JP4320074B2 - 摩擦圧接方法 - Google Patents
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Description
【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W1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,W2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W1,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る摩擦発熱工程と、該摩擦発熱工程後に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アプセット加圧工程とを備えた摩擦圧接方法において、前記アプセット加圧工程において摩擦推力からアプセット推力に切り換えるとき、主軸の停止が開始されるタイミング以降で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る摩擦発熱工程と、該摩擦発熱工程後に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アプセット加圧工程とを備えた摩擦圧接方法において、前記摩擦発熱工程における前記予熱推力から摩擦推力に切り換えた後のタイミングで寄り代が発生するようにし、前記予熱推力から摩擦推力に切り換えるとき、寄り代が発生する前に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27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28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CPU37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24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、2000rpm)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,W2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W1,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(P1+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+Δa3+Δa4)、(t5+Δt1+Δt2+Δt3+Δt4)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Δt1〜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+Δa5=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W1,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W1,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,W2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、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Δa1=Δa2=Δa3=Δa4=Δa5(=Δa)となるように設定していた。Δt1+Δt2+Δt3+Δt4=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>Δt4又はΔt1<Δt2<Δt3<Δt4、若しくはΔt1>Δt2=Δt3=Δt4又はΔt1=Δt2=Δt3<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Δa1〜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,W2の接合部分がだんだん固まってそのとき両ワークW1,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,Δa3,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(=Δa11)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+Δa12に上げられる。最後に、t1からΔt11+Δt12+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21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,W2,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る技術的思想を、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。
Claims (4)
- 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る摩擦発熱工程と、該摩擦発熱工程後に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アプセット加圧工程とを備えた摩擦圧接方法において、
前記アプセット加圧工程において摩擦推力からアプセット推力に切り換えるとき、主軸の停止が開始されるタイミング以降で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。 - 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る摩擦発熱工程と、該摩擦発熱工程後に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アプセット加圧工程とを備えた摩擦圧接方法において、
前記摩擦発熱工程における前記予熱推力から摩擦推力に切り換えた後のタイミングで寄り代が発生するようにし、前記予熱推力から摩擦推力に切り換えるとき、寄り代が発生する前に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。
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