JP4280251B2 - 静水圧パワーユニット用の閉鎖キャビティピストン、および閉鎖キャビティピストンを製造する方法 - Google Patents

Description

本発明は、静水圧パワーユニット用の閉鎖キャビティピストンに関する。より詳細に、しかし非制限的に述べると、本発明は、金属射出成形技術を利用して、閉鎖キャビティピストンの本体を形成し、次に、端部キャップをピストン本体上に焼結することにより、閉鎖キャビティピストンを製造する新規な方法に関する。

閉鎖キャビティピストンとは、内部に、１個または複数の封止中空コンパートメントを有するピストンのことである。ピストンの重量が、中空コンパートメントにより減少するため、静水圧シャフトの速度が上昇し、かつ、閉鎖ピストン端部により、静水圧ユニット内の圧縮オイルの量が減少するので、スワッシュプレートのモーメントの容積効率および制御が改善される。

このピストンは、潤滑用の中心管と、嵌合されるスリッパの突球体と接触する凹入球部とを備えている。またピストンは、ピストンの球体付近の変形可能な領域であって、ピストンをスリッパに結合するための領域、またはスリッパの球体付近の変形可能な領域であって、ピストンが雄であるか雌であるかに応じて、スリッパをピストンに保持するための領域も有する。

静水圧ユニット用の閉鎖キャビティピストンを製造するには、いくつかの方法があるが、これらの方法には、コストおよび技術的な欠点がいくつかある。その一つは、中空管を中空ピストン本体内に配置し、管の内壁とピストン本体の内壁との間に、１個または複数のワッシャを使って、管をピストン本体に取り付けるものである。

この方法の各ステップは、一体ステムを使って、一体型中空ピストンを形成するためのバーストックを機械加工し、次に、ステムをワッシャで固定することを含んでいる。次に、溶接機により、円形スラグをピストンの端部に溶接する。最後に、ドリルを使って、ステムに、ピストンの長さ全体にわたる孔をあける。この製造方法は、非常に高価につき、かつ直径が小さいピストンの場合には、実際的ではない。

もう１つの方法は、特許文献１に記載されており、ピストンキャップを、溶接または蝋付けにより、ピストン本体に結合することである。前記した方法に比べると、この方法は、比較的安価で実施することができ、小径のピストンに適用することができる。

しかし、キャップと本体とを結合するために必要な製造機器は、比較的高価であり、結合プロセスでは、金属射出成形プロセスの後に、追加の製造ステップが必要である。さらに、この結合方法では、ピストンのソケット中心とピストンの本体中心との間に、追加の半径方向アラインメントが必要であり、これは、ピストンを嵌合スリッパに結合するための方法を妨げる可能性がある。

このような技術を用いて静水圧構成部品を製造することは、金属射出成形技術における最近の進歩により実施可能になった。金属射出成形の基本的なプロセスは、形状を２個の成形ブロック状にカービングすることにより、望ましい形状を形成することである。これにより、製造するべき製品の外面が形成される。繰り返し使用される金属成形インサートにより、製品の内部を形成する。次に、金属粉末および非金属結合材料を、成形型内に射出して加熱し、成形型およびインサートによって、所望の形状とする。

成形型から製品を取り出した後、製品を脱脂プロセスを行なう。脱脂プロセスにより、金属粒子を非金属粒子から分離する。脱脂後、製品を焼結する。焼結は、材料を融解させずに、金属粉末を凝集質量状に成形するプロセスである。同じ焼結プロセスは、２個または複数の構成部品を互いに接触させて一緒に結合するために使用される。

この結合方法、すなわち「焼結」プロセスは、金属射出成形構成部品を結合するための従来の方法より優れており、他の方法では、結合強度が劣る。本発明は、新規な閉鎖キャビティピストンを製造するために、焼結された金属射出成形構成部品を使用する。

米国特許第６，３１４，８６４号明細書

本発明の主な目的は、従来技術を改善した、新規な閉鎖キャビティピストンを提供することである。

本発明のもう１つの目的は、閉鎖キャビティピストン本体を通過する油圧流体の量を最小限にすることである。

本発明のもう１つの目的は、閉鎖キャビティ本体と端部キャップとの間の表面の幾何学的形状を最適化して、両者の焼結を助長することである。

本発明のもう１つの目的は、静水圧ユニット内に存在する磁気粒子を捕捉できる磁気端部キャップを提供することである。

本発明のもう１つの目的は、金属射出成形プロセスおよび焼結を使用して、技術水準を高めることである。

本発明のもう１つの目的は、安価に閉鎖キャビティピストンを製造する方法を提供することである。

本発明のもう１つの目的は、迅速かつ効率的に閉鎖キャビティピストンを製造する方法を提供することである。

本発明のもう一つの目的は、金属射出成形を使用してすべての構成部品を成形して、閉鎖キャビティピストンを製造する方法を提供することである。

本発明のもう１つの目的は、各部材を、金属射出成形法により焼結して、閉鎖キャビティピストンを形成するための方法を提供することである。

本発明のもう１つの目的は、ピストンソケットの中心と、主ピストン本体の中心との間の半径方向の不整合を最小限とした閉鎖キャビティ雌ピストンを製造する方法を提供することである。

本発明のもう１つの目的は、金属射出成形プロセスに既に使用されているプロセスを変更するだけで済む結合技術を提供することである。

本発明の上記およびその他の目的、特徴または利点は、本明細書および請求の範囲から明白になると思う。

本発明は、安価に製造しうる閉鎖キャビティピストンの構造に関する。その新規な構造は、ピストン本体および磁気材料で形成された端部キャップとからなっている。両構成部材は、金属射出成形技術を用いて製造される。ピストン本体は、中心の中空ステム、およびピストン本体の他の部分と一体になっている球状ソケットとを有する。端部キャップは、ピストン本体および端部キャップの接触表面を冶金学的に結合する焼結プロセスを使用して、ピストン本体に結合される。

焼結プロセスは、金属射出成形構成部品の加工に使用される通常の焼結作業時に行なわれ、そのための追加の加工時間は、ごくわずかである。キャップおよび本体を接触させて、端部キャップと本体との結合を確実に行うために、脱脂または焼結時に、特殊なフィクスチャリングおよびローディングが必要である。

本発明は、静水圧ユニットのシリンダブロック、たとえばポンプまたはモータを回転させる時の往復運動用の閉鎖キャビティピストンに関する。

図１は、端部キャップ１２を有する閉鎖キャビティピストン１０を示す。閉鎖キャビティピストン１０は、端部キャップ１２を第２端部１５に収容する細長い本体１４を有する。ピストンの本体１４の第２端部１５には、テーパ付き表面１６を有し、かつ球状キャビティ１８を有する端部と、中空ステム２０とを備えている。テーパ付き表面１６は、端部キャップ１２および本体１４を互いに整合させ、焼結プロセスにおける２個の部品間の接触面積を最大限にして、結合を強固にするために利用される。

テーパ付き表面１６と端部キャップ１２のテーパ付きリップ部分２２とは、わずかに異なっており、２個の構成部品を結合した際、完全かつ確実に接触する。テーパ付きリップ部分２２およびテーパ付き表面１６は、部品の外面を機械的手段により、または焼結プロセスにより一体化される。端部キャップ１２は、ピストンを通る潤滑経路を形成する中空ステム２０と整合する孔２３をも有する。孔２３およびステム２０は、対応するテーパ付き嵌合表面を有する。

端部キャップ１２は、静水圧ユニット内の汚れを捕捉するために、磁気材料からなっているのがよい。端部キャップ１２の磁気特性は、他の目的にも使用される。すなわち、ピストンの位置および運動を感知するのに利用しうる。磁気端部キャップを使用するには、汚れがピストンの外周とブロックボアとの間に入らないように、端部キャップ１２の直径を小さくする必要がある。

また、別の実施態様として、端部キャップ１２に、テーパの付いていないリップを設けることがある。このリップは、端部キャップ１２と本体１４との幾何学的形状を最適にして、焼結プロセスを確実にするための嵌合を適正なものとする。

図２は、金属射出成形を使用し、端部キャップ１２を本体１４に焼結して製造される閉鎖キャビティピストン１０の断面を示す。ピストン１０は、スリッパ２６に枢着されている。スリッパ２６は、ピストン本体１４内のボールソケットの凹部に係合する球状ボールの一部分を有するか、または、スリッパ２６には、ボールソケット凹部が設けられ、嵌合表面は、ピストン内の球状ボールの一部分として形成される。

図２は、スリッパ２６上にあるボールソケット３０と嵌合するボールソケット凹部２８を有するピストンを示す。スリッパ２６は、中空のステム２０と連通する流体通路３２を有する。

中空ステム２０は、本体１４全体の長手方向に延びている。閉鎖キャビティピストン１０の本体１４内には、１個または複数の中空コンパートメント３４が設けられている。

図３は、代表的な金属射出成形型６０を示す。成形型６０は、ピストンの本体１４の外面を賦形し、インサートコア（図示しない）は、ピストン本体１４の内部を賦形するために使用される。端部キャップ１２は、端部キャップ１２を賦形する同様の成形型６０内に形成される。

製造プロセスにおいて、本体１４、および閉鎖キャビティピストン１０の端部キャップ１２は、金属成形プロセスを用いて別個に製造される。次に、本体１４は焼結されて、適切な金属結合が行われる。このプロセスでは、端部キャップ１２は、ピストン本体１４の第２端部１５に焼結される。したがって、ピストン１０の流体出口のみが、開口部２３を貫通し、ピストン１０の他の部分は、閉塞されている。

また、金属射出成形技術を使用するため、焼結ピストン組立体を加工する必要があるとしても、ごくわずかである。金属射出成形および焼結プロセスにより、閉鎖キャビティピストンを形成するために、より効率的で費用効果の高いプロセスとなる。このようにして、本発明の目的のすべてが達成された。

当業者は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、その他の様々な修正を加えることができることを理解されると思う。このような修正および変更は、請求の範囲の範囲内に含まれ、請求の範囲により保護されるものである。

閉鎖キャビティピストンおよび端部キャップの斜視図である。 図１の線２に沿って切った閉鎖キャビティピストンおよびスリッパの断面図である。 金属射出成形型の斜視図である。

符号の説明

１０ 閉鎖キャビティピストン
１２ 端部キャップ
１４ 本体
１５ 第２端部
１６ 表面
１８ 球状キャビティ
２０ 中空ステム
２２ リップ部分
２３ 孔
２６ スリッパ
２８ ボールソケット凹部
３０ ボールソケット
３２ 流体通路
３４ 中空コンパートメント
６０ 金属射出成形型

Claims (2)

1. スリッパを収容するように構成された第１端部と、第２端部と、少なくとも１個の長手方向に伸びた中空コンパートメントとを有する細長い円筒状本体と、
   細長い円筒状本体を貫通するように設けられたボアと、
   細長い円筒状本体の前記第２端部に取付けられ、前記ボアと整合する中心孔を有する端部キャップとを備え、
   前記端部キャップを磁気材料で形成するようにした閉鎖キャビティピストン。
2. 前記端部キャップが、焼結により、細長い円筒状本体に固定されている、請求項１に記載の閉鎖キャビティピストン。

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