JPH11320184A - リニアアクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】アーク溶接作業の際に発生するスパッタの付着
による軸部材の作動不良等の問題を生じることのないリ
ニアアクチュエータを提供する。 【解決手段】リニアアクチュエータとしての空気圧シリ
ンダ１０において、進退動作するピストンロッド（軸部
材）２０の表面に窒化処理層３７が形成され、さらにそ
の外側に固体潤滑被覆処理層３９が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アーク溶接作業が
行われる製造現場等で好適に用いることが可能なリニア
アクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】アーク溶接作業が行われる製造現場にお
いて、従来から種々のアクチュエータが用いられてい
る。加工されるワークを位置決め保持するために用いら
れる流体圧シリンダ装置（以下、シリンダ装置を単にシ
リンダという。）等のリニアアクチュエータはその好適
な一例と謂えよう。

【０００３】このようなアーク溶接が営まれる製造現場
では、周知の通り、溶接時に発生するスパッタがあらゆ
る方向へと飛散する。例えば、自動車製造現場では、２
枚の鋼板を接合してフレーム等をアーク溶接する際、こ
れらの鋼板を積層して位置決めするために流体圧シリン
ダが用いられており、このシリンダを構成するピストン
ロッドにアーク溶接のスパッタが付着する。すなわち、
アーク溶接により発生するスパッタがピストンロッドに
付着することから、ピストンロッドが円滑に往復動作す
ることが困難となり、その作動不良を生じ、また、シリ
ンダ本体に装着されているロッドパッキンの損傷を招
き、さらに、シリンダ駆動用の作動流体の漏れを発生す
るという問題がある。

【０００４】従来、このようなアーク溶接の際に生じる
スパッタ対策として、ピストンロッドを金属製のカバー
で被覆したり、あるいは、該カバーを蛇腹構造とするこ
とが行われている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た前者の金属製のカバーを被覆する方法では、カバーが
耐久性に乏しく、例えば、１ヶ月間程度使用した後にカ
バーを取り替えなければならず、その取り替え費用が無
視できないという不具合がある。一方、後者の蛇腹構造
のカバーの場合、短期間で蛇腹の伸縮動作が困難となっ
て使用不能な状態に至る難点がある。この種の流体圧シ
リンダをはじめとするリニアアクチュエータでは、アー
ク溶接回数が１０万回以上にも及ぶため、特に、耐久性
に対する要望が強く、短期間で使用不能となる金属製の
カバーや蛇腹を頻繁に交換することは到底困難である。

【０００６】さらにまた、送りねじやボールねじ等を用
いてワークを搬送位置決めする際にも、アーク溶接作業
が行われる製造現場では、送りねじやボールねじのねじ
軸の表面にスパッタが付着しワークの円滑な搬送と精密
な位置決めが困難であるという不都合がある。

【０００７】本発明はこのような課題を考慮してなされ
たものであり、アーク溶接により発生するスパッタが軸
部材に付着することにより生じる種々の問題、すなわ
ち、スパッタによる軸部材の作動不良を回避し、また、
本発明のリニアアクチュエータが流体圧シリンダである
場合においては、ロッドパッキンの損傷を招き、あるい
は、シリンダを駆動するための作動流体の漏れを発生す
るという不都合を解消することができるリニアアクチュ
エータを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係るリニアアク
チュエータは、アーク溶接作業の際に用いられ、軸部材
が進退動作するリニアアクチュエータであって、前記軸
部材の表面に固体潤滑被覆処理層が形成されていること
を特徴とする。

【０００９】ここで、リニアアクチュエータとは、エ
ア、油圧、電力等の動力を直線運動に変換する各種のア
クチュエータをいう。また、軸部材とは、流体圧シリン
ダにおけるピストンロッド、電動モータによる回転運動
を直線運動に変換して進退動作する送りねじ装置やボー
ルねじ装置等をいい、さらには電動モータの主軸に直結
する送りねじに取り付けられた外筒等が進退動作する装
置を含む。また、固体潤滑被覆処理層とは、金属のマト
リックスの中に第２相としてあらわれる固体潤滑性を有
する微粒子や繊維状物質を含むように形成された複合被
膜をいう。

【００１０】これにより、アーク溶接作業の際に発生す
るスパッタが軸部材に付着しにくくなり、したがって、
軸部材の作動不良や、リニアアクチュエータとして流体
圧シリンダを用いる場合においては、ロッドパッキンの
損傷および作動流体の漏れ等のないリニアアクチュエー
タを得ることができる。このとき、前記軸部材の表面と
固体潤滑被覆処理層との間に窒化処理層が形成されてい
ると、剛性に優れ、しかもスパッタの非粘着性と剥離性
が向上し一層好適である。また、リニアアクチュエータ
がシリンダであると、ロッドパッキンの損傷やシリンダ
を駆動するための作動流体の漏れ等を生じることがな
い。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るリニアアクチ
ュエータの好適な実施の形態について、図１〜図３を参
照しながら説明する。

【００１２】図１に示すように、本実施の形態の第１の
例に係るリニアアクチュエータは、いわゆる、空気圧シ
リンダ１０である。この空気圧シリンダ１０は、ロッド
カバー１２、ヘッドカバー１４およびこれらのロッドカ
バー１２、ヘッドカバー１４によって閉塞されるシリン
ダチューブ１６を有する。このシリンダチューブ１６内
にはピストン１８が往復動自在に配置され、このピスト
ン１８の一端部には外部に露呈する軸部材としてのピス
トンロッド２０が連結されている。

【００１３】ここで、前記ロッドカバー１２、ヘッドカ
バー１４およびシリンダチューブ１６は、４本のタイロ
ッド２２により緊締され、一体化されている。なお、前
記ロッドカバー１２およびヘッドカバー１４の側壁に
は、流体出入ポート２４、２６がそれぞれ設けられ、前
記流体出入ポート２４、２６はロッドカバー１２に形成
された室２７、ヘッドカバー１４に形成された室２９に
連通している。

【００１４】また、前記ピストンロッド２０が摺動する
前記ロッドカバー１２の中央部内周面には、該ピストン
ロッド２０の支持部材となるブシュ２８が嵌合され、一
方、該ロッドカバー１２の一端に形成された環状溝には
ロッドパッキン３０が取り付けられている。なお、前記
ピストンロッド２０の一端には段差部が形成され、該段
差部には前記ピストン１８を挟持するようにクッション
リング３２ａ、３２ｂが固着されている。前記シリンダ
チューブ１６と摺動する前記ピストン１８の外周面に
は、ウエアリング３４、シールリング３５およびピスト
ンパッキン３６が取り付けられている。前記ピストン１
８およびクッションリング３２ａ、３２ｂはピストンナ
ット３８により前記ピストンロッド２０に固着されてい
る。

【００１５】ところで、本実施の形態の第１の例（実施
例１〜３）に係る空気圧シリンダ１０は、前記ピストン
ロッド２０がＳ４５Ｃ（機械構造用鋼炭素鋼であり、Ｃ
含有量０．４５％）やＳＵＳ３０４等のセンタレス材
（寸法公差ｆ８）を加工して形成され、例えば、前記ピ
ストンロッド２０の直径は約２０ｍｍである。

【００１６】図２に示すように、実施例１の空気圧シリ
ンダ１０では、前記ピストンロッド２０の表面に日本パ
ーカライジング社の商品名「タフトライド」による被覆
処理を施して厚みが約７μｍの窒化処理層３７を形成
し、さらにその外側に、同じく日本パーカライジング社
の商品名「パルリューベ」（例えば、パルリューベＮＦ
ＳＰ−２Ｓ）による被覆処理を施して厚みが２μｍの固
体潤滑被覆処理層３９を形成した。また、実施例２の空
気圧シリンダ１０では、前記ピストンロッド２０の表面
に日本カニゼン社の商品名「カニフロンＡ」（例えば、
Ｎｉ−Ｐ、ＰＴＦＴ２０ｖｏｌ％含有品）によるテフロ
ン含有カニゼン処理を施し、さらに、実施例３の空気圧
シリンダ１０では、日本カニゼン社の商品名「カニボロ
ン」（例えば、Ｎｉ−Ｐ−Ｂ）によるボロン含有カニゼ
ン処理を施して、それぞれ厚みが約１０μｍの固体潤滑
被覆処理層を形成した。このようにして表面処理された
各実施例１〜３の空気圧シリンダ１０を一定期間使用し
た後に測定したピストンロッド２０の表面硬度（ＨＭＶ
１００）は、６９８〜７０７の範囲内であった。

【００１７】次に、上記した各実施例１〜３の空気圧シ
リンダ１０を用いてアーク溶接作業の実機試験を行った
結果について、以下に説明する。

【００１８】第１の試験として、実施例１および実施例
２の空気圧シリンダ１０を用い、それぞれ、溶接中はピ
ストンロッド２０をシリンダチューブ１６から引き出し
た状態で放置した。この状態で、これらとは別の空気圧
シリンダを使用してワークに対するアーク溶接作業をそ
れぞれ２２０００回／月で４ヶ月間、合計約９００００
回ずつ行った。

【００１９】試験終了後、空気圧シリンダ１０のピスト
ンロッド２０の引き込み方向およびピストンロッド２０
の引き出し方向における最低作動圧を測定したところ、
実施例１ではともに０．０１６ＭＰａであり、実施例２
ではそれぞれ０．０１７ＭＰａ、０．０２０ＭＰａであ
った。実施例２が実施例１に比べてやや大きな最低作動
圧を示したものの、各実施例１、２はともに、設計圧
０．０５ＭＰａに対して充分許容できる範囲内であっ
た。また、各実施例１、２ともロッドパッキンからのエ
アリークは発生しなかった。

【００２０】次に、第２の試験として、各実施例１〜３
の空気圧シリンダ１０を用い、アーク溶接機のスパッタ
発生点と各空気圧シリンダ１０のピストンロッド２０と
の距離を５０ｍｍに保持して１分間スパッタを発生させ
て、このときの該ピストンロッド２０の表面へのスパッ
タの非粘着性（ピストンロッド２０の表面に対するスパ
ッタの付着のしにくさ）を観察した。これと併せて、ス
パッタ対策としてピストンロッド２０に付着したスパッ
タを金属スクレーパにより除去する方法を想定し、スパ
ッタの付着した各ピストンロッド２０を金属板により軽
く擦って、スパッタの剥離性を観察した。

【００２１】この結果、実施例１ではスパッタの非粘着
性、剥離性がともに良好であり、実施例３では剥離性が
良好で非粘着性がやや良好であり、実施例２では非粘着
性、剥離性がともにやや良好であり、結局、各実施例１
〜３の全ての場合に一定の効果が見られた。

【００２２】以上の第１および第２の試験の結果から、
本実施の形態の第１の例に係る空気圧シリンダ１０は、
アーク溶接により発生するスパッタがカバーの設けられ
ていないピストンロッド２０に対して直接飛散する環境
下で使用する際に、スパッタがピストンロッド２０に付
着することが少ないことから、ブシュ２８に引っかかる
ことにより生じるピストンロッド２０の作動不良がな
く、また、ロッドパッキン３０の損傷や作動流体の漏れ
がない良好な状態で使用できることがわかった。

【００２３】このように、本実施の形態の第１の例に係
る空気圧シリンダ１０のピストンロッド２０に対し、ア
ーク溶接により発生するスパッタが付着しにくく（非粘
着性が良好）、また、付着したスパッタの剥離性が良好
である理由については明確ではないが、一般的に、窒化
処理層は溶接時の溶着性が良くないことが知られてお
り、また、固体潤滑被覆処理層は潤滑性に優れることか
ら、これらの表面処理層の各特性が有効に作用している
ものと思われる。

【００２４】図３に、本実施の形態の第２の例に係る電
動アクチュエータ４０を示す。

【００２５】前記電動アクチュエータ４０では、ボデイ
４２が長尺状に形成され、該ボデイ４２の内部にその長
手方向に沿って孔部４４が設けられている。前記ボデイ
４２の内部の一端部には、例えば、ステッピングモー
タ、ＡＣサーボモータのような電動モータ４６が固着さ
れ、該電動モータ４６の回転軸にカップリング部材４８
を介してボールねじ、送りねじの如きねじ軸５０が同軸
的に設けられている。前記ねじ軸５０には送りナット５
２が螺合する。前記孔部４４には長尺な円筒形状に形成
された筒部材５４が摺動自在に嵌合し、該筒部材５４は
前記ねじ軸５０を囲撓する。前記筒部材５４の一端部は
前記送りナット５２に固着されている。

【００２６】上記のように構成される本実施の形態の第
２の例に係る電動アクチュエータ４０をアーク溶接作業
で用いる際には、先ず、前記筒部材５４の先端部に図示
しないワークに接続される位置決め部材の一端部を接合
して準備する。次いで、アーク溶接時において、電源が
投入されると前記電動モータ４６が付勢されて前記ねじ
軸５０が順方向に回転して該ねじ軸５０に螺合する前記
送りナット５２および該送りナット５２に嵌合する前記
筒部材５４が前記ボデイ４２から引き出され、一方、前
記電動モータ４６の回転方向を切り換えることにより、
筒部材５４が送りナット５２とともにボデイ４２に収容
される。これにより、図示しないワークが位置決め保持
される。

【００２７】上記した本実施の形態の第２の例に係る電
動アクチュエータ４０の筒部材５４には、本実施の形態
の第２の例に係る空気圧シリンダ１０のピストンロッド
２０と同様に、Ｓ４５Ｃ材料の表面に、窒化処理層およ
び固体潤滑被覆処理層が形成される。これにより、該筒
部材５４に対してアーク溶接により発生するスパッタが
付着しにくく（非粘着性が良好）また、付着したスパッ
タの剥離性が良好である。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るリニ
アアクチュエータは、アーク溶接作業の際に用いられ、
軸部材が進退動作するリニアアクチュエータであって、
前記軸部材の表面に固体潤滑被覆処理層が形成されてい
る。

【００２９】これにより、アーク溶接により発生するス
パッタが軸部材に付着しにくいため、軸部材の作動不良
を生じることがない。このとき、前記軸部材の表面と固
体潤滑被覆処理層との間に窒化処理層が形成されている
と、剛性に優れ、しかもスパッタの非粘着性および剥離
性が向上する。また、リニアアクチュエータとして流体
圧シリンダを用いる場合にも、ロッドパッキンの損傷や
作動流体の漏れ等を生じることがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態の第１の例に係る空気圧シリンダ
の断面図である。

【図２】図１の空気圧シリンダのシリンダロッドの部分
断面図である。

【図３】本実施の形態の第２の例に係る電動アクチュエ
ータの断面図である。

【符号の説明】

１０…空気圧シリンダ（リニアアクチュエータ） １２…ロッドカバー １４…ヘッドカバ
ー １６…シリンダチューブ １８…ピストン ２０…ピストンロッド（軸部材） ２８…ブシュ ３０…ロッドパッキン ３７…窒化処理層 ３９…固体潤滑被覆処理層 ４０…電動アクチ
ュエータ ４２…ボデイ ５０…ねじ軸（軸
部材） ５４…筒部材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アーク溶接作業の際に用いられ、軸部材が
   進退動作するリニアアクチュエータであって、 前記軸部材の表面に固体潤滑被覆処理層が形成されてい
   ることを特徴とするリニアアクチュエータ。
2. 【請求項２】請求項１記載のリニアアクチュエータにお
   いて、前記軸部材の表面と固体潤滑被覆処理層との間に
   窒化処理層が形成されていることを特徴とするリニアア
   クチュエータ。
3. 【請求項３】請求項１または２記載のリニアアクチュエ
   ータにおいて、前記リニアアクチュエータがシリンダ装
   置であることを特徴とするリニアアクチュエータ。