(57)【要約】【課題】リングにおけるピストンとの引っ掛かり部に発生する面圧を均一にして、高圧が加わっても発生する面圧を許容値以下に押さえ、リングのピストンからの脱落を防止する。【解決手段】ピストン本体１と、ピストン本体の外周に嵌合させたリング２とからなり、ピストン本体は外周に軸方向に沿って交互に形成したランドと環状溝１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆとを備え、上記リング円盤状の合成樹脂母材Ａをピストン本体の外周に沿うリング本体と上記環状溝内に流動して嵌合した内周側環状突起とで構成され、リングに対する軸方向の荷重を上記環状溝の側面で分担して担持しているピストンにおいて、各環状溝に対する環状突起の嵌り込み寸法を各環状溝の分担荷重に比例して成形したことを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストン本体と、ピストン本体の外周に嵌合させたリングとからなり、ピストン本体は外周に軸方向に沿って交互に形成したランドと環状溝とを備え、上記リングが円盤状の合成樹脂母材をピストン本体の外周に沿うリング本体と上記環状溝内に流動して嵌合した内周側環状突起とで構成され、リングに対する軸方向の荷重を上記環状溝の側面で分担して担持しているピストンにおいて、各環状溝に対する各環状突起の嵌り込み寸法を各環状溝の分担荷重に比例して成形したことを特徴とするピストン。
【請求項２】
各環状溝の嵌り込み寸法が各ランドの高さを同一にすると共に各環状溝の深さを異ならしめて設定している請求項１に記載のピストン。
【請求項３】
各環状溝の嵌り込み寸法が各環状溝の底面高さを同一にすると共に各ランドの高さを異ならしめて設定している請求項１に記載のピストン。
【請求項４】
各環状溝の嵌り込み寸法がピストン本体の一端側から他端側に向けて順次減少されている請求項１，請求項２又は請求項３に記載のピストン。
【請求項５】
各環状溝の嵌り込み寸法がピストン本体の両端を大きくし、中央に向けて順次減少させている請求項１，請求項２又は請求項３に記載のピストン。
【請求項６】
リング本体の一端に外方に反り返るリップを形成し、リング本体の他端を終端の環状溝内に折り曲げて嵌合させ、リップ側に近いほど各環状溝の嵌り込み寸法を大きくしている請求項１，請求項２，請求項３，請求項４又は請求項５に記載のピストン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧シリンダや油圧緩衝器に使用されるピストンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、油圧シリンダや油圧緩衝器は、シリンダ内にピストンを介してピストンロッドが移動自在に挿入され、ピストンは、ピストン本体とピストン本体の外周に嵌合した合成樹脂リングとからなり、上記ピストンがリングを介してシリンダの内周を摺接するようになっている。
【０００３】
そして、この種の油圧シリンダや油圧緩衝器に使用されるピストンとしては、例えば、特開２００２-２９５６７７号公報（特許文献１参照）に開示されたものが開発されている。
【０００４】
このピストンＰは、図４に示すように、ピストンロッド３に結合したピストン本体１と、ピストン本体１の外周に嵌合した合成樹脂製リング２とからなり、ピストン本体１は、外周に軸方向に沿う複数の環状溝１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅを備え、リング２は、ピストン本体１の外周に沿うリング本体２ａと、リング本体２ａの内周側に形成されて上記の各環状溝１ａ〜１ｅに嵌合した複数の内周側環状突起２ｃ，２ｄと、リング本体１の端部に形成されて外方に反り返るリップ２ｂとで構成され、ピストンＰをシリンダ内に挿入した時リップ２ｂがシリンダ内周に当接するようになっている。
【０００５】
上記のピストンＰの成形方法は、特開２００２-２９５６７９号公報（特許文献２参照）に開示したものが開発されている。
【０００６】
即ち、このピストンＰの成形方法は、図７（ａ），（ｂ）に示すように、外周に軸方向に沿う複数の環状溝１ｄ，１ｃを備えたピストン本体１と、ピストン本体１の外周に嵌合されたリング本体２ａと各環状溝１ｄ，１ｃに嵌合された内周側環状突起２ｃとからなるリング２とで構成されているピストンにおいて、円盤状の合成樹脂製リング母材Ａの内周端をピストン本体１の端面側環状溝に嵌合させ、次いで、ピストン本体１ａを固定治具７，８で固定しながらダイス９によって上記のリング母体Ａ体をピストン本体１の外周に加圧して押し込み、更に、この押し込み工程中にリング母材Ａを加熱軟化させてピストン本体１の外周に沿うリング本体２ａと上記各環状溝２ｃ内に流動させた内周側環状突起とを成形するものである。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２-２９５６７７号公報（図１）
【特許文献２】
特開２０００-２９５６７９号公報（図２）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図４に示す従来のピストンＰでは、リング２たるモールド樹脂リングの突起部２ｃがピストン外周に設けられた環状溝１ａ〜１ｅに嵌り込み、一体的に結合し、モールド樹脂リングのピストンからの脱落を防止している。
【０００９】
モールド樹脂リングには高圧室から圧力が加わり、この荷重をピストンとの櫛状の結合部で分担するが、実質的に荷重を分担するのは、ピストンの外形と溝径の差で形成される引っ掛かり高さＨであり、引っ掛かり高さは、モールド樹脂リングの厚肉部の厚さと薄肉部の厚さの差でもある。
【００１０】
以下、この引っ掛かり部で分担する荷重について説明すると、図５に示すように、高圧室から圧力が加わると、荷重Ｗでモールド樹脂リングを抜け出させようとする。
【００１１】
この荷重を上述の引っ掛かり高さで分担しており、この荷重を高圧側から順にＷ１，Ｗ２，Ｗ３…とし、これ等の値がどのようになるかを求めてみる。
【００１２】
図４を樹脂リングの変形を考えてモデル化すると、図５のように、高圧側から１番目の山に対して、高圧側にある樹脂のばね定数をＫ１，１番目と２番目の山の間にある樹脂のばね定数をＫ２，引っ掛かり樹脂リング本体２ａの偏心の影響を示す見かけのばね定数をＫ３とする。
【００１３】
２番目，３番目間のばね定数は、形状が一致していることから、１番目，２番目間のばね定数と等しく、以下、３番目と４番目，４番目と５番目も同様である。
【００１４】
Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３…の相対的な値は、Ｋ２とＫ３の値の比を与えれば、直列ばねと並列ばねの計算を繰り返すことで、その関係を求めることが出来る。
【００１５】
例えば、実態に合わせてＫ２＝１０×Ｋ３を与えた時のＷ１／Ｗ，Ｗ２／Ｗ，Ｗ３／Ｗ…を求めた結果を図６に示すと、この図６から、１山目の分担割合が大きく、以下順に２山目，３山目…となっており、このような関係が得られる理由は、次のように考えれば理解できる。
【００１６】
すなわち、図５において、例えば、Ｗ４とＷ５の分担荷重の大小を考えると、Ｗ４は、ばね定数Ｋ３を介して荷重を分担し、Ｗ５は、ばね定数Ｋ３とばね定数Ｋ２の直列結合ばねを介して荷重を分担し、このとき、Ｋ２とＫ３の合成ばね定数は必ずＫ３より小さくなり、従って、Ｗ５は、必ずＷ４より小さくなる。
【００１７】
同様に、Ｗ３とＷ４の分担荷重の大小を考えると、仮にＷ５がないとすれば、上記と同様な理由によりＷ４は必ずＷ３より小さくなり、実際にはＷ５があるので、Ｗ４は、更に小さくなる。
【００１８】
以上の議論は、以後同様に成立するので、結局は、Ｗ１＞Ｗ２＞Ｗ３＞Ｗ４＞Ｗ５の関係が成立し、このような関係は、一般に知られているものであって、ネジ結合体の山谷で分担する荷重の分担と同様で有ると言える。
【００１９】
上述のように、櫛状の引ッ掛かり部に加わる力は、高圧側から順に大きくなり、従って、発生する面圧も高圧側から順に大きく、圧力が高過ぎるとリング２の変形が始まり、樹脂リングのピストン溝からの脱落に繋がる虞が出てくる。
【００２０】
そこで、本発明の目的は、リングのピストンとの引っ掛かり部に発生する面圧を均一にし、高圧が加わっても発生する面圧を許容値以下に押さえ、リングのピストンからの脱落を防止することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の手段は、ピストン本体と、ピストン本体の外周に嵌合させたリングとからなり、ピストン本体は外周に軸方向に沿って交互に形成したランドと環状溝とを備え、上記リングが円盤状の合成樹脂母材をピストン本体の外周に沿うリング本体と上記環状溝内に流動して嵌合した内周側環状突起とで構成され、リングに対する軸方向の荷重を上記環状溝の側面で分担して担持しているピストンにおいて、各環状溝に対する各環状溝突起の嵌り込み寸法を各環状溝の分担荷重に比例して成形したことを特徴とするものである。
【００２２】
この場合、各環状溝に嵌り込み寸法が各ランドの高さを同一にすると共に各環状溝の深さを異ならしめて設定しているのが好ましい。
同じく、各環状溝の嵌り込み寸法が各環状溝の底面高さを同一にすると共に各ランドの高さを異ならしめて設定しても良い。
【００２３】
上記の場合、環状溝の嵌り込み寸法がピストン本体の一端側から他端側に向けて順次減少されているのが好ましい。
【００２４】
同じく、各環状溝の嵌り込み寸法がピストン本体の両端を大きくし、中央に向けて順次減少させても良い。
【００２５】
更に、リング本体の一端に外方に反り返るリップを形成し、リング本体の他端を終端の環状溝内に折り曲げて嵌合させ、リップ側に近いほど各環状溝の嵌り込み寸法を大きくしても良い。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図1乃至図３に基づいて説明するが、本発明に係るピストンは、油圧シリンダあるいは油圧緩衝器などに利用されるもので、その基本的な構造は、図４の従来技術と同じである。
【００２７】
即ち、本発明に係るピストンＰは、図１に示すように、従来と同じくピストン本体１と、ピストン本体１の外周に嵌合させたリング２とからなり、ピストン本体１は外周に軸方向に沿う複数のランド１１，１２，１３，１４，１５，１６と複数の環状溝１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆとを交互に備え上記リング２が円盤状の合成樹脂母材Ａをピストン本体１の外周に加圧して押し込みながら加熱軟化させて形成したピストン本体１の外周に沿うリング本体２ａと上記各環状溝１ａ〜１ｆ内に流動して嵌合した内周側環状突起２ｃとで構成されているものである。
【００２８】
即ち、図１の実施形態では、各環状溝１ｆ〜１ｂの嵌り込み寸法Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５が各ランド１１〜１５の高さを同一にすると共に各環状溝１ｅ〜１ｂの深さを異ならしめ、特に、リップ２ｂに近い一端側の環状溝１ｅから他端側の環状溝１ｂに向けて順次浅く形成して設定している。
【００２９】
各環状溝１ｆ〜１ｂの底面は、水平面でも良く、あるいは、図示のように彎曲面，断面Ｖ字状，断面逆台形状であっても良い。
【００３０】
同じく、図２の実施の形態では、各環状溝１ｅ〜１ｂの嵌り込み寸法Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５が各環状溝１ｅ〜１ｂの底面高さを同一にすると共に各ランド１１〜１５の高さを異ならしめ、特に、リップ２ｂに近いランド１１から他端側のランド１５に向けて順次低くして設定している。
【００３１】
要するに、図１，図２の実施形態では、高圧に作用するリップ２ｂ側が弛んだり、抜けないように、各環状溝１ｆ〜１ｂの嵌り込み寸法Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５が高圧側となるピストン本体１の一端側から他端側に向けて順次減少されているものである。
【００３２】
即ち、図１，図２に示すように、本発明では、リング２に対する軸方向の荷重を上記環状溝１ａ〜１ｅの側面で、いいかえれば、各ランド１１〜１６の外側面で分担して担持しているピストンであって各環状溝１ａ〜１ｅに対する各環状突起２ｃの嵌り込み寸法Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５を各環状溝１ｅ，１ｄ，１ｃ，１ｂの分担荷重に比例して成形したことを特徴とするものである。
【００３３】
そして、上記嵌り込み寸法Ｔ１〜Ｔ５の設定としては、次の寸法を採用している。
【００３４】
リング本体２ａの一端に外方に反り返るリップ２ｂを形成し、リング本体２ａの他端２ｄを終端の環状溝１ａ内に折り曲げて嵌合させているタイプのピストンＰではリップ側２ｂに近いほど分担荷重に比例して各環状溝１ｅ〜１ｂの嵌り込み寸法Ｔ１〜Ｔ５を大きくしているものである。
【００３５】
但し、図３の他の実施形態に示すように、ピストン本体１の両端における環状溝１ｅ，１ｂを深くし、中央に向けて順次浅くしても良く、この場合は、ピストンＰの両側が高圧となってもリップ２ｂや他端２ｄが弛んだり、抜けたりするのを防止できる。
【００３６】
上記の図１乃至図４に示す実施形態では、ランド１１〜１５の高さを順次低くくしたり、環状溝１ｂ〜１ｅの深さを順次浅くしているが、ランドと環状溝の高さと深さの両方を変化させても良く、いずれの方法を採用するかは、生産性やコストを勘案して決定すればよい。
【００３７】
上記のように各実施形態によれば、各環状溝に対する各環状突起の嵌り込み寸法Ｔ１〜Ｔ５を分担荷重に応じて設定したので発生する面圧が各環状溝の側面で、いいかえれば、各ランドの外側面でほぼ均一になる。
【００３８】
従って、従来のように、高圧側の１山目に特別高い面圧が発生するということが無く、結果的に耐久力に耐えられる。
【００３９】
【発明の効果】
各請求項の発明によれば、次の特有の効果が得られる。
【００４０】
高圧側からリングに圧力が加わると、リングとピストン本体との結合部である環状溝と内周側環状突起には上記圧力に対抗する面圧が発生し、この際、各環状溝に対する各環状突起の嵌リ込み寸法を各分担荷重に比例して成形したので発生する面圧が環状溝に対する環状突起の当接部でほぼ均一になる。
【００４１】
従って、従来のように高圧側に一番近い部位に特別高い面圧が発生するということが無く、結果的に高い圧力に耐えられ、リングが弛んだり、抜けたりするのが防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るピストンの一部切欠き縦断側面図である。
【図２】他の実施の形態に係るピストンの一部切欠き縦断側面図である。
【図３】他の実施の形態に係るピストンの縦断側面図である。
【図４】他の実施の形態に係るピストンの縦断面図である。
【図５】図４のリングの変形を示すモデル図である。
【図６】荷重分担割合を示すグラフである。
【図７】（ａ），（ｂ）は従来のピストンを成形する工程を示すピストン本体とリング母材とダイスの断面図である。
【符号の説明】
１  ピストン本体
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ  環状溝
２  リング
２ａ  リング本体
２ｃ  内周側環状突起
２ｄ  リップ
Ｐ  ピストン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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