JP2003314504A - 流体圧シリンダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高い剛性を有し、別途スライド機構と組み合
わせることなくそれ自体で高剛性のスライドユニットを
構成することのできる流体圧シリンダを提供する。 【解決手段】 シリンダ本体１に、ピストンロッド３，
４の外周面３ａ，４ａに対して所定の間隙を開けて対向
する内円筒面１２ａ，１３ａを形成し、その内円筒面１
２ａ，１３ａとピストンロッド３，４の外周面３ａ，４
ａの間に複数のボール５を転動自在に配置することによ
り、ピストンロッド外周面３ａ，４ａおよび内円筒面１
２ａ，１３ａと各ボール５の間の隙間を小さく、あるい
は負としても転がり支持によってピストン２のスムーズ
な移動を可能とし、高い剛性の流体圧シリンダが得られ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、油圧ないしは空圧
などの流体圧で作動するシリンダに関する。

【０００２】

【従来の技術】油圧シリンダや空圧シリンダなど、流体
圧で直線運動を行う流体圧シリンダにおいては、一般
に、シリンダチューブ内にピストンを摺動自在に設け、
そのシリンダチューブの内周面とピストンの外周面との
間を、これらの間に介在配置されたパッキンやＯリング
等のシール部材によりシールするとともに、ピストンに
はその片側もしくは両側にロッドを突出させた構造を採
る。また、シリンダチューブの両端部はシリンダカバー
により封鎖され、片側もしくは両側のピストンロッドは
シリンダカバーに設けられた貫通孔を通って外部に臨
み、そのシリンダカバーの孔の内周面とピストンロッド
の外周面の間も、これら両者間に設けられたＯリング等
のシール部材でシールされる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、以上のよう
な従来の流体圧シリンダにおいては、シリンダチューブ
とピストン、あるいはピストンロッドとシリンダカバー
とは、滑り接触により相互に摺動する必要があるために
相応の隙間が必要であり、パッキンやＯリング等の軟質
材料を介しては隙間なく摺動するものの、これらの間に
高い剛性を期待することはできない。従って、剛性が要
求されるスライドユニット等を油圧シリンダや空圧シリ
ンダをアクチュエータとして構築する場合、移動部材と
その移動部材を高い剛性のもとに摺動自在にガイドする
ガイド部材とからなるスライド機構を別途設けて、その
スライド機構の移動部材に流体圧シリンダのピストンロ
ッドを取り付けるといった構成を採る必要がある。

【０００４】そのため、高剛性のスライドユニットは所
要スペースが大きくなり、ひいてはそのスライドユニッ
トが組み込まれる装置が大型化するといった問題があ
る。本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、
流体圧シリンダ自体が高い剛性を有し、スライド機構と
組み合わせることなくそれ自体で高剛性のスライドユニ
ットを構成することができ、もって省スペース化を達成
することのできる流体圧シリンダの提供を目的としてい
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の流体圧シリンダは、シリンダ本体内に、ピ
ストンロッドが設けられたピストンが挿入されてなる流
体圧シリンダにおいて、上記シリンダ本体に、上記ピス
トンロッド外周面に対して所定の間隙を介して対向する
内円筒面が形成されているとともに、その内円筒面とピ
ストンロッドの外周面との間に複数のボールが転動自在
に配置されていることによって特徴づけられる（請求項
１）。

【０００６】ここで、本発明においては、上記ピストン
ロッドがピストンの両側に設けられ、その各ピストンロ
ッドの外周面に対して所定の間隙を介して内円筒面が形
成され、各ピストンロッドの外周面と各内円筒面の間に
それぞれ複数のボールが転動自在に配置されている構成
（請求項２）を好適に採用することができる。

【０００７】また、本発明においては、上記各ボール
に、上記ピストンロッドの外周面と上記内円筒面との間
で径方向への予圧を付与した構成（請求項３）を採用す
ることが好ましい。

【０００８】更に、本発明においては、上記各ボール
が、保持器に保持されて上記ピストンロッドの外周面と
上記内円筒面との間に略一定のピッチで配置された構成
（請求項４）を採用することができる。

【０００９】本発明は、ピストンから突出するピストン
ロッドを、シリンダ本体に対してボールを介して転がり
支持することによって所期の目的を達成しようとするも
のである。

【００１０】すなわち、シリンダ本体にピストンロッド
の外周面に所定の間隙を介して対向する内円筒面を形成
し、これらの間に複数のボールを介在させてピストンロ
ッドを転がり支持することにより、滑り接触のもとにピ
ストンおよびピストンロッドを支持する従来の流体圧シ
リンダに比して、支持部における隙間を大幅に狭くし、
更には負の隙間としてもピストンロッドはスムーズに移
動し、剛性を大幅に向上させることができる。

【００１１】また、請求項２に係る発明のように、ピス
トンの両側にピストンロッドを設けた両ロッドタイプと
して、それぞれのピストンロッドを複数のボールを介し
てシリンダ本体に対して転がり支持することにより、ピ
ストンは両持ち支持となり、高い曲げ剛性が得られる。

【００１２】更に、請求項３に係る発明のように、各ボ
ールに対して径方向への予圧を付与した状態で組み込む
と、つまり各ボール外径よりピストンロッド外周面と内
円筒面との間を狭くすることにより、その剛性は極めて
高いものとなる。

【００１３】そして、各ボールは、請求項４に係る発明
のように、保持器によりピストンロッドの外周面と内円
筒面との間に全周にわたり略一定のピッチで保持した構
成を採用することにより、ピストンロッドの外周面ない
しは内円筒面に作用する荷重の分布が常に均一化され、
安定して当初の性能を発揮することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施の形態について述べる。図１は本発明を空圧シリン
ダに適用したの実施の形態の軸平行断面図である。

【００１５】シリンダ本体１は、第１のケース１ａと第
２のケース１ｂをねじ（図示略）等によって相互に固定
してＯリング１ｃによりその接合部分の気密性を得る構
造を有し、このシリンダ本体の内部にピストン２が軸方
向に摺動自在に挿入されている。

【００１６】ピストン２には、その外周にパッキン２１
が装着されており、両側にピストンロッド３，４が一体
に形成されている。シリンダ本体１の内部には、ピスト
ン２を収容してその内周面がピストン２のパッキン２１
の摺動面１１ａを構成する大径部１１と、その大径部１
１の両側に同軸上に形成されて軸方向に貫通する左右の
小径部１２，１３が形成されている。大径部１１の軸方
向両端部には、作動流体である高圧空気を出入りさせる
ための空圧ポート１ｄ，１ｅが形成されている。また、
小径部１２，１３の軸方向外側端部はパッキン１ｆ，１
ｇによって封止されている。

【００１７】そして、各小径部１２，１３の内周面は、
それぞれピストンロッド３，４の外周面に対して所定の
間隙を開けて対向する内円筒面１２ａ，１３ａを構成
し、その内円筒面１２ａ，１３ａとピストンロッド３，
４の外周面３ａ，４ａとの間にそれぞれ複数のボール５
が組み込まれている。

【００１８】各ボール５は、ピストン２の両側において
それぞれ保持器６，７に保持された状態で、ピストンロ
ッド３，４の外周面３ａ，４ａおよび内円筒面１２ａ，
１３ａの双方に対して転動自在に組み込まれている。各
保持器６，７は、円筒体にボール５を収容するための複
数のポケットＰを形成したものであり、各ポケットＰ
は、保持器６，７の全周にわたって一様な分布のもとに
千鳥状に形成されてり、これにより、各ボール５は、ピ
ストンロッド３，４の外周面３ａ．４ａの全周にわたり
略一定のピッチで配置された状態を維持できるようにな
っている。

【００１９】そして、これらの各ボール５の外径より、
ピストンロッド３，４の外周面３ａ，４ａと内円筒面１
２ａ，１３ａとの間の隙間が狭くなっており、従って各
ボール５は、ピストンロッド３，４の外周面３ａ，４ａ
と内円筒面１２ａ，１３ａとの間で径方向への予圧が付
与された状態で組み込まれている。

【００２０】なお、小径部１２，１３の軸方向内側の端
部にはＣ形止め輪８が装着されており、これらにより保
持器６，７の移動端が規制され大径部１１へのはみ出し
を防止する。また、ピストンロッド３，４の外周面３
ａ，４ａおよび内円筒面１２ａ，１３ａとボール５との
間の潤滑については、特に限定されるものではないが、
例えばグリース潤滑やオイルミスト潤滑等を採用するこ
とができる。また、シリンダ本体１およびピストン２並
びにピストンロッド３，４の材質は、例えば軸受鋼など
を採用することができ、ボール５の転動面であるピスト
ンロッド３，４の外周面３ａ，４ａおよび内円筒面１２
ａ，１３ａについては、例えば肌焼等によりＨＲＣ６０
程度に焼入れをしておくことが望ましい。

【００２１】以上の本発明の実施の形態において、空圧
ポート１ｄまたは１ｅから高圧空気を供給することによ
り、ピストン２はシリンダ本体１内で図１において右ま
たは左に移動する。そして、この実施の形態によると、
ピストン２の両側に一体形成されたピストンロッド３，
４が、それぞれボール５を介してシリンダ本体１に形成
された内円筒面１２ａ，１３ａに対して転がり支持され
ており、しかも、各ボール５はピトンロッド３，４の外
周面３ａ，４ａと内円筒面１２ａ，１３ａとの間に径方
向に予圧を付与された状態で組み込まれているので、ピ
ストン２並びにピストンロッド３，４のシリンダ本体１
に対する支持剛性は極めて高くなり、この本発明の実施
の形態のみによって、高剛性のシリンダユニットとして
用いることができる。

【００２２】その例を図２（Ａ）に軸平行断面図、同図
（Ｂ）にその右側面図で示す。この例は、転がり軸受の
内輪Ｒの軌道面を超仕上げするための超仕上げ盤に本発
明の流体圧シリンダを適用したものである。

【００２３】すなわち、この種の超仕上げ盤では、被加
工物である内輪Ｒの一端面をバッキングプレートＢに押
し付けるようにローラ等（図示せず）で押圧した状態
で、内周面をシューＳで受けて回転を与え、軌道面に超
仕上げ砥石を押し付けて揺動させる。シューＳは、内輪
Ｒのローディング／アンローディングのためにバッキン
グプレートＢに対して接近・離隔する方向に移動させて
内輪Ｒから抜き差しする必要があり、また、シューＳに
は加工中に超仕上げ砥石の押圧力が作用し、その状態で
内輪Ｒを堅固に支持する必要があるため、高い剛性が要
求される。

【００２４】そこで、図２に示す例では、このような超
仕上げ盤において内輪Ｒを支持するシューＳを、バッキ
ングプレートＢに対して接近・離隔する方向に移動させ
るためのスライドユニットとして、上記した本発明の実
施の形態を用いている。

【００２５】この例では、一方のピストンロッド３の先
端面にシューＳを固定した治具Ｊを固定するとともに、
ピストン２の回り止めのために、他方のピストンロッド
４の先端部に二面カット部４１を形成し、その各面をシ
リンダ本体１に固着した回り止め用部材Ｕで挟み込んで
いる。また、シューＳの近傍からクーラントを供給する
ために、ピストン２並びにピストンロッド３，４の中心
にクーラントの供給路９を形成している。なお、図にお
いてＳＷ１，ＳＷ２はピストン２の前後動確認用のスイ
ッチである。

【００２６】本発明の実施の形態は、このような高い剛
性が要求されるスライドユニットとして、従来のシリン
ダのように別途スライド機構を用いることなく、十分に
その要求に応える得ることが確認されている。ちなみ
に、空圧シリンダを用いた従来のこの種の超仕上げ盤に
おいては、シューＳを備えた治具Ｊをスライド機構の移
動体に固定し、その移動体を空圧シリンダで移動させる
構成としている。このような従来構成に比して、本発明
の実施の形態を用いた図２の構成では、スライドユニッ
トとしての所要スペースを大幅に削減することが可能で
ある。

【００２７】なお、以上の実施の形態においては、本発
明を空圧シリンダとして用いた例を示したが、油圧シリ
ンダにも同様に採用できることがことは勿論である。そ
の場合、ピストンロッド３，４の外周面３ａ，４ａおよ
び内円筒面１２ａ，１３ａとボール５との間の潤滑は、
作動油をそのまま用いることも可能である。

【００２８】また、以上の実施の形態においては、ピス
トン２の両側にピストンロッド３，４を突出させた、い
わゆる両ロッドタイプの流体圧シリンダとした例を示し
たが、片側にのみピストンロッドを突出させた片ロッド
タイプとしてもいいことは言うまでもない。

【００２９】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、シリン
ダ本体に、ピストンロッド外周面に対して所定の間隙を
介して対向する内円筒面を形成し、その内円筒面とピス
トンロッドの外周面との間に複数のボールを転動自在に
配置することにより、ピストン並びにピストンロッドを
シリンダ本体に対して転がり支持するように構成してい
るので、従来の油圧シリンダや空圧シリンダに比して、
シリンダとピストンロッドの間の隙間を大幅に少なくす
ることが可能となり、シリンダに対するピストンないし
はピストンロッドの支持剛性を大幅に向上させることが
できる。

【００３０】そして、請求項３に係る発明のように、各
ボールを、ピストンロッド外周面および内円筒面との間
で径方向に予圧を付与した構成を採用することにより、
上記した支持剛性をより一層高くすることができる。

【００３１】また、請求項２に係る発明のように、両ロ
ッドタイプとして両側のピストンロッドをボールを介し
てシリンダに支持した構造を採用することによって、剛
性は更に増して高くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の軸平行断面図である。

【図２】本発明の実施の形態をスライドユニットとして
単体で使用した例の説明図で、（Ａ）は軸平行断面図
で、（Ｂ）はその右側面図である。

【符号の説明】

１ シリンダ本体 １ａ 第１のケース １ｂ 第２のケース １ｄ，１ｅ 空圧ポート １２ａ，１３ａ 内円筒面 ２ ピストン ３，４ ピストンロッド ３ａ，４ａ 外周面 ５ ボール ６，７ 保持器 Ｐポケット

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダ本体内に、ピストンロッドを備
   えたピストンが挿入されてなる流体圧シリンダにおい
   て、 上記シリンダ本体に、上記ピストンロッド外周面に対し
   て所定の間隙を介して対向する内円筒面が形成されてい
   るとともに、その内円筒面とピストンロッドの外周面と
   の間に複数のボールが転動自在に配置されていることを
   特徴とする流体圧シリンダ。
2. 【請求項２】 上記ピストンロッドがピストンの両側に
   設けられ、その各ピストンロッドの外周面に対して所定
   の間隙を介して内円筒面が形成され、各ピストンロッド
   の外周面と各内円筒面との間にそれぞれ複数のボールが
   転動自在に配置されていることを特徴とする請求項２に
   記載の流体圧シリンダ。
3. 【請求項３】 上記各ボールに、上記ピストンロッドの
   外周面と上記内円筒面との間で径方向への予圧が付与さ
   れていることを特徴とする請求項１または２に記載の流
   体圧シリンダ。
4. 【請求項４】 上記各ボールが、保持器に保持されて上
   記ピストンロッドの外周面と上記内円筒面の間に全周に
   わたり相互に略一定のピッチで配置されていることを特
   徴とする請求項１，２または３に記載の流体圧シリン
   ダ。