(57)【要約】【課題】回転ツール３０の先端部を回転させながら被接合部に押圧して摩擦熱を生じさせ、該被接合部を軟化させて接合する摩擦接合装置において、回転軸２０及びねじ軸１０の軸心方向の全長を抑えながら、回転ツール３０の心ぶれや撓みを防止して、接合品質の悪化を防止すると共に、摩擦接合装置の耐久性を向上させる。【解決手段】先端に回転ツール３０を取り付けた回転軸２０の中空部２０ｂに押圧軸モータ５に回転されるねじ軸１０を挿入し、ねじ軸１０を装置本体４に対して回転可能に且つ回転軸心方向へ移動不能に支持する。ねじ軸１０と螺合するスライド部材１２によって、回転軸２０の基端側を回転可能に保持すると共に、スライド部材１２の移動に伴い回転軸２０を回転軸心方向へ移動させる。第２回転伝達手段２１によって回転軸２０に回転軸モータ６の駆動力を伝達させる。回転支持部材２３によって回転軸２０を回転可能に支持する。【選択図】図３
2005238300.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転ツールの先端部を回転させながら被接合部に押圧して摩擦熱を生じさせ、該被接合部を軟化させて接合する摩擦接合装置であって、
先端に上記回転ツールが取り付けられると共に、基端に開口部を有する中空部が設けられた回転軸と、
上記回転軸と同心で且つ該回転軸の中空部に挿入可能で、装置本体に対して回転可能に且つ回転軸心方向へ移動不能に支持されたねじ軸と、
上記ねじ軸を第１回転伝達手段を介して回転駆動する第１回転駆動手段と、
上記回転軸の基端側を回転可能に保持し、上記ねじ軸と螺合して装置本体に回転軸心方向へ移動可能に支持されると共に、移動に伴い回転軸を回転軸心方向へ移動させるスライド部材と、
上記回転軸を第２回転伝達手段を介して回転駆動する第２回転駆動手段と、
上記回転軸を回転可能に支持する回転支持部材とを備えていることを特徴とする摩擦接合装置。
【請求項２】
請求項１の摩擦接合装置において、
上記スライド部材は筒形状を有し、その基端側内周面には、ねじ溝が形成される一方、その先端側内周面には、第１軸受部材が設けられており、
上記回転軸の基端がスライド部材の先端側に挿入されて上記第１軸受部材により回転可能に保持されていることを特徴とする摩擦接合装置。
【請求項３】
請求項１又は２の摩擦接合装置において、
上記第２回転伝達手段は、回転軸の外周部とスプライン結合した回転筒を備え、該回転筒に上記第２回転駆動手段の回転力が伝達される一方、
上記回転支持部材は、上記回転筒を装置本体に対して回転可能に支持する第２軸受部材を備えていることを特徴とする摩擦接合装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つの摩擦接合装置において、
上記装置本体には、上記スライド部材を回転軸の軸心方向に案内するガイドレールが設けられていることを特徴とする摩擦接合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の板材を重ね合わせて、板材を塑性流動させて接合する摩擦接合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、回転ツールの先端部を回転させながら被接合部に押圧して摩擦熱を生じさせ、該被接合部を軟化させて接合する摩擦接合装置は知られている。このような摩擦接合装置は、間隔を空けて平行に設けられた回転軸と押圧軸（ねじ軸）とを有している。具体的には、回転軸モータの駆動軸に対して同心に回転軸をスプライン結合し、該回転軸の外側にパイプ状の支持軸を設けている。回転軸の先端側は、支持軸の先端に設けたベアリングによって支持軸に対して回転可能に支持されている。この支持軸を押圧軸モータの駆動軸に結合したねじ軸に螺合するナットに結合し、押圧軸を回転させてナットを進退させ、支持軸を回転軸の軸心上で昇降させている。このことで、回転軸は、回転軸モータによって回転されると共に、押圧軸モータによって上下に昇降するように構成されている。
【０００３】
しかしながら、上記摩擦接合装置では、ねじ軸が回転されて支持軸が下降し、回転軸がワークを押圧すると、回転軸とねじ軸とが間隔を空けて平行に設けられているので、回転軸に曲げモーメントが発生してがたが生じる場合がある。このため、回転軸の先端に取り付けたツールに心ぶれが生じたりツールが撓んだりしてツールがワークに肩当たりし、接合品質が悪化すると共に、摩擦接合装置の耐久性が低くなるという問題がある。
【０００４】
そこで、例えば、回転軸とねじ軸とを同心に且つ上下方向に離間して設け、これらの間を連結部材で連結し、この連結部材の外周部に形成した外スプラインに、装置本体に設けたスプライン受けが嵌まり込むようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３２９１４９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１のような摩擦接合装置では、回転軸とねじ軸とが回転軸心方向に離れた位置にあって回転軸心方向に互いにラップすることがないので、上側にあるねじ軸の先端と、下側にある回転軸の基端との間に回転軸のストローク分のスペースが必要となっている。このため、摩擦接合装置の回転軸心方向の全長が長くなっている。
【０００６】
このように回転軸心方向の全長が長くなることにより、回転軸に回転ぶれが生じやすくなり、且つ回転軸及びねじ軸の座屈強度が低下するという問題があった。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ねじ軸及び回転軸の構成を工夫することにより、回転軸及びねじ軸の軸心方向の全長を抑えながら、ツールの心ぶれや撓みを防止して、接合品質の悪化を防止すると共に、摩擦接合装置の耐久性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、この発明では、ねじ軸と回転軸とを回転軸心方向においてラップさせた。
【０００９】
具体的には、第１の発明の回転ツールでは、回転ツールの先端部を回転させながら被接合部に押圧して摩擦熱を生じさせ、該被接合部を軟化させて接合する摩擦接合装置を対象とする。
【００１０】
そして、先端に上記回転ツールが取り付けられると共に、基端に開口部を有する中空部が設けられた回転軸と、該回転軸と同心で且つ該回転軸の中空部に挿入可能で、装置本体に対して回転可能に且つ回転軸心方向へ移動不能に支持されたねじ軸と、該ねじ軸を第１回転伝達手段を介して回転駆動する第１回転駆動手段と、上記回転軸の基端側を回転可能に保持し、上記ねじ軸と螺合して装置本体に回転軸心方向へ移動可能に支持されると共に、移動に伴い回転軸を回転軸心方向へ移動させるスライド部材と、上記回転軸を第２回転伝達手段を介して回転駆動する第２回転駆動手段と、上記回転軸を回転可能に支持する回転支持部材とを備えている。
【００１１】
上記の構成によると、ねじ軸を回転軸の中空部に挿入することで、ねじ軸と回転軸とを回転軸心方向においてラップさせ、回転軸及びねじ軸の軸心方向の全長を抑えることができる。このため、装置全体の回転軸心方向の全長を抑えることができると共に、回転軸の回転ぶれを防止でき、且つ座屈強度を向上させることができる。また、ねじ軸が回転されてスライド部材が回転軸心方向に移動し、そのスライド部材に保持された回転軸も回転軸心方向に移動して、回転軸がワークを押圧する。このときにも、回転軸とねじ軸とが同心であるため、加圧力が回転軸にストレートに伝達されるので、回転軸に曲げモーメントが発生せず、がたが生じない。このため、装置に無理な負担がかからなくなると共に、ツールに心ぶれが生じたりツールが撓んだりしないので、ツールがワークに肩当たりすることはない。したがって、接合品質を安定させると共に、摩擦接合装置の耐久性を向上させることができる。
【００１２】
第２の発明では、上記スライド部材は筒形状を有し、その基端側内周面には、ねじ溝が形成される一方、その先端側内周面には、第１軸受部材が設けられており、上記回転軸の基端がスライド部材の先端側に挿入されて上記第１軸受部材により回転可能に保持されている。
【００１３】
上記の構成によると、回転軸が剛性のある筒形状のスライド部材の第１軸受部材に挿入されて支持されているので、回転軸の回転支持が安定し、且つスライド部材の内周面に第１軸受部材とねじ溝とを機能的にコンパクトに配置しているため、装置全体を小型化できる。
【００１４】
第３の発明では、上記第２回転伝達手段は、回転軸の外周部とスプライン結合した回転筒を備え、該回転筒に上記第２回転駆動手段の回転力が伝達される一方、上記回転支持部材は、上記回転筒を装置本体に対して回転可能に支持する第２軸受部材を備えている。
【００１５】
上記の構成によると、回転筒に回転軸に対する回転力伝達機能と、回転軸を装置本体に回転可能に支持して回転軸の心ぶれを防止する機能とを持たせることができ、その構成を簡単にすることができる。
【００１６】
第４の発明では、上記装置本体には、上記スライド部材を回転軸の軸心方向に案内するガイドレールが設けられている。
【００１７】
上記の構成によると、スライド部材が、装置本体のガイドレールに案内されているので、安定して回転軸心方向へ移動可能となっている。また、スライド部材の外周にスプライン溝を設けて回転軸心方向へ移動可能とする構造に比べ、構造が簡単である。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、上記第１の発明の摩擦接合装置では、ねじ軸を回転軸の中空部に挿入させた状態で、回転軸を回転軸心方向に移動させて被接合部に回転ツールを押圧させている。このため、回転軸心方向の全長を短くできると共に、加圧力をストレートに回転ツールに伝達できるので、摩擦接合時の回転軸の回転ぶれを防いで接合品質を安定させると共に、摩擦接合装置の耐久性を向上させることができる。
【００１９】
第２の発明では、回転軸をスライド部材の第１軸受部材に挿入して該第１軸受部材に保持させたことにより、回転軸の回転支持が安定すると共に、装置全体を小型化できる。
【００２０】
第３の発明では、回転軸の外周部とスプライン結合した回転筒に回転軸に対する回転力伝達機能と回転軸の心ぶれ防止機能とを持たせたことにより、装置全体の構成を簡単にすることができる。
【００２１】
第４の発明では、装置本体のガイドレールがスライド部材を回転軸心方向へ案内しているため、簡単な構造で回転軸の軸心方向への移動を安定させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【００２３】
−摩擦接合装置の構成−
図１は、本発明の実施形態にかかる摩擦接合装置を備えた接合ガン１を示す。この接合ガン１は、把持フレーム２と、摩擦接合装置としての接合ユニット３とを備えている。そして、例えば、図示しないロボットの手首に把持フレーム２を取り付け、自動車のボディ等に用いられるアルミニウム合金、マグネシウム合金、亜鉛合金等の軽金属よりなるワークＷの複数の板材Ｗ１，Ｗ２を厚み方向に重ねた状態で接合ユニット３により点状に接合するものである。
【００２４】
図２及び図３に示すように、上記接合ユニット３は、装置本体４と、第１回転駆動手段としての押圧軸モータ５と、第２回転駆動手段としての回転軸モータ６とを備えている。これら押圧軸モータ５のコネクタ部５ａと回転軸モータ６のコネクタ部６ａとには、摩擦接合装置をコントロールする制御盤に接続されたハーネス（共に図示せず）が接続されている。
【００２５】
図３に示すように、上記装置本体４のハウジング本体７上端部には、軸受８ａを備えたねじ軸支持部８が設けられている。このねじ軸支持部８において、回転軸心方向（図２及び図３にＸで示す）に延びるねじ軸１０が回転可能に且つ回転軸心方向へ移動不能に支持されている。ねじ軸１０は、基端側の軸部１０ａと先端側のねじ部１０ｂとを備え、軸部１０ａにおいてねじ軸支持部８の軸受８ａに支持されている。
【００２６】
図２にも示すように、上記装置本体４の上側には、押圧軸モータ５の回転力を上記ねじ軸１０に伝達する第１回転伝達手段１１が設けられている。この第１回転伝達手段１１は、ねじ軸１０の基端に固定された押圧側プーリ１１ａと、押圧軸モータ５の第１駆動軸５ｂに固定された第１駆動用プーリ１１ｂと、この第１駆動用プーリ１１ｂと押圧側プーリ１１ａとに巻き掛けられた押圧側ベルト１１ｃと、これらを囲む第１ハウジング１１ｄとを備えている。この第１回転伝達手段１１の作用により、押圧軸モータ５を駆動すると、第１駆動用プーリ１１ｂによって押圧側ベルト１１ｃが駆動されて、押圧側プーリ１１ａが回転し、このことで、ねじ軸１０が回転するようになっている。
【００２７】
また、図３に示すように、上記ねじ軸１０のねじ部１０ｂには、筒形状のスライド部材１２が螺合している。このスライド部材１２の基端側内周面には、ねじ溝が形成されたナット部１２ａが挿入されて固定されている一方、その先端側内周面には、第１軸受部材１２ｂが装着されている。
【００２８】
また、上記装置本体４のハウジング本体７内面には、回転軸心方向に沿って延びる断面矩形状のガイドレール７ａが設けられている。そして、上記スライド部材１２の外周面には、ガイドレール７ａに係合する断面コ字状の係合部１２ｃが設けられている。この係合部１２ｃがガイドレール７ａに係合することで、スライド部材１２は、装置本体４に対して回転不能に且つ回転軸心方向へ移動可能に支持されている。なお、ガイドレール７ａ側をコ字状断面の溝形状とし、その溝内にスライド部材１２の係合部１２ｃの突起部を係合させるようにしてもよい。
【００２９】
上記スライド部材１２の先端側には、回転ツール３０（図１に示す）が取り付けられる回転軸２０の基端側が挿入されている。この回転軸２０の先端には、回転ツール３０を取り付けるための回転ツール取付部２０ａが設けられると共に、基端には、開口部を有する中空部２０ｂが設けられている。ねじ軸１０と回転軸２０とは同心に設けられ、回転軸２０の中空部２０ｂにねじ軸１０がその先端側から挿入された状態で、回転軸２０の基端側が上記第１軸受部材１２ｂに挿入されてスライド部材１２に回転可能に支持されている。このことで、回転軸２０は、回転しながらスライド部材１２の移動に伴い回転軸心方向へ移動されるようになっている。
【００３０】
上記装置本体４のハウジング本体７下端部には、回転軸２０に上記回転軸モータ６の回転力を伝達する第２回転伝達手段２１が設けられている。この第２回転伝達手段２１は、回転軸２０の外周部とスプライン結合した円筒状の回転筒２２と、この回転筒２２が挿入されて固定された回転側プーリ２１ａと、回転軸モータ６の第２駆動軸６ｂに固定された第２駆動用プーリ２１ｂと、この第２駆動用プーリ２１ｂと回転側プーリ２１ａとに巻き掛けられた回転側ベルト２１ｃと、これらを囲む第２ハウジング２１ｄとを備えている。この第２回転伝達手段２１の作用により、回転軸モータ６を駆動すると、第２駆動用プーリ２１ｂによって回転側ベルト２１ｃが駆動されて、回転側プーリ２１ａが回転し、回転筒２２に回転軸モータ６の回転力が伝達される。このことで、回転筒２２にスプライン結合している回転軸２０が回転するようになっている。また、回転軸２０と回転筒２２とがスプライン結合されていることから、回転軸２０は回転軸心方向へ移動することができる。
【００３１】
上記回転軸２０は、回転支持部材２３によって装置本体４に回転可能に支持されている。この回転支持部材２３は、上記回転筒２２を装置本体４に対して回転可能に支持する第２軸受部材２３ａを備えている。なお、回転筒２２は、装置本体４に回転軸心方向へ移動不能に支持されている。
【００３２】
以上のような構成により、回転軸２０は、回転軸モータ６によって回転されると共に、押圧軸モータ５によって回転軸心方向に昇降されるように構成されている。
【００３３】
そして、図１に示すように、上記回転軸２０の先端面の回転ツール取付部２０ａに取り付けられた回転ツール３０と把持フレーム２の側面視Ｌ字状のアーム２ａの先端に取り付けられた受け部材３１とにより、第１及び第２板材Ｗ１，Ｗ２よりなるワークＷの被接合部を挟み込むようになっている。
【００３４】
−摩擦接合装置の作用−
まず、接合ガン１の回転軸モータ６を駆動すると、第２駆動用プーリ２１ｂによって回転側ベルト２１ｃが駆動されて、回転側プーリ２１ａが回転し、回転筒２２に回転軸モータ６の回転力が伝達される。このことで、回転筒２２にスプライン結合している回転軸２０が回転する。そして、回転ツール３０が回転軸心回りに回転される。
【００３５】
上記回転ツール３０の回転数が目標回転数に到達した後、該回転ツール３０を回転させながら、押圧軸モータ５を駆動すると、第１駆動用プーリ１１ｂによって押圧側ベルト１１ｃが駆動されて、押圧側プーリ１１ａが回転し、このことで、ねじ軸１０が回転する。
【００３６】
上記ねじ軸１０が回転すると、ねじ軸１０に螺合するスライド部材１２が下降する。このことで、スライド部材１２に支持された回転軸２０が下降する。
【００３７】
このようにして、押圧軸モータ５を駆動してワークＷの表面に当接するまで該回転ツール３０を下降させる。これにより、上記回転ツール３０と受け部材３１とで上記ワークＷを挟み込むと共に、このワークＷを回転軸心方向（図２で下方向）に押圧する。こうして、回転ツール３０と第１板材Ｗ１の表面との摩擦によって摩擦熱を発生させる。この摩擦熱は、第１板材Ｗ１から第２板材Ｗ２へ伝達され、第２板材Ｗ２も軟化する。
【００３８】
そして、上記回転ツール３０の回転及び押圧を継続させる。これにより、上記第１及び第２板材Ｗ１，Ｗ２に塑性流動を発生させる。
【００３９】
このようにして、ワークＷ内の塑性流動を所定時間継続させた後、回転ツール３０を回転させたまま、押圧軸モータ５を逆転させて回転ツール３０を上昇させ、該回転ツール３０をワークＷ内から引き抜く。
【００４０】
その後、ワークＷは急激に冷却されて硬化し、ワークＷの接合が完了する。
【００４１】
−実施形態の効果−
したがって、上記実施形態にかかる摩擦接合装置では、ねじ軸１０を回転軸２０の中空部２０ｂに挿入させた状態で、回転軸２０を回転軸心方向に移動させて被接合部に回転ツールを押圧させている。このため、回転軸心方向の全長を短くできると共に、加圧力をストレートに回転ツール３０に伝達できるので、摩擦接合時の回転軸２０の回転ぶれを防いで接合品質を安定させると共に、摩擦接合装置の耐久性を向上させることができる。
【００４２】
また、回転軸２０をスライド部材１２の第１軸受部材１２ｂに挿入して該第１軸受部材１２ｂに保持させたことにより、回転軸２０の回転支持が安定すると共に、装置全体を小型化できる。
【００４３】
さらに、回転軸２０の外周部とスプライン結合した回転筒２２に回転軸２０に対する回転力伝達機能と回転軸２０の心ぶれ防止機能とを持たせたことにより、装置全体の構成を簡単にすることができる。
【００４４】
また、装置本体４のガイドレール７ａがスライド部材１２を回転軸心方向へ案内しているため、簡単な構造で回転軸２０の軸心方向への移動を安定させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
以上説明したように、本発明は、アルミニウム合金などの軽金属よりなる複数の板材を重ね合わせて、板材を塑性流動させて接合する摩擦点接合用回転ツールの駆動装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本実施形態にかかる接合ユニットを備えた接合ガンの側面図である。
【図２】接合ユニットを示す側面図である。
【図３】図２のIII-III線断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
３      接合ユニット（摩擦接合装置）
４      装置本体
５      押圧軸モータ（第１回転駆動手段）
６      回転軸モータ（第１回転駆動手段）
７ａ    ガイドレール
１０      ねじ軸
１１      第１回転伝達手段
１２      スライド部材
１２ｂ    第１軸受部材
２０      回転軸
２０ｂ    中空部
２１      第２回転伝達手段
２２      回転筒
２３      回転支持部材
２３ａ    第２軸受部材
３０      回転ツール
【図１】
2005238300.tif 000003
【図２】
2005238300.tif 000004
【図３】
2005238300.tif 000005