JPH11347752A

JPH11347752A - 摩擦圧接機

Info

Publication number: JPH11347752A
Application number: JP15781698A
Authority: JP
Inventors: Koichi Kawaura; 広一川浦; Morio Sano; 守夫佐野
Original assignee: IZUMI KOGYO KK; Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Current assignee: IZUMI KOGYO KK; Toyota Industries Corp
Priority date: 1998-06-05
Filing date: 1998-06-05
Publication date: 1999-12-21
Anticipated expiration: 2018-06-05
Also published as: JP4165929B2

Abstract

(57)【要約】【課題】慣性モーメントの小さい主軸装置を備えた摩擦
圧接機を提供する。【解決手段】先端側で一方のワークＷ１を把持し、主軸
ボックス２に軸受装置３を介して回転可能に支承された
主軸装置４を、主軸ボックス２に内装されて軸受装置３
を介して回転可能に支承された主軸５と、主軸５に軸方
向に進退可能に内装されたドローバー１０と、ドローバ
ー１０の後退により主軸５の内周面に案内されて縮径す
る把持部１２ｂをもつコレットチャック１２とで構成す
る。コレットチャック１２は、縮径した把持部１２ｂに
より丸棒状のワークＷ１を直接把持可能である。また、
コレットチャック１２は、縮径した把持部１２ｂにより
ワークＷ１が取付けられたアダプタ１３を把持可能であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、接合すべく二つの
ワークを摩擦圧接により接合する摩擦圧接機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、摩擦圧接に用いられる装置と
して、図６に示すような摩擦圧接機が知られている。こ
の摩擦圧接機は、先端側で一方のワークＷ１を把持し、
主軸ボックス２２に軸受装置２３を介して回転可能に支
承された主軸装置２４と、一方のワークＷ１に対向して
他方のワークＷ２を把持し、両ワークＷ１、Ｗ２に摩擦
推力及びアップセット推力を付与可能な推力付与装置３
０とを有する。

【０００３】ここでの主軸装置２４は、機台２１上に設
置された主軸ボックス２２内に軸受装置２３を介して回
転可能に支承された主軸２５と、主軸２５を回転駆動す
る主軸モータ（図示せず）と、主軸２５に内装され油圧
シリンダ２６によって軸方向に進退動可能なドローバー
２７と、主軸２５の一方の軸端面に連結固定され、ドロ
ーバー２７の後退により一方のワークＷ１を把持する回
転チャック２８とを備えている。

【０００４】また、推力付与装置３０は、主軸装置２４
の回転チャック２８に把持される一方のワークＷ１と同
一軸心上に整合すべく他方のワークＷ２を把持する固定
チャック３１と、固定チャック３１を保持し、機台２１
上のレール３２に案内されて前記軸心の向きに進退動可
能な往復台３３と、ブラケット３４に取付けられて往復
台３３を進退動させるスライドシリンダ（推力付与手
段）３５とを備えている。

【０００５】このように構成された摩擦圧接機により摩
擦圧接を行うには、まず、主軸装置２４のドローバー２
７を操作して回転チャック２８に一方のワークＷ１を固
定するとともに、推力付与装置３０の固定チャック３１
に他方のワークＷ２を固定する。そして、主軸装置２４
及び推力付与装置３０を作動させることにより両ワーク
Ｗ１、Ｗ２に相対回転及び摩擦推力を付与して、圧接に
十分な状態になるまで相互の接合界面を発熱させた後、
主軸装置２４の作動停止により両ワークＷ１、Ｗ２の相
対回転を急停止させるとともに、推力付与装置３０の作
動により両ワークＷ１、Ｗ２にアップセット推力を付与
する。これにより、両ワークＷ１、Ｗ２は接合界面で摩
擦圧接する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
主軸装置２４の回転チャック２８は、主軸２５の軸端面
に連結固定されており、径方向の寸法が大きい構造とな
っているため、回転チャック２８自体の慣性モーメント
が大きい。そのため、慣性モーメントの大きなワークを
回転チャック２８に把持して摩擦圧接を行うことが困難
となる。

【０００７】また、回転チャック２８の慣性モーメント
が大きいと、主軸装置２４を高速回転させたり急停止を
させる上で不利になるため、最適な条件で摩擦圧接を行
うことが困難となる。本発明は上記実状に鑑み案出され
たものであり、慣性モーメントの小さい主軸装置を備え
た摩擦圧接機を提供することを解決すべき課題とするも
のである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する請求
項１記載の発明は、先端側で一方のワークを把持し、主
軸ボックスに軸受装置を介して回転可能に支承された主
軸装置と、前記一方のワークに対向して他方のワークを
把持し、前記両ワークに摩擦推力及びアップセット推力
を付与可能な推力付与装置とを有し、前記主軸装置の作
動及び前記推力付与装置の作動により前記両ワークに相
対回転及び前記摩擦推力を付与して圧接に十分な状態に
なるまで相互の接合界面を発熱させた後、前記主軸装置
の作動停止及び前記推力付与装置の作動により前記相対
回転を停止して前記両ワークにアップセット推力を付与
して前記両ワークを前記接合界面で摩擦圧接する摩擦圧
接機において、前記主軸装置は、前記主軸ボックスに内
装されて前記軸受装置を介して回転可能に支承された主
軸と、該主軸に軸方向に進退可能に内装されたドローバ
ーと、該ドローバーの後退により前記主軸の内周面に案
内されて縮径する把持部をもつコレットチャックとから
なるという手段を採用している。

【０００９】この手段によれば、主軸装置に装備される
コレットチャックは、ドローバーの後退により把持部が
主軸の内周面に案内されるように構成されているため、
主軸の内周径よりも径寸法が小さいものとなり、主軸装
置の慣性モーメントは小さくなる。これにより、慣性モ
ーメントのより大きなワークの摩擦圧接が可能になると
ともに、主軸装置の高速回転や急停止を有利に行うこと
ができるため、最適な条件で摩擦圧接を行うことが可能
になる。したがって、本発明によれば、慣性モーメント
の小さい主軸装置を備えた摩擦圧接機を提供することが
できる。

【００１０】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記コレットチャックは、縮径した前記把
持部により前記一方のワークを把持可能であるという手
段を採用している。この手段によれば、一方のワークが
コレットチャックにより直接把持される。請求項３記載
の発明は、請求項２記載の発明において、前記コレット
チャックは、縮径した前記把持部により前記一方のワー
クが取付けられたアダプタを把持可能であるという手段
を採用している。

【００１１】この手段によれば、一方のワークがコレッ
トチャックで直接把持できない異形のものであっても、
アダプタを用いることにより、形状や大きさなどが異な
る種々のワークの摩擦圧接を行うことができる。なお、
アダプタのコレットチャックに把持される部分の大きさ
を統一しておけば、形状や大きさなどが異なる種々のワ
ークに対してそれぞれ適合するアダプタを用意すること
により対応することができる。

【００１２】請求項４記載の発明は、請求項３記載の発
明において、前記アダプタ及び前記主軸装置の少なくと
も一方には、相対回転を生じしめるトルクの滑りを防止
する滑り防止手段が設けられているという手段を採用し
ている。この手段によれば、アダプタを用いて摩擦圧接
を行う際に、アダプタと主軸装置との間での相対回転が
生じないことから、両ワークへの相対回転の付与を効率
良く確実に行うことができ、両ワークの接合界面で発熱
させる工程を効率良く確実に行うことができる。

【００１３】なお、ここでの滑り防止手段としては、例
えば、キー部材とこれに係合するキー溝との組み合わせ
を採用したり、あるいは両者の接合面の少なくとも一方
の表面を凹凸状に荒らすことにより摩擦係数を高める等
の手段を採用することができる。請求項５記載の発明
は、請求項３又は４記載の発明において、前記アダプタ
及び前記一方のワークの少なくとも一方には、相対回転
を生じしめるトルクの滑りを防止する滑り防止手段が設
けられているという手段を採用している。

【００１４】この手段によれば、アダプタを用いて摩擦
圧接を行う際に、アダプタとこれに取付けられる一方の
ワークとの間での相対回転が生じないので、両ワークへ
の相対回転の付与を効率良く確実に行うことができ、両
ワークの接合界面で発熱させる工程を効率良く確実に行
うことができる。なお、ここでの滑り防止手段として
は、例えば、係合ピンとこれに係合する係合孔との組み
合わせを採用したり、あるいは両者の接合面の少なくと
も一方の表面を凹凸状に荒らすことにより摩擦係数を高
める等の手段を採用することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づき説明する。図１は本実施形態に係る摩擦圧接機の
一部を断面で示す正面図であり、図２はその摩擦圧接機
に用いられるアダプタにワークを取付けた状態の正面図
であり、図３は図２の III−III 線矢視断面図である。

【００１６】図１に示すように、この摩擦圧接機の機台
１上には、先端側で一方のワークＷ１を把持し、主軸ボ
ックス２に軸受装置３を介して回転可能に支承された主
軸装置４と、一方のワークＷ１に対向して他方のワーク
Ｗ２を把持し、両ワークＷ１、Ｗ２に摩擦推力及びアッ
プセット推力を付与可能な推力付与装置３０が配設され
ている。

【００１７】機台１上の一端側に配設された主軸ボック
ス２は、一端に開口部２ａをもち他端に中央軸孔２ｂが
設けられた底壁部２ｃを有する。この主軸ボックス２
は、開口部２ａ側が推力付与装置３０と対向するように
配置されている。主軸ボックス２の内側には、主軸装置
４の一部を構成し、一端側に小径部を有する円筒状の主
軸５が軸受装置３を介して回転可能に支承されている。
主軸５の小径部は主軸ボックス２の中央軸孔２ｂから突
出し、主軸５の大径側の開口端は主軸ボックス２の開口
部２ａに位置している。そして、主軸５の大径側の開口
端と主軸ボックス２の開口部２ａとの間には、オイルシ
ール６ａを有するリング状のベアリングキャップ６が取
付けられている。

【００１８】主軸ボックス２の中央軸孔２ｂから突出し
た主軸５の小径部にはプーリ７が取付けられている。こ
のプーリ７には、主軸モータ（図示せず）の回転軸との
間に架装されたベルト（図示せず）が装着されており、
その主軸モータの駆動により主軸５が回転するようにな
っている。主軸５の大径側開口端部の内周には、開口端
側に向かって次第に径が大きくなるテーパ状の内周面を
有する円筒状のテーパ部材８が嵌着されている。また、
主軸５の大径側開口端面には、後述のアダプタ１３に設
けられたキー溝１３ｆと係合するキー部材（滑り防止手
段）９が取付けられている。

【００１９】そして、主軸５の内部空間には、ドローバ
ー１０が軸方向へ移動可能に配設されている。このドロ
ーバー１０は、主軸５の小径側端部に設けられた油圧シ
リンダ１１によって主軸５の内部空間を軸方向に進退動
操作可能である。ドローバー１０の先端部には、雌ねじ
部を有する嵌合孔１０ａが設けられており、この嵌合孔
１０ａにはコレットチャック１２がねじ止めにより取付
けられている。ドローバー１０の内部には、ワークＷ１
の挿入位置を決めるとともに圧接時の推力を受けるスト
ッパ１０ｂが挿入されている。

【００２０】このコレットチャック１２は、外周に雄ね
じ部を有する円筒状の基部１２ａと、基部１２ａの一端
側から軸方向に突出し周方向に分割されて円筒状に形成
された把持部１２ｂとからなる。把持部１２ｂは、テー
パ部材８のテーパ状内周面の傾斜角度と符合するテーパ
状の外周面と、略一定の径で形成された内周面とをも
ち、先端に向かって次第に肉厚となるように形成されて
いる。そして、この把持部１２ａは、付け根部分よりも
先端側が拡開するように変形されている。このコレット
チャック１２は、ドローバー１０が後退するときに把持
部１２ａがテーパ部材８の内周面に案内されつつ弾性変
形することにより縮径するように構成されている。

【００２１】そして、本実施形態の主軸装置は、コレッ
トチャック１２で把持するワークＷ１の形状に応じて用
いられる、例えば図２及び図３に示すようなアダプタ１
３を具備している。このアダプタ１３は、ワークＷ１が
取付けられる取付面を有する円板状の本体部１３ａと、
本体部１３ａの背面（取付面と反対側の面）の中央に突
設された円柱状の把持ピン１３ｂとからなる。把持ピン
１３ｂは、コレットチャック１２の把持部１２ｂに把持
される部分であり、把持部１２ｂの内周面（把持面）の
大きさに合わせてその径の大きさが設定されている。

【００２２】本体部１３ａの取付面中央には、把持ピン
１３ｂと同一軸心をもつ円柱状の芯出しピン１３ｃが設
けられている。また、本体部１３ａの取付面の所定位置
には、取付面に取付けられるワークＷ１を保持する一対
の係止フック１３ｄが取付面に対して平行に揺動可能に
設けられている。さらに、本体部１３ａの取付面の所定
位置には、ワークＷ１に形成された係合孔が嵌合され、
本体部１３ａとワークＷ１との相対回転を生じしめるト
ルクの滑りを防止する係合ピン（滑り防止手段）１３ｅ
が４個所に突設されている。また、本体部１３ａの背面
には、主軸５に設けられたキー部材９と係合するキー溝
（滑り防止手段）１３ｆが径方向に延設されている。

【００２３】なお、図１に示す本実施形態の推力付与装
置３０は、図６に示す従来の推力付与装置と同じもので
あるため、共通する構成部材に同一の符号を付して詳し
い説明は省略する。本実施形態の摩擦圧接機は以上のよ
うに構成されており、次にその作用を説明する。

【００２４】まず、一方のワークＷ１が主軸装置４のコ
レットチャック１２に直接把持可能な丸棒状のものであ
る場合には、図４に示すように、コレットチャック１２
にそのワークＷ１を直接把持させる。即ち、主軸装置４
の油圧シリンダ１１を作動させてドローバー１０を進出
させることにより、主軸５内から突出して先端側がやや
拡開した状態となったコレットチャック１２の把持部１
２ｂにワークＷ１の一端部を挿入した後、油圧シリンダ
１１を作動させてドローバー１０を後退させる。これに
より、コレットチャック１２の把持部１２ｂは、テーパ
部材８の内周面に案内されて弾性変形しつつ縮径し、ワ
ークＷ１を強固に把持してテーパ部材８の内側に収納さ
れた状態となって、ワークＷ１の把持を完了する。

【００２５】また、一方のワークＷ１が異形のものであ
る場合には、アダプタ１３を介してそのワークＷ１をコ
レットチャック１２に把持させる。この場合には、図２
及び図３に示すように、まず、ワークＷ１をアダプタ１
３の芯出しピン１３ｃ及び係合ピン１３ｅに嵌合し、ワ
ークＷ１の端縁部に係止フック１３ｄを係止させること
により、アダプタ１３の取付面にワークＷ１を取付け
る。

【００２６】次に、前記と同様に、油圧シリンダ１１を
作動させてドローバー１０を進出させることにより、主
軸５内から突出して先端側がやや拡開した状態となった
コレットチャック１２の把持部１２ｂにアダプタ１３の
把持ピン１３ｂを挿入し、油圧シリンダ１１によりドロ
ーバー１０を後退させる。これにより、図５に示すよう
に、コレットチャック１２の把持部１２ｂは、テーパ部
材８の内周面に案内されて弾性変形しつつ縮径し、ワー
クＷ１を強固に把持してテーパ部材８の内側に収納され
た状態となって、ワークＷ１の把持を完了する。

【００２７】そして、ワークＷ１と接合すべく他方のワ
ークＷ２をワークＷ１と同一軸心上に整合するように推
力付与装置３０の固定チャック３１に固定して、両ワー
クＷ１、Ｗ２の摩擦圧接を開始する。まず、主軸モータ
の駆動により主軸装置４を回転させてワークＷ１を回転
させるとともに、推力付与装置３０のスライドシリンダ
３５を作動させて往復台３３を進出させることにより、
両ワークＷ１、Ｗ２に相対回転及び摩擦推力を付与し、
圧接に十分な状態になるまで両ワークＷ１、Ｗ２相互の
接合界面を発熱させる。

【００２８】このとき、アダプタ１３を用いている場
合、圧接時にはワークＷ１の大きさに比してコレットチ
ャック１２の径が小さいため把持力が不足するが、アダ
プタ１３とコレットチャック１２との間には、キー溝１
３ｆとキー部材９との組み合わせによる滑り防止手段が
設けられているため、両者間での相対回転は生じない。
また、アダプタ１３とこれに取付けられるワークＷ１と
の間にも、係合ピン１３ｅと係合孔との組み合わせによ
る滑り防止手段が設けられているため、両者間での相対
回転は生じない。これにより、両ワークＷ１、Ｗ２への
相対回転の付与が効率良く確実に行われ、両ワークＷ
１、Ｗ２の接合界面で発熱させる工程が効率良く確実に
行われる。

【００２９】その後、主軸装置４の作動停止により両ワ
ークＷ１、Ｗ２の相対回転を急停止させるとともに、推
力付与装置３０のスライドシリンダ３５を作動させて両
ワークＷ１、Ｗ２にアップセット推力を付与する。これ
により、両ワークＷ１、Ｗ２は接合界面で摩擦圧接す
る。その後、摩擦圧接して一体になった両ワークＷ１、
Ｗ２を、上記と逆の操作により、コレットチャック１２
或いはアダプタ１３、固定チャック３１から取り外すこ
とにより、両ワークＷ１、Ｗ２の摩擦圧接作業を完了す
る。

【００３０】以上のように、本実施形態の摩擦圧接機に
よれば、一方のワークＷ１を把持する主軸装置４のコレ
ットチャック１２は、ドローバー１０の後退により主軸
５の内周面に案内されて縮径する把持部１２ｂを有する
構成であるため、主軸装置４の慣性モーメントを従来よ
りも格段に小さくすることができる。これにより、慣性
モーメントのより大きなワークの摩擦圧接が可能になる
とともに、主軸装置４を高速回転させたり急停止させる
上で有利になるため、最適な条件で摩擦圧接を行うこと
が可能になる。

【００３１】そして、主軸装置４のコレットチャック１
２は、一方のワークＷ１を取付けたアダプタ１３を把持
可能であるため、一方のワークＷ１が異形のものであっ
ても、アダプタ１３を用いることにより、形状や大きさ
などが異なる種々のワークＷ１の摩擦圧接を行うことが
できる。また、アダプタ１３とコレットチャック１２と
の間には、キー溝１３ｆとキー部材９との組み合わせに
よる滑り防止手段が設けられており、摩擦圧接を行う際
に、両者間での相対回転が生じないため、両ワークＷ
１、Ｗ２への相対回転の付与を効率良く確実に行うこと
ができる。

【００３２】さらに、アダプタ１３とこれに取付けられ
るワークＷ１との間には、係合ピン１３ｅと係合孔との
組み合わせによる滑り防止手段が設けられており、摩擦
圧接を行う際に、両者間での相対回転が生じないため、
これによっても両ワークＷ１、Ｗ２への相対回転の付与
を効率良く確実に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る摩擦圧接機の一部を断
面で示す正面図である。

【図２】本発明の実施形態で用いられるアダプタにワー
クを取付けた状態の正面図である。

【図３】図２の III−III 線矢視断面図である。

【図４】本発明の実施形態に係る摩擦圧接機の主軸装置
にワークを装着した状態を示す断面図である。

【図５】本発明の実施形態に係る摩擦圧接機の主軸装置
にアダプタを介してワークを装着した状態を示す断面図
である。

【図６】従来の摩擦圧接機の一部を断面で示す正面図で
ある。

【符号の説明】

１、２１…機台２、２２…主軸ボックス２
ａ…開口部２ｂ…中央軸孔２ｃ…底壁部３、２３…軸
受装置４、２４…主軸装置５、２５…主軸６…ベ
アリングキャップ６ａ…オイルシール７…プーリ８…テーパ部材９…キー部材（滑り防止手段）１０、２７…ドローバー１０ａ…嵌合孔１１、２６…油圧シリンダ１２…コレットチャッ
ク１２ａ…基部１２ｂ…把持部１３…アダプ
タ１３ａ…本体部１３ｂ…把持ピン１３ｃ…
芯出しピン１３ｄ…係止フック１３ｅ…係合ピン（滑り防止
手段）１３ｆ…キー溝（滑り防止手段）２８…回転チャ
ック３０…推力付与装置３１…固定チャック３
２…レール３３…往復台３４…ブラケット３５…スライドシリンダ（推力付与手段）Ｗ１…一方のワークＷ２…他方のワーク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】先端側で一方のワークを把持し、主軸ボ
ックスに軸受装置を介して回転可能に支承された主軸装
置と、前記一方のワークに対向して他方のワークを把持
し、前記両ワークに摩擦推力及びアップセット推力を付
与可能な推力付与装置とを有し、前記主軸装置の作動及
び前記推力付与装置の作動により前記両ワークに相対回
転及び前記摩擦推力を付与して圧接に十分な状態になる
まで相互の接合界面を発熱させた後、前記主軸装置の作
動停止及び前記推力付与装置の作動により前記相対回転
を停止して前記両ワークにアップセット推力を付与して
前記両ワークを前記接合界面で摩擦圧接する摩擦圧接機
において、前記主軸装置は、前記主軸ボックスに内装されて前記軸
受装置を介して回転可能に支承された主軸と、該主軸に
軸方向に進退可能に内装されたドローバーと、該ドロー
バーの後退により前記主軸の内周面に案内されて縮径す
る把持部をもつコレットチャックとからなることを特徴
とする摩擦圧接機。
【請求項２】前記コレットチャックは、縮径した前記
把持部により前記一方のワークを把持可能であることを
特徴とする請求項１記載の摩擦圧接機。
【請求項３】前記コレットチャックは、縮径した前記
把持部により前記一方のワークが取付けられたアダプタ
を把持可能であることを特徴とする請求項１記載の摩擦
圧接機。
【請求項４】前記アダプタ及び前記主軸装置の少なく
とも一方には、相対回転を生じしめるトルクの滑りを防
止する滑り防止手段が設けられていることを特徴とする
請求項３記載の摩擦圧接機。
【請求項５】前記アダプタ及び前記一方のワークの少
なくとも一方には、相対回転を生じしめるトルクの滑り
を防止する滑り防止手段が設けられていることを特徴と
する請求項３又は４記載の摩擦圧接機。