JP2012229760A

JP2012229760A - 直線作動装置に用いられるウェアリング

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Publication number: JP2012229760A
Application number: JP2011098866A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Sawada; 隆幸澤田
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 2011-04-27
Filing date: 2011-04-27
Publication date: 2012-11-22
Anticipated expiration: 2031-04-27
Also published as: JP5397407B2; TW201307710A; TWI547658B; WO2012147599A1

Abstract

【課題】直線作動装置において変位体がボディに対して傾斜した場合、前記変位体を円滑に直線変位させる。
【解決手段】ウェアリング２０は、流体圧シリンダ１０におけるピストン１６の外周側に装着され、環状に形成された本体部５８の内周面５８ｂが、半径内方向に向かって断面円弧状に膨出して形成されると共に、前記外周面５８ａが、前記本体部５８の軸線と略平行な平面状に形成されシリンダチューブ１２の内壁面１２ａに当接する。そして、ウェアリング２０は、その内周面５８ｂによってピストン１６の第３環状溝５２に対して傾動自在に設けられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、軸線方向に沿って変位する変位体を備える直線作動装置に用いられ、前記変位体に装着されるウェアリングに関する。

従来から、例えば、ワークの搬送や位置決め、あるいは種々の産業機械を駆動させるための駆動手段として圧力流体によって直線変位するピストンを備えた流体圧シリンダが知られている。この流体圧シリンダは、筒状のシリンダチューブの内部にピストンが変位自在に挿通され、前記ピストンに連結されたピストンロッドがロッドカバーによって変位自在に支持されている。そして、シリンダチューブ及びロッドカバーに設けられたポートから前記シリンダチューブ内に圧力流体が導入されることにより、前記ピストン及びピストンロッドが軸線方向に沿って変位する。このような流体圧シリンダでは、ピストンの外周面にパッキン及びウェアリングが装着され、シリンダチューブの内周面に摺接している（例えば、特許文献１参照）。

特開平５−１８７４１３号公報

上述したような流体圧シリンダでは、一般的に、ピストンがシリンダチューブに対して同軸上に配置され、その外周面に設けられたパッキン及びウェアリングが、前記シリンダチューブの内周面に対して均一に摺接するように構成されている。しかしながら、例えば、シリンダチューブから突出したピストンロッドの端部に、その軸線と直交方向に荷重が付与された場合、又は、前記ピストンロッド等の自重によって該ピストンロッドと共にピストンが前記シリンダチューブ内で若干だけ傾斜した際、パッキン及びウェアリングが、前記シリンダチューブの内周面に対して片辺りすることとなる。これにより、ピストンが変位する際の摺動抵抗が増加し、該ピストンの変位抵抗となると共に、ウェアリングが偏摩耗してしまうという問題がある。

本発明は、前記の課題を考慮してなされたものであり、変位体がボディに対して傾斜した場合でも、前記変位体を円滑に直線変位させることが可能な直線作動装置に用いられるウェアリングを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、ボディと、該ボディの内部に沿って変位自在に設けられる変位体とを有する直線作動装置において、前記変位体の外周面に溝部を介して装着され前記ボディの内壁面に当接する環状のウェアリングであって、
前記ウェアリングは、環状に形成され、前記内壁面に対して当接する断面平面状の外周面を有した本体部と、
前記本体部の内周面に設けられ、半径内方向に向かって膨出した断面形状で形成され、前記溝部の底壁に当接する膨出部と、
を備え、
前記本体部は、前記変位体が前記ボディの軸線に対して傾斜した際、前記外周面が前記内壁面に当接した状態を維持しつつ前記溝部内において傾動することを特徴とする。

本発明によれば、変位体の外周面に溝部を介して装着されるウェアリングにおいて、ボディの内壁面に対して当接する断面平面状の外周面を有した環状の本体部と、前記本体部の内周面に設けられ、半径内方向に向かって膨出した断面形状の膨出部とを備え、前記膨出部が前記溝部の底壁に当接するように装着される。そして、変位体がボディの軸線に対して傾斜した際に、ウェアリングは、その外周面がボディの内壁面に当接した状態を維持するために溝部内で傾動動作する。

従って、直線作動装置において、何らかの原因で変位体がボディの軸線に対して傾斜した場合でも、ウェアリングが膨出部を介して傾動動作することによって本体部の外周面とボディの内壁面との接触面積が変化してしまうことがなく、常に一定の接触面積とすることができる。その結果、変位体が傾斜した場合でも、ウェアリングに付与される面圧の増加を抑制することができるため、変位体がボディの内部に沿って変位する際の摺動抵抗が増加してしまうことが回避され、前記ウェアリングによって前記変位体をボディに沿って円滑且つ安定的に変位させることができる。

また、膨出部を、断面円弧状に膨出して形成するとよい。

さらに、本体部には、潤滑剤が充填され、ボディと変位体との間に前記潤滑剤を供給する潤滑用溝を設けるとよい。

さらにまた、潤滑用溝を、本体部の外周面に形成するとよい。

また、潤滑用溝を、複数設け互いに離間して並列に配置するとよい。

本発明によれば、以下の効果が得られる。

すなわち、直線作動装置において、何らかの原因で変位体がボディの軸線に対して傾斜した場合でも、ウェアリングが膨出部を介して傾動動作することによって本体部の外周面とボディの内壁面との接触面積が変化することがなく、常に一定の接触面積とすることができるため、変位体がボディの内部に沿って変位する際の摺動抵抗が増加してしまうことが回避され、前記ウェアリングによって前記変位体をボディに沿って円滑且つ安定的に変位させることが可能となる。

本発明の第１の実施の形態に係るウェアリングの用いられた流体圧シリンダの全体断面図である。図１の流体圧シリンダにおけるウェアリング近傍を示す拡大断面図である。図２に示すウェアリングの正面図である。図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。図１の流体圧シリンダにおいてピストン及びピストンロッドがシリンダチューブの軸線に対して傾斜した場合を示す全体断面図である。図５の流体圧シリンダにおけるウェアリング近傍を示す拡大断面図である。本発明の第２の実施の形態に係るウェアリング近傍を示す拡大断面図である。図７のウェアリングにおける変形例を示す拡大断面図である。図７のウェアリングにおける別の変形例を示す拡大断面図である。

本発明に係る直線作動装置に用いられるウェアリングについて好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。

図１において、参照符号１０は、本発明の第１の実施の形態に係るウェアリングの適用された直線作動装置である流体圧シリンダを示す。

この流体圧シリンダ１０は、図１及び図２に示されるように、有底筒状に形成されるシリンダチューブ（ボディ）１２と、前記シリンダチューブ１２の開口した端部に装着されるロッドカバー１４と、前記シリンダチューブ１２の内部を軸線方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿って変位するピストン（変位体）１６と、前記ピストン１６に連結されるピストンロッド１８と、前記ピストン１６の外周面に装着されるウェアリング２０とを含む。

シリンダチューブ１２の一端部には、その側面に圧力流体が供給・排出される第１ポート２２が形成されている。第１ポート２２は、連通路２４を介して前記シリンダチューブ１２の内部に形成されたシリンダ室２６と連通する。また、シリンダ室２６は、シリンダチューブ１２の内部に沿って形成され、該シリンダ室２６にピストン１６が変位自在に配設される。このシリンダ室２６は、ピストン１６とシリンダチューブ１２の閉塞された一端部との間に形成される第１シリンダ室２８と、前記ピストン１６とロッドカバー１４との間に形成される第２シリンダ室３２とから構成される。すなわち、第１シリンダ室２８が、連通路２４を通じて第１ポート２２と連通している。

ロッドカバー１４は、その一端部の外周面にねじ部が刻設され、シリンダチューブ１２の開口端部に対して螺合されることにより一体的に連結される。この際、シリンダチューブ１２の開口端部に装着されたシール部材３４が前記ロッドカバー１４の端面に当接することにより、シリンダ室２６内の気密が好適に保持される。

また、ロッドカバー１４の側面には、圧力流体が供給・排出される第２ポート３６が形成され、該第２ポート３６は連通路３８を通じて該ロッドカバー１４の中央部を貫通したロッド孔４０と連通している。このロッド孔４０は、ロッドカバー１４の軸線方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿って貫通し、その内部にはピストンロッド１８が変位自在に挿通されている。

ロッド孔４０には、軸線方向に沿った略中央部に環状溝を介してブッシュ４２が装着されると共に、前記ブッシュ４２と隣接したロッドカバー１４の他端部側（矢印Ｂ方向）には、環状溝を介してロッドパッキン４４が装着されている。ブッシュ４２は、例えば、金属製材料から断面略長方形状のリング状に形成され、その内周面がピストンロッド１８の外周面に当接している。そして、ピストンロッド１８が軸線方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿って変位する際、その外周面に当接することによって変位自在に支持している。

ピストン１６は、例えば、金属製材料から形成され、その中心部を貫通したピストン孔４６にピストンロッド１８の一端部側（矢印Ａ方向）に挿通され、螺合されることによって連結される。

また、ピストン１６の外周面には、該ピストン１６の軸線方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿って所定間隔離間した第１〜第３環状溝４８、５０、５２が形成され、ロッドカバー１４側（矢印Ｂ方向）となる第１環状溝４８にはピストンパッキン５４が装着され、該第１環状溝４８に隣接した第２環状溝５０にはマグネット５６が装着され、最も前記ロッドカバー１４から離間した第３環状溝（溝部）５２にはウェアリング２０が装着される。なお、第１〜第３環状溝４８、５０、５２は、いずれも断面略矩形状に形成される。

すなわち、ピストンパッキン５４によってシリンダチューブ１２における第１及び第２シリンダ室２８、３２の気密が好適に保持されると共に、シリンダチューブ１２に設けられた位置検出手段（図示しない）を介してマグネット５６を検出することにより、前記ピストン１６の軸線方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿った位置を検出することが可能となる。

ウェアリング２０は、図１〜図４に示されるように、例えば、樹脂製材料から形成され、シリンダチューブ１２の内壁面１２ａに当接する環状の本体部５８を備える。

本体部５８は、その一部が軸線方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿って切断された切欠部６０を有し、該切欠部６０を介して半径方向に拡径自在に形成されると共に、前記軸線方向に長尺な断面略長方形状に形成される。

この本体部５８の外周面５８ａは、該本体部５８の軸線と略平行な断面平面状に形成され、一方、前記本体部５８の内周面５８ｂは、半径内方向に向かって所定半径で緩やかに膨出した断面円弧状に形成され、該内周面５８ｂと両側壁６２ａ、６２ｂとの境界部位には、斜め方向に傾斜した面取部６４がそれぞれ形成される。面取部６４は、例えば、側壁６２ａ、６２ｂに対して４５°の角度で形成される。すなわち、ウェアリング２０は、断面円弧状に形成された内周面５８ｂが第３環状溝５２の底壁面に対して線接触した状態で保持されている。

そして、ウェアリング２０がピストン１６に装着された状態において、その外周面５８ａがシリンダチューブ１２の内壁面１２ａに面接触して当接し、一方、内周面５８ｂが前記シリンダチューブ１２における第３環状溝５２の底壁面に当接している。

ピストンロッド１８は、その一端部側（矢印Ａ方向）にピストン１６の連結される細軸部６６が形成されると共に、他端部側（矢印Ｂ方向）には前記細軸部６６より拡径した太軸部６８が形成される。そして、太軸部６８は、ロッドカバー１４のロッド孔４０に挿通され、ブッシュ４２を介して軸線方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿って変位自在に支持される。また、太軸部６８の外周面５８ａにロッドパッキン４４が当接し、ロッド孔４０とピストンロッド１８との間からの圧力流体の漏出が防止される。

本発明の第１の実施の形態に係るウェアリング２０の用いられた直線作動装置である流体圧シリンダ１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。

図示しない圧力流体供給源から第１ポート２２に圧力流体（例えば、圧縮エア）を供給することにより、前記第１ポート２２に供給された圧力流体が、連通路２４を通じて第１シリンダ室２８に導入される。これにより、シリンダチューブ１２の内部に設けられたピストン１６が、図１に示される初期位置からロッドカバー１４側（矢印Ｂ方向）に向かって押圧され、前記ピストン１６がロッドカバー１４側に向かって変位する。なお、第２シリンダ室３２における圧力流体は、連通路３８を通じて圧力流体の供給されていない状態にある第２ポート３６から外部へと排出される。

この際、ウェアリング２０は、その外周面５８ａがシリンダ室２６の内壁面１２ａに摺接しながら変位する。

そして、ピストン１６が、ロッドカバー１４の端面に当接することにより流体圧シリンダ１０におけるピストン１６の変位終端位置となる。

一方、上述した変位終端位置にあるピストン１６をロッドカバー１４から離間させる方向（矢印Ａ方向）へと変位させる場合には、第１ポート２２に圧力流体供給源（図示せず）から供給されていた圧力流体を、図示しない切換弁の切換作用下に第２ポート３６へと供給すると共に、前記第１ポート２２を圧力流体が供給されていない状態とする。

第２ポート３６に供給された圧力流体は、連通路３８を通じて第２シリンダ室３２に導入され、ピストン１６がロッドカバー１４から離間する方向（矢印Ａ方向）へと押圧されることにより、前記ピストン１６が前記ロッドカバー１４から離間する方向へと変位する。この場合も同様に、ウェアリング２０は、その外周面５８ａがシリンダ室２６の内壁面１２ａに摺接しながら変位し、内周面５８ｂは、第３環状溝５２の底壁面に当接した状態にある。なお、第１シリンダ室２８における圧力流体は、連通路２４を通じて第１ポート２２から外部へと排出される。

そして、ピストン１６が、シリンダチューブ１２の閉塞された一端部側（矢印Ａ方向）に当接することにより、流体圧シリンダ１０におけるピストン１６の初期位置へと復帰する（図１参照）。

次に、例えば、ピストンロッド１８の他端部に対して該ピストンロッド１８の軸線と直交方向（鉛直方向）に荷重Ｆが付与され前記ピストンロッド１８及びピストン１６がシリンダチューブ１２の軸線に対して傾斜した場合について、図５及び図６を参照しながら説明する。

このような荷重Ｆ（図５参照）が付与された場合には、ピストンロッド１８の他端部が下方へと押圧され、ロッドカバー１４によって支持された部位を支点として前記他端部が下方へと所定角度だけ傾斜した状態となる。これにより、ピストンロッド１８の一端部及び該一端部に連結されたピストン１６が、ピストン１６の外周面５８ａとシリンダ室２６の内壁面１２ａとの間に設けられたクリアランスを介してシリンダ室２６内で上方に向かって所定角度だけ傾斜した状態となる。

この際、ウェアリング２０は、その内周面５８ｂが断面円弧状で半径内方向に膨出しているため、外周面５８ａがシリンダチューブ１２の内壁面１２ａに面接触した状態のまま前記内周面５８ｂを支点として前記ウェアリング２０が第３環状溝５２の内部で傾動する。すなわち、ウェアリング２０は、ピストン１６がシリンダチューブ１２の軸線に対して傾斜した際、前記シリンダチューブ１２の内壁面１２ａとの当接状態を維持するように前記ピストン１６に対して所定角度だけ傾動するため、前記内周面５８ｂと前記ウェアリング２０の外周面５８ａとの接触面積が変わることがない。

換言すれば、ウェアリング２０は、ピストン１６の軸線と略平行な状態から該軸線に対して傾斜するように傾動することにより、前記ウェアリング２０の外周面５８ａを常にシリンダチューブ１２の内壁面１２ａに対して面接触させておくことが可能となる。

その結果、何らかの原因でピストンロッド１８の他端部に対して荷重Ｆが付与され、前記ピストン１６がシリンダ室２６内において傾斜した場合でも、ピストンロッド１８及びピストン１６が、シリンダチューブ１２の軸線と同軸上に設けられた通常状態（図１参照）と比較し、ウェアリング２０とシリンダチューブ１２との接触面積を常に一定とすることができ、それに伴って、前記シリンダチューブ１２に当接した際に前記ウェアリング２０に付与される面圧の増加を抑制することができる。換言すれば、シリンダチューブ１２に対するウェアリング２０の接触面積が変化することがなく、安定した接触面積が得られる。

これにより、流体圧シリンダ１０において、ピストン１６を軸線方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿って変位する際の摺動抵抗が増加してしまうことが回避され、前記ウェアリング２０によってピストン１６及びピストンロッド１８をシリンダチューブ１２の軸線方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿って円滑且つ安定的に変位させることが可能となる。

次に、第２の実施の形態に係るウェアリング１００及び該ウェアリング１００の適用された流体圧シリンダ１０２を図７に示す。なお、上述した第１の実施の形態に係る該ウェアリング２０の適用された流体圧シリンダ１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明を省略する。

この第２の実施の形態に係るウェアリング１００では、本体部１０４の外周面１０４ａに潤滑剤Ｓの充填可能な溝部（潤滑用溝）１０６を有している点で、第１の実施の形態に係るウェアリング２０と相違している。なお、ウェアリング１００の内周面１０４ｂは、第１の実施の形態に係るウェアリング２０と略同一の形状で形成される。

この溝部１０６は、例えば、断面矩形状に形成され、本体部１０４の外周面１０４ａに沿って環状に形成されると共に、前記本体部１０４の軸線方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿った幅寸法の略中央部に設けられる。なお、この溝部１０６の断面形状は、矩形状に限定されるものではなく、例えば、図８に示されるウェアリング１００ａのように、溝部（潤滑用溝）１０６ａを、本体部１０４の内周側に向かって先細状となる断面三角形状としてもよい。そして、本体部１０４の外周面１０４ａがシリンダチューブ１２の内壁面１２ａに当接した際、溝部１０６、１０６ａの内部に潤滑剤Ｓが封入された状態となる。

さらに、溝部１０６は、本体部１０４の外周面１０４ａに対して単一で設けられる場合に限定されるものではなく、例えば、図９に示されるウェアリング１００ｂのように、該本体部１０４の幅方向中央から互いに所定間隔離間し、両側壁６２ａ、６２ｂ側となる位置に一組の溝部（潤滑用溝）１０６ｂを並列に設けるようにしてもよい。この場合、一組の溝部１０６ｂの断面積を、単一の溝部１０６の断面積と略同等とすることにより、該溝部１０６ｂに充填される潤滑剤Ｓの充填量を同等とすることが可能となる。

これらのウェアリング１００、１００ａ、１００ｂがピストン１６に装着された状態において、その外周面１０４ａがシリンダチューブ１２の内壁面１２ａに面接触して当接し、溝部１０６、１０６ａ、１０６ｂに充填された潤滑剤Ｓによって前記ピストン１６とシリンダチューブ１２との間の潤滑がなされるため、前記ピストン１６が前記シリンダチューブ１２に沿ってより一層円滑に変位させることが可能となる。

なお、本発明に係る直線作動装置に用いられるウェアリングは、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０、１０２…流体圧シリンダ１２…シリンダチューブ
１４…ロッドカバー１６…ピストン
１８…ピストンロッド
２０、１００、１００ａ、１００ｂ…ウェアリング
２６…シリンダ室５８、１０４…本体部
５８ａ、１０４ａ…外周面５８ｂ、１０４ｂ…内周面
１０６、１０６ａ、１０６ｂ…溝部６２ａ、６２ｂ…側壁
６４…面取部

Claims

ボディと、該ボディの内部に沿って変位自在に設けられる変位体を有する直線作動装置において、前記変位体の外周面に溝部を介して装着され前記ボディの内壁面に当接する環状のウェアリングであって、
前記ウェアリングは、環状に形成され、前記内壁面に対して当接する断面平面状の外周面を有した本体部と、
前記本体部の内周面に設けられ、半径内方向に向かって膨出した断面形状で形成され、前記溝部の底壁に当接する膨出部と、
を備え、
前記本体部は、前記変位体が前記ボディの軸線に対して傾斜した際、前記外周面が前記内壁面に当接した状態を維持しつつ前記溝部内において傾動することを特徴とする直線作動装置に用いられるウェアリング。
請求項１記載のウェアリングにおいて、
前記膨出部は、断面円弧状に膨出して形成されることを特徴とする直線作動装置に用いられるウェアリング。
請求項１又は２記載のウェアリングにおいて、
前記本体部には、潤滑剤が充填され、前記ボディと前記変位体との間に前記潤滑剤を供給する潤滑用溝が設けられることを特徴とする直線作動装置に用いられるウェアリング。
請求項３記載のウェアリングにおいて、
前記潤滑用溝は、前記本体部の外周面に形成されることを特徴とする直線作動装置に用いられるウェアリング。
請求項３又は４記載のウェアリングにおいて、
前記潤滑用溝は、複数設けられ互いに離間して並列に配置されることを特徴とする直線作動装置に用いられるウェアリング。