JP2017087256A - 線形摩擦接合装置及び加振治具 - Google Patents
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Abstract
【課題】線形摩擦接合装置1のコンパクト化を図りつつ、ブレード3の接合面3aとディスク突起7の接合面7aの接合精度をより高めること。【解決手段】加振治具ベース65は、ボトムブロック部65bの上側に、第1クランプ部材67を備えている。加振治具ベース65は、第1クランプ部材67に加振方向に対向する位置に、第2クランプ部材69を備えている。加振治具ベース65は、トップブロック部65aの下側に、リンク機構73を備えており、リンク機構73は、複数のリンク75,77,79を連結して構成されている。加振治具39は、第1クランプ部材67と第2クランプ部材69の協働によってブレード3の被挟持部3bを挟持すると、複数のリンク75,77,79の連結中心を結ぶ連結中心線CLが加振方向に沿った一直線状になるように構成されている。【選択図】 図1
Description
本発明は、例えばブリスク(一体翼車)のブレードとディスク等の一対の金属部品の接合面間に発生した摩擦熱を利用して、一対の金属部品の接合面を接合する線形摩擦接合装置等に関する。
近年、例えばブリスク等の製作又は修理に用いられる線形摩擦接合装置について種々の開発がなされており、本願発明の出願人も線形摩擦接合装置について既に出願している(特許文献1及び特許文献2参照)。そして、従来の線形摩擦接合装置(先行技術に係る線形摩擦接合装置)の構成は、次の通りである。
従来の線形摩擦接合装置は、装置本体を具備しており、この装置本体は、ベッドと、このベッドに設けられたコラムとを有している。また、コラムは、その側面に、加振テーブルを備えており、この加振テーブルは、加振方向である鉛直方向へ移動可能である。加振テーブルは、その側面に、例えばブリスクのブレード等の第1の金属部品を保持する加振治具を備えている。更に、加振治具は、加振テーブルに設けられた加振治具ベースと、この加振治具ベースに加振方向に対向して設けられかつ第1の金属部品を挟持する一対のクランプ部材と、いずれかのクランプ部材を加振方向へ移動させるクランプシリンダとを有している。
ベッドは、その上面における加振テーブルに離隔した位置に、押圧テーブルを備えており、この押圧テーブルは、加振方向に直交する押圧方向である水平方向へ移動可能である。また、押圧テーブルは、その上面に、例えばブリスクのディスク等の第2の金属部品を保持する押圧治具を備えている。
従って、加振治具によって保持された第1の金属部品の接合面と、押圧治具によって保持された第2の金属部品の接合面を対向させる。そして、加振摺動子を加振方向へ往復移動させつつ、押圧テーブルを押圧方向へ移動させる。すると、第1の金属部品を加振方向へ往復移動させた状態で、第2の金属部品の接合面を第1の金属部品の接合面に対して接近させて、第2の金属部品を第1の金属部品の接合面側へ押圧することができる。これにより、一対の金属部品の接合面間に摩擦熱を発生させて、一対の金属部品の接合面を接合することができる。
なお、本発明に関連する先行技術として、特許文献1及び特許文献2の他に、特許文献3に示すものがある。
ところで、接合対象である一対の金属部品の大型化に伴い、一対の金属部品の接合面積が大面積化すると、接合中における一対の金属部品の接合面間の摩擦力が大きくなる。そのため、クランプシリンダの推力を高めて、一対のクランプ部材による挟持力(クランプ力)を強めることにより、接合中における加振テーブルに対する第1の金属部品の固定状態を強固に維持して、第1の金属部品の接合面を接合精度を十分に確保する必要がある。一方、クランプシリンダの推力を高めると、クランプシリンダが大型化し、それに伴い、加振治具ベース及び加振テーブル等が大型化し、結果的に、線形摩擦接合装置のコンパクト化を図ることが困難になる。
そこで、本発明は、線形摩擦接合装置のコンパクト化を図りつつ、クランプ力を高めて、第1の金属部品の接合精度をより高めることができる、新規な構成の線形摩擦接合装置等を提供することを目的とする。
本発明の一態様は、一対の金属部品(第1の金属部品と第2の金属部品)の接合面間に発生した摩擦熱を利用して、一対の金属部品の接合面を接合する線形摩擦接合装置であって、装置本体に設けられ、加振方向へ往復移動可能な加振テーブルと、前記加振テーブルに設けられ、第1の金属部品を保持する加振治具(加振ホルダユニット)と、前記装置本体における前記加振テーブルに対して離隔した位置に設けられ、前記加振方向に直交する押圧方向(押圧方向及びその反対方向)へ前記加振テーブルに対して相対的に移動可能な押圧テーブルと、前記押圧テーブルに設けられ、第2の金属部品を保持する押圧治具(押圧ホルダユニット)と、を具備し、前記加振治具は、前記加振テーブルに設けられた加振治具ベース(加振ホルダユニットベース)と、前記加振治具ベースに設けられた第1クランプ部材と、前記第1クランプ部材に前記加振方向に対向する位置に設けられ、前記第1クランプ部材と協働して第1の金属部品を挟持(クランプ)する第2クランプ部材と、前記加振治具ベースに設けられ、複数のリンクを連結して構成され、前記第2クランプ部材に連結され、前記加振方向に沿って伸縮可能なリンク機構と、前記リンク機構を前記加振方向に沿って伸縮させるクランプアクチュエータと、を有し、前記第1クランプ部材と前記第2クランプ部材の協働によって第1の金属部品を挟持すると、複数の前記リンクの連結中心を結ぶ連結中心線が前記加振方向に沿った一直線状になるように構成されていることである。
本発明の一態様によると、第1の金属部品を前記第1クランプ部材と前記第2クランプ部材の間にセットして、前記クランプアクチュエータの駆動によって前記リンク機構を前記加振方向に沿って伸長させる。すると、前記第2クランプ部材を前記加振方向の一方側へ移動させて、前記第1クランプ部材と前記第2クランプ部材の協働により第1の金属部品を挟持することができる。これにより、前記加振治具によって第1の金属部品を保持して、前記加振テーブルに対して固定することができる。
ここで、前記加振治具は、前記第1クランプ部材と前記第2クランプ部材の協働によって第1の金属部品を挟持すると、前記結ぶ連結中心線が前記加振方向に沿った一直線状になるように構成されている。これにより、前記クランプアクチュエータの推力を高くしなくても、前記リンク機構が倍力機構としての機能を発揮して、前記第1クランプ部材と前記第2クランプ部材による挟持力(クランプ力)を強めることができる。また、前記加振テーブルの前記加振方向の往復移動に伴う慣性力を、前記クランプアクチュエータを介することなく、前記リンク機構によって直接受けることができ、前記第1クランプ部材と前記第2クランプ部材による挟持力を安定させることができる。
なお、前記加振治具から第1の金属部品を取り外す場合には、前記クランプアクチュエータの駆動によって前記リンク機構を前記加振方向に沿って収縮させる。すると、前記第2クランプ部材を前記加振方向の他方側へ移動させて、前記第1クランプ部材と前記第2クランプ部材による挟持状態(クランプ状態)を解除することができる(本発明の第1の態様による第1の作用)。
また、本発明の一態様によると、前記加振治具によって保持された第1の金属部品の接合面と、前記押圧治具によって保持された第2の金属部品の接合面を対向させる。そして、前記加振テーブルを前記加振方向へ往復移動させつつ、前記押圧テーブルを前記加振テーブルに対して相対的に前記押圧方向へ移動させる。すると、第1の金属部品を加振方向へ往復移動させた状態で、第2の金属部品の接合面を第1の金属部品の接合面に対して相対的に接近させて、第2の金属部品を第1の金属部品の接合面側へ押圧することができる。これにより、一対の金属部品の接合面間に摩擦熱を発生させて、一対の金属部品の接合面を接合することができる(本発明の第1の態様による第2の作用)。
本発明によれば、前述のように、前記クランプアクチュエータの推力を高くしなくても、前記第1クランプ部材と前記第2クランプ部材による挟持力を強めることができる。そのため、本発明によれば、前記クランプアクチュエータの大型化を抑えて、前記線形摩擦接合装置のコンパクト化を図りつつ、接合中における前記加振テーブルに対する第1の金属部品の固定状態を強固に維持して、第1の金属部品の接合面の接合精度を十分に確保することができる。
また、本発明によれば、前述のように、前記加振テーブルの前記加振方向の往復移動に伴う慣性力を、前記リンク機構によって直接受けることができ、前記第1クランプ部材と前記第2クランプ部材による挟持力を安定させることができる。そのため、接合中における前記加振テーブルに対する第1の金属部品の固定状態をより安定させることができ、第1の金属部品の接合面の接合精度をより高めることができる。
つまり、本発明によれば、前記線形摩擦接合装置のコンパクト化を図りつつ、第1の金属部品の接合面の接合精度をより高めることができる。
本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、本願の明細書及び特許請求の範囲において、「設けられる」とは、直接的に設けられることの他に、別部材を介して間接的に設けられることを含む意であって、「備えられる」と同義である。「備える」とは、直接的に備えることの他に、別部材を介して間接的に備えることを含む意であって、「設ける」と同義である。また、図面中、「FF」は、前方向、「FR」は、後方向、「L」は、左方向、「R」は、右方向、「U」は、鉛直方向上側(上方向)、「D」は、鉛直方向下側(下方向)をそれぞれ指している。
図6及び図7に示すように、本発明の実施形態に係る線形摩擦接合装置1は、ブレード3の接合面3aと、ディスク5の外周面に設けられたディスク突起7の接合面7aとの間に発生した摩擦熱を利用して、ブレード3の接合面3aとディスク突起7の接合面7aを接合する装置である。そして、本発明の実施形態に係る線形摩擦接合装置1の具体的な構成は、以下の通りである。
ここで、ブレード3及びディスク5は、ガスタービン(図示省略)に用いられるブリスク(図示省略)の一部であって、一対の金属部品の一例である。また、ブレード3は、その接合面3a側(根本側)に、矩形状の被挟持部(被クランプ部)3bを有している。
図6に示すように、線形摩擦接合装置1は、装置本体9を具備しており、この装置本体9は、床面Fに複数の防振ゴム11を介して設置されたベッド13を有しており、このベッド13は、左右方向(水平方向の1つ)へ延びている。ベッド13は、その左部に、第1コラム15を備えており、第1コラム15は、鉛直方向(上下方向)へ延びている。ベッド13は、その右部に、第2コラム17を備えており、この第2コラム17は、鉛直方向へ延びている。そして、第1コラム15と第2コラム17は、それらの上部の間に、上部フレーム19を連結するように備えており、この上部フレーム19は、左右方向へ延びている。
図4から図6に示すように、第1コラム15は、その右側面(右側)に、ガイドブロック21を備えている。ガイドブロック21は、断面T字形状のガイド溝23を有しており、このガイド溝23は、鉛直方向へ延びている。また、ガイドブロック21は、そのガイド溝23内に、矩形状の加振テーブル25を備えており、この加振テーブル25は、加振方向である鉛直方向へ往復移動可能になっている。換言すれば、加振テーブル25は、ガイドブロック21を介して第1コラム15の右側面に加振方向へ移動可能に設けられている。加振テーブル25は、その右側、凸部25aを有しており、この凸部25aは、加振方向(鉛直方向)へ延びている。更に、ガイドブロック21は、その下側に、ガイド溝23内からの加振テーブル25の離脱を防止するストッパプレート27を備えている。
ガイドブロック21は、そのガイド溝23内に、支持油(支持流体の一例)の静圧を利用して加振テーブル25を加振方向へ往復移動可能に案内する静圧支持ユニット29を備えている。換言すれば、加振テーブル25は、ガイドブロック21のガイド溝23内に静圧支持ユニット29を介して加振方向へ往復移動可能に設けられている。また、静圧支持ユニット29は、ガイドブロック21のガイド溝23内に間隔を置いて設けられた複数の静圧パッド31を有しており、複数の静圧パッド31は、加振テーブル25(凸部25aを除く加振テーブル25)の左側面、右側面、前端面、及び後端面に向かって支持油を噴出可能になっている。なお、各静圧パッド31は、支持油を供給する供給ポンプ(図示省略)に接続されている。
図6に示すように、上部フレーム19は、その左部に、所定の振幅で加振テーブル25を加振方向へ往復移動させる加振アクチュエータとしての油圧式の加振シリンダ33を備えている。また、加振シリンダ33は、加振方向へ往復移動可能なピストンロッド35を有しており、このピストンロッド35の先端部は、加振テーブル25の適宜位置にカップリング37を介して連結している。ここで、「所定の振幅」とは、一例として、±10.0mm以下の設定された振幅のことをいう。なお、加振アクチュエータとして油圧式の加振シリンダ33に代えて、電動式の加振シリンダ(図示省略)又は加振モータ(図示省略)等を用いてもよい。
加振テーブル25は、その凸部25aの右側面(右側)に、ブレード3を保持する加振治具(加振ホルダユニット)39を備えている。換言すれば、加振治具39は、加振テーブル25の凸部25aの右側面に取付可能(設置可能)になっている。又は、線形摩擦接合装置1は、加振テーブル25の凸部25aの右側面に取付可能な加振治具39を具備している。なお、加振治具39の具体的な構成については、後述する。
図6に示すように、ベッド13は、その上面における加振テーブル25に対して右方向に離隔した位置に、一対のガイドレール41を備えている。一対のガイドレール41は、前後方向(水平方向の1つ)に離隔しており、各ガイドレール41は、左右方向へ延びている。そして、一対のガイドレール41は、それらの上側に、押圧テーブル43を備えている。換言すれば、押圧テーブル43は、ベッド13の上面における加振テーブル25に対して右方向に離隔した位置に一対のガイドレール41を介して設けられている。また、押圧テーブル43は、その下面(下側)に、対応するガイドレール41に左右方向に案内される複数の被案内部材45を有している。換言すれば、押圧テーブル43は、一対のガイドレール41及び複数の被案内部材45を介して加振方向に直交する押圧方向(左方向)及びその反対方向(右方向)へ移動可能になっている。
押圧テーブル43は、その上面に、支持フレーム47を備えており、この支持フレーム47は、水平方向に対して傾斜した傾斜部47aを有している。そして、第2コラム17は、その中央部に、押圧テーブル43を押圧方向及びその反対方向へ移動させる押圧アクチュエータとしての油圧式の押圧シリンダ49を備えている。また、押圧シリンダ49は、押圧方向及びその反対方向へ移動可能なピストンロッド51を有しており、このピストンロッド51の先端部(左端部)は、支持フレーム47の適宜位置にカップリング53を介して連結している。更に、押圧シリンダ49は、その適宜位置に、押圧テーブル43の押圧方向の位置を測定する位置測定器としてのリニアスケール(図示省略)を備えている。なお、ピストンロッド51の先端部が支持フレーム47の適宜位置に連結する代わりに、押圧テーブル43の適宜位置に連結してもよい。押圧アクチュエータとして油圧式の押圧シリンダ49に代えて、電動式の押圧シリンダ(図示省略)又は押圧モータ(図示省略)等を用いてもよい。
支持フレーム47は、その傾斜部47aに、第2の金属部品としてのディスク5を保持する押圧治具(押圧ホルダユニット)55を備えている。換言すれば、押圧治具55は、押圧テーブル43に支持フレーム47を介して設けられている。そして、押圧治具55の具体的な構成は、次の通りである。
押圧治具55は、支持フレーム47の傾斜部47aに設けられた押圧治具ベース(押圧ホルダユニット)57を具備している。また、押圧治具ベース57は、その上面に、円形の回転テーブル59を備えており、この回転テーブル59は、鉛直方向に対して傾斜した軸心(回転テーブル59の軸心)周りに回転可能になっている。回転テーブル59は、その中央部(中心部)に、ディスク5を回転テーブル59に同心状に取付けるためのチャック機構61を有している。
回転テーブル59は、その軸心周りの回転によってディスク突起7を接合するための所定の接合位置に割り出し(位置決め)できるように構成されている。換言すれば、押圧治具55は、回転テーブル59の軸心周りの回転(ディスク5の軸心周りの回転)によってディスク突起7を所定の接合位置に割り出しできるように構成されている。また、回転テーブル59は、ディスク突起7を所定の接合位置に割り出すと、そのディスク突起7の接合面7aを加振方向に平行するように構成されている。
押圧治具ベース57は、その中央部に、回転テーブル59をその軸心周りに回転させる回転アクチュエータとしての回転モータ(図示省略)を備えている。また、押圧治具ベース57は、その適宜位置に、回転テーブル59を押圧治具ベース57に対して固定するための固定アクチュエータとしての油圧式の固定シリンダ(図示省略)を備えている。
続いて、本発明の実施形態に係る加振治具(加振ホルダユニット)39の具体的に構成について説明する。
図1から図4に示すように、加振治具39は、加振テーブル25の凸部25aの右側面に複数のボルト63を介して設けられた加振治具ベース(加振ホルダユニットベース)65を具備している。換言すれば、加振治具39は、加振テーブル25の凸部25aの右側面に複数のボルト63を介して取付可能(設置可能)な加振治具ベース65を具備している。加振治具ベース65は、その上部に、トップブロック部65aを有している。加振治具ベース65は、その下部に、ボトムブロック部65bを有しており、このボトムブロック部65bは、トップブロック部65aと加振方向(鉛直方向)に対向している。
加振治具ベース65は、ボトムブロック部65bの上側(鉛直方向上側)に、第1クランプ部材67を備えている。また、加振治具ベース65は、第1クランプ部材67に加振方向に対向する位置に、第1クランプ部材67と協働してブレード3の被挟持部3bを挟持(クランプ)する第2クランプ部材69を備えている。ここで、第1クランプ部材67の挟持面(クランプ面)67f及び第2クランプ部材69の挟持面69fは、それぞれブレード3の被挟持部3bに対応した形状になっている。また、第1クランプ部材67は、その挟持面67fにブレード3の被挟持部3bがセットされると、ブレード3の接合面3aを加振方向に平行にするように構成されている。
第1クランプ部材67は、押圧シリンダ49による押圧荷重をブレード3の被挟持部3bの一端側(図1及び図2において下側部分)を介して受ける荷重受け面67pを有している。第1クランプ部材67の荷重受け面67pは、ブレード3の被挟持部3bの一端側に接触可能(当接可能)であって、加振方向に平行になっている。また、加振治具ベース65は、トップブロック部65aと第1クランプ部材67の間に、押圧シリンダ49による押圧荷重をブレード3の被挟持部3bの他端側(図1及び図2において上側部分)を介して受ける荷重受け部材70を備えている。荷重受け部材70は、その先端に、ブレード3の被挟持部3bの他端側に接触可能な荷重受け面70pを有しており、この荷重受け面70pは、第1クランプ部材67の荷重受け面67pと同一平面上に位置している。更に、加振治具ベース65は、トップブロック部65aと荷重受け部材70の間に、ガイドレール71を備えており、このガイドレール71は、加振方向へ延びている。なお、第1クランプ部材67が荷重受け面67pを有する代わりに、加振治具ベース65が押圧シリンダ49による押圧荷重をブレード3の被挟持部3bの一端側を介して受ける荷重受け部材(図示省略)を備えてもよい。第1クランプ部材67が荷重受け面67pを有しかつ加振治具ベース65が荷重受け部材70を備える代わりに、加振治具ベース65が押圧シリンダ49による押圧荷重をブレード3の被挟持部3bの両端側を介して受ける荷重受け部材(図示省略)を備えてもよい。
図1から図3に示すように、加振治具ベース65は、トップブロック部65aの下側(鉛直方向下側)に、リンク機構(トグル機構)73を備えており、このリンク機構73は、加振方向に沿って伸縮可能になっている。そして、リンク機構73は、複数のリンク75,77,79を連結して構成されている。ここで、複数のリンク75,77,79とは、三角形状の駆動リンク75、楕円形状(小判状)の一対の従動リンク77、及びスライダ(摺動子)79のことである。
駆動リンク75の基端部は、加振治具ベース65のトップブロック部65aに連結軸(駆動軸)81を介して回転可能に連結されており、駆動リンク75の基端部の連結中心C1は、連結軸81の軸心と一致している。また、各従動リンク77の一端部(上端部)は、駆動リンク75の先端部(第1の先端部)に連結軸83を介して回転可能に連結されており、各従動リンク77の一端部の連結中心C2は、連結軸83の軸心と一致している。一対の従動リンク77の先端部は、駆動リンク75の先端部の両側に位置している。
スライダ79は、各従動リンク77の他端部(下端部)に連結軸85を介して回転可能に連結されており、スライダ79の連結中心C3は、連結軸85の軸心と一致している。スライダ79は、一対の従動リンク77の先端部の間に位置している。また、スライダ79の下端面は、第2クランプ部材69に連結(固定)されている。換言すれば、第2クランプ部材69は、加振治具ベース65における第1クランプ部材67に加振方向に対向する位置にリンク機構73を介して設けられている。更に、スライダ79は、左側(加振治具ベース65側)に、ガイドレール71に加振方向に案内される被案内部材87を有している。換言すれば、スライダ79は、ガイドレール71及び複数の被案内部材87を介して加振治具ベース65に対して加振方向へ移動可能(摺動可能)になっている。なお、スライダ79は、その下端面と第2クランプ部材69の間に、第1クランプ部材67と第2クランプ部材69の挟持力を調整するためのシム(図示省略)を備えてもよい。
加振治具ベース65は、その左側上部に、リンク機構73を加振方向に沿って伸縮させるクランプアクチュエータとして油圧式のクランプシリンダ89を備えている。クランプシリンダ89は、加振治具ベース65に対して揺動軸91を介して水平な揺動軸心(揺動軸91の軸心)周りに揺動可能になっている。また、クランプシリンダ89は、加振方向に対して傾斜(交差)する方向に沿って伸縮可能なピストンロッド93を有しており、このピストンロッド93の先端部は、駆動リンク75の一部(第2の先端部)に連結軸95を介して回転可能に連結されている。なお、油圧式のクランプシリンダ89に代えて、空圧式又は電動式のクランプシリンダ(図示省略)を用いてもよい。
ここで、加振治具39は、ピストンロッド93の前記傾斜方向の収縮動作によって駆動リンク75が連結軸81の軸心周りに一方向(図1及び図2において時計回り方向)へ回転すると、リンク機構73が加振方向に沿って伸長するように構成されている。また、加振治具39は、ピストンロッド93の前記傾斜方向の伸長動作によって駆動リンク75が連結軸81の軸心周りに他方向(図1及び図2において反時計回り方向)へ回転すると、リンク機構73が加振方向に沿って収縮するように構成されている。
そして、加振治具39は、第1クランプ部材67と第2クランプ部材69の協働によってブレード3の被挟持部3bを挟持すると、複数のリンク75,77,79の連結中心を結ぶ連結中心線CLが加振方向に沿った一直線状になるように構成されている。ここで、「連結中心線CL」とは、駆動リンク75の基端部の連結中心C1と従動リンク77の一端部の連結中心C2とスライダ79の連結中心C3とを結ぶ線のことをいう。「一直線状」とは、幾何学的に正確な一直線状であることの他に、リンク機構73が倍力機構としての機能を発揮できる程度の直線状であることを含む意である。
加振治具ベース65は、トップブロック部65aの頂部(上部)に、ストッパネジ97を備えている。ストッパネジ97は、連結中心線CLが一直線状になった直後における、駆動リンク75の一方向の回転を規制するように構成されている。
続いて、本発明の実施形態の作用及び効果について説明する。
(加振治具39に関する作用)
ブレード3の被挟持部3bを第1クランプ部材67の挟持面67f(第1クランプ部材67の挟持面67fと第2クランプ部材69の挟持面69fの間)にセットすることにより、ブレード3の接合面3aを加振方向に平行にする。また、ブレード3の被挟持部3bの一端側を第1クランプ部材67の荷重受け面67pに接触(当接)させると共に、ブレード3の被挟持部3bの他端側を荷重受け部材70の荷重受け面70pに接触させる。そして、クランプシリンダ89の駆動によりピストンロッド93を前記傾斜方向に沿って収縮させて、駆動リンク75を連結軸81の軸心周りに一方向へ回転させることにより、リンク機構73を加振方向に沿って伸長させる。すると、第2クランプ部材69を加振方向の一方側(鉛直方向下側)へ移動させて、第1クランプ部材67の挟持面67fと第2クランプ部材69の挟持面69fによってブレード3の被挟持部3bを挟持することができる。これにより、ブレード3の接合面3aを加振方向に平行にした状態で、加振治具39によってブレード3を保持して、加振テーブル25に対して固定することができる。
ブレード3の被挟持部3bを第1クランプ部材67の挟持面67f(第1クランプ部材67の挟持面67fと第2クランプ部材69の挟持面69fの間)にセットすることにより、ブレード3の接合面3aを加振方向に平行にする。また、ブレード3の被挟持部3bの一端側を第1クランプ部材67の荷重受け面67pに接触(当接)させると共に、ブレード3の被挟持部3bの他端側を荷重受け部材70の荷重受け面70pに接触させる。そして、クランプシリンダ89の駆動によりピストンロッド93を前記傾斜方向に沿って収縮させて、駆動リンク75を連結軸81の軸心周りに一方向へ回転させることにより、リンク機構73を加振方向に沿って伸長させる。すると、第2クランプ部材69を加振方向の一方側(鉛直方向下側)へ移動させて、第1クランプ部材67の挟持面67fと第2クランプ部材69の挟持面69fによってブレード3の被挟持部3bを挟持することができる。これにより、ブレード3の接合面3aを加振方向に平行にした状態で、加振治具39によってブレード3を保持して、加振テーブル25に対して固定することができる。
ここで、加振治具39は、第1クランプ部材67と第2クランプ部材69の協働によってブレード3の被挟持部3bを挟持すると、連結中心線CLが加振方向に沿った一直線状になるように構成されている。これにより、クランプシリンダ89の推力を高くしなくても、リンク機構73が倍力機構としての機能を発揮して、第1クランプ部材67と第2クランプ部材69による挟持力(クランプ力)を強めることができる。また、加振テーブル25の加振方向の往復移動に伴う慣性力を、クランプシリンダ89を介することなく、リンク機構73によって直接受けることができ、第1クランプ部材67と第2クランプ部材69による挟持力を安定させることができる。
加振治具39からブレード3を取り外す場合には、クランプシリンダ89の駆動によりピストンロッド93を前記傾斜方向に沿って伸長させて、駆動リンク75を連結軸81の軸心周りに他方向へ回転させることにより、リンク機構73を加振方向に沿って収縮させる。すると、第2クランプ部材69を加振方向の他方側(鉛直方向上側)へ移動させて、第1クランプ部材67と第2クランプ部材69による挟持状態(クランプ状態)を解除することができる。
(押圧治具55に関する作用)
チャック機構61等によってディスク5を回転テーブル59に同心状に取付けることにより、押圧治具55によってディスク5を保持する。そして、回転モータの駆動により回転テーブル59をその軸心周りに回転させて、所定のディスク突起7を所定の接合位置に割り出すことにより、所定のディスク突起7の接合面7aを加振方向に平行にする。更に、固定シリンダの駆動により回転テーブル59を押圧治具ベース57、換言すれば、押圧テーブル43に対して固定する。これにより、ディスク突起7の接合面7aを加振方向に平行にした状態で、押圧治具55によってディスク5を保持して、押圧テーブル43に対して固定することができる。
チャック機構61等によってディスク5を回転テーブル59に同心状に取付けることにより、押圧治具55によってディスク5を保持する。そして、回転モータの駆動により回転テーブル59をその軸心周りに回転させて、所定のディスク突起7を所定の接合位置に割り出すことにより、所定のディスク突起7の接合面7aを加振方向に平行にする。更に、固定シリンダの駆動により回転テーブル59を押圧治具ベース57、換言すれば、押圧テーブル43に対して固定する。これにより、ディスク突起7の接合面7aを加振方向に平行にした状態で、押圧治具55によってディスク5を保持して、押圧テーブル43に対して固定することができる。
(線形摩擦接合装置1全体に関する作用)
加振治具39によって保持されたブレード3の接合面3aと、押圧治具55によって保持されたディスク5のディスク突起7の接合面7aを加振方向に対して平行な状態で対向させる。次に、加振シリンダ33の駆動により所定の振幅で加振テーブル25を加振方向へ往復移動させる。また、リニアスケールによって押圧テーブル43の押圧方向の位置を測定しながら、押圧シリンダ49の駆動により押圧テーブル43を押圧方向へ移動させる。すると、ブレード3を加振方向へ往復移動させた状態で、ディスク突起7の接合面7aをブレード3の接合面3aに対して接近させて、ディスク突起7の接合面7aをブレード3の接合面3a側へ所定の押圧荷重で押圧することができる。そして、押圧テーブル43の原点位置からの移動量が目標寄り量よりも小さく設定した目標前寄り量と同じになると、加振シリンダ33の駆動を停止する。更に、押圧テーブル43の原点位置からの移動量が目標寄り量と同じになるまで、押圧テーブル43を押圧方向へ移動させる。すると、ブレード3を停止させた状態で、ディスク突起7の接合面7aをブレード3の接合面3a側へ所定の押圧荷重で押圧することができる。これにより、ブレード3の接合面3aとディスク突起7の接合面7aとの間に摩擦熱を発生させて、ブレード3の接合面3aとディスク突起7の接合面7aを据え込んで接合することができる。
加振治具39によって保持されたブレード3の接合面3aと、押圧治具55によって保持されたディスク5のディスク突起7の接合面7aを加振方向に対して平行な状態で対向させる。次に、加振シリンダ33の駆動により所定の振幅で加振テーブル25を加振方向へ往復移動させる。また、リニアスケールによって押圧テーブル43の押圧方向の位置を測定しながら、押圧シリンダ49の駆動により押圧テーブル43を押圧方向へ移動させる。すると、ブレード3を加振方向へ往復移動させた状態で、ディスク突起7の接合面7aをブレード3の接合面3aに対して接近させて、ディスク突起7の接合面7aをブレード3の接合面3a側へ所定の押圧荷重で押圧することができる。そして、押圧テーブル43の原点位置からの移動量が目標寄り量よりも小さく設定した目標前寄り量と同じになると、加振シリンダ33の駆動を停止する。更に、押圧テーブル43の原点位置からの移動量が目標寄り量と同じになるまで、押圧テーブル43を押圧方向へ移動させる。すると、ブレード3を停止させた状態で、ディスク突起7の接合面7aをブレード3の接合面3a側へ所定の押圧荷重で押圧することができる。これにより、ブレード3の接合面3aとディスク突起7の接合面7aとの間に摩擦熱を発生させて、ブレード3の接合面3aとディスク突起7の接合面7aを据え込んで接合することができる。
ここで、「押圧テーブル43の原点位置」とは、ディスク突起7の接合面7aをブレード3の接合面3aに接触させたタイミングにおける、押圧テーブル43の押圧方向の位置のことをいう。「目標寄り量」とは、ブレード3の接合面3aとディスク突起7の接合面7aを接合させるための所定の寄り量(変位量)のこという。
ブレード3の接合面3aとディスク突起7の接合面7aを接合した後に、加振治具39から接合済みのブレード3を取り外して、加振治具39によって他のブレード3を保持する。また、回転テーブル59をその軸心周りに回転させて、他の所定のディスク突起7を所定の接合位置に割り出す。そして、前述のように、他のブレード3の接合面3aと他のディスク突起7の接合面7aを接合する。更に、接合対象であるブレード3及びディスク突起7がなくなるまで、ブレード3の接合面3aとディスク突起7の接合面7aの接合に関する動作を繰り返して行う。
なお、接合済みのブレード3の被挟持部3b及び接合済みのディスク突起7は、後工程の機械加工によってブリスクの一部として製品形状に仕上げられる。
以上の如き、本発明の実施形態によれば、前述のように、クランプシリンダ89の推力を高くしなくても、リンク機構73が倍力機構としての機能を発揮して、第1クランプ部材67と第2クランプ部材69による挟持力を強めることができる。そのため、本発明の実施形態によれば、クランプシリンダ89の大型化を抑えて、線形摩擦接合装置1のコンパクト化を図りつつ、接合中における加振テーブル25に対するブレード3の固定状態を強固に維持して、ブレード3の接合面3aとディスク突起7の接合面7aの接合精度を十分に確保することができる。
また、本発明の実施形態によれば、前述のように、加振テーブル25の加振方向の往復移動に伴う慣性力を、リンク機構73によって直接受けることができ、第1クランプ部材67と第2クランプ部材69による挟持力を安定させることができる。そのため、接合中における加振テーブル25に対するブレード3の固定状態をより安定させることができ、ブレード3の接合面3aとディスク突起7の接合面7aの接合精度をより高めることができる。
つまり、本発明の実施形態によれば、線形摩擦接合装置1のコンパクト化を図りつつ、ブレード3の接合面3aとディスク突起7の接合面7aの接合精度をより高めることができる。
なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものでなく、次のように種々の態様で実施可能である。
即ち、上部フレーム19が特開2012−228703号公報(特許文献3)に示すような加熱ユニット(図示省略)を備えてもよい。この場合には、加振テーブル25を加振方向へ往復移動させる前に、加熱ユニットによってブレード3の接合面3aとディスク突起7の接合面7aを加熱してもよい。また、押圧テーブル43を押圧方向及びその反対方向へ移動可能にする代わりに、加振テーブル25を第1コラム15と一体的に押圧方向及びその反対方向へ移動可能にしてもよい。駆動リンク75と従動リンク77の間に中間リンク(図示省略)を介在させてもよい。鉛直方向を加振方向とする代わりに、鉛直方向以外の例えば水平方向を加振方向にしてもよい。更に、ブレード3の接合面3aとディスク突起7の接合面7aを接合する線形摩擦接合装置1に適用した技術的思想を、ブレード3とディスク5以外の一対の金属部品の接合面を接合する線形摩擦接合装置(図示省略)に適用してもよい。
そして、本発明に包含される権利範囲は、前述の実施形態に限定されないものである。
C1 連結中心
C2 連結中心
C3 連結中心
CL 連結中心線
1 線形摩擦接合装置
3 ブレード
3a 接合面
3b 被挟持部
5 ディスク
7 ディスク突起
7a 接合面
9 装置本体
11 防振ゴム
13 ベッド
15 第1コラム
17 第2コラム
19 上部フレーム
21 ガイドブロック
23 ガイド溝
25 加振テーブル
25a 凸部
29 静圧支持ユニット
33 加振シリンダ(加振アクチュエータ)
39 加振治具
43 押圧テーブル
47 支持フレーム
47a 傾斜部
49 押圧シリンダ(押圧アクチュエータ)
55 押圧治具
57 押圧治具ベース
59 回転テーブル
61 チャック機構
65 加振治具ベース
65a トップブロック部
65b ボトムブロック部
67 第1クランプ部材
67f 挟持面
67p 荷重受け面
69 第2クランプ部材
69f 挟持面
70 荷重受け部材
70p 荷重受け面
73 リンク機構
75 駆動リンク(リンク)
77 従動リンク(リンク)
79 スライダ(リンク)
81 連結軸
83 連結軸
85 連結軸
87 被案内部材
89 クランプシリンダ
91 揺動軸
93 ピストンロッド
95 連結軸
C2 連結中心
C3 連結中心
CL 連結中心線
1 線形摩擦接合装置
3 ブレード
3a 接合面
3b 被挟持部
5 ディスク
7 ディスク突起
7a 接合面
9 装置本体
11 防振ゴム
13 ベッド
15 第1コラム
17 第2コラム
19 上部フレーム
21 ガイドブロック
23 ガイド溝
25 加振テーブル
25a 凸部
29 静圧支持ユニット
33 加振シリンダ(加振アクチュエータ)
39 加振治具
43 押圧テーブル
47 支持フレーム
47a 傾斜部
49 押圧シリンダ(押圧アクチュエータ)
55 押圧治具
57 押圧治具ベース
59 回転テーブル
61 チャック機構
65 加振治具ベース
65a トップブロック部
65b ボトムブロック部
67 第1クランプ部材
67f 挟持面
67p 荷重受け面
69 第2クランプ部材
69f 挟持面
70 荷重受け部材
70p 荷重受け面
73 リンク機構
75 駆動リンク(リンク)
77 従動リンク(リンク)
79 スライダ(リンク)
81 連結軸
83 連結軸
85 連結軸
87 被案内部材
89 クランプシリンダ
91 揺動軸
93 ピストンロッド
95 連結軸
Claims (3)
- 一対の金属部品の接合面間に発生した摩擦熱を利用して、一対の金属部品の接合面を接合する線形摩擦接合装置であって、
装置本体に設けられ、加振方向へ往復移動可能な加振テーブルと、
前記加振テーブルに設けられ、第1の金属部品を保持する加振治具と、を具備し、
前記加振治具は、
前記加振テーブルに設けられた加振治具ベースと、
前記加振治具ベースに設けられた第1クランプ部材と、
前記第1クランプ部材に前記加振方向に対向する位置に設けられ、前記第1クランプ部材と協働して第1の金属部品を挟持する第2クランプ部材と、
前記加振治具ベースに設けられ、複数のリンクを連結して構成され、前記第2クランプ部材に連結され、前記加振方向に沿って伸縮可能なリンク機構と、
前記リンク機構を前記加振方向に沿って伸縮させるクランプアクチュエータと、を有し、前記第1クランプ部材と前記第2クランプ部材の協働によって第1の金属部品を挟持すると、複数の前記リンクの連結中心を結ぶ連結中心線が前記加振方向に沿った一直線状になるように構成されている線形摩擦接合装置。 - 複数の前記リンクは、
基端部が前記加振治具ベースに回転可能に連結された駆動リンクと、
一端部が前記駆動リンクの先端部に回転可能に連結された従動リンクと、
前記従動リンクの他端部に回転可能に連結され、前記第2クランプ部材に連結され、前記加振治具ベースに対して前記加振方向へ移動可能なスライダと、を有した請求項1に記載の線形摩擦接合装置。 - 第1の金属部品の接合面は、ブリスクの一部であるブレードの接合面である請求項1又は請求項2に記載の線形摩擦接合装置。
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- 2015-11-09 JP JP2015219363A patent/JP6601170B2/ja active Active
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