直動案内軸受及び摩擦撹拌接合装置
【課題】スライダの長さを延長することなく、コンパクトな形態で、耐ヨーイングモーメント性の向上を図る。
【解決手段】摩擦撹拌接合装置Ｍのオフセット軸３（Ｙ軸）の直線案内手段として使用された直動案内軸受１１Ｂが、直線状の案内レール２０と、案内レール２０を挟む一対のスライダ２２と、案内レール２０と各スライダ２２の対向面に形成された転動面Ｂ間に配設された複数の転動体２５と、一対のスライダ２２が共に固定されたテーブル２３とを備えており、一対のスライダ２２が、案内レール２０による案内方向（Ｙ軸）の各中心位置を互いに案内方向にずらして、接合ツール１のスピンドル３０を搭載したテーブルに固定されている。
【解決手段】摩擦撹拌接合装置Ｍのオフセット軸３（Ｙ軸）の直線案内手段として使用された直動案内軸受１１Ｂが、直線状の案内レール２０と、案内レール２０を挟む一対のスライダ２２と、案内レール２０と各スライダ２２の対向面に形成された転動面Ｂ間に配設された複数の転動体２５と、一対のスライダ２２が共に固定されたテーブル２３とを備えており、一対のスライダ２２が、案内レール２０による案内方向（Ｙ軸）の各中心位置を互いに案内方向にずらして、接合ツール１のスピンドル３０を搭載したテーブルに固定されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分離タイプのスライダを有する直動案内軸受、及び、その直動案内軸受をオフセット軸の直線案内手段として用いた摩擦撹拌接合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
分離タイプのスライダを用いた直動案内軸受の従来例として、特許文献１に記載のものが知られている。
【０００３】
図１４は特許文献１に記載された直動案内軸受の断面図、図１５はその上面図である。図１４に示すように、この直動案内軸受では、ベース部材２１１の幅方向の両側にレールブロック２１２が取り付けられることで案内レール２１０が構成されており、その案内レール２１０を挟むように一対のスライダ２２０が配設され、それら一対のスライダ２２０が共に１つのテーブル２３０に固定されている。案内レール２１０の各レールブロック２１２と各スライダ２２０の対向面には転動面２４５Ａ、２４５Ｂがそれぞれ形成されており、それら転動面２４５Ａ、２４５Ｂ間に、スライダ２２０と案内レール２１０との相対移動を可能にする複数の転動体（ボール）２４０が配設されている。
【０００４】
転動体２４０は、各スライダ２２０ごとに２列に設けられており、各列の転動体２４０が、それぞれのスライダ２２０に形成された循環通路２４６を循環するようになっている。また、一対のスライダ２２０は、案内レール２１０の案内方向に沿って同一長さに設定され、案内レール２１０の幅方向に対称的に配されている。また、テーブル２３０には予圧を与えるボルト２５０が配されており、このボルト２５０によって、案内レール２１０を挟むようにスライダ２２０に予圧が付与されている。
【０００５】
また、特許文献２には、接合ツールをワークに押し付けつつ回転させることにより、接合ツールとワークの接触点に摩擦熱を発生させて接触点の周囲の材料を軟化させると共に撹拌し、それにより接合ツールをワークに没入させ、没入後、接合ツールをワークの表面方向に移動させることでワークを線状に接合する摩擦撹拌接合方法及び装置が記載されている。
【０００６】
図１６は特許文献２に記載の摩擦撹拌接合装置を示している。この摩擦撹拌接合装置は、接合ツール３０１をその軸線まわりに回転させる旋回軸３１０と、接合ツール３０１をその軸線方向に移動してワーク３０２に接近／離間させる加圧軸３２０と、接合ツール３０１を加圧軸３２０の軸線と直交する方向であるワーク３０２の表面方向に移動させるオフセット軸３３０と、を備えている。この装置では、接合ツール３０１をオフセット移動させるオフセット軸３３０のスライダの上に加圧軸３２０が載っており、加圧軸３２０のスライダの上に旋回軸３１０が載っている。
【０００７】
この摩擦撹拌接合装置でワーク３０２の接合を行う場合、接合ツール３０１をワーク３０２に没入させる押し込み動作では、接合ツール３０１を旋回軸３１０で回転させながら加圧軸３２０でワーク３０２に押し付け、所定の深さまで接合ツール３０１をワーク３０２に没入させる。ワーク３０２に接合ツール３０１を没入させる際、接合ツール３０１にはワーク３０２から加圧力が接合ツール３０１の中心軸に沿って作用する。なお、押し込み動作においてオフセット軸３３０は停止している。
【０００８】
接合ツール３０１をワーク３０２の所定深さまで没入した後は、加圧軸３２０は停止あるいは加圧保持に伴い微小移動させ、オフセット軸３３０を駆動して接合ツール３０１をワーク３０２の表面方向に移動させるオフセット動作を行う。オフセット動作では、接合ツール３０１にワーク３０２から加圧力が作用すると共に、接合ツール３０１がオフセット移動するのに伴って、ワーク３０２からの反力であるオフセット荷重が接合ツール３０１にその移動方向と逆方向に作用する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特公平１−４４９２５号公報
【特許文献２】特開２００４−１７１２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、特許文献１に記載の直動案内軸受は、図１５に示すように、２つのスライダ２２０に対して外部荷重としてヨーイングモーメントＭｙが作用するような条件下で使用した場合に、スライダ２２０の案内方向の端部において転動体の面圧が上昇し、短寿命になるという問題があった。ここでヨーイングモーメントＭｙとは、一対のスライダ２２０含む平面に対して垂直で、且つ、一対のスライダ２２０間の中心（つまり、案内方向である軸方向及び案内方向と直交する幅方向における中心）ＰＨを通る軸のまわりに両スライダ２２０を回転させるモーメントである。また、転動体の寿命を延ばすには、各スライダ２２０の長さを延長することが有効であるが、そうすると、直動案内装置の大型化を招いてしまい、コストアップや装置全体の大型化につながる問題があった。
【００１１】
例えば、特許文献２に示すような摩擦撹拌接合装置のオフセット軸３３０の直線案内手段として、図１４及び図１５に示すような分離スライダを有するタイプの直動案内軸受を使用した場合、オフセット動作において、オフセット軸３３０の直動案内軸受に、加圧力及びオフセット荷重に起因するヨーイングモーメントが作用するため、直動案内軸受のスライダの端部において転動体の面圧が上昇し、短寿命となる虞があった。
【００１２】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、スライダの長さを延長することなく、コンパクトな形態で、耐ヨーイングモーメント性の向上を図った直動案内軸受を提供すること、及び、その直動案内軸受を使用した摩擦撹拌接合装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前述した目的を達成するために、請求項１の発明の直動案内軸受は、直線状に延びる少なくとも１つの案内レールと、前記案内レールを挟む一対のスライダと、前記案内レールと前記各スライダの対向面に形成された転動面間に配設され、前記各スライダと前記案内レールとの相対移動を可能にする複数の転動体と、前記一対のスライダが共に固定されたテーブルと、を備え、
前記一対のスライダが、前記案内レールによる案内方向の各中心位置を互いに案内方向にずらして前記テーブルに固定されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１に記載の直動案内軸受において、
前記スライダの前記案内方向における両端にエンドキャップが取り付けられ、
前記案内レールの転動面と前記各スライダの転動面との間に前記転動体が転動しながら移動する転動通路が形成され、
前記スライダとエンドキャップとによって前記転動通路を経路の一部として含む転動体の循環経路が形成され、
その循環経路を循環するように前記転動体が収容されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項３の発明の摩擦撹拌接合装置は、接合ツールをワークに押し付けつつ回転させることにより、前記接合ツールとワークの接触点に摩擦熱を発生させて当該接触点の周囲の材料を軟化させると共に撹拌し、それにより前記接合ツールを前記ワークに没入させ、没入後、前記接合ツールをワークの表面方向に移動させることで前記ワークを線状に接合する摩擦撹拌接合装置であって、
前記接合ツールをその軸線まわりに回転させる旋回軸と、
前記接合ツールを前記ワークに接近／離間させる加圧軸と、
前記接合ツールを前記加圧軸の軸線と直交する方向であるワークの表面方向に移動させるオフセット軸と、を備え、
前記オフセット軸の直線案内手段として、請求項１または２に記載の直動案内軸受が使用され、
前記加圧軸の直線案内手段の固定側部材がベースに固定されると共に、前記加圧軸の直線案内手段の可動側部材上に前記直動案内軸受の案内レールが固定され、
前記直動案内軸受のテーブル上に前記旋回軸が配置されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項３に記載の摩擦撹拌接合装置において、
前記加圧軸の直線案内手段及び直線駆動手段として、
断面が略Ｕ字状に形成された前記固定側部材としての案内レールと、前記案内レールのＵ字状の凹部内に配置された前記可動側部材としてのスライダと、前記案内レールと前記スライダの間に配置された複数の転動体と、を備え、前記案内レールは、前記スライダと対向配置される各袖部の内側面に転動面を有し、前記スライダは、前記案内レールの前記転動面に対向配置される転動面を有しており、前記案内レールの転動面と前記スライダの転動面との間に前記転動体が介在され、それにより前記スライダと前記案内レールとが相対的に移動可能とされた直動案内軸受と、
前記案内レールと平行に形成されたボールねじナットと、前記ボールねじナットを貫通するボールねじ軸と、前記ボールねじナットの螺旋溝と前記ボールねじ軸の螺旋溝との間に配置された複数のボールと、を備えるボールねじとを、備え、
前記ボールねじナットを前記スライダに備えた一体化したボールねじ一体型直動案内ユニットが使用されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、案内レールを挟む一対のスライダを、案内方向に互いに位置をずらして配置しているので、テーブルに一方向のヨーイングモーメントが作用した場合にも、スライダの端部における転動体に作用する面圧を抑制することができる。従って、互いに分離された各スライダの長さを延長することなく、耐ヨーイングモーメント性の向上が図れるようになり、本直動案内軸受を装備する装置や機械のコンパクト化に貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態の直動案内軸受を含む摩擦撹拌接合装置の側面図である。
【図２】図１の摩擦撹拌接合装置の加圧軸に利用されているボールねじ一体型直動案内ユニットの断面図である。
【図３】図１の摩擦撹拌接合装置のオフセット軸の直線案内手段として使用されている直動案内軸受の断面図である。
【図４】図３の直動案内軸受の要部構成を示す平面図である。
【図５】摩擦撹拌接合装置の正面図である。
【図６】直動案内軸受の一対のスライダと接合ツールの中心軸との関係を示す平面図である。
【図７】摩擦撹拌接合装置において、押し込み動作時の直動案内軸受の各スライダに作用する面圧の分布を示す図である。
【図８】摩擦撹拌接合装置において、オフセット動作時の直動案内軸受の各スライダに作用する面圧の分布を示す図である。
【図９】本発明の実施形態に対する比較例を示す図で、図６に対応した平面図である。
【図１０】図９の構成の摩擦撹拌接合装置において、押し込み動作時の直動案内軸受の各スライダに作用する面圧の分布を示す図である。
【図１１】図９の構成の摩擦撹拌接合装置において、オフセット動作時の直動案内軸受の各スライダに作用する面圧の分布を示す図である。
【図１２】変形例に係る摩擦撹拌接合装置の正面図である。
【図１３】図１２における直動案内軸受の一対のスライダと接合ツールの中心軸との関係を示す平面図である。
【図１４】特許文献１に記載の直動案内軸受の断面図である。
【図１５】図１４の直動案内軸受の上面図である。
【図１６】特許文献２に記載の摩擦撹拌接合装置の一例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態の直動案内軸受を含む摩擦撹拌接合装置の側面図、図２は図１の摩擦撹拌接合装置の加圧軸に利用されているボールねじ一体型直動案内ユニットの断面図、図３は図１の摩擦撹拌接合装置のオフセット軸の直線案内手段として使用されている直動案内軸受の断面図、図４は図３の直動案内軸受の要部構成を示す平面図、図５は摩擦撹拌接合装置の正面図、図６は直動案内軸受の一対のスライダと接合ツールの中心軸との関係を示す平面図である。
【００２０】
図１に示すように、この摩擦撹拌接合装置Ｍには、摩擦撹拌接合のための接合ツール１をワークに接近／離間させる加圧軸２と、接合ツール１を加圧軸２と略直交する方向に移動させるオフセット軸３と、接合ツール１をその中心軸Ｑ（図５参照）まわりに回転させる旋回軸４とが設けられている。ここで、加圧軸２は、互いに直交するＸ軸とＹ軸のうちのＸ軸として設定され、オフセット軸３はＹ軸として設定されている。
【００２１】
図２に示すように、加圧軸２は、ボールねじ一体型直動案内ユニット１０Ａによって構成されており、ボールねじ一体型直動案内ユニット１０Ａは、Ｘ軸に沿って配された直動案内軸受１１Ａ（直線案内手段）とボールねじ１２Ａ（直線駆動手段）の組み合わせで構成されている。
【００２２】
この直動案内軸受１１Ａは、断面が略Ｕ字状に形成された直線状の案内レール１３（固定側部材）と、案内レール１３のＵ字状の凹部内に配置されたスライダ１４（可動側部材）と、案内レール１３とスライダ１４の間に配置された複数の転動体１５と、を備えている。案内レール１３は、スライダ１４と対向配置される各袖部１３Ａの内側面に転動面１６Ａを有し、スライダ１４は、案内レール１３の転動面１６Ａに対向配置される転動面１６Ｂを有しており、案内レール１３の転動面１６Ａとスライダ１４の転動面１６Ｂとの間に転動体（本実施形態ではコロ）１５が介在され、それにより、スライダ１４と案内レール１３とが相対的に直線移動可能とされている。なお、転動体として、コロの代わりにボールを用いてもよい。
【００２３】
この場合、案内レール１３の転動面１６Ａとスライダ１４の転動面１６Ｂとの間に、転動体１５の移動する転動通路１６Ｃが左右それぞれ上下に二列、即ち全体で二対四列形成される。スライダ１４に、転動体１５の戻し通路１６Ｄと、戻し通路１６Ｄと転動通路１６とを連通する方向転換路（図示略）とが形成され、転動体１５が、転動通路１６と方向転換路と戻し通路１６Ｄとから構成される無限循環路を循環するようになっている。
【００２４】
また、ボールねじ１２Ａは、直動案内軸受１１Ａの案内レール１３と平行に形成されたボールねじナット１７と、ボールねじナット１７を貫通するボールねじ軸１８と、ボールねじナット１７の螺旋溝とボールねじ軸１８の螺旋溝との間に配置された複数のボール１９とを備えている。そして、ボールねじ１２Ａの要素であるボールねじナット１７を、直動案内軸受１１Ａの要素であるスライダ１４に直接形成することにより、ボールねじ１２Ａと直動案内軸受１１Ａとを一体に備えたボールねじ一体型直動案内ユニット１０Ａが構成されている。
【００２５】
また、オフセット軸３は、図３に示す直線案内手段としての直動案内軸受１１Ｂと、図１に簡単に示す直線駆動手段としてのボールねじユニット１２Ｂとから構成されている。
【００２６】
このオフセット軸３の直動案内軸受１１Ｂは、加圧軸２の直動案内軸受１１Ａと違って、分離スライダタイプのものであり、ベース部材２０Ａの幅方向両側に一対のレールブロック２１を取り付けて構成された直線状の案内レール２０と、この案内レール２０を挟むように配された一対のスライダ（ベアリングブロックとも呼ばれる）２２と、案内レール２０の各レールブロック２１と各スライダ２２の対向面に形成された転動面２６Ａ、２６Ｂ間に配設され、各スライダ２２と案内レール２０との相対移動を可能にする複数の転動体２５（本実施形態ではボール）と、一対のスライダ２２が共に固定されたテーブル２３とを備えている。そして、案内レール２０のベース部材２０Ａが、加圧軸２を構成するボールねじ一体型直動案内ユニット１０Ａのスライダ１４にボルト等の結合手段により結合されている。
【００２７】
各スライダ２２の案内方向（Ｙ軸方向）における両端にはエンドキャップ２８が取り付けられている。また、レールブロック２１の転動面２６Ａと各スライダ２２の転動面２６Ｂとの間には、転動体２５が転動しながら移動する転動通路２６Ｃが形成され、スライダ２２とエンドキャップ２８とによって、転動通路２６を経路の一部として含む転動体の循環経路２６Ｄが形成されており、その循環経路２６Ｄを循環するように転動体２５が収容されている。なお、転動体２５は、各スライダ２２ごとに１列に設けられているが、図１４の従来例のように２列あるいはそれ以上の例に設けられていてもよい。また、転動体２５として、ボールの代わりにコロを用いてもよい。
【００２８】
また、一対のスライダ２２は、図４に示すように、案内レール２０の案内方向に沿って略同一長さに設定され、Ｙ軸方向の各中心位置を互いにＹ軸方向にずらしてテーブル２３に固定されている。各スライダ２２のＹ軸方向の中心位置を通ってＸ軸に平行な線をＰＡ、ＰＢとし、線ＰＡ、ＰＢの中間点を通るＸ軸方向に平行な線をＰＸとすると、ＰＸとＰＡ間の距離及びＰＸとＰＢ間の距離は共にＬｓになっている。また、両スライダ２２のＸ軸方向における中間点を通るＹ軸方向に平行な線をＰＹとすると、線ＰＸと線ＰＹの交点ＰＨが、直動案内軸受１１Ｂの中心として定義されている。
【００２９】
本実施形態の場合、両スライダ２２には、図４中の反時計回りのヨーイングモーメントＭｙが作用する前提となっており、ヨーイングモーメントＭｙの作用する方向にスライダ２２が互いにずれている。具体的には、図５及び図６に示すように、両スライダ２２はＹ軸方向に並んでおり、接合ツール１に近い方のスライダ２２が、線ＰＸに対してオフセット動作の進行方向ＹＡと逆方向に寸法Ｌｓだけずれて配置され、接合ツール１に遠い方のスライダ２２が、線ＰＸに対してオフセット動作の進行方向に寸法Ｌｓだけずれ配置されている。
【００３０】
また、図３に示すように、テーブル２３が断面略Ｕ字状に形成されており、その幅方向両端の袖部２３Ａ、２３Ａの内側に一対のスライダ２２が収容され、一方の袖部２３Ａとスライダ２２の間に、スライダ２２に予圧を与える２つのテーパギブ４９がテーパ面を当接させて設けられている。なお、図１４の従来例のようにテーブル２３にボルトを装着し、このボルトによってスライダ２２に予圧を付与してもよい。
【００３１】
一方、オフセット軸３の直線駆動手段であるボールねじユニット１２Ｂは、加圧軸２の場合と違って、直動案内軸受１１Ｂとは別の箇所に設けられている。このボールねじユニット１２Ｂも、図５に示すように、直動案内軸受１１Ｂと平行に配されたボールねじナット１７と、ボールねじナット１７を貫通するボールねじ軸１８と、ボールねじナット１７の螺旋溝とボールねじ軸１８の螺旋溝との間に配置された複数のボールとを備えている。そして、ボールねじ軸１８及びオフセット軸モータ４３が、直動案内軸受１１Ｂのテーブル２３側に取り付けられ、ボールねじナット１７が直動案内軸受１１Ｂの案内レール２０側に設けられている。オフセット軸３のボールねじユニット１２Ｂは、ベルト４１Ｂを介してオフセット軸モータ４３により駆動される。
【００３２】
これにより互いに直交する加圧軸２としてのＸ軸とオフセット軸３としてのＹ軸の２軸が構成されている。
【００３３】
以上のように構成された摩擦撹拌接合装置Ｍは、図１に示すように、接合ツール１をワークに押し付けつつ回転させることにより、接合ツール１とワークの接触点に摩擦熱を発生させて当該接触点の周囲の材料を軟化させると共に撹拌し、それにより接合ツール１をワークに没入させ、没入後、接合ツール１をワークの表面方向（Ｙ軸方向）に移動させることで、ワークを線状に接合するものである。
【００３４】
加圧軸２は、接合ツール１を加圧軸２の軸線方向に移動してワークに接近／離間させる。また、オフセット軸３は、接合ツール１を加圧軸２と直交する方向（Ｙ軸）に移動させる。加圧軸２を構成するボールねじ一体型直動案内ユニット１０Ａの案内レール１３は、ベースであるＣ字形のアーム５０の基端にプレート５８を介して固定され、オフセット軸３を構成する直動案内軸受１１Ｂのテーブル２３に、ブラケット４８を介して接合ツール１を回転自在に装着したスピンドル３０が固定されている。また、加圧軸２のスライダ１４は、加圧軸２のボールねじ１２Ａによって駆動される。なお、加圧軸２のボールねじ軸１８は、ベルト４１Ａを介して加圧軸モータ４２によって駆動される。
【００３５】
接合ツール１は、旋回軸４を構成するスピンドル３０によってツールホルダ３５を介して回転自在に保持され、円柱状のツール基部１ａと、ツール基部下端面のショルダ部１ｂから下方に突出するツール基部１ａより小さい外径のツールピン１ｃと、を備えて構成されている。スピンドル３０は、軸受３１を収容するスピンドルハウジング３２と、軸受３１と、軸受３１によって回転可能に保持されたスピンドルシャフト３３とによって構成され、スピンドルシャフト３３の接合ツール１側には、接合ツール１を着脱可能に保持するツールホルダ３５が設けられている。スピンドルシャフト３３は、カップリング３４を介して旋回軸モータ４４に直結され、旋回軸モータ４４によって回転駆動される。なお、スピンドル３０と旋回軸モータ４４は、ブラケット４８がオフセット軸３のテーブル２３に所定の傾斜角度αで固定されることにより、加圧軸２の軸線に対して傾いている。
【００３６】
これにより、接合ツール１の中心軸Ｑは、図５に示すように、直動案内軸受１１Ｂの中心ＰＨを通り、加圧軸２の軸線に対する傾斜角度がαとなっている。傾斜の方向は、図５に示すように、オフセット動作において、接合ツール１をオフセット（進行）させる方向である。このように接合ツール１を傾斜させることにより、オフセット動作時の接合ツール１の進行方向に対して、接合ツール１のショルダ部１ｂをワークに対して向い角を持って接触させることができる。それにより、流動化したワークの材料が、接合ツール１のショルダ部１ｂに対してクサビ状に流れ込む作用が発生し、加圧軸２を大きく移動することなく、加圧力を保持することができるようになる。
【００３７】
加圧軸２の案内レール１３が固定されたＣ字形のアーム（ベース）５０の先端には、加圧力検出手段５１及び裏当て部材５２が設けられている。そして、接合ツール１と裏当て部材５２の間にワークを挟むことで、ワークに対して接合ツール１により加圧力を作用させることができるようになっている。
【００３８】
次に接合時の動作と動作中に作用する力の関係について説明する。
接合ツール１は、旋回軸モータ４４を駆動することにより高速回転する。接合ツール１をワークに没入させる押し込み動作においては、加圧軸モータ４２を駆動し、ベルト４１Ａを介して加圧軸２のボールねじ軸１８を回転させることにより、加圧軸２のスライダ１４を下方に移動させる。加圧軸２のスライダ１４を下方に移動させて、オフセット軸３やスピンドル３０を介して、接合ツール１をＸ軸方向下方に移動させ、高速回転させながらワークに接合ツール１を押し付けると、その接触点及びその周囲でワークの材料が軟化し撹拌される。そして、撹拌しながら所定の深さまで接合ツール１をワークに没入させる。次に接合ツール１をワークの所定の深さまで没入後、加圧軸２を停止あるいは加圧保持に伴い微小移動させながら、オフセット動作を行う。
【００３９】
オフセット動作においては、オフセット軸モータ４３を駆動し、ベルト４１Ｂを介してオフセット軸３のボールねじ軸１８を回転させることにより、オフセット軸３のスライダ２２と共にテーブル２３を移動させる。テーブル２３を移動させると、スピンドル３０と共に接合ツール１がＹ軸方向（ＹＡ方向）に移動する。この動きにより、ワークに対する接合ツール１の接触点や撹拌領域が移動し、線状にワークが接合される。所定のオフセット距離を移動した後は、加圧軸２のボールねじ軸１８を先程とは逆方向に回転させることにより、接合ツール１をＸ軸方向上方に移動させワークから離脱させる。このように、押し込み動作とオフセット動作により摩擦撹拌接合が行われる。
【００４０】
図７は、本実施形態の摩擦撹拌接合装置Ｍの押し込み動作時のオフセット軸３の直動案内軸受１１Ｂの各スライダ２２に作用する面圧の分布を示す図、図８は、本実施形態の摩擦撹拌接合装置Ｍのオフセット動作時のオフセット軸３の直動案内軸受１１Ｂの各スライダ２２に作用する面圧の分布を示す図である。また、図９は本実施形態の摩擦撹拌接合装置Ｍに対する比較例として、一対のスライダ２２の位置をＹ軸方向にずらさない場合の摩擦撹拌接合装置の例を示しており、図１０はその摩擦撹拌接合装置の押し込み動作時のオフセット軸の直動案内軸受の各スライダ２２に作用する面圧の分布を示す図、図１１はその摩擦撹拌接合装置がオフセット動作時のオフセット軸の直動案内軸受の各スライダ２２に作用する面圧の分布を示す図である。図７、８及び図１０、１１においては、レールブロック２１とスライダ２２の境界面における垂直線の長さが長いほど面圧が高いことを表している。
【００４１】
まず、図７を用いて、本実施形態の摩擦撹拌接合装置Ｍが押し込み動作を行っている時の面圧について述べる。
押し込み動作時には、接合ツール１をワークに没入させる動作に伴い、加圧軸２のスライダ１４に反力として加圧力Ｆが作用する。この加圧力Ｆの作用点（接合ツール１の中心軸位置）は、オフセット軸３のスライダ２２に対し、取り付け面法線方向（矢印Ｚ方向、以下取り付け面法線方向とも呼ぶ。）に離れているので、テーブル２３及びスライダ２２にはＹ軸まわりのモーメントであるローリングモーメントが作用するが、比較例の場合もその点は同じであるので、ここでは簡便のためローリングモーメントの影響は考慮していない。
【００４２】
この押し込み動作時（オフセット動作開始時）には、加圧軸２のスライダ１４にヨーイングモーメントＭｘ１（不図示）が作用しないようにすることが望ましいため、接合ツール１の中心軸Ｑが、加圧軸２のスライダ中心軸上を通るように配置されている。つまり、加圧軸２とオフセット軸３とに垂直な方向（Ｚ方向）から見て、加圧軸３の軸線と接合ツール１の中心軸Ｑが重なるようになっている。従って、接合ツール１の中心軸Ｑ上を通るように設定された直動案内軸受１１Ｂの中心ＰＨは、加圧軸３の軸線上に位置している。このように設定した場合、加圧軸２のスライダ１４に、加圧力ＦによるヨーイングモーメントＭｘ１が作用しないので、オフセット動作開始時には転動体１５の面圧がスライダ両端部において低減し、加圧軸２のスライダ１４の寿命が延びる。
【００４３】
この押し込み動作においては、図７と図１０を比較すると分かるように、比較例よりも本摩擦撹拌接合装置Ｍの方が、スライダ端部における面圧が上昇する。これは、２つのスライダ２２の各中心位置を互いにＹ軸方向にずらして配置したことで、転動体２５に対する荷重のアンバランスによりモーメントが内力として作用したからである。しかし、押し込み動作時においては、オフセット軸３は停止しているので、スライダ端部の面圧が上昇しても、転がり寿命の観点から寿命低下は起こらない。
【００４４】
また、図８及び図１１に示すオフセット動作時においては、接合ツール１にオフセット方向（進行方向）と逆方向のオフセット荷重Ｆｙが作用するので、スライダ２２には、オフセット荷重ＦｙによるヨーイングモーメントＭｙが作用する。ここで、ヨーイングモーメントＭｙとは、直動案内軸受１１Ｂの中心ＰＨのまわりに両スライダ２２を回転させるモーメントである。このようなヨーイングモーメントＭｙが作用する条件において、図１１の比較例よりも、図９の本摩擦撹拌接合装置のほうがスライダ端部における面圧が低減することが分かる。
【００４５】
これは、図中上側のスライダ２２においては、図中左側にある転動体２５の方が右側にある転動体２５より面圧が高く、図中下側のスライダ２５においては、図中右側にある転動体２５の方が図中左側にある転動体２５より面圧が高くなるが、スライダ２２の中心位置をずらしたことにより、面圧の高い側の転動体２５の数が増え、１つの転動体２５が支える荷重が低減したからである。１つ当たりの転動体２５の荷重が低減することで、スライダ２２の面圧が低減したことが分かる。
【００４６】
以上の面圧の関係は、図１２及び図１３に変形例として示す、ブラケット４８がオフセット軸３のテーブル２３に傾斜角度をつけずに固定された場合、つまり接合ツール１の中心軸Ｑが加圧軸２の軸線に対し平行に配置した場合も同様である。
【００４７】
以上のように、本実施形態の直動案内軸受１１Ｂを組み込んだ摩擦撹拌接合装置Ｍによれば、直動案内軸受１１Ｂの案内レール２０を挟む一対のスライダ２２を、Ｙ軸方向に互いに位置をずらして配置しているので、テーブル２３にヨーイングモーメントＭｙが作用した場合にも、スライダ２２の端部における転動体２５に作用する面圧を抑制することができる。例えば、本摩擦撹拌接合装置Ｍでは、オフセット軸３の直線案内手段として直動案内軸受１１Ｂを使用しているので、摩擦撹拌接合Ｍのオフセット動作時に、直動案内軸受１１ＢのヨーイングモーメントＭｙに起因するスライダ端部の面圧を低減することができ、直動案内軸受１１Ｂの寿命を延ばすことができる。従って、互いに分離された各スライダ２２の長さを延長することなく、一方向の耐ヨーイングモーメント性の向上が図れるようになり、摩擦撹拌接合装置Ｍのコンパクト化に貢献することができる。
【００４８】
また、接合ツール１をその軸線方向に移動する加圧軸２に、直動案内軸受１１Ａとボールねじ１２Ａを一体化したボールねじ一体型直動案内ユニット１０Ａを使用しているので、装置のコンパクト化及びシンプル化を一層図ることができる。
【００４９】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
【００５０】
例えば、上記実施形態では、案内レール２０を、ベース部材２０Ａの両側にレールブロック２１を取り付けた構成にしているが、ベース部材２０Ａとレールブロック２１を一体加工して案内レールとしてもよい。また、上記実施形態では、案内レール２０を、ベース部材２０Ａの両側に一対のレールブロック２１を取り付けた構成にしているが、一対のレールブロック２１を１つのレールブロックとして両側を転動面としてもよい。
【００５１】
また、上記実施形態では、案内レール２０をＹ軸方向に固定し、スライダ２２を固定したテーブル２３がＹ軸方向に可動である場合を示したが、逆であっても良い。つまり、スライダ２２側が固定側であり、案内レール２０側が動く場合でも良い。
【００５２】
また、上記実施形態では、加圧軸２に、ボールねじナット１７とスライダ１４が一体となったボールねじ一体型直動案内ユニット１０Ａを採用した場合を示したが、ボールねじナット１７とスライダ１４を別部品とし、直動案内軸受１１Ａとボールねじ１２Ａを別機構として組み合わせてもよい。
【００５３】
また、上記実施形態では、直動案内軸受１１Ｂの転動体２５をボールで構成したが、コロとしてもよく、直動案内軸受１１Ｂを転動体２５を循環させる機構を備えない非循環方式の直動案内軸受としてもよい。さらに、レールブロック２１の外周面に互いに直交する第１傾斜軌道面と第２傾斜軌道面とからなる断面が直角二等辺三角形状の外方軌道凹溝を設け、スライダ２２の内周面に互いに直交する第３傾斜軌道面と第４傾斜軌道面とからなる断面が直角二等辺三角形状の内方軌道凹溝を設け、第１と第４傾斜軌道面にそれぞれ転接する複数の第１のコロを設け、さらに、隣り合う第１のコロの間に位置して第２と第３傾斜軌道面に転接する第１のコロと同数の第２のコロを設けて、クロスローラタイプの直動装置としてもよい。
【符号の説明】
【００５４】
Ｍ 摩擦撹拌接合装置
ＰＡ，ＰＢ スライダのＹ軸方向の中心を通るＸ軸方向に平行な線
ＰＨ 直動案内軸受の中心
１ 接合ツール
２ 加圧軸
３ オフセット軸
４ 旋回軸
１０Ａ ボールねじ一体型直動案内ユニット（加圧軸、Ｘ軸）
１１Ａ，１１Ｂ 直動案内軸受
１２Ａ ボールねじ
１２Ｂ ボールねじユニット
１３ 案内レール
１３Ａ 袖部
１４ スライダ
１５ 転動体
１６Ｃ 転動通路
１６Ａ，１６Ｂ 転動面
１７ ボールねじナット
１８ ボールねじ軸
１９ ボール
２０ 案内レール
２２ スライダ
２３ テーブル
２５ 転動体
２６Ａ，２６Ｂ 転動面
４２ 加圧軸モータ
４３ オフセット軸モータ
４４ 旋回軸モータ
４８ 旋回軸ブラケット
４９ テーパギブ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分離タイプのスライダを有する直動案内軸受、及び、その直動案内軸受をオフセット軸の直線案内手段として用いた摩擦撹拌接合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
分離タイプのスライダを用いた直動案内軸受の従来例として、特許文献１に記載のものが知られている。
【０００３】
図１４は特許文献１に記載された直動案内軸受の断面図、図１５はその上面図である。図１４に示すように、この直動案内軸受では、ベース部材２１１の幅方向の両側にレールブロック２１２が取り付けられることで案内レール２１０が構成されており、その案内レール２１０を挟むように一対のスライダ２２０が配設され、それら一対のスライダ２２０が共に１つのテーブル２３０に固定されている。案内レール２１０の各レールブロック２１２と各スライダ２２０の対向面には転動面２４５Ａ、２４５Ｂがそれぞれ形成されており、それら転動面２４５Ａ、２４５Ｂ間に、スライダ２２０と案内レール２１０との相対移動を可能にする複数の転動体（ボール）２４０が配設されている。
【０００４】
転動体２４０は、各スライダ２２０ごとに２列に設けられており、各列の転動体２４０が、それぞれのスライダ２２０に形成された循環通路２４６を循環するようになっている。また、一対のスライダ２２０は、案内レール２１０の案内方向に沿って同一長さに設定され、案内レール２１０の幅方向に対称的に配されている。また、テーブル２３０には予圧を与えるボルト２５０が配されており、このボルト２５０によって、案内レール２１０を挟むようにスライダ２２０に予圧が付与されている。
【０００５】
また、特許文献２には、接合ツールをワークに押し付けつつ回転させることにより、接合ツールとワークの接触点に摩擦熱を発生させて接触点の周囲の材料を軟化させると共に撹拌し、それにより接合ツールをワークに没入させ、没入後、接合ツールをワークの表面方向に移動させることでワークを線状に接合する摩擦撹拌接合方法及び装置が記載されている。
【０００６】
図１６は特許文献２に記載の摩擦撹拌接合装置を示している。この摩擦撹拌接合装置は、接合ツール３０１をその軸線まわりに回転させる旋回軸３１０と、接合ツール３０１をその軸線方向に移動してワーク３０２に接近／離間させる加圧軸３２０と、接合ツール３０１を加圧軸３２０の軸線と直交する方向であるワーク３０２の表面方向に移動させるオフセット軸３３０と、を備えている。この装置では、接合ツール３０１をオフセット移動させるオフセット軸３３０のスライダの上に加圧軸３２０が載っており、加圧軸３２０のスライダの上に旋回軸３１０が載っている。
【０００７】
この摩擦撹拌接合装置でワーク３０２の接合を行う場合、接合ツール３０１をワーク３０２に没入させる押し込み動作では、接合ツール３０１を旋回軸３１０で回転させながら加圧軸３２０でワーク３０２に押し付け、所定の深さまで接合ツール３０１をワーク３０２に没入させる。ワーク３０２に接合ツール３０１を没入させる際、接合ツール３０１にはワーク３０２から加圧力が接合ツール３０１の中心軸に沿って作用する。なお、押し込み動作においてオフセット軸３３０は停止している。
【０００８】
接合ツール３０１をワーク３０２の所定深さまで没入した後は、加圧軸３２０は停止あるいは加圧保持に伴い微小移動させ、オフセット軸３３０を駆動して接合ツール３０１をワーク３０２の表面方向に移動させるオフセット動作を行う。オフセット動作では、接合ツール３０１にワーク３０２から加圧力が作用すると共に、接合ツール３０１がオフセット移動するのに伴って、ワーク３０２からの反力であるオフセット荷重が接合ツール３０１にその移動方向と逆方向に作用する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特公平１−４４９２５号公報
【特許文献２】特開２００４−１７１２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、特許文献１に記載の直動案内軸受は、図１５に示すように、２つのスライダ２２０に対して外部荷重としてヨーイングモーメントＭｙが作用するような条件下で使用した場合に、スライダ２２０の案内方向の端部において転動体の面圧が上昇し、短寿命になるという問題があった。ここでヨーイングモーメントＭｙとは、一対のスライダ２２０含む平面に対して垂直で、且つ、一対のスライダ２２０間の中心（つまり、案内方向である軸方向及び案内方向と直交する幅方向における中心）ＰＨを通る軸のまわりに両スライダ２２０を回転させるモーメントである。また、転動体の寿命を延ばすには、各スライダ２２０の長さを延長することが有効であるが、そうすると、直動案内装置の大型化を招いてしまい、コストアップや装置全体の大型化につながる問題があった。
【００１１】
例えば、特許文献２に示すような摩擦撹拌接合装置のオフセット軸３３０の直線案内手段として、図１４及び図１５に示すような分離スライダを有するタイプの直動案内軸受を使用した場合、オフセット動作において、オフセット軸３３０の直動案内軸受に、加圧力及びオフセット荷重に起因するヨーイングモーメントが作用するため、直動案内軸受のスライダの端部において転動体の面圧が上昇し、短寿命となる虞があった。
【００１２】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、スライダの長さを延長することなく、コンパクトな形態で、耐ヨーイングモーメント性の向上を図った直動案内軸受を提供すること、及び、その直動案内軸受を使用した摩擦撹拌接合装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前述した目的を達成するために、請求項１の発明の直動案内軸受は、直線状に延びる少なくとも１つの案内レールと、前記案内レールを挟む一対のスライダと、前記案内レールと前記各スライダの対向面に形成された転動面間に配設され、前記各スライダと前記案内レールとの相対移動を可能にする複数の転動体と、前記一対のスライダが共に固定されたテーブルと、を備え、
前記一対のスライダが、前記案内レールによる案内方向の各中心位置を互いに案内方向にずらして前記テーブルに固定されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１に記載の直動案内軸受において、
前記スライダの前記案内方向における両端にエンドキャップが取り付けられ、
前記案内レールの転動面と前記各スライダの転動面との間に前記転動体が転動しながら移動する転動通路が形成され、
前記スライダとエンドキャップとによって前記転動通路を経路の一部として含む転動体の循環経路が形成され、
その循環経路を循環するように前記転動体が収容されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項３の発明の摩擦撹拌接合装置は、接合ツールをワークに押し付けつつ回転させることにより、前記接合ツールとワークの接触点に摩擦熱を発生させて当該接触点の周囲の材料を軟化させると共に撹拌し、それにより前記接合ツールを前記ワークに没入させ、没入後、前記接合ツールをワークの表面方向に移動させることで前記ワークを線状に接合する摩擦撹拌接合装置であって、
前記接合ツールをその軸線まわりに回転させる旋回軸と、
前記接合ツールを前記ワークに接近／離間させる加圧軸と、
前記接合ツールを前記加圧軸の軸線と直交する方向であるワークの表面方向に移動させるオフセット軸と、を備え、
前記オフセット軸の直線案内手段として、請求項１または２に記載の直動案内軸受が使用され、
前記加圧軸の直線案内手段の固定側部材がベースに固定されると共に、前記加圧軸の直線案内手段の可動側部材上に前記直動案内軸受の案内レールが固定され、
前記直動案内軸受のテーブル上に前記旋回軸が配置されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項３に記載の摩擦撹拌接合装置において、
前記加圧軸の直線案内手段及び直線駆動手段として、
断面が略Ｕ字状に形成された前記固定側部材としての案内レールと、前記案内レールのＵ字状の凹部内に配置された前記可動側部材としてのスライダと、前記案内レールと前記スライダの間に配置された複数の転動体と、を備え、前記案内レールは、前記スライダと対向配置される各袖部の内側面に転動面を有し、前記スライダは、前記案内レールの前記転動面に対向配置される転動面を有しており、前記案内レールの転動面と前記スライダの転動面との間に前記転動体が介在され、それにより前記スライダと前記案内レールとが相対的に移動可能とされた直動案内軸受と、
前記案内レールと平行に形成されたボールねじナットと、前記ボールねじナットを貫通するボールねじ軸と、前記ボールねじナットの螺旋溝と前記ボールねじ軸の螺旋溝との間に配置された複数のボールと、を備えるボールねじとを、備え、
前記ボールねじナットを前記スライダに備えた一体化したボールねじ一体型直動案内ユニットが使用されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、案内レールを挟む一対のスライダを、案内方向に互いに位置をずらして配置しているので、テーブルに一方向のヨーイングモーメントが作用した場合にも、スライダの端部における転動体に作用する面圧を抑制することができる。従って、互いに分離された各スライダの長さを延長することなく、耐ヨーイングモーメント性の向上が図れるようになり、本直動案内軸受を装備する装置や機械のコンパクト化に貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態の直動案内軸受を含む摩擦撹拌接合装置の側面図である。
【図２】図１の摩擦撹拌接合装置の加圧軸に利用されているボールねじ一体型直動案内ユニットの断面図である。
【図３】図１の摩擦撹拌接合装置のオフセット軸の直線案内手段として使用されている直動案内軸受の断面図である。
【図４】図３の直動案内軸受の要部構成を示す平面図である。
【図５】摩擦撹拌接合装置の正面図である。
【図６】直動案内軸受の一対のスライダと接合ツールの中心軸との関係を示す平面図である。
【図７】摩擦撹拌接合装置において、押し込み動作時の直動案内軸受の各スライダに作用する面圧の分布を示す図である。
【図８】摩擦撹拌接合装置において、オフセット動作時の直動案内軸受の各スライダに作用する面圧の分布を示す図である。
【図９】本発明の実施形態に対する比較例を示す図で、図６に対応した平面図である。
【図１０】図９の構成の摩擦撹拌接合装置において、押し込み動作時の直動案内軸受の各スライダに作用する面圧の分布を示す図である。
【図１１】図９の構成の摩擦撹拌接合装置において、オフセット動作時の直動案内軸受の各スライダに作用する面圧の分布を示す図である。
【図１２】変形例に係る摩擦撹拌接合装置の正面図である。
【図１３】図１２における直動案内軸受の一対のスライダと接合ツールの中心軸との関係を示す平面図である。
【図１４】特許文献１に記載の直動案内軸受の断面図である。
【図１５】図１４の直動案内軸受の上面図である。
【図１６】特許文献２に記載の摩擦撹拌接合装置の一例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態の直動案内軸受を含む摩擦撹拌接合装置の側面図、図２は図１の摩擦撹拌接合装置の加圧軸に利用されているボールねじ一体型直動案内ユニットの断面図、図３は図１の摩擦撹拌接合装置のオフセット軸の直線案内手段として使用されている直動案内軸受の断面図、図４は図３の直動案内軸受の要部構成を示す平面図、図５は摩擦撹拌接合装置の正面図、図６は直動案内軸受の一対のスライダと接合ツールの中心軸との関係を示す平面図である。
【００２０】
図１に示すように、この摩擦撹拌接合装置Ｍには、摩擦撹拌接合のための接合ツール１をワークに接近／離間させる加圧軸２と、接合ツール１を加圧軸２と略直交する方向に移動させるオフセット軸３と、接合ツール１をその中心軸Ｑ（図５参照）まわりに回転させる旋回軸４とが設けられている。ここで、加圧軸２は、互いに直交するＸ軸とＹ軸のうちのＸ軸として設定され、オフセット軸３はＹ軸として設定されている。
【００２１】
図２に示すように、加圧軸２は、ボールねじ一体型直動案内ユニット１０Ａによって構成されており、ボールねじ一体型直動案内ユニット１０Ａは、Ｘ軸に沿って配された直動案内軸受１１Ａ（直線案内手段）とボールねじ１２Ａ（直線駆動手段）の組み合わせで構成されている。
【００２２】
この直動案内軸受１１Ａは、断面が略Ｕ字状に形成された直線状の案内レール１３（固定側部材）と、案内レール１３のＵ字状の凹部内に配置されたスライダ１４（可動側部材）と、案内レール１３とスライダ１４の間に配置された複数の転動体１５と、を備えている。案内レール１３は、スライダ１４と対向配置される各袖部１３Ａの内側面に転動面１６Ａを有し、スライダ１４は、案内レール１３の転動面１６Ａに対向配置される転動面１６Ｂを有しており、案内レール１３の転動面１６Ａとスライダ１４の転動面１６Ｂとの間に転動体（本実施形態ではコロ）１５が介在され、それにより、スライダ１４と案内レール１３とが相対的に直線移動可能とされている。なお、転動体として、コロの代わりにボールを用いてもよい。
【００２３】
この場合、案内レール１３の転動面１６Ａとスライダ１４の転動面１６Ｂとの間に、転動体１５の移動する転動通路１６Ｃが左右それぞれ上下に二列、即ち全体で二対四列形成される。スライダ１４に、転動体１５の戻し通路１６Ｄと、戻し通路１６Ｄと転動通路１６とを連通する方向転換路（図示略）とが形成され、転動体１５が、転動通路１６と方向転換路と戻し通路１６Ｄとから構成される無限循環路を循環するようになっている。
【００２４】
また、ボールねじ１２Ａは、直動案内軸受１１Ａの案内レール１３と平行に形成されたボールねじナット１７と、ボールねじナット１７を貫通するボールねじ軸１８と、ボールねじナット１７の螺旋溝とボールねじ軸１８の螺旋溝との間に配置された複数のボール１９とを備えている。そして、ボールねじ１２Ａの要素であるボールねじナット１７を、直動案内軸受１１Ａの要素であるスライダ１４に直接形成することにより、ボールねじ１２Ａと直動案内軸受１１Ａとを一体に備えたボールねじ一体型直動案内ユニット１０Ａが構成されている。
【００２５】
また、オフセット軸３は、図３に示す直線案内手段としての直動案内軸受１１Ｂと、図１に簡単に示す直線駆動手段としてのボールねじユニット１２Ｂとから構成されている。
【００２６】
このオフセット軸３の直動案内軸受１１Ｂは、加圧軸２の直動案内軸受１１Ａと違って、分離スライダタイプのものであり、ベース部材２０Ａの幅方向両側に一対のレールブロック２１を取り付けて構成された直線状の案内レール２０と、この案内レール２０を挟むように配された一対のスライダ（ベアリングブロックとも呼ばれる）２２と、案内レール２０の各レールブロック２１と各スライダ２２の対向面に形成された転動面２６Ａ、２６Ｂ間に配設され、各スライダ２２と案内レール２０との相対移動を可能にする複数の転動体２５（本実施形態ではボール）と、一対のスライダ２２が共に固定されたテーブル２３とを備えている。そして、案内レール２０のベース部材２０Ａが、加圧軸２を構成するボールねじ一体型直動案内ユニット１０Ａのスライダ１４にボルト等の結合手段により結合されている。
【００２７】
各スライダ２２の案内方向（Ｙ軸方向）における両端にはエンドキャップ２８が取り付けられている。また、レールブロック２１の転動面２６Ａと各スライダ２２の転動面２６Ｂとの間には、転動体２５が転動しながら移動する転動通路２６Ｃが形成され、スライダ２２とエンドキャップ２８とによって、転動通路２６を経路の一部として含む転動体の循環経路２６Ｄが形成されており、その循環経路２６Ｄを循環するように転動体２５が収容されている。なお、転動体２５は、各スライダ２２ごとに１列に設けられているが、図１４の従来例のように２列あるいはそれ以上の例に設けられていてもよい。また、転動体２５として、ボールの代わりにコロを用いてもよい。
【００２８】
また、一対のスライダ２２は、図４に示すように、案内レール２０の案内方向に沿って略同一長さに設定され、Ｙ軸方向の各中心位置を互いにＹ軸方向にずらしてテーブル２３に固定されている。各スライダ２２のＹ軸方向の中心位置を通ってＸ軸に平行な線をＰＡ、ＰＢとし、線ＰＡ、ＰＢの中間点を通るＸ軸方向に平行な線をＰＸとすると、ＰＸとＰＡ間の距離及びＰＸとＰＢ間の距離は共にＬｓになっている。また、両スライダ２２のＸ軸方向における中間点を通るＹ軸方向に平行な線をＰＹとすると、線ＰＸと線ＰＹの交点ＰＨが、直動案内軸受１１Ｂの中心として定義されている。
【００２９】
本実施形態の場合、両スライダ２２には、図４中の反時計回りのヨーイングモーメントＭｙが作用する前提となっており、ヨーイングモーメントＭｙの作用する方向にスライダ２２が互いにずれている。具体的には、図５及び図６に示すように、両スライダ２２はＹ軸方向に並んでおり、接合ツール１に近い方のスライダ２２が、線ＰＸに対してオフセット動作の進行方向ＹＡと逆方向に寸法Ｌｓだけずれて配置され、接合ツール１に遠い方のスライダ２２が、線ＰＸに対してオフセット動作の進行方向に寸法Ｌｓだけずれ配置されている。
【００３０】
また、図３に示すように、テーブル２３が断面略Ｕ字状に形成されており、その幅方向両端の袖部２３Ａ、２３Ａの内側に一対のスライダ２２が収容され、一方の袖部２３Ａとスライダ２２の間に、スライダ２２に予圧を与える２つのテーパギブ４９がテーパ面を当接させて設けられている。なお、図１４の従来例のようにテーブル２３にボルトを装着し、このボルトによってスライダ２２に予圧を付与してもよい。
【００３１】
一方、オフセット軸３の直線駆動手段であるボールねじユニット１２Ｂは、加圧軸２の場合と違って、直動案内軸受１１Ｂとは別の箇所に設けられている。このボールねじユニット１２Ｂも、図５に示すように、直動案内軸受１１Ｂと平行に配されたボールねじナット１７と、ボールねじナット１７を貫通するボールねじ軸１８と、ボールねじナット１７の螺旋溝とボールねじ軸１８の螺旋溝との間に配置された複数のボールとを備えている。そして、ボールねじ軸１８及びオフセット軸モータ４３が、直動案内軸受１１Ｂのテーブル２３側に取り付けられ、ボールねじナット１７が直動案内軸受１１Ｂの案内レール２０側に設けられている。オフセット軸３のボールねじユニット１２Ｂは、ベルト４１Ｂを介してオフセット軸モータ４３により駆動される。
【００３２】
これにより互いに直交する加圧軸２としてのＸ軸とオフセット軸３としてのＹ軸の２軸が構成されている。
【００３３】
以上のように構成された摩擦撹拌接合装置Ｍは、図１に示すように、接合ツール１をワークに押し付けつつ回転させることにより、接合ツール１とワークの接触点に摩擦熱を発生させて当該接触点の周囲の材料を軟化させると共に撹拌し、それにより接合ツール１をワークに没入させ、没入後、接合ツール１をワークの表面方向（Ｙ軸方向）に移動させることで、ワークを線状に接合するものである。
【００３４】
加圧軸２は、接合ツール１を加圧軸２の軸線方向に移動してワークに接近／離間させる。また、オフセット軸３は、接合ツール１を加圧軸２と直交する方向（Ｙ軸）に移動させる。加圧軸２を構成するボールねじ一体型直動案内ユニット１０Ａの案内レール１３は、ベースであるＣ字形のアーム５０の基端にプレート５８を介して固定され、オフセット軸３を構成する直動案内軸受１１Ｂのテーブル２３に、ブラケット４８を介して接合ツール１を回転自在に装着したスピンドル３０が固定されている。また、加圧軸２のスライダ１４は、加圧軸２のボールねじ１２Ａによって駆動される。なお、加圧軸２のボールねじ軸１８は、ベルト４１Ａを介して加圧軸モータ４２によって駆動される。
【００３５】
接合ツール１は、旋回軸４を構成するスピンドル３０によってツールホルダ３５を介して回転自在に保持され、円柱状のツール基部１ａと、ツール基部下端面のショルダ部１ｂから下方に突出するツール基部１ａより小さい外径のツールピン１ｃと、を備えて構成されている。スピンドル３０は、軸受３１を収容するスピンドルハウジング３２と、軸受３１と、軸受３１によって回転可能に保持されたスピンドルシャフト３３とによって構成され、スピンドルシャフト３３の接合ツール１側には、接合ツール１を着脱可能に保持するツールホルダ３５が設けられている。スピンドルシャフト３３は、カップリング３４を介して旋回軸モータ４４に直結され、旋回軸モータ４４によって回転駆動される。なお、スピンドル３０と旋回軸モータ４４は、ブラケット４８がオフセット軸３のテーブル２３に所定の傾斜角度αで固定されることにより、加圧軸２の軸線に対して傾いている。
【００３６】
これにより、接合ツール１の中心軸Ｑは、図５に示すように、直動案内軸受１１Ｂの中心ＰＨを通り、加圧軸２の軸線に対する傾斜角度がαとなっている。傾斜の方向は、図５に示すように、オフセット動作において、接合ツール１をオフセット（進行）させる方向である。このように接合ツール１を傾斜させることにより、オフセット動作時の接合ツール１の進行方向に対して、接合ツール１のショルダ部１ｂをワークに対して向い角を持って接触させることができる。それにより、流動化したワークの材料が、接合ツール１のショルダ部１ｂに対してクサビ状に流れ込む作用が発生し、加圧軸２を大きく移動することなく、加圧力を保持することができるようになる。
【００３７】
加圧軸２の案内レール１３が固定されたＣ字形のアーム（ベース）５０の先端には、加圧力検出手段５１及び裏当て部材５２が設けられている。そして、接合ツール１と裏当て部材５２の間にワークを挟むことで、ワークに対して接合ツール１により加圧力を作用させることができるようになっている。
【００３８】
次に接合時の動作と動作中に作用する力の関係について説明する。
接合ツール１は、旋回軸モータ４４を駆動することにより高速回転する。接合ツール１をワークに没入させる押し込み動作においては、加圧軸モータ４２を駆動し、ベルト４１Ａを介して加圧軸２のボールねじ軸１８を回転させることにより、加圧軸２のスライダ１４を下方に移動させる。加圧軸２のスライダ１４を下方に移動させて、オフセット軸３やスピンドル３０を介して、接合ツール１をＸ軸方向下方に移動させ、高速回転させながらワークに接合ツール１を押し付けると、その接触点及びその周囲でワークの材料が軟化し撹拌される。そして、撹拌しながら所定の深さまで接合ツール１をワークに没入させる。次に接合ツール１をワークの所定の深さまで没入後、加圧軸２を停止あるいは加圧保持に伴い微小移動させながら、オフセット動作を行う。
【００３９】
オフセット動作においては、オフセット軸モータ４３を駆動し、ベルト４１Ｂを介してオフセット軸３のボールねじ軸１８を回転させることにより、オフセット軸３のスライダ２２と共にテーブル２３を移動させる。テーブル２３を移動させると、スピンドル３０と共に接合ツール１がＹ軸方向（ＹＡ方向）に移動する。この動きにより、ワークに対する接合ツール１の接触点や撹拌領域が移動し、線状にワークが接合される。所定のオフセット距離を移動した後は、加圧軸２のボールねじ軸１８を先程とは逆方向に回転させることにより、接合ツール１をＸ軸方向上方に移動させワークから離脱させる。このように、押し込み動作とオフセット動作により摩擦撹拌接合が行われる。
【００４０】
図７は、本実施形態の摩擦撹拌接合装置Ｍの押し込み動作時のオフセット軸３の直動案内軸受１１Ｂの各スライダ２２に作用する面圧の分布を示す図、図８は、本実施形態の摩擦撹拌接合装置Ｍのオフセット動作時のオフセット軸３の直動案内軸受１１Ｂの各スライダ２２に作用する面圧の分布を示す図である。また、図９は本実施形態の摩擦撹拌接合装置Ｍに対する比較例として、一対のスライダ２２の位置をＹ軸方向にずらさない場合の摩擦撹拌接合装置の例を示しており、図１０はその摩擦撹拌接合装置の押し込み動作時のオフセット軸の直動案内軸受の各スライダ２２に作用する面圧の分布を示す図、図１１はその摩擦撹拌接合装置がオフセット動作時のオフセット軸の直動案内軸受の各スライダ２２に作用する面圧の分布を示す図である。図７、８及び図１０、１１においては、レールブロック２１とスライダ２２の境界面における垂直線の長さが長いほど面圧が高いことを表している。
【００４１】
まず、図７を用いて、本実施形態の摩擦撹拌接合装置Ｍが押し込み動作を行っている時の面圧について述べる。
押し込み動作時には、接合ツール１をワークに没入させる動作に伴い、加圧軸２のスライダ１４に反力として加圧力Ｆが作用する。この加圧力Ｆの作用点（接合ツール１の中心軸位置）は、オフセット軸３のスライダ２２に対し、取り付け面法線方向（矢印Ｚ方向、以下取り付け面法線方向とも呼ぶ。）に離れているので、テーブル２３及びスライダ２２にはＹ軸まわりのモーメントであるローリングモーメントが作用するが、比較例の場合もその点は同じであるので、ここでは簡便のためローリングモーメントの影響は考慮していない。
【００４２】
この押し込み動作時（オフセット動作開始時）には、加圧軸２のスライダ１４にヨーイングモーメントＭｘ１（不図示）が作用しないようにすることが望ましいため、接合ツール１の中心軸Ｑが、加圧軸２のスライダ中心軸上を通るように配置されている。つまり、加圧軸２とオフセット軸３とに垂直な方向（Ｚ方向）から見て、加圧軸３の軸線と接合ツール１の中心軸Ｑが重なるようになっている。従って、接合ツール１の中心軸Ｑ上を通るように設定された直動案内軸受１１Ｂの中心ＰＨは、加圧軸３の軸線上に位置している。このように設定した場合、加圧軸２のスライダ１４に、加圧力ＦによるヨーイングモーメントＭｘ１が作用しないので、オフセット動作開始時には転動体１５の面圧がスライダ両端部において低減し、加圧軸２のスライダ１４の寿命が延びる。
【００４３】
この押し込み動作においては、図７と図１０を比較すると分かるように、比較例よりも本摩擦撹拌接合装置Ｍの方が、スライダ端部における面圧が上昇する。これは、２つのスライダ２２の各中心位置を互いにＹ軸方向にずらして配置したことで、転動体２５に対する荷重のアンバランスによりモーメントが内力として作用したからである。しかし、押し込み動作時においては、オフセット軸３は停止しているので、スライダ端部の面圧が上昇しても、転がり寿命の観点から寿命低下は起こらない。
【００４４】
また、図８及び図１１に示すオフセット動作時においては、接合ツール１にオフセット方向（進行方向）と逆方向のオフセット荷重Ｆｙが作用するので、スライダ２２には、オフセット荷重ＦｙによるヨーイングモーメントＭｙが作用する。ここで、ヨーイングモーメントＭｙとは、直動案内軸受１１Ｂの中心ＰＨのまわりに両スライダ２２を回転させるモーメントである。このようなヨーイングモーメントＭｙが作用する条件において、図１１の比較例よりも、図９の本摩擦撹拌接合装置のほうがスライダ端部における面圧が低減することが分かる。
【００４５】
これは、図中上側のスライダ２２においては、図中左側にある転動体２５の方が右側にある転動体２５より面圧が高く、図中下側のスライダ２５においては、図中右側にある転動体２５の方が図中左側にある転動体２５より面圧が高くなるが、スライダ２２の中心位置をずらしたことにより、面圧の高い側の転動体２５の数が増え、１つの転動体２５が支える荷重が低減したからである。１つ当たりの転動体２５の荷重が低減することで、スライダ２２の面圧が低減したことが分かる。
【００４６】
以上の面圧の関係は、図１２及び図１３に変形例として示す、ブラケット４８がオフセット軸３のテーブル２３に傾斜角度をつけずに固定された場合、つまり接合ツール１の中心軸Ｑが加圧軸２の軸線に対し平行に配置した場合も同様である。
【００４７】
以上のように、本実施形態の直動案内軸受１１Ｂを組み込んだ摩擦撹拌接合装置Ｍによれば、直動案内軸受１１Ｂの案内レール２０を挟む一対のスライダ２２を、Ｙ軸方向に互いに位置をずらして配置しているので、テーブル２３にヨーイングモーメントＭｙが作用した場合にも、スライダ２２の端部における転動体２５に作用する面圧を抑制することができる。例えば、本摩擦撹拌接合装置Ｍでは、オフセット軸３の直線案内手段として直動案内軸受１１Ｂを使用しているので、摩擦撹拌接合Ｍのオフセット動作時に、直動案内軸受１１ＢのヨーイングモーメントＭｙに起因するスライダ端部の面圧を低減することができ、直動案内軸受１１Ｂの寿命を延ばすことができる。従って、互いに分離された各スライダ２２の長さを延長することなく、一方向の耐ヨーイングモーメント性の向上が図れるようになり、摩擦撹拌接合装置Ｍのコンパクト化に貢献することができる。
【００４８】
また、接合ツール１をその軸線方向に移動する加圧軸２に、直動案内軸受１１Ａとボールねじ１２Ａを一体化したボールねじ一体型直動案内ユニット１０Ａを使用しているので、装置のコンパクト化及びシンプル化を一層図ることができる。
【００４９】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
【００５０】
例えば、上記実施形態では、案内レール２０を、ベース部材２０Ａの両側にレールブロック２１を取り付けた構成にしているが、ベース部材２０Ａとレールブロック２１を一体加工して案内レールとしてもよい。また、上記実施形態では、案内レール２０を、ベース部材２０Ａの両側に一対のレールブロック２１を取り付けた構成にしているが、一対のレールブロック２１を１つのレールブロックとして両側を転動面としてもよい。
【００５１】
また、上記実施形態では、案内レール２０をＹ軸方向に固定し、スライダ２２を固定したテーブル２３がＹ軸方向に可動である場合を示したが、逆であっても良い。つまり、スライダ２２側が固定側であり、案内レール２０側が動く場合でも良い。
【００５２】
また、上記実施形態では、加圧軸２に、ボールねじナット１７とスライダ１４が一体となったボールねじ一体型直動案内ユニット１０Ａを採用した場合を示したが、ボールねじナット１７とスライダ１４を別部品とし、直動案内軸受１１Ａとボールねじ１２Ａを別機構として組み合わせてもよい。
【００５３】
また、上記実施形態では、直動案内軸受１１Ｂの転動体２５をボールで構成したが、コロとしてもよく、直動案内軸受１１Ｂを転動体２５を循環させる機構を備えない非循環方式の直動案内軸受としてもよい。さらに、レールブロック２１の外周面に互いに直交する第１傾斜軌道面と第２傾斜軌道面とからなる断面が直角二等辺三角形状の外方軌道凹溝を設け、スライダ２２の内周面に互いに直交する第３傾斜軌道面と第４傾斜軌道面とからなる断面が直角二等辺三角形状の内方軌道凹溝を設け、第１と第４傾斜軌道面にそれぞれ転接する複数の第１のコロを設け、さらに、隣り合う第１のコロの間に位置して第２と第３傾斜軌道面に転接する第１のコロと同数の第２のコロを設けて、クロスローラタイプの直動装置としてもよい。
【符号の説明】
【００５４】
Ｍ 摩擦撹拌接合装置
ＰＡ，ＰＢ スライダのＹ軸方向の中心を通るＸ軸方向に平行な線
ＰＨ 直動案内軸受の中心
１ 接合ツール
２ 加圧軸
３ オフセット軸
４ 旋回軸
１０Ａ ボールねじ一体型直動案内ユニット（加圧軸、Ｘ軸）
１１Ａ，１１Ｂ 直動案内軸受
１２Ａ ボールねじ
１２Ｂ ボールねじユニット
１３ 案内レール
１３Ａ 袖部
１４ スライダ
１５ 転動体
１６Ｃ 転動通路
１６Ａ，１６Ｂ 転動面
１７ ボールねじナット
１８ ボールねじ軸
１９ ボール
２０ 案内レール
２２ スライダ
２３ テーブル
２５ 転動体
２６Ａ，２６Ｂ 転動面
４２ 加圧軸モータ
４３ オフセット軸モータ
４４ 旋回軸モータ
４８ 旋回軸ブラケット
４９ テーパギブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線状に延びる少なくとも１つの案内レールと、前記案内レールを挟む一対のスライダと、前記案内レールと前記各スライダの対向面に形成された転動面間に配設され、前記各スライダと前記案内レールとの相対移動を可能にする複数の転動体と、前記一対のスライダが共に固定されたテーブルと、を備え、
前記一対のスライダが、前記案内レールによる案内方向の各中心位置を互いに案内方向にずらして前記テーブルに固定されていることを特徴とする直動案内軸受。
【請求項２】
前記スライダの前記案内方向における両端にエンドキャップが取り付けられ、
前記案内レールの転動面と前記各スライダの転動面との間に前記転動体が転動しながら移動する転動通路が形成され、
前記スライダとエンドキャップとによって前記転動通路を経路の一部として含む転動体の循環経路が形成され、
その循環経路を循環するように前記転動体が収容されていることを特徴とする請求項１に記載の直動案内軸受。
【請求項３】
接合ツールをワークに押し付けつつ回転させることにより、前記接合ツールとワークの接触点に摩擦熱を発生させて当該接触点の周囲の材料を軟化させると共に撹拌し、それにより前記接合ツールを前記ワークに没入させ、没入後、前記接合ツールをワークの表面方向に移動させることで前記ワークを線状に接合する摩擦撹拌接合装置であって、
前記接合ツールをその軸線まわりに回転させる旋回軸と、
前記接合ツールを前記ワークに接近／離間させる加圧軸と、
前記接合ツールを前記加圧軸の軸線と直交する方向であるワークの表面方向に移動させるオフセット軸と、を備え、
前記オフセット軸の直線案内手段として、請求項１または２に記載の直動案内軸受が使用され、
前記加圧軸の直線案内手段の固定側部材がベースに固定されると共に、前記加圧軸の直線案内手段の可動側部材上に前記直動案内軸受の案内レールが固定され、
前記直動案内軸受のテーブル上に前記旋回軸が配置されていることを特徴とする摩擦撹拌接合装置。
【請求項４】
前記加圧軸の直線案内手段及び直線駆動手段として、
断面が略Ｕ字状に形成された前記固定側部材としての案内レールと、前記案内レールのＵ字状の凹部内に配置された前記可動側部材としてのスライダと、前記案内レールと前記スライダの間に配置された複数の転動体と、を備え、前記案内レールは、前記スライダと対向配置される各袖部の内側面に転動面を有し、前記スライダは、前記案内レールの前記転動面に対向配置される転動面を有しており、前記案内レールの転動面と前記スライダの転動面との間に前記転動体が介在され、それにより前記スライダと前記案内レールとが相対的に移動可能とされた直動案内軸受と、
前記案内レールと平行に形成されたボールねじナットと、前記ボールねじナットを貫通するボールねじ軸と、前記ボールねじナットの螺旋溝と前記ボールねじ軸の螺旋溝との間に配置された複数のボールと、を備えるボールねじとを、備え、
前記ボールねじナットを前記スライダに備えた一体化したボールねじ一体型直動案内ユニットが使用されていることを特徴とする請求項３に記載の摩擦撹拌接合装置。
【請求項１】
直線状に延びる少なくとも１つの案内レールと、前記案内レールを挟む一対のスライダと、前記案内レールと前記各スライダの対向面に形成された転動面間に配設され、前記各スライダと前記案内レールとの相対移動を可能にする複数の転動体と、前記一対のスライダが共に固定されたテーブルと、を備え、
前記一対のスライダが、前記案内レールによる案内方向の各中心位置を互いに案内方向にずらして前記テーブルに固定されていることを特徴とする直動案内軸受。
【請求項２】
前記スライダの前記案内方向における両端にエンドキャップが取り付けられ、
前記案内レールの転動面と前記各スライダの転動面との間に前記転動体が転動しながら移動する転動通路が形成され、
前記スライダとエンドキャップとによって前記転動通路を経路の一部として含む転動体の循環経路が形成され、
その循環経路を循環するように前記転動体が収容されていることを特徴とする請求項１に記載の直動案内軸受。
【請求項３】
接合ツールをワークに押し付けつつ回転させることにより、前記接合ツールとワークの接触点に摩擦熱を発生させて当該接触点の周囲の材料を軟化させると共に撹拌し、それにより前記接合ツールを前記ワークに没入させ、没入後、前記接合ツールをワークの表面方向に移動させることで前記ワークを線状に接合する摩擦撹拌接合装置であって、
前記接合ツールをその軸線まわりに回転させる旋回軸と、
前記接合ツールを前記ワークに接近／離間させる加圧軸と、
前記接合ツールを前記加圧軸の軸線と直交する方向であるワークの表面方向に移動させるオフセット軸と、を備え、
前記オフセット軸の直線案内手段として、請求項１または２に記載の直動案内軸受が使用され、
前記加圧軸の直線案内手段の固定側部材がベースに固定されると共に、前記加圧軸の直線案内手段の可動側部材上に前記直動案内軸受の案内レールが固定され、
前記直動案内軸受のテーブル上に前記旋回軸が配置されていることを特徴とする摩擦撹拌接合装置。
【請求項４】
前記加圧軸の直線案内手段及び直線駆動手段として、
断面が略Ｕ字状に形成された前記固定側部材としての案内レールと、前記案内レールのＵ字状の凹部内に配置された前記可動側部材としてのスライダと、前記案内レールと前記スライダの間に配置された複数の転動体と、を備え、前記案内レールは、前記スライダと対向配置される各袖部の内側面に転動面を有し、前記スライダは、前記案内レールの前記転動面に対向配置される転動面を有しており、前記案内レールの転動面と前記スライダの転動面との間に前記転動体が介在され、それにより前記スライダと前記案内レールとが相対的に移動可能とされた直動案内軸受と、
前記案内レールと平行に形成されたボールねじナットと、前記ボールねじナットを貫通するボールねじ軸と、前記ボールねじナットの螺旋溝と前記ボールねじ軸の螺旋溝との間に配置された複数のボールと、を備えるボールねじとを、備え、
前記ボールねじナットを前記スライダに備えた一体化したボールねじ一体型直動案内ユニットが使用されていることを特徴とする請求項３に記載の摩擦撹拌接合装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
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【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−１７７７３（Ｐ２０１２−１７７７３Ａ）
【公開日】平成２４年１月２６日（２０１２．１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５４１７１（Ｐ２０１０−１５４１７１）
【出願日】平成２２年７月６日（２０１０．７．６）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月２６日（２０１２．１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月６日（２０１０．７．６）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
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