特許 5726835 流体圧シリンダ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5726835

(24)【登録日】2015年4月10日

(45)【発行日】2015年6月3日

(54)【発明の名称】流体圧シリンダ

(51)【国際特許分類】

   F15B 15/14 20060101AFI20150514BHJP

【ＦＩ】

   F15B15/14 375

   F15B15/14 350

   F15B15/14 345Z

【請求項の数】5

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2012-240706(P2012-240706)

(22)【出願日】2012年10月31日

(65)【公開番号】特開2014-88949(P2014-88949A)

(43)【公開日】2014年5月15日

【審査請求日】2014年6月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】000106760

【氏名又は名称】ＣＫＤ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(72)【発明者】

【氏名】加納 徹

【審査官】 北村 一

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭６２−０８７２５４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特許第３３８３５９３（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 米国特許出願公開第２００３／０１４５７２３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 実開平０４−０２３８７０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開平０３−１０７５６５（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１５Ｂ １５／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シリンダチューブ内に移動可能に収容されるピストンと、該ピストンと一体のピストンロッドとを備えた流体圧シリンダにおいて、
前記ピストンは、小径部と大径部とを有する凸型の凸型部材と、前記凸型部材の前記小径部が嵌め込まれる凹部を有する凹型部材とを含み、
前記ピストンロッドは、該ピストンロッドの周に亘って径方向に膨らむ膨部を有し、
前記凹型部材の前記凹部の奥方には、該凹部の内径が拡径される拡径部を有し、
前記凸型部材の前記小径部が前記凹型部材の前記凹部に嵌め込まれ、該小径部が前記ピストンロッドの前記膨部に乗り上げて径方向外方に向かって拡径しているとともに、該拡径した小径部の外周面と前記凹部の前記拡径部とが係合されていることを特徴とする流体圧シリンダ。

【請求項2】

前記ピストンロッドには、該ピストンロッドの周に亘って溝が形成され、
前記膨部は、前記溝に取り付けられたリング部材によって構成されている請求項１に記載の流体圧シリンダ。

【請求項3】

前記凸型部材は筒状であって、該凸型部材における前記ピストンロッドが挿通される挿通口は、前記小径部側が面取りして形成される一方、前記凹型部材は筒状であって、該凹型部材における前記ピストンロッドが挿通される挿通口は、前記凹部側が面取りなしで形成される請求項１又は請求項２に記載の流体圧シリンダ。

【請求項4】

前記ピストンロッドには、該ピストンロッドの周に亘って溝が形成され、
前記溝には、前記膨部を構成するリング部材が取り付けられ、
前記リング部材は、断面が丸型である請求項３に記載の流体圧シリンダ。

【請求項5】

前記凹型部材の前記拡径部の内壁は、前記凹部の奥に向かうにつれて拡径される傾斜面を有する請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の流体圧シリンダ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、流体圧シリンダに関する。

【背景技術】

【0002】

流体圧シリンダとしては、例えば、特許文献１に記載のものが挙げられる。この流体圧シリンダ（以下、「シリンダ」という）におけるピストンロッド及びピストンの連結構造では、２つのピストンロッドがピストンを挟んだ状態で締結されている。第１のロッドには、その一端部に形成される径小部の外周面に雄ねじを形成している。その雄ねじの先端部には、軸方向に突出するひだ部を設けている。また、第１のロッドと締結される第２のロッドには、その一端部に形成される凹穴の内周面に雌ねじを形成している。その凹穴には、雌ねじよりも奥に該雌ねじよりも内径の大きい周溝を設けている。さらにこの凹穴には、周溝よりも奥にこま部材が嵌まり込む凹部を設けている。

【0003】

そして、第１のロッドの雄ねじと第２のロッドの雌ねじとを螺合させることで、これらが締結される。これらねじを締めつけると、第１のロッドのひだ部の内周面に第２のロッドのこま部材が当接することで、該ひだ部は外方へ塑性変形される。この塑性変形した第１のロッドのひだ部の先端部は、第２のロッドの周溝に入り込む。なお、こま部材は、第１のロッドのひだ部の内周面に当接する側がテーパ面であったり円柱であったりする。

【0004】

これにより、塑性変形した第１のロッドのひだ部は、第２のロッドの雌ねじに当接し、且つ該雌ねじとこま部材との間に入り込んだ状態となる。このようにして特許文献１では、塑性変形した第１のロッドのひだ部の変形の戻りを抑制し、２つのピストンロッド及びピストンの締結の緩みを抑制している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第３３８３５９３号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、このようなシリンダにあっては、ピストンロッドの内部において、ねじ山を形成し、さらに凹部を形成し、その凹部にこま部材を嵌め込むことを要するための余裕を確保しなければいけない。また、このような余裕の確保だけでなく、ねじ山や凹部を形成するための設備等も確保しなければいけない。このため、シリンダの小型化によっては、ピストンロッドも細くしなければいけないことから、ねじ山や凹部を形成するための余裕や設備等の確保が困難となり、シリンダの小型化を困難としている。

【0007】

本発明は、こうした従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型化してもピストンロッド及びピストンの締結の緩みを効果的に抑制することのできる流体圧シリンダを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決する流体シリンダは、シリンダチューブ内に移動可能に収容されるピストンと、該ピストンと一体のピストンロッドとを備えた流体圧シリンダにおいて、前記ピストンは、小径部と大径部とを有する凸型の凸型部材と、前記凸型部材の前記小径部が嵌め込まれる凹部を有する凹型部材とを含み、前記ピストンロッドは、該ピストンロッドの周に亘って径方向に膨らむ膨部を有し、前記凹型部材の前記凹部の奥方には、該凹部の内径が拡径される拡径部を有し、前記凸型部材の前記小径部が前記凹型部材の前記凹部に嵌め込まれ、該小径部が前記ピストンロッドの前記膨部に乗り上げて径方向外方に向かって拡径しているとともに、該拡径した小径部の外周面と前記凹部の前記拡径部とが係合されるようにした。

【0009】

上記流体圧シリンダについて、前記ピストンロッドには、該ピストンロッドの周に亘って溝が形成され、前記膨部は、前記溝に取り付けられたリング部材によって構成されるようにすることが好ましい。

【0010】

また、上記流体圧シリンダについて、前記凸型部材は筒状であって、該凸型部材における前記ピストンロッドが挿通される挿通口は、前記小径部側が面取りして形成される一方、前記凹型部材は筒状であって、該凹型部材における前記ピストンロッドが挿通される挿通口は、前記凹部側が面取りなしで形成されるようにすることが好ましい。

【0011】

また、上記流体圧シリンダについて、前記ピストンロッドには、該ピストンロッドの周に亘って溝が形成され、前記溝には、前記膨部を構成するリング部材が取り付けられ、前記リング部材は、断面が丸型であるようにすることが好ましい。

【0012】

また、上記流体圧シリンダについて、前記凹型部材の前記拡径部の内壁は、前記凹部の奥に向かうにつれて拡径される傾斜面を有するようにすることが好ましい。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、小型化してもピストンロッド及びピストンの締結の緩みを効果的に抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】ピストンロッド及びピストンの断面図。

【図2】リングの取り付け態様を示す模式図。

【図3】（ａ），（ｂ）はピストンロッドとピストンの組み付け工程を示す断面図。

【図4】別例におけるピストンロッド及びピストンの断面図。

【図5】別例におけるリングの取り付け態様を示す模式図。

【図6】別例におけるピストンロッド及びピストンの断面図。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、流体圧シリンダの一実施形態について図１〜図３を参照して説明する。
図１に示すように、流体圧シリンダは、シリンダチューブ１０によって外郭が形成されている。このシリンダチューブ１０には、ピストンＰと一体の棒状のピストンロッド１１が移動可能に収容されている。なお、ピストンＰは、いずれもアルミ等の金属材料からなる凸型部材２０と凹型部材３０とを係合させて構成されている。これら凸型部材２０と凹型部材３０の間には、位置検出用マグネットＭが挟持されている。そして、このピストンＰは、流体（本実施形態では、圧縮エア）の供給及び排出によりシリンダチューブ１０内を移動し、その位置が切換制御される。

【0016】

また、ピストンロッド１１の軸方向一端側（ピストンＰ側）には、Ｏリング１２が取り付けられている。また、ピストンロッド１１の外周には、Ｏリング１２が取り付けられるのと異なる位置に溝１３が、ピストンロッド１１の周方向全体に形成されている。なお、溝１３は、ピストンＰが取り付けられるピストンロッド１１の軸方向一端側寄りに形成されている。そして、この溝１３には、リング部材４０が取り付けられている。リング部材４０は、ばね性を有する金属製のＣリング状で且つ径方向に弾性変形可能に形成されている。また、リング部材４０は、断面が丸形、すなわち円形に形成されている。

【0017】

図２に示すようにリング部材４０は、溝１３に嵌め込まれている。そして、このリング部材４０の内径は、該リング部材４０が弾性変形していない状態においてピストンロッド１１の溝１３での直径よりも小さく形成されている。また、このリング部材４０の外径は、溝１３に嵌め込まれた状態で、ピストンロッド１１の直径よりも大きくなるように形成されている。

【0018】

すなわち、溝１３に嵌め込まれたリング部材４０の露出している部分がピストンロッド１１の周面から膨らんでいる。このようにピストンロッド１１は、該ピストンロッド１１の周面から径方向外方に膨らむ膨部４１を有している。

【0019】

また、ピストンロッド１１の軸方向一端側には、その周方向全体に筒状の凸型部材２０が配設されている。凸型部材２０には、ピストンＰが移動する場合にシリンダチューブ１０の内周面に摺接する大径部２１と、該大径部２１の軸方向一端側の端面の中央からピストンロッド１１の軸方向に沿って延びるように小径部２２とが形成されている。また、小径部２２は、ピストンロッド１１の挿通口でもあるその先端部２３の内周側が面取りされている。そして、この小径部２２には、その先端部２３から径方向内方に傾斜する傾斜面２４が形成されている。

【0020】

また、ピストンロッド１１の軸方向一端側には、その周方向全体に筒状の凹型部材３０が配設されている。凹型部材３０には、ピストンＰが移動する場合にシリンダチューブ１０の内周面に摺接するピストン本体３１が形成されている。そして、このピストン本体３１には、凸型部材２０側の中央が窪んだ凹部３２が形成されている。また、凹部３２内には、その開口部３３から奥に向かって径方向外方に傾斜する傾斜面３４を有する拡径部３５が形成されている。なお、傾斜面３４を有する拡径部３５の内壁は、何れにおいてもピストンロッド１１に比べて大径とされている。また、凹部３２は、ピストンロッド１１の挿通口でもあるその底部３６の内周側が面取りされていない。そして、この底部３６の周縁は、傾斜を有さないほぼ直角に形成されている。

【0021】

また、凹部３２には、その開口部３３から拡径部３５にかけて小径部２２が収容されている。また、凹部３２に収容された小径部２２は、その先端部２３が傾斜面２４に沿ってピストンロッド１１の膨部４１に乗り上げている。そして、この先端部２３は、膨部４１に沿って径方向外方へ拡径するように塑性変形し凹部３２に収容され、さらにその外周が拡径部３５の傾斜面３４に当接している。

【0022】

なお、小径部２２は、大径部２１に比べて薄い且つ径方向外方に塑性変形可能な厚さに形成されている。また、ピストン本体３１は、小径部２２よりも厚い且つ小径部２２が塑性変形しても形状を維持可能な厚さに形成されている。

【0023】

このように、凹型部材３０の凹部３２には、凸型部材２０の小径部２２が収容されることで、凸型部材２０と凹型部材３０とが係合されている。
次に、凸型部材２０と凹型部材３０とを係合させる工程について説明する。

【0024】

ピストンロッド１１の溝１３にリング部材４０を嵌め込んだ状態で、ピストンロッド１１の軸方向の両端側からリング部材４０を挟むように凸型部材２０及び凹型部材３０のそれぞれが挿通される。

【0025】

図３（ａ）に示すように、凸型部材２０及び凹型部材３０を近付ける方向への力を作用させると、小径部２２が開口部３３に達して凹部３２に入り込む。
その後、さらに凸型部材２０及び凹型部材３０を近付ける方向への力を作用させると、小径部２２の先端部２３が膨部４１に達し、該先端部２３の傾斜面２４及び膨部４１が当接する。一方、凹部３２の底部３６が膨部４１に達し、該底部３６及び膨部４１が当接する。

【0026】

このように凸型部材２０及び凹型部材３０が膨部４１に達すると、該膨部４１との当接の状況から、径方向内方へ傾斜する傾斜面２４を有する小径部２２は、傾斜を有さない底部３６に比べて小さな力で膨部４１に乗り上げ可能となる。

【0027】

すなわち、ここからさらに凸型部材２０及び凹型部材３０を近付ける方向への力を作用させても、底部３６が膨部４１に引っ掛かって凹型部材３０のピストンロッド１１に対する移動が規制される。一方、さらに凸型部材２０及び凹型部材３０を近付ける方向への力を作用させると、小径部２２の傾斜面２４が膨部４１に乗り上げて凸型部材２０の凹型部材３０側への移動が許容される。

【0028】

続いて、図３（ｂ）に示すように、小径部２２の傾斜面２４が膨部４１に乗り上げて凹型部材３０側へ移動すると、小径部２２の先端部２３が該膨部４１に沿って径方向外方へ拡径するように塑性変形される。そして、この先端部２３は、その外周が拡径部３５の傾斜面３４に押し付けられながら塑性変形し、膨部４１及び拡径部３５の傾斜面３４の間に嵌め込まれる。

【0029】

このようにして、小径部２２の先端部２３が膨部４１及び凹部３２、すなわち拡径部３５の間に嵌め込まれることで、凸型部材２０及び凹型部材３０が係合されてピストンＰが得られる。

【0030】

また、このように組み付けられたピストンＰは、拡径部３５の底部３６により凸型部材２０側への移動が規制されている。一方、このように組み付けられたピストンＰは、小径部２２の先端部２３により凹型部材３０側への移動が規制されている。すなわち、凸型部材２０及び凹型部材３０が係合されてピストンＰが得られることで、ピストンロッド１１及びピストンＰが締結され一体となった構造体が得られる。

【0031】

次に、このような本実施形態の作用を説明する。
凸型部材２０と凹型部材３０とを係合させる工程において、ピストンロッド１１の軸方向に沿って小径部２２が凹部３２に嵌め込まれると、該小径部２２が膨部４１に乗り上げる。これにより、この膨部４１が小径部２２を径方向外方へ塑性変形させるように作用する。こうして塑性変形した小径部２２は、拡径部３５と係合する一方、膨部４１によりその復元が抑制される。そしてこうした小径部２２の塑性変形により、ピストンロッド１１に対してピストンＰが締結される。すなわち、ピストンロッド１１の内部に加工を施す必要なくピストンロッド１１に対してピストンＰの締結が実現されるようになる。

【0032】

また、ピストンロッド１１の周方向全体に亘ってリング部材４０を取り付けるための溝１３を形成するのみで、膨部４１を構成することができるようになる。そしてこのようにしてピストンロッド１１に取り付けられるリング部材４０が凸型部材２０の小径部２２の塑性変形に作用するようになる。すなわち、ピストンロッド１１の内部に加工を施す必要なく膨部４１を構成することができるようになる。

【0033】

また、凸型部材２０と凹型部材３０とを係合させる工程において、ピストンロッド１１の軸方向に沿って小径部２２が凹部３２に嵌め込まれる際、先端部２３を面取りして形成している凸型部材２０が膨部４１に容易に乗り上げるようになる。一方、底部３６を面取りなしで形成している凹型部材３０が膨部４１に容易には乗り上げられないようになる。このように、膨部４１において、凸型部材２０が凹型部材３０に比べて小さい力で乗り上げることができるようになる。

【0034】

そして、本実施形態では、小径部２２の先端部２３を面取りする構成に加えて、断面が丸型のリング部材４０により膨部４１を構成している。このため、小径部２２が膨部４１に乗り上げるための力がさらに低減されるようになる。

【0035】

また、拡径部３５には、開口部３３から径方向外方に傾斜する傾斜面３４が形成されている。このため、小径部２２が塑性変形すると、その外周が該小径部２２の外周及び拡径部３５の傾斜面３４に当接されるようになり、凸型部材２０及び凹型部材３０の係合、さらにはピストンロッド１１及びピストンＰの締結がより強固とされる。そして、このように、傾斜面３４を有する拡径部３５の形成には、凹部３２自体の形成に比べても特別な手間や設備等を必要なく実現することができる。すなわち、ピストンロッド１１の内部に加工を施す必要なく、凸型部材２０及び凹型部材３０の係合、さらにはピストンロッド１１及びピストンＰの締結をより強固にすることができる。

【0036】

以上説明したように本実施形態によれば、以下に示す効果を奏することができる。
（１）凸型部材２０と凹型部材３０とを係合させる工程において、ピストンロッド１１の内部に加工を施す必要なくピストンロッド１１に対してピストンＰを締結させることができ、膨部４１に関しては細いピストンロッドでも容易に設けることができる。さらに、ピストンＰを構成する凹型部材３０の内部に凹部３２、すなわち拡径部３５の形成を要するが、ピストンロッド１１に比べて大きい径を有するので、ピストンロッド１１の内部に加工を施す場合に比べて容易に形成することができる。その結果、流体圧シリンダが小型化してもピストンロッド１１及びピストンＰの締結の緩みを効果的に抑制することができる。

【0037】

（２）膨部４１を構成するためには、ピストンロッド１１の周に亘ってリング部材４０を取り付けるための溝１３を形成するのみでよくなる。したがって、ピストンロッド１１の内部に加工を施すわけでないことから、膨部４１に関しては細いピストンロッドでもさらに容易に構成することができる。

【0038】

（３）凸型部材２０と凹型部材３０とを係合させる工程において、凸型部材２０が凹型部材３０に比べて小さい力で膨部４１に乗り上げることができ、凸型部材２０の小径部２２の拡径を効果的に促すことができる。

【0039】

さらに、凸型部材２０に加工を施して膨部４１に乗り上げ易くすることで、膨部４１の形状に捉われることなく、凸型部材２０の小径部２２の拡径を効果的に促すことができる。このように、膨部４１の構成に関する自由度を拡げることができ、コストや設備に合った手法を選択することができる。

【0040】

（４）断面が丸型のリング部材４０により膨部４１を構成することで、小径部２２が膨部４１へさらに乗り上げ易くなることから、該小径部２２の拡径を効果的に促すことができる。

【0041】

（５）拡径部３５に傾斜面３４を形成することで、凸型部材２０及び凹型部材３０の係合、さらにはピストンロッド１１及びピストンＰの締結をより強固にすることができる。そして、この拡径部３５の傾斜面３４は、凹部３２自体の形成に比べても特別な手間や設備等を必要なく実現することができる。したがって、流体圧シリンダが小型化してもピストンロッド１１及びピストンＰの締結の緩みを効果的に抑制することができる。

【0042】

（６）凸型部材２０の凹型部材３０の逆側、及び凹型部材３０の凸型部材２０の逆側には、特別な構成を設ける必要なくそれぞれピストンロッド１１及びピストンＰの締結の緩みを抑制することができる。このため、凸型部材２０の凹型部材３０の逆側、及び凹型部材３０の凸型部材２０の逆側には、他の機能、例えば、ピストンＰの移動のストロークエンド付近での速度を調節するためのクッション機構等を設けるスペースを確保できる。

【0043】

なお、上述した本実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・拡径部３５の内壁は、傾斜を有していなくてもよく、例えば、拡径部３５の内壁は、開口部３３よりも大きく、且つ同一径に形成されていればよい。そして、小径部２２が塑性変形した場合にその先端部２３が接触可能に構成されていればよい。

【0044】

・本実施形態では、ピストンロッド１１の周方向全体に溝１３を形成するようにしたが、リング部材４０を取り付けることができれば周方向の部分的に溝１３を形成するようにしてもよい。

【0045】

・リング部材４０は、２部品から構成され、別々の２部品を合体させて溝１３に嵌め込まれる構成を採用することもできる。
・リング部材４０の断面は、丸型でなくてもよく、少なくともピストンロッド１１から露出して膨部４１として機能する部分の断面が丸状（円状）であればよい。このようなリング部材４０としては、ピストンロッド１１からの突出部の断面が半円形で且つ溝１３内の断面が四角形であって、溝１３内の部位に角部を有するようなものが挙げられる。また、小径部２２の先端部２３に傾斜面２４を形成する場合には、リング部材４０の断面を四角形にしてもよい。

【0046】

・また、図４及び図５に示すように、リング部材４０は、ピストンロッド１１からの突出部の断面が凸型部材２０から凹型部材３０に向かって拡径しながら傾斜する傾斜面４２を有する台形であってもよい。そして、このリング部材４０は、傾斜面４２が凸型部材２０側に向けて傾斜するように溝１３に嵌め込まれている。一方、リング部材４０は、傾斜面４２に連接し、且つ該傾斜面４２の先端からピストンロッド１１に向けて直交して延びる壁面４３を有する。これにより、小径部２２が膨部４１にさらに乗り上げられ易くなる。一方、凹部３２が膨部４１にさらに乗り上げられ難くなる。なお、本別例では、凹部３２の底部３６を面取りすることもできる。

【0047】

・図６に示すように、膨部４１は、ピストンロッド１１自体を塑性変形させて形成されてもよい。例えば、ピストンロッド１１には、その表面を転造加工して膨部４１を形成することができる。また、このような膨部４１としては、断面を半円形に形成することが好ましい。これにより、膨部４１を構成するためには、ピストンロッド１１の表面を転造加工するのみでよく、他の部材を採用する場合に比べて構造を簡素化することができる。そしてこのようにしてピストンロッド１１に形成される膨部４１が小径部２２の塑性変形に作用する。したがって、ピストンロッド１１の内部に加工を施すわけでないことから、膨部４１に関しては細いピストンロッドでもさらに容易に構成することができる。

【0048】

・ピストンＰは、凸型部材２０及び凹型部材３０に加えて、他の部材を構成部材に含んでいてもよい。
・本実施形態では、１箇所にのみ膨部４１を有する例を示したが、２箇所等、複数箇所有するようにしてもよい。

【0049】

・本実施形態は、両ロッド形の流体圧シリンダに適用することもできる。
・流体としては、エアに限らず圧縮された流体であれば他の流体でもよい。
次に、上記実施形態及び別例（変形例）から把握できる技術的思想について以下に追記する。

【0050】

（イ）前記膨部は、前記ピストンロッド自体を塑性変形させて形成される請求項１に記載の流体圧シリンダ。

【符号の説明】

【0051】

Ｐ…ピストン、１０…シリンダチューブ、１１…ピストンロッド、１３…溝、２０…凸型部材、２１…大径部、２２…小径部、２３…先端部、２４…傾斜面、３０…凹型部材、３２…凹部、３４…傾斜面、３５…拡径部、３６…底部、４０…リング部材、４１…膨部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】