JP3790117B2 - 摩擦圧接装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、摩擦圧接装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被接合部材を接合する接合装置として、摩擦圧接機が知られている。摩擦圧接機は、例えば、第２の被接合部材を固定し、第１の被接合部材を回転させた状態で、第２の被接合部材側に押圧することによって、第１の被接合部材と第２の被接合部材を摩擦熱で接合するものである。
このような摩擦圧接機では、モータ等の駆動力は、入力プーリ等を介して主軸に伝達される。そして、主軸の回転力は、第１の被接合部材に伝達される。ここで、主軸の回転中心軸と第１の被接合部材の回転中心軸は、同軸上に配置されている。このため、第１の被接合部材は、主軸の回転中心軸を中心とする回転運動を行いながら、第２の被接合部材に圧接される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
第１の被接合部材を主軸の回転中心軸を中心として回転運動させる場合、被接合部材の形状、構造によっては、接合することができない場合がある。例えば、第１の被接合部材の接合面（接合部）が、主軸の回転中心軸を中心とする周方向に連続していない場合（図５参照）や、第１の被接合部材の接合面（接合部）が多角形状の場合（図８参照）である。このような場合には、主軸の回転時に、第１の被接合部材の接合面と、第２の被接合部材の接合面（第１の被接合部材が接合される接合面）が連続的に接しない。第１の被接合部材の接合面が第２の被接合部材の接合面に連続的に接しないと、第２の被接合部材の接合面の摩擦熱の発生効率が悪くなり、第１と第２の被接合部材の摩擦圧接効率が低下する。
本発明は、このような問題点を解決するために創案されたものであり、被接合部材同志の接合部が周方向に連続していない場合や非円形状の場合等においても、効率良く被接合部材を摩擦圧接させることができる摩擦圧接装置を提供することを目的とする。
【０００４】
上記課題を達成するための本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりの摩擦圧接装置である。請求項１に記載の摩擦圧接装置では、自転を抑制された状態で移動する。これにより、第１の被接合部材が周方向に連続していない場合や非円形状の場合等においても、第１の被接合部材の接合面と第２の被接合部材の接合面との接触時間が長くなる（ほぼ連続的に接触する）ため、摩擦熱の発生効率が良くなる。また、請求項１に記載の摩擦圧接装置では、自転抑制部材は、一端を保持手段に、他端を摩擦圧接装置のベッドに取付けられている複数の弾性部材で構成されている。これにより、構成が簡単である。また、第２の発明は、請求項２に記載されたとおりの摩擦圧接装置である。請求項２に記載の摩擦圧接装置では、回転軸の中心軸が、主軸の回転中心軸に対して偏心しているため、第２の被接合部材の移動範囲を広くすることができる。また、第３発明は、請求項３に記載されたとおりの摩擦圧接装置である。請求項３に記載の摩擦圧接装置では、弾性部材がバネで形成されている。このため、構造が一層簡単になる。また、第４発明は、請求項４に記載されたとおりの摩擦圧接装置である。請求項４に記載の摩擦圧接装置では、保持手段は軸受を有している。これにより、小型で構成が簡単になる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を、図１〜図８を用いて説明する。
図１は、実施の形態の摩擦圧接装置１を正面から見た断面図である。図２は、矢印Ｃ−Ｃ方向から見た図１の側面図を示す。図３は、第１の被接合部材２０を回転させる摩擦圧接装置１の主軸１２を示す概略図である。図４は、ワイヤバネ１６の斜視図である。図５ａは第１の被接合部材２０の一例を示し、図５ｂは第２の被接合部材２１の一例を示し、図５ｃは第１の被接合部材２０と第２の被接合部材２１を接合させた状態を示す図である。図６は、主軸１２の回転時における第１の被接合部材２０の中心軸Ｂの軌跡を示す模式図である。図７は、第１と第２の被接合部材２０、２１を摩擦圧接する方法を示すフローチャート図である。
なお、以下では、第１の被接合部材２０を回転させた状態で、第２の被接合部材２１に摩擦圧接させることで、第１の被接合部材２０と第２の被接合部材２１を接合させる場合について説明する。
【０００６】
摩擦圧接装置１は、ベッド２の上に主軸コラム３を有する。主軸コラム３には、主軸１２が、軸受を介して回転可能に取り付けられている。主軸１２には、モータ８の駆動力が、モータ８の出力軸に連結された出力プーリ９、ベルト１０、主軸１２に連結された入力プーリ１１を介して伝達される。
図１及び図３に示すように、主軸１２の一方側の端部（図１及び図３の右側の端部）には、第１の被接合部材２０を把持するチャック１４が、軸受１３を介して回転可能に取り付けられている。
主軸１２は、図３に示すように、他方側の端部（入力プーリ１１を介してモータ８の駆動力が伝達される側の端部）（図１及び図３の左側の端部）の中心軸Ａに対して、一方側の端部の中心軸Ｂが偏心するようにクランク形状に形成されている。中心軸Ｂは、中心軸Ａに対して偏心量Ｒだけ偏心している。
なお、第１の被接合部材２０は、チャック１４に取付けられる。これにより、第１の被接合部材２０は、中心軸Ａを中心とする半径Ｒ（偏心量Ｒ）の回転軌跡に沿って第１の被接合部材２０を回転する。
【０００７】
また、２個のワイヤバネ１６が、チャック１４とベッド２に設けられたフロア１５との間に設けられている。ワイヤバネ１６は、図４に示すように、２枚のフラットバー（平板）１７を有している。フラットバー１６の側面には、複数の穴１８が形成されており、２枚のフラットバー１６の穴１８にワイヤ１９が螺旋状に巻き付けてられている。そして、一方のフラットバー（平板）１７は、チャック１４にネジ締結（図示省略）で取付けられている。また、他方のフラットバー（平板）１６は、フロア１５にネジ締結（図示省略）で連結されている。これにより、ワイヤバネ１６は、フロア１５に取付けられている側を取付け固定端、チャック１４に取付けられている側を取付け自由端として、弾性変形可能である。すなわち、チャック１４は、フロア１５に取付けられている２箇所の取付け固定端に対して、ワイヤバネ１６の弾性変形範囲内で移動可能である。
なお、主軸１２が回転すると、チャック１４の遠心力等の外力が２枚のフラットバー１７の対向する方向に作用し、一方のフラットバー１７に対し、他方のフラットバー１７がスラスト方向に移動しようとする力が作用する。これを防止するため、ワイヤバネ１６は、フラットバー１７の長手方向の中心付近を境界に、ワイヤ１９の巻き方向を反転させて巻き付けられている。
【０００８】
一方、第２の被接合部材２１は、テーブル４に取り付けられているクランプ５によって固定されている。テーブル４は、ベッド２に設けられているスライド部６に対して、前後方向（図１の左右方向）に油圧手段７によって移動可能である。油圧手段７によって、第１の被接合部材２０と第２の被接合部材２１の圧接力（押圧力）が調節される。
なお、摩擦圧接装置１には、摩擦圧接装置１の各部を制御する制御手段（図示省略）が設けられている。
【０００９】
次に、上記のように構成された摩擦圧接装置１を用いて、第１の被接合部材２０と第２の被接合部材２１を摩擦圧接させる方法を、図７に示すフローチャート図を用いて説明する。以下では、第１の被接合部材２０として、図５ａに示すような複数の突起形状の接合部を有する部材を用い、第２の被接合部材２１として、図５ｂに示すような板状の部材を用いた場合について説明する。
いま、テーブル４が、待機位置に位置しているものとする。
まず、ステップＳ１で、第１と第２の被接合部材２０、２１を取り付ける。例えば、第１の被接合部材２０をチャック１４で把持して、第２の被接合部材２１をクランプ５により固定保持する。
次に、ステップＳ２で、テーブル４を前進させる。例えば、油圧手段７を制御して、テーブル４を前進方向（図１の左方向）に移動させる。
次に、ステップＳ３で、第１の被接合部材２０と第２の被接合部材２１を接触させる。例えば、油圧手段７を制御して、第１の被接合部材２０と第２の被接合部材２１の押圧力を所定値Ｐ１に制御する。これにより、第１の被接合部材２０と第２の被接合部材２１は当接状態になる。
【００１０】
次に、ステップＳ４で、主軸１２を回転させる。例えば、モータ８を回転させて、主軸１２を所定回転数Ｎ（ｒｐｍ）で回転させる。この時、中心軸Ａと中心軸Ｂが偏心量Ｒだけ偏心しているため、主軸１２が回転すると、中心軸Ｂは、中心軸Ａを中心とする半径Ｒの回転軌跡に沿って回転する。
また、主軸１２の中心軸Ｂ側の端部に設けられているチャック１４は、中心軸Ｂの回転軌跡に沿って回転する力が作用する。しかしながら、チャック１４は、ワイヤバネ１６によってフロア１５に取り付けられており、かつ、軸受１３を介して主軸１２に回転可能に取り付けられている。このため、チャック１４に把持されている第１の被接合部材２０は、図６に示すように、自転しない状態（例えば、ほぼ同じ姿勢を保った状態）で、中心軸Ａを中心とする半径Ｒの回転軌跡に沿って移動する。これにより、第１の被接合部材２０の接合部２０ａと第２の被接合部材２１の接合部２１ａがほぼ連続して接触する。
次に、ステップＳ５で、摩擦発熱させる。例えば、主軸１２を所定回転数Ｎ（ｒｐｍ）で回転させた状態で、油圧手段７を制御して、第１の被接合部材２０と第２の被接合部材２１との押圧力をＰ１からＰ２に上げる。そして、圧力Ｐ２の状態で所定時間ｔ１の間主軸１２を回転させる。これにより、第１の被接合部材２０の接合部２０ａと第２の被接合部材２１の接触部２１ａに摩擦熱が発生し、第１の被接合部材２０と第２の被接合部材２１が摩擦圧接される。
次に、ステップＳ６では、モータ８の回転を停止させ、主軸１２の回転を停止する。
次に、ステップＳ７では、モータ８の回転の停止に合わせて、溶融状態にある第１の被接合部材２０と第２の被接合部材２１の接触部２０ａ、２１ａに対し、押圧力をＰ２からＰ３に上げ、所定時間ｔ２の間圧力Ｐ３を印加する（アップセット加圧）。
次に、ステップＳ８で、第１の被接合部材２０をチャック１４から取り外して、油圧手段７を制御してテーブル４を待機位置まで後退させる。
次に、ステップＳ９で、第１の被接合部材２０が摩擦圧接された第２の被接合部材２１（図５ｃに示す状態）をクランプ５から取り出して、摩擦圧接加工は完了する。
【００１１】
以上のように、本実施の形態では、第１の被接合部材２０と第２の被接合部材２１を摩擦圧接させる際、図６に示すように、第１の被接合部材２０は、自転しないで、主軸１２の中心軸Ａを中心とする半径Ｒの回転軌道に沿って移動する。これにより、第１の被接合部材２０の接合面（接合部）２０ａと第２の被接合部材２１がほぼ連続して接触するため、接合面（接合部）２０ａ、２１ａにおける摩擦熱の発生効率が良くなり、圧接効率が向上する。
このため、第１の被接合部材２０の接合面（接合部）２０ａが、主軸１２の回転中心軸を中心とする周方向に連続していない場合や非円形状である場合等においても、第１の被接合部材２０と第２の被接合部材２１を効率よく摩擦圧接することができる。
【００１２】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更してもよい。
例えば、本発明の摩擦圧接装置１の構成、構造、動作は、実施の形態に限定されるものではない。
また、主軸１２の回転によって第１の被接合部材２０を回転させ、第２の被接合部材２１をクランプ５で固定したが、第１の被接合部材２０を固定させ第２の被接合部材２１を回転させてもよく、あるいは第１及び第２の被接合部材２０、２１を回転させてもよい。
また、第１の被接合部材２０の自転を抑制する自転抑制部材としてワイヤバネ１６を用いたが、自転抑制部材の構成は、例えば、ゴム等の弾性部材やシリンダ等の伸縮部材でもよく、シリンダ等の伸縮部材を使用する場合は、両端を回転可能に取り付ける。
また、主軸１２に軸受１３を介してチャック１４を回転可能に取り付けたが、軸受１３を省き、主軸１２の外周面とチャック１４の内周面を回転可能な摺動面にしてもよい。
また、自転抑制部材として用いる弾性部材を、２枚のフラットバー１７にワイヤ１９を巻き付けたワイヤバネ１６を用いて構成したが、弾性部材の構成や構造は、種々変更可能である。
また、摩擦圧接装置１を用いて被接合部材を接合する方法を図７に示すフローチャート図を用いて説明したが、接合する方法はこれに限定されない。
また、駆動力が伝達される側の他方側の端部の中心軸Ａに対して、チャック１４が設けられている一方側の端部の中心軸Ｂを偏心量Ｒだけ偏心させたが、中心軸Ｂを中心軸Ａに対して偏心させなくてもよい。
また、本実施の形態では、第１の被接合部材２０と第２の被接合部材２１との接合面（接合部）２０ａ、２１ａが主軸１２の回転中心軸を中心とする周方向に連続していない場合を用いて説明したが、第１の被接合部材と第２の被接合部材との接合面（接合部）が、例えば図８ａ及び図８ｂに示すように、非円形状である場合でもよく、第１の被接合部材と第２の被接合部材との接合面（接合部）の形状は種々変更可能である。図８ａでは、第１の被接合部材５０と第２の被接合部材５１との接合面（接合部）が、略コ型で形成されている場合である。図８ｂでは、第１の被接合部材７０と第２の被接合部材７１との接合面（接合部）が、三角形で形成されている場合である。
【００１３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の摩擦圧接装置を用いれば、被接合部材の接合面（接合部）が、例えば主軸の回転中心軸を中心とする周方向に連続していない場合や、被接合部材の接合面（接合部）が多角形状で形成されている場合等でも、効率よく摩擦圧接させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を正面から見た断面図である。
【図２】図１を矢印Ｃ−Ｃ方向から見た側面図を示す。
【図３】第１の被接合部材を回転させる主軸を示す図である。
【図４】ワイヤバネの斜視図を示す。
【図５】図５ａは第１の被接合部材の一例を示し、図５ｂは第２の被接合部材の一例を示し、図５ｃは第１の被接合部材と第２の被接合部材を接合させた状態を示す図である。
【図６】主軸の回転時における第１の被接合部材の中心軸Ｂの軌跡を示す模式図である。
【図７】第１と第２の被接合部材を摩擦圧接する方法を示すフローチャート図である。
【図８】図８ａは、両被接合部材の接合面（接合部）が略コ型で形成された場合の摩擦圧接の一例を示し、図８ｂは、両被接合部材の接合面（接合部）が三角形で形成された場合の摩擦圧接の一例を示す図である。
【符号の説明】
１…摩擦圧接装置
１２…主軸
１３…軸受
１４…チャック
１６…ワイヤバネ
２０…第１の被接合部材
２１…第２の被接合部材

Claims (4)

1. 第１の被接合部材と第２の被接合部材を摩擦圧接させる摩擦圧接装置であって、回転駆動される主軸と、主軸と連結された回転軸と、第１の被接合部材を回転軸に回転可能に保持する保持手段と、保持手段が自転するのを抑制する自転抑制手段と、を備えており、自転抑制手段は、一端が保持手段に取り付けられ、他端が摩擦圧接装置のベッドに取り付けられた複数の弾性部材により構成されている、摩擦圧接装置。
2. 請求項１に記載の摩擦圧接装置であって、回転軸の中心軸が、主軸の回転中心軸と同軸で、偏心している摩擦圧接装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の摩擦圧接装置であって、弾性部材がバネである摩擦圧接装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の摩擦圧接装置であって、保持手段は軸受を有している摩擦圧接装置。

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