JPS5922629B2 - 摩擦圧接装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は独立した２つの被溶接物または素材（以下素材
という）を、互にある圧力の下に接触させながらある相
対回転速度をもつて回転させるときにその接触部に発生
する摩擦熱を利用して圧着接合する摩擦圧接に係り、と
〈に画素材を予め定められた位相関係位置に接合する摩
擦圧接装置に関するものである。

摩擦圧接法は形状、寸法等の加工を完了した２つの素材
を一定の相互位相の下に、かつ充分な強度をもつて接合
し得るならば、その利用範囲はきわめて広範なものとな
る。

従つてこの位相修正手段については幾つかの先行技術が
公知になつて（゛るが、中でも同出願人の出願に係る発
明（特開昭５５−１９６０号）にお（゛ては、抜群の性
能で一応の成果は得られたものの、該技術によれば位相
合せのためのクラッチ装置の噛合いのタイミングが制御
されておらず、従つて不十分な噛合いに基因するクラッ
チ装置の爪部の破損事故を誘発する可能性を具有してお
り、またその故に位相合せ準備段階での主軸の回転速度
を余り高いものに設定することができないため、位相合
せ準備段階のための所要時間のばらつきが大きくなつて
圧接末期における摩擦発熱量のばらつきが大きくなり、
寸法精度にばらつきを生じ易（・と（・う欠点が未だ解
消されてはいなかつた。そこで本発明は、摩擦発熱工程
の終了の後回転側の駆動力を断つて制動力を働かせなが
ら減速し、その回転速度が比較的低速の設定値に達した
後、主軸とクラッチ装置が設定位相の関係になつたとき
該クラッチ装置に係合指令を発し、その係合が行なわれ
た後この素材を含む回転系に抵抗を付加して該回転系を
急速停止させることによつて画素材の位相合せを確実か
つ迅速に行い得るとともに。

全アップセット量のばらつきを防止し、高品質な圧接製
品を得ることができ、かつ延命化の可能な摩擦圧接装置
を提供しようとするものである。以下、本発明を具体化
した図示の実施例につ（・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、チヤツク４を介して主軸３と同心
に支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
てチヤック８に支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
よつて主軸３に対して近接６離隔および加圧が可能であ
る。主軸３はブーリ１１、ベルト１２およびプーリ１３
を介してモータ１５（原動機）によつて回転駆動される
。主軸３に固着されたブレーキ盤４１は筐体１に取付け
られたブレーキ作動装置４２によつて挟圧されることに
よつて前記主軸３に制動作用が付与される。ここでブレ
ーキ盤４１とブレーキ作動装置４２を含めて制動装置４
０と総称する。また前記主軸３には円周部に同一円上に
配列された設定数の穿孔５２を有する円盤５１が固着さ
れ６該穿孔５２の位置に対応してたとえば１対の投光器
５４および受光器５５が前記円盤５１を挾圧して対向す
る光電管装置５３が筐体１に取付けられている。該光電
管装置５３の出力側は演算器（図示せず）の入力側と接
続され６円盤５１の回転によつて前記光電管装置５３よ
り発せられるパルス信号を基に、演算器より前記主軸３
の回転速度を示す信号を得ることができる。また前記主
軸３の特定位相に対応した位置の穿孔５２を他の穿孔と
区別するように構成（例えば当該穿孔５２を他と比較し
て大なるようにする）しておけば、それに対応するパル
ス信号の大きさが他のものとは区別されるため６そのこ
とに基づいて回転中にある主軸３の特定位相の位置を示
す信号を，前記演算器からの出力信号として得ることが
できる。なおここで前記円盤５１．光電管装置５３およ
び演算器等を含めて回転検知装置５０と総称する。主軸
３のチヤック４と反対側には一体的な爪１６をもつカム
付きクラツチ１７が設けられそれに対向して爪１８をも
つカム付きクラツチ１９が軸２０にキー２１によつて摺
動可能に支持されてる。

軸２０は主軸３と同心で相対回転可能のように主軸３お
よび筐体１に支持されて（゛る。クラツチ１９と一体の
歯車２２は軸２０と直角方向のラツク２３とそれぞれの
歯２２ａ．２３８によつて噛合つている。またクラツチ
１９は筐体１にピン２４８を介して枢支されたクラツチ
摺動レバー２４によつて６第１図の右方に摺動されれば
爪１８ｔ１６との噛合いが生じてクラツチ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ツチ摺動レバー２４はピ
ン２４ｂを介して油圧シリンダー２５のピストン２６と
一体のヨーク２７によつ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、従つて常にはクラツ
チ１７と１９とは離脱状態に保持されるが、ピストン２
６のロツド側の圧油が解放されれば（要すればロツド側
の室をタンクに接続する）、スプリング２８の張力によ
つてクラツチ１７と１９とが係合し得る状態になる。ま
た第２図に示すようにラツク２３の一端はピストンロツ
ドとして形成されその先端には位相合せのために主軸３
の回転に抵抗を付加するための油圧シリンダー２９内を
摺動するピストン３０が設けられ６該ピストン３０には
ピストン３０の図始右方への移動に伴い給排口３２から
タンクＴへ排出される圧油の流量を制御（絞る）するた
めのテーパ状の絞り弁体３３が給排口３２に対向して同
心的に突設されている。しかし，て、上記のピストン３
０は主軸３が位相修正のために低回転速度に減速されか
つ前記クラツチ１７，１９が係合されると（回転中の素
材５と軸２０とが定位相の同期回転となる）６歯車２２
およびラツク２３を介して油圧シリンダー２９内を図示
右方へ移動されるものであつて、そして絞り弁体３３の
先端が給排口３２の端縁に接近するまでは主軸３の回転
に対してほとんど抵抗を及ぼすことなく移動するが、そ
の後は絞り弁体３３の給排口３２内への突入に伴い圧油
の流量が次第に絞られることによりその移動速度を減速
され主軸３の回転に抵抗を漸増的に付加して主軸３の回
転速度を急速に減速させ、そしてピストン３０がストロ
ークエンドに達したときに一体回転中の歯車２２および
主軸３とともに素材５が他方の素材９に対して同位相で
停止されるように設定されて（・る。なお、ピストン３
０は摩擦圧接の完了後において、電磁切換弁ＳＶを後退
側へ切換えてオイルポンプＰにより圧油を油圧シリンダ
ー２９内に圧送することによつて規定の元位置まで復帰
される。本実施例は上述のように構成したものであり６
以下その作用につ（・て説明する。２個の素材５および
９をそれぞれチヤツク４および８にあらかじめ設定され
た位相で挾持させ、モータ１５により規定の高速回転数
ＮＬたとえば１８００ｒｐｍ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に沿つて前進（図示左
方へ摺動）させ、画素材５，９をある圧力の下に接触摩
擦させる。

画素材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
はタイマーまたはすえこみ量等によつて検出される。こ
の検出信号によつてモータ１５の駆動入力が断たれると
ともに制動装置４０が作動し、主軸３が急速に減速され
る。しかして、前記減速によつて主軸３の回転数が比較
的低速の設定回転数、たとえぱ７００ｒｐｍに達したこ
とを回転検知装置５０によつて検知（第６図のＢ点）し
た後ひきつづいて次に来る特定位相を検知すべく該回転
検知装置５０によつて前記主軸３が設定位相（たとえば
クラツチ１７，１９の噛合（゛前３０００の位置）にな
つたことを検知（第６図のＣ点）し、そのとき発せられ
る検出信号によつて前記制動装置４０の制動力が解放さ
れるとともに、油圧シリンダー２５の油圧を解放させ、
スプリング２８によつて（ある（゛は油圧シリンダー２
５に積極的に反対側から圧力もかけて）クラツチ摺動レ
バー２４を介しクラツチ１９を軸２０に沿つて図示右方
へ摺動させると、該クラツチ１９は主軸３と共に回転し
ているクラッチ１７と第５図Ａ−Ｃに示す如く係合され
、位相修正のための装置（クラツチ１９、歯車２２、ラ
ツク２３、ピストン３０等を含む）と主軸３との位相が
設定通りに結合されて、位相修正のための準備段階が完
了する。

このとき、クラツチ１７，１９の係合動作開始時期を厳
密に制御しているため、その吻合（゛が十分にかつ確実
に行なわれる。クラツチ１９と１７との係合がなされる
と、素材５およびモータ１５等を含む主軸３側の回転系
の慣性力によつて歯車２２が主軸３と共に回転しラツク
２３が油圧シリンダー２９内のピストン３０と共に前進
（図示右方へ移動）する。この前進によつて油圧シリン
ダー２９内の圧油は給排口３２から予め排出側に切換え
られている電磁切換弁ＳＶを経てタンクＴに流出し、そ
してピストン３０の絞り弁体３３が給排口３２に突入を
開始するまでの前進動作については前述したように主軸
３の回転速度を減速させるに至らな（゛程度の抵抗であ
るが６絞り弁体３３が第３図Ａに示す如く給排口３２に
突入を開始すると該給排口３２からの圧油の流量が制限
されてピストン３０およびラツク２３の前進に対する抵
抗となり６その結果主軸３に抵抗（制動）が付加される
。この主雌３の回転に対する抵抗は絞り弁体３３がテー
パ状に形成されていることから絞り弁体３３の突入の進
行に伴い第３図Ｂに示すように流油量の絞りが増加する
ことによつて次第に増大し、主軸３は急速に減速され、
そしてピストン３０が所定の作動端に達することによつ
て主軸３の回転が停止されて画素材５，９は相対回転速
度が零となりあらかじめ設定された同位相に一致する（
第６図のＤ点）。その後画素材５，９はアツプセツトカ
旺を受けながら一定期間冷却され、かくして摩擦圧接が
完了する。なお６上記の急速停止動作において主軸３の
停止直前の回転数は停止時の衝撃力を考慮し、その慣性
質量にも影響されるが、ほぼ１５０ｒｐｍ程度以下とな
ることが好ましく、また前記クラツチ１７，１９の噛み
合い指令を発するときの主軸３の回転速度は３００〜９
００ｒｐｍと設定することが好ましいが、主軸３の回転
力は回転系の慣性力によるだけであるため、位相修正の
ための装置としては全体的に比較的小型のものであつて
も十分な制動効果を発揮することができる。なお、位相
修正のための準備段階であるクラツチ１７と１９との係
合は本実施例では爪１６，１８が各１個の場合について
図示したが、１８０度の対称形の素材を圧接対象とする
ときには１８０度間隔の爪が各２個となることは勿論で
ある。なおピストン３０およびラツク２３の前進に抵抗
を付与する手段としてはさらに、給排口３２に接続され
た管路中に油圧サーボバルブを配設して、主軸３の回転
速度もしくはピストン３０およびラツク２３の移動速度
とシリンダ２９内の圧油の圧力を検出しながら該油圧サ
ーボバルブの絞り量を適宜変化させるようにしても、本
発明の実施は可能である。

以上詳述したように、本発明は２個の素材を所定の位相
関係位置に摩擦圧接するに当り、摩擦発熱工程の終了の
後、回転駆動力を断つて減速させ．画素材の低速回転過
程において位相修正のための装置と主軸とを該主軸の回
転速度ならびにその回転位相に関連した指令信号によつ
て作動を開始し特定位相に結合して６位相修正のための
準備段階を完了した後、これらを所定の位相で急速停止
せしめることにより画素材の位相合せを行うものであつ
て、このことによつて画素材の位相関係位置を正確に合
わせ得ることは勿論のこと、とくに位相修正のための装
置と主軸とを特定位相に結合するに際し６クラツチ装置
の作動のタイミングを主軸の特定位相の検知によつて規
定するようにしたため、クラツチの噛合いが十分に確実
に行なわれるようになり、それによつて位相修正の準備
段階が完了するまでは画素材の相対回転速度を比較的高
〈保持できかつその後は強力な制動作用によつて急速停
止することがでぎるため、綜合的に位相合せのために費
やす時間が短縮され．その結果アツプセツト量のばらつ
きが減少されて圧接製品の全長の均一化に大きく役立つ
ものである。

また本発明によれば、摩擦発熱工程が終了した後は回転
駆動力が断たれるため，位相合せのための装置が主軸と
係合した後の制動は、回転系の慣性による回転力に対し
てのみ行なえばよく、従つて該制動を比較的容易に行な
うことができ．このことも前記位相合せのための装置と
主軸とを係合させるときの回転数を比較的高く設定する
ことに貢献している。

【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図は回転系に抵抗を付加しかつ画素材を同位相に急
速停止せしめるための機構を示す断面図、第３図Ａ，Ｂ
は該機構の動作態様を示す説明図、第４図は第１図にお
ける−線の断面図、第５図Ａ，Ｂ，Ｃはクラツチの係合
態様を示す説明図６第６図は本摩擦圧接装置の作用説明
図である。 １・・・筐体、３・・・主軸、５，９・・・素材．１０
・・・油圧装置６１５・・・モータ（原動機）、１７，
１９・・・クラツチ、２２・・・歯車、２９・・・油圧
シリンダ，３２・・・給排口、３３・・・絞り弁体、４
０・・・制動装置、５０・・・回転検知装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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、前記両把持装置を互に接近させる向きに付
   勢する装置と、一方の把持装置を具備した主軸を回転駆
   動可能な原動機と、前記主軸の回転速度ならびにその回
   転位相に関連した指令信号を発する回転検知装置と、該
   指令信号により前記主軸と特定位相で係合するクラッチ
   装置と、前記クラッチ装置を介して従動しその作動端で
   主軸の停止位相を拘束するシリンダ装置と、前記作動端
   付近でシリンダの排出油量を漸減的に制限する絞り装置
   とを包含する摩擦圧接装置。