JP2015042891A - ピストンロッドの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ピストンロッドの製造において接合体の耐久性の低下を抑制する。【解決手段】中実のロッド本体２と中実のロッドヘッド３と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１の製造方法であって、ロッド本体２とロッドヘッド３との互いの端面を摩擦圧接にて接合する第１工程と、ロッドヘッド３側から、ロッド本体２とロッドヘッド３との接合面１１を貫通するように軸心部に穴加工を施す第２工程と、を備えることを特徴とする。【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。
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、ロッド本体とロッドヘッドを摩擦圧接にて接合すると、中心偏析部分で遅れ破壊が発生するおそれがあった。
特許文献１には、ロッド本体及びロッドヘッドの軸心部を端面からくり抜き、中心偏析による不純物を除去する工程と、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て接合する工程と、を備えるピストンロッドの製造方法が開示されている。
特許文献１に開示されるピストンロッドの製造方法によれば、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するため、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、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。
特許文献１に開示されるピストンロッドの製造方法では、摩擦圧接前に、ロッド本体及びロッドヘッドの端面をくり抜いているため、摩擦圧接によって接合面の内周側にビードが発生する。摩擦圧接後に内周側に形成されるビードは、除去することができないため、ビード根元部に応力が集中し、接合体が接合面から破壊するおそれがある。
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、中実のロッド本体と中実のロッドヘッドと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、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て接合する第１工程と、ロッドヘッド側から、ロッド本体とロッドヘッドとの接合面を貫通するように軸心部に穴加工を施す第２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の端面が摩擦圧接により接合された後に、ロッドヘッド側から接合面を貫通するように軸心部に穴加工を施す。このため、中心偏析による不純物を除去することができる。また、ピストンロッドの穴の内部にビードが存在しないため、穴の内周側に応力が集中することもない。したがって、接合体の耐久性の低下を抑制することができる。
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。本実施形態では、ピストンロッド１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。
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炭素鋼を加工することによって製造される。炭素鋼としては、例えば炭素量０．４５％の鋼が用いられる。
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、中実であって、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。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、中実であって、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。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が存在する。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、第１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、第１工程である摩擦圧接の手順を具体的に説明する。
（１）図１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２ｃ，３ｃが対向するように同軸的に配置する。
（２）次に、図２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２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。このように、接合面１１近傍の高温部は、外周側にバリ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２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。
ピストンロッド１の外周側のバリ１２は、図３に示すように、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。ピストンロッド１の外周側のバリ１２は、第１工程の完了後に切除してもよいし、後述する第２工程の完了後に切除してもよい。また、図４に示すように、バリ１２の切除を行わず、ピストンロッド１の外周側にバリ１２が残っていてもよい。
第１工程の完了後には、ロッド本体２とロッドヘッド３との摩擦圧接部に対して、超音波探傷などの非破壊試験による品質検査が行われる。このような品質検査によって、摩擦圧接部における接合の不具合などを検出することができる。
次に、第２工程では、図３に示すように、ロッドヘッド３側から、ロッド本体２とロッドヘッド３との接合面１１を貫通するような穴１３を軸心部に形成する穴加工が行われる。
第２工程である穴加工は、ドリル等の切削工具をロッドヘッド３側から、ロッドヘッド３及びロッド本体２の軸心部を通るように挿入することにより行われる。切削工具は、図３における左側からロッドヘッド３のクレビス３ａ、胴部３ｂに渡ってロッドヘッド３の軸心部を通るように挿入される。切削工具がロッド本体２とロッドヘッド３との接合面１１に達すると、そのまま接合面１１を貫通し、ロッド本体２の軸心部を通り所定の深さに達するまで挿入する。このように、第２工程では、ロッド本体２とロッドヘッド３との接合面１１を貫通するように切削工具を挿入して穴加工を行う。
接合面１１を貫通した後の切削工具の挿入深さは、第１工程で形成されるロッド本体２とロッドヘッド３との接合体に対して、試験や検査を行うことで決定する。具体的には、第１工程で形成される接合体のいくつかをサンプル品として試験や検査を行い、不純物１０が集積した中心偏析部のうち除去が必要となる部分の深さを決定する。また、穴加工により形成される穴１３の穴径についても、深さと同様に接合体に対する試験や検査の結果によって最適な径が選定される。
このように穴加工を行うことにより、遅れ破壊の原因となる軸心部の中心偏析部分を除去することができる。また、ロッド本体２とロッドヘッド３との接合面１１を貫通するように穴加工が行われるため、接合面１１での遅れ破壊に起因した分離破壊の発生を防止することができる。
また、ロッド本体２とロッドヘッド３とを摩擦圧接により接合する第１工程の後に、中心偏析を除去する穴加工である第２工程が行われるため、ピストンロッド１の穴１３の内周にビードが存在することがない。このため、穴１３の内周側に応力集中することもない。
さらに、本実施形態では、第１工程で形成されたロッド本体２とロッドヘッド３との接合体に対する試験や検査に基づいて、穴１３の深さ及び径を決定している。このため、材料ロットの違いなどによってロッド本体２及びロッドヘッド３の除去が必要な中央偏析部の深さや径が異なっても、確実に軸心部の中心偏析部を除去することができる。
なお、第２工程で形成される穴１３は、プラグなどを用いて開口部を封止してもよい。このようにすることで、ピストンロッド１が錆の発生しやすい場所で使用される場合に、穴１３内部での錆の発生を防止することができる。
以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。
本実施形態におけるピストンロッド１の製造方法では、ロッド本体２とロッドヘッド３との端面２ｃ，３ｃが摩擦圧接により接合された後に、ロッドヘッド３側から接合面１１を貫通するように軸心部に穴加工を施す。このため、中心偏析による不純物１０を除去することができる。また、ピストンロッド１の穴１３の内部にビードが存在しないため、穴１３の内周側に応力が集中することもない。したがって、接合体の耐久性の低下を抑制することができる。
また、ロッド本体２とロッドヘッド３との接合体に穴加工を施すことにより、中心偏析による不純物１０を除去することができるため、中心偏析による不純物１０が多く、比較的品質が良くない材料を用いてピストンロッド１を製造することができる。つまり、本実施形態によれば、比較的品質が良くなく安価な材料を用いてピストンロッド１を製造することができるため、製造コストを低減することができる。
また、あらかじめロッド本体２とロッドヘッド３の軸心部を端面からくり抜き、その後に摩擦圧接を行うピストンロッドの製造方法の場合には、得られる接合体の内部にすでに空洞が存在するため、摩擦圧接部に対して非破壊試験による品質検査を行うと空洞を欠陥として検出してしまう。これに対し、本実施形態では、摩擦圧接による接合の後に、軸心部に穴加工を施すため、穴１３が形成される前に摩擦圧接部に対して非破壊試験による品質検査を実施することができる。したがって、本実施形態によれば、摩擦圧接部に対する非破壊試験による品質検査において、内部の空洞を欠陥として検出するような事態は起こらず、確実に欠陥品のみを検出することができる。
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部を示したに過ぎず、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。
１ ピストンロッド
２ ロッド本体
２ａ 小径部
２ｂ 大径部
２ｃ 端面
３ ロッドヘッド
３ａ クレビス
３ｂ 胴部
３ｃ 端面
１０ 不純物
１１ 接合面
１２ バリ
１３ 穴
２ ロッド本体
２ａ 小径部
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１２ バリ
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Claims (1)
- 中実のロッド本体と中実のロッドヘッドと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第１工程と、
前記ロッドヘッド側から、前記ロッド本体と前記ロッドヘッドとの接合面を貫通するように軸心部に穴加工を施す第２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。
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