KR20200124232A - 유체압 실린더에 있어서의 실링 구조 및 그 유체압 실린더 - Google Patents

유체압 실린더에 있어서의 실링 구조 및 그 유체압 실린더 Download PDF

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KR20200124232A
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piston
sealing
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마사유키 쿠도
켄이치 타케다
마사히코 카와카미
켄 타무라
츠카사 오다카
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에스엠시 가부시키가이샤
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Abstract

(과제) 피스톤의 보다 스무드한 동작을 실현할 수 있고, 또한 패킹의 장수명화를 도모하는 것이 가능한 유체압 실린더에 있어서의 피스톤과 실린더 구멍 사이의 실링 구조 및 그 유체압 실린더를 제공한다.
(해결 수단) 외주면의 축(L) 방향의 양단부에 1쌍의 실링부(23(23a), 24(24a))를 갖는 패킹(20)을 피스톤(4)의 슬라이딩면(4c)의 오목홈(12) 내에 장착한 상태에 있어서 그 외경이 실린더 구멍(3)의 피슬라이딩면(3c)의 지름보다 작아지도록 형성하고, 피스톤에 의해 구획된 실린더 구멍의 1쌍의 실(3a, 3b) 중 어느 것에 압축 유체가 공급되어 있는 상태에 있어서는 패킹의 고압실측의 측단부가 압축 유체의 압력에 의한 탄성 변형에 의해 지름 방향(Y)으로 신장되고, 그것에 의해 고압실측의 실링부가 실린더 구멍의 피슬라이딩면과의 사이에 형성된 공극(δ)을 협착하거나 또는 피슬라이딩면에 접촉하도록 구성했다.

Description

유체압 실린더에 있어서의 실링 구조 및 그 유체압 실린더
본 발명은 실린더 구멍에 피스톤이 슬라이딩 가능하게 수용된 유체압 실린더에 있어서의 상기 피스톤의 외주면으로 이루어지는 슬라이딩면과, 상기 실린더 구멍의 내주면으로 이루어지는 피슬라이딩면 사이의 실링 구조 및 그 유체압 실린더에 관한 것이다.
압축 공기 등의 압축 유체의 압력을 이용해서 실린더 구멍 내에서 피스톤을 슬라이딩시키는 유체압 실린더는, 예를 들면 특허문헌 1 등에 개시되어 있는 바와 같이 종래로부터 널리 알려져 있으며, 이러한 유체압 실린더에 있어서는 피스톤에 의해 실린더 구멍이 1쌍의 실로 구획되어 있다. 이때 상기 피스톤의 축 둘레의 외주면으로 이루어지는 슬라이딩면에는 고무 탄성재로 이루어지는 실링 부재, 즉 환형상 패킹이 장착되어 있고, 그것에 의해 상기 슬라이딩면과, 상기 실린더 구멍의 축 둘레의 내주면으로 이루어지는 피슬라이딩면 사이를 통해 이들 1쌍의 실 사이에서 압축 유체의 누출이 발생하는 것을 방지하고 있다.
그런데 특허문헌 1 등에 개시된 종래의 유체압 실린더에 있어서는 상기 피스톤의 슬라이딩면과 상기 실린더 구멍의 피슬라이딩면 사이의 실링성을 확보하기 위해서 피스톤의 슬라이딩면에 장착된 패킹의 외경은 상기 실린더 구멍의 피슬라이딩면의 내경보다 크게 형성되어 있다. 즉, 피스톤의 동작 시인지의 여부에 상관 없이 상기 패킹은 탄성 변형된 상태로 상기 피슬라이딩면에 상시 압접되어 있다.
그러나 상기 패킹은 실린더 구멍의 피슬라이딩면에 압접되어 정지된 상태가 장기간 유지되면 영구 변형되거나 피슬라이딩면에 고착되어 버리거나 하는 것이 걱정된다. 한편, 피스톤이 동작하고 있을 때에는 상기 패킹은 상기 피슬라이딩면의 상태(피슬라이딩면의 거칠기나 윤활막의 상태 등)의 영향을 직접적으로 받기 때문에 피슬라이딩면과의 슬라이딩 마찰이나 윤활막의 불균일성 등에 의해 패킹의 슬라이딩 마모나 비틀림이 발생하여 그 손상이나 열화를 초래하거나 또는 피스톤의 동작에 악영향(동작 효율의 저하나 코깅 동작 등)이 미칠 우려가 있다.
일본 특허공개 2011-027127호 공보
그래서 본 발명의 기술적 과제는 피스톤의 보다 스무드한 동작을 실현할 수 있고, 또한 패킹의 장수명화를 도모하는 것이 가능한 유체압 실린더에 있어서의 피스톤과 실린더 구멍 사이의 실링 구조 및 그러한 실링 구조를 구비한 유체압 실린더를 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서 본 발명은 유체압 실린더에 있어서의 피스톤과 상기 피스톤이 축 방향으로 슬라이딩 가능하게 수용된 실린더 구멍 사이의 실링 구조이며, 상기 실린더 구멍에 있어서의 상기 피스톤을 사이에 둔 축 방향의 양측에는 제 1 실 및 제 2 실이 형성되어 있으며, 상기 피스톤의 축 둘레의 외주면에 의해 슬라이딩면이 형성되어 있고, 상기 실린더 구멍의 축 둘레의 내주면에 의해 상기 피스톤이 그 슬라이딩면을 대치시켜서 슬라이딩하는 피슬라이딩면이 형성되어 있으며, 상기 피스톤의 슬라이딩면에는 축 둘레에 주변에 형성되어서 지름 방향으로 개구하는 오목홈이 형성되어 있고, 상기 오목홈에는 고무 탄성재로 이루어지는 패킹의 내주측의 기단부가 수용됨과 아울러, 상기 패킹의 외주측의 선단부가 상기 슬라이딩면으로부터 돌출되어 있으며, 상기 패킹의 선단부에 있어서의 축 방향의 제 1 실측의 측단부에는 제 1 실링부가, 제 2 실측의 측단부에는 제 2 실링부가 상기 축 둘레에 주변에 형성되어 있으며, 상기 오목홈에 수용된 패킹에 있어서의 상기 제 1 실링부 및 제 2 실링부의 외경은 상기 실린더 구멍의 피슬라이딩면의 지름보다 작게 형성되어 있으며, 압축 유체가 제 1 실 및 제 2 실 중 어느 한쪽에 공급되어 있는 상태에 있어서 상기 패킹에 있어서의 상기 유체가 공급되어 있는 실측의 측단부가 상기 유체의 압력에 의한 탄성 변형에 의해 지름 방향으로 신장되고, 그것에 의해 상기 제 1 실링부 및 제 2 실링부 중 상기 유체가 공급되어 있는 실측의 실링부가 상기 실린더 구멍의 피슬라이딩면과의 사이에 형성된 공극을 협착하거나 또는 상기 피슬라이딩면에 접촉하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
여기에서 상기 실링 구조에 있어서 바람직하게는 상기 패킹 및 오목홈이 축을 따르는 횡단면에 있어서 상기 지름 방향에 관해서 좌우 대칭을 이루고 있으며, 상기 지름 방향에 있어서 상기 슬라이딩면으로부터 상기 오목홈에 있어서의 상기 패킹의 기단이 접촉하는 저벽면까지의 깊이가 상기 패킹의 기단으로부터 선단까지의 높이의 1/2 이상으로 형성되어 있다. 또한, 보다 바람직하게는 상기 오목홈은 상기 저벽면에 있어서의 축 방향의 양단으로부터 지름 방향으로 기립하여 서로 대향하는 1쌍의 측벽면을 갖고 있으며, 이들 저벽면과 1쌍의 측벽면이 90° 또는 그것보다 작은 각도를 이루고 있다. 그리고 더 바람직하게는 축 방향에 있어서 상기 패킹에 있어서의 상기 오목홈에 수용된 기단부의 최대 폭이 상기 오목홈에 있어서의 1쌍의 측벽면 사이의 최소 폭보다 작게 형성되어 있다. 이때 상기 패킹의 기단이 상기 오목홈의 저벽면에 접착에 의해 고정되어 있어도 좋다.
또한, 상기 실링 구조에 있어서 바람직하게는 상기 패킹은 그 축 방향 양단에 서로 평행을 이루어 배향하는 1쌍의 측단면을 갖고 있고, 상기 축을 따르는 횡단면에 있어서 상기 축 방향으로 좌우 대칭을 이루고 있으며, 상기 패킹의 선단부에는 상기 피슬라이딩면과 대향하는 선단면이 형성되어 있으며, 상기 선단면에 있어서의 축 방향의 제 1 실측의 측단부에 상기 제 1 실링부가 형성되어 있고, 상기 선단면에 있어서의 축 방향의 제 2 실측의 측단부에 상기 제 2 실링부가 형성되어 있다. 여기에서 보다 바람직하게는 상기 제 1 실링부가 상기 선단면으로부터 상기 피슬라이딩면을 향해서 돌출된 제 1 돌출조에 의해 형성되고, 상기 제 2 실링부가 상기 선단면으로부터 상기 피슬라이딩면을 향해서 돌출된 제 2 돌출조에 의해 형성되어 있다. 이때 더 바람직하게는 상기 제 1 돌출조 및 제 2 돌출조의 선단은 상기 패킹의 1쌍의 측단면과 예각을 이루는 모서리부에 의해 각각 형성되어 있다. 또한, 더 바람직하게는 상기 피슬라이딩면으로부터 제 1 돌출조 및 제 2 돌출조의 선단까지의 거리가 서로 동일하게 형성되어 있으며, 그리고 상기 패킹의 선단면이 상기 피슬라이딩면과 평행을 이루고 있고, 상기 선단면으로부터 상기 제 1 돌출조 및 제 2 돌출조의 선단까지의 높이가 서로 동일하게 형성되어 있으며, 상기 제 1 돌출조와 제 2 돌출조가 축 방향에 있어서 서로 이간해서 배치되어 있다.
이때 상기 제 1 돌출조 및 제 2 돌출조가 상기 선단면으로부터 상기 선단을 향해서 서서히 축 방향의 폭이 좁아지는 쐐기형상으로 형성되어 있어도 좋고, 상기 패킹의 선단면에 있어서의 상기 제 1 돌출조와 제 2 돌출조 사이에는 래버린스 실링을 형성하는 래버린스 돌기가 형성되어 있어도 좋다.
또한, 상기 패킹의 1쌍의 측단면에는 상기 오목홈의 개구에 연통된 환형상의 축소홈이 각각 주변에 형성되어 있어도 좋지만, 이때 보다 바람직하게는 상기 축소홈이 오목 곡면에 의해 형성되어 있다.
또한, 상기 실링 구조에 있어서 바람직하게는 상기 유체압 실린더는 실린더 구멍에 접속된 급기 포트를 갖고 있고, 상기 급기 포트의 음속 컨덕턴스를 C1, 상기 패킹과 피슬라이딩면 사이의 공극에 의해 상기 슬라이딩면과 피슬라이딩면 사이에 형성되는 누출 유로의 음속 컨덕턴스를 C2라고 했을 때 이들 음속 컨덕턴스의 비 C1/C2가 항상 2.0 이상이다.
또한, 바람직하게는 상기 피스톤의 슬라이딩면에는 웨어링이 축 방향에 있어서의 상기 패킹과 인접하는 위치에 주변에 형성되어 있고, 상기 웨어링의 외경이 압축 유체가 상기 제 1 실 및 제 2 실 중 어느 것에도 공급되어 있지 않는 상태에 있어서의 패킹의 외경보다 크게 형성되어 있다.
또한, 본 발명에 의하면 상기 실링 구조를 구비한 유체압 실린더를 제공할 수 있다.
(발명의 효과)
이상과 같이 본 발명에 있어서는 상기 제 1 실링부 및 제 2 실링부를 갖는 패킹의 외경은 상기 오목홈에 수용된 상태에 있어서 상기 실린더 구멍의 내경보다 작게 형성되어 있다. 그러나 압축 유체가 제 1 실 및 제 2 실 중 어느 한쪽에 공급되어 있는 상태에 있어서는 상기 패킹에 있어서의 상기 압축 유체가 공급되어 있는 실측, 즉 고압실측의 측단부가 상기 압축 유체의 압력에 의한 탄성 변형에 의해 지름 방향으로 신장되고, 그것에 의해 상기 제 1 실링부 및 제 2 실링부 중 상기 고압실측의 실링부가 상기 실린더 구멍의 피슬라이딩면과의 사이에 형성된 공극을 협착하거나 또는 상기 피슬라이딩면에 접촉하도록 구성되어 있다.
그 때문에 상기 제 1 및 제 2 실 중 어느 것에도 압축 유체가 공급되어 있지 않는 상태 등 피스톤이 실린더 구멍 내에서 정지한 상태가 장기간 유지되어 있었다고 해도 그때 패킹의 각 실링부는 실린더 구멍의 피슬라이딩면과는 비접촉 상태에 있기 때문에 고무 탄성재로 이루어지는 패킹이 영구 변형되거나 실린더 구멍의 피슬라이딩면에 고착되거나 해서 열화되는 것을 방지할 수 있다. 한편, 상기 제 1 및 제 2 실 중 어느 한쪽에 압축 유체가 공급되어 있는 상태에 있어서는 패킹과 피슬라이딩면 사이에 발생하는 슬라이딩 마찰을 가급적으로 억제할 수 있다. 그 결과, 상기 피슬라이딩면의 상태(피슬라이딩면의 거칠기나 윤활막의 상태 등)가 피스톤의 동작에 끼치는 악영향(동작 효율의 저하나 코깅 동작 등)이나 패킹에 끼치는 악영향(슬라이딩 마모나 비틀림에 의한 손상이나 열화 등)을 가급적으로 억제할 수 있다. 따라서, 피스톤의 보다 스무드한 동작을 실현할 수 있고, 또한 패킹의 장수명화를 도모하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명에 의한 유체압 실린더의 일실시형태를 나타내는 축을 따른 개략적인 단면도이다.
도 2는 도 1에 있어서의 A부의 확대도이며, 본 발명에 의한 실링 구조의 제 1 실시형태를 나타내는 개략적인 단면도이다. 도 2(a)는 압축 유체의 압력이 피스톤에 작용하고 있지 않는 피스톤의 비동작 상태를 나타내고 있으며, 도 2(b)는 압축 유체의 압력이 피스톤에 작용하고 있는 피스톤의 동작 상태를 나타내고 있다.
도 3은 동일하게 본 발명에 의한 실링 구조의 제 2 실시형태를 나타내는 개략적인 단면도이다. 도 3(a)는 압축 유체의 압력이 피스톤에 작용하고 있지 않는 피스톤의 비동작 상태를 나타내고 있으며, 도 3(b)는 압축 유체의 압력이 피스톤에 작용하고 있는 피스톤의 동작 상태를 나타내고 있다.
도 4는 동일하게 본 발명에 의한 실링 구조의 제 3 실시형태를 나타내는 개략적인 단면도이다. 도 4(a)는 압축 유체의 압력이 피스톤에 작용하고 있지 않는 피스톤의 비동작 상태를 나타내고 있으며, 도 4(b)는 압축 유체의 압력이 피스톤에 작용하고 있는 피스톤의 동작 상태를 나타내고 있다.
도 5는 도 3의 제 2 실시형태에 의한 실링 구조의 변형예를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 6은 도 7의 해석을 하는 것에 있어서 사용한 유체압 실린더의 모델도이다.
도 7은 압축 유체의 공급 압력 Ps 및 강하 압력 ΔP2와 컨덕턴스비 C1/C2의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 1에 나타내는 바와 같이 본 발명에 의한 실링 구조를 구비한 유체압 실린더(1)는 축(L) 방향으로 연장되는 실린더 구멍(3)이 내부에 형성된 보디(2)와, 그 실린더 구멍(3) 내에 축(L) 방향으로 슬라이딩 가능하게 수용된 피스톤(4)을 갖고 있다. 상기 실린더 구멍(3)은 내주면(3c)에 의해 규정되어 있고, 상기 피스톤(4)에 의해 로드측의 제 1 실(3a)과 헤드측의 제 2 실(3b)로 구획되어 있다.
또한, 상기 피스톤(4)에는 축(L)을 따라 상기 제 1 실(3a)측으로 연장되는 로드(5)가 고정되고, 상기 실린더 구멍(3)의 상기 제 1 실(3a)측단부에 위치하는 개구부에는 로드 커버(6)가 기밀하게 감합되어 고정되어 있다. 이 로드 커버(6)에는 상기 로드(5)를 관통시켜서 지지하기 위한 베어링 구멍(6a)이 축(L)을 따라 관통 설치되어 있고, 상기 베어링 구멍(6a)에 대하여 상기 로드(5)가 축(L) 방향으로 기밀하게 또한 슬라이딩 가능하게 삽입 통과되어 있다. 한편, 상기 실린더 구멍(3)의 상기 제 2 실(3b)측단부는 보디(2)와 일체로 성형된 엔드플레이트(2a)에 의해 기밀하게 폐쇄되어 있다.
상기 보디(2)에는 외부의 압력원 또는 대기에 스위칭 밸브를 통해 선택적으로 접속함으로써 상기 실린더 구멍(3) 내에, 예를 들면 압축 공기 등의 압축 유체를 공급하거나 상기 실린더 구멍(3) 내로부터 압축 유체를 배기하거나 해서 상기 피스톤(4)을 동작시키기 위한 급배기 포트가 개설되어 있다. 본 실시형태에서는 이 급배기 포트로서 제 1 포트(7)와 제 2 포트(8)가 형성되어 있다. 그리고 상기 제 1 포트(7)는 유로 단면적이 좁혀진 제 1 유로(7a) 갖고 제 1 실(3a)에 접속되고, 상기 제 2 포트(8)는 유로 단면적이 좁혀진 제 2 유로(8a)를 갖고 제 2 실(3b)에 접속되어 있다.
이때 축(L) 방향에 있어서의 상기 로드 커버(6)의 제 1 실(3a)측에는 상기 로드 커버(6)의 외주면과 상기 실린더 구멍(3)의 내주면 사이의 공극에 의해 형성된 환형상 유로(9)가 형성되어 있다. 그리고 이 환형상 유로(9)는 상기 제 1 실(3a)에 연통되어 있고, 상기 환형상 유로(9)에 상기 제 1 포트(7)의 제 1 유로(7a)가 접속되어 있다. 한편, 상기 제 2 포트(8)의 제 2 유로(8a)는 상기 실린더 구멍(3)에 있어서의 상기 엔드플레이트(2a)의 근방에 접속되어 있다.
상기 실린더 구멍(3) 및 피스톤(4)은 축(L)과 직교하는 횡단면에 있어서 서로 동형이며, 원형, 타원형 또는 트랙형상을 이루고 있다. 도 2~도 5에 나타내는 바와 같이 상기 실린더 구멍(3)은 축(L)을 중심으로 한 반경(Rc)의 내주면으로 이루어지는 피슬라이딩면(3c)에 의해 규정되어 있으며, 한편 상기 피스톤(4)은 상기 제 1 실(3a)을 규정해서 상기 로드(5)가 형성된 제 1 면(4a)과, 상기 제 2 실(3b)을 규정하는 제 2 면(4b)과, 축(L)을 중심으로 한 반경(Rs)의 외주면으로 이루어지는 슬라이딩면(4c)을 갖고 있다. 이때 상기 슬라이딩면(4c)의 반경(Rs)은 상기 실린더 구멍(3)의 피슬라이딩면(3c)의 반경(즉, 실린더 구멍(3)의 내측 반경)(Rc)보다 조금 작게 형성되어 있으며, 그 때문에 이들 피슬라이딩면(3c)과 슬라이딩면(4c)은 공극을 사이에 개재시킨 상태로 대치하고 있다(본원에 있어서는 편의상 축(L) 둘레에 환형상으로 주변에 형성된 것에 대해서 축(L)으로부터의 거리를 일률적으로 「반경」이라고 하는 것으로 한다).
상기 피스톤(4)의 슬라이딩면(4c)에는 상기 실린더 구멍(3)의 피슬라이딩면(3c)과의 사이를 실링하는 환형상 실링 부재로서의 패킹(20)이 장착되어 있다. 그리고 상기 슬라이딩면(4c)의 축(L) 방향에 있어서의 상기 패킹(20)과 인접하는 위치에는 상기 슬라이딩면(4c)과 피슬라이딩면(3c)의 접촉에 의한 피스톤(4)의 시저나 골링을 방지함과 아울러, 상기 패킹(20)을 보호하기 위한 웨어링(10)이 장착되어 있다.
여기에서 상기 패킹(20)의 재료로서는 실링 기능을 발휘하는 고무 탄성재이면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 니트릴 고무나 불소 고무 등을 사용할 수 있다. 상기 웨어링(10)의 재료로서는 베어링으로서의 기능을 발휘하는 것이면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 불소 수지(PTFE)나 포 함유의 페놀 수지 등을 사용할 수 있다.
또한, 상기 피스톤(4)의 제 2 면(4b) 및 로드 커버(6)에 있어서의 상기 제 1 실(3a)을 규정하는 내면에는 상기 피스톤(4)이 축(L) 방향의 제 1 실(3a)측 및 제 2 실(3b)측의 종단에 도달했을 때에 충돌에 의한 충격을 완화하기 위한 쿠션 부재(11a, 11b)가 설치되어 있다. 그리고 상기 로드 커버(6)의 베어링 구멍(6a)의 내주면에 주변에 형성된 홈 내에는 제 1 실(3a)측을 향해서 개방한 립형 실링 부재(6b)가 장착되어 있고, 상기 로드(5)의 외주면에 슬라이딩 접촉되어 있다.
이하, 실린더 구멍(3)의 피슬라이딩면(3c)과 피스톤(4)의 슬라이딩면(4c) 사이의 실링 구조에 대해서 도 2~도 5를 사용하여 보다 구체적으로 설명한다.
본 발명의 각 실시형태에 의한 실링 구조에 있어서는 상기 피스톤(4)의 슬라이딩면(4c)에 지름 방향(Y)으로 개구하는 환형상의 제 1 오목홈(12)이 축(L) 둘레에 주변에 형성되어 있고, 상기 제 1 오목홈(12)에 상기 패킹(20)이 장착되어 있다. 또한, 상기 슬라이딩면(4c)의 축(L) 방향에 있어서의 상기 제 1 오목홈(12)보다 상기 제 2 실(3b)측의 위치에는 마찬가지로 지름 방향(Y)으로 개구하는 환형상의 제 2 오목홈(13)이 축(L) 둘레에 주변에 형성되어 있고, 상기 제 2 오목홈(13)에 상기 웨어링(10)이 장착되어 있다.
상기 제 1 오목홈(12)은 축(L) 둘레의 환형상으로 주변에 형성됨과 아울러, 상기 축(L)을 따라 평탄하게 연장된 저벽면(12a)과, 상기 저벽면(12a)의 축(L) 방향의 양단으로부터 직각을 이루어 지름 방향(Y)(축(L)과 직교 방향)으로 연장되어서 서로 대향하는 상기 제 1 실(3a)측의 제 1 측벽면(12b) 및 상기 제 2 실(3b)측의 제 2 측벽면(12c)으로 구성되어 있다. 즉, 상기 슬라이딩면(4c)과, 서로 평행한 평면에 형성된 1쌍의 측벽면(12b, 12c)은 직각으로 교차하고 있으며, 그것에 의해 상기 제 1 오목홈(12)의 개구를 형성하고 있다. 그리고 상기 제 1 오목홈(12)은 축(L)을 따른 횡단면에 있어서 지름 방향(Y)의 중심축에 관해서 좌우 대칭인 직사각형상으로 형성되어 있다.
여기에서 이 제 1 오목홈(12)의 저벽면(12a)은 축(L)을 중심으로 하는 반경(Rg)으로 형성되어 있으며, 그 때문에 상기 슬라이딩면(4c)으로부터 상기 저벽면(12a)까지 거리(Rs-Rg)가 상기 제 1 오목홈(12)의 깊이(Dg)에 상당하고 있다. 그리고 상기 제 1 오목홈(12)은 피스톤(4)의 둘레 방향 전체에 걸쳐서 균일한 깊이(Dg)를 갖고 있다. 또한, 상기 제 1 오목홈(12)의 축(L)을 따른 홈 폭(Wg)도 그 개구로부터 저벽면(12a)까지의 깊이 전체에 걸쳐서 균일하게 형성되어 있다. 단, 이 제 1 오목홈(12)은 상술한 형태의 것에 한정되지 않고, 예를 들면 상기 1쌍의 측벽면(12b, 12c)을 상기 저벽면(12a) 및 슬라이딩면(4c)과 예각으로 교차시켜서 홈 폭(Wg)이 상기 저벽면(12a)으로부터 개구를 향해서 서서히 좁아지도록 형성되어 있어도 좋다.
한편, 상기 패킹(20)은 제 1 오목홈(12)에 장착되어 있지 않는 미사용 상태에 있어서 그 내측 반경이 상기 제 1 오목홈(12)의 저벽면(12a)의 반경(Rg)보다 작게 형성되어 있다. 환언하면, 패킹(20)의 내주면(즉, 기단면)(20a)의 둘레 방향 길이가 상기 제 1 오목홈(12)의 저벽면(12a)의 둘레 방향 길이보다 짧게 형성되어 있다. 그 때문에 도 2~도 5와 같이 패킹(20)을 제 1 오목홈(12)에 장착한 상태에 있어서는 고무 탄성재로 이루어지는 패킹(20)이 둘레 방향으로 신장되고, 그 내주면(20a)이 상기 저벽면(12a)에 탄성적으로 압접되어 있다. 그것에 의해 패킹(20)의 내주면(20a)과 제 1 오목홈(12)의 저벽면(12a) 간의 실링성을 확보하고 있다.
이하에 있어서는 상기 패킹(20)이 상기 제 1 오목홈(12) 내에 장착된 상태 에 대해서 설명하는 것으로 한다.
도 2에 나타내는 제 1 실시형태의 실링 구조에 있어서 상기 패킹(20)은 축(L)을 따른 횡단면에 있어서 실질상 지름 방향(Y)의 중심축에 관하여 좌우 대칭인 솔리드 직사각형상으로 형성되어 있다. 즉, 이 패킹(20)의 외형은 상기 패킹(20)의 내주면에 의해 형성되어 축(L) 둘레에 환형상을 이룸과 아울러, 축(L)을 따라 평탄하게 연장된 상기 기단면(20a)과, 상기 패킹(20)의 외주면에 의해 형성되어 축(L) 둘레에 환형상을 이룸과 아울러, 축(L)을 따라 평탄하게 연장된 선단면(20d)과, 상기 기단면(20a) 및 선단면(20d)의 축(L) 방향의 일단끼리를 연결하고, 상기 제 1 실(3a)측을 향해서 지름 방향(Y)으로 평면을 이루어 연장되는 제 1 측단면(20b)과, 상기 기단면(20a) 및 선단면(20d)의 축(L) 방향의 타단끼리를 연결하고, 상기 제 2 실(3b)측을 향해서 지름 방향(Y)으로 평면을 이루어 연장되는 제 2 측단면(20c)의 4면에 의해 구성되어 있다.
이렇게 상기 기단면(20a)은 그 전체 면이 상기 저벽면(12a)에 압접되어 있음과 아울러, 상기 선단면(20d)과 평행을 이루고 있다. 또한, 상기 1쌍의 측단면(20b, 20c)은 서로 평행을 이루어 배향함과 아울러, 상기 기단면(20a) 및 선단면(20d)과 직각을 이루고 있으며, 그 중 제 1 측단면(20b)은 상기 제 1 오목홈(12)의 제 1 측벽면(12b)과 대향하고, 제 2 측단면(20c)은 제 2 측벽면(12c)과 대향하고 있다.
그리고 상기 제 1 오목홈(12)에 장착된 패킹(20)의 외측 반경(본 제 1 실시형태에서는 상기 선단면(20d)의 외측 반경)을 Rp라고 했을 때 패킹(20)에 있어서의 상기 저벽면(12a)에 압접된 기단면(20a)으로부터 선단면(20d)까지 거리, 즉 패킹(20)의 지름 방향(Y)의 높이(Hp)(=Rp-Rg)는 상기 제 1 오목홈(12)의 깊이(Dg)(=Rs-Rg)보다 크게 형성되어 있다. 따라서, 상기 패킹(20)에 있어서의 선단면(20d)을 포함하는 높이(Hp-Dg)의 선단부(21)가 상기 슬라이딩면(4c)으로부터 지름 방향(Y)으로 돌출되어 있으며, 기단면(20a)을 포함하는 높이(Dg)의 기단부(22)가 상기 제 1 오목홈(12) 내에 수용되어 있다. 이때 상기 제 1 오목홈(12)의 깊이(Dg)가 패킹(20) 전체의 높이인 Hp의 1/2 이상이면 패킹(20)이 상기 오목홈(12)으로부터 분리되는 것을 방지할 수 있어서 바람직하다.
그런데 본 제 1 실시형태의 실링 구조에 있어서는 상기 패킹(20)이 지름 방향(Y)에 있어서 기단면(20a)으로부터 선단면(20d)에 도달할 때까지 축(L) 방향으로 균일한 폭(Wp)을 갖고 있고, 이 폭(Wp)은 상기 제 1 오목홈(12)의 폭(Wg)보다 작게 형성되어 있다. 즉, 본 발명에 있어서 패킹(20)의 지름 방향(Y)에 있어서의 최대 폭(Wp max)은 상기 제 1 오목홈(12)의 지름 방향(Y)에 있어서의 최소 폭(Wg min)보다 작게 형성되어 있다. 그 때문에 상기 패킹(20)은 실린더 구멍(3)의 제 1 실(3a) 및 제 2 실(3b)의 유체압에 의해 상기 제 1 오목홈(12)의 제 1 측벽면(12b)과 제 2 측벽면(12c) 사이를 축(L) 방향으로 왕복 이동 가능하게 되어 있다.
또한, 상기 패킹(20)의 선단면(20d)의 반경(Rp)은 상기 실린더 구멍(3)의 피슬라이딩면(3c)의 반경(Rc)보다 약간 작게 형성되어 있으며, 상기 선단면(20d)은 환형상의 공극(δ)(=Rc-Rp)을 개재시키고, 상기 실린더 구멍(3)의 피슬라이딩면(3c)과 실질적으로 평행을 이루어 대치하고 있다. 이때 상기 패킹(20)의 선단부(21)에 있어서의 상기 제 1 측단면(20b)측(제 1 실(3a)측)의 단부가 축(L) 둘레에 환형상의 제 1 실링부(23)를 형성하고, 동일하게 상기 제 2 측단면(20c)측(제 2 실(3b)측)의 단부가 축(L) 둘레에 환형상의 제 2 실링부(24)를 형성하고 있다. 여기에서 상기 제 1 실링부(23)는 상기 선단면(20d)과 제 1 측단면(20b)이 교차하는 직각의 모서리부를 포함하고 있으며, 상기 제 2 실링부(24)는 상기 선단면(20d)과 제 2 측단면(20c)이 교차하는 직각의 모서리부를 포함하고 있다.
이렇게 해서 형성된 상기 제 1 및 제 2 실링부(23, 24)는 후술하는 바와 같이 그들이 인접하는 실린더 구멍(3)의 각 실(3a, 3b) 내에 선택적으로 압축 유체가 공급되었을 때에 그 유체압에 의한 패킹(20)의 탄성 변형에 의해 상기 피슬라이딩면(3c)과의 사이의 공극(δ)(=Rc-Rp)을 협착하거나 또는 상기 피슬라이딩면(3c)에 접촉하게 되어 있다. 그리고 그 결과 상기 실린더 구멍(3)의 피슬라이딩면(3c)과 상기 피스톤(4)의 슬라이딩면(4c) 사이의 필요한 실링성을 확보할 수 있게 되어 있다.
또한, 상기 피스톤(4)의 슬라이딩면(4c)에 있어서의 상기 제 1 오목홈(12)보다 제 2 측단면(20c)측에는 상기 웨어링(10)을 수용해서 상기 슬라이딩면(4c)에 부착하기 위한 환형상의 제 2 오목홈(13)이 주변에 형성되어 있다. 이 제 2 오목홈(13)에 장착된 웨어링(10)은 상술한 바와 같은 패킹(20)을 보호하는 관점으로부터 하면 그 외측 반경(Rw)이 상기 각 실(3a, 3b)의 유체압에 의해 탄성 변형되어 있지 않는 상태에 있어서의 상기 패킹(20)의 외측 반경(Rp)보다 크게 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 본원에 있어서 이 웨어링(10)은 실링성을 갖는 것은 아니다.
이러한 도 2(a)에 나타내는 실링 구조를 갖는 도 1의 유체압 실린더에 있어서, 우선 상기 실린더 구멍(3)의 제 1 실(3a)에 대하여 제 1 포트(7)를 통해 압축 유체를 공급하고, 상기 제 1 실(3a)의 압력(P1)을 승압시키면 그 제 1 실(3a)의 유체압(P1)이 상기 패킹(20)의 제 1 측단면(20b)에 작용해서 상기 패킹(20)을 축(L) 방향으로 압압한다. 그러면 상기 패킹(20)은 제 1 오목홈(12) 내를 제 2 측벽면(12c)측을 향해서 이동하고, 그 제 2 측단면(20c)이 상기 제 2 측벽면(12c)에 접촉함으로써 상기 패킹(20)은 제 2 측벽면(12c)에 압박된다.
또한, 그것과 동시에 상기 패킹(20)에는 상기 유체압(P1)에 의해 상기 제 2 측벽면(12c)의 개구 가장자리를 중심으로 한 도면 중 시계 방향의 모멘트력이 작용하고, 상기 패킹(20)에 있어서의 제 1 측단면(20b)과 제 1 실링부(23)를 포함한 제 1 실(3a)측의 측단부가 지름 방향(Y)을 향해서(즉, 실린더 구멍(3)의 피슬라이딩면(3c)을 향해서) 탄성적으로 신장된다. 그 결과, 상기 제 1 실링부(23)(특히, 상기 모서리부)가 상기 피슬라이딩면(3c)과의 사이에 형성된 공극(δ)(=Rc-Rp)을 협착하거나 또는 상기 피슬라이딩면(3c)에 접촉하게 되어 있다.
이상과 같이 해서 피스톤(4)의 슬라이딩면(4c)과 실린더 구멍(3)의 피슬라이딩면(3c) 사이가 실링됨으로써 상기 피스톤(4)이 제 1 실(3a)의 유체압(P1)에 의해 제 2 실(3b)측을 향해서 구동된다. 또한, 그때 상기 실린더 구멍(3)의 제 2 실(3b)은 제 2 포트(8)를 통해 대기에 연통되어 있다.
반대로 상기 실린더 구멍(3)의 제 2 실(3b)에 대하여 제 2 포트(8)를 통해 압축 유체를 공급했을 경우에는 그 제 2 실(3b)의 유체압(P2)이 상기 패킹(20)의 제 2 측단면(20c)에 작용하기 때문에 상기 패킹(20)은 제 1 오목홈(12) 내를 제 1 측벽면(12b)측을 향해서 이동하여 상기 제 1 측벽면(12b)에 압박된다. 또한, 그것과 동시에 상기 패킹(20)에는 상기 유체압(P2)에 의해 상기 제 1 측벽면(12b)의 개구 가장자리를 중심으로 한 도면 중 반 시계 방향의 모멘트력이 작용하고, 상기 패킹(20)에 있어서의 제 2 측단면(20c)과 제 2 실링부(24)를 포함한 제 2 실(3b)측의 측단부가 지름 방향(Y)을 향해서(즉, 실린더 구멍(3)의 피슬라이딩면(3c)을 향해서) 탄성적으로 신장된다. 그 결과, 상기 제 2 실링부(24)(특히, 상기 모서리부)가 상기 피슬라이딩면(3c)과의 사이에 형성된 공극(δ)(=Rc-Rp)을 협착하거나 또는 상기 피슬라이딩면(3c)에 접촉하게 되어 있다. 그렇게 함으로써 피스톤(4)이 제 2 실(3b)의 유체압(P2)에 의해 제 1 실(3a)측을 향해서 구동된다. 또한, 그때 상기 실린더 구멍(3)의 제 1 실(3a)은 제 1 포트(7)를 통해 대기에 연통되어 있다.
이러한 유체압 실린더(1)의 실링 구조에 의하면 상기 제 1 실(3a) 및 제 2 실(3b) 중 어느 것에도 압축 유체가 공급되어 있지 않는 상태 등 피스톤(4)이 실린더 구멍(3) 내에서 정지한 상태가 장기간 유지되어 있었다고 해도 그때 패킹(20)의 각 실링부(23, 24)는 실린더 구멍(3)의 피슬라이딩면(3c)과는 비접촉 상태에 있다. 그 때문에 고무 탄성재로 이루어지는 패킹(20)이 영구 변형되거나 실린더 구멍(3)의 피슬라이딩면(3c)에 고착되거나 해서 열화되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 상기 제 1 실(3a) 및 제 2 실(3b) 중 어느 한쪽에 압축 유체가 공급되어 있는 상태에 있어서는 패킹(20)과 피슬라이딩면(3c) 사이에 발생하는 슬라이딩 마찰을 가급적으로 억제할 수 있다. 그 결과, 상기 피슬라이딩면(3c)의 상태(피슬라이딩면(3c)의 거칠기나 윤활막의 상태 등)가 피스톤(4)의 동작에 끼치는 악영향(동작 효율의 저하나 코깅 동작 등)이나 패킹(20)에 끼치는 악영향(슬라이딩 마모나 비틀림에 의한 손상이나 열화 등)을 가급적으로 억제할 수 있다. 따라서, 유체압 실린더(1)에 있어서 피스톤(4)의 보다 스무드한 동작을 실현할 수 있고, 또한 패킹(20)의 장수명화를 도모하는 것이 가능해진다.
이어서, 도 3에 의거하여 본 발명에 의한 실링 구조의 제 2 실시형태에 대해서 설명한다. 단, 여기에서는 중복 기재를 피하기 위해서 상기 제 1 실시형태와 동일한 구성 부분 및 그 작용 효과에 대해서는 도면에 동일한 부호를 붙여서 설명은 생략하는 것으로 한다.
이 제 2 실시형태의 실링 구조가 상기 제 1 실시형태의 실링 구조와 상이한 부분은 주로 패킹의 선단부(21)에 주변에 형성된 제 1 및 제 2 실링부의 형태에 있다. 도 3(a)에 나타내는 바와 같이 이 제 2 실시형태에 있어서 상기 제 1 실링부는 패킹(20A)의 선단면(20d)에 있어서의 제 1 측단면(20b)측의 단부로부터 지름 방향(Y)을 향해서(즉, 실린더 구멍(3)의 피슬라이딩면(3c)을 향해서) 일체로 돌출된 환형상의 제 1 돌출조(23a)에 의해 형성되어 있다. 또한, 제 2 실링부는 상기 선단면(20d)에 있어서의 제 2 측단면(20c)측의 단부로부터 지름 방향(Y)을 향해서 일체로 돌출된 환형상의 제 2 돌출조(24a)에 의해 형성되어 있다. 즉, 이들 돌출조(23a, 24a)는 축(L) 방향에 있어서 축 방향으로 평탄한 선단면(20d)을 사이에 개재시켜서 상기 선단면(20d)의 양측단부로 이간해서 배치되어 있다.
또한, 이러한 제 1 돌출조(23a) 및 제 2 돌출조(24a)를 갖는 패킹(20A)도 축(L)을 따른 횡단면에 있어서 지름 방향(Y)의 중심축에 관해서 좌우 대칭을 이루고 있다. 그 때문에 상기 선단면(20d)으로부터 상기 각 돌출조(23a, 24a)의 선단까지의 거리는 서로 동일하게 되어 있으며, 상기 실린더 구멍(3)의 피슬라이딩면(3c)으로부터 상기 각 돌출조(23a, 24a)의 선단까지의 거리도 서로 동일하게 되어 있다. 그리고 축(L)으로부터 이들 돌출조(23a, 24a)의 선단까지의 거리가 본 제 2 실시형태에 있어서의 패킹(20A)의 외측 반경(Rp)으로 되어 있다.
또한, 이 패킹(20A)에 있어서는 상기 1쌍의 돌출조(23a, 24a)가 그 선단면(20d) 상의 기단으로부터 피슬라이딩면(3c)측의 선단을 향해서 축(L) 방향의 폭이 서서히 좁아지는 쐐기형상으로 형성되어 있다. 구체적으로는 상기 제 1 돌출조(23a)는 상기 제 1 측단면(20b)으로 이루어지며, 상기 선단면(20d)과 직각을 이루는 외벽과, 상기 선단면(20d)으로부터 상기 제 1 측단면(20b)측으로 경사지게 세워서 설치된 내벽에 의해 형성되어 있다. 또한, 상기 제 2 돌출조(24a)는 상기 제 2 측단면(20c)으로 이루어지며, 상기 선단면(20d)과 직각을 이루는 외벽과, 상기 선단면(20d)으로부터 상기 제 2 측단면(20c)측으로 경사지게 세워서 설치된 내벽 에 의해 형성되어 있다. 환언하면, 본 제 2 실시형태의 패킹(20A)은 제 1 실시형태의 패킹(20)에 있어서 그 외주면의 축(L) 방향 중앙에 선단면(20d)을 저면으로 하는 단면 역등변 사다리꼴의 홈을 형성한 것이며, 상기 제 1 및 제 2 돌출조(23a, 24a)의 선단은 제 1 및 제 2 측단면(20b, 20c)과 예각을 이루는 모서리부에 의해 형성되어 있다.
이렇게 형성된 제 1 및 제 2 실링부로서의 제 1 및 제 2 돌출조(23a, 24a)는 도 3(b)에 나타내는 바와 같이 인접하는 실린더 구멍(3)의 각 실(3a, 3b) 내에 선택적으로 압축 유체가 공급되었을 때에 상기 제 1 실시형태와 마찬가지의 메커니즘에 의해 상기 피슬라이딩면(3c)과의 사이의 공극(δ)(=Rc-Rp)을 협착하거나 또는 상기 피슬라이딩면(3c)에 접촉하게 되어 있다. 그리고 그 결과 상기 실린더 구멍(3)의 피슬라이딩면(3c)과 상기 피스톤(4)의 슬라이딩면(4c) 사이의 필요한 실링성을 확보할 수 있게 되어 있다.
이어서, 도 4에 의거하여 본 발명에 의한 실링 구조의 제 3 실시형태에 대해서 설명한다. 단, 여기에서도 중복 기재를 피하기 위해서 상기 제 1 및 제 2 실시형태와 동일한 구성 부분 및 그 작용 효과에 대해서는 도면에 동일한 부호를 붙여서 설명은 생략하는 것으로 한다.
도 4(a)에 나타내는 바와 같이 이 제 3 실시형태에 의한 실링 구조에 있어서는 패킹(20B)의 제 1 측단면(20b) 및 제 2 측단면(20c)에 축(L)으로부터 서로 동일한 반경을 갖는 환형상의 제 1 축소홈(14a) 및 제 2 축소홈(14b)이 주변에 형성되어 있다. 이들 제 1 및 제 2 축소홈(14a, 14b)은 실(3a, 3b)의 유체압이 측단면(20b, 20c)에 작용했을 때에 상술한 바와 같은 패킹(20B)의 지름 방향(Y)으로의 신장을 촉진하기 위한 것이며, 패킹(20B)의 횡단면에 있어서 상기 기단면(20a)으로부터의 높이가 동일 위치에 대향 배치됨으로써 상기 패킹의 폭(Wp)이 좁아지는 축소부(15)를 형성하고 있다. 이때 다른 실시형태와 마찬가지로 상기 1쌍의 축소홈(14a, 14b)을 포함하는 이 패킹(20B)도 횡단면의 중심축에 대해서 좌우 대칭으로 형성되어 있다.
보다 구체적으로는 상기 1쌍의 축소홈(14a, 14b)은 그 홈벽이 매끄러운 오목 곡면, 바람직하게는 원호면에 의해 형성되고, 상기 축소부(15)의 폭은 패킹(20B)의 전체 폭(Wp)의 1/2보다 커져 있으며, 상기 측단면(20b, 20c)에 있어서의 축소홈(14a, 14b)의 개구 폭은 패킹(20B)의 전체 높이(Hp)의 1/2보다 작아져 있다. 그리고 본 제 3 실시형태에 있어서는 상기 1쌍의 축소홈(14a, 14b) 및 축소부(15)의 전체가 패킹(20B)의 기단부(22)에 형성되어 있으며, 구체적으로는 패킹(20B)의 높이 방향의 중앙보다 외주측이며, 제 1 오목홈(12) 내에 있어서의 그 개구의 근방에 형성되어 있다.
또한, 본 제 3 실시형태에 있어서는 패킹(20B)의 횡단면의 중심축과 제 1 오목홈(12)의 횡단면의 중심축을 일치시킨 상태로 상기 패킹(20B)의 기단면(20a)이 제 1 오목홈(12)의 저벽면(12a)에 대하여 접착에 의해 고정되어 있다. 즉, 패킹(20B)은 제 1 오목홈(12)의 폭 방향의 중앙에 고정되어 있고, 제 1 측단면(20b)과 제 1 측벽면(12b) 사이 및 제 2 측단면(20c)과 제 2 측벽면(12c) 사이에는 동 폭의 공극(=(Wg-Wp)/2)이 형성되어 있다. 따라서, 상기 1쌍의 축소홈(14a, 14b)은 제 1 오목홈(12)의 개구에 연통되어 있다.
이러한 패킹(20B)을 구비한 제 3 실시형태에 의한 실링 구조에 의하면 도 4(b)에 나타내는 바와 같이 실린더 구멍(3)의 각 실(3a, 3b) 내에 선택적으로 압축 유체가 공급되면 그 유체압(P1, P2)에 의해 패킹(20B)에 대하여 도면 중 시계 방향 또는 반 시계 방향의 모멘트력이 작용한다. 그러면, 제 1 실시형태의 경우와 마찬가지로 해서 패킹(20B)에 있어서의 유체압(P1, P2)이 작용하고 있는 측의 측단부가 신장된다. 그때 상기 유체압(P1, P2)이 작용하고 있는 측의 축소홈(14a, 14b)은 상기 유체압에 의해 확대되지만 그것과 역측의 축소홈은 축소되기 때문에 상기 측단부의 신장이 보다 촉진되게 된다. 또한, 이 유체압이 작용하고 있지 않는 역측의 측단부에 있어서도 패킹(20B)과 제 1 오목홈(12) 사이에 공극이 형성되어 있기 때문에 상기 유체압이 작용하고 있는 측단부의 신장이 방해되는 경우도 없다. 또한, 패킹(20B)은 제 1 오목홈(12)의 폭 방향의 중앙에 접착에 의해 고정되어 있기 때문에 상기 모멘트력 및 유체압에 의해 패킹(20B)의 기단면(내주면)(20a)이 제 1 오목홈(12)의 저벽면(12a)으로부터 들뜨는 것을 방지할 수 있다.
그리고 그 결과 유체압이 작용하고 있는 실(3a, 3b)측의 실링부(23, 24)가 상기 피슬라이딩면(3c)과의 사이의 공극(δ)(=Rc-Rp)을 협착하거나 또는 상기 피슬라이딩면(3c)에 접촉함으로써 상기 실린더 구멍(3)의 피슬라이딩면(3c)과 상기 피스톤(4)의 슬라이딩면(4c) 사이의 필요한 실링성을 확보할 수 있게 되어 있다.
또한, 상기 제 2 실시형태에 의한 실링 구조에 있어서는 압축 유체의 누출을 억제하는 래버린스 실링을 형성하기 위해서 도 5에 나타내는 바와 같이 상기 패킹(20A)의 선단면(20d)에 있어서의 상기 제 1 돌출조(23a)와 제 2 돌출조(24a) 사이의 위치에 래버린스 돌기(25)가 지름 방향(Y)을 향해서 세워서 설치되어 있어도 좋다. 이 래버린스 돌기(25)는 바람직하게는 상기 선단면(20d)의 축(L) 방향의 중앙(패킹(20A)의 횡단면의 중심축상)에 상기 돌출조(23a, 24a)와 평행을 이루어 축(L) 둘레에 환형상으로 형성되어 있다. 그리고 그 횡단면은, 예를 들면 꼭지각이 예각의 이등변 삼각형 등 좌우 대칭으로 선단을 향해서 서서히 폭이 좁아지는 쐐기형상으로 형성되어 있다. 또한, 상기 선단면(20d)으로부터 선단까지의 래버린스 돌기(25)의 높이는 상기 돌출조(23a, 24a)의 높이 이상인 것이 바람직하다.
도 7은 도 6의 유체압 실린더의 해석 모델에 의거하여 임계 압력비 b=0.5하에서 압축 유체의 공급 압력 Ps 및 강하 압력 ΔP2(=Ps-P2)와 컨덕턴스비 C1/C2의 관계를 구한 것이다. 여기에서 C1은 헤드측 압력실에 접속된 포트의 음속 컨덕턴스, C2는 상기 패킹과 실린더 구멍의 피슬라이딩면 사이의 공극(δ)에 의해 상기 피스톤의 슬라이딩면과 상기 피슬라이딩면 사이에 형성된 누출 유로의 음속 컨덕턴스, C3는 로드측 압력실에 접속된 포트의 음속 컨덕턴스, Ps는 공급 압력, P1은 로드측 압력실의 압력, P2는 헤드측 압력실의 압력, 그리고 Pe는 배기 압력을 나타내고 있다. 그리고 도 7은 헤드측의 포트로부터 헤드측 압력실로 급기하고, 로드측 압력실에 접속된 포트로부터 배기할 경우의 해석 결과를 나타내고 있다.
또한, 이 해석 결과는 실린더 지름을 32㎜로 해서 해석을 한 것이지만 강하 압력 ΔP2가 일정하면 컨덕턴스비 C1/C2는 실질적으로 실린더 지름에 의존하지 않는 것이 확인되어 있다. 즉, 동일한 강하 압력 ΔP2이면 실린더 지름을 변화시켜도 그 그래프는 도 7의 그래프에 실질적으로 겹치는 것이 된다. 그래서 여기에서는 다른 실린더 지름의 그래프는 생략하는 것으로 한다. 또한, 도 6의 해석 모델과는 반대로 로드측의 포트로부터 로드측 압력실로 급기하고, 헤드측 압력실에 접속된 포트로부터 배기할 경우에도 도 7과 마찬가지의 결과가 된다.
도 7로부터 알 수 있는 바와 같이 공급 압력 Ps가 일정할 때 강하 압력 ΔP2가 작아질수록 컨덕턴스비 C1/C2는 커진다. 또한, 강하 압력 ΔP2가 일정할 때 컨덕턴스비 C1/C2는 공급 압력 Ps의 증가에 따라 서서히 증가한 후에 거의 일정한 값에 수속된다.
한편, 실린더의 압력실의 압력에 대해서는 강하 압력 ΔP2가 약 20kPa 정도까지이면 실린더의 사용에 실용상의 영향을 끼치지 않는 것을 알 수 있으며, 도 7로부터 공급 압력 Ps에 상관 없이 강하 압력 ΔP2를 대략 20kPa 이하로 억제할 수 있는 컨덕턴스비 C1/C2의 범위는 2.0 이상인 것을 알 수 있다.
그래서 상기 각 실시형태에 있어서도 컨덕턴스비 C1/C2가 항상 2.0 이상이 되는 범위에 있어서 상기 패킹의 실링부와 실린더 구멍의 피슬라이딩면 사이에 형성되는 공극(δ)의 크기를 설정하는 것이 바람직하다.
이상, 본 발명에 의한 유체압 실린더에 있어서의 실링 구조에 대해서 설명해 왔지만 본 발명은 상기 각 실시형태에 한정되는 일 없이 특허 청구범위의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 설계 변경이 가능한 것은 말할 필요도 없다.
예를 들면, 도 2나 도 3에 나타내는 제 1 및 제 2 실시형태에 있어서도 도 4의 제 3 실시형태와 같이 해서 패킹의 기단면과 제 1 오목홈의 저벽면을 접착 등에 의해 고정해도 좋다. 또한, 여기에서는 유체압 실린더의 실시형태에 있어서 피스톤의 편측에만 로드를 형성했지만 피스톤의 양측에 로드를 형성해도 좋다. 또한, 상기 실링부(23(23a), 24(24a))는 상술한 바와 같이 패킹(20A)의 측단면(20b, 20c)과 직각 또는 예각을 이루는 모서리부를 갖고 있는 것이 바람직하지만 반드시 그것에 한정되는 것은 아니다.
1: 유체압 실린더 3: 실린더 구멍
3a: 제 1 실 3b: 제 2 실
3c: 피슬라이딩면(내주면) 4: 피스톤
4c: 슬라이딩면 7: 제 1 급배기 포트
8: 제 2 급배기 포트 10: 웨어링
12: 제 1 오목홈 12a: 저벽면
12b: 제 1 측벽면 12c: 제 2 측벽면
13: 제 2 오목홈 14a: 제 1 축소홈
14b: 제 2 축소홈 20, 20A, 20B: 피스톤의 실링 부재(패킹)
20a: 기단면(내주면) 20b: 제 1 측단면
20c: 제 2 측단면 20d: 선단면
21: 선단부 22: 기단부
23: 제 1 실링부 23a: 제 1 돌출조(제 1 실링부)
24: 제 2 실링부 24a: 제 2 돌출조(제 2 실링부)
25: 래버린스 돌기
δ: 패킹과 피슬라이딩면 사이의 공극(=Rc-Rp)
Rc: 실린더 구멍의 내측 반경(피슬라이딩면의 반경)
Rp: 패킹의 외측 반경 Wp: 패킹의 횡단면의 폭
Wg: 제 1 오목홈의 횡단면의 폭
Rg: 제 1 오목홈의 저벽면의 반경
Dg: 제 1 오목홈의 깊이(=Rs-Rg)
Rs: 피스톤의 외측 반경(슬라이딩면의 반경)
Hp: 패킹의 횡단면의 높이(=Rp-Rg)
Rw: 웨어링의 외측 반경

Claims (17)

  1. 유체압 실린더에 있어서의 피스톤과 상기 피스톤이 축 방향으로 슬라이딩 가능하게 수용된 실린더 구멍 사이의 실링 구조로서,
    상기 실린더 구멍에 있어서의 상기 피스톤을 사이에 둔 축 방향의 양측에는 제 1 실 및 제 2 실이 형성되어 있으며,
    상기 피스톤의 축 둘레의 외주면에 의해 슬라이딩면이 형성되어 있고, 상기 실린더 구멍의 축 둘레의 내주면에 의해 상기 피스톤이 그 슬라이딩면을 대치시켜서 슬라이딩하는 피슬라이딩면이 형성되어 있으며,
    상기 피스톤의 슬라이딩면에는 축 둘레에 주변에 형성되어서 지름 방향으로 개구하는 오목홈이 형성되어 있고, 상기 오목홈에는 고무 탄성재로 이루어지는 패킹의 내주측의 기단부가 수용됨과 아울러, 상기 패킹의 외주측의 선단부가 상기 슬라이딩면으로부터 돌출되어 있으며,
    상기 패킹의 선단부에 있어서의 축 방향의 제 1 실측의 측단부에는 제 1 실링부가, 제 2 실측의 측단부에는 제 2 실링부가 상기 축 둘레에 주변에 형성되어 있으며,
    상기 오목홈에 수용된 패킹에 있어서의 상기 제 1 실링부 및 제 2 실링부의 외경은 상기 실린더 구멍의 피슬라이딩면의 지름보다 작게 형성되어 있으며,
    압축 유체가 제 1 실 및 제 2 실 중 어느 한쪽에 공급되어 있는 상태에 있어서 상기 패킹에 있어서의 상기 유체가 공급되어 있는 실측의 측단부가 상기 유체의 압력에 의한 탄성 변형에 의해 지름 방향으로 신장되고, 그것에 의해 상기 제 1 실링부 및 제 2 실링부 중 상기 유체가 공급되어 있는 실측의 실링부가 상기 실린더 구멍의 피슬라이딩면과의 사이에 형성된 공극을 협착하거나 또는 상기 피슬라이딩면에 접촉하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 실링 구조.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 패킹 및 오목홈이 축을 따르는 횡단면에 있어서 상기 지름 방향에 관해서 좌우 대칭을 이루고 있으며,
    상기 지름 방향에 있어서 상기 슬라이딩면으로부터 상기 오목홈에 있어서의 상기 패킹의 기단이 접촉하는 저벽면까지의 깊이가 상기 패킹의 기단으로부터 선단까지의 높이의 1/2 이상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 실링 구조.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 오목홈은 상기 저벽면에 있어서의 축 방향의 양단으로부터 지름 방향으로 기립하여 서로 대향하는 1쌍의 측벽면을 갖고 있으며, 이들 저벽면과 1쌍의 측벽면이 90° 또는 그것보다 작은 각도를 이루고 있는 것을 특징으로 하는 실링 구조.
  4. 제 3 항에 있어서,
    축 방향에 있어서 상기 패킹에 있어서의 상기 오목홈에 수용된 기단부의 최대 폭이 상기 오목홈에 있어서의 1쌍의 측벽면 간의 최소 폭보다 작게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 실링 구조.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 패킹의 기단이 상기 오목홈의 저벽면에 접착에 의해 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 실링 구조.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 패킹은 그 축 방향 양단에 서로 평행을 이루고 배향하는 1쌍의 측단면을 갖고 있고, 상기 축을 따르는 횡단면에 있어서 상기 축 방향으로 좌우 대칭을 이루고 있으며,
    상기 패킹의 선단부에는 상기 피슬라이딩면과 대향하는 선단면이 형성되어 있으며,
    상기 선단면에 있어서의 축 방향의 제 1 실측의 측단부에 상기 제 1 실링부가 형성되어 있고, 상기 선단면에 있어서의 축 방향의 제 2 실측의 측단부에 상기 제 2 실링부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 실링 구조.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 실링부가 상기 선단면으로부터 상기 피슬라이딩면을 향해서 돌출된 제 1 돌출조에 의해 형성되고, 상기 제 2 실링부가 상기 선단면으로부터 상기 피슬라이딩면을 향해서 돌출된 제 2 돌출조에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 실링 구조.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 돌출조 및 제 2 돌출조의 선단은 상기 패킹의 1쌍의 측단면과 예각을 이루는 모서리부에 의해 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 실링 구조.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 피슬라이딩면으로부터 제 1 돌출조 및 제 2 돌출조의 선단까지의 거리가 서로 동일하게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 실링 구조.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 패킹의 선단면이 상기 피슬라이딩면과 평행을 이루고 있고,
    상기 선단면으로부터 상기 제 1 돌출조 및 제 2 돌출조의 선단까지의 높이가 서로 동일하게 형성되어 있으며,
    상기 제 1 돌출조와 제 2 돌출조가 축 방향에 있어서 서로 이간해서 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 실링 구조.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 돌출조 및 제 2 돌출조가 상기 선단면으로부터 상기 선단을 향해서 서서히 축 방향의 폭이 좁아지는 쐐기형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 실링 구조.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 패킹의 선단면에 있어서의 상기 제 1 돌출조와 제 2 돌출조 사이에는 래버린스 실링을 형성하는 래버린스 돌기가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 실링 구조.
  13. 제 6 항에 있어서,
    상기 패킹의 1쌍의 측단면에는 상기 오목홈의 개구에 연통된 환형상의 축소홈이 각각 주변에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 실링 구조.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 축소홈이 오목 곡면에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 실링 구조.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체압 실린더는 실린더 구멍에 접속된 급기 포트를 갖고 있고,
    상기 급기 포트의 음속 컨덕턴스를 C1, 상기 패킹과 피슬라이딩면 사이의 공극에 의해 상기 슬라이딩면과 피슬라이딩면 사이에 형성되는 누출 유로의 음속 컨덕턴스를 C2라고 했을 때, 이들 음속 컨덕턴스의 비 C1/C2가 항상 2.0 이상인 것을 특징으로 하는 실링 구조.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 피스톤의 슬라이딩면에는 웨어링이 축 방향에 있어서의 상기 패킹과 인접하는 위치에 주변에 형성되어 있고, 상기 웨어링의 외경이 압축 유체가 상기 제 1 실 및 제 2 실 중 어느 것에도 공급되어 있지 않는 상태에 있어서의 패킹의 외경보다 크게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 실링 구조.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 기재된 실링 구조를 구비한 유체압 실린더.
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