JP5453821B2 - 薄型シリンダ - Google Patents

Description

本発明は、ピストン径がシリンダ長さの２倍以上となる薄型シリンダに関し、ロールチョッククランプ装置に用いて好適なものに関する。

鋼板を熱間または冷間で圧延する圧延機において、ワークロールのロールチョック（軸受け箱）と圧延機のハウジングとの間には、僅かな隙間が設けられている。当該隙間は、ロール交換作業を容易とするものであるが、圧延作業においてはワークロールとバックアップロールの相対的位置関係を変動させる。

ワークロールのロールチョック（軸受け箱）の両端が水平方向で前後に変動すると、被圧延材には板曲がり（キャンバー）が生じ、また幾何学的連関によりロールギャップが変動し板厚精度が低下するため、種々の対策が提案されている。

特許文献１は、圧延機及び圧延方法に関し、ロールチョックと圧延機ハウジングの間に可動フレームを設け、当該可動フレームにはロールバランス等を行うための第１液圧装置を設けた圧延機において、前記ローチョック及び可動フレームを圧延材の流れ方向に押し付け拘束する第２液圧装置、可動フレームを上下方向に押し付け拘束する第３液圧装置を更に設けることを提案している。

第２液圧装置により圧延中のロールの傾きが少なくなり、圧延材の蛇行などが少ない安定した圧延が可能で、第３液圧装置によりロール軸のころがり軸受けの円筒型コロによる圧延機の共振を防止し圧痕のない圧延材を得ることが可能である。

特許文献２は圧延ロールの軸方向および通板方向のがたつきを抑制する圧延機および圧延方法に関し、圧延ロールを支持するロールチョックを拘束するパワークランプ装置をハウジングに設け、当該パワークランプ装置はハウジングとロールチョックを係合し、圧延ロールの軸方向及び通板方向のがたつきを抑制する圧延機および当該圧延機を用いて、パワークランプ装置を圧延機の定常運転時は低圧で駆動させ、先端かみ込み時及び尾端尻抜け時は高圧で駆動させる圧延方法を提案している。

特許文献３はロールチョッククランプ装置に関し、ロールチョックの端部に対応して複数個の油圧シリンダをハウジング側に配置し、各シリンダーはそのピストンがロールチョックに当接した程度で押圧を停止して、その状態を維持してＡＧＣ装置への影響を最小限にする。また、各シリンダーの流路を共通化することにより偏荷重が生じた場合に、全てのシリンダがロールチョックに接することを可能とすることを提案している。

また、特許文献４には、ロールチョックと圧延機のハウジングとの間隔を調整するため、シリンダ及びピストンが形成され、ピストンに与圧を付与するための与圧機構を備えたライナーが開示されている。

ところで、圧延機内でロールチョックをシリンダにより拘束する場合、ロールチョックと圧延機ハウジングとの隙間は僅かであるためにストロークは小さくてよいが装着スペースが少なく、また、圧延時の大荷重を支持するためにはピストン径を大きくする必要があり、したがってピストン径がシリンダ長さの２倍以上となる薄型のシリンダが望まれる。

そのような超薄型のシリンダとして、特許文献５には、内部にピストンを摺動自在に収納するシリンダ孔を有する薄型シリンダにおいてピストンを大口径の有底リング状ピストンとし、該ピストンのリング状部材から直接出力を取り出す構造とすることで機構を簡素化し、更に薄型としたものが記載されている。

特開２００２−１４３９１２号公報 特開２００１−１９８６０９号公報 特許第３６２２６３８号公報 特開２００１−３４０９０７号公報 特開２００２−２７６６１４号公報

ところで、ロールチョックと圧延機ハウジングの間に直接、または可動フレームを介して薄型シリンダを設ける場合、過酷な使用環境のためその寿命は、せいぜい２ヶ月程度で交換が必要であった。

しかしながら、特許文献５記載の薄型シリンダーは、シリンダボディ、ピストン、ロッドカバーの３層からなる複雑な構造のため、薄型化には未だ改善の余地があるばかりでなく、高価で短期間に交換する場合は操業コストがかかり、また、与圧が解除されてもプランジャが現在位置に留まり、使用条件も制限される。

そこで、本発明は、装置構成が極めて簡単で、無負荷にした場合、自動的にプランジャーが初期位置に戻る薄型シリンダを提供することを目的とする。

本発明の課題は以下の手段で達成可能である。
１．円筒形のシリンダボディと該シリンダボディの一端を閉じる底部とからなるシリンダと、円筒部と該円筒部の一端に設けられた上壁部およびフランジ部とからなるピストンとを備え、前記ピストンの円筒部が前記シリンダボディ内をガイド機構でガイドされつつ摺動する、シリンダとピストンが２層構造の薄型シリンダであって、
第１のガイド機構は、前記シリンダボディと、前記シリンダボディ内に同心円状に設けたリング状部材と、前記シリンダボディと前記リング状部材との間を摺動する前記ピストンの円筒部により構成され、前記リング状部材はリング部の壁面に作動流体用の貫通孔を有し、前記ピストンの円筒部は、前記シリンダボディとの間で気密を保持しつつ摺動可能であり、
第２のガイド機構は、前記シリンダボディの円周方向に複数設けた前記ピストンの摺動方向に貫通する貫通孔と、先端に前記貫通孔の最小径よりも径が大きい大径部を有し、前記貫通孔内を挿通して前記ピストンのフランジ部に締結される複数のロッドにより構成され、前記シリンダボディの貫通孔は貫通方向に大径部と小径部とを有し、前記ロッドの大径部は前記シリンダボディの貫通孔の小径部以上大径部以下の直径であり、
前記ロッドの少なくとも一部には、前記ロッドの大径部よりも径小のコイルバネが装着され、前記コイルバネは前記シリンダボディの貫通孔の大径部に挿入されていることを特徴とする薄型シリンダ。

本発明によれば、シリンダおよびピストンの２層からなる簡単な構造のため、耐久性に優れる安価な薄型シリンダが得られ、産業上極めて有用である。

本発明の一実施例に係る薄型シリンダ１の側断面図（図３のＡ−Ａ断面）でピストンが下降している状態を示す図。 図１に示した薄型シリンダ１のピストンが上昇している状態を示す図。 図１に示した薄型シリンダ１の平面図。 本発明の薄型シリンダ１の分解斜視図。

以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
図１〜３は本発明の一実施例に係る薄型シリンダの構造を説明する図で、図１は側断面図でピストンが下降している状態、図２はピストンが上昇している状態の側断面図で、図１、２は図３に示す平面図におけるＡ−Ａ断面図を示す。

これらの図において、１は薄型シリンダ、２はシリンダ、３はピストン、４はリング状部材、５はプランジャー抜き出し防止ボルトを兼ねるロッド、６はバネガイドロッド、７はコイルバネ、８はスリッパーシールである。また、２１はシリンダボディ、２２はシリンダ２の底部、２３は貫通孔、２４はバネガイド用貫通孔、２５は油圧供給経路、３１はピストン３の円筒部、３２はピストン３の上壁部、３３はピストン３のフランジ部である。さらに、９は圧力室、１０はシリンダボディ２１とリング状部材４との間の隙間を示す。

図示した薄型シリンダ１は、円筒形のシリンダボディ２１と該シリンダボディ２１の一端を閉じる底部２２とからなるシリンダ２と、円筒部３１と該円筒部３１の一端に設けられた上壁部３２およびフランジ部３３とからなり、シリンダ２の内部で圧縮伸長方向に摺動するピストン３を備える。そして、ピストン３の円筒部３１の径がシリンダボディ２１の長さの２倍以上となっている。このような薄型構造の場合、ピストン３が、シリンダボディ２１の内部を摺動する際、シリンダボディ２１の軸方向から僅かにでも傾くと、シリンダボディ２１の内壁に一部が強く接触して動かなくなる現象：かじりが非常に発生し易い。

そこで、本発明では、ピストン３が圧縮伸長方向に移動（以下、拡縮）する際、シリンダボディ２１の軸方向に沿って移動するように以下に示すガイド機構１およびガイド機構２でガイドする。

第１のガイド機構は、ピストン３の円筒部３１を、シリンダボディ２１とその内部に設けたリング状部材４間の隙間１０内に、摺動可能に挟持して構成する。そのため、リング状部材４はシリンダボディ２１の内部に同心円状に設け、その高さはシリンダボディ２１の底部２２の内面からシリンダボディ２１の先端部までの高さとする。

第２のガイド機構は、シリンダボディ２１の円周方向に等間隔且つピストン３の拡縮方向に設けた複数の貫通孔２３（２４）に、その一端がピストン３のフランジ部３３に締結されるロッド５（バネガイドロッド６）を挿通して構成する。貫通孔２３（２４）は貫通方向に大径孔部と小径孔部を有する２段構造となっており、一方、ロッド５（バネガイドロッド６）の下端部には貫通孔２３（２４）の小径孔部より大きく大径孔部より小さい直径の大径部５１（６１）を設け、ピストン３が拡張した際、小径孔部によってシリンダボディ２１から抜けないように構成する。

油圧が解除された場合、ピストン３が初期状態（図２の状態から図１の状態）に戻るように、貫通孔２４の小径孔部とバネガイドロッド６の大径部６１との間すなわち貫通孔２４の大径孔部にコイルバネ７を挿入する。ピストン３が拡張した後、油圧が解除されると圧縮されたコイルバネ７の反発力によりバネガイドロッド６の大径部６１が押し下げられ、ピストン３が初期状態に戻る。なお、貫通孔２３と貫通孔２４は円周方向に略等間隔に交互に配置すると、ピストン３の動きが円滑になって好ましい。

薄型シリンダ１は円筒形のシリンダボディ２１の内部に設けたリング状部材４の内側、すなわちリング状部材４とシリンダ底部２２とピストン上壁部３２とで囲まれた領域を圧力室９とし、シリンダ２の底部２２に開口する油圧供給経路２５を設ける。油圧供給経路２５から圧力室９内に供給される作動油は、リング状部材４より内側の空間を満たしてピストン３を拡張する。

更に、図４に示す薄型シリンダの分解斜視図に表されているように、リング状部材４に圧力室９の内外を貫通する作動油用貫通孔４１を設けると、シリンダボディ２１とその内部に設けたリング状部材４間の隙間１０内にも作動油が充填され、隙間１０が第２の圧力室として作用するので、より大きな動力を得ることができ、好ましい。

その際、隙間１０から作動油が漏出しないようにピストン３の円筒部３１の少なくとも外面に凹部を設けてスリッパーシール８を取り付ける。尚、ピストン３の円筒部３１とリング状部材４との金属接触を避けるために、ピストン３の円筒部３１の内面にも凹部を設けてスリッパーシール８を取り付けることが好ましい。

以上説明したように、本発明の薄型シリンダは、シリンダとピストンの２層構造であり、構造が簡単なため、薄く、耐久性に優れる安価な薄型シリンダとすることができる。

次に、この薄型シリンダ１の動作について説明する。
図１に示す初期状態において、油圧供給経路２５から圧力室９内に作動油が供給されると、ピストン３の上壁部３２に圧力が作用し、ピストン３が拡張方向に移動する（図２の状態）。その際、輪状部材４に設けられた作動油用貫通孔４１から、シリンダボディ２１とリング状部材４間の隙間１０に作動油が流れ込み、隙間１０も第２の圧力室として作用し、より大きな動力を得ることができる。また、ピストン３が大きく拡張しても、ロッド５の下端に設けられた大径部５１がシリンダボディ２１の貫通孔２３の小径孔部に当接するので、抜け出ることはない。

一方、図２に示す状態から油圧が解除されると、圧縮されていたコイルバネ７の反発力によりバネガイドロッド６の大径部６１が押し下げられ、ピストン３が圧縮方向に移動して、初期状態（図１の状態）に戻る。

これらの動作において、ピストン３が上述した２つのガイド機構１，２によってガイドされているので、ピストン３の円筒部３１の径がシリンダボディ２１の長さの２倍以上の薄型ピストンであるにもかかわらず、かじりが発生せず、滑らかに摺動させることができる。

１ 薄型シリンダ
２ シリンダ
２１ シリンダボディ
２２ 底部
２３ 貫通孔
２４ 貫通孔（バネガイド用）
２５ 油圧供給経路
３ ピストン
３１ 円筒部
３２ 上壁部
３３ フランジ部
４ リング状部材
４１ 作動油用貫通孔
５ プランジャー抜き出し防止ボルトを兼ねるロッド
５１ 大径部
６ バネガイドロッド
６１ 大径部
７ コイルバネ
８ スリッパーシール
９ 圧力室
１０ 隙間

Claims (1)

1. 円筒形のシリンダボディと該シリンダボディの一端を閉じる底部とからなるシリンダと、円筒部と該円筒部の一端に設けられた上壁部およびフランジ部とからなるピストンとを備え、前記ピストンの円筒部が前記シリンダボディ内をガイド機構でガイドされつつ摺動する、シリンダとピストンが２層構造の薄型シリンダであって、
   第１のガイド機構は、前記シリンダボディと、前記シリンダボディ内に同心円状に設けたリング状部材と、前記シリンダボディと前記リング状部材との間を摺動する前記ピストンの円筒部により構成され、前記リング状部材はリング部の壁面に作動流体用の貫通孔を有し、前記ピストンの円筒部は、前記シリンダボディとの間で気密を保持しつつ摺動可能であり、
   第２のガイド機構は、前記シリンダボディの円周方向に複数設けた前記ピストンの摺動方向に貫通する貫通孔と、先端に前記貫通孔の最小径よりも径が大きい大径部を有し、前記貫通孔内を挿通して前記ピストンのフランジ部に締結される複数のロッドにより構成され、前記シリンダボディの貫通孔は貫通方向に大径部と小径部とを有し、前記ロッドの大径部は前記シリンダボディの貫通孔の小径部以上大径部以下の直径であり、
   前記ロッドの少なくとも一部には、前記ロッドの大径部よりも径小のコイルバネが装着され、前記コイルバネは前記シリンダボディの貫通孔の大径部に挿入されていることを特徴とする薄型シリンダ。

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