JPH0241783A - 摩擦圧接装置 - 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） 本発明は摩擦圧接装置に関するものである。

（従来技術） 相互に当接状態で相対回転される二つの部材相互間に発
生ずる摩擦熱でもってこの当接部を溶融状態としこれら
を相互に圧接する摩擦圧接法は従来より広く用いられて
おり、その−例としては例えば特開昭５７−１５４３８
８号公報に開示される如く二つの部材を回転軸方向に直
交する面で相互に当接させ、この当接面において両者を
摩擦圧接するようにしたものが知られている。

（発明か解決しようとする課題） ところで、例えばその軸方向中間位置にフランジを備え
た軸体を摩擦圧接法で成形する場合、従来の摩擦圧接法
は上述のように二つの部材相互間をその回転軸心に直交
する面内において圧接するという基本的思想があるとこ
ろから、二本の軸体と一個のフランジとを用意し、該フ
ランジの両側面に対して二つの軸体を別々に摩擦圧接す
るのか通例であった。従って、その製作に際しては二つ
の軸体をそれぞれフランジに圧接するために２工程を要
し、またこれをｌ工程で完了し、にうとすれば比較的高
価な両頭の摩擦圧接装置を用いて作業を行なわなければ
ならず、このようなことがら製作のコストが高くつくと
いう問題があった。

またこの他に、三つの部材を相互に摩擦圧接して一つの
フランジ付軸体を構成するしのであるため三つの部材相
互間の芯合せが難しく同芯度を出しにくいとか、また摩
擦圧接面が軸方向に直交する面（即ち、せん断力の負荷
方向と同じ方向の面）であるところからその接合部の接
合強度が損なわれる等の問題もあった。

そこで本発明は、パイプ材の軸方向中間位置にフランジ
材を摩擦圧接により接合するものにおいて、摩擦圧接作
業を簡略化してその製作コストの低廉化を図るとともに
、接合部におＩ−Ｊる接合強度及びパイプ材とフランジ
材との同芯度をともに高水準に維持することができるよ
うにした摩擦圧接装置を提供せんとするものである。

（課題を解決するための手段） このような課題を解決するための手段として本発明では
、パイプ材とテーパ孔を有するフランジ材とを該パイプ
材を該テーパ孔に挿通させた状態で摩擦圧接する摩擦圧
接装置において、上記パイプ材を保持するパイプ材保持
手段と、上記フランノ材をそのテーパ孔内に上記パイプ
材を挿通せしめた状態で保持するフランジ材保持手段と
、上記パイプ材とフランジ材に相対回転を与える回動手
段と、大径部の径寸法が−１−記パイブ材の内径寸法よ
りも大とされたテーパ状の成形部をもちしかもその成形
部のテーパ方向を上記フランジ材のテーパ孔のそれと合
致させた状態で該テーパ孔の大径部側から上記パイブ材
内に挿通配置されるマンドレルと、該マンドレルを上記
成形部の小径端部側に向って移動させるマンドレル駆動
手段とを備えたことを特徴とするものである。

（作　用） このような手段とすることにより、 （＋）　　フランツ材のテーパ孔内にパイプ材を通した
状態で、該パイプ材内に挿通配置されたマンドレルをマ
ンドレル駆動手段によってその軸方向に移動させること
により、該パイプ材はマンドレルの成形部によって順次
拡開成形される、（２）パイプ材の拡開成形によりその
拡開部の外周面がフランツ部のテーパ孔の内周面に当接
した状態でこの両者に回動手段によって相対回転力を与
えることにより該当接部に摩擦熱が発生して該当接部が
溶解状態となり相互に接合固定される、等の作用が得ら
れる。

（発明の効果） 従って、本発明の摩擦圧接装置によれば、（１）マンド
レルの移動という単一・の作業により、パイプ材の拡開
作業と該パイプ材とフランジ材との圧接作業とが連続し
て行なわれるところから、例えばこれら２つの作業を別
々にして２工程で行なう場合とか、あるいは両頭の摩擦
圧接装置を用いて行なうような場合に比して、作業及び
設備が簡単であり、それだけ製作コストの低廉化を図れ
る、 （２）フランジ材のテーパ孔内にパイプ材を通した状態
で両者を該パイプ材の外周面とテーパ孔内周面との間で
接合するものであるため、例えば両者を軸方向に直交す
る面で接合する場合に比して接合強度が高く、また例え
ばパイプ材を軸方向に２分割してこれらをフランジ材の
両側面に別々に接合するような場合に比してパイプ材と
フランジ材との同芯度を高めることができる、 等の効果が得られるものである。

（実施例） 以下、第１図ないし第６図を参照して本発明の好適な実
施例を説明する。

第１図には本発明の実施例に係る摩擦圧接装置Ｚが示さ
れている。この摩擦圧接装置Ｚは、パイプ材３０とその
軸心部にテーパ孔３２を形成したフランジ材３１とを、
該パイプ材３０を該テーパ孔３２内に挿通させた状態で
摩擦圧接し、軸方向中間部にフランジ材をもった軸体を
形成するためのものであって、固定配置された基台１内
に中空軸で構成される主軸２を回転自在に支承配置して
いる。そして、この主軸１はその一端２ａ側に設（Ｊた
Ｖプーリー２３にか（プ回された■ヘルド２４を介して
モータ２、特許請求の範囲中の回動手段に該当する）に
より回転せしめられるようになっている。また、この主
軸２の他端２ｂ側には上記フランジ材３１を把持する第
１チヤツク１６（特許請求の範囲中のフランジ材保持手
段に該当する）が取付けられている。さらに、この主軸
２の内側には上記第１チヤツク１６を把持及び解放させ
るための筒体で構成されたドローバ−３が配置されてい
る。そして、このドローバ−３の及第１チャック１６側
の端部３ａは、固定配置されるノリンダヂューブ５と該
シリンダチューブ５内に挿通されたピストン６とからな
る第１ンリンダ４の該ピストン６に連結されている。従
って、該第１ンリンダ４の作動制御によりドローバ−３
を軸方向に移動させることによって」−２第１チャック
１６を把持あるいは開放させることができる。。

さらに、上記ドローバー３の内側には、固定配置される
シリングデユープ８と該シリンダチューブ８内に嵌挿さ
れた中空軸体で構成されるピストン９とからなる第２シ
リンダ７が配置されている。

そして、このピストン９の外端部９ａ側には、後述する
マンドレル１０が進退動可能に嵌挿固定されている。

マンドレル１０は、軸方向中間部にテーパ状の成形部１
３を形成した軸体で構成されるものであり、該成形部１
３の大径側端部１３ａに連続するガイド用ロッド部１１
を上記第２ノリンダ７のピストン９の内部に嵌挿せしめ
ることにより該第２シリンダ７に取付けられている。ま
た、このマンドレルＩＯの成形部１３の小径側端部１３
ｂに連続する引張用ロッド部１２は、上記第１ヂャソク
１６の軸心部を貫通して外方に突出せしめられている。

そして、この引張用ロッド部１２の端部は把持部１２ａ
とされている。尚、この成形部１３の大径側の径寸法は
」上記パイプ材３０の内径寸法より大きく設定されてい
る。

さらに、第２ノリング７のピストン９とマンドレルｌＯ
のガイド用ロッド部１１の間には、該ピストン９側に設
（Ｊられてスプリング力により常時該ガイＦ用ロンド部
ｉｌ側に押圧付勢されたピン４］と該ガイド用ロッド部
１１側に凹設されたピン受は凹部４２とからなるラチェ
ット２２が設置Ｊられている。

一方、上記第１チヤツク１６の軸方向前方位置にはテー
ブル１８が配置されている。そして、このテーブル１８
上には、そのロッド１９ａの先端部に」−２パイプ材３
０把持用の第２チヤツク１７（特許請求の範囲中のパイ
プ材保持手段に該当する）を取付けた左右一対の第３ン
リンダ］　９，１９と、」上記マンドレルＩＯに対して
同軸状位置において対向する如く配置され且つそのロッ
ド２０ａの先端部に」上記マンドレル１０の先端把持部
１２ａを把持するための把持機構２１を設けた第４シリ
ンダ２０とが備えられている。

そして、上記第２シリンダ７と第３シリンダ１９と第４
シリンダ２０のシリンダストロークは上記マンドレル１
０とパイプ材３０とフランジ材３１との相対関係に応じ
て次のように設定されている。即ち、第３シリンダ１９
は、第１図に実線図示する如く第２チヤツク１７によっ
て把持されたパイプ材３０を上記第１チヤツク１６によ
り把持されたフランジ材３１のテーパ孔３２内にその軸
方向中程まで嵌挿させる位置（以下、この時のパイプ材
３０の位置を前進位置という）と、同図において鎖線図
示する如くパイプ材３０′を上記フランジ材３１から完
全に引き出した位置（以下、この時のパイプ材３０の位
置を後退位置という）の二位置間で伸縮動を行なう。

また、マンドレルｌＯは、上記ラチェット２２によって
ピストン９とマンドレル１０とが一体化された状態下に
おいては上記第２シリンダ７の伸縮動により、第１図に
実線図示する如くその成形部】３と把持部１２ａとが前
進位置にあるパイプ材３０の軸方向両側にそれぞれ位置
する中間位置と、第１図に鎖線図示する如くその把持部
１２ａ′が後退位置にある上記パイプ材３０′の前端面
３０ａ′よりも軸方向外側に位置する後退位置の前後２
位置間で移動せしめられる。さらにマンドレルｌＯは、
中間位置に位置決めされた状態においてはその把持部１
２ａが第１図に実線図示する如く伸長状態にある」−２
第４シリンダ２０側の把持機構２１によって把持され得
るようになっている。そして、該把持機構２１によって
マンドレルｊＯの把持部１２ａを把持した状態で第４ノ
リンダ２０か縮小すると、マンドレル１０は該第４ノリ
ング２０によって第２シリンダ７のピストン９から引き
出され、鎖線図示する如くその成形部１３′がほぼ上記
フランノ材３１のテーパ孔３２と重合する位置（以下、
前進位置という）まで移動せしめられる。尚、第４シリ
ンダ２０によってマンドレルＩＯがその中間位置から前
進位置側に引き出される時には上記ラヂエッ）・２２に
よる係合作用は強制的に解除される。

続いて、この摩擦圧接装置Ｚを使用してパイプ材３０と
フランジ材３１を摩擦圧接する場合の作業手順を第２図
ないし第６図を併用して説明する。

先ず、マンドレル１０を後退位置にセットし月っ第４ン
リンタ２０を縮小させる。この状態で、さらに第３シリ
ンダ１９を縮小させてその第２ヂヤゾク１７にパイプ材
３０を把持する（パイプ材３０の後退位置）とともに、
第１ヂヤツク１６にフランジ材３１を把持する。しかる
後、第３シリンダ１９を伸長させてパイプ材３０をその
前進位置にセットする（第１図実線図示及び第２図図示
位置）。この時、マンドレル１０の引張用ロット部１２
の一部はパイプ材３０内に１茨挿される。

次に、マンドレルｌＯをその後退位置から中間位置まで
移動させてその把持部１２ａをパイプ材３０の端部から
外方に突出させるとともに、第４シリンダ２０を伸長さ
せてその把持機構２１により該把持部１２ａを把持する
（第１図において実線図示する位置）。

しかる後、第４シリンダ２０を縮小させる。すると、ラ
ヂエット２２の係合が解除され、マンドレルｌＯは第２
ノリング７側から第４シリンダ２０側に引き出される。

そして、その成形部Ｉ３がパイプ材３０内に引き込まれ
ることにより、第３図に示すように該パイプ＋８３０は
該成形部１３によって順次拡開成形される。このマンド
レル１０の成形部１３による拡開作業が続行され、その
拡開位置がフランジ材３１のテーパ孔３２に対応する部
分まで進むと該パイプ材３０の拡開部分の外周面とテー
パ孔３２とが当接する。この時点で第４図に示すように
主軸２に回転力をかけパイプ材３０とフランジ材３１と
を当接状態のまま相対回転させる。すると、この両者の
当接部に摩擦熱が発生し、この摩擦熱によりこの当接部
か溶融状態となる。この時、第５図に示すように第４ノ
リング２０によりさらにマンドレルｌＯを該第４シリン
ダ２０側に引き出すと、該マンドレル１０の成形部１３
によるパイプ材３０に対する拡開力が該パイプ材３０と
フランジ材３１との間の圧接力として作用し、両者は容
易に接合固定される。尚、主軸２は、マンドレルｌＯの
移動に伴ってパイプ材３０とフランジ材３１とが接触し
てその移動抵抗か生じ該マンドレル１０の引張力が変化
したときこれを検知してモータ２５が起動することによ
り回転が開始され、また摩擦圧接完了時においては主軸
２側の回転抵抗の増大を検知してモータ２５が停止され
るとともにブレーキ（図示省略）が作動することにより
急停止されるようになっている。

摩擦圧接が完了した後は、先ず第４ンリング２０を伸長
させてマンドレルｌＯをその中間位置に戻し且つ把持機
構２１による把持状態を解除する。

すると、ラヂエット２２の再嵌合からマンドレル１０が
中間位置にセットされたことを検知して第２シリンダ７
が作動し該マンドレル１０を後退位置まで移動させる。

次に、第２チヤツク１７と第１ヂヤツク１６の把持状態
をともに解除して成形品Ａを取り出す（第６図参照）。

以上で、パイプ材３０とフランジ材３１を摩擦圧接して
パイプ材保持手段Ａを形成する作業が完了する。

このようにこの摩擦圧接完了時によればマンドレル１０
の軸方向移動によりパイプ材３０の拡開という予備成形
作業と、該パイプ材３０とフランジ材３１を圧接させる
接合作業とが複合的に行なわれるものであり、その作業
性は非常に良好である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る摩擦圧接装置の要部縦断
面図、第２図ないし第６図は摩擦圧接装置Ｚによる摩擦
圧接作業の作業進行状態図である。 １・・・・・基台 ２・・・・・主軸 ４．７１９．２０　　・シリンダ ６９　・・・ピストン １０・・・・マンドレル １３・・・・成形部 １６．１７　　・・・チャック ２１・・・・把持機構 ３０・・・・パイプ材 ３１・・・・フランジ祠 ３２・・・・テーバ孔

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、パイプ材とテーパ孔を有するフランジ材とを該パイ
   プ材を該テーパ孔に挿通させた状態で摩擦圧接する摩擦
   圧接装置であって、上記パイプ材を保持するパイプ材保
   持手段と、上記フランジ材をそのテーパ孔内に上記パイ
   プ材を挿通せしめた状態で保持するフランジ材保持手段
   と、上記パイプ材とフランジ材に相対回転を与える回動
   手段と、大径部の径寸法が上記パイプ材の内径寸法より
   も大とされたテーパ状の成形部をもちしかもその成形部
   のテーパ方向を上記フランジ材のテーパ孔のそれと合致
   させた状態で該テーパ孔の大径部側から上記パイプ材内
   に挿通配置されるマンドレルと、該マンドレルを上記成
   形部の小径端部側に向って移動させるマンドレル駆動手
   段とを備えたことを特徴とする摩擦圧接装置。