专利名称：带导向气缸的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种导向部件进退动作而对活塞杆进行导向的带导向气缸。
背景技术：
流体压缸一般具有设置了内孔的气缸筒、在该内孔内由压缩空气或压力油等压力流体动作同时一端部从该内孔突出的活塞杆。
活塞杆通常是沿其轴方向进行进退的长尺寸部件。因而，一旦将与轴向垂直的方向上的负荷(下文简称为横向负荷)施加在活塞杆从上述内孔中突出侧的前端部上，则该活塞杆插入所述内孔内的另一端沿与横向负荷相反的方向产生位移。也就是例如在活塞杆沿水平方向延伸时，如果针对该活塞杆的前端部施加垂直向下指向的横向负荷时，由横向负荷的大小不同，该活塞杆的另一端在气缸筒内沿垂直向上进行若干位移。
一旦发生这种情况，活塞杆的另一端与形成内孔的侧周壁接触，因而，活塞杆的进退动作变得困难，担心出现所谓的粘滞滑动现象，而且，如果施加更大的负荷，将引起活塞杆永久变形。
而且在流体压气缸中，希望在活塞杆进行进退动作时，活塞杆沿圆周方向的摆动少，换句话说，希望具有优良的所谓不转动精度。
为了消除上述不适合情况，例如如专利文献1所记载的那样，广泛地采用将活塞杆夹持在两个导杆之间，导杆和活塞杆并列的带导向气缸。而且，在带导向气缸内，在活塞杆所插入的上述内孔附近设置了2个内孔，通过衬套，导杆可进退动作地插入到各个内孔内。而且，活塞杆和导杆从各个内孔突出的前端部彼此由板等连接部件连接。因而，追随活塞杆的进退动作，导杆和板也进行进退动作。
在这种带导向气缸中，由于活塞杆通过连接部件而与导杆相连，因而即使在施加了横向负荷时也难以引起位移或变形。而且由于活塞杆转动变得显著困难，具有提高不转动精度的优点。
专利文献1特开平9-303318号公报发明内容但是，如果在液滴水飞散的环境下，在充满水蒸汽的环境下使用上述构成的带导向气缸，则出现下述情况，即伴随着活塞杆的进退动作，液滴水或水蒸气浸入气缸筒内或从气缸筒内排出。通过水分这样的进出，存在于导杆和衬套之间的润滑剂(润滑脂等)流出，此时，由于导杆和衬套之间的摩擦变大，两者之间的润滑变得不良，担心出现烧结。
在带导向气缸中，为了尽可能地避免产生烧结，选择铁或铜作为衬套的材料。但是，此时出现这些材料在存在水分环境下难以具有良好耐腐蚀性的问题。而且，虽然可以使用由树脂制造的衬套，但是与金属相比，其耐磨损性低下。
为了解决上述问题，提出本发明，本发明的目的是提供一种带导向气缸，即使在润滑剂流出时，也能避免产生烧结，而且避免衬套产生腐蚀。
为了实现上述目的，本发明是一种带导向气缸，具有导向部件，其伴随着插入到气缸筒第1内孔中的活塞杆进退动作，在上述气缸筒的第2内孔内进退动作而对上述活塞杆进行导向；上述活塞杆的前端部和导向部件的前端部彼此通过连接部件相互连接，其特征在于，上述导向部件由不锈钢构成，并具有衬套，所述衬套插入第2内孔并设置有使上述导向部件通过的通孔。所述衬套由不锈钢构成，并至少在上述通孔的内壁上涂布了由氮化物陶瓷、碳化物陶瓷或类金刚石碳构成的被膜。
在本发明中，由于选择不锈钢作为衬套和导向部件的材质，耐腐蚀性非常好。
而且在本发明中，对于衬套，至少在与导向部件滑动接触的内壁上设置被膜，由此给予润滑性。因而，耐磨损性提高，并且即使使用与铁或铜相比容易产生烧结的不锈钢构成的衬套，也可以避免产生烧结。
此时也可以在导向部件的外壁面上，涂布氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、类金刚石碳或者铬镀层，由此提高了导向部件的耐腐蚀性。即使衬套和导向部件都由不锈钢构成，由于存在被膜，可以进一步避免产生烧结。
作为被膜材质的氮化物陶瓷优选CrN、TiN、TiCN、TiAlN中的任一种。而且碳化物陶瓷优选TiC、Cr2C3中的任一种。
根据本发明，由于衬套和导向部件都由耐腐蚀性优良的不锈钢构成，即使在液滴水飞散或充满水蒸气的环境下使用带导向气缸，也可以避免这些衬套和导向部件腐蚀。
由于至少在衬套的内壁上设置被膜而给予润滑性，可以确保衬套和导向部件的耐磨损性，同时可以避免产生烧结。
图1是本发明实施方式带导向气缸沿轴向的概略整体截面图；图2是放大显示构成图1的带导向气缸的导杆和衬套的关键部分截面图；图3是显示使构成图1的带导向气缸的活塞杆和导杆前进到最前端的状态的概略整体截面图；图4是显示进行滑动接触试验前后最大高度Rz变化的图表；图5是显示在滑动接触试验时摩擦系数随时间变化的图表；图6是显示改变衬套材料而制造的各个带导向气缸的性能的图表。
具体实施例方式
下文将参照附图详细介绍本发明的带导向气缸的优选实施方式。
图1显示了本发明实施方式的带导向气缸沿轴方向的大致整体截面图。该带导向气缸10包括气缸筒12；可进退地插入设置在该气缸筒12上的中央内孔14内的活塞杆16；第1导杆22和第2导杆24(都是导向部件)，第1导杆22和第2导杆24分别可进退地插入到夹着上述中央内孔14而设置在其附近的第1侧内孔18、第2侧内孔20内，并由不锈钢制造。而且活塞杆16、第1导杆22和第2导杆24的一端部分别从中央内孔14、第1侧内孔18和第2侧内孔20中突出，其前端部彼此由作为连接部件的连接板26而相互连接。而且，图1显示活塞杆16、第1导杆22和第2导杆24位于最后端的状态。
中央内孔14、第1侧内孔18和第2侧内孔20设置成贯通气缸筒12。因而，这些内孔14、18和20在图1中的下开口部由第1盖部件28、第2盖部件30、第3盖部件闭塞，而且在第2盖部件30和第3盖部件32的面对第1导杆22和第2导杆24的面上，分别形成凹部34、36。由此，避免前进到最前端的第1导杆22和第2导杆24的各个前端面与第2盖部件30和第3盖部件32接触。
在气缸筒12上，设置使中央内孔14和第1侧内孔18连通的第1连通路38、使中央内孔14和第2侧内孔20连通的第2连通路40。而且，设置有螺纹部并向大气开放的开放口42与第2侧内孔20连通。也就是中央内孔14、第1侧内孔18和第2侧内孔20通过开放口42向大气开放。
与第1侧内孔18连通的口44由螺栓46封闭。
在中央内孔14中，在第1连通路38和第2连通路40附近形成第1环形槽48，在该第1环形槽48的图1中的上方设置了第2环形槽50，将截面大致为C字形的密封部件52嵌合在第1环形槽48内。另一方面，将O形环54插入第2环形槽50内。因而，大致圆盘形的闭塞部件56定位而封闭第2环形槽50。
插入中央内孔14内的活塞杆16沿从第1连通路38和第2连通路40侧朝向连接板26侧的方向，具有小径部58和长尺寸的大径部60，大致圆盘形的活塞62连接在其中小径部58的前端侧周壁上。
截面为倒L字形的第1收容用环形槽64设置在活塞62面对闭塞部件56侧的端面上，截面为倒L字形的第1橡胶制阻尼器66设置在该第1收容用环形槽64内。第1橡胶制阻尼器66的水平部嵌合在第1收容用环形槽64的水平部内，由此，抑制第1橡胶制阻尼器66从第1收容用环形槽64拔出。而且，第1橡胶制阻尼器66的前端部从第1收容用环形槽64突出一些。此外，O形环67收容在设置于活塞62侧周壁上的环状凹部内。
受压部件68夹持在活塞62和大径部60之间，该受压部件68的小径部嵌合在磁铁70a、70b的通孔内。通过上述嵌合，磁铁70a、70b保持在受压部件68的小径部上。
在中央内孔14的上开口部附近设置螺纹部，用于闭塞中央内孔14的第4盖部件72的螺纹部螺合在该螺纹部上。而且，第4盖部件72的上端面从中央内孔14突出。
与活塞62相同，截面为倒L字形的第2收容用环形槽74设置在第4盖部件72面对受压部件68侧的端面上。截面为倒L字形的第2橡胶制阻尼器76设置在该第2收容用环形槽74内，第2橡胶制阻尼器76也与第1橡胶制阻尼器66相同地收容在第2收容用环形槽74内，并且从该第2收容用环形槽74突出一些。
在第4盖部件72沿活塞杆16轴方向的大致中部上，设置面对活塞杆16的环形切口部77，密封部件78收容在该环形切口部77内。
在第4盖部件72的大径部的侧周壁上也形成环形槽79，将O形环80插入在该环形槽79内。而且，在从中央内孔14中突出的第4盖部件72的上端面上设置凹部，将发挥密封功能的第1刮具81收容在该凹部内。
另一方面，将第1衬套82a、第2衬套84a定位固定在第1侧内孔18内。第1导杆22通过这些第1衬套82a和第2衬套84a的通孔。从而，在第1导杆22进行进退时，该第1导杆22的侧周壁与第1衬套82a和第2衬套84a的内周壁滑动接触。
图2对第1衬套82a的内壁部和第1导杆22的侧周壁部进行了放大显示。从图2可知，在第1导杆22的侧周壁部和第1衬套82a的内壁部上分别涂布了被膜86、88。
这些被膜86、88的材料是硬质且润滑性优良的材料，具体地说，可以选择氮化物陶瓷、碳化物陶瓷或类金刚石碳(DLC)，作为氮化物陶瓷的优选实施例，可以列举CrN、TiN、TiCN、TiAlN等，作为碳化物陶瓷的优选实施例可以列举TiC、Cr2C3等，但是，本发明并不局限于此。
例如可以由离子电镀法设置被膜86、88，最小可以将被膜86、88的厚度设置为2～5μm左右。
另一方面与第1衬套82a相同，在第2衬套84a的内周壁上涂布被膜88。
如图1所示，第1侧内孔18在气缸筒12的图1上方开口，在该开口部内收容第2刮具89a。
剩余的第2侧内孔20与第1侧内孔18构成得相同，因而，将第1衬套82a、第2衬套84a、第2刮具89a的参考标号的a更换为b，即分别用82b、84b、89b来表示收容在第2侧内孔20内的第3和第4衬套、收容在开口部内的第3刮具，省略对它们的详细介绍。当然，在第2导杆24的侧周壁、收容在第2侧内孔20内的第3衬套82b和第4衬套84b的内周壁上也涂布了被膜86、88(参照图2)。
在上述结构中，在气缸筒12内分别设置了用于向形成在闭塞部件56和活塞62之间的第1室供给·排出压力流体的第1口90和第1通路92、用于向形成在受压部件68和第4盖部件72之间的第2室供给·排出压力流体的第2口94和第2通路96(参考图1)。
而且在连接板26上设置第1通孔98和第2通孔100，通过上述第1通孔98和第2通孔100的螺栓102、104螺合在第1导杆22和第2导杆24前端部上的螺孔内，从而第1导杆22和第2导杆24连接在导向板26上。
由螺合在设置于连接板26上的螺孔和设置在活塞杆16端面上的螺孔的无头螺钉106，连接板26和活塞杆16彼此相连。
因而，在气缸筒12的外壁上设置未图示的位移传感器。
本实施方式的带导向气缸10是基本上为上述构成的装置，下文将对其作用效果进行介绍。
带导向气缸10例如设置在食品加工生产线等液滴水飞散或者产生水蒸气的作业场所下。
在这种作业场所，在使活塞杆16从图1所示状态下降而成为图3所示状态时，换句话说，在使活塞杆16进行前进动作时，从第2口94经过第2通路96将流体压力供应到第2室内。受压部件68承受由该流体压力引起的推压，其结果，受压部件68和保持该受压部件68的活塞杆16下降，最终，保持在构成活塞杆16的小径部58前端部上的活塞62下降。
活塞62下降到闭塞部件56的附近。此时，活塞62的下降速度显著增大，在第1橡胶制阻尼器66与闭塞部件56接触时，由于该第1橡胶制阻尼器66作为缓冲部件发挥功能，能够大幅度地缓和上述接触时的冲击。
而且伴随着活塞62的下降，第1室内的压力流体经第1通路92和第1口90排出到气缸筒12的外部。
追随活塞62的下降，通过连接板26而连接到活塞杆16上的第1导杆22和第2导杆24下降。由此被推压的第1侧内孔18和第2侧内孔20内的空气由第1连通路38、中央内孔14的第1盖部件28和闭塞部件56之间的室、第2连通路40、开放口42排出到大气中。
此时，第1导杆22的侧周壁与第1衬套82a和第2衬套84a的各个内周壁滑动接触，另一方面，第2导杆24的侧周壁与第3衬套82b和第4衬套84b的各个内周壁滑动接触。
另一方面，在使活塞杆16从图3所示状态上升复原到图1所示状态(使活塞杆16后退)时，从第1口90经第1通路92向第1室供应流体压力，活塞62在图3中的下端面承受由该流体压力引起的推压，最终活塞杆16升高。此时，第2室内的压力流体经第2通路96和第2口94排出到气缸筒12的外部。
活塞杆16升高时，通过连接板26而连接到活塞杆16上的第1导杆22和第2导杆24也升高。由此，气缸筒12外部的大气、液滴水DW和水蒸气由第1连通路38、中央内孔14的第1盖部件28和闭塞部件56之间的室、第2连通路40、开放口42被引导到第1侧内孔18和第2侧内孔20内。液滴水DW和水蒸气付着在第1导杆22和第2导杆24的侧周壁上。在此状态下，第1导杆22和第2导杆24的侧周壁与第1衬套82a～第4衬套84b滑动接触。
但是在本实施方式中，第1导杆22和第2导杆24由不锈钢制成，不锈钢对水显示出优良的耐久性。也就是显示出优良的耐腐蚀性。因而，可以避免由渗入的液滴水DW和水蒸气对第1导杆22和第2导杆24的腐蚀。
而且在活塞杆16、第1导杆22和第2导杆24的侧周壁上付着灰尘时，这些灰尘等由第1刮具81、第2刮具89a和第3刮具89b而脱离。而且，活塞62的上升速度显著大，在第2橡胶制阻尼器76与第4盖部件72接触时，由于该第2橡胶制阻尼器76作为缓冲部件发挥作用，因而能够大幅度地缓和上述接触时的冲击。
在上述动作中，通过上述位移传感器检测磁铁70a、70b追随活塞杆16而进行的位移，活塞杆16的上升和下降被监测。
如果活塞杆16、第1导杆22和第2导杆24再次下降，渗入到第1侧内孔18和第2侧内孔20内的液滴水DW和水蒸气的一部分从开放口42流出。此时，由于引导到第1侧内孔18和第2侧内孔20内润滑剂的一部分同样流出，由于活塞杆16往复进行上述进退动作，担心大量润滑剂流失。
但是此时如上所述，在第1导杆22和第2导杆24的侧周壁部以及第1衬套82a～第4衬套84b的内壁部上分别涂布了被膜86、88(参考图2)，由于由被膜86、88保持润滑性，即使在很多的润滑剂流失的场合下，也可以避免产生烧结。
在不锈钢构成的板部件和块部件上都实施了涂布，形成了2～3μm的膜厚，以负荷30N(表面压强3.1×10-4N/m2)、移动距离50米使块部件在板部件上滑动接触，调查滑动接触前后的最大高度Rz(参考JIS B0601)的变化，结果如图4所示。从图4中可知，通过设置被膜可以抑制Rz的变化，换句话说，可以抑制磨损。
对这种试验中摩擦系数随时间的变化进行测量，将结果一并表示于图5。在该试验中，在没有设置被膜时，试验刚开始后，摩擦系数急剧升高，在滑动距离超过10米时，产生异常摩擦声音。虽然在设置了TiAlN膜时，摩擦系数也升高，但是如图4所示，认为没有出现磨损。
根据图4和5所示试验结果，可知即使使用与铁或铜相比引起烧结频率大的不锈钢作为第1导杆22、第2导杆24和第1衬套82a～第4衬套84b的材料，通过设置被膜86、88而给予润滑性，因而可以避免引起烧结。
为了进行比较，制造如下的带导向气缸使用不锈钢之外的材料制造第1衬套82a～第4衬套84b，不设置被膜88，而且在第1导杆22和第2导杆24上设置铬镀层作为被膜86，除此之外，与上述带导向气缸10的结构相同。将如此构成的各种带导向气缸与本实施方式的带导向气缸10进行性能对比，表示于图6。
在图6中，通过是否容易引起粘滞滑动现象判断“作动稳定性”，“×”意味着容易出现粘滞滑动现象，动作稳定性不良好，按“△”、“○”、“◎”的顺序表示难以引起粘滞滑动现象，动作稳定性良好。而且通过是否容易由上述横向负荷而产生位移来判断“耐横向负荷”，按“×”、“△”、“○”、“◎”顺序表示变得难以发生位移。
而且“板前端偏转量”表示在使轴向成水平方向而安装带导向气缸时，板沿垂直方向的位移量，按“×”、“△”、“○”、“◎”的顺序位移量变小。剩下的“不转动精度”表示活塞杆沿转动方向的摆动大小，按“×”、“△”、“○”、“◎”的顺序摆动量变小，即不转动精度提高。
如图6所示，第1衬套82a～第4衬套84b、第1导杆22和第2导杆24的材质为不锈钢，而且，通过在相互的滑动接触部上形成被膜86、88，可以构成上述各种性能优良的带导向气缸10。
这样，在本实施方式中，由于选择不锈钢作为第1导杆22、第2导杆24以及第1衬套82a～第4衬套84b的材质，即使在液滴水DW飞散环境下或充满水蒸气环境下使用带导向气缸10，也可以避免第1导杆22、第2导杆24以及第1衬套82a～第4衬套84b腐蚀。
而且，由于在第1导杆22和第2导杆24的侧周壁上、以及在第1衬套82a～第4衬套84b的内周壁上，也就是在相互的滑动接触部上涂布被膜86、88，即使使用与铁或铜相比容易产生烧结的不锈钢作为第1导杆22、第2导杆24以及第1衬套82a～第4衬套84b的材质，也可以避免产生烧结。
而且，虽然在上述实施方式中例示在第1导杆22和第2导杆24的侧周壁上设置由氮化物陶瓷、碳化物陶瓷或类金刚石碳构成的被膜86，但是如图6所示，也可以替代其而设置由铬镀层构成的被膜86。
而且导杆可以是1个，也可以是3个。
权利要求
1.一种带导向气缸，具有导向部件，其伴随着插入到气缸筒第1内孔中的活塞杆进退动作，在所述气缸筒的第2内孔内进退动作而对所述活塞杆进行导向；所述活塞杆的前端部和所述导向部件的前端部彼此通过连接部件相互连接，其特征在于，所述导向部件由不锈钢构成，并具有衬套，所述衬套插入所述第2内孔并设置有使所述导向部件通过的通孔，所述衬套由不锈钢构成，并至少在所述通孔的内壁上涂布了由氮化物陶瓷、碳化物陶瓷或类金刚石碳构成的被膜。
2.如权利要求1所述带导向气缸，其特征在于，在所述导向部件的外壁面上涂布氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、类金刚石碳或者铬镀层。
3.如权利要求1或2所述带导向气缸，其特征在于，所述氮化物陶瓷是CrN、TiN、TiCN、TiAlN中的任一种。
4.如权利要求1或2所述带导向气缸，其特征在于，所述碳化物陶瓷是TiC、Cr2C3中的任一种。
全文摘要
本发明是一种带导向气缸，即使在润滑剂流出时也避免产生烧结，同时避免导向部件腐蚀。将活塞杆(16)插入构成带导向气缸(10)的气缸筒(12)的中央内孔(14)内，分别将由连接板(26)而与活塞杆(16)相连的第1导杆(22)和第2导杆(24)插入到第1侧内孔(18)和第2侧内孔(20)内。第1导杆(22)通过第1衬套(82a)和第2衬套(84a)的各通孔，另一方面，第2导杆(24)通过第3衬套(82b)和第4衬套(84b)的各个通孔。在第1导杆(22)和第2导杆(24)的侧周壁、第1衬套(82a)～第4衬套(84b)的内周壁上分别涂布被膜(86、88)。
文档编号F15B15/00GK1749583SQ20051008757
公开日2006年3月22日 申请日期2005年7月28日 优先权日2004年9月13日
发明者浅叶毅, 奥平宏行 申请人:Smc株式会社