以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。
図1乃至図3(a)(b)は本発明の摩擦撹拌接合装置の実施の一形態を示すもので、3軸門型の主軸位置決め機構を備える形式の場合の例を示すものである。
ここで、先ず、上記3軸門型の主軸位置決め機構について説明する。
上記3軸門型の主軸位置決め機構は、図1及び図2に符号1で示すもので、水平な架台2上に、すみ肉(内すみ)の接合対象となるワーク3aと3bを載置して該ワーク3aと3b同士の接合線4(図3(a)(b)参照)の延びる方向に沿って移動させるためのX軸テーブル5を備える。
更に、上記主軸位置決め機構1は、上記X軸テーブル5を跨ぐ門型フレーム6を備え、該門型フレーム6に、主軸ユニット7の鉛直方向(Z軸方向)の位置制御用のZ軸テーブル8が取り付けられている。該Z軸テーブル8には、主軸ユニット7を上記X軸テーブル5の移動方向(以下、X軸方向と云う)に直角な水平方向(以下、Y軸方向と云う)に自在に移動できるように保持するための横行軸としてのY軸テーブル9が取り付けられている。なお、上記自在に移動とは、駆動源によらない受動的な移動のことを云うものとする。該Y軸テーブル9には、摩擦撹拌接合ツール10を回転駆動可能に装備した主軸ユニット7が、上記X軸テーブル5の上方に配置された状態で取り付けられた構成としてある。
上記X軸テーブル5は、上記X軸方向に延びるように上記架台2上に設けたガイドレール11と、水平な平板状として上記ガイドレール11にガイドブロック12を介してスライド自在に取り付けたX軸テーブル本体13と、該X軸テーブル本体13を上記ガイドレール11の長手方向に移動させるためのX軸方向の直動機構としてのボールねじ直動機構14とから構成されている。
上記ボールねじ直動機構14は、サーボモータ15と、その出力側に取り付けた減速機16と、該減速機16の出力側に連結したねじ軸17と、該ねじ軸17に取り付けたナット部材18とを備えた構成とされている。
更に、上記ボールねじ直動機構14は、上記架台2上における上記X軸テーブル本体13との間となる個所に、上記ねじ軸17が上記ガイドレール11と平行に延びるようにした姿勢で設置されており、且つ上記ナット部材18が、上記X軸テーブル本体13に、ブラケット19を介して取り付けられている。
これにより、上記X軸テーブル5は、上記ボールねじ直動機構14のサーボモータ15による上記減速機16を介したねじ軸17の回転駆動により、上記ナット部材18と一緒に上記X軸テーブル本体13を、上記X軸方向に移動させることができるようにしてある。この際、上記X軸テーブル5では、上記サーボモータ15の回転量の検出信号、もしくは、リニアゲージや変位センサ等の図示しない位置検出手段による上記ナット部材18やX軸テーブル本体13の位置の検出信号を基に、後述するように上記X軸テーブル本体13の上側に載置して保持させるワーク3a,3bの位置や移動速度を制御できるようにしてある。
上記Z軸テーブル8は、上記門型フレーム6に設置した鉛直方向(Z軸方向)のガイドレール20と、上記X軸方向に垂直な鉛直面に沿う平板状として上記ガイドレール20にガイドブロック21を介してスライド自在に取り付けたZ軸テーブル本体22と、該Z軸テーブル本体22を上記ガイドレール20の長手方向に移動させるためのZ軸方向の直動機構としてのボールねじ直動機構23とから構成されている。
上記ボールねじ直動機構23は、サーボモータ24と、その出力側に取り付けた減速機25と、該減速機25の出力側に連結したねじ軸26と、該ねじ軸26に取り付けたナット部材27とを備えた構成とされている。
更に、上記ボールねじ直動機構23は、上記門型フレーム6の上記Z軸テーブル8の設置側の面における上記Z軸テーブル本体22との間となる個所に、上記ねじ軸26が上記ガイドレール20と平行に延びるようにした姿勢で設置されており、且つ上記ナット部材27が、上記Z軸テーブル本体22に、ブラケット28を介して取り付けられている。
これにより、上記Z軸テーブル8は、上記ボールねじ直動機構23のサーボモータ24による上記減速機25を介したねじ軸26の回転駆動により、上記ナット部材27と一緒に上記Z軸テーブル本体22を、鉛直方向としてのZ軸方向に移動させることができるようにしてある。この際、上記Z軸テーブル8では、上記サーボモータ24の回転量の検出信号、もしくは、リニアゲージや変位センサ等の図示しない位置検出手段による上記ナット部材27やZ軸テーブル本体22の位置の検出信号を基に、後述するように上記Z軸テーブル本体22にY軸テーブル9を介して保持される主軸ユニット7を上下方向へ移動させて、摩擦撹拌接合ツール10のZ軸方向の位置(上下方向位置)を制御できるようにしてある。
上記Y軸テーブル9は、上記X軸方向に垂直な鉛直面に沿う平板状としたY軸テーブル本体31を、上記Z軸テーブル本体22に設置したY軸方向のガイドレール29に、ガイドブロック30を介してスライド自在に取り付けた構成としてある。
これにより、上記Y軸テーブル9は、上記Y軸テーブル本体31を、上記ガイドレール29に沿わせてY軸方向に自在に移動させることができるようにしてある。
本発明の摩擦撹拌接合装置は、更に、上記X軸テーブル本体13の上側に、すみ肉の接合対象となるワーク3aと3bを保持するための治具32を備える。該治具32は、図3(a)に示すように、上記ワーク3aと3bが、接合線4を挟んで傾斜した配置となるように支持して、該ワーク3aと3bを、すみ肉の接合部が上方に開放されたV字状となる姿勢で保持するためのものである。
上記治具32は、たとえば、X軸テーブル本体13の上側に設置するための支持ブロック32aを備える。該支持ブロック32aは、接合対象となるワーク3aと3bの接合線4の長さ寸法に対応する寸法でX軸方向に沿って延びる形状としてある。
上記支持ブロック32aの上面側には、X軸方向と直交する幅方向(Y軸方向)の中央部に、V字状の溝32bが、該支持ブロック32aの長手方向(X軸方向)の全長に亘り設けられている。
更に、上記支持ブロック32aは、上記V字状の溝32bにおける各斜面の上端部に、X軸方向に所定の配列で、個別の押さえ部材32cを、ボルト32dを介して取り外し可能に取り付けることができるようにした構成としてある。
上記治具32は、上記V字状の溝32bの各斜面に沿わせて上記ワーク3aと3bを配置することにより、該V字状の溝32bの下端部で、該ワーク3aと3bの角継手によるすみ肉の接合部を突き合わせて配置できるようにしてある。更に、この状態で、上記治具32の溝32bの上端部には、上記ワーク3aと3bを個別に押さえるための各押さえ部材32cを、上記支持ブロック32aにボルト32dにより固定する。これにより、上記治具32は、上記ワーク3aと3bによるすみ肉の接合部の位置を、X軸方向の全長に亘って保持できるようにしてある。なお、図3(b)では、図示する便宜上、上記治具32の記載を省略してある。
上記治具32によるワーク3aと3bの保持は、摩擦撹拌接合に際して、該ワーク3aと3bの接合部に、上記主軸ユニット7の摩擦撹拌接合ツール10を、プローブ33を没入させるような大きな力で押し付けても、上記ワーク3aと3bがずれないように保持できるようにしてあるものとする。
なお、図3(a)では、ワーク3aと3bのすみ肉の接合部が角継手の場合を例示したが、すみ肉の接合部は、T字継手や重ね継手や十字継手であってもよい。これらの場合は、接合線4を挟んで配置されるワーク3aと3bの表面側が共に傾斜面となるように該ワーク3aと3bをそれぞれ配置するときの姿勢に応じて、該ワーク3aと3bを保持するための上記治具32の形状を適宜変更するようにすればよい。
この際、図3(a)に示すように、上記治具32は、すみ肉の接合対象となるワーク3aと3bを、接合線4を挟んで配置される該ワーク3aと3bの表面側が共に鉛直方向に対し等しい傾斜角度となる姿勢で保持できるようにすることが好ましい。しかし、上記ワーク3aと3bをすみ肉接合する継手の形状や配置によっては、上記治具32は、接合線4を挟んで配置されるワーク3aと3bの表面側が鉛直方向に対して互いに異なる傾斜角度となるように保持するようにしたものとしてもよいことは勿論である。
上記主軸ユニット7には、下端部に、図3(a)(b)に示すように、回転駆動可能なプローブ33と、固定式(不回転)のショルダー34とを備えた摩擦撹拌接合ツール10が装備されている。
上記プローブ33は、軸心方向が上下方向となるように配置されて、その上端には、回転駆動軸(プローブ軸)35が一体に接続されている。該回転駆動軸35は、上記主軸ユニット7に備えた図示しない回転駆動装置に接続されて、プローブ33に回転駆動力を伝えるようにしてある。
上記固定式ショルダー34は、下端部が、2つのワーク接触面36aと36bとからなるV字形状としてX軸方向に沿って延びる形状としてある。上記ワーク接触面36aと36bは、上記X軸テーブル5上の治具32に保持されたワーク3aと3bの表面側に接触するような傾斜角度となるようにしてある。
更に、上記固定式ショルダー34には、長手方向(X軸方向)の中間部に、プローブ挿通孔37が、上下方向に貫通して設けられた構成としてある。該プローブ挿通孔37は、プローブ33を挿通する部分と回転駆動軸35を挿通する部分を有し、プローブ33を挿通する部分の下端側の開口の中心位置が、上記固定式ショルダー34の下端部の2つのワーク接触面36aと36bが合わさるV字形状の頂点に対応するように設けられている。
これにより、上記プローブ挿通孔37の回転駆動軸35の挿通部に、上記回転駆動軸35を挿通配置させて、上記プローブ33がプローブ挿通孔37より下方に突出するように配置させた状態として、固定式ショルダー34の上端側を、上記主軸ユニット7の下端部に、回転を阻止した状態で保持させることにより、該固定式ショルダー34が、主軸ユニット7の下端に保持されるようにしてある。
したがって、上記主軸ユニット7は、上記摩擦撹拌接合ツール10における固定式ショルダー34の各ワーク接触面36aと36bを、上記X軸テーブル5上に上記治具32を介して保持されたワーク3aと3bの接合線4を挟んで配置される面にそれぞれ押し当てるようにして接触させることができるようにしてある。これにより、上記摩擦撹拌接合ツール10は、上記固定式ショルダー34の下端部のV字形状の頂点を、ワーク3aと3bの間の接合線4の位置に合わせて配置することができ、よって、該固定式ショルダー34のプローブ挿通孔37より下方に突出する上記プローブ33も、上記ワーク3aと3bの接合線4の位置に配置させることができるようにしてある。
以上の構成としてある本発明の摩擦撹拌接合装置を使用する場合は、先ず、図1、図2及び図3(a)に示すように、X軸テーブル5上に、ワーク3aと3bを、治具32を介して保持させる。この際、上記ワーク3aと3bは、摩擦撹拌接合の実施時に上記X軸テーブル5により進行させる方向(以下、接合時ワーク進行方向と云う)の先端部については、接合線4のY軸方向に関する位置を、予め設定してある接合開始位置に位置合わせした状態で配置させることが望ましい。
次に、主軸ユニット7の摩擦撹拌接合ツール10は、上記主軸位置決め機構1におけるZ軸テーブル8とY軸テーブル9により、上記X軸テーブル5上に保持されたワーク3aと3bの位置に応じて配置させる。
この際、上記ワーク3aと3bは、接合時ワーク進行方向の先端部のX軸方向の位置が、上記固定式ショルダー34における該ワーク3a,3bに近接する側の端部と重なる位置となるまで、上記X軸テーブル5により移動させておく。
この状態で、上記摩擦撹拌接合ツール10は、上記Y軸テーブル9のY軸テーブル本体31を主軸ユニット7と共に手動でY軸方向に移動させる操作により、上記固定式ショルダー34の上記ワーク3a,3bに近接する側の端部となる長手方向一端寄り部分が、上記ワーク3aと3bのワーク進行方向先端部のほぼ真上に位置するように配置させる。この際、上記固定式ショルダー34は、下端部のV字形状の頂点が、上記ワーク3aと3bの接合線4を挟んだ面(傾斜面)のいずれかの個所の真上に配置されていればよい。
次いで、上記摩擦撹拌接合ツール10は、上記Z軸テーブル8の動作により下降させて、上記固定式ショルダー34の長手方向一端寄り部分を、上記ワーク3aと3bのワーク進行方向先端部の上側に、上方より押し付けるようにして配置させる。これにより、上記摩擦撹拌接合ツール10は、上記固定式ショルダー34の長手方向一端寄り部分におけるワーク接触面36aと36bが、対応するワーク3aと3bの面に倣うようにY軸方向位置が調整された後、上記各ワーク接触面36aと36bの双方が、上記ワーク3aと3bのワーク進行方向先端部における該各ワーク3aと3bの面に共に押し当てられた状態で配置されるようになる。なお、上記固定式ショルダー34の上記ワーク3aと3bの面に倣うY軸方向位置の調整は、該固定式ショルダー34を備えた上記主軸ユニット7が、Y軸テーブル本体31と共にガイドレール29に沿って受動的に移動することで行われる。
以上により、上記固定式ショルダー34は、長手方向一端寄り部分における下端部のV字形状の頂点が、上記ワーク3aと3bの間の接合線4の位置に一致するように配置される。よって、上記摩擦撹拌接合ツール10では、上記固定式ショルダー34のプローブ挿通孔37より下方に突出させたプローブ33が、上記ワーク3aと3bの接合線4の接合時ワーク進行方向の先端近傍に配置されるようになる。
上記のようにして摩擦撹拌接合ツール10を上記所定の位置に配置させた後は、上記本発明の摩擦撹拌接合装置は、上記主軸ユニット7により上記摩擦撹拌接合ツール10のプローブ33を回転駆動させた状態としてから、上記X軸テーブル5の動作を開始させて、上記ワーク3aと3bを、接合時ワーク進行方向への移動を開始させる。
これにより、上記回転駆動されたプローブ33が、上記ワーク3aと3bの接合時ワーク進行方向の先端面より接合線4の位置へ没入されるようになるため、上記ワーク3aと3bの摩擦撹拌接合が開始される。その後、本発明の摩擦撹拌接合装置は、上記X軸テーブル5の動作による上記ワーク3aと3bの接合時ワーク進行方向への移動を継続させることで、該ワーク3aと3bの上記接合線4に沿う摩擦撹拌接合が進行するようになる。
上記のようにして摩擦撹拌接合ツール10によるワーク3aと3bの摩擦撹拌接合を実施している或る時点で、その後に摩擦撹拌接合を行うべき上記ワーク3aと3bの接合線4の位置が、上記或る時点でプローブ33による摩擦撹拌接合を実施している接合部に対してY軸方向の一方又は他方に(図1及び図3(a)の左方向又は右方向)にずれている場合は、摩擦撹拌接合の進行に伴って、上記摩擦撹拌接合ツール10の固定式ショルダー34における上記接合線4がずれた側と逆側のワーク接触面36b又は36aが、対応するワーク3b又は3aの面に強く押し付けられてY軸方向の接触圧力が増加する。一方、上記固定式ショルダー34における上記接合線4の位置がずれた側に位置するワーク接触面36a又は36bは、対応するワーク3a又は3bの面に対する接触圧力が低下するようになる。
この際、本発明の摩擦撹拌接合装置では、上記摩擦撹拌接合ツール10の固定式ショルダー34が取り付けられている上記主軸ユニット7が、Y軸テーブル9によりY軸方向に自在に移動できるようにしてあるために、上記固定式ショルダー34の位置は、Y軸方向に沿って接触圧力が増加したワーク3b又は3aの面より離反し、且つ接触圧力が減少したワーク3a又は3bの面に近接する方向へ自動的に変位させられる。これにより、上記固定式ショルダー34は、上記ワーク3aと3bの接合線4を挟んだ面に対する位置関係が変わらないため、該固定式ショルダー34の下端部のV字形状の頂点の位置は、上記ワーク3aと3bの接合線4の位置に倣って常に矯正されるようになる。
したがって、上記摩擦撹拌接合ツール10は、上記固定式ショルダー34のプローブ挿通孔37より下方へ突出する上記プローブ33の位置が、上記ワーク3aと3bの接合線4に常に追従するようになることから、該ワーク3aと3bの接合線4の全長に亘り、該接合線4に倣ったすみ肉の摩擦撹拌接合が行われるようになる。
このように、本発明の摩擦撹拌接合装置によれば、ワーク3aと3bの接合線4の位置でのすみ肉の摩擦撹拌接合を行うことができる。
又、上記本発明の摩擦撹拌接合装置は、摩擦撹拌接合を実施する際に、ワーク3aと3bの接合線4の位置が、水平面内で接合時ワーク進行方向であるX軸方向に対して直角なY軸方向にずれていたり、上記接合線4がX軸方向に対して傾くずれが生じている場合であっても、そのずれ量に応じて、上記ワーク3aと3bに対する上記固定式ショルダー34の位置関係が矯正される。このため、上記固定式ショルダー34は、下端部のV字形状の頂点が、常に上記ワーク3aと3bの間の接合線4の位置に一致するように配置されることから、該固定式ショルダー34のプローブ挿通孔37の下方に突出するプローブ33により、上記ワーク3aと3bの接合線4に倣った摩擦撹拌接合を確実に実施することができる。
しかも、上記プローブ33は、該プローブ33により摩擦撹拌接合を実施している接合部の外周に近接している上記固定式ショルダー34によって上述したような位置決めが行われる。このため、本発明の摩擦撹拌接合装置は、上記ワーク3aと3bの接合線4を非常に高い精度で追従した摩擦撹拌接合を行うことができる。
したがって、本発明の摩擦撹拌接合装置では、ワーク3aと3bの精密な位置決めを行わなくても、該ワーク3aと3bの接合線4の位置での摩擦撹拌接合を良好に実施することができる。このため、上記ワーク3aと3bが長尺の場合にも、該ワーク3aと3bの位置決めを簡単なものとすることができて、摩擦撹拌接合を容易に実施することができる。
更に、摩擦撹拌接合の施工条件が安定するため、摩擦撹拌接合により製造する製品の品質の向上化を図ることが可能になる。
次に、図4は本発明の実施の他の形態として、図1乃至図3(a)(b)の実施の形態の変形例を示すものである。
すなわち、本実施の形態の摩擦撹拌接合装置は、図4に示すように、図1乃至図3(a)(b)に示したと同様の構成において、主軸ユニット7における摩擦撹拌接合ツール10の固定式ショルダー34のY軸方向の位置を調整するための位置調整手段38を備えた構成としたものである。
上記位置調整手段38は、たとえば、図4に示すように、Z軸テーブル本体22におけるY軸テーブル9取付側の面に、該Y軸テーブル9のガイドレール29と平行な方向に延びるように設置したラック39と、該ラック39に噛合するピニオン40と、上記Y軸テーブル9のY軸テーブル本体31の対応する個所に回転自在に保持させた上記ピニオン40のピニオン軸41と、該ピニオン軸41に取り付けたハンドル42とからなる構成としてある。
その他の構成は図1乃至図3(a)(b)に示したものと同様であり、同一のものには同一の符号が付してある。
本実施の形態の摩擦撹拌接合装置によれば、上記ハンドル42を回す操作により、上記ピニオン40を上記Z軸テーブル本体22に取り付けられたラック39に対してY軸方向に移動させることができ、よって、該ピニオン40と一緒に、上記Y軸テーブル9のY軸テーブル本体31及び上記主軸ユニット7の摩擦撹拌接合ツール10のY軸方向に関する位置を、容易に且つ精度よく調整することができる。
したがって、本実施の形態の摩擦撹拌接合装置によれば、摩擦撹拌接合の開始前に、主軸ユニット7の摩擦撹拌接合ツール10のY軸方向の位置を、X軸テーブル5上に保持されたワーク3aと3bの位置に応じて移動させる操作を容易に実施させることができる。
このため、ワーク3aと3bの接合線4に沿うすみ肉の摩擦撹拌接合の作業効率の向上化を図ることができる。
次いで、図5は本発明の実施の更に他の形態として、図1乃至図3(a)(b)の実施の形態の応用例を示すものである。
すなわち、本実施の摩擦撹拌接合装置は、図5に示すように、図1乃至図3(a)(b)に示したと同様の構成において、主軸ユニット7の摩擦撹拌接合ツール10の固定式ショルダー34がワーク3a,3bと接触していないときに、該固定式ショルダー34のY軸方向の位置を、X軸テーブル5上に保持させるワーク3aと3bの接合時ワーク進行方向の先端部における接合線4の位置として予め設定される接合開始位置に戻すための位置復帰手段43を備えた構成としたものである。
上記位置復帰手段43は、たとえば、図5に示すように、Y軸テーブル9のY軸テーブル本体31と、Z軸テーブル本体22におけるY軸テーブル9取付側の面との間に、ばね部材44を介装した構成としてある。
図5では、上記Y軸テーブル本体31のY軸方向の両側端縁部における上下に間隔を隔てた2個所ずつに、Y軸方向に沿わせて配置した個別のばね部材44の片側の端部をそれぞれ接続してある。更に、該各ばね部材44は、所定量伸長変形させた状態で、該各ばね部材44の残る端部を、上記Z軸テーブル本体22の対応する個所に接続した構成としてある。
なお、上記各ばね部材44は、上記Y軸テーブル本体31に取り付けられている主軸ユニット7の摩擦撹拌接合ツール10の固定式ショルダー34が、Y軸方向の外力を受けていないときには、該固定式ショルダー34のY軸方向の位置を、上記接合開始位置に配置させることができ、一方、上記固定式ショルダー34がX軸テーブル5上に保持されたワーク3aと3bに接触している場合は、該固定式ショルダー34のワーク3aと3bの接合線4に追従した移動を阻害しないように、バネ定数及び初期状態の伸び量(変形量)が設定してあるものとする。
なお、上記においては、ばね部材44が引張りばねであると共に、4つのばね部材44を用いる構成について説明し、又、図5では、上記ばね部材44をコイルばねとして示したが、上記固定式ショルダー34がY軸方向の外力を受けていないときには、該固定式ショルダー34のY軸方向の位置を、上記接合開始位置に配置させることができ、一方、上記固定式ショルダー34がX軸テーブル5上に保持されたワーク3aと3bに接触している場合は、該固定式ショルダー34のワーク3aと3bの接合線4に追従した移動を阻害しないようにしてあれば、ばね部材44は圧縮ばねであってもよい。又、ばね部材44の数や配置は適宜変更してもよい。更に、ばね部材44としては、コイルばね以外の任意の形式のばね部材44を採用してもよいことは勿論である。
その他の構成は図1乃至図3(a)(b)に示したものと同様であり、同一のものには同一の符号が付してある。
本実施の形態の摩擦撹拌接合装置によれば、図1乃至図3(a)(b)の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
更に、本実施の形態の摩擦撹拌接合装置では、ワーク3aと3bの接合線4に沿うすみ肉の摩擦撹拌接合を終了した時点で、該ワーク3aと3bの接合線4に生じていたY軸方向の位置のずれや、X軸方向からの傾きのずれに応じて、上記主軸ユニット7の摩擦撹拌接合ツール10の位置が接合開始位置よりY軸方向にずれた位置に配置されている場合であっても、上記摩擦撹拌接合の終了したワーク3aと3bをX軸テーブル5上より回収し、次いで、該X軸テーブル5上に新たなワーク3aと3bを保持させる作業を行う間に、上記主軸ユニット7の摩擦撹拌接合ツール10の位置を、接合開始位置に自動的に復帰させることができる。
したがって、上記新たなワーク3aと3bに対する摩擦撹拌接合を開始するときには、上記主軸ユニット7の摩擦撹拌接合ツール10のY軸方向の位置合わせの手間を省略することができる。よって、本実施の形態では、ワーク3aと3bの摩擦撹拌接合を繰り返して実施するときに、上記摩擦撹拌接合ツール10の位置合わせ作業に要する手間と時間を削減することができる。
図6は本発明の実施の更に他の形態として、図1乃至図3(a)(b)の実施の形態の別の応用例を示すものである。
すなわち、本実施の摩擦撹拌接合装置は、図6に示すように、図1乃至図3(a)(b)に示したと同様の構成において、主軸ユニット7の摩擦撹拌接合ツール10の固定式ショルダー34がワーク3a,3bと接触していないときに、該固定式ショルダー34に、そのY軸方向の位置を、X軸テーブル5上に保持させるワーク3aと3bの接合時ワーク進行方向の先端部における接合線4の位置として予め設定される接合開始位置に応じた位置に戻すための位置復帰手段として、クラッチ付き送りねじ直動機構としてのクラッチ付きボールねじ直動機構45を備えた構成としたものである。
上記クラッチ付きボールねじ直動機構45は、サーボモータ46と、その出力側に取り付けた減速機47と、該減速機47に入力側を接続したクラッチ48と、該クラッチ48の出力側に連結したねじ軸49と、該ねじ軸49に取り付けたナット部材50とを備えた構成とされている。
更に、上記クラッチ付きボールねじ直動機構45は、Z軸テーブル本体22のY軸テーブル9設置側の面におけるY軸テーブル本体31との間となる個所に、上記ねじ軸49がY軸テーブル9のガイドレール29と平行に延びるようにした姿勢で設置されており、且つ上記ナット部材50が、上記Y軸テーブル本体31に、ブラケット51を介して取り付けられている。
これにより、上記クラッチ付きボールねじ直動機構45は、上記クラッチ48を繋いだ状態で上記サーボモータ46を動作させると、上記減速機47を介したねじ軸49の回転駆動により、上記ナット部材50と一緒に上記Y軸テーブル本体31を、Y軸方向に移動させることができるようにしてある。この際、上記Y軸テーブル9では、上記サーボモータ46の回転量の検出信号、もしくは、リニアゲージや変位センサ等の図示しない位置検出手段による上記ナット部材50やY軸テーブル本体31の位置の検出信号を基に、上記Y軸テーブル本体31に保持されている主軸ユニット7の摩擦撹拌接合ツール10のY軸方向の位置を制御できるようにしてある。したがって、上記クラッチ付きボールねじ直動機構45は、摩擦撹拌接合ツール10の固定式ショルダー34のY軸方向の位置を制御して、該固定式ショルダー34がY軸方向のいずれの位置に配置されていても、接合開始位置に復帰させることができるようにしてある。
一方、上記クラッチ付きボールねじ直動機構45は、上記クラッチ48を切ることにより、上記Y軸テーブル本体31に対する制御力を解除できるようにしてある。よって、この場合は、上記摩擦撹拌接合ツール10を備えた主軸ユニット7が、Y軸テーブル本体31と一緒にY軸方向に自在に移動できるようにしてある。
その他の構成は図1乃至図3(a)(b)に示したものと同様であり、同一のものには同一の符号が付してある。
以上の構成としてある本実施の形態の摩擦撹拌接合装置によれば、摩擦撹拌接合の開始前や、ワーク3aと3bの接合線4に沿うすみ肉の摩擦撹拌接合が終了した後は、上記クラッチ付きボールねじ直動機構45のクラッチ48を繋いだ状態で、該クラッチ付きボールねじ直動機構45を動作させることにより、上記主軸ユニット7の摩擦撹拌接合ツール10の固定式ショルダー34についてY軸方向の位置を制御して、該固定式ショルダー34を、接合開始位置に自動で復帰させることが可能になる。このため、ワーク3aと3bに対する摩擦撹拌接合を新たに開始するときには、上記主軸ユニット7の摩擦撹拌接合ツール10の接合開始位置へのY軸方向の位置合わせを自動化することが可能になるため、該位置合わせ作業の手間と時間を大幅に削減することができる。
一方、摩擦撹拌接合の実施時には、上記クラッチ付きボールねじ直動機構45のクラッチ48を切っておくことにより、図1乃至図3(a)(b)の実施の形態と同様に、ワーク3aと3bの摩擦撹拌接合を行うことができて、図1乃至図3(a)(b)の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
図7は本発明の実施の更に他の形態として、図1乃至図3(a)(b)の実施の形態の更に別の応用例を示すものである。
すなわち、本実施の摩擦撹拌接合装置は、図7に示すように、図1乃至図3(a)(b)に示したと同様の構成において、主軸ユニット7の摩擦撹拌接合ツール10の固定式ショルダー34がワーク3a,3bと接触していないときに、該固定式ショルダー34に、そのY軸方向の位置を、X軸テーブル5上に保持させるワーク3aと3bの接合時ワーク進行方向の先端部における接合線4の位置として予め設定される接合開始位置に応じた位置に戻すための位置復帰手段として、流体圧シリンダとしてのエアシリンダ52を備えた構成としたものである。
上記エアシリンダ52は、たとえば、図7に示すように、Z軸テーブル本体22のY軸テーブル9設置側の面におけるY軸方向に間隔を隔てた2個所に、一対のエアシリンダ52が設置してある。更に、該各エアシリンダ52は、作動ロッド53の先端側を、それぞれY軸テーブル9のY軸テーブル本体31におけるY軸方向の両端部に接続した構成としてある。
なお、上記各エアシリンダ52は、いずれか一方のエアシリンダ52の伸長動作と、他方の収縮動作を同期して行わせることにより、上記Y軸テーブル本体31を、Y軸方向に移動させることができるようにしてある。この際、上記Y軸テーブル9では、リニアゲージや変位センサ等の図示しない位置検出手段による上記Y軸テーブル本体31の位置の検出信号を基に、上記Y軸テーブル本体31に保持されている主軸ユニット7の摩擦撹拌接合ツール10のY軸方向の位置を制御できるようにしてある。したがって、上記各エアシリンダ52は、摩擦撹拌接合ツール10の固定式ショルダー34のY軸方向の位置を制御して、該固定式ショルダー34がY軸方向のいずれの位置に配置されていても、接合開始位置に復帰させることができるようにしてある。
一方、上記各エアシリンダ52は、該各エアシリンダ52の圧力室を大気に開放することにより、上記Y軸テーブル本体31に対する制御力を解除できるようにしてある。よって、この場合は、上記摩擦撹拌接合ツール10を備えた主軸ユニット7が、Y軸テーブル本体31と一緒にY軸方向に自在に移動できるようにしてある。
更に、上記各エアシリンダ52は、図示しないエアバランス回路に接続して、上記固定式ショルダー34が接合開始位置に配置された状態のときに、上記図示しないエアバランス回路により、上記Y軸テーブル本体31に接続されている一対のエアシリンダ52を、エアバランサーとして機能させるようにしてもよい。
かかる構成によれば、上記Y軸テーブル9のガイドレール29に水平方向からの傾きが生じている場合であっても、上記エアバランサーとして機能させる上記一対のエアシリンダ52により、上記Y軸テーブル本体31及び主軸ユニット7が自重の影響により上記ガイドレールに沿って下方へ移動しようとする動きを防止した状態で、上記主軸ユニット7の摩擦撹拌接合ツール10の固定式ショルダー34を、ワーク3aと3bの接合線4のY軸方向のずれに応じて変位させることができるようになる。
その他の構成は図1乃至図3(a)(b)に示したものと同様であり、同一のものには同一の符号が付してある。
以上の構成としてある本実施の形態の摩擦撹拌接合装置によれば、摩擦撹拌接合の開始前や、ワーク3aと3bの接合線4に沿うすみ肉の摩擦撹拌接合が終了した後は、上記各エアシリンダ52の同期した伸縮動作により、上記主軸ユニット7の摩擦撹拌接合ツール10の固定式ショルダー34についてY軸方向の位置を制御して、該固定式ショルダー34を、接合開始位置に自動で復帰させることが可能になる。このため、ワーク3aと3bに対する摩擦撹拌接合を新たに開始するときには、上記主軸ユニット7の摩擦撹拌接合ツール10の接合開始位置へのY軸方向の位置合わせを自動化することが可能になるため、該位置合わせ作業の手間と時間を大幅に削減することができる。
一方、摩擦撹拌接合の実施時には、上記各エアシリンダ52を、前述したようにそれぞれの圧力室を大気に開放させるか、又は、該各エアシリンダ52をエアバランサーとして機能させることにより、図1乃至図3(a)(b)の実施の形態と同様に、ワーク3aと3bの摩擦撹拌接合を行うことができて、図1乃至図3(a)(b)の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、上記摩擦撹拌接合ツール10とワーク3a,3bの相対移動方向に直交する水平方向について、上記摩擦撹拌接合ツール10を自在に移動させることができるようにする横行軸としての機能を備えていれば、Y軸テーブル9のガイドレール29やガイドブロック30の数や配置、形状、サイズは適宜変更してもよい。
図6の実施の形態では、位置復帰手段として、クラッチ付きボールねじ直動機構45を備えた構成を示したが、ねじ軸の回転駆動によりY軸テーブル本体31に取り付けてあるナット部材を該ねじ軸の軸心方向に移動させることができ、且つ制御力を解除可能とするためのクラッチを備えていれば、台形ねじ等、ボールねじ以外のいかなる形式の送りねじを備えたクラッチ付き送りねじ直動機構を、上記位置復帰手段に採用した構成としてもよい。
図7の実施の形態では、位置復帰手段としてのエアシリンダ52を、Z軸テーブル本体22に対向配置で設置して、Y軸テーブル本体31におけるY軸方向の両端部にそれぞれ接続した一対のエアシリンダ52とした構成を示したが、主軸ユニット7を保持させてあるY軸テーブル本体31のY軸方向の位置を制御できるようしてあれば、Y軸テーブル本体31のY軸方向の片側のみにエアシリンダ52を接続した構成としてもよく、又、上記Y軸テーブル本体31のY軸方向の片側あるいは各端部に、複数のエアシリンダ52を接続した構成としてもよい。又、上記エアシリンダ52は、Y軸テーブル本体31のY軸方向の位置を制御できるようしてあれば、図示した以外の任意の配置としてもよい。
図7の実施の形態における位置復帰手段は、Y軸テーブル本体31のY軸方向の位置を制御でき、且つ必要に応じて制御力を解除可能としてあれば、エアシリンダ52以外のいかなる流体圧シリンダを採用してもよい。
図6、図7の各実施の形態では、位置復帰手段として、クラッチ付きボールねじ直動機構45と、エアシリンダ52をそれぞれ例示したが、摩擦撹拌接合ツール10の固定式ショルダー34がワーク3a,3bに接触していない状態のときには、上記摩擦撹拌接合ツール10を備えた主軸ユニット7に対して、上記摩擦撹拌接合ツール10とワーク3a,3bの相対移動方向に直交する水平方向の制御力を作用させることができ、一方、固定式ショルダー34がワーク3a,3bに接触しているときには、上記制御力を解除できる機能を備えていれば、いかなる装置構成の位置復帰手段を採用してもよい。
上記各実施の形態では、本発明の摩擦撹拌接合装置が、主軸ユニット7の位置決め機構として、3軸門型の主軸位置決め機構1を備えるものとして示したが、主軸ユニット7をワーク3a,3bに対してXYZの3軸方向に相対変位させることができ、且つ上記主軸ユニット7をワーク3aと3bの接合線4の全長に亘って相対移動させることができるようにしてあれば、図示した以外のいかなる形式の主軸ユニット7の位置決め機構を採用してもよい。
Z軸テーブル8は、Z軸テーブル本体22を上下方向(Z軸方向)へ移動させるための直動機構として、ボールねじ直動機構23を備えた構成を示したが、上記Z軸テーブル本体22の昇降動作を実施でき、且つ摩擦撹拌接合の実施時に、摩擦撹拌接合ツール10のプローブ33をワーク3a,3bの接合部に没入させるために該プローブ33に対して作用させる下向きの大きな押し付け力の反力を受けることができるようにしてあれば、台形ねじによる直動機構等、ボールねじ直動機構23以外のいかなる形式の直動機構を採用した構成としてもよい。
X軸テーブル5は、X軸テーブル本体13を移動させるための直動機構として、ボールねじ直動機構14を備えた構成を示したが、摩擦撹拌接合の実施時に、摩擦撹拌接合ツール10のプローブ33をワーク3a,3bの接合部に没入させるために該プローブ33に対して下向きの大きな押し付け力を作用させている状態で、上記摩擦撹拌接合ツール10とワーク3a,3bとを、上記ワーク3a,3bの接合線4に沿う方向へ相対移動させることができるようにしてあれば、台形ねじによる直動機構や、リニアモータによる直動機構等、ボールねじ直動機構14以外のいかなる形式の直動機構を採用した構成としてもよい。
X軸テーブル5上に設けてワーク3aと3bを保持するための治具32は、支持ブロック32aのV字状の溝32bの各斜面に沿って配置されたワーク3aと3bを、変位を防止して保持できるようにしてあれば、たとえば、図8に示すように、上記V字状の溝32bの各斜面に沿って配置させたワーク3aと3bの該各斜面の上端側に位置する端面に、押さえ部材32cを押し付けるよう配置した状態で、該押さえ部材32cを、ボルト32dを介して支持ブロック32aに固定させる構成としてもよい。更には、ワーク3aと3bの支持ブロック32aへの固定は、X軸方向の所定間隔個所を、図3(a)に示した形式の固定手法と、図8に示した形式の固定手法を交互に用いて実施させるようにしてもよく、その他、図示した以外のいかなる形式の固定手法を採用してもよい。
摩擦撹拌接合ツール10の固定式ショルダー34は、下端部が2つのワーク接触面36aと36bとからなるV字形状としてあれば、上部側の形状はいかなる形状であってもよい。
その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。