JP6071132B2 - 接合体 - Google Patents

Description

本発明は、接合体に関し、特には、油圧シリンダのピストンロッドに関するものである。

ロッド本体とロッドヘッドとの互いの端面を摩擦圧接により接合してピストンロッドを製造する方法が知られている。特許文献１には、端面の軸心部が窪んでいるロッド本体と、同じく端面の軸心部が窪んでいるロッドヘッドと、を摩擦圧接によって接合する技術が開示されている。この技術によると、端面に窪みを有しない場合と比べて、接合面積を小さくすることができるので、摩擦圧接用の設備を小型化することができる。

特開２０１１−５６５３１号公報

上記従来の技術では、摩擦圧接時に端面の母材が塑性流動によって接合面の外周側及び内周側に排出されてビードとして残る。外周側のビードは摩擦圧接後に切削等によって除去することが可能であるが、内周側のビードは除去することが困難である。

よって、ピストンロッドに対し、軸方向の引張及び圧縮荷重が繰り返し作用すると、残された内周側のビードの根元部に応力が集中する可能性がある。

本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたものであり、接合面の内周側に生じるビードを除去することなく接合体の耐久性の低下を抑制することを目的とする。

本発明は、２つの接合部材の互いの端面を摩擦圧接によって接合した接合体であって、２つの接合部材のそれぞれに形成され、２つの接合部材の接合面に開口する中空部と、少なくとも一方の中空部の内周面に環状に形成される溝部と、を備え、溝部は、摩擦圧接によって中空部内に生じるビードの根元部から軸方向に離間した位置に設けられることを特徴とする。また、本発明は、２つの接合部材の互いの端面を摩擦圧接によって接合した接合体であって、２つの接合部材の少なくとも一方に形成され、２つの接合部材の接合面に開口する中空部と、中空部の内周面に環状に形成される溝部と、を備え、溝部は、摩擦圧接によって中空部内に生じるビードの根元部から軸方向に離間した位置であって、中空部の内周の軸方向一部の領域にのみ形成される、ことを特徴とする。

本発明によれば、中空部の内周面であって接合面から軸方向に離間した位置に環状に溝部が形成されるので、接合体の軸方向に作用する荷重に対する力線の流れを溝部によって変化させることができる。よって、摩擦圧接時に接合面の内周側に生じたビードの根元部の応力を低減できるので、ビードを除去しなくても接合体の耐久性の低下を抑制することができる。

本発明の実施形態に係るピストンロッドを示す平面図であり、一部断面にて示す。 摩擦圧接前のロッド本体及びロッドヘッドを示す平面図であり、一部断面にて示す。 本発明の他の実施形態に係るピストンロッドを示す平面図であり、一部断面にて示す。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は、本実施形態におけるピストンロッド１００を示す平面図である。図２は、摩擦圧接前のロッド本体１及びロッドヘッド２を示す平面図である。なお、説明の簡略化のため、ロッド本体１は一部を省略して短く図示している。本実施形態のピストンロッド１００は、アクチュエータ（図示せず）として用いられる流体圧シリンダのシリンダ本体に進退自在に挿入されるものである。

接合体としてのピストンロッド１００は、接合部材としてのロッド本体１と、ロッド本体１の端面１ａに接合される接合部材としてのロッドヘッド２と、を備える。ピストンロッド１００は、ロッド本体１及びロッドヘッド２の互いの端面１ａ、２ａを摩擦圧接によって接合して形成される。

中実のロッド本体１は、シリンダ本体内を摺動するピストン（図示せず）が連結される小径部１ｂと、小径部１ｂよりも大径の大径部１ｃと、を有する。環状のピストンは、小径部１ｂの外周に嵌挿され小径部１ｂと大径部１ｃとの境界の段部１ｄに係止されると共に、小径部１ｂの雄ねじ部１ｅに締結されるナット（図示せず）によって固定される。ロッド本体１の小径部１ｂと軸方向反対側には、平面上の端面１ａが形成される。端面１ａには、端面１ａの軸心部から軸方向に窪むとともに当該端面１ａに開口する凹部形状の中空部４が形成される。

中実のロッドヘッド２は、負荷に連結される環状のクレビス２ｂと、ロッド本体１の大径部１ｃと同径の中実の胴部２ｃと、を有する。胴部２ｃのクレビス２ｂと軸方向反対側には、平面上の端面２ａが形成される。端面２ａには、端面２ａの軸心部から軸方向に窪むとともに当該端面２ａに開口する中空部５が形成される。

図２に示すように、ロッド本体１の端面１ａとロッドヘッド２の端面２ａとは、摩擦圧接によって接合される。このとき、両端面１ａ、２ａにはそれぞれ中空部４、５が開口しているので、接合面積は、端面１ａ、２ａの面積から中空部４、５の開口面積を減算した値となる。したがって、中空部４、５が形成されない部材同士を摩擦圧接する場合と比べて、接合面積を低減することができるので、摩擦圧接に要する設備を小型化することができる。さらに、ロッド本体１及びロッドヘッド２の素材となる丸棒材の鋳造時に生じた中心偏析による不純物を除去することができる。

ここで、摩擦圧接時には端面１ａ、２ａの母材が塑性流動によってロッド本体１とロッドヘッド２との接合面３から外側へと排出される。これにより、端面１ａ、２ａに中空部４、５が開口するロッド本体１とロッドヘッド２とを摩擦圧接によって接合すると、図１に示すように、接合面３の外周側及び内周側に排出された母材がビード６として残る。接合面３の外周側のビード６は、摩擦圧接後に切削等によって除去することが可能であるが、内周側のビード６はピストンロッド１００内の閉空間に残留するので除去することができない。

ピストンロッド１００には、特に軸方向に引張及び圧縮荷重が繰り返し作用するので、残された内周側のビード６の根元部６ａに応力が集中する可能性がある。

そこで、本実施形態では、ロッド本体１及びロッドヘッド２の各中空部４、５の内周面に環状に形成される溝部７、８を設けた。

溝部７、８は、ロッド本体１とロッドヘッド２との接合面３から軸方向に所定の距離だけ離間した位置に形成される。つまり、ロッド本体１の中空部４に設けた溝部７とロッドヘッド２の中空部５に設けた溝部８とは、接合面３を挟んで軸方向両側に配置される。また、溝部７、８は、断面が略Ｕ字状の円弧形状となるように形成される。

溝部７の軸方向位置を規定する所定の距離は、摩擦圧接時のアプセット圧によってロッド本体１の端面１ａが損耗して軸方向に変位する量である寄り代と、摩擦圧接後に接合面３の内周側であってロッド本体１側に残るビード６の軸方向の幅と、ロッド本体１の寸法公差と、を加算した値に設定される。

同様に、溝部８の軸方向位置を規定する所定の距離は、摩擦圧接時のアプセット圧によってロッドヘッド２の端面２ａが損耗して軸方向に変位する量である寄り代と、摩擦圧接後に接合面３の内周側であってロッドヘッド２側に残るビード６の軸方向の幅と、ロッドヘッド２の寸法公差と、を加算した値に設定される。

寄り代及びビード６の幅は、ロッド本体１及びロッドヘッド２の外径や中空部４、５の内径等によって異なる値であり、予め実験などによって求めておく。

これにより、溝部７、８は、摩擦圧接後に、ビード６の根元部６ａに近接して配置される。

このように、ビード６が生じる位置の近傍にビード６の根元部６ａより大径の溝部７、８が形成されるので、ピストンロッド１００に作用する引張及び圧縮荷重に対する力線の軸方向の流れを溝部７、８によって変化させることができ、根元部６ａに作用する荷重を小さくすることができる。よって、ビード６の根元部６ａに応力が集中することを回避することができる。

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

ロッド本体１及びロッドヘッド２の内周面であって接合面３から軸方向に離間した位置に環状に溝部７、８が形成されるので、ピストンロッド１００の軸方向に作用する荷重に対する力線の流れを溝部７、８によって変化させることができる。よって、摩擦圧接時に接合面３の内周側に生じたビード６の根元部６ａの応力を低減できるので、ビード６を除去しなくてもピストンロッド１００の耐久性の低下を抑制することができる。

さらに、溝部７、８は、ビード６の根元部６ａに近接して配置されるので、溝部７、８の深さを深くすることなく、ビード６の根元部６ａの応力をより確実に低減することができる。

さらに、溝部７、８の軸方向位置を規定する所定の距離は、摩擦圧接時のアプセット圧によってロッド本体１の端面１ａ又はロッドヘッド２の端面２ａが損耗して軸方向に変位する量である寄り代と、摩擦圧接後に接合面３の内周側であってロッド本体１側又はロッドヘッド２側に残るビード６の軸方向の幅と、ロッド本体１又はロッドヘッド２の寸法公差と、を加算した値に設定される。よって、摩擦圧接後に溝部７、８がビード６の根元部６ａに配置されることになるので、ビード６の根元部６ａの応力をさらに確実に低減することができる。

さらに、ロッド本体１及びロッドヘッド２は中実部材であり、中空部４、５が接合面３である各端面１ａ、２ａに開口するとともに軸方向に窪む凹部形状であるので、ピストンロッド１００の強度を確保しながら摩擦圧接時の接合面３の面積を小さくして摩擦圧接用の設備を小型化することができる。

さらに、溝部７、８の断面形状が略Ｕ字状の円弧形状であるので、溝部７、８における断面形状の変化を小さくでき、局所的に応力が集中する箇所を作ることなくビード６の根元部６ａの応力を低減することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一つを示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、上記実施形態では、中実のロッド本体１と中実のロッドヘッド２とを接合してピストンロッド１００を形成する場合について例示したが、少なくとも一方が中空部材であってもよい。この場合、中空部４、５を新たに設ける必要が無く、中空部材の内部空間の一部が上記した中空部４、５に相当することになる。

さらに、上記実施形態では、ロッド本体１及びロッドヘッド２の両方に中空部４、５を形成したが、いずれか一方だけに設けてもよい。この場合、中空部を設けた方にのみ溝部が形成される。

さらに、上記実施形態では、ロッド本体１及びロッドヘッド２の両方の中空部４、５に溝部７、８を形成したが、いずれか一方のみに形成してもよい。この場合、材料強度の低い方に溝部を設けることで、ビードの根元部６ａであって材料強度の低い側に応力が集中することを避けることができる。

さらに、上記実施形態では、溝部７、８の断面形状が円弧形状である場合を例示したが、断面形状はこれに限定されることなくその他の形状であってもよい。この場合、溝部の断面形状は、応力が集中しにくい形状であることが好ましい。

さらに、上記実施形態では、溝部７、８は中空部４、５の内周の軸方向一部の領域のみに形成しているが、図３に示すように、中空部４、５の軸方向全域に亘って溝部９、１０を形成してもよい。

さらに、上記実施形態では、ロッド本体１とロッドヘッド２とが接合されたピストンロッド１００を例示したが、その他の部材に適用することも可能である。例えば、円筒状の２つの接合部材を摩擦圧接によって接合してシリンダチューブを形成する場合に適用しても、上記したのと同様の作用効果を得ることができる。

さらに、上記実施形態では、中空部４、５がロッド本体１の端面１ａ及びロッドヘッド２の端面２ａから軸方向に窪むように形成されているが、中空部４、５は、軸方向の深さが中空部４、５の内径より小さくなるように浅く形成してもよいし、軸方向の深さが中空部４、５の内径より大きくなるように深く形成してもよい。

１ ロッド本体（接合部材）
１ａ 端面
２ ロッドヘッド（接合部材）
２ａ 端面
３ 接合面
４ 中空部
５ 中空部
７ 溝部
８ 溝部
１００ ピストンロッド（接合体）

Claims (8)

1. ２つの接合部材の互いの端面を摩擦圧接によって接合した接合体であって、
   前記２つの接合部材のそれぞれに形成され、前記２つの接合部材の前記接合面に開口する中空部と、
   少なくとも一方の前記中空部の内周面に環状に形成される溝部と、を備え、
   前記溝部は、前記摩擦圧接によって前記中空部内に生じるビードの根元部から軸方向に離間した位置に設けられる、
   ことを特徴とする接合体。
2. 前記溝部は、前記中空部の内周における軸方向の一部の領域にのみ形成される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の接合体。
3. ２つの接合部材の互いの端面を摩擦圧接によって接合した接合体であって、
   前記２つの接合部材の少なくとも一方に形成され、前記２つの接合部材の前記接合面に開口する中空部と、
   前記中空部の内周面に環状に形成される溝部と、を備え、
   前記溝部は、前記摩擦圧接によって前記中空部内に生じるビードの根元部から軸方向に離間した位置であって、前記中空部の内周における軸方向の一部の領域にのみ形成される、
   ことを特徴とする接合体。
4. 前記中空部が設けられる前記接合部材は中実の部材であり、
   前記中空部は、前記接合面の軸心部が軸方向に窪むように形成される凹部である、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の接合体。
5. 前記中空部が設けられる前記接合部材は中空の部材である、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の接合体。
6. 前記溝部の断面は円弧形状である、
   ことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の接合体。
7. 前記接合体はピストンロッドであり、
   前記２つの接合部材は、それぞれロッド本体とロッドヘッドである、
   ことを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の接合体。
8. 前記中空部は、前記２つの接合部材のそれぞれに形成され、
   前記溝部は、前記各中空部の内周面に形成されることを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の接合体。

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