JP4090588B2 - 摩擦圧接方法及び摩擦圧接装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はワーク同士を溶着する摩擦圧接方法及びこの摩擦圧接方法に用いられる摩擦圧接装置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、摩擦圧接方法がよく知られている。それは、接合しようとするワークを接触させ、加圧しつつ接触面に相対運動を起こさせ、発生する摩擦熱で接合面付近を加熱して圧接する方法である。この摩擦圧接方法は、異種金属間の圧接ができることと、材料や電気の消費が少ないことと、生産性及び接合精度の面で優れていることなどの特徴がある。現在では多量生産用の溶接法として特に棒材や管材などの素材に広く適用されている。
【０００３】
図４〜図６は、３個のワークＷ１１，Ｗ１２，Ｗ１３を摩擦圧接する従来の摩擦圧接装置を示す。図４において、摩擦圧接装置の設備ベース３０の上面３０ａを作業面とし、その上面３０ａには、第１及び第２リニアガイド３４，４０が長手方向（Ｙ方向）に延設されている。第１主軸ユニット３１が第１リニアガイド３４に、第２主軸ユニット３２が第２リニアガイド４０にそれぞれ設置され、両主軸ユニット３１，３２はそれぞれリニアガイド３４，４０に沿って移動可能になっている。
【０００４】
第１及び第２主軸ユニット３１，３２には、主軸３１ａ，３２ａが回転可能に設けられている。主軸３１ａ，３２ａは主軸箱３１ｂ，３２ｂ内に配置されたギア３１ｃ，３２ｃを介して回転用サーボモータ３１ｄ，３２ｄと駆動連結されている。主軸３１ａ，３２ａの先端にはチャック３１ｅ，３２ｅが取り付けられており、それぞれワークＷ１２，Ｗ１３を固定する。
【０００５】
第１及び第２主軸ユニット３１，３２の下面には、設備ベース３０内に突出するアーム３５，３９が設けられている。そのアーム３５，３９にはスライド用サーボモータ３６，４１により駆動される圧接送りシャフトとしてのボールネジ３７，３８が螺合されている。そして、ボールネジ３７，３８を正逆回転させると、第１及び第２主軸ユニット３１，３２は、ボールネジ３７，３８とアーム３５，３９との間に発生する推進力によりＹ方向に移動する。
【０００６】
第１及び第２主軸ユニット３１，３２の間には、ワークＷ１１を挟持する固定クランプ４２と移動クランプ４３が配置されている。固定クランプ４２はその脚部４２ａが設備ベース３０の上面３０ａに固定されている。固定クランプ４２は、図６に示すように、前記脚部４２ａの上部に一対の挟持アーム部４２ｂ，４２ｃを備えている。挟持アーム部４２ｂ，４２ｃは、前記脚部４２ａに対してＹ方向と直交する方向（前後方向）に移動しワークＷ１１を挟持固定する。
【０００７】
移動クランプ４３はその脚部４３ａが前記第２リニアガイド４０に設置されている。移動クランプ４３の脚部４３ａは、第２リニアガイド４０に沿ってＹ方向に移動し所定の位置で固定されている。移動クランプ４３は、図６に示すように、前記脚部４３ａの上部に一対の挟持アーム部４３ｂ，４３ｃを備えている。挟持アーム部４３ｂ，４３ｃは、前記脚部４３ａに対してＹ方向と直交する方向（前後方向）に移動しワークＷ１１を挟持固定する。
【０００８】
そして、固定クランプ４２と移動クランプ４３にて、挟持固定されたワークＷ１１の中心軸線は、第１及び第２主軸ユニット３１，３２の主軸３１ａ，３２ａに設けたチャック３１ｅ，３２ｅに固定されたワークＷ１２，Ｗ１３の中心軸線（主軸３１ａ，３２ａの中心軸線）と一致するようになっている。
【０００９】
上記のように構成された摩擦圧接装置により例えば３つのワークＷ１１，Ｗ１２，Ｗ１３の摩擦圧接を行うときにおいて、図４及び図６に示すように、まず、中間ワークＷ１１を、前記両リニアガイド３４，４０間の所定位置に固設された固定クランプ４２と前記第２リニアガイド４０の上に移動可能に配設された移動クランプ４３に固定し、中間ワークＷ１１の両側のワークＷ１２，Ｗ１３をそれぞれ前記主軸３１ａ，３２ａのチャック３１ｅ，３２ｅに固定する。このとき、中間ワークＷ１１をバランスよく支持固定するために、中間ワークＷ１１の長さＬ５に応じて前記移動クランプ４３を移動させることによって移動クランプ４３と固定クランプ４２間の相対距離を調整する。
【００１０】
そして、それぞれ前記回転用サーボモータ３１ｄ，３２ｄにより主軸３１ａ，３２ａが回転駆動されることによって、ワークＷ１２，Ｗ１３は所定回転数にて回転される。前記スライド用サーボモータ３６，４１によりボールネジ３７，３８が所定回転方向にて回転駆動されると、第１及び第２主軸ユニット３１，３２は、それぞれアーム３５，３９を介してともにワークＷ１１に向かってＹ方向に平行移動される。そして、回転されるワークＷ１２，Ｗ１３を、両端から回転しないワークＷ１１に接触させると、ワークＷ１１とワークＷ１２の接合部及びワークＷ１１とワークＷ１３の接合部に摩擦熱が発生し、該摩擦熱で前記３つのワークＷ１１，Ｗ１２，Ｗ１３の接合部が軟化される。所望の状態に軟化を進行させてから、ワークＷ１２，Ｗ１３の回転を停止させつつさらにアプセット圧力を加えると、３つのワークＷ１１，Ｗ１２，Ｗ１３の接合部は互いにめり込むようにして一体化し、溶着される。
【００１１】
上記過程中において、ワークＷ１１に対してワークＷ１２，Ｗ１３間の回転方向相対位置を精確に保証するために、ワークＷ１２，Ｗ１３間の位相合わせをさせる必要がある。ワークＷ１２，Ｗ１３間の位相合わせは、それぞれワークＷ１２，Ｗ１３を駆動する第１及び第２主軸ユニット３１，３２のサーボモータ３１ｄ，３２ｄにより実現される。つまり、摩擦圧接作業中において、第１及び第２主軸ユニット３１，３２のサーボモータ３１ｄ，３２ｄの回転方向停止位置をコントロールすることによってワークＷ１２，Ｗ１３のそれぞれのワークＷ１１に対する回転方向停止位置即ち位相を合わせることができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のように構成された摩擦圧接装置では、３個のワークＷ１１，Ｗ１２，Ｗ１３を一体に摩擦圧接させる場合において、摩擦圧接加工可能な中間ワークＷ１１の軸線方向（Ｙ方向）最小長さは、第１及び第２主軸ユニット３１，３２の間にＹ方向並列に設置された固定及び移動クランプ４２，４３の軸線方向（Ｙ方向）幅より決められる。従って、図４に示すように、両クランプ４２，４３の軸線方向（Ｙ方向）幅をそれぞれＬ４とし、中間ワークＷ１１の軸線方向（Ｙ方向）長さをＬ５とすれば、Ｌ５は２倍のＬ４より長ければ、この摩擦圧接装置にて３個のワークＷ１１，Ｗ１２，Ｗ１３を一体に摩擦圧接することができる。言い換えれば、この摩擦圧接装置では、２倍のＬ４より長くない中間ワークＷ１１に対して両端からワークＷ１２，Ｗ１３を摩擦圧接させることができない。つまり、短尺な中間ワークＷ１１に対する摩擦圧接加工ができないという問題点があった。
【００１３】
そこで、両クランプ４２，４３のうち１つのクランプ例えば固定クランプ４２を省略し、移動クランプ４３だけにて短尺な中間ワークＷ１１を固定することによって、短尺な中間ワークＷ１１に対する摩擦圧接加工を行うことが考えられる。しかしながら、同一の摩擦圧接装置にて移動クランプ４３より遙かに長い長尺な中間ワークＷ１１について摩擦圧接加工を行う場合、移動クランプ４３のみにて長尺な中間ワークＷ１１を固定するとき、中間ワークＷ１１の一端又は両端は移動クランプ４３から長く突出される。このため、第１及び第２主軸ユニット３１，３２により固定するワークＷ１２，Ｗ１３を同時に中間ワークＷ１１の両端に摩擦圧接加工を行うとき、長く突出した中間ワークＷ１１の一端又は両端にはぶれが発生する。そのぶれにより摩擦圧接加工の加工精度が低くなる。従って、１つのクランプだけを有する摩擦圧接装置による長尺な中間ワークＷ１１に対する摩擦圧接加工は、その加工精度を確保することができない。言い換えれば、従来の摩擦圧接装置にて短尺と長尺な中間ワークＷ１１を共に摩擦圧接加工させることができないという問題点があった。
【００１４】
本発明の第１目的は、短尺と長尺な中間ワークを共に摩擦圧接加工することができる摩擦圧接装置及び摩擦圧接方法を提供することにある。
本発明の第２目的は、製造コストの低減を図ることができる摩擦圧接装置を提供することにある。
【００１５】
【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、設備ベース上に設けられたリニアガイド部材の上に左右一対の第１主軸機構及び第２主軸機構が移動可能に設置されており、前記第１主軸機構及び第２主軸機構の間の前記設備ベース上に一つのワーククランプが設置されており、スライド駆動機構によりリニアガイド部材に沿って前記第１主軸機構及び第２主軸機構をスライド駆動させて、ワーククランプにクランプした中間ワークと前記第１主軸機構及び第２主軸機構の主軸にクランプしたワークとの間で摩擦圧接させる摩擦圧接装置を用いて摩擦圧接加工を行う摩擦圧接方法であって、前記ワーククランプで前記中間ワークの一端側を固定し、該中間ワークの一端側に配置された第１主軸機構にて１回目の摩擦圧接加工を行い、その後、前記ワーククランプの固定位置を前記中間ワークの他端側に変更し、該中間ワークの他端側に配置された第２主軸機構にて２回目の摩擦圧接加工を行うことを要旨とする。
【００１７】
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であって、前記第１主軸機構及び第２主軸機構のうちの一方の主軸機構にて摩擦圧接加工を行うとき、他方の主軸機構を、前記中間ワークの軸線方向移動を拘束するストッパにしたことを要旨とする。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の摩擦圧接方法であって、前記第１主軸機構の主軸をサーボモータ以外のモータによって駆動し、前記第２主軸機構の主軸をサーボモータによって駆動することを要旨とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の摩擦圧接方法に用いられる摩擦圧接装置であって、左右一対の第１主軸機構及び第２主軸機構は、設備ベース上に設けられたリニアガイド部材の上に設置されており、前記第１主軸機構及び第２主軸機構の間の前記リニアガイド部材の上には、一つのワーククランプが設置されており、前記第１主軸機構及び前記第２主軸機構及び前記ワーククランプはそれぞれ前記リニアガイド部材に沿って移動可能であることを要旨とする。
【００１９】
（作用）
請求項１に記載の発明によれば、短尺な中間ワークから長尺な中間ワークまで広い範囲の中間ワークに対する接合を行うことができる。
【００２１】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の作用に加えて、特別なストッパ部材を用いる必要はないため、製造コストの低減を図ることができるとともに、特別なストッパ部材を設けたことによって摩擦圧接装置をより複雑な構造にしてしまうといったことはない。
【００２２】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１及び請求項２の作用に加えて、ワーククランプにて挟持された中間ワークの両端にそれぞれワークを摩擦圧接させるとき、その両端のワーク間の回転方向の位置を正確に合わせて接合することができる。
請求項４に記載の発明によれば、短尺な中間ワークから長尺な中間ワークまで広い範囲の中間ワークに対する接合を行うことができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一の実施形態を図１〜図３に従って説明する。
図１〜図３に示すように、本実施形態の摩擦圧接装置１０は、その設備ベース１１の上面１１ａに互いに平行する２本の軌道からなるリニアガイド部材としてのリニアガイドレール１２が設けられている。
【００２４】
リニアガイドレール１２の一端側（図１及び図３において左端側）の上には、第１主軸ユニット１３の主軸機構としての第１主軸箱１３ａがリニアガイドレール１２に沿って移動可能に設置されている。また、前記リニアガイドレール１２の他端側（図１及び図３において右端側）の上には、第２主軸ユニット１４の主軸機構としての第２主軸箱１４ａがリニアガイドレール１２に沿って移動可能に設置されている。
【００２５】
前記第１主軸ユニット１３には、主軸１３ｂが回転可能に設けられている。主軸１３ｂは、前記第１主軸箱１３ａ内に配置されたギア１３ｃを介して第１主軸箱１３ａ上に固着された回転用サーボモータ１３ｄと駆動連結されている。主軸１３ｂの先端にはチャック１３ｅが取り付けられている。
【００２６】
また、前記第１主軸箱１３ａの底面１３ｆには、アーム１３ｇが突出形成されている。アーム１３ｇの先端には、貫通孔１３ｈが設けられている。そして、第１主軸箱１３ａが移動可能に前記リニアガイドレール１２の上に設置されたとき、前記アーム１３ｇは、前記設備ベース１１内に内在されるようになっている。
【００２７】
図１に示すように、前記貫通孔１３ｈは、スライド駆動機構としてのボールネジ１６が螺合されている。そして、ボールネジ１６を回転すれば、アーム１３ｇ（第１主軸箱１３ａ）はボールネジ１６（リニアガイドレール１２）に沿って直線運動する。
【００２８】
前記ボールネジ１６の基端は、前記設備ベース１１の外側面（図１及び図３において左側面）に固着されたスライド用サーボモータ１７の回転軸と駆動連結されている。
【００２９】
前記第２主軸ユニット１４には、主軸１４ｂが回転可能に設けられている。図１及び図２に示すように、主軸１４ｂの基端部にはプーリＰ１が固着されている。また、前記第２主軸箱１４ａにはサーボモータ以外のモータとしてのインダクションモータ１４ｄが固設され、そのインダクションモータ１４ｄの出力軸にはプーリＰ２が固着されている。そして、プーリＰ１とプーリＰ２とはベルト１４ｃを介して駆動連結されている。主軸１４ｂの先端にはチャック１４ｅが取り付けられている。
【００３０】
また、前記第２主軸箱１４ａの底面１４ｆには、アーム１４ｇが突出形成されている。アーム１４ｇの先端には、貫通孔１４ｈが設けられている。そして、第２主軸箱１４ａが移動可能に前記リニアガイドレール１２の上に設置されたとき、前記アーム１４ｇは、前記設備ベース１１内に内在されるようになっているとともに、前記主軸１４ｂの中心軸線がリニアガイドレール１２の上に設置された前記第１主軸ユニット１３の主軸１３ｂの中心軸線と一致するようになっている。
【００３１】
図１に示すように、前記貫通孔１４ｈは、スライド駆動機構としてのボールネジ１８が螺合されている。そして、ボールネジ１８を回転すれば、アーム１４ｇ（第２主軸箱１４ａ）はボールネジ１８（リニアガイドレール１２）に沿って直線運動する。
【００３２】
前記ボールネジ１８の基端は、前記設備ベース１１の外側面（図１及び図３において右側面）に固着されたスライド用サーボモータ１９の回転軸と駆動連結されている。
【００３３】
第１及び第２主軸ユニット１３，１４間にワーククランプ手段としてのワーククランプ２０が配置されている。ワーククランプ２０はその脚部２０ａが前記リニアガイドレール１２の上に同レール１２に沿ってＹ方向移動可能に設置されている。ワーククランプ２０は、図２及び図３に示すように、前記脚部２０ａの上部に一対の挟持アーム部２０ｂ，２０ｃを備えている。挟持アーム部２０ｂ，２０ｃは、前記脚部２０ａに対してＹ方向と直交する方向（前後方向）に移動しワークＷ１を挟持固定する。
【００３４】
次に、上記のように構成された摩擦圧接装置１０の動作について説明する。
この摩擦圧接装置１０にて３つのワーク例えばワークＷ１，Ｗ２，Ｗ３を一体に摩擦圧接させる場合において、ワークＷ２，Ｗ３を段階に追って別々中間ワークＷ１の両端に摩擦圧接させるような方法にて行う。
【００３５】
詳述すると、図１及び図３に示すように、中間ワークＷ１の長さをＬ２とし、そのＬ２は前記挟持アーム部２０ｂ，２０ｃの軸線方向（Ｙ方向）幅Ｌ３より若干長くなっている場合において、中間ワークＷ１の中央部を前記ワーククランプ２０に挟持固定させる。また、ワークＷ２を前記第１主軸ユニット１３のチャック１３ｅに挟持固定させ、ワークＷ３を前記第２主軸ユニット１４のチャック１４ｅに挟持固定させる。次に、ワークＷ２を固定した前記第１主軸ユニット１３を、前記ワークＷ２が中間ワークＷ１に当接するようにスライド移動させる。つまり、第１主軸ユニット１３の第１主軸箱１３ａを、チャック１３ｅに挟持固定されたワークＷ２を介して前記ワーククランプ２０より挟持固定された中間ワークＷ１の軸線方向（Ｙ方向）移動を拘束するストッパにする。
【００３６】
次に、前記主軸１４ｂをモータ１４ｄにより回転駆動させることによって、ワークＷ３を、所定回転数にて回転させながら、中間ワークＷ１に向かってＹ方向スライド移動させる。回転するワークＷ３を、回転しない中間ワークＷ１に接触させると、両ワークＷ１，Ｗ３の接合部に摩擦熱が発生し、該摩擦熱で前記両ワークＷ１，Ｗ３の接合部が軟化される。所望の状態に軟化を進行させてから、ワークＷ３の回転を停止させつつさらにアプセット圧力を加えると、両ワークＷ１，Ｗ３の接合部は互いにめり込むようにして一体化し、溶着される。
【００３７】
両ワークＷ１，Ｗ３の摩擦圧接が終了後、中間ワークＷ１を固定する前記ワーククランプ２０の挟持アーム部２０ｂ，２０ｃを緩めさせ、前記主軸１４ｂに設けられた主軸１４ｂの回転方向停止位置を検知して摩擦圧接されたワークＷ１，Ｗ３の回転方向停止位置の主軸オリエンテーションを行う。そして、再びワークＷ１を挟持アーム部２０ｂ，２０ｃにて締め付け固定する。一方、ワークＷ２を固定した前記第１主軸ユニット１３は、所定の位置に戻るようにスライド移動させる。
【００３８】
次に、前記主軸１３ｂを回転用サーボモータ１３ｄにより回転駆動させることによって、ワークＷ２を、所定回転数にて回転させる。それとともに、第１主軸ユニット１３を前記ボールネジ１６がスライド用サーボモータ１７により所定回転方向にて回転駆動させることによって、ワークＷ１に向かってＹ方向スライド移動させる。回転するワークＷ２を、回転しない中間ワークＷ１の端面に接触させると、両ワークＷ２，Ｗ１の接合部に摩擦熱が発生し、該摩擦熱で前記両ワークＷ２，Ｗ１の接合部が軟化される。所望の状態に軟化を進行させてから、サーボモータ１３ｄによりワークＷ２の回転を、前記主軸オリエンテーションより定めたワークＷ３と位相合わせをした停止位置に停止させつつさらにアプセット圧力を加えると、両ワークＷ２，Ｗ１の接合部は互いにめり込むようにして一体化し、溶着される。そうすると、ワークＷ１，Ｗ２，Ｗ３は一体に摩擦圧接される。
【００３９】
従って、本実施形態の摩擦圧接装置１０は、従来の摩擦圧接装置の固定クランプ４２と移動クランプ４３とで挟持固定できない短尺な中間ワークＷ１に対してワークＷ２及びワークＷ３を接合させることができる。しかも、ワークＷ２とワークＷ３との回転方向の位置を正確に合わせて接合することができる。
【００４０】
次に、図１に２点鎖線で示す長尺な中間ワークＷ１に対してワークＷ２及びワークＷ３を接合させる場合について説明する。
今、中間ワークＷ１の長さをＬ１とし、Ｌ１は前記挟持アーム部２０ｂ，２０ｃの軸線方向（Ｙ方向）幅Ｌ３より遙かに長くなっている。まず、図１及び図３に示すように、中間ワークＷ１の一端（図において２点鎖線で示す右端）を前記ワーククランプ２０に挟持固定させる。この挟持固定を行う場合、ワーククランプ２０から中間ワークＷ１が右側に突出する量は摩擦圧接する際にぶれない長さに設定する。
【００４１】
次に、摩擦圧接加工中にワーククランプ２０により挟持固定された中間ワークＷ１の軸線方向移動を拘束するために、第１主軸ユニット１３を、中間ワークＷ１の他端（左側）が前記チャック１３ｅに挟持固定されたワークＷ２と当接するようにスライド移動させる。また、ワークＷ３を前記第２主軸ユニット１４のチャック１４ｅに挟持固定させる。
【００４２】
次に、前記主軸１４ｂをモータ１４ｄにより回転駆動させることによって、ワークＷ３を、所定回転数にて回転させる。それとともに、第２主軸ユニット１４を前記ボールネジ１８がスライド用サーボモータ１９により所定回転方向にて回転駆動されることによって、中間ワークＷ１に向かってＹ方向スライド移動させる。回転するワークＷ３を、回転しない中間ワークＷ１に接触させると、両ワークＷ１，Ｗ３の接合部に摩擦熱が発生し、該摩擦熱で前記両ワークＷ１，Ｗ３の接合部が軟化される。所望の状態に軟化を進行させてから、ワークＷ３の回転を停止させつつさらにアプセット圧力を加えると、両ワークＷ１，Ｗ３の接合部は互いにめり込むようにして一体化し、溶着される。
【００４３】
両ワークＷ１，Ｗ３の摩擦圧接が終了後、中間ワークＷ１を固定する前記ワーククランプ２０の挟持アーム部２０ｂ，２０ｃを緩め、ワーククランプ２０を中間ワークＷ１の他端（図において実線で示す左端）と対応する位置までに移動させる。第１主軸ユニット１３を、所定の位置に戻すようにスライド移動させる。それと同時に、前記主軸１４ｂに設けられた主軸１４ｂの回転方向停止位置を検知してワークＷ１，Ｗ３の回転方向停止位置の主軸オリエンテーションを行う。そして、再び挟持アーム部２０ｂ，２０ｃを締めさせて中間ワークＷ１の他端（図において実線で示す左端）を挟持固定させる。このとき、中間ワークＷ１がワーククランプ２０から左側に突出する量は、摩擦圧接する際にぶれない長さに設定されている。
【００４４】
次に、前記主軸１３ｂを回転用サーボモータ１３ｄにより回転駆動させることによって、前記チャック１３ｅに挟持固定されたワークＷ２を、所定回転数にて回転させる。それと同時に、第１主軸ユニット１３を、前記ボールネジ１６がスライド用サーボモータ１７により所定回転方向にて回転駆動されることによって、ワークＷ１に向かってＹ方向スライド移動させる。回転するワークＷ２を、回転しない中間ワークＷ１の左端面に接触させると、両ワークＷ２，Ｗ１の接合部に摩擦熱が発生し、該摩擦熱で前記両ワークＷ２，Ｗ１の接合部が軟化される。所望の状態に軟化を進行させてから、サーボモータ１３ｄによりワークＷ２の回転を、前記主軸オリエンテーションより定めたワークＷ３と位相合わせをした停止位置に停止させつつさらにアプセット圧力を加えると、両ワークＷ２，Ｗ１の接合部は互いにめり込むようにして一体化し、溶着される。そうすると、ワークＷ１，Ｗ２，Ｗ３は一体に摩擦圧接される。
【００４５】
従って、本実施形態の摩擦圧接装置１０は、長尺な中間ワークＷ１に対してワークＷ２及びワークＷ３を接合させることができる。しかも、ワークＷ２とワークＷ３との回転方向の位置を正確に合わせて接合することができる。
【００４６】
次に、上記のように構成された本実施形態の摩擦圧接装置１０の特徴について説明する。
（１）本実施形態では、１台の摩擦圧接装置１０で、短尺な中間ワークＷ１から長尺な中間ワークＷ１と広い範囲の中間ワークＷ１に対してワークＷ２とワークＷ３とを回転方向の位置を正確に合わせて接合することができる。
【００４７】
（２）本実施形態では、第２主軸ユニット１４にインダクションモータ１４ｄを備え、このインダクションモータ１４ｄにて主軸１４ｂ（ワークＷ３）を回転させるようにした。つまり、第２主軸ユニット１４は、第１主軸ユニット１３に備えたサーボモータ１３ｄより遙かに安価なインダクションモータ１４ｄを使用した。従って、第１及び第２主軸ユニットにそれぞれ高価なサーボモータを備えた従来の摩擦圧接装置に比べて製造コストの低減を図ることができる。
【００４８】
（３）本実施形態では、１つのワーククランプ２０で中間ワークＷ１を挟持固定するようにした。従って、固定クランプと移動クランプを備えた従来の摩擦圧接装置に比べて少ない分だけ製造コストの低減を図ることができる。
【００４９】
（４）本実施形態では、中間ワークＷ１とワークＷ３とを接合するとき、第１主軸ユニット１３がストッパの役目を果たし、中間ワークＷ１とワークＷ２とを接合するとき、第２主軸ユニット１４がストッパの役目を果たすようにした。つまり、本実施形態の摩擦圧接装置１０は、特別なストッパ部材を用いていない。従って、製造コストの低減を図ることができるとともに、ストッパ部材を設けたことによって摩擦圧接装置をより複雑な構造にしてしまうといったことはない。その結果、摩擦圧接装置の製造コストを低減することができる。
【００５０】
（５）本実施形態では、インダクションモータ１４ｄを備えた第２主軸ユニット１４を用いて中間ワークＷ１とワークＷ３との接合を行った後に、サーボモータ１３ｄを備えた第１主軸ユニット１３を用いて中間ワークＷ１とワークＷ２との接合を行うようにした。従って、ワークＷ２とワークＷ３との回転方向の位置を正確に合わせて接合することができる。
【００５１】
なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。
○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、第１及び第２主軸箱１３ａ，１４ａを水平移動に駆動するボールネジ１６，１８とスライド用サーボモータ１７，１９を、油圧シリンダ駆動機構にして実施してもよい。ワーククランプを固定クランプにして実施してもよい。この場合、上記実施形態とほぼ同様な効果を得ることができる。
【００５２】
○第１回目の摩擦圧接加工を行う第２主軸ユニット１４の主軸１４ｂに該主軸１４ｂの回転方向停止位置を検知するエンコーダを設けて実施してもよい。この場合、エンコーダにより第１回目の摩擦圧接加工終了時に主軸１４ｂの停止位置を検出し、その停止位置に基づいて第２回目の摩擦圧接加工時に第１主軸ユニット１３によりワークＷ２，Ｗ３間の位相合わせを行う。この場合、上記実施形態とほぼ同様な効果を得ることができるとともに、第２主軸ユニット１４による主軸オリエンテーションを省略することができる。
【００５３】
○第２主軸ユニット１４の主軸１４ｂを回転駆動するモータを、インダクションモータ以外のモータ例えば安価な直流モータにて実施してもよい。
○第１，第２主軸箱１３ａ，１４ａの主軸１３ｂ，１４ｂを回転駆動するモータは、サーボモータ及びインダクションモータ以外のモータであってもよい。これによっても、１つのクランプ、及び一方のワークをストッパ代わりにすることによる作用効果は得られる。
【００５４】
○上記実施形態では、主軸１４ｂは、プーリＰ１，Ｐ２、ベルト１４ｃを介してインダクションモータ１４ｄと駆動連結されて実施したが、ギアにして実施してもよい。この場合、上記実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００５５】
○第２主軸ユニット１４の主軸１４ｂを回転駆動するインダクションモータ１４ｄをサーボモータにして実施してもよい。この場合、上記実施形態の（１），（３），（４）の効果を得ることができる。
【００５６】
○中間ワークＷ１との接合順は、ワークＷ３が先に限定されず、ワークＷ２を先にしてもよい。
○リニアガイドレール１２は、上記実施形態のような一対のみで両主軸箱、クランプを移動させる構造に限定されず、別体の複数のレールを用いてもよい。
【００５７】
○リニアガイド部材はレールに限定されず、例えばＶ字溝などの他の構造、部材なども含まれる。
次に、前記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について、それらの効果と共に以下に記載する。
【００５８】
（１）左右一対の第１及び第２主軸機構を、設備ベース上に設けられたリニアガイド部材の上に移動可能に設置し、それぞれ移動可能に設置された第１及び第２主軸機構の間の設備ベース上に、ワーククランプ手段を設置し、スライド駆動機構によりリニアガイド部材に沿って第１及び第２主軸機構をスライド駆動させて、ワーククランプ手段にクランプしたワークと第１及び第２主軸機構の主軸にクランプしたワークとの間で摩擦接合させる摩擦圧接装置において、前記ワーククランプ手段は、１つのワーククランプであって、そのワーククランプを設備ベース上に設けられたリニアガイド部材の上に移動可能に設置し、前記第１，第２主軸機構及び前記ワーククランプのリニアガイド部材を同一のリニアガイド部材にしたことを特徴とする摩擦圧接装置。
【００５９】
従って、短尺な中間ワークから長尺な中間ワークと広い範囲の中間ワークに対する接合を行うことができると共に、摩擦圧接装置の製造コストの低減を図ることができる。
【００６０】
【発明の効果】
以上詳述したように、各請求項に記載の発明によれば、短尺な中間ワークから長尺な中間ワークと広い範囲の中間ワークに対する接合を行うことができる。
【００６１】
とくに、請求項２に記載の発明によれば、摩擦圧接装置の製造コストの低減を図ることができる。
とくに、請求項３に記載の発明によれば、両端から中間ワークに接合するワーク間の回転方向の位置を正確に合わせて接合することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の摩擦圧接装置の正面図である。
【図２】同じく摩擦圧接装置の図１における右側面図である。
【図３】同じく摩擦圧接装置の平面図である。
【図４】従来技術の摩擦圧接装置の正面図である。
【図５】従来技術の摩擦圧接装置の図４における左側面図である。
【図６】従来技術の摩擦圧接装置の平面図である。
【符号の説明】
１０…摩擦圧接装置、１１…設備ベース、１２…リニアガイド部材としてのリニアガイドレール、１３，１４…第１，第２主軸ユニット、１３ａ，１４ａ…主軸機構としての第１，第２主軸箱、１３ｂ，１４ｂ…主軸、１３ｄ…サーボモータ、１４ｄ…サーボモータ以外のモータとしてのインダクションモータ、１６，１８…スライド駆動機構としてのボールネジ、１７，１９…スライド用サーボモータ。２０…ワーククランプ手段としてのワーククランプ、Ｗ１〜Ｗ３…ワーク。
【発明の属する技術分野】
本発明はワーク同士を溶着する摩擦圧接方法及びこの摩擦圧接方法に用いられる摩擦圧接装置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、摩擦圧接方法がよく知られている。それは、接合しようとするワークを接触させ、加圧しつつ接触面に相対運動を起こさせ、発生する摩擦熱で接合面付近を加熱して圧接する方法である。この摩擦圧接方法は、異種金属間の圧接ができることと、材料や電気の消費が少ないことと、生産性及び接合精度の面で優れていることなどの特徴がある。現在では多量生産用の溶接法として特に棒材や管材などの素材に広く適用されている。
【０００３】
図４〜図６は、３個のワークＷ１１，Ｗ１２，Ｗ１３を摩擦圧接する従来の摩擦圧接装置を示す。図４において、摩擦圧接装置の設備ベース３０の上面３０ａを作業面とし、その上面３０ａには、第１及び第２リニアガイド３４，４０が長手方向（Ｙ方向）に延設されている。第１主軸ユニット３１が第１リニアガイド３４に、第２主軸ユニット３２が第２リニアガイド４０にそれぞれ設置され、両主軸ユニット３１，３２はそれぞれリニアガイド３４，４０に沿って移動可能になっている。
【０００４】
第１及び第２主軸ユニット３１，３２には、主軸３１ａ，３２ａが回転可能に設けられている。主軸３１ａ，３２ａは主軸箱３１ｂ，３２ｂ内に配置されたギア３１ｃ，３２ｃを介して回転用サーボモータ３１ｄ，３２ｄと駆動連結されている。主軸３１ａ，３２ａの先端にはチャック３１ｅ，３２ｅが取り付けられており、それぞれワークＷ１２，Ｗ１３を固定する。
【０００５】
第１及び第２主軸ユニット３１，３２の下面には、設備ベース３０内に突出するアーム３５，３９が設けられている。そのアーム３５，３９にはスライド用サーボモータ３６，４１により駆動される圧接送りシャフトとしてのボールネジ３７，３８が螺合されている。そして、ボールネジ３７，３８を正逆回転させると、第１及び第２主軸ユニット３１，３２は、ボールネジ３７，３８とアーム３５，３９との間に発生する推進力によりＹ方向に移動する。
【０００６】
第１及び第２主軸ユニット３１，３２の間には、ワークＷ１１を挟持する固定クランプ４２と移動クランプ４３が配置されている。固定クランプ４２はその脚部４２ａが設備ベース３０の上面３０ａに固定されている。固定クランプ４２は、図６に示すように、前記脚部４２ａの上部に一対の挟持アーム部４２ｂ，４２ｃを備えている。挟持アーム部４２ｂ，４２ｃは、前記脚部４２ａに対してＹ方向と直交する方向（前後方向）に移動しワークＷ１１を挟持固定する。
【０００７】
移動クランプ４３はその脚部４３ａが前記第２リニアガイド４０に設置されている。移動クランプ４３の脚部４３ａは、第２リニアガイド４０に沿ってＹ方向に移動し所定の位置で固定されている。移動クランプ４３は、図６に示すように、前記脚部４３ａの上部に一対の挟持アーム部４３ｂ，４３ｃを備えている。挟持アーム部４３ｂ，４３ｃは、前記脚部４３ａに対してＹ方向と直交する方向（前後方向）に移動しワークＷ１１を挟持固定する。
【０００８】
そして、固定クランプ４２と移動クランプ４３にて、挟持固定されたワークＷ１１の中心軸線は、第１及び第２主軸ユニット３１，３２の主軸３１ａ，３２ａに設けたチャック３１ｅ，３２ｅに固定されたワークＷ１２，Ｗ１３の中心軸線（主軸３１ａ，３２ａの中心軸線）と一致するようになっている。
【０００９】
上記のように構成された摩擦圧接装置により例えば３つのワークＷ１１，Ｗ１２，Ｗ１３の摩擦圧接を行うときにおいて、図４及び図６に示すように、まず、中間ワークＷ１１を、前記両リニアガイド３４，４０間の所定位置に固設された固定クランプ４２と前記第２リニアガイド４０の上に移動可能に配設された移動クランプ４３に固定し、中間ワークＷ１１の両側のワークＷ１２，Ｗ１３をそれぞれ前記主軸３１ａ，３２ａのチャック３１ｅ，３２ｅに固定する。このとき、中間ワークＷ１１をバランスよく支持固定するために、中間ワークＷ１１の長さＬ５に応じて前記移動クランプ４３を移動させることによって移動クランプ４３と固定クランプ４２間の相対距離を調整する。
【００１０】
そして、それぞれ前記回転用サーボモータ３１ｄ，３２ｄにより主軸３１ａ，３２ａが回転駆動されることによって、ワークＷ１２，Ｗ１３は所定回転数にて回転される。前記スライド用サーボモータ３６，４１によりボールネジ３７，３８が所定回転方向にて回転駆動されると、第１及び第２主軸ユニット３１，３２は、それぞれアーム３５，３９を介してともにワークＷ１１に向かってＹ方向に平行移動される。そして、回転されるワークＷ１２，Ｗ１３を、両端から回転しないワークＷ１１に接触させると、ワークＷ１１とワークＷ１２の接合部及びワークＷ１１とワークＷ１３の接合部に摩擦熱が発生し、該摩擦熱で前記３つのワークＷ１１，Ｗ１２，Ｗ１３の接合部が軟化される。所望の状態に軟化を進行させてから、ワークＷ１２，Ｗ１３の回転を停止させつつさらにアプセット圧力を加えると、３つのワークＷ１１，Ｗ１２，Ｗ１３の接合部は互いにめり込むようにして一体化し、溶着される。
【００１１】
上記過程中において、ワークＷ１１に対してワークＷ１２，Ｗ１３間の回転方向相対位置を精確に保証するために、ワークＷ１２，Ｗ１３間の位相合わせをさせる必要がある。ワークＷ１２，Ｗ１３間の位相合わせは、それぞれワークＷ１２，Ｗ１３を駆動する第１及び第２主軸ユニット３１，３２のサーボモータ３１ｄ，３２ｄにより実現される。つまり、摩擦圧接作業中において、第１及び第２主軸ユニット３１，３２のサーボモータ３１ｄ，３２ｄの回転方向停止位置をコントロールすることによってワークＷ１２，Ｗ１３のそれぞれのワークＷ１１に対する回転方向停止位置即ち位相を合わせることができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のように構成された摩擦圧接装置では、３個のワークＷ１１，Ｗ１２，Ｗ１３を一体に摩擦圧接させる場合において、摩擦圧接加工可能な中間ワークＷ１１の軸線方向（Ｙ方向）最小長さは、第１及び第２主軸ユニット３１，３２の間にＹ方向並列に設置された固定及び移動クランプ４２，４３の軸線方向（Ｙ方向）幅より決められる。従って、図４に示すように、両クランプ４２，４３の軸線方向（Ｙ方向）幅をそれぞれＬ４とし、中間ワークＷ１１の軸線方向（Ｙ方向）長さをＬ５とすれば、Ｌ５は２倍のＬ４より長ければ、この摩擦圧接装置にて３個のワークＷ１１，Ｗ１２，Ｗ１３を一体に摩擦圧接することができる。言い換えれば、この摩擦圧接装置では、２倍のＬ４より長くない中間ワークＷ１１に対して両端からワークＷ１２，Ｗ１３を摩擦圧接させることができない。つまり、短尺な中間ワークＷ１１に対する摩擦圧接加工ができないという問題点があった。
【００１３】
そこで、両クランプ４２，４３のうち１つのクランプ例えば固定クランプ４２を省略し、移動クランプ４３だけにて短尺な中間ワークＷ１１を固定することによって、短尺な中間ワークＷ１１に対する摩擦圧接加工を行うことが考えられる。しかしながら、同一の摩擦圧接装置にて移動クランプ４３より遙かに長い長尺な中間ワークＷ１１について摩擦圧接加工を行う場合、移動クランプ４３のみにて長尺な中間ワークＷ１１を固定するとき、中間ワークＷ１１の一端又は両端は移動クランプ４３から長く突出される。このため、第１及び第２主軸ユニット３１，３２により固定するワークＷ１２，Ｗ１３を同時に中間ワークＷ１１の両端に摩擦圧接加工を行うとき、長く突出した中間ワークＷ１１の一端又は両端にはぶれが発生する。そのぶれにより摩擦圧接加工の加工精度が低くなる。従って、１つのクランプだけを有する摩擦圧接装置による長尺な中間ワークＷ１１に対する摩擦圧接加工は、その加工精度を確保することができない。言い換えれば、従来の摩擦圧接装置にて短尺と長尺な中間ワークＷ１１を共に摩擦圧接加工させることができないという問題点があった。
【００１４】
本発明の第１目的は、短尺と長尺な中間ワークを共に摩擦圧接加工することができる摩擦圧接装置及び摩擦圧接方法を提供することにある。
本発明の第２目的は、製造コストの低減を図ることができる摩擦圧接装置を提供することにある。
【００１５】
【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、設備ベース上に設けられたリニアガイド部材の上に左右一対の第１主軸機構及び第２主軸機構が移動可能に設置されており、前記第１主軸機構及び第２主軸機構の間の前記設備ベース上に一つのワーククランプが設置されており、スライド駆動機構によりリニアガイド部材に沿って前記第１主軸機構及び第２主軸機構をスライド駆動させて、ワーククランプにクランプした中間ワークと前記第１主軸機構及び第２主軸機構の主軸にクランプしたワークとの間で摩擦圧接させる摩擦圧接装置を用いて摩擦圧接加工を行う摩擦圧接方法であって、前記ワーククランプで前記中間ワークの一端側を固定し、該中間ワークの一端側に配置された第１主軸機構にて１回目の摩擦圧接加工を行い、その後、前記ワーククランプの固定位置を前記中間ワークの他端側に変更し、該中間ワークの他端側に配置された第２主軸機構にて２回目の摩擦圧接加工を行うことを要旨とする。
【００１７】
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であって、前記第１主軸機構及び第２主軸機構のうちの一方の主軸機構にて摩擦圧接加工を行うとき、他方の主軸機構を、前記中間ワークの軸線方向移動を拘束するストッパにしたことを要旨とする。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の摩擦圧接方法であって、前記第１主軸機構の主軸をサーボモータ以外のモータによって駆動し、前記第２主軸機構の主軸をサーボモータによって駆動することを要旨とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の摩擦圧接方法に用いられる摩擦圧接装置であって、左右一対の第１主軸機構及び第２主軸機構は、設備ベース上に設けられたリニアガイド部材の上に設置されており、前記第１主軸機構及び第２主軸機構の間の前記リニアガイド部材の上には、一つのワーククランプが設置されており、前記第１主軸機構及び前記第２主軸機構及び前記ワーククランプはそれぞれ前記リニアガイド部材に沿って移動可能であることを要旨とする。
【００１９】
（作用）
請求項１に記載の発明によれば、短尺な中間ワークから長尺な中間ワークまで広い範囲の中間ワークに対する接合を行うことができる。
【００２１】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の作用に加えて、特別なストッパ部材を用いる必要はないため、製造コストの低減を図ることができるとともに、特別なストッパ部材を設けたことによって摩擦圧接装置をより複雑な構造にしてしまうといったことはない。
【００２２】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１及び請求項２の作用に加えて、ワーククランプにて挟持された中間ワークの両端にそれぞれワークを摩擦圧接させるとき、その両端のワーク間の回転方向の位置を正確に合わせて接合することができる。
請求項４に記載の発明によれば、短尺な中間ワークから長尺な中間ワークまで広い範囲の中間ワークに対する接合を行うことができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一の実施形態を図１〜図３に従って説明する。
図１〜図３に示すように、本実施形態の摩擦圧接装置１０は、その設備ベース１１の上面１１ａに互いに平行する２本の軌道からなるリニアガイド部材としてのリニアガイドレール１２が設けられている。
【００２４】
リニアガイドレール１２の一端側（図１及び図３において左端側）の上には、第１主軸ユニット１３の主軸機構としての第１主軸箱１３ａがリニアガイドレール１２に沿って移動可能に設置されている。また、前記リニアガイドレール１２の他端側（図１及び図３において右端側）の上には、第２主軸ユニット１４の主軸機構としての第２主軸箱１４ａがリニアガイドレール１２に沿って移動可能に設置されている。
【００２５】
前記第１主軸ユニット１３には、主軸１３ｂが回転可能に設けられている。主軸１３ｂは、前記第１主軸箱１３ａ内に配置されたギア１３ｃを介して第１主軸箱１３ａ上に固着された回転用サーボモータ１３ｄと駆動連結されている。主軸１３ｂの先端にはチャック１３ｅが取り付けられている。
【００２６】
また、前記第１主軸箱１３ａの底面１３ｆには、アーム１３ｇが突出形成されている。アーム１３ｇの先端には、貫通孔１３ｈが設けられている。そして、第１主軸箱１３ａが移動可能に前記リニアガイドレール１２の上に設置されたとき、前記アーム１３ｇは、前記設備ベース１１内に内在されるようになっている。
【００２７】
図１に示すように、前記貫通孔１３ｈは、スライド駆動機構としてのボールネジ１６が螺合されている。そして、ボールネジ１６を回転すれば、アーム１３ｇ（第１主軸箱１３ａ）はボールネジ１６（リニアガイドレール１２）に沿って直線運動する。
【００２８】
前記ボールネジ１６の基端は、前記設備ベース１１の外側面（図１及び図３において左側面）に固着されたスライド用サーボモータ１７の回転軸と駆動連結されている。
【００２９】
前記第２主軸ユニット１４には、主軸１４ｂが回転可能に設けられている。図１及び図２に示すように、主軸１４ｂの基端部にはプーリＰ１が固着されている。また、前記第２主軸箱１４ａにはサーボモータ以外のモータとしてのインダクションモータ１４ｄが固設され、そのインダクションモータ１４ｄの出力軸にはプーリＰ２が固着されている。そして、プーリＰ１とプーリＰ２とはベルト１４ｃを介して駆動連結されている。主軸１４ｂの先端にはチャック１４ｅが取り付けられている。
【００３０】
また、前記第２主軸箱１４ａの底面１４ｆには、アーム１４ｇが突出形成されている。アーム１４ｇの先端には、貫通孔１４ｈが設けられている。そして、第２主軸箱１４ａが移動可能に前記リニアガイドレール１２の上に設置されたとき、前記アーム１４ｇは、前記設備ベース１１内に内在されるようになっているとともに、前記主軸１４ｂの中心軸線がリニアガイドレール１２の上に設置された前記第１主軸ユニット１３の主軸１３ｂの中心軸線と一致するようになっている。
【００３１】
図１に示すように、前記貫通孔１４ｈは、スライド駆動機構としてのボールネジ１８が螺合されている。そして、ボールネジ１８を回転すれば、アーム１４ｇ（第２主軸箱１４ａ）はボールネジ１８（リニアガイドレール１２）に沿って直線運動する。
【００３２】
前記ボールネジ１８の基端は、前記設備ベース１１の外側面（図１及び図３において右側面）に固着されたスライド用サーボモータ１９の回転軸と駆動連結されている。
【００３３】
第１及び第２主軸ユニット１３，１４間にワーククランプ手段としてのワーククランプ２０が配置されている。ワーククランプ２０はその脚部２０ａが前記リニアガイドレール１２の上に同レール１２に沿ってＹ方向移動可能に設置されている。ワーククランプ２０は、図２及び図３に示すように、前記脚部２０ａの上部に一対の挟持アーム部２０ｂ，２０ｃを備えている。挟持アーム部２０ｂ，２０ｃは、前記脚部２０ａに対してＹ方向と直交する方向（前後方向）に移動しワークＷ１を挟持固定する。
【００３４】
次に、上記のように構成された摩擦圧接装置１０の動作について説明する。
この摩擦圧接装置１０にて３つのワーク例えばワークＷ１，Ｗ２，Ｗ３を一体に摩擦圧接させる場合において、ワークＷ２，Ｗ３を段階に追って別々中間ワークＷ１の両端に摩擦圧接させるような方法にて行う。
【００３５】
詳述すると、図１及び図３に示すように、中間ワークＷ１の長さをＬ２とし、そのＬ２は前記挟持アーム部２０ｂ，２０ｃの軸線方向（Ｙ方向）幅Ｌ３より若干長くなっている場合において、中間ワークＷ１の中央部を前記ワーククランプ２０に挟持固定させる。また、ワークＷ２を前記第１主軸ユニット１３のチャック１３ｅに挟持固定させ、ワークＷ３を前記第２主軸ユニット１４のチャック１４ｅに挟持固定させる。次に、ワークＷ２を固定した前記第１主軸ユニット１３を、前記ワークＷ２が中間ワークＷ１に当接するようにスライド移動させる。つまり、第１主軸ユニット１３の第１主軸箱１３ａを、チャック１３ｅに挟持固定されたワークＷ２を介して前記ワーククランプ２０より挟持固定された中間ワークＷ１の軸線方向（Ｙ方向）移動を拘束するストッパにする。
【００３６】
次に、前記主軸１４ｂをモータ１４ｄにより回転駆動させることによって、ワークＷ３を、所定回転数にて回転させながら、中間ワークＷ１に向かってＹ方向スライド移動させる。回転するワークＷ３を、回転しない中間ワークＷ１に接触させると、両ワークＷ１，Ｗ３の接合部に摩擦熱が発生し、該摩擦熱で前記両ワークＷ１，Ｗ３の接合部が軟化される。所望の状態に軟化を進行させてから、ワークＷ３の回転を停止させつつさらにアプセット圧力を加えると、両ワークＷ１，Ｗ３の接合部は互いにめり込むようにして一体化し、溶着される。
【００３７】
両ワークＷ１，Ｗ３の摩擦圧接が終了後、中間ワークＷ１を固定する前記ワーククランプ２０の挟持アーム部２０ｂ，２０ｃを緩めさせ、前記主軸１４ｂに設けられた主軸１４ｂの回転方向停止位置を検知して摩擦圧接されたワークＷ１，Ｗ３の回転方向停止位置の主軸オリエンテーションを行う。そして、再びワークＷ１を挟持アーム部２０ｂ，２０ｃにて締め付け固定する。一方、ワークＷ２を固定した前記第１主軸ユニット１３は、所定の位置に戻るようにスライド移動させる。
【００３８】
次に、前記主軸１３ｂを回転用サーボモータ１３ｄにより回転駆動させることによって、ワークＷ２を、所定回転数にて回転させる。それとともに、第１主軸ユニット１３を前記ボールネジ１６がスライド用サーボモータ１７により所定回転方向にて回転駆動させることによって、ワークＷ１に向かってＹ方向スライド移動させる。回転するワークＷ２を、回転しない中間ワークＷ１の端面に接触させると、両ワークＷ２，Ｗ１の接合部に摩擦熱が発生し、該摩擦熱で前記両ワークＷ２，Ｗ１の接合部が軟化される。所望の状態に軟化を進行させてから、サーボモータ１３ｄによりワークＷ２の回転を、前記主軸オリエンテーションより定めたワークＷ３と位相合わせをした停止位置に停止させつつさらにアプセット圧力を加えると、両ワークＷ２，Ｗ１の接合部は互いにめり込むようにして一体化し、溶着される。そうすると、ワークＷ１，Ｗ２，Ｗ３は一体に摩擦圧接される。
【００３９】
従って、本実施形態の摩擦圧接装置１０は、従来の摩擦圧接装置の固定クランプ４２と移動クランプ４３とで挟持固定できない短尺な中間ワークＷ１に対してワークＷ２及びワークＷ３を接合させることができる。しかも、ワークＷ２とワークＷ３との回転方向の位置を正確に合わせて接合することができる。
【００４０】
次に、図１に２点鎖線で示す長尺な中間ワークＷ１に対してワークＷ２及びワークＷ３を接合させる場合について説明する。
今、中間ワークＷ１の長さをＬ１とし、Ｌ１は前記挟持アーム部２０ｂ，２０ｃの軸線方向（Ｙ方向）幅Ｌ３より遙かに長くなっている。まず、図１及び図３に示すように、中間ワークＷ１の一端（図において２点鎖線で示す右端）を前記ワーククランプ２０に挟持固定させる。この挟持固定を行う場合、ワーククランプ２０から中間ワークＷ１が右側に突出する量は摩擦圧接する際にぶれない長さに設定する。
【００４１】
次に、摩擦圧接加工中にワーククランプ２０により挟持固定された中間ワークＷ１の軸線方向移動を拘束するために、第１主軸ユニット１３を、中間ワークＷ１の他端（左側）が前記チャック１３ｅに挟持固定されたワークＷ２と当接するようにスライド移動させる。また、ワークＷ３を前記第２主軸ユニット１４のチャック１４ｅに挟持固定させる。
【００４２】
次に、前記主軸１４ｂをモータ１４ｄにより回転駆動させることによって、ワークＷ３を、所定回転数にて回転させる。それとともに、第２主軸ユニット１４を前記ボールネジ１８がスライド用サーボモータ１９により所定回転方向にて回転駆動されることによって、中間ワークＷ１に向かってＹ方向スライド移動させる。回転するワークＷ３を、回転しない中間ワークＷ１に接触させると、両ワークＷ１，Ｗ３の接合部に摩擦熱が発生し、該摩擦熱で前記両ワークＷ１，Ｗ３の接合部が軟化される。所望の状態に軟化を進行させてから、ワークＷ３の回転を停止させつつさらにアプセット圧力を加えると、両ワークＷ１，Ｗ３の接合部は互いにめり込むようにして一体化し、溶着される。
【００４３】
両ワークＷ１，Ｗ３の摩擦圧接が終了後、中間ワークＷ１を固定する前記ワーククランプ２０の挟持アーム部２０ｂ，２０ｃを緩め、ワーククランプ２０を中間ワークＷ１の他端（図において実線で示す左端）と対応する位置までに移動させる。第１主軸ユニット１３を、所定の位置に戻すようにスライド移動させる。それと同時に、前記主軸１４ｂに設けられた主軸１４ｂの回転方向停止位置を検知してワークＷ１，Ｗ３の回転方向停止位置の主軸オリエンテーションを行う。そして、再び挟持アーム部２０ｂ，２０ｃを締めさせて中間ワークＷ１の他端（図において実線で示す左端）を挟持固定させる。このとき、中間ワークＷ１がワーククランプ２０から左側に突出する量は、摩擦圧接する際にぶれない長さに設定されている。
【００４４】
次に、前記主軸１３ｂを回転用サーボモータ１３ｄにより回転駆動させることによって、前記チャック１３ｅに挟持固定されたワークＷ２を、所定回転数にて回転させる。それと同時に、第１主軸ユニット１３を、前記ボールネジ１６がスライド用サーボモータ１７により所定回転方向にて回転駆動されることによって、ワークＷ１に向かってＹ方向スライド移動させる。回転するワークＷ２を、回転しない中間ワークＷ１の左端面に接触させると、両ワークＷ２，Ｗ１の接合部に摩擦熱が発生し、該摩擦熱で前記両ワークＷ２，Ｗ１の接合部が軟化される。所望の状態に軟化を進行させてから、サーボモータ１３ｄによりワークＷ２の回転を、前記主軸オリエンテーションより定めたワークＷ３と位相合わせをした停止位置に停止させつつさらにアプセット圧力を加えると、両ワークＷ２，Ｗ１の接合部は互いにめり込むようにして一体化し、溶着される。そうすると、ワークＷ１，Ｗ２，Ｗ３は一体に摩擦圧接される。
【００４５】
従って、本実施形態の摩擦圧接装置１０は、長尺な中間ワークＷ１に対してワークＷ２及びワークＷ３を接合させることができる。しかも、ワークＷ２とワークＷ３との回転方向の位置を正確に合わせて接合することができる。
【００４６】
次に、上記のように構成された本実施形態の摩擦圧接装置１０の特徴について説明する。
（１）本実施形態では、１台の摩擦圧接装置１０で、短尺な中間ワークＷ１から長尺な中間ワークＷ１と広い範囲の中間ワークＷ１に対してワークＷ２とワークＷ３とを回転方向の位置を正確に合わせて接合することができる。
【００４７】
（２）本実施形態では、第２主軸ユニット１４にインダクションモータ１４ｄを備え、このインダクションモータ１４ｄにて主軸１４ｂ（ワークＷ３）を回転させるようにした。つまり、第２主軸ユニット１４は、第１主軸ユニット１３に備えたサーボモータ１３ｄより遙かに安価なインダクションモータ１４ｄを使用した。従って、第１及び第２主軸ユニットにそれぞれ高価なサーボモータを備えた従来の摩擦圧接装置に比べて製造コストの低減を図ることができる。
【００４８】
（３）本実施形態では、１つのワーククランプ２０で中間ワークＷ１を挟持固定するようにした。従って、固定クランプと移動クランプを備えた従来の摩擦圧接装置に比べて少ない分だけ製造コストの低減を図ることができる。
【００４９】
（４）本実施形態では、中間ワークＷ１とワークＷ３とを接合するとき、第１主軸ユニット１３がストッパの役目を果たし、中間ワークＷ１とワークＷ２とを接合するとき、第２主軸ユニット１４がストッパの役目を果たすようにした。つまり、本実施形態の摩擦圧接装置１０は、特別なストッパ部材を用いていない。従って、製造コストの低減を図ることができるとともに、ストッパ部材を設けたことによって摩擦圧接装置をより複雑な構造にしてしまうといったことはない。その結果、摩擦圧接装置の製造コストを低減することができる。
【００５０】
（５）本実施形態では、インダクションモータ１４ｄを備えた第２主軸ユニット１４を用いて中間ワークＷ１とワークＷ３との接合を行った後に、サーボモータ１３ｄを備えた第１主軸ユニット１３を用いて中間ワークＷ１とワークＷ２との接合を行うようにした。従って、ワークＷ２とワークＷ３との回転方向の位置を正確に合わせて接合することができる。
【００５１】
なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。
○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、第１及び第２主軸箱１３ａ，１４ａを水平移動に駆動するボールネジ１６，１８とスライド用サーボモータ１７，１９を、油圧シリンダ駆動機構にして実施してもよい。ワーククランプを固定クランプにして実施してもよい。この場合、上記実施形態とほぼ同様な効果を得ることができる。
【００５２】
○第１回目の摩擦圧接加工を行う第２主軸ユニット１４の主軸１４ｂに該主軸１４ｂの回転方向停止位置を検知するエンコーダを設けて実施してもよい。この場合、エンコーダにより第１回目の摩擦圧接加工終了時に主軸１４ｂの停止位置を検出し、その停止位置に基づいて第２回目の摩擦圧接加工時に第１主軸ユニット１３によりワークＷ２，Ｗ３間の位相合わせを行う。この場合、上記実施形態とほぼ同様な効果を得ることができるとともに、第２主軸ユニット１４による主軸オリエンテーションを省略することができる。
【００５３】
○第２主軸ユニット１４の主軸１４ｂを回転駆動するモータを、インダクションモータ以外のモータ例えば安価な直流モータにて実施してもよい。
○第１，第２主軸箱１３ａ，１４ａの主軸１３ｂ，１４ｂを回転駆動するモータは、サーボモータ及びインダクションモータ以外のモータであってもよい。これによっても、１つのクランプ、及び一方のワークをストッパ代わりにすることによる作用効果は得られる。
【００５４】
○上記実施形態では、主軸１４ｂは、プーリＰ１，Ｐ２、ベルト１４ｃを介してインダクションモータ１４ｄと駆動連結されて実施したが、ギアにして実施してもよい。この場合、上記実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００５５】
○第２主軸ユニット１４の主軸１４ｂを回転駆動するインダクションモータ１４ｄをサーボモータにして実施してもよい。この場合、上記実施形態の（１），（３），（４）の効果を得ることができる。
【００５６】
○中間ワークＷ１との接合順は、ワークＷ３が先に限定されず、ワークＷ２を先にしてもよい。
○リニアガイドレール１２は、上記実施形態のような一対のみで両主軸箱、クランプを移動させる構造に限定されず、別体の複数のレールを用いてもよい。
【００５７】
○リニアガイド部材はレールに限定されず、例えばＶ字溝などの他の構造、部材なども含まれる。
次に、前記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について、それらの効果と共に以下に記載する。
【００５８】
（１）左右一対の第１及び第２主軸機構を、設備ベース上に設けられたリニアガイド部材の上に移動可能に設置し、それぞれ移動可能に設置された第１及び第２主軸機構の間の設備ベース上に、ワーククランプ手段を設置し、スライド駆動機構によりリニアガイド部材に沿って第１及び第２主軸機構をスライド駆動させて、ワーククランプ手段にクランプしたワークと第１及び第２主軸機構の主軸にクランプしたワークとの間で摩擦接合させる摩擦圧接装置において、前記ワーククランプ手段は、１つのワーククランプであって、そのワーククランプを設備ベース上に設けられたリニアガイド部材の上に移動可能に設置し、前記第１，第２主軸機構及び前記ワーククランプのリニアガイド部材を同一のリニアガイド部材にしたことを特徴とする摩擦圧接装置。
【００５９】
従って、短尺な中間ワークから長尺な中間ワークと広い範囲の中間ワークに対する接合を行うことができると共に、摩擦圧接装置の製造コストの低減を図ることができる。
【００６０】
【発明の効果】
以上詳述したように、各請求項に記載の発明によれば、短尺な中間ワークから長尺な中間ワークと広い範囲の中間ワークに対する接合を行うことができる。
【００６１】
とくに、請求項２に記載の発明によれば、摩擦圧接装置の製造コストの低減を図ることができる。
とくに、請求項３に記載の発明によれば、両端から中間ワークに接合するワーク間の回転方向の位置を正確に合わせて接合することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の摩擦圧接装置の正面図である。
【図２】同じく摩擦圧接装置の図１における右側面図である。
【図３】同じく摩擦圧接装置の平面図である。
【図４】従来技術の摩擦圧接装置の正面図である。
【図５】従来技術の摩擦圧接装置の図４における左側面図である。
【図６】従来技術の摩擦圧接装置の平面図である。
【符号の説明】
１０…摩擦圧接装置、１１…設備ベース、１２…リニアガイド部材としてのリニアガイドレール、１３，１４…第１，第２主軸ユニット、１３ａ，１４ａ…主軸機構としての第１，第２主軸箱、１３ｂ，１４ｂ…主軸、１３ｄ…サーボモータ、１４ｄ…サーボモータ以外のモータとしてのインダクションモータ、１６，１８…スライド駆動機構としてのボールネジ、１７，１９…スライド用サーボモータ。２０…ワーククランプ手段としてのワーククランプ、Ｗ１〜Ｗ３…ワーク。
Claims (4)
- 設備ベース上に設けられたリニアガイド部材の上に左右一対の第１主軸機構及び第２主軸機構が移動可能に設置されており、前記第１主軸機構及び第２主軸機構の間の前記設備ベース上に一つのワーククランプが設置されており、
スライド駆動機構によりリニアガイド部材に沿って前記第１主軸機構及び第２主軸機構をスライド駆動させて、ワーククランプにクランプした中間ワークと前記第１主軸機構及び第２主軸機構の主軸にクランプしたワークとの間で摩擦圧接させる摩擦圧接装置を用いて摩擦圧接加工を行う摩擦圧接方法であって、
前記ワーククランプで前記中間ワークの一端側を固定し、該中間ワークの一端側に配置された第１主軸機構にて１回目の摩擦圧接加工を行い、
その後、前記ワーククランプの固定位置を前記中間ワークの他端側に変更し、該中間ワークの他端側に配置された第２主軸機構にて２回目の摩擦圧接加工を行うことを特徴とする摩擦圧接方法。 - 請求項１に記載の摩擦圧接方法であって、
前記第１主軸機構及び第２主軸機構のうちの一方の主軸機構にて摩擦圧接加工を行うとき、他方の主軸機構を前記中間ワークの軸線方向移動を拘束するストッパにしたことを特徴とする摩擦圧接方法。 - 請求項１又は請求項２に記載の摩擦圧接方法であって、
前記第１主軸機構の主軸をサーボモータ以外のモータによって駆動し、前記第２主軸機構の主軸をサーボモータによって駆動することを特徴とする摩擦圧接方法。 - 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の摩擦圧接方法に用いられる摩擦圧接装置であって、
左右一対の第１主軸機構及び第２主軸機構は、設備ベース上に設けられたリニアガイド部材の上に設置されており、前記第１主軸機構及び第２主軸機構の間の前記リニアガイド部材の上には、一つのワーククランプが設置されており、
前記第１主軸機構及び前記第２主軸機構及び前記ワーククランプはそれぞれ前記リニアガイド部材に沿って移動可能であることを特徴とする摩擦圧接装置。
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