液压缸
阅读：772发布：2020-05-12
专利汇可以提供液压缸专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种 液压缸 (10)，构成该液压缸(10)的 活塞 杆(18)和杆盖(22)由 铝 或铝 合金 构成。在杆盖(22)的内壁表面的至少一部分上形成有耐酸铝 薄膜 (58)，杆盖(22)的内壁表面构成杆插入孔(20)，并且在 活塞杆 (18)的外壁表面上形成有类金刚石 碳 薄膜(42)，该类金刚石碳薄膜(42)与耐酸铝薄膜(58)滑动 接触 。，下面是液压缸专利的具体信息内容。
1.一种流体压力缸(10，10a至10c)，其特征在于，包括：
缸主体(14)，在所述缸主体中形成有缸孔(32)；
活塞(16)，所述活塞被布置在所述缸孔(32)中，并且所述活塞在工作流体的作用下沿轴向方向移位；
活塞杆(18)，所述活塞杆连接到所述活塞(16)；和
杆盖(22)，杆插入孔(20)形成在所述杆盖中，所述活塞杆(18)经由所述杆插入孔(20)插入；
其中所述活塞杆(18)和所述杆盖(22)由铝或铝合金构成；
在构成所述杆插入孔(20)的所述杆盖(22)的内壁表面的至少一部分上形成耐酸铝薄膜(58)或类金刚石碳薄膜(42)；并且
在所述杆盖(22)的所述内壁表面上形成所述耐酸铝薄膜(58)的情况下，在所述活塞杆(18)上形成与所述耐酸铝薄膜(58)滑动接触的类金刚石碳薄膜(42)；而在所述杆盖(22)的所述内壁表面上形成所述类金刚石碳薄膜(42)的情况下，在所述活塞杆(18)上形成与所述类金刚石碳薄膜(42)滑动接触的耐酸铝薄膜(58)。
2.根据权利要求1所述的流体压力缸(10，10a至10c)，其特征在于：
所述耐酸铝薄膜(58)形成在所述杆盖(22)的所述内壁表面上；并且
在所述活塞杆(18)的外壁表面上形成与耐酸铝薄膜(58)滑动接触的所述类金刚石碳薄膜(42)。
3.根据权利要求1所述的流体压力缸(10，10a，10c)，其特征在于，在其中容纳润滑剂的容纳凹槽(56)形成在所述杆盖(22)的所述内壁表面上。
4.根据权利要求2所述的流体压力缸(10，10a，10c)，其特征在于，在其中容纳润滑剂的容纳凹槽(56)形成在所述杆盖(22)的所述内壁表面上。
液压缸
技术领域
背景技术
[0002] 通常，流体压力缸被广泛地使用作工件等的输送工具。这种类型的流体压力缸包括其中形成有缸孔的缸主体；设置在缸孔中的活塞，其在工作流体的作用下沿轴向移位；连接到活塞的活塞杆；以及杆盖，杆盖设置在构成缸孔的内壁表面上并且具有插入活塞杆的杆插入孔(参见，例如，日本特开专利公开No.2009-068557)。在杆插入孔中设置有沿着轴向可滑动地支撑活塞杆的圆筒形衬套。
发明内容
[0003] 对于上述传统的流体压力缸，通常使用由铁制成的活塞杆，由铝制成的杆盖和由铜制成的衬套。然而，在这种情况下，流体压力缸的部件数量和重量增加，此外，例如，在诸如禁止或限制使用铜基材料的二次电池的生产线中(即，铜基材料不可用的环境)，这种不便使得不能使用这种传统的流体压力缸。
[0004] 为了解决这种不便，例如，通过采用铝活塞杆同时省略衬套，可以考虑在构成杆插入孔的内壁表面上形成与活塞杆滑动接触的耐酸铝(Alumite)薄膜。然而，在这种情况下，存在在活塞杆和耐酸铝薄膜之间可能发生粘附磨损的担忧，从而使得流体压力缸的使用寿命变短。
[0005] 鉴于上述问题而提出本发明，其目的在于提供一种流体压力缸，该流体压力缸使得能够减少其重量的同时减少其中部件的数量，并且延长其使用寿命，此外，流体压力缸能够用于铜基材料不可用环境。
[0006] 为了实现上述目的，根据本发明的流体压力缸的特征在于：缸主体，缸主体中形成有缸孔；活塞，活塞布置在缸孔中，并且在工作流体的作用下沿轴向移位；连接到活塞的活塞杆；以及杆盖，杆插入孔形成在杆盖中，活塞杆通过杆插入孔插入。在流体压力缸中，活塞杆和杆盖由铝或铝合金构成，并且耐酸铝薄膜或类金刚石碳薄膜形成在杆盖的内壁表面的至少一部分上，杆盖的内壁表面构成杆插入孔。此外，在杆盖的内壁表面上形成耐酸铝薄膜的情况下，在活塞杆上形成与耐酸铝薄膜滑动接触的类金刚石碳薄膜，而在杆盖的内壁表面上形成类金刚石碳薄膜的情况下，在活塞杆上形成与类金刚石碳薄膜滑动接触的耐酸铝薄膜。
[0007] 根据这样的构造，形成在活塞杆的外壁表面上的类金刚石碳薄膜(或耐酸铝薄膜)滑动抵靠形成在杆盖的内壁表面上的耐酸铝薄膜(或类金刚石碳薄膜)，因此，可以抑制粘附磨损。因此，能够实现流体压力缸的长使用寿命。此外，除了由铝或铝合金构成杆盖和活塞杆之外，由于在杆插入孔中不需要设置铜衬套，因此能够减少部件的数量，能够减轻重量，并且即使在铜基材料不可用环境中也能够使用该流体压力缸。
[0008] 在上述流体压力缸中，能够在杆盖的内壁表面上形成耐酸铝薄膜，并且能够在活塞杆的外壁表面上形成与耐酸铝薄膜滑动接触的类金刚石碳薄膜。在这种情况下，因为类金刚石碳薄膜形成在比杆盖的内壁表面更容易涂覆的活塞杆的外壁表面上，所以能够降低流体压力缸的制造成本。
[0009] 在上述流体压力缸中，容纳润滑剂的容纳凹槽能够形成在杆盖的内壁表面上。根据这种结构，由于能够在耐酸铝薄膜和类金刚石碳薄膜之间供给润滑剂，因此能够进一步提高流体压力缸的使用寿命。此外，由于容纳凹槽能够形成在传统衬套先前定位的位置处，因此即使在流体压力缸中形成容纳凹槽，也能够抑制流体压力缸的尺寸的增加。
[0010] 根据本发明的流体压力缸，能够减少部件的数量，同时减少其重量并延长其使用寿命，此外，流体压力缸能够用于铜基材料不可用环境。
附图说明
[0012] 图1是根据本发明的实施例的流体压力缸的竖直截面视图；
[0013] 图2是示出根据第一示例的流体压力缸的构造的部分放大竖直截面视图；
[0014] 图3是示出根据第二示例(根据第一比较例的流体压力缸)的流体压力缸的构造的部分放大竖直截面视图；
[0015] 图4是示出根据第三示例的流体压力缸的构造的部分放大竖直截面视图；
[0016] 图5是示出根据第二比较例的流体压力缸的构造的部分放大竖直截面视图；
[0017] 图6是表示相对于活塞被驱动次数描绘的最小操作压力的图表；和[0018] 图7是表示活塞被驱动一千万次后的耐酸铝薄膜的最大磨损深度的图表。
具体实施方式
[0019] 将参照附图进行说明关于根据本发明流体压力的优选实施例的描述。
[0020] 如图1所示，根据本发明的一个实施例的流体压力缸(滑动装置)10配备有缸主体14，在缸主体14中形成有缸孔12；活塞16，其布置在缸孔12中并且沿轴向方向移位；连接到活塞16的活塞杆18；以及布置在缸主体14中的杆盖22，并且杆盖22中形成杆插入孔20，活塞杆18经由杆插入孔20插入。
[0021] 缸主体14能够由任意材料构成，并且例如由铝或铝合金一体地形成为有底圆筒形状。然而，缸主体14也能够构造成使得两端打开的管构件的一侧的开口由端盖封闭。
[0022] 经由流动路径和流动路径切换装置(未示出)连接到流体供应源的第一端口24和第二端口26在缸主体14的外表面上开口。第一端口24通过第一连通通道30与形成在活塞16和缸主体14的底表面之间的第一缸室28连通。第二端口26通过第二连通通道34与形成在活塞16和杆盖22之间的第二缸室32连通。
[0023] 虽然能够由任意材料构成，活塞16例如由铝或铝合金构成圆筒形状。活塞密封件38通过环形凹槽36安装在活塞16的外周表面上。用于检测活塞16在轴向方向上相对于缸主体14的位置的磁体能够安装在活塞16的外周表面上。在这种情况下，在缸主体14的外表面上形成有用于安装磁检测传感器的传感器安装凹槽，磁检测传感器用于检测磁体的磁性。
[0024] 活塞杆18由铝或铝合金形成为圆筒形状，活塞杆18的一端部与活塞16连接。因此，活塞杆18与活塞16连接而一起移动。活塞杆18的另一端表面通过穿过杆插入孔20插入而暴露于缸主体14的外部，用于附接工件等的安装孔40形成在活塞杆18的该另一端表面上。
[0025] 类金刚石碳薄膜(以下称为DLC薄膜42)形成在活塞杆18的外圆周表面(外壁表面)上。DLC薄膜42是由碳氢化合物或碳的同素异形体构成的无定形硬薄膜，其润滑性、抗粘附性、抗咬合性等优异。
[0026] DLC薄膜42能够由CVD(Chemical Vapor Deposition，化学气相沉积)法，PVD(Physical Vapor Deposition，物理气相沉积)法等环境友好地形成，而不排出废液。此外，为了提高DLC薄膜42与基底材料(活塞杆18)的粘附性，能够在基底材料和DLC薄膜42之间形成中间层，这样的中间层例如能够是由DLC和基底材料组成的复合层。在这种情况下，随着越接近基底材料，中间层中的金属的组成比变得越大，DLC的组成比降低，另一方面，随着越远离基底材料，金属的组成比变得越小，DLC的组成比增加。通过使用这样的中间层，能够适当地抑制DLC薄膜42从基底上剥离。
[0027] 随着DLC薄膜42从基底材料朝向外表面侧移动，DLC薄膜42的硬度增加。更具体地，基底材料附近的DLC薄膜42的维氏硬度被设定为小于或等于900Hv，而最外侧表面上的DLC薄膜42的维氏硬度被设定为大于或等于1300Hv。根据该特征，能够更适当地抑制DLC薄膜42从基底剥离。此外，DLC薄膜42的表面粗糙度设定为小于或等于1.6Rz。根据该特征，能够适当地抑制后文描述的杆密封件52的粘附和磨损。
[0028] DLC薄膜42被着色为不同于铝或铝合金的颜色(金属颜色)的不同颜色(例如，黑色)。在这种情况下，容易视觉地识别DLC薄膜42是否已剥离从而暴露下层的铝或铝合金。因此，能够在由于流体压力缸10的使用寿命而致使发生设备停止之前采取适当的措施。
[0029] DLC薄膜42的薄膜厚度优选为大于或等于0.1μm并且小于或等于5.0μm，更优选为大于或等于0.3μm并且小于或等于4.0μm，甚至更优选为大于或等于1.0μm和小于或等于4.0μm。这是因为，如果DLC薄膜42的薄膜厚度小于0.1μm，则存在DLC薄膜42由于粘附和磨损而快速剥离的担忧，而如果DLC薄膜42的薄膜厚度为大于5.0μm，则薄膜的形成不容易进行，这会导致增加成本。
[0030] 杆盖22由铝或铝合金形成为圆环状，并且在杆盖22被布置在构成缸孔12的壁表面上的状态下支撑活塞杆18。此外，通过环形保持环46防止杆盖22从缸孔12滑出，环形保持环46经由环形凹槽44附接到构成缸孔12的壁表面。
[0031] 垫片50经由环形凹槽48安装在杆盖22的外周表面上。在杆盖22的内周表面(内壁表面)上形成有环形凹槽54和润滑脂容纳凹槽(润滑脂贮存部)56，环形凹槽54中安装有由诸如聚氨酯橡胶的树脂材料制成的杆密封件52，并且润滑脂容纳凹槽(润滑脂贮存部)56中容纳润滑脂(润滑剂)。在本实施方式中，润滑脂容纳凹部56相对于环形凹槽54被定位在更靠近保持环46侧(在活塞16的相对侧)。
[0032] 耐酸铝薄膜58形成在杆盖22的内周表面的至少一部分上，其与DLC薄膜42滑动接触。耐酸铝薄膜58优选的是JIS 8603中所述的硬耐酸铝薄膜。在这种情况下，能够进一步提高耐酸铝薄膜58的抗粘附性。然而，如果耐酸铝薄膜58不是上述硬耐酸铝薄膜，也没有问题。
[0033] 润滑脂容纳凹槽56沿轴向的尺寸被设定为大于或等于1/5且小于或等于4/5的滑动表面长度尺寸(与DLC薄膜42滑动接触的耐酸铝薄膜58的轴向长度尺寸)。因此，能够适当地抑制由活塞杆18作用于耐酸铝薄膜58的压力，同时在DLC薄膜42与耐酸铝薄膜58之间有效地供给润滑脂。
[0034] 根据本实施例的流体压力缸10基本上以上述方式构造。接着，对流体压力缸10的操作和有益效果进行说明。如图1所示，活塞16位于缸主体14的底表面侧的状态将被描述为初始位置。
[0035] 在初始位置中，当通过流体通道切换装置将第二端口26打开到大气的状态下，从流体供应源向第一端口24供应工作流体(压力流体)时，由于工作流体流入第一缸室28的作用而使活塞16移位到杆盖22侧，同时，存在于第二缸室32中的流体通过第二端口26排出至大气。此外，由活塞16与杆盖22的接触，使得活塞16朝向杆盖22侧的移位被停止。
[0036] 在通过流体通道切换装置将第一端口24打开到大气的状态下，从流体供应源向第二端口26供应工作流体时，由于工作流体流入第二缸室32的动作而使活塞16移位到缸主体14的底表面侧，同时，存在于第一缸室28中的流体通过第一端口24排出至大气。此外，由活塞16与缸主体14底表面的接触，使得活塞16向缸主体14的底面侧的移位被停止。
[0037] 根据本实施方式，当活塞16(活塞杆18)沿轴向以这种方式移位时，DLC薄膜42和耐酸铝薄膜58以下述状态经历滑动移动，即在容纳在润滑脂容纳凹槽56被供给至活塞杆18的外周表面上形成的DLC薄膜42和杆盖22的内周表面上形成的耐酸铝薄膜58之间的状态。DLC薄膜42具有化学稳定性和自润滑性，以防止其与铝和耐酸铝的粘附。因此，活塞杆18在抑制滑动磨损和粘附磨损的状态下移位。因此，能够实现流体压力缸10的长使用寿命。
[0038] 此外，除了由铝或铝合金构成活塞杆18和杆盖22之外，由于不需要在杆插入孔20中设置铜衬套，因此能够减少部件数量，能够减少重量，并且即使在铜基底料不可用环境中也能够使用流体压力缸10。
[0039] 此外，由于DLC薄膜42形成在比构成杆插入孔20的内圆周表面更容易涂覆的活塞杆18的外圆周表面上，因此能够降低流体压力缸10的制造成本。此外，由于容纳润滑脂的润滑脂容纳凹槽56形成在杆盖22的内周表面上，因此能够在DLC薄膜42和耐酸铝薄膜58之间供给润滑脂，从而能够抑制杆盖22的滑动磨损。因此，能够延长流体压力缸10的使用寿命。
[0040] 本实施例不限于上述配置。例如，能够省略润滑脂容纳凹槽56(参见图3)，或者润滑脂容纳凹槽56能够相比于杆密封件52而更进一步形成在活塞16的侧面上(参见图4)。此外，在本实施方式中，耐酸铝薄膜58能够形成在活塞杆18的外周表面上，并且与耐酸铝薄膜58滑动接触的DLC薄膜42能够形成在杆盖32的内周表面。在这种情况下，也能够获得与上述类似的优点和效果。
[0041] 【示例】
[0042] 通过呈现本发明的以下示例将更详细地描述本发明。如以下示例所示的材料、构造、薄膜厚度等，在不脱离本发明的实质的情况下能够适当地修改。因此，本发明的技术范围不应被以下具体实施例限制性地解释。
[0043] 第一至第三示例，以及第一和第二比较例在下面的表1中示出。
[0044] 表1
[0045]
[0046] (示例1)
[0047] 如图2所示，制造根据示例1的流体压力缸10a。以与上述流体压力缸10相同的方式构成流体压力缸10a。更具体地，活塞杆18由铝合金(A2017：JIS标准)制成，并且在活塞杆18的外周表面上形成薄膜厚度为1μm至2μm的DLC薄膜42。此外，杆盖22由铝合金(A6061-T6：JIS标准)制成。在杆盖22的内周表面上形成具有15μm的薄膜厚度的耐酸铝薄膜(硬耐酸铝薄膜)。根据示例1的杆盖22的轴向方向上的长度尺寸由La表示，活塞杆18的直径设定为
16mm，并且活塞16的冲程设定为50mm。
16mm，并且活塞16的冲程设定为50mm。
[0048] (示例2)
[0049] 如图3所示，制造根据示例2的流体压力缸10b。更具体地，除了省略润滑脂容纳凹槽56之外，以与示例1相同的方式制造根据示例2的流体压力缸10b。
[0050] (示例3)
[0051] 如图4所示，制造根据实施例3的流体压力缸10c。在根据示例3的流体压力缸10c中，活塞杆18和杆盖22的组成材料、DLC薄膜42和耐酸铝薄膜58的薄膜厚度，活塞杆18的直径以及活塞16的冲程与根据示例1中的这些参数相同。此外，根据示例3的杆盖22的轴向方向的长度尺寸由Lb表示，Lb比长度尺寸La长。此外，润滑脂容纳凹槽56相比于杆密封件52更进一步形成在活塞16侧。
[0052] (比较例1)
[0053] 活塞杆18由碳钢(S45C：JIS标准)制成，除了在活塞杆18的外周表面上形成具有薄膜厚度为8μm的硬自然铬薄膜102之外，根据比较例1的流体压力缸100a由与示例2相同的方式制造(参照图3)。
[0054] (比较例2)
[0055] 如图5所示，制造比较例2的流体压力缸100b。在根据比较例2的流体压力缸100b中，形成用于在其中安装铅青铜衬套104的衬套安装凹槽106，以代替根据示例3的润滑脂容纳凹槽56。此外，活塞杆18和硬自然铬薄膜102由与比较例1相同的方式形成，除此之外，以与示例3相同的方式制造流体压力缸100b。
[0056] 【评估】
[0057] (重量测量)
[0058] 测量根据示例1、示例3、比较例1和比较例2的流体压力缸10a，10c，100a，100b的重量。
[0059] (使用寿命)
[0060] 在示例1、示例2和比较例1的流体压力缸10a，10b，100a中，测量相对于活塞驱动次数的最小操作压力。此外，使用由东京精密株式会社(Tokyo Seimitsu Co.，Ltd)制造的圆度测量机ACCRETECH RONDCOM 60A测量示例1，示例2和比较例1中的活塞16被驱动一千万次之后的耐酸铝薄膜58的最大磨损深度。测量条件如下：
[0061] 圆度评估：最大内接圆中心法(MIC)
[0062] 过滤器类型：2RC
[0063] 测量方式：半自动测量
[0064] 测量速度：5mm/s
[0065] 姿势：竖直
[0066] 【结果】
[0067] 重量测量结果示于下表2中，并且使用寿命测量结果如图6和图7所示。
[0068] 表2
[0069] 示例1 示例2 示例3 比较例1 比较例2
流体压力缸的重量 230g - 260g 320g 350g
流体压力缸的重量 230g - 260g 320g 350g
[0070] 如表2所示，根据比较例1的流体压力缸100a的重量为320g，而根据示例1的流体压力缸10a的重量为230g。更具体地，与流体压力缸100a的重量相比，通过由铝合金构造活塞杆18，使流体压力缸10a的重量能够减少约28％。
[0071] 此外，根据比较例2的流体压力缸100b的重量为350g，而根据示例3的流体压力缸10c的重量为260g。更具体地，与流体压力缸100b的重量相比，通过由铝合金构造活塞杆18并且消除铅青铜衬套104，流体压力缸10c的重量能够减少约25％。
[0072] 此外，在根据示例3的流体压力缸10c中，由于根据比较例2在流体压力缸100b中定位衬套104的位置处形成润滑脂容纳凹槽56，因此即使在流体压力缸10c中形成润滑脂容纳凹槽56，其尺寸也不会增加。
[0073] 此外，从图6能够理解，根据比较例1的流体压力缸100a，当活塞被驱动的次数超过六百万次时，最小操作压力迅速上升，而根据示例1和2的流体压力缸10a，10b，即使活塞被驱动的次数超过一千万次，最小操作压力也被抑制并保持相对较低。此外，在活塞16被驱动了一千万次之后，流体压力缸10a的最小操作压力变得低于流体压力缸10b的最小操作压力。此外，在示例1、示例2和比较例1的流体压力缸10a，10b，100a中，气流速率小于或等于1cc/min
[0074] 以上述方式，通过在活塞杆18的外周表面上形成DLC薄膜42，以及在杆盖22的内周表面上形成耐酸铝薄膜58，最大操作压力能够被抑制并保持相对较低，并且即使达到活塞被驱动一千万次的次数，也能够延长使用寿命。此外，在润滑脂容纳凹槽56设置在杆盖22的内周表面上的情况下，与不设置润滑脂容纳凹槽56的情况相比，能够降低活塞16被驱动千万次之后的最小操作压力，且使用寿命能够进一步延长。
[0075] 此外，如图7所示，根据第一实施例的流体压力缸10a的最大磨损深度能够被抑制为根据比较例1的流体压力缸100a的耐酸铝薄膜58的最大磨损深度的大约1/4，从而能够进一步延长流体压力缸10a的使用寿命。
[0076] 根据本发明的流体压力缸不限于上述实施例，并且当然在不偏离本发明的实质要点的情况下能够采用各种修改或附加的构造。
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