JPH06662A - 摩擦圧接における製品寸法の設定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 一対の材料を摩擦圧接によって接合する場
合、極めて高い精度で一定寸法の製品を得ることができ
るようにする。 【構成】 一方の材料を他方の材料に対して回転させ、
その状態で一方の材料を相手材料に向けて前進させる。
前進過程において相手材料に接触すると、その接触はそ
れによって生ずる振動を捕らえることにより検知する。
接触を検知すると、更に材料の前進を所定寸法行い、両
材料の接触部分を相互の摩擦によって発熱、溶融させ
る。その後、回転を停止し、溶融部分を固化させて両材
料を一体化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一対の材料を摩擦圧接
によって接合する場合において、出来上がる製品の寸法
を設定する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より摩擦圧接は次のように行なって
いる。先ず、相互に接合させるべき一対の材料の一方を
回転させる。その状態の材料に向けて他方の材料を例え
ば油圧シリンダの推力によって前進させる。前進過程に
おいて、その材料は相手材料に先ず接触する（図３のＴ
１の時点）。その接触の検出は、接触後に上記シリンダ
に加わる油圧が上昇することを圧力スイッチにより検出
して行う（図３のＴ１’の時点）。上記圧力スイッチに
よる検出の後更に所定寸法（図３のＬ１参照）の前進を
行う。すると両材料の接触部分は相互の摩擦によって発
熱、溶融する。その後、上記回転を停止し（図３のＴ３
の時点）、上記溶融部分を固化させて両材料を一体化さ
せる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記の場合、季節の違
い或いは操業開始時と操業途中との違い等による油温の
違いによって油の粘度に違いがあると、上記シリンダに
加わる油圧の上昇の立ち上がりに図３のＰａ、Ｐｂの如
く違いが生ずる。材料の材質や端面形状の違いによって
も同様のことが生ずる。すると上記圧力スイッチによる
検出時点にＴ１ａ，Ｔ１ｂの如くばらつきが生ずる。こ
のようなばらつきがあると上記所定寸法Ｌ１の前進をい
くら精度良く行っても、上記材料が相手材料に接触した
後に真に前進した寸法Ｌ０に大小のばらつきが生じ、そ
の結果、製品は寸法に大きなばらつきがあるものとなっ
てしまう問題点があった。

【０００４】本願発明は上記従来技術の問題点（技術的
課題）を解決する為になされたもので、上記材料の接触
の検知を精度良く行うことにより、極めて高い精度で一
定寸法の製品を得ることができるようにした摩擦圧接に
おける製品寸法の設定方法を提供することを目的として
いる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する為
に、本願発明における摩擦圧接における製品寸法の設定
方法は、摩擦圧接させるべき一対の材料の内の一方を他
方に対して回転させ、上記一対の材料の一方又は他方を
相手側に向けて前進させ、その前進過程においては、そ
の材料を相手材料に接触するまで前進させる第１のステ
ップと、接触後更に所定寸法だけ前進させて両者の摩擦
によって発熱、溶融させる第２のステップとを行い、そ
の後、上記溶融部分を固化させて両材料を一体化させる
方法において、上記第１のステップから第２のステップ
に移る前進過程においては、振動センサにより上記両材
料の接触によって生ずる振動を捕らえて両材料の接触を
検知し、その振動の検知時点を基準にして上記第２のス
テップの前進を行うものである。

【０００６】

【作用】一方の材料が他方の材料に対して回転され、そ
の状態で一方の材料が相手材料に向けて前進される。前
進過程において相手材料に接触すると、その接触はそれ
によって生ずる振動を捕らえることにより検知される。
接触が検知されると、更に材料の前進が所定寸法行わ
れ、両材料の接触部分は相互の摩擦によって発熱、溶融
する。その後、上記回転が停止され、上記溶融部分が固
化して両材料は一体化する。

【０００７】

【実施例】以下本願の実施例を示す図面について説明す
る。図１において、摩擦圧接機は摩擦圧接機構１と制御
機構２とを有する。摩擦圧接機構１は回転装置３ａと圧
接装置３ｂとを含む。回転装置３ａにおいて、軸受４に
より回動自在に支持された回動軸５の一端には第１の装
着具６が取付てある。又上記回動軸５の途中にはブレー
キ16が取付られ、更に回動軸５の他端はクラッチ７、プ
ーリ８、ベルト９、プーリ10を介して電動機11に連結し
てある。一方圧接装置３ｂにおいて、軸受12により進退
自在に支持された進退杆13の一端には第２の装着具14が
取付てある。又上記進退杆13の他端には油圧シリンダ15
が連結してある。

【０００８】次に制御機構２は符号20〜30で示された夫
々周知乃至は公知の部材をもって構成してある。又Ａは
接合場所の温度判別機構で、温度測定器31と温度判定器
37とで構成してある。温度測定器31と温度判定器37は符
号33〜36，38〜41で示された夫々周知乃至公知の部材で
構成してある。Ｂは品質判別装置で、符号42〜50で示さ
れた夫々周知乃至公知の部材で構成してある。

【０００９】次に上記摩擦圧接装置の作動について図２
を参照しながら説明する。まず第１の装着具６には相互
に接合すべき一対の材料の内の一方17（以下第１の材料
と呼ぶ）を装着し、第２の装着具14には他方の材料18
（以下第２の材料と呼ぶ）を装着する。この場合、第１
の材料17は装着具６からの突出寸法が所定の値となるよ
うにする。この装着状態では両材料の軸線が一致する。
そのようになるよう予め回転装置3aと圧接装置3bとが整
列させてある。上記材料は例えば外径２６mmΦ、厚さ１
mmの丸パイプである。上記の状態において電動機11を作
動させて第１の材料17を回転させる（例えば３０００〜
４０００r.p.m)。一方、油圧シリンダ15を作動させて第
２の材料18を第１の材料17に向けて前進させる。上記油
圧シリンダ15の作動は油圧ポンプ21から送り出される作
動油を圧力制御弁22、流量制御弁23を通してシリンダ15
に加えることによって行なう。

【００１０】上記のように第２の材料18を前進させる過
程では、第１のステップとして第２の材料18の前側の端
面が第１の材料17の対向する端面に接触するまで前進が
行われる。上記接触が生ずると（図２のＴ１の時点）、
その接触は振動センサにより検知され検出信号が出力さ
れる。振動センサとしては符号24ａと符号24ｂで示され
る部材から成る振動リレーが用いてある。上記材料が接
触したときに生ずる振動、衝撃は検出部材24ａで捕らえ
られ、該部材24ａは対応信号を出力する。該検出部材24
ａは上記第２装着具14に取付けてある。しかし上記振動
や衝撃を検出できる場所であればどの場所に取付けても
良い。例えば進退杆13、回転装置3aにおける回動軸５の
取付台或いはその近傍等である。上記検出部材24ａの出
力信号は制御器24ｂに与えられる。制御器24ｂはその入
力信号により、トランジスタのオープンコレクタ信号で
接触検知を行い、検出信号を出力する。この制御器24ｂ
は又感度調整（振動レベル）やディレイ等を任意に調整
できるものである。該制御器24ｂはリレー接点をオンオ
フさせたり、トランジスタをオンオフさせたりするもの
でも良い。尚上記接触の検知は衝撃センサと称されるデ
バイスを用いて行っても良い。

【００１１】上記接触が生ずると次は第２ステップに移
る。即ち上記のようにして接触の検知が行われると、上
記検出信号が変位検知器26におけるカウンタ27にカウン
ト開始信号として与えられる。又上記検出信号はタイマ
ー20に与えられる。そしてそのタイマー20に設定された
時間例えば０．５秒のカウントが行われる。この間油圧
シリンダ15に加わる油圧はＰ０圧力例えば３ｋｇｆ/ｍ
ｍ²に到達する。タイマー20の設定時間が経過すると
（図２のＴ２の時点）、タイマー20の出力信号が圧力制
御弁22に与えられて、油圧シリンダ15に向けて送る油圧
を高める（Ｐ１圧力で、その値は例えば８ｋｇｆ/ｍ
ｍ²）。一方上記第２の材料18の前進寸法は進退杆13に
付設された変位センサ25によって検知され、その検知信
号が上記カウンタ27に加えられる。カウンタ27は上記の
ような両信号を受け入れることにより、第２の材料18が
第１の材料17に接触した後の第２の材料18の前進寸法
（寄り寸法）をカウントし、その信号を変位比較器28に
向け出力する。この間、第１と第２の材料17,18 は夫々
の先端部が相互の摩擦によって発熱して図２の如く温度
上昇し（例えば１２５０〜１３５０℃）、溶融する。

【００１２】変位比較器28には変位設定器29において予
め設定された所定の前進寸法Ｌ１（例えば２mm。その他
１．８〜２．３mm）の信号が入力されている。変位比較
器28においては、上記カウンタ27によってカウントされ
た前進寸法が上記設定値となると（図２のＴ３の時点）
出力を生ずる。この出力は制御器30に与えられ、制御器
30は停止指令信号を回転装置3aにおけるブレーキ16及び
クラッチ７に与え、回動軸５の回転を急速に停止させて
第１の材料17の回転を停止させる。また上記出力は圧力
制御弁22に与えられ、油圧シリンダ15に向けて送られる
油圧を高める（Ｐ２圧力で、その値は例えば１２ｋｇｆ
/ｍｍ²）。その結果、第２の材料18は第１の材料17に対
してより大きい力で押し付けられる。これにより第２の
ステップが終了する。

【００１３】上記第２のステップの終了後、即ち上記の
ように圧力を上昇させた後、所定時間が経過し上記両材
料の溶融部分が冷えて固化したならば、圧力を緩め第１
及び第２の装着具６，14から相互に結合された第１及び
第２の材料17，18を取り外す。これにより一連の作業が
完了する。

【００１４】上記のような摩擦圧接の過程において温度
測定器31によって判定用測定点19（その大きさは例えば
１mmΦ程度である）の温度が非接触の状態で検出され
る。上記判定用測定点19は第１の装着具６から第２の装
着具14の側へ所定寸法だけ寄った、両材料17，18の溶融
部が到来すべき点に定めてある。本例では、第１の装着
具６に予め定められた状態で取付られた第１の材料17の
先端部から所定寸法（例えば１．５mm）だけ第１の装着
具６の側に寄った位置に定めてある。温度測定器31にお
いては上記測定点19から放射される赤外線を光学系33で
もって受光器34に集めその赤外線の放射エネルギーを受
光器34で電気信号に変えることによって温度の測定を行
なう。受光器34の出力信号は増幅部35で増幅され、温度
信号として温度判定器37に伝えられる。36は周知の放射
率調整器を示す。温度判定器37において上記温度信号は
表示器38に伝えられ、上記測定点19の温度が表示され
る。上記温度信号は温度比較器39にも入力される。温度
比較器39には上下限設定器40に予め設定された上限温度
（例えば 1350℃）と下限温度（例えば1250℃）が入力
されている。そして温度比較器39は前記温度信号がそれ
ら上限と下限の間にあるか否かの判別を行ない、その判
別結果に対応する信号を出力する。ゲート41は前記変位
比較器28からの出力信号を受けてその信号があった時に
上記温度比較器39からの出力信号を判定出力として送出
する。

【００１５】次に上記摩擦圧接の場合における品質判別
装置による判別を説明する。第１の材料17の回転状態が
回動軸５に連結した回転状態検知手段42により検知さ
れ、該手段42は回転状態信号を出力する。該手段42とし
ては例えばパルス信号を出力するパルスエンコーダが用
いられる。タコジェネレータを用いても良い。上記信号
は回転停止時間判定器43に与えられる。

【００１６】該判定器43においては、回転数計測器44に
より上記信号から回転数が演算され、回転数表示器45に
表示される。回転停止時間計測手段である回転停止時間
計測器47は、前記回転装置3aを停止させる為の停止指令
信号及び上記回転状態信号を受けて、停止指令信号を受
けた時点から上記材料17の回転が停止した時までの時間
を計測する。上記材料17の完全停止まで待つと時間がか
かるので、本実施例では判定を迅速に行う為、上記回転
数が３０r.p.mになるまでの時間を計測する。３０r.p.m
になった後は一定の時間で停止まで至ると推定されるか
らである。計測された時間は表示器49によって表示され
る。回転停止時間設定手段である上下限回転停止時間設
定器46には所定の回転停止時間の上下限が予め設定され
ている。所定の回転停止時間は、予め一対の材料の材質
（アルミニウム或いは銅等の熱伝導率の高いもの、或い
はその反対のもの）、形状（パイプ或いは丸棒）、寸法
（太径或いは細径、厚肉或いは薄肉）に応じた種々の値
が準備され、当該材料に適合する値が上記設定器46に予
め設定される。上記計測された回転停止時間及び予め設
定された回転停止時間は、判別手段として例示する停止
時間比較器48に与えられる。比較器48は前者と後者を比
較して、前者が後者に適合するか否かに対応した良否判
別信号を出力する。該信号はゲート50を通して出力され
る。その出力信号は次のように利用される。例えば品質
が劣る旨の信号の場合、その信号はブザーその他の警報
装置を作動させたり、摩擦圧接機の作動を停止させた
り、出来上がった不良品をはねる為の選別機の作動用信
号として利用される。

【００１７】次に異なる実施例を説明する。前記圧接装
置は、回転させる側の材料を非回転の側の材料に向けて
推し進めるようにしてあっても良い。即ち回動軸５をス
プラインでもってブレーキやクラッチに連繋させてお
き、その回動軸５をシリンダ15によって押すようにして
も良い。

【００１８】

【発明の効果】以上のように本願発明にあっては、一対
の材料17，18を相互に接合する場合、一方の材料17を他
方の材料18に対して回転させ、それらの材料の内の何れ
か一方18を相手側に向けて接触するまで前進させ、相手
側に対する接触を検知してから更に所定寸法だけ前進さ
せるものだから、予め定めた一定寸法の接合製品が得ら
れる特長がある。

【００１９】しかも上記接触を検知する場合、一方の材
料18が相手側の材料17に接触することによって生ずる振
動を捕らえて接触があったことを検知するから、真の接
触時点を検知できる特長がある。このことは、前記接触
の検知後に前進を行う所定寸法Ｌ１と、接触後に真に材
料が前進させられた寸法Ｌ０とを正確に一致させられる
ことであり、その結果、高い精度でもって一定寸法の接
合製品を得ることのできる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】摩擦圧接装置の略示図。

【図２】動作説明用のグラフ。

【図３】従来の摩擦圧接の手順説明用のグラフ。

【符号の説明】

3a 回転装置 3b 圧接装置 17，18 一対の材料 24ａ，24ｂ 振動センサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 摩擦圧接させるべき一対の材料の内の一
   方を他方に対して回転させ、上記一対の材料の一方又は
   他方を相手側に向けて前進させ、その前進過程において
   は、その材料を相手材料に接触するまで前進させる第１
   のステップと、接触後更に所定寸法だけ前進させて両者
   の摩擦によって発熱、溶融させる第２のステップとを行
   い、その後、上記溶融部分を固化させて両材料を一体化
   させる方法において、上記第１のステップから第２のス
   テップに移る前進過程においては、振動センサにより上
   記両材料の接触によって生ずる振動を捕らえて両材料の
   接触を検知し、その振動の検知時点を基準にして上記第
   ２のステップの前進を行うことを特徴とする摩擦圧接に
   おける製品寸法の設定方法。