(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｌ合金よりなるロッド本体（２）と、そのロッド本体（２）の少なくとも一方の端面（３，４）に電気抵抗溶接により接合された鋼球（５）とよりなるプッシュロッドであって、
前記鋼球（５）の表面と前記Ａｌ合金よりなるロッド本体（２）の端面（３，４）とが、前記電気抵抗溶接により互いに直接接合されており、その接合部にはＡｌＦｅ金属間化合物層が形成されておらず、且つその接合部においては、前記Ａｌ合金よりなるロッド本体（２）の一部が前記鋼球（５）の表面よりその内部に食込んで多数の食込み部分（１２）を形成していることを特徴とするプッシュロッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はプッシュロッド、特に、ロッド本体と、そのロッド本体の少なくとも一方の端面に電気抵抗溶接により接合された鋼球とよりなるプッシュロッドに関する。
【０００２】
この種プッシュロッドは、例えば内燃機関の動弁機構、摩擦クラッチ等に用いられる。
【従来の技術】
従来、この種プッシュロッドとして、ステンレス鋼製管材よりなるロッド本体と鋼球とをプロジェクション溶接により接合したものが知られている（特開平２−８１９０９号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来のプッシュロッドは、そのロッド本体がステンレス鋼製管材より構成されているので、重く、また生産コストが高い、という問題がある。
【０００４】
本発明は前記に鑑み、軽量で、且つ生産コストの安い前記プッシュロッドおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、Ａｌ合金よりなるロッド本体と、そのロッド本体の少なくとも一方の端面に電気抵抗溶接により接合された鋼球とよりなるプッシュロッドであって、前記鋼球の表面と前記Ａｌ合金よりなるロッド本体の端面とが、前記電気抵抗溶接により互いに直接接合されており、その接合部にはＡｌＦｅ金属間化合物層が形成されておらず、且つその接合部においては、前記Ａｌ合金よりなるロッド本体の一部が前記鋼球の表面よりその内部に食込んで多数の食込み部分を形成していることを特徴とする。
【０００６】
前記プッシュロッドは、そのロッド本体がＡｌ合金より構成されているので、ロッド本体をステンレス鋼製管材より構成する場合に比べて軽量であり、また生産コストも安い。  このようなプッシュロッドを製造するに当り、ロッド本体の一端面を鋼球に加圧力Ｐで圧接すると共に前記ロッド本体および鋼球間に通電して、それらロッド本体と鋼球とを電気抵抗溶接するが、この場合に、例えばロッド本体としてＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金より構成された管材を用い、溶接電流Ｉを１８０００Ａ≦Ｉ≦２１０００Ａに、また加圧力Ｐを３５０kgｆ≦Ｐ≦４００kgｆに、さらに通電時間ｔをｔ＜２サイクル（１サイクル＝１／５０sec ）にそれぞれ設定する。ただし、溶接電流ＩがＩ＜１８０００Ａではロッド本体および鋼球間の接合強度が低く、またばらつきも大きくなり、一方、Ｉ＞２１０００Ａでは前記同様に前記接合強度が低下し、また電気料金が上昇する。加圧力ＰがＰ＜３５０kgｆでは前記同様に前記接合強度が低く、一方、加圧力ＰがＰ＞４００kgｆでは前記管材が座屈するおそれがある。通電時間ｔがｔ≧２サイクルではロッド本体および鋼球の接合部にＡｌＦｅ金属間化合物層が形成され易くなるため前記接合強度が大幅に低下する。
【０００７】
本発明においてＡｌ合金と鋼とを強固に接合することが可能となり、これにより軽量で、且つロッド本体及び鋼球間の接合強度を高めたプッシュロッドを安価に量産することができるが、これは、前記電気抵抗溶接により、鋼球の表面とＡｌ合金製ロッド本体の端面とが互いに直接接合されており、その接合部には破断荷重低下の原因となるＡｌＦｅ金属間化合物層が形成されておらず、しかもその接合部においてはＡｌ合金製のロッド本体の一部が鋼球表面よりその内部に食込んで、その食込み部分がアンカ効果を発揮すること、およびロッド本体より生じた液相が鋼球に対して良好な濡れ性を発揮することに起因するものと考えられる。
【０００８】
【実施例】
図１において、プッシュロッド１は、内燃機関の動弁機構、摩擦クラッチ等に用いられるもので、ロッド本体２と、そのロッド本体２の少なくとも一方の端面、図示例では両端面３，４に電気抵抗溶接により接合された鋼球５とよりなる。
【０００９】
ロッド本体２は、Ａｌ合金製管材より構成される。Ａｌ合金としては、展伸材、即ち、２０００系合金（Ａｌ−Ｃｕ系合金、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金）、３０００系合金（Ａｌ−Ｍｎ系合金）、４０００系合金（Ａｌ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金）、５０００系合金（Ａｌ−Ｍｇ系合金）、６０００系合金（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金）および７０００系合金（Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系合金）が用いられる。これらＡｌ合金において、溶接割れをおさえるため、Ｚｎ、Ｃｕ等の凝固収縮性を持つ金属元素は少ない方がよい。
【００１０】
このような材質のロッド本体２を備えたプッシュロッド１は従来のプッシュロッドに比べて軽量であると共に生産コストが安い。
【００１１】
特に、常温強度および高温強度、管材を得るための押出し加工性、電気抵抗溶接性ならびにプッシュロッド１の生産コストの各点を考慮すると、６０００系合金であるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金、なかでも６０６１−Ｔ６材が最適である。このような材種選定を行うと、プッシュロッド１におけるロッド本体２と鋼球５との接合強度を従来のそれと同等、若しくはそれを超えるようにすることが可能であり、この種プッシュロッド１は車両用内燃機関の動弁機構に用いられて優れた耐久性を発揮する。
【００１２】
プッシュロッド１の製造に当っては、図２に示す交流式電気抵抗溶接機６を用い、次の各工程が順次行われる。
（ａ）  下部電極７の上向き凹部７ａ内に鋼球５を設置する。
（ｂ）  上部電極を兼ねた二分割式ホルダ８にロッド本体２を、その両端部がホルダ上、下端面９，１０よりそれぞれ突出するように保持させる。
（ｃ）  加圧部材１１によりホルダ８を下降させてロッド本体２の一端面４を鋼球５に加圧力Ｐで圧接すると共に上，下部電極８，７間、したがってロッド本体２および鋼球５間に通電して、それらロッド本体２と鋼球５とを電気抵抗溶接する。
（ｄ）  加圧部材１１およびホルダ８を上昇させた後、そのホルダ８をロッド本体２の軸線を含む垂直面内で矢示方向に１８０°回転させてロッド本体２の他端面３を下方に向け、以後前記同様にロッド本体２と鋼球５とを電気抵抗溶接する。
【００１３】
以下、具体例について説明する。
【００１４】
ロッド本体２として、６０６１−Ｔ６材よりなり、外径９mm、肉厚２mmの管材を用意した。この場合、図３に示すように、ロッド本体２の各端面３，４において、その内周縁は断面直角であって面取り加工を施されていない。また鋼球５として、高炭素クロム軸受鋼（ＪＩＳ  ＳＵＪ２）よりなり、直径９mmのものを用意した。
【００１５】
そして、通電時間ｔをｔ＝１サイクル（１／５０sec ）に、また加圧力ＰをＰ＝３３０，３５０，または３８０kgｆにそれぞれ設定し、さらに溶接電流Ｉを１３０００Ａ≦Ｉ≦２５０００Ａの範囲で変化させて、前記同様の電気抵抗溶接を行い、各種プッシュロッド１を製造した。
【００１６】
次いで、各種プッシュロッド１について、静的引張り剪断試験を行い、溶接電流Ｉと破断荷重Ｌとの関係を調べたところ、図４〜６の結果を得た。比較のため、ステンレス鋼（ＪＩＳ  ＳＵＳ３０４）よりなる管材をロッド本体としたプッシュロッド（従来品）の破断荷重Ｌを求めたところ、Ｌ＝５６０kgｆであった。
【００１７】
図４，５から明らかなように、通電時間ｔ＝１サイクル、加圧力Ｐ≧３５０kgｆにおいて、溶接電流Ｉを１８０００Ａ≦Ｉ≦２１０００Ａに設定すると、その溶接強度は従来品のそれと同等か、若しくはそれを超えることが判る。
【００１８】
図６に示すように、加圧力ＰがＰ＜３５０kgｆでは、その接合強度は従来品のそれを下回る。
【００１９】
図７はロッド本体２および鋼球５の接合部における金属組織を示す顕微鏡写真である。この例は、図４において溶接電流ＩをＩ＝２００００Ａに設定した場合である。図７より、接合部にはＡｌＦｅ金属間化合物層が形成されていないことが判る。
【００２０】
図８は、図７のものを、５８０℃にて２分間加熱処理した場合の金属組織を示す顕微鏡写真である。また図９は接合部のＸ線分析写真であり、（ａ）はＦｅ−Ｋα線像を、一方、（ｂ）はＡｌ−Ｋα像をそれぞれ示す。図８，９より、前記加熱処理により接合部にＡｌＦｅ金属間化合物層が形成されていることが判る。
【００２１】
図１０は加熱時間と、破断荷重ＬおよびＡｌＦｅ金属間化合物層の厚さとの関係を示す。図１０より、加熱時間が５sec を超えると破断荷重Ｌの急激な低下が見られる。これは、５sec を超える加熱により、測定することが困難な程度の極く薄いＡｌＦｅ金属間化合物層が形成されていることに起因する、と考えられる。加熱時間が１５sec を超えると、ＡｌＦｅ金属間化合物層の厚さが急速に増加し、それに伴い破断荷重Ｌは低下する。
【００２２】
この加熱時間は通電時間ｔに対応し、このことからＡｌＦｅ金属間化合物層の形成を回避し、また生産性の向上を図るべく、通電時間ｔはｔ＜２サイクルに設定される。
【００２３】
図１１は、前記静的引張り剪断試験後の鋼球５断面における金属組織を示す顕微鏡写真であり、また図１２は図１１の写図である。図１３は図１１の要部拡大顕微鏡写真である。図１４は鋼球５断面におけるＸ線分析写真であって、（ａ）はＡｌ−Ｋα線像を、一方、（ｂ）はＦｅ−Ｋα線像をそれぞれ示す。
【００２４】
図１１〜図１３から明らかなように、破断はロッド本体２側で発生していて、そのロッド本体２の一部が鋼球５表面よりその内部に食込んで多数の食込み部分１２が形成されており、また鋼球５表面に薄いＡｌ層１３が形成されている。このＡｌ層１３はロッド本体２より生じた液相の良好な濡れ性に起因する。このような食込み部分１２のアンカ効果とＡｌ層１３の形成とにより、ロッド本体２および鋼球５間の接合強度の向上が図られていると考えられる。
【００２５】
図１５は、ロッド本体２の各端面３，４において、その内周縁に面取り加工を施した状態を示し、その面取り部の斜面１４の長さＣはＣ＝０．２mmである。
【００２６】
このような面取り部分を持ち、前記と同材種で同一寸法のロッド本体２と、前記と同材種で同一寸法の鋼球５とを用い、加圧力ＰをＰ＝３３０kgｆに設定した以外は前記と同一条件にて前記同様の電気抵抗溶接を行い、各種プッシュロッド１を製造した。
【００２７】
次いで、各種プッシュロッド１について静的引張り剪断試験を行い、溶接電流Ｉと破断荷重Ｌとの関係を調べたところ、図１６の結果を得た。
【００２８】
この図１６と、面取り加工を行わなかった場合を示す図６とを比較すると、面取り加工を行わない方がロッド本体２および鋼球５間の接合強度が高いことが判る。
【００２９】
図１７，１８は他のプッシュロッド１における溶接電流Ｉと破断荷重Ｌとの関係を示す。図１７の例は、ロッド本体２として、２０１４材よりなる管材を用いた場合を示し、また図１８の例はロッド本体２として５０５６材を用いた場合を示す。各ロッド本体２の寸法は前記と同一であり、また鋼球５の材種および寸法は前記と同一である。さらに電気抵抗溶接条件は加圧力ＰをＰ＝３３０kgｆに設定した以外は前記と同一である。
【００３０】
汎用内燃機関等のプッシュロッド１のように、ロッド本体２および鋼球５間の接合強度が車両用内燃機関のプッシュロッド１に要求される程高くない場合には、両者２，５間の破断荷重ＬはＬ＝２００kgｆ程度あればよい。この点を考慮すると、ロッド本体２の材種としては、図１７，１８より２０１４材、５０５６材等の６０００系合金以外のものも適用可能である。
【００３１】
図１９は実施例に係るプッシュロッド１を車両用内燃機関Ｅに適用した場合を示す。この内燃機関Ｅは、シリンダ１５を有するシリンダブロック１６、その上端面に接合されるシリンダヘッド１７、その下端面に接合されてクランクケースと変速機Ｔのミッションケースを兼ねるケーシング１８、シリンダ１５内を摺動するピストン１９、このピストン１９にコンロッド２０を介して連接されるクランク軸２１、およびこのクランク軸２１からチェン２２を介して減速駆動されるカム軸２３とを備えており、クランク軸２１およびカム軸２３はケーシング１８に支持される。シリンダヘッド１７に、吸、排気ポートを開閉する吸、排気弁２４と、これらを開閉作動するロッカアーム２５とが設けられ、これらロッカアーム２５はプッシュロッド１およびタペット２６を介してカム軸２３により駆動される。
【００３２】
前記内燃機関Ｅにおいて、シリンダブロック１６、シリンダヘッド１７およびケーシング１８よりなる機関本体ＥａはＡｌ合金より構成される。このような場合、プッシュロッド１のロッド本体２をＡｌ合金より構成すると、機関本体Ｅａとプッシュロッド１の線膨脹係数を近似させることが可能となり、これにより、動弁機構における温度による隙間変化を抑制して打音を減少させることができる。
【００３３】
図２０は実施例に係るプッシュロッド１を多板式摩擦クラッチＣＬに適用した場合を示す。この摩擦クラッチＣＬにおいては、駆動ギヤ２７の駆動力を、駆動軸２８、クラッチアウタ２９、各クラッチディスク３０および各クラッチプレート３１を経て被動軸３２に伝達するようになっている。この駆動力の伝達は、クラッチばね３３によりプレッシャプレート３４を介し各クラッチディスク３０を各クラッチプレート３１に圧接する、即ち、摩擦クラッチＣＬを接続状態にすることによって達成される。
【００３４】
ケーシング３５にはクラッチ切断用駆動源としての油圧シリンダ３６が設けられる。プレッシャプレート３４は、開口端側を軸受３７に支持された有底筒体３８を有し、その有底筒体３８は被動軸３２の孔部３９に摺動自在に嵌合される。プッシュロッド１の一端部は油圧シリンダ３６のピストン４０に形成された凹部４１底面に当接し、他端部は有底筒体３８に挿入されてその底面に当接する。
【００３５】
これにより、油圧シリンダ３６を作動させると、ピストン４０、プッシュロッド１を介しプレッシャプレート３４が移動して前記圧接状態が解除されるので摩擦クラッチＣＬが切断される。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように本発明のプッシュロッドは、Ａｌ合金よりなるロッド本体と、そのロッド本体の少なくとも一方の端面に電気抵抗溶接により接合された鋼球とよりなるものであって、前記電気抵抗溶接により、鋼球の表面とＡｌ合金製ロッド本体の端面とが互いに直接接合されており、その接合部には破断荷重低下の原因となるＡｌＦｅ金属間化合物層が形成されておらず、しかもその接合部においてはＡｌ合金よりなるロッド本体の一部が鋼球の表面よりその内部に食込んで多数の食込み部分を形成しているので、その食込み部分がアンカ効果を発揮することと、ロッド本体より生じた液相が鋼球に対して良好な濡れ性を発揮することとが相俟って、軽量で、且つロッド本体及び鋼球間の接合強度を高めたプッシュロッドを安価に量産することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  プッシュロッドの要部破断正面図
【図２】  電気抵抗溶接機の要部破断正面図
【図３】  ロッド本体の要部縦断正面図
【図４】  第１例における溶接電流と破断荷重との関係を示すグラフ
【図５】  第２例における溶接電流と破断荷重との関係を示すグラフ
【図６】  第３例における溶接電流と破断荷重との関係を示すグラフ
【図７】  溶接後のロッド本体および鋼球の接合部における金属組織を示す顕微鏡写真
【図８】  加熱処理後のロッド本体および鋼球の接合部における金属組織を示す顕微鏡写真
【図９】  加熱処理後のロッド本体および鋼球の接合部におけるＸ線分析写真
【図１０】  加熱時間と、破断荷重およびＡｌＦｅ金属間化合物層の厚さとの関係を示すグラフ
【図１１】  静的引張り剪断試験後の鋼球断面における金属組織を示す顕微鏡写真
【図１２】  図１１の写図
【図１３】  図１１の要部拡大顕微鏡写真
【図１４】  静的引張り剪断試験後の鋼球断面におけるＸ線分析写真
【図１５】  ロッド本体の要部縦断正面図
【図１６】  第４例における溶接電流と破断荷重との関係を示すグラフ
【図１７】  第５例における溶接電流と破断荷重との関係を示すグラフ
【図１８】  第６例における溶接電流と破断荷重との関係を示すグラフ
【図１９】  内燃機関の要部破断正面図
【図２０】  多板式摩擦クラッチの縦断正面図
【符号の説明】
１          プッシュロッド
２          ロッド本体
３，４      端面
５          鋼球
１２        食込み部分
２３        カム軸
２５        ロッカアーム
３４        プレッシャプレート
３６        油圧シリンダ（クラッチ切断用駆動源）
ＣＬ        摩擦クラッチ
Ｅ          内燃機関
Ｅａ        機関本体
【図１】
0003913792.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0003913792.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
0003913792.tif 000016
【図１６】
0003913792.tif 000017
【図１７】
0003913792.tif 000018
【図１８】
0003913792.tif 000019
【図１９】
0003913792.tif 000020
【図２０】
0003913792.tif 000021