(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１変位部材の内部を第２変位部材が相対的に変位可能に設けられ、前記第２変位部材に形成された周回する溝部に係合する環状のパッキンであって、
該パッキンは、その軸線に直交する断面において略三角形状に形成され、
前記溝部の底部と直交した一方の壁部に臨む断面略三角形状の一方の底角部位に周回して形成され、前記壁部に当接する第１突部と、
前記断面略三角形状の他方の底角部位に周回して形成され、前記壁部に直交した前記第１変位部材の内壁に当接する第２突部と、
を有し、
前記第１突部と第２突部とを結ぶ直線と前記パッキンの軸線とがなす角度を９０°以下に設定し、前記圧力流体から付与される力を、前記角度に応じて前記第１突部側に向かう分力と第２突部側へ向かう分力とに分散させ、前記第１変位部材と前記パッキンとの摺動抵抗が前記分力に応じて設定されることを特徴とするパッキン。
【請求項２】
請求項１記載のパッキンにおいて、
前記第１変位部材はシリンダであり、前記第２変位部材はピストンであることを特徴とするパッキン。
【請求項３】
第１変位部材の内部を第２変位部材が相対的に変位可能に設けられ、前記第１変位部材の内周に形成された周回する溝部に係合する環状のパッキンであって、
該パッキンは、その軸線に直交する断面において略三角形状に形成され、
前記溝部の底部と直交した一方の壁部に臨む断面略三角形状の一方の底角部位に周回して形成され、前記壁部に当接する第１突部と、
前記断面略三角形状の他方の底角部位に周回して形成され、前記壁部に直交した前記第２変位部材の内壁に当接する第２突部と、
を有し、
前記第１突部と第２突部とを結ぶ直線と前記パッキンの軸線とがなす角度を９０°以下に設定し、前記圧力流体から付与される力を、前記角度に応じて前記第１突部側に向かう分力と第２突部側へ向かう分力とに分散させ、前記第２変位部材と前記パッキンとの摺動抵抗が前記分力に応じて設定されることを特徴とするパッキン。
【請求項４】
請求項３記載のパッキンにおいて、
前記第１変位部材はシリンダであり、前記第２変位部材はピストンであることを特徴とするパッキン。
【請求項５】
第１変位部材の内部を第２変位部材が相対的に変位可能に設けられ、前記第１変位部材に形成された周回する溝部に係合する環状のパッキンであって、
該パッキンは、前記溝部を形成する一方の壁部に当接し、圧力流体の圧力によって前記パッキンが変位することを阻止する係止部と、
前記係止部に連続して形成され、前記第２変位部材に当接する第１当接部と、
前記溝部を形成する壁部に当接し、周回して形成された第２当接部と、
を備え、
前記パッキンの断面において、前記第１当接部と前記第２当接部とを結ぶ直線は圧力流体の圧力が加わる方向に対して前記パッキンの中心に向かって傾斜する
と共に、前記第１当接部と第２当接部とを結ぶ直線と前記パッキンの軸線とがなす角度を９０°以下に設定し、前記圧力流体から付与される力を、前記角度に応じて前記第１当接部側に向かう分力と第２当接部側へ向かう分力とに分散させ、前記第２変位部材と前記パッキンとの摺動抵抗が前記分力に応じて設定されることを特徴とするパッキン。
【請求項６】
請求項５記載のパッキンにおいて、
前記第１変位部材はシリンダであり、前記第２変位部材はピストンであることを特徴とするパッキン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、減圧弁等の流体圧機器の摺動部に設けられ、圧力流体の漏洩を防止するパッキンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、流体圧機器の摺動部に設けられるパッキンは、例えば、図９に示すように、流体圧機器１０のピストン１４に周回して画成された溝部１６に挿入されるＯリング１８が知られている。前記Ｏリング１８は前記溝部１６を形成する底部とシリンダ１２の内周に当接して圧力流体の流路を閉塞し、該圧力流体が漏洩することを防止する。
【０００３】
また、他の従来技術によれば、図１０に示すように、ピストン１４に画成された溝部２２に合成ゴムの如き材料で形成されたパッキン２４が挿入され、該パッキン２４には断面略Ｖ字状の溝部２６が画成される構造のものが採用されている。
【０００４】
さらに他の従来技術によれば、図１１に示すように、パッキン３２は合成樹脂の如き材料で形成され、シリンダ１２の内壁に当接するシール部３４ａ、３４ｂと、ピストン１４の外周に当接するシール部３６ａ、３６ｂと、前記シリンダ１２に画成された溝部３８に係合して当該パッキン３２の位置決めをする保持部４０とから形成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図９に示す従来技術に係るパッキンであるＯリング１８では、シリンダ１２とピストン１４の間隙に、図中、矢印Ａ方向に圧力流体が導入されると、２点鎖線で示すように、Ｏリング１８は圧力流体の圧力により前記溝部１６を形成する一方の壁部１６ａに押圧されるとともに、略楕円形に変形する。このため、Ｏリング１８が点Ｃではシリンダ１２に押圧され、一方、点Ｄでピストン１４に押圧される。この結果、ピストン１４がシリンダ１２の内部を摺動する際、Ｏリング１８とシリンダ１２との摺動抵抗が大きくなる。
【０００６】
また、図１０に示すパッキン２４では、シリンダ１２とピストン１４の間隙に圧力流体が矢印Ａ方向に導入されると、該圧力流体の圧力によって前記溝部２６を形成する一方の壁部２８ａは半径方向外方、すなわち、シリンダ１２の内壁に向かって押圧され、他方の壁部２８ｂは半径方向内方、すなわち、ピストン１４に画成された溝部２２を形成する底部に向かって押圧される。このため、ピストン１４がシリンダ１２の内部を摺動する際、パッキン２４とピストン１４との摺動抵抗が大きくなる。
【０００７】
さらに、図１１に示すパッキン３２では、シリンダ１２とピストン１４の間隙に圧力流体が矢印Ａ方向に導入されると、該圧力流体の圧力によって前記シール部３４ａは半径方向外方に押圧されて、点Ｅにおいて、シリンダ１２の内壁を押圧し、一方、前記シール部３６ａは半径方向内方に押圧されて、点Ｆにおいて、ピストン１４の外壁を押圧する。結局、ピストン１４がシリンダ１２の内部を摺動する際、パッキン３２とピストン１４との摺動抵抗が大きくなる。
【０００８】
このように、前記の従来技術によれば、圧力流体の圧力が大きくなるとピストン１４とシリンダ１２との摺動抵抗が大きくなり、このシール構造を圧力制御弁、例えば、減圧弁のバルブに用い、該バルブのストローク調整（開度調整）により導出口（２次側）の圧力を制御する場合、移動するバルブにパッキンが摺動する構造であると、パッキンの受ける圧力により摺動抵抗が変化する結果、減圧弁の制御圧力に変動が生じるという問題があった。また、長期間の使用によってＯリング１８またはパッキン２４、３２が摩耗して流体圧機器の耐久性が低下し、圧力流体が漏洩する懸念が生じるという問題があった。
【０００９】
さらに、ピストン１４とシリンダ１２との摺動抵抗が大きくなると、ピストン１４の変位速度が低下するため、このパッキンを用いたシリンダを、例えば、メータアウト回路に用い、ピストンの速度制御を行う場合、圧力流体供給源の圧力流体の圧力が変動したときにピストンの速度に誤差が生じるという欠点があった。
【００１０】
本発明は前記の課題を解決すべくなされたものであって、圧力流体の圧力の増加に対して任意に摺動抵抗を増加または減少させることができ、ひいては、流体圧力が変化しても摺動抵抗が変化しないようにすることも可能であり、減圧弁に用いた場合、２次側の圧力の変動を減少させ、メータアウト回路に用いた場合にはピストンの速度誤差を減少させることが可能なパッキンを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、第１変位部材の内部を第２変位部材が相対的に変位可能に設けられ、前記第２変位部材に形成された周回する溝部に係合する環状のパッキンであって、
該パッキンは、その軸線に直交する断面において略三角形状に形成され、
前記溝部の底部と直交した一方の壁部に臨む断面略三角形状の一方の底角部位に周回して形成され、前記壁部に当接する第１突部と、
前記断面略三角形状の他方の底角部位に周回して形成され、前記壁部に直交した前記第１変位部材の内壁に当接する第２突部と、
を有し、
前記第１突部と第２突部とを結ぶ直線と前記パッキンの軸線とがなす角度を９０°以下に設定し、前記圧力流体から付与される力を、前記角度に応じて前記第１突部側に向かう分力と第２突部側へ向かう分力とに分散させ、前記第１変位部材と前記パッキンとの摺動抵抗が前記分力に応じて設定されることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、パッキンに加わる圧力流体の圧力は前記第１突部と前記第２突部とを結ぶ直線に直交する方向、すなわち、その直径が徐々に小さくなる方向に作用し、パッキンを変形させて第２突部が第１変位部材を押圧すると同時に、パッキンを半径方向内側に押圧するように作用する。このため、第２突部による第１変位部材を押圧する力が相殺され、第１変位部材とパッキンとの摺動抵抗の増加が抑えられる。
【００１４】
この場合、前記第１突部と第２突部とを結ぶ直線と、前記パッキンの軸線とのなす角度が４５゜に形成されると、前記第２突部による前記第１変位部材を押圧する力と前記パッキンを半径方向内側に変位させる力とが釣り合い、圧力流体の圧力の変化に拘わらず、前記第１変位部材と前記パッキンとの摺動抵抗は一定となり、好適である。
【００１５】
また、この場合、前記第１変位部材はシリンダであり、前記第２変位部材はピストンであると、圧力流体の圧力が増加したときに摺動抵抗の増加を抑えることが可能なシリンダおよびピストンが得られ、好ましい。
【００１６】
また、本発明は、第１変位部材の内部を第２変位部材が相対的に変位可能に設けられ、前記第１変位部材の内周に形成された周回する溝部に係合する環状のパッキンであって、
該パッキンは、その軸線に直交する断面において略三角形状に形成され、
前記溝部の底部と直交した一方の壁部に臨む断面略三角形状の一方の底角部位に周回して形成され、前記壁部に当接する第１突部と、
前記断面略三角形状の他方の底角部位に周回して形成され、前記壁部に直交した前記第２変位部材の内壁に当接する第２突部と、
を有し、
前記第１突部と第２突部とを結ぶ直線と前記パッキンの軸線とがなす角度を９０°以下に設定し、前記圧力流体から付与される力を、前記角度に応じて前記第１突部側に向かう分力と第２突部側へ向かう分力とに分散させ、前記第２変位部材と前記パッキンとの摺動抵抗が前記分力に応じて設定されることを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、パッキンに加わる圧力流体の圧力は前記第１突部と前記第２突部とを結ぶ直線に直交する方向、すなわち、その直径が徐々に大きくなる方向に作用し、パッキンを変形させて第２突部が第２変位部材を押圧すると同時に、パッキンを半径方向外側に押圧するように作用する。このため、第２突部による第２変位部材を押圧する力が相殺され、第２変位部材とパッキンとの摺動抵抗の増加が抑えられる。
【００２０】
また、この場合、前記第１変位部材はシリンダであり、前記第２変位部材はピストンであると、圧力流体の圧力が増加したときに摺動抵抗の増加を抑えることが可能なシリンダおよびピストンが得られ、好ましい。
【００２１】
また、本発明は、第１変位部材の内部を第２変位部材が相対的に変位可能に設けられ、前記第１変位部材に形成された周回する溝部に係合する環状のパッキンであって、
該パッキンは、前記溝部を形成する一方の壁部に当接し、圧力流体の圧力によって前記パッキンが変位することを阻止する係止部と、
前記係止部に連続して形成され、前記第２変位部材に当接する第１当接部と、
前記溝部を形成する壁部に当接し、周回して形成された第２当接部と、
を備え、
前記パッキンの断面において、前記第１当接部と前記第２当接部とを結ぶ直線は圧力流体の圧力が加わる方向に対して前記パッキンの中心に向かって傾斜する
と共に、前記第１当接部と第２当接部とを結ぶ直線と前記パッキンの軸線とがなす角度を９０°以下に設定し、前記圧力流体から付与される力を、前記角度に応じて前記第１当接部側に向かう分力と第２当接部側へ向かう分力とに分散させ、前記第２変位部材と前記パッキンとの摺動抵抗が前記分力に応じて設定されることを特徴とする。
【００２２】
本発明によれば、パッキンに加わる圧力流体の圧力は前記第１当接部と前記第２当接部とを結ぶ直線に直交する方向、すなわち、その直径が徐々に大きくなる方向に作用し、パッキンを変位させて第１当接部が第２変位部材を押圧すると同時に、パッキンを半径方向外側に押圧するように作用する。このため、第１当接部による第２変位部材を押圧する力が相殺され、第２変位部材とパッキンとの摺動抵抗の増加が抑えられる。
【００２５】
また、この場合、前記第１変位部材はシリンダであり、前記第２変位部材はピストンであると、圧力流体の圧力が増加したときに摺動抵抗の増加を抑えることが可能なシリンダおよびピストンが得られ、好ましい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明に係るパッキンについて好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００２７】
図１において、参照符号５０は、本発明の第１の実施の形態に係るパッキンを示す。このパッキン５０は天然ゴムまたは合成ゴムの如き材料で環状に構成され、その軸線に直交する断面は略三角形状に形成される。該パッキン５０は、図２に示すように、略円柱形状のピストン５４の外周に周回するように画成された溝部５６に挿入される。該溝部５６は前記ピストン５４の軸線に直交する面からなる壁部５８ａ、５８ｂと、該軸線に平行な底部６０とを有し、一方の壁部５８ａと底部６０との間にはテーパ部６２が形成される。前記ピストン５４はシリンダ５２の内壁面に沿って摺動自在である。
【００２８】
前記パッキン５０の、図中、下部内側の底角部位には下方に突出した第１突部６８が、また、該パッキン５０の上部外側の底角部位には外方に突出した第２突部７０がそれぞれ周回して形成される。前記第１突部６８は前記溝部５６の壁部５８ｂに当接し、前記第２突部７０は前記シリンダ５２の内周面に当接する。これにより、前記第１突部６８および第２突部７０は前記シリンダ５２と前記ピストン５４との隙間から圧力流体が漏洩することを防止する。前記パッキン５０の上部内側には前記テーパ部６２から所定間隔離間してテーパ状の傾斜面７２が形成され、前記テーパ部６２と前記傾斜面７２との間隙は空間部７４として形成される。該傾斜面７２および前記テーパ部６２は前記パッキン５０の断面において前記第１突部６８と第２突部７０とを結ぶ直線に平行に構成され、前記パッキン５０の軸線とのなす角度θ3 が略４５゜に形成される。
【００２９】
第１の実施の形態に係るパッキン５０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、このパッキン５０が使用される減圧弁８０について、図３を参照して説明する。
【００３０】
この減圧弁８０は後述するボンネット１２０と螺合して一体化される本体部８２を備える。該本体部８２の下部には雌ねじが螺刻された孔部８４が画成され、該孔部８４は雄ねじが形成されたバルブガイド８６によって閉塞される。該バルブガイド８６の上部には凹部８８が画成され、該凹部８８の底部中央は膨出形成された突部９０が設けられる。前記孔部８４には第１の室９２が連通し、該第１の室９２には導入口９４が連通する。該導入口９４は前記本体部８２の外部に開口し、当該導入口９４には図示しない圧縮空気供給源が接続される。前記第１の室９２の上部には孔部９６が画成され、該孔部９６は前記本体部８２の上方に画成された第２の室９８に連通する。前記孔部９６には略円柱形のバルブ１００が挿通され、該バルブ１００の下部は斜面部１０２を介して徐々に直径が大きくなるように形成される。該斜面部１０２は前記孔部９６を形成する壁部に当接して該孔部９６を閉塞すると共に、前記バルブ１００の上方への変位範囲が規制される。前記バルブ１００の下部には段部１０４が形成され、該段部１０４にはコイルスプリング１０６の一端部が着座し、該コイルスプリング１０６の他端部は前記突部９０を囲繞して前記バルブガイド８６の凹部８８を形成する底部に着座する。このため、前記バルブ１００は前記コイルスプリング１０６によって、図中、上方へと付勢される。
【００３１】
前記第２の室９８を形成する底部には通路１０８が画成され、該通路１０８には導出口１１０が連通し、該導出口１１０は前記本体部８２の外部に開口し、図示しない流体圧機器に接続される。前記第２の室９８には略円盤状のダイヤフラム１１２が設けられ、該ダイヤフラム１１２の中央孔部１１４には前記バルブ１００が挿通される。前記ダイヤフラム１１２の縁部近傍には孔部１１６が画成され、該孔部１１６によって前記第２の室９８はシリンダ室１１７と連通している。
【００３２】
前記本体部８２の上部に螺合するボンネット１２０は略円筒状に形成され、該ボンネット１２０の下部は前記ダイヤフラム１１２の縁部に当接する。前記ボンネット１２０の外周の一部には雄ねじ１２１が形成され、該雄ねじ１２１にはナット１２２が緊締される。前記ボンネット１２０の下方は前記シリンダ５２として形成される。該シリンダ５２の孔部１２４の上部には段部１２６を介して該孔部１２４よりも直径の小さい孔部１２８が連通し、該孔部１２８の上部はさらに直径の小さい孔部１３０に連通する。前記ボンネット１２０の上部には縁部近傍に前記孔部１２８から外部に連通するリリーフポート１３４が画成される。前記孔部１２４には前記ピストン５４が摺動自在に挿入され、該ピストン５４の上部は前記段部１２６に当接して当該ピストン５４の上方への変位範囲が規制される。前記ピストン５４の中央には孔部１３６が画成され、該孔部１３６の上方は斜面部１３８を介して徐々に直径が小さくなるように形成され、前記ピストン５４の上部中央に形成された突部１４０の端面で開口する。前記孔部１３６には前記バルブ１００が挿入され、該バルブ１００の端部は前記斜面部１３８に当接自在である。
【００３３】
前記ピストン５４の上部にはスプリング１４２の一端部が着座し、該スプリング１４２の他端部にはナット１４４が当接する。該ナット１４４は前記孔部１２８の内部を摺動自在であり、該ナット１４４の内部にはガイドロッド１４５の雄ねじ１４６が螺入される。該雄ねじ１４６の下部にはフランジ部１４８が形成され、該フランジ部１４８によって前記ナット１４４の矢印Ｂ方向への最大変位範囲が規制される。前記ガイドロッド１４５の上部は前記孔部１３０に挿通してハンドル１５０に固着される。該ハンドル１５０の縁部は下方に延在して前記ボンネット１２０の上部を囲繞する円筒部１５２が形成され、該円筒部１５２の下部には半径方向内方に突出するフランジ部１５４が形成される。該フランジ部１５４は前記ボンネット１２０の外周に周回して形成された突部１５６に係合して前記ボンネット１２０からハンドル１５０が脱落することを防止する。
【００３４】
前記減圧弁８０は、基本的には以上のように構成され、次に、この減圧弁８０の動作について説明する。
【００３５】
先ず、ハンドル１５０を回転させてガイドロッド１４５を回転させると、ナット１４４が矢印Ｂ方向に変位してスプリング１４２の弾発力が強くなり、ピストン５４が矢印Ｂ方向に変位する。このため、バルブ１００が変位して孔部９６を形成する壁部と斜面部１０２が離間し、第１の室９２と第２の室９８とが連通する。図示しない圧縮空気供給源を付勢すると、圧縮空気が導入口９４から第１の室９２に導入され、孔部９６、第２の室９８、通路１０８を経て導出口１１０に導出される。供給される圧縮空気の圧力が大きくなり、第２の室９８の内部の圧力が大きくなると、ピストン５４はスプリング１４２の弾発力に抗して矢印Ａ方向に変位し、バルブ１００が上方に変位する。このため、孔部９６の壁部とバルブ１００の斜面部１０２が接近し、圧縮空気の流通が阻害されて導出口１１０に導出される圧縮空気の圧力は低くなる。圧縮空気が導出口１１０から図示しない流体圧機器に導出され、第２の室９８内部の圧力が小さくなると、ピストン５４はスプリング１４２の弾発力により矢印Ｂ方向に変位し、第１の室９２と第２の室９８との流路が広がる。このため、圧縮空気が導入口９４から導出口１１０に導出され、該導出口１１０内部の圧力が上昇する。
【００３６】
一方、例えば、導出口１１０に接続される図示しない流体圧機器に導入される圧縮空気の量が減少する等により、導出口１１０の内部の圧縮空気の圧力が所定の値より上昇すると、第２の室９８の内部の圧力が上昇し、該圧力により孔部９６からバルブ１００の斜面部１０２を押圧し、該バルブ１００が矢印Ｂ方向に変位する。同時に、シリンダ室１１７内の圧縮空気がピストン５４を押圧して該ピストン５４を矢印Ａ方向に変位させる。このため、バルブ１００の先端部は孔部１３６の斜面部１３８から離間し、シリンダ室１１７と孔部１２８とが孔部１３６を介して連通する。該孔部１２８はリリーフポート１３４を介して減圧弁８０の外部に連通している。このため、導出口１１０内部の圧縮空気は孔部１２８に導入され、リリーフポート１３４から外部に排気され、導出口１１０の圧力が低下する。
【００３７】
このように、導出口１１０に導出される圧縮空気の圧力は、導入口９４に供給される圧縮空気の圧力や導出口１１０に接続される流体圧機器に導入される圧縮空気の量に拘わらず、一定に保たれる。
【００３８】
このとき、図２に示すように、シリンダ５２とピストン５４との間隙には圧縮空気が矢印Ａ方向に流れ込むが、パッキン５０の第１突部６８が溝部５６を形成する壁部５８ｂに当接し、一方、パッキン５０の第２突部７０はシリンダ５２の内周面に摺接するためにシール効果が充分に達成され、圧縮空気が漏洩する懸念がない。前記圧縮空気の圧力が大きくなると、パッキン５０は該圧縮空気によって押圧され、その圧力Ｐは第１突部６８と第２突部７０とを結ぶ直線に対して直交する方向に加わる（図２中、矢印Ｆ参照）。このため、パッキン５０の傾斜面７２はテーパ部６２に接近し、パッキン５０は空間部７４を狭めるように変位する。前記圧力Ｐによってパッキン５０に加わる力Ｆは、以下のように算出される。すなわち、第１突部６８と第２突部７０との間隔をＬ、第１突部６８の半径をＲ1 、第２突部７０の半径をＲ2 、第１突部６８と第２突部７０とを結ぶ直線によって前記パッキン５０に形成される仮想の円錐部の面積をＡs とすると、
Ｆ＝Ａs ×Ｐ
＝πＬＰ（Ｒ1 ＋Ｒ2 ）                    …（１）
で表される。この力Ｆをパッキン５０の軸線方向の分力Ｆx と半径方向の分力Ｆy とに分けると、それぞれの分力Ｆx 、Ｆy は、
0004069277.tif 000002
である。パッキン５０は分力Ｆx によって溝部５６の壁部５８ａに押圧され、第２突部７０は半径方向外方に変形する。このように第２突部７０が変形すると、ピストン５４がシリンダ５２の内部を変位する際にパッキン５０とシリンダ５２との摺動抵抗が増加するように作用する。ところが、分力Ｆy によって第２突部７０は半径方向内方、すなわちシリンダ５２から離間する方向に変位し、パッキン５０とシリンダ５２との摺動抵抗が減少するように作用する。
【００３９】
それぞれの分力Ｆx 、Ｆy の大きさの比は、角度θ3 によって任意に変化する。このため、角度θ3 を変化させることにより、圧力流体の増加に対してシリンダ５２とパッキン５０との摺動抵抗を制御することができる。本実施の形態のように、角度θ3 が４５゜であれば、分力Ｆx と分力Ｆy との大きさは等しく、圧力流体の圧力Ｐによってシリンダ５２とパッキン５０との摺動抵抗が変化しない。このため、例えば、シリンダ５２とパッキン５０との摺動抵抗を小さい状態で維持することができる。
【００４０】
このように、摺動抵抗が小さいパッキン５０が使用された減圧弁８０の導出口１１０（２次側）における圧縮空気の流量Ｑと圧力Ｐの関係のグラフを図４に示す。この図４において、流量Ｑ＝０より＋（プラス）側（図４中、右側）は導出口１１０から図示しない流体圧機器に流出する圧縮空気の流量Ｑと圧力Ｐとの関係（流量特性）を示し、一方、流量Ｑ＝０より−（マイナス）側（図４中、左側）は流体圧機器から導出口１１０を経て減圧弁８０に流入し、孔部１２８を介してリリーフポート１３４から外部に排出される圧縮空気の流量Ｑと圧力Ｐとの関係（排気特性）を示す。
【００４１】
まず、流量Ｑ＝０より＋（プラス）側の流量特性について説明する。流量Ｑ＝０のときの圧力、すなわち減圧弁８０の設定圧力をＰ2 とすると、任意の流量Ｑo のときの圧力Ｐは、
Ｐ＝Ｐ2 −ΔＰo                                 …（４）
で示される。このΔＰo は設定圧力Ｐ2 に対する誤差となるので、極力小さい方がよい。
【００４２】
バルブ１００を、図３において、矢印Ｂ方向に変位させる力Ｆo は、導出口１１０側（２次側）の圧力によって第２の室９８内の圧縮空気が孔部９６からバルブ１００を押圧する力と、コイルスプリング１４２の弾発力によってピストン５４がバルブ１００を押圧する力との合成力である。このため、力Ｆo は、孔部９６の直径をＲa 、コイルスプリング１４２のたわみ量（コイルスプリング１４２が付勢されていない状態からどのくらい縮退されているかを示す長さ）をＧ、コイルスプリング１４２のばね定数をＫ、バルブ１００の斜面部１０２が孔部９６を形成する壁部に当接して該孔部９６が閉塞されている状態から前記バルブ１００がどれだけ変位しているかを示す変位量をｌとすると、
Ｆo ＝πＲa 2 （Ｐ2 −ΔＰo ）／４＋（Ｇ−ｌ）Ｋ      …（５）
で表される。
【００４３】
一方、バルブ１００を矢印Ａ方向に押圧する力ＦR は、シリンダ室１１７内の圧縮空気がその圧力によってピストン５４を押圧する力と、導入口９４から供給される圧縮空気がその圧力によってバルブ１００を押圧する力と、コイルスプリング１０６の弾発力と、パッキン５０とシリンダ５２との摺動抵抗により発生する力の合成力である。このため、力ＦR は、ピストン５４の直径をＲb 、コイルスプリング１０６のたわみ量をｇ、コイルスプリング１０６のばね定数をｋ、導入口９４における圧力をＰ1 、パッキン５０とシリンダ５２との摺動抵抗により発生する力をＦとすると、
ＦR ＝πＲb 2 （Ｐ2 −ΔＰo ）／４＋πＲa 2 Ｐ1 ／４＋（ｇ＋ｌ）ｋ＋Ｆ…（６）
である。バルブ１００はこの２つの力Ｆo と力ＦR とが釣り合うまで矢印ＡまたはＢ方向に変位する。このとき、Ｆo ＝ＦR であるため、
0004069277.tif 000003
となる。
【００４４】
流量Ｑ＝０のとき、ｌ＝０、ΔＰo ＝０、Ｆ＝０であるので、それぞれを前記式（５）、式（６）に代入すると、
Ｆo ＝πＲa 2 Ｐ2 ／４＋ＧＫ                      …（９）
ＦR ＝πＲb 2 Ｐ2 ／４＋πＲa 2 Ｐ1 ／４＋ｇｋ    …（１０）
となる。ここで、力Ｆo と力ＦR とが釣り合うと、Ｆo ＝ＦR であるため、
πＲa 2 Ｐ2 ／４＋ＧＫ＝πＲb 2 Ｐ2 ／４＋πＲa 2 Ｐ1 ／４＋ｇｋ…（１１）
となり、従って、
Ｐ2 ＝４（−πＲa 2 Ｐ1 ／４−ｇｋ＋ＧＫ）／｛π（Ｒb 2 −Ｒa 2 ）｝…（１２）
が成り立つ。これを式（８）に代入すると、
ΔＰo ＝４｛Ｆ＋ｌ（Ｋ＋ｋ）｝／｛π（Ｒb 2 −Ｒa 2 ）｝  …（１３）
となる。ここで、Ｋ、ｋ、Ｒb およびＲa は一定値であるので、ΔＰo を小さくするには摺動抵抗Ｆを小さくすればよいことがわかる。すなわち、摺動抵抗Ｆが小さくなれば、減圧弁８０の設定圧力Ｐ2 に対する誤差が小さくなり、所謂流量特性が向上する。また、このパッキン５０は圧力の設定値が変化しても摺動抵抗Ｆが一定であるため、図４に点線で示すように、設定圧力がＰ2 からＰ2 ’に変化してもΔＰo は変化しない。従って、該減圧弁８０の流量特性は任意の設定圧力について測定すれば、他の設定圧力における流量特性もわかり、流量特性の解析が容易となる。
【００４５】
次いで、流量Ｑ＝０より−（マイナス）側の排気特性について説明する。任意の流量ＱR のときの圧力Ｐは、図８に示すように、
Ｐ＝Ｐ2 ＋ΔＰR                                 …（１４）
で示される。このΔＰR は前記ΔＰo と同様に設定圧力Ｐ2 に対する誤差となるので、極力小さい方がよい。
【００４６】
図３において、ピストン５４を矢印Ａ方向に変位させる力Ｆo ’は、導出口１１０側（２次側）の圧力によって圧縮空気がシリンダ室１１７内部でピストン５４を押圧する力である。このため、力Ｆo ’は、
Ｆo ’＝πＲb 2 （Ｐ2 ＋ΔＰR ）／４              …（１５）
で表される。一方、ピストン５４を矢印Ｂ方向に変位させる力ＦR ’は、スプリング１４２の弾発力と摺動抵抗による力の合成力であるので、
ＦR ’＝（Ｇ＋ｌ）Ｋ＋Ｆ                          …（１６）
である。この２つの力Ｆo ’とＦR ’が釣り合うと、Ｆo ’＝ＦR ’であるため、
πＲb 2 （Ｐ2 ＋ΔＰR ）／４＝（Ｇ＋ｌ）Ｋ＋Ｆ    …（１７）
となり、ΔＰR は、
ΔＰR ＝４｛（Ｇ＋ｌ）Ｋ＋Ｆ｝／πＲb 2 −Ｐ2     …（１８）
となる。
【００４７】
流量Ｑ＝０のとき、ｌ＝０、ΔＰR ＝０、Ｆ＝０であるので、それぞれを前記式（１５）、式（１６）に代入すると、
Ｆo ’＝πＲb 2 Ｐ2 ／４                        …（１９）
ＦR ’＝ＧＫ                                    …（２０）
である。この２つの力Ｆo ’とＦR ’とが釣り合うので、Ｆo ’＝ＦR ’より、
πＲb 2 Ｐ2 ／４＝ＧＫ                          …（２１）
が成り立ち、従って、
Ｐ2 ＝４ＧＫ／πＲb 2                           …（２２）
である。これを前記式（１８）に代入すると、
ΔＰR ＝４（ｌＫ＋Ｆ）／πＲb 2 
となる。この式からわかるように、ΔＰR を小さくするためにも、摺動抵抗Ｆを小さくすればよいことがわかる。すなわち、摺動抵抗Ｆが小さくなれば、減圧弁８０の設定圧力に対する誤差が小さくなり、所謂、排気特性が向上する。
【００４８】
さらに、このように摺動抵抗が小さいパッキン５０を使用すると、圧縮空気の圧力が増加してもパッキン５０の摩耗が増加することがなく、減圧弁８０の耐久性が向上する。
【００４９】
図５Ａ、図５Ｂに、それぞれ、第２と第３の実施の形態に係るパッキンを示す。以下、図中、前記第１の実施の形態と同一の構成要素には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。なお、他の実施の形態についても同様である。
【００５０】
第１の実施の形態に係るパッキン５０では、圧縮空気の圧力の変化によってシリンダ５２とピストン５４との摺動抵抗が変化しないように構成したが、圧縮空気の圧力の増加に対して摺動抵抗が所定の変化率で増加するように構成する場合、図５Ａに示すように、第１突部６８と第２突部７０とを結ぶ直線と、パッキン５０の軸線との角度θ3 を４５゜より大きくすると、分力Ｆx が分力Ｆy より大きくなり、圧縮空気の圧力が大きくなると、第２突部７０は分力Ｆx によりシリンダ５２の内周に押圧され、該シリンダ５２とパッキン５０との摺動抵抗が大きくなる。
【００５１】
一方、圧縮空気の圧力の増加に対して摺動抵抗が所定の変化率で減少するように構成する場合、図５Ｂに示すように、第１突部６８と第２突部７０とを結ぶ直線と、パッキン５０の軸線との角度θ3 を４５゜より小さくすると、分力Ｆx が分力Ｆy より小さくなり、圧縮空気の圧力が大きくなると第２突部７０は分力Ｆy によりピストン５４の半径方向内方に変位し、シリンダ５２とパッキン５０との摺動抵抗が小さくなるという効果が得られる。
【００５２】
このように、第１突部６８と第２突部７０とを結ぶ直線と、パッキン５０の軸線とのなす角度を９０°以下の所定の角度に設定することにより、圧縮空気の圧力の変化に対するシリンダ５２とパッキン５０との摺動抵抗の変化を前記角度に対応した所定の変化率に設定することが可能である。
【００５３】
次に、本発明の第４の実施の形態に係るパッキン１７０について、図６および図７を参照して説明する。  このパッキン１７０は環状に形成され、その上部は断面が変形四角形の係止部１８０として構成される。前記係止部１８０の上部には複数の位置決め用の凹部１８１が画成されている。前記係止部１８０の下部にはその内周が半径方向内方に突出して第１当接部１８２が形成される。該第１当接部１８２はその外周に断面略Ｖ字状の溝部１８４が画成されることにより薄肉に形成され、前記パッキン１７０は該第１当接部１８２で屈曲自在に構成される。前記第１当接部１８２から下方にかけて半径方向外方に傾斜する斜面部１８６が形成され、該斜面部１８６の下部には第２当接部１８８が形成される。前記第１当接部１８２と前記第２当接部１８８とを結ぶ直線は、パッキン１７０の軸線方向に対して略４５゜に構成される。
【００５４】
前記パッキン１７０が装着されるシリンダ１７１の内周には段部１７２を介して直径の大きい孔部を構成する壁部１７４が形成され、該シリンダ１７１の下部にはリング部材１７６が固着され、前記段部１７２、壁部１７４およびリング部材１７６の上部により前記パッキン１７０が係合する溝部１７８が形成される。前記係止部１８０は前記段部１７２に当接して位置決めされる。前記第１当接部１８２は前記シリンダ１７１の内部を摺動するピストン１９０の外周に当接し、前記第２当接部１８５は前記壁部１７４に当接する。
【００５５】
第４の実施の形態に係るパッキン１７０は、以上のように構成され、次に、その作用について説明する。
【００５６】
シリンダ１７１とピストン１９０との間隙には、図７に示すように、矢印Ａ方向に圧縮空気が流れ込むが、パッキン１７０の第１当接部１８２と第２当接部１８８とによって密閉され、圧縮空気が漏洩する懸念がない。圧縮空気の圧力Ｐが大きくなると、パッキン１７０は圧縮空気によって押圧されるが、係止部１８０が段部１７２に当接してパッキン１７０が矢印Ａ方向へ変位することが阻止される。前記圧縮空気の圧力Ｐは第１当接部１８２と第２当接部１８８とを結ぶ直線に対して直交する方向に加わる。この圧力Ｐによってパッキン１７０にかかる力Ｆをパッキン１７０の軸線方向の分力Ｆx と半径方向の分力Ｆy とに分けると、第１当接部１８２は分力Ｆx によってピストン１９０の外周に押圧される。このため、ピストン１９０がシリンダ１７１の内部を変位する際に該ピストン１９０とパッキン１７０との摺動抵抗が増加するように作用する。ところが、分力Ｆy によって第１当接部１８２は半径方向外方、すなわちピストン１９０から離間する方向に変位し、ピストン１９０とパッキン１７０との摺動抵抗が減少するように作用する。この場合、第１当接部１８２と第２当接部１８８とを結ぶ線がパッキン１７０の軸線方向に対して４５゜に形成されているため、分力Ｆx と分力Ｆy との大きさは等しい。このため、分力Ｆx によって増加する摺動抵抗と分力Ｆy によって減少する摺動抵抗が等しくなり、圧縮空気の圧力が増加してもパッキン１７０とピストン１９０との摺動抵抗は変化しない。
【００５７】
次いで、第５の実施の形態に係るパッキン２００について、図８を参照して説明する。
【００５８】
このパッキン２００はその断面が略三角形状に形成され、該パッキン２００はシリンダ５２の内周に周回して形成された溝部２０２に挿入される。該溝部２０２はピストン５４の軸線に直交する面からなる壁部２０４ａ、２０４ｂと、該軸線に平行な底部２０６とを有し、一方の壁部２０４ａと底部２０６との間にはテーパ部２０８が形成される。
【００５９】
前記パッキン２００の、図中、下部外側の底角部位には下方に突出した第１突部２１０が、また、該パッキン２００の上部内側の底角部位には内方に突出した第２突部２１２がそれぞれ周回して形成される。前記第１突部２１０は前記溝部２０２の壁部２０４ｂに当接し、前記第２突部２１２は前記ピストン５４の外周面に当接する。前記パッキン２００の上部外側には前記テーパ部２０８から所定間隔離間してテーパ状の傾斜面２１４が形成され、前記テーパ部２０８と前記傾斜面２１４との間隙は空間部２１６として形成される。該傾斜面２１４および前記テーパ部２０８は前記パッキン２００の断面において前記第１突部２１０と第２突部２１２とを結ぶ直線に平行に構成され、前記パッキン２００の軸線とのなす角度θ3 が略４５゜に形成される。
【００６０】
シリンダ５２とピストン５４との間隙に、矢印Ａ方向に圧縮空気が流れ込むと、この圧縮空気の圧力によってパッキン２００には第１突部２１０と第２突部２１２とを結ぶ直線に直交する方向に力Ｆがかかり、パッキン２００は空間部２１６を狭めるように変位する。この力Ｆの分力Ｆx によって第２突部２１２は半径方向内方に変形してピストン５４とパッキン２００との摺動抵抗が増加するように作用し、一方、力Ｆy によって第２突部２１２は半径方向外方に変位してピストン５４とパッキン２００との摺動抵抗が減少するように作用する。この分力Ｆx と分力Ｆy との大きさが等しいため、第１の実施の形態にかかるパッキン５０と同様に、圧縮空気の圧力が変化してもピストン５４とパッキン２００との摺動抵抗は変化しない。
【００６１】
なお、この図８に示す第５の実施の形態は、図１、図２に示す第１の実施の形態とは逆の、すなわち、シリンダの内壁に設けられた溝部に嵌合するパッキンを示している。従って、これに対応して、図５Ａ、図５Ｂに示す第２、第３の実施の形態とは逆の形状のパッキンを図８の周回する溝部に嵌合させることも可能である。
【００６２】
【発明の効果】
本発明に係るパッキンによれば、以下のような効果ならびに利点が得られる。
【００６３】
圧縮空気の圧力が大きくなってもパッキンとシリンダまたはピストンとの摺動抵抗の増加を抑制することができ、このパッキンを使用した減圧弁等の流体圧機器の流量特性、排気特性が向上する。また、パッキンの摩耗が減少し、このパッキンを使用した流体圧機器の耐久性が向上する。
【００６４】
さらに、圧力流体の圧力によって摺動抵抗が変化することがないため、このパッキンを用いたシリンダのピストンの速度制御が容易になる。
【００６５】
さらにまた、圧力流体の圧力の増加に対して、第１突部と第２突部とを結ぶ直線と、パッキンの軸線との角度の選択如何により摺動抵抗を所定の変化率で増加または減少させることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るパッキンを示す一部省略破断斜視図である。
【図２】図１のパッキン、シリンダおよびピストンを示す一部省略縦断面図である。
【図３】図１のパッキンが使用される減圧弁を示す概略縦断面図である。
【図４】図３の減圧弁の流量特性および排気特性を示すグラフである。
【図５】本発明の第２と第３の実施の形態のパッキンを示し、
図５Ａは、ピストンの軸線方向と、第１突部と第２突部とを結ぶ線との角度が４５゜より大きい場合の縦断面図、
図５Ｂは、ピストンの軸線方向と、第１突部と第２突部とを結ぶ線との角度が４５゜より小さい場合の縦断面図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態に係るパッキンを示す一部破断斜視図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態に係るパッキンおよび該パッキンが使用されるシリンダとピストンを示す一部省略縦断面図である。
【図８】本発明の第５の実施の形態のパッキンを示す一部省略縦断面図である。
【図９】従来技術に係るパッキンを示す一部省略縦断面図である。
【図１０】従来技術に係る他のパッキンを示す一部省略縦断面図である。
【図１１】従来技術に係るさらに他のパッキンを示す一部省略縦断面図である。
【符号の説明】
５０、１７０、２００…パッキン  ５２、１７１…シリンダ
５４、１９０…ピストン          ５６…溝部
６８、２１０…第１突部          ７０、２１２…第２突部
７２…傾斜面                    ７４、２１６…空間部
８０…減圧弁                    １８０…係止部
１８２…第１当接部              １８８…第２当接部
【図１】
0004069277.tif 000004
【図２】
0004069277.tif 000005
【図３】
0004069277.tif 000006
【図４】
0004069277.tif 000007
【図５】
0004069277.tif 000008
【図６】
0004069277.tif 000009
【図７】
0004069277.tif 000010
【図８】
0004069277.tif 000011
【図９】
0004069277.tif 000012
【図１０】
0004069277.tif 000013
【図１１】
0004069277.tif 000014