JP5252146B2

JP5252146B2 - ２部材の結合方法

Info

Publication number: JP5252146B2
Application number: JP2008046280A
Authority: JP
Inventors: 誠西村
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2008-02-27
Filing date: 2008-02-27
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2028-02-27
Also published as: JP2009202193A

Description

本発明は、塑性流動（メタルフロー）を利用して２つの部材を結合する２部材の結合方法に関する。

従来、塑性流動を利用した２部材の結合方法としては、たとえば、特許文献１に記載されたものがある。このものは、電磁式燃料噴射弁を構成するバルブガイドとヨークとの結合に適用したもので、一方の部材であるバルブガイドの一端部を相手部材であるヨークの嵌合穴に嵌合し、前記ヨークの嵌合穴の周辺部を金型（工具）により押込んで、該ヨーク材に局部的な塑性流動を起こし、その材料を前記バルブガイドの周面に予め形成した溝内に流入させるようにしている。

ところで、上記した塑性流動結合を確実に行うには、工具の押込みにより塑性流動を起こした材料が余計な場所に逃げ込まないように、工具と一方の部材との嵌合隙間を微小に設定する必要がある。しかし、この種の塑性流動結合を、たとえば、流体圧緩衝器（油圧緩衝器）のピストンロッドとピストンとの結合に適用した場合は、前記一方の部材が長尺なピストンロッド（棒状部材）となるため、棒状部材に沿って移動させる工具の距離が著しく長くなり、両者の嵌合隙間を微小に設定した場合には、該棒状部材の表面に傷を付けてしまう危険がある。そして、その傷がピストンロッドの全体に及ぶと、流体圧緩衝器として組み立てた場合にその傷を直接または間接の原因として流体漏れが発生することがある。また、工具の押込み部分に加工負荷が集中するため、該押込み部分が折損する危険があり、工具寿命の短縮が避けられない。

特開昭６１−２０１８７８号公報

本発明は、上記した技術的背景に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、２つの部材の一方が棒状部材であっても、該棒状部材に傷を付けることなくかつ工具寿命を縮めることなく塑性流動結合を安定して行うことができる２部材の結合方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、棒状部材の一端部を相手部材の嵌合穴に嵌合し、前記相手部材の材料を塑性流動させて、前記棒状部材の周面に予め形成した溝内に流入させる２部材の結合方法において、前記棒状部材の周囲に前記相手部材より硬さが高い材料からなる押込みリングを嵌合させて、該押込みリングを工具により前記棒状部材の軸方向へ押圧することで、該押込みリングを前記相手部材に押込んで、該相手部材に局部的な塑性流動を起させて、該相手部材の材料を前記棒状部材の前記溝内に流入させることにより、前記棒状部材と前記相手部材とを結合させて、前記押込みリングをそのまま前記相手部材内に残すことを特徴とする。

本発明に係る２部材の結合方法によれば、別体の押込みリングを相手部材に押込んで塑性流動を起こすので、工具は前記押込みリングを押圧するだけの役割となり、結果として該工具と棒状部材との嵌合隙間を大きく設定することができて、工具による棒状部材の損傷の問題を解決できる。また、工具先端から折損の危険がある押込み部分がなくなるので、該工具の寿命が延長する。

以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基いて説明する。

図１は、本発明の１つの実施形態である２部材の結合方法によって得られた油圧緩衝器部品（流体圧緩衝器部品）を示したものである。この油圧緩衝器部品１は、図５に示した後述のパイロット型減衰力調整式油圧緩衝器２を構成するピストンロッド（棒状部材）３とソレノイドケース（相手部材）４とからなっており、両者の結合部５は、ピストンロッド３の一端部に設けた複数（ここでは、２つ）の環状溝６とソレノイドケース（以下、単にケースという）４の底部に設けた嵌合穴７の内面との間に設定されている。結合部５は、ピストンロッド３の環状溝６内にケース４の材料が塑性流動によって充填された構造となっている。結合部４はまた、嵌合穴７の開口端部に押込まれた押込みリング（クリンチリング）８を含んでいる。この押込みリング８は、ケース４の材料に局部的な塑性流動を起こすために押込まれたもので、ケース４よりも硬さが高い材料からなっている。本実施形態において、押込みリング８は、その背面がケース４の端面と面一となるまで押込まれており、この押込みリング８を含むケース４の平坦な端面には、ピストンロッド３の伸長端を規制するストップラバー９が面接触する状態で配置されている。

図５に示したパイロット型減衰力調整式油圧緩衝器２は、特開平２００６−２９２０９２号公報から抜粋したものである。同図中、１０は有底円筒状のシリンダであり、シリンダ１０内は、フリーピストン１１によって底部側のガス室１２と開口端側の油室１３とに画成されている。また、油室１３内は、ピストン１４が摺動可能に配設されている。ピストン１４は、ピストン本体１４ａと、ピストン本体１４ａに連結されたピストンボルト１４ｂと、このピストンボルト１４ｂに連結された前記ケース（ソレノイドケース）４とからなっている。前記ピストンロッド３は、その一端部が前記ケース４に結合されると共に、その他端部がシリンダ１０の開口端部に装着したガイド手段１５を摺動可能にかつ液密に挿通してシリンダ１０外へ延ばされている。ピストン１２には、伸び側メインバルブ１６、縮み側メインバルブ１７、各メインバルブ１６，１７の背圧室の内圧を調整可能な減衰力調整弁１８、この減衰力調整弁１８を駆動するソレノイドアクチュエータ１９等が内蔵されている。ソレノイドアクチュエータ１９は前記ケース４内に納められており、これに電力を供給するためのリード線Ｗが、中空のピストンロッド３内を延ばされている。

上記したパイロット型減衰力調整式油圧緩衝器２では、ソレノイドアクチュエータ１９によって減衰力調整弁１８を駆動することで、伸び側および縮み側のメインバルブ１６，１７の背圧室の内圧が変化し、この結果、各メインバルブ１６，１７の開弁圧力が制御されて、減衰力特性が広範囲に調整可能となる。なお、本油圧緩衝器２の詳細な構成および作用については、前記特開平２００６−２９２０９２号公報を参照されたい。

以下、上記パイロット型減衰力調整式油圧緩衝器２を構成するピストンロッド３とケース４との結合方法を、図２〜４を参照して具体的に説明する。

図２は、本結合方法を実行するための結合装置を示したものである。同図中、２０は、円筒状をなすポンチ（工具）、２１は、ポンチ２０に外嵌されたホルダである。ホルダ２１は、駆動手段（図示略）により矢印Ｆ−Ｆ´方向へ進退動する可動体２２の前面に複数のボルト２３を用いて固定されており、この状態で、ポンチ２０の後端が可動体２２の前面に当接するようになっている。可動体２２には、ピストンロッド３の挿通を許容するロッド挿通孔２２ａが形成されており、ポンチ２０およびホルダ２１は該ロッド挿通孔２２ａと同心となるように位置決めされている。ポンチ２０の内径および前記ロッド挿通孔２２ａの口径は、ピストンロッド３を遊挿可能な大きさに設定されており、これによりポンチ２０および可動体２２は、ピストンロッド３に沿って抵抗なく移動できるようになっている。また、ポンチ２０の長さは、ホルダ２１よりも所定長さＳだけ短くなっており、ポンチ２０の後端が可動体２２の前面に当接した状態で、ホルダ２１の先端部はポンチ２０よりも所定長さＳだけ突出する。

２５は、ピストンロッド３の結合相手（相手部材）である有底筒状のケース４を支持する円柱状の支持ブロックである。支持ブロック２５は、上記可動体２２の前進方向Ｆの前側に配置した固定盤２６の前面にボルト２７を用いて固定されると共に、前記可動体２２側のポンチ２０およびホルダ２１と同心となるように位置決めされている。支持ブロック２５の直径は、ケース４に遊嵌可能な大きさに設定されており、これによりケース４は、その内底を支持ブロック２５の先端に当接させた状態で該支持ブロック２５に嵌合支持されるようになる。また、支持ブロック２５の外周面には、自動調芯機構としての弾性リング２８が装着されており、ケース４は、この弾性リング２８により径方向へわずかフローティング可能に支持ブロック２５に嵌合支持されるようになっている。

ここで、可動体２２側のホルダ２１の内径は、前記嵌合穴７（図１）が設けられたケース４の底部の外径と同等かそれよりわずか大きく設定されている。したがって、可動体２２と一体にホルダ２１が前進すると、支持ブロック２５に嵌合支持されたケース４がわずか径方向へフローティングしながらホルダ２１内に嵌入され、その外径がホルダ２１によって拘束される。一方、ポンチ２０は、可動体２２の前進に応じて前記押込みリング８の背面を押圧し、該押込みリング８をケース４の嵌合穴７の内周部に押込むように機能する。

ピストンロッド３とケース４との結合に際しては、図１に関連して説明したように、ピストンロッド３の先端部に予め複数（ここでは、２つ）の環状溝６を形成し、また、別体の押込みリング８を用意する。図３によく示されるように、環状溝６は、頂角αを有する三角形の断面形状を有している。また、複数の環状溝６は、ケース４に対する押込みリング８の押込み深さＤに隣接する部位から連接して形成されており、その全体の溝幅（入口幅）Ｅは、実質、各環状溝６の入口幅を加算した大きさとなっている。なお、環状溝６の深さｄは、所望の結合強度を確保するために必要な大きさとする。

一方、押込みリング８は、同じく図３に示されるように、ピストンロッド３にわずかのクリアランスをもって嵌合できる内径を有している。また、押込みリング８は、前記ポンチ２０により押圧される側の背面が軸に垂直な垂直面をなすと共に、ケース４に押込まれる側の前面が内径側へ向けて次第に落込む裁頭円錐面をなす異形断面となっている。すなわち、押込みリング８の前面側には、前記裁頭円錐面によって所定の楔角θが付けられており、この楔角θによって押込みリング８をケース４に押込んだ際、環状溝６内へのケース材の塑性流動が促進されるようになる。前記した押込みリング８の押込み深さＤ、その楔角θおよびその幅Ｂで決まる押込みリング８の断面サイズは、環状溝６内に材料を充填するに足る塑性流動量を起こすために必要な大きさとなる。

ピストンロッド３とケース４とを結合するには、予め固定盤２６に対して可動体２２を後退させて、ポンチ２０およびホルダ２１を支持ブロック２５から大きく離間させた状態とする。そして、この状態で支持ブロック２５にケース４を嵌合セットし、これと共に、可動体２２のロッド挿通孔２２ａを通してポンチ２０内にピストンロッド３を挿入し、その先端部をポンチ２０より突出させる。次に、ピストンロッド３の先端部に押込みリング８を嵌挿し、これを、図４の上側に示すように、環状溝６よりも奥側部位に位置させる。

その後、ピストンロッド３の先端部を支持ブロック２５上のケース４の嵌合穴７に底付きとなるまで嵌合し、この状態で可動体２２と一体にポンチ２０およびホルダ２１を前進させる。この前進により、同じく図４の上側に示すように、先ずケース４の底部にホルダ２１が嵌合し、ケース４の外径がホルダ２１によって拘束される。このとき、弾性リング２８によりケース４が調芯され、ケース４は円滑にホルダ２１に嵌入する。

ホルダ２１によるケース４の外径拘束後も可動体２２の前進は継続されており、続いて、ポンチ２０が押込みリング８の背面を押圧して、該押込みリング８をケース４の嵌合穴７の周辺部に押込む。この押込みによりケース４の嵌合穴７の周辺部の材料が局部的に塑性流動を起こし、ピストンロッド３の環状溝６内に流入し、これによってピストンロッド３とケース４とが塑性流動結合される。このとき、押込みリング８がピストンロッド３に対してわずかのクリアランスで嵌合され、かつホルダ２１によってケース４の外径が拘束されているので、ケース４の周辺部の材料は円滑に環状溝６内に流入し、両者は確実に塑性流動結合される。本実施形態においては特に、押込みリング８の前面に楔角θが形成されているので、塑性流動を起こした材料が確実に環状溝６に向かい、両者はより確実に塑性流動結合される。一方、ポンチ２０は、ピストンロッド３に遊挿されているので、長尺のピストンロッド３に沿って長距離移動しても、該ピストンロッド３に傷を付けることはない。また、押込みリング８はピストンロッド３の先端部に嵌挿されているので、ピストンロッド３の全体に傷を付けることはない。

因みに、上記押込みリング８を用いずに塑性流動結合を行う場合は、図６に示すように、先端部に該押込みリング８に代わる押込み突起（押込み部分）３１を設けたポンチ３０を用い、かつ該ポンチ３０の先端部を棒状部材であるピストンロッド３にわずかのクリアランスで嵌合させなければならない。この場合は、ポンチ３０がピストンロッド３にきつく嵌合した状態で長距離移動するため、ピストンロッド３に傷を付けてしまう危険がある。また、ポンチ３０の先端の押込み突起３１に大きな加工負荷がかかるため、該押込み突起３１が折損してしまう危険があり、工具寿命が短縮する。本発明で用いる押込みリング８は、前記ポンチ３０の押込み突起３１を代替するものとなり、したがって、本発明で用いるポンチ２０の先端は平坦形状に仕上げられている。

さらに、上記押込みリング８を用いない場合は、上記したポンチ３０の押込み突起３１の抜け跡が相手部材であるケース４の端面に凹穴として残る。このため、図７に示すように、ストップラバー９´としては、前記凹穴に合せた異形断面のものが必要となり、この場合は、ストップラバー９´の製造が面倒になって、その製造コストが上昇する。しかし、本発明の結合方法によれば、上記したように押込みリング８をケース４に押込んだ状態でそのまま残すことで、ストップラバー９は、押込みリング８を含むケース４の平坦面に面接触する単純なリング形状とすることができ（図１参照）、その分、製造コストは低減する。

なお、上記実施形態においては、ピストンロッド３に２つの環状溝６を設けるようにした、この環状溝６の数は任意であり、１つでも３つ以上であってもよい。また、この環状溝６は、周方向に断続する溝に代えてもよいものである。

ここで、上記実施形態においては、伸び側および縮み側の両方に背圧室を備えたパイロット型減衰力調整式油圧緩衝器２のピストンロッド３とケース４との結合に適用した例を示したが、このパイロット型減衰力調整式油圧緩衝器の種類は任意であり、伸び側だけに背圧室を備えたパイロット型減衰力調整式油圧緩衝器であってもよいことはもちろんである。

また、本発明の適用範囲も任意であり、汎用の油圧緩衝器またはシリンダ装置のピストンロッドとピストンとの結合に適用できることはもちろん、各種棒状部材と相手部材との結合に利用できる。

本発明の１つの実施形態である２部材の結合方法によって得られた油圧緩衝器部品を示す断面図である。本２部材の結合を実行するための結合装置と結合方法の実施状況とを示す断面図である。図２の要部を拡大して示す断面図である。本２部材の結合方法の実施状況を示したもので、上側は実施初期段階を、下側は実施最終段階をそれぞれ示す断面図である。本発明の方法により得られた油圧緩衝器部品を含むパイロット型減衰力調整式油圧緩衝器の全体構造を示す断面図である。従来の一般的な塑性流動結合を油圧緩衝器部品の製造に適用した場合の実施状況を示す断面図である。従来の一般的な塑性流動結合を油圧緩衝器部品の製造に適用した場合に必要とするストップラバーの形状を示す断面図である。

符号の説明

１油圧緩衝器部品
２パイロット型減衰力調整式油圧緩衝器
３ピストンロッド（棒状部材）
４ソレノイドケース（相手部材）
６環状溝
７嵌合穴
８押込みリング
９ストップラバー
２０ポンチ
２１ホルダ
２５支持ブロック

Claims

棒状部材の一端部を相手部材の嵌合穴に嵌合し、前記相手部材の材料を塑性流動させて、前記棒状部材の周面に予め形成した溝内に流入させる２部材の結合方法において、前記棒状部材の周囲に前記相手部材より硬さが高い材料からなる押込みリングを嵌合させて、該押込みリングを工具により前記棒状部材の軸方向へ押圧することで、該押込みリングを前記相手部材に押込んで、該相手部材に局部的な塑性流動を起させて、該相手部材の材料を前記棒状部材の前記溝内に流入させることにより、前記棒状部材と前記相手部材とを結合させて、前記押込みリングをそのまま前記相手部材内に残すことを特徴とする２部材の結合方法。
前記棒状部材が、流体圧緩衝器のピストンロッドであり、前記相手部材が、該流体圧緩衝器のピストンであることを特徴とする請求項１に記載の２部材の結合方法。
前記棒状部材が、パイロット型減衰力調整式流体圧緩衝器のピストンロッドであり、前記相手部材が、該パイロット型減衰力調整式流体圧緩衝器のソレノイドケースであることを特徴とする請求項１または２に記載の２部材の結合方法。
前記棒状部材の周面に予め形成した溝には、前記相手部材の材料のみを流入させ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２部材の結合方法。