(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端側で一方のワークを把持し、主軸ボックスに軸受装置を介して回転可能に支承された主軸装置と、前記一方のワークに対向して他方のワークを把持し、前記両ワークに摩擦推力及びアップセット推力を付与可能な推力付与装置とを有し、前記主軸装置の作動及び前記推力付与装置の作動により前記両ワークに相対回転及び前記摩擦推力を付与して圧接に十分な状態になるまで相互の接合界面を発熱させた後、前記主軸装置の作動停止及び前記推力付与装置の作動により前記相対回転を停止して前記両ワークにアップセット推力を付与して前記両ワークを前記接合界面で摩擦圧接する摩擦圧接機において、
前記主軸装置は、前記主軸ボックスに内装されて前記軸受装置を介して回転可能に支承された主軸と、該主軸に軸方向に進退可能に内装されたドローバーと、該ドローバーの後退により前記主軸の内周面に案内されて縮径する把持部をもつコレットチャックとからなり、該コレットチャックは、前記一方のワークが取付けられる取付面を有する円板状の本体部と、該本体部の背面中央に突設された円柱状の把持ピンとを備えたアダプタの前記把持ピンを、縮径した前記把持部により把持可能に構成されていることを特徴とする摩擦圧接機。
【請求項２】
前記アダプタ及び前記主軸装置の少なくとも一方には、相対回転を生じしめるトルクの滑りを防止する滑り防止手段が設けられていることを特徴とする請求項１記載の摩擦圧接機。
【請求項３】
前記アダプタ及び前記一方のワークの少なくとも一方には、相対回転を生じしめるトルクの滑りを防止する滑り防止手段が設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の摩擦圧接機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、接合すべく二つのワークを摩擦圧接により接合する摩擦圧接機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、摩擦圧接に用いられる装置として、図６に示すような摩擦圧接機が知られている。この摩擦圧接機は、先端側で一方のワークＷ１を把持し、主軸ボックス２２に軸受装置２３を介して回転可能に支承された主軸装置２４と、一方のワークＷ１に対向して他方のワークＷ２を把持し、両ワークＷ１、Ｗ２に摩擦推力及びアップセット推力を付与可能な推力付与装置３０とを有する。
【０００３】
ここでの主軸装置２４は、機台２１上に設置された主軸ボックス２２内に軸受装置２３を介して回転可能に支承された主軸２５と、主軸２５を回転駆動する主軸モータ（図示せず）と、主軸２５に内装され油圧シリンダ２６によって軸方向に進退動可能なドローバー２７と、主軸２５の一方の軸端面に連結固定され、ドローバー２７の後退により一方のワークＷ１を把持する回転チャック２８とを備えている。
【０００４】
また、推力付与装置３０は、主軸装置２４の回転チャック２８に把持される一方のワークＷ１と同一軸心上に整合すべく他方のワークＷ２を把持する固定チャック３１と、固定チャック３１を保持し、機台２１上のレール３２に案内されて前記軸心の向きに進退動可能な往復台３３と、ブラケット３４に取付けられて往復台３３を進退動させるスライドシリンダ（推力付与手段）３５とを備えている。
【０００５】
このように構成された摩擦圧接機により摩擦圧接を行うには、まず、主軸装置２４のドローバー２７を操作して回転チャック２８に一方のワークＷ１を固定するとともに、推力付与装置３０の固定チャック３１に他方のワークＷ２を固定する。そして、主軸装置２４及び推力付与装置３０を作動させることにより両ワークＷ１、Ｗ２に相対回転及び摩擦推力を付与して、圧接に十分な状態になるまで相互の接合界面を発熱させた後、主軸装置２４の作動停止により両ワークＷ１、Ｗ２の相対回転を急停止させるとともに、推力付与装置３０の作動により両ワークＷ１、Ｗ２にアップセット推力を付与する。これにより、両ワークＷ１、Ｗ２は接合界面で摩擦圧接する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の主軸装置２４の回転チャック２８は、主軸２５の軸端面に連結固定されており、径方向の寸法が大きい構造となっているため、回転チャック２８自体の慣性モーメントが大きい。そのため、慣性モーメントの大きなワークを回転チャック２８に把持して摩擦圧接を行うことが困難となる。
【０００７】
また、回転チャック２８の慣性モーメントが大きいと、主軸装置２４を高速回転させたり急停止をさせる上で不利になるため、最適な条件で摩擦圧接を行うことが困難となる。
本発明は上記実状に鑑み案出されたものであり、慣性モーメントの小さい主軸装置を備えた摩擦圧接機を提供することを解決すべき課題とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する請求項１記載の発明は、先端側で一方のワークを把持し、主軸ボックスに軸受装置を介して回転可能に支承された主軸装置と、前記一方のワークに対向して他方のワークを把持し、前記両ワークに摩擦推力及びアップセット推力を付与可能な推力付与装置とを有し、前記主軸装置の作動及び前記推力付与装置の作動により前記両ワークに相対回転及び前記摩擦推力を付与して圧接に十分な状態になるまで相互の接合界面を発熱させた後、前記主軸装置の作動停止及び前記推力付与装置の作動により前記相対回転を停止して前記両ワークにアップセット推力を付与して前記両ワークを前記接合界面で摩擦圧接する摩擦圧接機において、前記主軸装置は、前記主軸ボックスに内装されて前記軸受装置を介して回転可能に支承された主軸と、該主軸に軸方向に進退可能に内装されたドローバーと、該ドローバーの後退により前記主軸の内周面に案内されて縮径する把持部をもつコレットチャックとからなり、該コレットチャックは、前記一方のワークが取付けられる取付面を有する円板状の本体部と該本体部の背面中央に突設された円柱状の把持ピンとを備えたアダプタの前記把持ピンを、縮径した前記把持部により把持可能に構成されているという手段を採用している。
【０００９】
この手段によれば、主軸装置に装備されるコレットチャックは、ドローバーの後退によりコレットチャックの把持部が主軸の内周面に案内されて縮径するように構成されているため、主軸の内周径よりも径寸法が小さいものとなり、且つ、コレットチャックの縮径した把持部により、一方のワークが取付けられたアダプタの把持ピンを把持可能に構成されているため、主軸装置の慣性モーメントは小さくなる。これにより、慣性モーメントのより大きなワークの摩擦圧接が可能になるとともに、主軸装置の高速回転や急停止を有利に行うことができるため、最適な条件で摩擦圧接を行うことが可能になる。したがって、本発明によれば、慣性モーメントの小さい主軸装置を備えた摩擦圧接機を提供することができる。
【００１０】
また、本発明においては、コレットチャックは、縮径した把持部により、一方のワークが取付けられたアダプタを把持可能に構成されていることから、一方のワークがコレットチャックで直接把持できない異形のものであっても、アダプタを用いることにより、形状や大きさなどが異なる種々のワークの摩擦圧接を行うことができる。
【００１１】
なお、アダプタのコレットチャックに把持される部分の大きさを統一しておけば、形状や大きさなどが異なる種々のワークに対してそれぞれ適合するアダプタを用意することにより対応することができる。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記アダプタ及び前記主軸装置の少なくとも一方には、相対回転を生じしめるトルクの滑りを防止する滑り防止手段が設けられているという手段を採用している。
この手段によれば、アダプタを用いて摩擦圧接を行う際に、アダプタと主軸装置との間での相対回転が生じないことから、両ワークへの相対回転の付与を効率良く確実に行うことができ、両ワークの接合界面で発熱させる工程を効率良く確実に行うことができる。
【００１３】
なお、ここでの滑り防止手段としては、例えば、キー部材とこれに係合するキー溝との組み合わせを採用したり、あるいは両者の接合面の少なくとも一方の表面を凹凸状に荒らすことにより摩擦係数を高める等の手段を採用することができる。
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記アダプタ及び前記一方のワークの少なくとも一方には、相対回転を生じしめるトルクの滑りを防止する滑り防止手段が設けられているという手段を採用している。
【００１４】
この手段によれば、アダプタを用いて摩擦圧接を行う際に、アダプタとこれに取付けられる一方のワークとの間での相対回転が生じないので、両ワークへの相対回転の付与を効率良く確実に行うことができ、両ワークの接合界面で発熱させる工程を効率良く確実に行うことができる。
なお、ここでの滑り防止手段としては、例えば、係合ピンとこれに係合する係合孔との組み合わせを採用したり、あるいは両者の接合面の少なくとも一方の表面を凹凸状に荒らすことにより摩擦係数を高める等の手段を採用することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図１は本実施形態に係る摩擦圧接機の一部を断面で示す正面図であり、図２はその摩擦圧接機に用いられるアダプタにワークを取付けた状態の正面図であり、図３は図２の III−III 線矢視断面図である。
【００１６】
図１に示すように、この摩擦圧接機の機台１上には、先端側で一方のワークＷ１を把持し、主軸ボックス２に軸受装置３を介して回転可能に支承された主軸装置４と、一方のワークＷ１に対向して他方のワークＷ２を把持し、両ワークＷ１、Ｗ２に摩擦推力及びアップセット推力を付与可能な推力付与装置３０が配設されている。
【００１７】
機台１上の一端側に配設された主軸ボックス２は、一端に開口部２ａをもち他端に中央軸孔２ｂが設けられた底壁部２ｃを有する。この主軸ボックス２は、開口部２ａ側が推力付与装置３０と対向するように配置されている。主軸ボックス２の内側には、主軸装置４の一部を構成し、一端側に小径部を有する円筒状の主軸５が軸受装置３を介して回転可能に支承されている。主軸５の小径部は主軸ボックス２の中央軸孔２ｂから突出し、主軸５の大径側の開口端は主軸ボックス２の開口部２ａに位置している。そして、主軸５の大径側の開口端と主軸ボックス２の開口部２ａとの間には、オイルシール６ａを有するリング状のベアリングキャップ６が取付けられている。
【００１８】
主軸ボックス２の中央軸孔２ｂから突出した主軸５の小径部にはプーリ７が取付けられている。このプーリ７には、主軸モータ（図示せず）の回転軸との間に架装されたベルト（図示せず）が装着されており、その主軸モータの駆動により主軸５が回転するようになっている。主軸５の大径側開口端部の内周には、開口端側に向かって次第に径が大きくなるテーパ状の内周面を有する円筒状のテーパ部材８が嵌着されている。また、主軸５の大径側開口端面には、後述のアダプタ１３に設けられたキー溝１３ｆと係合するキー部材（滑り防止手段）９が取付けられている。
【００１９】
そして、主軸５の内部空間には、ドローバー１０が軸方向へ移動可能に配設されている。このドローバー１０は、主軸５の小径側端部に設けられた油圧シリンダ１１によって主軸５の内部空間を軸方向に進退動操作可能である。ドローバー１０の先端部には、雌ねじ部を有する嵌合孔１０ａが設けられており、この嵌合孔１０ａにはコレットチャック１２がねじ止めにより取付けられている。ドローバー１０の内部には、ワークＷ１の挿入位置を決めるとともに圧接時の推力を受けるストッパ１０ｂが挿入されている。
【００２０】
このコレットチャック１２は、外周に雄ねじ部を有する円筒状の基部１２ａと、基部１２ａの一端側から軸方向に突出し周方向に分割されて円筒状に形成された把持部１２ｂとからなる。把持部１２ｂは、テーパ部材８のテーパ状内周面の傾斜角度と符合するテーパ状の外周面と、略一定の径で形成された内周面とをもち、先端に向かって次第に肉厚となるように形成されている。そして、この把持部１２ｂは、付け根部分よりも先端側が拡開するように変形されている。このコレットチャック１２は、ドローバー１０が後退するときに把持部１２ｂがテーパ部材８の内周面に案内されつつ弾性変形することにより縮径するように構成されている。
【００２１】
そして、本実施形態の主軸装置は、コレットチャック１２で把持するワークＷ１の形状に応じて用いられる、例えば図２及び図３に示すようなアダプタ１３を具備している。このアダプタ１３は、ワークＷ１が取付けられる取付面を有する円板状の本体部１３ａと、本体部１３ａの背面（取付面と反対側の面）の中央に突設された円柱状の把持ピン１３ｂとからなる。把持ピン１３ｂは、コレットチャック１２の把持部１２ｂに把持される部分であり、把持部１２ｂの内周面（把持面）の大きさに合わせてその径の大きさが設定されている。
【００２２】
本体部１３ａの取付面中央には、把持ピン１３ｂと同一軸心をもつ円柱状の芯出しピン１３ｃが設けられている。また、本体部１３ａの取付面の所定位置には、取付面に取付けられるワークＷ１を保持する一対の係止フック１３ｄが取付面に対して平行に揺動可能に設けられている。さらに、本体部１３ａの取付面の所定位置には、ワークＷ１に形成された係合孔が嵌合され、本体部１３ａとワークＷ１との相対回転を生じしめるトルクの滑りを防止する係合ピン（滑り防止手段）１３ｅが４個所に突設されている。また、本体部１３ａの背面には、主軸５に設けられたキー部材９と係合するキー溝（滑り防止手段）１３ｆが径方向に延設されている。
【００２３】
なお、図１に示す本実施形態の推力付与装置３０は、図６に示す従来の推力付与装置と同じものであるため、共通する構成部材に同一の符号を付して詳しい説明は省略する。
本実施形態の摩擦圧接機は以上のように構成されており、次にその作用を説明する。
【００２４】
まず、一方のワークＷ１が主軸装置４のコレットチャック１２に直接把持可能な丸棒状のものである場合には、図４に示すように、コレットチャック１２にそのワークＷ１を直接把持させる。即ち、主軸装置４の油圧シリンダ１１を作動させてドローバー１０を進出させることにより、主軸５内から突出して先端側がやや拡開した状態となったコレットチャック１２の把持部１２ｂにワークＷ１の一端部を挿入した後、油圧シリンダ１１を作動させてドローバー１０を後退させる。これにより、コレットチャック１２の把持部１２ｂは、テーパ部材８の内周面に案内されて弾性変形しつつ縮径し、ワークＷ１を強固に把持してテーパ部材８の内側に収納された状態となって、ワークＷ１の把持を完了する。
【００２５】
また、一方のワークＷ１が異形のものである場合には、アダプタ１３を介してそのワークＷ１をコレットチャック１２に把持させる。この場合には、図２及び図３に示すように、まず、ワークＷ１をアダプタ１３の芯出しピン１３ｃ及び係合ピン１３ｅに嵌合し、ワークＷ１の端縁部に係止フック１３ｄを係止させることにより、アダプタ１３の取付面にワークＷ１を取付ける。
【００２６】
次に、前記と同様に、油圧シリンダ１１を作動させてドローバー１０を進出させることにより、主軸５内から突出して先端側がやや拡開した状態となったコレットチャック１２の把持部１２ｂにアダプタ１３の把持ピン１３ｂを挿入し、油圧シリンダ１１によりドローバー１０を後退させる。これにより、図５に示すように、コレットチャック１２の把持部１２ｂは、テーパ部材８の内周面に案内されて弾性変形しつつ縮径し、ワークＷ１を強固に把持してテーパ部材８の内側に収納された状態となって、ワークＷ１の把持を完了する。
【００２７】
そして、ワークＷ１と接合すべく他方のワークＷ２をワークＷ１と同一軸心上に整合するように推力付与装置３０の固定チャック３１に固定して、両ワークＷ１、Ｗ２の摩擦圧接を開始する。まず、主軸モータの駆動により主軸装置４を回転させてワークＷ１を回転させるとともに、推力付与装置３０のスライドシリンダ３５を作動させて往復台３３を進出させることにより、両ワークＷ１、Ｗ２に相対回転及び摩擦推力を付与し、圧接に十分な状態になるまで両ワークＷ１、Ｗ２相互の接合界面を発熱させる。
【００２８】
このとき、アダプタ１３を用いている場合、圧接時にはワークＷ１の大きさに比してコレットチャック１２の径が小さいため把持力が不足するが、アダプタ１３とコレットチャック１２との間には、キー溝１３ｆとキー部材９との組み合わせによる滑り防止手段が設けられているため、両者間での相対回転は生じない。また、アダプタ１３とこれに取付けられるワークＷ１との間にも、係合ピン１３ｅと係合孔との組み合わせによる滑り防止手段が設けられているため、両者間での相対回転は生じない。これにより、両ワークＷ１、Ｗ２への相対回転の付与が効率良く確実に行われ、両ワークＷ１、Ｗ２の接合界面で発熱させる工程が効率良く確実に行われる。
【００２９】
その後、主軸装置４の作動停止により両ワークＷ１、Ｗ２の相対回転を急停止させるとともに、推力付与装置３０のスライドシリンダ３５を作動させて両ワークＷ１、Ｗ２にアップセット推力を付与する。これにより、両ワークＷ１、Ｗ２は接合界面で摩擦圧接する。その後、摩擦圧接して一体になった両ワークＷ１、Ｗ２を、上記と逆の操作により、コレットチャック１２或いはアダプタ１３、固定チャック３１から取り外すことにより、両ワークＷ１、Ｗ２の摩擦圧接作業を完了する。
【００３０】
以上のように、本実施形態の摩擦圧接機によれば、一方のワークＷ１を把持する主軸装置４のコレットチャック１２は、ドローバー１０の後退により主軸５の内周面に案内されて縮径する把持部１２ｂを有する構成であるため、主軸装置４の慣性モーメントを従来よりも格段に小さくすることができる。これにより、慣性モーメントのより大きなワークの摩擦圧接が可能になるとともに、主軸装置４を高速回転させたり急停止させる上で有利になるため、最適な条件で摩擦圧接を行うことが可能になる。
【００３１】
そして、主軸装置４のコレットチャック１２は、一方のワークＷ１を取付けたアダプタ１３を把持可能であるため、一方のワークＷ１が異形のものであっても、アダプタ１３を用いることにより、形状や大きさなどが異なる種々のワークＷ１の摩擦圧接を行うことができる。
また、アダプタ１３とコレットチャック１２との間には、キー溝１３ｆとキー部材９との組み合わせによる滑り防止手段が設けられており、摩擦圧接を行う際に、両者間での相対回転が生じないため、両ワークＷ１、Ｗ２への相対回転の付与を効率良く確実に行うことができる。
【００３２】
さらに、アダプタ１３とこれに取付けられるワークＷ１との間には、係合ピン１３ｅと係合孔との組み合わせによる滑り防止手段が設けられており、摩擦圧接を行う際に、両者間での相対回転が生じないため、これによっても両ワークＷ１、Ｗ２への相対回転の付与を効率良く確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る摩擦圧接機の一部を断面で示す正面図である。
【図２】本発明の実施形態で用いられるアダプタにワークを取付けた状態の正面図である。
【図３】図２の III−III 線矢視断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る摩擦圧接機の主軸装置にワークを装着した状態を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る摩擦圧接機の主軸装置にアダプタを介してワークを装着した状態を示す断面図である。
【図６】従来の摩擦圧接機の一部を断面で示す正面図である。
【符号の説明】
１、２１…機台      ２、２２…主軸ボックス      ２ａ…開口部
２ｂ…中央軸孔      ２ｃ…底壁部      ３、２３…軸受装置
４、２４…主軸装置      ５、２５…主軸      ６…ベアリングキャップ
６ａ…オイルシール      ７…プーリ
８…テーパ部材      ９…キー部材（滑り防止手段）
１０、２７…ドローバー      １０ａ…嵌合孔
１１、２６…油圧シリンダ      １２…コレットチャック
１２ａ…基部      １２ｂ…把持部      １３…アダプタ
１３ａ…本体部      １３ｂ…把持ピン      １３ｃ…芯出しピン
１３ｄ…係止フック      １３ｅ…係合ピン（滑り防止手段）
１３ｆ…キー溝（滑り防止手段）      ２８…回転チャック
３０…推力付与装置      ３１…固定チャック      ３２…レール
３３…往復台      ３４…ブラケット
３５…スライドシリンダ（推力付与手段）
Ｗ１…一方のワーク      Ｗ２…他方のワーク
【図１】
0004165929.tif 000002
【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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