JP2005211989A - 摩擦撹拌スポット接合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 押圧力を発生させるボ―ルねじ軸心と撹拌モ―タ軸中心を一致させることで押圧力による転倒トルクの発生をなくして装置の小型化を図り、ＬＭガイドと撹拌用モ―タの偏心量を少なくして振動を低く抑え、接合動作が容易にできる摩擦撹拌スポット接合装置を提供する。
【解決手段】 撹拌用モ―タ６の後端側にボ―ルナット１０を固定すると共にＬＭガイド１２を設け、該ＬＭガイドが移動するガイドレ―ル１３を前記撹拌用モ―タの軸線方向に接近した部位に設け、前記撹拌用モ―タの出力軸１８に後方からボ―ルねじ１７が格納される穴１９を形成して該穴にボ―ルねじを配置し、押圧用モ―タ４の回転力を前記ボ―ルねじに伝達し、該ボ―ルねじと螺合するボ―ルナットにより前記撹拌用モ―タを前後進させるようにした摩擦撹拌スポット接合装置。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ピンの回転による摩擦熱で被接合物を軟化，撹拌して接合する装置であって、押圧用モ―タと撹拌用モ―タとを備え、前記撹拌用モ―タと先端に前記ピンを有し後端が前記撹拌用モ―タの出力軸側に接続された接合ツ―ルとを同一軸線上に配置した摩擦撹拌スポット接合装置に関するものである。

従来，ピンの回転による摩擦熱で被接合物を軟化，撹拌して接合する装置であって、押圧用モ―タと撹拌用モ―タとを備え、ア―ムの一端側に、前記撹拌用モ―タと先端に前記ピンを有し後端が前記撹拌用モ―タの出力軸側に接続された接合ツ―ルとを同一軸線上に配置した摩擦撹拌スポット接合装置がある（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００２ー１２６８８４号公報

ところで、上記従来の技術においては、押圧力を発生させるボ―ルねじの軸心および直動ガイドの中心（実施例で昇降機構の中心）と撹拌モ―タの軸中心が大きく偏心しているため、押圧装置のガイド部に、撹拌力により撹拌モ―タの回転周波数に一致した間欠トルクがかかり振動が発生するとともに、押圧装置の直動ボ―ルのガイドの寿命を短くするので、直動ガイド部をサイズアップする必要があり、コストアップになる。また、被接合物や治具などで囲まれた狭い部位に、押圧装置のガイド部が干渉する可能性が大きくあり、これが邪魔になって接合装置の狭い箇所への移動が困難となる。さらに、押圧力の加圧中心と撹拌モ―タの撹拌軸の回転中心が偏心しているので、撹拌モ―タを被接合物へ押圧作動させる際に押圧力の加圧中心部に転倒トルクが発生しガイドに過分の負担が掛かる等の問題がある。

本発明は、従来の技術の有するこのような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、押圧力を発生させるボ―ルねじの軸心と撹拌モ―タ軸の中心を一致させることで押圧力による転倒トルクの発生をなくして装置の小型化を図り、ＬＭガイドと撹拌用モ―タの偏心量を少なくして振動を低く抑えて、接合動作が容易にできる摩擦撹拌スポット接合装置を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明における摩擦撹拌スポット接合装置は、押圧用モ―タと撹拌用モ―タとを備え、前記撹拌用モ―タと先端にピンを有し後端が撹拌用モ―タの出力軸側に接続された接合ツ―ルとを同一軸線上に配置した摩擦撹拌スポット接合装置において、前記撹拌用モ―タの後端側にボ―ルナットを固定すると共にＬＭガイドを設け、該ＬＭガイドが移動するガイドレ―ルを前記撹拌用モ―タの軸線方向に接近した部位に設け、前記撹拌用モ―タの出力軸に後方からボ―ルねじが格納される穴を形成して該穴にボ―ルねじを配置し、前記押圧用モ―タの回転力を前記ボ―ルねじに伝達し、該ボ―ルねじと螺合するボ―ルナットにより前記撹拌用モ―タを前後進させるようにしたことを特徴とする、ものである。

また、前記撹拌用モ―タの出力軸と接合ツ―ルとの間に減速機を介在させたことを特徴とする、ものである。

本発明に係る摩擦撹拌スポット接合装置では、撹拌用モ―タの後端側に押圧力を発生させるボ―ルねじを配置し、押圧用モ―タの回転力を前記ボ―ルねじに伝達し、該ボ―ルねじと螺合するボ―ルナットにより前記撹拌用モ―タを前後進させるようにしたので、押圧力の加圧中心と撹拌モ―タの撹拌軸の回転中心が一致して転倒トルクの発生がなく、また、ＬＭガイドが移動するガイドレ―ルを前記撹拌用モ―タの軸線方向に接近した部位に設けたので、装置がよりコンパクトになると共にＬＭガイドと撹拌用モ―タの偏心量を少なくして、間欠トルクによる振動も低く抑えることができ、しかも押圧装置が被接合物や周囲の治具と干渉することがない安全で使用し易い摩擦撹拌スポット接合装置となる。

また、撹拌用モ―タの出力軸と接合ツ―ルとの間に減速機を介在させた場合には、撹拌用モ―タの回転数を必要回転数以上に上げた後，減速機で接合ツ―ルの回転数を所定の回転数まで下げることでトルクを所望の値まで上げるので、モ―タの小型化が図れる。その結果，押圧装置が被接合物や周囲の治具と干渉することがない、より安全で使用し易い摩擦撹拌スポット接合装置となる。

摩擦撹拌スポット接合装置を「押圧用モ―タと撹拌用モ―タとを備え、前記撹拌用モ―タと先端に前記ピンを有し後端が前記撹拌用モ―タの出力軸側に接続された接合ツ―ルとを同一軸線上に配置した摩擦撹拌スポット接合装置において、前記撹拌用モ―タの後端側にボ―ルナットを固定すると共にＬＭガイドを設け、該ＬＭガイドが移動するガイドレ―ルを前記撹拌用モ―タの軸線方向に接近した部位に設け、前記撹拌用モ―タの出力軸に後方からボ―ルねじが格納される穴を形成して該穴にボ―ルねじを配置し、押圧用モ―タの回転力を前記ボ―ルねじに伝達し、該ボ―ルねじと螺合するボ―ルナットにより前記撹拌用モ―タを前後進させるようにした」構成としている。

そして、前記撹拌用モ―タの出力軸と接合ツ―ルとの間に減速機を介在させる場合がある。

図１は本発明に係る摩擦撹拌スポット接合装置をＣ型接合ガンに適用した概略構成図、図２は接合ツ―ルと撹拌用モ―タと押圧用モ―タの接続関係を示す概略断面図である。

図１において、１はロボットの手首２に接続されるガンブラケットであり、該ガンブラケット１の基部には伝動ボックス３が備えられ、該伝動ボックス３の一側には押圧用モ―タ４が配置され他側にはＣ字状の固定ア―ム５が延出されている。

そして、前記伝動ボックス３内には撹拌用モ―タ６が配置され、該撹拌用モ―タ６には先端にピン７を有する接合ツ―ル８が接続されている。

前記固定ア―ム５の先端には、前記ピン７と対向して裏当て材９が取り付けられ、該裏当て材９に被接合物Ｗ1，Ｗ2が配備されるようになっている。

１０は撹拌用モ―タ６の後端側に固定されたボ―ルナットであり、該ボ―ルナット１０を保持するブラケット１１の一側にはＬＭガイド１２が設けられている。また前記伝動ボックス３内にはガイドレ―ル１３が撹拌用モ―タ６にきわめて接近して該撹拌用モ―タ６の軸線方向に設けられている。そして、前記ＬＭガイド１２はガイドレ―ル１３に沿って移動可能となっており、該ＬＭガイド１２のブラケット１１は撹拌用モ―タ６の後端側に固定されている。

図２において、前記押圧用モ―タ４の回転軸１４にはボ―ルねじ軸１５がナット１６によって固定されており、該ボ―ルねじ軸１５の先端側にはボ―ルねじ１７が形成され、該ボ―ルねじ１７は押圧用モ―タ４から前記伝動ボックス３内に導かれ、撹拌用モ―タ６の出力軸１８に後方から形成された穴１９内まで延びており、その途中で撹拌用モ―タ６の後端側に固定されたボ―ルナット１０と螺合している。

前記接合ツ―ル８は撹拌用モ―タ６の出力軸１８の先端側にチャック２０によって挟持，接続されている。

なお、２１はピン７により被接合物Ｗ1，Ｗ2の一部を押圧，撹拌時の反力を負担するためのアンギュラベアリングであり、２２は撹拌用モ―タ６の出力軸１８の軸受，２３は押圧用モ―タ４の回転軸１４の軸受である。また、２４は撹拌用モ―タ６の回転数検出用センサ―であり、このセンサ―２４は前記撹拌用モ―タ６がインバ―タモ―タの場合には不要なものである。

以上のような構成からなる摩擦撹拌スポット接合装置において、ロボットにより接合ガンを被接合物Ｗ1，Ｗ2に近付け、固定ア―ム５の先端の裏当て材９を被接合物Ｗ1，Ｗ2に当接させた状態で、押圧用モ―タ４と撹拌用モ―タ６とを駆動させる。

前記押圧用モ―タ４の駆動により、ボ―ルねじ軸１５が回転し、該ボ―ルねじ軸１５の回転によりボ―ルねじ１７が回転すると、該ボ―ルねじ１７と螺合しているボ―ルナット１０が前後進しようとする。該ボ―ルナット１０の前後進はこれを固定した撹拌用モ―タ６のＬＭガイド１２による直動の前後進となり、該撹拌用モ―タ６は、先端にピン７を有する接合ツ―ル８を同伴していることからいわば加圧ロッドとして伝動ボックス３からの出没量を変化させる。

そして、押圧用モ―タ４と共に駆動される撹拌用モ―タ６は前述の如く、その出力軸１８の先端側に、先端にピン７を有する接合ツ―ル８が接続されているので、接合ツ―ル８は撹拌用モ―タ６と同一軸線上で回転してピン７により被接合物Ｗ1，Ｗ2に対して摩擦，撹拌動作を行う。

このように、本発明に係る摩擦撹拌スポット接合装置では、ボ―ルねじ１７は撹拌用モ―タ６の出力軸１８に設けた穴１９内まで延びているので、押圧力を発生させるボ―ルねじ１７の軸心と撹拌用モ―タ６軸中心が一致して押圧力による転倒トルクの発生を防止する。また、押圧力を発生させる装置がコンパクトに納まって装置全体が小型化され、接合動作が容易にできる接合装置となる。また、伝動ボックス３内で前記撹拌用モ―タ６にきわめて接近してＬＭガイド１２を設けることにより、装置がよりコンパクトになると共にＬＭガイド１２と撹拌用モ―タ６の偏心量を少なくして、間欠トルクによる振動も低く抑えることができる。

図３は本発明に係る摩擦撹拌スポット接合装置をＣ型接合ガンに適用した他の実施例の概略構成図であり、この実施例では、固定ア―ム５の先端に第２の撹拌用モ―タ３１を設け、該第２の撹拌用モ―タ３１に先端にピン３２を有する第２の接合ツ―ル３３を接続させた点で前記実施例１と相違し、その余の構成は実施例１と実質的に同一であるので図面には同一部材に同一符号を付してその説明を省略する。

この接合装置では、被接合物Ｗ1，Ｗ2の裏面側にも第２の撹拌用モ―タ３１によるピン３２によって被接合物Ｗ1，Ｗ2の裏面側からの接合も可能となり、被接合物Ｗ1，Ｗ2の総合厚さが厚い場合等に特に有効な摩擦撹拌スポット接合装置となる。

図４は本発明に係る摩擦撹拌スポット接合装置の更に他の実施例の撹拌用モ―タ６および押圧用モ―タ４からの伝動機構の概略断面図、図５はその概略平面図を示すものであり、この実施例では押圧用モ―タ４と撹拌用モ―タ６とを並列に配置した点でこれまでに実施例と相違し、その余の構成は実質的に同一であるので図面には同一部材に同一符号を付してその説明を省略する。

図４，図５において、伝動ボックス３内に設けた撹拌用モ―タ６と、押圧用モ―タ４とは並列に配置されており、前記伝動ボックス３の後端側と押圧用モ―タ４の回転軸１４側間には伝動ケ―ス４１が配置されている。

そして、前記伝動ケ―ス４１内で撹拌用モ―タ６の後端側にはボ―ルねじ軸４２を支持する軸受４３が設けられ、またボ―ルねじ軸４２の軸端にはプ―リ４４が取り付けられている。

また、伝動ケ―ス４１内で押圧用モ―タ４の回転軸１４にはプ―リ４５が取り付けられ、該プ―リ４５と前記プ―リ４４との間には歯付きベルト４６が張設されている。

したがって、押圧用モ―タ４の駆動により、その回転軸１４からの回転力はプ―リ４５，歯付きベルト４６，プ―リ４４を介してボ―ルねじ軸４２を回転させ、該ボ―ルねじ軸４２の回転によりボ―ルねじ１７が回転すると、該ボ―ルねじ１７と螺合しているボ―ルナット１０が前後進し、該ボ―ルナット１０の前後進はこれを固定した撹拌用モ―タ６の前後進となり、該撹拌用モ―タ６は、先端にピン７を有する接合ツ―ル８を同伴して伝動ボックス３からの出没量を変化させる。
そして、撹拌用モ―タ６の駆動は前述の如く、接合ツ―ル８を回転させピン７により被接合物Ｗ1，Ｗ2に対して摩擦，撹拌動作を行うものである。

図６は本発明に係る摩擦撹拌スポット接合装置の別の実施例で接合ツ―ルと撹拌用モ―タと押圧用モ―タの接続関係を示す概略断面図であり、この実施例では撹拌用モ―タ６の出力軸１８と接合ツ―ル８との間に減速機５１を介在させた点でこれまでに実施例と相違し、その余の構成は実質的に同一であるので図面には同一部材に同一符号を付してその説明を省略する。

図６において、撹拌用モ―タ６の出力軸１８の先端側には減速機５１の入力部５２が接続され、該減速機５１の出力部５３はアンギュラベアリングの軸５４を介して、先端にピン７を有する接合ツ―ル８に接続されている。

摩擦撹拌スポット接合での撹拌用モ―タ６は、回転数を上げることによる共振が発生し易い部品（例えばボ―ルねじ）は使用しないので機械部品による回転数の制限がない。また、撹拌用モ―タ６は摩擦撹拌スポット接合装置の先端部に装着するので被接合物や治具との干渉を避けることが最重要課題となっている。そのためにモ―タ外径を細くすることが必要であるが、モ―タ出力トルクは小さくなってしまいがちである。そのためモ―タ６の外径を細くしたままモ―タ回転数をピン７による撹拌時に必要とする回転数（１０００ｒｐｍ〜２０００ｒｐｍ）の５〜１０倍程度に上げ、モ―タ６からの出力軸１８の回転数を減速機５１（例えばハ―モニックドライブ）で摩擦撹拌接合のための最適トルクまで上げ、必要回転数まで下げるようにすると摩擦撹拌スポット接合装置の先端部に装着しても、被接合物や周囲の治具と干渉することが少ない、より安全で使用し易い摩擦撹拌スポット接合装置となる。

図１は本発明に係る摩擦撹拌スポット接合装置をＣ型接合ガンに適用した概略構成図である。 図２はその接合ツ―ルと撹拌用モ―タと押圧用モ―タの接続関係を示す概略断面図である。 図３は本発明に係る摩擦撹拌スポット接合装置をＣ型接合ガンに適用した他の実施例の概略構成図である。 図４は本発明に係る摩擦撹拌スポット接合装置の更に他の実施例の撹拌用モ―タおよび押圧用モ―タからの伝動機構の概略断面図である。 図５はその概略平面図である。 図６は本発明に係る摩擦撹拌スポット接合装置の別の実施例で接合ツ―ルと撹拌用モ―タと押圧用モ―タの接続関係を示す概略断面図である。

符号の説明

４ 押圧用モ―タ
６ 撹拌用モ―タ
７ ピン
８ 接合ツ―ル
１０ ボ―ルナット
１２ ＬＭガイド
１３ ガイドレ―ル
１７ ボ―ルねじ
１８ 撹拌用モ―タの出力軸
１９ 穴
５１ 減速機
Ｗ1，Ｗ2 被接合物

Claims (2)

1. ピンの回転による摩擦熱で被接合物を軟化，撹拌して接合する装置であって、押圧用モ―タと撹拌用モ―タとを備え、前記撹拌用モ―タと先端に前記ピンを有し後端が撹拌用モ―タの出力軸側に接続された接合ツ―ルとを同一軸線上に配置した摩擦撹拌スポット接合装置において、前記撹拌用モ―タの後端側にボ―ルナットを固定すると共にＬＭガイドを設け、該ＬＭガイドが移動するガイドレ―ルを前記撹拌用モ―タの軸線方向に接近した部位に設け、前記撹拌用モ―タの出力軸に後方からボ―ルねじが格納される穴を形成して該穴にボ―ルねじを配置し、前記押圧用モ―タの回転力を前記ボ―ルねじに伝達し、該ボ―ルねじと螺合するボ―ルナットにより前記撹拌用モ―タを前後進させるようにしたことを特徴とする摩擦撹拌スポット接合装置。
2. 前記撹拌用モ―タの出力軸と接合ツ―ルとの間に減速機を介在させたことを特徴とする請求項１記載の摩擦撹拌スポット接合装置。
   

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