JPS63308273A - ピストン・シリンダ構造のシ−ル装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、シリンダとシリンダに対して摺動自在のピス
トンとの間のシール装置に関する。

〔従来の技術〕

シリンダとそれに対して摺動自在のピストンとの間のシ
ール装置は、種々の分野に見られ、たとえば、エアー電
極弁にも見られる。

従来のエアー電極弁のシール装置は、第３図に示すよう
に、シリンダ１とピストン２との間のシールを、ピスト
ン２に形成した周方向に全周にわたって延びる溝３に弾
性変形可能なシール材４を装着しシール材４をシリンダ
ｌの内面に接触させるとともに、シール材４の流体圧力
のかがる側の面と反対側の面をピストン２の溝３の面に
接触させることによって、行なっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、使用しているうちに、シール材４の表面の摩耗
が大となり、シール材４の外面とシリンダ１の内面との
間に隙間が生して、ピストン２に流体圧がかかったとき
に流体が逃げて作動不良を生しる。

かかる作動不良を少なくするために、シール材４を強く
シリンダ１の内面に弾性力等で押しつけると、シール材
４とシリンダ１との摺動性が悪くなる。シール材４がゴ
ム材から成る場合は、冬期に低温のため硬化するので、
シール材４とシリンダ１との摺動性はとくに悪くなり、
シール材４のとりかえが必要になったり、ンール部を温
める必要が生じたりすることもある。

かかる問題は、エアー電極弁のシール装置のみの問題で
はなく、−触に、ピストン・シリンダ構造のシール装置
に云える問題でもあり、かかるピストン・シリンダ構造
のシール装置を有するものには、たとえば、通常のエア
シリンダ、油圧シリンダ、ショックアブソーバ（たとえ
ば車両用サスペンシコンのモノチューフ型、ツインチュ
ーブ型ショックアブソーバ等）、往復動型内燃機関（車
両、船用等）のピストン−シリンダ間のピストンリング
部、等がある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点は、本発明によれば、次のピストン・シリン
ダ構造のシール装置によって解決、または軽減される。

すなわち、シリンダと、 シリンダ軸心方向にシリンダに対して摺動自在であり両
端面を有し外周部に周方向に全周にわたって延びる溝を
有するピストンと、 ピストンの前記溝に嵌着された弾性変形可能なシール材
と、を有し、 前記シール材がシリンダ内面およびピストンの前記溝の
表面に接触することによってピストンとシリンダ間の隙
間をシールするピストン・シリンダ構造のシール装置に
おいて、 ピストンに、ピストンの両端面の一方からピストンの前
記溝にわたって延びる連通路を形成したことを特徴とす
るピストン・シリンダ構造のシール装置。

上記において、連通路は、ピストンに形成されたもので
あることが必須の要件であり、ピストンとシリンダ間に
ピストンのシリンダに対する相対動きを許すために必然
的に形成されるような隙間は、ピストン自体に形成され
たものではないので、上記の連通路には含まれない。

〔作用〕

上記の本発明のシール装置においてはピストンが軸心に
沿う方向に一方向に、シリンダに対して、動くと、その
方向にある室の流体が加圧され、この加圧された流体は
ピストンとシリンダ間の隙間を通して他方の方向にある
室に逃げようとするが、シール材があるために、自由な
逃げは抑制される。

シール材は、シール材にかかる流体圧力によって、シリ
ンダ内面に押しつけられるとともにピストンの溝の面に
押しつけられ、また場合によってはシール材自体がもつ
弾性拡開力によってもシリンダ内面に押しつけられて、
効果的なシール機能を果たす。

この場合、加圧された流体は、シール材を、またはシー
ル材の一部を、半径方向外方に向って変形させるように
、シール材に作用するとともに、シール材の外面とシリ
ンダ内面との間に、シール材の摩耗や望ましくない変形
が生じることによって、隙間が生じると、この隙間に入
ってシール材またはシール材の一部を半径方向内方に向
って変形させるようにシール材に作用するであろう。流
体圧によるシール材またはシール材の一部を径方向外方
に変形させる力とシール材自体の有する拡開力との和は
、流体圧によるシール材またはシール材の一部を径方向
内方に変形させる力より大でなければならないが、これ
らの力を発生する流体は、従来構造では、ピストンとシ
リンダとの間の隙間を通って、加圧された方の室から溝
へ向って流れる同一の流体によって発生させられ、両刀
を別々にコントロールすることができず、しかもこの流
体はピストン軸心に沿う方向の動圧を有するので、容易
にシール材とシリンダ間の隙間に入りこもうとして、シ
ール材を半径方向に付勢する圧力を強めることを困難な
ものとしていた。

しかし、本発明では、ピストンに連通路があるので、連
通路を通っても、加圧された流体は、加圧された方の室
からピストンの溝内に流れ、溝内に入って、静圧にかわ
り、シール材またはシール材の一部を半径方向外方に向
って付勢する。連通路を通る流体の流れは、ピストンと
シリンダとの間の隙間を通って溝へと流れる流体とは、
本質的にほぼ独立しており、かつ、シール材とシリンダ
内面との間に隙間がたとえ生じてもその隙間に入り込む
動圧成分をもたない。このため、シール材を半径方向外
方に付勢する圧力成分が増加され、そしてこの連通路を
通る流体によるシール材を半径方向外方に付勢する力の
コントロールは、ピストンとシリンダとの間の隙間を通
る流体と独立のためコントロールは独立にでき、さらに
シール材とシリンダ内面との間にできるかもしれない隙
間に入り込む動圧成分をもたないので、半径方向外方へ
の付勢は効果的に行なえる。このため、シール材に、た
とえ摩耗や好ましくない変形が生じても、ピストンとシ
リンダ間のシールは非常に良好となり、耐久性も維持さ
れる。

流体圧によるシール材の半径方向外方への付勢は、時間
的に速やかに行なわれることが必要となる場合が多い。

たとえば高速でピストンが往復動されるようなときは、
加圧される室がらの清への流体の流れは瞬時に行なわれ
なければならない。

従来のように、ピストンとシリンダとの間の隙間を通し
てのみ溝に流体が流れる場合は、ピストンとシリンダと
の間を隙間を大きくすれば勿論流体は速やかに溝へと流
れるが、隙間を大にすることによってピストンの首振り
が激しくなったり、スラップ音が大きくなったり、シー
ル材とシリンダ間にできるかもしれない隙間への流体の
流れ込みを大きくしたり、するという別の、本質的に避
けられなければならない、大きな問題を発生してしまう
。しかし、本発明では、ピストンとシリンダ間の隙間を
従来より大きくとることなく、或いは隙間を逆に小さく
するという可能性を伴なって、連通路を通して速やかに
、加圧された室から溝へ加圧された流体を導くことがで
きる。すなわち、シール材のシール応答性が向上される
。

〔実施例〕

以下に、本発明に係るピストン・シリンダ装置の望まし
い実施例を第１図および第２図を参照して説明する。

第１図および第２図において、シリンダ１１には、ピス
トン１２が軸心を合わせて、軸心方向（軸心に沿う方向
）に摺動自在に配設されている。ピストン１２は両端面
１２ａ、１２ｂを有し、外周部に周方向全周にわたって
延びる、外方に向って開放した溝１３を有する。ピスト
ン１２の溝には弾性変形可能なシール材１４が嵌着され
ている０弾性変形可能という意味は、（イ）シール材１
４が、たとえばゴムのような、弾性材料からできていて
シール材１４が弾性変形可能となっている場合と、（ロ
）シール材１４が、たとえば金属のように大きな弾性変
形が困難な材料から成っているに拘らず、シール材の形
状、構造によって、シール材１４全体が弾性変形可能と
なっている場合と、（ハ）材料、形状、構造の縮合によ
って弾性変形を生しる場合との３者を含む。（イ）の場
合には、たとえばエア電磁弁の、リップ部をもたないゴ
ムシール材等が含まれ、（ロ）の場合には、エンジンの
金属材のピストンリング等が含まれる０図示例は（ハ）
の場合であって、シール材１４の材料自体はゴムであり
、このゴム材による弾性変形の他リップ１４ａの形成に
よって構造的にもリップ１４ａの部分を弾性変形しゃす
くしている。

ピストン１２には、ピストン両端面１２ａ、１２ｂの一
方から、溝１３にわたって延びる連通路１５が形成され
ている。

連通路１５は、図示したような貫通孔であってもよく、
また、ピストンの外周部に形成された外周に向って開放
した溝であってもよい。

連通路１５の個数は、少なくとも１個あればよく、１個
であっても、試験によれば、十分に望まれるソール増加
作用を発揮するが、図示例のように複数個設けてもよい
。複数個設けても、試験において、良好なシール増加作
用が得られた。

連通路１５の１個の通路断面積および個数は、各々適用
される対象物に要求される特性によって決められればよ
いが、種々の試験において判明したことは、全通路断面
積が大になる程、シール材１４の応答性は高くなるが、
シール材１４がシリンダ１１に対して押しつけられる力
は大きくなるという事実であった。

つぎに作用について説明する。

ピストン１２が軸心方向に往復動すると、動いた方向に
ある室の流体（試験においてはエアを用いたが、他のガ
ス、または液体であってもよい）は、加圧された流体は
ピストン１２の動く方向と反対方向にある室に向って、
流れようとする。この流れは、ピストン１２とシリンダ
１１との間の隙間を通して行なわれようとするが、シー
ル材１４によって止められようとする。

シール材１４にかかる力は、次の種類の力から成ると考
えられる。

まず、第１の力は、ピストン１２とシリンダ１１との間
の隙間を通って溝１３内へと流れる加圧された流体がシ
ール材に及ぼす力である。ピストン１２とシリンダ１１
間の隙間は小さく、溝１３でスペースが増大して、いわ
ゆるラビリンス効果を生ぜしめ、溝１３において大部分
静圧にかわる圧力でシール材１４を溝１３の面に軸方向
に押しつけるとともに、半径方向外方にシリンダ１１内
面に押しつけてシールするものである。ピストン１２と
シリンダ１１間の隙間を通るときの流体の速度は軸方向
に向かうので、溝１３部にきても、一部の軸方向速度は
そのまま残り、これによる動圧をもった流体流れはシー
ル材１４とシリンダ１１の内面との間の隙間に入ってそ
こで静圧に変わってシール材１４を半径方向内方に押す
という問題が必然的に生じる。

第２の力は、弾性変形可能なシール材１４に半径方向外
方に拡開しようとする拡開力が付与されている場合の、
シール材１４自体がもつ半径方向外方に拡がる力である
。上記比の力は従来のシール構造にも存在していた。

第３の力は、本発明に特有の力であって、連通路１５を
通って、加圧された方の室から溝１３内に流れ込む加圧
された流体がシール材１４に及ぼす力である。連通路１
５を通って溝１３に流入した流体の圧力は溝１３で静圧
となり、シール材１４を溝１３の面に押しつけるととも
に、シール材１４と溝底面との間のスペースにある流体
からシール材１４にかかる力はシール材１４を半径方向
外方に押しシール材１４をシリンダ１１の内面に押しつ
ける。連通路１５を通る流体の流れは、シール材１４と
シリンダ１１の内面との間の隙間に直接入り込もうとす
る成分は本質的にもたない、この第３の力は、前記第１
の力、第２の力とは起因が独立である。第３の力は、連
通路１５の断面積を変えることによって流れる流体量を
制御でき、第１の力、第２の力と独立に大きさを制御で
きる。この第３の力の加入によって、シール材１４のシ
ール性は向上する。

連通路１５は、また、シール材１４のシール応答性も同
時に向上する。第１の力は、ラビリンス効果を一部に利
用したものであるため、ピストン１２とシリンダ１１と
の間の隙間はシール性上は小さければ小さい程良い、第
３の力は、第１の力の発生の概念と逆行するもので、積
極的に溝１３に加圧された流体を導入しようとするもの
である。連通路１５の存在によって、溝１３内により多
量に、より早く加圧された流体が導入される。このため
、シール材１４はより早く、溝１３の面およびシリンダ
１１の内面に押しつけられる力を増し、シール応答性が
向上される。

〔発明の効果〕

本発明によるときは、ピストンに、溝に連通する連通路
を設けたことによって、シール性、シール応答性を向上
できる。

たとえば、前記実施例のように、エア電磁弁のピストン
・シリンダ間のシール部に適用すれば、シール材が摩耗
や、冬期の低温によるゴム硬化が生じても、シール材を
とり換えることな（、シール不良を解消できる。

本発明は、エア電磁弁のシール装置のみでなく、前記し
た一般のピストン・シリンダ間のシール装置にも利用で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のピストン・シリンダ構造の
シール装置の断面図、 第２図は第１図の装置の平面図、 第３図は従来のピストン・シリンダ構造の一例の断面図
、 である。 １１・・・・・・シリンダ １２・・・・・・ピストン Ｉ３・・・・・・溝 １４・・・・・・シール材 １５・・・・・・連通路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリンダと、 シリンダ軸心方向にシリンダに対して摺動自在であり両
   端面を有し外周部に周方向に全周にわたって延びる溝を
   有するピストンと、 ピストンの前記溝に嵌着された弾性変形可能なシール材
   と、を有し、 前記シール材がシリンダ内面およびピストンの前記溝の
   表面に接触することによってピストンとシリンダ間の隙
   間をシールするピストン・シリンダ構造のシール装置に
   おいて、 ピストンに、ピストンの両端面の一方からピストンの前
   記溝にわたって延びる連通路を形成したことを特徴とす
   るピストン・シリンダ構造のシール装置。