(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の被接合部材によって構成される被接合物を、接合ツールによって摩擦撹拌して、各被接合部材を予め定める接合線に沿って接合する摩擦撹拌接合装置であって、
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、被接合物の上方または下方を走行可能な車体とを含み、
車体には、車体走行状態において、接合線に対して予め定める間隔をあけて接合線に沿って延設されるガイド体の幅方向一方側部分に当接し、基準軸線および走行方向に直交する交差方向に関して被接合物から与えられる反力をガイド体に伝える当接部が形成されることを特徴とする摩擦撹拌接合装置。
【請求項２】
基準軸線および走行方向に直交する交差方向に関して、接合線に対する基準軸線のずれ量を検出するずれ量検出手段と、
車体に搭載されて、車体に対してツール保持部を交差方向に移動する補正移動手段と、
ずれ量検出手段の検出結果に基づいて、補正移動手段を制御する制御手段とを含むことを特徴とする請求項１記載の摩擦撹拌接合装置。
【請求項３】
車体を走行路面に吸着する吸着手段をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の摩擦撹拌接合装置。
【請求項４】
吸着手段は、走行路面に対向して車体に連結される対向部と、
対向部と走行路面との間を塞ぐパッド部とが形成され、
対向部とパッド部とによって囲まれた吸着空間に充満する流体が吸引源によって吸引されることを特徴とする請求項３記載の摩擦撹拌接合装置。
【請求項５】
前記吸着空間は、基準軸線を含んで基準軸線から走行方向後方に延びる交差方向中央後方空間を除いて形成されることを特徴とする請求項４記載の摩擦撹拌接合装置。
【請求項６】
前記吸着空間は、基準軸線を含んで基準軸線から走行方向前方に延びる交差方向中央前方空間を除いて形成されることを特徴とする請求項４または５記載の摩擦撹拌接合装置。
【請求項７】
前記吸着空間は、基準軸線に対して走行方向前方に形成される第１吸着空間と、基準軸線に対して走行方向後方に形成される第２吸着空間とが形成され、各吸着空間に充満する流体がそれぞれ独立して吸引可能に形成されることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１つに記載の摩擦撹拌接合装置。
【請求項８】
曲面状に形成される２つの被接合部材を接合することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の摩擦撹拌接合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被接合物を摩擦撹拌接合する摩擦撹拌接合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被接合物は、２つの被接合部材が突合わされることによって継ぎ手部分を形成する。摩擦撹拌接合装置は、接合ツールによる摩擦熱によって、被接合物の継ぎ手部分を流動化するとともに撹拌し、２つの被接合部材を接合する。
【０００３】
図４９は、第１の従来技術の摩擦撹拌接合装置１を示す斜視図である。第１の従来の摩擦撹拌接合装置１は、ＦＳＷヘッド２と、テーブル３とを有する。ＦＳＷヘッド２は、接合ツール４を装着し、接合ツール４を予め定める基準軸線Ｌ１まわりに回転するとともに、接合ツール４を基準軸線Ｌ１に沿って移動させる。テーブル３は、２つの被接合部材５，６を突合わせて、被接合物９として保持する。
【０００４】
テーブル３は、被接合物９を保持するワーク保持部７と、基台部８と、テーブル駆動手段（図示せず）とを有する。ワーク保持部７は、基台部８に対して変位可能に設けられる。テーブル駆動手段は、ワーク保持部７を被接合物９の接合線１０に平行に走行させる。ＦＳＷヘッド２は、コラム部１２によってテーブル３の基台部８に固定される。コラム部１２は、水平方向に延びてＦＳＷヘッド２を片持ち支持する。
【０００５】
図５０および図５１は、第２の従来技術の摩擦撹拌接合装置１３，１５を示す斜視図である。第２の従来技術の摩擦撹拌接合装置１３，１５は、ＦＳＷヘッド２を支持する支持部１６と、支持部１６を変位駆動するヘッド駆動手段１４とを有する。支持部１６は、水平方向に延びてＦＳＷヘッド２を片持ちまたは両持ち支持する。ヘッド駆動手段１４は、被接合物９の接合線１０に平行に支持部１６を移動させる（たとえば特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１６００７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した第１の従来技術では、テーブル駆動手段は、接合線１０の長さ以上にわたってワーク保持部７を搬送する必要がある。また第２の従来技術では、ヘッド駆動手段１４は、接合線１０の長さ以上にわたって支持部１６を搬送する必要がある。またヘッド駆動手段１４は、被接合物９の水平方向外方で支持部１６を担持する必要がある。
【０００８】
棟梁パネル、船殻構造材または鉄道車両用パネルなどのように被接合物９が大型かつ大重量である場合がある。この場合、従来技術の摩擦撹拌接合装置１，１３，１５では、テーブル駆動手段およびヘッド駆動手段もまた大型化する。これによって、設備コストおよび設置スペースもまた大きくなる。摩擦撹拌接合装置が大型化すると、摩擦撹拌接合に要求される接合ツールの位置決め精度を広い空間において確保する必要がある。また大型化によって装置自体の自重が大きくなるので、駆動手段の強度を大きくする必要がある。
【０００９】
このように従来技術では被接合物９が大型の場合、大型の摩擦撹拌接合装置が必要であって、その製造および導入に費やす設備投資コストが必然的に巨額となる。また１つの摩擦撹拌接合装置では、異なる形状の被接合物に対して柔軟に対応することが困難である。
【００１０】
したがって本発明の目的は、被接合物の大きさおよび形状にかかわらずに、柔軟な対応が可能な摩擦撹拌接合装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、複数の被接合部材によって構成される被接合物を、接合ツールによって摩擦撹拌して、各被接合部材を予め定める接合線に沿って接合する摩擦撹拌接合装置であって、
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、被接合物の上方または下方を走行可能な車体とを含み、
車体には、車体走行状態において、接合線に対して予め定める間隔をあけて接合線に沿って延設されるガイド体の幅方向一方側部分に当接し、基準軸線および走行方向に直交する交差方向に関して被接合物から与えられる反力をガイド体に伝える当接部が形成されることを特徴とする摩擦撹拌接合装置である。
【００１２】
本発明に従えば、接合ツールを保持したツール保持部を回転させて被接合物に没入した状態で、被接合物の接合線に沿って車体が走行する。これによって２つの被接合部材を接合する。車体が被接合物の上方または下方を走行するので、摩擦撹拌接合装置は、ツール保持部、回転駆動手段および変位駆動手段を、被接合物の水平方向外方で支持する必要がない。したがって被接合物の大きさおよび形状にかかわらずに摩擦撹拌接合を行うことができる。
【００１３】
また本発明では、車体は、当接部がガイド体に当接した状態で走行することで、ガイド体に案内され、交差方向に大きくずれることが防がれ、接合線に対して予め定める位置関係を保ちながら走行する。言い換えると、車体は、ガイド体によって案内されて走行する。
【００１４】
具体的には、回転する接合ツールを被接合物に没入させた状態で、接合線に沿って車体を走行させる場合、車体は、被接合物から交差方向に働く反力を受ける。この反力は、走行方向後方側でツール保持部の外周部が接合線を通過する方向に加わる力である。走行中の車体は、交差方向の反力を受けた場合、当接部がガイド体に当接して、反力をガイド体に伝えることによって、車体は、接合線に対して交差方向に逸れることが防がれる。
【００１５】
また本発明では、当接部がガイド体の幅方向一方側部分に当接することによって、ガイド体が、車体を案内可能な状態にすることができる。したがって、ガイド体の幅方向両側に当接部を配置する場合、いわゆるカムフォロアを用いる場合に比べて、摩擦撹拌接合における準備作業を簡単化することができる。
【００１６】
また本発明は、基準軸線および走行方向に直交する交差方向に関して、接合線に対する基準軸線のずれ量を検出するずれ量検出手段と、
車体に搭載されて、車体に対してツール保持部を交差方向に移動する補正移動手段と、
ずれ量検出手段の検出結果に基づいて、補正移動手段を制御する制御手段とを含むことを特徴とする。
【００１７】
本発明に従えば、ずれ量検出手段によって接合線に対するツール保持部の交差方向のずれ量を検出する。そして制御手段が、ずれを解消するように補正移動手段を制御して、ツール保持部を被接合物に対して移動させる。このようにして、接合線に対するツール保持部のずれを解消することによって、ガイド体が接合線に対して少々ずれて延設された場合であっても、接合線に沿って被接合物を精度よく接合することができる。
【００１８】
また本発明は、車体を走行路面に吸着する吸着手段をさらに含むことを特徴とする。
【００１９】
本発明に従えば、接合ツールを被接合物に没入するにあたって、車体は、被接合物から基準軸線方向の反力を受ける。吸着手段によって車体を走行路面に吸着することによって、反力に抗した押し付け力を車体に与えることができ、車体が走行路面から浮き上がることを防止することができる。これによって被接合物に没入する接合ツールの没入量が不足することを防ぐことができる。また本発明では、吸着手段によって車体を走行路面に押し付けることによって、車体に錘をのせて車体の浮き上がりを防ぐ場合に比べて、車体を軽量化することができる。
【００２０】
また本発明は、吸着手段は、走行路面に対向して車体に連結される対向部と、
対向部と走行路面との間を塞ぐパッド部とが形成され、
対向部とパッド部とによって囲まれた吸着空間に充満する流体が吸引源によって吸引されることを特徴とする。
【００２１】
本発明に従えば、吸引源によって吸着空間に充満する流体を吸引することによって、吸着空間内の圧力が大気圧に比べて減圧される。これによって対向部は、大気圧によって走行路面に押し付けられて、走行路面に車体を押し付ける。したがって車体は、接合ツール没入時に、走行路面に対する浮き上がりを防ぐことができる。
【００２２】
また本発明は、前記吸着空間は、基準軸線を含んで基準軸線から走行方向後方に延びる交差方向中央後方空間を除いて形成されることを特徴とする。
【００２３】
本発明に従えば、車体が被接合物の上方を走行して、摩擦撹拌接合を行う場合、吸着手段の対向部が、被接合物の接合跡部分に対向することが防がれる。これによってパッド部が被接合物の接合跡部分に形成されるバリなどに接触することを防ぐことができ、吸着空間の密着性を維持することができる。また接合跡部分に凹凸がある場合であっても、パッド部と被接合物との間の隙間が大きくなることを防いで、吸着空間の密着性の低下を防ぐことができる。
【００２４】
また本発明は、前記吸着空間は、基準軸線を含んで基準軸線から走行方向前方に延びる交差方向中央前方空間を除いて形成されることを特徴とする。
【００２５】
本発明に従えば、車体が被接合物の上方を走行して、摩擦撹拌接合を行う場合、吸着手段の対向部が、被接合物の開先部分に対向することが防がれる。これによってパッド部が被接合物の開先部分に形成されるバリなどに接触することを防ぐことができ、吸着空間の密着性を維持することができる。また開先部分に凹凸がある場合であっても、パッド部と被接合物との間の隙間が大きくなることを防いで、吸着空間の密着性の低下を防ぐことができる。
【００２６】
また本発明は、前記吸着空間は、基準軸線に対して走行方向前方に形成される第１吸着空間と、基準軸線に対して走行方向後方に形成される第２吸着空間とが形成され、各吸着空間に充満する流体がそれぞれ独立して吸引可能に形成されることを特徴とする。
【００２７】
本発明によれば、第１吸着空間に充満する流体を吸引することで、接合装置のうちで基準軸線に対して走行方向後方側部分が被接合物上に配置されていない場合でも、接合装置を確実に被接合物に押し付けることができる。また第２吸着空間に充満する流体を吸引することで、接合装置のうちで基準軸線に対して走行方向前方側部分が被接合物上に配置されていない場合でも、接合装置を確実に被接合物に押し付けることができる。
【００２８】
これによって被接合物の走行方向上流側端部を接合する場合には第１吸着空間に充満する流体を吸引し、被接合物の走行方向下流側端部を接合する場合には第２吸着空間に充満する流体を吸引することで、被接合物の被接合物の接合方向両端部にわたって接合装置が被接合物から浮き上がることを防ぐことができ、接合品質を向上することができる。
【００２９】
また本発明は、曲面状に形成される２つの被接合部材を接合することを特徴とする。上述した本発明の摩擦撹拌接合装置を用いることで、汎用性を向上することができ、被接合部材が曲面に形成される場合であっても、接合準備に費やす時間を少なくするとともに、接合設備の制約を少なくすることができ、容易に２つの被接合部材を接合することができる。また従来技術では、被接合部材が曲面である場合、ＦＳＷヘッドの上下方向の調整が複雑になる。これに対して本発明のように被接合物の上方を接合装置が走行することで、接合ツールの没入量の調整を容易に行うことができ、接合ツールの上下方向の調整が複雑化することを防ぐことができる。
【発明の効果】
【００３２】
請求項１記載の本発明によれば、摩擦撹拌接合装置が自走しながら摩擦撹拌接合を行う。これによって第１の従来技術のように、被接合物を移動させる必要がない。また第２の従来技術のように、回転駆動手段および変位駆動手段を被接合物の水平方向外方で支持する必要がない。これによって被接合物の大きさおよび形状にかかわらず摩擦撹拌接合を行うことができる。
【００３３】
したがって被接合物が大型である場合であっても、摩擦撹拌接合装置が大型化することがない。これによって摩擦撹拌接合装置の設備コストおよび設置スペースを低減することができる。また被接合物の形状が変化しても、摩擦撹拌接合装置の走行経路が変化するだけであって、別途新たな装置を必要としない。これによって柔軟な対応が可能となり、汎用性を向上することができる。
【００３４】
また車体がガイド体によって案内されることで、被接合物から摩擦撹拌接合装置に与えられる反力が大きい場合であっても、接合線に沿って車体を走行させることができる。これによって接合ツールが接合線からずれることを防ぎ、接合品質を向上することができる。またガイド体に案内される当接部が、ガイド体の幅方向両側ではなく、幅方向一方に配置されることで、接合準備を容易に行うことができる。
【００３５】
また請求項２記載の本発明によれば、ずれ量検出手段、補正移動手段および制御手段を有することによって、ガイド体が接合線に対して少々ずれて延設された場合であっても、接合線に沿って被接合物を精度よく接合することができる。これによってガイド体を精度よく延設する必要がなく、接合準備をさらに容易に行うことができる。
【００３６】
また請求項３記載の本発明によれば、吸着手段が、被接合物から与えられる反力に抗した押付け力を車体に与えることによって、車体が被接合物から離反することを防止することができる。これによって被接合物に没入する接合ツールの没入量が不足することを防ぐことができ、接合品質を向上することができる。
【００３７】
また押し付け力を吸着力によって得ることによって、車体に錘をのせて押し付け力を得る場合に比べて、摩擦撹拌接合装置を軽量化することができる。これによって摩擦撹拌接合装置の搬送が容易となり、接合準備を容易に行うことができる。
【００３８】
また請求項４記載の本発明によれば、吸引源を車体とは別体に設けることで、摩擦撹拌接合装置をさらに軽量化することができる。また対向部の水平方向の面積を大きくすることで、吸着力を大きくすることができ、摩擦撹拌接合物が被接合物から浮き上がることをより確実に防ぐことができる。
【００３９】
また請求項５記載の本発明によれば、パッド部が被接合物の接合跡部分に接触することを防ぐことができ、パッド部の損傷を防ぐことができる。これによって吸着空間の密着性を維持することができ、パッド部の寿命を延ばすことができる。また接合跡部分に凹凸がある場合であっても、パッド部と被接合物との間の隙間が大きくなることを防ぐことができ、吸着空間の密着性の低下を防ぐことができる。
【００４０】
また請求項６記載の本発明によれば、パッド部が被接合物の開先部分に接触することを防ぐことができ、パッド部の損傷を防ぐことができる。これによって吸着空間の密着性を維持することができ、パッド部の寿命を延ばすことができる。また開先部分に凹凸がある場合であっても、パッド部と被接合物との間の隙間が大きくなることを防ぐことができ、吸着空間の密着性の低下を防ぐことができる。
【００４１】
また請求項７記載の本発明によれば、各吸着空間に充満する流体の吸着動作を切換え可能とすることによって、被接合物の走行方向上流側端部および走行方向下流側端部を接合する場合であっても、効果的に被接合物の浮き上がりを防ぐことができ、被接合物の接合品質を向上することができる。
【００４２】
また請求項８記載の本発明によれば、本発明の接合装置を用いることで、従来技術では接合の困難であった曲面形状の被接合部材を容易に接合することができ、作業効率を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
図１は、本発明の第１の実施の形態である摩擦撹拌接合装置２０を示す分解斜視図であり、図２は、摩擦撹拌接合装置２０を示す斜視図である。また図３は、摩擦撹拌接合装置２０による接合手順を示す断面図である。
【００４６】
摩擦撹拌接合（Friction Stir Welding：略称ＦＳＷ）装置２０は、２つの被接合部材
２１，２２が突合わされて並んで成る被接合物２３を接合する。被接合物２３は、２つの被接合部材２１，２２が突合わされる部分に継ぎ手部分２８が形成される。接合装置２０は、継ぎ手部分２８に沿って接合ツール２４を移動させて、各被接合部材２１，２２を連続接合する。継ぎ手部分２８は、各被接合部材２１，２２の境界線である接合線２９が表面に形成される。接合線２９は、たとえば直線状に延びる。
【００４７】
摩擦撹拌接合装置２０（以下単に接合装置２０という）は、円筒状の接合ツール２４を装着し、接合ツール２４を用いて摩擦撹拌接合を行う。接合ツール２４は、略円柱状に形成される本体部２５と、本体部２５から軸線方向一方Ａ１に突出し、略円柱状に形成されるピン部２６とを有する。本体部２５は、軸線方向一方Ａ１側端面となるショルダ面３０を有する。ショルダ面３０は、接合ツール２４の軸線Ｌ１に対して略垂直に形成される。ピン部６は、ショルダ面３０から垂直に突出する。本体部２５とピン部２６とは、同軸に形成され、ピン部２６の外径は、本体部２５の外径よりも小さく形成される。
【００４８】
回転しながら接合ツール２４が被接合物２３に没入することによって、被接合物２３は、接合ツール２４との摩擦熱によって部分的に流動化し、流動化した部分２７が固相撹拌される。被接合物２３のうち流動化した部分２７が互いに混ぜ合わされる。この後、流動化した部分２７が固まることによって、各被接合部材２１，２２が接合される。被接合部材２１，２２は、たとえばアルミ合金から成る。
【００４９】
図１に示すように、接合装置２０は、ツール保持部３１と、回転駆動手段３２と、変位駆動手段３３と、車体３４と、走行手段３５と、制御手段６０（図示せず）とを含んで構成される。
【００５０】
接合装置２０は、予め定める基準軸線Ｌ１を有する。なお、基準軸線Ｌ１は、接合ツール２４が装着された場合に接合ツール２４と同軸となる軸線である。また基準軸線Ｌ１は、接合時には上下方向に延びる。また本発明において、基準軸線Ｌ１に沿って延びる方向を基準軸線方向Ａとし、接合ツール２４が接合線２９に沿って走行する方向を走行方向Ｘとする。また走行方向Ｘと、基準軸線方向Ａとに垂直な方向を交差方向Ｙとする。
【００５１】
ツール保持部３１は、接合ツール２４を着脱可能に保持する。ツール保持部３１に装着された接合ツール２４は、その軸線が、接合装置２０の基準軸線Ｌ１と同軸に配置される。ツール保持部３１は、車体３４に搭載され、車体３４に対して基準軸線Ｌ１まわりに回転可能に設けられる。またツール保持部３１は、車体３４に対して基準軸線方向Ａに沿って変位可能に設けられる。
【００５２】
回転駆動手段３２は、ツール保持部３１を基準軸線Ｌ１まわりに回転駆動する。回転駆動手段３２は、回転動力発生源５０と回転伝達部５１とを備える。回転動力発生源５０は、ツール保持部３１を基準軸線Ｌ１まわりに回転させるための動力を発生する。具体的には、回転動力発生源５０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。電動モータは、電源から電力が供給されることによって、その出力軸を回転する。なお、電動モータは、制御手段によって制御される。この場合、制御手段は、電動モータに供給される電流を調整する。
【００５３】
回転伝達部５１は、回転動力発生源５０で発生される回転力をツール保持部３１に伝達する。具体的には、回転伝達部５１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５１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３１に回転力を与える。なお、回転伝達部５１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。
【００５４】
変位駆動手段３３は、ツール保持部３１を基準軸線方向Ａに変位駆動する。変位駆動手段３３は、変位動力発生源５２を備える。変位動力発生源５２は、ツール保持部３１を基準軸線方向Ａに変位させるための動力を発生する。具体的には、変位駆動力発生源５１は、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。
【００５５】
エアシリンダは、シリンダチューブが基準軸線Ｌ１と同軸に配置され、圧力源から圧縮空気が供給されることによって、ピストンロッドを基準軸線方向に伸縮させる。ピストンロッドは、シリンダチューブから露出した部分に結合部が形成される。結合部は、ツール保持部３１に直接または間接的に結合される。ピストンロッドは、ピストンロッドを伸縮することによって、ツール保持部３１に動力を与える。なお、エアシリンダは、制御手段によって制御される。この場合、制御手段は、シリンダに供給される圧縮空気の供給径路および供給状態を調整する。
【００５６】
車体３４は、ツール保持部３１、回転駆動手段３２および変位駆動手段３３を搭載する。本実施の形態では、車体３４は、モータ支持部４１と、シリンダ支持部４２と、枠体４３と、カバー４４と、車輪４７とを含んで構成される。モータ支持部４１は、基準軸線Ｌ１まわりに回転可能にツール保持部３１を支持する。またモータ支持部４１は、電動モータ５０およびギアボックス５１を支持する。またシリンダ支持部４２は、エアシリンダ５２を支持する。
【００５７】
シリンダ支持部４２は、枠体４３に搭載される。またシリンダ支持部４２は、基準軸線方向Ａに変位可能にモータ支持部４１を支持する。シリンダ支持部４２は、モータ支持部４１を基準軸線方向Ａに案内するレール機構５５を有する。
【００５８】
レール機構５５は、基準軸線方向Ａに延びるレール５４と、レール５４に案内される案内体５３とを含む。案内体５３は、基準軸線方向Ａに変位自在に設けられ、その他の方向の変位が阻止される。モータ支持部４１は、案内体５３に連結される。これによってモータ支持部４１が、シリンダ支持部４２に対して基準軸線方向Ａに変位可能に設けられる。本実施の形態では、複数、たとえば４つのレール機構５５が設けられる。４つのレール機構５５は、走行方向Ｘおよび交差方向Ｙにそれぞれ並ぶ。
【００５９】
枠体４３は、シリンダ支持部４２およびモータ支持部４１を収容する。枠体４３は、摩擦撹拌接合時に被接合物２３から反力が与えられても、破損しない十分な強度に設定される。本実施の形態では、枠体４３は、立方体形状に形成される。またカバー４４は、枠体４３の外周をそれぞれ覆う。これによってカバーに覆われた枠体４３は、立方体箱状に形成される。なお、カバー４４のうち、基準軸線方向一方Ａ１側のカバー４４は、基準軸線方向Ｌ１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３１が車体３４から基準軸線方向一方Ａ１に突出可能に形成される。
【００６０】
車体３４は、車輪４７と、車輪４７を回転自在に支持する車輪支持部４８ａ，４８ｂとを有する。車輪支持部４８ａ，４８ｂは、枠体４３およびカバー４４のいずれかに設けられる。車輪４７が車輪支持部４８ａ，４８ｂに装着されることによって、車体３４は、走行可能に構成される。
【００６１】
車輪支持部４８ａ，４８ｂは、第１車輪支持部４８ａと第２車輪支持部４８ｂとを含む。第１車輪支持部４８ａは、基準軸線方向他方Ａ２、すなわちツール保持部３１と反対側に設けられる。第２車輪支持部４８ｂは、基準軸線方向一方Ａ１、すなわちツール保持部３１側に設けられる。車輪４７は、車輪支持部４８に着脱可能に装着され、第１車輪支持部４８ａおよび第２車輪支持部４８ｂの両方に装着可能に設けられる。
【００６２】
接合装置２０は、摩擦撹拌接合にあたって、基準軸線Ｌ１が上下方向に延びるように配置される。また車体３４は、基準軸線方向一方Ａ１の端面となる対向面３７を車体３４の上面および下面のいずれとしても配置可能である。図２に示すように、対向面３７が車体３４の上面となる配置状態では、第１車輪支持部４８ａに車輪４７が装着される。また対向面３７が車体３４の下面となる配置状態では、第２車輪支持部４８ｂに車輪が装着される。これによって対向面３７が上下いずれに配置される場合であっても、車輪４７によって車体３４が走行可能に構成される。
【００６３】
図４は、接合装置２０の走行状態を示す断面図である。保持装置（図示せず）によって、被接合物２３が車体３４の走行路面３８よりも上方に固定される場合、車体３４は、対向面３７が上面となる上向き姿勢状態に配置され、車輪４７が、第１車輪支持部４８ａに装着される。
【００６４】
車体３４は、摩擦撹拌接合にあたって、被接合物９４の下方の走行路面３８、たとえば床または定盤上を走行する。このとき、被接合物２３の継ぎ手部分の上面部分には、裏当て金などの当接部材３６が当接されることが好ましい。これによって接合時における継ぎ手部分の変形が防止される。なお、本実施の形態の接合装置２０は、接合面に対してツール保持部３１の軸線が垂直な状態から予め定める傾斜角度θ傾斜した状態で走行する。具体的には、接合ツール２４の軸線Ｌ１は、走行方向に沿って延びる仮想平面内で、ツール保持部３１から接合ツールの先端２４に向かうにつれて走行方向前方に傾斜する。たとえば接合ツール２４の軸線Ｌ１と鉛直な軸線Ｌ１０との傾斜角度θは、１〜３度に設定される。これによって走行時に被接合物２３と接合ツール２４との間で発生する摩擦熱を大きくすることができる。また接合ツールと裏当て部材とで挟み込みやすくすることができ、接合品質を向上することができる。
【００６５】
図５は、接合装置２０の他の走行状態を示す断面図であり、図６は、他の走行状態を示す斜視図である。車体３４が被接合物２３の上方を走行する場合、車体３４は、対向面３７が下面となる下向き姿勢状態に配置され、車輪４７が、第２車輪支持部４８ｂに装着される。
【００６６】
車体３４は、摩擦撹拌接合にあたって、被接合物９４の上面を走行路面３８として走行する。このとき、被接合物２３の継ぎ手部分の下面部分には、裏当て金または定盤などの当接部材３６が当接されることが好ましい。これによって接合時における継ぎ手部分の変形が防止される。
【００６７】
図７は、走行手段３５を備える接合装置２０を示す断面図である。走行手段３５は、車輪支持部４８に装着された車輪４７を回転させる車輪回転手段を有する。車輪回転手段は、車体３４に設けられる車輪回転用モータ４９と、車輪回転用モータ４９の回転を車輪４７に伝達する回転伝達手段３９とを含む。
【００６８】
回転伝達手段３９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４９の出力軸と車輪４７の車軸とにわたって巻掛けられる。車輪回転用モータ４９の出力軸が回転することで、車輪４７が回転する。車輪回転用モータ４９は、車体３４の走行方向前方側に設けられて、少なくとも走行方向前輪側を回転駆動する。これによって車体の直進走行性を向上することができる。なお、車輪回転用モータ４９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。このように車体３４に走行手段３５が搭載されることによって、車体３４は、自走可能となる。
【００６９】
図８は、接合装置２０の電気的構成を示すブロック図である。制御手段６０は、入力部６１と、出力部６２と、記憶部６３と、演算部６４とを含む。入力部６１は、操作者からの指令が入力され、入力された指令を演算部６４に与える。また入力部６１は、作業者から摩擦撹拌接合に関する設定値が入力されてもよい。
【００７０】
入力部６１は、ボタンなどによって実現される。出力部６２は、演算部６４によって演算される演算結果を出力する。具体的には、出力部６２は、回転駆動手段３２、変位駆動手段３３および走行手段３５に駆動指令および停止指令などを与える。記憶部６３は、予め定める演算プログラムを記憶するとともに、演算部６４が演算した演算結果を記憶する。演算部６４は、記憶部６３に記憶される演算プログラムを読出して実行する。演算部６４は、演算プログラムを実行することによって、予め定める摩擦撹拌接合手順に従った指令を出力部６２に与える。たとえば記憶部６３は、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびＲＯＭ（Read Only Memory）によって実現される。またたとえば演算部６４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）によって実現される。
【００７１】
図９は、摩擦撹拌接合における制御手段６０の動作手順の一例を示すフローチャートである。作業者は、被接合部材２１，２２を突合わさせた状態で保持させる。摩擦撹拌接合にあたって、被接合物２３は、作業場所の床面または定盤上に静置され、被接合部材２１，２２は、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される。そして作業者は、制御手段６０の入力部６１から接合条件を入力する。接合装置２０は、接合ツール２４が装着され、クレーンまたはフォークリフトを用いて、接合を行う位置まで搬送され、接合開始点に位置合せされる。
【００７２】
ステップａ０で、制御手段６０は、接合条件が入力された状態で待機する。作業者は、入力部６１を操作して、接合装置２０に接合開始を指令する。これによって制御手段６０は、入力部６１から接合開始指令が与えられて、ステップａ１に進み、接合動作を開始する。
【００７３】
ステップａ１では、制御手段６０は、回転指令を回転駆動手段３２に与える。これによってツール保持部３１とともに接合ツール２４が回転し、ステップａ２に進む。
【００７４】
ステップａ２では、制御手段６０は、ツール保持部３１の回転速度が接合条件として設定される設定回転速度に達したことを判定する。たとえば電動モータにエンコーダが設けられる場合、エンコーダから電動モータの出力軸の角度位置を取得し、その角度位置に基づいて、ツール保持部３１の回転速度が設定回転速度に達したかどうかを判定する。また制御手段６０は、回転指令を与えてから設定回転速度に達するまでに必要な時間をカウントし、その時間を超えると、設定回転速度に達したことを判定してもよい。このようにサーボモータの回転速度が設定回転速度に達すると、ステップａ３に進む。
【００７５】
ステップａ３では、制御手段６０は、没入指令を変位駆動手段３３に与える。これによって図３（１）に示すように、ツール保持部３１とともに接合ツール２４が、設定回転速度で回転しながら被接合物２３に向かって移動し、ステップａ４に進む。
【００７６】
ステップａ４では、接合ツール２４は、図３（２）に示すように、ピン部２６が被接合物２３に当接し、さらに被接合物２３に没入する。次に、図３（３）に示すように、ショルダ面３０が被接合物２３に当接する。
【００７７】
制御手段６０は、ショルダ面３０が被接合物２３に当接したかどうかを判定する。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２４が被接合物２３に与えるトルクに応じて変化する。したがって電動モータに流れる電流を検出して、その電流が予め定めるしきい値を越えると、ショルダ面３０が被接合物２３に当接したことを判定する。
【００７８】
また制御手段６０は、没入指令を与えてからショルダ面３０が被接合物２３に当接するまでに必要な時間をカウントし、その時間を超えると、ショルダ面３０が被接合物２３に達したことを判定してもよい。また接合装置２０が、ショルダ面３０が被接合物２３に当接したか否かを検出するセンサを有する場合には、そのセンサから与えられる検出結果に基づいて、ショルダ面３０が被接合物２３に達したことを判定してもよい。
【００７９】
このように制御手段６０が、ショルダ面３０が被接合物２３に当接したことを判定すると、ステップａ５に進む。
【００８０】
ステップａ５では、必要に応じて接合ツール２４の回転速度を予め定める走行用回転速度に変更し、設定回転速度から走行用回転速度に達すると、ステップａ６に進む。たとえば各被接合部材２１，２２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２４が被接合物に没入するまでに、被接合物２３に接合ツール２４から与える入熱量を大きくすることができる。
【００８１】
ステップａ６では、制御手段６０は、没入停止指令を変位駆動手段３３に与える。これによって、接合ツール２４は、被接合物２３への没入を停止する。このとき、接合ツール２４は、摩擦熱によって被接合物２３の継ぎ手部分を流動化し、流動化した部分を撹拌する。没入停止指令を与えてから予め定める時間が経過し、被接合物２３を部分的に十分に流動化させると、制御手段６０は、走行指令を走行手段３５に与える。これによって接合ツール２４は、図３（３）に示すように、回転しながら接合線２９に沿う走行方向Ｘに移動し、ステップａ７に進む。
【００８２】
ステップａ７では、制御手段６０は、車体３４が走行を開始してから、接合条件として設定される設定走行距離分移動したことを判定する。たとえば車輪回転用モータ４９にエンコーダが設けられる場合、エンコーダから車輪４７の角度位置を取得し、その角度位置に基づいて、車体３４が設定走行距離分移動したか否かを判定する。
【００８３】
また車体３４が設定走行距離移動したか否かを検出するセンサから与えられる検出結果に基づいて、車体３４が設定走行距離移動したことを判定してもよい。このセンサとして、たとえばリミットスイッチが用いられる。このように制御手段６０が、車体３４が設定走行距離分移動したことを判定すると、ステップａ８に進む。
【００８４】
ステップａ８では、制御手段６０は、走行停止指令を走行手段３５に与える。これによって車体３４が停止する。車体３４が停止すると、ステップａ９に進む。ステップａ９では、制御手段６０は、退出指令を変位駆動手段３３に与える。これによって、図３（４）に示すように、接合ツール２４は、被接合物２３から退出し、ステップａ１０に進む。ステップａ１０では、制御手段６０は、回転停止指令を回転駆動手段３２に与える。これによって接合ツール２４の回転が停止し、ステップａ１１に進む。ステップａ１１では、摩擦撹拌接合における制御手段６０の動作が完了する。
【００８５】
このように制御手段６０が動作することによって、回転する接合ツール２４を被接合物２３に没入した状態で、被接合物２３の接合線２９に沿って車体３４が走行し、被接合部材２１，２２を接合することができる。
【００８６】
たとえば、被接合部材２１，２２の板厚が１０ｍｍである場合、接合条件として、接合ツール２４が走行方向Ｘに移動する走行速度は２００ｍｍ／ｍｉｎであり、接合ツール２４の回転数は５００ｒｐｍであり、接合ツール２４が被接合物２３を押圧する押圧力は１５ｋＮに設定される。
【００８７】
以上のように本発明の実施の形態に従えば、車体３４が被接合物２３の上方または下方を自走することによって、被接合物２３を移動させる必要がなく、回転駆動手段３２および変位駆動手段３３を被接合物２３の水平方向外方で支持する必要がない。
【００８８】
これによって被接合物２３の大きさおよび形状にかかわらず摩擦撹拌接合を行うことができ、柔軟な対応を可能とすることができる。したがって被接合物２３が大型である場合であっても、被接合物２３の大きさに合わせて接合装置２０を大型化する必要がない。したがって接合装置２０の製造コストを低下することができる。また不使用時には、予め定める格納場所に収容することができ、作業現場の省スペース化を実現することができる。たとえば長さが２０ｍを越える車両用および船舶用被接合部材２１，２２を接合する場合であっても、長手方向寸法、幅方向寸法、高さ寸法が１ｍ程度に接合装置２０を形成することができ、大型化することがない。
【００８９】
また車輪４７は、車輪支持部４８ａ，４８ｂのいずれかに装着可能であり、車輪支持部４８ａ，４８ｂに対して着脱自在に設けられる。これによって被接合物２３に対して車体３４が上下方向のいずれか一方に配置される場合であっても、接合可能であり利便性を向上することができる。
【００９０】
また、接合ツール２４、ツール保持部３１およびエアシリンダ５２を基準軸線Ｌ１に沿って同軸に配置されることによって、エアシリンダ５２で発生した変位駆動力を押圧力として接合ツール２４に与えることができる。エアシリンダを用いることによって、変位駆動手段を小型化することができる。
【００９１】
また電動モータを用いて変位駆動手段３２を実現した場合には、予め定める押圧力を持続して与え続けるために電動モータに電流を流しつづける必要がある。これに対してエアシリンダ５２を用いて変位駆動手段３２を実現した場合には、予め定める押圧力を与えるための圧縮空気を供給するだけでよく、電動モータに比べて押圧時のエネルギー消費を低減することができる。また回転駆動手段３２の電動モータ５０と、変位駆動手段３３のエアシリンダ５２とを基準軸線方向Ａに垂直な方向に並べて配置することによって、車体の上下方向寸法を安値で単純な構造とすることができる。
【００９２】
図１０は、接合ツール没入時の接合反力Ｆ１を示す断面図である。接合ツール２４を被接合物２３に没入するにあたって、車体３４は、被接合物２３から基準軸線方向Ａの接合反力Ｆ１が与えられる。接合反力Ｆ１は、接合ツール２４が被接合物２３を押付ける力と同じ力でかつ方向が逆の向きの力である。本実施の形態では、接合装置２０に設定される傾斜角度θが１〜３度と小さい。したがって説明を簡単化するために、以下の説明において、θ＝０、ｃｏｓθ≒１と近似して説明する。この場合、接合反力Ｆ１は、略鉛直上向きに働く。
【００９３】
図１０に示すように、下向き姿勢に配置された状態で、接合装置２０に働く重力Ｆ２が、接合反力Ｆ１未満である場合には、車体３４が浮き上がり、接合ツール２４を没入することができない。したがって本実施の形態では、接合装置２０の重量が小さい場合には、車体３４の浮き上がりを防止するために、錘５６が接合装置２０に搭載される。この場合、錘５６が接合反力Ｆ１に抗した力を車体３４に与えるための車体押付け手段となる。
【００９４】
図１１は、車体進行時に被接合物２３に与えられる第１走行反力Ｆ１２を説明するための斜視図である。回転する接合ツール２４を、被接合物２３に没入させて走行方向Ｘに移動させた場合において、被接合物２３は、走行方向Ｘに働く第１作用力Ｆ１０を接合ツール２４から受ける。第１作用力Ｆ１０は、走行方向前方に向かう力であり、走行方向上流側から走行方向下流側に向かう力である。第１作用力Ｆ１０は、適正な接合条件においてエアシリンダ５２が接合ツール２４を押圧するツール押圧力Ｆｚの０．１〜０．３倍程度であり、被接合部材２１，２２の板厚および走行速度の増加にともなって増加する。
【００９５】
また、接合ツール２４には、被接合物２３に与えた力と反対方向に、被接合物２３から反力を受ける。したがって接合ツール２４は、被接合物２３から走行方向後方に向かう、言い換えると走行方向下流側から走行方向上流側に向かう反力である第１走行反力Ｆ１２が与えられる。第１走行反力Ｆ１２は、Ｆｚ・αで表わされる。ここでＦｚは、ツール押圧力であり、αは、ツール押圧力Ｆｚと第１走行反力Ｆ１２との関係を表わす係数である。第１走行反力Ｆ１２と第１作用力Ｆ１０の力の大きさは同じであるので、αは、０．１以上０．３以下に設定される。
【００９６】
図１２は、車体進行時に被接合物２３に与えられる第２走行反力Ｆ１３を説明するための斜視図である。回転する接合ツール２４を、被接合物２３に没入させて走行方向Ｘに移動させた場合において、被接合物２３は、接合ツール２４から交差方向Ｙに働く第２作用力Ｆ１１を受ける。第２作用力Ｆ１１は、走行方向前方側、言い換えると走行方向下流側で、接合ツール２４の外周部が接合線２９を通過する方向の力である。第２作用力Ｆ１１は、エアシリンダ５２が接合ツール２４を押圧するツール押圧力Ｆｚの０．１倍以上〜０．３倍以下である。
【００９７】
また、接合ツール２４には、被接合物２３に与えた力と反対方向に、被接合物２３から反力を受ける。したがって接合ツール２４は、走行方向前方側、すなわち走行方向下流側で、接合ツール２４の外周部が接合線２９を通過する方向と反対方向に働く第２走行反力Ｆ１３が与えられる。言い換えると、第２走行反力Ｆ１３は、走行方向後方側、すなわち走行方向上流側で、接合ツール２４の外周部が接合線２９を通過する方向に働く。
【００９８】
第２走行反力Ｆ１３は、Ｆｚ・βで表わされる。ここでＦｚは、ツール押圧力であり、βは、ツール押圧力Ｆｚと第２走行反力Ｆ１３との関係を表わす係数である。βは、０．１以上０．３以下に設定される。
【００９９】
図１３は、走行時に被接合物２３から車体３４に与えられる反力を示す平面図である。上述したように、車体３４は、走行時には、第１走行反力Ｆ１２と、第２走行反力Ｆ１３とが与えられる。
【０１００】
したがって被接合物２３と車輪４７との走行方向Ｘの摩擦係数をμｘとし、車体の自重をＷとし、ツール押圧力をＦｚとすると、Ｆｚ・α＜（Ｗ−Ｆｚ）・μｘの関係を満たす必要がある。この関係を満たさないと、車輪４７が空転し、走行方向Ｘに走行できないおそれがある。また被接合物２３と車輪４７との交差方向Ｙの摩擦係数をμｙとすると、Ｆｚ・β＜（Ｗ−Ｆｚ）・μｙの関係を満たす必要がある。この関係を満たさないと、車輪４７が基準軸線Ｌ１まわりに角変位するおそれがある。
【０１０１】
したがって、上式を満たすように、車体の自重Ｗと、車輪４７と被接合物２３との摩擦係数μｘ，μｙを設定する必要がある。たとえば摩擦係数μｘ，μｙを大きくするために、無端帯状の履帯を走行方向に並ぶ車輪に巻き掛けて、無限軌道履帯式走行機構、いわゆるキャタピラ（登録商標）としてもよい。また摩擦係数μｘ，μｙを高くするために車輪または履帯の外周部に摩擦係数の高いゴムなどの材質を貼り付けてもよい。走行路面３８に車輪または履帯との摩擦係数の高いシートを敷設してもよい。また走行路面３８と車輪４７との接触面積が大きくなるように、車輪の軸線方向寸法を大きくしてもよい。また上述したように、車体３４の重量を大きくしてもよい。
【０１０２】
被接合物２３から与えられる反力に起因して交差方向Ｙに移動することを見越して、被接合物２３から与えられる反力によって移動する方向と反対側に移動するように、車輪４７の形状および配置状態が設定されてもよい。たとえば第２走行反力Ｆ１３が与えられない場合に、第２走行反力Ｆ１３が与えられる方向と反対方向に、車体３４が移動するように舵を切っていてもよい。この場合、第２走行反力Ｆ１３が車体に与えられた状態で、車体が走行すると、車体３４を直進させることができる。
【０１０３】
図１４は、接合装置２０の他の接合状態を示す正面図であり、図１５は、接合装置２０の他の接合状態を示す断面図である。摩擦撹拌接合装置は、Ｃ字状に形成されるパイプ前駆体７０の周方向一端部７１と、周方向他端部７２とを接合することができる。パイプ前駆体７０は、周方向一端部７１と周方向他端部７２とが接合されることによって、円筒状のパイプを形成する。
【０１０４】
パイプ前駆体７０の周方向両端部７０，７１を接合する場合、パイプ前駆体７０の周方向両端部７１，７２が突合わされた継ぎ手部分に当接する裏当て装置７３を設けてもよい。裏当て装置７３は、パイプ前駆体７０の軸線方向に移動可能に設けられる。裏当て装置７３は、パイプ前駆体７０の継ぎ手部分に当接する履帯７４が設けられる。履帯７４は、ローラ４７に巻き掛けられ、裏当て装置７３の移動とともに、パイプ前駆体７０に当接する位置が移動する。
【０１０５】
摩擦撹拌接合にあたって、接合装置２０は、パイプ前駆体７０の内周面をパイプ前駆体７０の軸線方向に走行する。この場合、裏当て装置７３の履帯７４は、パイプ前駆体７０の外周面に当接する。接合ツール２４と裏当て装置７３の履帯７４とは、パイプ前駆体７３を挟んで対向する位置に配置される。接合装置２０と、裏当て装置７３とが連動して、パイプ前駆体７０の軸線方向に進む。これによって継ぎ当て部分が変形することを防ぐことができる。なお、接合ツール２４がパイプ前駆体７０の外周面に当接し、裏当て装置７３の履帯７４がパイプ前駆体７０の内周面に当接した状態で、摩擦撹拌接合することや、両周面側からそれぞれ板厚の半分程度を摩擦撹拌接合してもよい。また履帯７４に代えてローラ４７が直接路面に接触してよい。
【０１０６】
図１６は、図１４に示す接合状態の変形例を示す正面図であり、図１７は、図１５に示す接合状態の変形例を示す断面図である。図１６および図１７に示すように、パイプ前駆体７０の外周面が定盤または床などに当接することによって、接合装置２０は、裏当て装置７３を必要とせずに、パイプ前駆体７０の内部空間を走行して、パイプ前駆体７０の周方向両端部７１，７２を接合することができる。
【０１０７】
図１８は、図１４の一部を拡大して示す断面図である。上述したように車体３４が、パイプ前駆体７０などの内周面を通過する場合、すなわち車体３４の走行路面が曲面である場合、車輪４７の車軸７６が傾けられる。具体的には、走行路面の接線７５に対して、略垂直となるように、車軸７６が傾けられる。これによって履帯２４または車輪４７と走行路面とが接触する領域を増やすことができ、履帯７４または車輪４７のスリップを低減することができる。
【０１０８】
図１９は、本発明の他の実施の形態の車輪７７を示す断面図である。車体３４の走行路面が曲面である場合、車輪７７の外周面７８が、走行路面の傾斜に沿うように形成されてもよい。たとえば車輪７７は、円錐台形状に形成される。これによって車輪４７と走行路面とが接触する領域を増やすことができ、車輪４７のスリップを低減することができる。また車輪４７には、履帯が巻き掛けられてもよい。
【０１０９】
図２０は、接合装置２０のさらに他の接合状態を示す斜視図である。上述した他の接合状態では、パイプ前駆体の周方向両端部を接合して筒状のパイプを形成したが、同様にして、曲面板状の２つの被接合部材７５，７６を接合して、曲面または球面形状を有する球殻構造物を形成することができる。
【０１１０】
この場合、予め定める曲面形状を有するように２つの曲面板状被接合部材７５，７６を突合わせた状態で固定する。そして図１４に示す場合と同様にして、２つの球面板状被接合部材７５，７６が突合わされた継手部分７７に沿って、接合装置２０を走行させることによって、球殻構造物を形成することができる。このようにして、たとえばＬＮＧ（
Liquefied Natural Gas、液化天然ガス）タンク構造体を形成することができる。
【０１１１】
また図２０に示すように、被接合物２３を走行方向両端部にわたって接合する場合には、接合前の準備動作として、開先部分の走行方向両側に、走行路部材８９を被接合物２３に結合する。本実施の形態では、走行路部材８９は、被接合物２３と面一に配置され、治具によって被接合物２３に結合される。走行路部材８９は、接合装置２０が被接合物の両端部を接合する場合に、前輪または後輪が乗載するレール状に形成され、治具によって交差方向Ｙの間隔が調整されて被接合物２３に結合される。走行路部材８９は、接合後、治具による結合が解除されることによって、被接合物２３から取外される。
【０１１２】
また図２０に示すように、本実施の形態では、被接合物２３を走行方向両端部にわたって接合する場合には、接合前の準備動作として、開先部分の走行方向両側に、タブ部材８８を被接合物２３に溶接する。タブ部材８８は、被接合物２３の接合線２９に隣接して配置される。接合ツール２４は、走行方向上流側に配置されるタブ部材８８に没入された後、走行方向Ｘに沿って移動することで、接合線２９を通過し、走行方向下流側に配置されるタブ部材８８に達する。そしてそのタブ部材８８から退避する。タブ部材８８は、接合後に被接合物２３から切除される。このように接合ツール２４がタブ部材８８に対して、没入および退避することによって、被接合物２３に接合ツールの没入跡および退避跡が形成されることを防ぐことができ、被接合物２３の接合品質を向上することができる。
【０１１３】
このような走行路部材８９およびタブ部材８８は、上述または後述する本実施の他の形態であっても適用可能である。これによって被接合物２３を走行方向両端部にわたって好適に接合することができる。
【０１１４】
図２１は、接合装置２０のさらに他の接合状態を示す正面図であり、図２２は、接合装置２０のさらに他の接合状態を示す断面図である。また図２１は、図２２におけるＳ２２−Ｓ２２切断面線摩擦撹拌接合装置は、２つの筒体であるパイプ８５，８６が突合わされた状態で、その突合わせ部分を互いに接合する。これによってパイプ８５，８６の端部を互いに連結して、いわゆるバット継手を形成することができる。
【０１１５】
この場合、２つのパイプ８５，８６を同軸に位置合わせし、両端部を互いに突合わせる。そして溶接などによってパイプ８５、８６の突合わされた継手部分を仮接合する。そして継手部分の外周部に裏当て装置７３を当接させるとともに、パイプ８５，８６の内部空間に接合装置２０が配置される。
【０１１６】
このような接合準備が完了すると、摩擦撹拌接合が行なわれる。摩擦撹拌接合にあたって、接合装置２０は、パイプ８５，８６の内周面をパイプの周方向に走行する。具体的には、回転する接合ツール２４を、パイプ８５，８６の継手部分に没入させる。次に、接合装置２０とは別体のパイプ回転手段８７によって、各パイプ８５，８６をパイプ軸線Ｌ１０まわりに回転させるとともに、接合装置２０をパイプ８５，８６の周方向に走行させる。
【０１１７】
これによって接合装置２０が裏当て装置７３に対向した状態で、パイプ８５，８６が回転し、接合装置２０に対してパイプ８５，８６が一周すると、パイプ８５，８６の両端部を周方向にわたって接合することができる。これによって屋外などのパイプ設置現場で、２つのパイプ８５，８６を接合することができ、作業効率を向上することができる。
【０１１８】
図２３は、本発明の第２の実施の形態である接合装置１００の一部を示す分解斜視図である。第２の実施形態の接合装置１００は、ツール保持部３１を交差方向Ｙに変位可能に設けられる。その他の構成については、図１に示す第１の実施形態の接合装置２０と同様の構成を有する。第２の実施形態の接合装置１００において、第１の実施形態の接合装置２０と同様の構成については、説明を省略し、同一の参照符号を付する。
【０１１９】
接合装置１００は、搭載部１０１と、交差駆動手段１０２とをさらに有する。搭載部１０１は、シリンダ支持部４２を交差方向Ｙに変位自在に支持する。交差駆動手段１０２は、シリンダ支持部４２を交差方向Ｙに変位駆動する。搭載部１０１は、枠体４３に固定され、シリンダ支持部４２を交差方向Ｙに変位可能に連結するレール機構１０３を有する。
【０１２０】
レール機構１０３は、交差方向Ｙに沿って延びるレール１０４と、レール１０４に案内される案内体１０５とを含む。案内体１０５は、交差方向Ｙに変位自在に設けられ、その他の方向の変位が阻止される。シリンダ支持部４２は、案内体１０５に連結される。これによってシリンダ支持部４２が搭載体１０１に対して交差方向Ｙに変位可能に設けられる。本実施の形態では、複数、たとえば２つのレール機構１０１が設けられる。２つのレール機構１０１は、走行方向Ｘに並ぶ。
【０１２１】
交差駆動手段１０２は、動力発生源１０６と、動力伝達部１０７とを有する。動力発生源１０６は、電動モータによって実現される。電動モータは、電源から電力が供給されることによって、その出力軸を回転する。なお、電動モータは、制御手段によって制御される。この場合、制御手段は、電動モータに供給される電流を調整する。
【０１２２】
動力伝達部１０７は、動力発生源１０６で発生される回転力を、交差方向Ｙに進む直進力に変換して、その直進力をシリンダ支持部４２に与える。動力伝達部１０７は、ベルトまたは歯車などの回転伝達機構１０８によって、回転力をボールねじ１０９のねじ軸１１０に伝達する。ねじ軸１１０が回転することによって、ねじ軸１１０に螺合する移動体１１１が移動する。ねじ軸１１０は、交差方向Ｙに延び、移動体１１１は、シリンダ支持部４２に固定される。これによって動力発生源１０６が動力を発生すると、移動体１１１とともにシリンダ支持部４２を移動させることができる。また動力発生源の出力軸の回転方向を変更可能とすることで、シリンダ支持部４２を交差方向両方に移動させることができる。
【０１２３】
図２４は、第２の実施の形態の接合装置１００の変形例を示す断面図である。図２３では、動力発生源１０６によってボールねじ１０９のねじ軸１１０を動力発生源１０６によって回転させたが、ねじ軸１１０を回転させる動力を作業者が与えてもよい。この場合、ねじ軸１１０を回転させるためのハンドル１１２を作業者が回転させることによって、シリンダ支持部４２を交差方向Ｙ両方に移動させることができる。
【０１２４】
図２５は、本発明の第３の実施の形態である接合装置１２０の一部を拡大して示す図である。第３の実施形態の接合装置１２０は、被接合物２３の接合線２９の位置を検出する検出手段１２１と、接合ツール２４が被接合物２３に没入する没入量が予め定める没入量となるようにツール保持部３１の移動を規制する規制手段１２２とを有する。
【０１２５】
第３の実施形態の接合装置１２０は、その他の構成については、第２の実施形態の接合装置１００と同様の構成を有する。第３の実施形態の接合装置１２０において、第２の実施形態の接合装置１００と同様の構成については、説明を省略し、同一の参照符号を付する。なお、本実施の形態では、検出手段１２１は、略棒状に形成され、その先端部で、接合装置に対する開先位置を検出する。検出手段１２１の軸線Ｌ２と鉛直線Ｌ３との角度が接合ツール２４の傾斜角度θと反対向きの後退角γとなる。言換えると検出手段１２１は、基端部から先端部に向かうにつれて、その軸線Ｌ３が走行方向後方、言い換えると走行方向下流側から上流側に延びる。
【０１２６】
図２６は、検出手段１２１を示す正面図である。検出手段１２１は、ツール保持部３１と接合位置とのずれ量を検出するずれ量検出手段となる。たとえば検出手段１２１は、接触センサによって実現される。検出手段１２１は、車体３４が走行路面に配置された状態で、接触子１２２が接合線２９に近接または当接して配置される。接触子１２２は、接合線１２１に形成される開先を検出し、開先と接触子１２２との交差方向Ｙのずれを検出する。このずれ量は、ツール保持部と接合位置とのずれ量を表わす。
【０１２７】
検出手段１２１は、検出結果を制御手段６０に与える。制御手段６０は、検出手段１２１の検出結果に基づいて、交差駆動手段１０２にずれ量補正指令を与える。これによって交差駆動手段１２０が、接合ツール２４と接合位置との交差方向Ｙのずれを解消する位置にシリンダ支持部４２を移動させる。したがって制御手段６０と交差駆動手段１０２とによって、交差方向Ｙのずれを補正する補正移動手段となる。
【０１２８】
また制御手段６０は、検出手段１２１の検出結果に基づいて、交差駆動手段１０２を駆動したが、走行手段３５に舵機能が設けられる場合には、その舵機能を制御してもよい。たとえば走行手段３５が車輪４７の向きを変更可能に形成される場合、検出手段１２１の検出結果に基づいて、車輪４７の向きを変更してもよい。また交差方向一方側の車輪４７と交差方向他方側の車輪４７とが個別に駆動される場合、検出手段１２１の検出結果に基づいて、駆動する車輪４７を設定してもよい。このようにして車体４７を接合線２９に追従させるように、走行方向を変更させてもよい。この場合、制御手段６０と走行手段３５とによって、交差方向Ｙのずれを補正する補正移動手段となる。
【０１２９】
検出手段１２１によってツール保持部３１と接合位置とのずれ量を検出すると、そのずれ量に基づいて、制御手段６０が、ずれを解消するようにツール保持部３１を被接合物２３に対して移動させる。このようにツール保持部３１と接合位置とのずれを解消することによって、接合位置の教示ミス、接合位置の誤差、走行移動における誤差などが生じる場合であっても、接合位置で被接合物２３を精度よく接合することができる。また車体３４が、被接合物２３から反力を受けた場合であっても、接合ツール２４が走行すべき走行経路から逸れることを防ぐことができる。
【０１３０】
また、交差駆動手段１０２によって、車体３４に対してツール保持部３１を交差方向Ｙに移動させることによって、車体３４の移動にかかわらずに、ずれに応じてツール保持部３１を移動させることができる。これによってツール保持部３１の接合位置に対する追従性を向上して、接合ツール２４が接合線２９から逸れることを防ぐことができる。また接合ツール２４の位置を微調整することができる。
【０１３１】
また、走行手段３５によって、ツール保持部３１を交差方向Ｙに移動させることによって、進行方向と接合線とがずれており、走行するにつれてずれ量が大きくなる場合であっても、接合ツール２４が接合線２９から逸れることを防ぐことができる。
【０１３２】
図２７は、規制手段１２２を簡略化して示す断面図である。規制手段１２２は、連結部１３０と、伸縮部１３１と、ローラ部１３２とを有する。連結部１３０は、モータ支持部４２に固定され、モータ支持部４２とともに基準軸線方向Ａに変位する。また伸縮部１３１は、連結部１３０に連なり、弾発性を有して基準軸線Ｌ１に沿って伸縮する。ローラ部１３２は、連結部１３０の軸線方向他方部分に設けられる。
【０１３３】
エアシリンダ５２がモータ支持部４２を押圧すると、モータ支持部４２とともに接合ツール２４および伸縮部１３１が被接合物２３に向かって移動する。接合ツール２４は、予め定める押圧力Ｆ６で被接合物２４を押圧しながら、被接合物２３に没入する。また伸縮部１３１は、接合ツール２４が予め定める没入量に達した状態でローラ部１３２が被接合物２３に当接する。そして接合ツール２４がさらに没入すると、伸縮部１３１が縮退する。このとき、伸縮部１３１は、自然状態に復帰する方向にばね力を発生する。これによってモータ支持部４２は、ツール没入方向と反対方向の力を受ける。伸縮部１３１によって生じるばね力は、伸縮部１３１の縮退量ΔＬに応じて大きくなり、接合ツール２４の没入が進行するとともに大きくなる。
【０１３４】
接合ツール２４が予め定める没入量Ｐに達したときに、伸縮部１３１から与えられるばね力Ｆ６がほぼゼロとなる。このときばねの長さは、自然長となり、収縮および伸長量がゼロとなる。このように設定されることによって、接合ツール２４が予め定める没入量を超えて没入することを制御することができる。伸縮部１３１は、たとえばコイルばねまたは空気ばねによって実現することができる。
【０１３５】
またローラ部１３２は、伸縮部１３１に回転可能に支持される。これによって車体が走行状態であっても、伸縮部１３１のばね力Ｆ６をもータ支持部４２に与えることができ、車体の走行中であっても、接合ツール２３の没入量を設定没入量に保つことができる。この場合には、走行中においても、エアシリンダ５２によってモータ支持部４１を予め定める押圧力Ｆ５で押圧することができる。
【０１３６】
これによって車体３４の移動速度にかかわらず、接合ツール２４が被接合物２３に過剰に没入することを防ぐことができる。摩擦撹拌接合装置が自走する場合、走行路面３８の状態などの状態によっては、接合ツール２４の没入を一定に保つことが困難な場合があるが、上述した規制手段１２２を用いることによって、被接合物２３の接合線２９が長い場合であっても、その接合線２９を移動する間に、接合ツール２４の没入量が変動することを防止することができ、接合品質を向上することができる。また機構的に没入量を一定にすることによって、センサを用いる必要がなく、簡単な構成によって規制手段を実現することができる。これによって没入位置を正確に調整することが困難なエアシリンダを、変位駆動手段に用いた場合であっても、接合ツールの没入量を一定にすることができる。またエアシリンダによる加圧を継続した状態で、接合ツール２４を走行させることができる。
【０１３７】
図２８は、本発明の第４の実施の形態である接合装置２２０を示す断面図である。第４の実施形態の接合装置２２０は、被接合物２３から与えられる基準軸線方向の反力に抗した力を車体に与える車体押付け手段が設けられ、その他の構成については、第１の実施形態の接合装置２０と同様の構成を有する。したがって第１の実施形態の接合装置と同様の構成については、説明を省略する。
【０１３８】
被接合物２３または当接部材３６のうち少なくともいずれか一方が強磁性体である場合、接合装置２２０には、浮き上がりを防止するために、車体２３の基準軸線方向一方側Ａ１に磁石体５７が設けられる。磁石体５７は、永久磁石であってもよく電磁石であってもよい。磁石体５７が電磁石である場合、接合ツール没入にあたって、制御手段６０は、電磁石５７を励磁する。これによって車体５４に、被接合物２３に向かう磁力Ｆ３を発生させる。この場合、磁石体５７が接合反力Ｆ１に抗した力を車体３４に与える車体押付け手段となる。また、接合ツール２４が没入していない状態においては、電磁石の励磁を停止することによって、被接合物２３に向かう力Ｆ３を解除することができ、利便性を向上することができる。
【０１３９】
図２９は、本発明の第５の実施の形態である接合装置３２０を示す断面図である。第５の実施形態の接合装置３２０は、被接合物２３から与えられる基準軸線方向の反力に抗した力を車体に与える車体押付け手段５８が設けられ、その他の構成については、第１の実施形態の接合装置２０と同様の構成を有する。したがって第１の実施形態の接合装置２０と同様の構成については、説明を省略する。
【０１４０】
接合装置３２０は、浮き上がりを防止するために、接合作業現場の天井または壁などから車体３４を基準軸線方向一方Ａ１に押圧する車体押付け手段５８を有する。斜体押付け手段５８は、伸縮部６５と、天井当接部６６と、車体当接部６７とを含む。伸縮部６６は、長手方向に伸縮自在に設けられる。天井当接部６６は、伸縮体６６の長手方向一端部に設けられ、天井６８などに当接する。車体当接部６７は、伸縮体６６の長手方向他端部に設けられ、車体３４に当接する。たとえば伸縮部６５は、エアシリンダによって実現される。天井当接部６６は、天井６８に当接して回転可能なローラと、ローラを回転可能に支持する当接部分とを含む。
【０１４１】
接合ツール没入にあたって、制御手段６０は、押圧手段５８の伸縮部６５を伸長させる。天井当接部６６が天井６８に当接しているので、押圧手段５８は、車体当接部６７によって車体３４を下方に押圧する。これによって反力による車体３４の浮き上がりを防ぐことができる。
【０１４２】
図３０は、本発明の第６の実施の形態の接合装置４２０を示す断面図である。第６の実施形態の接合装置は、第１の実施の形態の接合装置２０に比べて走行手段の構成が異なる。その他の構成については、第１の実施形態の接合装置２０と同様の構成を有する。したがって第１の実施形態の接合装置と同様の構成については、説明を省略する。
【０１４３】
被接合物２３の接合線２９が直線である場合では、ウインチ機構によって、車体３４を走行させてもよい。この場合、被接合物２３の接合線２９の一端部にワイヤ巻取り装置８０を配置し、被接合物２３の接合線２９の他端部に車体３４を配置する。そしてワイヤ８１によって車体３４とワイヤ巻取り装置８０とを連結する。ワイヤ巻取り装置８０がワイヤ８１を巻き取ることによって、車体３４を接合線に沿って移動させることができる。このようにして車体３４を走行させることができる。
【０１４４】
図３１は、本発明の第７の実施の形態の接合装置５２０を示す断面図である。第７の実施形態の接合装置５２０は、第１の実施の形態の接合装置２０に比べて走行手段の構成が異なる。その他の構成については、第１の実施形態の接合装置２０と同様の構成を有する。したがって第１の実施形態の接合装置と同様の構成については、説明を省略する。
【０１４５】
被接合物２３の接合線２９が直線である場合では、チェーン機構によって、車体３４を走行させてもよい。この場合、被接合物２３の接合線２９の一端部に第１スプロケット回転体が設けられ、被接合物２３の接合線２９の他端部に第２スプロケット回転体が設けられる。第１スプロケット回転体８２および第２スプロケット回転体８３は、それぞれスプロケットを回転可能に支持する。
【０１４６】
２つのスプロケットには、チェーン８４が巻掛けられる。２つのスプロケット回転体８２，８３のうち、少なくともいずれか一方は、スプロケットを回転駆動する回転手段を有する。チェーン８４の一部は、車体３４に連結される。回転手段によってスプロケットを回転させることによって、チェーン８４が変位し、チェーン８４とともに車体３４が接合線２９に沿って走行する。
【０１４７】
図３２は、本発明の第８の実施の形態である接合装置６２０を示す断面図である。第８の実施形態６２０の接合装置は、第１の実施形態の接合装置２０に比べて、走行経路を正確に走行するためにさらにガイド機構を有する。その他の構成については、第１の実施形態の接合装置２０と同様の構成を有する。したがって第１の実施形態の接合装置と同様の構成については、説明を省略する。
【０１４８】
接合装置６２０がガイド機能を有する場合、被接合物２３は、接合線２９に対して、平行に延びるガイド体９０が被接合物２３に仮止めされる。接合装置６２０は、ガイド体９０に添って移動するガイド機構９１を有する。ガイド機構９１は、ガイド体９０を交差方向両側から挟持する一対のローラ９２，９３と、ローラ９２，９３を回転可能に支持して、車体に固定される固定部９４とを有する。ガイド機構９１は、いわゆるカムフォロア（片持ち式ラジアル軸受）によって実現される。
【０１４９】
ガイド機構９１によって車体が案内されることによって、車体は、被接合物２３から反力が与えられる場合であっても、交差方向にずれることがない。これによって正確に接合線２９に沿って移動することができる。なお、被接合物２３に形成されるリブなどをガイド体９０として利用してもよい。このようにガイド機構は、車体を走行すべき走行経路に沿って走行させる走行補助手段となる。仮止めされたガイド体９０は、摩擦撹拌接合後に取外す。また作業現場または定盤上にガイド体を設けた場合には、恒久的に繰り返して使用してもよい。
【０１５０】
またガイド機構９１は、車輪４７に溝を形成して、ガイド体上を走行するようにしてもよい。また車輪に代えて直動式ベアリングを取り付けて、ガイド体と組合わせて、リニアガイドとして用いてもよい。またレールをラック形状に形成し、車輪の外周にピニオン形状に形成して、レールと車輪とを噛合させてもよい。
【０１５１】
図３３は、本発明の第９の実施の形態である接合装置７２０を示す側面図であり、図３４は、接合装置７２０を示す平面図である。この接合装置７２０は、上述した各実施の形態である接合装置と同様の構成を有する。同様の構成については、説明を簡単化または省略化し、同一の参照符号を付する。
【０１５２】
接合装置７２０は、接合ツール２４を保持するツール保持部３１と、ツール保持部３１を基準軸線Ｌ１まわりに回転駆動する回転駆動手段３２と、ツール保持部３１を基準軸線Ｌ１に沿って変位移動するエアシリンダ５２と、ツール保持部３１および回転駆動手段３２およびエアシリンダ５２を搭載する車体３４と、車体３４を走行させる走行手段３５と、回転駆動手段３２、走行手段３５およびエアシリンダ５２を制御する制御手段６０とを含む。接合装置７２０は、制御手段６０が図９に示すような動作手順を実行することで、接合線２９に沿って２つの被接合部材２１，２２を接合することができる。
【０１５３】
また接合装置７２０は、ツール保持部３１を交差方向Ｙに変位駆動する交差駆動手段１０２と、被接合物２３の接合線２９の位置を検出する検出手段１２１を有する。制御手段６０が、検出手段１２１から与えられる検出結果に基づいて、交差駆動手段１０２を制御することによって、接合線２９上にツール保持部３１を配置することができる。検出手段１２１は、接合線２９に対して交差方向Ｙ両側に配置されてもよく、接合線２９に対して走行方向両側に配置されもよい。
【０１５４】
図３４に示すように、接合装置７２０は、予め定める走行経路に沿って走行するためにさらにガイド機構９６を有する。この場合、ガイド機構９６を案内するガイド体９０が被接合物２３または被接合物２３に一体的に固定される固定対象物に設けられる。ガイド体９０は、接合線２９に対して交差方向Ｙに予め定める間隔Ｐをあけて設けられ、接合線２９に沿って延びる。
【０１５５】
接合線２９が直線である場合には、ガイド体９０もまた直線状に延びる。また接合線２９が曲線である場合、ガイド体９０もまた接合線２９とほぼ同様に曲線状に延びる。本実施の形態では、ガイド体９０は、走行路面となる被接合物２３の上面に設けられ、スポット溶接によって複数の溶接箇所９５で、被接合物２３に固定される。本実施の形態では、ガイド体９０は、車体３４に対して、車体３４から第２走行反力Ｆ１３が働く方向に配置される。
【０１５６】
ガイド機構９６は、車体３４に固定される当接部９７を有する。当接部９７は、車体走行状態において、ガイド体９０のうちで幅方向一方側表面となる案内面２０３に当接する。案内面２０３は、交差方向Ｙ一方側表面であって、走行方向Ｘに沿って延びる。また案内面２０３は、ガイド体９０のうちで、第２走行反力Ｆ１３が働く方向に関して上流側表面となる。言い換えると、案内面２０３は、ガイド体９０のうちで、走行方向後方側、すなわち走行方向上流側で、ツール保持部２４の外周部が接合線２９を通過する方向に関して上流側表面となる。言い換えると、走行方向前方側、すなわち走行方向下流側でツール保持部２４の外周部が接合線２９を通過する方向に関して反対の方向の上流側表面となる。
【０１５７】
当接部９７は、ガイド体９０の幅方向一方側に配置され、車輪４７よりも交差方向Ｙ一方に突出する。車体走行状態において、当接部９７が案内面２０３に当接することで、当接部９７は、被接合物２３から車体３４に与えられる第２走行反力Ｆ１３をガイド体９０に伝える。本実施の形態では、当接部９７は、走行方向前方側、すなわち走行方向下流側から接合ツール２４を見て、接合ツール２４の外周部が接合線２９を通過する方向と反対側の車体部分９８に設けられる。さらに具体的には、当接部９７は、接合ツール２４よりも走行方向前方側、すなわち走行方向下流側に位置する第１当接部９７ａと、接合ツール２４よりも走行方向後方側、すなわち走行方向上流側に位置する第２当接部９７ｂとを含んで構成される。また第１当接部９７ａと第２当接部９７ｂとは、走行方向Ｘに並ぶ２つの車輪４７の間に配置される。
【０１５８】
このように接合装置７２０は、接合線２９を検出するための検出手段１２１と、その検出位置に従って接合ツール２４の位置を交差方向Ｙに補正するための交差駆動手段１０２を備えた自走式摩擦撹拌接合装置であって、被接合物２３から与えられる交差方向Ｙの反力を考慮した片押し式のガイドローラを備える。
【０１５９】
図３５は、図３４のＳ３５−Ｓ３５切断面線から見て示す断面図である。ガイド体９０は、走行方向に延びる長尺状に形成され、長手方向に垂直な切断面における断面形状が略Ｌ字上に形成される。ガイド体９０は、被接合物２３に当接する固定部分２００と、固定部７０１の端部から屈曲して延びる案内部分２０１とが形成される。固定部分２００は、複数の接合箇所９５で被接合物２３にスポット溶接される。また案内部分２０１は、接合線２９に沿って延びるとともに鉛直に延びる案内面２０３が形成される。案内面２０３は、接合装置走行時において、当接部９７が当接する面となる。
【０１６０】
各当接部９７は、車体３４から突出する突出部分３００と、突出部分３００の先端部に設けられて予め定める回転軸線Ｌ５まわりに回転可能に形成される回転体３０１とを有する。ここで回転軸線Ｌ５は、走行路面に垂直に設定される。また回転体３０１は、回転軸線Ｌ５に同軸な円筒状に形成される。
【０１６１】
接合装置７２０は、摩擦撹拌接合を行いながら走行することによって、被接合物２３から第２走行反力Ｆ１３が与えられる。車体３４は、走行方向Ｘに進むとともに、第２走行反力Ｆ１３によって交差方向Ｙにスライド移動する力が与えられる。そして当接部９７は、ガイド体９０の案内面２０３に当接する。当接部９７は、ガイド体９０に当接することで、被接合物２３から車体３４に与えられる第２走行反力Ｆ１３を、ガイド体９０に与える。車体３４は、当接部９７がガイド体９０に当接した状態では、交差方向Ｙにさらに移動することが阻止されて、走行方向Ｘに移動する。これによって車体３４は、ガイド体９０に案内され、接合ツール２４を接合線２９に沿って移動させることができる。
【０１６２】
本実施の形態では、ガイド体９０に対して幅方向一方側だけから当接部９７が当接する。したがって図３２に示すカムフォロアを用いる場合に比べて、接合に必要な準備作業を簡単化することができる。具体的には、カムフォロアを用いる場合には、接合装置を昇降装置によって吊上げて、一対のローラ９２，９３の間に、ガイド体９０が嵌り込むように位置調整を行い。位置調整後に接合装置を吊り下ろす必要がある。
【０１６３】
これに対して、本実施の形態では、ガイド体９０の幅方向一方側に当接部９７が位置するように接合装置７２０を配置するだけで、接合に適した位置に接合装置７２０を配置することができる。したがって摩擦撹拌接合における準備作業を簡単化することができる。また当接部９７とガイド体９０との間に隙間が形成された状態であっても、走行を開始することで車体９７がガイド体９０に向かう。これによって当接部９７とガイド体９０とを確実に当接させることができる。したがって接合前の状態において、当接部９７とガイド体９０との位置合せを厳密に行う必要がなく、準備作業を簡単化することができる。
【０１６４】
また接合装置７２０は、交差駆動手段１０２が設けられるので、ガイド体９０が接合線２９に対して少々ずれて設けられたとしても、交差駆動手段１０２によってツール保持部３１が交差方向Ｙに変位移動されることで、より確実に、接合ツール２４を接合線２９に沿って移動させることができる。また本実施の形態では、ガイド体９０の案内面２０３に、当接部９７の回転体３０１が当接した状態で、回転体３０１が回転軸線Ｌ５まわりに回転する。これによって回転体３０１の寿命を長くすることができる。また２つの当接部９７ａ，９７ｂが設けられることで、より安定して、車体３４をガイド体９０に案内させることができる。
【０１６５】
図３６は、ガイド体９０の第２の実施形態を示す断面図である。図３５に示すガイド体９０は、被接合物２３に直接溶接されるとしたが、ガイド体９０は、間接的に被接合物２３に固定されてもよい。たとえば図３６に示すように、被接合物２３に固定される固定対象物２１０に対してガイド体９０が固定されてもよい。このようにガイド体９０が被接合物２３に固定される固定方法は、特に限定されない。たとえば固定対象物２１０は、被接合物２３に設けられるリブなどによって実現されてもよい。この場合、リブとガイド体９０とをバイスなどの締結手段を介して固定することによって、ガイド体９０を間接的に被接合部材２３に固定することができる。摩擦撹拌接合終了後に、バイスを緩めることによって、ガイド体９０を被接合物２３から容易に取外すことができる。
【０１６６】
図３７は、ガイド体９０の第３の実施形態を示す断面図である。図３７に示すように、ガイド体９０は、真空吸着によって被接合物２３または固定対象物２１０に固定されてもよい。本実施の形態では、ガイド体９０は、真空吸着によって被接合物２３に固定される。この場合、ガイド体９０は、固定部分２００および案内部分２０１とを有するガイド本体２１４と、吸着手段２１１と、ガイド本体２１４と吸着手段２１１とを固定する連結体２１２とを含む。
【０１６７】
本実施の形態では吸着手段２１１は、真空吸着パッドによって実現される。吸着パッドは、被接合物２３に当接した状態で、被接合物２３との間に密着した密着空間２１７を形成する。そして吸引源２１３によって密着空間２１７に充満する空気が吸引されることによって、被接合物２３に密着する。吸着手段２１１とガイド本体２１４とが連結手段２１２によって連結されることで、ガイド本体２１４が被接合物２３に固定される。このように吸着手段２１１によって、ガイド本体２１４を被接合物２３に固定した場合、摩擦撹拌接合が終了したあとに、吸引源２１３による吸着を解除することによって、ガイド本体２１４を被接合物２３から容易に取外すことができる。これによって、ガイド体９０を溶接によって被接合物２３に固定する場合に比べて、作業性を向上することができるとともに、被接合物２３の損傷を防ぐことができる。
【０１６８】
図３８は、ガイド体９０の第４の実施形態を示す断面図である。吸着手段２１１とガイド本体２１４とが一体に構成されてもよい。本実施の形態では、ガイド体９０は、被接合物２３に対向する板状の固定部分２００と、固定部分２００から立設して車体３４を案内する案内部分２０１とを含む。
【０１６９】
固定部分２００には、固定部分２００と被接合物２３との間を塞ぐパッド部材２１５が設けられる。パッド部材２１５は、可撓性および弾発性を有する部材である。これによって被接合物２３と固定部分２００とパッド部材２１５とによって囲まれた吸着空間２１７が形成される。また固定部分２００には、吸引源２１３と吸着空間２１７を連通するための挿通孔２１６が形成される。
【０１７０】
吸引源２１３によって挿通孔２１を介して、吸着空間２１７に充満する空気を吸引することによって、吸着空間２１７内の圧力が大気圧に比べて減圧される。これによって固定部分２００は、大気圧によって被接合物２３に押し付けられて、被接合物２３に一体に固定される。このように固定部分２００のほぼ全面にわたって吸着空間２１７を形成することによって、吸着空間２１７の表面積を増やすことができ、固定部分２００が被接合物２３に吸着する吸着力を大きくすることができる。したがって車体３４から第２走行反力Ｆ１３が与えられても、ガイド体９０が被接合物２３からずれることをより確実に防ぐことができる。
【０１７１】
図３９は、第９の実施形態の接合装置７２０の変形例を示す平面図であり、図４０は、図３９のＳ４０−Ｓ４０切断面線から見て示す断面図である。この変形例の接合装置７２０は、図３４に示した位置とは異なる位置に、ガイド体９０およびガイド機構が配置される。具体的には、ガイド体９０は、車体３４に対して、車体３４から第２走行反力Ｆ１３が働く方向とは反対方向に配置される。当接部９７は、車体３４から第２走行反力Ｆ１３が働く方向とは反対方向に突出する。そして当接部９７は、ガイド体９０を跨いで、車体走行状態において、ガイド体９０の幅方向一方側部分となる案内部分２０１に当接する。
【０１７２】
このようにガイド体９０が被接合物２３に設けられる場合であっても、当接部９７は、車体走行状態において、ガイド体９０の幅方向一方側表面となる案内面２０３に当接する。案内面２０３は、ガイド体９０のうちで、第２走行反力Ｆ１３が働く方向に関して上流側部分表面となる。
【０１７３】
この場合も、接合装置７２０は、摩擦撹拌接合を行いながら走行することによって、第２走行反力Ｆ１３によって交差方向Ｙにスライド移動する力が与えられる。そして当接部９７は、ガイド体９０の案内面２０３に当接する。当接部９７は、ガイド体９０に当接することで、被接合物２３から車体３４に与えられる第２走行反力Ｆ１３を、ガイド体９０に与える。車体３４は、当接部９７がガイド体９０に当接した状態では、交差方向Ｙにさらに移動することが阻止されて、走行方向Ｘに移動する。これによって車体３４は、ガイド体９０に案内され、接合ツール２４を接合線２９に沿って移動させることができる。
【０１７４】
このような実施の形態の場合であっても、ガイド体９０に対して幅方向一方側だけから当接部９７が当接するので、カムフォロアを用いて車体を案内させる場合に比べて、摩擦撹拌接合における準備作業を簡単化することができる。したがって接合装置７２０は、第２走行反力Ｆ１３が与えられる方向が予め決定されているので、第２走行反力Ｆ１３を支えることができる位置に当接部９７を設ければよく、ガイド体９０の幅方向一方側にのみに当接部９７を当接させるほうが好ましい。
【０１７５】
たとえば車体がガイド体９０の上方を通過するようにしてもよい。またガイド体９０は、被接合物２３に設置される設置位置に制約がある場合があるので、当接部９７は、車体３４に設けられる位置が変更可能であったり、車体３４から突出する突出量を調整可能であったりすることが好ましい。
【０１７６】
本実施の形態では、接合装置７２０が被接合物２３の上方を走行し、車体３４の下方に配置される被接合物２３に接合ツール２４を没入させるとしたが、図１に示すように、車体３４の上方に配置される被接合物２３に接合ツール２４を没入させてもよい。この場合、接合装置７２０は、走行路面に固定されるガイド体９０に案内され、ガイド体９０は、上述したガイド体と同様の構成に形成される。したがってガイド体９０は、被接合物２３に固定されなくともよく、被接合物２３と一体の固定構造物に固定されてもよい。また本実施の接合装置７２０に換えて、上述する接合装置についてガイド機構９６が設けられることで、本実施の接合装置７２０と同様の効果を得ることができる。
【０１７７】
図４１は、本発明の第１０の実施の形態である接合装置８２０を示す平面図であり、図４２は、接合装置８２０を示す側面図である。接合装置８２０は、第９の実施形態である接合装置７２０と同様の構成を有し、さらに車体３４を走行路面に吸着する吸着手段４００を有する。吸着手段４００は、車体押し付け手段であって、接合にあたって被接合物２３から車体３４に与えられる接合反力Ｆ１に抗した力を車体３４に与える。これによって接合時に、車体３４が被接合物２３から離反することを防ぐことができ、被接合物２３に没入する接合ツール２４の没入量が不足することを防ぐことができる。
【０１７８】
本実施の形態では、基準軸線Ｌ１を挟んで、走行方向両側に２つの吸着手段４００が形成される。それぞれの吸着手段４００は、同様の構成を有しているので、一方の吸着手段４００について説明する。
【０１７９】
図４３は、吸着手段４００を示す平面図であり、図４４は、吸着手段４００の動作を示す側面図である。吸着手段４００は、車体３４に連結されて、被接合物２３に対向する板状の対向部４０１と、対向部４０１の厚み方向一方側表面から突出し、対向部４０１の表面を一周する環状のパッド部４０２とを含んで形成される。
【０１８０】
対向部４０１は、車体３４の底面に配置され、走行路面である被接合物２３と対向部４０１との間の距離が可及的に小さくなるように配置される。本実施の形態では、対向部４０１は、略四角形状に形成されて、厚み方向一方側表面が被接合物２３に対向する。パッド部４０２は、可撓性および弾発性を有する材料によって形成され、被接合物２３と対向部４０１との間を塞ぐ。パッド部４０２は、対向部４０１の四辺に沿って延びて一周する。また対向部４０１には、パッド部４０２に囲まれた領域で、厚み方向に貫通する貫通孔４０３が形成される。
【０１８１】
図４４に示すように、被接合物２３と対向部４０１とパッド部４０２とによって囲まれた吸着空間４０４に充満する流体である空気が貫通孔４０３から吸引されることによって、吸着空間４０４内の圧力が大気圧に比べて減圧される。これによって対向部４０１は、大気圧によって被接合物２３に押し付けられて、被接合物２３に車体３４を押し付ける。したがって車体３４は、接合ツール没入時に、被接合物２３に対する浮き上がりを防ぐことができる。
【０１８２】
この場合、ツール押圧力をＦｚとし、接合装置の自重をＷとし、単位面積あたりの吸着力をｑとし、対向部４０１の面積をＡとすると、Ｆｚ＜（Ｗ＋ｑ・Ａ）の関係を満たす必要がある。また被接合物２３と車輪４７との走行方向Ｘの摩擦係数をμｘとすると、Ｆｚ・α＜（Ｗ＋ｑ・Ａ−Ｆｚ）・μｘの関係を満たす必要がある。また被接合物２３と車輪４７との交差方向Ｙの摩擦係数をμｙとすると、Ｆｚ・β＜（Ｗ＋ｑ・Ａ−Ｆｚ）・μｙの関係を満たす必要がある。
【０１８３】
このように本実施の形態の接合装置８２０は、真空吸着力と接合装置８２０の自重によって、接合装置７２０を被接合物２３に押し付ける力を得る。したがって接合装置に錘を搭載して被接合物２３に押し付ける力を得る場合に比べて、接合装置の重量を軽量化することができる。これによって接合装置８２０の搬送および設置を容易にすることができる。
【０１８４】
たとえば接合ツール２４を被接合物２３に押し付ける押し付け力が２４ｋＮである場合、吸着手段４００が設けられない場合には、錘を搭載した接合装置の自重は、４６００ｋｇ以上必要である。これに対して、対向部４０１の厚み方向の表面積が約０．３ｍ２とし、密着空間内の圧力を１０ｋＰａにすることで、接合装置８２０の自重は、２０００ｋｇ以上で十分となる。この場合、吸着手段４００を接合装置８２０に設けることで、接合装置に浮き上がり防止用錘を設ける場合に比べて約５７％の軽量化を図ることができる。
【０１８５】
また本実施の形態では、接合装置８２０に対して、吸引源２１３が別体に設けられる。これによって、接合装置８２０をさらに軽量化することができる。またガイド体９０を吸着によって固定する場合には、接合装置８２０に設けられる吸着手段４００と、ガイド体９０に設けられる吸着手段２１１とを、１つの吸着源２１３によって動作させることができ、さらに利便性を向上することができる。
【０１８６】
図４５は、ガイド体９０および接合装置８２０を吸着して摩擦撹拌接合する場合における作業者の作業手順を示すフローチャートである。まずステップｂ０で接合すべき２つの被接合部材２１，２２を準備すると、ステップｂ１に進む。ステップｂ１では、定盤などに被接合部材２１，２２を固定し、２つの被接合部材２１，２２を突合わせて、接合線２９を形成すると、ステップｂ２に進む。
【０１８７】
ステップｂ２では、接合線２９に沿ってガイド体９０を配置する。１つのガイド体９０では、接合線２９の長さよりも短い場合には、複数のガイド体９０を走行方向Ｘに並べる。ガイド体９０を接合線２９に沿って並べると、吸引源２１３によってガイド体９０の吸着手段２１１を動作させて、ガイド体９０を被接合物２３に吸着固定し、ステップｂ３に進む。
【０１８８】
ステップｂ３では、接合装置８２０の当接部９７をガイド体９０の案内面２０３の近傍に配置する。そしてステップｂ４に進む。ステップｂ４では、吸引源２１３によって、接合装置８２０の吸着手段４００を動作させて、接合装置８２０を被接合物２３に吸着固定し、ステップｂ５に進む。
【０１８９】
ステップｂ５では、作業者は、制御手段６０を操作して、摩擦撹拌接合動作を開始させる。そして摩擦撹拌動作が終了すると、ステップｂ６に進む。ステップｂ６では、吸引源２１３による吸引を解除して、ガイド体９０の吸着手段２１１と接合装置８２０の吸着手段４００の吸着を解消し、ステップｂ７に進む。ステップｂ７では、ガイド体９０および接合装置８２０を被接合物２３上から取除き、作業者の接合手順を終了する。
【０１９０】
このように摩擦撹拌接合開始中に吸着手段４００を動作させ、接合動作以外について吸着手段４００の動作を停止させることによって、押し付け力が必要でない期間については、押し付け力を解除することができ、接合装置８２０の搬送および設置を容易に行うことができる。特に本実施の形態では、棟梁や船殻構造体などの大型構造物への摩擦撹拌接合に適し、設備コストを抑えるとともに、多様な形状および寸法を有する種々の被接合物に対して、高い柔軟性を有する自走式摩擦撹拌接合装置を実現することができる。さらにガイド体および摩擦撹拌接合装置に吸着手段を設けることで、施行能率を大幅に引揚げることができる。
【０１９１】
図４６は、第１０の実施形態の接合装置８２０の変形例を示す平面図である。図４１に示す吸着手段４００は、基準軸線Ｌ１を挟んで、走行方向両側に２つの吸着手段４００が形成されるとしたが、吸着手段４００は、車体３４の底面のうちで、接合ツール２４が没入する領域を除いて形成されていればよい。
【０１９２】
本実施の形態では、前記吸着空間４０４は、基準軸線Ｌ１を含んで走行方向Ｘに延びる空間をのぞいて形成される。具体的には、吸着空間４０４は、基準軸線Ｌ１を含んで基準軸線Ｌ１から走行方向後方、すなわち走行方向上流方向に延びる交差方向中央後方空間を除いて形成されるとともに、基準軸線Ｌ１を含んで基準軸線Ｌ１から走行方向前方、すなわち走行方向下流方向に延びる交差方向中央前方空間を除いて形成される。これによって、車体３４が被接合物２３の上方を走行して、摩擦撹拌接合を行う場合、対向部４０１が、被接合物２３の接合跡部分および被接合物２３の開先部分に対向することが防がれる。これによってパッド部４０２が被接合物２３の接合跡部分および開先部分に形成されるバリなどに接触することを防ぐことができ、吸着空間４０４の密着性を向上することができる。また接合跡部分および開先部分に凹凸がある場合であっても、パッド部４０２と被接合物２３との間の隙間が大きくなることを防いで、吸着空間４０４の密着性の低下を防ぐことができる。
【０１９３】
図４７は、第１０の実施形態の接合装置８２０の変形例を示す平面図である。本実施形態では、基準軸線Ｌ１に対して、走行方向前方側の第１吸着手段５００と、走行方向後方側の第２吸着手段５０１とがそれぞれ独立して動作可能に形成される。本実施の形態では、各吸着手段５００，５０１は、それぞれ異なる吸引源５０３，５０４によってそれぞれ吸着空間４０４に充満する気体が吸引される。具体的には、第１吸着手段５００は、第１吸引源５０３によって吸着空間４０４の気体が吸引され、第２吸引手段５０１は、第２吸引源５０４によって吸着空間４０４の気体が吸引される。これによって被接合物２３のうち端部を摩擦撹拌接合する場合についても、車体３４の浮き上がりを防止することができる。
【０１９４】
具体的には、図４７に示すように、車体３４が被接合物２３のうち走行方向後方、すなわち走行方向上流側の端部を接合する場合、車体３４の走行方向前方側部分が被接合物２３に対向し、車体の走行方向後方側部分が被接合物２３に対向していない状態となる。この場合、本実施の形態では、被接合物２３に対向している第１吸着手段５００を動作させることで、車体３４の後方部分が被接合物２３に対向していなくても、車体３４を被接合物２３に押し付けることができる。
【０１９５】
同様に車体３４が被接合物２３のうち走行方向前方、すなわち走行方向下流側の端部を接合する場合、車体３４の走行方向前方側部分が被接合物２３に対向しておらず、車体の走行方向後方側部分が被接合物２３に対向している状態となる。この場合、本実施の形態では、被接合物２３に対向している第２吸着手段５０１を動作させることで、車体３４の前方部分が被接合物２３に対向していなくても、車体３４を被接合物２３に押し付けることができる。
【０１９６】
図４８は、被接合物２３の両端部にわたって接合する場合の吸着動作を示すフローチャートである。図４７に示すように、基準軸線Ｌ１を挟んで走行方向両側にそれぞれ吸着手段５００，５０１が設けられる場合、被接合物２３の走行方向端部を接合する場合と、走行方向中間部を接合する場合とで、各吸着手段５００，５０１の吸着状態を切換えることによって、被接合物２３の走行方向両端部にわたって被接合物２３を接合することができる。
【０１９７】
具体的には、まずステップｃ０で被接合部材２１，２２を突合わせて開先部分を形成するとともに、開先部分の走行方向両側に走行路部材８９を配置し、治具によって走行路部材８９と被接合部材２１，２２と結合する。このような準備が完了すると、ステップｃ１に進む。ステップｃ１では、接合装置８２０のうち、接合装置８２０の前輪を被接合物２３に配置し、後輪を走行路部材に配置した状態で、第１吸引源５０３だけを動作させる。そして第１吸着手段４００によって車体３４を被接合物２３に押し付けたあと、接合ツール２４を没入させて摩擦撹拌接合を開始させる。そして接合装置８３０の全体が被接合物２３上に移動すると、ステップｃ２に進む。
【０１９８】
ステップｃ２では、第１吸引源５０３および第２吸引源５０４の少なくともいずれかを動作させ、第１または第２吸着手段４００，４０１によって車体３４を被接合物２３に押し付けた状態で、摩擦撹拌接合を継続する。
【０１９９】
たとえば接合装置８２０が接合線２９の走行方向中央位置付近に達するまで第１吸引源５０３を用い、接合線２９の走行方向中央位置を通過すると第２吸引源５０４を用いてもよい。また１つの吸引源５０３を用いる場合に比べて、吸引能力を低下させた状態で、２つの吸引源５０３，５０４を用いてもよい。このようにして接合装置８２０の前輪が、被接合物２３から走行路部材８９に移動すると、ステップｃ３に進む。
【０２００】
ステップｃ３では、第２吸引源５０４だけを動作させる。そして第２吸着手段４０１によって車体３４を被接合物２３に押し付けた状態で、摩擦撹拌接合を継続する。そして接合ツール２４が被接合物２３から脱出すると、ステップｃ４に進む。ステップｃ４では、第２吸引源５０４による吸引動作を終了する。
【０２０１】
このように２つの吸引源５０３，５０４を切換えて動作することによって、接合装置が被接合物２３の走行方向両端部を接合する場合であっても、被接合物が浮き上がることを防ぐことができ、良好に被接合物２３を接合することができる。ここで、２つの吸引源５０３，５０４の切換え動作は，手動で行ってもよく、また制御手段６０に行わせてもよい。また本実施の形態では、２つの吸引源５０３，５０４を用いたが、１つの吸引源の吸引経路を、第１吸引手段と第２吸引手段とのいずれかに切換える切換え弁を設け、切換え弁の切換え状態を切換えても同様の効果を得ることができる。
【０２０２】
上述した本発明の各実施形態は、本発明の一例示であり発明の範囲内において構成を変更することができる。たとえば回転駆動手段３２は、電動モータ以外、たとえば油圧モータおよびエアモータによって実現されてもよい。なお変位駆動手段３２は、エアシリンダ以外、たとえば油圧シリンダ、電気サーボ加圧機構によって実現されてもよい。また各実施の形態を組合わせた構成であってもよい。またたとえば被接合物２３から与えられる交差方向Ｙの反力に抗して、装置の走行方向および接合ツールの位置を接合線２９に倣わせるために、検出手段１２１の検出結果にしたがって、交差方向両側のそれぞれの走行車輪または各走行車輪を独立に駆動するようにしてもよい。また吸引源２１３は、車体３４に搭載されていてもよい。また被接合物２３は、船舶および車両などの大形・長尺アルミ構造物の製造に用いられてもよい。またＬＮＧタンク構造物の製造に用いられてもよい。
【０２０３】
また本発明は、次の実施の形態が可能である。
（１）複数の被接合部材によって構成される被接合物を、接合ツールによって摩擦撹拌して、各被接合部材を接合する摩擦撹拌接合装置であって、
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車体とを含み、
車体は、被接合物の上方を走行可能に形成されることを特徴とする摩擦撹拌接合装置である。
【０２０４】
この構成に従えば、接合ツールを保持したツール保持部を回転させて被接合物に没入した状態で、被接合物の接合線に沿って車体が走行する。これによって２つの被接合部材を接合する。車体が被接合物の上方を走行するので、摩擦撹拌接合装置は、ツール保持部、回転駆動手段および変位駆動手段を、被接合物の水平方向外方で支持する必要がない。したがって被接合物の大きさおよび形状にかかわらずに摩擦撹拌接合を行うことができる。
【０２０５】
この構成によれば、摩擦撹拌接合装置が自走しながら摩擦撹拌接合を行う。これによって第１の従来技術のように、被接合物を移動させる必要がない。また第２の従来技術のように、回転駆動手段および変位駆動手段を被接合物の水平方向外方で支持する必要がない。これによって被接合物の大きさおよび形状にかかわらず摩擦撹拌接合を行うことができる。
【０２０６】
したがって被接合物が大型である場合であっても、摩擦撹拌接合装置が大型化することがない。これによって摩擦撹拌接合装置の設備コストおよび設置スペースを低減することができる。また被接合物の形状が変化しても、摩擦撹拌接合装置の走行経路が変化するだけであって、別途新たな装置を必要としない。これによって柔軟な対応が可能となり、汎用性を向上することができる。
【０２０７】
（２）複数の被接合部材によって構成される被接合物を、接合ツールによって摩擦撹拌して、各被接合部材を接合する摩擦撹拌接合装置であって、
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車体とを含み、
車体は、被接合物の下方を走行可能に形成されることを特徴とする。
【０２０８】
この構成に従えば、接合ツールを保持したツール保持部を回転させて被接合物に没入した状態で、被接合物の接合線に沿って車体が走行する。これによって２つの被接合部材を接合する。車体が被接合物の下方を走行するので、摩擦撹拌接合装置は、ツール保持部、回転駆動手段および変位駆動手段を、被接合物の水平方向外方で支持する必要がない。したがって被接合物の大きさおよび形状にかかわらずに摩擦撹拌接合を行うことができる。
【０２０９】
この構成によれば、被接合物に対して車体が上下方向のいずれかに配置される場合であっても、接合可能であり、利便性を向上することができる。たとえば被接合物が大型である場合、他の保持装置に被接合物を保持した状態で、摩擦接合装置を自走させて摩擦撹拌接合することができる。このとき被接合物に対して車体を上下方向のうち、一方側にしか摩擦撹拌接合装置を配置できない場合があっても、その方向にあわせて接合を行うことができ、他の保持装置によって被接合物を保持した状態で、接合作業を行うことができる。
【０２１０】
（３）車体は、走行路面に対して回転する車輪または履帯が設けられ、
車輪または履帯は、車体の基準軸線方向両端部に着脱可能に形成されることを特徴とする。
【０２１１】
この構成に従えば、基準軸線方向は、摩擦撹拌接合時において上下方向となる。車体が被接合物に対して上方に配置される場合には、ツール保持部が下方側に配置され、車輪または履帯が車体の下端部に装着される。接合にあたっては、下方にツール保持部を変位駆動して接合ツールを被接合物に没入させる。
【０２１２】
また車体が被接合物に対して下方に配置される場合には、ツール保持部が上方側に配置され、車輪または履帯が車体の下端部に装着される。接合にあたっては、上方にツール保持部を変位駆動して接合ツールを被接合物に没入させる。
【０２１３】
このように基準軸線方向両端部に車体または履帯を装着可能とすることによって、被接合物に対して車体が上下方向のいずれかに配置される場合であっても、下方からツール保持部、回転駆動手段および変位駆動手段を支持した状態で走行可能であって、摩擦撹拌接合が接合可能である。
【０２１４】
（４）接合にあたって、被接合物から与えられる基準軸線方向の反力に抗した力を車体に与える車体押付け手段をさらに含むことを特徴とする。
【０２１５】
この構成に従えば、接合ツールを被接合物に没入するにあたって、車体は、被接合物から基準軸線方向の反力を受ける。車体押付け手段によって、反力に抗した押付け力を車体に与えることによって、車体が被接合物から離反することを防止することができる。これによって被接合物に没入する接合ツールの没入量が不足することを防ぐことができる。
【０２１６】
この構成によれば、車体押付け手段が、被接合物から与えられる反力に抗した押付け力を車体に与えることによって、車体が被接合物から離反することを防止することができる。これによって被接合物に没入する接合ツールの没入量が不足することを防ぐことができ、接合品質を向上することができる。
【０２１７】
たとえば接合ツールの没入方向が、鉛直方向下向きの場合、自走する摩擦撹拌接合装置の浮き上がりを防止することができる。車体押付け手段は、天井などの壁から延びて、車体を物理的に押付ける押圧機構であってもよい。そのほか、電磁力、空気吸引による吸着力を用いて、車体に力を与えてもよい。また、車体押付け手段は、接合ツールが被接合物に与える押圧力を超える力を生じさせるために、車体に搭載される錘であってもよい。
【０２１８】
（５）接合にあたって、被接合物から与えられる基準軸線に対して垂直な方向の反力を考慮して車体を所定の移動径路に沿って走行させる走行補助手段をさらに含むことを特徴とする。
【０２１９】
この構成に従えば、接合ツールを回転させながら被接合物に没入させた状態で、所定の移動径路に沿って車体を走行させる場合、車体は、被接合物から基準軸線方向に垂直な方向の反力を受ける。走行補助手段がその反力を考慮して車体を走行すべき走行経路に沿って走行させることで、接合ツールが移動径路から逸れることを防ぐことができる。
【０２２０】
この構成によれば、走行補助手段が、被接合物から与えられる反力を考慮して、車体を走行すべき走行経路に沿って走行させる。これによって摩擦撹拌接合装置が、自走した場合であっても、接合ツールが移動径路から逸れることを防ぐことができる。これによって被接合物の接合線に沿って精度よく、接合ツールを倣わせることができる。これによって接合線が長い場合、すなわち被接合物が大型である場合であっても、接合線に沿って接合ツールを移動させることができ、接合品質の低下を防止することができる。たとえば走行補助手段は、進行方向を調整する舵手段、接合線に沿って車体を案内するガイドレールなどによって実現されてもよい。
【０２２１】
（６）ツール保持部と接合位置とのずれ量を解消する位置にツール保持部を移動可能な補正移動手段をさらに含むことを特徴とする。
【０２２２】
この構成に従えば、補正移動手段によって、ずれを解消するようにツール保持部を被接合物に対して移動させることができる。補正移動手段は、車体に対してツール保持部を移動させてもよく、車体ごとツール保持部を移動させてもよい。このようにツール保持部と接合位置とのずれを解消することによって、接合位置の教示ミス、接合位置の誤差、走行移動における誤差などが生じる場合であっても、接合位置で被接合物を精度よく接合することができる。また車体が、被接合物から反力を受けた場合であっても、接合ツールが走行すべき走行経路から逸れることを防ぐことができる。
【０２２３】
この構成によれば、補正移動手段によってずれを解消するようにツール保持部を被接合物に対して移動させることができる。補正移動手段は、車体に対してツール保持部を移動させてもよく、車体ごとツール保持部を移動させてもよい。このようにツール保持部と接合位置とのずれを解消することによって、接合位置の教示ミス、接合位置の誤差、走行移動における誤差などが生じる場合であっても、接合位置で被接合物を精度よく接合することができる。また車体が、被接合物から反力を受けた場合であっても、接合ツールが走行すべき走行経路から逸れることを防ぐことができる。
【０２２４】
（７）ツール保持部と接合位置とのずれ量を検出するずれ量検出手段と、
ずれ量検出手段の検出結果に基づいて、補正移動手段を制御する制御手段とをさらに含むことを特徴とする。
【０２２５】
この構成に従えば、ずれ量検出手段によってツール保持部と接合位置とのずれ量を検出し、制御手段が、補正移動手段を用いてずれを解消するようにツール保持部を被接合物に対して移動させる。これによって、作業者が補正移動手段を操作する必要がなく、利便性を向上することができる。
【０２２６】
この構成によれば、ずれ量検出手段によってツール保持部と接合位置とのずれ量を検出し、制御手段が補正移動手段を用いて、ずれを解消するようにツール保持部を被接合物に対して移動させる。これによって、作業者が補正移動手段を操作する必要がなく、利便性を向上することができる。
【０２２７】
（８）補正移動手段は、車体に対してツール保持部を移動させることを特徴とする。
この構成に従えば、車体に対してツール保持部を移動させることによって、車体の移動にかかわらずに、ずれに応じてツール保持部を移動させることができる。これによってツール保持部の接合位置に対する追従性を向上して、接合ツールが走行すべき走行経路から逸れることを防ぐことができる。また接合ツールの位置を微調整することができる。
【０２２８】
この構成によれば、車体に対してツール保持部を移動させることによって、車体の移動にかかわらずに、ずれに応じてツール保持部を移動させることができる。これによってツール保持部の接合位置に対する追従性を向上して、接合ツールが走行すべき走行経路から逸れることを防ぐことができる。また接合ツールの位置を微調整することができる。
【０２２９】
（９）補正移動手段は、車体の進行角度を修正することを特徴とする。
この構成に従えば、車体の進行角度を修正するだけで、ずれに応じてツール保持部を移動させることができる。これによって進行方向と接合線とがずれており、走行するにつれてずれ量が大きくなる場合であっても、接合ツールが走行すべき走行経路から逸れることを防ぐことができる。
【０２３０】
この構成によれば、車体の進行角度を修正するだけで、ずれに応じてツール保持部を移動させることができる。これによって進行方向と接合線とがずれており、走行するにつれてずれ量が大きくなる場合であっても、接合ツールが走行すべき走行経路から逸れることを防ぐことができる。
【０２３１】
（１０）車輪または履帯は、走行路面との摩擦係数の高い材料によって外周部が形成されることを特徴とする。この構成に従えば、車輪または履帯の摩擦係数が高く設定されることによって、車輪または履帯がスリップすることを防ぐことができる。
【０２３２】
（１１）接合ツールが被接合物に没入する量が予め定める没入量となるように、ツール保持部の移動を規制する規制手段をさらに含むことを特徴とする。この構成に従えば、規制手段によって接合ツールの没入量が予め定める没入量に調整される。これによって接合ツールが被接合物に過剰に没入することを防ぐことができる。
【０２３３】
（１２）前記規制手段は、ツール保持部に連結される連結部と、
連結部に連なり、弾発性を有して基準軸線に沿って伸縮する伸縮部とを有し、
接合ツールが予め定める没入量没入した状態から、さらに没入しようとした場合、被接合物に当接した伸縮部からツール保持部に与えられるばね力によって接合ツールの没入を規制することを特徴とする。
【０２３４】
この構成に従えば、接合ツールを没入させると、ツール保持部とともに連結部および伸縮部が被接合物に向かって移動する。接合ツールが予め定める没入量まで被接合物に没入すると、伸縮部の先端部分は、被接合物に当接し、基準軸線方向への変位が阻止される。さらに接合ツールが没入すると、伸縮部は、収縮して没入方向と反対方向のばね力をツール保持部に与える。これによって接合ツールが予め定める没入量よりも深く没入すると、伸縮部からのばね力がツール保持部に与えられるので、接合ツールの更なる没入を規制することができる。
【０２３５】
この構成によれば、弾発性を有する伸縮部を有して規制手段が実現される。摩擦撹拌接合装置が自走する場合、走行路面の状態などの状態によっては、接合ツールの没入量を一定に保つことが困難な場合があるが、上述した伸縮部を有する規制手段を用いることによって、接合ツールの没入量を予め定める没入量からずれることを防止することができる。これによって被接合物の接合線が長い場合であっても、その接合線を移動する間に、接合ツールの没入量が変動することを防止することができ、接合品質を向上することができる。また機構的に没入量を一定にすることによって、センサを用いる必要がなく、簡単な構成によって規制手段を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０２３６】
【図１】本発明の第１の実施の形態である接合装置２０を示す分解斜視図である。
【図２】接合装置２０を示す斜視図である。
【図３】接合装置２０による接合手順を示す断面図である。
【図４】接合装置２０の走行状態を示す断面図である。
【図５】接合装置２０の他の走行状態を示す断面図である。
【図６】接合装置２０の他の走行状態を示す斜視図である。
【図７】走行手段３５を備える接合装置２０を示す断面図である。
【図８】接合装置２０の電気的構成を示すブロック図である。
【図９】摩擦撹拌接合における制御手段６０の動作手順の一例を示すフローチャートである。
【図１０】接合ツール没入時の接合反力を示す断面図である。
【図１１】車体進行時に被接合物２３に与えられる力を説明するための斜視図である。
【図１２】車体進行時に被接合物２３に与えられる力を説明するための斜視図である。
【図１３】走行時に被接合物２３から車体３４に与えられる反力を示す平面図である。
【図１４】接合装置２０の他の接合状態を示す正面図である。
【図１５】接合装置２０の他の接合状態を示す断面図である。
【図１６】他の接合状態の変形例を示す正面図である。
【図１７】他の接合状態の変形例を示す断面図である。
【図１８】図１４の一部を拡大して示す断面図である。
【図１９】本発明の他の実施の形態の車輪７７を示す断面図である。
【図２０】接合装置２０のさらに他の接合状態を示す斜視図である。
【０２３７】
【図２１】接合装置２０のさらに他の接合状態を示す正面図である。
【図２２】接合装置２０のさらに他の接合状態を示す断面図である。
【図２３】本発明の第２の実施の形態である接合装置１００の一部を示す分解斜視図である。
【図２４】接合装置１００の変形例を示す断面図である。
【図２５】本発明の第３の実施の形態である摩擦撹拌接合装置１２０の一部を拡大して示す図である。
【図２６】検出手段１２１を示す正面図である。
【図２７】規制手段１２２を簡略化して示す断面図である。
【図２８】本発明の第４の実施の形態である接合装置２２０を示す断面図である。
【図２９】本発明の第５の実施の形態である接合装置３２０を示す断面図である。
【図３０】本発明の第６の実施の形態である接合装置４２０を示す断面図である。
【図３１】本発明の第７の実施の形態である接合装置５２０を示す断面図である。
【図３２】本発明の第８の実施の形態である接合装置６２０を示す断面図である。
【図３３】本発明の第９の実施の形態である接合装置７２０を示す側面図である。
【図３４】接合装置７２０を示す平面図である。
【図３５】図３４のＳ３５−Ｓ３５切断面線から見て示す断面図である。
【図３６】ガイド体９０の第２の実施形態を示す断面図である。
【図３７】ガイド体９０の第３の実施形態を示す断面図である。
【図３８】ガイド体９０の第４の実施形態を示す断面図である。
【図３９】第９の実施形態の接合装置７２０の変形例を示す平面図である。
【図４０】図３９のＳ４０−Ｓ４０切断面線から見て示す断面図である。
【０２３８】
【図４１】本発明の第１０の実施の形態である接合装置８２０を示す平面図
【図４２】接合装置８２０を示す側面図である。
【図４３】吸着手段４００を示す平面図である。
【図４４】吸着手段４００の動作を示す側面図である。
【図４５】ガイド体９０および接合装置８２０を吸着して摩擦撹拌接合する場合における作業者の作業手順を示すフローチャートである。
【図４６】第１０の実施形態の接合装置８２０の変形例を示す平面図である。
【図４７】第１０の実施形態の接合装置８２０の変形例を示す平面図である。
【図４８】被接合物２３の両端部にわたって接合する場合の吸着動作を示すフローチャートである。
【図４９】第１の従来技術の摩擦撹拌接合装置１を示す斜視図である。
【図５０】第２の従来技術の摩擦撹拌接合装置１３を示す斜視図である。
【図５１】第２の従来技術の摩擦撹拌接合装置１５を示す斜視図である。
【符号の説明】
【０２３９】
２０，１００，１２０，２２０，３２０，４２０，５２０，６２０  摩擦撹拌接合装置
２１，２２  被接合部材
２３  被接合物
２４  接合ツール
３１  ツール保持部
３２  回転駆動手段
３３  変位駆動手段
３４  車体
３５  走行手段
Ｌ１  基準軸線
【図１】
0004745729.tif 000002
【図２】
0004745729.tif 000003
【図３】
0004745729.tif 000004
【図４】
0004745729.tif 000005
【図５】
0004745729.tif 000006
【図６】
0004745729.tif 000007
【図７】
0004745729.tif 000008
【図８】
0004745729.tif 000009
【図９】
0004745729.tif 000010
【図１０】
0004745729.tif 000011
【図１１】
0004745729.tif 000012
【図１２】
0004745729.tif 000013
【図１３】
0004745729.tif 000014
【図１４】
0004745729.tif 000015
【図１５】
0004745729.tif 000016
【図１６】
0004745729.tif 000017
【図１７】
0004745729.tif 000018
【図１８】
0004745729.tif 000019
【図１９】
0004745729.tif 000020
【図２０】
0004745729.tif 000021
【図２１】
0004745729.tif 000022
【図２２】
0004745729.tif 000023
【図２３】
0004745729.tif 000024
【図２４】
0004745729.tif 000025
【図２５】
0004745729.tif 000026
【図２６】
0004745729.tif 000027
【図２７】
0004745729.tif 000028
【図２８】
0004745729.tif 000029
【図２９】
0004745729.tif 000030
【図３０】
0004745729.tif 000031
【図３１】
0004745729.tif 000032
【図３２】
0004745729.tif 000033
【図３３】
0004745729.tif 000034
【図３４】
0004745729.tif 000035
【図３５】
0004745729.tif 000036
【図３６】
0004745729.tif 000037
【図３７】
0004745729.tif 000038
【図３８】
0004745729.tif 000039
【図３９】
0004745729.tif 000040
【図４０】
0004745729.tif 000041
【図４１】
0004745729.tif 000042
【図４２】
0004745729.tif 000043
【図４３】
0004745729.tif 000044
【図４４】
0004745729.tif 000045
【図４５】
0004745729.tif 000046
【図４６】
0004745729.tif 000047
【図４７】
0004745729.tif 000048
【図４８】
0004745729.tif 000049
【図４９】
0004745729.tif 000050
【図５０】
0004745729.tif 000051
【図５１】
0004745729.tif 000052