(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のワークと第２のワークとの接合面を溶接すべく接合した状態に支持するワークテーブルと、前記第１，第２のワークをワークテーブルに押圧固定可能のラムと、上記ラムの一端側を支持したラム支持部と、上記ラムの他端側を固定開放可能のラム固定装置と、前記第１，第２のワークの接合面との間に摩擦熱を発生させるためのプローブを備えた溶接工具と、上記溶接工具を着脱可能かつ駆動回転可能のスピンドルを備えて前記接合面に沿う方向へ移動可能の加工ヘッドと、を備えてなることを特徴とする摩擦溶接装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発明において、ワークテーブル又はラムの少なくとも一方を上下動可能に設けてなることを特徴とする摩擦溶接装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の発明において、ラムを水平に旋回可能に設けてなることを特徴とする摩擦溶接装置。
【請求項４】
フレームに設けた支持ブラケットに一端側を支持されたワーク保持部材の上方位置に、上記ワーク保持部材に支持された第１，第２のワークＷ１，Ｗ２の接合面の溶接を行う溶接加工ヘッドを左右方向へ移動可能に設けてなることを特徴とする摩擦溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウム及び銅並びにそれらの合金等のごとき非鉄金属の摩擦溶接を行う摩擦溶接装置に係り、例えば筒状の製品を製造するための摩擦溶接装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明に係る先行例としては例えば特表平７−５０５０９０号公報がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記先行例は、溶接すべき第１のワークと第２のワークとの接合面に溶接工具のプローブを臨ませ、接合面に対するプローブの回転によって接合面とプローブとの間に摩擦熱を発生させ、この摩擦熱によって前記第１，第２のワークの接合面を軟化し溶接する構成である。
【０００４】
先行例は、第１，第２のワークが共に平板の場合の摩擦溶接であって、例えば筒状のワークの摩擦溶接を行い得る構成ではない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述のごとき従来の問題に鑑みてなされたもので、請求項１に係る発明は、第１のワークと第２のワークとの接合面を溶接すべく接合した状態に支持するワークテーブルと、前記第１，第２のワークをワークテーブルに押圧固定可能のラムと、上記ラムの一端側を支持したラム支持部と、上記ラムの他端側を固定開放可能のラム固定装置と、前記第１，第２のワークの接合面との間に摩擦熱を発生させるためのプローブを備えた溶接工具と、上記溶接工具を着脱可能かつ駆動回転可能のスピンドルを備えて前記接合面に沿う方向へ移動可能の加工ヘッドと、を備えてなるものである。
【０００６】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、ワークテーブル又はラムの少なくとも一方を上下動可能に設けてなるものである。
【０００７】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の発明において、ラムを水平に旋回可能に設けてなるものである。
【０００８】
請求項４に係る発明は、フレームに設けた支持ブラケットに一端側を支持されたワーク保持部材の上方位置に、上記ワーク保持部材に支持された第１，第２のワークＷ１，Ｗ２の接合面の溶接を行う溶接加工ヘッドを左右方向へ移動可能に設けてなるものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１を参照するに、本例に係る摩擦溶接装置１は、前後のベースプレート３Ｆ，３Ｒの左右に左右のベースプレート５Ｌ，５Ｒを一体化した箱状のベースフレーム７を備えており、前後のベースプレート３Ｆ，３Ｒには、前後方向に延伸したバー状の複数の支持部材９Ｆ，９Ｒが左右方向に適宜間隔に支持されている。
【００１０】
前側の複数の支持部材９Ｆと後側の複数の支持部材９Ｒとは前後対称形に設けてあり、前側の複数の支持部材９Ｆは前側のワークテーブル１１Ｆを構成し、後側の複数の支持部材９Ｒは後側のワークテーブル１１Ｒを構成している。
【００１１】
前側の各支持部材９Ｆは、前側のベースプレート３Ｆに設けた各ガイド部材１３に上下動可能に支持された昇降部材１５の上部に水平に支持されている。そして、上記昇降部材１５を上下動するために、前記ベースプレート３Ｆには、例えば油圧シリンダなどのごとき適宜のテーブル昇降作動装置１７が設けてある。そして、適宜位置の支持部材９Ｆには、支持部材９Ｆの上面に対して出没自在の位置決め部材１９が平行リンク機構２１および当該平行リンク機構２１を作動するための位置決め作動装置（図示省略）を介して上下動可能に設けてある。
【００１２】
したがって、前記テーブル昇降作動装置１７を作動することによって前側のワークテーブル１１Ｆが上下動し、また位置決め作動装置を作動して平行リンク機構２１を上下動すると、位置決め部材１９が上下動すると共に前後方向に変位するので、ワークテーブル１１Ｆ上のワークの前後方向の位置決めを行うことができるものである。
【００１３】
ところで、ワークテーブル１１Ｆにおける各支持部材９Ｆは各テーブル昇降作動装置１７によって上下動する構成として例示してあるが、例えばリンク機構あるいはカム機構などの適宜の連動機構を介して１つのテーブル昇降作動装置によって複数の支持部材９Ｆを同時に上下動する構成とすることも可能である。
【００１４】
なお、後側のワークテーブル１１Ｒの構成は前述した前側のワークテーブル１１Ｆの構成と前後対称形であるから、後側のワークテーブル１１Ｒにおいて同一機能を奏する構成部分には同一符号を付することとして詳細な説明は省略する。
【００１５】
前記ベースフレーム７の左右方向の一側にはコラム２３が立設してあり、このコラム２３には左右方向へ水平に延伸したラム２５の基端部が上下動可能に支持されており、このラム２５の下面には左右方向に延伸したワーク押え部材２７が一体的に設けてある。なお、上記ラム２５の上下動は、ラム２５の一端側を支持したラム支持部材としての前記コラム２３に内装した油圧シリンダ等のごときラム昇降作動装置（図示省略）によって行われるものである。
【００１６】
前記ラム２５の先端側には被係止部材２９が設けてあり、前記ベースフレーム７には上記被係止部材２９を介してラム２５の先端側を固定開放可能のラム固定装置３１が設けてある。
【００１７】
より詳細には、上記被係止部材２９に形成した係止凹部２９Ｃに先端部が係合可能のフック部材３３の下端部が前記ベースプレート５Ｌに固定したブラケット３５にピンを介して上下動可能に枢着してある。そして、揺動可能に設けた固定用シリンダ３７に上下動可能に備えたピストンロッド３７Ｐの先端部にはヨークブラケット３９が設けてあり、このヨークブラケット３９の先端部が前記フック部材３３の中間部分に枢支連結してある。
【００１８】
したがって、前記固定用シリンダ３７によってピストンロッド３７Ｐを上下動することによりヨークブラケット３９を介してフック部材３３が上下に回動され、当該フック部材３３の先端部が前記被係止部材２９の係合凹部２９Ｃに対して係合離脱され、ラム２５の先端部の固定，開放が行われるものである。
【００１９】
なお、フック部材３３の先端部を被係止部材２９の係合凹部２９Ｃに係合したときに、下方向への分力が生じるように、係合凹部２９Ｃの下面又はフック部材３３の先端部の下面の少なくとも一方に傾斜面を形成した構成とすることが望ましい。
【００２０】
前後のワークテーブル１１Ｆ，１１Ｒに支持された断面形状がコ字形状の第１，第２のワーク（チャンネル材）Ｗ１，Ｗ２の接合面の摩擦溶接を行うために、前記ベースフレーム７には溶接加工ヘッド４１が左右方向へ移動自在に設けてある。
【００２１】
より詳細には、前記ベースプレート３Ｆには左右方向に延伸したガイド部材４３が取付けてあり、このガイド部材４３にはスライド部材４５が左右方向へ往復動可能に支持されている。そして、このスライド部材４５に備えたナット部材４７には、左右のベースプレート５Ｌ，５Ｒに両端側を回転自在に支持されたボールネジ４９が螺合してある。このボールネジ４９は、ベースプレート５Ｒに装着したサーボモータ（図示省略）と連結してあり、前記スライド部材４５の左右方向の移動速度および移動位置は、速度、位置検出器の１例として前記サーボモータに備えたロータリーエンコーダ（図示省略）によって検出されるようになっている。
【００２２】
前記スライド部材４５には前記加工ヘッド４１が左右方向へ僅かに回動可能に装着してある。この加工ヘッド４１には上方向へ上端部を突出したスピンドル５１が回転自在かつ上下動可能に支持されており、このスピンドル５１の上端部には、前記第１，第２のワークＷ１，Ｗ２の接合面との間に摩擦熱を発生せしめるためのプローブ５３Ｐを備えた溶接工具５３が着脱交換可能に取付けてある。
【００２３】
上記溶接工具５３は、アルミニウム又はその合金あるいは銅又はその合金等の非鉄金属等よりなるワークＷ１，Ｗ２よりも硬度の大きな例えば工具鋼や超硬合金等よりなるものであって、大径のシャンク部の上面の中央部からワークの板厚にほぼ等しい長さの小径のプローブ５５Ｐを突出して備えた構成である。
【００２４】
以上のごとき構成において、前後のワークテーブル１１Ｆ，１１Ｒ上に第１，第２のワークＷ１，Ｗ２を載置し、上記第１，第２のワークＷ１，Ｗ２内にラム２５が位置するように、かつ第１，第２のワークＷ１，Ｗ２の接合面が前記溶接工具５３の垂直上方に位置するように、前後の位置決め部材１９によってワークＷ１，Ｗ２の位置決めを行う。
【００２５】
上述のごとく第１，第２のワークＷ１，Ｗ２の溶接面を接合し位置決めした後、ラム固定装置３１におけるフック部材３３の先端部を被係止部材２９の係止凹部２９Ｃに係合して固定すると共に前後のワークテーブル１１Ｆ，１１Ｒを上昇せしめて、第１，第２のワークＷ１，Ｗ２の接合面をラム２５に備えたワーク押え部材２７に当接し押圧固定する。
【００２６】
その後、溶接加工ヘッド４１に備えたモータＭによってスピンドル５１を回転すると共にスピンドル５１を上昇せしめて、溶接工具５３のプローブ５３ＰをワークＷ１，Ｗ２の接合面に臨ませると、ワークＷ１，Ｗ２に対するプローブ５３Ｐの回転により、ワークＷ１，Ｗ２の接合面とプローブ５３Ｐとの間に摩擦熱が発生し、この摩擦熱によって上記ワークＷ１，Ｗ２の接合面の１部が軟化される。
【００２７】
上述のごとくワークＷ１，Ｗ２の接合面の１部が軟化した後、溶接工具５３におけるプローブ５３Ｐを前記軟化部に没入し、溶接工具５３における大径のシャンク部の上面でもってワークＷ１，Ｗ２の下面および軟化した部分を押圧した状態に保持して、加工ヘッド４１を接合面に沿って左右方向に移動すると、前記プローブ５３Ｐの回転とワークＷ１，Ｗ２の接合面との間の摩擦熱による軟化領域は接合面に沿って次第に移動する。
【００２８】
ワークＷ１，Ｗ２の接合面の軟化した金属は、プローブ５３Ｐの回転によってプローブ５３Ｐの移動方向の後側へ攪拌され乍ら移動され固化するので、ワークＷ１，Ｗ２の接合面は溶接されるものである。
【００２９】
前述のごとく、溶接工具５３の大径のシャンク部の下面でもってワークＷ１，Ｗ２の下面を押圧した状態でもって接合面に沿って移動するとき、溶接工具５３の移動方向の前側にワークの盛り下りが生じて抵抗が大きくなることがある。この場合、溶接工具５３のシャンク部の上面の移動方向の前側が低くなるように溶接工具５３を僅かに傾斜する。
【００３０】
本例においては、左右方向へ移動可能のスライダ部材４５に対して加工ヘッド４１が左右方向へ僅かに回動可能（傾斜可能）に設けてあるので、前記溶接工具５３におけるシャンク部の上面の移動方向の前側が僅かに低くなるように傾斜した状態にすることが容易であり、加工ヘッド４１を僅かに左右方向（移動方向）に傾斜した状態のまま左右方向へ移動することができるものである。
【００３１】
すなわち、本例においては、ワークＷ１，Ｗ２に対して溶接工具５３を移動方向に対して先端部側が先行するように僅かに傾斜した状態に保持することができる。したがって、ワークＷ１，Ｗ２の接合面と溶接工具５３におけるプローブ５３Ｐとの間の摩擦熱によって上記接合面の溶接を行うとき、溶接工具５３の移動方向の前側におけるワークの盛り下りによる抵抗を抑制できるものである。
【００３２】
以上のごとき作用によって第１，第２のワークＷ１，Ｗ２の下側の接合面の摩擦溶接を行った後、ラム固定装置３１によるラム２５の先端部の固定を開放すると共に前後のワークテーブル１１Ｆ，１１Ｒを下降せしめると、ワークＷ１，Ｗ２はラム２５の先端側へ抜き取るように取り出すことができる。したがって、ワークＷ１，Ｗ２をラム２５に沿って左右方向へ取り出した後、ワークＷ１，Ｗ２の上下を反転して再びラム２５が内側に位置するようにワークテーブル１１Ｆ，１１Ｒ上に位置決めし、かつラム２５によってワークテーブル１１Ｆ，１１Ｒに固定して、前述のごとき動作を繰り返すことにより、チャンネル状のワークＷ２，Ｗ２の２箇所の接合面を摩擦溶接することができるものである。
【００３３】
すなわち、本例によれば、チャンネル状のワークＷ１，Ｗ２を互いに向い合わせて接合し、その接合部分を摩擦溶接して筒状の製品を容易に製造し得るものである。
【００３４】
なお、ワークとしてはチャンネル状のワークに限ることなく、例えばベンダー等によって予め筒状に曲げ加工されたワークであっても容易に対応し得るものである。また、上述の説明においては、ワークテーブル１１Ｆ，１１Ｒを上下動する場合について説明したが、ラム２５を上下動してワークＷ１，Ｗ２の押圧固定を行っても良いものである。
【００３５】
図３はラム固定装置３１の別の構成を示すものである。この例においては、固定用シリンダ３７におけるピストンロッド３７Ｐの先端部にフック部材３３を、ピン５５を介して枢着し、かつトーションスプリング（図示省略）などの付勢手段によってフック部材３３を、被係止部材２９から離反する方向へ付勢してある。そして、前記ピストンロッド３７Ｐが下降されるときに、フック部材３３を上方向へ回動して前記被係止部材２９に係合せしめるためのフックガイド部材５７を設けた構成である。
【００３６】
上記構成によれば、固定用シリンダ３７におけるピストンロッド３７Ｐを上昇せしめると、付勢手段の作用によってフック部材３３がラム２５の被係止部材２９から離反してラム２５の先端側を解放する。次に、前記ピストンロッド３７Ｐを下降せしめると、フックガイド部材５７によってフック部材３３がラム２５側へ回動され、ラム２５の先端部に備えた被係止部材２９に係合され、その後にラム２５の先端側を下方向へ押圧することになる。したがって、ワークＷ１，Ｗ２をワークテーブル１１Ｆ，１１Ｒに確実に固定することができる。
【００３７】
すなわち、ラム固定装置３１の構成としては、適宜の変更を行うことによって種々の態様でもって実施可能なものである。
【００３８】
図４は、ラム２５の支持部の変更例を示すものである。この変更例においては、ベースフレーム７内に備えたラム昇降シリンダ５９において上下動自在のピストンロッド５９Ｐに旋回コラム６１を水平に回動可能に支持し、この旋回コラム６１にラム２５の基部を固定した構成である。
【００３９】
この構成によれば、ラム昇降シリンダ５９の作動によってラム２５を上下動できると共にワークテーブル１１Ｆ，１１Ｒに対してワークＷ１，Ｗ２の押圧固定を行うことができると共に、ラム２５を水平に旋回することができる。
【００４０】
したがって、第１，第２のワークＷ１，Ｗ２を筒状に溶接した後、上記筒状の製品をラム２５から取り外す位置を、左右方向に限ることなく前後方向にすることも可能である。よって、ラム２５からの製品の取り外しをより容易に行なうことが可能である。
【００４１】
図５は、摩擦溶接装置の第２例を示すものである。
【００４２】
本例に係る溶接装置７１は、左右のサイドフレーム７３Ｌ，７３Ｒを備えており、上記サイドフレーム７３Ｌ，７３Ｒの上部は前後の上部ビーム部材７５，７７によって一体的に連結してあり、下部は下部ビーム７９によって一体的に連結してある。
【００４３】
前記サイドフレーム７３Ｌ，７３Ｒおよび上下の各ビーム部材からなるフレームの左右の一側には支持ブラケット８１が設けてあり、この支持ブラケット８１には回動軸８３が垂直にかつ回動可能に支持されている。そして、この回動軸８３の上部には左右方向（図５においては紙面に対して垂直な方向）へ水平に延伸したワーク保持部材８５の基部側が一体的に取付けてある。
【００４４】
上記ワーク保持部材８５は、チャンネル状の第１，第２のワークＷ１，Ｗ２の接合面を接合した状態に支持するもので、先端側は固定装置（図示省略）を介して前記フレームに不動状態に固定可能に構成してある。
【００４５】
前記ワーク保持部材８５に支持された第１，第２のワークＷ１，Ｗ２を不動状態に固定するために第１，第２のワーク固定装置８７Ａ，８７Ｂが設けてある。
【００４６】
より詳細には、前記後側のビーム部材７７の下部の左右方向の複数箇所にはブラケット８９が取付けてあり、各ブラケット８９には、第２のワークＷ２を押圧する押圧パッド９１を下端部に備えたベルクランク状の押圧アーム９３がピン９５を介して回動可能に取付けてある。そして、上記各押圧アーム９３の上部は、各ブラケット８９に装着した押圧シリンダ９７に往復動可能に備えたピストンロッド９７Ｐと適宜に連結してある。
【００４７】
上記構成により、押圧シリンダ９７のピストンロッド９７Ｐによって押圧アーム９３の上部を押圧することにより、当該押圧アーム９３の下端部でもって第２のワークＷ２をワーク保持部材８５に不動状態に押圧固定することができるものである。
【００４８】
前記第２のワーク固定装置８７Ｂは前側のビーム部材７５に装着してある。すなわち、上記ビーム部材７５の左右方向の複数箇所には、下端部に押圧パッド９１を備えたＬ形状の押圧アーム９９がガイド部材１０１を介して上下動可能に支持されている。そして、ビーム部材７５に装着した複数の押圧シリンダ１０３における上下動自在のピストンロッド１０３Ｐが各押圧アーム９９と適宜に連結してある。
【００４９】
したがって、押圧シリンダ１０３を作動することにより、押圧アーム９９によってワーク保持部材８５上の第１のワークＷ１を不動状態に押圧固定することができるものである。
【００５０】
前記第１，第２のワークＷ１，Ｗ２の接合面の摩擦溶接を行う溶接加工ヘッド１０５が接合面に沿って左右方向へ移動可能に設けられている。上記溶接加工ヘッド１０５は、前述した溶接加工ヘッド４１を上下逆にした構成であり、かつ左右方向へ移動するための構成も同一構成であるから、同一機能を奏する構成部分には同一符号を付することとして重複した説明は省略する。
【００５１】
上記構成においては、ワーク保持部材８５に第１，第２のワークＷ１，Ｗ２を支持せしめた後、ワーク固定装置８７Ａ，８７ＢによってワークＷ１，Ｗ２をワーク保持部材８５に押圧固定した後、前述した第１例と同様に、溶接工具５３のプローブ５３ＰとワークＷ１，Ｗ２の接合部との間に摩擦熱を発生せしめ、前述と同様に溶接加工ヘッド１０５を接合面に沿って左右方向へ移動することにより、ワークＷ１，Ｗ２の摩擦溶接を行うことができるものである。
【００５２】
ワークＷ１，Ｗ２の摩擦溶接を行った後、ワーク保持部材８５の先端部の固定を開放し、ワーク保持部材８５の先端部を前方向（図５において右方向）へ水平に回動することにより、ワーク保持部材８５から筒状の製品を取り外すこができるものである。
【００５３】
すなわち本例においてもチャンネル状あるいは筒状に曲げ加工したワークを用いて筒状の製品の摩擦溶接を行うことができるものである。
【００５４】
なお、本例においては、ワーク保持部材８５を片持支持の構成となし、かつ上記ワーク保持部材８５の先端に対向した部分のフレーム等に切欠部を形成し、ワーク保持部材８５の先端部側を開放してワークの着脱を行ない得る構成とすることも可能である。すなわち、ワーク保持部材８５を水平に旋回しない構成でも良いものである。
【００５５】
【発明の効果】
以上のごとき説明より理解されるように、請求項１に係る発明は、第１のワークと第２のワークとの接合面を溶接すべく接合した状態に支持するワークテーブルと、前記第１，第２のワークをワークテーブルに押圧固定可能のラムと、上記ラムの一端側を支持したラム支持部と、上記ラムの他端側を固定開放可能のラム固定装置と、前記第１，第２のワークの接合面との間に摩擦熱を発生させるためのプローブを備えた溶接工具と、上記溶接工具を着脱可能かつ駆動回転可能のスピンドルを備えて前記接合面に沿う方向へ移動可能の加工ヘッドと、を備えてなるものであるから、ワークテーブル上の第１，第２のワークがラムを囲繞する筒状の製品に溶接することが容易であり、かつラムが筒状の製品に囲繞された状態にあってもラムからの製品の取り外しを容易に行うことができるものである。
【００５６】
また、ワークの溶接時には、ラムでもってワークをワークテーブルに押圧固定しているので、プローブとワークとの間に摩擦熱を発生せしめるとき、ワークが移動されるようなことがなく、摩擦溶接を確実に行なうことができるものである。
【００５７】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、ワークテーブル又はラムの少なくとも一方を上下動可能に設けてなるものであるから、ラムによってワークテーブルにワークを押圧固定することが容易であり、かつ筒状に溶接された製品をラムから容易に取り外すことができるものである。
【００５８】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の発明において、ラムを水平に旋回可能に設けてなるものであるから、筒状に溶接された製品をラムから容易に取り外すことができるものである。
【００５９】
請求項４に係る発明は、フレームに設けた支持ブラケットに一端側を支持されたワーク保持部材の上方位置に、上記ワーク保持部材に支持された第１，第２のワークＷ１，Ｗ２の接合面の溶接を行う溶接加工ヘッドを左右方向へ移動可能に設けてなるものであるから、筒状に溶接された製品をワーク保持部材から容易に取り外すことができるものである。
【００６０】
換言すれば、チャンネル状あるいは筒状に曲げ加工したワークを接合して筒状の製品に溶接する場合であっても何等の問題もないものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１例に係る摩擦溶接装置の斜視説明図である。
【図２】本発明の第１例に係る摩擦溶接装置の主要部の側断面説明図である
【図３】ラム固定装置の第２例を示す説明図である。
【図４】ラムを上下動可能かつ旋回可能に支持する構成の説明図である。
【図５】本発明の第２例に係る摩擦溶接装置の側断面説明図である。
【符号の説明】
１  摩擦溶接装置
７  ベースフレーム
１１Ｆ，１１Ｒ  ワークテーブル
１７  テーブル昇降作動装置
１９  位置決め部材
２５  ラム
２７  ワーク押え部材
３１  ラム固定装置
３７  固定用シリンダ
４１，１０５  溶接加工ヘッド
５３  溶接工具
５３Ｐ  プローブ
５９  ラム昇降シリンダ
８５  ワーク保持部材
８７Ａ，８７Ｂ  ワーク固定装置
【図１】
0003751699.tif 000002
【図２】
0003751699.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003751699.tif 000005
【図５】
0003751699.tif 000006