特開 2024-25010 流体圧シリンダのピストン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024025010

(43)【公開日】2024-02-26

(54)【発明の名称】流体圧シリンダのピストン

(51)【国際特許分類】

   F15B 15/14 20060101AFI20240216BHJP

   F16J 1/12 20060101ALI20240216BHJP

【ＦＩ】

F15B15/14 345Z

F16J1/12

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022128083

(22)【出願日】2022-08-10

(71)【出願人】

【識別番号】000215785

【氏名又は名称】ＴＰＲ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002860

【氏名又は名称】弁理士法人秀和特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】彦根 顕

(72)【発明者】

【氏名】大鋸 哲平

【テーマコード（参考）】

3H081

3J044

【Ｆターム（参考）】

3H081AA03

3H081BB03

3H081CC15

3H081CC23

3H081CC24

3H081DD06

3H081DD24

3H081EE28

3H081HH03

3J044AA01

3J044AA06

3J044BA04

3J044BA06

3J044CA23

3J044DA20

(57)【要約】

【課題】流体圧シリンダにおいて、ピストンの耐久性を向上することが可能な技術を提供する。
【解決手段】流体圧シリンダのピストンは、シリンダ室内にシリンダチューブに沿って移動可能となるように配設されたピストン本体と、ピストン本体に連結され、ピストンの軸方向に延びると共にロッドカバーに形成された挿通孔に挿入されたピストンロッドと、を備え、ピストンの軸方向両端部のうちヘッドカバーに対向するピストン端部は、ピストンの軸方向へ突出した凸状部を含み、凸状部は、その基端部から頂部に向かうに従って縮幅するように形成されており、凸状部の頂部は、ピストンの軸方向において該ピストンの最先端に位置し且つピストンの中心軸が通る位置に形成されている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

筒状のシリンダチューブと前記シリンダチューブの一端部を閉塞するヘッドカバーと前記シリンダチューブの他端部を閉塞するロッドカバーとを有するシリンダ本体に挿設される、流体圧シリンダのピストンであって、
前記シリンダチューブと前記ヘッドカバーと前記ロッドカバーとによって画定されるシリンダ室内に前記シリンダチューブに沿って移動可能となるように配設されたピストン本体と、前記ピストン本体に連結され、前記ピストンの軸方向に延びると共に前記ロッドカバーに形成された挿通孔に挿入されたピストンロッドと、を備え、
前記ピストンの軸方向両端部のうち前記ヘッドカバーに対向するピストン端部は、前記ピストンの軸方向へ突出した凸状部を含み、
前記凸状部は、その基端部から頂部に向かうに従って縮幅するように形成されており、
前記凸状部の頂部は、前記ピストンの軸方向において該ピストンの最先端に位置し、且つ前記ピストンの中心軸が通る位置に形成されている、
ピストン。

【請求項2】

前記ピストン端部は、少なくとも一部が樹脂製である、
請求項１に記載のピストン。

【請求項3】

前記凸状部は、前記ピストンの中心軸を回転中心とした回転体として形成されており、
前記凸状部の直径をＤ１とし、前記シリンダチューブの内径をＤ２としたとき、
０．０７５≦Ｄ１／Ｄ２≦０．９９５であり、
前記ピストン端部の表面上の点であって前記ピストンの中心軸から径方向外側へＤ１／２離れた位置にある点と前記凸状部の頂部との前記ピストンの軸方向における距離をＨとしたとき、
０．００２４＜Ｈ／（Ｄ１／２）＜０．０７５である、
請求項１又は２に記載のピストン。

【請求項4】

前記凸状部の表面は、球面状である、
請求項１又は２に記載のピストン。

【請求項5】

前記凸状部の表面は、湾曲面状である、
請求項１又は２に記載のピストン。

【請求項6】

前記凸状部は、テーパ状に形成されている、
請求項１又は２に記載のピストン。

【請求項7】

空圧シリンダ用のピストンとして形成されている、
請求項１又は２に記載のピストン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、流体圧シリンダのピストンに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ワーク等の搬送手段として、例えば、流体圧を利用してピストンを往復移動させる流体圧シリンダが広く用いられている。流体圧シリンダのピストンは、アルミ製のピストン本体をカシメ加工や締結等によりピストンロッドの端部に固定したものが一般的であった。これに対して、部品点数や組み付け作業工数の削減を目的として、ピストンロッドに合成樹脂で形成したピストン本体をインサート成形することによりピストンロッドとピストン本体を一体に形成する技術が知られている（例えば、特許文献１）。

【0003】

ところで、流体圧シリンダには、ピストンがシリンダ本体に当接（衝突）する際の衝撃でピストンが破損することを防ぐために、ゴム等の弾性材料により形成されたダンパを設けたものがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平１０－２４１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

近年、流体圧シリンダの軽量化やコンパクト化が進められており、流体圧シリンダにおいて、軽量化、コンパクト化をはかりつつ、ピストン自体が高い耐久性を有することが望まれている。

【0006】

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、流体圧シリンダにおいて、ピストンの耐久性を向上することが可能な技術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】

上記課題を解決するために、本発明は、以下の手段を採用した。即ち、本発明は、筒状のシリンダチューブと前記シリンダチューブの一端部を閉塞するヘッドカバーと前記シリンダチューブの他端部を閉塞するロッドカバーとを有するシリンダ本体に挿設される、流体圧シリンダのピストンである。前記ピストンは、前記シリンダチューブと前記ヘッドカバーと前記ロッドカバーとによって画定されるシリンダ室内に前記シリンダチューブに沿って移動可能となるように配設されたピストン本体と、前記ピストン本体に連結され、前記ピストンの軸方向に延びると共に前記ロッドカバーに形成された挿通孔に挿入されたピストンロッドと、を備え、前記ピストンの軸方向両端部のうち前記ヘッドカバーに対向するピストン端部は、前記ピストンの軸方向へ突出した凸状部を含み、前記凸状部は、前記ピストンの軸方向において、その基端部から頂部に向かうに従って縮幅するように形成されており、前記凸状部の頂部は、前記ピストンの軸方向において該ピストンの最先端に位置し且つ前記ピストンの中心軸が前記頂部を通る位置に形成されている。

【0008】

本発明に係るピストンによると、ピストン本体がヘッドカバー側のエンドストロークに至る際には、凸状部の頂部が最初にヘッドカバーに接触する。そして、衝撃荷重により凸状部が変形する（押し潰される）ことで、凸状部はヘッドカバーとの接触領域を頂部から徐々に拡大しながらヘッドカバーに衝突する。これにより、衝撃エネルギーが分散してピストン端部に吸収され、衝撃応力が低減する。その結果、ピストン端部の破損を防止でき
る。

【0009】

なお、本発明において、前記ピストン端部は、少なくとも一部が樹脂製であってもよい。

【0010】

また、本発明において、前記凸状部は、前記ピストンの中心軸を回転中心とした回転体として形成されており、前記凸状部の直径をＤ１とし、前記シリンダチューブの内径をＤ２としたとき、０．０７５≦Ｄ１／Ｄ２≦０．９９５であり、前記ピストン端部の表面上の点であって前記ピストンの中心軸から径方向外側へＤ１／２離れた位置にある点と前記凸状部の頂部との前記ピストンの軸方向における距離をＨとしたとき、０．００２４＜Ｈ／（Ｄ１／２）＜０．０７５であってもよい。

【0011】

また、本発明において、前記凸状部の表面は、球面状であってもよい。

【0012】

また、本発明において、前記凸状部の表面は、湾曲面状であってもよい。

【0013】

また、本発明において、前記凸状部は、テーパ状に形成されてもよい。

【0014】

また、本発明は、空圧シリンダ用のピストンとして形成されてもよい。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、流体圧シリンダにおいて、ピストンの耐久性を向上することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】実施形態に係るピストンを備えるエアシリンダの断面図である

【図2】実施形態に係るエアシリンダのピストン端部付近の断面図である。

【図3】凸状部の詳細を説明するための断面図である。

【図4】比較例に係るエアシリンダのピストン端部付近の断面図である。

【図5】実施形態の変形例１に係るピストンのピストン端部付近を示す断面図である。

【図6】実施形態の変形例２に係るピストンのピストン端部付近を示す断面図である。

【図7】実施形態の変形例３に係るピストンのピストン端部付近を示す断面図である。

【図8】衝撃応力の解析結果を示す図である。

【図9】Ｈ／（Ｄ１／２）と最大衝撃応力との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。以下に説明する実施形態は、流体圧シリンダの一例として、圧縮空気を駆動源とするエアシリンダ（空圧シリンダ）に本発明を適用したものである。但し、本発明に係るピストンを適用できる流体圧シリンダは、エアシリンダに限定されない。本発明に係るピストンは、圧縮油を駆動源とする油圧シリンダや、その他の圧力流体を利用する流体圧シリンダに適用してもよい。また、以下の実施形態に記載されている構成は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。また、以下で参照する図面では、説明の便宜上、一部の形状が強調されることで原寸に比例して図示されていない場合がある。

【0018】

図１は、実施形態に係るピストン２０を備えるエアシリンダ１００の断面図である。図１は、エアシリンダ１００の構造を模式的に説明するための図である。図１では、符号Ａ
１で示すピストン２０の中心軸に沿う断面が図示されている。

【0019】

［構成］
まず、実施形態に係るエアシリンダ１００の構成について説明する。図１に示すように、エアシリンダ１００は、両端が閉塞された筒状のシリンダ本体１０と、シリンダ本体１０に挿設されたピストン２０と、を備える。シリンダ本体１０は、筒状のシリンダチューブ１と、シリンダチューブ１の軸方向の一端部に取り付けられるヘッドカバー２と、シリンダチューブ１の軸方向の他端部に取り付けられるロッドカバー３と、を有する。ヘッドカバー２は、シリンダチューブ１の一端側の開口を閉塞している。ロッドカバー３は、シリンダチューブ１の他端側の開口を閉塞している。シリンダチューブ１とヘッドカバー２とロッドカバー３とによって、シリンダ本体１０内にシリンダ室３０が画定されている。シリンダ室３０を形成するシリンダチューブ１の内周面（内周壁）は、円筒状である。

【0020】

シリンダチューブ１には、ヘッドカバー２寄りの位置に第１給排ポート１０１が形成されており、ロッドカバー３寄りの位置に第２給排ポート１０２が形成されている。また、ロッドカバー３には、挿通孔３１が形成されている。

【0021】

ピストン２０は、シリンダチューブ１に沿って延びる略円柱状に形成されており、その一端部がシリンダ室３０に収容され且つ他端部がシリンダ室３０の外部に突出するように、シリンダ本体１０に挿設されている。ピストン２０の軸方向両端部のうち、ヘッドカバー２に対向する端部をピストン端部２０１と称する。ピストン２０は、シリンダチューブ１に沿って移動可能となるようにシリンダ室３０に配設されたピストン本体４と、ピストン本体４に連結され、ピストン２０の軸方向に延びると共にロッドカバー３に形成された挿通孔３１に挿入されたピストンロッド５と、を備える。

【0022】

図１に示すように、シリンダ室３０は、ピストン本体４によって、ヘッドカバー２側の第１圧力室３０１とロッドカバー３側の第２圧力室３０２とに区画されている。第１圧力室３０１は第１給排ポート１０１を介してシリンダ室３０の外部に連通しており、第２圧力室３０２は第２給排ポート１０２を介してシリンダ室３０の外部に連通している。

【0023】

図２は、実施形態に係るエアシリンダ１００のピストン端部２０１付近の断面図である。図２に示すように、ピストンロッド５は、ピストン２０の軸方向に沿って延びる円柱状の軸体である。ピストンロッド５の中心軸は、ピストン２０の中心軸Ａ１と一致する。ピストンロッド５は、ＳＵＳやスチール等の金属材料により形成されている。但し、ピストンロッド５の形状や材質は上記に限定されない。ここで、ピストンロッド５の軸方向両端部のうちピストン端部２０１側の端部を、ロッド端部５１と称する。図２に示すように、ロッド端部５１は、ピストン本体４に覆われている。ロッド端部５１の端面（つまり、ピストンロッド５の先端面）は、ピストン２０の軸方向に対して直交する平坦面として形成されている。なお、ピストンロッド５の先端面は、凸状に形成されてもよい。ピストンロッド５の外周面には、ピストン本体４をピストンロッド５に装着するための環状の係合溝５ａが周方向に延びて形成されている。このとき、ピストンロッド５において、係合溝５ａを挟んでロッド端部５１の軸方向反対側に位置する部位をロッド本体部５２と称する。図２に示すように、ロッド本体部５２は、ピストン本体４から突出している。

【0024】

図２に示すように、ピストン本体４は、ロッド端部５１を覆うように、有底筒状のキャップ状に形成されている。ピストン本体４は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）やＰＯＭ（ポリアセタール）、ＰＡ（ポリアミド）等の樹脂材料により形成されている。但し、ピストン本体４の形状や材質は上記に限定されない。ピストン本体４は、アルミやアルミ合金（Ａ６０６１等）、チタン等の金属材料により形成されてもよい。

【0025】

ピストン本体４は、筒状部４１とカバー部４２とピストン外周部４３と係合部４４とを有する。筒状部４１は、筒状に形成されると共にピストンロッド５のロッド端部５１の外周面を覆っている。カバー部４２は、筒状部４１の一端部を閉塞すると共にロッド端部５１の先端面を覆っている。ピストン外周部４３は、筒状部４１の外周に突設され、シリンダチューブ１に対向している。ピストン外周部４３の外周面には、環状の装着溝４ａが周方向に延びて形成されている。装着溝４ａには、シリンダチューブ１の内周面に摺接することで第１圧力室３０１と第２圧力室３０２との間をシールする、ゴム製のピストンパッキン６が装着されている。係合部４４は、筒状部４１の内周に突設され、ピストンロッド５の係合溝５ａに係合している。係合部４４が係合溝５ａに係合することで、ピストン本体４とピストンロッド５とが連結されている。

【0026】

ピストン２０は、例えば、ピストンロッドに合成樹脂で形成したピストン本体をインサート成形することにより形成される。但し、本発明に係るピストンの製造方法はインサート成形に限定されない。例えばピストン本体が金属製の場合には、ねじ込みによりピストン本体とピストンロッドとを接合してもよい。

【0027】

図２に示すように、ピストン２０では、ピストン本体４のカバー部４２によって、ピストン端部２０１が形成されている。また、ピストン端部２０１の周囲には、周方向に延びる環状溝７が形成されている。なお、環状溝７は、本発明において必須の構成ではない。

【0028】

図２に示すように、ピストン端部２０１は、ピストン２０の軸方向に突出した凸状部Ｃ１を含む。図中、凸状部Ｃ１の範囲にドットパターンを付している。ピストン２０では、樹脂製のピストン本体４の一部によって、凸状部Ｃ１が形成されている。また、本例に係る凸状部Ｃ１は、ピストン２０の中心軸Ａ１を回転中心として凸円弧を回転させた、断面が円弧状の回転体として形成されている。そのため、凸状部Ｃ１は球状に形成されており、凸状部Ｃ１の表面Ｓ１は球面状に湾曲している。ここで、凸状部Ｃ１において最もヘッドカバー２側（即ち、最先端）の部位を頂部Ｔ１と称する。このとき、図２に示すように、凸状部Ｃ１の頂部Ｔ１は、ピストン２０の軸方向においてピストン２０の最先端に位置し、且つ、ピストン２０の中心軸Ａ１が通る位置に形成されている。凸状部Ｃ１は、その基端部から頂部Ｔ１に向かうに従って縮幅（縮径）するように形成されている。ここでいう「縮幅」とは、より詳細には、ピストン２０の軸方向に直交する方向における幅が狭まることをいう。なお、本発明に係る凸状部の形状は、上記のような球状（Ｒ形状）に限定されない。凸状部Ｃ１は、例えば、テーパ形状（円錐状や角錐状）であってもよい。また、凸状部Ｃ１は、後述の変形例１のように頂部Ｔ１が平坦な台形状であってもよい。また、凸状部Ｃ１の表面は、Ｒが一様な湾曲面であってもよく、Ｒが一様ではない湾曲面であってもよい。また、本発明において、ピストンの中心軸と凸状部の頂点とが完全に一致することは必須ではなく、微小範囲で凸状部の頂点がピストンの中心軸に対して偏心した態様も許容される。

【0029】

ここで、図２に示すように、凸状部Ｃ１の直径をＤ１とする。詳細には、直径Ｄ１は、凸状部Ｃ１において外径が最大となる基端部分の直径である。また、シリンダチューブ１の内径をＤ２とする。このとき、本例では、０．０７５≦Ｄ１／Ｄ２≦０．９９５となっている。

【0030】

図３は、凸状部Ｃ１の詳細を説明するための断面図である。図３に示すように、ピストン２０の軸方向における凸状部Ｃ１の高さ（突出量）をＨとする。高さＨは、詳細には、点Ｐ１と凸状部Ｃ１の頂部Ｔ１とのピストン２０の軸方向における距離である。点Ｐ１は、ピストン２０の中心軸から径方向外側へＤ１／２離れた位置にある、ピストン端部２０１の表面上の点である。点Ｐ１は、凸状部Ｃ１の基端部に位置する。このとき、本例では、０．００２４＜Ｈ／（Ｄ１／２）＜０．０７５となっている。

【0031】

図２に戻り、ピストンロッド５のロッド端部５１の直径をＤ３とする。このとき、本例では、１．０３≦Ｄ１／Ｄ３≦１．９９となっている。

【0032】

［動作］
次に、実施形態に係るエアシリンダ１００の動作について、図１を参照して説明する。なお、図１に示される、ピストン本体４がヘッドカバー２に当接した状態を初期位置として説明する。

【0033】

先ず、初期位置において、圧縮空気供給源（図示せず）から第１給排ポート１０１を介して第１圧力室３０１に圧縮空気が供給されると、圧縮空気によって押圧されたピストン本体４がロッドカバー３側に移動し始める。すると、第２圧力室３０２の空気が第２給排ポート１０２を介して外部へ排出され、ピストン本体４がロッドカバー３側のストロークエンドに至るまで移動する。これにより、ピストンロッド５は、シリンダチューブ１から突出する方向へ移動する。ピストン本体４は、ロッドカバー３側のストロークエンドに到ると、ロッドカバー３に衝突する。

【0034】

次に、第２給排ポート１０２を介して第２圧力室３０２に圧縮空気が供給されると、圧縮空気によって押圧されたピストン本体４がヘッドカバー２側に移動し始める。すると、第１圧力室３０１の空気が第１給排ポート１０１を介して外部へ排出され、ピストン本体４がヘッドカバー２側のストロークエンド（つまり、初期位置）に到るまで移動する。これにより、ピストンロッド５は、シリンダチューブ１に没入する方向へ移動する。ピストン本体４は、ヘッドカバー２側のストロークエンドに到ると、ヘッドカバー２に衝突する。

【0035】

［作用・効果］
以下、比較例との比較により、実施形態に係るエアシリンダ１００が備えるピストン２０の作用効果について説明する。図４は、比較例に係るエアシリンダ２００のピストン端部４０１付近の断面図である。図４に示すように、比較例に係るピストン４０は、ピストン端部４０１に凸状部Ｃ１が形成されていない点で、実施形態に係るピストン２０と相違する。比較例に係るピストン４０では、ピストン端部４０１の端面Ｓ２が、ピストン４０の軸方向に対して直交する平坦面となっている。そのため、ピストン４０では、ピストン本体４がヘッドカバー２側のエンドストロークに至る際に、ピストン端部４０１の端面Ｓ２の全体が略同時にヘッドカバー２に衝突することとなる。その結果、ピストン端部４０１に高い衝撃応力（瞬間最大応力）が発生し、ピストン端部４０１を構成する樹脂製のピストン本体４が破損する虞がある。

【0036】

これに対して、図２に示すように、実施形態に係るピストン２０のピストン端部２０１は、ピストン２０の軸方向へ突出した凸状部Ｃ１を含み、凸状部Ｃ１は、その基端部から頂部Ｔ１に向かうに従って縮幅するように形成されている。そして、凸状部Ｃ１の頂部Ｔ１は、ピストン２０の軸方向において該ピストン２０の最先端に位置し且つピストン２０の中心軸Ａ１が通る位置に形成されている。これによると、ピストン本体４がヘッドカバー２側のエンドストロークに至る際には、凸状部Ｃ１の頂部Ｔ１が最初にヘッドカバー２に接触する。そして、衝撃荷重により凸状部Ｃ１が変形する（押し潰される）ことで、凸状部Ｃ１はヘッドカバー２との接触領域を頂部Ｔ１から徐々に拡大しながらヘッドカバー２に衝突する。これにより、衝撃エネルギーが分散してピストン端部２０１に吸収され、衝撃応力が低減する。その結果、ピストン端部２０１の破損を防止できる。

【0037】

以上のように、本実施形態によると、ピストン２０の耐久性を向上することが可能となる。このことは、樹脂製のピストン本体４によりピストン端部２０１を形成するピストン
２０において、特に好適である。なお、本発明は、ピストン端部の少なくとも一部を樹脂製としてもよい。但し、本発明において、ピストン端部が樹脂製であることは必須ではない。

【0038】

また、本実施形態では、０．０７５≦Ｄ１／Ｄ２≦０．９９５とし、０．００２４＜Ｈ／（Ｄ１／２）＜０．０７５とすることで、ピストン端部２０１がヘッドカバー２に衝突する際の衝撃応力をより好適に低減することができる。更に、１．０３≦Ｄ１／Ｄ３≦１．９９とすることによっても、ピストン端部２０１がヘッドカバー２に衝突する際の衝撃応力をより好適に低減することができる。また、図２に示すように、ピストンロッド５のロッド本体部５２の直径をＤ４としたとき、Ｄ３≦Ｄ４であってもよい。但し、本発明は、これらの条件には限定されない。

【0039】

［変形例］
以下、実施形態の変形例に係るピストンについて説明する。変形例の説明では、図１～３で説明したピストン２０との相違点を中心に説明し、ピストン２０と同様の点については詳細な説明は割愛する。

【0040】

［変形例１］
図５は、実施形態の変形例１に係るピストン２０Ａのピストン端部２０１付近を示す断面図である。図５に示すように、ピストン２０Ａの凸状部Ｃ１は、頂部Ｔ１が平坦面として形成されている。これにより、凸状部Ｃ１の断面は、両側辺が湾曲した鉢状になっている。なお、凸状部Ｃ１の断面は、両側辺が直線状の台形状であってもよい。

【0041】

変形例１に係るピストン２０Ａにおいても、上述のピストン２０と同様に、凸状部Ｃ１が頂部Ｔ１に向かうに従って縮幅するように形成されており、頂部Ｔ１が該ピストン２０の最先端に位置し且つ中心軸Ａ１が頂部Ｔ１を通る位置に形成されている。これにより、変形例１においても、ピストン２０Ａの耐久性を向上させることができる。

【0042】

［変形例２］
図６は、実施形態の変形例２に係るピストン２０Ｂのピストン端部２０１付近を示す断面図である。図６に示すように、ピストン２０Ｂのピストン本体４は、ピストンロッド５のロッド端部５１を覆うカバー部４２を有さない。そのため、ロッド端部５１の端面がピストン２０Ｂの先端に露出している。これにより、ピストン２０Ｂでは、ピストン本体４の筒状部４１とピストンロッド５のロッド端部５１とによって、ピストン端部２０１が形成されている。上述のピストン２０と同様に、ピストン２０Ｂのピストン端部２０１にもピストン２０の軸方向に突出した凸状部Ｃ１が形成されている。ピストン２０Ｂでは、樹脂製のピストン本体４の一部と金属製のピストンロッド５の一部とによって、球状の凸状部Ｃ１が形成されている。

【0043】

変形例２に係るピストン２０Ｂにおいても、上述のピストン２０と同様に、凸状部Ｃ１が頂部Ｔ１に向かうに従って縮幅するように形成されており、頂部Ｔ１が該ピストン２０の最先端に位置し且つ中心軸Ａ１が通る位置に形成されている。これにより、変形例２においても、ピストン２０Ｂの耐久性を向上させることができる。

【0044】

［変形例３］
図７は、実施形態の変形例３に係るピストン２０Ｃのピストン端部２０１付近を示す断面図である。図７に示すように、ピストン２０Ｃは、図２等で示すピストン２０と異なり、環状溝７を有さない。

【0045】

＜解析評価＞
解析ソフトを用いた有限要素解析により、実施形態に係るピストンの応力評価を行った。応力評価では、ピストンがエアシリンダのヘッドカバーに衝突した際のピストン本体の衝撃応力の分布及び衝撃応力の最大値を求めた。解析モデルに用いた部材の材料は、ピストン本体をＰＰＳ、ピストンロッドをＳ４５Ｃ、シリンダ本体をＡ６０６１とした。また、ピストン本体とピストンロッド、及びピストンパッキンを含むピストンの質量は過負荷試験相当のウェイトを考慮して設定し、ピストンの速度は０．３［ｍ／ｓ］とした。

【0046】

実施例１～１０として、実施形態に係るピストン２０を評価した。また、比較例１～３として、比較例に係るピストン４０を評価した。表１に、実施例１～１０及び比較例１～３におけるＤ１、Ｈ、Ｈ／（Ｄ１／２）、及び最大衝撃応力比を示す。最大衝撃応力比は、実施例１～１０及び比較例１～３における衝撃応力の最大値（最大衝撃応力）の比率である。最大衝撃応力比は、比較例１の最大衝撃応力に対する比率で表した。表１において、実施例１～１０と比較例１とで最大衝撃応力比を比較すると、実施例１～１０の方が比較例１よりも最大衝撃応力が低いことが分る。これにより、ピストン端部に凸状部を形成することによる応力の低減効果を確認できた。また、図８は、衝撃応力の解析結果を示す図である。図８は、実施例３、実施例１０、比較例１のピストン本体における衝撃応力の分布を示す。図８では、ピストン本体の断面の横半分が図示されている。

【表1】

【0047】

次に、上述の解析により、Ｈ／（Ｄ１／２）の範囲を評価した。図９は、解析結果から導出した、Ｈ／（Ｄ１／２）と最大衝撃応力との関係を示すグラフである。最大衝撃応力は、Ｈ／（Ｄ１／２）＝０のときの最大衝撃応力に対する比率として表されている。グラフ中、実線は最大衝撃応力比率を示し、破線はピストン本体の引張強さを示す。図９に示すように、０．００２４＜Ｈ／（Ｄ１／２）＜０．０７５の範囲において、最大衝撃応力がピストン本体の引張強さよりも低くなることが分る。これにより、０．００２４＜Ｈ／（Ｄ１／２）＜０．０７５とすることで、衝撃応力を好適に低減できることが確認できた。

【0048】

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上述した種々の形態は、可能な限り組み合わせることができる。

【符号の説明】

【0049】

１ ：シリンダチューブ
２ ：ヘッドカバー
３ ：ロッドカバー
４ ：ピストン本体
５ ：ピストンロッド
１０ ：シリンダ本体
２０ ：ピストン
１００ ：エアシリンダ（流体圧シリンダの一例）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】