JP6908466B2 - 液圧式アクチュエータ - Google Patents
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Description
前記チューブと前記スリーブとの間に、超高分子量ポリエチレンを含む層を有することを特徴とする。
かかる本発明の液圧式アクチュエータは、チューブの耐久性が向上しており、アクチュエータとしての耐久性が高い。
そして、本発明においては、SP値が8.7以上であるゴムを「極性ゴム」と定義し、SP値が8.7未満であるゴムを「非極性ゴム」と定義する。
また、本発明においては、SP値が8.7以上である極性ゴムの含有率がゴム成分中50質量%以上であるゴム層を「極性ゴム層」と定義し、SP値が8.7以上である極性ゴムの含有率がゴム成分中50質量%未満であるゴム層を「非極性ゴム層」と定義する。
なお、本発明において、カーボンブラックの窒素吸着比表面積(N2SA)は、JIS K6217−2:2001に従って測定する。
図1は、本実施形態に係る液圧式アクチュエータ10の側面図である。図1に示すように、液圧式アクチュエータ10は、アクチュエータ本体部100、封止機構200及び封止機構300を具える。また、液圧式アクチュエータ10の両端には、連結部20がそれぞれ設けられる。
アクチュエータ本体部100は、チューブ110と、スリーブ120と、チューブ110の外周面を被覆する超高分子量ポリエチレンを含む層130と、によって構成される。
フィッティング400は、液圧式アクチュエータ10の駆動圧力源、具体的には、作動流体のコンプレッサと接続されたホース(管路)を取り付けられるように突出している。フィッティング400を介して流入した作動流体は、通過孔410を通過してアクチュエータ本体部100の内部、具体的には、チューブ110の内部に流入する。
ここで、超高分子量ポリエチレンの粒子の平均粒径は、0.05〜100μmの範囲が好ましい。超高分子量ポリエチレンの粒子の平均粒径がこの範囲であれば、取り扱い易い上、所望の厚さの超高分子量ポリエチレンを含む層130を形成し易い。なお、超高分子量ポリエチレンを含む層130の厚みは、摺動性の観点から、0.1〜250μmの範囲が好ましい。
図4(a)に示すチューブ110は、チューブの内面側に位置する極性ゴム層111と、該極性ゴム層111の径方向DR外側に隣接して、チューブ110の外面側に位置する非極性ゴム層112とからなる2層構造を有する。
ここで、チューブ110が3層以上の積層構造を有する場合、極性ゴム層111が、チューブ110の最内側に配置されていることが好ましく、また、非極性ゴム層112が、チューブ110の最外側に配置されていることが好ましい。作動流体に接するチューブ110の最内側に、極性ゴム層111を配置することで、極性ゴム層111の耐液性が十分に発揮され、また、スリーブ120に接するチューブ110の最外側に、非極性ゴム層112を配置することで、非極性ゴム層112の耐亀裂性、耐摩耗性、摺動性が十分に発揮される。
なお、チューブ110の総厚みは、目的に応じて適宜設定できるが、アクチュエータの耐久性と動作長の観点から、1.0mm〜6.0mmの範囲が好ましい。また、チューブ110の直径(外径)は、目的とする用途に応じて、適宜選択できる。
但し、このような種類の繊維コードに限定されるものではなく、例えば、PBO(ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール)繊維などの高強度繊維や、極細のフィラメントによって構成される金属製のコードを用いてもよい。
なお、熱硬化性樹脂とラテックスとの混合物中の固形分率は、15質量%以上50質量%以下が好ましく、20質量%以上40質量%以下が更に好ましい。また、熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、レゾルシン樹脂、ウレタン樹脂等が挙げられ、ラテックスとしては、ビニルピリジン(VP)ラテックス、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)ラテックス、アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)ラテックス等が挙げられる。
次に、図5〜図12を参照して、封止機構200の実施形態について説明する。
図5は、実施形態1−1に係る封止機構200を含む液圧式アクチュエータ10の軸方向DAXに沿った一部断面図である。
なお、本発明においては、接着層240は、必須ではなく、第1折り返し部120aは、スリーブ本体部120bと接着されていなくてもよい。
図6は、実施形態1−2に係る封止機構200を含む液圧式アクチュエータ10の軸方向DAXに沿った一部断面図である。以下、実施形態1−1との相違点について主に説明する。
実施形態1−2では、スリーブ120の第1折り返し部120aと、かしめ部材230との間には、シート状の弾性部材が設けられる。具体的には、第1折り返し部120aとかしめ部材230との間には、ゴムシート250が設けられる。ゴムシート250は、円筒状の第1折り返し部120aの外周面を覆うように設けられる。ゴムシート250の種類は特に限定されないが、チューブ110と同様の種類のゴムを用いることができる。かしめ部材230は、ゴムシート250も含めて、アクチュエータ本体部100を封止部材210と共にかしめる。
図7は、実施形態1−3に係る封止機構200を含む液圧式アクチュエータ10の軸方向DAXに沿った一部断面図である。
実施形態1−3では、実施形態1−1の接着層240に代えてゴムシート260が用いられる。ゴムシート260は、シート状の弾性部材であり、スリーブ本体部120bと、第1折り返し部120aとの間に設けられる。ゴムシート260には、ゴムシート250と同様の種類のゴムを用いることができる。
図8は、実施形態2−1に係る封止機構200Aを含む液圧式アクチュエータ10の軸方向DAXに沿った一部断面図である。
封止機構200Aは、封止部材210A、第1係止リング220A及びかしめ部材230Aによって構成される。
図9は、実施形態2−2に係る封止機構200Aを含む液圧式アクチュエータ10の軸方向DAXに沿った一部断面図である。以下、実施形態2−1との相違点について主に説明する。
実施形態2−2では、スリーブ120の第1折り返し部120aと、かしめ部材230Aとの間には、シート状の弾性部材が設けられる。具体的には、第1折り返し部120aとかしめ部材230Aとの間には、ゴムシート250Aが設けられる。ゴムシート250Aは、実施形態1−2のゴムシート250と同様に、円筒状の第1折り返し部120aの外周面を覆うように設けられる。
図10は、実施形態2−3に係る封止機構200Aを含む液圧式アクチュエータ10の軸方向DAXに沿った一部断面図である。
実施形態2−3では、実施形態2−1の接着層240に代えてゴムシート260が用いられる。ゴムシート260は、実施形態1−3と同様に、シート状の弾性部材であり、スリーブ本体部120bと、第1折り返し部120aとの間に設けられる。
図11は、実施形態3−1に係る封止機構200Bを含む液圧式アクチュエータ10の軸方向DAXに沿った一部断面図である。実施形態3(3−1及び3−2)では、2つの係止リングが用いられる。
具体的には、スリーブ120は、第1係止リング220Bを介して、アクチュエータ本体部100の軸方向DAXにおける中央側に折り返されることによって第1折り返し部120aを形成する。さらに、スリーブ120は、第1折り返し部120aがアクチュエータ本体部100の軸方向DAXにおける端部側に折り返されることによって第2折り返し部120cを形成する。
図12は、実施形態3−2に係る封止機構200Cを含む液圧式アクチュエータ10の軸方向DAXに沿った一部断面図である。以下、実施形態3−1との相違点について主に説明する。
チューブ110は、作動流体による収縮及び膨張を繰り返すため、弾性材料、例えば、ゴム等からなる。例えば、チューブ110は、ゴム成分に、所望により選択した配合剤を配合してゴム組成物を調製し、該ゴム組成物を用いて、押出し成形機により、押出しすることで製造できる。ここで、ゴム成分としては、アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR、「ニトリルゴム」とも呼ぶ)、水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(水素化NBR、「水素化ニトリルゴム」とも呼ぶ)、クロロプレンゴム(CR)、エピクロロヒドリンゴム、ブタジエンゴム(BR)、天然ゴム(NR)、合成イソプレンゴム(IR)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、ブチルゴム等が挙げられ、また、配合剤としては、カーボンブラック、亜鉛華、ステアリン酸、老化防止剤、ワックス、可塑剤、硫黄、スコーチ防止剤、加硫促進剤、有機過酸化物等が挙げられる。
前記アクリロニトリル−ブタジエンゴムおよび/または水素化アクリロニトリルブタジエンゴムは、アクリロニトリル単位の含有量が異なる2種類以上のアクリロニトリル−ブタジエンゴムおよび/または水素化アクリロニトリルブタジエンゴムを含むことが好ましい。2種類以上のアクリロニトリル−ブタジエンゴムおよび/または水素化アクリロニトリルブタジエンゴムを使用することで、所望のニトリル含量を容易に達成できる。
一方、非極性ゴム層112は、SP値が8.7以上である極性ゴムの含有率がゴム成分中50質量%未満であり、好ましく0〜10質量%である。非極性ゴム層112における、極性ゴムの含有率がこの範囲であれば、SP値が8.7未満である非極性ゴムの含有率を上昇させることができる。
VC−BRは、シス−1,4構造を繰り返し単位とするポリブタジエンと、1,2−ビニル構造を繰り返し単位とするポリブタジエンとで構成されたゴムである。VC−BRの1,2−ビニル構造以外のミクロ構造におけるシス−1,4構造の比率は、通常97質量%以上である。極性ゴム層111にVC−BRを含有させると、極性ゴム層111の機械的強度が向上する。
一方、極性ゴム層111に含まれるカーボンブラックは、特に限定されるものではないが、窒素吸着比表面積が70m2/g〜145m2/gであることが好ましい。極性ゴム層111に含まれるカーボンブラックの窒素吸着比表面積がこの範囲であれば、極性ゴム層111の強度が更に向上する。
表1に示す配合処方に従い、ゴム成分と配合剤をバンバリーミキサーで混練りしてゴム組成物を調製した。
*2 NBR2(中高ニトリル): アクリロニトリル−ブタジエンゴム、アクリロニトリル単位の含有量=33.5質量%、日本ゼオン株式会社製「Nipol(登録商標)1042」、SP値=10.0(cal/cm3)1/2
*3 BR1: ビニルシス−ブタジエンゴム(VC−BR)、宇部興産株式会社製「UBEPOL(登録商標)BR150」、シス−1,4結合含有量98質量%、SP値=8.3(cal/cm3)1/2
*4 BR2: ブタジエンゴム、JSR株式会社製「BR01」、SP値=8.3(cal/cm3)1/2
*5 NR: 天然ゴム、RSS#3、SP値=8.2(cal/cm3)1/2
*6 SBR: スチレン−ブタジエンゴム、JSR株式会社製「#1500」、SP値=8.4(cal/cm3)1/2
*7 カーボンブラック1: SAF級カーボンブラック、東海カーボン株式会社製「シースト9H」、窒素吸着比表面積=145m2/g
*8 カーボンブラック2: HAF級カーボンブラック、東海カーボン株式会社製「シースト3」、窒素吸着比表面積=79m2/g
*9 カーボンブラック3: GPF級カーボンブラック、東海カーボン株式会社製「シーストV」、窒素吸着比表面積=27m2/g
*10 ステアリン酸: 新日本理化株式会社製「ステアリン酸50S」
*11 老化防止剤: 大内新興化学工業株式会社製「ノクラック6C」
*12 ワックス: 精工化学株式会社製「サンタイト S」
*13 樹脂: 日本ゼオン株式会社製「クレイトン100」
*14 シリカ: 東ソー・シリカ株式会社製「Nipsil AQ」
*15 シランカップリグ剤: Evonic社製「Si69」
*16 可塑剤1: 新日本理化株式会社製「サンソサイザーDOA」
*17 可塑剤2: 三協油化工業株式会社製「A/O MIX」
*18 亜鉛華: ZnO、白水化学工業株式会社製「亜鉛華3号」
*19 硫黄: 鶴見化学工業株式会社製「Sulfax Z」
*20 加硫促進剤1: 加硫促進剤CBS、大内新興化学工業株式会社製「ノクセラーCZ」
*21 加硫促進剤2: 加硫促進剤DPG、大内新興化学工業株式会社製「ノクセラーD」
*22 加硫促進剤3: 加硫促進剤TOT、大内新興化学工業株式会社製「ノクセラーTOT−N」
*23 加硫促進剤4: 加硫促進剤MTBS、大内新興化学工業株式会社製「ノクセラーDM」
*24 スコーチ防止剤: 大内新興化学工業株式会社製「リターダーCTP」
得られたゴム組成物を押出し成形機で加工することにより、長さ300mmの円筒形状のチューブを作製した。なお、実施例1及び比較例6〜9については、図3に示すような単層構造のチューブを作製し、実施例2〜4、比較例1〜5及び比較例10については、図4(a)に示すような内層と外層の2層構造のチューブを作製した。
また、実施例1〜4については、チューブの外周面の全面に、超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)の粒子を塗布し、150℃で10分間加熱して、超高分子量ポリエチレンからなる層を形成した。
また、比較例5については、チューブの外周面の全面に、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)の粒子を塗布し、150℃で10分間加熱して、ポリテトラフルオロエチレンからなる層を形成した。
各層に使用したゴム組成物の配合、チューブの被覆材料、並びに、チューブの内径及び外径、チューブの内層及び外層の厚み、被覆層の厚みを表2に示す。
原糸として、2200dtexのアラミド繊維を2本を用い、12回/10cmの下撚りをけ、更に12回/10cmの上撚りをかけて、直径0.7mmのアラミド繊維コードを作製した。該アラミド繊維コード64本を編み込んで作製した網目状のスリーブを用意した。このスリーブは、横断面において円周上にアラミド繊維コードが64本観察される網目状筒状体であった。具体的には、このスリーブは、等間隔、平行かつ螺旋状に配置された32本のアラミド繊維コードと、この32本のアラミド繊維コードと斜交するとともに、等間隔、平行かつ螺旋状に配置された他の32本のアラミド繊維コードとが交互に編み込まれてなる網目状筒状体であり、各コードのスリーブの軸方向に対する角度は25度であった。
前記チューブと前記網目状のスリーブとを用いて、図1及び図2に示す構造のアクチュエータを作製した。なお、封止機構200と封止機構300との間の長さは250mmである。アクチュエータに組み込まれたチューブの作動油としては、コスモスーパーエポック株式会社製UF46を用いた。作製したアクチュエータの耐久性を、以下の方法で評価した。結果を表2に示す。
作動油をチューブ内に注入して、チューブ内の空気を作動油で十分に置換した。チューブ内の作動油の圧力が0MPaと5MPaとをそれぞれ3秒ごとに繰り返すように作動油の注入操作を行い、チューブに亀裂が入りアクチュエータの機能を発現できなくなるまでの回数を測定した。比較例6の回数を100として、指数表示した。指数値が大きい程、耐久性が高いことを示す。
*26 UHMWPE2: 超高分子量ポリエチレンの粒子、三井化学社製「廃エックスミリオン630M」、平均粒子径=160μm、重量平均分子量=570万
*27 PTFE: ポリテトラフルオロエチレンの粒子、旭硝子社製「FluonG163」、平均粒子径=25μm
また、実施例2及び3と比較例5との対比から、熱可塑性樹脂の中でも、超高分子量ポリエチレンが特に優れていることが分かる。
Claims (12)
- 液圧によって膨張及び収縮する筒状のチューブと、所定方向に配向されたコードを編み込んだ筒状の構造体であって前記チューブの径方向外側に位置するスリーブと、によって構成されるアクチュエータ本体部を具え、
前記チューブと前記スリーブとの間に、超高分子量ポリエチレンを含む層を有し、
前記超高分子量ポリエチレンを含む層は、超高分子量ポリエチレンの粒子を前記チューブの外周面に塗布し、又は超高分子量ポリエチレンからなるフィルムで前記チューブの外周面を被覆して形成されていることを特徴とする、液圧式アクチュエータ。 - 前記超高分子量ポリエチレンは、重量平均分子量が100万〜700万である、請求項1に記載の液圧式アクチュエータ。
- 前記超高分子量ポリエチレンを含む層は、超高分子量ポリエチレンの粒子を前記チューブの外周面に塗布して形成されている、請求項1又は2に記載の液圧式アクチュエータ。
- 前記チューブは、SP値が8.7以上である極性ゴムの含有率がゴム成分中50質量%以上である極性ゴム層及びSP値が8.7以上である極性ゴムの含有率がゴム成分中50質量%未満である非極性ゴム層からなる2層以上の積層構造を有する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の液圧式アクチュエータ。
- 前記極性ゴム層が、前記チューブの最内側に配置されている、請求項4に記載の液圧式アクチュエータ。
- 前記非極性ゴム層が、前記極性ゴム層の径方向外側であって、前記チューブの最外側に配置されている、請求項4又は5に記載の液圧式アクチュエータ。
- 前記極性ゴム層が、アクリロニトリル−ブタジエンゴムおよび/または水素化アクリロニトリルブタジエンゴムを含む、請求項4〜6のいずれか一項に記載の液圧式アクチュエータ。
- 前記非極性ゴム層が、ブタジエンゴム、天然ゴム、合成イソプレンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ブチルゴムからなる群から選択される1種類以上を含む、請求項4〜7のいずれか一項に記載の液圧式アクチュエータ。
- 前記極性ゴム層及び前記非極性ゴム層が、カーボンブラックを含む、請求項4〜8のいずれか一項に記載の液圧式アクチュエータ。
- 前記非極性ゴム層に含まれるカーボンブラックは、窒素吸着比表面積が34m2/g〜155m2/gである、請求項9に記載の液圧式アクチュエータ。
- 前記非極性ゴム層が、更にシリカを含む、請求項4〜10のいずれか一項に記載の液圧式アクチュエータ。
- 前記非極性ゴム層が、更にシランカップリング剤を含む、請求項11に記載の液圧式アクチュエータ。
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