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図面 (9)

課題・解決手段

本発明は、成形工程において金属製の開始材料から、特に平らな板から製造され、長手方向軸線(2)と壁部(3)と底部(4)とを有する片側が開口したカップの形状を有し、およびブレーキパッドと接触する軸方向の接触面(A)を有する縁部によって開口端面で画定される液圧ブレーキ用のピストン(1)に関する。基部は本質的に平坦な外面を有し、基部(Sb)の壁厚は壁部の最小の厚さ(Sw)よりも大きく、また基部と壁部との間の移行領域において、壁厚は、壁部から基部に着実に増大し、この結果、壁部はある角度をもって基部内移行する。さらに、本発明は、円盤状の丸いブランクをカップ状の中空シリンダに形成すること、および出発材料スエージ加工によって厚くされるように、中空シリンダをその長手方向軸線に沿ってスエージ加工することを含む方法に関する。

概要

背景

国際公開第01/02745A1号パンフレットは、この種類のピストンを開示している。ピストンは、有利には深絞り法で製作される冷間成形されたピストンである。上記のピストンは、鋳造ピストンと比較して、壁部が比較的薄く、また出発材料、壁部及び底部は同様に薄い壁厚を有する。加圧流体が底部に加えられたときに当該底部の変形を防止するために、当該底部はピストン外面に対し凸状の湾曲を有し、その結果、応力により圧縮歪みが底部に生じる。底部のこの安定した構造設計により、大きな隙間容積がピストンと関連のブレーキシリンダとの間に生じる。さらに、底部に対し作用する力は、ピストンの壁部に伝達され、底部と壁部との間の移行部領域に増加応力が生成される。応力を補償するために、材料はこの箇所で数回折曲げられる。この点に関し、材料の折り曲げが構造に関して特に複雑であり、特に製造工具に関し高価であることが不利であることが判明している。

欧州特許第1414613B1号明細書は、次のステップ、すなわち、規定厚さの出発材料から円盤状の丸いブランク、特に一片薄板金打ち抜くステップと、プレスダイ及びスタンプによって状の中空シリンダにブランクを形成するステップと、規定の壁厚を有する底部と、規定の壁厚を有する円筒状壁部とを形成するために、鉢状の中空シリンダを圧縮成形するステップとを含む液圧ブレーキ用のピストンを製造する方法を開示している。実施される成形工程の結果、ピストンの壁厚は、特に底部及び壁部の移行部において、出発材料と比較して大幅に低減される。十分なピストン壁厚、すなわち安定性及び剛性を達成するために、比較的厚い出発材料を選択することが必要であるが、これによって、より高い製造コストが生じる。

概要

本発明は、成形工程において金属製の開始材料から、特に平らな板から製造され、長手方向軸線(2)と壁部(3)と底部(4)とを有する片側が開口したカップの形状を有し、およびブレーキパッドと接触する軸方向の接触面(A)を有する縁部によって開口端面で画定される液圧ブレーキ用のピストン(1)に関する。基部は本質的に平坦な外面を有し、基部(Sb)の壁厚は壁部の最小の厚さ(Sw)よりも大きく、また基部と壁部との間の移行領域において、壁厚は、壁部から基部に着実に増大し、この結果、壁部はある角度をもって基部内移行する。さらに、本発明は、円盤状の丸いブランクをカップ状の中空シリンダに形成すること、および出発材料がスエージ加工によって厚くされるように、中空シリンダをその長手方向軸線に沿ってスエージ加工することを含む方法に関する。

目的

本発明の1つの目的は、改良された液圧特性を有しかつ応力が最適化された構造に基づくピストンを提供することであり、一方、他の目的は、応力が最適化された適切な構造特徴提示できるピストンを有利に製造する方法を開示することである。

効果

実績

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請求項1

成形工程において金属製の出発材料から、特に平ら薄板金から製造され、−長手方向軸線と壁部と底部とを有する片側が開口したとして構成され、−ブレーキパッドに当接するように移動可能な軸方向当接面を有するエッジによって開口端面で画定される、液圧ブレーキ用のピストンであって、−前記底部(4)が本質的に平らな外面(20)を有し、−前記底部(4)の壁厚(Sb)が、前記壁部(3)の最小壁厚(Sw)よりも厚く、−前記底部(4)と前記壁部(3)との間の移行領域(10)で、前記壁部(3)の壁厚(Sue)が前記底部(4)に向かって連続的に増大し、この結果、傾斜部(12)を有する前記壁部(3)が前記底部(4)内に移行することを特徴とする液圧ブレーキ用のピストン。

請求項2

前記長手方向軸線(2)に突出する前記傾斜部(12)の長さ(L)が、前記底部(4)の2倍の壁厚(Sw)よりも小さいことを特徴とする、請求項1記載の液圧ブレーキ用のピストン。

請求項3

前記傾斜部(12)が、1°よりも大きな角度(α)で前記ピストン(1)の長手方向軸線(2)に対し傾斜していることを特徴とする、請求項1記載の液圧ブレーキ用のピストン。

請求項4

面取り部(13)が前記傾斜部(12)と前記底部(4)との間に設けられることを特徴とする、請求項1記載の液圧ブレーキ用のピストン。

請求項5

前記面取り部(13)が、前記底部(4)の材料の凹部(14)として部分的に設計され、この結果、前記底部(4)の壁厚(Sb)がこの箇所で低減されることを特徴とする、請求項4記載の液圧ブレーキ用のピストン。

請求項6

前記面取り部(13)が半径Rを有することと、この半径Rが前記底部(4)の壁厚(Sb)よりも小さいことを特徴とする、請求項4記載の液圧ブレーキ用のピストン。

請求項7

前記底部(4)の壁厚(Sb)が、成形工程の結果、前記出発材料(16)の厚さ(S0)の1.1倍を超えて増大することを特徴とする、請求項1記載の液圧ブレーキ用のピストン。

請求項8

前記底部(4)が、成形工程の結果、冷間硬化に供され、前記出発材料(16)の強度の1.3倍超になることを特徴とする、請求項1記載の液圧ブレーキ用のピストン。

請求項9

前記当接面(A)が、前記壁部(3)の最も薄い箇所における断面積(Q)よりも大きいことを特徴とする、請求項1記載の液圧ブレーキ用のピストン。

請求項10

特に請求項1から9までのいずれか1項記載の液圧ブレーキ用のピストンを製造するための方法であって、次のステップ、すなわち、−円盤状の丸いブランク(16)を、長手方向軸線(2)を有する鉢状の中空シリンダ(15)に形成するステップであって、前記中空シリンダ(15)の一方の端面が、凸状に湾曲した底部(4’)によって閉じられるステップと、−前記凸状に湾曲した底部(4’、4”)が平らにされかつ前記底部材料据込み作業によって厚くされるように、1つ以上の成形ステップにおいて前記中空シリンダ(15)を、その長手方向軸線(2)において据込みし、その結果、製造された底部(4)の壁厚(Sb)が、出発材料(16)に対し1.1倍を超えて増大するステップと、を特徴とする方法。

請求項11

1つ以上の成形ステップにより、前記据込み底部(4’)の半径方向のフリンジ領域(18)が前記壁部(3)内に移行し、これによって、前記壁部(3)が移行領域(10)で厚くされることを特徴とする、請求項10記載の方法。

技術分野

0001

本発明は、成形工程において金属製の出発材料(Ausgangswerkstoff)から、特に平ら薄板金から製造され、長手方向軸線と壁部と底部とを有する片側が開口したとして構成され、さらにブレーキパッドに当接するように移動可能な軸方向当接面を有するエッジによって開口端面で画定される液圧ブレーキ用のピストンに関する。

背景技術

0002

国際公開第01/02745A1号パンフレットは、この種類のピストンを開示している。ピストンは、有利には深絞り法で製作される冷間成形されたピストンである。上記のピストンは、鋳造ピストンと比較して、壁部が比較的薄く、また出発材料、壁部及び底部は同様に薄い壁厚を有する。加圧流体が底部に加えられたときに当該底部の変形を防止するために、当該底部はピストン外面に対し凸状の湾曲を有し、その結果、応力により圧縮歪みが底部に生じる。底部のこの安定した構造設計により、大きな隙間容積がピストンと関連のブレーキシリンダとの間に生じる。さらに、底部に対し作用する力は、ピストンの壁部に伝達され、底部と壁部との間の移行部領域に増加応力が生成される。応力を補償するために、材料はこの箇所で数回折曲げられる。この点に関し、材料の折り曲げが構造に関して特に複雑であり、特に製造工具に関し高価であることが不利であることが判明している。

0003

欧州特許第1414613B1号明細書は、次のステップ、すなわち、規定厚さの出発材料から円盤状の丸いブランク、特に一片の薄板金を打ち抜くステップと、プレスダイ及びスタンプによって鉢状の中空シリンダにブランクを形成するステップと、規定の壁厚を有する底部と、規定の壁厚を有する円筒状壁部とを形成するために、鉢状の中空シリンダを圧縮成形するステップとを含む液圧ブレーキ用のピストンを製造する方法を開示している。実施される成形工程の結果、ピストンの壁厚は、特に底部及び壁部の移行部において、出発材料と比較して大幅に低減される。十分なピストン壁厚、すなわち安定性及び剛性を達成するために、比較的厚い出発材料を選択することが必要であるが、これによって、より高い製造コストが生じる。

発明が解決しようとする課題

0004

本発明の1つの目的は、改良された液圧特性を有しかつ応力が最適化された構造に基づくピストンを提供することであり、一方、他の目的は、応力が最適化された適切な構造特徴提示できるピストンを有利に製造する方法を開示することである。

課題を解決するための手段

0005

本発明によれば、上記目的は、底部が本質的に平らな外面を有し、底部の壁厚が壁部の最小壁厚よりも厚く、底部と壁部との間の1つの移行領域において、壁部の壁厚が底部に向かって連続的に増大し、それにより、壁部が傾斜して底部内に移行する請求項1の特徴部分に記載の特徴により達成される。平らな外面のため、隙間容積はブレーキシリンダ内に生じず、その結果、液圧作動の周期における流体量が低減され、これによって、作動周期堅牢性及び動的特性が相当改善される。好ましい構造の特徴により、加圧時の変形に対し底部が保護され、また底部の引張応力及び曲げ応力のピストンの壁部内への圧縮歪みへの好ましい伝達が達成される。傾斜部は、底部の機械的応力を大きな断面にわたって壁部内に均一に分散させることができ、これによって、応力集中が回避されるという効果を有する。

0006

本発明の有利な改良形態では、長手方向軸線に突出する傾斜部の長さは、底部の2倍の壁厚よりも小さい。この幾何学的な制限により、一方で、ピストン内の好ましい応力案内が達成されるので、壁部の不必要な材料肉厚によるピストン重量過度の増加が防止される。

0007

傾斜部と壁部との間の移行を応力に従って表すために、傾斜部は、1°よりも大きな角度αでピストンの長手方向軸線に対し傾斜している。

0008

本発明の他の実施形態では、面取り部が傾斜部と底部との間に設けられる。この措置は、応力に対応するようにピストンを構成するために役立つ。この場合、面取り部が少なくとも部分的に底部の材料内の凹部として設計され、この結果、底部の壁厚がこの箇所で低減される場合、特に好ましい。特に、傾斜部と底部との間の移行部の底部の壁厚の低減により、表面の近くの引張応力が底部の構成要素の断面全体分布され、これによって、傾斜部の歪みが緩和されることが達成される。

0009

この効果は、面取り部がある半径を有することと、この半径が底部の壁厚よりも小さいという事実によって高められる。

0010

製造コストが低減されるが、この理由は、底部の壁厚が、成形工程の結果、出発材料の厚さの1.1倍を超えて増大するからである。これにより、小さな厚さの出発材料の使用が可能になる。さらに、出発材料は比較的軟質であることができるが、その理由は、底部が成形工程の結果、冷間硬化(wear-hardening)に供されると、そこで底部は出発材料の強度の1.3倍超になるからである。両方の特徴は、製造コスト及び工具コストの低下をもたらす。

0011

ピストンの前部開口側面の変形と過負荷を防止するため、エッジの当接面は、本発明の他の実施形態の壁部の最も薄い箇所の断面積よりも大きい。

0012

ピストンを製造するための方法は、次のステップ、すなわち、
−円盤状の丸いブランクを、長手方向軸線を有する鉢状の中空シリンダに形成するステップであって、中空シリンダの一方の端面が、凸状に湾曲した底部によって閉じられるステップと、
−凸状に湾曲した底部が平らにされかつ底部材料据込み作業によって厚くされるように、1つ以上の成形ステップにおいて中空シリンダの長手方向軸線において前記中空シリンダを据込みし、その結果、製造された底部の壁厚が出発材料に対し1.1倍を超えて増大するステップとを含む。

0013

この方法を使用した場合、中空シリンダ全体を実質的に含めることなく、底部を据込みすることによって底部の壁厚が増大されることが有利に達成される。底部、及び底部から壁部への移行領域は、成形作業の結果として冷間硬化に供される。これによって、出発材料の厚さを低減することができ、その結果原材料の浪費が低減され、したがって、製造コストが低下する。

0014

この方法は、1つ以上のしごき加工成形ステップにより、据込み底部のフリンジ領域が壁部内に移行し、その結果壁部が移行領域で厚くされる場合、特に好ましい。

0015

本発明のさらなる詳細は、説明により図面から理解することができる。

発明を実施するための最良の形態

0016

図1は、本発明のピストン1の長手方向断面図を示している。長手方向軸線2を中心に対称的に回転するように設計されるこのピストン1は、壁部3と底部4とを有する片側が開口した鉢として構成され、鉢は、開口端面で、ブレーキパッド(図示せず)に当接するように移動可能な軸方向当接面Aを有するエッジによって画定される。エッジ5は、壁部3に一体成形され、当接面Aは壁部3の最も弱い箇所における断面積Qよりも大きい。さらに、周方向溝6が、エッジ5の近くのピストン1の外面8内にローラ成形され、溝は、その装着状態リングシール(図示せず)を収容するために使用される。ローラ成形された溝の輪郭は、壁部3の断面全体を通して継続し、このように、ピストン1の内面9に肩部7を生成する。この肩部7において、図示していないブレーキパッドの背板パッド保持ばねが適所に固定され、これによって、ブレーキパッドがピストン1に固定される。最小隙間容積が底部4の平らな外面20に刻印され、その結果、液圧システム通気が改善される。

0017

壁部3が底部4内に移行する箇所において、図2に拡大図で示した移行領域10が設けられる。壁部3の材料肉厚部11が、移行領域10のピストン1の内面9に設けられる。肉厚部11は、この箇所で、壁部3の壁厚Sueが底部に向かって連続的に増大し、したがって、傾斜部12を有する壁部3が底部4内に移行するように設計される。ピストン1の長手方向軸線2に対する傾斜12は、1°よりも大きな角度αをとる。これから生成される材料肉厚11及び傾斜部12は、移行領域10における応力変化を最適化するために役立つので、不必要な材料使用の結果としてのピストン1の重量の増加を防止するために、傾斜部2の大きさを移行部領域10に制限することが適切である。

0018

したがって、長手方向軸線2に突出する傾斜部の長さLは、底部4の壁厚Sbの2倍よりも小さく、底部4の壁厚Sbの寸法であることが最適である。さらに、底部4の材料内の凹部14として部分的に設計される面取り部13が、傾斜部12と底部4との間に設けられる。ピストン底部内へのこの刻印は、結果として、壁厚Sbと対照的に低減される底部4のこの箇所で、壁厚Srが支配することをもたらす。詳しくは、面取り部13が半径Rを有し、この半径Rは底部4の壁厚Sbよりも小さい。しかし、凹部なしにかつ可変の半径により、傾斜部から底部内への移行部を設計することも実行可能である。

0019

成形工程の結果、底部の壁厚は、有利には出発材料の厚さs0の約1.1〜1.6倍増加し、底部は、出発材料に対しほぼ1.3倍強度を増す。成形工程に応じて、底部はまた、成形工程の後に、より大きな強度、特に出発材料の1.3〜2.5倍を示すことができる。

0020

この種類のピストン1は、液圧ブレーキシステムに使用され、またピストンは、ブレーキキャリパの孔に軸方向に変位可能に装着され、一方、液圧流体は孔内のピストン底部に印加することができる。ブレーキかけられると、ピストンは加圧のため変位して、ブレーキパッドをブレーキディスクに向かってシフトさせる。これにより、ブレーキディスクとブレーキパッドとの間に垂直力、ならびに摩擦力が発生される。

0021

当該ピストンの製造は、成形工程、特に冷間成形作業によって実行される。成形工程全体の最も重要なステップが図3a図3fに示されている。円盤状のブランク16は、有利には薄板金及び大部分転造されたストリップである出発材料から打ち抜かれる。ブランク16の厚さS0は、出発材料の厚さに等しい(図3a)。

0022

1つ以上の深絞り作業で、外径D1を有する鉢状の中空シリンダ15は、円盤状のブランク16から形成され、シリンダは、端面で、凸状に湾曲した半球形底部4’によって閉じられる。この構成では、中空シリンダ15の壁厚Swは、ブランク16の厚さS0に略等しく、外径D1は製造されたピストン1の外径D2よりも大きい(図3b)。

0023

図3c図3d図3eは、概略的に、凸状に湾曲した半球状の底部4’の成形工程及び肉厚化作業が行われる方法を示している。これは、底部4’それ自体を据込みすることによって達成される。材料は、底部領域でこのように蓄積される。壁厚Sb’を有する底部4’は平坦にされるが、なお平らではない。外径D1は、しごき加工作業の結果D’2に減少する。これにより、未加工の底部4’の半径方向のフリンジ領域18は、壁部内に移行して、材料肉厚部11を生成する。さらに較正及びしごき加工成形ステップで、ピストン1は、外径D2、壁部3の壁厚Sw及び平坦な底部4の壁厚Sbを有するその最終平面形状を得る。さらに、適切な追加の成形ステップにより、Swの壁厚を低減し、これによって、壁部をピストンの要件適合させることが可能である。

図面の簡単な説明

0024

本発明のピストンの断面図である。
図1のピストンの拡大断面図である。
成形工程全体の最も重要なステップa)の図面である。
成形工程全体の最も重要なステップb)の図面である。
成形工程全体の最も重要なステップc)の図面である。
成形工程全体の最も重要なステップd)の図面である。
成形工程全体の最も重要なステップe)の図面である。
成形工程全体の最も重要なステップf)の図面である。

符号の説明

0025

1ピストン
2長手方向軸線
3 壁部
4 底部
4’ 底部
4” 底部
5エッジ
6 溝
7肩部
8 外面
9内面
10移行領域
11材料肉厚部
12 傾斜部
13面取り部
14 凹部
15中空シリンダ
16ブランク
17 外面
18半径方向フリンジ領域
19隙間容積
20 外面
A 当接面
L 傾斜12の突出長
Q断面積
D1 未加工のピストンの外径
D’2 未加工のピストンの外径
D2 ピストンの外径
R 傾斜部と底部との間の移行部の半径
S0出発材料の厚さ
Sw 壁部の壁厚
Sb 底部の壁厚
S’b 未加工の底部の壁厚
Sr 底部の低減壁厚
Sue 移行領域の壁部の壁厚
α 角度

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