JP2016068127A - Jointing method, and joint - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、部材同士を摩擦圧接によって接合する接合方法及び接合体に関する。 The present invention relates to a joining method and a joined body for joining members together by friction welding.
パイプ状部材とエンド部材を互いの端面を摩擦圧接すること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。 A method of manufacturing a piston rod by joining a pipe-shaped member and an end member by friction-welding the end surfaces of each other is known.
特許文献1には、第一部材の円筒部と第二部材の円筒部とが摩擦圧接によって接合された摩擦圧接部品が開示されている。 Patent Document 1 discloses a friction welding component in which a cylindrical portion of a first member and a cylindrical portion of a second member are joined by friction welding.
しかしながら、このような従来の摩擦圧接部品にあっては、第一部材と第二部材を摩擦圧接する際に、第一部材の円筒部と第二部材の円筒部とが互いに当たる衝撃によって振動が生じ、この振動によって両者の接合が円滑に行われないという問題がある。 However, in such a conventional friction welding component, when the first member and the second member are friction-welded, vibration is generated by the impact of the cylindrical portion of the first member and the cylindrical portion of the second member hitting each other. There arises a problem that the two are not smoothly joined by this vibration.
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、部材同士を摩擦圧接する際に生じる振動を抑えることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to suppress vibrations that occur when members are friction-welded to each other.
本発明は、第一部材と第二部材とを摩擦圧接によって接合する接合方法であって、第一部材に形成された中空の筒部の先端部を径方向内側に曲げて曲げ部を形成する曲げ工程と、曲げ部に形成された接合面と第二部材の接合面とを摩擦圧接によって接合する接合工程と、を備えることを特徴とする。 The present invention is a joining method in which a first member and a second member are joined by friction welding, and a bent portion is formed by bending a distal end portion of a hollow cylindrical portion formed in the first member radially inward. It comprises a bending step, and a joining step for joining the joining surface formed in the bent part and the joining surface of the second member by friction welding.
また、本発明は、第一部材と第二部材とが摩擦圧接によって接合された接合体であって、第一部材は、中空の筒部の先端部が径方向内側に曲げられた曲げ部を備え、第二部材は、曲げ部に形成された接合面に摩擦圧接によって接合された接合面を備えることを特徴とする。 Further, the present invention is a joined body in which the first member and the second member are joined by friction welding, and the first member has a bent portion in which a distal end portion of a hollow cylindrical portion is bent radially inward. The second member includes a joining surface joined by friction welding to a joining surface formed in the bent portion.
本発明では、第一部材に形成された中空の筒部の先端部が径方向内側に曲げられることによって曲げ部が形成され、曲げ部に形成された第一部材の接合面は筒部から径方向内側に延びる。これにより、第一部材の接合面と第二部材の接合面とを摩擦圧接する際に、第一部材の接合面が第二部材の接合面に当接する当接部が筒部の中心軸付近に来る。このため、当接部に生じる衝撃によって生じる振動が抑えられ、摩擦圧接による接合が円滑に行われる。 In the present invention, the bent portion is formed by bending the distal end portion of the hollow cylindrical portion formed in the first member radially inward, and the joining surface of the first member formed in the bent portion is changed from the cylindrical portion to the diameter. Extends inward. Thereby, when the joining surface of the first member and the joining surface of the second member are friction-welded, the contact portion where the joining surface of the first member abuts on the joining surface of the second member is near the central axis of the cylindrical portion I come to. For this reason, the vibration produced by the impact which arises in a contact part is suppressed, and joining by friction welding is performed smoothly.
以下、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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図1は、本実施形態におけるピストンロッド30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10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30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(図示せず)に進退自在に挿入されるものである。図中Oは、ピストンロッド30の中心に延びる中心軸である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a plan view showing a
ピストンロッド30は、第一部材として設けられるロッド本体10と、第二部材として設けられるロッドヘッド20と、が互いに接合される接合体である。ロッド本体10及びロッドヘッド20は、金属によって形成される。後述するように、ロッド本体10は、厚肉パイプ材によって形成され、一方の端部に中空の筒部12が延びている。ロッド本体10は、筒部12の先端部をスピニング加工(絞り加工)することによって径方向内側に曲げられた曲げ部13(絞り部)が形成され、曲げ部13に形成される接合面13Aにロッドヘッド20の接合面22が摩擦圧接によって接合される。なお、「径方向」は、ロッド本体10の中心軸Oを中心とする放射方向を意味する。
The
ロッド本体10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16と、小径部16よりも大径の大径部17と、を備える。環状のピストンは、小径部16の外周に嵌挿され、小径部16と大径部17との境界の段部18に係止されるとともに、小径部16のねじ部19に締結されるナット(図示せず)によって固定される。
The
図2は、スピニング加工前のロッド本体10を示す平面図である。ロッド本体10の小径部16と軸方向反対側には円筒状の筒部12が延び、筒部12の内側に中空部11が形成される。中空部11は、筒部12の端面12Aに開口している。
FIG. 2 is a plan view showing the
中実のロッドヘッド20は、負荷に連結される環状のクレビス25と、ロッド本体10の大径部17と同径の中実の胴部26と、を備える。クレビス25は、これに挿入されるピン(図示せず)を介して相手側に連結される。胴部26はクレビス25と軸方向反対側に平面状の接合面22(端面)を備え、接合面22がロッド本体10の曲げ部13に形成される接合面13Aに接合される。
The
次に、図3A〜図3Cを参照して、ロッド本体10(第一部材)とロッドヘッド20(第二部材)を接合する接合方法について説明する。 Next, a joining method for joining the rod main body 10 (first member) and the rod head 20 (second member) will be described with reference to FIGS. 3A to 3C.
まず、図3Aに示すように、ロッド本体10の筒部12の先端部をスピニング加工する曲げ工程(絞り工程)を行う。スピニング加工は、チャックスピンドル(図示せず)によってロッド本体10を回転駆動し、図中矢印で示すように中心軸Oを中心として回転するロッド本体10の筒部12の先端部に金型8(ローラ)を押し当てることにより、筒部12の先端部を塑性変形させて径方向内側に曲げ、筒部12から径方向内側に延びる曲げ部13が形成される。筒部12の肉厚が大きい場合には、スピニング加工時に筒部12を高周波加熱装置(図示せず)を用いて加熱してもよい。
First, as shown in FIG. 3A, a bending process (squeezing process) is performed in which the tip of the
図3Aに示すように、曲げ部13は筒部12から径方向内側に向けて延びて中心軸O上で接することにより、中空部11の開口部が塞がれる。
As shown in FIG. 3A, the
曲げ部13は断面円弧状に曲げられることにより、曲げ部13の中央部外側には凹状に窪む中央窪み部14が形成される。中央窪み部14は中心軸Oを中心とするテーパ状の穴であり、その開口径が中心軸O方向に次第に小さくなっている。
The
筒部12の内周と曲げ部13の間には、環状に窪む内周窪み部15が形成される。内周窪み部15の断面形状は、略U字状の円弧形状に形成される。
Between the inner periphery of the
次に、図3Bに示すように、曲げ部13の一部を切削して除去する切削工程を行う。切削工程では、チャックスピンドル(図示せず)によってロッド本体10を回転駆動し、図中矢印で示すように中心軸Oを中心として回転するロッド本体10の曲げ部13の一部を切削工具9によって切削する。
Next, as shown to FIG. 3B, the cutting process which cuts and removes a part of bending
切削工程にて、曲げ部13には切削によって接合面13Aが形成される。接合面13Aは、接合面13Aに開口する中央窪み部14が無くなるように、平面状に形成される。
In the cutting process, the bending
次に、図3Cに示すように、ロッド本体10の接合面13Aとロッドヘッド20の接合面22とを摩擦圧接によって接合する接合工程を行う。接合工程では、ロッド本体10をチャックスピンドル(図示せず)によって回転駆動し、図中矢印で示すように中心軸Oを中心として回転するロッド本体10の接合面13Aをロッドヘッド20の接合面22に接触加圧し、発生する摩擦熱によって溶融する母材同士を接合させる。
Next, as shown in FIG. 3C, a joining process is performed in which the joining
摩擦圧接を開始する際には、ロッド本体10の接合面13Aとロッドヘッド20の接合面22が最初に当接する当接部が、ロッド本体10とロッドヘッド20が相対回転する中心軸O上にあるか、もしくは中心軸Oに近い位置にあるため、当接部に生じる衝撃によって振動が生じることが抑えられ、ロッド本体10とロッドヘッド20の接合が円滑に行われる。
When friction welding is started, the contact portion where the
摩擦圧接時には、ロッド本体10の接合面13Aとロッドヘッド20の接合面22の母材が塑性流動によってロッド本体10とロッドヘッド20との接合部から外側へと排出される。このときに、曲げ部13に形成された接合面13Aが筒部12の径方向内側に延びているため、母材が塑性流動によって筒部12の内周側には排出されず、筒部12の外周側のみに排出される。これにより、図1に示すように、ロッド本体10は筒部12の外周側に排出された母材がビード(バリ)として残るが、筒部12の内周側にはビードが残らない。接合工程の後に行われる切削工程にて、筒部12の外周側に残されたビード13B、22Bは切削によって削除される。
At the time of friction welding, the base material of the
図3Cに示すように接合工程におけるロッド本体10の接合面13Aには中央窪み部14が開口しないため、図1に示すように互いに接合されたロッド本体10の接合面13Aとロッドヘッド20の接合面22との間に空隙が生じない。
As shown in FIG. 3C, since the
こうしてピストンロッド30(接合体)は、筒部12から径方向内側に延びる曲げ部13を有するロッド本体10(第一部材)と、曲げ部13に形成された接合面13Aに摩擦圧接によって接合された接合面22を有するロッドヘッド20(第二部材)と、を接合することによって形成される。
Thus, the piston rod 30 (joined body) is joined by friction welding to the rod body 10 (first member) having the bending
以上の第1実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。 According to the above 1st Embodiment, there exists an effect shown below.
ピストンロッド30の接合方法は、ロッド本体10に形成された中空の筒部12の先端部が径方向内側に曲げられることによって曲げ部13が形成され、曲げ部13に形成されたロッド本体10の接合面13Aは筒部12から径方向内側に延びる。これにより、ロッド本体10の接合面13Aとロッドヘッド20の接合面22とを摩擦圧接する際に、ロッド本体10の接合面13Aがロッドヘッド20の接合面22に当接する当接部が筒部12の中心軸O付近に来る。このため、当接部に生じる衝撃によって生じる振動が抑えられ、摩擦圧接による接合が円滑に行われる。
The
こうしてロッド本体10とロッドヘッド20の接合体として形成されるピストンロッド30は、ロッド本体10とロッドヘッド20とを摩擦圧接する際に生じる振動が抑えられることによって、両者の接合位置精度を高められることで品質の向上が図れるとともに、接合に要する時間を短縮することで生産性を高められる。
The
また、ロッド本体10とロッドヘッド20の接合が円滑に行われることにより、摩擦圧接を行う設備に加わる振動を減らし、設備の耐久性を高められる。
In addition, since the
さらに、ロッド本体10は、筒部12の内周と曲げ部13の間に環状に窪む内周窪み部15を備えるため、ピストンロッド30の軸方向に作用する荷重に対する力線の流れを内周窪み部15によって変化させ、摩擦圧接時に筒部12の内周に生じる応力を低減し、ピストンロッド30の耐久性の低下を抑制できる。
Further, since the
さらに、内周窪み部15の断面形状が略U字状の円弧形状であるため、筒部12の内周窪み部15における断面形状の変化を小さくして局所的に応力が集中することが抑えられ、ピストンロッド30の耐久性の低下を抑制できる。
Furthermore, since the cross-sectional shape of the inner
さらに、ロッド本体10の曲げ部13が径方向内側に延びて中空部11を塞ぐため、摩擦圧接時にロッド本体10とロッドヘッド20の母材が塑性流動によって筒部12の内周側に排出されてビードとして残ることがない。これにより、筒部12の内周にビードに起因する応力集中が生じることが回避される。
Further, since the
さらに、ピストンロッド30は、ロッド本体10が厚肉パイプ材によって形成されることにより、ロッド本体10の剛性を十分に確保することと、軽量化を図ることと、が両立される。
Furthermore, as for the
さらに、切削工程にて曲げ部13を切削して接合面13Aを平面状に加工し、曲げ部13の外側に開口する中央窪み部14を無くすことにより、接合工程にて摩擦圧接によって接合される曲げ部13とロッドヘッド20の間に空隙が生じない。これにより、製品の非破壊検査が行われるときに、ロッド本体10とロッドヘッド20の間に生じた空隙がピストンロッド30の内部における傷として検出されることが回避され、検査精度を高められる。
Further, the bending
(第2実施形態)
次に、図4A〜図4Cを参照して、本発明の第2実施形態について説明する。以下では、上記第1実施形態と異なる点を中心に説明し、上記第1実施形態のピストンロッド30と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4A to 4C. Below, it demonstrates centering on a different point from the said 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected to the structure same as the
上記第1実施形態に係る切削工程では、ロッド本体10の接合面13Aが切削によって平面状に形成され、接合面13Aに開口する中央窪み部14が無くされる。これに対して、第2実施形態に係る切削工程では、ロッド本体10の接合面13Dをテーパ状に切削して中央部を突出させ、接合面13Dに開口する中央窪み部14が残される。
In the cutting process according to the first embodiment, the joining
図4Aに示すように、切削工程において、図中矢印で示すように中心軸Oを中心として回転する曲げ部13の一部を切削工具9によって切削して除去する。ロッド本体10の接合面13Dは切削によって中央部が突出するようにテーパ状に形成され、接合面13Dの中央部には接合面13Dに開口する中央窪み部14が残される。
As shown to FIG. 4A, in a cutting process, as shown by the arrow in a figure, a part of bending
次に、図4B、図4Cに示すように、接合工程では、図中矢印で示すように中心軸Oを中心として相対回転するロッド本体10の接合面13Dとロッドヘッド20の接合面22とを摩擦圧接によって接合する。
Next, as shown in FIG. 4B and FIG. 4C, in the joining step, the joining
摩擦圧接の開始時には、図4Bに示すように、ロッド本体10からテーパ状に突出する接合面13Dの中央部とロッドヘッド20の接合面22とが最初に当接する。これにより、ロッド本体10とロッドヘッド20の当接部が中心軸Oに近い位置に来るため、当接部に生じる衝撃によって振動が生じることが抑えられ、ロッド本体10とロッドヘッド20の接合が円滑に行われる。
At the start of the friction welding, as shown in FIG. 4B, the central portion of the
摩擦圧接時に、ロッド本体10の接合面13Dとロッドヘッド20の接合面22の母材が塑性流動によって外側へと排出されることにより、図4Cに示すように、ロッド本体10の接合面13Dに開口していた中央窪み部14が無くなる。このため、接合されるロッド本体10の接合面13Dとロッドヘッド20の接合面22との間に空隙が生じない。
At the time of friction welding, the base material of the
(第3実施形態)
次に、図5A〜図5Eを参照して、本発明の第3実施形態について説明する。以下では、上記第1実施形態と異なる点を中心に説明し、上記第1実施形態のピストンロッド30と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5A to 5E. Below, it demonstrates centering on a different point from the said 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected to the structure same as the
上記第1実施形態に係るピストンロッド30は、中空のロッド本体10と中実のロッドヘッド20とを接合して形成される。これに対して、第3実施形態に係るピストンロッド130は、図5Eに示すように、中空のロッド本体10と中空のロッドヘッド120とを接合して形成される。
The
中空のロッドヘッド120は、負荷に連結される環状のクレビス125と、筒状の胴部126と、を備える。
The
まず、図5Aに示すように、ロッドヘッド120の胴部126の先端部をスピニング加工する曲げ工程を行う。スピニング加工は、チャックスピンドル(図示せず)によってロッドヘッド120を回転駆動し、図中矢印で示すように中心軸Oを中心として回転するロッドヘッド120の胴部126の先端部に金型8を押し当てることにより、胴部126の先端部を塑性変形させて径方向内側に曲げ、径方向内側に延びる曲げ部123が形成される。曲げ部123は断面円弧状に曲げられることにより、曲げ部123の中央部外側には凹状に窪む中央窪み部124が形成される。
First, as shown in FIG. 5A, a bending process is performed in which the tip of the
次に、図5Bに示すように、曲げ部13の一部を切削して除去する切削工程を行う。切削工程では、チャックスピンドル(図示せず)によってロッドヘッド120を回転駆動し、図中矢印で示すように中心軸Oを中心として回転するロッドヘッド120の曲げ部123の一部を切削工具9によって切削する。
Next, as shown to FIG. 5B, the cutting process which cuts and removes a part of bending
切削工程にて、曲げ部123には切削によって接合面123Aが形成される。接合面123Aは、接合面123Aに開口する中央窪み部124が無くなるように、平面状に形成される。
In the cutting process, a
次に、図5Cに示すように、ロッド本体10の筒部12の先端部をスピニング加工する曲げ工程を行う。これにより、筒部12から径方向内側に延びる曲げ部13が形成される。
Next, as shown in FIG. 5C, a bending process is performed in which the tip of the
次に、図5Dに示すように、曲げ部13の一部を切削して除去する切削工程を行う。これにより、曲げ部13には切削によって接合面13Aが形成される。
Next, as shown to FIG. 5D, the cutting process which cuts and removes a part of bending
次に、図5Eに示すように、ロッド本体10の接合面13Aとロッドヘッド20の接合面123Aとを摩擦圧接によって接合する接合工程を行う。接合工程では、ロッド本体10をチャックスピンドル(図示せず)によって回転駆動し、図中矢印で示すように中心軸Oを中心として回転するロッド本体10の接合面13Aをロッドヘッド20の接合面123Aに接触加圧し、発生する摩擦熱によって溶融する母材同士を接合させる。
Next, as shown in FIG. 5E, a joining step is performed in which the joining
こうしてピストンロッド130は、筒状のロッド本体10(パイプ材)と筒状のロッドヘッド20(パイプ材)の端部を径方向内側に曲げて曲げ部13、123を形成した後に、各曲げ部13、123を摩擦圧接によって接合することによって形成される。
In this manner, the
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。 The embodiment of the present invention has been described above. However, the above embodiment is merely one example of application of the present invention, and the technical scope of the present invention is limited to the specific configuration of the above embodiment. Absent.
上記実施形態では、曲げ工程と切削工程と接合工程とが順に行われるが、切削工程を無くして、曲げ工程の後に接合工程が行われるようにしてもよい。この場合に、ロッド本体10の接合面は、切削加工されない曲げ部13の外表面となる。
In the above-described embodiment, the bending process, the cutting process, and the joining process are sequentially performed. However, the cutting process may be omitted, and the joining process may be performed after the bending process. In this case, the joint surface of the
さらに、上記実施形態では、曲げ工程にて曲げ部13が中空部11を塞ぐように曲げられるが、これに限らず、曲げ工程にて曲げ部13が中空部11を僅かに開口させるように曲げられる構成としてもよい。
Furthermore, in the said embodiment, although the bending
本発明の接合方法は、流体圧シリンダのピストンロッドに限らず、他の機械、設備等に用いられる接合体にも利用できる。 The joining method of the present invention can be used not only for piston rods of fluid pressure cylinders but also for joined bodies used in other machines and equipment.
10 ロッド本体(第一部材)
11 中空部
12 筒部
13 曲げ部
13A、13D 接合面
15 内周窪み部(窪み部)
20、120 ロッドヘッド(第二部材)
22、123A 接合面
30、130 ピストンロッド(接合体)
10 Rod body (first member)
DESCRIPTION OF
20, 120 Rod head (second member)
22,
Claims (6)
前記第一部材に形成された中空の筒部の先端部を径方向内側に曲げて曲げ部を形成する曲げ工程と、
前記曲げ部に形成された接合面と前記第二部材の接合面とを摩擦圧接によって接合する接合工程と、を備えることを特徴とする接合方法。 A joining method for joining the first member and the second member by friction welding,
A bending step of bending the distal end portion of the hollow cylindrical portion formed in the first member radially inward to form a bent portion;
A joining step of joining the joining surface formed in the bent portion and the joining surface of the second member by friction welding.
前記第一部材は、中空の筒部の先端部が径方向内側に曲げられた曲げ部を備え、
前記第二部材は、前記曲げ部に形成された接合面に摩擦圧接によって接合された接合面を備えることを特徴とする接合体。 A joined body in which the first member and the second member are joined by friction welding,
The first member includes a bent portion in which a distal end portion of a hollow cylindrical portion is bent radially inward,
Said 2nd member is equipped with the joining surface joined by the friction welding on the joining surface formed in the said bending part, The joined body characterized by the above-mentioned.
前記第一部材はロッド本体であり、
前記第二部材はロッドヘッドであることを特徴とする請求項4または5に記載の接合体。 The joined body is a piston rod,
The first member is a rod body;
The joined body according to claim 4, wherein the second member is a rod head.
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