(57)【要約】【課題】部材同士を摩擦圧接する際に生じる振動を抑えること。【解決手段】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に形成される中空の筒部１２の先端部を径方向内側に曲げて曲げ部１３を形成する曲げ工程と、曲げ部１３に形成される接合面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と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
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。
【請求項２】
前記曲げ工程にて曲げられた前記曲げ部を切削して前記接合面を平面状に加工する切削工程をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
【請求項３】
前記曲げ工程にて曲げられた前記曲げ部を切削して前記接合面を中央部が突出するようにテーパ状に加工する切削工程をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
【請求項４】
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、
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。
【請求項５】
前記第一部材は、前記筒部の内周と前記曲げ部の間に環状に窪む窪み部を備えることを特徴とする請求項４に記載の接合体。
【請求項６】
前記接合体はピストンロッドであって、
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−５５４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【発明の効果】
【０００９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係るピストンロッドを示す平面図であり、一部断面にて示す。
【図２】ロッドヘッド及び加工前のロッド本体を示す平面図であり、一部断面にて示す。
【図３Ａ】曲げ工程におけるロッド本体を示す平面図であり、一部断面にて示す。
【図３Ｂ】切削工程におけるロッド本体を示す平面図であり、一部断面にて示す。
【図３Ｃ】接合工程における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。
【図４Ａ】本発明の第２実施形態に係る切削工程におけるロッド本体を示す平面図であり、一部断面にて示す。
【図４Ｂ】接合工程における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。
【図４Ｃ】接合工程における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。
【図５Ａ】本発明の第３実施形態に係る曲げ工程におけるロッドヘッドを示す平面図であり、一部断面にて示す。
【図５Ｂ】切削工程におけるロッドヘッドを示す平面図であり、一部断面にて示す。
【図５Ｃ】曲げ工程におけるロッド本体を示す平面図であり、一部断面にて示す。
【図５Ｄ】切削工程におけるロッド本体を示す平面図であり、一部断面にて示す。
【図５Ｅ】接合工程における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。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
（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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
以上の第１実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
（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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
（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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【符号の説明】
【００５８】
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）
【図１】
2016068127.tif 000003
【図２】
2016068127.tif 000004
【図３Ａ】
2016068127.tif 000005
【図３Ｂ】
2016068127.tif 000006
【図３Ｃ】
2016068127.tif 000007
【図４Ａ】
2016068127.tif 000008
【図４Ｂ】
2016068127.tif 000009
【図４Ｃ】
2016068127.tif 000010
【図５Ａ】
2016068127.tif 000011
【図５Ｂ】
2016068127.tif 000012
【図５Ｃ】
2016068127.tif 000013
【図５Ｄ】
2016068127.tif 000014
【図５Ｅ】
2016068127.tif 000015