JPH0829421B2 - 摩擦溶接装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、２つの部材を１つの共通の、長さ方向に
延びる軸線まわりに互いに所要の角度方向をもって、中
間構成要素の両端に同時に摩擦溶接する装置に関する。

（従来の技術） この発明による上記装置は、自動車のトランスミッシ
ョン軸の構成要素の製造に関して開発された。製造を要
求された典型的な軸は、管状の軸要素の形状をもち、そ
れにその両端にユニバーサルジョイント型の要素が取り
付けられ、または一方の部材はユニバーサルジョイント
で他方の部材がスプライン結合構造であって滑りスプラ
イン結合の一部を形成して使用中に起こる伝動軸の長さ
の変動に対応させるように構成される。典型的なユニバ
ーサルジョイント部品はフック（Hookes）自在継手のヨ
ークである。フック自在継手で連結された軸において、
継手ヨークは使用中の不平衡および振動問題を避けるた
めに、軸の軸線まわりに、互いに正確に角度上の整合状
態を保たなければならない。

さらに、この発明による装置は、その部品がアルミニ
ウム合金で造られたトランスミッション軸を可能にする
目的をもって開発された。このような材料の摩擦溶接は
困難であり、その主な理由は、溶接される部品が溶接作
業のよく知られた最初の、または「溶融」段階において
溶接温度にもたらされた後に、両部品間の相対運動が停
止されかつ極めて速やかに両部品間に加圧力を加えなけ
ればならないからである。溶接状態は両部品間の界面に
おいて比較的短い時間維持され、かつもし相対運動がこ
のような短い時間中に完全に停止されなければ、不良溶
接を生ずる。この結果は、もし制動時間が長すぎると、
この制動時間中に一連の溶接部分の形成と千切れに類似
するものとみなされる。制動時間としては10分のミリ秒
の単位であることが必要である。

（発明が解決しようとする課題） 鋼製のトランスミッション軸要素を摩擦溶接すること
ができる機械はよく知られているが、従来は、上記の問
題点のゆえに、アルミニウム製のそのような軸要素を信
頼性をもって製造することは困難であった。この発明の
目的はそのような問題点を克服しまたは減少することが
できる装置を提供することである。

（課題を解決するための手段及び作用） この発明によれば、１つの共通な、長さ方向に延びる
軸線まわりに互いに所要の角度方向をもって、中間構成
要素の両端に２つの部材を同時に摩擦溶接する装置が提
供され、該装置は、 台、 前記台に対して前記中間構成要素を静止状態に保持す
る装置、 それぞれが前記台に対して固定することができかつ前
記部材のそれぞれを保持するホルダと、前記軸線まわり
に回転するように前記ホルダを支持する軸受装置と、前
記部材が前記中間構成要素と結合状態にもたらされるよ
うに前記軸線に沿って前記ホルダに加圧力を作用する装
置とを含む２つのヘッド組立体、 前記台の長さ方向に延び、自身の軸線まわりに回転す
るように支持された横軸、 前記横軸に前記ホルダを各々連結し、かつ前記軸線ま
わりに各前記ホルダが相対的に一定の角度方向を保つよ
うに各ホルダ間の確実連結を実施するトランスミッショ
ン装置、 前記横軸を駆動する装置および 前記トランスミッション装置から等距離のほぼ中央に
おいて前記横軸を制動する為の 制動装置を含むと共
に、 前記ホルダの少なくとも一方のホルダが、ホルダの外
部に設けられて該ホルダとともに回転しない手段により
移動させられるべく該ホルダ内に配設されたくさび要素
の移動によって、該ホルダに保持される前記部材と把握
係合状態にもたらされるように配設された少なくとも１
つのあご部材を有する。

摩擦溶接装置において、溶接される両部品間の相対回
転を停止するには、本質的に単に十分強力な制動力を提
供するだけでよい。しかしながら、そのような急激な制
動作用は、制動すべき部品の慣性のため、溶接装置の回
転構成要素によって両端の溶接部に角度方向の歪みを生
じさせる「巻き込み」といった問題を引き起こす。この
発明による摩擦溶接装置においては、前記トランスミッ
ション装置間の前記横軸のほぼ中央部を制動することに
より、前記トランスミッション装置を介して溶接される
２つの部材のホルダを制動する制動装置によって、２つ
のホルダに影響を及ぼす「巻き込み」が同等化すること
を保証する。これによって、アルミニウム合金部品の信
頼できる溶接をするのに必要な迅速な制動状態の下で、
所要の角度上の整合が維持される。さらに、たとえその
ような制動が共通の制動源から制御されたにしても、ホ
ルダがそれぞれに組み合わされた個別の制動装置で制動
される場合とは異なり、本発明による２つの前記ホルダ
は正確に同時制動されることを保証される。これにより
両方の部分の溶接部に満足できる品質を提供する。

この制動装置は、摩擦溶接装置に対して一般に知られ
ているように、流体圧力によって作用されるディスクブ
レーキ組立体を用いることができる。迅速な制動作用を
支援するために、そのような制動装置は、適切な弁の制
御の下で、蓄圧器から供給される流体圧力によって作用
状態にもたらされる。蓄圧器の使用によって、制動装置
は、もしその作動源が例えば圧力をもつ液圧流体などの
ポンプによって直接に作用されるよりも速やかに作動さ
れる。

制動機能の別の特徴は、もし回転部分の慣性ができる
限り低く保たれれば迅速な制動作用が支援される。その
ような慣性が減少される１つの部位は、中間構成要素に
溶接される２つの部材用のホルダの部位であり、そこで
は普通のチャックが望ましくなく高い質量、すなわち慣
性をもつ。

ゆえに、この発明は、少なくとも１つの前記ホルダ
が、ホルダ内に配設されたくさび要素の移動によって、
該ホルダに保持される前記部材と把握係合状態にもたら
されるように配設された少なくとも１つのあご部材を有
し、くさび要素のそのような移動は、ホルダの外部に設
けられて該ホルダとともに回転しない手段により実施さ
れる。よって、ホルダの慣性は最小に保たれる。

（実施例） この発明の上記および他の特徴は、附図を参照して、
実例について以下に説明する。

第１図において、２つのヘッド組立体である移動台組
立体11,12をその長さ方向に運動できるように支持する
台10を含む装置を示す。これらの移動台組立体は、台10
上の所望位置に固定することができ、かつそのような固
定は移動台組立体の長さ方向に延びかつ台上の適切な表
面と係合状態にもたらされるように配置され、それによ
って移動台組立体が摩擦により保持される制動要素を含
む機構によって実施されることが好ましい。移動台上の
この制動要素は摩擦材料のライニングを含み、かつ流体
圧力装置によって移動台組立体の長さ方向に移動可能な
くさび要素によって台と係合状態にもたらされる。移動
台組立体間の距離のそのような調節方法は、異なる長さ
の軸が溶接されるとき、この装置を迅速に設定すること
を可能にする。

移動台組立体11,12は互いに同一の鏡像関係にあるの
で、その一方についてのみ、以下に詳細に説明する。移
動台組立体12は一端に直立構造部材14をもつ移動台13を
含み、直立構造部材14は両端に各部材が溶接される中間
構成要素16の一端を静止保持するための普通形式のクラ
ンプを具備している。中間構成要素16の他端は他方の移
動台組立体11と組み合わされた対応するクランプによっ
て保持される。中間構成要素16の長さ方向の中心軸線は
17で示される。ヘッド18が移動台13によって担持され、
これは軸受19内に軸線17まわりに回転するように、中間
構成要素16の端部15に溶接される部材用のホルダ20を支
持する。ホルダ20はさらに、軸線17に沿って移動するよ
うにヘッド18内に支持され、かつホルダ20に軸方向に向
いた力を加えるための装置である液圧式ピストン・シリ
ンダ装置21が配設され、それによりその前述のような運
動を実施する。ホルダ20を支持するための軸受19および
ホルダに軸方向への力を加えるピストン・シリンダ装置
21のような部材の構造は一般に知られる形式のものであ
るからその詳細については説明しない。ホルダ20はそれ
によって保持される部材の形式によって異なる設計のも
のが用いられることが考えられる。

横軸22は装置の長さ方向に延びかつ軸線23まわりに回
転するために、不図示の適切な軸受によって取り付けら
れている。ホルダ20は歯車伝動装置24の形式のトランス
ミッション装置によって横軸22に駆動可能に連結され
る。横軸22とそれに連結された歯車伝動装置の歯車との
間の連結には、ボール・スプライン装置が用いられて、
横軸の長さ方向へのホルダ20の運動を提供する。トラン
スミッション装置が、このように噛み合っている歯車に
よりすべることなく互いに決まった動きをするように確
実連結されているので、機械の２つのホルダの相対的な
角度方向の向きは軸線17まわりに互いに固定されてい
る。

横軸22は、その中央部において歯車26,27によって駆
動軸25に駆動的に連結される。駆動軸25はクラッチ29を
介してモータ28により駆動される。ブレーキディスク30
が歯車26の両側においてブレーキキャリパ31と係合され
るように配設される。これらのキャリパは駆動軸25およ
び歯車26、従って機械の横軸およびホルダを、既知の方
向で適切な制御弁によって例えば液圧蓄圧器からの流体
圧力によって、制動するように作動される。

この機械の使用時には、移動台組立体11,12は中間構
成要素16の長さに適合して機械の台上の所定位置に固定
される。この中間構成要素の両端に溶接される部材はヘ
ッド組立体のホルダ内に配置される。中間構成要素16
は、該要素を保持するクランプが緊締される前に、それ
に溶接される部材をその両端に当接させることによって
機械において心合わせすることができる。その後、クラ
ッチ29を係合させて、ホルダはモータ28の回転によって
回転駆動され、つぎに、ホルダに適切な加圧力が加えら
れて両方の部材は、中間構成要素との界面において溶接
状態が設定されるまで、中間構成要素の両端に係合する
ように保持される。このような溶接状態になると、クラ
ッチ29が外され（回転している組立体からモータ28の慣
性を取り除くために）、ブレーキが作用されて回転して
いる部品を急速に停止状態にさせる。ホルダに適切な加
圧力を作用することによって、この溶接方法は完了す
る。全溶接サイクルに含まれた一連の作用は、適切な制
御システムを用いて自動的または半自動的に行われるこ
とが好ましい。この形式の機械とともに使用されるのに
適した多くの既知の形式の制御システムが存在するの
で、それについての詳細説明は行わない。

この作用について、横軸22に関して中央歯車駆動部材
26,27まわりの、この機械の対称性によって、機械の回
転しているホルダへの横軸および歯車伝動装置による
「巻き込み」が実質的に等しくなることを保証する。そ
のような「巻き込み」はアルミニウム合金製の軸部品を
溶接する際に必要な極めて迅速な制動中に或る問題とな
ることが考えられる。中間構成要素の両端における溶接
部の形成中、剪断歪は等しく、かつ溶接が完了後に残留
応力は最小になる。この装置の制動作用の効果はさら
に、その回転する構成要素の慣性が極力低く保たれるこ
とによって助長され、かつホルダ20に対してこの状態が
得られる１つの方法について、第２図および第３図につ
いて以下に述べる。

これらの図において、ホルダは40で示され、かつ輪郭
だけで示されたフック自在継手のヨーク部41を受け入れ
るように構成されている。２つの直径上に向き合って配
置されたあご部材42がヨーク部41の円筒形胴部分と係合
とし、これらのあご部材はホルダ40の通路内を半径方向
に可動である。図では１つのみが示されたくさび要素で
あるくさび部材43がホルダ40の弦方向に延びる各通路44
内を可動であり、これらのくさび部材はあご部材42内の
対応する傾斜面と係合する傾斜したくさび面をもつ。よ
って、第２図の上半部に示されたくさび部材43の右から
左への運動は、あご部材42を半径方向内向きに運動させ
て継手のヨーク部41を把捉する。くさび部材43の位置は
それがあご部材とヨーク部を係合するように移動された
後に摩擦によって維持され、そのような運動は、溶接装
置の一部分を形成するがホルダ40の外部に設けられて該
ホルダとともに回転しない手段である押動部材46によっ
て実施される。これと向き合った押動部材47は、あご部
材42がヨーク部から解放されるとき、反対方向へのくさ
び部材43の運動を提供する。押動部材46,47は当該ホル
ダ40を有する各移動台組立体11,12上に取り付けられた
液圧シリンダによって作動される。

ホルダ40内でのヨーク部の所望の整合は、ヨーク部41
の間隔を保った平行な肢部分に形成された穴49を貫通さ
れた棒部材48によって維持され、かつホルダの部分50内
の形状部分と係合する。この棒状部材はさらにヨーク部
41に駆動トルクを加えることができるので、もしあご部
材42もヨーク部にトルクを伝達するとすれば、あご部材
42はヨーク部を必要とする程緊密に把握してはならな
い。棒部材48は、押動部材46,47と類似の方法で、単数
または複数の液圧シリンダによって移動させることもで
きる。

ホルダは、それらのあご部材をして溶接する部材を把
握させるために外部から作用されるくさび部材を使用す
るので、可成りの重量が軽減されかつ、従って普通のチ
ャックに比べて回転慣性を減少され、それにより、アル
ミニウム合金製の中間構成要素を満足に溶接させるのに
十分迅速にこの装置を制動することを支援する。

（発明の効果） 本発明の摩擦溶接装置は、中間構成要素の両端に摩擦
溶接される２つのホルダに影響を及ぼす「巻き込み」が
同等化することを保証するので、アルミニウム合金部品
の信頼できる溶接をするのに必要な迅速な制動状態の下
で、中間構成要素の両端に２つの部材を摩擦溶接する際
の所要の角度上の整合が維持される。さらに、２つの前
記ホルダは正確に同時制動されることを保証されると共
に、重量が軽減されて普通のチャックに比べて回転慣性
を減少させることができ、この装置の迅速な制動作用を
支援できる。これにより両方の部分の溶接部に満足でき
る品質を提供する。

図面の簡単な説明 第１図はこの発明による装置の全体構造を示す図解立
面図であり、第２図はこの装置のホルダ組立体の一つの
作用原理を示す。第３図は、第２図のホルダ組立体の部
分切断立面図である。

（図中の符号） 10……台、11,12……移動台組立体 13……移動台、14……直立構造部材 16……中間構成要素、17……軸線 18……ヘッド、19……軸受 20……ホルダ、21……ピストン・シリンダ装置 22……横軸、23……軸線 24……歯車伝動装置、25……駆動軸 26,27……歯車、28……モータ 29……クラッチ、30……ブレーキディスク 31……ブレーキキャリパ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】１つの共通な長さ方向に延びる軸線（17）
   まわりに互いに所要の角度方向をもって、中間構成要素
   （16）の両端に２つの部材を同時に摩擦溶接する装置で
   あって、 台（10）、 前記台に対して前記中間構成要素（16）を静止状態に保
   持する装置、 それぞれが前記台に対して固定することができかつ前記
   部材のそれぞれを保持するホルダ（20,40）と、前記軸
   線まわりに回転するように前記ホルダを支持する軸受装
   置（19）と、前記部材が前記中間構成要素と係合状態に
   もたらされるように前記軸線に沿って前記ホルダ（20,4
   0）に加圧力を作用する装置（21）とを含む２つのヘッ
   ド組立体（11,12）、 前記台の長さ方向に延び、自身の軸線（23）まわりに回
   転するように支持された横軸（22）、 前記横軸に前記ホルダを各々連結し、かつ前記軸線（1
   7）まわりに各前記ホルダが相対的に一定の角度方向を
   保つように各ホルダ間の確実連結を実施するトランスミ
   ッション装置（24）、 前記横軸を駆動する装置（28,25,26,27,29）および 前記トランスミッション装置（24）から等距離のほぼ中
   央において前記横軸（22）を制動する為の制動装置（3
   0,31）を含むと共に、 前記ホルダ（40）の少なくとも一方のホルダが、ホルダ
   （40）の外部に設けられて該ホルダとともに回転しない
   手段（46,47）により移動させられるべく該ホルダ内に
   配設されたくさび要素（43）の移動によって、該ホルダ
   に保持される前記部材と把握係合状態にもたらされるよ
   うに配設された少なくとも１つのあご部材（42）を有す
   る同時摩擦溶接装置。
2. 【請求項２】前記ホルダ（20,40）の少なくとも一方の
   ホルダが、フック自在継手のヨーク（41）を受け入れる
   ように構成された請求の範囲第１項記載の同時摩擦溶接
   装置。
3. 【請求項３】少なくとも１つのホルダが、ヨーク（41）
   の肢部分に形成された穴（49）と係合可能な手段（48）
   を含む請求の範囲第２項記載の同時摩擦溶接装置。