JP2012016763A - 2-axis drive unit and friction stir jointing device - Google Patents

2-axis drive unit and friction stir jointing device Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a friction stir jointing device in which a two-axis drive unit, having a compact configuration and capable of driving two axes for a long period of service life, is used in a drive system.SOLUTION: Ball-screw integrated linear guide units 10A, 10B are respectively configured as a mechanical part in which a ball screw 12 and a linear guide bearing 11 are integrated with each other by directly forming a ball-screw nut 17, being an element of the ball screw 12, on a slider 14 being an element of the linear guide bearing 11. A two-axis drive unit 5 has the following configuration. The two ball-screw integrated linear guide units 10A, 10B are combined with each other such that the sliders 14 of the respective units 10A, 10B are combined with each other by jointing mutual flanges 14a to each other so as to make the guide directions of the linear guide bearings 11 of the respective units 10A, 10B become two mutually intersecting axes.

Description

本発明は、互いに交差する2軸方向に直線案内駆動することのできる2軸駆動ユニット、及び、その2軸駆動ユニットの一方の軸を加圧軸として用い、他方の軸をオフセット軸として用いた摩擦撹拌接合装置に関する。   The present invention uses a two-axis drive unit capable of linear guide driving in two crossing directions intersecting each other, and one axis of the two-axis drive unit is used as a pressure axis, and the other axis is used as an offset axis. The present invention relates to a friction stir welding apparatus.

特許文献1に、案内レールの断面がU字状に形成された直動装置が記載されている。
この直動装置は、図10に示すように、ねじ軸211とナット212を有するボールねじ213と、案内レール214とスライダ215を有する直動案内軸受216とを、スライダ215に直接ナット212を形成することにより一体化したものである。案内レール214は、長手方向に垂直な断面がU字状に形成され、スライダ215を、このU字状の案内レール214の凹部に収容した状態で、ねじ軸211の軸方向に沿って案内する。案内レール214は、スライダ215の各側面と対向配置される各袖部214aの内側面に、転動体217の転動通路218を構成する転動面218aを有し、スライダ215は、案内レール214の転動面218aに対向配置されて前記転動通路218を構成する転動面218bを有する。
Patent Document 1 describes a linear motion device in which a guide rail has a U-shaped cross section.
As shown in FIG. 10, the linear motion device includes a ball screw 213 having a screw shaft 211 and a nut 212, a linear motion guide bearing 216 having a guide rail 214 and a slider 215, and a nut 212 directly formed on the slider 215. It is integrated by doing. The guide rail 214 has a U-shaped cross section perpendicular to the longitudinal direction, and guides the slider 215 along the axial direction of the screw shaft 211 in a state where the slider 215 is accommodated in the concave portion of the U-shaped guide rail 214. . The guide rail 214 has a rolling surface 218 a that constitutes a rolling passage 218 of the rolling element 217 on the inner side surface of each sleeve portion 214 a disposed to face each side surface of the slider 215, and the slider 215 includes the guide rail 214. The rolling surface 218b is disposed opposite to the rolling surface 218a and constitutes the rolling passage 218.

また、特許文献2には、XY駆動ユニット用のXY軸案内装置が記載されている。
このXY軸案内装置は、図11に示すように、X軸用の直線案内装置231とY軸用の直線案内装置232を、両軸線方向を互いに直交させた姿勢で組み合わせたものであり、各直線案内装置231、232、は、案内レール233、236とスライダ234、237とを備え、スライダ234、237同士を互いに結合することにより一体に組み立てられている。
Patent Document 2 describes an XY axis guide device for an XY drive unit.
As shown in FIG. 11, this XY-axis guide device is a combination of an X-axis linear guide device 231 and a Y-axis linear guide device 232 in a posture in which both axial directions are orthogonal to each other. The linear guide devices 231 and 232 include guide rails 233 and 236 and sliders 234 and 237, and are integrally assembled by coupling the sliders 234 and 237 to each other.

従来、このようなXY軸案内装置は、図12に示すように、X軸スライダ中心231pとY軸スライダ中心232pを一致させて組み合わせている。ここで、スライダ中心とは、スライダ上面から見て、長手方向中心且つスライダ断面の中心にある点である。このXY軸案内装置は、図12に示すように、スライダ234、237に、図中白抜き矢印で示すように鉛直方向の荷重が作用した場合であっても、スライダ中心231p、232pを互いに一致させることでモーメントの発生を抑えていた。   Conventionally, as shown in FIG. 12, such an XY-axis guide device combines an X-axis slider center 231p and a Y-axis slider center 232p so as to coincide with each other. Here, the slider center is a point at the center in the longitudinal direction and at the center of the slider cross section when viewed from the upper surface of the slider. As shown in FIG. 12, this XY-axis guide device aligns the slider centers 231p and 232p with each other even when a vertical load is applied to the sliders 234 and 237 as indicated by the white arrows in the figure. To suppress the generation of moment.

また、特許文献3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。   Further, in Patent Document 3, by rotating the welding tool while pressing it against the workpiece, frictional heat is generated at the contact point between the welding tool and the workpiece to soften and stir the material around the contact point. A friction stir welding method and apparatus are described in which a tool is immersed in a workpiece and the workpiece is linearly moved by moving the welding tool toward the surface of the workpiece after immersion.

この摩擦撹拌接合装置は、図13に示すように、接合ツール251を水平移動させるオフセット軸255のスライダの上に、接合ツール251をその軸線方向に移動させる加圧軸254が載っており、加圧軸254のスライダの上に接合ツール251をその軸線まわりに回転させる旋回軸253が載っている。接合ツール251をワーク252に没入させる押し込み動作では、接合ツール251を旋回軸253で回転させながら加圧軸254でワーク252に押し付け、所定の深さまで接合ツール251をワーク252に没入させる。ワーク252に接合ツール251を没入させる際、接合ツール251の先端には反力としてワーク252から加圧力が接合ツール251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255は停止している。   In this friction stir welding apparatus, as shown in FIG. 13, a pressure shaft 254 for moving the welding tool 251 in the axial direction is placed on the slider of the offset shaft 255 for horizontally moving the welding tool 251. A turning shaft 253 for rotating the welding tool 251 about its axis is mounted on the slider of the pressure shaft 254. In the pushing operation for immersing the welding tool 251 into the work 252, the welding tool 251 is pressed by the pressure shaft 254 against the work 252 while rotating the rotating tool 253, and the welding tool 251 is immersed in the work 252 to a predetermined depth. When the welding tool 251 is immersed in the workpiece 252, a pressure force is applied from the workpiece 252 along the central axis of the welding tool 251 to the tip of the welding tool 251 as a reaction force. Note that the offset shaft 255 is stopped in the pushing operation.

接合ツール251をワーク252の所定深さまで没入後、加圧軸254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255を駆動して接合ツール251をワーク252の表面方向に移動させるオフセット動作を行う。   After the welding tool 251 is immersed to a predetermined depth of the workpiece 252, the pressing shaft 254 is moved slightly by stopping or holding the pressure, and the offset shaft 255 is driven to move the welding tool 251 toward the surface of the workpiece 252. I do.

実開平2−12554号公報Japanese Utility Model Publication No. 2-12554 特開昭62−28146号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. Sho 62-28146 特開2004−17128号公報JP 2004-17128 A

ところで、特許文献1に記載の直動装置は、1軸タイプのものであるので、2軸駆動を行うことはできなかった。また、特許文献2に記載のXY案内装置は、駆動のための手段を別に設けなくてはならないため、駆動系まで含めると装備が大型化するという問題があった。   Incidentally, since the linear motion device described in Patent Document 1 is of a single-axis type, it has not been possible to perform two-axis driving. In addition, the XY guide device described in Patent Document 2 has a problem in that the equipment becomes large when including a drive system because a means for driving must be provided separately.

また、特許文献3に示される摩擦撹拌接合装置では、オフセット軸255のスライダ上に、接合ツール251をその軸線方向に移動させる加圧軸254が載っているので、スライダの取り付け面積を大きくする必要があり装置が大型化するという問題があった。   Further, in the friction stir welding apparatus disclosed in Patent Document 3, the pressure shaft 254 for moving the welding tool 251 in the axial direction is placed on the slider of the offset shaft 255, so that it is necessary to increase the mounting area of the slider. There is a problem that the apparatus becomes large.

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、コンパクトな構成で2軸の駆動を長寿命で行うことのできる2軸駆動ユニット及び摩擦撹拌接合装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide a biaxial drive unit and a friction stir welding apparatus that can perform biaxial drive with a long life with a compact configuration. is there.

前述した目的を達成するために、請求項1の発明の2軸駆動ユニットは、断面が略U字状に形成された案内レールと、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、
前記ボールねじナットを前記スライダに備えたボールねじ一体型直動案内ユニットを2つ備え、
前記2つのボールねじ一体型直動案内ユニットを、各ユニットの前記直動案内軸受の案内方向が互いに交差する2軸となるように、各ユニットの前記スライダ同士を結合して互いに組み合わせたことを特徴とする。
In order to achieve the above-described object, a biaxial drive unit according to a first aspect of the present invention includes a guide rail having a substantially U-shaped cross section, and a slider disposed in a U-shaped recess of the guide rail. And a plurality of rolling elements arranged between the guide rail and the slider, and the guide rail has a rolling surface on the inner surface of each sleeve portion arranged to face the slider, The slider has a rolling surface disposed to face the rolling surface of the guide rail, and the rolling element is interposed between the rolling surface of the guide rail and the rolling surface of the slider, A linear motion guide bearing in which the slider and the guide rail are relatively movable,
A ball screw nut formed in parallel with the guide rail, a ball screw shaft penetrating the ball screw nut, and a plurality of screws disposed between the spiral groove of the ball screw nut and the spiral groove of the ball screw shaft. A ball screw comprising a ball,
Two ball screw integrated linear motion guide units each having the ball screw nut on the slider;
The two ball screw integrated linear motion guide units are combined with each other by combining the sliders of the units so that the guide directions of the linear motion guide bearings of each unit are two axes intersecting each other. Features.

請求項2の発明は、請求項1に記載の2軸駆動ユニットにおいて、
一方の前記スライダと他方の前記スライダの両スライダ中心の位置が前記2軸のうちのいずれか一方の軸線に沿ってずれるように、前記スライダ同士を結合したことを特徴とする。
The invention of claim 2 is the biaxial drive unit according to claim 1,
The sliders are combined so that the positions of the slider centers of one slider and the other slider are shifted along one of the two axes.

請求項3の発明の2軸駆動ユニットは、断面が略U字状に形成された案内レールと、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、
前記ボールねじナットを前記スライダに備えたボールねじ一体型直動案内ユニットを2つ備え、
前記2つのボールねじ一体型直動案内ユニットを、各ユニットの前記直動案内軸受の案内方向が互いに交差する2軸となるように、各ユニットの前記スライダ同士を一体成形して互いに組み合わせたことを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a biaxial drive unit including a guide rail having a substantially U-shaped cross section, a slider disposed in a U-shaped recess of the guide rail, the guide rail, and the slider. A plurality of rolling elements disposed therebetween, wherein the guide rail has a rolling surface on an inner surface of each sleeve portion opposed to the slider, and the slider has the rolling surface of the guide rail. A rolling surface disposed opposite to the moving surface, and the rolling element is interposed between the rolling surface of the guide rail and the rolling surface of the slider, whereby the slider, the guide rail, A linear motion guide bearing that is relatively movable,
A ball screw nut formed in parallel with the guide rail, a ball screw shaft penetrating the ball screw nut, and a plurality of screws disposed between the spiral groove of the ball screw nut and the spiral groove of the ball screw shaft. A ball screw comprising a ball,
Two ball screw integrated linear motion guide units each having the ball screw nut on the slider;
The two ball screw integrated linear motion guide units are combined with each other by integrally forming the sliders of the units so that the guide directions of the linear motion guide bearings of each unit intersect with each other. It is characterized by.

請求項4の発明は、請求項3に記載の2軸駆動ユニットにおいて、
一方の前記スライダと他方の前記スライダの両スライダ中心の位置が前記2軸のうちのいずれか一方の軸線に沿ってずれるように、前記スライダ同士を一体化したことを特徴とする。
The invention of claim 4 is the biaxial drive unit according to claim 3,
The sliders are integrated so that the positions of the centers of one slider and the other slider are shifted along one of the two axes.

請求項5の発明は、請求項1〜4のいずれか1項に記載の2軸駆動ユニットにおいて、
前記2つのボールねじ一体型直動案内ユニットの少なくとも1つは、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の移動する転動通路を構成しており、前記スライダには、前記転動体の戻し通路と、前記戻し通路と前記転動通路とを連通する方向転換路とが形成され、前記転動体が、前記転動通路と前記方向転換路と前記戻し通路とから構成される無限循環路を循環することを特徴とする。
The invention of claim 5 is the biaxial drive unit according to any one of claims 1 to 4,
At least one of the two ball screw integrated linear motion guide units constitutes a rolling path in which the rolling element moves between a rolling surface of the guide rail and a rolling surface of the slider, The slider is formed with a return passage of the rolling element, and a direction changing path that connects the return path and the rolling path, and the rolling element includes the rolling path, the direction changing path, and the return path. It circulates through an infinite circuit constituted by a passage.

請求項6の発明は、請求項1〜5のいずれか1項に記載の2軸駆動ユニットにおいて、
前記2つのボールねじ一体型直動案内ユニットの少なくとも1つは、前記転動体がコロであることを特徴とする。
The invention of claim 6 is the biaxial drive unit according to any one of claims 1 to 5,
In at least one of the two ball screw integrated linear motion guide units, the rolling element is a roller.

請求項7の発明は、
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方向に移動して前記ワークに接近/離間させる加圧軸と、前記接合ツールをワークの表面方向に移動させるオフセット軸と、の2軸駆動用に請求項1〜6のいずれか1項に記載の2軸駆動ユニットが用いられており、
前記加圧軸を構成する一方の前記直動案内軸受の案内レールがベースに固定され、前記オフセット軸を構成する他方の前記直動案内軸受の案内レールに、前記接合ツールを装着したスピンドルが固定されていることを特徴とする。
The invention of claim 7
By rotating the welding tool while pressing it against the workpiece, frictional heat is generated at the contact point between the welding tool and the workpiece to soften and agitate the material around the contact point, whereby the welding tool is applied to the workpiece. It is a friction stir welding apparatus that joins the workpieces linearly by moving the joining tool in the direction of the surface of the workpieces after immersion.
7. The biaxial drive according to claim 1, wherein the pressurizing shaft moves the joining tool in the axial direction thereof to approach / separate the workpiece and the offset shaft moves the joining tool in the surface direction of the workpiece. The biaxial drive unit described in any one of the items is used,
A guide rail of one of the linear motion guide bearings constituting the pressurizing shaft is fixed to a base, and a spindle on which the joining tool is mounted is fixed to the guide rail of the other linear motion guide bearing constituting the offset shaft. It is characterized by being.

請求項8の発明の摩擦撹拌接合装置は、請求項7に記載の摩擦撹拌接合装置において、
前記接合ツールを前記オフセット軸に沿って移動させるオフセット動作開始時において、前記接合ツールの中心軸が、前記加圧軸と前記オフセット軸とに垂直な方向から見て、前記加圧軸を構成する前記直動案内軸受のスライダのスライダ中心を通るように配置されていることを特徴とする。
The friction stir welding apparatus according to claim 8 is the friction stir welding apparatus according to claim 7,
At the start of an offset operation for moving the welding tool along the offset axis, the central axis of the welding tool constitutes the pressure axis when viewed from a direction perpendicular to the pressure axis and the offset axis. The linear motion guide bearing is disposed so as to pass through the center of the slider.

請求項9の発明は、請求項7または8に記載の摩擦撹拌接合装置において、
前記加圧軸を構成する他方の前記直動案内軸受のスライダのスライダ中心に対し、前記オフセット軸を構成する一方の前記直動案内軸受のスライダのスライダ中心が、前記オフセット軸の軸線に沿ってずらして配置されると共に、前記オフセット軸を構成する一方の前記直動案内軸受のスライダのスライダ中心が、当該オフセット軸のスライダに作用するヨーイングモーメント同士が打ち消しあうヨーイングモーメント中立位置を通過するように、前記両スライダ中心間の距離、あるいは、前記接合ツールとオフセット軸を構成する一方の前記直動案内軸受のスライダのスライダ中心との距離が設定されていることを特徴とする。
The invention of claim 9 is the friction stir welding apparatus according to claim 7 or 8,
The slider center of the slider of one of the linear motion guide bearings constituting the offset shaft is along the axis of the offset shaft with respect to the slider center of the slider of the other linear motion guide bearing constituting the pressure shaft. The slider center of one of the linear motion guide bearings constituting the offset shaft passes through a neutral position where the yawing moments acting on the offset shaft slider cancel each other. The distance between the slider centers or the distance between the welding tool and the slider center of one of the linear guide bearings constituting the offset shaft is set.

請求項10の発明は、請求項8または9に記載の摩擦撹拌接合装置において、
前記両スライダ中心間の距離をLs、前記接合ツールの中心軸の加圧軸の軸線に対する傾き角度をα、前記接合ツールに反力として作用する加圧力をF、オフセット軸のスライダ中心から接合ツールの先端までの距離をDt、オフセット軸を移動させる際の抵抗であるオフセット荷重をFy、オフセット距離をSyとしたとき、
Ls≒Dt×Fy/(F×cosα)−Sy/2
の関係になるようしたことを特徴とする。
The invention of claim 10 is the friction stir welding apparatus according to claim 8 or 9,
The distance between the centers of the sliders is Ls, the inclination angle of the center axis of the welding tool with respect to the axis of the pressure axis is α, the applied pressure acting as a reaction force on the welding tool is F, and the welding tool from the slider center of the offset shaft When the distance to the tip of Dt is Dt, the offset load that is the resistance when moving the offset shaft is Fy, and the offset distance is Sy,
Ls≈Dt × Fy / (F × cos α) −Sy / 2
It is characterized by the relationship of

請求項11の発明は、請求項8〜10のいずれか1項に記載の摩擦撹拌接合装置において、
前記接合ツールの中心軸と該接合ツールを回転させる旋回軸モータの軸線の位置をずらして配置したことを特徴とする。
The invention of claim 11 is the friction stir welding apparatus according to any one of claims 8 to 10,
The center axis of the welding tool and the axis line of the turning axis motor for rotating the welding tool are shifted from each other.

請求項12の発明は、請求項8〜11のいずれか1項に記載の摩擦撹拌接合装置において、
前記接合ツールを保持するスピンドル及び前記旋回軸モータを取り付ける旋回軸ブラケットと、前記2軸駆動ユニットとの間に傾斜付与部材を介挿することで、前記接合ツールの中心軸を前記加圧軸の軸線に対して傾斜させたことを特徴とする。
The invention of claim 12 is the friction stir welding apparatus according to any one of claims 8 to 11,
By inserting an inclination imparting member between a spindle holding the joining tool and a turning axis bracket to which the turning axis motor is attached, and the two-axis drive unit, the center axis of the joining tool is set to the pressure axis. Inclined with respect to the axis.

本発明によれば、2つのボールねじ一体型直動案内ユニットの直動案内軸受のスライダ同士を互いに結合又は一体成形したことにより、被搬送物をU字状の案内レールに載せることができるので、一方の直動案内軸受のスライダ上に他方の直動案内軸受の案内レールを載せる場合と比べ、取り付け面積を大きくとることができる。また、スライダに取り付け面積を確保するのではないから、スライダを大きくする必要がなく、直動案内軸受の小型化が可能になる。また、2軸の各軸は、駆動手段としてのボールねじをそれぞれ持つので、一方の案内レールをベースに固定し、他方の案内レールに被搬送物を固定することにより、コンパクトな構成で2軸駆動を行うことができる。   According to the present invention, since the sliders of the linear motion guide bearings of the two ball screw integrated linear motion guide units are coupled to each other or integrally molded, the object to be conveyed can be placed on the U-shaped guide rail. As compared with the case where the guide rail of the other linear motion guide bearing is placed on the slider of one linear motion guide bearing, the mounting area can be increased. Further, since the mounting area is not secured on the slider, it is not necessary to enlarge the slider, and the linear motion guide bearing can be downsized. In addition, each of the two axes has a ball screw as a driving means. Therefore, by fixing one guide rail to the base and fixing the object to be conveyed to the other guide rail, the two axes can be configured in a compact configuration. Drive can be performed.

本発明の一実施形態の摩擦撹拌接合装置の側面図である。It is a side view of the friction stir welding apparatus of one Embodiment of this invention. 図1の摩擦撹拌接合装置に組み込まれている2軸駆動ユニットの平面図である。It is a top view of the biaxial drive unit integrated in the friction stir welding apparatus of FIG. 図2の2軸駆動ユニットの側面図である。It is a side view of the biaxial drive unit of FIG. 図2の2軸駆動ユニットに使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。FIG. 3 is a cross-sectional view of a ball screw integrated linear motion guide unit used in the biaxial drive unit of FIG. 2. 摩擦撹拌接合装置の正面図である。It is a front view of a friction stir welding apparatus. 摩擦撹拌接合装置において、押し込み動作時の力の関係を示す正面図である。It is a front view which shows the relationship of the force at the time of pushing-in operation | movement in a friction stir welding apparatus. 摩擦撹拌接合装置において、オフセット時の力の関係を示す正面図である。In a friction stir welding apparatus, it is a front view which shows the relationship of the force at the time of offset. 摩擦撹拌接合装置において、押し込み動作時とオフセット動作時の2つのスライダの中心間距離と転動体の面圧との関係を示す特性図である。In a friction stir welding apparatus, it is a characteristic view which shows the relationship between the center-to-center distance of two sliders at the time of pushing operation and offset operation, and the surface pressure of a rolling element. 変形例に係る摩擦撹拌接合装置の正面図である。It is a front view of the friction stir welding apparatus which concerns on a modification. 特許文献1に記載の直動装置の構成図で、(a)は斜視図、(b)は(a)のB−B矢視断面図である。It is a block diagram of the linear motion apparatus of patent document 1, (a) is a perspective view, (b) is BB arrow sectional drawing of (a). 特許文献2に記載のXY軸案内装置の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the XY-axis guide apparatus of patent document 2. FIG. 図11のXY軸案内装置の2つのスライダの中心位置を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the center position of two sliders of the XY-axis guide apparatus of FIG. 特許文献3に記載の摩擦撹拌接合装置の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the friction stir welding apparatus of patent document 3. FIG.

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に組み込まれている2軸駆動ユニットの平面図、図3は図2の2軸駆動ユニットの側面図、図4は図2の2軸駆動ユニットに使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5は摩擦撹拌接合装置の正面図である。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 is a side view of a friction stir welding apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view of a biaxial drive unit incorporated in the friction stir welding apparatus of FIG. 1, and FIG. 3 is a biaxial drive of FIG. 4 is a side view of the unit, FIG. 4 is a sectional view of a ball screw integrated linear motion guide unit used in the biaxial drive unit of FIG. 2, and FIG. 5 is a front view of the friction stir welding apparatus.

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。これら加圧軸2とオフセット軸3は、2軸駆動ユニット5の互いに直交する2軸をなしている。   As shown in FIG. 1, the friction stir welding apparatus M includes a pressurizing shaft 2 that brings a welding tool 1 for friction stir welding to approach / separate a workpiece, and the welding tool 1 is substantially orthogonal to the pressurizing shaft 2. An offset shaft 3 that moves in the direction and a pivot shaft 4 that rotates the welding tool 1 around its central axis Q (see FIG. 5) are provided. Here, the pressurizing shaft 2 is set as the X axis of the X axis and the Y axis orthogonal to each other, and the offset shaft 3 is set as the Y axis. The pressurizing shaft 2 and the offset shaft 3 form two axes perpendicular to each other of the biaxial drive unit 5.

図2及び図3に示すように、2軸駆動ユニット5は、第1のボールねじ一体型直動案内ユニット10Aと第2のボールねじ一体型直動案内ユニット10Bとを、両者の軸線方向を互いに直交する関係に設定して組み合わせることで構成されている。   As shown in FIGS. 2 and 3, the biaxial drive unit 5 includes a first ball screw integrated linear motion guide unit 10 </ b> A and a second ball screw integrated linear motion guide unit 10 </ b> B in the axial direction of both. It is configured by setting and combining them in a relationship orthogonal to each other.

加圧軸2(X軸)を構成する第1のボールねじ一体型直動案内ユニット10A及びオフセット軸3(Y軸)を構成する第2のボールねじ一体型直動案内ユニット10Bは、それぞれ、例えば図4に示すように、直動案内軸受11とボールねじ12の組み合わせで構成されている。   The first ball screw-integrated linear motion guide unit 10A that constitutes the pressure shaft 2 (X-axis) and the second ball screw-integrated linear motion guide unit 10B that constitutes the offset shaft 3 (Y-axis), respectively, For example, as shown in FIG. 4, the linear motion guide bearing 11 and the ball screw 12 are combined.

直動案内軸受11は、断面が略U字状に形成された案内レール13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(図ではコロ)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。   The linear motion guide bearing 11 is disposed between a guide rail 13 having a substantially U-shaped cross section, a slider 14 disposed in a U-shaped recess of the guide rail 13, and between the guide rail 13 and the slider 14. A plurality of rolling elements 15. The guide rail 13 has a rolling surface 16A on the inner side surface of each sleeve portion 13A arranged to face the slider 14, and the slider 14 has a rolling surface 16B arranged to face the rolling surface 16A of the guide rail 13. And a rolling element (roller in the figure) 15 is interposed between the rolling surface 16A of the guide rail 13 and the rolling surface 16B of the slider 14, so that the slider 14 and the guide rail 13 are relative to each other. It is possible to move straight.

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との間には、転動体15の移動する転動通路16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には、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。   In this case, between the rolling surface 16 </ b> A of the guide rail 13 and the rolling surface 16 </ b> B of the slider 14, the rolling passages 16 in which the rolling elements 15 move are vertically arranged in two rows vertically, i.e., two-to-four rows as a whole. It is formed. The slider 14 is formed with a return path 16D of the rolling element 15 and a direction changing path (not shown) that connects the return path 16D and the rolling path 16 so that the rolling element 15 changes direction with the rolling path 16. It circulates through an infinite circulation path composed of a path and a return path 16D.

また、ボールねじ12は、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、ボールねじ一体型直動案内ユニット10A、10Bは、ボールねじ12の要素であるボールねじナット17を直動案内軸受11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12と直動案内軸受11とを一体に備えた機構部品として構成されている。   The ball screw 12 includes a ball screw nut 17 formed in parallel with the guide rail 13, a ball screw shaft 18 passing through the ball screw nut 17, a spiral groove of the ball screw nut 17, and a spiral groove of the ball screw shaft 18. And a plurality of balls 19 disposed between the two. The ball screw-integrated linear motion guide units 10A and 10B directly form the ball screw nut 17 that is an element of the ball screw 12 on the slider 14 that is an element of the linear motion guide bearing 11, thereby It is comprised as a mechanism component provided integrally with the dynamic guide bearing 11.

また、2軸駆動ユニット5は、図3に示すように、第1、第2の2つのボールねじ一体型直動案内ユニット10A、10Bを、各ユニット10A、10Bの直動案内軸受11の案内方向(軸線方向)が互いに交差(本実施形態では略直交する)する2軸となるように、各ユニット10A、10Bのスライダ14を、互いのフランジ14a同士がボルト等の結合手段により結合して互いに組み合わせることにより構成されている。なお、2つのスライダ14は、最初から一体に成形してあってもよい。   Further, as shown in FIG. 3, the biaxial drive unit 5 is configured to guide the first and second ball screw integrated linear motion guide units 10A and 10B to the linear motion guide bearing 11 of each unit 10A and 10B. The sliders 14 of the units 10A and 10B are coupled to each other by a coupling means such as a bolt so that the directions (axis directions) intersect with each other (substantially orthogonal in the present embodiment). It is configured by combining with each other. The two sliders 14 may be integrally formed from the beginning.

第1、第2の2つのボールねじ一体型直動案内ユニット10A、10Bは、図2に示すように、X軸(加圧軸2)側の第1のボールねじ一体型直動案内ユニット10Aのスライダ14(以下、「加圧軸スライダ」あるいは「X軸スライダ」とも言う)のスライダ中心PA(以下、「加圧軸スライダ中心」あるいは「X軸スライダ中心」とも言う)と、Y軸(オフセット軸3)側の第2のボールねじ一体型直動案内ユニット10Bのスライダ14(以下、「オフセット軸スライダ」あるいは「Y軸スライダ」とも言う)のスライダ中心PB(以下、「オフセット軸スライダ中心」あるいは「Y軸スライダ中心」とも言う)の位置を互いにずらしたうえで、両スライダ14同士を結合することにより、互いに組み合わせられており、2つのスライダ中心PA、PB間の距離(ずれ量Ls)は任意に設定されている。ここで、スライダ中心とは、スライダ上面から見て、長手軸方向に沿った有効長の中心且つスライダ断面の中心にある点である。   As shown in FIG. 2, the first and second two ball screw integrated linear motion guide units 10A and 10B are, as shown in FIG. 2, the first ball screw integrated linear motion guide unit 10A on the X axis (pressure shaft 2) side. Slider center PA (hereinafter also referred to as “pressure axis slider center” or “X axis slider center”) and Y axis (hereinafter also referred to as “pressure axis slider center” or “X axis slider center”). The slider center PB (hereinafter, “offset axis slider center”) of the slider 14 (hereinafter also referred to as “offset axis slider” or “Y axis slider”) of the second ball screw integrated linear motion guide unit 10B on the offset axis 3) side. ”Or“ Y-axis slider center ”), and the sliders 14 are coupled to each other, and the two sliders 14 are combined. Central PA, the distance between the PB (shift amount Ls) is arbitrarily set. Here, the slider center is a point at the center of the effective length along the longitudinal axis direction and at the center of the slider cross section when viewed from the slider upper surface.

この場合、オフセット軸スライダ中心PBは、加圧軸スライダ中心PAに対して、オフセット軸3の軸線に沿って位置がずれている。すなわち、加圧軸スライダ中心PA上をオフセット軸3の軸線が通っており、そのオフセット軸3の軸線上にオフセット軸スライダ中心PBが位置している。しかも、オフセット軸スライダ中心PBは、加圧軸スライダ中心PAに対して、接合ツール1のオフセット動作時の進行方向YA(図2及び図5の紙面右方向)と逆の方向に位置がずれている。   In this case, the offset axis slider center PB is displaced along the axis of the offset axis 3 with respect to the pressure axis slider center PA. That is, the axis of the offset shaft 3 passes over the pressure shaft slider center PA, and the offset shaft slider center PB is located on the axis of the offset shaft 3. Moreover, the offset axis slider center PB is displaced in the direction opposite to the advancing direction YA during the offset operation of the welding tool 1 (rightward direction in FIGS. 2 and 5) with respect to the pressure axis slider center PA. Yes.

図1に示すように、このように2軸駆動ユニット5を用いて加圧軸(X軸)2とオフセット軸(Y軸)3を構成した摩擦撹拌接合装置Mは、接合ツール1をワーク(図示略)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。   As shown in FIG. 1, the friction stir welding apparatus M configured with the pressure shaft (X axis) 2 and the offset shaft (Y axis) 3 by using the biaxial drive unit 5 in this way is configured to connect the welding tool 1 to a workpiece ( By rotating while pressing against the workpiece (not shown), frictional heat is generated at the contact point between the welding tool 1 and the workpiece to soften and stir the material around the contact point, thereby causing the welding tool 1 to be immersed in the workpiece. After the immersion, the work is joined in a line by moving the joining tool 1 in the surface direction of the work.

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と直交する方向であるワークの表面方向(Y軸)に移動させる。加圧軸2を構成する第1の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を構成する第2のボールねじ一体型直動案内ユニット10Bの案内レール13に、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。従って、加圧軸2のスライダ14及びオフセット軸3の案内レール13は、それぞれ加圧軸2のボールねじ12及びオフセット軸3のボールねじ12によって駆動される。なお、加圧軸2のボールねじ12及びオフセット軸3のボールねじ12は、それぞれベルト41A、41Bを介して加圧軸モータ42及びオフセット軸モータ43によって駆動される。   The pressing shaft 2 moves the joining tool 1 in the axial direction of the pressing shaft 2 to approach / separate the workpiece. The offset shaft 3 moves the joining tool 1 in the workpiece surface direction (Y-axis), which is a direction orthogonal to the pressing shaft 2. The guide rail 13 of the first ball screw-integrated linear motion guide unit 10A constituting the pressing shaft 2 is fixed to the base end of a C-shaped arm 50 as a base via a plate 58, thereby constituting the offset shaft 3. A spindle 30 on which the joining tool 1 is rotatably mounted is fixed to the guide rail 13 of the second ball screw integrated linear motion guide unit 10B. Accordingly, the slider 14 of the pressure shaft 2 and the guide rail 13 of the offset shaft 3 are driven by the ball screw 12 of the pressure shaft 2 and the ball screw 12 of the offset shaft 3, respectively. The ball screw 12 of the pressure shaft 2 and the ball screw 12 of the offset shaft 3 are driven by a pressure shaft motor 42 and an offset shaft motor 43 through belts 41A and 41B, respectively.

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、複数の軸受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、プーリ46とベルト47を介して旋回軸モータ44によって駆動される。なお、スピンドル30と旋回軸モータ44は、旋回軸ブラケット48を介して、オフセット軸3の案内レール13の取り付け面13aに固定されている。   The welding tool 1 is rotatably held via a tool holder 35 by a spindle 30 that constitutes a turning shaft 4, and a tool base 1a that protrudes downward from a columnar tool base 1a and a shoulder 1b on the lower end surface of the tool base. A tool pin 1c having a smaller outer diameter. The spindle 30 includes a spindle housing 32 that houses a plurality of bearings 31, a bearing 31, and a spindle shaft 33 that is rotatably held by the bearing 31. A tool holder 35 for holding 1 in a detachable manner is provided. The spindle shaft 33 is driven by a turning shaft motor 44 via a pulley 46 and a belt 47. The spindle 30 and the turning shaft motor 44 are fixed to the mounting surface 13 a of the guide rail 13 of the offset shaft 3 via the turning shaft bracket 48.

上述のようにベルト47を介してスピンドルシャフト33を駆動するようにしたことで、接合ツール1と旋回軸モータ44は芯違いになっており、芯違いとしたことで、接合ツール1の高さ、つまりは、2軸駆動ユニット5にとっての外部荷重の作用点を、取り付け面13a(オフセット軸3の案内レール13に旋回軸ブラケット48を固定している面)の法線方向(矢印Z方向、以下取り付け面法線方向とも呼ぶ。)に低く抑えることができるようになる。   Since the spindle shaft 33 is driven via the belt 47 as described above, the joining tool 1 and the turning shaft motor 44 are misaligned. In other words, the point of action of external load for the biaxial drive unit 5 is defined as the normal direction of the mounting surface 13a (the surface on which the pivot shaft bracket 48 is fixed to the guide rail 13 of the offset shaft 3) (arrow Z direction, Hereinafter, it can also be kept low.

これにより、加圧軸2のスライダ14に作用するピッチングモーメント及びオフセット軸3のスライダ14に作用するローリングモーメントを小さく抑えることができ、その結果、転動体15に作用する面圧を低減できるようになる。   As a result, the pitching moment acting on the slider 14 of the pressure shaft 2 and the rolling moment acting on the slider 14 of the offset shaft 3 can be kept small, and as a result, the surface pressure acting on the rolling element 15 can be reduced. Become.

また、オフセット軸3のスライダ14と加圧軸2のスライダ14を結合したことで、オフセット軸3の案内レール13がスピンドル30を支持する部材となるので、スピンドル30の取り付け面積を大きくとれると共に、接合ツール1からの加圧力をオフセット3の案内レール13の側面13bの大きな面積で受けることができるようになる。   In addition, since the slider 14 of the offset shaft 3 and the slider 14 of the pressure shaft 2 are coupled, the guide rail 13 of the offset shaft 3 becomes a member that supports the spindle 30, so that the mounting area of the spindle 30 can be increased, The applied pressure from the welding tool 1 can be received by the large area of the side surface 13b of the guide rail 13 with the offset 3.

旋回軸ブラケット48とオフセット軸3の案内レール13の側面13bとの間には、図7に示すように、テーパギブ49(傾斜付与部材)が設けられおり、接合ツール1の中心軸Qが加圧軸2の軸線に対して傾斜している。傾斜の方向は、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。   As shown in FIG. 7, a taper give 49 (inclination imparting member) is provided between the pivot shaft bracket 48 and the side surface 13 b of the guide rail 13 of the offset shaft 3, and the center axis Q of the welding tool 1 is pressurized. Inclined with respect to the axis of the shaft 2. The direction of inclination is a direction in which the welding tool 1 is offset (advanced) in the offset operation. By inclining the joining tool 1 in this manner, the shoulder portion 1b of the joining tool 1 can be brought into contact with the workpiece at an angle with respect to the traveling direction of the joining tool 1 during the offset operation. As a result, the fluidized workpiece material flows into the wedge portion 1b of the welding tool 1 in a wedge shape, so that the pressing force can be maintained without moving the pressing shaft 2 greatly. become.

図1に戻って、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。   Returning to FIG. 1, a pressure detection means 51 and a backing member 52 are provided at the tip of a C-shaped arm (base) 50 to which the guide rail 13 of the pressure shaft 2 is fixed. Then, by sandwiching the work between the joining tool 1 and the backing member 52, the joining tool 1 can apply pressure to the work.

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。
Next, the relationship between the operation at the time of joining and the force acting during the operation will be described.
The welding tool 1 rotates at a high speed by driving the turning shaft motor 44. In the push-in operation for immersing the welding tool 1 into the workpiece, the pressure shaft motor 42 is driven and the ball screw shaft 18 of the pressure shaft 2 is rotated via the belt 41A, whereby the slider 14 of the pressure shaft 2 is moved. Move down. When the slider 14 of the pressure shaft 2 is moved downward, the welding tool 1 is moved downward in the X-axis direction via the offset shaft 3 and the spindle 30, and the welding tool 1 is pressed against the workpiece while rotating at high speed, The workpiece material is softened and agitated at and around the contact point. And the joining tool 1 is immersed in a workpiece | work to predetermined depth, stirring. Next, after immersing the welding tool 1 to a predetermined depth of the workpiece, an offset operation is performed while the pressure shaft 2 is finely moved along with stopping or holding the pressure.

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の案内レール13を移動させる。オフセット軸3の案内レール13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。   In the offset operation, the guide rail 13 of the offset shaft 3 is moved by driving the offset shaft motor 43 and rotating the ball screw shaft 18 of the offset shaft 3 via the belt 41B. When the guide rail 13 of the offset shaft 3 is moved, the joining tool 1 is moved in the Y axis direction (YA direction) together with the spindle 30. By this movement, the contact point and the stirring region of the joining tool 1 with respect to the workpiece move, and the workpiece is joined linearly. After moving the predetermined offset distance, the ball screw shaft 18 of the pressure shaft 2 is rotated in the opposite direction to the previous direction, so that the joining tool 1 is moved upward in the X-axis direction and detached from the workpiece. Thus, the friction stir welding is performed by the pushing operation and the offset operation.

図6及び図7は、摩擦撹拌接合装置Mの押し込み動作時とオフセット動作時の力の関係を示した正面図である。
まず、図6を用いて押し込み動作時について述べる。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、加圧軸2のスライダ14に対し、取り付け面法線方向Zに離れていることにより、加圧力によるピッチングモーメントが加圧軸2のスライダ14に作用する。
6 and 7 are front views showing the relationship between the force during the pushing operation and the offset operation of the friction stir welding apparatus M. FIG.
First, the pushing operation will be described with reference to FIG. At the time of the pushing operation, the pressurizing force F acts as a reaction force on the slider 14 of the pressing shaft 2 along with the operation of immersing the welding tool 1 into the workpiece. The point of action of the pressing force F (the central axis position of the welding tool 1) is away from the slider 14 of the pressing shaft 2 in the normal direction Z of the mounting surface, so that the pitching moment due to the pressing force is increased by the pressing shaft. 2 acts on the second slider 14.

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。具体的には、接合ツール1の中心軸Qが、加圧軸2のスライダ中心PAの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、加圧軸スライダ中心PAを通るように配置されていることが望ましい。   During the pushing operation (at the start of the offset operation), it is desirable that the yawing moment Mx1 (not shown) does not act on the slider 14 of the pressure shaft 2. Specifically, the center axis Q of the welding tool 1 is disposed so as to pass over the slider center PA of the pressing shaft 2, that is, a direction perpendicular to the pressing shaft 2 and the offset shaft 3 (Z It is desirable that it is disposed so as to pass through the pressure axis slider center PA as viewed from the direction).

例えば、図6に示すように、オフセット軸3の動作開始位置での加圧軸2のスライダ中心PAと接合ツール1の中心軸Qとの距離をDkとすると、Dk=0となるように設定しておくのが望ましい。そうした場合、オフセット動作の開始時に加圧軸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、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。   For example, as shown in FIG. 6, when the distance between the slider center PA of the pressing shaft 2 and the center axis Q of the welding tool 1 at the operation start position of the offset shaft 3 is Dk, the setting is made so that Dk = 0. It is desirable to keep it. In such a case, since the yawing moment Mx1 due to the applied pressure F does not act on the slider 14 of the pressure shaft 2 at the start of the offset operation, the surface pressure of the rolling element 15 is reduced at both ends of the slider, and the slider 14 of the pressure shaft 2 The lifespan of is extended.

なお、加圧軸スライダ中心PAに対してオフセット軸スライダ中心PBがずれていることにより、加圧力Fがオフセット軸スライダ中心PBからずれた位置に横荷重として作用するため、加圧力FによるヨーイングモーメントMy1がオフセット軸3のスライダ14に作用する。このヨーイングモーメントMy1の作用により、接合ツール1の中心軸Qをオフセット軸スライダ中心PBの上を通るように配置した場合に比べて、転動体15の面圧はオフセット軸3のスライダ両端部において上昇する。しかし、オフセット軸3は押し込み動作においては停止しているので、転動体15は転動面を転がることはなく、転がり寿命の観点から、この面圧上昇に起因する寿命低下は起こらない。   Since the offset axis slider center PB is deviated from the pressure axis slider center PA, the applied force F acts as a lateral load at a position displaced from the offset axis slider center PB. My1 acts on the slider 14 of the offset shaft 3. Due to the action of the yawing moment My1, the surface pressure of the rolling element 15 rises at both ends of the slider of the offset shaft 3 as compared with the case where the center axis Q of the welding tool 1 is disposed above the offset shaft slider center PB. To do. However, since the offset shaft 3 is stopped in the pushing operation, the rolling element 15 does not roll on the rolling surface, and the life reduction due to the increase in the surface pressure does not occur from the viewpoint of the rolling life.

また、加圧力Fの作用点(接合ツール1の中心軸位置)は、オフセット軸スライダ中心PBから取り付け面法線方向Zに離れていることにより、加圧力Fがオフセット軸3のスライダ14に対しローリングモーメントとして作用する。   Further, the point of application of the applied pressure F (the central axis position of the welding tool 1) is away from the offset axis slider center PB in the mounting surface normal direction Z, so that the applied pressure F is applied to the slider 14 of the offset axis 3. Acts as a rolling moment.

次に図7を用いてオフセット動作時について述べる。
オフセット動作時おいて、加圧軸2のスライダ14には、加圧力Fによるピッチングモーメントと、オフセット軸3の移動により生じた加圧力Fに起因するヨーイングモーメントMx2と、オフセット荷重FyによるヨーイングモーメントMx3とが作用する。なお、ヨーイングモーメントMx2は、オフセット軸3の移動によって生じた、接合ツール1の中心軸Qと加圧軸スライダ中心PAとの距離の増加によって生じる。
Next, the offset operation will be described with reference to FIG.
During the offset operation, the slider 14 of the pressurizing shaft 2 has a pitching moment due to the applied force F, a yawing moment Mx2 caused by the applied force F generated by the movement of the offset shaft 3, and a yawing moment Mx3 caused by the offset load Fy. And act. The yawing moment Mx2 is caused by an increase in the distance between the center axis Q of the welding tool 1 and the pressure axis slider center PA, which is caused by the movement of the offset shaft 3.

オフセット動作時には、オフセット荷重FyによるヨーイングモーメントMx3の作用により、押し込み動作時に比べて、加圧軸2のスライダ両端部における転動体15の面圧が上昇する。しかし、加圧軸2のスライダ14は、オフセット動作においては停止あるいは微小移動であるので、転動体15は転走面をほとんど転がることがなく、転がり寿命の観点から、この面圧上昇に起因する寿命低下は起こらない。   During the offset operation, the surface pressure of the rolling elements 15 at both ends of the slider of the pressurizing shaft 2 increases due to the action of the yawing moment Mx3 due to the offset load Fy as compared with the pushing operation. However, since the slider 14 of the pressurizing shaft 2 is stopped or slightly moved in the offset operation, the rolling element 15 hardly rolls on the rolling surface, and this is caused by the increase in the surface pressure from the viewpoint of the rolling life. There is no reduction in service life.

オフセット軸3のスライダ14には、前述の横荷重とローリングモーメントが作用する。また、オフセット動作により、オフセット軸3の案内レール13が移動して接合ツール1がY軸方向へ移動するのに伴い、加圧力Fがオフセット軸3のスライダ中心PBからずれた位置に作用するようになるため、加圧力FによるヨーイングモーメントMy2(紙面反時計周り)が作用する。さらに、オフセット荷重FyによるヨーイングモーメントMy3(紙面時計周り)も作用する。   The lateral load and the rolling moment described above act on the slider 14 of the offset shaft 3. Further, as the guide rail 13 of the offset shaft 3 moves and the welding tool 1 moves in the Y-axis direction by the offset operation, the applied force F acts on a position shifted from the slider center PB of the offset shaft 3. Therefore, the yawing moment My2 (counterclockwise on the paper surface) due to the applied pressure F acts. Further, a yawing moment My3 (clockwise on the paper surface) due to the offset load Fy also acts.

ここで、スライダ中心PA、PB間の距離をLs、オフセット軸3のオフセット移動量(初期位置よりの変位量)をYf、オフセット軸3の動作開始位置(Yf=0)での加圧軸スライダ中心PAと接合ツール1の中心軸Qとの距離をDk、接合ツール1の中心軸Qの加圧軸2の軸線に対する傾き角度をαとすると、オフセット軸スライダ中心PBと接合ツール1の中心軸Qとの間の距離Dfは、
Df=(Ls+Yf)cosα+Dk
となる。
Here, the distance between the slider centers PA and PB is Ls, the offset movement amount (displacement amount from the initial position) of the offset shaft 3 is Yf, and the pressure axis slider at the operation start position (Yf = 0) of the offset shaft 3 When the distance between the center PA and the center axis Q of the welding tool 1 is Dk, and the inclination angle of the center axis Q of the welding tool 1 with respect to the axis of the pressure shaft 2 is α, the offset axis slider center PB and the center axis of the welding tool 1 The distance Df from Q is
Df = (Ls + Yf) cos α + Dk
It becomes.

加圧力をF、オフセット軸スライダ中心PBから接合ツール1の先端までの距離をDt、オフセット荷重をFyとすると、加圧力FによるヨーイングモーメントMy2、オフセット荷重によるヨーイングモーメントMy3は、図7中時計回りを正とすると、
My2=−F×Df=−F×(Ls+Yf)cosα−F×Dk
My3=Fy×Dt
となる。
When the applied pressure is F, the distance from the offset axis slider center PB to the tip of the welding tool 1 is Dt, and the offset load is Fy, the yawing moment My2 due to the applied force F and the yawing moment My3 due to the offset load are clockwise in FIG. Is positive,
My2 = −F × Df = −F × (Ls + Yf) cos α−F × Dk
My3 = Fy × Dt
It becomes.

よって、オフセット軸3のスライダ14に作用するヨーイングモーメントの総和Myは、
My=My2+My3=Fy×Dt−F×(Ls+Yf)cosα−F×Dk…(1)
となる。
Therefore, the sum My of the yawing moment acting on the slider 14 of the offset shaft 3 is
My = My2 + My3 = Fy × Dt−F × (Ls + Yf) cos α−F × Dk (1)
It becomes.

上式より、スライダ中心PA、PB間の距離をずらさない場合(Ls=0の時)に比べて、オフセット軸スライダ中心PBを加圧軸スライダ中心PAよりも接合ツール1の進行方向YAと逆方向にずらした場合(Ls>0)の方が、オフセット軸3のスライダ14に作用するヨーイングモーメントの総和My=My2+My3を小さくできることが分かる。   From the above formula, compared to the case where the distance between the slider centers PA and PB is not shifted (when Ls = 0), the offset axis slider center PB is more reverse to the traveling direction YA of the welding tool 1 than the pressure axis slider center PA. It can be seen that when the direction is shifted (Ls> 0), the total of the yawing moments My = My2 + My3 acting on the slider 14 of the offset shaft 3 can be reduced.

ここで、オフセット軸スライダ中心PBが、オフセット軸3のスライダ14に作用するヨーイングモーメントの総和がゼロとなるヨーイングモーメント中立位置を通過するように、両スライダ中心PA、PB間の距離Ls、あるいは、接合ツール1の先端とオフセット軸スライダ中心PBと間の距離Dtを設定することにより、オフセット軸3のスライダ14の寿命をさらに延長することができる。   Here, the distance Ls between the slider centers PA and PB so that the offset axis slider center PB passes through the yawing moment neutral position where the total yawing moment acting on the slider 14 of the offset axis 3 becomes zero, or By setting the distance Dt between the tip of the welding tool 1 and the offset axis slider center PB, the life of the slider 14 of the offset axis 3 can be further extended.

オフセット軸スライダ中心PBが、ヨーイングモーメント中立位置(My=0)を通過するようにするためには、上記(1)式の変形から求められるように、
Yf+Ls=Dt×Fy/(F×cosα)−Dk/cosα
となるように設定すればよい。
In order to allow the offset axis slider center PB to pass the yawing moment neutral position (My = 0), as obtained from the modification of the above equation (1),
Yf + Ls = Dt × Fy / (F × cos α) −Dk / cos α
Should be set to be.

オフセット距離をSyとすると、
0≦Yf≦Sy
となるので、
0≦Dt×Fy/(F×cosa)−Dk/cosα−Ls≦Sy
つまり
Dt×Fy/(F×cosα)−Dk/cosα−Sy
≦Ls≦DtxFy/(F×cosα)−Dk/cosα
の範囲でスライダ中心間距離Lsを設定すればよい。
If the offset distance is Sy,
0 ≦ Yf ≦ Sy
So,
0 ≦ Dt × Fy / (F × cosa) −Dk / cos α−Ls ≦ Sy
That is, Dt × Fy / (F × cos α) −Dk / cos α-Sy
≦ Ls ≦ DtxFy / (F × cos α) −Dk / cos α
The distance Ls between the slider centers may be set within the range of

さらに、
Ls=Dt×Fy/(F×cosα)−Sy/2
Dk=0とすれば、
My=F×(Yf−Sy/2)cosα,(0≦Yf≦Sy)
となり、オフセット動作中に、Yfが0からSyまで変化した場合のオフセット軸3のスライダ14に作用するヨーイングモーメントの大きさを最も小さくできるので、最も寿命を延長することができる。
further,
Ls = Dt × Fy / (F × cos α) −Sy / 2
If Dk = 0,
My = F × (Yf−Sy / 2) cos α, (0 ≦ Yf ≦ Sy)
Thus, since the magnitude of the yawing moment acting on the slider 14 of the offset shaft 3 when Yf changes from 0 to Sy during the offset operation can be minimized, the life can be extended most.

以上のように、スライダ中心PA、PBをずらすことで、加圧軸2及びオフセット軸3それぞれのスライダ14が駆動する動作において、過大なヨーイングモーメントが発生することなく、転動体の面圧をスライダ両端部において低減させることができ、加圧軸2のスライダ14とオフセット軸3のスライダ14の両方の寿命を延長することができる。従って、接合ヘッド(アーム50を含めた本実施形態の摩擦撹拌接合装置M)のコンパクト化及び軽量化が可能となり、接合ヘッドを駆動するロボットアームのサイズダウンが可能となる。   As described above, by shifting the slider centers PA and PB, in the operation in which the slider 14 of each of the pressure shaft 2 and the offset shaft 3 is driven, an excessive yawing moment is not generated, and the surface pressure of the rolling element is reduced. Both ends can be reduced, and the lifetimes of both the slider 14 of the pressure shaft 2 and the slider 14 of the offset shaft 3 can be extended. Therefore, the joining head (the friction stir welding apparatus M of the present embodiment including the arm 50) can be made compact and light, and the size of the robot arm that drives the joining head can be reduced.

以下、本発明の摩擦攪拌接合装置の実施例について説明する。
オフセット荷重は接合条件によって定まるが、例えば板厚2mmのアルミ板(ワーク)を、ショルダ径Φ10mm、ツールピン高さ3mm、ツールピン径Φ4の円筒形状の接合ツール1を用いて摩擦撹絆接合する場合、加圧力F=5000N、接合ツール煩き角度α=3°、オフセット軸の移動速度を20mm/sとしたとき、オフセット荷重はFy=500Nであった。
Examples of the friction stir welding apparatus according to the present invention will be described below.
The offset load is determined by the joining conditions. For example, an aluminum plate (workpiece) having a thickness of 2 mm is friction stir welded using a cylindrical joining tool 1 having a shoulder diameter of Φ10 mm, a tool pin height of 3 mm, and a tool pin diameter of Φ4. In this case, the offset load was Fy = 500 N when the applied pressure F = 5000 N, the welding tool troublesome angle α = 3 °, and the moving speed of the offset shaft was 20 mm / s.

オフセット距離Sy=5mm、オフセット軸スライダ中心PBからツール先端までの距離Dt=40mm、オフセット軸動作開始位置での加圧軸スライダ中心PAと接合ツール1の中心軸Qとの距離をDk=0mmとした場合、スライダ中心PA、PB間の距離Lsを、
35mm≦Ls≦40mm
とすることで、オフセツト軸スライダ中心PBがヨーイングモーメント中立位置を通過するようにすることができ、オフセット軸スライダの寿命をさらに延長できるようになる。特に、Ls=37.5mmとすることで、最も寿命を延長することができる。
Offset distance Sy = 5 mm, distance Dt = 40 mm from offset axis slider center PB to tool tip, and distance between pressure axis slider center PA and center axis Q of welding tool 1 at the offset axis operation start position as Dk = 0 mm If the distance Ls between the slider centers PA and PB is
35mm ≦ Ls ≦ 40mm
By doing so, the offset axis slider center PB can pass through the neutral position of the yawing moment, and the life of the offset axis slider can be further extended. In particular, the life can be extended most by setting Ls = 37.5 mm.

図8は横軸にスライダ中心間距離Ls、縦軸に押込しみ動作及びオフセット動作それぞれの場合におけるオフセット軸動作開始位置でのオフセット軸スライダ両端部での面圧を示したものである。   In FIG. 8, the horizontal axis shows the distance Ls between the slider centers, and the vertical axis shows the surface pressure at both ends of the offset shaft slider at the offset shaft operation start position in each of the indenting operation and the offset operation.

スライダ中心間距離Ls=0とした場合、押し込み動作での面圧は抑えられているが、オフセット動作での面圧は高い。この場合、オフセット動作ではオフセット軸を駆動するため(転動体が転動するため)、オフセット軸スライダの寿命は短くなると予想される。   When the slider center distance Ls = 0, the surface pressure in the pushing operation is suppressed, but the surface pressure in the offset operation is high. In this case, since the offset shaft is driven in the offset operation (the rolling element rolls), the life of the offset shaft slider is expected to be shortened.

スライダ中心間距離Lsの増加に伴い、押し込み動作での面圧は上昇し、オフセット動作での面圧は抑えられている。押し込み動作で面圧が上昇しても、押し込み動作時はオフセット軸3が停止しているため、オフセット軸スライダの寿命には影響は出ない。オフセット動作での面圧を抑えられたことで、オフセット軸スライダの寿命は延長すると予想される。   As the slider center distance Ls increases, the surface pressure in the pushing operation increases, and the surface pressure in the offset operation is suppressed. Even if the surface pressure is increased by the pushing operation, the offset shaft 3 is stopped during the pushing operation, so that the life of the offset shaft slider is not affected. By suppressing the surface pressure in the offset operation, the life of the offset shaft slider is expected to be extended.

スライダ中心間距離Ls=37.5mmとなった場合、オフセット軸動作開始位置での面圧は極小ではないが、オフセット動作によりオフセット軸位置(移動量Yf)が0から5mmまで変化した場合(計算面圧はスライダ中心間距離Ls=37.5mmから42.5mmまで変化した場合と同等)、オフセット動作での面庄は最も小さく抑えられていることが分かる。   When the slider center distance Ls = 37.5 mm, the surface pressure at the offset axis operation start position is not minimal, but the offset axis position (movement amount Yf) changes from 0 to 5 mm due to the offset operation (calculation). The surface pressure is equivalent to the case where the distance Ls between the slider centers changes from 37.5 mm to 42.5 mm), and it can be seen that the surface stress in the offset operation is minimized.

上記においては、接合条件やオフセット軸スライダ中心PBと接合ツール1の先端との間の距離Dtから、スライダ中心間距離Lsを求めていたが、予め定められているスライダ中心間距離Lsからオフセット軸スライダ中心PBと接合ツール1の先端との間の距離Dtを導出してもよい。   In the above description, the slider center distance Ls is obtained from the joining conditions and the distance Dt between the offset axis slider center PB and the tip of the joining tool 1, but the slider center distance Ls is determined from the predetermined slider center distance Ls. A distance Dt between the slider center PB and the tip of the welding tool 1 may be derived.

以上説明したように、本実施形態の摩擦撹拌接合装置Mによれば、2つのボールねじ一体型直動案内ユニット10A、10Bの直動案内軸受11のスライダ14同士を互いに結合又は一体成形したことにより、被搬送物をU字状の案内レール13に載せることができるので、一方の直動案内軸受のスライダ上に他方の直動案内軸受の案内レールを載せる場合と比べ、取り付け面積を大きくとることができる。また、スライダ14に取り付け面積を確保するのではないから、スライダ14を大きくする必要がなく、直動案内軸受11の小型化が可能になる。また、2軸の各軸は、駆動手段としてのボールねじ12をそれぞれ備えるので、一方の案内レール13をアーム50に固定し、他方の案内レール13に被搬送物を固定することにより、コンパクトな構成で2軸駆動を行うことができる。   As described above, according to the friction stir welding apparatus M of the present embodiment, the sliders 14 of the linear motion guide bearings 11 of the two ball screw integrated linear motion guide units 10A and 10B are combined or integrally formed. As a result, the object to be conveyed can be placed on the U-shaped guide rail 13, so that the mounting area is increased compared to the case where the guide rail of the other linear motion guide bearing is placed on the slider of the first linear motion guide bearing. be able to. In addition, since the mounting area is not secured in the slider 14, it is not necessary to enlarge the slider 14, and the linear guide bearing 11 can be downsized. In addition, each of the two axes includes a ball screw 12 as a driving means. Therefore, by fixing one guide rail 13 to the arm 50 and fixing the object to be conveyed to the other guide rail 13, a compact structure can be obtained. Two-axis drive can be performed with the configuration.

また、2つのスライダ14を結合するので、スライダ14同士の位置を調整した上で結合することにより、スライダ中心の位置ずれ量を任意に調整可能である。なお、2つのスライダ14同士を結合するのに代えて、2つのスライダ14を一体成形してもよい。この場合、2つのスライダ14を一体成形することにより、2軸の調整を組立時に行う必要がなく、組立性が向上する。   Further, since the two sliders 14 are coupled, the positional deviation amount at the center of the slider can be arbitrarily adjusted by coupling the sliders 14 after adjusting the positions of the sliders 14. Note that the two sliders 14 may be integrally formed instead of joining the two sliders 14 together. In this case, by integrally molding the two sliders 14, it is not necessary to adjust the two axes at the time of assembly, and the assemblability is improved.

また、一方のスライダ14と他方のスライダ14の両スライダ中心の位置が2軸のうちのいずれか一方の軸線に沿ってずれるように、スライダ14同士を結合したので、ヨーイングモーメントの低減に寄与することができる。   Further, since the sliders 14 are coupled so that the positions of the center of both sliders of the one slider 14 and the other slider 14 are shifted along one of the two axes, it contributes to the reduction of the yawing moment. be able to.

また、転動体としてコロを用いたことにより、高荷重耐力を持たせることができ、サイズダウンが可能となり、装置の小型化が図れる。   In addition, by using a roller as the rolling element, it is possible to provide a high load bearing strength, and it is possible to reduce the size and to reduce the size of the apparatus.

また、摩擦撹拌接合装置Mの加圧軸2とオフセット軸3の駆動用に2軸駆動ユニット5を用いており、加圧軸2を構成する一方の直動案内軸受11の案内レール13をアーム50に固定し、オフセット軸3を構成する他方の直動案内軸受11の案内レール13に、接合ツール1を装着したスピンドル30を固定したので、摩擦撹拌接合装置Mのコンパクト化及び構成のシンプル化を実現することができる。   Further, the biaxial drive unit 5 is used for driving the pressure shaft 2 and the offset shaft 3 of the friction stir welding apparatus M, and the guide rail 13 of one linear guide bearing 11 constituting the pressure shaft 2 is armed. Since the spindle 30 with the welding tool 1 attached thereto is fixed to the guide rail 13 of the other linear guide bearing 11 constituting the offset shaft 3, the friction stir welding apparatus M is made compact and the configuration is simplified. Can be realized.

また、オフセット動作開始時において、接合ツール1の中心軸Qが加圧軸2のスライダ中心PAを通るようにしているので、オフセット動作開始時に加圧軸2にヨーイングモーメントを発生しないようにすることができる。   Further, since the center axis Q of the welding tool 1 passes through the slider center PA of the pressurizing shaft 2 at the start of the offset operation, no yawing moment is generated on the pressurizing shaft 2 at the start of the offset operation. Can do.

また、加圧軸2のスライダ中心PAとオフセット軸3のスライダ中心PBをずらして配置し、オフセット軸3のスライダ中心PBをオフセット動作において、加圧力によるヨーイングモーメントとオフセット荷重によるヨーイングモーメントが打ち消し合う位置を経由するように配置しているので、オフセット動作時に過大なヨーイングモーメントが発生するのを避けることができ、スライダ両端部での面圧を低減して、装置寿命を延ばすことができる。また、接合ツール1から加圧軸2までの接合ヘッド部分のコンパクト化及び軽量化が可能となるので、接合ヘッドを駆動するロボットアームのサイズダウンが可能となる。   Further, the slider center PA of the pressure shaft 2 and the slider center PB of the offset shaft 3 are shifted from each other, and the yawing moment due to the applied pressure and the yawing moment due to the offset load cancel each other in the offset operation of the slider center PB of the offset shaft 3. Since it is arranged so as to pass through the position, it is possible to avoid an excessive yawing moment during the offset operation, and it is possible to extend the life of the apparatus by reducing the surface pressure at both ends of the slider. Further, since the joining head portion from the joining tool 1 to the pressure shaft 2 can be made compact and light, the size of the robot arm that drives the joining head can be reduced.

また、スライダ中心間距離LsをLs≒Dt×Fy/(F×cosα)−Sy/2を満たすように設定することにより、オフセット動作において、接合ツール1とオフセット軸3の案内レール13の移動に伴い、接合ツール1の中心軸Qが、両スライダ中心に対して移動することになるが、そのときのヨーイングモーメントを最も小さくすることができるので、装置寿命を更に延ばすことができる。   Further, by setting the distance Ls between the slider centers so as to satisfy Ls≈Dt × Fy / (F × cos α) −Sy / 2, it is possible to move the welding tool 1 and the guide rail 13 of the offset shaft 3 in the offset operation. Accordingly, the central axis Q of the welding tool 1 moves relative to the centers of both sliders, but the yawing moment at that time can be minimized, so that the life of the apparatus can be further extended.

また、接合ツール1と旋回軸モータ44を芯違いに配置したので、旋回軸モータ44の軸線の位置に拘わらず、接合ツール1の高さつまりは2軸駆動ユニットにとっての外部荷重の作用点を、取り付け面13aの法線方向に低く抑えることができる。これによって、加圧軸2のスライダ14に作用するピッチングモーメント、オフセット軸3のスライダ14に作用するローリングモーメントを小さく抑えることができる。   Further, since the welding tool 1 and the turning shaft motor 44 are arranged in the wrong center, the height of the welding tool 1, that is, the point of application of external load for the two-axis drive unit, regardless of the position of the axis of the turning shaft motor 44. , It can be kept low in the normal direction of the mounting surface 13a. As a result, the pitching moment acting on the slider 14 of the pressure shaft 2 and the rolling moment acting on the slider 14 of the offset shaft 3 can be kept small.

また、接合ツール1の中心軸Qを加圧軸2の軸線に対して傾斜させたので、オフセット動作において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   Further, since the center axis Q of the welding tool 1 is inclined with respect to the axis of the pressing shaft 2, the work material fluidized in the offset operation flows into the shoulder portion 1b of the welding tool 1 in a wedge shape. Is generated, and the applied pressure can be maintained without largely moving the pressurizing shaft 2.

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。   In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, A deformation | transformation, improvement, etc. are possible suitably. In addition, the material, shape, dimensions, number, arrangement location, and the like of each component in the above-described embodiment are arbitrary and are not limited as long as the present invention can be achieved.

例えば、上記実施形態では、各転動体としてコロを使用した場合を説明したが、ボールを使用してもよいし、ある直動案内軸受の転動体はコロにし、別の直動案内軸受の転動体はボールにするといった組み合わせにしてもよい。   For example, in the above-described embodiment, the case where a roller is used as each rolling element has been described. However, a ball may be used, or the rolling element of a certain linear motion guide bearing may be a roller and the rolling motion of another linear motion guide bearing may be used. The moving body may be a combination such as a ball.

また、上記実施形態では、直動案内軸受11を方向転換路と戻し通路16Dとを備えて転動通路16に転動体15を循環させる方式の直動案内軸受としたが、これに限定されず、転動体15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。   In the above-described embodiment, the linear motion guide bearing 11 is a linear motion guide bearing having a direction changing path and a return path 16D and circulating the rolling elements 15 in the rolling path 16, but is not limited thereto. Alternatively, a non-circulation type linear motion guide bearing that does not include a mechanism for circulating the rolling elements 15 may be used.

また、上記実施形態では、接合ツール1の中心軸Qを加圧軸2の軸線に対して傾斜させたが、これに限定されず、図9に示すように、接合ツール1の中心軸Qを加圧軸2の軸線と平行に設定してもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the center axis Q of the joining tool 1 was inclined with respect to the axis line of the pressurization axis | shaft 2, it is not limited to this, As shown in FIG. The pressure axis 2 may be set parallel to the axis.

また、上記実施形態では、加圧軸モータ42及びオフセット軸モータ43の動力を加圧軸2やオフセット軸3のボールねじ軸18に伝達する方式にベルト方式を採用していたが、カップリングやギヤを介してモータ42、43によりボールねじ軸18を直結駆動してもよい。カップリングを介して直結駆動することで、より高応答な制御が可能となる。   In the above-described embodiment, the belt method is adopted as a method for transmitting the power of the pressure shaft motor 42 and the offset shaft motor 43 to the ball screw shaft 18 of the pressure shaft 2 or the offset shaft 3. The ball screw shaft 18 may be driven directly by the motors 42 and 43 via gears. Higher responsive control is possible by driving directly through the coupling.

M 摩擦撹拌接合装置
PA 加圧軸スライダ中心(直動案内軸受のスライダのスライダ中心)
PB オフセット軸スライダ中心(直動案内軸受のスライダのスライダ中心)
1 接合ツール
2 加圧軸
3 オフセット軸
4 旋回軸
5 2軸駆動ユニット
10A 第1のボールねじ一体型直動案内ユニット(加圧軸、X軸)
10B 第2のボールねじ一体型直動案内ユニット(オフセット軸、Y軸)
11 直動案内軸受
12 ボールねじ
13 案内レール
13A 袖部
14 スライダ
15 転動体(コロまたはボール)
16 転動通路
16A 案内レール側の転動面
16B スライダ側の転動面
17 ボールねじナット
18 ボールねじ軸
19 ボール
30 スピンドル
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(傾斜付与部材)
M Friction stir welding equipment PA Pressurization shaft slider center (slider center of linear motion guide bearing slider)
PB Offset shaft slider center (slider center of linear motion guide bearing slider)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Joining tool 2 Pressure axis | shaft 3 Offset axis | shaft 5 Turning axis | shaft 5 2 axis | shaft drive unit 10A 1st ball screw integrated linear motion guide unit (pressure axis | shaft, X axis)
10B Second ball screw integrated linear motion guide unit (offset axis, Y axis)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Linear motion guide bearing 12 Ball screw 13 Guide rail 13A Sleeve part 14 Slider 15 Rolling element (roller or ball)
16 Rolling path 16A Rolling surface on the guide rail side 16B Rolling surface on the slider side 17 Ball screw nut 18 Ball screw shaft 19 Ball 30 Spindle 42 Pressure shaft motor 43 Offset shaft motor 44 Swing shaft motor 48 Swing shaft bracket 49 Tapered give (Inclination imparting member)

Claims (12)

断面が略U字状に形成された案内レールと、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、
前記ボールねじナットを前記スライダに備えたボールねじ一体型直動案内ユニットを2つ備え、
前記2つのボールねじ一体型直動案内ユニットを、各ユニットの前記直動案内軸受の案内方向が互いに交差する2軸となるように、各ユニットの前記スライダ同士を結合して互いに組み合わせたことを特徴とする2軸駆動ユニット。
A guide rail having a substantially U-shaped cross section; a slider disposed in a U-shaped recess of the guide rail; and a plurality of rolling elements disposed between the guide rail and the slider. The guide rail has a rolling surface on an inner surface of each sleeve portion arranged to face the slider, and the slider has a rolling surface arranged to face the rolling surface of the guide rail. The rolling guide is interposed between the rolling surface of the guide rail and the rolling surface of the slider so that the slider and the guide rail are relatively movable. A bearing,
A ball screw nut formed in parallel with the guide rail, a ball screw shaft penetrating the ball screw nut, and a plurality of screws disposed between the spiral groove of the ball screw nut and the spiral groove of the ball screw shaft. A ball screw comprising a ball,
Two ball screw integrated linear motion guide units each having the ball screw nut on the slider;
The two ball screw integrated linear motion guide units are combined with each other by combining the sliders of the units so that the guide directions of the linear motion guide bearings of each unit are two axes intersecting each other. A featured two-axis drive unit.
一方の前記スライダと他方の前記スライダの両スライダ中心の位置が前記2軸のうちのいずれか一方の軸線に沿ってずれるように、前記スライダ同士を結合したことを特徴とする請求項1に記載の2軸駆動ユニット。   2. The sliders are coupled to each other so that the positions of the slider centers of one slider and the other slider are shifted along one of the two axes. 2-axis drive unit. 断面が略U字状に形成された案内レールと、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、
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を2つ備え、
前記2つのボールねじ一体型直動案内ユニットを、各ユニットの前記直動案内軸受の案内方向が互いに交差する2軸となるように、各ユニットの前記スライダ同士を一体成形して互いに組み合わせたことを特徴とする2軸駆動ユニット。
A guide rail having a substantially U-shaped cross section; a slider disposed in a U-shaped recess of the guide rail; and a plurality of rolling elements disposed between the guide rail and the slider. The guide rail has a rolling surface on an inner surface of each sleeve portion arranged to face the slider, and the slider has a rolling surface arranged to face the rolling surface of the guide rail. The rolling guide is interposed between the rolling surface of the guide rail and the rolling surface of the slider so that the slider and the guide rail are relatively movable. A bearing,
A ball screw nut formed in parallel with the guide rail, a ball screw shaft penetrating the ball screw nut, and a plurality of screws disposed between the spiral groove of the ball screw nut and the spiral groove of the ball screw shaft. A ball screw comprising a ball,
Two integrated ball screw integrated linear motion guide units having the ball screw nut provided in the slider;
The two ball screw integrated linear motion guide units are combined with each other by integrally forming the sliders of the units so that the guide directions of the linear motion guide bearings of each unit intersect with each other. 2-axis drive unit characterized by this.
一方の前記スライダと他方の前記スライダの両スライダ中心の位置が前記2軸のうちのいずれか一方の軸線に沿ってずれるように、前記スライダ同士を一体成形したことを特徴とする請求項3に記載の2軸駆動ユニット。   The sliders are integrally molded so that the positions of the slider centers of the one slider and the other slider are shifted along one of the two axes. The two-axis drive unit described. 前記2つのボールねじ一体型直動案内ユニットの少なくとも1つは、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の移動する転動通路を構成しており、前記スライダには、前記転動体の戻し通路と、前記戻し通路と前記転動通路とを連通する方向転換路とが形成され、前記転動体が、前記転動通路と前記方向転換路と前記戻し通路とから構成される無限循環路を循環することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の2軸駆動ユニット。   At least one of the two ball screw integrated linear motion guide units constitutes a rolling path in which the rolling element moves between a rolling surface of the guide rail and a rolling surface of the slider, The slider is formed with a return passage of the rolling element, and a direction changing path that connects the return path and the rolling path, and the rolling element includes the rolling path, the direction changing path, and the return path. The two-axis drive unit according to any one of claims 1 to 4, wherein the two-axis drive unit circulates through an infinite circuit constituted by a passage. 前記2つのボールねじ一体型直動案内ユニットの少なくとも1つは、前記転動体がコロであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の2軸駆動ユニット。   The biaxial drive unit according to any one of claims 1 to 5, wherein at least one of the two ball screw integrated linear motion guide units, the rolling element is a roller. 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方向に移動して前記ワークに接近/離間させる加圧軸と、前記接合ツールをワークの表面方向に移動させるオフセット軸と、の2軸駆動用に請求項1〜6のいずれか1項に記載の2軸駆動ユニットが用いられており、
前記加圧軸を構成する一方の前記直動案内軸受の案内レールがベースに固定され、前記オフセット軸を構成する他方の前記直動案内軸受の案内レールに、前記接合ツールを装着したスピンドルが固定されていることを特徴とする摩擦攪拌接合装置。
By rotating the welding tool while pressing it against the workpiece, frictional heat is generated at the contact point between the welding tool and the workpiece to soften and agitate the material around the contact point, whereby the welding tool is applied to the workpiece. It is a friction stir welding apparatus that joins the workpieces linearly by moving the joining tool in the direction of the surface of the workpieces after immersion.
7. The biaxial drive according to claim 1, wherein the pressurizing shaft moves the joining tool in the axial direction thereof to approach / separate the workpiece and the offset shaft moves the joining tool in the surface direction of the workpiece. The biaxial drive unit described in any one of the items is used,
A guide rail of one of the linear motion guide bearings constituting the pressurizing shaft is fixed to a base, and a spindle on which the joining tool is mounted is fixed to the guide rail of the other linear motion guide bearing constituting the offset shaft. A friction stir welding apparatus characterized by being made.
前記接合ツールを前記オフセット軸に沿って移動させるオフセット動作開始時において、前記接合ツールの中心軸が、前記加圧軸と前記オフセット軸とに垂直な方向から見て、前記加圧軸を構成する一方の前記直動案内軸受のスライダのスライダ中心を通るように配置されていることを特徴とする請求項7に記載の摩擦撹拌接合装置。   At the start of an offset operation for moving the welding tool along the offset axis, the central axis of the welding tool constitutes the pressure axis when viewed from a direction perpendicular to the pressure axis and the offset axis. 8. The friction stir welding apparatus according to claim 7, wherein the friction stir welding apparatus is disposed so as to pass through a slider center of one of the linear motion guide bearings. 前記加圧軸を構成する他方の前記直動案内軸受のスライダのスライダ中心に対し、前記オフセット軸を構成する一方の前記直動案内軸受のスライダのスライダ中心が、前記オフセット軸の軸線に沿ってずらして配置されると共に、前記オフセット軸を構成する一方の前記直動案内軸受のスライダのスライダ中心が、当該オフセット軸のスライダに作用するヨーイングモーメント同士が打ち消しあうヨーイングモーメント中立位置を通過するように、前記両スライダ中心間の距離、あるいは、前記接合ツールとオフセット軸を構成する一方の前記直動案内軸受のスライダのスライダ中心との距離が設定されていることを特徴とする請求項7または8に記載の摩擦撹拌接合装置。   The slider center of the slider of one of the linear motion guide bearings constituting the offset shaft is along the axis of the offset shaft with respect to the slider center of the slider of the other linear motion guide bearing constituting the pressure shaft. The slider center of one of the linear motion guide bearings constituting the offset shaft passes through a neutral position where the yawing moments acting on the offset shaft slider cancel each other. 9. A distance between the slider centers, or a distance between the welding tool and the slider center of one of the linear guide bearings constituting the offset shaft is set. The friction stir welding apparatus according to 1. 前記両スライダ中心間の距離をLs、前記接合ツールの中心軸の加圧軸の軸線に対する傾き角度をα、前記接合ツールに反力として作用する加圧力をF、オフセット軸のスライダ中心から接合ツールの先端までの距離をDt、オフセット軸を移動させる際の抵抗であるオフセット荷重をFy、オフセット距離をSyとしたとき、
Ls≒Dt×Fy/(F×cosα)−Sy/2
の関係になるようしたことを特徴とする請求項8または9に記載の摩擦撹拌接合装置。
The distance between the centers of the sliders is Ls, the inclination angle of the center axis of the welding tool with respect to the axis of the pressure axis is α, the applied pressure acting as a reaction force on the welding tool is F, and the welding tool from the slider center of the offset shaft When the distance to the tip of Dt is Dt, the offset load that is the resistance when moving the offset shaft is Fy, and the offset distance is Sy,
Ls≈Dt × Fy / (F × cos α) −Sy / 2
The friction stir welding apparatus according to claim 8 or 9, characterized in that:
前記接合ツールの中心軸と該接合ツールを回転させる旋回軸モータの軸線の位置をずらして配置したことを特徴とする請求項8〜10のいずれか1項に記載の摩擦撹拌接合装置。   The friction stir welding apparatus according to any one of claims 8 to 10, wherein the center axis of the welding tool and the position of the axis of a turning axis motor that rotates the welding tool are shifted from each other. 前記接合ツールを保持するスピンドル及び前記旋回軸モータを取り付ける旋回軸ブラケットと、前記2軸駆動ユニットとの間に傾斜付与部材を介挿することで、前記接合ツールの中心軸を前記加圧軸の軸線に対して傾斜させたことを特徴とする請求項11に記載の摩擦撹拌接合装置。   By inserting an inclination imparting member between a spindle holding the joining tool and a turning axis bracket to which the turning axis motor is attached, and the two-axis drive unit, the center axis of the joining tool is set to the pressure axis. The friction stir welding apparatus according to claim 11, wherein the friction stir welding apparatus is inclined with respect to an axis.
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