| 【発明の名称】 |
低摩擦流体圧アクチュエータ |
| 【発明者】 |
【氏名】竹内 輝正
【氏名】陸浦 淳二
【氏名】吉田 重和
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| 【要約】 |
【課題】耐久性及び動作性の双方の向上を達成できる環状弾性体の好適使用範囲が広く、比較的容易に製造することができる低摩擦流体圧アクチュエータを提供すること。
【解決手段】一方のアクチュエータ構成部材７，１４側に環状弾性体２３，２４を装着する。その環状弾性体２３，２４を径方向に圧縮変形させる高摺動材料製のリング２５，２６を装着する。環状弾性体２３，２４に生じる反力をもって、リング２５，２６は他方のアクチュエータ構成部材７，１４側に押し付けられる。環状弾性体２３，２４は、径方向における圧縮変形量が円形断面のものに比べて大きく、かつ圧縮変形時に生じる反力の増加度合いが円形断面のものに比べて小さい、異形断面の環状弾性体である。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】２つのアクチュエータ構成部材がなす摺動界面において一方のアクチュエータ構成部材側に環状弾性体を装着するとともに、その環状弾性体を径方向に圧縮変形させる高摺動材料製のリングを装着し、前記環状弾性体に生じる反力をもって前記リングを他方のアクチュエータ構成部材側に押し付けるようにした低摩擦流体圧アクチュエータにおいて、前記環状弾性体は、径方向における圧縮変形量が円形断面のものに比べて大きく、かつ圧縮変形時に生じる反力の増加度合いが円形断面のものに比べて小さい、異形断面の環状弾性体であることを特徴とする低摩擦流体圧アクチュエータ。
【請求項２】前記リングにおいて前記アクチュエータ構成部材に押し付けられる側の面には、テーパが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の低摩擦流体圧アクチュエータ。
【請求項３】前記異形断面の環状弾性体は、径方向に沿って長い断面形状または中空の断面形状を有することを特徴とする請求項１または２に記載の低摩擦流体圧アクチュエータ。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、摺動界面における摩擦の小さい流体圧アクチュエータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、エアシリンダに代表されるような流体圧アクチュエータが知られている。シリンダチューブの内部空間には、ピストンが収容されている。ピストンの両側に区画される２つの圧力作用室には、それぞれエア給排用のポートが連通されている。ピストンの片側面には、ロッドの基端部が固定されている。ピストンロッドの先端部は、一方のロッドカバーに形成されたロッド挿通孔を介してシリンダチューブの外部に突出している。従って、圧力作用室にエアを給排すると、ピストンがチューブ軸線方向に沿って摺動する結果、ピストンロッドが出没するように構成されている。
【０００３】ピストンの外周面に設けられた収容溝には環状弾性体としてのピストンパッキングが装着され、さらにそのピストンパッキングの外周面側には樹脂リングが装着されている。樹脂リングはピストンパッキングを縮径方向に圧縮変形させる。このとき、元の形状に復帰しようとするピストンパッキングには反力が生じる。そして、この反力の働きにより樹脂リングがシリンダチューブの内壁面に押し付けられる結果、摺動界面におけるシール性確保及び低摩擦化が図られるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、最近のエアシリンダにおいてはシリンダチューブのような筒状部材を押出成形法や引抜成形法で製造することが多いため、どうしてもシリンダチューブの内周面には寸法公差ができやすい。公差が大きい場合においてシール性を確保するためには、ピストンパッキングの反力（即ち締め代）を大きく設定する必要がある。ただし、反力を大きく設定しすぎると、ピストンとシリンダチューブとの間の摩擦力が増大し、エアシリンダの耐久性が損なわれる。逆に、反力を非常に小さく設定すると、ピストンへの偏荷重付加時にシール性が悪化することによってエア漏れを発生し、エアシリンダの動作性が損なわれる。以上のことから明らかなように、ピストンパッキングの使用にあたっては、ちょうどよい反力が得られる圧縮変形条件を設定する必要がある。
【０００５】しかしながら、従来のピストンパッキングは一般的に断面円形状であるため、径方向における圧縮変形量がそれほど大きくない割に、圧縮変形時に生じる反力の増加度合いが大きい。従って、耐久性及び動作性の双方の向上を達成できるピストンパッキングの好適使用範囲が狭く、装置の製造が容易ではないという欠点があった。
【０００６】本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、耐久性及び動作性の双方の向上を達成できる環状弾性体の好適使用範囲が広く、比較的容易に製造することができる低摩擦流体圧アクチュエータを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、２つのアクチュエータ構成部材がなす摺動界面において一方のアクチュエータ構成部材側に環状弾性体を装着するとともに、その環状弾性体を径方向に圧縮変形させる高摺動材料製のリングを装着し、前記環状弾性体に生じる反力をもって前記リングを他方のアクチュエータ構成部材側に押し付けるようにした低摩擦流体圧アクチュエータにおいて、前記環状弾性体は、径方向における圧縮変形量が円形断面のものに比べて大きく、かつ圧縮変形時に生じる反力の増加度合いが円形断面のものに比べて小さい、異形断面の環状弾性体であることを特徴とする低摩擦流体圧アクチュエータをその要旨とする。
【０００８】請求項２に記載の発明では、請求項１において、前記リングにおいて前記アクチュエータ構成部材に押し付けられる側の面には、テーパが設けられているとした。
【０００９】請求項３に記載の発明では、請求項１または２において、前記異形断面の環状弾性体は、径方向に沿って長い断面形状または中空の断面形状を有するとした。以下、本発明の「作用」について説明する。
【００１０】請求項１に記載の発明によると、異形断面の環状弾性体を用いているため、耐久性及び動作性の双方の向上を達成できるちょうどよい反力が得られる好適使用範囲が、従来の円形断面のものに比べて広くなる。
【００１１】請求項２に記載の発明によると、アクチュエータへの流体供給を行うと、リングに設けられたテーパに流体圧が作用する。その結果、リングが環状弾性体側へ変形する力が大きくなり、これに伴って環状弾性体の圧縮変形力も大きくなる。
【００１２】請求項３に記載の発明によると、径方向に沿って長い断面形状または中空の断面形状を有する環状弾性体であれば、前記圧縮変形量が円形断面のものに比べて確実に大きくなり、かつ前記反力の増加度合いが円形断面のものに比べて確実に小さくなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の低摩擦流体圧アクチュエータを具体化した一実施形態の低摩擦エアシリンダ１を図１、図２等に基づき詳細に説明する。
【００１４】この実施形態のエアシリンダ１は、ロッド付きタイプのエアシリンダ１である。図１に示されるように、アクチュエータ構成部材であるシリンダチューブ２は、等断面形状を有するアルミニウム合金製の筒状押出成形品である。シリンダチューブ２の両端にある開口は、ピストンカバーとしてのヘッドメタル３とロッドメタル４とによって封止されている。シリンダチューブ２、ヘッドメタル３及びロッドメタル４がなす断面円形状のピストン収容空間には、アクチュエータ構成部材としてのピストン５がチューブ軸線方向に沿って移動可能に収容されている。本実施形態のピストン５は、中心に孔を有するマグネットスペーサ６及びピストン本体７を重ね合わせた構造となっていて、マグネットスペーサ６及びピストン本体７間には環状マグネット８が挟持されている。そして、このピストン５によって前記空間が２つの圧力作用室９，１０に区画されている。
【００１５】シリンダチューブ２の外周面においてヘッド側端に近い位置には、第１のエア給排ポート１１が形成されている。同面においてロッド側端に近い位置には、第２のエア給排ポート１２が形成されている。第１のエア給排ポート１１は、連通孔を介して第１の圧力作用室９に連通している。第２のエア給排ポート１２は、連通孔を介して第２の圧力作用室１０に連通している。
【００１６】ピストン５の中心を貫通するロッド取付孔１３には、ロッド１４の基端部が螺着されている。従って、ロッド１４はピストン５と一体的に移動することができる。ロッド１４の先端部は、ロッドメタル４に形成されたロッド挿通孔１５を介してシリンダチューブ２の外部に突出している。
【００１７】第１のエア給排ポート１１を介して第１の圧力作用室９にエアを供給すると、エアの圧力によってピストン５が図１の左側方向（即ちロッド側）に押圧される。その結果、ピストン５及びロッド１４がロッド側に移動し、ロッド１４がシリンダチューブ２から突出する。第２のエア給排ポート１２を介して第２の圧力作用室１０にエアを供給すると、エアの圧力によってピストン５が図１の右側方向（即ちヘッド側）に押圧される。その結果、ピストン５及びロッド１４がヘッド側に移動し、ロッド１４がシリンダチューブ２に没入する。
【００１８】ピストン本体７の外周面には、環状の収容溝２１がピストン周方向の全体にわたって形成されている。また、ロッドメタル４の内周面にも、環状の収容溝２２がメタル周方向の全体にわたって形成されている。
【００１９】そして、ピストン５側の収容溝２１には環状弾性体としてのピストンパッキング２３が装着され、メタル４側の収容溝２２には環状弾性体としてのロッドパッキング２４が装着されている。なお、本実施形態のピストンパッキング２３及びロッドパッキング２４は、いずれもニトリルゴムやフッ素ゴム等のような弾性材料を用いて形成されている。
【００２０】ピストン５側の収容溝２１には、ピストンパッキング２３を縮径方向に圧縮変形させるための樹脂リング２５がさらに装着されている。メタル４側の収容溝２２には、ロッドパッキング２４を拡径方向に圧縮変形させるための樹脂リング２６がさらに装着されている。これらの樹脂リング２５，２６は分割部（バイアスカット部）を有しており、その部分は互いに重なり合うようにして配置されている。前記樹脂リング２５，２６は、「ジュラコン（商品名）」に代表されるポリアセタール樹脂などの高摺動材料を用いて形成されている。また、本実施形態の樹脂リング２５，２６の断面形状は長方形状になっている。
【００２１】樹脂リング２５の外周面は、ピストン５の外周面よりも径方向に張り出している。圧縮変形時においてピストンパッキング２３には反力が生じるため、樹脂リング２５はその反力をもってシリンダチューブ２の内周面側に押し付けられる。従って、樹脂リング２５の外周面は、ピストン５の外周面よりも優先的にシリンダチューブ２の内周面に摺接するようになっている。
【００２２】樹脂リング２６の内周面は、ロッドメタル４の内周面よりも径方向に張り出している。圧縮変形時においてロッドパッキング２４には反力が生じるため、樹脂リング２６はその反力をもってロッド１４の外周面側に押し付けられる。従って、樹脂リング２６の内周面は、ロッドメタル４の内周面よりも優先的にロッド１４の外周面に摺接するようになっている。
【００２３】図２（ａ）に示されるように、本実施形態のピストンパッキング２３は、従来からある円形断面のピストンパッキングとは異なり、異形断面を有するものとして具体化されている。即ち、このピストンパッキング２３は、自身の径方向に沿って長い断面形状、より具体的にいうと縦長円形であって中央部が括れている断面形状（いわゆる断面ダルマ形状）になっている。また、ロッドメタル４側に装着されるロッドパッキング２４についても、同じような異形断面形状が採用されている。以下、説明の便宜上、ピストン５側のピストンパッキング２３のみについて詳細に述べることとする。
【００２４】ピストンパッキング２３及び樹脂リング２５を収容溝２１に装着したとき、ピストンパッキング２３の内周面には収容溝２１の底面が当接し、外周面には樹脂リング２５の内周面が当接する。このとき、樹脂リング２５を介してピストンパッキング２３に縮径方向への圧縮力が加わるため、ピストンパッキング２３が図２（ａ）のように圧縮変形する。即ち、パッキング断面における主として頭部や底部が潰されるようになる。
【００２５】ここで、δ１を底部の潰し量とし、δ２を頭部の潰し量とし、その和であるδ１＋δ２を圧縮変形量と定義して、この場合における圧縮変形量と反力との相関関係を図２（ｂ）のグラフに示す。このグラフに描かれた特性曲線は単純増加曲線であるため、圧縮変形量が増加するほど反力も増加する関係にあることがわかる。
【００２６】一方、円形断面形状のピストンパッキングＰ１を使用した比較例を図３（ａ）に示し、この比較例における圧縮変形量と反力との相関関係を図３(ｂ)のグラフに示す。同グラフにおける特性曲線も、図２（ｂ）のグラフと同様に単純増加曲線になっている。しかしながら、図３(ｂ)のグラフに描かれた特性曲線は、図２（ｂ）のグラフに描かれた特性曲線よりも傾きが大きい。つまり、実施形態のほうが、比較例に比べて圧縮変形時に生じる反力の増加度合いが小さい。このことは、ちょうどよい反力が得られる好適使用範囲の幅は、実施形態のほうが比較例よりも広いことを意味している。
【００２７】従って、本実施形態によれば以下のような効果を得ることができる。
（１）前記ピストンパッキング２３やロッドパッキング２４は、径方向における圧縮変形量が円形断面のものに比べて大きく、かつ圧縮変形時に生じる反力の増加度合いが円形断面のものに比べて小さい、異形断面の環状弾性体である。従って、ちょうどよい反力が得られる好適使用範囲が、従来の円形断面のものに比べて広くなるという利点がある。このため、シリンダチューブ２やロッド１４等といったアクチュエータ構成部材の公差が大きい場合であっても、摺動界面に好適なシール性が確保され、そこからのエア漏れが防止される。また、摺動界面における摩擦力が十分に低減され、摺動界面における食い込み等が未然に回避される。以上の結果、耐久性及び動作性の双方に優れたエアシリンダ１を実現することができる。
【００２８】（２）また、好適使用範囲が広いピストンパッキング２３やロッドパッキング２４を使用することにより、従来に比べてエアシリンダ１を容易に製造することができるようになる。
【００２９】（３）本実施形態のピストンパッキング２３やロッドパッキング２４は、いわゆる断面ダルマ形状をした異形断面の環状弾性体である。このような断面形状であれば、前記圧縮変形量を円形断面のものに比べて確実に大きくし、かつ前記反力の増加度合いを円形断面のものに比べて確実に小さくすることができる。また、このようなパッキング２３，２４は、一般的な成形法によって容易にかつ安価に製造することが可能である。
【００３０】なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。
・ 実施形態のパッキング２３，２４において、括れは２箇所以上に形成されていてもよい。
【００３１】・ 実施形態のパッキング２３，２４のように両端面に窪みを設けて括れを形成するばかりでなく、いずれか一方の端面のみに窪みを設けて括れを形成しても勿論よい。
【００３２】・ 実施形態のパッキング２３，２４において、頭部及び底部の大きさは、必ずしも同一でなくてよく、いずれか一方が他方より大きくても構わない。また、頭部及び底部の形状も完全に同一でなくてもよい。
【００３３】・ 図４に示される別例では、樹脂リング３１の外周面、即ちシリンダチューブ２の内周面に押し付けられる側の面に、テーパ３２が設けられている。この別例では、テーパ３２は樹脂リング３１の両端縁にそれぞれ存在する。このように構成した場合、エアシリンダ１へのエア供給を行うと、樹脂リング３１に設けられたテーパ３２にエア圧が作用する。その結果、樹脂リング３１の内周面側に作用するエア圧分が相殺され、樹脂リング３１がピストンパッキング２３側へ変形しようとする力が大きくなる。これに伴って、ピストンパッキング２３を圧縮変形させようとする力が、実施形態のときよりも大きくなる。従って、確実な低摩擦化が図られ、耐久性により優れたエアシリンダ１とすることができる。
【００３４】・ 図４の別例において、テーパ３２は樹脂リング３１の一方の端縁にのみ設けられていてもよい。
・ 径方向に沿って長い断面形状の異形断面の環状弾性体は、実施形態のような断面ダルマ形状のパッキング２３，２４のみに限定されない。例えば、図５に示される別例のエアシリンダでは、縦長の断面小判状のピストンパッキング４１が使用されている。このような形状のピストンパッキング４１は、括れを持たないため、実施形態のものよりも単純な形状になっている。よって、製造が容易という利点がある。
【００３５】・ さらに、図６に示される別例のピストンパッキング５１では、断面小判状の基部５３から４つのリップ部５２を突出させた構造が採用されている。リップ部５２のうちの２つは基部５３の外周面側に配設され、残りの２つは基部５３の内周面側に配設されている。また、図７に示される別例のピストンパッキング６１は、断面Ｘ字状に形成されている。Ｘ字断面における各々の脚部を、リップ部６２として把握することもできる。
【００３６】そして、以上のような異形断面の環状弾性体であっても、圧縮変形量が円形断面のものに比べて大きく、かつ反力の増加度合いが円形断面のものに比べて小さいものとすることができる。
【００３７】・ 図８に示される別例のピストンパッキング７１は、その内部に連続した断面円形状の中空部７２を有する異形断面の環状弾性体である。従って、外形断面形状が円形であるにもかかわらず、圧縮変形量が円形断面のものに比べて大きく、かつ反力の増加度合いが円形断面のものに比べて小さくなる。なお、中空部７２は、断面円形状以外のものであってもよく、不連続状態であってもよい。また、このような中空状のピストンパッキング７１の外形断面形状は、必ずしも円形のみに限定されることはない。
【００３８】・ 実施形態においてジュラコン以外の樹脂材料を用いてリング２５，２６を形成してもよいほか、樹脂以外の高摺動性材料を用いてリング２５，２６を形成してもよい。
【００３９】次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。
（１） シリンダチューブとそのシリンダチューブ内に収容されたピストンとがなす摺動界面において前記ピストン外周面の収容溝に環状弾性体を装着するとともに、その環状弾性体を縮径方向に圧縮変形させる高摺動材料製のリングを前記収容溝にさらに装着し、前記環状弾性体に生じる拡径方向の反力をもって前記リングを前記シリンダチューブの内周面側に押し付けることにより、前記摺動界面における低摩擦化を図るようにした流体圧シリンダにおいて、径方向における圧縮変形量が円形断面のものに比べて大きく、かつ圧縮変形時に生じる反力の増加度合いが円形断面のものに比べて小さい、異形断面の環状弾性体を用いたことを特徴とする低摩擦流体圧シリンダ。
【００４０】（２） シリンダチューブを閉塞するカバーとそのカバーのロッド挿通孔に挿通されたロッドとがなす摺動界面において前記ロッド挿通孔の収容溝に環状弾性体を装着するとともに、その環状弾性体を拡径方向に圧縮変形させる高摺動材料製のリングを前記収容溝にさらに装着し、前記環状弾性体に生じる縮径方向の反力をもって前記リングを前記ロッドの外周面側に押し付けることにより、前記摺動界面における低摩擦化を図るようにした流体圧シリンダにおいて、径方向における圧縮変形量が円形断面のものに比べて大きく、かつ圧縮変形時に生じる反力の増加度合いが円形断面のものに比べて小さい、異形断面の環状弾性体を用いたことを特徴とする低摩擦流体圧シリンダ。
【００４１】（３） 外周面に形成された収容溝に、環状弾性体とその環状弾性体を縮径方向に圧縮変形させる高摺動材料製のリングとが装着されたピストンにおいて、径方向における圧縮変形量が円形断面のものに比べて大きく、かつ圧縮変形時に生じる反力の増加度合いが円形断面のものに比べて小さい、異形断面の環状弾性体を用いたことを特徴とする低摩擦流体圧シリンダ用のピストン。
【００４２】
【発明の効果】以上詳述したように、請求項１〜３に記載の発明によれば、耐久性及び動作性の双方の向上を達成できる環状弾性体の好適使用範囲が広く、比較的容易に製造することができる低摩擦流体圧アクチュエータを提供することができる。
【００４３】請求項２に記載の発明によれば、確実に低摩擦化が図られる結果、耐久性のよりいっそうの向上を達成することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００１０６７６０
【氏名又は名称】シーケーディ株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年９月１０日（１９９９．９．１０） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６８７５５
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 博宣 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−８２６０６（Ｐ２００１−８２６０６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年３月３０日（２００１．３．３０） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−２５７７９９ |
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