(57)【要約】【課題】管体と蓋体との突合せ部におけるヒートバランスを良好に保って摩擦圧接を行うことができるように、接合品質の向上を図る。【解決手段】管体１に対する蓋体２の突合せ部に、管体１とほぼ同じ断面サイズの環状突起１０を形成し、この環状突起１０と管体１とを突合わせて摩擦圧接を行い、このとき生じた内ばり１３は、蓋体２のボス部３の周りに予め形成した逃げ溝１２に逃がす。ほぼ同じ肉厚の環状突起１０と管体１とを摩擦圧接するので、蓋体２と管体１との突合せ部におけるヒートバランスが良好となり、この結果、両者からほぼ同量のばり１３，１４が生じて良好な接合品質が得られるようになる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管体の一端に蓋体を摩擦圧接して管端を封口する方法であって、前記摩擦圧接に際して生じる内側のばりを、前記蓋体の、前記管体に嵌入されるボス部の周りの逃げ溝に逃がす管端封口方法において、前記管体に対する前記蓋体の突合せ部に、前記管体と断面サイズが類似の環状突起を予め形成し、該環状突起と前記管体とを突合せて摩擦圧接することを特徴とする管端封口方法。
【請求項２】
蓋体に形成する環状突起の高さを、少なくとも摩擦圧接時の片側寄り代と同じ大きさに設定することを特徴とする請求項１に記載の管端封口方法。
【請求項３】
蓋体のボス部の周りの逃げ溝が、該ボスの外周縁部から筒状に起立させた起立片を半径外方へカール加工することにより形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の管端封口方法。
【請求項４】
カール加工として、起立片の軸に対して傾斜して配置された自転可能なカール型を、前記軸中心に揺動回転させながら起立片に接近させる揺動回転方式を採用することを特徴とする請求項３に記載の管端封口方法。
【請求項５】
管体および蓋体が、アルミニウム系材料からなることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の管端封口方法。
【請求項６】
管体が、単筒式油圧緩衝器のシリンダを構成するチューブとして、蓋体が、前記シリンダの一端を閉じるエンドキャップとしてそれぞれ供されることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の管端封口方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管体の一端に蓋体を摩擦圧接して管端を封口する管端封口方法に係り、特に摩擦圧接に際して生じる内側のばりの逃げを有する継手により両者を接合する管端封口方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
管体と蓋体との摩擦圧接に際して生じる内側のばり（以下、内ばりという）の逃げを有する継手は、従来より知られている（例えば、非特許文献１参照）。図６および図７は、そのような継手を示したもので、管体１の一端に摩擦圧接される蓋体２には、管体１にわずかのクリアランスで嵌入されるボス部（先端ボス部）３が設けられると共に、該ボス部３の周りには環状の逃げ溝４が設けられている。摩擦圧接に際しては、図６に示されるように、管体１にボス部３を嵌入させながら蓋体２が管体１に突合わされ、この状態で両者が相対回転されて摩擦圧接される。すると、図７に示されるように、摩擦圧接に際して生じた内ばり５が前記ボス部３の逃げ溝４に逃げ込み、これによって管体１の内部に内ばり５が露出することはなくなり、管体１の内面品質が確保される。
【０００３】
ところで、管体１と蓋体２とを突合せて摩擦圧接すると、両者の突合せ部におけるヒートバランスが悪いため、蓋体２側からあまりばりが出ず、接合部にブローホールや介在物などの欠陥が生じ易くなる。特に管体１および蓋体２がアルミニウム系材料からなる場合は、ヒートバランスが極端に悪化し、前記した欠陥が顕著になって所望の接合品質を安定して得ることは困難になる。なお、例えば、特許文献１には、蓋体の端面に環状突起を形成し、該突起を管体に突合せて摩擦圧接を行うようにしているが、前記突起の厚さが管体の肉厚よりも薄いため、ヒートバランスの悪化は避けられず、前記同様に良好な接合は望めない。
【０００４】
【非特許文献１】「摩擦圧接」摩擦圧接研究会編、コロナ社、昭和５４年５月１０日発行、１１２頁
【特許文献１】特開２００４−１５４８２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記した従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、管体と蓋体との突合せ部におけるヒートバランスを良好に保って摩擦圧接を行うことができるように、もって所望の接合品質の確保に大きく寄与する管端封口方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明は、管体の一端に蓋体を摩擦圧接して管端を封口する方法であって、前記摩擦圧接に際して生じる内側のばりを、前記蓋体の、前記管体に嵌入されるボス部の周りの逃げ溝に逃がす管端封口方法において、前記管体に対する前記蓋体の突合せ部に、前記管体と断面サイズが類似の環状突起を予め形成し、該環状突起と前記管体とを突合せて摩擦圧接することを特徴とする。
【０００７】
このように行う管端封口方法においては、断面サイズが類似の蓋体側の環状突起と管体とを突合せて摩擦圧接するので、蓋体と管体との突合せ部におけるヒートバランスは良好となり、両者からほぼ同量のばりが生じて良好な接合品質が得られるようになる。
【０００８】
本発明において、上記蓋体に形成する環状突起の高さは、少なくとも摩擦圧接時の片側寄り代と同じ大きさに設定するのが望ましく、これにより両者に生じるばり量は等しくなり、接合品質はより一層向上する。
【０００９】
本発明において、上記蓋体のボス部の周りの逃げ溝は、該ボスの外周縁部から筒状に起立させた起立片を半径外方へカール加工することにより形成されるようにすることができる。このように起立片を半径外方へカール加工することで、蓋体に予め形成した環状突起と協働して簡単に逃げ溝を形成することができる。この場合、前記カール加工として、起立片の軸に対して傾斜して配置された自転可能なカール型を、前記軸中心に揺動回転させながら前記起立片に接近させる揺動回転方式を採用するの望ましく、これにより起立片のカール加工を、クラックなどの不具合を発生させることなく円滑に行うことができる。
【００１０】
本発明において、上記管体および蓋体の材種は任意であるが、従来の摩擦圧接では接合困難であったアルミニウム系材料を選択する場合に、極めて有用となる。
【００１１】
本発明において、上記管体および蓋体の用途は任意であるが、単筒式油圧緩衝器のシリンダに適用する場合は、前記管体は、シリンダを構成するチューブとして、前記蓋体は、前記シリンダの一端を閉じるエンドキャップとしてそれぞれ供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る管端の封口方法によれば、管体と蓋体との突合せ部におけるヒートバランスを良好に保って摩擦圧接を行うことができるので、良好な接合品質を確保することでき、特にアルミニウム系材料からなる管体と蓋体との摩擦圧接に向けて極めて有用となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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づいて説明する。
【００１４】
図１は、本発明の１つの実施形態を示したものである。本実施形態は、管体１の一端に蓋体２を摩擦圧接して管端を封口するもので、管体１および蓋体２の全体的形状は、前出図６に示したものと同じであるので、ここでは、同一符号を用いることとする。本実施形態において、管体１の外径Ｄ１と蓋体２の外径Ｄ２とは同じ大きさに設定されており、両者は、外径を整合させて同心に突合わされるようになっている。しかして、管体１に対する蓋体２の突合せ部には環状突起１０が形成されている。この環状突起の肉厚ｔ２は、管体１の肉厚ｔ１とほぼ同じ厚さに設定されており、したがって、この環状突起１０は、管体１とほぼ同じ断面サイズとなっている。また、蓋体２のボス部３の先端にはフランジ部１１が一体に形成されており、ボス部３の周りには、このフランジ部１１と前記環状突起１０と協働して、前記逃げ溝４（図６、７）と同じ機能を有する逃げ溝１２が形成されている。
【００１５】
本実施形態において、蓋体２に形成された環状突起１０の高さＡは、少なくとも摩擦圧接時の片側寄り代（全寄り代の半分）となるようにその大きさが設定されている。すなわち、環状突起１０の高さＡは、片側寄り代が３ｍｍの場合には３ｍｍ以上に、片側寄り代が５ｍｍの場合は５ｍｍ以上にそれぞれ設定される。また、逃げ溝１２の底面を画定するボス部３の外径ｄ３は、摩擦圧接時に生じる内ばり１３（同図（Ｃ））の体積を考慮して、該内ばり１３の体積よりも逃げ溝１２の容積が大きくなるように設定されている。一方、この逃げ溝１２を形成するボス部３の先端のフランジ部１１の外径ｄ２は、管体１の内径ｄ１よりもわずか小径となっている（一例として、ｄ１−ｄ２＝０.４ｍｍ）。これにより管体１と蓋体２とを同心に突合わせた状態で、管体１の内面とフランジ部１１の外周面との間には、同図（Ｂ）に示されるようにわずかのクリアランスＳ（ここでは、０.２ｍｍ）が形成される。さらに、このフランジ部１１の板厚ｅは、前記逃げ溝１２内に逃げ込む内ばり１３からの圧力に耐える最小限の厚さに設定される。一例として、この板厚ｅは、管体１および蓋体２がアルミニウム系材料からなる場合、肉厚ｔ１の１／２程度とすれば十分である。
【００１６】
ここで、上記蓋体２のボス部３に対するフランジ部１１の形成は、図２に示されるように、該ボス３の外周縁部から筒状に起立させた起立片１５を半径外方へカール加工することにより形成される。本実施形態において、前記カール加工としては揺動回転方式を採用している。この揺動回転方式のカール加工は、同図に示されるように、起立片１５の軸Ｏ１に対して軸Ｏ２を所定の角度（揺動角度）θだけ傾斜して配置された自転可能なカール型１６を、前記起立片１５の軸Ｃ１中心に揺動回転させながら起立片１５に接近させて行うもので、カール型１６の前面側の、軸孔１７の周辺には、起立片１５に係合する成形面１８が形成されている。この成形面１８は、軸孔１７から半径外方へ向かうに従って後退方向へわずか傾斜するすくい角δ（δ＝θとなるように設計する）を有している。なお、起立片１５の高さＢは、前記フランジ部１１として加工された状態で所定の外径ｄ２（図１（Ａ））を確保できるようにその大きさが設定されている。
【００１７】
上記した揺動回転方式のカール加工においては、カール型１６をすりこぎ様に揺動回転させながら蓋体２の起立片１５に対して接近させると、該カール型１６の成形面１８が筒状の起立片１５に内側から片当りして転動（自転）し、起立片１５が次第に押し広げられる（カールされる）。そして、遂には、起立片１５が半径外方へほぼ９０度に押し曲げられ、これにより前記フランジ部１１が形成される。また、フランジ部１１が形成されることで、ボス部３の周りには逃げ溝１２が形成される。このように起立片１５のカール加工として揺動回転方式を採用することで、円滑にフランジ部１１を形成することができる。特に、蓋体２がアルミニウム系材料からなる場合は、その延性が鋼材に比べて低いため、単にプレス型でカール加工すると、フランジ部１１にクラックが発生し易くなるが、前記揺動回転方式のカール加工を採用することにより、逐次加工によりカール成形されるため、前記クラック発生を確実に防止することができる。なお、蓋体２がアルミニウム系材料からなる場合、一例として、カール型１６の揺動角度θは２度程度に、その周回速度は毎秒１〜１０回程度にそれぞれ設定される。
【００１８】
上記した管体１と蓋体２とを摩擦圧接するに際しては、図１（Ｂ）に示されるように、管体１にボス部３を嵌入させながら蓋体２が管体１に同心に突合わされる。そして、この状態で蓋体２と管体１とが相対回転され、この相対回転により両者の突合せ面に摩擦熱が発生し、蓋体２側の環状突起１０と管体１の先端部とが加熱される。その後、前記相対回転が停止され、蓋体２と管体１に軸方向の押圧力が加えられ（アプセット）、これによって両者の突合せ部が内・外にばりとして押出される。このとき、内側に押出された内ばり１３は、図１（Ｃ）に示されるように、蓋体２のボス部３の周りに形成された逃げ溝１２に逃げ込む。この場合、前記したように管体１の内面とボス部３の先端のフランジ部１１との間にはわずかのクリアランスＳ（図１（Ｂ））が存在するだけであるので、前記逃げ溝１２に逃込んだ内ばり１３は管体１の内部に侵入することなく逃げ溝１２内に留まり、これにより管体１の内面品質が確保される。なお、外側に押出された外ばり１４は、必要により機械加工により削除される。
【００１９】
このようにして摩擦圧接は終了するが、管体１に突合わされる蓋体２側の環状突起１０が、管体１とほぼ同じ肉厚（ｔ１＝ｔ２）を有しているので、上記した摩擦発熱に際し、回転蓋体２と管体１との突合せ部におけるヒートバランスは良好となり、そのアプセットで、両者からほぼ同量のばり１３，１４が発生し、この結果、良好な接合品質が得られるようになる。
【００２０】
ここで、摩擦圧接の方式には、大別してブレーキ方式とイナーシャ方式とがあるが、本発明の実施に際しては、そのどちらの方式を採用してもよい。このうち、ブレーキ方式では、クラッチおよびブレーキを備えた回転機構に前記管体１と蓋体２との何れか一方を、油圧シリンダ等からなる加圧機構に前二者の他方を支持させ、例えば、図３に示されるようなサイクル線図に従って摩擦圧接を行う。同図中、Ｔ１は加熱時間、Ｔ２はアプセット時間、Ｐ１は加熱時の印加圧力、Ｐ２はアプセット時の印加圧力、Ｎは回転数（主軸回転数）、Ｆは回転停止（クラッチ切、ブレーキ入）の時点をそれぞれ表しており、本発明の実施に際しては、事前にテストを行って最適の条件を把握し、それに従って摩擦圧接を行う。
【００２１】
因みに、図１に示した管体１として、外径Ｄ１＝５０ｍｍ、内径ｄ１＝４０ｍｍ、肉厚ｔ１＝５ｍｍのアルミニウム合金（Ａ６０６１）製チューブを選択し、これに、前記管体１と断面サイズが同じ環状突起１０を設けた、同じアルミニウム合金製の蓋体２を突合せて摩擦圧接したところ、主軸回転数Ｎ＝１３００ｒｐｍ、加熱時圧力Ｐ１＝１×１０4Ｎ、アプセット時圧力Ｐ２＝６×１０4Ｎ、片側寄り代５ｍｍの各条件設定で、良好な接合品質が得られた。
【００２２】
ところで、本発明の管端封口方法は、単筒式油圧緩衝器用シリンダ（有底シリンダ）の製造に利用することができる。この場合、前記管体１は、シリンダを構成するチューブとして、前記蓋体２は、該シリンダの一端を閉じるエンドキャップとしてそれぞれ供されることになる。一方、この単筒式油圧緩衝器のシリンダは、そのエンドキャップとしての蓋体２の背面に車両取付用のアイを接合して完成する。
【００２３】
図４は、本発明の管端封口方法によって得られたシリンダ本体２０のエンドキャップ（蓋体）２に対するアイ２１の接合に摩擦圧接を採用した場合の製造工程を示したものである。上記実施形態において、蓋体２の背面を円錐形状の凸面２ａとしたのは、アイ２１との摩擦圧接を考慮してのことであり、アイ２１の摩擦圧接に際しては、同図（Ａ）に示されるように、この蓋体２の凸面２ａの頂部に円筒形状のアイ２１の周面を突合わせて摩擦圧接が実施される。なお、この摩擦圧接時点では、上記管端封口に際して接合部に生じた外ばり１４はそのまま残しておく。同図（Ｂ）は、前記摩擦圧接後の接合部の状態を示したもので、接合部の周りには、ばり２２が発生している。シリンダは、その後、シリンダ本体２０の周りの外ばり１４を削除して完成し、これにより品質的に信頼性の高いシリンダが得られるようになる。
【００２４】
なお、上記シリンダの製造においては、図５に示されるように、上記蓋体２に相当する蓋部分２５ａと上記アイ２１に相当するアイ部分２５ｂとを一体に有するキャップ部材２５を用意し、このキャップ部材２５を上記したチューブとしての管体１に摩擦圧接するようにしてもよい。このような形状のキャップ部材２５は、例えば、アルミニウム系材料の熱間押出し加工により大量生産が可能であり、上記したシリンダ本体２０と蓋体２との摩擦圧接（図４）を省略できることと相俟って、単筒式油圧緩衝器用シリンダの製造コストは大幅に低減する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る管端封口方法の１つの実施形態を順を追って示す断面図である。
【図２】蓋体に逃げ溝を形成するために採用した揺動回転方式のカール加工の実施形態を示す断面図である。
【図３】本管端封口方法で行う摩擦圧接時の圧力および回転数の経時変化を示すサイクル線図である。
【図４】本管端封口方法によって得られたシリンダ本体を単筒式油圧緩衝器用シリンダの製造に適用した場合の製造工程を示す断面図である。
【図５】単筒式油圧緩衝器用シリンダの製造に用いるキャップ部材の他の形態を示す断面図である。
【図６】従来の管端封口方法の１つの実施形態の初期段階を示す断面図である。
【図７】従来の管端封口方法の１つの実施形態の最終段階を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１    管体
２    蓋体
３    ボス部
１０  環状突起
１１  フランジ部
１２  逃げ溝
１３  内ばり
１５  起立片
１６  カール型
２０  シリンダ本体
２１  アイ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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