JP4067509B2 - 固定装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば流体圧シリンダにおけるピストンとロッドとを固定するための固定装置に関する。

従来より、種々の機械装置における駆動源として、油圧シリンダ、空気圧シリンダなどの流体圧シリンダがしばしば用いられている。流体圧シリンダは、シリンダチューブ内に供給された流体圧がピストンに作用し、ピストンがそれと一体化されたロッド（ピストンロッド）とともに直線移動するものである。

さて、流体圧シリンダにおいて、ピストンとロッドとの一体化は、ねじ結合やかしめ結合によって行われている。

すなわち、それらの一体化のために、例えば、ピストンの中心部にネジ穴を設け、そのネジ穴にロッドの端部に設けた雄ネジをねじ込んで締めつける。

また、ピストンの中心部に穴を設け、外周面にＶ字形の周溝を設けたロッドをその穴に挿通し、ピストンの端面に設けた薄板部分を周溝の中に入り込むようにかしめて固定する（特許文献１〜２）。

また、ピストン自体を塑性変形させ、その内周面の一部がロッドの周溝の中に入り込むようにかしめて固定する方法（メタルフロー）もある。
実開平４−８８７０５号 実開昭５８−１２６５７２号

しかし、ピストンとロッドとをねじ結合によって一体化するには、それらのねじを形成するための加工工程、およびねじ込んで締め付ける工程などが必要である。さらに、ねじの緩みを防止するために、接着剤の使用、セットネジの使用、またはかしめ加工の追加などが必要である。したがって、多くの労力を要するため、コスト高の要因となる。

また、ピストンに薄板部分を設けてこれをかしめて周溝の中に押し込む方法の場合は、ピストンに薄板部分を設けるための加工作業に労力を要するとともに、薄板部分がピストンの一部であることから、薄板部分の形状、寸法、位置、材質などが、必ずしもかしめのために最良ではなく、かしめ作業が容易ではない。

メタルフローの方法による場合には、ピストンの全体を塑性変形させるために大きな力を必要とし、したがってピストンの組み立てのために大掛かりな装置を必要とする。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、圧入またはかしめのための作業が容易であり、コスト高になることなくピストンとロッドとを固定することのできる固定装置を提供することを目的とする。

本発明に係る固定装置は、ピストン部材と前記ピストン部材に設けられた穴に挿入されたロッド部材とを固定する固定装置であって、前記ロッド部材の外周面に環状溝が設けられており、前記ピストン部材の前記穴の周面に一方の端面に開口する凹部が設けられ、前記凹部は、前記環状溝に対向する位置で前記端面から内部に向かう方向に径小となるテーパ面を有しており、前記環状溝は、前記テーパ面に対向する部分が、前記テーパ面とほぼ平行なテーパ底面に形成されており、テーパ面を有しない平板部を有する環状の係止部材が、前記凹部の前記端面の開口部から軸方向に挿入され且つ圧入されることにより、前記平板部が前記テーパ面に沿って内周側に塑性変形して前記テーパ面と前記テーパ底面との間に入り込んでなる。

また、前記凹部は、前記開口部と前記テーパ面との間に、前記テーパ面の最大径よりも大きい径の内周面と軸心に垂直な奥端面とを有した収納凹部を有し、前記係止部材は、その一部が前記環状溝と前記テーパ面との間に挿入され、残りの部分が前記収納凹部に挿入されてなる。

また、前記係止部材には、前記奥端面に当接してそれ以上の挿入を阻止するための凸部が設けられてなる。

また、前記ロッド部材には、前記環状溝よりも軸方向の外方において第２の環状溝が設けられており、前記係止部材の外側の端部が内周側に塑性変形して前記第２の環状溝に入り込んでなる。

本発明によると、圧入またはかしめのための作業が容易であり、コスト高になることなくピストン部材とロッド部材とを固定することができる。

〔第１の実施形態〕
図１は本発明に係る固定装置ＫＳを備えた流体圧シリンダ１の要部の断面図、図２は固定装置ＫＳの要部を拡大して示す断面図、図３は係止リング２１の使用前の状態の一部を示す断面図である。

図１において、流体圧シリンダ１は、シリンダチューブ１１、ピストン１２、ロッド１３、および図示しないヘッドカバー、ロッドカバーなどからなる。これらは、鋼材などの金属材料からなる。しかし一部が合成樹脂によって製作されていてもよい。

ピストン１２は、シリンダチューブ１１の内周面を摺動する。ピストン１２とロッド１３とは固定装置ＫＳによって一体化されており、シリンダチューブ１１の内部のシリンダ室に供給される圧流体によって図の左右方向（軸方向）に一体で往復駆動する。これにともなって、ロッド１３は、図示しないヘッドカバーを密に貫通して摺動し、外部の負荷に推力を与える。

ピストン１２には、その中央部に穴３１が設けられ、穴３１にロッド１３が挿入されている。穴３１の内周面に、ピストン１２の両側の端面にそれぞれ開口する凹部３２，３３が設けられている。これら２つの凹部３２，３３は、互いに同じ形状であるので、以降においては主として一方の凹部３２についてのみ説明する。

ピストン１２の外周面にはパッキン溝３４が設けられ、そこにパッキン３５が装着されている。

また、ロッド１３の外周面には、左右非対称ではあるが略Ｖ字形状を有した２つの環状溝４１，４２が形成されている。図２に示すように、環状溝４１は、長テーパ底面４１１および短テーパ底面４１２からなっている。ロッド１３の環状溝４１，４２の間にはパッキン溝４３が設けられ、そこにパッキン４４が装着されている。

図２を参照して、凹部３２は、ロッド１３の環状溝４１に対向する位置において、端面から内部に向かう方向に径小となるテーパ面３２４を有している。テーパ面３２４は、軸心に対して３０度以下の鋭角を有しており、後述するように係止リング２１を圧入するときに係止リング２１に中心方向への強い力を与えるようになっている。このテーパ面３２４と長テーパ底面４１１とは、互いにほぼ平行である。

また、凹部３２には、その開口部とテーパ面３２４との間に、テーパ面３２４の最大径よりも大きい径の内周面３２１、軸心に垂直な奥端面３２２、および、テーパ面３２４の最大径から連続する内周面３２３が形成されている。凹部３２の内周面３２１と奥端面３２２とで囲まれる部分は、収納凹部３２ａとなっている。

さて、各凹部３２，３３から各環状溝４１，４２にかけて、係止リング２１，２２が挿入され、かつ圧入されている。これら２つの係止リング２１，２２は互いに同じ形状であるので、以降においては主として一方の係止リング２１についてのみ説明する。

図３に示すように、係止リング２１は、炭素鋼、ステンレス鋼などの金属材料によって環状に形成されている。係止リング２１は、その断面において、矩形状の平板部２１１と、平板部２１１の外周面から突出した凸部２１２とを有する。平板部２１１は、圧入時に曲がり易いように薄く形成されている。しかし、圧入された後において、充分な強度を有する程度の寸法に設定されている。

なお、本実施形態では、係止リング２１は切れ目のない環状であるが、周方向の１ヵ所において切れ目が設けられていてもよい。

図２に示すように、係止リング２１は、環状溝４１内に圧入されることによって、テーパ面３２４に沿って内周側に塑性変形し、テーパ面３２４と長テーパ底面４１１との間に入り込む。すなわち、圧入によって、係止リング２１の平板部２１１の先端部の側がテーパ面３２４によって軸心の方向に強く押され、これによって内周側に変形して環状溝４１に食い込む。

係止リング２１の残りの部分、つまり凸部２１２が設けられた部分は、凸部２１２の端面が奥端面３２２に当接して、収納凹部３２ａに挿入された状態となる。つまり、凸部２１２は、奥端面３２２に当接してそれ以上の挿入を阻止する働きをする。

結局、係止リング２１は、圧入によって凹部３２および環状溝４１に押し込まれ、その軸方向の中央部付近から先端部側において内周面側にテーパ状に曲がった状態、全体形状で言うと凸部２１２の設けられていない側の径がテーパ状に収縮した状態となる。

なお、係止リング２１の圧入に際して、ロッド１３の外径を越える内径と内周面３２１の内径以下の外径を有するリング状の治具（図５を参照）を準備し、その治具を係止リング２１の頭部２１３に当接させ、プレスで押すか、ハンマーなどの適当な工具で叩けばよい。

図１に示すように、ピストン１２は、ロッド１３に対し、左右の凹部３２，３３から環状溝４１，４２にかけて、２つの係止リング２１，２２によって左右のいずれの方向にも係止するように固定されているから、これらは完全に一体化される。

本実施形態によると、２つの係止リング２１，２２によってかしめられて固定されるから、固定力が強く、流体圧シリンダ１として充分な強度に組み立てられる。かしめのための作業が容易であり、構造が簡単であるから低コストである。

また、係止リング２１，２２が凹部３２，３３に完全に収容され、ピストン１２の外部に突出しないので、固定装置ＫＳに不測の力が加わることなく、固定力が永年にわたって安定する。しかも、外部の部品やパッキンなどを傷つけることがない。

因みに、従来のメタルフローの方法と比べて、小さな力で係止リング２１を塑性変形させることができ、簡単な治具で容易に圧入しかしめることができる。
〔第２の実施形態〕
次に、第２の実施形態の流体圧シリンダ１Ｂについて説明する。

図４は本発明に係る第２の実施形態の固定装置ＫＳＢを備えた流体圧シリンダ１Ｂの要部の断面図である。

図４において、ピストン１２Ｂには、上に述べたピストン１２に設けた凹部３２よりも深さの深い１つの凹部３２Ｂが設けられている。ロッド１３Ｂには、凹部３２Ｂに対応した位置に、２つの環状溝４１Ｂ，４２Ｂが接近して設けられている。

そして、上に述べた２つの係止リング２１，２２を連結して一体化したような形状の１つの係止リング２１Ｂが用いられる。係止リング２１Ｂは、凹部３２Ｂから挿入され、平板部の手前側の端面を押して圧入される。これにより、平板部の先端部の側がテーパ面３２４と同じテーパ面によって軸心の方向に強く押され、内周側に変形して環状溝４１Ｂに食い込む。

その後、係止リング２１Ｂの平板部の手前側の外周面をテーパ治具によって押すことにより、その部分は内周側へ塑性変形し、環状溝４２Ｂに食い込む。

これにより、ピストン１２Ｂは、ロッド１３Ｂに対し、１つの係止リング２１Ｂによって左右のいずれの方向にも係止するように固定される。

第２の実施形態によると、さらに部品点数が少なくて済み、圧入も１回でよいので、さらに低コストとなる。
〔第３の実施形態〕
次に、第３の実施形態の流体圧シリンダ１Ｃについて説明する。

図５は本発明に係る第３の実施形態の固定装置ＫＳＣを備えた流体圧シリンダ１Ｃの要部の断面図、図６は第３の実施形態の固定装置ＫＳＣに用いられる係止リング２１Ｃを示す図である。

図５において、ロッド１３Ｃには、その外周面に装着溝４５が設けられ、装着溝４５には外周面に雄ねじが設けられた２つ割りのリング状のネジ部材４６，４７が装着されている。ネジ部材４６，４７は、ピン４８などによってロッド１３Ｃの周りに回転しないように係止されている。

ピストン１２Ｃの穴３１Ｃには、雌ねじが設けられており、この雌ねじがネジ部材４６，４７の雄ねじに螺合して締め付けられる。そして、ピストン１２Ｃに設けられた凹部３２Ｃとロッド１３Ｃに設けられた環状溝４１Ｃとにわたって、係止リング２１Ｃが挿入され、圧入される。

係止リング２１Ｃは、圧入前は、図６（Ａ）に示すように、断面が矩形の平板状であり、圧入後は、図６（Ｂ）に示すように、軸方向の先端部側の半分程度が内周面側に塑性変形する。

図５において、上側の半分は係止リング２１Ｃを凹部３２Ｃに挿入した状態で、圧入前の状態を示し、下側の半分は係止リング２１Ｃを圧入した後の状態を示す。図５には、圧入に用いられる治具ＪＧ１，２も同時に示されている。

図５に示すように、係止リング２１Ｃは、凹部３２Ｃおよび環状溝４１Ｃに圧入され、その先端部の側がテーパ面３２４と同じテーパ面によって軸心の方向に強く押され、内周側に変形して環状溝４１Ｃに食い込んでいる。

第３の実施形態によると、ピストン１２Ｃとロッド１３Ｃとは、ねじ結合と係止リング２１Ｃによるかしめとの両方によって固定されているから、固定力が一層強く、信頼性が高い。

なお、図５において、ロッド１３Ｃが短く描かれているが、通常の流体圧シリンダ１Ｃに用いるように長くてよいことはもちろんである。

上に述べた実施形態において、係止リング２１，２１Ｂ，２１Ｃ、２２の形状、寸法、材質、個数などは、上に述べた以外の種々のものを採用することができる。その他、固定装置ＫＳ，ＫＳＢ，ＫＳＣまたは流体圧シリンダ１，１Ｂ，１Ｃの全体または各部の構造、形状、寸法、個数、材質などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。

本発明は、ピストンとロッド以外の種々の部材の結合、連結、または固定に適用することができる。

流体圧シリンダにおけるピストンとロッドとを固定するために利用される。

本発明に係る固定装置を備えた流体圧シリンダの要部の断面図である。 固定装置の要部を拡大して示す断面図である。 係止リングの使用前の状態の一部を示す断面図である。 本発明に係る第２の実施形態の流体圧シリンダの要部の断面図である。 本発明に係る第３の実施形態の流体圧シリンダの要部の断面図である。 第３の実施形態の固定装置に用いられる係止リングを示す図である。

符号の説明

１，１Ｂ，１Ｃ 流体圧シリンダ
１２ ピストン（ピストン部材）
１３ ロッド（ロッド部材）
２１ 係止リング（係止部材）
３１ 穴
３２，３３ 凹部
３２ａ 収納凹部
４１，４２ 環状溝
２１２ 凸部
３２１ 内周面
３２２ 奥端面
３２４ テーパ面
４１１ 長テーパ底面（テーパ底面）
２１Ｂ 係止リング（係止部材）
３２Ｂ 凹部
４１Ｂ 環状溝
４２Ｂ 環状溝（第２の環状溝）
２１Ｃ 係止リング（係止部材）
３１Ｃ 穴
３２Ｃ 凹部
４１Ｃ 環状溝
ＫＳ，ＫＳＢ，ＫＳＣ 固定装置

Claims (4)

1. ピストン部材と前記ピストン部材に設けられた穴に挿入されたロッド部材とを固定する固定装置であって、
   前記ロッド部材の外周面に環状溝が設けられており、
   前記ピストン部材の前記穴の周面に一方の端面に開口する凹部が設けられ、
   前記凹部は、前記環状溝に対向する位置で前記端面から内部に向かう方向に径小となるテーパ面を有しており、
   前記環状溝は、前記テーパ面に対向する部分が、前記テーパ面とほぼ平行なテーパ底面に形成されており、
   テーパ面を有しない平板部を有する環状の係止部材が、前記凹部の前記端面の開口部から軸方向に挿入され且つ圧入されることにより、前記平板部が前記テーパ面に沿って内周側に塑性変形して前記テーパ面と前記テーパ底面との間に入り込んでなる、
   ことを特徴とする固定装置。
2. 前記凹部は、前記開口部と前記テーパ面との間に、前記テーパ面の最大径よりも大きい径の内周面と軸心に垂直な奥端面とを有した収納凹部を有し、
   前記係止部材は、その一部が前記環状溝と前記テーパ面との間に挿入され、残りの部分が前記収納凹部に挿入されてなる、
   請求項１記載の固定装置。
3. 前記係止部材には、前記奥端面に当接してそれ以上の挿入を阻止するための凸部が設けられてなる、
   請求項２記載の固定装置。
4. 前記ロッド部材には、前記環状溝よりも軸方向の外方において第２の環状溝が設けられており、
   前記係止部材の外側の端部が内周側に塑性変形して前記第２の環状溝に入り込んでなる、
   請求項１ないし３のいずれかに記載の固定装置。