JP4205265B2 - 流体圧シリンダ及びそれに用いられるパッキング - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体圧シリンダ及びそれに用いられるパッキングに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、エアシリンダに代表されるような流体圧シリンダが知られている。シリンダチューブの内部空間には、移動体としてのピストンが収容されている。ピストンの両側に区画される２つの圧力作用室には、それぞれエア給排用のポートが連通されている。ピストンの片側面には、ロッドの基端部が固定されている。ロッドの先端部は、一方のロッドカバーに形成されたロッド挿通孔を介してシリンダチューブの外部に突出している。従って、圧力作用室にエアを給排すると、ピストンがチューブ軸線方向に沿って摺動する結果、ロッドが出没するように構成されている。
【０００３】
ピストンの外周面に設けられたパッキング装着用の溝部には、環状のピストンパッキングが装着されている。従って、シリンダチューブとピストンとの摺動界面におけるシール性が確保されるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、エアシリンダに対するエアの給排を行った場合、従来技術のピストンパッキングは、溝部内を一方向に沿って、即ち自身の軸方向に沿ってのみ摺動するようになっている。このため、パッキングの内周面において局部的な磨耗が生じ、シール性が早期のうちに低下するという問題があった。従って、耐久性に優れた流体圧シリンダを実現するためには、局部的な磨耗を解消してピストンパッキングの高寿命化を図る必要があった。
【０００５】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、パッキングの寿命が長く耐久性に優れた流体圧シリンダを提供することにある。
また、本発明の別の目的は、局部的な磨耗が生じにくいため、上記の優れた流体圧シリンダの製造に好適なパッキングを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、シリンダ本体の内部に移動体を往復移動可能に収容し、前記シリンダ本体と前記移動体との摺動界面となる箇所にパッキング装着用の溝部を設け、その溝部にパッキングを装着した流体圧シリンダにおいて、前記パッキングは、環状に形成されたパッキング本体と、そのパッキング本体の少なくとも一側面に設けられた弾性変形可能な突部とを備え、その突部の側部には、前記パッキング本体の周方向に沿って傾斜し、前記突部の弾性変形時に該パッキングを該パッキング本体の周方向に摺動する傾斜面が形成されていることを特徴とする流体圧シリンダをその要旨とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記突部は複数であって、それらは前記パッキング本体における同一円周上に略等間隔に配置されているとした。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２において、前記突部は前記パッキング本体と一体的に形成されているとした。
請求項４に記載の発明では、シリンダ本体の内部に移動体を往復移動可能に収容した流体圧シリンダに用いられるパッキングにおいて、環状に形成されたパッキング本体の少なくとも一側面に弾性変形可能な突部を設け、その突部の側部に前記パッキング本体の周方向に沿って傾斜し、前記突部の弾性変形時に該パッキングを該パッキング本体の周方向に摺動する傾斜面を形成したことを特徴とするパッキングをその要旨とする。
【０００９】
以下、本発明の「作用」について説明する。
請求項１に記載の発明によると、傾斜面を有する突部が溝部の側壁面に押し付けられた際、弾性復帰力が作用することによって、パッキングが自身の軸方向のみならず周方向に沿っても摺動するようになる。このようにパッキングが複数の方向に沿って摺動する結果、内周面における局部的な磨耗が生じにくくなる。よって、シール性の早期低下が回避され、パッキングの高寿命化が図られる。
【００１０】
請求項２に記載の発明によると、複数の突部をパッキング本体における同一円周上に略等間隔に配置したことにより、パッキング本体に回転のための推進力が均等に加わるようになる。このため、パッキングを周方向に沿って確実にかつスムーズに回転させることができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明によると、突部をパッキング本体と一体形成した構造であると、パッキングの部品点数の低減び低コスト化を図ることができる。
請求項４に記載の発明によると、側部に傾斜面を有する突部が弾性変形したとき、突部には自身を元の形状に弾性的に復帰させようとする力が生じる。そして、この弾性復帰力が、パッキングを自身の周方向に沿って回転させる推進力となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の流体圧シリンダを具体化した一実施形態のエアシリンダ１を図１〜図５に基づき詳細に説明する。
【００１３】
この実施形態のエアシリンダ１は、ロッド付きタイプのエアシリンダ１である。図１に示されるように、シリンダ本体の一部であるシリンダチューブ２は、等断面形状を有するアルミニウム合金製の筒状押出成形品である。シリンダチューブ２の両端にある開口は、同じくシリンダ本体の一部であるヘッドメタル３とロッドメタル４とによって封止されている。シリンダチューブ２、ヘッドメタル３及びロッドメタル４がなす断面円形状のピストン収容空間には、移動体の一部であるピストン５がチューブ軸線方向に沿って移動可能に収容されている。本実施形態のピストン５は、中心に孔を有するマグネットスペーサ６及びピストン本体７を重ね合わせた構造となっている。マグネットスペーサ６及びピストン本体７間には、環状マグネット８が挟持されている。そして、このピストン５によって前記空間が２つの圧力作用室９，１０に区画されている。
【００１４】
シリンダチューブ２の外周面においてヘッド側端に近い位置には、第１のエア給排ポート１１が形成されている。同面においてロッド側端に近い位置には、第２のエア給排ポート１２が形成されている。第１のエア給排ポート１１は、連通孔を介して第１の圧力作用室９に連通している。第２のエア給排ポート１２は、連通孔を介して第２の圧力作用室１０に連通している。
【００１５】
ピストン５の中心を貫通するロッド取付孔１３には、移動体の一部であるロッド１４の基端部が螺着されている。従って、ロッド１４はピストン５と一体的に往復移動することができる。ロッド１４の先端部は、ロッドカバー４に形成されたロッド挿通孔１５を介してシリンダチューブ２の外部に突出している。
【００１６】
図１に示されるように、ロッドメタル４の内周面には、環状の溝部１６がメタル周方向の全体にわたって形成されている。メタル側の溝部１６には、ゴム等の弾性体からなる環状のロッドパッキング１７が装着されている。
【００１７】
ピストン本体７の外周面には、ピストンパッキング２１を装着するための環状の溝部２２がピストン周方向の全体にわたって形成されている。この溝部２２よりもヘッド側寄りの位置には、同じく環状の溝部２３がピストン周方向の全体にわたって形成されている。この溝部２３には、一部にバイアスカット部を有するウェアリング２４が装着されている。本実施形態のウェアリング２４は、「ジュラコン（商品名）」に代表されるポリアセタール樹脂などの高摺動材料を用いて形成されている。
【００１８】
図２，図３には、本実施形態のピストンパッキング２１が示されている。このピストンパッキング２１は、パッキング本体２６と突部２７とによって構成されている。パッキング本体２６は環状に形成されていて、その断面は略小判形状に形成されている。図５に示されるように、ピストンパッキング２１を溝部２２に装着した場合、パッキング本体２６の第１側面Ｓ１は、溝部２２のロッド側の側壁面２２ａを向くように配置される。一方、パッキング本体２６の第２側面Ｓ２は、溝部２２のヘッド側の側壁面２２ｂを向くように配置される。溝部２２の幅はピストンパッキング２１の厚さよりも若干大きめに設定されているため、溝部２２に対してピストンパッキング２１はいわば遊嵌されている。従って、ピストンパッキング２１は自身の軸線方向に沿ってある程度摺動できるようになっている。
【００１９】
パッキング本体２６の第１側面Ｓ１には、突部２７が複数個設けられている。本実施形態では、具体的には同一形状をなす８個の突部２７が設けられている。これらの突部２７は、パッキング本体２６と同じ材料を用いて一体的に形成されている。パッキング本体２６及び各突部２７からなるこのピストンパッキング２１は、例えばニトリルゴムやフッ素ゴム等の弾性体を成形用材料とした一般的な成形法を経て製造することができる。また、これらの突部２７は、パッキング本体２６の第１側面Ｓ１における同一円周上に等間隔に配置されている。即ち、図２等に示されるように、各々の突部２７は、パッキング本体２６の中心軸線を基準として４５°の角度をなす位置関係に配置されている。このため、本実施形態のピストンパッキング２１は、回転対称な形状になっている。
【００２０】
各々の突部２７は直角三角形状の断面形状を有している。突部２７の一方の側部（即ち直角三角形の斜辺に相当する部分）には、パッキング本体２６の周方向に沿って傾斜する傾斜面２７ａが形成されている。傾斜面２７ａが第１側面Ｓ１に対してなす角度は、２０゜〜４５゜の範囲内に設定されている。本実施形態の突部２７は、いずれも同一の大きさ・形状である。
【００２１】
これに対して、突部２７の他方の側部（即ち直角三角形の短辺に相当する部分）は傾斜面ではなく、第１側面Ｓ１に対して垂直な面２７ｂとなっている。なお、本実施形態において突部２７の頂点Ｐ１までの高さ、即ち直角三角形の短辺に相当する部分の長さは、パッキング本体２６の厚さの半分程度に設定されている。
【００２２】
次に、このエアシリンダ１の動作を図１，図５に基づいて説明する。
第１のエア給排ポート１１を介して第１の圧力作用室９にエアを供給すると、エアの圧力によってピストン５が図１の左側方向（即ちロッド側）に押圧される。その結果、移動体であるピストン５及びロッド１４がロッド側に移動し、ロッド１４がシリンダチューブ２から突出する。逆に、第２のエア給排ポート１２を介して第２の圧力作用室１０にエアを供給すると、エアの圧力によってピストン５が図１の右側方向（即ちヘッド側）に押圧される。その結果、移動体であるピストン５及びロッド１４がヘッド側に移動し、ロッド１４がシリンダチューブ２に没入する。
【００２３】
ここで、図５（ａ）は、エアシリンダ１にエアを供給する前の（無加圧状態の）ピストンパッキング２１を概略的に示している。図５（ｂ）は、移動体がロッド側にストロークして端部に到達したときの（即ち正加圧状態の）ピストンパッキング２１を概略的に示している。図５（ｃ）は、移動体がヘッド側にストロークして端部に到達したときの（即ち逆加圧状態の）ピストンパッキング２１を概略的に示している。
【００２４】
無加圧状態においては、両圧力作用室９，１０の圧力がバランスしており、移動体も停止している。そのため、ピストンパッキング２１の各突部２７は、溝部２２のいずれの側壁面２２ａ，２２ｂに対しても、押し付けられた状態とはならない。
【００２５】
正加圧状態においては、ピストン５が図５（ｂ）の白抜き矢印の方向に移動する。従って、ピストンパッキング２１は、ロッド側の側壁面２２ａに向かって移動し、そこに全体的に押し付けられる。このとき、各突部２７の頂部がまず最初に側壁面２２ａに押し付けられ、ピストンパッキング２１が弾性変形を開始する。次いで、その頂部Ｐ１を支点として突部２７が回動するようなかたちで、さらに傾斜面２７ａが側壁面２２ａに押し付けられるように変形する。従って、直角三角形状をなす突部２７の直角部Ｐ２が、ピストンパッキング２１の周方向に沿って（図５（b）では左側方向に向かって）移動する。
【００２６】
次に、逆加圧状態においては、ピストン５が図５（ｃ）の白抜き矢印の方向に移動する。従って、ピストンパッキング２１は、ヘッド側の側壁面２２ｂへの移動を開始する。よって、ロッド側の側壁面２２ａに押し付けられていた各突部２７が、当該側壁面２２ａから離間するとともに、今まで生じていた弾性変形が解消されるようになる。その際、各突部２７は、直角部Ｐ２を支点として回動するようなかたちで、元の状態に弾性復帰しようとする。従って、この弾性復帰力が推進力として働くことにより、突部２７の頂部Ｐ１がピストンパッキング２１の周方向に沿って移動する。
【００２７】
従って、本実施形態によれば以下のような効果を得ることができる。
（１）このエアシリンダ１では、パッキング本体２６の一側面Ｓ１に弾性変形可能な突部２７を設け、前記突部２７の側部に上記のような傾斜面２７ａを形成している。従って、各突部２７が溝部２２の側壁面２２ａに押し付けられた際、好適な弾性復帰力が作用する。ゆえに、ピストンパッキング２１が自身の軸方向のみならず周方向に沿っても摺動する。このようにピストンパッキング２１が複数の方向に沿って摺動する結果、磨耗箇所が分散され、パッキング本体２６の内周面における局部的な磨耗が生じにくくなる。よって、摺動界面におけるシール性の早期低下が回避され、ピストンパッキング２１の高寿命化が図られる。以上のことから、本実施形態によれば耐久性に優れたエアシリンダ１を実現することができる。
【００２８】
（２）本実施形態のピストンパッキング２１では、合計８個の突部２７がパッキング本体２６における同一円周上に略等間隔に配置されている。従って、各突部２７によってもたらされる回転のための推進力が、パッキング本体２６に対して均等に加わるようになる。このため、ピストンパッキング２１を周方向に沿って確実にかつスムーズに回転させることができる。このため、パッキング２１のさらなる高寿命化、ひいてはエアシリンダ１の耐久性のよりいっそうの向上を達成することができる。
【００２９】
（３）本実施形態のピストンパッキング２１では、各々の突部２７がパッキング本体２６と一体的に形成されている。従って、パッキング２１を構成する部品の点数が少なくて済み、しかも比較的容易に製造可能であることから、エアシリンダ１の低コスト化を図ることができる。
【００３０】
（４）このピストンパッキング２１の場合、弾性体からなる突部２７の断面形状は略三角形状であり、傾斜面２７ａはその三角形の三辺のうち最も長いものに相当する部分に形成されている。また、パッキング本体２６の第１側面Ｓ１から突部２７の頂点Ｐ１までの高さは、パッキング本体２６の厚さの半分程度に設定されている。さらに、傾斜面２７ａが第１側面Ｓ１に対してなす角度は、２０゜〜４５゜の範囲内に設定されている。以上のような形状的性質を備えた突部２７であると、パッキング２１を周方向に沿って回転させるための好適な推進力を確実に得ることができる。
【００３１】
なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。
・ 突部２７の断面形状は、実施形態のような略三角形状のみに限定されない。例えば、図６（ａ），（ｂ）に示される別例のピストンパッキング３１，４１のように、突部２７の断面形状を略台形状にしてもよい。なお、これらの別例においても、突部２７の側面には傾斜面２７ａが形成されている。
【００３２】
・ パッキング本体２６において突部２７が設けられているほうの側面Ｓ１を、溝部２２のヘッド側の側壁面２２ｂに向けるようにして配置してもよい。
・ 図６(ｃ)に示される別例のピストンパッキング５１のように、パッキング本体２６の両側面Ｓ１，Ｓ２に突部２７をそれぞれ設けるようにしてもよい。このような構成であると、ピストン５がヘッド側に移動するときばかりでなくロッド側に移動するときにも、ピストンパッキング５１が回転するようになる。
【００３３】
・ 突部２７の数は８個に限定されず、例えば図７の別例のピストンパッキング６１のように７個以下（ここでは４個）にしてもよく、逆に９個以上にしてもよい。また、突部２７は、パッキング本体２６における同一円周上に等間隔に配置されていなくてもよい。
【００３４】
・ 突部２７はパッキング本体２６と一体的に形成されていなくてもよい。即ち、図８（ａ）に示される別例のピストンパッキング７１のように、別体で形成された複数の突部７２を、接着剤等を用いてパッキング本体２６に貼り付けるようにしてもよい。また、図８（ｂ）の別例に示されるように、複数の突部８３を備えるリング８２をパッキング本体２６に貼り付けることにより、ピストンパッキング８１を構成することもできる。このような構成であると、突部７２，８３の形成材料として、パッキング本体２６の形成材料と異なるものを選択することができるようになる。
【００３５】
・ 本発明のパッキングは、ピストン５部分のシールを図るためのものに限定されることはなく、それ以外の部分のシールを図るためのもの具体化されることができる。例えば、図９に示される別例のエアシリンダ１では、本発明のパッキングが、ロッド１４部分のシールを図るためのロッドパッキング９２として具体化されている。従って、このロッドパッキング９２は、シリンダ本体の一部であるロッドメタル４の内周面に形成された環状の溝部９１に装着されている。なお、この別例のロッドパッキング９２も、環状に形成されたパッキング本体２６と、弾性変形可能な複数の突部２７とを備えている。
【００３６】
・ 本発明は、ロッドレスシリンダにおけるピストンパッキングとして具体化されてもよい。また、本発明のパッキングは、エアを駆動用流体とするエアシリンダに適用されるにとどまらず、オイルを駆動用流体とする油圧シリンダにも適用されることができる。
【００３７】
次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。
（１） 請求項１乃至４のいずれか１つにおいて、前記突部の断面形状は略三角形状であり、前記傾斜面はその三角形の三辺のうち最短のもの以外の辺に相当する部分に形成されていること。従って、この技術的思想１に記載の発明によると、好適な回転推進力を得ることができる。
【００３８】
（２） 請求項１乃至４、技術的思想１のいずれか１つにおいて、前記突部は弾性体からなること。従って、この技術的思想２に記載の発明によると、好適な回転推進力を得ることができる。
【００３９】
（３） 請求項１乃至４、技術的思想１，２のいずれか１つにおいて、前記パッキング本体の表面から前記突部の頂点までの高さは、前記パッキング本体の厚さの半分程度であること。従って、この技術的思想３に記載の発明によると、好適な回転推進力を得ることができる。
【００４０】
（４） シリンダ本体の内部に移動体を往復移動可能に収容し、前記シリンダ本体と前記移動体との摺動界面となる箇所にパッキング装着用の溝部を設け、その溝部にパッキングを装着した流体圧シリンダにおいて、前記パッキングは前記溝部の側壁面に押圧されることにより自身の周方向に回転可能であることを特徴とする流体圧シリンダ。
【００４１】
（５） シリンダ本体の内部に移動体を往復移動可能に収容し、前記シリンダ本体と前記移動体との摺動界面となる箇所にパッキング装着用の溝部を設け、その溝部に回転推進力付与手段を備えるパッキングを装着した流体圧シリンダ。
【００４２】
（６） シリンダ本体と、その内部に往復移動可能に収容された移動体との摺動界面をシールするパッキングを前記移動体の外周面に設け、前記移動体が移動する際に、前記移動体の軸線を中心にして前記パッキングを前記移動体の周方向に沿って回転させるようにしたことを特徴とするパッキングの使用方法（回転方法）。
【００４３】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１〜３に記載の発明によれば、パッキングの寿命が長く耐久性に優れた流体圧シリンダを提供することができる。
【００４４】
請求項２に記載の発明によれば、パッキングを確実にかつスムーズに回転させることができるため、パッキングのさらなる高寿命化、ひいては耐久性のよりいっそうの向上を達成することができる。
【００４５】
請求項３に記載の発明によれば、部品点数の低減び低コスト化を図ることができる。
請求項４に記載の発明によれば、局部的な磨耗が生じにくいため、上記の優れた流体圧シリンダの製造に好適なパッキングを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を具体化した一実施形態のエアシリンダを示す断面図。
【図２】同エアシリンダに用いられるピストンパッキングの斜視図。
【図３】同ピストンパッキングの断面図。
【図４】同エアシリンダの要部拡大断面図。
【図５】(ａ)〜(ｃ)は、同エアシリンダにおいてピストンパッキングが回転する仕組みを説明するための概略図。
【図６】(ａ)〜（ｃ）は別例のピストンパッキングの断面図。
【図７】別例のピストンパッキングの斜視図。
【図８】(ａ)，(ｂ)は別例のピストンパッキングの断面図。
【図９】ロッドパッキングを備える別例のエアシリンダの部分断面図。
【符号の説明】
１…流体圧シリンダとしてのエアシリンダ、２…シリンダ本体の一部であるシリンダチューブ、４…シリンダ本体の一部であるロッドカバー、５…移動体の一部であるピストン、１４…移動体の一部であるロッド、２１，３１，４１，５１，６１，７１，８１…パッキングとしてのピストンパッキング、２２…ピストンパッキング装着用の溝部、２６…パッキング本体、２７，７２，８３…突部、２７ａ…傾斜面、９１…ロッドパッキング装着用の溝部、９２…パッキングとしてのロッドパッキング。

Claims (4)

1. シリンダ本体の内部に移動体を往復移動可能に収容し、前記シリンダ本体と前記移動体との摺動界面となる箇所にパッキング装着用の溝部を設け、その溝部にパッキングを装着した流体圧シリンダにおいて、
   前記パッキングは、環状に形成されたパッキング本体と、そのパッキング本体の少なくとも一側面に設けられた弾性変形可能な突部とを備え、その突部の側部には、前記パッキング本体の周方向に沿って傾斜し、前記突部の弾性変形時に該パッキングを該パッキング本体の周方向に摺動する傾斜面が形成されていることを特徴とする流体圧シリンダ。
2. 前記突部は複数であって、それらは前記パッキング本体における同一円周上に略等間隔に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の流体圧シリンダ。
3. 前記突部は前記パッキング本体と一体的に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の流体圧シリンダ。
4. シリンダ本体の内部に移動体を往復移動可能に収容した流体圧シリンダに用いられるパッキングにおいて、
   環状に形成されたパッキング本体の少なくとも一側面に弾性変形可能な突部を設け、その突部の側部に前記パッキング本体の周方向に沿って傾斜し、前記突部の弾性変形時に該パッキングを該パッキング本体の周方向に摺動する傾斜面を形成したことを特徴とするパッキング。

Images