JPH0929464A

JPH0929464A - 摩擦圧接方法

Info

Publication number: JPH0929464A
Application number: JP20668795A
Authority: JP
Inventors: Masashi Onuma; 正史大沼
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1995-07-20
Filing date: 1995-07-20
Publication date: 1997-02-04
Anticipated expiration: 2015-07-20
Also published as: JP3433584B2

Abstract

(57)【要約】【課題】摩擦圧接方法による製品の寸法精度を向上さ
せ、不要なバリの発生を抑える。【解決手段】一対のワークを溶着する際に、ワークの
接合部を所望の軟化状態に維持して圧接工程を進行させ
るために、ワークの接合部における軟化の進行状態を高
速度カメラにより可視化し、それを基にして、ワーク送
り量Ｓ_n と押付圧力Ｐ_n との関係における最適接合ゾー
ンＺを設定する。そして、最適接合ゾーンＺの範囲内で
圧接工程が進行するように、前記ワークの回転速度Ｎ_n
および送り速度Ｓ_n を設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、摩擦熱を利用して
ワークを溶着する加工方法に関し、詳しくは、溶着後の
寸法精度の管理を容易にする方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】２つのワークを接合する手法として、摩
擦圧接方法がよく用いられる。この摩擦圧接方法は、２
つのワークを接合させるためのその他の手法、例えばア
ーク溶接と比べ、溶接の際に光や粉塵等を発生しない、
油がワークに付着しても接合強度にほとんど影響しない
等の利点がある。その作業工程は、まず、対向配置し
た一対のワークの一方を回転駆動しながら他方に圧接す
ることにより、両ワークの接合部に摩擦熱を発生させ、
該摩擦熱で前記両ワークの接合部を軟化させる。そし
て、所望の状態に軟化を進行させ、ワークの回転を
停止させつつさらにアプセット圧力を加える。すると、
接合部は互いにめり込むようにして一体化し、溶着され
る。

【０００３】この摩擦圧接を行う摩擦圧接装置は、一対
のワークの一方をクランプ固定し、もう一方を回転駆動
手段に設けられたチャックに固定して、同軸上に配置す
るようになっている。そして、一方のワークを回転させ
ながら、他方のワークに対して当接させるべく、平行移
動させることができる。上記回転駆動手段および平行移
動手段は、それぞれモータ等をその動力源としている。
ワークの回転数および水平方向への送り量の制御は、予
め設定されるものであり、実際の両ワークの接合部にお
ける実際の軟化状態とは無関係に、圧接工程が進行する
ようになっている。上記摩擦圧接装置の従来例として、
実開平3-85183 号公報等にその詳細が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しょうとする課題】しかしながら、上記摩
擦圧接装置でワークを摩擦圧接する方法には、以下のよ
うな問題点があった。摩擦圧接装置の作動手順は予め設
定されるが、それはワークの軟化状態を解析し、実際の
軟化状態を十分に把握して設定がなされるものではな
く、２つのワーク同士の溶着をより確実化するために、
上記のステップにおいてアプセット圧力を加えて変形
させる部分（寄り代）を大きくとることが一般的に行わ
れている。したがって、この寄り代を考慮してワークの
長さを決定する必要があり、しかも、この寄り代は接合
部の周囲に不要なバリとなって発生するので、最適接合
（不要なバリの発生を抑え、溶着強度を十分に持たせた
接合）を行うことが容易ではなかった。

【０００５】しかも、前述のように摩擦圧接装置の作動
設定は、ワークの接触面の溶融状態とは無関係になされ
るため、実際の寄り量にはばらつきが発生し易く、製品
の寸法精度が安定しなかった。したがって、あらかじめ
ワークの軟化状態を把握し、最適接合を行うための条件
設定を可能とすることが求められていた。

【０００６】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであり、その目的とするところは少ない寄り代で摩擦
圧接を行うことにより接合部の不要なバリの発生を抑
え、製品の寸法精度の安定化を図ると共に、接合部の溶
接強度を十分に持たせることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
の本発明にかかる手段は、対向配置した一対のワークの
一方を回転駆動しながら他方に圧接して両ワークの接合
部に摩擦熱を発生させ、該摩擦熱で軟化した前記両ワー
クの接合部を溶着させる摩擦圧接方法であって、前記接
合部を所望の軟化状態に維持して圧接工程を進行させる
ために、前記接合部の軟化状態を可視化し、それを基に
して前記ワークの回転速度および送り速度を設定するこ
とを特徴とする。

【０００８】また、本発明の手段として、対向配置した
一対のワークの一方を回転駆動しながら他方に圧接して
両ワークの接合部に摩擦熱を発生させ、該摩擦熱で軟化
した前記両ワークの接合部を溶着させる摩擦圧接方法で
あって、前記接合部を所望の軟化状態に維持して圧接工
程を進行させるために、前記ワークの圧接により生ずる
振動の周波数変動を測定し、それを基にして前記ワーク
の回転速度および送り速度を設定することを特徴とす
る。

【０００９】また、前記接合部を所望の軟化状態に維持
して圧接工程を進行させるために、前記ワークの圧接に
より接合部に生ずる摩擦熱の温度変化を測定し、それを
基にして前記ワークの回転速度および送り速度を設定す
ることも可能である。また、本発明におけるその他の手
段として、前記接合部を所望の軟化状態に維持して圧接
工程を進行させるために、前記ワークを回転駆動するモ
ータの、前記圧接工程における負荷電流の変動を測定
し、それを基にして前記ワークの回転速度および送り速
度を設定することを特徴とする。

【００１０】更なる手段としては、対向配置した一対の
ワークの一方を回転駆動しながら他方に圧接することに
より、両ワークの接合部に摩擦熱を発生させ、該摩擦熱
により前記両ワークの接合部を軟化させ、所望の軟化状
態を得た後に、アプセット圧力を加えると共に前記ワー
クの回転を急停止させる摩擦圧接工程において、接合部
の軟化の進行中に、ワークの送りを所定時間停止するこ
とを特徴とする。

【００１１】本発明においては、摩擦圧接工程において
所望の軟化状態を維持するために、一対のワークの接合
部における軟化の進行状態を高速度カメラにより可視化
し、それを基にして、ワーク送り量と押付圧力との関係
における最適接合ゾーンを設定する。そして、前記最適
接合ゾーンの範囲内で圧接工程が進行するように、前記
ワークの回転速度および送り速度を設定する。

【００１２】また、摩擦圧接工程において所望の軟化状
態を維持するために、一対のワークの圧接により生ずる
振動の周波数を測定し、該周波数が前記工程の進行に合
わせて所定の周波数変動を示すように、前記ワークの回
転速度および送り速度を設定する。

【００１３】または、摩擦圧接工程において所望の軟化
状態を維持するために、一対のワークの接合部に生ずる
バリの発生量の変化を測定し、それを基にして、ワーク
送り量とバリの発生量との関係における最適接合ゾーン
を設定する。そして、前記最適接合ゾーンの範囲内で圧
接工程が進行するように、前記ワークの回転速度および
送り速度を設定する。

【００１４】さらに、前記最適接合ゾーンは、前記ワー
クの圧接により接合部に生ずる摩擦熱の温度変化を測定
し、それをもとにして設定することもできる。また、前
記最適接合ゾーンは、前記ワークを回転駆動するモータ
の、前記圧接工程における負荷電流の変動を測定し、そ
れをもとにして設定してもよい。

【００１５】また、摩擦圧接工程において、一対のワー
クを当接させてその接合部に摩擦熱を発生させるステッ
プで、接合部の軟化の進行中に、ワークの送りを所定時
間停止することにより、ワークの送りを増加させずに接
触面の軟化状態を進行させる。

【００１６】

【実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を実施例に
基づいて説明する。まず、図２および図３に本発明の第
１実施例に用いられる摩擦圧接装置を示す。図２の摩擦
圧接装置は、ベース１上に主軸本体２とクランプ３とを
有する。一対のワークＷ₁ 、Ｗ₂ は、それぞれ主軸本体
２とクランプ３とに取付けるようになっている。

【００１７】ところで、この主軸本体２には、主軸４が
回動自在に軸支されている。主軸４にはプーリ５が取付
けられ、モータ６の駆動力が、プーリ７との間に掛け回
されたベルト27によって伝達される。また、主軸４に
は、ブレーキ８が取付けられており、主軸４の回転を強
制的に停止させることができる。さらに、主軸４の先端
にはチャック９が取付けられており、ワークＷ₁ を主軸
４に固定することができる。

【００１８】ところで、主軸本体２は、ベース１に対し
てはリニアガイド10を介して取付けられており、主軸４
の軸線方向に平行移動可能となっている。また、主軸本
体２にはベース１内に突出するアーム11を有し、アーム
11にはサーボモータ12に駆動されるボールねじ13を挿通
し、ボールねじ13の回転によってアーム11との間に生ず
る推進力により、主軸本体２を主軸４の軸線方向に駆動
案内する。

【００１９】主軸本体２には、歯車14、15を介して主軸
４に駆動される回転センサ16を有し、主軸４の回転速度
（すなわちワークＷ₁ の回転速度）を監視している。ま
た、主軸本体２とベース１との間にはストロークセンサ
17、17ａとを設け、主軸本体２（すなわち、ワークＷ
₁ ）の送り速度と送り量とを計測することができる。さ
らに、アーム11にはボールねじ13との間に荷重センサ18
を設け、主軸本体２（すなわち、ワークＷ₁ ）にかかる
押付圧力を測定することができる。

【００２０】図３に示すように、摩擦圧接装置はコント
ローラを有し、モータ６、サーボモータ12、回転センサ
16、ストロークセンサ17、荷重センサ18をそれぞれ制御
している。

【００２１】図２に示すクランプ３は、ワークＷ₂ をベ
ース１に固定するものであり、ワークＷ₂ を主軸４の軸
線方向に位置決めするＸ軸クランプ３ａと、該軸線に対
し左右方向の位置決めをするＹ軸クランプ３ｂと、該軸
線に対し上下方向の位置決めをするＺ軸クランプ３ｃと
からなる。そして、各軸クランプを適宜調整することに
より、主軸４に固定されたワークＷ₁ と同軸上に、ワー
クＷ₂ を配置することができる。

【００２２】上記構成をなす摩擦圧接装置においては、
ワークＷ₁ を回転駆動しながらワークＷ₂ に当接させ、
さらに圧力を増加させることにより、ワークＷ₁ とワー
クＷ₂ との接合部（以下、単に接合部とも云う）に摩擦
熱を発生させ、該摩擦熱で前記両ワークの接合部を軟化
させる。そして、所望の状態に軟化を進行させ、ワーク
Ｗ₁ の回転を停止させつつさらにワークＷ₁ の送り量を
増加する（アプセット圧力をかける）ことにより、接合
部は互いにめり込むようにして一体化し、溶着を完了さ
せることができる。

【００２３】また、本実施例においては、ワークＷ₁ と
ワークＷ₂ との当接位置近傍に、ワーク同士の接合部を
撮影可能な高速度カメラ19を設けている。この高速度カ
メラ19を利用して、前記接合部における軟化の状態を可
視化し、それを基にして最適接合を行うためのワークＷ
₁ の回転速度Ｎ_n および送り速度Ｖ_n の設定を行う。

【００２４】ここで、本実施例における摩擦圧接の手順
を図１、図４、図５および図６に示して説明する。図１
は摩擦圧接工程の進行（ワークＷ₁ の送り量Ｓ_n の増
加）と共に変化するワークＷ₁ の回転速度Ｎ_n 、ワーク
Ｗ₁ の送り速度Ｖ_n およびワークＷ₁ とワークＷ₂ との
押付圧力Ｐ_n の関係をグラフ表示したものである。特
に、ワークＷ₁ の送り量と押付圧力Ｐ_n との関係を示す
グラフをＲと称す。図４ないし図６はこの摩擦圧接工程
のフローチャートである。

【００２５】準備ステップとして、図２に示すようにワ
ークＷ₁ 、Ｗ₂ をそれぞれチャック９とクランプ３とに
取付ける。このときワークＷ₁ とＷ₂ とは離間してい
る。まず、摩擦圧接工程の初期ステップ（図４参照）と
して、モータ６を駆動し、ワークＷ₁ を、事前に試験接
合を行うことにより得られる所定の回転速度Ｎ₁ まで上
昇させる（step１）。ワークＷ₁ の回転速度がＮ₁ で安
定した時点で、コントローラはサーボモータ12の駆動開
始信号ＳＧ₁ を出す。そして、ワークＷ₁ の送り速度を
所定速度Ｖ₁ （低速）に上昇させる（step２）。ところ
で、サーボモータ12は、段階的にその回転速度を変化さ
せることが可能であるが、本実施例においては、後述の
ごとくワークＷ₁ の送り速度を３段階に制御する。

【００２６】ワークＷ₁ は、その移動開始位置からの送
り量Ｓ₀ の位置で、ワークＷ₂ と当接する。このワーク
Ｗ₁ とＷ₂ とを当接させるステップでのワークＷ₁ の送
り速度を低速にしている理由は、当接により生ずる摩擦
トルクにより、モータ６に急激に大きな負荷がかかるこ
とを防ぐためである。

【００２７】次に、（図５参照）荷重センサ18でワーク
Ｗ₁ とＷ₂ との押付圧力の上昇を監視し、所定圧Ｐ₁ ま
で上昇した時点で（step３）、コントローラはサーボモ
ータ12の加速信号ＳＧ₂ を出す。ワークＷ₁ の送り速度
は所定速度Ｖ₂ （中速）に上昇し、それに伴って、押付
圧力は所定圧Ｐ₂ まで上昇する（step４）。このステッ
プで、ワークＷ₁ とＷ₂ との接合部に大きな摩擦熱が発
生し、ワークの接合部の軟化が促進される。

【００２８】ワークＷ₁ 、Ｗ₂ の接合部は軟化しながら
融合が進行する。このとき、ワークＷ₁ の送り量Ｓ_n と
押付圧力Ｐ_n との関係を示すグラフＲが、送り量Ｓ₁ と
Ｓ₂との間で、図中に斜線部で示す最適接合ゾーンＺの
範囲にあるように、ワークＷ₁ の送り速度Ｖ₂ と回転速
度Ｎ₁ とを設定する。この最適接合ゾーンＺは、高速度
カメラ19によって接合部の軟化の促進状態を撮影し、そ
の可視化データを基にしてあらかじめ設定しておく。軟
化の促進状態は、接合部の発熱による発光や色の変化、
変形の進み具合によって、経験的に判断することができ
るので、上記諸条件の最適設定に有効である。グラフＲ
がこの最適接合ゾーンＺの範囲にあるときには、ワーク
の軟化の進行状態と、送り速度とのバランスがとれてお
り、最終的に良質な溶着品質を得ることができる。

【００２９】ところで、ワークの軟化の進行状態に比し
て送り速度が速い場合には、接合部は溶着を行うには硬
過ぎる状態となっている。よって、送り量の増加に対す
る押付圧力の増加率が上がり、グラフＲの傾きは急にな
るので、最適接合ゾーンＺの上方に逸れる（Ｒ_a の状態
になる）。また、ワークの軟化の進行状態に比して送り
速度が遅い場合には、接合部は十分に軟化しているにも
係らず、ワーク双方の寄りが少ないため、接合部におけ
る押付圧力が低下する、いわゆる圧力抜けの状態にな
る。よって、送り量が増加しても押しつけ圧力は減少
し、グラフＲは最適接合ゾーンＺの下方に逸れる（Ｒ_b
の状態になる）。また、ワークの軟化の進行状態に比し
て送り速度が不足する状態が続き、その後に、ワークの
軟化の進行状態に比して送り速度が速い状態となり、最
終的に最適接合ゾーンＺに入る場合（Ｒ_c ）も考えられ
る。

【００３０】いずれの場合においても、所望の発熱量を
得ることができず、寸法精度や溶着強度に満足なものが
得られないので、圧接作業は中止される。ところで、摩
擦圧接工程で圧接作業を中止した場合には、ワークＷ
₁ 、Ｗ₂ は端部の軟化が進んでいることからすでに変形
しており、中止時点によっては不十分に溶着した状態と
なることもあるので、再使用は不可能である。したがっ
て、圧接作業を中止した後には、現ワークＷ₁ 、Ｗ₂ を
装置から取りはずし、新たなワークを装着して、最初か
ら圧接作業を行う。

【００３１】グラフＲを最適接合ゾーンＺに維持しなが
ら、ワークＷ₁ の送り量を増加していくと、やがて、押
付圧力が所定値Ｐ₃ でほぼ一定する（好ましくは、良好
な軟化状態を維持するために、若干上昇を続ける）現象
が生ずる（step５）。このとき、ワークＷ₁ の送り量が
Ｓ₂ を越えている場合は、所望の製品寸法が得られない
ので、圧接作業は中止される。ワークＷ₁ の送り量がＳ
₁ ないしＳ₂ にあるときには、良好な軟化状態を維持す
る溶融安定期間（以下、ＰＳ期間という。）を、所定の
送り量Ｓ₂ に至るまでの間に設ける（step６）。

【００３２】このＰＳ期間では、押付圧力が所定値Ｐ₃
で一定となるように軟化状態を維持する。このＰＳ期間
の設定が長過ぎると、結果的にワークの寄り代を大きく
取ったことと同じく、無駄なバリの発生量を増やす、寸
法精度を下げる等の弊害が生じるので好ましくない。と
ころで、ＰＳ期間においては、接合部は溶融点に達して
いる。溶融点とは、摩擦圧接工程の最終ステップ（アプ
セット圧力を加えて圧接を完了させるステップ）へ移行
する条件がそろった状態を意味する。この後、ワークＷ
₁ が所定の送り量Ｓ₂ に達したことを確認すると、摩擦
圧接工程の最終ステップ（図６参照）へ移行する。

【００３３】コントローラはモータ６を停止させ、主軸
４にブレーキ８を作動させる信号ＳＧ₃ を出す。これと
同時に、ワークＷ₁ の送り速度をＶ₂ からＶ₃ （高速）
に一旦上昇させる信号ＳＧ₄ とを出す（step７）。信号
ＳＧ₃ とＳＧ₄ との発生から所定時間Ｔが経過する間
に、ワークＷ₁ の送り量はＳ₃ に到達し、ワークＷ₁ と
Ｗ₂ との押付圧力は所望のアプセット圧力Ｐ₄ まで増加
する。また、ワークＷ₁の回転には制動がかけられるの
で、ワークＷ₁ とＷ₂ との相対回転はなくなり、摩擦に
よる発熱が無くなるので、２つのワークは溶着され凝固
する（step８）。ワークＷ₁ の送り量がＳ₃ に到達しな
い場合には、所望の寸法精度が得られなかったことを示
し、不良品としてはじかれる。また、回転速度Ｎが０に
ならなかった場合には、ワークＷ₁ とＷ₂ とは溶着に失
敗したことを示すので、やはり不良品としてはじかれ
る。

【００３４】上記一連の圧接工程において、高速度カメ
ラ19によって接合部の軟化の促進状態を撮影し、そのデ
ータを基にして最適接合ゾーンＺを設定し、この範囲内
にグラフＲを維持することにより、接合部における所望
の溶着強度を得ることができる。また、溶着後の寸法精
度を確保するために、ストロークセンサ17、17ａによっ
て、最適接合ゾーンＺを設定した間の送り量（Ｓ₂ −Ｓ
₁ ）≧（所望の送り量）にあることを監視し、さらに最
終的な送り量Ｓ₃ に至るまでの間、サーボモータ12を制
御する。よって、製品の寸法精度を安定させることがで
きる。

【００３５】上記構成をなす本実施例より得られる作用
効果は、以下の通りである。上記のように、ワークの接
合部の軟化の促進状態を可視化することにより、ワーク
の材質や寸法を変更した場合でも、常に、摩擦圧接装置
の各部の作動設定を最適にすることが容易となる。しか
も、溶融点を明確に把握することができるので、ワーク
の寄り代を必要以上に過大にとる必要がなくなり、必要
最小限の送り量で十分な溶着強度を持った製品とするこ
とができる。したがって、不要なバリの発生を抑え、仕
上げ工程でのバリの除去作業も容易となる。また、最適
接合ゾーンを維持して圧接工程を進めることにより、ワ
ークの送り量は常に適正値となり、最終的な寸法精度を
正確に出すことができる。

【００３６】次に、本発明の第２実施例を図７ないし図
９に示して説明する。図中第１実施例と同一部分若しく
は相当部分は同一符号で示し、詳しい説明は省略する。

【００３７】第２実施例が前記第１実施例と異なる点
は、圧接工程における接合部の所望の軟化の進行状態を
把握するために、ワークＷ₁ 、Ｗ₂ の圧接により生ずる
振動の周波数λ_n の変動を測定し、それを基にして最適
接合を行うためのワークＷ₁ の回転速度Ｎ_n および送り
速度Ｖ_n を設定するところにある。本実施例に用いる摩
擦圧接装置を図７に示す。図示のように、クランプ３ｃ
には振動ピックアップ20が取付けられ、その検出信号を
アンプ21で増幅して、図示しないコントローラに伝送す
るようになっている。この振動ピックアップの設置場所
は、クランプ３に限定されず、適切に振動検出できる場
所であれば良い。

【００３８】ここで、本実施例における摩擦圧接の手順
を図８、図９に示して説明する。図８は摩擦圧接工程の
進行（ワークＷ₁ の送り量Ｓ_n の増加）と共に変化する
ワークＷ₁ の回転速度Ｎ_n 、ワークＷ₁ の送り速度Ｖ_n
および振動ピックアップが検出する振動周波数λ_n の関
係をグラフ表示したものである。図９はこの摩擦圧接工
程のフローチャートであり、第１実施例における摩擦圧
接工程の初期ステップ（図４）および最終ステップ（図
６）は、本実施例においても適用される。

【００３９】図８に示すように、まずモータ６を駆動
し、ワークＷ₁ を所定の回転速度Ｎ₁まで上昇させる（s
tep１）。すると、クランプ３ｃに設けられた振動ピッ
クアップ20により、モータ６の運転により発生する周波
数λ₁ の振動が検出される。ワークＷ₁ の回転速度がＮ
₁ で安定した時点で、コントローラはサーボモータ12の
駆動開始信号ＳＧ₁ を出す。そして、ワークＷ₁ の送り
速度を所定速度Ｖ₁ に上昇させる（step２：以上、図４
のフローチャート参照）。ワークＷ₁ は、その移動開始
位置からの送り量Ｓ₀ の位置で、ワークＷ₂ と当接し、
接合部から周波数λ₄ の激しい振動を発生する。この状
態を維持したまま、ワークＷ₁ の送り量をＳ₁ まで増加
させる。送り量がＳ₁ に到達した時点で（step３）、コ
ントローラはサーボモータ12の加速信号ＳＧ₂ を出し、
送り速度をＶ₂ まで上昇させる。そのままワークＷ₁ の
送り量を増加していくと、接合部に、大きな摩擦熱が発
生し、ワークの接合部の軟化が促進される。

【００４０】ワークの軟化の進行状態が最適となるよう
に、ワークＷ₁ の回転速度Ｎ₁ および送り速度Ｖ₁ を設
定すると、接合部に発生する振動を、周波数λ₂ ないし
λ₃の範囲に収束させることができる。これ以後さらに
ワークＷ₁ の送りを進めても、発生する振動はλ₂ 〜λ
₃ の周波数帯で安定する。このような状態になると、接
合部の軟化状態は溶融点に到達していることが推測され
る。本実施例においては、このλ₂ 〜λ₃ の周波数帯を
最適接合ゾーンとする。ワークＷ₁ の送り量が所定の送
り量Ｓ₂ に達したときに（step４）、発生する振動数が
λ₂ 〜λ₃ の周波数帯に収束している場合には、前記振
動数の収束時点から所定のＰＳ期間を設定する（step
５）。ところで、ワークＷ₁ の送り量が所定の送り量Ｓ
₂ に達したときに、発生する振動数がλ₂ 〜λ₃ の周波
数帯に収束していない場合には、所望の発熱量を得るこ
とができていない状態であり、寸法精度や溶着強度に満
足なものが得られないので、圧接作業は中止される。

【００４１】本実施例におけるＰＳ期間では、発生する
振動数がλ₂ 〜λ₃ の周波数帯で安定するようにワーク
Ｗ₁ の回転速度Ｎ₁ および送り速度Ｖ₂ を設定してお
り、接合部の軟化状態を溶融点に維持する。ＰＳ期間の
経過の後に、第１実施例と同様に図６に示す摩擦圧接工
程の最終ステップへ進行し、コントローラは出力信号Ｓ
Ｇ₃ 、ＳＧ₄ を出す（step７へ移行）。

【００４２】上記構成をなす本実施例より得られる作用
効果は、以下の通りである。上記のように、２つのワー
クの接合部に発生する振動の周波数から前記接合部の軟
化の促進状態を認識し、それを基にしてワークの回転速
度および送り速度を設定するので、ワークの材質や寸法
を変更した場合でも、常に、摩擦圧接装置の各部の作動
設定を最適にすることが容易である。その他の作用効果
については、前記第１実施例と同様であり、ここでの説
明は省略する。

【００４３】次に、本発明の第３実施例を、図10ないし
図15に示して説明する。図中第１、第２実施例と同一部
分若しくは相当部分は同一符号で示し、詳しい説明は省
略する。ところで、第３実施例が第１、第２実施例と異
なる点は、圧接工程における接合部の所望の軟化の進行
状態を把握するために、ワークＷ₁ 、Ｗ₂ の圧接により
接合部に生ずるバリの発生量の変化を測定し、それを基
にして最適接合を行うためのワークＷ₁ の回転速度Ｎ_n
および送り速度Ｖ_n を設定するところにある。

【００４４】本実施例に用いる摩擦圧接装置を図10およ
び図11に示す。図示のようにワークＷ₁ 、Ｗ₂ の当接位
置に、変位センサ22を配置している。変位センサ22は、
投光部22ａから受光部22ｂへレーザー帯23を照射し、被
測定物がレーザー帯23を遮ることにより受光部22ｂの受
光量が減少することを利用して、被測定物の変位量を検
知するものである。変位センサ22は、ベース１に配置さ
れた適当な部分に、ブラケット 221を介して支持され、
レーザー帯23がワークの外壁から所定距離Ｘをおいて照
射されるように配置されている。所定距離Ｘは、後述す
るバリの発生量の変化を検知することが可能な値とす
る。

【００４５】ここで、摩擦圧接工程の進行に伴って、ワ
ークＷ₁ 、Ｗ₂ の接合部に発生し増加するバリの、成長
の様子についてを図12（ａ）ないし（ｄ）を用いて説明
する。図12（ａ）は、ワークＷ₁ とＷ₂ との摩擦圧接の
開始時点を示している。図12（ｂ）はバリ発生の初期ス
テップである。ワークＷ₁ の送り量が増加し、接合部が
摩擦熱によって軟化することにより、バリ24がワークＷ
₁ 、Ｗ₂ の接合部から、ワークの直径方向に発生する。
図12（ｃ）は、バリ発生の中期ステップである。ワーク
Ｗ₁ の送り量はさらに増加し、それに伴ってバリ24の発
生量も増加して、先端部が互いに離間するように巻き込
み始める。図12（ｄ）は、バリ発生の後期ステップであ
る。Ｗ₁ の送り量はさらに増加し、成長するバリ24の先
端部は、再びワークの外壁と一体化する。この図12
（ｄ）に示すバリ24は、接合部における所望の溶着強度
を持たせるように圧接工程を進めた場合に発生する理想
的な形状である。

【００４６】以上のようなバリ24の成長に伴って、レー
ザー帯23がバリ24に遮られる面積が増加し、接合部にお
ける軟化の進行状態を把握することができる。ところ
で、図12（ａ）〜（ｄ）においては、下方に投光部が、
上方に受光部が設けられており、上方に向かってレーザ
ー帯23が照射された状態を示している。図12（ｂ）に示
す状態では、バリの幅および先端部の直径が小さいた
め、ワークと平行に照射されたレーザー帯23の一部（幅
方向の中央部）を遮るのみである。ところが、図12
（ｃ）の状態に至ると、バリの幅および先端部の直径は
拡大し、レーザー帯23は中央部からある程度の幅をもっ
て遮られる状態となる。さらに図12（ｄ）の状態になる
と、バリの幅および先端部の直径はさらに拡大し、バリ
がレーザー帯23を遮る幅はそれまでで最大となる。そし
て、バリ24の発生量（すなわちレーザー帯23がバリ24に
遮られる面積）が所定値を越えたときに、接合部の軟化
状態は溶融点に到達していると判断することができる。

【００４７】ここで、本実施例における摩擦圧接の手順
を図13ないし図15に示して説明する。図13は摩擦圧接工
程の進行（ワークＷ₁ の送り量Ｓ_n の増加）と共に変化
するワークＷ₁ の回転速度Ｎ_n 、ワークＷ₁ の送り速度
Ｖ_n およびワークＷ₁ とワークＷ₂ との圧接により生ず
るバリの発生量に比例するレーザー帯23の遮られる面積
Ｄ_n の関係をグラフ表示したものである。特に、ワーク
Ｗ₁ の送り量Ｓ_n と面積Ｄ_n との関係を示すグラフをＲ
_B と称す。図14および図15はこの摩擦圧接工程のフロー
チャートであり、第１実施例における摩擦圧接工程の初
期ステップ（図４）は、本実施例においても適用され
る。

【００４８】まず、図４に示す第１実施例の作業工程の
初期ステップと同様に、ワークＷ₁の回転速度をＮ₁ に
上昇させ（step１）、ワークＷ₁ の送り速度をＶ₁ まで
上昇させる（step２）。ワークＷ₁ は、その移動開始位
置からの送り量Ｓ₀ の位置で、ワークＷ₂ と当接する。
ワークＷ₁ 、Ｗ₂ の接合部におけるバリの発生により、
レーザー帯23の遮られる面積がＤ₁ に達するか、もしく
は、ワークＷ₁ の送り量がＳ₁ に達した時点で（step
３）、コントローラはサーボモータ12の加速信号ＳＧ₂
を出す。ワークＷ₁ の送り速度は所定速度Ｖ₂ に上昇し
（step４）、それに伴って、バリの増加率が上昇する。

【００４９】ところで、ワークＷ₁ の送り量Ｓ_n と面積
Ｄ_n との関係を示すグラフＲ_B が、図中に斜線部で示す
最適接合ゾーンＺ_B の範囲にあるようにワークＷ₁ の送
り速度Ｖ₂ と回転速度Ｎ₁ とを設定する。最適接合ゾー
ンＺ_B は、数回の予備接合を行い、その結果を基にあら
かじめ設定しておく。グラフＲ_B がこの最適接合ゾーン
Ｚ_B の範囲にあるときには、ワークの軟化の進行状態
と、送り速度とのバランスがとれており、最終的に良質
な溶着品質を得ることができる。

【００５０】ところで、グラフＲ_B がこの最適接合ゾー
ンＺ_B の上方に逸れる場合には、ワークＷ₁ の送り量に
比してバリの成長が速い状態を示しており、必要以上に
バリを発生させてしまう。したがって、ワークＷ₁ の送
り速度Ｖ₂ または回転速度Ｎ₁ をより低い値に設定する
必要がある。また、グラフＲ_B がこの最適接合ゾーンＺ
_B の下方に逸れる場合には、ワークＷ₁ の送り量に比し
てバリの成長が遅い状態を示しており、接合部における
所望の溶着強度をえることができなくなる。したがっ
て、ワークＷ₁ の送り速度Ｖ₂ または回転速度Ｎ₁ をよ
り高い値に設定する必要がある。いずれの場合において
も、グラフＲ_B がこの最適接合ゾーンＺ_Bの範囲から外
れると、満足な製品を得ることができないので、圧接作
業は中止される。

【００５１】グラフＲ_B を最適接合ゾーンＺ_B に維持し
ながら、ワークＷ₁ の送り量を増加していくと、やが
て、バリにより遮断される面積がＤ_S1〜Ｄ_S2の範囲に達
する（step５）。このＤ_S1〜Ｄ_S2の範囲に達すると、接
合部の軟化状態は溶融点に到達したことを示す。そして
コントローラは、面積がＤ_S1となった時点から所定のＰ
Ｓ期間を設定する（step６）。本実施例におけるＰＳ期
間では、バリにより遮断される面積が最適接合ゾーンＺ
_B の範囲にあるように制御し、接合部の軟化状態を溶融
点に維持する。ＰＳ期間の経過の後（送り量がＳ₂ 達し
たとき）に、コントローラは出力信号ＳＧ₃ 、ＳＧ₄ を
出す（step７）。

【００５２】信号ＳＧ₃ とＳＧ₄ との発生から所定時間
Ｔが経過する間に、ワークＷ₁ の送り量はＳ₃ に到達
し、バリにより遮断される面積は、Ｄ₄ 〜Ｄ₅ に達し、
圧接が完了する（step８）。また、ワークＷ₁ の回転に
は制動が掛けられるので、ワークＷ₁ とＷ₂ との相対回
転はなくなり、摩擦による発熱が無くなるので、２つの
ワークは溶着され凝固する。このとき、バリの発生によ
り遮断される面積がＤ₄〜Ｄ₅ とならなかった場合に
は、不良品と判断される。

【００５３】上記構成をなす本実施例より得られる作用
効果は、以下の通りである。上記のように、２つのワー
クの接合部に発生するバリの発生量を検知し、それを基
にしてワークの回転速度および送り速度を設定するの
で、ワークの材質や寸法を変更した場合でも、常に、摩
擦圧接装置の各部の作動設定を最適にすることが容易で
ある。その他の作用効果については、前記第１および第
２実施例と同様であり、ここでの説明は省略する。とこ
ろで、本実施例においてはバリの発生量を検知するため
に、変位センサ22を用いたが、ビデオカメラ等を用いて
バリの成長を撮影し、画像処理を施すことにより、摩擦
圧接装置の各部の作動設定に役立てることも可能であ
る。

【００５４】次に、本発明の第４実施例を、図16ないし
図18に示して説明する。図中第１ないし第３実施例と同
一部分若しくは相当部分は同一符号で示し、詳しい説明
は省略する。第４実施例が第１ないし第３実施例と異な
る点は、圧接工程における接合部の所望の軟化の進行状
態を把握するために、ワークＷ₁ 、Ｗ₂ の圧接により接
合部に生ずる摩擦熱を検知し、その温度変化を基にして
最適接合を行うためのワークＷ₁ の回転速度Ｎ_n および
送り速度Ｖ_n を設定するところにある。

【００５５】本実施例に用いる摩擦圧接装置を図16に示
す。図示のようにワークＷ₁ 、Ｗ₂の当接位置近傍に、
温度センサ25を配置している。温度センサ25は、ステー
251を介して主軸本体２に取付けられている。また、温
度センサ25の計測点は、ワークＷ₁ の端面となるよう
に、ワークＷ₁ をチャック９に固定する。ここで、温度
センサ25の計測点とワークＷ₁ の端面とを一致させる方
法を以下に説明する。まず、ワークＷ₂ をクランプ３に
固定する。また、ワークＷ₁ をチャック９に仮固定す
る。そして、主軸本体をワークＷ₂ の方向に移動させ、
ワークＷ₁ とワークＷ₂ とを当接させる。ワークＷ₁ は
仮固定の状態なので、ワークＷ₁ とワークＷ₂ との当接
圧で、ワークＷ₁ はチャック９の最奥部に密着し、所定
位置に位置決めされる。ここで、チャック９を強く閉め
込み、ワークＷ₁ を完全に固定する。

【００５６】ここで、本実施例における摩擦圧接の手順
を図17、図18に示して説明する。図17は摩擦圧接工程の
進行（ワークＷ₁ の送り量Ｓ_n の増加）と共に変化する
ワークＷ₁ の回転速度Ｎ_n 、ワークＷ₁ の送り速度Ｖ_n
およびワークＷ₁ とワークＷ₂ との圧接により生ずる接
合部の温度ｔ_n の関係をグラフ表示したものである。特
に、ワークＷ₁ の送り量と接合部の温度との関係を示す
グラフをＲ_t と称す。図18はこの摩擦圧接工程のフロー
チャートであり、第１実施例における摩擦圧接工程の初
期ステップ（図４）および最終ステップ（図６）は、本
実施例においても適用される。

【００５７】まず、図４に示す第１実施例の作業工程の
初期ステップと同様に、ワークＷ₁の回転速度をＮ₁ ま
で上昇させ（step１）、ワークＷ₁ の送り速度をＶ₁ ま
で上昇させる（step２）。ワークＷ₁ は、その移動開始
位置からの送り量Ｓ₀ の位置で、ワークＷ₂ と当接す
る。そしてワークＷ₁ とＷ₂ との接合部に摩擦熱が発生
し、接合部の温度ｔ_n は徐々に上昇する。ワークＷ₁ の
送り量がＳ₁ に到達した時点で（step３）、コントロー
ラはサーボモータ12の加速信号ＳＧ₂ を出し、送り速度
をＶ₂ まで上昇させる。そのままワークＷ₁ の送り量を
増加していくと、接合部に大きな摩擦熱が発生し、ワー
クの接合部の軟化が進行する。

【００５８】ワークＷ₁ 、Ｗ₂ の接合部は軟化しながら
融合が進行する。このとき、ワークＷ₁ の送り量と接合
部の温度との関係を示すグラフＲ_t が、図中に斜線部で
示す最適接合ゾーンＺ_t の範囲にあるように、ワークＷ
₁ の送り速度Ｖ₂ と回転速度Ｎ₁ とを設定する。最適接
合ゾーンＺ_t は数回の予備接合を行い、その結果を基に
あらかじめ設定しておく。グラフＲ_t がこの最適接合ゾ
ーンＺ_t の範囲にあるときには、ワークの軟化の進行状
態と、送り速度とのバランスがとれており、最終的に良
質な溶着品質を得ることができる。

【００５９】グラフＲ_t が最適接合ゾーンＺ_t から逸れ
ると、接合部の発熱量が不適切な状態となり、接合部の
軟化の進行がうまくなされていないことを意味する。し
たがって、製品の寸法精度や溶着強度に満足なものが得
られないので、圧接作業は中止される。

【００６０】グラフＲ_t を最適接合ゾーンＺ_t に維持し
ながら、ワークＷ₁ の送り量をＳ₂まで増加していく。
送り量がＳ₂ に到達した時点で（step４）、接合部の温
度がｔ₁ ないしｔ₂ の範囲内にあることが確認される
と、コントローラは所定のＰＳ期間を設定する（step
５）。本実施例におけるＰＳ期間では、接合部の軟化状
態が溶融点に達する温度ｔ₃ 以上になるよう制御する。
ＰＳ期間の経過時点（送り量Ｓ₂'：step６）で、接合部
の温度が溶融点ｔ₃ 以上である場合には、第１実施例と
同様に、図６に示す摩擦圧接工程の最終ステップ（step
７以後）へ移行する。また、ＰＳ期間の経過時点で、接
合部の温度がｔ₃ に満たない場合には、所望の発熱量を
得ることができていない状態であり、寸法精度や溶着強
度に満足なものが得られないので、圧接作業は中止され
る。

【００６１】上記構成をなす第４実施例より得られる作
用効果は、以下の通りである。上記のように、２つのワ
ークの接合部に発生する摩擦熱の温度変化から前記接合
部の軟化の促進状態を認識し、それを基にしてワークの
回転速度および送り速度を設定するので、ワークの材質
や寸法を変更した場合でも、常に、摩擦圧接装置の各部
の作動設定を最適にすることが容易である。その他の作
用効果については、前記第１実施例と同様であり、ここ
での説明は省略する。

【００６２】次に、本発明の第５実施例を、図19ないし
図21に示して説明する。図中第１ないし第４実施例と同
一部分若しくは相当部分は同一符号で示し、詳しい説明
は省略する。

【００６３】第５実施例が第１ないし第４実施例と異な
る点は、圧接工程における接合部の所望の軟化の進行状
態を把握するために、ワークＷ₁ 、Ｗ₂ の圧接により接
合部に生ずる摩擦抵抗によって、モータ６の負荷電流が
変動することを利用して、最適接合を行うためのワーク
Ｗ₁ の回転速度Ｎ_n および送り速度Ｖ_n を設定するとこ
ろにある。本実施例に用いる摩擦圧接装置を図19に示
す。図示のように主軸４を駆動するモータ６には、負荷
電流検出器26が接続されており、その検出信号を図示し
ないコントローラに伝送するようになっている。

【００６４】ここで、本実施例における摩擦圧接の手順
を図20、図21に示して説明する。図20は摩擦圧接工程の
進行（ワークＷ₁ の送り量Ｓ_n の増加）と共に変化する
ワークＷ₁ の回転速度Ｎ_n 、ワークＷ₁ の送り速度Ｖ_n
およびワークＷ₁ とワークＷ₂ との圧接により生ずる摩
擦抵抗によって変動するモータ６の負荷電流の値Ｉ_nの
関係をグラフ表示したものである。特に、ワークＷ₁ の
送り量Ｓ_n とモータ６の負荷電流の値Ｉ_n との関係を示
すグラフをＲ_i と称す。図21はこの摩擦圧接工程のフロ
ーチャートであり、第１実施例における摩擦圧接工程の
初期ステップ（図４）および最終ステップ（図６）は、
本実施例においても適用される。

【００６５】まず、図４に示す第１実施例の作業工程の
初期ステップと同様に、ワークＷ₁の回転速度をＮ₁ ま
で上昇させ（step１）、ワークＷ₁ の送り速度をＶ₁ ま
で上昇させる（step２）。ところで、モータ６を始動さ
せてワークＷ₁ を所定の回転速度Ｎ₁ に上昇させる過程
において、負荷電流Ｉ_n は、Ｒ_i ａに示されるように一
度上昇し、その後に低下して所定値で安定する。ワーク
Ｗ₁ がワークＷ₂ に当接し、接合部における摩擦抵抗が
増加することにより、モータ６には負荷がかかる。よっ
て、ワークＷ₁ の回転速度Ｎ₁ を維持するために、モー
タ６の負荷電流は序々に増加していく。接合部は摩擦抵
抗により発熱し、軟化を進行させる。

【００６６】このままワークＷ₁ の送り量をＳ₁ まで増
加させたとき（step３）に負荷電流が所定値Ｉ₃ を越
え、しかもワークＷ₁ の送り量Ｓ_n とモータ６の負荷電
流の値Ｉ_n との関係を示すグラフＲ_i が、あらかじめ設
定された最適接合ゾーンＺ_i の範囲にあるときには、ワ
ークの軟化の進行状態と、送り速度とのバランスがとれ
ており、最終的に良質な溶着品質を得ることができる。
よって、ワークＷ₁ の送り量は引き続き増加される。

【００６７】ワークＷ₁ の送り量に比して接触面の軟化
が不十分である場合には、摩擦抵抗が増加するのでモー
タ６の負荷電流が増大し、グラフＲ_i はこの最適接合ゾ
ーンＺ_i の上方に逸れる。したがって、ワークＷ₁ の送
り速度Ｖ₁ または回転速度Ｎ₁ をより低い値に設定する
必要がある。また、ワークＷ₁ の送り量に比して接触面
の軟化の進行が急である場合には、摩擦抵抗が減少して
モータ６の負荷電流が減少し、グラフＲ_b は最適接合ゾ
ーンＺ_i の下方に逸れる。したがって、ワークＷ₁ の送
り速度Ｖ₁ または回転速度Ｎ₁ をより高い値に設定する
必要がある。いずれの場合においても、グラフＲ_i がこ
の最適接合ゾーンＺ_i の範囲から外れると、満足な製品
を得ることができないので、圧接作業は中止される。

【００６８】接合部の軟化はさらに進行して、溶融点に
到達する。このとき、接触面の摩擦抵抗は小さくなるの
で、負荷電流の値は減少し一定の値を保つ。そして、ワ
ークＷ₁ の送り量がＳ₂ に達したときに（step４）、負
荷電流がＩ₁ ないしＩ₂ の範囲内にあるとき、コントロ
ーラは所定のＰＳ期間を設定する（step５）。本実施例
におけるＰＳ期間では、負荷電流をＩ₁ 〜Ｉ₂ にたもつ
ように制御し、接合部の軟化状態を溶融点に維持する。
ＰＳ期間の経過の後（送り量がＳ₂'に達したとき：step
６）に、第１実施例と同様に、図６に示す摩擦圧接工程
の最終ステップを実行する。本実施例においては、モー
タ６の負荷電流が、一度Ｉ₃ を越えたのち、再び低下し
て安定する状態をとらえることにより、接触面が溶融点
に達したことを把握することができる。

【００６９】上記構成をなす第５実施例より得られる作
用効果は、以下の通りである。上記のように、２つのワ
ークの接合部に発生する摩擦抵抗の変化を、モータ６の
負荷電流の変化を検知することにより、前記接合部の軟
化の促進状態を認識し、それを基にしてワークの回転速
度および送り速度を設定するので、ワークの材質や寸法
を変更した場合でも、常に、摩擦圧接装置の各部の作動
設定を最適にすることが容易である。その他の作用効果
については、前記第１実施例と同様であり、ここでの説
明は省略する。

【００７０】次に、本発明の第６実施例を、図22ないし
図24に示して説明する。図中第１ないし第５実施例と同
一部分若しくは相当部分は同一符号で示し、詳しい説明
は省略する。

【００７１】第６実施例は、ワークの最適接合を行うた
めの摩擦圧接装置の作動方法に関するものである。図22
は摩擦圧接工程の進行（摩擦圧接作業の開始からの経過
時間Ｔ_n ）と共に変化するワークＷ₁ の回転速度Ｎ_n 、
ワークＷ₁ の送り速度Ｖ_n およびワークＷ₁ とワークＷ
₂ との押付圧力Ｐ_n の関係をグラフ表示したものであ
る。特に、経過時間Ｔ_n と押付圧力Ｐ_n との関係を示す
グラフをＲ_P と称す。また、経過時間Ｔ_n におけるワー
クＷ₁ の送り量Ｓ_n も表示している。図23、図24はこの
摩擦圧接工程のフローチャートであり、第１実施例にお
ける摩擦圧接工程の初期ステップ（図４）は、本実施例
においても適用される。

【００７２】まず、図４に示す第１実施例の作業工程の
初期ステップと同様に、ワークＷ₁の回転速度をＮ₁ ま
で上昇させ（step１）、ワークＷ₁ の送り速度をＶ₁ ま
で上昇させる（step２）。ワークＷ₁ は、その移動開始
位置からの送り量Ｓ₀ の位置で、ワークＷ₂ と当接す
る。そして、ワークＷ₁ とワークＷ₂ との接合部におけ
る押付圧力が上昇する。ワークＷ₁ の送り量が所定値Ｓ
₁ に到達した時点（step３）での押付圧力が、所定値Ｐ
₂ 以上であるときには、接合部の摩擦抵抗により十分な
摩擦熱が発生し、ワークの接合部の軟化が始まる。する
と、接合部の押付圧力は、接合部が軟化による変形をお
こすことにより減少していく。ワークＷ₁の送り量が所
定値Ｓ₁ に到達した時点で、押付圧力がＰ₂ を下回って
いるときには、接触面の摩擦発熱が不十分となり、その
後の接合部の軟化が促進されないので、寸法精度や溶着
強度に満足できるものが得られない。よって、圧接作業
は中止される。

【００７３】ワークＷ₁ の送り量がＳ_t に到達した時点
で（step４）、コントローラはサーボモータ12の停止信
号ＳＧ₂'を出し、ワークＷ₁ 送り速度を０にする（step
５）。この状態で、ワークＷ₁ の回転を継続すると、押
付圧力は次第に減少していくが、摩擦発熱は継続するの
で、接触面の軟化状態は維持される。このワークＷ₁の
送りの停止を所定時間ｔ₀ だけ行った後（step６）、押
付圧力がＰ₁ ないしＰ₁'の範囲にあることが検知される
と、接触面は溶融点に到達したことになる。ここで、良
好な軟化状態を維持する溶融安定期間（以下、ＰＳ期間
という。）を、所定時間設ける（step７）。このＰＳ期
間では、押付圧力がＰ₁ ないしＰ₁'を維持する。ＰＳ期
間経過の後に、摩擦圧接工程の最終ステップ（図24参
照）へ移行する。

【００７４】コントローラはモータ６を停止させ、主軸
４にブレーキ８を作動させる信号ＳＧ₃ を出す。またこ
れと同時に、ワークＷ₁ の送り速度をＶ₂ まで上昇させ
る信号ＳＧ₄'とを出す（step８）。信号ＳＧ₃ とＳＧ₄'
との発生から所定時間ｔ₁ が経過する間に、ワークＷ₁
の送り量はＳ₃ に到達し、ワークＷ₁ とＷ₂ との押付圧
力は所望のアプセット圧力Ｐ₃ 〜Ｐ₄ まで増加する。ま
た、ワークＷ₁ の回転には制動が掛けられるので、ワー
クＷ₁ とＷ₂ との相対回転はなくなり、摩擦による発熱
が無くなるので、２つのワークは溶着され凝固する（st
ep９）。ワークＷ₁ の押付圧力がＰ₃ 〜Ｐ₄ に到達しな
い場合には、十分な溶着強度が得られなかったことを示
し、不良品としてはじかれる。また、回転速度Ｎが０に
ならなかった場合には、ワークＷ₁ とＷ₂ とは溶着に失
敗したことを示すので、やはり不良品としてはじかれ
る。

【００７５】ところで、本実施例においてワークＷ₁ の
回転速度Ｎ_n および送り速度Ｖ_n を設定する際には、上
記第１ないし第５実施例に示した手法を用いることがで
きる。

【００７６】上記構成をなす第６実施例より得られる作
用効果は、以下の通りである。接合部の軟化の進行中
に、ワークの送りを所定時間停止し、その状態で接触面
の軟化状態を進行させて、接触面を溶融点に到達させる
ので、接触面が溶融点に達するまでのステップで必要な
ワークの寄り代を少なくすることができる。よって、最
終的に圧接が完了したときのバリの発生も必要最小限に
抑えることができ、ワークの無駄を少なくすることがで
きる。

【００７７】

【有利な効果】本発明によれば、従来の摩擦圧接方法に
対し次のような効果を得ることができる。ワークの接合
部における軟化の進行状態を高速度カメラにより可視化
し、それを基にして、ワーク送り量と押付圧力との関係
における最適接合ゾーンを設定して、該最適接合ゾーン
の範囲内で前記工程が進行するように、前記ワークの回
転速度および送り速度を設定するので、ワークの材質や
寸法を変更した場合でも、常に、摩擦圧接装置の各部の
作動設定を最適にすることが容易となる。しかも、溶融
点を明確に把握して工程を進行させることができるの
で、ワークの寄り代を必要以上に過大にとる必要がなく
なり、材料の節約となると共に必要最小限の送り量で十
分な溶着強度を持った製品とすることができる。したが
って、不要なバリの発生を抑え、仕上げ工程でのバリの
除去作業も容易となる。また、最適接合ゾーンを維持し
て圧接工程を進めることにより、ワークの送り量は常に
適正値となり、最終的な寸法精度を正確に出すことがで
きる。

【００７８】また、一対のワークの圧接により生ずる振
動の周波数を測定して、ワークの送り量と周波数変動と
の関係における最適接合ゾーンを設定し、該周波数が前
記工程の進行に合わせて所定の周波数変動を示すよう
に、前記ワークの回転速度および送り速度を設定するこ
とによっても、同様の効果を得ることができる。

【００７９】さらに、一対のワークの接合部に生ずるバ
リの発生量の変化を測定し、それを基にして、ワーク送
り量とバリの発生量との関係における最適接合ゾーンを
設定し、前記最適接合ゾーンの範囲内で圧接工程が進行
するように、前記ワークの回転速度および送り速度を設
定することによっても、同様の効果を得ることができ
る。

【００８０】もしくは、前記最適接合ゾーンは、前記ワ
ークの圧接により接合部に生ずる摩擦熱の温度変化を測
定し、それをもとにして設定することもできる。また、
前記最適接合ゾーンは、前記ワークを回転駆動するモー
タの、前記圧接工程における負荷電流の変動を測定し、
それをもとにして設定することも可能であり、いずれの
場合でも、前記最適接合ゾーンの範囲内で圧接工程が進
行するように、前記ワークの回転速度および送り速度を
設定することにより、同様の効果を得ることができる。

【００８１】また、摩擦圧接工程において、一対のワー
クを当接させてその接合部に摩擦熱を発生させるステッ
プで、接合部の軟化の進行中に、ワークの送りを所定時
間停止することにより、ワークの送りを増加させずに接
触面の軟化状態を進行させるので、接触面が溶融点に達
するまでのステップにおいて、必要とするワークの寄り
代を少なくすることができる。よって、最終的に圧接が
完了したときのバリの発生も必要最小限に抑えることが
でき、ワークの無駄を少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例における摩擦圧接工程の進
行により変化する各種パラメータの関係を示すグラフで
ある。

【図２】本発明の第１実施例における摩擦圧接装置を示
す摸式図である。

【図３】本発明の第１実施例における摩擦圧接装置を示
す摸式図である。

【図４】図１に示す摩擦圧接工程の初期ステップを示す
フローチャート図である。

【図５】図１に示す摩擦圧接工程の中間ステップを示す
フローチャート図である。

【図６】図１に示す摩擦圧接工程の最終ステップを示す
フローチャート図である。

【図７】本発明の第２実施例における摩擦圧接装置を示
す摸式図である。

【図８】本発明の第２実施例における摩擦圧接工程の進
行により変化する各種パラメータの関係を示すグラフで
ある。

【図９】図８に示す摩擦圧接工程の中間ステップを示す
フローチャート図である。

【図10】本発明の第３実施例における摩擦圧接装置を示
す摸式図である。

【図11】図10の矢視Ａにおける摸式図である。

【図12】（ａ）ないし（ｄ）は摩擦圧接工程の進行によ
り発生するバリの成長の様子を示す摸式図である。

【図13】本発明の第３実施例における摩擦圧接工程の進
行により変化する各種パラメータの関係を示すグラフで
ある。

【図14】図13に示す摩擦圧接工程の中間ステップを示す
フローチャート図である。

【図15】図13に示す摩擦圧接工程の最終ステップを示す
フローチャート図である。

【図16】本発明の第４実施例における摩擦圧接装置を示
す摸式図である。

【図17】本発明の第４実施例における摩擦圧接工程の進
行により変化する各種パラメータの関係を示すグラフで
ある。

【図18】図17に示す摩擦圧接工程の中間ステップを示す
フローチャート図である。

【図19】本発明の第５実施例における摩擦圧接装置を示
す摸式図である。

【図20】本発明の第５実施例における摩擦圧接工程の進
行により変化する各種パラメータの関係を示すグラフで
ある。

【図21】図20に示す摩擦圧接工程の中間ステップを示す
フローチャート図である。

【図22】本発明の第６実施例における摩擦圧接工程の進
行により変化する各種パラメータの関係を示すグラフで
ある。

【図23】図22に示す摩擦圧接工程の中間ステップを示す
フローチャート図である。

【図24】図22に示す摩擦圧接工程の最終ステップを示す
フローチャート図である。

【符号の説明】

Ｎ_n ワークの回転速度Ｐ_n ワークの押付圧力Ｒワークの送り量と押し付け圧力との関係を示すグラ
フＳ_n ワークの送り量Ｖ_n ワークの送り速度Ｚ最適接合ゾーン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対向配置した一対のワークの一方を回転
駆動しながら他方に圧接して両ワークの接合部に摩擦熱
を発生させ、該摩擦熱で軟化した前記両ワークの接合部
を溶着させる摩擦圧接方法であって、前記接合部を所望
の軟化状態に維持して圧接工程を進行させるために、前
記接合部の軟化状態を可視化し、それを基にして前記ワ
ークの回転速度および送り速度を設定することを特徴と
する摩擦圧接方法。
【請求項２】対向配置した一対のワークの一方を回転
駆動しながら他方に圧接して両ワークの接合部に摩擦熱
を発生させ、該摩擦熱で軟化した前記両ワークの接合部
を溶着させる摩擦圧接方法であって、前記接合部を所望
の軟化状態に維持して圧接工程を進行させるために、前
記ワークの圧接により生ずる振動の周波数変動を測定
し、それを基にして前記ワークの回転速度および送り速
度を設定することを特徴とする摩擦圧接方法。
【請求項３】対向配置した一対のワークの一方を回転
駆動しながら他方に圧接して両ワークの接合部に摩擦熱
を発生させ、該摩擦熱で軟化した前記両ワークの接合部
を溶着させる摩擦圧接方法であって、前記接合部を所望
の軟化状態に維持して圧接工程を進行させるために、前
記ワークの圧接により接合部に生ずるバリの発生量の変
化を測定し、それを基にして前記ワークの回転速度およ
び送り速度を設定することを特徴とする摩擦圧接方法。
【請求項４】対向配置した一対のワークの一方を回転
駆動しながら他方に圧接して両ワークの接合部に摩擦熱
を発生させ、該摩擦熱で軟化した前記両ワークの接合部
を溶着させる摩擦圧接方法であって、前記接合部を所望
の軟化状態に維持して圧接工程を進行させるために、前
記ワークの圧接により接合部に生ずる摩擦熱の温度変化
を測定し、それを基にして前記ワークの回転速度および
送り速度を設定することを特徴とする摩擦圧接方法。
【請求項５】対向配置した一対のワークの一方を回転
駆動しながら他方に圧接して両ワークの接合部に摩擦熱
を発生させ、該摩擦熱で軟化した前記両ワークの接合部
を溶着させる摩擦圧接方法であって、前記接合部を所望
の軟化状態に維持して圧接工程を進行させるために、前
記ワークを回転駆動するモータの、前記圧接工程におけ
る負荷電流の変動を測定し、それを基にして前記ワーク
の回転速度および送り速度を設定することを特徴とする
摩擦圧接方法。
【請求項６】対向配置した一対のワークの一方を回転
駆動しながら他方に圧接することにより、両ワークの接
合部に摩擦熱を発生させ、該摩擦熱により前記両ワーク
の接合部を軟化させ、所望の軟化状態を得た後に、アプ
セット圧力を加えると共に前記ワークの回転を急停止さ
せる摩擦圧接工程において、接合部の軟化の進行中に、
ワークの送りを所定時間停止することを特徴とする摩擦
圧接方法。