JP4846996B2 - モールドピストンの成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、油圧シリンダや油圧緩衝器に使用されるモールドピストン及びモールドピストンの成形方法に関する

一般に、油圧シリンダや油圧緩衝器は、シリンダ内にピストンたるモールドピストンを介してピストンロッドが移動自在に挿入され、モールドピストンは、ピストン本体の外周に嵌合した合成樹脂リングを介してシリンダの内周に摺接している。

そして、この種の油圧シリンダや油圧緩衝器に使用されるモールドピストンとしては、例えば、特開２００２-２７６８０８号公報（特許文献１参照）に開示されたものが開発されている。

このピストンＰは、図７に示すように、ピストンロッド３に結合したピストン本体１と、ピストン本体１の外周に嵌合した合成樹脂製リング２とからなり、ピストン本体１は、外周に軸方向に沿う複数の環状溝１ａを備え、リング２は、ピストン本体１の外周に沿うリング本体２ａと、リング本体２ａの内周側に形成されて上記の各環状溝１ａに嵌合した複数の内周側環状突起２ｃと、リング本体１の端部に形成されて外方に反り返る端部リップ２ｂとで構成され、ピストンＰをシリンダ内に挿入した時端部リップ２ｂがシリンダ内周に当接するようになっている。

上記のピストンＰの成形方法としては、特開２００２-２９５６７９号公報（特許文献２参照）に開示したものが開発されている。

即ち、このピストンＰの成形方法は、図８（ａ），（ｂ）に示すように、外周に軸方向に沿う複数の環状溝１ａ等を備えたピストン本体１と、ピストン本体１の外周に嵌合されたリング本体２ａと、各環状溝１ａに嵌合された内周側環状突起２ｃとからなるリング２とで構成されているモールドピストンにおいて、円盤状の合成樹脂製リング母材Ａの内周端をピストン本体１の右側端面側環状溝１ａに嵌合させ、ピストン本体１を固定治具７，８で固定しながらダイス９によって上記のリング母材Ａを加熱軟化させてピストン本体１の外周に沿うリング本体２ａと次段の各環状溝１ａ内に流動させた内周側環状突起と２ｃとリング本体２ａの端部のリップ２ｂとを成形するものである。

しかしながら、このピストンの加工方法では、次のような不具合がある。即ち、図９のようにダイス９でリング２の端部リップ２ｂを加圧してピストン本体１側に押圧した時端部リップ２ｂの外周と内周はそれぞれダイス９とピストン本体１とに圧接されているから、矢印で示すような外周側では引張りの残留応力Ｘ１，Ｘ２が発生し、同じく内周側には圧縮の残留応力Ｙ１，Ｙ２が発生する。

その結果、図１０で示すように、端部リップ２ｂはダイス９の押圧時位置Ｚ１に対して、ダイス９を取り外した直後では上記の残留応力Ｘ１，Ｘ２およびＹ１，Ｙ２によってリング２に力の作用が無い状態で位置Ｚ２まで反り返り、更にこれを長期間放置すると位置Ｚ３まで大きく反り返る。

この為、これをそのままにしてピストンＰをシリンダ内に挿入しようとした時シリンダ内径はリング２の外形とほぼ等しいことから、位置Ｚ３なで端部リップ２ｂが反り返っていると、締代が大きくなる。

その為、端部リップ２ｂの上端エッジ部がシリンダの内周面に圧接され、端部リップ２ｂとシリンダ間の面圧を増大させてフリクションを増大させる。

このことは、油圧シリンダや油圧緩衝器のピストンロッド伸縮作動時に摺動抵抗が大きくなり、スムースな動きを達成できないおそれがあるから車両の乗り心地や燥安性の長期的安定性を低下させる。

そこで、図１１に示すように、ダイス９を抜きとった後に他の治具Ｂを利用し、この治具Ｂの規制溝１０内にリップ２bを強制的に嵌合させ、リップ２ｂをピストン本体１方向に折り曲げ、外周に彎曲部２ｅを形成させて上記した図７に示すようなピストンＰを成形している。
特開２００２‐２７６８０８号公報（図１） 特開２００２‐２９５６７９号公報（図面）

上記図７に示すような従来のモールドピストンはリップ２ｂがピストン本体１側に折り曲げられ、外周に彎曲部２ｅを形成しているのでシリンダに対する締代が小さく、この彎曲部２ｅでスムースに摺接できるメリットがあるが、リング２をピストン本体１に固定するモールド成形工程に加えて図１１に示すような追加のリップ成形工程が必要となるから、成形設備が大がかりとなり、加工工程の増加によるモールドピストンの製造コストが嵩む不具合がある。又治具の設置，撤去作業が困難で作業性にも劣るものである。

そこで、本発明の目的は、作業工程を通常の成形工程のみで成形でき、成形工程の省力化と製造コストの安定化を図れるモールドピストンとその成形方法を提供することである。

上記の目的を達成するため、本発明のモールドピストンの成形方法は、外周に軸方向に沿う複数の環状溝を備えたピストン本体と、ピストン本体の外周に嵌合されたリング本体と各環状溝に嵌合された内周側環状突起とリング本体の端部に形成されたリップとからなるリングとで構成され、リング本体の外周をシリンダの内周面に摺接させるモールドピストンにおいて、最端部環状溝の深さを他の環状溝の深さより深いピストン本体を用意し、同じく、肉厚が上記最端部環状溝の底面とシリンダ内周面との間の寸法より薄い合成樹脂リング母材を用意し、ダイスによって上記リング母材をピストン本体外周に加圧して押し込む工程と、上記押し込み工程中にリング母材を加熱軟化させて上記リング本体と上記内周側環状突起とを成形する工程と、同じく上記押し込み工程と加熱軟化の工程中にリング母材の端部外周を上記ダイスに圧接して引き伸ばし、当該端部外周のみに引っ張り残留応力を残しながら内周面を彎曲面に成形した先細のリップを成形する工程と、上記ダイスを取りはずして冷却させることにより上記内周面を湾曲させた状態に保ちながら上記リップの外周面を湾曲させると共に上記端部外周の引っ張り応力を利用してリング本体の外周面より外周側に盛り上がった彎曲部をリップの中央又はほぼ中央に成形させる工程と、からなることを特徴とするものである。

本発明によれば次の効果が得られる。

請求項１の発明のモールドピストン成形方法によれば、最端部環状溝の深さを他の環状溝の深さより深いピストン本体を用意し、同じく、肉厚が上記最端部環状溝の底面とシリンダ内周面との間の寸法より薄い合成樹脂リング母材を用意し、ダイスによって上記リング母材をピストン本体外周に加圧して押し込む工程と、上記押し込み工程中にリング母材を加熱軟化させて上記リング本体と上記内周側環状突起とを成形する工程と、同じく上記押し込み工程と加熱軟化の工程中にリング母材の端部外周を上記ダイスに圧接して引き伸ばし、当該端部外周のみに引っ張り残留応力を残しながら内周面を彎曲面に成形した先細のリップを成形する工程と、上記ダイスを取りはずして冷却させることにより上記内周面を湾曲させた状態に保ちながら上記リップの外周面を湾曲させると共に上記端部外周の引っ張り応力を利用してリング本体の外周面より外周側に盛り上がった彎曲部をリップの中央又はほぼ中央に成形させる工程と、からなるから、従来のようにリップをピストン本体側に折り曲げる治具を利用した後加工が必要となくなる。この為後加工を行なう加工設備が不要となり、モールドピストンの加工が容易でスピードアップを図れ、モールドピストンの加工コストを大巾に減少できる。しかもリップには治具による後加工が行なわれないからリップに強制的な荷重がかからずリップの性能や耐久性を向上できる。

以下、本発明の実施の形態を図にもとづいて説明するが、本発明に係るモールドピストンは、油圧シリンダあるいは油圧緩衝器などに利用されるもので、その基本的構造は、図７の従来技術と同じである。

即ち、本発明に係るモールドピストンの成形方法で得られたピストンＰは、図１に示すように、従来と同じく、ピストン本体１と、ピストン本体１の外周に嵌合させたリング２とからなり、ピストン本体１は外周に軸方向に沿う複数の環状溝１ａ，１ｂ、１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆを備え、上記リング２が円盤状の合成樹脂母材Ａをピストン本体１の外周に加圧して押し込みながら加熱軟化させて形成したピストン本体１の外周に沿うリング本体２ａと、リング本体２ａの端部に設けたリップ１０と、上記各環状溝１ａ〜１ｆ内に流動して嵌合した内周側環状突起２ｃとで構成され、リング本体１外周とリップ１０外周とをシリンダ内周に摺接させるものである。そして本発明では特に上記リップ１０を断面筆先状に形成したことを特徴とする。

本発明のピストンＰの成形方法は、従来と同じく図８（ａ）（ｂ）の成形工程と、図９に示す成形工程とからなり、従来の図１１に示す後加工の工程を省略するものである。

即ち、本発明のモールドピストンの成形方法は、外周に軸方向に沿う複数の環状溝１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ、１ｅ，１ｆを備えたピストン本体１と、ピストン本体１の外周に嵌合されたリング本体２ａと各環状溝１ａ〜１ｅに嵌合された内周側環状突起２ｃとからなるリング２とで構成され、リング本体２ａの外周をシリンダの内周面に摺接させるピストンＰを得るに当たり、最端部環状溝１ｆの深さを他の環状溝１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅの深さより深いピストン本体１を用意し、同じく、肉厚が上記最端部環状溝１ｆの底面とシリンダ内周面との間の寸法より薄い合成樹脂リング母材Ａを用意してある。

この状態で本発明の成形工程は、図８（ａ）（ｂ）、図２に示すように、ダイス９によって上記リング母材Ａをピストン本体外周１に加圧して押し込む工程と、上記押し込み工程中にリング母材Ａを加熱軟化させて上記リング本体２ａと上記内周側環状突起２ｃとを成形する工程と、同じく上記押し込み工程と加熱軟化の工程中にリング母材Ａの端部外周を上記ダイス９に圧接して引き伸ばし、当該端部外周のみに引っ張り残留応力を残しながら内周面を彎曲面に成形した先細のリップ１０を成形する工程と、上記ダイス９を取りはずして冷却させることにより上記内周面を湾曲させた状態に保ちながら上記リップ１０の外周面を湾曲させると共に上記端部外周の引っ張り応力を利用してリング本体２ａの外周面より外周側に盛り上がった彎曲部１０Ａをリップ１０の中央又はほぼ中央に成形させる工程と、からなるものである。

上記のモールドピストンの成形方法で注目すべきことは、ピストン本体１とリング母材Ａの寸法関係である。図２は、リング母材Ａをダイス９で加圧成形の工程途中を示すものであるが、ダイス９の内周面をシリンダの内周面と仮定して寸法関係を説明する。

リング母材Ａは、図８（ａ）に示すように肉厚ｔに設定したものをあらかじめ用意しておく。

同じく、ピストン本体１として図２に示すように、最端部環状溝１ｆの深さ（半径Ｌ１）を他の環状溝２ｃの深さ（半径Ｌ２）より深く（Ｌ２＞Ｌ１）し、更にピストン本体１の半径Ｌ３と最端部環状溝１ｆの半径Ｌ１との差をＨ１、いいかえればランド１Ｒの高さをＨ１としたものを用意しておく。

そして、ピストン本体１の外周面（ランド１Ｒの外面）とシリンダの内周面との間の距離をＨ２とした時、リング母材Ａの肉厚ｔは、ｔ＜Ｈ１＋Ｈ２となる寸法を有するようにあらかじめ成形して用意しておく。

尚、上記の場合、リング母材Ａの軸方向の長さはピストン本体１の軸方向の長さと等しくするか、又はピストン本体１のランド１Ｒの端部より若干最端部環状溝１ｆ側に延びる程度の長さにあらかじめ成形しておくことが必要である。

図２においてランド１Ｒの左側面は傾斜面として成形しているが、この左側面は垂直面でも良く、凹状又は凸状の彎曲面としておいても良い。

本発明のモールドピストンの成形方法では、上記の状態で、図８（ａ）（ｂ）及び図２に示すように、ダイス９によってリング母材Ａをピストン本体１の外周に加圧して押し込み、この押し込み工程中にリング母材Ａを加熱軟化させてピストン本体１の外周に沿うリング本体２ａと、環状溝１ａ〜１ｅ内に流動する内周側環状突起２ｃと、最端部環状溝１ｆに対応するリップ１０とを成形する。

その結果、リング母材Ａの端部外周側のみに矢印Ｘ，Ｙで示す引張りの残留応力が残っており、この残留応力でリップ１０が成形され、このリップ１０は、筆先状の半断面の形状に成形される。すなわち、端部外周の引っ張り応力を利用して内周面を彎曲面に成形した先細のリップ１０が成形される。

その結果、リング母材Ａの端部外周側のみに矢印Ｘ，Ｙで示す引張りの残留応力が残っており、この残留応力でリップ１０が成形され、このリップ１０は、筆先状の半断面の形状に成形される。

この場合リップ１０の根本部の肉厚ｔ１は、リング母材Ａの肉厚ｔに対してわずかに厚くなるが、両者はほぼ等しくなることが実験上明らかであり、設計的には上記ｔ＜Ｈ＋Ｈ２の条件を満足するようにピストン本体１とリング母材Ａを用意しておけば良い。

ところで、上記の加工工程では加熱された状態でリング母材Ａをピストン本体１に加熱軟化させるが、従来と同じくこの工程に次いで図３に示すようにダイス９を取りはずし冷却させる。

その際、温度低下に見合ってリング２全体が縮小する。この時リング母材Ａである合成樹脂の熱膨張係数は金属系の材料からなるピストン本体１の熱膨張係数に比べて遥かに大きいことから隙間１１に対応して変形し得る部位にある樹脂材たるリップ１０は見かけ上点線Ｓの位置から矢印Ｗ方向たる内周側に縮む。

即ち、リップ１０の根本部は、ピストン本体１のランド１Ｒの側面に接触して拘束され、リップ１０の左側先端は拘束されておらず、筆先状に尖っていることから矢印Ｗ方向への変形が大きくなり、このリップ１０の先端部は冷却後内周側に自動的に倒れ込む。

他方、リップ１０の外周側は、図２で示すような残留応力が残っているので、ダイス９を取りはずした時図３の状態から同時に、図４に示すように、リップ１０は点線Ｔの位置から実線位置まで外周側に自動的に反り返り、この時リップ１０は筆先状の形状を保ちながらリング本体２ａの外周面より外周側に若干盛り上がった彎曲部１０Ａがリップ１０の中央又はほぼ中央に成形される。

上記のリップ形状の生成理由は、リップ部の材料である合成樹脂自身の熱収縮や残留応力開放によって発生することから生成された筆先状の形状は特に外周側が彎曲した形状となる。

そして、彎曲部１０Ａは、シリンダ内周面に摺接しても面圧の増加が起らず、シリンダ内周の油膜を切らず、スティックスリップの発生も防止できる。

図５は、本発明ピストンＰの他の実施の形態を示し、これはランド１Ｒの左側側面を二段又は多段上の段部１ｇを形成し、リング母材Ａを確実に潰し、リング２とピストン本体１との結合をより強くしたものである。その他の構造、作用効果は、図１の実施の形態と同じである。

同じく図６は、本発明の他の実施形態を示し、これは最端部環状溝１ｆを外端（図６において左側）に向けて勾配を縮径するテーパ面として形成し、隙間１１を大きくしてリップ１０の内周側への変形をよく確実に行なわせるようにしたものである。その他の構造，作用，効果は図１の実施の形態と同じである。

上記の各実施の形態では、リップ１０と最端部環状溝１ｆとの間に隙間１１を形成する為に、図２に示すように、最端部環状溝１ｆの深さを他の環状溝１ａ〜１ｆの深さより深くしたり、図６のよう最端部環状溝１ｆの底面をテーパ面としたピストン本体１をあらかじめ用意しているが、他の実施の形態として次の方法も使用できる。

即ち、ピストン本体１として各環状溝１ａ〜１ｆの深さを同じにしたものを用意し、他方リング母材Ａのリング本体２ａ側に対応する肉厚ｔに対してリップ１０に対応する当該リング母材Ａの先端側をこの肉厚ｔより薄くしたものをあらかじめ用意しておき、この状態で上記と同じ加工方法を実施することにより、筆先状のリップ１０を成形するとともに当該リップ１０と最端部環状溝１ｆとの間に隙間１１を形成するものである。

本発明に係るモールドピストンの一部切欠き縦断正面図である。 図１のモールドピストン成形時におけるダイスで押圧された状態の拡大断面図である。 図１のモールドピストン成形時におけるダイスを取りはずした状態の拡大断面図である。 成形後のモールドピストンの一部拡大断面図である。 他の実施の形態に係るモールドピストンの一部拡大正面図である。 他の実施の形態に係るモールドピストンの一部拡大正面図である。 従来のモールドピストンの一部切欠き縦断正面図である。 （ａ）（ｂ）は従来のモールドピストンを成形する工程を示すピストン本体とリング母材とダイスの断面図である。 従来のモールドピストン成形時の残留応力を示す拡大断面図である。 従来のモールドピストン成形時に発生する端部リップ部分の拡大断面図である。 従来のモールドピストンのリップの後加工を示す拡大断面図である。

符号の説明

１ ピストン本体
２ リング
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ 環状溝
２ａ リング本体
２ｃ 突起
９ ダイス
１０ リップ
Ａ 合成樹脂材
Ｐ モールドピストン

Claims (1)

1. 外周に軸方向に沿う複数の環状溝を備えたピストン本体と、ピストン本体の外周に嵌合されたリング本体と各環状溝に嵌合された内周側環状突起とリング本体の端部に形成されたリップとからなるリングとで構成され、リング本体の外周をシリンダの内周面に摺接させるモールドピストンにおいて、最端部環状溝の深さを他の環状溝の深さより深いピストン本体を用意し、同じく、肉厚が上記最端部環状溝の底面とシリンダ内周面との間の寸法より薄い合成樹脂リング母材を用意し、ダイスによって上記リング母材をピストン本体外周に加圧して押し込む工程と、上記押し込み工程中にリング母材を加熱軟化させて上記リング本体と上記内周側環状突起とを成形する工程と、同じく上記押し込み工程と加熱軟化の工程中にリング母材の端部外周を上記ダイスに圧接して引き伸ばし、当該端部外周のみに引っ張り残留応力を残しながら内周面を彎曲面に成形した先細のリップを成形する工程と、上記ダイスを取りはずして冷却させることにより上記内周面を湾曲させた状態に保ちながら上記リップの外周面を湾曲させると共に上記端部外周の引っ張り応力を利用してリング本体の外周面より外周側に盛り上がった彎曲部をリップの中央又はほぼ中央に成形させる工程と、からなることを特徴とするモールドピストンの成形方法。

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