JP4085988B2

JP4085988B2 - 摩擦接合装置の回転ツール

Info

Publication number: JP4085988B2
Application number: JP2004044487A
Authority: JP
Inventors: 昭男橘; 晃神▲崎▼; 健治高瀬
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2004-02-20
Filing date: 2004-02-20
Publication date: 2008-05-14
Anticipated expiration: 2024-02-20
Also published as: JP2005230874A

Description

本発明は、摩擦接合装置の回転ツールに関するものである。

従来より、回転軸に取り付けられる取付フランジ部と、該取付フランジ部よりも小径の軸部と、該小径の軸部の先端に設けられるピン部とを有し、ピン部を被接合部に押圧して摩擦熱を生じさせて、被接合部を軟化させて接合する摩擦接合装置の回転ツールは知られている。

上記ピン部によって生じた摩擦熱の量は、被接合部の板厚及び材質などに合わせて、回転ツールの加圧力、回転数及び接合時間を調整することで決定されるが、使用状況により回転ツールのピン部及び被接合部が高温にさらされることになる。このため、例えば、被接合部がアルミニウム合金よりなる場合、回転ツールにアルミニウム合金が凝着して接合品質が悪化する場合がある。

また、特に、接合部を設ける操作を連続して行うような場合には、回転ツールに摩擦熱が蓄積され、回転ツールの取付フランジ部まで熱が伝わって取付フランジ部が高温となる。このため、さらにその熱が回転軸まで伝わって回転軸を支える軸受のグリースが流れ出し、軸受が焼き付くなどの問題がある。

そこで、例えば、回転ツールの内部に流路を設け、その流路に接続した配管に外部に設けた動力源を使用して冷却水を流し、回転ツールを強制的に冷却するものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−５２７７０号公報

しかしながら、上記特許文献１のような摩擦接合装置の回転ツールでは、冷却水を回転ツールに送り込むための動力が必要となり、その設備が大きくなる。また、回転ツールのように回転する部位に冷却水を送るには、漏れを防止するためのシール構造が複雑となり、高価となる。また、特に、ロボットの手首に回転ツールを設置するような場合には、冷却水用の配管が邪魔となって自由に回転ツールの位置を変えることができない。

また、例えば、回転ツールの外周面にフィンを設けて回転ツールを冷却しようとすると、回転ツール自体の外径が大きくなり、奥まった部位を接合できないという問題があった。

本発明は、かかる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、接合ツール自体の構成に工夫を加えることにより、従来の設備で利用可能な簡単な構成の回転ツールによって、回転軸の軸受の耐久性を向上させると共に、温度変化による接合品質の悪化を低減することにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、回転ツールに内部を冷却するための通気孔を設けるようにした。

具体的には、第１の発明の回転ツールでは、回転軸に取り付けられる取付フランジ部と、この取付フランジ部よりも小径の軸部と、この小径の軸部の先端に設けられ、被接合部を押圧して該被接合部に摩擦熱を生じさせる加工部と、上記取付フランジ部に形成され、該フランジ部の側面に開口する複数の第１通気孔と、上記小径の軸部に形成され、該軸部の側面に開口する複数の第２通気孔と、上記回転軸の回転によって生じた上記第１通気孔内と第２通気孔内との間の圧力差を利用して、空気を上記第２通気孔から流入させて第１通気孔から流出させるように、上記回転軸の軸線上で上記第１通気孔と第２通気孔とを接続する第３通気孔とを備えている。

上記の構成によると、回転軸が回転すると、軸部よりも外径の大きい取付フランジ部に設けた第１通気孔の開口周辺の空気の流速は、軸部に設けた第２通気孔の開口周辺の空気の流速よりも大きいため、第１通気孔内と第２通気孔内とで差圧が生じる。その差圧により、第２通気孔から取り入れられた空気は、第３通気孔を通って第１通気孔側へ流れる。この空気の流れにより、回転ツール内は冷却されるので、加工部が摩擦熱によって加熱されても、その熱は取付フランジ部まで伝わり難くなる。このため、回転軸の軸受が高温にさらされず、軸受のグリースが流れ出して軸受が焼き付くのを防ぐことができるので、軸受の耐久性を向上させることができる。さらに、回転ツール内に通気孔を設けたことで、回転ツール自体の質量が軽くなると共に、熱伝達率が低下して加工部の摩擦熱が取付フランジ部に伝わり難くなる。また、長時間繰り返し使用しても、回転ツール内に摩擦熱が蓄積されないので、加工部が必要以上に過熱されず、回転ツールに被接合部の材料が凝着して接合品質が悪化することはない。

また、回転ツール内に通気孔を設けるという簡単な構成であるため、工具自体の大きさは変わらず、かつ冷却のための動力源や配管が不要なので、従来の設備での使用が可能となる。

第２の発明では、上記第１通気孔の開口部には、空気の流出を促すために回転軸の回転方向と反対側に向かって延びる案内溝が設けられている。

すなわち、回転軸が回転すると、取付フランジ部の第１通気孔から回転ツールを冷却するために用いられた空気が排出されるが、本発明では、案内溝が回転軸の回転方向と反対側に向かって延びているので、排出される空気が案内溝に沿って流れ、回転によって生じた取付フランジ部回りの空気の流れとの衝突を小さくして、回転ツール内の空気の流れを促進することができる。

以上説明したように、上記第１の発明によれば、回転ツールに通気孔を設けることで、回転軸の回転による第１通気孔内と第２通気孔内との間の圧力差によって、第２通気孔から取り入れられた空気を第３通気孔を通して第１通気孔側へ送るようにした。このため、従来の設備で利用可能な簡単な構成の回転ツールによって、回転軸の軸受の耐久性を向上させると共に、温度変化による接合品質の悪化を低減することができる。

上記第２の発明によれば、案内溝を回転軸の回転方向と反対側に向かって延ばしたことにより、回転ツール内の空気の流れを促進することができるので、回転ツールの冷却効果がさらに顕著に発揮される。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。

−構成−
図１は、本発明の実施形態にかかる回転ツールが設置された接合ガン１を示す。この接合ガン１は、例えば、ロボットの手首に取り付けられ、自動車のボディ等に用いられるアルミニウム合金、マグネシウム合金、亜鉛合金等の軽金属よりなる複数の板材を厚み方向に重ねた状態で点状に接合して、摩擦接合構造を形成するものである。

上記接合ガン１には、回転軸モータ３と、押圧軸モータ５とが設けられている。図２に示すように、回転軸モータ３の駆動軸（図示せず）には、回転軸７がスプライン結合されている。この回転軸７の外側には、パイプ状の支持軸９が設けられ、この支持軸９は、上記押圧軸モータ５によって、上記回転軸７の軸心上を昇降するように構成されている。そして、回転軸７の先端側が支持軸９の先端に設けた複数（本実施形態では３つ）のベアリング１１によって回転可能に支持されていることで、回転軸７は、回転軸モータ３によって回転されると共に、押圧軸モータ５によって上下に昇降するように構成されている。

上記回転軸７の先端面には、その軸心方向に延びるグリース穴１３と、このグリース穴１３に直交すると共に、回転軸７の外周面に開口するグリース吹出穴１５とが設けられている。そして、グリース穴１３に設けられたグリースニップル１７からグリースを圧入することで、上記ベアリング１１間のグリース用空間１９にグリースを流し込んでベアリング１１が焼き付かないようになっている。

また、上記回転軸７の先端面には、有底円筒状の取付用ブラケット２１がボルト２３により結合されている。この取付用ブラケット２１の表面には、ネジ穴（図示せず）が設けられている。そして、図１に示すように、この取付用ブラケット２１に回転ツール４０が取り付けられている。

図３に示すように、上記回転ツール４０は、上記回転軸７の取付用ブラケット２１に取り付けられる有底円筒状の取付フランジ部４１と、この取付フランジ部４１よりも小径の軸部４３と、この軸部４３の先端に設けられる加工部４５とを有している。この加工部４５は、円柱状の本体部４５ａと、この本体部４５ａよりも小径で本体部４５ａと同心の円柱状ピン部４５ｂとからなる。

図４に示すように、上記取付フランジ部４１には、上記取付用ブラケット２１のネジ穴に対応するようにボルト貫通孔４７が設けられ、このボルト貫通孔４７に取付ボルト（図示せず）を挿通して取付用ブラケット２１のネジ穴に螺合させることで回転ツール４０が回転軸７に対して固定されている。

図１に示すように、上記接合ガン１は、上記回転ツール４０と略Ｌ字状のアーム５１の先端に取り付けられた受け部材５３とからなる接合ツール５５を備えており、この回転ツール４０と受け部材５３とにより、例えば、第１及び第２板材Ｗ１，Ｗ２よりなるワークＷの被接合部を挟み込むようになっている。

そして、図３及び図４に示すように、本発明の特徴として、上記取付フランジ部４１には、その側面に開口する複数の第１通気孔６１が設けられている。本実施形態では、平面視十字状に貫通する２つの第１通気孔６１が取付フランジ部４１内で直交している。この第１通気孔６１の開口部６１ａには、空気の流出を促すために回転軸７の回転方向と反対側（図４では、時計回りの回転方向に対し、反時計回りの方向）に向かって延びる案内溝６１ｂが設けられている。

一方、上記小径の軸部４３にも、その側面に開口し、内部で互いに連通した（貫通する）第２通気孔６３が設けられている。この第２通気孔６３の軸方向の位置は、摩擦接合に必要な熱まで奪ってしまわないように、加工部４５の本体部４５ａからある程度離すのが望ましい。

そして、回転ツール４０の基端側（取付フランジ部４１側）の軸線上には、第３通気孔６５が設けられ、この第３通気孔６５によって、上記第１通気孔６１と第２通気孔６３とが接続されている。

−作用−
次に、本実施形態にかかる回転ツール４０の作用について説明する。図５に示すように、接合ガン１の回転軸モータ３により、回転ツール４０を回転軸７回りに回転させる。回転軸７が回転すると、軸部４３よりも外径の大きい取付フランジ部４１に設けた第１通気孔６１の開口６１ａ周辺の空気の流速は、軸部４３に設けた第２通気孔６３の開口周辺の空気の流速よりも大きいため、第１通気孔６１内と第２通気孔６３内とで差圧が生じる。その差圧により、図５に矢印で示すように、第２通気孔６３から取り入れられた空気は、第３通気孔６５を通って第１通気孔６１側へ流れる。

また、図６に示すように、第１通気孔６１の開口６１ａの周辺では、排出される空気（白抜きの矢印で示す）が案内溝６１ｂに沿って流れ、取付フランジ部４１回りの空気の流れ（黒塗りの矢印で示す）との衝突が小さくなる。

上記回転ツール４０内の空気の流れにより、回転ツール４０が冷却される。

−実施形態の効果−
したがって、上記実施形態にかかる回転ツール４０によると、第１〜第３通気孔６１，６３，６５内に生じた空気の流れにより、回転ツール４０内は冷却されるので、加工部４５が摩擦熱によって加熱されても、その熱は取付フランジ部４１まで伝わり難くなる。このため、回転軸７の軸受が高温にさらされず、軸受のグリースが流れ出して軸受が焼き付くのを防ぐことができるので、軸受の耐久性を向上させることができる。

さらに、回転ツール４０内に第１〜第３通気孔６１，６３，６５を設けたことで、回転ツール４０自体の質量が軽くなると共に、熱伝達率が低下して加工部４５の摩擦熱が取付フランジ部４１に伝わり難くなる。

また、連続して使用しても回転ツール４０内に摩擦熱が蓄積されないので、回転ツール４０に被接合部の材料が凝着して接合品質が悪化することはない。

また、回転ツール４０内に第１〜第３通気孔６１，６３，６５を設けるという簡単な構成であるため、設備が大きくならず、冷却のための配管も不要であると共に、回転ツール自体の外径も変わらないため、従来の設備での使用が可能となる。

さらに、第１通気孔６１に設けた案内溝６１ｂが回転軸７の回転方向と反対側に向かって延びているので、排出される空気が案内溝６１ｂに沿って流れ、取付フランジ部４１回りの空気の流れと衝突せず、回転ツール４０内の空気の流れを促進することができる。

−実施形態の変形例−
上記実施形態では、第１通気孔６１にのみ案内溝６１ｂを設けているが、第２通気孔６３の開口部にも、空気の流入を促すための案内溝を設けてもよい。ただし、この案内溝は、第１通気孔６１に設けた案内溝とは異なり、回転軸７の回転方向と同じ方向（図４において、時計回りの回転方向に対し、時計回りの方向）に延びるものとすればよい。このことで、第２通気孔６３の開口部から流入する空気の流れと第２通気孔６３の開口部周辺の空気の流れとの衝突を防ぐことができるので、さらに回転ツール４０内の冷却効果を向上することができる。

また、第１通気孔６１及び第２通気孔６３の個数は、上記実施形態の第１通気孔６１及び第２通気孔６３の個数に限定されない。

以上説明したように、本発明は、複数の板材を重ね合わせて、板材を塑性流動させて接合する摩擦点接合用回転ツールについて有用である。

接合ガンの側面図である。接合ガンの回転ツールの取付部分を示す断面図である。本実施形態にかかる回転ツールの側面図である。回転ツールの平面図である。回転ツール内の空気の流れを示す説明図である。上方から見た案内溝を拡大して示す断面図である。

符号の説明

７回転軸
４０回転ツール
４１取付フランジ部
４３軸部
４５加工部
６１第１通気孔
６１ａ開口部
６１ｂ案内溝
６３第２通気孔
６５第３通気孔

Claims

回転軸に取り付けられる取付フランジ部と、
上記取付フランジ部よりも小径の軸部と、
上記小径の軸部の先端に設けられ、被接合部を押圧して該被接合部に摩擦熱を生じさせる加工部と、
上記取付フランジ部に形成され、該フランジ部の側面に開口する複数の第１通気孔と、
上記小径の軸部に形成され、該軸部の側面に開口する複数の第２通気孔と、
上記回転軸の回転によって生じた上記第１通気孔内と第２通気孔内との間の圧力差を利用して、空気を上記第２通気孔から流入させて第１通気孔から流出させるように、上記回転軸の軸線上で上記第１通気孔と第２通気孔とを接続する第３通気孔とを備えていることを特徴とする摩擦接合装置の回転ツール。
請求項１の摩擦接合装置の回転ツールにおいて、
上記第１通気孔の開口部には、空気の流出を促すために回転軸の回転方向と反対側に向かって延びる案内溝が設けられていることを特徴とする摩擦接合装置の回転ツール。