JP2001025884A - 摩擦圧接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】複雑な周辺装置を必要とせずに、高品質の製品
を精度よく、かつ短時間に得ることができるようにし、
しかも加工対象品を拡大した摩擦圧接装置を提供する。 【解決手段】スピンドル支持体１３で軸方向位置を一定
としつつ回転自在に支承されるスピンドル１４の一端部
に第１ワークＷ１が着脱可能に装着され、スピンドル支
持体１３に対する近接・離反が可能であるスライダ３１
に、第１ワークＷ１に対向する第２ワークＷ２が着脱可
能に装着され、固定の支持板２８およびスライダ３１間
に設けられるボールねじ４９に回転動力を与える電動サ
ーボモータと、スピンドル１４を回転駆動する電動スピ
ンドルモータ２１とが、電動サーボモータの回転トルク
制御を可能とするとともに角度位置検出器６１の検出値
に基づいてスピンドル１４の停止角度位置を定めつつ電
動スピンドルモータ２１を回生制動することを可能とし
て、制御ユニットで制御される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、摩擦圧接装置の改
良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の摩擦圧接装置では、第１および第
２ワークを摩擦圧接するための推力を油圧シリンダによ
る油圧力で得るようにし、スピンドルの回転を停止する
には湿式もしくは多板式のクラッチを用いるのが一般的
である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
ように油圧シリンダで推力を発生させるものでは、推力
の微妙な調節が困難であり、加工対象品の品質に限界が
あり、しかも推力の安定化を図るべく油圧を管理するた
めに圧力センサ等を含む複雑かつ大がかりな周辺装置が
必要となり、その周辺装置の管理およびメンテナンスが
煩雑となる。

【０００４】また油圧シリンダの応答性は優れたもので
はないので、加工のスピードが遅く、生産性を向上させ
る障害となっている。さらに、スピンドルが完全に停止
するまでの時間も比較的長くなり、これによっても生産
性の低下を招いている。

【０００５】さらにスピンドルの回転を前記クラッチで
停止するようにしているので、スピンドルの回転停止位
置を定めることができず、加工対象品が横断面円形のシ
ャフト等に限定されてしまう。

【０００６】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、複雑な周辺装置を必要とせずに、高品質の製
品を精度よく、かつ短時間に得ることができるようにす
るとともに、加工対象品を拡大し得るようにした摩擦圧
接装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に従う摩擦圧接装置は、固定の基台に固定さ
れるスピンドル支持体と、該スピンドル支持体で軸方向
位置を一定としつつ回転自在に支承されるとともに一端
部には第１ワークが着脱可能に装着されるスピンドル
と、該スピンドルを回転駆動する電動スピンドルモータ
と、前記スピンドルの角度位置を検出する角度位置検出
器と、前記スピンドル支持体に対する近接・離反を可能
として前記基台上に設けられるとともに前記第１ワーク
に対向する第２ワークが着脱可能に装着されるスライダ
と、前記基台上に固定される支持板と、前記スピンドル
と同軸の回転軸線を有して前記支持板およびスライダ間
に設けられるボールねじと、該ボールねじに回転動力を
与える電動サーボモータと、該電動サーボモータの回転
トルク制御を可能とするとともに前記角度位置検出器の
検出値に基づいて前記スピンドルの停止角度位置を定め
つつ前記電動スピンドルモータを回生制動することを可
能として前記電動サーボモータおよび前記電動スピンド
ルモータを制御する制御ユニットとを備えることを特徴
とする。

【０００８】このような構成の摩擦圧接装置によれば、
ボールねじに電動サーボモータから回転動力を与えるこ
とで、第２ワークを第１ワークに押しつける推力を得る
ようにし、電動サーボモータの回転トルクを制御するの
で、推力の微妙な調節を可能として摩擦圧接の対象とな
る材料の適用範囲を拡大することが可能となるととも
に、推力を安定化させるための周辺装置が不要である。
しかも油圧シリンダを用いる従来のものと比べて応答性
を優れたものとすることが可能であり、上記推力の微妙
な調節が可能であることと相まって高精度の摩擦圧接を
行なうことができる。また電動スピンドルモータを停止
する際には回生制動するので、スピンドルが完全に停止
するまでの時間を短縮し、電動サーボモータの応答性が
優れていることと合わせて、加工時間の短縮を図り、生
産性の向上に寄与することができる。さらに角度位置検
出器の検出値に基づいてスピンドルの停止角度を高精度
に定めることができるので、スピンドルの軸線まわりで
の第１および第２ワークの位相合わせを行なうことがで
き、加工対象品を拡大することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、添
付の図面に示した本発明の一実施例に基づいて説明す
る。

【００１０】図１〜図６は本発明の一実施例を示すもの
であり、図１は摩擦圧接装置の縦断側面図、図２は図１
の２−２線矢視図、図３は図１の３−３線断面図、図４
は図１の４−４線断面図、図５は制御系の構成を示すブ
ロック図、図６は制御ユニットの制御手順を示すフロー
チャートである。

【００１１】先ず図１および図２において、固定の基台
１１上には第１支持板１２が立設されており、第１支持
板１２にはスピンドル支持体１３が固着される。スピン
ドル支持体１３には、水平な軸線を有するスピンドル１
４が、その軸方向位置を一定としつつ軸線まわりの回転
を自在として支承されており、該スピンドル１４は、そ
の両端をスピンドル支持体１３から突出させるようにし
てスピンドル支持体１３に支承される。

【００１２】スピンドル１４の一端部（図１の右端部）
には、第１チャック機構１５によって第１ワークＷ１が
着脱可能に装着される。この第１チャック機構１５は、
スピンドル１４を同軸にかつ相対回転自在に貫通する第
１作動ロッド１６の軸方向移動によって第１ワークＷ１
のスピンドル１４への着脱を切換えるように構成される
ものであり、スピンドル１４の他端からの前記第１作動
ロッド１６の突出端部に第１シリンダ１７が同軸に連結
される。この第１シリンダ１７は、第１支持板１２から
延出される支持枠１８上に支持されており、第１シリン
ダ１７に締結される第１軸受ハウジング１９で、スピン
ドル１４の他端部が回転自在に支承される。

【００１３】スピンドル支持体１３上に設けられるモー
タ支持台２０には、スピンドル１４と平行な軸線を有す
る電動スピンドルモータ２１が固定的に支持されてお
り、電動スピンドルモータ２１の回転動力が第１伝動手
段２３を介して前記スピンドル１４に伝達される。

【００１４】第１伝動手段２３は、電動スピンドルモー
タ２１の出力軸２２に固着された第１駆動プーリ２４
と、前記第１軸受ハウジング１９およびスピンドル支持
体１３間でスピンドル１４に固定された第１従動プーリ
２５と、第１駆動プーリ２４および第１従動プーリ２５
に巻掛けられる無端状の第１タイミングベルト２６とで
構成される。

【００１５】図３および図４を併せて参照して、前記第
１支持板１２は、スピンドル１４の軸線に沿う方向で基
台１１の一端側に立設されるのに対し、基台１１の他端
側には、第２支持板２８が立設される。而して両支持板
１２，２８の下部間は左右一対のガイドロッド２９，２
９で連結され、両支持板１２，２８の上部間は、左右一
対ずつのガイドロッド３０，３０で連結されている。

【００１６】基台１１上には、前記スピンドル支持体１
３に対する近接・離反が可能であるスライダ３１が配設
される。このスライダ３１は、水平な可動板３２と、前
記ガイドロッドの軸線方向に間隔をあけて可動板３２上
に立設される第１および第２可動支持板３３，３４と、
両可動支持板３３，３４間を連結する連結板３５とを備
えるものであり、可動板３２は、前記各ガイドロッド２
９…，３０…の軸線と平行な方向に長く延びて基台１１
上に固定される左右一対のレール３６，３６に沿って移
動可能である。また両可動支持板３３，３４には、前記
各ガイドロッド２９…，３０…を摺動自在に嵌合せしめ
るガイド筒３７…，３８…が固定されている。

【００１７】スライダ３１が備える第１および第２可動
支持板３３，３４のうち、スピンドル支持体１３に近い
第１可動支持板３３側には、スピンドル１４の一端部に
装着された第１ワークＷ１に対向する第２ワークＷ２が
第２チャック機構４０により着脱可能に装着される。こ
の第２チャック機構４０は、スピンドル１４と同軸上に
配置された第２作動ロッド４１の軸方向移動によって第
２ワークＷ２のスライダ３１への着脱を切換えるように
構成されるものであり、第２作動ロッド４１と平行な軸
線を有して第１可動支持板３３に支持される第２シリン
ダ４２，４２が第２作動ロッド４１に連結される。

【００１８】第１および第２可動支持板３３，３４間の
略中央部には、第２シリンダ４２，４２の伸長端を規制
する規制板４３が配置されており、該規制板４３は、前
記各ガイドロッド２９…，３０…と平行な軸線を有する
左右一対の支持ロッド４４，４４を介して第１可動支持
板３３に固定的に支持される。しかも両支持ロッド４
４，４４には可動部材４５，４５が摺動可能に支持され
ており、第２シリンダ４２，４２および両可動部材４
５，４５を連結する連結板４６の中間部が前記第２作動
ロッド４１に連結される。すなわち第２作動ロッド４１
は、第２シリンダ４２，４２の伸長作動に応じて前記両
支持ロッド４４，４４で案内されつつ軸方向に作動する
ことになる。

【００１９】スライダ３１の一側方には、該スライダ３
１における第２可動支持板３４に固定されたモータ支持
板４７が配置されており、このモータ支持板４７には、
電動スピンドルモータ２１の回転軸線と平行な回転軸線
を有する電動サーボモータ４８が固定的に支持される。

【００２０】また前記第２支持板２８およびスライダ３
１間には、ボールねじ４９が設けられており、該ボール
ねじ４９は、スピンドル１４と同軸の回転軸線を有する
ねじ軸５０と、該ねじ軸５０を螺合せしめて第２支持板
２８に固定されるナット５１とを備える。

【００２１】スライダ３１の第２可動支持板３４には、
ねじ軸５０が軸線方向に移動することを阻止しつつ該ね
じ軸５０を軸線まわりに回転自在に支承する第２軸受ハ
ウジング５２が固着されており、ねじ軸５０は、その軸
線まわりの回転に応じてスライダ３１をスピンドル支持
体１３に対して近接・離反する方向に駆動することにな
る。

【００２２】前記電動サーボモータ４８は、第２伝動手
段５３を介して前記ボールねじ４９のねじ軸５０に回転
動力を与えるものであり、第２伝動手段５３は、電動サ
ーボモータ４８の出力軸５４に固着された第２駆動プー
リ５５と、前記第２軸受ハウジング５２からのねじ軸５
０の突出端部に固定された第２従動プーリ５６と、第２
駆動プーリ５５および第２従動プーリ５６に巻掛けられ
る無端状の第２タイミングベルト５７とで構成される。

【００２３】図５において、第１シリンダ１７および第
２シリンダ４２の作動をそれぞれ司る第１および第２流
体圧制御手段５８，５９と、電動スピンドルモータ２１
と、電動サーボモータ４８とは、制御ユニット６０で制
御されるものであり、該制御ユニット６０には、電動ス
ピンドルモータ２１の角度位置を検出すべく該電動スピ
ンドルモータ２１に付設される角度位置検出器としての
第１エンコーダ６１の検出値、ならびに電動サーボモー
タ４８の回転位置を検出すべく該電動サーボモータ４８
に付設される第２エンコーダ６２の検出値が入力され
る。

【００２４】制御ユニット６０は、電動サーボモータ４
８の回転トルク制御ならびに電動スピンドルモータ２１
の回生制動を可能として、電動サーボモータ４８および
電動スピンドルモータ２１を、図６で示す制御手順によ
りＮＣ制御する。

【００２５】図６において、ステップＳ１で第１および
第２ワークＷ１，Ｗ２を第１および第２チャック機構１
５，４０にそれぞれセットし、ステップＳ２で摩擦圧接
装置を起動せしめた後のステップＳ３では、トルクリミ
ットをかけた状態で電動サーボモータ４８を作動させ、
スライダ３１をスピンドル支持体１３側に近接作動せし
める。而して第１および第２ワークＷ１，Ｗ２が突き当
たることによって、電動サーボモータ４８のトルクがト
ルクリミット値に達したことをステップＳ４で確認した
ときには、ステップＳ５において、そのときのスライダ
３１の位置を記憶するとともに、第１および第２チャッ
ク機構１５，４０を作動せしめることにより両ワークＷ
１，Ｗ２をスピンドル１４およびスライダ３１にそれぞ
れ固定する。さらにステップＳ６では、電動サーボモー
タ４８のトルクリミットを解除するとともにスライダ３
１がスピンドル支持体１３から離反する側にわずかに移
動するように電動サーボモータ４８を作動せしめる。

【００２６】次のステップＳ７では、電動スピンドルモ
ータ２１を一定回転で作動せしめることによりスピンド
ル１４を回転させ、さらにステップＳ８では、電動サー
ボモータ４８の制御をトルク制御に切換えて、スライダ
３１を一定の低推力でスピンドル支持体１３側に移動さ
せる。この際、スライダ３１の推力Ｆは、電動サーボモ
ータ４８の出力トルクをＴ、電動サーボモータ４８から
第２伝動手段５３を介してボールねじ４９に伝達される
までの伝達効率をη、ボールねじ４９のピッチをＰ_B と
したときに、｛Ｆ＝（２π×η×Ｔ）／（Ｐ_B ×１
０^-3）｝で表わされる。

【００２７】上記ステップＳ８でのスライダ３１の移動
により、第１および第２ワークＷ１，Ｗ２を所定の摩擦
圧での加圧を開始するための摩擦圧切換位置にスライダ
３１が達したことをステップＳ９で確認したときには、
ステップＳ９からステップＳ１０に進み、電動サーボモ
ータ４８の目標トルクを所定の摩擦圧が得られる値に切
換えてスライダ３１を一定推力で移動させる。それによ
り、回転している第１ワークＷ１に第２ワークＷ２が一
定推力で押付けられ、両ワークＷ１，Ｗ２の接触部が発
熱することになる。

【００２８】ステップＳ１１では、所定の摩擦圧での加
圧を終了する位置までスライダ３１が移動したか否かを
確認し、所定の摩擦圧での加圧を終了する位置までスラ
イダ３１が移動したことを確認したときのステップＳ１
２では、電動サーボモータ４８のトルク値を「０」に切
換える。またステップＳ１３では、電動スピンドルモー
タ２１を回生制動することによりスピンドル１４の回転
を停止し、第１エンコーダ６１の検出値に基づいて、ス
ピンドル１４の角度位置を所定の位置に位置決めする。
このように所定の位置に位置決めしてスピンドル１４の
回転を停止することにより、第１および第２ワークＷ
１，Ｗ２の相対位置を任意に定めることが可能である。

【００２９】次のステップＳ１５では、目標トルクをア
プセット圧が得られる値に定めて電動サーボモータ４８
のトルク制御を行ない、それにより静止している第１ワ
ークＷ１に第２ワークＷ２がアプセット圧で押付けられ
ることになり、そのアプセット圧での押付けが所定の保
持時間継続したことをステップＳ１５で確認したとき
に、ステップＳ１６に進むことになる。

【００３０】ステップＳ１６では、電動サーボモータ４
８のトルク制御を停止して位置制御に切換え、さらにス
テップＳ１７で第２チャック機構４０による第２ワーク
Ｗ２のチャックを解除した後、ステップ１８では、スラ
イダ３１が原位置まで速やかに戻るように電動サーボモ
ータ４８を作動せしめ、さらにステップＳ１９におい
て、第１チャック機構１５による第１ワークＷ１のチャ
ックを解除することで、１回の摩擦圧接制御が終了す
る。

【００３１】次にこの実施例の作用について説明する
と、ボールねじ４９に電動サーボモータ４８から回転動
力を与えることで、第２ワークＷ２を第１ワークＷ１に
押しつける推力を得るようにし、電動サーボモータ４８
の回転トルクを制御ユニット６０で制御するので、推力
を微妙に調節することが可能であり、摩擦圧接の対象と
なる材料の適用範囲を拡大することが可能となるととも
に、推力を安定化させるための周辺装置が不要となるだ
けでなく、油圧シリンダを用いる従来のものと比べて応
答性を優れたものとすることが可能である。したがっ
て、上記推力の微妙な調節が可能であることと相まって
高精度の摩擦圧接を行なうことができる。

【００３２】また電動スピンドルモータ２１を停止する
際には回生制動するので、スピンドル１４が完全に停止
するまでの時間を短縮することが可能であり、電動サー
ボモータ４８の応答性が優れていることと合わせて、加
工時間の短縮を図り、生産性の向上に寄与することがで
きる。

【００３３】さらに制御ユニット６０は、第１エンコー
ダ６１の検出値に基づいて電動スピンドルモータ２１の
停止角度位置を定めるので、スピンドル１４の停止角度
を高精度に定めることができる。したがってスピンドル
１４の軸線まわりでの第１および第２ワークＷ１，Ｗ２
の位相合わせを行なうことができ、加工対象品を拡大す
ることができる。

【００３４】以上、本発明の実施例を詳述したが、本発
明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の
範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計
変更を行なうことが可能である。

【００３５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、推力の微
妙な調節を可能として摩擦圧接の対象となる材料の適用
範囲を拡大することが可能となるとともに、推力を安定
化させるための周辺装置が不要である。また応答性を優
れたものとすることも可能であり、上記推力の微妙な調
節が可能であることと相まって高精度の摩擦圧接を行な
うことができる。さらにスピンドルが完全に停止するま
での時間を短縮し、電動サーボモータの応答性が優れて
いることと合わせて、加工時間の短縮を図り、生産性の
向上に寄与することができる。さらにスピンドルの軸線
まわりでの第１および第２ワークの位相合わせを行なう
ことができ、加工対象品を拡大することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】摩擦圧接装置の縦断側面図である。

【図２】図１の２−２線矢視図である。

【図３】図１の３−３線断面図である。

【図４】図１の４−４線断面図である。

【図５】制御系の構成を示すブロック図である。

【図６】制御ユニットの制御手順を示すフローチャート
である。

【符号の説明】

１１・・・基台 １３・・・スピンドル支持体 １４・・・スピンドル ２１・・・電動スピンドルモータ ２８・・・支持板 ３１・・・スライダ ４８・・・電動サーボモータ ４９・・・ボールねじ ６０・・・制御ユニット ６１・・・角度位置検出器としての第１エンコーダ Ｗ１・・・第１ワーク Ｗ２・・・第２ワーク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 春田 洋一 群馬県新田郡新田町大字早川字早川３番地 澤藤電機株式会社新田工場内 (72)発明者 荻原 史浩 群馬県新田郡新田町大字早川字早川３番地 澤藤電機株式会社新田工場内 Ｆターム(参考） 4E067 BG02 CA02 CA05

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定の基台（１１）に固定されるスピン
   ドル支持体（１３）と、該スピンドル支持体（１３）で
   軸方向位置を一定としつつ回転自在に支承されるととも
   に一端部には第１ワーク（Ｗ１）が着脱可能に装着され
   るスピンドル（１４）と、該スピンドル（１４）を回転
   駆動する電動スピンドルモータ（２１）と、前記スピン
   ドル（１４）の角度位置を検出する角度位置検出器（６
   １）と、前記スピンドル支持体（１３）に対する近接・
   離反を可能として前記基台（１１）上に設けられるとと
   もに前記第１ワーク（Ｗ１）に対向する第２ワーク（Ｗ
   ２）が着脱可能に装着されるスライダ（３１）と、前記
   基台（１１）上に固定される支持板（２８）と、前記ス
   ピンドル（１４）と同軸の回転軸線を有して前記支持板
   （２８）およびスライダ（３１）間に設けられるボール
   ねじ（４９）と、該ボールねじ（４９）に回転動力を与
   える電動サーボモータ（４８）と、該電動サーボモータ
   （４８）の回転トルク制御を可能とするとともに前記角
   度位置検出器（６１）の検出値に基づいて前記スピンド
   ル（１４）の停止角度位置を定めつつ前記電動スピンド
   ルモータ（２１）を回生制動することを可能として前記
   電動サーボモータ（４８）および前記電動スピンドルモ
   ータ（２１）を制御する制御ユニット（６０）とを備え
   ることを特徴とする摩擦圧接装置。