JPH0815673B2 - 摩擦圧接装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は摩擦圧接装置に係り、詳しくは被圧接素材相
互の位相角を特定条件に保って圧接を完了するための装
置に関する。

［従来の技術］ 摩擦圧接法において、前工程で既に不定形断面が確定
されている二つの素材を特定位相で接合させることは、
加工時間や接合部物性等に優れた摩擦圧接の適用を拡大
するうえで、その重要度はきわめて高い。

したがって、このような定位相圧接手段については幾
つかの先行技術が知られている。例えば特公昭57−159
号公報開示の発明は、相対回転する両素材の低速回転過
程において、位相修正のためのシリンダ装置と主軸とを
クラッチ装置を介して特定位相に結合せしめることによ
り位相修正のための準備段階を終えたのち、主軸系に対
する回転入力を継続したままシリンダ装置に抵抗を付加
して急速に減速させるとともに、シリンダ装置の作動端
で停止させることにより両素材の圧接と位相合せとを同
時に完了するものである。この方法による場合、位相合
せを正確に行わせるには位相修正のためのシリンダ装置
を作動端まで確実に到達させることが条件であり、ま
た、全長の寸法精度を高めるには位相修正時の回転速度
を少なくとも3000rpm位の比較的高い回転速度に設定す
ることが必要となる。

ところが、位相修正に際し主軸の回転入力（駆動力）
に対して与えられる負荷は、主軸の急速減速のためにシ
リンダ装置の排出油量を制限することによって与えられ
る予め設定された抵抗のほか、実際には両素材の接合面
に発生する回転抵抗（摩擦トルク）が加算され、しかも
この回転抵抗は素材の材質や寸法等によって常に変動す
るものであるため、このような圧接毎に変動する負荷抵
抗に打勝ってシリンダ装置を作動端まで確実に到達させ
る、すなわち的確な位相合せを実現させるためには主軸
駆動用の電動機として大きな出力のものを用意する必要
がある。しかしながら、大きい出力の電動機を使用する
ときは、シリンダ装置の作動端においての衝撃が必然的
に大きくなり、その衝撃によってシリンダ装置に至る駆
動系のクラッチや歯車、とくに歯車は位相合せのための
特定歯車だけが重衝撃を受けて破損することになるた
め、それらを保護すべく剛性を向上させたときは、逆に
駆動系の慣性が大となってシリンダ装置が作動端に達し
たときの衝撃を益々大きくしてしまう結果となる。勿論
この衝撃を小さくするために位相修正時の回転速度を低
速例えば100〜120rpm程度に設定すれば、圧接強度や寸
法精度の維持が困難となることは明らかである。

また、このような不具合を除去するため特公昭63−42
557号公報開示の発明は、低速回転中の素材に対する主
駆動系の回転入力を断つことなく、この素材を含む回転
系に抵抗を付加して急停止させるに際し、主駆動系とは
別の駆動系をもって回転を助勢するための動力付加（シ
リンダ装置への油圧力の付加）を行うことにより、両素
材の位相合せ時に生ずる衝撃を両駆動系に分散させるよ
うにしている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述の摩擦圧接法並びに装置は、いず
れもシリンダ装置に単に絞りを設けて主軸の回転に抵抗
を付加するものであるため、シリンダ装置の作動端にお
ける衝撃エネルギの吸収度は至って低く、したがって、
クラッチ装置とシリンダ装置との伝動手段に使用されて
いる歯車やラックの早期損傷問題に関しては、依然とし
て解決されたものとはいい難い。

本発明は、歯車に代替する伝動手段と、強力な衝撃エ
ネルギ吸収能をもつ専用ダンパ装置の採用により、上記
不具合を一掃することを解決すべき技術課題とするもの
である。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記課題解決のため、対向した二つの素材を
所定位相でそれぞれ把持する把持装置と、上記両把持装
置を互いに接近させる向きに付勢する装置と、一方の把
持装置を備えた主軸を駆動する変速可能な電動機と、上
記電動機の減速移行に関連した指令信号により上記主軸
と特定位相で係合するクラッチ装置と、一端が上記クラ
ッチ装置と係合して搖動する槓杆の他端と係合して直動
し、上記主軸の停止位相を規整する復帰可能な停止装置
と、上記停止装置に従動して上記主軸の回転に抵抗を付
加するダンパ装置と、予圧縮された積層弾性体からなり
上記停止装置の動作端を拘束する停止緩衝装置とを包含
してなる新規な構成を採用している。

本発明のより好適な形態として、上記停止装置は停止
衝撃に基づく物理的変位量を検出するセンサと、該セン
サの検出値に従って停止装置の過負荷を警告する警告装
置とを備えることであり、上記停止緩衝装置は交換可能
な位相角調整用スペーサを重装することである。

［作用］ 本発明においては、クラッチ装置と停止装置とが形状
的に剛性の高い槓杆を介して連動連結されているため、
歯車やラックの歯部損傷にみられるような位相合せ要素
の早期劣化は全く生ぜず、また、両素材の接合面に発生
する不安定な摩擦トルクに打勝つに十分な出力の電動機
を使用しても、専用のダンパ装置が停止装置を通じて有
効に回転入力に抵抗し、停止緩衝装置との協調により衝
撃エネルギを効果的に吸収しながら停止装置の動作端を
正確に拘束するので、圧接強度や寸法精度を損うことな
く、高い精度の位相合せを達成することができる。

［実施例］ 以下、本発明を具体化した図示の実施例について詳述
する。第１図に示すように筐体１に軸受2a、2b、2cを介
して回転可能に支持された主軸３に、チャック４を介し
て主軸３と同心に把持された一方の素材５は、筐体１と
一体の摺動台６に前記主軸３の軸心方向に摺動可能なテ
ーブル７を介してチャック８に把持された他方の素材９
に対し摩擦接触せしめられる。そのためにテーブル７は
油圧装置10によって主軸３に対して近接、離間及び加圧
が可能である。主軸３はプーリ11、ベルト12、プーリ13
及び電磁クラッチ14を介して極数変換式交流モータ15に
よって回転駆動される。極数変換式交流モータ15はその
極数を変えることによって回転数が変化するもので、本
実施例においては摩擦発熱のために主軸３に与える高速
回転数が1800rpm、位相修正のために主軸３に与える低
速回転数が300rpmとなるように設定されており、そして
回転系の1800rpmの高速から300rpmの低速までの急速減
速は極数変換時のモータ自身の回生制動を利用して行わ
れる。

主軸３のチャック４と反対側には一体的な爪16をもつ
カム付きクラッチ17が設けられ、それに対向して爪18を
もつカム付きクラッチ19が軸20にキー21によって摺動可
能に支持されており、該軸20は主軸３と同心で相対回転
可能のように主軸３及び筐体１に支持されている。クラ
ッチ19は筐体１にピン24aを介して枢支されたクラッチ
摺動レバー24によって、第１図の右方に摺動されれば爪
18と16との噛合いが生じてクラッチ17との係合が行わ
れ、反対に左方に摺動されればその係合は解放される。
第４図に示すようにクラッチ摺動レバー24はピン24bを
介して油圧シリンダ25のピストン26と一体のヨーク27に
よって図示右方にスプリング28の張力に抗して常に引張
られており、したがって常にはクラッチ17と19とは離脱
状態に保持されるが、ピストン26のロッド側の圧油が解
放されれば（要すればロッド側の室をタンクに接続す
る）、スプリング28の張力によってクラッチ17と19とが
係合し得る状態になる。

一方、上記筐体１には第２図及び第３図に示す停止装
置30の主体31が結合されており、該主体31内に挿嵌され
た中間軸32の上部露出端には、該主体31の座板部31aと
対向する位置決め板33が締着されている。そして主体31
から延出するフランジ部31bには上記軸20と平行状をな
す軸22が架設され、該軸22に枢支された槓杆23の一端は
上記クラッチ19と一体的に形成された鉤部19aに係合
し、該槓杆23の他端は主体31の切欠部31cを介して上記
中間軸32の鉤部32aに係合されている。また、主体31の
図示下方部分は中間軸32を通じて位置決め板33に常態へ
の復帰を促すシリンダ室34に形成され、中間軸32から一
体状に延びるロッド上のピストン35が該シリンダ室34に
挿嵌されている。なお、SVはポート36aを介してシリン
ダ室34に圧力油を給排する電磁切換弁であり、PVはパイ
ロット制御によりポート36bを介して背圧室34′に作動
油を給排するプレフィル弁である。

上記位置決め板33には主体31の胴部を跨ぐ対称位置に
一対の押動杆37が垂設され、該押動杆37は上記座板部31
a上に固着されたスリーブ38によって案内されるととも
に、その下端面は座板部31aの下面にそれぞれ同心的に
装着されたダンパ装置40のピストンキャップ41と干渉す
るようになされている。該ダンパ装置40の詳細は図示さ
れていないが、位置決め板33と共に作動（下降）する押
動杆37により、衝接したピストンキャップ41を介して内
部のピストンが押し込められると、シリンダの側面に設
けられたオリフィス群から作動油が噴出され、噴出時の
動圧抵抗損失によって衝撃エネルギ（主軸３の回転エネ
ルギ）は熱エネルギに変換されるとともに、この熱エネ
ルギはダンパ装置40の表面から大気中に自然放熱される
ように構成されている。つまりかかるダンパ装置40のエ
ネルギ吸収により、一連の伝動系を介して主軸３の回転
に効果的な抵抗を付加するものである。

上記座板部31a上には、さらに位置決め板33の動作端
を拘束する馬蹄形状の停止緩衝装置42が中間軸32を囲繞
するように配設されており、該停止緩衝装置42に介装さ
れた平板状のウレタンゴムからなる積層弾性体43には調
節ボルト44によって所要の予圧縮が与えられている。な
お、45は位相角調整のために重装される交換可能なスペ
ーサ、50は停止衝撃に基づく中間軸32の物理的変位（伸
び）量を検出する例えばひずみゲージからなるセンサ
で、予め定められた検出値により図示しない警告装置を
介して停止装置40の過負荷を警告し、これによって圧接
条件などの検討、変更に資するものである。

本実施例は上述のように構成したものであり、以下そ
の作用について説明する。２個の素材５及び９をそれぞ
れチャック４及び８にあらかじめ設定された位相でで挟
持させ、電磁クラッチ14を接にした状態で主軸３を極数
変換式交流モータ15により規定の高速回転数、例えば18
00rpmで回転させながら油圧装置10によりテーブル７を
摺動台６に沿って前進（図示左方へ摺動）させ、両素材
５、９をある圧力の下に接触摩擦させる。両素材５、９
の接触部が溶着に充分な温度に達した時点を摩擦発熱工
程の完了とし（第６図のＡ点）、その時期はタイマ又は
すえこみ量等によって検出される。この検出信号によっ
て極数変換式交流モータ15の極数が変えられそれに伴い
該モータ15自体の回生制動によって主軸３が規定の低速
回転数、例えば300rpm（第６図のＢ点）に達するまで急
速に減速される。

しかして、上記の検出信号と同時又は若干遅れて油圧
シリンダ25の油圧を解放させ、スプリング28によって
（あるいは油圧シリンダ25に積極的に反対側から圧力も
かけて）クラッチ摺動レバー24を介しクラッチ19を軸20
に沿って図示右方へ摺動させると、該クラッチ19は主軸
３と共に回転しているクラッチ17と第５図Ａ、Ｂのよう
に係合され、位相修正のための装置（クラッチ19、槓杆
23及び停止装置30を含む）と主軸３とが定位相関係に結
合されて、位相修正のための準備段階が完了する。

このクラッチ19の係合動作に関連して電磁切換弁SVは
ａ位置からｂ位置に切換えられ、クラッチ19の回転に伴
って該クラッチ19上の鉤部19aと係合する槓杆23は軸22
を中心に揺動し、同時に槓杆23の対称端が係合する鉤部
32aを介して、それまで上昇端に在った中間軸32も連動
して下方へ直動する（第２図）。中間軸32には位置決め
板33を介して押動杆37が結合されており、下降する押動
杆37はピストンキャップ41と干渉してダンパ装置40内の
図示しないシリンダを押し込め、該ダンパ装置40独特の
機能、すなわちオリフィス群からの作動油の噴出に伴う
動圧抵抗損失によって衝撃エネルギを吸収し、一連の伝
動系を介して主軸３の回転に急速な抵抗（制動）が付加
される。

このようにして主軸３は極数変換式交流モータ15によ
る駆動を継続したままの状態で減速され、位置決め板33
が停止緩衝装置42に衝突し、かつ積層弾性体43が弾性変
位した位置で停止装置30の下降動作は制止され、主軸３
の定位相停止によって両素材５、９の位相は整合する。
その後クラッチ14の解離とアプセット加圧の暫時継続を
まって摩擦圧接は完了する。この場合、停止装置30の動
作端において中間軸32は停止衝撃の反発力が作用するこ
とになるが、中間軸32の下降中、背圧室34′にはプレフ
ィル弁PVを介して作動油が導入されており、同弁PVのも
つ逆流防止作用により上記反発力は有効に抑制される。
また、停止衝撃を緩和する積層弾性体43は所定の予圧縮
を与えられて弾性反力は巧みに減衰せしめられており、
しかも素材５、９の摩擦抵抗に基づいて位置決め板33の
衝突力に若干の不同が生じたとしても、これは積層弾性
体43の微小な変位量の範囲内で効果的に吸収される。

圧接完了後は油圧シリンダ25へ圧力油が供給されてク
ラッチ19は解離され、引続き電磁切換弁SVが再びａ位置
に切換えられてシリンダ室34にも圧力油が供給され、停
止装置30、槓杆23及びクラッチ19は共に原状態へ復帰す
る。とくに本実施例では、中間軸32に停止衝撃に基づく
物理的変位（伸び）を検出するセンサ（ひずみゲージ）
50が装着されており、予め定められた検出値に従って警
告装置により停止装置30の過負荷が警告されるので、異
常箇所の修復や圧接条件の検討、変更にも好適に利用す
ることができる。なお、厚さの異なる交換可能なスペー
サ45を数種準備し、選択されたスペーサ45を停止緩衝装
置42に重装するか又は位置決め板33の下面に被装するこ
とによって、位相角の整合精度を一層高い水準で微調整
することができる。

［発明の効果］ 以上、詳述したように本発明は、位相合せ要素の伝動
系に歯車列に代わる低質量、かつ高剛性の槓杆を配し、
しかも強力な専用ダンパ装置を採用して急速停止時の衝
撃吸収を行わせるようにしたものであるから、両素材摩
擦面の抵抗変動に打勝つ大出力電動機の使用を可能に
し、しかもクラッチを含めた全位相合せ機構の耐用度を
飛躍的に向上させることができる。

また、停止装置の過負荷をセンサの検出値に基づいて
警告する警告装置や位相角調整用のスペーサを配備した
ものでは、装置の保全にもたらす利便や整合位相角の高
精度化の観点からも、見逃し難い優れた効果を発揮す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す摩擦圧接装置の断面図、
第２図は位相合せ要素の伝動系と停止装置を示す第１図
のII−II線断面図、第３図は停止装置を示す一部断面正
面図、第４図は第１図のIV−IV線断面図、第５図Ａ、Ｂ
はクラッチの係合態様を示す説明図、第６図は位相合せ
時の主軸回転数の推移を示す説明図である。 ３……主軸、５、９……素材 15……極数変換式交流モータ 17、19……クラッチ、23……槓杆 30……停止装置、32……中間軸 33……位置決め板、40……ダンパ装置 42……停止緩衝装置、43……積層弾性体 45……スペーサ、50……センサ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】対向した二つの素材を所定位相でそれぞれ
   把持する把持装置と、上記両把持装置を互いに接近させ
   る向きに付勢する装置と、一方の把持装置を備えた主軸
   を駆動する変速可能な電動機と、上記電動機の減速移行
   に関連した指令信号により上記主軸と特定位相で係合す
   るクラッチ装置と、一端が上記クラッチ装置と係合して
   搖動する槓杆の他端と係合して直動し、上記主軸の停止
   位相を規整する復帰可能な停止装置と、上記停止装置に
   従動して上記主軸の回転に抵抗を付加するダンパ装置
   と、予圧縮された積層弾性体からなり上記停止装置の動
   作端を拘束する停止緩衝装置とを包含してなる摩擦圧接
   装置。
2. 【請求項２】上記停止装置が停止衝撃に基づく物理的変
   位量を検出するセンサと、上記センサの検出値に従って
   停止装置の過負荷を警告する警告装置とを備えてなる請
   求項１記載の装置。
3. 【請求項３】上記停止緩衝装置が交換可能な位相角調整
   用スペーサを重装してなる請求項１記載の装置。