JPH0488262A - 流体圧シリンダのシリンダチューブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は補強構造を付加した流体圧シリンダ（油圧シリ
ンダ、エアシリンダ等）のシリンダチューブに関するも
のである。

〔従来の技術〕

従来、流体圧シリンダのシリンダチューブは、一般的に
は第４図に示すように、円筒状のシリンダ部１と、この
シリンダ部１の一端開口部に取付けられたヘッドカバー
２とによって構成される。

ヘッドカバー２は、内面側にシリンダ部１の内径とばぼ
同径寸法の円形凸部２ａを有し、この円形凸部２ａがシ
リンダ部１の一端開口部に嵌め込まれた状態で、第５図
に示すようにこの嵌合部の外周で両者が全周に亘って溶
接、一体化される。

第４，５図中、Ｗはこの溶接による結合部分（以下、溶
接部という）を示す。

従って、この一体化状態で、ヘッドカバー２の円形凸部
２ａとシリンダ部１とが接する非溶接部分Ｓが亀裂とし
て残される。

〔発明が解決しようとする課題〕

シリン、ダチューブには、シ、リング使用時に繰返し内
圧が作用する。そして、上記のような溶接部Ｗを有する
シリンダチューブにあっては、この繰返し内圧に対する
溶接部Ｗの疲労寿命が問題となる。

この場合、従来のシリンダチューブによると、繰返し内
圧による脹らみ変形を積極的に抑える手段をもたないた
め、溶接部Ｗに大応力が作用する。

しかも、亀裂Ｓを有することにより、この溶接部Ｗへの
応力集中が益々顕著となり、これによって溶接部Ｗの疲
労寿命が短くなるという問題があった。

そこで本発明は、このような内圧による溶接部の変形を
抑えて、溶接部の疲労寿命を向上させることができる油
圧シリンダのシリンダチューブを提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、円筒状のシリンダ部の一端開口部にヘッドカ
バーが嵌合され、この嵌合部の外周でこれらシリンダ部
とヘッドカバーとが溶接により一体化される流体圧シリ
ンダのシリンダチューブにおいて、上記シリンダ部とヘ
ッドカバーとによって構成されるチューブ本体の外周に
、リング状の補強部材が、チューブ本体を外周から拘束
して上記溶接部の変形を抑制しうる状態で設けられてな
るものである。

〔作用〕

この構成によると、補強部材によって溶接部の脹らみ変
形が抑えられるため、この変形量が小さくなる分、溶接
部に作用する応力が小さくなる。

従って、このような補強手段をもたない従来のシリンダ
チューブと比較して、溶接部の疲労寿命が向上すること
となる。

〔実施例〕

第１図に本発明の第１実施例、第２図に同第２実施例、
第３図に同第３実施例をそれぞれ示している。

これら各実施例においては、シリンダ部１と、このシリ
ンダ部１に嵌合・溶接されたヘッドカバー２とによって
構成されたチューブ本体Ａの外周に、リング状の補強部
材３を取付けてシリンダチューブを構成している。

補強部材３は、高剛性材料である炭素繊維強化プラスチ
ック（以下、ＣＦＲＰという）にて形成し、チューブ本
体Ａの外周に鉢巻状に取付けている。この補強部材３の
取付手段としては、たとえば、炭素繊維の束に樹脂を含
浸させた状態でチューブ本体Ａに巻付けた後、樹脂を固
化させて巻付は状態に固定するフィラメント・ワインデ
ィング方式をとってもよいし、炭素繊維強化プラスチッ
クにて補強部材３を予めリング状に形成し、これをチュ
ーブ本体Ａに圧入固着する手段をとってもよい。

この場合、第１実施例ではシリンダ部１における溶接部
Ｗの近傍位置（たとえば亀裂Ｓの開口端から数鱈離れた
位置）に、第２実施例ではシリンダ部１とヘッドカバー
２とに跨る溶接部Ｗの外周位置に、第３実施例ではシリ
ンダ部１における長さ方向中心よりヘッド側で、溶接［
Ｗから第１実施例の場合よりも離間した位１［（たとえ
ば亀裂Ｓの開口端から約５１離れた位置）にそれぞれ補
強部材３を取付けている。

このように、チューブ本体Ａの外周に高剛性の補強部材
３を設けることによってチューブ本体Ａが外周から拘束
され、シリンダ使用時における繰返し内圧による溶接部
Ｗの脹らみ変形（亀裂Ｓの開口量）が抑制される。この
ため、溶接部Ｗに作用する応力が低減され、その分、溶
接部Ｗの疲労寿命が向上することとなる。

この補強部材３による溶接部Ｗの疲労寿命改善効果を検
証すると、次の通りである。

補強部材３をもたない従来のシリンダチューブ（第４．
５図）について、５３５０にて作製した解析モデルを用
い、２００〜／ｄの内圧を加えた場合、有限要素法によ
る解析によると、第６図に示すように変形する。

この場合、亀裂Ｓの先端における応力拡大係数（亀裂先
端に分布する応力の強さの程度を表すパラメータ）は１
６．８ｋｇ／■３／２となる。そして、この条件下では
、繰返し内圧が加えられたときの溶接部Ｗの疲労寿命は
、８３５Ｃで作製した亀裂付き試片を用いての本発明者
の疲労試験によると、約５Ｘ１０６回であった。

これに対し、上記従来品と同じ８３５Ｃにより作製した
第１実施例構成の解析モデルについて、従来品と同じ２
００　ｂｇ／ｃｄの内圧が繰返し作用する場合、チュー
ブ本体Ａは第７図のように変形する。ここで、補強部材
３は幅３０■、厚さ３ｍとした。

第６図の場合と比較すると、溶接部Ｗまわりの変形が小
さくなり、このときの亀裂先端の応力拡大係数は、１４
．２ｋｇ／■３／２となる。

そして、この場合の溶接部Ｗの疲労寿命は約１０７回と
なり、従来品と比較して約２倍まで向上した。

また、補強部材３の厚さを５１１Ｉｌｌに増やすと、亀
裂先端の応力拡大係数は１３Ａｖ／■３／２となり、こ
のときの溶接部Ｗの疲労寿命は、約１．７Ｘ１０７とな
った。すなわち、補強部材３の厚みを増すことにより、
溶接部疲労寿命がさらに向上することとなる。

一方、第２および第３実施例の場合を検証すると、補強
部材３を幅３０■、厚さ５■とした場合、２００ｈｇ／
Ｌ−ｄの内圧の繰返し作用時に溶接部亀裂先端における
応力拡大係数はいずれも約１５．４１１ＩＩＩ３／２と
なり、溶接部Ｗの疲労寿命は約７×１０６回（従来品の
約１．４倍）にとどまる。

すなわち、第２実施例の場合には、溶接＠Ｗにおけるシ
リンダ部１側部分だけでなく、肉厚の大きいヘッドカバ
−２側部分も補強される結果、シリンダ部１とヘッドカ
バー２両者の変形量の差が縮まらないため、また、第３
実施例構成では、補強部材３が溶接部Ｗから遠い位置に
あるため、それぞれ補強部材３による溶接部Ｗの変形量
抑制効果が第１実施例の場合よりも低くなる。

従って、補強部材３の取付位置は、シリンダ部１におけ
る長さ方向中心よりヘッド側において溶接部Ｗにできる
だけ近い位置が最適となる。

ところで、補強部材の材料としては、チューブ本体Ａの
一般的な材料である８３５Ｃと同等以上の剛性を有する
材料を用いるのが望ましく、上記した炭素繊維強化プラ
スチツク以外にはピアノ線を用いることができる。ある
いは、シリンダ材料より剛性の低い材料を用いた場合で
も、従来のシリンダチューブと比較して溶接部の疲労寿
命改善に効果がある。

また、補強部材の幅および厚み寸法は、シリンダチュー
ブ（油圧シリンダ）の用途その他によって適宜選択しう
るところである。

〔発明の効果〕

上記のように本発明によるときは、シリンダ部とヘッド
カバーとによって構成されるチューブ本体の外周に、リ
ング状の補強部材を、チューブ本体を外周から拘束して
溶接部の変形を抑制しつる状態で設けたから、この補強
部材により溶接部の変形量が小さくなる分、溶接部に作
用する応力が小さくなる。

従って、このような補強手段をもたない従来のシリンダ
チューブと比較して、溶接部の疲労寿命を向上させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例、第２図は同第２実施例、
第３図は同第３実施例をそれぞれ示す断面図、第４図は
従来のシリンダチューブを示す断面図、第５図は第４図
の一部拡大図、第６図は従来のシリンダチューブによる
内圧作用時の変形状態、第７図は本発明の第１実施例に
がかるシリンダチューブによる内圧作用時の変形状態を
それぞれ示す図である。 １・・・シリンダ部、２・・・ヘッドカバー　３・・・
補強部材。 特許出願人　　　　　　株式会社神戸製鋼所代　理　人
　　　　　弁理士　小谷悦司同　　　　　　　弁理士　
長１）正 向　　　　　　　弁理士　伊藤孝夫 第 図 Δ 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、円筒状のシリンダ部の一端開口部にヘッドカバーが
   嵌合され、この嵌合部の外周でこれらシリンダ部とヘッ
   ドカバーとが溶接により一体化される流体圧シリンダの
   シリンダチューブにおいて、上記シリンダ部とヘッドカ
   バーとによって構成されるチューブ本体の外周に、リン
   グ状の補強部材が、チューブ本体を外周から拘束して上
   記溶接部の変形を抑制しうる状態で設けられてなること
   を特徴とする流体圧シリンダのシリンダチューブ。