JP3342494B2 - シリンダチューブ連結用のクロージャ要素を有するねじ締結式の圧力作動される作動シリンダ - Google Patents

シリンダチューブ連結用のクロージャ要素を有するねじ締結式の圧力作動される作動シリンダ

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JP3342494B2
JP3342494B2 JP52803297A JP52803297A JP3342494B2 JP 3342494 B2 JP3342494 B2 JP 3342494B2 JP 52803297 A JP52803297 A JP 52803297A JP 52803297 A JP52803297 A JP 52803297A JP 3342494 B2 JP3342494 B2 JP 3342494B2
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    • F15B15/14—Characterised by the construction of the motor unit of the straight-cylinder type
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、シリンダチューブとねじ締結するクロージ
ャ要素を有する圧力作動シリンダであって、圧力媒体と
して流動媒体（液体、気体）を利用する流体エネルギ伝
動装置の分野において、機構の並進運動を生じさせるた
め使用できる圧力作動シリンダに関するものである。
ドイツ特許DE・OS1921543に従って、ねじ締結式の圧
力媒体で作動される圧力作動シリンダであって、１個の
ピストンを受容し得るシリンダチューブが下端または頭
端にクロージャ要素を設けられ、該クロージャ要素が前
記シリンダチューブの外ねじ山に対してねじ締結され、
そして内ねじ山に配置されたリングシールを経由する漏
れを防ぐように固く閉じられている圧力作動シリンダが
知られている。
さらに、ヨーロッパ特許EP0601736A1に従って、クロ
ージャ要素を担持するねじ山がシリンダチューブの内殻
内に配置され、そして封止要素によって封止が達成され
る圧力作動シリンダも知られている。一方、シリンダチ
ューブ内ねじ山、またはシリンダチューブ外ねじ山、を
有するねじ締結式圧力作動シリンダであって、シリンダ
チューブのリングフェースに配置される、またはドイツ
特許DE3517137A1に記載されるように、案内クロージャ
要素のフェースシールとして配置される、エラストマシ
ールによって封止が達成される圧力作動シリンダも実施
されている。
既知のねじ締結式圧力作動シリンダはすべて常にエラ
ストマ封止要素の挿入によってシリンダチューブの封止
を達成している。
これら実施態様においては、高圧範囲で発生する故障
の頻繁性と、それに加えて製作に要する複雑な、従って
高費用の金属切削作業が欠点とされる。
圧力媒体で作動されるリニアモータは、高度に進歩し
た製造技術を必要とし、したがってその製作には高い費
用を伴う。やはり、それらは特に侵食的高圧範囲内にお
いては、単に限定された程度に使用され得る。もし圧力
作動シリンダの構成部品がそれらを侵食性媒体に耐える
ようにするためコーティングされるならば、接続要素の
製作費が追加され、そのような要素もまた高圧物質の作
用によって頻繁に故障する傾向を免れない。
既知の技術的解決手段は、圧力作動シリンダの個々の
構成部品を製作するため高度に熟練した要員を必要と
し、したがって既知の技術的解決手段のための製作費は
高い。
提案された本解決手段は、前記諸欠点を有しないか
ら、前記限られた適用分野に対比して卓越している。
本発明の目的は、ねじ締結式の圧力媒体で作動される
圧力作動シリンダであって、たとえ侵食性気体によって
も、高圧範囲内で確実な封止性能を以て作動し、経済的
に生産され得そして、主として非切削製作技術を使用し
て容易に製作され、そしてこれらから生じるいくつかの
利点を有する圧力作動シリンダを開発することである。
本発明に従って、前記諸問題は請求項１に開示される
特徴によって解決される。有利なさらなる実施形式が従
属請求項から引き出され得る。
本発明の前記利点は、圧力作動シリンダが高圧域内で
も故障しがちでないことである。その製作は比較的複雑
でなく、そして製作のために高費用の切削作業が必要と
されない。
さらに、前記圧力作動シリンダは侵食性媒体で作動で
き、好適な材料が選択されている場合、得られる耐性に
よって、圧力作動シリンダをコーティングする必要が生
じない。圧力作動シリンダをねじ・圧力式結合部品とし
て形成する結果として、高費用の溶接結合は回避され、
そして摩耗した個々の構成部品の交換は困難を伴うこと
なしに遂行され得る。封止面の非切削製作の結果として
比較的高い表面圧力が封止面において得られる。構成部
品の製作と組立は容易であり、そして特別に訓練されて
いない未経験要員によって遂行され得る。
図１は、本発明によるねじ締結式の圧力媒体で作動さ
れる圧力作動シリンダの断面図。
図２は、封止領域“X"の詳細図。
図３は、本発明による圧力作動シリンダの別の実施例
の図２と同じ封止領域の詳細図。
図４から図７は本発明の圧力作動シリンダのシリンダ
チューブの断面図。
図１に、ねじ締結式の圧力媒体で作動される圧力作動
シリンダ１であって，案内クロージャ要素２と、基底ク
ロージャ要素３と、シリンダチューブ４と、ピストンロ
ッド６を有する差動ピストン５から構成される圧力作動
シリンダが示される。
ピストンロッド６を封止するためワイパシール７と案
内シール８とが設けられている。ねじ山対９の封止は、
シリンダチューブ４に対する案内クロージャ要素２およ
び基底クロージャ要素３のねじ締結の結果としての、面
取りシリンダチューブ封止面12に対する案内クロージャ
要素封止面10または基底クロージャ要素封止面11の強力
な軸方向圧力によって達成される。なお、前記ねじ山対
９は、シリンダチューブ４の外ねじ山9.1と案内クロー
ジャ要素２の内ねじ山9.2から構成されている。
ねじ締結式の媒体作動される圧力作動シリンダ１の作
動は、作動シリンダ受圧連結部13と作動シリンダ排気連
結部14とを通じて既知の方式で達成される。
図２は図１の封止領域“X"の部分をより詳細に示して
おり、そこにおいて案内クロージャ要素２は自由空間1
5、中空空間16、案内封止面10およびねじ山隙間空間17
と関連しており、そして、そこにおいてシリンダチュー
ブ４はシリンダチューブ封止面12とフェースリング面18
から構成されており、そこにおいて案内クロージャ要素
２は案内クロージャ要素封止面10を通じて、そして、ね
じ山対９を通じてシリンダチューブと作動的に結合して
いる。
作動状態下で適正な封止を達成するために、圧力は、
案内クロージャ要素封止面10、基底クロージャ要素封止
面11（図示せず−図１を参照せよ）およびシリンダチュ
ーブ封止面12が、基底クロージャ封止面11から、そし
て、シリンダチューブ封止面12から分離することなし
に、材料の格子結合における軸方向および半径方向滑り
変位に追随できるように十分高く維持される。
前記構成要素が完全にねじ締結されるのに必要な力を
発生させるため、自由空間15が用意されている。ここで
前記シリンダチューブ４のフェースリング面18は中空空
間16に突入し、該空間はまた低粘度接着剤を受容するの
にも好適であり、また、ねじ山対９のねじ山隙間空間17
も前記低粘度接着剤19を塗布され得る。
ねじ山対９、案内クロージャ要素封止面10、基底クロ
ージャ要素封止面11（図示せず−図１を見よ）およびシ
リンダチューブ封止面12は、基底クロージャ要素封止面
11とシリンダチューブ封止面12とにおける高領域圧力の
達成を可能にする非切削成形によって製作される。
図３は交換可能のインサート20とねじ山対９とを介し
て案内クロージャ要素２と作動的に結合しているシリン
ダチューブ４を示しており、そこでは低粘度接着剤19が
ねじ山隙間空間17に注入され得る。
図４に、内側に配置されたねじ山21と内側チューブ封
止面22とを備えたシリンダチューブ４が示される。
図５に、内側に配置されたねじ山21とシリンダチュー
ブ封止面12とを備えたシリンダチューブ４が示される。
図６に、内側ケーシング封止面22を有する外ねじ山9.
1を備えたシリンダチューブ４が示される。
図７に、外ねじ山9.1とシリンダチューブ封止面12と
を有するシリンダチューブ４が示され、そこで外ねじ山
9.1は逃げ溝23を設けられている。
この解決手段の理由は、圧力作動シリンダ１の案内ク
ロージャ要素２と基底クロージャ要素３が、６゜から12
゜の傾斜の面取り部分をその端に設けられたシリンダチ
ューブ４に対し完全にねじ締結され、シリンダチューブ
封止面と前記案内クロージャ要素封止面が同じ面取りに
されていて、シリンダチューブ４の面取り部分が案内ク
ロージャ要素封止面10と基底クロージャ要素封止面11に
接触して案内クロージャ要素２と基底クロージャ要素３
の中に圧し入れられ、そしてねじ運動させられるクロー
ジャ要素と関係するシリンダチューブに及ぼされる軸方
向同心圧力が極めて大きく、したがって圧力作動シリン
ダ内の内部圧力の効果によって作動時に生じる力の減少
が互いに圧接する材料の弾性領域内での作動を保証し続
けることにある。
前記クロージャの封止を保証する残留圧力を得るため
に、前記弾性領域は偏倚されてはならない。
圧力にさらされる構成要素はその金属組成が特定用途
の要求に適していなくてはならない金属合金から製作さ
れる。
基本的に、図４から図７に示された本発明の４つの互
いに異なる実施形式が可能である。
これら異なる実施形式のおのおのは、案内クロージャ
要素２および基底クロージャ要素３に、交換可能のイン
サート20として、案内クロージャ要素封止面10及び基底
クロージャ要素封止面11を形成することが可能であり、
したがってこの可能性の数だけ可能実施形式の変形が増
す。これら実施可能変形は個々の場合の一機能として現
れる固有の利点を常に有する。
ねじ・圧力締結要素としての作動シリンダ１のそのよ
うな形式は、高い費用を要する溶接結合部を不必要に
し、そして、また、諸要素の好適材料と共同して、他の
圧力媒体の容易な展開を可能にする。
圧力要素の主要部品の非切削成形の適用はまた望まし
くない切欠応力集中を防止する。
これに関して諸要素の材料の機械的特性の変化は、冷
間成形によって生じる材料における結晶変化の結果とし
て、こわさが増し、そして、ふくれが縮小するから有利
である。
本解決手段おいて、開示された該方法の製作工程によ
って生じる前記効果は材料の削減を助ける。案内クロー
ジャ要素封止面10、基底クロージャ要素封止面11、シリ
ンダチューブ封止面12およびチューブ内側封止面22の付
近におけるこわさの増加は、面積当たりの圧力の増加を
可能にし、その結果としてこれら封止面の半径方向のふ
くれにおける封止面積が減縮され得る。
諸要素のために使用される製作工程に対する本解決手
段の依存度は、作動条件下での力作用によって左右され
る。
したがって、案内クロージャ要素封止面10、基底クロ
ージャ要素封止面11、シリンダチューブ封止面12および
チューブ内側封止面22に及ぼされる垂直力は大きくされ
なくてはならないが、この封止面の付近におけるふくれ
は、この封止領域内で互いに摺動する諸要素の軸方向お
よび半径方向摺動変位を最小限に限定するために、小さ
くされなくてはならない。
しかし、少なくとも前記圧力要素に対する前記ねじ山
および前記封止面のローリング仕上げによるこれら封止
面10;11;12;22の付近における圧力に影響される諸要素
の非切削成形は、そのようにして形成された要素が、格
子変位によって、非切削成形を施されていない圧力要素
の隣接正規結晶構造よりも伸びが小さいという効果を有
する。
このことは、全所望伸びが使用された材料の弾性領域
内で生じるが、こわさ特性がここに開示された封止過程
を支援するという結果を生じる。
封止面におけるふくれとして現れる形状変化の効果
は、下記等式によって既知様式で限定され得る； ここで符号は下記の意味を有する： Ep＝ねじ締付けによって封止面に及ぼされる加えた力 lo＝圧力過程に関連する諸要素の全長 E ＝縦弾性係数 A ＝８度傾いた被圧リング領域（位置10;11;12;20;2
2） φ＝加えた力の方向への形状変化 案内クロージャ要素封止面10、基底クロージャ要素封
止面11、シリンダチューブ封止面12およびチューブ内側
封止面22のローリング仕上げで依然として残る微小表面
輪郭は、これら輪郭内に生じる漏洩流が接触封止面10;1
1;12;22における圧力より高い圧力にさらされる場合
は、封止性能を損なうおそれがある。
したがって、ねじ山締結の結果として案内クロージャ
要素封止面10、基底クロージャ要素封止面11、シリンダ
チューブ封止面12およびチューブ内側封止面22に作用す
る力は、下記の計算された関係を満たさなくてはならな
い。
Fp≧［Dk＋２（ｓ−２）2x 0,785］pBxυ ここで符号は下記の意味を有する： pB＝作動圧力 Dk＝作動シリンダのピストン直径 s ＝シリンダチューブの壁厚さ υ＝安全率 したがって、弾性領域内における、対応する関係は下
記等式によって定義され得る： ねじ締結された部品のゆるみを防止するため、すべて
の実施できる各種変形は、ねじ山隙間17および軸方向に
進入するシリンダチューブ４を入れるための空間15内
に、低粘度接着剤19を注入され得る。
堅固な気密ねじ締結を保証するために、中空空間16は
シリンダチューブ４を受容するための適切な軸方向隙間
を設けられている。
封止面の非切削成形は下記の条件を満たす： Rz0,4μｍ ０℃から200℃までの温度範囲にわたってシールレス
連結に好適である材料の縦弾性係数は、60〜250×103N/
mm2±本値の10％の範囲内である。
ここで負荷限度は、使用材料の特性に依存しつつ、こ
こに開示された解決手段の場合、200N/mm2と1050N/mm2
の間である被使用材料の弾性限度によって決定される。
本解決手段のために前記原理が固守されることを確実
ならしめるため前記負荷を前記制限値内に維持すること
が絶対的に必要である。
ここで下記方程式が適用される： 上式において： −ε＝負伸び率 Ｅ＝縦弾性係数 ｌ＝ふくれの長さ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−85482（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−220513（ＪＰ，Ａ) 実開 昭56−39604（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−161072（ＪＰ，Ｕ) 西独国特許出願公開1675299（ＤＥ, Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F15B 15/00 - 15/28 F16J 1/00 - 1/24 F16J 7/00 - 10/04

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ピストン（５）を受け入れるシリンダチュ
    ーブ（４）と、該シリンダチューブ（４）の一端部に設
    けられた、ピストンロッド（６）を案内する案内クロー
    ジャ要素（２）と、該シリンダチューブ（４）の他端部
    に設けられた基底クロージャ要素（３）とを含む圧力作
    動シリンダにおいて、 ６゜から12゜の傾斜を有する面取りされた封止面（10,1
    1,12,22）が前記クロージャ要素（2,3）と前記シリンダ
    チューブ（４）の端部に設けられており、 前記面取りされた封止面（10,11,12,22）の近くに、ね
    じ山（9,9.1,9.2,21）が前記クロージャ要素（2,3）と
    前記シリンダチューブ（４）の前記端部に設けられてお
    り、 前記面取りされた封止面（10,11,12,22）を含む前記ク
    ロージャ要素（2,3）と前記シリンダチューブ（４）の
    前記端部の部分が、60×103N/mm2から250×103N/mm2±1
    0％の範囲の縦弾性係数と、０℃から200℃の温度範囲で
    200N/mm2から1050N/mm2の範囲の弾性限度を有している
    材料によって作られており、 それにより、前記ねじ山（9,9.1,9.2,21）によって前記
    クロージャ要素（2,3）が前記シリンダチューブ（４）
    の前記端部にねじ止めされた時、前記クロージャ要素
    （2,3）の前記面取りされた封止面（10,11）と前記シリ
    ンダチューブ（４）の端部の前記面取りされた封止面
    （12,22）が、互いに押しつけられ、前記クロージャ要
    素（2,3）と前記シリンダチューブ（４）の端部間の流
    体漏れを防止するように相互作用することを特徴とる圧
    力作動シリンダ。
  2. 【請求項２】請求項１に記載の圧力作動シリンダにおい
    て、前記シリンダチューブ（４）の端部の前記面取りさ
    れた封止面（12,22）は前記シリンダチューブ（４）の
    内面又は外面に位置している圧力作動シリンダ。
  3. 【請求項３】請求項１に記載の圧力作動シリンダにおい
    て、前記クロージャ要素（2,3）上の前記面取りされた
    封止面（10,11）は前記クロージャ要素（2,3）に挿入さ
    れたインサート（20）によって提供されている圧力作動
    シリンダ。
  4. 【請求項４】請求項１に記載の圧力作動シリンダにおい
    て、前記シリンダチューブ（４）の端部の前記面取りさ
    れた封止面と前記ねじ山（9.1）との間に溝（23）が設
    けられている圧力作動シリンダ。
  5. 【請求項５】請求項１又は３に記載の圧力作動シリンダ
    において、前記クロージャ要素（2,3）上の前記面取り
    された封止面（10,11）の一方の側に自由空間（15）が
    設けられ、他方の側に中空空間（16）が設けられている
    圧力作動シリンダ。
  6. 【請求項６】請求項１から５のいずれか１項に記載の圧
    力作動シリンダにおいて、前記面取りされた封止面（1
    0,11,12,22）は0.4ミクロンを越えない表面粗さを有し
    ている圧力作動シリンダ。
  7. 【請求項７】請求項１から６のいずれか１項に記載の圧
    力作動シリンダにおいて、前記面取りされた封止面（1
    0,11,12,22）と前記ねじ山（9,9.1,9.2,21）は非切削加
    工によって作られている圧力作動シリンダ。
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