(57)【要約】【課題】１つ以上の接合態様を実現可能な摩擦攪拌接合装置及び摩擦攪拌接合方法を提供する。【解決手段】接合ツール１をワークＷ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Ｗ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攪拌することで前記ワークを接合する摩擦攪拌接合装置Ｍ１であって、各支点機構６Ａ、６Ｂの支点軸６７、６７をそれぞれ移動させることにより接合ツール１の中心軸線Ｑを移動又は傾斜させ、ワークＷを接合する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、前記接合ツールと前記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攪拌することで前記ワークを接合する摩擦攪拌接合装置であって、
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、
前記接合ツールをその中心軸線まわりに回転させる旋回軸と、
前記接合ツールの姿勢を決める２つの支点機構と、を備え、
前記加圧軸は、アームの基端部に結合された本体部と、該本体部に対して前記接合ツールを前記ワークに接近／離間させる方向にスライドする可動部と、を有し、
前記各支点機構は、支点軸を一方向に案内する支点案内部と、支点駆動部と、を有し、前記加圧軸の前記可動部に搭載されており、
前記各支点機構の前記支点軸をそれぞれ移動させることにより前記接合ツールの前記中心軸線を移動又は傾斜させ、前記ワークを接合することを特徴とする摩擦攪拌接合装置。
【請求項２】
前記各支点機構の前記支点軸は、支点支持部によって支持されており、
前記支点支持部の一方は、前記支点軸の移動方向に対して直交する方向に延びる長穴であることを特徴とする請求項１に記載の摩擦攪拌接合装置。
【請求項３】
前記各支点駆動部は、前記加圧軸の前記可動部とは独立に移動可能であって傾斜面を有する第１ガイドブロックと、前記第１ガイドブロックの前記傾斜面と対向する傾斜面と支点支持部とを有し前記支点案内部に搭載される第２ガイドブロックと、前記傾斜面間に位置する傾斜方向直動案内軸受と、を有し、
前記加圧軸の前記可動部とは独立した前記第１ガイドブロックの移動が前記第２ガイドブロックの前記一方向の移動に変換されることで、前記支点軸を移動させることを特徴とする請求項１又は２に記載の摩擦攪拌接合装置。
【請求項４】
前記傾斜面の前記第１ガイドブロックの移動方向に対する傾斜角が４５°以下であることを特徴とする請求項３に記載の摩擦攪拌接合装置。
【請求項５】
互いに直交する２方向をＸ方向とＹ方向とすると、前記アームは、前記基端部からＸ方向に延びる胴部を経て曲がり部を介して先端部に至るＬ字形またはＣ字形をなしており、前記基端部と前記胴部と前記先端部とがＸ−Ｙ平面上に位置するように形成され、前記先端部にワーク支持部が設けられており、
前記加圧軸の前記可動部の移動方向がＸ方向に設定され、前記支点案内部の案内方向がＹ方向に設定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の摩擦攪拌接合装置。
【請求項６】
前記接合ツールを前記ワークに対して垂直にして又は任意の角度に傾斜させ、前記接合ツールを前記ワークに没入させる押し込み動作を行った後、２つの前記支点軸を同じ距離だけ移動させ前記接合ツールの前記中心軸線を平行移動することによって、前記接合ツールを垂直に保ったまま又は傾斜角度を一定に保ったまま前記接合ツールを前記ワークの表面方向に移動させるオフセット動作を行うことで前記ワークを接合することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の摩擦攪拌接合装置。
【請求項７】
前記接合ツールを前記ワークに対して垂直にして又は任意の角度に傾斜させ、前記接合ツールを前記ワークに没入させる押し込み動作を行った後、１つ又は２つの前記支点軸を移動させ前記接合ツールの前記中心軸線をスイングすることによって、前記接合ツールを前記ワークの表面方向に移動させるスイング動作を行うことで前記ワークを接合することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の摩擦攪拌接合装置。
【請求項８】
前記オフセット動作又は前記スイング動作は、押し込み動作中の、前記アームの変形によって生じる前記アームの先端部の前記支点軸の移動方向への変位と逆方向に前記接合ツールを移動させることを特徴とする請求項６又は７に記載の摩擦攪拌接合装置。
【請求項９】
前記接合ツールを前記ワークに対して垂直にして又は任意の角度に傾斜させ、前記接合ツールを前記ワークに没入させる押し込み動作を行った後、２つの前記支点軸を結ぶ直線がある点を中心に揺動するように同期して移動させることによって、前記接合ツールを前記ワークの表面方向に揺動させる揺動角変位動作を行うことで前記ワークを接合することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の摩擦攪拌接合装置。
【請求項１０】
前記加圧軸に、直動案内軸受のスライダにボールねじナットを形成して該ボールねじナットにボールねじ軸を貫通させたボールねじ一体型直動案内ユニットが用いられていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の摩擦攪拌接合装置。
【請求項１１】
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、前記接合ツールと前記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攪拌することで前記ワークを接合する摩擦攪拌接合方法であって、
前記接合ツールは、２つの支点機構によって姿勢が決められるように構成され、
前記接合ツールを前記ワークに対して垂直にして又は任意の角度に傾斜させ、前記接合ツールを前記ワークに没入させる押し込み動作を行った後、前記各支点機構の支点軸をそれぞれ移動させることにより前記接合ツールの前記中心軸線を移動又は傾斜させ、前記ワークを接合することを特徴とする摩擦攪拌接合方法。
【請求項１２】
互いに直交する２方向をＸ方向とＹ方向とすると、
前記ワークを支持するアームは、前記基端部からＸ方向に延びる胴部を経て曲がり部を介して先端部に至るＬ字形またはＣ字形をなしており、前記基端部と前記胴部と前記先端部とがＸ−Ｙ平面上に位置するように形成され、前記先端部にワーク支持部が設けられており、
前記接合ツールをＸ方向に移動させて前記押し込み動作を行い、前記押し込み動作を行った後、前記接合ツールをＹ方向に移動させることを特徴とする請求項１１に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項１３】
前記押し込み動作を行った後、前記接合ツールを垂直に保ったまま又は傾斜角度を一定に保ったまま前記接合ツールを前記ワークの表面方向に移動させるオフセット動作を行うことで前記ワークを接合することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項１４】
前記押し込み動作を行った後、前記接合ツールを前記ワークの表面方向に移動させるスイング動作を行うことで前記ワークを接合することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項１５】
前記オフセット動作又は前記スイング動作は、押し込み動作中の、前記アームの変形によって生じる前記アームの先端部の前記支点軸の移動方向への変位と逆方向に前記接合ツールを移動させることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項１６】
前記押し込み動作を行った後、２つの前記支点軸を結ぶ直線がある点を中心に揺動するように同期して移動させることによって、前記接合ツールを前記ワークの表面方向に揺動させる揺動角変位動作を行うことで前記ワークを接合することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の摩擦攪拌接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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、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攪拌することでワークを接合する摩擦攪拌接合装置及び摩擦攪拌接合方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載の摩擦攪拌接合装置は、図１６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。また、オフセット軸２５５の本体部はＬ字形のアーム２５０の基端部２５０ａに支持され、アーム２５０の先端部２５０ｂにワーク２５２が支持され、ワーク２５２の表面に接合ツール２５１の先端が対向している。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。
【０００３】
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。
【０００４】
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、さらに軸線と交差する角変位軸線まわりに揺動的に角変位させて攪拌するように構成された摩擦攪拌接合装置が記載されている。
【０００５】
また、特許文献３には、図１７に示すように、Ｌ字形のアーム３０１の基端部３０１ａに接合ヘッド３０２が固定されており、接合ヘッド３０２が下降して接合ツール３０３が、アーム３０１の先端部３０１ｂ側に保持されたワーク３０４に所定の深さまで押し込まれたときに、接合ヘッド３０２がスイング軸３０５を支点にして矢印３０６の方向にスイングするように構成された摩擦攪拌接合装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１７１２８号公報
【特許文献２】特許４２８６５２１号公報
【特許文献３】特許４５１１５２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１〜３に示された摩擦攪拌接合装置では、それぞれ異なった接合態様を実現しているが、機構はそれぞれ異なっており、１つの装置で２つ以上の接合態様を実現することはできなかった。
【０００８】
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、１つ以上の接合態様を実現可能な摩擦攪拌接合装置及び摩擦攪拌接合方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述した目的は、以下の態様により達成される。
（１）  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、前記接合ツールと前記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攪拌することで前記ワークを接合する摩擦攪拌接合装置であって、
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、
前記接合ツールをその中心軸線まわりに回転させる旋回軸と、
前記接合ツールの姿勢を決める２つの支点機構と、を備え、
前記加圧軸は、アームの基端部に結合された本体部と、該本体部に対して前記接合ツールを前記ワークに接近／離間させる方向にスライドする可動部と、を有し、
前記各支点機構は、前記支点軸を一方向に案内する支点案内部と、支点駆動部と、を有し、前記加圧軸の前記可動部に搭載されており、
前記各支点機構の前記支点軸をそれぞれ移動させることにより前記接合ツールの前記中心軸線を移動又は傾斜させ、前記ワークを接合することを特徴とする摩擦攪拌接合装置。
（２）  前記各支点機構の前記支点軸は、支点支持部によって支持されており、
前記支点支持部の一方は、前記支点軸の移動方向に対して直交する方向に延びる長穴であることを特徴とする（１）に記載の摩擦攪拌接合装置。
（３）  前記各支点駆動部は、前記加圧軸の前記可動部とは独立に移動可能であって傾斜面を有する第１ガイドブロックと、前記第１ガイドブロックの前記傾斜面と対向する傾斜面と支点支持部とを有し前記支点案内部に搭載される第２ガイドブロックと、前記傾斜面間に位置する傾斜方向直動案内軸受と、を有し、
前記加圧軸の前記可動部とは独立した前記第１ガイドブロックの移動が前記第２ガイドブロックの前記一方向の移動に変換されることで、前記支点軸を移動させることを特徴とする（１）又は（２）に記載の摩擦攪拌接合装置。
（４）  前記傾斜面の前記第１ガイドブロックの移動方向に対する傾斜角が４５°以下であることを特徴とする（３）に記載の摩擦攪拌接合装置。
（５）  互いに直交する２方向をＸ方向とＹ方向とすると、前記アームは、前記基端部からＸ方向に延びる胴部を経て曲がり部を介して先端部に至るＬ字形またはＣ字形をなしており、前記基端部と前記胴部と前記先端部とがＸ−Ｙ平面上に位置するように形成され、前記先端部にワーク支持部が設けられており、
前記加圧軸の前記可動部の移動方向がＸ方向に設定され、前記支点案内部の案内方向がＹ方向に設定されていることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の摩擦攪拌接合装置。
（６）  前記接合ツールを前記ワークに対して垂直にして又は任意の角度に傾斜させ、前記接合ツールを前記ワークに没入させる押し込み動作を行った後、２つの前記支点軸を同じ距離だけ移動させ前記接合ツールの前記中心軸線を平行移動することによって、前記接合ツールを垂直に保ったまま又は傾斜角度を一定に保ったまま前記接合ツールを前記ワークの表面方向に移動させるオフセット動作を行うことで前記ワークを接合することを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載の摩擦攪拌接合装置。
（７）  前記接合ツールを前記ワークに対して垂直にして又は任意の角度に傾斜させ、前記接合ツールを前記ワークに没入させる押し込み動作を行った後、１つ又は２つの前記支点軸を移動させ前記接合ツールの前記中心軸線をスイングすることによって、前記接合ツールを前記ワークの表面方向に移動させるスイング動作を行うことで前記ワークを接合することを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載の摩擦攪拌接合装置。
（８）  前記オフセット動作又は前記スイング動作は、押し込み動作中の、前記アームの変形によって生じる前記アームの先端部の前記支点軸の移動方向への変位と逆方向に前記接合ツールを移動させることを特徴とする（６）又は（７）に記載の摩擦攪拌接合装置。
（９）  前記接合ツールを前記ワークに対して垂直にして又は任意の角度に傾斜させ、前記接合ツールを前記ワークに没入させる押し込み動作を行った後、２つの前記支点軸を結ぶ直線がある点を中心に揺動するように同期して移動させることによって、前記接合ツールを前記ワークの表面方向に揺動させる揺動角変位動作を行うことで前記ワークを接合することを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載の摩擦攪拌接合装置。
（１０）  前記加圧軸に、直動案内軸受のスライダにボールねじナットを形成して該ボールねじナットにボールねじ軸を貫通させたボールねじ一体型直動案内ユニットが用いられていることを特徴とする（１）〜（９）のいずれかに記載の摩擦攪拌接合装置。
（１１）  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、前記接合ツールと前記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攪拌することで前記ワークを接合する摩擦攪拌接合方法であって、
前記接合ツールは、２つの支点機構によって姿勢が決められるように構成され、
前記接合ツールを前記ワークに対して垂直にして又は任意の角度に傾斜させ、前記接合ツールを前記ワークに没入させる押し込み動作を行った後、前記各支点機構の支点軸をそれぞれ移動させることにより前記接合ツールの前記中心軸線を移動又は傾斜させ、前記ワークを接合することを特徴とする摩擦攪拌接合方法。
（１２）  互いに直交する２方向をＸ方向とＹ方向とすると、前記ワークを支持するアームは、前記基端部からＸ方向に延びる胴部を経て曲がり部を介して先端部に至るＬ字形またはＣ字形をなしており、前記基端部と前記胴部と前記先端部とがＸ−Ｙ平面上に位置するように形成され、前記先端部にワーク支持部が設けられており、
前記接合ツールをＸ方向に移動させて前記押し込み動作を行い、前記押し込み動作を行った後、前記接合ツールをＹ方向に移動させることを特徴とする（１１）に記載の摩擦攪拌接合方法。
（１３）  前記押し込み動作を行った後、前記接合ツールを垂直に保ったまま又は傾斜角度を一定に保ったまま前記接合ツールを前記ワークの表面方向に移動させるオフセット動作を行うことで前記ワークを接合することを特徴とする（１１）又は（１２）に記載の摩擦攪拌接合方法。
（１４）  前記押し込み動作を行った後、前記接合ツールを前記ワークの表面方向に移動させるスイング動作を行うことで前記ワークを接合することを特徴とする（１１）又は（１２）に記載の摩擦攪拌接合方法。
（１５）  前記オフセット動作又は前記スイング動作は、押し込み動作中の、前記アームの変形によって生じる前記アームの先端部の前記支点軸の移動方向への変位と逆方向に前記接合ツールを移動させることを特徴とする（１３）又は（１４）に記載の摩擦攪拌接合方法。
（１６）  前記押し込み動作を行った後、２つの前記支点軸を結ぶ直線がある点を中心に揺動するように同期して移動させることによって、前記接合ツールを前記ワークの表面方向に揺動させる揺動角変位動作を行うことで前記ワークを接合することを特徴とする（１１）又は（１２）に記載の摩擦攪拌接合方法。
【発明の効果】
【００１０】
上記（１）に記載の発明によれば、各支点機構の支点軸をそれぞれ移動させることにより接合ツールの中心軸線を移動又は傾斜させることができるので、１つの摩擦攪拌接合装置で複数種類の接合態様を実現することができる。
【００１１】
また、上記（２）に記載の発明によれば、支点軸の移動方向において２つの支点軸の位置に差が生じると、支点移動方向に対して略直交する方向に支点軸間の距離変化が生じるが、支点軸と嵌合する支点支持部の一方が長穴となっていることでこの距離変化を吸収することができる。
【００１２】
また、上記（３）に記載の発明によれば、支点駆動部にクサビ型動作方向変換機構を採用したことにより、旋回軸と加圧軸の間の空間に支点駆動部を配置することが可能であり、摩擦攪拌接合装置の幅を小さくすることができる。
【００１３】
また、上記（４）に記載の発明によれば、傾斜面の傾斜角を４５°以下にすることで、例えば支点駆動部をボールねじで構成した場合に、ボールねじに作用する荷重をオフセット荷重等に比べて小さくすることができる。従って、ボールねじの寿命延長、又はボールねじを小型化することができる。また、傾斜角を小さくすることで、傾斜方向直動案内軸受に作用する荷重も小さくすることができる。従って、この傾斜方向直動案内軸受の寿命延長、又は傾斜方向直動案内軸受を小型化することができる。
【００１４】
また、上記（５）に記載の発明によれば、先端部でワークを支持するＣ字形またはＬ字形のアームの胴部がＸ方向に延びていて、アームの基端部と胴部と先端部とがＸ−Ｙ平面上に位置するように形成され、加圧軸の可動部の移動方向がＸ方向に設定されると共に、支点案内部の案内方向が、アームの剛性の比較的高いＹ方向（Ｘ−Ｙ平面に垂直な方向における剛性よりもＹ方向の剛性の方が格段に高い）に設定されているので、オフセット動作、スイング動作若しくは揺動角変位動作中のアームの先端部の変位（オフセット荷重等による変位）を小さく抑えることができ、アームが撓み変形することによるワークの移動量を小さく抑えることができる。従って、ワークの移動量を小さく抑えることによって、ワーク上における接合ツールの移動量とオフセット移動量等との誤差を小さくすることができ、精度の良い接合が可能となる。
【００１５】
また、上記（６）、（７）、（９）に記載の発明によれば、ワークの種類、用途等に応じて最も適した接合態様で接合領域を拡大させつつワークを接合することができる。
【００１６】
また、上記（８）に記載の発明によれば、押し込み動作中のアームの変形によって生じるアームの先端部のワーク表面方向への変位と逆方向に、オフセット動作又はスイング動作を行うことで、一連の接合動作でワーク支持部とワーク支持部に保持されるワークの移動が小さくなり、ワーク上のツール移動量とオフセット移動量等との誤差を小さくするとともにアームへの負荷を低減することができる。
【００１７】
また、上記（１０）に記載の発明によれば、加圧軸にボールねじ一体型直動案内ユニットを用いることで、コンパクト化及び軽量化が可能となり、摩擦攪拌接合装置を小型化することができる。従って、摩擦攪拌接合装置をロボットアームに取り付ける際に、ロボットアームのサイズダウンも可能となる。
【００１８】
上記（１１）に記載の発明によれば、各支点機構の支点軸をそれぞれ移動させることにより接合ツールの中心軸線を移動又は傾斜させることができるので、各支点機構の支点軸の動かし方により複数種類の接合態様を実現することができる。
【００１９】
また、上記（１２）に記載の発明によれば、先端部でワークを支持するＣ字形またはＬ字形のアームの胴部がＸ方向に延びていて、アームの基端部と胴部と先端部とがＸ−Ｙ平面上に位置するように形成され、加圧軸の可動部の移動方向がＸ方向に設定されると共に、支点案内部の案内方向が、アームの剛性の比較的高いＹ方向（Ｘ−Ｙ平面に垂直な方向における剛性よりもＹ方向の剛性の方が格段に高い）に設定されているので、オフセット動作、スイング動作若しくは揺動角変位動作中のアームの先端部の変位（オフセット荷重等による変位）を小さく抑えることができ、アームが撓み変形することによるワークの移動量を小さく抑えることができる。従って、ワークの移動量を小さく抑えることによって、ワーク上における接合ツールの移動量とオフセット移動量等との誤差を小さくすることができ、精度の良い接合が可能となる。
【００２０】
また、上記（１３）、（１４）、（１６）に記載の発明によれば、ワークの種類、用途等に応じて最も適した接合態様で接合領域を拡大させつつワークを接合することができる。
【００２１】
また、上記（１５）に記載の発明によれば、押し込み動作中のアームの変形によって生じるアームの先端部のワーク表面方向への変位と逆方向に、オフセット動作又はスイング動作を行うことで、一連の接合動作でワーク支持部とワーク支持部に保持されるワークの移動が小さくなり、ワーク上のツール移動量とオフセット移動量等との誤差を小さくするとともにアームへの負荷を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態の摩擦攪拌接合装置の側面図である。
【図２】図１のＩＩ方向矢視図である。
【図３】加圧軸を構成す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４】図１のＩＩ方向から見た支点機構の説明図である。
【図５】上側支点機構の支点駆動部の拡大図である。
【図６】オフセット動作時の接合ツールの動作図である。
【図７】オフセット動作における支点駆動部の動作図であり、（ａ）はオフセット動作前であり、（ｂ）はオフセット動作中である。
【図８】スイング動作時の接合ツールの動作図である。
【図９】スイング動作における支点駆動部の動作図であり、（ａ）はスイング動作前であり、（ｂ）はスイング動作中である。
【図１０】揺動角変位動作時の接合ツールの動作図である。
【図１１】揺動角変位動作における支点駆動部の動作図である。
【図１２】変形例のオフセット動作時の接合ツールの動作図である。
【図１３】アームの撓みの説明図である。
【図１４】接合中におけるアームの先端部の変位を示すグラフである。
【図１５】傾斜角度に対する、直動案内荷重ＦＬとボールねじ荷重ＦＢの対オフセット荷重比を示すグラフである。
【図１６】特許文献１に記載の摩擦攪拌接合装置を示す斜視図である。
【図１７】特許文献３に記載の摩擦攪拌接合装置を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の一実施形態の摩擦攪拌接合装置について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攪拌接合装置の側面図であり、図２は図１のＩＩ方向矢視図であり、図３は加圧軸を構成するボールねじ一体型直動案内ユニットの断面図であり、図４は図１のＩＩ方向から見た支点機構の説明図であり、図５は支点機構の支点駆動部の拡大図である。
【００２４】
図１及び図２に示すように、本実施形態の摩擦攪拌接合装置Ｍ１は、摩擦攪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をその中心軸線Ｑまわりに回転させる旋回軸４と、接合ツール１の姿勢を決める２つの支点機構６Ａ、６Ｂ（以下、それぞれの支点機構に言及するときには上側支点機構６Ａ、下側支点機構６Ｂと呼ぶ。）と、Ｃ字形のアーム５０と、を備えている。
【００２５】
アーム５０は、互いに直交する２方向をＸ方向とＹ方向とすると、基端部５０ａからＸ方向に延びる胴部５０ｂを経て曲がり部を介して先端部５０ｃに至るＣ字形をなしており、基端部５０ａと胴部５０ｂと先端部５０ｃとがＸ−Ｙ平面上に位置するように形成され、先端部５０ｃの内側にワーク支持部としての裏当て部材５２が設けられている。
【００２６】
加圧軸２は、アーム５０の基端部５０ａに結合された案内レール（本体部）１３と、該案内レール１３に沿ってＸ方向にスライドするスライダ（可動部）１４とを有している。加圧軸２のスライダ１４には、加圧軸テーブル２０が取り付けられている。加圧軸テーブル２０は、Ｘ方向に延びて加圧軸２のスライダ１４に取り付けられる固定部２１から開口部２２を囲うよう腕部２３、２３がＹ方向に延びている。腕部２３、２３は、固定部２１のＸ方向中間部からＹ方向に延びている。
【００２７】
２つの支点機構６Ａ、６Ｂは、加圧軸テーブル２０を介して加圧軸２のスライダ１４に搭載されており、上側支点機構６Ａは腕部２３、２３の上方に位置しており、下側支点機構６Ｂは腕部２３、２３の下方に位置しており、腕部２３、２３に対し上下対称となっている。各支点機構６Ａ、６Ｂは、後述する支点軸６７、６７をＹ方向に案内するＹ方向直動案内軸受（支点案内部）１１０と支点駆動部６０とを組み合わせたクサビ型動作方向変換機構を採用している。
【００２８】
ここで、加圧軸２には、ボールねじ一体型直動案内ユニット１０が用いられている。このボールねじ一体型直動案内ユニット１０は、図３に示すように、直動案内軸受１１とボールねじ１２の組み合わせて構成されている。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。
【００２９】
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ている。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（不図示）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。
【００３０】
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１０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。
【００３１】
加圧軸２のスライダ１４は、ボールねじ１２によって駆動され、加圧軸２のボールねじ１２は、ベルト４１を介して加圧軸モータ４２によって駆動される。
【００３２】
各支点機構６Ａ、６ＢのＹ方向直動案内軸受１１０は、図４に示すように、間に空所を隔てて互いに平行に配された２本のレール部１１３Ａ、１１３Ａを有する案内レール１１３と、案内レール１１３の各レール部１１３Ａ、１１３Ａに案内されてスライドする２つのスライド部１１４Ａ、１１４Ａを有するスライダ１１４と、各レール部１１３Ａ、１１３Ａとスライド部１１４Ａ、１１４Ａとの間に配置された複数の転動体（不図示）とを備えている。案内レール１１３は、各レール部１１３Ａ、１１３Ａが、Ｕ字形状の加圧軸テーブル２０の両腕部２３、２３に取り付けられることでＹ方向に平行に延びている。これら２本のレール部１１３Ａ、１１３Ａは、後述する旋回軸モータ４４の両側に配されている。言い換えると、旋回軸モータ４４が２本のレール部１１３Ａ、１１３Ａの間、即ち加圧軸テーブル２０の開口部２２に収容されている（図２参照）。
【００３３】
Ｙ方向直動案内軸受１１０のスライド部１１４Ａ、１１４Ａには、図５に示すように、各支点機構６Ａ、６Ｂを構成する支点駆動部６０の第２ガイドブロック６２の両腕部６６、６６が取り付けられている。両腕部６６、６６には、支点軸６７、６７が支持される長穴６８、６８が形成されており、この長穴６８、６８は、Ｙ方向長さよりもＸ方向長さの方が長く構成されている。支点軸６７、６７の移動方向（Ｙ方向）において、上側支点機構６Ａと下側支点機構６Ｂの支点軸６７，，，６７の位置に差が生じると、支点移動方向（Ｙ方向）に対して略直交する方向（Ｘ方向）に支点軸間の距離変化が生じるが、長穴６８、６８によりこの距離変化を吸収することができる。
【００３４】
上側支点機構６Ａと下側支点機構６Ｂの支点軸６７，，，６７には、旋回軸ブラケット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。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と、軸受３１を収容するスピンドルハウジング３２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、カップリングを介して旋回軸モータ４４によって駆動される。
【００３５】
続いて、同一構成を有する上側支点機構６Ａと下側支点機構６Ｂについて、上側支点機構６Ａを例に図４及び図５を参照しながら詳細に説明する。
上側支点機構６Ａの支点駆動部６０は、加圧軸２のスライダ１４とは独立にＸ方向に移動可能な第１ガイドブロック６１と、Ｙ方向直動案内軸受１１０のスライド部１１４Ａ、１１４Ａに搭載される第２ガイドブロック６２と、を有する。第１ガイドブロック６１は、ボールねじナット６３と、ボールねじナット６３を貫通しＸ方向に延びるボールねじ軸６４と、ボールねじナット６３の螺旋溝とボールねじ軸６４の螺旋溝との間に配置された複数のボール（不図示）とを備えたボールねじ６５のボールねじナット６３に一体に若しくは別体に形成されている。ボールねじ軸６４は、加圧軸テーブル２０に取り付けられた支点駆動モータ４３にベルト４６を介して接続されており、支点駆動モータ４３によって駆動され第１ガイドブロック６１をＸ方向に移動させる。
【００３６】
第１ガイドブロック６１は、下方先端部がＸ方向に延びる垂直面６１ａとＸ方向に対し傾斜し垂直面６１ａと鋭角に交わる傾斜面６１ｂとによってクサビ形状をなしている。また、第１ガイドブロック６１の傾斜面６１ｂに対向するように、第２ガイドブロック６２にも該傾斜面６１ｂと平行に延びる傾斜面６２ａが形成されて、第１ガイドブロック６１と第２ガイドブロック６２とが、傾斜面６１ｂと傾斜面６２ａで対向している。
【００３７】
第１ガイドブロック６１の傾斜面６１ｂと第２ガイドブロック６２の傾斜面６２ａとの間には、傾斜方向直動案内軸受７０が設けられ、案内レール７１が第２ガイドブロック６２の傾斜面６２ａに取り付けられ、スライダ７２が第１ガイドブロック６１の傾斜面６１ｂに取り付けられている。案内レール７１とスライダ７２との間には、転動体（不図示）が介在され、それにより案内レール７１とスライダ７２とが相対的に直線移動可能とされている。
【００３８】
また、第１ガイドブロック６１の垂直面６１ａは、Ｘ方向に延びる加圧軸テーブル２０の固定部２１と対向している。第１ガイドブロック６１の垂直面６１ａと加圧軸テーブル２０の固定部２１との間には、Ｘ方向直動案内軸受８０が設けられ、案内レール８６が加圧軸テーブル２０の固定部２１に取り付けられ、スライダ８７が第１ガイドブロック６１の垂直面６１ａに取り付けられている。案内レール８６とスライダ８７との間には、転動体（不図示）が介在され、それにより案内レール８６とスライダ８７とが相対的に直線移動可能とされている。
【００３９】
このように構成された上側支点機構６Ａは、支点駆動モータ４３を駆動してボールねじ軸６４を一方向に回転させることで、第１ガイドブロック６１がＸ方向下方に移動する。この際、第２ガイドブロック６２はＹ方向直動案内軸受１１０によってＸ方向の移動が規制されＹ方向に案内されるように支持されているので、第２ガイドブロック６２の両腕部６６、６６（長穴６８、６８）に支持される支点軸６７、６７もＹ方向に沿って加圧軸２から離れる方向、即ち図１の矢印ＹＡ方向に移動する。また、反対に、支点駆動モータ４３を駆動してボールねじ軸６４を逆方向に回転させることで、第２ガイドブロック６２の両腕部６６、６６（長穴６８、６８）に支持される支点軸６７、６７もＹ方向に沿って加圧軸２に近づく、即ち図１の矢印ＹＢ方向に移動する。
【００４０】
下側支点機構６Ｂは、上側支点機構６Ａと上下対称に配置されており、第１ガイドブロック６１は、上方先端部がＸ方向に延びる垂直面６１ａとＸ方向に対し傾斜し垂直面６１ａと鋭角に交わる傾斜面６１ｂとによってクサビ形状をなしている。第１ガイドブロック６１の傾斜面６１ｂと第２ガイドブロック６２の傾斜面６２ａとの間には、傾斜方向直動案内軸受７０が設けられ、第１ガイドブロック６１の垂直面６１ａと加圧軸テーブル２０の固定部２１との間には、Ｘ方向直動案内軸受８０が設けられている。
【００４１】
そして、下側支点機構６Ｂは、支点駆動モータ４３を駆動してボールねじ軸６４を一方向に回転させることで、第１ガイドブロック６１がＸ方向上方に移動する。この際、第２ガイドブロック６２はＹ方向直動案内軸受１１０によってＸ方向の移動が規制されＹ方向に案内されるように支持されているので、第２ガイドブロック６２の両腕部６６、６６（長穴６８、６８）に支持される支点軸６７、６７もＹ方向に沿って加圧軸２から離れる方向、即ち図１の矢印ＹＡ方向に移動する。また、反対に、支点駆動モータ４３を駆動してボールねじ軸６４を逆方向に回転させることで、第２ガイドブロック６２の両腕部６６、６６（長穴６８、６８）に支持される支点軸６７、６７もＹ方向で加圧軸２に近づく、即ち図１の矢印ＹＢ方向に移動する。
【００４２】
上側支点機構６Ａと下側支点機構６Ｂは、それぞれ支点駆動モータ４３を有しているので、両方のボールねじ６５を独立して制御することができる。また、旋回軸ブラケット４８は上方で上側支点機構６Ａの支点軸６７、６７に取り付けられ、下方で下側支点機構６Ｂの支点軸６７、６７に取り付けられているので、上側支点機構６Ａの支点軸６７、６７の移動距離と下側支点機構６Ｂの支点軸６７、６７の移動距離とを調整することで、旋回軸ブラケット４８を介して、接合ツール１の中心軸線Ｑを移動又は傾斜させることができる。
【００４３】
図１に戻って、加圧軸２の案内レール１３が固定されたアーム５０の先端部５０ｃの内側には、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。接合するワークは、裏当て部材５２上に積層される。
【００４４】
このように構成された摩擦攪拌接合装置Ｍ１は、接合ツール１をワーク（不図示）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攪拌し、それにより接合ツール１をワークに没入させる押し込み動作と、押し込み動作の後、各支点機構６Ａ、６Ｂの支点軸６７、６７をそれぞれ移動させることにより接合ツール１の中心軸線Ｑを移動又は傾斜させ、ワークを接合するものである。摩擦攪拌接合装置Ｍ１では、接合ツール１の中心軸線Ｑを移動させたり傾斜させたりすることにより、以下で説明するオフセット接合、スイング接合、揺動角変位接合の３種類の接合態様を実現することができる。
【００４５】
＜オフセット接合＞
第１の接合態様としてオフセット接合について図６及び図７に基づいて説明する。
先ず、上側支点機構６Ａのボールねじ軸６４のみを回転させて第１ガイドブロック６１をＸ方向上方に移動させる。これにより、上側支点機構６Ａの支点軸６７、６７が中立位置（上側支点機構６Ａと下側支点機構６Ｂの支点軸６７、６７がＹ方向に揃う初期位置）からＹＢ方向に移動する。このとき、下側支点機構６Ｂのボールねじ軸６４は回転していないため下側支点機構６Ｂの支点軸６７、６７は中立位置に位置している。これにより、接合ツール１の中心軸線Ｑが、ワークＷに対し直交した状態から上方がＹＢ方向に所定角度だけ回転し傾斜する（図７（ａ））。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Ｗに対して向い角を持って接触させることができるようになり、それにより、流動化したワークＷ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、ワークＷへの加圧力を保持することができるようになる。
【００４６】
続いて、旋回軸モータ４４を駆動することにより接合ツール１を高速回転させ、接合ツール１をワークＷ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４１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（図６（ａ））。加圧軸２のスライダ１４を移動させて、スピンドル３０と共に接合ツール１をＸ方向に沿ってワークＷに近づく方向に移動させ、高速回転させながらワークＷ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Ｗの材料が軟化し攪拌される。そして、攪拌しながら、所定の深さまで接合ツール１をワークＷに没入させる（図６（ｂ））。次に接合ツール１をワークＷ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。
【００４７】
オフセット動作においては、上側支点機構６Ａと下側支点機構６Ｂの支点駆動モータ４３を同方向に同じ回転角となるように駆動し、ベルト４６を介してボールねじ軸６４を回転させることにより、上側支点機構６Ａの第１ガイドブロック６１をＸ方向下方に移動させ、下側支点機構６Ｂの第１ガイドブロック６１をＸ方向上方に移動させる。これにより、上側支点機構６Ａと下側支点機構６Ｂの支点軸６７，，，６７がＹＡ方向に同じ距離分移動する（図７（ｂ））。即ち、接合ツール１の中心軸線Ｑが所定の傾斜角度を保ったまま平行移動する。この動きにより、ワークＷに対する接合ツール１の接触点や攪拌領域が移動し、線状にワークＷが接合される（図６（ｃ））。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６４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方向に沿ってワークＷから離れる方向に移動させワークＷから離脱させる（図６（ｄ））。このように、押し込み動作とオフセット動作により摩擦攪拌接合が行われる。
【００４８】
＜スイング接合＞
第２の接合態様としてスイング接合について図８及び図９に基づいて説明する。
スイング接合では、接合ツール１の中心軸線ＱをワークＷに対し直交した状態のまま押し込み動作を行う（図９（ａ））。なお、オフセット接合の場合と同様に、接合ツール１の中心軸線ＱをワークＷに対し直交した状態から上方がＹＢ方向に所定角度だけ傾斜するようにしてもよく、これにより、オフセット接合の場合と同様に、流動化したワークＷ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、ワークＷへの加圧力を保持することができるようになる。
【００４９】
旋回軸モータ４４を駆動することにより接合ツール１を高速回転させ、接合ツール１をワークＷ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４１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（図８（ａ））。加圧軸２のスライダ１４を移動させて、スピンドル３０と共に接合ツール１をＸ方向に沿ってワークＷに近づく方向に移動させ、高速回転させながらワークＷ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Ｗの材料が軟化し攪拌される。そして、攪拌しながら、所定の深さまで接合ツール１をワークＷに没入させる（図８（ｂ））。次に接合ツール１をワークＷの所定の深さまで没入後、加圧軸２を加圧保持に伴い微小移動させながら、スイング動作を行う。
【００５０】
スイング動作においては、上側支点機構６Ａのボールねじ軸６４のみを回転させて第１ガイドブロック６１をＸ方向上方に移動させる。これにより、上側支点機構６Ａの支点軸６７、６７が中立位置からＹＢ方向に移動する。このとき、下側支点機構６Ｂのボールねじ軸６４は回転していないため下側支点機構６Ｂの支点軸６７、６７は中立位置に位置している。これにより、接合ツール１の中心軸線Ｑが下側支点機構６Ｂの支点軸６７、６７を中心にワークＷに対し直交した状態から接合ツール１がＹＡ方向に回転する。（図９（ｂ））。この動きにより、ワークＷに対する接合ツール１の接触点や攪拌領域が移動し、線状にワークＷが接合される（図８（ｃ））。所定角度の回転をした後は、加圧軸２のボールねじ軸６４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方向に沿ってワークＷから離れる方向に移動させワークＷから離脱させる（図８（ｄ））。このように、押し込み動作とスイング動作により摩擦攪拌接合が行われる。
【００５１】
＜揺動角変位接合＞
第３の接合態様として揺動角変位接合について図１０及び図１１に基づいて説明する。
揺動角変位接合では、接合ツール１の中心軸線ＱをワークＷに対し直交した状態のまま押し込み動作を行う。
【００５２】
旋回軸モータ４４を駆動することにより接合ツール１を高速回転させ、接合ツール１をワークＷ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４１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（図１０（ａ））。加圧軸２のスライダ１４を移動させて、スピンドル３０と共に接合ツール１をＸ方向に沿ってワークＷに近づく方向に移動させ、高速回転させながらワークＷ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Ｗの材料が軟化し攪拌される。そして、攪拌しながら、所定の深さまで接合ツール１をワークＷに没入させる。次に接合ツール１をワークＷ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、揺動角変位動作を行う。
【００５３】
揺動角変位動作においては、接合ツール１がワークＷの所定の深さまで没入した際にツールピン１ｃとショルダ部１ｂとの境界部近傍の点Ｓ１を通りＹ方向に引いた線分Ｔ１と中立位置にある上側支点機構６Ａの支点軸６７、６７と下側支点機構６Ｂの支点軸６７、６７とを結ぶ線分Ｔ２との交点Ｓ２を中心に線分Ｔ２が揺動するように、上側支点機構６Ａのボールねじ軸６４と下側支点機構６Ｂのボールねじ軸６４を同期駆動する。これにより、接合ツール１の中心軸線Ｑが点Ｓ１を中心に所定の揺動角で揺動する（図１１）。この動きにより、ワークＷに対する接合ツール１の接触点や攪拌領域が移動し、線状にワークＷが接合される（図１０（ｂ）、（ｃ））。所定角度の回転をした後は、加圧軸２のボールねじ軸６４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方向に沿ってワークＷから離れる方向に移動させワークＷから離脱させる（図１０（ｄ））。このように、押し込み動作と揺動角変位動作により摩擦攪拌接合が行われる。
【００５４】
このように３つの接合態様により摩擦攪拌接合を選択して行うことで、ワークの種類、用途に応じて接合領域を拡大させることによって接合強度を上げることができる。なお、上記した実施形態では、オフセット方向、スイング方向、揺動方向をアーム５０の基端部５０ａと胴部５０ｂと先端部５０ｃとが位置するＸ−Ｙ平面におけるＹ方向に設定したが、必ずしもこれに限らず、Ｘ−Ｙ平面に直交するＺ方向にしてもよい。ただし、Ｙ方向に設定することで以下の効果を有する。
【００５５】
ここで、具体的な例について考えてみる。例えば、上記実施形態のＣ字形のアーム５０の材質をアルミニウムとした場合、Ｙ方向の剛性が６．３ｋＮ／ｍｍ、Ｙ方向と直交するＺ方向の剛性が０．３８ｋＮ／ｍｍであった。接合条件にもよるが、オフセット動作中にはワーク接線方向に５００Ｎ程度の力が作用するので、Ｚ方向にオフセット動作したと仮定すると、ワークが外部の保持装置などによって固定されていない場合には、１．３ｍｍも移動してしまう。これに対し、本実施形態のようにＹ方向にオフセット動作した場合は、ワークの移動が０．０８ｍｍとなり、オフセット量として想定される３ｍｍ〜５ｍｍなどの値に対して十分に小さい値に抑えることができることが分かる。
【００５６】
よって、オフセット方向をＹ方向に設定したことによって、アーム５０の剛性の高い方向に力がかかることになり、オフセット動作中のアーム５０の先端部５０ｃの変位（オフセット荷重による変位）を小さく抑えることができ、アーム５０が撓み変形することによるワークの移動量を小さく抑えることができる。従って、ワークの移動量を小さく抑えることができることによって、ワーク上における接合ツールの移動量とオフセット移動量との誤差を小さくすることができ、精度の良い接合が可能となる。このことは、スイング接合及び揺動角変位接合においても同様のことが言える。
【００５７】
また、オフセット動作の方向を、図１２に矢印ＹＢで示すように、上記実施形態と逆に、Ｙ方向に沿ってアーム５０の胴部５０ｂに近づく方向としてもよい。このとき、旋回軸４の傾斜方向も、接合ツール１をオフセット（進行）させる方向であるため、上記実施形態と逆に設定される。
【００５８】
図１３に示すように、押し込み動作中は、裏当て部材５２の先端は、加圧軸２の方向（Ｘ方向）に作用する加圧力によって、胴部５０ｂと先端部５０ｃをつなぐ曲がり部を支点として反時計回りに回転するように変形するので、押し込み動作前の無負荷状態における裏当て部材５２の中心Ａ１に対し、押し込み動作中の負荷状態における裏当て部材５２の中心Ａ２は、Ｘ方向に沿って基端部５０ａから離れる方向に移動すると共に、Ｙ方向に沿って胴部５０ｂから離れる方向に移動している。
【００５９】
ここで、オフセット動作の方向をＹ方向に沿って胴部５０ｂに近づく方向、即ち、アーム５０の変形によって生じるアーム５０の先端部５０ｃのオフセット方向への変位と逆方向とすることで、オフセット荷重がＹ方向に沿って胴部５０ｂに近づく方向に作用するため、裏当て部材５２の先端はＹ方向に沿って胴部５０ｂに近づく方向に移動し、オフセット動作中のアーム５０の先端部５０ｃのオフセット方向に変位が小さくなる（図１４参照）。
【００６０】
このように、押し込み動作中のアーム５０の変形によって生じた裏当て部材５２のオフセット方向への変位と逆の方向にオフセット動作を行うことにより、一連の接合動作において裏当て部材５２及び裏当て部材５２に保持されているワークの移動が小さくなり、ワーク上の接合ツール１の移動量とオフセット移動量の誤差を小さくできると共に、ワーク保持機構への負荷を低減することができる。このことは、スイング接合においても同様のことが言える。
【００６１】
一方、上記実施形態の摩擦攪拌接合装置Ｍ１のように、オフセット方向をＹ方向に沿って胴部５０ｂから離れるＹＡ方向にすると、オフセット動作中のアーム５０の先端部５０ｃのオフセット方向への変位は大きくなる。ただし、この場合であっても、Ｙ方向と直角の方向にオフセット動作する従来の摩擦攪拌接合装置に比べると、格段にワークの移動が小さくなり、ワーク上の接合ツール１の移動量とオフセット移動量の誤差を小さくできると共に、ワーク保持機構への負荷を低減することができる。
【００６２】
また、第１ガイドブロック６１と第２ガイドブロック６２との間に介装した傾斜方向直動案内軸受７０のＸ方向に対する傾斜角は、４５°以下であることが好ましい。
【００６３】
ここで、図５及び図１５を参照しながら、オフセット動作時に上側支点機構６Ａの支点駆動部６０に作用する力について説明する。
【００６４】
傾斜角をγ、オフセット荷重をＦＹ、直動案内荷重をＦＬとすると、傾斜角γと両荷重との間には（１）式に示す関係式が成立する。
ＦＬ／ＦＹ＝１／ｃｏｓγ      （１）
【００６５】
また、オフセット荷重ＦＹとボールねじ荷重ＦＢとの間には（２）式に示す関係式が成立する。
ＦＢ／ＦＹ＝ｔａｎγ          （２）
【００６６】
従って、傾斜角γを４５°以下することで、上側支点機構６Ａのボールねじ６５に作用するボーねじ荷重ＦＢをオフセット荷重ＦＹに比べて小さくすることができる。従って、ボールねじ６５の寿命延長、又はボールねじ６５を小型化することができる。また、図１５に示すように、第１ガイドブロック６１と第２ガイドブロック６２との間に介装した傾斜方向直動案内軸受７０においても、傾斜角γを小さくした方が傾斜方向直動案内軸受７０に作用する直動案内荷重ＦＬを小さくすることができる。従って、傾斜角γを４５°以下することで、この傾斜方向直動案内軸受７０の寿命延長、又は傾斜方向直動案内軸受７０を小型化することができる。なお、このことは下側支点機構６Ｂにおいても同様のことが言える。
【００６７】
また、上記実施形態によれば、加圧軸２にボールねじ一体型直動案内ユニット１０を用いたことで、コンパクト化及び軽量化が可能となり、摩擦攪拌接合装置Ｍ１を搭載するロボットアームのサイズダウンが可能となる。
【００６８】
さらに、各支点機構６Ａ、６Ｂの支点駆動部６０をＺ方向から見て旋回軸４と加圧軸２との間に配置することにより摩擦攪拌接合装置Ｍ１の幅（Ｚ方向長さ）を小さくすることができる。
【００６９】
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。
【００７０】
例えば、上記実施形態では、加圧軸２をボールねじ一体型直動案内ユニット１０によって構成したが、独立したボールねじ及び直動案内軸受によって構成してもよい。
【００７１】
また、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。
【００７２】
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。
【００７３】
また、上記実施形態では、加圧軸モータ４２及び支点駆動モータ４３の動力を加圧軸２のボールねじ１８及び各支点機構６Ａ、６Ｂのボールねじ６５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。
【符号の説明】
【００７４】
Ｍ１  摩擦攪拌接合装置
１  接合ツール
２  加圧軸
４  旋回軸
６Ａ  上側支点機構（支点機構）
６Ｂ  下側支点機構（支点機構）
１０  ボールねじ一体型直動案内ユニット
１１  直動案内軸受
１２  ボールねじ
１３  案内レール（本体部）
１４  スライダ（可動部）
１７  ボールねじナット
１８  ボールねじ軸
５０  アーム
５０ａ  基端部
５０ｂ  胴部
５０ｃ  先端部
５２  裏当て部材（ワーク支持部）
６０  支点駆動部
６１  第１ガイドブロック
６１ｂ  傾斜面
６２  第２ガイドブロック
６２ａ  傾斜面
６８  長穴（支点支持部）
７０  傾斜方向直動案内軸受
１１０  Ｙ方向直動案内軸受（支点案内部）
Ｑ  接合ツールの中心軸線
Ｗ  ワーク
【図１】
2014024095.tif 000003
【図２】
2014024095.tif 000004
【図３】
2014024095.tif 000005
【図４】
2014024095.tif 000006
【図５】
2014024095.tif 000007
【図６】
2014024095.tif 000008
【図７】
2014024095.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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