JP2012202430A - ピストンリングおよびピストン構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 ロッド加速度を大きくさせないことで衝撃を発生させない。
【解決手段】 作動油を収容するシリンダ体１内に収装されてこのシリンダ体１内にロッド側室Ｒ１とピストン側室Ｒ２とを隔成するピストン体３に巻装されるピストンリング１０において、シリンダ体１の内周面に摺接する周方向の外周面１１を有し、この外周面１１は、周方向に任意の間隔に設けられて開口しシリンダ体１の内周面に対向する複数本の溝１２を有し、この複数本の溝１２は、シリンダ体１の軸線方向に沿う方向にあるいはシリンダ体１の軸線方向に対して傾斜する方向に形成されてロッド側室Ｒ１およびピストン側室Ｒ２のいずれか一方にに連通されてなる。
【選択図】 図２

Description

この発明は、ピストンリングおよびピストン構造に関し、特に、油圧緩衝器におけるシリンダ体内のピストン体に巻装されるピストンリングおよびこのピストンリングを有するピストン構造の改良に関する。

油圧緩衝器におけるシリンダ体内のピストン体に巻装されるピストンリングとしては、これまでに種々の提案があり、その多くが、たとえば、特許文献１に開示されているように、合口（合せ目）を有するカットタイプのものと、合口を有しないエンドレスタイプのものとからなる。

そして、このいずれのタイプのものであっても、ピストンリングは、シリンダ体内に収装されるピストン体に巻装された状態で外周面をシリンダ体の内周面に摺接させる。

それゆえ、シリンダ体内に収装のピストン体は、ピストンリングを介してシリンダ体内に一方室たるロッド側室および他方室たるピストン側室を隔成すると共に、シリンダ体内に挿通されるロッド体の先端部に保持されてロッド体がシリンダ体に対して入出されるとき、ピストンリングを介してシリンダ体内で摺動する。

つまり、ピストンリングは、ピストン体とシリンダ体との間におけるいわゆる摺動性を保障すると共に、ピストン体とシリンダ体との間におけるいわゆるシール性を保障する。

特開２００８−０７５６６８号公報

上記したことから、ピストンリングにあっては、摺動性の保障とシール性の保障とを両立させるとき最適となるが、たとえば、車両に搭載される油圧緩衝器にあって、ピストンリングにおけるシール性能が低下されると、設定の減衰作用がなされなくなる不具合に繋がる。

そこで、車両に搭載される油圧緩衝器にあっては、ピストン体に巻装されるピストンリングにおけるシール性能が重視される傾向になる。

そして、ピストンリングにおけるシール性能が重視されると、油圧緩衝器が、たとえば、収縮作動から伸長作動またはその逆に反転するときに、動摩擦から静摩擦に切り換わることもあって、ピストンリングのシリンダ体に対する摺動抵抗が大きくなる。

このことから、油圧緩衝器が収縮状態から伸長状態またはその逆に反転するとき、ピストンリングの摺動抵抗が大きくなる分、油圧緩衝器においてロッド加速度が大きくなる。

その結果、ロッド加速度が大きくなることで衝撃が発生され、この衝撃が車体側における音の発生と言う不具合に繋がる。

この発明は、上記した現状を鑑みて創案されたものであって、車両に搭載される油圧緩衝器にあって、ロッド加速度を大きくさせないことで衝撃を発生させないピストンリングおよびこのピストンリングを巻装したピストン構造を提供することを目的とする。

上記した目的を達成するために、この発明によるピストンリングの構成を、作動油を収容するシリンダ体内に収装されてこのシリンダ体内にロッド側室とピストン側室とを隔成するピストン体に巻装されるピストンリングにおいて、上記シリンダ体の内周面に摺接する周方向の外周面を有し、この外周面は、周方向に任意の間隔に設けられて開口し上記シリンダ体の内周面に対向する複数本の溝を有し、この複数本の溝は、上記シリンダ体の軸線方向に沿う方向にあるいは上記シリンダ体の軸線方向に対して傾斜する方向に形成されて上記ロッド側室およびピストン側室のいずれか一方に連通されてなるとする。

そして、この発明によるピストン構造の構成を、作動油を収容するシリンダ体内に収装されてこのシリンダ体内にロッド側室とピストン側室とを隔成するピストン体と、このピストン体に巻装されるピストンリングとを有してなるピストン構造において、上記ピストンリングは、上記シリンダ体の内周面に摺接する周方向の外周面を有し、この外周面は、周方向に任意の間隔に設けられて開口し上記シリンダ体の内周面に対向する複数本の溝を有し、この複数本の溝は、上記シリンダ体の軸線方向に沿う方向にあるいは上記シリンダ体の軸線方向に対して傾斜する方向に形成されて上記ロッド側室およびピストン側室のいずれか一方に連通されてなるとする。

それゆえ、この発明によるピストンリングおよびこのピストンリングを有するピストン構造にあっては、ピストンリングにおける外周面に開口する複数本の溝がシリンダ体内に収容の作動油を浸入させ、この溝に浸入する作動油がピストンリングの外周面と、この外周面が摺接するシリンダ体の内周面との間に潤滑膜を形成する。

このことから、いわゆる平滑面に形成されたピストンリングの外周面が対向するシリンダ体の内周面に密着する状態に摺接することになっても、両者間に形成される潤滑膜がピストンリングのシリンダ体に対する摺動抵抗を小さくする。

したがって、油圧緩衝器が収縮状態から伸長状態またはその逆に反転するとき、ピストンリングのシリンダ体に対する摺動抵抗が小さくなる分、油圧緩衝器においてロッド加速度が大きくならない。

その結果、この発明のピストンリングおよびこのピストンリングを有するピストン構造によれば、車両に搭載される油圧緩衝器にあって、ロッド加速度を大きくさせないことで衝撃を発生させないことが可能になる。

この発明の一実施形態によるピストン構造を備える油圧緩衝器を示す部分縦断面図である。 この発明の一実施形態によるピストンリングを示す斜視図である。 図２に示すピストンリングにおける上端面図である。 ピストンリングの外周面を展開して示す部分正面図である。 （Ａ），（Ｂ）および（Ｃ）は、ピストンリングの上端面を拡大して示す部分図で、（Ｄ）および（Ｅ）は、（Ａ）中のＸ−Ｘ線位置で示すピストンリングの部分縦断面図である。

以下に、図示した実施形態に基づいて、この発明を説明する。図１に示すように、この発明の一実施形態によるピストン構造を備える油圧緩衝器は、シリンダ体１と、ロッド体２と、ピストン体３とを有し、このピストン体３は、この発明によるピストンリング１０を巻装するピストン構造を構成する。

なお、図示するところでは、油圧緩衝器は、単筒型に形成されてなるが、この発明が意図するところからすると、この油圧緩衝器は、複筒型に形成されてなるとしても良い。

シリンダ体１は、図示する油圧緩衝器にあって、下端側部材とされて、たとえば、車両における車軸側に連結され、内部には作動油を収容してなる。

そして、このシリンダ体１にあって、図示しない下端開口は、たとえば、ボトムキャップで閉塞され、このボトムキャップは、車両の車軸側への連結を可能にするアイなどの取付ブラケットを有する。

また、このシリンダ体１にあって、図示しない上端開口は、たとえば、ロッドガイドおよびヘッドキャップで閉塞され、このロッドガイドおよびヘッドキャップは、軸芯部にロッド体２を入出自在に貫通させる。

ロッド体２は、この油圧緩衝器にあって、上端側部材とされて、たとえば、車両の車体側への連結が可能とされ、それゆえ、図示しないが、車両における車体側あるいはマウントを連結させる上端螺条部を有し、下端側部たる先端側部をシリンダ体１内に入出自在に挿通させる。

そして、このロッド体２は、図１中で下端側部となる先端側部（符示せず）をシリンダ体１内に入出自在に挿通し、シリンダ体１内に位置決めされる図中での下端部たる先端部２ａにピストン体３を保持する。

ピストン体３は、環状に形成されてシリンダ体１内にこのシリンダ体１の軸線方向に沿っての移動を自在に収装されると共に、軸芯部を貫通するロッド体２の先端部２ａに保持され、シリンダ体１内に一方室たるロッド体２が軸芯部を挿通するロッド側室Ｒ１と、他方室たるロッド体２が軸芯部を挿通しないピストン側室Ｒ２とを隔成する。

そして、このピストン体３は、シリンダ体１内のロッド側室Ｒ１とピストン側室Ｒ２との連通を許容する通路、すなわち、外側通路３ａを有し、この外側通路３ａの図中で上端となる下流側端を開放可能に閉塞する背面バルブ３１を積層させる。

また、図示するピストン体３は、減衰バルブ３２を積層させ、この減衰バルブ３２は、上記の外側通路３ａに並列してロッド側室Ｒ１とピストン側室Ｒ２との連通を許容する内側通路（図示せず）の図中で下端となる下流側端を開放可能に閉塞する。

そしてまた、このピストン体３は、外周部（符示せず）に形成の環状溝（符示せず）内にこの発明によるピストンリング１０を収容させた状態に巻装させ、このピストンリング１０は、ピストン体３とシリンダ体１との間における作動油のいわゆる漏れを阻止するシール性を保障すると共に、ピストン体３のシリンダ体１に対するいわゆる摺動性を保障する。

なお、図示する油圧緩衝器にあって、上記のピストン体３を有するこの発明によるピストン構造は、ロッド体２の先端部２ａと軸部（符示せず）との境部たる段部２ｂと、ロッド体２の先端螺条部（符示せず）に螺着されるピストンナット２１との間に挟持される。

すなわち、ピストン構造は、積層されるバルブストッパ３３，背面バルブ３１，ピストン体３，減衰バルブ３２およびバルブストッパ３４を有し、上記の段部２ｂとピストンナット２１との間に挟持される。

また、以上のように形成される油圧緩衝器が単筒型に設定される場合には、シリンダ体１内にピストン体３で隔成されるピストン側室Ｒ２は、図示しないが、たとえば、フリーピストンを有して、ピストン側室Ｒ２と隔成される気室を有するとしても良い。

そして、油圧緩衝器が複筒型に設定される場合には、図示しないが、シリンダ体１の外に外筒を有し、この外筒とシリンダ体１との間をリザーバにして、このリザーバがシリンダ体１内のピストン側室Ｒ２に連通するとしても良い。

以上のように形成されたピストン構造にあっては、シリンダ体１内でピストン体３が下降する収縮作動時には、ピストン側室Ｒ２からの作動油がピストン体３の外側通路３ａを介し、また、背面バルブ３１を開放作動させてロッド側室Ｒ１に流入する。

そして、このピストン構造にあっては、シリンダ体１内でピストン体３が上昇する伸長作動時には、ロッド側室Ｒ１からの作動油が図示しない内側通路を介し、また、減衰バルブ３２を開放作動させてピストン側室Ｒ２に流出し、このとき、減衰バルブ３２で所定の減衰作用がなされる。

上記の収縮作動時および伸長作動時に、前記したように、ピストンリング１０がピストン体３とシリンダ体１との間におけるいわゆる摺動性を保障すると共にピストン体３とシリンダ体１との間におけるいわゆるシール性を保障する。

ピストンリング１０は、図２および図３に示すように、所定の機械的強度を具有させる適宜の肉厚の環状に形成され、図示するところでは、周方向の任意箇所に合口を有しないエンドレスタイプに形成されてなる。

ちなみに、この発明が意図するところからすると、図２中に一点鎖線図で示すように、ピストンリング１０が周方向の任意箇所に合口ａを有するカットタイプに形成されていても良い。

そして、このピストンリング１０は、たとえば、ポリフェニレンサルファイド樹脂などの合成樹脂材で、型成形などで形成され、上記のピストン体３の外周部に形成の環状溝内に収容される。

そしてまた、このピストンリング１０にあっては、ピストン体３の外周側部に形成の環状溝に収容された状態で外周面１１をシリンダ体１の内周面（符示せず）に摺接させ（図１参照）、ピストンリング１０の外周面１１とシリンダ体１の内周面との間における作動油のいわゆる漏れを阻止する、すなわち、シール機能を発揮する。

一方、このピストンリング１０にあっては、外周面１１に周方向に任意の間隔で設けられて開口し、シリンダ体１の内周面に対向する複数本の溝１２を有する。

そして、図示するピストンリング１０にあって、複数本の溝１２は、シリンダ体１の軸線方向に沿う方向に形成されて前記したロッド側室Ｒ１およびピストン側室Ｒ２に連通されてなる。

このことから、ピストンリング１０の外周面１１に開口する溝１２は、シリンダ体１内に収装されるとき、ロッド側室Ｒ１およびピストン側室Ｒ２からの作動油を浸入させる。

そして、溝１２に浸入した作動油は、ピストンリング１０の外周面１１とシリンダ体１の内周面との間に潤滑膜を形成する。

複数本の溝１２をピストンリング１０の外周面１１に周方向に任意の間隔で配設するのについて、好ましくは、等間隔で有するのが良く、複数本の溝１２が等間隔に設けられることで、ピストンリング１０のシリンダ体１に対する周方向のシール性や摺動性が均等になる。

また、このピストンリング１０にあって、複数本の溝１２は、ロッド側室Ｒ１およびピストン側室Ｒ２に連通するが、これにより、溝１２内への作動油の浸入がいわゆる途切れなくなる。

ちなみに、複数本の溝１２は、上記したところでは、シリンダ体１の軸線方向に沿う方向に形成されるとしたが、これに代えて、図４（Ａ）に示すように、シリンダ体１の軸線方向に沿う方向に形成されると共に、相隣間に周方向に位置決められて言わば縦になる溝１２に連通する横溝部分１２ａを有し、周方向にいわゆる連続する十字状にあるいは図示しない格子状に形成されるとしても良く、また、図４（Ｂ）に示すように、シリンダ体１の軸線方向に対して傾斜する方向に形成されても良い。

複数本の溝１２が周方向に連続する十字状にあるいは格子状に形成される場合には、図２に示すように直状に形成される場合に比較して、作動油の浸入量を多くして、ピストンリング１０とシリンダ体１との間における摺動抵抗を小さくする上で有利になる。

そして、この場合には、ピストンリング１０の外周面１１とシリンダ体１の内周面との間における接触面積を小さくできるので、この点からも、ピストンリング１０とシリンダ体１との間における摺動抵抗を小さくする上で有利になる。

また、複数本の溝１２が傾斜する方向に形成される場合には、溝１２の本数が同数とされる場合には、複数の溝１２が縦の方向に形成される場合に比較して、作動油の浸入量を多くする上で有利となる。

そして、この場合にも、ピストンリング１０の外周面１１とシリンダ体１の内周面との間における油膜を形成し易くなるので、この点からも、ピストンリング１０とシリンダ体１との間における摺動抵抗を小さくする上で有利になる。

なお、上記したところでは、複数本の溝１２がロッド側室Ｒ１およびピストン側室Ｒ２に連通されてなるとしたが、この発明が意図するところ、つまり、複数本の溝１２内に作動油を浸入させるとの観点からすれば、図示しないが、この溝１２がロッド側室Ｒ１およびピストン側室Ｒ２のいずれか一方に連通されるとしても良い。

そして、この場合に、溝１２の長さは、ピストンリング１０における軸線方向の長さの半分以上になるのが好ましく、また、一の溝１２が、たとえば、ロッド側室Ｒ１に連通するとき、相隣する他の溝１２が反対側のピストン側室Ｒ２に連通するとするのが良い。

上記したところは、複数本の溝１２が外周面１１に開口している状態から、すなわち、ピストンリング１０の外周面１１をこの外周面１１の外側から見た状態で説明した。

一方、溝１２が外周面１１に開口するについて、いわゆる深さを有するが、その深さは、溝１２に作動油を浸入させ、かつ、溝１２に作動油を言わば留まらせること可能にする深さであれば足りる。

この観点からすると、溝１２の深さについては、言わば任意に設定されて良いが、いたずらにピストンリング１０の機械的強度およびシール性能を低下させるほどの深さには設定されないのが肝要となる。

そのため、図示するところにあって、溝１２は、ピストンリング１０において、外周面１１を有する外周側部１３に形成されるとし、この外周側部１３の肉厚をピストンリング１０の径方向となる肉厚の、たとえば、１／１０以下にするのが良い。

そして、溝１２のいわゆる横断面形状についてであるが、溝１２の深さが同じであるとして、作動油の浸入を許容するように形成される限りには、任意の横断面形状を有するように形成されて良い。

もっとも、溝１２の横断面形状が区々になるとき、いずれの溝１２にあっても、浸入させる作動油量を他の溝１２と同一にするため、あるいは、異ならしめるために、外周側部１３に形成される限りには、いずれの溝１２の深さを他の溝１２に対して同一にしたり異ならしめたりするのも任意である。

すなわち、溝１２の横断面形状は、たとえば、図５（Ａ）に示すように、矩形とされても良く、そして、図５（Ｂ）に示すように、Ｕ字形状とされても良く、また、図５（Ｃ）に示すように、Ｖ字状とされても良く、さらには、図示しないが、その他の多角形状を含む任意形状とされても良い。

溝１２の横断面形状が矩形とされる場合には、溝１２の横断面形状がＵ字状あるいはＶ字状とされる場合に比較して作動油の浸入量を多くでき、溝１２の横断面形状がＵ字状あるいはＶ字状とされる場合には、溝１２の横断面形状が矩形とされる場合に比較して形成が容易になる。

つまり、溝１２の横断面形状がＵ字状とされる場合には、溝１２の横断面形状が矩形とされる場合に比較して、内側のいわゆる角張った隅部がなくなり、また、溝１２の横断面形状がＶ字状とされる場合には、内側の角張った隅部が少なくなり、溝１２の横断面形状が矩形とされる場合に比較して、形成が容易になる。

そして、溝１２の横断面形状がＵ字状あるいはＶ字状とされる場合には、溝１２の横断面形状が矩形とされる場合に比較して、溝１２における作動油の浸入量が少なくなるので、シール性が向上されるとも言い得る。

一方、ピストンリング１０における外周側部１３に溝１２を形成する方策については、基本的には任意であるが、多くの場合に、ピストンリング１０が合成樹脂材からなることからして、型を利用した型成形の際に併せて形成される。

つまり、型成形でピストンリング１０を形成するとき、図示しないが、型が有する線状のリブで外周側部１３に刻印するが如くに外周面１１を凹ませて溝１２を形成すると良い。

もっとも、この発明が意図するところからすると、成形されたピストンリング１０の外周側部１３に外周面１１から切削するなどして溝１２が形成されることを妨げるものではない。

そして、ピストンリング１０における外周側部１３の上端は、溝１２の上端が開口するが、図５（Ｄ）に示すように、ピストンリング１０の中心に向けて迫上がるように傾斜されて良く、また、図５（Ｅ）に示すように、ピストンリング１０の中心に向けて湾曲して迫上がるように仕上げられても良い。

ピストンリング１０における外周側部１３の上端が傾斜され、あるいは、湾曲される場合には、ピストンリング１０、すなわち、ピストン体３に巻装されたピストンリング１０のシリンダ体１内への挿通を容易にする。

ちなみに、ピストンリング１０における外周側部１３の上端が傾斜され、あるいは、湾曲されることに対しては、図示しないが、外周側部１３の下端も同様に傾斜され、あるいは、湾曲されるのが良く、この場合には、このピストンリング１０のピストン体３への巻装に際して、いわゆる天地をなくして、誤組を阻止する上で有利となる。

また、ピストンリング１０における外周側部１３の上下端を傾斜仕上げしたり湾曲仕上げしたりすることについてだが、一般に、この種のピストンリングを製品化する際には、バリ取りの一環として、面取り作業が実践されるのが常態である。

このことからすれば、この面取り作業に連続する一連の作業として、上記の傾斜仕上げあるいは湾曲仕上を実践できるので、製品コストをいたずらに高騰化させる原因にはならない点で有利となる。

以上のように形成されたピストンリング１０にあっては、ピストンリング１０の外周面１１に開口する複数本の溝１２が作動油を浸入させ、この溝１２に浸入する作動油がピストンリング１０の外周面１１と、この外周面１１が対向する他部、すなわち、図示するところでは、シリンダ体１との間に浸出して潤滑膜を形成する。

このことから、いわゆる平滑面に形成されたピストンリング１０の外周面１１が対向するシリンダ体１の内周面に対して密着する状態に摺接する状況になっても、ピストンリング１０の外周面１１と対向するシリンダ体１の内周面との間に潤滑膜があるので、ピストンリング１０、つまり、ピストンリング１０が摺接するシリンダ体１に対して摺動を開始するときの動作を円滑に実現させる。

そして、上記のピストンリング１０を巻装させるピストン体３を有するピストン構造、つまり、このピストン構造を備える油圧緩衝器にあっては、シリンダ体１内にロッド体２が入出すると、シリンダ体１内でピストン体３が摺動してシリンダ体１内のロッド側室Ｒ１とピストン側室Ｒ２とが膨縮する。

このロッド側室Ｒ１とピストン側室Ｒ２との膨縮に際しては、ピストンリング１０がシリンダ体１の内周に摺接してこのピストンリング１０とシリンダ体との間における作動油のいわゆる漏れを阻止し、背面バルブ３１あるいは減衰バルブ３２の設定通りの作動を保障する。

そして、上記のピストンリング１０を有するピストン構造にあっては、ピストン体３が、つまり、ピストンリング１０が間に作動油からなる潤滑膜を形成させない状態でシリンダ体１に摺接する場合に比較して、摺動開始時の抵抗を小さくする。

このことから、このピストン構造にあっては、油圧緩衝器が収縮状態から伸長状態またはその逆に反転するとき、ピストンリング１０のシリンダ体１に対する摺動抵抗が小さくなる分、油圧緩衝器においてロッド加速度が大きくならない。

その結果、この発明によるピストンリング１０およびこのピストンリング１０を有するピストン構造によれば、車両に搭載などされる油圧緩衝器にあって、ロッド加速度を大きくさせないことで衝撃を発生させないことが可能になる。

前記したところでは、この発明によるピストンリング１０が油圧緩衝器に利用されるものとして説明したが、この発明によるピストンリング１０の構成からすれば、これが流体圧シリンダに利用されるウェアリングに適用されるとしても良いと言い得る。

１ シリンダ体
２ ロッド体
２ａ 先端部
２ｂ 段部
３ ピストン体
３ａ 外側通路
１０ ピストンリング
１１ 外周面
１２ 溝
１２ａ 横溝部分
１３ 外周側部
２１ ピストンナット
３１ 背面バルブ
３２ 減衰バルブ
３３，３４ バルブストッパ
Ｒ１ ロッド側室
Ｒ２ ピストン側室
ａ 合口

Claims (4)

1. 作動油を収容するシリンダ体内に収装されてこのシリンダ体内にロッド側室とピストン側室とを隔成するピストン体に巻装されるピストンリングにおいて、
   上記シリンダ体の内周面に摺接する周方向の外周面を有し、
   この外周面は、周方向に任意の間隔に設けられて開口し上記シリンダ体の内周面に対向する複数本の溝を有し、
   この複数本の溝は、上記シリンダ体の軸線方向に沿う方向にあるいは上記シリンダ体の軸線方向に対して傾斜する方向に形成されて上記ロッド側室およびピストン側室のいずれか一方に連通されてなることを特徴とするピストンリング。
2. 上記複数本の溝は、上記外周面において、周方向に等間隔に形成されてなる請求項１に記載のピストンリング。
3. 上記複数本の溝は、相隣間に周方向に位置決めされる横溝部分を有し、周方向に連続する十字状あるいは格子状に形成されてなる請求項１に記載のピストンリング。
4. 作動油を収容するシリンダ体内に収装されてこのシリンダ体内にロッド側室とピストン側室とを隔成するピストン体と、このピストン体に巻装されて外周面を上記シリンダ体の内周面に摺接させるピストンリングとを有してなるピストン構造において、
   上記ピストンリングは、請求項１，請求項２または請求項３に記載のピストンリングとされてなることを特徴とするピストン構造。

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