JP2002316272A - 摩擦圧接方法及び装置 - Google Patents

摩擦圧接方法及び装置

Info

Publication number
JP2002316272A
JP2002316272A JP2001118335A JP2001118335A JP2002316272A JP 2002316272 A JP2002316272 A JP 2002316272A JP 2001118335 A JP2001118335 A JP 2001118335A JP 2001118335 A JP2001118335 A JP 2001118335A JP 2002316272 A JP2002316272 A JP 2002316272A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
solid phases
friction welding
solid
friction
applying
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001118335A
Other languages
English (en)
Inventor
Takeshi Shinoda
剛 篠田
Yoshiaki Wakana
良昭 若菜
Tadashi Saito
忠 斎藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nitto Seiki Co Ltd
Nippon Stud Welding Co Ltd
Original Assignee
Nitto Seiki Co Ltd
Nippon Stud Welding Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nitto Seiki Co Ltd, Nippon Stud Welding Co Ltd filed Critical Nitto Seiki Co Ltd
Priority to JP2001118335A priority Critical patent/JP2002316272A/ja
Publication of JP2002316272A publication Critical patent/JP2002316272A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧接結果において安定性があり、制御性に優
れる新規な摩擦圧接方法及び摩擦圧接装置を提供する。 【解決手段】 固相間に回転力及び加圧力を与えて固相
間に生ずる摩擦熱による固相間の摩擦圧接方法であっ
て、固相間の変位量が時間当たり略一定である第一工程
と、さらなる加圧力による第二工程とからなる。また、
固相間に回転力及び加圧力を与えて固相間に生ずる摩擦
熱により固相間を摩擦圧接する摩擦圧接装置であって、
少なくとも一方の固体材料を回転する回転装置と、固相
間に加圧力を付加するスライド装置とを有し、上記スラ
イド装置の作動を固相間の変位量が時間当たり略一定に
なるよう制御するようにしてある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、同種類の金属材料
又は異種類の金属材料、あるいは同種類の固体材料、さ
らには異種類の固体材料の摩擦圧接方法及び摩擦圧接装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】金属材料の固相接合において、一部に摩
擦による接合が用いられている。接合の原理は、素材の
接合面同士を接触させ、一定の加圧力での相対的回転運
動により接合面間に摩擦熱を発生させ、それを有効に利
用して物体を接合する方法である。この圧接工程は、圧
接に適する摩擦熱を得るための摩擦過程と相対運動停止
後の圧接過程から成立っている。摩擦圧接法の特徴とし
ては、エネルギー効率が高く、溶材を必要とせず、アー
ク、火花、ヒュームなどが発生しない、異種材の接合が
可能である等の長所を持つ一方で、圧接部の一方は円形
断面であること、高速回転に耐える部材であること、類
似の物性を持つ部材であること等の制約がある。これら
の機材あるいは機器は、地球環境、資源リサイクル等か
ら見て性能の一段と優れたものが要望され、その製造過
程に至っても同様のことが求められる。したがって、溶
材を使わず固相で接合する摩擦圧接法は、この要請に相
応しいものであり、ここにきてその特徴をさらに発展さ
せる必要に迫られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
摩擦圧接では摩擦の基本となる接合界面での現象までは
精細に問わず、一定圧力下での回転数と時間等の操作変
数とその結果から経験的に条件を定めて使用されてい
る。したがって圧接機自身が接合界面の精細な制御機構
を備えておらず、接合部材が熱の伝わり方の異なる異種
形状、あるいは物性の異なる異種類では適用範囲が限ら
れている。また、摩擦圧接での接合界面は、常に両部材
が接触を保ちながら、新しい面が継続して更新され続け
ねばならない。同種類同形状の部材を接合する場合は、
熱の伝わり方、高温での物性が等しく容易にこれを再現
することができる。しかしながら、同種類でも異形状の
場合、特に棒と薄板の組合せでは熱の伝わり方が全く異
なることからこれを維持することは難しく、まして異種
類の部材では同形状といえども物性が異なることから摩
擦圧接の可能な適用範囲が限られていた。そして、従前
の摩擦圧接方法では、圧接結果において安定性がなく、
制御性も優れないという課題がある。本発明は、上記課
題に鑑み、圧接結果において安定性があり、制御性に優
れる新規な摩擦圧接方法及び摩擦圧接装置を提供する。
【0004】
【課題を解決するための手段】そのため、本発明摩擦圧
接方法は、固相間に回転力及び加圧力を与えて固相間に
生ずる摩擦熱による固相間の摩擦圧接方法であって、固
相間の変位量が時間当たり略一定である第一工程と、さ
らなる加圧力による第二工程とからなるものである。
【0005】同じく、本発明摩擦圧接装置は、固相間に
回転力及び加圧力を与えて固相間に生ずる摩擦熱により
固相間を摩擦圧接する摩擦圧接装置であって、少なくと
も一方の固体材料を回転する回転装置と、固相間に加圧
力を付加するスライド装置とを有し、上記スライド装置
の作動を固相間の変位量が時間当たり略一定になるよう
制御するようにしてある。
【0006】そして、上記回転装置とスライド装置をサ
ーボ機構を具備する駆動源により作動するようにしてあ
るものである。また、上記駆動源がACサーボモータで
あるとよい。
【0007】
【発明の実施の形態】図3に本発明摩擦圧接装置の概略
図を示してあり、図中1がスライド装置2に支持される
回転装置で、この回転装置は下端に固体材料3を挟持す
るチャック4を設け、上端にチャック4に挟持する固体
材料3を回転駆動する駆動源5を有する。図示する実施
例では固体材料3を棒又はパイプにしてある。該チャッ
ク4の下方には、チャック4に挟持した固体材料3に対
向する位置に相対する固体材料7を固定する固定台6を
有し、この固定台6に固体材料7を挟持するチャック8
を有する。図示した実施例では固体材料7を棒又はパイ
プで示してあるが、板材を固定するようにしてもよい。
図示の実施例では縦型装置を示したが、横型装置であっ
てもよい。また、スライド装置2をスライドするように
してあるが、固定台6側をスライドするようにしてもよ
いし、両方を可動するようにしてもよい。
【0008】スライド装置2は不動のベース9にスライ
ダー10を設けてスライド可能に支持させてあり、駆動
源11によって送り捻子軸12を正逆回転駆動し、スラ
イド装置2を前進、後退させ、固相間即ち固体材料3,
7間に圧力を加えるようにしてある。両駆動源5,11
はサーボ機構を具備する駆動源で、電動モータ、油圧モ
ータ、空圧モータの何れでもよく、実施例ではACサー
ボモータを使用してある。
【0009】本発明方法及び装置では、固体材料3を固
体材料7に回転させながら加圧して摩擦圧接するのであ
るが、その際固相間即ち固体材料3と固体材料7との間
の変位量が時間当たり略一定であるようにスライド装置
2を作動して、この工程を第一工程とし、この第一工程
終了後さらなる加圧力を加えてこれを第二工程とする。
この工程を図1に示してあり、この図では横軸に時間
を、縦軸に固相間の変位量を表してある。そしてこの固
相間の変位量を時間当たり略一定にする制御を変位速度
制御(寄り速度制御)という。この際の時間と圧力との
関係を図2に示してあるが、変位速度制御(寄り速度制
御)における固相間の圧力の一定性は問わず、第二工程
の際に大圧力を付与するようにしてある。図4及び図5
に従前技術である圧力制御による摩擦圧接方法を示して
あり、図4は図1と対応し、図5は図2と対応する。
【0010】発明者らは、本発明摩擦圧接方法におい
て、本発明装置を用いて種々の実験を行った。先ず、真
鍮とステンレスのそれぞれφ14の同径の丸棒を用い
て、表1に示す条件下で実験を行った。この表1におい
て試料No.1〜13までが従前の圧力制御による試験
であり、試料No.14〜22までが本発明変位速度制
御(寄り速度制御)による試験である。そして試験結果
についても表1中に示してある。この試験における引張
強さの結果を図6にまとめて示してある。この図6か
ら、従前の圧力制御による摩擦圧接では、バラツキが多
く安定性に欠けることが理解でき、本発明方法によれば
安定性に優れていることが判る。
【0011】
【表1】
【0012】次に、鋼製パイプと鋼板とによる摩擦圧接
方法についての実験も行った。この実験ではパイプ材は
直径35mm、肉厚3.5mmであり、板材は4.5×
250×250(単位mm)を用い、表2に示す条件下
で実験を行った。この表2において試料No.1〜13
が従前の圧力制御による試験であり、試料No.14〜
28が本発明変位速度制御(寄り速度制御)による試験
である。この試験結果において、本発明方法である寄り
速度制御による回転数と簡易入熱速度の関係を図7に示
し、同じく圧力制御による回転数と簡易入熱速度との関
係を図8に示した。
【0013】
【表2】
【0014】簡易入熱速度は次式によって計算できる。
【式】
この式中に示した各記号は次の通りである。 Jsim; 簡易入熱速度 〔J/mm2 /s〕 Jb ; ばりの入熱速度 〔J/mm2 /s〕 Jf ; ばりを除いた母材部分の入熱速度 〔J/mm2 /s〕 c ; 比熱 〔J/Kg/K〕 ρ ; 密度 〔Kg/mm3 〕 k ; 熱拡散率 〔mm2 /s〕 Tf ; ばりの温度 〔K〕 ΔU ; 全寄り代 〔mm〕 t1 ; 摩擦時間 〔s〕 η ; 熱効率
【0015】これによって得られた各試料の試験結果に
おける数値は上記表2及び図7,図8から理解でき、図
7及び図8から従前の圧力制御ではバラツキがあり、本
発明変位速度制御(寄り速度制御)によれば数値にバラ
ツキなく制御性がよいことが理解できる。上記実施例で
は同種金属又は異種金属について述べたが、他の材料、
例えばプラスチックあるいはセラミック等であってもよ
い。
【0016】
【発明の効果】以上述べたように、本発明方法及び装置
によれば、固相間の摩擦圧接の圧接結果において、きわ
めて安定性に優れ、制御性に優れる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法による固相間の変位量と時間との関
係を示す図。
【図2】同じく固相間に付与する圧力と時間との関係を
示す図。
【図3】本発明装置を示す図。
【図4】従前の圧力制御による摩擦圧接方法の固相間の
変位量と時間との関係を示す図。
【図5】同じく従前方法の固相間に付与する圧力と時間
との関係を示す図。
【図6】本発明方法による摩擦圧接強度(引張強さ)と
従前の圧力制御による摩擦圧接強度(引張強さ)の結果
を示す図。
【図7】本発明方法による摩擦圧接方法による回転数と
簡易入熱速度との関係を示す図。
【図8】従前の圧力制御による摩擦圧接方法の回転数と
簡易入熱速度との関係を示す図。
【符号の説明】
1 回転装置 2 スライド装置 3 固体材料 4 チャック 5 駆動源 6 固定台 7 固体材料 8 チャック 9 ベース 10 スライダー 11 駆動源 12 送り捻子軸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 若菜 良昭 愛知県愛知郡東郷町大字春木字追分72番地 日東制機株式会社内 (72)発明者 斎藤 忠 神奈川県川崎市川崎区小田1−2−6 日 本スタッドウェルディング株式会社内 Fターム(参考) 4E067 BG01 BG02 CA02 CA05

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 固相間に回転力及び加圧力を与えて固相
    間に生ずる摩擦熱による固相間の摩擦圧接方法であっ
    て、固相間の変位量が時間当たり略一定である第一工程
    と、さらなる加圧力による第二工程とからなる摩擦圧接
    方法。
  2. 【請求項2】 固相間に回転力及び加圧力を与えて固相
    間に生ずる摩擦熱により固相間を摩擦圧接する摩擦圧接
    装置であって、少なくとも一方の固体材料を回転する回
    転装置と、固相間に加圧力を付加するスライド装置とを
    有し、上記スライド装置の作動を固相間の変位量が時間
    当たり略一定になるよう制御するようにしてある摩擦圧
    接装置。
  3. 【請求項3】 上記回転装置とスライド装置をサーボ機
    構を具備する駆動源により作動するようにしてある上記
    請求項2に記載の摩擦圧接装置。
  4. 【請求項4】 上記駆動源がACサーボモータである上
    記請求項3に記載の摩擦圧接装置。
JP2001118335A 2001-04-17 2001-04-17 摩擦圧接方法及び装置 Pending JP2002316272A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001118335A JP2002316272A (ja) 2001-04-17 2001-04-17 摩擦圧接方法及び装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001118335A JP2002316272A (ja) 2001-04-17 2001-04-17 摩擦圧接方法及び装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2002316272A true JP2002316272A (ja) 2002-10-29

Family

ID=18968746

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001118335A Pending JP2002316272A (ja) 2001-04-17 2001-04-17 摩擦圧接方法及び装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2002316272A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009107006A (ja) * 2007-10-31 2009-05-21 Univ Nihon 摩擦圧接による突起部の形成
JP2012139734A (ja) * 2012-05-02 2012-07-26 Nihon Univ 摩擦圧接による突起部の形成

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009107006A (ja) * 2007-10-31 2009-05-21 Univ Nihon 摩擦圧接による突起部の形成
JP2012139734A (ja) * 2012-05-02 2012-07-26 Nihon Univ 摩擦圧接による突起部の形成

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107848066B (zh) 摩擦搅拌接合装置及摩擦搅拌接合控制方法
US7568608B1 (en) Ultrasonic stir welding process and apparatus
JP3740125B2 (ja) 摩擦攪拌接合装置とその接合方法
US10919108B2 (en) Configured to set the plunging force
US6227432B1 (en) Friction agitation jointing method of metal workpieces
BRPI0513340A (pt) processo para a soldagem por atrito de componentes
JP2001314983A (ja) 接合方法及び接合装置
JP2007203326A (ja) 摩擦攪拌接合装置
JP6121520B2 (ja) 摩擦攪拌作業のプロセス制御のための作用力調節
WO2005092558A1 (ja) 摩擦圧接による金属板の接合方法及び装置
JP2004154790A (ja) 摩擦攪拌接合装置とその接合方法
JP4646421B2 (ja) 摩擦攪拌成型方法
WO2015146185A1 (ja) 摩擦攪拌接合装置及び摩擦攪拌接合方法
US20200001362A1 (en) Pressure-Welded Tool
JP2004174508A (ja) 摩擦撹拌接合装置、接合ツールおよび摩擦撹拌接合方法
CN109551098B (zh) 一种浮动式恒压力控制搅拌摩擦焊接装置及方法
JP2002316272A (ja) 摩擦圧接方法及び装置
JP7278300B2 (ja) 摩擦攪拌接合装置、その運転方法、及び継手構造
JP2019162641A (ja) 摩擦接合装置及びその運転方法
JP2010214388A (ja) 摩擦圧接方法と摩擦圧接装置
KR101752171B1 (ko) 진동 스폿 용접 장치
JP2006341277A (ja) プレス装置とその駆動方法
CN220296296U (zh) 一种金属件焊接设备
JP5206465B2 (ja) 金属部材の接合方法及び金属部材の接合装置
JP2017226007A (ja) 摩擦攪拌的接合方法及び接合体

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060627

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20070404

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20081119

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20081209

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20090407