JP5876608B1 - Non-contact type piston leakage prevention structure and mechanism for square type low pneumatic cylinder. - Google Patents
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Abstract
【課題】角型断面の低空圧(使用圧力範囲最高1kg/cm2G程度)専用シリンダにおいて、シール材不要で短期消耗材皆無、摺動抵抗無視可能程度のピストン構造を提供する。【解決手段】機構簡便堅牢にして、シリンダ内寸に無接触と極小隙間調整方式を開発採用、平均摩擦係数0.002とされるWボールブッシュ10、又は、LMガイド18及びこれ等に代わるもの以外無接触で、摺動抵抗無視可能とし、漏洩極小機能と短期消耗品皆無で耐久性に富む、組立調整簡便容易なピストンの部品構成とその構造仕組みを提起した。【選択図】図1Provided is a piston structure having a square section with a low pneumatic pressure (maximum operating pressure range of about 1 kg / cm2G), which requires no sealing material, has no short-term consumables, and has negligible sliding resistance. The mechanism is simple and robust, and adopts a non-contact and minimal clearance adjustment method in the cylinder inner dimensions, and replaces the W ball bushing 10 or the LM guide 18 with an average friction coefficient of 0.002, or the like. Other than the above, we proposed a piston component configuration and its structural mechanism that makes contact resistance negligible, has minimal leakage functions, has no short-term consumables, and is highly durable. [Selection] Figure 1
Description
角型断面の低空圧仕様シリンダ複数重ね用いた、大気圧空気の逐次式圧縮装置に於ける高速高頻度切換用ピストンは、シール材不要で短期消耗材皆無の耐久性と、摺動抵抗無視可能等の為に、必須な無接触に対応の上、加工容易化と組立調整簡便なピストン周り漏洩防止構造と構成仕組み。 Piston for high-speed and high-frequency switching in a sequential compression system for atmospheric air using multiple low-pneumatic cylinders with a square cross section eliminates the need for sealing materials and eliminates short-term consumables and negligible sliding resistance For this reason, it has a structure and structure that prevents leakage around the piston, making it easy to process and adjust assembly while supporting the essential non-contact.
特許第5226878号公報(以下公報1と記す)は、大気圧空気をストローク大から小複数のシリンダを重ね連ね、これ等の全てを搖動アームの円弧搖動による同一周期一括駆動にて、連続運転を可能としたことによって、動力化運転を同時に叶えた逐次式圧縮装置を用いた、「空気発電装置」及び「浮力発電装置」を構成するものである、この気体圧縮特性を活用し優れた機能発揮牽引と効率高い動力化運転の為の前提とすべく、先ず、必要不可欠な部品とその制御方法とし、特許第5654657号公報(以下公報2と記す)を得、尚、俊敏的確シンプル等この上を行く考案となる、出願準備段取り中の物件1件を別にして、上記基本特許公報1に対する補完特許の発明によって、上記技術分野に記した残る1項目、所謂、本願を以て懸念の全てをクリアし磯能発揮牽引事項は完結との思慮の次第である。 In Japanese Patent No. 5226878 (hereinafter referred to as Publication 1), atmospheric air is connected to a plurality of small and large cylinders, and all of these are continuously operated in the same period by the peristaltic arc of the peristaltic movement. By making it possible to use the gas compression characteristics, which constitutes an “air power generation device” and “buoyancy power generation device” that uses a sequential compression device that achieves motorized operation at the same time, it exhibits an excellent function As a premise for traction and efficient motorized operation, first, indispensable parts and their control method, obtained Japanese Patent No. 5654657 (hereinafter referred to as publication 2), agile and accurate, etc. Aside from one property under preparation for filing an application, the remaining one item described in the above technical field, the so-called application, is invented by the invention of the supplementary patent for the basic patent publication 1. Clear all just in case Isono exert traction matter is up to the discretion of the completion.
上記公報2は公報1装置作動を司る為の必須とする空圧制御系とその部品であり、本願は一定規模以下の小型装置については下記JIS公差等最小クリアランスシールに加工管理のままとし、本願提起は、その規模境界は特定しないが、JIS公差は寸法大に準じ許容公差も必然的に大きくなる、この事実については公報1に於けるシリンダピストンシール性能に限れば重大な欠点となる、此処から生ずる漏れ量はその隙間寸法の3乗に比例(詳細下記段落0005参照)すること等、この課題の放置は公報1に対する致命傷的重大な欠陥を齎すものである、本願の使命はこの対策に尽きる、所謂、下記段落(0005)に述べる規模別区分例等で特に大規模装置に於ける、シリンダピストン周りの空気漏れ最少に止める構造と仕組みを整えることによって、この効率低下極小に押える為の提起である、この提起は下記詳述のJISはめあい公差管理を凌ぐシール性能確保の上、部品加工容易化・組立調整簡便化と現実的確実な対応性等の考えられる全項の改善をなし、公報1の機能発揮・牽引を果す目的の本願は、原理理論に無関係箇所での寄与貢献の為に、一般的には見落し勝ちだが、この採用無しには公報1の実用は、実質的に不可能との重大な認識を以て提起の次第である。 The
具体的には、公報1に於いて複数本重ね用いる専用シリンダは、角形断面でピストン外周の隙間は使用圧力範囲極低圧(最高1kg/cm2G程度)にも助けられ、例えば、JIS公差G6h5など最小クリアランスシールに加工管理され、シール材不要で短期消耗材皆無、平均摺動摩擦係数0.002とされるボールブッシュ又はこれに代わるLMガイド等以外は、無接触で摺動抵抗無視可能等々、一般市販品とは根本的異次元的に異質な構造構成の上に、シリンダケーシング類と胴体、及び、ピストンは、軽量化を図ると共に、この隙間管理上熱膨張係数同値とする軽量で同一材質のアルミ板材を用い、板の平面加工は不要とし、この加工は原則外周4辺と穴あけのみ等、加工量の軽減を計る上に、原理理論以前の現実的対応あらゆる面で工夫クリア、所謂、上記公報2により、シリンダ作動1サイクル=1秒1往復を目標とする準高速高頻度切換え運転を可能とし、尚、サイクルタイムは入出動力と正に反比例の関係保つ故に、準備段取り中の物件1件はこの機能改善と機構シンプル化で信頼性向改善を計りつつ、この目標サイクル短縮を極限に挑戦しようとするものである、そして、本願は、断面寸法境界特定しないが、一定規模以下であれば上記JIS公差を基本に多少の工夫(例えば、上記G6をH6に改めて許容公差の零は無しを条件として、極力その公差の中間を狙う高精度加工指示等)で完璧となるが、実際は、例えば、出力百kw/h発電規模用シリンダ断面は2x1m、1千kw/h規模は8x2.5m(何れも大気圧空気からの圧縮と各シリンダ最大ストローク1m以内を想定)等に至れば、公差適用管理は寸法大に過ぎて実際は不可能と言える域に至る上に、公報1への思惑、実はこれ等を凌ぐ規模をも想定の範囲にあり、これ等の機能発揮牽引と具体的対応には、上記公差での隙間からの気体の漏れ量は「隙間の3乗x長さx前後の差圧x時間」に比例する等文献にあり、この成立条件は整流である、そこで、これを乱流とすべく以下詳述の、ピストン外周のシム調整最小隙間と、縦横フラットバーセット3・4全外周に1〜3条程度の片ラビリンス的溝加工、及び、上記サイクル内の高速摺動とのトリプル相乗乱流効果が尚加増と期待できる、又、上記大規模事例の上記JIS公差から生まれる隙間寸法の実際は、隙間の域を逸脱する程の害を齎す、従って、これ等規模に於けるJIS公差管理は不向きである。More specifically, the dedicated cylinder used in the publication 1 has a square cross section and the clearance around the piston is also helped by the working pressure range extremely low pressure (up to about 1 kg / cm 2 G), for example, JIS tolerance G6h5 Process control to minimum clearance seals, no seal material required, no short-term consumables, ball bushing with an average sliding friction coefficient of 0.002, or LM guides instead of this, non-contact and negligible sliding resistance, etc. In addition to the structure that is fundamentally different in dimension from the general commercial products, the cylinder casings, the fuselage, and the pistons are lighter and the same material with the same thermal expansion coefficient for clearance management. The plate processing of the plate is unnecessary, and this processing is in principle four sides of the outer periphery and drilling only. The so-called
図1に示すピストンの構造は、ロッド側ピストン板1とヘッド側ピストン板2の2枚に分け、共にシリンダ胴体内寸に対し、充分な隙間を持ったラフ加工(図1事例規模では隙間片側2mm)をして、芯出し固定されたWボールブッシュ10又は之に代わるLMガイド18・オイレスブッシュ19等を介して保持されたロッド11に、先ず、内径を精密加工したロッド印篭板13と、ロッド側ピストン板1の外周隙間ほぼ等分にして、ねじ締め固定、この両者だけをハードロックベアリングナット(商品名)14等を用いて一旦固定して、隙間シム調整用前後動可能にした後、ロッド側ピストン板1の上下に、両端を切断仕上げしただけの2枚組2組の横フラットバー(以下FBと記す)3のシリンダ内寸に接する各3辺を、事例規模で厚さ例えば20μ程度以下等極薄シム調整(本願無関係箇所だが、この場合、ロッド側ケーシング内板7とヘッド側ケーシング内板16、及び、シリンダ胴体側面板12の上下寸法は、胴体内寸の取付基準面故ばらつき不向きにて、一般的加工過程では長辺・短辺別に合体加工等、細心の注意工夫を要することは当然で、尚、これ等3点は装置1台構成全シリンダ分の合体加工が望ましい等は当然である)後、ロッド側ピストン板1にねじ締め固定、続いて、左右の中央に両端を切断仕上げしただけの2枚組2組の縦FB4の両端を、既に調整取付けられた横FB3に押付け、夫々のシリンダ内寸に接する側のみ極薄シム調整後ロッド側ピストン板1にねじ締め固定する、そして、ロッド側ピストン板1にシールバックアップ角棒5とコーナシールブロック6と共に強固にねじ締め固定してから、一旦取付けたハードロックベアリングナット14のみを外し、ヘッド側ピストン板2を差込み後、既に取付けた縦横FB3・4、シールバックアップ棒5コーナシールブロック6ロッド印篭板13のタップ穴にねじ締め固定にて組み込み作業は終了{ここは(実施するための形態)にて項目該当し捨拾選別困難故一部重複掲載する、尚、図1の正面図はロッド・ヘッド側ピストン板1・2に挟み込まれる縦横FB3・4を含む中間材だけの全てを図示し、内、M8φ10CB穴はロッド側ピストン板1への締付け用で、M6はヘッド側ピストン板2の取付け用である、その他横方向からの締付け等は図示の通りである}となる、簡便で原則規模大小無関係に加工部品単純・最小隙間調整組込み容易・的確確実な耐久性に富むシリンダピストンを構成する。 The structure of the piston shown in FIG. 1 is divided into a rod-side piston plate 1 and a head-
図2は図1に示したA部を拡大図示し、その直下に、中央のL字段差式突合せ調整面15にて加工量は若干増加するが、中間シールバックアップ角棒5を省く別案と、縦FB4にねじ挿入窓を設け横FB3の係わるコーナシールブロック6を夫々4個省く別案提示、尚下に、これ等の選択組合例を示した。 FIG. 2 is an enlarged view of the portion A shown in FIG. 1, and the processing amount slightly increases at the center L-shaped step type
角型ピストン寸法2x1mも8x2.5mでも、又、之を超える規模にしても、本願実用規模実際は大小殆ど無関係に、JISはめあい公差採用を拒み、ロッド側ピストン板1とヘッド側ピストン板2の2枚に分けること自体は内部を空洞にし、材料を節約し軽量化をも叶える上に、この長さ大の外周4辺は規模に応じ適正充分な隙間を設けたラフ加工(場合によっては面取り不要で素材のまま)が許容される、効率・機能を左右するシール機構の部品製作は、原則FB端面切断加工と穴あけのみで、組立調整も容易簡便なFB切断材を用い、隙間管理は極薄シム調整と、補助材としての中間シールバックアップ角棒5とコーナシールブロック6等(提示の別案は若干加工増でこれ等不要)のねじ締め作業だけで完了する、所謂、JIS公差適用管理する方法を拒んだ理由を確認すると、先ず、摺動抵抗大にして短期消耗材を兼ねるシール材は断じて採用出来ないことが大前提で、これ等使用は精密加工を伴う分高価になる上、シリンダ胴体内寸長さ大になるに従い、隙間も大きくなる欠点があり、この欠点は本願の係わる大気圧空気の逐次式圧縮装置に於いては、シリンダ多数用いることを含め致命的欠陥を齎す上に、アルミFBを用いたシム調整法は実用面でもその機能的信頼度を遥かに凌ぐだけでなく、上記段落(0005)のトリプル相乗効果も期待でき、安価簡便確実な結果を齎す、又、本願の効果は原理理論に無関係故に、見落としがちな失敗源を事前に排除することができる等極めて重要な技術である、そして、この本質はシンプルで確実性に優れ、使用上耐久性・信頼度をも高めるものと思慮の次第である。 Regardless of whether the square piston size is 2x1m or 8x2.5m, or larger than this, the practical scale of the present application is irrelevant to the JIS fit tolerance, regardless of the actual size, 2 of the rod side piston plate 1 and the head
図1は、シリンダ断面内寸2x1mの具体的ピストン構造寸法の実施事例で、ピストンの構成と取合い全部品を示し、所謂、ロッド側ケーシング内板7同外板9、シリンダ胴体上下板8同側面板12、シリンダロッド11の4本の例、Wボールブッシュ10等取合い部品のほぼ全てを示したシリンダ組立状態図である、そして、このピストンは、ロッド側ピストン板1とヘッド側ピストン板2の2枚に分け、この外周は精密加工施すのではなく、共にシリンダ胴体内寸に対し、充分な隙間(例えば、事例大きさ規模では片側2mm両側合せて4mm程度)を持たせ、この外周はラフ仕上げ、場合によっては素材のままも許される、そして、先ず、芯出し固定されたWボールブッシュ10を介し取付けられた、例えば4本の焼入れロッド11に内径を精密加工したロッド印篭板13と共に、ロッド側ピストン板1をシリンダ内寸に対し隙間約均等にして、ハードロックベアリンナット(商品名)14又は之に代わる部品等にて一旦締め付ける。 FIG. 1 is an example of a specific piston structure dimension with a cylinder cross-sectional inner dimension of 2 × 1 m, showing the configuration of the piston and all the parts, so-called rod side casing inner plate 7 and outer plate 9, cylinder body upper and lower plates 8 on the same side. It is a cylinder assembly state diagram showing almost all of the connecting parts such as four examples of the face plate 12 and the cylinder rod 11, the W ball bushing 10, and this piston is composed of the rod side piston plate 1 and the head
図1の上面図には、一旦組立て、このピストンを組込むために取外しを要するヘッド側内板16と同外板17も参照図示し、例外的図法だが、ボールブッシュに代わる例として、シリンダ断面が長方形故に外周から取付け容易な事例の説明を兼ねて図示したLMガイド18は大規模装置に適し平均摩擦係数0.002と同値で、ガイドレールブラケット20、スライダー補強材21を用いた取合い例を提示した(この場合ケーシングのロッド貫通穴は漏洩防止加工を施す)、特にシリンダ断面8x2.5m含む大規模装置は市販品入手の関係で原則LMガイド方式となると思われる、更に、オイレスブッシュ19(何れも、ブッシュ採用ではLMを用いない等全て単独)使用例として説明の為何れも平面図のみに例示した。 In the top view of FIG. 1, the head side
このロッド側ピストン板1上下に調整完了時中央に2mm程度の調整用隙間(この隙間は傾斜でも凸凹・段差等煩雑加工でも機能等に変化なく無意味)が空く2本構成の横FB3の2組を取付け、シリンダに接する3面共に極力薄いシム調整(具体的には例えば厚20μで擦りなく可能であれば、尚、極力薄く)後、ロッド側ピストン板1にねじ締め固定、続いて、同様に中央2mm程度の調整用隙間が空く2本構成の縦FB4の2組を左右の中央に取付け、この上下両端を横FB3の内側に押付け、シリンダ内寸に接する左右2側面は極薄シム調整後ロッド側ピストン板1にねじ締め固定、この各2枚組計4組取付け後、中間シールバックアップ角棒5(□30棒)と、コーナシールブロック6(t30□150)各々4個等締付け後、ハードロックベアリンナット(商品名)14のみを一旦取外し、ヘッド側ピストン板2をはめ込み、縦横FB3・4他中間部品のねじ穴全てを利用して締付け、ハードロックベアリンナット14を締付けることによって、ピストンの組込み調整作業は終了、最後にヘッド側ケーシング内板16と同外板17を取付けて、シリンダ単品組込み調整作業は完了(本願無関係ながら、胴体板に内圧による撓みは禁物、リブ等での補強は重要、又、必要に応じシリコンゴムの充填や液体パッキン塗布等は適宜有効)となる。 When the adjustment is completed above and below the rod side piston plate 1, an adjustment gap of about 2 mm is provided in the center (this gap is meaningless without any change in function even if it is inclined, complicated processing such as unevenness or level difference, etc.) After mounting the set and adjusting the shim as thin as possible on all three surfaces contacting the cylinder (specifically, for example, if possible with a thickness of 20 μm, it is as thin as possible), and then screwing and fixing to the rod side piston plate 1, Similarly, two sets of two vertical FB4s with an adjustment gap of about 2mm in the center are attached to the center of the left and right sides, and the upper and lower ends are pressed inside the horizontal FB3, and the two left and right side surfaces that are in contact with the cylinder inside dimension are extremely thin After adjustment, tighten the screws on the piston plate 1 on the rod side. After mounting each of these two sets of 4 sets, tighten 4 each of the intermediate seal backup square bar 5 (□ 30 bar) and the corner seal block 6 (t30 □ 150). After Remove only the lock bearin nut (trade name) 14, fit the head
これ等締付けボルト、又は、ねじ部作業に付いては、緩み防止の為ロックタイト(商品名)等塗布等の上、挟み込み中間部材のキャップボルト(以下CBと記す)穴を用いロッド側ピストン板1にねじ締め固定するが、挟み込み中間部品のタップ穴を用いてヘッド側ピストン板2をねじ締め固定する、以上によって、原則ピストン内部には、作動低圧空気の漏洩に通ずる侵入なき様工夫して、これ等の締め付けねじ類が例えばM6ならば、CB穴はM8用(φ10)等採用し、縦横2mmの調整代を持たせた、縦横FB中間材・両ピストン板1・2等、母材は全てアルミ故に窪み変形防護には、最低限CB頭にはワッシャと可能ならばねワッシャも用いる、又、上記事例程度規模で縦横最大±2mmは調整可能とし、JIS公差での、単体加工では適わない、総合的に精密加工不要で加工負担の軽減計り、組込み調整も簡便容易にして確実・的確なシール性能が得られる、所謂、ピストン周辺部品製作と組立調整によって必要機能の全ての改善が出来る、この大きさ規模はSS材ならばM8程度が一般的だが、ねじの締付け強度は充分故、低圧空気の侵入防止を兼ねる為、図1如く本数多めにしW・SW使用等、母材保護の取合い上の配慮から、ねじ込み長さは太さ比大きくすべく、この場合はM6程度が最適である。 For these tightening bolts or threaded parts, the rod side piston plate 1 is used with a cap bolt (hereinafter referred to as CB) hole of the sandwiched intermediate member after application of Loctite (trade name) etc. to prevent loosening. The head
以上段落(0010〜13)は考えられる最善な方法として、図1を用い実施事例形態を分割説明した、図2は図1のA部を拡大図示し、その下は、この部分の別案提示説明図である、中央のL字加工によるFB段差式突合せ調整面15によって加工は増量するが、これ等を設けることによって、4個の中間シールバックアップ角棒5を省くことが出来る、又、縦FB4にねじ挿入窓23を設け縦横FB3・4の係わるコーナシールブロック6を夫々4個省いた別案を提示、尚、その下にこれ等の選択組合例を示した。 In the above paragraphs (0010 to 13), as the best possible method, FIG. 1 is used to divide and explain the embodiment, FIG. 2 is an enlarged view of part A in FIG. Although the processing is increased by the FB step type
本願が係わる基本特許となる公報1は、大気圧空気の逐次式圧縮装置を用いた「空気発電装置」及び「浮力発電装置」を構成する発明で、共に「未利用エネルギー分野」を開拓する画期的な発明装置となるものと信ずる、この運転速度目標は1サイクル1往復1秒の準高速高頻度切換え運転を叶えつつ、切換時の効率低下防止・サイクルタイムの確保のための補完特許が公報2の発明であった、そして、逐次式圧縮過程に於ける漏洩損出防止の機能発揮牽引、及び、性能保証の多角的補完が本願と位置付けられ、これ等のどれ1つ欠いても機能不全に陥る程の、重要な発明となることは、夫々個別書に説明の通りである、これ等の重要事項を事前に察知排除又は予防に万全を期した、必須な補完関係を保つ極めて重要な発明であったことを確認したい。 Gazette 1, which is a basic patent to which the present application relates, is an invention that constitutes an “air power generation device” and a “buoyancy power generation device” using a sequential compression device of atmospheric pressure air, both of which are pioneering the “unused energy field”. This operating speed target, which is believed to be a periodical invention device, is a complementary patent for preventing efficiency reduction and ensuring cycle time at the time of switching while achieving quasi-high-speed high-frequency switching operation of 1 cycle 1 reciprocation 1 second. It was the invention of
1 ロッド側ピストン板 2 ヘッド側ピストン板
3 横隙間調整フラットバーセット 4 縦隙間調整フラットバーセット
5 中間シールバックアップ角棒 6 コーナシールブロック
7 ロッド側ケーシング内板 8 シリンダ胴体上下板
9 ロッド側ケーシング外板 10 Wボールブッシュ
11 シリンダロッド 12 シリンダ胴体側面板
13 ロッド印篭板 14 ハードロックベアリングナット
15 FB段差式突合せ調整面 16 ヘッド側ケーシング内板
17 ヘッド側ケーシング外板 18 ピストン用LMガイド
19 オイレスブッシュ 20 LMガイドレールブラケット
21 スライダー補強材 22 横段差式隙間調整フラットバーセット(別案)
23 ねじ挿入取付用窓1 Rod
23 Screw insertion mounting window
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