JP2006316845A - シリンダバレル - Google Patents

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Abstract

【課題】 金属ライナに対する補強部の追従性を高め、軽量化がはかられるシリンダバレルを提供する。
【解決手段】 作動流体圧を受けて移動するピストンが摺動可能に収められる金属ライナ２と、この金属ライナ２の外側に巻かれてガラスファイバ２１が金属ライナ２の軸方向と円周方向にそれぞれ延びる平織クロス２０を樹脂で固めたＧＦクロス強化層１２と、このＧＦクロス強化層１２の外側に螺旋状に巻かれたカーボンファイバ３１を樹脂で固めたＣＦワインディング強化層１３とを備えた。
【選択図】 図２

Description

本発明は、油圧アキュームレータ、油空圧アキュームレータ、ガスボトル等に用いられるシリンダバレルの改良に関するものである。
航空機等に搭載される流体圧アクチュエータを構成するシリンダバレルは、ピストンが摺動可能に収められる金属ライナを備えるが、金属ライナを薄肉化して軽量化をはかることが要求される。
従来、この種のシリンダバレルとして、金属ライナの外周にガラスファイバ、カーボンファイバ等の強化繊維を巻いて樹脂で固めた補強部を設け、この補強部によってシリンダバレルの剛性を高めることにより、金属ライナを薄肉化して、シリンダバレルの軽量化をはかるようになっていた。
なお、特許文献１には、ソレノイドバルブの開閉弁にガラスファイバ、カーボンファイバ等の強化繊維を用いたものが開示されている。
特開２００４−３２４８５２号公報
しかしながら、このような従来のシリンダバレルにあっては、作動流体圧によって金属ライナが弾性変形するため、この金属ライナが弾性変形に対して強化繊維と樹脂からなる補強部をクラックが生じないように追従させることが難しいという問題点があった。
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、金属ライナに対する補強部の追従性を高め、軽量化がはかられるシリンダバレルを提供することを目的とする。
本発明は、作動流体圧を受けて移動するピストンが摺動可能に収められる金属ライナと、この金属ライナの外側に巻かれてガラスファイバが金属ライナの軸方向と円周方向にそれぞれ延びる平織クロスを樹脂で固めたＧＦクロス強化層と、このＧＦクロス強化層の外側に螺旋状に巻かれたカーボンファイバを樹脂で固めたＣＦワインディング強化層とを備えたことを特徴とするものとした。
本発明によると、金属ライナ内の作動流体圧が上昇するのに伴って金属ライナが円周方向及び軸方向に弾性変形するが、ＧＦクロス強化層のガラスファイバが軸方向と円周方向にそれぞれ延びる平織クロスを巻いているため、ＧＦクロス強化層が金属ライナとＣＦワインディング強化層の間で円周方向及び軸方向に弾性変形をすることにより、ＧＦクロス強化層及びＣＦワインディング強化層にクラックが生じることを抑えられ、金属ライナに対するＧＦクロス強化層及びＣＦワインディング強化層の追従性が高まる。
シリンダバレルに生じるＨｏｏｐ応力を金属ライナとカーボンファイバを螺旋状に巻いたＣＦワインディング強化層が受け持ち、シリンダバレルに生じる座屈応力を金属ライナが受け持つことにより、シリンダバレルの剛性を有効に高められ、金属ライナを薄肉化して、シリンダバレルの軽量化がはかれる。
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１の（Ａ），（Ｂ）に示すシリンダバレル１は、航空機等に搭載される流体圧アクチュエータを構成するものであり、その内側に図示しないピストンが摺動可能に収められる。
シリンダバレル１は、金属ライナ２と、この金属ライナ２を包む補強部１０とを有し、金属ライナ２の内側に図示しないピストンが摺動可能に収められる。補強部１０が金属ライナ２の剛性を高めることにより、金属ライナ２を薄肉化して、流体圧アクチュエータの軽量化がはかれる。
金属ライナ２は、図示しない軸受を介してピスンロッドを摺動可能に支持するロッド側端部３と、図示しないエンド部材を介して閉塞されるエンド側端部４と、このロッド側端部３とエンド側端部４を結ぶライナ部５とを有する。ロッド側端部３には通孔７が開口し、この通孔７に接続される図示しない配管を介して作動流体圧が導かれる。
ライナ部５はその厚さが軸方向について一定となる直円筒状に形成される。ライナ部５の両端部５ａ，５ｂは、ロッド側端部３、エンド側端部４にかけてその厚さが軸方向につして次第に増加するテーパ状に形成される。
図２に示すように、補強部１０は、金属ライナ２のライナ部５の外周に形成される円筒状の樹脂層（接着層）１１と、この樹脂層１１の外周にガラスファイバ２１を巻いて樹脂で固めたＧＦクロス強化層１２と、このＧＦクロス強化層１２の外周にカーボンファイバ３１を巻いて樹脂で固めたＣＦワインディング強化層１３とを備える。
ＧＦクロス強化層１２はガラスファイバ２１が軸方向と円周方向にそれぞれ延びる平織クロスを巻き、これを樹脂で固めて形成する。ＧＦクロス強化層１２はガラスファイバ２１が金属ライナ２に対して０度と９０度の傾斜角度で巻かれるように平織クロス２０を配置する。
ＣＦワインディング強化層１３はカーボンファイバ３１を螺旋状に延びるように巻く。ＣＦワインディング強化層１３はカーボンファイバ３１を幾重にも巻回し、これを樹脂で固めて形成する。カーボンファイバ３１は金属ライナ２に対して一定の傾斜角度（例えば８５度）を持って螺旋状に巻回する。カーボンファイバ３１は、金属ライナ２に向けて送られる過程で樹脂が塗られ、樹脂と共に金属ライナ２に巻回される。
補強部１０を構成する樹脂層１１、ＧＦクロス強化層１２、ＣＦワインディング強化層１３の厚さ（金属ライナ２の径方向の寸法）は、シリンダバレル１に要求される剛性に応じて任意に設定される。例えば、樹脂層１１の厚さを０．３ｍｍとし、ＧＦクロス強化層１２の厚さを０．５ｍｍとし、ＣＦワインディング強化層１３の厚さはＧＦクロス強化層１２の厚さより大きくなっている。
以上のように構成されて、次に作用及び効果について説明する。
作動流体圧を受けて移動するピストンが摺動可能に収められる金属ライナ２と、この金属ライナ２を包む補強部１０とを有するシリンダバレル１において、補強部１０は、金属ライナ２の外側に巻かれてガラスファイバ２１が金属ライナ２の軸方向と円周方向にそれぞれ延びる平織クロス２０を樹脂で固めたＧＦクロス強化層１２と、このＧＦクロス強化層１２の外側に螺旋状に巻かれたカーボンファイバ３１を樹脂で固めたＣＦワインディング強化層１３とを備えたため、金属ライナ２内の作動流体圧が上昇するのに伴って金属ライナ２が円周方向及び軸方向に弾性変形するが、ガラスファイバ２１が軸方向と円周方向に延びるＧＦクロス強化層１２が金属ライナ２とＣＦワインディング強化層１３の間で弾性変形をすることにより、ＧＦクロス強化層１２及びＣＦワインディング強化層１３にクラックが生じることを抑えられ、金属ライナ２に対する補強部１０の追従性が高まる。
シリンダバレル１に生じるＨｏｏｐ応力を金属ライナ２とカーボンファイバ３１を螺旋状に巻いたＣＦワインディング強化層１３が受け持ち、シリンダバレル１に生じる座屈応力を金属ライナ２が受け持つことにより、シリンダバレル１の剛性を有効に高められ、金属ライナ２を薄肉化して、シリンダバレル１の軽量化がはかれる。
樹脂層１１とＧＦクロス強化層１２が金属ライナ２とＣＦクロス強化層１３の間に介在することにより、金属ライナ２に対して補強部１０が剥離することを抑えられるとともに、金属ライナ２に電食が生じることを防止できる。
次に図３に示す他の実施形態を説明する。なお、前記実施形態と同一構成部には同一符号を付す。
補強部１０は、金属ライナ２のライナ部５の外周に形成される円筒状の樹脂層（接着層）１１と、この樹脂層１１の外周に巻かれガラスファイバ２１が金属ライナ２の軸方向及び円周方向に延びる平織りクロス２０を樹脂で固めたＧＦクロス強化層１２と、このＧＦクロス強化層１２の外周に巻かれてカーボンファイバ３１が金属ライナ２の軸方向に延びるプリプレグ３２を樹脂で固めたＣＦプリプレグ強化層１４と、このＣＦプリプレグ強化層１４の外周にカーボンファイバ３１を螺旋状に巻いて樹脂で固めたＣＦワインディング強化層１３とを備える。
ＣＦプリプレグ強化層１４を構成するプリプレグ３２は、カーボンファイバ３１が一方向に並んだシート状のものである。ＣＦプリプレグ強化層１４はこのプリプレグ３２をＧＦクロス強化層１２の外周に巻き、これを樹脂で固めて形成する。プリプレグ３２はカーボンファイバ３１が金属ライナ２の軸方向に延びるよう、すなわち金属ライナ２に対して０度の傾斜角度で巻かれるように配置される。
この場合も、金属ライナ２内の作動流体圧が上昇するのに伴って金属ライナ２が円周方向及び軸方向に弾性変形するが、ＧＦクロス強化層１２のガラスファイバ２１が軸方向と円周方向に延びる配置となっているため、ＧＦクロス強化層１２が金属ライナ２とＣＦワインディング強化層１３の間で弾性変形をすることにより、ＧＦクロス強化層１２及びＣＦワインディング強化層１３にクラックが生じることを抑えられ、金属ライナ２に対する補強部１０の追従性が高まる。
シリンダバレル１は、これに生じるＨｏｏｐ応力を金属ライナ２とカーボンファイバ３１を螺旋状に巻いたＣＦワインディング強化層１３が受け持ち、シリンダバレル１に生じる座屈応力を金属ライナ２とカーボンファイバ３１が軸方向に伸びるＣＦプリプレグ強化層１４が受け持つことにより、シリンダバレル１の剛性を有効に高められ、金属ライナ２を薄肉化して、シリンダバレル１の軽量化がはかれる。
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
本発明のシリンダバレルは、例えば油圧アキュームレータ、油空圧アキュームレータ、ガスボトル等に利用できる。
本発明の実施の形態を示すシリンダバレルの側面図及び全体断面図。 同じくシリンダバレルの断面図。 他の実施の形態を示すシリンダバレルの断面図。
符号の説明
１ シリンダバレル
２ 金属ライナ
１０ 補強部
１１ 樹脂層
１２ ＧＦクロス強化層
１３ ＣＦワインディング強化層
１４ ＣＦプリプレグ強化層
２０ 平織クロス
２１ ガラスファイバ
３１ カーボンファイバ
３２ プリプレグ

Claims (2)

  1. 作動流体圧を受けて移動するピストンが摺動可能に収められる金属ライナと、この金属ライナの外側に巻かれてガラスファイバが前記金属ライナの軸方向と円周方向にそれぞれ延びる平織クロスを樹脂で固めたＧＦクロス強化層と、このＧＦクロス強化層の外側に螺旋状に巻かれたカーボンファイバを樹脂で固めたＣＦワインディング強化層とを備えたことを特徴とするシリンダバレル。
  2. 前記ＧＦクロス強化層と前記ＣＦワインディング強化層との間に巻かれてカーボンファイバが前記金属ライナの軸方向に延びるプリプレグを樹脂で固めたＣＦプリプレグ強化層を備えたことを特徴とする請求項１に記載のシリンダバレル。
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