JPH0788663A - 軌道運動を発生する駆動装置を備えた摩擦溶接機 - Google Patents
軌道運動を発生する駆動装置を備えた摩擦溶接機Info
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- JPH0788663A JPH0788663A JP35934891A JP35934891A JPH0788663A JP H0788663 A JPH0788663 A JP H0788663A JP 35934891 A JP35934891 A JP 35934891A JP 35934891 A JP35934891 A JP 35934891A JP H0788663 A JPH0788663 A JP H0788663A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 改良された摩擦溶接機の提供
【構成】 電気的に駆動される摩擦溶接機において、摩
擦によって発生する溶融によって、結合すべき通常熱塑
性材料よりなる部品間のインターフェイスに軌道運動を
生じさせ、また往復振動力を発生するためにも操作でき
るように溶接すべき接手によって、軌道モードと往復モ
ードとを選択できる多用性を備えている。運動速度は、
溶接機の電磁力駆動電動機を操作するＡＣ電源の周波数
を調整することにより、駆動される構造の共振周波数の
近傍で、希望どおり制御できる。溶接すべき部品の一方
を保持し、そのインターフェイスを含む平面内で駆動さ
れるプレートは、駆動電動機の周りに配置され、その一
端をプレートに、反対側の一端を筒状構造物に取付けら
れている例えばロッドの配列によって、実質的な傾きを
生ずることなく、軌道面内の運動に対して、可撓性を持
って取付けられている。
擦によって発生する溶融によって、結合すべき通常熱塑
性材料よりなる部品間のインターフェイスに軌道運動を
生じさせ、また往復振動力を発生するためにも操作でき
るように溶接すべき接手によって、軌道モードと往復モ
ードとを選択できる多用性を備えている。運動速度は、
溶接機の電磁力駆動電動機を操作するＡＣ電源の周波数
を調整することにより、駆動される構造の共振周波数の
近傍で、希望どおり制御できる。溶接すべき部品の一方
を保持し、そのインターフェイスを含む平面内で駆動さ
れるプレートは、駆動電動機の周りに配置され、その一
端をプレートに、反対側の一端を筒状構造物に取付けら
れている例えばロッドの配列によって、実質的な傾きを
生ずることなく、軌道面内の運動に対して、可撓性を持
って取付けられている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、溶接機に関し、特に溶
接される部品の接合面が配置される面内で、軌道力を発
生し伝達するため、操作可能な電磁力によって駆動され
る溶接機に関する。本発明はまた、本質的に面外運動を
することなく、一つの面内に拘束された軌道運動によっ
て、溶接される部品を駆動する溶接機に使用するのに適
当した電磁式電動機に関する。
接される部品の接合面が配置される面内で、軌道力を発
生し伝達するため、操作可能な電磁力によって駆動され
る溶接機に関する。本発明はまた、本質的に面外運動を
することなく、一つの面内に拘束された軌道運動によっ
て、溶接される部品を駆動する溶接機に使用するのに適
当した電磁式電動機に関する。
【０００２】
【従来の技術】軌道運動は、デカルト座標系Ｘ，Ｙ，Ｚ
におけるＸ〜Ｙ面において、下記の通り、数学的に記述
することが可能である。 Ｘ0，Ｙ0，Ｚ0：静止時における位置座標 ｔ：秒で表示される時間 ω：１秒当りのラジアンで表示される円周方向の周波数 Ｘ（ｔ），Ｙ（ｔ），Ｚ（ｔ）：運動時の位置座標 とすると、 Ｘ（ｔ）＝Ｘ0＋Ａsinωｔ Ｙ（ｔ）＝Ｙ0＋Ｂsinωｔ Ｚ（ｔ）＝Ｚ0 で表示され、Ａ＝Ｂである。もしＡ≠Ｂのときは、軌道
運動は楕円となる。Ｚ＝０である面は、軌道面であっ
て、軌道力が発生される面である。
におけるＸ〜Ｙ面において、下記の通り、数学的に記述
することが可能である。 Ｘ0，Ｙ0，Ｚ0：静止時における位置座標 ｔ：秒で表示される時間 ω：１秒当りのラジアンで表示される円周方向の周波数 Ｘ（ｔ），Ｙ（ｔ），Ｚ（ｔ）：運動時の位置座標 とすると、 Ｘ（ｔ）＝Ｘ0＋Ａsinωｔ Ｙ（ｔ）＝Ｙ0＋Ｂsinωｔ Ｚ（ｔ）＝Ｚ0 で表示され、Ａ＝Ｂである。もしＡ≠Ｂのときは、軌道
運動は楕円となる。Ｚ＝０である面は、軌道面であっ
て、軌道力が発生される面である。
【０００３】Ｚ＝０の任意の値は、他の平行な軌道面を
示す。任意の軌道面Ｚ0に存在する小片は、Ｚ（ｔ）が
常数であるから、その面内にとどまっていることが判
る。一つの軌道力は、それと垂直な軸周りの軌道面内を
回転する一定の大きさを持った力のベクトルとして記述
できる。軌道面内では何処においても、この運動は、静
止時の座標Ｘ0，Ｙ0，Ｚ0とは無関係に同一に留まる。
（変位、速度および加速度ベクトルは一定である。）軌
道力が伝達され、かつこの軌道力による軌運動が拘束さ
れる面は、軌道面と呼ばれる。軌道力は、軌道力に垂直
な軸周りの軌道面内を回転する。
示す。任意の軌道面Ｚ0に存在する小片は、Ｚ（ｔ）が
常数であるから、その面内にとどまっていることが判
る。一つの軌道力は、それと垂直な軸周りの軌道面内を
回転する一定の大きさを持った力のベクトルとして記述
できる。軌道面内では何処においても、この運動は、静
止時の座標Ｘ0，Ｙ0，Ｚ0とは無関係に同一に留まる。
（変位、速度および加速度ベクトルは一定である。）軌
道力が伝達され、かつこの軌道力による軌運動が拘束さ
れる面は、軌道面と呼ばれる。軌道力は、軌道力に垂直
な軸周りの軌道面内を回転する。
【０００４】この発明による溶接機は、部品をその境界
面で溶解させ、そして冷間状態になって相互を組合せる
ように、溶接すべき面の界面に、摩擦加熱を発生させる
力（軌道力または並進振動力）によって、熱可塑性プラ
スチック部品の溶接に特に適当している。この発明およ
び電磁軌道駆動電動機は同様に他の応用も可能である。
並進（往復）振動モードによって、作動する摩擦溶接機
は、市販品を利用できる。このような溶接機は、電磁的
に駆動されるもの（１９７５年１１月１８日に発行され
た米国特許３，９２０，５０４を参照のこと）または油
圧で駆動されるものである。（Ｂｏｕｙｏｕｃｏｓ，Ｂ
ｅｈｎｆｅｌｄｔおよびＳｅｌｓａｍによる、１９７８
年４月２５日に発行された米国特許４,０８６,１２２を
参照のこと）。軌道力があり、特に溶接接手が形成され
る部品の境界面において、その表面を含む面内に基本的
に拘束されている軌道力を持った、摩擦溶接に適した油
圧式または電磁式駆動装置は、いずれも従来利用できな
かった。
面で溶解させ、そして冷間状態になって相互を組合せる
ように、溶接すべき面の界面に、摩擦加熱を発生させる
力（軌道力または並進振動力）によって、熱可塑性プラ
スチック部品の溶接に特に適当している。この発明およ
び電磁軌道駆動電動機は同様に他の応用も可能である。
並進（往復）振動モードによって、作動する摩擦溶接機
は、市販品を利用できる。このような溶接機は、電磁的
に駆動されるもの（１９７５年１１月１８日に発行され
た米国特許３，９２０，５０４を参照のこと）または油
圧で駆動されるものである。（Ｂｏｕｙｏｕｃｏｓ，Ｂ
ｅｈｎｆｅｌｄｔおよびＳｅｌｓａｍによる、１９７８
年４月２５日に発行された米国特許４,０８６,１２２を
参照のこと）。軌道力があり、特に溶接接手が形成され
る部品の境界面において、その表面を含む面内に基本的
に拘束されている軌道力を持った、摩擦溶接に適した油
圧式または電磁式駆動装置は、いずれも従来利用できな
かった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】軌道溶接は、力が並進
的であって、反対方向において、各変位の終点で、速度
が零となる即ち停止する線形振動溶接に勝る利点を備え
ている。摩擦溶接は、抵抗のプロセスであって熱は抵抗
力と、部品の相対速度の２乗との積に比例することによ
る。軌道運動においては、部品が摩擦され、融解点まで
加熱されるとき、速度は一定である。従って、往復溶接
に対する場合よりも、部品のより少い変位と、より少い
力によって、往復溶接によって発生すると同量の熱を発
生することが可能である。ピーク変位と速度の要求は、
２９％（２の平方根分の１）だけ減小する。変位の減少
によって、溶接される部品上に、より小さな溶接フラン
ジを使用することが可能となる。
的であって、反対方向において、各変位の終点で、速度
が零となる即ち停止する線形振動溶接に勝る利点を備え
ている。摩擦溶接は、抵抗のプロセスであって熱は抵抗
力と、部品の相対速度の２乗との積に比例することによ
る。軌道運動においては、部品が摩擦され、融解点まで
加熱されるとき、速度は一定である。従って、往復溶接
に対する場合よりも、部品のより少い変位と、より少い
力によって、往復溶接によって発生すると同量の熱を発
生することが可能である。ピーク変位と速度の要求は、
２９％（２の平方根分の１）だけ減小する。変位の減少
によって、溶接される部品上に、より小さな溶接フラン
ジを使用することが可能となる。
【０００６】振動また往復溶接では、部品は振動サイク
ルのいずれかの終点で停止するので、従って熱の発生は
周期的となる。軌道運動では、速度の大きさが一定であ
るので、接合点で一定の熱を発生し、従って軌道プロセ
スを使用することにより、少い変位で、迅速な溶接が可
能となる。
ルのいずれかの終点で停止するので、従って熱の発生は
周期的となる。軌道運動では、速度の大きさが一定であ
るので、接合点で一定の熱を発生し、従って軌道プロセ
スを使用することにより、少い変位で、迅速な溶接が可
能となる。
【０００７】軌道溶接は、また部品が一つの軸の周りを
回転するスピン溶接に勝る利点を持っている。スピン溶
接では、部品に及ぼす回転力および加熱効果は、スピン
運動をする部品の回転中心からの半径方向の距離によっ
て変化する。部品が接合される境界面を横断する半径方
向において、速度と加熱効果は、均一ではない。スピン
溶接は、また部品が形状的に円形であるものに、適用が
一般的に制限される。
回転するスピン溶接に勝る利点を持っている。スピン溶
接では、部品に及ぼす回転力および加熱効果は、スピン
運動をする部品の回転中心からの半径方向の距離によっ
て変化する。部品が接合される境界面を横断する半径方
向において、速度と加熱効果は、均一ではない。スピン
溶接は、また部品が形状的に円形であるものに、適用が
一般的に制限される。
【０００８】しかしながら、軌道運動による溶接には適
用不能であって、線形運動による溶接に適したものがあ
る。従って、要求により、線形往復運動または軌進運動
のいずれをも実施可能な溶接機を提供することが望まし
い。
用不能であって、線形運動による溶接に適したものがあ
る。従って、要求により、線形往復運動または軌進運動
のいずれをも実施可能な溶接機を提供することが望まし
い。
【０００９】
【問題を解決するための手段】往復溶接は、接合点が配
置されている面内、通常プラテン上の溶接ヘッド内に保
持されている面内で容易に行うことができる。溶接され
る部品の一方を、プレスまたはクランプ機構内の他の部
品に対して保持するプラテンは、部品を回転させ、かつ
部品間の接触をゆるめる傾向を持っているから、軌道面
内または軌道面と平行している追加的な運動を生じさせ
ないで、軌道運動を完成させることは困難である。運動
が本質的に一つの面（軌道面）内に限定されている摩擦
溶接機に使用するのに、特に適当した電磁軌道駆動装置
を備えていることが本発明の特徴である。
置されている面内、通常プラテン上の溶接ヘッド内に保
持されている面内で容易に行うことができる。溶接され
る部品の一方を、プレスまたはクランプ機構内の他の部
品に対して保持するプラテンは、部品を回転させ、かつ
部品間の接触をゆるめる傾向を持っているから、軌道面
内または軌道面と平行している追加的な運動を生じさせ
ないで、軌道運動を完成させることは困難である。運動
が本質的に一つの面（軌道面）内に限定されている摩擦
溶接機に使用するのに、特に適当した電磁軌道駆動装置
を備えていることが本発明の特徴である。
【００１０】従って、改善された摩擦溶接機を提供する
ことが、本発明の主な目的である。並進（往復）振動モ
ードまたは軌道モードを交互に作動可能とする改良され
た摩擦溶接機を提供することが、この発明のもつ一つの
目的である。駆動装置を内臓し、その中で、本質的に、
一つの軌道面内に拘束された軌道運動を提供する改良さ
れた電磁軌道駆動装置および摩擦溶接機を提供すること
が、本発明のさらにもう一つの目的である。
ことが、本発明の主な目的である。並進（往復）振動モ
ードまたは軌道モードを交互に作動可能とする改良され
た摩擦溶接機を提供することが、この発明のもつ一つの
目的である。駆動装置を内臓し、その中で、本質的に、
一つの軌道面内に拘束された軌道運動を提供する改良さ
れた電磁軌道駆動装置および摩擦溶接機を提供すること
が、本発明のさらにもう一つの目的である。
【００１１】
【作用】簡単に説明すると、境界面で、部品を摩擦溶接
するために、本発明を組み込んだ装置は、溶接接手が形
成されている部品の境界面で、部品を保持している間
に、その部品の他方に対して、少なくとも一方の部品
を、軌道運動をさせ乍ら、駆動する手段を備えている。
この駆動手段は電磁力を発生する手段からなり、軌道面
内で、軌道力を発生する。
するために、本発明を組み込んだ装置は、溶接接手が形
成されている部品の境界面で、部品を保持している間
に、その部品の他方に対して、少なくとも一方の部品
を、軌道運動をさせ乍ら、駆動する手段を備えている。
この駆動手段は電磁力を発生する手段からなり、軌道面
内で、軌道力を発生する。
【００１２】この溶接機はまた、軌道力に対応して、軌
道運動を実施する部品を取り付ける手段を備えており、
これによって、部品間の溶接される境界面を、軌道面内
に位置させる。この取付け手段は、望ましくは、軌道面
に平行なすべての方向において、同じ剛さを持った可撓
性のある要素の配列であって、例えば、一端を軌道力に
よって駆動される一枚の板に、他端をしっかりとした受
台に連結された電磁軌道駆動装置を取り囲んでいるロッ
ドである。
道運動を実施する部品を取り付ける手段を備えており、
これによって、部品間の溶接される境界面を、軌道面内
に位置させる。この取付け手段は、望ましくは、軌道面
に平行なすべての方向において、同じ剛さを持った可撓
性のある要素の配列であって、例えば、一端を軌道力に
よって駆動される一枚の板に、他端をしっかりとした受
台に連結された電磁軌道駆動装置を取り囲んでいるロッ
ドである。
【００１３】軌道速度（軌道上を駆動される部材の軌道
運動の速度）は、電磁軌道駆動装置に加えられる電流の
第３調和に対応して制御できることは、本発明に従っ
て、既に知られていることである。第３調和に対応し
て、ＡＣ電源の周波数は、好ましい周波数、望むらく
は、可撓性のあるばね支持を含めた軌道駆動構造の周波
数が共振する周波数である。
運動の速度）は、電磁軌道駆動装置に加えられる電流の
第３調和に対応して制御できることは、本発明に従っ
て、既に知られていることである。第３調和に対応し
て、ＡＣ電源の周波数は、好ましい周波数、望むらく
は、可撓性のあるばね支持を含めた軌道駆動構造の周波
数が共振する周波数である。
【００１４】本発明に関する前述の、および他の目的、
特徴および利点、ならびに目下知られた好ましい実施例
は、添付する図面を参照して、以下の説明を理解するこ
とにより明白となるであろう。
特徴および利点、ならびに目下知られた好ましい実施例
は、添付する図面を参照して、以下の説明を理解するこ
とにより明白となるであろう。
【００１５】
【実施例】図１および図２を参照すると、鋼管によって
製作された摩擦溶接機の作業台１０が示されている。ど
っしりとした支持板１２が、振動遮断またはショック防
止台１４上に取付けられ、これにより、支持板１２と、
溶接機の残りの部分が、作業台１０に取り付けられてい
る。支持板１２の質量は、できるだけこのシステムの可
動部分の質量よりも、より大きいことが望ましく、例え
ば、可動部分が約２５ポンドの質量であるとすると、２
００ポンドが望ましい。支持板１２は、例えば、板厚が
２インチで直径が２０インチが望ましい。前記の大きさ
は、例示した溶接機用のものである。
製作された摩擦溶接機の作業台１０が示されている。ど
っしりとした支持板１２が、振動遮断またはショック防
止台１４上に取付けられ、これにより、支持板１２と、
溶接機の残りの部分が、作業台１０に取り付けられてい
る。支持板１２の質量は、できるだけこのシステムの可
動部分の質量よりも、より大きいことが望ましく、例え
ば、可動部分が約２５ポンドの質量であるとすると、２
００ポンドが望ましい。支持板１２は、例えば、板厚が
２インチで直径が２０インチが望ましい。前記の大きさ
は、例示した溶接機用のものである。
【００１６】もし必要であれば、電磁軌道駆動装置は小
形に製造することが可能であって、現在市販品として利
用可能であり前記引用特許で記述されている振動溶接機
よりも、はるかに小形なものを製作できることは、評価
する必要がある。例えば溶接機の溶接ヘッド１６は超音
波ヘッドと比較できる大きさまで、寸法的に小さくする
ことが可能である。高い出力が望ましいときは、出力を
供給する複数個の駆動装置を使用できる。２個の駆動装
置を使用した溶接機が、図９から図１１と関連して、以
下に説明されている。
形に製造することが可能であって、現在市販品として利
用可能であり前記引用特許で記述されている振動溶接機
よりも、はるかに小形なものを製作できることは、評価
する必要がある。例えば溶接機の溶接ヘッド１６は超音
波ヘッドと比較できる大きさまで、寸法的に小さくする
ことが可能である。高い出力が望ましいときは、出力を
供給する複数個の駆動装置を使用できる。２個の駆動装
置を使用した溶接機が、図９から図１１と関連して、以
下に説明されている。
【００１７】溶接ヘッド１６は、電磁駆動装置すなわち
電動機２０を内蔵した開口を持った筒状構造物１８を備
えている。フランジ２２は筒状構造物を、しっかりとし
た支持板１２に結合している。
電動機２０を内蔵した開口を持った筒状構造物１８を備
えている。フランジ２２は筒状構造物を、しっかりとし
た支持板１２に結合している。
【００１８】電動機２０は、固定子３０上の、コイル２
４，２６および２８に供給される３相ＡＣ電源によって
駆動されるようになっている（図３を参照のこと）。固
定子３０は、電動機に使用されているタイプの鋼板を積
層した磁性材料よりなる単体であって、筒状構造物１８
に溶接で取付けられているリング３４上に、ボルト３２
によって、スタック状に配置されている。この固定子３
０は、一般的に切断面が三角形状であって、三角形の頂
点は、材料とスペースを節約するため切断されている。
固定子は、コイルによって発生する磁力線に対して、磁
気戻リン通路を与えるリングは限定している。
４，２６および２８に供給される３相ＡＣ電源によって
駆動されるようになっている（図３を参照のこと）。固
定子３０は、電動機に使用されているタイプの鋼板を積
層した磁性材料よりなる単体であって、筒状構造物１８
に溶接で取付けられているリング３４上に、ボルト３２
によって、スタック状に配置されている。この固定子３
０は、一般的に切断面が三角形状であって、三角形の頂
点は、材料とスペースを節約するため切断されている。
固定子は、コイルによって発生する磁力線に対して、磁
気戻リン通路を与えるリングは限定している。
【００１９】コイル２６，２８および２４が夫々巻きつ
けられている電極３８，４０および４２は、三角形状の
各頂角の二等分線で決定されている中心軸に対して、内
側に突出している。
けられている電極３８，４０および４２は、三角形状の
各頂角の二等分線で決定されている中心軸に対して、内
側に突出している。
【００２０】コイルを２つのセクションに巻き、取付を
容易にするため、両者を連結してもよい。図示のよう
に、固定子の電極４４，４６および４８の周囲に配置さ
れたコイルを使用することが望ましいが、コイルはボル
ト３２が示されている固定子のコーナー部分の周りに巻
きつけてもよい。代表的な電動機では、固定子電極の面
４４，４６および４８は、近似的に３平方インチあれば
よい。代表的な電動機の捲き数は２００あればよい。
容易にするため、両者を連結してもよい。図示のよう
に、固定子の電極４４，４６および４８の周囲に配置さ
れたコイルを使用することが望ましいが、コイルはボル
ト３２が示されている固定子のコーナー部分の周りに巻
きつけてもよい。代表的な電動機では、固定子電極の面
４４，４６および４８は、近似的に３平方インチあれば
よい。代表的な電動機の捲き数は２００あればよい。
【００２１】電動機は回転子５０を備えており、これは
固定子と同様に積層材のスタックからなる磁性材料から
作られた単体であって、ワッシヤー５２と、スタッブ５
４との間に、ボルト５６で締め付けられている。
固定子と同様に積層材のスタックからなる磁性材料から
作られた単体であって、ワッシヤー５２と、スタッブ５
４との間に、ボルト５６で締め付けられている。
【００２２】回転子は、一般に断面が三角形であって、
その側面（正三角形の側面）に沿って、電極面がある。
これらの面５８，６０および６２は、（図３を参照のこ
と）固定子電極面４４，４６および４８と対向してお
り、空隙によって分離されている。各空隙の巾は、例え
ば、０.０５０インチあればよい。すべての電極面および
空隙は回転子の中心軸に対して、対称に配置されてい
る。この軸は長手方向のボルト５６の中心軸である。空
隙巾は、固定子のピーク軌道運動よりも大きいことが望
ましく、例えば０.０２１インチであれば、回転子は固定
子と衝突することはない。
その側面（正三角形の側面）に沿って、電極面がある。
これらの面５８，６０および６２は、（図３を参照のこ
と）固定子電極面４４，４６および４８と対向してお
り、空隙によって分離されている。各空隙の巾は、例え
ば、０.０５０インチあればよい。すべての電極面および
空隙は回転子の中心軸に対して、対称に配置されてい
る。この軸は長手方向のボルト５６の中心軸である。空
隙巾は、固定子のピーク軌道運動よりも大きいことが望
ましく、例えば０.０２１インチであれば、回転子は固定
子と衝突することはない。
【００２３】回転子はボルトで、（その一つ６４が図１
に示されている。）円形であって、溶接機のプラテン７
０に対してボルトで結合されている筒状フランヂ６８を
備えた駆動板６６に取り付けられている。このプラテン
７０は、溶接フランヂ８０によって一方の部品８２に溶
接される部品７８を保持している治工具７６の軌道面を
移動可能な部品７２に結合されている。溶接フランヂ８
０は、その部品の境界面８４を決定する溶接面を有す
る。下側に置かれている部品８２は、治工具７６の下部
７４内に、固定して支持されている。この下部側半分
は、油圧シリンダ８８によって垂直方向に往復可能な締
め板８６上に取りつけられておるので、部品７８，８２
は境界面８４において、充分な力で締め付けられ、上部
の部品７８が電動機２０によって、軌道上を動く際に、
熱が発生し境界面で融解を生ずる。
に示されている。）円形であって、溶接機のプラテン７
０に対してボルトで結合されている筒状フランヂ６８を
備えた駆動板６６に取り付けられている。このプラテン
７０は、溶接フランヂ８０によって一方の部品８２に溶
接される部品７８を保持している治工具７６の軌道面を
移動可能な部品７２に結合されている。溶接フランヂ８
０は、その部品の境界面８４を決定する溶接面を有す
る。下側に置かれている部品８２は、治工具７６の下部
７４内に、固定して支持されている。この下部側半分
は、油圧シリンダ８８によって垂直方向に往復可能な締
め板８６上に取りつけられておるので、部品７８，８２
は境界面８４において、充分な力で締め付けられ、上部
の部品７８が電動機２０によって、軌道上を動く際に、
熱が発生し境界面で融解を生ずる。
【００２４】境界面で、回転子５０の傾きを防止するた
め、（この傾きは溶接面での接触損失を生じ、上部の溶
接部品７８が、軌道運動を行う際に発生する摩擦力を減
小させる。）回転子５０と上部部品７８は、８４で示さ
れる水平な軌道面内に保持される。これは回転子５０用
の可撓性のあるばね支持システムと、駆動板６６と、プ
ラテン７０と、これに取り付けられている治工具部材７
２とによって可能になる。
め、（この傾きは溶接面での接触損失を生じ、上部の溶
接部品７８が、軌道運動を行う際に発生する摩擦力を減
小させる。）回転子５０と上部部品７８は、８４で示さ
れる水平な軌道面内に保持される。これは回転子５０用
の可撓性のあるばね支持システムと、駆動板６６と、プ
ラテン７０と、これに取り付けられている治工具部材７
２とによって可能になる。
【００２５】この可撓性のある支持装置は、プラテンの
運動を安定させ、軌道力を、軌道面内に維持するため
に、固定子−回転子系の外側に取り付けられたロッド９
０の対称的な配列から構成されている。これらのロッド
は、その軸（すなわち、軌動面に対して平行な）周りの
方向において、等しい剛さを備えている。円周方向に隣
接した、ロッド９０は、夫々ずれており、交互のロッド
は、半径方向で、電動機２０の軸に接近したり、離反し
たりしている。この配列は、軌道面から外れた傾斜運動
に対して拘束力を及ぼす。この配列はまた軌道上を運動
する部品（回転子５０と、治具部分７２と、これらに結
合されている部品）は、軌道運動の周期と共振する一つ
の機械系である。これは固定子電極３８，４０および４
２上の、コイル２４，２６および２８に加えられるＡＣ
電源の周波数の２倍である。この周波数を持つ運動は、
電磁力が電極面間の空隙を流れる磁束の二乗に比例する
ので、従ってコイルに加えられる電圧の二乗に比例す
る。
運動を安定させ、軌道力を、軌道面内に維持するため
に、固定子−回転子系の外側に取り付けられたロッド９
０の対称的な配列から構成されている。これらのロッド
は、その軸（すなわち、軌動面に対して平行な）周りの
方向において、等しい剛さを備えている。円周方向に隣
接した、ロッド９０は、夫々ずれており、交互のロッド
は、半径方向で、電動機２０の軸に接近したり、離反し
たりしている。この配列は、軌道面から外れた傾斜運動
に対して拘束力を及ぼす。この配列はまた軌道上を運動
する部品（回転子５０と、治具部分７２と、これらに結
合されている部品）は、軌道運動の周期と共振する一つ
の機械系である。これは固定子電極３８，４０および４
２上の、コイル２４，２６および２８に加えられるＡＣ
電源の周波数の２倍である。この周波数を持つ運動は、
電磁力が電極面間の空隙を流れる磁束の二乗に比例する
ので、従ってコイルに加えられる電圧の二乗に比例す
る。
【００２６】回転子上の力は、周波数が２倍となること
によって、各々の電極に於ける位相から６０°ずれた３
相の磁束によって発生するので、軌道運動が起るという
ことは評価すべきことである。軌道面内の任意の点にお
いて、この力は同一の方向を取る変位、速度または加速
度ベクトルに分解される運動を発生し、夫々が軌道面に
平行な換言すると、軌道軸と垂直な）ベクトルによって
表わすことができ、そして、振幅はＡＣ電源の周波数
（すなわちＡＣ電源の周波数の２倍のサインおよびコサ
インに比例する。
によって、各々の電極に於ける位相から６０°ずれた３
相の磁束によって発生するので、軌道運動が起るという
ことは評価すべきことである。軌道面内の任意の点にお
いて、この力は同一の方向を取る変位、速度または加速
度ベクトルに分解される運動を発生し、夫々が軌道面に
平行な換言すると、軌道軸と垂直な）ベクトルによって
表わすことができ、そして、振幅はＡＣ電源の周波数
（すなわちＡＣ電源の周波数の２倍のサインおよびコサ
インに比例する。
【００２７】ここで説明を加えたように、軌道運動は数
学的にＸ，Ｙ軌道面（軌道面ではＺ＝０であって、これ
と平行な軌道面を示す一定値を取るものである）におけ
る位置座標Ｘ，Ｙ，およびＺ項で記述される。ここでＸ
およびＹは軌動面内の任意の原点から測定され、Ｘ0,Ｙ
0およびＺ0は静止時の位置座標であり、ｔは秒で表示し
た時間であり、そしてωは１秒当りのラジアンで表示し
た半径方向の周波数とすると、軌道面内の運動は Ｘ（ｔ）＝Ｘ0＋Ａsinωｔ および Ｙ（ｔ）＝Ｙ0＋Ｂcosωt となる。
学的にＸ，Ｙ軌道面（軌道面ではＺ＝０であって、これ
と平行な軌道面を示す一定値を取るものである）におけ
る位置座標Ｘ，Ｙ，およびＺ項で記述される。ここでＸ
およびＹは軌動面内の任意の原点から測定され、Ｘ0,Ｙ
0およびＺ0は静止時の位置座標であり、ｔは秒で表示し
た時間であり、そしてωは１秒当りのラジアンで表示し
た半径方向の周波数とすると、軌道面内の運動は Ｘ（ｔ）＝Ｘ0＋Ａsinωｔ および Ｙ（ｔ）＝Ｙ0＋Ｂcosωt となる。
【００２８】方程式中のｘ（ｔ）およびＹ（ｔ）に対す
るＡおよびＢが相異しているときは、軌道運動は楕円と
なる。軌道面内を通じ、任意の原点から、軌道運動が観
察される一つの点に対する距離如何に拘らず、運動は同
一（変位、速度および加速度ベクトルは一定である）状
態である。
るＡおよびＢが相異しているときは、軌道運動は楕円と
なる。軌道面内を通じ、任意の原点から、軌道運動が観
察される一つの点に対する距離如何に拘らず、運動は同
一（変位、速度および加速度ベクトルは一定である）状
態である。
【００２９】図３，４および５を参照すると、コイル２
４はコイル１と指定され、コイル２６はコイル２と指定
され、コイル２８はコイル３と指定されていることが了
解される。これ等のコイルは、図４に示されているよう
に、円で囲まれた数値で指示されている捲線の端点と、
デルタ結線されており、デルタ結線されたコイルの端部
は、φ１，φ２，φ３と指定されている三相電源線に結
線されている。代りに、もしデルタ結線よりも、小さな
電力が望ましいときは、コイルは図５に示すように、Ｙ
形状に結線される。Ｙ結線モードでは、出力はデルタ結
線による出力の１／３となり、回線を流れる電流もまた
１／３となる。
４はコイル１と指定され、コイル２６はコイル２と指定
され、コイル２８はコイル３と指定されていることが了
解される。これ等のコイルは、図４に示されているよう
に、円で囲まれた数値で指示されている捲線の端点と、
デルタ結線されており、デルタ結線されたコイルの端部
は、φ１，φ２，φ３と指定されている三相電源線に結
線されている。代りに、もしデルタ結線よりも、小さな
電力が望ましいときは、コイルは図５に示すように、Ｙ
形状に結線される。Ｙ結線モードでは、出力はデルタ結
線による出力の１／３となり、回線を流れる電流もまた
１／３となる。
【００３０】共振時のデルタ結線では、ＡＣ電流の基本
よりも、１６ｄＢだけ低いコイル電流の三次調和を持
ち、一方ＡＣ駆動による電流は基本よりも２８ｄＢだけ
低い五次調和を持っている。これにより、デルタ結線は
ＡＣ駆動による電流の調和を減少させることが判る。
よりも、１６ｄＢだけ低いコイル電流の三次調和を持
ち、一方ＡＣ駆動による電流は基本よりも２８ｄＢだけ
低い五次調和を持っている。これにより、デルタ結線は
ＡＣ駆動による電流の調和を減少させることが判る。
【００３１】図９,１０,１１に示すように、もし二個の
軌道電動機を機械的に同じ負荷（同じ駆動板）に連結す
れば、並進（往復）振動力を選択できる。
軌道電動機を機械的に同じ負荷（同じ駆動板）に連結す
れば、並進（往復）振動力を選択できる。
【００３２】代りに、電極面の一つに向いた方向で、往
復（線形的な振動）を得るために、単相軌道駆動装置を
用いて単相駆動を使用することができる。これは、各コ
イルを、２つのセクションに分割し、従って、コイル１
をコイル１Ａおよび１Ｂに、コイル２をコイル２Ａ，２
Ｂに、コイル３をコイル３Ａ，３Ｂに分割することによ
って可能となる。
復（線形的な振動）を得るために、単相軌道駆動装置を
用いて単相駆動を使用することができる。これは、各コ
イルを、２つのセクションに分割し、従って、コイル１
をコイル１Ａおよび１Ｂに、コイル２をコイル２Ａ，２
Ｂに、コイル３をコイル３Ａ，３Ｂに分割することによ
って可能となる。
【００３３】これらのコイルの端点は、図６および７に
示されているように、順次１Ａ１，１Ａ２，……３Ｂ
１，３Ｂ２のように記号をつける。例えば、コイル１Ａ
と１Ｂを並列に、他のコイルを直列に連結するように、
選択的に結合することにより、コイル１が捲き付けられ
ている極面に向っている回転子上に、線形な振動（往
復）力が発生される。
示されているように、順次１Ａ１，１Ａ２，……３Ｂ
１，３Ｂ２のように記号をつける。例えば、コイル１Ａ
と１Ｂを並列に、他のコイルを直列に連結するように、
選択的に結合することにより、コイル１が捲き付けられ
ている極面に向っている回転子上に、線形な振動（往
復）力が発生される。
【００３４】単相のＡＣ電力（例えば図７に示されてい
るように、ＡＣ回線の第２相および第３相間の電力）
が、並列に接続されたコイル１Ａおよび１Ｂに加えられ
ると、往復力は近似的に軌道力のピーク時の大きさの半
分となる。単相の軌動動力を受け入れ、直列または並列
結線に、三方向のうちの希望する方向へ線形振動力を供
給できるように、適当な切換装置を使用することができ
る。
るように、ＡＣ回線の第２相および第３相間の電力）
が、並列に接続されたコイル１Ａおよび１Ｂに加えられ
ると、往復力は近似的に軌道力のピーク時の大きさの半
分となる。単相の軌動動力を受け入れ、直列または並列
結線に、三方向のうちの希望する方向へ線形振動力を供
給できるように、適当な切換装置を使用することができ
る。
【００３５】図１および図２に示されている形状に於て
は、並列結線コイルを、電極３８上のコイルとすること
が好ましい。これにより、振動往復の線形方向は、溶接
機の端点９２および９４間の線に沿うことになる。
は、並列結線コイルを、電極３８上のコイルとすること
が好ましい。これにより、振動往復の線形方向は、溶接
機の端点９２および９４間の線に沿うことになる。
【００３６】図８を参照すると、これまでの図面で表示
されている電磁軌道駆動電動機の速度制御システムが示
されている。本発明に従って、電動機のコイルを通過す
る電流の第３次調和は、軌道速度をモニターすることに
使用できることが発見されている。軌道速度は従って電
動機２０のコイルの供給される３相のＡと電力の周波数
を制御することに使用できる。
されている電磁軌道駆動電動機の速度制御システムが示
されている。本発明に従って、電動機のコイルを通過す
る電流の第３次調和は、軌道速度をモニターすることに
使用できることが発見されている。軌道速度は従って電
動機２０のコイルの供給される３相のＡと電力の周波数
を制御することに使用できる。
【００３７】電力の周波数は可変周波数電動機制御器９
６によって制御される。これは市販品のタイプのものが
使用でき、アナログ式でゆっくりと変化する、すなわち
ｄｃ信号（ＦＲＥＱ）によって駆動される。このＦＲＥ
Ｑは、電動機駆動電圧を電動機２０へ供給する制御器９
６から出力線上の三相出力（３φ）の周波数を制御す
る。
６によって制御される。これは市販品のタイプのものが
使用でき、アナログ式でゆっくりと変化する、すなわち
ｄｃ信号（ＦＲＥＱ）によって駆動される。このＦＲＥ
Ｑは、電動機駆動電圧を電動機２０へ供給する制御器９
６から出力線上の三相出力（３φ）の周波数を制御す
る。
【００３８】いずれかのコイルを通過する電圧Ｅ1およ
び電流Ｉ1が、次の方程式に従ってアナログまたはデジ
タル計算を実施する回路である速度識別器９０に加えら
れる。 ｜Ｖ｜＝Ｋ×｜Ｉ1 (3)｜×ＦＲＥＱ2／｜Ｅ1 (1)｜＝軌
道速度の大きさ 負荷＝Ｅ1 (1)−Ｉ1 (3)＝０ 共振するとき ＜０ 共振するとき ＞０ 共振するとき
び電流Ｉ1が、次の方程式に従ってアナログまたはデジ
タル計算を実施する回路である速度識別器９０に加えら
れる。 ｜Ｖ｜＝Ｋ×｜Ｉ1 (3)｜×ＦＲＥＱ2／｜Ｅ1 (1)｜＝軌
道速度の大きさ 負荷＝Ｅ1 (1)−Ｉ1 (3)＝０ 共振するとき ＜０ 共振するとき ＞０ 共振するとき
【００３９】前記方程式より、負荷の位相角度は、コイ
ルを横断する電圧の基本波と、コイルＥ1 (1)およびＩ1
(3)内の電流の第3次調和との間の位相角度として表わさ
れることが明らかとなる。速度識別器からの出力は、負
荷の速度および負荷の位相角度を指示する信号である。
ルを横断する電圧の基本波と、コイルＥ1 (1)およびＩ1
(3)内の電流の第3次調和との間の位相角度として表わさ
れることが明らかとなる。速度識別器からの出力は、負
荷の速度および負荷の位相角度を指示する信号である。
【００４０】負荷は可撓性のある支持系に移され、負荷
の質量と支持系の剛さとによって、その機械系の共振周
波数が決定される。共振するときは位相角は０であり、
共振以下では負数となり、共振以上では正数となる。
の質量と支持系の剛さとによって、その機械系の共振周
波数が決定される。共振するときは位相角は０であり、
共振以下では負数となり、共振以上では正数となる。
【００４１】駆動周波数（前述の図面で表示されている
軌道電動機のＡＣ電力の周波数の２倍である）。このシ
ステムは周波数制御器１００を使用しているが、これは
アナログまたはデジタル・コンピューターのいずれでも
よく、速度識別器９８から出力される速度｜Ｖ｜と負荷
に位相角との間の差に応答する。
軌道電動機のＡＣ電力の周波数の２倍である）。このシ
ステムは周波数制御器１００を使用しているが、これは
アナログまたはデジタル・コンピューターのいずれでも
よく、速度識別器９８から出力される速度｜Ｖ｜と負荷
に位相角との間の差に応答する。
【００４２】駆動周波数（前出の付図において、説明さ
れている軌道電動機のＡＣ動力の周波数の２倍である）
は共振周波数以下であって、速度を増加させる駆動周波
数を増加させる。
れている軌道電動機のＡＣ動力の周波数の２倍である）
は共振周波数以下であって、速度を増加させる駆動周波
数を増加させる。
【００４３】負荷の位相角が負である限りは、周波数は
共振周波数以下である。負荷角度が０に達すると、この
システムは共振状態となり、更に周波数が増えても速度
は増加しない。
共振周波数以下である。負荷角度が０に達すると、この
システムは共振状態となり、更に周波数が増えても速度
は増加しない。
【００４４】周波数制御器１００は、そこで以下の方程
式と歩調を合わせて作動する。もし｜Ｖ｜＜Ｖ0および
負荷（ＬＯＡＤ)＜０であればＦＲＥＱは増加し、もし
｜Ｖ｜＞Ｖ0であれば、ＦＲＥＱは低下する。
式と歩調を合わせて作動する。もし｜Ｖ｜＜Ｖ0および
負荷（ＬＯＡＤ)＜０であればＦＲＥＱは増加し、もし
｜Ｖ｜＞Ｖ0であれば、ＦＲＥＱは低下する。
【００４５】そして周波数制御器に入力信号を供給する
制御器９６が応答する。更に速度制御としては、すべて
の３個のコイルを横切る電流は、各コイルで測定される
速度の平均値を与えるようにモニターされ、従って制御
解を改善する。
制御器９６が応答する。更に速度制御としては、すべて
の３個のコイルを横切る電流は、各コイルで測定される
速度の平均値を与えるようにモニターされ、従って制御
解を改善する。
【００４６】図９，１０および１１を参照すると、夫々
の設計が、図１，２および３に示されている溶接機の電
動機２０と同一の設計である、２個の電磁軌道駆動電動
機１０４および１０６を備えた摩擦溶接１０２が示され
ている。この溶接機は、衝撃緩和装置２０上に取りつけ
られている、がっしりとした支持板１０８が、作業台１
１２上に取り付けられている。油圧で往復運動をするプ
ラテン１１４上に、静止治工具１１６が塔載されてい
る。
の設計が、図１，２および３に示されている溶接機の電
動機２０と同一の設計である、２個の電磁軌道駆動電動
機１０４および１０６を備えた摩擦溶接１０２が示され
ている。この溶接機は、衝撃緩和装置２０上に取りつけ
られている、がっしりとした支持板１０８が、作業台１
１２上に取り付けられている。油圧で往復運動をするプ
ラテン１１４上に、静止治工具１１６が塔載されてい
る。
【００４７】溶接される静止部材は、薄い熱可塑性板１
１８として図示されている。運動する部品１２０は、治
工具の上側部分１２２内に取付けられている。この部品
１２２は、プラテン１２６に連結されている。このプラ
テン１２６は、（図示しない）駆動板または直接、電動
機１０４および１０６の回転子１２８および１３０に直
接取り付けられている。
１８として図示されている。運動する部品１２０は、治
工具の上側部分１２２内に取付けられている。この部品
１２２は、プラテン１２６に連結されている。このプラ
テン１２６は、（図示しない）駆動板または直接、電動
機１０４および１０６の回転子１２８および１３０に直
接取り付けられている。
【００４８】図１１は、電動機１０４のコイル１，コイ
ル２，コイル３および電動機１０６の固定子上のコイル
１，コイル２およびコイル３を示している。３極スイッ
チは、φ１，φ２およびφ３で示されている回線に加え
られている３相動力を、コイル１，２，および３との結
線を変更する。これはモード選択スイッチである。この
スイッチは、各電動機に供給される力の２倍の力を、駆
動板２６に、軌道力を発生させる為に供給する。これに
代って、電動機は、モード選択スイッチによって、各電
動機が、任意の極に対して発生させる力の２倍のピーク
時の大きさの往復力を発生するために操作される。
ル２，コイル３および電動機１０６の固定子上のコイル
１，コイル２およびコイル３を示している。３極スイッ
チは、φ１，φ２およびφ３で示されている回線に加え
られている３相動力を、コイル１，２，および３との結
線を変更する。これはモード選択スイッチである。この
スイッチは、各電動機に供給される力の２倍の力を、駆
動板２６に、軌道力を発生させる為に供給する。これに
代って、電動機は、モード選択スイッチによって、各電
動機が、任意の極に対して発生させる力の２倍のピーク
時の大きさの往復力を発生するために操作される。
【００４９】換言すると、駆動板１２６に加えられ、続
いて可動部品１２０に加えられる電動機によって供給さ
れる力の和のピーク時の大きさは、単一の電動機の軌道
力のピーク時の大きさの２倍に等しくなる。
いて可動部品１２０に加えられる電動機によって供給さ
れる力の和のピーク時の大きさは、単一の電動機の軌道
力のピーク時の大きさの２倍に等しくなる。
【００５０】
【発明の効果】これまでの説明により、特に使用に適し
た改良された摩擦溶接機および改良された軌道電磁駆動
装置（すなわち電動機）が提供されることは明白であろ
う。ここで説明した溶接機および電動機の本発明の要旨
内の改変は、本発明の範囲に含まれるものであり、疑い
もなく、この業界の熟練者にとって自明である。例え
ば、速度制御に置いて、三つのコイルすべてに流れる電
流は監視されて、各コイルによって測定される速度の平
均値を出し、それによって制御制度を改良することがで
きる。従って、これまで述べてきた説明は、説明のため
のものであって、発明を限定する意味のものではない。
た改良された摩擦溶接機および改良された軌道電磁駆動
装置（すなわち電動機）が提供されることは明白であろ
う。ここで説明した溶接機および電動機の本発明の要旨
内の改変は、本発明の範囲に含まれるものであり、疑い
もなく、この業界の熟練者にとって自明である。例え
ば、速度制御に置いて、三つのコイルすべてに流れる電
流は監視されて、各コイルによって測定される速度の平
均値を出し、それによって制御制度を改良することがで
きる。従って、これまで述べてきた説明は、説明のため
のものであって、発明を限定する意味のものではない。
【００５１】
【図１】本発明を組み込んだ摩擦溶接機の断面を示す正
面図であり、断面は、図２に示す線Ｌ−１に沿って取っ
たものである。
面図であり、断面は、図２に示す線Ｌ−１に沿って取っ
たものである。
【図２】電磁駆動電動機および軌道面内の軌道運動を提
供する支持部分をより詳細に示すため、部分断面を含ん
だ図１に示した溶接機の平面図である。
供する支持部分をより詳細に示すため、部分断面を含ん
だ図１に示した溶接機の平面図である。
【図３】軌道駆動電動機および、そのコイルの結線を示
した、より詳細なダイアグラムであり、コイルは図面内
に図式で示されている。
した、より詳細なダイアグラムであり、コイルは図面内
に図式で示されている。
【図４】全出力および最小の電流歪みを得るための、軌
道電動機のコイルのデルタ結線を示す図式ダイアグラム
である。
道電動機のコイルのデルタ結線を示す図式ダイアグラム
である。
【図５】図４に示すデルタ結線のコイル形状の１／３の
出力を生ずる電磁軌道電動機コイルのＹ結線を示す図式
ダイアグラムである。
出力を生ずる電磁軌道電動機コイルのＹ結線を示す図式
ダイアグラムである。
【図６】図３に示された、軌道力の半分の大きさの軌道
力または振動並進（往復）力を生ずる選択的に結合可能
なコイルを備えた電磁軌道電動機の固定子を示した図３
と同様な図式ダイアグラムである。
力または振動並進（往復）力を生ずる選択的に結合可能
なコイルを備えた電磁軌道電動機の固定子を示した図３
と同様な図式ダイアグラムである。
【図７】ピーク時の大きさが、ピーク軌道力の１／２に
等しい往復力を出力するためのコイル結線を示す図式ダ
イアグラムである。
等しい往復力を出力するためのコイル結線を示す図式ダ
イアグラムである。
【図８】前記図面で表示された電磁軌道／振動電動機に
ついて、速度制御システムを図式で示したブロックダイ
アグラムである。
ついて、速度制御システムを図式で示したブロックダイ
アグラムである。
【図９】軌道または往復駆動モードで操作できる、２個
の電磁軌道駆動電動機を備えた、軌道／振動摩擦溶接機
を説明するため、部分的に破断した正面図である。
の電磁軌道駆動電動機を備えた、軌道／振動摩擦溶接機
を説明するため、部分的に破断した正面図である。
【図１０】図９に示す溶接機の平面図である。
【図１１】正味の軌道または振動（往復力）のいずれか
を選択できるように、スィッチ機構を備えた、２個の軌
道電磁駆動電動機回路の図式ダイアグラムである。
を選択できるように、スィッチ機構を備えた、２個の軌
道電磁駆動電動機回路の図式ダイアグラムである。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年８月８日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正内容】
【発明の名称】 軌道運動を発生する駆動装置を備えた
摩擦溶接機
摩擦溶接機
Claims (45)
- 【請求項１】 部品をその境界面で接触させながら、前
記部品の一方を、他方に関して軌道運動によって駆動す
る手段から構成されており、前記の駆道運動が、 一つの軌道面内で軌動力を発生する力発生手段と、前記
部品の一方を、部品の境界面が、前記軌道面にあると
き、前記軌道力に応答して軌道運動を行なうように、前
記部品の一方を取付ける手段とから構成されている、境
界面において前記部品を摩擦溶接する装置。 - 【請求項２】 前記電磁力発生手段が、前記軌道面に垂
直な中心軸を持つ回子を備えた磁性材料よりなる単体
と、円周上に３６０°/Ｎ(Ｎは前記軸周りの電極数であ
って、３以上の整数）角度で分布されている複数個の電
極と、夫々が前記回転子の電極の異った一つに対向した
複数個の電極を持ち前記回転子の周囲に配設された固定
子とよりなり、前記回転子が前記取り付け手段によって
取り付けられており、それにより前記部品のひとつに、
前記軌道内面で軌道運動を行わせる請求項１に記載され
る装置。 - 【請求項３】 前記回転子および前記固定子の電極が、
前記軌道面に垂直であり、前記電磁手段が、前記回転子
を通じて前記軸に向う磁束をつくり出すために、前記固
定子電極と磁気的に結合されている磁気束発生コイルを
備えている請求項２に記載される装置。 - 【請求項４】 前記固定子が前記回転子をリング状に取
り囲んだ磁気材料よりなる単体であって、前記固定子か
ら突出した固定子電極が、前記磁束の戻り回路を決定し
ている請求項３に記載される装置。 - 【請求項５】 前記固定子電極と前記回転子電極とが相
互に空隙を介して対向した面を持ち、その空隙巾が、前
記面に垂直な線上で測るとき、前記軌道力と応答する前
記回転の最大変位よりも小さい請求項４に記載される装
置。 - 【請求項６】 前記回転子が、前記軸に対して垂直な面
内で一般的に三角形状であり、前記回転子の各平面が前
記三角状の異った側面上にある、請求項５に記載される
装置。 - 【請求項７】 前記電極が１２０°離れており、かつ３
相ＡＣ電力の異なる相が前記固定子のコイルに加えられ
る請求項６に記載される装置。 - 【請求項８】 前記回転子体および前記固定子体が、積
層された磁性材料の異なる積み重ねから構成されている
請求項４に記載される装置。 - 【請求項９】 前記コイルがデルタ形状に連結されてい
る請求項７で請求すた装置。 - 【請求項１０】 前記コイルがＹ形状に連結されている
請求項７に記載される装置。 - 【請求項１１】 前記取り付け手段は、前記回転子が取
り付けられているプレートと、前記回転子とともに一つ
の面内で軌道運動をするための前記プレートを支持する
撓み手段と、前記固定子を固着し、前記撓み手段を定着
させるためのがっしりとしたサポートから構成されてい
る請求項２に記載される装置。 - 【請求項１２】 前記撓み手段が、その軌道運動を行う
前記プレートの平面において、すべての方向に対して同
一の剛さを持つばね手段から構成されている請求項１１
に記載される装置。 - 【請求項１３】 前記電磁力発生手段が、ＡＣ電力で操
作される固定子コイル手段を含み、前記据付け手段が、
前記プレートおよび前記回転子および前記部品の一方を
含み、内在する振動が、近似的に前記ＡＣ電力の周波数
の２倍となるように限定された全重量および剛さを持っ
ている請求項１２に記載される装置。 - 【請求項１４】 前記ばねは、前記軸の周りにかつ平行
に配置されている複数個のロッドであり、該ロッドは一
端が前記サポートに固着され、他端が前記プレートに固
着されている請求項１２に記載される装置。 - 【請求項１５】 前記ロッドの異なるいずれもが、前記
軸から異った距離の円周上に配列されている請求項１４
に記載される装置。 - 【請求項１６】 前記ロッドが前記軸周りに対称的に配
置され、前記軸周りの円周方向に相互に隣接しており、
半径方向で前記軸に夫々接近したり、離れたりしている
ロッドにより、前記プレートの傾きに対抗する請求項１
５に記載される装置。 - 【請求項１７】 前記サポートが、前記回転子および前
記据付け手段よりもはるかに頑丈な支持体と、前記プレ
ートに取付けられ、その軸方向に沿って延長されている
開口部を持った筒状構造物とから構成されており、該構
造物が前記支持体に連結されており、前記ロッドが該筒
状構造物内の開口部に取り付けられており、更に該ロッ
ドの各々の一端が該構造物に固着されている請求項１４
に記載される装置。 - 【請求項１８】 前記回転子および前記固定子を含む前
記電磁力発生手段が、前記筒状構造物の開口部に配置さ
れている請求項１７に記載される装置。 - 【請求項１９】 前記溶接装置が、前記支持体に結合さ
れている作業台を備えている請求項１８に記載される装
置。 - 【請求項２０】 さらに、前記プレートに結合されてい
る一個のプラテンを含む前記一つの部品を収納する治具
と、 もう一方の部品を支持したその部品を、その境界面で接
触するように移動させるための、もう一方の前記軸にそ
って往復移動可能なプレートとから構成されている請求
項１９に記載される装置。 - 【請求項２１】 前記駆動手段が、第一の駆動装置とし
て前記の電磁力発生手段を、第二の駆動装置として第２
の電磁力発生手段を備えており、両者が前記軌動面内で
軌動力を発生し、且つ該第１および第２駆動手段に、該
軌道力に代って、該面内に並進振動力を発生させるため
の、電力供給手段を備えている請求項１に記載される装
置。 - 【請求項２２】 前記第１および第２電磁力発生手段
が、それぞれ、別々の軸周りの円周に配置された複数の
電極を備えた固定子と、該固定子の電極に対応し対向し
た複数の電極を備えた回転子と、複数の相からなるＡＣ
電極が加えられる磁気的に該電極と結合されているコイ
ルと、該回転子が連結される一つのプレートと、前記軌
道力と前記振動力のいずれかを選択するため、該コイル
に供給する電力の相を切換える手段とを備えた、本質的
に同一の電磁駆動装置から構成されている、請求項２１
に記載される装置。 - 【請求項２３】 前記固定子の電極が、夫々、複数個の
コイルを備えており、該電極の一つに巻かれたコイルを
並列に、その他の電極に巻かれたコイルを直列に接続す
る手段と、該並列および直列に接続したコイルを交互に
接続する手段と、該直列および並列に接続したコイルの
いずれかを、前記面内に軌道力に代って並進振動力を発
生するように単相ＡＣ電力を印加する手段とを備えてい
る、請求項２に記載される装置。 - 【請求項２４】 前記電磁力発生手段が、前記軌道面内
にある前記（溶接される）部品の速度を制御する手段を
備えている請求項１に記載される装置。 - 【請求項２５】 前記電磁力発生手段が、少くとも基本
波のＡＣ電力が印加される一つのコイルを備えた電動機
を備えており、前記制御手段が該基本波の第３調波の電
流の大きさと関係がある第１の信号と、該基本波で該コ
イルを通る電圧と、該ＡＣ電力の周波数を制御するため
の該第３調和の電流との間の相角度と関係がある第２の
信号に応答する手段とから構成されている、請求項２４
に記載される装置。 - 【請求項２６】 前記制御手段が、さらに、前記第２の
信号が負値であって、第１の信号が、ある大きさ以下の
時には前記周波数を増加し、前記第１の信号が前記のあ
る大きさ以上の時は該周波数を減少させる手段を備えて
いる請求項２５に記載される装置。 - 【請求項２７】 軌動力を発生する磁性体よりなる単体
の回転子と、該回転子を取り囲み、円周上に互いに配置
されている電磁を備えた磁性体よりなる単体の固定子
と、一つの面を備えた夫々の電極と、円周上に夫々分離
し夫々が固定子の電極面と対向した面を持っている軌道
力を発生する前記の固定子と、前記Ｎ相の電力の異った
相が負荷される前記固定子電極と磁気的に結合された前
記固定子上のコイルと、前記表面を横切った一つの平面
内で軌道運動を行う前記回転子に結合された手段とから
なる、Ｎ相の電力によって駆動されるのに適合した軌道
電動機。 - 【請求項２８】 前記固定子の電極と前記回転子の電極
とが、相互に空隙によって隔離された対向する面を持っ
ており、その空隙の巾が前記面に直交する直線によって
測ったとき、前記軌道力に対応する回転子の最大変位よ
りも小さい請求項２７に記載される電動機。 - 【請求項２９】 前記回転子が一般的に三角形であり、
且つ前記回転子の中心にある軸に対して垂直であり、且
つ前記軌道面に垂直であり、前記夫々の回転子面が前記
三角形の異った側面である請求項２８に記載される電動
機。 - 【請求項３０】 前記回転子体と前記固定子体が夫々磁
性材料を積層した、別個の積み重ねから構成されている
請求項２９に記載される電動機。 - 【請求項３１】 軌道運動を行うために、前記回転子と
連結されたプレートと、該プレートが軌動運動を行う面
内で、いずれの方向に対しても同一の剛さを持ったばね
手段とを更に備えた請求項２７に記載される電動機。 - 【請求項３２】 前記プレートと、前記回転子と前記ば
ね手段とが、近似的に前記ＡＣ電力の周波数の２倍であ
る共振周波数を規定する質量と剛さとを備えている請求
項３１に記載される電動機。 - 【請求項３３】 前記ばねが前記回転子の軸周りに平行
に配置された複数個のロッドよりなり、該ロッドは、そ
の一端で固着され、他端で前記プレートに固着されてい
る、請求項３１に記載される装置。 - 【請求項３４】 単相ＡＣ電力で操作されるのに適した
電動機であり、前記固定子電極は、それに巻きつけられ
た複数個のコイルを備えており、該固定子電極のひとつ
の該コイルを並列に、該電極のその他のコイルを直列に
接続する手段と、該直列ならびに並列に結合されたコイ
ルを相互に接続する手段と、前記面内は軌道力に代えて
並進振動力を発生するように該並列ならびに直列に結線
されたコイルのひとつに該単相ＡＣ電力を供給する手段
とを備えた請求項２７に記載される電動機。 - 【請求項３５】 前記コイルのひとつを横切る電流およ
び電圧に対応して、前記軌道面内の運動速度を制御する
手段を更に設けた請求項２７に記載される電動機。 - 【請求項３６】 前記制御手段が、前記ＡＣ電力の周波
数の３次調波の電流の大きさと関係のある第１の信号
と、前記ＡＣ電力の周波数における前記コイルを通過す
る電圧と、前記ＡＣ電力の周波数を制御するため、３次
調波の前記コイルを通過する電流との間の相角度に関連
する大きさの第２の信号に応答する手段を備えている請
求項３５に記載される電動機。 - 【請求項３７】 前記制御手段が、さらに前記第２信号
が負のときおよび前記第１信号がある大きさ以下のとき
は前記周波数で高くし、前記第１信号が前記ある大きさ
以上のときは、前記周波数を低くする手段を備えている
請求項３６に記載される電動機。 - 【請求項３８】 前記軌道電動機が、前記回転子と前記
固定子と、請求項７で特定されたコイルとを備えた第１
電動機と、第２の実質的に同一の電動機と、前記第１電
動機の回転子と間隙を置いて第２の電動機の回転子とに
結合されている一つのプレートを備えている請求項２７
に記載される電動機。 - 【請求項３９】 前記軌道運動が、以下の方程式で定義
される請求項１に記載される装置。 Ｘ（ｔ）＝Ｘ0＋Ａsinωｔ Ｙ（ｔ）＝Ｙ0＋Ｂcosωｔ Ｚ（ｔ）＝Ｚ0 および Ａ＝Ｂ ここでＸ，Ｙ，Ｚは軌道面内における位置座標、 ｔは時間、 ωはラジアン／秒、 Ｘ0，Ｙ0，Ｚ0は前記軌道面内における静止時の位置座
標およびＡとＢとは振巾値である。 - 【請求項４０】 請求項３９のＡおよびＢが等価ではな
くて、前記運動が楕円運動である請求項３９に記載され
る装置。 - 【請求項４１】 前記境界面が、前記軌道面内に含まれ
ている請求項１に記載される装置。 - 【請求項４２】 前記力発生手段が、電磁力手段である
請求項１に記載される装置。 - 【請求項４３】 前記軌道力を前記軌道面内に拘束する
ため、前記据付け手段が前記駆動手段の周囲に配置され
た剛い部材の配列から構成されている請求項１に記載さ
れる装置。 - 【請求項４４】 溶接する部品を溶接面で相互に圧力を
加えた接触関係に保持し、少なくとも該部品の一つを、
前記接触面と垂直な軸周りで、部品に軌道を画かせ、か
つ前記面で溶融を生じさせるのに充分な振巾を持った軌
道力によってその表面を溶融させる摩擦力を発生させ、
その後前記の力を消失させ、その力が消失した後溶接部
を形成するまで、保持する工程よりなる、溶接する表面
が熱可塑性材料である部品を摩擦溶接する方法。 - 【請求項４５】 前記軌道力が加えられている間に、前
記表面を前記軸に垂直な軌道面内に保持するために、さ
らに撓性のある拘束力を作用させることを含めた請求項
４４に記載される方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/634,666 | 1990-12-27 | ||
| US07/634,666 US5160393A (en) | 1990-12-27 | 1990-12-27 | Friction welder having an electromagnetic drive which produces orbital motion |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0788663A true JPH0788663A (ja) | 1995-04-04 |
| JP3252423B2 JP3252423B2 (ja) | 2002-02-04 |
Family
ID=24544737
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35934891A Expired - Lifetime JP3252423B2 (ja) | 1990-12-27 | 1991-12-27 | 軌道運動を発生する駆動装置を備えた摩擦溶接機 |
Country Status (12)
| Country | Link |
|---|---|
| US (3) | US5160393A (ja) |
| EP (1) | EP0504494B1 (ja) |
| JP (1) | JP3252423B2 (ja) |
| CN (1) | CN1075415C (ja) |
| AT (1) | ATE217835T1 (ja) |
| AU (3) | AU646710B2 (ja) |
| CA (1) | CA2057978C (ja) |
| DE (1) | DE69133015T2 (ja) |
| ES (1) | ES2176176T3 (ja) |
| MX (1) | MX9102802A (ja) |
| NZ (1) | NZ241105A (ja) |
| TW (1) | TW210980B (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
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