JP6975383B2 - ワーク固定治具及びワーク固定方法 - Google Patents

Description

本発明は、ワーク固定治具及びワーク固定方法に関し、特に、ワークの長尺化に対応可能なワーク固定治具及びワーク固定方法に関する。

２つのワークを突き合わせ、一方のワークを他方のワークに対して回転又は振動させることで生じる摩擦熱を利用して、ワークを軟化させつつ高圧下でワーク同士を接合する摩擦接合装置が知られている。この場合、ワークには、回転方向又は振動方向に大きな負荷（トルク）が生じるため、回転又は振動させない固定側のワークは強固に固定する必要がある。

例えば、特許文献１には、装置のベッド上にスライド可能に配置された心押台（tailstock 5）に固定側のワークを挿入し、心押台の先端に配置されたチャック（non-rotating chuck 4）でワークを固定し、油圧シリンダ（hydraulic cylinder 30）で心押台を押圧することにより、固定側のワークを回転側のワークに押し当てるようにした摩擦接合装置が開示されている。

米国特許第５２４８０７８号明細書

しかしながら、特許文献１に記載された摩擦接合装置では、ワークの心押台への挿入時及び抜去時には、回転側のワークを固定するチャックから心押台を固定側のワークの長さ分だけ離間させる必要があり、装置が大型化してしまうという問題がある。

本発明はかかる問題点に鑑み創案されたものであり、ワークが長尺化した場合であっても、装置の大型化を抑制することができる、ワーク固定治具及びワーク固定方法を提供することを目的とする。

本発明によれば、ワークを作業台上に固定するワーク固定治具であって、前記作業台に配置されたベースと、前記ワークを把持する把持部材と、を備え、前記把持部材は、前記ベースに着脱可能に構成されており、前記ベースは、前記ワークを挿入した状態の把持部材を固定可能に構成されており、前記ベースは、前記把持部材のワーク把持力を調整可能な把持力調整手段を備え、前記把持部材は、前記ワークを把持するチャックと、該チャックを収容するホルダと、を備え、前記把持力調整手段は、前記チャックを前記ホルダ内に引き込む手段である、ことを特徴とするワーク固定治具が提供される。

前記ベースは、前記把持部材の固定時に前記ワークを挿通可能なスリットを含んでいてもよい。

また、前記作業台は、摩擦接合装置に使用される移動テーブルであり、前記ワークは、摩擦接合時に回転又は振動されない固定側のワークであってもよい。

また、本発明によれば、ワークを作業台上に固定するワーク固定方法であって、前記作業台に配置されたベースと、前記ワークを把持するチャックと該チャックを収容するホルダとを備えた把持部材と、前記ベースに配置され前記把持部材のワーク把持力を調整可能な把持力調整手段と、を備えたワーク固定治具を用い、前記作業台と異なる場所で前記ワークを前記把持部材に挿入させた後、前記ワークを挿入した状態の把持部材を前記作業台まで移動させて前記ベースに固定し、次に、前記把持力調整手段と前記チャックとを接続し、前記チャックの前記ホルダへの引き込み量を調整することにより、前記把持部材のワーク把持力を調整するようにした、ことを特徴とするワーク固定方法が提供される。

また、前記ワーク固定方法において、前記作業台は、摩擦接合装置に使用される移動テーブルであり、前記ワークは、摩擦接合時に回転又は振動されない固定側のワークであってもよい。

上述した本発明に係るワーク固定治具及びワーク固定方法によれば、ワークを把持した状態の把持部材を作業台に配置されたベースに固定するようにしたことから、作業台と異なる場所でワークを把持部に挿入することができる。したがって、ワークが長尺化した場合であっても、任意の広い空間でワークを把持部材に挿入することができる。

また、把持部材にワークを挿入させた後、把持部材をベースに固定していることから、ワークが長尺化した場合であっても、ワークを作業台に固定する際に作業台を移動させてワークを挿入する空間を形成する必要がなく、装置の大型化を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係るワーク固定治具を用いた摩擦接合装置を示す斜視図である。 ワーク固定治具を示す拡大図であり、（ａ）は正面斜視図、（ｂ）は背面斜視図、を示している。 ワーク固定治具を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るワーク固定方法を示す図であり、（ａ）は挿入ステップ、（ｂ）は固定ステップ、を示している。 ワーク固定治具の変形例を示す背面斜視図である。

以下、本発明の実施形態について図１〜図５を用いて説明する。ここで、図１は、本発明の一実施形態に係るワーク固定治具を用いた摩擦接合装置を示す斜視図である。図２は、ワーク固定治具を示す拡大図であり、（ａ）は正面斜視図、（ｂ）は背面斜視図、を示している。図３は、ワーク固定治具を示す断面図である。

本発明の一実施形態に係るワーク固定治具１は、図１〜図２（ｂ）に示したように、ワークＷを作業台Ｔ上に固定するワーク固定治具であって、作業台Ｔに固定されたベース２と、ワークＷを把持する把持部材３と、を備え、把持部材３は、ベース２に着脱可能に構成されており、ベース２は、ワークＷを挿入した状態の把持部材３を固定可能に構成されている。

ここで、作業台Ｔは、例えば、摩擦接合装置に使用される移動テーブルである。作業台Ｔは、床面に設置されたレールＲ上に配置されており、レールＲに沿って移動可能に構成されている。摩擦接合装置は、２つのワークＷ，Ｗ′を突き合わせ、一方のワークＷ′を他方のワークＷに対して回転させることで生じる摩擦熱を利用して、ワークを軟化させつつ高圧下でワーク同士を接合する装置である。

本実施形態では、ワークＷ，Ｗ′が円筒形状のロッドである場合について説明する。また、本明細書において、説明の便宜上、図１に示したように、ワークＷ，Ｗ′の長手方向（接合方向）にＸ軸を設定し、Ｘ軸に垂直な水平方向にＹ軸を設定し、鉛直方向にＺ軸を設定するものとする。

作業台Ｔは、摩擦接合時に回転されない固定側のワークＷを支持する手段である。また、摩擦接合時に回転される回転側のワークＷ′は、駆動手段Ｄに固定された状態で図示しない駆動モータにより回転される。なお、駆動手段Ｄは、固定したワークＷ′をＹ方向又はＺ方向に振動させる手段であってもよい。

また、ワーク固定治具１は、作業台Ｔの回転側のワークＷ′に近い側（前方）の端部に固定され、作業台Ｔの反対側（後方又は背面側）の端部にはワークＷの摩擦接合時に押圧する際に用いられるガイド部材Ｇが配置されていてもよい。摩擦接合時には、ワーク同士を押し付ける必要がある。本実施形態では、床面に固定された図示しない押圧手段により、固定側のワークＷを回転側のワークＷ′に押し付けるようにしている。

押圧手段は、例えば、油圧シリンダである。押圧手段は、例えばベース２、ガイド部材Ｇよりも後方（作業台Ｔの後方）に設けられていてもよい。すなわち、油圧シリンダのヘッドをワークＷの後端部に対して後方から当接させ、前方に向かってＸ軸方向に押圧することにより、ワークＷを押し付ける構成であってもよい。このような構成において、油圧シリンダのヘッドから、ワークＷまでの距離が遠い場合には、油圧シリンダのストロークが大きくなってしまう。

そこで、本実施形態では、ワークＷと油圧シリンダとの間にガイド部材Ｇを介在させるようにしている。ガイド部材Ｇは、例えば、先端がワークＷに当接可能に構成された中間ロッドＧｒと、中間ロッドＧｒを支持する支持部材Ｇｓと、により構成される。なお、ガイド部材Ｇは、必要に応じて省略することができる。

ベース２は、把持部材３を作業台Ｔに固定する際に使用される台座である。ベース２は、例えば、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示したように、把持部材３の底部を支持する支持部２１と、把持部材３の固定時に把持部材３の背面に配置される背面壁部２２と、を備えている。支持部２１には、把持部材３がボルトやクランプ等の締結具２３によって固定される。また、背面壁部２２には、把持部材３のワーク把持力を調整可能な把持力調整手段２４が配置されている。

また、背面壁部２２には、把持部材３の固定時にワークＷを挿通可能なスリット２５が形成されている。スリット２５は、例えば、背面壁部２２の上方が開放した切欠部である。スリット２５は、背面壁部２２の内側（中心側）から背面壁部２２の外側面（ＹＺ面内における外側面）に向かって延びており、背面壁部２２の外側面において開口している。図示した構成では、スリット２５はＺ軸方向に沿って延びている。

スリット２５は、ワークＷを挿通可能な幅（例えば、ワークＷの外径よりも大きな幅）を有し、把持部材３を支持部２１に固定したときにワークＷと背面壁部２２とが干渉しない深さを有している。なお、スリット２５は、Ｘ軸方向において背面壁部２２を貫通している。すなわち、スリット２５は、背面壁部２２の前面及び後面（背面）においてそれぞれ開口するように形成されている。

把持部材３は、例えば、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示したように、ワークＷを把持するチャック３１と、チャック３１を収容するホルダ３２と、を備えている。図示した把持部材３は、いわゆるコレットチャック機構を採用したものであるが、他の把持機構を採用したものであってもよい。なお、コレットチャック機構そのものの構成については、周知技術であることから、本明細書では詳細な説明を省略する。

ホルダ３２は、図３に示したように、略中央部にチャック３１を挿入可能な開口部３３を備えている。また、開口部３３の先端部には、前方（Ｘ軸のマイナス方向）に向かって拡径したテーパ面３４が形成されている。また、チャック３１は、略円筒形状の外形を有しており、外周部には前方（Ｘ軸のマイナス方向）に向かって拡径したテーパ面３５が形成されている。

ホルダ３２の開口部３３に前方側からチャック３１を後端側（テーパ面３５が形成されていない側）から挿入すると、ホルダ３２のテーパ面３４とチャック３１のテーパ面３５とが当接することとなる。チャック３１を強くホルダ３２に引き込むことにより、チャック３１のテーパ面３５がホルダ３２のテーパ面３４によって締め付けられ、チャック３１のワーク把持力が大きくなる。

ここで、把持力調整手段２４は、チャック３１をホルダ３２内に引き込む手段である。例えば、把持力調整手段２４は複数の油圧ナットにより構成される。油圧ナットは、チャック３１に連結されたボルトにナットを螺合させ、このナットに組み込まれた油圧シリンダによりナットを変位させることで、チャック３１のＸ軸方向の変位量を調整可能としたものである。かかる油圧ナットを把持力調整手段２４として使用することにより、チャック３１のワーク把持力を高精度に制御することができる。なお、油圧ナットは把持力調整手段２４の単なる一例であり、トルク管理可能なボルト等で代用するようにしてもよい。

図示した把持力調整手段２４は、四つの油圧ナットを備えている。これらの油圧ナットは、例えば、チャック３１（ワークＷ）の軸心を中心として、周方向に等間隔に配置されており、ワークＷを囲むように設けられる。把持力調整手段２４は、ワークＷの周囲における複数の位置において、チャック３１をホルダ３２内に引き込むことができればよく、図示した油圧ナットの個数や配置に限定されるものではない。

次に、上述したワーク固定治具１を用いたワーク固定方法について、図４（ａ）及び図４（ｂ）を参照しつつ説明する。ここで、図４は、本発明の一実施形態に係るワーク固定方法を示す図であり、（ａ）は挿入ステップ、（ｂ）は固定ステップ、を示している。なお、図４（ｂ）において作業台Ｔの図を省略してある。

本発明の一実施形態に係るワーク固定方法は、ワークＷを作業台Ｔ上に固定するワーク固定方法であって、作業台Ｔに配置されたベース２と、ワークＷを把持する把持部材３と、を備えたワーク固定治具１を用い、作業台Ｔと異なる場所でワークＷを把持部材３に挿入させた後、ワークＷを挿入した状態の把持部材３を作業台Ｔまで移動させてベース２に固定するようにしたものである。

最初に、作業台Ｔに固定されたベース２から把持部材３を取り外しておく。そして、ワークＷを把持部材３のチャック３１に挿入するのに必要な空間を備えた場所で、図４（ａ）に示したように、ワークＷをチャック３１に図中の矢印方向に挿入する。このとき、チャック３１をホルダ３２に軽く引き込んだ状態で仮留めするようにしてもよい。かかる仮留めをすることにより、把持部材３の移動時におけるワークＷの脱落を抑制することができる。

次に、図４（ｂ）に示したように、ワークＷを挿入した状態の把持部材３をクレーン等の重機又は作業員の人手でベース２の位置まで搬送し、ベース２の支持部２１上に把持部材３を載置する。そして、ベース２に把持部材３を固定する。このとき、把持部材３に挿入されているワークＷは、ベース２の背面壁部２２に形成されたスリット２５に挿通される。

具体的には、ワークＷを挿入した状態の把持部材３を、ベース２の上方に搬送し、把持部材３が前方、ワークＷの後端が後方に向けられた姿勢とし、その姿勢のままベース２の上方からベース２に向かって下降させる。そして、把持部材３を背面壁部２２の前面に沿って下降させ、ワークＷをスリット２５の上部（開口）からスリット２５内に挿入し、ワークＷをスリット２５に沿って移動させる。かかる操作により、ワークＷがベース２に干渉することなく、ワークＷ及び把持部材３をベース２に円滑に固定することができる。

次に、背面壁部２２に配置された把持力調整手段２４と把持部材３のチャック３１とを接続し、チャック３１のホルダ３２への引き込み量を調整することにより、把持部材３のワーク把持力を調整し、把持部材３によりワークＷを把持する。

その後、押圧手段により図１に示した中間ロッドＧｒを押圧し、中間ロッドＧｒがワークＷに当接すると、作業台ＴがレールＲに沿ってＸ軸方向に移動し、ワークＷの先端が回転側のワークＷ′に当接することとなる。そして、図１に示した駆動手段ＤによりワークＷ′を回転させつつ、押圧手段によりワークＷをワークＷ′の接合面に押し付けることによって摩擦接合を行う。

上述した本実施形態に係るワーク固定方法によれば、ワークＷを挿入した状態の把持部材３を作業台Ｔに配置されたベース２に固定するようにしたことから、作業台Ｔと異なる場所でワークＷを把持部材３に挿入することができる。したがって、ワークＷが長尺化した場合であっても、任意の広い空間でワークＷを把持部材３に挿入することができる。

また、把持部材３にワークＷを挿入させた後、把持部材３をベース２に固定していることから、ワークＷが長尺化した場合であっても、ワークＷを作業台Ｔに固定する際に作業台Ｔを移動させてワークＷを挿入する空間を形成する必要がなく、摩擦接合装置の大型化を抑制することができる。

ここで、図５は、ワーク固定治具の変形例を示す背面斜視図である。上述した実施形態に係るワーク固定治具１では、ベース２の背面壁部２２には上方に開放されたスリット２５が形成されているが、図５に示した変形例のように、ベース２の背面壁部２２の側方（Ｙ軸方向）に開放されたスリット２６を形成してもよい。かかる変形例では、ワークＷを挿入した把持部材３は、ベース２の側方にスライドさせながらベース２の支持部２１に把持部材３を載置する。すなわち、ワークＷを挿入した状態の把持部材３をベース２に固定する際は、スリット２５が延びる方向に沿ってワークＷ及び把持部材３を移動させればよい。

なお、上述した実施形態（変形例を含む）では、摩擦接合時にワークＷを作業台Ｔに固定する場合について説明したが、摩擦接合完了後にワークＷを取り外す場合には、実質的に上述した固定方法と逆の手順で処理することができる。

具体的には、以下の手順でワークＷをワークＷ′に摩擦接合した部材を摩擦接合装置から取り外す。まず、摩擦接合完了後、押圧手段を停止して油圧シリンダのヘッドを例えば後方に退避させる。次に、駆動手段ＤからワークＷ′を開放した後、作業台Ｔを駆動手段Ｄから離れる方向（Ｘ軸方向又は後方）に移動させる。かかる操作により、ワークＷ及びワーク固定治具１が、作業台Ｔとともに後方に移動させられ、ワークＷに接合されたワークＷ′が、駆動手段Ｄからワーク固定治具１側に引き抜かれ、ワークＷとともにＸ軸方向に移動させられる。

そして、ワークＷ′が駆動手段Ｄと干渉しない位置まで移動した後、作業台Ｔの移動を停止し、ベース２から把持部材３を取り外す。例えば、把持力調整手段２４と把持部材３との接続を解除し、把持部材３を背面壁部２２の前面に沿って上昇させ、ワークＷをスリット２５に沿って移動させ、ワークＷをスリット２５の上部（開口）から引き抜く。このとき、ワークＷ′は、ワークＷの移動とともに駆動手段Ｄとベース２との間の空間で上方に移動される。かかる操作により、ワークＷがベース２に干渉することなく、ワークＷ及び把持部材３をベース２から円滑に取り外すことができる。

ベース２から取り外され、ワークＷ，Ｗ′を挿入した状態の把持部材３は、クレーン等の重機又は作業員の人手により広い空間に搬送される。最終的に、ワークＷ，Ｗ′を摩擦接合した部材を把持部材３から抜き取る。

本発明は、上述した実施形態に限定されず、例えば、円筒形状以外のワークにも適用できる、摩擦接合装置以外の装置にも適用できる等、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。

１ ワーク固定治具
２ ベース
３ 把持部材
２１ 支持部
２２ 背面壁部
２３ 締結具
２４ 把持力調整手段
２５，２６ スリット
３１ チャック
３２ ホルダ
３３ 開口部
３４，３５ テーパ面

Claims (5)

1. ワークを作業台上に固定するワーク固定治具であって、
   前記作業台に配置されたベースと、前記ワークを把持する把持部材と、を備え、
   前記把持部材は、前記ベースに着脱可能に構成されており、前記ベースは、前記ワークを挿入した状態の把持部材を固定可能に構成されており、
   前記ベースは、前記把持部材のワーク把持力を調整可能な把持力調整手段を備え、
   前記把持部材は、前記ワークを把持するチャックと、該チャックを収容するホルダと、を備え、前記把持力調整手段は、前記チャックを前記ホルダ内に引き込む手段である、
   ことを特徴とするワーク固定治具。
2. 前記ベースは、前記把持部材の固定時に前記ワークを挿通可能なスリットを含む、請求項１に記載のワーク固定治具。
3. 前記作業台は、摩擦接合装置に使用される移動テーブルであり、前記ワークは、摩擦接合時に回転又は振動されない固定側のワークである、請求項１に記載のワーク固定治具。
4. ワークを作業台上に固定するワーク固定方法であって、
   前記作業台に配置されたベースと、前記ワークを把持するチャックと該チャックを収容するホルダとを備えた把持部材と、前記ベースに配置され前記把持部材のワーク把持力を調整可能な把持力調整手段と、を備えたワーク固定治具を用い、
   前記作業台と異なる場所で前記ワークを前記把持部材に挿入させた後、前記ワークを挿入した状態の把持部材を前記作業台まで移動させて前記ベースに固定し、
   次に、前記把持力調整手段と前記チャックとを接続し、前記チャックの前記ホルダへの引き込み量を調整することにより、前記把持部材のワーク把持力を調整するようにした、
   ことを特徴とするワーク固定方法。
5. 前記作業台は、摩擦接合装置に使用される移動テーブルであり、前記ワークは、摩擦接合時に回転又は振動されない固定側のワークである、請求項４に記載のワーク固定方法。
   

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