JP2012232326A - 接合物およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストを低減できる接合物およびその製造方法の提供。
【解決手段】接続部材２１の棒状部材２２が接続される位置に棒状部材２２の外径よりも小径の筒状の開口穴３３を形成し、開口穴３３の開口端部３８をプロジェクションとし、棒状部材２２が開口穴３３に挿入された状態でプロジェクション溶接により棒状部材２２と接続部材２１とを接合する。
【選択図】図２

Description

本発明は、接合物およびその製造方法に関する。

棒状部材を取付アイの平坦面に突き合わせ、抵抗溶接して位置合わせした後、アーク溶接により全周溶接するものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−３６２７２号公報

上記のように溶接が２段階必要であると製造コストが増大してしまう。

したがって、本発明は、製造コストを低減できる接合物およびその製造方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の接合物は、接続部材の棒状部材が接続される位置に棒状部材の接続部における外径よりも小径の筒状の開口穴を形成し、該開口穴の開口端部をプロジェクションとし、前記棒状部材が前記開口穴に挿入された状態でプロジェクション溶接により前記棒状部材と前記接続部材とを接合してなる構成とした。

また、本発明の接合物の製造方法は、接続部材に形成された開口穴に、該開口穴の径よりも接続部が大径の棒状部材を挿入する工程と、前記棒状部材と前記接続部材とを加圧しながら通電する加圧通電工程と、からなる構成とした。

本発明によれば、製造コストを低減できる。

本発明に係る第１実施形態の接合物を含むシリンダ装置を示す断面図である。 本発明に係る第１実施形態の接合物を示すもので、（ａ）は溶接前の状態を、（ｂ）は溶接後の状態を示すものである。 本発明に係る第２実施形態の接合物を示すもので、（ａ）は溶接前の状態を、（ｂ）は溶接後の状態を示すものである。

「第１実施形態」
本発明に係る第１実施形態を図１および図２に基づいて以下に説明する。

図１は、第１実施形態の接合物としてのロッド体１１を含むシリンダ装置１を示している。このシリンダ装置１は、具体的には緩衝器であり、筒状のシリンダ１２と、一端側がシリンダ１２から突出する状態で他端側がシリンダ１２内に挿入されるロッド体１１と、ロッド体１１の他端側に取り付けられてシリンダ１２内で摺動するピストン１３とを有している。

ロッド体１１は、その一端側にあってシリンダ１２よりも外側部分を構成するブラケット（接続部材）２１と、このブラケット２１に一端側において接合されるとともに他端側にピストン１３が取り付けられる棒状のピストンロッド（棒状部材）２２とからなっている。これらブラケット２１とピストンロッド２２とは溶接によって一体的に接合されてロッド体１１となる。シリンダ装置１は、ロッド体１１のブラケット２１において相対移動部位の一方に連結され、シリンダ１２の底部側の取付部２３において相対移動部位の他方に連結される。そして、これら相対移動部位の相対移動でピストン１３がシリンダ１２内を摺動して両側の室２４，２５の容積を変更させる。給排口１００，１０１には図示せぬ給排装置が接続され、給排口１０１から室２４内へ作動流体を供給すると共に、室２５内の作動流体を通路１０２、環状通路１０３を介して給排口１００から排出することにより、ピストン１３を左側に移動させてロッド体１１を伸長させることができる。また、給排口１００から環状通路１０３及び通路１０２を介して給排口１０１から排出することにより、ピストン１３を右側に移動させてロッド体１１を短縮させることができる。更に、給排口１００及び１０１を閉じることにより、ロッド体１１を固定させることができる。

図２（ａ）は、溶接前のブラケット２１とピストンロッド２２との接合部分の周辺を示している。ブラケット２１は、板状の接合ベース部３０を有しており、接合ベース部３０は、その厚さ方向両側の面部３１，３２が互いに平行な平坦面となっている。接合ベース部３０には、その厚さ方向の一側の面部３２に所定深さで貫通しない開口穴３３が形成されている。この開口穴３３は、中心軸が面部３１，３２に直交し軸方向の全長にわたって一定径をなす円筒面３５と、円筒面３５の奥側にあり円筒面３５と同軸をなして奥側ほど小径となるテーパ状の面取り面３６と、面取り面３６の円筒面３５とは反対側にあってこれらの中心軸に直交する平坦面からなる円形の底面３７とを有している。

開口穴３３は、円筒面３５の底面３７とは反対端部を含むこの端部の周囲部分が開口端部３８となっており、底面３７を含む底面３７の面部３１側が底部３９となっている。つまり、ブラケット２１の開口穴３３には底部３９が形成されている。開口端部３８には面部３２の開口穴３３側も含まれている。

ピストンロッド２２はブラケット２１に接合される側が先端棒状部４５となっており、この先端棒状部４５は、軸方向の全長にわたって一定径をなすベース円筒面４６と、ベース円筒面４６の軸方向の一端から、ベース円筒面４６の中心軸と直交する方向に沿って径方向内側に一定幅で広がる円形のベース段面４７と、ベース段面４７の内周縁部から、ベース円筒面４６と同軸をなしベース円筒面４６とは反対側に軸方向の全長にわたって一定径をなして延出する嵌合円筒面４８と、嵌合円筒面４８の軸方向のベース段面４７とは反対端から、嵌合円筒面４８の中心軸と直交する方向に沿って径方向内側に一定幅で広がる円形の先側段面４９とを有している。

また、先端棒状部４５は、先側段面４９の内周縁部から、嵌合円筒面４８と同軸をなし嵌合円筒面４８から離れるほど小径となるようにテーパ状に延出する中間面取り面５１と、中間面取り面５１の内周縁部から、嵌合円筒面４８と同軸をなし嵌合円筒面４８とは反対側に軸方向の全長にわたって一定径をなして延出する突出円筒面５２と、突出円筒面５２の軸方向の中間面取り面５１とは反対端から、突出円筒面５２と同軸をなし突出円筒面５２から離れるほど小径となるようにテーパ状に延出する先端面取り面５３と、先端面取り面５３の軸方向の突出円筒面５２とは反対端から、これらの中心軸と直交する方向に沿って設けられた円形状の平坦な先端面５４とを有している。

先端棒状部４５は、ベース円筒面４６を含むその内側部分が大径部５７となっており、ベース段面４７はこの大径部５７に形成されている。また、先端棒状部４５は、嵌合円筒面４８を含むその内側部分が大径部５７よりも小径の小径部５８となっており、先側段面４９はこの小径部５８に形成されている。また、先端棒状部４５は、中間面取り面５１と突出円筒面５２と先端面取り面５３と先端面５４とを含む部分が小径部５８よりも小径の凸部５９となっており、この凸部５９がピストンロッド２２の端部に形成されている。このように先端棒状部４５の先端部分には凸部５９が設けられて、凸形状となっている。大径部５７の小径部５８側と小径部５８とが段差部６０を構成している。

ピストンロッド２２のベース円筒面４６の外径は、開口穴３３の円筒面３５の内径よりも大径となっている。言い換えれば、ブラケット２１のピストンロッド２２が接続される位置には、ピストンロッド２２のベース円筒面４６の外径よりも小径の筒状の開口穴３３が形成されている。また、嵌合円筒面４８の外径は開口穴３３の円筒面３５に嵌合するように円筒面３５の内径以下となっており、突出円筒面５２の外径は開口穴３３の円筒面３５の内径よりも小径となっている。よって、ピストンロッド２２は、段差部６０において開口穴３３の開口端部３８に嵌合しつつ当接可能となっている。段差部６０が開口端部３８に嵌合しつつ当接した状態では、ベース段面４７が面部３２に当接し、嵌合円筒面４８が開口穴３３の開口端部３８に軸方向の位置を重ね合わせる。

加えて、嵌合円筒面４８と中間面取り面５１と突出円筒面５２と先端面取り面５３とを合わせた軸方向長さは、開口穴３３の軸方向深さ、つまり開口穴３３の円筒面３５と面取り面３６とを合わせた軸方向長さよりも短くなっており、先端棒状部４５が開口穴３３の開口端部３８に嵌合した状態では、先端面５４が開口穴３３の底面３７から離間する。その結果、凸部５９の軸長も開口穴３３の底部３９までの軸長よりも短くなっている。

次に、上記したブラケット２１にピストンロッド２２を接合する製造方法について説明する。

まず、ブラケット２１およびピストンロッド２２が仮セットされた状態で起動スイッチがオンされると、溶接装置は、ブラケット２１を上側の昇降するブラケット保持機構６５でクランプし、ピストンロッド２２を下側の昇降しないピストンロッド保持機構６６でクランプするクランプ工程を行う。このとき、ブラケット保持機構６５はブラケット２１の接合ベース部３０の開口穴３３とは反対側の面部３１にブラケット側加圧電極６５ａを当接させることになり、ピストンロッド保持機構６６は、ピストンロッド２２の大径部５７の周囲のロッド側電極６６ａでピストンロッド２２をクランプする。

次に、溶接装置は、ブラケット保持機構６５が下降してピストンロッド保持機構６６に近づき、ブラケット２１の接合ベース部３０に形成された開口穴３３に、この開口穴３３の径よりも大径の大径部５７を有するピストンロッド２２の小径部５８および凸部５９を挿入するセット工程を行う。このセット工程において溶接装置は、低圧でピストンロッド２２にブラケット２１を押し付ける。このセット工程により、ピストンロッド２２の段差部６０が上記したように開口穴３３の開口端部３８に嵌合しつつ当接する状態となる。言い換えれば、ブラケット２１が開口穴３３の開口端部３８においてのみピストンロッド２２に当接する。この状態でピストンロッド２２と開口穴３３とが芯出しされる。

次に、溶接装置は、ピストンロッド保持機構６６のロッド側電極６６ａにより固定された状態にあるピストンロッド２２に対して、ブラケット２１をブラケット側加圧電極６５ａを含むブラケット保持機構６５で加圧しながら、ロッド側電極６６ａとブラケット側加圧電極６５ａとの間に通電する加圧通電工程を行う。これにより、上記のようにピストンロッド２２に嵌合しつつ当接するブラケット２１の開口穴３３の開口端部３８をプロジェクションとして、ピストンロッド２２とこれが開口穴３３に挿入された状態のブラケット２１とにプロジェクション溶接が行われて、これらが接合されることになる。

なお、この加圧通電工程中は、ブラケット保持機構６５でブラケット２１をピストンロッド２２に対し加圧し続けることになり、これらの接触部分が発熱軟化することにより、ブラケット２１はピストンロッド２２の方向に移動する。そして、この加圧通電工程は、図２（ｂ）に示すように、ピストンロッド２２の凸部５９の先端面５４がブラケット２１の開口穴３３の底部３９の底面３７に当接するまで行われる。具体的に、溶接用の電源をオンした後、溶接用の電流値を計測し、この電流値が予め設定された設定値に達するまで行われ、この電流値が設定値に達した時点で溶接用の電源をオフする。上記の設定値は、ピストンロッド２２の凸部５９の先端面５４がブラケット２１の開口穴３３の底部３９の底面３７に当接し分流が生じたことを判断する値となっている。なお、分流が生じるとその後は溶接は進行しない。

上記の加圧通電工程により、ピストンロッド２２の段差部６０側の全周と開口穴３３の開口端部３８側の全周とが溶接により溶けて接合されることになる。その後、溶けて固まった溶接部６８は、その軸方向にて面部３２と先端段面４９との間にある本体部６８ａが、底部３９側が小径となり、底部３９とは反対側が大径のテーパ状をなすことになる。また、溶接部６８は、開口穴３３と凸部５９との隙間に膨出するように、余肉６８ｂが先端段面４９よりも底部３９側かつ円筒面３５よりも内側に形成され、大径部５７と面部３２との境界位置から外側に膨出するように、余肉６８ｃが面部３２よりも底部３９とは反対側かつベース円筒面４６よりも外側に形成される。このようにして、ピストンロッド２２とブラケット２１とが一体化されてロッド体１１となる。

その後、溶接装置は、上記した電流値と、ブラケット保持機構６５の加圧力と、ブラケット保持機構６５の変位量等とから溶接が正常に行われたか否かを判定し、正常に溶接が行われたと判定すると、ブラケット保持機構６５によるブラケット２１に対する加圧をオフし、さらにクランプを解除して、ブラケット保持機構６５を上昇させる。続いて、溶接装置は、ピストンロッド保持機構６６によるピストンロッド２２に対するクランプを解除して、ロッド体１１を冷却装置に向け排出する。冷却装置ではロッド体１１を冷却水で水冷する。

なお、ピストンロッド２２の材質は鉄であり、具体的には鋼材、さらに具体的にはＳ２５Ｃ等の機械構造用炭素鋼からなっている。また、ブラケット２１の材質も鉄であり、具体的には鋼材、さらに具体的にはＳＷＣＨつまり冷間圧造用炭素鋼からなっている。

ここで、具体的には、ピストンロッド２２の段差部６０において、大径部５７の外径よりも小径部５８の外径は０．２ｍｍ〜０．８ｍｍ小径であり、小径部５８の軸方向長さは０．２〜１．３ｍｍ、より好ましくは０．５〜１．０ｍｍとなっている。また、小径部５８は、開口穴３３に対しＪＩＳ規格のｈ７程度のはめあいとされ、公差としての０〜０．０２１ｍｍの範囲で小径となっている。加えて、凸部５９は、外径が大径部５７の外径よりも５〜２０ｍｍ小径であり、軸方向長が１．０ｍｍ〜５．０ｍｍとなっている。一方、開口穴３３は２．０ｍｍ〜９．０ｍｍの深さとなっている。

以上に述べた第１実施形態によれば、ロッド体１１は、ブラケット２１に形成された開口穴３３に、この開口穴３３の径よりも大径のピストンロッド２２を挿入する工程と、ピストンロッド２２とブラケット２１とを加圧しながら通電する加圧通電工程とを有する製造方法で製造されることになる。また、ロッド体１１は端部が凸形状の凸部５９であり、加圧通電工程において、開口穴３３の底面３７にロッド体１１の凸形状の凸部５９が当接するまで通電するようにしている。
つまり、ロッド体１１は、ブラケット２１のピストンロッド２２が接続される位置にピストンロッド２２の外径よりも小径の筒状の開口穴３３を形成し、この開口穴３３の開口端部３８をプロジェクションとし、ピストンロッド２２が開口穴３３に挿入された状態でプロジェクション溶接によりピストンロッド２２とブラケット２１とが接合されて形成されることになる。したがって、溶接工程が１回で済むことになり、溶接工程を削減でき、サイクルタイムを短縮でき、製造コストを低減できる。

また、プロジェクション溶接は、アーク溶接とは異なり、非溶融抵抗溶接であるため、スパッタが発生することがない。よって、シリンダ装置１へのコンタミネーションの混入を抑制できる。加えて、アーク溶接と比べて溶接不良が減少するため、品質が向上する。

また、ピストンロッド２２の段差部６０をブラケット２１の開口穴３３に嵌合させることになるため、ガイド等が必要なくなり、溶接中にガイド等を介しての分流が生じることがない。したがって、安定した抵抗溶接ができることになる。

加えて、ピストンロッド２２がブラケット２１の開口穴３３に進入しつつ溶接されるため、曲げ方向の強度（衝撃強度）の向上が図れる。

また、溶接部６８のピストンロッド２２側に生じる余肉６８ｃを減らすことができるため、ピストンロッド２２の摺動距離を向上できる。

加えて、ブラケット２１の開口穴３３に底部３９が形成され、ピストンロッド２２の端部に凸部５９が形成されており、凸部５９の軸長が開口穴３３の底部３９までの軸長よりも短くされていることから、凸部５９を底部３９に当接させるまで溶接を行うことで、ピストンロッド２２の小径部５８および大径部５７を確実に開口穴３３に溶接することができる。

ピストンロッド２２の先端部の凸部５９をブラケット２１の底部３９に当接させることで溶接が終了するため、接合後のロッド体１１の全長寸法が安定する。

「第２実施形態」
本発明に係る第２実施形態を主に図３に基づいて第１実施形態との相違部分を中心に説明する。なお、第１実施形態と共通する部位については、同一称呼、同一の符号で表す。

第２実施形態においては、図３（ａ）に示すように、ピストンロッド２２の先端棒状部４５が、軸方向の全長にわたって一定径をなすベース円筒面４６および突出円筒面５２の間に、これらを繋ぐこれらと同軸のテーパ面７１が形成されている。よって、このテーパ面７１は、その大径側の径が開口穴３３の円筒面３５よりも大径であり、小径側の径が開口穴３３の円筒面３５よりも小径となっている。先端棒状部４５は、テーパ面７１を含むテーパ面７１よりも内側部分がテーパ部７２となっている。テーパ面７１、突出円筒面５２、先端面取り面５３を合わせた軸方向長は、開口穴３３の深さと同等になっている。テーパ面７１の角度はその中心線とのなす角度が４５度よりも大きくなっている。

第２実施形態では、セット工程において、ブラケット２１の開口穴３３に、ピストンロッド２２のテーパ部７２の凸部５９側および凸部５９を挿入するセット工程を行う。このセット工程において、ピストンロッド２２のテーパ部７２が、開口穴３３の開口端部３８に当接する。この状態でテーパ部７２の案内でピストンロッド２２と開口穴３３とが芯出しされる。なお、このときも、凸部５９は、底部３９から離間している。

そして、この状態から、第１実施形態と同様の加圧通電工程を行う。すると、ピストンロッド２２のテーパ部７２に当接するブラケット２１の開口穴３３の開口端部３８をプロジェクションとして、ピストンロッド２２とこれが開口穴３３に挿入された状態のブラケット２１とにプロジェクション溶接が行われて、これらが接合されることになる。

上記の加圧通電工程により、主に開口穴３３の開口端部３８側の全周が溶接により溶けてピストンロッド２２のテーパ部７２の全周に接合されることになる。その後、溶けて固まった溶接部７４は、図３（ｂ）に示すように、その径方向にてベース円筒面４６と円筒面３５との間にある本体部７４ａが、テーパ面７１に略沿うことになり、底部３９側が小径となり、底部３９とは反対側が大径のテーパ状をなすことになる。しかも、第１実施形態の本体部６８ａよりも傾斜が大きいテーパ状をなす。また、溶接部７４は、開口穴３３と凸部５９との隙間に膨出するように、余肉７４ｂが円筒面３５よりも内側に形成され、ベース円筒面４６と面部３２との境界位置から外側に膨出するように、余肉７４ｃが面部３２の底部３９とは反対側かつベース円筒面４６よりも外側に形成される。このようにして、ピストンロッド２２とブラケット２１とが一体化されてロッド体１１となる。

このような第２実施形態によれば、ロッド体１１の中心軸に対する溶接部７４の本体部７４ａの角度を大きくできるため、軸力に対しせん断応力のみがかかる第１実施形態に対し、軸力に対し引張圧縮応力がかかる構造となり、疲労強度が増すことになる。

以上の第１，第２実施形態では、シリンダ装置１の棒状部材であるピストンロッド２２に、接続部材としてのブラケット２１を溶接する場合を例にとり説明したが、接続部材とは、棒状部材に接続される部材であればよく、他の種々の棒状部材と接続部材との溶接に適用可能であり、例えば、シリンダ装置のピストンロッドと取付アイとの溶接等にも適用可能である。
また、棒状部材も先端側が開口穴３３より大径であればよく、先端側以外の部分に開口穴３３より小径の部分があってもよい。
また、第１，第２実施形態では、棒状部材も先端側に凸部５９を形成して凸形状としたが、例えば、棒状部材の先端を球面にしたり、円錐形状とすることで凸形状としてもよい。
また、本実施の形態では底面３７を有するブラケットを例に上げて説明したが、底面３７を有さないものであってもよい。

１１ ロッド体（接合物）
２１ ブラケット（接続部材）
２２ ピストンロッド（棒状部材）
３３ 開口穴
３８ 開口端部
３９ 底部
５９ 凸部
６８，７４ 溶接部

Claims (5)

1. 棒状部材と、
   該棒状部材に接合される接続部材とからなる接合物であって、
   前記接続部材の前記棒状部材が接続される位置に前記棒状部材の接続部における外径よりも小径の筒状の開口穴を形成し、該開口穴の開口端部をプロジェクションとし、前記棒状部材が前記開口穴に挿入された状態でプロジェクション溶接により前記棒状部材と前記接続部材とを接合してなることを特徴とする接合物。
2. 前記開口穴に底部が形成され、前記棒状部材の端部は、前記開口穴に接合した状態で前記底部に当接するよう、凸形状とすることを特徴とする請求項１に記載の接合物。
3. 前記棒状部材はピストンロッドであり、前記接続部材はブラケットであることを特徴とする請求項１または２に記載の接合物。
4. 棒状部材と接続部材とをプロジェクション溶接により接合する接合物の製造方法であって、
   前記接続部材に形成された開口穴に、該開口穴の径よりも接続部が大径の前記棒状部材を挿入する工程と、
   前記棒状部材と前記接続部材とを加圧しながら通電する加圧通電工程と、
   からなる接合物の製造方法。
5. 前記棒状部材は端部が凸形状の棒状部材であり、
   前記加圧通電工程において、前記開口穴の底部に前記棒状部材の凸形状の先端が当接するまで通電することを特徴とする請求項４に記載の接合物の製造方法。

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