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
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Description
【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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
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