JP4007438B2 - シュー付ピストン並びにその製造方法及びその製造装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、斜板式の油圧ポンプや油圧モータ等（以後、斜板型液圧回転機と言う）のシュー付ピストンとその製造装置とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、斜板式の油圧ポンプや油圧モータ等は多くの産業分野で汎用的に広く利用されている。図１は、斜板型液圧回転機の一例としての油圧モータの構成例を示す側面断面図である。軸方向の一端側が閉塞した筒状のケース２ａの他端側にはエンドカバー２ｂが取着されている。ケース２ａには一端側に斜板３が内設されており、駆動軸６がケース２ａ及びエンドカバー２ｂの軸心上に斜板３を貫通して軸受け７ａ，７ｂを介して回転自在に支承されている。駆動軸６にはシリンダブロック８がスプライン６ａを介して取着されており、シリンダブロック８に円周上に軸方向に設けられた複数個のシリンダ穴９にはピストン１１が摺動自在に嵌入されている。ピストン１１の先端部には凹球面部１２が設けられており、凹球面部１２にシュー１３の一端部に設けられた凸球面部１４を嵌合して凹球面部１２の先端部を縮径することにより、揺動自在に結合し、シュー付ピストン１０を構成している。シュー１３の他端部に設けられた摺動面１５は斜板３に摺動自在に当接している。ケース２ａの斜板３の対向面には弁板４が配設され、弁板４はシリンダブロック８に摺動自在に当接しており、弁板４にはシリンダ穴９の圧油を供給又は排出するポート５が設けられている。ポート５はケース２ａに設けられた図示しない圧油の給排通路と接続している。
【０００３】
上記構成による作動について説明する。図示しない油圧源からポート５に送られた圧油はシリンダ穴９に流入し、ピストン１１を斜板３側に押す。そして、シュー１３はピストン１１を介して斜板３に押し付けられる。ここで、斜板３はピストン１１の軸心に対して傾斜しているため、シュー１３の摺動面１５は斜板３上を摺動し、この反力によりシリンダブロック８は回転する。これに伴い、駆動軸６も回転して回転力を発生する。
【０００４】
このとき、ピストン１１の作動のときにシュー１３とピストン１１との縮径部（カシメ部）には非常に大きな引き抜き力が作用するので、引き抜きに対するカシメ部の強度を大きく維持することがシュー付ピストン１０を製造する際の重要な課題となっている。
【０００５】
以下に、従来のシュー付ピストンの製造装置について説明する。従来のロールによるかしめ盤は、横型のねじ転造盤の改造タイプが主流である。図５はこの従来技術に係るシュー付ピストン製造装置５０の構成を示す側面一部断面図であり、図６は図５のＣ−Ｃ矢視図である。図５に示すように水平線Ｘ−Ｘ上には、シュー１３及びピストン１１の位置決めを行う第１位置決めセンタ５１及び第２位置決めセンタ５２が配設されている。図５及び図６に示すように、第２位置決めセンタ５２の前方の下方にはピストン１１を支持するワーク受け台５３が設けられ、ピストン１１の一端部の左右には一対のかしめ用のローラ５４，５４が自転可能で、かつ左右方向に（つまりピストン１１に接近又は離反する方向に）移動自在に配設されている。ローラ５４の外周面には、所定の勾配角度α（例えば２０°）のテーパ面５５が設けられている。シュー１３の凸球面部１４と反対側の端部にはセンタ穴１６が設けられており、またピストン１１の凹球面部１２と反対側の端部にはセンタ穴５６が設けられている。
【０００６】
上記のようなシュー付ピストン製造装置５０によるシュー付ピストン１０の製造方法について、以下に説明する。
１）ピストン１１の凹球面部１２にシュー１３の凸球面部１４を挿入して横置きし、ピストン１１をワーク受け台５３により支持する。
２）次に、シュー１３のセンタ穴１６に第１位置決めセンタ５１の先端部を挿入し、ピストン１１のセンタ穴５６に第２位置決めセンタ５２を挿入し、シュー１３及びピストン１１の位置決めを行う。この後、ワーク受け台５３は下方に退避する。
３）次に、図６に示す矢印５７の方向に自転するローラ５４，５４を左右からピストン１１の凹球面部１２の外縁部に押し付ける。これにより、ピストン１１はローラ５４との間の摩擦力により矢印５８の方向に回転しながらかしめられる。
４）次に、図７に示すようにローラ５４，５４をピストン１１の軸心に向かう方向に所定の位置まで移動させ、ピストン１１の凹球面部１２の外縁部を図示の破線位置から実線位置までかしめ、凹球面部１２と凸球面部１４との間に所定の隙間を設けて回動自在に結合する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のシュー付ピストンの製造装置及び製造方法においては以下のような問題点がある。
１）図７に示すように、ローラ５４のテーパ面５５により転圧するピストン１１の外縁部の箇所は、シュー１３の凸球面部１４の球面中心よりも軸心方向の少し先端側となっている。このため、転圧したときに転圧部近傍でスプリングバックが発生してピストン１１の外周部（図中のＭ部）が膨らむという現象が発生し、この膨らみによりピストン１１とシリンダ穴９との摺動面が損傷したり、摺動が滑らかでない等の問題がある。又、転圧時にピストン１１の外周面が圧延され、ピストン１１の端面のＮ部が先端側に突出するので、作業者の取り扱いが困難であるという問題がある。
２）かしめ時に第１，第２位置決めセンタ５１，５２の軸心と２個のローラ５４，５４の中心との間にずれがあると、かしめ部がひずんだり、又は必要以上に縮径されたりして、かしめ箇所の摺動面が滑らかに動かないという不良が発生する。また、そのまま長時間使用すると異常磨耗や焼きつき等の原因となり、ついには破損に至る場合がある。そのため、第１，第２位置決めセンタ５１，５２の位置と、ワーク受け台５３と、ローラ５４，５４との相対位置を正確に位置決めする必要があり、よって高い機械精度が要求されるので製造装置が高価になる。また、図５に示すように、かしめ時にローラ５４のテーパ面５５の作用でピストン１１には図の右向きの大きな力が加わり、機械強度を増す必要がある。そのため、製造装置は構造が複雑で、大型になるという問題がある。
【０００８】
本発明は上記の問題点に着目し、かしめ時のピストンの外周部の膨らみが無く、かしめ部の先端部突出量が少なく、精度の良いかしめ作業が容易に可能で、しかも小型、軽量化が可能なシュー付ピストンとその製造方法ならびにその製造装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段、作用および効果】
上記の目的を達成するために、本発明に係る第１発明のシュー付ピストンの製造方法は、斜板型液圧回転機のピストン及びシューのそれぞれに設けられた凹球面部及び凸球面部を互いに嵌挿した後、ピストンの凹球面部の外縁部を複数のローラにより転圧してかしめ、ピストンとシューとを摺動自在に結合してなるシュー付ピストンを製造するシュー付ピストンの製造方法において、外周面にそれぞれ異なる勾配角度のテーパ面を有し、かつ少なくとも１つのローラは外周面に勾配角度が異なる複数のテーパ面を軸方向の異なる位置に有する複数のローラの前記外周面をピストンの凹球面部の外縁部に当接させ、それぞれのローラをピストンの軸心に向かう方向に所定の位置まで押し付けて凹球面部の先端側から凹球面部中央に向って縮径しながらかしめる方法としている。
【００１０】
第１発明の方法によれば、勾配角度の異なるテーパ面を有する複数のローラでピストンの凹球面部側の一端部の外縁部に当接させ、これらのローラを所定の位置まで押し付けてかしめるので、かしめ面を小さい勾配角度から大きい勾配角度へとなだらかに逐次変化させることが可能である。したがって、かしめ時のスプリングバックを低減することができ、ピストン外周面のふくらみを防止することができる。
【００１１】
また本発明に係る第２発明のシュー付ピストンの製造装置は、斜板型液圧回転機のピストン及びシューのそれぞれに設けられた凹球面部及び凸球面部を互いに嵌挿した状態でピストンの軸心と略一致する回転軸回りに回転自在に位置決めする位置決め装置と、位置決め装置の回転軸の周囲にこの回転軸へ接近又は離反する方向に移動自在に、かつ回転自在に配設されると共に、外周面に所定勾配角度のテーパ面を有する複数のローラとを備え、位置決め装置により凹球面部及び凸球面部を位置決めした状態で、回転する複数のローラによりピストンの凹球面部の外縁部を押し付けてかしめ、ピストンとシューとを摺動自在に結合してなるシュー付ピストンを製造するシュー付ピストンの製造装置において、複数のローラは、外周面にそれぞれ異なる勾配角度のテーパ面を有し、かつそのうちの少なくとも１つのローラは、外周面に勾配角度が異なる複数のテーパ面を軸方向の異なる位置に有する構成としている。
【００１２】
第２発明の構成によれば、勾配角度の異なるテーパ面を有する複数個のローラを備えているため、かしめ面を連続して逐次変化させることができる。したがって、かしめ面は滑らかになり、スプリングバックによるピストン外周面のふくらみを防止できる。
【００１３】
第３発明は、第２発明に基づき、複数のローラはそれぞれ、最大勾配角度のテーパ面とこれよりも小さい勾配角度のテーパ面とを軸方向の異なる位置に有する構成としている。
【００１４】
第３発明の構成によれば、各ローラに勾配角度の異なるテーパ面を軸方向の異なる位置に設けたため、最大勾配角度のテーパ面を同一高さに配置することができる。したがって、この同一高さのテーパ面によりピストンはカシメ時に調心され、良好なかしめ作業を行うことができる。
【００１５】
第４発明は、第２発明に基づき、前記位置決め装置は、ピストンの凹球面部及びシューの凸球面部を互いに嵌挿した状態で、かつ凹球面部を上方に向けて配置したピストンの凹球面部と反対側の端面を水平方向に摺動自在に載置する基準台と、シューの摺動面側を上方から押し付ける押し付け手段とを備え、複数のローラはそれぞれ、同一勾配角度のテーパ面を軸方向の同一位置に有する構成としている。
【００１６】
第４発明の構成によれば、シューとピストンとを上下方向にして基準台に載置したため、ローラでの転圧時の軸方向の力は基準台で受けることとなり、製造装置を構造な簡単で、しかも軽量化して製造可能である。また、ピストンは水平方向に摺動可能な基準台に載置されるので、シューを押し付け手段で押し付けた場合にシューとピストンとは凸球面部と凹球面部のそれぞれの曲面当りとなり調心する。したがって、基準台に載置する場合にその位置は多少ずれても支障はなく、ロボットによる取り付け、取り外し作業も容易になる。さらに、複数個のローラをピストンの外周部の所定位置に配設し、各ローラの軸方向の同一位置に同一勾配角度のテーパ面を設けたため、かしめ時にピストンを調心する力が発生し、ピストンは良好なかしめ品質が得られる。
【００１７】
第５発明は、第４発明に基づき、位置決め装置の押し付け手段は緩衝部材を有し、緩衝部材を介してシューの摺動面側を押し付ける構成としている。
【００１８】
第５発明の構成によれば、緩衝部材を設けたためにシューとピストンとは水平方向への多少の移動は可能となる。したがって、かしめ時にローラにより定められる調心位置に倣って移動し、各ローラから均一に無理のないかしめ作業が行われ、シューとピストンとが滑らかに摺動する良好なシュー付ピストンを製造できる。
【００１９】
第６発明は、斜板型液圧回転機のピストン及びシューのそれぞれに設けられた凹球面部及び凸球面部を互いに嵌挿した状態でピストンの凹球面部の外縁部をかしめ、ピストンとシューとを摺動自在に結合してなるシュー付ピストンにおいて、ピストンの凹球面部の球面中心近傍を通り、かつピストンの軸心に直交する平面上のピストンの外周面に所定幅で所定深さの環状溝を設け、この環状溝よりも軸心方向先端側をかしめた構成としている。
【００２０】
第６発明の構成によれば、ピストンの外周面に環状溝を設けたため、小さなかしめ力で容易にかしめることができ、かつ、かしめ時のスプリングバッグによるふくらみは無くなる。また、ピストンの凹球面部の端部への突出量も低減される。これにより、シリンダ穴の内面の損傷がなくなので寿命を長期化でき、突出部が無いので取り扱いが容易となり、良質なシュー付ピストンが得られる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る実施形態について図２〜４を参照して詳述する。
【００２２】
図２は、シュー付ピストン製造装置２０の構成図である。フレーム２７に基準台２１が固設されており、ピストン１１の凹球面部１２を上方に向けて直立させた状態で凹球面部１２と反対側の端面が水平方向に摺動自在に基準台２１上に載置される。基準台２１の上方には、押し付け手段２２が配設されている。押し付け手段２２は、押し付け部材２３と、シュー１３及びピストン１１を位置決めするセンタ２４と、緩衝部材２６とを備えている。すなわち、フレーム２７の上部で、かつ基準台２１に対向する位置には昇降自在に押し付け部材２３が取着されており、押し付け部材２３の下部には、センタ２４の上部に設けられたバネ受け２５が押し付け部材２３に対して上下方向に摺動可能で、かつ水平方向にも多少の自由度を持って移動自在に装着されている。押し付け部材２３とバネ受け２５との間にはバネ等よりなる緩衝部材２６が配設されており、センタ２４は緩衝部材２６により下方に付勢されている。またシュー１３の摺動面１５には、センタ穴１６が設けられている。上記において、基準台２１と押し付け手段２２とは位置決め装置を構成している。すなわち、基準台２１上に直立させたピストン１１の凹球面部１２にシュー１３の凸球面部１４を嵌挿した状態で、押し付け手段２２の押し付け部材２３を下降させると、センタ２４の下端部がシュー１３のセンタ穴１６に挿入され、押し付け部材２３は緩衝部材２６を介してセンタ２４によりシュー１３及びピストン１１を上方から押し付けて位置決めするようになっている。
【００２３】
ピストン１１の上端部の外周には、第１ローラ３０ａ、第２ローラ３０ｂ及び第３ローラ３０ｃの３個のローラが詳細は図３にて示すがピストン１１の半径方向及び円周方向に等間隔で配設されている。第１，第２，第３ローラ３０ａ，３０ｂ，３０ｃの外周面には、所定の勾配角度のテーパ面が設けられている。図２においては第１実施形態のテーパ面を示しており、第１ローラ３０ａは最大勾配角度α（例えば２０°）の第１テーパ面３１ａと、これに隣接し、最大勾配角度αよりも小さい勾配角度β（例えば８°）の第２テーパ面３１ｂとを有し、また第２，第３ローラ３０ｂ，３０ｃは共に最大勾配角度αの第１テーパ面３１ａを有している。したがって、第１ローラ３０ａのテーパ面は２０°と８°を有している。また第１，第２，第３ローラ３０ａ，３０ｂ，３０ｃは、それぞれの第１テーパ面３１ａが全て同一高さに位置するように設けられている。
【００２４】
また、ピストン１１の凹球面部１２の球面中心近傍を通り、かつピストン１１の軸心に直交する平面上のピストン１１の外周面には、所定幅で、所定深さの環状溝１７が設けられている。尚図２においては、環状溝１７の断面形状を円弧状に設けているが、本発明はこの形状に限定しない。
【００２５】
図３は、図２のＡ−Ａ矢視図である。同図に示すように、ピストン１１の上端部の外周には、第１ローラ３０ａ、第２ローラ３０ｂ及び第３ローラ３０ｃの３個のローラがピストン１１の半径方向及び円周方向に等間隔で配設されている。第１，第２，第３ローラ３０ａ，３０ｂ，３０ｃはそれぞれ図示の矢印の方向に自転すると共に、ピストン１１の軸心に向けて半径方向に移動自在となっている。
【００２６】
次に、かしめ方法及び作動について説明する。
１）基準台２１上のほぼ所定位置に、ピストン１１を凹球面部１２を上向きにして載置する。
２）次に、凹球面部１２にシュー１３の凸球面部１４を嵌挿する。
３）次に、押し付け部材２３を下降させ、シュー１３のセンタ穴１６にセンタ２４の先端部を挿入する。押し付け部材２３は緩衝部材２６を介してセンタ２４によりシュー１３を下方に押し付け、位置決めする。ピストン１１は、凹球面部１２とシュー１３の凸球面部１４との曲面どうしの倣いによって、シュー１３の凸球面部１４の中心がピストン１１の軸心と一致するように基準台２１上を摺動して調心され、所定位置に位置決めされる。
４）次に、第１，第２，第３ローラ３０ａ，３０ｂ，３０ｃを回転させ、ピストン１１に向けて半径方向に移動させる。第１，第２，第３ローラ３０ａ，３０ｂ，３０ｃがピストン１１の上端部の外縁部に当接すると、３個のローラの第１テーパ面３１ａが同一高さに位置しており、ピストン１１が基準台２１上に摺動自在に載置されており、さらにセンタ２４も緩衝部材２６を介して多少の自由度をもって付勢されているので、ピストン１１及びシュー１３は曲面に倣い調心され、３個のローラの第１テーパ面３１ａから等しい位置に基準台２１上を摺動して移動し、位置決めされる。
５）第１，第２，第３ローラ３０ａ，３０ｂ，３０ｃは図３の矢印に示す方向に回転し、図２の細い破線に示すように、さらにピストン１１に向けて押し付けることにより、ピストン１１は矢印方向に回転しながら転圧されてかしめられる。すなわち、ピストン１１の上端部は図２の細い２点鎖線に示す所定位置にかしめられてシュー１３を摺動自在に結合し、これによりシュー付ピストン１０が製造される。
【００２７】
上記のような製造装置及び製造方法によってピストン１１のかしめ作業を行うので、以下のような効果が得られる。
１）第１ローラ３０ａは勾配角度の小さい第２テーパ面３１ｂを有しているため、第２テーパ面３１ｂによりピストン１１の外周面がふくらむのが防止される。また、ピストン１１の外周面には所定幅で所定深さの環状溝１７が設けられているため、ピストン１１の外周面が直径より大きくふくらむことはなく、また外周面が圧延されないのでピストン１１の端面から上方に突出する量も少なくなる。よって、摺動面の損傷が無くなり、斜板型液圧回転機の寿命が向上する。
２）ピストン１１は調心されて複数（本実施形態では３個）のローラにより均一にかしめられるため、ピストン１１とシュー１３との球面部での摺動が滑らかとなり、回転抵抗が少ない斜板型液圧回転機が得られる。
３）かしめ時にはピストン１１に下向きの大きな力が加わるが、基準台２１が受けるため、製造装置の剛性が高く、構造が簡単で、しかも小型で軽量にすることができる。
４）ピストン１１は調心作用があるため、最初にピストン１１を基準台２１に載置する場合、所定位置におおまかに載置すればよく、高い位置精度は必要ない。このため、ロボット等で載置するのが非常に容易である。
５）かしめ終了後、シュー付ピストン１０をロボット等で取り出す場合、従来は図５において、第１，第２位置決めセンタ５１，５２でシュー付ピストン１０を支持した状態のままロボット等でピストン１１を把持し、次に第１，第２位置決めセンタ５１，５２を外すのを待ってロボット等で搬出する必要があるため、把持及び搬出のタイミングをとるための時間を要し、よって搬送時間が多くなり、作業効率が悪いという問題がある。本実施形態によると、ピストン１１を基準台２１上に載置しているので、押し付け部材２３を上昇させると共に、ロボット等でシュー付ピストン１０を把持するようにし、この後センタ２４の先端部がシュー１３の摺動面１５から離脱すると同時にロボット等で取り出し可能となる。したがって、ロボット等で取り出す場合のサイクルタイムが早くなり、作業効率を向上できる。
【００２８】
図４は、第２実施形態のテーパ面を有するローラでピストンをかしめた場合を示す図である。
本実施形態の各ローラは、それぞれ勾配角度α，γ，δのテーパ面３１ａ，３１ｂ，３１ｃをピストン１１の軸方向の異なる位置に有する。例えば、勾配角度α，γ，δはそれぞれ２０°、１０°、５°である。このような構成により、ピストン１１のかしめ面はなだらかなほぼ曲線に近い形状となり、良好なかしめ品質が得られる。この場合、各ローラのテーパ面の勾配角度は例えば第１ローラ３０ａでは２０°、第２ローラ３０ｂでは２０°と１０°、第３ローラ３０ｃでは２０°と５°とする。
なお、他の実施例として、ローラのテーパ面の組み合わせは、それぞれ第１ローラ３０ａでは２０°と１０°、第２ローラ３０ｂでは２０°と８°、第３ローラ３０ｃでは２０°と５°の勾配角度であってもよい。また、ローラを４個とし、第１ローラ及び第２ローラは２０°と８°、第３ローラは２０°と５°、第４ローラは２０°と１０°の勾配角度のテーパ面をそれぞれ組み合わせて有していてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】斜板型液圧回転機例の油圧モータの側面断面図である。
【図２】本発明に係るシュー付ピストン製造装置の構成図である。
【図３】図２のＡ−Ａ矢視図である。
【図４】第２実施形態のテーパ面を有するローラでかしめたピストンの形状を示す図である。
【図５】従来のシュー付ピストン製造装置の構成図である。
【図６】図５のＣ−Ｃ矢視図である。
【図７】従来のシュー付ピストン製造装置でかしめたピストン形状を示す図である。
【符号の説明】
１０：シュー付ピストン、１１：ピストン、１２：先端球面穴、１３：シュー、１４：球面凸部、１５：摺動面、１６：センタ穴、１７：環状溝、２０：シュー付ピストン製造装置、２１：基準台、２２：押し付け手段、２３：押し付け部材、２４：センタ、２５：バネ受け、２６：緩衝部材、２７：フレーム、３０ａ：第１ローラ、３０ｂ：第２ローラ、３０ｃ：第３ローラ、３１ａ：第１テーパ面、３１ｂ：第２テーパ面。
【発明の属する技術分野】
本発明は、斜板式の油圧ポンプや油圧モータ等（以後、斜板型液圧回転機と言う）のシュー付ピストンとその製造装置とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、斜板式の油圧ポンプや油圧モータ等は多くの産業分野で汎用的に広く利用されている。図１は、斜板型液圧回転機の一例としての油圧モータの構成例を示す側面断面図である。軸方向の一端側が閉塞した筒状のケース２ａの他端側にはエンドカバー２ｂが取着されている。ケース２ａには一端側に斜板３が内設されており、駆動軸６がケース２ａ及びエンドカバー２ｂの軸心上に斜板３を貫通して軸受け７ａ，７ｂを介して回転自在に支承されている。駆動軸６にはシリンダブロック８がスプライン６ａを介して取着されており、シリンダブロック８に円周上に軸方向に設けられた複数個のシリンダ穴９にはピストン１１が摺動自在に嵌入されている。ピストン１１の先端部には凹球面部１２が設けられており、凹球面部１２にシュー１３の一端部に設けられた凸球面部１４を嵌合して凹球面部１２の先端部を縮径することにより、揺動自在に結合し、シュー付ピストン１０を構成している。シュー１３の他端部に設けられた摺動面１５は斜板３に摺動自在に当接している。ケース２ａの斜板３の対向面には弁板４が配設され、弁板４はシリンダブロック８に摺動自在に当接しており、弁板４にはシリンダ穴９の圧油を供給又は排出するポート５が設けられている。ポート５はケース２ａに設けられた図示しない圧油の給排通路と接続している。
【０００３】
上記構成による作動について説明する。図示しない油圧源からポート５に送られた圧油はシリンダ穴９に流入し、ピストン１１を斜板３側に押す。そして、シュー１３はピストン１１を介して斜板３に押し付けられる。ここで、斜板３はピストン１１の軸心に対して傾斜しているため、シュー１３の摺動面１５は斜板３上を摺動し、この反力によりシリンダブロック８は回転する。これに伴い、駆動軸６も回転して回転力を発生する。
【０００４】
このとき、ピストン１１の作動のときにシュー１３とピストン１１との縮径部（カシメ部）には非常に大きな引き抜き力が作用するので、引き抜きに対するカシメ部の強度を大きく維持することがシュー付ピストン１０を製造する際の重要な課題となっている。
【０００５】
以下に、従来のシュー付ピストンの製造装置について説明する。従来のロールによるかしめ盤は、横型のねじ転造盤の改造タイプが主流である。図５はこの従来技術に係るシュー付ピストン製造装置５０の構成を示す側面一部断面図であり、図６は図５のＣ−Ｃ矢視図である。図５に示すように水平線Ｘ−Ｘ上には、シュー１３及びピストン１１の位置決めを行う第１位置決めセンタ５１及び第２位置決めセンタ５２が配設されている。図５及び図６に示すように、第２位置決めセンタ５２の前方の下方にはピストン１１を支持するワーク受け台５３が設けられ、ピストン１１の一端部の左右には一対のかしめ用のローラ５４，５４が自転可能で、かつ左右方向に（つまりピストン１１に接近又は離反する方向に）移動自在に配設されている。ローラ５４の外周面には、所定の勾配角度α（例えば２０°）のテーパ面５５が設けられている。シュー１３の凸球面部１４と反対側の端部にはセンタ穴１６が設けられており、またピストン１１の凹球面部１２と反対側の端部にはセンタ穴５６が設けられている。
【０００６】
上記のようなシュー付ピストン製造装置５０によるシュー付ピストン１０の製造方法について、以下に説明する。
１）ピストン１１の凹球面部１２にシュー１３の凸球面部１４を挿入して横置きし、ピストン１１をワーク受け台５３により支持する。
２）次に、シュー１３のセンタ穴１６に第１位置決めセンタ５１の先端部を挿入し、ピストン１１のセンタ穴５６に第２位置決めセンタ５２を挿入し、シュー１３及びピストン１１の位置決めを行う。この後、ワーク受け台５３は下方に退避する。
３）次に、図６に示す矢印５７の方向に自転するローラ５４，５４を左右からピストン１１の凹球面部１２の外縁部に押し付ける。これにより、ピストン１１はローラ５４との間の摩擦力により矢印５８の方向に回転しながらかしめられる。
４）次に、図７に示すようにローラ５４，５４をピストン１１の軸心に向かう方向に所定の位置まで移動させ、ピストン１１の凹球面部１２の外縁部を図示の破線位置から実線位置までかしめ、凹球面部１２と凸球面部１４との間に所定の隙間を設けて回動自在に結合する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のシュー付ピストンの製造装置及び製造方法においては以下のような問題点がある。
１）図７に示すように、ローラ５４のテーパ面５５により転圧するピストン１１の外縁部の箇所は、シュー１３の凸球面部１４の球面中心よりも軸心方向の少し先端側となっている。このため、転圧したときに転圧部近傍でスプリングバックが発生してピストン１１の外周部（図中のＭ部）が膨らむという現象が発生し、この膨らみによりピストン１１とシリンダ穴９との摺動面が損傷したり、摺動が滑らかでない等の問題がある。又、転圧時にピストン１１の外周面が圧延され、ピストン１１の端面のＮ部が先端側に突出するので、作業者の取り扱いが困難であるという問題がある。
２）かしめ時に第１，第２位置決めセンタ５１，５２の軸心と２個のローラ５４，５４の中心との間にずれがあると、かしめ部がひずんだり、又は必要以上に縮径されたりして、かしめ箇所の摺動面が滑らかに動かないという不良が発生する。また、そのまま長時間使用すると異常磨耗や焼きつき等の原因となり、ついには破損に至る場合がある。そのため、第１，第２位置決めセンタ５１，５２の位置と、ワーク受け台５３と、ローラ５４，５４との相対位置を正確に位置決めする必要があり、よって高い機械精度が要求されるので製造装置が高価になる。また、図５に示すように、かしめ時にローラ５４のテーパ面５５の作用でピストン１１には図の右向きの大きな力が加わり、機械強度を増す必要がある。そのため、製造装置は構造が複雑で、大型になるという問題がある。
【０００８】
本発明は上記の問題点に着目し、かしめ時のピストンの外周部の膨らみが無く、かしめ部の先端部突出量が少なく、精度の良いかしめ作業が容易に可能で、しかも小型、軽量化が可能なシュー付ピストンとその製造方法ならびにその製造装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段、作用および効果】
上記の目的を達成するために、本発明に係る第１発明のシュー付ピストンの製造方法は、斜板型液圧回転機のピストン及びシューのそれぞれに設けられた凹球面部及び凸球面部を互いに嵌挿した後、ピストンの凹球面部の外縁部を複数のローラにより転圧してかしめ、ピストンとシューとを摺動自在に結合してなるシュー付ピストンを製造するシュー付ピストンの製造方法において、外周面にそれぞれ異なる勾配角度のテーパ面を有し、かつ少なくとも１つのローラは外周面に勾配角度が異なる複数のテーパ面を軸方向の異なる位置に有する複数のローラの前記外周面をピストンの凹球面部の外縁部に当接させ、それぞれのローラをピストンの軸心に向かう方向に所定の位置まで押し付けて凹球面部の先端側から凹球面部中央に向って縮径しながらかしめる方法としている。
【００１０】
第１発明の方法によれば、勾配角度の異なるテーパ面を有する複数のローラでピストンの凹球面部側の一端部の外縁部に当接させ、これらのローラを所定の位置まで押し付けてかしめるので、かしめ面を小さい勾配角度から大きい勾配角度へとなだらかに逐次変化させることが可能である。したがって、かしめ時のスプリングバックを低減することができ、ピストン外周面のふくらみを防止することができる。
【００１１】
また本発明に係る第２発明のシュー付ピストンの製造装置は、斜板型液圧回転機のピストン及びシューのそれぞれに設けられた凹球面部及び凸球面部を互いに嵌挿した状態でピストンの軸心と略一致する回転軸回りに回転自在に位置決めする位置決め装置と、位置決め装置の回転軸の周囲にこの回転軸へ接近又は離反する方向に移動自在に、かつ回転自在に配設されると共に、外周面に所定勾配角度のテーパ面を有する複数のローラとを備え、位置決め装置により凹球面部及び凸球面部を位置決めした状態で、回転する複数のローラによりピストンの凹球面部の外縁部を押し付けてかしめ、ピストンとシューとを摺動自在に結合してなるシュー付ピストンを製造するシュー付ピストンの製造装置において、複数のローラは、外周面にそれぞれ異なる勾配角度のテーパ面を有し、かつそのうちの少なくとも１つのローラは、外周面に勾配角度が異なる複数のテーパ面を軸方向の異なる位置に有する構成としている。
【００１２】
第２発明の構成によれば、勾配角度の異なるテーパ面を有する複数個のローラを備えているため、かしめ面を連続して逐次変化させることができる。したがって、かしめ面は滑らかになり、スプリングバックによるピストン外周面のふくらみを防止できる。
【００１３】
第３発明は、第２発明に基づき、複数のローラはそれぞれ、最大勾配角度のテーパ面とこれよりも小さい勾配角度のテーパ面とを軸方向の異なる位置に有する構成としている。
【００１４】
第３発明の構成によれば、各ローラに勾配角度の異なるテーパ面を軸方向の異なる位置に設けたため、最大勾配角度のテーパ面を同一高さに配置することができる。したがって、この同一高さのテーパ面によりピストンはカシメ時に調心され、良好なかしめ作業を行うことができる。
【００１５】
第４発明は、第２発明に基づき、前記位置決め装置は、ピストンの凹球面部及びシューの凸球面部を互いに嵌挿した状態で、かつ凹球面部を上方に向けて配置したピストンの凹球面部と反対側の端面を水平方向に摺動自在に載置する基準台と、シューの摺動面側を上方から押し付ける押し付け手段とを備え、複数のローラはそれぞれ、同一勾配角度のテーパ面を軸方向の同一位置に有する構成としている。
【００１６】
第４発明の構成によれば、シューとピストンとを上下方向にして基準台に載置したため、ローラでの転圧時の軸方向の力は基準台で受けることとなり、製造装置を構造な簡単で、しかも軽量化して製造可能である。また、ピストンは水平方向に摺動可能な基準台に載置されるので、シューを押し付け手段で押し付けた場合にシューとピストンとは凸球面部と凹球面部のそれぞれの曲面当りとなり調心する。したがって、基準台に載置する場合にその位置は多少ずれても支障はなく、ロボットによる取り付け、取り外し作業も容易になる。さらに、複数個のローラをピストンの外周部の所定位置に配設し、各ローラの軸方向の同一位置に同一勾配角度のテーパ面を設けたため、かしめ時にピストンを調心する力が発生し、ピストンは良好なかしめ品質が得られる。
【００１７】
第５発明は、第４発明に基づき、位置決め装置の押し付け手段は緩衝部材を有し、緩衝部材を介してシューの摺動面側を押し付ける構成としている。
【００１８】
第５発明の構成によれば、緩衝部材を設けたためにシューとピストンとは水平方向への多少の移動は可能となる。したがって、かしめ時にローラにより定められる調心位置に倣って移動し、各ローラから均一に無理のないかしめ作業が行われ、シューとピストンとが滑らかに摺動する良好なシュー付ピストンを製造できる。
【００１９】
第６発明は、斜板型液圧回転機のピストン及びシューのそれぞれに設けられた凹球面部及び凸球面部を互いに嵌挿した状態でピストンの凹球面部の外縁部をかしめ、ピストンとシューとを摺動自在に結合してなるシュー付ピストンにおいて、ピストンの凹球面部の球面中心近傍を通り、かつピストンの軸心に直交する平面上のピストンの外周面に所定幅で所定深さの環状溝を設け、この環状溝よりも軸心方向先端側をかしめた構成としている。
【００２０】
第６発明の構成によれば、ピストンの外周面に環状溝を設けたため、小さなかしめ力で容易にかしめることができ、かつ、かしめ時のスプリングバッグによるふくらみは無くなる。また、ピストンの凹球面部の端部への突出量も低減される。これにより、シリンダ穴の内面の損傷がなくなので寿命を長期化でき、突出部が無いので取り扱いが容易となり、良質なシュー付ピストンが得られる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る実施形態について図２〜４を参照して詳述する。
【００２２】
図２は、シュー付ピストン製造装置２０の構成図である。フレーム２７に基準台２１が固設されており、ピストン１１の凹球面部１２を上方に向けて直立させた状態で凹球面部１２と反対側の端面が水平方向に摺動自在に基準台２１上に載置される。基準台２１の上方には、押し付け手段２２が配設されている。押し付け手段２２は、押し付け部材２３と、シュー１３及びピストン１１を位置決めするセンタ２４と、緩衝部材２６とを備えている。すなわち、フレーム２７の上部で、かつ基準台２１に対向する位置には昇降自在に押し付け部材２３が取着されており、押し付け部材２３の下部には、センタ２４の上部に設けられたバネ受け２５が押し付け部材２３に対して上下方向に摺動可能で、かつ水平方向にも多少の自由度を持って移動自在に装着されている。押し付け部材２３とバネ受け２５との間にはバネ等よりなる緩衝部材２６が配設されており、センタ２４は緩衝部材２６により下方に付勢されている。またシュー１３の摺動面１５には、センタ穴１６が設けられている。上記において、基準台２１と押し付け手段２２とは位置決め装置を構成している。すなわち、基準台２１上に直立させたピストン１１の凹球面部１２にシュー１３の凸球面部１４を嵌挿した状態で、押し付け手段２２の押し付け部材２３を下降させると、センタ２４の下端部がシュー１３のセンタ穴１６に挿入され、押し付け部材２３は緩衝部材２６を介してセンタ２４によりシュー１３及びピストン１１を上方から押し付けて位置決めするようになっている。
【００２３】
ピストン１１の上端部の外周には、第１ローラ３０ａ、第２ローラ３０ｂ及び第３ローラ３０ｃの３個のローラが詳細は図３にて示すがピストン１１の半径方向及び円周方向に等間隔で配設されている。第１，第２，第３ローラ３０ａ，３０ｂ，３０ｃの外周面には、所定の勾配角度のテーパ面が設けられている。図２においては第１実施形態のテーパ面を示しており、第１ローラ３０ａは最大勾配角度α（例えば２０°）の第１テーパ面３１ａと、これに隣接し、最大勾配角度αよりも小さい勾配角度β（例えば８°）の第２テーパ面３１ｂとを有し、また第２，第３ローラ３０ｂ，３０ｃは共に最大勾配角度αの第１テーパ面３１ａを有している。したがって、第１ローラ３０ａのテーパ面は２０°と８°を有している。また第１，第２，第３ローラ３０ａ，３０ｂ，３０ｃは、それぞれの第１テーパ面３１ａが全て同一高さに位置するように設けられている。
【００２４】
また、ピストン１１の凹球面部１２の球面中心近傍を通り、かつピストン１１の軸心に直交する平面上のピストン１１の外周面には、所定幅で、所定深さの環状溝１７が設けられている。尚図２においては、環状溝１７の断面形状を円弧状に設けているが、本発明はこの形状に限定しない。
【００２５】
図３は、図２のＡ−Ａ矢視図である。同図に示すように、ピストン１１の上端部の外周には、第１ローラ３０ａ、第２ローラ３０ｂ及び第３ローラ３０ｃの３個のローラがピストン１１の半径方向及び円周方向に等間隔で配設されている。第１，第２，第３ローラ３０ａ，３０ｂ，３０ｃはそれぞれ図示の矢印の方向に自転すると共に、ピストン１１の軸心に向けて半径方向に移動自在となっている。
【００２６】
次に、かしめ方法及び作動について説明する。
１）基準台２１上のほぼ所定位置に、ピストン１１を凹球面部１２を上向きにして載置する。
２）次に、凹球面部１２にシュー１３の凸球面部１４を嵌挿する。
３）次に、押し付け部材２３を下降させ、シュー１３のセンタ穴１６にセンタ２４の先端部を挿入する。押し付け部材２３は緩衝部材２６を介してセンタ２４によりシュー１３を下方に押し付け、位置決めする。ピストン１１は、凹球面部１２とシュー１３の凸球面部１４との曲面どうしの倣いによって、シュー１３の凸球面部１４の中心がピストン１１の軸心と一致するように基準台２１上を摺動して調心され、所定位置に位置決めされる。
４）次に、第１，第２，第３ローラ３０ａ，３０ｂ，３０ｃを回転させ、ピストン１１に向けて半径方向に移動させる。第１，第２，第３ローラ３０ａ，３０ｂ，３０ｃがピストン１１の上端部の外縁部に当接すると、３個のローラの第１テーパ面３１ａが同一高さに位置しており、ピストン１１が基準台２１上に摺動自在に載置されており、さらにセンタ２４も緩衝部材２６を介して多少の自由度をもって付勢されているので、ピストン１１及びシュー１３は曲面に倣い調心され、３個のローラの第１テーパ面３１ａから等しい位置に基準台２１上を摺動して移動し、位置決めされる。
５）第１，第２，第３ローラ３０ａ，３０ｂ，３０ｃは図３の矢印に示す方向に回転し、図２の細い破線に示すように、さらにピストン１１に向けて押し付けることにより、ピストン１１は矢印方向に回転しながら転圧されてかしめられる。すなわち、ピストン１１の上端部は図２の細い２点鎖線に示す所定位置にかしめられてシュー１３を摺動自在に結合し、これによりシュー付ピストン１０が製造される。
【００２７】
上記のような製造装置及び製造方法によってピストン１１のかしめ作業を行うので、以下のような効果が得られる。
１）第１ローラ３０ａは勾配角度の小さい第２テーパ面３１ｂを有しているため、第２テーパ面３１ｂによりピストン１１の外周面がふくらむのが防止される。また、ピストン１１の外周面には所定幅で所定深さの環状溝１７が設けられているため、ピストン１１の外周面が直径より大きくふくらむことはなく、また外周面が圧延されないのでピストン１１の端面から上方に突出する量も少なくなる。よって、摺動面の損傷が無くなり、斜板型液圧回転機の寿命が向上する。
２）ピストン１１は調心されて複数（本実施形態では３個）のローラにより均一にかしめられるため、ピストン１１とシュー１３との球面部での摺動が滑らかとなり、回転抵抗が少ない斜板型液圧回転機が得られる。
３）かしめ時にはピストン１１に下向きの大きな力が加わるが、基準台２１が受けるため、製造装置の剛性が高く、構造が簡単で、しかも小型で軽量にすることができる。
４）ピストン１１は調心作用があるため、最初にピストン１１を基準台２１に載置する場合、所定位置におおまかに載置すればよく、高い位置精度は必要ない。このため、ロボット等で載置するのが非常に容易である。
５）かしめ終了後、シュー付ピストン１０をロボット等で取り出す場合、従来は図５において、第１，第２位置決めセンタ５１，５２でシュー付ピストン１０を支持した状態のままロボット等でピストン１１を把持し、次に第１，第２位置決めセンタ５１，５２を外すのを待ってロボット等で搬出する必要があるため、把持及び搬出のタイミングをとるための時間を要し、よって搬送時間が多くなり、作業効率が悪いという問題がある。本実施形態によると、ピストン１１を基準台２１上に載置しているので、押し付け部材２３を上昇させると共に、ロボット等でシュー付ピストン１０を把持するようにし、この後センタ２４の先端部がシュー１３の摺動面１５から離脱すると同時にロボット等で取り出し可能となる。したがって、ロボット等で取り出す場合のサイクルタイムが早くなり、作業効率を向上できる。
【００２８】
図４は、第２実施形態のテーパ面を有するローラでピストンをかしめた場合を示す図である。
本実施形態の各ローラは、それぞれ勾配角度α，γ，δのテーパ面３１ａ，３１ｂ，３１ｃをピストン１１の軸方向の異なる位置に有する。例えば、勾配角度α，γ，δはそれぞれ２０°、１０°、５°である。このような構成により、ピストン１１のかしめ面はなだらかなほぼ曲線に近い形状となり、良好なかしめ品質が得られる。この場合、各ローラのテーパ面の勾配角度は例えば第１ローラ３０ａでは２０°、第２ローラ３０ｂでは２０°と１０°、第３ローラ３０ｃでは２０°と５°とする。
なお、他の実施例として、ローラのテーパ面の組み合わせは、それぞれ第１ローラ３０ａでは２０°と１０°、第２ローラ３０ｂでは２０°と８°、第３ローラ３０ｃでは２０°と５°の勾配角度であってもよい。また、ローラを４個とし、第１ローラ及び第２ローラは２０°と８°、第３ローラは２０°と５°、第４ローラは２０°と１０°の勾配角度のテーパ面をそれぞれ組み合わせて有していてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】斜板型液圧回転機例の油圧モータの側面断面図である。
【図２】本発明に係るシュー付ピストン製造装置の構成図である。
【図３】図２のＡ−Ａ矢視図である。
【図４】第２実施形態のテーパ面を有するローラでかしめたピストンの形状を示す図である。
【図５】従来のシュー付ピストン製造装置の構成図である。
【図６】図５のＣ−Ｃ矢視図である。
【図７】従来のシュー付ピストン製造装置でかしめたピストン形状を示す図である。
【符号の説明】
１０：シュー付ピストン、１１：ピストン、１２：先端球面穴、１３：シュー、１４：球面凸部、１５：摺動面、１６：センタ穴、１７：環状溝、２０：シュー付ピストン製造装置、２１：基準台、２２：押し付け手段、２３：押し付け部材、２４：センタ、２５：バネ受け、２６：緩衝部材、２７：フレーム、３０ａ：第１ローラ、３０ｂ：第２ローラ、３０ｃ：第３ローラ、３１ａ：第１テーパ面、３１ｂ：第２テーパ面。
Claims (6)
- 斜板型液圧回転機のピストン(11)及びシュー(13)のそれぞれに設けられた凹球面部(12)及び凸球面部(14)を互いに嵌挿した後、ピストン(11)の凹球面部(12)の外縁部を複数のローラにより転圧してかしめ、ピストン(11)とシュー(13)とを摺動自在に結合してなるシュー付ピストン(10)を製造するシュー付ピストンの製造方法において、
外周面にそれぞれ異なる勾配角度のテーパ面(31a,31b,31c)
を有し、かつ少なくとも１つのローラは外周面に勾配角度が異なる複数のテーパ面 (31a,31b,31c) を軸方向の異なる位置に有する複数のローラ(30a,30b,30c)
の前記外周面をピストン(11)の凹球面部(12)の外縁部に当接させ、それぞれのローラ(30a,30b,30c) をピストン(11)の軸心に向かう方向に所定の位置まで押し付けて凹球面部(12)の先端側から凹球面部(12)中央に向って縮径しながらかしめる
ことを特徴とするシュー付ピストンの製造方法。 - 斜板型液圧回転機のピストン(11)及びシュー(13)のそれぞれに設けられた凹球面部(12)及び凸球面部(14)を互いに嵌挿した状態でピストン(11)の軸心と略一致する回転軸回りに回転自在に位置決めする位置決め装置と、位置決め装置の回転軸の周囲にこの回転軸へ接近又は離反する方向に移動自在に、かつ回転自在に配設されると共に、外周面に所定勾配角度のテーパ面を有する複数のローラとを備え、位置決め装置により凹球面部(12)及び凸球面部(14)を位置決めした状態で、回転する複数のローラによりピストン(11)の凹球面部(12)の外縁部を押し付けてかしめ、ピストン(11)とシュー(13)とを摺動自在に結合してなるシュー付ピストン(10)を製造するシュー付ピストンの製造装置において、
複数のローラ(30a,30b,30c) は、外周面にそれぞれ異なる勾配角度のテーパ面(31a,31b,31c)
を有し、かつそのうちの少なくとも１つのローラは、外周面に勾配角度が異なる複数のテーパ面 (31a,31b,31c) を軸方向の異なる位置に有する
ことを特徴とするシュー付ピストンの製造装置。 - 請求項２記載のシュー付ピストンの製造装置において、
複数のローラ(30a,30b,30c) はそれぞれ、最大勾配角度のテーパ面(31a)
とこれよりも小さい勾配角度のテーパ面(31b,31c) とを軸方向の異なる位置に有する
ことを特徴とするシュー付ピストンの製造装置。 - 請求項２記載のシュー付ピストンの製造装置において、
前記位置決め装置は、ピストン(11)の凹球面部(12)及びシュー(13)の凸球面部(14)を互いに嵌挿した状態で、かつ凹球面部(12)を上方に向けて配置したピストン(11)の凹球面部(12)と反対側の端面を水平方向に摺動自在に載置する基準台(21)と、シュー(13)の摺動面(15)側を上方から押し付ける押し付け手段(22)とを備え、
複数のローラ(30a,30b,30c) はそれぞれ、同一勾配角度のテーパ面(31a)
を軸方向の同一位置に有する
ことを特徴とするシュー付ピストンの製造装置。 - 請求項４記載のシュー付ピストンの製造装置において、
位置決め装置の押し付け手段(22)は緩衝部材(26)を有し、緩衝部材(26)を介してシュー(13)の摺動面(15)側を押し付ける
ことを特徴とするシュー付ピストンの製造装置。 - 斜板型液圧回転機のピストン(11)及びシュー(13)のそれぞれに設けられた凹球面部(12)及び凸球面部(14)を互いに嵌挿した状態でピストン(11)の凹球面部(12)の外縁部をかしめ、ピストン(11)とシュー(13)とを摺動自在に結合してなるシュー付ピストン(10)において、
ピストン(11)の凹球面部(12)の球面中心近傍を通り、かつピストン(11)の軸心に直交する平面上のピストン(11)の外周面に所定幅で所定深さの環状溝(17)を設け、この環状溝(17)よりも軸心方向先端側をかしめた
ことを特徴とするシュー付ピストン。
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