JP2000202648A

JP2000202648A - 摩擦圧接方法

Info

Publication number: JP2000202648A
Application number: JP11011822A
Authority: JP
Inventors: Koichi Kawaura; 廣一川浦; Hiroyuki Yamada; 広之山田
Original assignee: IZUMI KOGYO KK; Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Current assignee: IZUMI KOGYO KK; Toyota Industries Corp
Priority date: 1999-01-20
Filing date: 1999-01-20
Publication date: 2000-07-25
Anticipated expiration: 2019-01-20
Also published as: JP4320074B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ワーク完成品の接合精度の向上を図ることが
できるとともに、ワーク完成品の外観品質の向上を図る
ことができる摩擦圧接方法を提供する。【解決手段】一方のワークＷ１を回転駆動される主軸２
２に取り付け、他方のワークＷ２をクランプ２８に固定
する。コントローラ３３はｔ０のタイミングにおいて両
ワークＷ１，Ｗ２との間に相対回転運動を付与しつつ、
両ワークＷ１，Ｗ２を接触させて推力付与装置により摩
擦推力Ｐ１を付与することによってワークＷ１，Ｗ２同
士間の接合界面を軟化させた後に、主軸２２が停止した
ｔ５のタイミングからｔ６のタイミングまでの所定増圧
時間Ｔ内では、スライド用サーボモータ１４を制御して
両ワークＷ１，Ｗ２の接合界面に加えるアプセット推力
を摩擦推力Ｐ１から目標値のＰ２まで段階的に上げてい
くようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、摩擦圧接方法に係
り、詳しくは圧接過程中におけるワーク同士間の接合界
面に加える摩擦推力及びアプセット推力が段階的に上げ
られていくことを特徴とする摩擦圧接方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ワーク同士を接合する手法と
して摩擦圧接方法が知られている。この方法は、両ワー
クの接合界面を摩擦接触させることによって発生する熱
エネルギーを有効に利用し、さらに高い圧力（推力）を
加えてワーク同士を接合する方法である。この摩擦圧接
方法は、品質面、コスト面、生産性等のメリットがある
ため、自動車や産業機械等に適用される量産部品を接合
する方法として、特に、棒材や管材などの素材に広く用
いられている。

【０００３】ここで、一般的な摩擦圧接方法による接合
過程を図１０及び図１１を用いて説明する。まず、図示
しないが、接合しようとする２つのワークＷ１，Ｗ２を
摩擦圧接装置に装着する。具体的には、一方のワークＷ
１を回転駆動される主軸に取り付け、他方のワークＷ２
をワーク固定装置に固定する。

【０００４】そして、図１０に示すようにｔ０のタイミ
ングにおいて一方のワークＷ１を主軸の回転によって一
定の回転数で回転させながらワークＷ１，Ｗ２同士を接
触させる。つまり摩擦発熱工程の予熱段階に入る。この
とき（ｔ１のタイミング）、推力付与装置により両ワー
クＷ１，Ｗ２の接合界面に予熱推力Ｐ０を加える。そし
て、所定期間（即ち予熱段階）が経過したｔ２のタイミ
ングで推力付与装置により両ワークＷ１，Ｗ２の接合界
面に摩擦推力Ｐ１を加えると、両ワークＷ１，Ｗ２の接
合界面は摩擦熱により温度が上昇し、高温層が形成され
る。すると、両ワークＷ１，Ｗ２間の接合界面が軟化す
るためｔ３のタイミングで寄り代が発生する。この後、
接合界面における両ワークＷ１，Ｗ２の先端部が所望の
軟化状態（つまり摩擦発熱工程の摩擦発熱段階が終了）
となるｔ４のタイミングにてワークＷ１の回転を急停止
させつつ両ワークＷ１，Ｗ２の接合界面にアプセット推
力Ｐ２を加える。つまりアプセット加圧工程に入る。そ
の後、ｔ７のタイミングまでの所定期間（即ち圧力保持
段階）内において両ワークＷ１，Ｗ２を、その接合界面
に加えるアプセット推力がＰ２のままで保持させると、
両ワークＷ１，Ｗ２は、寄り代の変化量が増加し、高温
・高圧のもとで固相接合が行われる。

【０００５】また、図１０において２点鎖線に示すよう
に、主軸回転の停止タイミングをｔ４からｔｍに遅らせ
た場合では、全寄り代は増加し、点線で示すようにアプ
セット推力Ｐ２を加えるタイミングをｔ４から主軸が完
全に停止した時刻ｔ５に遅らせた（つまり主軸停止段階
が終了した）場合では、全寄り代は減少する。つまり、
主軸停止遅れ時間ｘ１やアプセット推力Ｐ２の加圧遅れ
時間ｘ２を変化させることによって、摩擦圧接時の全寄
り代を変えることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記摩擦圧
接方法による接合過程では、いずれのアプセット加圧工
程において、ある（ｔ４又はｔ５の）タイミングにて両
ワークＷ１，Ｗ２の接合界面にアプセット推力Ｐ２を加
えるようにしている。言い換えれば、両ワークＷ１，Ｗ
２の接合界面に加える圧力（推力）は、ある（ｔ４又は
ｔ５の）タイミングに至ると一瞬に摩擦推力Ｐ１からア
プセット推力Ｐ２へ切り換えられるようになっている。
このような両ワークＷ１，Ｗ２の接合界面における瞬間
の大きな圧力変化（特に上記のような低い値の推力Ｐ１
から高い値の推力Ｐ２への圧力変化）は、両ワークＷ
１，Ｗ２の接合界面に推力付与装置のボールネジの歪み
等によるビビリ又はサージ圧の発生を引き起こす。その
ビビリ又はサージ圧の発生によって両ワークＷ１，Ｗ２
の接合後の全長精度はバラツキが生じやすくなる。これ
は、両ワークＷ１，Ｗ２の接合精度の向上を図る上の問
題点となった。

【０００７】この現象は予熱推力Ｐ０から摩擦推力Ｐ１
へ一瞬に切り換えられるときにも起こる。これも摩擦接
合過程の安定及び両ワークＷ１，Ｗ２の接合精度の向上
を図る上の問題点となった。

【０００８】また、図１１（ａ）に示す摩擦発熱段階を
経て軟化状態となった両ワークＷ１，Ｗ２間の接合界面
における先端部は、一瞬で両ワークＷ１，Ｗ２の接合界
面に加えるアプセット推力Ｐ２の衝撃を受けて、図１１
（ｂ）に示すようにバリが外方へ多量にはみ出すように
なる。これは、接合後のワーク完成品の外観品質の向上
を図る上の問題点となった。

【０００９】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
であって、その目的は、ワーク完成品の接合精度の向上
を図ることができるとともに、ワーク完成品の外観品質
の向上を図ることができる摩擦圧接方法を提供すること
にある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、請求項１に記載の発明は、回転装置を用いて一方
のワークと他方のワークとの間に相対回転運動を付与し
つつ、その両ワークを接触させて推力付与装置により摩
擦推力を付与してワーク同士間の接合界面を軟化させた
後、アプセット推力を加えることによってワーク同士を
固相接合させる摩擦圧接方法において、前記摩擦推力か
らアプセット推力に切り換えるとき、アプセット推力を
段階的に目標値まで上げていくようにしたことを要旨と
する。

【００１１】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の摩擦圧接方法において、前記アプセット推力は、時間
が推移するにつれて加える推力増分を大きくするように
したことを要旨とする。

【００１２】請求項３に記載の発明は、回転装置を用い
て一方のワークと他方のワークとの間に相対回転運動を
付与しつつ、その両ワークを接触させて推力付与装置に
より予熱推力を付与し、次に摩擦推力を付与してワーク
同士間の接合界面を軟化させた後、アプセット推力を加
えることによってワーク同士を固相接合させる摩擦圧接
方法において、前記予熱推力から摩擦推力に切り換える
とき、摩擦推力を段階的に目標値まで上げていくように
したことを要旨とする。

【００１３】請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３
のいずれか１に記載の摩擦圧接方法において、前記推力
付与装置の駆動源は、サーボモータを用いたことを要旨
とする。

【００１４】（作用）請求項１に記載の発明によれば、
摩擦推力からアプセット推力に移る時のアプセット推力
が段階的に上げられることから、ワーク同士間の接合界
面に発生する瞬間的な大きな圧力変化は抑制されること
になる。従って、アプセット加圧工程において、ワーク
同士間の接合界面に推力付与装置等によるビビリ又はサ
ージ圧の発生が抑制される。その結果、摩擦圧接加工に
おけるアプセット加圧工程は安定し、接合されたワーク
完成品の全長精度の向上を図ることができる。また、外
方にはみ出るバリの量が少なくすることができ、完成品
の外観品質の向上を図ることができるとともに、接合部
分の肉厚を厚くでき強度を向上させることができる。

【００１５】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明の作用に加え、アプセット加圧工程の初期
段階においてはバリとしてはみ出やすい両ワークの接合
部分に小さな推力増分を加え、時間が推移するにつれて
両ワークの接合部分がだんだん固まってそのとき両ワー
クの接合部分に大きな推力増分を加えても両ワークの接
合部分からはみ出るバリの量が少なくなる。その結果、
ワーク完成品の外観品質の向上を更に図ることができる
とともに、接合部分の肉厚増によるワーク完成品の強度
を更に向上することができる。

【００１６】請求項３に記載の発明によれば、予熱推力
から摩擦推力に移る時の摩擦推力が段階的に上げられる
ことから、ワーク同士間の接合界面に発生する瞬間的な
大きな圧力変化は抑制されることになる。従って、摩擦
発熱工程において、ワーク同士間の接合界面に推力付与
装置等によるビビリ又はサージ圧の発生が抑制される。
その結果、摩擦圧接加工における摩擦発熱工程は安定
し、接合されたワーク完成品の全長精度の向上を図るこ
とができる。

【００１７】請求項４に記載の発明によれば、請求項１
〜３に記載の発明の作用に加え、ワーク同士間の接触界
面に摩擦推力及びアプセット推力を加えるための推力付
与装置の駆動源は、サーボモータを用いたため、その摩
擦推力及びアプセット推力に対する木目細かい制御が可
能且つ容易になる。その結果、摩擦推力及びアプセット
推力を段階的に上げていく制御は実施しやすいことか
ら、本発明の摩擦圧接方法の信頼性を向上することがで
きる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を２つのワークを接
合する単頭型摩擦圧接装置に具体化した実施の形態を図
面に従って説明する。

【００１９】図１には、本実施形態の単頭型摩擦圧接装
置の側断面図を示し、図２には、同摩擦圧接装置の正断
面図を示す。本実施形態の単頭型摩擦圧接装置１１は、
図１及び図２に示すように、水平面上に載置された設備
ベース１２上にブラケット１３により推力付与装置の駆
動源としてのスライド用サーボモータ１４が固定されて
いる。ボールねじ軸１５の一端がスライド用サーボモー
タ１４の回転軸にカップリング１６を介して固定される
とともに、ボールねじ軸１５が水平となるようにボール
ねじ軸１５の他端がブラケット１７により軸支される。
設備ベース１２上には直動軸受（リニアガイド）１８
が、ボールねじ軸１５と平行に形成されており、該直動
軸受１８上に主軸ボックス１９が摺動可能に設けられて
いる。主軸ボックス１９のアーム部１９ａは、ボールね
じナット２０及びロードセル２１を介してボールねじ軸
１５に螺合されている。そして、スライド用サーボモー
タ１４によりボールねじ軸１５が回転駆動されることで
主軸ボックス１９が図２に示すＹ方向に摺動し、ロード
セル２１によってボールねじナット２０と主軸ボックス
１９のアーム部１９ａとに生じる実推力が検出される。

【００２０】主軸ボックス１９には主軸２２が水平に軸
支されており、主軸２２の先端にはチャック２３が設け
られ、該チャック２３に管状のワークＷ１が固定され
る。主軸ボックス１９上には、回転装置としての主軸回
転用サーボモータ２４が固定されており、該モータ２４
はモータ用ギア２５、アイドルギア２６、主軸用ギア２
７を介して主軸２２と駆動連結される。

【００２１】設備ベース１２上においてチャック２３と
対向する側にはクランプ２８が固定され、該クランプ２
８に管状のワークＷ２が固定される。クランプ２８の後
方にストッパ２９が固定されている。

【００２２】また、摩擦圧接装置１１を構成する図示し
ない制御装置では、図３に示すように、ＣＲＴ３０とデ
ジタルスイッチ３１とからなる操作盤３２がコントロー
ラ３３に接続されている。コントローラ３３には、スラ
イド用サーボドライバ（サーボアンプ）３４を介して前
記スライド用サーボモータ１４が接続され、回転用サー
ボドライバ（サーボアンプ）３５を介して前記主軸回転
用サーボモータ２４が接続されている。さらに、コント
ローラ３３には、ＣＲＴ３６とＣＰＵ３７とからなる品
質保証装置３８が接続され、長さ及び時間に関連した信
号の伝達が可能となっている。品質保証装置３８のＣＰ
Ｕ３７には、主軸回転計３９が接続され、これにより主
軸２２の回転（回転数、位相、トルク等）に関連した信
号の伝達が可能となっている。また、回転信号を主軸回
転用サーボモータ２４のものを用いてもよい。さらに
は、前記ロードセル２１は、トランスミッタ４０を介し
てコントローラ３３に接続されるとともに、トランスミ
ッタ４０が品質保証装置３８のＣＰＵ３７に接続され、
推力（圧力）に関連した信号の伝達が可能となってい
る。

【００２３】なお、本実施形態で用いられる主軸回転用
サーボモータ２４としては、１回転、つまり、３６０度
に対して１００００パルスの信号を出力するものが用い
られ、コントローラ３３によって高精度の回転位置が検
出される。

【００２４】次に、このように構成された本実施の形態
の摩擦圧接装置１１による摩擦圧接方法を図４を用いて
説明する。図４は、主軸回転数、推力（圧力）、寄り代
との関係を示している。

【００２５】まず、チャック２３及びクランプ２８にワ
ークＷ１，Ｗ２をその中心軸線Ｌ１，Ｌ２（図５参照）
を一致させながら把持する。次いで、コントローラ３３
は図４に示すｔ０のタイミングにて主軸回転用モータ２
４により主軸２２を回転駆動させる。そして、コントロ
ーラ３３は主軸２２を一定の回転数（例えば、２０００
ｒｐｍ）に保持しつつスライド用サーボモータ１４によ
りボールねじ軸１５を回転させて主軸ボックス１９をＹ
方向（図２参照）にスライド前進させる。なお、一定に
保持する主軸２２の回転数は、接合するワークＷ１，Ｗ
２の材質や外形（パイプ材、中実材の違い、あるいは外
径の違い等）により設定される。

【００２６】その後、ｔ１のタイミングにてワークＷ
１，Ｗ２が接触したときに、コントローラ３３は摩擦発
熱工程を行うべく、スライド用サーボモータ１４を駆動
制御してワークＷ１，Ｗ２の接合界面に予熱推力Ｐ０を
加えて予熱送りを行う。つまり摩擦発熱工程の予熱段階
に入る。この予熱推力Ｐ０は、接触初期に生じる過渡的
なトルクの増加を低く抑え、両ワークＷ１，Ｗ２の接合
界面の凹凸をなじませるようにするため、摩擦推力Ｐ１
よりも十分低い推力とする。

【００２７】そして、所定時間が経過した（つまり予熱
段階が終了した）ｔ２のタイミングにおいて、コントロ
ーラ３３はスライド用サーボモータ１４を駆動制御して
摩擦推力Ｐ１を加えて両ワークＷ１，Ｗ２の接合界面に
摩擦熱を生じさせる。つまり摩擦発熱工程の摩擦発熱段
階に入る。すると、この摩擦熱により接合界面が軟化す
るためｔ３のタイミングで寄り代が発生する。

【００２８】次いで、接合界面の軟化が所望の状態とな
る所定の時間が経過した（つまり摩擦発熱段階が終了し
た）ｔ４のタイミングにおいて、コントローラ３３はア
プセット加圧工程を行うべく、主軸回転用サーボモータ
２４を制御して、主軸２２の回転を減速して停止させ
る。つまりアプセット加圧工程の主軸停止段階に入る。
そして、主軸２２が停止したｔ５のタイミングにおい
て、コントローラ３３はスライド用サーボモータ１４を
制御してアプセット推力を加え始める。つまりアプセッ
ト加圧工程のアプセット加圧段階に入る。

【００２９】このｔ５のタイミングからｔ６のタイミン
グまでのアプセット加圧段階（所定増圧時間Ｔ内）で
は、コントローラ３３は両ワークＷ１，Ｗ２の接合界面
に加えるアプセット推力が摩擦推力Ｐ１から段階的（ソ
フト的）にＰ２（目標値）までに上げられていく（切り
換えられる）ようにスライド用サーボモータ１４を制御
している。言い換えれば、ｔ５のタイミングからｔ６の
タイミングまでの間（アプセット加圧段階）では、ｔ５
のタイミングから所定時間間隔ごとにアプセット推力が
摩擦推力Ｐ１から所定推力増分にてＰ２（目標値）まで
段々上げられていくようにしている。

【００３０】本実施形態では、図４に示すように、ｔ５
のタイミングでアプセット推力が（Ｐ１＋Δａ１）、
（ｔ５＋Δｔ１）のタイミングでアプセット推力が（Ｐ
１＋Δａ１＋Δａ２）、（ｔ５＋Δｔ１＋Δｔ２）のタ
イミングでアプセット推力が（Ｐ１＋Δａ１＋Δａ２＋
Δａ３）、（ｔ５＋Δｔ１＋Δｔ２＋Δｔ３）のタイミ
ングでアプセット推力が（Ｐ１＋Δａ１＋Δａ２＋Δａ
３＋Δａ４）、（ｔ５＋Δｔ１＋Δｔ２＋Δｔ３＋Δｔ
４）のタイミングでアプセット推力が（Ｐ１＋Δａ１＋
Δａ２＋Δａ３＋Δａ４＋Δａ５）となるように、コン
トローラ３３はスライド用サーボモータ１４を制御して
いる。

【００３１】因みに、本実施形態では、各時間間隔Δｔ
１〜Δｔ４の関係を Δｔ１＝Δｔ２＝Δｔ３＝Δｔ４（＝Δｔ）としている。従って、ｔ６−ｔ５＝Ｔ＝Δｔ１＋Δｔ２＋Δｔ３＋Δｔ４＝４
×Δｔとなる。

【００３２】また、本実施形態では、各時間ごとの推力
増分Δａ１〜Δａ５の関係を Δａ１＝Δａ２＝Δａ３＝Δａ４＝Δａ５（＝Δａ）としている。従って、Ｐ２−Ｐ１＝Ａ＝Δａ１＋Δａ２＋Δａ３＋Δａ４＋Δ
ａ５＝５×Δａとなる。

【００３３】そして、ｔ６のタイミングからは、コント
ローラ３３はアプセット加圧工程の圧力保持段階に入
る。ｔ６のタイミングからｔ７のタイミングまでの所定
期間（即ち圧力保持段階）内においてコントローラ３３
はスライド用サーボモータ１４を制御して両ワークＷ
１，Ｗ２の接合界面に加えるアプセット推力をＰ２のま
まで保持させると、両ワークＷ１，Ｗ２は、高温・高圧
のもとで一体に接合される。

【００３４】続いて、アプセット推力Ｐ２の付与を停止
させた後に、主軸ボックス１９をスライド後退させて、
接合されたワークＷ１，Ｗ２が摩擦圧接装置１１から取
り外される。すると、ワークＷ１，Ｗ２の摩擦接合過程
は完了する。

【００３５】このように本実施の形態は、下記のような
特徴を示す。（１）本実施形態では、アプセット加圧工程には、アプ
セット加圧段階が設けられ、ｔ５のタイミングからｔ６
のタイミングまでのアプセット加圧段階（時間Ｔ内）で
は、両ワークＷ１，Ｗ２の接合界面に加えるアプセット
推力がＰ１から段階的（ソフト的）にＰ２までに上げら
れていくようにしている。

【００３６】従って、両ワークＷ１，Ｗ２の接合界面に
おける瞬間の大きな圧力変化は抑制され、両ワークＷ
１，Ｗ２の接合界面に推力付与装置のボールネジの歪み
等によるサージ圧の発生が防止される。その結果、その
摩擦圧接方法にて接合されたワークＷ１，Ｗ２の全長精
度のバラツキがなくなることから、両ワークＷ１，Ｗ２
つまりワーク完成品の接合精度の向上を図ることができ
る。

【００３７】また、図５（ａ）に示す摩擦発熱段階を経
て軟化状態となった両ワークＷ１，Ｗ２間の接合界面に
おける先端部は、従来技術のような一瞬で両ワークＷ
１，Ｗ２の接合界面に加えるアプセット推力Ｐ２の衝撃
を受けなくなり、図５（ｂ）に示すように外方にはみ出
るバリの量が少なくなることから、接合後のワーク完成
品の外観品質の向上を図ることができるとともに、接合
部分（バリ根元）の肉厚Ｄを厚くすることができ、ワー
ク完成品の強度（特に疲労強度）を向上することができ
る。

【００３８】さらに、接合部分（バリ根元）の肉厚増に
よるワーク完成品の強度（特に疲労強度）を向上するこ
とから、アルミ等の低融点合金からなる両ワークＷ１，
Ｗ２の摩擦接合過程での焼き鈍しによる接合部分の強度
損失を補償（カバー）することができる。

【００３９】（２）本実施形態では、両ワークＷ１，Ｗ
２の接合界面にアプセット推力を加えるための推力付与
装置の駆動源は、サーボモータを用いた。従って、両ワ
ークＷ１，Ｗ２の接合界面に加えるアプセット推力に対
する木目細かい制御が可能且つ容易になる。その結果、
アプセット推力を段階的（ソフト的）に上げていく制御
は実施しやすいことから、本発明の摩擦圧接方法の信頼
性を向上することができる。

【００４０】なお、発明の実施の形態は、上記実施の形
態に限定されるものではなく、下記のように実施しても
よい。 ○上記実施形態では、ｔ４のタイミングから入るアプセ
ット加圧工程において、アプセット加圧は主軸２２が完
全に停止されたｔ５のタイミングから開始されるように
したが、図６に示すように、ｔ４のタイミングから入る
アプセット加圧工程において、アプセット加圧を、主軸
２２の停止が開始されるｔ４のタイミングから開始させ
るようにしてもよい。或いは、ｔ４〜ｔ５の間に何れか
のタイミングでアプセット加圧を開始させるようにして
もよい。更には、ｔ４以前、或いはｔ５以降であっても
よい。但し、この場合の開始時期は、ワークの材質、形
状等の諸条件に応じて都度決定される、接合に適する範
囲に限られる。これらの場合、上記実施形態の特徴
（１）及び（２）に記載された効果とほぼ同様な効果を
得ることができる。

【００４１】○上記実施形態では、所定時間間隔Δｔ１
〜Δｔ４をΔｔ１＝Δｔ２＝Δｔ３＝Δｔ４（＝Δｔ）
となるように設定し、所定推力増分Δａ１〜Δａ５をΔ
ａ１＝Δａ２＝Δａ３＝Δａ４＝Δａ５（＝Δａ）とな
るように設定していた。Δｔ１＋Δｔ２＋Δｔ３＋Δｔ
４＝Ｔという関係を前提条件とし、所定時間間隔Δｔ１
〜Δｔ４を両ワークＷ１，Ｗ２のデータに従ってそれぞ
れ任意に設定し、例えばΔｔ１＞Δｔ２＞Δｔ３＞Δｔ
４又はΔｔ１＜Δｔ２＜Δｔ３＜Δｔ４、若しくはΔｔ
１＞Δｔ２＝Δｔ３＝Δｔ４又はΔｔ１＝Δｔ２＝Δｔ
３＜Δｔ４にしてもよいてもよい。

【００４２】同様に、Ｐ１＋ａ１＋ａ２＋ａ３＋ａ４＋
ａ５＝Ｐ２という関係を前提条件とし、所定推力増分Δ
ａ１〜Δａ５を両ワークＷ１，Ｗ２のデータに従ってそ
れぞれ任意に設定し、例えばΔａ１＞Δａ２＞Δａ３＞
Δａ４＞Δａ５又はΔａ１＜Δａ２＜Δａ３＜Δａ４＜
Δａ５にしてもよい。この場合、上記実施形態の特徴
（１）及び（２）に記載された効果に加えて、接合しよ
うとするワークの材質、断面形状及び断面積などのデー
タに基づいてアプセット加圧の加圧パターンを任意に設
定することができるから、摩擦圧接方法の汎用性を向上
することができる。

【００４３】特に、アプセット加圧工程の初期段階の推
力増分Δａを小さくし、時間が推移するにつれて推力増
分Δａを段々大きくすることが望ましい。この場合、ア
プセット加圧工程の初期段階においてバリとしてはみ出
やすい両ワークＷ１，Ｗ２の接合部分に小さな推力増分
Δａを加え、時間が推移するにつれて両ワークＷ１，Ｗ
２の接合部分がだんだん固まってそのとき両ワークＷ
１，Ｗ２の接合部分に大きな推力増分を加えても両ワー
クＷ１，Ｗ２の接合部分からはみ出るバリの量が少なく
なる。その結果、ワーク完成品の外観品質の向上を更に
図ることができるとともに、接合部分の肉厚Ｄを厚くで
きワーク完成品の強度（特に疲労強度）を更に向上する
ことができる。

【００４４】○上記実施形態では、所定時間間隔Δｔを
４段階の（Δｔ１，Δｔ２，Δｔ３，Δｔ４）に設定
し、所定推力増分Δａを５段階の（Δａ１，Δａ２，Δ
ａ３，Δａ４，Δａ５）に設定していたが、所定時間間
隔Δｔを４段階に限定せず、例えば３段階、５段階以上
に設定してもよい。同様に、所定推力増分Δａを５段階
に限定せず、例えば３段階、４段階又は６段階以上に設
定してもよい。この場合、上記実施形態の特徴（１）及
び（２）に記載された効果とほぼ同様な効果を得ること
ができる。

【００４５】○上記所定増圧時間Ｔは、接合しようとす
るワークの材質、断面形状及び断面積などのデータに基
づいて適当に変更してもよい。この場合、上記実施形態
の特徴（１）及び（２）に記載された効果と同様な効果
を得ることができる。

【００４６】○上記実施形態では、摩擦発熱工程の予熱
段階が終了したｔ２のタイミングにて摩擦推力Ｐ１を加
えて両ワークＷ１，Ｗ２の接合界面に摩擦熱を生じさせ
るようにしたが、図７に示すように、ｔ１のタイミング
からｔ２のタイミングまでの摩擦発熱工程の予熱段階に
おいて両ワークＷ１，Ｗ２の接合界面に加える摩擦推力
を、予熱推力Ｐ０から段階的（ソフト的）にＰ１（目標
値）までに上げていくようにしてもよい。言い換えれ
ば、ｔ１のタイミングからｔ２のタイミングまでの間
（予熱段階）では、ｔ１のタイミングから所定時間間隔
ごとに予熱推力Ｐ０から所定推力増分にて摩擦推力Ｐ１
まで段々上げられていくようにしてもよい。

【００４７】詳述すると、例えば、図７に示すように、
ｔ１のタイミングにおいて両ワークＷ１，Ｗ２の接合界
面に加える摩擦推力がゼロから予熱推力Ｐ０（＝Δａ１
１）に上げられ、ｔ１からΔｔ１１が経過した時点ｔ１
＋Δｔ１１において、その摩擦推力がＰ０からＰ０＋Δ
ａ１２に上げられる。最後に、ｔ１からΔｔ１１＋Δｔ
１２＋Δｔ１３が経過した時点ｔ２においてその摩擦推
力がＰ０＋Δａ１２＋Δａ１３＋Δａ１４（＝Ｐ１）ま
でに上げられる。なお、ここの所定時間間隔Δｔを２段
階、４段階以上にしてもよいし、所定推力増分Δａを３
段階、５段階以上に分けてもよい。このような場合、上
記実施形態の効果に加えて、ワークＷ１，Ｗ２同士間の
接合界面に発生する瞬間的な大きな圧力変化は抑制され
ることになる。従って、摩擦発熱工程において、ワーク
Ｗ１，Ｗ２同士間の接合界面に推力付与装置等によるビ
ビリ又はサージ圧の発生が抑制される。その結果、摩擦
圧接加工における摩擦発熱工程は安定し、接合されたワ
ーク完成品の全長精度の向上を更に図ることができる。

【００４８】○上記実施形態では、両ワークＷ１，Ｗ２
の接合界面に摩擦推力及びアプセット推力を加えるため
の推力付与装置の駆動源は、サーボモータを用いたが、
両ワークＷ１，Ｗ２の接合界面に摩擦推力及びアプセッ
ト推力を加えるための推力付与装置の駆動源は、サーボ
モータに限定されず、例えば、インダクションモータ又
は油圧シリンダなどにて実施してもよい。この場合、上
記実施形態の特徴（１）に記載された効果と同様な効果
を得ることができる。

【００４９】○また、上記実施形態に記載したような、
具体的なクランプ構造、回転構造、主軸駆動構造、スラ
イド構造及び制御方式等々は一切限定されず、あらゆる
構造の摩擦圧接装置に適用可能である。例えば、上記実
施形態では、回転側である主軸２２側がスライドするも
のであったが図８に示すように、非回転側がスライドす
る摩擦圧接装置５０に具体化してもよい。

【００５０】詳述すると、図８に示すように、直動軸受
１８上に摺動クランプ５１が摺動可能に設けられ、摺動
クランプ５１がボールねじナット２０及びロードセル２
１を介してボールねじ軸１５に螺合されている。クラン
プ５１にはストッパ５２が固定され、設備ベース１２上
の図中右側には主軸２２を軸支する主軸ボックス５３が
固定されている。この構成では、摺動クランプ５１がス
ライド前進して、摺動クランプ５１に固定されたワーク
Ｗ２と主軸２２のチャック２３に固定されるワークＷ１
とが摩擦圧接される。

【００５１】従って、この摩擦圧接装置５０により上述
した摩擦圧接方法を実行すれば、上記実施形態と同様の
特徴を示す。これに加え、主軸２２側が固定されるの
で、主軸回転用サーボモータ２４の制御に必要な電気配
線の取り回し等が容易となる。さらに、スライドの慣性
が小さくなるので、スライドの高速化を図ることがで
き、実用上好ましいものとなる。

【００５２】○さらに、上記実施形態では、本発明を２
つのワークを接合する単頭型摩擦圧接装置に具体化して
実施したが、図９に示すように、３つのワークＷ１，Ｗ
２，Ｗ３を接合する両頭型摩擦圧接装置６０において具
体化してもよい。

【００５３】詳述すると、図９に示すように、摩擦圧接
装置６０では、設備ベース１２上の両側に、スライド用
サーボモータ１４、主軸回転用サーボモータ２４等を各
２組ずつ配設して構成している。つまり、クランプ６１
にワークＷ３を固定して、該ワークＷ３の両端に、ワー
クＷ１が摩擦圧接される。

【００５４】従って、この摩擦圧接装置６０により上述
した摩擦圧接方法を実行すれば、上記実施形態と同様の
特徴を示す。これに加え、両頭の部材の接合を短時間に
行うことができるので単位時間当たりの生産性が向上さ
れ、実用上好ましいものとなる。

【００５５】○上記実施形態では、所定の時間が経過し
たｔ４のタイミングにおいて、主軸回転の減速を開始す
る時間制御により行うものであったが、これに限定せ
ず、ワークＷ１，Ｗ２の圧接時の長さに基づいて減速を
開始する寸法制御にて行うものであってもよい。つま
り、スライド用サーボモータ１４の回転に関する情報等
により寄り代を検出して、所定の寄り代となったときに
主軸回転を減速開始するようにしてもよい。

【００５６】次に、前記実施形態及び別例から把握さ
れ、特許請求の範囲に記載されていない技術的思想を、
その効果とともに以下に記載する。（１）回転装置を用いて一方のワークと他方のワークと
の間に相対回転運動を付与しつつ、その両ワークを接触
させて推力付与装置により摩擦推力を付与してワーク同
士間の接合界面を軟化させた後、アプセット推力を加え
ることによってワーク同士を固相接合させる摩擦圧接方
法を備えた摩擦圧接装置において、前記摩擦推力からア
プセット推力に切り換えるとき、アプセット推力を段階
的に目標値まで上げていくようにコントローラを設けた
ことを特徴とする摩擦圧接装置。

【００５７】従って、摩擦圧接過程は安定となるととも
に、ワーク完成品の接合精度の向上を図ることができ
る。

【００５８】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、摩擦圧
接加工におけるアプセット加圧工程は安定し、接合され
たワーク完成品の全長精度の向上を図ることができる。
また、完成品の外観品質の向上を図ることができるとと
もに、接合部分の強度を向上させることができる。

【００５９】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明の効果に加え、ワーク完成品の外観品質の
向上を更に図ることができるとともに、ワーク完成品の
強度を更に向上することができる。

【００６０】請求項３に記載の発明によれば、摩擦圧接
加工における摩擦発熱工程は安定し、接合されたワーク
完成品の全長精度の向上を図ることができる。請求項４
に記載の発明によれば、請求項１〜３に記載の発明の効
果に加え、本発明の摩擦圧接方法の信頼性を向上するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態の摩擦圧接装置の側断面図。

【図２】本実施形態の摩擦圧接装置の正断面図。

【図３】本実施形態の摩擦圧接装置における制御装置の
構成図。

【図４】本実施形態の摩擦圧接方法を示すタイミングチ
ャート。

【図５】本実施形態の摩擦圧接方法による接合状態を示
す説明図。

【図６】他の実施形態の摩擦圧接方法を示すタイミング
チャート。

【図７】他の実施形態の摩擦圧接方法を示すタイミング
チャート。

【図８】他の実施形態の摩擦圧接装置の正断面図。

【図９】他の実施形態の摩擦圧接装置の正断面図。

【図１０】従来の摩擦圧接方法を示すタイミングチャー
ト。

【図１１】従来の摩擦圧接方法による接合状態を示す説
明図。

【符号の説明】

１４…推力付与装置の駆動源としてのスライド用サーボ
モータ、２２…主軸、２４…回転装置としての主軸回転
用サーボモータ、Ｗ１，Ｗ２…ワーク、Ｐ１…摩擦推
力、Ｐ２…アプセット推力。

フロントページの続き (72)発明者山田広之愛知県大府市北崎町清水１丁目３番地イヅミ工業株式会社内Ｆターム(参考） 4E067 BG01 CA02 CA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転装置を用いて一方のワークと他方の
ワークとの間に相対回転運動を付与しつつ、その両ワー
クを接触させて推力付与装置により摩擦推力を付与して
ワーク同士間の接合界面を軟化させた後、アプセット推
力を加えることによってワーク同士を固相接合させる摩
擦圧接方法において、前記摩擦推力からアプセット推力に切り換えるとき、ア
プセット推力を段階的に目標値まで上げていくようにし
たことを特徴とする摩擦圧接方法。
【請求項２】請求項１に記載の摩擦圧接方法におい
て、前記アプセット推力は、時間が推移するにつれて加える
推力増分を大きくするようにしたことを特徴とする摩擦
圧接方法。
【請求項３】回転装置を用いて一方のワークと他方の
ワークとの間に相対回転運動を付与しつつ、その両ワー
クを接触させて推力付与装置により予熱推力を付与し、
次に摩擦推力を付与してワーク同士間の接合界面を軟化
させた後、アプセット推力を加えることによってワーク
同士を固相接合させる摩擦圧接方法において、前記予熱推力から摩擦推力に切り換えるとき、摩擦推力
を段階的に目標値まで上げていくようにしたことを特徴
とする摩擦圧接方法。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれか１に記載の摩
擦圧接方法において、前記推力付与装置の駆動源は、サーボモータを用いたこ
とを特徴とする摩擦圧接方法。