(57)【要約】【課題】カップシールの形状を変更することなく、シリンダやピストンに形成するシール溝の形状を適切に設定することにより、カップシールが膨潤したり、熱膨張したりしても、ピストンの移動に及ぼす悪影響を最小限に留める。【解決手段】シリンダ孔２ａ内にピストン４を移動可能に内挿し、ピストン４の外周の周方向に形成した底面１１ａ、前壁１１ｃ及び後壁１１ｂからなる環状のシール溝１１にシリンダ孔２ａとピストン４との間をシールするカップシール１２を嵌着する。シール溝１１の底面１１ａにおける前後方向中央部に、シール溝開口側に対して凹となる凹状部１１ｅを設ける。凹状部１１ｅの前端から前壁１１ｃに向かう底面１１ａ及び凹状部１１ｅの後端から後壁１１ｂに向かう底面を、前壁側端部又は後壁側端部がシール溝の開口に接近する方向に傾斜した傾斜面１１ｈ，１１ｉとし、前記凹状部に隣接させて隆起部１１ｆ，１１ｇを設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内にピストンを移動可能に内挿し、前記シリンダの内周又は前記ピストンの外周の周方向に形成した底面、前壁及び後壁からなる環状のシール溝にシリンダとピストンとの間をシールするカップシールを嵌着したシリンダ装置において、前記シール溝の底面における前後方向中央部に、シール溝開口側に対して凹となる凹状部を設けたことを特徴とするシリンダ装置。
【請求項２】
前記凹状部の前端からシール溝の前壁に向かう底面及び前記凹状部の後端からシール溝の後壁に向かう底面を、前壁側端部又は後壁側端部がシール溝の開口に接近する方向に傾斜した傾斜面とし、前記凹状部に隣接させて隆起部を設けたことを特徴とする請求項１記載のシリンダ装置。
【請求項３】
前記シール溝は、前記ピストンの外周に切削加工により周設されていることを特徴とする請求項１又は２記載のシリンダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダ装置に関し、詳しくは、シリンダ内にカップシールを介してピストンを移動可能に内挿したシリンダ装置、例えば、マスタシリンダにおけるピストンの摺動抵抗を低減するために設けられるカップシールを嵌着するためのシール溝の形状に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリンダ内に移動可能に内挿したピストンとシリンダとをシールするための手段として、内周側リップ部と外周側リップ部との一端をベース部で連結した略コ字形状のカップシールが広く知られており、車両用ブレーキ装置のマスタシリンダやホイールシリンダ、クラッチ装置のマスタシリンダやスレーブシリンダ等、種々のシリンダ装置におけるシール部材としてカップシールが用いられている（例えば、特許文献１、２参照。）。
【特許文献１】特開２００３−２５９８０号公報
【特許文献２】特開２００２−３２３０７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述のようなカップシールは、ブレーキ液等の作動液によって変質しにくい合成樹脂で製造されてはいるが、作動液に長期間接触した状態での経年変化によってカップシールに膨潤が発生した場合、シリンダやピストンへの圧着力が増大し、ピストンの移動に悪影響を及ぼすおそれがある。特に、前記特許文献２に記載されたドラムブレーキのホイールシリンダに用いられるカップシールでは、制動熱等の熱影響によって熱膨張が発生し、ピストンの移動に及ぼす悪影響が大きくなる。
【０００４】
このため、カップシールの材質や形状を工夫して作動液による膨潤や熱膨張を抑制することも考えられるが、カップシールの設計変更を行うことは、カップシールの型をその都度新たに作成する必要があり、手間やコストが大幅に増大するという問題がある。
【０００５】
そこで本発明は、カップシールの形状を変更することなく、シリンダやピストンに形成するシール溝の形状を適切に設定することにより、カップシールが膨潤したり、熱膨張したりしても、ピストンの移動に及ぼす悪影響を最小限に留めることができるシリンダ装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明のシリンダ装置は、シリンダ内にピストンを移動可能に内挿し、前記シリンダの内周又は前記ピストンの外周の周方向に形成した底面、前壁及び後壁からなる環状のシール溝にシリンダとピストンとの間をシールするカップシールを嵌着したシリンダ装置において、前記シール溝の底面における前後方向中央部に、シール溝開口側に対して凹となる凹状部を設けたことを特徴としている。また、前記凹状部の前端からシール溝の前壁に向かう底面及び前記凹状部の後端からシール溝の後壁に向かう底面を、前壁側端部又は後壁側端部がシール溝の開口に接近する方向に傾斜した傾斜面とし、前記凹状部に隣接させて隆起部を設けてもよく、さらに、前記シール溝は、前記ピストンの外周に切削加工により周設されていると好適である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のシリンダ装置は、シール溝の底面中央部に設けた凹状部の形状や、底面両端部にそれぞれ形成した傾斜面及び隆起部の形状をカップシールの大きさなどに応じて適切に設定することにより、膨潤あるいは熱膨張していないカップシールをシール溝に嵌着したときに、リップ部の先端側部分及びベース部側部分がシール溝の底面両端部にそれぞれ当接し、リップ部の中央部と凹状部との間に隙間を空けた状態にすることができる。この状態でカップシールが膨潤したりしていないときでもシール力を低下させることなくシールでき、また、カップシールが膨潤したり、熱膨張したりすると、膨潤あるいは熱膨張によるカップシールの体積増大分をリップ部の中央部と凹状部との間の隙間で吸収することができ、シリンダやピストンへの圧着力の増大を抑えてシリンダ内のピストンの移動に悪影響を及ぼすことがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は本発明のシリンダ装置の一形態例を示す要部の断面図、図２は本発明のシリンダ装置をバーハンドル車両における前輪ブレーキ用の液圧マスタシリンダに適用した一形態例を示す断面図、図３は本発明のシリンダ装置におけるシール溝に嵌着したカップシールの膨潤による圧接力の変化の一例を示す図、図４は従来のシリンダ装置における一般的なシール溝に嵌着したカップシールの膨潤による圧接力の変化の一例を示す図である。
【０００９】
まず、図２に示すように、本形態例の液圧マスタシリンダ１は、シリンダボディ２の上部にリザーバ３を一体に備えたリザーバ一体型で、シリンダボディ２の内部には、有底のシリンダ孔２ａが一方を開口して設けられ、該シリンダ孔２ａにピストン４が移動可能に内挿されている。シリンダ孔２ａの底壁とピストン４との間には液圧室５が画成され、該液圧室５のシリンダ孔２ａの底壁とピストン４の先端との間に戻しばね６が縮設され、非作動時のピストン４は、戻しばね６の弾発力によってシリンダ孔開口部方向へ付勢されている。また、シリンダ孔２ａの開口部側には、ピストン４の抜け止めを図る係止リング７とクリップ８とが設けられるとともに、シリンダ孔２ａの開口部から突出するピストン４の後部を覆うブーツ９が設けられている。
【００１０】
リザーバ３は、シリンダボディ２と一体に成形されたリザーバ本体３ａと、該リザーバ本体３ａの上面にボルト止めされるリザーバキャップ３ｂ，ダイヤフラムプレート３ｃ及びダイヤフラム３ｄとからなっており、リザーバ本体３ａに貯留する作動液を、リリーフポート３ｅとサプライポート３ｆとを通してシリンダ孔２ａに随時補給できるようにしている。
【００１１】
ピストン４は、シリンダ孔２ａ内を摺動する大径部４ａと、非作動時にシリンダ孔２ａの開口部から突出する小径部４ｂとを備え、大径部４ａのシリンダ孔底部側前端部には円盤状のシール材１０が装着され、中間部外周に周設された環状のシール溝１１には、シリンダ孔２ａの内周とピストン４の外周とを液密にシールする環状のカップシール１２が嵌着されている。さらに、ピストン４の後端部外周には前記ブーツ９の一端を嵌着する環状溝４ｃが設けられ、ピストン４の後端面にはピストン４をシリンダ孔底部側に押動するための押動部材１３が当接している。
【００１２】
図１に示すように、カップシール１２は、この種の液圧マスタシリンダ１に従来から一般的に用いられているものであって、作動時のピストン４の移動方向に対して後部側に配置されるベース部１２ａと、該ベース部１２ａの内周側から作動時のピストン４の移動方向に向かって延出したリップ部である嵌合部１２ｂと、ベース部１２ａの外周側から作動時のピストン４の移動方向に向かって延出するとともに、シール溝１１の開口からピストン４の外周に突出してシリンダ孔２ａの内周面に摺接するリップ部である摺接部１２ｃとを有している。
【００１３】
一方、カップシール１２が嵌着されるシール溝１１の断面形状は、前記嵌合部１２ｂの幅寸法（シリンダ孔軸線方向）に対応した長さを有する底面１１ａと、該底面１１ａのベース部１２ａ側に位置する後壁１１ｂと、該底面１１ａの嵌合部１２ｂの先端側に位置する前壁１１ｃとで形成され、前壁１１ｃの底面１１ａ側には、嵌合部１２ｂの先端厚さに対応した高さの係止段部１１ｄが設けられている。さらに、底面１１ａは、後壁１１ｂと前壁１１ｃとの間の前後方向中央部に、シール溝開口側に対して凹となる円弧面からなる凹状部１１ｅが設けられるとともに、該凹状部１１ｅの前端から前壁１１ｃに向かう底面及び凹状部１１ｅの後端から後壁１１ｂに向かう底面には、前壁側端部又は後壁側端部がシール溝１１の開口に接近する方向に傾斜した傾斜面１１ｈ，１１ｉがそれぞれ設けられ、凹状部１１ｅの両端と各傾斜面１１ｈ，１１ｉとの間には、凹状部１１ｅに隣接して前端隆起部１１ｆ及び後端隆起部１１ｇがそれぞれ設けられている。この前端隆起部１１ｆ及び後端隆起部１１ｇは、凹状部１１ｅと傾斜面１１ｈ，１１ｉとをスムーズに連続させるため、シール溝開口側に対して凸となる小径円弧面となっている。シール溝１１の深さは、前端隆起部１１ｆ及び後端隆起部１１ｇの位置乃至その近傍が従来のシール溝の深さと同じ寸法に設定され、前後方向の溝幅は従来の溝幅と同じ寸法に設定されている。
【００１４】
このような形状のシール溝１１に規定寸法（新品状態）のカップシール１２を嵌着してピストン４をシリンダ孔２ａ内に挿入すると、カップシール１２における嵌合部１２ｂの内周面は、シール溝１１の前端隆起部１１ｆ及び後端隆起部１１ｇに近い部分がそれぞれ当接し、嵌合部１２ｂの内周面中央部が凹状部１１ｅに向かって僅かに突出した状態になる。また、ベース部１２ａの後端面は、嵌合部１２ｂの内周面中央部が内周側に向かって変形した状態になり、しかも、後壁側の底面が傾斜面１１ｉとなっていることからベース部１２ａの外周がピストン４の前部側に傾斜した状態、即ちベース部１２ａ全体が前傾状態となり、ベース部１２ａの後端面におけるシール溝底部側が後壁１１ｂの内周側に当接した状態となる。さらに、カップシール１２の外周側に位置する摺接部１２ｃは、ピストン４の外周に突出してシリンダ孔２ａの内周面に当接した状態となる。
【００１５】
このとき、嵌合部１２ｂの内周面中央部は凹状部１１ｅに対して非接触状態、嵌合部１２ｂの内周面先端側は傾斜面１１ｈに対して非接触状態、嵌合部１２ｂの先端面は前壁１１ｃに対して非接触状態となり、摺接部１２ｃの外周面は、嵌合部１２ｂの変形状態及びベース部１２ａの前傾状態により、従来形状のシール溝の場合に比べてピストン外周への突出量が僅かに少なくなり、摺接部１２ｃの先端部がシリンダ孔２ａの内周面に当接した状態となる。
【００１６】
図３及び図４は、前記形態例に示す構造のシール溝１１と従来の一般的なシール溝２１とにおけるカップシール１２に作用する圧接力の状態を矢印にて示すもので、図３（Ａ）は新品状態のカップシール１２をシール溝１１に嵌着した状態、図３（Ｂ）は長期の使用でカップシール１２が膨潤した状態、図４（Ａ）は新品状態のカップシール１２をシール溝２１に嵌着した状態、図４（Ｂ）は長期の使用でカップシール１２が膨潤した状態をそれぞれ示している。
【００１７】
まず、新品状態のカップシール１２を嵌着した状態の図３（Ａ）と図４（Ａ）との比較では、両シール溝１１，２１共に、カップシール１２の摺接部１２ｃに作用する圧接力（シール力）は、図３（Ａ）に示すシール溝１１では、底面１１ａとカップシール１２の嵌合部１２ｂの内周面とが凹状部１１ｅの両端に位置する前端隆起部１１ｆ及び後端隆起部１１ｇの部分で圧接しているのに対し、図４（Ａ）に示すシール溝２１では、底面１１ａと嵌合部１２ｂの内周面とが全体的に圧接しているなどの多少の差異は認められるが、摺接部１２ｃの外周面とシリンダ孔２ａの内周面とにおける圧接力には大きな差異はなく、ピストン４の前後動が円滑に行える状態となっている。
【００１８】
しかし、カップシール１２が膨潤した状態の図３（Ｂ）と図４（Ｂ）とを比較すると、図４（Ｂ）に示す従来のシール溝２１では、シール溝２１の底面２１ａに対して嵌合部１２ｂの内周面が全体的に圧接し、嵌合部１２ｂの前後方向への膨潤によって嵌合部１２ｂの先端面と前壁２１ｃの係止段部２１ｄ、ベース部１２ａの後端面と後壁２１ｂがそれぞれ強く圧接し、これらの圧接力の反力によって摺接部１２ｃの外周面の全体がシリンダ孔２ａの内周面に強く圧接し、必要以上の圧接力が作用してピストン４の前後動に悪影響を与えていることが分かる。
【００１９】
一方、図３（Ｂ）に示すように、底面１１ａに凹状部１１ｅを設けたシール溝１１では、膨潤した嵌合部１２ｂが凹状部１１ｅに向かって突出した状態となり、嵌合部１２ｂの内周面と凹状部１１ｅとが接触しないか、接触しても軽い力で当接した状態になるため、凹状部１１ｅに対峙する嵌合部１２ｂの中央部からの反力が摺接部１２ｃに作用することがなく、さらに、摺接部１２ｃの膨潤を嵌合部１２ｂが凹状部１１ｅに突出することである程度吸収できるので、図３（Ａ）に示す新品状態のときに比べてシリンダ孔２ａの内周面に圧接する摺接部１２ｃの外周面の面積は増大するものの、その圧接力は、従来に比べて全体的に小さくなっており、ピストン４の前後動に悪影響を与えることはなく、カップシール１２が膨潤しても円滑なブレーキ操作が行えることが分かる。また、嵌合部１２ｂの先端面と係止段部１１ｄ、ベース部１２ａの後端面と後壁１１ｂの圧接力は新品時に比べて増大するが、その圧接力は従来に比べて小さく、圧接力の方向もピストン４の前後動にはほとんど影響しない方向となっている。
【００２０】
このように、シール溝１１の底面前後方向中央部に凹状部１１ｅを設けることにより、長期間の使用でカップシール１２が作動液によって膨潤したり、熱膨張したりしたときでも、カップシール１２の体積増大を凹状部１１ｅが吸収することにより、摺接部１２ｃの外周面とシリンダ孔２ａの内周面との間の圧接力の増加を抑えてピストン４の前後動を円滑に保つことができる。さらに、凹状部１１ｅの前後に凹状部１１ｅ側に向かって下り勾配を有する傾斜面１１ｈ，１１ｉを設けておくことにより、体積増大時における嵌合部１２ｂの凹状部１１ｅ内への突出を円滑に行うことができ、加えて、凹状部１１ｅと傾斜面１１ｈ，１１ｉとを円弧面からなる前端隆起部１１ｆ及び後端隆起部１１ｇを介して連続させることにより、前端隆起部１１ｆ及び後端隆起部１１ｇと嵌合部１２ｂの内周面との接触でカップシール１２が膨潤していない通常の状態であってもシール力を従来より低下させることなくシールでき、また、前端隆起部１１ｆ及び後端隆起部１１ｇとの接触で嵌合部１２ｂの内周面が傷付くことを防止できるとともに、嵌合部１２ｂの凹状部１１ｅ内への突出をより円滑に行うことができる。
【００２１】
また、シール溝１１の基本的な形状は、同じカップシール１２を嵌着する従来のシール溝と同形状とすることができ、シール溝形成時に底面１１ａに凹状部１１ｅを切削加工するように設定するだけでよいため、凹状部１１ｅや傾斜面１１ｈ，１１ｉ、これらの間の円弧面は容易に製作することができる。特に、ピストン４の外周面にシール溝１１を設けることにより、シリンダ孔２ａの内周面にシール溝を設ける場合に比べて簡単かつ低コストで所定形状のシール溝を形成することができる。
【００２２】
なお、シール溝１１における凹状部１１ｅの前後方向の位置及び幅寸法、前端隆起部１１ｆ及び後端隆起部１１ｇに対する深さ寸法は、ピストン４の径やカップシール１２の形状によって適宜最適な状態に設定することができるが、通常は、シール溝１１の底面１１ａの前後方向の寸法に対して、幅寸法は１／２程度が、凹状部１１ｅの前端隆起部１１ｆ、後端隆起部１１ｇとシール溝１１の前壁１１ｃ、後壁１１ｂとの寸法は１／４程度が、深さ寸法は１／１０程度がそれぞれ適当である。また、凹状部１１ｅの凹面部の形状はシール溝開口側に向かって凹となる円弧面とすることが好ましいが、Ｖ字状の溝とすることも可能である。また、傾斜面１１ｈ，１１ｉは平面でもよいが、シール溝開口側に向かって凸となる円弧面とすることも可能である。
【００２３】
さらに、本形態例では、バーハンドル車両における前輪ブレーキ用液圧マスタシリンダのピストン外周面にシール溝を設けた例を挙げて説明したが、シリンダ孔の内周面にシール溝を設けることもでき、後輪ブレーキ用やクラッチ用の液圧マスタシリンダ、ドラムブレーキのホイールシリンダをはじめとして他の各種シリンダ装置にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明のシリンダ装置の一形態例を示す要部の断面図である。
【図２】本発明のシリンダ装置をバーハンドル車両における前輪ブレーキ用の液圧マスタシリンダに適用した一形態例を示す断面図である。
【図３】本発明のシリンダ装置におけるシール溝に嵌着したカップシールの膨潤による圧接力の変化の一例を示す図である。
【図４】従来のシリンダ装置における一般的なシール溝に嵌着したカップシールの膨潤による圧接力の変化の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１…液圧マスタシリンダ、２…シリンダボディ、２ａ…シリンダ孔、３…リザーバ、３ａ…リザーバ本体、３ｂ…リザーバキャップ、３ｃ…ダイヤフラムプレート、３ｄ…ダイヤフラム、３ｅ…リリーフポート、３ｆ…サプライポート、４…ピストン、４ａ…大径部、４ｂ…小径部、４ｃ…環状溝、５…液圧室、６…戻しばね、７…係止リング、８…クリップ、９…ブーツ、１０…シール材、１１…シール溝、１１ａ…底面、１１ｂ…後壁、１１ｃ…前壁、１１ｄ…係止段部、１１ｅ…凹状部、１１ｆ…前端隆起部、１１ｇ…後端隆起部、１１ｈ，１１ｉ…傾斜面、１２…カップシール、１２ａ…ベース部、１２ｂ…嵌合部、１２ｃ…摺接部、１３…押動部材、２１…シール溝、２１ａ…底面、２１ｂ…後壁、２１ｃ…前壁、２１ｄ…係止段部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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