JPH03184680A - 摩擦圧接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は摩擦圧接装置に係り、詳しくは被圧接素材相互
の位相角を特定条件に保って圧接を完了するための装置
に関する。

［従来の技術］ 摩擦圧接法において、前工程で既に不定形断面が確定さ
れている二つの素材を特定位相で接合させることは、加
工時間や接合部物性等に優れた摩擦圧接の適用を拡大す
るうえで、その重要度はきわめて高い。

したがって、このような定位相圧接手段については幾つ
かの先行技術が知られている。例えば特公昭５７−１５
９＠公報開示の発明は、相対回転する画素材の低速回転
過程において、位相修正のためのシリンダ装置と主軸と
をクラッ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終えたのち、主軸系に
対する回転入力を継続したまま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、シリンダ装置の作動
端で停止させることにより画素材の圧接と位相合せとを
同時に完了するものである。この方法による場合、位相
合せを正確に行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、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シリ
ンダ装置の排出油量を制限することによって与えられる
予め設定された抵抗のほか、実際には画素材の接合面に
発生する回転抵抗（＃瞭トルク）が加算され、しかもこ
の回転抵抗は素材の材質や寸法等によって常に変動する
ものであるため、このような圧接毎に変動する負荷抵抗
に打勝ってシリンダ装置を作動端まで確実に到達させる
、すなわち的確な位相合せを実現させるためには主軸駆
動用の電動機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、大きい出力の電動機を使用すると
きは、シリンダ装置の作動端においての衝撃が必然的に
大きくなり、その衝撃によってシリンダ装置に至る駆動
系のクラッチや歯車、とくに歯車は位相合せのための特
定歯だけが重衝撃を受けて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、逆に駆動系
の慣性が大となって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る。勿論この衝
撃を小さくするために位相修正時の回転速度を低速例え
ば１００〜１２０「ｐｍ程度に設定すれば、圧接強度や
寸法精度の維持が困難となることは明らかである。

また、このような不具合を除去するため特公昭６３−４
２５５７号公報開示の発明は、低速回転中の素材に対す
る主駆動系の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急停止させるに際し、主駆動系
とは別の駆動系をもって回転を助勢するための動力付加
（シリンダ装置への油圧力の付加）を行うことにより、
画素材の位相合せ時に生ずる衝撃を両駆動系に分散させ
るようにしている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述の摩擦圧接法並びに装置は、いずれ
もシリンダ装置に単に絞りを設けて主軸の回転に抵抗を
付加するものであるため、シリンダ装置の作動端におけ
るＷＩＪ撃エネルギの吸収度は至って低く、したがって
、クラッチ装置とシリンダ装置との伝動手段に使用され
ている歯車やラックの早期損傷問題に関しては、依然と
して解決されたものとはいい難い。

本発明は、歯車に代替する伝動手段と、強力な衝撃エネ
ルギ吸収能をもつ専用ダンパ装置の採用により、上記不
具合を一掃することを解決すべき技術課題とするもので
ある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記課題解決のため、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、上記再把持装置
を互いに接近させる向きに付勢する装置と、一方の把持
装置を備えた主軸を駆動する変速可能な電動機と、上記
電動機の減速移行に関連した指令信号により上記主軸と
特定位相で係合するクラッチ装置と、一端が上記クラッ
チ装置と係合して駆動する横杆の他端と係合して直動し
、上記主軸の停止位相を規整する復帰可能な停止装置と
、上記停止装置に従動して上記主軸の回転に抵抗を付加
するダンパ装置と、予圧縮された積層弾性体からなり上
記停止装置の動作端を拘束する停止緩衝装置とを包含し
てなる新規な構成を採用している。

本発明のより好適な形態として、上記停止装置は停止衝
撃に基づく物理的変位量を検出するセンサと、該センサ
の検出値に従って停止装置の過負荷を警告する警告装置
とを備えることであり、上記停止緩衝装置は交換可能な
位相角調整用スペーサを重装することである。

［作用］ 本発明においては、クラッチ装置と停止装置とが形状的
に剛性の高い横杆を介して連動連結されているため、歯
車やラックの歯部損傷にみられるような位相合せ要素の
早期劣化は全く生ぜず、また、画素材の接合面に発生す
る不安定な摩擦トルクに打勝つに十分な出力の電動機を
使用しても、専用のダンパ装置が停止装置を通じて有効
に回転入力に抵抗し、停止Ｍ’ｆｊＪ装置との協調によ
り衝撃エネルギを効果的に吸収しながら停止装置の動作
端を正確に拘束するので、圧接強度や寸法精度を損うこ
となく、高い精度の位相合せを達成することができる。

［実施例］ 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２ａ、２ｂ、２ｃ
を介して回転可能に支持された主軸３に、チャック４を
介して主軸３と同心に把持された一方の素材５は、筺体
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を介してチャック８に把持された他方の素
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によって主軸３に対して近接、離間及
び加圧が可能である。主軸３はプーリ１１、ベルト１２
、プーリ１３及び電磁クラッチ１４を介して極数変換式
交流モータ１５によって回転駆動される。極致変換式交
流モータ１５はその極数を変えることによって回転数が
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１８０Ｏｒｐｍ、位相修正
のために主軸３に与える低速回転数が３０Ｏｒｐｍとな
るように設定されており、そして回転系の１８ｏｏｒｐ
ｍの高速から３０Ｏｒｐｍ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われる。

主軸３のチャック４と反対側には一体的な爪１６をもつ
カム付きクラッチ１７が設けられ、それに対向して爪１
８をもつカム付きクラッチ１９が軸２０にキー２１によ
って摺動可能に支持されており、該軸２０は主軸３と同
心で相対回転可能のように主軸３及び筺体１に支持され
ている。クラッチ１９は筐体１にピン２４ａを介して枢
支されたクラッチ摺動レバー２４によって、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
ッチ］７との保合が行われ、反対に左方に開動されれば
その係合は解放される。第４図に示すようにクラッチ１
ｇ動レバー２４はビン２４ｂを介して油圧シリンダ２５
のピストン２６と一体のヨーク２７によって図示右方に
スプリング２８の張力に抗して常に引張られており、し
たがって常にはクラッチ１７と１９とは離脱状態に保持
されるが、ピストン２６のロッド側の圧油が解放されれ
ば（要すればロッド側の室をタンクに接続する）、スプ
リング２８の張力によってクラッチ１７と１９とが係合
し得る状態になる。

一方、上記筐体１には第２図及び第３図に示す停止装置
３０の主体３１が結合されており、該主体３１内に挿嵌
された中間軸３２の上部露出端には、該主体３１の座板
部３１ａと対向する位置決め板３３が締着されている。

そして主体３１から延出するフランジ部３１ｂには上記
軸２０と平行状をなすＩＮ］２２が架設され、該軸２２
に枢支された横杆２３の一端は上記クラッチ１９と一体
的に形成された鉤部１９ａに係合し、該横杆２３の他端
は主体３１の切欠部３１ｃを介して上記中間軸３２の鉤
部３２ａに係合されている。また、主体３１の図示下方
部分は中間軸３２を通じて位置決め板３３に常態への復
帰を促すシリンダ室３４に形成され、中間軸３２から一
体状に延びるロッド上のピストン３５が該シリンダ室３
４に挿嵌されている。なお、Ｓｖはボート３６ａを介し
てシリンダ室３４に圧力油を給排する電磁切換弁であり
、ＰＶはパイロット制御によりボート３６ｂを介して背
圧室３４−に作動油を給排するプレフィル弁である。

上記位置決め板３３には主体３１の胴部を跨ぐ対称位置
に一対の押動杆３７が垂設され、該押動杆３７は上記座
板部３１ａ上に固着されたスリーブ３８によって案内さ
れるとともに、その下端面は座板部３１ａの下面にそれ
ぞれ同心的に装着されたダンパ装置４０のピストンキャ
ップ４１と干渉するようになされている。該ダンパ装置
４０の詳細は図示されていないが、位置決め板３３と共
に作動（下降〉する押動杆３７により、衝接したピスト
ンキャップ４１を介して内部のピストンが押し込められ
ると、シリンダの側面に設けられたオリフィス群から作
動油が噴出され、噴出時の動圧抵抗損失によって衝撃エ
ネルギ（主軸３の回転エネルギ）は熱エネルギに変換さ
れるとともに、この熱エネルギはダンパ装置４０の表面
から大気中に自然放熱されるように構成されている。つ
まりかかるダンパ装置４０のエネルギ吸収により、一連
の伝動系を介して主軸３の回転に効果的な抵抗を付加す
るものである。

上記座板部３１ａ上には、さらに位置決め板３３の動作
端を拘束する馬蹄形状の停止緩衝装置４２が中間軸３２
を囲繞するように配設されており、該停止緩衝装置４２
に介装された平板状のウレタンゴムからなる積層弾性体
４３には調節ボルト４４によって所要の予圧縮が与えら
れている。なお、４５は位相角調整のために重装される
交換可能なスペーサ、５０は停止衝撃に基づく中間Ｎｌ
３２の物理的変位（伸び）量を検出する例えばひずみゲ
ージからなるセンサで、予め定められた検出値により図
示しない警告装置を介して停止装置４０の過負荷を警告
し、これによって圧接条件などの検討、変更に資するも
のである。

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及び９をそれぞれ
チャック４及び８にあらかじめ設定された位相で挟持さ
せ、電磁クラッチ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、例えば１
８００ｐｐｍ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に沿って前進（図示左方へ）騒動〉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く第６図のＡ点〉、その時期
はタイマ又はすえこみ量等によって検出される。この検
出信号によっ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って主
軸３が規定の低速回転数、例えば３００ｒｐｍ（第６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又は若干遅れて油圧シ
リンダ２５の油圧を解放させ、スプリング２８によって
（あるいは油圧シリンダ２５に積極的に反対側から圧力
もかけて〉クラッチ開動レバー２４を介しクラッチ１９
を軸２０に沿って図示右方へ開動させると、該クラッチ
１９は主軸３と共に回転しているクラッチ１７と第５図
Ａ、Ｂのように係合され、位相修正のための装置（クラ
ッチ１９、槓杆２３及び停止装置３０を含む〉と主軸３
とが定位相関係に結合されて、位相修正のための準備段
階が完了する。

このクラッチ１９の保合動作に関連して電磁切換弁Ｓ■
はａ位置からｂ位置に切換えられ、クラッチ１９の回転
に伴って該クラッチ１９上の鉤部１９ａと係合する槓杆
２３は軸２２を中心に揺動し、同時に槓杆２３の対称端
が係合する鉤部３２ａを介して、それまで上昇端に在っ
た中間軸３２も連動して下方へ直動する（第２図〉。中
間軸３２には位置決め板３３を介して押動杆３７が結合
されており、下降する押動杆３７はピストンキャップ４
１と干渉してダンパ装置４０内の図示しないシリンダを
押し込め、該ダンパ装置４０独特の機能、すなわちオリ
フィス群からの作動油の噴出に伴う動圧抵抗損失によっ
て衝撃エネルギを吸収し、一連の伝動系を介して主軸３
の回転に急速な抵抗（制動）が付加される。

このようにして主軸３は極数変換式交流モータ１５によ
る駆動を継続したままの状態で減速され、位置決め板３
３が停止緩衝装置４２に衝突し、かつ積層弾性体４３が
弾性変位した位置で停止装置３０の下降動作は制止され
、主軸３の定位相停止によって画素材５．９の位相は整
合する。その後クラッチ１４の解離とアプセット加圧の
暫時継続をまって摩擦圧接は完了する。この場合、停止
装置３０の動作端において中間軸３２は停止衝撃の反発
力が作用することになるが、中間軸３２の下降中、背圧
室３４−にはプレフィル弁ＰＶを介して作動油が導入さ
れており、向弁ＰＶのもつ逆流防止作用により上記反発
力は有効に抑制される。

また、停止衝撃を緩和する積層弾性体４３は所定の予圧
縮を与えられて弾性反力は巧みに減衰せしめられており
、しかも素材５．９の摩擦抵抗に基づいて位置決め板３
３の衝突力に若干の不同が生じたとしても、これは積層
弾性体４３の微小な変位置の範囲内で効果的に吸収され
る。

圧接完了後は油圧シリンダ２５へ圧力油が供給されてク
ラッチ１９は解離され、引続き電磁切換弁Ｓｖが再びａ
位置に切換えられてシリンダ室３４にも圧力油が供給さ
れ、停止装置３０、槓杆２３及びクラッチ１９は共に原
状態へ復帰する。

とくに本実施例では、中間軸３２に停止衝撃に基づく物
理的変位（伸び）を検出するセンサ（ひすみゲージ）５
０が装着されており、予め定められた検出値に従って警
告装置により停止装置３０の過負荷が警告されるので、
異常箇所の修復や圧接条件の検討、変更にも好適に利用
することができる。なお、厚さの異なる交換可能なスペ
ーサ４５を数種準備し、選択されたスペーサ４５を停止
緩衝装置４２に重装するか又は位置決め板３３の下面に
被装することによって、位相角の整合精度を一層高い水
準で微調整することができる。

［発明の効果コ 以上、詳述したように本発明は、位相合せ要素の伝動系
に歯車列に代わる低質量、かつ高剛性の槓杆を配し、し
かも強力な専用ダンパ装置を採用して急速停止時の衝撃
吸収を行わせるようにしたものであるから、両素材摩擦
面の抵抗変動に打勝つ大出力電動機の使用を可能にし、
しかもクラッチを含めた全位相合せ機構の耐用度を飛躍
的に向上させることができる。

また、停止装置の過負荷をセンサの検出値に基づいて警
告する警告装置や位相角調整用のスペーサを配備したも
のでは、装置の保全にもたらす利便や整合位相角の高精
度化の観点からも、見逃し難い優れた効果を発揮する。

【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図は位相合せ要素の伝動系と停止装置を示す第１図
の■−Ｈ線断面図、第３図は停止装置を示す一部断面正
面図、第４図は第１図のＩＶＩｖ線断面図、第５図Ａ、
Ｂはクラッチの係合態様を示す説明図、第６図は位相合
せ時の主軸回転数の推移を示す説明図である。 ３・・・主Ｎｌ　　　　　　　　５．９・・・素材１５
・・・極数変換式交流モータ

Claims (3)

【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、上記両把持装置を互いに接近させる向き
   に付勢する装置と、一方の把持装置を備えた主軸を駆動
   する変速可能な電動機と、上記電動機の減速移行に関連
   した指令信号により上記主軸と特定位相で係合するクラ
   ッチ装置と、一端が上記クラッチ装置と係合して揺動す
   る槓杆の他端と係合して直動し、上記主軸の停止位相を
   規整する復帰可能な停止装置と、上記停止装置に従動し
   て上記主軸の回転に抵抗を付加するダンパ装置と、予圧
   縮された積層弾性体からなり上記停止装置の動作端を拘
   束する停止緩衝装置とを包含してなる摩擦圧接装置。
2. （２）上記停止装置が停止衝撃に基づく物理的変位量を
   検出するセンサと、上記センサの検出値に従って停止装
   置の過負荷を警告する警告装置とを備えてなる請求項１
   記載の装置。
3. （３）上記停止緩衝装置が交換可能な位相角調整用スペ
   ーサを重装してなる請求項１記載の装置。