JPS6342557B2 - - 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、その接触部に発生する摩擦熱を利用して圧着
接合させるもので、とくに両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法およびその
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知られている
が、それらは位相精度や寸法精度にばらつきを生
じ易い方法であつたりあるいは接合強度に問題を
残す方法であつたりさらには位相修正のための最
終段階で強大な衝撃を伴う方法であつた。

そのため、上記のような問題を解決する摩擦圧
接方法（特開昭53−75819号）として、２つの素
材を所定の位相関係位置に摩擦圧接するに当り、
相対回転する両素材の低速定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ツチ
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完了したるのち、主
軸系に対する回転入力を継続したもとで前記シリ
ンダ装置に抵抗を付加して急速に減速させるとと
もに該シリンダ装置の作動端で停止させることに
より両素材の位相合せを行うものが提案された。
従つて、この方法による場合は、位相合せを正確
に行な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300rpm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、この方法による場合、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前記シリンダ装
置の排出油量を制限することによつて与えられる
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
れるとともにこの回転抵抗は常に一定とはならな
い、つまり素材の材質や寸法等によつて変動する
ものであるため、このような圧接毎に変化する状
態の負荷抵抗に打ち勝つてシリンダ装置を作動端
まで確実に到達させる、すなわち確実な位相合せ
を実現させるには主軸駆動用のモータとして大き
な出力のものを用意する必要がある。しかしなが
ら、大きい出力のモータを使用するときは、シリ
ンダ装置の作動端においての衝撃が必然的に非常
に大きくなり、それに伴い該衝撃によつてモータ
からシリンダ装置に至る駆動系のクラツチや歯車
が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駆動系の慣性が大とな
り、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り、かと言つてこ
の衝撃を小さくするために位相修正時の回転速度
を低速たとえば100〜120rpm程度に設定すると圧
接強度や寸法精度が低下してしまう。

本発明は、上述した従来の不具合を除去するこ
とを目的としてなされたもので、他方の素材に対
して低速回転中の素材に対する主駆動系による回
転入力を断つことなくこの素材を含む回転系に抵
抗を付加して該回転系を急速停止させるに際し、
前記主駆動系とは別の駆動系をもつて前記回転系
にその回転を助勢するような動力を付加すること
によつて両素材の位相合せを確実かつ迅速に行い
得るとともに、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ことにより主駆動系に及
ぶ衝撃の軽減を可能とした摩擦圧接方法およびそ
の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い
て詳述する。第１図に示すように筐体１に軸受２
ａ，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
を介してチヤツク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、
離間および加圧が可能である。主軸３はプーリ１
１、ベルト１２、プーリ１３および電磁クラツチ
１４を介して極数変換式交流モータ１５（原動
機）によつて回転駆動される。極数変換式交流モ
ータ１５はその極数を変えることによつて回転数
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
利用して行なわれる。なお、前記原動機として直
流モータを利用することも可能である。

主軸３のチヤツク４と反対側には一体的な爪１
６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い
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に支持されている。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，２３ａによつて
噛合つている。またクラツチ１９は筐体１にピン
２４ａを介して枢支されたクラツチ摺動レバー２
４によつて、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３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２
５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２６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。

一方、第２図に示すように前記ラツク２３の一
端は位相合わせのために主軸３の回転に抵抗を付
加するための油圧シリンダー２９（本実施例では
２本をラツクに並設した場合を示す）のピストン
ロツド３０に固着された位置決板３１に連結され
ている。すなわち、油圧シリンダー２９における
ピストンロツド３０の前進（図示下方への移動）
時に排出側となる一方の給排口２９ａは、逆止弁
付きの流量制御弁３２および逆止弁付きの圧力制
御弁３３を並列状に含みかつそれらに対し電磁切
換弁SV１を直列状に含む管路３４に接続されて
いて、前記クラツチ１７，１９の係合（回転中の
素材５と軸２０とが定位相の同期回転となる）に
伴う歯車２２、ラツク２３および位置決板３１を
介してのピストンロツド３０の前進時には該ピス
トンロツド３０に排出油量の制限による一定の背
圧を作用させることによつて前記主軸３の回転に
抵抗を与え、そして位置決板３１が筐体１に設け
られたストツパ３８に当接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
れている。

また、前記油圧シリンダー２９には位相修正の
ためのクラツチ１７，１９の係合後においてピス
トンロツド３０の前進を助けるような油圧力を作
用すべく、加圧装置としてのアキユームレータ３
５の圧油が電磁切換弁SV２を含む管路３６を通
して他方の給排口２９ｂから圧入されるようにな
つている。すなわち、位相修正に際し主軸３や素
材５等の回転系には極数変換式交流モータ１５に
よる回転入力を助勢するような油圧力が付加され
るものであり、必要ならばその油圧力は調整可能
に構成される。なお、ピストンロツド３０は摩擦
圧接の完了後において、電磁切換弁SV１，SV２
をそれぞれ後退側へ切換えることによつて規定の
元位置まで後退復帰され、またこの状態において
アキユームレータ３５にはポンプＰからの圧油が
逆止弁３７を介して補給される。

また、前記油圧シリンダー２９の作動端を決定
するためのストツパ３８はゴム状弾性体３９を介
して筐体１に固着されており、このゴム状弾性体
３９はたとえば厚さ５mm位の平板状のウレタンゴ
ムを約15枚積層して形成されるとともに、ボルト
４０を締着することで、たとえば1200Kgの予圧が
付加されている。

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、電磁クラツチ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、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、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５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つて主軸３が
規定の低速回転数、たとえば300rpm（第５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または若干遅
れて油圧シリンダー２５の油圧を解放させ、スプ
リング２８によつて（あるいは油圧シリンダー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ツチ１７と第４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
トンロツド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。

クラツチ１７と１９との係合がなされると、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のピストンロツド３０と共に前進
（第２図における図示下方へ移動）するが、この
とき上記クラツチ１７，１９の係合作用に関連し
て電磁切換弁SV２が前進側に切換えられ、アキ
ユームレータ３５の圧油が給排口２９ｂから油圧
シリンダー２９のロツド側に圧入されてピストン
ロツド３０の前進を助勢する向きの力が付加され
る。すなわち、主軸３は極数変換式交流モータ１
５による駆動力のほか前記ピストンロツド３０に
付加された油圧による駆動力（助勢力）を受けて
低速回転されることになり、そして斯る状態でピ
ストンロツド３０ならびにラツク２３が前進され
る。この前進によつて油圧シリンダー２９内のエ
ンド側の圧油は給排口２９ａから予め排出側に切
換えられている電磁切換弁SV１を経てタンクＴ
に流出するが、この場合給排口２９ａからの圧油
の流出量が流量制御弁３２により一定に制限され
てピストンに背圧が付加されるため（この背圧は
圧力制御弁３３によつて設定値を越えないように
制御される。）、このことがピストンロツド３０お
よびラツク２３の前進に対する抵抗となり、その
結果極数変換式交流モータ１５および前記油圧に
よる駆動力により低速定回転で駆動されている主
軸３に抵抗（制動）が付加される。なお、主軸３
に対して油圧による回転の付勢力を付加する時期
は、主軸３に対する抵抗付加と同時であつてもよ
いし、抵抗付加よりも遅らせても差支えないもの
であり、適宜選定される。

上述の如くして主軸３は極数変換式交流モータ
１５による駆動力と油圧による駆動力を受けたま
まの状態で減速され、そして位置決板３１がスト
ツパ３８に衝突し、かつゴム状弾性体３９が弾性
変位した位置で両素材５，９は相対回転速度が零
となり予め設定された同位相に一致し、その後両
素材５，９はアプセツト加圧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。この
場合、衝突時における衝撃力は前記ゴム状弾性体
３９の弾性変位によつて緩和され、しかもゴム状
弾性体３９には所定の予圧を与えてあるので、仮
に両素材５，９の接合面における回転抵抗の多少
のばらつきに伴い前記位置決板３１とストツパ３
８との衝突力が圧接毎に若干相違しても、ゴム状
弾性体３９の弾性変位量のばらつきは微少範囲に
抑えられ高精度の位相合せが可能となる。

また、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、また主軸３に対する極
数変換式交流モータ１５の入力ならびにアキユー
ムレータ３５の油圧による付勢力は停止時の衝撃
による反動によつて主軸３が反転することを防止
するため、停止後微小時間継続して付加され、位
置決板３１をストツパ３８に対して一定の力で押
圧保持する。従つて、極数変換式交流モータ１５
の駆動系と油圧シリンダー２９の駆動系とは前記
位置決板３１とストツパ３８との衝突に伴う反動
としての衝撃を受けるが、その衝撃は各駆動系ご
とにその出力に見合う大きさとなる。すなわち、
両駆動系は位置決板３１が受ける全衝撃を分担し
た形で受けることになり、仮に両駆動系の出力を
１：１に設定したときはラツク２３や歯車２２に
作用する衝撃とピストンロツド３０に作用する衝
撃は位置決板３１が受ける衝撃に比し半減され
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１６，１
８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。また、
ピストンロツド３０の前進に抵抗を付加するため
の排出油量の絞りは、実施例の如く一定でなくと
もよく、ピストンロツド３０の移動ストロークに
応じて適宜変化させるようにしても差支えない。

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、相対回
転する両素材の低速定回転過程において位相修正
のための装置と主軸とを特定位相に結合して、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両素材
の位相合せを行うに際し、回転側素材およびこれ
を保持する主軸等の回転系に対する回転入力を断
つことなく該回転系に対して、位相合せのための
急速停止の抵抗を付加するとともに該抵抗付加と
同時または適宜時間を置いて回転を助勢する動力
を付加せしめるようにしたことを特徴とするもの
である。従つて、本発明によれば位相合せに際し
てのみ、前記回転系の回転を本来の駆動系とは別
の駆動系をもつて補助することによつて、前記抵
抗ならびに素材接合面の回転抵抗を含む回転系の
全抵抗に対しての回転系の駆動力不足に起因して
生ずる位相不一致問題を解消して確実な位相合せ
を実現することができ、しかも回転系の急速停止
に伴う衝撃は各駆動系ごとにおいてそれらの出力
に対応した形で生ずるので、従来の如く１つの駆
動系によつて回転系に必要な出力を与える場合に
比し、駆動力の伝達部材が受ける衝撃を小さくで
きその保護を図り得るものである。

また、本発明は回転系の急速停止時の衝撃をゴ
ム状弾性体によつて緩衝するようになし、しかも
該ゴム状弾性体は所定の予圧を付加した構成とし
たので、前述した衝撃軽減効果に加え各駆動系に
及ぶ衝撃の緩和に有効に作用するとともに、仮に
回転系の全抵抗のばらつきに伴い衝突力に若干の
変動があつたとしても、緩衝のための変位量が小
さいことから位相修正のための装置における最終
停止位置のばらつきを可及的に小さい範囲に抑え
ることが可能となる。

【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図は回転系に抵抗ならびに回転助勢
力を付加しかつ両素材を同位相に急速停止せしめ
るための機構を示す説明図、第３図は第１図にお
ける−線断面図、第４図Ａ，Ｂ，Ｃはクラツ
チの係合態様を示す説明図、第５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、１
０……油圧装置、１５……極数変換式交流モー
タ、２２……歯車、２３……ラツク、２９……油
圧シリンダー、３０……ピストンロツド、３１…
…位置決板、３２……流量制御弁、３５……アキ
ユームレータ、３８……ストツパ、３９……ゴム
状弾性体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 対向した２つの素材を所定位相でそれぞれ把
   持し、主軸側に把持された一方の素材を比較的高
   速で回転させながらある圧力のもとに前記両素材
   を摩擦接触させ、その後上記回転を低速回転とす
   るとともに、低速移行の途中もしくは設定の低速
   回転に達した後作動端で前記他方の素材を把持す
   る固定側と常に特定位相となる位相修正装置と前
   記主軸とを特定位相に結合し、回転入力を断つこ
   となく前記位相修正装置に主軸回転を抑制する抵
   抗を付加して減速せしめるとともに、前記抵抗付
   加と同時または適宜時間をおいて前記位相修正装
   置に主軸の回転入力を助勢する動力を付加したも
   とで該位相修正装置の作動端で主軸回転を停止さ
   せることを特徴とする摩擦圧接方法。 ２ 対向した２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
   備した主軸を高速と低速に駆動可能な原動機と、
   前記原動機の低速移行に関連した指令信号により
   前記主軸と特定位相で係合するクラツチ装置と、
   前記クラツ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、前記シ
   リンダの排出油量を制限することで前記原動機に
   よる主軸回転に抵抗を付加する絞り装置と、前記
   シリンダに主軸回転を助勢する向きの油圧力を付
   加する加圧装置とを包含する摩擦圧接装置。 ３ 対向した２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
   備した主軸を高速と低速に駆動可能な原動機と、
   前記原動機の低速移行に関連した指令信号により
   前記主軸と特定位相で係合するクラツチ装置と、
   前記クラツ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、前記シ
   リンダの排出油量を制限することで前記原動機に
   よる主軸回転に抵抗を付加する絞り装置と、前記
   シリンダに主軸回転を助勢する向きの油圧力を付
   加する加圧装置と、前記シリンダ装置を作動端に
   停止させるための平板のゴム状弾性体を複数枚重
   合しかつこれに所定の予圧を付加してなる停止装
   置とを包含する摩擦圧接装置。