(57)【要約】中央ボア（１４）を持つ支持体（１２）を含む、摩擦付き押し溶接スピンドル（１０）を提供する。スピンドルシャフト（１６）は、付き押し溶接工具（１８）を支持するようになっており、前記ボア（１４）内を延びる。ベアリングアッセンブリ（２０、２２）により、スピンドルシャフト（１６）はボア（１４）内で支持体（１２）に対して回転できると同時に軸線方向に変位できる。感知装置（２４）は、スピンドルシャフト（１６）の軸線方向変位と一致する力及びスピンドルシャフト（１６）の軸線方向位置のうちの少なくとも一方を示す出力信号を提供するようになっている。
2005521561.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリにおいて、
中央ボアを持つ支持体、
付き押し溶接工具を支持するようになったスピンドルシャフトであって、その一部が前記支持体と協働し、スピンドルシャフトを前記支持体に対して軸線方向に変位させるようになったアクチュエータを形成する、スピンドルシャフト、
前記スピンドルシャフトを前記支持体に対して回転できると同時に軸線方向に変位できるようにするベアリングアッセンブリ、及び
前記スピンドルシャフトの軸線方向変位と一致する力及び前記スピンドルシャフトの軸線方向位置のうちの少なくとも一方を示す出力信号を提供するようになった感知装置を含む、摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリ。
【請求項２】
請求項１に記載の摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリにおいて、前記支持体は支持シリンダを含み、前記スピンドルシャフトの前記部分は前記ボアの内面と協働して加圧可能なチャンバを形成し、これらのチャンバは、加圧されたとき、前記スピンドルシャフトを前記支持シリンダに対して軸線方向に変位させる、摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリ。
【請求項３】
請求項２に記載の摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリにおいて、前記スピンドルシャフトの前記部分と向き合った前記支持シリンダの内面に開放したドレンポートを更に含む、摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリ。
【請求項４】
請求項３に記載の摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリにおいて、前記スピンドルシャフトは、前記支持シリンダに形成された加圧可能なポートに流動的に連結された通路を含む、摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリ。
【請求項５】
請求項４に記載の摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリにおいて、前記通路は、前記スピンドルシャフトの端部に配置された前記付き押し溶接工具を保持するようになった流動的に作動できる工具ホルダに流動的に連結されている、摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリ。
【請求項６】
請求項４に記載の摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリにおいて、前記加圧可能なポートは前記ドレンポートを含む、摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリ。
【請求項７】
請求項２に記載の摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリにおいて、前記感知装置は、前記チャンバ内の圧力を感知する圧力センサを含む、摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリ。
【請求項８】
請求項１に記載の摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリにおいて、前記感知装置はロードセルを含む、摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリ。
【請求項９】
請求項１に記載の摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリにおいて、スピンドルベースを更に含み、前記感知装置は、前記支持体を前記スピンドルベースに連結するロードセルを含む、摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリ。
【請求項１０】
請求項９に記載の摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリにおいて、前記支持体を前記スピンドルベースに連結する複数のロードセルを更に含み、これらのロードセルは前記スピンドルシャフトを中心として間隔が隔てられて配置されている、摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリ。
【請求項１１】
請求項１０に記載の摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリにおいて、前記支持体を前記ロードセルに連結する撓みディスクを更に含む、摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリ。
【請求項１２】
請求項１に記載の摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリにおいて、前記スピンドルシャフトに連結されたモータを更に含む、摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリ。
【請求項１３】
請求項１２に記載の摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリにおいて、前記モータは前記スピンドルシャフトとともに軸線方向に移動する、摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリ。
【請求項１４】
請求項１３に記載の摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリにおいて、前記モータを前記支持体に連結する反作用部材を更に含む、摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリ。
【請求項１５】
請求項１２に記載の摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリにおいて、前記モータの出力シャフトを前記スピンドルシャフトに連結する可撓性カップリングを更に含む、摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリ。
【請求項１６】
請求項１５に記載の摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリにおいて、前記スピンドルシャフトは前記モータに対して移動する、摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリ。
【請求項１７】
請求項１に記載の摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリにおいて、前記スピンドルシャフト及び支持体に作動的に連結された軸線方向位置センサを更に含む、摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリ。
【請求項１８】
請求項１７に記載の摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリにおいて、前記軸線方向位置センサは前記スピンドルシャフトと接触しない、摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリ。
【請求項１９】
請求項１８に記載の摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリにおいて、前記軸線方向位置センサは渦電流センサを含む、摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリ。
【請求項２０】
請求項１８に記載の摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリにおいて、前記スピンドルシャフトは  前記軸線方向位置センサとともに作動できる円錐形部分を含み、前記スピンドルシャフトの前記円錐形部分と前記軸線方向位置センサとの間の隙間は前記スピンドルシャフトの軸線方向変位の関数として変化する、摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリ。
【請求項２１】
請求項２０に記載の摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリにおいて、前記スピンドルシャフトの前記円錐形部分とともに作動できる非接触式第２軸線方向位置センサを更に含む、摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリ。
【請求項２２】
請求項１に記載の摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリにおいて、前記ベアリングアッセンブリは磁気ベアリングアッセンブリを含む、摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリ。
【請求項２３】
請求項１に記載の摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリにおいて、前記ベアリングアッセンブリは静圧ベアリングを含む、摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリ。
【請求項２４】
請求項２３に記載の摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリにおいて、前記スピンドルシャフトが前記支持体に対して回転でき且つ軸線方向に変位できるようにする第２ベアリングアッセンブリを更に含み、前記スピンドルシャフトの前記部分は最初に言及したベアリングアッセンブリと第２ベアリングアッセンブリとの間に配置されている、摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリ。
【請求項２５】
請求項１に記載の摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリにおいて、前記最初に言及したベアリングアッセンブリ及び前記第２ベアリングアッセンブリは、静圧ベアリングを各々含む、摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリ。
【請求項２６】
摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリにおいて、
中央ボアを持つ支持体、
付き押し溶接工具を支持するようになったスピンドルシャフト、
前記スピンドルシャフトが前記ボア内で前記支持体に対して回転できると同時に軸線方向に変位できるようにするベアリングアッセンブリ、及び
前記スピンドルシャフトの軸線方向変位と一致する力を示す出力信号を提供するようになった荷重感知装置を含む、摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリ。
【請求項２７】
請求項２６に記載の摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリにおいて、前記荷重感知装置はロードセルを含む、摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリ。
【請求項２８】
請求項２６に記載の摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリにおいて、スピンドルベース、及び前記支持体を前記スピンドルベースに連結するロードセルを更に含む、摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリ。
【請求項２９】
請求項２８に記載の摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリにおいて、前記支持体を前記スピンドルベースに連結する複数のロードセルを更に含み、これらのロードセルは前記スピンドルシャフトを中心として間隔が隔てられており且つ配置されている、摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリ。
【請求項３０】
請求項２９に記載の摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリにおいて、前記支持体を前記ロードセルの各々に連結する撓みディスクを更に含む、摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリ。
【請求項３１】
摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリにおいて、
ベース、
付き押し溶接工具を支持するようになったスピンドルシャフトを持つアクチュエータを形成するための手段、
前記スピンドルシャフトが前記スピンドル軸線に関して回転できると同時に軸線方向に変位できるようにするベアリングアッセンブリ、及び
前記ベースに関する前記スピンドルシャフトの軸線方向変位と一致する力及び前記スピンドルシャフトの軸線方向位置の少なくとも一方を示す出力信号を提供するための手段を含む、摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦付き押し溶接（ｆｒｉｃｔｉｏｎ  ｓｔｉｒ  ｗｅｌｄｉｎｇ）機に関する。更に詳細には、本発明は摩擦付き押し溶接機用のスピンドルに関する。
【背景技術】
【０００２】
摩擦付き押し溶接は、溶接接合部で発生した摩擦熱を使用して構成部品を互いに溶接するプロセスである。摩擦熱により可塑化領域が形成され、この領域が凝固して加工物区分を接合する。溶接は、加工物区分間の接合部にプローブを挿入することによって行われる。プローブは、接合部に挿入されるピン、及び加工物の表面に押し付けられる肩部を含む。ピン及び肩部は一緒に回転し、溶接作業を行うために接合部に沿って可塑化領域を形成する摩擦熱を発生する。
【０００３】
高品質の溶接部を形成するため、様々なパラメータを制御しなければならない。最も重要なパラメータの一つは、プローブの深さである。当該技術分野で周知のように、プローブの深さは、位置又は荷重の制御のいずれかを使用して制御できる。位置制御は、溶接プロセス中にスピンドルに大きな荷重が加わるため、一般的には困難である。詳細には、スピンドル及びプローブにはかなりの荷重が加わり、これによりその様々な構成要素が撓んだり曲がったりし、これによって位置を計測する上での精度に悪影響が及ぼされる。スピンドルが多くの自由度で作動しなければならないことに鑑みると、スピンドルの構成要素に作用する個々の荷重は、空間内でのスピンドルの位置に応じて変化する。更に、位置制御においてプローブの熱膨張率を考慮に入れなければならない。
【０００４】
溶接プロセスを制御するために荷重制御もまた使用されてきた。荷重制御を行うには、溶接プローブに垂直方向に作用する荷重又は力（即ち、プローブの回転軸線と一致する力）を計測する必要がある。従来技術は、荷重を制御するため、スピンドルアッセンブリ全体を一つ又はそれ以上のロードセル上で支持する必要がある。スピンドルアッセンブリは一般的に極めて重量があるため、使用されるロードセルは大容量でなければならず、これにより機械の価格が上昇し、並びに全体として精度が犠牲となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の一つの特徴は、中央ボアを持つ支持体を含む摩擦付き押し溶接スピンドルである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
スピンドルシャフトは付き押し溶接工具を支持するようになっており、支持体の中央ボア内を延びる。ベアリングアッセンブリにより、スピンドルシャフトをボア内で支持体に対して回転できると同時に軸線方向に変位できる。感知装置は、スピンドルシャフトの軸線方向変位と一致する力及びスピンドルシャフトの軸線方向位置のうちの少なくとも一方を示す出力信号を提供するようになっている。
【０００７】
本発明の別の特徴では、スピンドルシャフトの一部が支持体と協働し、スピンドルシャフトを支持体に対して軸線方向に変位させるようになったアクチュエータを形成する。例えば、アクチュエータは加圧流体により流動的に作動でき、スピンドルシャフトの部分がボアの内面と協働し、加圧可能なチャンバを形成する。これらのチャンバは、加圧されたときにスピンドルシャフトを支持体に対して軸線方向に変位させる。空気式又は液圧式の作動を使用してもよい。更に別の実施例では、スピンドルシャフト及び支持体は磁気的に協働し、アクチュエータを形成してもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の特徴を組み込んだ摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリ１０の概略図を図１に示す。スピンドルアッセンブリ１０は、中央ボア１４を持つ内部支持体１２及び外ベース１５を含む。スピンドルシャフト１６がボア１４内に配置されており、付き押し溶接工具１８を支持するようになっている。少なくとも一つのベアリングアッセンブリ２０、２２により、スピンドルシャフト１６はボア内で支持体１２に対して回転すると同時に軸線方向に変位できる。感知装置、例えばロードセル２４がスピンドルシャフト１６に作動的に連結されており、軸線１６Ａに沿ったスピンドルシャフトの軸線方向変位と一致する力を示す出力信号を提供するようになっている。スピンドルシャフト１６の軸線方向変位及び回転変位を可能にすることにより、ロードセル２４等の荷重感知装置は、スピンドルアッセンブリ１０の全重量を支持する必要がなく、特にベース１５の重量を支持する必要がない。更に、荷重検出装置は、スピンドル軸線１６Ａに沿った力に関する忠実度が高く、これによってこの力の更に正確な計測値を提供できる。感知装置は、更に、スピンドルシャフト１６の軸線方向位置を示す信号を提供する位置センサであってもよい。スピンドルアッセンブリ１０は、ベースに連結されたアクチュエータ（図示せず）によって全体が支持され且つ位置決めできるが、これらの構成要素は本発明の部分を形成しない。
【０００９】
別の実施例では、スピンドルシャフト１６を軸線１６Ａに沿って軸線方向に変位させるアクチュエータをスピンドルシャフト１６及び支持体１２が形成する。図１では、スピンドルシャフト１６の部分２８が支持体１２と協働し、アクチュエータを形成するようになっている。例えば、図示のように、支持体１２は、スピンドルシャフト１６の部分２８がボア１４の内面と協働して加圧可能なチャンバ３０Ａ及び３０Ｂを形成するシリンダを含む。これらのチャンバは、圧力源３２から加圧されたとき、スピンドルシャフト１６を支持体１２に対して軸線方向に変位させる。限定でなく例として、圧力源３２は、液体流体を液圧でチャンバ３０Ａ及び３０Ｂに提供するように作動でき、又はガス等の流体を空気圧でチャンバ３０Ａ及び３０Ｂに提供するように作動できる。更に別の実施例では、アクチュエータは、スピンドルシャフト１６の部分２８又は他の部分に永久磁石又はコイルを含み、これが支持体１２に設けられた磁石又はコイルと協働する電磁アクチュエータを含んでもよい。更に別の実施例では、アクチュエータは動力スクリューであってもよい。
【００１０】
スピンドルシャフト１６及びかくして工具１８を回転させるため、モータ３４がスピンドルシャフト１６に連結されている。モータ３４は、スピンドルシャフト１６を回転させるための液圧モータ、空気圧モータ、又は電磁モータ、又は他の同様の装置であってもよい。モータ３４の出力シャフトは、カップリング３６によってスピンドルシャフト１６に連結されている。第１実施例ではカップリング３６は剛性であり、モータ３４はスピンドルシャフト１６とともにスピンドル軸線１６Ａに沿って変位する。このような場合、リンク即ち他の反作用構造（破線４０で示す）がモータ３４を支持体１２に連結する。別の態様では、反作用構造即ちリンク（破線４６で示す）がモータ３４をベース１５に直接連結してもよい。この場合も、カップリング３６が剛性であるため、反作用構造４０又は４６は、軸線１６Ａに沿ったモータ３４の変位をある限度内で許容できなければならない。
【００１１】
別の実施例では、カップリング３６は可撓性であってもよく、これによりスピンドルシャフト１６がモータ３４に対して軸線方向に移動できるようにしてもよい。このような実施例では、反作用構造４９又は４６は剛性であってもよく、又は省略してもよい。省略した場合、モータ３４は支持体１２又はスピンドルベース１５に直接連結される。
【００１２】
図示のように、荷重感知装置は、軸線１６Ａと一致する力を計測するようにスピンドルシャフト１６及びスピンドルベース１５に（例えば支持体１２を通して）作動的に連結されたロードセル２４を含んでもよい。ロードセル２４をスピンドルシャフト１６に作動的に連結するため、他の適当な位置を使用してもよい。例えば、ロードセル２４は、モータ３４がスピンドルシャフト１６にしっかりと連結される場合、モータ３４に連結されていてもよい。同様に、システムに設けられたアクチュエータの種類に応じて他の荷重感知装置を使用してもよい。例えば、圧力センサ５０は、チャンバ３０Ａ、３０Ｂ内の圧力を感知し、これによってスピンドル軸線１６Ａと一致する力を示す出力信号を提供するようにチャンバ３０Ａ、３０Ｂに作動的に連結されていてもよい。同様に、スピンドルシャフト１６と支持体１２との間に形成されたアクチュエータが電磁アクチュエータである場合には、スピンドル軸線１６Ａに沿った力又は荷重を示す出力信号を提供するために電流及び／又は電圧を計測してもよい。
【００１３】
上述のように、ベアリングアッセンブリ２０、２２により、スピンドルシャフト１６を支持体１２に対して回転させることができると同時に軸線方向に変位させることができる。限定でなく例として、適当なベアリングアッセンブリには、静圧ベアリング（高い回転速度では流体ベアリングとして機能できる）、空気式ベアリング即ちエアベアリング、磁気ベアリング、等が含まれる。
【００１４】
ベアリングアッセンブリ２０及び２２により、スピンドルシャフト１６の移動を、工具１８と同軸の方向においてある特定の制限された範囲で許容することができる。このようにして、溶接されるべき接合部内への下方への力をスピンドルアッセンブリ１０の配向に拘わらず制御できる。支持体１２がスピンドルシャフト１６の移動の作用範囲内にとどまるように、適当なセンサが設けられている。
【００１５】
図２乃至図６は、図１のスピンドルアッセンブリ１０の例示の実施例を示す。適切である場合には、同様のエレメント及び構造を示すのに同じ参照番号を使用した。
図２乃至図６に示す実施例では、支持シリンダ１２は、加圧可能なチャンバ３０Ａ及び３０Ｂを形成する円筒形エレメント８０及び８２、及び端部材８４及び８６を含む。チャンバ３０Ａ及び３０Ｂの夫々を選択的に加圧するため、ポート８８及び９０が設けられている。
【００１６】
この実施例では、ベアリングアッセンブリ２０及び２２は部分２８の両側に配置されており、各ベアリングアッセンブリは静圧ベアリングエレメントを含む。詳細には、加圧可能な複数のポート９４（ここでは４個設けられている）がスピンドル軸線１６を中心として等間隔に間隔が隔てられており、これらのポートは各ベアリングアッセンブリ２０、２２に対し、ボア１４の内面に開放している。ポート９４に続く流体通路の各々には絞り９６が設けられており、圧力源３２（図１参照）からの連結ホースを最小にするため、円筒形エレメント８０と８２との間の内部通路が更に設けられていてもよい。ベアリング２０及び２２を静圧ベアリングとして説明したけれども、これらのベアリングは、当該技術分野で周知ように、スピンドルシャフト１６のシャフト速度が全体に低く、加圧流体がスピンドルシャフト１６と支持体１４の内面との間の隙間を充填し、この隙間から収集位置までゆっくりと排液される場合にこのように作動するということに着目すべきである。しかしながら、シャフト速度が高いとベアリング２０及び２２の主な作動は流体ベアリングに近づく。スピンドルシャフト１６と円筒形エレメント８０及び８２の内面との間の隙間は、この必要を満たすように選択される。しかしながら、当業者には理解されるように、使用された隙間は、流体の粘度、流体の最大許容温度、ピストン及びベアリングで使用された材料、流体の濾過レベル、部品の熱膨張、及び使用された流体圧力等の多くの考慮に基づいて選択される。一般的には、隙間の大きさは、スピンドルシャフト１６の直径の各２．５４ｃｍ（１インチ）毎に０．０２５４ｍｍ（０．００１インチ）程度である。部分２８及び加圧可能なチャンバ３０Ａ及び３０Ｂが、比較的高いシャフト速度で流体アクチュエータとして機能することを考えると、スピンドルシャフト１６と円筒形エレメント８０及び８２の内面との間の隙間に存在する流体は加熱される。アクチュエータ２８と円筒形エレメント８２との間の流体もまた加熱される。流体が過熱しないようにするため、及び新たな流体を供給するため、加圧可能なチャンバ３０Ａと３０Ｂとの間にドレンポート１００が設けられ、そのため流体は加圧可能なチャンバ３０Ａ及び３０Ｂから隙間を通ってドレンポート１００に圧送される。更に、流体がベアリングを通って圧送されるように、ドレンポート（参照番号が付してないが、シール１０２の直ぐ内側に配置されている）がベアリング２０及び２２の軸線方向外端に配置されている。円筒形エレメント８０及び８２、及び端部材８４及び８６には適当なシール１０２が設けられている。
【００１７】
この時点で、この実施例において工具１８を保持するスピンドルシャフト１６の端部には、工具１８の交換を行うために取り外される構成部品を必要とする標準的なコレット即ちチャックアッセンブリが設けられているが、別の実施例では、工具１８を保持するために当該技術分野で一般に周知の自動作動式工具ホルダ（図１に参照番号１０７で概略に示す）をスピンドルシャフト１６の端部に設けることもできるということに着目すべきである。一般的には、周知のように、工具ホルダに設けられたばねを圧縮し又は解放するのに流体圧力を使用する。これにより工具１８を取り外すことができる。しかしながら、本発明のこの実施例では、スピンドルシャフト１６は、ドレンポート１００と流体連通したポート１０４から延びる内部通路１０３を含んでもよい。このように、スピンドルシャフト１６の回転を停止したとき、工具１８の交換を必要とした場合、加圧流体をドレンポート１００に加え、内部通路１０４に通し、シャフト１６の端部に配置された空気圧又は液圧式の工具ホルダを作動させる。ドレンポート１００をこのように使用することにより、工具ホルダを作動させるための別のホース及び／又はカップリングに対する必要をなくす。
【００１８】
例示の実施例では、スピンドルシャフト１６とともにスピンドル軸線１６Ａに沿って軸線方向に移動するため、モータ３４はスピンドルシャフト１６に直接連結されている。図３を更に参照すると、リンク４２は、モータ３４が発生したトルクに対して支持シリンダ１２に反作用を及ぼす。リンク４２は、モータ３４をスピンドル軸線１６Ａに沿って軸線方向に移動できるようにモータ３４のハウジング及び支持シリンダ１２に枢着されている。
【００１９】
一般的には、摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリには、スピンドルシャフトの回転速度を監視するため、速度センサが設けられている。任意の適当な形態の速度センサを使用できる。センサの形態は本発明とは直接関係しない。例示の実施例では、ギヤ状エレメント１０８がスピンドルシャフト１６の端部にこのシャフトとともに回転するように連結されている。センサ１０９がエレメント１０８の各歯の存在を検出し、これによってスピンドルシャフト１６の速度を示す出力信号を提供する。
【００２０】
別の実施例では、変位センサ即ち位置センサ１１０が、例えば支持シリンダ１２に対するスピンドルシャフト１６の軸線方向位置を計測する。変位センサ１１０は、好ましくは、スピンドルシャフト１６と接触しない。例示の実施例では、変位センサ１１０は、スピンドルシャフト１６の円錐形部分１１２とセンサプローブ１１８との間の隙間を計測することによって、シリンダ１２に対するスピンドルシャフト１６の位置を示す出力信号を提供する。当業者には理解されるように、円錐形部分１１２とセンサプローブ１１８との間の隙間（図４を更に参照されたい）は、軸線１６Ａに沿ったスピンドルシャフト１６の軸線方向位置に従って変化する。センサプローブ１１８はブラケット１２０に取り付けられており、このブラケットは支持シリンダ１２に取り付けられている。例示の実施例では渦電流センサを使用するが、この他の近接センサを使用してもよい。例示の更に別の実施例では、少なくとも２つのセンサプローブ１１８及び１２２が設けられており、この実施例では、これらのプローブ１１８、１２２はスピンドル軸線１６を中心として、互いに反対側にあるように、これらのプローブからの出力信号を組み合わせることができるように、周知の関係で配置されている。例えば、プローブ１１８及び１２２が互いから真反対にある場合には、プローブ１１８及び１２０と円錐形部分１１６との間に存在する隙間についての平均値を計測し、スピンドルシャフト１６の回転振れ等による何らかのエラーをなくすことができる。所望であれば、工具１８の端部又は接合された加工物までの距離を計測するため、別の位置センサ１２３を支持シリンダ１２に作動的に連結してもよい。例えば、センサ１２３は、レーザー変位センサであってもよい。代表的には、センサ１１０及び１２３からの出力信号を使用し、スピンドルシャフト１６を支持体に対してその作用範囲内で変位できるように、スピンドルアッセンブリ１０が加工物に対して適切な位置にあるようにする。
【００２１】
センサ１１０及び１２３は、スピンドルシャフト１６又はこれに連結されたエレメントの軸線方向位置を計測するための適当なセンサの例である。当業者にはわかるように、この他の形態の位置センサを使用してもよい。一般的には、本発明の一つの特徴は、スピンドルシャフト１６、及びこのスピンドルシャフト１６の回転及び軸線方向変位を可能にするベアリングアッセンブリ２０及び／又は２２を持つ摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリ、及びスピンドルシャフト１６の軸線方向位置を示す出力信号を提供する位置センサ即ち変位センサである。このように、摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリは、工具１８の位置制御で作動してもよい。
【００２２】
上述のように、スピンドル軸線１６Ａと一致する荷重即ち力を計測する荷重感知装置はロードセルであってもよい。例示の実施例では、スピンドル軸線１６Ａを中心として等間隔に間隔が隔てられた三つのロードセルを使用し、これらのロードセルからの出力信号を組み合わせ、スピンドル軸線１６Ａに沿った力を得る。実際、支持シリンダ１２及びスピンドルシャフト１６はロードセル２４Ａ、２４Ｂ、及び２４Ｃ上で浮動する。これらのロードセルは、スピンドルベース１５に連結されている。支持シリンダ１２もまた、ベース１５に撓みディスク１３０で連結されている（図６参照）。撓みディスク１３０は、スピンドル軸線１６Ａを中心としたトルク並びに軸線１６Ａに対して垂直な剪断力に対して剛性であるが、スピンドル軸線１６Ａと平行な力及び軸線１６Ａに対して垂直な軸線を中心としたモーメントに対して柔軟である。このように、ロードセル２４Ａ、２４Ｂ、及び２４Ｃからの出力信号を組み合わせ、スピンドル軸線１６Ａに沿った力並びに互いに垂直であり且つスピンドル軸線１６Ａに対して垂直な軸線を中心としたモーメントを得ることができる。
【００２３】
ロードセル２４Ａ、２４Ｂ、及び２４Ｃの荷重経路が重複しないようにし、これらのロードセルの剪断が起こらないようにするため、ロードセル２４Ａ、２４Ｂ、及び２４Ｃは、スピンドルベース１５に形成されたボア１３６内を延びる長い撓みロッド１３４（図５参照）を通して支持シリンダ１２に各々連結されている。撓み部材１３４は、曲げについて可撓性であるが軸線方向で剛性である。ロードセル装置はコンパクトであり、スピンドルアッセンブリ１０の全体の大きさを最小にし、並びに一般的に入手し易い即ち標準的なロードセル２４Ａ、２４Ｂ、及び２４Ｃを使用する。
【００２４】
本発明と直接的には関連しないけれども、継ぎ目トラッキングセンサ１５０が支持シリンダ１２に取り付けられており、スピンドル軸線１６Ａを中心として回転できる。詳細には、継ぎ目トラッキングセンサ１５０は支持ブラケット１５２に取り付けられており、このブラケットは大型のベアリングアッセンブリ１５６を通して取り付けられている。平歯車１６０が支持シリンダ１２に設けられており、モータ１６４に駆動自在に連結された歯車１６２に連結されている。モータを作動させることにより、継ぎ目トラッキングセンサ１５０をベアリングアッセンブリ１５６上でスピンドル１６Ａを中心として回転し、その位置を維持できる。
【００２５】
本発明を好ましい実施例を参照して説明したが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、形態及び詳細に変更を行うことができるということは当業者には理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明のスピンドルアッセンブリの概略図である。
【図２】スピンドルアッセンブリの例示の実施例の断面図である。
【図３】図２のスピンドルアッセンブリの斜視図である。
【図４】スピンドルアッセンブリの端面図である。
【図５】図２の一部の拡大断面図である。
【図６】一部を取り除いたスピンドルアッセンブリの斜視図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０  摩擦付き押し溶接スピンドルアッセンブリ
１２  内部支持体
１４  中央ボア
１５  外ベース
１６  スピンドルシャフト
１６Ａ  軸線
１８  付き押し溶接工具
２０、２２  ベアリングアッセンブリ
２４  ロードセル
３０Ａ、３０Ｂ  チャンバ
３２  圧力源
３４  モータ
３６  カップリング
４０  反作用構造
【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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【国際調査報告】
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