JPS62288703A

JPS62288703A - シリンダ装置

Info

Publication number: JPS62288703A
Application number: JP12986486A
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: 1986-06-04
Filing date: 1986-06-04
Publication date: 1987-12-15
Anticipated expiration: 2009-01-19
Also published as: JPH065081B2

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】３、発明の詳細な説明〔産業上の利用分野〕本発明は、油圧シリンダ、空圧シリンダ更にはサーボ弁
或いはバルブのシリンダとして用いられるシリンダ装置
に関するものである。

〔従来技術〕

従来、油圧シリンダ、空圧シリンダとして使用されるシ
リンダ装置は、両端を施蓋したチューブと、該チューブ
内に摺動可能に設けられ、この内部を２つの室に画成す
るピストンと、一端が該ピストンに固着され他端がチュ
ーブ外に突出したピストンロッドとから構成され、前記
各室に流体を給排するとき、当該流体によってチューブ
が受ける軸方向、周方向の応力は、該チューブの肉厚に
よって受承するようになっていた。

このような従来技術によるシリンダ装置として、第４図
および第５図に示すものが知られている。

即ち、図面において、１は例えば金属製の筒体からなる
チューブで、該チューブ１の両端はヘッドカバー２、ロ
ッドカバー３によって施蓋され、８亥へソドカバー２、
ロッドカバー３にはそれぞれ給排ボート４．５が形成さ
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によりチューブ１内は２つの室
Ａ、　Ｂに画成されている。７はじストンロッドで、該
ピストンロッド７の一端はピストン６に固着され、その
他端はロッドカバー３から外部に突出している。

そして、給排ポート４．５のうち一方の給排ポート４に
流体を供給すると、室Ａ側が高圧となってピストン６は
図中左方に変位し、室Ｂ内の流体は給排ボート５から排
出され、逆に給排ポート５に流体を供給すると、ピスト
ン６は図中右方に変位するようになっており、このとき
高圧側の室内の圧力は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、前述した従来技術によるシリンダ装置にあって
は、チューブ１を金属製の円筒体として構成しているた
め、次のような問題点があった。

即ち、薄肉円筒理論によれば、室Ａ、Ｂ内の流体圧によ
ってチューブ１に生じる軸方向応力をσＩ５周方向応力
をσ１とすると、軸方向応力σ！は周方向応力σ、の２
である。

この結果、第１にチューブ１の設計に際して鴎、周方向
応力σ、を基準に設計しなくてはならないから、軸方向
に対して過剰設計となってしまう欠点がある。第２に、
シリンダ装置の高圧化をめざす場合には、チューブ１の
肉厚を該チューブ１の周方向応力σ１に合せて大きくし
なければならず、シリンダ装置全体の重量が大きくなっ
てしまう欠点がある。第３に、チューブ１を構成する鉄
系材料は振動吸収性が悪く、衝撃吸収性に劣るという問
題や低温脆性の問題があり、更に、僅かな切欠から急激
に破損する恐れがあるという欠点がある。

本発明は上述した従来技術の欠点、問題点に鑑みなされ
たもので、本発明が解決しようとする問題点は、樹脂を
含浸させた繊維材料でチューブを形成し、シリンダ装置
の重量を従来技術に比較して大幅に軽減すると共に、該
チューブには必要な部分に必要な強度を付与し、また、
チューブ全体に優れた衝撃吸収性、耐疲労性を持たせ、
しかもピストンの摺動性を良くしたことにある。

〔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構成された本発明の手
段の特徴は、シリンダ装置を構成するチューブは多量の
樹脂を含浸させた不繊布状繊維材料により形成した内筒
と、樹脂を含浸させた長繊維材料を該内筒の外周側に巻
回することにより形成した少なくとも１以上の巻回層か
らなる外筒とから構成したことにある。

ここで、上記不繊布状繊維材料及び長繊維材料として用
いられる繊維材料には、ガラス繊維、炭素繊維、アラミ
ド繊維、セラミック繊維等があり、該繊維材料に含浸さ
せる樹脂には、熱硬化性と接着性を有するポリイミド樹
脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂等がある。また、
前記繊維材料の巻回方法としては、糸状繊維材料を用い
るフィラメントワインディング法と、テープ状繊維材料
または織布状繊維材料を用いるテープワインディング法
とがある。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図ないし第３図に基づき
詳述する。なお、前述した従来技術の構成要素と同一の
構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。

而して、図中１）は本実施例による円筒状のチューブを
示す。１２は該チューブ１）を構成する内筒で、該内筒
１２は、例えばポリイミド樹脂、エポキシ樹脂等のよう
に熱硬化性及び接着性を有する樹脂を大量に含浸させた
不繊布又は長さ３０龍以下の短繊維を樹脂で固形化した
不繊布状繊維材料１３　（以下、不繊布という）によっ
て円筒状に形成されており、該内筒１２は不繊布１３に
多量の樹脂を含浸させて形成することにより、ピストン
６の摺動性を高める優れた特性を有している。

一方、１４は第２図（イ）に示すように、前記内筒１２
の外周側に形成された内層１４Ａと、該内Ｊｇ１４Ａの
外周側に形成された外層１４Ｂの２層からなる外筒で、
該外筒１４の内層１４Ａ及び外層１４Ｂは共に、熱硬化
性樹脂を含浸させた長繊維材料からなる糸状繊維材料１
５を内筒１２の外周側にフィラメントワインディング法
によって一定の巻角θ１．θ２で交差巻付けし、所定の
厚みの筒体状に形成したものからなっている。そして、
第２図（ロ）に示すように、該内層１４Ａを形成する糸
状繊維材料１５の巻角θ１は巻角θ、−９０゜に近くな
るように例えば巻角θ１＝７０°に設定されている。一
方、外層１４Ｂの巻角θ２は同図（ハ）に示すように、
内層１４Ａの巻角θ、とは異なって巻角θｚ＝Ｏｏに近
くなるように例えば巻角θｚ＝２０”に設定されている
。

なお、図中１６はシリンダヘッドで、該シリンダヘッド
１６と前記チューブ１）とはボルト１７を介して固着さ
れている。１８は該シリンダヘッド１６とチューブ１）
との間に介装された０リングである。

実施例のシリンダ装置は上述の構成からなるが、次にフ
ィラメントワインディング法による前記チューブ１）の
製造法について説明する。

まず、製造すべきチューブ１）の内径に等しい外径を精
度畜く形成した型材（マンドレル）を予め製作しておく
。次に、該型材の外周に多量の樹脂を含浸させた不繊布
１３を巻付けて円筒状物を形成する。なお、当該巻付け
の際には巻回した不繊布１３の継目に隙間が生じたり、
隣接し或いは層状になった不繊布１３間に気泡が入らな
いように十分注意を払うと共に、該不繊布１３が切断し
ないように注意深く巻付ける。上述の如く型材に不繊布
１３を円筒状に巻付けたら硬化炉内に入れ、型材と共に
回転させながら不繊布１３に含浸されている熱硬化性樹
脂を熱硬化させることにより、めるための機械加工、例
えばブラスト加工を必要に応じて軽く施こしておくとよ
い。

次に、上述した内筒１２の外周面に、熱硬化性樹脂を含
浸させた糸状繊維材料１５を引張力を掛けた状態で所定
の巻角θ１、例えばθ、＝７０’で所定の厚さまで交差
巻付けし、内層１４　Ａを形成する。このようにして内
層１４Ａを形成したら、内筒１２と同様に硬化炉内に入
れて熱硬化性樹脂を熱硬化させた後、外層１４Ｂの接着
性を尚めて層間剥離を防止するための機械加工を施して
お（。

上述の如くして内層１４Ａを形成したら、該内層１４Ａ
の外周側に熱硬化性樹脂を含浸させた糸状繊維材料１５
を引張力を掛けた状態で前記内層１４Ａのを角θ１　と
は異る巻角θ２、例えばθ２＝２０°で所定の厚さにな
るまで交差巻付けし、外層１４ｒ３を形成する。そして
、叙上の如く形成した内筒１２と外筒１４からなるチュ
ーブ１）は型材に巻付けた状態のままで硬化炉内に入れ
、チューブ１）全体を熱硬化させた後、型材を引抜（こ
とにより、内面精度が高く、軸方向及び周方向に十分な
強度を備えたチューブ１）が完成する。

本実施例によるチューブ１）は上述の如く製造されるが
、該チューブ１）を構成する内筒１２は不繊布１３に多
量の樹脂を含浸させて熱硬化することにより、その内周
面は硬化した樹脂によって実質上形成された状態になっ
ているため、ピストン６の摺動性が極めて優れている。

しかも、内筒１２の内周面は型材の外周面の精度そのま
まに形成できるから、内周面は粗さ、うねりの少ない優
れた摺接面にすることができる。

一方、チューブ１）を構成する外筒１４の内層１４Ａと
外層１４Ｂは糸状繊維材料１５の巻角θ１．θ２をそれ
ぞれ異らせて形成しであるが、該糸状繊維材料１５の巻
角θ１．θ２と、チューブ１）の周方向の内圧に対する
強度Ｆ及び軸方向の強度Ｅの関係は第３図に示す如くで
あるから、巻角θ２．θ２を変えることにより、これら
の値Ｆ、　　Ｅを適宜設定することができる。

そこで、本実施例では外筒１４の内層１４Ａは周方向の
内圧を受承するのに最も適した巻角θ。

＝９０°に近い巻角θ１＝７０°で糸状繊維材料１５を
巻回し、外層１４Ｂは軸方向の曲げ応力を受承するのに
最も適した巻角θ２＝０９に近い巻角θ２−２０°で糸
状繊維材料１５を巻回しである。この結果、チューブ１
）は最小の肉厚及び巻回数の筒体に形成でき、しかもピ
ストンの摺動性に優れ、かつ周方向及び軸方向の各応力
に対応できる強度を与えることができる。しかも、チ１
−ブ１）の全体を金属材料に比較して比重の小さい繊維
材料１３．１５と樹脂で形成したから、従来技術による
ものと同等以上の強度を有しながら、その重量は大幅に
軽減することができる。

更に、前述の如くチューブ１）の外筒１４を形成する内
層１４Ａ側と外層１４Ｂ側の巻角θ、。

θ２を変えることにより、チューブ１）には必要な部分
に必要な強度を持たせることができ、しかも内筒１２の
摺動性能も向上したから、チューブ１）の肉厚等も含め
て設計の自由度が増し、限界設計が可能になる。更にま
た、外筒１４を形成する糸状繊維材料１５は鉄系材料に
比較して衝撃吸収性が良く、かつ、耐疲労性に優れてい
るから、高品質なシリンダ装置を製造することができる
。

しかも、チューブ１）は短繊維と長繊維の繊維材料を用
いた多層構造に構成したから、仮に強い内圧を受けた場
合でも切欠きからチューブ全体が一度に破壊することは
防止でき、シリンダ装置の信頼性を向上できる。

なお、本実施例では、糸状繊維材料１５の巻角θ１．θ
２はθ、＝７０．’、θ２−２０°の２種類に設定した
が、巻角θ１．θ２を内層側から外層側に滑らかに変化
させながら糸状繊維材料１５゜を巻回してもよく、この
ように構成することにより、チューブ１）の周方向及び
軸方向の応力Ｆ。

Ｅに対する機械的特性を緩やかに変化させることができ
る。また、内筒１２には低廉なガラス繊維からなる短繊
維材料を用い、外筒１４のうちの内層１４Ａ側にはガラ
ス繊維からなる長繊維材料を、外層１４Ｂ側には高張力
の炭素繊維からなる長繊維材料を用いることにより、低
廉、かつ、軽量なシリンダ装置を製造することができる
。

更に、本実施例のチューブ１）を構成する外筒１４は糸
状繊維材料１５の巻角θ１．θ２が異る内層１４Ａと外
層１４１３から形成するものとして述べたが、３種類の
巻角θ１．θ２．θ３によって巻回層を３層に形成して
もよいものである。更にまた、実施例のデユープ１）の
成形方法として糸状繊維材料１５を用いたフィラメント
ワインディング法を例に挙げたが、テープ状或いは織布
状の繊維材料を用いるテープワインディング法で成形し
てもよい。なお、実施例ではチューブ１）とシリンダヘ
ッド１６の接合にはボルト１７を用いたが、更に接着剤
を併用してもよい。

（発明の効果〕本発明は以上詳ｉボした如く構成したから、下記の諸効
果を奏する。

■　シリンダ装置のチューブ全体は金属材料より比重の
小さい繊維材料と樹脂で成形したから、シリンダ装置の
重量を従来技術に比較して大幅に軽減することができる
。

■　チューブの内周面側を形成する内筒は多事の樹脂を
含浸させた不繊布で形成したから、該内周面は高い精度
に形成できる結果、チューブとピストンのｔｌ）動性能
を向上でき、機械効率を高めることができる。また、型
材の外周面の精度を予め高めておりばチューブ内周面に
対する後加工は不要にできるから、チューブの製造工程
を減少でき、加工費を低減できろ。

■　チューブを構成する外筒の内層側は周方向の内圧を
受けるのに最も適した巻角で巻回し、外層側は軸方向応
力を受けるのに最も適した巻角で巻回したから、チュー
ブは最小の巻回数及び肉厚でもって周方向及び軸方向の
各応力にそれぞれ対応する強度を持つことができ、かつ
、ピストンは良好な摺動性を得ることができ、シリンダ
装置の信頼性を向上できる。

■　繊維材料の巻角、巻数及び積層数は任意に設定する
ことができるから、設計の自由度が高く限界設計が可能
であるし、所望の強度のチューブを製造することができ
る。

■　チューブは金属材料に比べて衝撃吸収性、耐疲労性
に優れた繊維材すニ１で形成したから、シリンダ装置の
耐久性、信頼性を向上できる。

■　チューブは繊維材料を用いて多層構造に１）１．Ｔ
成したから、内圧によって一度で破壊されるのを確実に
防止できると共に破壊の予知が可能になる全から、安＼注の高いシリンダ装置にすることができろ。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の一実施例に係り、第１図
はシリンダ装置の要部拡大断面図、第２図（イ）は第１
図中の部分拡大図、同図（ロ）はフィラメントワインデ
ィング法によって形成されたチューブ外筒の内層側を示
す説明図、同図（ハ）は該チューブ外筒の外層側を示す
説明図、第３図は巻角に対する内圧及び軸方向の強度を
示す特性線図、第４図及び第５図は従来技術に係り、第
４図はシリンダ装置の縦断面図、第５図は第４図中の要
部拡大断面図である。６・・・ピストン、１）・・・チューブ、１２・・・内
筒、１３・・・不繊布状繊維材料、１４・・・外筒、１
５・・・長繊維材料。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）両端を施蓋されたチューブ内には、該チューブ内
を２室に画成するピストンを摺動可能に設けてなるシリ
ンダ装置において、前記チューブは多量の樹脂を含浸さ
せた不繊布状繊維材料により形成した内筒と、樹脂を含
浸させた長繊維材料を該内筒の外周側に巻回することに
より形成した少なくとも１以上の巻回層からなる外筒と
から構成したことを特徴とするシリンダ装置。
（２）前記チューブの外筒は樹脂を含浸させた長繊維材
料を内層側と外層側の巻角が異るように巻回した２以上
の巻回層から形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２以上の巻回層は内層側の巻角は大きくし、
外層側の巻回角は小さくして形成してなる特許請求の範
囲（２）項記載のシリンダ装置。