特許 7469994 工作機械及び摩擦接合方法

(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】2024-04-09

(45)【発行日】2024-04-17

(54)【発明の名称】工作機械及び摩擦接合方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 20/12 20060101AFI20240410BHJP

   B23B 19/02 20060101ALI20240410BHJP

【ＦＩ】

B23K20/12 D

B23B19/02 C

B23K20/12 B

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2020143528

(22)【出願日】2020-08-27

(65)【公開番号】P2022038842

(43)【公開日】2022-03-10

【審査請求日】2023-02-03

(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】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100114018

【弁理士】

【氏名又は名称】南山 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100180806

【弁理士】

【氏名又は名称】三浦 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100160716

【弁理士】

【氏名又は名称】遠藤 力

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 敏之

【審査官】山下 浩平

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－２２４７０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２２４８５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／０８５４５３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２０－１１６６５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２２８９７８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平０２－１５２７０１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２０／００ － ２０／２６

Ｂ２３Ｂ １／００ － ２５／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１部材を把持可能な正面主軸と、
第２部材を把持可能な背面主軸と、
前記正面主軸と前記背面主軸との間に配置され、前記背面主軸から前記正面主軸への向きが閉方向であり、前記正面主軸から前記背面主軸への向きが開方向であり、前記第１部材を支持するガイドブッシュ装置と、を有し、
前記正面主軸に把持された前記第１部材及び前記背面主軸に把持された前記第２部材を接触した状態で前記第１部材と前記第２部材との間の接合面に摩擦熱を発生して摩擦接合する工作機械であって、
前記摩擦接合する際に、前記正面主軸は第１移動速度で制御され、前記背面主軸は第２移動速度で制御され、
前記第１移動速度と前記第２移動速度の向きは、前記閉方向と同じ向きであり、速さは前記第２移動速度の方が前記第１移動速度よりも大きい、
ことを特徴とする工作機械。

【請求項2】

第１部材を把持可能な正面主軸と、
第２部材を把持可能な背面主軸と、
前記正面主軸と前記背面主軸との間に配置され、前記背面主軸から前記正面主軸への向きが閉方向であり、前記正面主軸から前記背面主軸への向きが開方向であり、前記第１部材を支持するガイドブッシュ装置と、を有し、
前記正面主軸に把持された前記第１部材及び前記背面主軸に把持された前記第２部材を接触した状態で、前記第１部材と前記第２部材との間の接合面に摩擦熱を発生して摩擦接合する工作機械による摩擦接合方法であって、
前記摩擦接合する際に、前記正面主軸は第１移動速度で制御され、前記背面主軸は第２移動速度で制御され、
前記第１移動速度と前記第２移動速度の向きは、前記閉方向と同じ向きであり、速さは前記第２移動速度の方が前記第１移動速度よりも大きい、
ことを特徴とする摩擦接合方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、工作機械及び摩擦接合方法に関する。

【背景技術】

【0002】

円柱状の一対の部材を回転させながら接触させて摩擦熱を発生して、発生した摩擦熱によって一対の部材の間の接合面を軟化することで、一対の部材を接合する摩擦接合が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

【0003】

また、円柱状の部材等のワークを把持する主軸と、主軸に把持された部材の先端近傍を支持するガイドブッシュ装置とを有する工作機械が知られている（例えば、特許文献２を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開平９－２８５８７９号公報

【文献】特開２０１９－８１２３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、ガイドブッシュ装置を有する工作機械により摩擦接合処理を実行すると、摩擦熱によりに部材の端部が膨張してガイドブッシュに接触したまま部材を主軸からガイドブッシュ装置に向けて移動すると、ガイドブッシュとガイドブッシュスリーブの係合が外れ、ガイドブッシュが開く可能性があった。また、ガイドブッシュ装置に支持される部材の軸中心とガイドブッシュ装置に支持された部材と摩擦接合される部材の軸中心が一致せず、芯ずれが生じる場合があった。

【0006】

本発明は、このような課題を解決するものであり、芯ずれを低減して摩擦接合が可能な工作機械を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る工作機械は、第１部材を把持可能な正面主軸と、第２部材を把持可能な背面主軸と、正面主軸と背面主軸との間に配置されるガイドブッシュ装置と、を有し、正面主軸に把持された第１部材及び背面主軸に把持された第２部材を接触した状態で第１部材と第２部材との間の接合面に摩擦熱を発生して摩擦接合する工作機械であって、摩擦接合する際に、正面主軸は第１移動速度で制御され、背面主軸は第２移動速度で制御され、第１移動速度と第２移動速度の向きは、背面主軸から正面主軸への向きと同じ向きであり、速さは第２移動速度の方が第１移動速度よりも大きい。

【0008】

また、本発明に係る工接合方法は、第１部材を把持可能な正面主軸と、第２部材を把持可能な背面主軸と、正面主軸と背面主軸との間に配置されるガイドブッシュ装置と、を有し、正面主軸に把持された第１部材及び背面主軸に把持された第２部材を接触した状態で、第１部材と第２部材との間の接合面に摩擦熱を発生して摩擦接合する工作機械による摩擦接合方法であって、摩擦接合する際に、正面主軸は第１移動速度で制御され、背面主軸は第２移動速度で制御され、第１移動速度と第２移動速度の向きは、背面主軸から正面主軸への向きと同じ向きであり、速さは第２移動速度の方が第１移動速度よりも大きい。

【発明の効果】

【0009】

本発明に係るワークの製造方法及び工作機械は、芯ずれを低減して摩擦接合が可能である。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１実施形態に係る工作機械の斜視図である。

【図2】図１に示すガイドブッシュ装置の断面図である。

【図3】図１に示す工作機械により実行される摩擦接合処理のフローチャートである。

【図4(a)-4(d)】図３に示す摩擦接合処理に含まれる処理を示す図（その１）であり、（ａ）はＳ１０１に示す処理を示し、（ｂ）はＳ１０２に示す処理を示し、（ｃ）はＳ１０３に示す処理を示し、（ｄ）はＳ１０４に示す処理を示す。

【図4(e)-4(h)】図３に示す摩擦接合処理に含まれる処理を示す図（その２）であり、（ｅ）はＳ１０５に示す処理を示し、（ｆ）はＳ１０６に示す処理を示し、（ｇ）はＳ１０７に示す処理を示し、（ｈ）はＳ１０８に示す処理を示す。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照しつつ、本発明の様々な実施形態について説明する。ただし、本発明の技術的範囲は、それらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。

【0012】

（実施形態に係る工作機械の構成及び機能）
図１は、実施形態に係る工作機械の斜視図である。

【0013】

工作機械１は、ベッド１０と、正面主軸１１と、背面主軸１２と、ガイドブッシュ装置１３と、刃物台１４と、ＮＣ装置１８とを有する。ベッド１０には、正面主軸１１、背面主軸１２、ガイドブッシュ装置１３及び刃物台１４が搭載される。正面主軸１１は、円柱状の第１部材Ｗ１を把持可能な中空状の部材であり、レール１５に沿って移動する移動機構上に設置されることによってＺ１方向に移動可能である。背面主軸１２は、第１部材Ｗ１と略同径の円柱状の第２部材Ｗ２を把持可能な中空状の部材であり、レール１６及び１７に沿って移動する移動機構上に設置されることによってＺ２方向及びＸ２方向に移動可能である。正面主軸１１と背面主軸１２の回転や移動などは、工作機械１に搭載しているＮＣ装置１８によって、制御されている。

【0014】

ガイドブッシュ装置１３を図２に示す。ガイドブッシュ装置１３は、工作機械のベッドに固定されるガイドブッシュホルダ２４と、軸受２３で回転可能に支持されたガイドブッシュスリーブ２２と、ガイドブッシュスリーブ２２に篏入されるガイドブッシュ２１から構成されている。

【0015】

ガイドブッシュ装置１３は、ガイドブッシュ２１とガイドブッシュ２１の後端部に螺合したドローバー２５とを相対回転させることで、ガイドブッシュ２１が図の左右方向に移動することで、先端外形部のテーパー面２６がガイドブッシュスリーブ２２の先端内径部のテーパー面２７と係合し、その係合の度合いによってガイドブッシュ２１の先端部の開き具合が調整され、第１部材Ｗ１を所定の開度で支持する。

【0016】

（第１実施形態に係る工作機械による摩擦接合処理）
図３は工作機械１により実行される摩擦接合処理のフローチャートであり、図４は摩擦接合処理に含まれる処理を示す図である。図３～４に示す摩擦接合処理は、ＮＣ装置１８からの指令により工作機械１の各要素を制御するとともに協働して実行される。

【0017】

まず、ＮＣ装置１８の指令により、第１部材Ｗ１を正面主軸１１に配置すると共に、第２部材Ｗ２を背面主軸１２に配置する（Ｓ１０１、ａ）。

【0018】

次いで、第１部材Ｗ１の回転を開始する（Ｓ１０２、ｂ）。

【0019】

次いで、摩擦接合するために、第１部材Ｗ１及び第２部材Ｗ２を背面主軸１２から正面主軸１１への向きに移動する（Ｓ１０３、ｃ）。このとき、ＮＣ装置１８は、所定の第１移動速度Ｖ₁で第１部材Ｗ１を移動するように正面主軸１１を制御する。さらに、ＮＣ装置１８は、第１移動速度Ｖ₁よりも大きい所定の第２移動速度Ｖ₂で第２部材Ｗ２を移動するように背面主軸１２を制御する。第２部材Ｗ２が移動する第２移動速度Ｖ₂が第１部材Ｗ１が移動する第１移動速度Ｖ₁よりも大きいので、第２部材Ｗ２が第１部材Ｗ１に接触して第１部材Ｗ１と第２部材Ｗ２との間の接合面に摩擦推力が印加されて、摩擦接合が開始する。

【0020】

第１部材Ｗ１は所定の回転数Ｒ_Fで回転しながら第１速度Ｖ₁で背面主軸１２から正面主軸１１への向きに移動し、第２部材Ｗ２は第１速度Ｖ₁よりも大きい第１速度Ｖ₁で第１部材Ｗ１と同じの向きに移動する。第１部材Ｗ１と第２部材Ｗ２との間の接合面の温度は、第１部材Ｗ１が回転することにより発生する摩擦による加熱により徐々に上昇する。

【0021】

次いで、第１部材Ｗ１と第２部材Ｗ２とが接触した後、摩擦による加熱で接合面が所定の温度になるまでの時間が経過した後に、ＮＣ装置１８の指令により、第１部材Ｗ１は、回転を停止する（Ｓ１０４、ｄ）。

【0022】

次いで、第１部材Ｗ１及び第２部材Ｗ２を背面主軸１２から正面主軸１１への向きに更に移動する（Ｓ１０５、ｅ）。第１部材Ｗ１及び第２部材Ｗ２を背面主軸１２から正面主軸１１への向きに更に移動することで、第１部材Ｗ１と第２部材Ｗ２との間の接合面にアップセット推力に印加される。

【0023】

次いで、所定のアップセット時間に亘ってアップセット推力が接合面に印加された後、正面主軸１１及び背面主軸１２の移動を停止し、接合面へのアップセット推力の印加を停止する（Ｓ１０６、ｆ）。

【0024】

次いで、ＮＣ装置１８の指令により、接合面の周囲に形成されたバリを除去する（Ｓ１０７、ｇ）。

【0025】

そして、第１部材Ｗ１と第２部材Ｗ２とを接合して形成された接合部材Ｗ３を引き抜き（Ｓ１０８、ｈ）、処理は終了する。

【0026】

（実施形態に係る工作機械の作用効果）
工作機械１では、第１部材Ｗ１と第２部材Ｗ２との間の接合面に摩擦推力を印加するときに、第１部材Ｗ１及び第２部材Ｗ２の双方を背面主軸１２から正面主軸１１への向きに移動することで、第１部材が傾いてガイドブッシュに接触したときでもガイドブッシュ２１とガイドブッシュスリーブ２２の係合が外れることがなくなる。その結果、ガイドブッシュ２１が開いて第１部材Ｗ１の軸と第２部材Ｗ２の軸がずれるおそれが低くなる。

【0027】

また、工作機械１では、第１部材Ｗ１と第２部材Ｗ２との間の接合面にアップセット推力を印加するときも摩擦推力の場合と同様に、第１部材Ｗ１及び第２部材Ｗ２の双方を背面主軸１２から正面主軸１１への向きに移動するので、ガイドブッシュ２１が開いて第１部材Ｗ１の軸方向が第２部材Ｗ２の軸方向からずれるおそれが低くなる。

【符号の説明】

【0028】

１ 工作機械
１１ 正面主軸
１２ 背面主軸
１３ ガイドブッシュ装置
１４ 刃物台
１８ ＮＣ装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4(a)-4(d)】

【図4(e)-4(h)】