KR101238051B1 - 흡착패드, 마찰교반 접합장치 및 마찰교반 접합시스템 - Google Patents

흡착패드, 마찰교반 접합장치 및 마찰교반 접합시스템 Download PDF

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Abstract

경량이면서 작은 힘으로 주행가능한 마찰교반 접합장치, 이 마찰교반 접합장치에 이용되는 흡착패드, 및 마찰교반 접합시스템을 제공한다.
흡착패드(46)는, 피흡착물에 대향하는 판모양의 대향부(51)와, 피흡착물에 직면하는 단부에 대향부(51)의 두께방향 일방의 표면부로부터 돌출하고, 대향부(51)의 표면부를 일주하는 환상의 패드부(52), 패드부(52)의 피흡착물에 직면하는 표면에 설치되는 활주체(滑走體; 53) 및, 대향부(51)의 두께방향 일방의 표면부로부터 돌출하는 1 또는 복수의 변형방지용 돌기부(56)를 포함하여 구성된다. 활주체(53)는 피흡착물에 대한 마찰계수가 패드부(52)의 피흡착물에 대한 마찰계수보다 작은 재료에 의해 형성된다.

Description

흡착패드, 마찰교반 접합장치 및 마찰교반 접합시스템 {SUCTION PAD, FRICTION STIR WELDING DEVICE, AND FRICTION STIR WELDING SYSTEM}
본 발명은, 마찰교반해서 복수의 피접합물을 접합하는 마찰교반 접합장치, 마찰교반 접합장치에 이용되는 흡착패드, 및 마찰교반 접합시스템에 관한 것이다.
복수의 피접합물을 접합하는 방법으로서, 접합기구(welding tool)에 의해 마찰교반 접합하는 마찰교반 접합장치가 있다.
도 17은 테이블 이동식의 마찰교반 접합장치(1)를 모식적으로 나타낸 사시도이다. 이 마찰교반 접합장치(1)는, 접합기구(2)와, 피접합물(3)을 지지하는 워크 테이블(work table; 4) 및, 워크 테이블(4)을 일방향으로 이동시키는 이동대(5)를 포함한다. 워크 테이블(4) 및 이 워크 테이블(4)에 지지되는 피접합물(3)은, 도 17에 있어서 화살표 부호(6)로 나타낸 주행방향으로 이동한다. 접합기구(2)는 워크 테이블(4)에 근접 또는 이반(離反)하는 방향으로 변위가능하고, 회전하면서 피접합물(3)에 밀어붙여져 피접합물(3)의 주행방향으로의 이동에 동반하여 피접합물(3)의 접합부위에 따라 순차 마찰교반 접합을 행한다.
도 18은 갠트리(gantry)식의 마찰교반 접합장치(7)를 모식적으로 나타낸 사시도이다. 이 마찰교반 접합장치(7)는, 접합기구(8)와, 피접합물(9)을 지지하는 워크 테이블(10), 접합기구(8)를 지지하는 지지체(11) 및, 지지체(11)를 접합가능하게 안내하고 접합방향으로 연장되는 안내레일(12)을 포함한다. 갠트리식의 마찰교반 접합장치(7)는, 전술한 테이블 이동식의 마찰교반 접합장치(1)와는 달리, 워크 테이블(10) 및 피접합물(9)이 이동하지 않고 고정되고, 지지체(11) 및 이 지지체(11)에 지지되는 접합기구(8)가 도 18에 화살표 부호(13)로 나타낸 주행방향으로 이동한다. 접합기구(8)는 워크 테이블(10)에 근접 또는 이반하는 방향으로 변위가능하고, 회전하면서 피접합물(9)에 밀어붙여져 주행방향으로 이동함으로써 피접합물(9)의 접합부위에 따라 순차 마찰교반 접합을 행한다.
테이블 이동식의 마찰교반 접합장치(1)에서는, 접합부위의 길이만큼 피접합물(3)을 이동시킬 필요가 있어 접합부위의 적어도 2배의 길이의 이동대(5)가 필요하게 된다. 가령 20m의 피접합물(3)을 접합하는 테이블 이동식의 마찰교반 접합장치(1)에서는, 이동대(5)의 길이가 40m 이상으로 되어 장치가 대형화되고, 설치공간 이 커진다고 하는 문제가 있다. 또 마찬가지로 갠트리식의 마찰교반 접합장치(7)에서는, 접합부위의 길이만큼 접합기구(8)를 이동시킬 필요가 있어 적어도 접합부위와 같은 길이의 안내레일(12)이 필요하게 되므로, 장치가 대형화되고, 설치공간 이 커진다고 하는 문제가 있다.
도 19는 종래의 기술로서 장치의 소형화를 목적으로 한 자주식 마찰교반 접합장치(15)를 모식적으로 나타낸 사시도이다. 자주식 마찰교반 접합장치(15)는, 접합기구(16)와, 이 접합기구(16)를 탑재하여 주행가능한 차체(17)를 포함한다. 차체(17)는, 4개의 차륜을 더 구비한다. 자주식 마찰교반 접합장치(15)는, 워크 테이블(19)에 지지된 피접합물(20)의 표면 상을, 도 19의 화살표 부호(21)로 나타낸 주행방향으로 차륜(18)을 회전시킴으로써 자주(自走)한다. 자주식 마찰교반 접합장치(15)는 접합기구(16)를 피접합물(20)에 밀어붙임과 더불어 회전하면서 주행방향으로 주행함으로써, 피접합물(3)의 접합부위에 따라 순차 마찰교반 접합을 행한다. 이 자주식 마찰교반 접합장치(15)의 크기는, 전술한 테이블 이동식 및 갠트리식의 마찰교반 접합장치(1, 7)와 같이 피접합물(3, 9)의 크기에 의존하지 않아 장치의 소형화를 실현할 수 있다(예컨대 특허문헌 1 또는 2 참조).
특허문헌 1 : 일본 특개 2005-186084호 공보
특허문헌 2 : 일본 특개 2007-876호 공보
도 20은 마찰교반 접합을 행할 때에 접합기구(16)가 받는 반력(反力)을 설명하기 위한 도면이다. 접합기구(16)는 피접합물(20)의 표면에 수직한 상하방향(Z)에 대해 피접합물(20)에 접촉하는 측의 단부를 지점으로 해서 주행방향으로부터 이반하는 방향으로 기준축선(L)이 경사각도(θ)만큼 기울어져 설치된다. 접합기구(16)가 피접합물(20)과 접하는 단부와는 반대측의 단부로부터 보아 기준축선(L) 둘레로 시계방향으로 회전하면서 피접합물(20)에 대해 밀어붙여지고, 화살표 부호(21)로 나타낸 주행방향으로 이동하면, 접합기구(16)에는 기준축선(L)의 연장하는 방향의 피접합물(20)로부터 떨어지는 방향의 반력(이하, 기구축선방향 반력(F1)이라 한다)과, 주행방향의 주행하는 방향과는 반대방향의 반력(이하, 접합방향 반력(F2)이라 한다)과, 접합기구(16)가 회전함으로써 생기는 기준축선(L) 및 주행방향에 수직이고 주행하는 방향에 대해 왼쪽 방향으로 작용하는 반력(이하, 횡방향 반력(F3)이라 한다)이 작용한다. 도 20에는 이해를 용이하게 하기 위해 접합기구(16)가 회전하는 기구회전방향(r)을 화살표 부호로 나타내고 있다.
피접합물(20)에 접촉하는 측의 단부를 지점으로 해서 주행방향으로부터 이반하는 방향으로 기준축선(L)이 경사각도(θ)만큼 기울어져 설치되는 이유는, 다음과 같다. 피접합물(20)에 접촉하는 측의 단부를 지점으로 해서 주행방향에 대해 전방측 접합부와 후방측 접합부에서는, 피접합물(20)이 마찰교반되어 유동화 상태에 있어 부드러운 상태에 있고, 전방측 접합부는 보다 단단한 상태에 있기 때문이다.
또, 주행하는 방향에 대해 왼쪽 방향으로 작용하는 횡방향 반력(F3)이 작용하는 이유는, 전방측 접합부는 보다 단단한 상태에 있고, 접합기구(16)가 시계방향으로 회전하며, 접합기구(16)가 횡방향 반력(F3)을 받기 때문이다.
마찰교반 접합의 접합속도를 높게 하면, 전술한 각 반력이 커져 기구축선방향 반력(F1)에 의해 차륜(18)이 피접합물(20)로부터 부상(浮上)하거나, 횡방향 반력(F3)에 의해 사행(蛇行)하거나 하여 의도한 주행을 할 수 없게 된다고 하는 문제가 있다. 이들 문제를 해결하기 위해, 자주식 마찰교반 접합장치(15)에 봉(추)을 탑재하거나, 흡착패드를 설치하여 피접합물(20)에 흡착하거나 하여, 상기 반력을 없애는 방법을 생각할 수 있다. 그렇지만 봉을 탑재하면, 장치의 중량이 증가하므로, 운용성이 저하해 버린다. 또 흡착패드로 피접합물(20)을 흡착하면, 접합방향 반력(F2)이 증가하여 장치의 주행을 방해한다고 하는 문제가 있다.
따라서 본 발명의 목적은, 경량이면서 작은 힘으로 주행가능한 마찰교반 접합장치, 이 마찰교반 접합장치에 이용되는 흡착패드, 및 마찰교반 접합시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 흡착패드는, 주행체로 주행하면서 복수의 피접합물을 접합기구에 의해 마찰교반 접합하는 마찰교반 접합장치에 구비되고, 피흡착물에 접촉한 상태에서 접합기구와 피접합물의 접촉상태를 유지하기 위해 흡인력을 작용시키는 흡착패드로서,
상기 피흡착물에 접촉한 흡착상태와 상기 피흡착물에 접촉을 해제시킨 비흡착상태를 절체가능한 것을 특징으로 한다.
또, 상기 흡착패드는,
흡인 공간의 주위를 둘러싸고, 기밀성 및 탄성을 가진 환상(環狀)의 밀폐체와,
상기 밀폐체의 피흡착물에 직면하는 표면에 설치되어 피흡착물에 대한 마찰계수가 상기 밀폐체의 피흡착물에 대한 마찰계수보다 작은 재료에 의해 형성되는 활주체(滑走體)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 흡인공간에 있어서, 피흡착물을 향하여 연장되고, 상기 밀폐체보다 높은 강성을 가지면서 피흡착물에 대한 마찰계수가 상기 밀폐체의 피흡착물에 대한 마찰계수보다 작은 재료에 의해 형성되는 돌기부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 본원 발명의 마찰교반 접합장치는, 복수의 피접합물을 접합기구에 의해 마찰교반 접합하는 마찰교반 접합장치로서,
상기 흡착패드와,
미리 정해진 기준축선 주위로 회전자재로 설치되어 접합기구를 유지하는 기구유지부,
기구유지부를 기준축선 주위로 회전구동하는 회전구동수단,
기구유지부를 기준축선에 따라 변위구동하는 변위구동수단 및,
기구유지부, 회전구동수단 및 변위구동수단을 탑재하여 주행가능한 주행체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 흡착패드가 복수 설치되어 있고,
상기 복수개의 흡착패드는, 상기 주행체의 전방부에 위치하고 큰 흡착력을 갖는 메인 흡착패드와, 상기 메인 흡착패드보다 후방에 위치하고 작은 흡착력을 갖는 1개 이상의 보조적 흡착패드로 이루어지며,
상기 1개 이상의 보조적 흡착패드의 개수와 배설되는 위치가 조절가능한 것을 특징으로 한다.
또, 상기 흡착패드의 흡착상태와 비흡착상태를 절체하는 절체수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 본원 발명의 마찰교반 접합시스템은, 상기 마찰교반 접합장치와,
접합부위에 따라 설치되어 피접합물의 강성보다 높은 강성의 안내레일을 포함하되,
상기 흡착패드가 상기 안내레일에 흡착하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 안내레일은, 주행에 동반하여 회전하는 상기 마찰교반 접합장치의 차륜이 접촉함과 더불어, 상기 흡착패드가 흡착하는 표면을 갖고, 상기 표면에는 흡착패드에 대한 마찰계수를 작게 하기 위한 미리 정해진 처리가 실시되어 있는 것을 특징으로 한다.
또, 본원 발명의 마찰교반 접합시스템은, 복수의 피접합물이 접합되는 접합부위에 따라 피접합물의 표면 상에 설치되어 피접합물의 표면에 평행하게 연장되는 평행연재부를 가진 안내레일과,
가이드체를 갖추고, 평행연재부의 상기 피접합물에 대향하는 면에 가이드체를 접촉시켜 주행체로 주행하면서 복수의 피접합물을 접합기구에 의해 마찰교반 접합하는 마찰교반 접합장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 안내레일은, 상기 피접합물의 표면에 수직한 안내면을 갖는 수직연재부를 더 가지고,
상기 마찰교반 접합장치는, 상기 안내면에 접촉하는 제2가이드체를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 피흡착물에는 상기 흡착패드가 전자력(電磁力)으로 흡착가능하고,
상기 흡착패드는, 전류가 공급되어 상기 피흡착물에 흡착가능한 전자석을 갖는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 전자석을 상기 피흡착물에 대해 간극을 두고 유지하기 위한 복수의 돌기부를 갖는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 돌기부의 선단은 구(球)형상을 갖는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 돌기부의 선단에는, 상기 피흡착물에 대해 미끄러지기 쉽게 하기 위한 활막부(滑膜部)가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또, 본원 발명의 마찰교반 접합시스템은, 상기 마찰교반 접합장치와,
접합부위에 따라 설치되어 피접합물의 흡착되는 부분보다 높은 강성의 안내레일을 포함하되,
상기 피흡착물이 상기 안내레일에 있는 것을 특징으로 한다.
본원 발명에 의하면, 흡착패드는 밀폐체와 활주체를 포함한다. 활주체는 피흡착물에 대한 마찰계수가 밀폐체의 피흡착물에 대한 마찰계수보다 작은 재료에 의해 형성되고, 흡착패드가 피흡착물에 접촉한 상태에서 피흡착물에 접촉한다. 이러한 흡착패드에서는, 활주체를 설치하지 않은 통상의 흡착패드에 비해 피흡착물의 표면 상을 미끄러지기 쉽게 되어 전술한 접합방향 반력이 작아진다. 이러한 본 발명의 흡착패드를 갖춘 마찰교반 접합장치에서는, 마찰교반 접합의 접합속도를 높게 한다고 해도 활주체를 설치하지 않은 통상의 흡착패드에 비해 주행을 방해하는 접합방향 반력이 작아지므로, 작은 구동력으로 주행할 수 있고, 마찰교반 접합의 접합속도를 높게 할 수 있다. 또, 흡착패드를 갖춤으로써, 마찰교반 접합장치에 봉을 설치하는 일없이 기구축선방향 반력에 의해 차륜이 피접합물로부터 부상하는 것을 방지할 수 있고, 장치의 경량화를 도모할 수 있다.
또 본 발명에 의하면, 흡인공간에 있어서 피흡착물을 향하여 연장되는 돌기부가 설치된다. 이 돌기부는, 상기 밀폐체보다 높은 강성을 가지고 있으므로, 얇고 강성이 낮은 피접합물에 흡착패드가 흡착하는 경우에도, 이 돌기부가 피접합물에 접촉함으로써 피접합물이 흔들리는 것을 방지할 수 있다. 가령 피접합물이 흔들려 버리면, 마찰교반 접합 후에 있어서 피접합물이 변형해 버리는 일이 있고, 또 흡착패드와 피접합물 사이에 간극이 생겨 흡인공간의 압력이 높아져 흡착력이 저하하는 일이 있지만, 피접합물의 흔들림을 방지함으로써, 피접합물의 흔들림에 의해 생기는 상기 문제를 방지할 수 있다. 또 돌기부의 피흡착물과 접하는 면은, 피흡착물에 대한 마찰계수가 밀폐체의 피흡착물에 대한 마찰계수보다 작은 재료에 의해 형성되므로, 돌기부가 피흡착물에 접촉한다고 해도 마찰교반장치의 주행하는 방향과 반대측의 방향의 반력이 증가하는 것을 가급적으로 억제할 수 있다.
더욱이 본 발명에 의하면, 회전구동수단과 변위구동수단에 의해, 기구유지부를 회전하면서 피접합물을 향하여 밀어붙임으로써, 접합기구가 회전하면서 피접합물에 밀어붙여진다. 이 상태에서 단체가 주행함으로써, 피접합물에 순차 접합할 수 있다. 이 마찰교반 접합장치는, 전술한 흡착패드를 갖추므로, 작은 구동력으로 의도한 주행이 가능하게 되고, 장치의 경량화가 도모된다.
더욱이 본 발명에 의하면, 복수의 흡착패드를 갖추고, 절체수단에 의해 각 흡착패드를 선택적으로 흡착상태와 비흡착상태를 절체할 수 있으므로, 흡착력을 조정할 수 있다.
더욱이 본 발명에 의하면, 흡착패드는 안내레일에 흡착된다. 안내레일은 접합부위에 따라 설치되어 피접합물의 흡착되는 부분보다 강성이 높아 흡착패드가 흡착해도 변형하기 어렵다. 이러한 안내레일에 흡착패드를 흡착함으로써, 마찰교반 접합에 있어서 피접합물이 변형하는 것을 방지할 수 있다.
더욱이 본 발명에 의하면, 차륜 및 흡착패드가 접촉하는 안내레일의 표면에는, 흡착패드에 대한 마찰계수를 작게 하기 위한 미리 정해진 처리가 실시되어 있으므로, 마찰교반장치가 주행할 때에 흡착패드에 생기는 주행하는 방향과 반대방향의 반력을 작게 할 수 있다. 또 차륜이 피접합물에 접촉하는 일없이 마찰교반 접합장치가 주행하므로, 마찰교반 접합에 있어서 피접합물을 손상시키는 것을 방지할 수 있다.
더욱이 본 발명에 의하면, 접합부위에 따라 안내레일이 설치된다. 이 안내레일은, 피접합물의 표면에 평행하게 연장되는 평행연재부를 가진다. 마찰교반 접합장치에 설치되는 가이드체를, 평행연재부의 상기 피접합물에 대향하는 면에 접촉시키면서 마찰교반 접합장치를 주행시킨다. 이에 따라 마찰교반 접합의 접합속도를 높게 한다고 해도 접합기구가 피접합물을 밀어붙이는 힘에 대한 반력을 없앨 수 있고, 마찰교반 접합장치의 차륜이 부상하는 일을 방지하여 의도한 주행을 가능하게 하며, 높은 접합속도로 의도한 부위를 접합기구에 의해 마찰교반하여 각 피접합물을 접합할 수 있다.
더욱이 본 발명에 의하면, 안내레일은 상기 피접합물의 표면에 수직한 안내면을 갖는 수직연재부를 가진다. 안내면에 제2가이드체를 접촉시키면서 마찰교반장치를 주행시킨다. 이에 따라 접합기구가 회전함으로써 생기는 상기 횡방향 반력을 없앨 수 있고, 마찰교반 접합의 접합속도를 높게 한다고 해도 마찰교반 접합장치가 사행하는 것을 방지하여 의도한 주행을 가능하게 하며, 높은 접합속도로 의도한 부위를 접합기구에 의해 마찰교반하여 각 피접합물을 접합할 수 있다.
또, 흡착패드는 피흡착물에 전자력(電磁力)에 의해 흡착가능하므로, 흡착패드의 피흡착물에 대한 흡착력을 전자력으로 제어할 수 있어, 기계적인 마모력에 의존하는 경우에 비해, 흡착패드의 주행 중의 흡착력을 안정적으로 공급할 수 있게 됨과 더불어 안정적으로 일정값으로 유지하는 것이 가능하게 된다.
또, 흡착패드는 절체수단에 의해 전기적으로 제어되므로, ON/OFF를 신속하게 절체할 수 있다.
또, 흡착패드의 전자석은 피흡착물에 대해 비접촉의 상태로 유지되므로, 기계적으로 접촉하는 경우에 비해 주행저항을 작게 할 수 있다. 이 결과, 마찰교반 접합의 접합속도를 높게 하는 것이 가능하게 된다.
또, 흡착력이 전자력에 의존하므로, 진공흡착에서의 경우에 요하는 고무나 스폰지 등의 소모재의 교환을 불필요하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시형태의 접합장치(31)를 모식적으로 나타낸 측면도이다.
도 2는 접합장치(31)의 주행상태를 나타낸 사시도이다.
도 3은 주행체(42)의 주행방향 전방(X1)측을 역디귿자 형태로 개방한 접합장치(15)를 나타낸 측면도이다.
도 4는 주행체(42)의 주행방향 전방(X1)측을 역디귿자 형태로 개방한 접합장치(15)의 하면도이다.
도 5는 흡착장치(43)의 동작을 나타낸 모식도이다.
도 6은 흡착패드(46)의 하면도이다.
도 7은 도 6의 절단면선 VII-VII로부터 본 흡착패드(46)의 단면도이다.
도 8은 도 6의 절단면선 VIII-VIII로부터 본 흡착패드(46)의 단면도이다.
도 9는 도 6의 절단면선 IV-IV로부터 본 흡착패드(46)의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시형태의 접합장치(59)를 나타낸 단면도이다.
도 11은 본 발명의 더욱 다른 실시형태의 접합장치(71)를 나타낸 단면도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시형태의 흡착력이 전자력에 의존하는 흡착패드를 갖춘 접합장치(91)를 나타낸 단면도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시형태의 흡착력이 전자력에 의존하는 흡착패드를 갖춘 접합장치(93)를 나타낸 단면도이다.
도 14는 흡착력이 전자력에 의존하는 흡착패드의 측면도(a) 및 저면도(b)이다.
도 15는 흡착력이 전자력에 의존하는 다른 실시형태의 흡착패드의 측면도(a) 및 저면도(b)이다.
도 16은 흡착력이 전자력에 의존하는 흡착패드의 내부와 절체수단을 나타낸 설명도이다.
도 17은 테이블 이동식의 마찰교반 접합장치(1)를 모식적으로 나타낸 사시도이다.
도 18은 갠트리식의 마찰교반 접합장치(7)를 모식적으로 나타낸 사시도이다.
도 19는 종래의 기술로서 장치의 소형화를 목적으로 한 자주식 마찰교반 접합장치(15)를 모식적으로 나타낸 사시도이다.
도 20은 마찰교반 접합을 행할 때에 접합기구(16)가 받는 반력을 설명하기 위한 도면이다.
도 1은 본 발명의 한 실시형태의 마찰교반 접합장치(이하, 간단히 접합장치(31)라 한다)를 모식적으로 나타낸 측면도이다. 도 2는 접합장치(31)의 주행상태를 나타낸 사시도이다.
접합장치(31)는, 2개의 피접합물(32, 33)이 맞추어진 피접합물(34)을 접합한다. 피접합물(34)에는, 2개의 피접합물(32, 33)이 맞추어지는 접합부위에 계로부분(joint; 35)이 형성된다. 접합장치(31)는 계로부분(35)에 따라 접합기구(36)를 이동시켜 각 피접합물(32, 33)을 연속적으로 접합한다. 계로부분(35)에는 각 피접합물(32, 33)의 경계선인 접합선(39)이 표면에 형성된다. 접합선(39)은 본 실시형태에서는 직선모양으로 연장된다.
접합장치(31)는 원통모양의 접합기구(36)를 장착하고, 접합기구(36)를 이용해서 마찰교반 접합을 행한다. 접합기구(36)는 거의 원통형상으로 형성되는 본체 부(37)와, 본체부(37)로부터 축선방향 일방으로 돌출하고, 끝이 가는 모양으로 형성되는 핀부(38)를 갖춘다. 접합기구(36)가 회전하면서 피접합물(34)에 밀어붙여지고, 피접합물(34)에 몰입함으로써, 피접합물(34)은 접합기구(36)의 마찰열에 의해 부분적으로 유동화하며, 유동화한 부분이 고상(固相) 교반된다. 피접합물(34) 중의 유동화한 부분이 서로 혼합되고, 그 후 유동화한 부분이 굳어짐으로써 각 피접합물(32, 33)이 접합된다. 피접합물(32, 33)은, 예컨대 알루미합금으로 이루어진다.
접합장치(31)는 미리 정해진 기준축선(L) 주위로 회전자재로 설치되고, 접합기구를 유지하는 기구유지부(41; 후술하는 도 10에 나타냄)와, 기구유지부(41)를 기준축선(L) 주위로 회전구동하는 회전구동수단, 기구유지부(41)를 기준축선(L)을 따라 변위구동하는 변위구동수단, 기구유지부(41), 회전구동수단 및 변위구동수단을 탑재하여 주행가능한 주행체(42) 및, 흡착장치(43)를 포함하여 구성된다. 한편 이해를 용이하게 하기 위해, 도 2에는 흡착장치(43)를 도시하고 있지 않다.
기구유지부(41)는, 접합기구(36)를 착탈가능하게 유지한다. 기구유지부(41)에 장착된 접합기구(36)는 그 축선이 접합장치(31)의 기준축선(L)과 동축에 배치된다. 기구유지부(41)는 주행체(42)에 탑재되고, 주행체(42)에 대해 기준축선(L) 주위로 회전가능, 또한 기준축선(L)이 연장되는 방향으로 변위가능하게 설치된다. 본 실시형태에 있어서 기준축선(L)에 따라 연장되는 방향을 기준축선방향(A)이라고 기재하고, 접합장치(31)가 접합선(39)에 따라 주행하는 방향을 주행방향(X)이라고 기재하며, 피접합물(34)이 표면에 수직한 방향을 상하방향(Z)이라 기재한다. 또 주행방향(X)과 상하방향(Z)에 수직한 방향을 교차방향(Y)이라 기재한다.
회전구동수단은, 기구유지부(41)를 기준축선(L) 주위로 회전시키기 위한 동력을 발생하는 회전동력 발생원과, 회전동력 발생원에 의해 발생한 회전력을 기구유지부(41)에 전달하는 회전전달부를 구비한다. 회전동력 발생원은 전동모터, 예컨대 유도모터 또는 서보모터에 의해 실현된다. 회전전달부는 복수의 기어와, 기어를 회전가능하게 지지하는 기어박스를 포함하는 기어전달기구에 의해 실현된다. 회전전달부는 서보모터의 출력축의 회전을 감속하여 기구유지부(41)에 회전력을 전달한다. 한편, 회전전달부는 기어전달기구 이외의 기구, 예컨대 벨트전달기구라도 좋다. 또, 회전전달부는 모터의 출력축과 기구유지부(41)를 연결하기 위한 축계로라도 좋다.
변위구동수단은 기구유지부(41)를 기준축선방향(A)으로 변위시키기 위한 동력을 발생하는 변위동력 발생원을 갖추고, 기구유지부(41)를 기준축선방향(A)으로 변위구동한다. 변위동력 발생원은, 예컨대 압력실린더에 의해 실현되고, 본 실시형태에서는 복동식 에어 실린더에 의해 실현된다.
본 실시형태에서의 주행체(42)는 직방체 상자모양으로 형성되고, 기구유지부(41), 회전구동수단 및 변위구동수단을 탑재한다. 주행체(42)의 상하방향 일방(이하, 간단히 하방(Z2)이라 한다)의 밑부분에는, 상하방향(Z)으로 관통하는 관통구멍이 형성된다. 이에 따라 기구유지부(41)가 주행체(42)로부터 기준축선방향(A)으로 돌출가능하게 배치된다.
주행체(42)는, 회전자재로 지지되는 2쌍(4개)의 차륜(44)과, 각 쌍의 차 륜(44)을 각각 연결하는 2개의 차축(45)을 갖는다.
주행체(42)는, 직방체 상자모양에 한정되지 않고, 다른 실시형태로서 주행방향 전방(이하 간단히 전방(X1)이라 한다)측 또는 주행방향 후방(이하 간단히 후방(X2)이라 한다)측이 개방된 역디귿자 형태로 형성되고, 기구유지부(41)를 이 개방부분으로부터 기준축선방향(A)으로 돌출가능하게 배치해도 좋다. 한편, 이 경우 개방되어 있지 않은 측에는 1개의 차축(45)과 1쌍의 차륜(44)을 갖지만, 개방된 측은 좌우 1쌍의 차륜(44)이 각각 차축(45)을 갖는다.
도 3은 주행체(42)의 주행방향 전방(X1)측을 역디귿자 형태로 개방한 접합장치(15)를 나타낸 측면도이고, 도 4는 주행체(42)의 주행방향 전방(X1)측을 역디귿자 형태로 개방한 접합장치(15)의 하면도이다. 한편 도 4에는 이해를 용이하게 하기 위해 접합기구(36) 및 기구유지부(41) 등을 생략하고 있다.
접합장치(31)는 주행수단을 더 구비한다. 주행수단은, 주행체(42)에 설치되는 차륜회전용 모터와, 차륜회전용 모터의 회전을 차륜(44)에 전달하는 회전전달수단을 포함한다. 회전전달수단은, 본 실시형태에서는 벨트기구에 의해 실현된다. 구체적으로는, 벨트가 차륜회전용 모터의 출력축과 차축(45)에 걸쳐 감겨지고, 차륜회전용 모터의 출력축이 회전함으로써 차륜(44)이 회전한다. 한편, 차륜회전용 모터는 회전전달수단에 의해 모든 차륜을 회전구동, 이른바 4륜 구동해도 좋고, 유압모터에 의해 실현되어도 좋다. 이와 같이 주행체(42)에 주행수단이 탑재됨으로써, 주행체(42)는 스스로 주행가능하게 된다.
도 5는 흡착장치(43)의 동작을 나타낸 모식도이다. 도 6은 흡착패드(46)의 하면도이다. 도 7은 도 6의 절단면선 VII-VII로부터 본 흡착패드(46)의 단면도이다. 흡착장치(43)는, 피흡착물에 접촉한 상태에서 접합기구와 피접합물(34)의 접촉상태를 유지하기 위한 흡인력을 작용시키는 1 또는 복수의 흡착패드(46)와, 흡인공간(55)에 충만한 공기를 흡인하여 흡인력을 도입하는 흡인원(47), 흡착패드(46)의 흡착상태와 비흡착상태를 절체하는 1 또는 복수의 절체수단(48) 및, 절체수단(48)을 매개로 각 흡착패드(46) 및 흡인원(47)을 접속하는 도관(49)을 포함하여 구성된다.
본 실시형태에서의 흡착장치(43)는, 8개의 흡착패드(46)를 구비한다. 8개의 흡착패드(46) 중의 절반의 흡착패드(46)는, 교차방향 일방(Y1)에 배치되는 2개의 차륜(44)을 연결하는 직선 상 또는 이 직선에 따라 배치되고, 전방(X1)의 차륜(44)의 전방(X1)과 2개의 차륜(44) 사이에 각각 배치된다. 한편, 접합기구가 주행체(42)의 전방부에 위치하는 대신 중앙부에 위치하는 경우에는, 흡착패드(46)는 후방(X2)의 차륜(44)의 후방(X2)에도 배치하는 것이 좋다. 8개의 흡착패드(46) 중 잔여의 절반의 흡착패드(46)는 교차방향 타방(Y2)에 배치되는 2개의 차륜(44)을 연결하는 직선 상 또는 이 직선에 따라 배치되고, 전방(X1)의 차륜(44)의 전방(X1)과 2개의 차륜(44) 사이와, 후방(X2)의 차륜(44)의 후방(X2)에도 각각 배치된다.
도 4에 있어서, 좌우 4개씩의 계 8개의 흡착패드(46) 중 주행체(42)의 전방부에 있는 좌우 1쌍의 커다란 흡착패드(46)는 접합기구와 피접합물(34)의 접촉상태를 유지하기 위한 흡인력을 작용시키기 위한 흡착패드(46)이다. 이에 대해, 2개의 차륜(44)의 사이에 배설되는 6개의 흡착패드(46)는 메인의 흡착패드(46)의 흡착상 태를 조정하기 위한 보조적인 역할을 하는 것이다. 보조적인 흡착패드(46)의 개수 또는 배설되는 위치를 조정함으로써, 피접합물(34)의 종류에 따른 적정한 흡착상태를 유지하는 것이 가능하게 된다. 예컨대, 도 4에 있어서 일렬로 늘어선 3개의 보조적인 흡착패드(46) 중, 후방부의 2개만을 남김으로써 주행체(42)의 후방부에 편중해서 보조적인 흡착력을 작성시키는 것도 가능하다.
흡착패드(46)는 주행체(42)의 하방(Z2)에 연결되어 피흡착물에 대향하는 판모양의 대향부(51)와, 피흡착물에 직면하는 단부에 대향부(51)의 두께방향 일방의 표면부로부터 돌출하고, 대향부(51)의 표면부를 일주하는 환상의 패드부(52), 패드부(52)의 피흡착물에 직면하는 표면에 설치되는 활주체(滑走體; 53) 및, 대향부(51)의 두께방향 일방의 표면부로부터 돌출하는 1 또는 복수의 변형방지용 돌기부(56)를 포함하여 구성된다. 본 실시형태에서는 피접합물(34)이 피흡착물에 상당하고, 흡착패드(46)는 피접합물(34)에 흡착한다.
본 실시형태에서의 대향부(51)는, 거의 사각형 모양으로 형성되고, 두께방향 일방의 표면이 피흡착물에 대향한다. 이 대향부(51)에는, 패드부(52)로 둘러싸인 영역에서 두께방향으로 관통하는 흡기구멍(58)이 중앙에 형성된다. 패드부(52)는 가요성(可撓性), 탄발성(彈發性) 및 기밀성(氣密性)을 갖는 밀폐체에 상당하고, 대향부(51)의 4변을 따라 연장되어 일주하는 테두리(틀) 모양으로 형성되어 흡인공간(55)의 주위를 둘러싼다. 패드부(52)의 상하방향 타방(이하, 간단히 상방(Z1)이라 한다)의 단부는 대향부(51)에 끼워 넣어져 밀착해서 유지된다. 패드부(52)는 천연 고무, 클로로프렌 고무, 에틸렌프로필렌 고무, 니트릴 고무 및 실리콘 고무 등의 고무소재를 발포한 재료에 의해 형성된다.
활주체(53)는, 피흡착물에 대한 마찰계수가 패드부(52)의 피흡착물에 대한 마찰계수보다 작은 재료에 의해 형성된다. 본 실시형태에서의 활주체(53)는 패드부(52)의 피흡착물에 직면하는 표면에 따라 일주하는 테두리 모양으로 형성된다. 활주체(53)는 불소수지에 의해 실현된다. 불소수지 중에서는, 접동성(摺動性)이 우수하고, 즉 저마찰계수이고, 내열성이 우수하며, 예컨대 마모계수가 0.09∼0.21 정도의 저마모이며, 발수성(撥水性)이 있는 4불화에틸렌(PTFE), 4불화 에틸렌페르플루오로알콕시비닐에테르(PFA) 및 4불화 에틸렌(FEP) 등이 활주체(53)에 알맞게 이용되고, 더욱이 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE) 및 4불화 에틸렌·에틸렌 공중합체(ETFE) 등도 이용된다.
도 8은 도 6의 절단면선 VIII-VIII로부터 본 흡착패드(46)의 단면도이다. 도 8의 (1)은 비흡착상태의 흡착패드(46)를 나타내고, 도 8의 (2)는 흡착상태의 흡착패드(46)를 나타낸다. 활주체(53)는 4개의 박판상체(薄板狀體; 54a, 54b, 54c, 54d)에 의해 테두리 모양으로 구성된다. 하방(Z2)으로부터 보아, 전방(X1)측의 박판상체(54a)는 전방(X1)의 단부가 패드부(52)의 단부로부터 전방(X1)측으로 조금만 돌출하고, 후방(X2)의 단부가 패드부(52)의 단부로부터 전방(X1)측으로 퇴피하여 형성된다. 전방(X1)측의 박판상체(54a)는, 바람직하게는 전방(X1)측의 단부가 전방(X1)일수록 상방(Z1)으로 경사져서 형성된다. 후방(X2)의 박판상체(54c)는 전방(X1)측의 박판상체(54a)와 마찬가지로 형성되는 바, 전방(X1)의 단부가 패드부(52)의 단부로부터 전방(X1)측으로 조금만 돌출하고, 후방(X2)의 단부가 패드 부(52)의 단부로부터 전방(X1)측으로 퇴피하여 형성된다.
도 9는 도 6의 절단면선 IV-IV로부터 본 흡착패드(46)의 단면도이다. 도 9의 (1)은 비흡착상태의 흡착패드(46)를 나타내고, 도 9의 (2)는 흡착상태의 흡착패드(46)를 나타낸다. 교차방향 일방(Y1)의 박판상체(54b)는 교차방향(Y)의 폭이 패드부(52)의 교차방향(Y)의 폭보다 좁게 형성되고, 하방(Z2)으로부터 보아 교차방향(Y)의 양단부가 패드부(52)보다 내측으로 퇴피하여 형성된다. 바꾸어 말하면, 패드부(52)는 하방(Z2)으로부터 보아 교차방향 일방(Y1)의 박판상체(54b)로부터 교차방향(Y)의 양쪽으로 돌출하여 형성된다. 교차방향 타방(Y2)의 박판상체(54d)는 교차방향 일방(Y1)의 박판상체(54b)와 마찬가지로 형성된다.
변형방지용 돌기부(56)는 흡인공간(55)에 있어서 피흡착물로 향하여 연장되고, 활주체(53)의 피흡착물에 접촉하는 면을 포함하는 가상 일평면(57)으로 향하여 대향부(51)로부터 하방(Z2)으로 연장되며, 이 가상 일평면(57)과 같거나, 또는 가상 일평면(57)보다 조금만 상방(Z1)까지 연장되어 형성된다. 변형방지용 돌기부(56)는 상방(Z1)의 단부가 대향부(51)에 끼워 넣어져 고정된다. 이 변형방지용 돌기부(56)는 패드부(52)보다 높은 강성을 갖고, 또한 피흡착물의 단부의 피흡착물에 대한 마찰계수가 패드부(52)의 피흡착물에 대한 마찰계수보다 작은 재료에 의해 형성된다. 더욱이 본 실시형태에서의 변형방지용 돌기부(56)는 피흡착물측의 단부가 끝이 가는 모양으로 형성되고, 구체적으로는 반구형상으로 형성된다. 본 실시형태에서는 4개의 변형방지용 돌기부(56)가 설치되고, 각 변형방지용 돌기부(56)는 전방(X1) 및 후방(X2)의 박판상체(54a, 54c) 사이를 3등분한 위치, 또한 교차방향 일방(Y1) 및 타방(Y2)의 박판상체(54b, 54e) 사이를 3등분한 위치에 각각 배치된다. 변형방지용 돌기부(56)는, 예컨대 스테인레스 동이나 담금질 동 등의 내마모성이 우수한 재료를 볼이나 롤러 모양으로 형성한 것에 의해 실현된다. 또, 각종 철강재료, 알루미합금 등의 금속재료나 FRP 등의 비금속재료로 높은 강성을 갖는 재료의 피흡착재료측의 단부에 밀폐체에 부착한 활주체(53)와 같은 재료를 부착함으로써 실현된다.
흡인원(47)은 피흡착물과 대향부(51)와 패드부(52)와 활주체(53)에 의해 둘러싸인 흡인공간(55)에 충만한 공기를, 도관(49)에 의해 형성되는 관로(이하, 간단히 관로라 한다)를 매개로 흡기구멍(58)으로부터 흡인하여 흡인공간(55) 내의 압력을 대기압에 비해 감압한다. 이에 따라 대향부(51)는, 대기압에 의해 피흡착물에 꽉 눌려 피흡착물에 주행체(42)를 꽉 누른다. 따라서 주행체(42)는, 접합기구(36)의 몰입시에 피접합물(34)에 대한 부상(浮上)을 방지할 수 있다. 흡인원(47)은 유압회전펌프, 유압확산펌프 및 터보분자펌프 등의 진공펌프에 의해 실현된다. 도 8의 (2) 및 도 9의 (2)에 나타낸 바와 같이, 대향부(51)가 피흡착물에 꽉 눌리면, 패드부(52)가 압축되도록 변형하고, 활주체(53)가 패드부(52)에 매립되며, 패드부(52)의 일부가 피흡착물에 접촉한다. 이에 따라, 패드부(52)와 피흡착물의 접하는 부분이 흡인공간(55)을 일주하여 기밀성을 높게 할 수 있다.
절체수단(48)은 흡인원(47)과 대향부(51) 사이에 설치되어 흡인원(47)과 흡기구멍(58) 사이를 관로에 의해 접속할지 여부를 절체한다. 본 실시형태에 있어서, 흡착상태에서는 절체수단(48)이 흡인원(47)과 흡기구멍(58) 사이를 관로에 의 해 접속하고, 흡인공간(55)에 충만한 공기를 흡인하여 흡착패드(46)를 피흡착물에 흡착시키는 상태이며, 비흡착상태는 절체수단(48)이 흡인원(47)과 흡기구멍(58)의 접속을 저지하고, 흡인공간(55)에 충만한 공기의 흡인을 정지하여 흡착패드(46)를 피흡착물에 흡착시키지 않는 상태이다. 절체수단(48)은, 예컨대 전자밸브에 의해 실현된다.
본 실시형태에서의 흡착장치(43)는, 흡착패드(46)의 수(8개)와 동수의 8개의 절체수단(48)을 구비하고, 각 절체수단(48)은 흡인원(47)과 각 흡착패드(46) 사이에 각각 설치되어, 각 흡착패드(46)의 흡착상태와 비흡착상태를 각각 개별로 절체한다. 한편 다른 실시형태에서는, 흡착상태 및 비흡착상태를 절체해야 할 흡착패드(46)와 흡인원(47) 사이에만 절체수단(48)을 설치해도 좋으며, 또 절체수단(48)으로부터 도관(49)이 분기하여 각 흡착패드(46)에 연통하고, 복수의 흡착패드(46)의 흡착상태와 비흡착상태를 1개의 절체수단(48)으로 동시에 절체해도 좋다.
본 실시형태의 접합장치(31)를 이용해서, 피접합물(32, 33)을 마찰교반 접합하는 수순에 대해 설명한다. 접합장치(31)는 제어수단을 더 구비한다. 이 제어수단은 기억부에 기억되는 연산 프로그램을 읽어서 실행하고, 미리 정해진 마찰교반 접합수순에 따른 지령을 내리며, 회전구동수단, 변위구동수단, 주행수단 및 흡착장치(43)를 제어한다. 이하의 접합장치(31)의 동작은 제어수단의 지령에 기초해서 행해진다. 제어수단은, 예컨대 CPU(Central Processing Unit: 중앙 처리 장치)와 ROM(Read Only Memory: 읽기 전용의 메모리) 및 RAM(Random Access Memory: 랜덤 액세스 메모리) 등의 기억부를 구비하는 마이크로 컴퓨터에 의해 실현된다.
작업자는 피접합물(32, 33)을 작업장소의 마루면 또는 정반 상에 정치(靜置)하고, 임시부착 용접 또는 구속지그(restraint jig) 등에 의해 갭(gap)이나 좀 들어간 부분이 허용값 이하로 되도록 미리 서로 밀친다. 다음에 작업자는, 접합장치(31)를 접합개시점에 위치정합한다. 다음에 접합장치(31)는 접합동작을 개시한다.
먼저 흡착장치(43)가 동작하여 각 흡착패드(46)를 흡착상태로 천이하고, 피접합물(34)에 흡착한다. 다음에 회전구동수단이 동작하고, 기구유지부(41)와 더불어 접합기구(36)가 회전한다. 다음에 변위구동수단이 동작하고, 기구유지부(41)와 더불어 접합기구(36)가 회전하면서 피접합물(34)로 향하여 기준축선(L)에 따라 이동한다. 접합기구(36)의 축선(L1)은, 접합선(39)을 포함하고, 또한 교차방향(Y)에 수직한 가상평면에 있어서, 기구유지부(41)로부터 접합기구(36)의 선단으로 향함에 따라 전방(X1)으로 경사진다. 예컨대 기준축선(L)과 상하방향(Z)의 경사각도(θ)는 1∼5도로 설정된다. 접합기구(36)는, 회전하면서 경사각도(θ)로 핀부(38)가 피접합물(34)에 접촉하고, 더욱이 피접합물(34)에 몰입한다. 접합기구(36)가 경사각도(θ)로 몰입함으로써, 주행시에 피접합물(34)과 접합기구(36) 사이에서 발생하는 마찰열을 크게 할 수 있다.
제어수단은, 접합기구(36)의 핀부(38)가 미리 정해진 길이(깊이)만큼 피접합물(34)에 몰입하도록 변위구동수단을 동작시킨다. 전동모터의 회전속도가 피드백제어되는 경우, 전동모터에 흐르는 전류는 접합기구(36)가 피접합물(34)에 주는 토크에 따라 변화하므로, 전류가 미리 정해진 임계치를 넘으면, 핀부(38)가 미리 정 해진 길이(깊이)만큼 몰입한 것으로 판단한다. 또 핀부(38)가 미리 정해진 길이(깊이)만큼 몰입했는지 여부는 몰입지령을 주고 나서부터의 시간을 카운트하고, 이 시간에 기초해서 판정해도 좋다.
다음에 필요에 따라 접합기구(36)의 회전속도를 미리 정해진 주행용 회전속도로 변경한다. 예컨대 각 피접합물(32, 33)이 후판(厚板)의 경우에는, 주행용 회전속도보다도 몰입시의 설정회전속도를 높게 하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 접합기구(36)가 피접합물(34)에 몰입할 때까지의 시간을 짧게 할 수 있다.
접합기구(36)의 변위를 정지하고 나서 미리 정해진 시간이 경과하고, 피접합물(34)을 부분적으로 충분히 유동화시키면, 다음에 주행수단에 의해 차륜(44)을 회전시킨다. 이에 따라 접합기구(36)는, 도 2에 나타낸 바와 같이 몰입한 상태에서 회전하면서 접합선(39)에 따른 주행방향(X)으로 이동하고, 각 피접합물(32, 33)을 연속적으로 접합한다.
주행체(42)가 주행을 개시하고 나서, 미리 설정되는 설정주행거리만큼 이동하면, 주행수단은 차륜(44)의 회전구동을 정지하고, 주행체(42)가 정지한다. 주행거리는 차륜회전용 모터에 인코더(encoder)가 설치되는 경우에는, 인코더로부터 차륜(44)의 각도위치를 취득하고, 그 각도위치에 기초해서 판정한다. 또 주행수단이 차륜(44)의 회전구동을 정지하는 위치는, 주행체(42)의 전방(X1)의 단부에 주행체 정지스위치를 설치하고, 주행체를 정지시키는 위치에 이 주행체 정지스위치를 작동시키기 위한 부재를 미리 배치시켜 두어도 좋다. 주행체 정지스위치(84)는, 예컨대 접촉식의 스위치나 비접촉의 근접 스위치에 의해 실현된다.
주행체(42)가 정지하면, 변위구동수단이 동작하여, 기구유지부(41) 및 접합기구(36)가 기준축선(L)에 따라 피접합물(34)로부터 이반하는 방향으로 변위하고, 피접합물(34)로부터 퇴출한다. 다음에 회전구동수단은 회전구동을 정지하고, 마찰교반 접합의 수순을 완료한다.
회전하는 접합기구(36)를 피접합물(34)에 몰입한 상태에서, 피접합물(34)의 접합선(39)에 따라 주행체(42)가 주행하고, 피접합물(32, 33)을 접합하여 접합체가 구성된다.
이상 설명한 본 실시형태의 접합장치(31)에 의하면, 흡착패드(46)는 패드부(52)와 활주체(53)를 포함한다. 활주체(53)는 피흡착물에 대한 마찰계수가 패드부(52)의 피흡착물에 대한 마찰계수보다 작은 재료에 의해 형성되고, 흡착패드(46)가 피흡착물에 접촉한 상태에서 피흡착물에 접촉한다. 이러한 흡착패드(46)에서는, 활주체(53)를 설치하지 않은 통상의 흡착패드에 비해 피흡착물의 표면 상을 미끄러지기 쉽게 되어 접합기구(36)가 전방(X1)으로 이동할 때에, 후방(X2) 방향으로 받는 접합방향 반력이 작아진다. 따라서, 마찰교반 접합의 접합속도를 높게 한다고 해도 주행을 방해하는 접합방향 반력이 작아지므로, 작은 구동력으로 주행할 수 있고, 마찰교반 접합의 접합속도를 높게 할 수 있다. 또, 흡착패드(46)를 갖춤으로써, 접합장치(31)에 추를 설치하는 일없이 기준축선 방향(A)의 반력에 의해 차륜(44)이 피접합물(34)로부터 부상하는 것을 방지함과 더불어, 사행을 방지할 수 있고, 의도하는 주행을 가능하게 하면서 장치의 경량화를 도모할 수 있다.
특히, 활주체(53)의 전방(X1)측 및 후방(X2)측의 박판상체(54a, 54c)는, 전 방(X1)의 단부가 패드부(52)보다도 전방(X1)으로 돌출하므로, 흡착상태에서도 활주체(53)가 미끄러지기 쉽게 되어 접합방향 반력이 보다 작아진다. 또 활주체(53)를 패드부(52)의 피흡착물보다 표면의 전면에 설치하고 있지 않으므로, 흡착상태에 있어서 패드부(52)와 피접합물(34)의 접하는 부분이 흡인공간(55)을 일주하여 기밀성을 높게 할 수 있다.
또 본 실시형태의 접합장치(31)에 의하면, 흡인공간(55)에 있어서, 흡착패드로부터 활주체(53)의 피흡착물에 접촉하는 면을 포함하는 가상 일평면(57)으로 향하여 연장되는 변형방지용 돌기부(56)가 설치된다. 이 변형방지용 돌기부(56)는, 패드부(52)보다 높은 강성을 갖고 있으므로, 예컨대 얇고 강성이 낮은 피접합물에 흡착패드(46)가 흡착하는 경우라도, 이 변형방지용 돌기부(56)가 피접합물(34)에 접촉함으로써 피접합물(34)이 휘는 것을 방지할 수 있다. 가령 피접합물(34)이 휘어 버리면, 마찰교반 접합 후에 있어서 피접합물(34)이 변형해 버리는 일이 있고, 또 흡착패드(46)와 피접합물(34) 사이에 간극이 생겨 흡인공간(55)의 압력이 높아져 흡착력이 저하하는 일이 있지만, 피접합물(34)의 휨을 방지함으로써, 피접합물(34)이 휨에 의해 생기는 상기 문제를 방지할 수 있다. 또 변형방지용 돌기부(56)의 피접합물과 접하는 면은, 피흡착물에 대한 마찰계수가 패드부(52)의 피흡착물에 대한 마찰계수보다 작은 재료에 의해 형성되므로, 변형방지용 돌기부(56)가 피흡착물에 접촉한다고 해도 접합장치(31)의 주행하는 방향과 반대측의 방향의 반력이 증가하는 것을 가급적으로 억제할 수 있다.
본 실시형태에서의 흡착패드(46)에서는, 흡기구멍(58)을 대향부(51)의 중앙 부에 설치했지만, 패드부(52)의 내측이면 어느 위치에 설치해도 좋다. 흡기구멍(58)을 대향부(51)의 중앙부에 설치하는 경우에는, 변형방지용 돌기부(56)를 대향부(51)의 중앙부에 설치해도 좋다. 더욱이 변형방지용 돌기부(56)의 선단부에 활주체(53)와 같은 재료의 부재를 배치하여 피흡착물과의 마찰계수를 저감하고, 후방(X2) 방향으로 받는 반력을 작게 하도록 해도 좋다.
도 10은 본 발명의 다른 실시형태의 접합장치(59)를 나타낸 단면도이다. 본 실시형태의 접합장치(59)는, 전술한 실시형태의 접합장치(31)와 거의 같으므로, 동일한 부호를 붙이고 중복하는 설명을 생략한다.
접합부위에 따라 피접합물(34)의 흡착되는 부분보다도 높은 강성의 안내레일(61)이 설치된다. 본 실시형태에서는, 2개의 안내레일(61)이 접합선(39)으로부터 교차방향 일방(Y1)과 타방(Y2)에 각각 등간격으로 되도록 피접합물(34)의 표면 상에 설치된다. 본 실시형태에서는, 안내레일(61)은 H형 동에 의해 실현되고, H형 동의 양벽에 끼여 중앙부에 위치하는 웹(web; 62)이 피접합물(34)에 거의 평행으로 되도록 설치된다. 접합장치(59)와 안내레일(61)에 의해 본 발명의 실시의 한 형태의 마찰교반 접합시스템이 실현된다.
접합장치(59)는 각 차륜(44)이 웹(62)의 표면(이하, 주행면(62a)이라 한다)에 접촉하도록 배치된다. 즉 접합장치(59)는, 차륜(44)이 주행면(62a) 상에 있어서 회전함으로써 주행한다. 각 흡착패드(46)는, 안내레일(61)의 주행면(62a)에 접촉하고, 이 주행면(62a)에 흡착한다. 즉 본 실시형태에서는 피흡착물이 안내레일(61)에 상당한다. 각 흡착패드(46)는 주행체(42)의 프레임에 부착된 L자 모양의 암체(arm; 85)의 하단에 부착되어 있다.
안내레일(61)은, 예컨대 피접합물(34)이 지지되는 정반(63)에 고정된다. 안내레일(61)은 피접합물(34)의 주행방향(X)의 양 단부로부터 각각 돌출하여 배치되고, 예컨대 산형(山形) 동을 볼트에 의해 멈추게 하거나 용접하거나 함으로써 정반(63)에 고정된다.
안내레일(61)은, 예컨대 피접합물(34)이 지지되는 정반(63)에 고정된다. 안내레일(61)은 피접합물(34)의 주행방향(X)의 양 단부로부터 각각 돌출하여 배치되고, 예컨대 산형(山形) 동을 볼트에 의해 멈추게 하거나 용접하거나 함으로써 정반(63)에 고정된다.
주행면(62a)에는, 흡착패드(46)에 대한 마찰계수를 작게 하기 위한 미리 정해진 처리가 실시되어 있다. 예컨대 흡착패드(46)에 대한 마찰계수를 작은 재료로 이루어진 도료를 웹(62)의 표면에 도포하거나, 웹(62)의 표면부를 연마해서 표면거칠기를 작게 하거나 하고 있다. 웹(62)의 표면에 도포하는 도료로서는, 예컨대 불소수지 도료, 실리콘수지 도료, 우레탄수지 도료, 아크릴수지 도료 및 에폭시수지 도료 등이 있다. 이상의 처리는, 차륜(44)이 회전할 때에 주행면(62a)에서 미끄럼이 생기지 않을 정도로 행해진다.
본 실시형태의 접합장치(59)는, 제2가이드체(73)를 더 구비한다. 제2가이드체(73)는 주행체(42)의 하방(Z2)의 단부에 있어서 교차방향 타방(Y2)의 단부에 직면하는 부분에 고정해서 부착되고, 주행체(42)로부터 하방(Z2)으로 연장되는 제2샤프트(81)와, 이 제2샤프트(81)에 회전가능하게 축지(軸支)되는 원통형상의 제2롤 러(82)를 포함하여 구성된다. 제2롤러(82)는 제2샤프트(81)와 축선을 함께 하고, 이 상하방향(Z)으로 연장되는 축선 주위로 회전한다. 마찰교반 접합에 있어서는, 교차방향 타방(Y2)의 안내레일(61)의 2개의 플랜지(76) 중의 교차방향 일방(Y1)측의 플랜지(76)에, 제2롤러(82)를 교차방향 일방(Y1)측으로부터 접촉시킨 상태에서, 접합장치(71)는 주행방향(X)으로 주행한다. 교차방향 타방(Y2)의 안내레일(61)의 2개의 플랜지(76) 중의 교차방향 일방(Y1)측의 플랜지(76)는 피접합물(34)의 표면에 수직한 안내면을 갖는 수직연재부에 상당하고, 이 플랜지(76)의 교차방향 일방(Y1)의 표면이 안내면에 상당한다.
본 실시형태의 마찰교반 접합수순은 전술한 실시형태의 마찰교반 접합수순과, 차륜(44)이 접촉하는 면 및 흡착패드(46)가 흡착하는 면이 다를 뿐이므로, 중복하는 설명은 생략한다.
이상 설명한 본 실시형태의 접합장치(59)에 의하면, 흡착패드(46)는 안내레일(61)에 흡착한다. 안내레일(61)은 피접합물(34)이 흡착되는 부분보다도 강성이 높아 흡착패드(46)가 흡착해도 변형하기 어렵다. 이러한 안내레일(61)에 흡착패드(46)가 흡착함으로써, 마찰교반 접합에 있어서 피접합물(34)이 변형하는 것을 방지할 수 있다.
더욱이 본 실시형태의 접합장치(59)에 의하면, 안내레일(61)의 표면(주행면(62a))에는, 흡착패드(46)에 대한 마찰계수를 작게 하기 위한 미리 정해진 처리가 실시되어 있으므로, 접합장치(59)가 주행할 때에 흡착패드(46)에 생기는 주행하는 방향과 반대방향의 반력을 작게 할 수 있다. 또 차륜(44)이 피접합물(34)에 접 촉하는 일없이 접합장치(59)가 주행하므로, 마찰교반 접합에 있어서 피접합물(34)을 손상시키는 것을 방지할 수 있다.
더욱이 본 실시형태의 접합장치(59)에 의하면, 안내레일(61)에 제2가이드체(73)를 접촉시키면서 접합장치(59)를 주행시킨다. 이에 따라 접합기구(36)가 회전함으로써 생기는 횡방향 반력(F3)을 없앨 수 있고, 마찰교반 접합의 접합속도를 높게 한다고 해도 마찰교반장치가 사행하는 것을 방지하여 의도한 주행을 가능하게 하며, 높은 접합속도로 의도한 부위를 접합기구(36)에 의해 마찰교반해서 피접합물(34)을 접합할 수 있다.
본 실시형태에서는, 안내레일(61)은 H형 동이라고 했지만, 흡착패드(46)가 흡착할 수 있고, 차륜(44)이 회전할 수 있는 형상이면 어떠한 형상이라도 좋은 바, 예컨대 사각기둥 형상이라도 좋다. 또, 접합장치(59)는 제2가이드체(73)를 구비하지 않아도 좋다.
도 11은 본 발명의 더욱 다른 실시형태의 접합장치(71)를 나타낸 단면도이다. 본 실시형태의 접합장치(71)는, 전술한 실시형태의 접합장치(59)에 제1가이드체(72)와, 전술한 실시형태와 같은 구성의 제2가이드체(73)를 더 구비하고, 또한 흡착장치(43)를 제외한 구성으로 이루어진다. 본 실시형태의 접합장치(71)는, 전술한 실시형태의 접합장치(59)와 거의 마찬가지의 구성이므로 대응하는 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 중복하는 설명은 생략한다. 본 실시형태의 접합장치(71)와 안내레일(74)에 의해 본 발명의 다른 실시형태의 마찰교반 접합시스템이 실현된다. 한편 접합장치(71)는, 제1 및 제2가이드체(72, 73)에 더하여, 전술한 실시형태의 흡착장치(43)를 갖추고 있어도 좋다. 또, 제1가이드체(72)를 생략하고, 제2가이드체(73)와 흡착장치(43)를 갖추도록 하는 것도 가능하다.
본 실시형태에서의 안내레일(74)은, 피접합물(32, 33)의 표면에 평행으로 연장되는 평행연재부(75)를 가진다. 본 실시형태에서의 안내레일(74)은, 전술한 실시형태의 안내레일(61)과 마찬가지의 H형 동과, 이 H형 동의 플랜지(76)로부터 교차방향(Y)으로 연장되는 평행연재부(75)를 포함하여 구성된다. 이 평행연재부(75)는 H형 동의 주행방향(X)의 양 단부 사이에 걸쳐 형성된다. 교차방향 일방(Y1)에 설치되는 안내레일(74)의 평행연재부(75)는 2개의 플랜지(76) 중의 교차방향 일방(Y1)의 플랜지(76)의 상방(Z1)의 단부로부터, 교차방향 일방(Y1)으로 연장되어 형성된다. 또 교차방향 타방(Y2)에 설치되는 안내레일(74)의 평행연재부(75)는 2개의 플랜지(76) 중의 교차방향 타방(Y2)의 플랜지(76)의 상방(Z1)의 단부로부터, 교차방향 타방(Y2)으로 연장되어 형성된다.
본 실시형태에서의 차륜(44)을 축지하는 차축(45)은, 교차방향(Y)에 있어서 평행연재부(75)보다도 차륜(44)으로부터 이간하는 방향으로 돌출한다. 제1가이드체(72)는, 차축(45)의 양 단부로부터 평행연재부(75)보다도 하방(Z2)까지 각각 연장되는 하방연재부(77)와, 하방연재부(77)의 하방(Z2)을 교차방향(Y)으로 관통하여 하방연재부(77)에 고정해서 지지되고, 안내레일(74)로 향하여 교차방향(Y)으로 연장되는 제1샤프트(78)와, 이 제1샤프트(78)에 회전가능하게 축지(軸支)되는 원통형상의 제1롤러(79)를 포함하여 구성된다. 제1롤러(79)는 제1샤프트(78)와 축선을 함께 하고, 이 교차방향(Y)으로 연장되는 축선 주위로 회전한다. 마찰교반 접합에 있어서는, 제1롤러(79)를 하방연재부(77)에 접촉시킨 상태에서, 접합장치(71)는 주행방향(X)으로 주행한다.
본 실시형태의 마찰교반 접합수순은 전술한 실시형태의 마찰교반 접합수순과, 흡착패드(46)가 피흡착물에 흡착하지 않고, 제1가이드체(72) 및 제2가이드체(73)가 안내레일(74)에 접촉한 상태에서 접합장치(71)가 주행하는 점이 다를 뿐이므로, 중복하는 설명은 생략한다.
이상 설명한 본 실시형태의 접합장치(71)에 의하면, 제1가이드체(72)를 평행연재부(75)의 피접합물(34)에 대향하는 면에 접촉시키면서 접합장치(71)를 주행시킨다. 이에 따라 마찰교반 접합의 접합속도를 높게 한다고 해도 접합기구(36)가 피접합물(34)을 밀어붙이는 힘에 대한 반력(F1)을 없앨 수 있고, 차륜(44)이 부상하는 것을 방지하여 의도한 주행을 가능하게 하며, 높은 접합속도로 의도한 부위를 접합기구(36)에 의해 마찰교반하여 각 피접합물을 접합할 수 있다.
더욱이 본 실시형태의 접합장치(71)에 의하면, 안내레일(74)에 제2가이드체(73)를 접촉시키면서 접합장치(71)를 주행시킨다. 이에 따라 접합기구(36)가 회전함으로써 생기는 횡방향 반력(F3)을 없앨 수 있고, 마찰교반 접합의 접합속도를 높게 한다고 해도 마찰교반장치가 사행하는 것을 방지하여 의도한 주행을 가능하게 하며, 높은 접합속도로 의도한 부위를 접합기구(36)에 의해 마찰교반해서 피접합물(34)을 접합할 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태의 접합장치에서는, 플랜지(76)와 평행연재부(75)에 의해 형성되는 L자 모양의 각부(角部)에, 제1롤러(79) 및 제2롤러(82) 대신에, 구 (球)모양의 회전체를 접촉시켜도 좋다. 접합장치는 구모양의 회전체가 플랜지(76)와 평행연재부(75)의 양쪽에 접촉하면서 주행하므로, 기구축선방향 반력(F1) 및 횡방향 반력(F3)을 없앨 수 있다.
더욱이 본 발명의 다른 실시형태의 접합장치에서는, 피접합물(34)에 수직한 면으로부터 교차방향 일방(Y1) 및 타방(Y2)으로 경사지는 경사면을 갖는 안내레일을 배치하고, 이 경사면의 경사각도와 같은 정도로 상하방향(Z)으로부터 경사지는 축선 주위로 회전하는 롤러를 경사면에 접촉시킨 상태에서, 접합장치를 주행시켜도 좋다. 이러한 롤러라도, 기구축선방향 반력(F1) 및 횡방향 반력(F3)을 없앨 수 있다.
다음에 도 12 내지 도 16을 참조해서 본 발명의 더욱 다른 실시형태에 대해 설명한다.
전술한 실시형태에 있어서는 흡인원(47)에 의해 공기를 흡인하여 흡인력을 발생시키는 흡착패드(46) 및 그것을 이용한 마찰교반 접합장치, 마찰교반 접합시스템에 대해 설명했지만, 본 실시형태에 있어서는 전자석에 의해 흡인력을 발생시키는 흡착패드(95) 및 그것을 이용한 마찰교반 접합장치, 마찰교반 접합시스템에 대해 설명한다.
도 12는 본 실시형태의 접합장치(91)를 나타낸 단면도이다. 본 실시형태의 접합장치(91)는, 흡착패드(46) 및 흡인원(47)에 의해 구동되는데 반해 흡착패드(95)가 전자석으로 구동되는 것을 제외하면, 도 10에 나타낸 전술한 실시형태의 접합장치(59)와 거의 같으므로, 동일부호를 붙여 설명한다.
접합부위에 따라 피접합물(34)의 흡착되는 부분보다도 높은 강성의 안내레일(61)이 설치된다. 본 실시형태에서는, 2개의 안내레일(61)이 접합선(39)으로부터 교차방향 일방(Y1)과 타방(Y2)에 각각 등간격으로 되도록 피접합물(34)의 표면 상에 설치된다. 본 실시형태에서는, 안내레일(61)은 전자석으로 흡착가능한 H형 동에 의해 실현되고, H형 동의 양벽에 끼여 중앙부에 위치하는 웹(web; 62)이 피접합물(34)에 거의 평행으로 되도록 설치된다. 접합장치(91)와 안내레일(61)에 의해 본 발명의 실시의 한 형태의 마찰교반 접합시스템이 실현된다.
접합장치(91)는 각 차륜(44)이 웹(62)의 표면인 주행면(62a)에 접촉하도록 배치된다. 즉 접합장치(91)는, 차륜(44)이 주행면(62a) 상에 있어서 회전함으로써 주행한다. 또 각 흡착패드(95)는, 도 4에 나타낸 예에서는 전방에 배치된 패드(46)와 차륜(44)과 차륜(44) 사이에 배치된 패드(46)와는 주행방향(X)으로 늘어선 각 차륜(44)을 연결하는 공통의 직선에 따라서는 배치되어 있지 않았지만, 안내레일(61)을 갖춘 본 실시형태에서는 모든 흡착패드(95)가 주행방향(X)으로 늘어선 각 차륜(44)을 연결하는 공통의 직선에 따라 배치된다. 그리고, 각 흡착패드(95)는 안내레일(61)의 주행면(62a)에 접촉하고, 이 주행면(62a)에 흡착한다. 즉 본 실시형태에서는 피흡착물이 안내레일(61)에 상당한다. 각 흡착패드(95)는 주행체(42)의 프레임에 부착된 L자 모양의 암체(85)의 하단에 부착되어 있다.
안내레일(61)은, 예컨대 피접합물(34)이 지지되는 정반(63)에 고정된다. 안내레일(61)은 피접합물(34)의 주행방향(X)의 양 단부로부터 각각 돌출하여 배치되고, 예컨대 산형(山形) 동을 볼트에 의해 멈추게 하거나 용접하거나 함으로써 정 반(63)에 고정된다.
흡착패드(95)는 전자석으로 구동되고, 도 16에 나타낸 바와 같이 절체수단(99)을 매개로 전원(100)에 접속되어 있다.
도 14에 나타낸 바와 같이, 흡착패드(95)는 테두리체(95a)와 테두리체(95a)의 내부에 배설된 통모양의 코일(95b)을 가진다. 코일(95b)에 전류가 흘러 흡착패드(95)에 전자석이 구성된다. 코일(95b)은 그 축선이 주행면(62a)에 수직으로 되도록 감겨 있고, 코일(95b)에 의한 자력선이 주행면(62a)에 교차하도록 되어 있다. 흡착패드(95)의 하면에 전자석면(95c)이 형성되고, 흡착패드(95)는 전자력에 의해 안내레일(61)의 주행면(62a)에 흡착된다.
절체수단(99)에 의해 전원(100)으로부터 코일(95b)로 공급되는 전류의 ON/OFF가 절체된다. 또, 절체수단(99)은 전원(100)으로부터 코일(95b)로 공급되는 전류량도 제어할 수 있고, 피흡착물인 안내레일(61)에 대한 흡착력을 조절할 수 있다.
도 14에 나타낸 바와 같이, 테두리체(95a)의 네 모퉁이의 하부에는 돌기부(97)가 매립되어 있다. 돌기부(97)는 예컨대 반구(半球)모양을 갖고, 그 구면이 주행면(62a)에 접촉하고 돌기부(97)와 주행면(62a)의 접촉 마찰저항을 작게 하고 있다. 돌기부(97)가 주행면(62a)에 접촉함으로써, 흡착패드(95)의 전자석면(95c)과 주행면(62a) 사이에는 작은 간극이 형성되고, 전자석면(95c)은 주행면(62a)에 비접촉의 상태로 유지된다.
도 15에 나타낸 바와 같이, 돌기부(97) 대신 테두리체(95a)의 네 모퉁이의 하부에 돌기부(98)를 매립해도 좋다. 돌기부(98)는 각기둥 모양을 갖고, 그 하측 표면에는 저마찰계수의 재료로 이루어지며 흡착패드(95)를 주행면(62a)에 대해 미끄러지기 쉽게 하기 위한 막모양의 활막부(98a)가 부착되어 있다. 활막부(98a)로서는, 예컨대 테프론 등이나 예컨대 불소수지 도료, 실리콘수지 도료, 우레탄수지 도료, 아크릴수지 도료 혹은/및 에폭시수지 도료 등을 이용할 수 있다.
한편, 상술한 설명에 있어서는, 흡착패드(95)에 전자석을 구성하고 안내레일(61)을 전자석으로 흡착가능한 동재(銅材)로 구성한 예를 나타냈지만, 안내레일에 코일이 배설되어 전류가 공급되어 전자석을 형성하도록 하고, 흡착패드를 안내레일의 전자석의 자기력으로 안내레일에 흡착가능하게 하는 것도 가능하다.
본 실시형태의 접합장치(91)는, 제2가이드체(73)를 더 구비한다. 제2가이드체(73)는 주행체(42)의 하방(Z2)의 단부에 있어서 교차방향 타방(Y2)의 단부에 직면하는 부분에 고정해서 부착되고, 주행체(42)로부터 하방(Z2)으로 연장되는 제2샤프트(81)와, 이 제2샤프트(81)에 회전가능하게 축지(軸支)되는 원통형상의 제2롤러(82)를 포함하여 구성된다. 제2롤러(82)는 제2샤프트(81)와 축선을 함께 하고, 이 상하방향(Z)으로 연장되는 축선 주위로 회전한다. 마찰교반 접합에 있어서는, 교차방향 타방(Y2)의 안내레일(61)의 2개의 플랜지(76) 중의 교차방향 일방(Y1)측의 플랜지(76)에, 제2롤러(82)를 교차방향 일방(Y1)측으로부터 접촉시킨 상태에서, 접합장치(71)는 주행방향(X)으로 주행한다. 교차방향 타방(Y2)의 안내레일(61)의 2개의 플랜지(76) 중의 교차방향 일방(Y1)측의 플랜지(76)는 피접합물(34)의 표면에 수직한 안내면을 갖는 수직연재부에 상당하고, 이 플랜지(76)의 교차방향 일 방(Y1)의 표면이 안내면에 상당한다.
이상 설명한 본 실시형태의 접합장치(91)에 의하면, 흡착패드(95)는 안내레일(61)에 전자력에 의해 흡착한다. 안내레일(61)은 피접합물(34)의 강성보다도 강성이 높아 흡착패드(95)가 흡착해도 변형하기 어렵다. 이러한 안내레일(61)에 흡착패드(95)가 흡착함으로써, 마찰교반 접합에 있어서 피접합물(34)이 변형하는 것을 방지할 수 있다.
또, 흡착패드(95)의 안내레일(61)에 대한 흡착력을 전자력으로 제어할 수 있고, 기계적인 마찰력에 의존하는 경우에 비해, 흡착패드(95)의 주행 중의 흡착력을 안정적으로 공급할 수 있게 됨과 더불어 안정적으로 일정값을 유지하는 것이 가능하게 된다.
또, 흡착패드(95)는 절체수단(99)에 의해 전기적으로 제어되므로, ON/OFF를 신속히 절체할 수 있다.
또, 전자석면(95c)은 주행면(62a)에 대해 비접촉의 상태로 유지되므로, 기계적으로 접촉하는 경우에 비해, 주행저항을 작게 할 수 있다.
또, 흡착력이 전자력에 의존하므로, 흡착패드(95)에서의 진공흡착에서의 경우에 요하는 고무나 스폰지 등의 소모재의 교환을 불필요하게 할 수 있다.
더욱이 본 실시형태의 접합장치(91)에 의하면, 안내레일(61)의 표면(주행면(62a))에는, 흡착패드(95)의 돌기부(97) 혹은 돌기부(98)에 대한 마찰계수를 작게 하기 위한 미리 정해진 처리를 실시함으로써, 접합장치(91)가 주행할 때에 흡착패드(95)에 생기는 주행하는 방향과 반대방향의 반력을 작게 할 수 있다. 또 차 륜(44)이 피접합물(34)에 접촉하는 일없이 접합장치(91)가 주행하므로, 마찰교반 접합에 있어서 피접합물(34)을 손상시키는 것을 방지할 수 있다.
더욱이 본 실시형태의 접합장치(91)에 의하면, 안내레일(61)에 제2가이드체(73)를 접촉시키면서 접합장치(91)를 주행시킨다. 이에 따라 접합기구(36)가 회전함으로써 생기는 횡방향 반력(F3)을 없앨 수 있고, 마찰교반 접합의 접합속도를 높게 한다고 해도 마찰교반장치가 사행하는 것을 방지하여 의도한 주행을 가능하게 하며, 높은 접합속도로 의도한 부위를 접합기구(36)에 의해 마찰교반해서 피접합물(34)을 접합할 수 있다.
본 실시형태에서는, 안내레일(61)은 H형 동이라고 했지만, 흡착패드(95)가 전자력으로 흡착할 수 있고, 차륜(44)이 회전할 수 있는 형상이면 어떠한 형상이라도 좋은 바, 예컨대 사각기둥 형상이라도 좋다. 또, 접합장치(91)는 제2가이드체(73)를 구비하지 않아도 좋다.
도 13은 전자력을 이용한 본 발명의 더욱 다른 실시형태의 접합장치(93)를 나타낸 단면도이다. 본 실시형태의 접합장치(93)는, 전술한 실시형태의 접합장치(91)와 거의 마찬가지의 구성이므로 대응하는 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 중복하는 설명을 생략한다. 본 실시형태의 접합장치(93)와 안내레일(74)에 의해 본 발명의 다른 실시형태의 마찰교반 접합시스템이 실현된다.
본 실시형태에서의 안내레일(74)은, 피접합물(32, 33)의 표면에 평행으로 연장되는 평행연재부(75)를 가진다. 본 실시형태에서의 안내레일(74)은, 전술한 실시형태의 안내레일(61)과 마찬가지의 H형 동과, 이 H형 동의 플랜지(76)로부터 교 차방향(Y)으로 연장되는 평행연재부(75)를 포함하여 구성된다. 이 평행연재부(75)는 H형 동의 주행방향(X)의 양 단부 사이에 걸쳐 형성된다. 교차방향 일방(Y1)에 설치되는 안내레일(74)의 평행연재부(75)는 2개의 플랜지(76) 중의 교차방향 일방(Y1)의 플랜지(76)의 상방(Z1)의 단부로부터, 교차방향 일방(Y1)으로 연장되어 형성된다. 또 교차방향 타방(Y2)에 설치되는 안내레일(74)의 평행연재부(75)는 2개의 플랜지(76) 중의 교차방향 타방(Y2)의 플랜지(76)의 상방(Z1)의 단부로부터, 교차방향 타방(Y2)으로 연장되어 형성된다.
본 실시형태에서의 차륜(44)을 축지하는 차축(45)은, 교차방향(Y)에 있어서 평행연재부(75)보다도 차륜(44)으로부터 이간하는 방향으로 돌출한다. 제1가이드체(72)는, 차축(45)의 양 단부로부터 평행연재부(75)보다도 하방(Z2)까지 각각 연장되는 하방연재부(77)와, 하방연재부(77)의 하방(Z2)을 교차방향(Y)으로 관통하여 하방연재부(77)에 고정해서 지지되고, 안내레일(74)로 향하여 교차방향(Y)으로 연장되는 제1샤프트(78)와, 이 제1샤프트(78)에 회전가능하게 축지(軸支)되는 원통형상의 제1롤러(79)를 포함하여 구성된다. 제1롤러(79)는 제1샤프트(78)와 축선을 함께 하고, 이 교차방향(Y)으로 연장되는 축선 주위로 회전한다. 마찰교반 접합에 있어서는, 제1롤러(79)를 하방연재부(77)에 접촉시킨 상태에서, 접합장치(93)는 주행방향(X)으로 주행한다.
이상 설명한 본 실시형태의 접합장치(93)에 의하면, 제1가이드체(72)를 평행연재부(75)의 피접합물(34)에 대향하는 면에 접촉시키면서 접합장치(93)를 주행시킨다. 이에 따라 마찰교반 접합의 접합속도를 높게 한다고 해도 접합기구(36)가 피접합물(34)을 밀어붙이는 힘에 대한 반력(F1)을 없앨 수 있고, 차륜(44)이 부상하는 것을 방지하여 의도한 주행을 가능하게 하며, 높은 접합속도로 의도한 부위를 접합기구(36)에 의해 마찰교반하여 각 피접합물을 접합할 수 있다.
더욱이 본 실시형태의 접합장치(93)에 의하면, 안내레일(74)에 제2가이드체(73)를 접촉시키면서 접합장치(93)를 주행시킨다. 이에 따라 접합기구(36)가 회전함으로써 생기는 횡방향 반력(F3)을 없앨 수 있고, 마찰교반 접합의 접합속도를 높게 한다고 해도 마찰교반장치가 사행하는 것을 방지하여 의도한 주행을 가능하게 하며, 높은 접합속도로 의도한 부위를 접합기구(36)에 의해 마찰교반해서 피접합물(34)을 접합할 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태의 접합장치에서는, 플랜지(76)와 평행연재부(75)에 의해 형성되는 L자 모양의 각부(角部)에, 제1롤러(79) 및 제2롤러(82) 대신에, 구(球)모양의 회전체를 접촉시켜도 좋다. 접합장치는 구모양의 회전체가 플랜지(76)와 평행연재부(75)의 양쪽에 접촉하면서 주행하므로, 기구축선방향 반력(F1) 및 횡방향 반력(F3)을 없앨 수 있다.
더욱이 본 발명의 다른 실시형태의 접합장치에서는, 피접합물(34)에 수직한 면으로부터 교차방향 일방(Y1) 및 타방(Y2)으로 경사지는 경사면을 갖는 안내레일을 배치하고, 이 경사면의 경사각도와 같은 정도로 상하방향(Z)으로부터 경사지는 축선 주위로 회전하는 롤러를 경사면에 접촉시킨 상태에서, 접합장치를 주행시켜도 좋다. 이러한 롤러라도, 기구축선방향 반력(F1) 및 횡방향 반력(F3)을 없앨 수 있다.

Claims (19)

  1. 주행체로 주행하면서 복수의 피접합물을 접합기구에 의해 마찰교반 접합하는 마찰교반 접합장치에 구비되고, 피흡착물에 접촉한 상태에서 접합기구와 피접합물의 접촉상태를 유지하기 위해 흡인력을 작용시키는 흡착패드로서,
    상기 피흡착물에 접촉한 흡착상태와 상기 피흡착물에 접촉을 해제시킨 비흡착상태를 절체가능하고,
    상기 흡착패드는,
    흡인 공간의 주위를 둘러싸고, 기밀성 및 탄성을 가진 환상(環狀)의 밀폐체와,
    상기 밀폐체의 피흡착물에 직면하는 표면에 설치되어 피흡착물에 대한 마찰계수가 상기 밀폐체의 피흡착물에 대한 마찰계수보다 작은 재료에 의해 형성되는 활주체(滑走體)를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡착패드.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 흡인 공간에 있어서, 피흡착물을 향하여 연장되고, 상기 밀폐체보다 높은 강성을 가지면서 피흡착물에 대한 마찰계수가 상기 밀폐체의 피흡착물에 대한 마찰계수보다 작은 재료에 의해 형성되는 돌기부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 흡착패드.
  4. 복수의 피접합물을 접합기구에 의해 마찰교반 접합하는 마찰교반 접합장치로서,
    청구항 1 또는 3에 기재된 상기 흡착패드와,
    미리 정해진 기준축선 주위로 회전자재로 설치되어 접합기구를 유지하는 기구유지부,
    기구유지부를 기준축선 주위로 회전구동하는 회전구동수단,
    기구유지부를 기준축선에 따라 변위구동하는 변위구동수단 및,
    기구유지부, 회전구동수단 및 변위구동수단을 탑재하여 주행가능한 주행체를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰교반 접합장치.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 흡착패드는 복수 설치되어 있고,
    상기 복수개의 흡착패드는, 상기 주행체의 전방부에 위치하고 큰 흡착력을 갖는 메인 흡착패드와, 상기 메인 흡착패드보다 후방에 위치하고 작은 흡착력을 갖는 1개 이상의 보조적 흡착패드로 이루어지며,
    상기 1개 이상의 보조적 흡착패드의 개수와 배설되는 위치가 조절가능한 것을 특징으로 하는 마찰교반 접합장치.
  6. 청구항 4에 있어서, 상기 흡착패드의 흡착상태와 비흡착상태를 절체하는 절체수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰교반 접합장치.
  7. 청구항 4에 기재된 마찰교반 접합장치와,
    접합부위에 따라 설치되어 피접합물의 강성보다 높은 강성의 안내레일을 포함하되,
    상기 흡착패드가 상기 안내레일에 흡착하는 것을 특징으로 하는 마찰교반 접합시스템.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 안내레일은, 주행에 동반하여 회전하는 상기 마찰교반 접합장치의 차륜이 접촉함과 더불어, 상기 흡착패드가 흡착하는 표면을 갖고, 상기 표면에는 흡착패드에 대한 마찰계수를 작게 하기 위한 미리 정해진 처리가 실시되어 있는 것을 특징으로 하는 마찰교반 접합시스템.
  9. 복수의 피접합물이 접합되는 접합부위에 따라 피접합물의 표면 상에 설치되어 피접합물의 표면에 평행하게 연장되는 평행연재부를 가진 안내레일과,
    가이드체를 갖추고, 평행연재부의 상기 피접합물에 대향하는 면에 가이드체를 접촉시켜 주행체로 주행하면서 복수의 피접합물을 접합기구에 의해 마찰교반 접합하는 마찰교반 접합장치를 포함하되,
    상기 안내레일은, 상기 피접합물의 표면에 수직한 안내면을 갖는 수직연재부를 더 가지고,
    상기 마찰교반 접합장치는, 상기 안내면에 접촉하는 제2가이드체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰교반 접합시스템.
  10. 삭제
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 피흡착물에는 상기 흡착패드가 전자력(電磁力)으로 흡착가능하고,
    상기 흡착패드는, 전류가 공급되어 상기 피흡착물에 흡착가능한 전자석을 갖춘 것을 특징으로 하는 흡착패드.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 전자석을 상기 피흡착물에 대해 간극을 두고 유지하기 위한 복수의 돌기부를 갖춘 것을 특징으로 하는 흡착패드.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 돌기부의 선단이 구형상을 갖는 것을 특징으로 하는 흡착패드.
  14. 청구항 12에 있어서, 상기 돌기부의 선단에는, 상기 피흡착물에 대해 미끄러지기 쉽게 하기 위한 활막부(滑膜部)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 흡착패드.
  15. 복수의 피접합물을 접합기구에 의해 마찰교반 접합하는 마찰교반 접합장치로서,
    청구항 11에 기재된 상기 피흡착물에 흡착가능한 흡착패드와,
    미리 정해진 기준축선 주위로 회전자재로 설치되어 접합기구를 유지하는 기구유지부,
    기구유지부를 기준축선 주위로 회전구동하는 회전구동수단,
    기구유지부를 기준축선에 따라 변위구동하는 변위구동수단 및,
    기구유지부, 회전구동수단 및 변위구동수단을 탑재하여 주행가능한 주행체를 포함하는 것을 특징으로 마찰교반 접합장치.
  16. 청구항 15에 있어서, 상기 흡착패드의 흡착상태와 비흡착상태를 절체하는 절체수단을 더 포함하는 것을 특징으로 마찰교반 접합장치.
  17. 청구항 15에 기재된 마찰교반 접합장치와,
    접합부위에 따라 설치되어 피접합물의 흡착되는 부분보다 높은 강성의 안내레일을 포함하되,
    상기 피흡착물이 상기 안내레일에 있는 것을 특징으로 하는 마찰교반 접합시스템.
  18. 청구항 17에 있어서, 상기 안내레일은 주행에 동반하여 회전하는 상기 마찰교반 접합장치의 차륜이 접촉하는 것을 특징으로 하는 마찰교반 접합시스템.
  19. 청구항 17에 있어서, 상기 안내레일은, 상기 피접합물의 표면에 수직한 안내면을 갖는 수직연재부를 더 가지고,
    상기 마찰교반 접합장치는, 상기 안내면에 접촉하는 제2가이드체를 더 포함하는 것을 특징으로 마찰교반 접합시스템.
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