KR20210021492A - 유체압 기기에 있어서의 시일 구조 - Google Patents

Abstract

[과제] 작동시의 슬라이딩 저항이 작고 또한 부착홈으로부터의 돌출에 의한 끼임이나 고착 등도 발생하기 어려운 유체압 기기를 위한 시일 구조를 얻는다.
[해결수단] 시일 구조(2)는 제 1 부재(5)에 형성된 부착홈(16)과, 상기 부착홈(16) 내에 수용된 패킹(8)을 갖고, 상기 패킹(8)은 내주의 부착부(20)와 외주의 슬라이딩부(21)를 갖고, 상기 패킹(8)의 양측면(22a, 22b)은 부착부(20)측으로부터 슬라이딩부(21)측을 향해서 직경이 점차로 확대하도록 경사지고, 또한 서로 역 방향으로 경사지는 원추면이고, 상기 패킹(8)의 두께는 상기 부착부(20)측으로부터 슬라이딩부(21)측을 향해서 서서히 확대되고, 상기 부착부(20)의 두께(T1)가 최소임과 아울러, 상기 슬라이딩부(21)의 두께(T2)가 최대이다.

Description

유체압 기기에 있어서의 시일 구조

본 발명은 유체압 기기의 서로 슬라이딩하는 일방의 부재와 타방의 부재 사이를 시일하기 위한 시일 구조에 관한 것이다.

예를 들면, 유체압 실린더나 전자 밸브 등의 유체압 기기에 있어서는 피스톤이나 스풀 등의 슬라이딩 부재의 외주에 부착홈이 형성되고, 상기 부착홈 내에 패킹을 부착하고, 이 패킹을 통해서 상기 슬라이딩 부재가 하우징에 형성된 슬라이딩구멍 내를 슬라이딩하도록 구성되어 있다. 이 때, 상기 패킹에 요구되는 것은 슬라이딩 저항이 작고, 또한 부착홈으로부터의 돌출에 의한 끼임이나 고착 등이 생기기 어렵다고 하는 것이다.

이 종류의 패킹으로서 종래부터 일반적으로 사용되고 있는 것이, O링이나 D 링 등이다. 그러나, 상기 O링은 슬라이딩 저항이 클뿐만 아니라, 뒤틀림에 의한 끼임이나 고착 등도 생기기 쉽다고 하는 결점을 갖고 있으며, 또한 상기 D링은 O링에 비해서 뒤틀림이나 끼임, 고착 등을 발생시키기 어렵지만, 유체 압력이 작용했을 때(가압시)의 압축에 대한 반력이 크기 때문에, 슬라이딩 저항이 크다고 하는 결점을 갖고 있다.

이 때문에, 특허문헌 1∼7에 나타내는 바와 같이, 일부에 오목부를 형성하거나, 두께를 내외주 방향으로 다르게 하는 등의 고안을 실시한 이형 패킹을 사용하는 예도 증가되어 있다. 이 이형 패킹은 유연성이 있어서, 가압시나 슬라이딩시에 적절하게 압축되며 또한 변형하기 때문에, 상기 D링보다 슬라이딩 저항이 작고, 또한 상기 O링보다 끼임이나 고착 등을 발생시키기 어렵다고 하는 이점을 갖는다.

그러나, 공지의 이형 패킹은 오목부 등의 두께가 작은 부분에서 국부적으로 또한 과도하게 지나치게 변형되거나, 그 반대로 유연성이 불충분하기 때문에 충분한 슬라이딩 저항 경감 효과가 얻어지지 않는다고 한 문제를 갖는 것이 많아, 또한 개량의 여지를 남기는 것이었다.

특히 최근에는 유체압 기기의 정밀화에 의해, 그것에 사용하는 패킹에 의해 고도의 시일성이 요구되도록 되어 있으며, 이 때문에 종래의 패킹보다 조금이라도 슬라이딩 저항이 작고, 또한 끼임이나 고정 등을 발생시키기 어려운 새로운 패킹의 출현이 요구되고 있다.

예를 들면, 상기 D링의 반경 방향의 폭을 크게 하면, 유연성이 증가되기 때문에 슬라이딩시의 변형에 의해 슬라이딩 저항은 작아지는 것으로 생각되지만, 가압시에 압축됨으로써 부착홈으로부터의 돌출량도 증가하기 때문에 끼임이나 고착 등이 발생하기 쉬워진다. 이 때문에, 슬라이딩 저항을 저감하기 위해서, 단순히 패킹의 반경 방향의 폭을 크게 하면 좋은 것이 되지는 않는다.

일본 실용신안 공개 소 55-102457호 공보 일본 특허 공개 소 61-228166호 공보 일본 실용신안 공개 소 62-91063호 공보 일본 실용신안 공개 소 62-126663호 공보 일본 실용신안 공개 평 4-36174호 공보 일본 특허 공개 평 7-269733호 공보 일본 실용신안 등록 제2537236호 공보

본 발명의 기술적 과제는 작동시의 슬라이딩 저항이 작고 또한 부착홈으로부터의 돌출에 의한 끼임이나 고착 등도 발생하기 어려운 유체압 기기를 위한 시일 구조를 제공하는 것에 있다.

과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 의하면 유체압 기기의 상대적으로 변위하는 제 1 부재와 제 2 부재 사이를 시일하기 위한 시일 구조가 제공된다.

상기 시일 구조는 상기 제 1 부재에 형성된 링 형상의 부착홈과, 상기 부착홈 내에 수용된 링 형상의 패킹을 갖고, 상기 패킹의 내주부는 상기 부착홈의 저벽에 접촉하는 부착부이며, 또한 상기 패킹의 외주부는 상기 제 2 부재에 접촉하는 슬라이딩부이고, 상기 슬라이딩부의 끝면 및 상기 부착부의 끝면은 바깥을 향해서 볼록형을 한 원호면이고, 상기 패킹의 축선 방향 일측의 제 1 측면 및 타측의 제 2 측면은 상기 부착부측으로부터 슬라이딩부측을 향해서 직경이 점차로 확대하도록 경사짐과 아울러, 서로 역 방향으로 경사지는 원추면이고, 상기 패킹의 축선 방향의 두께는 상기 부착부측으로부터 슬라이딩부측을 향해서 서서히 확대되어 있어서, 상기 부착부의 두께가 최소임과 아울러 상기 슬라이딩부의 두께가 최대인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 축선에 수직한 평면에 대하여 상기 제 1 측면 및 제 2 측면이 경사지는 각도는 서로 동등하다.

또한, 상기 패킹의 슬라이딩부의 두께는 상기 부착부의 두께의 1.2∼1.5배이며, 또한 상기 패킹의 반경 방향의 폭은 상기 슬라이딩부의 두께의 3∼5배이다.

본 발명에 있어서, 바람직하게는 상기 패킹의 제 1 측면 및 제 2 측면에는 윤활제 유지를 위한 복수의 환상홈이 상기 축선을 중심으로 해서 동심 형상으로 형성되고, 상기 제 1 측면에 형성된 복수의 환상홈과 상기 제 2 측면에 형성된 복수의 환상홈은 서로 동수임과 아울러, 서로 상대하는 위치에 형성되어 있는 것이다.

이 경우, 상기 환상홈의 단면 형상은 원호임과 아울러 열호이고, 모든 환상홈의 원호의 곡률 반경은 서로 동등하고, 모든 환상홈의 깊이도 서로 동일한 것이 바람직하다.

보다 바람직하게는, 상기 패킹의 제 1 측면 및 제 2 측면에, 각각 3개의 환상홈이 등간격으로 형성되고, 인접하는 환상홈의 곡률 중심간 거리와, 상기 부착부의 끝면으로부터 상기 부착부에 가장 가까운 환상홈의 곡률 중심까지의 거리와, 상기 슬라이딩부의 끝면으로부터 상기 슬라이딩부에 가장 가까운 환상홈의 곡률 중심까지의 거리는 서로 동일한 것이다.

또한, 본 발명에 있어서는 상기 패킹의 제 1 측면 및 제 2 측면에, 상기 패킹의 반경 방향으로 연장되는 복수의 오목홈이 상기 축선의 주위에 등각도 간격이며, 또한 상기 슬라이딩부의 끝면으로부터 시작되어 상기 부착부에 가장 가까운 환상홈의 위치에서 끝나도록 형성되어 있어도 좋고, 상기 제 1 측면에 형성된 복수의 오목홈과 제 2 측면에 형성된 복수의 오목홈은 원주 방향의 서로 1/2피치 어긋난 위치에 있는 것이 바람직하다.

보다 바람직하게는, 상기 오목홈의 깊이와 상기 환상홈의 깊이는 서로 동일한 것이다.

본 발명의 하나의 실시형태에 의하면, 상기 유체압 기구는 유체압 실린더이고, 상기 제 1 부재는 실린더 구멍 내에 슬라이딩 가능하게 수용된 피스톤이고, 상기 제 2 부재는 상기 실린더 구멍을 갖는 실린더 하우징이다.

본 발명의 다른 실시형태에 의하면, 상기 유체압 기구는 스풀 밸브이고, 상기 제 1 부재는 밸브 구멍 내에 슬라이딩 가능하게 수용된 스풀이고, 상기 제 2 부재는 상기 밸브 구멍을 갖는 밸브 하우징이다.

본 발명의 시일 구조에 있어서는 패킹의 양측면을 서로 역 방향으로 경사지는 원추면으로 함으로써, 상기 패킹의 두께를 부착부측으로부터 슬라이딩부측을 향해서 서서히 확대시키고 있기 때문에, 상기 패킹의 유연성이 증가하여 상기 패킹 전체가 매끄럽고 또한 균등하게 만곡되기 쉬워짐과 아울러, 유체 압력에 의한 가압시에 상기 슬라이딩부의 변형에 의한 부착홈으로부터의 돌출이 발생하기 어려워지고 있으며, 이 때문에 동작시의 슬라이딩 저항이 효율적으로 저감됨과 동시에, 끼임이 발생되기 어려워, 슬라이딩 저항이 저감되는 분만큼 유체 압력을 낮출 수 있기 때문에 에너지 절약 효과가 얻어진다. 또한, 유체 압력에 의한 가압시에 상기 패킹의 측면에는 상기 유체압력의 분력이 상기 패킹의 슬라이딩부측을 향해서 작용하기 때문에, 상기 패킹의 압축에 따르는 부착부측의 접촉압의 증대, 즉 압축량의 증대는 억제되고, 상기 부착부측의 압축에 의한 반력이 슬라이딩부측에 전해지는 것이 방지된다.

도 1은 본 발명의 시일 구조를 구비한 에어 실린더의 단면도이고, 피스톤이 후퇴단에 있는 상태의 도면이다.
도 2는 도 1의 에어 실린더에 있어서, 피스톤이 전진 스트로크의 도중에 있는 상태의 도면이다.
도 3은 본 발명에 의한 시일 구조를 형성하는 패킹의 평면도이다.
도 4는 도 3의 패킹을 IV-IV선에 따라 절단한 확대 단면도이다.
도 5는 피스톤이 도 1의 위치에 있어서 패킹에 에어 압력이 작용하고 있지 않은 비가압 상태를 나타내는 요부 확대 단면도이다.
도 6은 도 5의 상태로부터 압축 공기가 공급됨으로써 패킹이 가압된 상태를 나타내는 요부 확대 단면도이다.
도 7은 피스톤이 도 2에 나타내는 바와 같이 전진 스트로크를 행하고 있을 때의 패킹의 동작 상태를 나타내는 요부 확대 단면도이다.
도 8은 본 발명의 시일 구조를 구비한 스풀 밸브의 요부 단면도이다.

도 1 및 도 2에는 본 발명에 의한 시일 구조를 구비한 유체압 기기가 나타내어지고 있으며, 이 유체압 기기는 에어 실린더이다.

상기 에어 실린더(1A)는 외형이 직육면체 형상을 한 실린더 하우징(3)을 갖고 있다. 이 실린더 하우징(3)의 내부에는 원형의 실린더 구멍(4)이 형성되고, 상기 실린더 구멍(4)의 내부에 피스톤(5)이 상기 실린더 구멍(4)의 축선(L)을 따라 슬라이딩 가능하도록 수용되고, 상기 피스톤(5)에 로드(6)가 연결되어 있다.

상기 피스톤(5)의 외주에는 상기 피스톤(5)을 가이드하는 가이드 링(7)이 부착됨과 아울러, 상기 피스톤(5)의 외주와 상기 실린더 구멍(4)의 내주 사이를 시일하는 패킹(8)이 부착되어 있다.

상기 실린더 구멍(4)의 일단 및 타단은 헤드측 단판(9) 및 로드측 단판(10)에 의해 기밀하게 차단되어 있으며, 상기 헤드측 단판(9)과 상기 피스톤(5) 사이에 헤드측 압력실(11)이 형성되고, 상기 로드측 단판(10)과 상기 피스톤(5) 사이에 로드측 압력실(12)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 헤드측 압력실(11)은 상기 실린더 하우징(3)의 측면의 상기 헤드측 단판(9) 근처의 위치에 형성된 헤드측 포트(13)에 연통하고, 상기 로드측 압력실(12)은 상기 실린더 하우징(3)의 측면의 상기 로드측 단판(10) 근처의 위치에 형성된 로드측 포트(14)에 연통되어 있다.

또한, 상기 로드(6)는 상기 로드측 단판(10)의 중심 구멍(10a)을 상기 로드측 단판(10)의 내주에 부착된 립형의 시일 부재(15)를 개재해서 기밀하게 관통하고, 상기 로드(6)의 선단이 상기 실린더 하우징(3)의 외부에 돌출되어 있다.

상기 에어 실린더(1A)에 있어서, 피스톤(5) 및 로드(6)가 도 1의 후퇴단에 있는 상태로부터, 상기 로드측 압력실(12)을 상기 로드측 포트(14)를 통해서 대기로 개방함과 아울러, 상기 헤드측 압력실(11)에 상기 헤드측 포트(13)를 통해서 압축 에어를 공급하면, 도 2에 나타내는 바와 같이 상기 피스톤(5) 및 로드(6)는 전진하고, 상기 피스톤(5)이 로드측 단판(10)에 접촉하는 전진단의 위치에서 정지한다.

또한, 상기 피스톤(5) 및 로드(6)가 상기 전진단에 있는 상태로부터, 상기 헤드측 압력실(11)을 상기 헤드측 포트(13)를 통해서 대기로 개방함과 아울러, 상기 로드측 압력실(12)에 상기 로드측 포트(14)를 통해서 압축 에어를 공급하면, 도 1에 나타내는 바와 같이 상기 피스톤(5) 및 로드(6)는 후퇴하고, 상기 피스톤(5)이 헤드측 단판(9)에 접촉하는 후퇴단의 위치에서 정지한다.

이어서, 본 발명에 의한 시일 구조(2)에 관해서 설명한다. 이 시일 구조(2)는 유체압 기기의 상대적으로 변위하는 제 1 부재와 제 2 부재 사이를 시일하기 위한 것이며, 상기 에어 실린더(1A)의 경우에는 상기 피스톤(5)이 제 1 부재이고, 상기 실린더 하우징(3)이 제 2 부재이다. 그리고, 이 시일 구조(2)는 상기 피스톤(5)에 형성된 링 형상의 부착홈(16)과, 상기 부착홈(16) 내에 수용된 상기 패킹(8)을 갖고 있다.

상기 부착홈(16)은 도 5로부터 명확한 바와 같이, 좌우의 측벽(16a, 16a)과 저벽(16b)을 갖고, 상기 좌우의 측벽(16a, 16a)은 부착홈(16)의 홈구멍으로부터 저벽(16b)에 이르기까지 직선 형상으로 연장되는 평탄면이고, 서로 평행을 하고 있으며 상기 저벽(16b)은 모선이 축선(L)과 평행하는 원통면이다. 또한, 상기 부착홈(16)의 홈폭은 상기 개구로부터 저벽(16b)까지의 깊이 전체에 걸쳐서 일정하고, 상기 부착홈(16)의 깊이는 상기 홈폭보다 크고, 상기 패킹(8)의 반경 방향의 폭(W)보다 약간 작다. 또한, 상기 부착홈(16)의 구멍 가장자리, 즉 상기 좌우의 측벽(16a ,16a)의 단부(16c)는 원호 형상으로 모따기되어 있는 것이 바람직하다.

상기 패킹(8)은 도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 합성 고무에 의해 링 형상으로 형성된 것이며, 내주부와 외주부를 갖고, 상기 내주부는 도 5에 나타내는 바와 같이 상기 부착홈(16)의 저벽(16b)에 접촉하는 부착부(20)이며, 상기 외주부는 상기 실린더 구멍(4)(슬라이딩 구멍)의 구멍벽(4a), 즉 상기 실린더 하우징(3)에 접촉하는 슬라이딩부(21)이다. 상기 부착부(20)의 끝면(20a)과 슬라이딩부(21)의 끝면(21a)은 각각 바깥을 향해서 볼록형의 원호면을 이루고 있다.

상기 패킹(8)의 축선(L) 방향 일측의 제 1 측면(22a) 및 타측의 제 2 측면(22b)은 상기 부착부(20)측으로부터 슬라이딩부(21)측을 향해서 직경이 점차로 대경화하도록 경사짐과 아울러, 서로 역 방향으로 경사지는 원추면을 이루고 있다. 상기 원추면의 경사 각도, 즉 축선(L)에 수직한 평면(S)에 대하여 상기 제 1 측면 (22a) 및 제 2 측면(22b)이 경사지는 각도(θ)는 서로 동등하고, 그 바람직한 각도는 2∼4도이며, 보다 바람직하게는 3도이다.

상술한 바와 같이 패킹(8)의 양측면(22a, 22b)을 원추면으로 함으로써, 상기 패킹(8)의 축선(L) 방향의 두께는 상기 패킹(8)의 반경 방향으로 균일한 것이 아니라, 상기 부착부(20)측으로부터 슬라이딩부(21)측을 향해서 일정한 비율로 서서히 확대되고, 상기 부착부(20)의 두께(T1)가 최소 두께로 되고, 상기 슬라이딩부(21)의 두께(T2)가 최대 두께로 되어 있다.

상기 슬라이딩부(21)의 두께(T2)는 상기 부착부(20)의 두께(T1)의 1.2∼1.5배인 것이 바람직하고, 도시한 예에서는 상기 슬라이딩부(21)의 두께(T2)와 부착부(20)의 두께(T1)의 비를 1:0.75로 함으로써, 상기 슬라이딩부(21)의 두께(T2)를 상기 부착부(20)의 두께(T1)의 약 1.33배로 하고 있다.

또한, 상기 부착부(20)의 끝면(20a)의 원호의 곡률 반경은 상기 부착부(20)의 두께(T1)보다 작지만, 상기 두께(T1)의 1/2과 동등하거나 또는 그것보다 크고, 또한 상기 슬라이딩부(21)의 끝면의 원호의 곡률 반경은 상기 슬라이딩부(21)의 두께(T2)보다 작지만, 상기 두께(T2)의 1/2과 동등하거나 또는 그것보다 크다.

또한, 상기 패킹(8)의 반경 방향의 폭, 즉 상기 부착부(20)의 끝면(20a)으로부터 슬라이딩부(21)의 끝면(21a)까지의 폭(W)은 상기 슬라이딩부(21)의 두께(T2)보다 크고, 그 바람직한 크기는 상기 두께(T2)의 3배∼5배의 범위이고, 도시한 예에서는 상기 두께(T2)의 약 4배로 형성되어 있다.

상기 패킹(8)의 제 1 측면(22a) 및 제 2 측면(22b)에는 그리스 등의 윤활제를 유지시키기 위해서, 링 형상을 한 복수의 환상홈(25a, 25b, 25c)이 상기 축선(L)을 중심으로 해서 동심 형상으로 형성되고, 제 1 측면(22a)에 형성된 복수의 환상홈(25a, 25b, 25c)과 제 2 측면(22b)에 형성된 복수의 환상홈(25a, 25b, 25c)은 서로 동수임과 아울러, 서로 상대하는 위치에 형성되어 있다. 도시한 예에서는 상기 제 1 측면(22a) 및 제 2 측면(22b)에 각각 3개의 환상홈(25a, 25b, 25c)이 상기 패킹(8)의 반경 방향에 등간격으로 형성되어 있다. 이 결과, 상기 환상홈(25a, 25b, 25c)이 형성되어 있는 부분에서 패킹(8)의 두께는 상기 환상홈(25a, 25b, 25c)이 형성되어 있지 않은 부분보다 좁아져 있기 때문에, 상기 환상홈(25a, 25b, 25c)이 형성되어 있는 부분에 오목부(26a, 26b, 26c)가 형성되어 있다고 할 수 있다.

상기 환상홈(25a, 25b, 25c)의 단면 형상은 원호이고 또한 열호이며, 모든 환상홈(25a, 25b, 25c)의 곡률 반경은 서로 동등하고, 또한 모든 환상홈(25a, 25b, 25c)의 깊이도 서로 동등하다. 따라서, 3개의 오목부(26a, 26b, 26c)의 두께는 서로 다르고, 가장 부착부(20)에 가까운 오목부(26a)의 두께가 가장 작고, 가장 슬라이딩부(21)에 가까운 오목부(26c)의 두께가 가장 크다.

또한, 상기 패킹(8)의 제 1 측면(22a) 및 제 2 측면(22b)의 3개의 환상홈(25a, 25b, 25c)은 등간격으로 설치되어 있기 때문에, 상기 부착부(20)에 가장 가까운 제 1 환상홈(25a)의 곡률 중심(O1)으로부터, 중간에 위치하는 제 2 환상홈(25b)의 곡률중심(O2)까지의 거리(곡률 중심간 거리)(D1)와, 상기 제 2 환상홈(25b)의 곡률 중심(O2)으로부터 상기 슬라이딩부(21)에 가장 가까운 제 3 환상홈(25c)의 곡률 중심(O3)까지의 거리(곡률 중심간 거리)(D2)는 서로 동등하게 되지만, 본 실시형태에서는 또한, 상기 부착부(20)의 끝면(20a)으로부터 상기 제 1 환상홈(25a)의 곡률 중심(O1)까지의 거리(D3), 및 상기 슬라이딩부(21)의 끝면(21a)으로부터 상기 제 3 환상홈(25c)의 곡률 중심(O3)까지의 거리(D4)도 상기 환상홈(25a, 25b, 25c)의 곡률 중심간 거리(D1, D2)와 실질적으로 동등하게 형성되어 있다.

또한, 상기 패킹(8)의 제 1 측면(22a) 및 제 2 측면(22b)에는 상기 패킹(8)의 반경 방향으로 연장되는 복수의 오목홈(27)이 상기 축선(L)의 주위에 등각도 간격이며, 상기 슬라이딩부(21)의 끝면(21a)으로부터 시작되고, 상기 부착부(20)에 가장 가까운 제 1 환상홈(25a)의 위치에서 끝나도록 형성되어 있고, 상기 제 1 측면(22a)에 형성된 복수의 오목홈(27)과 제 2 측면(22b)에 형성된 복수의 오목홈(27)은 원주 방향의 서로 1/2피치 어긋난 위치에 형성되어 있다. 상기 오목홈(27)은 통기 간극으로서 기능함으로써 상기 패킹(8)의 측면(22a, 22b)이 부착홈(16)의 측벽(16a)에 밀착하는 것을 방지하는 것이고, 상기 오목홈(27)의 깊이는 상기 환상홈(25a, 25b, 25c)의 깊이와 같다.

도시한 실시형태에서는 상기 패킹(8)의 양측면(22a, 22b)에 각각 3개의 상기 오목홈(27)이 120도 간격으로 형성되어 있으며, 제 1 측면(22a)의 오목홈(27)과 제 2 측면(22b)의 오목홈(27)은 서로의 위치를 60도 어긋나게 해서 설치되어 있다.

상기 시일 구조(2)의 동작에 대해서 설명한다. 도 5는 피스톤(5)이 도 1의 동작 위치에 있어서, 압축 에어가 헤드측 압력실(11)에도 로드측 압력실(12)에도 공급되어 있지 않는 상태이다. 이 때, 패킹(8)은 제 1 측면(22a)에도 제 2 측면(22b)에도 에어 압력이 작용하고 있지 않은 무가압 상태에 있다.

이 상태로부터, 도 1에 있어서, 상기 헤드측 압력실(11)에 압축 에어가 공급되면, 도 6에 나타내는 바와 같이 상기 패킹(8)의 우측면, 즉 제 1 측면(22a)에 에어 압력이 작용함으로써 상기 패킹(8)은 가압되기 때문에, 상기 패킹(8)은 상기 에어 압력에 의해 좌측면, 즉 제 2 측면(22b)이 상기 부착홈(16)의 좌측의 측벽(16a)으로 압박됨과 아울러, 두께 방향으로 압축되어서 폭(W) 방향(반경 방향)으로 약간 신장한다. 이 때문에, 실린더 구멍(4)의 구멍벽(4a)에 대한 슬라이딩부(21)의 끝면(21a)의 접촉압이 증대하지만, 부착홈(16)의 저벽(16b)에 대한 부착부(20)의 끝면(20a)의 접촉압에 대해서는 상기 패킹(8)의 측면(22a, 22b)은 원추면을 하고 있기 때문에, 상기 제 1 측면(22a)에는 상기 에어 압력의 분력이 상기 패킹(8)의 외주측을 향해서 작용하고, 이 분력에 의해 상기 패킹(8)이 외주측(슬라이딩부(21)측)을 향해서 압박되기 때문에, 상기 끝면(20a)의 접촉압의 증대는 억제된다. 그 결과, 접촉압의 증대에 따르는 압박량의 증대도 억제되기 때문에, 상기 끝면(20a)의 압박에 의한 반력이 외주측으로 전해지는 것이 방지된다.

또한, 상기 패킹(8)의 슬라이딩부(21)의 일부는 변형되고, 그 변형된 부분 (8a)이 상기 피스톤(5)의 외주면과 실린더 구멍(4)의 내주면(구멍벽(4a)) 사이의 간극(G)에 진입한다.

그러나, 상기 패킹(8)은 상기 부착부(20)측으로부터 슬라이딩부(21)측을 향해서 점차로 두께가 확대되고 있으며, 상기 슬라이딩부(21)의 두께(T2)가 최대 두께로 됨으로써, 상기 슬라이딩부(21)가 상기 간극(G) 내에 끼이기 어려운 형태를 하고 있기 때문에 상기 슬라이딩부(21)의 일부가 변형되어, 상기 간극(G)에 진입하는 양 및 비율은 적고, 끼임에 의한 동작 불량은 발생하기 어렵다.

계속해서, 상기 피스톤(5)이 전진을 개시하면, 도 7에 나타내는 바와 같이 상기 패킹(8)은 슬라이딩부(21)의 끝면(21a)과 슬라이딩 구멍(4)의 구멍벽(4a) 사이의 마찰력에 의해, 상기 슬라이딩부(21)측이 상기 피스톤(5)이 전진하는 방향과는 반대 방향으로 당겨지기 때문에, 상기 슬라이딩부(21)측이 후방으로 경사진 상태로 약간 만곡하고, 이 자세에서 상기 피스톤(5)과 함께 전진한다. 이 때, 상기 패킹(8)의 만곡에 의해, 상기 슬라이딩 구멍의 구멍벽(4a)에 대한 슬라이딩부(21)의 끝면(21a)의 접촉압이 저하되어 패킹(8)의 압궤량도 감소하기 때문에, 슬라이딩 저항이 감소하여 상기 피스톤(5)은 원활하게 전진을 개시할 수 있다.

상기 피스톤(5)이 전진단에 도달해서 그 위치에 정지하면, 상기 패킹(8)은 에어 압력에 의해 가압되고, 도 6의 경우와 마찬가지로, 제 2 측면(22b)이 부착홈(16)의 일방의 측면(16a)에 압박된 상태로 된다.

또한, 상기 피스톤(5)이 전진단에 있는 상태로부터, 상기 로드측 압력실(12)에 압축 에어를 공급해서 상기 피스톤(5)을 후퇴시킬 때의 상기 패킹(8)의 동작은 도 6 및 도 7을 좌우 반전시킨 경우와 마찬가지이다. 이 때, 상기 패킹(8)의 양측면(22a, 22b)에는 반경 방향으로 연장되는 오목홈(27)이 형성되어 있기 때문에, 이 오목홈(27)이 통기 간극으로서 기능함으로써, 상기 패킹(8)의 측면(22a, 22b)이 상기 부착홈(16)의 측벽(16a)에 밀착하는 것이 방지된다.

이와 같이, 상기 패킹(8)은 제 1 측면(22a) 및 제 2 측면(22b)을 서로 반대 방향으로 경사지는 원추면으로 함으로써, 상기 부착부(20)측으로부터 슬라이딩부(21)측을 향해서 두께가 서서히 확대되도록 형성됨과 아울러, 반경 방향의 폭(W)을 상기 슬라이딩부(21)의 두께(T2)의 3∼5배로 함으로써 상기 반경 방향으로 가늘고 길게 형성되어 있기 때문에, 동작시에 전체가 매끄럽고 또한 균등하게 만곡하기 쉽고, 또한 상기 패킹(8)의 중간 부분에 상기 환상홈(25a, 25b, 25c)에 의한 복수의 오목부(26a, 26b, 26c)를 등간격으로 형성함으로써 한층 만곡하기 쉬워져 있기 때문에, 그 만곡에 의해 동작시의 슬라이딩 저항이 효율적으로 저감되어, 압축 에어에 의해 가압되었을 때의 압축에 수반하는 끼임도 발생되기 어렵다.

또한, 상기 실시형태에서는 상기 유체압 기기로서 에어 실린더(1A)가 나타내어져 있지만, 상기 유체압 기기는 스풀 밸브여도 좋다. 도 8에는 본 발명에 의한 시일 구조(2)를 구비한 스풀 밸브(1B)가 나타내어져 있다. 이 스풀 밸브(1B)는 밸브 하우징(30)의 내부에 밸브 구멍(31)을 형성하고, 이 밸브 구멍(31)(슬라이딩 구멍)의 내부에 스풀(32)을 슬라이딩 가능하게 수용하고, 상기 스풀(32)을 전자식의 파일럿판(33)으로 구동하도록 구성된 것이며, 상기 스풀(32)에 부착홈(16)과 패킹(8)이 설치되어 있다. 따라서, 이 스풀 밸브(1B)의 시일 구조(2)에 있어서는 상기 스풀(32)이 제 1 부재이고, 상기 밸브 하우징(30)이 제 2 부재이다.

상기 스풀 밸브(1B)의 구성에 대해서 더욱 상세하게 설명한다.

상기 밸브 하우징(30)에는 1개의 공급 포트(P)와, 상기 공급 포트(P)의 양측에 위치하는 제 1 출력 포트(A1) 및 제 2 출력 포트(A2)와, 상기 제 1 출력 포트(A1) 및 제 2 출력 포트(A2)의 외측에 위치하는 제 1 배기 포트(E1) 및 제 2 배기 포트(E2)가 설치되고, 모든 포트가 상기 밸브 구멍(31)에 연통하고 있다.

또한, 상기 스풀(32)은 상기 공급 포트(P)와 제 1 출력 포트(A1) 사이의 제 1 밸브 구멍 부분(31a)에 공급 포트(P)측으로부터 올려진 제 1 랜드부(32a)와, 상기 공급 포트(P)와 제 2 출력 포트(A2) 사이의 제 2 밸브 구멍 부분(31b)에 공급 포트(P)측으로부터 올려진 제 2 랜드부(32b)와, 상기 제 1 출력 포트(A1)와 제 1 배기 포트(E1) 사이의 제 3 밸브 구멍 부분(31c)에 제 1 배기 포트(E1)측으로부터 올려진 제 3 랜드부(32c)와, 상기 제 2 출력 포트(A2)와 제 2 배기 포트(E2) 사이의 제 4 밸브 구멍 부분(31d)에 제 2 배기 포트(E2)측으로부터 올려진 제 4 랜드부(32d)를 갖고, 모든 랜드부에 상기 부착홈(16)과 패킹(8)이 설치되어 있다.

상기 스풀 밸브(1B)에 있어서, 상기 스풀(32)을 상기 파일럿 밸브(33)에 의해 왕복으로 구동하면, 상기 각 랜드부(32a∼32d)에 부착된 패킹(8)이 상기 밸브 구멍 부분(31a∼31d)에 올려지거나 상기 밸브 구멍 부분(31a∼31d)으로부터 빠져나가거나 함으로써, 상기 각 포트 사이의 유로의 접속 상태가 스위칭된다.

이 때, 어느 하나의 밸브 구멍 부분(31a∼31d)에 올려진 패킹(8)에 대하여, 에어 압력이 상기 패킹(8)의 진행 방향과 같은 방향으로 작용하는 경우에는 상기 패킹(8)은 도 7에 나타내는 경우와 마찬가지의 움직임을 하여 슬라이딩 저항이 저감된다.

그것과는 반대로, 어느 하나의 밸브 구멍 부분(31a∼31d)에 올려진 패킹(8)에 대하여, 에어 압력이 상기 패킹(8)의 진행 방향과는 역 방향으로 작용하는 경우에는 상기 패킹(8)은 도 6에 나타내는 바와 같이 부착홈(16)의 좌우의 측벽(16a, 16a) 중, 진행 방향 후방측의 측벽(16a)으로 압박되고, 그 상태에서 상기 패킹(8)은 도 6의 우측 방향으로 이동하고, 슬라이딩부(21)의 일부가 랜드부(32a∼32d)와 밸브 구멍 부분(31a∼31d) 사이의 간극(G)에 진입하지만, 상기 슬라이딩부(21)는 대경화되어 있어서 변형되기 어렵기 때문에 끼임에 의한 동작 불량 등의 문제는 발생되지 않는다.

1A : 에어 실린더 1B : 스풀 밸브
2 : 시일 구조 3 : 실린더 하우징(제 2 부재)
4 : 실린더 구멍 5 : 피스톤(제 1 부재)
8 : 패킹 16 : 부착홈
16b : 저벽 20 : 부착부
20a : 끝면 21 : 슬라이딩부
21a : 끝면 22a : 제 1 측면
22b : 제 2 측면 25a, 25b, 25c : 환상홈
27 : 오목홈 30: 밸브 하우징(제 2 부재)
31 : 밸브 구멍 32 : 스풀(제 1 부재)
L : 축선 T1 : 부착부의 두께
T2 : 슬라이딩부의 두께 W : 폭
θ : 각도 O1, O2, O3 : 곡률 중심
D1, D2, D3, D4 : 거리

Claims (10)

1. 유체압 기기의 상대적으로 변위하는 제 1 부재와 제 2 부재 사이를 시일하기 위한 시일 구조로서,
   상기 시일 구조는 상기 제 1 부재에 형성된 링 형상의 부착홈과, 상기 부착홈 내에 수용된 링 형상의 패킹을 갖고,
   상기 패킹의 내주부는 상기 부착홈의 저벽에 접촉하는 부착부이고, 또한 상기 패킹의 외주부는 상기 제 2 부재에 접촉하는 슬라이딩부이고,
   상기 슬라이딩부의 끝면 및 상기 부착부의 끝면은 바깥을 향해서 볼록형을 한 원호면이고,
   상기 패킹의 축선 방향 일측의 제 1 측면 및 타측의 제 2 측면은 상기 부착부측으로부터 슬라이딩부측을 향해서 직경이 점차로 확대하도록 경사짐과 아울러 서로 역 방향으로 경사지는 원추면이고,
   상기 패킹의 축선 방향의 두께는 상기 부착부측으로부터 슬라이딩부측을 향해서 서서히 확대되어 있어서, 상기 부착부의 두께가 최소임과 아울러, 상기 슬라이딩부의 두께가 최대인 것을 특징으로 하는 유체압 기기에 있어서의 시일 구조.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 축선에 수직한 평면에 대하여 상기 제 1 측면 및 제 2 측면이 경사지는 각도는 서로 동일한 것을 특징으로 하는 시일 구조.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 패킹의 슬라이딩부의 두께는 상기 부착부의 두께의 1.2∼1.5배이고, 또한 상기 패킹의 반경 방향의 폭은 상기 슬라이딩부의 두께의 3∼5배인 것을 특징으로 하는 시일 구조.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 패킹의 제 1 측면 및 제 2 측면에는 윤활제 유지를 위한 복수의 환상홈이 상기 축선을 중심으로 해서 동심 형상으로 형성되고, 상기 제 1 측면에 형성된 복수의 환상홈과 상기 제 2 측면에 형성된 복수의 환상홈은 서로 동수임과 아울러, 서로 상대하는 위치에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 시일 구조.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 환상홈의 단면 형상은 원호임과 아울러 열호이고, 모든 환상홈의 원호의 곡률 반경은 서로 동등하고, 모든 환상홈의 깊이도 서로 동일한 것을 특징으로 하는 시일 구조.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 패킹의 제 1 측면 및 제 2 측면에 각각 3개의 환상홈이 등간격으로 형성되고, 인접하는 환상홈의 곡률 중심간 거리와, 상기 부착부의 끝면으로부터 상기 부착부에 가장 가까운 환상홈의 곡률 중심까지의 거리와, 상기 슬라이딩부의 끝면으로부터 상기 슬라이딩부에 가장 가까운 환상홈의 곡률 중심까지의 거리는 서로 동일한 것을 특징으로 하는 시일 구조.
7. 제 4 항에 있어서,
   상기 패킹의 제 1 측면 및 제 2 측면에 상기 패킹의 반경 방향으로 연장되는 복수의 오목홈이 상기 축선의 주위에 등각도 간격이고, 또한 상기 슬라이딩부의 끝면으로부터 시작되어 상기 부착부에 가장 가까운 환상홈의 위치에서 끝나도록 형성되고, 상기 제 1 측면에 형성된 복수의 오목홈과 제 2 측면에 형성된 복수의 오목홈은 원주 방향의 서로 1/2피치 어긋난 위치에 있는 것을 특징으로 하는 시일 구조.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 오목홈의 깊이와 상기 환상홈의 깊이는 서로 동일한 것을 특징으로 하는 시일 구조.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 유체압 기구는 유체압 실린더이고, 상기 제 1 부재는 실린더 구멍 내에 슬라이딩 가능하게 수용된 피스톤이고, 상기 제 2 부재는 상기 실린더 구멍을 갖는 실린더 하우징인 것을 특징으로 하는 시일 구조.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체압 기구는 스풀 밸브이고, 상기 제 1 부재는 밸브 구멍 내에 슬라이딩 가능하게 수용된 스풀이고, 상기 제 2 부재는 상기 밸브 구멍을 갖는 밸브 하우징인 것을 특징으로 하는 시일 구조.

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