WO2017061276A1

WO2017061276A1 - 接合体、流体圧シリンダ、及び接合体の製造方法

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Publication number: WO2017061276A1
Application number: PCT/JP2016/077845
Authority: WO
Inventors: 小林　信行; 康行永井; 真二佐藤
Original assignee: Kyb-Ys株式会社
Priority date: 2015-10-05
Filing date: 2016-09-21
Publication date: 2017-04-13
Also published as: US20180291934A1; JP6611544B2; CN108138821A; EP3361107A1; CN108138821B; JP2017072160A; KR20180049055A; EP3361107A4; KR102093049B1; US10907662B2

Abstract

接合体１は、端面１１に開口する中空部１３を有する第１部材１０と、本体部５２から突出し中空部１３に収容された突部５３を有する第２部材５０と、を備える。中空部１３の内周面は、中空部１３の開口の径方向に対して傾斜した傾斜部１８を有し、突部５３の外周面が傾斜部１８に接している。又は、突部５３の外周面は、中空部１３の開口の径方向に対して傾斜した面取り部５４を有し、中空部１３の内周面が面取り部５４に接している。

Description

接合体、流体圧シリンダ、及び接合体の製造方法

　本発明は、接合体、この接合体を備える流体圧シリンダ、及びこの接合体の製造方法に関する。

　ＪＰ２００７－２２９７１９Ａには、管体の端部に蓋体を摩擦圧接により接合して管体の端部を封口する方法が開示されている。この方法で用いられる蓋体には、管体の端面に突合わせられる環状突起と、環状突起の内側に形成されるボス部と、ボス部の先端に形成されるフランジ部と、が設けられる。

　ＪＰ２００７－２２９７１９Ａに開示される方法では、まず、フランジ部及びボス部が管体に挿入され、環状突起が管体の端面に突き合わされる。この状態で管体と蓋体とを相対回転させることにより、両者の突き合わせ面に摩擦熱が発生し、管体の端部と蓋体の環状突起とが加熱される。その後、蓋体と管体に軸方向の押圧力が加えられ、蓋体が管体に接合される。

　しかしながら、ＪＰ２００７－２２９７１９Ａに開示される蓋体では、ボス部及びフランジ部の外径は管体の内径と比較して小さく、ボス部及びフランジ部の外周面と管体の内周面との間に隙間が形成される。そのため、蓋体と管体とに軸方向の押圧力を加える際に、蓋体が管体に対して径方向にずれやすい。

　本発明は、接合時における第１部材と第２部材とのずれを防止することを目的とする。

　本発明は、摩擦圧接によって形成される接合体に係る。本発明のある態様によれば、接合体は、端面と端面に開口する中空部とを有する第１部材と、端面に接合された本体部と本体部から突出し中空部に収容された突部とを有する第２部材と、を備え、中空部の内周面及び突部の外周面の少なくとも一方は、開口の径方向に対して傾斜した傾斜部を有し、他方が傾斜部に接している。

　また、本発明は、端面に開口する中空部を有する第１部材と、本体部から突出する突部を有する第２部材と、を摩擦圧接によって接合して形成される接合体を製造する方法に係る。本発明のある態様によれば、製造方法は、中空部に突部を挿入して第２部材の本体部を第１部材の端面に突き当てる工程と、第１部材と第２部材とを相対回転させて端面と本体部とに熱を生じさせる工程と、中空部の内周面及び突部の外周面の少なくとも一方に形成され開口の径方向に対して傾斜した傾斜部が他方に接するまで第１部材と第２部材とを互いに押し付ける工程と、を備える。

図１は、本発明の実施形態に係る油圧シリンダの一部断面図である。図２は、シリンダボトムの周辺の一部断面図である。図３は、接合前のシリンダチューブ及びシリンダボトムの一部断面図である。図４は、接合前のシリンダチューブ及びシリンダボトムの一部断面図であり、シリンダチューブの一方の端面の周辺を拡大して示す。図５は、接合体の製造方法を説明するための一部断面図であり、シリンダボトムをシリンダチューブに突き当てた状態を示す。図６は、接合体の製造方法を説明するための一部断面図であり、シリンダボトムとシリンダチューブとを互いに押し付けた状態を示す。図７は、本発明の他の実施形態に係る油圧シリンダの一部断面図であり、中空部の内周面にのみ傾斜部が形成された形態を示す。図８は、本発明の他の実施形態に係る油圧シリンダの一部断面図であり、突部の外周面にのみ傾斜部が形成された形態を示す。図９は、本発明の他の実施形態に係る油圧シリンダの一部断面図であり、突部の外周面に窪みが形成されていない形態を示す。

　以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。ここでは、作動流体として作動油が用いられる油圧シリンダ１００について述べるが、作動水等の他の流体が作動流体として用いられてもよい。

　油圧シリンダ１００は、建設機械及び産業機械といった機械に搭載されるアクチュエータとして用いられる。例えば、油圧シリンダ１００は、油圧ショベルに搭載されるアームシリンダとして用いられる。

　まず、油圧シリンダ１００の構造について、図１及び図２を参照して説明する。

　図１に示すように、油圧シリンダ１００は、シリンダチューブ（第１部材）１０とシリンダボトム（第２部材）５０とを摩擦圧接によって接合することにより形成される接合体１を備える。シリンダチューブ１０は両端面１１，１２に開口する中空部１３を有し、一方の端面１１は、シリンダボトム５０により閉塞されている。

　また、油圧シリンダ１００は、シリンダチューブ１０の中空部１３に摺動自在に収容されるピストン２０と、シリンダチューブ１０に進退自在に挿入されるピストンロッド３０と、を備える。ピストンロッド３０の一端はピストン２０に連結され、ピストンロッド３０の他端はシリンダチューブ１０の他方の端面１２の開口を通じてシリンダチューブ１０から延出する。

　シリンダチューブ１０の他方の端面１２の開口は、シリンダヘッド４０によって閉塞される。シリンダヘッド４０は環状に形成されており、ピストンロッド３０を摺動自在に支持する。

　油圧シリンダ１００は、ピストンロッド３０の他端に設けられる連結部３１と、シリンダボトム５０に設けられる連結部５１と、を用いて建設機械及び産業機械といった機械に搭載される。

　ピストン２０は、シリンダチューブ１０の内部をロッド側室１４と反ロッド側室１５とに区画する。具体的には、ロッド側室１４は、シリンダチューブ１０、ピストン２０及びシリンダヘッド４０により画定され、反ロッド側室１５は、シリンダチューブ１０、ピストン２０及びシリンダボトム５０により画定される。

　シリンダチューブ１０には、ロッド側室１４に連通するヘッド側ポート１６と、反ロッド側室１５に連通するボトム側ポート１７と、が設けられる。

　ヘッド側ポート１６及びボトム側ポート１７は、切換弁（不図示）を通じて油圧ポンプ（不図示）又はタンク（不図示）に選択的に接続される。切換弁によりヘッド側ポート１６及びボトム側ポート１７の一方が油圧ポンプに連通した場合には、他方がタンクに連通する。

　油圧ポンプからの作動油がヘッド側ポート１６を通じてロッド側室１４に供給されると、ピストン２０及びピストンロッド３０が反ロッド側室１５を縮小する方向に移動し、油圧シリンダ１００が収縮する。このとき、反ロッド側室１５内の作動油は、ボトム側ポート１７を通じて排出される。

　油圧ポンプからの作動油がボトム側ポート１７を通じて反ロッド側室１５に供給されると、ピストン２０及びピストンロッド３０がロッド側室１４を縮小する方向に移動し、油圧シリンダ１００が伸長する。このとき、ロッド側室１４内の作動油は、ヘッド側ポート１６を通じて排出される。

　図２は、シリンダボトム５０の周辺の一部断面図である。図２に示すように、中空部１３の内周面には、環状の傾斜部１８が形成される。傾斜部１８は、傾斜部１８の径方向外側の縁１８ａが径方向内側の縁１８ｂよりも端面１１側に位置するように、中空部１３の開口の径方向（シリンダチューブ１０の径方向）に対して傾斜している。傾斜部１８は、テーパ状（平面状）に形成されていてもよいし、曲面状に形成されていてもよい。

　また、シリンダチューブ１０には、端面１１の開口縁から径方向内側に突出する内ばり１９ａが形成されている。内ばり１９ａは、シリンダチューブ１０とシリンダボトム５０とを摩擦圧接により接合する際に、シリンダチューブ１０の母材の流動により形成される。

　シリンダボトム５０は、シリンダチューブ１０の端面１１に接合された本体部５２と、本体部５２から突出する突部５３と、を有する。突部５３は、シリンダチューブ１０の中空部１３に収容されている。

　突部５３の外周面の先端には、傾斜部としての環状の面取り部５４が形成される。面取り部５４は、面取り部５４の径方向外側の縁５４ａが径方向内側の縁５４ｂよりも本体部５２の側に位置するように、中空部１３の開口の径方向（シリンダチューブ１０の径方向）に対して傾斜している。面取り部５４は、テーパ状（平面状）に形成されていてもよいし、曲面状に形成されていてもよい。

　シリンダチューブ１０の傾斜部１８とシリンダボトム５０の面取り部５４とは、全周に渡って互いに接している。つまり、傾斜部１８と面取り部５４とが互いに接して形成される接触部により、反ロッド側室１５の境界が画定されている。

　傾斜部１８及び面取り部５４が傾斜しているので、シリンダチューブ１０とシリンダボトム５０とが接合される際に、傾斜部１８と面取り部５４との接触によりシリンダボトム５０がシリンダチューブ１０に対して径方向における所望の位置に案内される。したがって、接合時におけるシリンダチューブ１０とシリンダボトム５０とのずれを防止することができる。

　突部５３の外周面には、窪み５５が形成されている。窪み５５は、本体部５２と面取り部５４との間に位置している。より具体的には、窪み５５は、その側面が本体部５２の端面から段差なく連続するように形成されている。そのため、摩擦圧接時に本体部５２の端面に押圧されて塑性流動するシリンダチューブ１０の端部は、内ばり１９ａとして窪み５５内に導かれる。したがって、接合時に内ばり１９ａが傾斜部１８と面取り部５４との間に挟まれるのを防ぐことができ、シリンダチューブ１０とシリンダボトム５０とのずれをより確実に防止することができる。

　中空部１３の内周面と突部５３の外周面との間には、環状の隙間５６が形成される。傾斜部１８と面取り部５４とが全周に渡って接しているので、隙間５６は密閉空間として形成される。したがって、隙間５６内の異物（例えば、摩擦圧接時に内ばり１９ａの表面に生じる酸化スケール）が反ロッド側室１５に流出するのを防ぐことができる。

　次に、油圧シリンダ１００の製造方法について、図３から図６を参照して説明する。ここでは、シリンダチューブ１０とシリンダボトム５０とを接合して形成される接合体１の製造方法を主に説明する。

　図３は、接合前のシリンダチューブ１０及びシリンダボトム５０の一部断面図であり、図４は、図３に示されるシリンダチューブの一方の端面の周辺を拡大して示す。

　図３及び図４に示されるように、シリンダチューブ１０の母材は、端面１１を有する筒状の大径部１０ａと、大径部１０ａの内径と比較して小さい内径を有する筒状の小径部１０ｂと、を有する。小径部１０ｂは大径部１０ａに連続して設けられ、大径部１０ａと小径部１０ｂとの間に傾斜部１８が形成されている。

　シリンダボトム５０の突部５３の外周面には面取り部５４及び窪み５５が予め形成されている。突部５３の外径Ｒ１は、大径部１０ａの内径Ｒ２よりも小さく、小径部１０ｂの内径よりも大きい。また、突部５３における本体部５２から面取り部５４までの寸法Ｌ１は、大径部１０ａにおける端面１１から傾斜部１８の寸法Ｌ２よりも小さい。

　接合体１の製造方法では、まず、図５に示すように、シリンダチューブ１０の中空部１３にシリンダボトム５０の突部５３を挿入し、シリンダボトム５０の本体部５２をシリンダチューブ１０の端面１１に突き当てる。このとき、本体部５２と大径部１０ａとの間の接触部に発生する熱により、本体部５２と大径部１０ａにばりが発生する。

　寸法Ｌ１が寸法Ｌ２よりも小さいので、本体部５２が端面１１に突き当てられた状態では、面取り部５４と傾斜部１８との間には隙間が形成される。また、外径Ｒ１が内径Ｒ２よりも小さいので、突部５３の外周面と大径部１０ａの内周面との間には隙間が形成される。

　次に、シリンダチューブ１０とシリンダボトム５０とを相対回転させる。その結果、シリンダチューブ１０の端面１１とシリンダボトム５０の本体部５２との互いの当接面に摩擦熱が生じ、本体部５２と大径部１０ａとが加熱される。このとき、本体部５２と大径部１０ａとに発生したばりが成長する。

　突部５３の外周面と大径部１０ａの内周面との間には隙間が形成されているので、シリンダチューブ１０とシリンダボトム５０とを相対回転させても、突部５３の外周面と大径部１０ａの内周面とには摩擦熱が生じない。

　次に、シリンダチューブ１０とシリンダボトム５０との相対回転を停止し、シリンダチューブ１０の傾斜部１８と面取り部５４とが接するまでシリンダチューブ１０とシリンダボトム５０とを互いに押し付ける（図６参照）。このとき、シリンダチューブ１０の大径部１０ａの一部がシリンダチューブ１０の内側と外側とに押し出されるため、大径部１０ａに既に形成されているばりがに更に成長する（内ばり１９ａ及び外ばり１９ｂを参照）。また、シリンダボトム５０の本体部５２の一部が外側に押し出されるため、本体部５２に既に形成されているばりが更に成長する（外ばり５２ａを参照）。

　内ばり１９ａは、突部５３の窪み５５に導かれる。したがって、シリンダチューブ１０とシリンダボトム５０とを互いに押し付ける際に内ばり１９ａが傾斜部１８と面取り部５４との間に挟まれるのを防ぐことができる。

　傾斜部１８及び面取り部５４は、中空部１３の開口の径方向（シリンダチューブ１０の径方向）に対して傾斜して形成されている。そのため、傾斜部１８と面取り部５４との接触により、シリンダボトム５０がシリンダチューブ１０に対して径方向における所望の位置に案内される。したがって、シリンダチューブ１０とシリンダボトム５０とのずれを防止することができる。

　大径部１０ａと本体部５２とを冷却することにより、シリンダチューブ１０とシリンダボトム５０とが接合される。その後、外ばり１９ｂ，５２ａを切削等により除去することによって、接合体１が完成する。

　以上の説明では、中空部１３の内周面及び突部５３の外周面が、それぞれ、径方向に対して傾斜する傾斜部１８及び面取り部５４を有するが、本実施形態はこれに限られない。

　図７は、別の実施形態に係る接合体１の一部断面図である。図７に示す形態では、シリンダチューブ１０の内周面に傾斜部１８が形成されているが、突部５３の外周面には、図２に示すような面取り部（傾斜部）５４が形成されていない。この形態であっても、接合時に、傾斜部１８と突部５３の外周面との接触により、シリンダボトム５０がシリンダチューブ１０に対して径方向における所望の位置に案内される。したがって、シリンダチューブ１０とシリンダボトム５０とのずれを防止することができる。

　図８は、さらに別の実施形態に係る接合体１の一部断面図である。図８に示す形態では、突部５３の外周面に面取り部（傾斜部）５４が形成されているが、シリンダチューブ１０の内周面には、図２に示すような傾斜部１８に代えて、段部１８’が形成されている。この形態であっても、接合時に、段部１８’と面取り部５４との接触により、シリンダボトム５０がシリンダチューブ１０に対して径方向における所望の位置に案内される。したがって、シリンダチューブ１０とシリンダボトム５０とのずれを防止することができる。

　このように、本実施形態では、中空部１３の内周面及び突部５３の外周面の少なくとも一方が、中空部１３の開口の径方向に対して傾斜した傾斜部１８，５４を有し、中空部１３の内周面及び突部５３の外周面の他方が傾斜部１８，５４に接していればよい。

　中空部１３の内周面と突部５３の外周面の両方が傾斜部を有する場合には、面と面とが接触する。そのため、一方のみが傾斜部を有する場合と比較して、芯出しの精度が高まり、シリンダチューブ１０とシリンダボトム５０とのずれを一層防止できる。

　中空部１３の内周面と突部５３の外周面の一方のみが傾斜部を有する場合には、他方に傾斜部を形成する必要がない。そのため、両方が傾斜部を有する場合と比較して、シリンダチューブ１０又はシリンダボトム５０を容易に形成することができる。

　以下、本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。

　本実施形態は、摩擦圧接によって形成される接合体１に係る。接合体１は、端面１１と端面１１に開口する中空部１３とを有する第１部材１０と、端面１１に接合された本体部５２と本体部５２から突出し中空部１３に収容された突部５３とを有する第２部材５０と、を備える。接合体１は、中空部１３の内周面が中空部１３の開口の径方向に対して傾斜した傾斜部１８を有し、突部５３の外周面が傾斜部１８に接していることを特徴とする。又は、接合体１は、突部５３の外周面が中空部１３の開口の径方向に対して傾斜した面取り部５４を有し、中空部１３の内周面が面取り部５４に接している。

　この構成では、中空部１３の内周面が傾斜部１８を有し、突部５３の外周面が傾斜部１８に接している。又は、突部５３の外周面が面取り部５４を有し、中空部１３の内周面が面取り部５４に接している。そのため、突部５３を中空部１３に挿入して第１部材１０と第２部材５０とを接合する際に、中空部１３の内周面と突部５３の外周面との接触により、第２部材５０が第１部材１０に対して径方向における所望の位置に案内される。したがって、接合時における第１部材１０と第２部材５０とのずれを防止することができる。

　また、本実施形態では、接合体１は、第２部材５０が、突部５３の外周面に窪み５５を更に有し、窪み５５が、中空部１３の内周面と突部５３の外周面の接触部と、本体部５２と、の間に位置している。

　この構成では、突部５３の外周面の窪み５５が本体部５２と接触部との間に位置しているので、摩擦圧接時に塑性流動によって生じる内ばり１９ａは窪み５５に導かれる。したがって、接合時に内ばり１９ａが傾斜部１８と面取り部５４との間に挟まれるのを防ぐことができ、第１部材１０と第２部材５０とのずれをより確実に防止することができる。

　また、本実施形態では、接合体１は、傾斜部１８が環状に形成されており、突部５３の外周面が全周に渡って傾斜部１８と接していることを特徴とする。又は、接合体１は、面取り部５４が環状に形成されており、中空部１３の内周面が全周に渡って面取り部５４と接している。

　この構成では、突部５３の外周面が全周に渡って傾斜部１８と接している。又は、中空部１３の内周面が全周に渡って面取り部５４と接している。そのため、本体部５２と接触部との間の隙間５６は密閉空間として形成される。したがって、隙間５６内の異物が反ロッド側室１５に流出するのを防ぐことができる。

　また、本実施形態では、油圧シリンダ１００は、前述の接合体１を備え、第１部材１０がシリンダチューブ１０であり、第２部材５０が中空部１３の開口を閉塞するシリンダボトム５０である。

　この構成では、第１部材１０がシリンダチューブ１０であり第２部材５０がシリンダボトム５０であるので、シリンダチューブ１０とシリンダボトム５０とを接合する際に、シリンダボトム５０がシリンダチューブ１０に対して径方向における所望の位置に案内される。したがって、接合時におけるシリンダチューブ１０とシリンダボトム５０とのずれを防止することができる。

　また、本実施形態は、端面１１に開口する中空部１３を有する第１部材１０と、本体部５２から突出する突部５３を有する第２部材５０と、を摩擦圧接によって接合して形成される接合体１を製造する方法に係る。接合体１の製造方法は、中空部１３に突部５３を挿入して第２部材５０の本体部５２を第１部材１０の端面１１に突き当てる工程と、第１部材１０と第２部材５０とを相対回転させて端面１１と本体部５２とに熱を生じさせる工程と、を含む。この製造方法は、中空部１３の内周面に形成され中空部１３の開口の径方向に対して傾斜した傾斜部１８が突部５３の外周面に接するまで第１部材１０と第２部材５０とを互いに押し付ける工程、又は、突部５３の外周面に形成され中空部１３の開口の径方向に対して傾斜した面取り部５４が中空部１３の内周面に接するまで第１部材１０と第２部材５０とを互いに押し付ける工程を更に備える。

　この構成では、第１部材１０と第２部材５０とを摩擦圧接により接合する際に、突部５３の外周面が傾斜部１８に接するまで、又は中空部１３の内周面が面取り部５４に接するまで、第１部材１０と第２部材５０とが互いに押し付けられる。そのため、第１部材１０と第２部材５０とを接合する際に、第２部材５０が第１部材１０に対して径方向における所望の位置に案内される。したがって、接合時における第１部材１０と第２部材５０とのずれを防止することができる。

　以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

　例えば、突部５３の外周部に窪み５５が設けられていなくてもよい。図９に示すように小径部１０ｂの厚みを、シリンダボトム５０の突部５３と重なるように厚くすることによって、中空部１３の内周面と突部５３の外周面とを接触させてもよい。突部５３に窪みを形成する必要がないので、シリンダボトム５０の加工コストを低減することができる。

　傾斜部１８と面取り部５４とは全周に渡って接触していなくてもよい。傾斜部１８の一部と面取り部５４の一部とが接触していてもよい。傾斜部１８の一部と面取り部５４の一部とが環状に形成されていなくてもよい。

　本願は２０１５年１０月５日に日本国特許庁に出願された特願２０１５－１９７８６９に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims

　摩擦圧接によって形成される接合体であって、
　端面と、前記端面に開口する中空部と、を有する第１部材と、
　前記端面に接合された本体部と、前記本体部から突出し前記中空部に収容された突部と、を有する第２部材と、を備え、
　前記中空部の内周面及び前記突部の外周面の少なくとも一方は、前記開口の径方向に対して傾斜した傾斜部を有し、他方が前記傾斜部に接している、
接合体。
　請求項１に記載の接合体であって、
　前記第２部材は、前記突部の外周面に窪みを更に有し、前記窪みは、前記中空部の内周面と前記突部の外周面の接触部と、前記本体部と、の間に位置している、
接合体。
　請求項１に記載の接合体であって、
　前記傾斜部は環状に形成されており、前記傾斜部の全周において前記中空部の内周面と前記突部の外周面とが接している、
接合体。
　請求項１に記載の接合体を備える流体圧シリンダであって、
　前記第１部材がシリンダチューブであり、前記第２部材が前記中空部の前記開口を閉塞するシリンダボトムである、
流体圧シリンダ。
　端面に開口する中空部を有する第１部材と、本体部から突出する突部を有する第２部材と、を摩擦圧接によって接合して形成される接合体を製造する方法であって、
　前記中空部に前記突部を挿入して前記第２部材の前記本体部を前記第１部材の前記端面に突き当てる工程と、
　前記第１部材と前記第２部材とを相対回転させて前記端面と前記本体部とに熱を生じさせる工程と、
　前記中空部の内周面及び前記突部の外周面の少なくとも一方に形成され前記開口の径方向に対して傾斜した傾斜部が他方に接するまで前記第１部材と前記第２部材とを互いに押し付ける工程と、を備える、
接合体の製造方法。