JP2005155835A - 金属ベローズ、金属ベローズ・金属部材接合品およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】薄肉の電着ベローズでもベローズ形状を損ねることなく電着ベローズの端部に金属部材を確実に圧入嵌合でき、補助リング等の別部品を必要とすることなく一定軸長の高性能の金属ベローズや、これに金属部材を接合した金属ベローズ・金属部材接合品、およびその製造方法を得ること。
【解決手段】交互に配置された山部と谷部とを複数有するベローズ部１１の伸縮方向における最端部を谷部１４とし、この谷部１４に隣接して、エンド部材としての金属部材２０の圧入部２１が圧入される圧入用ストレート円筒部１２を一体に形成し、ベローズ部１１の伸縮方向における谷部１４の寸法を、最端部以外の他の谷部１６、１６、・・・の寸法よりも大きくする。
【選択図】図２

Description

この発明は、金属ベローズ、金属ベローズ・金属部材接合品およびその製造方法に関し、特に、電鋳法によって製造される電着ベローズ等の小型薄肉の金属ベローズや、これにエンド部材としての金属部材を接合した金属ベローズ・金属部材接合品、およびその製造方法に関するものである。

精密機器等に使用される小型の金属ベローズとして、電鋳法によって製造されるＮｉ製の電着ベローズがある（例えば、特許文献１、２、３）。電着ベローズは、多くの場合、端部に、エンド部材になるような金属部材を溶接等によって気密に接合され、金属ベローズ・金属部材接合品として用いられる。この金属ベローズ・金属部材接合品としては、電着ベローズと金属部材とが圧入嵌合あるいはテーパ嵌合され、その嵌合部の全周を、レーザビーム溶接、電子ビーム溶接、あるいは抵抗溶接されているものがある（例えば、特許文献４、５）。

電着ベローズは、比較的小径で、肉厚が２０〜４０μｍ程度の薄肉品であるため、ベローズ形状を損ねることなく電着ベローズの端部に金属部材を圧入嵌合することが難しい。テーパ嵌合では、そのような問題を生じないが、テーパ寸法の誤差が電着ベローズと金属部材との接合品の全体の軸長をばらつかせる原因になり、一定軸長の金属ベローズ・金属部材接合品を得るためには、テーパ精度を高度に管理する必要が生じる。

また、たが（箍）作用を奏する補助リングを用いたものもあるが（例えば、特許文献４）、これは、部品点数、組付工数の増加を招く。
特開平１−１６９１７２号公報 実開平３−９１５７１号公報 特開２００２−３０４７７号公報 特開平５−２８８２７３号公報 特開平１０−２１１５８１号公報

この発明が解決しようとする課題は、薄肉の電着ベローズでも、ベローズ形状を損ねることなく電着ベローズの端部に金属部材を確実に圧入嵌合でき、テーパ嵌合におけるような軸長ばらつきを生じることがなく、補助リング等の別部品を必要とすることなく一定軸長の高性能の金属ベローズや、これに金属部材を接合した金属ベローズ・金属部材接合品、およびその製造方法を得ることである。

この発明による金属ベローズは、交互に配置された山部と谷部とを複数有するベローズ部と、当該ベローズ部の伸縮方向における最端部に隣接して設けられた圧入用ストレート円筒部とを有する金属ベローズであって、前記最端部に前記谷部が配置されており、前記最端部の前記谷部が他の前記谷部よりも、前記伸縮方向において大きい寸法で形成されていることを特徴とする。

この発明による金属ベローズ・金属部材接合品は、請求項１に記載の金属ベローズと、前記金属ベローズの前記圧入用ストレート円筒部の内側にエンド部材として圧入された金属部材とを有し、前記圧入用ストレート円筒部の内側に圧入された前記金属部材と前記圧入用ストレート円筒部とが当該圧入用ストレート円筒部の全周に亘って溶接されていることを特徴とする。

この発明による金属ベローズ・金属部材接合品の製造方法は、請求項２に記載の金属ベローズ・金属部材接合品を製造する方法であって、前記金属ベローズにおける前記最端部の前記谷部に固定治具の嵌合部を嵌合させて、前記金属ベローズを前記固定治具により保持する第１の工程と、前記固定治具により保持した前記金属ベローズの前記圧入用ストレート円筒部の内側に、前記金属部材をエンド部材として圧入する第２の工程と、前記固定治具により保持した前記金属ベローズの前記圧入用ストレート円筒部と、当該圧入用ストレート円筒部の内側に圧入された前記金属部材とを、前記圧入用ストレート円筒部の全周に亘って溶接する第３の工程とを含むことを特徴とする。

この発明による金属ベローズ・金属部材接合品の製造方法は、好ましくは、前記固定治具として一対の半割部材を用い、前記第１の工程において、前記各半割部材が各々有する前記嵌合部を前記ベローズ部の前記最端部の前記谷部にその半周に亘ってそれぞれ嵌合させることで、前記金属ベローズを前記固定治具により保持する。

この発明による金属ベローズ・金属部材接合品の製造方法は、さらに好ましくは、前記金属部材として円筒状のものを用い、前記固定治具は、各々前記嵌合部を有する一対の半割部材と、前記一対の半割部材を抜き差し可能に収容するカップ形状の外側筐体と、前記外側筐体の底部中心部より立設された丸柱状の中心ガイド柱とを有し、前記第１の工程において、前記各半割部材が各々有する前記嵌合部を前記ベローズ部の前記最端部の前記谷部にその半周に亘ってそれぞれ嵌合させ、嵌合状態にある前記金属ベローズの一対の半割部材を前記外側筐体内に入れると同時に、前記金属ベローズ内に前記中心ガイド柱を通し、その後に、前記中心ガイド柱に円筒状の前記金属部材を通し、前記第２の工程として、前記金属部材の先端面が前記中心ガイド柱の軸線方向中間部に形成されている段差肩面に当接するまで、前記中心ガイド柱を圧入ガイドとして前記金属部材を圧入する。

この発明による金属ベローズは、交互に配置された山部と谷部とを複数有するベローズ部の伸縮方向における最端部に谷部が配置されていて、この最端部の谷部が他の谷部よりも、ベローズ部の伸縮方向において大きい寸法で形成されているから、圧入用ストレート円筒部の内側にエンド部材としての金属部材を圧入する際に、圧入用ストレート円筒部に最も近い、ベローズ部の伸縮方向における寸法が他の谷部よりも大きいベローズ部最端部の谷部を、固定治具を用いて保持する等して、圧入用ストレート円筒部に対する金属部材の圧入時に加わる力が固定治具等で吸収されてベローズ部にまで伝わらないように構成することができる。

この発明による金属ベローズおよび金属ベローズ・金属部材接合品の一つの実施形態を、図１、図２を参照して説明する。

図１（ａ）は金属ベローズ１０を、図１（ｂ）は金属部材２０を、図２は金属ベローズ・金属部材接合品３０（以下、「接合品３０」と略記することがある）を各々示している。

図１（ａ）に示されているように、金属ベローズ１０は、交互に配置された山部と谷部とを複数有するベローズ部１１と、当該ベローズ部１１の伸縮方向における両最端部に隣接して設けられた圧入用ストレート円筒部１２、１３とを一体に形成した、Ｎｉ等を材料とする電着ベローズであり、圧入用ストレート円筒部１２、１３に隣接するベローズ部１１の伸縮方向における両最端部には、いずれも谷部１４、１５が配置されている。

この金属ベローズ１０は、ベローズ部１１の最大内径が１０ｍｍ以下、肉厚が２０〜４０μｍ程度、両最端部の谷部１４、１５を除く他の谷部１６、１６、・・・の、ベローズ部１１の伸縮方向における寸法Ｗｃが０．２〜０．４ｍｍ程度で、ベローズピッチが細かい、小型のものであり、各最端部の谷部１４、１５の、ベローズ部１１の伸縮方向における寸法Ｗａ、Ｗｂは、同方向における他の谷部１６、１６、・・・の寸法Ｗｃより大きい。

そして、各最端部の谷部１４、１５の寸法Ｗａ、Ｗｂは、後述する圧入作業用の固定治具１００の内側鍔部１０１Ａ、１０１Ｂが入る寸法に設定されている。

各圧入用ストレート円筒部１２、１３の内径Ｄａ、Ｄｂは、それらに各々隣接する各最端部の谷部１４、１５の内径Ｄｃより大きい。一方の圧入用ストレート円筒部１２の外径Ｄｄはベローズ部１１の山部の外径Ｄｅにほぼ等しく、他方の圧入用ストレート円筒部１３の外径Ｄｆはベローズ部１１の山部の外径Ｄｅより小さい。

図１（ｂ）に示されているように、金属部材２０は、この実施形態では円筒体で、一端部に圧入部２１を有している。金属部材２０は、圧入部２１を、金属ベローズ１０の圧入用ストレート円筒部１２の内側に圧入され、その圧入部分において圧入用ストレート円筒部１２と金属部材２０とが全周に亘ってレーザビーム溶接あるいは電子ビーム溶接され、これにより金属ベローズ１０と金属部材２０の接合品３０が完成する。圧入用ストレート円筒部１２と金属部材２０との溶接部は、図２において、符号２５により示されている。なお、圧入部２１の先端は、圧入部２１を圧入用ストレート円筒部１２の内側に圧入しやすいように、面取り形状になっている。この先端形状は、Ｒ形状でもよい。

金属ベローズ１０の圧入用ストレート円筒部１２に対する金属部材２０の圧入は、金属部材２０の圧入部２１の先端面２１Ａが、後述する中心ガイド柱１０５の軸線方向中間部に形成されている段差肩面１０５Ａに突き当たるまで行われる。これにより、金属ベローズ１０と金属部材２０との接合品３０に組み付け誤差が生じることがなく、ベローズ部１１の伸縮方向における接合品３０の全体寸法が製品ごとにばらつくことがない。

なお、このことは、金属ベローズ１０の圧入用ストレート円筒部１３に金属部材（図示省略）を圧入、溶着して金属ベローズ１０と不図示の金属部材との接合品を製造する場合についても、同様に生じることである。

金属ベローズ１０は圧入用ストレート円筒部１２を含めて薄肉ものであるから、圧入用ストレート円筒部１２と金属部材２０の圧入部２１との圧入代の設定は、重要である。この圧入代は、圧入用ストレート円筒部１２の内径をＤａ、圧入部２１の外径をＤｇとすると、Ｄｇ＞Ｄａで、Ｄｇ−Ｄａにより設定される。この圧入代（Ｄｇ−Ｄａ）は、０．０１〜０．０２ｍｍ程度が最適値になる。

圧入代（Ｄｇ−Ｄａ）が０．０１ｍｍ以下であると、適当な圧入状態が安定して得られず、圧入用ストレート円筒部１２と圧入部２１との間にクリアランスが生じる虞れがある。圧入用ストレート円筒部１２と圧入部２１との間にクリアランスがあると、溶接熱が金属部材２０側に伝わり難く、薄肉の圧入用ストレート円筒部１２が溶接熱によって溶け、穴あきを生じる虞れがある。

これに対し、圧入代（Ｄｇ−Ｄａ）が０．０２ｍｍ以上であると、過剰な圧入荷重が薄肉の圧入用ストレート円筒部１２に作用し、圧入用ストレート円筒部１２に割れが生じる虞れがある。

圧入代（Ｄｇ−Ｄａ）が上述のように最適値に設定されていることより、補助リング等の別部品を必要とすることなく、健全に、圧入、溶接された金属ベローズ１０と金属部材２０との接合品３０が、生産性よく得られるようになる。

なお、この圧入代は、ベローズ部１１の他方の圧入用ストレート円筒部１３と、圧入用ストレート円筒部１３に圧入される金属部材（図示省略）についても、同様にして最適値に設定される。

図３は、この発明による金属ベローズ・金属部材接合品３０の製造方法の実施に用いる圧入作業用の固定治具１００の一つの実施形態を示している。固定治具１００は、カップ形状の外側筐体１０２と、外側筐体１０２内に抜き差し可能に収容される一対の円筒半割部材１０３Ａ、１０３Ｂと、外側筐体１０２の底部中心部により垂直（軸線方向）に立設された丸柱状の中心ガイド柱１０５とを含み、一対の円筒半割部材１０３Ａ、１０３Ｂの各々の上端部に、ベローズ部１１の最端部の谷部１４あるいは１５にその半周に亘って各々嵌合する嵌合部として半円環状の内側鍔部１０１Ａ、１０１Ｂが形成されている。

金属ベローズ１０の圧入用ストレート円筒部１２に対する金属部材２０の圧入の際に、金属部材２０の圧入部２１の先端面２１Ａが中心ガイド柱１０５の後述する段差肩面１０５Ａに突き当たり、反対側の圧入用ストレート円筒部１３に対する不図示の反対側の金属部材の圧入の際についても、圧入用ストレート円筒部１２に対する金属部材２０の圧入の際と同様のことが、圧入用ストレート円筒部１３と不図示の金属部材との間に発生する。

このとき、圧入荷重の一部が、圧入用ストレート円筒部１２に隣接する谷部１４の円環状盤面１４Ａや、圧入用ストレート円筒部１３に隣接する谷部１５の円環状盤面に、過度の変形や圧延を発生させない程度の大きさの範囲内で印加される場合には、内側鍔部１０１Ａ、１０１Ｂはそれらの荷重に耐える強度を有しており、この内側鍔部１０１Ａ、１０１Ｂを挿入できるよう、ベローズ部１１の伸縮方向における谷部１４、１５の寸法Ｗａ、Ｗｂが予め設定されている。

なお、内側鍔部１０１Ａ、１０１Ｂは、谷部１４、１５の補形をなし、円筒半割部材１０３Ａ、１０３Ｂの内径Ｄｈは、ベローズ部１１の山部の外径Ｄｅより少し大きく、ベローズ部１１の伸縮方向における円筒半割部材１０３Ａ、１０３Ｂの寸法は、同方向における金属ベローズ１０の寸法より大きい。

また、中心ガイド柱１０５の外径Ｄｉは、ベローズ部１１の各最端部の谷部１４、１５の内径Ｄｃより少し小さい。また、中心ガイド柱１０５は、内側鍔部１０１Ａ、１０１Ｂの上面より少し高い高さ位置に、円環状の段差肩面１０５Ａを有し、この段差肩面１０５Ａより上側の延長部１０５Ｂの外径Ｄｊが金属部材２０の内筒部２２の内径Ｄｋより少し小さく、延長部１０５Ｂと内筒部２２とが嵌合するようになっている。この延長部１０５Ｂが圧入作業時の金属部材２０の支持（圧入）ガイドになる。

この発明による金属ベローズ・金属部材接合品３０の製造は、まず、金属ベローズ１０を円筒半割部材１０３Ａ、１０３Ｂによって外側から挟む。これにより、ベローズ部１１の谷部１４に各円筒半割部材１０３Ａ、１０３Ｂの内側鍔部１０１Ａ、１０１Ｂが挿入（嵌合）されて、ベローズ部１１が円筒半割部材１０３Ａ、１０３Ｂ内に収められる。これにより、ベローズ部１１の全周に亘って内側鍔部１０１Ａ、１０１Ｂが谷部１４にぴったりと嵌合し、谷部１４の全体が内側鍔部１０１Ａ、１０１Ｂによって埋められて補強されることになる。

つぎに、円筒半割部材１０３Ａ、１０３Ｂで挟んだ金属ベローズ１０を、すなわち、嵌合状態にある金属ベローズ１０と一対の円筒半割部材１０３Ａ、１０３Ｂを、固定治具１００の外側筐体１０２内に入れ込む。この入れ込みにより、ベローズ部１１内に圧入用ストレート円筒部１３側（谷部１５側）から中心ガイド柱１０５が入り、金属ベローズ１０は、中心ガイド柱１０５と円筒半割部材１０３Ａ、１０３Ｂとにより、径方向内方にも外方にも径方向変位できないように拘束される。

つぎに、固定治具１００の中心ガイド柱１０５の延長部１０５Ｂに、金属部材２０の内筒部２２を被せる。すなわち、延長部１０５Ｂに円筒状の金属部材２０を通す。これで、圧入作業の段取り（第１の工程）が完了する。

つぎに、第２の工程として、圧入工具１１０によって金属部材２０に下向きの圧入荷重を加え、中心ガイド柱１０５の延長部１０５Ｂを圧入ガイドとして、金属部材２０の圧入部２１を、金属ベローズ１０の圧入用ストレート円筒部１２内に圧入する。

この圧入作業は、中心ガイド柱１０５と円筒半割部材１０３Ａ、１０３Ｂとにより径方向変位できないように金属ベローズ１０が拘束されて、ベローズ部１１の全周に亘って内側鍔部１０１Ａ、１０１Ｂが谷部１４にぴったりと嵌合し、谷部１４の全体が内側鍔部１０１Ａ、１０１Ｂによって埋められて補強支持された状態で行われるから、圧入荷重がベローズ部１１に作用することがない。

これにより、前述の圧入代（Ｄｇ−Ｄａ）の適正設定と相まって、薄肉の金属ベローズ１０でも、ベローズ部１１に割れが生じたり、ベローズ形状を損ねるような不具合を生じることなく金属ベローズ１０の端部に金属部材２０が確実に圧入嵌合される。

この圧入は、金属部材２０の圧入部２１の先端面２１Ａが、中心ガイド柱１０５の段差肩面１０５Ａに当たるまで行われる。これにより、金属ベローズ１０と金属部材２０との全体軸長に組み付け誤差が生じることがない。

圧入が完了すれば、第３の工程として、圧入部分において、圧入用ストレート円筒部１２と金属部材２０とを全周に亘ってレーザビーム溶接あるいは電子ビーム溶接し、すなわち、全周溶接し、金属ベローズ１０と金属部材２０とを気密に接合する。これにより、図２に示されているような金属ベローズ・金属部材接合品３０が完成する。

また、前述した圧入代（Ｄｇ−Ｄａ）の適正設定により、圧入用ストレート円筒部１２と圧入部２１との間に不要なクリアランスが生じることがなく、溶接熱が金属部材２０側に伝わり難いことによって薄肉の圧入用ストレート円筒部１２が溶接熱によって溶け、穴あきを生じるような不具合を生じることなく、安定した溶接による高性能な金属ベローズ・金属部材接合品３０を、生産性よく製造できる。

なお、上述した金属ベローズ１０と金属部材２０との圧入、溶接は、圧入用ストレート円筒部１２とは反対側の圧入用ストレート円筒部１３における金属部材の圧入、溶接についても、金属ベローズ１０の治具取り付けを逆にして、同様に行うことができる。

（ａ）はこの発明による金属ベローズの一つの実施形態を示す断面図、（ｂ）は金属部材を示す断面図である。 この発明による金属ベローズ・金属部材接合品の一つの実施形態を示す断面図である。 この発明による金属ベローズ・金属部材接合品の製造方法の実施に用いる圧入作業用の固定治具の一つの実施形態とその使用法を示す断面図である。

符号の説明

１０ 金属ベローズ
１１ ベローズ部
１２、１３ 圧入用ストレート円筒部
１４、１５ ベローズ部最端部の谷部
１６ ベローズ部最端部以外の谷部
２０ 金属部材
２１ 圧入部
１００ 固定治具
１０１Ａ、１０１Ｂ 内側鍔部
１０２ 外側筐体
１０３Ａ、１０３Ｂ 円筒半割部材
１０５ 中心ガイド柱
１１０ 圧入工具

Claims (5)

1. 交互に配置された山部と谷部とを複数有するベローズ部と、当該ベローズ部の伸縮方向における最端部に隣接して設けられた圧入用ストレート円筒部とを有する金属ベローズであって、
   前記最端部に前記谷部が配置されており、
   前記最端部の前記谷部が他の前記谷部よりも、前記伸縮方向において大きい寸法で形成されている、
   ことを特徴とする金属ベローズ。
2. 請求項１に記載の金属ベローズと、
   前記金属ベローズの前記圧入用ストレート円筒部の内側にエンド部材として圧入された金属部材とを有し、
   前記圧入用ストレート円筒部の内側に圧入された前記金属部材と前記圧入用ストレート円筒部とが当該圧入用ストレート円筒部の全周に亘って溶接されている、
   ことを特徴とする金属ベローズ・金属部材接合品。
3. 請求項２に記載の金属ベローズ・金属部材接合品を製造する方法であって、
   前記金属ベローズにおける前記最端部の前記谷部に固定治具の嵌合部を嵌合させて、前記金属ベローズを前記固定治具により保持する第１の工程と、
   前記固定治具により保持した前記金属ベローズの前記圧入用ストレート円筒部の内側に、前記金属部材をエンド部材として圧入する第２の工程と、
   前記固定治具により保持した前記金属ベローズの前記圧入用ストレート円筒部と、当該圧入用ストレート円筒部の内側に圧入された前記金属部材とを、前記圧入用ストレート円筒部の全周に亘って溶接する第３の工程と、
   を含むことを特徴とする金属ベローズ・金属部材接合品の製造方法。
4. 前記固定治具として各々前記嵌合部を有する一対の半割部材を用い、前記第１の工程において、前記各半割部材が各々有する前記嵌合部を前記ベローズ部の前記最端部の前記谷部にその半周に亘ってそれぞれ嵌合させることで、前記金属ベローズを前記固定治具により保持することを特徴とする請求項３記載の金属ベローズ・金属部材接合品の製造方法。
5. 前記金属部材として円筒状のものを用い、
   前記固定治具は、各々前記嵌合部を有する一対の半割部材と、前記一対の半割部材を抜き差し可能に収容するカップ形状の外側筐体と、前記外側筐体の底部中心部より立設された丸柱状の中心ガイド柱とを有し、
   前記第１の工程において、前記各半割部材が各々有する前記嵌合部を前記ベローズ部の前記最端部の前記谷部にその半周に亘ってそれぞれ嵌合させ、嵌合状態にある前記金属ベローズの一対の半割部材を前記外側筐体内に入れると同時に、前記金属ベローズ内に前記中心ガイド柱を通し、その後に、前記中心ガイド柱に円筒状の前記金属部材を通し、
   前記第２の工程として、前記金属部材の先端面が前記中心ガイド柱の軸線方向中間部に形成されている段差肩面に当接するまで、前記中心ガイド柱を圧入ガイドとして前記金属部材を圧入することを特徴とする請求項３記載の金属ベローズ・金属部材接合品の製造方法。

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