JPH08215863A - 摩擦圧接方法及び摩擦圧接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 摩擦圧接時に発生するバリを押し潰して変形
させてしまい、バリの切削除去を不要にする。 【構成】 一方のチャック６のチャック爪６ａ，６ｂに
把持した母材８を回転しながら前進させて、他方のチャ
ックのチャック爪７ａ，７ｂに把持した相手側母材９に
摩擦接触させて発熱させ、その後、アップセットを行っ
てバリ８ａ、９ａを発生させながら接合を終える摩擦圧
接方法において、前記接合終了後、各チャック爪６ａ，
６ｂに取付けたローラー１４ａ，１４ｂをバリ８ａ、９
ａ上に位置決めし、その位置でチャック６を回転させか
つチャック爪６ａ，６ｂを締めて、ローラー１４ａ，１
４ｂによりバリ８ａ、９ａを押し潰す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、摩擦圧接方法に係り、
より詳しくは母材接合部に生ずるバリを処理する工程を
含む摩擦圧接方法及びその方法の実施に用いる摩擦圧接
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】摩擦圧接法は、対向して把持された一対
の母材を互いに相対回転させながら接触させて発熱さ
せ、両母材の接触端部が溶融した後さらに母材同士を押
し付けて圧接する接合方法である。ところで、摩擦圧接
法においては、前述のごとく母材同士を押し付けた際、
母材接合部にバリが生じるが、このバリは、母材表面部
に付着した不純物等を母材外周部に排出して、母材間の
接合強度を高める重要な役割をなすものである。しか
し、このバリは、通常かなりの大きさに形成され、した
がって接合後にこのバリを除去するバリ処理工程が必要
になる。そして従来、このようなバリの処理方法及び装
置には、特開平１−１３３６９１号公報に開示されるよ
うに、装置の母材把持部付近に設けられた切刃によりバ
リを切削除去するものが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記したよう
にバリを切削除去する場合、(1) 切削されたバリが装置
周囲に飛散し、装置の可動部に噛み込むなどのトラブル
の原因となる、(2) このトラブルを解消するには、飛散
したバリが可動部に入り込まないようにカバー類を取り
付ける必要があり、コストが高くなる、(3) 切削したバ
リを収納箱に回収し、それを処理しなければならず、後
処理に手間がかかる、(4) 刃具の交換が必要となり、メ
ンテナンス費がかかる、などの問題が生ずる。

【０００４】本発明は、摩擦圧接時に発生するバリを切
削せずに、押圧部材で押し潰して変形させ、もってバリ
削除に伴うトラブルの発生を未然に防止しかつコスト負
担を抑えることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する手
段として請求項１で採用した手順は、対向して把持され
た一対の母材を互いに相対回転させながら接触させて発
熱させ、母材接触端面溶融後さらに母材同士を押し付け
て接合する摩擦圧接方法において、前記母材同士を押し
付けた際に母材接合部に生じるバリを、バリ発生方向に
対向して力を加えて押圧成形する工程を含む摩擦圧接方
法とする。

【０００６】そして、請求項１に記載の摩擦圧接方法を
実施するための装置として請求項２で採用した手段は、
一対の母材を対向して把持する一対のチャックと、該チ
ャックの少なくとも一方を母材軸線を軸に回転させる回
転駆動手段と、該チャックの少なくとも一方を母材軸方
向に移動させる直線駆動手段と、摩擦圧接時に母材接合
部に生じたバリを、バリ発生方向に対向して力を加えて
押圧成形する押圧機構とを備えた摩擦圧接装置とする。

【０００７】本発明に係る摩擦圧接装置において、上記
押圧機構は、チャックのチャック爪に回転可能に設けら
れたローラーからなり、該ローラーは、その外周面をバ
リを押圧成形する成形面として供する構成することがで
きる。この場合、該ローラーの外周面は、波形、または
凹溝形とするのが望ましい。

【０００８】

【作用】上記構成を有する請求項１に記載の摩擦圧接方
法及び請求項２に記載の摩擦圧接装置では、摩擦圧接時
に生ずるバリを押圧機構を用いて押圧成形することで、
該バリを、実用上問題とならない程度まで母材表面に扁
平に張り付かせることができる。

【０００９】また、請求項２に記載の摩擦圧接装置にお
いて、その押圧機構をチャック爪に設けたローラーから
構成した場合は、チャック爪の動きを利用してバリを押
圧成形することができる。

【００１０】そして、上記ローラーの外周面を波形また
は凹溝形とした場合は、成形始めにバリに成形力を集中
させて効率良くバリを押圧成形できる。

【００１１】

【実施例】以下に、本発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。

【００１２】図１〜４は、本発明に係る摩擦圧接装置を
示したものである。本摩擦圧接装置は、図３に示すよう
に架台１と、架台１上に図面左右方向に摺動可能に設け
られた軸頭２と、軸頭２の前面に設けられた、接合すべ
き一方の母材８を把持する第１のチャック６と、架台１
上に第１のチャック６に対向して設けられた、他方の母
材９を把持する第２のチャック７とから概略構成されて
いる。

【００１３】架台１には、左右一対の軸受４ａ，４ｂを
用いてボールネジ３が回動自在に配設されており、この
ボールネジ３には前記軸頭２の下面に一体に設けた下部
ナット２ａが螺合されている。ボールネジ３は、架台１
の一端に固設した電動モータ５により回転駆動されるよ
うになっており、このボールネジ３の左回転または右回
転に応じて前記下部ナット２ａがボールネジ３上を螺進
退し、軸頭２が架台１上の左右方向へ摺動するようにな
る。すなわち、ボールネジ３、下部ナット２ａ、電動モ
ータ５等は軸頭２（したがって第１のチャック６に把持
された一方の母材８）を直線移動させる直線駆動手段を
構成している。ただし、この直線駆動手段は流体圧シリ
ンダを用いてもなんら問題はない。

【００１４】第１のチャック６は、ボールネジ３の回転
軸と略平行な軸周りに回転可能に軸打とう軸頭２に設け
られ、いわゆる３爪チャックとして構成されている。一
方、第２のチャック７は、架台１上に位置固定的に設置
され、いわゆる２爪チャックとして構成されている。図
１及び２に示すように、第１のチャック６は等間隔で放
射状に配置された３つのチャック爪６ａ，６ｂ，６ｃ
を、第２のチャック７は対に配置された２つのチャック
爪７ａ，７ｂをそれぞれ備えている。第１、第２のチャ
ック６、７の各チャック爪は、図４に示すように流体供
給源１５（第２のチャック７側は省略）から供給される
流体圧により半径方向へ同期して作動するようになって
おり、それらの半径方向内側への作動により母材８，９
が同心に把持される。なお、流体供給源１５はバルブ１
６を介してチャック６に配管されている。

【００１５】軸頭２の上面には電動モータ１０が固設さ
れており、この電動モータ１０により生ずる回転トルク
は、プーリ１１とベルト１２とを介して第１のチャック
６に伝達されるようになっている。すなわち、電動モー
タ１０、プーリ１１、ベルト１２等は、第１のチャック
６（したがってこれに把持された一方の母材８）を回転
させる回転駆動手段を構成している。軸頭２にはまた、
各チャック爪６ａ，６ｂ，６ｃの外側に位置するように
非接触式ストロークセンサ１３が取付けられている。こ
のストロークセンサ１３は、各チャック爪の半径方向の
位置を検知するためのもので、その信号は、前記バルブ
１６に制御信号を出力する制御装置１７（図４）に入力
されるようになっている。

【００１６】第１のチャック６の各チャック爪６ａ，６
ｂ，６ｃには、摩擦圧接時に母材接合部に生じたバリ８
ａ，９ａ（図１）を押圧成形するための押圧機構が設け
られている。押圧機構は、ここでは各チャック爪６ａ，
６ｂ，６ｃの前面に回動自在に取付けられたローラー１
４ａ，１４ｂ，１４ｃからなっている。各ローラー１４
ａ，１４ｂ，１４ｃは、第１のチャック６（チャック爪
６ａ，６ｂ，６ｃ）に把持された母材８との間に一定の
隙Ｓ（図１）を開ける位置に取付けられている。この隙
Ｓは、第１のチャック６により母材８を把持する際に各
ローラー１４ａ，１４ｂ，１４ｃが母材８に干渉しない
よう、また押圧成形後のバリ８ａ，９ａの高さを見込ん
で設定されるものである。

【００１７】以下、上記した摩擦圧接装置を用いて行う
摩擦圧接方法について説明する。先ず圧接すべき母材
８，９を第１、第２のチャック６，７にそれぞれ把持さ
せる。次に、電動モータ１０の起動により第１のチャッ
ク６を回転させて、一方の母材８を高速で回転させる。
次に、電動モータ５の起動によりボールネジ３を回転さ
せ、軸頭２と一体に母材８を前進させて、その先端を相
手側母材９に接触させる。

【００１８】すると、母材８は回転しながら相手母材９
に接触することになるため、両者の接触端部に摩擦熱が
発生し、この摩擦熱により両母材の接触端部が次第に溶
融する。そして、両母材８と９の接触端部が適度に溶融
した段階で、電動モータ１０を停止させるのと同時に軸
頭２に内蔵されたメカブレーキ（図示せず）を作動さ
せ、母材８の回転を急停止させる。

【００１９】その後、母材８を把持する第１のチャック
６を軸頭２と共にさらに母材９の方向へ所定距離だけ移
動させ（アップセットさせる）、このアップセットによ
り両母材８と９は完全に接合される。そして、このよう
に接合された接合部の内外に、図５にも示すように比較
的大きなバリ８ａ，９ａが発生し、このバリ８ａ，９ａ
中に母材表面部に付着していた不純物等が排出され、強
度的に優れた接合部が得られる。

【００２０】続いて、バリの押圧成形工程にはいる。こ
の押圧成形工程は上記アップセットの終了と同時にスタ
ートし、このアップセット終了と同時に第１のチャック
６を動作させてそのチャック爪６ａ，６ｂ，６ｃを半径
方向外側へ移動させ、母材８の把持を解除する。この
時、母材８は他方の母材９と一体に第２のチャック７に
把持されれているため、落下することはない。

【００２１】次に、チャック爪６ａ，６ｂ，６ｃが開い
た状態で電動モータ５を回転させ、ローラー１４ａ，１
４ｂ，１４ｃをバリ８ａ，９ａの上方、図１に示す１４
ａ′，１４ｂ′の位置まで移動させると共に、電動機１
０を爪がセンサ１３の下にくるまで低速で回し、センサ
１３が検知したところで電動機１０を停止させる。次
に、第１のチャック６を動作させ、各ローラー１４ａ，
１４ｂ，１４ｃの外周面（成形面）がバリ８ａ，９ａに
当接し、チャック爪６ａ，６ｂ，６ｃの移動量が設定値
になるまで該爪を締めていく。そして、この状態で、電
動モータ１０を再度回転させて第１のチャック６を回転
させると、ローラー１４ａ，１４ｂ，１４ｃは自転しな
がら母材の周りを公転し、バリ８ａ，９ａはローラー１
４ａ，１４ｂ，１４ｃによって次第に押し潰され、遂に
は図６に示すように母材表面に張り付いた扁平形状のバ
リ８ａ′，９ｂ′となる。

【００２２】上記バリの潰し量は、第１のチャック６の
把持力を制御することにより調整可能である。つまり、
図４に示すようにローラー１４ａ，１４ｂ，１４ｃ（１
４ｃは図示せず）の半径方向の移動量（ストローク）を
各チャック爪の外側のストロークセンサ１３にて検出
し、設定ストロークに達した時点で制御装置１７から制
御信号を出力し、バルブ１６を切換えて第１のチャック
６の把持動作を完了させる。ただし、この場合は、押圧
成形後のバリ１４ａ′，１４ｂ′の高さをローラー取付
けの際の隙Ｓ（図１）より低くすることはできないが、
その高さは、従来の切削処理による場合とほぼ同じとな
り、実用上問題とならない。

【００２３】上記実施例においては、押圧機構としての
ローラー１４ａ，１４ｂ，１４ｃをチャック爪６ａ，６
ｂ，６ｃに持たせているので、チャック６の動きを利用
してバリを押圧成形することができ、特別の駆動機構が
不要になるばかりか、面倒な芯出しが不要になる。ま
た、摩擦圧接後、母材接合部が完全に冷却する以前に押
圧機構を作動させてバリの押圧成形を開始することがで
きるので、加工時間を短縮することが可能になる。な
お、このバリの押圧成形に要する時間は、第１のチャッ
ク６の回転速度（電動モータ１０の回転速度）を制御す
ることによっても調整可能となる。

【００２４】ここで、上記ローラー１４ａ，１４ｂ，１
４ｃは、例えば図７に示すように波形の外周面１８を有
する形状とすることができる。この場合は、チャック爪
６ａ，６ｂ，６ｃの作動でローラ１４ａ，１４ｂ，１４
ｃを移動させてバリ８ａ，９ａを押圧成形する際、波形
の外周面１８がバリ８ａ，９ａに局部的に当たること
で、成形力が集中的にバリ８ａ，９ａにかかり、その押
圧成形が容易になる。この場合、バリ８ａ′，９ａ′の
最終形状は、図８に示すように表面が波形となる。ま
た、このローラー１４ａ，１４ｂ，１４ｃの形状は、例
えば図９に示すように単純な山形、あるいは図１０に示
すように凹溝形としても良く、これらの場合も、バリ８
ａ，９ａに集中的に成形力がかかってその押圧成形が容
易になる。

【００２５】なお、上記押圧機構としてのローラー１４
ａ，１４ｂ，１４ｃは、各チャック爪６ａ，６ｂ，６ｃ
に対して母材半径方向に摺動可能に設けることができ、
この場合は、最終のバリ８ａ′，９ａ′の高さを上記隙
Ｓ（図１）よりも低くすることができる。

【００２６】図１１〜１３は、上記摩擦圧接装置を用い
て行う他の摩擦圧接方法（第２実施例）を示したもので
ある。本第２実施例において、バリを押圧成形する押圧
機構は、各チャック爪６ａ，６ｂ，６ｃに固定された湾
曲部材２０ａ，２０ｂ，２０ｃと、該湾曲部材のそれぞ
れに回動自在に取付けられたローラー２１ａ，２１ｂ，
２１ｃとから成っている。各湾曲部材２０ａ，２０ｂ，
２０ｃは、チャック爪６ａ，６ｂ，６ｃに把持された母
材８を同心に囲む仮想円筒面に内周面を一致させるリン
グを円周方向に３等分した形状をなしている。すなわ
ち、チャック爪６ａ，６ｂ，６ｃにて母材８を把持した
際、各湾曲部材２０ａ，２０ｂ，２０ｃは相互に端面を
接してリング状に連接された状態となる（図１２）。こ
ゝで、前記仮想円筒面の直径は、前記母材８の直径より
も２Ｓ分だけ大きく設定されており、従ってチャック爪
６ａ，６ｂ，６ｃにて母材８を把持した際、各湾曲部材
２０ａ，２０ｂ，２０ｃの内面２３と該母材８との間に
は、押圧成形後のバリ８ａ′，９ａ′（図１６）の高さ
に相当する隙Ｓが形成されるようになる。一方、各ロー
ラー２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、前記仮想円筒面に外接
するようにその大きさおよび取付位置が調整されてお
り、従ってチャック爪６ａ，６ｂ，６ｃにて母材８を把
持した際、各ローラー２１ａ，２１ｂ，２１ｃの外周面
２４と該母材８との間にも前記した隙Ｓが形成されるよ
うになる。なお、各湾曲部材の内面２３と各ローラーの
外周面２４とは、波形の成形面を提供している。

【００２７】また、上記湾曲部材２０ａ，２０ｂ，２０
ｃとローラー２１ａ，２１ｂ，２１ｃとは、第１、第２
のチャック６、７にそれぞれ把持された母材８と９の接
触面Ｃを含む面内に相互の連接部が位置するようにチャ
ック爪６ａ，６ｂ，６ｃに取付けられている。すなわ
ち、湾曲部材２０ａ，２０ｂ，２０ｃは回転側の母材８
側に対応して、ローラー２１ａ，２１ｂ，２１ｃ固定側
の母材９に対応してそれぞれ位置決めされている。この
ように位置決めしておけば、摩擦圧接の進行に応じて軸
頭２（第１のチャック６）が前進しても、湾曲部材２０
ａ，２０ｂ，２０ｃは母材８側で発生するバリに、ロー
ラー２１ａ，２１ｂ，２１ｃは母材９側で発生するバリ
に常に対向するようになる。

【００２８】本第２実施例の摩擦圧接の手順は、上記実
施例と同様であり、圧接すべき母材８，９を第１、第２
のチャック６，７にそれぞれ把持した後、第１のチャッ
ク６を回転させながら軸頭２を前進させて、母材８の先
端を相手側母材９に接触させて発熱させ、適宜のタイミ
ングで第１のチャック６の回転を止めて、該第１のチャ
ック６を軸頭２と共にさらに母材９の方向へ移動させ
て、アップセットを行う。

【００２９】上記したように母材８，９同士を接触させ
て発熱させる際、図１４に示すように両母材８，９の接
触部には次第にバリ８ｂ，９ｂが形成されるが、このバ
リ８ｂ，９ｂは高さも低く、各湾曲部材２０ａ，２０
ｂ，２０ｃの内面２３および各ローラー２１ａ，２１
ｂ，２１ｃの外周面２４にわずか接触する程度である。
その後、バリがさらに大きく成長すると、図１５に示す
ように母材８側のバリ８ｃはその外側の湾曲部材２０
ａ，２０ｂ，２０ｃの内面２３に押えられて母材８の軸
方向奥側へ流動し、一方、母材９側のバリ９ｃは第１の
チャック６と共に旋回するローラー２１ａ，２１ｂ，２
１ｃによって押えられて母材９の軸方向奥側へ流動す
る。そして、アップセットの最終段階では、図１６に示
すように扁平形状のバリ８ａ′，９ａ′となって母材表
面に張り付く。本第２実施例によれば、摩擦圧接終了と
同時にバリ処理も終了するので、加工時間の著しい短縮
を達成できる。

【００３０】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１及び２に
記載の摩擦圧接方法及び摩擦圧接装置によれば、発生し
たバリを押圧成形するので、バリを切削する必要はな
く、切削を行った場合に生ずる切り屑の処理を行う必要
がない。つまり、切削されたバリが装置周囲に飛散し装
置可動部に噛み込むようなトラブルが発生すること、装
置として飛散したバリが可動部に入り込まないようにカ
バー類を取り付ける必要がありコストが高くなること、
切削したバリを収納箱に回収し廃棄しなければならず後
処置に手間がかかること、刃具の交換などメンテナンス
費がかかることなどの問題の発生を未然に防止できる。
また、請求項２に記載の摩擦圧接装置において、その押
圧機構をチャック爪に設けたローラーから構成した場合
は、チャック爪の動きを利用してバリを押圧成形するこ
とができ、特別の駆動機構が不要になるばかりか、面倒
な芯出しが不要になり、利用価値は高いものとなる。し
かも、上記ローラーの外周面を波形または凹溝形とした
場合は、効率良くバリを押圧成形できて、加工時間の短
縮を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る摩擦圧接装置の要部構造と該装置
による摩擦圧接状態を示す側面図である。

【図２】本摩擦圧接装置におけるチャックと押圧機構と
の関係を示す正面図である。

【図３】本摩擦圧接装置の全体的な構造を模式的に示す
側面図である。

【図４】本摩擦圧接装置におけるチャックの駆動系を示
す模式図である。

【図５】摩擦圧接直後のバリ発生状態を示す断面図であ
る。

【図６】押圧成形後のバリの状態を示す断面図である。

【図７】本発明で用いるローラーの形状例を示す断面図
である。

【図８】図７で用いたローラーによる押圧成形後のバリ
の状態を示す断面図である。

【図９】本発明で用いるローラーの、他の形状例を示す
断面図である。

【図１０】本発明で用いるローラーの、さらに他の形状
例を示す断面図である。

【図１１】本発明に係る摩擦圧接方法の第２実施例を一
部断面として示す側面図である。

【図１２】第２実施例における押圧機構の構造を示す正
面図である。

【図１３】第２実施例における押圧機構の構造を示す斜
視図である。

【図１４】第２実施例の初期状態を示す断面図である。

【図１５】第２実施例の中間状態を示す断面図である。

【図１６】第２実施例の最終状態を示す断面図である。

【符号の説明】

２ 軸頭 ３ ボールネジ ５ 直線駆動用電動モータ ６，７ チャック ６ａ，６ｂ，６ｃ チャック爪 ７ａ，７ｂ チャック爪 ８，９ 母材 ８ａ，９ａ バリ １０ 回転駆動用電動モータ １４ａ，１４ｂ，１４ｃ ローラー

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対向して把持された一対の母材を互いに
   相対回転させながら接触させて発熱させ、母材接触端部
   溶融後さらに母材同士を押し付けて接合する摩擦圧接方
   法において、母材同士を押し付けた際に母材接合部に生
   じるバリを、バリ発生方向に対向して力を加えて押圧成
   形する工程を含む摩擦圧接方法。
2. 【請求項２】 一対の母材を対向して把持する一対のチ
   ャックと、該チャックの少なくとも一方を母材軸線を軸
   に回転させる回転駆動手段と、該チャックの少なくとも
   一方を母材軸方向に移動させる直線駆動手段と、摩擦圧
   接時に母材接合部に生じたバリを、バリ発生方向に対向
   して力を加えて押圧成形する押圧機構とを備えたことを
   特徴とする摩擦圧接装置。
3. 【請求項３】 前記押圧機構が、前記チャックのチャッ
   ク爪に回転可能に設けられたローラーからなり、該ロー
   ラーは、その外周面をバリを押圧成形する成形面として
   供することを特徴とする請求項２に記載の摩擦圧接装
   置。
4. 【請求項４】 前記ローラーの外周面が、波形をなして
   いることを特徴とする請求項３に記載に摩擦圧接装置。
5. 【請求項５】 前記ローラーの外周面が、凹溝形をなし
   ていることを特徴とする請求項３に記載の摩擦圧接装
   置。