JP2000065011A

JP2000065011A - 流体シリンダ

Info

Publication number: JP2000065011A
Application number: JP10238244A
Authority: JP
Inventors: Koji Ito; 浩二伊藤; Hitoshi Izawa; 仁伊澤
Original assignee: Teijin Seiki Co Ltd
Current assignee: Nabtesco Corp
Priority date: 1998-08-25
Filing date: 1998-08-25
Publication date: 2000-03-03

Abstract

(57)【要約】【課題】安価でありながら、信頼性が高く、しか
も、精密な制御を容易に行うことができる長寿命の流体
シリンダ30を提供する。【解決手段】アーム43がピン44を中心に揺動して連
結部43ａがシリンダ本体35の中心軸に垂直な方向へも変
位すると、ロッド39は基端を固定点として連結部43ａの
変位に追従して撓む。このとき、連結部43ａからロッド
39に付与される反力の作用方向は、シリンダ本体35の中
心軸と同一方向であるため、ロッド39にモーメントは発
生せず、この結果、外筒38の早期摩耗、焼き付きが防止
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、流体の給排によ
りピストン、ロッドを移動させる流体シリンダに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の流体シリンダ10としては、例えば
図９に示すようなものが知られており、内部にシリンダ
室11が形成されたシリンダ本体12と、前記シリンダ室11
に摺動可能に収納されたピストン13と、基端がピストン
13に連結され、中央部がシリンダ本体12の先端壁14、こ
こではグランドを貫通するピストンロッド15とを備えた
ものである。そして、このような流体シリンダ10を用い
て、例えば航空機の舵面を制御する場合には、シリンダ
本体12の延長部16に一方の折れ曲がり部がピン17を介し
て揺動可能に支持され、前記舵面に連結されているコの
字形をした出力部材としてのアーム18の他方の折れ曲が
り部（連結部）に短リンク19の先端をピン20を介して連
結するとともに、該短リンク19の後端にピン21を介して
前記ロッド15の先端を連結し、前記ピストン13で仕切ら
れたシリンダ室11のいずれかに必要に応じて流体を供給
することにより、アーム18をピン17を中心として揺動さ
せるのである。ここで、前述のようにロッド15とアーム
18との間に短リンク19を介装しているのは、前記アーム
18の連結部、即ち他方の折れ曲がり部が、該アーム18の
揺動時、シリンダ本体12の中心軸に対して垂直に変位す
るのに対し、ロッド15を含む流体シリンダ10は揺動しな
いため、ロッド15の先端とアーム18の他方の折れ曲がり
部との間の垂直方向ずれ量が変化するが、このような垂
直方向ずれ量の変化を吸収しながら駆動力をアーム18に
伝達するという理由からである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の流体シリンダ10によって、シリンダ本体12の
中心軸に対し垂直方向に変位するアーム18（出力部材）
の他方の折れ曲がり部（連結部）に、短リンク19を介し
て駆動力を付与するようにすると、前記ロッド15、先端
壁（グランド）14が早期に摩耗したり、あるいはロッド
15がシリンダ本体12の先端壁14に焼き付いたりすること
があるという問題点がある。これは、短リンク19が図１
０に示すように、ロッド15に対し角度θで傾斜している
と、短リンク19からロッド15に作用している反力Ｗは、
シリンダ本体12の中心軸方向の分力Ｍ（Ｗ cosθ）と中
心軸に垂直な方向の分力Ｐ（Ｗ sinθ）とに分けられる
が、この垂直方向分力Ｐはロッド15に対してモーメント
（Ｐ×L1）として作用し、これにより、ロッド15とシリ
ンダ本体12の先端壁（グランド）14との間に位置する無
潤滑の摺動面に大きな押し付け力Ｆ（Ｐ×L1÷L2）が付
与されるからである。また、前述のような流体シリンダ
10の場合にはロッド15とアーム18（出力部材）との間に
短リンク19を介装する必要があるため、ロッド15をアー
ム18に直接連結する場合に比較して連結箇所が１箇所増
加し、この結果、製造誤差が増大して精密な制御を行う
ことが困難となるとともに、余分な短リンク、ピンが必
要となり、これにより、部品点数が増加して高価となる
とともに、信頼性も低下するという問題点がある。

【０００４】この発明は、安価でありながら、信頼性が
高く、しかも、精密な制御を容易に行うことができる長
寿命の流体シリンダを提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このような目的は、内部
にシリンダ室が形成されたシリンダ本体と、前記シリン
ダ室に摺動可能に収納されたピストンと、基端がピスト
ンに連結され、中央部がシリンダ本体の先端壁を貫通す
る円筒状の外筒と、基端側が外筒内に遊嵌されるととも
に、基端がピストンに連結され、先端がシリンダ本体の
中心軸に対して垂直に変位する出力部材の連結部に連結
された撓み変形容易なロッドとを備えることにより達成
することができる。

【０００６】ピストンで仕切られたシリンダ室のいずれ
かに流体が供給されると、ピストン、外筒およびロッド
は一体となってシリンダ本体の中心軸に沿って移動し、
出力部材に駆動力が付与される。これにより、出力部材
の連結部は、前述の移動方向と同一方向に変位するが、
このとき、シリンダ本体の中心軸に垂直な方向へも同時
に変位する。この結果、連結部に先端が連結されている
ロッドはピストンに連結されている基端を固定点として
連結部の垂直方向への変位に追従して撓み、連結部の垂
直方向への変位を吸収する。このとき、ロッドの先端に
は連結部から前記駆動力の反力が付与されるが、この反
力の作用方向はシリンダ本体の中心軸と同一方向である
ため、ロッドにモーメントが発生することはなく、この
結果、外筒とシリンダ本体の先端壁との間に大きな押付
け力が作用することもない。このようなことから外筒、
シリンダ本体の先端壁が早期に摩耗したり、あるいは外
筒がシリンダ本体の先端壁に焼き付いたりする事態は防
止され、流体シリンダが長寿命となる。また、ロッドと
出力部材の連結部とがリンクを介することなく直接連結
されているため、製造誤差が減少して精密な制御を行う
ことが可能となるとともに、安価でかつ信頼性も向上さ
せることができる。

【０００７】また、ロッドは前述のように撓むので座屈
し易くなるが、請求項２に記載のように構成すれば、大
きく撓んで座屈しそうになると、ストッパーが外筒の先
端に当接してロッドのさらなる撓みを阻止するため、ロ
ッドの座屈が効果的に防止される。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、この発明の第１実施形態を
図面に基づいて説明する。図１において、30は流体シリ
ンダであり、この流体シリンダ30は先端が開口している
有底円筒状のシリンダチューブ31を有し、このシリンダ
チューブ31の先端開口は該シリンダチューブ31の先端部
に挿入固定されたリング状のグランド32により閉止され
ている。また、このシリンダチューブ31の先端には先端
方向に向かって延びる帯状の延長部33の基端が一体的に
連結されている。前述したシリンダチューブ31、グラン
ド32、延長部33は全体として、内部にシリンダ室34が形
成されたシリンダ本体35を構成する。このシリンダ本体
35のシリンダ室34内には円筒状のピストン36が摺動可能
に収納され、このピストン36は、前記シリンダ室34を基
端側室34ａと先端側室34ｂとに仕切るとともに、基端側
室34ａあるいは先端側室34ｂに流体が供給されたとき、
シリンダ室34内をシリンダ本体35の中心軸に沿って移動
する。

【０００９】38はピストン36に一体形成されることで該
ピストン36に基端が連結された薄肉円筒状の外筒であ
り、この外筒38の中央部はシリンダ本体35の先端壁とし
てのグランド32内を貫通するとともに、該グランド32に
摺動可能に係合しており、これにより、前記先端側室34
ｂは密閉された室となる。39は外径が前記外筒38の内径
より小径であるロッドであり、このロッド39はその基端
がピストン36に挿入されてナット、溶接等により固定さ
れるとともに、基端側が外筒38内に遊嵌されている。こ
こで、このロッド39は容易に撓み変形ができるよう縦弾
性係数が比較的小さな材料、例えばアルミニウム合金、
チタン合金、炭素繊維等から構成されるとともに、内部
に図１、２に示すように軸方向に延びる抜き穴40を形成
して断面二次モーメントを減少させている。

【００１０】図１、３において、43は航空機の舵面に連
結されているコの字形をした出力部材としてのアームで
あり、このアーム43の一方の折れ曲がり部と前記延長部
33の先端とはピン44およびブッシュ45を介して回動可能
に連結されており、この結果、該アーム43はピン44を中
心として揺動することができる。また、前記ロッド39の
先端とアーム43の他方の折れ曲がり部（連結部43ａ）と
はピン46およびブッシュ47を介して回動可能に連結され
ている。この結果、前記ロッド39がシリンダ本体35の中
心軸に沿って移動すると、前記アーム43の連結部43ａ
（他方の折れ曲がり部）はピン44を中心とする円弧上を
移動するが、このような移動は前記シリンダ本体35の中
心軸に沿っての変位と、該中心軸に垂直な方向への変位
とに分けることができる。そして、前述のようにロッド
39が移動して連結部43ａがシリンダ本体35の中心軸に対
して垂直に変位すると、撓み変形容易なロッド39はピス
トン36に連結された基端を固定点として撓むのである。
このとき、ロッド39と外筒38との間には空間が存在して
いるため、ロッド39の撓みが外筒38によって妨害される
ようなことはない。

【００１１】50はロッド39の外周に形成されたリング状
のストッパーであり、このストッパー50の外径は外筒38
の内径より大径である。また、このストッパー50は外筒
38の先端より僅かに先端側に配置されており、この結
果、前記ロッド39が座屈変形すると、外筒38の先端に当
接して、該ロッド39の座屈を防止する。

【００１２】次に、この発明の第１実施形態の作用につ
いて説明する。今、ピストン36で仕切られたシリンダ室
34のいずれか、例えば基端側室34ａに流体が供給される
と、ピストン36、外筒38およびロッド39は一体となって
シリンダ本体35の中心軸に沿って先端側に移動し、アー
ム43に駆動力を付与して航空機の舵面を制御する。この
とき、アーム43はピン44を中心に揺動するため、連結部
43ａはシリンダ本体35の中心軸に沿って前記ピストン36
の移動方向と同一方向に変位するとともに、シリンダ本
体35の中心軸に垂直な方向へも同時に変位する。この結
果、連結部43ａに先端が連結されている撓み変形容易な
ロッド39は、ピストン36に連結されている基端を固定点
として連結部43ａの垂直方向への変位に追従して撓み、
連結部43ａの垂直方向への変位を吸収する。このとき、
ロッド39の先端には連結部43ａから前記駆動力の反力が
付与されるが、この反力の作用方向はシリンダ本体35の
中心軸と同一方向であるため、ロッド39にモーメントが
発生するようなことはなく、この結果、外筒38とシリン
ダ本体35のグランド32との間に大きな押付け力が作用す
ることもない。このようなことから外筒36あるいはシリ
ンダ本体35のグランド32が摩擦によって早期に摩耗した
り、あるいは外筒38がグランド32に焼き付いたりする事
態は防止され、流体シリンダ30が長寿命となる。また、
ロッド39とアーム43の連結部43ａとがリンクを介するこ
となく直接連結されているため、製造誤差が減少して精
密な制御を行うことが可能となるとともに、安価でかつ
信頼性も向上させることができる。さらに、ロッド39は
前述のように撓むので座屈し易くなるが、該ロッド39の
前述した位置にストッパー50を設けると、該ロッド39が
大きく撓んで座屈しそうになったとき、ストッパー50が
外筒38の先端に当接してロッド39のさらなる撓みを阻止
するため、ロッド39の座屈が効果的に防止される。

【００１３】図４〜図８はそれぞれこの発明の第２〜第
６実施形態を示す図である。これら実施形態において
は、ロッドを円柱状（中実）のものより撓み変形が容易
で、かつ座屈変形に耐えられるように種々の工夫を加え
ている。即ち、図４に示す第２実施形態においては、前
述と同様にロッド39内に抜き穴40を形成するとともに、
該抜き穴40内にこれと同径の円柱軸55を挿入している。
また、図５に示す第３実施形態においては、ロッド56の
中央部を該ロッド36の中心軸およびピン46の中心軸を共
に通る平坦な分割面57で２分割している。さらに、図６
に示す第４実施形態においては、ロッド58の中央部を連
結部43ａの変位方向が薄肉となった断面矩形としてい
る。また、図７に示す第５実施形態においては、ロッド
59の中央部を断面矩形とするとともに、該部位のロッド
59にピン46の中心軸に平行に延びる貫通スリット60を形
成している。さらに、図８に示す第６実施形態において
は、ロッド61の中央部を断面矩形とするとともに、該部
位のロッド61をピン46の中心軸を通る平坦な分割面62で
２分割している。

【００１４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、安価でありながら、信頼性が高く、しかも、精密な
制御を容易に行うことができる長寿命の流体シリンダを
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施形態を示す正面断面図であ
る。

【図２】図１のＩーＩ矢視断面図である。

【図３】図１のIIーII矢視図である。

【図４】この発明の第２実施形態を示す図２と同様の断
面図である。

【図５】この発明の第３実施形態を示す図２と同様の断
面図である。

【図６】この発明の第４実施形態を示す図２と同様の断
面図である。

【図７】この発明の第５実施形態を示す図２と同様の断
面図である。

【図８】この発明の第６実施形態を示す図２と同様の断
面図である。

【図９】従来の流体シリンダの一例を示す正面断面図で
ある。

【図１０】力の作用状態を説明する説明図である。

【符号の説明】

30…流体シリンダ 32…先端壁 34…シリンダ室 35…シリンダ本体 36…ピストン 38…外筒 39…ロッド 43…出力部材 43ａ…連結部 50…ストッパー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部にシリンダ室が形成されたシリンダ本
体と、前記シリンダ室に摺動可能に収納されたピストン
と、基端がピストンに連結され、中央部がシリンダ本体
の先端壁を貫通する円筒状の外筒と、基端側が外筒内に
遊嵌されるとともに、基端がピストンに連結され、先端
がシリンダ本体の中心軸に対して垂直に変位する出力部
材の連結部に連結された撓み変形容易なロッドとを備え
たことを特徴とする流体シリンダ。
【請求項２】前記外筒の先端より先端側のロッドに、該
ロッドが座屈変形すると外筒の先端に当接するストッパ
ーを設けた請求項１記載の流体シリンダ。