特許 7171610 摩擦圧接方法及び工作機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-07

(45)【発行日】2022-11-15

(54)【発明の名称】摩擦圧接方法及び工作機械

(51)【国際特許分類】

   B23K 20/12 20060101AFI20221108BHJP

【ＦＩ】

B23K20/12 D

B23K20/12 C

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019556160

(86)(22)【出願日】2018-10-31

(86)【国際出願番号】 JP2018040520

(87)【国際公開番号】W WO2019102808

(87)【国際公開日】2019-05-31

【審査請求日】2021-05-25

(31)【優先権主張番号】P 2017227236

(32)【優先日】2017-11-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000001960

【氏名又は名称】シチズン時計株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000137856

【氏名又は名称】シチズンマシナリー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100154003

【弁理士】

【氏名又は名称】片岡 憲一郎

(72)【発明者】

【氏名】中谷 尊一

【審査官】黒石 孝志

(56)【参考文献】

【文献】特公昭４８－０２８２６５（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特公昭４９－０２８３３９（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開昭５５－１９５６０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２０／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

対向する一対の主軸で各々把持した一対の材料を、一対の前記材料の対向する端面を各々接合面とし、一対の前記材料の互いの軸がずれた状態から互いの軸が一致する方向に、前記接合面を互いに接触させて所定の位置まで移動させ摩擦加熱する加熱工程と、
一対の前記材料を前記所定の位置で圧接する圧接工程と、を有する摩擦圧接方法であって、
各々の前記材料を軸方向の一方側から見て同一方向に同一回転数で回転させながら前記加熱工程及び前記圧接工程を行い、
前記加熱工程において一対の前記材料の軸を一致させる際に、一方の材料に対する他方の材料の移動速度を、外周縁の部分に比較して、軸心に向かって順次又は段階的に増加させることを特徴とする摩擦圧接方法。

【請求項2】

一対の前記材料の軸が互いに一致する位置で前記圧接工程を行う、請求項１に記載の摩擦圧接方法。

【請求項3】

前記圧接工程の後、前記材料を、軸方向の一方側から見て前記加熱工程及び前記圧接工程におけるのと同一方向に同一回転数で回転させたまま切削する切削工程を行う、請求項１又は２に記載の摩擦圧接方法。

【請求項4】

対向する一対の主軸と、
一対の前記主軸で各々把持した一対の材料を、一対の前記材料の対向する端面を各々接合面とし、一対の前記材料の互いの軸がずれた状態から互いの軸が一致する方向に、前記接合面を互いに接触させて所定の位置まで移動させ摩擦加熱する加熱工程と、一対の前記材料を前記所定の位置で圧接する圧接工程とを行うように、一対の前記主軸の移動及び回転を制御する制御部と、を有する工作機械であって、
前記制御部が、一対の前記主軸を、軸方向の一方側から見て同一方向に同一回転数で回転させながら前記加熱工程及び前記圧接工程を行うとともに、前記加熱工程において一対の前記材料の軸を一致させる際に、一方の材料に対する他方の材料の移動速度を、外周縁の部分に比較して、軸心に向かって順次又は段階的に増加させるように制御することを特徴とする工作機械。

【請求項5】

前記制御部が、一対の前記材料の軸が互いに一致する位置で前記圧接工程を行うように制御する、請求項４に記載の工作機械。

【請求項6】

前記制御部により移動が制御される工具を備え、
前記制御部が、前記圧接工程の後、一対の前記主軸を、軸方向の一方側から見て前記加熱工程及び前記圧接工程におけるのと同一方向に同一回転数で回転させたまま前記工具を移動させて該工具により前記材料を切削する切削工程を行う、請求項４又は５に記載の工作機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、摩擦圧接方法及び工作機械に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、対向する一対の主軸を備えた旋盤等の工作機械を用いて一対の材料を摩擦圧接する方法として、一対の主軸で各々把持した一対の材料を、軸方向の一方側から見て互いに逆方向に回転させつつ互いの軸がずれた状態から互いの軸が一致するまで接合面を互いに接触させて摩擦加熱するとともに、一対の材料の軸が互いに一致した後に当該一対の材料を圧接するようにした摩擦圧接方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平６－３１２２７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記特許文献１に記載の従来の摩擦圧接方法では、一対の材料を、軸方向の一方側から見て互いに逆方向に回転させて摩擦加熱を行うようにしているので、摩擦加熱を行った後、各々の材料の回転を停止させてから圧接を行う必要があり、各々の材料の回転を停止させるために、各主軸を停止させる工程において、各々の材料を摩擦圧接が可能な状態に維持することが容易ではない場合があった。

【0005】

本発明は、上記課題を鑑みて成されたものであり、その目的は、各々の材料を回転させた状態で摩擦圧接することができる摩擦圧接方法及び工作機械を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の摩擦圧接方法は、対向する一対の主軸で各々把持した一対の材料を、一対の前記材料の対向する端面を各々接合面とし、一対の前記材料の互いの軸がずれた状態から互いの軸が一致する方向に、前記接合面を互いに接触させて所定の位置まで移動させ摩擦加熱する加熱工程と、一対の前記材料を前記所定の位置で圧接する圧接工程と、を有する摩擦圧接方法であって、各々の前記材料を軸方向の一方側から見て同一方向に同一回転数で回転させながら前記加熱工程及び前記圧接工程を行い、前記加熱工程において一対の前記材料の軸を一致させる際に、一方の材料に対する他方の材料の移動速度を、外周縁の部分に比較して、軸心に向かって順次又は段階的に増加させることを特徴とする。

【0007】

本発明の摩擦圧接方法は、上記構成において、一対の前記材料の軸が互いに一致する位置で前記圧接工程を行うのが好ましい。

【0008】

本発明の摩擦圧接方法は、上記構成において、前記圧接工程の後、前記材料を、軸方向の一方側から見て前記加熱工程及び前記圧接工程におけるのと同一方向に同一回転数で回転させたまま切削する切削工程を行うのが好ましい。

【0009】

本発明の工作機械は、対向する一対の主軸と、一対の前記主軸で各々把持した一対の材料を、一対の前記材料の対向する端面を各々接合面とし、一対の前記材料の互いの軸がずれた状態から互いの軸が一致する方向に、前記接合面を互いに接触させて所定の位置まで移動させ摩擦加熱する加熱工程と、一対の前記材料を前記所定の位置で圧接する圧接工程とを行うように、一対の前記主軸の移動及び回転を制御する制御部と、を有する工作機械であって、前記制御部が、一対の前記主軸を、軸方向の一方側から見て同一方向に同一回転数で回転させながら前記加熱工程及び前記圧接工程を行うとともに、前記加熱工程において一対の前記材料の軸を一致させる際に、一方の材料に対する他方の材料の移動速度を、外周縁の部分に比較して、軸心に向かって順次又は段階的に増加させるように制御することを特徴とする。

【0010】

本発明の工作機械は、上記構成において、前記制御部が、一対の前記材料の軸が互いに一致する位置で前記圧接工程を行うように制御するのが好ましい。

【0011】

本発明の工作機械は、上記構成において、前記制御部により移動が制御される工具を備え、前記制御部が、前記圧接工程の後、一対の前記主軸を、軸方向の一方側から見て前記加熱工程及び前記圧接工程におけるのと同一方向に同一回転数で回転させたまま前記工具を移動させて該工具により前記材料を切削する切削工程を行うのが好ましい。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、加熱工程及び圧接工程を各々の材料を回転させた状態で行い、各々の材料を摩擦圧接が可能な状態に容易に維持することができる摩擦圧接方法及び工作機械を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の一実施形態である摩擦圧接方法を実施可能な工作機械の構成を概略で示す説明図である。

【図2】（ａ）～（ｃ）は、それぞれ加熱工程を行っている状態を示す説明図である。

【図3】（ａ）～（ｄ）は、それぞれ加熱工程における一対の接合面の状態を示す説明図である。

【図4】圧接工程を行っている状態を示す説明図である。

【図5】切削工程を行っている状態を示す説明図である。

【図6】第１ワークと第２ワークの各工程における回転数を示す線図である。

【図7】各工程における第１ワークの第２ワークに対するＸ軸方向の位置を示す線図である。

【図8】（ａ）、（ｂ）は、変形例の加熱工程を行っている状態を示す説明図である。

【図9】（ａ）～（ｃ）は、変形例の加熱工程における一対の接合面の状態を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

図１に示す工作機械１は、基台２上に配置される一対の主軸つまり第１主軸３ａと第２主軸３ｂとを有している。第１主軸３ａは第１主軸台４ａに回転自在に支持され、第２主軸３ｂは第２主軸台４ｂに回転自在に支持されている。第１主軸３ａと第２主軸３ｂは所定の間隔を空けて互いに対向している。

【0015】

第１主軸３ａは先端に第１チャック５ａを備え、第１チャック５ａにより第１ワークＷ_１を把持することができる。第２主軸３ｂは先端に第２チャック５ｂを備え、第２チャック５ｂにより第２ワークＷ_２を把持することができる。

【0016】

第１主軸３ａは第１駆動源６ａにより回転駆動され、第２主軸３ｂは第２駆動源６ｂにより回転駆動される。第１駆動源６ａ及び第２駆動源６ｂとしては、例えば電動モータを採用することができる。第１主軸３ａを第１駆動源６ａで回転駆動することにより、第１主軸３ａに把持された第１ワークＷ_１を回転させることができる。第２主軸３ｂを第２駆動源６ｂで回転駆動することにより、第２主軸３ｂに把持された第２ワークＷ_２を回転させることができる。

【0017】

第１主軸台４ａは、第１主軸３ａの軸線方向（Ｚ軸方向）に延出する第１Ｚ軸ガイドレール９ａ、第１Ｚ軸ガイドレール９ａにスライド自在に装着された第１サドル１０ａ及び第１サドル１０ａに支持されて第１主軸３ａの軸線方向に対して直交する水平方向（Ｘ軸方向）に延出する第１Ｘ軸ガイドレール１１ａを介して基台２に搭載されている。第１主軸３ａは、それぞれ第１サドル１０ａと基台２との間及び第１サドル１０ａと第１主軸台４ａとの間に設けられるボールネジ等を介して、該ボールネジを回転駆動するモータ等により第１主軸台４ａと一体的にＺ軸方向及びＸ軸方向に移動駆動される。

【0018】

第２主軸台４ｂは、第２主軸３ｂの軸線方向（Ｚ軸方向）に延出する第２Ｚ軸ガイドレール９ｂ、第２Ｚ軸ガイドレール９ｂにスライド自在に装着された第２サドル１０ｂ及び第２サドル１０ｂに支持されて第２主軸３ｂの軸線方向に対して直交する水平方向（Ｘ軸方向）に延出する第２Ｘ軸ガイドレール１１ｂを介して基台２に搭載されている。第２主軸３ｂは、それぞれ第２サドル１０ｂと基台２との間及び第２サドル１０ｂと第２主軸台４ｂとの間に設けられるボールネジ等を介して、該ボールネジを回転駆動するモータ等により、第２主軸台４ｂと一体的に、Ｚ軸方向及びＸ軸方向に移動駆動される。

【0019】

図示する場合では、第１主軸３ａと第２主軸３ｂの両方がＺ軸方向及びＸ軸方向に移動駆動される構成としたが、例えば、第１主軸３ａと第２主軸３ｂの何れか一方のみをＺ軸方向及びＸ軸方向に移動駆動される構成とするなど、第１主軸３ａと第２主軸３ｂとが相対的にＺ軸方向及びＸ軸方向に移動可能な構成であればよい。

【0020】

工作機械１は、切削加工のための工具７を備えている。工具７は、移動手段８に装着され、移動手段８によって移動自在である。第１ワークＷ_１、第２ワークＷ_２は、第１主軸３ａや第２主軸３ｂとともに切削加工に対応した所定の回転数（回転速度）で回転した状態で工具７の刃部７ａが押し当てられることにより、工具７により切削加工される。工具７は、第１主軸３ａでの第１ワークＷ_１の加工用と、第２主軸３bでの第２ワークＷ_２の加工用とを各別に設けることもできる。

【0021】

第１主軸３ａと第２主軸３ｂの両方がＺ軸方向及びＸ軸方向に移動駆動される構成とした場合では、移動手段８を設けず工具７を工具台に固定した構成とし、第１主軸３ａと第２主軸３ｂとを工具７に対して相対移動させることで工具７の刃部７ａを接合ワークＷ_３に押し当てて切削加工を行う構成とすることもできる。

【0022】

工作機械１は制御部Ｃを有している。制御部Ｃは、例えばＣＰＵ（中央演算処理装置）やメモリ等の記憶手段を備えたマイクロコンピュータで構成することができる。制御部Ｃは、第１駆動源６ａ、第２駆動源６ｂ、移動手段８、両主軸台４ａ、４ｂのＺ軸及びＸ軸のスライド移動機構等に接続され、両主軸３ａ、３ｂの回転、工具７の移動、両主軸台４ａ、４ｂの移動などの作動を統合制御することができる。工作機械１は、例えばＣＮＣ旋盤等の旋盤によって構成することができる。

【0023】

第１ワークＷ_１及び第２ワークＷ_２は、例えば、軸方向を向く端面すなわち第１接合面Ｓ１、第２接合面Ｓ２が、それぞれ軸方向に対して垂直な平坦面を備える金属製の丸棒等とすることができる。第１ワークＷ_１を第１主軸３ａの後端から挿入される長尺の丸棒材とし、第１主軸３ａにおいて切削加工されて残材として残る第１ワークＷ_１を第２ワークＷ_２とすることができる。

【0024】

第１主軸３ａに第１ワークＷ_１を把持させるとともに第２主軸３ｂに第２ワークＷ_２を把持させる図１に示す状態で、第１主軸３ａと第２主軸３ｂとのＺ軸及びＸ軸への相対移動により、図２（ａ）に示すように、第１ワークＷ_１と第２ワークＷ_２とを、第１接合面Ｓ１と第２接合面Ｓ２のＺ軸方向位置が互いに一致するとともに、互いの軸がＸ軸方向にずれて第１接合面Ｓ１と第２接合面Ｓ２とが互いにＸ軸方向に離間した状態となるように配置する。

【0025】

第１主軸３ａと第２主軸３ｂとの作動により、第１ワークＷ_１と第２ワークＷ_２とが軸方向の一方側から見て同一方向に同一回転数で回転した状態で、図２（ａ）に示す状態から、第１ワークＷ_１を第２ワークＷ_２に対してＸ軸方向に相対移動させ、同一方向に同一回転数で回転する第１接合面Ｓ１と第２接合面Ｓ２とを互いに接触させて摩擦加熱する（加熱工程）。加熱工程は、第１ワークＷ_１と第２ワークＷ_２とを、図２（ｂ）に示すように互いの軸がずれた状態から、図２（ｃ）に示すように互いの軸が一致する状態に移行させるまで行われる。第１ワークＷ_１の第２ワークＷ_２に対するＸ軸方向への相対移動に際して、必要に応じて第１ワークＷ_１と第２ワークＷ_２とを互いに押し付けた状態で接触させることもできる。

【0026】

上記加熱工程においては、第１ワークＷ_１と第２ワークＷ_２は、軸方向の一方側から見て同一方向に同一回転数で回転しているので、図３（ａ）に示すように第１接合面Ｓ１と第２接合面Ｓ２とがＸ軸方向に互いに離間した状態から、図３（ｂ）に示すように、第１接合面Ｓ１と第２接合面Ｓ２とが外周縁の部分において互いに接触し始めたときに最大の相対速度を有し、回転差による最も大きな摩擦熱を生じて大きな温度上昇を伴って加熱され、図３（ｄ）に示すように、互いの軸が一致した状態となるまで接合が可能な接合面の温度を維持したまま連続して摩擦加熱される。

【0027】

加熱工程においては、図３（ｃ）に示すように、第１接合面Ｓ１の中心部分は第２接合面Ｓ２の外周縁部分に回転差を有して接触し、第２接合面Ｓ２の中心部分は第１接合面Ｓ１の外周縁部分に回転差を有して接触することになるので、第１接合面Ｓ１の中心部分及び第２接合面Ｓ２の中心部分も摩擦熱により加熱される。

【0028】

図３（ｄ）に示すように、第１主軸３ａと第２主軸３ｂの軸が互いに一致すると、第１主軸３ａと第２主軸３ｂとは共に回転した状態で相対的な回転数の差が０となり、第１主軸３ａと第２主軸３ｂが互いに相対回転しない状態となって加熱工程は終了する。

【0029】

第１ワークＷ_１と第２ワークＷ_２の軸が一致して加熱工程が完了すると、次に、第１ワークＷ_１と第２ワークＷ_２とを圧接する圧接工程が行われる。圧接工程は、図４に示すように、互いの軸が一致するとともに同一方向に同一回転数で回転することで互いに相対的に回転が停止した状態となった第１ワークＷ_１と第２ワークＷ_２とを互いに接近させるようにＺ軸方向に相対移動させ、第１接合面Ｓ１と第２接合面Ｓ２とを所定の圧力（アプセット圧）で軸線方向（Ｚ軸方向）に押し付けることで行われる。

【0030】

加熱工程後の圧接工程によって、一対の材料としての第１ワークＷ_１と第２ワークＷ_２とが摩擦圧接により接合される。本工作機械１は、第１ワークＷ_１と第２ワークＷ_２とを摩擦圧接して接合ワークＷ_３とする。本実施形態において、圧接工程は、第１ワークＷ_１と第２ワークＷ_２とを互いに押圧する方向に移動させる両方の主軸３ａ、３ｂに対する移動指令に基づいて、第１主軸３ａと第２主軸３ｂを共に互いに近接する方向に移動させて行われる。

【0031】

第１主軸３ａと第２主軸３ｂを共に近接する方向に移動させるため、例えば一方の主軸をＺ軸方向に停止させた状態で他方の主軸をＺ軸方向に移動させて第１ワークＷ_１と第２ワークＷ_２とを互いに押圧する場合に比較して、第１主軸３ａ及び第２主軸３ｂの位置と移動指令の位置との誤差に基づく制御部Ｃのエラーを容易に回避することができる。

【0032】

本実施形態の摩擦圧接方法では、上記の通り、加熱工程において、第１接合面Ｓ１の中心部分に第２接合面Ｓ２の外周縁部分が接触し、第２接合面Ｓ２の中心部分に第１接合面Ｓ１の外周縁部分が接触することにより、第１ワークＷ_１と第２ワークＷ_２とを同軸としたまま互いに相対回転させて摩擦加熱する場合に比べて、第１接合面Ｓ１の中心部分及び第２接合面Ｓ２の中心部分は各々十分に摩擦加熱される。したがって、圧接工程において、第１接合面Ｓ１と第２接合面Ｓ２を全体的に摩擦による温度上昇が生じるようにして、摩擦圧接による接合面の面積を増加させ、第１ワークＷ_１と第２ワークＷ_２とを、より接合強度が向上した摩擦圧接をすることができる。

【0033】

上記の通り、本実施形態の摩擦圧接方法では、第１ワークＷ_１と第２ワークＷ_２とを同一方向に同一回転数で回転させて加熱工程を行うようにしているので、第１ワークＷ_１と第２ワークＷ_２の軸が一致して加熱工程が完了すると、第１接合面Ｓ１と第２接合面Ｓ２とは相対的に停止した状態となる。したがって、図６に示すように、加熱工程が完了した後、第１ワークＷ_１と第２ワークＷ_２の回転を停止させることなく、第１ワークＷ_１と第２ワークＷ_２とを加熱工程と同一の回転方向に同一の回転数で回転させたまま上記した圧接工程を連続して行うことができる。

【0034】

第１ワークＷ_１を第２ワークＷ_２に対してＸ軸方向に相対移動させる第１主軸３ａ及び第２主軸３ｂのＸ軸方向への移動は、加熱工程の完了に際して、第１接合面Ｓ１と第２接合面Ｓ２の温度が摩擦圧接に必要な温度を維持するように、相対的な回転差の低下による前記温度の低下を考慮して制御される。第１主軸３ａ及び第２主軸３ｂのＸ軸方向への移動速度等、移動の制御によって、第１ワークＷ_１と第２ワークＷ_２の互いの軸が一致した状態となるまで、第１接合面Ｓ１と第２接合面Ｓ２の接合が可能な温度を維持したまま連続して容易に摩擦加熱することができる。

【0035】

また、図７に示すように、第１ワークＷ_１の第２ワークＷ_２に対するＸ軸方向の位置Ｘを変化させて加熱工程を行い、第１ワークＷ_１と第２ワークＷ_２の軸が一致し、位置Ｘが０となって加熱工程が完了するようにしているので、第１ワークＷ_１と第２ワークＷ_２とを同心で接合する場合は、加熱工程が完了した後には、第１ワークＷ_１の第２ワークＷ_２に対するＸ軸方向の位置Ｘを変化させることなく、そのまま圧接工程を行うことができる。したがって、加熱工程の後、圧接工程を開始するまでの時間を短縮して、迅速に摩擦圧接を行うことができる。

【0036】

本実施形態の摩擦圧接方法は、圧接工程の後、材料である接合ワークＷ_３を、軸方向の一方側から見て加熱工程及び圧接工程におけるのと同一方向に同一回転数で回転させたまま切削する切削工程を連続して行う構成とすることができる。

【0037】

加熱工程及び圧接工程における第１ワークＷ_１と第２ワークＷ_２の回転数は、適度な摩擦加熱を行うことができるとともに工具７による切削加工に適した回転数とするのが好ましい。

【0038】

接合ワークＷ_３の接合部における外周面には、図４に示すように、第１ワークＷ_１と第２ワークＷ_２の摩擦熱によって軟化した部分が圧接の際に径方向外側に押し出されることによりバリＢが生じる場合がある。上記切削工程においては、図５に示すように、移動手段８により工具７の刃部７ａをＺ軸方向に移動させることにより、バリＢを取り除くための切削加工を行うことができる。

【0039】

本実施形態の摩擦圧接方法では、切削工程における接合ワークＷ_３の軸方向の一方側から見た回転方向及び回転数は、加熱工程及び圧接工程における第１ワークＷ_１及び第２ワークＷ_２の回転方向及び回転数と同一とされているので、圧接工程が完了した後、第１ワークＷ_１と第２ワークＷ_２の回転数を調整することなく、第１ワークＷ_１と第２ワークＷ_２とを加熱工程及び圧接工程と同一の回転方向に同一の回転数で回転させたまま上記した切削工程を連続して行うことができる。すなわち、第１主軸３ａ及び第２主軸３ｂの回転を停止させることなく、図６に示すように、第１ワークＷ_１及び第２ワークＷ_２の回転方向、回転数を同一に維持したまま、加熱工程、圧接工程、切削工程の全ての工程を行うことができる。したがって、第１ワークＷ_１と第２ワークＷ_２とを摩擦圧接した後に、迅速に接合ワークＷ_３の切削加工に移行することができ、加工時間を短縮することができる。

【0040】

また、図７に示すように、摩擦圧接が完了した後に、第１ワークＷ_１の第２ワークＷ_２に対するＸ軸方向の位置Ｘを変化させることなく、そのまま連続して切削工程を行うことができ、さらに、圧接工程と切削工程の間で、第１チャック５ａや第２チャック５ｂの解除が不要な場合は、この点からも加工時間を短縮することができる。なお接合ワークＷ_３のバリＢを切削加工によって除去した後、接合ワークＷ_３を切削加工のために第１主軸３ａで再度把持する際には第１チャック５ａや第２チャック５ｂの解除は必要となる。

【0041】

図８（ａ）、（ｂ）は、加熱工程の変形例の手順を示す説明図であり、図９（ａ）～（ｃ）は、変形例の加熱工程における一対の材料の軸方向の一方側から見た位置関係及び回転方向を示す説明図である。図８、図９においては、前述した部材に対応する部材に同一の符号を付してある。

【0042】

上記実施形態では、図２（ａ）に示すように、第１ワークＷ_１と第２ワークＷ_２とを、第１接合面Ｓ１と第２接合面Ｓ２のＺ軸方向位置が互いに一致するとともに、互いの軸がＸ軸方向にずれて第１接合面Ｓ１と第２接合面Ｓ２とが互いにＸ軸方向に離間した状態となるように配置した後、第１ワークＷ_１を第２ワークＷ_２に対してＸ軸方向に相対移動させて第１接合面Ｓ１と第２接合面Ｓ２とを互いに接触させて加熱工程を開始するようにしている。

【0043】

これに対し、図８（ａ）に示すように、第１ワークＷ_１と第２ワークＷ_２とを、第１接合面Ｓ１と第２接合面Ｓ２とが外周縁側の一部においてのみ互いに対向するようにＺ軸方向に間隔を空けるとともに互いの軸をＸ軸方向にずらして配置した後、第１ワークＷ_１と第２ワークＷ_２とを互いに接近させるようにＺ軸方向に相対移動させることで、図８（ｂ）に示すように、第１接合面Ｓ１の外周縁側部分と第２接合面Ｓ２の外周縁側部分とを互いに接触させ、加熱工程を開始する構成とすることもできる。この場合、簡単な制御で、第１接合面Ｓ１と第２接合面Ｓ２とを、所定の押付け力で確実に接触させることができる。

【0044】

上記変形例においても、図９（ａ）に示すように、第１接合面Ｓ１と第２接合面Ｓ２とが外周縁の部分において互いに接触し始め、図９（ｂ）に示すように、第１接合面Ｓ１の中心部分及び第２接合面Ｓ２の中心部分が摩擦熱により加熱された後、図９（ｃ）に示すように、互いの軸が一致した状態となるまで接合が可能な接合面の温度を維持したまま連続して摩擦加熱が行われる。

【0045】

本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

【0046】

例えば、本実施形態の摩擦圧接方法は、図１に示す工作機械１を用いて実施されるに限らず、対向する一対の主軸を備えたものであれば、他の工作機械等を用いて実施することもできる。また、第２ワークＷ_２を、第２主軸３ｂとは別に、第１主軸３ａに対向して設けられる主軸で把持させて摩擦圧接することもできる。この場合、第２主軸３ｂとは別の第２ワークＷ_２を把持する主軸は、第２主軸３ｂと共に第２主軸台４ｂに設けることが望ましい。第２主軸３ｂを摩擦圧接とは別の切削加工等で使用することが可能となる。第２主軸３ｂにおける摩擦圧接とは別の切削加工は、第２主軸３ｂとは別の主軸による摩擦圧接と同時に行わせることが可能となる。

【0047】

前記実施の形態においては、第１接合面Ｓ１と第２接合面Ｓ２とが外周縁の部分において互いに接触してから互いの軸が一致した状態とするために第１主軸３ａを移動させる例で説明をしたが、第２主軸３ｂを移動させても良いし、両方の主軸を相対的に移動させても良い。

【0048】

前記実施の形態においては、第１接合面Ｓ１と第２接合面Ｓ２とが外周縁の部分において互いに接触してから互いの軸が一致した状態となるまでの移動の軸をＸ軸とした場合を示したが、Ｙ軸方向に移動駆動可能な構成であれば、Ｙ軸方向への移動による本発明の摩擦圧接方法も可能である。

【0049】

第１接合面Ｓ１と第２接合面Ｓ２とが外周縁の部分において互いに接触してから互いの軸が一致した状態となるまでのＸ軸の移動速度を一定とする他、外周縁の部分に比較して、軸心に向かって順次または段階的に前記移動速度を増加して互いの軸心を一致させるような制御を行うことも可能である。加熱工程における移動速度を制御することにより接合面の温度を精密に制御することが可能となる。

【0050】

前記実施の形態においては、第１ワークＷ_１、第２ワークＷ_２として、軸方向を向く第１接合面Ｓ１、第２接合面Ｓ２が、それぞれ軸方向に対して垂直な平坦面とされた金属製の丸棒とした場合を示したが、軸方向を向く第１接合面Ｓ１、第２接合面Ｓ２が、それぞれ軸方向に対して垂直な平坦面とされたものであれば、他の材質のものや、多角柱状等の異なる外径寸法、形状のものとすることもできる。

【0051】

前記実施の形態においては、摩擦圧接の後、第１ワークＷ_１と第２ワークＷ_２とを加熱工程及び圧接工程と同一の回転方向に同一の回転数で回転させたまま切削工程を連続して行うようにしているが、第１ワークＷ_１と第２ワークＷ_２の回転数を摩擦圧接に適した回転数として摩擦圧接を行った後、第１ワークＷ_１と第２ワークＷ_２の回転数を切削加工に適した回転数に変更してから切削加工を行う構成とすることもできる。この場合においても、加熱工程、圧接工程及び切削工程を、第１ワークＷ_１と第２ワークＷ_２の回転を止めずに行うことができるので、加工時間を短縮することができる。

【0052】

前記実施の形態においては、第１ワークＷ_１の軸と第２ワークＷ_２の軸が互いに一致する位置で圧接工程を行うようにしているが、第１ワークＷ_１の軸と第２ワークＷ_２の軸が互いにずれた位置で圧接工程を行うようにしてもよい。

【符号の説明】

【0053】

１ 工作機械
２ 基台
３ａ 第１主軸
３ｂ 第２主軸
４ａ 第１主軸台
４ｂ 第２主軸台
５ａ 第１チャック
５ｂ 第２チャック
６ａ 第１駆動源
６ｂ 第２駆動源
７ 工具
７ａ 刃部
８ 移動手段
９ａ 第１Ｚ軸ガイドレール
９ｂ 第２Ｚ軸ガイドレール
１０ａ 第１サドル
１０ｂ 第２サドル
１１ａ 第１Ｘ軸ガイドレール
１１ｂ 第２Ｘ軸ガイドレール
Ｗ_１ 第１ワーク（材料）
Ｗ_２ 第２ワーク（材料）
Ｗ_３ 接合ワーク（材料）
Ｃ 制御部
Ｓ１ 第１接合面
Ｓ２ 第２接合面
Ｂ バリ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】