JP2011056531A - ピストンロッドの製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】摩擦圧接にて接合されたロッド本体とロッドヘッドとの接合強度を向上させることができるピストンロッドの製造方法を提供すること。
【解決手段】ロッド本体２とロッドヘッド３との互いの端面２ｃ，３ｃを接合してピストンロッド１を製造するピストンロッドの製造方法であって、ロッド本体２及びロッドヘッド３の軸心部を端面２ｃ，３ｃからくり抜き、中心偏析による不純物１０を除去する工程と、ロッド本体２とロッドヘッド３との互いの端面２ｃ，３ｃを摩擦圧接にて接合する工程と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、ピストンロッドの製造方法に関するものである。
油圧シリンダのピストンロッドの製造方法として、特許文献１には、中実のロッド本体とロッドヘッドとを摩擦圧接にて接合して一体化する方法が開示されている。
特開２０００−２４０６０９号公報
一般的に、ロッド本体及びロッドヘッドは、連続鋳造にて製造される鉄鋼材料を加工することによって製造される。連続鋳造にて製造される鉄鋼材料の中心部には、中心偏析による不純物が存在する。そのため、図４に示すように、中実のロッド本体５１とロッドヘッド５２とを摩擦圧接にて接合すると、中心部に存在する中心偏析５３は、摩擦圧接時の塑性流動によってバリ５４として外周に排出されるが、完全には排出されずに、接合面には不純物が薄い膜として残る。
接合面に残った不純物には、母材に含まれている拡散性水素が集まり易いため、接合面における水素脆化の原因となり、遅れ破壊が発生したり、接合面を境にしてロッド本体とロッドヘッドとが分離破壊したりするおそれがある。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、摩擦圧接にて接合されたロッド本体とロッドヘッドとの接合強度を向上させることができるピストンロッドの製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、ロッド本体とロッドヘッドとの互いの端面を接合してピストンロッドを製造するピストンロッドの製造方法であって、前記ロッド本体及び前記ロッドヘッドの軸心部を前記端面からくり抜き、中心偏析による不純物を除去する工程と、前記ロッド本体と前記ロッドヘッドとの互いの前記端面を摩擦圧接にて接合する工程と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、ロッド本体とロッドヘッドとは、軸心部に存在する不純物を除去した後、互いの端面を摩擦圧接にて接合することによって一体化されるため、接合面に不純物のないピストンロッドを製造することができる。したがって、ロッド本体とロッドヘッドとの接合強度を向上させることができる。
ピストンロッドの製造工程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。 本発明の実施の形態に係るピストンロッドの製造方法の第１工程を示す平面図であり、一部断面にて示す。 本発明の実施の形態に係るピストンロッドの製造方法の第２工程を示す図であり、一部断面にて示す。 従来の製造方法によって製造された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、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
本実施の形態に係るピストンロッドの製造方法は、ロッド本体２とロッドヘッド３とを摩擦圧接にて接合してピストンロッド１を製造するものである。本実施の形態では、ピストンロッド１は、アクチュエータ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。
ロッド本体２及びロッドヘッド３は、連続鋳造にて製造される中実のＳ４５Ｃ等の炭素鋼を加工することによって製造される。図１を参照して、ロッド本体２及びロッドヘッド３について説明する。図１は、ピストンロッド１の製造工程前（摩擦圧接前）のロッド本体２及びロッドヘッド３を示す平面図である。
ロッド本体２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２ａと、小径部２ａよりも大径の大径部２ｂとからなる。環状のピストンは、小径部２ａの外周に嵌挿され小径部２ａと大径部２ｂとの境界の段部２ｄに係止されると共に、小径部２ａの雄ねじ部２ｅに締結されるナットによって固定される。ロッド本体２の大径部２ｂには、平面状の端面２ｃが形成される。
ロッドヘッド３は、負荷に連結される環状のクレビス３ａと、ロッド本体２の大径部２ｂと同径の胴部３ｂとからなる。胴部３ｂには平面状の端面３ｃが形成される。
ピストンロッド１は、ロッド本体２の大径部２ｂの端面２ｃと、ロッドヘッド３の胴部３ｂの端面３ｃとを摩擦圧接にて接合して一体化することによって製造される。
ロッド本体２及びロッドヘッド３は、連続鋳造にて製造される中実の鉄鋼材料を加工することによって製造されるものであるが、溶鋼中の不純物は、固体よりも液体に残る傾向があるため、連続鋳造では、最後に凝固する軸心部に不純物が集積し易い。このため、連続鋳造にて製造される鉄鋼材料の軸心部には、中心偏析による不純物が存在する。したがって、ロッド本体２の軸心部及びロッドヘッド３の胴部３ｂの軸心部には、中心偏析による不純物１０が存在する。なお、図１〜図３において、不純物１０は点線にて模式的に示す。
次に、図２及び図３を参照して、ピストンロッド１の製造工程について説明する。
まず、図２に示すように、第１工程では、中実のロッド本体２の軸心部を端面２ｃから円柱状にくり抜き、中心偏析による不純物１０を除去する。これにより、ロッド本体２には、環状部５にて囲まれ、端面２ｃに開口部を有する穴部６が形成される。穴部６の成形によって端面２ｃ近傍の不純物１０が除去されるため、端面２ｃには不純物１０が存在しなくなる。
穴部６の内径は、ロッド本体２の環状部５の断面積が段部２ｄに形成される最小断面積部２ｆよりも大きくなるように形成される。これは、環状部５の強度がピストンロッド１において最弱にならないようにするためである。また、穴部６の深さは、接合時に発生するバリ１２（図３参照）が内部に収まる長さに形成される。また、穴部６の底部周縁６ａは、曲面状となるように面取り加工される。これは、ピストンロッド１に引張圧縮荷重が作用した場合に、穴部６の底部周縁６ａに応力集中が生じないようにするためである。
第１工程では、ロッドヘッド３についても同様に、中実の胴部３ｂの軸心部を端面３ｃから円柱状にくり抜き、中心偏析による不純物１０を除去する。これにより、ロッドヘッド３の胴部３ｂには、環状部７にて囲まれ、端面３ｃに開口部を有する穴部８が形成される。穴部８の成形によって端面３ｃ近傍の不純物１０が除去されるため、端面３ｃには不純物１０が存在しなくなる。
穴部８の内径及び深さは、ロッド本体２の穴部６と略同一寸法に形成される。また、穴部８の底部周縁８ａも、ロッド本体２の穴部６と同様に、曲面状に面取り加工される。
ロッド本体２及びロッドヘッド３の軸心部のくり抜きは、切削加工によって行われる。なお、ロッド本体２及びロッドヘッド３の軸心部のくり抜きは、切削加工以外の方法、例えば、鍛造などの塑性加工によって行ってもよい。
次に、第２工程では、ロッド本体２とロッドヘッド３との互いの端面２ｃ，３ｃを摩擦圧接にて接合する。以下に、摩擦圧接の手順を具体的に説明する。
（１）図２に示すように、ロッド本体２とロッドヘッド３とを互いの端面が対向するように同軸的に配置する。
（２）図３に示すように、ロッドヘッド３を軸中心に回転させた状態で、ロッド本体２をロッドヘッド３に向けて移動させてロッド本体２の端面２ｃをロッドヘッド３の端面３ｃに押し付け、接合面１１にて摩擦熱を発生させる。摩擦熱によって接合面１１近傍が軟化する。
（３）押し付けによるロッド本体２の移動が予め定められた所定変位に達した時点でロッドヘッド３の回転を停止させる。
（４）ロッド本体２を大きな荷重でさらにロッドヘッド３側に押し付け、接合面１１近傍の高温部を、図３に示すように、外周側及び内周側に塑性流動させてバリ１２として排出する。ロッド本体２の穴部６とロッドヘッド３の穴部８とによってピストンロッド１の内部には中空部１３が存在する。この中空部１３の存在によって、接合面１１近傍の高温部は、内周側にも塑性流動してバリ１２として排出されることになる。このように、接合面１１近傍の高温部は、外周側及び内周側にバリ１２として排出されるため、仮に、接合面１１に不純物が存在していたとしても、不純物を排出する効果が高く、接合面１１は清浄となる。なお、バリ１２の排出は、ロッド本体２のバリ１２ａとロッドヘッド３のバリ１２ｂとの境界点１２ｃが、図３に示すように、ロッド本体２及びロッドヘッド３の外周面の外側となるまで行われる。
（５）最後に、上記（４）の押し付け状態を所定時間保持することによって、接合面１１におけるロッド本体２とロッドヘッド３との相互拡散を促進させ、両者の接合が完了する。以上のようにして、摩擦圧接によるロッド本体２とロッドヘッド３との接合が行われる。
なお、ピストンロッド１の外周側のバリ１２は接合完了後に切除され、ロッド本体２とロッドヘッド３との外周は滑らかに連続した状態に加工される。
第１工程にて、ロッド本体２及びロッドヘッド３の軸心部がくり抜かれ、互いの端面２ｃ，３ｃには不純物１０が存在しないため、接合面１１に不純物が存在しないピストンロッド１を得ることができる。
以上の実施の形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。
ロッド本体２とロッドヘッド３とは、軸心部に存在する不純物１０を除去した後、互いの端面２ｃ，３ｃを摩擦圧接にて接合することによって一体化されるため、接合面１１に不純物のないピストンロッド１を製造することができる。したがって、接合面１１での水素脆性による粒界割れが発生せず、遅れ破壊の発生を防止することができるため、ロッド本体２とロッドヘッド３との接合強度を向上させることができる。
また、ピストンロッド１の内部には中空部１３が存在するため、摩擦圧接の過程で、接合面１１近傍の高温部は、外周側だけでなく内周側にもバリ１２として排出される。したがって、中実のロッドを接合する場合と比較して、より清浄な接合面１１を得ることができる。
また、ロッド本体２とロッドヘッド３とは、環状の端面２ｃ，３ｃを摩擦圧接にて接合するものであるため、中実のものを接合する場合と比較して、小さいエネルギーにて接合することができる。したがって、従来と同じ摩擦圧接機を用いたとしても、従来の中実のピストンロッド径よりも大きな径のピストンロッド１を接合することが可能となり、設備費を低減することができる。
また、ピストンロッド１の内部には中空部１３が存在するため、ピストンロッド１を軽量化することができる。
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
本発明は、アクチュエータ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ピストンロッドを製造する製造方法に適用することができる。
１ ピストンロッド
２ ロッド本体
２ｃ 端面
３ ロッドヘッド
３ｂ 胴部
３ｃ 端面
５ 環状部
６ 穴部
７ 環状部
８ 穴部
１０ 不純物
１１ 接合面
１２ バリ
１３ 中空部

Claims (2)

  1. ロッド本体とロッドヘッドとの互いの端面を接合してピストンロッドを製造するピストンロッドの製造方法であって、
    前記ロッド本体及び前記ロッドヘッドの軸心部を前記端面からくり抜き、中心偏析による不純物を除去する工程と、
    前記ロッド本体と前記ロッドヘッドとの互いの前記端面を摩擦圧接にて接合する工程と、
    を備えることを特徴とするピストンロッドの製造方法。
  2. 前記ロッド本体及び前記ロッドヘッドは、連続鋳造にて製造される中実の鉄鋼材料を加工することによって得られることを特徴とする請求項１に記載のピストンロッドの製造方法。
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