(57)【要約】【課題】温度条件に影響されず、安定した自己潤滑性をもった長期間無給油で使用可能な空気シリンダー用ピストンパッキンを提供することである。【解決手段】弾性材料１ｂにより外周面および内周面が円錐形とされ、その小径端に閉塞端を有する円錐台状部を成形し、その円錐台状部の上面外周部から円錐形外周面および下面外周部にかけて自己潤滑性材料１ａにより連続して形成する。円錐台状部の上面外周部と円錐形外周面との交差部および円錐形外周面と下面外周部との交差部に丸みを設け、上記円錐形外周面と下面外周部の交差部に設けられた丸みをシリンダーの内面に接触させるようにして、自己潤滑性材料１ａの剥離を防止する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性材料を用いて外周面および内周面が円錐形とされ、その小径端に閉塞端を有する円錐台状に成形されるとともに、その円錐台状部の円錐形外周面に自己潤滑性材料を接着して一体に成形され、円錐台状部の内側を空気圧力を受けるようにシリンダー内に装着され、操作用圧縮空気によって移動可能な空気シリンダー用ピストン部に使用される空気シリンダー用ピストンパッキンにおいて、
前記円錐台状部の上面外周部から円錐形外周面および下面外周部にかけて自己潤滑性材料により連続して形成し、かつ、上面外周部と円錐形外周面との交差部および円錐形外周面と下面外周部との交差部に丸みを設け、上記円錐形外周面と下面外周部の交差部に設けられた丸みをシリンダーの内面に接触させるようにしたことを特徴とする空気シリンダー用ピストンパッキン。
【請求項２】
前記円錐台状部の閉塞端における中央にピストンに対する取付け用の穴を形成し、その穴に金属のスペーサを取り付けた請求項１に記載の空気シリンダー用ピストンパッキン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は空気シリンダー用ピストンパッキン関する。
【背景技術】
【０００２】
空気シリンダー用ピストンにはパッキンが用いられている。例えば鉄道車両用主回路制御装置の接触器では、ゴム系の弾性材料で一体に成型された各種の形状のものが使われており、シリンダーとの摺動部の潤滑は油を使用しているため定期的な給油が必要である。これを無給油にする場合は、シリンダーを自己潤滑性の材料で構成することを前提としている。
【０００３】
また、特許文献１に記載されているように、シリンダーとの摺動部分は自己潤滑性の樹脂をコの字状の断面をもつ輪状に成型し、コの字状の断面部の内側にゴム製のリングをはめてこれをピストンに設けた溝にはめこんで使用するものがある。
【０００４】
リングとしてゴムの代わりに金属のばね材を使用したものは、ゴムよりもクリープ変形が少なく、耐久性に優れている。このタイプのものは、シリンダーとの摺動部分が自己潤滑性のある材質なので、シリンダーの材質に関わらず無給油で使用できる特長がある。
【０００５】
上記パッキングは潤滑体と弾性体をはめこみで固定しているが、別の例として例えば特許文献２に記載のように、ゴム材あるいは樹脂材からなるピストンパッキングの外周面に潤滑性に優れた環状のシール部材を鋳こんで装着したものがある。
【０００６】
【特許文献１】実開平１−１５４３６５号公報
【特許文献２】実開昭５６−８７６０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
（１）一方、潤滑性材料で成型した輪とゴムのリングの組合せパッキンでは、上記潤滑の問題は解決されるが、パッキンとシリンダの気密をゴムリングの体積圧縮時の弾性変形によっており、自己潤滑材である４フッ化エチレン樹脂成型品の膨張率は金属材よりも大きいため、温度が変化した時の体積圧縮率の変化が大きく、低温では体積圧縮率が小さくなって気体洩れを生じ、高温では圧縮率が大きくなって摩擦抵抗が増加し装置の動作時間の温度変動が大きいという短所があった。
【０００８】
また、ゴムリングの代わりに金属バネ材を用いたものでは、潤滑材が摩耗したときに金属バネ部が露出してシリンダーと接触し、シリンダーに傷をつける可能性があるという点については考慮されていなかった。この場合には、金属バネにはシリンダーとの気密を保つことが出来ないため、瞬時に動作が不能になってしまうという短所がある。
【０００９】
（２）潤滑性樹脂を環状に成型し弾性体に鋳込んで装着したものでは、パッキンの直径の広がりが環状に成型された樹脂材で拘束されるため、シリンダー壁面への押しつけ力を確保するためには内側から締め代を大きめに与える必要がある。
【００１０】
しかし、一般に潤滑樹脂として使用される材料とゴム材ではクリープ特性及び弾性が大きく違っており、初めから大きな弾性力をかけて成型すると、外周側の潤滑性樹脂はクリープして延びてしまう。シリンダーへ装着するときには逆に戻そうとする力が働くが一旦クリープして延びた材料は元に戻らず、外周部はしわが発生しやすくなり空気洩れの要因となるという短所があった。
【００１１】
上記の問題は、弾性力を押さえ板などの別の部材で組込後に与えるようにすれば解決できるが、部品数が多くなりコストを引き上げるという点については考慮されていない。
【００１２】
また、シリンダーとパッキンの接触部の端面部分は丸みを付けることで接触を線接触状にでき始動摩擦抵抗の安定化に寄与することが従来から知られているが、円周部の潤滑性材料と弾性体との端面部の形状についても、従来の形状では、外周側の潤滑性材料の肉厚分の丸みしかつけられないため、摩耗に対して丸みの効果の持続が少なかった。
【００１３】
本発明の目的は温度条件に影響されず、安定した自己潤滑性をもった長期間無給油で使用可能な空気シリンダー用ピストンパッキンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するため、本発明においては、弾性材料を用いて外周面および内周面が円錐形とされ、その小径端に閉塞端を有する円錐台状に成形されるとともに、その円錐台状部の円錐形外周面に自己潤滑性材料を接着して一体に成形され、円錐台状部の内側を空気圧力を受けるようにシリンダー内に装着され、操作用圧縮空気によって移動可能な空気シリンダー用ピストン部に使用される空気シリンダー用ピストンパッキンにおいて、前記円錐台状部の上面外周部から円錐形外周面および下面外周部にかけて自己潤滑性材料により連続して形成し、かつ、上面外周部と円錐形外周面との交差部および円錐形外周面と下面外周部との交差部に丸みを設け、上記円錐形外周面と下面外周部の交差部に設けられた丸みをシリンダーの内面に接触させるようにした構成を採用したのである。
【００１５】
ここで、円錐台状部の閉塞端における中央にピストンに対する取付け用の穴を形成し、その穴に金属のスペーサを取り付けることにより、締付けによるピストンへの取付け時に弾性材料のクリープ変形を防止することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に依れば下記の効果がある。
【００１７】
（１）ピストンパッキンとシリンダーの摺動部の摩擦抵抗が低く安定しているので、動作時間の変化が少なく、かつパッキンの摩耗も小さく押さえられるので、潤滑油の交換を頻繁に行なう必要がなく、パッキンの摩耗寿命まで無給油で使用することが出来るので、メンテナンスの手間が省略出来、保守コストの低減が図れる。
【００１８】
車両用の空圧機器などでは、従来２〜３年ごとに給油が必要であったものが６〜７年間無保守で連続的に使用できるようになる効果がある。
【００１９】
（２）上記のように低摩擦の材料をパッキンに使用したにもかかわらず、空気漏れが少なく、締めしろもＯリングのように厳格でなく気体圧力によって気密性が保たれるので幅広い温度条件に対応が出来る効果がある。
【００２０】
（３）シリンダー側に特別な加工を必要とせず、パッキンを本発明のものに交換するだけで容易に保守回帰を延長することが出来るので、従来の機器をそのまま新しい機器と保守回帰を統一出来、ユーザにとって保守の期間を新旧で替える必要がなく、保守工程の統一を図ることが出来る効果がある。
【００２１】
（４）パッキンの摩耗が少なく、動作時間が安定するので、数台の制御開閉器を連動させて動作させる場合、シーケンスの誤差が少なく、異常シーケンスによる接点発弧や電流変動の発生が無くなる。遮断器の複数同時遮断の場合、遮断動作時間のバラツキで接点の消耗の偏りが生じるが、本発明の空気シリンダーによって動作時間が安定するので、接点の消耗偏りも少なく、接点の保守回帰延長が図れる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下本発明の一実施例を説明する。図１において、ピストンパッキン１は円錐台状に形成され、その円錐台状の外周部には自己潤滑性の材料、例えば４フッ素化エチレン樹脂と充填剤の混合成型材１ａを円錐台の上面から側面、底面にかけて連続して形成している。
【００２３】
円錐台の内側には使用する温度範囲に適した弾性材料、例えばニトリルゴムなど１ｂを形成し、両者は一体に型で成型接着される。中央部にはパッキン１をピストンに固定するための穴２が設けられ、締め付けに対して弾性材料のクリープ変形を防止するため、金属等のスペーサ２を取り付けている。図２に示すように、シリンダー３の中央部に設けた中央穴３ａにピストン棒４を軸方向に移動可能に貫通させ、前記ピストン棒４のシリンダー内面側端部にはピストン５及びピストンパッキン１が平座金６、ガスケット７と共にナット８で固定されている。
【００２４】
ピストン棒４のピストン５と反対側の端部には操作力を与える接触部が接続され、ピストンで受けた空気圧力を伝えるようにしている。接触部は可動接点１７、および遮断接点１９、を接触子台２０に固定し、回転軸２１のまわりに回転可能に支持台２３に固定され、接触バネ２２によって図示時計方向に回転力を受けている。支持台２３は絶縁継手９に固定されている。可動接点に対向して固定接点１８が設けられている。
【００２５】
シリンダー３の内面摺動部分３ｂはホーニング研磨、鍍金などで滑らかに仕上げられ、ピストンパッキン１側は蓋１０、ガスケット１１により気密に密閉されている。シリンダー３には給気穴１３がありパッキン１とシリンダー３と蓋１０で囲まれた気密室内１６に操作気体を電磁弁装置１２により給気・排気を行なう。
【００２６】
ピストン５のパッキン１との反対側には戻しバネ１４がシリンダー３とピストン５の間に設けられており、ピストン５に操作気体による力と反対方向の力を作用させている。シリンダー３のピストン棒４側にはピストンが動作するときに操作気体とは反対側に発生する背圧を逃がすために排気穴１５が設けてある。このように構成された実施例について動作を説明する。
【００２７】
図２において、電磁弁装置１２が操作され、操作気体がシリンダー３の給気穴１３を通して気密室１６内に供給される。気密室内の圧力が高まりパッキンが受ける力がバネ１４の力と摩擦抵抗力及び重量の合力を上回ると、ピストン５は図示上方向に動かされる。
【００２８】
この時操作気体はパッキン１とシリンダー３の接触部から反対側の室に入り込もうとするが、パッキンの弾性体のたわみにより、パッキン１をシリンダーの壁面に押しつけており、かつ操作空気圧力がパッキンの傘を広げる方向に作用するので、気体圧力が高まるほどに、パッキン１を押しつける力も大きくなり、操作気体は漏れることがない。
【００２９】
図３においてピストン棒が図２の状態から図示上方向に押されて、固定側接点１８と可動側接点１７が接触し、ピストンの動作は停止する。ピストンは戻しバネ１４および接触バネ２２の反力、および重力によって図示下方向の力を受けるが、操作気体の力が供給されているかぎりは図３の状態を保っている。
【００３０】
次に電磁弁装置１２が切り換えられ、操作気体が遮断されて気密室内の気体が給気穴１３を通して排出されると、気密室１６内の気体圧力が低下し、ピストンパッキン１の受ける力がバネ１４の力と接触バネ反力及び重力の合力を下回ると図示下方向へ移動し、図２の状態へ戻る。
【００３１】
この時パッキン１とシリンダー３の間の摩擦抵抗が大きいと電磁弁１２を切り換えてからピストンが動き始めるまでの時間が長くなる。また、動き始めてから図２の状態に戻るまでの時間も、摩擦抵抗が大きいほど長くなるが、パッキンとシリンダーの接触部を自己潤滑性の材料としているので、摩擦抵抗は低く安定しており、従って図３の状態から図２の状態への戻り時間も短く安定する。
【００３２】
実施の形態によれば、パッキンを円錐台形に成型し、円錐の内側を弾性材料、外側を自己潤滑性の材料としたので、シリンダー壁面とパッキンの摩擦力を小さくすることができ、内側の弾性材料によってパッキンをシリンダー面に密着させる力を保ち、シリンダーとの気密を保持する。円錐形状なので、操作空気圧力をパッキンの内側に加えるとパッキンは広がり方向の力を受けてシール部をシリンダーに押しつけるので、操作空気圧力が高まっても漏れることはない。
【００３３】
また、シリンダーへの押しつけ力は、パッキンをシリンダーに組み込んだときに発生させるので、組込前の内側の弾性材料による余圧は不要であり、自己潤滑材のクリープの発生は無く、かつ笠形状により直径が笠の高さ方向に連続的に変化するのでシリンダーに組み込んだときにも外周がしわにならず、最適な径の部分で接触することができ、空気洩れのおそれがない。
【００３４】
さらに、パッキンのシリンダーとの接触部端面に大きな丸みを持たせているため接触部が線状となり、かつ摩耗の影響を受けにくいので、安定した始動摩擦力を長期間にわたって維持することが出来る。
【００３５】
さらにこのパッキン車両用の空気操作式接触器に使用した場合、長期間にわたって安定した動作時間を保つことができ、電気車の制御シーケンスの乱れがなく、保守の回帰を延長することが可能となり、人件費の節約など保守コストの低減や他の装置との保守回帰の統一化による合理化が図れるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の空気シリンダー用ピストンパッキンの断面図
【図２】本発明の空気シリンダー用ピストンパッキンを用いた空気操作式接触器の断面図
【図３】図２に示す空気操作式接触器の接点接触状態を示す断面図
【符号の説明】
【００３７】
１ａ  自己潤滑性材料
１ｂ  弾性材料
【図１】
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【図２】
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【図３】
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