(57)【要約】【課題】  軽量化した油圧アクチュエータを提供する。【解決手段】キャップカバー１とロッドカバー２との間に円筒状のシリンダチューブ３が固定されている。ピストン４はシリンダチューブ３の内周面に摺動可能に収容される。ピストンロッド５はピストン４に連結され、ロッドカバー２内を摺動可能に貫通している。キャップカバー１、ロッドカバー２、シリンダチューブ３及びピストン４は引張強度がスチールたとえばステンレス鋼ＳＵＳ３０４の５２０Ｐａと同等以上かつ比重がステンレス鋼ＳＵＳ３０４の７．９より小さいマグネシウム合金、チタン合金、純チタン又はアルミニウム合金によって構成される。他方、ピストンロッド５はヤング率が大きいスチールによって構成され、座屈を防止するようにする。【選択図】        図２
2018071753.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャップカバーと、
ロッドカバーと、
前記キャップカバーと前記ロッドカバーとの間に固定されたシリンダチューブと、
前記シリンダチューブ内に摺動可能に収容されたピストンと、
前記ピストンに連結され、前記ロッドカバー内を摺動可能に貫通したピストンロッドと
を具備する油圧アクチュエータであって、
前記キャップカバー、前記ロッドカバー、前記シリンダチューブ及び前記ピストンはマグネシウム合金、チタン合金、純チタン又はアルミニウム合金によって構成され、
前記ピストンロッドはスチールによって構成されている油圧アクチュエータ。
【請求項２】
前記キャップカバーと前記シリンダチューブとは一体構成されている請求項１に記載の油圧アクチュエータ。
【請求項３】
前記ピストンの一外周溝に４フッ化エチレン樹脂Ｏリング及び該４フッ化エチレン樹脂Ｏリング上のゴム部材よりなるピストンパッキンを設けた請求項１に記載の油圧アクチュエータ。
【請求項４】
前記ロッドカバーの一内周溝に４フッ化エチレン樹脂Ｏリング及び該４フッ化エチレン樹脂Ｏリング上のゴム部材よりなるロッドパッキンを設けた請求項１に記載の油圧アクチュエータ。
【請求項５】
前記シリンダチューブの外周面に応力解析塗料層を設けた請求項１に記載の油圧アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はロボット、自動化機械等に用いられる油圧アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボット、自動化機械等用のアクチュエータは油圧アクチュエータが主流であったが、電子制御技術の発展と共に、応答性及び制御性に優れた電動モータに置き換わってきた。しかしながら、電動モータを大容量、大出力に対応するためには、電動モータを大型化し、かつ減速機を不可欠とするので衝撃的外力への対応ができない。従って、大容量、大出力かつ小型の油圧アクチュエータが再び注目されている。
【０００３】
従来の油圧アクチュエータは、キャップカバーと、ロッドカバーと、キャップカバーとロッドカバーとの間に固定されたシリンダチューブと、シリンダチューブ内に摺動可能に収容されたピストンと、ピストンに連結され、ロッドカバー内を摺動可能に貫通したピストンロッドとを備えている。この場合、キャップカバー、ロッドカバー、シリンダチューブ、ピストン及びピストンロッドはすべてスチール製である。スチールたとえばステンレス鋼ＳＵＳ３０４の引張強度、ヤング率は５２０ＭＰａ、１９９ＧＰａと共に大きく、従って、大きな使用出力が期待できる。たとえば、内径が３２ｍｍのシリンダを２１ＭＰａの油圧で駆動する場合、最大発生推力は１６．９ｋＮと期待できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１２１１１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の従来の油圧アクチュエータにおいては、スチールたとえばステンレス鋼ＳＵＳ３０４の場合、比重は７．９と大きく、使用最大出力は２１ＭＰａ以下であるので、出力密度を使用最大出力／質量で定義すれば、出力密度は５以下と小さい。従って、軽量化及び大きな力の発生が困難であるという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の課題を解決するために、本発明に係る油圧アクチュエータは、キャップカバーと、ロッドカバーと、キャップカバーとロッドカバーとの間に固定されたシリンダチューブと、シリンダチューブ内に摺動可能に収容されたピストンと、ピストンに連結され、ロッドカバー内を摺動可能に貫通したピストンロッドとを具備する油圧アクチュエータであって、キャップカバー、ロッドカバー、シリンダチューブ及びピストンはマグネシウム合金、純チタン合金、チタン又はアルミニウム合金によって構成され、ピストンロッドはスチールによって構成されているものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、引張応力がかかるキャップカバー、ロッドカバー、シリンダチューブ及びピストンは引張強度がスチールと同等以上かつ比重が小さいマグネシウム合金、チタン合金、純チタン又はアルミニウム合金によって構成したので、小型化、軽量化、高出力密度を達成できる。たとえば、従来の油圧アクチュエータの出力密度の１０〜３０倍の出力密度を達成できる。他方、圧縮応力がかかるピストンロッドはヤング率の大きいスチールによって構成したので、圧縮応力がかかっても座屈を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係る油圧アクチュエータの概観を示す写真である。
【図２】図１の油圧アクチュエータの詳細を示し、（Ａ）は上部を切り欠いた正面図、（Ｂ）は左側面図、（Ｃ）は右側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は本発明に係る油圧アクチュエータの概観を示す写真、図２は図１の油圧アクチュエータの詳細を示し、（Ａ）は上部を切り欠いた正面図、（Ｂ）は左側面図、（Ｃ）は右側面図である。
【００１０】
図１、図２において、キャップカバー１とロッドカバー２との間に円筒状のシリンダチューブ３が固定されている。この場合、キャップカバー１とシリンダチューブ３とは一体構成されており、これにより、後述のごとく、連結用タイロッドが不要となる。ピストン４はシリンダチューブ３の内周面に摺動可能に収容される。ピストンロッド５はピストン４に連結され、ロッドカバー２内を摺動可能に貫通している。
【００１１】
図２の（Ａ）において、ポート６ａはピストン４の左側室に油の注入排出を行うためのものであり、ポート６ｂはピストン４の右側室に油の注入排出を行うためのものである。つまり、ポート６ａ、６ｂの油圧の差によりピストン４はシリンダチューブ３内を右側へ摺動し、ポート６ｂの油圧によりピストン４はシリンダチューブ３内を左側へ摺動する。
【００１２】
キャップカバー１、ロッドカバー２、シリンダチューブ３及びピストン４は引張強度がスチールたとえばステンレス鋼ＳＵＳ３０４の５２０ＭＰａと同等以上かつ比重がステンレス鋼ＳＵＳ３０４の７．９より小さいマグネシウム合金、チタン合金、純チタン又はアルミニウム合金によって構成される。この場合、マグネシウム合金、チタン合金、純チタン又はアルミニウム合金の引張強度は、２８５ＭＰａ、９８０〜１１７０ＭＰａ、３４０〜５１０ＭＰａ及び４２５（ジュラルミンＡ−２０１７）、５６０ＭＰａ（超々ジュラルミンＡ−７０７５）である。特に、多軸鍛造（ＭＤＦ）法によるマグネシウム合金の引張強度は５４０ＭＰａであり、多軸鍛造法による純チタンは７００〜１１００ＭＰａと大きい（多軸鍛造法については、特許文献１参照）。従って、キャップカバー１、ロッドカバー２、シリンダチューブ３及びピストン４は引張応力がかかってもスチールの場合と同様に作用する。マグネシウム合金、チタン合金、純チタン又はアルミニウム合金の比重は、２．０、４．４、４．５及び２．７（ジュラルミンＡ−２０１７）、２．８（ジュラルミンＡ−７０７５）と小さく、多軸鍛造法によるマグネシウム合金及び純チタンの比重も１．８、４．５と小さい。従って、油圧アクチュエータは軽量化できる。他方、ピストンロッド５はヤング率が大きいスチールによって構成され、座屈を防止するようにする。
【００１３】
さらに、キャップカバー１とシリンダチューブ３とは一体構成され、シリンダチューブ３とロッドカバー２とは、ねじＳによって固定されている。これにより、キャップカバー１とロッドカバー２との間には連結用タイロットが不要となり、さらに、油圧アクチュエータを軽量化できる。
【００１４】
尚、マグネシウム合金、チタン合金、アルミニウム合金とは、微量のアルミニウム（Ａｌ）、亜鉛（Ｚｎ）、マンガン（Ｍｎ）等を含む。
【００１５】
また、油圧アクチュエータの単体の最低作動圧力は慣習的に０．３〜０．７ＭＰａが許容されているので、特に、低速領域では、摺動性が悪く、スティックスリップ現象を発生し易く、高精度の位置、速度、力制御の実現が困難となる。従来、シリンダチューブ３に対するピストン４の摺動性を向上させるために、ピストン４の２つの外面溝に互い逆向きのＵ又はＶパッキンつまり２つのピストンパッキンを背中合わせで配置していた。しかし、２つのピストンパッキンでは摺動性向上に限度があった。摺動性を向上させるために、シリンダチューブ３の内周及び／又はピストン４の外周にクロムメッキを行うことも考えられるが、実際には、クロムメッキは不可能であった。そこで、本発明では、ピストン４の一外周溝に唯一のピストンパッキン７を設ける。ピストンパッキン７は両方向性であり、ピストン４の一外周溝に設けられた４フッ化樹脂（ＰＴＦＥ）Ｏリング７１及びその上に設けられたニトリルゴム等のゴム部材７２によって構成されている。すなわち、一方向からの油圧を受けると、Ｏリング７１が変形してゴム部材７２を変形させてシーリング効果を発揮させる。また、ピストンパッキン７を浮遊状態にするために、ピストンパッキン７の両側に適宜ウェアリング（図示せず）を設ける。同様に、ロッドカバー２に対するピストンロッド５の摺動性を向上させるために、ロッドカバー２の一内周溝にロッドパッキン９を設ける。ロッドパッキン９は両方向性であり、ロッドカバー２の一内周溝に設けられた４フッ化樹脂（ＰＴＦＥ）Ｏリング９１及びその上に設けられたニトリルゴム等のゴム部材９２によって構成されている。また、ロッドパッキン９を浮遊状態にするために、ロッドパッキン９の一方側にウェアリング１０を設ける。さらに、ダストシールとしてのロッドワイパ１１を設ける。このようにして、油圧アクチュエータの無負荷作動圧力を０．１５ＭＰａ以下に低摺動化でき、高精度位置、速度、力制御を可能とする。
【００１６】
スチールたとえばステンレス鋼ＳＵＳ３０４のヤング率は１９９ＧＰａと大きいので弾性変形しにくい。従って、座屈しにくい。これに対し、マグネシウム合金、チタン合金、チタン及びアルミニウム合金のヤング率は４５〜１２０と小さいので弾性変形し易い。従って、スチールよりなるピストンロッド５及びマグネシウム合金、チタン合金、チタン又はアルミニウム合金よりなるキャップカバー１、ロッドカバー２、シリンダチューブ３及びピストン４を同一の破断強度で管理したとすると、ピストンロッド５は弾性変形をほとんどせずに破断するので、破断予知は困難であるのに対し、キャップカバー１、ロッドカバー２、シリンダチューブ３及びピストン４は破断前に緩やかな弾性変形すると考えられるので、破断予知が可能である。そこで、引張応力を受けて最も破断の可能性があり、かつ真円度及び円筒度を確保する必要があるシリンダチューブ３の外周面に応力解析塗料層１２（株式会社テック技販ＳＴＲＥＳＳＭＡＲＫＩＩ  ＳＦ１５等）を塗布する。応力解析塗料層１２は亀裂を生ずる最小の歪み感度に優れており、これにより、外観目視による過大な引張応力集中状態を判断でき、この結果、シリンダチューブ３の真円度及び円筒度を確保でき、また、破断も予知できる。
【００１７】
上述のごとく、油圧アクチュエータを軽量化できると、出力密度を従来程度まで下げた場合、たとえば、シリンダチューブの内径を２０ｍｍに小型化できる。
【００１８】
尚、本発明は上述の実施の形態の自明の範囲内でのいかなる変更にも適用できる。
【符号の説明】
【００１９】
１：キャップカバー
２：ロッドカバー
３：シリンダチューブ
４：ピストン
５：ピストンロッド
６ａ、６ｂ：ポート
７：ピストンパッキン
７１：Ｏリング
７２：ゴム部材
８ａ、８ｂ：ウェアリング
９：ロッドパッキン
９１：Ｏリング
９２：ゴム部材
１０：ウェアリング
１１：ロッドワイパ
１２：応力解析塗料層
Ｓ：ねじ
【図１】
2018071753.tif 000003
【図２】
2018071753.tif 000004