JP2014181806A - 流体圧シリンダ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダチューブの強度を維持しながら軽量化が可能な流体圧シリンダのシリンダチューブを提供する。
【解決手段】流体圧シリンダ１００は、シリンダチューブ１への流体圧の給排に応じて伸縮作動する。シリンダチューブ１の軸方向両端部より内側には、スピニング加工によって軸方向両端部より小径な少なくとも１つの小径部１ａが形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、流体圧シリンダ及びその製造方法に関するものである。

建設機械等の駆動部を往復駆動する流体圧シリンダが知られている。特許文献１には、シリンダチューブと、シリンダチューブ内を軸方向に摺動可能なピストンと、ピストンに連結されてシリンダチューブの外側まで延出されるピストンロッドと、を備える流体圧シリンダが記載されている。

シリンダチューブの両端側にはそれぞれ流体圧の給排ポートが設けられ、ピストンの両側に画成される流体圧室の圧力が調整される。流体圧室の圧力差に応じてピストンが摺動し、シリンダチューブ又はピストンロッドに連結された駆動部が駆動される。

特開２００８−５１１９４号公報

上記従来の技術では、シリンダチューブが均一な外径を有する素管材によって構成される。シリンダチューブの外周には流体圧の給排ポートが形成されるので、素管材の肉厚は、強度が必要とされる給排ポートが形成される箇所に合わせて設定される。

よって、給排ポートが設けられない箇所においてはシリンダチューブが必要以上の強度を有するので、その分だけシリンダチューブの重量が重くなる。

本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたものであり、シリンダチューブの強度を維持しながら軽量化が可能な流体圧シリンダのシリンダチューブを提供することを目的とする。

本発明は、シリンダチューブへの流体圧の給排に応じて伸縮作動する流体圧シリンダであって、シリンダチューブの軸方向両端部より内側には、スピニング加工によって軸方向両端部より小径な少なくとも１つの小径部が形成される、ことを特徴とする。

本発明によれば、シリンダチューブの軸方向両端部より内側に、スピニング加工によって軸方向両端部より小径な少なくとも１つの小径部が形成されるので、大きな強度が不要な箇所においてはシリンダチューブを薄肉化することができ、シリンダチューブの強度を維持しながら軽量化を図ることができる。

本発明の実施形態に係る流体圧シリンダを示す平面図である。 素管材を芯金に固定する工程を示す図である。 スピニング加工を行う工程を示す図である。 スピニング加工後のシリンダチューブを示す図である。 シリンダチューブに第１給排ポート、第２給排ポート及び保持部材を取り付けた状態を示す図である。

以下、添付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。

図１は、本実施形態における流体圧シリンダ１００を示す平面図である。流体圧シリンダ１００は、例えば建設機械等の駆動部を駆動するアクチュエータとして用いられる。

流体圧シリンダ１００は、作動流体として、オイルを用いる。なお、これに限らず、オイルの代わりに例えば水溶性代替液等の作動液や作動ガスを用いても良い。

流体圧シリンダ１００は、円筒状のシリンダチューブ１と、シリンダチューブ１内を軸方向に摺動可能なピストン（図示せず）と、一端がピストンに連結され他端がシリンダチューブ１の外方へと延出されるピストンロッド２と、ピストンロッド２を摺動可能に軸支するシリンダヘッド３と、シリンダチューブ１を封止するボトム部材４と、を備える。

ピストンは、シリンダチューブ１内を軸方向一方側（図１の左側）の第１流体圧室（図示せず）と軸方向他方側（図１の右側）の第２流体圧室（図示せず）とに区画する。ピストンロッド２は、シリンダチューブ１の軸方向他方側の端部にアイ部２１を有する。アイ部２１は、ピストンロッド２の軸に垂直な方向の中心軸を有する円形の貫通孔２１ａを有し、この貫通孔２１ａが建設機械などの駆動部に連結される。

シリンダヘッド３の外周面は、シリンダチューブ１の開口端であってピストンロッド２が延出される側の開口端の内周面に螺合する。さらに、シリンダヘッド３の内周面は、ピストンロッド２の外周面と摺接する。

ボトム部材４は、シリンダチューブ１のシリンダヘッド３とは反対側の開口端に溶接固定される。ボトム部材４は、シリンダチューブ１の軸方向一方側の端部にアイ部４１を有する。アイ部４１は、シリンダチューブ１の軸に垂直な方向の中心軸を有する円形の貫通孔４１ａを有し、この貫通孔４１ａが建設機械などの駆動部に連結される。

シリンダヘッド３及びボトム部材４によって閉塞されたシリンダチューブ１内の流体圧室は、ピストンによって第１流体圧室及び第２流体圧室に区画される。

シリンダチューブ１は、ボトム部材４の近傍において外周面から内周面まで貫通するように形成される第１貫通孔１５と、シリンダヘッド３の近傍において外周面から内周面まで貫通するように形成される第２貫通孔１６と、を有する。第１貫通孔１５は第１流体圧室に連通し、第２貫通孔１６は第２流体圧室に連通する。

さらに、流体圧シリンダ１００は、第１貫通孔１５と接続されるようにシリンダチューブ１の外周面に溶接固定される第１給排ポート１１と、第２貫通孔１６と接続されるようにシリンダチューブ１の外周面に溶接固定される第２給排ポート１２と、第１給排ポート１１及び第２給排ポート１２への作動流体圧の給排を行う配管１３と、配管１３をシリンダチューブ１に沿って保持するようにシリンダチューブ１の外周面に溶接固定される保持部材１４と、を備える。

ポンプ（図示せず）から供給される作動流体圧は、制御バルブ（図示せず）によって流量及び流動方向が制御され、配管１３を介して第１給排ポート１１及び第２給排ポート１２に給排される。

すなわち、第１給排ポート１１を介して第１流体圧室に作動流体圧が供給されるとともに、第２流体圧室の作動流体圧が第２給排ポート１２を介して排出されると、第１流体圧室と第２流体圧室との圧力差によってピストン及びピストンロッド２が図１の右方向に移動し、流体圧シリンダ１００が伸長作動する。

また、第２給排ポート１２を介して第２流体圧室に作動流体圧が供給されるとともに、第１流体圧室の作動流体圧が第１給排ポート１１を介して排出されると、第１流体圧室と第２流体圧室との圧力差によってピストン及びピストンロッド２が図１の左方向に移動し、流体圧シリンダ１００が収縮作動する。

このように、流体圧シリンダ１００が伸長作動又は収縮作動することで、建設機械等の駆動部が駆動される。

ここで、シリンダチューブ１が均一な外径を有する素管材から形成される場合、素管材の肉厚は、強度が必要とされる第１給排ポート１１、第２給排ポート１２及び保持部材１４の溶接箇所において十分な強度を確保できるように設定される。

しかし、シリンダチューブ１の外周面には溶接箇所が設けられない箇所があり、このような箇所においてはシリンダチューブ１の強度が必要以上に確保されることになるので、その分だけシリンダチューブ１の重量が重くなる。

そこで、本実施形態では、シリンダチューブ１の外周面であって大きな強度を必要としない箇所については肉厚を薄くして軽量化を図っている。肉厚の変更は、該当箇所にスピニング加工（フローフォーミング加工ともいう）を施すことで行われる。

以下、シリンダチューブ１を製造する過程について説明する。

図２は、素管材５を芯金６に固定する工程を示す図である。

素管材５は、均一な外径及び内径、つまり均一な肉厚を有する円筒形状である。芯金６は、一端が回転駆動体７に連結されており、外径は素管材５の内径とほぼ同一に設定される。素管材５は、芯金６の他端側から回転駆動体７に当接するまで嵌装される。

図３は、スピニング加工を行う工程を示す図である。

芯金６を回転駆動体７によって中心軸回りに回転させると、芯金６に嵌装された素管材５がともに回転する。続いて、回転する素管材５の外周面に対し、自由に回転可能なローラ８を押し当てる。この時、ローラ８は素管材５とは反対回りに回転する。これにより、素管材５は芯金６とローラ８との間で挟圧されるので素管材５の肉厚が薄くなる。

さらに、ローラ８を素管材５の外周面に対して押し当てた状態で、ローラ８を素管材５の軸方向に移動させる。これにより、素管材５はローラ８の軸方向にしごかれて引き延ばされ、素管材５の肉厚が薄い領域が軸方向に延設される。

その後、ローラ８を素管材５の外周面から離間させると、ローラ８を軸方向に移動させても素管材５の外径は変化しない。

以上の動作を繰り返し行うと、ローラ８の軌跡は図３の一点鎖線で示すようになる。

図４は、スピニング加工後のシリンダチューブ１を示す図である。

シリンダチューブ１の外周面には、スピニング加工されて薄肉化した小径部１ａと、スピニング加工されていない大径部１ｂと、が交互に形成される。シリンダチューブ１の軸方向両端部にはそれぞれ大径部１ｂが形成され、シリンダチューブ１の軸方向両端部より内側の中間領域１ｃには２つの大径部１ｂが形成される。また、中間領域１ｃには、スピニング加工によって外径が縮径された小径部１ａが３つ形成される。

これにより、シリンダチューブ１の外周面に第１給排ポート１１、第２給排ポート１２及び保持部材１４を取り付ける箇所は、大径とすることで十分な強度が確保される。第１給排ポート１１、第２給排ポート及び保持部材１４が取り付けられない箇所は、小径とすることで薄肉化されて軽量化される。

図５は、シリンダチューブ１に第１給排ポート１１、第２給排ポート１２及び保持部材１４を取り付けた状態を示す図である。

大径部１ｂが形成されたシリンダチューブ１の軸方向両端部には、第１貫通孔１５及び第２貫通孔１６が形成されるとともに第１給排ポート１１及び第２給排ポート１２が溶接固定される。また、シリンダチューブ１の軸方向両端部より内側の中間領域１ｃに形成された２つの大径部１ｂには、配管１３を保持する保持部材１４が溶接固定される。

このようにして製造されたシリンダチューブ１に、ボトム部材４を溶接固定するとともにシリンダヘッド３を組み付けることで図１に示す流体圧シリンダ１００が製造される。

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

シリンダチューブ１の軸方向両端部より内側の中間領域１ｃに、スピニング加工によって外径が縮径された３つの小径部１ａが形成されるので、大きな強度が不要な箇所においてはシリンダチューブ１を薄肉化することができ、シリンダチューブ１の強度を維持しながら軽量化を図ることができる。

さらに、シリンダチューブ１の軸方向両端部の外周面に形成される大径部１ｂに、第１給排ポート１１及び第２給排ポート１２が溶接固定されるので、シリンダチューブ１の強度を十分に確保することができる。

さらに、中間領域１ｃの小径部１ａ間に設けられる２つの大径部１ｂに保持部材１４が溶接固定されるので、シリンダチューブ１の強度を十分に確保することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一つを示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、上記実施形態では、スピニング加工時に素管材５に押し当てられるローラ８を軸方向に移動させているが、素管材５を軸方向に移動させてもよいし、ローラ８及び素管材５をともに軸方向に相対移動させてもよい。

さらに、上記実施形態では、中間領域１ｃに３つの小径部１ａを形成しているが、小径部１ａの数は２つであってもよいし４つ以上であってもよい。

１ シリンダチューブ
１ａ 小径部
６ 芯金
８ ローラ
１１ 第１給排ポート（給排ポート）
１２ 第２給排ポート（給排ポート）
１３ 配管
１４ 保持部材
１００ 流体圧シリンダ

Claims (5)

1. シリンダチューブへの流体圧の給排に応じて伸縮作動する流体圧シリンダであって、
   前記シリンダチューブの軸方向両端部より内側には、スピニング加工によって前記軸方向両端部より小径な少なくとも１つの小径部が形成される、
   ことを特徴とする流体圧シリンダ。
2. 前記軸方向両端部の外周面に設けられ、前記シリンダチューブ内に流体圧を給排する給排ポートをさらに備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の流体圧シリンダ。
3. 前記小径部は、前記シリンダチューブの軸方向に所定の間隔をあけて複数形成される、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の流体圧シリンダ。
4. 前記複数の小径部間の外周面に設けられ、前記シリンダチューブ内に流体圧を給排する配管を保持する保持部材をさらに備える、
   ことを特徴とする請求項３に記載の流体圧シリンダ。
5. シリンダチューブへの流体圧の給排に応じて伸縮作動する流体圧シリンダの製造方法であって、
   前記シリンダチューブ内に芯金を嵌挿する工程と、
   前記シリンダチューブを回転させ、従動回転するローラを前記シリンダチューブの外周面に対して押し当てながら、前記シリンダチューブと前記ローラとを前記シリンダチューブの軸方向に相対移動させ、前記シリンダチューブの外径を縮径させるスピニング加工を行う工程と、
   を含み、
   前記スピニング加工を行う工程は、前記シリンダチューブの軸方向両端部より内側に、前記スピニング加工によって前記軸方向両端部より小径な少なくとも１つの小径部を形成する、
   ことを特徴とする流体圧シリンダの製造方法。

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