JPS63264285A - 摩擦溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、径の異なる２つの軸部材を摩擦溶接により接
合、する方法に関するものである。

（従来の技術） 一般に、ｒＨｗＡ溶接とは、２つの軸部材の各端面を圧
接して両部材を相対回転させることにより圧接面に所定
の摩擦熱を生ぜしめた後、両部材の相対回転を急激に停
止させるとともに両部材の軸方向にさらに大きな圧力（
アプセット圧）を加えることによ１って両部材を溶接す
る方法をいうが、この摩擦溶接においては、上記アプセ
ット圧を加えたとき圧接面の外周部近傍に溶融バリが発
生する。

すなわち、第４図に示すように、摩擦熱の影響を受けた
両部材２１．２２の端面近傍の相ＩＪ２１ａ　、　２２
ａが、上記アプセット圧により圧接面２３に沿って半径
方向外方に流れ、これがバリ２Ｎ＋　、　２２ｂとなっ
て現れるものである。゛こうして発生したバリ２１ｂ。

２２ｂは、＊ｍｉｍ完接後、例えば特開昭６０−８３７
９０号公報に開示されているような適当な切削方法で除
去されることと、なる。

バリ２１ｂ　、　２２ｂは、図示のように、両部材２１
゜２２の圧接面２３の両側に形成されるが、このときバ
リ２１ｂとバリ２２ｂとの間の谷の径Ｄ１はできるだけ
大きくすることが両部材２１．２２の接合強度を確保す
る上で好ましい。すなわち、圧接面２３に発生した摩擦
熱が両部材端部近傍の粗織２１ａ　、　２２ａに及ぼす
影響は、半径方向の各部位において均一で”はなく、外
周部近傍はその影響が小さいため、この部位における両
部材２１．２２の接合強度は十分ではない。したがって
、バリ取りを行った後の両部材２１．２２の接合面全域
において十分な接合強度を確保するためには、バリの谷
の径Ｄ１を予め大きくして、摩擦熱による影響が不十分
な部分はバリ取りの際除去できるようにしておくことが
好ましい。また、圧接時に両部材２１．２２の圧接面２
３に付着していた不純物は、アプセット圧を加えたとき
、バリ発生と共に圧接面２３に沿って半径方向外方に排
出されるが、バリの谷の径Ｄ１を大きくすることは、そ
れだけ不純物を圧接面中心から遠くへ排出してバリ取り
後の接合面に含ませないようにすることが可能となり好
ましい。

（発明が解決しようとする問題点） 摩擦溶接をすべき２つの軸部材が第４図に示すような同
径の軸部材同士の場合には、アプセット圧等を適当に調
整することにより、バリの谷の径を大きくすることが比
較的容易である。

しかし、径の責なる２つの軸部材を摩擦溶接する場合に
は、第５図に示すように、大径軸部材３１と小径軸部材
３２とではバリ３１ｂ　、　３２ｂの出方が著しく異な
るため、アプセット圧等を調整してもバリの谷の径をＤ
２を大きくすることが困難である。

すなわち、圧接面３３で発生したａ！擦熱は、小径軸部
材３２に対しては大きく影響するのに対し、大径軸部材
３１に対しては放熱作用のためその影響は小さいものと
なり、したがって小径軸部材側のバリ３２ｂは十分大き
くなるのに対して大径軸部材側のバリ３１ｂはほとんど
成長せず、バリの谷の径Ｄ２も小径軸部材３２の径より
僅かに大きい程度のものとなる。

このように、バリの谷の径が小さいと、摩＊ｍ接完了後
バリ取りを行うだけでは、両部材の接合面の外周部は摩
擦熱による影響が不十分な部分を残すこととなり、また
不純物の排出作用も十分に果されないこととなるため、
接合強度は不十分なものとなる。このため従来、これら
不都合を解消するのに必要な削りしろ分だけ大きい径の
部材を小径軸部材として用いることが行われている。

しかしながら、このように必要以上に大きい径の部材を
用い、しかもこれを切削することは、コストおよび工数
の面から好ましいことではなく、また、大径軸部材と小
径軸部材との接合面外周部には強度上適当なコーナＲを
つけることが必要であることから、図中破線で示すよう
に、上記削りしろはかなり大きなものとなり、したがっ
てコストおよび工数の面の負担も大きなものとなる。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであって
、径の異なる２つの軸部材をＦＪＥ擦溶接する場合にお
いて、両部材の接合強度を向上させることのできる１１
１１溶接方法を提供しようとするものである。

（＠照点を解決するための手段） 本発明による摩擦溶接方法は、溶接の際に小径軸部材側
に発生する溶融バリを大径軸部材の端面　。

側に方向づけすることによってバリの谷の径を大きくす
るようにし、もって上記目的達成を図るようにしたもの
である。すなわち、大径軸部材の端部と小径軸部材の端
面とを圧接して両部材を相対回転させることにより両部
材を溶接する摩擦溶接方法であって、前記圧接部分の外
周部近傍にバリ発生方向規制部材を配するとともにこの
バリ発生方向規制部材を前記小径軸部材に対して該小径
軸部材まわりに相対的に回転させ、これにより前記両部
材を溶接する際に前記圧接部分の外周部近傍に発生する
溶融バリを前記大径軸部材の端部側に方向づけするよう
にしたことを特徴とするものである。

上記「バリ発生方法規制部材」は、圧接部分の外周部近
傍に発生する溶融バリを大径軸部材の端面側に方向づけ
することが可能なものであれば、その形状、材質１ｍ敗
等は特に限定されるものではない。また、該バリ発生方
向規制部材は、圧接部分の外周部近傍に常時配しておく
ようにしてもよいし、あるいは溶融バリを方向づけする
のに必要なときだけ上記位置に移動させるようにしても
よい。小径軸部材に対して相対的に回転させる時、間に
ついても同様である。ここに「相対的に回転させ」とは
、大径軸部材と小径軸部材との相対回転において、小径
軸部材を回転させない場合には、バリ発生方向規制部材
を絶対的に回転させ、一方、小径軸部材を回転させる場
合には、バリ発生方向Ｍ制部材を静止させ、あるいは小
径軸部材の回転速度と異なる速度で回転させることを意
味するものである。

（作　　用） 上記構成により、ｒｆＩｉ擦溶接の際に圧接部分の外周
部近傍に発生する溶融バリは大径軸部材の端面側に方向
づけされるため、この溶融バリを構成する、大径軸部材
が溶融して発生したバリおよび小径軸部材が溶融して発
生したバリの間の谷の径は、上記方向づけがなされない
場合に比して太き癒ものとなる。このため、接合強度が
不十分と・なる圧接部分外周部を所定量削り取りかっこ
の′部分にコーナＲを形成する場合に必要な小径軸部材
の径方向の削りしろを上記方向づけがなされない場合に
比して少なくすることができる。

（発明の効果） したがって本発明によれば、摩擦溶接後になされる小径
軸部材の径を小さくするための切削作業に要する工数を
軽減し、かつ必要以上に径の大きい部材を小径軸部材と
して用いることを不要とすることによるコスト低減を図
った上で、大径軸部材と小径軸部材との接合強度を十分
に確保することが可能となる。

（実　施　例） 以下添付図面を参照しながら本発明の実施例について詳
述する。

第１図は、本発明←よる摩擦溶接方法の実施に使用する
摩擦溶接装置の一実施例を示す側面図である。

摩擦溶接を施すべき大径軸部材１および小径軸部材２は
、互いに同軸を爪３および４にそれぞれ保持されるよう
になっている。大径軸部材１を保持する爪３は主軸台５
に回転可能に支持されたチャック６に取り付けられ、小
径軸部材２を保持する爪４はチャック６の自転軸方向に
移動可能なガイド７に取り付けられている。爪３Ｊ５よ
び４の間には、チャック６の回転軸を含む鉛直面内を上
下に移動可能な１対のバリ発生方向規制部材８が設けら
れている。バリ発生方向規制部材８は、支持部材９の先
端部の主軸台５側のコーナ部に、工具鋼あるいはダイス
鋼等の材質からなるローラ１０が回転可能に支持された
構成となっている。

ｒ！！！擦溶接は次の手順でなされる。すなわち、大径
軸部材１および小径軸部材２が、接合すべき端面を互い
に向い合わせるようにして爪３および４の所定位置にセ
ットされると、ガイド７が主軸台５に向かで移動する。

そして、このガイド７の移動により小径軸部材２の端面
が大径軸部材１の端面に所定の摩擦圧Ｐ１で圧接される
と、これと同時にチャック６が回転し、これにより両部
材１゜２の圧接面１１に摩擦熱を生ぜしめる。なお、こ
のとき回転するのは大径軸部材１のみであって小径軸部
材２は静止状態で維持する。こうして両部材１および２
の相対回転がなされている間に小径軸部材２の上下両側
から１対のバリ発生方向規制部材８が小径軸部材２に接
近する。そしてバリ発生方向ＪＩＭ７１１材８は、その
先端部のローラ１０が圧接面１１の外周部近傍に位置す
るまで接近すると上下方向の移動を停止し、次いで小径
軸部材２の軸まわりに回転し始める。なお、ローラ１０
自体は回転駆動されない。゛　　　　′ 圧接面１１が十分に加熱されると、ガイド７により小径
軸部材２にアプセット圧Ｐ２が加えられるとともにチャ
ック６の回転が急停止せしめられ、これにより大径軸部
材１と小径軸部材２との接合がなされる。上記アプセッ
ト圧Ｐ２を加えてからチャック６が停止す査までの間に
、圧接面１１の外周部近傍には溶融バリが発生する。

仮にこの溶融バリの発生をそのまま放置すると、溶融バ
リの形状は第５図に示すようなものとなることはすでに
述べたとおりであるが、本実施例においては、圧接面１
１の外周部近傍にバリ発生方向規制部材８のローラ１０
が配されているため、第２図に示２すように、溶融バリ
１２は、その成長の過程でロー５１０に当接し、このロ
ーラ１０によって大径軸部材１の端面側に方向づけされ
る。すなわち、溶融バリ１２は、ローラ１０の大径軸部
材１の端面側を迂回しながらローラ１０に沿って成長す
る。この溶融バリ１２は、大径軸部材１が溶融して形成
されたバリ１２ａと小径軸部材２が溶融して形成された
バリ１２ｂとからなるが、バリ１２ａはバリ１２ｂに比
して非常に小さく、バリ１２ｂと大径軸部材１の端面と
の間に隠れたような位置にあるため、ローラ１０と当接
するのは専らバリ１２ｂである。バリ１２ｂは、ローラ
１０に沿って成長するため、その成長過程でバリ１２ａ
を圧接面１１の外方に引き出す作用を果すこととなる。

なおローラ１０は支持部９が小径軸部材２の軸まわりに
回転しているので、溶融バリ１２を大径軸部材１の端面
側に方向づけする動作は、ローラ１０カバリ１２ｂとの
当接［１力によって転勤するため、圧接面１１の外周部
全周にわたって均一になされることとなる。

上記バリ発生方向規制部材８の溶融バリ１２に対する方
向づけ作用により、バリ１２ａとバリ１２ｂとの間の谷
の径りは、バリ発生方向規制部材８がない場合に比べ大
きなものとなる。

第３図は、バリ発生方向規制部材８のローラ１０が圧接
面１１の外周部近傍に配される時間を、ガイド７による
ｆｌＪ擦圧ＰｓＦ３よびアプセット圧Ｐ２の付加および
チャック６の回転とともにタイムチャートに表わしたも
のである。図に示すように、ローラ１０はアプセット圧
Ｐｇが解除された後に小径軸部材２から離れる方向に移
動己、これにより大径軸部材１および小径軸部材２が接
合されてなる部材の積比しが可能な状態となる。この部
材は、その後所定の切削加工が施されて完成品（例えば
車両の変速機に用いられるアイドルギヤ）となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による摩擦溶接方法の実施に使用する摩
擦溶接装置の一例を示す側面図、第２図は第１図の■部
詳細図、 第３図は該装置の作用を示すタイムチャート第４および
５図は従来例を示す第２図と同様の図である。 １・・・大径軸部材　　　　　２・・・小径軸部材８・
・・バリ発生方向規制部材 １１・・・圧接面（圧接部分）１２・・・溶融バリ第４
図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 大径軸部材の端面と小径軸部材の端面とを圧接して両部
   材を相対回転させることにより両部材を溶接する摩擦溶
   接方法であって、 前記圧接部分の外周部近傍にバリ発生方向規制部材を配
   するとともにこのバリ発生方向規制部材を前記小径軸部
   材に対して該小径軸部材まわりに相対的に回転させ、こ
   れにより前記両部材を溶接する際に前記圧接部分の外周
   部近傍に発生する溶融バリを前記大径軸部材の端面側に
   方向づけするようにしたことを特徴とする摩擦溶接方法
   。