KR100711778B1 - 마찰 교반 점 용접장치 - Google Patents

Abstract

겹쳐져 있는 피가공재와 회전 공구 사이의 마찰열을 이용하여 피가공재를 접합하는 마찰 교반 점 용접장치를 제공한다. 본 발명의 실시예에 따른 마찰 교반 점 용접장치는 회전 공구를 회전 구동하기 위한 구동기가 회전 공구와 동일축상에 설치되지 않으며, 회전 공구를 상하 방향으로 이송시키기 위한 모터 구동력이 이송 스크류 및 이 스크류와 결합된 이송 너트에 의해 전달된다. 따라서, 부하 중량의 감소가 가능하며, 회전 공구의 높이를 정밀하게 제어할 수 있다.

마찰, 교반, 직결, 회전 공구, 부하 중량,

Description

마찰 교반 점 용접장치{APPARATUS FOR FRICTION STIR SPOT WELDING}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마찰 교반 점 용접장치의 개략 구성도이다.

본 발명은 마찰 교반 점 용접장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 겹쳐져 있는 피가공재와 회전 공구 사이의 마찰열을 이용하여 피가공재를 접합하는 마찰 교반 점 용접장치에 관한 것이다.

자동차나 항공기 등과 같은 운송장치 그리고 건축/토목 분야 등 다양한 산업분야에서 알루미늄이나 마그네슘 등 경량소재를 활용한 경량합금이 널리 사용되고 있다. 이러한 경량합금을 이용하여 각종 기기, 구조물 등을 생산/제작하기 위해서는 이들 경량합금을 용접에 의하여 접합하게 되는 경우가 빈발하다.

따라서 이들 경량합금을 용접하는 기술이 널리 연구되고 있으며, 근래에는 마찰 교반 용접(Friction Stir Welding; FSW)이 소개되어 있고, 이에 관해서는 국제공개문헌(국제공개번호:WO93/10935; 출원인:THE WELDING INSTITUTE)을 참조로 할 수 있다.

상기 문헌을 참조하여 마찰 교반 용접 기술에 대해 간략히 설명하면, 상기한 마찰 교반 용접 기술은 접합하고자 하는 두 개의 피가공재를 서로 맞대어 접합 계면을 따라 공구(tool)가 진행하면서 발생하는 마찰열과 피가공재 내부에서 발생하는 소성 가공 현상을 이용하여 피가공재를 접합하는 방법이다.

그리고, 최근에는 이러한 마찰 교반 용접 기술을 활용/개선함으로써 더욱 발전시키고자 하는 노력이 더해지고 있다.

일예로, 상기한 마찰 교반 용접 방법에서 파생된 다른 용접 방법의 하나로 마찰 교반 점 용접 방법이 알려져 있다.

상기한 마찰 교반 점 용접 방법은 마찰 교반 용접 현상의 일부분을 이용하여 겹치기 접합에 이용하는 것으로, 회전 공구를 피가공재 쪽으로 이동시켜 한 점(spot)에서 피가공재를 교반하여 용접하는 방법이다.

이러한 마찰 교반 점 용접 방법은 저항 점 용접과 마찰 교반 용접을 혼합한 형태로서, 상기한 마찰 교반 용접과는 다른 용접 방법으로 인식되고 있다.

상기한 마찰 교반 점 용접 방법을 수행하는 용접장치의 하나로, 종래에는 회전 공구를 회전시키기 위한 구동기, 예컨대 모터가 상기 회전 공구와 동일축상에 설치되어 상기 회전 공구와 함께 상하 방향으로 이동하도록 구성된 마찰 교반 점 용접장치가 개시되어 있다.

그러나, 상기한 구성의 마찰 교반 점 용접장치는 부하 중량이 무거워지는 단점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 종래에는 회전 공구가 설치된 주축을 회전시키기 위한 구동기를 고정 프레임에 설치하고, 상기 구동기의 구동축과 주축의 스 핀들을 타이밍벨트(timing belt) 또는 체인(chain)으로 연결한 마찰 교반 점 용접장치를 개시하고 있다.

이러한 구성의 용접장치는 상기 구동기의 구동력이 타이밍벨트 또는 체인을 통해 주축의 스핀들에 전달되고, 이에 따라 상기 주축이 회전되므로, 종래의 마찰 교반 점 용접장치에 비해 부하 중량을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.

그런데, 상기한 구성의 마찰 교반 점 용접장치는 상기 주축을 상하 이동시키기 위한 구동력을 전달하는 데에도 타이밍벨트 또는 체인을 사용하고 있다.

따라서, 장시간의 사용 시간이 경과되면 타이밍벨트 또는 체인으로 인한 측면 하중으로 인해 주축이 변형되거나, 타이밍벨트 또는 체인의 유격이 발생되어 상기 주축의 높낮이를 정밀하게 제어할 수 없는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 부하 중량을 감소시킬 수 있으며, 회전 공구가 장착된 주축의 높낮이를 정밀하게 제어할 수 있는 마찰 교반 점 용접장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

프레임;

상하 이송 너트를 구비하며, 상기 프레임에 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되는 하우징;

마찰 교반 점 용접을 위한 회전 공구를 단부에 구비하며, 상기 하우징에 설 치되는 회전축 스핀들;

상기 회전축 스핀들을 회전시키기 위한 구동력을 제공하며, 상기 프레임에 고정 설치되는 회전축 구동기;

상기 회전축 구동기의 구동력을 스핀들에 전달하는 동력 전달 부재;

상기 하우징의 상하 이송 너트에 나사 결합되는 이송 스크류; 및

상기 이송 스크류를 회전시키며, 상기 회전축 스핀들과 인접한 위치의 상기 프레임에 고정되는 이송 스크류 구동기

를 포함하는 마찰 교반 점 용접장치를 제공한다.

본 발명을 실시함에 있어서, 상기 프레임에는 피가공재를 배치하는 지지 부재가 구비되고, 상기 동력 전달 부재는 타이밍벨트 또는 체인으로 이루어진다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰 교반 점 용접장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 실시예에 따른 마찰 교반 점 용접장치는 프레임(10)을 구비한다.

상기 프레임(10)은 내부가 비어있는 박스형상으로 형성되며, 프레임(10)의 내부에는 제1 내지 제3 플레이트(12,14,16)가 구비된다.

상측의 제1 플레이트(12)에는 회전축 스핀들(20)이 상하 방향으로 관통 설치되고, 하측의 제2 및 제3 플레이트(14,16)에는 회전축 스핀들(20)을 둘러싸는 하우징(22)이 상하 방향으로 관통하여 설치된다.

상기 하우징(22)은 프레임(10)의 하측 벽체(18)를 관통하여 돌출되며, 하우징(22)의 단부쪽에는 상기 회전축 스핀들(20)과 일체로 회전하는 회전 공구(24)가 설치된다.

상기 회전 공구(24)는 피가공재(미도시함)의 표면에 소정의 힘을 가하면서 회전되어 피가공재를 접합시킨다.

그리고, 상기 회전축 스핀들(20)과 일정 거리만큼 이격된 위치의 제1 플레이트(12)에는 회전축 구동기(30)가 고정 설치되며, 회전축 구동기(30)의 구동축(32)과 상기한 회전축 스핀들(20)은 타이밍벨트 또는 체인(34) 등의 동력 전달 부재에 의해 연결된다.

따라서, 회전축 구동기(30)가 구동되어 구동축(32)이 회전되면, 상기 구동축(32)의 회전력이 타이밍벨트 또는 체인(34)을 통해 회전축 스핀들(20)에 전달되어 상기 스핀들(20)이 회전되고, 이에 따라, 회전 공구(24)가 회전된다.

이때, 상기 하우징(22)은 회전축 스핀들(20)과 함께 회전되지 않고 고정 상태로 유지된다.

그리고, 회전축 스핀들(20)과 회전축 구동기(30) 사이의 제1 플레이트(12)에는 이송 스크류 구동기(40)가 고정 설치되고, 이 구동기(40)에는 직결 구동 방식으로 구동되는 이송 스크류(42)가 구비된다.

이때, 상기 이송 스크류(42)는 제1 내지 제3 플레이트(12,14,16)를 관통하여 설치되며, 또한, 하우징(22)에 구비된 상하 이송 너트(26)를 관통하여 설치된다.

따라서, 상기 구동기(40)가 구동되어 이송 스크류(42)가 회전되면, 상기 하 우징(22)에 구비된 상하 이송 너트(26)가 상하 방향으로 이송되므로, 하우징(22) 및 이와 결합된 회전축 스핀들(20)이 상하 방향으로 이송된다.

그리고, 상기 프레임(10)의 측벽에는 피가공재(미도시함)를 배치하기 위한 지지 부재(50)가 설치되며, 지지 부재(50)의 단부는 상기 회전 공구(24)와 마주보도록 배치된다.

이하, 상기한 구성의 마찰 교반 점 용접장치를 이용한 용접 방법에 대하여 설명한다.

지지 부재(50)에 피가공재(미도시함)를 위치시키고, 회전축 구동기(30)를 작동시킨다.

이와 같이 하면, 타이밍벨트 또는 체인(34)을 통해 회전축 구동기(30)의 동력이 회전축 스핀들(20)에 전달되고, 이에 따라 회전 공구(24)가 회전축 스핀들(20)과 함께 회전된다.

그리고, 회전 공구(24)를 회전시키는 상태에서 이송 스크류 구동기(40)를 작동시키면, 상기 이송 스크류(42) 및 이와 결합된 상하 이송 너트(26)의 작용에 의해 하우징(22) 및 회전축 스핀들(20)이 아래 방향으로 이송된다.

따라서, 회전 공구(24)가 피가공재(미도시함)에 밀착되고, 회전 공구(24)가 피가공재에 밀착된 상태로 회전됨에 따라 회전 공구(24)와 피가공재 사이에 마찰열이 발생되어 피가공재가 연화되고 피가공재의 표면이 교반된다.

이상에서 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.

상기한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 회전 공구를 회전시키기 위한 구동기, 예컨대 모터가 상기 회전 공구와 동일축상에 설치되지 않으므로, 부하 중량이 감소되는 장점이 있다.

또한, 회전 공구를 상하 방향으로 이송하기 위한 구동기의 구동력이 이송 스크류 및 이 스크류에 결합된 이송 너트에 의해 전달되므로, 회전축 스핀들이 변형되는 문제점을 제거할 수 있고, 회전 공구의 높낮이를 정밀하게 제어할 수 있는 효과가 있다

Claims (7)

1. 프레임;

   상하 이송 너트를 구비하며, 상기 프레임에 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되는 하우징;

   마찰 교반 점 용접을 위한 회전 공구를 단부에 구비하며, 상기 하우징에 설치되는 회전축 스핀들;

   상기 회전축 스핀들을 회전시키기 위한 구동력을 제공하며, 상기 회전축 스핀들과 이격된 위치의 상기 프레임에 고정 설치되는 회전축 구동기;

   상기 회전축 구동기의 구동력을 스핀들에 전달하는 동력 전달 부재;

   상기 하우징의 상하 이송 너트에 나사 결합되는 이송 스크류; 및

   상기 이송 스크류를 회전시키며, 상기 회전축 스핀들과 인접한 위치의 상기 프레임에 고정되는 이송 스크류 구동기

   를 포함하는 마찰 교반 점 용접장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 프레임에는 피가공재를 배치하는 지지 부재가 구비되는 마찰 교반 점 용접장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 동력 전달 부재는 타이밍벨트 또는 체인으로 이루어지는 마찰 교반 점 용접장치.
4. 제 1항 내지 제 3항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 프레임에는 제1 내지 제3 플레이트가 구비되는 마찰 교반 점 용접장치.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 회전축 스핀들은 제1 플레이트를 관통하여 설치되고, 상기 하우징은 제2 플레이트 및 제3 플레이트를 관통하여 설치되는 마찰 교반 점 용접장치.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 회전축 스핀들과 인접한 위치의 제1 플레이트에는 이송 스크류 구동기가 설치되고, 이 구동기에 직결 구동되는 이송 스크류는 제1 플레이트, 상하 이송 너트, 제2 플레이트 및 제3 플레이트를 관통하여 설치되는 마찰 교반 점 용접장치.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 이송 스크류 구동기와 인접한 위치의 제1 플레이트에는 상기 회전축 구동기가 설치되는 마찰 교반 점 용접장치.

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