JP2016056846A - 直動ロッド、連携部材、ピストン、ピストンの締結構造 - Google Patents

直動ロッド、連携部材、ピストン、ピストンの締結構造 Download PDF

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Abstract

【課題】簡易な構造で、ピストンロッドからのピストンの変位、離脱を確実に防止する。【解決手段】ピストンロッド10には、軸部において、軸方向から視て断面非正円形となるロッド側連携領域を形成する。ワッシャ(連携部材)50は、挿入孔を非正円形としてロッド側連携領域と周方向に係合させる。更にワッシャ50には、ピストン100と周方向に係合する係合機構Aを備えるようにする。【選択図】図1

Description

本発明は、ピストンロッドとピストンを締結する構造に関し、特にピストンの離脱を防止する際に好適な締結構造に関する。
最適な往復運動を創出する直動システムとして、油を利用する油圧シリンダやビンガムダンパ、空気を利用するエアシリンダ等のように、流体を作動媒体とするものが数多く存在する。この種の直動システムでは、筒状のチューブの中に、ピストン及びこのピストンが固定されるピストンロッドを配置し、チューブ内に滞留する流体を利用して、ピストンに所望の往復運動を行わせる。この運動はピストンロッドによって取り出される。
ピストンとピストンロッドの固定は、一般的にねじ体が用いられる。具体的には、ピストンロッドの端部近傍に、柱状の外周に螺線状の溝(雄ねじ)を形成しておき、ピストンを嵌合させた状態で、この雄ねじに雌ねじ体を螺合させて、ピストンを固定する構造となっている。
締結作業時は、ピストンに形成される孔にピストンロッドを挿入してから、雌ねじ体を螺合させる。結果、ピストンロッドの段部と雌ねじ体によってピストンが挟み込まれる。
また、雌ねじ体を締結する時に、ピストンロッドの周囲にワッシャ(座金)やクッションスリーブを挿入することが行われている。これらの部材は、締結時にピストンを座屈や傷等から護ったり、逆に、ピストンに積極的に押し当てることによって、ねじ体の緩みを抑制したりする。
日本工業規格 JIS B 8368 油圧シリンダ
ピストンには、作動流体の圧力が繰り返し付与されるため、次第に雌ねじが緩んでしまい、ピストンロッドとピストンの相対位置が変位したり、締結が外れたりすることが頻繁に生じる。雌ねじの緩みを防止するために、雌ねじを強く締め込むことが行われるが、本質的な解決になっておらず、またピストンロッドや雌ねじに疲労破壊が生じ易くなるという問題がある。
雌ねじの緩みを防止するために、例えば、雌ねじの更に外側にスナップリングを嵌めることもある。スナップリングを用いれば、雌ねじのピストンロッドからの脱落を防止することが可能であるが、雌ねじの緩み防止できないという問題があった。
本発明は、上記問題点に鑑みて本発明者の鋭意研究により成されたものであり、ピストンとピストンロッドの締結に関して、完全な離脱防止を行うための構造を提供することを目的とする。
上記目的を達成する本発明は、雄ねじ部を有する軸部において、軸方向から視て断面非正円形となるロッド側連携領域が形成されることを特徴とする直動ロッドである。
上記直動ロッドに関連して、前記ロッド側連携領域が、前記雄ねじ部と重なるように形成されることを特徴とする。
上記直動ロッドに関連して、前記雄ねじ部におけるねじ山の一部が省略された形状とすることで、前記ロッド側連携領域が、前記雄ねじ部と重なるように形成されることを特徴とする。
上記直動ロッドに関連して、前記ロッド側連携領域が、前記雄ねじ部よりも基端側に形成されることを特徴とする。
上記直動ロッドに関連して、前記基部における前記ロッド側連携領域の軸心からの最大距離が、前記雄ねじ部の軸心からの最大距離よりも大きくなることを特徴とする。
上記直動ロッドに関連して、前記基部における前記ロッド側連携領域の軸心からの最小距離が、前記雄ねじ部の軸心からの最大距離よりも大きくなることを特徴とする。
上記直動ロッドに関連して、前記ロッド側連携領域が、前記軸部に挿入される連携部材と周方向に係合することを特徴とする。
上記直動ロッドに関連して、前記ロッド側連携領域が、螺旋状に形成されることを特徴とする。
上記目的を達成する本発明は、直動ロッドの雄ねじ部を挿通させ得る挿入孔が形成される連携部材であって、前記挿入孔が非正円形となっており、かつ、前記直動ロッドと螺合する雌ねじ体と周方向に係合する係合機構を有することを特徴とする連携部材である。
上記連携部材に関連して、前記係合機構は、周方向に複数の凹凸を有することを特徴とする。
上記連携部材に関連して、前記雌ねじ体に対する前記係合機構は、軸方向の両表面にそれぞれ形成されることを特徴とする。
上記連携部材に関連して、前記連携部材はピストンであることを特徴とする。
上記目的を達成する本発明は、雌ねじ部を有する挿入孔において、軸方向から視て断面非正円形となる雌ねじ側連携領域が形成されることを特徴とするピストンである。
上記ピストンに関連して、前記雌ねじ側連携領域の軸心からの最小距離は、前記雌ねじ部の軸心からの最小距離よりも大きくなることを特徴とする請求項13に記載のピストン。
上記ピストンに関連して、前記雌ねじ側連携領域は、直動ロッドの軸部と周方向に係合することを特徴とする。
上記ピストンに関連して、前記雌ねじ側連携領域は、半径方向に弾性変形可能となっていることを特徴とする。
上記目的を達成する本発明は、雄ねじ部を有する軸部において、軸方向から視て断面非正円形となるロッド側連携領域が形成される直動ロッドと、前記直動ロッドと螺合する雌ねじ体と前記雄ねじ部を挿通させ得る挿入孔が形成される連携部材であって、前記挿入孔が非正円形となることで前記ロッド側連携領域と周方向に係合し、かつ、前記雌ねじ体と周方向に係合する係合機構を有することを特徴とする連携部材と、を備え、前記連携部材及び前記雌ねじ体の少なくともいずれかがピストンであることを特徴とするピストン締結構造である。
上記ピストン連結構造に関連して、前記連携部材は、前記雌ねじ体との前記係合機構を、軸方向の両表面にそれぞれ有しており、前記雌ねじ体が前記連携部材の軸方向の両側に配置されることで、該雌ねじ体が前記連携部材と周方向に係合することを特徴とする。
上記目的を達成する本発明は、雄ねじ部を有する軸部において、軸方向から視て断面非正円形となるロッド側連携領域が形成される直動ロッドと、前記雄ねじ部と螺合する雌ねじ部を有する挿入孔において、軸方向から視て断面非正円形となる雌ねじ側連携領域が形成されるピストンと、を備え、前記ロッド側連携領域と前記雌ねじ側連携領域は、外力による相対回転を許容しつつ、互いに周方向に係合する構造となっていることを特徴とするピストン締結構造である。
本発明によれば、簡単な構造でありながらも、ピストンロッド等の直動ロッドからピストンが相対変位したり、離脱したりすることを確実に防止出来るようになる。
本発明の第一実施形態に係るピストンの締結構造の締結状態を示す図である。 本発明の第一実施形態に係るピストンの締結構造の(A)ピストンロッドの正面図、(B)ピストンロッドの底面図である。 本発明の第一実施形態に係るピストンの締結構造の(A)ワッシャの正面断面図、(B)ワッシャの底面図、(C)ピストンの上面図、(D)ピストンの正面図である。 本発明の第一実施形態に係るピストンの締結構造の締結途中の状態を示す図である。 (A)は本発明の第一実施形態に係るピストンの締結構造のピストンとワッシャの締結状態図であり、(B)乃至(D)はその変形例を示す図である。 (A)乃至(C)は本発明の第一実施形態の変形例に係るピストンの締結構造のピストンとワッシャの締結状態図である。 (A)乃至(D)は、本発明の第一実施形態の変形例に係るピストンの締結構造のピストンロッドの正面図及び底面図である。 (A)(B)共に本発明の第一実施形態の変形例に係るピストンの締結構造の締結状態を示す図である。 本発明の第二実施形態に係るピストンの締結構造の締結状態図である。 本発明の第二実施形態に係るピストンの締結構造に用いられる(A)ピストンロッドの正面図及び底面図、(B)ワッシャの底面図である。 本発明の第二実施形態の変形例に係るピストンの締結構造に用いられる(A)ピストンロッドの側面図及び底面図、(B)ワッシャの底面図である。 (A)(B)共に、本発明の第二実施形態の変形例に係るピストンの締結構造の分解図である。 本発明の第一実施形態の変形例に係るピストンの締結構造の(A)締結状態図、(B)分解図である。 本発明の第二実施形態の変形例に係るピストンの締結構造の(A)締結状態図、(B)分解図である。 本発明の第二実施形態の変形例に係るピストンの締結構造の(A)締結状態図、(B)分解図である。 本発明の第二実施形態の変形例に係るピストンの締結構造の(A)締結状態図、(B)分解図である。 本発明の第三実施形態に係るピストンの締結構造を示す部分断面図である。 本発明の第三実施形態に係るピストンの締結構造で用いる雌ねじ体を示す(A)断面図、(B)正面図、(C)底面図である。 (A)及び(B)は、本発明の実施形態に係るピストンの締結構造で用いるピストンロッドの変形例を示す正面図及び底面図である。 (A)及び(B)は、本発明の実施形態に係るピストンの締結構造の変形例を示す部分断面図である。 本発明の実施形態に係るピストンの締結構造の変形例を示す部分断面図である。 本発明の実施形態に係る油圧ピストンの基本構成を示す断面図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
まず、図22を参照して本発明が適用され得る油圧ピストンの基本構造について説明する。油圧ピストン1は、ピストン2、直動ロッドとなるピストンロッド10、チューブ4、ロッドカバー5、ヘッドカバー6を備える。ピストン2はピストンロッド3に固定されて、円筒状のチューブ4内に配置される。チューブ4は、ピストンロッド3が突出する側にリング状のロッドカバー5が配置され、その反対側にヘッドカバー6が配置される。従ってチューブ4は、両端が、ロッドカバー5とヘッドカバー6に覆われることで、内部に圧力空間が形成される。また、チューブ4の両端近傍には、チューブ内に作動流体を出し入れする開口7、8が形成され、この開口7、8を介して圧力空間内に油を流入させることでピストン2を移動させる構造となっている。
図1には、第一実施形態に係るピストンの締結構造が示されている。ピストンの締結構造は、ピストンロッド10と、連携部材となる環状のワッシャ50と、ピストン100を備えて構成される。なお、ピストン100の周囲にはピストンリング90が設けられる。
ピストン部材100は円筒状の部材となっており、チューブ4の内周面に対向する環状の外周面105と、軸方向に対向する一対の端面101と、外周面と同軸状に形成される挿入孔100aを有する。外周面105は、チューブ4の内周面に接近して、作動流体の移動を規制するシール面105aとなる。端面101の少なくとも一方(ここでは双方)は、作動流体の圧力を受け止める受圧面101aとなる。挿入孔100aには直動ロッド10が挿入される。
図2(A)に示すように、ピストンロッド10は、軸部12において、本体部12aと端部12cを有する。本体部12aと端部12cの境界には段部20が形成されており、段部20の下部乃至付け根に相当する部位には、ロッド側座部22が形成される。本体部12aは円柱状を成している。端部12cには雄ねじ部13が形成される。
図2(B)に示すように、端部12cには、軸方向から視て断面非円形となるロッド側連携領域17が形成される。ここではロッド側連携領域17が、端部12cにおける雄ねじ部13よりも基端側に形成される。具体的にロッド側連携領域17は、断面正円形の一部の円弧が、その弦に沿って省略(異形と)された形状となっており、この弦の部分がロッド側当接部23となる。結果、このロッド側当接部23は、端部12cの周面において、半径方向に対して直角で、且つ半径方向外側に向いた平面となる。ロッド側当接部23は、ねじの軸心からの距離が周方向に沿って変動し、第一ロッド側当接領域23Yは、ピストンロッド10の一方の周方向Xに沿って距離X1、X2が大きくなる。第二ロッド側当接領域23Xは、ピストンロッド10の他方の周方向Yに沿って距離Y1、Y2が大きくなる。なお、この変動量は、多少の余裕隙間を無視すれば、後述するワッシャ側当接部53と同じに設定される。或いは、この余裕隙間が、ピストン100によるワッシャ50の締め込みによる軸方向の圧縮によってもたらされる軸直角方向への変形によって埋まるように、設定しても好い。
また、ロッド側連携領域17の軸心からの最小半径17Yは、雄ねじ部13の軸心からの最大半径13Xと同等以上に設定されている。従って、ロッド側連携領域17の軸心からの最大半径17Yは、雄ねじ部13の軸心からの最大半径13Xより大きく設定されることが好ましい。
図3(A)(B)に示すように、ワッシャ50の一方側の面には、第一受部60が形成される。この第一受部60は、ピストン100の座部102と対向しており、両者の間には、第一係合機構Aが構成される。この第一係合機構Aは、少なくともピストン100が、螺合するピストンロッド10に対して緩まる方向に回転しようとすると、第一受部60とピストン100の座部102が互いに係合して、当該回転方向に対する第一受部60とロッド側座部22との相対回転を防止する。ワッシャ50の他方側には、第二受部70が形成される。この第二受部70は、ピストンロッド10の段部20と対向する。
ワッシャ50におけるピストンロッドの挿入孔52は、軸方向から視た場合に非正円形となっている。この挿入孔52は、正円形の一部の円弧がその弦に沿って省略された形状となっており、ピストンロッド10のロッド側連携領域17に対して周方向に係合する(これを補助係合機構Bと定義する)。
具体的に、この補助係合機構Bは、ワッシャ50の挿入孔52に形成されるワッシャ側当接部53と、ピストンロッド10のロッド側連携領域17に形成されるロッド側当接部23を有する。既に述べたように、ワッシャ50の挿入孔52は、ねじの軸心に対して同心の部分円弧形状となっており、残部を弦のように直線状に切り落とした形状となっているので、この弦がワッシャ側当接部53となる。従って、ワッシャ50の挿入孔52の内壁は、ワッシャ側当接部53に相当する部分において平面形状となっており、ねじの軸心からの距離が周方向に沿って変動する。具体的に第一ワッシャ側当接領域53Xは、ワッシャ50の一方の周方向Xに沿って、距離XA、XBが大きくなる。第二ワッシャ側当接領域53Yは、ワッシャ50の他方の周方向Yに沿って距離YA、YBが大きくなる。なお、ワッシャ側当接部53を除いた部分は、ねじの軸心からの距離が一定となる正円形状となっている。また、挿入孔52の軸心からの最小半径52Yは、雄ねじ部13の最大半径13Xと同じ又はそれより大きく設定される。結果、挿入孔52とピストンロッド10の雄ねじ部13が干渉しないで済む。
従って、ワッシャ50の挿入孔52にピストンロッド10の端部12cを挿入すると、ワッシャ側当接部53とロッド側当接部23が当接し、ねじの軸心を合わせた状態のままでは、両者の周方向の相対回転が制約される。即ち、このワッシャ側当接部53とロッド側当接部23が補助係合機構Bとして作用する。
更に第一係合機構Aとして、ワッシャ50の第一受部60には、ピストン側凹凸104と係合する第一受部側凹凸64が形成される。第一受部側凹凸64は、周方向に複数連続して設けられる鋸刃形状となっている。第一受部側凹凸64の各々が延びる方向、即ち稜線が延びる方向は、ワッシャ50の半径方向に沿っている。結果、第一受部側凹凸64は、ワッシャ50の貫通穴52の中心から放射状に延びる。
更にこの第一受部60には、半径方向に傾斜するワッシャ側テーパ面が形成される。このワッシャ側テーパ面は、中心側がピストンロッド10の段部20側に近づくように傾斜してすり鉢状を成している(図1参照)ので、結果として、凹の円錐形状となる。このワッシャ側テーパ面に、既述の第一受部側凹凸64が形成される。
図3(C)(D)に示すように、ピストン100の挿入孔100aは、ピストンロッド10と螺合するための雌ねじ部106aが形成される。更にピストン100には、ワッシャ50の第一受部60に対向する座部102が形成される。この座部102とワッシャ50側の第一受部60は共に環状の面領域となっており、互いに当接して、締結力(軸力)を段部20に伝達する役割を担う。即ち、本締結構造における軸力の殆どは、ワッシャ50を介して段部20に伝達される。
図3に示すように、第一係合機構Aとして、ピストン100の雌ねじ側座部102には、雌ねじ側凹凸104が形成される。雌ねじ側凹凸104は、周方向に複数連続して設けられる鋸刃形状と成っている。雌ねじ側凹凸104の各々が延びる方向、即ち、稜線が延びる方向は、ピストン100の半径方向となっている。結果、雌ねじ側凹凸104は、軸心から放射状に延びる。
更にこの雌ねじ側座部102には、半径方向に傾斜する雌ねじ側テーパ面が形成される。この雌ねじ側テーパ面は、中心側がワッシャ50側に近づくように傾斜しているので、結果として、ピストンロッド10の段部20側に凸の円錐形状となる。この雌ねじ側テーパ面に、既述の雌ねじ側凹凸104が形成される。
以上の通り、第一係合機構Aとして、雌ねじ側凹凸104と第一受部側凹凸64が、周方向に複数連続する鋸刃形状と成っているので、所謂ラチェット機構又はワンウエイクラッチ機構として作用する。結果、ピストン100の締結動作時は、雌ねじ側凹凸104とワッシャ50の第一受部側凹凸64の相対移動を許容して、円滑な相対回転を実現する。一方、ピストン100の緩み動作時は、雌ねじ側凹凸104とワッシャ50の第一受部側凹凸64の相対移動を完全に規制する。結果、締結時の作業性と、その後の緩み止めを合理的に両立出来る。
また更に第一係合機構Aとして、雌ねじ側座部102と第一受部60には、ピストン側テーパ面とワッシャ側テーパ面が形成されるので、両者の当接面積を大きくすることが出来る。また、本締結構造による軸線方向の締結力が、テーパ面によって半径方向にも作用する。互いのテーパ面を半径方向に押し付けることで、自励的にセンタリング出来る。結果、ピストン100とワッシャ50の同芯度が高められ、雌ねじ側凹凸104と第一受部側凹凸64の係合精度を高めることが出来る。なお、凸側の雌ねじ側テーパ面の傾斜を微小に大きくし、凹側のワッシャ側テーパ面の傾斜角を微小に小さくして、角度に微小差を設けておくことも好ましい。このようにすると、締め付け圧力の増大に伴って、中心から半径方向外側に向かって、互いのテーパ面を少しずつ当接させることが出来る。
また補助係合機構Bは、ワッシャ側当接部53とロッド側当接部23の形状が、ねじの軸心に対して同心正円となることを回避している。換言すると、ワッシャ側当接部53とロッド側当接部23の形状は、ねじの軸心からの距離が周方向に沿って変化する。この非正円形状によって、ワッシャ側当接部53とロッド側当接部23が一旦当接すると、互いの軸心を合わせたままでは、それ以上の周方向の相対回転が規制される。特に、ワッシャ側当接部53とロッド側当接部23が、ピストンロッド10の全周に亘って形成されておらず、周方向において部分的に形成されているため、ワッシャ50やピストンロッド10のこれらの形状加工を、例えば簡単な面取り加工やプレス加工とすることができる。
図4に示すように、ピストンロッド10に対してワッシャ50を挿入し、更にピストン100を締め付けると、まず補助係合機構Bによってピストンロッド10とワッシャ50が周方向に係合し、更にピストン100を締め付けると、第一係合機構Aにおいて、ワッシャ50のワッシャ側テーパ面の凹内に雌ねじ側座部102の雌ねじ側テーパ面が進入し、雌ねじ側凹凸104と第一受部側凹凸64が係合して図1の状態となる。第一係合機構Aにおける両者の鋸歯形状は、図5(A)に示されるように、ピストン100が、締結方向Yに回転しようとすると、互いの傾斜面104Y、64Yが当接して、両者の距離を軸方向に狭めながら、相対スライドを許容する。一方、ピストン100が、緩み方向Xに回転しようとすると、互いの垂直面(傾斜が強い側の面)104X、64Xが当接して、両者の相対移動を防止する。とりわけ第一係合機構Aは、ピストン100を締め付けることによって、雌ねじ側座部102と第一受部60の距離が縮む程、雌ねじ側凹凸104と第一受部側凹凸64の噛み合いが強くなり、緩み方向X側の係合強度が高められる。ここで、雌ねじ側テーパ面の傾斜角度と、ワッシャ側テーパ面の傾斜角度とを互いに異ならせること、特にワッシャ側テーパ面の軸心からの傾斜角度を雌ねじ側テーパ面の軸心からの傾斜角度よりも狭めに設定することで、それぞれのテーパ面に形成される鋸歯のピッチに因らず、ガタ付き無く締め付けることも可能となる。
以上の通り、第一実施形態のピストンの締結構造によれば、ワッシャ50を介在させることによって、ピストン100の雌ねじ側座部102とワッシャ50の第一受部60の間に第一係合機構Aを構成し、一方、ワッシャ50の挿入孔52とピストンロッド10のロッド側連携領域17の間に補助係合機構Bを構成する。結果として、ピストン100又はピストンロッド10が緩み方向に相対回転しようとすると、第一係合機構A及び補助係合機構Bの双方の周方向係合作用によって、ピストンロッド10とピストン100の相対回転が規制された状態となり、逆回転すること即ち緩むことが防止される。従って、振動等が生じても、全く緩まない締結状態を得ることが出来る。一方、ピストンロッド10とピストン100が締まり方向に相対回転する場合は、第一係合機構Aのワンウエイクラッチ構造によって、ワッシャ50とピストン100の相対回転が許容されるので、増し締めすることが自在に可能となっている。
なお、本第一実施形態では、第一係合機構Aとして、雌ねじ側凹凸104と第一受部側凹凸64が鋸刃形状の場合を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば図5(B)に示されるように、互いの凹凸を山形(双方とも傾斜面)にすることも可能である。このようにすると、ピストン100が緩み方向Xに回転する際、互いの傾斜面104X,64Xが相対移動しようとするが、この傾斜面に沿って、雌ねじ側凹凸104と第一受部側凹凸64が離れようとする。この移動距離(離れる角度α)を、ピストン100のリード角より大きく設定すれば、ピストン100が緩もうとしても、それ以上に雌ねじ側凹凸104と第一受部側凹凸64が離れようとするので、緩むことが出来なくなる。なお、この図5(B)では、断面二等辺三角形の凹凸を例示したが、図5(C)のように、締結回転時に当接する傾斜面104Y、64Yの傾斜角よりも、緩み回転時に当接する傾斜面104X,64Xの傾斜角をなだらかにすることも好ましい。このようにすると、締結回転時に、互いに乗り越えなければならない傾斜面104Y、64Yの周方向距離Pを短くすることができるので、締結後のガタ(隙間)を少なく出来る。
また、図5(A)〜(C)の応用として、図5(D)に示されるように、峯と谷を湾曲させた波型の凹凸も好ましく、締結時には滑らかな操作性を得ることができる。更に、本第一実施形態では、半径方向に延びる凹凸を例示したが、図6(A)に示されるように、渦巻き状(スパイラル状)の溝又は山(凹凸)を形成することも好ましい。また図6(B)のように、直線状に延びる溝又は山(凹凸)であっても、ねじの半径方向に対して周方向位相が変化するように傾斜配置することもできる。また、図6(C)に示されるように、微細凹凸を、ねじの周方向且つ半径方向の双方(平面状)に複数形成した、所謂エンボス形状を採用することも好ましい。
更に本第一実施形態のように、雌ねじ側凹凸104と第一受部側凹凸64の凹凸形状を必ずしも一致(相似)させる必要はない。例えば、図5及び図6の各種形状から異なるものを互いに選択して組み合わせることも出来る。
本第一実施形態では、雌ねじ側テーパ面を凸形状、ワッシャ側テーパ面を凹形状にする場合を例示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、雌ねじ側テーパ面を凹形状、ワッシャ側テーパ面を凸形状にすることができる。一方でこれら両者は、ねじ軸に対して垂直な非テーパ面にすることもできる。また、例えばワッシャ50の弾性変形を有効活用すれば、双方のテーパ面の傾斜角を一致させる必要はない。勿論、ピストン100又はワッシャ50の一方のみにテーパ面を形成しても良い。更には、双方のテーパ面を凸形状にしたり、凹形状にしたりすることで、ワッシャの弾性変形を活用して両者を密着させることが出来る。また、ワッシャ50の弾性を得る為に、ワッシャ50の基本的な形状を螺旋状として成る所謂スプリングワッシャ状や皿バネ状としても好い。
また、本第一実施形態のピストンロッド10は、端部12cの途中、詳細にはロッド側連携領域35と雄ねじ部13の境界に溝(くびれ)を設ける場合を例示したが、本発明はこれに限定されない。ロッド側連携領域35と雄ねじ部13が溝を介さずに連続している構造も好ましく、ピストンロッド10の強度を高めることが可能となる。また、本体部12aと端部12cの境界に段部20を形成する場合を示したが、本発明はこれに限定されず、本体部12aと端部12cを同一径で連続するようにしてもよい。
更に、第一実施形態の補助係合機構Bの応用として、図7(A)に示すように、ピストンロッド10のロッド側連携領域17として、端部12cの周囲の複数個所(ここでは2カ所)に、ロッド側当接部23Aを形成しても良い。図7(B)に示すように、ピストンロッド10のロッド側連携領域17として、端部12cの周囲から半径方向外側に向かってに凸となるような突起23Bを形成しても良い。図7(C)に示すように、ピストンロッド10のロッド側連携領域17として、端部12cを断面多角形23C(ここでは六角形)にしても良い。更に図7(D)に示すように、ピストンロッド10のロッド側連携領域17として、端部12cを断面楕円形状23Dにしてもよい。いずれも「断面非正円」形状となる。この際、特に図示しないが、ワッシャ50の挿入孔52も、これらに対応した相似形にすることが好ましいが、両者が周方向に係合できる条件であれば、両者を相似形状にする必要はない。
なお、上記第一実施形態では、雌ねじ体を構成する部材をピストン100とし、連携部材側をワッシャ50とする構造を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば図8(A)に示す反転例のように、図1において連携部材(ワッシャ)として機能する部材をピストン50とし、図1でピストンとして機能していた部材を雌ねじ体(ナット)100とすることも可能である。この場合は、ピストン(連携部材)50の半径を、雌ねじ体100よりも大きくする。
また、本構造の場合、図8(B)に示すように、ピストンロッド10に凸状の位置決め用テーパ面11を形成すると共に、ピストン50として機能する連携部材に、凹状の位置決め用テーパ面51を形成し、両者を当接させることが好ましい。この結果、雌ねじ体100でピストン50を締め付けることで、位置決め用テーパ面11、51を押し付け合うようにすれば、ピストン50とピストンロッド10の軸心を高精度に一致させることができるようになる。なお、位置決め用テーパ面11、51の間に内側シールリング12を介在させて油の漏れを抑制しても良い。
ここでは図示しないが、連携部材(ワッシャ)50と雌ねじ体100の半径サイズを略同じにして、両者共にピストンとして機能させることも可能である。以下、第二実施形態以降も同様に、連携部材と雌ねじ体のいずれか一方がピストンとなる事例を紹介するが、その反対も適宜選択できることを先に述べておく。
次に図9及び図10を参照して、第二実施形態に係るピストンの締結構造を説明する。なお、第一実施形態と同一又は類似する構造又は部材については説明を省略する。
図10(A)に示すように、ピストンロッド10には、雄ねじ部13と重なるようにロッド側連携領域17が形成される。このロッド側連携領域17は、軸方向から視た場合に、ねじ山の頂点に沿って形成される断面正円形の一部の円弧が、その弦に沿って省略(又はカット)されたような形状となっており、この弦の部分がロッド側当接部23となる。即ち、ねじ山の一部が軸方向に連なるよう省略されることで、半径方向に対して直角且つ半径方向外側に向いた仮想平面Pが構成され、この仮想平面Pがロッド側当接部23となる。従って、ロッド側連携領域17の最小半径17Yは、雄ねじ部13の最大半径13Xより小さく設定される。
更に本実施形態では、ロッド側当接部23の軸方向の周囲に、ねじ山の谷底13aが残存している。結果、ピストン100と螺合する機能は残存していることになる。具体的には、ロッド側当接部23において、ねじ山の高さの3分の2を上限として省略することが好ましく、より好ましくは、ねじ山の高さの2分の1を上限として省略する。従って、ロッド側連携領域17の最小半径(最小距離)17Yは、雄ねじ部13の軸心からの最小半径(谷底半径)13Yより大きくなる。本実施形態では、周方向の23度の位相差となる三か所に、ロッド側当接部23が形成される。
図10(B)に示すように、ワッシャ50におけるピストンロッドを挿通させ得る挿入孔52は、軸方向から視た場合に非正円形となっている。挿入孔52は、ねじの軸心に対して同心の部分円弧形状となっており、残部を弦のように直線状に切り落としたような形状となっているので、この弦がワッシャ側当接部53となる。なお、本実施形態では、周方向の23度の位相差となる三か所にワッシャ側当接部53が形成される。ワッシャ側当接部53が、ロッド側連携領域17のロッド側当接部23と当接することで、互いに周方向に係合して補助係合機構Bを構成する。
以上の通り、第二実施形態のピストンの締結構造によれば、図9で示すように、ワッシャ50の挿入孔52と、ピストンロッド10の雄ねじ部13に重畳的に形成されるロッド側連携領域17の間に補助係合機構Bを構成できる。従って、ロッド側連携領域17が存在する範囲内であれば、ワッシャ50との係合位置を自在に変更できるので、ワッシャ50の軸方向寸法を変更するだけで、ピストン10の固定値位置を調整できる。なお、ワッシャ50とピストンロッド10の段部20の間にスリーブを介在させても良く、その場合は、スリーブの軸方向寸法を変更するだけで、ピストン10の固定値位置を調整できる。更にここでは、ロッド側連携領域17のロッド側当接部23において、ねじ山の谷底を可能な限り残存させているので、ピストン100との締結力の低下は、殆ど生じないようになっている。
なお、本第二実施形態のピストンロッド10は、本体部12aにロッド側連携領域17を設けない場合を例示したが、本体部12aの断面形状を、ロッド側連携領域17と略一致させることによって、このロッド側連携領域17を本体部12aまで拡張することも可能である。勿論、本体部12a自体を無くすことも可能である。
図11に第二実施形態の他の変形例を示す。図11(A)に示すように、雄ねじ部13と重畳形成されるロッド側連携領域17において、軸方向から視た場合に、ねじ山の頂点が凹状に省略されたロッド側当接部23が形成される。より詳しくは、ロッド側当接部23はねじ山の頂点がV字形状に凹んで構成されており、周方向に十二か所、等間隔で形成される。なお、ロッド側当接部23の軸心からの最小距離(凹みの底部)17Yは、雄ねじ部13の最大半径13Xより小さく、且つ、雄ねじ部13の最小半径(谷底半径)30bYより大きく設定される。
従って、図11(B)に示すように、ピストンロッド10に組み付けられるワッシャ50の挿入孔52も、ロッド側連携領域17と相似形となるように、半径方向内側に凸状となるワッシャ側当接部53が周方向に十二か所、等間隔で形成される。結果、ワッシャ50とピストンロッド10を周方向に係合させることができる。
なお、第二実施形態では、雄ねじ部13に形成されるロッド側連携領域17において、ロッド側当接部23の軸心からの最小距離17Yが、雄ねじ部13の最小半径(谷底半径)30bYより大きく設定される場合を例示しているが、本発明はこれに限定されない。例えば図12(A)に示すように、雄ねじ部13において、ねじ山の谷底部よりも深い軸方向溝を形成し、これをロッド側当接部23とすることもできる。結果、ロッド側当接部23の軸心からの最小距離17Yは、雄ねじ部13の最小半径(谷底半径)より小さくなる。この場合は、雄ねじ部13のねじ山が、谷底を含めて部分的に省略される結果となる。ワッシャ50の挿入孔52にも、半径方向内向きに凸となるワッシャ側当接部53を形成し、その軸心からの最小距離を雄ねじ部13の最小半径(谷底半径、すなわち谷の径)より小さくする。結果、ワッシャ側当接部53とロッド側当接部23の周方向の係合寸法を大きくすることが可能となる。
また、第一及び第二実施形態では、ワッシャ50とピストン100に傾斜面(テーパ面)を形成して、両者を当接させる場合を例示したが、本発明はこれに限定されず、例えば図12(B)に示すように、ワッシャ50とピストン100の双方に円筒面を形成し、ワッシャ50の円筒面に第一受部側凹凸64を形成し、ピストン100の円筒面に雌ねじ側凹凸104を形成することで、互いに周方向に係合させても良い。
更に第一及び第二実施形態では、ピストンロッド10が段部20を有する場合を例示しているが、本発明はこれに限定されない。例えば第一実施形態の応用として図13に示すように、連携部材(ワッシャ)側をピストン50とし、このピストン50を、一対の雌ねじ体100、100で両側から挟み込むように締結することも可能である。この際、ピストン50の両側に、第一係合機構Aとなる一対の受部60を形成しておき、各受部60、60を、雌ねじ体100の雌ねじ側座部102と係合させる。このようにすると、両側に配置される雌ねじ体100、100が、ピストン50に形成される受部60、60の存在によって、ピストンロッド10に対して緩み方向に相対回転することが防止される。
更に第二実施形態の応用として図14に示すように、連携部材(ワッシャ)側をピストン50とし、このピストン50を、一対の雌ねじ体100、100で両側から挟み込むように締結することも可能である。ピストンロッド10には、段部20を省略してそこに雄ねじ部13を形成し、この雄ねじ部13と重なるようにロッド側連携領域17を形成する。ピストン50の両側に、第一係合機構Aとなる一対の受部60を形成しておき、各受部60、60を、雌ねじ体100の雌ねじ側座部102と係合させる。このようにすると、両側に配置される雌ねじ体100、100が、ピストン50に形成される受部60、60の存在によって、ピストンロッド10に対して緩み方向に相対回転することが防止される。
なお、この図13及び図14の思想は、連携部材側をピストンとし、ピストンをピストンロッド上の任意の場所で固定することを実現しているが、連携部材をピストンにすることなく、両側の雌ねじ体の一方をピストンとすることも可能である。例えば図15に示すように、両側に受部60、60を有する連携部材(ワッシャ)50に対して、一方側から雌ねじ体を兼ねるピストン100Aを締結し、他方側からは雌ねじ体100Bを締結すれば、ピストン100A、連携部材50、雌ねじ体100Bの3部材を任意の場所で固定できる。
更に図15のピストンの締結構造の変形例となる図16の構造のように、ワッシャ50において、雌ねじ体100Bの多角形周面、または座部102と反対側の平面まで回り込むようなアーム58を形成し、このアーム58と雌ねじ体100Bを周方向に係合させて係合機構Aを構成することも好ましい。
次に、図17及び図18を参照して第三実施形態のピストンの締結構造を説明する。なお、この第三実施形態は、第二実施形態の図11で示したピストンの締結構造の応用となっており、これらと同一又は類似する部材については説明を省略する。このピストンの締結構造は、ワッシャ(連携部材)50の機能をピストン100に一体的に設けることで、独立したワッシャ(連携部材)50を省略可能にすることを特徴としている。
図18に示すように、ピストン100は、雄ねじ部13と螺合する雌ねじ部106aを有する挿入孔100aにおいて、軸方向から視て断面非正円形となる雌ねじ側連携領域106bが形成される。この雌ねじ側連携領域106bは、ピストン100の座部102の反対側に軸方向にリング状に飛び出して設けられているが、座部102側に設けても良く、また雌ねじ部106aと重畳するように形成しても良い。
雌ねじ側連携領域106bは、挿入孔100aの内周面に、半径方向内側に凸状となる雌ねじ側当接部108が、周方向に十二か所、等間隔で形成される。結果、雌ねじ側当接部108は、ピストンロッド10の雄ねじ部13に凹んで形成されるロッド側当接部23と周方向に係合させることができる。既に述べたように、雌ねじ側当接部108は、ピストン100の座部102の反対側に軸方向に突出して肉薄に設けられており、半径方向外側に弾性変形できるようにしている。ピストンロッド10とピストン100を所望の力で相対回転させることで、ピストン側当接部108が外側に弾性変形して、ロッド側当接部23との周方向の係合を解除することができる。
従って、図17に示すように、ピストンロッド10の段部20とピストン100の間に位置決め用のスリーブ18を配置しておき、ピストンロッド10に対してピストン100を所望の力で締まる方向に付勢すれば、ロッド側当接部23と雌ねじ当接部108が係合と解除を繰り返しながら、相対回転を許容できるので、ピストン100を雄ねじ部の途中の場所で固定できる。より望ましくは、ロッド側当接部23と雌ねじ側当接部108の少なくとも一方の形状を鋸刃形状にすることで、締め付け方向の回転は許容し、緩み方向の回転は規制する所謂ラチェット機構として作用させる。
第一乃至第三実施形態では、ロッド側連携領域17のロッド側当接部23が、軸方向に直線的に伸びる場合を主に例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば図19(A)及び(B)に示すように、ロッド側当接部23を、軸方向に対して螺旋状に傾斜して形成することも好ましい。この際、ロッド側当接部23の螺旋方向は、雄ねじ部のねじ山の螺旋方向と同じであり、且つ、そのリードは、雄ねじ部のリードより大きく設定することが望ましい。結果、雌ねじ体が緩み方向に回転する際に、連携部材(例えばワッシャ)が雌ねじ体(例えばピストン)と連れ回りすると、リードの相違によって連携部材が雌ねじ体に押し付けられるので、第一係合機構Aが一層強固に係合して緩みを防止できる。
また、第一乃至第三実施形態では、ピストン100の周面に形成される溝に、ピストンリング90が嵌合される場合を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば図20(A)に示すように、ピストン100の外周面において、その途中からワッシャ50側の端面まで連続する小径部201を形成して、ピストンリング90を挿入しても良い。この小径部201は、ピストン100の外周面よりも小径となり、そこに形成される段差によりピストンリング90が位置決めされる。ピストンリング90の軸方向寸法は、小径部201の軸方向寸法より多少大きく設定されており、ピストンリング90が、ピストン100からワッシャ50側に微小に突出する。ワッシャ50は、直径が小径部201よりも大きく設定される。従って、ワッシャ50とピストン100を締結すると、ワッシャ50端面がピストンリング90に当接して、ピストンリング90が固定される。即ち、ピストンリング90は、ピストン100とワッシャ50によって挟持される。
以上の結果、従来のようにシール材料を弾性変形させながら嵌合設置する場合と比較して、ピストンリング90を簡単に組み立てることが可能となる。それに伴い、ピストンリング90の弾性変形を考慮する必要が無くなるので、高剛性、高耐摩耗性の材料を選定することが可能となる。なお、図20(B)に示すように、ピストンリング90の内周面をテーパ面90a、90bにして、密封性能を高めることもできる。この場合は、ピストン100及び/又はワッシャ50の外周面に、ピストンリング90の内周面をテーパ90a、90bと対向するテーパ面203、55aを形成すれば良い。ピストン100とワッシャ50の挟持力を利用して、ピストンリング90のテーパ面90a、90bと、ピストン100及び/又はワッシャ50のテーパ面203、55aを密着及び位置決めさせることができる。
更に、第一実施形態の図8(B)で示す変形例では、ピストンロッド10の軸部12の位置決め用テーパ面11と、ピストン50のテーパ面51の間に、内側シールリング12を介在させる場合を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば図21に示すように、ピストンロッド10の本体部12aに内側シールリング12を設置し、この内側シールリング12の外周に位置決め用テーパ面11を形成することも可能である。なお、内側シールリング12は、段部21に当接させることで軸方向に位置決めされる。結果、ピストン50として機能する連携部材の位置決め用テーパ面51と、内側シールリング12の位置決め用テーパ面11を密着させることで、ピストン50の軸方向の位置決めを行うと同時に、油の漏れを抑制できる。この際、雌ねじ体100の締結力を調整すれば、両位置決め用テーパ面11、51の密着程度も適宜変更できる。なお、本構造においても、ピストン50として機能する連携部材の外周面において、その途中から、雄ねじ体100側の端面まで連続する小径部55を形成して、ピストンリング90を挿入しても良い。小径部55は、同外周面よりも小径となり、そこに形成される段差にピストンリング90が位置決めされる。雄ねじ体100の直径を小径部55よりも大きく設定することで、雄ねじ体100端面がピストンリング90に当接して、ピストンリング90が固定されるようにする。即ち、ピストンリング90は、ピストン50として機能する連携部材と、雄ねじ体100によって挟持させることができる。
また、上記実施形態では、主として、連携部材(ワッシャ)のワッシャ側当接部が周方向内側に凹状となる場合を例示しているが、周方向内側に凸状となっていてもよい。
更に上記実施形態の雌ねじ体は、主として、一般的な六角ナットの場合を例示したが、本発明はこれに限定されず、例えばフランジ付ナットを採用することができる。フランジによって連携部材(ワッシャ)との係合面積を広くすることができる。
更にまた、上記実施形態では、ピストンの連結構造を油圧シリンダに適用する事例を紹介したが、本発明はこれに限定されず、水圧シリンダ、エアシリンダ、各種ダンパなど、ピストンに適宜の流体の圧力を付与したり、受圧させたりすることで所望の運動を得るあらゆる直動システムの他、流体の圧力の代わりに、コイルスプリング等の弾性部材による付勢力で弾性的な直動を得るシステムにも適用可能である。
本発明の実施例は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、本発明のピストンには、表裏面に貫通した小孔を設けてオリフィスとし、外部からの直動ロッドへの入力を、チューブ内部に収容した粘性流体の小孔通過流動によって減衰させるように作用させる構成とすることも出来る。
本発明によれば、簡便な構造によって、ピストンロッドからのピストンの離脱を確実に防止することが可能となる。
10 ピストンロッド
12 軸部
12a 本体部
12c 端部
13 雄ねじ部
17 ロッド側連携領域
20 段部
23 ロッド側当接部
23X 雄ねじ側当接領域
23Y 雄ねじ側当接領域
50 連携部材(ワッシャ,ピストン)
52 挿入孔
60 第一受部
64 第一受部側凹凸
70 第二受部
53 ワッシャ側当接部
53X 第一ワッシャ側当接領域
53Y 第二ワッシャ側当接領域
100 雌ねじ体(ピストン)
100a 挿入孔
106a 雌ねじ部
106b 雌ねじ側連携領域
102 雌ねじ側座部
104 ねじ体側凹凸
105 小径部
108 雌ねじ側当接部

Claims (19)

  1. 雄ねじ部を有する軸部において、軸方向から視て断面非正円形となるロッド側連携領域が形成されることを特徴とする直動ロッド。
  2. 前記ロッド側連携領域が、前記雄ねじ部と重なるように形成されることを特徴とする請求項1に記載の直動ロッド。
  3. 前記雄ねじ部におけるねじ山の一部が省略された形状とすることで、前記ロッド側連携領域が、前記雄ねじ部と重なるように形成されることを特徴とする請求項2に記載の直動ロッド。
  4. 前記ロッド側連携領域が、前記雄ねじ部よりも基端側に形成されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の直動ロッド。
  5. 前記基部における前記ロッド側連携領域の軸心からの最大距離が、前記雄ねじ部の軸心からの最大距離よりも大きくなることを特徴とする請求項4に記載の直動ロッド。
  6. 前記基部における前記ロッド側連携領域の軸心からの最小距離が、前記雄ねじ部の軸心からの最大距離よりも大きくなることを特徴とする請求項4又は5に記載の直動ロッド。
  7. 前記ロッド側連携領域が、前記軸部に挿入される連携部材と周方向に係合することを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の直動ロッド。
  8. 前記ロッド側連携領域が、螺旋状に形成されることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の直動ロッド。
  9. 直動ロッドの雄ねじ部を挿通させ得る挿入孔が形成される連携部材であって、前記挿入孔が非正円形となっており、かつ、前記直動ロッドと螺合する雌ねじ体と周方向に係合する係合機構を有することを特徴とする連携部材。
  10. 前記係合機構は、周方向に複数の凹凸を有することを特徴とする請求項9に記載の連携部材。
  11. 前記雌ねじ体に対する前記係合機構は、軸方向の両表面にそれぞれ形成されることを特徴とする請求項9又は10に記載の連携部材。
  12. ピストンであることを特徴とする請求項9乃至11のいずれかに記載の連携部材。
  13. 雌ねじ部を有する挿入孔において、軸方向から視て断面非正円形となる雌ねじ側連携領域が形成されることを特徴とするピストン。
  14. 前記雌ねじ側連携領域の軸心からの最小距離は、前記雌ねじ部の軸心からの最小距離よりも大きくなることを特徴とする請求項13に記載のピストン。
  15. 前記雌ねじ側連携領域は、直動ロッドの軸部と周方向に係合することを特徴とする請求項13又は14に記載のピストン。
  16. 前記雌ねじ側連携領域は、半径方向に弾性変形可能となっていることを特徴とする請求項13乃至15のいずれかに記載のピストン。
  17. 雄ねじ部を有する軸部において、軸方向から視て断面非正円形となるロッド側連携領域が形成される直動ロッドと、
    前記直動ロッドと螺合する雌ねじ体と
    前記雄ねじ部を挿通させ得る挿入孔が形成される連携部材であって、前記挿入孔が非正円形となることで前記ロッド側連携領域と周方向に係合し、かつ、前記雌ねじ体と周方向に係合する係合機構を有することを特徴とする連携部材と、を備え、
    前記連携部材及び前記雌ねじ体の少なくともいずれかがピストンである
    ことを特徴とするピストン締結構造。
  18. 前記連携部材は、前記雌ねじ体との前記係合機構を、軸方向の両表面にそれぞれ有しており、
    前記雌ねじ体が前記連携部材の軸方向の両側に配置されることで、該雌ねじ体が前記連携部材と周方向に係合する
    ことを特徴とする請求項17に記載のピストン締結構造。
  19. 雄ねじ部を有する軸部において、軸方向から視て断面非正円形となるロッド側連携領域が形成される直動ロッドと、
    前記雄ねじ部と螺合する雌ねじ部を有する挿入孔において、軸方向から視て断面非正円形となる雌ねじ側連携領域が形成されるピストンと、を備え、
    前記ロッド側連携領域と前記雌ねじ側連携領域は、外力による相対回転を許容しつつ、互いに周方向に係合する構造となっている
    ことを特徴とするピストン締結構造。
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