流體壓力缸的活塞的制作方法
1.本實用新型涉及流體壓力缸的活塞。
背景技術：
2.以往，作為工件等的輸送單元，例如廣泛使用利用流體壓力來使活塞往復移動的流體壓力缸。在流體壓力缸的活塞中，一般通過壓接加工、緊固等將鋁制的活塞主體固定于活塞桿的端部。與此相對，以減少零件個數、安裝作業工時為目的，已知一種通過將由合成樹脂形成的活塞主體嵌件成型于活塞桿來一體形成活塞桿和活塞主體的技術(例如，專利文獻1)。
3.再者，流體壓力缸中存在如下流體壓力缸：為了防止活塞因活塞與缸主體抵接(碰撞)時的沖擊而發生破損，設有由橡膠等彈性材料形成的阻尼器。
4.現有技術文獻
5.專利文獻
6.專利文獻1：日本特開平10－2416號公報
7.近年來，流體壓力缸的輕量化、緊湊化正在發展，在流體壓力缸中，期望的是，謀求輕量化、緊湊化，并且活塞自身具有較高的耐久性。
技術實現要素：
8.本實用新型是鑒于上述的情況而完成的實用新型，其目的在于，提供一種能在流體壓力缸中提高活塞的耐久性的技術。
9.為了解決上述技術問題，本實用新型采用了以下的方案。即，本實用新型是一種流體壓力缸的活塞，所述活塞插設于具有筒狀的缸筒、頭罩以及桿罩的缸主體，所述頭罩將所述缸筒的一端部閉塞，所述桿罩將所述缸筒的另一端部閉塞。所述活塞具備：活塞主體，以能沿著所述缸筒移動的方式配置于由所述缸筒、所述頭罩以及所述桿罩劃定出的缸室內；以及活塞桿，與所述活塞主體連結，在所述活塞的軸向延伸，并且插入于形成在所述桿罩的插通孔，所述活塞的軸向兩端部中的與所述頭罩對置的活塞端部包括向所述活塞的軸向突出的凸狀部，所述凸狀部在所述活塞的軸向形成為隨著從該凸狀部的基端部朝向頂部而寬度縮小，所述凸狀部的頂部在所述活塞的軸向上位于該活塞的最頂端并且形成于供所述活塞的中心軸經過所述頂部的位置。
10.根據本實用新型的活塞，在活塞主體到達頭罩側的行程末端時，凸狀部的頂部最先與頭罩接觸。然后，凸狀部因沖擊載荷而發生變形(被壓潰)，由此，凸狀部一邊從頂部起漸漸擴大與頭罩的接觸區域，一邊與頭罩碰撞。由此，沖擊能量分散并被活塞端部吸收，沖擊應力降低。其結果是，能防止活塞端部的破損。
11.需要說明的是，在本實用新型中，也可以是，所述活塞端部的至少一部分為樹脂制。
12.此外，在本實用新型中，也可以是，所述凸狀部形成為以所述活塞的中心軸為旋轉
中心的旋轉體，在將所述凸狀部的直徑設為d1、將所述缸筒的內徑設為d2時，0.075≤d1/d2≤0.995，在將作為所述活塞端部的表面上的點且位于從所述活塞的中心軸起向徑向外側離開d1/2的位置的點與所述凸狀部的頂部之間的所述活塞的軸向上的距離設為h時，0.0024＜h/(d1/2)＜0.075。
13.此外，在本實用新型中，也可以是，所述凸狀部的表面為球面狀。
14.此外，在本實用新型中，也可以是，所述凸狀部的表面為彎曲面狀。
15.此外，在本實用新型中，也可以是，所述凸狀部形成為錐狀。
16.此外，本實用新型也可以形成為氣壓缸用的活塞。
17.實用新型效果
18.根據本實用新型，在流體壓力缸中，能提高活塞的耐久性。
附圖說明
19.圖1是具備實施方式的活塞的氣缸的剖視圖。
20.圖2是實施方式的氣缸的活塞端部附近的剖視圖。
21.圖3是用于對凸狀部的詳情進行說明的剖視圖。
22.圖4是比較例的氣缸的活塞端部附近的剖視圖。
23.圖5是表示實施方式的變形例1的活塞的活塞端部附近的剖視圖。
24.圖6是表示實施方式的變形例2的活塞的活塞端部附近的剖視圖。
25.圖7是表示實施方式的變形例3的活塞的活塞端部附近的剖視圖。
26.圖8是表示沖擊應力的分析結果的圖。
27.圖9是表示h/(d1/2)與最大沖擊應力之間的關系的圖表。
28.附圖標記說明
29.1：缸筒；2：頭罩；3：桿罩；4：活塞主體；5：活塞桿；10：缸主體；20：活塞；100：氣缸(流體壓力缸的一個例子)。
具體實施方式
30.以下，參照附圖對本實用新型的實施方式進行說明。在以下說明的實施方式中，作為流體壓力缸的一個例子，將本實用新型應用于以壓縮空氣為驅動源的氣缸(氣壓缸)。然而，能應用本實用新型的活塞的流體壓力缸不限于氣缸。本實用新型的活塞也可以應用于以壓縮油為驅動源的液壓缸、利用其它壓力流體的流體壓力缸。此外，只要沒有特別的記載，以下的實施方式中所記載的構成并不意圖將實用新型的技術范圍僅限于此。此外，在以下參照的附圖中，為了方便說明，有時會因強調一部分的形狀而不以與原尺寸成比例的方式進行圖示。
31.圖1是具備實施方式的活塞20的氣缸100的剖視圖。圖1是用于對氣缸100的構造進行示意性說明的圖。圖1中圖示出了沿著附圖標記a1所示的活塞20的中心軸的剖面。
32.[構成]
[0033]
首先，對實施方式的氣缸100的構成進行說明。如圖1所示，氣缸100具備：筒狀的缸主體10，其兩端被閉塞；以及活塞20，插設于缸主體10。缸主體10具有：筒狀的缸筒1；頭罩2，裝配于缸筒1的軸向的一端部；以及桿罩3，裝配于缸筒1的軸向的另一端部。頭罩2將缸筒1
的一端側的開口閉塞。桿罩3將缸筒1的另一端側的開口閉塞。通過缸筒1、頭罩2以及桿罩3，在缸主體10內劃定出缸室30。形成缸室30的缸筒1的內周面(內周壁)為圓筒狀。
[0034]
在缸筒1中，在靠近頭罩2的位置形成有第一給排端口101，在靠近桿罩3的位置形成有第二給排端口102。此外，在桿罩3形成有插通孔31。
[0035]
活塞20形成為沿著缸筒1延伸的大致圓柱狀，以其一端部容納于缸室30并且其另一端部向缸室30的外部突出的方式插設于缸主體10。將活塞20的軸向兩端部中的與頭罩2對置的端部稱為活塞端部201。活塞20具備：活塞主體4，以能沿著缸筒1移動的方式配設于缸室30；以及活塞桿5，與活塞主體4連結，在活塞20的軸向延伸，并且插入于形成在桿罩3的插通孔31。
[0036]
如圖1所示，缸室30被活塞主體4劃分為頭罩2側的第一壓力室301和桿罩3側的第二壓力室302。第一壓力室301經由第一給排端口101與缸室30的外部連通，第二壓力室302經由第二給排端口102與缸室30的外部連通。
[0037]
圖2是實施方式的氣缸100的活塞端部201附近的剖視圖。如圖2所示，活塞桿5是沿著活塞20的軸向延伸的圓柱狀的軸體。活塞桿5的中心軸與活塞20的中心軸a1一致。活塞桿5由sus(不銹鋼)、鋼等金屬材料形成。不過，活塞桿5的形狀、材質不限于上述內容。在此，將活塞桿5的軸向兩端部中的活塞端部201側的端部稱為桿端部51。如圖2所示，桿端部51被活塞主體4覆蓋。桿端部51的端面(也就是說，活塞桿5的頂端面)形成為與活塞20的軸向正交的平坦面。需要說明的是，活塞桿5的頂端面也可以形成為凸狀。在活塞桿5的外周面以沿著周向延伸的方式形成有用于將活塞主體4裝接于活塞桿5的環狀的卡合槽5a。此時，將活塞桿5中隔著卡合槽5a位于桿端部51的軸向相反側的部位稱為桿主體部52。如圖2所示，桿主體部52從活塞主體4突出。
[0038]
如圖2所示，活塞主體4以覆蓋桿端部51的方式形成為有底筒狀的帽狀。活塞主體4由pps(聚苯硫醚)、pom(縮醛樹脂)、pa(聚酰胺)等樹脂材料形成。不過，活塞主體4的形狀、材質不限于上述內容。活塞主體4也可以由鋁、鋁合金(a6061等)、鈦等金屬材料形成。
[0039]
活塞主體4具有筒狀部41、罩部42、活塞外周部43以及卡合部44。筒狀部41形成為筒狀，并且覆蓋活塞桿5的桿端部51的外周面。罩部42將筒狀部41的一端部閉塞，并且覆蓋桿端部51的頂端面。活塞外周部43突出設置于筒狀部41的外周，與缸筒1對置。在活塞外周部43的外周面以沿著周向延伸的方式形成有環狀的裝接槽4a。在裝接槽4a裝接有通過與缸筒1的內周面滑動接觸來對第一壓力室301與第二壓力室302之間進行密封的橡膠制的活塞密封件6。卡合部44突出設置于筒狀部41的內周，與活塞桿5的卡合槽5a卡合。卡合部44與卡合槽5a卡合，由此將活塞主體4和活塞桿5連結。
[0040]
活塞20例如通過將由合成樹脂形成的活塞主體嵌件成型于活塞桿而形成。然而，本實用新型的活塞的制造方法不限于嵌件成型。例如，在活塞主體為金屬制的情況下，也可以通過擰入將活塞主體與活塞桿接合。
[0041]
如圖2所示，在活塞20中，活塞端部201由活塞主體4的罩部42形成。此外，在活塞端部201的周圍形成有沿著周向延伸的環狀槽7。需要說明的是，在本實用新型中，環狀槽7不是必要構成。
[0042]
如圖2所示，活塞端部201包括向活塞20的軸向突出的凸狀部c1。圖中，在凸狀部c1的范圍內附有點圖案。在活塞20中，凸狀部c1由樹脂制的活塞主體4的一部分形成。此外，本
例的凸狀部c1形成為使凸圓弧以活塞20的中心軸a1為旋轉中心旋轉而得到的、截面為圓弧狀的旋轉體。因此，凸狀部c1形成為球狀，凸狀部c1的表面s1彎曲為球面狀。在此，將凸狀部c1中最靠近頭罩2側(即，最頂端)的部位稱為頂部t1。此時，如圖2所示，凸狀部c1的頂部t1在活塞20的軸向上位于活塞20的最頂端并且形成于供活塞20的中心軸a1經過的位置。凸狀部c1形成為隨著從其基端部朝向頂部t1而寬度縮小(直徑縮小)。更詳細而言，這里所說的“寬度縮小”是指與活塞20的軸向正交的方向上的寬度縮小。需要說明的是，本實用新型的凸狀部的形狀不限于如上所述的球狀(r形狀)。凸狀部c1例如也可以為錐狀(圓錐狀、棱錐狀)。此外，對于凸狀部c1而言，也可以如后述的變形例1那樣為頂部t1平坦的梯形狀。此外，凸狀部c1的表面可以是r一樣的彎曲面，也可以是r不一樣的彎曲面。此外，在本實用新型中，活塞的中心軸與凸狀部的頂點無需完全一致，也允許在微小范圍內凸狀部的頂點相對于活塞的中心軸偏心的方案。
[0043]
在此，如圖2所示，將凸狀部c1的直徑設為d1。詳細而言，直徑d1是凸狀部c1中外徑最大的基端部分的直徑。此外，將缸筒1的內徑設為d2。此時，在本例中，0.075≤d1/d2≤0.995。
[0044]
圖3是用于對凸狀部c1的詳情進行說明的剖視圖。如圖3所示，將活塞20的軸向上的凸狀部c1的高度(突出量)設為h。詳細而言，高度h是點p1與凸狀部c1的頂部t1之間的活塞20的軸向上的距離。點p1是位于從活塞20的中心軸向起向徑向外側離開d1/2的位置的、活塞端部201的表面上的點。點p1位于凸狀部c1的基端部。此時，在本例中，0.0024＜h/(d1/2)＜0.075。
[0045]
回到圖2，將活塞桿5的桿端部51的直徑設為d3。此時，在本例中，1.03≤d1/d3≤1.99。
[0046]
[動作]
[0047]
接著，參照圖1對實施方式的氣缸100的動作進行說明。需要說明的是，將圖1所示的、活塞主體4抵接于頭罩2的狀態設為初始位置來進行說明。
[0048]
首先，在初始位置，當從壓縮空氣供給源(未圖示)經由第一給排端口101向第一壓力室301供給壓縮空氣時，被壓縮空氣推壓的活塞主體4開始向桿罩3側移動。于是，第二壓力室302的空氣經由第二給排端口102向外部排出，活塞主體4移動至桿罩3側的行程末端。由此，活塞桿5向從缸筒1突出的方向移動。活塞主體4在到達桿罩3側的行程末端時與桿罩3碰撞。
[0049]
接著，當經由第二給排端口102向第二壓力室302供給壓縮空氣時，被壓縮空氣推壓的活塞主體4開始向頭罩2側移動。于是，第一壓力室301的空氣經由第一給排端口101向外部排出，活塞主體4移動至頭罩2側的行程末端(也就是說，初始位置)。由此，活塞桿5向沒入至缸筒1的方向移動。活塞主體4在到達頭罩2側的行程末端時與頭罩2碰撞。
[0050]
[作用、效果]
[0051]
以下，通過與比較例的比較，對具備實施方式的氣缸100的活塞20的作用效果進行說明。圖4是比較例的氣缸200的活塞端部401附近的剖視圖。如圖4所示，比較例的活塞40在活塞端部401未形成凸狀部c1這一點上與實施方式的活塞20不同。在比較例的活塞40中，活塞端部401的端面s2是與活塞40的軸向正交的平坦面。因此，在活塞40中，在活塞主體4到達頭罩2側的行程末端時，活塞端部401的端面s2的整體會大致同時地與頭罩2碰撞。其結果
是，會對活塞端部401產生較高的沖擊應力(瞬間最大應力)，構成活塞端部401的樹脂制的活塞主體4可能會發生破損。
[0052]
與此相對，如圖2所示，實施方式的活塞20的活塞端部201包括向活塞20的軸向突出的凸狀部c1，凸狀部c1形成為隨著從其基端部朝向頂部t1而寬度縮小。并且，凸狀部c1的頂部t1在活塞20的軸向上位于該活塞20的最頂端并且形成于供活塞20的中心軸a1經過的位置。由此，在活塞主體4到達頭罩2側的行程末端時，凸狀部c1的頂部t1最先與頭罩2接觸。然后，凸狀部c1因沖擊載荷而發生變形(被壓潰)，由此，凸狀部c1一邊從頂部t1起漸漸擴大與頭罩2的接觸區域，一邊與頭罩2碰撞。由此，沖擊能量分散并被活塞端部201吸收，沖擊應力降低。其結果是，能防止活塞端部201的破損。
[0053]
如上所述，根據本實施方式，能提高活塞20的耐久性。這在由樹脂制的活塞主體4形成活塞端部201的活塞20中特別合適。需要說明的是，本實用新型也可以將活塞端部的至少一部分設為樹脂制。不過，在本實用新型中，活塞端部無需為樹脂制。
[0054]
此外，在本實施方式中，通過設為0.075≤d1/d2≤0.995并設為0.0024＜h/(d1/2)＜0.075，能更適當地降低活塞端部201與頭罩2碰撞時的沖擊應力。而且，通過設為1.03≤d1/d3≤1.99，也能更適當地降低活塞端部201與頭罩2碰撞時的沖擊應力。此外，如圖2所示，在將活塞桿5的桿主體部52的直徑設為d4時，也可以是d3≤d4。不過，本實用新型不限于這些條件。
[0055]
[變形例]
[0056]
以下，對實施方式的變形例的活塞進行說明。在變形例的說明中，以與圖1至圖3中所說明的活塞20的不同點為中心進行說明，對于與活塞20同樣的點，省略詳細說明。
[0057]
[變形例1]
[0058]
圖5是表示實施方式的變形例1的活塞20a的活塞端部201附近的剖視圖。如圖5所示，活塞20a的凸狀部c1的頂部t1形成為平坦面。由此，凸狀部c1的截面呈兩側邊彎曲的盆狀。需要說明的是，凸狀部c1的截面也可以是兩側邊為直線狀的梯形狀。
[0059]
在變形例1的活塞20a中，與上述的活塞20同樣地，凸狀部c1也形成為隨著朝向頂部t1而寬度縮小，頂部t1位于該活塞20的最頂端并且形成于供中心軸a1經過頂部t1的位置。由此，在變形例1中，也能提高活塞20a的耐久性。
[0060]
[變形例2]
[0061]
圖6是表示實施方式的變形例2的活塞20b的活塞端部201附近的剖視圖。如圖6所示，活塞20b的活塞主體4不具有覆蓋活塞桿5的桿端部51的罩部42。因此，桿端部51的端面向活塞20b的頂端露出。由此，在活塞20b中，活塞端部201由活塞主體4的筒狀部41和活塞桿5的桿端部51形成。與上述的活塞20同樣地，在活塞20b的活塞端部201也形成有向活塞20的軸向突出的凸狀部c1。在活塞20b中，球狀的凸狀部c1由樹脂制的活塞主體4的一部分和金屬制的活塞桿5的一部分形成。
[0062]
在變形例2的活塞20b中，與上述的活塞20同樣地，凸狀部c1也形成為隨著朝向頂部t1而寬度縮小，頂部t1位于該活塞20的最頂端并且形成于供中心軸a1經過的位置。由此，在變形例2中，也能提高活塞20b的耐久性。
[0063]
[變形例3]
[0064]
圖7是表示實施方式的變形例3的活塞20c的活塞端部201附近的剖視圖。如圖7所
示，活塞20c與圖2等所示的活塞20不同，不具有環狀槽7。
[0065]
＜分析評價＞
[0066]
通過使用分析軟件的有限元分析，進行了實施方式的活塞的應力評價。在應力評價中，求出了活塞與氣缸的頭罩發生了碰撞時的活塞主體的沖擊應力的分布和沖擊應力的最大值。就分析模型中所使用的構件的材料而言，將活塞主體設為pps，將活塞桿設為s45c(45號鋼)，將缸主體設為a6061。此外，考慮與過載試驗相當的重量(weight)來設定包括活塞主體、活塞桿以及活塞密封件的活塞的質量，活塞的速度設為0.3[m/s]。
[0067]
采用實施例1至實施例10，對實施方式的活塞20進行了評價。此外，采用比較例1至比較例3，對比較例的活塞40進行了評價。表1中示出實施例1至實施例10以及比較例1至比較例3中的d1、h、h/(d1/2)以及最大沖擊應力比。最大沖擊應力比是實施例1至實施例10以及比較例1至比較例3中的沖擊應力的最大值(最大沖擊應力)的比率。最大沖擊應力比由相對于比較例1的最大沖擊應力的比率來表示。在表1中，可知：當在實施例1至實施例10以及比較例1中比較最大沖擊應力比時，實施例1至實施例10的最大沖擊應力比比較例1的最大沖擊應力低。由此，能確認通過在活塞端部形成凸狀部而實現的應力的降低效果。此外，圖8是表示沖擊應力的分析結果的圖。圖8示出實施例3、實施例10、比較例1的活塞主體的沖擊應力的分布。圖8中圖示出了活塞主體的截面的橫向一半。
[0068]
[表1]
[0069] d1[mm]h[mm]h/(d1/2)[-]最大沖擊應力比[-]實施例13.10.020.01400.695實施例216.60.020.00240.722實施例316.60.050.00600.132實施例416.60.10.01200.191實施例516.60.50.06020.628實施例620.10.050.00500.289實施例720.10.50.04980.504實施例823.60.050.00420.445實施例923.60.50.04240.413實施例1016.610.12050.879比較例116.6001.000比較例220.1000.857比較例323.6000.792
[0070]
接著，通過上述的分析，對h/(d1/2)的范圍進行了評價。圖9是從分析結果導出的表示h/(d1/2)與最大沖擊應力之間的關系的圖表。最大沖擊應力比表示為相對于h/(d1/2)＝0時的最大沖擊應力的比率。圖表中，實線表示最大沖擊應力比率，虛線表示活塞主體的拉伸強度。如圖9所示，可知：在0.0024＜h/(d1/2)＜0.075的范圍內，最大沖擊應力比活塞主體的拉伸強度低。由此，能確認通過設為0.0024＜h/(d1/2)＜0.075，能適當地降低沖擊應力。
[0071]
以上，對本實用新型的優選實施方式進行了說明，但上述的各種方式能盡可能地進行組合。
技術特征：
1.一種活塞，其為流體壓力缸的活塞，所述活塞插設于具有筒狀的缸筒、頭罩以及桿罩的缸主體，所述頭罩將所述缸筒的一端部閉塞，所述桿罩將所述缸筒的另一端部閉塞，其中，所述活塞具備：活塞主體，以能沿著所述缸筒移動的方式配設于由所述缸筒、所述頭罩以及所述桿罩劃定出的缸室內；以及活塞桿，與所述活塞主體連結，在所述活塞的軸向延伸，并且插入于形成在所述桿罩的插通孔，所述活塞的軸向兩端部中的與所述頭罩對置的活塞端部包括向所述活塞的軸向突出的凸狀部，所述凸狀部形成為隨著從其基端部朝向頂部而寬度縮小，所述凸狀部的頂部在所述活塞的軸向上位于該活塞的最頂端并且形成于所述活塞的中心軸經過的位置。2.根據權利要求1所述的活塞，其中，所述活塞端部的至少一部分為樹脂制。3.根據權利要求1或2所述的活塞，其中，所述凸狀部形成為以所述活塞的中心軸為旋轉中心的旋轉體，在將所述凸狀部的直徑設為d1、將所述缸筒的內徑設為d2時，0.075≤d1/d2≤0.995，在將作為所述活塞端部的表面上的點且位于從所述活塞的中心軸起向徑向外側離開d1/2的位置的點與所述凸狀部的頂部之間的所述活塞的軸向上的距離設為h時，0.0024＜h/(d1/2)＜0.075。4.根據權利要求1或2所述的活塞，其中，所述凸狀部的表面為球面狀。5.根據權利要求1或2所述的活塞，其中，所述凸狀部的表面為彎曲面狀。6.根據權利要求1或2所述的活塞，其中，所述凸狀部形成為錐狀。7.根據權利要求1或2所述的活塞，其中，所述活塞形成為氣壓缸用的活塞。
技術總結
本實用新型涉及流體壓力缸的活塞。提供一種能在流體壓力缸中提高活塞的耐久性的技術。該流體壓力缸的活塞具備：活塞主體，以能沿著缸筒移動的方式配設于缸室內；以及活塞桿，與活塞主體連結，在活塞的軸向延伸，并且插入于形成在桿罩的插通孔，活塞的軸向兩端部中的與頭罩對置的活塞端部包括向活塞的軸向突出的凸狀部，凸狀部形成為隨著從其基端部朝向頂部而寬度縮小，凸狀部的頂部在活塞的軸向上位于該活塞的最頂端并且形成于供活塞的中心軸經過的位置。過的位置。過的位置。
