流体压力缸的活塞的制作方法
1.本实用新型涉及流体压力缸的活塞。
背景技术：
2.以往，作为工件等的输送单元，例如广泛使用利用流体压力来使活塞往复移动的流体压力缸。在流体压力缸的活塞中，一般通过压接加工、紧固等将铝制的活塞主体固定于活塞杆的端部。与此相对，以减少零件个数、安装作业工时为目的，已知一种通过将由合成树脂形成的活塞主体嵌件成型于活塞杆来一体形成活塞杆和活塞主体的技术(例如，专利文献1)。
3.再者，流体压力缸中存在如下流体压力缸：为了防止活塞因活塞与缸主体抵接(碰撞)时的冲击而发生破损，设有由橡胶等弹性材料形成的阻尼器。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：日本特开平10－2416号公报
7.近年来，流体压力缸的轻量化、紧凑化正在发展，在流体压力缸中，期望的是，谋求轻量化、紧凑化，并且活塞自身具有较高的耐久性。
技术实现要素：
8.本实用新型是鉴于上述的情况而完成的实用新型，其目的在于，提供一种能在流体压力缸中提高活塞的耐久性的技术。
9.为了解决上述技术问题，本实用新型采用了以下的方案。即，本实用新型是一种流体压力缸的活塞，所述活塞插设于具有筒状的缸筒、头罩以及杆罩的缸主体，所述头罩将所述缸筒的一端部闭塞，所述杆罩将所述缸筒的另一端部闭塞。所述活塞具备：活塞主体，以能沿着所述缸筒移动的方式配置于由所述缸筒、所述头罩以及所述杆罩划定出的缸室内；以及活塞杆，与所述活塞主体连结，在所述活塞的轴向延伸，并且插入于形成在所述杆罩的插通孔，所述活塞的轴向两端部中的与所述头罩对置的活塞端部包括向所述活塞的轴向突出的凸状部，所述凸状部在所述活塞的轴向形成为随着从该凸状部的基端部朝向顶部而宽度缩小，所述凸状部的顶部在所述活塞的轴向上位于该活塞的最顶端并且形成于供所述活塞的中心轴经过所述顶部的位置。
10.根据本实用新型的活塞，在活塞主体到达头罩侧的行程末端时，凸状部的顶部最先与头罩接触。然后，凸状部因冲击载荷而发生变形(被压溃)，由此，凸状部一边从顶部起渐渐扩大与头罩的接触区域，一边与头罩碰撞。由此，冲击能量分散并被活塞端部吸收，冲击应力降低。其结果是，能防止活塞端部的破损。
11.需要说明的是，在本实用新型中，也可以是，所述活塞端部的至少一部分为树脂制。
12.此外，在本实用新型中，也可以是，所述凸状部形成为以所述活塞的中心轴为旋转
中心的旋转体，在将所述凸状部的直径设为d1、将所述缸筒的内径设为d2时，0.075≤d1/d2≤0.995，在将作为所述活塞端部的表面上的点且位于从所述活塞的中心轴起向径向外侧离开d1/2的位置的点与所述凸状部的顶部之间的所述活塞的轴向上的距离设为h时，0.0024＜h/(d1/2)＜0.075。
13.此外，在本实用新型中，也可以是，所述凸状部的表面为球面状。
14.此外，在本实用新型中，也可以是，所述凸状部的表面为弯曲面状。
15.此外，在本实用新型中，也可以是，所述凸状部形成为锥状。
16.此外，本实用新型也可以形成为气压缸用的活塞。
17.实用新型效果
18.根据本实用新型，在流体压力缸中，能提高活塞的耐久性。
附图说明
19.图1是具备实施方式的活塞的气缸的剖视图。
20.图2是实施方式的气缸的活塞端部附近的剖视图。
21.图3是用于对凸状部的详情进行说明的剖视图。
22.图4是比较例的气缸的活塞端部附近的剖视图。
23.图5是表示实施方式的变形例1的活塞的活塞端部附近的剖视图。
24.图6是表示实施方式的变形例2的活塞的活塞端部附近的剖视图。
25.图7是表示实施方式的变形例3的活塞的活塞端部附近的剖视图。
26.图8是表示冲击应力的分析结果的图。
27.图9是表示h/(d1/2)与最大冲击应力之间的关系的图表。
28.附图标记说明
29.1：缸筒；2：头罩；3：杆罩；4：活塞主体；5：活塞杆；10：缸主体；20：活塞；100：气缸(流体压力缸的一个例子)。
具体实施方式
30.以下，参照附图对本实用新型的实施方式进行说明。在以下说明的实施方式中，作为流体压力缸的一个例子，将本实用新型应用于以压缩空气为驱动源的气缸(气压缸)。然而，能应用本实用新型的活塞的流体压力缸不限于气缸。本实用新型的活塞也可以应用于以压缩油为驱动源的液压缸、利用其它压力流体的流体压力缸。此外，只要没有特别的记载，以下的实施方式中所记载的构成并不意图将实用新型的技术范围仅限于此。此外，在以下参照的附图中，为了方便说明，有时会因强调一部分的形状而不以与原尺寸成比例的方式进行图示。
31.图1是具备实施方式的活塞20的气缸100的剖视图。图1是用于对气缸100的构造进行示意性说明的图。图1中图示出了沿着附图标记a1所示的活塞20的中心轴的剖面。
32.[构成]
[0033]
首先，对实施方式的气缸100的构成进行说明。如图1所示，气缸100具备：筒状的缸主体10，其两端被闭塞；以及活塞20，插设于缸主体10。缸主体10具有：筒状的缸筒1；头罩2，装配于缸筒1的轴向的一端部；以及杆罩3，装配于缸筒1的轴向的另一端部。头罩2将缸筒1
的一端侧的开口闭塞。杆罩3将缸筒1的另一端侧的开口闭塞。通过缸筒1、头罩2以及杆罩3，在缸主体10内划定出缸室30。形成缸室30的缸筒1的内周面(内周壁)为圆筒状。
[0034]
在缸筒1中，在靠近头罩2的位置形成有第一给排端口101，在靠近杆罩3的位置形成有第二给排端口102。此外，在杆罩3形成有插通孔31。
[0035]
活塞20形成为沿着缸筒1延伸的大致圆柱状，以其一端部容纳于缸室30并且其另一端部向缸室30的外部突出的方式插设于缸主体10。将活塞20的轴向两端部中的与头罩2对置的端部称为活塞端部201。活塞20具备：活塞主体4，以能沿着缸筒1移动的方式配设于缸室30；以及活塞杆5，与活塞主体4连结，在活塞20的轴向延伸，并且插入于形成在杆罩3的插通孔31。
[0036]
如图1所示，缸室30被活塞主体4划分为头罩2侧的第一压力室301和杆罩3侧的第二压力室302。第一压力室301经由第一给排端口101与缸室30的外部连通，第二压力室302经由第二给排端口102与缸室30的外部连通。
[0037]
图2是实施方式的气缸100的活塞端部201附近的剖视图。如图2所示，活塞杆5是沿着活塞20的轴向延伸的圆柱状的轴体。活塞杆5的中心轴与活塞20的中心轴a1一致。活塞杆5由sus(不锈钢)、钢等金属材料形成。不过，活塞杆5的形状、材质不限于上述内容。在此，将活塞杆5的轴向两端部中的活塞端部201侧的端部称为杆端部51。如图2所示，杆端部51被活塞主体4覆盖。杆端部51的端面(也就是说，活塞杆5的顶端面)形成为与活塞20的轴向正交的平坦面。需要说明的是，活塞杆5的顶端面也可以形成为凸状。在活塞杆5的外周面以沿着周向延伸的方式形成有用于将活塞主体4装接于活塞杆5的环状的卡合槽5a。此时，将活塞杆5中隔着卡合槽5a位于杆端部51的轴向相反侧的部位称为杆主体部52。如图2所示，杆主体部52从活塞主体4突出。
[0038]
如图2所示，活塞主体4以覆盖杆端部51的方式形成为有底筒状的帽状。活塞主体4由pps(聚苯硫醚)、pom(缩醛树脂)、pa(聚酰胺)等树脂材料形成。不过，活塞主体4的形状、材质不限于上述内容。活塞主体4也可以由铝、铝合金(a6061等)、钛等金属材料形成。
[0039]
活塞主体4具有筒状部41、罩部42、活塞外周部43以及卡合部44。筒状部41形成为筒状，并且覆盖活塞杆5的杆端部51的外周面。罩部42将筒状部41的一端部闭塞，并且覆盖杆端部51的顶端面。活塞外周部43突出设置于筒状部41的外周，与缸筒1对置。在活塞外周部43的外周面以沿着周向延伸的方式形成有环状的装接槽4a。在装接槽4a装接有通过与缸筒1的内周面滑动接触来对第一压力室301与第二压力室302之间进行密封的橡胶制的活塞密封件6。卡合部44突出设置于筒状部41的内周，与活塞杆5的卡合槽5a卡合。卡合部44与卡合槽5a卡合，由此将活塞主体4和活塞杆5连结。
[0040]
活塞20例如通过将由合成树脂形成的活塞主体嵌件成型于活塞杆而形成。然而，本实用新型的活塞的制造方法不限于嵌件成型。例如，在活塞主体为金属制的情况下，也可以通过拧入将活塞主体与活塞杆接合。
[0041]
如图2所示，在活塞20中，活塞端部201由活塞主体4的罩部42形成。此外，在活塞端部201的周围形成有沿着周向延伸的环状槽7。需要说明的是，在本实用新型中，环状槽7不是必要构成。
[0042]
如图2所示，活塞端部201包括向活塞20的轴向突出的凸状部c1。图中，在凸状部c1的范围内附有点图案。在活塞20中，凸状部c1由树脂制的活塞主体4的一部分形成。此外，本
例的凸状部c1形成为使凸圆弧以活塞20的中心轴a1为旋转中心旋转而得到的、截面为圆弧状的旋转体。因此，凸状部c1形成为球状，凸状部c1的表面s1弯曲为球面状。在此，将凸状部c1中最靠近头罩2侧(即，最顶端)的部位称为顶部t1。此时，如图2所示，凸状部c1的顶部t1在活塞20的轴向上位于活塞20的最顶端并且形成于供活塞20的中心轴a1经过的位置。凸状部c1形成为随着从其基端部朝向顶部t1而宽度缩小(直径缩小)。更详细而言，这里所说的“宽度缩小”是指与活塞20的轴向正交的方向上的宽度缩小。需要说明的是，本实用新型的凸状部的形状不限于如上所述的球状(r形状)。凸状部c1例如也可以为锥状(圆锥状、棱锥状)。此外，对于凸状部c1而言，也可以如后述的变形例1那样为顶部t1平坦的梯形状。此外，凸状部c1的表面可以是r一样的弯曲面，也可以是r不一样的弯曲面。此外，在本实用新型中，活塞的中心轴与凸状部的顶点无需完全一致，也允许在微小范围内凸状部的顶点相对于活塞的中心轴偏心的方案。
[0043]
在此，如图2所示，将凸状部c1的直径设为d1。详细而言，直径d1是凸状部c1中外径最大的基端部分的直径。此外，将缸筒1的内径设为d2。此时，在本例中，0.075≤d1/d2≤0.995。
[0044]
图3是用于对凸状部c1的详情进行说明的剖视图。如图3所示，将活塞20的轴向上的凸状部c1的高度(突出量)设为h。详细而言，高度h是点p1与凸状部c1的顶部t1之间的活塞20的轴向上的距离。点p1是位于从活塞20的中心轴向起向径向外侧离开d1/2的位置的、活塞端部201的表面上的点。点p1位于凸状部c1的基端部。此时，在本例中，0.0024＜h/(d1/2)＜0.075。
[0045]
回到图2，将活塞杆5的杆端部51的直径设为d3。此时，在本例中，1.03≤d1/d3≤1.99。
[0046]
[动作]
[0047]
接着，参照图1对实施方式的气缸100的动作进行说明。需要说明的是，将图1所示的、活塞主体4抵接于头罩2的状态设为初始位置来进行说明。
[0048]
首先，在初始位置，当从压缩空气供给源(未图示)经由第一给排端口101向第一压力室301供给压缩空气时，被压缩空气推压的活塞主体4开始向杆罩3侧移动。于是，第二压力室302的空气经由第二给排端口102向外部排出，活塞主体4移动至杆罩3侧的行程末端。由此，活塞杆5向从缸筒1突出的方向移动。活塞主体4在到达杆罩3侧的行程末端时与杆罩3碰撞。
[0049]
接着，当经由第二给排端口102向第二压力室302供给压缩空气时，被压缩空气推压的活塞主体4开始向头罩2侧移动。于是，第一压力室301的空气经由第一给排端口101向外部排出，活塞主体4移动至头罩2侧的行程末端(也就是说，初始位置)。由此，活塞杆5向没入至缸筒1的方向移动。活塞主体4在到达头罩2侧的行程末端时与头罩2碰撞。
[0050]
[作用、效果]
[0051]
以下，通过与比较例的比较，对具备实施方式的气缸100的活塞20的作用效果进行说明。图4是比较例的气缸200的活塞端部401附近的剖视图。如图4所示，比较例的活塞40在活塞端部401未形成凸状部c1这一点上与实施方式的活塞20不同。在比较例的活塞40中，活塞端部401的端面s2是与活塞40的轴向正交的平坦面。因此，在活塞40中，在活塞主体4到达头罩2侧的行程末端时，活塞端部401的端面s2的整体会大致同时地与头罩2碰撞。其结果
是，会对活塞端部401产生较高的冲击应力(瞬间最大应力)，构成活塞端部401的树脂制的活塞主体4可能会发生破损。
[0052]
与此相对，如图2所示，实施方式的活塞20的活塞端部201包括向活塞20的轴向突出的凸状部c1，凸状部c1形成为随着从其基端部朝向顶部t1而宽度缩小。并且，凸状部c1的顶部t1在活塞20的轴向上位于该活塞20的最顶端并且形成于供活塞20的中心轴a1经过的位置。由此，在活塞主体4到达头罩2侧的行程末端时，凸状部c1的顶部t1最先与头罩2接触。然后，凸状部c1因冲击载荷而发生变形(被压溃)，由此，凸状部c1一边从顶部t1起渐渐扩大与头罩2的接触区域，一边与头罩2碰撞。由此，冲击能量分散并被活塞端部201吸收，冲击应力降低。其结果是，能防止活塞端部201的破损。
[0053]
如上所述，根据本实施方式，能提高活塞20的耐久性。这在由树脂制的活塞主体4形成活塞端部201的活塞20中特别合适。需要说明的是，本实用新型也可以将活塞端部的至少一部分设为树脂制。不过，在本实用新型中，活塞端部无需为树脂制。
[0054]
此外，在本实施方式中，通过设为0.075≤d1/d2≤0.995并设为0.0024＜h/(d1/2)＜0.075，能更适当地降低活塞端部201与头罩2碰撞时的冲击应力。而且，通过设为1.03≤d1/d3≤1.99，也能更适当地降低活塞端部201与头罩2碰撞时的冲击应力。此外，如图2所示，在将活塞杆5的杆主体部52的直径设为d4时，也可以是d3≤d4。不过，本实用新型不限于这些条件。
[0055]
[变形例]
[0056]
以下，对实施方式的变形例的活塞进行说明。在变形例的说明中，以与图1至图3中所说明的活塞20的不同点为中心进行说明，对于与活塞20同样的点，省略详细说明。
[0057]
[变形例1]
[0058]
图5是表示实施方式的变形例1的活塞20a的活塞端部201附近的剖视图。如图5所示，活塞20a的凸状部c1的顶部t1形成为平坦面。由此，凸状部c1的截面呈两侧边弯曲的盆状。需要说明的是，凸状部c1的截面也可以是两侧边为直线状的梯形状。
[0059]
在变形例1的活塞20a中，与上述的活塞20同样地，凸状部c1也形成为随着朝向顶部t1而宽度缩小，顶部t1位于该活塞20的最顶端并且形成于供中心轴a1经过顶部t1的位置。由此，在变形例1中，也能提高活塞20a的耐久性。
[0060]
[变形例2]
[0061]
图6是表示实施方式的变形例2的活塞20b的活塞端部201附近的剖视图。如图6所示，活塞20b的活塞主体4不具有覆盖活塞杆5的杆端部51的罩部42。因此，杆端部51的端面向活塞20b的顶端露出。由此，在活塞20b中，活塞端部201由活塞主体4的筒状部41和活塞杆5的杆端部51形成。与上述的活塞20同样地，在活塞20b的活塞端部201也形成有向活塞20的轴向突出的凸状部c1。在活塞20b中，球状的凸状部c1由树脂制的活塞主体4的一部分和金属制的活塞杆5的一部分形成。
[0062]
在变形例2的活塞20b中，与上述的活塞20同样地，凸状部c1也形成为随着朝向顶部t1而宽度缩小，顶部t1位于该活塞20的最顶端并且形成于供中心轴a1经过的位置。由此，在变形例2中，也能提高活塞20b的耐久性。
[0063]
[变形例3]
[0064]
图7是表示实施方式的变形例3的活塞20c的活塞端部201附近的剖视图。如图7所
示，活塞20c与图2等所示的活塞20不同，不具有环状槽7。
[0065]
＜分析评价＞
[0066]
通过使用分析软件的有限元分析，进行了实施方式的活塞的应力评价。在应力评价中，求出了活塞与气缸的头罩发生了碰撞时的活塞主体的冲击应力的分布和冲击应力的最大值。就分析模型中所使用的构件的材料而言，将活塞主体设为pps，将活塞杆设为s45c(45号钢)，将缸主体设为a6061。此外，考虑与过载试验相当的重量(weight)来设定包括活塞主体、活塞杆以及活塞密封件的活塞的质量，活塞的速度设为0.3[m/s]。
[0067]
采用实施例1至实施例10，对实施方式的活塞20进行了评价。此外，采用比较例1至比较例3，对比较例的活塞40进行了评价。表1中示出实施例1至实施例10以及比较例1至比较例3中的d1、h、h/(d1/2)以及最大冲击应力比。最大冲击应力比是实施例1至实施例10以及比较例1至比较例3中的冲击应力的最大值(最大冲击应力)的比率。最大冲击应力比由相对于比较例1的最大冲击应力的比率来表示。在表1中，可知：当在实施例1至实施例10以及比较例1中比较最大冲击应力比时，实施例1至实施例10的最大冲击应力比比较例1的最大冲击应力低。由此，能确认通过在活塞端部形成凸状部而实现的应力的降低效果。此外，图8是表示冲击应力的分析结果的图。图8示出实施例3、实施例10、比较例1的活塞主体的冲击应力的分布。图8中图示出了活塞主体的截面的横向一半。
[0068]
[表1]
[0069] d1[mm]h[mm]h/(d1/2)[-]最大冲击应力比[-]实施例13.10.020.01400.695实施例216.60.020.00240.722实施例316.60.050.00600.132实施例416.60.10.01200.191实施例516.60.50.06020.628实施例620.10.050.00500.289实施例720.10.50.04980.504实施例823.60.050.00420.445实施例923.60.50.04240.413实施例1016.610.12050.879比较例116.6001.000比较例220.1000.857比较例323.6000.792
[0070]
接着，通过上述的分析，对h/(d1/2)的范围进行了评价。图9是从分析结果导出的表示h/(d1/2)与最大冲击应力之间的关系的图表。最大冲击应力比表示为相对于h/(d1/2)＝0时的最大冲击应力的比率。图表中，实线表示最大冲击应力比率，虚线表示活塞主体的拉伸强度。如图9所示，可知：在0.0024＜h/(d1/2)＜0.075的范围内，最大冲击应力比活塞主体的拉伸强度低。由此，能确认通过设为0.0024＜h/(d1/2)＜0.075，能适当地降低冲击应力。
[0071]
以上，对本实用新型的优选实施方式进行了说明，但上述的各种方式能尽可能地进行组合。
技术特征：
1.一种活塞，其为流体压力缸的活塞，所述活塞插设于具有筒状的缸筒、头罩以及杆罩的缸主体，所述头罩将所述缸筒的一端部闭塞，所述杆罩将所述缸筒的另一端部闭塞，其中，所述活塞具备：活塞主体，以能沿着所述缸筒移动的方式配设于由所述缸筒、所述头罩以及所述杆罩划定出的缸室内；以及活塞杆，与所述活塞主体连结，在所述活塞的轴向延伸，并且插入于形成在所述杆罩的插通孔，所述活塞的轴向两端部中的与所述头罩对置的活塞端部包括向所述活塞的轴向突出的凸状部，所述凸状部形成为随着从其基端部朝向顶部而宽度缩小，所述凸状部的顶部在所述活塞的轴向上位于该活塞的最顶端并且形成于所述活塞的中心轴经过的位置。2.根据权利要求1所述的活塞，其中，所述活塞端部的至少一部分为树脂制。3.根据权利要求1或2所述的活塞，其中，所述凸状部形成为以所述活塞的中心轴为旋转中心的旋转体，在将所述凸状部的直径设为d1、将所述缸筒的内径设为d2时，0.075≤d1/d2≤0.995，在将作为所述活塞端部的表面上的点且位于从所述活塞的中心轴起向径向外侧离开d1/2的位置的点与所述凸状部的顶部之间的所述活塞的轴向上的距离设为h时，0.0024＜h/(d1/2)＜0.075。4.根据权利要求1或2所述的活塞，其中，所述凸状部的表面为球面状。5.根据权利要求1或2所述的活塞，其中，所述凸状部的表面为弯曲面状。6.根据权利要求1或2所述的活塞，其中，所述凸状部形成为锥状。7.根据权利要求1或2所述的活塞，其中，所述活塞形成为气压缸用的活塞。
技术总结
本实用新型涉及流体压力缸的活塞。提供一种能在流体压力缸中提高活塞的耐久性的技术。该流体压力缸的活塞具备：活塞主体，以能沿着缸筒移动的方式配设于缸室内；以及活塞杆，与活塞主体连结，在活塞的轴向延伸，并且插入于形成在杆罩的插通孔，活塞的轴向两端部中的与头罩对置的活塞端部包括向活塞的轴向突出的凸状部，凸状部形成为随着从其基端部朝向顶部而宽度缩小，凸状部的顶部在活塞的轴向上位于该活塞的最顶端并且形成于供活塞的中心轴经过的位置。过的位置。过的位置。
