(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上述した従来の流体圧シリンダでは、一般的に、鉄製のピストンロッド、アルミニウム製のロッドカバー、及び銅製のブッシュが用いられる。しかしながら、この場合、流体圧シリンダの部品点数及び重量が増大する上、例えば、二次電池の製造ライン等のような銅系材料の使用が禁止又は制限されている環境(銅系材料不使用環境)において使用することができないという不都合がある。
【0005】
このような不都合を解消するために、例えば、ブッシュを削除すると共にアルミニウム製のピストンロッドを採用し、ロッド挿通孔を構成する内壁面にピストンロッドを摺接するアルマイト皮膜を形成することが考えられるが、この場合、ピストンロッドとアルマイト皮膜との凝着摩耗が生じるため、流体圧シリンダの寿命が短くなるおそれがある。
【0006】
本発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、部品点数を削減すると共に軽量化及び長寿命化を図ることができ、且つ銅系材料不使用環境において用いることができる流体圧シリンダを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記の目的を達成するため
、本発明に係る流体圧シリンダは、シリンダ孔が形成されたシリンダ本体と、前記シリンダ孔に配設されて作動流体の作用下に軸線方向に沿って変位するピストンと、前記ピストンに連結されたピストンロッドと、前記ピストンロッドが挿通するロッド挿通孔が形成されたロッドカバーと、を備えた流体圧シリンダにおいて、前記ピストンロッド及び前記ロッドカバーは、アルミニウム又はアルミニウム合金で構成され、前記ロッド挿通孔を構成する前記ロッドカバーの内壁面の少なくとも一部には、アルマイト皮膜又はダイヤモンドライクカーボン皮膜が形成され、前記ピストンロッドの外壁面には、前記ロッドカバーの前記内壁面に前記アルマイト皮膜が形成されている場合に当該アルマイト皮膜に摺接するダイヤモンドライクカーボン皮膜が形成され、前記ロッドカバーの前記内壁面に前記ダイヤモンドライクカーボン皮膜が形成されている場合に当該ダイヤモンドライクカーボン皮膜に摺接するアルマイト皮膜が形成され、前記ロッドカバーの前記内壁面には、潤滑剤が収容される収容溝と、前記収容溝内に連通するとともにロッドパッキンが装着される環状溝と、が形成されていることを特徴とする。
【0008】
このような構成によれば、ロッドカバーの内壁面に形成されたアルマイト皮膜(ダイヤモンドライクカーボン皮膜)に対してピストンロッドの外壁面に形成されたダイヤモンドライクカーボン皮膜(アルマイト皮膜)が摺動するので、凝着摩耗を抑えることができる。これにより、流体圧シリンダの長寿命化を図ることができる。また、ロッドカバー及びピストンロッドをアルミニウム又はアルミニウム合金で構成する上、ロッド挿通孔に銅製のブッシュを設ける必要がないため、部品点数を削減することができ、且つ軽量化を図ることができると共に銅系材料不使用環境においても用いることができる。
さらに、アルマイト皮膜とダイヤモンドライクカーボン皮膜との間に潤滑剤を供給することができるので、流体圧シリンダのさらなる長寿命化を図ることができる。また、従来ブッシュが配設されていた位置に収容溝を形成することができるので、収容溝を形成した場合であっても流体圧シリンダが大型化することを抑えることができる。
【0009】
上記の流体圧シリンダにおいて、前記ロッドカバーの前記内壁面には前記アルマイト皮膜が形成され、前記ピストンロッドの外壁面には、前記アルマイト皮膜に摺接する前記ダイヤモンドライクカーボン皮膜が形成されていてもよい。この場合、ロッドカバーの内壁面よりもコーティングし易いピストンロッドの外壁面にダイヤモンドライクカーボン皮膜を形成するため、流体圧シリンダの製造コストを低廉化することができる。
【発明の効果】
【0011】
本発明に係る流体圧シリンダによれば、部品点数を削減すると共に軽量化及び長寿命化を図ることができ、且つ銅系材料不使用環境において用いることができる。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明に係る流体圧シリンダについて好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。
【0014】
本発明の一実施形態に係る流体圧シリンダ(摺動装置)10は、
図1に示すように、シリンダ孔12が形成されたシリンダ本体14と、シリンダ孔12に軸線方向に沿って変位自在に配設されたピストン16と、ピストン16に連結されたピストンロッド18と、シリンダ本体14に設けられてピストンロッド18が挿通するロッド挿通孔20が形成されたロッドカバー22とを備えている。
【0015】
シリンダ本体14は、任意の材料で構成可能であるが、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金により有底筒状に一体的に構成されている。ただし、シリンダ本体14は、両端が開口したチューブ部材の片側の開口部をエンドカバーにより閉塞するように装着して構成されていてもよい。
【0016】
シリンダ本体14の外側面には、図示しない流路及び流路切替装置を介して流体供給源に接続される第1ポート24及び第2ポート26が開口している。第1ポート24は、ピストン16とシリンダ本体14の底面との間に形成された第1シリンダ室28に第1連通路30を介して連通している。第2ポート26は、ピストン16とロッドカバー22との間に形成された第2シリンダ室32に第2連通路34を介して連通している。
【0017】
ピストン16は、任意の材料で構成可能であるが、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金等で円柱状に構成されている。ピストン16の外周面には、環状溝36を介してピストンパッキン38が装着されている。なお、ピストン16の外周面には、シリンダ本体14に対するピストン16の軸線方向の位置を検出するためのマグネットを装着しても構わない。この場合、シリンダ本体14の外側面には、マグネットの磁気を検出する磁気検出センサを取り付けるためのセンサ取付溝が形成される。
【0018】
ピストンロッド18は、アルミニウム又はアルミニウム合金で円柱状に構成されており、その一端部がピストン16に連結している。これにより、ピストンロッド18は、ピストン16に連動する。ロッド挿通孔20を挿通してシリンダ本体14の外部に露出したピストンロッド18の他端面には、ワーク等を取り付けるための装着穴40が形成されている。
【0019】
ピストンロッド18の外周面(外壁面)には、ダイヤモンドライクカーボン皮膜(以下、DLC皮膜42と称する。)が形成されている。DLC皮膜42は、炭化水素又は炭素の同素体からなる非晶質の硬質膜であって潤滑性、耐摩耗性、耐焼付き性等が優れている。
【0020】
DLC皮膜42は、廃液の出ない環境にやさしいCVD(Chemical Vapor Deposition:化学気相成長)法又はPVD(Physical Vapor Deposition:物理気相成長)法等によって形成することができる。また、DLC皮膜42と基材(ピストンロッド18)との密着性を良好にするために、基材とDLC皮膜42との間には中間層を形成してもよい。中間層は、例えば、基材とDLCとの複合層で構成することができる。この場合、中間層は、基材に近接するにつれて金属の組成比が大きくなる一方でDLCの組成比が小さくなり、基材から離間するにつれて金属の組成比が小さくなる一方でDLCの組成比が大きくなる。このような中間層を用いることにより、DLC皮膜42の基材からの剥離が好適に抑えられる。
【0021】
DLC皮膜42は、基材から外表面側に離間するに従って硬度が大きくなっている。具体的には、DLC皮膜42の基材近傍のビッカース硬度は900Hv以下に設定され、最外表面のビッカース硬度は1300Hv以上に設定されている。これにより、DLC皮膜42の基材からの剥離を一層好適に抑えられる。また、DLC皮膜42の表面粗さは、1.6Rz以下に設定されている。これにより、後述するロッドパッキン52の摩耗を好適に抑えることができる。
【0022】
DLC皮膜42は、アルミニウム又はアルミニウム合金の色(金属色)とは異なる色(例えば、黒色)で着色されている。この場合、DLC皮膜42が剥離して下地のアルミニウム又はアルミニウム合金が露出したことを容易に視認することができる。よって、流体圧シリンダ10の寿命による設備停止前に適切な対応を採ることができる。
【0023】
DLC皮膜42の膜厚は、好ましくは0.1μm以上5.0μm以下、さらに好ましくは0.3μm以上2.0μm以下、より好ましくは1.0μm以上2.0μm以下に設定される。DLC皮膜42の膜厚が0.1μmよりも小さいと摩耗によるDLC皮膜42の早期剥離が懸念され、DLC皮膜42の膜厚が5.0μmよりも大きいと成膜が容易ではなくコストの高騰化を招くからである。
【0024】
ロッドカバー22は、アルミニウム又はアルミニウム合金により円環状に構成されており、シリンダ孔12を構成する壁面に設けられた状態でピストンロッド18を支持している。また、ロッドカバー22は、シリンダ孔12を構成する壁面に環状溝44を介して装着されたリング状の止め輪46によってシリンダ孔12からの抜け止めがなされている。
【0025】
ロッドカバー22の外周面には、環状溝48を介してガスケット50が装着されている。ロッドカバー22の内周面(内壁面)には、ウレタンゴム等の樹脂材料で構成されたロッドパッキン52が装着される環状溝54と、グリース(潤滑剤)が収容されるグリース収容溝(グリース溜まり)56とが形成されている。本実施形態では、グリース収容溝56は、環状溝54よりも止め輪46側(ピストン16とは反対側)に位置している。
【0026】
ロッドカバー22の内周面の少なくとも一部には、DLC皮膜42に摺接するアルマイト皮膜58が形成されている。アルマイト皮膜58は、JIS8603に記載の硬質アルマイト皮膜であることが好ましい。この場合、アルマイト皮膜58の耐摩耗性をより向上させることができるからである。ただし、アルマイト皮膜58は、上記硬質アルマイト皮膜でなくても構わない。
【0027】
グリース収容溝56の軸線方向に沿った寸法は、摺動面長さ寸法(DLC皮膜42に摺接するアルマイト皮膜58の軸線方向に沿った長さ寸法)の1/5以上4/5以下の寸法に設定されている。これにより、ピストンロッド18からアルマイト皮膜58に作用する圧力を適度に抑えつつDLC皮膜42とアルマイト皮膜58との間にグリースを効率的に供給することができる。
【0028】
本実施形態に係る流体圧シリンダ10は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。なお、
図1に示されるように、ピストン16がシリンダ本体14の底面側に位置する状態を初期位置として説明する。
【0029】
この初期位置において、流路切替装置により第2ポート26を大気開放した状態で流体供給源から第1ポート24に作動流体(圧力流体)を供給すると、第1シリンダ室28に流入した作動流体の作用によってピストン16がロッドカバー22側に変位すると共に第2シリンダ室32に存在している流体が第2ポート26を介して大気に排出される。そして、ピストン16がロッドカバー22に接触することによりピストン16のロッドカバー22側の変位が停止される。
【0030】
また、前記流路切替装置により第1ポート24を大気開放した状態で流体供給源から第2ポート26に作動流体を供給すると、第2シリンダ室32に流入した作動流体の作用によってピストン16がシリンダ本体14の底面側に変位すると共に第1シリンダ室28に存在している流体が第1ポート24を介して大気中に排出される。そして、ピストン16がシリンダ本体14の底面に接触することによりピストン16のシリンダ本体14の底面側への変位が停止される。
【0031】
本実施形態では、このようにピストン16(ピストンロッド18)が軸線方向に沿って変位する際に、グリース収容溝56に収容されているグリースがピストン16の外周面に形成されたDLC皮膜42とロッドカバー22の内周面に形成されたアルマイト皮膜58との間に供給された状態でDLC皮膜42がアルマイト皮膜58を摺動する。DLC皮膜42は、アルミニウムやアルマイトとの凝着を防ぐ化学的安定性と自己潤滑性を備えている。そのため、ピストンロッド18は、摺動摩耗及び凝着摩耗が抑えられた状態で変位することとなる。これにより、流体圧シリンダ10の長寿命化を図ることができる。
【0032】
また、ピストンロッド18及びロッドカバー22をアルミニウム又はアルミニウム合金で構成する上、ロッド挿通孔20に銅製のブッシュを設ける必要がないため、部品点数を削減することができ、且つ軽量化を図ることができると共に銅系材料不使用環境においても用いることができる。
【0033】
さらに、ロッド挿通孔20を構成する内周面よりもコーティングし易いピストンロッド18の外周面にDLC皮膜42を形成しているので、流体圧シリンダ10の製造コストを低廉化することができる。さらにまた、ロッドカバー22の内周面にグリースが収容されるグリース収容溝56を形成しているので、DLC皮膜42とアルマイト皮膜58との間にグリースを供給してロッドカバー22の摺動摩耗を抑えることができる。これにより、流体圧シリンダ10のさらなる長寿命化を図ることができる。
【0034】
本実施形態は、上述した構成に限定されない。例えば、グリース収容溝56を削除してもよいし(
図3参照)、ロッドパッキン52よりもピストン16側にグリース収容溝56を形成してもよい(
図4参照)。また、本実施形態において、ピストンロッド18の外周面にアルマイト皮膜58を形成し、ロッドカバー22の内周面に当該アルマイト皮膜58に摺接するDLC皮膜42を形成しても構わない。これらの場合においても、上述した構成と同様の作用効果を奏する。
【0035】
[実施例]
以下に本発明の実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。なお、以下の実施例に示される材質、構成、膜厚等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。従って、本発明の技術的範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。
【0036】
実施例1〜3、比較例1及び2の特徴を下記表1に示す。
【0038】
(実施例1)
図2に示す実施例1に係る流体圧シリンダ10aを作製した。この流体圧シリンダ10aは、上述した流体圧シリンダ10と同様に構成されている。具体的には、ピストンロッド18をアルミニウム合金(A2017:JIS規格)で構成し、ピストンロッド18の外周面にDLC皮膜42を1μm〜2μmの膜厚で成膜した。また、ロッドカバー22をアルミニウム合金(A6061−T6:JIS規格)で構成し、ロッドカバー22の内周面にアルマイト皮膜(硬質アルマイト皮膜)58を15μmの膜厚で成膜した。この実施例1に係るロッドカバー22の軸線方向に沿った長さ寸法をLaとした。なお、ピストンロッド18の直径を16mmとし、ピストン16のストロークを50mmとした。
【0039】
(実施例2)
図3に示す実施例2に係る流体圧シリンダ10bを作製した。すなわち、この実施例2に係る流体圧シリンダ10bは、グリース収容溝56を削除したこと以外は、実施例1と同様に作製した。
【0040】
(実施例3)
図4に示す実施例3に係る流体圧シリンダ10cを作製した。この実施例3に係る流体圧シリンダ10cでは、ピストンロッド18及びロッドカバー22の構成材料、DLC皮膜42及びアルマイト皮膜58の膜厚、ピストンロッド18の直径及びピストン16のストロークを実施例1と同様に設定した。また、この実施例3に係るロッドカバー22の軸線方向に沿った長さ寸法をLaよりも長いLbとした。
【0041】
(比較例1)
ピストンロッド18を炭素鋼(S45C:JIS規格)で構成し、ピストンロッド18の外周面に硬質クロム皮膜102を8μmの膜厚で成膜した以外は、実施例2と同様にして、比較例1に係る流体圧シリンダ100aを作製した(
図3参照)。
【0042】
(比較例2)
図5に示す比較例2に係る流体圧シリンダ100bを作製した。この比較例2に係る流体圧シリンダ100bでは、実施例3に係るグリース収容溝56に代えて鉛青銅製のブッシュ104が配設されるブッシュ配設溝106を形成した。また、ピストンロッド18及び硬質クロム皮膜102を比較例1と同じものとし、それ以外は、実施例3と同様に作製した。
【0043】
[評価]
(重量測定)
実施例1、実施例3、比較例1、及び比較例2に係る流体圧シリンダ10a、10c、100a、100bの重量を測定した。
【0044】
(寿命測定)
実施例1、実施例2、及び比較例1の流体圧シリンダ10a、10b、100aにおいて、ピストン駆動回数に対する最低作動圧力を測定した。また、ピストン16を1000万回駆動した後における実施例1、実施例2、及び比較例1のアルマイト皮膜58の最大摩耗深さを株式会社東京精密製の真円度測定機(ACCRETECH RONDCOM60A)を用いて測定した。なお、測定条件は、真円度評価:最大内接円中心法(MIC)、フィルタ種別:2RC、測定方法:半自動測定、測定速度:5mm/s、姿勢:垂直とした。
【0045】
[結果]
重量測定結果を下記表2に示し、寿命測定結果を
図6及び
図7に示す。
【0047】
表2に示すように、比較例1に係る流体圧シリンダ100aの重量が320gであったのに対して、実施例1に係る流体圧シリンダ10aの重量は230gとなった。つまり、ピストンロッド18をアルミニウム合金で構成することによって、流体圧シリンダ10aを、流体圧シリンダ100aに対してその重量の約28%分だけ軽量化することができた。
【0048】
また、比較例2に係る流体圧シリンダ100bの重量が350gであったのに対して、実施例3に係る流体圧シリンダ10cの重量は260gとなった。つまり、ピストンロッド18をアルミニウム合金で構成すると共に鉛青銅製のブッシュ104を削除することによって、流体圧シリンダ10cを、流体圧シリンダ100bに対してその重量の約25%分だけ軽量化することができた。
【0049】
なお、実施例3に係る流体圧シリンダ10cは、比較例2に係る流体圧シリンダ100bにおいてブッシュ104が配設されていた位置にグリース収容溝56を形成しているので、このようなグリース収容溝56を形成した場合であっても流体圧シリンダ10cが大型化することはない。
【0050】
さらに、
図6から諒解されるように、比較例1に係る流体圧シリンダ100aでは、ピストン駆動回数が600万回を超えると最低作動圧力が急激に上昇したのに対して、実施例1及び2に係る流体圧シリンダ10a、10bでは、ピストン駆動回数が1000万回に達しても最低作動圧力を比較的低く抑えられた。また、ピストン16の1000万回駆動後において、流体圧シリンダ10aの最低作動圧力は、流体圧シリンダ10bの最低作動圧力よりも低くなった。なお、実施例1、実施例2、及び比較例1に係る流体圧シリンダ10a、10b、100aにおいて、エア漏れ量は1cc/min以下であった。
【0051】
このように、ピストンロッド18の外周面にDLC皮膜42を形成すると共にロッドカバー22の内周面にアルマイト皮膜58を形成することによって、ピストン駆動回数が1000万回に達した場合でも最低作動圧力が比較的低く抑えられ、長寿命化を図ることができた。また、ロッドカバー22の内周面にグリース収容溝56を設けた場合には、グリース収容溝56を設けない場合と比較してピストン16の1000万回駆動後における最低作動圧力が低下しており、さらなる長寿命化を図ることができた。
【0052】
さらにまた、
図7から諒解されるように、実施例1に係る流体圧シリンダ10aの最大摩耗深さは、比較例1に係る流体圧シリンダ100aのアルマイト皮膜58の最大摩耗深さの約1/4に抑えられ、流体圧シリンダ10aの一層の長寿命化を図ることができた。
【0053】
本発明に係る流体圧シリンダは、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。