JP2008075790A

JP2008075790A - ピストンリングの製法及び流体圧シリンダ

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Publication number: JP2008075790A
Application number: JP2006256802A
Authority: JP
Inventors: Etsuro Nakada; 悦郎中田; Akihisa Ikoma; 亮久生駒
Original assignee: Kayaba Industry Co Ltd
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2006-09-22
Filing date: 2006-09-22
Publication date: 2008-04-03
Anticipated expiration: 2026-09-22
Also published as: JP4908987B2

Abstract

【課題】短時間の処理で成形残留応力の影響を回避させることができるピストンリングの製法を提供する。
【解決手段】流体圧シリンダのピストンとシリンダとの間の軸受として用いられ、該ピストンへの装着のための切断面１ａを有する合成樹脂製のピストンリング１の製法であって、リング１Ｂとしての成形後、切断前に、該ピストンリング１Ｂの外周に、ローレット駒１５により、成形後の外周面に残留する成形残留応力に抗する加工残留応力を発生させるローレット加工（塑性加工）を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、流体圧シリンダのピストンとシリンダとの間の軸受として用いられ、該ピストンへの装着のための切断面を有する合成樹脂製のピストンリングの製法、及び、この製法によって製造されたピストンリングを備えた流体圧シリンダに関する。

流体圧シリンダのピストンとシリンダとの間の軸受として用いられるピストンリングには、ポリイミド（TPI：Polyimide）などの合成樹脂で製され、また、ピストンリングの外径より小径のピストンリング溝に装着するため、そのピストンリングの円周の一箇所を切断して切断面を備えたものがある。

図５は、このようなピストンリングの製法の背景技術を示すもので、（ａ）は金型でピストリングを樹脂成形している状態を示す図、（ｂ）は金型から取り出した状態のピストンリグを示す正面図、（ｃ）は成形後のピストンリングを切断した状態を示す正面図、（ｄ）は（ｃ）の斜視図、（ｅ）はその後、ピストンリングに応力除去の熱矯正処理をしている状態を示す図、（ｆ）は応力除去の熱矯正処理が済んだピストンリングをピストンとシリンダとの間に装着する所を示す斜視図である。

まず、図５（ａ）に示すように、金型Ｋに合成樹脂を注入し、ピストンリング２１Ａを樹脂成形する。ここで、符号「Ａ」は、金型Ｋ内で成形状態のピストンリングを意味する。なお、以下、ピストンリングについては、同様の符号の使い方をする。

このピストンリング２１Ａを金型から取り出すと、図５（ｂ）に示すように、成形残留応力のため、ピストンリングは全体として収縮し、より縮径した状態のピストンリング２１Ｂとなる。

このピストンリング２１Ｂを半径方向に一箇所で切断すると、図５（ｃ）、（ｄ）に示すように、ピストンリング２１Ｂの内部、特に外周面（周面付近の内部を含む）の引っ張り成形残留応力が開放されて、切断面２１ａを広げ、全体として、より拡径した状態のピストンリング２１Ｃとなることが知られている。

なお、このように切断するのは、上述したように、ピストンの外周を越えてピストンリング溝にピストンリングを嵌め込み可能とするためである。

また、これらの図５（ｃ）、（ｄ）に示すような斜めの切断面２１ａとなるような切断方法は、バイアスカットと称され、ピストンリングの切断によって永久変形に起因する密封性能が変化する点を補い、シリンダの使用温度領域で密封性能をより良く保持するために行われているものである。

ところが、切断により拡径したままのピストンリング２１Ｃでは、ピストン２２をシリンダ２５へ挿入する際に、抵抗が多く、また、ピストンリング２１Ｃがシリンダ２５の端面にはみ出したりして、挿入が困難となっていた。

そこで、自然状態で、ピストンリングの内外径がのぞましいものとなるように、図５（ｅ）に示すように、ピストンリング２１Ｃの内外径を矯正治具３１、３２で拘束し、高温下で一定時間（通常、半日から一日程度）、成形残留応力を除去する熱矯正処理を行っていた。

この熱矯正処理をしたピストンリング２１は、全体として縮径し、図５（ｆ）に示すように、切断面２１ａの間隔がより狭くなっている。よって、図示するように、ピストン２２の外周のピストンリング溝２２ａにピストンリング２１を嵌め込んだ状態で、ピストン２２をシリンダ２５へ挿入することがより容易にできた。

しかしながら、このための熱矯正処理は、一定時間を要するものであり、解決が望まれていた。また、同じ用途のピストンリングについては、特許文献１に記載があるが、この文献には、切断によって生じる問題や、その解決手段についての記載はなかった。

また、この問題を解決した製法によるピストンリングを用いれば、流体圧シリンダにおいても、生産性の向上を図ることができる。
特開２００１−３０４４１３号公報（図１及び図２）

本発明は、上記問題を改善しようとするもので、短時間の処理で成形残留応力の影響を回避させることができるピストンリングの製法、及び、この製法により製造したピストンリングを用いた流体圧シリンダを提供することを目的としている。

本発明のピストンリングの製法は、流体圧シリンダのピストンとシリンダとの間の軸受として用いられ、該ピストンへの装着のための切断面を有する合成樹脂製のピストンリングの製法であって、リングとしての成形後、切断前に、あるいは切断後に、該ピストンリングの外周に、成形後の外周面に残留する成形残留応力に抗する抗応力加工を行うことを特徴とする。

なお、本発明においては、ピストンリングの成形残留応力の影響を除去することを問題とし、この成形残留応力は、成形後のピストンリングの内部に発生するものであるが、切断後の拡径に関与するのは、主として、ピストンリングの外周面およびその付近の内部に存在する成形残留応力である。

よって、本発明において、「外周面」と記載した場合には、「外周面およびその付近の内部」を意味するものとする。

本発明の流体圧シリンダは、上記製法で製造されたピストンリングをピストンとシリンダとの間の軸受として用いたことを特徴とする。

本発明のピストンリングの製法によれば、流体圧シリンダのピストンとシリンダとの間の軸受として用いられ、該ピストンへの装着のための切断面を有する合成樹脂製のピストンリングの製法であって、リングとしての成形後、切断前に、あるいは切断後に、該ピストンリングの外周に、成形後の外周面に残留する成形残留応力に抗する抗応力加工を行うので、短時間の処理で成形残留応力の影響を回避させることができる。

本発明の流体圧シリンダによれば、上記製法で製造されたピストンリングをピストンとシリンダとの間の軸受として用いたので、上記製法の効果、つまり、生産性向上によるコストダウンの効果を流体圧シリンダとして発揮する。

以下に、本発明の実施の形態（実施例）について、図面を用いて説明する。

図１は、本発明のピストンリングの製法の一例を示すもので、（ａ）は金型でピストリングを樹脂成形している状態を示す図、（ｂ）は金型から取り出した状態のピストンリグを示す正面図、（ｃ）は成形後のピストンリングの外周に塑性加工をしている状態を示す斜視図、（ｄ）はその後ピストンリングを切断した状態を示す正面図、（ｅ）は（ｄ）の斜視図である。

本発明のピストンリングの製法は、流体圧シリンダのピストンとシリンダとの間の軸受として用いられ、該ピストンへの装着のための切断面を有する合成樹脂製のピストンリングの製法であって、以下のような手順によるものであるが、成形残留応力除去のために、背景技術のような熱矯正処理を用いずに、機械加工である抗応力加工を用いることを特徴とする。

この製法は、図１（ａ）に示すように、金型Ｋでピストンリングを樹脂成形して、金型内での成形状態のピストンリング１Ａを得、これを取り出して、図１（ｂ）に示すように、収縮状態のピストンリング１Ｂを得るという所までは、図５（ａ）、（ｂ）に示す背景技術のピストンリング２１Ａ、２１Ｂの製法と同一である。

なお、本発明の製法の対象とするピストンリングの素材としては、合成樹脂、特に、ポリイミド（TPI：Polyimide）が好適である。

この製法は、この後、ピストンリングの円周を切断する前に、図１（ｃ）に示すように、ピストンリング１Ｂを軸型加工治具１１の外周に滑らないように（治具１１と共回転するように）嵌め込み、この軸型加工治具１１を回転させながら、ピストンリング１Ｂの外周に対して、ローレット駒１５によりローレット加工を行う点を特徴とする。

このような塑性加工をピストンリング１Ｂの外周に対して行うと、この外周にある成形残留応力に抗する加工残留応力を生成することとなり、結果、その後、ピストンリングの円周を切断しても、図１（ｄ）、（ｅ）に示すように、その切断面１aが相互に離間しないで当接するか、または、その間隔が、ピストンリング１を容易に装着できる程度迄小さくなった。

このような塑性加工の効果は、本発明の発明者の実験により、確認されているものである。

こうして製造されたピストンリング１は、背景技術における熱矯正処理を行ったピストンリング２１と同等か、より縮径した状態となっているので、シリンダとピストンとの間への装着が背景技術と同等に容易となるか、背景技術に比べて、より容易となる。

また、この製法によれば、一日程度を要する熱矯正処理に比べて、単なる機械加工であるので、数秒から数分程度の時間で終了することができ、短時間の処理で成形残留応力の影響を回避させることができる。

なお、このような成形残留応力に抗する加工残留応力を生じさせる塑性加工としては、ここに例示したローレット加工だけでなく、外周をローラで圧迫するだけのもの、外周の要所、要所にポンチング（点圧迫）を行うもの、先の尖っていない多数のニードルによるパンチングなど、その塑性加工によって、ピストンリングの表面に、成形残留応力とは反対方向の加工残留応力を生じさせるものが含まれる。

また、上記では、成形残留応力に抗する加工残留応力を生じさせる塑性加工を、ピストンリングの切断前に行う例を示したが、本発明者の実験によれば、ピストンリングの切断後に行っても、同様の効果が発揮されることが解っている。

ただし、先に切断を行う場合は、ピストンリングが図５（ｃ）、（ｄ）で示したように拡径するので、切断後のピストンリングを滑りなく嵌める軸型加工治具はより外径の大きいものとする必要がある。

図２は、本発明のピストンリングの製法の他例を示すもので、（ａ）は金型でピストンリングを樹脂成形している状態を示す図、（ｂ）は金型から取り出した状態のピストンリグを示す正面図、（ｃ）は成形後のピストンリングの外周に切断加工をしている状態を示す斜視図、（ｄ）はその後ピストンリングを切断した状態を示す正面図、（ｅ）は（ｄ）の斜視図である。これより、すでに説明した部分については、同じ符号を付して重複説明を省略する。

この製法は、図１の製法に比べて、図２（ａ）、（ｂ）の部分は同一であるが、図２（ｃ）で示すように、ピストンリングの円周を切断する前に行う加工が、軸型加工治具１１を回転させながら、ピストンリング１Ｂの外周に対して、カッター１６により成形残留応力を分断する切れ目を入れる切削加工である点が異なっている。

カッター１６は、鋭角に尖った回転刃を複数枚重ねて構成され、このカッター１６を回転させながら、直列したピストンリング１Ｂの外周に対して、その軸方向に切れ目を入れるものであり、ピストンリング１Ｂの外周に対して、圧力をかけずに、切れ目だけを入れる、切削加工を行うものである。

このような切削加工を行うと、上述したように、ピストンリング１Ｂの外周面に存在する成形残留応力を分断するものと考えられ、本発明者の実験によれば、図２（ｄ）、（ｅ）に示すように、加工後のピストンリング１′は、図１の製法の場合と同様に、切断面１ａが相互に当接した状態か、または、その間隔がピストンリング１Ｂを容易に装着できる程度に小さい状態となる。

したがって、このような成形残留応力を分断する切削加工を用いる製法によっても、図１の塑性加工を用いる製法と同様の効果が発揮され、こうして製造されたピストンリング１′も、図１のピストンリング１と同様の効果を発揮する。

なお、このような成形残留応力を分断する切削加工としては、ここに例示したカッターによる切れ目加工だけでなく、針山のようなもので、外周に多数の孔を打つ、この針の替わりに、一定幅の平鑿の刃先のようなもので多数の孔をうつなど、その切削加工によって、ピストンリングの外周面に生じた成形残留応力を分断するものが含まれる。

また、上記では、成形残留応力を分断する切削加工を、ピストンリングの切断前に行う例を示したが、本発明者の実験によれば、ピストンリングの切断後に行っても、同様の効果が発揮されることが解っている。

なお、図１の製法の特徴とする成形残留応力に抗する加工残留応力を生じさせる塑性加工及び図２の製法の特徴とする成形残留応力を分断する切削加工のいずれも、ピストンリングの外周面に生じている成形残留応力に対抗するものであり、双方を纏めて、本発明においては、成形後のピストンリングの外周面に残留する成形残留応力に抗する抗応力加工と称することとする。

図３は、本発明のピストンリングの製法の他例を示すもので、（ａ）は成形後のピストンリングの外周に斜め切り目加工をしている状態を示す斜視図、（ｂ）はその後、ピストンリングを切断した状態を示す正面図、（ｃ）は（ｂ）の斜視図である。

この製法は、図１、２の製法に比べ、図３（ａ）に示すように、斜め刃カッター１７で、ピストンリング１Ｂの外周に斜めの切り目を入れた点が異なっている。

本発明者によれば、この斜め刃カッター１７による外周加工によっても、成形残留応力が分断されることが解っており、このような加工も、図２の製法に含まれる成形残留応力を分断する切削加工に相当する。

つまり、このような斜め切り目を入れる切削加工によっても、抗応力加工の効果を発揮し、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、加工後のピストンリング１″は、図１の製法の場合と同様に、切断面１ａが相互に当接した状態か、または、その間隔がピストンリングを容易に装着できる程度に小さい状態となる。

したがって、この斜め切り目の製法によっても、図１、２の製法と同様の効果が発揮され、こうして製造されたピストンリング１″は、図１、２のピストンリング１、１′と同様の効果を発揮する。

また、この場合も、斜め切り目の切削加工の効果は、ピストンリングの切断前であっても、ピストンリングの切断後であっても、変わるものではない。

なお、特許文献１のピストンリングにも、このピストンリング１″の外周と同様の斜め切れ目が形成されており、この点だけを比較すると、その構成は、ピストンリング１″と同様である。

しかしながら、特許文献１のピストンリングの外周に設けられた斜め切れ目は、このリングの軸方向への潤滑を促進するためのものであり、本発明のピストンリングの外周に設けられた斜め切れ目は、外周に残存する成形残留応力を分断するためのものであり、その解決課題が異なるものである。

本発明は、特許文献１の発明者が、特許文献１のピストンリングの外周に設けられた斜め切れ目について鋭意研究した結果、この切れ目が、このピストンリングを切断した場合に生じる拡径現象をも小さくすることを見いだし、これを発展させて、抗応力加工というより大きな格別の発明思想として結実させたものである。

一方、抗応力加工の一つである成形残留応力を分断する切削加工を、上記のピストンリング１″の外周に斜め切れ目を生成するものとすると、成形残留応力を分断する効果と、特許文献１のピストンリングの潤滑の効果との二つの効果を同時に達成することができる。

また、近年、ローレット加工において、いわゆる転造ではなく、切削でローレット加工を行うものが提供されている。

この切削式ローレットによれば、切削加工と同時に一定の塑性加工もピストンリングの外周に施すことができるものと思われ、その場合には、上述した成形残留応力を分断する切削加工と成形残留応力に抗する塑性加工の効果が重複して発揮されるものと思われる。

図４は、本発明の製法で製造されたピストンリングを備えた流体圧シリンダの一例を示す縦断面図である。

この流体圧シリンダ１０は、シリンダ５と、このシリンダ５内で流体密にスライドするピストン２と、このピストン２を先端に備え、外部へ作動流体によって発生する直線駆動力を出力するピストンロッド３とを備えている。

ピストン２の外周には、ピストンリング溝２ａが設けられ、このピストンリング溝２ａに、シリンダ５とピストン２との間の軸受として、本発明の製法で製造されたピストンリング１が装着されている。

したがって、この流体圧シリンダ１０は、流体圧シリンダとしての基本機能を発揮しながら、上述のピストンリング１の効果、また、上述のピストンリングの製法の効果を、流体圧シリンダとして享受し、発揮することができる。

また、ピストンリング１の代わりに、ピストンリング１′、ピストンリング１″を用いることもでき、その場合には、それぞれのピストンリングの効果、また、ピストンリングの製法の効果を、流体圧シリンダとして享受し、発揮することができる。

特に、ピストンリング１″を用いた場合は、特許文献１に記載のピストンリングの潤滑効果、つまり、流体圧シリンダに横荷重が加わり、シリンダ内面とピストンリング表面との接触部分が互いに圧接されても、それらの間に介在された油膜がきれることがないという効果を合わせて発揮することができる。

なお、本発明のピストンリングの製法及び流体圧シリンダは、上記の実施例に限定されず、特許請求の範囲に記載された範囲、実施例の範囲で、種々の変形例、組み合わせが可能である。

また、本発明の流体圧シリンダは、アクチュエータとして用いられるものであっても、緩衝器として用いられるものであってもよい。

本発明のピストンリングの製法及び流体圧シリンダは、短時間の処理でピストンリングの表面に発生する成形残留応力の影響を回避させることが要請される産業分野に用いることができる。

本発明のピストンリングの製法の一例を示すもので、（ａ）は金型でピストリングを樹脂成形している状態を示す図、（ｂ）は金型から取り出した状態のピストンリグを示す正面図、（ｃ）は成形後のピストンリングの外周に塑性加工をしている状態を示す斜視図、（ｄ）はその後ピストンリングを切断した状態を示す正面図、（ｅ）は（ｄ）の斜視図本発明のピストンリングの製法の他例を示すもので、（ａ）は金型でピストリングを樹脂成形している状態を示す図、（ｂ）は金型から取り出した状態のピストンリグを示す正面図、（ｃ）は成形後のピストンリングの外周に切削加工をしている状態を示す斜視図、（ｄ）はその後ピストンリングを切断した状態を示す正面図、（ｅ）は（ｄ）の斜視図本発明のピストンリングの製法の他例を示すもので、（ａ）は成形後のピストンリングの外周に斜め切り目加工をしている状態を示す斜視図、（ｂ）はその後、ピストンリングを切断した状態を示す正面図、（ｃ）は（ｂ）の斜視図本発明の製法で製造されたピストンリングを備えた流体圧シリンダの一例を示す縦断面図本発明のピストンリングの製法の背景技術を示すもので、（ａ）は金型でピストリングを樹脂成形している状態を示す図、（ｂ）は金型から取り出した状態のピストンリグを示す正面図、（ｃ）は成形後のピストンリングを切断した状態を示す正面図、（ｄ）は（ｃ）の斜視図、（ｅ）はその後、ピストンリングに応力除去の熱矯正処理をしている状態を示す図、（ｆ）は応力除去の熱矯正処理が済んだピストンリングをピストンとシリンダとの間に装着する所を示す斜視図

符号の説明

１、１′、１″ ピストンリング
１ａ切断面
２ピストン
３ピストンロッド
５シリンダ
１０流体圧シリンダ
１１軸型加工治具
１５ローレット駒（塑性加工具）
１６カッター（切削加工具）

Claims

流体圧シリンダのピストンとシリンダとの間の軸受として用いられ、該ピストンへの装着のための切断面を有する合成樹脂製のピストンリングの製法であって、
リングとしての成形後、切断前に、あるいは切断後に、該ピストンリングの外周に、成形後の外周面に残留する成形残留応力に抗する抗応力加工を行うことを特徴とするピストンリングの製法。
抗応力加工は、成形残留応力に抗する加工残留応力を生じさせる塑性加工であることを特徴とする請求項１記載のピストンリングの製法。
抗応力加工は、成形残留応力を分断する切削加工であることを特徴とする請求項１記載のピストンリングの製法。
塑性加工は、ローレット加工であることを特徴とする請求項２記載のピストンリングの製法。
請求項１から４のいずれかに記載の製法で製造されたピストンリングをピストンとシリンダとの間の軸受として用いたことを特徴とする流体圧シリンダ。