JPS5868543A - 複動式流体圧力シリンダのピストン用ｏリングシ−ル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 綱には、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４．２４２．９４６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、７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。０リングは単動式空気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１０〜２’０ｐｓｉ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通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■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■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０リングの間に
望ましくない圧力ロッ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↓よめ込んで、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。従っ
て、０リング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、０リングをピストンとハウジン
グとの間に遊びをもってはめ込んだ場合には、０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っ
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（なる場合もある。

従って、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、０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、はぼ
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
向外側に向かって突出する環状のリブが設けられている
。ハウジング内のボートは、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０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。０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、０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、０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・ボートを介して
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、０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。０リ
ングは、室に供給される空気の圧力がかなり高くなった
とき、弾性変形する。

変形後、０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保合帯部分に沿
っ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４．２４２．９４６号に記
載されているハウジングとほぼ同しである。

ハウジング１１は、一対の離間して配置された端部材１
２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
有するボートまたは流路１７および１８は、夫々、その
対向する端部において室１６と連通ずる。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ッド２２は孔１９から軸方向
に突出し、孔１９内で摺動する。ピストンロッド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。ビス（９） トン２３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２
９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２Ｂ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２
９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、径方向外側へ向かって突出
する環状のリブ３３が設けられてし）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の外表面は丸くなっているのが
好ましく、はぼ半円形である。

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。０
リング３７の外径は、円筒形のスリーブ１４の内表面２
５の内径よりわずかに大きく、また、Ｏリング３７の内
径は、環（１０） 伏のリブ３３の最大直径よりわずかに小さい。

このリブ３３の幅は、０リブ３７の横断面の直径よりか
なり小さい。側面２８および２分の間の距離は、０リン
グ３７の＋ｉｉ断面の直径よりかなり長いが、この直径
の２倍よりはがなり短い。

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の間の距離は、Ｏリング３７の横断面の
直径の約１．５倍である。

０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と係合する外債１環状係合帯部分４２とを有する。

０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
っ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
きる。０リブ３７がこのように移動する間、０リング３
７とリブ３３との間の内側環状係合部分４１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（１１） ０リング３７は周囲溝２７の側面２９に当接して、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、０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３３は、０
リング３７と周囲Ｉ！ｌ１２１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１６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Ｉ４の内表面２５とピストン２３の外表面２６との
間を通って、Ｏリング３７を左方向へ押圧するので、０
リン（１２） 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０リング３７に向かって突出して０リング３
７を変形させているが、リブ３３の幅が比較的狭いため
に、０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、０りングの公差に基
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に沿って得られる。同時に、０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に沿って最小となるので、０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。

従って、流路１８を介して室１６に導入される圧力空気
が、０リング３７を左方向に押圧す（１３） ると、０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に沿って摺動して、第２
図に示す位置に達する。この位置においては、０リング
３７は環状の側面２８に当接している。その後、流路１
８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、０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、０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に沿っ
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、０リング
３７とリブ３３との間の内側環状係合帯部分４１は完全
にな（なってしまう。

（１４） 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および環状保合帯部分４４に沿って
接触面積と接触圧力が大きくなれば、０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。０リング３７と内表面２
５との間の接触面積および接触圧力が太き（なることに
より、０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０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を介して圧縮空気が室１６に供給される
。周囲１１２７はリブ３３を含む平面に関して対称形で
あるため、０リング（１５） ３７は、先に説明したのと同様の過程を経て第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、０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
充分なカで圧接される。

【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・・・複動式空気圧カシリンダ　１１・・・ハウジ
ング１６・・・室　　１７．１Ｂ・・・流路　２３・・
・ピストン　２５・・・内表面　２６・・・外表面　　
２７・・・周囲溝　　２８．２９・・・側面　３３・・
・リブ　３７・・・０リング　４１・・・内側環状係合
帯部分　　　４２・・・外側環状係合帯部分代理人　弁
理士　祐用尉−外２名 （１６）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１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２
   ７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って突出
   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１６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
   に環状保合帯部分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０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）０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０リング３
   ７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との間の環状保合帯部分の接触面積が
   広（なることを特徴とする特許請求の範囲第ｔ　ｒ、ｉ
   に記載の複動式空気圧シリンダ。 （３）環状のリブ３３の幅は０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３
   １とを有し環状のリブ３３は底面３１に設けられ且つ底
   面３１から径方向外側に向かって突出し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。