JP6975085B2 - アキュムレータの外殻部材及びその製造方法、並びに、アキュムレータ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、アキュムレータの外殻部材及びその製造方法、並びに、アキュムレータ及びその製造方法に関する。

アキュムレータは、円筒状の外殻部材の内部にベローズを収容して構成される。アキュムレータの内部は、ベローズにより、ガス室と油室とに区画される。そして、油室への流入油の圧力変動が、ベローズの伸縮に伴うガス室内のガスの膨張作用により、緩衝される。このような圧力変動の緩衝作用を利用して、アキュムレータは、例えば自動車の油圧回路等に接続される。

アキュムレータに関する技術として、特許文献１に記載の技術がある。特許文献１には、円筒部と、前記円筒部の一端に形成された開口部と、前記円筒部の他端に形成された閉塞部とを有する外殻部材（特許文献１に記載のシェル２０）と、外殻部材に対して溶接された蓋部材（特許文献１に記載のシェル３０）とを備えるアキュムレータが記載されている。

特開２００３−１２０６０１号公報（特に、図１、段落００２１参照）

ところで、特許文献１に記載のアキュムレータにおいては、外殻部材と蓋部材とを溶接した溶接部近傍において外側に張り出しているものの、外殻部材の肉厚は一様である。そのため、溶接部における外殻部材の肉厚も、外殻部材における他の部位の肉厚と同じになっている。しかし、アキュムレータの内部は高圧であるため、応力は、他の部位と比較して脆い溶接部に集中する。そのため、溶接部の部分が破断し易くなり、アキュムレータの耐久性に課題がある。

一方で、特許文献１に記載のアキュムレータにおいて、溶接部の肉厚を厚くして耐久性を改善しようとした場合、外殻部材全体の肉厚が厚くなる。この結果、アキュムレータが重くなり、アキュムレータを搭載した車両等の重量が重くなる。これにより、車両等の燃費の低下を招く。

本発明の少なくとも一実施形態は、耐久性を向上させつつ軽量化可能なアキュムレータの外殻部材及びその製造方法、並びに、アキュムレータ及びその製造方法を提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係るアキュムレータの外殻部材は、蓋部材と、円筒部と、前記円筒部の一端に形成され、前記蓋部材に溶接された開口部と、前記円筒部の他端に形成された閉塞部とを有する外殻部材と、前記外殻部材に収容された蓄圧部品と、を備えるアキュムレータを構成する外殻部材であって、前記円筒部は、第１壁部と、前記開口部を有する第２壁部とを備え、前記第２壁部の肉厚は、前記第１壁部の肉厚よりも厚くなっていることを特徴とする。

上記（１）の構成によれば、蓋部材に対して溶接してアキュムレータを得たときに、溶接部の肉厚を厚くすることができる。これにより、アキュムレータの使用時に、溶接部に応力が集中しても、溶接部を起点とする破断を抑制し、アキュムレータの耐久性を向上させることができる。また、第２壁部以外の部分（第１壁部を含む）では肉厚が第２壁部よりも薄くなっているため、アキュムレータの軽量化を図ることができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）において、前記第２壁部は、前記第１壁部よりも外側に張り出すように形成されたことを特徴とする。

上記（２）の構成によれば、外殻部材の内容積を確保して、アキュムレータによる圧力変動の緩衝作用を十分に発揮させることができる。また、内側への張り出しが抑制されるため、応力の集中を抑制して、アキュムレータの耐久性を高めることができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）において、前記円筒部は、前記第１壁部と前記第２壁部との間に、前記第１壁部の外側面と前記第２壁部の外側面とを接続するためのテーパ部を備えることを特徴とする。

上記（３）の構成によれば、外殻部材の製造の際、成形機から取り外すときに取り外しを容易に行うことができる。また、テーパ部を備えることで、円筒部の肉厚を徐々に変化させることができ、溶接の対象となる開口部の肉厚を十分に確保しつつ、他の部分の肉厚を薄くして、外殻部材の軽量化を図ることができる。

（４）本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係るアキュムレータの外殻部材の製造方法は、上記（１）〜（３）の何れか１に記載のアキュムレータの外殻部材を製造するための方法であって、金属製の円板であって、縁部の厚さが中心部よりも厚くなった円板を筒状にプレス成形するための成形工程を有することを特徴とする。

上記（４）の方法によれば、金属性の円板を使用したプレス成形によって、外殻部材を製造することができる。このため、鋳造等によって製造する場合と比べて、製造工程を大幅に簡略化することができる。また、鋳造設備等と比べて、製造設備を簡便なものとすることができる。

（５）本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係るアキュムレータは、上記（１）〜（３）の何れか１項に記載のアキュムレータの外殻部材を備えるアキュムレータであって、前記アキュムレータは、前記外殻部材の前記開口部と前記蓋部材との接合部分に溶接部を備えることを特徴とする。

上記（５）の方法によれば、アキュムレータの使用時に、溶接部に応力が集中しても、溶接部を起点とする破断を抑制し、アキュムレータの耐久性を向上させることができる。また、第２壁部以外の部分では肉厚が薄くなっているため、アキュムレータの軽量化を図ることができる。

（６）本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係るアキュムレータの製造方法は、前記外殻部材の前記開口部と前記蓋部材とを溶接するための溶接工程を有することを特徴とする。

上記（６）の方法によれば、外殻部材と蓋部材とを、別途の接合部材を使用することなく、溶接により接合することができる。

本発明の少なくとも一実施形態により、耐久性を向上させつつ軽量化可能なアキュムレータの外殻部材及びその製造方法、並びに、アキュムレータ及びその製造方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るアキュムレータの断面図である。 本発明の一実施形態に係る外殻部材の断面図である。 本発明の一実施形態に係るアキュムレータの製造方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る外殻部材を筒状にプレス成形する際の模式図である。 図４に示すプレス成形により得られた外殻部材の断面図である。 外殻部材の開口部を蓋部材の上面に載せた様子を示す図である。 外殻部材と蓋部材との対向部分に形成される溶接部を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、以下に実施形態として記載されている内容又は図面に記載されている内容は、あくまでも例示に過ぎず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、任意に変更して実施することができる。また、各実施形態は、２つ以上を任意に組み合わせて実施することができる。
また、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は、本発明の一実施形態に係るアキュムレータ１００の断面図である。アキュムレータ１００は、外殻部材１０と、蓋部材３０と、外殻部材１０に収容された蓄圧部品７０とを備える。アキュムレータ１００の内部において、蓄圧部品７０を構成するベローズ５０の上方にガス室Ｇが形成される。一方で、ベローズ５０の下方に液室Ｌが形成される。

外殻部材１０は、円筒部１１と、円筒部１１の一端（下端）に形成された開口部１３と、円筒部１１の他端（上端）に形成された閉塞部１２とを有する。外殻部材１０は蓋部材３０に溶接される。従って、外殻部材１０の開口部１３は、蓋部材３０により封止（閉塞）される。そして、外殻部材１０の開口部１３と蓋部材３０との溶接部分には溶接部４０が形成される。

また、閉塞部１２には、ガス注入口２１が形成されており、ガス注入口２１はプラグ２２によって封止される。なお、プラグ２２は、閉塞部１２に溶接される。プラグ２２の上方にはヘッド２３が配置され、ヘッド２３も閉塞部１２に溶接される。

蓋部材３０は、上面視で円形状を有しており、所謂「鏡板」といわれるものである。蓋部材３０には、アキュムレータ１００の内外を連通するポート３１が形成される。ポート３１は、図示しない油圧回路に接続され、油圧回路からの油がポート３１を通じてアキュムレータ１００の内部に侵入することで、油圧回路における圧力変動が緩衝される。

蓋部材３０の外径は、上記円筒部１１の開口部１３の外径と一致する。ただし、詳細は図２を参照しながら説明するが、外殻部材１０は、下方に向かって外側に広がるような形状になっている。そのため、蓋部材３０の外径は、円筒部１１の上端に形成される閉塞部１２の外径よりは長くなっている。

蓄圧部品７０は、上記のように外殻部材１０に収容されたものであり、蓄圧部品７０が相互に作用することで、圧力変動の緩衝作用が奏される。蓄圧部品７０は、例えば成形ベローズにより構成されるベローズ５０と、円筒部材５１と、連通孔５２と、セルフシール６２と、シール機能部材６３と、ガイド６４とを備えて構成される。

これらのうち、セルフシール６２は、シール機能部材６３の下面に固定される。また、シール機能部材６３の縁には、シール機能部材６３の上下動をガイドするためのガイド６４が固定される。さらには、シール機能部材６３の下面とガイド６４の上面との間には、ベローズ５０の上端が固定される。従って、セルフシール６２、シール機能部材６３及びガイド６４は、ベローズ５０と一体になっている。

ベローズ５０が収縮しているとき、セルフシール６２の下端６２ａは、円筒部材５１の上端面５１ａに接触している。そして、この状態で、ポート３１を通じて図示しない油圧回路の油が円筒部材５１の内部に入り、液室Ｌの圧力がガス室Ｇの圧力を超えると、ベローズ５０が上方に伸び始める。これにより、ベローズ５０と一体となって形成されたシール機能部材６３等は、ガイド６４によって上方に移動する。この結果、ガス室Ｇの気体が圧縮される。

一方で、液室Ｌの圧力が低下し、ガス室Ｇの圧力を下回ると、ベローズ５０は下方に収縮する。そして、最終的には、セルフシール６２の下端６２ａが円筒部材５１の上端面５１ａに接触する位置に、シール機能部材６３等が戻る。この結果、ガス室Ｇの気体が膨張され、圧縮前の状態に戻る。

そして、このようなガス室Ｇのガスの圧縮及び膨張作用により、油圧回路を流れる油の圧力変動が緩衝される。これにより、油圧回路の脈動が抑制される。

図２は、本発明の一実施形態に係る外殻部材１０の断面図である。なお、図２では、外殻部材の内部に収容された蓄圧部品７０の図示を省略する。外殻部材１０を構成する円筒部１１は、上端部１１ａ（第１壁部）と、上端部１１ａよりも外側に張り出すように形成された張り出し部１１ｃ（第２壁部）とを備える。従って、円筒部１１は、下方に向かって外側に張り出すように形成されている。即ち、円筒部１１の内面は、鉛直方向に一様な面により形成されているが、その外面は下方に向かって外側に張り出している。

このように、張り出し部１１ｃが上端部１１ａよりも外側に張り出すように張り出し部１１ｃが形成されたことで、外殻部材１０の内容積を確保して、アキュムレータ１００による圧力変動の緩衝作用を十分に発揮させることができる。また、内側への張り出しが抑制されるため、応力の集中を抑制して、アキュムレータの耐久性を高めることができる。

上端部１１ａの肉厚ｄ１と、張り出し部１１ｃの肉厚ｄ２との相対的な関係として、外殻部材１０では、ｄ２＞ｄ１（即ち、張り出し部１１ｃの方が上端部１１ａよりも厚い）が成立する。そして、張り出し部１１ｃの肉厚ｄ２は、好ましくは上端部１１ａの肉厚ｄ１の１．０３倍以上、より好ましくは１．０５倍以上、特に好ましくは１．０７倍以上である。また、その上限は特に制限されないが、張り出し部１１ｃの肉厚ｄ２は、好ましくは上端部１１ａの肉厚ｄ１の１．２倍以下、より好ましくは１．１５倍以下、特に１．１２倍以下である。なお、張り出し部１１ｃの肉厚は、張り出し部１１ｃの上下方向全域に亘って同じとすることが好ましい。

このように、外殻部材１０では、張り出し部１１ｃの肉厚は、上端部１１ａの肉厚よりも厚くなっている。張り出し部１１ｃの肉厚が上端部１１ａの肉厚よりも厚いことで、溶接部４０の肉厚を厚くすることができる。これにより、アキュムレータ１００の使用時に、溶接部４０に応力が集中しても、溶接部４０を起点とする破断を抑制し、アキュムレータ１００の耐久性を向上させることができる。また、張り出し部１１ｃ以外の部分（上端部１１ａのほか、後記するテーパ部１１ｂを含む）では肉厚が張り出し部１１ｃよりも薄くなっているため、アキュムレータ１００の軽量化を図ることができる。

また、円筒部１１は、上記の上端部１１ａ及び張り出し部１１ｃのほか、これらの間に、上端部１１ａの外側面と張り出し部１１ｃの外側面とを接続するためのテーパ部１１ｂとを備える。テーパ部１１ｂを備えることで、外殻部材１０を例えばプレス成形により製造する際、ダイ（図示しない）からの取り外しを容易に行うことができる。また、テーパ部１１ｂを備えることで、円筒部１１の肉厚を徐々に変化させることができ、溶接部４０（溶接の対象となる開口部１３（図５参照）に相当）の肉厚を十分に確保しつつ、他の部分の肉厚を薄くして、外殻部材１０の軽量化を図ることができる。

なお、上記の例では、円筒部１１において、上端部１１ａと張り出し部１１ｃとの間にテーパ部１１ｂが形成されるようにしたが、テーパ部１１ｂを形成せずに、図１に示す断面視で例えば矩形となる段差を設けるようにしてもよい。また、テーパ部１１ｂを形成する場合においても、テーパの位置は図２の例に限られず、例えば、円筒部１１の上端から高さ方向中央近傍までは同じ肉厚（上記の上端部１１ａに相当。第１壁部）とし、当該高さ方向中央近傍を起点として張り出し部１１ｃに延びるテーパ部が形成されるようにしてもよい。

図３は、本発明の一実施形態に係るアキュムレータ１００の製造方法（以下、単に「本実施形態の製造方法」ということがある）を示すフローチャートである。本実施形態の製造方法は、成形工程Ｓ１と、組立工程Ｓ２と、溶接工程Ｓ３とを有する。これらの工程のうち、成形工程Ｓ１によって外殻部材１０が製造される。そして、組立工程Ｓ２及び溶接工程Ｓ３によって、成形工程Ｓ１で製造された外殻部材１０を用いてアキュムレータ１００が製造される。なお、各工程は、それぞれ複数回行うことができる。具体的には例えば、成形工程Ｓ１を複数繰り返し、所望の形状を有する外殻部材１０を形成するようにすることができる。

成形工程Ｓ１は、金属製の円板であって、縁部の厚さが中心部よりも厚くなった円板を筒状にプレス成形するための工程である。成形工程Ｓ１を経ることで、外殻部材１０が得られる。この点について、図４及び図５を参照しながら説明する。

図４は、本発明の一実施形態に係る外殻部材１０を筒状にプレス成形する際の模式図である。外殻部材１０は、縁部２００ａを支持可能なダイ（図示しない）に金属製の円板２００を載せ、円板２００の中央部２００ｃをパンチ２０１によりプレスすることで形成される。このプレス加工は、所謂「絞り加工」といわれるものである。

円板２００は、縁部２００ａと、テーパ部２００ｂと、中央部２００ｃとを有するものである。なお、縁部２００ａはプレス成形後の張り出し部１１ｃ（図２参照）、テーパ部２００ｂはプレス成形後のテーパ部１１ｂ（図２参照）、中央部２００ｃはプレス成形後の閉塞部１２（図１参照）に相当する。また、テーパ部２００ｂと中央部２００ｃとの境界部がプレス成形後の上端部１１ａ（図２参照）に相当する。さらには、円板２００の側面２００ｅはプレス成形後の開口端面１３ａ（図６参照）に相当する。

円板２００では、中央部２００ｃの肉厚が最も薄く、縁部２００ａの肉厚が最も厚くなっている。そして、中央部２００ｃと縁部２００ａとの間には、これらを接続するためのテーパ部２００ｂが形成される。テーパ部２００ｂの肉厚は、中央部２００ｃから縁部２００ａに向かって徐々に厚くなっている。なお、円板２００において、パンチ２０１によってプレスされる側の面は一様であり、当該面とは反対側の面の形状が外方向（径方向外側）に向かって変化している。

なお、円板２００は、例えば、素材板となる金属板を円形状に打ち抜いた後、円形状の平板の表面を加工することで、製造することができる。表面加工の方法としては、例えば、増肉加工を行うことで、素材板の肉厚よりも厚い肉厚の縁部２００ａを形成することができる。また、例えば、圧延加工を行うことで、素材板の肉厚よりも薄い肉厚の中央部２００ｃを形成することができる。特に、上記のように、中央部２００ｃ及びテーパ部２００ｂと中央部２００ｃとの境界部はそれぞれ閉塞部１２及び上端部１１ａに相当するが、アキュムレータの使用時、これらの部分にはかかる応力が小さい。そこで、中央部２００ｃ及び境界部について圧延加工を行い、素材板の肉厚よりも薄くすることで、アキュムレータの軽量化を図ることができる。

図５は、図４に示すプレス成形により得られた外殻部材１０の断面図である。パンチ２０１（図４参照）によるプレスによって、テーパ部２００ｂと中央部２００ｃとの境界部の近傍で円板２００が周方向全域に亘って折れ曲がる。そして、パンチ２０１によるプレスを適宜複数回繰り替えすことで、円板２００が筒状に成形され、外殻部材１０が得られる。外殻部材１０は、上記のように、円筒部１１及び閉塞部１２を備えるほか、開口部１３を有する。

このようにして外殻部材１０が成形されることで、金属性の円板２００を使用したプレス成形によって、外殻部材１０を製造することができる。このため、鋳造等によって製造する場合と比べて、製造工程を大幅に簡略化することができる。また、鋳造設備等と比べて、製造設備を簡便なものとすることができる。

図３に戻って、組立工程Ｓ２は、アキュムレータ１００を構成する部品（外殻部材１０、蓋部材３０、蓄圧部品７０等）を組み立てるための工程である。具体的には、蓋部材３０の上面３２（図６参照）に上記の蓄圧部品７０（図１参照）を取り付けた後、成形工程Ｓ１において製造された外殻部材１０を被せることで、組立工程Ｓ２が行われる。外殻部材１０を蓄圧部品７０に被せ、蓋部材３０に載せる点について、図６を参照しながら説明する。

図６は、外殻部材１０の開口部１３を蓋部材３０の上面３２に載せた様子を示す図である。上記のように、開口部１３を有する張り出し部１１ｃの外径と、蓋部材３０の外径とは一致する。そのため、外殻部材１０の開口部１３を蓋部材３０の上面３２に載せると、外殻部材１０の外側面（円筒部１１の外側面）と、蓋部材３０の側面とは、同一面内に配置される。

また、蓋部材３０に外殻部材１０を載せると、外殻部材１０の開口端面１３ａは、蓋部材３０の上面３２に対向する。そして、この状態で、開口端面１３ａ及び上面３２の部分を、図６において二点鎖線で示す溶接装置３００によって溶接が行われる。この点の詳細は後記する。

再び図３に戻って、溶接工程Ｓ３は、外殻部材１０の開口端面１３ａと蓋部材３０の上面３２とが対向している状態で、外殻部材１０の開口端面１３ａと蓋部材３０とを溶接するための工程である。これらの溶接により、上記の溶接部４０が形成される。溶接は、上記のように、図６において二点鎖線で示す溶接装置３００を用いた溶接が行われる。具体的な溶接の手法としては、例えば電子ビーム溶接、レーザビーム溶接等を使用することができる。

図７は、外殻部材１０と蓋部材３０との対向部分に形成される溶接部４０を示す図である。溶接部４０は、開口端面１３ａ及び上面３２（いずれも図６参照）の双方の全体を覆うようにして形成される。このようにすることで、外殻部材１０と蓋部材３０との接続を強固にすることができる。また、以上のような溶接工程Ｓ３を備えることで、外殻部材１０と蓋部材３０とを、別途の接合部材を使用することなく、溶接により接合することができる。

１０ 外殻部材
１１ 円筒部
１１ａ 上端部
１１ｂ テーパ部
１１ｃ 張り出し部
１２ 閉塞部
１３ 開口部
１３ａ 開口端面
２１ ガス注入口
２２ プラグ
２３ ヘッド
３０ 蓋部材
３１ ポート
３２ 上面
４０ 溶接部
５０ ベローズ
５１ 円筒部材
５１ａ 上端面
５２ 連通孔
６２ セルフシール
６２ａ 下端
６３ シール機能部材
６４ ガイド
７０ 蓄圧部品
１００ アキュムレータ
２００ 円板
２００ａ 縁部
２００ｂ テーパ部
２００ｃ 中央部
２００ｅ 側面
２０１ パンチ
３００ 溶接装置
Ｇ ガス室
Ｌ 液室

Claims (5)

1. 蓋部材と、
   円筒部と、前記円筒部の一端に形成され、前記蓋部材に溶接された開口部と、前記円筒部の他端に形成された閉塞部とを有する外殻部材と、
   前記外殻部材に収容された蓄圧部品と、を備えるアキュムレータを構成する外殻部材であって、
   前記円筒部は、前記円筒部の上端から高さ方向中央近傍まで同じ肉厚で形成された壁部である第１壁部と、前記開口部を有する第２壁部と、前記第１壁部から前記第２壁部まで前記第１壁部よりも外側に張り出すように肉厚が変化して、前記第１壁部の外側面と前記第２壁部の外側面とを接続するためのテーパ部とを備え、
   前記第２壁部の肉厚は、前記第１壁部の肉厚よりも厚くなっていることを特徴とする、アキュムレータの外殻部材。
2. 前記第２壁部は、上下方向全域において前記第１壁部の肉厚の１．０３倍以上かつ１．２倍以下の肉厚を有することを特徴とする、請求項１に記載のアキュムレータの外殻部材。
3. 請求項１又は２に記載のアキュムレータの外殻部材を製造するための方法であって、
   金属製の円板であって、縁部の厚さが中心部よりも厚くなった円板を筒状にプレス成形するための成形工程を有することを特徴とする、アキュムレータの外殻部材の製造方法。
4. 請求項１又は２に記載のアキュムレータの外殻部材を備えるアキュムレータであって、
   前記アキュムレータは、前記外殻部材の前記開口部と前記蓋部材との接合部分に前記外殻部材の開口端面及び前記蓋部材の上面の対向領域全体を覆うように形成された溶接部を備えることを特徴とする、アキュムレータ。
5. 請求項４に記載のアキュムレータを製造するための方法であって、
   前記外殻部材の前記開口部と前記蓋部材とを溶接するための溶接工程を有することを特徴とする、アキュムレータの製造方法。

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