JP4360537B2

JP4360537B2 - Ｘ型摩擦撹拌スポット接合ガン

Info

Publication number: JP4360537B2
Application number: JP2004023122A
Authority: JP
Inventors: 良夫佐藤
Original assignee: Ｏｂａｒａ株式会社
Priority date: 2004-01-30
Filing date: 2004-01-30
Publication date: 2009-11-11
Anticipated expiration: 2024-01-30
Also published as: JP2005211956A

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、Ｘ型ア―ムの一方端側に、先端に前記ピンを有する接合ツ―ルを配置したＸ型摩擦撹拌スポット接合ガン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、Ｘ型ア―ムの一方端側に、先端に前記ピンを有する接合ツ―ルを配置したＸ型摩擦撹拌スポット接合ガンがある（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００２ー１５３９７８号公報図７

ところで、上記従来の技術においては、接合ガンの撹拌用モ―タは固定ア―ムの後部に配置されており、該撹拌用モ―タの出力軸とスポット接合点上のほぼ垂直に配置された接合ツ―ルの軸線上の撹拌軸との間を歯付ベルトを用いた動力伝達機構により連結して接合ツ―ルに回転力を伝えるようにしているため、
イ）撹拌軸と撹拌用モ―タとの間をベルトを用いた動力伝達機構により連結されたことから構造が複雑であると共に撹拌軸の軸受スパンは回転時の接合ツ―ル先端の振れを防止するため長くする必要があり、また下側の軸受は押圧力に耐えねばならないので撹拌軸受部は相応に大きくなってしまう。
ロ）回転トルクが撹拌用モ―タと撹拌軸との間の関係する部品の全てに掛かることから各部品の疲労強度をそれに見合って確保しなければならない。
ハ）部品点数が多くコスト高となる。
ニ）撹拌中の反力による撹拌軸の振動は歯付ベルトの原理上，間欠的に歯に噛み合うことからさらに大きくなり、先端の振れも大きくなる。
ホ）固定ア―ムの内部に動力伝達機構のためのスペ―スを確保しなければならないことからア―ムの剛性を上げづらく振動振幅値が大きくなり易い。
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、Ｘ型ア―ムの押圧力を発生させる揺動ア―ムの先端側に撹拌用モ―タを固定することで、構造が簡素化され小型で剛性のあるコスト安のＸ型摩擦撹拌スポット接合ガン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Ｘ型摩擦撹拌スポット接合ガンは、Ｘ型ア―ムの一方を揺動ア―ムに構成し、該揺動ア―ムの先端側に撹拌用モ―タを固定し、該撹拌用モ―タの出力軸にピンを有する接合ツ―ルを接続し、Ｘ型ア―ムの他方を固定ア―ムに構成し、該固定ア―ムの後端側又はガンブラケットに押圧用駆動機構を枢支し、該押圧用駆動機構の先端部を前記揺動ア―ムの後端側に連結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Ｘ型摩擦撹拌スポット接合ガンでは、Ｘ型ア―ムの一方を揺動ア―ムに構成し、該揺動ア―ムの先端側に撹拌用モ―タを固定し、該撹拌用モ―タの出力軸にピンを有する接合ツ―ルを接続し、Ｘ型ア―ムの他方を固定ア―ムに構成し、該固定ア―ムの後端側又はガンブラケットに押圧用駆動機構を枢支し、該押圧用駆動機構の先端部を前記揺動ア―ムの後端側に連結したので、撹拌用モ―タからの回転伝達系が短絡されて接合ガン全体の構造が簡素化され、小型で部品点数の少ないコスト安であって、剛性のある安全で使用し易いＸ型摩擦撹拌スポット接合ガンとなる。

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―タの回転数を上げてモ―タの小型化をはかり乍ら減速機で接合ツ―ルのトルクを所望の値まで上げるようにその回転数を下げることができるＸ型摩擦撹拌スポット接合ガンとなる。

Ｘ型摩擦撹拌スポット接合ガンを「Ｘ型ア―ムの一方端側に、先端にピンを有する接合ツ―ルを配置したＸ型摩擦撹拌スポット接合ガンにおいて、前記Ｘ型ア―ムの一方を揺動ア―ムに構成し、該揺動ア―ムの先端側に撹拌用モ―タを固定し、該撹拌用モ―タの出力軸に前記ピンを有する接合ツ―ルを接続し、Ｘ型ア―ムの他方を固定ア―ムに構成し、該固定ア―ムの後端側又はガンブラケットに押圧用駆動機構を枢支し、該押圧用駆動機構の先端部を前記揺動ア―ムの後端側に連結した」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Ｘ型摩擦撹拌スポット接合ガンの概略構成図、図２は接合ツ―ルと撹拌用モ―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の基部には固定ア―ム３の中間部が固定されている。

４は揺動ア―ムであり、該揺動ア―ム４の先端部には後述する撹拌用モ―タ５が取り付けられ、中間部には下向き突出部６が形成され、後端部には後述する押圧用駆動機構７の先端部８が連結されるようになっている。

前記固定ア―ム３の先端部には裏当て材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おり、中間部には上向き突出部１０が形成され、該突出部１０に設けた芯軸１１に前記揺動ア―ム４の突出部６が枢支され、固定ア―ム３と揺動ア―ム４とでＸ型のア―ムを形成している。

前記揺動ア―ム４の先端部に取り付けられた撹拌用モ―タ５は、図２に示すようにその出力軸１２の先端部にチャック１３を介して、先端部にピン１４を有する接合ツ―ル１５が取り付けられている。また、該出力軸１２の先端部近傍には、ピン１４により被接合物Ｗ1，Ｗ2の一部を押圧，撹拌時の反力ができるだけ撹拌用モ―タ５の出力軸１２に及ばないようにするためのアンギュラベアリング１６が配置されており、更に出力軸１２の後端部には撹拌用モ―タ５の回転数検出用センサ―１７が配置されている。但しこのセンサ―１７は前記撹拌用モ―タ５がインバ―タモ―タの場合には不要なものである。

図１に戻り、前記押圧用駆動機構７は、主として、押圧用モ―タ１８と，例えばボ―ルねじとボ―ルナットからなる往復動変換部１９と，前記先端部８を有する押圧ロッド２０とから構成されており、該押圧用駆動機構７は固定ア―ム３の後端部側の突出部２１に枢軸２２により枢支されている。

なお、前記押圧用駆動機構７は、固定ア―ム３の後端部側に代えてロボットの手首２に接続されるガンブラケット１に枢軸２１により枢支してもよい。

以上のような構成からなるＸ型摩擦撹拌スポット接合ガンにおいて、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３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１８と撹拌用モ―タ５とを駆動させる。

前記押圧用モ―タ１８の駆動により、該モ―タ１８の回転力は往復動変換部１９によって押圧ロッド２０の前進又は後退運動に変換され、該押圧ロッド２０によって揺動ア―ム４は揺動運動を行う。即ち，押圧用モ―タ１８の駆動により押圧用駆動機構７によって揺動ア―ム４は揺動運動を行うのであり、この揺動ア―ム４の揺動により、揺動ア―ム４に取り付けられた撹拌用モ―タ５は揺動ア―ム４の先端側で被接合物Ｗ1，Ｗ2に近付き或は離間する。そして、該撹拌用モ―タ５の被接合物Ｗ1，Ｗ2への近付きにより、該撹拌用モ―タ５は、先端にピン１４を有する接合ツ―ル１５を接続していることからピン１４は被接合物Ｗ1，Ｗ2に対して押圧動作を行うことができる。

そして、押圧用モ―タ１８と共に駆動される撹拌用モ―タ５は前述の如く、その出力軸１２の先端側に、先端にピン１４を有する接合ツ―ル１５が接続されているので、撹拌用モ―タ５の駆動により接合ツ―ル１５は撹拌用モ―タ５と同一軸線上で回転してピン１４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Ｘ型摩擦撹拌スポット接合ガンでは、Ｘ型ア―ムの押圧力を発生させる揺動ア―ム４の先端側に撹拌用モ―タ５を固定し、該撹拌用モ―タ５の出力軸１２にピン１４を有する接合ツ―ル１５を接続したので、撹拌用モ―タ５からピン１４への回転伝達系が短絡されて接合ガン全体の構造が簡素化され小型で剛性のあるコスト安のＸ型摩擦撹拌スポット接合ガンとなる。

図３は本発明に係るＸ型摩擦撹拌スポット接合ガンの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３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。

この接合ガンでは、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Ｘ型摩擦撹拌スポット接合ガンとなる。

図４は本発明に係るＸ型摩擦撹拌スポット接合ガンの更に他の実施例で接合ツ―ル１５と撹拌用モ―タ５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５の出力軸１２と接合ツ―ル１５との間に減速機４１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４において、撹拌用モ―タ５の出力軸１２の先端側には減速機４１の入力部４２が接続され、該減速機４１の出力部４３はアンギュラベアリングの軸４４を介して、先端にピン１４を有する接合ツ―ル１５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５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５は摩擦撹拌スポット接合ガン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５の外径を細くしたままモ―タ回転数をピン１４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５からの出力軸１２の回転数を減速機４１（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ガン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Ｘ型摩擦撹拌スポット接合ガンとなる。

図１は本発明に係るＸ型摩擦撹拌スポット接合ガンの概略構成図である。図２はその接合ツ―ルと撹拌用モ―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Ｘ型摩擦撹拌スポット接合ガンの他の実施例の概略構成図である。図４は本発明に係るＸ型摩擦撹拌スポット接合ガンの別の実施例で接合ツ―ルと撹拌用モ―タの接続関係を示す概略断面図である。

符号の説明

１ガンブラケット
３固定ア―ム
４揺動ア―ム
５撹拌用モ―タ
７押圧用駆動機構
８押圧用駆動機構の先端部
１２撹拌用モ―タの出力軸
１４ピン
１５接合ツ―ル
４１減速機

Claims

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、Ｘ型ア―ムの一方端側に、先端に前記ピンを有する接合ツ―ルを配置したＸ型摩擦撹拌スポット接合ガンにおいて、前記Ｘ型ア―ムの一方を揺動ア―ムに構成し、該揺動ア―ムの先端側に撹拌用モ―タを固定し、該撹拌用モ―タの出力軸に前記ピンを有する接合ツ―ルを接続し、Ｘ型ア―ムの他方を固定ア―ムに構成し、該固定ア―ムに設けた芯軸に前記揺動ア―ムを枢支し、ロボットの手首に接続されるガンブラケットの基部に前記固定ア―ムの中間部を固定し、該固定ア―ムの後端側又はガンブラケットに押圧用駆動機構を枢支し、該押圧用駆動機構の先端部を前記揺動ア―ムの後端側に連結したことを特徴とするＸ型摩擦撹拌スポット接合ガン。
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Ｘ型摩擦撹拌スポット接合ガン。