JP4530868B2 - Static pressure gas bearing and gas pressure actuator for piston drive mechanism - Google Patents
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Description
本発明は、ピストン及びシリンダを備えるピストン駆動機構の静圧気体軸受および気体圧アクチュエータに係り、特に気体圧によりピストン駆動機構の直進軸をハウジングに対して浮上支持する静圧気体軸受およびこの静圧気体軸受を備える気体圧アクチュエータに関する。 The present invention relates to a static pressure gas bearing and a gas pressure actuator of a piston drive mechanism including a piston and a cylinder, and more particularly to a static pressure gas bearing that floats and supports a straight shaft of a piston drive mechanism with respect to a housing by the gas pressure. The present invention relates to a gas pressure actuator including a gas bearing .
ピストン及びシリンダを備えるピストン駆動機構は、流体圧を用いるアクチュエータとして、様々な産業分野において利用されていることは周知の通りである。ピストンを駆動するための流体圧としては、油圧、蒸気圧のほか、乾燥空気や不活性ガス等の気体圧が用いられる。特に気体圧を用いる気体圧ピストン駆動機構は、油圧を用いるものに比べてコンタミネーションの問題が少なく、扱いやすい駆動機構として期待されており、例えば車両の動揺抑制に空気圧サーボシリンダが用いられることが特許文献1に記載されている。このピストン駆動機構において、駆動力を外部に取り出す直進軸は、シリンダを構成するハウジングとの間で軸受によって支持される。この支持軸受構造は、直進方向の摺動支持のためであるが、軸方向の移動により流体圧がもれないように工夫がなされ、例えば精密に仕上げ加工された面支持構造等が用いられる。 As is well known, a piston drive mechanism including a piston and a cylinder is used in various industrial fields as an actuator using fluid pressure. As the fluid pressure for driving the piston, in addition to hydraulic pressure and vapor pressure, gas pressure such as dry air or inert gas is used. In particular, a gas pressure piston drive mechanism using gas pressure is expected to be an easy-to-handle drive mechanism with less contamination problems than those using hydraulic pressure. For example, a pneumatic servo cylinder is used to suppress vehicle shaking. It is described in Patent Document 1. In this piston drive mechanism, the rectilinear shaft for taking out the driving force to the outside is supported by a bearing with the housing constituting the cylinder. This support bearing structure is for sliding support in the straight direction, but is devised so that fluid pressure is not released by movement in the axial direction. For example, a surface support structure that is precisely finished is used.
車両の動揺防止以外にも、気体圧を用いるピストン駆動機構の検討が行われている。例えば、引張圧縮試験機等の試験機においては、変位と荷重を正確にコントロールする必要があり、取り扱いの利便性等から気体圧を用いるピストン駆動機構が期待されている。 In addition to preventing the vehicle from shaking, a piston drive mechanism using gas pressure has been studied. For example, in a testing machine such as a tension / compression testing machine, it is necessary to accurately control displacement and load, and a piston driving mechanism using gas pressure is expected from the convenience of handling.
この場合において、直進軸とハウジングとの間の軸受にも気体軸受構造を採用することが考えられる。ピストン駆動にも軸受支持にも気体圧を用いれば、コンタミネーションの排除のほか、いっそう滑らかな動きとなり、例えば引張圧縮試験機等の試験機における精度向上が期待される。 In this case, it is conceivable to adopt a gas bearing structure for the bearing between the linear shaft and the housing. If gas pressure is used for both piston drive and bearing support, contamination will be eliminated and the movement will be smoother. For example, it is expected to improve accuracy in testing machines such as tensile and compression testing machines.
気体軸受構造は、直進軸とハウジングとの間の隙間に気体圧を供給し、その静圧によって直進軸をハウジングに対し浮上させるものである。したがって、直進軸とハウジングとの間に浮上圧以上の軸の径方向衝撃が加わると、直進軸がハウジングに衝突し、軸受構造の摺動面が損傷を受け、あるいは変形を生じて試験等のための動作を行うことが困難になる恐れがある。 In the gas bearing structure, gas pressure is supplied to a gap between the linear shaft and the housing, and the linear shaft is floated with respect to the housing by the static pressure. Therefore, when a radial impact of the shaft exceeding the levitation pressure is applied between the rectilinear shaft and the housing, the rectilinear shaft collides with the housing, and the sliding surface of the bearing structure is damaged or deformed to cause a test or the like. Therefore, it may be difficult to perform the operation.
本発明の目的は、ピストン駆動機構における径方向の衝撃に対する軸受摺動面の損傷の防止を可能とするピストン駆動機構の静圧気体軸受およびこの静圧気体軸受を備える気体圧アクチュエータを提供することである。 An object of the present invention is to provide a static pressure gas bearing of a piston drive mechanism and a gas pressure actuator including the static pressure gas bearing, which can prevent damage to a bearing sliding surface against a radial impact in the piston drive mechanism. It is.
本発明に係るピストン駆動機構の静圧気体軸受は、ピストン駆動機構の直進軸をハウジングに対して浮上支持する静圧気体軸受において、直進軸の気体受面及びハウジングの気体受壁に設けられる衝撃時バッファ用の固体又は液体の潤滑層と、気体受面又は気体受壁の少なくとも一方に設けられ、潤滑層の厚みよりも浅い深さと、潤滑層の厚みよりも小さい表面径とを有する微小くぼみの複数の潤滑剤溜と、を含むことを特徴とする。 The static pressure gas bearing of the piston drive mechanism according to the present invention is a static pressure gas bearing that floats and supports the linear shaft of the piston drive mechanism relative to the housing, and an impact provided on the gas receiving surface of the linear drive shaft and the gas receiving wall of the housing. A micro-indentation provided on at least one of a solid or liquid lubricating layer for buffering and a gas receiving surface or a gas receiving wall and having a depth shallower than the thickness of the lubricating layer and a surface diameter smaller than the thickness of the lubricating layer A plurality of lubricant reservoirs .
また、本発明に係るピストン駆動機構の静圧気体軸受において、ピストン駆動機構の直進軸を支持するハウジングの内面に軸方向に沿って設けられる浅溝であって、気体供給路から供給される気体を流して、直進軸をハウジングに対して浮上支持する浅溝表面絞りを含み、潤滑層は、浅溝表面絞りの表面を含むハウジングの気体受壁と、これに向かい合う直進軸の気体受面とに設けられることが好ましい。
Further, in the static pressure gas bearing of the piston drive mechanism according to the present invention , the gas supplied from the gas supply path is a shallow groove provided along the axial direction on the inner surface of the housing that supports the linear shaft of the piston drive mechanism. And a shallow groove surface restriction that floats and supports the rectilinear shaft relative to the housing. It is preferable to be provided .
また、潤滑層は、グリースを含んで構成されることが好ましい。また、潤滑層は、WPC処理による二硫化モリブデンを含んで構成されることが好ましい。
また、本発明に係る気体圧アクチュエータは、上記のピストン駆動機構の静圧気体軸受を備えることを特徴とする。
Moreover, it is preferable that the lubricating layer includes grease. Further, the lubricating layer is preferably configured to include molybdenum disulfide by WPC treatment.
A gas pressure actuator according to the present invention includes the static pressure gas bearing of the piston drive mechanism.
上記構成によれば、直進軸の気体受面及びハウジングの気体受壁に、衝撃時バッファ用の固体又は液体の潤滑層を設けるので、ピストン駆動機構における径方向の衝撃に対する軸受摺動面の損傷の防止を可能とする。通常、気体軸受は、微小隙間に精密に制御された気体圧を供給するため、清浄な気体、清浄な表面とされる。上記構成は、この一般的常識と異なり、潤滑層を設け、いわば管理された汚れ表面としたところ、気体軸受の機能を十分に発揮することが確認されたことに基づくものである。 According to the above configuration, since the solid or liquid lubricating layer for the shock buffer is provided on the gas receiving surface of the straight shaft and the gas receiving wall of the housing, the bearing sliding surface is damaged due to the radial shock in the piston drive mechanism. Can be prevented. Normally, the gas bearing is made of a clean gas and a clean surface in order to supply a precisely controlled gas pressure to the minute gap. Unlike the general common sense, the above-described configuration is based on the fact that a lubricating layer is provided, that is, a so-called controlled dirty surface, has been confirmed to sufficiently exhibit the function of the gas bearing.
また、気体受面又は気体受壁に微小くぼみの複数の潤滑剤溜を有するので、潤滑剤が微小くぼみに保持され、長期間に渡り衝撃時バッファの機能を発揮することができる。 In addition, since the gas receiving surface or the gas receiving wall has a plurality of lubricant reservoirs of minute recesses, the lubricant is held in the minute recesses, and the function of the buffer during impact can be exhibited for a long period of time.
また、潤滑層は、グリース、WPC処理による二硫化モリブデンを含むので、潤滑特性の知られた潤滑剤を用いることができる。
また、気体圧アクチュエータは、上記構成のピストン駆動機構の静圧気体軸受を備える。ここで、ピストン駆動機構の静圧気体軸受は、直進軸の気体受面及びハウジングの気体受壁に、衝撃時バッファ用の固体又は液体の潤滑層を設けるので、ピストン駆動機構における径方向の衝撃に対する軸受摺動面の損傷の防止を可能とする。
Moreover, since the lubricating layer contains grease and molybdenum disulfide by WPC treatment, a lubricant having a known lubricating property can be used.
The gas pressure actuator includes a static pressure gas bearing of the piston drive mechanism having the above-described configuration. Here, since the static pressure gas bearing of the piston drive mechanism is provided with a solid or liquid lubricating layer for a buffer at the time of impact on the gas receiving surface of the rectilinear shaft and the gas receiving wall of the housing, the radial shock in the piston drive mechanism It is possible to prevent the bearing sliding surface from being damaged.
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下では、引張圧縮試験機に用いられるピストン駆動機構の静圧気体軸受について説明するが、ピストン駆動機構の静圧気体軸受が適用される対象は、このような試験機以外でも、ピストン駆動機構の直進軸をハウジングに対して浮上支持させる装置であれば適用できる。たとえば、直進軸を静圧気体軸受で支持する一般的なアクチュエータであってもよい。また、以下の説明で用いる軸の寸法、潤滑層の厚み等の数値は一例であって、静圧気体軸受の機能である浮上支持が十分確保できる範囲であれば、それ以外の数値の組み合わせであってもよい。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Hereinafter, the static pressure gas bearing of the piston drive mechanism used in the tensile compression tester will be described. However, the object to which the static pressure gas bearing of the piston drive mechanism is applied is not limited to such a tester. Any device that floats and supports the rectilinear shaft relative to the housing can be applied. For example, it may be a general actuator that supports a straight shaft with a static pressure gas bearing. In addition, the numerical values such as the dimensions of the shaft and the thickness of the lubricating layer used in the following description are examples, and any combination of other numerical values can be used as long as the floating support that is a function of the static pressure gas bearing can be sufficiently secured. There may be.
図1は、静圧気体軸受100が用いられる引張圧縮試験機用のピストン駆動機構10の構成を示す図である。ピストン駆動機構10は、ピストンロッド12と、シリンダの機能を有するハウジング20と、制御された気体圧を供給する気体圧制御弁40とを含んで構成される。静圧気体軸受100は、ピストンロッド12がハウジング20に対し軸方向に移動可能に支持されるところに設けられる。また、気体圧制御弁40とハウジング20との間には、マニホールド30が設けられ、気体圧制御弁40によって制御された気体圧を制御気体流路32,34によりハウジング20の内部に導く。そして、ピストンロッド12の一方側の先端は荷重を検出するロードセル16を介して引張圧縮試験の対象物に接続され、他方側の先端にはピストンロッド12の軸方向の変位を検出する変位センサ50が設けられる。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a
ピストン駆動機構10において、ピストンロッド12は、フランジ部14を有し、ハウジング20の内部を前後気体室36,38に区切り、それぞれの気体室36,38に気体圧制御弁40より制御された気体圧が制御気体流路32,34を通って供給され、前後気体室36,38の気体圧の差によってフランジ部14が軸方向、すなわち図1に示すX方向に移動駆動される。このように、引張圧縮試験機に用いられるピストン駆動機構10は、気体圧によってピストンロッド12を軸方向に移動させ、ピストンロッド12の先端に設けられたロードセル16を介して図示されていない試験対象物に荷重を印加し、そのときの変位を測定することができる機能を有する。
In the
ピストンロッド12は、引張圧縮試験機における荷重軸の機能を有する細長い棒状の部材で、軸方向のほぼ中間部分に直径の大きいフランジ部14を有する。フランジ部14の外周はハウジング20の内周壁と摺動もしくは接触することがあるので、十分滑らかな表面処理及び必要に応じ適当な硬化処理を施されるのが好ましい。また、ピストンロッド12の両端はハウジング20に軸方向自在に支持されるが、その部分も同様に十分滑らかな表面処理及び必要に応じ適当な硬化処理を施されるのが好ましい。かかるピストンロッド12は、十分な機械的剛性を有する金属材料を加工し、必要な表面処理等を施して得ることができる。例えば高張力ジュラルミン、高張力ステンレス鋼や工具鋼等の材料をフランジ付き円柱に加工し、表面硬化処理、表面研摩処理、潤滑めっき処理等を施して用いることができる。
The
ピストンロッド12の一方側の先端には、上記のように、荷重を検出するロードセル16が取り付けられる。ロードセル16は例えば歪みゲージ等を設けた荷重台を用いることができる。また、上記のように、ピストンロッド12の他方側の先端には変位センサ50が設けられる。変位センサ50は差動変圧器方式のものを用いることができる。すなわち、ピストンロッド12の他方側の先端の一部を延ばして軟磁性体プローブ52を取り付け、これと協働するトランス巻線54をハウジング20側に設ける。軟磁性体プローブ52は、ピストンロッド12と一体として軸方向に移動し、トランス巻線54の空洞部への挿入長さに応じた信号がトランス巻線54から出力され、この信号を処理してピストンロッド12の軸方向変位を検出できる。変位センサ50としては、その他に光学式、磁気式等、一般に用いられる方式のものを用いてもよい。
As described above, the
ロードセル16及び変位センサ50の出力は、そのまま引張圧縮試験機の荷重−変位データとして用いられるとともに、図示されていない引張圧縮試験機の制御部にフィードバックされ、気体圧制御弁40の制御データとして用いられる。
The outputs of the
ハウジング20は、ピストンロッド12のフランジ部14を内部に収容し、ピストンロッド12の両端を外部に突き出させ、軸方向自在に案内支持する機能を有する一応気密の筐体である。ここで一応気密とは、ピストンロッド12が径方向の衝撃を受ける等で軸方向に異常に傾くときを除き、引張圧縮試験機の性能上十分な程度の気密という意味である。ハウジング20は、シリンダチューブ22と前後エンドプレート24,26とから構成される。すなわち、略円環状のシリンダチューブ22の両側開口に、ピストンロッド12の両端部との間において静圧気体軸受100を構成する前後エンドプレート24,26がそれぞれ配置され、全体としてシリンダ筐体を構成する。
The
シリンダチューブ22は、ピストンロッド12のフランジ部14の直径よりやや大きめの内径を有する円環状の部材である。その内周壁は、ピストンロッド12のフランジ部14の外周と、摺動又は接触することがあるので、十分滑らかな表面処理及び必要に応じ適当な硬化処理を施されるのが好ましい。かかるシリンダチューブ22は、十分な機械的剛性を有する金属材料を加工し、必要な表面処理等を施して得ることができる。例えば高張力ジュラルミン、高張力ステンレス鋼や工具鋼等の材料からなる適当な管材の外周及び内周を所定寸法に加工し、表面硬化処理、表面研摩処理、潤滑めっき処理等を施して用いることができる。
The
前後エンドプレート24,26は、ほぼ同様の形状を有する一対の部材で、中央にピストンロッド12を通し支持するロッド支持穴を有し、シリンダチューブ22の両側開口をピストンロッド12でふさぎながら、ピストンロッド12を軸方向移動可能に支持する機能を有する部材である。ロッド支持穴の内径は、ピストンロッド12の両端側の直径よりやや大きめである。このロッド支持穴には、排気溝42と、浅溝表面絞り46等が設けられ、ピストンロッド12とともに静圧気体軸受100を構成するが、これらの詳細については後述する。また、前後エンドプレート24,26は、マニホールド30を介し、気体圧制御弁40からの制御された気体圧をハウジング20の内部に導く制御気体流路32,34を有する。また、ピストンロッド12の軸方向移動が大きすぎてフランジ部14が前後エンドプレート24,26に衝突するときの衝撃を和らげるストッパ56が設けられる。かかる前後エンドプレート24,26は、十分な機械的剛性を有する金属材料を加工し、必要な表面処理等を施して得ることができる。例えば高張力ジュラルミン、高張力ステンレス鋼や工具鋼等の材料をフランジ付き円柱に加工し、表面硬化処理、表面研摩処理、潤滑めっき処理等を施して用いることができる。
The front and
シリンダチューブ22と前後エンドプレート24,26とピストンロッド12とは、次のような手順で組み立てられる。すなわち、最初に、シリンダチューブ22の中にピストンロッド12を通す。次に、ピストンロッド12のフランジ部14を挟んでロードセル16側に前エンドプレート24、変位センサ50側に後エンドプレート26を、それぞれのロッド支持穴にピストンロッド12の端部を通すように配置する。そして、前エンドプレート24をシリンダチューブ22のロードセル16側の開口をふさぐように合わせ、同様に後エンドプレート26をシリンダチューブ22の変位センサ50側の開口をふさぐように合わせる。そして、制御気体流路32,34のマニホールド30側の開口が同じ平面上に揃うように、前後エンドプレート24,26の相対位置を調整する。調整が終われば、制御気体流路32,34がマニホールド30と前後エンドプレート24,26の間で合うことを確かめ、シリンダチューブ22と前後エンドプレート24,26との合わせ目を気密封止する。気密封止はOリング等のパッキングを介したねじ止め等を用いてもよく、また完全な気密封止が必要でない場合は、金属合わせ面による封止を用いてもよい。このようにして、ハウジング20とピストンロッド12との組立体が得られ、これをピストン・シリンダサブアセンブリと呼ぶことができる。
The
マニホールド30は、気体圧制御弁40とハウジング20の制御気体流路32,34とを接続するための中間部材で、制御気体流路32,34に対応する制御気体流路33,35を備える。かかるマニホールド30は、適当な金属材料等を加工して得ることができる。マニホールド30は、ピストン・シリンダサブアセンブリの制御気体流路32,34に制御気体流路33,35を合わせるようにして、気密にしっかりと接続される。気密接続は、適当な気密パッキングを用いたねじ止め等を用いることができる。
The manifold 30 is an intermediate member for connecting the gas
気体圧制御弁40は、図示されていない引張圧縮試験機の制御部の指示により、2つの制御された気体圧を生成する機能を有する制御弁である。2つの制御された気体圧は、それぞれ制御気体流路33,32と、制御気体流路35,34を通り、ハウジング20内部の前後気体室36,38に供給される。例えば、ピストンロッド12をロードセル16側に所定の荷重で変位させたいときは、気体室36に供給する気体圧より気体室38に供給する気体圧の方を大きくするようにし、その気体圧の差圧にフランジ部14の気体圧の受圧面積を乗じたものが荷重となるように、気体圧制御弁40は2つの気体圧を生成する。かかる気体圧制御弁としては、周知のスプール・スリーブ型気体圧制御弁等を用いることができる。
The gas
次に、静圧気体軸受100の構成について、特にロッド支持穴に設けられる排気溝42及び浅溝表面絞り46について説明する。静圧気体軸受100は、ピストンロッド12の両端部、すなわち前エンドプレート24におけるピストンロッド12の前方側の支持部分と、後エンドプレート26におけるピストンロッド12の後方側の支持部分とにそれぞれ設けられる。図2は、両側の静圧気体軸受100のうち、後エンドプレート26におけるピストンロッド12の支持部分を示す拡大図である。なお、前エンドプレート24においても同様の構成及び作用を有するので、ここでは後エンドプレート26の部分に代表させて説明する。上記のように、ロッド支持穴の内径は、ピストンロッド12の端部の直径よりもやや大きいので、図2に示すように、後エンドプレート26のロッド支持部27とピストンロッド12との間には隙間58がある。この隙間58に沿って、後気体室38の側の端部から、外部の大気開放60の側に向かって、排気溝42、浅溝表面絞り46がこの順で配置される。
Next, the structure of the static
排気溝42は、後気体室38から、ロッド支持部27とピストンロッド12との間の隙間58を通って漏れてくる気体を集め、排気路44へ流す機能を有する。排気路44に入った気体は、例えば再び気体圧の制御ルートに戻すことができる。つまり、排気溝42は、後気体室38から隙間58を通って漏れてくる気体を大気開放60の方に無制限に流れることをここで抑制する機能を有する。
The
浅溝表面絞り46は、ロッド支持部27の内面、すなわち、ロッド支持穴の内壁に設けられた複数の溝で、軸方向に所定の幅、長さ、溝深さを有し、ピストンロッド12を気体軸受の原理で浮上させる機能を有する。溝の長さは、一端側は排気溝42と軸方向に十分間隔をあけ、他方端は大気開放60の側の端部から十分間隔をあけるように設定される。そして、各浅溝表面絞り46の軸方向に沿った長さの略中央部を結んでロッド支持穴の内壁にやや深めの溝が設けられ、そこに気体供給路48の開口が接続される。この気体供給路48には、図示されていない気体源から所定の供給圧の気体が供給される。このような構成の浅溝表面絞り46は、気体供給路48からの高圧気体が開口から導かれて浅溝に沿って流れ、一方は排気溝42の方へ、他方は大気開放60側の端部へ向かう。そして浅溝が切れたところでより狭い隙間に向かって絞られて低圧側、すなわち排気溝42あるいは大気開放60の側に流れるので、いわゆる表面絞り装置となる。この絞り効果のため、絞り部分で圧力上昇を生じ、ピストンロッド12をロッド支持部27に対し浮上させる。
The shallow
浅溝表面絞り46の浅溝の深さは、隙間58の大きさとも関係するが、1例を上げると、中立状態の隙間58を約10μmとして、浅溝の深さを約10〜15μmとすることができる。また、気体供給路48に供給される気体圧は約0.5MPa程度とすることができる。
The depth of the shallow groove of the shallow
図3は、ロッド支持部27における静圧気体軸受100の部分を説明する図である。ここでは、後エンドプレート26におけるロッド支持部27の内壁の状態がわかるように、ピストンロッド12を外したときの後エンドプレート26について、ロッド支持部27の支持穴の中心軸を含む断面図が示されている。図3に示されるように、静圧気体軸受100を構成する後エンドプレート26におけるロッド支持部27の内壁には、MoS2を含む潤滑層102,104が塗布されている。潤滑層104は、浅溝表面絞り46の浅溝におけるもので、浅溝表面絞り46以外の後エンドプレート26の内壁における潤滑層102よりもやや厚めになっているので、区別して示してある。
FIG. 3 is a diagram for explaining a portion of the static pressure gas bearing 100 in the
潤滑層102,104は、ピストンロッド12と後エンドプレート26とが衝撃等により衝突する恐れのあるときにバッファとして機能する薄いMoS2の層である。径方向の衝撃等の恐れは、引張圧縮試験中における測定対象物の破断等の特性急変によるものや、予期せぬ事故のほか、静圧気体軸受100の作動開始及び作動終了の際の衝撃等が考えられる。
The lubricating layers 102 and 104 are thin MoS 2 layers that function as a buffer when the
図4は、図3における静圧気体軸受100の軸方向に垂直な方向での断面図である。ここでは、ピストンロッド12と、後エンドプレート26との間の隙間部分を誇張して示してある。図に示すように、ピストンロッド12の表面にもMoS2を含む潤滑層106が塗布される。そして、静圧気体軸受100が作動するとき、ピストンロッド12と、後エンドプレート26との間の隙間部分は、後エンドプレート26側の潤滑層102,104、ピストンロッド12側の潤滑層106、及び浮上のための気体層59によって構成される。上記の例で、中立状態の隙間58を約10μmとすれば、気体層59が約8μm、潤滑層102及び潤滑層106はそれぞれ約1μm程度が好ましい。
4 is a cross-sectional view in a direction perpendicular to the axial direction of the
図5は、後エンドプレート26の内面の様子を示す図である。上記のように後エンドプレート26には適当な金属材料が用いられ、ロッド支持部27の内面は滑らかに仕上げられるが、図5に示されるように、内面にわたりほぼ一様に設けられる微小くぼみ108は、潤滑層102,104を構成する潤滑剤を保持する機能を有するいわば潤滑剤溜である。各微小くぼみ108の大きさは、潤滑層102,104の厚みより浅い深さと、潤滑層102,104の厚みより小さい表面径、例えば直径を有することが好ましい。上記の例では、潤滑層102,104の厚みが約1μmであるので、各微小くぼみ108の深さ、直径は、サブμmが好ましい。各微小くぼみ108の表面形状は円形の他、楕円形等の他の形状であってもよい。なお、この微小くぼみ108は、ピストンロッド12の静圧気体軸受100に対応する部分にも同様に設けられる。かかる微小くぼみ108は、微小硬球を金属材料表面に吹き付けるショットピーニング処理、あるいはエッチング処理等で得ることができる。
FIG. 5 is a view showing the state of the inner surface of the
潤滑層102、104,106は、上記のようにMoS2を含んで構成されるが、具体的にはMoS2を薄く一様になるように後エンドプレート26又はピストンロッド12の表面に手作業等で塗ることで得ることができる。もちろん後エンドプレート26及びピストンロッド12の双方に塗ってもよい。
The lubricating layers 102, 104, and 106 are configured to include MoS 2 as described above. Specifically, the lubricating layers 102, 104, and 106 are manually applied to the surface of the
また、WPC処理を用いてMoS2を後エンドプレート26及びピストンロッド12に塗布してもよい。ここでWPC処理とは、金属表面処理の一種で、例えば40〜200μmの小さなショットを処理される材料に対して100m/s以上の高速で噴射する処理で、材料の疲労強度向上と摺動性向上を図るものである。なおこの処理により材料には微小な凹凸が形成される。ここでは、MoS2を含む微小な粒子の塊をショットに用いる。微小な粒子の塊には、バインダ等を含んでよく、好ましくは摺動性のよいバインダ、あるいは摺動の熱等により蒸散するバインダが好ましい。すなわち、静圧気体軸受100の部分に一様に、MoS2の微小な粒子の塊を高速で吹き付け、それによって、微小くぼみ108を形成するとともに、その部分にMoS2を含む粒子の塊を付着させることができる。付着されたMoS2を含む粒子の塊は、ピストンロッド12の移動により、静圧気体軸受100の全面に一様に広がって塗られ、MoS2を含む潤滑層102,104,106が形成される。
Alternatively, MoS 2 may be applied to the
潤滑層102,104,106を形成する潤滑剤としては、MoS2以外の固体又は液体の潤滑材料を用いることができる。例えば、機械部品の潤滑に用いられる一般的な各種グリース、流動性の低い粘度を有する潤滑油、これらとMoS2の混合物等を用いることができる。 As the lubricant for forming the lubricating layers 102, 104, 106, a solid or liquid lubricating material other than MoS 2 can be used. For example, various general greases used for lubrication of machine parts, lubricating oils having low fluidity, and mixtures of these with MoS 2 can be used.
上記構成により、引張圧縮試験中における測定対象物の破断等の特性急変によるものや、予期せぬ事故のほか、静圧気体軸受100の作動開始及び作動終了の際の径方向の衝撃等に対し、ピストンロッド12と、前後エンドプレート24,26とが衝突する前に、潤滑層102,104,106が衝撃バッファとして働き、軸受摺動面の損傷を防止できる。また、潤滑層の存在で、ピストンロッド12の動きがさらに滑らかとなり、精度のよい引張圧縮試験を行うことができる。
Due to the above configuration, due to sudden changes in characteristics such as fracture of the measurement object during the tensile and compression test, unexpected accidents, radial shocks at the start and end of operation of the
図6は、ピストンロッド12のフランジ部14の外周とシリンダチューブ22の内周壁との間にも静圧気体軸受110を設けたピストン駆動機構80の構成図である。図6では、ピストン・シリンダサブアセンブリの部分で説明に必要なところを示してある。図1と同様の要素については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。このピストン駆動機構80では、前エンドプレート24のロッド支持部に浅溝表面絞り82による静圧気体軸受を設けるとともに、フランジ部14の外周とシリンダチューブ22の内周壁との間にも浅溝表面絞り84による静圧気体軸受が設けられる。
FIG. 6 is a configuration diagram of a
このピストン駆動機構80では、前後気体室の一方に一定高圧の供給圧Psが供給され、他方に図示されていない引張圧縮試験機の制御部の指示により制御された制御気体圧Paが供給される。例えば供給圧Psは図示されていない気体供給源から直接供給され、制御気体圧Paは気体圧制御弁から供給されるものとすることができる。図6の場合では、前気体室37に一定高圧の供給圧Psが供給されるものとして示してある。供給圧Psは、例えば約0.5MPa程度とすることができる。
In the
図7は、ロッド支持部27における静圧気体軸受110の部分を説明する図である。ここでは、前エンドプレート24におけるロッド支持部27の内壁の状態がわかるように、ピストンロッド12を外したときの前エンドプレート24について、ロッド支持部27の支持穴の中心軸を含む断面図が示されている。
FIG. 7 is a view for explaining a portion of the static pressure gas bearing 110 in the
前エンドプレート24のロッド支持部27に設けられる浅溝表面絞り82は、ロッド支持穴の内壁に設けられた複数の溝で、軸方向に所定の幅、長さ、溝深さを有し、ピストンロッド12を気体軸受の原理で浮上させる機能を有する。溝の軸方向長さは、ロッド支持部27の前気体室側端部から始まり、ロッド支持部27の長さの1/2から2/3程度とできる。このような構成の浅溝表面絞り82は、前気体室37からの高圧気体が押し込まれ浅溝に沿って流れ、大気開放60側の端部へ向かう。そして浅溝が切れたところでより狭い隙間に向かって絞られて低圧側に流れるので、いわゆる表面絞り装置となる。この絞り効果のため、絞り部分で圧力上昇を生じ、ピストンロッド12をロッド支持部27に対し浮上させる。
The shallow
図7に示されるように、静圧気体軸受110を構成する前エンドプレート24におけるロッド支持部27の内壁には、MoS2を含む潤滑層112,114が塗布されている。潤滑層114は、浅溝表面絞り82の浅溝におけるもので、浅溝表面絞り46以外の後エンドプレート26の内壁における潤滑層112よりもやや厚めになっているので、区別して示してある。潤滑層112,114の内容は、図3から図5において説明したものと同様である。また、図示されていないがピストンロッド12の表面にも同様な潤滑層が塗布される。
As shown in FIG. 7, lubricating layers 112 and 114 containing MoS 2 are applied to the inner wall of the
図8は、フランジ部14の外周における静圧気体軸受110の部分を説明する図である。ここでは、ピストンロッド12のフランジ部14の外表面の状態がわかるように、ピストンロッド12をハウジング20から外したときの様子が示される。
FIG. 8 is a view for explaining a portion of the static pressure gas bearing 110 on the outer periphery of the
フランジ部14の外周には浅溝表面絞り84が設けられる。これに関連して、排気溝86もフランジ部14の外周に設けられ、排気溝86はピストンロッド12の中を通る排気路88に接続される。排気路88は大気に開放することができる。この浅溝表面絞り84は、フランジ部14の外周に設けられた複数の溝で、軸方向に所定の幅、長さ、溝深さを有し、ピストンロッド12を気体軸受の原理で浮上させる機能を有する。溝の軸方向長さは、フランジ部14の前気体室側端部から始まり、フランジ部14の軸方向長さの1/2程度とできる。
A shallow
このような構成の浅溝表面絞り84は、前気体室37からの高圧気体が押し込まれ浅溝に沿って流れ、最終的に大気に開放される排気溝86へ向かう。そして浅溝が切れたところでより狭い隙間に向かって絞られて低圧側に流れるので、いわゆる表面絞り装置となる。この絞り効果のため、絞り部分で圧力上昇を生じ、ピストンロッド12をロッド支持部27に対し浮上させる。
The shallow
これらの浅溝表面絞り82,84の浅溝の深さは、図1の浅溝表面絞りと同様に、例えば、ピストンロッド12とこれに向かい合うシリンダチューブ22の内壁面との間の隙間を約10μmとして、浅溝の深さを約3〜20μmとすることができる。
The depth of the shallow grooves of these shallow
図8に示されるように、静圧気体軸受110を構成するフランジ部14の外周面には、MoS2を含む潤滑層112,114が塗布されている。潤滑層114は、浅溝表面絞り84の浅溝におけるもので、浅溝表面絞り84以外のフランジ部14の外周面における潤滑層112よりもやや厚めになっているので、区別して示してある。潤滑層112,114の内容は、図3から図5において説明したものと同様である。また、図示されていないがシリンダチューブ22の表面にも同様な潤滑層が塗布される。
As shown in FIG. 8, lubricating layers 112 and 114 containing MoS 2 are applied to the outer peripheral surface of the
上記構成により、引張圧縮試験中及び静圧気体軸受100の作動開始及び作動終了の際の径方向の衝撃等に対し、ピストンロッド12と、前エンドプレート24あるいはシリンダチューブ22とが衝突する前に、潤滑層112,114,116が衝撃バッファとして働き、軸受摺動面の損傷を防止できる。また、潤滑層の存在で、ピストンロッド12の動きがさらに滑らかとなり、精度のよい引張圧縮試験を行うことができる。
With the above configuration, before the
10,80 ピストン駆動機構、12 ピストンロッド、14 フランジ部、16 ロードセル、20 ハウジング、22 シリンダチューブ、24,26 前後エンドプレート、27 ロッド支持部、30 マニホールド、32,33,34,35 制御気体流路、36,37,38 前後気体室、40 気体圧制御弁、42,86 排気溝、44,88 排気路、48 気体供給路、50 変位センサ、52 軟磁性体プローブ、54 トランス巻線、56 ストッパ、58 隙間、59 気体層、60 大気開放、100,110 静圧気体軸受、102,104,106,112,114,116 潤滑層、108 微小くぼみ。 10, 80 Piston drive mechanism, 12 Piston rod, 14 Flange, 16 Load cell, 20 Housing, 22 Cylinder tube, 24, 26 Front and rear end plates, 27 Rod support, 30 Manifold, 32, 33, 34, 35 Control gas flow Path, 36, 37, 38 Front and rear gas chambers, 40 Gas pressure control valve, 42, 86 Exhaust groove, 44, 88 Exhaust path, 48 Gas supply path, 50 Displacement sensor, 52 Soft magnetic probe, 54 Transformer winding, 56 Stopper, 58 Clearance, 59 Gas layer, 60 Open to atmosphere, 100, 110 Static pressure gas bearing, 102, 104, 106, 112, 114, 116 Lubricating layer, 108 Small indentation.
Claims (5)
直進軸の気体受面及びハウジングの気体受壁に設けられる衝撃時バッファ用の固体又は液体の潤滑層と、
気体受面又は気体受壁の少なくとも一方に設けられ、潤滑層の厚みよりも浅い深さと、潤滑層の厚みよりも小さい表面径とを有する微小くぼみの複数の潤滑剤溜と、
を含むことを特徴とするピストン駆動機構の静圧気体軸受。 In a static pressure gas bearing that supports the rectilinear axis of the piston drive mechanism in a levitating manner with respect to the housing,
A solid or liquid lubricating layer for shock buffer provided on the gas receiving surface of the straight shaft and the gas receiving wall of the housing ;
A plurality of lubricant reservoirs provided in at least one of the gas receiving surface or the gas receiving wall and having a depth shallower than the thickness of the lubricating layer and a surface diameter smaller than the thickness of the lubricating layer;
A static pressure gas bearing for a piston drive mechanism characterized by comprising:
ピストン駆動機構の直進軸を支持するハウジングの内面に軸方向に沿って設けられる浅溝であって、気体供給路から供給される気体を流して、直進軸をハウジングに対して浮上支持する浅溝表面絞りを含み、
潤滑層は、浅溝表面絞りの表面を含むハウジングの気体受壁と、これに向かい合う直進軸の気体受面とに設けられることを特徴とするピストン駆動機構の静圧気体軸受。 In the static pressure gas bearing of the piston drive mechanism according to claim 1,
A shallow groove that is provided along the axial direction on the inner surface of the housing that supports the linear axis of the piston drive mechanism, and that allows the gas supplied from the gas supply path to flow and floats the linear axis relative to the housing. Including a surface aperture,
A static pressure gas bearing for a piston drive mechanism, wherein the lubricating layer is provided on the gas receiving wall of the housing including the surface of the shallow groove surface restrictor and the gas receiving surface of the linear axis facing the housing .
潤滑層は、グリースを含んで構成されることを特徴とするピストン駆動機構の静圧気体軸受。 In the static pressure gas bearing of the piston drive mechanism according to claim 1,
A static pressure gas bearing for a piston drive mechanism, wherein the lubricating layer is configured to contain grease.
潤滑層は、WPC処理による二硫化モリブデンを含んで構成されることを特徴とするピストン駆動機構の静圧気体軸受。 In the static pressure gas bearing of the piston drive mechanism according to claim 1,
The lubricating layer is composed of molybdenum disulfide by WPC treatment, and is a static pressure gas bearing for a piston drive mechanism.
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