JPH064407U - 流体圧シリンダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 疲労寿命の低下を招かずにシリンダ全体の軽
量化を達成する。 【構成】 シリンダチューブ１１におけるヘッドカバー
側の端部１１ａを除いた部分１１ｂの肉厚寸法ｔ3を、
ヘッドカバー側端部１１ａの肉厚寸法ｔ2よりも小さく
形成し、この肉厚寸法の小さい部分１１ｂの外周に、繊
維強化プラスチックからなる補強層１５を設けることに
より、疲労寿命を従来と同じだけ確保しながら軽量化を
図った。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は軽量化を図った流体圧シリンダ（油圧シリンダ、空気圧シリンダ等） に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

流体圧シリンダは、通常、スチール等の金属から成り、図４に示すようにシリ ンダチューブ１の一端にヘッドカバー２、他端にロッドカバー３がそれぞれ裏あ て溶接により結合されて構成される。Ｗ１，Ｗ２はこのシリンダチューブ１と両 側カバー２，３との溶接部分である。

【０００３】 この場合、ロッドカバー３側の裏当て金は、溶接後、切削等によって取り除か れるが、ヘッドカバー２側の裏当て金４は除去できないためそのまま取り残され る。この結果、裏当て金４とチューブ内面との間に未溶着部Ｓが亀裂状に残る。

【０００４】 ところで、シリンダチューブ１の肉厚寸法ｔ0は、シリンダの最高使用圧力と 安全率とに基づいて、シリンダチューブ１に生じる応力が設計許容応力以下とな る値として算定される。

【０００５】 この場合、シリンダへの内圧作用時に、シリンダ軸方向よりもシリンダ周方向 に発生する応力の方がかなり大きくなることから、このシリンダ周方向の応力を 基準にして肉厚寸法ｔ0が決められる。

【０００６】 従って、シリンダ軸方向の応力を基準に考えれば、シリンダチューブ１の肉厚 が無駄に大きくなっていることになり、その結果としてシリンダが重くなり、と くに油圧ショベル等の建設機械のように動特性が問題となる機械に用いた場合、 その重さのために動特性が低下することになっていた。

【０００７】 逆にいうと、シリンダを軽量化できれば、このような建設機械等の動特性を改 善できることになる。

【０００８】 このシリンダの軽量化を図る手段として、圧力容器等の分野で採用されている ように、炭素繊維強化プラスチックをはじめとする繊維強化プラスチックを構成 材料として用いることが考えられる。

【０００９】 この場合、基本的な方法としては、図５に示すように、シリンダ周壁（シリン ダチューブ１と、同チューブ１に対する両側カバー２，３の結合部分）の肉厚寸 法ｔ1を従来の肉厚寸法ｔ0よりも小さく（たとえば約１／２に）し、その外周に 繊維強化プラスチック、すなわち樹脂を含浸させた補強繊維の束をフィラメント ワインド法等によりシリンダ周方向に巻き付けて補強層５を形成する方法が考え られる。

【００１０】 このようなシリンダ構成によると、シリンダ軸方向の荷重がシリンダチューブ （金属部分）１で受けられ、シリンダ周方向の荷重がシリンダチューブ１と補強 層５とで分担される。こうすれば、必要なシリンダ強度を確保しながら、シリン ダ重量を軽くすることができる。

【００１１】

【考案が解決しようとする課題】

ところが、こうすると、シリンダチューブ１の肉厚が薄くなった分、使用中に 、同チューブ１とヘッドカバー２の溶接部Ｗ１における未溶着部Ｓへの応力の集 中度合いが図４に示す全体金属製のものと比較して大きくなるため、未溶着部Ｓ の亀裂が先端側から中心側に向かって容易に進展し、この亀裂が溶着部４の外周 に至るまでの圧力繰返し回数が減少する。

【００１２】 すなわち、図５の構成では、軽量化は達成できるが、疲労寿命が著しく低下す るという弊害が生じる。

【００１３】 そこで本考案は、このような疲労寿命の低下を招かずに軽量化を達成すること ができる流体圧シリンダを提供するものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】

請求項１の考案は、シリンダチューブの一端にヘッドカバー、他端にロッドカ バーがそれぞれ溶接により結合されて構成される流体圧シリンダにおいて、上記 シリンダチューブの肉厚寸法が、上記ヘッドカバー側の端部を除いた部分で上記 ヘッドカバー側端部よりも小さく形成され、かつ、この肉厚寸法の小さい部分の 外周に、繊維強化プラスチックからなる補強層が設けられてなるものである。

【００１５】 請求項２の考案は、シリンダチューブの一端にヘッドカバー、他端にロッドカ バーがそれぞれ溶接により結合されて構成される流体圧シリンダにおいて、上記 シリンダチューブにおける両端部を除いた部分の肉厚寸法が両端部の肉厚寸法よ りも小さく形成され、かつ、この肉厚寸法の小さい部分の外周に、繊維強化プラ スチックからなる補強層が設けられてなるものである。

【００１６】

【作用】

請求項１の構成によると、従来のシリンダとの比較上、シリンダチューブのヘ ッドカバー側端部の肉厚寸法を従来と同じとし、シリンダチューブの大部分を占 める残りの部分の肉厚寸法を従来よりも小さくすることにより、同チューブとヘ ッドカバーとの溶接部分の疲労寿命を従来と同じだけ確保しながら（疲労寿命の 低下を招かずに）、軽量化を実現することができる。

【００１７】 また、請求項２の構成によると、シリンダチューブのヘッドカバー側端部とと もにロッドカバー側端部の肉厚寸法をも大きくしているため、同チューブとロッ ドカバーとの溶接部分での疲労寿命の低下を招くおそれがない。

【００１８】

【実施例】

第１実施例（図１，２参照） １１はシリンダチューブ、１２はヘッドカバー、１３はロッドカバーで、これ らは従来同様スチール等の金属にて形成され、裏当て溶接により結合されている 。Ｗ３，Ｗ４はこの両側溶接部分、１４はシリンダチューブ１１とヘッドカバー １２の溶接部分Ｗ３の内周に設けられた裏当て金である。

【００１９】 シリンダチューブ１１は、ヘッドカバー１２側の端部１１ａと、それ以外の部 分（チューブ全長の大部分を占める部分、以下、本体部分という）１１ｂとで肉 厚寸法ｔ2，ｔ3に差を有している。すなわち、相対的に、ヘッド側端部１１ａの 肉厚寸法ｔ2が大きく、本体部分１１ｂの肉厚寸法ｔ3が小さく形成されている。

【００２０】 なお、両側カバー１２，１３におけるシリンダチューブ１１と溶接される部分 の肉厚寸法も、このシリンダチューブ１１の両部分１１ａ，１１ｂの肉厚寸法ｔ 2，ｔ3に合せて異なる大きさとなっている。

【００２１】 このシリンダチューブ１１には、本体部分１１ｂの外周に、炭素繊維強化プラ スチック等の繊維強化プラスチックからなる補強層１５が設けられ、シリンダ周 方向の荷重がシリンダチューブ１１とこの補強層１５とによって分担されるよう に構成されている。

【００２２】 補強層１５は、従来技術の項で説明したように、樹脂を含浸させた補強繊維の 束をシリンダ周方向に巻き付けて形成される。

【００２３】 この構成において、図４に示す全体金属製の従来のシリンダとの比較上、シリ ンダ全長寸法およびシリンダチューブ１，１１の内径寸法が同じという条件下で ｔ0＝ｔ２とすることにより、シリンダチューブ１１とヘッドカバー１２の溶接 部分Ｗ３の疲労寿命を、従来シリンダにおける溶接部分Ｗ１の疲労寿命と同じだ け確保でき、しかも、ｔ1（ｔ2）＞ｔ3の関係から、シリンダ全体を軽量化する ことができる。

【００２４】 第２実施例（図３参照） シリンダチューブ１１とロッドカバー１３との溶接部分Ｗ４においては、反対 側の溶接部分Ｗ３と異なり、溶接後に裏当て金が取り除かれ、従って未溶着部分 が生じないため、理論的には、上記第１実施例のように肉厚寸法を小さくしても 疲労寿命の低下は起こらない。

【００２５】 しかし、実際上、溶接が完全でない等の他の要因によって非溶接部分よりも応 力集中が起こる可能性が高く、肉厚寸法を小さくした場合に疲労寿命の低下を招 くおそれがある。

【００２６】 そこで、この第２実施例においては、このような場合の安全を見越して、シリ ンダチューブ１１のロッドカバー側端部１１ｃの肉厚寸法ｔ4をヘッドカバー側 端部の肉厚寸法ｔ2と同じとし、残りの部分１１ｄについて肉厚寸法ｔ3をこれら 両端部肉厚寸法ｔ2，ｔ4よりも小さくして、その外周に補強層１５を設けている 。

【００２７】 なお、本考案者は、本考案の効果を確認するために、図４に示す全体金属製の 従来シリンダ（シリンダＡという）、図５に示す補強層５を併用したシリンダ （シリンダＢという）、図１に示す本考案の第１実施例にかかるシリンダ（シリ ンダＣという）、図３に示す本考案の第２実施例似かかるシリンダ（シリンダＤ という）をそれぞれ試作し、次表の結果を得た。

【００２８】 なお、各シリンダＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄはいずれもスチール製で、全長寸法を１２０ ０ｍｍ、シリンダチューブ内径寸法を９５ｍｍとした。また、シリンダＢ，Ｃ， Ｄの補強層５，１５には炭素繊維強化プラスチックを用いた。

【００２９】

【表１】

【００３０】 上表の通り、シリンダＡに対し、シリンダＣでは５．８Kg、シリンダＤでは５ ．６Kgの重量軽減が果たされた。

【００３１】 このシリンダの軽量化により、油圧ショベル等の建設機械に用いた場合に、作 動部分の軽量化による動特性の向上、作動部分との釣合いをとるためのカウンタ ウエイトの軽量化による動特性の向上、それに全体の軽量化による燃費の向上等 、種々の効果が得られる。

【００３２】 また、本考案者は上記各シリンダＢ，Ｃ，Ｄについて疲労試験を行った。試験 は、シリンダに最高使用圧力の２倍のパルス圧力を繰返し与えて、シリンダの漏 れ、破損の発生を調べる２Ｐパルス耐久試験（１５万回で漏れ、破損がなければ 合格とされる）によって行った。

【００３３】 この結果、シリンダＢは圧力繰返し数１３万回で溶接部からの漏れが生じ、不 合格となったのに対し、シリンダＣ，Ｄについては１５万回の圧力繰返し後も漏 れ、破損の発生はなく、十分な疲労寿命を有するものとして２Ｐパルス試験に合 格した。

【００３４】

【考案の効果】

上記のように請求項１の考案によるときは、シリンダチューブにおけるヘッド カバー側の端部を除いた部分の肉厚寸法を、ヘッドカバー側端部の肉厚寸法より も小さく形成し、この肉厚寸法の小さい部分の外周に、繊維強化プラスチックか らなる補強層を設けたから、従来のシリンダとの比較上、シリンダチューブのヘ ッドカバー側端部の肉厚寸法を従来と同じとし、シリンダチューブの大部分を占 める残りの部分の肉厚寸法を従来よりも小さくすることにより、同チューブとヘ ッドカバーとの溶接部分の疲労寿命を従来と同じだけ確保しながら、軽量化を実 現することができる。

【００３５】 このため、油圧ショベル等の建設機械のように動特性が問題となる機械に使用 した場合に、機械の動特性を改善し、燃費を向上させることが可能となる。

【００３６】 また、請求項２の構成によると、シリンダチューブのヘッド側端部とともにロ ッドカバー側端部の肉厚寸法をも大きくしているため、同チューブとロッドカバ ーとの溶接部分での疲労寿命の低下を招くおそれがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の第１実施例を示す半部断面正面図であ
る。

【図２】図１の一部拡大図である。

【図３】本考案の第２実施例を示す半部断面正面図であ
る。

【図４】従来の全体金属製のシリンダの半部断面かつ一
部拡大して示す正面図である。

【図５】軽量化の手段としてシリンダチューブの肉厚を
薄くして外周に繊維強化プラスチック製の補強層を設け
たシリンダの半部断面正面図である。

【符号の説明】

１１ シリンダチューブ １１ａ シリンダチューブのヘッドカバー側端部 １１ｂ 同チューブにおけるヘッドカバー側端部を除く
部分 １１ｃ 同チューブのロッドカバー側端部 １１ｄ 同チューブにおける両端部を除く部分 １２ ヘッドカバー １３ ロッドカバー １５ 繊維強化プラスチックからなる補強層

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダチューブの一端にヘッドカバ
   ー、他端にロッドカバーがそれぞれ溶接により結合され
   て構成される流体圧シリンダにおいて、上記シリンダチ
   ューブにおける上記ヘッドカバー側の端部を除いた部分
   の肉厚寸法が、ヘッドカバー側端部の肉厚寸法よりも小
   さく形成され、かつ、この肉厚寸法の小さい部分の外周
   に、繊維強化プラスチックからなる補強層が設けられて
   なることを特徴とする流体圧シリンダ。
2. 【請求項２】 シリンダチューブの一端にヘッドカバ
   ー、他端にロッドカバーがそれぞれ溶接により結合され
   て構成される流体圧シリンダにおいて、上記シリンダチ
   ューブにおける両端部を除いた部分の肉厚寸法が両端部
   の肉厚寸法よりも小さく形成され、かつ、この肉厚寸法
   の小さい部分の外周に、繊維強化プラスチックからなる
   補強層が設けられてなることを特徴とする流体圧シリン
   ダ。