KR20150136050A - 접합체 - Google Patents

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KR20150136050A
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다카히코 하라
다카야스 가와카미
히로시 오야마
유스케 다카하시
겐이치 히라키
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케이와이비 가부시키가이샤
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Abstract

2개의 접합 부재의 서로의 단부면을 마찰 압접에 의해 접합한 접합체는, 2개의 접합 부재 중 적어도 한쪽에 형성되고, 2개의 접합 부재의 접합면에 개구되는 중공부와, 중공부의 내주면이며 접합면으로부터 축방향으로 이격된 위치에 환 형상으로 형성되는 홈부를 구비한다.

Description

접합체 {JOINED BODY}
본 발명은, 접합체에 관한 것이다.
로드 본체와 로드 헤드의 서로의 단부면을 마찰 압접에 의해 접합하여 피스톤 로드를 제조하는 방법이 알려져 있다. JP2011-56531A에는, 단부면의 축심부가 오목하게 들어가 있는 로드 본체와, 마찬가지로 단부면의 축심부가 오목하게 들어가 있는 로드 헤드를 마찰 압접에 의해 접합하는 기술이 개시되어 있다. 이 기술에 의하면, 단부면에 오목부를 갖지 않는 경우에 비해, 접합 면적을 작게 할 수 있으므로, 마찰 압접용 설비를 소형화할 수 있다.
상기 종래의 기술에서는, 마찰 압접시에 단부면의 모재가 소성 유동에 의해 접합면의 외주측 및 내주측으로 배출되어 비드로서 남는다. 외주측의 비드는 마찰 압접 후에 절삭 등에 의해 제거하는 것이 가능하지만, 내주측의 비드는 제거하는 것이 곤란하다.
따라서, 피스톤 로드에 대해 축방향의 인장 및 압축 하중이 반복하여 작용하면, 남겨진 내주측의 비드의 근원부에 응력이 집중될 가능성이 있다.
본 발명의 목적은, 접합면의 내주측에 발생하는 비드를 제거하는 일 없이 접합체의 내구성의 저하를 억제하는 것이다.
본 발명의 일 형태에 의하면, 2개의 접합 부재의 서로의 단부면을 마찰 압접에 의해 접합한 접합체이며, 2개의 접합 부재 중 적어도 한쪽에 형성되고, 2개의 접합 부재의 접합면에 개구되는 중공부와, 중공부의 내주면이며 접합면으로부터 축방향으로 이격된 위치에 환 형상으로 형성되는 홈부를 구비하는 접합체가 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 피스톤 로드를 도시하는 평면도로, 일부 단면으로 나타낸다.
도 2는 마찰 압접 전의 로드 본체 및 로드 헤드를 도시하는 평면도로, 일부 단면으로 나타낸다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 피스톤 로드를 도시하는 평면도로, 일부 단면으로 나타낸다.
이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다.
도 1은 본 실시 형태에 있어서의 피스톤 로드(100)를 도시하는 평면도이다. 도 2는 마찰 압접 전의 로드 본체(1) 및 로드 헤드(2)를 도시하는 평면도이다. 또한, 설명의 간략화를 위해, 로드 본체(1)는 일부를 생략하고 짧게 도시하고 있다. 본 실시 형태의 피스톤 로드(100)는, 액추에이터(도시하지 않음)로서 사용되는 유체압 실린더의 실린더 본체에 진퇴 가능하게 삽입되는 것이다.
접합체로서의 피스톤 로드(100)는, 접합 부재로서의 로드 본체(1)와, 로드 본체(1)의 단부면(1a)에 접합되는 접합 부재로서의 로드 헤드(2)를 구비한다. 피스톤 로드(100)는, 로드 본체(1) 및 로드 헤드(2)의 서로의 단부면(1a, 2a)을 마찰 압접에 의해 접합하여 형성된다.
중실의 로드 본체(1)는, 실린더 본체 내를 미끄럼 이동하는 피스톤(도시하지 않음)이 연결되는 소직경부(1b)와, 소직경부(1b)보다도 대직경인 대직경부(1c)를 갖는다. 환 형상의 피스톤은, 소직경부(1b)의 외주에 끼움 삽입되어 소직경부(1b)와 대직경부(1c)의 경계의 단차부(1d)에 걸림과 함께, 소직경부(1b)의 수나사부(1e)에 체결되는 너트(도시하지 않음)에 의해 고정된다. 로드 본체(1)의 소직경부(1b)와 축방향 반대측에는, 평면상의 단부면(1a)이 형성된다. 단부면(1a)에는, 단부면(1a)의 축심부로부터 축방향으로 오목하게 들어감과 함께 당해 단부면(1a)에 개구되는 오목부 형상의 중공부(4)가 형성된다.
중실의 로드 헤드(2)는, 부하로 연결되는 환 형상의 클레비스(2b)와, 로드 본체(1)의 대직경부(1c)와 동일한 직경의 중실의 몸통부(2c)를 갖는다. 몸통부(2c)의 클레비스(2b)와 축방향 반대측에는, 평면상의 단부면(2a)이 형성된다. 단부면(2a)에는, 단부면(2a)의 축심부로부터 축방향으로 오목하게 들어감과 함께 당해 단부면(2a)에 개구되는 중공부(5)가 형성된다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 로드 본체(1)의 단부면(1a)과 로드 헤드(2)의 단부면(2a)은 마찰 압접에 의해 접합된다. 이때, 양 단부면(1a, 2a)에는 각각 중공부(4, 5)가 개구되어 있으므로, 접합 면적은, 단부면(1a, 2a)의 면적으로부터 중공부(4, 5)의 개구 면적을 감산한 값으로 된다. 따라서, 중공부(4, 5)가 형성되지 않은 부재끼리를 마찰 압접하는 경우와 비교하여, 접합 면적을 저감시킬 수 있으므로, 마찰 압접에 필요로 하는 설비를 소형화할 수 있다. 또한, 로드 본체(1) 및 로드 헤드(2)의 소재로 되는 환봉재의 주조시에 발생한 중심 편석에 의한 불순물을 제거할 수 있다.
여기서, 마찰 압접시에는 단부면(1a, 2a)의 모재가 소성 유동에 의해 로드 본체(1)와 로드 헤드(2)의 접합면(3)으로부터 외측으로 배출된다. 이에 의해, 단부면(1a, 2a)에 중공부(4, 5)가 개구되는 로드 본체(1)와 로드 헤드(2)를 마찰 압접에 의해 접합하면, 도 1에 도시하는 바와 같이, 접합면(3)의 외주측 및 내주측에 배출된 모재가 비드(6)로서 남는다. 접합면(3)의 외주측의 비드(6)는, 마찰 압접 후에 절삭 등에 의해 제거하는 것이 가능하지만, 내주측의 비드(6)는 피스톤 로드(100) 내의 폐공간에 잔류하므로 제거할 수 없다.
피스톤 로드(100)에는, 특히 축방향으로 인장 및 압축 하중이 반복하여 작용하므로, 남겨진 내주측의 비드(6)의 근원부(6a)에 응력이 집중될 가능성이 있다.
따라서, 본 실시 형태에서는, 로드 본체(1) 및 로드 헤드(2)의 각 중공부(4, 5)의 내주면에 환 형상으로 형성되는 홈부(7, 8)를 형성하였다.
홈부(7, 8)는, 로드 본체(1)와 로드 헤드(2)의 접합면(3)으로부터 축방향으로 소정의 거리만큼 이격된 위치에 형성된다. 즉, 로드 본체(1)의 중공부(4)에 형성한 홈부(7)와 로드 헤드(2)의 중공부(5)에 형성한 홈부(8)는, 접합면(3)을 사이에 두고 축방향 양측에 배치된다. 또한, 홈부(7, 8)는, 단면이 대략 U자 형상의 원호 형상으로 되도록 형성된다.
홈부(7)의 축방향 위치를 규정하는 소정의 거리는, 마찰 압접시의 업셋압에 의해 로드 본체(1)의 단부면(1a)이 손모되어 축방향으로 변위되는 양인 업셋 길이와, 마찰 압접 후에 접합면(3)의 내주측이며 로드 본체(1)측에 남는 비드(6)의 축방향의 폭과, 로드 본체(1)의 치수 공차를 가산한 값으로 설정된다.
마찬가지로, 홈부(8)의 축방향 위치를 규정하는 소정의 거리는, 마찰 압접시의 업셋압에 의해 로드 헤드(2)의 단부면(2a)이 손모되어 축방향으로 변위되는 업셋 길이와, 마찰 압접 후에 접합면(3)의 내주측이며 로드 헤드(2)측에 남는 비드(6)의 축방향의 폭과, 로드 헤드(2)의 치수 공차를 가산한 값으로 설정된다.
업셋 길이 및 비드(6)의 폭은, 로드 본체(1) 및 로드 헤드(2)의 외경이나 중공부(4, 5)의 내경 등에 따라 다른 값이며, 미리 실험 등에 의해 구해 둔다.
이에 의해, 홈부(7, 8)는, 마찰 압접 후에, 비드(6)의 근원부(6a)에 근접하여 배치된다.
이와 같이, 비드(6)가 발생하는 위치의 근방에 비드(6)의 근원부(6a)보다 대직경인 홈부(7, 8)가 형성되므로, 피스톤 로드(100)에 작용하는 인장 및 압축 하중에 대한 역선의 축방향의 흐름을 홈부(7, 8)에 의해 변화시킬 수 있어, 근원부(6a)에 작용하는 하중을 작게 할 수 있다. 따라서, 비드(6)의 근원부(6a)에 응력이 집중되는 것을 피할 수 있다.
이상의 실시 형태에 따르면, 이하에 나타내는 효과를 발휘한다.
로드 본체(1) 및 로드 헤드(2)의 내주면이며 접합면(3)으로부터 축방향으로 이격된 위치에 환 형상으로 홈부(7, 8)가 형성되므로, 피스톤 로드(100)의 축방향에 작용하는 하중에 대한 역선의 흐름을 홈부(7, 8)에 의해 변화시킬 수 있다. 따라서, 마찰 압접시에 접합면(3)의 내주측에 발생한 비드(6)의 근원부(6a)의 응력을 저감시킬 수 있으므로, 비드(6)를 제거하지 않아도 피스톤 로드(100)의 내구성의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 홈부(7, 8)는, 비드(6)의 근원부(6a)에 근접하여 배치되므로, 홈부(7, 8)의 깊이를 깊게 하는 일 없이, 비드(6)의 근원부(6a)의 응력을 보다 확실하게 저감시킬 수 있다.
또한, 홈부(7, 8)의 축방향 위치를 규정하는 소정의 거리는, 마찰 압접시의 업셋압에 의해 로드 본체(1)의 단부면(1a) 또는 로드 헤드(2)의 단부면(2a)이 손모되어 축방향으로 변위되는 양인 업셋 길이와, 마찰 압접 후에 접합면(3)의 내주측이며 로드 본체(1)측 또는 로드 헤드(2)측에 남는 비드(6)의 축방향의 폭과, 로드 본체(1) 또는 로드 헤드(2)의 치수 공차를 가산한 값으로 설정된다. 따라서, 마찰 압접 후에 홈부(7, 8)가 비드(6)의 근원부(6a)에 배치되게 되므로, 비드(6)의 근원부(6a)의 응력을 더욱 확실하게 저감시킬 수 있다.
또한, 로드 본체(1) 및 로드 헤드(2)는 중실 부재이며, 중공부(4, 5)가 접합면(3)인 각 단부면(1a, 2a)에 개구됨과 함께 축방향으로 오목하게 들어가는 오목부 형상이므로, 피스톤 로드(100)의 강도를 확보하면서 마찰 압접시의 접합면(3)의 면적을 작게 하여 마찰 압접용 설비를 소형화할 수 있다.
또한, 홈부(7, 8)의 단면 형상이 대략 U자 형상의 원호 형상이므로, 홈부(7, 8)에 있어서의 단면 형상의 변화를 작게 할 수 있어, 국소적으로 응력이 집중되는 개소를 만드는 일 없이, 비드(6)의 근원부(6a)의 응력을 저감시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명하였지만, 상기 실시 형태는 본 발명의 적용예 중 하나를 나타낸 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 범위를 상기 실시 형태의 구체적 구성에 한정하는 취지는 아니다.
예를 들어, 상기 실시 형태에서는, 중실의 로드 본체(1)와 중실의 로드 헤드(2)를 접합하여 피스톤 로드(100)를 형성하는 경우에 대해 예시하였지만, 적어도 한쪽이 중공 부재여도 된다. 이 경우, 중공부(4, 5)를 새롭게 형성할 필요가 없고, 중공 부재의 내부 공간의 일부가 상기한 중공부(4, 5)에 상당하게 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 로드 본체(1) 및 로드 헤드(2)의 양쪽에 중공부(4, 5)를 형성하였지만, 어느 한쪽에만 형성해도 된다. 이 경우, 중공부를 형성한 쪽에만 홈부가 형성된다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 로드 본체(1) 및 로드 헤드(2)의 양쪽의 중공부(4, 5)에 홈부(7, 8)를 형성하였지만, 어느 한쪽에만 형성해도 된다. 이 경우, 재료 강도가 낮은 쪽에 홈부를 형성함으로써, 비드의 근원부(6a)이며 재료 강도가 낮은 측에 응력이 집중되는 것을 피할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 홈부(7, 8)의 단면 형상이 원호 형상인 경우를 예시하였지만, 단면 형상은 이것에 한정되지 않고 그 밖의 형상이어도 된다. 이 경우, 홈부의 단면 형상은, 응력이 집중되기 어려운 형상인 것이 바람직하다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 홈부(7, 8)는 중공부(4, 5)의 내주의 축방향 일부의 영역에만 형성하고 있지만, 도 3에 도시하는 바와 같이, 중공부(4, 5)의 축방향 전역에 걸쳐 홈부(9, 10)를 형성해도 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 로드 본체(1)와 로드 헤드(2)가 접합된 피스톤 로드(100)를 예시하였지만, 그 밖의 부재에 적용하는 것도 가능하다. 예를 들어, 원통 형상의 2개의 접합 부재를 마찰 압접에 의해 접합하여 실린더 튜브를 형성하는 경우에 적용해도, 상기한 것과 마찬가지의 작용 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 중공부(4, 5)가 로드 본체(1)의 단부면(1a) 및 로드 헤드(2)의 단부면(2a)으로부터 축방향으로 오목하게 들어가도록 형성되어 있지만, 중공부(4, 5)는, 축방향의 깊이가 중공부(4, 5)의 내경보다 작아지도록 얕게 형성해도 되고, 축방향의 깊이가 중공부(4, 5)의 내경보다 커지도록 깊게 형성해도 된다.
본원은, 2013년 3월 28일에 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 제2013-70037호에 기초하는 우선권을 주장하고, 이 출원의 모든 내용은 참조에 의해 본 명세서에 포함된다.

Claims (8)

  1. 2개의 접합 부재의 서로의 단부면을 마찰 압접에 의해 접합한 접합체이며,
    상기 2개의 접합 부재 중 적어도 한쪽에 형성되고, 상기 2개의 접합 부재의 상기 접합면에 개구되는 중공부와,
    상기 중공부의 내주면이며 상기 접합면으로부터 축방향으로 이격된 위치에 환 형상으로 형성되는 홈부를 구비하는, 접합체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 홈부는, 상기 마찰 압접에 의해 상기 중공부 내에 발생하는 비드에 근접하여 배치되는, 접합체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 홈부는, 상기 마찰 압접에 의해 한쪽의 상기 접합 부재에 발생하는 업셋 길이와, 상기 마찰 압접에 의해 한쪽의 상기 중공부 내에 발생하는 비드의 축방향 치수를 가산한 치수만큼 상기 단부면으로부터 이격된 위치에 형성되는, 접합체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 중공부가 형성되는 상기 접합 부재는 중실의 부재이고,
    상기 중공부는, 상기 접합면의 축심부가 축방향으로 오목하게 들어가도록 형성되는 오목부인, 접합체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 중공부가 형성되는 상기 접합 부재는 중공의 부재인, 접합체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 중공부는, 상기 2개의 접합 부재의 양쪽에 형성되고,
    상기 홈부는, 상기 2개의 접합 부재 중 적어도 재료 강도가 낮은 쪽의 상기 중공부에 형성되는, 접합체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 홈부의 단면은 원호 형상인, 접합체.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 접합체는 피스톤 로드이고,
    상기 2개의 접합 부재는, 각각 로드 본체와 로드 헤드인, 접합체.
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