JP2010169176A

JP2010169176A - 流体圧シリンダ

Info

Publication number: JP2010169176A
Application number: JP2009011747A
Authority: JP
Inventors: Kazutoshi Inoue; 和俊井上; Takuya Hidaka; 卓也日高
Original assignee: Taiyo Steel Co Ltd; Taiyo Ltd
Current assignee: Taiyo Steel Co Ltd; Taiyo Ltd
Priority date: 2009-01-22
Filing date: 2009-01-22
Publication date: 2010-08-05

Abstract

【課題】流体圧シリンダにおいて、ピストンロッドの偏心量を小さくするとともにピストンロッドの移動を円滑にし、さらに構造を簡素化かつコンパクト化する。
【解決手段】流体圧シリンダ１は、シリンダチューブ２と、シリンダチューブ２の貫通孔２ａに移動自在に支持されたピストンロッド３とからなる。シリンダチューブ２とピストンロッド３との間のそれぞれにボールブッシュ４が介装されている。ボールブッシュ４は、多数の鋼球２１と鋼球２１を互いの間隔をおいて回転自在に保持するリテーナ２０とからなる。ボールブッシュ４はシリンダチューブ２とピストンロッド３との間のそれぞれに嵌合されているとともに、ボールブッシュ４はピストンロッド３の移動に追従する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ピストンロッドガイド機能をシリンダ内に設けた流体圧シリンダに関するものである。

この種の流体圧シリンダの典型的なものとして、ピストンロッドのガイドとして、空気圧シリンダの側部に設けたガイドロッドによって行ったものがある（例えば、特許文献１参照）。また、シリンダのロッド側にロッドに作用する偏荷重を受けるためのリニアボールガイドを設けたものものある（例えば、特許文献２参照）。
特開平９−２２９０１６号公報（段落〔００１７〕および図１参照）実開平５−４０６０２号公報（段落〔００１１〕および図１参照）

上述した従来の流体圧シリンダのうち前者の場合は、ピストンロッドのガイドとしてガイドロッド２本を連結プレートにてピストンロッドに結合する構造としている。このため、ピストンロッドを設けたシリンダ部分とガイドロッドを設けたガイド部分を備えた構造となり、構造が複雑化かつ大型化するという問題があった。一方、上述した従来の流体圧シリンダのうち後者の場合は、ロッドカバーに嵌め込み固定されたスライドブッシュにピストンロッドの偏心荷重が作用した場合、同偏心荷重によりピストンがメダルチューブの内面でカジリ等を生じるが、その対策としてピストンとピストンロッドの嵌合を径方向、軸方向に所定のクリアランスを設けてカジリ等を防止する必要がある。このように、所定のクリアランスを設けるために加工精度や工数等を要するという問題があった。

本発明は上記した従来の問題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、ピストンロッドの偏心量を小さくするとともにピストンロッドの移動を円滑にし、さらに構造を簡素化かつコンパクト化した流体圧シリンダを提供するところにある。

この目的を達成するために、本発明は、ヘッドカバー、ロッドカバー、シリンダチューブよりなる流体圧シリンダにおいて、前記シリンダチューブの内部に軸線方向に移動自在に支持されピストンを設けたピストンロッドと、このピストンロッドの外周面と前記シリンダチューブの内周面との間に嵌合された多数の鋼球と、この鋼球を互いに間隔をおいた状態で回転自在に保持する円筒状のリテーナを有し、前記ピストンロッドの移動に追従させるボールブッシュとを備えたものである。

本発明は、前記発明において、前記ボールブッシュをヘッドカバーと前記ロッドカバーの略中間に設けたものである。

本発明は、前記発明において、前記シリンダチューブの内周面と前記ピストンロッドの外周面との間に、シリンダチューブに軸線方向に移動自在に支持され、かつピストンロッドを軸線方向に移動自在に支持する可動シリンダを介装し、前記ピストンロッドの外周面と前記可動シリンダの内周面との間および前記可動シリンダの外周面と前記シリンダチューブの内周面との間のそれぞれに、前記ボールブッシュを嵌合させたものである。

本発明によれば、従来のガイド付き流体圧シリンダのように、シリンダ部外にガイド機構を別体として設ける必要がなくボールブッシュがガイドを行うため、外部ガイド機構の必要がなくなり、構造が簡素化、コンパクト化され、かつ軽量で安価に製作可能となる。また、シリンダチューブの内周面とピストンロッドの外周面との間に多数の鋼球が圧接された状態で介装されているため、ピストンロッドに軸線方向と直交する方向からの横荷重が加わってもピストンロッドの偏心を規制することができ、ピストンロッドの偏心荷重に対し安定したガイドが可能になり、ピストンロッドの移動を円滑に行うことができる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１は本発明に係る流体圧シリンダにおいてピストンロッドが復動端（ロッドＩＮ時）に達した状態を示す断面図、図２は同じくボールブッシュの構成を説明するための斜視図であって、同図（Ａ）は組付けた状態を示し、同図（Ｂ）は分解した状態を示し、図３（Ａ）は同じくピストンロッドが往動端（ロッドＯＵＴ）に達した状態を示す断面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）における III（Ｂ）-III（Ｂ）線断面図、同図（Ｃ）は同図（Ｂ）におけるIII （Ｃ）部の拡大図である。

図１に全体を符号１で示す流体圧シリンダは、シリンダチューブ２と、このシリンダチューブ２のチューブ孔２ａに設けられアクチュエータとして機能し、端部にピストン５を設けたピストンロッド３と、これらピストンロッド３の外周面とシリンダチューブ２の内周面との間に介装され、ピストンロッド３をシリンダチューブ２のチューブ孔２ａに軸線方向（矢印Ａ−Ｂ方向）に移動自在かつ軸線周りに回転自在に鋼球を支持するボールブッシュ４とによって概ね構成されている。

チューブ孔２ａ、ピストンロッド３およびピストン５によって囲まれる空間は、チューブ孔２ａの矢印Ａ方向の端部に取り付けられるロッドカバー７によって密閉され、ピストン５に対して往動端側（矢印Ａ方向）の空気室８を形成する。また、チューブ孔２ａのヘッド側の空間は、チューブ孔２ａの下端部に取り付けられるヘッドカバー９によって密閉され、ピストン５に対して復動端側（矢印Ｂ方向）の空気室１０を形成する。

ロッドカバー７の空気室８側の端面には、リング状の緩衝材１１が取り付けられており、この緩衝材１１によって、ボールブッシュ４がロッドカバー７の端面において停止するときに生じる衝撃が緩衝される。ロッドカバー７の内周面およびピストン５の外周面のそれぞれには、パッキン１２，１３が取り付けられている。

ピストン５の空気室１０側の端面には、リング状の緩衝材１４が取り付けられており、この緩衝材１４によって、ピストン５がヘッドカバー９の端面において停止したときに衝撃が緩衝される。ピストンロッド３の矢印Ａ方向の端面には、雌ねじ部１５が螺設されている。１６はヘッドカバー９に設けられたポート、１７はロッドカバー７に設けられたポートであって、これらポート１６，１７には図示を省略した配管材が接続されることにより、圧縮空気の供給および排出が行われる。

このような構成において、図１において、ポート１６を介して空気室１０に圧縮空気を供給することにより、ピストン５がシリンダチューブ２のチューブ孔２ａの内周面を往動方向（矢印Ａ方向）に摺動するので、ピストンロッド３が往動し、図３（Ａ）に示すようにピストン３が往動端に達すると、ピストンロッド３が停止する。この状態で、図３（Ａ）において、ポート１７を介して空気室８に圧縮空気を供給すると、ピストン５がシリンダチューブ２の内周面を復動方向に摺動し始め、ピストンロッド３が復動する。

次に、図２および図３を用いて、本発明の特徴であるボールブッシュ４について説明する。ボールブッシュ４は、図２（Ｂ）および図３（Ｂ）に示すようにピストンロッド３に軸線方向に移動自在に遊嵌された円筒状のリテーナ２０と、ピストンロッド３の外周面とシリンダチューブ２の内周面（チューブ孔２ａ）との間に介装された多数の鋼球（ボール）２１とによって構成されている。

リテーナ２０は軽合金によって相対的に軽量に形成されており、互いに等間隔をおいて千鳥状に配置された多数の保持孔２０ａが設けられている。この保持孔２０ａは、図３（ｃ）に示すように断面がすり鉢状に形成されており、シリンダチューブ２の内径が鋼球２１の外周径よりもわずかに小さく形成され、ピストンロッド３の外径が鋼球２１の内周径よりもわずかに大きく形成されている。また、リテーナ２０の厚みｔ１は鋼球２６の直径よりも小さく形成されている。なお、ボールブッシュ４は、上述のようにシリンダチューブ２の内周面とピストンロッド３の外周面との間に嵌合されるが、チューブ孔２ａ、ピストンロッド３の往復動の行程により適宜の嵌合とすることもできる。

したがって、鋼球２１はリテーナ２０から両極部が露呈するように、保持孔２０ａ内のそれぞれに回転自在に保持され、互いに接触しないように互いの間隔が等間隔をおいて配置されている。また、シリンダチューブ２の内周面とピストンロッド３の外周面との間隔ｔ２は、鋼球２１の直径よりもわずかに小さく形成されている。したがって、鋼球２１は、ピストンロッド３の外周面とシリンダチューブ２の内周面との間に、圧接された状態で介装されている。ここでの圧接状態とは、シリンダチューブ２またはピストンロッド３の鋼球２１の外周面が当接する部位がわずかに弾性変形して撓む程度の状態であって、ピストンロッド３が移動する際に鋼球２１が回転不能状態になって、シリンダチューブ２またはピストンロッド３と鋼球２１との間にすべりが発生するのではなく、ピストンロッド３の移動に追従して鋼球２１が回転しながら移動する程度の圧接状態をいう。

このように構成されていることにより、後述するようにピストンロッド３が矢印Ａ−Ｂ方向へ移動することにより、このピストンロッド３の移動に追従して鋼球２１が回転しながら矢印Ａ−Ｂ方向へ移動する。したがって、鋼球２１を保持しているリテーナ２０、すなわちボールブッシュ４が矢印Ａ−Ｂ方向へ移動し、その移動距離はピストンロッド３の移動距離の半分になるよう、ボールブッシュ４は、ピストンロッド３が復動端（ロッドＩＮ時）に達した図１に示す状態で、ヘッドカバー９とロッドカバー７の略中間位置に設けられている。

このように、シリンダチューブ２の内周面とピストンロッド３の外周面との間に多数の鋼球２１が圧接された状態で介装されているため、ピストンロッド３に軸線方向と直交する方向から横荷重が加わってもピストンロッド３の偏心を規制することができる。また、多数の鋼球２１がリテーナ２０によって間隔をおいて設けられているため、互いに干渉することがないことにより鋼球２１間に摩擦が発生することがなく、かつ鋼球２１がピストンロッド３の移動に追従して回転しながら、すなわちボールブッシュ４が移動する。また、シリンダチューブ２、ピストンロッド３と鋼球２１との間に発生する摩擦が相対的に小さいため、ピストンロッド３の矢印Ａ−Ｂ方向への移動を円滑かつ確実に行うことができる。さらに、リテーナ２０により鋼球２１が互いに等間隔をおいて設けられているため、ピストンロッド３の矢印Ａ−Ｂ方向への移動を一層円滑かつ確実に行うことができる。

図４は本発明の第２の実施の形態を示し、図４（Ａ）はピストンロッドが復動端に達した状態を示す断面図、同図（Ｂ）はピストンロッドが往動端に達した状態を示す断面図である。なお、この第２の実施の形態においては、上述した第１の実施の形態と同じまたは同等の部材については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

この第２の実施の形態が上述した第１の実施の形態と異なる点は、シリンダチューブ２とピストンロッド３との間にシリンダチューブ２に矢印Ａ−Ｂ方向に移動自在に支持された可動シリンダ１０２を介装し、流体圧シリンダ１０１を多段型の復動式とした点にある。可動シリンダ１０２は、矢印Ａ−Ｂ方向に貫通するチューブ孔１０２ａを有し円筒状に形成されており、この可動シリンダ１０２は、上述したボールブッシュ４を介してシリンダチューブ２のチューブ孔２ａに軸線方向（矢印Ａ−Ｂ方向）に移動自在に支持されている。また、この可動シリンダ１０２のチューブ孔１０２ａには、ボールブッシュ４を介してピストンロッド３が軸線方向（矢印Ａ−Ｂ方向）に移動自在に支持されている。

可動シリンダ１０２には呼吸孔１０３が設けられている。１０４は可動シリンダ１０２のピストンであって、孔１０４ａが設けられている。チューブ孔１０２ａ、ピストンロッド３およびピストン１０４によって囲まれる空間は、ピストンロッド３のピストン５に対して復動端側（矢印Ｂ方向）の空気室１０５を形成する。また、可動シリンダ１０２、チューブ孔２ａ、ピストン１０４によって囲まれる空間は、ピストン１０４に対して往動端側（矢印Ａ方向）の空気室１２５を形成する。

ヘッドカバー９の空気室１０側の端面には、リング状の緩衝材１０８がボルト１０９によって取り付けられており、この緩衝材１０８によって、ピストン１０４がヘッドカバー９の端面において停止するときに生じる衝撃が緩衝される。ピストン１０４の外周面には、パッキン１１０が取り付けられている。

次に、このように構成された流体圧シリンダ１０１の動作について説明する。先ず、往動について説明する。図４（Ａ）において、ポート１６を介して空気室１０に圧縮空気を供給することにより、先ずピストン１０４がシリンダチューブ２のチューブ孔２ａを往動方向（矢印Ａ方向）に摺動し始める。その結果、ピストン５と可動シリンダ１０２との相対的な位置関係が変化しない状態で、可動シリンダ１０２、ピストン５，１０４が往動する。ピストン１０４が往動端に達すると、ピストン５が可動シリンダ１０２のチューブ孔１０２ａを往動方向に摺動し始め、同図（Ｂ）に示すようにピストン５が往動端に達するとピストン５およびピストンロッド３が停止する。

次に、復動について説明する。同図（Ｂ）において、ポート１７を介して空気室１２５に圧縮空気を供給すると、先ずピストン１０４がシリンダチューブ２のチューブ孔２ａを復動方向に摺動し始める。その結果、ピストン５と可動シリンダ１０２との相対的な位置関係が変化しない状態で、可動シリンダ１０２、ピストン５，１０４が復動する。ピストン１０４が復動端に達すると、ポート１７と呼吸孔１０３とが連通し、ピストン５が可動シリンダ１０２のチューブ孔１０２ａを復動方向に摺動し始め、ピストンロッド３が復動する。

このように、従来のガイド付き流体圧シリンダのように、シリンダ部外にガイド機構を別体として設ける必要がなくボールブッシュ４がガイドを行うため、外部ガイド機構が必要なく、構造が簡素化、コンパクト化され、かつ軽量で安価に製作可能となる。また、シリンダチューブ２の内周面と可動シリンダ１０２の外周面および可動シリンダ１０２の内周面とピストンロッド３の外周面との間のそれぞれに多数の鋼球２１が圧接された状態で介装されているため、ピストンロッド３に軸線方向と直交する方向から横荷重が加わってもピストンロッド３の偏心を規制することができる。また、多数の鋼球２１がリテーナ２０によって間隔をおいて設けられているため、互いに干渉することがないことにより鋼球２１間に摩擦が発生することがなく、かつ鋼球２１がピストンロッド３の移動に追従して回転しながら移動するため、シリンダチューブ２、可動シリンダ１０２および可動シリンダ１０２、ピストンロッド３と鋼球２１とのそれぞれの間に発生する摩擦が相対的に小さいため、ピストンロッド３の矢印Ａ−Ｂ方向への移動を円滑かつ確実に行うことができる。さらに、リテーナ２０により鋼球２１が互いに等間隔をおいて設けられているため、ピストンロッド３の矢印Ａ−Ｂ方向への移動を一層円滑かつ確実に行うことができる。

本発明に係る流体圧シリンダにおいてピストンロッドが復動端（ロッドＩＮ時）に達した状態を示す断面図である。本発明に係る流体圧シリンダにおいて、ボールブッシュの構成を説明するための斜視図であって、同図（Ａ）は組付けた状態を示し、同図（Ｂ）は分解した状態を示す。同図（Ａ）は本発明に係る流体圧シリンダにおいて、ピストンロッドが往動端（ロッドＯＵＴ）に達した状態を示す断面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）における III（Ｂ）-III（Ｂ）線断面図、同図（Ｃ）は同図（Ｂ）におけるIII （Ｂ）部の拡大図である。本発明の第２の実施の形態を示し、同図（Ａ）はピストンロッドが復動端に達した状態を示す断面図、同図（Ｂ）はピストンロッドが往動端に達した状態を示す断面図である。

１，１０１…流体圧シリンダ、２…シリンダチューブ、３…ピストンロッド、４…ボールブッシュ、２０…リテーナ、２０ａ…保持孔、２１…鋼球、１０２…可動シリンダ。

Claims

ヘッドカバー、ロッドカバー、シリンダチューブよりなる流体圧シリンダにおいて、
前記シリンダチューブの内部に軸線方向に移動自在に支持されピストンを設けたピストンロッドと、
このピストンロッドの外周面と前記シリンダチューブの内周面との間に嵌合された多数の鋼球と、
この鋼球を互いに間隔をおいた状態で回転自在に保持する円筒状のリテーナを有し、前記ピストンロッドの移動に追従させるボールブッシュとを備えたことを特徴とする流体圧シリンダ。
前記ボールブッシュをヘッドカバーと前記ロッドカバーの略中間に設けたことを特徴とする請求項１記載の流体圧シリンダ。
前記シリンダチューブの内周面と前記ピストンロッドの外周面との間に、シリンダチューブに軸線方向に移動自在に支持され、かつピストンロッドを軸線方向に移動自在に支持する可動シリンダを介装し、
前記ピストンロッドの外周面と前記可動シリンダの内周面との間および前記可動シリンダの外周面と前記シリンダチューブの内周面との間のそれぞれに、前記ボールブッシュを嵌合させたことを特徴とする請求項１記載の流体圧シリンダ。