JP5859255B2 - 流体圧シリンダ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ピストンロッドによる推力を検出するための荷重変換器を有した流体圧シリンダ装置に関する。

従来において、流体圧シリンダ装置は、部品の圧入、クランプ、チャッキング、ローラー加圧、またはプレス加工など、種々の用途に用いられている。これらの用途において、流体圧シリンダ装置のピストンロッドの推力または負荷の荷重の大きさを検出するために、荷重変換器を有した流体圧シリンダ装置がしばしば用いられている。

そのような流体圧シリンダ装置は、例えば、シリンダチューブ内を摺動するピストンに連結されたピストンロッドが、シリンダチューブの一端部に連結されたロッドカバーを貫通して外部に突出するように構成される。ロッドカバーには、当該流体圧シリンダ装置を外部のフレームに取り付けるための取り付け部と、取り付け部とシリンダチューブへの連結部との間において薄肉の円筒状に形成されて弾性変形が可能な弾性変形部と、弾性変形部に加わる軸方向の荷重を検出して電気信号に変換するために弾性変形部に取り付けられた歪みセンサーとが一体的に設けられる。

特許第３２９１２５８号公報

上に述べた流体圧シリンダ装置は、通常、ピストンロッドの先端部が下方となるよう鉛直方向に取り付けられ、油圧によって作動するように使用される。

このような流体圧シリンダ装置を長期に渡って使用していると、シリンダチューブの内部であるシリンダ室の油がシール部材から漏れて、荷重変換器とピストンロッドとの間の空間に溜まってくることがある。

荷重変換器とピストンロッドとの間の空間に油が溜まって満杯になると、流体圧シリンダ装置の作動のために供給したの油の圧力が溜まった油に伝わり、空間内に圧力が発生して荷重変換器の弾性変形部を変形させる可能性がある。このような弾性変形部の変形は荷重変換器の計測精度を低下させるので好ましくない。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、荷重変換器を有した流体圧シリンダ装置において、荷重変換器内の空間に溜まった油を容易に排出することができ、計測精度を低下させないようにすることを目的とする。

本発明に係る流体圧シリンダ装置は、シリンダチューブ内を摺動するピストンに連結されたピストンロッドが、前記シリンダチューブの一端部に連結されたロッドカバーを貫通して外部に突出するように構成された流体圧シリンダ装置であって、前記ロッドカバーの外側の端面には、薄肉の円筒状に形成されて軸方向に加わる荷重により弾性変形が可能であって歪みセンサーが取り付けられた弾性変形部および前記弾性変形部の両端に形成されたフランジ部を有する荷重変換器が連結され、前記荷重変換器の外側のフランジ部には、外部のフレームなどに取り付けるための取付けフランジが連結され、前記ピストンロッドは前記荷重変換器および前記取付けフランジを貫通し、前記ピストンロッドと前記ロッドカバーとの間にシール部材が設けられており、前記荷重変換器には、前記弾性変形部と前記ピストンロッドとの間の空間に溜まった液体を外部に排出するためのドレン穴が設けられてなる。

好ましくは、前記ドレン穴は、前記取付けフランジが連結された側の前記フランジ部に設けられる。

また、好ましくは、前記ピストンロッドには、前記ドレン穴に係止治具を挿入したときに当該係止治具の先端部と軸方向に係合する凹部が設けられる。

また、好ましくは、前記取付けフランジは、前記取付けフランジが連結された側の前記フランジ部の内周面にまで延びかつ前記ピストンロッドの表面が摺接するブシュを有し、前記ブシュには、前記ドレン穴と前記凹部との間を連通して前記係止治具の前記凹部との係合を可能とするための連通穴が設けられる。

本発明によると、荷重変換器を有した流体圧シリンダ装置において、荷重変換器内の空間に溜まった油を容易に排出することができ、計測精度を低下させないようにすることができる。

本発明に係る実施形態の流体圧シリンダ装置の断面正面図である。 流体圧シリンダ装置の左側面図である。 荷重変換器の部分を拡大して示す断面図である。 図３におけるＡ−Ａ線矢視断面図である。

図１には、本実施形態に係る流体圧シリンダ装置１の断面正面図が示され、図２にはその左側面図が示され、図３には荷重変換器の部分が拡大して示されている。また、図４には、図３におけるＡ−Ａ線矢視断面図が示されている。

図１ないし図４において、流体圧シリンダ装置１は、シリンダチューブ１１、ピストン１２、ピストンロッド１３、シリンダカバー１４，１５、４本のタイボルト１６ａ〜ｄ、グランドメタル２２、荷重変換器２３、フランジ２４、およびブシュ２５などからなっている。

荷重変換器２３は、フランジ部４１，４２、弾性変形部４３、および歪みゲージＧＵ１〜４からなる。内側のフランジ部４１には、シリンダカバー１４との連結のために４つのネジ穴４１ａ〜ｄが設けられており、外側のフランジ部４２には、フランジ２４との連結のために４つのネジ穴４２ａ〜ｄが設けられている。ネジ穴４１ａ〜ｄには、タイボルト１６ａ〜ｄがそれぞれネジ込まれ、ネジ穴４２ａ〜ｄには、ボルト２６ａ〜ｄがそれぞれネジ込まれる。弾性変形部４３は、フランジ部４１，４２との連結部分が滑らかなアール面に仕上げられた薄肉の円筒状に形成され、軸方向に加わる荷重の大きさに比例して弾性変形する。

歪みゲージＧＵ１〜４は、例えば、弾性変形部４３の外周面の周方向の等角度位置の４箇所位置に貼り付けられている。４つの歪みゲージＧＵ１〜４は、例えばブリッジ接続される。したがって、歪みゲージＧＵは、フランジ部４１，４２の間に加わる軸方向の荷重に応じて歪み、それに応じた信号を出力する。

なお、歪みゲージＧＵ１〜４は、弾性変形部４３の外周面とフランジ部４１，４２とで囲まれるリング状の空間ＫＫ２の底部に充填されたコーキング材によって覆われることにより保護されている。コーキング材として、シリコーン樹脂などが用いられる。

荷重変換器２３の外周面には、断面が正四角形の角筒状のものを２つ割りにした形状のカバー４５ａ，４５ｂが装着され、ネジ４６，４６…によって取り付けられている。

すなわち、カバー４５ａ，４５ｂは、それぞれ、矩形の鋼板などを断面コ字形状に折り曲げて作製されており、１つの端辺に沿った側の両端部および中央部の合計３ヵ所に穴が設けられ、それらの穴に挿入されたネジ４６，４６…がフランジ部４１の外周面に設けられたネジ穴４６ｂにネジ込まれている。つまり、カバー４５ａ，４５ｂは、内側のフランジ部４１にのみ固定されており、外側のフランジ部４２には連結されていない。

なお、ネジ穴４６ｂは、内側のフランジ部４１の外周面の各面に、３ヵ所ずつ、合計１２ヵ所において設けられている。カバー４５ａ，４５ｂは、フランジ部４１の外周の４面のいずれに対しても装着可能であり、それぞれの装着位置において、３つのネジ４６が、フランジ部４１の３つの面にそれぞれ設けられた３つのネジ穴４６ｂの１つにネジ込まれる。

カバー４５ａ，４５ｂの端辺の中央部の裏面には、互いに相手側のカバー４５ｂ，４５ａの裏面に沿うようなガイド部片４７ａ，４７ｂが取り付けられている。

また、一方のカバー４５ａには、歪みゲージＧＵのリード線を外部の測定機器に接続するためのコネクタ４８が、ハウジング部材４８ａにより支持されて取り付けられている。ハウジング部材４８ａは、金属材料などからなる直方体形状のブロックをドリルなどによりくり抜いて作製され、カバー４５ａの裏面側からネジ４８ｂによって取り付けられている。

なお、カバー４５ａ，４５ｂによって、歪みゲージＧＵおよびそのリード線などの電磁シールドが計られている。

ところで、一方のシリンダカバー１５の外側の端面の中央には、測長センサ５１がネジ込まれることにより取り付けられている。測長センサ５１は、シリンダカバー１５からシリンダ室の内部に挿入されたセンシング部５１ａを備える。

ピストンロッド１３には、その全長に渡って中空の穴５２が設けられる。中空の穴５２には、センサーロッド５３が、ピストンロッド１３の先端部から挿入され、穴５２のほぼ全長に渡って延びるように取り付けられている。センサーロッド５３は、センシング部５１ａに設けられた穴に出入り可能に挿入され、ピストン１２のストローク位置に応じてその挿入位置が変化する。センシング部５１ａとセンサーロッド５３との相対位置関係に応じて、測長センサ５１の出力ケーブル５１ｂからピストン１２のストローク位置を示す検出信号が出力される。この検出信号は、流体圧シリンダ装置１の制御に用いることができる。

なお、センサーロッド５３の端部には、外周面にネジが設けられたヘッド５４が設けられ、ヘッド５４がピストンロッド１３の先端部に設けられたネジ穴にネジ込まれている。ヘッド５４とピストンロッド１３の先端部の穴との間にはパッキン５５が装着されている。

ピストン１２には、パッキン３１が装着され、シリンダチューブ１１の内周面との間を摺動可能にシールしている。グランドメタル２２には、その内周面および外周面において、シール部材であるパッキン３２、３３が設けられる。ブシュ２５には、スクレーパ３４が設けられている。

さて、荷重変換器２３のフランジ部４２には、弾性変形部４３とピストンロッド１３との間の空間ＫＫ１に溜まった液体を外部に排出するためのドレン穴６１が設けられている。ドレン穴６１として、メートルネジ穴、テーパネジ穴、または、これらネジ穴およびこれに続く貫通穴などとすることができる。メートルネジ穴としては、例えば直径５ｍｍ程度のネジ穴、テーパネジ穴としては、例えば８分の１インチのネジ穴などとすることができる。ドレン穴６１は、通常、プラグ６２によって塞がれている。プラグ６２には、必要に応じてパッキンを併用すればよい。

また、ブシュ２５には、ドレン穴６１に臨む位置に、後述する係止治具を挿入するための穴６３が設けられている。

そして、ピストンロッド１３には、ドレン穴６１および穴６３に係止治具を挿入したときに、当該係止治具の先端部と軸方向に係合する環状の凹部６４が設けられている。

ピストン１２は、シリンダチューブ１１の内周面を摺動する。ピストンロッド１３は、ピストン１２と連結されて一体的に移動する。ピストンロッド１３は、シリンダカバー１４を貫通して外部に突出する。

タイボルト１６ａ，１６ｂ，…のそれぞれの一端は、上に述べたようにフランジ部４１に設けられたネジ穴４１ａ〜ｄに螺合し、それぞれの他端は、シリンダカバー１５に設けられた穴を貫通した後にナットによって締め付けられている。これによって、シリンダカバー１４，１５、シリンダチューブ１１、および荷重変換器２３が一体化されている。

フランジ２４は、上に述べたように、ボルト２６ａ〜ｄによって、荷重変換器２３のフランジ部４２に設けられたネジ穴４２ａ〜ｄに連結されている。フランジ２４には、流体圧シリンダ装置１を図示しない外部のフレームに取り付けるための取り付け穴２７，２７…が設けられており、この取り付け穴２７，２７…を用いて、図示しないボルトによってフレームに固定される。

シリンダカバー１４，１５には、それぞれシリンダ室ＣＳ１，２に連通するポートＰＴ１，２が設けられており、ポートＰＴ１，２に圧油（圧流体）を供給することによって、ピストン１２が駆動され、これとともにピストンロッド１３が移動する。

次に、流体圧シリンダ装置１の動作および作用を説明する。

図１に示す状態で、ポートＰＴ１に圧油を供給することによって、ピストンロッド１３は図の左方向に駆動される。ピストンロッド１３の先端部によって負荷を押す場合に、流体圧シリンダ装置１の推力が荷重変換器２３の軸方向に加わる。これによって弾性変形部４３が変形し、歪みゲージＧＵから信号が出力される。歪みゲージＧＵの信号を演算することにより、流体圧シリンダ装置１の推力を求めることができる。

なお、流体圧シリンダ装置１を鉛直方向に取り付けた場合に、荷重変換器２３には、推力以外に流体圧シリンダ装置１の重力が加わるが、これは一定であり既知であるので、計算によって補正することができる。

さて、流体圧シリンダ装置１を長期に渡って使用していると、シリンダチューブ１１の内部のシリンダ室ＣＳ２の油がパッキン３２、３３から漏れて、荷重変換器２３とピストンロッド１３との間の空間ＫＫ１に溜まってくることがある。

その場合に、プラグ６２を外し、空間ＫＫ１に溜まっが油をドレン穴６１から抜き取る。その際に、流体圧シリンダ装置１を、ピストンロッド１３の先端部が下方となるようにすると、ドレン穴６１から油が出やすい。

なお、流体圧シリンダ装置１は、部品の圧入などに用いる場合に、ピストンロッド１３の先端部が下方となるように配置するのが一般的である。したがって、ドレン穴６１を外側のフランジ部４２に設けておくことによって、油の排出が容易である。

このように、ドレン穴６１によって、空間ＫＫ１に溜まった油を容易に抜き取ることができる。空間ＫＫ１に溜まった油を抜き取ることによって、油が弾性変形部４３を変形させることがなくなり、荷重変換器２３の計測精度を低下させることがない。

また、プラグ６２を外した状態で、六角レンチのような適当な係止治具を、ドレン穴６１を経由して穴６３に挿入し、ピストンロッド１３の凹部６４に係合させることにより、ピストンロッド１３の軸方向移動が係止される。したがって、この状態で、ポートＰＴ１に圧油を供給すると、ピストンロッド１３は出側に駆動されるが、移動はしない。このとき、ピストンロッド１３には、供給された圧油の圧力に対応した推力が発生し、その推力が荷重変換器２３に加わっている。

したがって、この状態で、荷重変換器２３の出力から、流体圧シリンダ装置１の推力を計算で求めることによって、流体圧シリンダ装置１の作動が良好であるか否かをチェックすることができる。もし、荷重変換器２３から計測された推力が供給した圧油の圧力から計算される推力よりも小さい場合には、油漏れやかじり付きなど、何らかの不具合があることになる。

このように、ドレン穴６１および穴６３を利用し、適当な係止治具を用いることにより、流体圧シリンダ装置１には実際の負荷をかけることなく、伸長駆動時における負荷をかけたと同様の動作状態のチェックを行うことができる。

なお、内側のフランジ部４１およびグランドメタル２２に同様なドレン穴および穴を設けておき、そのドレン穴および穴を経由して係止治具をピストンロッド１３の凹部６４に係合させるようにしてもよい。つまり、その状態で、ポートＰＴ２に圧油を供給すると、ピストンロッド１３は入側に駆動されるが移動はしないので、収縮駆動時における負荷をかけたと同様の動作状態のチェックを行うことができる。

この場合に、係合のためのピストンロッド１３の凹部６４は、出側と入側とで共通に用いることも可能であるし、別個それぞれに設けることも可能である。

また、ドレン穴６１または穴６３から内部を覗いてピストンロッド１３の状態を監視することもできる。つまり、ドレン穴６１を監視用穴として利用することもできる。

また、ドレン穴６１から、空間ＫＫ１に油またはグリースなどを供給することも可能である。

流体圧シリンダ装置１によると、荷重変換器２３によって推力を容易に且つ高精度で測定することができる。流体圧シリンダ装置１が動作したときに、荷重変換器２３が移動しないので、歪みゲージＧＵのリード線は移動しない。したがって、リード線を固定することができ、配線が容易であって且つ断線する恐れがない。

空間ＫＫ１に溜まった油をドレン穴６１から抜き取ることにより、油が弾性変形部４３を変形させることがなく、荷重変換器２３の計測精度を維持し、信頼性およびメンテナンス性を向上させることができる。

上述の実施形態においては、ブシュ２５に穴６３を設け、穴６３に係止治具を挿入して凹部６４に係合させたので、ブシュ２５の穴６３が係止治具を保持することとなり、ピストンロッド１３の係止状態が安定する。しかし、ブシュ２５の軸方向長さを短くし、ブシュ２５に穴６３を設けなくても係止治具を凹部６４に挿入できるようにしてもよい。

ピストンロッド１３には、係止治具との係合のために環状の凹部６４を設けたが、穴状の凹部６４を１つまたは複数設けてもよい。

また、ドレン穴６１にドレン配管を接続しておいてもよい。この場合には、プラグ６２を用いる必要はない。

また、カバー４５ａ，４５ｂは、内側のフランジ部４１にのみ固定され、外側のフランジ部４２とは連結されていないので、カバー４５ａ，４５ｂが荷重変換器２３による計測精度に悪影響を及ぼすことはない。

また、フランジ部４１の外周面の各面に３ヵ所ずつネジ穴４６ｂが設けられており、これを利用してカバー４５ａ，４５ｂをどの面にも取り付けることができ、コネクタ４８を任意の面に持ってくることができる。したがって、コネクタ４８が他の機器と干渉することを容易に防ぐことができ、取り付けの自由度が向上するとともに、配線およびコネクタの接続が容易となる。

上述の実施形態において、歪みゲージＧＵとして種々のものを用いることができる。また、接続の形式も種々のものとすることができる。流体圧シリンダの構造、形状、寸法などは種々のものを採用することができる。

その他、荷重変換器２３、弾性変形部４３、フランジ部４１，４２、ドレン穴６１、穴６３、凹部６４、または流体圧シリンダ装置１の全体または各部の構造、形状、寸法、個数、材質などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。

１ 流体圧シリンダ装置
１１ シリンダチューブ
１２ ピストン
１３ ピストンロッド
１４ シリンダカバー（ロッドカバー）
２３ 荷重変換器
２４ フランジ（取付けフランジ）
２５ ブシュ
３２，３３ パッキン（シール部材）
４１ フランジ部
４２ フランジ部（外側のフランジ部）
４３ 弾性変形部
６１ ドレン穴
６２ プラグ
６３ 穴（連通穴）
６４ 凹部
ＧＵ 歪みゲージ（歪みセンサー）
ＫＫ１ 空間

Claims (4)

1. シリンダチューブ内を摺動するピストンに連結されたピストンロッドが、前記シリンダチューブの一端部に連結されたロッドカバーを貫通して外部に突出するように構成された流体圧シリンダ装置であって、
   前記ロッドカバーの外側の端面には、薄肉の円筒状に形成されて軸方向に加わる荷重により弾性変形が可能であって歪みセンサーが取り付けられた弾性変形部および前記弾性変形部の両端に形成されたフランジ部を有する荷重変換器が連結され、
   前記荷重変換器の外側のフランジ部には、外部のフレームなどに取り付けるための取付けフランジが連結され、
   前記ピストンロッドは前記荷重変換器および前記取付けフランジを貫通し、前記ピストンロッドと前記ロッドカバーとの間にシール部材が設けられており、
   前記荷重変換器の前記外側のフランジ部には、前記弾性変形部と前記ピストンロッドとの間の空間に溜まった液体を外部に排出するためのドレン穴が設けられてなる、
   ことを特徴とする流体圧シリンダ装置。
2. 前記取付けフランジは、前記外側のフランジ部の内周面にまで延びかつ前記ピストンロッドの表面が摺接するブシュを有している、
   請求項１記載の流体圧シリンダ装置。
3. 前記ピストンロッドには、前記ドレン穴に係止治具を挿入したときに当該係止治具の先端部と軸方向に係合する凹部が設けられてなる、
   請求項１記載の流体圧シリンダ装置。
4. 前記取付けフランジは、前記外側のフランジ部の内周面にまで延びかつ前記ピストンロッドの表面が摺接するブシュを有しており、
   前記ブシュには、前記ドレン穴と前記凹部との間を連通して前記係止治具の前記凹部との係合を可能とするための連通穴が設けられてなる、
   請求項３記載の流体圧シリンダ装置。

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