JP5200004B2 - 吸着パッド、摩擦攪拌接合装置、摩擦攪拌接合システム - Google Patents

Description

本発明は、摩擦撹拌して、複数の被接合物を接合する摩擦攪拌接合装置、摩擦攪拌接合装置に用いられる吸着パッド、および摩擦攪拌接合システムに関する。

複数の被接合物を接合する方法として、接合ツールによって摩擦撹拌接合する摩擦攪拌接合装置がある。

図１７は、テーブル移動式の摩擦攪拌接合装置１を模式的に示す斜視図である。この摩擦攪拌接合装置１は、接合ツール２と、被接合物３を載置するワークテーブル４と、ワークテーブル４を一方向に移動させる移動台５とを含む。ワークテーブル４およびこのワークテーブル４に載置される被接合物３は、図１７において矢符６で示す走行方向に移動する。接合ツール２は、ワークテーブル４に近接または離反する方向に変位可能であって、回転しつつ被接合物３に押圧され、被接合物３の走行方向への移動にともなって被接合物３の接合部位に沿って順次摩擦攪拌接合を行う。

図１８は、ガントリー式の摩擦攪拌接合装置７を模式的に示す斜視図である。この摩擦攪拌接合装置７は、接合ツール８と、被接合物９を載置するワークテーブル１０と、接合ツール８を支持する支持体１１と、支持体１１を接合方向に案内し、接合方向に延びる案内レール１２とを含む。ガントリー式の摩擦攪拌接合装置７は、前述のテーブル移動式の摩擦攪拌接合装置１とは異なり、ワークテーブル１０および被接合物３が移動せずに固定され、支持体１１およびこの支持体１１に支持される接合ツール８が、図１８に矢符１３で示す走行方向に移動する。接合ツール８は、ワークテーブル４に近接または離反する方向に変位可能であって、回転しつつ被接合物３に押圧され、走行方向に移動することによって被接合物３の接合部位に沿って順次摩擦攪拌接合を行う。

テーブル移動式の摩擦攪拌接合装置１では、接合部位の長さだけ被接合物３を移動する必要があり、接合部位の少なくとも２倍の長さの移動台５が必要となる。たとえば２０ｍの被接合物３を接合するテーブル移動式の摩擦攪拌接合装置１では、移動台５の長さが４０ｍ以上となり、装置が大形化し、設置スペースが大きくなるという問題がある。また同様にガントリー式の摩擦攪拌接合装置７では、接合部位の長さだけ接合ツール２を移動させる必要があり、少なくとも接合部位と同じ長さの案内レール１２が必要となるので、装置が大形化し、設置スペースが大きくなるという問題がある。

図１９は、従来の技術として装置の小形化を目的とした自走式摩擦攪拌接合装置２０を模式的に示す斜視図である。自走式摩擦攪拌接合装置１５は、接合ツール１６と、この接合ツール１６を搭載して走行可能な車体１７とを含む。車体１７は、４つの車輪１８をさらに備える。自走式摩擦攪拌接合装置１５は、ワークテーブル１９に載置された被接合物２０の表面上を、図１９の矢符２１で示す走行方向に車輪１８を回転させることによって自走する。自走式摩擦攪拌接合装置１５は、接合ツール１６を被接合物２０に押圧させつつ回転しながら走行方向に走行することによって、被接合物３の接合部位に沿って順次摩擦攪拌接合を行う。この自走式摩擦攪拌接合装置１５の大きさは、前述のテーブル移動式およびガントリー式の摩擦攪拌接合装置１，７のように被接合物３の大きさに依存せず、装置の小形化を実現することができる（たとえば特許文献１または２参照）。
特開２００５−１８６０８４号公報 特開２００７−８７６号公報

図２０は、摩擦攪拌接合を行うときに接合ツール１６が受ける反力を説明するための図である。接合ツール１６は、被接合物２０の表面に垂直な上下方向Ｚに対して、被接合物２０に接触する側の端部を支点にして走行方向から離反する向きに基準軸線Ｌが傾斜角度θだけ傾いて設けられる。接合ツール１６が、被接合物２０と接する端部とは反対側の端部から見て基準軸線Ｌまわりに時計回りに回転しつつ、被接合物２０に押圧され、矢符２１で示す走行方向に移動すると、接合ツール１６には、基準軸線Ｌの延びる方向の被接合物２０から離れる向きの反力（以下、ツール軸線方向反力Ｆ１という）と、走行方向の走行する向きとは反対向きの反力（以下、接合方向反力Ｆ２という）と、接合ツール１６が回転することによって生じる基準軸線Ｌおよび走行方向に垂直で、走行する向きに対して左向きに働く反力（以下、横方向反力Ｆ３という）とが働く。図２０には、理解の容易のために接合ツール１６が回転するツール回転方向ｒを矢符で示している。

被接合物２０に接触する側の端部を支点にして走行方向から離反する向きに基準軸線Ｌが傾斜角度θだけ傾いて接合ツール１６が設けられる理由は、次の通りである。被接合物２０に接触する側の端部を支点にして走行方向に対し前方側接合部と後方側接合部とでは、後方側接合部では被接合物２０が摩擦攪拌され流動化状態にあり柔らかい状態にあり、前方側接合部はより硬い状態にあるためである。

また、走行する向きに対して左向きに働く横方向反力Ｆ３が作用する理由は、前方側接合部はより硬い状態にあって、接合ツール１６が時計方向に回転し、接合ツール１６は横方向反力Ｆ３を受けるからである。

摩擦攪拌接合の接合速度を高くすると、前述した各反力が大きくなり、ツール軸線方向反力Ｆ１によって車輪１８が被接合物２０から浮き上がったり、横方向反力Ｆ３によって蛇行したりして、意図した走行ができなくなるという問題がある。これらの問題を解決するために、自走式摩擦攪拌接合装置１５におもりを搭載したり、吸着パッドを設けて被接合物２０に吸着したりして、前記反力を打ち消す方法が考えられる。しかしながらおもりを搭載すると、装置の重量が増加するので、運用性が低下してしまう。また吸着パッドで被接合物２０を吸着すると、接合方向反力Ｆ２が増加して、装置の走行を妨げるという問題がある。

したがって本発明の目的は、軽量、かつ小さな力で走行可能な摩擦攪拌接合装置、この摩擦攪拌接合装置に用いられる吸着パッド、および摩擦攪拌接合システムを提供することである。

本願発明の吸着パッドは、走行体で走行しつつ、複数の被接合物を接合ツールによって摩擦撹拌接合する摩擦撹拌接合装置に備えられ、被吸着物に当接した状態で、接合ツールと被接合物との接触状態を保持するため吸引力を作用させる吸着パッドであって、
前記被吸着物に当接した吸着状態と前記被吸着物に当接を解除された非吸着状態とを切り替え可能であることを特徴とする。

また、前記吸着パッドは、
吸引空間の周囲を囲み、気密性および弾性を有する環状の密閉体と、
前記密閉体の被吸着物寄りの表面に設けられ、被吸着物に対する摩擦係数が前記密閉体の被吸着物に対する摩擦係数よりも小さい材料によって形成される滑走体とを含むことを特徴とする。

また、前記吸引空間において、被吸着物に向けて延び、前記密閉体よりも高い剛性を有し、かつ被吸着物に対する摩擦係数が前記密閉体の被吸着物に対する摩擦係数よりも小さい材料によって形成される突起部をさらに含むことを特徴とする。

また、本願発明の摩擦撹拌接合装置は、複数の被接合物を接合ツールによって摩擦撹拌接合する摩擦撹拌接合装置であって、
前記吸着パッドと、
予め定める基準軸線まわりに回転自在に設けられ、接合ツールを保持するツール保持部と、
ツール保持部を基準軸線まわりに回転駆動する回転駆動手段と、
ツール保持部を基準軸線に沿って変位駆動する変位駆動手段と、
ツール保持部、回転駆動手段および変位駆動手段を搭載して走行可能な走行体とを含むことを特徴とする。

また、前記吸着パッドは複数個設けられており、
前記複数個の吸着パッドは、前記走行体の前方部に位置し大きい吸着力を有するメイン吸着パッドと、前記メイン吸着パッドより後方に位置し小さい吸着力を有する１個以上の補助的吸着パッドとからなり、
前記１個以上の補助的吸着パッドの個数と配設される位置とが調節可能であることを特徴とする。

また、前記吸着パッドの吸着状態と非吸着状態とを切替える切替手段をさらに含むことを特徴とする。

また、本願発明の摩擦攪拌接合システムは、前記摩擦攪拌接合装置と、
接合部位に沿って設けられ、被接合物の剛性よりも高い剛性の案内レールとを含み、
前記吸着パッドは、前記案内レールに吸着することを特徴とする。

また、前記案内レールは、走行にともなって回転する前記摩擦攪拌接合装置の車輪が当接するとともに、前記吸着パッドが吸着する表面を有し、前記表面には、吸着パッドに対する摩擦係数を小さくするための予め定める処理が施されていることを特徴とする。

また、本願発明の摩擦撹拌接合装置は、複数の被接合物が接合される接合部位に沿って被接合物の表面上に設けられ、被接合物の表面に平行に延びる平行延在部を有する案内レールと、
ガイド体を有し、平行延在部の前記被接合物に対向する面にガイド体を当接させて走行体で走行しつつ、複数の被接合物を接合ツールによって摩擦撹拌接合する摩擦撹拌接合装置とを含むことを特徴とする。

また、前記案内レールは、前記被接合物の表面に垂直な案内面を有する垂直延在部をさらに有し、
前記摩擦攪拌接合装置は、前記案内面に当接する第２ガイド体をさらに含むことを特徴とする。

また、前記被吸着物には前記吸着パッドが電磁力で吸着可能であり、
前記吸着パッドは、電流が供給されて前記被吸着物に吸着可能な電磁石を有することを特徴とする。

また、前記電磁石を前記被吸着物に対し隙間をおいて保持するための複数の突起部を有することを特徴とする。

また、前記突起部の先端は球形状を有することを特徴とする。

また、前記突起部の先端には、前記被吸着物に対し滑りやすくするための滑膜部が形成されていることを特徴とする。

また、本願発明の摩擦攪拌接合システムは、前記摩擦攪拌接合装置と、
接合部位に沿って設けられ、被接合物の吸着される部分よりも高い剛性の案内レールとを含み、
前記被吸着物は前記案内レールにあることを特徴とする。

本願発明によれば、吸着パッドは、密閉体と、滑走体とを含む。滑走体は、被吸着物に対する摩擦係数が、密閉体の被吸着物に対する摩擦係数よりも小さい材料によって形成され、吸着パッドが被吸着物に当接した状態で被吸着物に当接する。このような吸着パッドでは、滑走体を設けない通常の吸着パッドに比べて被吸着物の表面上を滑りやすくなり、前述した接合方向反力が小さくなる。このような本発明の吸着パッドを備える摩擦攪拌接合装置では、摩擦攪拌接合の接合速度を高くしたとしても滑走体を設けない通常の吸着パッドに比べて走行を妨げる接合方向反力が小さくなるので、小さな駆動力で走行することができ、摩擦攪拌接合の接合速度を高くすることができる。また吸着パッドを備えることによって、摩擦攪拌接合装置におもりを設けることなく、ツール軸線方向反力によって車輪が被接合物から浮き上がることを防止することができ、装置の軽量化を図ることができる。

また本発明によれば、吸引空間において被吸着物に向けて延びる突起部が設けられる。この突起部は、前記密閉体よりも高い剛性を有しているので、たとえば薄くて剛性の低い被接合物に吸着パッドが吸着する場合でも、この突起部が被接合物に当接することによって被接合物が撓むことを防ぐことができる。仮に被接合物が撓んでしまうと、摩擦攪拌接合後において被接合物が変形してしまうことがあり、また吸着パッドと被接合物との間に隙間が生じて吸引空間の圧力が高くなって吸着力が低下することがあるが、被接合物の撓みを防ぐことによって、被接合物の撓みによって生じる前記不具合を防ぐことができる。また突起部の被吸着物と接する面は、被吸着物に対する摩擦係数が、密閉体の被吸着物に対する摩擦係数よりも小さい材料によって形成されるので、突起部が被吸着物に当接するとしても摩擦攪拌装置の走行する向きと反対側の向きの反力が増加することを可及的に抑えることができる。

さらに本発明によれば、回転駆動手段と変位駆動手段とによって、ツール保持部を回転しつつ被接合物に向けて押圧することによって、接合ツールが回転しつつ被接合物に押圧される。この状態で車体が走行することによって、被接合物を順次接合することができる。この摩擦攪拌接合装置は、前述の吸着パッドを備えるので、小さな駆動力で意図した走行が可能となり、装置の軽量化が図られる。

さらに本発明によれば、複数の吸着パッドを備え、切替手段によって各吸着パッドを選択的に吸着状態と非吸着状態とを切替えることができるので、吸着力を調整することができる。

さらに本発明によれば、吸着パッドは、案内レールに吸着する。案内レールは、接合部位に沿って設けられ、被接合物の吸着される部分よりも剛性が高く、吸着パッドが吸着しても変形しにくい。このような案内レールに吸着パッドが吸着することによって、摩擦攪拌接合において被接合物が変形することを防ぐことができる。

さらに本発明によれば、車輪および吸着パッドが当接する案内レールの表面には、吸着パッドに対する摩擦係数を小さくするための予め定める処理が施されているので、摩擦攪拌装置が走行するときに、吸着パッドに生じる走行する向きと反対向きの反力を小さくすることができる。また車輪が被接合物に当接することなく摩擦攪拌接合装置が走行するので、摩擦攪拌接合において被接合物を傷つけることを防ぐことができる。

さらに本発明によれば、接合部位に沿って案内レールが設けられる。この案内レールは、被接合物の表面に平行に延びる平行延在部を有する。摩擦攪拌接合装置に設けられるガイド体を、平行延在部の前記被接合物に対向する面に当接させつつ、摩擦攪拌接合装置を走行させる。これによって摩擦攪拌接合の接合速度を高くしたとしても接合ツールが被接合物を押圧する力に対する反力を打ち消すことができ、摩擦攪拌接合装置の車輪が浮き上がることを防いで意図した走行を可能とし、高い接合速度で意図した部位を接合ツールによって摩擦撹拌して各被接合物を接合することができる。

さらに本発明によれば、案内レールは、前記被接合物の表面に垂直な案内面を有する垂直延在部を有する。案内面に第２ガイド体を当接させつつ、摩擦攪拌装置を走行させる。これによって接合ツールが回転することによって生じる前記横方向反力を打ち消すことができ、摩擦攪拌接合の接合速度を高くしたとしても摩擦攪拌装置が蛇行することを防いで、意図した走行を可能とし、高い接合速度で意図した部位を接合ツールによって摩擦撹拌して各被接合物を接合することができる。

また、吸着パッドは被吸着物に電磁力によって吸着可能であるので、吸着パッドの被吸着物に対する吸着力を電磁力で制御することができ、機械的な摩擦力に依存する場合に比べて、吸着パッドの走行中の吸着力を安定的に供給することができるとともに安定的に一定値に維持することが可能になる。

また、吸着パッドは切替手段によって電気的に制御されるので、ＯＮ／ＯＦＦを迅速に切り替えることができる。

また、吸着パッドの電磁石は被吸着物に対し非接触の状態に維持されるるので、機械的に接触する場合に比べて、走行抵抗を小さくすることができる。この結果、摩擦攪拌接合の接合速度を高くすることが可能になる。

また、吸着力が電磁力に依存するので、真空吸着における場合に要するゴムやスポンジ等の消耗材の交換を不要にすることができる。

本発明の実施の一形態の接合装置３１を模式的に示す側面図である。 接合装置３１の走行状態を示す斜視図である。 走行体４２の走行方向前方Ｘ１側をコの字型に開放した接合装置１５を示す側面図である。 走行体４２の走行方向前方Ｘ１側をコの字型に開放した接合装置１５の下面図である。 吸着装置４３の動作を示す模式図である。 吸着パッド４６の下面図である。 図６の切断面線ＶＩ−ＶＩから見た吸着パッド４６の断面図である。 図６の切断面線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩから見た吸着パッド４６の断面図である。 図６の切断面線ＩＶ−ＩＶから見た吸着パッド４６の断面図である。 本発明の他の実施の形態の接合装置５９を示す断面図である。 本発明のさらに他の実施の形態の接合装置７１を示す断面図である。 本発明の他の実施の形態の吸着力が電磁力による吸着パッドを有する接合装置９１を示す断面図である。 本発明の他の実施の形態の吸着力が電磁力による吸着パッドを有する接合装置９３を示す断面図である。 吸着力が電磁力による吸着パッドの側面図（ａ）と底面図（ｂ）である。 吸着力が電磁力による他の実施形態の吸着パッドの側面図（ａ）と底面図（ｂ）である。 吸着力が電磁力による吸着パッドの内部と切替手段を示す説明図である。 テーブル移動式の摩擦攪拌接合装置１を模式的に示す斜視図である。 ガントリー式の摩擦攪拌接合装置７を模式的に示す斜視図である。 従来の技術として装置の小形化を目的とした自走式摩擦攪拌接合装置１５を模式的に示す斜視図である。 摩擦攪拌接合を行うときに接合ツール１６が受ける反力を説明するための図である。

図１は、本発明の実施の一形態の摩擦攪拌接合装置（以下、単に接合装置３１という）を模式的に示す側面図である。図２は、接合装置３１の走行状態を示す斜視図である。

接合装置３１は、２つの被接合物３２，３３が突合わされた被接合物３４を接合する。被接合物３４には、２つの被接合物３２，３３が突合わされる接合部位に継ぎ手部分３５が形成される。接合装置３１は、継ぎ手部分３５に沿って接合ツール３６を移動させて、各被接合物３２，３３を連続的に接合する。継ぎ手部分３５は、各被接合物３２，３３の境界線である接合線３９が表面に形成される。接合線３９は、本実施の形態では直線状に延びる。

接合装置３１は、円筒状の接合ツール３６を装着し、接合ツール３６を用いて摩擦攪拌接合を行う。接合ツール３６は、略円筒形状に形成される本体部３７と、本体部３７から軸線方向一方に突出し、先細状に形成されるピン部３８とを有する。接合ツール３６が回転しつつ被接合物３４に押圧され、被接合物３４に没入することによって、被接合物３４は、接合ツール３６の摩擦熱によって部分的に流動化し、流動化した部分が固相攪拌される。被接合物３４のうちの流動化した部分が互いに混ぜ合わされ、その後、流動化した部分が固まることによって各被接合物３２，３３が接合される。被接合物３２，３３は、たとえばアルミ合金から成る。

接合装置３１は、予め定める基準軸線Ｌまわりに回転自在に設けられ、接合ツールを保持するツール保持部４１（後述する図１０に示す）と、ツール保持部４１を基準軸線Ｌまわりに回転駆動する回転駆動手段と、ツール保持部４１を基準軸線Ｌに沿って変位駆動する変位駆動手段と、ツール保持部４１、回転駆動手段および変位駆動手段を搭載して走行可能な走行体４２と、吸着装置４３とを含んで構成される。なお理解の容易のために、図２には吸着装置４３を図示していない。

ツール保持部４１は、接合ツール３６を着脱可能に保持する。ツール保持部４１に装着された接合ツール３６は、その軸線が、接合装置３１の基準軸線Ｌと同軸に配置される。ツール保持部４１は、走行体４２に搭載され、走行体４２に対して基準軸線Ｌまわりに回転可能、かつ基準軸線Ｌの延びる方向に変位可能に設けられる。本実施の形態において基準軸線Ｌに沿って延びる方向を基準軸線方向Ａと記載し、接合装置３１が接合線３９に沿って走行する方向を走行方向Ｘと記載し、被接合物３４の表面に垂直な方向を上下方向Ｚと記載する。また走行方向Ｘと、上下方向Ｚとに垂直な方向を交差方向Ｙと記載する。

回転駆動手段は、ツール保持部４１を基準軸線Ｌまわりに回転させるための動力を発生する回転動力発生源と、回転動力発生源によって発生した回転力をツール保持部４１に伝達する回転伝達部とを備える。回転動力発生源は、電動モータ、たとえば誘導モータまたはサーボモータによって実現される。回転伝達部は、複数の歯車と、歯車を回転可能に支持するギアボックスとを含む歯車伝達機構によって実現される。回転伝達部は、サーボモータの出力軸の回転を減速して、ツール保持部４１に回転力を与える。なお、回転伝達部は、歯車伝達機構以外の機構、たとえばベルト伝達機構であってもよい。また、回転伝達部はモータの出力軸とツール保持部４１を連結するだけの軸継ぎ手であってもよい。

変位駆動手段は、ツール保持部４１を基準軸線方向Ａに変位させるための動力を発生する変位動力発生源を備え、ツール保持部４１を基準軸線方向Ａに変位駆動する。変位駆動力発生源は、たとえば圧力シリンダによって実現され、本実施の形態では、復動式エアシリンダによって実現される。

本実施の形態における走行体４２は、直方体箱状に形成され、ツール保持部４１、回転駆動手段および変位駆動手段を搭載する。走行体４２の上下方向一方（以下、単に下方Ｚ２という）の底部には、上下方向Ｚに貫通する貫通孔が形成される。これによってツール保持部４１が、走行体４２から基準軸線方向Ａに突出可能に配置される。

走行体４２は、回転自在に支持される２対（４個）の車輪４４と、各対の車輪４４をそれぞれ連結する２本の車軸４５とを有する。

走行体４２は、直方体箱状に限られずに、他の実施の形態として、走行方向前方（以下、単に前方Ｘ１という）側または走行方向後方（以下、単に後方Ｘ２という）側が開放したコの字型に形成され、ツール保持部４１をこの開放部分から基準軸線方向Ａに突出可能に配置してもよい。なお、この場合開放されていない側には、１本の車軸４５と１対の車輪４４を有するが、開放された側は左右１対の車輪４４がそれぞれ車軸４５を有する。

図３は、走行体４２の走行方向前方Ｘ１側をコの字型に開放した接合装置１５を示す側面図であり、図４は、走行体４２の走行方向前方Ｘ１側をコの字型に開放した接合装置１５の下面図である。なお図４には理解の容易のために接合ツール３６およびツール保持部４１などを省略している。

接合装置３１は、走行手段をさらに備える。走行手段は、走行体４２に設けられる車輪回転用モータと、車輪回転用モータの回転を車輪４４に伝達する回転伝達手段とを含む。回転伝達手段は、本実施の形態ではベルト機構によって実現される。具体的には、ベルトが、車輪回転用モータの出力軸と車軸４５とにわたって巻掛けられ、車輪回転用モータの出力軸が回転することで、車輪４４が回転する。なお、車輪回転用モータは、回転伝達手段によって全ての車輪を回転駆動、いわゆる四輪駆動してもよく、油圧モータによって実現されてもよい。このように走行体４２に走行手段が搭載されることによって、走行体４２は、自走可能となる。

図５は、吸着装置４３の動作を示す模式図である。図６は、吸着パッド４６の下面図である。図７は、図６の切断面線ＶＩＩ−ＶＩＩから見た吸着パッド４６の断面図である。吸着装置４３は、被吸着物に当接した状態で、接合ツールと被接合物３４との接触状態を保持するための吸引力を作用させる１または複数の吸着パッド４６と、吸引空間５５に充満する空気を吸引して吸引力を導入する吸引源４７と、吸着パッド４６の吸着状態と非吸着状態とを切替える１または複数の切替手段４８と、切替手段４８を介して各吸着パッド４６および吸引源４７を接続する導管４９とを含んで構成される。

本実施の形態における吸着装置４３は、８個の吸着パッド４６を備える。８つの吸着パッド４６のうちの半分の吸着パッド４６は、交差方向一方Ｙ１に配置される２つの車輪４４を結ぶ直線上またはこの直線に沿って配置され、前方Ｘ１の車輪４４の前方Ｘ１と、２つの車輪４４の間とにそれぞれ配置される。なお、接合ツールが走行体４２の前方部に位置する代わりに中央部に位置する場合には、吸着パッド４６は後方Ｘ２の車輪４４の後方Ｘ２とにも配置するのがよい。８つの吸着パッド４６のうちの残余の半分の吸着パッド４６は、交差方向他方Ｙ２に配置される２つの車輪４４を結ぶ直線上またはこの直線に沿って配置され、前方Ｘ１の車輪４４の前方Ｘ１と、２つの車輪４４の間と、後方Ｘ２の車輪４４の後方Ｘ２とにそれぞれ配置される。

図４において、左右４個ずつの計８個の吸着パッド４６のうち、走行体４２の前方部にある左右一対の大きい吸着パッド４６は、接合ツールと被接合物３４との接触状態を保持するための吸引力を作用させるためのメインの吸着パッド４６である。これに対して、２つの車輪４４の間と配設され６個の吸着パッド４６は、メインの吸着パッド４６の吸着状態を調整するための補助的な役割をなすものである。補助的な吸着パッド４６の個数または配設される位置を調整することによって、被接合物３４の種類に応じた適正な吸着状態を維持することが可能になる。例えば、図４において一列に並んだ３個の補助的な吸収パッド４６のうち、後部の２個のみを残すことによって走行体４２の後方部に偏重して補助的吸着力を作成させることも可能である。

各吸着パッド４６は、走行体４２の下方Ｚ２に連結されて、被吸着物に対向する板状の対向部５１と、被吸着物寄りの端部に、対向部５１の厚み方向一方の表面部から突出し、対向部５１の表面部を一周する環状のパッド部５２と、パッド部５２の被吸着物寄りの表面に設けられる滑走体５３と、対向部５１の厚み方向一方の表面部から突出する１または複数の変形防止用突起部５６とを含んで構成される。本実施の形態では被接合物３４が被吸着物に相当し、吸着パッド４６は、被接合物３４に吸着する。

本実施の形態における対向部５１は、略四角形状に形成されて、厚み方向一方の表面が被吸着物に対向する。この対向部５１には、パッド部５２に囲まれた領域で、厚み方向に貫通する吸気孔５８が中央に形成される。パッド部５２は、可撓性、弾発性および気密性を有する密閉体に相当し、対向部５１の四辺に沿って延びて一周する枠状に形成され、吸引空間５５の周囲を囲む。パッド部５２の上下方向他方（以下、単に上方Ｚ１という）の端部は、対向部５１に嵌まり込んで密着して保持される。パッド部５２は、天然ゴム、クロロプレンゴム、エチレンプロピレンゴム、ニトリルゴム、およびシリコンゴムなどのゴム素材を発砲した材料によって形成される。

滑走体５３は、被吸着物に対する摩擦係数がパッド部５２の被吸着物に対する摩擦係数よりも小さい材料によって形成される。本実施の形態における滑走体５３は、パッド部５２の被吸着物寄りの表面に沿って一周する枠状に形成される。滑走体５３は、フッ素樹脂によって実現される。フッ素樹脂のうちでは、摺動性に優れ、すなわち低摩擦係数で、耐熱性に優れ、たとえば磨耗係数が０．０９〜０．２１程度の低摩耗で、撥水性のある四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレンペルフルオロアルコキシビニルエーテル（ＰＦＡ）および四フッ化エチレン（ＦＥＰ）などが滑走体５３に好適に用いられ、さらにポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）および四フッ化エチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）なども用いられる。

図８は、図６の切断面線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩから見た吸着パッド４６の断面図である。図８（１）は、非吸着状態の吸着パッド４６を示し、図８（２）は、吸着状態の吸着パッド４６を示す。滑走体５３は、４つの薄板状体５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄによって枠状に構成される。下方Ｚ２から見て、前方Ｘ１側の薄板状体５４ａは、前方Ｘ１の端部がパッド部５２の端部から前方Ｘ１側に少しだけ突出し、後方Ｘ２の端部がパッド部５２の端部から前方Ｘ１側に退避して形成される。前方Ｘ１側の薄板状体５４ａは、好ましくは前方Ｘ１側の端部が前方Ｘ１ほど上方Ｚ１に傾斜して形成される。後方Ｘ２の薄板状体５４ｃは、前方Ｘ１の薄板状体５４ａと同様に形成され、前方Ｘ１の端部がパッド部５２の端部から前方Ｘ１側に少しだけ突出し、後方Ｘ２の端部が、パッド部５２の端部から前方Ｘ１側に退避して形成される。

図９は、図６の切断面線ＩＶ−ＩＶから見た吸着パッド４６の断面図である。図９（１）は、非吸着状態の吸着パッド４６を示し、図９（２）は、吸着状態の吸着パッド４６を示す。交差方向一方Ｙ１の薄板状体５４ｂは、交差方向Ｙの幅が、パッド部５２の交差方向Ｙの幅よりも狭く形成され、下方Ｚ２から見て交差方向Ｙの両端部がパッド部５２よりも内側に退避して形成される。換言すると、パッド部５２は、下方Ｚ２から見て交差方向一方Ｙ１の薄板状体５４ｂから交差方向Ｙの両方に突出して形成される。交差方向他方Ｙ２の薄板状体５４ｄは、交差方向一方Ｙ１の薄板状体５４ｂと同様に形成される。

変形防止用突起部５６は、吸引空間５５において被吸着物に向けて延び、滑走体５３の被吸着物に当接する面を含む仮想一平面５７に向けて対向部５１から下方Ｚ２に延び、この仮想一平面５７と同じか、または仮想一平面５７よりも少しだけ上方Ｚ１まで延びて形成される。変形防止用突起部５６は、上方Ｚ１の端部が対向部５１に嵌まり込んで固定される。この変形防止用突起部５６は、パッド部５２よりも高い剛性を有し、かつ被吸着物側の端部の被吸着物に対する摩擦係数が、パッド部５２の被吸着物に対する摩擦係数よりも小さい材料によって形成される。さらに本実施の形態における変形防止用突起部５６は、被吸着物側の端部が先細状に形成され、具体的には半球状に形成される。本実施の形態では４本の変形防止用突起部５６が設けられ、各変形防止用突起部５６は、前方Ｘ１および後方Ｘ２の薄板状体５４ａ，５４ｃの間を３等分した位置、かつ交差方向一方Ｙ１および他方Ｙ２の薄板状体５４ｂ，５４ｅの間を３等分した位置にそれぞれ配置される。変形防止用突起部５６は、たとえばステンレス鋼や焼入れ鋼などの耐磨耗性に優れた材料をボールやローラ状に形成したものによって実現される。また、各種鉄鋼材料、アルミ合金などの金属材料やＦＲＰなどの非金属材料で高い剛性を有する材料の被吸着材料側の端部に密閉体に取り付けた滑走体５３と同じ材料を取り付けることによって実現される。

吸引源４７は、被吸着物と対向部５１とパッド部５２と滑走体５３とによって囲まれた吸引空間５５に充満する空気を、導管４９によって形成される管路（以下、単に管路という）を介して吸気孔５８から吸引し、吸引空間５５内の圧力を大気圧に比べて減圧する。これによって対向部５１は、大気圧によって被吸着物に押し付けられて、被吸着物に走行体４２を押し付ける。したがって走行体４２は、接合ツール３６没入時に、被接合物３４に対する浮き上がりを防ぐことができる。吸引源４７は、油圧回転ポンプ、油圧拡散ポンプおよびターボ分子ポンプなどの真空ポンプによって実現される。図８（２）および図９（２）に示すように、対向部５１が被吸着物に押付けられると、パッド部５２が圧縮されるように変形して、滑走体５３がパッド部５２に埋まり込み、パッド部５２の一部が被吸着物に当接する。これによって、パッド部５２と被吸着物との接する部分が吸引空間５５を一周し、気密性を高くすることができる。

切替手段４８は、吸引源４７と、対向部５１との間に設けられ、吸引源４７と吸気孔５８との間を管路によって接続するか否かを切替る。本実施の形態において、吸着状態では
、切替手段４８が吸引源４７と吸気孔５８とを管路によって接続し、吸引空間５５に充満する空気を吸引して吸着パッド４６を被吸着物に吸着させる状態であり、非吸着状態は、切替手段４８が吸引源４７と吸気孔５８との接続を阻止し、吸引空間５５に充満する空気の吸引を停止して、吸着パッド４６を被吸着物に吸着させない状態である。切替手段４８は、たとえば電磁弁によって実現される。

本実施の形態における吸着装置４３は、吸着パッド４６の数（８個）と同数の８個の切替手段４８を備え、各切替手段４８は、吸引源４７と、各吸着パッド４６との間にそれぞれ設けられ、各吸着パッド４６の吸着状態と非吸着状態とをそれぞれ個別に切替える。なお他の実施の形態では、吸着状態および非吸着状態を切替るべき吸着パッド４６と、吸引源４７との間にのみ切替手段４８を設けてもよく、また切替手段４８から導管４９が分岐して各吸着パッド４６に連通し、複数の吸着パッド４６の吸着状態と非吸着状態とを１つの切替手段４８で同時に切替えてもよい。

本実施の形態の接合装置３１を用いて、被接合物３２，３３を摩擦攪拌接合する手順について説明する。接合装置３１は、制御手段をさらに備える。この制御手段は、記憶部に記憶される演算プログラムを読出して実行し、予め定める摩擦撹拌接合手順に従った指令を出し、回転駆動手段、変位駆動手段、走行手段、および吸着装置４３を制御する。以下の接合装置３１の動作は、制御手段の指令に基づいて行われる。制御手段は、たとえばＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ
（Random Access Memory）などの記憶部とを備えるマイクロコンピュータによって実現される。

作業者は、被接合物３２，３３を作業場所の床面または定盤上に静置し、仮付け溶接または拘束治具などによって、ギャップや目違いが許容値以下となるように予め突合わせる。次に作業者は、接合装置３１を接合開始点に位置合せする。次に接合装置３１は、接合動作を開始する。

まず吸着装置４３が動作して、各吸着パッド４６が吸着状態に遷移し、被接合物３４に吸着する。次に回転駆動手段が動作し、ツール保持部４１とともに接合ツール３６が回転する。次に変位駆動手段が動作し、ツール保持部４１とともに接合ツール３６が回転しながら被接合物３４に向かって基準軸線Ｌに沿って移動する。接合ツール３６の軸線Ｌ１は、接合線３９を含み、かつ交差方向Ｙに垂直な仮想平面において、ツール保持部４１から接合ツール３６の先端に向かうにつれて前方Ｘ１に傾斜する。たとえば基準軸線Ｌと上下方向Ｚとの傾斜角度θは、１〜５度に設定される。接合ツール３６は、回転しつつ、傾斜角度θでピン部３８が被接合物３４に当接し、さらに被接合物３４に没入する。接合ツール３６が傾斜角度θで没入することによって、走行時に被接合物３４と接合ツール３６との間で発生する摩擦熱を大きくすることができる。

制御手段は、接合ツール３６のピン部３８が予め定める長さ深さだけ被接合物３４に没入するように変位駆動手段を動作させる。電動モータの回転速度がフィードバック制御される場合、電動モータに流れる電流は、接合ツール３６が被接合物３４に与えるトルクに応じて変化するので、電流が予め定めるしきい値を越えると、ピン部３８が予め定める長さ深さだけ没入したと判断する。またピン部３８が予め定める長さ深さだけ没入したか否かは、没入指令を与えてからの時間をカウントし、この時間に基づいて判定してもよい。

次に必要に応じて接合ツール３６の回転速度を予め定める走行用回転速度に変更する。たとえば各被接合物３２，３３が厚板の場合には、走行用回転速度よりも没入時の設定回転速度を高くすることが好ましい。これによって接合ツール３６が被接合物３４に没入するまでの時間を短くすることができる。

接合ツール３６の変位を停止してから予め定める時間が経過し、被接合物３４を部分的に十分に流動化させると、次に走行手段によって車輪４４を回転させる。これによって接合ツール３６は、図２に示すように、没入した状態で回転しながら接合線３９に沿う走行方向Ｘに移動し、各被接合物３２，３３を連続的に接合する。

走行体４２が走行を開始してから、予め設定される設定走行距離分移動すると、走行手段は、車輪４４の回転駆動を停止し、走行体４２が停止する。走行距離は、車輪回転用モータにエンコーダが設けられる場合には、エンコーダから車輪４４の角度位置を取得し、その角度位置に基づいて判定する。また走行手段が車輪４４の回転駆動を停止する位置は、走行体４２の前方Ｘ１の端部に走行体停止スイッチを設け、走行体を停止させる位置にこの走行体停止スイッチを作動させるための部材を予め配置させておいてもよい。走行体停止スイッチ８４は、たとえば接触式のスイッチや非接触の近接スイッチによって実現される。

走行体４２が停止すると、変位駆動手段が動作し、ツール保持部４１および接合ツール３６が基準軸線Ｌに沿って被接合物３４から離反する向きに変位し、被接合物３４から退出する。次に回転駆動手段は、回転駆動を停止し、摩擦撹拌接合の手順が完了する。

回転する接合ツール３６を被接合物３４に没入した状態で、被接合物３４の接合線３９に沿って走行体４２が走行し、被接合物３２，３３を接合し、接合体が構成される。

以上説明した本実施の形態の接合装置３１によれば、吸着パッド４６は、パッド部５２と、滑走体５３とを含む。滑走体５３は、被吸着物に対する摩擦係数が、パッド部５２の被吸着物に対する摩擦係数よりも小さい材料によって形成され、吸着パッド４６が被吸着物に当接した状態で被吸着物に当接する。このような吸着パッド４６では、滑走体５３を設けない通常の吸着パッドに比べて被吸着物の表面上を滑りやすくなり、接合ツール３６が前方Ｘ１に移動するときに、後方Ｘ２向きに受ける接合方向反力が小さくなる。したがって摩擦攪拌接合の接合速度を高くしたとしても走行を妨げる接合方向反力が小さくなるので、小さな駆動力で走行することができ、摩擦攪拌接合の接合速度を高くすることができる。また吸着パッド４６を備えることによって、接合装置３１におもりを設けることなく、基準軸線方向Ａの反力によって車輪４４が被接合物３４から浮き上がることを防止するとともに、蛇行を防ぐことができ、意図する走行を可能としつつ、装置の軽量化を図ることができる。

特に、滑走体５３の前方Ｘ１側および後方Ｘ２側の薄板状体５４ａ，５４ｃは、前方Ｘ１の端部がパッド部５２よりも前方Ｘ１に突出するので、吸着状態でも滑走体５３が滑りやすくなり、接合方向反力がより小さくなる。また滑走体５３をパッド部５２の被吸着物よりも表面の全面に設けていないので、吸着状態においてパッド部５２と被吸着物との接する部分が吸引空間５５を一周し、気密性を高くすることができる。

また本実施の形態の接合装置３１によれば、吸引空間５５において、吸着パッドから滑走体５３の被吸着物に当接する面を含む仮想一平面５７に向けて延びる変形防止用突起部５６が設けられる。この変形防止用突起部５６は、パッド部５２よりも高い剛性を有しているので、たとえば薄くて剛性の低い被接合物に吸着パッド４６が吸着する場合でも、この変形防止用突起部５６が被接合物３４に当接することによって被接合物３４が撓むことを防ぐことができる。仮に被接合物３４が撓んでしまうと、摩擦攪拌接合後において被接合物３４が変形してしまうことがあり、また吸着パッド４６と被接合物３４との間に隙間が生じて吸引空間５５の圧力が高くなって吸着力が低下することがあるが、被接合物３４の撓みを防ぐことによって、被接合物３４の撓みによって生じる前記不具合を防ぐことができる。また変形防止用突起部５６の被吸着物と接する面は、被吸着物に対する摩擦係数が、パッド部５２の被吸着物に対する摩擦係数よりも小さい材料によって形成されるので、変形防止用突起部５６が被吸着物に当接するとしても接合装置３１の走行する向きと反対側の向きの反力が増加することを可及的に抑えることができる。

本実施の形態における吸着パッド４６では、吸気孔５８を対向部５１の中央部に設けるとしたけれども、パッド部５２の内側であればどの位置に設けてもよい。吸気孔５８を対向部５１の中央に設けない場合には、変形防止用突起部５６を対向部５１中央部に設けてもよい。さらに変形防止用突起部５６の先端部に、滑走体５３と同じ材料の部材を配して、被吸着物との摩擦係数を低減し、後方Ｘ２向きに受ける反力を小さくするようにしてもよい。

図１０は、本発明の他の実施の形態の接合装置５９を示す断面図である。本実施の形態の接合装置５９は、前述の実施の形態の接合装置３１とほぼ同じなので、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

接合部位に沿って、被接合物３４の吸着される部分よりも高い剛性の案内レール６１が設けられる。本実施の形態では、２本の案内レール６１が、接合線３９から交差方向一方Ｙ１と他方Ｙ２とにそれぞれ等間隔となるように被接合物３４の表面上に設けられる。本実施の形態では案内レール６１は、Ｈ形鋼によって実現され、Ｈ形鋼の両壁に挟まれて中央部に位置するウェブ６２が被接合物３４に略平行となるように設けられる。接合装置５９と、案内レール６１とによって本発明の実施の一形態の摩擦攪拌接合システムが実現される。

接合装置５９は、各車輪４４がウェブ６２の表面（以下、走行面６２ａという）に当接するように配置される。すなわち接合装置５９は、車輪４４が走行面６２ａ上において回転することによって走行する。各吸着パッド４６は、案内レール６１の走行面６２ａに当接し、この走行面６２ａに吸着する。すなわち本実施の形態では被吸着物が案内レール６１に相当する。各吸着パッド４６は、走行体４２のフレームに取り付けられたＬ字状のアーム体８５の下端に取り付けられている。

案内レール６１は、たとえば被接合物３４が載置される定盤６３に固定される。案内レール６１は、被接合物３４の走行方向Ｘの両端部からそれぞれ突出して配置され、たとえば山形鋼をボルトによって留めたり、溶接したりすることによって定盤６３に固定される。

案内レール６１は、たとえば被接合物３４が載置される定盤６３に固定される。案内レール６１は、被接合物３４の走行方向Ｘの両端部からそれぞれ突出して配置され、たとえば山形鋼をボルトによって留めたり、溶接したりすることによって定盤６３に固定される。

走行面６２ａには、吸着パッド４６に対する摩擦係数を小さくするための予め定める処理が施されている。たとえば吸着パッド４６に対する摩擦係数が小さい材料から成る塗料をウェブ６２の表面に塗布したり、ウェブ６２の表面部を研磨して表面粗さを小さくしたりしている。ウェブ６２の表面に塗布する塗料としては、たとえばフッ素樹脂塗料、シリコン樹脂塗料、ウレタン樹脂塗料、アクリル樹脂塗料、およびエポキシ樹脂塗料などがある。以上の処理は、車輪４４が回転するときに走行面６２ａですべりが生じない程度に行われる。

本実施の形態の接合装置５９は、第２ガイド体７３をさらに備える。第２ガイド体７３は、走行体４２の下方Ｚ２の端部において交差方向他方Ｙ２の端部寄りに固定して取付けられ、走行体４２から下方Ｚ２に延びる第２シャフト８１と、この第２シャフト８１に回転可能に軸支される円筒形状の第２ローラ８２とを含んで構成される。第２ローラ８２は、第２シャフト８１と軸線を共にし、この上下方向Ｚに延びる軸線まわりに回転する。摩擦攪拌接合においては、交差方向他方Ｙ２の案内レール６１の２つのフランジ７６のうちの交差方向一方Ｙ１側のフランジ７６に、第２ローラ８２を交差方向一方Ｙ１側から当接させた状態で、接合装置７１は走行方向Ｘに走行する。交差方向他方Ｙ２の案内レール６１の２つのフランジ７６のうちの交差方向一方Ｙ１側のフランジ７６は、被接合物３４の表面に垂直な案内面を有する垂直延在部に相当し、このフランジ７６の交差方向一方Ｙ１の表面が案内面に相当する。

本実施の形態の摩擦攪拌接合手順は、前述の実施の形態の摩擦攪拌接合手順と、車輪４４が当接する面、および吸着パッド４６が吸着する面が異なるのみなので、重複する説明を省略する。

以上説明した本実施の形態の接合装置５９によれば、吸着パッド４６は、案内レール６１に吸着する。案内レール６１は、被接合物３４の吸着される部分よりも剛性が高く、吸着パッド４６が吸着しても変形しにくい。このような案内レール６１に吸着パッド４６が吸着することによって、摩擦攪拌接合において被接合物３４が変形することを防ぐことができる。

さらに本実施の形態の接合装置５９によれば、案内レール６１の表面（走行面６２ａ）には、吸着パッド４６に対する摩擦係数を小さくするための予め定める処理が施されているので、接合装置５９が走行するときに、吸着パッド４６に生じる走行する向きと反対向きの反力を小さくすることができる。また車輪４４が被接合物３４に当接することなく接合装置５９が走行するので、摩擦攪拌接合において被接合物３４を傷つけることを防ぐことができる。

さらに本実施の形態の接合装置５９によれば、案内レール６１に第２ガイド体７３を当接させつつ、接合装置５９を走行させる。これによって接合ツール３６が回転することによって生じる横方向反力Ｆ３を打ち消すことができ、摩擦攪拌接合の接合速度を高くしたとしても摩擦攪拌装置が蛇行することを防いで、意図した走行を可能とし、高い接合速度で意図した部位を接合ツール３６によって摩擦撹拌して被接合物３４を接合することができる。

本実施の形態では、案内レール６１は、Ｈ形鋼であるとしたけれども、吸着パッド４６が吸着することができ、車輪４４が走行することができる形状であればどのような形状でもよく、たとえば四角柱形状であってもよい。また接合装置５９は、第２ガイド体７３を備えなくてもよい。

図１１は、本発明のさらに他の実施の形態の接合装置７１を示す断面図である。本実施の形態の接合装置７１は、前述の実施の形態の接合装置５９に、第１ガイド体７２と、前述の実施の形態と同じ構成の第２ガイド体７３とをさらに備え、かつ吸着装置４３を除いた構成から成る。本実施の形態の接合装置７１は、前述の実施の形態の接合装置５９とほぼ同様の構成なので対応する構成については同一の符号を付して、重複する説明を省略する。本実施の形態の接合装置７１と案内レール７４とによって本発明の他の実施の形態の摩擦攪拌接合システムが実現される。なお接合装置７１は、第１および第２ガイド体７２，７３に加えて、前述の実施の形態の吸着装置４３を備えていてもよい。また、第１ガイド体７２を省き、第２ガイド体７３と吸着装置４３とを備えるようにすることも可能である。

本実施の形態における案内レール７４は、被接合物３２，３３の表面に平行に延びる平行延在部７５を有する。本実施の形態における案内レール７４は、前述の実施の形態の案内レール６１と同様のＨ形鋼と、このＨ形鋼のフランジ７６から交差方向Ｙに延びる平行延在部７５とを含んで構成される。この平行延在部７５は、Ｈ形鋼の走行方向Ｘの両端部間にわたって形成される。交差方向一方Ｙ１に設けられる案内レール７４の平行延在部７５は、２つのフランジ７６のうちの交差方向一方Ｙ１のフランジ７６の上方Ｚ１の端部から、交差方向一方Ｙ１に延びて形成される。また交差方向他方Ｙ２に設けられる案内レール７４の平行延在部７５は、２つのフランジ７６のうちの交差方向他方Ｙ２のフランジの上方Ｚ１の端部から、交差方向他方Ｙ２に延びて形成される。

本実施の形態における車輪４４を軸支する車軸４５は、交差方向Ｙにおいて平行延在部７５よりも車輪４４から離間する向きに突出する。第１ガイド体７２は、車軸４５の両端部から平行延在部７５よりも下方Ｚ２までそれぞれ延びる下方延在部７７と、下方延在部７７の下方Ｚ２を交差方向Ｙに貫通して下方延在部７７に固定して支持され、案内レール７４に向けて交差方向Ｙに延びる第１シャフト７８と、この第１シャフト７８に回転可能に軸支される円筒状の第１ローラ７９とを含んで構成される。第１ローラ７９は、第１シャフト７８と軸線を共にし、この交差方向Ｙに延びる軸線まわりに回転する。摩擦攪拌接合においては、第１ローラ７９を下方延在部７７に当接させた状態で、接合装置７１は走行方向Ｘに走行する。

本実施の形態の摩擦攪拌接合手順は、前述の実施の形態の摩擦攪拌接合手順とは、吸着パッド４６が被吸着物に吸着せずに、第１ガイド体７２および第２ガイド体７３が案内レール７４に当接した状態で接合装置７１が走行するところが異なるのみなので、重複する説明を省略する。

以上説明した本実施の形態の接合装置７１によれば、第１ガイド体７２を、平行延在部７５の被接合物３４に対向する面に当接させつつ、接合装置７１を走行させる。これによって摩擦攪拌接合の接合速度を高くしたとしても接合ツール３６が被接合物３４を押圧する力に対する反力Ｆ１を打ち消すことができ、車輪４４が浮き上がることを防いで意図した走行を可能とし、高い接合速度で意図した部位を接合ツール３６によって摩擦撹拌して各被接合物を接合することができる。

さらに本実施の形態の接合装置７１によれば、案内レール７４に第２ガイド体７３を当接させつつ、接合装置７１を走行させる。これによって接合ツール３６が回転することによって生じる横方向反力Ｆ３を打ち消すことができ、摩擦攪拌接合の接合速度を高くしたとしても摩擦攪拌装置が蛇行することを防いで、意図した走行を可能とし、高い接合速度で意図した部位を接合ツール３６によって摩擦撹拌して被接合物３４を接合することができる。

本発明の他の実施の形態の接合装置では、フランジ７６と平行延在部７５とによって形成されるＬ字状の角部に、第１ローラ７９および第２ローラ８２の代わりに、球状の回転体を当接させてもよい。接合装置は、球状の回転体がフランジ７６と平行延在部７５との両方に当接しながら走行するので、ツール軸線方向反力Ｆ１および横方向反力Ｆ３を打ち消すことができる。

さらに本発明の他の実施の形態の接合装置では、被接合物３４に垂直な面から、交差方向一方Ｙ１または他方Ｙ２に傾斜する傾斜面を有する案内レールを配置し、この傾斜面の傾斜角度と同じだけ上下方向Ｚから傾斜する軸線まわりに回転するローラを傾斜面に当接させた状態で、接合装置を走行させてもよい。このようなローラであっても、ツール軸線方向反力Ｆ１および横方向反力Ｆ３を打ち消すことができる。

次に、図１２乃至図１６を参照して、本願発明のさらに他の実施の形態について説明する。

前述の実施形態においては吸引源４７によって空気を吸引して吸引力を発生させる吸着パッド４６及びそれを用いた摩擦攪拌接合装置、摩擦攪拌接合システムについて説明したきたが、本実施の形態においては、電磁石によって吸引力を発生させる吸着パッド９５及びそれを用いた摩擦攪拌接合装置、摩擦攪拌接合システムについて説明する。

図１２は、本実施の形態の接合装置９１を示す断面図である。本実施の形態の接合装置９１は、吸着パッド４６が吸引源４７によって駆動されるのに対し吸着パッド９５が電磁石で駆動されることを除けば、図１０に示す前述の実施の形態の接合装置５９とほぼ同じなので、同一の符号を付して説明する。

接合部位に沿って、被接合物３４の吸着される部分よりも高い剛性の案内レール６１が設けられる。本実施の形態では、２本の案内レール６１が、接合線３９から交差方向一方Ｙ１と他方Ｙ２とにそれぞれ等間隔となるように被接合物３４の表面上に設けられる。本実施の形態では案内レール６１は、電磁石で吸着可能なＨ形鋼によって実現され、Ｈ形鋼の両壁に挟まれて中央部に位置するウェブ６２が被接合物３４に略平行となるように設けられる。接合装置９１と、案内レール６１とによって本発明の実施の一形態の摩擦攪拌接合システムが実現される。

接合装置９１は、各車輪４４がウェブ６２の表面である走行面６２ａに当接するように配置される。すなわち接合装置９１は、車輪４４が走行面６２ａ上において回転することによって走行する。また各吸着パッド９５は、図４に示した例では前方に配置されたパッド４６と車輪４４と車輪４４の間に配置されたパッド４６とは走行方向Ｘに並ぶ各車輪４４を結ぶ共通の直線に沿っては配置されていなかったが、案内レール６１を備える本実施形態では、全ての吸着パッド９５が走行方向Ｘに並ぶ各車輪４４を結ぶ直線に沿って配置される。そして、各吸着パッド９５は、案内レール６１の走行面６２ａに当接し、この走行面６２ａに吸着する。すなわち本実施の形態では被吸着物が案内レール６１に相当する。各吸着パッド９５は、走行体４２のフレームに取り付けられたＬ字状のアーム体８５の下端に取り付けられている。

案内レール６１は、たとえば被接合物３４が載置される定盤６３に固定される。案内レール６１は、被接合物３４の走行方向Ｘの両端部からそれぞれ突出して配置され、たとえば山形鋼をリベットによって留めたり、溶接したりすることによって定盤６３に固定される。

吸着パッド９５は、電磁石として駆動され、図１６に示すように、切替手段９９を介して電源１００に接続されている。

図１４に示すように、吸着パッド９５は、枠体９５ａと枠体９５ａの内部に配設された筒状のコイル９５ｂを有する。コイル９５ｂに電流が流されて吸着パッド９５に電磁石が構成される。コイル９５ｂはその軸線が走行面６２ａに垂直になるように巻かれており、コイル９５ｂによる磁力線が走行面６２ａに交差するようになっている。吸着パッド９５の下面に電磁石面９５ｃが形成され、吸着パッド９５は電磁力によって案内レール６１の走行面６２ａに吸着される。

切替手段９９によって、電源１００からコイル９５ｂに供給される電流のＯＮ／ＯＦＦが切り替えられる。また、切替手段９９は電源１００からコイル９５ｂに供給される電流量をも制御することができ、被吸着物である案内レール６１に対する吸着力を調節することができる。

図１４に示すように、枠体９５ａの四隅の下部には突起部９７が埋め込まれている。突起部９７は例えば半球状を有し、その球面が走行面６２ａに当接し突起部９７と走行面６２ａとの接触摩擦抵抗を小さくしている。突起部９７が走行面６２ａに当接することによって、吸着パッド９５の電磁石面９５ｃと走行面６２ａとの間には小さい隙間が形成され、電磁石面９５ｃは走行面６２ａに非接触の状態に維持される。

図１５に示すように、突起部９７の代わりに、枠体９５ａの四隅の下部に突起部９８を埋め込まれてもよい。突起部９８は角柱状を有し、その下側表面には低摩擦係数な材料からなり吸着パッド９５を走行面６２ａに対し滑りやすくするための膜状の滑膜部９８ａが貼り付けられている。滑膜部９８ａとしては、例えばテフロン（登録商標）等や、フッ素樹脂塗料、シリコン樹脂塗料、ウレタン樹脂塗料、アクリル樹脂塗料、あるいはおよびエポキシ樹脂塗料などを用いることができる。

なお、上述の説明においては、吸着パッド９５に電磁石を構成し案内レール６１を電磁石で吸着可能な鋼材で構成した例を示したが、案内レールにコイルが配設されて電流が供給されて電磁石を形成するようにし、吸着パッドを案内レールの電磁石の磁気力で案内レールに吸着可能にすることも可能である。

本実施の形態の接合装置９１は、第２ガイド体７３をさらに備える。第２ガイド体７３は、走行体４２の下方Ｚ２の端部において交差方向他方Ｙ２の端部寄りに固定して取付けられ、走行体４２から下方Ｚ２に延びる第２シャフト８１と、この第２シャフト８１に回転可能に軸支される円筒形状の第２ローラ８２とを含んで構成される。第２ローラ８２は、第２シャフト８１と軸線を共にし、この上下方向Ｚに延びる軸線まわりに回転する。摩擦攪拌接合においては、交差方向他方Ｙ２の案内レール６１の２つのフランジ７６のうちの交差方向一方Ｙ１側のフランジ７６に、第２ローラ８２を交差方向一方Ｙ１側から当接させた状態で、接合装置７１は走行方向Ｘに走行する。交差方向他方Ｙ２の案内レール６１の２つのフランジ７６のうちの交差方向一方Ｙ１側のフランジ７６は、被接合物３４の表面に垂直な案内面を有する垂直延在部に相当し、このフランジ７６の交差方向一方Ｙ１の表面が案内面に相当する。

以上説明した本実施の形態の接合装置９１によれば、吸着パッド９５は、案内レール６１に電磁力によって吸着する。案内レール６１は、被接合物３４の剛性よりも剛性が高く、吸着パッド９５が吸着しても変形しにくい。このような案内レール６１に吸着パッド９５が吸着することによって、摩擦攪拌接合において被接合物３４が変形することを防ぐことができる。

また、吸着パッド９５の案内レール６１に対する吸着力を電磁力で制御することができ、機械的な摩擦力に依存する場合に比べて、吸着パッド９５の走行中の吸着力を安定的に供給することができるとともに安定的に一定値に維持することが可能になる。

また、吸着パッド９５は切替手段９９によって電気的に制御されるので、ＯＮ／ＯＦＦを迅速に切り替えることができる。

また電磁石面９５ｃは走行面６２ａに対し非接触の状態に維持されるるので、機械的に接触する場合に比べて、走行抵抗を小さくすることができる。

また、吸着力が電磁力に依存するので、吸着パッド９５における真空吸着における場合に要するゴムやスポンジ等の消耗材の交換を不要にすることができる。

さらに本実施の形態の接合装置９１によれば、案内レール６１の表面（走行面６２ａ）には、吸着パッド９５の突起部９７あるいは突起部９８に対する摩擦係数を小さくするための予め定める処理を施すことによって、接合装置９１が走行するときに、吸着パッド９１に生じる走行する向きと反対向きの反力を小さくすることができる。また車輪４４が被接合物３４に当接することなく接合装置９５が走行するので、摩擦攪拌接合において被接合物３４を傷つけることを防ぐことができる。

さらに本実施の形態の接合装置９１によれば、案内レール６１に第２ガイド体７３を当接させつつ、接合装置９１を走行させる。これによって接合ツール３６が回転することによって生じる横方向反力Ｆ３を打ち消すことができ、摩擦攪拌接合の接合速度を高くしたとしても摩擦攪拌装置が蛇行することを防いで、意図した走行を可能とし、高い接合速度で意図した部位を接合ツール３６によって摩擦撹拌して被接合物３４を接合することができる。

本実施の形態では、案内レール６１は、Ｈ形鋼であるとしたけれども、吸着パッド９５が電磁力で吸着することができ、車輪４４が走行することができる形状であればどのような形状でもよく、たとえば四角柱形状であってもよい。また接合装置９１は、第２ガイド体７３を備えなくてもよい。

図１３は、電磁力を用いた本発明のさらに他の実施の形態の接合装置７９を示す断面図である。本実施の形態の接合装置９３は、前述の実施の形態の接合装置９３とほぼ同様の構成なので対応する構成については同一の符号を付して、重複する説明を省略する。本実施の形態の接合装置９３と案内レール７４とによって本発明の他の実施の形態の摩擦攪拌接合システムが実現される。

本実施の形態における案内レール７４は、被接合物３２，３３の表面に平行に延びる平行延在部７５を有する。本実施の形態における案内レール７４は、前述の実施の形態の案内レール６１と同様のＨ形鋼と、このＨ形鋼のフランジ７６から交差方向Ｙに延びる平行延在部７５とを含んで構成される。この平行延在部７５は、Ｈ形鋼の走行方向Ｘの両端部間にわたって形成される。交差方向一方Ｙ１に設けられる案内レール７４の平行延在部７５は、２つのフランジ７６のうちの交差方向一方Ｙ１のフランジ７６の上方Ｚ１の端部から、交差方向一方Ｙ１に延びて形成される。また交差方向他方Ｙ２に設けられる案内レール７４の平行延在部７５は、２つのフランジ７６のうちの交差方向他方Ｙ２のフランジの上方Ｚ１の端部から、交差方向他方Ｙ２に延びて形成される。

本実施の形態における車輪４４を軸支する車軸４５は、交差方向Ｙにおいて平行延在部７５よりも車輪４４から離間する向きに突出する。第１ガイド体７２は、車軸４５の両端部から平行延在部７５よりも下方Ｚ２までそれぞれ延びる下方延在部７７と、下方延在部７７の下方Ｚ２を交差方向Ｙに貫通して下方延在部７７に固定して支持され、案内レール７４に向けて交差方向Ｙに延びる第１シャフト７８と、この第１シャフト７８に回転可能に軸支される円筒状の第１ローラ７９とを含んで構成される。第１ローラ７９は、第１シャフト７８と軸線を共にし、この交差方向Ｙに延びる軸線まわりに回転する。摩擦攪拌接合においては、第１ローラ７９を下方延在部７７に当接させた状態で、接合装置９３は走行方向Ｘに走行する。

以上説明した本実施の形態の接合装置７１によれば、第１ガイド体７２を、平行延在部７５の被接合物３４に対向する面に当接させつつ、接合装置７１を走行させる。これによって摩擦攪拌接合の接合速度を高くしたとしても接合ツール３６が被接合物３４を押圧する力に対する反力Ｆ１を打ち消すことができ、車輪４４が浮き上がることを防いで意図した走行を可能とし、高い接合速度で意図した部位を接合ツール３６によって摩擦撹拌して各被接合物を接合することができる。

さらに本実施の形態の接合装置７１によれば、案内レール７４に第２ガイド体７３を当接させつつ、接合装置７１を走行させる。これによって接合ツール３６が回転することによって生じる横方向反力Ｆ３を打ち消すことができ、摩擦攪拌接合の接合速度を高くしたとしても摩擦攪拌装置が蛇行することを防いで、意図した走行を可能とし、高い接合速度で意図した部位を接合ツール３６によって摩擦撹拌して被接合物３４を接合することができる。

本発明の他の実施の形態の接合装置では、フランジ７６と平行延在部７５とによって形成されるＬ字状の角部に、第１ローラ７９および第２ローラ８２の代わりに、球状の回転体を当接させてもよい。接合装置は、球状の回転体がフランジ７６と平行延在部７５との両方に当接しながら走行するので、ツール軸線方向反力Ｆ１および横方向反力Ｆ３を打ち消すことができる。

さらに本発明の他の実施の形態の接合装置では、被接合物３４に垂直な面から、交差方向一方Ｙ１または他方Ｙ２に傾斜する傾斜面を有する案内レールを配置し、この傾斜面の傾斜角度と同じだけ上下方向Ｚから傾斜する軸線まわりに回転するローラを傾斜面に当接させた状態で、接合装置を走行させてもよい。このようなローラであっても、ツール軸線方向反力Ｆ１および横方向反力Ｆ３を打ち消すことができる。

Claims (18)

1. 走行体で走行しつつ、複数の被接合物を接合ツールによって摩擦撹拌接合する摩擦撹拌接合装置に備えられ、被吸着物に当接した状態で、接合ツールと被接合物との接触状態を保持するため吸引力を作用させる吸着パッドであって、
   前記被吸着物に当接した吸着状態と前記被吸着物に当接を解除された非吸着状態とを切り替え可能である
   ことを特徴とする吸着パッド。
2. 前記吸着パッドは、
   吸引空間の周囲を囲み、気密性および弾性を有する環状の密閉体と、
   前記密閉体の被吸着物寄りの表面に設けられ、被吸着物に対する摩擦係数が前記密閉体の被吸着物に対する摩擦係数よりも小さい材料によって形成される滑走体と
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の吸着パッド。
3. 前記吸引空間において、被吸着物に向けて延び、前記密閉体よりも高い剛性を有し、かつ被吸着物に対する摩擦係数が前記密閉体の被吸着物に対する摩擦係数よりも小さい材料によって形成される突起部をさらに含むことを特徴とする請求項１または２記載の吸着パッド。
4. 複数の被接合物を接合ツールによって摩擦撹拌接合する摩擦撹拌接合装置であって、
   請求項１、２または３のいずれか１に記載の吸着パッドと、
   予め定める基準軸線まわりに回転自在に設けられ、接合ツールを保持するツール保持部と、
   ツール保持部を基準軸線まわりに回転駆動する回転駆動手段と、
   ツール保持部を基準軸線に沿って変位駆動する変位駆動手段と、
   ツール保持部、回転駆動手段および変位駆動手段を搭載して走行可能な走行体とを含むことを特徴とする摩擦撹拌接合装置。
5. 前記吸着パッドは複数個設けられており、
   前記複数個の吸着パッドは、前記走行体の前方部に位置し大きい吸着力を有するメイン吸着パッドと、前記メイン吸着パッドより後方に位置し小さい吸着力を有する１個以上の補助的吸着パッドとからなり、
   前記１個以上の補助的吸着パッドの個数と配設される位置とが調節可能である
   ことを特徴とする請求項４記載の摩擦撹拌接合装置。
6. 前記吸着パッドの吸着状態と非吸着状態とを切替える切替手段をさらに含むことを特徴とする請求項４記載の摩擦攪拌接合装置。
7. 請求項４に記載の摩擦攪拌接合装置と、
   接合部位に沿って設けられ、被接合物の吸着される部分よりも高い剛性の案内レールとを含み、
   前記吸着パッドは、前記案内レールに吸着することを特徴とする摩擦攪拌接合システム。
8. 前記案内レールは、走行にともなって回転する前記摩擦攪拌接合装置の車輪が当接するとともに、前記吸着パッドが吸着する表面を有し、前記表面には、吸着パッドに対する摩擦係数を小さくするための予め定める処理が施されていることを特徴とする請求項７記載の摩擦攪拌接合システム。
9. 前記案内レールは、前記被接合物の表面に垂直な案内面を有する垂直延在部をさらに有し、
   前記摩擦攪拌接合装置は、前記案内面に当接する第２ガイド体をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の摩擦攪拌接合システム。
10. 前記被吸着物には前記吸着パッドが電磁力で吸着可能であり、
    前記吸着パッドは、電流が供給されて前記被吸着物に吸着可能な電磁石を有する
    ことを特徴とする請求項１に記載の吸着パッド。
11. 前記電磁石を前記被吸着物に対し隙間をおいて保持するための複数の突起部を有する
    ことを特徴とする請求項１０記載の吸着パッド。
12. 前記突起部の先端は球形状を有する
    ことを特徴とする請求項１１記載の吸着パッド。
13. 前記突起部の先端には、前記被吸着物に対し滑りやすくするための滑膜部が形成されている
    ことを特徴とする請求項１１記載の吸着パッド。
14. 複数の被接合物を接合ツールによって摩擦撹拌接合する摩擦撹拌接合装置であって、
    請求項１０に記載の吸着パッドと、
    予め定める基準軸線まわりに回転自在に設けられ、接合ツールを保持するツール保持部と、
    ツール保持部を基準軸線まわりに回転駆動する回転駆動手段と、
    ツール保持部を基準軸線に沿って変位駆動する変位駆動手段と、
    ツール保持部、回転駆動手段および変位駆動手段を搭載して走行可能な走行体とを含むことを特徴とする摩擦撹拌接合装置。
15. 前記吸着パッドの吸着状態と非吸着状態とを切替える切替手段をさらに含むことを特徴とする請求項１４記載の摩擦攪拌接合装置。
16. 請求項１４に記載の摩擦攪拌接合装置と、
    接合部位に沿って設けられ、被接合物の吸着される部分よりも高い剛性の案内レールとを含み、
    前記被吸着物は前記案内レールにある
    ことを特徴とする摩擦攪拌接合システム。
17. 前記案内レールは、走行にともなって回転する前記摩擦攪拌接合装置の車輪が当接する
    ことを特徴とする請求項１６載の摩擦攪拌接合システム。
18. 前記案内レールは、前記被接合物の表面に垂直な案内面を有する垂直延在部をさらに有し、
    前記摩擦攪拌接合装置は、前記案内面に当接する第２ガイド体をさらに含む
    ことを特徴とする請求項１６に記載の摩擦攪拌接合システム。

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