(57)【要約】摩擦圧接を形成するための装置であって、支持装置と、前記支持装置によって支持され、それに対して回転するように駆動されるか、または円弧状経路に沿ってそれに対して移動することができる保持部材と、第１の接合面が露出するように前記保持部材上の取り付け位置に取り付けられ、第１の回転中心を中心として前記保持部材に対して回転可能であり、前記保持部材が前記支持装置に対して回転するように駆動されるとき、第１の回転中心は前記支持装置に対して軌道運動するように移動する消耗要素と、第１のワークピースの取り付け面が前記要素の第１の接合面と位置合わせされるように、第１のワークピースを定位置に保持するように配置された少なくとも第１の位置合わせ装置を有する。
2019500222.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持装置と、
前記支持装置によって支持され、該支持装置に対して回転駆動されるか、あるいは、該支持装置に対して、円弧状経路に沿って移動することができる、保持部材と、
第１の接合面を有し、第１の接合面が露出するように、かつ、第１の回転中心を中心として前記保持部材に対して回転可能に、前記保持部材上の装着位置に取り付けられ、前記保持部材が前記支持装置に対して回転駆動される、あるいは、移動するとき、第１の回転中心は前記支持装置に対して軌道運動するように移動する、消耗要素と、
第１のワークピースの取り付け面が、前記消耗要素の第１の接合面と位置合わせされるように、第１のワークピースを定位置に保持するように配置された少なくとも第１の位置合わせ装置と、
を備える、摩擦圧接を形成するための装置。
【請求項２】
第１のワークピースと第２のワークピースとの間に摩擦圧接を形成するためのものであり、
前記消耗要素は、第１および第２の接合面を有し、
前記消耗要素が前記保持部材上の装着位置に取り付けられると、第１および第２の接合面が露出し、
該装置は、第１および第２のワークピースの取り付け面が前記消耗要素のそれぞれの第１および第２の接合面と整列するように、第１および第２のワークピースを定位置にそれぞれ保持するように配置された第１および第２の位置合わせ装置を備える、
請求項１に記載の装置。
【請求項３】
単一の位置合わせを提供する、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記保持部材は、第２の回転中心の周りを回転するように駆動され得るロータを備える、請求項１〜３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
前記装着位置は、前記消耗要素が回転可能に取り付けられたロータを貫通して形成された開口部を含み、第２の回転中心は回転の第１の中心に対してオフセットされている、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記消耗要素が、前記装着位置に回転可能に取り付けられた支持リング内に取り付けられている、請求項４または５に記載の装置。
【請求項７】
前記支持リングが、その回転軸に対して第１の角度に設定された内面を有し、前記消耗要素は、その回転軸に対して第２の角度でオフセットされた外側リムを有する、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
第１および第２の角度は、互いに同一であるかまたは実質的に同一である、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記支持リングに取り外しができるように取り付けられて、前記消耗要素の表面に当接するように前記消耗要素の前記回転軸に平行な方向への移動を防止するロック要素をさらに備える、請求項７または８に記載の装置。
【請求項１０】
前記ロータは、駆動装置によって回転駆動されるように構成されている、請求項４〜９のいずれかに記載の装置。
【請求項１１】
前記駆動装置が、前記ロータに係合する駆動歯車またはホイールを備え、前記支持装置が前記ロータを少なくとも部分的に囲むが、前記駆動歯車またはホイールと前記ロータとの間の係合を可能にするために、ギャップを有する、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記支持装置は、リング歯車を備え、前記保持部材は、前記リング歯車と噛み合うように駆動され、前記リング歯車の内面を中心に回転する遊星歯車を備える、請求項１〜３のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
前記保持部材は、前記支持装置に対して円弧状の経路で移動するように駆動されるキャリッジを備える、請求項１〜３のいずれかに記載の装置。
【請求項１４】
前記キャリッジは、前記支持装置に対して回転しない、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
第１の位置合わせ装置は、第１のワークピースを挿入することができる貫通孔が形成されたスリーブ要素を備え、該スリーブ要素は前記支持装置に対して所定の位置に保持される、請求項１〜１４のいずれかに記載の装置。
【請求項１６】
前記スリーブ要素は、前記ワークピースが前記消耗要素に対して半径方向に移動しないように、前記支持装置に対して空間的に所定の位置に保持される、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記スリーブ要素が、前記支持装置に対して回転可能な位置に保持される、請求項１５または１６に記載の装置。
【請求項１８】
第１のワークピースを前記消耗要素に向かって駆動するテンション装置をさらに備える、請求項１〜１７のいずれかに記載の装置。
【請求項１９】
第１のワークピースに対する前記消耗要素の回転を防止または禁止するように動作可能な回転抑制装置をさらに備える、請求項１〜１８のいずれかに記載の装置。
【請求項２０】
前記回転阻止装置が、前記消耗要素の一部に取り付けられた保持要素を含む、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記保持要素は、前記消耗要素が前記支持装置に対して前記軌道運動で移動するときに前記保持要素を軌道運動で移動させることを許容する、支持機構によって支持される、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記保持要素は、前記消耗要素が前記支持装置に対して前記軌道運動で移動するときに、前記消耗要素に取り付けられたままであることを可能にする可撓性接続部に取り付けられる、請求項２０または２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記回転阻止装置は、前記消耗要素の面から突出し、第１のワークピースに対して実質的に回転しない保持装置に対して摺動することができる１つ以上の突起を含む、請求項１９に記載の装置。
【請求項２４】
前記突出部または前記各突出部は、前記突出部から前記消耗要素の回転中心を通る線とほぼ平行な１つまたは複数の面を有し、前記保持構成は、その表面または各表面に対して、またはそれに隣接して位置する、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記突出部または前記各突出部は、前記面と実質的に整列し、かつ前記面に隣接している、または面に隣接する一対の対向する面を含む、請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記突起または各突起について、前記突起が保持装置に対して摺動する方向に実質的に垂直な方向で第１のワークピースに対して保持装置が移動可能である、請求項２３〜２５のいずれかに記載の装置。
【請求項２７】
前記位置合わせ装置が、前記支持装置の断面積と少なくとも同じ大きさの面積を有するワークピースの面に前記装置を取り付けるように適合されている、請求項１〜２６のいずれかに記載の装置。
【請求項２８】
前記装置は摩擦表面仕上げ装置であって、
前記消耗要素は細長く、
第１のワークピースは、前記消耗要素からの材料がその上に堆積される表面を含み、
前記消耗要素を表面に向かって駆動するために前記消耗要素に力を加える駆動装置を備え、
前記消耗要素と前記表面との間に相対的な並進運動を生じさせる並進装置が設けられている、
請求項１〜２７のいずれかに記載の装置。
【請求項２９】
前記消耗要素の少なくとも一部が、前記保持部材内に取り付けられた球面軸受に取り付けられている、請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
前記装置が、第１および第２の隣接するワークピース間に溶接接合部を形成するための装置であり、
前記消耗要素が細長く、
前記位置合わせ装置は、２つのワークピースを互いに隣接して保持するので、該ワークピースが互いに接触する領域に前記消耗要素が位置合わせされ、
前記消耗要素を表面に向かって駆動するために前記消耗要素に力を加える駆動装置を備え、
前記消耗要素と前記ワークピースが互いに接触する領域との間に相対的な並進運動を生じさせる並進装置が設けられている、
請求項１〜２７のいずれかに記載の装置。
【請求項３１】
前記２つのワークピースの前記取り付け面が、該ワークピースが互いに接触する領域に隣接するワークピースの領域からなる、請求項３０に記載の装置。
【請求項３２】
溶接部を形成する方法であって、
第１の接合面を有する消耗要素を提供し、
前記消耗要素を第１の回転中心の周りに保持部材に対して回転可能にするように、かつ、前記消耗要素を第１の接合面が露出するように、前記保持部材の取り付け位置に取り付け、
取り付け面を有する第１のワークピースを提供し、
第１のワークピースの前記取り付け面を前記消耗要素の第１の接合面に整列させ、第１の回転中心が旋回運動するように、前記保持部材を回転させるか、または前記保持部材を円弧状の経路に沿って移動させることにより、第１のワークピースの取り付け面と前記消耗要素の第１の接合面との間に摩擦力を発生させる、
方法。
【請求項３３】
２つのワークピースを接合し、
前記消耗要素が前記保持部材上の装着位置に装着されると、第１および第２の接合面が露出され、
それぞれが取付面を有する第１および第２のワークピースが提供され、
前記整列工程は、第１および第２のワークピースの前記取り付け面を前記消耗要素のそれぞれの第１および第２の接合面に整列させ、
前記回転工程は、第１および第２のワークピースの前記取り付け面と前記消耗要素の第１および第２の接合面との間に摩擦力を発生させる、
請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記消耗要素を単一のワークピースに接合するためのものである、請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
前記消耗要素が第１の接合面と第２のブレース面とを有し、前記消耗要素が前記保持部材の装着位置に装着されると、第１および第２の面が露出され、
ブレース面を有するブレース要素が設けられており、
前記整列工程は、前記第１のワークピースの取り付け面と前記ブレース要素の前記ブレース面とを前記消耗要素のそれぞれの第１および第２の面に整列させる工程と、
前記回転工程の間、前記ブレース要素は前記ブレース面に押し付けられるが、前記ブレース要素と前記ブレース面との間に溶接接合部は形成されない、
請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
摩擦表面を形成する方法であって、
該方法は、
第１の接合面を有する細長い消耗要素を提供し、
前記消耗要素を第１の回転中心の周りに保持部材に対して回転可能にするように、かつ、前記消耗要素を第１の接合面が露出するように、前記保持部材の取り付け位置に取り付け、
表面を提供し、
前記表面を前記消耗要素の前記第１の接合面と整列させ、
前記表面を前記消耗要素の第１の接合面と整列させ、第１の回転中心が軌道運動するように、前記保持部材を回転させるか、または前記保持部材を円弧状の経路に沿って移動させて、前記表面と前記消耗要素の第１の接合面との間に摩擦力を発生させる、
工程を備えた、方法。
【請求項３７】
前記作業が進むにつれて、前記消耗要素を表面に向かって駆動する工程をさらに含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記作業が進むにつれて、前記消耗要素と前記表面との間に相対的な並進運動を加える工程をさらに含む、請求項３６または３７に記載の方法。
【請求項３９】
２つの隣接するワークピースの間に溶接部を形成する方法であって、
自由端を有する細長い消耗要素を提供し、
前記消耗要素が、第１の回転中心を中心として保持部材に対して回転可能であり、かつ、前記自由端が露出されるように、前記消耗要素を前記保持部材の取り付け位置に取り付け、
前記２つのワークピースを互いに隣接して保持し、前記ワークピースが互いに接触する領域に前記消耗要素を位置合わせし、
第１の回転中心が軌道運動するように、前記保持部材を回転させるか、または前記保持部材を円弧状の経路に沿って移動させることによって、前記消耗要素の前記自由端と前記ワークピースが互いに接触する前記領域との間に摩擦力を発生させる、
工程を備える方法。
【請求項４０】
前記溶接作業が進むにつれて、前記ワークピースが互いに接触する領域に向かって前記消耗要素を駆動する工程をさらに含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記消耗要素と、前記溶接作業が進むにつれて前記ワークピースが互いに接触する領域との間に相対的な並進運動を加える工程をさらに含む、請求項３９または４０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦圧接部を形成するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶接は、材料（通常金属または熱可塑性材料）を、材料間の融合を引き起こすことによって接合するために使用される周知の技術である。
【０００３】
幾つかのタイプの溶接では、接合される材料に熱が直接加えられて、融合が起こる。例えば、これはアーク溶接で起こる。
【０００４】
材料は、摩擦圧接によっても接合できる。摩擦圧接とは、接合される２つのワークピース（または他の構成要素）の面が共にしっかりと押さえつけられ、回転するなどして互いに移動する技術である。ワークピースの相対的な動きから、摩擦熱が生じ、ワークピース間の融着を引き起こす。
【０００５】
摩擦圧接は、熱が直接加えられる他の溶接技術に対し、特に溶接ゾーンにおける過度の加熱の回避に関して幾つかの利点を有する。溶接手順中に発生する過度の熱は、例えば金属製ワークピースの結晶構造における望ましくない変化などの重大な問題を引き起こす可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、摩擦圧接を実施するための改良された装置および方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、摩擦圧接部を形成するための装置であって、装置は以下から構成される：
支持装置；
前記支持装置によって支持され、それに対して回転するように駆動されるか、または円弧状経路に沿って移動することができる保持部材；
第１の接合面を有する消耗要素であって、該消耗要素は、第１の接合面が露出するように前記保持部材上の装着位置に装着され、該消耗要素は、第１の回転中心の周りで保持部材に対して回転可能であり、前記保持部材が前記支持装置に対して回転、または前記支持装置に対して移動するように駆動されるとき、第１の回転中心は、前記支持装置に対して軌道運動するように移動する；および、
第１のワークピースの取り付け面が前記消耗要素の第１の接合面と位置合わせされるように、第１のワークピースを適所に保持するように配置された少なくとも第１の位置合わせ装置；
を含む。
【０００８】
該装置は、第１のワークピースと第２のワークピースとの間に摩擦圧接部を形成し、前記消耗要素は第１および第２の接合面を有し、前記消耗要素が前記保持部材上の装着位置に装着されると、第１および第２の接合面が露出され、該装置は、第１のワークピースと第２のワークピースの取り付け面がそれぞれ前記消耗要素の第１と第２の接合面と整列するように第１と第２のワークピースを適所にそれぞれ保持するように配置される、第１および第２の整列構成を備えることが望ましい。
【０００９】
好ましくは、単一の整列配置が提供される。
【００１０】
前記保持部材は、第２の回転中心の周りを回転するように駆動可能なロータを備えるものが好都合である。
【００１１】
前記装着位置は、前記消耗要素が回転可能に取り付けられたロータを貫通して形成された開口部を含み、第２の回転中心は回転の第１の中心に対してオフセットされていることが望ましい。
【００１２】
前記消耗要素は、前記装着位置に回転可能に取り付けられた支持リング内に取り付けられることも望ましい。
【００１３】
好都合には、前記支持リングは、その回転軸に対して第１の角度に設定された内面を有し、前記消耗要素は、その回転軸に対して第２の角度でオフセットされた外側リムを有する。
【００１４】
第１および第２の角度は、互いに同じであるか、または実質的に同じであることが好ましい。
【００１５】
好ましくは、該装置は、前記支持リングに取り外し可能に取り付けられ、前記消耗要素の表面に当接するように、前記消耗要素の回転軸に平行な方向への前記消耗要素の移動を防止するロック要素をさらに備える。
【００１６】
前記ロータは、駆動装置によって回転駆動されるように構成されていることが好適である。
【００１７】
有利には、前記駆動装置は、ロータと係合し、前記支持装置が該ロータを少なくとも部分的に囲むが、駆動歯車またはホイールと前記ロータとの間の係合を可能にするために、その中に隙間または亀裂を有する駆動歯車またはホイールを備えている。
【００１８】
好ましくは、前記支持装置はリング歯車を備え、前記保持部材は、前記リング歯車と噛み合うように駆動され、前記リング歯車の内面の周りを回転する遊星歯車を備える。
【００１９】
前記保持部材は、前記支持装置に対して円弧状の経路で移動するように駆動されるキャリッジを備えることが好適である。
【００２０】
前記キャリッジは前記支持装置に対して回転しないものが好ましい。
【００２１】
好ましくは、第１の位置合わせ構成は、第１のワークピースを挿入することができる貫通孔が形成されたスリーブ要素を備え、スリーブ要素は前記支持装置に対して所定の位置に保持される。
【００２２】
前記スリーブ要素は、ワークピースが前記消耗要素に対して半径方向に移動しないように、前記支持装置に対して空間的に所定の位置に保持されることが好都合である。
【００２３】
前記スリーブ要素は、前記支持装置に対して回転可能な位置に保持されるものが望ましい。
【００２４】
該装置は、第１のワークピースを前記消耗要素に向かって駆動するテンション装置をさらに備えるものが望ましい。
【００２５】
該装置は、第１のワークピースに対する前記消耗要素の回転を防止または禁止するように動作可能な回転抑制装置をさらに備えるものが好適である。
【００２６】
有利には、前記回転阻止装置は、前記消耗要素の一部に取り付けられた保持要素を含む。
【００２７】
好ましくは、前記保持要素は、前記消耗要素が前記支持装置に対して軌道運動で移動するときに、該保持要素を軌道運動で移動させる前記支持装置によって支持される。
【００２８】
前記保持要素は、前記消耗要素が前記支持装置に対して軌道運動で移動するときに、前記消耗要素に取り付けられたままであることを可能にする可撓性接続部に取り付けられるものが好適である。
【００２９】
前記回転抑制装置は、前記消耗要素の面から突出し、実質的に第１のワークピースに対して回転しない保持装置に対して摺動することができる１つ以上の突起を備えるものが好ましい。
【００３０】
前記または各突起は、前記突起から前記消耗要素の回転中心を通る線とほぼ平行な１つまたは複数の面を有し、保持構成は、各面と実質的に位置合わせされ、その面または各面に対向または隣接する面を含むものが好ましい。
【００３１】
前記または各突起は、一対の対向した実質的に平行な面を有し、前記保持装置は、前記面と実質的に整列し、前記面に接しているかまたは隣接しているものが好適である。
【００３２】
前記または各突起に対し、前記保持装置は、前記突起が前記保持装置に対して摺動することができる方向に実質的に垂直な方向に前記第１のワークピースに対して移動可能なものが好ましい。
【００３３】
前記位置合わせ装置は、前記支持装置の断面積と少なくとも同じ大きさの面積を有するワークピースの面に装置を取り付けられるものが好ましい。
【００３４】
該装置は摩擦表面装置であり、前記消耗要素は細長く、第１のワークピースは、前記消耗要素からの材料がその上に堆積される表面を含み、前記消耗要素を表面に向かって駆動するために前記消耗要素に力を加える駆動装置が設けられており、前記消耗要素と表面との間の相対的な並進運動を生じさせる並進装置が設けられることが好適である。
【００３５】
有利には、前記消耗要素の少なくとも一部は、前記保持部材内に取り付けられた球面軸受に取り付けられる。
【００３６】
該装置は、第１および第２の隣接するワークピース間に溶接接合部を形成するための装置であり、消耗要素は細長く、位置合わせ装置は、ワークピースが互いに接触する領域と前記消耗要素が位置合わせされるように２つのワークピースを互いに隣接して保持し、前記消耗要素を互いに接触する領域に向かって駆動するために前記消耗要素に力を加える駆動装置が設けられており、前記消耗要素と前記ワークピースが互いに接触する領域との間に相対的な並進運動を生じさせる並進装置が設けられることが好ましい。
【００３７】
前記２つのワークピースの取り付け面は、該ワークピースが互いに接触する領域に隣接するワークピースの領域を含むものが好ましい。
【００３８】
本発明の別の態様は、溶接部を形成するための方法を提供し、該方法は支持構造を含み、第１の接合面を有する消耗要素を提供し、第１の接合面が露出するように前記消耗要素を保持部材上の装着位置に装着し、前記消耗要素は、第１の回転中心の周りで前記保持部材に対して回転可能であり、取り付け面を有する第１のワークピースを提供し、第１のワークピースの取り付け面を前記消耗要素の第１の接合面に整列させ、第１の回転中心が軌道運動するように、前記保持部材を回転させるか、または前記保持部材を円弧状経路に沿って移動させ、第１のワークピースの取り付け面と前記消耗要素の第１の接合面との間に摩擦力を発生させる。
【００３９】
この方法は、２つのワークピースを接合するためのものであり、前記消耗要素は第１および第２の接合面を有し、前記消耗要素が前記保持部材の装着位置に装着されたときに、第１および第２の接合面が露出し、それぞれが取付面を有する第１および第２のワークピースが設けられ、この整列工程は、第１および第２ワークピースの取り付け面を前記消耗要素のそれぞれの第１および第２の接合面に整列させる工程を含み、回転工程は、第１および第２のワークピースの取り付け面と前記消耗要素の第１および第２の接合面との間に摩擦力を発生させることが望ましい。
【００４０】
本方法は、前記消耗要素を単一のワークピースに接合することが望ましい。
【００４１】
前記消耗要素は、第１の接合面と第２のブレース面とを有し、該消耗要素が前記保持部材の装着位置に装着されると、第１および第２の面が露出され、ブレース面を有するブレース要素が設けられており、整列工程は、第１のワークピースの取り付け面と前記ブレース要素のブレース面とを前記消耗要素それぞれの第１および第２の面に整列させる工程と、回転工程の間、前記ブレース要素は前記ブレース面に押し付けられるが、前記ブレース要素と前記ブレース面との間に溶接接合部が形成されないことが好適である。
【００４２】
本発明のさらなる態様は、摩擦表面仕上げの方法を提供する。該方法は、
第１の接合面を有する細長い消耗要素を提供する工程と、
前記第１の接合面が露出するように、前記消耗要素を保持部材の保持位置に対して、前記消耗要素が前記保持部材に対して第１の回転中心の周りに回転できるように取り付ける工程と、
表面を提供する工程と、
前記表面を前記消耗要素の前記第１の接合面と整列させる工程と、
第１の回転中心が軌道運動するように、前記保持部材を回転させるか、または第１の回転中心が軌道運動するように、前記保持部材を円弧状の経路に沿って移動させて、前記表面と前記消耗要素の第１の接合面との間に摩擦力を発生させる工程と、
を備える。
【００４３】
有利には、本方法は、溶接動作が進むにつれて前記消耗要素を前記表面に向かって駆動する工程をさらに含む。
【００４４】
好ましくは、本方法は、溶接作業が進むにつれて前記消耗要素と前記表面との間に相対的な並進運動を加える工程をさらに含む。
【００４５】
また、本発明の他の様態は、２つの隣接するワークピース間に溶接部を形成する方法であって、該方法は、
自由端を有する細長い消耗要素を提供する工程と、
前記自由端が露出し、前記消耗要素が、第１の回転中心の周りで保持部材に対して回転可能であるように、前記消耗要素を前記保持部材の取り付け位置に取り付ける工程と、
前記２つのワークピースを互いに隣接して保持し、前記ワークピースが互いに接触する領域に前記消耗要素を位置合わせする工程と、
第１の回転中心が軌道運動するように、前記保持部材を回転させるか、または、前記保持部材を円弧状の経路に沿って移動させることによって、前記消耗要素の自由端とワークピースが互いに接触する領域との間に摩擦力を発生させる工程と、
を備える。
【００４６】
好都合には、本方法は、溶接作業が進むにつれて、前記ワークピースが互いに接触する領域に向かって前記消耗要素を駆動する工程をさらに含む。
【００４７】
有利には、溶接部は、溶接作業が進むにつれて前記消耗要素と、前記ワークピースが互いに接触する領域との間に相対的な並進運動を加える工程をさらに含む。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１ａおよび図１ｂは、本発明での使用に適したロータを示す。
【図２】図２は、本発明での使用に適した支持ケーシング９を示す。
【図３】図３は、本発明での使用に適した支持ケーシング９を示す。図３ａは、本発明での使用に適した代替のロータの一部を示す。
【図４】図４は、本発明での使用に適した支持リングを示す。
【図５】図５は、本発明での使用に適した支持リングを示す。
【図６】図６は、共に組み立てられた支持ケーシング、ロータ、支持リングおよび消耗要素を示す。図６ａは、代替の支持リングおよび消耗要素の一部を示す。
【図７】図７は、本発明での使用に適した支持リングを示す。
【図８】図８は、本発明を具体化する溶接装置を示す。
【図９】図９は、本発明での使用に適した支持リングを示す。
【図１０】図１０は、本発明を具体化する溶接装置と共に使用する２つの圧縮装置を示す。
【図１１】図１１ａおよび図１１ｂは、本発明を具体化する代替の溶接装置の部分を示す。
【図１２】図１２は、本発明での使用に適した回転防止装置を示す。
【図１３】図１３は、本発明での使用に適した回転防止装置を示す。
【図１４】図１４は、本発明を具体化する別の溶接装置を示す。
【図１５】図１５は本発明を具体化する別の溶接装置を示す図である。
【図１６】図１６は本発明を具体化する別の溶接装置を示す図である。
【図１７】図１７ａ〜図１７ｄは、２つの部材の間の溶接部を形成する装置を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
本発明がより容易に理解され得るように、添付の図面を参照して本発明の実施形態を例として説明する：
最初に図１ａおよび１ｂを参照すると、ロータ１が示されている。ロータ１は、一般に環状リングの形態をとり、ロータ１全体を通過する開口３を取り囲むリム２を有する。
【００５０】
リム２は、ほぼ平行で対向する主表面４を有し、好ましくはこの領域の大部分にわたって実質的に一定の厚さ５を有する。
【００５１】
リム２の各面４の外縁部６は、好ましくは円形または実質的に円形であり、リム２の外壁７は、その中に形成された一連の離間した歯８を有してもよい。好ましい実施形態において、リムの外壁７は、他の壁７のいずれかの側に上向きに延びる２つの突起１４を有し、外壁７は概してトラフを画定する。これらの実施形態では、突起１４の間に歯８が形成されている。
【００５２】
ロータ１を貫通する開口３は、円形または実質的に円形であることが好ましい。しかしながら、開口３の円形の幾何学的中心は、ロータ１のリム２の円形の幾何学的中心からずれている。従って、開口３はリム２に対して偏心しており、同心ではないことが理解されよう。一実施形態では、開口３の直径は３００ｍｍであり、リム２の幾何学的中心と開口３の幾何学的中心との間の距離は５ｍｍである。従って、リム２に対する開口３のオフセットの程度は、開口３の全直径の割合として比較的小さくてもよい。好ましい実施形態において、オフセット距離（すなわち、リム２と開口３の幾何学的中心間の距離）は、開口の直径の０．５％と３％の間である（オフセット距離は、プロセスパラメータおよび溶接される特定の材料に応じて、この範囲外であってもよい）。より好ましくは、オフセット距離は開口３の直径の１％と２％の間がよい。より好ましくは、オフセット距離は開口３の直径の１％と２％の間がよい。さらにより好ましい実施形態においては、オフセット距離は、開口３の直径の約１．６７％がよい。
【００５３】
しかし、他の実施例では、オフセット距離がより大きくてもよい。例えば、オフセット距離が開口の直径の３０％と同じ高さである例が想定される。従って、全体の範囲は０．５％〜３０％であってもよい。
【００５４】
ロータ１は、図２に示す支持ケーシング９内に取り付けられている。支持ケーシング９は弧状であり、好ましくは円形または実質的に円形のリングの一部の形態をとる。リングの内側は開いており、全体的に内向きのトラフを表している。一連の離間した第１のローラ１０がトラフ内に設けられている。好ましい実施形態において、支持ケーシング９は、完全な円の半分以上を形成し、例えば、完全な円の２００〜２５０ｏを含むことができる。
【００５５】
第１のローラ１０は自由に回転することができ、支持ケーシング９自体の平面にほぼ整列した平面内に設定される。
【００５６】
支持ケーシング９は、適切なスタンドまたは支持体（図示せず）によって定位置に保持され、必要に応じて地面に載置されるか、または１つ以上の他の構成要素によって支持され得る。スタンドは、支持ケーシング９とは別に形成されていてもよいし、あるいは一体に形成されていてもよい。幾つかの実施形態において、１つまたは複数の交換可能なスタンドまたは他のサポートが提供されてもよく、その結果、支持ケーシング９は、異なる状況で所定の位置に保持することができる。
【００５７】
ロータ１は支持ケーシング９内に設置されているが、明確性のため、図２には、ロータ１なしで支持ケーシング９が示されている。図３は、支持ケーシング９の一部の破断図を示す。支持ケーシング９は、外壁１１と、トラフ形状を画定する２つの対向する側壁１２とを有することが分かる。１つの第１ローラ１０が示されており、これは、支持ケーシング９に対して軸１３上で回転するように取り付けられている。
【００５８】
ロータ１のリム２も示されている。支持ケーシング９およびロータ１の寸法は、ロータ１のリム２の外面７がローラ１０上に載置され、外面７に形成された２つの突起１４が第１のローラ１０の支持縁１５を跨ぐようにその両側に延在する。
【００５９】
従って、ロータ１が支持ケーシング９内に取り付けられた状態では、ロータ１は支持ケーシング９に対して自由に回転（または回転駆動）することができるが、そこから取り外すことはできないことが理解されるであろう。支持ケーシング９が完全な円の半分以上を描くので、支持ケーシング９に形成された隙間は、ロータの外径よりも小さい幅を有するので、ロータ１は支持ケーシング９から半径方向に取り外すことができない。ロータ１のリム２の外面７に形成された突起１４が支持ケーシング９の第１のローラ１０の両側に位置しているので、ロータ１を支持ケーシング９から軸方向に取り外すこともできない。従って、ローラ１０は、いずれの方向においても、支持ケーシング９に対するロータ１の長手方向運動を防止する。
【００６０】
上記で第１のローラ１０の使用を説明したが、ロータ１の自由回転を可能にする他の適切な構成を使用することもできる。例えば、一連の適切なブッシングを含む平軸受が使用されてもよい。
【００６１】
使用時には、駆動歯車（図示せず）が、駆動歯車の歯がロータ１の外面７に設けられた歯８と噛み合うように配置される。駆動歯車は、支持ケーシング９から突出した外面上の点、すなわち支持ケーシング９内の隙間と整列しているロータ１の部分で、ロータ１と係合する。従って、ロータ１は、支持ケーシング９によって支持されて保持され、駆動歯車によって回転駆動され得ることが理解されるであろう。
【００６２】
好ましくは、駆動歯車は、好適な形態をとることができるモータ（図示せず）によって駆動される。
【００６３】
しかしながら、他の実施形態では、ロータは、１つ以上の歯車、ベルト、チェーン、作業ネジ、高調波駆動、または任意の他の適切な駆動方法によって駆動されてもよい。ロータ１を駆動するための幾つかの技術では、ロータ１の一部を支持ケーシング９の間隙を介して露出させる必要はない。この実施形態では、支持ケーシング９は、その中に破断部が形成されていない。例えば、ロータの中央に係合する代わりに、ロータの１つ以上の端部（軸方向）に駆動歯車、プーリなどを設けることができる。これらの実施形態では、駆動歯車／プーリなどは、支持ケーシングの横に（または軸方向に間隔をおいて）配置される可能性がある。
【００６４】
上述したように、ロータ２の外面７には歯８が形成されていてもよい。この場合、第１のローラ１０が歯８に直接接触すると、第１のローラ１０を損傷する可能性があるため、望ましくないことがある。これを避けるために、ロータ２の外面７は、図３ａに示すように、ロータ２の外面７の周りを走る溝またはトラフ７ａを有してもよい。歯８は溝またはトラフ７ａ内に配置することができ、外面７の残りの部分は滑らかまたは実質的に滑らかである。これは、第１のローラ１０が歯８に接触することなく外面７に載ることができ、駆動歯車など（図示せず）を溝またはトラフ７ａに挿入して歯８と係合できることを意味する。
【００６５】
ロータ１は、その内面２２（すなわち、開口３を取り囲む面）に、一連の第２のローラ２３を支持し、それらはそれぞれ、開口３の中心を直接通過する軸とほぼ平行な軸を中心に回転するように配置されている。従って、この実施形態では、第２のローラ２３は、第１のローラ１０と平行または実質的に平行であることが理解されるであろう。第２ローラ２３は自由に回転するように配置されている。図示の実施形態では、第２のローラ２３は、ロータ１の内側２２に形成された内向きのトラフ２４または他の凹部内の全体または一部に設けられている。
【００６６】
好ましい実施形態において、一連の離間した第２のローラ２３が、ロータ１の内側２２の周りに設けられている。しかしながら、同じ全体的機能を提供する類似の構成が使用されてもよい。
【００６７】
図４を参照すると、支持リング２５の破断図が示されている。
【００６８】
支持リング２５の外縁部２６は、ロータ１のリム２の外縁部７と同様であり、外縁部２６の両側に一対の突起２７が形成され、断面図では、外縁２６はトラフの形をとっている。
【００６９】
支持リング２５の内側に面する内側エッジ２８は、内側開口２９を取り囲み、支持リング２５の残りの幅に対して縮小された幅を有する。好ましい実施形態において、この減少した幅は、支持リング２５の残りの幅の約半分である。
【００７０】
図５は、以下に、より詳細に説明されるように溶接部を形成するプロセスで使用する材料のディスク１６を示す。図示の例では、ディスク１６は、円形または実質的に円形の形状であり、支持リング２５の内径と同じまたは実質的に同じ外径を有する。ディスク１６のリム１７の幅は、好ましくは、支持リング２５の狭められた内縁２８の幅と同じかまたは実質的に同じである。
【００７１】
使用時には、ディスク１６を支持リング２５の内側開口２９内に配置して、支持リング２５によって支持することができる。好ましい実施形態において、ディスク１６は、内側開口２９内にしっかりと嵌まり、支持リング２５に対して容易に回転できない。
【００７２】
ディスク１６は、「パック」と呼ぶことが可能である。
【００７３】
図６は、（本発明を具体化する完全に組み立てられた装置に存在し得るカラーのような特定の構成要素が明瞭化のために省略されていることを理解されたい）組み立てられた態様で上記の構成要素を示す。既に説明したように、ロータ１は、支持ケーシング９内に嵌合し、支持ケーシング９に保持された第１のローラ１０上を自由に回転する。
【００７４】
支持リング２５は、ロータ１の内側開口３内に嵌合し、ロータ１に保持された第２軸受２３は、支持リング２５の外縁部２６に形成されたトラフ形状内に嵌合する。支持リング２５は、第２ローラ２３上を自由に回転する。
【００７５】
最後に、パック１６は支持リング２５の内側開口２９内に嵌合する。
【００７６】
上述した装置の１つの用途は、部材の２つの自由端部、特に（ただし排他的ではない）鉄道軌道レールの部分のような細長い部材を共に溶接することである。この溶接作業を実行するために、２つのレール部分の自由端がパック１６の対向する主面に押し付けられ、ロータ１が駆動歯車およびモータによって（上述のように）回転駆動される。ロータ１が回転するにつれて、パック１６の幾何学的中心とロータ１のリム２の内側開口３の幾何学的中心との間にオフセットがあるため、パック１６が偏心運動を行うことが分かる  。また、これにより、パック１６の主表面をレール部分の自由端に摺動させ、克服しなければならない摩擦力の結果として、パック１６の主面とレール部分の自由端との間の界面に多量の熱エネルギーが発生する。この摩擦熱の結果として、レール部分の２つの自由端の間の適所にパック１６が効果的に溶接され、最終溶接部の一部を形成する２つのレール部分の間に溶接部を形成することができる。従って、パック１６は、このタイプの溶接プロセスにおいて消耗品パックとして作用することが理解されるであろう。
【００７７】
パック１６の主表面は、実質的に平面であり、互いに平行であるものが好ましい。しかし、他の実施形態では、溶接プロセスを改善するために、主面が軸方向に輪郭付けられ、および／またはテクスチャ加工される。これらの実施形態では、溶接物の自由端がパック１６の主表面に押し付けられると、自由端の幾つかの部分のみが最初にパック１６に接触でき、自由端の他の部分は溶接プロセスの後の段階でパック１６と接触する。
【００７８】
好ましい実施形態において、パック１６は、一緒に溶接される２つのレール部分と同じまたは実質的に同じ材料から形成される。しかしながら、他の実施形態では、パック１６は、レール部分の材料とは異なる材料から形成されてもよく、当業者は、適切な材料を選択するために使用され得る基準を理解するであろう。例えば、得られる溶接部の機械的性能を改善するために、および／または異なるプロファイルまたは冶金特性を有する２つのワークピースの間に接合部を形成する場合、異なる材料を使用することができる。
【００７９】
当業者は理解しているように、各レール部分の自由端は、ロータ１の全回転中に、自由端の全ての部分が（軸方向から見て）パック１６の適切な主面の外周内に入るように、パック１６に対して配置されなければならない。従って、パック１６は、ロータ１の回転に伴って、レール部分の自由端の一部が半径方向外側に突出しないように、十分に大きな直径を有していなければならない。
【００８０】
好ましい実施形態において、ロータ１は、互いに取り外し可能に取り付けることができる２つの部分で形成されてもよい。これにより、一旦溶接プロセスが完了すると、上述したプロセスによって互いに溶接された２つの細長い要素をロータ１から取り外すことができる。例えば、ロータ１は、ボルト、クランプおよび／または他の適切な固定具によって互いにしっかりと取り付けられた２つの半体（図示せず）で形成することができる。溶接手順の間、２つの半体は互いに付着したままである。溶接作業が完了した後、２つの半体は、互いに分離され、離れて移動することができる。
【００８１】
同様に、支持ケーシング９は、互いに取り外し可能に取り付けることができる２つ以上の部品に形成することもできる。支持ケーシング９がこのように形成されない限り、一旦溶接作業が完了すると、ロータ１を支持ケーシング９から取り外すことは困難または不可能であることが理解されるであろう。
【００８２】
さらに、支持リング２５は、溶接作業が完了した後に取り外すことができるように、２つ以上の取り外し可能で取り付け可能な部品で形成されてもよい。
【００８３】
当業者であれば、溶接作業が完了した後、支持ケーシング９を最初に取り外し、その後、支持リング２５を最終的に取り外す前に、ロータ１を次の工程で取り外す必要があることを理解するであろう。
【００８４】
図６ａは、支持リングに対してパックを保持する別の方法を示す。この実施形態では、パック１６ａは、パック１６ａの回転軸に対してある角度に設定された外側リム５９を有する。従って、パック１６ａは円錐台形状をとる。幾つかの例では、回転軸に対する外側リム５９の角度は、５°〜２０°であってもよいが、他の角度も可能である。
【００８５】
支持リング２５ａは、内側に面する係合面６０を有し、この係合面は、支持リング２５ａの回転軸に対してある角度に設定されている。好ましい実施形態では、この角度は、パック１６ａの外側リム５９のオフセット角度と同じ、または実質的に同じである。
【００８６】
この係合面６０に加えて、係合面６０の内径が最大となる側には、内向き面６１が設けられている。内向き面６１は、図示の例では、ねじ山がつけられている。ロックリング６２が設けられ、このロックリング６２は、ねじ込まれた内向き面６１に係合できるようにねじ切りされた外面６３を有する。
【００８７】
使用時には、最初にパック１６ａが支持リング２５ａに挿入され、その結果オフセットされた外側リム５９が内向きの係合面６０によって受け入れられ、実質的に一致する。次に、ロックリング６２は、ネジ付き内向き面６１にねじ込まれ、パック１６ａの側面を押圧するまで前進する。当業者は、ロックリング６２が、回転軸に沿って見たときにパック１６ａの側面と重なるのに十分な半径方向深さでなければならないことを理解するであろう。
【００８８】
これにより、角度の付いた外側リム５９と角度のついた係合面６０との接触によって一方向（図６ａの左側）に進むことが防止されて、他方（図６ａの右側）には、ロックリング６２が設けられているため、パック１６ａはいずれの方向にも回転軸に沿って移動することができない。
【００８９】
しかし、他の実施形態では、パックの回転軸に平行な方向に限られた距離だけ移動する自由度をパックに与えてもよい。
【００９０】
図７を参照すると、保持スリーブ３１の２つの半体３０が示されている。各半体３０は、一般に、半円形である第１周辺部３２と、概ね直線状であり、半円の自由端の間に直接延在する第２周囲部３３とを有するハーフディスクの形態をとる。第２直線周囲部３３には切欠部３４が形成されている。切欠部３４が両方の半体３０の第２の周辺部３３に形成されているが、幾つかの実施形態では、切欠部が、半体のうちの１つのみに形成される。
【００９１】
２つの半体３０は、それらのそれぞれの第２周辺部３３が互いに接触するように一緒に配置されるとき、好ましくは、２つの切欠部３４の組み合わせである中央に開口部を有するほぼ完全な円形を形成する。円形の形状が好ましいが、これは機械加工が比較的容易であるが、保持スリーブの他の任意の適切な外形を使用することができることを理解すべきである。
【００９２】
他の例では、２つの半体は、完全な円または他の囲まれた形状を形成することができず、形状の周囲に１つまたは複数の隙間が存在し得る。例えば、２つの半体は、組み合わされたときに馬蹄形を形成してもよく、すなわち、周囲に１つの隙間を有する形状であってもよく、隙間は、支持スリーブ３１を貫通して形成される切欠部分と接触する。
【００９３】
この実施形態では、保持スリーブ３１は、レールの一部分を保持するように意図されている。従って、切欠部３４の各々は、保持されるべきレールの断面輪郭のほぼ半体の形状である。半体３０が一緒に配置されるとき、保持スリーブ３１の中心における開口部の全体の形状は、レールの断面形状全体の形状になる。
【００９４】
もちろん、すべてのレールが同じ断面形状を有するわけではなく、切欠部３４の形状は、保持スリーブ３１によって保持される特定のタイプのレールに一致するように形成される必要がある。
【００９５】
好ましくは、各半体３０は、実質的に一定の厚さを有する。
【００９６】
溶接装置によって互いに溶接されるべき細長い要素の各々に対して、好ましくは、１つの保持スリーブ３１が設けられる。保持スリーブ３１は、上述したロータ１の一方の側に設けられ、その機能の１つは、細長い要素を所定の位置に保持し、移動または回転を防止することである。
【００９７】
図７からわかるように、この例では溶接されるべきレールの断面形状は不規則であり、保持スリーブ３１に形成された開口部内にレールが溶接されると、保持スリーブ３１自体が十分に強く保持されていないか、または溶接作業から生じる力のもとで変形されない限り、レール部分の回転は防止される。
【００９８】
しかし、他の実施形態では、一緒に溶接される細長い要素の一方または両方は、ほぼ円形の断面形状を有してもよい。当業者であれば、溶接作業中にこのような要素を回転して静止状態に保持することはより難しいことを理解するであろう。また、ボルトなどの１つ以上の締結具を細長い要素の周囲に駆動して、溶接作業が進行する。
【００９９】
使用時には、１つの支持スリーブ３１がロータ１のいずれかの側に取り付けられ、一緒に溶接される細長い要素を定位置に保持する。支持スリーブ３１は、ロータ１に対する支持スリーブ３１の位置合わせが、溶接作業が進むにつれて正確かつ一貫して維持されることが重要であるが、任意の適切な方法で定位置に保持することができる。
【０１００】
本発明の好ましい実施形態において、支持スリーブ３１は、支持ケーシング９に取り付けられているか、またはそれ自体が支持ケーシング９に取り付けられた構成要素によって定位置に保持される。これは、溶接作業中に正しい位置合わせを確実にするのに役立つ。あるいは、ロータ１は、一方または両方の側に軸方向の延長部（図示せず）を有してもよく、各延長部は、内側に面するローラを有し、支持スリーブ３１を回転可能に取り付けることができる。これらの実施形態では、支持スリーブ３１を通過するワークピースは、好ましくは（例えば、支持ケーシングへの接続を介して、横方向の整列を維持してもよい）回転的に固定され、これにより、支持スリーブ３１がロータ１すなわち、ロータ１は、支持スリーブ３１の周りを回転し、支持スリーブ３１は、依然として回転したままである。しかしながら、支持スリーブ３１は、ワークピースをロータ１に対して所定の位置に横方向に保持する。この種の実施形態の利点は、ロータ１の横方向の移動または振動が直接支持スリーブ３１に伝達され、従ってワークピースに伝達され、ロータ１とワークピースとの相対的な横方向の位置決めが正確に維持される。
【０１０１】
各ワークピースがパック１６に対して長手方向に移動することが重要である。これにより、溶接作業の間にワークピースをパック１６の主表面に対して駆動することが可能になる。これが達成される１つの方法は、各支持スリーブ３１に対して、それを通過するワークピースが支持スリーブ３１に対して長手方向に摺動できるようにすることである。そのような実施形態では、支持スリーブ３１は、例えば支持ケーシングとの接続を介して、機械的に回転が抑制される。接続は、支持スリーブ３１から外向きに延び、支持ケーシングまたはそれに取り付けられた別の固定された非回転物体に結合されるか、または一体的に形成される１つまたは複数の接続アーム（図示せず）支持ケーシングの外部に配置される。好ましい実施形態において、２つの連結アームが実質的に反対方向に支持スリーブ３１から外向きに延び、支持ケーシングに取り付けられている。連結アームは、支持スリーブ３１（従って、ワークピース）がパック１６に対して軸方向に摺動することを可能にするように、軸方向で支持ケーシングに対して摺動可能に取り付けられてもよい。
【０１０２】
支持スリーブ３１を通る開口部は、ワークピースの形状の少なくとも一部に密接に適合する形状を有する必要があるが、ワークピースが開口部を通って長手方向に摺動することが防止されるように、ワークピースの周りにあまり密着しない。
【０１０３】
この長手方向のモーメントが達成される好ましい方法は、ワークピースが支持スリーブ３１に対して長手方向に固定されることであるが、支持スリーブ３１自体がロータ１に対して長手方向に移動可能である。
【０１０４】
ワークピースは、例えば、支持スリーブ３１の外面に形成された溝（図示せず）に挿入または駆動されるくさびの使用によって、支持スリーブ３１に対して長手方向に固定されてもよい。各支持スリーブ３１の開口を形成する際の公差は、開口を形成するために使用されるプロセスにもよるが、約０．２ｍｍであってもよい。テーパ状の溝は、支持スリーブ３１の中心の開口のまわりに直ちに形成されてもよい。これらの溝のテーパは、溝が支持スリーブ３１の外面上でより広く、その内面に向かって先細になる。ワークピースは、開口を通って挿入され、パック１６の主面に対して強制的に押圧され得る。次いで、くさびが溝内に押し込まれ、ワークピースを支持スリーブ３１に対して長手方向の所定の位置に保持する。くさびは、例えば、小さな油圧シリンダーによって適所に駆動され、各くさびに対しそのようなシリンダーが１つ存在し得る。これらの実施形態では、支持スリーブ３１を貫通して形成される開口部の形状は、開口部がワークピースだけでなく、くさびにも適合しなければならないので、ワークピースの断面形状と一致しないことが理解される。
【０１０５】
ロータ１に対する支持スリーブ３１の長手方向の移動は、支持スリーブ３１を支持ケーシング９に対して長手方向に摺動させることによって達成され得る。支持スリーブ３１および支持ケーシング９は、協働するタングおよび溝要素、または支持スリーブ３１が支持ケーシング９に対して長手方向に移動できるようにする任意の他の適切な構成で形成されてもよいが、これらの構成要素間の相対的な回転運動は許容しない。支持ケーシング９は、（例えば、内向きリップまたは他の突出部の形態の）エンドストップを有し、支持スリーブ３１がロータ１またはパック１６に接近または接触するのを防止する。
【０１０６】
当業者は、パック１６とワークピースとの間の相対的な長手方向の運動は、他の適切な手段によって達成され得ることを理解するであろう。図８を参照すると、別の第２の支持ケーシング３５が示されている。
【０１０７】
図８は、第２ケーシング３５の中心を通る水平面を通る断面図を示している。図８は、第２ケーシング３５の中心を通る水平面を通る断面図を示している。図２に示す支持ケーシング９のように、第２の支持ケーシング３５は完全な円の一部のみを形成し、ロータの回転駆動を可能にする開放部分を有することが想定される。
【０１０８】
第２支持ケーシング３５は、中央部３６と、左右の側部３７とを有する。中央部分３６は、第１のローラ１０を支持する内側に向いた第１のトラフを有する点で、図２および図３に示す支持ケーシング９と実質的に同じである。ロータ１は、第１ローラ１０によって支持され回転し、ロータ１によって支持された第２ローラ２３で支持リング２５が回転する。パック１６は、支持リング２５によって適所に保持される。
【０１０９】
側部セクション３７は、図示の実施形態では、中央セクション３６と一体的に形成されている。
【０１１０】
各側部セクション３７には、第２の支持ケーシング３５の内向きリムに内向きリング３８が形成されている。リング３８は、図７に示すように、第２支持ケーシング３８に対して長手方向に摺動することができるように、上述したのと同じ方法で、支持スリーブ３１を収容するように寸法決めされている。内側に突出したリップ４７が、各内側に向いているリング３８の内側縁にまたはその近くに設けられ、エンドストップとして作用し、支持スリーブ３１がロータ１に近づき過ぎないようにする。第２の支持ケーシング３５は、各支持スリーブ３１を、上述した構成要素によって定位置に保持されたときに、パック１６と平行またはほぼ平行に保持する。
【０１１１】
好ましい実施形態では、各支持スリーブ３１が第２支持ケーシング３５に対して回転するのを防止するための配置が提供される。一実施形態では、１つ以上の協働するタング部および溝の配置が提供される。これらのタング部は、第２の支持ケーシング３５の側部区域３７の内側縁部に設けられた適切な形状の溝（図示せず）に嵌合するように、それぞれの支持ケーシング３１の外周に設けられていてもよい。あるいは、溝は、第２の支持ケース３５の内側縁に設けられた内側に突出したタング部を有する支持スリーブ３１上に設けられてもよい。さらなる可能性として、これらの２つの組み合わせが提供されてもよい。第２支持部３５に対する支持スリーブ３１の回転を防止するための他の適切な配置も使用することができる。タング・アンド・グルーブタイプの構成の利点は、支持スリーブ３１を第２の支持ケーシング３５に対して長手方向に摺動させることができることである。
【０１１２】
支持スリーブ３１は第２の支持ケーシング３５に対して、溶接される２つのレール部分３９が正しい回転方向に保持されるように、方向づけられている。支持スリーブ３１が図７に示されているようなものである場合、支持スリーブ３１は、その中心を通って形成された開口部（切欠部３４の形状の組合せを含む）が、レール部分３９が共に溶接されたとき、レール部分３９は、その長さに沿って一貫した断面を有する連続レールを形成するようになっている。
【０１１３】
他の用途では、２つのワークピースが、その断面が整列しないように接合されてもよく、または同じ形状でなくてもよいことに留意されたい。
【０１１４】
次いで、２つのレール部分３９は、図８に示すように、支持スリーブ３１の中心を通って形成された開口を通過し、溶接動作の準備として、パック１６の主要対向面に押し付けられる。
【０１１５】
図８に示す構成では、支持スリーブ３１はレール部分３９の空間的および回転的整合を維持する。また、レール部分３９は、互いの方向に、すなわちパック１６の対向する主表面に対してしっかりと押圧されなければならない。図８に示す構成では、これらの力は、図８には示されていない別のクランプによって提供される。他の例では、軸方向力は、支持スリーブ３１を介してレール部分３９に伝達されてもよい。
【０１１６】
さらなる実施形態では、支持スリーブ３１自体が、図６に示される実施形態に関連して上述したように、ロータ１の軸方向延長部に支持されるローラに設けられてもよい。従って、支持スリーブ３１は、ロータ１に対して自由に回転することができる。これらの実施形態では、支持スリーブは、溶接作業において接合されるべき細長い要素の空間的整列を目的として使用され、細長い要素の回転整列は、支持スリーブ３１の軸方向の延長によって維持されるケーシングに固定された、またはケーシングの一部を形成する摺動ガイドなど、またはクランプのような他の要素に接続することができる。
【０１１７】
上述したように、この実施形態では、各支持スリーブ３１の外面に形成された溝（図示せず）にくさびを挿入または駆動して、細長い要素を支持スリーブに対してしっかりと保持することができる。
【０１１８】
図９は、溶接作業の間、レール部分３９のような細長い要素に長手方向圧縮を加えるための圧縮装置の構成要素の概略図である。図９には、レール部分３９が端部に示されている。圧縮装置４０は、レール部分３９の横断面の上部および下部に一致するように成形された切欠部４３を有するブロックの形態をとる上部および下部グリップ部を含む。
【０１１９】
上下グリップ部４１、４２は、支持ロッド４４に摺動可能に取り付けられている。図示の実施形態では、２つの支持ロッド４４が、レール部分３９のいずれかの側に１つ設けられている。
【０１２０】
支持ロッド４４に回転可能に取り付けられたグリップローラ４５は、好ましい実施形態において鋼から形成されるが、他の適切な材料から形成されてもよい。グリップローラ４５の側面４６の輪郭は、レール部分３９の断面形状の側面の一部または全部と一致するように全体的に形作られている。特に、グリップローラ４５は、レール部分３９の「フィッシングテーブル」の間に嵌合するように形成されていることが好適である。レール部分の比較的狭い中心が、その上端部および下端部において外方に広がる傾斜面４８が形成される。
【０１２１】
図９は、上側および下側のグリップ部分４１、４２が互いに分離されているので、圧縮装置４０をレール部分３９の周りの所定の位置に移動させることができる設置構成の圧縮装置４０を示している。これが行われると、上下グリップ部４１、４２が一体となって、レール部３９の上下が、上グリップ部の下面に形成された切欠部４３、および、下部グリップ部４２の上面とに嵌合する。
【０１２２】
次いで、グリップローラ４５は、１つ以上のモータ（図示せず）によって回転され、レール部分をパック１６の方向に長手方向に駆動する。グリップローラ４５がレール部分３９を把持すると、レール部分３９は、溶接作業が継続すると、パックにしっかりと係合し、圧縮状態を維持してパック１６の表面に押し付けられる。
【０１２３】
溶接作業が完了すると、圧縮装置４０は、上部および下部把持部４１、４２を分離し、圧縮装置４０をレール部３９の自由端から長手方向に摺動させることによって取り外すことができる。
【０１２４】
図１０は、連結アーム４９が各グリップローラ４５の外面から突出しており、駆動ロッド５０または他の連結部に連結されているモータによって回転されるグリップローラ４５の代替を示す。グリップローラ４５を回転させるために、各駆動ロッド５０に縦方向の力が加えられ、グリップローラ４５を回転させることができる。連結アーム４９は、各グリップローラ４５に対して偏心的に取り付けられてもよく、および／またはグリップローラ４５自体が偏心して回転するように取り付けられてもよい。これによる１つの効果は、グリップローラ４５が連結アーム４９によって回転されてレール３９をパック１６の方に押すとき、グリップローラ４５が互いに向かって付勢されるかバイアスされ、レールにクランプ力を及ぼし、レール３９がグリップローラ４５の間にしっかりと保持され、レール３９とグリップローラ４５との間の牽引力が増大する。
【０１２５】
圧縮装置４０の対のグリップを溶接装置のいずれかの側に設け、一方が各レール部分３９をパック１６の方に押すことが想定される。
【０１２６】
圧縮装置４０の間に延在する溶接装置のいずれかの側には、ピストン５１が設けられている。駆動ロッド５０は、ピストン５１を各圧縮装置４０の把持ローラ４５から突出した連結アーム４９に接続する。ピストン５１は、必要に応じて両方の駆動ロッド５０を外側に押し出すように、または両方の駆動ロッド５０を内側に引っ張るように作動されてもよい。
【０１２７】
当業者であれば、上述の圧縮装置４０がこの技術分野において知られていることを理解するであろう。
【０１２８】
両方の圧縮装置４０が溶接装置の両側のレール部分３９を把持すると、レール部分３９が両方ともパック１６に向かって内側に押し込まれるようにピストンを作動させて駆動ロッドを外側に押して、グリップローラ４５を回転させるピストンは、溶接作業中にこの状態を維持することができ、それにより、レール部３９を圧縮状態に維持し、互いの方へとしっかりと押し込まれ、溶接作業が続くときにレール部３９の間にパック１６を挟み込む。
【０１２９】
溶接作業が完了すると、駆動ピストンを駆動して駆動ロッドを外側に引っ張り、レール部分３９の圧縮を緩和し、２つの圧縮装置４０を取り外すことができるようにすることができる。
【０１３０】
ここで説明する溶接装置を用いた溶接動作の一例を説明する。
【０１３１】
当初は、１つのレール部分がすでに配置されており、このレール部分は既に不完全な鉄道ラインの一部を形成している他のレール部分に溶接されていることが想定されている。
【０１３２】
部分的に完成したラインに含まれる新しいレール部分は、その自由端が既存のレール部分の自由端に近くなるように所定の位置に移動される。
【０１３３】
２本のレール部分の自由端が合流する領域のまわりで、穴、溝などが地面から迅速に掘り出される。
【０１３４】
図９に示すような圧縮装置４０を使用する場合には、これらの圧縮装置を２つのレール部分の自由端にねじ込むことができる。代替方法として（そしておそらくより実際的に）、圧縮装置４０は、それらがレール部分の周りに嵌め込まれ、一緒にボルト止めされるかまたは他の方法で固定され得るように配置され得る。
【０１３５】
例えば、図８に示すような溶接装置は、２つのレール部分の間に導入される。新しいレール部分は、既存のレール部分の方向に持ち込まれ、レール部分の自由端は、支持スリーブ３１に形成された開口を通過し、レール部分の自由端は、パック１６の表面に付着する。
【０１３６】
次いで、圧縮装置４０は、レール部分を一緒に駆動して、それらがパック１６の対向する主表面に対してしっかりと押圧されるように駆動する。これで溶接作業が開始される。
【０１３７】
ロータ１は、上述したように、モータによって駆動される駆動輪によって回転される。これが起こると、支持リング２５および支持リング２５によって支持されたパック１６は、回転する軌道運動を記述し、パック１６の回転中心は、この回転が進むにつれて円形に移動し、パック１６はロータ１に対して自由に回転することができる。
【０１３８】
当業者には理解されるように、この運動は、レール部分の自由端とパックとの間の摩擦に起因する、かなりの量の熱を発生させる。十分な摩擦熱が発生すると、レール部分の２つの自由端とパックの間に溶接接合部が形成されるように、回転が停止される。
【０１３９】
例えば、ブリスク製造のための代替プロセスとしての軌道摩擦圧接Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ２１５  （２０１５）  １８９−１９２）に記載されているように、摩擦圧接プロセスでは４つの段階があると理解されている。フェーズ１（初期フェーズ）では、アスペリティ摩耗により真の接触面積が増加し、固体摩擦によって熱が発生する。第２のフェーズ（移行フェーズ）では、摩擦熱により材料が軟化し、接触時間が１００％になるまで大きな摩耗粒子が表面から追い出される。フェーズ２は、材料がアキシャル荷重を支持できなくなったときに終了する。
【０１４０】
フェーズ３（平衡フェーズ）では、柔らかい材料がフラッシュの形成下で溶接ゾーンから押し出される。押し出された材料の下の層は同時に可塑化され、次のサイクルで押し出される。この段階では、結合および塑性変形の破壊および改質によって付加的な熱が発生する。
【０１４１】
第４および最終フェーズ（「減速フェーズ２」）において、相対運動は停止される。鍛造力が加えられ、残りの可塑化された材料が押し出されて溶接部を固め、全体構造を均質化する。
【０１４２】
当業者は、上記の溶接プロセスの間にこれらのフェーズがどのように生じるかを理解する。
【０１４３】
溶接部が十分に冷却されると、支持ケーシング３５、ロータ１および支持リム２５が分解され、溶接部から除去される。
【０１４４】
溶接部は、その後、フラッシュや溶接ゾーンから外側に広がり、レール部分のプロファイルを超えて延びる他の材料（パック１６の突出材料を含む）の除去によって清掃される。このプロセスが終了すると、２つのレール部分の間の接合部は、その長さに沿って実質的に連続的な断面を有する。
【０１４５】
このプロセスでは、パックは消費されると理解され、パックの残りの部分が破壊または廃棄され、溶接部の一部として残る。
【０１４６】
最後の工程として、２つの圧縮装置４０が取り外され、２つの圧縮装置４０を新しいレール部分の自由端に通す必要があるが、これは煩雑で望みがたい可能性がある。好ましくは、上述したように、テンション装置４０は、例えば上側グリップ部４１と下側グリップ部４２のどちらかを両側支持輪４４から完全に取り外すことができるように（例えば、ボルトを緩めることによって）テンション装置４０を取り外す。
【０１４７】
その後、溶接部が完成し、新しいレール部分の自由端に溶接された別のレール部分でこのプロセスを繰り返し返すことができる。
【０１４８】
本発明の使用は、レール部分に限定されず、任意の適切な要素は、上記手順を使用して一緒に接合されてもよい。
【０１４９】
細長い特徴を持たない物体が共に接合されることが想定される。これに代えて、あるいはこれに加えて一致または類似の形を有する自由端を有さない物体を一緒に結合することができる。接合される物体の一方または両方が、１つまたは複数の別個の非接触領域を含む断面を有する自由端を有することも想定される。これらの実施形態では、パックは接続されていない、および／または結合される対応した反対の要素を有さない不連続面およびブリッジ領域を接合することができる。
【０１５０】
上述の実施形態では、ロータ１の内側開口３内で回転する支持リング２５が記述されている。しかし、幾つかの実施形態では、ロータ１の内側開口３の周りに設けられた第２のローラ２３によって支持され、かつその上に直接回転するような形状のこの支持リングは存在しなくてもよい。このような実施形態では、パックの外縁部を適切な形状に形成することができることが理解されるであろう。第２のローラ２３によるその支持およびその係合を容易にするために、第２のローラ２３を備えている。
【０１５１】
幾つかの実施形態では、拘束要素を設け、溶接作業中にパックを正しい位置に維持することができる。例えば、支持ロッド３１は、支持スリーブ３１の１つのような別の構成要素に接触するかまたはほぼ接触するような長さを有するロッドを用いてパックに接続してもよい。パックが溶接作業中に正しい位置合わせから外れ始めると、支持ロッドは支持スリーブ３１または他の構成要素に接触し、さらなる位置ずれを防止する。
【０１５２】
他の実施形態では、ばね上のロッドまたは他の拘束要素は、他の構成要素に接続され、パックに接触するかまたはほぼ接触するように配置され得る。例えば、ブロック（エラストマー材料から形成することができる）は、パック１６の各主面から突き出てもよく、協働するブロックを支持ケーシング９、３５の内面に設けてもよい。パック１６が正しく整列されていれば、ブロックは互いに接触しないが、パック１６が整列不良になる（すなわち、装置の許容公差の外側で整列しない）場合、ブロックは互いに接触し、パック１６を押し戻して正しい整列にする。
【０１５３】
本発明に関わるプロセッサーのさらなる適用は、タービンブレードを中央ハブに結合すること（ブリスクを形成すること）であり得る。このような技術では、ブレードがハブの外周の周りで互いに接近して間隔を置いて配置されるため、各ブレードの根元の周囲の空間が制限されることがある。図１１ａは、この種の溶接作業に適した本発明の実施形態の概略図を示す。図１１ａは、円筒状または全体的に円筒形の内部断面形状を有するスリーブ５３内に配置された、円筒形またはほぼ円筒形のパック５２を示す。
【０１５４】
図示の実施形態では、パック５２とスリーブ５３は同軸であり、共通の軸５４を共有している。軸受５５は、スリーブ５３の外面に取り付けられるか、一体成形される。この例では、軸受５５は、球面の一部の形状を有する外面を有する球面軸受である。
【０１５５】
軸受５５の周囲にロータ５６が配置されている。ロータ５６は、回転中心を中心に回転するように配置され、軸受５５は、回転中心に対してオフセットされたロータの開口５７に収容される。開口５７の内面もまた、球の一部の形態をとり、開口５５は、開口５７内に密接に嵌合する。
【０１５６】
明確にするために、支持ケーシングは図１１には示されていないが、支持ケーシングは、本発明の実際的な実施形態において提供されるべきである。
【０１５７】
ロータ５６は、この実施形態ではほぼ平面であり、ロータ５５の平面は、パック５２およびスリーブ５３の共通の長手方向軸に垂直な平面に対してオフセットされている。好ましい実施形態において、オフセットの角度は５°から３０°であってもよい。
【０１５８】
図１１に示す構成の使用において、パック５２は、ブリスクのハブの外面と、ハブに取り付けられるブレードの根元との間に配置される。次いで、ロータ５６を回転させる。これが起こると、スリーブ５３およびパック５２は、ロータ５６の回転中心を中心とした軌道運動で移動する。図１１ｂは、ロータ５６の回転中にスリーブ５３によって記述される経路５８を概略的に示す。
【０１５９】
この場合、溶接されているすべての点は上記と同様の溶接作用を受けるが、パックの軌道運動は円形ではなく楕円形になる。
【０１６０】
あるいは、パック溶接界面の平面は、細長いワークピースの主軸に対してある角度で設定することができ、これにより、接合部の角度がワークピースに対してオフセットされたワークピース間にスカーフジョイントが形成される。
【０１６１】
上述した技術の代替として、中心太陽歯車の外側を回って回転する遊星歯車に、またはリング歯車の内側を回って、パックを連結することによって、パックの軌道オフセット運動を生成することができる。リング歯車の内側を周回する遊星歯車の場合、遊星歯車の直径はリング歯車の直径よりわずかに小さいので、リング歯車の中心とリング歯車の中心との間のオフセットの程度は、リング歯車の回転と遊星歯車の回転中心は、遊星歯車の直径の割合として比較的小さい。
【０１６２】
さらなる代替として、可動リングまたは他のキャリッジが設けられてもよく、その中にパックが保持されて自由に回転し、リングまたはキャリッジが軌道運動（例えば、円形トラックの周りを移動することによって）それ自体は回転しない。
【０１６３】
上記の例では、２つのワークピースが一緒に接合され、パックはワークピース間に配置され、パックの位置で２つのワークピースの間の溶接部の形成を可能にする。
【０１６４】
しかしながら、他の実施形態では、１つのワークピースとパックとの間に溶接部を形成することができる。実際、このような動作では、パック（またはパックの一部）が単一のワークピースに溶接される。これが望ましいとされる例に、当業界で周知の同心回転スピン技術を用いて、現在摩擦圧接を用いて溶接されている内燃機関のバルブステムおよびバルブディスクが挙げられる。
【０１６５】
さらなる例には、エンドプレートをアルミニウムの中空押出品に、または１つまたは複数のディスクを細長い要素の端部に溶接して、それらをさらにボルト締め加工することが含まれる。このアプローチは、溶接された端板接続よりも有利である。溶接接続の場合、疲労応力は、周期的な負荷応力を受ける応力のラインを横切って溶接部を整列させるために、実荷重の溶接容量を下げる必要があることを意味する。
【０１６６】
この場合、このようにして溶接されたエンドプレートは、同じ大きさの接続に対して著しく高い負荷能力を達成することができ、または同じ負荷能力のためにサイズを縮小することができる。これにより、例えば橋梁の設計を通じて、さらなるノックオン経済を実現することができる。
【０１６７】
上述の例では、２つのワークピースが、パックの対向する主表面に押し付けられ、平衡または実質的にバランスのとれた軸方向の力をもたらす。１つのワークピースが単一のワークピースに溶接される実施形態では、軸受のような部品は、単一のワークピースがパックの１つの主面に押し付けられるのに十分な軸方向荷重能力を有する必要があるが、同様である。
【０１６８】
別の実施形態では、溶接作業の間、軸表面を平衡させるか、または部分的に平衡させるために、補強部材（固定具など）をパックの対向する主表面に押し付けることができる。支持部材は、パックと溶接接続を形成しない材料から形成されてもよく、溶接作業が完了した後に単に取り外され、パックが単一のワークピースに溶接されたままにしてもよい。ブレース部材をパックに対して押し付けるのに必要な装置は、２つのワークピースが互いに接合されている上述の実施形態の第２のワークピースに使用されるのとほぼ同じであってもよい。
【０１６９】
上述の装置の発明者は、本発明を具体化する摩擦圧接装置が特に効果的かつ信頼性の高い溶接部を形成することを見出した。理論に拘束されることを望まないが、これらの利点は以下から生じることが考えられる。回転モーメントは、ロータまたはモータからパックホルダーまたはパックに伝達されない。パックホルダーは、自由に回転する軸受によってロータに対して支持される。パックホルダーの回転中心は、ロータの回転中心に対して偏心しており、偏心量は「ｅ」と呼ぶことができる。ロータは、ロータに対するパックの偏心に起因して、半径ｅを有するロータの回転中心の周りの円形（注記：回転ではない）運動でパックを動かす。円形経路上の任意の点で、ロータは、偏心ｅを伴って、パックに接線方向の力を与える。ワークピースとパックインターフェースとの間の摩擦は、これらのインターフェースのエリアの中心に作用する抵抗力を生成する。この力は、ロータによって与えられる力に等しいが反対である。これら２つの等しいが反対方向の力は、それらの間に小さな距離を置いて回転モーメントを作り出す。しかしながら、パックの中心付近の界面の回転モーメントは非常に高く、そのためパックはプロセス中に有意な回転を経験しない。
【０１７０】
当業者は、上記の説明から理解されるように、パックはロータに対して回転自在であるが、溶接作業中には、パックは溶接されたワークピースに対して大きく回転しないことが予想される。地面に対して実質的に静止したままである２つのレールの自由端を一緒に溶接するために使用されるパックの例では（溶接作業の一部として互いに内側に動かされるのとは別に）、パックは地面に対してほぼ回転的に静止したままである。
【０１７１】
この場合、パックはロータが回転するケーシングに対して回転的に静止しているか、または実質的に静止しており、ロータはケーシングとパックとの間で回転してケーシングに対してパックの円運動を駆動する。
【０１７２】
本発明の幾つかの実施形態では、溶接動作中にワークが回転することを積極的に防止する回転防止装置をパックに設けることが望ましい場合がある。疑義を避けるために、回転抑制装置は、ロータに対するロータの回転を妨げないことに注意すべきである。実際、パックがワークピースに対して静止しているかまたは実質的に静止したままにするには、パックがロータに対して回転できることが重要である。
【０１７３】
１つの可能な回転抑制装置の概略図を図１２に示す。この図では、パック５９および第１回転阻止装置の構成要素のみが示されている。しかしながら、パック５９は、上述したように溶接装置の一部を形成することが理解されるべきである。
【０１７４】
保持バー６０は、概して円筒形で細長く、第１の端部６１がパック５９の面６２に取り付けられる。保持バー６０は、その回転中心から離間した位置で、好ましくは外側に近接してまたは近接して、パック５９の面６２に溶接される。当業者は、この説明から、保持バー６０をパック５９に取り付けることは、パック５９がその中心点の周りを回転するのを防止するためであり、従って、保持バー６０をその回転中心から著しく離間した位置でパック５９に取り付けることが有利であることが理解されるであろう。保持バー６０は、パック５９の面６２に取り付けられ、これらの２つの構成要素は互いに回転しないようになっている。好ましくは、このアタッチメントは溶接によって形成されるが、他の形態のアタッチメントを使用することもできる。
【０１７５】
好ましくは、保持バー６０は、パック５９の回転軸と実質的に平行な方向、すなわちパック５９の平面に垂直または実質的に垂直な方向に延びる。
【０１７６】
その第２の端部６２において、保持バー６０はアーム６３に取り付けられている。アーム６３は、一般的に細長く、この例ではほぼ垂直に配置されている。保持バー６０の第２の端部６２は、アーム６３に対して回転できないように取り付けられている。示された例では、保持バー６０は、その上端に最も近いアーム６３に取り付けられているが、これは必須ではなく、保持バー６０をアーム６３の任意の点に取り付けることができる。
【０１７７】
アーム６３は、第１および第２の平行または実質的に平行な第１のリンク６５を介して中間連結部材６４に取り付けられている。図示の構成では、中間連結部材６４は、アーム６３の横に、すなわち、ほぼ水平に離間して配置されている。第１のリンク６５の各々は、好ましくは細長く、その第１の端部６６が、リンク６５とアーム６３との間の相対回転を可能にする回転可能な接続部６７を介してアーム６３に取り付けられている。回転可能な接続部６７は、互いに垂直方向または実質的に垂直方向に離間している。各第１のリンケージ６５の第２の端部６７において、リンケージ６５は、更なる回転可能な接続部６９を介して中間接続部６４に取り付けられ、リンケージ６５と中間接続部６４との間の相対回転を可能にする。さらに回転可能な接続部６９は、これも互いに垂直方向または実質的に垂直方向に離間している。
【０１７８】
第１のリンク６５は、互いに離間している。当業者は、アーム６３と中間接続構成要素６４との間の変位（図１２に示す向きで、垂直または実質的に変位）を可能にするが、中間接続構成要素６４におけるアーム６３の相対回転方向を互いに保持する第１のリンク６５によって形成されたアーム６３と中間連結部材６４との間の接続が平行リンクを含むことを理解するであろう。
【０１７９】
中間接続構成要素６４は、やはり一対の平行なまたは実質的に平行な第２の連結部７１を介してベース構成要素７０に接続されている。ベース構成要素７０は、図示の例では、中間接続構成要素６４の下に配置されている。各第２のリンケージ７１は、第１の端部７２において、回転可能な連結部７３を介して中間連結部材６４に取り付けられている。これらの回転可能な連結部７３は、互いに水平方向または実質的に水平方向に離間している。第２の端部７４において、各第２のリンケージ７１は、さらなる回転可能な接続部７５を介してベース構成要素７０に取り付けられ、これらのさらなる回転可能な接続部７５は、互いに水平方向または実質的に水平方向に離間される。
【０１８０】
当業者は、２つの離間した第２のリンケージ７１から形成された別の平行リンクによって中間連結部材６４がベース部品７０に取り付けられていることを再び認識するであろう。これにより、ベース構成要素７０および中間接続構成要素６４の相対回転方向を維持しながら、相対的な並進運動（図１２に示す例では、水平または実質的に水平運動）が可能になる。
【０１８１】
好ましくは、ベース構成要素７０は、パック５９が溶接されるワークピースに対して実質的に静止して保持される。図１２に示す例では、ベース構成要素７０は地面７６に取り付けられているが、ベース構成要素７０は、溶接装置の他の適切な構成要素に取り付けられ、あるいは、そのような構成要素であることができる。
【０１８２】
上記のような第１および平行リンケージの全体的な効果は、アーム６３が、回転自在に固定されたままで、パック５９の平面とほぼ平行な平面内で垂直方向および水平方向の両方に移動できることである。アーム６３の実質的に垂直方向の動きは、第１の平行リンケージによって許容され、アーム６３の実質的に水平な動きは、第２の平行リンケージによって許容される。
【０１８３】
従って、パック５９がワークピースに対して円運動を描くように、アーム６３は、概して、パック５９の動作に従う円運動で動くことができ、パック５９の接続リンクバー６０を介してアーム６３に伝達することにより、パック５９がワークピースに対して回転しないようにするのに役立つ。
【０１８４】
好ましい実施形態において、アーム６３、中間接続構成要素６４およびベース構成要素７０はすべて、パック５９の平面からオフセットした平面内にある。実際には、これは、この種の回転抑制装置を配置する最も効果的な方法である可能性が高いが、これにより、回転抑制装置の構成要素を溶接動作が行われる領域から離して配置することができる。
【０１８５】
接続バー６０が形成される材料は、接続バー６０のねじり捩れによっては不可能な、パック５９の回転を防止するために高レベルの剛性を有する必要がある。接続バー６０は、例えば、ＥＮ８鋼製であってもよい。さらに、接続バー６０は、ねじりに対する高い抵抗を有するように成形されてもよく、例えば、概して円形のロッドの形態をとってもよい。
【０１８６】
溶接作業の間、サポートバー６０がパック５９に溶接されているワークピースに接触しないか、干渉しないことが重要であることが理解されよう。従って、サポートバー６０は、パック５９の面上のワークピースの予想される軌道の外側にある位置でパック５９に取り付けなければならない。幾つかの実施形態では、溶接作業を妨害しない位置にサポートバー６０を取り付けることができるように、そうでなければそうであるよりも大きくパック５９を作ることが必要な場合がある。
【０１８７】
１つのワークピースのみがパック５９の面に取り付けられる実施形態では、サポートバー６０がパック５９の反対面に取り付けられることが好ましい。
【０１８８】
図１３は、さらなる回転防止装置を示す。この実施形態では、パック７７には４つの突起が取り付けられている。第１の突起７８は、その端部に近い位置でパック７７の面７９に取り付けられている。図１３に示す向き（これは本発明にとって本質的ではない）において、第１の突起７８は、パック７７の頂部の近く、その回転中心８１のほぼ真上に設けられている。第１の突起７８は、平行または実質的に平行な対向面８０を有する。これらの面８０は、両方とも、図１３に示す向きで、両方とも実質的に垂直に配置されている。言い換えれば、面８０は、第１突起７８とパック７７の回転中心８１とを結ぶ線に対して垂直または実質的に垂直な方向を向いている。
【０１８９】
第１の突起７８の断面形状は、好ましくは略長方形であり、２つの面８０は長方形の長辺を含む。突起７８は、パック７７の面７９から離れるように突出しているので、その全部または大部分がパック７７の平面から離間している。
【０１９０】
第１の突起７８の深さは、好ましくは約２．５ｃｍ（すなわち、約１インチ）であるが、これは特定の用途および装置の全体的な寸法に応じて変化し得る。
【０１９１】
一対の第１摺動プレート８２は、第１摺動プレート８２の各々が第１突起７８の面８０と平行または実質的に平行な状態で、第１隆起部７８の両側に配置されている。摺動プレート８２の各々は、図１３に示すバネ８３によって表されるように、水平方向（すなわち、第１の突起７８の面８０に対して実質的に垂直な方向）に動くことができるように配置されている。しかしながら、ばねの使用は必要ではなく、任意の適切な構成を用いて摺動プレート８２の運動を可能にしてもよい。
【０１９２】
好ましい実施形態において、摺動プレート８２は互いに固定され、その間に第１の突出部７８の面８０間の距離と同じ幅またはそれよりわずかに広い間隔を画定する。ただし、これは必須ではない。
【０１９３】
第１の突出部７８は、プレート８２（および第１の突出部７８の面８０）と実質的に平行な方向に摺動プレート８２に対して摺動することができる。この運動は、図１３に示す矢印によって表される。
【０１９４】
第２の突起８４は、パック７７の底面近くの面７９から突出している。第２の突起８４の形状および構成は、第１の突起７８の形状と同一または実質的に同じである。再度、第２の突起８４は、その両側に摺動プレート８５を有し、水平方向に移動することができる。第２の突起８４は、摺動プレート８５の平面とほぼ平行な方向、すなわち、パック７７の回転中心８１に実質的に直接的にまたは回転中心８１から離れる方向に摺動プレート８５に対して再び摺動することができる  。
【０１９５】
パック７７の左右両側には、第３、第４の突起８６、８７が設けられている。これらの第３および第４の突起８６、８７は、第１および第２の突起７８、８４に対して９０ｏ回転され、従って図１３に示す向きで実質的に水平である面８８を有する。再び、第３および第４の突起８６、８７のそれぞれの両側に摺動プレート８９が設けられ、摺動プレート８９が垂直方向（つまり、摺動プレート８９の面に対して実質的に垂直な方向）に移動することができる。第３および第４の突起８６、８７はまた、摺動プレート８９に対して水平方向（すなわち、パック７７の回転中心８１に向かって、またはその中心から離れる方向）に摺動することができる。
【０１９６】
図１３には、図１２のように、周囲のロータおよび他の構成要素のないパック７７が示されている。しかしながら、パック７７は、完全な溶接装置の一部として提供され、溶接動作の過程で、上述のように円運動を記述することが理解されるべきである。
【０１９７】
摺動プレート８２、８５、８９は、溶接装置のケーシングに対して、または動作中に溶接されるべきワークピースに対して所定の位置に実質的に固定された別の構成要素に支持される。
【０１９８】
パック７７がその円運動を描く場合、スライディングプレート８２、８５、８９が（それらの平面に実質的に垂直な方向に）移動する能力は、摺動プレート２、８５、８９の存在により実質的に妨げられることなくパック７７の円運動が起こることを可能にする。
【０１９９】
また、各突起７８、８４、８６、８７がそのそれぞれの摺動プレート８２、８５、８９内を摺動できるという事実は、パック７７の円運動が実質的に阻害されないようにする。しかし、突出部７８、８４、８９が、それぞれ向きが固定された摺動プレート８２、８５、８９の間に配置されているということは、パック７７が円形動作中に発生する回転を防止するか、または実質的に防止することを意味する。
【０２００】
ここでもまた、この回転阻止構成は、溶接作業中のパックの円運動を可能にするが、パックの回転を防止する。上述した実施形態（図１２に示す）と同様に、溶接作業中にパックの面の突起がワークピースに接触したり干渉したりしないことが重要である。この場合もまた、パックは、そうでなければそうである場合よりもわずかに大きくする必要があり、溶接作業が進むにつれて突起（および関連する摺動プレート）がワークピースに接触しない。
【０２０１】
図１３に示す構成では、４つの突起７８、８４、８６、８７が、パック７７の１つの面の外周の周りに互いに均等に離間して設けられている。しかしながら、このことは本質的ではなく、突起についての適切な数および配置が採用され得る。すべての突起がパックの同じ面に設けられることも不可欠ではない。しかし、少なくとも２つの突起が必要とされ、２つの突起のみが設けられている場合、それらは互いに直角にまたは実質的に直角に配置されるべきであると予想される。
【０２０２】
代替案として、１つまたは複数の支持ロッドまたは他の細長い要素を、離間した位置でパックの面に（例えば、溶接によって）取り付けることができることが想定される。それらの他端で、支持ロッドは、ワークピースに対して移動したり回転したりしない構造にして取り付けられてもよい。この支持ロッドまたは各支持ロッドは、固定された位置においてこの構造で取り付けられるが、この構造に対してロッドのいくらかの角運動を可能にする可撓性接続によって取り付けられる。これはまた、溶接動作中にパックの円運動を可能にする回転阻止装置を提供することが予想されるが、溶接作業の進行に伴ってその回転が妨げられる。
【０２０３】
溶接作業中にパックの回転を防止または禁止するための他の構成は、当業者には明らかであり、本発明の範囲内に含まれる。
【０２０４】
図１４は、本発明を具体化する別の溶接装置を示す。さらなる溶接装置１００は、細長いワークピースを比較的広い表面に取り付けるのに適している。
【０２０５】
図１４は、全体の形状がほぼ円筒形である別の溶接装置１００の断面図を示す。
【０２０６】
別の溶接装置１００は、概して円筒形の外側部分１０２を有するケーシング１０１を備え、大きなワークピース１０５のフェイス面１０４に取り付けられるようになっている第１の端部１０３を有する。示された例では、大きなワークのフェイス面１０４は、少なくともケーシング１０１の断面積と同じ大きさの領域を有する。第１の端部１０３において、第１の部分１０２は、ケーシング１０１のワークピース１０５への接続を補助するために、外向きに突出したフランジ１０４のような１つ以上の接続機能を有することができる。ケーシング１０１は、クランプまたは他の適切な手段によってワークピース１０５に取り付けることができる。
【０２０７】
その第２の端部１０６において、ケーシング１０１は、内方に曲がってそれ自体に戻って内側セクション１０７を形成するように成形されており、内側セクション１０７は再びほぼ円筒形であり、外側セクション１０２内にある。内側部分１０７は、外側部分１０２よりも短く、第１の端部１０３まで延びていない。
【０２０８】
ケーシング１０１の内側部分１０２と外側部分１０７との間には、ほぼ円筒形の空間１０８が存在する。
【０２０９】
空間１０８内には、略円筒形状を有するロータ１０９が配置されている。ロータ１０９は、任意の適切な形態をとることができる一連の軸受１１０によってケーシング１０１に対して回転可能に支持されている。
【０２１０】
ロータ１０９は、ケーシング１０２の内部セクション１０７の第２の端部１０３を越えて突出している。一般的にディスク状の消耗要素またはパック１１２は、ロータ１０９によって回転可能に支持され、ケーシング１０２の第一端部１０３とほぼ同じ位置に保持される。ケーシング１０１の第１の端部１０３がワークピース１０５にクランプされると、パック１１２もワークピース１０５の面１０４に当接することが理解されるであろう。
【０２１１】
パック１１２は、任意の適切な形態を取り得る軸受１１３によってロータ１０９に対して回転可能に保持されている。
【０２１２】
パック１１２は、他の実施形態に関連して上述したように、ロータ１０９に対して偏心した状態で保持される。図１４に示す例では、これは、ロータ１１９の一方の側に内向きの突起１１４を含むことによって達成されるので、パック１１２は、ロータ１０９の一方の側に他方よりも近くで保持される。しかしながら、任意の適切な技術を使用して、パック１１２を偏心させて保持することができる。
【０２１３】
ロータ１０９の外面には駆動歯車１１５が形成されており、ケーシング１０１の内側部分１０２と外側部分１０７との間の空間１０８内に嵌合する。ケーシング１０１の外側部分１０２はその中に破断部１１６を含み、この間隙１１６には従動歯車１１７が突出されてロータ１０９の従動歯車１１５と噛み合っている。従って、ロータ１０９は、ケーシング１０１内で回転するように駆動されてもよいことが理解されよう。
【０２１４】
ケーシング１０１の内側部分１０７は、上述したように、ほぼ円筒状であり、そこを通る中央空間１１８を画定する。全体的に細長いワークピース１１９は、中央空間１１８を通過し、中央空間１１８内に保持された一対の離間したガイドプレート１２０によって定位置に保持される。ガイドプレート１２０には、ワークピース１１９の外形にほぼ対応する開口が形成されているので、ワークピース１１９をケーシング１０１に対して長手方向に摺動させるが、ケーシング１０１に対して回転させることはできない。しかしながら、（ワークピースを回転させるためのガイド構成を含む）適切な整列状態にワークピース１１９を維持するために、任意のガイド配置を使用することができ、本発明はこの種のガイドプレート１２０に限定されない。
【０２１５】
比較的大きなワークピース１０５を細長いワークピース１１９に接合するために、ロータ１０９を回転させて、大きなワークピース１０５の表面１０４に対して円運動を描くようにする。次いで、細長いワークピース１１９は、ガイドプレート１２０を通って前進され、パック１１２の他の表面に対して駆動される。他の実施形態に関連して上述したように、２つのワークピース１０５、１１９の間に溶接部が形成され、この溶接部の一部を形成する。
【０２１６】
溶接が完了すると、ケーシング１０１は、大きいワークピース１０５からアンクランプされ、ロータ１０９と共に引っ張られ、溶接されたワークピース１０５を残す。
【０２１７】
この種の実施形態は、例えばブレード（タービンブレードなど）をハブに溶接する際に使用することができる。
【０２１８】
本発明を具現化する技術のさらなる適用は、摩擦表面仕上げの分野にある。摩擦表面処理は、コーティング材料からなるロッドの自由端を表面に押し付けて回転させるプロセスである。表面とロッドの自由端との間の界面には、可塑化された層（上述したような）が生成されるこのようにロッドが表面に対して動かされる（または表面がロッドに対して動かされる）と、コーティング材料の層が表面上に堆積される。ロッドは一般にこのプロセスが行われるときに消費される。
【０２１９】
本発明の実施形態では、細長いロッドが、表面に対して回転するように駆動され得る、中心から外れた開口を有するロータ内で、表面に対して支持される構成が提供される。これが起こると、ロッドは、他の実施形態に関連して上述したように、円運動を記述する。ロータは回転し、ロッドは摩擦表面処理を開始するために表面に向かって同時に駆動される。ロッドと表面は、互いに対して並進的に動き、ロッドと表面との間の界面の点が表面に対して移動し、摩擦表面によるコーティングを堆積させる。
【０２２０】
このタイプの実施形態を図１５に図式的に示す。図１５は、上述したような消耗材料のロッド９０を示す。図１５に示す向きでは、ロッド９０は実質的に垂直に配置され、ロッド９０の材料の幾つかは実質的に水平な面９１に堆積される。しかしながら、これらの配向は必要ではなく、実際にはロッドが表面に対して直角に配向されることは必須ではない。
【０２２１】
ロッド９０は、ロッド９０の周りに好適に密着するスリーブ９２内に保持される。ロッド９０は、スリーブ９２に対して軸方向に摺動することができ、その結果、溶接作業が進むにつれて、表面９１に向かって下方に駆動され得る。
【０２２２】
表面９１に近いスリーブ９２の端部またはその近くで、スリーブ９２は、その中心および部分球面の外面９４を通って形成された一般的な円形開口部を有する球形の軸受９３内に受け入れられる。
【０２２３】
球面軸受９３はロータ９５内に回転可能に取り付けられ、ロータ９５内には開口９７が形成され、球面軸受９３がそこに収容される。開口９７は、ロータ９５の中心に対してオフセットしている。図１５では、明瞭化のためオフセットの程度が誇張されている。
【０２２４】
開口９７の内面９６は、球面軸受９３の外形と一致するかまたは実質的に一致するように湾曲している。
【０２２５】
球面軸受９３は、ロータ９５に対してロッド９０の軸の周りを回転することができることが理解されよう。さらに、ロッド９０およびそのハウジング９２が球面軸受９３内に取り付けられているということは、ロッド９０のある角度の「遊び」がロータ９５に対して生じ得ることを意味する。しかしながら、他の実施形態では、球面軸受９３を省略することができ、ハウジング９２は球面を設けずにロータ９５の開口内に直接回転可能に取り付けることができる。
【０２２６】
ロータ９５は、ハウジング９８内に取り付けられ、好ましくはロッド９０の軸と平行または実質的に平行な軸の周りにそれに対して回転可能である。
【０２２７】
ロータ９５は、ハウジング９８に対して回転するように駆動されてもよい。
【０２２８】
図示の例では、球面軸受９３、ロータ９５およびハウジング９８は、一般に、面９１から間隔を置いて配置された平面形状に配置されている。図１５の構成の上面図が図１６に示されている。
【０２２９】
ロータ９５がハウジング９８に対して回転駆動されるとき、ロッド９０（ハウジング９２および球面軸受９３と共に）は、他の実施形態に関して上述した動きと同様に、円運動を記述するように駆動される。これが起こると、ロッド９０の自由端９９と表面９１との境界面で溶接プロセスが発生する。
【０２３０】
摩擦表面処理を行うには、ロッド９０の連続的な下向きの力が働き、ケーシング９８、ロータ９５、球面軸受９３、ケーシング９２およびロッド９０を面９１に対して１つのユニットとして平行移動させることができるロッド９０の材料の表面９１上に層を堆積させる。代替的に、ケーシング９８、ロータ９５、球面軸受９３、ケーシング９２およびロッド９０は、表面が平行移動している間も静止したままであってもよい。
【０２３１】
摩擦表面処理を実行するためには、表面と溶接装置の構成要素との間の適切な相対的位置を維持するために、位置合わせ構成を提供することが必要であろう。
【０２３２】
図１５および図１６に示されたものと同様の構成は、２つの要素、例えば一般に板状要素を一緒に接合するために使用されてもよい。プレート接合作業では、２つのプレートまたは同様の要素（または少なくとも１つの板状部分を有する要素）が提供され、要素は対応するまたは相補的な形状のエッジを有するので、それらの間に隙間をほとんどまたは全く伴わずにエッジを一緒に配置することができる。簡単な例は、互いに当接させることができる直線縁を有する２つのプレートである。この状況は図１７ａに概略的に示されており、対応する直線縁部１２３、１２４を有する２つのプレート１２１、１２２が互いに当接する。エッジ１２３、１２４の間の隙間の大きさは、明瞭にするために図１７ａで誇張されている。
【０２３３】
次に、図１５および図１６に示すような装置を使用して、２つの縁部１２３、１２４が互いに接触する領域に溶接作業を適用することができる。ロッド９０は図１７ａに示されているが、明瞭化のために溶接装置の残りの構成要素は省略されている。ロッド９０の自由端９９は、２つのプレート１２１、１２２の端部１２３、１２４に跨っており、端部１２３、１２４が接する領域を覆っていることが分かる。
【０２３４】
溶接作業が進むにつれて、ロッド９０および／またはプレート１２１、１２２は、ロッド９０の端部９９がプレート１２１、１２２と出会う点がラインの長さの少なくとも一部に沿って移動可能な２つの縁部１２３、１２４は互いに接触する。
【０２３５】
当業者が理解するように、この操作は、２つの縁部の間の溶接部をもたらすことがある。
【０２３６】
代替例として、各プレート１２１、１２２は、縁部１２３、１２４の幅が縮小された部分を有し、溶接作業中にロッド９０の自由端９９が挿入されるディップ１２５を形成することができる。これを図１７ｂに示す。これは、プレート１２１、１２２の深さの輪郭内に、または実質的にその中に収まる、より清浄な溶接部をもたらす可能性が高いと予想される。
【０２３７】
図１７ａおよび図１７ｂに示す例では、ロッド９０は、プレート１２１、１２２の平面に対して正確にまたは実質的に直角に配向されている。しかしながら、これらの例のいずれにおいても、ロッド９０は、プレート１２１、１２２の平面に対してある角度で設定されてもよい。
【０２３８】
図１７ｃは、ロッド９０がプレート１２１、１２２の平面に対して約４５°の角度に設定されているさらなる別の例を示す。この例では、各プレート１２１、１２２は、そのエッジ１２３、１２４に角部１２６を有し、プレート１２１、１２２の平面に対して約４５°の角度に設定され、各プレート１２１、１２２はそのエッジ１２３、１２４に向かって先細になる。これらの傾斜部分１２６は、互いに嵌り合って、２つのプレート１２１、１２２がお互いに会合する領域に傾いたディップを形成し、ディップの底部の角度は約９０°である。
【０２３９】
ロッド９０の自由端９９は、（少なくとも初期的には）ほぼ平坦であるので、自由端９９は、側面から見た場合、概ね正方形の輪郭を有する。従って、ロッド９０の自由端９９は、ディップにはめ込まれる。
【０２４０】
この実施形態の溶接プロセスでは、ロッド９０の自由端９９がディップ内に挿入され、溶接プロセスが、図１７ａおよび１７ｂに関連して上述したプロセスと同様の方法で実行される。
【０２４１】
これらの例では、２つのプレートの取り付け面は、ロッドの自由端、すなわちプレートの上面の領域で接触するが、プレートの表面に直接接触するのではなく、プレートの上面に接触するプレートの表面の部分とみなすことができる。
【０２４２】
図１７ａ〜図１７ｃに示す実施形態は、突合せ溶接の例である。図１７ｄは、本発明を具体化する隅肉溶接の例を示す。図１７ｄでは、２つのプレート１２７、１２８が互いに対して直角に配置され、ロッド９０の自由端９９は、プレート１２７、１２８が（内角で）互いに接触する、プレート１２７、１２８に接触するように配置されている。再度、溶接作業が開始され、ロッド９０および／またはプレート１２７、１２８が移動され、ロッド９０の自由端９９が、プレート１２７、１２８が互いに接触するラインに沿って移動する。結果は、当業者によって理解されるように、プレート１２７、１２８の間の溶接部となる。
【０２４３】
ロッド９０の自由端９９は、図１７ｄにおいて平坦であるように示されているが、端部は、（例えば）、ロッド９０の軸線に対して４５°に設定された側部を有し、プレート１２７、１２８に対してより完全に適合できる円錐形であってもよい。
【０２４４】
再度、この実施形態では、２つのプレートの取り付け面は、ロッドの自由端によって接触されるプレートの表面の一部であると考えられ、すなわち、互いに直接接触するプレートの表面ではなく、プレートの表面の露出した領域を直角に接合する。
【０２４５】
当業者は、本発明の実施形態を、ラップジョイント、エッジジョイント、および鋭角または鈍角で交差するプレート間のジョイントなどの他の種類の溶接ジョイントを形成するために使用できることを理解するであろう。
【０２４６】
本発明を具体化する装置は、強固で信頼性の高い溶接部の迅速かつ効率的な形成を可能にすることができることが理解されよう。
【０２４７】
本明細書および特許請求の範囲で使用される場合、用語「含む」および「含んでいる」およびその変形は、指定された特徴、工程または整数が含まれることを意味する。これらの用語は、他の特徴、工程または特徴の存在を排除するために解釈されるべきではない。
【０２４８】
開示された機能を実行するための手段、または開示された結果を達成するための方法またはプロセスに関して、それらの特定の形態で、または必要に応じて表現された、上記の説明、以下の特許請求の範囲、または添付の図面に開示される特徴は、別々に、またはそのような特徴の任意の組み合わせにおいて、本発明をその多様な形態で実現するために利用される。
【図１ａ】
2019500222.tif 000003
【図１ｂ】
2019500222.tif 000004
【図２】
2019500222.tif 000005
【図３】
2019500222.tif 000006
【図３ａ】
2019500222.tif 000007
【図４】
2019500222.tif 000008
【図５】
2019500222.tif 000009
【図６】
2019500222.tif 000010
【図６ａ】
2019500222.tif 000011
【図７】
2019500222.tif 000012
【図８】
2019500222.tif 000013
【図９】
2019500222.tif 000014
【図１０】
2019500222.tif 000015
【図１１ａ】
2019500222.tif 000016
【図１１ｂ】
2019500222.tif 000017
【図１２】
2019500222.tif 000018
【図１３】
2019500222.tif 000019
【図１４】
2019500222.tif 000020
【図１５】
2019500222.tif 000021
【図１６】
2019500222.tif 000022
【図１７ａ】
2019500222.tif 000023
【図１７ｂ】
2019500222.tif 000024
【図１７ｃ】
2019500222.tif 000025
【図１７ｄ】
2019500222.tif 000026
【国際調査報告】
2019500222.tif 000027
2019500222.tif 000028
2019500222.tif 000029