JP2001001163A - 摩擦圧接の温度管理 - Google Patents
摩擦圧接の温度管理Info
- Publication number
- JP2001001163A JP2001001163A JP16806099A JP16806099A JP2001001163A JP 2001001163 A JP2001001163 A JP 2001001163A JP 16806099 A JP16806099 A JP 16806099A JP 16806099 A JP16806099 A JP 16806099A JP 2001001163 A JP2001001163 A JP 2001001163A
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- Japan
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- main spindle
- friction
- determined
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】摩擦圧接合の条件である接合部の摩擦温度を一
定に管理し、品質の安定を行う。また作用エネルギーの
節約を行う。 【構成】接合物の回転数と押し付け加圧力の相互の関係
を制御するコントローラで構成する。
定に管理し、品質の安定を行う。また作用エネルギーの
節約を行う。 【構成】接合物の回転数と押し付け加圧力の相互の関係
を制御するコントローラで構成する。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は摩擦圧接に関するも
ので生産品の品質の均一化を向上させる摩擦圧接機に有
効。
ので生産品の品質の均一化を向上させる摩擦圧接機に有
効。
【０００２】
【従来の技術】固相圧接合するために金属材料を分子寸
法の程度迄互いに接近させることが必要であり、この接
近させるため大きな加圧力を要する。摩擦圧接法ではこ
の変形抵抗を下げるために材料を高温とする。熱発生は
材料を加圧接触して回転させ、その摩擦による熱を利用
する。
法の程度迄互いに接近させることが必要であり、この接
近させるため大きな加圧力を要する。摩擦圧接法ではこ
の変形抵抗を下げるために材料を高温とする。熱発生は
材料を加圧接触して回転させ、その摩擦による熱を利用
する。
【０００３】材料の圧接部温度と加圧の関係は接合状態
と密接に関係するが、主軸の高速回転から停止迄の間は
加圧力との関係は制御されておらず、温度は高速回転時
の摩擦時間のみで定められていた。圧接合方法は、高速
回転で摩擦による温度上昇した圧接合物を冷却しない間
に回転停止し、相互速度を零として加圧、接合する方法
が採られている。この時回転しているワーク固定締チャ
ック等の大イナーシャを急停止させるブレーキ方式が採
用されているが、大きな制動動力が必要となり、また回
転エネルギーも無駄に消費されている。図２ 他の方法として回転エネルギーを利用するイナーシャ方式
が有り、エネルギー効率は高まるが、押し付け力および
回転体のイナーシャで停止までの時間が決まり、温度を管
理できない。図３
と密接に関係するが、主軸の高速回転から停止迄の間は
加圧力との関係は制御されておらず、温度は高速回転時
の摩擦時間のみで定められていた。圧接合方法は、高速
回転で摩擦による温度上昇した圧接合物を冷却しない間
に回転停止し、相互速度を零として加圧、接合する方法
が採られている。この時回転しているワーク固定締チャ
ック等の大イナーシャを急停止させるブレーキ方式が採
用されているが、大きな制動動力が必要となり、また回
転エネルギーも無駄に消費されている。図２ 他の方法として回転エネルギーを利用するイナーシャ方式
が有り、エネルギー効率は高まるが、押し付け力および
回転体のイナーシャで停止までの時間が決まり、温度を管
理できない。図３
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】接合部の温度が管理さ
れていないため製品の品質向上が試行錯誤となって決め
られている点、及び節エネルギーを行う。
れていないため製品の品質向上が試行錯誤となって決め
られている点、及び節エネルギーを行う。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、回転数の制御
と押しつけ力の関係を回転中の加圧から、回転停止しア
ップセット加圧までの全動作を相互の関数制御する。摩
擦圧接部の定常時の温度上昇は（１）式に従う ｄ＝ｋ＊ｎ＾２＊ｐ＊ｂ （１） ｄ 摩擦部の温度上昇 ｎ 相対相対回転速度 ｐ 押しつけ加圧力 ｋ 材料と形状及び温度による定まる変数 ｂ 加圧力と温度によって決まる変数 式（１）で一定温度上昇から停止までの短時間では 変
数ｋは一定と見なせるので、温度上昇 ｄは、回転速度
ｎと加圧力 ｐによって定まる。ｂは加圧と温度によ
って決まる状態数値であり加圧の時間関数または速度変
化関数により与えられる。以上より、摩擦圧接動作開始
から、回転停止しアップセット加圧まで材料の温度を式
（１）から一定に保つことが可能となる
と押しつけ力の関係を回転中の加圧から、回転停止しア
ップセット加圧までの全動作を相互の関数制御する。摩
擦圧接部の定常時の温度上昇は（１）式に従う ｄ＝ｋ＊ｎ＾２＊ｐ＊ｂ （１） ｄ 摩擦部の温度上昇 ｎ 相対相対回転速度 ｐ 押しつけ加圧力 ｋ 材料と形状及び温度による定まる変数 ｂ 加圧力と温度によって決まる変数 式（１）で一定温度上昇から停止までの短時間では 変
数ｋは一定と見なせるので、温度上昇 ｄは、回転速度
ｎと加圧力 ｐによって定まる。ｂは加圧と温度によ
って決まる状態数値であり加圧の時間関数または速度変
化関数により与えられる。以上より、摩擦圧接動作開始
から、回転停止しアップセット加圧まで材料の温度を式
（１）から一定に保つことが可能となる
【０００６】本発明は、回転体を急停止することなく押
しつけ力ｐを式（１）によって回転速度との関係を保て
ば停止までの回転エネルギーを利用し、尚かつ温度を制
御可能となる。図４
しつけ力ｐを式（１）によって回転速度との関係を保て
ば停止までの回転エネルギーを利用し、尚かつ温度を制
御可能となる。図４
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明は回転体を制御する、駆動
サーボモータ及び押し付け加圧力を発生させる、軸移動
用サーボモータよりなる。
サーボモータ及び押し付け加圧力を発生させる、軸移動
用サーボモータよりなる。
【０００８】
【実施例】図１に於いて、１は回転駆動用サーボモータ
で、２の接合ワークを回転させる。３の接合本体を固定
した移動テーブルを、４の加圧用サーボモータで駆動
し、摩擦動作を行う。回転摩擦状態開始から停止加圧ま
で、回転速度と加圧力の相互作用を式（１）に従い、５
のコントローラがモータ１およびモータ４を制御する。
で、２の接合ワークを回転させる。３の接合本体を固定
した移動テーブルを、４の加圧用サーボモータで駆動
し、摩擦動作を行う。回転摩擦状態開始から停止加圧ま
で、回転速度と加圧力の相互作用を式（１）に従い、５
のコントローラがモータ１およびモータ４を制御する。
【０００９】
【発明の効果】本発明によれば回転と押し付け力を制御
し、摩擦熱発生量を一定に保ち、温度上昇を常に均一に
する。これにより停止後、最適の接合部温度状態で加圧
アップセット力を加えることが出来る。加圧は軸移動モ
ータでトルクを精密に制御可能なため圧接合の条件が最
適に作り出せ、均一な接合が出来る。また回転エネルギ
ーが熱発生に使われ、節エネルギーとなる。
し、摩擦熱発生量を一定に保ち、温度上昇を常に均一に
する。これにより停止後、最適の接合部温度状態で加圧
アップセット力を加えることが出来る。加圧は軸移動モ
ータでトルクを精密に制御可能なため圧接合の条件が最
適に作り出せ、均一な接合が出来る。また回転エネルギ
ーが熱発生に使われ、節エネルギーとなる。
【図１】圧接接合の実施例
【図2】従来の圧接動作図（ブレーキ方式）
【図3】従来の圧接動作図(フライホイール方式）
【図4】本発明の圧接動作図
１ 回転駆動サーボモータ ２ 接合ワーク ３ 接合本体 ４ 加圧用サーボモータ ５ コントローラ ６ 主軸回転数（ブレーキ方式） ７ 加熱加圧力 ８ アップセット加圧力 ９ 主軸回転数（フライホイール方式） １０ 加圧力 １１ 主軸回転数（本方式） １２ 加圧力(本方式)
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１１年８月１９日（１９９９．８．１
９）
９）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、回転数の制御
と押しつけ力の関係を回転中の加圧から、回転停止しア
ップセット加圧までの全動作の摩擦部温度管理を相互の
関数制御で行う。摩擦圧接部の温度上昇は（１）式に従
う ｄ＝ｋ＊ｎ＊ｐ＊ｂ （１） ｄ 摩擦部の温度上昇 ｎ 相対回転速度 ｐ 押しつけ加圧力 ｋ 形状により定まる時間関数 ｂ 材料と相対速度と加圧力と温度によって決まる変数
（摩擦係数） 発生する摩擦エネルギーは摩擦部の相対速度ｎ、加圧力
ｐ、形状、及び材料、相対速度、加圧力、上昇温度によ
って定まる変数ｂ、によって決まる。温度上昇は発生し
た摩擦エネルギーが形状によって定まる、熱蓄積，熱放
散を行うため時間的に変化する関数ｋ、によって定ま
る。以上より、摩擦圧接動作開始から、回転停止しアッ
プセット加圧まで材料の温度を式（１）から演算算出
し、相対速度ｎ と加圧力ｐ及び変数ｂ を入れて制御
することにより、一定に保つことが可能となる。さらに
必要圧接温度は材料の状態が変わる点と合致するため、
摩擦推力一定に制御する事により加圧送り速度の変化と
して捕らえることが可能となり、加工の温度検知として
使用する事ができる。また摩擦部の温度をセンサーによ
り検知し、温度をフィードバックし相対速度ｎと加圧力
ｐを制御する事で同一の動作が可能となる。
と押しつけ力の関係を回転中の加圧から、回転停止しア
ップセット加圧までの全動作の摩擦部温度管理を相互の
関数制御で行う。摩擦圧接部の温度上昇は（１）式に従
う ｄ＝ｋ＊ｎ＊ｐ＊ｂ （１） ｄ 摩擦部の温度上昇 ｎ 相対回転速度 ｐ 押しつけ加圧力 ｋ 形状により定まる時間関数 ｂ 材料と相対速度と加圧力と温度によって決まる変数
（摩擦係数） 発生する摩擦エネルギーは摩擦部の相対速度ｎ、加圧力
ｐ、形状、及び材料、相対速度、加圧力、上昇温度によ
って定まる変数ｂ、によって決まる。温度上昇は発生し
た摩擦エネルギーが形状によって定まる、熱蓄積，熱放
散を行うため時間的に変化する関数ｋ、によって定ま
る。以上より、摩擦圧接動作開始から、回転停止しアッ
プセット加圧まで材料の温度を式（１）から演算算出
し、相対速度ｎ と加圧力ｐ及び変数ｂ を入れて制御
することにより、一定に保つことが可能となる。さらに
必要圧接温度は材料の状態が変わる点と合致するため、
摩擦推力一定に制御する事により加圧送り速度の変化と
して捕らえることが可能となり、加工の温度検知として
使用する事ができる。また摩擦部の温度をセンサーによ
り検知し、温度をフィードバックし相対速度ｎと加圧力
ｐを制御する事で同一の動作が可能となる。
【手続補正書】
【提出日】平成１２年１月２６日（２０００．１．２
６）
６）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、主軸回転数と
押し付け力の関係と材料の形状、材質から定まる摩擦部
の温度を、主軸回転中の加圧状態と主軸を停止して押し
付け力をあげるアップセット加圧状態の全動作における
摩擦部の温度管理を演算または検知して制御を行う。摩
擦圧接部の温度演算検出は式（１）に従う。 ｓｄ＝ｋ＊（（ｎ１＊ｐ１＋ｎ２＊ｐ２）−ｂ＊ｄ） （１） ｓ 微分演算子 ｄ 摩擦圧接部の温度上昇 ｋ 材質と形状によって定まる時変数熱容量 ｂ 材質と形状によって定まる時変数熱伝導率 ｎ１ 主軸回転数 ｐ１ 主軸トルク ｎ２ 送り移動速度 ｐ２ 送り推力 発生する摩擦エネルギーは摩擦部の相対速度ｎ１、送り
推力ｐ２、及び材料の形状、材質によって定まる熱伝導
率と摩擦係数によって決まる。摩擦部の温度上昇は発生
した摩擦エネルギーと材質、形状によって定まる熱蓄積
ｋ、熱放熱変数ｂ、によって決定される。以上のことか
ら、摩擦圧接動作開始から、回転を停止しアップセット
加圧までの摩擦部の材料温度を式（１）から演算算出
し、最適の温度を制御管理する事が可能となる。また必
要摩擦圧接温度となる時点での材料状態は軟化等の変化
が生じるため、摩擦推力一定となる制御を行うことによ
り加圧送り速度の変化を検知する事が可能となり、最適
の加工材料の温度を検出し制御できる。また摩擦部の温
度をセンサーにより検知し、温度をフィードバックし摩
擦部の相対速度と加圧力を制御する事で同一の動作が可
能となる。
押し付け力の関係と材料の形状、材質から定まる摩擦部
の温度を、主軸回転中の加圧状態と主軸を停止して押し
付け力をあげるアップセット加圧状態の全動作における
摩擦部の温度管理を演算または検知して制御を行う。摩
擦圧接部の温度演算検出は式（１）に従う。 ｓｄ＝ｋ＊（（ｎ１＊ｐ１＋ｎ２＊ｐ２）−ｂ＊ｄ） （１） ｓ 微分演算子 ｄ 摩擦圧接部の温度上昇 ｋ 材質と形状によって定まる時変数熱容量 ｂ 材質と形状によって定まる時変数熱伝導率 ｎ１ 主軸回転数 ｐ１ 主軸トルク ｎ２ 送り移動速度 ｐ２ 送り推力 発生する摩擦エネルギーは摩擦部の相対速度ｎ１、送り
推力ｐ２、及び材料の形状、材質によって定まる熱伝導
率と摩擦係数によって決まる。摩擦部の温度上昇は発生
した摩擦エネルギーと材質、形状によって定まる熱蓄積
ｋ、熱放熱変数ｂ、によって決定される。以上のことか
ら、摩擦圧接動作開始から、回転を停止しアップセット
加圧までの摩擦部の材料温度を式（１）から演算算出
し、最適の温度を制御管理する事が可能となる。また必
要摩擦圧接温度となる時点での材料状態は軟化等の変化
が生じるため、摩擦推力一定となる制御を行うことによ
り加圧送り速度の変化を検知する事が可能となり、最適
の加工材料の温度を検出し制御できる。また摩擦部の温
度をセンサーにより検知し、温度をフィードバックし摩
擦部の相対速度と加圧力を制御する事で同一の動作が可
能となる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００６】本発明は、回転体の温度降下を防止するた
めに回転を急停止させることなく、送り押し付け力ｐ２
を式（１）に従って回転速度と温度の関係を保てば、回
転体の停止までの回転エネルギーを利用して温度を制御
可能とする事が出来る。図４
めに回転を急停止させることなく、送り押し付け力ｐ２
を式（１）に従って回転速度と温度の関係を保てば、回
転体の停止までの回転エネルギーを利用して温度を制御
可能とする事が出来る。図４
Claims (1)
- 【請求項１】 圧接するワークを回転させる主軸と、ワ
ークを本体に圧接するために押しつける機構を持つ移動
テーブルで主軸回転数と押しつけトルク及び速度の関係
を相互の関数として制御し摩擦熱を管理する摩擦圧接機
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16806099A JP2001001163A (ja) | 1999-06-15 | 1999-06-15 | 摩擦圧接の温度管理 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16806099A JP2001001163A (ja) | 1999-06-15 | 1999-06-15 | 摩擦圧接の温度管理 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001001163A true JP2001001163A (ja) | 2001-01-09 |
Family
ID=15861095
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16806099A Pending JP2001001163A (ja) | 1999-06-15 | 1999-06-15 | 摩擦圧接の温度管理 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001001163A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005112704A (ja) * | 2003-10-06 | 2005-04-28 | Ryozo Oshima | 水素ガス発生装置及び水素ガス供給装置 |
| CN105855689A (zh) * | 2016-05-27 | 2016-08-17 | 深圳市科达利实业股份有限公司 | 一种摩擦焊工艺 |
-
1999
- 1999-06-15 JP JP16806099A patent/JP2001001163A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005112704A (ja) * | 2003-10-06 | 2005-04-28 | Ryozo Oshima | 水素ガス発生装置及び水素ガス供給装置 |
| CN105855689A (zh) * | 2016-05-27 | 2016-08-17 | 深圳市科达利实业股份有限公司 | 一种摩擦焊工艺 |
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