチューブの寸法の変化、局部的な傷、潤滑状態
の変化等による摩擦力の変化が、摺動側部２の捩れによ
り吸収されるため摩擦力の変化が少なくなり、低速摺動
における、いわゆるスティックスリップ現象が起きる限
界速度を低くするのに大きな効果を発揮する。

特に、摺動面５全体を摺動側部２の回転の中心である
薄肉部９の中央部から装着時のシリンダチューブ面31ま
での距離と同等以上とし、さらに突出し部12の先端ａま
での距離に対し外周側端部13側を小さく構成することに
よって、シリンダチューブ面31との当接部が捩れ量に従
い外周側端部13の側に移動して、シリンダチューブ面に
対するしめしろ量が少なくなり摩擦が低減するが接触が
失われることはなく、常にシール性が確保される。

また、摺動面５を円弧11と曲面25によって構成するこ
とにより、摺動側部２が捩れ回転した際に、摺動面５の
シリンダチューブ面31に対する接触量がより滑らかに変
化するため、低速作動時の摩擦力の変動が少なくなって
スティックスリップの発生防止により一層優れた効果を
発揮する。

固定側部３の両側面７に第２の谷部26を設けることに
より、固定側部の内周面６は薄肉のリップ27と凹所16と
から構成されることになり、両圧用ピストンシール１の
シリンダチューブ面31への接触力をより低減でき、摺動
側部の摺動面のしめしろ量を大きく設定しても摩擦力の
上昇はなく、しかも耐久性が向上する。

このように本発明による両圧用ピストンシール１は、
外周側の摺動側部２の圧縮型シールの構成と、固定側部
３の内周面６を突出し部15と凹所16とによる非圧縮型リ
ップ状シールの構成とを薄肉部９によって接続すること
により、圧縮型シールと非圧縮型リップを組合せて、全
体として非圧縮型のシールとして構成し、これら各部分
の互いの協調作用によって、シリンダ始動時の作動応答
性、低速作動性、耐久性に優れた効果を発揮するもので
ある。

さらに、摺動側部２の円弧11の大きさ、薄肉部９の厚
さ及び位置、固定側部３の凹所16の深さ、合成ゴム、エ
ラストマー材質の硬さ等の設定により、使用される流体
圧、摩擦力に応じたシールを得ることができる。

また、摺動側部２の円弧を小さく、テーパー面14の角
度は大きく、薄肉部９は薄く、固定側部３の凹所16を深
くし、さらには第２の谷部26を固定側部３に設け、比較
的軟らかい材質によって作れば、より低摩擦特性に優れ
た両圧用ピストンシールが得られる。

実験結果からは、テーパー面14のシリンダチューブ面
との角度は10〜45゜、好ましくは15〜30゜で、両側面の
略Ｖ字状の谷部８の開口角度と同程度が好ましく、摺動
側部２に大きな捩れが発生すると、摺動側部の側面４が
装着溝の側面35に当接すると共に、谷部８の摺動側部２
と固定側部３の開口端部が互いに接触して捩れを制限す
るように作用する。

薄肉部９の厚さは、外周側摺動面の円弧11の直径より
も小さくした場合が、低摩擦性、耐久性を満足する結果
が得られている。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば低摩擦性と低速
作動性とが発揮される両圧用ピストンシールが得られ、
特に３〜7kg/cm²という低圧空気シリンダのピストンシ
ールに特にすぐれた効果が発揮される。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は、本発明の実施例の片側断面を示す図
である。 第４図は、本発明による両圧用ピストンシールの装着状
態で、圧力と摩擦力が加わり摺動側部分が捩れた状態を
説明する片側断面図である。 第５図および第６図は、従来の両圧用ピストンシールを
示す略式説明図である。 1:両圧用ピストンシール、2:摺動側部 3:固定側部、4:側面 5:摺動面、8:谷部 9:薄肉部、12:突出し部 14:テーパー面、15:内周突出し部 16:凹所、25:曲面 26:第２の谷、31:シリンダチューブ面 32:ピストン、33:装着溝 34:溝底面、35:溝側面

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外周側摺動面の中央に設けた円弧による突
   出し部12と、円弧に接し両側面の外周側端部を結ぶ両テ
   ーパー面14とからなる摺動面５をもった摺動側部２と、
   溝底面に接する内周固定面の両側面７の間に設けた内周
   突出し部15と、両突出し部15の間の凹所16とからなる内
   周面６をもった固定側部３とを、両側面４、７に設けた
   １つの小さな円弧状の先端部18と摺動側部と固定側部の
   斜面19、20とからなる谷部８によって挟まれる薄肉部９
   によって接続した上下対称断面形状であることを特徴と
   した流体圧シリンダの両圧用ピストンシール。
2. 【請求項２】外周側摺動面の中央に設けた円弧による突
   出し部12と、円弧に接し両側面の外周側端部を結ぶ薄肉
   部９に中心を持つ曲面25とからなる摺動面25をもった摺
   動側部２と、溝底面に接する内周固定面の両側面７の間
   に設けた内周突出し部15と、両突出し部15の間の凹所16
   とからなる内周面６をもった固定側部３とを、両側面
   ４、７に設けた１つの小さな円弧状の先端部18と摺動側
   部と固定側部の斜面19、20とからなる谷部８によって挟
   まれる薄肉部９によって接続した上下対称断面形状であ
   ることを特徴とした流体圧シリンダの両圧用ピストンシ
   ール。
3. 【請求項３】外周側摺動面の突出し部12を、複数の小さ
   な円弧23と、該円弧の間に設けた凹所24によって構成し
   たことを特徴とした特許請求の範囲第１項または２項に
   記載の両圧用ピストンシール。
4. 【請求項４】摺動側部２の高さを固定側部３の高さより
   低くしたことを特徴とした特許請求の範囲第１ないし３
   項のいずれか１項に記載の両圧用ピストンシール。
5. 【請求項５】固定側部３の内周側の両側面７に、摺動側
   部２と固定側部３を隔てる谷部８よりも浅い第２の谷部
   26を設けたことを特徴とした特許請求の範囲第１ないし
   ４項のいずれか１項に記載の両圧用ピストンシール。