JP4940246B2 - 摩擦攪拌点溶接装置 - Google Patents
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Description
本発明は摩擦攪拌点溶接装置に関し、より詳細には、重なっている被加工材及び回転工具の間の摩擦熱を利用して被加工材を接合する摩擦攪拌点溶接装置に関する。
自動車や航空機などの運送装置、そして建築や土木などの多様な産業分野で、アルミニウムやマグネシウムなどの軽量素材を活用した軽量合金が幅広く使用されている。このような軽量合金を利用して各種機器、構造物などを生産または製作するためには、これら軽量合金を溶接によって接合する場合が頻発する。
したがって、これら軽量合金を溶接する技術が幅広く研究されており、最近では摩擦攪拌溶接（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｓｔｉｒ Ｗｅｌｄｉｎｇ；ＦＳＷ）が紹介されているが、これに関しては、国際公開文献（国際公開番号：ＷＯ９３／１０９３５；出願人：ＴＨＥ ＷＥＬＤＩＮＧ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ）を参照することができる。
前記文献を参照して摩擦攪拌溶接技術について簡略に説明すると、前記摩擦攪拌溶接技術は、接合しようとする２つの被加工材を互いに向かい合わせて、接合界面に沿って工具（ｔｏｏｌ）が進む時に発生する摩擦熱及び被加工材の内部で発生する焼成加工現象を利用して、被加工材を接合する方法である。
そして、最近は、このような摩擦攪拌溶接技術を活用及び改善してより一層発展させようとする努力が行われている。
一例として、前記摩擦攪拌溶接方法から派生した他の溶接方法の１つとして、摩擦攪拌点溶接方法が知られている。
前記摩擦攪拌点溶接方法は、摩擦攪拌溶接技術の一部分を利用して重畳接合に利用することによって、回転工具を被加工材側に移動させて一点（ｓｐｏｔ）で被加工材を攪拌して溶接する方法である。
このような摩擦攪拌点溶接方法は、抵抗点溶接及び摩擦攪拌溶接を混合した形態であって、前記摩擦攪拌溶接とは異なる溶接方法として認識されている。
このような摩擦攪拌点溶接方法は、抵抗点溶接及び摩擦攪拌溶接を混合した形態であって、前記摩擦攪拌溶接とは異なる溶接方法として認識されている。
前記摩擦攪拌点溶接方法を行う溶接装置の１つとして、従来は回転工具を回転させるための駆動機、例えばモータが前記回転工具と同一軸上に設置されて、前記回転工具と共に上下方向に移動するように構成された摩擦攪拌点溶接装置が開示されている。
しかし、前記構成の摩擦攪拌点溶接装置は、負荷重量が大きくなる短所がある。
このような問題点を解決するために、日本公開特許番号２００２-１３７０６７号（以下、「川崎特許」とする）は、回転工具が設置された主軸を回転させるための駆動機を固定フレームに設置して、前記駆動機の駆動軸及び主軸のスピンドルをタイミングベルト（ｔｉｍｉｎｇ ｂｅｌｔ）またはチェーン（ｃｈａｉｎ）で連結した摩擦攪拌点溶接装置を開示している。
このような問題点を解決するために、日本公開特許番号２００２-１３７０６７号（以下、「川崎特許」とする）は、回転工具が設置された主軸を回転させるための駆動機を固定フレームに設置して、前記駆動機の駆動軸及び主軸のスピンドルをタイミングベルト（ｔｉｍｉｎｇ ｂｅｌｔ）またはチェーン（ｃｈａｉｎ）で連結した摩擦攪拌点溶接装置を開示している。
このような構成の溶接装置は、前記駆動機の駆動力がタイミングベルトまたはチェーンを通じて主軸のスピンドルに伝達され、それによって前記主軸が回転するので、従来の摩擦攪拌点溶接装置に比べて負荷重量を減少させることができる長所がある。
しかし、前記川崎特許の摩擦攪拌点溶接装置は、前記主軸を上下移動させるための駆動力を伝達するのにタイミングベルトまたはチェーンを使用している。
したがって、使用時間が長時間経過すると、タイミングベルトまたはチェーンによる側面荷重によって主軸が変更されたり、タイミングベルトまたはチェーンのスキ間が発生して、前記主軸の高低を精密に制御することができない問題点がある。
本発明は、前記問題点を解決するためのものであって、負荷重量を減少させることができ、回転工具が装着された主軸の高低を精密に制御することができる摩擦攪拌点溶接装置を提供することを技術的課題にする。
前記目的を達成するために、本発明は、フレーム；上下移送ナットを含んで、前記フレームに上下方向に移動可能に設置されるハウジング；摩擦攪拌点溶接のための回転工具が端部に形成されて、前記ハウジングに設置される回転軸スピンドル；前記回転軸スピンドルを回転させるための駆動力を提供して、前記フレームに固定設置される回転軸駆動機；前記回転軸駆動機の駆動力をスピンドルに伝達する動力伝達部材；前記ハウジングの上下移送ナットにねじ結合される移送スクリュー；及び前記移送スクリューを回転させて、前記回転軸スピンドルと隣接した位置の前記フレームに固定される移送スクリュー駆動機；を含む摩擦攪拌点溶接装置を提供する。
本発明を実施する際に、前記フレームには第１プレート乃至第３プレートが形成される。この場合、前記回転軸スピンドルは第１プレートを貫通して設置され、前記ハウジングは第２プレート及び第３プレートを貫通して設置される。
そして、前記回転軸スピンドルと隣接した位置の第１プレートには移送スクリュー駆動機が設置され、この移送スクリュー駆動機に直結駆動される移送スクリューは、第１プレート、上下移送ナット、第２プレート、及び第３プレートを貫通して設置される。
また、前記移送スクリュー駆動機と隣接した位置の第１プレートには前記回転軸駆動機が設置される。
一方、前記フレームには被加工材を配置する支持部材が形成される。
そして、前記動力伝達部材はタイミングベルトまたはチェーンからなる。
本発明によれば、回転工具を回転させるための駆動機、例えばモータが前記回転工具と同一軸上に設置されないので、負荷重量が減少する長所がある。
また、回転工具を上下方向に移動させるための駆動機の駆動力が移送スクリュー及びこのスクリューに結合された移送ナットによって伝達されるので、回転軸スピンドルが変形する問題点が解決されて、回転工具の高低を精密に制御することができる効果がある。
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施例を説明する。
図１は本発明の一実施例による摩擦攪拌点溶接装置を概略的に示した図面である。
図１は本発明の一実施例による摩擦攪拌点溶接装置を概略的に示した図面である。
本実施例による摩擦攪拌点溶接装置は、フレーム１０を含む。
前記フレーム１０は、内部が空のボックス形状に形成されて、フレーム１０の内部には第１プレート乃至第３プレート１２、１４、１６が形成される。
前記フレーム１０は、内部が空のボックス形状に形成されて、フレーム１０の内部には第１プレート乃至第３プレート１２、１４、１６が形成される。
上側の第１プレート１２には回転軸スピンドル２０が上下方向に貫通して設置され、下側の第２プレート１４及び第３プレート１６には回転軸スピンドル２０を囲むハウジング２２が上下方向に貫通して設置される。
前記ハウジング２２は、フレーム１０の下側壁体１８を貫通して突出し、ハウジング２２の端部側には前記回転軸スピンドル２０と一体に回転する回転工具２４が設置される。
前記回転工具２４は、被加工材（図示せず）の表面に所定の力を加えて回転して、被加工材を接合させる。
前記回転工具２４は、被加工材（図示せず）の表面に所定の力を加えて回転して、被加工材を接合させる。
そして、前記回転軸スピンドル２０と一定の距離だけ離隔した位置の第１プレート１２には回転軸駆動機３０が固定設置され、回転軸駆動機３０の駆動軸３２及び前記回転軸スピンドル２０は、タイミングベルトまたはチェーン３４などの動力伝達部材によって連結される。
したがって、回転軸駆動機３０が駆動されて駆動軸３２が回転すると、前記駆動軸３２の回転力がタイミングベルトまたはチェーン３４を通じて回転軸スピンドル２０に伝達されて前記回転軸スピンドル２０が回転し、それによって回転工具２４が回転する。
この時、前記ハウジング２２は、回転軸スピンドル２０と共に回転せずに固定状態に維持される。
そして、回転軸スピンドル２０及び回転軸駆動機３０の間の第１プレート１２には移送スクリュー駆動機４０が固定設置され、移送スクリュー駆動機４０には直結駆動方式で駆動される移送スクリュー４２が形成される。
この時、前記移送スクリュー４２は、第１プレート乃至第３プレート１２、１４、１６を貫通して設置され、また、ハウジング２２に形成された上下移送ナット２６を貫通して設置される。
したがって、前記移送スクリュー駆動機４０が駆動されて移送スクリュー４２が回転すると、前記ハウジング２２に形成された上下移送ナット２６が上下方向に移動するので、ハウジング２２及びこれと結合された回転軸スピンドル２０が上下方向に移動する。
そして、前記フレーム１０の側壁には被加工材（図示せず）を配置するための支持部材５０が設置され、支持部材５０の端部は、前記回転工具２４と向き合うように配置される。
以下、前記構成の摩擦攪拌点溶接装置を利用した溶接方法について説明する。
まず、支持部材５０に被加工材（図示せず）を位置させて、回転軸駆動機３０を作動させる。
このようにすると、タイミングベルトまたはチェーン３４を通じて回転軸駆動機３０の動力が回転軸スピンドル２０に伝達され、それによって回転工具２４が回転軸スピンドル２０と共に回転する。
そして、回転工具２４を回転させる状態で移送スクリュー駆動機４０を作動させると、前記移送スクリュー４２及びこれと結合された上下移送ナット２６の作用によってハウジング２２及び回転軸スピンドル２０が下方向に移動する。
したがって、回転工具２４が被加工材（図示せず）に密着し、回転工具２４が被加工材に密着した状態で回転することによって、回転工具２４及び被加工材の間に摩擦熱が発生し、被加工材が軟化して、被加工材の表面が攪拌される。
１０ フレーム
１２、１４、１６ 第１、第２、第３プレート
１８ 下側壁体
２０ 回転軸スピンドル
２２ ハウジング
２４ 回転工具
２６ 上下移送ナット
３０ 回転軸駆動機
３２ 駆動軸
３４ チェーン
４０ 移送スクリュー駆動機
４２ 移送スクリュー
５０ 支持部材
１２、１４、１６ 第１、第２、第３プレート
１８ 下側壁体
２０ 回転軸スピンドル
２２ ハウジング
２４ 回転工具
２６ 上下移送ナット
３０ 回転軸駆動機
３２ 駆動軸
３４ チェーン
４０ 移送スクリュー駆動機
４２ 移送スクリュー
５０ 支持部材
Claims (5)
- フレーム；
上下移送ナットを含んで、前記フレームに上下方向に移動可能に設置されるハウジング；
摩擦攪拌点溶接のための回転工具が端部に形成されて、前記ハウジングに設置される回転軸スピンドル；
前記回転軸スピンドルを回転させるための駆動力を提供して、前記フレームに固定設置される回転軸駆動機；
前記回転軸駆動機の駆動力をスピンドルに伝達する動力伝達部材；
前記ハウジングの上下移送ナットにねじ結合される移送スクリュー；及び
前記移送スクリューを回転させて、前記回転軸スピンドルと隣接した位置の前記フレームに固定される移送スクリュー駆動機；を含み、
前記フレームには第１プレート乃至第３プレートが形成され、
前記回転軸スピンドルは第１プレートを貫通して設置され、前記ハウジングは第２プレート及び第３プレートを貫通して設置される、摩擦攪拌点溶接装置。 - 前記フレームには被加工材を配置する支持部材が形成される、請求項１に記載の摩擦攪拌点溶接装置。
- 前記動力伝達部材はタイミングベルトまたはチェーンからなる、請求項１又は２に記載の摩擦攪拌点溶接装置。
- 前記回転軸スピンドルと隣接した位置の第１プレートには移送スクリュー駆動機が設置され、この移送スクリュー駆動機に直結駆動される移送スクリューは、第１プレート、上下移送ナット、第２プレート、及び第３プレートを貫通して設置される、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の摩擦攪拌点溶接装置。
- 前記移送スクリュー駆動機と隣接した位置の第１プレートには前記回転軸駆動機が設置される、請求項４に記載の摩擦攪拌点溶接装置。
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