JP2012031933A

JP2012031933A - シリンダ装置

Info

Publication number: JP2012031933A
Application number: JP2010171908A
Authority: JP
Inventors: Makoto Nishimura; 誠西村
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2010-07-30
Filing date: 2010-07-30
Publication date: 2012-02-16
Also published as: US20120024647A1; KR20120023479A; DE102010046834A1; CN102345698A

Abstract

【課題】加工時の残留応力に起因するベースシェルの曲がりが抑制されるシリンダ装置の加工方法を提供する。
【解決手段】マンドレル５が挿入されたベースシェル１の外径を拘束型４で強固に拘束し、ベースシェル１の上側に位置する部分を押し型６により局部的に潰し加工（冷間加工）してベースシェル１に凹部２を成形すると同時に、ベースシェル１の外径の下側に位置する部分に曲がり抑制型７が受けた押し型６による加工力Ｆの反力Ｒにより曲がり抑制型７の圧痕２１を形成した。これにより、ベースシェル１の凹部２に発生する残留応力と、凹部２の反対側に形成された圧痕２１に発生する残留応力と、を等しくすることができる。その結果、ベースシェル１の直径方向両側に発生する残留応力を均等にすることができ、ベースシェル１の曲がりを効果的に抑制することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、シリンダ装置に関する。

ストラット式のシリンダ装置において、車両の周囲部材と干渉するのを防止するため、外筒に凹みを設ける構成については、例えば特許文献１に示されている。

特開平５−２６３８６０号公報

外筒に凹み等の加工した際にゆがみが生じることがある。
そこで本発明は、精度を高めた外筒を用いたシリンダ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、径方向一方から凹んだ凹部が設けられた円筒状の外筒の側面に、前記凹部の径方向に対向する位置に残量応力値がその周囲の残量応力値より前記凹部の残留応力値に近い残量応力調整部を設けたことを特徴とする。

精度を高めた外筒を用いたシリンダ装置を提供することができる。

本実施形態の潰し型を使用してベースシェルを潰し加工する様子を示す図で、ベースシェルの軸断面における断面図である。図１におけるＡ−Ａ断面図である。上型あるいは下型に形成された第１の窓あるいは第２の窓を示す図である。ベースシェルの凹部および圧痕を含む面による軸断面図である。ベースシェルに形成された凹部を示す斜視図である。ベースシェルに形成された曲がり抑制型の圧痕を示す斜視図である。本実施形態が採用されるシリンダ装置の断面図である。

本発明の一実施形態を添付した図を参照して説明する。ここで、まず本実施形態の課題を以下詳述する。
ストラット式サスペンションにおいて、ストラット軸と荷重入力軸とのずれ量を極力小さく設定することは、車両の乗り心地を向上させる点で有利である。ストラット軸と荷重入力軸とのずれ量を小さく設定するには、ストラット軸を起こせば（立てれば）よいが、ストラットを構成するシリンダ装置とタイヤとの干渉が問題になる。そこで、タイヤとの干渉を回避するため、外筒、ここではベースシェルと称する部材にタイヤをよける凹部を形成したシリンダ装置が知られている。しかしながら、ストラット式サスペンションにおいては、減衰力特性を向上させるため、ツインチューブ型シリンダ装置のピストンと摺動するインナチューブの内径が大きくなる傾向にある。これに伴い、ベースシェルとインナチューブとの間に形成されたリザーバ室の隙間、すなわち、ベースシェルとインナチューブとの隙間が小さくなる傾向にあり、ベースシェルに形成される凹部に対して厳しい加工精度が要求されている。凹部を形成するにあたり径方向外側から型で圧すので加工精度が出ないため、内周にマンドレルを挿入し、外径方向から大きな力でプレス加工する必要がある。しかし、ベースシェル側面に凹部を形成した際に凹部による残留応力の変化により、ベースシェルに反り（円筒の中心軸が曲がる）が発生する。そこで、本実施形態では、厳しい加工精度で外筒に凹部を形成する加工方法の一例とその外筒を用いたシリンダ装置の一例を示し説明をする。

まず、図７に本実施の形態が採用されるシリンダ装置１００の全体断面図を示す。
シリンダ装置１００は、外筒を形成するベースシェル１と、ベースシェル１内に同軸上に配置された内筒としてインナチューブ１０１と、このインナチューブ内に摺動するピストン１０２と、ピストン１０２に一端が接続され他端がベースシェル１の一端からシール１０４を有するロッドガイド１０５を貫通して突出するピストンロッド１０３から大略構成される。ベースシェル１の外周には、車両との間の懸架用のスプリングが設けられるスプリングシート１０７が嵌合されている。また、ベースシェル１の下端側には、車輪のスピンドルが取り付けられるブラケット１０８が取り付けられている。
ピストン１０２には、減衰力を発生する減衰バルブ１０９が設けられている。
ピストンロッド１０３の他端の先端部は、マウントを介して車体に取り付けられるボルト部１１０が形成されている。
ベースシェル１の外周には、車体に取付た際に車輪との干渉を回避する凹部２が設けられており、また、ベースシェル１の凹部２の径方向に対向する位置には、本発明の残量応力調整部としての圧痕２１が形成されている。この圧痕２１は、外見的に、この圧痕２１の周囲の１１１と何ら変わりがなく、加える圧力が高い場合は、圧痕２１の外周囲に段差が出来る。但し、塗装した状態では、圧痕２１の存在はわからない程度のものである。
なお、上記説明では、凹部２を車輪の干渉を避けるために設けた例を示したが、ブレーキホースやセンサ、サスペンションアームやスタビライザを避けるために、同一の場所または異なる場所に凹部２を設けても良い。また、形状も回避するものに合わせた形状となる。
以下、ストラット式サスペンションのストラットを構成する油圧緩衝器（シリンダ装置）の加工方法を説明する。より詳しくは、ツインチューブ型油圧緩衝器のベースシェル１に、タイヤとの干渉を回避するための凹部２を加工する場合を説明する。
図１、２を用いてシリンダ装置１００のベースシェル１に凹部２を形成するための潰し加工に使用される潰し型３を示し、説明する。この潰し型３は、拘束型４、マンドレル５、押し型６および曲がり抑制型７を有する。拘束型４は、上型８と下型９とに分割されており、これら一対の型８，９により、ベースシェル１の被拘束部１ａ、すなわち、ベースシェル１の軸方向中央部分の外径（外周面）が拘束される。また、上型８の合わせ面８ａには、ベースシェル１の被拘束部１ａの図１および図２における外径の上側に位置する部分に対応する半割内円筒形状の拘束面１０が形成される。また、下型９の合わせ面９ａには、ベースシェル１の被拘束部１ａの図１および図２における外径の下側に位置する部分に対応する半割内円筒形状の拘束面１１が形成される。

拘束型４は、上型８の拘束面１０と下型９の拘束面１１とでベースシェル１の被拘束部１ａを挟み込んだ状態で、各締め付けボルト１２を締め付けて上型８と下型９とを結合させることにより、ベースシェル１の被拘束部１ａの外径（外周面）と全周に渡り接触して拘束する構造になっている。なお、各締め付けボルト１２を締め付ける前の状態で、上型８の合わせ面８ａと下型９の合わせ面９ａとの間に適当な締め代（隙間）を設けることにより、ベースシェル１の外径を強固に拘束することができる。なお、図面は、試作等の少量生産用の型であるのでボルト１２を用いているが、大量生産する場合は、上型８と下型９を油圧等で離接方向に移動可能に設け、この油圧で管を拘束してもよい。

図２に示されるように、マンドレル５は、柱状に形成されており、上側に位置する部分の軸直角方向左右両側（図２における左右両側）と下側に位置する底部５ａとが、拘束型４により拘束されたベースシェル１の被拘束部１ａの内径（内周面）に当接される断面形状を有する。また、マンドレル５は、軸方向（図１における左右方向）中央の上方へ向けられる部分を軸直角方向へ切欠いて形成した型取付部１３に、押し型６による荷重を受圧するための下受け型１４（マンドレル５の平面）が取付けられる。また、マンドレル５は、拘束型４の下型９の前後（図１における左右）に設けられたマンドレルガイド１５により両端部が支持される。マンドレルガイド１５は摺動部１５Ａを有し、下型９に対し上下方向に相対移動可能に設けられている。なお、ベースシェル１に挿入されたマンドレル５の両端面には、マンドレル５のベースシェル１および拘束型４に対する相対移動を阻止するストッパ１６が取付けられる。また、ベースシェル１とマンドレル５との間には図２における左右にクリアランスが設けてある。これはベースシェル１からマンドレル５を抜く際に抜きやすくするために設けられている。

拘束型４は、一側（上側）が上型８の上面中央に開口して他側（下側）が上型８の拘束面１０に開口する矩形の第１の窓１７（図３参照）を有する。この第１の窓１７には、ベースシェル１の側壁を介して下受け型１４に対向する押し型６が、上下方向へスライド可能に挿入される。また、拘束型４は、一側（上側）が下型９の拘束面１１に開口して他側（下側）が下型９の下面中央に開口する矩形の第２の窓１８を有する。この第２の窓１８には、内部にマンドレル５が挿入されたベースシェル１を介して押し型６に対向する曲がり抑制型７が、下型９に対して上下方向へ相対移動可能に挿入される。また、下型９は、抑制型７の基部７ａ上にスプリング７ｂにより上下方向に支えられて設けられている。

曲がり抑制型７は、上面が拘束型４の下型９の下面に所定間隔を有して対面する基部７ａを有する。曲がり抑制型７の基部７ａの四隅には、それぞれガイドポスト１９が立設される。各ガイドポスト１９は、拘束型４の下型９に設けられた対応する各ガイド穴２０に相対移動可能に挿入される。これにより、拘束型４は、図１および図２に示されるベースシェル１が当該拘束型４で拘束された状態において、曲がり抑制型７に対して上下方向へ移動可能にフローティング支持される。なお、各ガイド穴２０にそれぞれガイドブッシュ（スリーブ）を設けておいて、各ガイドブッシュに各ガイドポスト１９を挿入して潰し型３を構成してもよい。これにより、拘束型４の各ガイドポスト１９に対する摺動抵抗が低減されて拘束型４を上下方向へより円滑に移動させることができる。

そして、潰し型３は、押し型６の成形面のテーパー部６Ａを除いた実質的な面積（以下、押し型６の加工有効面積という）と曲がり抑制型７の受け面の実質的な面積（以下、曲がり抑制型７の受け面積という）とが略等しく設定されている。これにより、ベースシェル１に作用する押し型６による加工力Ｆと曲がり抑制型７からの反力Ｒとが等しい大きさになる。したがって、本実施形態では、押し型６による潰し加工によりベースシェル１に形成された凹部２（図５参照）に発生する応力と、潰し加工時に曲がり抑制型７が受けた加工力の反力によりベースシェル１の凹部２の反対側（ベースシェル１の周方向へ１８０°の位置）に形成された曲がり抑制型７の圧痕２１（図６参照）に発生する残留応力とが略等しくなる。その結果、ベースシェル１の直径方向（図４における上下方向）両側に発生する残留応力が均等に近くなり、図４に示されるようなベースシェル１の曲がりが抑制される。なお、実際の製品においては、製品をテストをしながら押し型６の実質的な面積や加工力Ｆを微調整し、曲がりの小さな管が成形できるようにする。

次に、本実施形態の作用を説明する。まず、内部にマンドレル５が挿入されたベースシェル１の被拘束部１ａを上型８の拘束面１０と下型９の拘束面１１とで挟み込み、各締め付けボルト１２を締め付けて上型８と下型９とを結合させる。これにより、ベースシェル１の被拘束部１ａの外径（外周面）が拘束型４により強固に拘束される。なお、一対のマンドレルガイド１５により支持されたマンドレル５の両端部にそれぞれストッパ１６を取付けることにより、マンドレル５を拘束型４に対して位置決めすることができる。図２に示されるように、ベースシェル１が拘束型４で拘束された状態では、押し型６と曲がり抑制型７とはベースシェル１を介して上下に対向して、さらに、曲がり抑制型７がベースシェル１の被拘束部１ａの外径の下側に位置する部分に当接して、拘束型４が曲がり抑制型７によりフローティング支持されている。

この状態で、ベースシェル１の被拘束部１ａの外径の上側に位置する部分を、マンドレル５の平面に形成された受圧部で受けながら押し型６により20〜30 tonの加工力Ｆで局部的に潰し加工して、ベースシェル１に、図５に示されるような矩形平面の圧痕が形成された凹部２を成形する。これと同時に、ベースシェル１の凹部２の反対側、すなわち、曲がり抑制型７が当接していた部分には、曲がり抑制型７が受けた押し型６による加工力Ｆの反力Ｒにより、図６に示されるような曲がり抑制型７の圧痕２１が形成される。そして、本実施形態では、ベースシェル１の外径（外周面）を拘束型４により強固に拘束すると共に押し型６の加工有効面積と曲がり抑制型７の受け面積とを等しく形成し、さらに、潰し加工を冷間加工としたことにより、押し型６による加工力Ｆに等しい大きさの反力Ｒ（Ｒ＝20〜30 ton）を、曲がり抑制型７からベースシェル１へ作用させることができる。

これにより、ベースシェル１の凹部２（図５参照）に発生する残留応力と、凹部２の反対側に形成された圧痕２１に発生する残留応力（図６参照）と、を等しくする方向に変更することができる。上記実施の形態では冷間で加工するので、加工中に熱による応力変化の影響を受けることが殆どない。
ここで、実際に応力測定した結果に付き、説明する。ベースシェル１として機械構造用炭素鋼鋼管（ＳＴＫＭ１３Ａ）からなる外径６０ｍｍ、厚さ３ｍｍ、長さ３７０ｍｍの電縫管を上述の加工方法で加工後、軸方向の応力についてX線回折法により測定した。その結果、圧痕２１の周囲の１１１の応力は、９６Ｍｐａで、凹部２の応力は、−８３ＭＰａ〜２９Ｍｐａの応力を示した。これに対し、圧痕２１では、−１６〜３２Ｍｐａの応力を示した。この結果、凹部２及び圧痕２１の応力は、加工していない分部と比較し、圧縮側の応力に変化していることがわかる。この結果、反りが０．０５ｍｍと極めて少ない結果となった。
このように、本発明によれば、ベースシェル１の直径方向（図４における上下方向）両側に発生する残留応力を均等に近づけることができ、図４に示されるようなベースシェル１の曲がりを効果的に抑制することができる。

この実施形態では以下の効果を奏する。
本実施形態によれば、マンドレル５が挿入されたベースシェル１の外径（外周面）を拘束型４で強固に拘束し、この状態で、ベースシェル１の上側に位置する部分を押し型６により局部的に潰し加工（冷間加工）してベースシェル１に凹部２を成形すると同時に、ベースシェル１の外径の下側に位置する部分、すなわち、凹部２の反対側に、曲がり抑制型７が受けた押し型６による加工力の反力により当該曲がり抑制型７の圧痕２１を形成した。
したがって、ベースシェル１の外径を拘束型４で強固に拘束したことで、押し型６による加工力Ｆがベースシェル１の弾性変形等に消費されてしまうことがないことに加えて、押し型６の加工有効面積と曲がり抑制型７の受け面積とを等しく形成したことにより、ベースシェル１に作用する押し型６による加工力Ｆと曲がり抑制型７からの反力Ｒとを等しい大きさにすることができる。
これにより、ベースシェル１の凹部２に発生する残留応力と、凹部２の反対側に形成された圧痕２１に発生する残留応力と、を略等しくすることができる（現実的には、等しくはならない）。その結果、ベースシェル１の直径方向両側に発生する残留応力を均等に近づけることができ、ベースシェル１の曲がりを効果的に抑制することができる。
なお、本実施の形態ではベースシェルに凹みを設ける際の加工方法を例にあげて説明したが、これに限らず、例えばスプリングシート固定部やブラケット取付けの際に必要なベースシェルに設ける凸部を設ける際の加工方法として適用してもよい。その際には、マンドレル５の型下受け型９に凸部を形成し、押し型６に凹みを設けるようにする。そのようにしても、本実施の形態で述べた効果を奏することができる。

１外筒（ベースシェル）、４拘束型、５マンドレル、６押し型、７曲がり抑制型、１４下受け型（マンドレルの平面）、１７第１の窓、１８第２の窓

Claims

円筒状の外筒を有するシリンダ装置であって、前記外筒の側面には、径方向一方から凹んだ凹部が設けられ、前記凹部の径方向に対向する位置に残量応力値がその周囲の残量応力値より前記凹部の残留応力値に近い残量応力調整部を設けたことを特徴とするシリンダ装置。
前記外筒の残留応力調整部は、少なくともその内周面がその周囲の円筒部に対し変形していないことを特徴とする請求項１に記載のシリンダ装置。
前記外筒の残留応力調整部は、その外周面がその周囲の円筒部に対し変形していないことを特徴とする請求項１または２に記載のシリンダ装置。
前記外筒の前記凹部が形成される部分の形状と、前記外筒の前記残量応力調整部が形成される部分の形状が略同形上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のシリンダ装置。
前記残量応力調整部の軸方向の残留応力値は、その周囲の軸方向の残量応力値より圧縮側の値であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載シリンダ装置。