(57)【要約】【課題】両ワークの接合の位相精度を向上させることができる摩擦圧接装置を提供することである。【解決手段】  一端がクラッチ装置１９と係合し、主軸３の停止位相を規整する復帰可能な停止装置３０とからなり、サーボモータ１５を通電させ主軸３を回転させることによって一方のワーク５と他方のワーク９とに一定の相対回転運動を付与しつつ、一方のワーク５と他方のワーク９とを接触させて摩擦推力を付与することにより両ワーク５、９の接合界面を軟化させた後に、主軸３の回転数を位相合わせ回転数となるまで減速させていき、主軸の回転数が位相合わせ回転数に到達すると、クラッチ装置１９を主軸に係合させると共にサーボモータへ１５の通電を遮断させて主軸３の回転を停止させる。【選択図】図１
2008126267.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向した２つのワークを所定位相でそれぞれ把持する把持装置と、
前記把持装置を互いに接近させる向きに付勢する付勢装置と、
前記一方の把持装置を備えた主軸を駆動するサーボモータと、
前記主軸と特定位相で係合するクラッチ装置と、
一端が上記クラッチ装置と係合して搖動する槓杆の他端と係合して直動し、前記主軸の停止位相を規整する復帰可能な停止装置と、
前記停止装置に従動して前記主軸の回転に抵抗を付加するダンパ装置と、
予圧縮された積層弾性体からなり前記停止装置の動作端を拘束する停止緩衝装置と、
からなる摩擦圧接装置であって、
前記サーボモータを通電させ前記主軸を回転させることによって一方のワークと他方のワークとに一定の相対回転運動を付与しつつ、該一方のワークと他方のワークとを接触させて摩擦推力を付与することにより両ワークの接合界面を軟化させた後に、
前記主軸の回転数を位相合わせ回転数となるまで減速させていき、
前記主軸の回転数が位相合わせ回転数に到達すると、
前記クラッチ装置を前記主軸に係合させると共に前記サーボモータへの通電を遮断させて前記主軸の回転を停止させる摩擦圧接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦による熱を利用してワーク同士を接合させる摩擦圧接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の摩擦圧接装置として、例えば、特許文献１、２が既に知られている。特許文献１では、クラッチの噛み合わせによって停止装置を動作させて両ワークの位相合わせを実施する技術が開示されている。また、特許文献２では、サーボモータのトルク制御および回転数制御によって両ワークの位相合わせを実施する技術が開示されている。
【特許文献１】特開平３−１８４６８０号公報
【特許文献２】特開２０００−８４６８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述した特許文献１では、両クラッチを噛み合わせる回転数が、例えば３００ｒｐｍであるため、両クラッチを噛み合わせた時に、噛み合わせ部位が破損するという問題が発生していた。また、この噛み合わせのとき、大きな衝撃音が発生するという問題が発生していた。例えば、両クラッチの噛み合わせ部位が主軸側のクラッチ１回転に対して２個所存在する場合、すなわち、主軸側のクラッチが半回転（１８０°）するごとに、両クラッチの噛み合わせ部位が存在する場合、両クラッチの位相を検出することなく噛み合わせているため、両クラッチを噛み合わせるとき、両クラッチが接触しはじめた後、相手側のクラッチに対して、主軸側のクラッチが１°回転して噛み合う場合もあれば、主軸側のクラッチが１７９°回転して噛み合う場合もある。前者の場合（主軸側のクラッチが１°回転して噛み合う場合）であれば、クラッチ噛み合わせによる主軸の回転エネルギの損失は少ないため、主軸の回転エネルギによって停止装置を所定の動作をさせることができる。この場合、両ワークの接合の位相精度が良い状態である。一方、後者の場合（主軸側のクラッチが１７９°回転して噛み合う場合）であれば、クラッチ噛み合わせによる主軸の回転エネルギの損失は大きいため、主軸の回転エネルギによって停止装置を所定の動作をさせることができない。この場合、両ワークの接合の位相精度が悪い状態である。このように両ワークの接合の位相精度が良い状態もあれば悪い状態もあり、位相精度にバラツキが生じることになっていた。
【０００４】
また、上述した特許文献２では、両ワークが固着する寸前に主軸を回転させるサーボモータへの通電を遮断（サーボオフ）させることにより主軸を停止させている。これにより、サーボオフ以降において、主軸は慣性力で回転可能となっているため、両ワークは接触部の軟化状態まかせ（粘性次第）で固着してしまう、すなわち、両ワークの位相が一致する点に到達する前、または、両ワークの位相が一致する点に到達した後に両ワークは接合されるという新たな問題が発生していた。
【０００５】
本発明は、このような課題を解決しようとするもので、その目的は、両ワークの接合の位相精度を向上させることができる摩擦圧接装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記の目的を達成するためのものであって、以下のように構成されている。
請求項１に記載の発明は、対向した２つのワークを所定位相でそれぞれ把持する把持装置と、前記把持装置を互いに接近させる向きに付勢する付勢装置と、前記一方の把持装置を備えた主軸を駆動するサーボモータと、前記主軸と特定位相で係合するクラッチ装置と、一端が上記クラッチ装置と係合して搖動する槓杆の他端と係合して直動し、前記主軸の停止位相を規整する復帰可能な停止装置と、前記停止装置に従動して前記主軸の回転に抵抗を付加するダンパ装置と、予圧縮された積層弾性体からなり前記停止装置の動作端を拘束する停止緩衝装置とからなる摩擦圧接装置であって、前記サーボモータを通電させ前記主軸を回転させることによって一方のワークと他方のワークとに一定の相対回転運動を付与しつつ、該一方のワークと他方のワークとを接触させて摩擦推力を付与することにより両ワークの接合界面を軟化させた後に、前記主軸の回転数を位相合わせ回転数となるまで減速させていき、前記主軸の回転数が位相合わせ回転数に到達すると、前記クラッチ装置を前記主軸に係合させると共に前記サーボモータへの通電を遮断させて前記主軸の回転を停止させる構成である。
この構成によれば、両クラッチを係合させるとき、主軸の回転数が低速回転数（例えば、１５０ｒｐｍ）となるように、且つ、主軸側のクラッチの位相と相手側のクラッチの位相とが一致するように両クラッチを係合させることができる。これにより、従来技術の特許文献１で生じていた噛み合わせ部位が破損することや大きな衝撃音が発生することはない。また、このようにクラッチを係合させると、両クラッチの噛み合わせによる主軸の回転エネルギの損失は少ないため、主軸の回転エネルギによって停止装置を所定の動作をさせることができる。そのため、両ワークの接合の位相精度が常に良い状態となる。これにより、従来技術の特許文献２で生じていた両ワークは接触部の軟化状態まかせで固着してしまうといったことはない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を用いて説明する。図１に示すように、筐体１に軸受２ａ、２ｂ、２ｃを介して回転可能に支持された主軸３に、チヤック４を介して主軸３と同心に把持された一方のワーク５は、筐体１と一体の摺動体６に前記主軸３の軸心方向に摺動可能なテーブル７を介してチヤック８に把持された他方のワーク９に対し摩擦接触せしめられる。
【０００８】
そのためにテーブル７は油圧装置１０によって主軸３に対して近接、離間及び加圧が可能である。主軸３はプーリ１１、ベルト１２、プーリ１３及び電磁クラッチ１４を介してサーボモータ１５によって回転駆動される。
【０００９】
主軸３のチヤック４と反対側には一体的な爪１６を持つカム付きクラッチ１７が設けられ、それに対向して爪１８をもつカム付きクラッチ１９が軸２０にキー２１によって摺動可能に支持されており、該軸２０は主軸３と同心で相対回転可能のように主軸３及び筐体１に支持されている。クラッチ１９は筐体１にピン２４ａを介して枢支されたクラッチ摺動レバー２４によって、第１図の右方に摺動されれば爪１８と１６との噛み合いが生じてクラッチ１７との係合が行われ、反対に左方に摺動されればその係合は解放される。
【００１０】
図４に示すように、クラッチ摺動レバー２４はピン２４ｂを介して油圧シリンダ２５のピストン２６と一体のヨーク２７によって図示右方にスプリング２８の張力に抗して常に引っ張られており、したがって常にはクラッチ１７と１９とは離脱状態に保持されるが、ピストン２６のロッド側の油圧が解放されれば（要すればロッド側の室をタンクに接続する）、スプリング２８の張力によってクラッチ１７と１９とが係合し得る状態になる。
【００１１】
一方、上記筐体１には図２及び図３に示す停止装置３０の主体３１が結合されており、該主体３１に嵌挿された中間軸３２の上部露出端には、該主体３１の座板部３１ａと対向する位置決め板３３が締着されている。そして主体３１から延出するフランジ部３１ｂには上記軸２０と平行状をなす軸２２が架設され、該軸２２に枢支された槓杆２３の一端は上記クラッチ１９と一体的に形成された鉤部１９ａに係合し、該槓杆２３の他端は主体３１の切欠部３１ｃを介して上記中間軸３２の鉤部３２ａに係合されている。
【００１２】
また、主体３１の図示下方部分は中間軸３２を通じて位置決め板３３に常態への復帰を促すシリンダ室３４に形成され、中間軸３２から一体状に延びるロッド上のピストン３５が該シリンダ室３４に嵌挿されている。なお、ＳＶはポート３６ａを介してシリンダ室３４に圧力油を給排する電磁切替弁であり、ＰＶはパイロット制御によりポート３６ｂを介して背圧室３４ａに作動油を給排するプレフィル弁である。
【００１３】
上記位置決め板３３には主体３１の胴部を跨ぐ対象位置に一対の押動杆３７が垂設され、該押動杆３７は上記座板部３１ａ上に固着されたスリーブ３８によって案内されるとともに、その下端面は座板部３１ａの下面にそれぞれ同心的に装着されたダンパ装置４０のピストンキャップ４１と干渉するようになされている。
【００１４】
該ダンパ装置４０の詳細は図示されていないが、位置決め板３３と共に作動（下降）する押動杆３７により、衝接したピストンキャップ４１を介して内部のピストンが押し込められると、シリンダの側面に設けられたオリフィス群から作動油が噴出され、噴出時の動圧抵抗損失によって衝撃エネルギ（主軸３の回転エネルギ）は熱エネルギに変換されるとともに、この熱エネルギはダンパ装置４０の表面から大気中に自然放熱されるように構成されている。つまりかかるダンパ装置４０のエネルギ吸収により、一連の伝動系を介して主軸３の回転に効果的な抵抗を付加するものである。
【００１５】
上記座板部３１ａには、さらに位置決め板３３の動作端を拘束する馬蹄形状の停止緩衝装置４２が中間軸３２を囲繞するように配設されており、該停止緩衝装置４２に介装された平板状のウレタンゴムからなる積層弾性体４３には調節ボルト４４によって所用の予圧縮が与えられている。なお、４５は位相角調整のために重装される交換可能なスペーサ、５０は停止衝撃に基づく中間軸３２の物理的変位（伸び）量を検出する例えばひずみゲージからなるセンサで、予め定められた検出値により図示しない警告装置を介して停止装置４０の過負荷を警告し、これによって圧接条件などの検討、変更に資するものである。
【００１６】
サーボモータ１５は、図６に示す制御装置によって回転数が変化するもので、本実施例においては摩擦発熱のために主軸３に与える高速回転数が１８００ｒｐｍ、位相修正のために主軸３に与える低速回転数が１５０ｒｐｍとなるように設定されており、そして回転系の１８００ｒｐｍの高速回転から１５０ｒｐｍの低速までの急速減速はサーボモータ１５のトルク制御によって行われる。
【００１７】
この制御装置は、ＣＲＴ１２０とデジタルスイッチ１２１とからなる操作盤１２２がコントローラ１２３に接続されている。コントローラ１２３には、回転用サーボドライバ（サーボアンプ）１２５を介してサーボモータ１５が接続されている。さらに、コントローラには、ＣＲＴ１２６とＣＰＵ１２７とからなる品質保証装置１２８が接続され、このＣＰＵ１２８には、主軸回転計１２９が接続され、これにより主軸３の回転（回転、位相、トルク）に関連した信号の伝達が可能となっている。また、回転信号をサーボモータ１５のものを用いてもよい。なお、本実施形態で用いられるサーボモータ１５としては、１回転、つまり、３６０度に対して１００００パルスの信号を出力するものが用いられ、コントローラ２３によって高精度の回転位置が検出される。
【００１８】
本実施例は上述のように構成したものであり、以下その作用について説明する。２個のワーク５及び９をそれぞれチヤック４及び８に予め設定された位相で挟持させ、電磁クラッチ１４を接にした常態で主軸３をサーボモータ１５により規定の高速回転数、例えば１８００ｒｐｍで回転させながら油圧装置１０によりテーブル７を摺動台６に沿って前進（図示左方へ摺動）させ、両ワーク５、９をある圧力の下に接触摩擦させる。両ワーク５、９の接触部が溶着に充分な温度に達した時点を摩擦発熱工程の完了とし（図７のＡ点）、その時期はタイマまたはすえこみ量等によって検出される。この検出信号によってサーボモータ１５の回転数制御およびトルク制御が行われ、主軸３が規定の低速回転数、例えば１５０ｒｐｍ（図７のＢ点）に達するまで急速に減速される。
【００１９】
しかして、主軸３が規定の低速回転数に減速される直前、若しくは略同時に油圧シリンダ２５の油圧を解放させ、スプリング２８によって（あるいは油圧シリンダ２５に積極的に反対側から圧力もかけて）クラッチ摺動レバー２４を介してクラッチ１９を軸２０に沿って図示右方へ摺動させると、該クラッチ１９は主軸と共に回転しているクラッチ１７と図５（Ａ）、図５（Ｂ）のように係合され、位相修正のための装置（クラッチ１９、槓杆２３及び停止装置３０を含む）と主軸３とが定位相関係に係合されて、位相修正のための準備段階が完了する。
【００２０】
なお、これら両クラッチ１７、１９を係合させるとき、主軸３の回転数が低速回転数（この例では、１５０ｒｐｍ）となるように、且つ、主軸３側のクラッチ１７の位相と相手側のクラッチ１９の位相とが一致するように両クラッチ１７、１９を係合させている。このときの主軸３の回転数と位相が、特許請求の範囲に記載の「位相合わせ回転数」に相当する。このように位相合わせ回転数とは、単に回転数だけでなく位相までも考慮した回転数である。
【００２１】
このことは、制御装置によってサーボモータ１５を制御することで行われている。このように両クラッチ１７、１９を係合させるため、従来技術の特許文献１で生じていた噛み合わせ部位が破損することや大きな衝撃音が発生することはない。制御装置は、サーボモータ１５への通電を両クラッチ１７、１９を係合させたときから位置決め板３３の下降端（積層弾性体４３との接触位置）の間の適当位置で通電を遮断させる。
【００２２】
このクラッチ１９の係合動作に関連して電磁切替弁ＳＶはａ位置からｂ位置に切り替えられ、クラッチ１９の回転に伴って該クラッチ１９上の鉤部１９ａと係合する槓杆２３は軸２２を中心に揺動し、同時に槓杆２３の対象端が係合する鉤部３２ａを介して、それまで上昇端に在った中間軸３２も連動して直動する（図２参照）。
【００２３】
中間軸３２には位置決め板３３を介して押動杆３７が結合されており、下降する押動杆３７はピストンキャップ４１と干渉してダンパ装置４０内の図示しないシリンダを押し込め、該ダンパ装置４０独特の機能、すなわちオリフィス群からの作動油の噴出に伴う動圧抵抗損失によって衝撃エネルギを吸収し、一連の伝動系を介して主軸３に急速な抵抗（制動）が付加される。
【００２４】
このようにして主軸３はサーボモータ１５による駆動を継続したままの状態で減速され、位置決め板３３が停止緩衝装置４２に衝突し、かつ積層弾性体４３が弾性変位した位置で停止装置３０の下降動作は制止され、主軸３の定位相停止によって両ワーク５、９の位相は整合する。
【００２５】
また、この主軸３の停止の際、既に説明したように、互いの位相が一致するように両クラッチ１７、１９を係合させているため、両クラッチ１７、１９の噛み合わせによる主軸３の回転エネルギの損失は少ないため、主軸３の回転エネルギによって停止装置３０を所定の動作をさせることができる。そのため、両ワーク５、９の接合の位相精度が常に良い状態となる。したがって、従来技術の特許文献１で生じていた位相精度にバラツキが生じることはない。また、このように主軸３は停止装置３０によって停止するため、従来技術の特許文献２で生じていた両ワークは接触部の軟化状態まかせで固着してしまうといったことはない。
【００２６】
その後、クラッチ１４の解離とアプセット加圧の暫時継続をまって摩擦圧接は完了する。この場合、停止装置３０の動作端において中間軸３２は停止衝撃の反発力が作用することになるが、中間軸の下降中、背圧室３４ａにはプレフィル弁ＰＶを介して作動油が導入されており、同弁ＰＶのもつ逆流防止作用により上記反発力は有効に抑制される。
【００２７】
また、停止衝撃を緩和する積層弾性体４３は所定の予圧縮を与えられて弾性反力は巧みに減衰せしめられており、しかもワーク５、９の摩擦抵抗に基づいて位置決め板３３の衝撃力に若干の不同が生じたとしても、これは積層弾性体４３の微小な変位量の範囲内で効果的に吸収される。
【００２８】
圧接完了後は油圧シリンダ２５へ圧力油が吸収されてクラッチ１９は解離され、引き続き電磁切替弁ＳＶが再びａ位置に切り替えられてシリンダ室３４にも圧力油が供給され、停止装置３０、槓杆２３及びクラッチ１９は共に元常態へ復帰する。特に本実施例では、中間軸３２に停止衝撃に基づく物理的変位（伸び）を検出するセンサ（ひずみゲージ）５０が装着されており、予め定められた検出値に従って警告装置により停止装置３０の過負荷が警告されるので、異常個所の修復や圧接条件の検討、変更にも好適に利用することができる。
【００２９】
なお、厚さの異なる交換可能なスペーサ４５を数種準備し、選択されたスペーサ４５を停止緩衝装置４２に重装するか、または位置決め板３３の下面に被装することによって、位相角の整合精度を一層高い水準で微調整することができる。
【００３０】
上述した内容は、あくまでも本発明の一実施の形態に関するものであって、本発明が上記内容に限定されることを意味するものではない。
実施例では、回転側である主軸３と対向する側がスライドする構成を例に説明した。しかし、これに限定されるものでなく、回転側である主軸３側がスライドする構成であっても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、本発明の実施例を示す摩擦圧接装置の断面図である。
【図２】図２は、位相合わせ要素の伝動系と停止装置を示す図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図３は、停止装置を示す一部断面正面図である。
【図４】図４は、図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】図５は、クラッチの係合態様を示す説明図である。
【図６】図６は、制御装置の構成図である。
【図７】図７は、位相合わせ時の主軸回転数の推移を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３２】
３    主軸
５    ワーク
９    ワーク
１５  サーボモータ
１７  クラッチ
１９クラッチ
２３  槓杆
３０  停止装置
３２  中間軸
３３  位置決め板
４０  ダンパ装置
４２  停止緩衝装置
４３  積層弾性体
４５  スペーサ
５０  センサ
【図１】
2008126267.tif 000003
【図２】
2008126267.tif 000004
【図３】
2008126267.tif 000005
【図４】
2008126267.tif 000006
【図５】
2008126267.tif 000007
【図６】
2008126267.tif 000008
【図７】
2008126267.tif 000009