TW201621175A

TW201621175A - 流體壓缸

Info

Publication number: TW201621175A
Application number: TW104127644A
Authority: TW
Inventors: 奧平宏行; 今井健司; 簗瀬辰徳
Original assignee: Ｓｍｃ股份有限公司
Priority date: 2014-09-12
Filing date: 2015-08-25
Publication date: 2016-06-16
Also published as: KR101953641B1; CN106715927A; BR112017004751B1; EP3193025B1; JP2016056923A; RU2668300C2; BR112017004751A2; RU2017107872A; JP6222571B2; EP3193025A4; KR20170052680A; TWI653400B; MX2017002857A; US10480546B2; RU2017107872A3; US20170284428A1; EP3193025A1; WO2016039123A1; CN106715927B

Abstract

構成流體壓缸(10)之活塞桿(18)及桿套(22)係以鋁或鋁合金構成。在構成桿插穿孔(20)之桿套(22)的內壁面的至少一部分係形成有防蝕鋁皮膜(58)，在活塞桿(18)的外壁面係形成有與防蝕鋁皮膜(58)做滑動接觸之類鑽碳皮膜(42)。

Description

流體壓缸

本發明係關於使活塞(piston)在作動流體的作用下沿著軸線方向位移之流體壓缸(cylinder)。

過去，廣泛使用流體壓缸來作為工件(work)等的搬送手段。此種流體壓缸係具備有：形成有缸孔(cylinder hole)之缸本體、配設於缸孔而在作動流體的作用下沿著軸線方向位移之活塞、連接至活塞之活塞桿(piston rod)、以及設於構成缸孔之內壁面且形成有供活塞桿插穿過的桿插穿孔之桿套(rod cover)(參照例如日本特開2009-68557號公報)。桿插穿孔設有圓筒狀的軸襯(bush)，此軸襯將活塞桿支持成可在軸線方向滑動。

上述的過去的流體壓缸，一般而言係採用鐵製的活塞桿、鋁製的桿套、以及銅製的軸襯。不過，在此情況，不僅流體壓缸的部件個數及重量會增大，還有例如無法在二次電池的製造生產線等禁止或限制使用銅系材料的環境(銅系材料不使用環境)中使用之不利點。

為了消除如此的不利點，雖可考慮例如將軸襯刪減掉而且採用鋁製的活塞桿，並在構成桿插穿孔之內壁面形成與活塞桿做滑動接觸之防蝕鋁(alumite)皮膜，但此情況會產生活塞桿與防蝕鋁皮膜之黏著磨耗(adhesive wear)，所以有流體壓缸的壽命會變短之虞。

本發明係考慮到如此的課題而完成者，其目的在提供可削減部件個數且可謀求輕量化及長壽命化，而且就算在銅系材料不使用環境也可使用之流體壓缸。

為了達成上述的目的，本發明之流體壓缸係具備有：形成有缸孔之缸本體、配設於前述缸孔而在作動流體的作用下沿著軸線方向位移之活塞、連結至前述活塞之活塞桿、以及形成有供前述活塞桿插穿過的桿插穿孔之桿套(rod cover)，其中，前述活塞桿及前述桿套係以鋁或鋁合金構成，在構成前述桿插穿孔之前述桿套的內壁面的至少一部分係形成有防蝕鋁(alumite)皮膜或類鑽碳(diamond like carbon)皮膜，於前述活塞桿的外壁面，在前述桿套的前述內壁面形成有前述防蝕鋁皮膜之情況係形成有與該防蝕鋁皮膜做滑動接觸之類鑽碳皮膜，而在前述桿套的前述內壁面形成有前述類鑽碳皮膜之情況係形成有與該類鑽碳皮膜做滑動接觸之防蝕鋁皮膜。

根據如此的構成，由於形成於活塞桿的外壁面之類鑽碳皮膜(防蝕鋁皮膜)係相對於形成在桿套的內壁面之防蝕鋁皮膜(類鑽碳皮膜)而滑動，所以可抑制黏著磨耗。因此，可謀求流體壓缸的長壽命化。又，由於以鋁或鋁合金構成桿套及活塞桿就無需在桿插穿孔設置銅製的軸襯，所以可削減部件個數，且不僅可謀求輕量化而且就算在銅系材料不使用環境也可使用。

在上述的流體壓缸中，亦可在前述桿套的前述內壁面形成有前述防蝕鋁皮膜，而在前述活塞桿的外壁面形成有與前述防蝕鋁皮膜做滑動接觸之前述類鑽碳皮膜。在此情況，因為在相較於桿套的內壁面而言較容易做鍍覆(coating)之活塞桿的外壁面形成類鑽碳皮膜，所以可使流體壓缸的製造成本低廉化。

在上述的流體壓缸中，亦可在前述桿套的前述內壁面形成有用來收容潤滑劑之收容溝槽。根據如此的構成，由於可供給潤滑劑到防蝕鋁皮膜與類鑽碳皮膜之間，所以可謀求流體壓缸之更加長壽命化。而且，由於可在過去配設軸襯的位置形成收容溝槽，所以即使是形成有收容溝槽之情況也可抑制流體壓缸之大型化。

根據本發明之流體壓缸，就可削減部件個數且可謀求輕量化及長壽命化，而且就算在銅系材料不使用環境也可使用。

從參照隨附的圖式所做的以下的實施形態之說明，即可容易瞭解上述的目的、特徵及優點。

10、10a、10b、10c、100a、100b‧‧‧流體壓缸

12‧‧‧缸孔

14‧‧‧缸本體

16‧‧‧活塞

18‧‧‧活塞桿

20‧‧‧桿插穿孔

22‧‧‧桿套

24‧‧‧第一出入口

26‧‧‧第二出入口

28‧‧‧第一缸室

30‧‧‧第一連通路

32‧‧‧第二缸室

34‧‧‧第二連通路

36‧‧‧環狀溝槽

38‧‧‧活塞密封圈

40‧‧‧安裝孔

42‧‧‧DLC皮膜(類鑽碳皮膜)

44、48、54‧‧‧環狀溝槽

46‧‧‧擋止環

50‧‧‧密封墊

52‧‧‧活塞桿密封圈

56‧‧‧滑脂收容溝槽(收容溝槽)

58‧‧‧防蝕鋁皮膜

102‧‧‧硬質鉻皮膜

104‧‧‧軸襯

106‧‧‧軸襯配設溝槽

La、Lb‧‧‧長度尺寸

第1圖係本發明之一實施形態的流體壓缸的縱斷面圖。

第2圖係顯示實施例1之流體壓缸的構成之局部放大縱斷面圖。

第3圖係顯示實施例2之流體壓缸(比較例1之流體壓缸)的構成之局部放大縱斷面圖。

第4圖係顯示實施例3之流體壓缸的構成之局部放大縱斷面圖。

第5圖係顯示比較例2之流體壓缸的構成之局部放大縱斷面圖。

第6圖係顯示相對於活塞驅動次數之最低作動壓力的變化之線圖。

第7圖係顯示活塞的1000萬次驅動後的防蝕鋁皮膜的最大磨耗深度之線圖。

以下，針對本發明之流體壓缸，舉出較佳的實施形態，參照隨附的圖式來進行說明。

本發明之一實施形態的流體壓缸(滑動裝置)10，係如第1圖所示具備有：形成有缸孔12之缸本體14、在缸孔12配設成可沿著軸線方向自由位移之活塞16、連結至活塞16之活塞桿18、以及設於缸本體14且形成有供活塞桿18插穿過的桿插穿孔20之桿套22。

缸本體14可用任意的材料來構成，例如，可採用鋁或鋁合金而一體構成為有底的筒狀。不過，缸本體14亦可將端蓋(end cover)裝設在兩端開口的管狀構件的一側的開口部而將該開口部封閉而構成。

在缸本體14的外側面開設有第一出入口 (port)24及第二出入口26，此第一出入口24及第二出入口26係經由未圖示的流路及流路切換裝置而與流體供給源連接。第一出入口24係經由第一連通路30而與形成於活塞16及缸本體14的底面之間的第一缸室28連通。第二出入口26係經由第二連通路34而與形成於活塞16及桿套22之間的第二缸室32連通。

活塞16可用任意的材料來構成，例如，可採用鋁或鋁合金等而構成為圓柱狀。在活塞16的外周面利用環狀溝槽36而安裝有活塞密封圈(piston packing)38。此外，亦可在活塞16的外周面安裝用來檢測出活塞16在軸線方向相對於缸本體14的位置之磁鐵。在此情況，係在缸本體14的外側面形成用來安裝磁性檢測感測器以檢測出磁鐵的磁性之感測器安裝凹槽。

活塞桿18係採用例如鋁或鋁合金而構成為圓柱狀，且其一端部連結至活塞16。藉此，活塞桿18係與活塞16連動。在插穿過桿插穿孔20而露出到缸本體14的外部之活塞桿18的另一端面，係形成有用來安裝工件等之安裝孔40。

在活塞桿18的外周面(外壁面)形成有類鑽碳皮膜(以下稱之為DLC皮膜42)。DLC皮膜42係為由烴或碳的同素異形體(allotrope)所構成之非晶質的硬質膜，有良好的潤滑性、耐磨耗性、耐燒黏性等。

DLC皮膜42可採用不會產生廢液之環保的CVD(Chemical Vapor Deposition：化學氣相沉積)法或 PVD(Physical Vapor Deposition：物理氣相沉積)法來形成。而且，為了使DLC皮膜42與基材(活塞桿18)的密著性良好，亦可在基材與DLC皮膜42之間形成中間層。中間層可用例如基材與DLC的複合層來構成。在此情況，中間層係越接近基材則其金屬的組成比越大，反之DLC的組成比越小，而越遠離基材則其金屬的組成比越小，反之DLC的組成比越大。藉由使用如此的中間層，可適當地抑制DLC皮膜42從基材剝離。

DLC皮膜42係從基材開始越向外表面側其硬度越大。具體而言，DLC皮膜42之靠近基材處的維氏硬度係設定在900Hv以下，最外表面處的維氏硬度係設定在1300Hv以上。如此，就可更適當地抑制DLC皮膜42從基材剝離。另外，DLC皮膜42的表面粗度係設定在1.6Rz以下。如此，就可適當地抑制後述之活塞桿密封圈(rod packing)52的磨耗。

DLC皮膜42可著上與鋁或鋁合金的顏色(金屬色)不同的顏色(例如黑色)。如此，在DLC皮膜42剝離而露出底材的鋁或鋁合金後就可容易地辨認。因此，可在因流體壓缸10的壽命而造成設備停止之前採取適當的對策。

DLC皮膜42的膜厚，以設定在0.1μm以上5.0μm以下為佳，以設定在0.3μm以上4.0μm以下為更佳，以設定在1.0μm以上4.0μm以下為最佳。這是因為，當DLC皮膜42的膜厚比0.1μm小時，會有DLC皮膜42 因為磨耗而造成早期剝離的顧慮，而當DLC皮膜42的膜厚比5.0μm大時，則不易成膜而會招致成本過高的緣故。

桿套22係採用例如鋁或鋁合金而構成為圓環狀，且以設於構成缸孔12的壁面之狀態支持活塞桿18。另外，桿套22係藉由環狀的擋止環46而防止從缸孔12脫落，而該擋止環46係經由環狀溝槽44而裝設於構成缸孔12之壁面。

在桿套22的外周面，係利用環狀構槽48而裝設有密封墊(gasket)50。在桿套22的內周面(內壁面)形成有用來裝設以氨酯橡膠(urethane rubber)等樹脂材料構成的活塞桿密封圈52之環狀溝槽54、以及用來收容滑脂(grease)(潤滑劑)之滑脂收容溝槽(滑脂貯留溝槽)56。在本實施形態中，滑脂收容溝槽56係位在比環狀溝槽54還要靠近擋止環46側(與活塞16相反的一側)之處。

在桿套22的內周面的至少一部分，形成有與DLC皮膜42做滑動接觸之防蝕鋁皮膜58。防蝕鋁皮膜58較佳為JIS8603中記載的硬質防蝕鋁皮膜。這是因為，在此情況可更加提高防蝕鋁皮膜58的耐磨耗性的緣故。不過，防蝕鋁皮膜58不是上述的硬質防蝕鋁皮膜亦無妨。

滑脂收容溝槽56之沿著軸線方向的尺寸，係設定為滑動面長度尺寸(與DLC皮膜42做滑動接觸之防蝕鋁皮膜58之沿著軸線方向的長度尺寸)的1/5以上4/5以下的尺寸。如此，就可一邊適度地抑制從活塞桿18作用至防蝕鋁皮膜58的壓力一邊有效率地供給滑脂至DLC皮膜 42與防蝕鋁皮膜58之間。

本實施形態之流體壓缸10基本上係形成為如以上所述的構成，接著，針對其動作及作用效果進行說明。而且，如第1圖所示，以活塞16位於缸本體14的底面側之狀態作為初始位置而進行說明。

在此初始位置，在利用流路切換裝置使得第二出入口26開放在大氣下的狀態從流體供給源供給作動流體(壓力流體)至第一出入口24時，活塞16就會在流入第一缸室28的作動流體的作用下往桿套22側位移而使得存在於第二缸室32中的流體經由第二出入口26而排出到大氣中。然後，活塞16係接觸到桿套22而停止活塞16往桿套22側之位移。

另外，在利用流路切換裝置使得第一出入口24開放在大氣下的狀態從流體供給源供給作動流體至第二出入口26時，活塞16就會在流入第二缸室32的作動流體的作用下往缸本體14的底面側位移而使得存在於第一缸室28中的流體經由第一出入口24而排出到大氣中。然後，活塞16係接觸到缸本體14的底面而停止活塞16往缸本體14的底面側之位移。

在本實施形態中，於活塞16(活塞桿18)如上述沿著軸線方向位移之際，係在將收容在滑脂收容溝槽56之滑脂供給至形成於活塞桿18的外周面之DLC皮膜42與形成於桿套22的內周面之防蝕鋁皮膜58之間的狀態下，使DLC皮膜42滑動於防蝕鋁皮膜58。DLC皮膜42 具備有防止與鋁或防蝕鋁相黏著之化學穩定性及自我潤滑性。因此，活塞桿18會在抑制了滑動磨耗及黏著磨耗之狀態下位移。藉此，可謀求流體壓缸10的長壽命化。

又，由於以鋁或鋁合金構成活塞桿18及桿套22就無需在桿插穿孔20設置銅製的軸襯，所以可削減部件個數，且不僅可謀求輕量化而且就算在銅系材料不使用環境也可使用。

再者，因為在相較於構成桿插穿孔20之內周面而言較容易做鍍覆(coating)之活塞桿18的外周面形成DLC皮膜42，所以可使流體壓缸10的製造成本低廉化。以及，因為在桿套22的內周面形成有用來收容滑脂之滑脂收容溝槽56，所以可供給滑脂到DLC皮膜42與防蝕鋁皮膜58之間而抑制桿套22的滑動磨耗。因此，可謀求流體壓缸之更加長壽命化。

本實施形態並不限於上述的構成。例如，亦可將滑脂收容溝槽56刪減掉(參照第3圖)、或者可在比活塞桿密封圈52還要靠近活塞16側之處形成滑脂收容溝槽56(參照第4圖)。又，在本實施形態中，亦可在活塞桿18的外周面形成防蝕鋁皮膜58，而在桿套22的內周面形成與該防蝕鋁皮膜58做滑動接觸之DLC皮膜42。即使在此等情況，亦可達成與上述的構成一樣之作用效果。

[實施例]

以下，舉本發明的實施例來更具體說明本發明。再者，以下的實施例所揭示的材質、構成、膜厚等，只要未脫離本發明的主旨都可做適當的變更。因此，不應將本發明的技術範圍解釋成限定在以下揭示的具體例。

實施例1至3、比較例1及2的特徵係如以下的表1所示。

(實施例1)

製作出第2圖所示之實施例1之流體壓缸10a。此流體壓缸10a係與上述的流體壓缸10一樣的構成。具體而言，係採用鋁合金(A2017：JIS規格)來構成活塞桿 18，且在活塞桿18的外周面形成膜厚1μm至2μm之DLC皮膜42。並且，採用鋁合金(A6061-T6：JIS規格)來構成桿套22，且在桿套22的內周面形成膜厚15μm之防蝕鋁皮膜(硬質防蝕鋁皮膜)58。使此實施例1中之桿套22之沿著軸線方向的長度尺寸設為La。而且，使活塞桿18的直徑設為16mm，使活塞16的行程(stroke)設為50mm。

(實施例2)

製作出第3圖所示之實施例2之流體壓缸10b。亦即，此實施例2之流體壓缸10b除了刪除掉滑脂收容溝槽56之外，係製作成與實施例1一樣。

(實施例3)

製作出第4圖所示之實施例3之流體壓缸10c。此實施例3之流體壓缸10c中，係將活塞桿18及桿套22的構成材料、DLC皮膜42及防蝕膜皮膜58的膜厚、活塞桿18的直徑及活塞16的行程都設定成與實施例1一樣。另外，使此實施例3中之桿套22之沿著軸線方向的長度尺寸設為比La長之Lb。並且，使滑脂收容溝槽56形成在比活塞桿密封圈52還要靠近活塞16側之處。

(比較例1)

除了採用碳鋼(S45C：JIS規格)來構成活塞桿18，且在活塞桿18的外周面形成膜厚8μm之硬質鉻皮膜102之外，係設為與實施例2一樣，而製作出比較例1之流體壓缸100a(參照第3圖)。

(比較例2)

製作出第5圖所示之比較例2之流體壓缸100b。此比較例2之流體壓缸100b中，並不形成實施例3中之滑脂收容溝槽56，而是取而代之形成用來配設鉛青銅製的軸襯104之軸襯配設溝槽106。另外，將活塞桿18及硬質鉻皮膜102形成為與比較例1相同者，除此之外，係與實施例3一樣而製作出流體壓缸100b。

[評價]

(重量測定)

量測出實施例1、實施例3、比較例1、及比較例2之流體壓缸10a、10c、100a、100b的重量。

(壽命測定)

在實施例1、實施例2、及比較例1之流體壓缸10a、10b、100a中，量測出相對於活塞驅動次數之最低作動壓力。而且，使用東京精密股份有限公司製的真圓度測定機(ACCRETECH RONDCOM60A)來量測出對於活塞16進行1000萬次驅動後的實施例1、實施例2、及比較例1的防蝕鋁皮膜58的最大磨耗深度。再者，測定條件設為：真圓度評價採用最大內接圓中心法(MIC)、濾波器類別為2RC、測定方法為半自動測定、測定速度為5mm/s、姿勢為垂直。

[結果]

將重量測定結果顯示於以下的表2中，將壽命測定結果顯示於第6及7圖中。

如表2所示，相對於比較例1之流體壓缸100a的重量為320g，實施例1之流體壓缸10a的重量為230g。換言之，藉由採用鋁合金來構成活塞桿18，可使流體壓缸10a的重量相對於流體壓缸100a輕量化達約28%的份量。

另外，相對於比較例2之流體壓缸100b的重量為350g，實施例3之流體壓缸10c的重量為260g。換言之，藉由採用鋁合金來構成活塞桿18且刪減掉鉛青銅製的軸襯104，可使流體壓缸10c的重量相對於流體壓缸100b輕量化達約25%的份量。

此外，實施例3之流體壓缸10c，係在比較例2之流體壓缸100中配設有軸襯104的位置形成滑脂收容溝槽56，所以即使是此種形成滑脂收容溝槽56之情況，流體壓缸10c也不會大型化。

再者，如同從第6圖可得知，在比較例1之流體壓缸100a中，當活塞驅動次數超過600萬次時，最低作動壓力就會急遽上升，相對於此，在實施例1及2之流體壓缸10a,10b中，則是即使活塞驅動次數達到1000萬次，也會將最低作動壓力抑制得較低。而且，在活塞16的1000萬次驅動後，流體壓缸10a的最低作動壓力係比流體壓缸10b的最低作動壓力更低。此外，在實施例1、實施例2、及比較例1之流體壓缸10a、10b、100a中，漏氣量都在1cc/min以下。

如上所述，藉由在活塞桿18的外周面形成DLC皮膜42並且在桿套22的內周面形成防蝕鋁皮膜58，即使在活塞驅動次數達到1000萬次之情況也可將最低作動壓力抑制得較低，且可謀求長壽命化。另外，在桿套22的內周面設有滑脂收容構槽56之情況時，與未設置滑脂收容構槽56之情況相比較，係活塞16之1000萬次驅動後的最低作動壓力會降低，而可謀求更加長壽命化。

又，如同從第7圖所可得知的，實施例1之流體壓缸10a的最大磨耗深度可抑制在比較例1之流體壓缸100a的防蝕鋁皮膜58的最大磨耗深度的約1/4，而可達成流體壓缸10a的更進一步的長壽命化。

本發明之流體壓缸並不限於上述的實施形態，當然可在未脫離本發明的要旨之範圍內採用種種的構成而獲得。

10‧‧‧流體壓缸