JP3556338B2 - シリンダジョイント - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エアシリンダ、油圧シリンダ等の流体圧シリンダと被駆動装置との接続に際し使用されるシリンダジョイントに関し、特に、エアクランプ等ロッドガイドを使用する空気圧駆動装置の接続部材として適用して有効な技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、エアクランプやエアプレス、スライドテーブル、テーブル上下機構等、流体圧シリンダの一種であるエアシリンダを用いた空気圧駆動装置においては、図３に示すように、エアシリンダ５のシリンダロッド３と被駆動装置４との接続にシリンダジョイント１が多く用いられている。この場合シリンダジョイント１は、空気圧駆動装置６における装置間の接続部材であり、その心ずれ調整機構により、軸心合わせや平行度合わせを容易ならしめている。
【０００３】
ここで、エアシリンダ５においては、シリンダロッド３のクリアランスや曲がり、加工誤差等により、シリンダロッド３の先端位置に出没時でずれを生じることも少なくない。このようにシリンダロッド先端位置が不安定な場合、位置決め精度を要求されるような装置にエアシリンダ５を単体で使用することは難しい。また、ずれに伴うシリンダロッド３の傾きにより、シリンダ内においてピストンが傾き、シリンダストロークを十分に使用できない場合もある。さらに、ピストンの作動速度も影響を受ける。そこで、空気圧駆動装置６では、図４に示すようなロッドガイド２を用い、シリンダロッド３の先端位置を規制してエアシリンダ５の精度を補う構成とすることが行われる。
【０００４】
しかしながら、この場合、シリンダロッド３と被駆動装置４とを強固に接続すると、シリンダロッド３をロッドガイド２とシリンダロッド３の基部の３点で支持する構造となるため、先端位置のずれが大きいとシリンダロッド３を引き戻せないという事態が生じる場合がある。また、作動してもシリンダ内やシリンダロッドが摩耗したり、ロッドガイドのブッシュが損傷するなどの弊害を生じる。そのため、このような場合、シリンダロッド３と被駆動装置４との接続には、多少の心ずれが生じても吸収し得る、いわゆるたわみ軸継手のような役割を果たすシリンダジョイント１が広く用いられている。
【０００５】
図５は、従来用いられてきたシリンダジョイントの構成を示す断面図である。このシリンダジョイント１は、シリンダロッド３が接続される金属製のソケット部１１と、被駆動装置４が接続される金属製のスタット部１２により、エアシリンダ５と被駆動装置４との間に取り付けられる。ここで、スタット部１２には、その一端部側に球面状の摺動部１３が設けられており、ジョイントケース１４およびソケット部１１に設けられた金属製のリング１５によって保持されている。また、ジョイントケース１４のスタット部１２側には、スタット部１２に対してクリアランスＣが設けられている。なお、ジョイントケース１４のスタット部１２側にはＮＢＲ（ブタジエン−アクリルニトリルゴム）等の合成ゴム製のダストシール３１が設けられている。
【０００６】
このような構成を持つ従来のシリンダジョイント１は、図５に一点鎖線で示したように、摺動部１３がリング１５上を摺動することにより、スタット部１２がクリアランスＣの範囲内において変位することができる。従って、このシリンダジョイント１によれば、シリンダロッド２の先端部に多少の位置ずれが生じても、摺動部１３の働きによってスタット部１２が傾き、そのずれを適宜吸収することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のシリンダジョイントにあっては、構成全体をほとんど金属によって形成していることから、製造コストが高く、かつ全体重量が重いという問題があった。特に、心ずれ調整のための機構が機械部品の結合によるものであるため、各部品毎に精密な寸法管理を要し、組み立て工数は勿論のこと、部品管理、製品管理の点で非常に多くの工数を要していた。
【０００８】
また、金属同士が摺動する部分が大きくかつその部分に荷重が加わることから、金属摩耗粉が多く発生するのみならず、ケース外側にも発塵し、使用環境が悪化するという問題もあった。さらに、金属摺動部分へ潤滑材を相当量充填しなければならず、コスト引き上げの一因ともなっていた。
【０００９】
本発明の目的は、製造コストが安くかつ金属摩耗粉の出ないシリンダジョイントを提供することにある。
【００１０】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【００１２】
すなわち、本発明のシリンダジョイントは、弾性部材によりジョイントケースを形成し、その一端側に金属製のソケット部を、また他端側に金属製のスタット部をそれぞれジョイントケースと一体に成形して構成する。ここで、ソケット部は、シリンダロッドの軸方向にソケット部全長を貫通する貫通孔と、径方向に突出して形成されジョイントケース内に固定される抜け止め用のフランジ部とを有する。この貫通孔には、シリンダロッドと接続されるシリンダロッド結合部と、シリンダロッド結合部の被駆動装置側に形成したシリンダロッド結合部より小径の雌ネジ部が設けられている。また、スタット部は、被駆動装置と接続される被駆動装置結合部と、径方向に突出して形成されジョイントケース内に固定される抜け止め用のフランジ部とを有する。一方、ジョイントケースの内部には、貫通孔と連通してソケット部端面とスタット部端面との間に空隙部を形成する。そして、貫通孔のソケット部側に押ネジ部材を配設する。この押ネジ部材は、ソケット部材貫通孔の雌ネジ部と螺合する雄ネジ部と、スタット部側に空隙部より小径に形成されその端部が空隙部内に突出してスタット部のソケット部側端面と当接する当接部とを有する。
【００１３】
ここで、この当接部は、雄ネジ部を貫通孔の雌ネジ部にねじ込むことにより空隙部内に突出して行きスタット部のソケット部側端面に接近する。従って、押ネジ部材をねじ込むことにより当接部をスタット部の端面と当接させることができる。また、当接部をスタット部の端面と当接させず適宜クリアランスを設けて設定するともでき、この場合には、ジョイントケースが圧縮されて縮むことにより当接部とスタット部の端面が当接する。
【００１４】
また、本発明のシリンダジョイントでは、押ネジ部の当接部先端を球状に形成しても良い。
【００１５】
さらに、ジョイントケースを高分子化合物により形成しても良く、その場合、高分子化合物をゴムとすることもできる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明にかかるシリンダジョイントの構成を示す断面図、図２はそれを空気圧駆動装置６に適用した状態を示す説明図である。本発明のシリンダジョイント１は、ジョイントケース１４を弾性体により形成して、製造コストが安くかつ金属摩耗粉（かす）の出ない構成としたものである。なお、従来のシリンダジョイントと用途、機能において共通する部分については図５に示したものと同じ符号を用いる。
【００１７】
本シリンダジョイント１は、大略すると、ソケット部１１と、スタット部１２と、ジョイントケース１４と、空隙部１６と、押ネジ部材１７とから構成されている。また、本シリンダジョイント１は、図２に示すように、従来のシリンダジョイントと同様、ソケット部１１とスタット部１２によりシリンダロッド３および被駆動装置４と接続される。
【００１８】
ここで、ソケット部１１は、内部に貫通孔２１を有すると共に、その被駆動装置４側の端部に抜け止め用のフランジ２２（フランジ部）が径方向に突出形成された金属製の部材である。このソケット部１１は、ジョイントケース１４と一体にインサート成形され、フランジ２２によりジョイントケース１４内に拘束される。一方、貫通孔２１のシリンダロッド３側には、シリンダロッド結合部として、シリンダロッド３の端部に形成された雄ネジ（図示せず）と螺合する雌ネジ部２３が形成されている。また、貫通孔２１にはさらに、この雌ネジ部２３の奥（スタット部１２側）に雌ネジ部２３より小径の雌ネジ部２４が形成されている。
【００１９】
次に、スタット部１２は、被駆動装置結合部として、被駆動装置４と接続するための雄ネジ部２５が形成されると共に、そのシリンダロッド３側の端部に抜け止め用のフランジ２６（フランジ部）が径方向に突出形成された金属製の部材である。このスタット部１２もジョイントケース１４と一体にインサート成形され、フランジ２６によりジョイントケース１４内に拘束される。
【００２０】
ジョイントケース１４は、ゴムや合成樹脂等の高分子化合物からなる弾性体から形成された部材であり、ソケット部１１およびスタット部１２と共に一体成形される。通常このジョイントケース１４は、ゴムにより円筒状に形成されるが、その材質、形状はゴムや円筒状には限らず、例えば直方体状であっても差し支えない。また、ゴムとしてはＮＢＲやＳＢＲ（ブタジエン−スチレンゴム）、シリコンゴム等が用いられ、発泡性のゴムを用いても良い。このような弾性部材のジョイントケース１４を用いると、心ずれ調整機構に従来のような精密な部品結合が不要となり、製品寸法管理に要する工数が非常に軽減される。
【００２１】
なお、従来よりゴムのカバーを有するシリンダジョイントが存在したが、これはダストカバーとしてゴムカバーを用いているに過ぎず、本発明のようにその弾性作用を活用したものとは本質的に異なる発想のものである。
【００２２】
空隙部１６は、ジョイントケース１４の内部に、ソケット部１１とスタット部１２との間に設けられた円筒状の空間で、貫通孔２１の被駆動装置４側の端部よりスタット部１２のソケット部側の端面２７まで、貫通孔２１と連通して形成されている。この空隙部１６は、ジョイントケース１４の成形時に、貫通孔２１に棒状部材（図示せず）を挿入して形成する。すなわち、まずソケット部１１の貫通孔２１に予め雌ネジ部２４の内径と略同一径の棒状部材を挿入しておく。次に成形型に棒状部材と共にソケット部１１をセットし、同時にスタット部１２をセットする。そして、棒状部材の端面をスタット部１２の端面２７に当接させた状態でジョイントケース１４を成形し、成形後にこの棒状部材を抜き取る。これにより、棒状部材の抜けた後に空隙部１６が形成されることになる。
【００２３】
押ネジ部材１７は、貫通孔のソケット部１１側に配設される金属製の部材である。この押ネジ部材１７は、ソケット部１１の雌ネジ部２４と螺合する雄ネジ部２８と、スタット部１２側に空隙部１６より小径に形成された当接部２９とを有する。この当接部２９は、雄ネジ部２８を雌ネジ部２４にねじ込むことによりその端部がスタット部１２の端面２７と当接するようになっており、略半球状に形成されている。また、その当接部２９とは反対側の端部には、押ネジ部材１７をねじ込む際に用いるすり割り３０が設けられている。なお、このすり割り３０は、十字穴や六角穴とすることもできる。また、押ネジ部材１７をねじ込むに際しては、ネジのゆるみ防止や空隙部１６の密封のため、いわゆるネジロック等のゆるみ止め用接着剤やシールテープを用いることもできる。
【００２４】
次に本発明に係るシリンダジョイント１の作用について説明する。
【００２５】
ここでは、シリンダジョイント１を空気圧駆動装置６に取り付けるところから説明する。まず、本発明のシリンダジョイント１にあっては、その取り付けに先立ち予め押ネジ部材１７の設定を行っておく。すなわち、押ネジ部材１７を雌ネジ部２４にねじ込み、その当接部２９がスタット部１２の端面２７に当接するか、あるいは若干の隙間を残した位置に設定する。そして、その設定後シリンダロッド３および被駆動装置４に本シリンダジョイント１を取り付ける。ここで、シリンダロッド３への取り付けは、シリンダロッド３の端部に形成された雄ネジ（図示せず）をソケット部１１の雌ネジ部２３にねじ込み、ロックナットをかけることにより行う。また、被駆動装置４へは、スタット部１２の雄ネジ部２５により取り付ける。この場合の取り付け方法としては、被駆動装置側に設けたバカ穴に挿入してナットをかける方法や、被駆動装置の雌ネジ部に直接ねじ込む方法など、被駆動装置側の状況に応じて種々の方法を採用することができる。
【００２６】
このように空気圧駆動装置６にシリンダジョイント１を取り付けた後、エアシリンダ５に圧縮空気を送り込むことにより、シリンダロッド３に出没に伴い被駆動装置４が移動する。
【００２７】
本実施の形態ではまず、シリンダロッド３が押し出され、被駆動装置４を図２において左側に移動させようとする場合について考える。
【００２８】
この場合、図１からわかるように、シリンダロッド３の動きは、その端部に取り付けられているソケット部１１に直接伝達される。また、それと同時に、ソケット部１１内に取り付けられた押ネジ部材１７にもその動きが伝達される。このとき押ネジ部材１７は、図上左側に移動しようとし、その当接部２９がスタット部１２の端面２７を押圧する。なお、当接部２９と端面２７に若干隙間をあけて押ネジ部材１７を設定した場合には、ジョイントケース１４の撓みに伴いそれらが当接する。
【００２９】
ここで、当接部２９は球状に形成されているため、当接部２９は端面２７と点接触する。従って、金属同士の接触面を極小に抑えることができ、摩耗粉の発生を最小限に抑えることができる。さらに、空隙１６を押ネジ部材１７によって密封する構造を採ることから、発生した摩耗粉もシリンダジョイント外に発塵せずクリーンな状況を保つことができる。
【００３０】
このように押ネジ部材１７がスタット部１２を押圧すると、スタット部１２は左側に押され、これに伴い被駆動装置４が左側に移動することになる。
【００３１】
次に、シリンダロッド３と被駆動装置４との間で心ずれを生じている場合を考える。この場合、ジョイントケース１４が弾性部材であることから、ジョイントケース１４が撓むことにより、スタット部１２は心ずれに応じた角度に傾くことができる。すなわち、スタット部１２は、図１に一点鎖線で示したように傾き、心ずれを吸収することができる。なお、このようにスタット部１２が傾いても、押ネジ部材１７の当接部２９が球状に形成されているため、スタット部１２の傾きに自在に追従することができ、端面２７との接触は常に点接触が保たれる。
【００３２】
一方、シリンダロッド３が引っ込む場合には、今度はソケット部１１が右側に引っ張られる。このとき、ソケット部１１はフランジ２２によりジョイントケース１４内に固定されており、ジョイントケース１４も同時に右側に引っ張られる。そのためスタット部１２のフランジ２６も引っ張り力を受けスタット部１２も右側に移動しようとする。しかしながら、スタット部１２は被駆動装置４に接続されているため、その移動負荷のためジョイントケース１４にも負荷が加わり、ジョイントケース１４が引き伸ばされる。この伸びと共にジョイントケース１４の弾性復元力が増加し、復元力と被駆動装置４のもたらす負荷が釣り合ったときスタット部１２が右側に移動し、被駆動装置４がシリンダロッド３の動きに追従して移動する。なお、この場合にも心ずれはジョイントケース１４の撓みによって吸収される。
【００３３】
このように、本発明のシリンダジョイント１では、ジョイントケース１４のゴムに圧縮力が加わる方向においては、金属同士の接触により力を伝達する。一方、引っ張り力が加わる方向ではゴムの弾性力を利用して力を伝達する。すなわち本発明は、圧縮方向の力に弱く、引っ張り方向の力に強いゴムの性質を十分把握した上で利用して軸接続を行うというものであり、単にゴムの弾性のみをもって心ずれを吸収するというものではない。
【００３４】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００３５】
たとえば、上述の実施の形態では押ネジ部材１７の当接部２９を半球状に形成した場合を説明したが、その形状はこれに限られず、凸面状や、平面状の端面周囲に面取りを施した形状等、端面２７と当接部２９とが滑らかに当接する形状であればどのような形状でも良い。
【００３６】
また、上述の実施形態では本シリンダジョイント１を、心ずれした２軸の接続に特に有用な接続部材として紹介したが、その用途はそれに限られず、ジョイントケース１４の弾性を活用した調心機能を有する接続部材として使用することも可能である。すなわち、例えば被駆動装置４側の軸を、ジョイントケース１４の復元力により、常にシリンダロッド３と同心にするように作動させることもできる。なお、このように使用する場合には、ジョイントケース１４の弾性力を増強するため、その内部にピアノ線や板バネ等の弾性部材を軸方向に沿った形でさらに埋め込むこともできる。
【００３７】
以上の説明では主として本発明者によってなされた発明をその利用分野である空気圧駆動装置に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、たとえば、油圧や電動の駆動装置の軸接続にも適用できる。
【００３８】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【００３９】
（１）ジョイントケースを弾性部材で形成し主要部品を一体成形したので、全金属製の製品に比べ製造コストを低減することができる。特に、部品相互の精密な寸法管理が不要となり、組み立て工数のみならず管理工数を大幅に削減できる。
【００４０】
（２）金属同士の接触部分を極小にしたため、金属摩耗粉の発生を少なくできる。
【００４１】
（３）金属同士の接触部分を密封構造としたことにより発塵を無くすことができる。従って、本シリンダジョイントをクリーンルームにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態のシリンダジョイントの構成を示す断面図である。
【図２】図１のシリンダジョイントを空気圧駆動装置に適用した状態を示す説明図である。
【図３】シリンダジョイントを用いた空気圧駆動装置の一例を示す斜視図である。
【図４】シリンダジョイントに加えロッドガイドを用いた空気圧駆動装置の一例を示す斜視図である。
【図５】従来のシリンダジョイントの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１ シリンダジョイント
２ ロッドガイド
３ シリンダロッド
４ 被駆動装置
５ エアシリンダ（流体圧シリンダ）
６ 空気圧駆動装置
１１ ソケット部
１２ スタット部
１３ 摺動部
１４ ジョイントケース
１５ リング
１６ 空隙部
１７ 押ネジ部材
２１ 貫通孔
２２ フランジ
２３ 雌ネジ部（シリンダロッド結合部）
２４ 雌ネジ部
２５ 雄ネジ部（被駆動装置結合部）
２６ フランジ
２７ 端面
２８ 雄ネジ部
２９ 当接部
３０ すり割り
３１ ダストシール
Ｃ クリアランス

Claims (4)

1. 流体圧シリンダのシリンダロッドと該流体圧シリンダによって駆動される被駆動装置との間を接続するシリンダジョイントであって、
   弾性部材により形成されたジョイントケースと、
   該ジョイントケースの一端側に前記ジョイントケースと一体に成形され、前記シリンダロッドの軸方向に全長を貫通する貫通孔と、径方向に突出して形成され前記ジョイントケース内に固定される抜け止め用のフランジ部とを有し、前記貫通孔に、前記シリンダロッドと接続されるシリンダロッド結合部と、該シリンダロッド結合部の前記被駆動装置側に形成した前記シリンダロッド結合部より小径の雌ネジ部とを設けた金属製のソケット部と、
   前記ジョイントケースの他端側に前記ジョイントケースと一体に成形され、前記被駆動装置と接続される被駆動装置結合部と、径方向に突出して形成され前記ジョイントケース内に固定される抜け止め用のフランジ部とを有する金属製のスタット部と、
   前記ジョイントケース内部に、前記貫通孔と連通して前記ソケット部端面と前記スタット部端面との間に形成された空隙部と、
   前記貫通孔内の前記ソケット部側に配設され、前記雌ネジ部と螺合する雄ネジ部と、前記スタット部側に前記空隙部より小径に形成されその端部が前記空隙部内に突出して前記スタット部のソケット部側端面と当接する当接部とを備えた押ネジ部材を有することを特徴とするシリンダジョイント。
2. 請求項１記載のシリンダジョイントであって、前記押ネジ部の当接部端部が球面状に形成されてなることを特徴とするシリンダジョイント。
3. 請求項１記載のシリンダジョイントであって、前記ジョイントケースが高分子化合物により形成されることを特徴とするシリンダジョイント。
4. 請求項３記載のシリンダジョイントであって、前記高分子化合物がゴムであることを特徴とするシリンダジョイント。

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