JP3928143B2 - シリンダ装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車の懸架装置等に装備されるシリンダ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
自動車の懸架装置等に装備されるシリンダ装置としては、例えば車高調整用の油圧シリンダや衝撃吸収用の油圧緩衝器がある。
【0003】
図9は、車高を制御するサスペンション制御装置に装備される油圧シリンダを示したもので、油液が封入されるシリンダ1内に摺動可能にピストン2を嵌装し、ピストン2に一端部が連結されたピストンロッド3の他端部を前記シリンダ1の開口端部に装着した後述のシール手段4を液密に挿通してシリンダ1外まで延ばしている。シリンダ1は有底の外筒5内に納められており、両者の間は、前記シール手段4により閉じられてドレン室(環状室)6として提供されている。ピストン2にはシリンダ1内の上下室を連通する油通路7とこの油通路7内の油液の流動を制御して減衰力を発生させるディスクバルブ8とが設けられている。一方、ピストンロッド3内にはシリンダ1内に油液を給排するための油通路9が設けられ、このピストンロッド3の他端部には管継手10を介して給排油手段11、ばね要素としてアキュムレータ12および減衰要素としての減衰力調整弁13が接続されている。なお、14は、シリンダ1の外方位置でピストンロッド3に嵌合固定された保護カバーである。
【0004】
このような油圧シリンダにおいては、給排油手段11により油通路9を通じてシリンダ1内に油液を給排することによりピストンロッド3の伸長長さが変化して車高が調整され、また、減衰力調整弁13によってピストンロッド3の伸縮に伴うシリンダ1とアキュムレータ11との油液の流動抵抗を変化させることにより減衰力が調整されるようになる。
【0005】
ところで、上記シール手段4は、従来図10および11に示すように、シリンダ1および外筒5に嵌合されピストンロッド3を摺動可能に案内するロッドガイド15と、外筒5に螺合され前記ロッドガイド15を上から押えるロックリング16とからなるシールブロック17を備えている。そして、ロッドガイド15にはピストンロッド3に摺接するロッドシール18と該ロッドシール18をピストンロッド3側へ弾発付勢(バックアップ)するOリング19とからなる二重シール20が保持され、また、前記ロックリング16にはオイルシール21が保持されている。
【0006】
二重シール20を構成するロッドシール18は、摺動特性を重視して摺動性能に優れた材料から形成されており、これとピストンロッド3との間からは、シリンダ内室1aの油圧の上昇に応じて、わずかの油漏れが生じるようになっている。一方、オイルシール21はシール性の良好なゴムから形成されており、前記ロッドシール18とピストンロッド2との間から漏れ出た油液(漏れ油)は、このオイルシール21により外部への漏出が防止される。そして、この外部への漏出が防止された油液は、二重シール20とオイルシール21との間に形成した油溜室22に一旦溜った後、ロッドガイド15に設けた油通路23を通じて前記ドレン室6へ逃がされるようになっている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記した従来の油圧シリンダでは、シリンダ内室1aの油圧がある値以上に上昇すると、油溜室22内との差圧ΔPにより、Oリング19が上方に押し上げられて強く圧縮され、ロッドシール18をピストンロッド3に強い力で押付ける。この結果、ロッドシール18の摩擦抵抗が増大し、ピストンロッド3の円滑な伸縮動が阻害されて乗り心地の悪化を招き、その上、ロッドシール18の摩耗が増大して、油漏れが激しくなるという問題があった。
なお、油圧緩衝器においても、上記したロッドシール18とOリング19との二重シール20を採用することが多くなっており、このものでも同様の問題が発生している。ただし、油圧緩衝器の場合は、シリンダ1の周りの環状室6はリザーバとして提供される。
【0008】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、Oリングによりバックアップされたロッドシールの摩擦抵抗が必要以上に増大するのを抑制することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、油液が封入されるシリンダ内に摺動可能にピストンを嵌装し、該ピストンに一端部が連結されたピストンロッドの他端部を前記シリンダの開口端部に装着したシールブロックを挿通してシリンダ外まで延ばし、前記シールブロックの前記ピストンロッド側に開口して設けられた環状溝に、ピストンロッドに摺接するロッドシールと該ロッドシールを前記ピストンロッド側へ弾発付勢するOリングとからなる二重シールを保持させたシリンダ装置において、前記環状溝の軸方向シリンダ外側のシール受面の前記Oリングと前記ロッドシールとの間に、前記Oリングから前記ロッドシールに加えられる付勢力の一部を受止める突起を設ける構成としたことを特徴とする。
【0010】
この請求項1に記載のシリンダ装置によれば、Oリングに大きな油圧がかかって、ロッドシールに大きな付勢力が加わるような場合は、シールブロックの環状溝に設けた突起がその付勢力を分担し、ロッドシールがピストンロッドに強く押し付けられることはなくなる。
【0011】
また、請求項2に記載の発明は、油液が封入されるシリンダ内に摺動可能にピストンを嵌装し、該ピストンに一端部が連結されたピストンロッドの他端部を前記シリンダの開口端部に装着したシールブロックを挿通してシリンダ外まで延ばし、前記シールブロックの前記ピストンロッド側に開口して設けられた環状溝に、ピストンロッドに摺接するロッドシールと該ロッドシールを前記ピストンロッド側へ弾発付勢するOリングとからなる二重シールを保持させたシリンダ装置において、前記二重シールの軸方向シリンダ外側の端面と、前記環状溝の軸方向シリンダ外側の端面との間に、前記ピストンロッドに内周面をほぼ摺接させたリング状シールカバーを、前記シールブロックに対してピストンロッドの径方向へ移動可能に配置し、該シールカバーのシール受面の前記Oリングと前記ロッドシールとの間に、前記Oリングから前記ロッドシールに加えられる付勢力の一部を受止める突起を設ける構成としたことを特徴とする。
【0012】
この請求項2に記載の発明によれば、Oリングに大きな油圧がかかって、ロッドシールに大きな付勢力が加わるような場合は、シールカバーに設けた突起がその付勢力を分担し、請求項1に記載の発明と同様にロッドシールがピストンロッドに強く押し付けられることはなくなる。しかも、このシールカバーは、ピストンロッドにほぼ摺接し、かつピストンロッドの径方向へ移動可能に配置されているので、ピストンロッドとシールブロックとの間隙にロッドシールが食い込むことはなくなり、この面からもピストンロッドの円滑な伸縮が保証される。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基いて説明する。
【0016】
図1〜3は、本発明の第1の実施の形態を示したものである。なお、以下に述べる実施の形態は、前記サスペンション制御装置に装備される油圧シリンダのシール手段4に改良を加えたもので、その全体構造は、前出図10に示したものと同じであるので、こゝでは要部のみを示しかつ同一部分には同一符号を付すこととする。本第1の実施の形態において、シール手段4のシールブロック17を構成するロッドガイド15は、シリンダ1側に配置されたガイド本体30とロックリング16側に配置された蓋体31とからなっている。
【0017】
ガイド本体30は、外径が小さい小径部30aと外径が大きい大径部30bとを備えており、その小径部30aをシール部材32を介してシリンダ1に嵌合させ、かつその大径部30bをシール部材33を介して外筒5に嵌合させることによりシリンダ内室1aおよびドレン室6の開口端を液密に塞いでいる。蓋体31は、ロックリング16を外筒5にねじ込むことによりガイド本体30の上面に合わされ、この状態で両者の間、すなわち、蓋体31の下面とガイド本体30の上面との間には、ピストンロッド3側に開口して前記ロッドシール18とOリング19とからなる二重シール20を収納するための環状溝34(図2)が形成されるようになっている。なお、ガイド本体30の内周にはブッシュ35が嵌合されており、シリンダ1内のピストン2(図10)から延ばされたピストンロッド3は、このブッシュ35を介して間接的にガイド本体30に摺接している。
【0018】
ガイド本体30の大径部30bの外周面には、図3に良く示されるように環状溝36が形成されており、この環状溝36は、ガイド本体30の外周面に設けた軸方向溝37により環状室としてのドレン室6に連通されると共に、ガイド本体30の内部に設けた半径方向孔38aと軸方向孔38bとによりガイド本体30の上面に連通されている(図3)。一方、蓋体31の上下面および外周面には、前記ガイド本体30の軸方向孔38bと前記油溜室22とに接続する一連の溝39が形成されている。これらガイド本体30の環状溝36、軸方向溝37、半径方向孔38a並びに軸方向孔38b、および蓋体31の溝39は、油溜室22とドレン室6とを連通する油通路40を構成している。
【0019】
上記ガイド本体30の環状溝36の底部には、圧力保持手段としてのチェック弁41が配設されている。このチェック弁41は、図3に良く示されるように、前記半径方向孔38aの開口端部に形成された弁座42と、この弁座42に離着座するボール43とこのボール43を常時は弁座42に着座する方向へ付勢するゴム製等の弾性バンド44とからなっている。すなわち、このチェック弁41は常時は前記油通路40を閉じるように作用し、これにより前記油溜室22には所定の油圧が保持されるようになる。
【0020】
ここで、ロッドガイド15に保持された二重シール20を構成するロッドシール18は、図2に良く示されるように、その内周面の下部側(シリンダ内室1a寄りの部分)とその外周面の上部側部分(油溜室22寄りの部分)とに段差部45、46を形成している。一方、ロッドガイド15を構成するガイド本体30の内周部と蓋体31の下面(軸方向シリンダ外側のシール受面)には、前記ロッドシール18の段差部45、46のそれぞれに嵌合可能な突起47、48が設けられ、突起48はロッドシール18とOリング19との間に位置するように設けられている。なお、ロッドシール18の内周面には複数条の環状溝49が設けられているが、これは、いわゆるラビリンス効果による油膜保持を意図したもので、これにより摩擦抵抗が低減される。また、ガイド本体30側の突起47の基部には、環状溝34内とガイド本体30の内周との油液の流通を保証する連通路50が設けられている。
【0021】
上記のように構成した油圧シリンダにおいては、給排油手段11(図10)によりシリンダ1内に油液が供給され、シリンダ内室1aの圧力が高まると、ロッドシール18とピストンロッド3との間のわずかの隙から油漏れが発生する。この時、オイルシール21の下側の油溜室22とドレン室6とを連通する油通路40はチェック弁41により閉じられているので、前記した漏れ油は油溜室22に次第に蓄えられ、油溜室22の圧力が上昇する。この結果、シリンダ内室1aと油溜室22との差圧ΔPはそれほど大きくならず、ロッドシール18をバックアップするOリング19はそれほど強く圧縮されず、したがってロッドシール18がピストンロッド3に強く押し付けられることはなくなる。すなわち、ロッドシール18の摩擦抵抗の増大が抑えられ、ピストンロッド3の円滑な伸縮動が保証される。
【0022】
上記した状態のもと、油圧シリンダにかかる負荷の影響でシリンダ内室1aの圧力が一時的に高圧になると、シリンダ内室1aと油溜室22との差圧ΔPが一時的に増大する。すると、図2に示すように環状溝34内のOリング19が蓋体31との間で強く圧縮され、ロッドシール18をピストンロッド3に強い力で押付けようとする。この時、蓋体31の下面に設けられた突起48がその押付力を分担し、この結果、ロッドシール18がピストンロッド3に強く押付けられることがなくなって、摩擦抵抗の増大が抑えられ、ピストンロッド3の円滑な伸縮動が保証される。
【0023】
一方、ロッドシール46とピストンロッド3との間からの漏れ油の量が多くなって油溜室22内の圧力が増大し、上記した差圧ΔPが定常的に逆転する場合がある。そして、この逆転差圧(−ΔP)が一時的に大きくなると、環状室34内のOリング19が下方に押し下げられてガイド本体30との間で強く圧縮され、ロッドシール18をピストンロッド3に強い力で押付けようとする。この時、ガイド本体30に設けられた突起47がその押付力を分担し、この結果、ロッドシール18がピストンロッド3に強く押付けられることがなくなって、摩擦抵抗の増大が抑えられ、上記同様にピストンロッド3の円滑な伸縮動が保証される。なお、この時、突起47にロッドシール18が密着するが、連通路50によって環状溝34の内外の油液の流通が保証されているので、前記逆転差圧が小さくなるのに応じてOリング19は上方の元位置に復帰する。
【0024】
その後、漏れ油の量がさらに増大して油溜室22内の圧力がさらに上昇すると、チェック弁41が開弁して油溜室22内の油液は油通路40を経てドレン室6へ逃がされ、上記した逆転差圧(−ΔP)が必要以上に上昇することはなくなる。すなわち、Oリング19がロッドシール18をピストンロッド3に押し付ける力は抑制され、摩擦抵抗の増大が抑えらえる。したがって、チェック弁41の開弁圧力を適当に設定しておくことにより、シリンダ内室1aと油溜室22との差圧ΔP、または逆転差圧(−ΔP)を所定の範囲に抑えておくことができ、ロッドシール18の摩擦抵抗が増大するのを抑えることができる。ただし、油溜室22内の圧力とオイルシール21の摩擦抵抗とは、図4に示すように、油溜室22内の圧力が約2kgf/cm2 (約196Pa )を越えると急激に増加するので、チェック弁41の開弁圧力は2kgf/cm2 以下の適当な値とするのが望ましい。
【0025】
図5は、第2の実施の形態を示したものである。本第2の実施の形態は、上記第1の実施の形態におけるチェック弁41を廃止し、ガイド本体30に設けた軸方向孔38bを圧力保持手段としてのオリフィス51を介してドレン室6に開通させた点にある。本第2の実施の形態によれば、オリフィス51により油溜室22内に油圧が保持され、上記したと同様にシリンダ内室1aと油溜室22との差圧ΔPはそれほど大きくならず、Oリング19が強く圧縮されることがなくなって、ロッドシール18がピストンロッド3に強く押し付けられることはなくなる。ただし、チェック弁41によるほど、定常的に油溜室22内の圧力を大きくすることはできないので、差圧ΔPを小さくすることには限界がある。このため、シリンダ内室1aの圧力上昇により差圧が増大する機会が増すが、主として蓋体31の下面に設けた突起48(図2)がOリングの押付力を負担するので、ロッドシール18の摩擦抵抗の増大を抑えることができる。
【0026】
ここで、上記第2の実施の形態のように軸方向孔38b(油通路40)にオリフィス51を設けたもの、あるいはこのオリフィス51も省略して油通路40を完全開放したものでは、油溜室22内の圧力がそれほど上昇しないか、ほとんど上昇しないため、シリンダ内室1aの圧力上昇による差圧ΔPの増大のみを考慮するれば良く、この場合は、図6に示すようにガイド本外30側の突起47(図2)を省略して、蓋体31のみに突起48を設けるようにしても良い。
【0027】
この場合、上記突起48は、図7に示すように、蓋体31とは別体のリング状部材(シールカバー)55のシール受面31aの前記Oリングと前記ロッドシールとの間に設けるようにしても良い。このシールカバー55は、二重シール20の軸方向シリンダ外側の端面と、環状溝34の軸方向シリンダ外側の端面との間に設けられ、ピストンロッド3との間にわずかのクリアランス(0.1〜0.2mm)を形成するようにその内径が設定されると共に、環状溝34の径方向底面(ガイド本体30の内周面)との間に比較的大きなクリアランス(0.5〜0.7mm)を形成するようにその外径が設定されている。すなわち、シールカバー55は、その内周面がピストンロッド3にほぼ摺接する状態となっており、これにより、ロッドシール18がピストンロッド3に押付けられて変形する場合でも、ピストンロッド3とロッドガイド15を構成する蓋体31との間隙S内にロッドシール18が食い込むことはなくなる。したがって、ロッドシール18自体の損傷が防止されることはもちろん、ピストンロッド3に対する摩擦抵抗の増大が抑えられ、ピストンロッド3の円滑な伸縮がより確実に保証されるようになる。また、このシールカバー55は、ピストンロッド3にほぼ摺接する一方で、ガイド本体30の内周面との間に比較的大きなクリアランスを確保しているので、ピストンロッド3に横荷重が加わった際、該ピストンロッド3と一体的に蓋体31のシール受面31a上を径方向へ摺動し、したがってピストンロッド3とシールカバー55との間にカジリ等の不具合が生じることはない。
【0028】
なお、上記シールカバー55に突起48を形成する場合、図8に示すように、ロッドガイド15を構成する蓋体31のシール受面31aに、ポリ四ふっ化エチレン等の低摩擦材料からなる摺動受板56を設けるのが望ましく、これにより、ピストンロッド3に横荷重が加わった際のシールカバー55の移動が円滑となる。
【0029】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項1に記載の発明によれば、シールブロックの環状溝に設けた突起によってOリングからロッドシールに加わる付勢力が抑えられるので、ロッドシールがピストンロッドに強く押付けられることがなくなり、その摩擦抵抗が必要以上に増大することがなくなって、ピストンロッドの円滑な伸縮動が保証され、その上、ロッドシールの摩耗が低減してシール性の低下が未然に防止される。
【0031】
また、請求項2に記載の発明によれば、請求項1に記載の効果に加えて、突起を設けたシールカバーが、ピストンロッドとシールブロックとの間隙へのロッドシールの食い込みを防止するので、ロッドシール自体の損傷が防止されることはもちろん、ピストンロッドに対する摩擦抵抗の増大が押えられ、ピストンロッドの円滑な伸縮がより確実に保証される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態である油圧シリンダの要部構造を示す断面図である。
【図2】図1のA部を拡大して示す断面図である。
【図3】図1のB部を拡大して示す断面図である。
【図4】油溜室の圧力とオイルシールの摩擦抵抗との相関を示すグラフである。
【図5】本発明の第2の実施の形態である油圧シリンダの要部構造を示す断面図である。
【図6】二重シール保持部の他の実施の形態を示す断面図である。
【図7】二重シール保持部の、さらに他の実施の形態を示す断面図である。
【図8】二重シール保持部の、さらに他の実施の形態を示す断面図である。
【図9】一般的な油圧シリンダの全体構造を示す断面図である。
【図10】従来のシール構造を示す断面図である。
【図11】図10のC部を拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
1 シリンダ
1a シリンダ内室
2 ピストン
3 ピストンロッド
4 シール手段
5 外筒
6 ドレン室(環状室)
15 ロッドガイド
16 ロックリング
17 シールブロック
18 ロッドシール
19 Oリング
20 二重シール
21 オイルシール
22 油溜室
30 ガイド本体
31 蓋体
31a シール受面
40 油通路
41 チェック弁
45,46 段差部
47,48 突起
51 オリフィス
55 シールカバー
56 摺動受板
Claims (2)
- 油液が封入されるシリンダ内に摺動可能にピストンを嵌装し、該ピストンに一端部が連結されたピストンロッドの他端部を前記シリンダの開口端部に装着したシールブロックを挿通してシリンダ外まで延ばし、前記シールブロックの前記ピストンロッド側に開口して設けられた環状溝に、ピストンロッドに摺接するロッドシールと該ロッドシールを前記ピストンロッド側へ弾発付勢するOリングとからなる二重シールを保持させたシリンダ装置において、前記環状溝の軸方向シリンダ外側のシール受面の前記Oリングと前記ロッドシールとの間に、前記Oリングから前記ロッドシールに加えられる付勢力の一部を受止める突起を設けたことを特徴とするシリンダ装置。
- 油液が封入されるシリンダ内に摺動可能にピストンを嵌装し、該ピストンに一端部が連結されたピストンロッドの他端部を前記シリンダの開口端部に装着したシールブロックを挿通してシリンダ外まで延ばし、前記シールブロックの前記ピストンロッド側に開口して設けられた環状溝に、ピストンロッドに摺接するロッドシールと該ロッドシールを前記ピストンロッド側へ弾発付勢するOリングとからなる二重シールを保持させたシリンダ装置において、前記二重シールの軸方向シリンダ外側の端面と、前記環状溝の軸方向シリンダ外側の端面との間に、前記ピストンロッドに内周面をほぼ摺接させたリング状シールカバーを、前記シールブロックに対してピストンロッドの径方向へ移動可能に配置し、該シールカバーのシール受面の前記Oリングと前記ロッドシールとの間に、前記Oリングから前記ロッドシールに加えられる付勢力の一部を受止める突起を設けたことを特徴とするシリンダ装置。
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