(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
細長いピストン本体と、ピストンキャップと、ピストンキャップのステムと、ピストンキャップのヘッドとを備えた閉口キャビティピストンであって；
（１）細長いピストン本体が閉口端及び開口端を備えていて、開口端が入口開口部と、開口部から奥へ延びたキャビティを備えていて、閉口端に続く底壁と、入口開口部に続く開口端において長手方向に向いたリムとなっている外壁とを形成していることと、
（２）ピストンキャップがピストン本体とは別体として形成されていて、中央長手方向軸と、対向する第１端及び第２端と、第１端に設けられていて、ステムの長手方向軸に対して直角方向に外方へ突出しているヘッドとを有していること、
（３）ピストンキャップのステムの第２端が、ピストン本体の底壁に接合されていること、
（４）ピストンキャップのヘッドが、ピストン本体の長手方向に向いたリムに当接状態で固着されていて入口開口部を遮蔽し、内方に形成されたキャビティを密閉するのに十分な大きさを備えていることを、特徴とする閉口キャビティピストン。
【請求項２】
ステムの第２端が、ピストン本体の底壁に形成された凹入受け部に係合するようになっている、請求項１に記載されたピストン。
【請求項３】
受け部が、凹入中央部と、これと連続する皿状傾斜部とを備えている請求項２に記載されたピストン。
【請求項４】
凹入中央部が円錐形である、請求項３に記載されたピストン。
【請求項５】
凹入中央部が、ピストン本体の軸線と直交する平面において、ステムの第２端と係合する円形部を備えている、請求項３に記載されたピストン。
【請求項６】
ステムの第２端が、ステムの軸線と直交する平坦な端面となっている、請求項５に記載されたピストン。
【請求項７】
ステムの第２端にある平坦な端面が、円形であり、ピストン本体の底壁の凹入中央部にある円径部と同じ直径となっている、請求項６に記載されたピストン。
【請求項８】
ステムの端が、円錐形であり、９０°〜１６５°の角度となっている、請求項４に記載されたピストン。
【請求項９】
ステムの円錐形の端の角度が、１２０°である、請求項８に記載されたピストン。
【請求項１０】
ピストン本体を、冷間成形処理して溶接可能状態とし、ピストン本体を機械加工処理することなく、ピストンキャップをピストン本体に接合してなる、請求項１に記載されたピストン。
【請求項１１】
細長いピストン本体と、ピストンキャップと、ピストンキャップのステムと、ピストンキャップのヘッドとを備えた閉口キャビティピストンであって；細長いピストン本体が閉口端及び開口端を備えていて、開口端が入口開口部と、開口部から奥へ延びたキャビティを備えていて、閉口端に続く底壁と、入口開口部に続く開口端において長手方向に向いたリムとなっている外壁とを形成していることと、ピストンキャップがピストン本体とは別体として形成されていて、中央長手方向軸と、対向する第１端及び第２端と、第１端に設けられていて、ステムの長手方向軸に対して直角方向に外方へ突出しているヘッドとを有していること、ピストンキャップのステムの第２端が、ピストン本体の底壁に接合されていること、ピストンキャップのヘッドが、ピストン本体の長手方向に向いたリムに当接状態で固着されていて入口開口部を遮蔽し、内方に形成されたキャビティを密閉するのに十分な大きさを備えていることを特徴とする閉口キャビティピストンを製造する方法であって；
（１）閉口端及び開口端を備えていて、開口端が入口開口部と、開口部から奥へ延びたキャビティを備えていて、閉口端に続く底壁と、入口開口部に続く開口端において長手方向に向いたリムとなっている外壁とを形成している細長いピストン本体を形成することと、
（２）中央長手方向軸と、対向する第１端及び第２端と、第１端に設けられていてステムの長手方向軸に対して直角方向に外方へ突出しているヘッドとを有している細長いステムを備えたピストンキャップを形成することと、
（３）ピストンキャップのステムを、ピストン本体のキャビティ内に挿入してステムを底壁に契合させることと、
（４）ピストンキャップのステムをピストン本体の底壁に慣性摩擦溶接することと、
（５）ピストンキャップのリムをピストン本体のリムに溶接することにより、ピストン本体とピストンキャップを密着させて内部キャビティを閉鎖することを含む細長いピストン本体と、ピストンキャップと、ピストンキャップのステムと、ピストンキャップのヘッドとを備えた閉口キャビティピストンを製造する方法。
【請求項１２】
ピストン本体のリムをピストンキャップのリムに、慣性摩擦溶接によって行う請求項１１に記載された製造方法。
【請求項１３】
ピストン本体に対するステムの慣性摩擦溶接と、ピストン本体のリムに対するピストンキャップのリムの慣性摩擦溶接とを、ピストン本体とピストンキャップを、互いに相対回転した時に、同時に行う請求項１２に記載された製造方法。
【請求項１４】
ピストン本体を冷間成形処理するようにした請求項１１に記載された製造方法。
【請求項１５】
ピストンキャップを冷間成形処理するようにした請求項１４に記載された製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トランスミッション、ポンプ、モータのような油圧ユニットに関する。より詳しく言うと、本発明は、油圧ユニットのシリンダ孔内を往復摺動しうる閉口キャビティピストン、すなわちオイル容量減少型ピストンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の閉口キャビティピストンは、農機具、芝刈り機、建設機械等の油圧ユニットに用いられている。閉口キャビティピストン、すなわち従来のオイル容量減少型ピストンは、細長い円筒状の本体と、頭が平らな円筒状のキャップを備えている。
【０００３】
本体の一端は、閉じられており、他端には、比較的高価な「ターゲットドリル」処理により形成された、奥行きのある環状のキャビティが形成されている。ターゲットドリル処理により、本体の中央に、閉口端と一体をなし、かつ、開口端側へ延びるステムが形成される。
【０００４】
キャップは冷間成形され、対向する閉口端及び開口端を有している。開口端には、環状溝と平頭のステムとが形成され、キャップは、開口端において、本体のステム及び外壁と合致するようになっている。
【０００５】
従来のピストンは、開口端の周辺において、本体のステムと内壁との間にワッシャを嵌合して組み立てられている。このワッシャにより、溶接時に、ステムは、中央の位置に安定よく保たれる。
【０００６】
その後、ピストンキャップ及び本体は、それぞれの開口端が一致する単一の断面に沿って、慣性摩擦溶接される。それにより、中空で軽量の閉口キャビティピストンが形成されるが、複雑なターゲットドリル処理のために、相当に高価となってしまう。
【０００７】
通常、油圧ユニットにおいては、各ユニット毎に複数のピストンが必要であるので、ピストンのコストは、油圧ユニット及び油圧トランスミッション全体のコストに大きく影響する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、ターゲットドリル処理を必要とせず、製造コストを削減できる閉口キャビティピストン及びその製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、油圧ユニットのための閉口キャビティピストン及びその製造方法に関する。
本発明による閉口キャビティピストンは、細長いピストン本体と、細長いステム及びステムと一体化をなすヘッドを有し、かつ別体として形成されたピストンキャップとを備えている。
ピストン本体は、閉口端及び開口端を有し、かつ閉口端と隣接する底壁と、開口端において、リムとなって終端している外壁とを有するキャビティを備えている。
ピストンキャップのステムは、ピストン本体の底壁に摩擦慣性溶接されており、ピストンキャップのヘッドは、ピストン本体のリムに溶接されており、開口部が遮蔽され、内方に形成されたキャビティは密閉されている。ピストンのこれらの部材は、比較的安価な通常の冷間成形技術により製造されている。
ピストンキャップのステムは、底壁に当接するまで、ピストン本体のキャビティに挿入される。その後、ピストンキャップは、ステムと底壁との接合部、及びヘッドとリムとの接合部において、ピストン本体に慣性摩擦溶接される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は、公知の要領で慣性溶接されたピストン（１０）を示している。
【００１１】
上述したように、ピストン（１０）は、鋼鉄製のピストン本体（１２）、冷間成形された鋼鉄製のピストンキャップ（１４）、及び金属ワッシャ（１６）を備えている。
【００１２】
ピストン本体（１２）は、閉口端及び開口端を有し、内側には、円筒状のキャビティ（１８）が設けられている。ピストン本体（１２）の閉口端からは、ステム（２０）が延び、ステム（２０）の自由端（２２）は、ピストン本体（１２）のリム（２４）と同一面上に位置している。
【００１３】
ピストンキャップ（１４）は、ピストン本体（１２）と同様に円筒状であり、冷間成形されている。
【００１４】
しかし、ステム（２０）は細長いため、ピストン本体（１２）を冷間成形することはできない。また、キャビティ（１８）及びステム（２０）を形成するには、高価なターゲットドリル加工をする必要がある。
【００１５】
ピストンキャップ（１４）は、リム（２４）とステム（２０）の自由端（２２）とを含む１つの面上において、ピストン本体（１２）に慣性溶接されている。
【００１６】
図３及び図４に示す、本発明のピストン（３０）は、鋼鉄製のピストン本体（３２）及びピストンキャップ（３４）を備えている。ピストン本体（３２）は細長く、対向する開口端及び閉口端を有している。ピストン本体（３２）は、円筒状であり、かつ、内側中央に、おおむね円筒状のキャビティ（３８）を有している。
【００１７】
ピストン本体（３２）の開口端は、入口となっており、その内方に設けられたキャビティ（３８）は、開口部から奥へ延びて、閉口端と隣接する底壁（４０）と、ピストン本体（３２）の開口部と隣接するリム（４４）とを有する外壁（４２）を形成している。
【００１８】
底壁（４０）には、凹入中央部（４８）及び凹入中央部（４８）と連続している皿状傾斜部（５０）とからなる受け部（４６）が形成されている。
【００１９】
図３及び図４に示す実施例では、凹入中央部（４８）は円錐形であり、９０°〜１６５°の角度、より好ましくは約１２０°の角度となっており、部材が底壁に完全には冷間成形されていない時に、１１８°の錐尖を有する標準的なドリルで凹入中央部（４８）を形成できるようになっている。皿状傾斜部（５０）は、ピストン本体（３２）の中央軸線と直交する面に対して、約１５°の角度Ｂをなしているのが好ましい。
【００２０】
ピストンキャップ（３４）は、中央軸線を有する細長い円柱状のステム（５２）、対向する第１端及び第２端、及び第１端側に形成されたヘッド（５４）を備えている。ヘッド（５４）は、ステム（５２）の軸線に対して直角方向に、外方へ突出している。
【００２１】
ヘッド（５４）は、ピストン本体（３２）の開口部を遮蔽するのに十分な大きさとなっている。ピストン（３０）を軽量化するために、ピストンキャップ（３４）のヘッド（５４）に、ステム（５２）を取り巻く環状の凹部または溝（５８）を設けることもある。
【００２２】
図３及び図４の実施例に示すように、ステム（５２）の第２端（５６）は円錐状であり、ピストン本体（３２）の底壁（４０）の受け部（４６）に形成された、凹入中央部（４８）とおおむね一致するような形状となっている。受け部（４６）の皿状傾斜部（５０）により、ステム（５２）の第２端（５６）は、凹入中央部（４８）へ案内される。ステム（５２）の円錐状の第２端（５６）の角度は、おおむね９０°〜１６５°、より好ましくは約１２０°である。
【００２３】
図５に示す実施例は、ピストンキャップ（３４Ａ）が、中央孔、すなわち内方に設けられたキャビティ（３８Ａ）と、リム（４４Ａ）を有する外壁（４２Ａ）と、底壁（４０Ａ）とを有するピストン本体（３２Ａ）に取り付けられるという点で類似している。
【００２４】
しかし、ステム（５２Ａ）の第２端（５６Ａ）は、ステム（５２）の軸線と直交する平面となっている。同様に、受け部（４６Ａ）の凹入中央部（４８Ａ）は、ピストン本体（３２Ａ）の軸線と直交する平面により形成された円形部となっている。
【００２５】
凹入中央部（４８Ａ）の円形部の直径は、ステム（５２Ａ）の第２端（５６Ａ）のそれとほぼ同じである。皿状傾斜部（５０Ａ）は、ステム（５２Ａ）を凹入中央部（４８Ａ）へ案内するために設けられている。
【００２６】
本発明によるピストン（３０）（３０Ａ）を製造する工程は、基本的に同じである。ピストン本体（３２）（３２Ａ）及びピストンキャップ（３４）（３４Ａ）は、冷間成形処理されたステム及び底壁と溶接可能な状態で設けられるのが好ましい。また、これらの部材全体を、素材から機械加工してもよい。このようにして、比較的高価なターゲットドリル処理が不要となる。
【００２７】
ステム（５２）（５２Ａ）を、底壁（４０）（４０Ａ）と当接するまで、キャビティ（３８）（３８Ａ）に挿入する。次に、ピストン本体（３２）とピストンキャップ（３４）とを、またはピストン本体（３２Ａ）とピストンキャップ（３４Ａ）とを相対回転させ、慣性摩擦溶接する。
【００２８】
ステム（５２）（５２Ａ）の長さ（ＬＳ）は、キャビティ（３８）（３８Ａ）の深さ（ＣＤ）よりもやや長くなっており、慣性溶接による通常の長さ損失を補うことができるようになっている。すなわち、ステム（５２）（５２Ａ）の長さ（ＬＳ）は、ステムと底壁との接合部、及びキャップヘッドとリムとの接合部における材料損失を補うのに十分な長さだけ、キャビティの深さ（ＣＤ）よりも長くなっている。
【００２９】
しかし、長さ（ＬＳ）が深さ（ＣＤ）よりも余計に長くなりすぎないようにしなければならない。そうしないと、リムにおける溶接はうまく行かず、ステムは湾曲してしまう。ステムを貫通して、ピストンに長手方向の通常の小孔をドリル開けする際に、ステムが湾曲していると問題である。
【００３０】
慣性摩擦溶接は、異なる少なくとも２つの面にある２つの接合部において行われる。この点において、本発明によるピストンは、単一面上で慣性溶接された従来のピストンとは異なっている。
【００３１】
図面及び上述した説明からわかるように、ピストンキャップ、ステム端、ピストン本体の形状的な各特性は、慣性摩擦溶接の統合性を最適化するために調節可能なパラメータとなっている。
【００３２】
上述した説明から明らかなように、本発明は、少なくとも上述した目的を達成することができる。
【００３３】
以上、図面及び明細書を参照して、本発明の好ましい一実施例について説明した。特定の用語を用いたが、単に一般的及び説明的意味合いで用いられているもので、限定的なものではない。本発明は、特許請求の範囲の各項に記載されている範囲から逸脱することなく、状況に応じて簡便になる場合には、部材の形状や大きさを変化させたり、同等部材で代替することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来のピストンの中央軸線断面図である。
【図２】  図１のピストンの中央軸線分解断面図である。
【図３】  本発明によるピストンの中央軸線断面図である。
【図４】  図３のピストンの中央軸線分解断面図である。
【図５】  ステム端及び底壁の他の形状を示す、図４と同様の分解断面図である。
【符号の説明】
１０、３０、３０Ａ  ピストン
１２、３２、３２Ａ  ピストン本体
１４、３４、３４Ａ  ピストンキャップ
１６    金属ワッシャ
１８、３８，３８Ａ  キャビティ
２０、５２、５２Ａ  ステム
２２    自由端
２４、４４、４４Ａ  リム
４０、４０Ａ  底壁
４２、４２Ａ  外壁
４６，４６Ａ  受け部
４８、４８Ａ  凹入中央部
５０、５０Ａ  皿状傾斜部
５４、５４Ａ  ヘッド
５６、５６Ａ  第２端
５８、５８Ａ  溝
【図１】
0004065677.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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