JPH0914451A - ピストン及びシリンダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】小型化を図ると共に動作特性に優れたシリンダ
を提供する。 【解決手段】ピストン５本体の外周に周溝１２，１３が
設けられ、その周溝１２，１３には環状のパッキン１１
が装着されている。パッキン１１は、基部１４と該基部
１４から延びる外周リップ部１５とから断面ほぼＬ字状
に構成されている。周溝１２，１３の溝幅は基部１４が
収容される程度の幅に形成され、基部１４を周溝１２，
１３に装着した状態における外周リップ部１５先端とピ
ストン５本体端面とがピストン５の厚さ方向に関してほ
ぼ同一位置となるように形成されている。この構成によ
り、ピストン５の厚さをＵパッキンを用いた場合に比べ
て充分に薄く形成してピストン５の小型化、ひいてはシ
リンダの小型化に結び付く。又、パッキン１１は所謂リ
ップパッキンであるため、シリンダチューブ内周面２ａ
との間の摩擦抵抗が少ないとともに加圧放置後の動作特
性に優れたものとなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ピストン本体の外
周に設けた周溝にパッキンを装着したピストン及びシリ
ンダに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的なシリンダの構造としては、シリ
ンダチューブ内にピストンが収容されシリンダチューブ
内が二つの圧力室に区画されている。そして、それぞれ
の圧力室からピストンにかかる圧力差に応じて当該ピス
トンをシリンダチューブの軸線方向に移動させるように
なっている。

【０００３】ピストンの外周には当該ピストンを挟んだ
圧力室間での流体の行き来を防止するためにパッキンが
装着されている。図７に示すように、ピストン３１の外
周には一対の周溝３２，３３が形成され、この周溝３
２，３３にはＵパッキン３４がそれぞれ装着されてい
る。Ｕパッキン３４は、基部３５と、基部３５から延び
周溝３２，３３の底面に圧接される内周リップ部３６
と、同じく基部３５から延びシリンダチューブ３８内周
面に圧接される外周リップ部３７とを備え、弾性を有す
る合成ゴムにより一体形成されている。

【０００４】Ｕパッキン３４は内周シールにも外周シー
ルにも用いることができ、しかも柔軟な外周リップ部３
７の撓みによってシールを行なうためピストン３１とシ
リンダチューブ３８内周面との間の摩擦抵抗が少ない。
又、圧力室内を加圧放置した後のＵパッキン３４の変形
も少ないため安定した動作が得られる、すなわち動作特
性に優れている。これらの利点があるため、広く利用さ
れている。

【０００５】近年、シリンダは精密な機器等にも利用さ
れるようになっており、シリンダの小型化、特にシリン
ダ全長を短くするという要求が高まっている。シリンダ
全長を短くするための一手段として、ピストンの厚さを
薄く形成することが試みられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図７に示す
ように、Ｕパッキン３４は内外にリップ部３６，３７が
形成されているため、周溝３２，３３の溝幅もＵパッキ
ン３４の全幅分が必要である。Ｕパッキン３４を用いた
ピストン３１では、特に周溝３２，３３の外側に支持壁
部３１ａが設けられている。この支持壁部３１ａはＵパ
ッキン３４の抜け落ちを防止するために必要であり省略
することはできない。しかも、この支持壁部３１ａは前
記のとおりＵパッキン３４の全幅分の溝幅を有する周溝
３２，３３が形成された更に外側に設ける必要があると
ともに、支持壁部３１ａは加工上その厚さを薄くするに
も限界ある。

【０００７】従って、Ｕパッキン３４を装着したピスト
ン３１では該ピストン３１の厚さを薄くするのが困難で
あったため、Ｕパッキン３４は比較的大型のシリンダの
ピストンに用いられるのが現状であった。

【０００８】一方、小型化が要求されるシリンダでは、
図８に示すように、ピストン４１の外周に設けた周溝４
２にスクイーズパッキン（以下、Ｏリングという）４３
を装着したものが用いられている。

【０００９】Ｏリング４３を用いた場合それ自身の幅寸
法をＵパッキン３４の全幅よりも格段に小さくできるこ
とから、Ｏリング４３はピストン４１の幅寸法を小さく
するのに最適である。

【００１０】しかしながら、Ｏリング４３は所謂つぶし
により形状を変形させることでシール力を発生するもの
であり、そもそも上記Ｕパッキン３４よりも摩擦抵抗が
大ききので高速動作には向かない。又、圧力室内が加圧
状態のまま長時間放置されると、Ｏリング４３が圧力変
形してしまい、Ｏリング４３とシリンダチューブ３８内
周面との間の摺動抵抗が更に増大する。この摺動抵抗の
増大によりピストン４１の動きが不安定となり、シリン
ダの立上げ時には所定圧力に応じた所望のピストン動作
が得られない、すなわち動作特性が劣るという問題があ
る。

【００１１】以上のように、Ｕパッキン３４を用いたも
のでは動作特性は優れているが小型化の要求を満たすこ
とができず、Ｏリング４３を用いたものでは小型化の要
求を満たすことはできるが動作特性に劣るものであっ
た。

【００１２】本発明は上記した事情に鑑みてなされたも
のであって、その目的は、小型化を図ると共に動作特性
に優れたピストン及びシリンダを提供するにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に係る発明では、ピストン本体の外周に周
溝を設け、その周溝に環状のパッキンを装着したピスト
ンにおいて、パッキンを基部と該基部から延びる外周リ
ップ部とから断面ほぼＬ字状に構成し、周溝の溝幅を基
部が収容される程度の幅とし、基部を周溝に装着した状
態における外周リップ部先端とピストン本体端面とがピ
ストンの厚さ方向に関してほぼ同一位置となるように形
成したピストンをその要旨とする。

【００１４】請求項２に係る発明では、前記周溝をピス
トン本体の外周に一対設け、各周溝にはそれぞれ前記パ
ッキンを装着し、両パッキンの外周リップ部を互いに離
間する方向へ延びるように配設した請求項１に記載のピ
ストンをその要旨とする。

【００１５】請求項３に係る発明では、ピストン本体の
外周に周溝を設け、その周溝に環状のパッキンを装着し
たピストンをシリンダチューブ内に移動可能に設けたシ
リンダにおいて、パッキンを基部と該基部から延びる外
周リップ部とから断面ほぼＬ字状に構成し、周溝の溝幅
を基部が収容される程度の幅とし、基部を周溝に装着し
た状態における外周リップ部先端とピストン本体端面と
がピストンの厚さ方向に関してほぼ同一位置となるよう
に形成したシリンダをその要旨とする。

【００１６】請求項４に係る発明では、周溝をピストン
本体の外周に一対設け、各周溝にはそれぞれパッキンを
装着し、両パッキンの外周リップ部を互いに離間する方
向へ延びるように配設した請求項３に記載のシリンダを
その要旨とする。

【００１７】上記手段により、請求項１及び請求項３に
係る発明によれば、ピストン本体外周に形成された周溝
に装着されるパッキンを、基部と該基部から延びる外周
リップ部とからほぼＬ字状に構成し、周溝の溝幅を基部
が収容される程度の幅としている。その結果、周溝の溝
幅を小さく形成することが可能となる。

【００１８】又、その基部を周溝に装着した状態におけ
る外周リップ部先端とピストン本体端面とがピストンの
厚さ方向に関してほぼ同一位置となるように設定されて
いる。その結果、周溝からピストン本体端面までの厚さ
は外周リップ部の長さに基づいて避けられない最低限の
長さに形成されることとなり、周溝からピストン本体端
面までの厚さを薄くすることが可能となる。

【００１９】以上のことから、ピストンの幅方向の厚さ
をＵパッキンを用いた場合に比べて充分に薄く形成して
ピストンの小型化、ひいてはシリンダの小型化を図るこ
とができる。しかも、パッキンは外周リップ部を備えた
所謂リップパッキンであるため、シリンダチューブ内周
面等の摺動面との間の摩擦抵抗が少ないとともに加圧放
置後の動作特性に優れたものとなる。

【００２０】請求項２及び請求項４に係る発明によれ
ば、請求項１又は請求項３に係る発明の作用に加え、次
の作用がある。すなわち、請求項２及び請求項４に係る
発明では周溝をピストン本体の外周に一対設け、各周溝
にはそれぞれ請求項１に記載された構造のパッキンを装
着し、両パッキンの外周リップ部を互いに離間する方向
へ延びるように配設している。その結果、往復動型のシ
リンダに用いることが可能となり、往復動型のシリンダ
におけるピストン及びシリンダの小型化を図り得ると共
に動作特性に優れたものとなる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図４に従って本発明
の実施の一形態について説明する。図４には流体圧シリ
ンダ１の断面図が示されている。まず、この流体圧シリ
ンダ１について説明すると、筒状のシリンダチューブ２
の軸方向両端には、ヘッドカバー３とロッドカバー４と
がそれぞれ気密状に固定されている。シリンダチューブ
２の内側にはピストン５がシリンダチューブ２の軸方向
へ移動可能に収容され、シリンダチューブ２内にはピス
トン５を挟んで二つの圧力室６，７が区画形成されてい
る。ピストン５にはシリンダチューブ２の軸方向へ延び
るロッド８が固定され、このロッド８はロッドカバー４
を貫通して外部に突出されている。ヘッドカバー３及び
ロッドカバー４には各圧力室６，７に連通する給排ポー
ト９，１０がそれぞれ設けられ、これら給排ポート９，
１０を介して圧力流体を給気又は排気することにより、
ピストン５がシリンダチューブ２の軸方向へ移動するよ
うになっている。

【００２２】ピストン５の外周には一対の環状のパッキ
ン１１が装着されている。なお、一対のパッキン１１は
同一の部品であって装着方向が異なるだけであるため、
パッキン１１の各部の構成は一方のみについて説明し、
他方は同一番号を付して説明を省略する。この構造につ
いて図１〜図３に基づいて説明する。

【００２３】ピストン５にはその外周に一対の周溝１
２，１３が形成されている。それら周溝１２，１３は、
それぞれ底面１２ａ，１３ａと、外側面１２ｂ，１３ｂ
と、内側面１２ｃ，１３ｃとから構成されている。そし
て、両内側面１２ｃ，１３ｃ間に形成された環状の壁に
より第１支持壁部５ａが構成されるとともに、両外側面
１２ｂ，１３ｂの外側に形成された環状の壁により第２
支持壁部５ｂが構成されている。なお、第１支持壁部５
ａはシリンダチューブ２の内径よりも僅かに小さな外径
となるように形成され、第２支持壁部５ｂは第１支持壁
部５ｂよりも更に小さな外径となるように形成されてい
る。

【００２４】前記パッキン１１は、円環状の基部１４
と、該基部１４の外周端から一方に延びる円環状の外周
リップ部１５とから構成され、ＮＢＲ等の弾性を有する
合成ゴムにより断面ほぼＬ字状となるように一体形成さ
れている。

【００２５】基部１４は前記周溝１２，１３内に挿入さ
れている。図１，図３に示されるように、基部１４の周
溝外側面１２ｂ，１３ｂとの対向面には、ピストン５の
軸線を中心とした円周上に所定間隔をおいて６個の円弧
状突部１６が一体形成されている。円弧状突部１６を含
む基部１４の厚さは周溝１２，１３の溝幅よりも大きく
形成されており、基部１４は厚さ方向に僅かに弾性収縮
された状態で周溝１２，１３に嵌入されている。

【００２６】又、基部１４の周溝外側面１２ｂ，１３ｂ
との対向面のうち内周端には円環状の内周リップ部１７
が一体形成され、その内周リップ部１７は前記円弧状突
部１６よりも突出量が小さくなっている。内周リップ部
１７の先端は周溝底面１２ａ，１３ａに接触されてい
る。

【００２７】基部１４の周溝外側面１２ｂ，１３ｂとの
対向面のうち外周端には環状凹部１８が形成されてお
り、その環状凹部１８に対応する基部１４は幅方向に薄
くなっている。そして、この薄く形成された部位によっ
て外周リップ部１５が一層撓み易くなっている。

【００２８】パッキン１１の自然状態（非加圧状態）に
おいて、その外径、すなわち外周リップ部１５の外周側
の直径は、パッキン１１が摺接する摺動面たるシリンダ
チューブ２の内周面２ａよりも大きく形成されており、
周溝１２，１３にパッキン１１が装着された状態では、
パッキン１１の外周リップ部１５の先端側が中心方向へ
撓んだ状態となっている。

【００２９】外周リップ部１５の外周面には、３本の凹
溝１９がほぼ等間隔をおいて形成されており、各凹溝１
９のうち外周リップ部１５の先端側の凹溝１９には潤滑
油が溜まるようになっているとともに、各凹溝１９によ
りシリンダチューブ２の内周面２ａと外周リップ部１５
との接触面積が低減されている。

【００３０】外周リップ部１５の先端位置と、第２支持
壁部５ｂの外端位置とは、ピストン５の厚さ方向に関し
てほぼ同一位置となるよう第２支持壁部５ｂの厚さが設
定されている。

【００３１】次に、上記のように構成された流体圧シリ
ンダ１の作用について説明する。さて、給排ポート９，
１０を介して各圧力室６，７に圧力流体が給排されるこ
とにより、ピストン５がシリンダチューブ２の軸線に沿
って移動する。例えば、図１，図４において、左側の圧
力室６に流体圧が加わると、ピストン５の左側面及び左
側のパッキン１１にその流体圧が加わり、ピストン５が
シリンダチューブ２の軸線に沿って右方へ移動する。

【００３２】この時の左側のパッキン１１の状態を説明
すると、左側から加わる流体圧により、パッキン１１の
外周リップ部１５が拡径する方向へ弾性変形し、外周リ
ップ部１５の先端側がシリンダチューブ２の内周面２ａ
に圧接される。この外周リップ部１５は該リップ部１５
自身の柔軟性により容易に弾性変形し、又環状凹部１８
によって一層撓みやすくなっている。

【００３３】一方、外周リップ部１５と第２支持壁部５
ｂとの間から入り込んだ流体は、各円弧状突部１６間に
形成された間隙を介して内周リップ部１７に作用する。
すると、内周リップ部１７は該リップ部１７自身の柔軟
性により弾性変形し、内周リップ部１７の先端側が周溝
１２の底面１２ａに圧接される。

【００３４】従って、左側の圧力室６から加わる流体圧
がパッキン１１により確実にシールされる。左側の圧力
室６から加わる流体圧によりピストン５が右方へ移動す
る際、パッキン１１の外周リップ部１５に形成された凹
溝１９により潤滑油溜めが構成されているため、潤滑油
切れによる摺動抵抗の増加が抑制される。又、その凹溝
１９の存在によってシリンダチューブ２の内周面２ａと
外周リップ部１５との接触面積が大幅に低減されるた
め、摺動抵抗を一層小さくすることができる。

【００３５】なお、ピストン５が図１の右側へ移動する
場合の左側のパッキン１１の作用と、左側へ移動する場
合の右側のパッキン１１の作用とは同じであるため、ピ
ストン５が左側へ移動する場合の作用については省略す
る。

【００３６】本実施形態では、外周リップ部１５の先端
位置と、第２支持壁部５ｂの外端位置とは、ピストン５
の幅方向に関してほぼ同一位置となるよう第２支持壁部
５ｂの厚さが設定されている。その結果、ピストン５の
幅を小さくすることができ、ひいては流体圧シリンダ１
の全長を短くすることができる。

【００３７】又、本実施形態では、パッキン１１を用い
ており、これはリップパッキンの一種であるため、加圧
放置後のピストン５の動作も安定しており、動作特性に
優れている。

【００３８】以上のように、本実施形態によれば、ピス
トン５の厚さを薄くすることができるとともに動作特性
に優れており、図７に示したＵパッキン３４を装着した
ピストン３１と図８に示したＯリング４３を装着したピ
ストン４１の両者の長所を生かしつつ短所をなくすこと
ができる。

【００３９】又、上記のとおり、外周リップ部１５の先
端位置と、第２支持壁部５ｂの外端位置とが、ピストン
５の幅方向に関してほぼ同一位置となるよう第２支持壁
部５ｂの厚さが設定されていることから、外周リップ部
１５の先端がヘッドカバー３やロッドカバー４に干渉す
ることがなく、パッキン１１の破損を未然に防止するこ
とができる。

【００４０】更に、パッキン１１には内側リップ部１７
が形成されてはいるものの、この内側リップ部１７を小
さく形成しているので、周溝１２，１３の溝幅を大きく
することなくピストン５とパッキン１１との間をシール
することができる。しかも、その内周リップ部１７へ流
体圧をかけるために基部１４の周方向に等間隔をおいて
円弧状突部１６を形成しているので、内周リップ部１７
が良好に機能する効果がある。

【００４１】なお、本発明は、前記した実施の形態に限
らず、例えば以下のような形態としてもよい。 （１）図５に示すように、ピストン２１を３分割しても
よい。すなわち、ピストン２１は、シリンダチューブ２
の内周面２ａよりも僅かに径の小さい支持円板２２と、
その支持円板２２の両側に配設されたピストン分割体２
３とから構成されている。ピストン分割体２３には支持
円板２２と対向する面の外周に底面２３ａと側面２３ｂ
とが形成され、これら底面２３ａ，側面２３ｂ及び支持
円板２２により周溝２４が構成されている。これら支持
円板２２及び一対のピストン分割体２３はそれぞれの対
向面同士を接着固定すればよく、又ピストンロッドを固
定する際に一体化させてもよい。この構成においても、
上記実施形態と同様の作用及び効果が得られる。しか
も、パッキン１１を周溝２４に装着する際、パッキン１
１を無理に拡径させてピストン２１の支持壁部２１ａを
乗り越えさせなくとも、ピストン分割体２３の底面２３
ａにパッキン１１を装着した後に支持円板２２及び一対
のピストン分割体２３を重ね合わせればよく、パッキン
１１を装着する際にパッキン１１に亀裂が入ったり破損
する等の不都合が解消される。なお、図示はしないがピ
ストン２１を２分割，４分割又は５分割にして構成する
ことも勿論可能である。

【００４２】（２）前記実施形態における一対のパッキ
ン１１に代え、図６に示すように、断面Ｔ形のパッキン
２５を用いてもよい。このパッキン２５は基部２６が一
体化しており、前記実施形態と同様の外周リップ部１
５，円弧状突部１６，内周リップ部１７，環状凹部１８
及び凹溝１９がそれぞれ一対設けられている。ピストン
２７の外周には一つの周溝２８が形成され、この周溝２
８にパッキン２５の基部２６が挿入されている。この場
合、前記実施形態の第１支持壁部５ａが不要となり、ピ
ストン２７の厚さを一層薄くすることができる。又、前
記実施形態のパッキン１１に比べパッキン２５は基部２
６を共用していることから基部２６の厚さはパッキン１
１の基部１４の厚さを２倍したよりも薄く（例えばパッ
キン１１の基部１４とほぼ同一の厚さ）できるため、周
溝２８の溝幅も前記実施形態の一対の周溝１２，１３の
溝幅の合計長さよりも短くすることができ、ピストン２
７の厚さを更に一層薄くすることができる。

【００４３】（３）単動型のシリンダに適用する場合、
周溝１２，１３は一つのみ形成しその周溝１２（又は１
３）にパッキン１１を装着すればよい。 （４）流体圧シリンダの形状及び構造は上記実施形態の
ものに限定されず、どんなものでもよく、又流体圧シリ
ンダは空圧により動作するものでも油圧により動作する
ものでもよい。

【００４４】次に、上記の各実施形態から把握される技
術思想をその効果とともに以下に記載する。 （１）パッキン１１，２５を基部１４，２６と該基部１
４，２６から延びる外周リップ部１５とから断面ほぼＬ
字状に構成し、基部１４，２６の外周リップ部１５側の
厚さを基部１４，２６のその他の部分の厚さよりも薄く
形成した。この構成によれば、外周リップ部１５が撓み
やすくなる。

【００４５】（２）パッキン１１，２５を基部１４，２
６と該基部１４，２６から延びる外周リップ部１５とか
ら断面ほぼＬ字状に構成し、外周リップ部１５の外周面
に周回する凹溝１９を少なくとも一つ形成した。この構
成によれば、外周リップ部１５と摺動面（シリンダチュ
ーブ内周面２ａ）との接触面積が低減されるので、摺動
抵抗が小さくなる。又、凹溝１９を複数形成すれば前記
接触面積が更に低減されて摺動抵抗が一層小さくなる。

【００４６】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１及び請求
項３に係る発明によれば、ピストンを小型化することが
でき、ひいてはシリンダを小型化することができ、更
に、加圧放置後のピストンの動作特性が優れたものとな
る効果がある。

【００４７】又、請求項２及び請求項４にに係る発明に
よれば、往復動型のシリンダに用いることが可能とな
り、往復動型のシリンダにおけるピストン及びシリンダ
の小型化を図り得ると共に動作特性に優れたものとな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るシリンダの要部断面
図

【図２】同じくパッキンの斜視図

【図３】同じくパッキンの斜視図

【図４】同じく流体圧シリンダの断面図

【図５】本発明の別の実施形態に係るシリンダの要部断
面図

【図６】本発明の更に別の実施形態に係るシリンダの要
部断面図

【図７】従来例に係るシリンダの要部断面図

【図８】別の従来例に係るシリンダの要部断面図

【符号の説明】

１…流体圧シリンダ（シリンダ）、２…シリンダチュー
ブ、５，２１，２７…ピストン、１１，２５…パッキ
ン、１２，１３，２４，２８…周溝、１４，２６…基
部、１５…外周リップ部。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ピストン（５，２１，２７）本体の外周
   に周溝（１２，１３，２４，２８）を設け、その周溝
   （１２，１３，２４，２８）に環状のパッキン（１１，
   ２５）を装着したピストンにおいて、 パッキン（１１，２５）を基部（１４，２６）と該基部
   （１４，２６）から延びる外周リップ部（１５）とから
   断面ほぼＬ字状に構成し、周溝（１２，１３，２４，２
   ８）の溝幅を基部（１４，２６）が収容される程度の幅
   とし、基部（１４，２６）を周溝（１２，１３，２４，
   ２８）に装着した状態における外周リップ部（１５）先
   端とピストン（５，２１，２７）本体端面とがピストン
   （５，２１，２７）の厚さ方向に関してほぼ同一位置と
   なるように形成したピストン。
2. 【請求項２】 前記周溝（１２，１３，２４，２８）を
   ピストン（５，２１，２７）本体の外周に一対設け、各
   周溝（１２，１３，２４，２８）にはそれぞれ前記パッ
   キン（１１，２５）を装着し、両パッキン（１１，２
   ５）の外周リップ部（１５）を互いに離間する方向へ延
   びるように配設した請求項１に記載のピストン。
3. 【請求項３】 ピストン（５，２１，２７）本体の外周
   に周溝（１２，１３，２４，２８）を設け、その周溝
   （１２，１３，２４，２８）に環状のパッキン（１１，
   ２５）を装着したピストン（５，２１，２７）をシリン
   ダチューブ（２）内に移動可能に設けたシリンダにおい
   て、 パッキン（１１，２５）を基部（１４，２６）と該基部
   （１４，２６）から延びる外周リップ部（１５）とから
   断面ほぼＬ字状に構成し、周溝（１２，１３，２４，２
   ８）の溝幅を基部（１４，２６）が収容される程度の幅
   とし、基部（１４，２６）を周溝（１２，１３，２４，
   ２８）に装着した状態における外周リップ部（１５）先
   端とピストン（５，２１，２７）本体端面とがピストン
   （５，２１，２７）の厚さ方向に関してほぼ同一位置と
   なるように形成したシリンダ。
4. 【請求項４】 前記周溝（１２，１３，２４，２８）を
   ピストン（５，２１，２７）本体の外周に一対設け、各
   周溝（１２，１３，２４，２８）にはそれぞれ前記パッ
   キン（１１，２５）を装着し、両パッキン（１１，２
   ５）の外周リップ部（１５）を互いに離間する方向へ延
   びるように配設した請求項３に記載のシリンダ。