(57)【要約】円筒形シャフト（１５）の第１および第２端部（２１、２３）にて終端要素を、軸線と位置合わせした状態で摩擦溶接する方法および装置。シャフト・レシーバ（１７）が円筒形シャフト（１５）を受け、第１チャック（７０）が、軸線と位置合わせした状態で円筒形シャフト（１５）を把持し、回転させる。第２チャック（７５）は、円筒形シャフト（１５）を把持して、第２チャック（７５）を第１、第２軸方向位置間で並進させる。第１終端レシーバ（１５５）が、第１位終端（３０）を受け手、これを第１設置位置まで軸方向に並進させる。設置駆動装置（９０）は、円筒形シャフト（１５）が回転中に、第１終端（３０）を軸方向にこれへ向かって駆動する。第２終端レシーバは、第２終端（３２）を軸線と位置合わせした状態で、第２設置位置へと軸方向に並進させる。第２設置駆動装置（９１）は、円筒形シャフトが回転中に、第２終端要素（３２）を軸方向にこれに向かって駆動する。第１チャック（７０）は、約５００から６０００ｒｐｍで回転する。第１設置駆動構成（９０）は、加熱段階中に、２５０から３０００ポンド（１１３．５ｋｇから１３６２ｋｇ）の軸方向力を１秒から１５秒にわたって加え、鍛造段階では約１５００から１２０００ポンド（６８１から５４４８ｋｇ）の軸方向力を約０．５秒から１０秒にわたって加える。
2005516774.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形シャフトの第１および第２端部それぞれで第１および第２シャフト終端要素を所定の軸線と位置合わせして溶接する装置であって、
円筒形シャフトを受け取るシャフト・レシーバと、
上記円筒形シャフトをその自身の第１端部で把持して所定の軸線に位置合わせして維持する複数の第１把持要素を有する第１チャック・アセンブリと、
前記第１チャック・アセンブリに結合された回転式駆動装置と、
上記円筒形シャフトをその第２端部で所定の軸線と位置合わせした状態で、把持する複数の把持要素を有する第２チャック・アセンブリと、
前記第２チャック・アセンブリを第１軸方向位置と第２軸方向位置との間で並進させるチャック・アセンブリ駆動装置と、
第１シャフト終端要素を受け取り、これを所定の軸線と位置合わせした状態で第１設置位置まで軸方向に並進させる第１シャフト終端要素レシーバと、
円筒形シャフトが前記回転式駆動装置に応答して回転するにつれ、第１シャフト終端要素を軸方向に円筒形シャフトに向かって駆動する第１設置駆動構成と、
第２シャフト終端要素を受け取り、これを所定の軸線に位置合わせした状態で第２設置位置へと軸方向に並進させる第２シャフト終端要素レシーバと、
円筒形シャフトが前記回転式駆動装置に応答して回転するにつれ、第２シャフト終端要素を軸方向に円筒形シャフトに向かって駆動する第２設置駆動構成とを備える装置。
【請求項２】
前記円筒形シャフトが前記第１チャック・アセンブリとほぼ軸方向に位置合わせされた軸横断位置で前記シャフト・レシーバによって支持される第１シャフト・レシーバ位置と、前記シャフト・レシーバ位置より遠位側の第２シャフト・レシーバ位置との間で前記シャフト・レシーバを並進させるシャフト・レシーバ駆動装置を備えた、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記円筒形シャフトが、前記シャフト・レシーバに対して軸方向に変位可能である、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記チャック・アセンブリ駆動装置が空気圧駆動装置から成る、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記回転式駆動装置が、前記第１チャック・アセンブリを約５００ｒｐｍから６０００ｒｐｍで回転させる、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記円筒形シャフトが車両の駆動シャフトであり、前記回転式駆動装置が、前記第１チャック・アセンブリを好ましくは約５００ｒｐｍから６０００ｒｐｍで回転させる、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記第１チャック・アセンブリの前記複数の第１把持要素が、第１および第２組のジョーを備える、請求項１に記載の構成。
【請求項８】
前記第１組のジョーが、機械的カムによって制御される前記第２組のジョーが、円筒形シャフトと連絡するよう構成される、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記第１組のジョーが、前記円筒形シャフトを所定の軸方向位置にロックする精密位置合わせ構成を備える、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記精密位置合わせ構成が、前記第１組のジョーのうちそれぞれのジョーを伴う複数の角のあるガイドウェイを含み、前記角のあるガイドウェイが相互に対して精密な角方向を有する、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記複数の角のあるガイドウェイが、所定の軸線の周囲に等角で分布する、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記第２組のジョーが、前記第１組のジョーによって決定された所定の軸方向位置にて円筒形シャフトをロックするクランプ構成を備える、請求項９に記載の装置。
【請求項１３】
前記第１および第２組のジョーが液圧で動作する、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記第２組のジョーが、前記第１組のジョーに加えられる所定のブレークオーバ第１液圧値を上回る第１液圧に応答して動作する、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記ブレークオーバ第１液圧が、前記第１組のジョーで所定の軸方向位置にて前記円筒形シャフトをロックするのに十分な大きさを有する、請求項１４に記載の構成。
【請求項１６】
非回転ハウジングを設け、その周囲で前記第１チャック・アセンブリが前記回転式駆動装置によって回転する、請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
前記第１チャック・アセンブリが、回転式ハウジングに設置され、更に前記非回転ハウジングと前記回転ハウジングの境界面に配置された流体送出機構を設ける、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記流体送出構成が、
前記第１チャック・アセンブリに円筒形シャフトを把持させるため加圧したクランプ流体を供給する第１流体路システムと、
前記第１チャック・アセンブリに円筒形シャフトを解放させるため加圧したクランプ解除流体を供給する第２流体路システムとを備える、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記第１流体路システムが、前記非回転ハウジングと前記回転式ハウジングとの境界面に第１流体通路を備える、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記第２流体路システムが、前記非回転ハウジングと前記回転式ハウジングとの境界面に第１流体通路を備える、請求項１８に記載の装置。
【請求項２１】
前記非回転ハウジング上に設置した加圧流体供給口を更に設ける、請求項１８に記載の装置。
【請求項２２】
前記非回転ハウジング上に設置した流体排出口を更に設ける、請求項１８に記載の装置。
【請求項２３】
前記非回転ハウジングと前記回転式ハウジングの間に挿入した軸受け構成を更に設ける、請求項１７に記載の装置。
【請求項２４】
軸受け構成を通る加圧流体の流れを制限するため、流体シールを更に設ける、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
個々の軸方向に反対の方向で第１および第２軸方向力をそれぞれ加えることにより、円筒形シャフトが回転するにつれ、前記第１および第２設置駆動構成により、前記第１および第２シャフト終端要素はそれぞれ、軸方向に円筒形シャフトに向かって駆動され、個々の第１および第２軸方向力がそれぞれ、個々に決定された期間だけ、個々の軸方向力の大きさで加えられる、請求項１に記載の装置。
【請求項２６】
第１および第２軸方向力のうち少なくとも一方を、個々の決定された順番の期間だけ、複数の軸方向力の大きさで加える、請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記第１および第２軸方向力の少なくとも一方を、個々の第１および第２軸方向力を加えた結果として生じる軸方向の変位の距離に応じて加える、請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記第１および第２軸方向力の少なくとも一方を、個々の第１および第２軸方向力を加えた結果として生じる温度に応じて加える、請求項２６に記載の装置。
【請求項２９】
管の回転中に、管の端部とその個々のヨーク間にかかる溶接力の調整に応じて、温度を制御する、請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
円筒形シャフトを予め選択した固定速度で回転する、請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
円筒形シャフトを、円筒形シャフトの直径に応じて決定した速度で回転する、請求項２８に記載の装置。
【請求項３２】
円筒形シャフトを、円筒形シャフトの決定された回転表面速度を達成する速度で回転する、請求項２８に記載の装置。
【請求項３３】
個々の決定された順番の期間が、第１シャフト終端要素の設置の係合段階に対応する、請求項２６に記載の装置。
【請求項３４】
第１シャフト終端要素の設置の係合段階が、加熱段階と鍛造段階とから成る、請求項３３に記載の装置。
【請求項３５】
円筒形シャフトが車両の駆動シャフトであり、前記第１設置駆動構成を操作して、加熱段階中は約２５０ポンドから３０００ポンドの軸方向力を約１．５秒から１０秒にわたって加え、鍛造段階では約１５００から１２０００ポンドの軸方向力を約１秒から１５秒にわたって加える、請求項３４に記載の装置。
【請求項３６】
加熱および鍛造段階を実施する前に、円筒形シャフトの第１端部に当てて第１シャフト終端要素を洗浄する更なる段階を設ける、請求項３４に記載の装置。
【請求項３７】
円筒形シャフトが車両の駆動シャフトであり、前記第１設置駆動構成を操作して、更なる洗浄段階中に約５０から３５０ポンドの軸方向力を約０．５秒から１０秒にわたって加える、請求項３６に記載の装置。
【請求項３８】
円筒形シャフトの第１端部に当てて第１シャフト終端要素を洗浄する更なる段階により、円筒形シャフトおよび設置した終端の全長が変化する、請求項３６に記載の装置。
【請求項３９】
第１および第２シャフト終端要素を円筒形シャフトの個々の第１および第２端部で、所定の軸線に位置合わせした状態で溶接する方法であって、
円筒形シャフトが、第１および第２端部を有する円筒形シャフトを、近位位置に配置されたシャフト・レシーバ上に装填するステップを含み、これにより円筒形シャフトは、長手方向軸線が所定の軸線とほぼ同軸になるよう支持され、さらに、
第１要素が、第１シャフト終端要素を第１シャフト終端要素レシーバ上に装填するステップと、
第２要素が、第２シャフト終端要素を第２シャフト終端要素レシーバ上に装填するステップと、
第１シャフト終端要素を第１並進させるステップとを含み、これにより第１シャフト終端要素の主要軸線が、所定の軸線と同軸状態で配置され、更に、
第２シャフト終端要素レシーバを第２並進させるステップを含み、これにより第２シャフト終端要素の主要軸線が、所定の軸線と同軸状態で配置され、更に、
円筒形シャフトを第１シャフト終端要素に向かって軸方向に駆動し、第１チャック・アセンブリに通すステップと、
第１チャックのジョーを第１起動するステップを含み、これにより円筒形シャフトがその第１端部の領域で、円筒形シャフトの長手方向軸線が所定の軸線と同軸になる軸横断位置までクランプされ、更に、
第２シャフト終端要素および第２チャック・センブリを、円筒形シャフトの第２端部の領域にある所定の軸方向位置まで軸方向に並進させるステップと、
第２チャックのジョーを第２起動するステップとを含み、これにより円筒形シャフトがその第２端部の領域で、円筒形シャフトの長手方向軸線が所定の軸線と同軸になる軸横断位置までクランプされ、更に、
所定の回転速度で第１チャックを回転するステップと、
第１シャフト終端要素を軸方向に円筒形シャフトの第１端部と連絡するよう第１駆動するステップと、
第２シャフト終端要素を軸方向に円筒形シャフトの第２端部と連絡するよう第２駆動するステップとを含む方法。
【請求項４０】
前記軸方向に並進させるステップを実行する前に、さらに、シャフト・レシーバを遠位位置へと引っ込めるステップを設ける、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記第１駆動のステップに応答して、第１シャフト終端要素に加えた第１軸方向力を第１解放するステップと、
前記第２駆動のステップに応答して、第２シャフト終端要素に加えた第２軸方向力を第２解放するステップと、
第２チャックのジョーを解放するステップと、
第２チャック・アセンブリを遠位軸方向位置へと軸方向に引っ込めるステップとを更に設ける、請求項３９に記載の方法。
【請求項４２】
シャフト・レシーバを近位位置へと復帰させるステップと、
第１チャックのジョーを解放するステップと、
円筒形シャフトを逆の軸方向に駆動して、第１チャック・アセンブリから出すステップとを更に設け、これにより円筒形シャフトがシャフト・レシーバに支持される、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記第１起動ステップが、更に、
第１サブセットのジョーを第１サブセットで起動するステップと、
前記第１サブセットの起動ステップ中に、前記第１サブセットのジョーにあるジョーが全て、所定の軸線に対して確実に半径方向で等しい関係に維持されるよう、前記第１サブセットの起動ステップの実行を制御するステップとを含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４４】
前記第１起動ステップが、第２サブセットのジョーを第２サブセットで起動する更なるステップを含み、前記第２サブセットの起動ステップが、前記第１サブセットの起動ステップ後に実行される、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記第１起動のステップが、液圧を加えるステップに応答して実行され、前記第２サブセットの起動ステップは、液圧が所定の液圧の大きさを超えたことに応答して実行される、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
シャフト終端要素を円筒形シャフトの端部と溶接する方法で、
複数の協調した把持器で円筒形シャフトを把持するステップを含み、これにより円筒形シャフトが所定の軸線と同軸に保持され、更に、
複数の更なる把持器で円筒形シャフトを更に把持するステップを含み、これにより円筒形シャフトが、所定の軸線と同軸の追加の力で保持され、更に、
前記シャフト終端要素をシャフト終端要素レシーバに装填するステップと、
前記シャフト終端要素レシーバを並進させるステップとを含み、これによりシャフト終端要素の主要軸線が所定の軸線と同軸に配置され、更に、
前記円筒形シャフトおよび前記シャフト終端要素を相互に向かって軸方向に起動するステップを含む方法。
【請求項４７】
円筒形シャフトを回転する間に、これを部分的に解放して自動センタリングを可能にするステップを更に設ける、請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
前記円筒形シャフトを把持する前記ステップを円筒形シャフトの基準点上で実行する、請求項４６に記載の方法。
【請求項４９】
前記シャフト終端要素を装填する前記ステップが、シャフト終端の基準点上で前記シャフト終端要素を把持する更なるステップを含む、請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
並進する前記ステップが、前記円筒形シャフトの基準点と前記シャフト終端の基準点との空間的関係を確立する更なるステップを含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
円筒形シャフトとシャフト終端要素を相互に溶接するステップを更に設ける、請求項４６に記載の方法。
【請求項５２】
前記溶接ステップが、更に、
所定の回転速度でチャックを回転する更なるステップと、
シャフト終端要素を軸方向に駆動して、円筒形シャフトの第１端部と連絡させる更なるステップを含み、その後に摩擦溶接部が形成される、請求項５１に記載の方法。
【請求項５３】
前記シャフト終端要素を軸方向に駆動して、前記円筒形シャフトの第１端部と連絡させる前記ステップが、前記起動ステップの期間中に実行される放射率測定のステップに応じて終了される、請求項５２に記載の方法。
【請求項５４】
前記駆動ステップの実行中に継続時間を測定するステップを更に設ける、請求項５２に記載の方法。
【請求項５５】
前記駆動ステップの実行中に、放射率を測定するステップを更に設ける、請求項５２に記載の方法。
【請求項５６】
前記駆動ステップを実行する期間中に、前記円筒形シャフトの前記第１端部に対する前記シャフト終端要素の軸方向変位を測定するステップを更に設ける、請求項５２に記載の方法。
【請求項５７】
前記円筒形シャフトと前記シャフト終端の全長を決定するステップを更に設ける、請求項５６に記載の方法。
【請求項５８】
チャックを回転する前記ステップを中断するステップと、
前記シャフト終端要素を円筒形シャフトの第１端部とともに鍛造するステップとを更に設ける、請求項５２に記載の方法。
【請求項５９】
前記チャックを回転させる前記ステップを中断する前記ステップが、前記駆動ステップを実行する期間中に、放射率を測定するステップに応答して実行される、請求項５８に記載の方法。
【請求項６０】
シャフト終端要素をシャフト終端要素レシーバ上に更に装填するステップと、
前記シャフト終端要素を更に並進させるステップとを設け、これにより前記シャフト終端要素の主要軸線が所定の軸線と同軸上に配置され、更に、
前記円筒形シャフトおよび更にシャフト終端要素を相互に向かって軸方向に更に駆動するステップを設ける、請求項５２に記載の方法。
【請求項６１】
軸方向に駆動する前記ステップと、軸方向に更に駆動する前記ステップが、同時に実行され、前記円筒形シャフトの両端の同時溶接を達成する、請求項６０に記載の方法。
【請求項６２】
軸方向に駆動する前記ステップと軸方向に更に駆動する前記ステップのうち少なくとも一方が、軸方向に駆動する前記ステップと軸方向に更に駆動する前記ステップのうち少なくとも一方の間に、放射率を監視するステップに応答して制御される、請求項６１に記載の方法。
【請求項６３】
放射率を更に監視する更なるステップを設け、これによって前記円筒形シャフトの両端の熱を監視する、請求項６２に記載の方法。
【請求項６４】
軸方向に駆動する前記ステップと軸方向に更に駆動する前記ステップの間に、前記シャフト終端要素、前記円筒形シャフト、及び更なる前期シャフト終端要素が、所定の軸線と同軸上に維持される、請求項６１に記載の方法。
【請求項６５】
軸方向に駆動する前記ステップと軸方向に更に駆動する前記ステップが順番に実行される、請求項６０に記載の方法。
【請求項６６】
前記チャックを回転する前記ステップを中断するステップと、
前記シャフト終端要素を前記円筒形シャフトの第１端部ととも鍛造するステップと、
前記シャフト終端要素を前記円筒形シャフトの第２シャフトと共に更に鍛造するステップとを設け、鍛造する前記ステップと更に鍛造する前記ステップが同時に実行される、請求項６０に記載の方法。
【請求項６７】
前記鍛造ステップが、前記シャフト終端要素と前記円筒形シャフトの第１端部との間に約１５００から１２０００ポンドの軸方向力を加えるステップを含む、請求項６６に記載の方法。
【請求項６８】
円筒形シャフトと更なるシャフト終端要素を相互に更に溶接するステップを更に設ける、請求項６０に記載の方法。
【請求項６９】
溶接する前記ステップが、前記シャフト終端要素を軸方向に駆動して、前記円筒形シャフトの第２端部と連絡させる更なるステップを含み、その後に更なる摩擦溶接部を形成する、請求項６８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（他出願との関係）
本出願は、全て本出願と同じ発明者の名前で２００１年８月２０日に出願された従来の米国特許出願第６０／３１３，７４１号、第６０／３１３，７３４号および第６０／３１３，７３９号に基づく優先権を主張する。  
【０００２】
本発明は概ね管状製品の溶接構成に、特に低いサイクル時間、最小の位置ずれ、および溶接された端部のほぼ完全な半径方向の位置合わせを必要とする管状製品を溶接する溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
今日まで、従来の溶接技術で適切な端部を取り付けた多くの管状製品が製造されてきた。例えば自動車産業、特に駆動シャフト製造では、溶接ヨーク（または端部）を往々にして管の端部に押し付けるか、押し込む。圧迫作業の後、端部は通常、ワイヤ送給または他の従来通りの溶接技術で溶接されてきた。圧入が必要なため、この製造方法には多大な費用がかかる。１回に駆動シャフトの一方端しか完成できないことは、さらに重大である。つまり、第１溶接が完了した後、管をひっくり返し、既知の溶接機に再挿入する。ほぼ常に、第２溶接ヨークを取り付ける前に、２つの端部間の半径方向位置合わせおよび同心性が失われる。したがって、この製造方法は、産業に一般的な固有の重大な問題を有する。また、従来のワイヤ送給溶接は、製品内で確実に結合できる最小肉厚を制限し、溶接の品質を容易に確認することができない。  
【０００４】
別の既知のシステムでは、駆動シャフトおよび他の管状製品の組立に、既知のマグナ・パルスおよびマグナ・アーク法を使用する。この場合も、通常は１回に管状製品の一方側しか完成しない。このため、半径方向の位置合わせを維持する能力を制限し、溶接品質の検証が実行困難になる設定の問題が生じる。両端があるマグナ・アークまたはパルス溶接機は複雑で、修理および保守が困難であり、費用がかかる。また、適切なアーク・ギャップを維持するために、溶接プロセス前およびプロセス中に構成要素の直角度、清浄度および平坦度に関して極めて厳格な公差も必要である。これは、生産環境では達成および維持が困難である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、管状アセンブリの溶接端を、単純で費用効果が高く、生産が頑丈な方法で同時に溶接することができるシステムを提供することが、本発明の目的である。  
【０００６】
端部を同時に溶接する時に、管状アセンブリの溶接端部を所定の軸方向の関係で維持することができるシステムを提供することも、本発明の別の目的である。  
【０００７】
圧入プロセス、および圧入に必要な関連の厳密な公差の機械加工、さらに内部圧入のためにヨークに必要な追加の材料を必要としない溶接構成を提供することが、本発明の別の目的である。  
【０００８】
費用効果が高く、必要なサイクル時間が短く、管状要素のほぼ完全な同心性を維持し、ほぼ完全な半径方向の位置合わせを維持するプロセスを提供することも、本発明の目的である。  
【０００９】
製品の品質に影響を及ぼす複数のパラメータをプロセス中に記録して、一貫した溶接品質を検証することができる溶接システムを提供することが、本発明の更なる目的である。
【００１０】
また、平坦な板の溶接において、管または他の円筒形素材の形態に適用することができる構成を提供することが、本発明の目的である。  
【００１１】
高レベルの騒音、振動およびハーシュネス（ＮＶＨ）をもたらすような溶接端部の線形または半径方向の位置合わせ不良がある駆動シャフトができないよう、駆動シャフトの製造において高レベルの精度および短いサイクル時間を提供することが、本発明の更なる目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
以上およびその他の目的は本発明によって達成され、これは、その装置の態様により、円筒形シャフトの第１および第２端部それぞれで第１および第２シャフト終端要素を溶接し、所定の軸線と位置合わせされた構成を提供する。本発明のこの態様によると、円筒形シャフトを受け取るシャフト・レシーバと、その第１端部で円筒形シャフトを把持し、円筒形シャフトと所定の軸線との位置合わせを維持する複数の第１把持要素を有する第１チャック・アセンブリとが提供される。回転式駆動装置が、第１チャック・アセンブリに結合される。また、所定の軸線と位置合わせした状態でその第２端部にて円筒形シャフトを把持する複数の把持要素を有する第２チャック・アセンブリと、第２チャック・アセンブリを第１軸方向位置と第２軸方向位置との間で並進させるチャック・アセンブリ駆動装置が提供される。第１シャフト終端要素レシーバは、第１シャフト終端要素を受け取り、これを所定の軸線と位置合わせした状態で第１設置位置まで並進させる。第１設置駆動構成は、円筒形シャフトが回転式駆動装置に応答して回転するにつれ、第１シャフト終端要素を軸方向に円筒形シャフトに向かって駆動する。また、第２シャフト終端要素レシーバは、第２シャフト終端要素を受け取り、これを所定の軸線に位置合わせした状態で第２設置位置へと並進させる。第２設置駆動構成は、円筒形シャフトが回転式駆動装置に応答して回転するにつれ、第２シャフト終端要素を軸方向に円筒形シャフトに向かって駆動する。
【００１３】
本発明の特定の例示的実施形態では、また、第１チャック・センブリとほぼ軸方向に位置合わせされた軸横断位置にて円筒形シャフトをシャフト・レシーバで支持する第１シャフト・レシーバ位置と、第１シャフト・レシーバ位置から遠位側にある第２シャフト・レシーバ位置との間で、シャフト・レシーバを並進させるシャフト・レシーバ駆動構成が提供される。  
【００１４】
一つの実施形態では、円筒形シャフトはシャフト・レシーバに対して軸方向に変位可能であり、チャック・アセンブリ駆動装置は空気圧駆動装置を含む。
【００１５】
更なる実施形態では、回転式駆動装置は第１チャック・アセンブリを約６００ｒｐｍから４０００ｒｐｍで回転させる。このような実施形態では、円筒形シャフトは車両の駆動シャフトであり、回転式駆動装置は、第１チャック・アセンブリを好ましくは約６００ｒｐｍから４０００ｒｐｍで回転させる。  
【００１６】
第１チャック・アセンブリの複数の第１把持要素は、特定の実施形態では第１および第２組のジョーを含む。第１組のジョーは、第２組のジョーの前に円筒形シャフトと連絡するよう構成され、機械的カムで調整することができる。第１組のジョーは、また、円筒形シャフトを所定の軸方向位置にロックする精密位置合わせ構成を含むことができる。このような精密位置合わせ構成は、第１組のジョーのうちそれぞれのジョーを伴う複数の角のあるガイドウェイを含み、角のあるガイドウェイは相互に対して精密な角方向を有する。複数の角のあるガイドウェイは、所定の軸線の周囲に等角で分布する。  
【００１７】
第２組のジョーには、特定の実施形態では第１組のジョーによって決定された所定の軸方向位置にて円筒形シャフトをロックするクランプ構成を設ける。第１および第２組のジョーは液圧で動作させ、それによって第２組のジョーが、第１組のジョーに加えられて所定のブレークオーバ第１液圧値を上回る第１液圧に応答して動作することが好ましい。ブレークオーバ第１液圧は、第１組のジョーをして所定の軸方向位置にて円筒形シャフトをロックさせるのに十分な大きさを有する。  
【００１８】
本発明の更なる実施形態では、非回転ハウジングを設け、その周囲で第１チャック・アセンブリが回転式駆動装置によって回転する。第１チャック・アセンブリは、回転式ハウジングに設置され、さらに非回転ハウジングと回転ハウジングの境界面に配置された流体送出構成を設ける。本発明のこの第１装置態様の一実施形態では、流体送出構成に、第１チャック・アセンブリに円筒形シャフトを把持させるため加圧したクランプ流体を供給する第１流体路システムと、第１チャック・アセンブリに円筒形シャフトを解放させるため加圧したクランプ解除流体を供給する第２流体路システムとを設ける。第１流体路システムには、非回転ハウジングと回転式ハウジングとの境界面に第１流体通路を設ける。この実施形態では、第２流体路システムは、非回転ハウジングと回転式ハウジングとの境界面に第１流体通路を有し、さらに、非回転ハウジング上に加圧した流体供給口を設置する。また、非回転ハウジングには流体排出口を設置する。  
【００１９】
非回転ハウジングと回転式ハウジングの間に軸受け構成を挿入し、さらに軸受け構成を通る加圧流体の流れを制限するため、流体シールを設ける。
【００２０】
本発明の更なる実施形態では、個々の軸方向に反対の方向で第１および第２軸方向力を加えることにより、円筒形シャフトが回転するにつれ、第１および第２設置駆動構成により、第１および第２シャフト終端要素はそれぞれ、軸方向に円筒形シャフトに向かう。個々の第１および第２軸方向力はそれぞれ、個々に決定された期間だけ、個々の軸方向力の大きさで加えられる。第１および第２軸方向力のうち少なくとも一方を、個々の決定された順番の期間だけ、複数の軸方向力の大きさで加える。別の実施形態では、第１および第２軸方向力の少なくとも一方を、個々の第１および第２軸方向力を加えた結果として生じる軸方向の変位の距離に応じて加える。個々の決定された順番の期間は、第１シャフト終端要素の設置の係合段階に対応する。有利な実施形態では、第１シャフト終端要素の設置の係合段階は、加熱段階と鍛造段階を備える。円筒形シャフトが車両の駆動シャフトである実施形態では、第１設置駆動構成を操作して、約２５０ポンドから１０００ポンド（１１３．５ｋｇから４５４ｋｇ）の軸方向力を加熱段階中に約１．５秒から３秒にわたって加え、鍛造段階では約２５００から１２０００ポンド（１１３５から５４４８ｋｇ）の軸方向力を約２秒から５秒にわたって加える。  
【００２１】
加熱および鍛造段階を実施する前に、一つの実施形態では、円筒形シャフトの第１端部に当てて第１シャフト終端要素を洗浄する更なる段階を設ける。車両の駆動シャフトに適用される実施形態では、第１設置駆動構成を操作して、更なる洗浄段階中に約５０から３５０ポンド（２２．７から１５８．９ｋｇ）の軸方向力を約０．５秒から２秒にわたって加える。
【００２２】
更なる実施形態では、第１および第２軸方向力のうち少なくとも一方を、個々の第１および第２軸方向力を加えた結果として生じた温度に応答して加え、温度は、管を回転しながら管の端部とそれぞれのヨーク間で調整される溶接力に応答して制御される。円筒形シャフトは、円筒形シャフトの直径に応じて決定され、予め選択した一定速度で回転する。幾つかの実施形態では、円筒形シャフトは、円筒形シャフトの決定された回転表面速度を達成する速度で回転する。
【００２３】
本発明の方法の態様によると、第１および第２シャフト終端要素を円筒形シャフトの個々の第１および第２端部で、所定の軸線に位置合わせした状態で溶接する方法が提供され、
方法は、
円筒形シャフトが、第１および第２端部を有する円筒形シャフトを、近位位置に配置されたシャフト・レシーバ上に装填するステップを提供し、これにより円筒形シャフトは、長手方向軸線が所定の軸線とほぼ同軸になるよう支持され、さらに、
第１要素が、第１シャフト終端要素を第１シャフト終端要素レシーバ上に装填するステップと、
第２要素が、第２シャフト終端要素を第２シャフト終端要素レシーバ上に装填するステップと、
第１シャフト終端要素を第１並進（translating:平行移動）させるステップとを提供し、これにより第１シャフト終端要素の主要軸線が、所定の軸線と同軸状態で配置され、さらに、
第２シャフト終端要素レシーバを第２並進させるステップを提供し、これにより第２シャフト終端要素の主要軸線が、所定の軸線と同軸状態で配置され、さらに、
円筒形シャフトを第１シャフト終端要素に向かって軸方向に駆動し、第１チャック・アセンブリに通すステップと、
第１チャックのジョーを第１起動するステップを提供し、これにより円筒形シャフトがその第１端部の領域で、円筒形シャフトの長手方向軸線が所定の軸線と同軸になる軸横断位置までクランプされ、さらに、
第２シャフト終端要素および第２チャック・センブリを、円筒形シャフトの第２端部の領域にある所定の軸方向位置まで軸方向に並進させるステップと、
第２チャックのジョーを第２起動するステップとを提供し、これにより円筒形シャフトがその第２端部の領域で、円筒形シャフトの長手方向軸線が所定の軸線と同軸になる軸横断位置までクランプされ、さらに、
所定の回転速度で第１チャックを回転するステップと、
第１シャフト終端要素を軸方向に円筒形シャフトの第１端部と連絡するよう第１駆動するステップと、
第２シャフト終端要素を軸方向に円筒形シャフトの第２端部と連絡するよう第２駆動するステップとを提供する。
本発明のこの方法態様の一実施形態では、軸方向に並進させるステップを実行する前に、さらに、シャフト・レシーバを遠位位置へと引っ込めるステップを提供する。  
【００２４】
更なる実施形態では、さらに、
第１駆動のステップに応答して、第１シャフト終端要素に加えた第１軸方向力を第１解放するステップと、
第２駆動のステップに応答して、第２シャフト終端要素に加えた第２軸方向力を第２解放するステップと、
第２チャックのジョーを解放するステップと、
第２チャック・アセンブリを遠位軸方向位置へと軸方向に引っ込めるステップとが提供される。
さらに、
シャフト・レシーバを近位位置へと復帰させる追加ステップと、
第１チャックのジョーを解放する追加ステップと、
円筒形シャフトを逆の軸方向に駆動して、第１チャック・アセンブリから出す追加ステップとを含むことができ、これにより円筒形シャフトがシャフト・レシーバに支持される。  
【００２５】
幾つかの実施形態では、第１起動ステップは、さらに、
第１サブセットのジョーを第１サブセットで起動するステップと、
第１サブセットの起動ステップ中に、第１サブセットのジョーにあるジョーが全て、所定の軸線に対して確実に半径方向で等しい関係に維持されるよう、第１サブセットの起動ステップの実行を制御するステップとを含む。  
【００２６】
更なる実施形態では、第１起動ステップは、さらに、第２サブセットのジョーを第２サブセットで起動するステップを含み、第２サブセットの起動ステップは、第１サブセットの起動ステップ後に実行される。第１起動のステップは、液圧を加えるステップに応答して実行され、第２サブセットの起動ステップは、液圧が所定の液圧の大きさを超えたことに応答して実行される。  
【００２７】
本発明の更なる方法態様によると、シャフト終端要素を円筒形シャフトの端部と溶接する方法が提供され、方法は、
複数の協調した把持器で円筒形シャフトを把持するステップを含み、これにより円筒形シャフトは所定の軸線と同軸に保持され、さらに、
複数の更なる把持器で円筒形シャフトをさらに把持するステップを含み、これにより円筒形シャフトは、所定の軸線と同軸の追加の力で保持され、さらに、
シャフト終端要素をシャフト終端要素レシーバに装填するステップと、
シャフト終端要素レシーバを並進させるステップとを含み、これによりシャフト終端要素の主要軸線が所定の軸線と同軸に配置され、さらに、
円筒形シャフトおよびシャフト終端要素を相互に向かって軸方向に起動するステップを含む。  
【００２８】
本発明の一実施形態では、さらに、円筒形シャフトを回転する間に、これを部分的に解放して自動センタリングを可能にするステップが提供される。  
【００２９】
更なる実施形態では、円筒形シャフトを把持するステップを円筒形シャフトの基準点上で実行する。シャフト終端要素を装填するステップは、特定の実施形態では、シャフト終端の基準点上でシャフト終端要素を把持する更なるステップを含む。また、並進するステップは、円筒形シャフトの基準点とシャフト終端の基準点との空間的関係を確立する更なるステップを含む。このような基準点を使用することにより、構成要素によって可能なら、高い振れの正確さを、例示的には読みの最大差で０．００６インチ（０．１５２ｍｍ）から読みの最大差で０．００２インチ（０．０５１ｍｍ）まで、正確さを達成することができる。  
【００３０】
本発明の更なる方法態様の一実施形態では、さらに円筒形シャフトとシャフト終端要素を相互に溶接するステップが提供される。溶接ステップは、特定の実施形態ではさらに、
所定の回転速度でチャックを回転させるステップと、
シャフト終端要素を軸方向に起動して、円筒形シャフトの第１端部と連絡させ、ここで摩擦溶接部を形成するステップを含む。  
【００３１】
状況によっては、円筒形シャフトは、わずかな屈曲部を有するよう、真でない（not be true）こともあるが、それでも所定のパラメータ内である。最初に回転すると、このようなシャフトは溶接が困難になる。シャフトのクランプを部分的に解放し、それによって低速の初期回転中に自由に自動センタリングすることが望ましい。この方法で、わずかに屈曲したシャフトの十分にセンタリングされたクランプを達成することができる。  
【００３２】
シャフト終端要素を軸方向に駆動して円筒形シャフトの第１端部と連絡させるステップは、駆動ステップを実行する期間中に放射率を測定するステップに応答して終了する。さらに、駆動ステップを実行する期間の継続時間を測定するステップが提供される。他の実施形態では、さらに、駆動ステップを実行する期間中に放射率を測定するステップが提供される。更なる実施形態では、駆動ステップを実行する期間中に、円筒形シャフトの第１端部に対するシャフト終端要素の軸方向変位を測定するステップが提供される。シャフトとシャフト終端要素の組合せに所定の全長を達成することが望ましい製造環境では、シャフト終端をシャフト上に駆動する間に生じる軸方向の変位を変更することができる。  
【００３３】
他の実施形態では、
チャックを回転するステップを中断するステップと、
シャフト終端要素を円筒形シャフトの第１端部とともに鍛造するステップとが提供される。  
【００３４】
チャックを回転するステップを中断するステップは、駆動ステップを実行する期間中に放射率を測定するステップに応答して実行される。
別の実施形態では、さらに、
更なるシャフト終端要素を更なるシャフト終端要素レシーバ上にさらに装填するステップと、
更なるシャフト終端要素をさらに並進させるステップとが提供され、これにより更なるシャフト終端要素の主要軸線が所定の軸線と同軸上に配置され、さらに、
円筒形シャフトおよび更なるシャフト終端要素を相互に向かって軸方向にさらに駆動するステップが提供される。  
【００３５】
軸方向に駆動するステップおよび軸方向にさらに駆動するステップは、同時に実行され、円筒形シャフトの両端の同時溶接を達成する。軸方向に駆動するステップと軸方向にさらに駆動するステップのうち少なくとも一方は、軸方向に駆動するステップと軸方向にさらに駆動するステップのうち少なくとも一方の間に、放射率を監視するステップに応答して制御される。また、放射率をさらに監視する更なるステップが提供され、これによって円筒形シャフトの両端の熱が監視される。  
【００３６】
軸方向に駆動するステップと軸方向にさらに駆動するステップの実行中、シャフト終端要素、円筒形シャフト、および更なるシャフト終端要素は、所定の軸線と同軸上に維持される。特定の実施形態では、軸方向に駆動するステップと軸方向にさらに駆動するステップは、順番に実行される。  
【００３７】
更なる実施形態では、
チャックを回転するステップを中断するステップと、
シャフト終端要素を円筒形シャフトの第１端部とともに鍛造するステップと、
更なるシャフト終端要素を円筒形シャフトの第２シャフトとともにさらに鍛造するステップとが提供され、鍛造するステップとさらに鍛造するステップが同時に実行される。  
【００３８】
鍛造ステップは、シャフト終端要素と円筒形シャフトの第１端部との間に約２５００から１２０００ポンド（１１３５から５４４８ｋｇ）の軸方向力を加えるステップを含む。
【００３９】
また、特定の実施形態では、円筒形シャフトと更なるシャフト終端要素を相互にさらに溶接するステップが提供される。さらに溶接するステップは、更なるシャフト終端要素を軸方向に駆動して、円筒形シャフトの第２端部と連絡させる更なるステップを含み、その後に更なる摩擦溶接部を形成する。  
【００４０】
本発明の理解は、以下の詳細な説明を添付図面と組み合わせて読むことにより促進される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
図１は、本発明の原理に従い構築された同期溶接システム１００の、上から見て単純化した略図である。この図で示すように、人間のオペレータ１１が駆動シャフト管１５を展開可能な駆動シャフト支持体上に装填し、支持体は概ね１７で指定され、図３Ｂおよび図９に関して以下でさらに詳細に検討される。人間のオペレータ１１は、本発明の他の実施形態では、ロボットの送出システム（図示せず）で置換してもよい。人間のオペレータは、この図では、駆動シャフト管１５’と指定された更なる駆動シャフト管を保持するよう図示されている。駆動シャフト管１５’は、全ての態様で、既に展開可能な駆動シャフト支持体１７に設置された状態で図示されている駆動シャフト管１５とほぼ同一であり、その対応する部分は同様に指定されるが、ダッシュ（’）が追加されている。  
【００４２】
駆動シャフト管１５は、第１基準線２１で決定された第１直径を有する第１部分２０を有するよう図示されている。駆動シャフト管は、第２基準線２４で決定された第２直径を有する第２部分２３も有する。基準線２１および２４は、駆動シャフト管の製造中にその大部分の直径の基準として使用される。駆動シャフト管１５上の同期溶接システム１００によって実行すべき処理で達成すべき目的は、本発明のこの実施形態では恒速度継手である第１端部片３０を摩擦溶接で第１部分２０の端部に設置し、本発明のこの実施形態では自在継手の一部である第２端部片３２を第２部分２３の端部に設置することである。このような第１および第２端部片の設置は同時に実行し、その間、本発明のこの特定の例示的実施形態では、全ての要素が共通軸線上に支持されて、本明細書で説明するように高度の半径方向および軸方向の位置合わせを達成する。  
【００４３】
同期溶接システム１００は、幾つかの主要なサブシステムで構成され、これは本発明のこの特定の例示的実施形態では、ベース４０、概ね４５で指定された被動チャック・アセンブリ、概ね５０で指定された並進可能なチャック・アセンブリを含む。被動チャック・アセンブリ４５はベース４０上に設置され、自身に関連して概ね５５で指定された回転駆動構成を有する。この実施形態の回転駆動構成５５は電気モータ５６を有し、これは、電気モータ５６から被動チャック・アセンブリ４５へと回転エネルギを伝達する駆動ベルト５７によって被動チャック・アセンブリ４５に機械的に結合される。この実施形態では、被動チャック・アセンブリ４５および電気モータ５６の形態の取り付け具は、全ての動作中にベース４０に対して自身の位置を維持する。しかし、並進可能なチャック・アセンブリ５０は、ベース４０に沿って両方向矢印５１の方向に並進可能である。このような並進可能なチャック・アセンブリ５０の並進は、空気圧および／または液圧起動（図示せず）などの既知の方法で実行される。最後に、前述した展開可能な駆動シャフト支持体１７が提供され、これは以下で説明するように、並進可能なチャック・アセンブリ５０の並進と干渉しないために展開可能である。  
【００４４】
図１はまた、更なる第１端部片３０’および更なる第２端部片３２’が、それぞれチャック・アセンブリ４５および５０のレセプタクル６０および６１に事前に装填されているよう図示されていることを示す。特に、本発明のこの特定の例示的実施形態では、更なる第１端部片３０’はレセプタクル６０に事前に設置され、これは以下で説明するように更なる第１端部片３０’上に締め付けられ、第１端部片３０が駆動シャフト管１５に設置された後、更なる第１端部片を第１端部片３０の位置へと移動させる。同様に、更なる第２端部片３２’はレセプタクル６１内に事前に設置され、これも更なる第２端部片３２’上に締め付けられ、第２端部片３２が駆動シャフト管１５に設置された後、更なる第２端部片を第２端部片３２の位置へと移動させる。  
【００４５】
図２Ａは、図１の同期溶接システム１００の単純化した略前面図である。以上で検討した構造の要素は、同様に指定される。図２Ａで示すように、被動チャック・アセンブリ４５はチャック・アセンブリ７０を有し、これはこの図では、開状態の複数のチャックジョー７１を有するよう図示されている。同様に、並進可能なチャック・アセンブリ５０はチャック・アセンブリ７５を有し、これはこの図では、開状態の複数のチャックジョー７６を有するよう図示されている。  
【００４６】
駆動シャフト管は、この図では展開可能な駆動シャフト支持体１７によって支持されるよう図示されている。展開可能な駆動シャフト支持体は、支持台８０で形成され、これ自体は蝶番付きアーム８１上で旋回自在になるよう支持され、展開可能な駆動シャフト支持体１７の旋回式展開は、液圧シリンダ８４の起動によって実行される。  
【００４７】
図２Ｂは、図２Ａの同期溶接システムの単純化した略側面図であり、駆動ベルト５７を介して電気モータ５６とチャック・アセンブリ７０の回転結合を示す。この図では、チャック・アセンブリ７０は、その周辺に分布した複数のチャックジョー７１を有するよう図示されている。また、この図では、チャック・アセンブリ７０の回転中心に対して非設置位置での空間的関係を理解しやすいよう、更なる第１端部片３０’の端面図が図示されている。  
【００４８】
図３Ａは、図１の同期溶接システムの単純化した前面図であり、チャック・アセンブリ７０に入るよう右側へ並進している駆動シャフト管１５を示す。以上で検討した構造の要素は、同様に指定される。チャックジョー７１は、駆動シャフト管１５の第１部分２０上で閉じるよう図示されている。本発明のこの特定の例示的実施形態では、チャック・アセンブリ７０は１２を超えるチャックジョー７１を有してよい。締め付けの正確さは、チャックジョーを順次閉じることによって達成される。特に、本発明のこの特定の例示的実施形態では、３つのチャックジョー（特に指定せず）が、駆動シャフト管１５の第１部分２０上で最初に閉じる。３つのジョーは、その動作がカム・プレート（特に識別せず）によって制御され、これにより３つのチャックジョーは、駆動シャフト管１５の第１部分２０へと半径方向に並進し、それと連絡する間、半径方向の一様性を維持する。チャックジョー７１のうち制御された３つが駆動シャフト管１５に対して閉じると、残りのチャックジョーは、カムで制御された３つのチャックジョーの閉鎖中に確立された駆動シャフト管１５の軸方向の位置を妨害することなく閉じる。一つの実施形態では、チャックジョー７１は液圧で起動され、チャックジョーの順次閉鎖は、カム制御された３つのチャックジョーが係合することにより生じた液圧の蓄積による液圧破壊によって実行される。つまり、カム制御された３つのチャックジョーが駆動シャフト管１５の第１部分２０と連絡すると、供給システム（図示せず）内に液圧が蓄積する。駆動シャフト管１５の軸方向の安定した係合を保証するのに十分な大きさである所定の液圧に到達したら、作動液は、例示的には圧力に応答する弁（図示せず）の動作によって、分流し、残りのチャックジョーのうち選択されたジョーまたは全てのジョーを起動する。  
【００４９】
図３Ｂは、同期溶接システム１００の展開可能な駆動シャフト支持１７部分の一部分の単純化した略側面図であり、引っ込んだ位置での展開可能駆動シャフト支持体１７を示す。図示のように、本発明のこの特定の実施形態では、液圧シリンダ８４が拡張して、支持台８０を矢印８６の方向に旋回させる。このように支持台８０が旋回して引っ込む動作は、以下で説明するように、並進可能なチャック・アセンブリ５０がベース４０に沿って並進する時に、それとの衝突を回避するために必要である。  
【００５０】
図４は、同期溶接システム１００の単純化した前面図であり、ここで展開可能な駆動シャフト支持体１７は図３Ａの状態にある。以上で検討した構造の要素は、同様に指定される。展開可能な駆動シャフト支持体１７（本図では図示せず）は引っ込んでいる。図示のように、チャック・アセンブリ７０のチャックジョー７１は、駆動シャフト管１５の第１部分２０と係合した状態で図示されている。しかし、並進可能なチャック・アセンブリ５０は、チャック・アセンブリ７５のチャックジョー７６が開状態になるよう図示されている。したがって、並進可能なチャック・アセンブリ５０は、左側へ、つまり矢印８８の方向に並進する用意ができている。  
【００５１】
図５は、同期溶接システム１００の単純化した略前面図であり、ここで並進可能なチャック・アセンブリ５０は左側へと並進し、チャック・アセンブリ７５のチャックジョー７６は閉鎖して、駆動シャフト管１５の第２部分２３と連絡している。本発明のこの特定の例示的実施形態では、チャックジョー７６の閉鎖は、チャック・アセンブリ７０のチャックジョー７１の閉鎖に関して以上で説明した手順に従い実行される。特に、３つのチャックジョー（特に指定せず）が、駆動シャフト管１５の第１部分２３上で最初に閉じる。３つのジョーは、その動作がカム・プレート（本図では特に識別せず）によって制御され、これにより３つのチャックジョーが駆動シャフト管１５の第１部分２３に向かって半径方向に並進し、それと連絡する時に、半径方向の一様性を維持することが保証される。カム・プレートは、図１１Ｂで断面図が図示されている。制御された３つのチャックジョー７６が駆動シャフト管１５に対して閉鎖すると、残りのチャックジョーは、カム制御された３つのチャックジョーの閉鎖中に確立された駆動シャフト管１５の軸方向の位置を妨害することなく閉鎖する。前述したように、チャックジョーは液圧で起動し、チャックジョーの順次閉鎖は、カム制御された３つのチャックジョーが係合することにより生じた液圧の蓄積による液圧破壊によって実行される。  
【００５２】
図５で示すように、チャックジョー７１およびチャックジョー７６が駆動シャフト管１５と係合することにより、電気モータ５６（本図では図示せず）および駆動ベルト５７の動作によりチャック・アセンブリ７０に加える回転動作を、駆動シャフト管１５を介してチャック・アセンブリ７５に伝達することができる。したがって、チャック・アセンブリ７０、駆動シャフト管１５、およびチャックジョー７６は一体として回転する。駆動シャフト管１５が回転すると、液圧アクチュエータ９０および９１は、第１端部片３０および第２端部片３２を軸方向に個々の矢印９３および９４の方向に駆動するよう引き込まれた状態で図示されている。しかし、第１端部片３０および第２端部片３２は、回転が可能にならないよう締め付けられる。したがって、回転不可能な端部片が、回転する駆動シャフト管１５と連絡すると、摩擦によって溶接を実行するのに十分な熱が発生する。摩擦加熱中、第１端部片３０、駆動シャフト管１５、および第２端部片３２は、精密な軸方向の位置合わせが維持される。  
【００５３】
本発明によると、個々の矢印９３および９４の方向に加えた力は、一定である必要はなく、段階的に加えてもよい。特に、本発明の一つの特定の例示的実施形態では、対合表面をまっすぐに揃えるため、端部片をそれぞれ回転する駆動シャフト管１５に擦りつけるだけの第１力段階が提供される。本発明の実際的な実施形態では、「擦りつけ」段階と呼んでもよいこの第１段階は、約１秒の継続時間を有する。この第１段階中に加える軸方向の力は、数百ポンドのオーダーでよい。次に、第２段階では、追加の軸方向力を加えて、溶接を達成するのに十分なレベルまで加熱を実行する。「加熱」段階と呼んでもよいこの第２段階は、一実施形態では約２秒の継続時間を有する。この第２段階中に加える軸方向の力は、ほぼ４００から２０００ポンド（１８１．６〜９０８ｋｇ）でよい。  
【００５４】
本発明の非常に有利な実施形態では、加熱段階中の温度を市販の設備で監視し、管の各端および個々のヨークの溶接温度が、適切な溶接を達成するのに適正か確認する。適切な温度は、実際的な実施形態では、管を予め選択した一定速度で回転しながら、管の端部と個々のヨーク間の溶接力の大きさを調整することにより獲得される。この方法により、各端にあって異なる直径の構成要素をうまく溶接することができる。直径が異なると表面速度が異なり、発生する熱は表面速度とそれに該当する摩擦係数との関数であるので、加える力の変化が、管の各端の表面速度の違いを補償することに留意されたい。言うまでもなく、摩擦係数は同じ材料で、つまり同じ管の両端で一定である。
【００５５】
最後に、第３段階では、軸方向の鍛造力を第１端部片３０と第２端部片３２とに同時に加える。第３段階は、本発明の一実施形態では、約３．５秒の継続時間を有する。この第３段階で加える軸方向力は、約６０００ポンド（２７２４ｋｇ）でよい。上述したように、構成要素間に正確な軸方向の位置合わせが維持され、最終的に軸方向に正確な駆動シャフトになる。  
【００５６】
したがって、本発明では、１回で両方の溶接を遂行する３つの方法を開示する。第１の方法は、溶接の熱および力の特性を記録し、検証するだけの開ループ・システムである。この検証データを、所定の容認可能な溶接基準と比較する。データは、熱センサおよび圧力変換器（図示せず）から得ることができる。また、特定の実施形態では、線形変位変換器を使用して、駆動シャフトの軸方向の寸法が溶接プロセスから受ける影響の程度を確認することができる。第２の方法は、段階当たりの距離を監視する。第３の好ましい方法は、焼き払い、加熱および鍛造力の閉ループ制御である。これは、幾つかの実施形態では、熱プローブ（図示せず）から得たフィードバックにより実行され、これは所定の溶接温度設定点に対して与えることができるデータ信号を生成し、システム制御装置（図示せず）の作用を受ける。フィードバック圧力センサは、摩擦溶接の言及した第３段階で加える鍛造力と相関をとる。この閉ループ方法では、鍛造力が、摩擦溶接の最終段階における主な制御ループである。サーボ・ラムにかかる力は、溶接プロセスの焼き払い（第１段階）および加熱（第２段階）部分の内部縦列制御ループである。直線ゲージ（図示せず）で測定した最終長さは検証されるが、これは主要な制御パラメータではない。  
【００５７】
図６は、軸方向力を（矢印１００および１０１の方向に）解放し、駆動シャフトと被動チャックが分離した状態にある同期溶接システム１００の単純化した略前面図である。以上で検討した構造の要素は、同様に指定される。  
【００５８】
図６で示すように、液圧アクチュエータ９０および９１は拡張位置にあり、このため、第１端部片３０および第２端部片３２を介して駆動シャフト管１５に加えられた軸方向の鍛造力が解放されている。また、チャック・アセンブリ７５のチャックジョー７６が開き、したがって並進可能なチャック・アセンブリ５０は、ここでは矢印１０１の方向に並進する用意ができている。  
【００５９】
図７は、並進可能なチャック・アセンブリ５０が左側に復帰し、それによってここでは完成した駆動シャフトの一部を形成する駆動シャフト管１５から分離している同期溶接システム１００の単純化した略前面図である。以上で検討した構造の要素は、同様に指定される。この図では、展開可能な駆動シャフト支持体１７は、駆動シャフト管１５を受け取る用意ができた展開状態で図示され、第１端部片３０および第２端部片３２がその上に設置されている。  
【００６０】
図８は、駆動シャフト管１５を支持するために展開位置にある、展開可能な駆動シャフト支持体１７の単純化した略側面図である。図示のように、液圧シリンダ８４は引っ込んだ状態にあり、これにより支持台８０が矢印１０５の方向に上昇している。  
【００６１】
再び図７を参照すると、チャック・アセンブリ７０のチャックジョー７１は開状態にある。したがって、第１端部片３０を有する駆動シャフト管１５をチャック・アセンブリ７０から軸方向に取り外すことができる。  
【００６２】
図９は、第１端部片３０および第２端部片３２を有する駆動シャフト管１５が自身上に設置され、被動チャック・アセンブリ４５および並進可能なチャック・アセンブリ５０から完全に切り離され、展開可能な駆動シャフト支持体１７によって支持された同期溶接システム１００の単純化した略前面図である。この段階で、完成した駆動シャフトを展開可能な駆動シャフト支持体１７から取り外し、例示的には図１の人間のオペレータ１１によって駆動シャフト管１５’と置換して、駆動シャフト管１５’、更なる第１端部片３０’および更なる第２端部片３２’を使用して別の駆動シャフトの溶接を開始することができる。  
【００６３】
図１０は、被動チャック・アセンブリ４５の単純化した略想像図である。以上で検討した構造の要素は、同様に指定される。この図で示すように、チャック・アセンブリ７０は、被動チャック・アセンブリ４５のサブアセンブリとして配置され、追加的に概ね１５０で指定された端部片キャリアが設けられる。端部片キャリアは、両方向矢印１５３の方向に並進可能である。端部片キャリア１５０はレセプタクル１５５を有するよう図示され、ここに、図１の更なる駆動シャフト管１５’（本図では図示せず）上に設置されるものとの予想で、更なる第１端部片３０’が配置される。  
【００６４】
人間のオペレータ１１またはロボット構成（図示せず）が、更なる第１端部片３０’をレセプタクル１５５内に設置する。第１端部片３０、駆動シャフト管１５および第２端部片３２で形成された以前の駆動シャフトが完成すると、完成した駆動シャフトは、人間のオペレータ１１によって展開可能な駆動シャフト支持体１７から取り外され、更なる駆動シャフト管１５’が人間のオペレータによってそこに設置される。端部片キャリア１５０は、左側へと並進し、それによって更なる第１端部片３０’が第１中心締め付けステーション１６０に設置される。このような並進は、液圧アクチュエータ１６２の起動によって実行され、これは端部片キャリア１５０を軌道１６５に沿って駆動する。第１中心締め付けステーション１６０は、摩擦溶接プロセス中に更なる駆動シャフト管１５’（本図では図示せず）に対して回転が不可能で、軸方向には同じ位置になるよう、再配置した更なる第１端部片３０’を締め付け状態で維持し、摩擦溶接プロセスは、第１端部片３０および駆動シャフト管１５の溶接に関して以上で説明した通りに進行する。  
【００６５】
端部片キャリア１５０の並進動作を制御する際に、その位置は、近接タイプのセンサ１５７によって決定される。センサ１５７は、センサ・アーム１５８の近接を表す電気信号を発生する。  
【００６６】
図１１Ａ、図１１Ｂおよび図１１Ｃは、それぞれチャック・アセンブリ７０の単純化した略前面図、側断面図および背面図である。以上で検討した構造の要素は、同様に指定される。図１１Ａで示すように、チャック・アセンブリ７０には、自身を通る中央開口を有するほぼ平面の前面を有するハウジング１８０を設ける。中心開口１８５の半径方向内側には、複数のチャックジョー７１がある。この図では１２のこのようなチャックジョーが図示され、図１１Ｂでは、本発明のこの特定の例示的実施形態に複数列のジョーが使用されていることが分かる。カム・プレート１８７の近傍に配置されたチャックジョーはチャックジョー７１とされ、軸方向内側に配置されたものはチャックジョー７１’とする。カム・プレート１８７は、チャックジョー７１のうち３つの起動および集中速度を制御し、３つのうち１つは制御されたチャックジョー７１”である。他の２つの制御されたチャックジョーは、この断面図には図示されていない。カム・プレート１８７の動作については、図５に関して以上で説明してある。  
【００６７】
チャック・アセンブリ７０は、前述したように、電気モータ５６（本図では図示せず）および駆動ベルト５７（本図では図示せず）に応答して回転可能である。チャック・アセンブリは、図１１Ｂで示す軸受け１９０上で回転する。  
【００６８】
図１１Ｃは、チャック・アセンブリ７０の背後からの図である。中心開口１８５は、この方向からは１８５’と指定される。図１１Ｂおよび図１１Ｃは、作動液を排出する排液口１９３および排液ライン９１４を示す。これらの要素については、図１２に関してさらに詳細に説明する。  
【００６９】
図１２は、図１１Ｂで示した通りのチャック・アセンブリ７０の拡大図であり、追加の内部機構をさらに詳細に示す。以上で検討した構造の要素は、同様に指定される。図１２で示すように、チャック・アセンブリ７０には回転可能なハウジング２００および回転しないハウジング２０１を設ける。回転および非回転ハウジングは、軸受け１９０の対向する側に図示されている。回転可能なハウジング２００は、締め付け具２０５によってハウジング１８０と結合する。したがって、ハウジング１８０も回転可能である。  
【００７０】
非回転ハウジング２０１は、静止流体入口２０７を有し、これは本発明のこの特定の例示的実施形態では、源（図示せず）から加圧した流体（図示せず）を受け取る。静止流体入口２０７で受け取った加圧流体は、チャックジョー７１の締め付けを解除するため、内部通路２０８を介して締め付けを解除する供給口２０９へと送出される。チャックジョーを締め付けるための加圧流体は、通路２１２（想像線で図示）によってチャックジョー７１”と接続した締め付け流体入口２１０で受ける。更なる流体通路（図示せず）を設けて、他のチャックジョーを締め付け、締め付け解除するために、加圧流体を供給する。  
【００７１】
これで分かるように、締め付けを解除する供給口２０９および締め付け用流体入口２１０は、回転可能なハウジング２００の境界面にある非回転ハウジング２０１の迷路状の溝に過ぎない。本発明の実際的な実施形態では、非回転ハウジングと回転可能なハウジングとの間に約０．００２”（０．０５１ｍｍ）のクリアランスを設ける。端部シール２１５および２１６が、内部排液口２２０を迂回する流体の軸受けへの漏れを制限する。本発明のこの特定の例示的実施形態では、２つのこのような排液口を設ける。軸受けを介して迂回した流体は、排液ライン１９４で排出され、残りの流体は外部口１９３で排出される。
【００７２】
本発明を特定の実施形態および用途に関して説明してきたが、この教示に鑑みて、当業者には、請求の範囲で示した本発明の精神から逸脱したり、その範囲を越えたりすることなく、追加の実施形態を作成することができる。したがって、本開示の図面および説明は、本発明の理解を容易にするため提供されたもので、その範囲を制限するものと解釈してはならないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の原理に従い構築された同期溶接システムを上から見た単純化した略図である。
【図２Ａ】図１の同期溶接システムの単純化した略前面図である。
【図２Ｂ】図２Ａの同期溶接システムの単純化した略側面図である。
【図３Ａ】図１の同期溶接システムの単純化した略前面図で、駆動チャック構成に入り、第１端部片と連絡する位置になるよう左に並進した駆動シャフトの管状部分を示す。
【図３Ｂ】図３Ａの同期溶接システムの一部の単純化した略側面図であり、引っ込んだ位置にある駆動シャフト支持部を示す。
【図４】図３Ａの状態にある図１の同期溶接システムの単純化した略前面図であり、さらに駆動チャック構成が左へと並進して駆動シャフトと係合すべきことを示す。
【図５】駆動チャック構成が駆動シャフトと係合した状態における図１の同期溶接システムの単純化した略前面図であり、さらに端部片が矢印の方向に駆動されて、被動チャック構成が回転するにつれ、チャックが係合した状態で摩擦溶接を実行することを示す。
【図６】軸方向力を（矢印の方向に）解放した状態で、駆動シャフトと被動チャックとが切り離された状態での図１の同期溶接システムの単純化した略前面図である。
【図７】被動チャック・アセンブリが左側へと復帰し、駆動シャフトから切り離された状態で、図１の同期溶接システムの単純化した略前面図である。
【図８】図８の同期溶接システムの一部の単純化した略側面図で、駆動シャフトを支持するために展開位置にある駆動シャフト支持部を示す。
【図９】駆動チャック・アセンブリが解放状態にあり、完成した駆動シャフトに端部片が取り付けられた、図１の同期溶接システムの単純化した略前面図である。
【図１０】被動チャック・アセンブリと静止取り付け具の単純化した略部分想像図である。
【図１１】図１１Ａ、図１１Ｂおよび図１１Ｃは、本発明の原理に従い構築されたチャック構成のそれぞれ単純化した略前面図、側段演ずおよび背面図である。
【図１２】図１１Ｂの拡大図であり、流体通路などの追加の内部機構をさらに詳細に示す。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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