JPS62288704A - シリンダ装置 - 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】 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
或いはパルプ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、該へソドカバー２、ロ
ッドカバー３にはそれぞれ給徘ポート４．５が形成され
ている。６はチューブｌ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はピストンロッドで、該ピ
ストンロッド７Φ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、給排ボート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内の流体は給排ポート５から排
出され、逆に給徘ボート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σｌ１周方向応力
をσ、とすると、軸方向応力σｌは周方向応力σ、の２
である。

この結果、第１にチューブ１の設計に際しては、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、僅かな切欠きがある
と内圧によって該切欠き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、金属製
又は合成樹脂製薄肉筒体からなる内筒の外周側に樹脂を
含浸させた繊維材料を巻回することによってチューブを
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、かつ、チューブ全体に優れた衝撃吸収性
、耐疲労性を持たせ、しかもチューブの内面精度を高め
て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を金属製
又は合成樹脂製薄肉筒体からなる内筒と、樹脂を含浸さ
せた繊維材料を内層側と外層側の巻角が異るように該内
筒の外周側に巻回した少なくとも２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
料又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１１は本実施例による円筒状のチューブを
示し、該チューブ１１は内筒１２と後述する外筒１３と
から構成されている。そして、核内筒１２は例えば鋳鉄
、鋼管等の金属製筒体からなるが、第２図（イ）に示す
ように外筒１３に比較して薄肉の筒体に形成されている
。

一方、１３は前記内筒の外周側に形成された外筒で、該
外筒１３は内筒１２の外周面に形成された内層１３Ａと
、該内層１３Ａの外周側に形成された外層１３Ｂの２層
からなっており、該内層１３Ａ及び外層１３Ｂは共に、
熱硬化性樹脂を含浸させた糸状繊維材料１４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θ９．θ２で交差巻付けし、所定の厚みの筒体状
に形成した巻回層からなっている。そして、第２図（ロ
）に示すように、核内ｌｉｔ　３Ａを形成する糸状繊維
材料１４の巻角θ、は巻角θ１＝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１３Ｂの巻角θ２は同図（ハ）に示すように、内Ｊ
ｉｌ　３Ａの巻角θ、とは異なって巻角θ２＝０＠に近
くなるように例えば巻角θ２＝２０’に設定されている
。

なお、図中１５はシリンダヘッドで、該シリンダヘッド
１５と前記チューブ１１とはボルト１６を介して固着さ
れている。１７は該シリンダヘッド１５とチューブ１１
との間に介装されたＯ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１１の
製造法について説明する。

まず、製造すべきチューブ１１の内径に等しい外径を精
度高く形成した型材（マンドレル）を予作する。そして
、前記型材の外周面に離型剤を塗布した後、該型材に内
筒１２を嵌合するが、型材の外径と内筒１２の内径との
クリアランスは出来る限り少なくなるように調整してお
く。

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１４を引張力を掛けた状態で所定の
巻角θ５、例えばθ、＝７０’で所定の厚さまで交差巻
付けし、内１１３Ａを形成する。このようにして内Ｊｉ
Ｊ１３Ａを形成したら、硬化炉内に入れて熱硬化性樹脂
を熱硬化させた後、外層１３Ｂの接着性を高めて眉間剥
離を防止するための機械加工を施しておく。

上述の如くして内層１３Ａを形成したら、該内層１３Ａ
の外周側に熱硬化性樹脂を含浸させた糸状繊維材料１４
を引張力を掛けた状態で前記内層１３Ａの巻角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Ｆｉ１３Ｂを形成する。そして、
畝上の如く形成した内筒１２と外筒１３からなるチュー
ブ１１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工全体を熱硬化させた後、型材を引抜くこと
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１１が完成する。

本実施例によるチューブＩＩは上述の如く製造されるが
、該チューブ１１を構成する内筒１２は金属材料によ？
て内面精度の高い筒体に成形しであるから、チューブ１
１とピストン６との間からの圧油等の作動流体の漏洩を
十分に防止でき、またピストン６の摺動性に対しても優
れた特性を有している。そして、内筒１２は薄肉筒体か
らなっているが、型材に挿嵌密着した状態でその外周側
に糸状繊維材料１４を巻回し、熱硬化性樹脂を硬化させ
ているから、該内筒１２の内径精度に狂いが生じたりす
るのを確実に防止できる。

一方、チューブ１１を構成する外筒１３の内層１３Ａと
外層１３Ｂは糸状繊維材料１４の巻角θ９．θ２をそれ
ぞれ異らせて形成しであるが、該糸状繊維材料１４の巻
角θ３．θ２と、チューブ１１０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θ１．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１３の内層１３Ａ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θｒ＝１０’で糸状繊維材料１４を
巻回し、外ＦＪＩ　３Ｂは軸方向の曲げ応力を受承する
のに最も適した巻角θ２＝０°に近い巻角θ２＝２０°
で糸状繊維材料１４を巻回しである。この結果、チュー
ブ１１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６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
、チューブ１１の大部分を金属材料に比較して比重の小
さい繊維材料１４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１１の外筒１３を形成する内
ＪｉＪ１３Ａ側と外層１３Ｂ側の巻角ＣＩ。

θ２を変えることにより、チューブ１１には必要な部分
に必要な強度を持たせることができ、しかも金属材料か
らなる内筒１２の内面精度は向上できるから、チューブ
１１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１３を形成する糸状繊維材
料１４は鉄系材料に比較して衝撃吸収性、耐疲労性及び
低温脆性の点で優れているから、高品質なシリンダ装置
を製造することができる。また、チューブ１１の外筒１
３は繊維材料を用いた多層構造に構成したから、チュー
ブ１１の一部に切欠きがあった場合でも内圧によって該
切欠きからチューブ１１全体が一度に破壊するのを防止
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１４の巻角θ１．θ
２はθ、＝７０’、θｚ＝２０’の２種類に設定したが
、巻角θ４．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１４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１１の周方向及び軸方
向の応力Ｆ。

已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には金属製の薄肉筒体を用いたが、
引抜き成形した合成樹脂製の薄肉筒体を用いてもよく、
こうすることによってシリンダ装置を更に軽量化するこ
とができる。

更に、チューブ１１を構成する外筒１３の内層１３Ａ側
にはガラス繊維を用い、外層１３Ｂ側には高張力の炭素
繊維を用いてもよく、このように特性の異る複数種の糸
状繊維材料を組合せて用いることにより、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１１を構成する外筒１３は糸
状繊維材料１４の巻角θ１．θ２が異る内層１３′Ａと
外ｉ！ｔ１３Ｂ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、実施例のチューブ１
１の成形方法として糸状繊維材料１４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１１とシリン
ダヘッド１５の接合にはボルト１６を用いたが、更に接
着剤を併用してもよい。

〔発明の効果〕

本発明は以上詳述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の大部分は金属材料より比
重の小さい繊維材料で成形したから、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。

■　チューブの内筒は金属製又は合成樹脂製の薄肉筒体
で形成したから、該内筒の内周面は高精度に成形できる
結果、チューブとピストンの摺動性能を向上でき、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けばチューブ
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、加工費を低減できる。

■　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
に優れた繊維材料で形成したから、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構成したか
ら、内圧によって一度で破壊されるのをから、安＼性の
高いシリンダ装置にすることができる。

【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図はシリング装置の縦断面図、第５図は第４図中の要
部拡大断面図である。 ６・・・ピストン、１１・・・チューブ、１２・・・内
筒、１３・・・外筒、１４・・・繊維材料。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （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、前記チューブは金属製又は合成樹脂
   製薄肉筒体からなる内筒と、樹脂を含浸させた繊維材料
   を内層側と外層側の巻角が異るように該内筒の外周側に
   巻回した少なくとも２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. （２）前記２以上の巻回層は内層側の巻角は大きくし、
   外層側の巻角は小さくして形成してなる特許請求の範囲
   （１）項記載のシリンダ装置。