JPS62215104A

JPS62215104A - シリンダ装置

Info

Publication number: JPS62215104A
Application number: JP61058574A
Authority: JP
Inventors: Hisanori Hashimoto; 久儀橋本; Morio Tamura; 田村　盛雄
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1986-03-17
Filing date: 1986-03-17
Publication date: 1987-09-21

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、例えば油圧シリンダや空圧シリンダとして用
いられるシリンダ装置に関し、特に、ピストンロッドを
軽量化でき、耐衝撃性や耐疲労性を向上させうるように
したシリンダ装置に関する。

〔従来技術〕

第７図に従来技術によるシリンダ装置として油圧シリン
ダを例に挙げて示す。

図において、■は金属材料によって円筒状に形成された
チューブで、該チューブ１の両端はヘッドカバ−２、ロ
ッドカバー３によって施蓋されている。そして、該ヘッ
ドカバー２、ロッドカバー３にはそれぞれ給排ボート４
．５が設けられている。６はチューブ１内に摺動可能に
挿嵌されたピストンで、該ピストン６はチューブ１内を
２つの油室Ａ、Ｂに画成している。７は金属材料によっ
て中実の丸棒状に形成されたピストンロッドで、該ピス
トンロッド７の一端側はピストン６に固着され、他端側
はロッドカバー３を介してチューブ１外に突出している
。そして、該ピストンロッド７は各油室Ａ、Ｂ内の油圧
によってチューブ１から伸長または縮小され、外部の負
荷を駆動するようになっている。

このように構成されたシリンダ装置では各給排ボート４
，５のうち一方の給排ボート４に圧油を供給すると、油
室Ａ側が高圧となってピストン６が図中左方に摺動変位
し、ピストンロッド７はチューブ１から伸長すると共に
油室Ｂ内の油液は給排ボート５から排出される。一方、
給排ボート５に圧油を供給すると、油室Ｂ側が高圧とな
ってピストン６は図中右方に摺動変位し、ピストンロッ
ド７は縮小される。そして、このとき高圧側の油室Ａま
たはＢ内の圧力は外部の負荷によって定められる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

然るに、上述した従来技術にあっては、ピストンロッド
７が金属材料によって形成されているから、下記のよう
な欠点がある。

即ち、ピストンロッド７はチューブ１に比較して長尺に
形成され、所定の強度を確保すべく、大径の金属製丸棒
によって形成されているから、シリンダ装置全体の約半
分の重量を占めるようになり、該ピストンロッド７によ
ってシリンダ装置全体の重量が大幅に増加するという欠
点がある。この結果、油圧ショベルのフロント先端側や
クレーンの先端側等に前記シリンダ装置を用いた場合、
大きな慣性力が作用し、特に、長尺のクレーン等には使
用できないという欠点がある。

また、金属材料は一般に等方性材料であるから、ピスト
ンロッド７の素材となる金属製丸棒の径によって曲げ強
度やねじり強度が制約され、設計の自由度が少ないとい
う欠点がある。

さらに、ピストンロッド７は鉄等の金属材料によって形
成されるから、振動減衰性や衝撃吸収性が悪いという欠
点がある。

本発明は上述した従来技術の欠点に鑑みなされたもので
、ピストンロッドを軽量化し、所定の曲げ強度やねじり
強度を確保すると共に、優れた振動減衰性、衝撃吸収性
および耐疲労性を与えることができ、クレーンの先端側
にも適用可能なシリンダ装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上述した問題点を解決するために本発明が採用する構成
の特徴は、樹脂を含浸させた繊維材料の巻回層によって
ピストンロッドを形成したことにある。

そして、樹脂を含浸させた繊維材料の具体例としては、
フィラメントワインディング法により巻回される糸状繊
維材料、テープワインディング法繊維材料が挙げられる
。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図ないし第６図に基づいて
説明する。なお、実施例では前述した第７図に示す従来
技術と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明
を省略するものとする。

而して、第１図ないし第３図は本発明の第１のれ、他端
側かロッドカバー３を介してチューブ１外に突出したピ
ストンロッドで、該ピストンロッド１１はガラス繊維等
の一方向引抜き材（プルトーション材）からなる芯材１
１Ａと、該芯材１１Ａの外周面上に所定の厚さをもって
巻回された中間巻回層１１Ｂと、該中間巻回層１　］、
　Ｂ上に所定の厚さをもって巻回された外側巻回層１１
Ｃとから構成され、該各巻回層１１Ｂ、ＩＩＣは、例え
ば炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維等の糸状繊維材
料１２に、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステ
ル樹脂等の接着性を有する熱硬化性樹脂材を含浸させて
、フィラメントワインディング法を用いて、第３図中に
例示するように形成されている。

即ち、前記中間巻回層１１Ｂはねじり強度を増加すべく
、例えば巻角θ−４５°の角度をもって前記糸状繊維材
料１２を芯材１１Ａの外周側に交差巻付すし、所定の厚
さに仕上げることによって円筒状に形成され、前記外側
巻四層１１Ｃは曲げ強度を増加すべく、例えば巻角θ−
０〜１０６で、可能な限り零度に近い角度をもって前記
糸状繊維材料１２を交差巻付けし、所定の厚さに仕上げ
ることによって円筒状に形成されている。なお、前記芯
材１１Ａはガラス繊維の一方向材によって形成されてい
るから、安価に製造することができる。

本実施例によるシリンダ装置は上述の如き構成を有する
が、次に、ピストンロッド１１の製造法について詳述す
る。

まず、芯材１１Ａの外周に引張力をかけた状態で、該芯
材１１Ａの外周面上に熱硬化性樹脂材を含浸させた糸状
繊維材料１２を巻角θ−４５°の角度をもって交差巻付
けし、所定の厚さをもった中間巻回層１１Ｂを形成する
。次に、該中間巻回層１１Ｂの外周面上に前記と同様の
糸状繊維材料１２を巻角θが零度または零度に近い角度
をもって交差巻付けし、所定の厚さをもった外側巻回層
１１Ｃを形成する。そして、これらを硬化炉内にストン
ロッド１１を成形する。

而して、ピストンロッド１１はガラス繊維の一方向材か
らなる芯材１１Ａ上に熱硬化性樹脂材を含浸させた糸状
繊維材料１２をそれぞれ所定の巻角θでもって交差巻付
りした中間巻回層１１Ｂ、外側巻回層１１Ｃによって形
成したから、曲げ強度、ねじり強度および引張り強度を
高めることができる上に、糸状繊維材料１２は鉄等の金
属材料に比較して比重が大幅（約１７５〜１／４）に小
さいから、ピストンロッド１１を大幅に軽量化すること
ができる。

さらに、ピストンロッド１１を構成する糸状繊維材料１
２は高い硬度を有する上に、接着性や柔軟性の高い樹脂
材によって覆われて強く結合されているから、鉄等の金
属材料に比較して振動減衰性、衝撃吸収性および耐疲労
性を大幅に向上させることができる。また、糸状繊維材
料１２の巻角θや厚さを適宜に変えることにより、種々
の外部負荷に応じた曲げ強度、ねじり強度および引張り
強度等を得ることができ、設計の自由度が増し、種々の
負荷条件に対応して限界設計を行うことが可能となる。

従って、本実施例によれば、ピストンロッド１１を従来
のピストンロッド７に比較して１７５〜１７４程度と、
大幅に軽量化できるから、シリンダ装置全体の重量も大
幅に軽減でき、クレーンの先端側等にも使用でき、大き
な慣性力が作用するような事態を確実に防止することが
できる。また、ピストンロッド１１に優れた衝撃吸収性
や耐疲労性を与えることができるから、シリンダ装置の
耐久性や信頼性を大幅に向上させることができる。

なお、前記第１の実施例では、ピストンロッド１１を芯
材１１Ａ、中間巻回層ＩＩＢおよび外側巻回層１１Ｃに
よって構成したが、曲げ強度のみを重視する場合には中
間巻回層１１Ｂを省略して外側巻回層１１Ｃを芯材１１
Ａの外周面上に巻回して形成してもよい。また、ねじり
強度を重視する場合には外側巻回層１１Ｃを省略しても
よく、さらに、負荷に応じて３層以上の巻回層をそれぞ
れ異なる巻角θでもって形成するようにしてもよい。

第４図は本発明の第２の実施例を示し、本実施例では前
述した第１図ないし第３図に示す第１の実施例と同一の
構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略するも
のとする。

而して、本実施例の特徴は外側巻回層１１Ｃの外周面上
に表面硬化層１１Ｄを設けたことにある。

のコーティングを施したり、あるいは硬質クロムメッキ
等を施すことによって形成されている。

このように構成される本実施例でも、前記第１の実施例
とほぼ同様の作用効果を得ることができるが、特に本実
施例では、外側巻回層１１Ｃの外周面上に表面硬化層１
１Ｄを設けたから、ピストンロッド１１の表面硬度をさ
らに増加させることができる。

第５図は本発明の第３の実施例を示し、本実施例の特徴
は、ピストンロッド２１を金属製のパイプからなる芯材
２１Ａと、該芯材２１Ａの外周面上に所定の厚さをもっ
て巻回された中間巻回層２１Ｂと、該中間巻回層２１Ｂ
の外周面上に所定の厚さをもって巻回された外側巻回層
２１．　Ｃとから構成したことにある。ここで、前記中
間巻回層２１Ｂおよび外側巻回層２１Ｃは前記第１の実
施例で用いた中間巻回層１１Ｂおよび外側巻回層１１Ｃ
と同様に形成されている。

このように構成される本実施例でも、前記第１の実施例
とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に本実施
例では、芯材２１Ａに金属製パイプを用いているから、
ピストンロッド２１の重量軽減率は小さくなるものの、
弾性率を第１の実施例のピストンロッド１１に比較して
大きくすることができる。なお、芯材２１Ａには金属製
パイプに替えて、金属製の細長い中実な丸棒等を用いて
もよい。

第６図は本発明の第４の実施例を示し、本実施例の特徴
は、図示しない型材の外周面上に内側巻回層３１Ａおよ
び外側巻回層３１．８をそれぞれ所定の厚さと巻角でも
って巻付けて形成し、該各巻回層３１Ａ、３１Ｂの硬化
後に前記型材を引抜くことによってピストンロッド３１
を形成したことにある。ここで、前記内側巻回層３１Ａ
および外側巻回層３１Ｂは前記第１の実施例で用いた中
間巻回層１１Ｂおよび外側巻回層１１．　Ｃと同様に形
成されている。

このように構成される本実施例でも、前記第１の実施例
とほぼ同様の作用効果を得ることができるが、特に本実
施例では、ピストンロッド３１を内曳側巻回層３１Ａと外側巻回層３１Ｂとで構成したから
、ピストンロッド３１の重量をさらに軽減することがで
きる。

なお、前記各実施例では、糸状繊維材料１２をそれぞれ
異なる巻角θでもって巻回することにより中間巻回層１
１Ｂ（２１Ｂ）または内側巻回層３１Ａと外側巻回層１
１．Ｃ（２１Ｃ，３１Ｂ＞とを形成するものとしたが、
これらは連続的に伸びる糸状繊維材１２の巻角θを途中
で変えることによって形成してもよい。この場合には、
曲げ荷重やねじり荷重等に対するピストンロッド１１（
２１，３１）の機械的特性を向上させることができ、高
強度にできる。また、中間巻回層１１Ｂ（２１Ｂ）また
は内側巻回層３１Ａには低度なガラス繊維材料を、外側
巻回層１１　Ｃ（２ＩＣ，３１Ｂ）には高張力の炭素繊
維材料をそれぞれ用いてもよく、特性の異なる糸状繊維
材料を適宜に組合せて用いてもよい。

また、前記各実施例では、フィラメントワインディング
法を用いて中間巻回層１１Ｂ（２１Ｂ）または内側巻回
層３１Ａおよび外側巻回層１１Ｃ（２１Ｃ，３１Ｂ）を
形成するものとしたが、これらをテープワインディング
法あるいはハンドレイアップ法等を用いて形成してもよ
い。

一方、前記第３、第４の実施例では、外側巻回層２１Ｃ
（３１Ｂ）の外周面上に第２の実施例で用いた表面硬化
層ＬＩＤと同様の表面硬化層を設、けるようにしてもよ
い。

さらに、前記各実施例では、チューブ１を金属材料によ
って形成するものとしたが、これに替えて、チューブ１
を樹脂を含浸させた繊維材料を所定の巻角θでもって所
定の厚さに交差巻付けすることによって形成してもよい
。そして、チューブ１を１層のみで形成する場合には巻
角θ−５５゜とし、２層で形成する場合には内側巻回層
を巻角θが９０度に近い、例えばθ−７０°で形成し、
外側巻回層を巻角θが零度に近い、例えばθ＝２０度で
形成してもよい。

さらにまた、前記各実施例では、油圧シリンダを例に挙
げて説明したが、本発明によるシリンダ装置はこれに限
定されず、空圧シリンダ等、他シリンダ装置に適用して
もよいことは勿論である。

〔発明の効果〕

以上詳述した通り、本発明によれば、樹脂を含浸させた
繊維材料の巻回層によってピストンロッドを形成したか
ら、ピストンロッドの重量を大幅に軽減することができ
、シリンダ装置を大幅に軽量化することができる。従っ
て、クレーンの先端部分等にも使用することができる。

また、ピストンロンドをそれぞれ巻角が異なる２層以上
の巻回層によって形成すれば、設計の自由度が増え、負
荷条件に対応して限界設計を行うことが可能となる。さ
らに、ピストンロッドに優れた衝撃吸収性や耐疲労性等
を与えることができ、シリンダ装置の耐久性や信頼性を
大幅に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の第１の実施例に係り、第
１図はシリンダ装置を示す縦断面図、第２図は第１図中
に示すピストンロッドの要部断面図、第３図は糸状繊維
材料の巻角を示すピストンロッドの外観説明図、第４図
は本発明の第２の実施例を示す第２図と同様の断面図、
第５図は本発明の第３の実施例を示す第２図と同様の断
面図、第６図は本発明の第４の実施例を示す第２図と同
様の断面図、第７図は従来技術に係るシリンダ装置を示
す縦断面図である。１・・・チューブ、２・・・ヘットカバー、３・・・ロ
ッドカバー、６・・・ピストン、１１．２１．３１・・
・ビス１・ンロソド、ＩＩＡ、２１Ａ・・・芯材、１１
Ｂ。２１Ｂ・・・中間巻回層、ＩＩＣ，２１Ｃ，３１Ｂ・・
・外側巻回層、１２・・・糸状繊維材料、３１Ａ・・・
内側巻回層、Ａ、Ｂ・・・油室。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）両端が施蓋されたチューブと、該チューブ内に摺
動可能に挿嵌され、該チューブ内を２つの室に画成した
ピストンと、一端側が該ピストンに固着され、他端側が
前記チューブ外へと突出したピストンロッドとからなる
シリンダ装置において、前記ピストンロッドは樹脂を含
浸させた繊維材料の巻回層によって形成したことを特徴
とするシリンダ装置。
（２）前記ピストンロッドは前記樹脂を含浸させた繊維
材料をそれぞれ異なる巻角でもって巻回することにより
形成した少なくとも２層の巻回層から構成してなる特許
請求の範囲（１）項記載のシリンダ装置。
（３）前記ピストンロッドは芯材の外周側に前記樹脂を
含浸させた繊維材料を所定の巻角でもって巻回すること
により形成した少なくとも１層の巻回層から構成してな
る特許請求の範囲（１）項記載のシリンダ装置。