(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動装置のための撓みばね支持装置であって、
固定枠体に連結されるよう構成された第一の部材と、
前記第一の部材に対向して該第一の部材から隔置され駆動手段に応答して一つの平面に沿って前記第一の部材に対して相対的な遷移運動をするよう構成された第二の部材と、
前記第二の部材の前記遷移運動を許すよう前記第一及び第二の部材を互いに連結する複数個の互いに隔置された細長い撓みばねにして、前記第一及び第二の部材の各々の面に当接するフランジを両端部に有する撓みばねと、
前記フランジの各々の底面を前記第一及び第二の部材の各々の表面に圧接した状態に保持する締結手段とを有し、
前記フランジの各々と該フランジの各々が当接する前記第一及び第二の部材の各表面との間が、前記第二の部材の遷移運動の際に前記フランジの各々が前記第一及び第二の部材の対応する表面に対して相対運動することを実質的に阻止する強さにて圧接されていることを特徴とする撓みばね支持装置。
【請求項２】
請求項１の撓みばね支持装置であって、前記フランジの各々は前記第一及び第二の部材の各対応する平らな表面に係合する平らな下面を形成された実質的に円筒の形状に作られており、前記締結手段は前記フランジの各々の底面より伸びるねじ付きスタッドを受け入れるべく前記第一及び第二の部材の各々に形成された孔と、前記ねじ付きスタッドの各々に係合するねじを切られたナットとを含み、前記ナットは前記孔に形成された着座部に対して締め付けられるようになっており、前記ナットの締め付けにより前記ねじ付きスタッドは前記フランジの底面を前記圧接状態に保持すべく引張り荷重をかけられた状態とされる撓みばね支持装置。
【請求項３】
請求項２の撓みばね支持装置であって、前記フランジの各々はその底面に於ける直径が前記ねじ付きスタッドの通される前記孔の直径の少なくとも３倍である撓みばね支持装置。
【請求項４】
請求項１の撓みばね支持装置であって、前記撓みばねの各々が両端締着により実質的に一定の歪みを生ずるテーパビームの形状に形成されている撓みばね支持装置。
【請求項５】
前記テーパビームが円形断面を有する請求項４の撓みばね支持装置。
【請求項６】
前記第一の部材が円板であり、前記複数個の撓みばねが一つの円に沿って配列されている請求項１の撓みばね支持装置。
【請求項７】
請求項１の撓みばね支持装置であって、前記第一及び第二の部材の少なくとも一方が長方形状をなし、前記複数個の撓みばねが該長方形状の複数の辺にそって配置されている撓みばね支持装置。
【請求項８】
請求項１の撓みばね支持装置であって、前記撓みばねのフランジが当接する前記第一及び第二の部材の表面が前記第二の部材の遷移運動の面に平行であり、前記第二の部材が遷移運動していないとき前記撓みばねの各々の軸線が前記第二の部材の遷移運動の面に垂直である撓みばね支持装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動装置の分野に係り、特に熱可塑性材料よりなる部材を両者の境界面に沿って互いに擦り合せ、そこに生じた摩擦熱によりこれらの部材を互いに溶接するのに用いられる振動溶接装置に係る。更に詳細には、本発明は上記の溶接装置の如き振動装置に用いるための改良された撓みばね支持装置であって、互いに溶接されるべき部材の一方と連結される板の如き部材が互いに溶接される二つの部材の境界面に沿う一つの平面に沿って遷移運動するような装置に於ける撓みばね支持装置に係る。この場合の振動は、単純な往復運動、楕円運動、円運動その他類似の遷移運動であってよく、一つの運動面に沿う運動として認識される全ての平面内運動がこれに該当する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
上記の如き要領にて溶接を行う振動溶接装置は、例えば米国特許第３９２０５０４号にて公知であり、この特許では電磁的に作動される溶接装置が往復遷移運動を生ずるようになっている。又米国特許第５１６０３９３号にも軌道運動を生ずる同様の装置が示されている。
【０００３】
かかる形式の装置に於いては、遷移運動を行わされるべき部材を静止枠体に対向して支持する支持装置が必要であり、かかる支持装置は通常可動部材を、支持するがそれが運動表面内に止まる状態にて偏倚することを許す、複数個の撓みばねを含んでいる。かかる撓みばねの構造及び取り付けについては、その耐久性に関して独特の問題がある。即ち、この種の撓みばねの取り付け部には、かじりによる腐食や金属被労が起こりやすく、これによって装置の作動寿命が著しく制限され、ひいてはそれを用いた製造工程が中断されるという問題がある。
【０００４】
【発明の概要】
これらの問題を解決すべく、本発明は、撓みばねの両端が高度の応力集中の発生を避け、かじりによる腐食の問題を大幅に低減することのできる、撓みばね支持装置を提供するものである。かかる目的のために、本発明によれば、各撓みばねの両端には、それぞれ末廣状のフランジが設けられており、かかるフランジの平らな底面がそれと連結される部材の表面に着座し、撓みによる応力をより広い面積に亙って分散するようになっている。更に各撓みばねは両端が締着されたとき一定の歪みを呈するテーパビームとして形成され、これによってばねに生ずる歪みはそれを構成する材料の最大許容応力以下に低減され、破損が免れる。かかる特徴により、本発明による撓みばね支持装置の要部を構成するばねの作動性能と信頼性が大きく向上する。
【０００５】
従って本発明の主たる目的は、新規にして且つ改良された撓みばね支持装置を提供することである。
【０００６】
本発明の他の一つの目的は、振動溶接装置に用いるに特に有用な新規にして且つ改良された撓みばね支持装置を提供することである。
【０００７】
本発明の更に他の一つの目的は、撓みばねの端部を他の構造部材に取り付ける構造に固有の問題を解決した振動装置のための撓みばね支持装置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、この種のばねに生ずるかじり腐食を低減し或いは殆ど無くした撓みばね支持装置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、実質的に静止した部材と、一つの運動面に沿って駆動される部材と、上記二つの部材を互いに連結する複数個の互いに隔置された撓みばねとを有し、前記撓みばねの各々が一定歪みを呈するテーパビームとして形成されている撓みばね支持装置を提供することである。
【００１０】
本発明のその他の目的及び特徴は、添付の図を参照して行われる以下の説明からより一層明らかであろう。
【００１１】
【発明の実施の形態】
添付の図１に於いて、１０は第一の金属部材であり、これは比較的質量の大きい枠構造体１２に固定されている。前記第一の金属部材に対向してこれより隔置された状態に第二の金属部材１４が配置されており、この第二の金属部材の下側に互いに溶接される加工片部１８及び２０の一方である加工片部１８を保持する保持板１６が設けられている。加工片部１８及び２０は両者の界面２２に沿って重ね合わされている。加工片部２０は保持板２４により保持されており、保持板２４は矢印２８にて示されている如く垂直方向に移動可能なテーブル２６に取り付けられている。テーブル２６の上下位置の調整により、加工片部１８と２０とを互いに押し合わせる力が調節され、又溶接により加工片部１８と２０とが一体になった加工片を加工位置より取り外せるようになっている。
【００１２】
第二の部材１４は第一の部材１０より一群の互いに隔置された金属ロッド３２により懸垂されている。これらの金属ロッド３２は部材１４が上記の界面２２に平行な一つの運動面に沿って遷移移動することを可能にする撓みばねを形成している。部材１４が休止位置にある時には、金属ロッド即ち撓みばね３２の各々軸線は前記運動面に対し実質的に垂直である。部材１４に取り付けられた一個或いはそれ以上の極片３４と、それに対応して設けられた電磁コイル３６の如き部材１４に作用する駆動手段により、可動の部材１４は上記の運動面に沿って単純な往復運動、軌道運動、楕円運動その他類似の運動を行う。かかる運動により界面２２には摩擦熱が発生し、これによって熱可塑性材料よりなる加工片はその擦り合わせ界面にて軟化し或いは流動化する。
【００１３】
各ロッド或いはばね３２の端部を部材１０及び１４に取り付けることについて特別の問題がある。かかる取り付けの典型的な構造では、上掲の米国特許に見られる如く、各ばねの端部が部材１０或いは１４の対応する孔に圧入により取り付けられていた。部材１０及び１４は部材１４が運動することにより平行な二つの平面に沿って互いに反対方向へ相対的に移動する。これら二つの部材の移動量はそれぞれの有効質量に反比例しており、典型的な例に於いては、部材１０は部材１４の移動量の１０〜１５％程度となるようにされている。このうちその移動量の小さい部材１０の運動は、図には示されていないが、枠体に緩衝装着装置を設けることにより、枠体には及ばないようにすることが容易に可能である。この種の典型的な運動は１００〜２４０Ｈｚの範囲の周波数のものである。上記の如くばねの端部を部材に圧入する方法に於いては、複数個のばねがそれらの一端部にて対応する部材に一括して圧入されなければならず、このためには極めて大きな圧入力を要する。更に図２に示されている如く、各ばね３２は、図にては幾分大袈裟に示されているが、図中点線にて示されている如く高い周波数にて撓み、３８にて示されている部分に局部的なかじり腐食を生ずる。かかるかじり腐食は高い応力の作用位置に表れ、装置の作動寿命を著しく縮め、又かかる装置を使用した製造工程の中断を生ずる。
【００１４】
本発明による改良された撓みばねの構造が、図３及び４に示されている。これらの図に於いて、４０は部材１０及び１４を互いに連結する細長い撓みばねの一つを示している。ばね４０はその両端部にそれぞれ末廣状の円筒形フランジ４２及び４４を設けられており、これらフランジの各々の底面は部材１０及び１４の平らな表面に当接している。一部にねじが切られたスタッド４４及び４８が両端のフランジの底面より延びており、これらのスタッドはそれぞれ対応する部材の孔５０及び５２に通されている。ねじを切られたナット５４及び５６が対応するスタッドのねじを切られた部分に取り付けられており、これらのナットは図４に示されている如く各孔の段部５８に当接しており、各フランジの平らな底面を各部材の係合面に対し押し付ける係合力を作用させている。実際には、かかるナットの締め付けはトルクレンチを用いて行われ、部材１４が遷移運動されるときにもこれらのフランジと部材１０及び１４の間に相対的な滑りが生ずることを阻止する或る所定の係合圧が与えられるのが好ましい。当然のことながら、ナットの締め付けが行われると、スタッド４６及び４８には引張り力が及される。孔５０及び５２は、部材１４に運動作用が与えられていないとき、部材１４の移動面に垂直な軸線を有する。
【００１５】
図３及び４に示されたばねの改良された構造の一つの重要な特徴は、ばねが部材の孔内へ差し込まれている入口であって図２に示されている局部的な高応力の領域３８がなくされ、可動部材１４の動きに基づく応力が孔の口よりフランジとそれに係合する部材の間のより大きな面積へ半径方向に分散されることである。かかるより大きな面積により応力が分散され、これによって単位面積当たりの力の大きさが低減する。その結果がかじり腐食が実質的に低減し、もし起こるとしてもフランジの底面に低い応力にて生ずる。フランジの底面がヤスリがけされた表面とされ、又フランジの直径がスタッドの直径の少なくとも３倍とされるとき、好ましい結果が得られることが分かった。又従来技術と対比して本発明は各撓みばねを個別に取り替えることを可能にする。
【００１６】
もし望むなら、各ナットの下に係合力を保持するためのロックワッシャが設けられてもよい。
【００１７】
本発明による他の一つの重要な改良は、各撓みばね４０の形状と構造に係る。各ばねは円形断面を有しており、二重にテーパが付されたビーム、即ち６０及び６２にて示されている如く両端部より中央へ向けて先細となった部分を有しており、実質的に一定の歪みを生ずるばねとして構成されている。かかる目的のための構造は、本明細書に於いては両端にて締着され実質的に一定の応力を有するテーパ付きビームなる表現にて表されている。ビームの寸法はこの技術の分野に於いては公知の分析法により最も適した状態に選定される。かかるばねの設計に当たっては、予想される作動応力が使用される材料の最大許容応力以下となるような設計が行なわれる。
【００１８】
図５及び６には、振動装置のための撓みばね支持装置の他の形状が示されている。図５に示されているものは、上側に位置する実質的に静止した部材が環状の板６４よりなっており、それに孔５０があけられ、ばねが面６６に沿って配置されている。図６に於いては、ばね支持装置は長方形をなしており、部材は長方形板６８として構成され、それに孔５０があけられ、ばねが複数の辺に沿って並列されている。部材の形状については、その他の形状も可能であることは明らかであろう。
【００１９】
かかる改良された撓みばね構造により、ばねが板部材に取り付けられる箇所に於ける従来の局部的かじり腐食の問題は実質的に克服されることは明らかであろう。更に両端にて締着され実質的に一定の歪みを有するテーパ状ビームの形状によるばねの構造は、装置の信頼性と寿命を著しく改善する特徴となるものである。
【００２０】
以上に於ては本発明を一つの好ましい実施例とその修正例について説明したが、これらの例について本発明の範囲内にて更に他の修正が可能である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】摩擦溶接のための一つの典型的な振動装置を示す解図的正面図。
【図２】従来の撓みばねの取り付け部の構造を一部断面にて解図的に示す正面図。
【図３】改良された撓みばねの構造及び取り付けを示す一部断面による正面図。
【図４】ばね取り付け部の拡大図。
【図５】撓みばね支持装置の一つの典型的な実施例を示す平面図。
【図６】振動装置のための撓みばね支持装置の他の一つの実施例を示す平面図。
【符号の説明】
１０…第一の金属部材
１２…支持枠体
１４…第二の金属部材
１６…保持板
１８，２０…加工片の半片
２２…共通の界面
２４…保持板
２６…垂直可動テーブル
２８…矢印
３２…ロッド或いはばね
３４…極片
３６…電磁コイル
３８…かじり腐食部
４０…撓みばね
４２，４４…円筒形フランジ
４６，４８…一部にねじを切られたスタッド
５０，５２…孔
５４，５６…ナット
５８…段部
６０，６２…テーパ部
６４…環状板
６６…円
６８…矩形板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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