JPH0866780A - 振動装置用曲げばね支持体 - Google Patents

振動装置用曲げばね支持体

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JPH0866780A
JPH0866780A JP23347795A JP23347795A JPH0866780A JP H0866780 A JPH0866780 A JP H0866780A JP 23347795 A JP23347795 A JP 23347795A JP 23347795 A JP23347795 A JP 23347795A JP H0866780 A JPH0866780 A JP H0866780A
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bending spring
bending
vibrating device
plane
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Philip E Mcgrath
フィリップ・イー・マクグラス
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Emerson Electric Co
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 曲げばねを静止部材及び可動部材に固定する
ことに関する種々の問題を解消する。 【解決手段】 静止部材（４２）と、静止部材より隔置
され一つの平面内にて振動運動する可動部材（４８）
と、これらの部材を互いに連結する複数個の曲げばね
（４６）とを含み、これらが一つの一体的な金属体を構
成する振動装置用曲げばね支持体（４０）。各曲げばね
（４６）は歪が実質的に一定になるようテーパ状をなす
梁として構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、振動装置に係り、
特に共通の界面に於いて摩擦熱を発生することにより共
通の界面に沿って加工片、特に熱可塑性樹脂部品を互い
に溶接するために使用される摩擦溶接装置（振動溶接装
置）に適用される振動装置に係る。更に詳細には本発明
は、互いに溶接されるべき二つの部材の一方に連結され
る板の如き部材が二つの部品の間の共通の界面に於いて
摩擦熱を発生するよう一つの平面内にて振動運動する溶
接装置の如き振動装置に使用される改良された曲げばね
支持体に係る。振動は往復並進運動、楕円運動、軌道運
動、又はこれらと同様の振動運動であってよく、振動運
動は運動平面と指称される一つの平面内に於いて行われ
る。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】上述の
目的で使用される摩擦溶接装置（振動溶接装置）は当技
術分野に於いてよく知られており、例えば１９７５年１
１月１８日付にて付与された米国特許第３，９２０，５
０４号には往復並進運動を与える電磁的に駆動される溶
接装置が記載されており、１９９２年１１月３日付にて
付与された米国特許第５，１６０，３９３号には軌道運
動を与える同様の装置が記載されている。
【０００３】この種の装置に於いては、振動運動する部
材を静止フレームに連結する支持体が必要であり、かか
る支持体は一般に可動の振動部材を懸垂支持し、しかも
振動部材をその振動中運動平面内に保持しつつ振動部材
が振動運動することを許す複数個の曲げばねを含んでい
る。これらの曲げばねの構造及びその取り付けが原因
で、寿命が長くなるようばねを適正に構成することがで
きなかったり、ばねの取り付け構造が擦過腐食や金属疲
労を惹起す取り付け構造であり、そのため装置の作動寿
命が非常短くなり、溶接等の生産工程が中断されるとい
う点に於いて固有の種々の問題が惹起される。
【０００４】
【発明の概要】これらの問題を解消すべく、本発明によ
れば、可動部材と実質的に静止状態を維持する静止部材
と複数個の曲げばねとが一つの一体の部材として形成さ
れた曲げばね支持体が開示される。従ってこの構成によ
ればばねの取り付けは不要である。更に各ばねは後に詳
細に説明する如く歪が実質的に一定になるようテーパ状
をなす両端にて固定された梁を構成する形状に形成さ
れ、これにより歪が特定の材料に適用可能な最大許容設
計応力未満になることによって破損が防止される。この
特徴はばねの性能及び信頼性を大きく向上させ、これに
より曲げばね支持体が組み込まれた装置の性能及び信頼
性を大きく向上させる。
【０００５】従って本発明の主要な目的は、新規にして
改良された曲げばね支持体を提供することである。
【０００６】本発明の他の一つの重要な目的は、特に摩
擦溶接装置（振動溶接装置）との関連で使用されるのに
有用な新規にして改良された曲げばね支持体を提供する
ことである。
【０００７】本発明の更に他の一つの重要な目的は、振
動装置用曲げばねの端部を対応する部材に固定すること
に関連する固有の種々の問題を解消する曲げばね支持体
を提供することである。
【０００８】本発明の更に他の一つの目的は、各曲げば
ねに擦過腐食が生じないよう改良された曲げばね支持体
を提供することである。
【０００９】本発明の更に他の一つの目的は、実質的に
静止状態を維持する静止部材と、一つの運動平面内にて
駆動されるよう構成された可動部材と、これらの部材を
相互に連結して一つの一体的な部材を形成する複数個の
曲げばねとを含む曲げばね支持体を提供することであ
る。
【００１０】本発明の他の目的は添付の図面を参照して
行われる以下の説明より一層明らかとなるであろう。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下に添付の図を参照しつつ、本
発明を実施形態について説明する。
【００１２】添付の図面、特に図１に於いて、符号１０
は比較的重いフレーム構造体１２に固定された金属製の
第一の部材を示している。金属製の第二の部材１４が第
一の部材とは反対の側にてこれより隔置された位置に配
置されており、第二の部材１４の下面には加工片の他方
の部品２０に対し共通の界面２２に沿って溶接されるべ
き一方の部品１８を保持する固定板１６が取り付けられ
ている。部品２０は固定板２４に保持され、固定板２４
は二つの部品を互いに溶接し溶接完了後に加工品を取り
出すための間隙を与えるべく部品１８と２０との間の係
合力を調節するよう、矢印２８にて示されている如く上
下方向に移動可能なテーブル２６に取り付けられてい
る。
【００１３】第二の部材１４は一連の互いに隔置された
金属棒３２により第一の部材１０より懸垂支持されてお
り、金属棒３２は界面２２の平面に平行な運動平面であ
る一つの平面内にて第二の部材１４が並進運動すること
を可能ならしめる曲げばねを構成している。第二の部材
１４が静止状態にあるときには、各ばねの軸線は実質的
に運動平面に垂直である。一つ又はそれ以上の磁極部材
３４及びそれに対応する電磁コイル３６の如く第二の部
材１４に作用する駆動装置に応じて、可動の第二の部材
１４は運動平面内にて往復並進運動、軌道運動、楕円運
動、又はこれらに類似の運動を行う。かかる運動により
界面２２に摩擦熱が発生され、これにより熱可塑性樹脂
製の部品の場合には樹脂材料が軟化され流動化される。
【００１４】各金属棒３２の端部を対応する部材１０及
び１４に固定するにはそれに固有の問題が生じる。前述
の米国特許第５，１６０，３９３号に記載された構造の
如き典型的な従来の構造に於いては、各ばねの端部は締
り嵌めにより対応する部材１０及び１４に固定される。
部材１０及び１４は部材１４の運動に応答して互いに平
行な平面内にて互いに逆方向へ運動する。これら二つの
部材の変位量はそれらの有効質量に反比例し、典型的な
例に於いては質量は部材１０が従動部材１４の変位量の
１０〜１５％程度の運動を生じるよう選定される。かか
る僅かな運動は静止状態を維持するフレーム構造体に設
けられた図には示されていない緩衝マウントによりフレ
ーム構造体より容易に隔離される。典型的には運動は１
００〜２４０Ｈz の範囲の周波数にて生じる。締り嵌め
が採用される場合には、組立て時に複数個のばねの端部
が一方の部材に同時に嵌め込まれ、しかる後他方の部材
に同時に嵌め込まれなければならず、そのため非常に高
い押圧力が必要である。更に図２に於いて、幾分か誇張
した状態にて破線により示されている如く各ばね３２が
繰返し高周波にて撓むことにより、符号３８にて示され
た領域に於いてばねに擦過腐食が惹起される。応力が最
も高い領域に於いて生じるこの擦過腐食は振動装置の作
動寿命を短くし、溶接等の生産工程を中断しなければな
らなくなる原因である。
【００１５】本発明の改良された曲げばね支持体が図３
乃至図６に示されている。これらの図に於いて、符号４
０は一つの金属体にて形成された本発明の改良された曲
げばね支持体を示している。図示の如く、静止状態を維
持するフレーム構造体４４に固定された第一の部材４２
と、複数個の曲げばね４６と、運動平面内にて振動運動
せしめられる第二の部材４８とが一つの一体的な構造体
を構成している。図示の実施形態に於いては、支持体は
実質的に円筒形をなしており、実質的に静止状態を維持
する第一の部材４２は環状板であり、複数個のばね４６
は円に沿って配置されており、振動運動する第二の部材
４８は溶接されるべき加工片の一方の部品を保持する適
当な固定部材を支持するよう構成されている。ばね支持
体は図示の如き円筒形である必要はなく、ばね支持体は
長方形や正方形又は他の好適な形状のものであってよ
い。
【００１６】部材４２と４８との間に連結された各曲げ
ばねは機械加工によって材料が除去された結果として四
つの側面、即ち外側の円筒状に湾曲した側面５０と、内
側の円筒状に湾曲した側面５２と、二つの実質的に平坦
な側面５４及び５６とを有している。
【００１７】曲げばね４６が対応する部材４２又は４８
に接続される領域に於いて過剰な応力が生じることを回
避すべく、四つの各側面はそれぞれ対応する遷移面５
８、５９、６０、６１により対応する部材の面に接続さ
れ、これにより従来の構造に於いて明瞭に生じていた高
応力の領域が生じないようになっている。
【００１８】本発明の他の一つの重要な改良点は各曲げ
ばね４６の形状及び構造に関するものである。各ばねは
二方向にテーパ状をなす梁であり、符号６２及び６４に
て示示されている如く両端より中央部へ向かう方向に先
細状をなしており、梁は実質的に一定の歪を生ずるよう
構成されている。本願の目的で、かかる梁構造は「歪み
が実質的に一定になるようテーパ状をなす両端にてクラ
ンプされた梁」と呼ばれる。梁の寸法は当業者に公知の
有限要素法により最も良好に導き出される。ばねの設計
に際しては、予期される作動時の応力が使用される材料
及びばねが使用される状況に於ける種々のパラメータに
ついての最大設計許容応力未満に維持される。好適な材
料はＮｏ．Ｌ６又は６１５０なる商品名を有する鋼であ
る。上述の周波数範囲に於いて作動するよう構成された
図示の典型的な実施形態に於いては、組立体全体の高さ
は約３０５mmであり、外径は約２５４mmであり、各ばね
の長さは約２３０mmであり、円に沿って配置されたばね
の数は１５である。第二の部材４８の典型的な変位量は
２４０Ｈz に於けるピークよりピークまでの距離で見て
１．８mmである。これらの値は典型的な値であり、本発
明を限定するものではない。
【００１９】本発明による改良された曲げばね支持体は
ばねが対応する板部材に固定される領域に於いて従来発
生していた擦過腐食の問題を実質的に解消する。図示の
一体的な構造及び湾曲遷移面を採用することにより、高
応力の領域が実質的に排除される。更に歪が実質的に一
定になるようテーパ状をなす両端にてクランプされた梁
の形態をなす各ばねの構造は、信頼性及び使用可能な寿
命が大きく改善される点に於いて本発明の重要な特徴と
考えられなければならない。実際に行われた寿命試験に
より、上述の曲げばね支持体は従来の構造に比して優れ
ていることが判った。
【００２０】以上に於いては本発明の曲げばね支持体の
新規にして改良された構造及び幾つかの変更例について
説明したが、上述の特許請求の範囲によってのみ限定さ
れる本発明の広い原理の範囲内にて他の種々の変更や修
正が行われてよいことは当業者にとって明らかであろ
う。
【図面の簡単な説明】
【図１】摩擦溶接に有用な典型的な振動装置の正面図で
ある。
【図２】従来の曲げばねの取り付け構造を示す拡大部分
断面図である。
【図３】本発明による振動装置用曲げばね支持体を示す
断面図である。
【図４】図３に示された曲げばね支持体の平断面図であ
る。
【図５】曲げばねとそれらのばねが連結される部材との
間の遷移面を示す拡大部分断面図である。
【図６】本発明の曲げばね支持体の重要な部品を構成す
る一つの曲げばねを示す拡大部分断面図である。
【符号の説明】
１０…第一の部材 １２…フレーム構造体 １４…第二の部材 ３２…金属棒（ばね） ４０…曲げばね支持体 ４２…第一の部材 ４４…フレーム構造体 ４６…曲げばね ４８…第二の部材

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】静止フレームに連結されるよう構成された
    第一の部材と、 前記第一の部材とは反対側にこれより隔置された第二の
    部材であって、該第二の部材に作用する駆動装置に応答
    して一つの平面内にて振動運動するよう構成された第二
    の部材と、 前記第一の部材を前記第二の部材に連結する互いに隔置
    された曲げばねと、を含み、前記第一の部材、前記第二
    の部材、前記曲げばねは一つの一体的な金属体を構成し
    ていることを特徴とする振動装置用曲げばね支持体。
  2. 【請求項２】各ばねは前記第二の部材が振動していない
    ときには前記平面に実質的に垂直な軸線を有することを
    特徴とする請求項１に記載の振動装置用曲げばね支持
    体。
  3. 【請求項３】各ばねは歪が実質的に一定になるようテー
    パ状をなす両端にてクランプされた梁を含んでいること
    を特徴とする請求項２に記載の振動装置用曲げばね支持
    体。
  4. 【請求項４】各梁は四つの側面を有し、各側面は高応力
    の点が生じないよう湾曲した遷移面にて前記第一の部材
    及び前記第二の部材に接続されていることを特徴とする
    請求項３に記載の振動装置用曲げばね支持体。
  5. 【請求項５】前記梁は一つの円に沿って配置されている
    ことを特徴とする請求項４に記載の振動装置用曲げばね
    支持体。
  6. 【請求項６】前記四つの側面は外側の円筒状に湾曲した
    面と、内側の円筒状に湾曲した面と、実質的に平坦な二
    つの面とを含んでいることを特徴とする請求項５に記載
    の振動装置用曲げばね支持体。
  7. 【請求項７】前記第一の部材は環状板を含み、前記第二
    の部材は板を含んでいることを特徴とする請求項４に記
    載の振動装置用曲げばね支持体。
  8. 【請求項８】前記第二の部材は該第二の部材に作用する
    電磁装置に応答して振動運動するよう構成されているこ
    とを特徴とする請求項４に記載の振動装置用曲げばね支
    持体。
JP23347795A 1994-08-18 1995-08-18 振動装置用曲げばね支持体 Pending JPH0866780A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US292938 1989-01-03
US08/292,938 US5464498A (en) 1994-08-18 1994-08-18 Flexural spring support for vibratory apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0866780A true JPH0866780A (ja) 1996-03-12

Family

ID=23126903

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP23347795A Pending JPH0866780A (ja) 1994-08-18 1995-08-18 振動装置用曲げばね支持体

Country Status (5)

Country Link
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