JPH05254021A - 摩擦溶接の方向付けシステム - Google Patents

摩擦溶接の方向付けシステム

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JPH05254021A
JPH05254021A JP4247094A JP24709492A JPH05254021A JP H05254021 A JPH05254021 A JP H05254021A JP 4247094 A JP4247094 A JP 4247094A JP 24709492 A JP24709492 A JP 24709492A JP H05254021 A JPH05254021 A JP H05254021A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱可塑性ファスナを摩擦溶接に依って基板に
取付けるに当たり、毎回、所定の位置に正確に方向付け
て、且つ効率的に取付けることができる様にする。 【構成】 摩擦溶接方向付け装置１０は、基板の位置決
め具３６、ファスナの保持工具３４、精密な位置決めモ
ータ３０、保持工具とモータとを進退させるシリンダ４
０を含む。モータ３０は予め設定した全回転数を回転し
た直後に、基準位置に自動的に停止する。保持工具はフ
ァスナの例えばフックを所定の方向を向けて回転を停止
する。ファスナと保持工具との係合面は摩擦特性を増大
させるために双方共粗面にしてあり、ファスナと基板と
の溶着強度を増加させるためにファスナのベースには溶
融プラスチックが入り込んでメカニカルスタッドを形成
する孔を設けてある。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に、摩擦溶接シス
テムないし回転溶接システム、特に、毎回基板に対して
ほゞ同一の位置に熱可塑性ファスナを正確に方向付けて
取付ける摩擦溶接の方向付けシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】種々の型式のファスナ摩擦溶接システム
は、次の米国特許によって明示されている様に従来技術
において周知である。即ち米国特許第２４７０，９６３
号、第３，４３８，８２５号、第３，５８０，７９３
号、第４，２５０，５９６号、第４，４７７，３０７
号、第４，５５１，１８９号、第４，６３６，１２４
号、第４，８２４，３０４号。摩擦ないし回転の溶接技
法は、代表的に、回転力及び軸方向力を基板とファスナ
との間に加えることによってファスナと基板との間の界
面を摩擦加熱することで熱可塑性ファスナを基板に融合
することを含む。この結果、溶融状態が熱可塑性ファス
ナ及び基板の界面に達成されるときに回転が停止され、
一方、軸方向力は、これ等の間に接着可能な結合を形成
する様に充分な時間にわたって依然として維持される。
熱可塑性ファスナは、基板へ融合されることが所望され
るスタッド、ポストまたは任意のその他の設計要素でも
よい。
【０００３】米国特許第４，４７７，３０７号（特公平
４−８２１７号）では、熱可塑性ファスナをワークへ融
合する摩擦溶接定着システムが開示されている。このシ
ステムは、回転してファスナに圧力を加える工具と、フ
ァスナの回転を自動的に停止すると共にファスナとワー
クとの間の接触圧力を維持する装置とを備えている。回
転を自動的に停止する装置は、主定着面に隣接して配置
された少なくとも１つの熱に感応し易い熱可塑性耳部
と、工具に形成された少なくとも１つの突起とを有し、
従って、耳部が摩擦熱で所定の強度に弱化すると突起
は、耳を千切ってファスナの回転を停止させる。
【０００４】米国特許第４，５５１，１８９号では、フ
ァスナへ加えられる回転力及び軸方向力の付加によって
生じる摩擦熱で熱可塑性材料のファスナを基板へ融合す
る摩擦溶接ファスナシステムが開示されている。このフ
ァスナの熱可塑性ベースの底面の内方には空所が形成さ
れている。ベースと、基板との双方に接着親和性を有す
る熱活性接着剤がベースの厚さに等しいか又は該厚さよ
りも大きい厚さを有する層を形成するために該空所に挿
入される。ベースは、熱活性接着剤層を基板に付着させ
るのに充分な回転力及び軸方向力を伴って回転される。
【０００５】米国特許第４，８２４，３０４号（特公平
３−４３０５２号）では、ポストと、ポストの一端に一
体に装着された円板状フランジとを有しプラスチックで
作られた回転溶接部材が記載されている。該フランジ
は、発生された過度の熱を消散する様にそれを横切って
冷却用空気を流すためにその一面に形成された複数の半
径方向へ延びるリブを有している。従って、フランジに
摩擦溶接されるべき基板の劣化が防止される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】熱可塑性ファスナに関
連して熱活性接着剤を使用するか否かに関係なく従来技
術の回転溶接システムの総てに共通の主な欠点は、毎度
熱可塑性要素が溶接されるべき基板に対して熱可塑性要
素の正確な方向付けを与える方法をこれ等システムのい
ずれのものも持たない点にある。例えば、図１，２に示
す様に、熱可塑性要素は、フックが下方に面する様に回
転溶接操作の終りにおいて整合されねばならないフック
を有している。これは、自動車の車体の外部にモールデ
ィングストリップを取付けるのに役立つときの様に、フ
ックが共に噛合う孔に挿入される様に後で使用されると
きに不可欠である。
【０００７】従って、毎度基板に対して所定の位置に熱
可塑性ファスナを正確に方向付けて取付ける改良された
摩擦溶接システムを提供することが、望ましい。摩擦溶
接システムがファスナの駆動を容易にするためにファス
ナと保持工具との間の摩擦特性を増大する様にする事も
好都合である。
【０００８】従って、本発明の一般的な目的は、従来技
術の回転溶接システムの問題を克服する改良された摩擦
溶接システムを提供することである。
【０００９】本発明の一つの目的は、基板に対して所定
の位置に熱可塑性ファスナを毎回正確に方向付けて取付
ける改良された摩擦溶接システムと、方法とを提供する
ことである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】毎回基板に対して所定の
位置に熱可塑性ファスナを正確に方向付けて取付けるた
めに予め設定した数の回転後に、出発したのと同一の基
準位置に停止する様に制御可能であるプログラム可能な
直流サーボモータを備えた摩擦溶接方向付けシステムを
提供する。
【００１１】ファスナと保持工具との間の摩擦特性を増
大させるためにファスナのベースの上面に係合する様に
モータに作用可能に結合される保持工具を備え、ファス
ナの上面と該保持工具の底面とを係合可能な粗面にして
ある摩擦溶接の方向付けシステムを提供する。
【００１２】これ等の意図及び目的により、本発明は、
基板に対してほゞ同一の位置に熱可塑性ファスナを毎回
正確に方向付けて取付ける摩擦溶接方向付けシステムの
提供に関する。該方向付けシステムは、基板へ融合され
る様に構成される熱可塑性ファスナを含む。該ファスナ
は、ベースと、ベースに一体に成形された主留め具とで
形成されている。該ベースは、ファスナに加えられる回
転力及び軸方向力の付加によって生じる摩擦熱によって
基板へ融合される様に構成される底面を有している。圧
力装置は、ファスナへ軸方向力を加えるために設けられ
る。プログラム可能な直流サーボモータは、基板に対し
てファスナを回転して、ファスナの主留め具が毎回基板
に対して同一の基準位置に正確に整合される様に、予め
設定した数だけ回転後にファスナの回転を自動的に停止
するために設けられる。
【００１３】本発明のこれ等及びその他の目的及び利点
は、その全体にわたって相当する部分を示す同様な符号
を有する添付図面を参照して読むとき次の詳細な説明に
よって一層完全に明らかになる。
【００１４】
【実施例】図５，６に本発明の原理によって構成された
摩擦溶接の方向付けシステム１０を示す。該摩擦溶接シ
ステムは、図１〜図３に示すような構造を有していもよ
い熱可塑性ファスナ１２の使用を含む。摩擦溶接システ
ム１０は、基板に対してほゞ同一の位置に毎回熱可塑性
ファスナ１２を取付けて正確に方向付けるのに使用され
る。
【００１５】熱可塑性ファスナ１２は、円板状ベース１
４と、該ベースに一体に成形されたフック１６によって
限定される主留め具とで構成される。ベース１４は、上
面ないし前面１８と、底面ないし後面２０とを有してい
る。ベース１４は、その周辺端縁に隣接して配置され、
上面１８から底面２０まで延びる複数の孔２２を有して
いる。
【００１６】底面２０の中央部分には、ファスナが溶接
されるべき基板の表面に最初に係合する様に構成される
好ましくは円形の形状の突起２４が設けてある。突起２
４は、底面２０が最初に基板の表面から遠く保持される
ため、始動トルクを低く維持するのに役立つ。従って、
溶接の初期に中央の突起２４に熱が蓄積されて、次にフ
ァスナの底面２０と基板の表面との間に溶接する熱可塑
性材料を形成する様に突起２４の溶解を生じさせる。次
に、該溶解工程は、ファスナの周辺端縁に向かって次第
に進行する。
【００１７】ベース１２の上面１８のほゞ中央部分に
は、ステム１７を有し下方への突出端２６で終るフック
１６が一体に成形されている。突出端２６がその意図す
る作用を遂行するためには、ファスナ１２を毎回基板に
対して所定の位置に正確に方向づけて取付けることが一
般に必要である。前に指摘した様に、ファスナのフック
１６は、突出端２６が下方へ向く様に回転溶接操作の終
りにおいて整合されることが望ましい。例えば、突出端
２６は、次にモールディングストリップを保持するため
にモールディングストリップ片の協働する孔に挿入可能
であることを必要とし得る。
【００１８】熱可塑性ファスナ１２は、熱可塑性材料で
一体成形されているのが好ましい。更に、該ファスナ
は、インサート射出成形による様な任意の通常の方法で
製造されてもよい。記載されたファスナは、例示の便宜
のためのみであって種々な形状及び寸法を占めてもよ
い。更に、該ファスナは、摩擦溶接によって基板に融合
されることが所望のスタッド、ポスト又は任意のその他
の構想の要素でもよい。
【００１９】図４に本発明の摩擦溶接の方向付けシステ
ムを使用することによって総てが基板２８に対して毎回
同一の態様で正確に方向づけられて取付けられる４個の
該熱可塑性ファスナ１２ａ〜１２ｄの一例を示す。夫々
のファスナ１２ａ〜１２ｄの突出端２６の各々が同一の
態様で下方へ向いていることが特に注目される。次に、
これ等の突出端２６は、その意図される作用を遂行する
様に対応して整合される開口部に収容されてもよい。
【００２０】図５，６に示す如く、摩擦溶接の方向付け
システム１０は、予め設定した全回転数を回転した直後
に前述の同一の位置ないし基準位置に自動的に停止する
様に正確に制御可能であるステッピングモータ又はプロ
グラム可能な直流サーボモータの様な精密な位置きめモ
ータ３０を有している。換言すれば、該モータは、所定
の距離（即ち１回転に等しい１０，０００モータステッ
プ）が移動された後に限定された零基準位置に対して位
置決めされてもよい。位置決めモータ３０は、好ましく
は部品番号ＣＰＬ５７−１２０、ＣＰＬ８３−１５０、
ＣＰＨ８３−１５０及びＣＰＨ１０６−２１０として販
売され、パーカーハニフィン社（Ｐａｒｋｅｒ Ｈａｎ
ｎｉｆｉｎ Ｃｏｒｐ．）のコンピュモータ（Ｃｏｍｐ
ｕｍｏｔｏｒ）事業所から市販用に入手可能な型式のも
のである。
【００２１】図１０にファスナを正確な所定の方向で停
止する様に梯形の形状を有する位置決めモータ３０の作
動線図を示す。認められる様に、位置決めモータは、速
度が零から最大速度、即ち３６００ｒｐｍへ増大される
非常に急速な加速時間ｔａを有している。次に、該速度
は、熱可塑性材料を溶融するのに充分な時間ｔｃにわた
って一定の速度に維持される。
【００２２】該位置決めモータは、時間ｔｃが完了した
後に生じる減速時間ｔｄを有する様にプログラムされ
る。この様にして、該モータは、停止に先立って短い一
定の期間にわたって減速され、このとき、速度は、最大
速度から零まで非常に急速に低減される。減速の時間ｔ
ｄを制御することにより、ファスナは、基板との界面に
おける熱可塑性材料の溶融後に正確な方向で停止可能で
ある。
【００２３】この目的のため、モータ３０がなすべき所
望の回転の合計数を予め設定するのに使用されるサムホ
イール（ｔｈｕｍｂｗｈｅｅｌ）スイッチ３１を設けて
ある。勿論、合計の回転数は、ファスナ１２と基板２８
との間に溶融する熱可塑性材料のたまりを充分に形成す
るためにファスナ１２の底面２０を摩擦加熱する様に選
択される。この溶融する界面を得るための回転数は、実
験によって定めねばならず、ファスナの材料、基板の材
料、界面の寸法及び形状、接触圧力の量、モータの回転
速度及びその他多くの不定の要因の様な種々の要因に依
存する。
【００２４】位置決めモータ３０は、チャック（図示せ
ず）の一端に結合される自由端を有する軸３２を備えて
いる。該チャックの他端は、保持工具３４の第１端部に
結合される様に構成されている。保持工具３４の第２端
部は、基板へ溶接されべきファスナの部分ないし要素１
２ａ（図４）の上面に係合可能である。保持工具は、基
板に対する出発基準位置にファスナを最初に設置するの
に使用される。基板２８は、保持工具の下方で底フレー
ム３８の上にある位置決め具３６上に支持される。
【００２５】空気圧又は液圧のシリンダ４０が、基板２
８の上面に向かってファスナ１２ａの突起２４を押圧す
る（図６に矢印４２の方向で示す）様に、モータ３０
と、基板に取付けるファスナ部分１２ａを保持する保持
工具３４とを往復運動させるために設けてある。加えら
れる代表的な圧力は、ファスナの寸法及び形状の様な種
々の要因に依存して約６．８０〜６８．０４ｋｇ（１５
〜１５０ｌｂ）の負荷の範囲内にある。該圧力が所定の
量に達するとき、モータは、押釦スイッチ４３を押すこ
とによって作動される。該モータは、サムホイールスイ
ッチ３１によって設定される様な予め設定された回転数
の合計数に達する様に高速度（即ち約３６００ｒｐｍ）
で急速に回転された後、出発基準位置（即ち零基準位
置）に対して正確に同一の位置に自動的に停止される。
実際の経験ではファスナと、基板とを一体に融合するの
に必要な時間は、約２〜３秒であった。
【００２６】この様にして、フック１６の突出端２６
は、図４に示す様な構造を与えるために基板２８に対す
る所望の位置に常に正確に整合ないし方向付けされる。
この所望の方向付けのまゝであるファスナにより、溶融
プラスチックは、冷却されて硬化し、これにより基板へ
ファスナを融合する。最後に、シリンダ４０は、基板２
８へ溶接されたファスナ１２ａを残して保持工具を後退
させる。次に、これ等の操作を、ファスナ１２ｂ〜１２
ｄ（図４）に対して継続的に反復して、総てのファスナ
の突出端が基板２８に対して同じ方向を向いて整合する
列を示す様にする事ができる。
【００２７】図７，８に本発明の摩擦溶接の方向付けシ
ステムに使用する保持工具３４の拡大図を示す。図示の
様に、保持工具の第１端部３３は、チャック（図示せ
ず）に収容される様に構成され、該工具の第２端部３５
は、ファスナの上面に係合する様に構成されている。該
保持工具は、溶接されるべきファスナのステム１７（図
１）の輪郭に適合する様に全体的に設計された輪郭を有
する内部凹所４４を備えている。ファスナと基板との間
に存在する摩擦に打勝って保持工具と溶接されるべきフ
ァスナとの間の摩擦特性を増大させるため、保持工具の
下側駆動面は、ファスナの駆動を容易にする様に粗面４
６としてある。粗面４６は、サンドブラスト、交差する
平行線付け又はローレット切り等による様な任意の好適
な態様で作る事ができる。この粗面４６は、ファスナの
全体の上面をほゞ横切って、トルクを分配するのにも役
立ち、従って、ファスナ中央のステム１７の回りのトル
クを低減する。
【００２８】図１に示す様に保持工具とファスナとの間
の必要な相互の摩擦関係を更に増大するため、ファスナ
１２の上面１８は、粗面１８ａとしてもよい。基板２８
と、ファスナ１２のベース１４とが一体にされて融合を
強化する様にメカニカルスタッド４８（その２つが図９
に示される）を形成するために回転溶接工程中に溶融し
たプラスチックをベース１４の孔２２に流入させてもよ
い。図９では、メカニカルスタッド４８は、基板２８へ
溶接されるべきファスナ１２が容易に永久固定される様
に孔２２に形成されている。
【００２９】従って、前述の詳細な説明により、本発明
は、毎回基板に対してほゞ同一の位置に熱可塑性ファス
ナを正確に方向づけて取付ける改良された摩擦溶接シス
テムを提供することが認められる。この方向付けシステ
ムは、基板と同様に融合される様に構成された熱可塑性
ファスナと、基板に対してファスナを回転して、ファス
ナが毎回基板に対して同一の基準位置に正確に整合され
る様に所定数だけ回転後にファスナの回転を自動的に停
止するプログラム可能な直流サーボモータとを備えてい
る。
【００３０】本発明の好適実施例を図示説明したが、本
発明の真実の範囲から逸脱することなく種々な変更及び
変形が実施可能で同等なものが該実施例の要素に置換え
可能なことは、当該技術の熟達者に認められる。更に、
多くの変更が本発明の中心の範囲から逸脱することなく
本発明の教示に対して特定の状態又は材料を適合させる
ために実施されてもよい。従って、本発明は、本発明を
実施するために考えられる最良のモードとして開示され
た特定の実施例に制限されれず、本発明は、添付請求の
範囲内に属する総ての実施例を包含するものである。
【００３１】
【発明の効果】以上説明した様に本発明によれば、毎
回、基板に対して所定の位置に熱可塑性ファスナを正確
に方向付けて取付けることができると共にファスナと保
持工具との間の摩擦特性を増大させてあるので、作業能
率が著しく向上する。又、摩擦熱で溶融したプラスチッ
クがファスナの孔に入り込んでメカニカルスタッドを形
成するのでファスナの溶着強度は一層向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の摩擦溶接の方向付けシステムに関連し
て使用する熱可塑性ファスナの斜視図である。
【図２】図１のファスナの正面の立面図である。
【図３】図２の線３−３に沿うファスナの断面図であ
る。
【図４】本発明の摩擦溶接システムを使用することによ
り各々が基板へ同一の方向で融合された複数の熱可塑性
ファスナを示す斜視図である。
【図５】本発明の原理によって構成された摩擦溶接の方
向付けシステムの側面図である。
【図６】図５の摩擦溶接の方向付けシステムを左側から
見た図である。
【図７】図５の摩擦溶接システムに使用する保持工具の
一部断面の正面図である。
【図８】図７の保持工具の底面図である。
【図９】基板へファスナを結合するメカニカルスタッド
を示す図４の線９−９に沿う断面図である。
【図１０】ファスナの正確な方向を生じる様に梯形の形
状を有する位置決めモータ３０の作動線図である。
【符号の説明】
１０ 摩擦溶接の方向付けシステム １２ 熱可塑性ファスナ １４ 円板状ベース １６ フック（主留め具） １８ ベースの上面（前面） １８ａ 上面の粗面 ２０ ベースの底面（後面） ２２ 孔 ２８ 基板 ３０ 位置決めモータ ３４ 保持工具 ４０ シリンダ ４６ 工具の粗面 ４８ メカニカルスタッド ｔｄ 減速時間

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 毎回基板に対してほゞ同一の位置に熱可
    塑性ファスナを正確に方向付けて取付ける摩擦溶接方向
    付けシステムにおいて、前記基板へ融合される様に構成
    された熱可塑性ファスナを備え、該ファスナが、ベース
    と、該ベースに一体に成形された主留め具とを有し、該
    ベースが、該ファスナに加えられる回転力及び軸方向力
    の付加によって生じる摩擦熱で前記基板へ融合される様
    に構成された底面を有し、更に、該ファスナへ軸方向力
    を加える圧力装置と、前記基板に対して該ファスナを回
    転して、該ファスナの前記主留め具が毎回該基板に対し
    て同一の基準位置に正確に整合される様に予め設定した
    数だけ回転後に該ファスナの回転を自動的に停止するモ
    ータとを備えた摩擦溶接の方向付けシステム。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の摩擦溶接の方向付けシ
    ステムにおいて、前記モータが、前記予め設定した数だ
    け回転した後に、出発したのと同一の基準位置に停止す
    る様に正確に制御可能であるプログラム可能な直流サボ
    モータを備えた摩擦溶接の方向付けシステム。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の摩擦溶接の方向付けシ
    ステムにおいて、前記ベースの上面に係合する様に前記
    モータに作用可能に結合された保持工具を更に備え、該
    保持工具の底面が、前記ファスナと該保持工具との間の
    摩擦特性を増大する様に該ベースの上面に係合可能な粗
    面を有する摩擦溶接の方向付けシステム。
  4. 【請求項４】 請求項３に記載の摩擦溶接の方向付けシ
    ステムにおいて、前記ベースの上面も前記保持工具と前
    記ファスナとの間の相互の摩擦関係を更に増大する様に
    粗面にした摩擦溶接の方向付けシステム。
  5. 【請求項５】 請求項１に記載の摩擦溶接の方向付けシ
    ステムおいて、前記ベースが、前記基板への前記ファス
    ナの融合を向上するためにメカニカルスタッドを形成す
    る様に溶融プラスチックを収容する複数の孔を有する摩
    擦溶接の方向付けシステム。
  6. 【請求項６】 請求項２に記載の摩擦溶接の方向付けシ
    ステムにおいて、前記プログラム可能な直流サーボモー
    タが、正確な方向で前記ファスナを停止する様に、前記
    基板との界面における該熱可塑性ファスナの溶融後に所
    定に減速時間を有する摩擦溶接の方向付けシステム。
  7. 【請求項７】 基板へ摩擦溶接される様に構成され熱可
    塑性材料で一体に成形されたファスナにおいて、上面
    と、底面とを有するベースを備え、該ベースの底面が、
    前記ファスナへ加えられる回転力及び軸方向力の付加に
    よって生じる摩擦熱で前記基板へ融合される様に構成さ
    れ、更に、該ベースの前記上面に一体に成形された主留
    め具を備え、該ベースの該上面が、保持工具と前記ファ
    スナとの間の摩擦特性を増大する様に高速度回転工具に
    装着された保持工具の底面に係合可能な粗面を有するフ
    ァスナ部材。
  8. 【請求項８】 請求孔７に記載のファスナにおいて、前
    記保持工具の底面が、粗面を有するファスナ部材。
  9. 【請求項９】 請求項８に記載のファスナにおいて、前
    記ベースが、前記基板への前記ファスナの融合を向上す
    るためにメカニカルスタッドを形成する様に溶融するプ
    ラスチックを収容する複数の孔を有するファスナ。
  10. 【請求項１０】 基板に対してほゞ同一の位置に熱可塑
    性ファスナを毎回、正確に方向付けて取付ける方法にお
    いて、前記基板へ融合される様に構成された熱可塑性フ
    ァスナを供え、該ファスナが、ベースと、該ベースに一
    体に成形された主留め具とを有し、前記基板に対して該
    ファスナのベースの底面を回転し、該基板との界面にお
    ける前記熱可塑性ファスナの溶融が既に生じてしまって
    いる所定の減速時間後に、該ファスナの前記主留め具が
    毎回該基板に対して同一の基準位置に正確に整合される
    様に該ファスナの回転を停止する手順を備えた方法。
JP4247094A 1991-08-26 1992-08-25 摩擦溶接の方向付けシステム Expired - Lifetime JPH0745183B2 (ja)

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BR9203406A (pt) 1993-04-06
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