JPH09144884A - ピストン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シールリップ１２２の密封面における面圧極
大部が高圧空間側に偏在した面圧分布とすることによっ
て、密封性の向上を図る。 【解決手段】 合成樹脂で成形されたピストン本体１１
の外周面にＰＴＦＥからなるピストン軸受１２が一体的
に設けられ、このピストン軸受１２は、複数の環状溝１
１１を有するピストン本体１１の外周面に圧着された円
筒状の軸受本体１２１及びその軸方向一端からテーパ状
に拡開したシールリップ１２２からなる。ピストン本体
１１の外周における軸方向一端には、テーパ状であって
弾性変形可能なスカート部１１２が形成され、シールリ
ップ１２２はこのスカート部１１２によって内周側から
バックアップされている。スカート部１１２は、軸方向
に延びるスリット１１２ａで円周方向に分割されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、往復動シリンダ装
置のシリンダ内に配置されるピストンに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】この種のピストンの典型的な従来例とし
ては、例えば図５に示すように、合成樹脂で成形された
ピストン本体１の外周面にＰＴＦＥ（ポリテトラフルオ
ロエチレン）等の摺動抵抗の少ないフッ素樹脂からなる
ピストン軸受２が一体的に設けられたものがある。ピス
トン軸受２は、複数条の環状溝１ａを有するピストン本
体１の外周面に圧着された円筒状の軸受本体２ａと、そ
の軸方向一端からテーパ状に延在されたシールリップ２
ｂとを備える。

【０００３】軸受本体２ａはシリンダ４の内周における
ピストンの軸方向往復移動を円滑ならしめるものであ
り、シールリップ２ｂの先端外周面がシリンダ４の内周
面と気密摺動することによって、当該ピストンの軸方向
両側の高圧空間と大気圧空間との間をシールするもので
ある。したがって、この種のピストンは、シールリップ
２ｂが高圧空間側を向くようにシリンダ４内に配置され
る。また、シールリップ２ｂは、ピストン本体１の外周
面に装着したエラストマからなるＯリング３によって内
周側からバックアップされており、これによってシリン
ダ４の内周面に対するシールリップ２ｂの弾性的な密接
力が付与されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図６は、シールリップ
等を相手材に密接させることによって密封を行う場合の
密封面の理想的な面圧分布を示すものである。一般に、
このような密封面での密封性は、前記シールリップ等の
接触面圧の極大部Ａが密封対象である高圧空間側に偏在
した面圧分布を有する場合に良好となり、言い換えれ
ば、高圧空間側での面圧Ｐの変化率が大きいほど良好で
ある。すなわち、前記密封面のうち面圧極大部Ａよりも
高圧空間側で軸方向（図５の左右方向）の単位長さに対
する面圧変化の割合を［ｄｐ／ｄｘ］max Ｐ、前記面圧
極大部Ａよりも大気圧空間側で軸方向の単位長さに対す
る面圧変化の割合を［ｄｐ／ｄｘ］max Ｍとすると、
［ｄｐ／ｄｘ］max Ｐ＜［ｄｐ／ｄｘ］max Ｍの場合は
高圧空間から大気圧空間側への漏れが発生し、［ｄｐ／
ｄｘ］max Ｐ＞［ｄｐ／ｄｘ］max Ｍの場合に良好な密
封性が発揮され、［ｄｐ／ｄｘ］max Ｐが大きいほど、
かつ［ｄｐ／ｄｘ］max Ｍが小さいほど密封性が向上す
る。

【０００５】しかるに、図５に示す従来構造のピストン
によれば、シリンダ４の内周面に対するシールリップ２
ｂの密接力が、円形断面のＯリング３の弾性によって付
与されているものであることから、密封面Ｓにおける面
圧極大部が高圧空間側に偏在して［ｄｐ／ｄｘ］max Ｐ
＞［ｄｐ／ｄｘ］max Ｍとなる図６のような理想的な面
圧分布は形成されない。

【０００６】本発明は、上述のような事情に鑑みてなさ
れたもので、その主な技術的課題とするところは、シー
ルリップの密封面における面圧極大部が高圧空間側に偏
在した面圧分布とすることによって、密封性の向上を図
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述した技術的課題は、
本発明によって有効に解決することができる。すなわち
本発明に係るピストンは、合成樹脂製のピストン本体
と、このピストン本体の外周に一体的に設けられたフッ
素樹脂からなるピストン軸受とを備え、前記ピストン軸
受が、前記ピストン本体の外周面に圧着された軸受本体
及びこの軸受本体の軸方向端部から延在されたシールリ
ップからなり、前記ピストン本体に、前記シールリップ
をその内周側からバックアップする弾性変形可能なスカ
ート部が形成されたものである。

【０００８】典型的には、ピストン本体は例えばフェノ
ール樹脂等の合成樹脂で成形され、ピストン軸受は、こ
のピストン本体の外周面にＰＴＦＥ等のフッ素樹脂を塑
性変形させながら圧着することによって一体的に形成さ
れる。通常、ピストン本体の外周面には複数の環状溝が
形成され、ピストン軸受における円筒状の軸受本体は、
前記各環状溝に食い込んだ状態に圧着されることによっ
てピストン本体と確実に一体化される。ピストン本体
は、軸心部が往復動ロッドに連結され、往復動シリンダ
装置等のシリンダ内に、ピストン軸受におけるシールリ
ップが高圧空間側を向くように配置され、このシールリ
ップの先端部外周面が、ピストン本体に形成されたスカ
ート部の弾性によってシリンダの内周面に密接される。

【０００９】上記構成のピストンは、シリンダ内に、ピ
ストン軸受におけるシールリップの先端を高圧空間側へ
向けて、軸方向移動自在に配置される。前記シールリッ
プはピストン本体に形成されたスカート部によって内周
側から拡張力を付与され、シリンダの内周面に弾性的に
密接する。また、シリンダ内へのピストンの挿入によっ
て前記スカート部が受ける縮径変形量は先端側ほど大き
くなるから、その反力として発生する拡張力によるシー
ルリップの面圧は先端側ほど大きくなり、面圧のピーク
が高圧空間側に偏在した密封機能上理想的な面圧分布が
得られる。

【００１０】スカート部が円周方向に連続したものであ
る場合は、ピストンをシリンダ内に挿入した時に前記ス
カート部に円周方向の圧縮力が加わって拡張力が大きく
なるため、シリンダ内周面に対するシールリップの摺動
抵抗が大きくなる。したがって、好ましくはスカート部
には軸方向に延びるスリットを円周方向所定間隔で形成
することによって、円周方向の応力を解消し、シールリ
ップの摺動抵抗を低減でき、圧力切替わり時の作動応答
性を向上させることができる。しかも高圧空間側の圧力
がシールリップの内周面に直接作用することによる自己
密封性が得られる。

【００１１】この自己シール作用は、シールリップをス
カート部の先端から突出させることによって一層有効と
なる。これは、スカート部の先端から突出したシールリ
ップの先端部の全周が高圧空間側の圧力を内周側から直
接受けて、シリンダの内周面に良好に密接するからであ
る。この場合、シールリップの先端をスカート部の先端
に回り込むように圧着した形状とすれば、高圧空間の圧
力によってシールリップが大気圧空間側へ押し出される
のを防止することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係るピストンの
第一の実施形態を示すものである。このピストン１０
は、例えばフェノール樹脂等の合成樹脂で成形されたピ
ストン本体１１の外周面に、ＰＴＦＥからなるピストン
軸受１２が一体的に設けられたものである。ピストン軸
受１２は、複数の環状溝１１１を有するピストン本体１
１の外周面に圧着された円筒状の軸受本体１２１と、そ
の軸方向一端からテーパ状に拡開したシールリップ１２
２とからなる。ピストン本体１１の外周における軸方向
一端には、テーパ状であって弾性変形可能なスカート部
１１２が形成され、シールリップ１２２はこのスカート
部１１２によって内周側からバックアップされている。

【００１３】このピストン１０は、シリンダ２０内に、
シールリップ１２２が高圧空間側を向くように配置さ
れ、軸心部が、シリンダ２０に軸方向に挿通された往復
動ロッド（図示省略）に連結される。スカート部１１２
はシールリップ１２２を介して内径側へ適宜変形された
状態にあり、その反力である拡張力によってシールリッ
プ１２２の先端をシリンダ２０の内周面に弾性的に押し
付け、高圧空間に対する密封力を与えている。シリンダ
２０の内周面に対するシールリップ１２２の面圧は、ス
カート部１１２によって先端側ほど大きくなり、このた
め面圧のピークが高圧空間側に偏在した図６のような面
圧分布が得られ、これによって優れた密封性能が実現さ
れる。

【００１４】次に、図２に示す第二の実施形態は、上記
第一の実施形態におけるスカート部１１２に、軸方向に
延びるスリット１１２ａを円周方向所定間隔で形成し、
すなわち前記スカート部１１２をスリット１１２ａで円
周方向に分割することによって、その半径方向の可撓性
を向上させたものである。

【００１５】したがってこの第二の実施形態によれば、
スカート部１１２の剛性の低下によって、第一の実施形
態に比較してシールリップ１２２の摺動抵抗を少なくす
ると共に締め代を大きくすることができ、しかも高圧空
間側の圧力がスリット１１２ａを介してシールリップ１
２２の内周面に直接作用してシリンダ内周面に押し付け
る自己シール作用が得られるので、密封性が向上する。
また、シールリップ１２２はスカート部１１２の外周に
圧着されるが、この圧着の際に、ＰＴＦＥからなるシー
ルリップ１２２が塑性変形して各スリット１１２ａに食
い込んだ状態となるので、ピストン本体１１とピストン
軸受１２との相対回転及びこれによる圧着面の摩耗が有
効に防止される。

【００１６】次に、図３に示す第三の実施形態は、第一
の実施形態におけるシールリップ１２２をスカート部１
１２よりも長くし、前記シールリップ１２２の先端１２
２ａをスカート部１１２の先端に回り込むように圧着し
たものである。このようにすることによって、シールリ
ップ１２２が高圧空間の圧力によって大気圧空間側へ押
し出されるのを防止すると共に、スカート部１１２の先
端から延びるシールリップ１２２の先端１２２ａにおけ
る自己シール作用によって密封性の向上を図ることがで
きる。

【００１７】上記各実施形態において、シールリップ１
２２は、その形状による密封機能の方向性があり、シー
ルリップ１２２の正面側（図中右側）が高圧空間である
場合は優れた密封性を発揮するが、圧力関係が逆転する
ような場合、すなわち図中左側の大気圧空間と記した側
が高圧になるような場合は、この方向の圧力はシールリ
ップ１２２を縮径する方向に作用することから、良好な
密封性を期待することができない。図４に示す第四の実
施形態は、このような使用条件に対処し、いずれの方向
からの圧力に対しても優れた密封性を得るために、シー
ルリップ１２２及びこれを内周側からバックアップする
スカート部１１２を軸方向両端に設けたものである。す
なわちピストン軸受１２は、ピストン本体１１の外周面
に圧着された軸受本体１２１の軸方向両端からそれぞれ
互いに背反する方向にテーパ状に拡開した一対のシール
リップ１２２を有し、ピストン本体１１は、その軸方向
両端外周に、前記各シールリップ１２２をバックアップ
して拡張力を与えるための一対のスカート部１１２が形
成されている。

【００１８】なお、上記第三及び第四の実施形態におい
ても、第二の実施形態と同様、スカート部１１２を、軸
方向に延びるスリット１１２ａで円周方向に分割した構
成とすることが一層好ましい。

【００１９】

【発明の効果】本発明に係るピストンによると、次のよ
うな効果が実現される。 (1) シリンダ内周面に対するシールリップの面圧のピー
クが高圧空間側に偏在した密封機能上理想的な面圧分布
が得られるので、密封性が向上する。 (2) ピストン本体の外周に、シールリップをバックアッ
プするためのＯリング等の装着が不要となるので、従来
より安価に製作できる。 (3) スカート部にスリットを形成することによって、シ
ールリップの摺動抵抗が少なくなると共に、締め代の増
大によって追随性が向上し、ピストンの偏心においても
優れた密封性を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るピストンの第一の実施形態をその
軸心を通る平面で切断して示す半断面図である。

【図２】本発明に係るピストンの第二の実施形態をピス
トン軸受のみ断面を示す半側面図である。

【図３】本発明に係るピストンの第三の実施形態をその
軸心を通る平面で切断して示す半断面図である。

【図４】本発明に係るピストンの第四の実施形態をその
軸心を通る平面で切断して示す半断面図である。

【図５】従来例に係るピストンをその軸心を通る平面で
切断して示す半断面図である。

【図６】シールリップの密封機能上の理想的な面圧分布
を示す説明図である。

【符号の説明】

１０ ピストン １１ ピストン本体 １１１ 環状溝 １１２ スカート部 １１２ａ スリット １２ ピストン軸受 １２１ 軸受本体 １２２ シールリップ １２２ａ 先端 ２０ シリンダ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 合成樹脂製のピストン本体（１１）と、 このピストン本体（１１）の外周に一体的に設けられた
   フッ素樹脂からなるピストン軸受（１２）とを備え、 前記ピストン軸受（１２）が、前記ピストン本体（１
   １）の外周面に圧着された軸受本体（１２１）及びこの
   軸受本体（１２１）の軸方向端部から延在されたシール
   リップ（１２２）からなり、 前記ピストン本体（１１）に、前記シールリップ（１２
   ２）をその内周側からバックアップする弾性変形可能な
   スカート部（１１２）が形成されたことを特徴とするピ
   ストン。
2. 【請求項２】 請求項１の記載において、 スカート部（１１２）には軸方向に延びるスリット（１
   １２ａ）が円周方向所定間隔で形成されたことを特徴と
   するピストン。
3. 【請求項３】 請求項１又は２の記載において、 シールリップ（１２２）の先端がスカート部（１１２）
   の先端に回り込むように圧着されていることを特徴とす
   るピストン。