JPS63251666A - ピストンロッド組立体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ピストンロッド組立体に関し、特に、ピスト
ンロッドから分離して形成され、ピストンロッドに実質
的に接着されたピストンヘッドに関するものである。

ピストンヘッドとピストンロッドとを別々に作ることは
、これらの形成を一層容易にするのみならず、異なった
材料で作ることも可能とする。例えば、ピストンロッド
が高性能な航空機用の飛行制御装置に使用される流体ア
クチュエータの一部となっている場合に、重量を減らし
て、比較的高い強度対重量の複合繊維材料でピストンロ
ッドを作りたい時、本発明は特に有益である。

また、アクチュエータのピストンロッド（同様にシリン
ダ壁）を繊維の複合材料から作ることは、このような複
合材料が脆弱な故、衝撃（ｂａｌｌｉｓｔｉｃ）公差を
目的とする用途において望まれている。複合材料は比較
的もろく、そして衝撃を受けたとき砕ける傾向にあり、
したがって、動かなくなる傾向がほとんどない。また、
２個以上の液圧アクチュエータが平行に連結され、前記
アクチュエータのうちの一個のピストンロッド（複合材
料で形成されている）が投射物体によって打撃を被った
場合、打撃を受けたアクチェエータは作動せず、すなわ
ち他のアクチュエータが機能するのを防げない。

このようなピストンロッド組立体は比較的低コストであ
り、効果の上がる外形を有することが必要である。また
、ピストンロッドが複合材料で形成された場合、液圧流
体に対して不透過性の適切な障壁及び耐摩耗性の表面が
ピストンロッドの露出面上に与えることが必要である。

更に、ピストンヘッドとピストンロッドとの連結はアク
チュエータの使用中に受ける圧力に耐えることができな
ければならない。更にまた、ピストンヘッドとピストン
ロッドとの効果的な組立て及び固定を提供する必要があ
る。

本発明によれば、ピストンヘッドとピストンロッドとは
分離して形成され、そしてピストンヘットとピストンロ
ッドとを固定接合するために一緒に実質的に接合される
ピストンロッド組立体が提供される。ピストンロッドと
ピストンヘッドとの間の接合は、使用中比較的高い応力
に耐え得るのに適している。

ピストンロッドは好適には減量及び／又は脆弱性用繊維
複合材料から作られ、そして、複合ロッドの露出面には
、好適に、液圧流体に対して不透過性の障壁及び耐摩耗
表面が提供される。

他の特色として本発明は、ピストンロッドへのピストン
ヘッドの組立及び固定の新規な方法を提供することにあ
る。

ピストンロッド組立体は、中央ダム部分を有するピスト
ンヘッド及び中央ダム部分の両側に減径端部を有して、
実質的長さの内部溝をピストンヘッド内に形成すること
を可能にする。内部溝とピストンロッドの外面とによっ
て形成された環状空間部内へ接着剤を注入するために、
開口通路がピストンヘッドの外部から前記内部溝へ延在
し、ピストンロッド組立体の使用中接着部分内で剪断応
力を最小限にするため実質的な長さにわたって延在する
接着された接合部をピストンヘッドとピストンロッドと
の間に提供する。

ピストンロッドが繊維の複合材料からなる場合、液圧流
体に対して不透過性の障壁及び耐摩耗表面を備えるため
に、ピストンヘッドには、液圧流体にさらされるピスト
ンロッドの外面を完全に覆うロッドスリーブ部分が一体
に設けられる。ピストンヘッド／スリーブがピストンロ
ッドに組付けられそこで接着結合された後、接着部のま
わりの剛固性を徐々に高めるように形成するために、ピ
ストンヘッドとロッドスリーブ部分との間で、テーパ状
の移り変わり領域を好適に備え、その結果接ゝ− 着結合部分内のピーク応力を最小限にできる。ロッドス
リーブ部分が投射物体で衝撃を受けた場合アクチュエー
タの動作を妨害しないために、組立が完了した後、ロッ
ドスリーブ部分の厚さを減らしてこれが十分薄くなるよ
うに機械加工してもよい。

組立て工程中、ヘッド／スリーブはピストンロッドに好
適に収縮嵌合される。組立体が周囲温度に復元した後、
適切な接着剤が開口通路を通って注入されて、ピストン
ヘッドとピストンロッドとの間の環状空間部に満たされ
る。次に、液圧流体に対してシールをするために、開口
通路を外からドリル加工して、衝合嵌着用ボールを開口
通路内に挿入する。もし望むなら、増加する摩耗に対し
て、ヘッド／スリーブにクロムメッキを施してもよい。

本発明に係る実施例を以下図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図においては本発明に係るピストンロッド組立体ｌ
の好適な形状が示されており、このピストンロッド組立
体は、例えば高性能な航空機及び他の高圧装置の飛行制
御用の流体アクチュエータに使用することができる。ピ
ストンロッド組立体ｌはピストンヘッド２とピストンロ
ッド３とを有し、これらピストンヘッド２及びピストン
ロッド３は、後述するように、別々に作られてその後組
立てられる。

ピストンヘッド２は、ステンレス鋼のような１枚の金属
により所望に機械加工され、更に、前記ピストンヘッド
２は、径方向に膨出した中央ダム部分４及びこのダム部
分４の両側から同軸方向に延在する一対の減径端部５，
６を有する。端部５゜６はピストンヘッド２の全長にわ
たって減少し、かなりの長さをもった環状の内部溝８が
後述する目的のために、ピストンヘッド内に設けられて
いる。

前記溝８に接近した減径端部５．６の両端部９゜１０は
溝８の両端をシールするためにピストンロッド３の外径
部と嵌着する衝合部を有することが望ましく、これによ
って溝８は、ピストンロッドの対向する外面１４及びこ
の外面と溝８との間で包囲された環状空間部１５で構成
され、この空間部１５はこの全長にわたって適切な接着
剤１６で満たされてピストンヘッド２をピストンロッド
３に接着する。

ピストンロッド３の外直径及びピストンヘッド２の外直
径はその両端で約１．１２インチ（２，８４ｃｍ）であ
るとき、溝８は、例えば深さ約０．０１５インチ（０，
０３８ｃｍ）　、長さ約１．７５インチ（４，４５ｃｍ
）を有し、また、溝８の長さは、ロッド３の外直径又は
ピストンヘッド２の内直径の約１．５倍としてもよい。

前記ロッド３の外直径に対して膨出した中央ダム部分４
は例えば約０．４５インチ（約１．１４ｃｍ）の長さを
有し、中央ダム部分４の両側から測定すると減径端部５
．６は約０．８インチ（約２．０３ｃａ＋）の長さを有
する。

接着剤で満たされた環状の内部溝８は相当な長さを有し
ているので、接着された接合部１７がピストンへラド２
とピストンロッド３との間に形成され、前記接合部は相
当な距離（溝の長さ）にわたって延在して、ピストンロ
ッド組立体の使用中に生じる接着剤結合内の剪断応力を
最小限にする。

減径端部５．６は好適にはテーパ状の（傾斜させられた
）移り変わり領域１８．１９を有し、接合部１７を包囲
するピストンヘッド内で剛固性を徐々に高めるように形
成するために、前記移り変わり領域１８、１９は膨出し
た中央ダム部分から両端部９，１０の方へ径方向内方に
傾斜して、組立体の使用中に生じる接合部内のピーク応
力を最小限にしている。

ピーク応力があまりにも集中した場合、ピストンヘッド
とピストンロッドとの間で、接着剤結合力の時間尚早の
減退（破断）が生じるだろう。そこで、ピストンヘッド
の剛性をピストンロッドに組み合せることによって、ピ
ストンヘッドは荷重を徐々に拾い上げて、ピーク応力を
最小限にする。

もし望むなら、ピストンロッド３を金属で作ってもよい
。しかしながらピストンへラド２とピストンロッド３と
を別々に形成する別の利点は、ピストンロッド３をピス
トンヘッドと別の材料にできることである。このことは
、重量及び／又は脆弱性がかなり重要である装置におい
て、比較的高い強度対重量を有する繊維の複合材料つま
りエポキシ樹脂、ポリエステル、ポリイミド等のような
適切な樹脂を含み高係数グラファイトフィラメントで巻
かれた繊維からでも、前記ピストンロッドを作ることが
できるという点で、特に有利である。

しかしながら、この場合には、使用中、液圧流体にさら
されるロッドの外面に液圧流体に対して不透過性の障壁
を備えることが必要である。更にまた、耐久性のある摩
耗面（耐摩耗表面）をロッドの外面に備える必要がある
。

上記目的に対して、ピストンヘッド２には、残りの露出
されピストンロッドの長さにわたって、減径端部５．６
の両端部から延在し一体をなすロッドスリーブ部分２１
．２２が設けられることが望ましい、各ロッドスリーブ
部分２１．２２の内直径は減径端部５．６の両端部９，
１０で減径端部５，６の内直径とほぼ対応している。ま
た、投射物体によってロッドに衝撃が加えられた場合ア
クチュエータが動かなくならないように、ロッドに脆弱
性が必要ならば、ロッドスリーブ部分２１．２２を十分
に薄く作る必要がある。例えば、ロッドスリーブ部分２
１．２２を約０．０１４インチ（約０．０３６ｃｍ）の
厚さにするとよい。

しかしながら、組立てに先立って、組立て工程中へラド
／スリーブの取扱いを一層容易にするために、そして後
述するようにピストンロッドにヘッド／スリーブの収縮
嵌着をするために、前記ロッドスリーブ部分２Ｌ　２２
を約０．０６０インチ（約０．１５２　ｃｍ）の厚さよ
り実質的に厚くすることが望ましい。更にピストンヘッ
ド２の減径端部５，６は、組立てが完了するまで傾斜さ
せないことが望ましい。

組立てに先立って、ピストンヘッド２はまず、第２図に
示されるような形状に機械加工され、つまり、減径端部
５，６の全長にわたってほぼ均一な厚さにし、そしてロ
ッドスリーブ部分２１．２２の厚さは上述したような最
終的に所望される厚みより厚くしである。しかしながら
、ヘッド／スリーブの最後の機械加工中、内部溝８を最
終的に望まれる厚さまで機械加工し、そして、開口通路
２３はピストンヘッド２を通ってドリル加工され、その
結果中央ダム部分４の中央を通って溝８と好適に連通し
、したがって開口通路２３は溝８の長さ方向の両端の中
間で溝８と交差する。続いて、ヘッド／スリーブ゛を膨
ｎ長させるために、ヘッド／スリーブは例えば、約３９
０°Ｆ　（約１９８．９°Ｃ）の温度で加熱されるのが
望ましい。同時に、ピストンロッド３を収縮させるため
に、ピストンロッド３は例えば約−１００°Ｆ　（約−
７３，３°Ｃ）に冷却するのが望ましい。次に、第３図
に示すように、ヘッド／スリーブをピストンロッド上で
滑べらし、そして組立てられた部品を周囲温度に戻し、
その結果ヘッド／スリーブとピストンロッドとの間で収
縮嵌着をし、このことは、ヘッド／スリーブとピストン
ロッドとの間で所望する密な公差を得るのに重要なこと
である。次に、溝８とピストンロッドとによって形成さ
れた環状空間部１５が第３図に示すように接着剤で完全
に満たされるまで適切な接着剤１６が高圧状態のもので
開口通路２３を通って注入される。

ピストンロッドにヘッド／スリーブを収縮嵌着する前に
おいて、環状空間部１５内に接着剤を注入している開環
状空間部１５がら空気を逃がすためのミクロの通路をス
リーブの内直径とロッドの外直径との間に備えるために
、ロッドの外直径にばらつきを持たせる必要がある。

接着剤が硬化した後、第１図に示すように、環状溝２４
が中央ダム部分４の外直径部分に機械加工されて、前記
溝２４内に１個以上のリングシール体２５を収容しても
よい。溝２４内にリングシール体２５を挿入する前にお
いて、ボール２７用の座２６を提供するために開口通路
２３を外部からドリル加工し、そして、開口通路２３か
ら侵入して接着剤と接触し、接着力の劣化を引き起こす
液圧流体に対して密封するために、前記ポール２７を座
２６に対し開口通路２３内へ加圧嵌入してもよい。リン
グシール用の環状溝２４の仕上げ研削中、リングシール
体２５を溝２４内に挿入する場合にリングシール体２５
に密な着座係合を与えるために、ボール２７の径方向外
面にフラット部２８を形成してもよい。

接着剤が硬化した後、ヘッド／スリーブに最終機械加工
が施されている間、ロッドスリーブ部分２１、２２は最
終的に望まれている厚さに機械加工され、そして減径端
部５，６は膨出した中央ダム部分４とロッドスリーブ部
分２Ｌ　２２との間で所望されたテーパ状の（傾斜させ
られた）移り変わり領域１８．１９を備えるために機械
加工される。また、もし望むなら、増加する摩耗に対抗
するためヘッド／スリーブの外表面にクロムメッキを施
してもよい。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明
の範囲内で種々の変更を加えることができるのは言うま
でもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るピストンロッド組立体の形状を示
した断面図、 第２図はピストンロッドに組付ける前のピストンヘッド
を示した断面図、 第３図は、第２図のピストンヘッドにピストンロッドを
組付け、これらを接着し、最終的機械加工前の状態を示
す断面図である。 １・・・ピストンロッド組立体

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ピストンロッドと、このロッドと一体構造でないピ
   ストンヘッドとを備え、このピストンヘッドは環状の内
   部溝をもち、この内部溝は、前記ピストンロッドとピス
   トンヘッドとの間で接着された接合部を与えるために、
   接着剤を満たす環状空間部を前記ピストンロッドの外面
   と共に画成することを特徴とするピストンロッド組立体
   。 ２、前記ピストンヘッドは、径方向に膨出した中央ダム
   部分と、この中央ダム部分の両側から同心状に延在する
   一対の減径端部とを有し、前記内部溝は、前記中央ダム
   部分の軸線方向の厚さよりも大きな軸線方向の長さを有
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のピス
   トンロッド組立体。 ３、前記軸線方向の内部溝は、前記減径端部の長さの実
   質的な部分に対して前記中央ダム部分の両側を越え軸線
   方向に延在したことを特徴とする特許請求の範囲第２項
   記載のピストンロッド組立体。 ４、前記減径端部は、前記内部溝の端をシールするため
   に前記ピストンロッドと係合する両端部を有したことを
   特徴とする特許請求の範囲第２項記載のピストンロッド
   組立体。 ５、前記減径端部の前記両端部は、前記ピストンロッド
   と嵌着する衝合部を有したことを特徴とする特許請求の
   範囲第４項記載のピストンロッド組立体。 ６、前記減径端部は、前記ピストンヘッドにおいて接着
   された前記接合部の両端部から中央に向かって徐々に剛
   固に形成するために、前記中央ダム部分の両側から前記
   減径端部の両端部の方へ外面上で径方向内方に傾斜させ
   られたことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載のピ
   ストンロッド組立体。 ７、前記ピストンヘッドを金属で形成し、前記ピストン
   ロッドを複合繊維材料で形成したことを特徴とする特許
   請求の範囲第３項記載のピストンロッド組立体。 ８、液圧流体を通さないように前記ピストンロッドの周
   囲に障壁を備えるために、前記ピストンロッドの長さの
   実質的部分にわたって前記減径端部の両端部から延在す
   る一体のロッドスリーブ部分を更に備えたことを特徴と
   する特許請求の範囲第７項記載のピストンロッド組立体
   。 ９、前記ロッドスリーブ部分のいずれかの部分が投射物
   体によって衝撃を加えられた場合に動かなくならないよ
   うに、前記ロッドスリーブ部分を十分薄くしたことを特
   徴とする特許請求の範囲第８項記載のピストンロッド組
   立体。 １０、前記ロッドスリーブ部分は約０．０１４インチ（
   約０．０３６ｃｍ）の厚みを径方向に有したことを特徴
   とする特許請求の範囲第９項記載のピストンロッド組立
   体。 １１、前記減径端部は、前記ピストンヘッドにおいて前
   記接着される接合部の両端部から中央に向かって徐々に
   硬化させるために、膨出した前記中央ダム部分の両側か
   ら前記減径端部の両端部の方へ外面上で径方向内方に傾
   斜させられたことを特徴とする特許請求の範囲第９項記
   載のピストンロッド組立体。 １２、前記環状空間部内に接着剤を注入するために、前
   記ピストンヘッドの外部から前記内部溝と連通する開口
   通路を更に備えたことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項乃至第１１項のいずれか一項に記載のピストンロッド
   組立体。 １３、前記ピストンヘッドは、径方向に膨出した中央ダ
   ム部分と、この中央ダム部分の両側から同心状に延在す
   る一対の減径端部を有し、前記軸線方向の内部溝は、前
   記減径端部の長さの実質的な部分に対して前記中央ダム
   部分の両端部を越えて軸線方向に延在し、前記開口通路
   は前記中央ダム部分の中心を通って径方向に延在すると
   共に前記内部溝の長さの中心で前記内部溝と連通するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１２項記載のピストン
   ロッド組立体。 １４、前記開口通路は、この通路を貫入し前記接着剤と
   接触する液圧流体を密封するために、前記開口通路内へ
   圧力嵌合されるボールと係合する座を有したことを特徴
   とする特許請求の範囲第１３項記載のピストンロッド組
   立体。 １５、前記中央ダム部分の外径部に環状溝を備え、この
   環状溝内にリングシール手段を備え、前記ボールは前記
   リングシール手段と係合するフラット部をボールの径方
   向外面上に有したことを特徴とする特許請求の範囲第１
   ４項記載のピストンロッド組立体。 １６、ピストンロッドとは別個にピストンヘッドを作り
   、このピストンヘッドには中央開口を形成し、この中央
   開口はこの中央開口の両端の中間にある環状の内部溝と
   、ピストンヘッドの外部から延在してこの内部溝と連通
   する開口通路とを有しピストンロッドから分離してピス
   トンヘッドを形成し、このピストンヘッドをピストンロ
   ッド上で摺動させて前記内部溝が前記ピストンロッドの
   外面と共に環状空間部を形成するようになし、この環状
   空間部を接着剤で満たすために開口通路を通して接着剤
   を注入し、ピストンヘッドとピストンロッドとの間で接
   着させる接合部を与えるために接着剤を硬化させる工程
   を有するピストンロッド組立体の製造方法。 １７、前記ピストンヘッドは、径方向に膨出する中央ダ
   ム部分と、この中央ダム部分の両側から同心状に延在す
   る一対の減径端部とを含み、前記内部溝は減径端部の長
   さの実質的部分に対して中央ダム部分の両側を越えて軸
   線方向に延在し、このことによって、前記内部溝とピス
   トンロッドの外面とによって画成された環状空間部に接
   着剤を注入した場合、接着される接合部は、環状空間部
   の両端をシールするためにピストンロッド外部と密に接
   触する両端部を有する減径端部と中央ダム部分とを有す
   るピストンヘッドの長さの実質的な部分にわたって延在
   することを特徴とする特許請求の範囲第１６項記載のピ
   ストンロッド組立体の製造方法。 １８、前記減径端部の両端部が前記ピストンロッドの外
   部と嵌着する衝合部を有するように前記ピストンヘッド
   を前記ピストンロッドに収縮嵌合したことを特徴とする
   特許請求の範囲第１７項記載のピストンロッド組立体の
   製造方法。 １９、前記ピストンヘッドとピストンロッドとの間で接
   着される接合部を包囲するピストンヘッドの剛固性を徐
   々に高めるために、前記ピストンヘッドがピストンロッ
   ドに接着された後、ピストンヘッドの減径端部の外面を
   、中央ダム部分の両側から減径端部の両端部の方へ径方
   向内方にテーパ形状となす工程を更に有したことを特徴
   とする特許請求の範囲第１７項又は第１８項に記載のピ
   ストンロッド組立体の製造方法。 ２０、前記ピストンロッドは複合繊維材料からなり、前
   記ピストンヘッドは金属からなると共に、液圧流体に対
   して不透過性の障壁を与えるために、使用中液圧流体に
   さらされるピストンロッドの長さにわたって減径端部の
   両端部から延在する一体のロッドスリーブ部分を含むこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１９項記載のピストン
   ロッド組立体の製造方法。 ２１、前記ロッドスリーブ部分のいずれかの部分が使用
   中投射物体によって衝撃を加えられた場合に動かなくな
   らないように、前記ピストンヘッドを前記ピストンロッ
   ドに接着した後前記ロッドスリーブ部分を機械的加工し
   てこのロッドスリーブ部分の厚みを減じる工程を更に備
   えたことを特徴とする特許請求の範囲第２０項記載のピ
   ストンロッド組立体の製造方法。 ２２、接着された前記接合部の両端部から中央に向かっ
   て前記ピストンヘッドの剛固性を徐々に高めるために、
   前記減径端部の外面を機械加工して、前記中央ダム部分
   の両側から前記減径端部の両端部の方へ径方向内方に傾
   斜したテーパ状の外面を形成する工程を更に備えたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第２１項記載のピストンロ
   ッド組立体の製造方法。 ２３、前記ピストンヘッド内の前記開口通路が中央ダム
   部分の中心を通って径方向に延在すると共に、前記内部
   溝の長さの中心で前記内部溝と連通しており、そして、
   前記開口通路内に座を備えるために、ピストンヘッドが
   ピストンロッドに接着された後前記開口通路をドリル加
   工し、前記開口通路から入って接着剤と接触する液圧流
   体を密封するために、ドリル加工された前記開口通路内
   へボールを加圧嵌入して前記座に衝合せしめる工程を更
   に備えたことを特徴とする特許請求の範囲第１７項記載
   のピストンロッド組立体の製造方法。 ２４、中央ダム部分の外径部に環状溝を機械加工し、前
   記ドリル加工された通路内へボールを加圧嵌入して前記
   座に衝合せしめた後、前記環状溝内にリングシール手段
   を挿入する工程を更に備えたことを特徴とする特許請求
   の範囲第２３項記載のピストンロッド組立体の製造方法
   。