JP2009183987A - 摩擦圧接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化可能でかつ合理的な構造を有する摩擦圧接装置を提供する。
【解決手段】第一と第二のワークＷ１，Ｗ２を相対回転させつつ押し当てることで第一と第二のワークＷ１，Ｗ２を摩擦圧接する摩擦圧接装置１であって、第一のワークＷ１を保持する第一の保持台２と、第二のワークＷ２を保持する第二の保持台３と、第一と第二の保持台２，３を相対的に近接・離間させる推力機構８と、第一と第二の保持台２，３に連接され推力機構８によって生じる推力を受ける軸部材７を有している。軸部材７は、タイロッド７ａと、タイロッド７ａと同軸上に軸回転自在に連結された雄ねじ部材７ｂを有している。推力機構８は、雄ねじ部材７ｂと、第二の保持台３に設けられかつ雄ねじ部材７ｂに螺合される雌ねじ部材８ｂと、雄ねじ部材７ｂを雌ねじ部材８ｂに対して軸回転させる推力用モータ８ａを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、一対のワークを相対回転させつつ押し当てることで一対のワークを摩擦圧接する摩擦圧接装置に関する。

様々なタイプの摩擦圧接装置が従来知られている。例えば、特許文献１に記載の摩擦圧接装置は、第一のワークを保持する第一の保持台と、第二のワークを保持する第二の保持台と、第一のワークを第一の保持台に対して軸回転させる主軸モータを有している。そして第一と第二の保持台の間には、第二の保持台を第一の保持台に向けて引き寄せる油圧シリンダーもしくはボールねじが設けられている。特許文献２に記載の摩擦圧接装置は、フレームと、そのフレームにスライド可能に取付けられる主軸台と、主軸台に保持されたワークを軸回転させる主軸モータを有している。そしてフレームと主軸台の間には、主軸台に挿通される雄ねじ部材と、雄ねじ部材に螺合される雌ねじ部材と、雌ねじ部材を回転させる推力用モータが設けられており、回転させた雌ねじ部材によって主軸台を構造物に向けて押して、ワークを構造物に摩擦圧接する構造になっている。
特開２００１−１１３３７９号公報 特開昭５６−１０２３９０号公報

しかし特許文献１には、油圧シリンダーを備える形態が開示されているものの、ボールねじを有する具体的な形態が開示されていなかった。また特許文献２には、雌ねじ部材を回転させることで主軸台をスライドさせる構造が開示されているが、この装置は、持ち運びが可能なタイプであった。そのためこの構造をそのまま通常の摩擦圧接装置に用いることが困難で、例えば雌ねじ部材の外周部を外周側から回転可能に保持する機構などを必要としている。その結果、装置が大きくなるという問題が発生してしまう。そこで本発明は、小型化可能でかつ合理的な構造を有する摩擦圧接装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために本発明は、各請求項に記載の通りの構成を備える摩擦圧接装置であることを特徴とする。すなわち請求項１に記載の発明によると、第一のワークを保持する第一の保持台と、第二のワークを保持する第二の保持台と、第一と第二の保持台を相対的に近接・離間させる推力機構と、第一と第二の保持台に連接され推力機構によって生じる推力を受ける軸部材を有している。軸部材は、タイロッドと、そのタイロッドと同軸上に軸回転自在に連結された雄ねじ部材を有している。そして推力機構は、雄ねじ部材と、第一と第二の保持台のいずれか一つに設けられかつ雄ねじ部材に螺合される雌ねじ部材と、雄ねじ部材を雌ねじ部材に対して軸回転させる推力用モータを備えている。

したがって雄ねじ部材を雌ねじ部材に対して軸回転させることで第一もしくは第二の保持台が移動し、第一と第二のワークを相互に押付けることができる。そして雄ねじ部材とタイロッドは、同一軸上に連結される構造であるため、これらを別個に並設させた摩擦圧接装置に比べて装置が小型になる。また雌ねじ部材よりも径が小さい雄ねじ部材を回転させる構造であるために、雌ねじ部材の外周部を回動可能に保持する部材を備える構造に比べて小型になる。また雄ねじ部材は、タイロッドと連結されているために、雄ねじ部材のみからなる軸部材に比べて軸回転する部分が短くなる。そのため長い部材を高速で軸回転させることで部材がたわんでしまうという、いわゆる縄跳び現象を小さくすることができる。かくして第一と第二の保持台を相対的に高速で近接離間させることが可能になる。

請求項２に記載の発明によると、雄ねじ部材は、一端部がタイロッドの一端部と軸回転自在に連結される。雄ねじ部材の他端部は、装置本体に対して軸回転可能でかつ軸方向に移動不能に支持される。そしてタイロッドの他端部は、装置本体に対して軸回転不能に支持される。したがって雄ねじ部材とタイロッドを連結した軸部材は、その両端部が支持されるために安定良く装置本体に対して支持され得る。

請求項３に記載の発明によると、装置本体に移動不能に取付けられた中間台を有している。そしてタイロッドと雄ねじ部材が、中間台の軸受部を介して軸回転自在に連結されている。したがってタイロッドと雄ねじ部材は、その連結部分が中間台によって安定良く保持され得る。

請求項４に記載の発明によると、一対の軸部材を有している。そして一対の軸部材は、ワークの回転中心に対して回転対称位置に設けられている。ここで回転中心とは、摩擦圧接時に回転するワークの回転中心であり、ワークの接合部が円筒形状の場合は、軸中心と一致する。したがって第一と第二のワークを押し当てると、推力が一対の軸部材によって受け止められる。そしてその反力の中心は、ワークの回転中心に発生する。そして反力と各軸部材に加わる推力によるモーメントは、一対の軸部材がワークの回転中心を中心とする対象位置に位置するためにオフセットされる。その結果、圧接時におけるワークの傾きが小さくなり、圧接位置の精度が向上する。

（実施の形態１）
実施の形態１を図１〜５にしたがって説明する。摩擦圧接装置１は、図１に示すようにベッド９と、ベッド９の一端部に移動不能に取付けられる第一の保持台２と、他端部に移動不能に取付けられるモータ保持体５と、ベッド９に対してスライド可能に設置される第二の保持台（主軸ユニット）３を有している。第一の保持台２は、第一のワークＷ１を把持するクランプ２ａを有している（図４参照）。

第二の保持台３は、図１，３に示すように一端部に第二のワークＷ２を把持するチャック３ａを有している。第二の保持台３の他端部には、主軸モータ４ａを有する主軸モータ体４が取付けられている。主軸モータ体４と第二の保持台３の間には、主軸モータ４ａからの動力をチャック３ａに伝達して、チャック３ａとともに第二のワークＷ２を軸回転させる動力伝達機構が設けられている（図示省略）。第二の保持台３の上下部には、ベッド９に形成されたレール９ａにスライド可能に装着されるガイド部３ｃが設けられている。

図１，２に示すようにモータ保持体５と第二の保持台３の間には、第二の保持台３をスライドさせる推力機構８が設けられている。推力機構８は、モータ保持体５に設けられた推力用モータ８ａと、一対の雄ねじ部材７ｂと、各雄ねじ部材７ｂに螺合される一対の雌ねじ部材８ｂを有している。推力用モータ８ａは、出力軸を有しており、出力軸は、タイミングベルト８ｅを介してモータ保持体５に設けられた滑車８ｃに連結される。そして滑車８ｃは、タイミングベルト８ｅによってモータ保持体５に設けられた一対の滑車８ｄに連結される。そして各滑車８ｄには、雄ねじ部材７ｂが軸回転不能に連結される。かくして推力用モータ８ａの出力軸に連動して、一対の雄ねじ部材７ｂが軸回転する。

雄ねじ部材７ｂは、図１に示すように長軸棒状であって、外周面に雄ねじを有している。雄ねじ部材７ｂの一端部は、モータ保持体５の軸受部５ａによって軸回転可能でかつ軸方向に移動不能に支持される。そして他端部は、中間台６の軸受部６ａに軸回転可能でかつ軸方向に移動不能に支持される。雄ねじ部材７ｂは、第二の保持台３の上下部に形成された腕部３ｄに挿通され、腕部３ｄの端部に取付けられた雌ねじ部材８ｂに螺合される。したがって推力用モータ８ａによって雄ねじ部材７ｂを軸回転させることで、雌ねじ部材８ｂが雄ねじ部材７ｂに沿って移動する。その結果、雌ねじ部材８ｂを介して第二の保持台３がベッド９に対してスライドする。

雄ねじ部材７ｂには、図１に示すように同軸上にタイロッド７ａが連結される。したがって雄ねじ部材７ｂとタイロッド７ａによって軸部材７が構成される。そして軸部材７は、二本（一対）設けられる。タイロッド７ａは、長軸棒状であって、一端部が第一の保持台２に軸回転不能に取付けられる。そして他端部が中間台６に軸回転不能に取付けられる。中間台６は、図１，３に示すようにベッド９の略中央に移動不能に取付けられる。中間台６は、上下部に腕部６ｂ，６ｃを有しており、腕部６ｂ，６ｃの先端に軸受部６ａを有している。

軸受部６ａは、図５に示すように一端側に第一孔部６ａ１を有しており、他端側に第一孔部６ａ１よりも径の大きい第二孔部６ａ２を有している。第一孔部６ａ１には、雄ねじ部材７ｂの端部７ｂ１が挿入される。端部７ｂ１の外周面には、複数の転がり軸受６ｄが装着され、転がり軸受６ｄは、端部７ｂ１の先端に取付けられた抜止部材７ｂ２によって端部７ｂ１に取付けられる。転がり軸受６ｄは、ラジアル荷重だけでなく、本実施の形態では、引っ張り荷重も受ける。転がり軸受６ｄは、端部７ｂ１とともに第一孔部６ａ１に挿入され、第一孔部６ａ１の内周面に取付けられる。そして転がり軸受６ｄは、軸受部６ａの一端部に取付けられた抜止部材６ｇによって保持される。これにより雄ねじ部材７ｂは、転がり軸受６ｄを介して軸受部６ａに対して軸回転可能でかつ軸方向に移動不能に連結される。

軸受部６ａの第二孔部６ａ２には、図５に示すようにスペーサ６ｆとタイロッド７ａが挿入される。タイロッド７ａの端部７ａ１の外周面には、雄ねじが形成されており、雄ねじにナット６ｅが螺合されている。そして端部７ａ１が第二孔部６ａ２の内周面に形成された雌ねじに螺合され、ナット６ｅが軸受部６ａ側に締め付けられる。これによってタイロッド７ａが軸受部６ａに軸回転不能に取付けられる。したがってタイロッド７ａと雄ねじ部材７ｂは、中間台６を介して軸回転自在に連結される。そして図３，４に示すように一対の軸部材７は、ワークＷ１，Ｗ２の軸中心に対して回転対称位置に設置されている。

摩擦圧接装置１によって第一と第二のワークＷ１，Ｗ２を摩擦圧接する場合は、主軸モータ４ａによって第二のワークＷ２を軸回転させる。そして推力用モータ８ａによって雄ねじ部材７ｂを回転させ、第二の保持台３を第一の保持台２に向けて移動させる。そして第二のワークＷ２を第一のワークＷ１に押し当て、この時に発生する推力を軸部材７によって受け止める。そして第一と第二のワークＷ１，Ｗ２の間に摩擦熱が生じ、その摩擦熱によってワークＷ１，Ｗ２を結合させる。

以上のように、第一の保持台２と第二の保持台３の間には、図１に示すように推力を受ける軸部材７が設けられている。軸部材７は、同軸上に軸回転自在に連結されたタイロッド７ａと雄ねじ部材７ｂを有している。

したがって雄ねじ部材７ｂとタイロッド７ａは、同一軸上に連結される構造であるため、これらを別個に並設させた形態に比べて小型になる。またワークＷ１，Ｗ２の出し入れもしやすくなる。また雌ねじ部材８ｂよりも径が小さい雄ねじ部材７ｂを回転させる構造であるため、雌ねじ部材８ｂの外周部を回動可能に保持する部材を備える形態に比べて装置（特に第二の保持台３）が小型になる。また雄ねじ部材７ｂは、タイロッド７ａと連結されているために、雄ねじ部材７ｂのみからなる軸部材に比べて軸回転する部分が短くなる。そのため長い部材を高速で軸回転させることで部材がたわんでしまうという、いわゆる縄跳び現象を小さくすることができる。かくして第一と第二の保持台２，３を相対的に高速で近接離間させることが可能になる。

また摩擦圧接装置１は、図１に示すように雄ねじ部材７ｂは、一端部がタイロッド７ａの一端部と軸回転自在に連結される。雄ねじ部材７ｂの他端部は、装置本体側のモータ保持体５に対して軸回転可能でかつ軸方向に移動不能に支持される。そしてタイロッド７ａの他端部は、装置本体側の第一の保持台２に対して軸回転不能に支持される。したがって雄ねじ部材７ｂとタイロッド７ａを連結した軸部材７は、その両端部が支持されるために安定良く装置本体に対して支持され得る。

また摩擦圧接装置１は、図１に示すように装置本体に移動不能に取付けられた中間台６を有している。そしてタイロッド７ａと雄ねじ部材７ｂが、中間台６の軸受部６ａを介して軸回転自在に連結されている。したがってタイロッド７ａと雄ねじ部材７ｂは、その連結部分が中間台６によって安定良く保持され得る。

また一対の軸部材７は、図３に示すようにワークＷ２の回転中心に対して回転対称位置に設けられている。したがって第一と第二のワークＷ１，Ｗ２を押し当てると、推力が一対の軸部材７によって受け止められる。そしてその反力の中心は、ワークＷ２の回転中心に発生する。そして反力と各軸部材７に加わる推力によるモーメントは、一対の軸部材７がワークＷ２の回転中心に対して回転対称位置に位置するためにオフセットされる。その結果、圧接時におけるワークＷ１，Ｗ２の傾きが小さくなり、圧接位置の精度が向上する。

（実施の形態２）
実施の形態２は、実施の形態１とほぼ同様に形成されている。しかし実施の形態１が単頭式であるのに対し、実施の形態２は、両頭式である。以下、相違点を中心として実施の形態２を図６にしたがって説明する。

実施の形態２の摩擦圧接装置１は、図６に示すようにベッド９と、ベッド９の中央に移動不能に取付けられた一対の第一の保持台２と、ベッド９の両端部に移動不能に取付けられたモータ保持体５を有している。モータ保持体５と第一の保持台２の間には、ベッド９に移動不能に取付けられた中間台６と、ベッド９に対してスライド可能に設置された第二の保持台３が設けられている。そして第二の保持台３には、主軸モータ体４が取付けられている。

一対のモータ保持体５の間には、一対の軸部材１７が設けられている。軸部材１７は、中央にタイロッド１７ａを有しており、タイロッド１７ａの両端部に雄ねじ部材１７ｂを有している。タイロッド１７ａの一端部と雄ねじ部材１７ｂの一端部は、中間台６を介して同軸上に軸回転自在に連結されている。雄ねじ部材１７ｂの他端部は、モータ保持体５の軸受部５ａに軸回転可能でかつ軸方向に移動不能に支持されている。各モータ保持体５には、雄ねじ部材１７ｂを軸回転させる推力用モータ８ａが設けられている。

（他の実施の形態）
本発明は、実施の形態１，２に限定されず、以下の形態等であっても良い。
（１）例えば、実施の形態１に記載の摩擦圧接装置１は、第一の保持台２がベッド９に対して移動不能に取付けられ、ワークＷ２を回転可能に保持している第二の保持台３がベッド９に対して移動可能に設置されている形態であった。しかし第一の保持台がベッドに対して移動可能に設置され、ワークを回転可能に保持している第二の保持台がベッドに対して移動不能に取付けられる形態であっても良い。
（２）実施の形態１に記載の軸部材７は、一端部がモータ保持体５に軸回転可能に支持されていた。しかしモータ保持体を有しておらす、軸部材の一端部がモータ保持体に支持されておらず、推力用モータが第二の保持台等に設けられている形態であっても良い。
（３）実施の形態１，２に記載の軸部材７，１７は、タイロッド７ａ，１７ａと雄ねじ部材７ｂ，１７ｂを有しており、タイロッド７ａ，１７ａが第一の保持台２側に設けられ、雄ねじ部材７ｂ，１７ｂが第二の保持台３側に設けられていた。しかし雄ねじ部材が第一の保持台側に設けられ、タイロッドが第二の保持台側に設けられる形態であっても良い。
（４）実施の形態１，２に記載の雄ねじ部材７ｂ，１７ｂと雌ねじ部材８ｂは、介在物なく螺合する構造であった。しかし雄ねじ部材と雌ねじ部材が複数の剛球を介して螺合されるボールねじであっても良い。
（５）実施の形態１，２に記載の軸部材７，１７は、タイロッド７ａ，１７ａと雄ねじ部材７ｂ、１７ｂの間に中間台６が設けられ、軸回転自在に連結されているが、中間台６なしに、タイロッド７ａ，１７ａと雄ねじ部材７ｂ、１７ｂのどちらか一方に軸受を設けて軸回転自在に連結しても良い。
（６）実施の形態１，２に記載の摩擦圧接装置１は、一対（二本）の軸部材７，１７を有していたが、三本以上の軸部材を有している形態であっても良い。その場合、軸部材が均等に推力を受けるように配置するのが望ましい。

摩擦圧接装置の正面図である。 図１のII―II線矢視図である。 図１のIII―III線断面矢視図である。 図１のIV―IV線矢視図である。 タイロッドと雄ねじ部材の連結部近傍における軸受部の断面図とタイロッドと雄ねじ部材の一部正面図である。 実施の形態２の摩擦圧接装置の正面図である。

符号の説明

１…摩擦圧接装置
２…第一の保持台
２ａ…クランプ
３…第二の保持台
３ａ…チャック
４…主軸モータ体
４ａ…主軸モータ
５…モータ保持体
５ａ…軸受部
６…中間台
６ａ…軸受部
７，１７…軸部材
７ａ，１７ａ…タイロッド
７ｂ，１７ｂ…雄ねじ部材
８…推力機構
８ａ…推力用モータ
８ｂ…雌ねじ部材
９…ベッド
Ｗ１…第一のワーク
Ｗ２…第二のワーク

Claims (4)

1. 第一と第二のワークを相対回転させつつ押し当てることで前記第一と第二のワークを摩擦圧接する摩擦圧接装置であって、
   前記第一のワークを保持する第一の保持台と、前記第二のワークを保持する第二の保持台と、前記第一と第二の保持台を相対的に近接・離間させる推力機構と、前記第一と第二の保持台に連接され前記推力機構によって生じる推力を受ける軸部材を有し、
   前記軸部材は、タイロッドと、そのタイロッドと同軸上に軸回転自在に連結された雄ねじ部材を有し、
   前記推力機構は、前記雄ねじ部材と、前記第一と第二の保持台のいずれか一つに設けられかつ前記雄ねじ部材に螺合される雌ねじ部材と、前記雄ねじ部材を前記雌ねじ部材に対して軸回転させる推力用モータを備えていることを特徴とする摩擦圧接装置。
2. 請求項１に記載の摩擦圧接装置であって、
   雄ねじ部材は、一端部がタイロッドの一端部と軸回転自在に連結され、
   前記雄ねじ部材の他端部は、装置本体に対して軸回転可能でかつ軸方向に移動不能に支持され、
   前記タイロッドの他端部は、前記装置本体に対して軸回転不能に支持されることを特徴とする摩擦圧接装置。
3. 請求項１または２に記載の摩擦圧接装置であって、
   装置本体に移動不能に取付けられた中間台を有し、
   タイロッドと雄ねじ部材が、前記中間台の軸受部を介して軸回転自在に連結されていることを特徴とする摩擦圧接装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一つに記載の摩擦圧接装置であって、
   一対の軸部材を有し、前記一対の軸部材は、ワークの回転中心に対して回転対称位置に設けられていることを特徴とする摩擦圧接装置。

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