(57)【要約】【課題】円筒管Ｗの内面に、肉盛り加工を施すことのできる肉盛り装置とする。【解決手段】円筒管Ｗの端面に、円筒形のダイス１を当接可能とし、またダイス１内を回転ツール２が進出可能とする。回転ツール２の先端部には、円筒管Ｗの肉盛り後の内径を規定する大径部２０と、大径部２０の先端にねじ溝２１ａを設けた先細り形状の送りねじ部２１を設ける。送りねじ部２１に、肉盛り材３の後側を螺合する。回転ツール２を回転しながらダイス１とともに進出していくと、円筒管Ｗの端面にダイス１が当接した状態で、肉盛り材３はさらにねじ切りされながら後方へ移動する。肉盛り材３は、この摩擦抵抗により後方に向かう圧縮力を加え続けて、肉盛り材３に塑性流動を生じさせる。また、先に塑性流動状態になっていた肉盛り材３の部分は冷却されて円筒管Ｗの内面に肉盛り層３ｂを形成する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工材に形成された軸線方向に断面円形の被加工孔の内面に、筒状の肉盛り材により肉盛り加工を施す肉盛り装置において、
被加工材に開口する被加工孔の周縁端面に当接可能に進出する円筒形のダイスと、該ダイス内を進出可能とされた回転ツールとを有し、
前記回転ツールの先端部には、被加工材の肉盛り後の内径を規定する大径部が設けられるとともに、該大径部の先端に、前記肉盛り材を被せて装着可能にねじ溝を設けた先細り形状の送りねじ部が設けられていることを特徴とする断面円形の被加工孔の内面への肉盛り装置。
【請求項２】
送りねじ部に装着される肉盛り材の後端部は、被加工材の内径より大径とされていることを特徴とする請求項１記載の断面円形の被加工孔の内面への肉盛り装置。
【請求項３】
送りねじ部に装着可能に拡径され、かつねじ溝に螺合する雌ねじ部が設けられていること特徴とする請求項２記載の肉盛り材。
【請求項４】
送りねじ部により雌ねじ部が形成されるとともに拡径されて送りねじ部に装着されること特徴とする請求項２記載の肉盛り材。
【請求項５】
ダイスの先端面に、内周面に連続したステア凹部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の断面円形の被加工孔の内面への肉盛り装置。
【請求項６】
送りねじ部の先端に、肉盛り材の前側を支える支持軸部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の断面円形の被加工孔の内面への肉盛り装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、被加工材に形成された軸線方向に断面円形の被加工孔の内面に、筒状の肉盛り材により肉盛り加工を施す肉盛り装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から母材の表面上に異種又は同種金属を肉盛りする方法として、アーク溶接法（肉盛法）による肉盛りが行われている。しかしながら、アーク溶接法ではパイプ内に肉盛り加工を施すことが困難であった。
最近、塑性流動接合（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ　Ｓｔｉｒ　Ｗｅｌｄｉｎｇ）と称せられる新たな溶接法が開発されている。
【特許文献１】
特表平７−５０５０９０号公報
【０００３】
この塑性流動接合は、被加工材より硬い材質のプローブを被加工材の接合領域に挿入し、プローブと被加工材との間に相対的な摩擦循環運動をさせて、発生する摩擦熱によって高温に加熱し、接合領域を塑性流動状態にして、被加工材同士を接合するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この塑性流動接合の特徴は、接合が固相接合であり、塑性流動による結晶の微細化を生じるなどが挙げられるが、適用できる被加工材が平面的なものに限られており、三次元曲面の被加工材への適用が困難であった。
この発明では、塑性流動接合の原理を利用して、円筒材の内面や、被加工材に形成された円形孔の内面など、軸線方向に断面円形の被加工孔の内面に肉盛りを施すのに適した肉盛り装置の提供を目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そこで、請求項１の発明では、被加工材に形成された軸線方向に断面円形の被加工孔の内面に、筒状の肉盛り材により肉盛り加工を施す肉盛り装置において、被加工材に開口する被加工孔の周縁端面に当接可能に進出する円筒形のダイスと、ダイス内を進出可能とされた回転ツールとを有し、回転ツールの先端部には、被加工材の肉盛り後の内径を規定する大径部が設けられるとともに、大径部の先端に、肉盛り材を被せて装着可能にねじ溝を設けた先細り形状の送りねじ部が設けられている。
【０００６】
この構成により、肉盛り加工を施すに際して、被加工材に形成された断面円形の被加工孔の軸線の延長上に円筒形のダイスを配置する。このダイス内に回転ツールが設けられて進出可能とされている。回転ツールの先端部には、被加工材の肉盛り後の内径を規定する大径部が設けられ、さらに大径部の先端に先細りに形成した送りねじ部が設けられ、この送りねじ部にねじ溝が設けられている。この送りねじ部に、円筒形の肉盛り材の後端を被せ、その端部を拡径するとともに、ねじ溝にその一端を螺合して装着する。
【０００７】
回転ツールを回転しながらダイスとともに進出していくと、被加工材に開口する被加工孔の周縁端面にダイスが当接し、大径部とともに被加工材の端面をシールする。そして肉盛り材の端部がダイスと接触し、または被加工孔の内面と接触し、この摩擦による抵抗により送りねじ部に螺合する肉盛り材はさらにねじ切りされながら後方へ移動する。肉盛り材は、この摩擦抵抗により後方に向かう圧縮力を加え続ける。そして、被加工孔の内面と大径部との間に存在する肉盛り材に塑性流動を生じさせる。
【０００８】
回転ツールの前進とともに新たに被加工孔の内面と大径部との間に位置するようになった肉盛り材は、塑性流動する。また、先に塑性流動状態になっていた肉盛り材の部分は冷却されて被加工孔の内面に肉盛り層を形成する。特に、請求項１の発明では、肉盛りが圧縮状態で行われるとともに、大径部によってその肉盛り後の内径が規定されるために、寸法精度がよく、平滑な表面の肉盛り層を得ることができる。
【０００９】
請求項２の発明は、送りねじ部に装着される肉盛り材の後端部を、被加工材の内径より大径とされた状態に装着される。これにより、肉盛り加工の初期に肉盛り材は被加工孔の内面と接触し、この摩擦抵抗により送りねじ部に螺合する肉盛り材はさらにねじ切りされながら後方へ確実に移動される。
【００１０】
この際、予め、肉盛り材の端部を、送りねじ部に螺合可能に拡径し、内面に雌ねじ部を形成しておくと、肉盛り加工を施す際の作業の迅速を図ることができる（請求項３）。一方、肉盛り材の端部がダイスと接触することによって送りねじ部に螺合して拡径され、かつ雌ねじ部が形成される構成とすれば、肉盛り材の予備加工を要しない（請求項４）。
【００１１】
請求項５の発明は、円筒形のダイスの先端面に、内周面に連続するステア凹部が設けられている。これにより、加工初期に肉盛り材が塑性流動を生じやすくなり、確実に肉盛り加工を行うことができる。
【００１２】
また、請求項６の発明では、送りねじ部の先端に、肉盛り材の前側を支える支持軸部が設けられている。この支持軸部によって、円筒形の肉盛り材を被加工孔の軸線に沿って装着される。
【００１３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明では、被加工材に形成された軸線方向に断面円形の被加工孔の内面に、筒状の肉盛り材により肉盛り加工を施す肉盛り装置において、被加工材に開口する被加工孔の周縁端面に当接可能に進出する円筒形のダイスと、ダイス内を進出可能とされた回転ツールとを有し、回転ツールの先端部には、被加工材の肉盛り後の内径を規定する大径部が設けられるとともに、大径部の先端に、肉盛り材を被せて装着可能にねじ溝を設けた先細り形状の送りねじ部が設けられていることにより、断面円形の被加工孔の内面に肉盛りを施すことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施例を、両端が開放された内径Ｄのアルミニウムの円筒管Ｗを被加工材とし、同材質のアルミニウムからなる円筒形の肉盛り材３により肉盛りして、円筒管Ｗの内面を改質する例を図１〜図７を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
図１に示すように、図示しないベース上に進退可能に取付けられている厚肉円筒形のダイス１には、その先端面に内周面に連続してダイス１と同心の円環状のステア凹部１０が設けられている。このダイス１の内側に、図示しない駆動モータにより回転するとともに進退可能な回転ツール２が配設されている。回転ツール２の先端には、直径ｄの太径とされた大径部２０が設けられている。この直径ｄは、円筒管Ｗの内面に施す肉盛層３ｂの厚さ（Ｄーｄ）に調整されている。
【００１６】
また、大径部２０の先端から先細りとされ、この外面に例えばピッチを１ｍｍとする雄ねじからなるねじ溝２１ａを形成した送りねじ部２１が設けられている。さらに送りねじ部２１の先端から、円筒形の肉盛り材３の内径よりもやや細い程度として肉盛り材３を略軸線に沿って支持する支持軸部２２が延長して設けられている。
【００１７】
図２および図３は、円筒形の肉盛り材３の一例を示し、その外径は円筒管Ｗに挿入可能に内径Ｄよりも細いものとされ、またその外周には、軸線方向に複数本の溝３０が形成されていて、単位長さ当たりの肉盛り材に必要な量に対してその外径（厚さ）を大きくしている。また、肉盛り作業の予備作業として、図２に示すように一側から中間位置まで拡径して、円筒管Ｗの内径よりもその端部の外径を大きくしている。そして、この拡径した部位の内面に、送りねじ部２１の雄ねじ２１ａに螺合可能な雌ねじ３１が設けられている。
【００１８】
係る構成からなる本実施例の作用について説明する。
図４は、肉盛り加工前のセットされた状態を示し、円筒管Ｗが回転ツール２の軸線を共通する位置に図示しない固定チャックなどの固定手段により固定され、また、ダイス１及び回転ツール２は後退位置に配置される。肉盛り材３は、その雌ねじ部３１を送りねじ部２１に螺合してセットされる。これにより、円筒形状の肉盛り材３は、図４において、その右側（以下後部と表現する。）は、送りねじ部２１に螺合するとともに、左側（以下前部と表現する。）は支持軸部２２により支持されて、回転ツール２の軸線にほぼ共通して配置される。
【００１９】
次に、駆動モータが駆動して回転ツール２が回転を始めて、回転ツール２とともにダイス１が前進する。この際、肉盛り材３は、螺合する回転ツール２とともに回転している。ダイス１及び回転ツール２が前進すると、肉盛り材３の中間部外面のポイントＸが円筒管Ｗの端部に接触する図５に示す状態になる。これにより円筒管Ｗとの間に摩擦力が作用し、肉盛り材３が回転ツール２とともに回転することが妨げられる。すなわち、肉盛り材３は、回転ツール２との間で相対的に回転して、肉盛り材３の内面に雌ねじを切りながら、送りねじ部２１に対して後方へ移動して、肉盛り材３の後端が、ダイス１のステア凹部１０内で当接するに至る（図６参照）。
なお、この実施例においては、肉盛り材３に軸線方向に複数本の溝３０を設けることによって、単位長さ当たりに必要とされる肉盛り材の外径を大きくしている。これによって、溝３０を設けていない例と比較して確実に円筒管Ｗの端部と接触して、肉盛り材３を回転ツール２と相対的に後方へ移動できる。
【００２０】
続いて、図７に示すように、ダイス１の前端面が円筒管Ｗの後端面に当接、密着してステア凹部１０を密閉空間とする。これによりダイス１は前進を止めて、この密閉状態を保持し、肉盛り材３の後端部分Ｙはステア凹部１０および円筒管Ｗの後端部と回転ツール２の大径部２０とにより形成される隙間内で継続して回転する。
【００２１】
ステア凹部１０に当接した肉盛り材３の後端は、強い圧縮力を受けながら回転してステア凹部１０の壁面との摩擦熱によって昇温し、融点以下であるが、軟化した状態、いわゆる、塑性流動現象を生じて、この密閉空間内を塑性流動層３ａになって充満する。
【００２２】
係る塑性流動現象により塑性流動層３ａを形成しながら、回転ツール２は回転及び前進を継続し、送りねじ部２１から大径部２０に移行する大径部２０の先側（図７において、ポイントＺとして示す部位）で、塑性流動現象を生じるようになる。すなわち、肉盛り材３は、回転ツール２に対して後方へ圧縮力を加えながら、円筒管Ｗと大径部２０との間の間隙に押し込まれ、また、肉盛り材３と円筒管Ｗとの間の摩擦熱により昇温し、塑性流動現象を生じる。同時に、ステア凹部１０内の塑性流動層３ａは、冷却して、同材質からなる円筒管Ｗの端面に接合した肉盛層３ｂを形成する。
【００２３】
さらに、回転ツール２の回転及び前進に伴って、塑性流動現象を生じるポイントＺが順次前進し、これにともなって、塑性流動層３ａの位置が前進するとともに、ポイントＺの後方には円筒管Ｗの内面に接合した肉盛り層３ｂが形成されていく。
【００２４】
なお、肉盛り材３の外面には、円筒管Ｗの内面を強く押圧して、回転ツール２とともに回転することを妨げる力が作用している。この妨げる力によって、送りねじ部２１の回転力が、さらに肉盛り材３の内面に雌ねじを切って、送りねじ部２１に対して相対的に後方へ移動する力が作用し、ポイントＺに位置する肉盛り材３に大きな圧縮力を作用し続ける。一方、ポイントＺにおいて、円筒管Ｗと大径部２０との間隙に肉盛り材３が充満すると、送りねじ部２１に対して相対的に後方へ移動できないために、回転ツール２に従動して強制回転され、肉盛り材３と円筒管Ｗとの間で激しい摩擦を生じることになる。そして、回転ツール２が前進するに伴って、送りねじ部２１に対して相対的に後方へ移動して、円筒管Ｗと大径部２０との間隙内に肉盛り材３が充足される。このように、肉盛りは、圧縮状態で行われるとともに、大径部２０によってその肉盛り後の内径が規定されるために、寸法精度がよく、平滑な表面の肉盛層３ｂを得ることができる。
【００２５】
図１は、ポイントＺが円筒管Ｗの中間位置まで進んだ状態を示し、肉盛り材３は送りねじ部２１に螺合して順次その直径が拡がりながら、送りねじ部２１に対して相対的に後方に移動していき、大径部２０に至り、ポイントＺの部位で、塑性流動を受けて塑性流動層３ａになる。そして、回転ツール２の前進とともにポイントＺから外れた塑性流動層３ａは、冷却されて、円筒管Ｗの内面に接合した肉盛り層３ｂになる。このようにして回転ツール２の前進とともに、円筒管Ｗの内面に肉盛層３ｂが順次形成され、円筒管Ｗの最前端まで回転ツール２が移動して肉盛り作業を終了する。
【００２６】
上述した実施例では、アルミニウムの円筒を円筒管Ｗとし、この円筒管Ｗの内面に、同種のアルミニウムの肉盛層３ｂを形成する例を説明したが、被加工材や肉盛り層の材料は回転ツール２の材料より軟らかい材料であれば適用することができ、アルミニウムに限定されることなく実施することができる。
【００２７】
また、被加工材を円筒管Ｗとした例を示したが、被加工材は円筒管に限られることなく、被加工材に穿設された円孔にも肉盛りを施すことができる。
また、図５に示すように、加工初期に肉盛り材３の中間部外面がポイントＸで円筒管Ｗの端面に直接当接する例を示したが、図８に示すように、当て金４０を被加工孔の周縁に固定して、間接的に当接する構成にすることもできる。
【００２８】
さらに、肉盛り材３の中間部外面が円筒管Ｗの端部に当接する例を示したが、必ずしも肉盛り材３の中間部外面が円筒管Ｗの端部に当接することを要しない。
【００２９】
また、円筒管Ｗを固定し、回転ツール２を回転する実施例を示したが、円筒管Ｗと回転ツール２との間で相対的に回転を与えればよく、円筒管Ｗを回転する一方、回転ツール２を固定して実施することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】肉盛り加工中の状態を示す断面図
【図２】一端を拡径した状態の肉盛り材の一部切欠正面図
【図３】肉盛り材の側面図
【図４】肉盛り加工の開始状態を示す一部の断面図
【図５】肉盛り材がポイントＸで被加工材に接触する肉盛り加工途中の状態を示す一部の断面図
【図６】肉盛り材がダイスに当接する肉盛り加工途中の状態を示す一部の断面図
【図７】肉盛り材が塑性流動を開始した状態を示す一部の断面図
【図８】他の実施例を示す一部の断面図
【符号の説明】
１…ダイス
２…回転ツール
３…肉盛り材
３ａ…塑性流動層
３ｂ…肉盛層
１０…ステア凹部
２０…大径部
２１…送りねじ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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