JPH084856B2

JPH084856B2 - ピストンロッドの製造方法

Info

Publication number: JPH084856B2
Application number: JP3293956A
Authority: JP
Inventors: 昭三中野
Original assignee: 株式会社月星製作所
Priority date: 1991-08-20
Filing date: 1991-08-20
Publication date: 1996-01-24
Anticipated expiration: 2011-01-24
Also published as: JPH0550166A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、中空状のピストンロッ
ドに係り、詳しくはパイプ材からピストンロッドを製造
する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】最も古くからこのピストンロッドを製造
する方法として、鋳造によって製造されていたことは、
よく知られているところでもある。しかしながら、鋳造
は公害や鋳造後の機械加工等、価格的にもコスト高にな
ることから、近来はあまり利用されていない。

【０００３】それに代って、鋼材を機械加工する方法に
よって、ピストンロッドが製造されている。その機械加
工は、例えば溶接・切削あるいは穿孔などの加工作業に
よって完成されている。この機械加工したもの、および
前記鋳造加工したピストンロッドは、中実体で加工され
ていた。しかし、中実体は強度的には充分な強さと剛性
を有するが、中実体であるためピストンロッドとして使
用するには、エネルギー損失が大きく、改善を要求され
た。

【０００４】その結果として、パイプ材を使用したピス
トンロッドが開発された。例えば、特開昭５７−３１４
２５号公報によって開示されているように、管状のピス
トン棒の両端に固定ピンをプレス嵌めして、さらに、コ
ールドニーディングされている。管状のピストン棒、即
ちパイプ材の両端に丸棒が嵌込まれ、丸棒には段部が形
成されているので、コールドハンマーで嵌込んだ丸棒に
対して、パイプ材を圧縮して結合する方法が採られてい
る。

【０００５】さらには、ロッド（以下、ピストンロッド
を単にロッドと称する）の重量を軽くする目的で、素材
をパイプ材として、その軸端で閉鎖部材（ピンもしくは
球体）を挿入し、パイプ材とともにシェービング加工し
て一体化する技術が、特開昭５７−１０３９４８号公報
によって開示されている。

【０００６】上記したように、ロッドをパイプ材とし、
該パイプ材の両端もしくは一端にピンを固着することは
公知である。ところが、パイプ材内径よりもかなり細い
ピンを締付けるようにして固定することは、内径側にし
わを発生させる原因にもなる。そしてまた、パイプの両
端にピンを固く固定すると、中空のロッドの内径側に
は、パイプ材のときから付着していた防錆油や上記加工
のさいに使用した油脂、水分が残留して密閉されてしま
うので、これが熱処理されるときに熱せられて気化し、
爆発を起こす虞れがある。

【０００７】また、特開昭６３−１１９９３８号公報
で、パイプの成形方法及び装置が開示されている。この
成形方法によれば、絞り成形後にパイプがダイから離脱
するのに応じて、外周を非拘束の状態でしごきパンチに
よって内周をしごくようにしているので、該内周の寸法
は一定となる。従って、絞り成形したパイプ外周側を押
し拡げるように変形するので、外周の寸法を無視できる
製品の成形には適している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】パイプの両端もしくは
一端に、ピンを嵌込みコールドニーディングによって中
心方向に縮径圧搾するから、母材であるパイプ材の厚さ
よりもその肉厚は薄くなり、強度的に見て好ましいこと
ではない。

【０００９】また、シェービング加工しながらピンを挿
入、ピンをパイプ材の縮径とともに固く固定する場合、
シェービング加工によるしわが内径側に集中し、しわが
寄った状態でピンを保持してしまい、この端部から材料
破壊を促進する結果を招く虞れがある。

【００１０】そこで、この発明はパイプ材を使用し、ま
た、スエージング加工によって縮径する内径側にしわを
発生させることなく、かつ、該加工によって端部及びコ
ーナー部を肉厚になるように加工し、軸端にプラグを挿
嵌するロッドの製造方法を提供しようとするものであ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上述の事情に鑑みなされ
た本発明は、長尺のパイプ材を一定の長さに切断して第
一素材（１ _ａ）とし、該第一素材の一端側から該第一素
材（１ _ａ）の孔内径よりもやや細いマンドレル（１０）
を挿入して第一絞りを行なう第二工程と、該二工程で得
た第二素材（１ _ｂ）の孔内径よりやや細いマンドレル
（１１）を挿入して第二絞りを行なう第三工程と、さら
に、該第三工程で得られた第三素材（１ _ｃ）の孔内径よ
りやや細いマンドレル（１２）を挿入して第三絞りを行
なう第四工程とからなり、前記第一絞り及び第二絞り並
びに該第三絞りの三工程によって軸端を細径部（３）に
縮径するスエージング加工し、該軸端にプラグを固着す
るピストンロッドの製造方法において、前記第三絞り終
了後に前記細径部（３）とした該軸端を高周波熱処理す
るとともに、該軸端に前記プラグを焼嵌め固着したこと
を特徴とするピストンロッドの製造方法にある。

【００１２】

【作用】上述のように、スエージングによる絞り加工を
三工程で、その絞り加工にさいして、素材（１）の孔内
径よりやや細いマンドレル（１０、１１、１２）を挿入
して行なっており、そのマンドレル（１０、１１、１
２）は、加工工程の順次に従い段階的に細くしたものを
使用しているので、素材（１）から細径部（３）を成形
する内径方向への圧搾・縮径に対して、しわの発生を防
止する。そして、マンドレル（１０、１１、１２）は内
径及び外径の真円度を保つように働き、内径が極度に縮
径されることを阻止する。さらには、最も顕著なものと
しては、パイプ素材（１）を滑らかに端部になるに従っ
て肉厚が厚くなるように変化させるから、ロッドのよう
に突き出す、或は押し出す軸にあっては、常に荷重は座
屈荷重を受けることになるが、その荷重を受担する縮径
したコーナー部分の肉厚が厚く形成されるので、荷重負
担を分散させるように働く。したがって、そのロッドの
使用状態からみて軸方向荷重であり、該荷重による振動
減衰にはより効果的に作用する。

【００１３】以下、実施例を図面に沿って説明する。

【００１４】まづ、図１ないし図３で、ロッドの端部に
二段状に細径部２、３を形成した実施例１の場合を、そ
の絞り工程順に示しているが、長尺のパイプ素材１を一
定長さに切断して、第一素材１_ａを得る。この実施例に
おいては、素材１の外径Ｄ_０は２５，２_ｍｍ、厚さＴ_０
は３，５_ｍｍのパイプ材を使用している。

【００１５】第一素材１_ａの一端から、磨棒鋼もしくは
丸棒を加工したマンドレル１０を挿入し、図示していな
いが、スエージングマシンで第一素材１_ａを中心方向に
圧搾して絞り加工する。このマンドレル１０の太さＭ_１
は、９_ｍｍのものを使用した。縮径した細径部２_ｂの外
径Ｄ_１は１８_ｍｍで、肉厚Ｔ_１は４，５_ｍｍとなってい
る。そして細径部２_ｂともとの素材１との連接部４
_ｂ（図１ではテーパー状になっている部分）は、その厚
さにおいて点Ｅ付近では３，６_ｍｍ、点Ｆ付近では３，
７_ｍｍの厚さに変化し、もとの厚さＴ_０よりも幾分か厚
くなっている。これは絞り加工によって第一素材１_ａが
長さ方向に伸びるだけでなく、絞り込みによって形成さ
れる連接部４_ｂにも、塑性変形による肉移動があったも
のと考えられる。マンドレル１０は、第一絞りが終了す
ると引き抜かれ、第二素材１_ｂとなり、次の工程へと送
られる。

【００１６】第二素材１_ｂには、マンドレル１１が挿入
され、前記第一素材１_ａを絞り加工したと同様に、スエ
ージングマシンで第２の細径部３_ｃを中心方向に圧搾し
て絞り加工される。このときのマンドレルの太さＭ_２は
６_ｍｍのものを使用した。細径部３_ｃの外径Ｄ_２は１３
_ｍｍ、肉厚Ｔ_２は３，５_ｍｍとしている。この肉厚Ｔ_２
は、挿入されるマンドレル１１の太さＭ_２と、スエージ
ング加工する金型の内径Ｄ_２によって決定される。同様
に、第一絞りまたは後記する第三絞りにおいても、組合
されるマンドレル１０もしくは１２とスエージング加工
の金型によって決定される。

【００１７】この第二絞りでは、連接部４_ｃにおける点
Ｅ部付近では厚さ３，６_ｍｍ、点Ｆ付近では厚さ３，７
_ｍｍ、連接部５_ｃの点Ｋ付近および点Ｌ付近では厚さは
それぞれ約４，６_ｍｍ、細径部２_ｃのほぼ中央部の厚さ
Ｔ_１で変りなく、平均して変化している。この細径部３
_ｃの厚さＴ_２を３，５_ｍｍとなるようにしたのは、マン
ドレル１１を挿入して縮径するにあたり、元の厚さＴ_０
よりも薄くならないようにするためであり、また、内径
側にしわが寄らないようにするのにシゴキ加工を施すよ
うに配慮したためである。そして、細径部２_ｃが厚くな
らなかったのは、細径部３_ｃを押えるスエージング加工
金型において、素材１部、連接部４_ｃおよび細径部２_ｃ
と連接部５_ｃならびに細径部３_ｃの外輪郭をそれぞれ形
成して、圧搾・縮径して材料の流れを外端方向になるよ
うにしたためで、第二素材１_ｂは細径部３_ｃの外端方向
に伸びている。この第二絞り後、マンドレル１１は抜き
取り、第三素材１_ｃが得られる。

【００１８】さらに、第三素材１_ｃには、太さＭ_３を４
_ｍｍとしたマンドレル１２を挿入する。そして、スエー
ジング金型の細径部３の内径Ｄ_３を１１，１_ｍｍとし
て、スエージングマシンで圧搾絞り加工する。この時の
肉厚は、連接部４における点Ｅ、Ｆおよび細径部２にお
けるほぼ中央のＪ点では、ほとんど前記第二絞りで得ら
れた測定値と変りは見られなかった。連接部５における
Ｋ点は４，０_ｍｍ、Ｌ点では４，０_ｍｍと、第二絞りと
比較して若干薄くなっていた。そして、細径部３ではそ
の外端方向に伸び、厚さＴ_３においては、スエージング
加工金型に基づく内径Ｄ_３とマンドレル１２との差、す
なわち約３，５５_ｍｍであることが確認された。

【００１９】結果的には、成形されたロッドは第三絞り
工程において、挿入したマンドレル１２によってその内
径は決定され、マンドレル１２に馴染み、外径はスエー
ジング金型に馴染んで、換言して、マンドレル１２とス
エージング金型に圧搾されて外端方向に、しかも、しわ
を発生させないように挟持縮径している。そして、連接
部５の肉は、細径部３を中心方向へ圧搾縮径するから、
第二絞り工程のマンドレル１１と第三絞り工程のマンド
レル１２との差分（Ｍ_２−Ｍ_３）を内径方向へと、連接
部５_ｃの肉とともに移動させている。そのため、第三絞
りでは細径部３の肉厚Ｔ_３が厚く形成され、材料が外方
向に流れ易くするために、該細径部３における金型の内
径Ｄ_３を、第二絞りのマンドレル１１と金型の内径Ｄ_２
との差よりもやや大きくしてある。

【００２０】第三絞りが終了すると、マンドレル１２は
抜き取り、製品を放出する。この製品は、細径部３の外
端方向に材料が伸びており、長さを揃えること、およ
び、外周縁の不揃いを修正するため、切削またはプレス
押圧して揃えることもある。さらには、使用上の都合に
より、細径部３軸周には、雄ねじを刻設加工することも
ある。

【００２１】ついで、図４ないし図６に示すように、細
径部３が素材１とテーパー状の連接部５で連なっている
実施例２を説明する。

【００２２】本実施例２では、前記実施例１と同じ第１
素材１_ａを用い、絞り工程におけるマンドレル１０、１
１、１２の太さも同一、スエージング金型における細径
部３を圧搾する内径寸法も同一としたので、同一部分は
同じ符号および同一名称を使用して、要部を説明するこ
ととする。

【００２３】第一工程で、長尺のパイプ材を切断して得
られる第一素材１_ａに対して、太さＭ_１のマンドレル１
１を挿入し、細径部３_ｂを圧搾絞り加工する。このとき
のスエージング金型の内径側には、素材１の一部と連接
部５_ｂおよび細径部３_ｂの外輪郭を形成してある。この
金型の圧搾成形によって、連接部５_ｂにおけるＥ点付近
は３，８_ｍｍ、Ｆ点付近では４，５_ｍｍとなって成形さ
れていた。細径部３_ｂの厚さＴ_１は４，５_ｍｍになって
いる。

【００２４】第二絞り工程では、第一絞り工程で得られ
た第二素材１_ｂに太さＭ_２のマンドレル１１を挿通し
て、再びスエージング加工する。このとき、マンドレル
１１を細くしてある分だけ材料を引っ張り、細径部３_ｃ
への材料移行とともに、連接部５_ｃのＥ点では３，８
_ｍｍ、Ｌ点においては４，２_ｍｍと、やや薄くなった。
当然ながら、細径部３_ｃの中央部付近のＧ点の厚さＴ_２
は３，５_ｍｍであった。

【００２５】また、第二絞り工程で得られた第三素材１
_ｃには、太さＭ_３のマンドレル１２を挿入して、さらに
スエージング加工する。この場合も、前記した第二絞り
と同様であるが、マンドレル１２を細くしたものを使用
しているので、連接部５_ｃは前記連接部５_ｂよりも薄く
成形される。すなわち、連接部５におけるＥ点では３，
８_ｍｍと変りはないが、Ｌ点では４，０_ｍｍ、細径部３
のほぼ中央の厚さＴ_３は約３，５_ｍｍとなっている。こ
れは細径部３を縮径圧搾したとき、連接部５の肉をある
程度引っ張って細径部３に移行させたことを示してお
り、細径部３は長手方向に伸びている。かつ、細径部３
での縮径と同時に、材料の移行を容易にさせるため、マ
ンドレル１２の太さＭ_３とスエージング金型の内径Ｄ_３
との差は、第二絞りのマンドレル１１とスエージング金
型の内径Ｄ_２との差よりも幾分か大きくして、余裕をも
たせてある。

【００２６】以上のように、連接部４、５のある実施例
１と連接部５をを形成した実施例２とは、絞り工程およ
び絞り加工後の工程では大差がないので、まとめて詳述
する。

【００２７】上述のように、絞り加工仕上げをしたロッ
ドは、その細径部２及び３を高周波熱処理・調質して、
細径部３の軸端にプラグ（図示していない）を挿嵌・焼
嵌めする。炉中で熱処理することもできるが、炉に入れ
て熱処理調質するときは容器を工夫しないと、折角真直
に成形したロッドの曲がりや反りを発生させてしまうた
め、その歪を除去する必要性が生ずる。また、このプラ
グを挿嵌するのは細径部３の軸端での強度を増すため、
および端部の接触面積を増加させる目的で、プラグを打
ち込むのであり、高周波熱処理と同時に、プラグを焼嵌
め固着する。高周波熱処理は、炉中熱処理よりも曲がり
を防止して部分的な熱処理ができ、かつ、プラグを加工
硬化した細径部３の調質と同時に固着できるとともに、
プレス打ち込みや嵌合による結合よりも固い結合ができ
る。

【００２８】実施例１では細径部２、３を素材１の両端
に、実施例２では細径部３を素材１の両端にそれぞれ設
けて、ロッドとすることもあり、ときには、一端に実施
例１による細径部２、３を、他端には実施例２による細
径部３を１本のロッドに形成することもある。また、一
端にのみ細径部を形成することもあるが、このような何
れの場合であっても、軸端の細径部３から素材１にかけ
て肉厚を滑らかに変化させ、特に、細径部３から連接部
５へのコーナー部分で厚さが肉厚となるので、その使用
上から見て中央部の素材１部へと素早く荷重を伝播す
る。そして、中央部分では細径部３よりもその直径が大
きく、コーナー部分での肉厚が厚くなっていることと相
まって、振動を減衰する役目をする。

【００２９】また、上記のような製造方法を利用して、
素材１の両端に細径部３を形成して、一般の機械に使用
される軸や、車両における軸に応用できることは言うま
でもない。

【００３０】

【発明の効果】上述した本発明による製造方法は、素材
をパイプ材とし、該素材の端部をスエージング加工によ
る絞り加工を施したものであるが、その絞り加工におい
て、少なくともマンドレルを３回入れ替えて細径部を圧
搾加工しているので塑性加工特有の加工面の緻密さが得
られ、加工硬化した細径部を調質と同時にプラグを挿嵌
して焼嵌めができ、固着させることができるからピスト
ンロッドのように激しい直線運動を繰り返す場合には、
細径部と連接部とのコーナー部分で肉厚が厚くなってい
るのと相まって、細径部に伝達される荷重を逸早く太い
直径の素材部へと分散伝達し、中央では伝播された荷重
を減衰してしまう結果、中空パイプではあるが中実軸と
同等の強さがある。さらには、軸端における細径部にプ
ラグを焼嵌めするので、該プラグを嵌込む細径部の肉厚
を薄くすることなく、かつまた、該細径部の外周寸法を
変化させることなく、固い固着ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る実施例１における第二工程を模写
した部分断面図。

【図２】本発明の実施例１における第三工程を模写した
部分断面図。

【図３】同様に、実施例１における第四工程を模写した
部分断面図。

【図４】本発明の実施例２における第二工程を模写した
部分断面図。

【図５】同様に、実施例２における第三工程を模写した
部分断面図。

【図６】同じく、実施例２における第四工程を模写した
部分断面図。

【符号の説明】

１素材１_ａ第一素材１_ｂ第二素材１_ｃ第三素材２細径部３細径部１０マンドレル１１マンドレル１２マンドレル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】長尺のパイプ材を一定の長さに切断して
第一素材とし、該第一素材の一端側から該第一素材の孔
内径よりもやや細いマンドレルを挿入して第一絞りを行
なう第二工程と、該第二工程で得た第二素材の孔内径よ
りやや細いマンドレルを挿入して第二絞りを行なう第三
工程と、さらに、該第三工程で得られた第三素材の孔内
径よりやや細いマンドレルを挿入して第三絞りを行なう
第四工程とからなり、前記第一絞り及び第二絞り並びに
該第三絞りの三工程によって軸端を細径部に縮径するス
エージング加工し、該軸端にプラグを固着するピストン
ロッドの製造方法において、前記第三絞り終了後に前記
細径部とした該軸端を高周波熱処理するとともに、該軸
端に前記プラグを焼嵌め固着したことを特徴とする、ピ
ストンロッドの製造方法。