JPH11506190A - シリンダチューブ連結用のクロージャ要素を有するねじ締結式の圧力作動される作動シリンダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明はシリンダチューブを連結するためのクロージャ構成要素を有するねじ締結式の圧力媒体によって作動される作動シリンダに関する。本発明の目的は、ねじ締結式の圧力媒体によって作動される作動シリンダであって侵食性気体内においてすら高圧力範囲内で被封止状態に維持され、材料が切削されることなしに経済的にかつ容易に製作され得、そして共存する諸利点を有するものを開発することである。これは、本発明によって、互いに係合する弾性の案内クロージャ封止面１０、基底クロージャ封止面１１、シリンダチューブ封止面１２およびライナ封止面２２であって、ねじ締結に関係せしめられる構成要素、例えば案内クロージャ２、基底クロージャ３およびシリンダチューブ４、の上に位置されたものを加圧することによってシールが生じることにおいて達成され、それらは加圧された構成要素上にねじ山と封止面を積層することによって封止面１０；１１；１２；２２に隣接する区域に材料切除を行うことなしに形成され、そしてそれらは好ましくは６°と１２°の間の勾配を有する。弾性領域内における構成要素の加圧は極めて強く、したがって作動圧力から生じる軸方向および半径方向変位が弾性領域内で生起する。０°Ｃから２００°Ｃまでの温度範囲内における有効接触時の封止面１０；１１；１２；２２の材料弾性率は、６０〜２５０×１０³Ｎ／ｍｍ²±１０％の範囲内に在り、そして負荷限度は、２００〜１０５０Ｎ／ｍｍ²の間で使用される材料の弾性限度によって決定される。

Description

【発明の詳細な説明】 シリンダチューブ連結用のクロージャ要素を有するねじ締結式 の圧力作動される作動シリンダ 本発明は、シリンダチューブを連結するためのクロージャ要素を有するねじ締 結式の圧力作動される作動シリンダであって、圧力媒体として流動媒体（液体、 気体）を利用する流体エネルギ伝動装置の分野において、機構の並進運動を生じ させるため使用できる作動シリンダに関するものであり、該作動シリンダは高圧 侵食性媒体の領域内で用いるのに特に適している。 ドイツ特許ＤＥ・ＯＳ１９２１５４３に基づくねじ締結式の圧力媒体で作動さ れる作動シリンダであって、特に液圧差動またはプランジャピストンにおいて、 １個のピストンを受容し得るシリンダチューブが、下端または頭端にクロージャ 要素を設けられ、該クロージャ要素が前記シリンダチューブの外ねじ山に対して ねじ締結され、そして内ねじ山に配置されたリングシールを経由する漏れを防ぐ ように固く閉じられている作動シリンダが知られている。 さらに、特許ＥＰ０６０１７３６Ａ１に基づくねじ締結式作動シリンダであっ て、クロージャ要素を担持するねじ山がシリンダチューブの内殻内に配置され、 そして封止要素によって封止が達成される作動シリンダも知られている。一方、 シリンダチューブ内ねじ山、またはシリンダチューブ外ねじ山、を有するねじ締 結式作動シリンダであって、シリンダチューブのリングフェースに配置される、 またはドイツ特許ＤＥ３５１７１３７Ａ１に記載されるように、案内クロージャ 要素のフェースシールとして配置される、エラストマシールによって封止が達成 される作動シリンダも実施されている。 既知のねじ締結式作動シリンダはすべて常にエラストマ封止要素の挿入によっ てシリンダチューブの封止を達成している。 これら実施態様においては、高圧範囲で発生する故障の頻繁性と、それに加え て製作に要する複雑な、従って高費用の金属切削作業が欠点とされる。 圧力媒体で作動されるリニアモータであって、ねじ手段によって実施されるリ ニアモータは、高度に進歩した製造技術を必要とし、したがってその製作には高 い費用を伴う。やはり、それらは特に侵食的高圧範囲内においては、単に限定さ れた程度に使用され得る。もし作動シリンダの構成部品がそれらを侵食性媒体に 耐えるようにするためコーティングされるならば、接続要素の製作費が追加され 、そのような要素もまた高圧物質の作用によって頻繁に故障する傾向を免れない 。 既知の技術的解決手段は、作動シリンダの個々の構成部品を製作するため高度 に熟練した要員を必要とし、したがって既知の技術的解決手段のための製作費は 高い。 提案された本解決手段は、前記諸欠点を有しないから、前記限られた適用分野 に対比して卓越している。 本発明の目的は、ねじ締結式の圧力媒体で作動される作動シリンダであって、 たとえ侵食性気体によっても、高圧範囲内で確実な封止性能を以て作動し、経済 的に生産され得そして、主として非切削製作技術を使用して容易に製作され、そ してこれらから生じるいくつかの利点を有する作動シリンダを開発することであ る。 本発明に従って、前記諸問題は請求項１に開示される特徴によって解決される 。有利なさらなる実施形式が従属請求項から引き出され得る。 本発明の前記利点は、作動シリンダが高圧域内でも故障しがちでないことであ る。その製作は比較的複雑でなく、そして製作のために高費用の切削作業が必要 とされない。 さらに、前記作動シリンダは侵食性媒体で作動でき、好適な材料が選択されてい る場合、得られる耐性によって、作動シリンダをコーティングする必要が生じな い。作動シリンダをねじ・圧力式結合部品として形成する結果として、高費用の 溶接結合は回避され、そして摩耗した個々の構成部品の交換は困難を伴うことな しに遂行され得る。封止面の非切削製作の結果として比較的高い表面圧力が封止 面において得られる。構成部品の製作と組立は容易であり、そして特別に訓練さ れていない未経験要員によって遂行され得る。 本発明は以下において実施例を参照して： ・ねじ締結式の圧力媒体で作動される作動シリンダの断面図としての図１におい て −外ねじ山と封止面とを外ケーシングのフェース上に配置されたシリンダチュー ブとして、 ・封止領域“Ｘ”の詳細図として図２において、 ・図３において −外ねじ山と封止面とを外ケーシングのフェース上に配置されたシリンダチュー ブとして、 ・図４において −内ねじ山と封止面とを有しインサートを内チューブケーシングのフェースに配 置されたシリンダチューブとして、 ・図５において −内ねじ山と封止面とを外チューブケーシングのフェース上に配置されたシリン ダチューブとして、 ・図６において −外ねじ山と封止面とを内チューブケーシングのフェース上に配置されたシリン ダチューブとして、 ・図７において −外ねじ山と封止面とを外ケーシングのフェース上に配置されたシリンダチュー ブとして、 それぞれ説明される。 図１に従って、外ねじ山と封止面とを外チューブケーシングのフェース上に配 置されたシリンダチューブが示され、そこではねじ締結式の圧力媒体で作動され る作動シリンダ１であって，案内クロージャ要素と、基底クロージャ要素３と、 シリンダチューブ４と、ピストンロッド６とを有する差動ピストン５から構成さ れる作動シリンダが示される。 ピストンロッド６を封止するためワイパシール７と案内シール８とが設けられ ている。ねじ山対９の封止は、シリンダチューブ４に対する案内クロージャ要素 ２および基底クロージャ要素３のねじ締結の結果としての、面取りシリンダチュ ーブ封止面１２に対する案内クロージャ要素封止面１０または基底クロージャ要 素封止面１１の強力な軸方向金属圧力によって達成される。なお、前記ねじ山対 ９は、シリンダチューブ４の外ねじ山９．１と案内クロージャ要素２の内ねじ山 ９．２から構成されている。 ねじ締結式の媒体作動される作動シリンダ１の作動は、作動シリンダ受圧連結 部１３と作動シリンダ排気連結部１４とを通じて既知の方式で達成される。 図２は図１の封止領域“Ｘ”の部分をより詳細に示しており、そこにおいて案 内クロージャ要素２は自由空間１５、空間１６、案内封止面１０およびねじ山隙 間空間１７と連接しており、そして、そこにおいてシリンダチューブ４はシリン ダチューブ封止面１２とフェースリング面１８から構成されており、そこにおい て案内クロージャ要素２は案内クロージャ要素封止面１０を通じて、そして、ね じ山対９を通じてシリンダチューブと作動的に結合している。このシステムにお いてピストンロッド６は機能要素として集成されて示されている。 作動状態下で適正な封止を達成するために、圧力は、案内クロージャ要素封止 面１０、基底クロージャ要素封止面１１（図示せず−図１を参照せよ）およびシ リンダチューブ封止面１２が、基底クロージャ封止面１１から、そして、シリン ダチューブ封止面１２から分離することなしに、材料の格子結合における軸方向 および半径方向滑り変位に追随できるように十分高く維持される。 前記構成要素が完全にねじ締結されるのに必要な力を発生させるため、自由空 間１５が用意されている。ここで前記シリンダチューブ４のフェースリング面１ ８は空間１６に突入し、該空間はまた低粘度接着剤を受容するのにも好適であり 、また、ねじ山対９のねじ山隙間空間１７も前記低粘度接着剤１９を塗布され得 る。 ねじ山対９、案内クロージャ要素封止面１０、基底クロージャ要素封止面１１ （図示せず−図１を見よ）およびシリンダチューブ封止面１２は、基底クロージ ャ要素封止面１１とシリンダチューブ封止面１２とにおける高領域圧力の達成を 可能にする非切削成形によって製作される。 図３は交換可能のインサート２０とねじ山対９とを介して案内クロージャ要素 ２と作動的に結合しているシリンダチューブ４を示しており、そこでは低粘度接 着剤１０がねじ山隙間空間１７に注入され得る。 図４に従って、内側に配置されたねじ山２１と内側チューブ封止面２２とを備 えたシリンダチューブ４が示される。 図５に従って、内側に配置されたねじ山２１とシリンダチューブ封止面１２と を備えたシリンダチューブ４が示される。 図６に従って、内側ケーシング封止面２２を有する外ねじ山９．１を備えたシ リンダチューブ４が示される。 図７に従って、外ねじ山９．１とシリンダチューブ封止面１２とを有するシリ ンダチューブ４が示され、そこで外ねじ山９．１は逃げ溝２３を設けられている 。 この解決手段の理由は、作動シリンダ１の案内クロージャ要素２と基底クロー ジャ要素３が、面取り部分をその端に設けられたシリンダチューブ４に対し完全 にねじ締結され、シリンダチューブ封止面と前記案内クロージャ要素封止面が一 例として共形(conformal shape)にされていて、前記面取り部分が案内クロージ ャ要素封止面１０と基底クロージャ要素１１に接触して案内クロージャ要素２と 基底クロージャ要素３の中に圧し入れられ、そしてねじ運動させられる要素と関 係する要素に及ぼされる軸方向同心圧力が極めて大きく、したがって作動シリン ダ内の内部圧力の効果によって作動時に生じる力の減少が互いに圧接する材料の 弾性領域を保証し続けることにある。 前記クロージャの封止を保証する残留圧力を得るために、前記弾性領域は偏倚 されてはならない。 圧力にさらされる構成要素はその金属組成が特定用途の要求に適していなくて はならない金属合金から製作される。 基本的に、図４から図７に示された本発明の４つの互いに異なる実施形式が可 能である。 これら異なる実施形式のおのおのは、案内クロージャ要素２および基底クロー ジャ要素３に、交換可能のインサート２０として、共形案内クロージャ要素封止 面１０を形成することが可能であり、したがってこの可能性の数だけ可能実施形 式の変形が増す。これら実施可能変形は個々の場合の一機能として現れる固有の 利点を常に有する。 ねじ・圧力締結要素としての作動シリンダ１のそのような形式は、高い費用を 要する溶接結合部を不必要にし、そして、また、諸要素の好適材料と共同して、 他の圧力媒体の容易な展開を可能にする。 圧力要素の主要部品の非切削成形の適用はまた望ましくない切欠応力集中を防 止する。 これに関して諸要素の材料の機械的特性の変化は、冷間成形によって生じる材 料における結晶変化の結果として、こわさが増し、そして、ふくれが縮小するか ら有利である。 本解決手段おいて、開示された該方法の製作工程によって生じる前記効果は材 料の削減を助ける。案内クロージャ要素封止面１０、基底クロージャ要素封止面 １１、シリンダチューブ封止面１２および内側チューブ封止面２２の付近におけ るこわさの増加は、面積当たりの圧力の増加を可能にし、その結果としてこれら 封止面の半径方向のふくれにおける封止面積が減縮され得る。 諸要素のために使用される製作工程に対する本解決手段の依存度は、作動条件 下での力作用によって左右される。 したがって、案内クロージャ要素封止面１０、基底クロージャ要素封止面１１ 、シリンダチューブ封止面１２および内側チューブケーシング封止面２２に及ぼ される垂直力は大きくされなくてはならないが、この封止面の付近におけるふく れは、この封止領域内で互いに摺動する諸要素の軸方向および半径方向摺動変位 を最小限に限定するために、小さくされなくてはならない。 しかし、少なくとも前記圧力要素に対する前記ねじ山および前記封止面のロー リング仕上げによるこれら封止面１０；１１；１２；２２の付近における圧力に 影響される諸要素の非切削成形は、そのようにして形成された要素が、格子変位 によって、非切削成形を施されていない圧力要素の隣接正規結晶構造よりも伸び が小さいという効果を有する。 このことは、全所望伸びが使用された材料の弾性領域内で生じるが、こわさ特 性がここに開示された封止過程を支援するという結果を生じる。 封止面におけるふくれとして現れる形状変化の効果は、下記等式によって既知 様式で限定され得る； ここで符号は下記の意味を有する： Ｆ_p ＝ ねじ締付けによって封止面に及ぼされる加えた力 ｌ_o ＝ 圧力過程に関連する諸要素の全長 Ｅ ＝ 弾性率 Ａ ＝ ８度傾いた被圧リング領域（位置１０；１１；１２；２０；２２） φ ＝ 加えた力の方向への形状変化 案内クロージャ要素封止面１０、基底クロージャ要素封止面１１、シリンダチ ューブ封止面１２および内側ハウジング封止面２２のローリング仕上げで依然と して残る微小表面輪郭は、これら輪郭内に生じる漏洩流が接触封止面１０；１１ ；１２；２２における圧力より高い圧力にさらされる場合は、封止性能を損なう おそれがある。 したがって、ねじ山締結の結果として案内クロージャ要素封止面１０、基底ク ロージャ要素封止面１１、シリンダチューブ封止面１２および内側ハウジング封 止面２２に作用する力は、下記の計算された関係を満たさなくてはならない。 Ｆ_p ≧［Ｄ_k ＋２（ｓ−２）² ｘ ０，７８５］ｐ_B ｘυ ここで符号は下記の意味を有する： ｐ_B ＝ 作動圧力 Ｄ_k ＝ 作動シリンダのピストン直径 ｓ ＝ シリンダチューブの壁厚さ υ ＝ 安全率 したがって、弾性領域内における、対応する関係は下記等式によって定義され 得る： ねじ締結された部品のゆるみを防止するため、すべての実施できる各種変形は 、 ねじ山隙間１７および軸方向に進入するシリンダチューブ４を入れるための空間 １５内に、低粘度接着剤１９を注入され得る。 堅固な気密ねじ締結を保証するために、中空空間１６はシリンダチューブ４を 受容するための適切な軸方向隙間を設けられている。 封止面の非切削成形は下記の条件を満たす： Ｒ_z ＜０，４μｍ ０°Ｃから２００°Ｃまでの温度範囲にわたってシールレス連結に好適である 材料弾性率は、６０〜２５０×１０³Ｎ／ｍｍ²±本値の１０％の範囲内である。 ここで負荷限度は、使用材料の特性に依存しつつ、ここに開示された解決手段 の場合、２００Ｎ／ｍｍ²と１０５０Ｎ／ｍｍ²の間である被使用材料伸び限度に よって決定される。 本解決手段のために前記原理が固守されることを確実ならしめるため前記負荷 を前記制限値内に維持することが絶対的に必要である。 ここで下記方程式が適用される： 上式において： -ε ＝ 負伸び率 Ｅ ＝ 弾性率 ｌ ＝ ふくれの長さ 図面に使用された符号 １ ねじ締結式の圧力媒体で作動される作動シリンダ ２ 案内クロージャ要素 ３ 基底クロージャ要素 ４ シリンダチューブ ５ 差動ピストン ６ ピストンロッド ７ ワイパシール ８ 案内シール ９ ねじ山対 ９．１ 外ねじ山 ９．２ 内ねじ山 １０ 案内クロージャ要素封止面 １１ 基底クロージャ要素封止面 １２ シリンダチューブ封止面 １３ 作動シリンダ連結部 １４ 作動シリンダ排気連結部 １５ 自由空間 １６ 中空空間 １７ ねじ山隙間 １８ フェースリング面 １９ 低粘度接着剤 ２０ 交換可能のインサート ２１ 内ねじ山 ２２ 内側チューブケーシング封止面 ２３ 溝

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 したがって作動圧力から生じる軸方向および半径方向変 位が弾性領域内で生起する。０°Ｃから２００°Ｃまで の温度範囲内における有効接触時の封止面１０；１１； １２；２２の材料弾性率は、６０〜２５０×１０³Ｎ／ ｍｍ²±１０％の範囲内に在り、そして負荷限度は、２ ００〜１０５０Ｎ／ｍｍ²の間で使用される材料の弾性 限度によって決定される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．特に油圧差動またはプランジャピストンにおける機構の並進運動用圧力媒 体としての流動媒体（液体、気体）によるエネルギ伝動装置の分野で使用するの に適するシリンダチューブを連結するためのクロージャ要素を有するねじ締結式 の圧力媒体で作動される作動シリンダであって、該ねじ締結式の圧力媒体で作動 される作動シリンダの、少なくとも１個のピストンを受容し得るシリンダチュー ブが基底または頭部要素にクロージャ要素を設けられている作動シリンダにおい て、 封止作用が、共形の弾性案内クロージャ要素封止面（１０）、基底クロージャ 要素封止面（１１）、シリンダチューブ封止面（１２）および内側ハウジング封 止面（２２）であって、ねじ締結に関連せしめられる案内クロージャ要素（２） 、基底クロージャ要素（３）およびシリンダチューブ（４）に設けられているも のの加圧によって達成され、それらが前記加圧要素上にねじ山および傾斜封止面 をローリング仕上げすることにより封止面（１０；１１；１２；２２）の付近に おける非切削成形によって形成され、そして、それらが好ましくは６度から１２ 度の間の傾斜を有することと、弾性域内で部品に及ぼされる圧力が極めて高く、 したがって作動圧力によって生じる軸方向および半径方向変位が弾性域の範囲内 に限られ、そして０°Ｃ〜２００°Ｃの温度範囲における作動接触する封止面（ １０；１１；１２；２２）の材料弾性率が、６０〜２５０×１０³Ｎ／ｍｍ²±１ ０％の範囲内であり、そして使用材料の特定伸び限度によって決定される最大負 荷が２００Ｎ／ｍｍ²と１０５０Ｎ／ｍｍ²の間であることとを特徴とするねじ締 結式の作動シリンダ。 ２．前記シリンダチューブ封止面（１２）と内側チューブハウジング封止面（ ２２）が前記シリンダチューブ（４）の端において、その外ハウジングまたはそ の内ハウジングに配置されており、そして前記案内クロージャ要素（２）と基底 クロージャ要素（３）の前記関連した案内クロージャ要素封止面（１０）と基底 クロージャ要素封止面（１１）が該要素内に共形に配置されていることを特徴と する、請求項１に記載された、シリンダチューブを連結するためのクロージャ 要素を有するねじ締結式の圧力媒体で作動される作動シリンダ。 ３．前記案内クロージャ要素封止面（１０）と基底クロージャ要素封止面（１ １）が交換可能のインサート（２０）のごとき特別に製作されたインサートとし て案内クロージャ要素（２）と基底クロージャ要素（３）の中に挿入され得、そ れらがシリンダチューブ封止面（１２）と前記シリンダチューブ上の内側ケーシ ング封止面（２２）の位置で共形に配置されていることを特徴とする請求項１お よび２に記載された、シリンダチューブを連結するためのクロージャ要素を有す るねじ締結式の圧力媒体で作動される作動シリンダ。 ４．外ねじ山（９．１）が溝（２３）の後ろで直ちに円錐形シリンダチューブ 封止面（１２）に変わっていることを特徴とする請求項１から３に記載されたシ リンダチューブを連結するためのクロージャ要素を有するねじ締結式の圧力媒体 で作動される作動シリンダ。 ５．ねじ締結式のシリンダチューブ４のための自由空間（１５）と中空空間（ １６）が、共形に位置された案内クロージャ要素封止面（１０）、基底クロージ ャ要素封止面（１１）およびシリンダチューブ封止面（１２）の後方で、案内ク ロージャ要素（２）と基底クロージャ要素（３）の中におのおの設けられている ことを特徴とする、請求項１から４に記載された、シリンダチューブを連結する ためのクロージャ要素を有するねじ締結式の圧力媒体で作動される作動シリンダ 。 ６．表面粗さがＲ_z＝０．４μｍの値を超えないことを特徴とする、請求項１ から４に記載された、シリンダチューブを連結するためのクロージャ要素を有す るねじ締結式の圧力媒体で作動される作動シリンダ。