KR20210097196A

KR20210097196A - 마찰 교반 점 접합 장치 및 그 운전 방법

Info

Publication number: KR20210097196A
Application number: KR1020217022346A
Authority: KR
Inventors: 료이치 하타노; 신타로 후카다
Original assignee: 카와사키 주코교 카부시키 카이샤
Priority date: 2018-12-26
Filing date: 2019-12-26
Publication date: 2021-08-06
Also published as: US20220072653A1; EP3903986B1; EP3903986A1; KR102562241B1; US11858060B2; JP7149181B2; WO2020138326A1; CN112888524B; EP3903986A4; JP2020104129A; CN112888524A

Abstract

핀 부재(11)가, 회전하는 상태에서, 피접합물(60)을 압압하도록, 회전 구동기(57) 및 진퇴 구동기(53)를 구동시키는 (B)와, (B) 후에, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)가, 회전하는 상태에서, 피접합물(60)을 압압하도록, 회전 구동기(57) 및 진퇴 구동기(53)를 구동시키는 (C)와, (C) 후에, 핀 부재(11) 및/또는 숄더 부재(12)가, 회전하는 상태에서, 피접합물(60)의 피접합부 내로 압입되어서, 피접합부를 교반하여 접합하도록, 회전 구동기(57) 및 진퇴 구동기(53)를 구동시키는 (D)를 실행하는 제어기(51)를 구비하는 마찰 교반 점 접합 장치.

Description

마찰 교반 점 접합 장치 및 그 운전 방법

본 발명은 마찰 교반 점 접합 장치 및 그 운전 방법에 관한 것이다.

자동차, 철도 차량, 항공기 등의 수송 기기에서, 금속 재료를 연결할 때에는, 저항 스폿 용접 또는 리벳 접합이 사용되고 있었다. 특히, 가혹한 환경에서 사용되는 항공기 등의 리벳 작업에서는, 내식성을 확보하기 위해서, 피접합물 사이에 실런트(sealant) 재료(실(seal) 재료)를 도포하는 것이 요구된다.

실런트 재료를 도포한 피접합물을 접합하는 경우에, 양호한 접합 품질을 실현할 수 있는 마찰 교반 점 접합 장치가 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).

일본 특허 제6182280호

본 발명자 등은 실런트 재료를 도포한 피접합물을 접합하는 경우에, 양호한 접합 품질을 실현할 수 있는, 특허문헌 1에 개시되어 있는 마찰 교반 점 접합 장치와는 다른 새로운 마찰 교반 점 접합 장치 및 그 운전 방법을 찾아내고, 본 발명을 생각하였다.

본 발명은 복동(複動)식의 마찰 교반 점 접합법에서, 실런트 재료를 도포한 피접합물을 접합하는 경우에, 양호한 접합 품질을 실현할 수 있는 마찰 교반 점 접합 장치 및 그 운전 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 마찰 교반 점 접합 장치는, 겹쳐진 제1 부재와 제2 부재의 접촉 부분에 실런트 재료가 도포된 피접합물을 마찰열로 연화시킴으로써 접합하는 마찰 교반 점 접합 장치로서, 상기 마찰 교반 점 접합 장치는, 원기둥 형상으로 형성되어 있는 핀 부재와, 원통 형상으로 형성되고 상기 핀 부재가 내부에 삽통(揷通)되는 숄더 부재와, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재를 상기 핀 부재의 축심(軸心)에 일치하는 축선 둘레로 회전시키는 회전 구동기와, 원통 형상으로 형성되고 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재가 내부에 삽통되는 클램프 부재와, 상기 핀 부재, 상기 숄더 부재 및 상기 클램프 부재를 각각 상기 축선을 따라 진퇴 이동시키는 진퇴 구동기와, 제어기를 구비하고, 상기 제어기는, 상기 핀 부재가, 회전하는 상태에서, 상기 피접합물을 압압(押壓)하도록, 상기 회전 구동기 및 상기 진퇴 구동기를 구동시키는 (B)와, 상기 (B)로부터 미리 설정되어 있는 제1 소정 시간 경과 후에, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재가, 회전하는 상태에서, 상기 피접합물을 압압하도록, 상기 회전 구동기 및 상기 진퇴 구동기를 구동시키는 (C)와, 상기 (C)로부터 미리 설정되어 있는 제2 소정 시간 경과 후에, 상기 핀 부재 및/또는 상기 숄더 부재가, 회전하는 상태에서, 상기 피접합물의 피접합부 내로 압입(壓入)되어서, 상기 피접합부를 교반하여 접합하도록, 상기 회전 구동기 및 상기 진퇴 구동기를 구동시키는 (D)를 실행하도록 구성되어 있는 마찰 교반 점 접합 장치이다.

이에 따라서, 실런트 재료를 도포한 피접합물을 접합하는 경우에도, 실런트 재료가 접합되는 부분으로부터 밀려나올 수 있다. 특히, 핀 부재 및/또는 숄더 부재가, 회전하는 상태에서, 피접합부를 압압함으로써, 마찰열이 발생한다. 그리고, 마찰열로부터의 열전달에 의해서, 실런트 재료가 용융하여, 그 점성이 저하되므로, 실런트 재료를 쉽게 밀어낼 수 있다.

따라서, 실런트 재료가 피접합물 소성 유동부로 유입(혼입)하는 것이 억제되어, 양호한 접합 품질을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 마찰 교반 점 접합 장치의 운전 방법은, 겹쳐진 제1 부재와 제2 부재의 접촉 부분에 실런트 재료가 도포된 피접합물을 마찰열로 연화시켜서 접합하는 마찰 교반 점 접합 장치의 운전 방법으로서, 상기 마찰 교반 점 접합 장치는, 원기둥 형상으로 형성되어 있는 핀 부재와, 원통 형상으로 형성되고, 상기 핀 부재가 내부에 삽통되는 숄더 부재와, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재를 상기 핀 부재의 축심에 일치하는 축선 둘레로 회전시키는 회전 구동기와, 원통 형상으로 형성되고, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재가 내부에 삽통되는 클램프 부재와, 상기 핀 부재, 상기 숄더 부재 및 상기 클램프 부재를 각각 상기 축선을 따라 진퇴 이동시키는 진퇴 구동기를 구비하고, 상기 핀 부재가, 회전하는 상태에서, 상기 피접합물을 압압하도록, 상기 회전 구동기 및 상기 진퇴 구동기가 구동하는 (B)와, 상기 (B)로부터 미리 설정되어 있는 제1 소정 시간 경과 후에, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재가, 회전하는 상태에서, 상기 피접합물을 압압하도록, 상기 회전 구동기 및 상기 진퇴 구동기가 구동하는 (C)와, 상기 (C)로부터 미리 설정되어 있는 제2 소정 시간 경과 후에, 상기 핀 부재 및/또는 상기 숄더 부재가, 회전하는 상태에서, 상기 피접합물의 피접합부 내로 압입되어서, 상기 피접합부를 교반하여 접합하도록, 상기 회전 구동기 및 상기 진퇴 구동기가 구동하는 (D)를 구비한다.

본 발명의 상기 목적, 다른 목적, 특징 및 장점은 첨부 도면 참조 하에, 이하의 바람직한 실시예의 상세한 설명으로부터 명확해진다.

본 발명에 따른 마찰 교반 점 접합 장치 및 그 운전 방법에 의하면, 실런트 재료를 도포한 피접합물을 접합하는 경우에도, 양호한 접합 품질을 실현할 수 있다.

[도 1] 도 1은 본 실시예 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치의 개략적인 구성을 도시하는 모식도이다.
[도 2] 도 2는 도 1에 도시된 마찰 교반 점 접합 장치의 제어 구성을 모직적으로 도시한 블록도이다.
[도 3] 도 3은 본 실시예 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치의 동작의 일례를 도시하는 플로우 차트이다.
[도 4a] 도 4a는 도 1에 도시된 마찰 교반 점 접합 장치에 의한 마찰 교반 점 접합의 각 공정의 일례를 모식적으로 도시한 공정도이다.
[도 4b] 도 4b는 도 1에 도시된 마찰 교반 점 접합 장치에 의한 마찰 교반 점 접합의 각 공정의 일례를 모식적으로 도시한 공정도이다.
[도 4c] 도 4c는 도 1에 도시된 마찰 교반 점 접합 장치에 의한 마찰 교반 점 접합의 각 공정의 일례를 모식적으로 도시한 공정도이다.
[도 5a] 도 5a는 본 실시예 2에 따른 마찰 교반 점 접합 장치에 의한 마찰 교반 점 접합의 각 공정의 일례를 모식적으로 도시한 공정도이다.
[도 5b] 도 5b는 본 실시예 2에 따른 마찰 교반 점 접합 장치에 의한 마찰 교반 점 접합의 각 공정의 일례를 모식적으로 도시한 공정도이다.
[도 5c] 도 5c는 본 실시예 2에 따른 마찰 교반 점 접합 장치에 의한 마찰 교반 점 접합의 각 공정의 일례를 모식적으로 도시한 공정도이다.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하면서 설명한다. 여기서, 이하에서는 모든 도면을 통해 동일 또는 대응하는 동일한 참조 부호를 부여하고, 그 중복된 설명을 생략한다. 또한, 모든 도면에서 본 발명을 설명하기 위해 필요한 구성 요소를 발췌하여 도시하고 있으며, 그 밖의 구성 요소에 대해서는 도시를 생략하는 경우가 있다. 나아가, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되지 않는다.

(실시예 1)

본 실시예 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치는, 겹쳐진 제1 부재와 제2 부재의 접촉 부분에 실런트 재료가 도포된 피접합물을 마찰열로 연화시킴으로써 접합하는 마찰 교반 점 접합 장치로서, 마찰 교반 점 접합 장치는, 원기둥 형상으로 형성되어 있는 핀 부재와, 원통 형상으로 형성되고, 핀 부재가 내부에 삽통되는 숄더 부재와, 핀 부재 및 숄더 부재를 핀 부재의 축심에 일치하는 축선 둘레로 회전시키는 회전 구동기와, 원통 형상으로 형성되고, 핀 부재 및 숄더 부재가 내부에 삽통되는 클램프 부재와, 핀 부재, 숄더 부재 및 클램프 부재를 각각 축선을 따라 진퇴 이동시키는 진퇴 구동기와, 제어기를 구비하고, 제어기는, 핀 부재가, 회전하는 상태에서, 피접합물을 압압하도록, 회전 구동기 및 진퇴 구동기를 구동시키는 (B)와, (B)로부터 미리 설정되어 있는 제1 소정 시간 경과 후에, 핀 부재 및 숄더 부재가, 회전하는 상태에서, 피접합물을 압압하도록, 회전 구동기 및 진퇴 구동기를 구동시키는 (C)와, (C)로부터 미리 설정되어 있는 제2 소정 시간 경과 후에, 핀 부재 및/또는 숄더 부재가, 회전하는 상태에서, 피접합물의 피접합부 내에 압입되어, 피접합부를 교반하여 접합하도록, 회전 구동기 및 진퇴 구동기를 구동시키는 (D)를 실행하도록 구성되어 있다.

또한, 본 실시예 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치에서는, 제어기는, (D)에서, 숄더 부재가, 회전하는 상태에서, 피접합부 내에 압입하도록, 회전 구동기 및 진퇴 구동기를 구동시키는 (D3)와, (D3) 후에, 숄더 부재가 피접합부로부터 인발되도록, 또한, 핀 부재가, 회전하는 상태에서, 피접합부 내로 압입하도록, 회전 구동기 및 진퇴 구동기를 구동시키는 (D4)를 실행하도록 구성되어 있어도 좋다.

또한, 본 실시예 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치에서는, 제어기는, (B)에서, 핀 부재의 선단이 피접합물의 상면에 위치하도록, 진퇴 구동기를 제어하도록 구성되어 있어도 좋다.

나아가, 본 실시예 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치에서는, 제어기는, (C)에서, 핀 부재 및 숄더 부재의 선단이 각각 피접합물의 상면에 위치하도록, 진퇴 구동기를 제어하도록 구성되어 있어도 좋다.

이하에서, 본 실시예 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치의 일례에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

[마찰 교반 점 접합 장치의 구성]

도 1은 본 실시예 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치의 개략적인 구성을 도시하는 모식도이다. 여기서, 도 1에서는 도면에서 상하 방향을 마찰 교반 점 접합 장치의 상하 방향으로 나타내고 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)는 핀 부재(11), 숄더 부재(12), 공구 고정기(52), 진퇴 구동기(53), 클램프 부재(13), 받침 지지부(55), 받침 부재(56) 및 회전 구동기(57)를 구비하고 있다.

핀 부재(11), 숄더 부재(12), 공구 고정기(52), 진퇴 구동기(53), 클램프 부재(13) 및 회전 구동기(57)는 C형 건(gun)(C형 프레임)으로 구성된 받침 지지부(55)의 상단부에 설치되어 있다. 또한, 받침 지지부(55)의 하단부에는, 받침 부재(56)가 설치되어 있다. 핀 부재(11), 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(13)와, 받침 부재(56)는 서로 대향하는 위치에서 받침 지지부(55)에 설치되어 있다. 여기서, 핀 부재(11), 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(13)와, 받침 부재(56)의 사이에는, 피접합물(60)이 배치된다.

핀 부재(11), 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(13)는 회전 공구 고정기(521) 및 클램프 고정기(522)로 구성된 공구 고정기(52)에 고정되어 있다. 구체적으로는, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)는 회전 공구 고정기(521)에 고정되어 있고, 클램프 부재(13)는 클램프 구동기(41)를 통해 클램프 고정기(522)에 고정되어 있다. 그리고, 회전 공구 고정기(521)는 회전 구동기(57)를 통해 클램프 고정기(522)에 지지되어 있다. 여기서, 클램프 구동기(41)는 스프링에 의해 구성되어 있다.

또한, 핀 부재(11), 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(13)는 핀 구동기(531) 및 숄더 구동기(532)로 구성된 진퇴 구동기(53)에 의해 상하 방향으로 진퇴 구동된다.

핀 부재(11)는 원기둥 형상으로 형성되어 있고, 도 1에는 상세하게 도시되지 않지만, 회전 공구 고정기(521)에 의해 지지되어 있다. 또한, 핀 부재(11)는 회전 구동기(57)에 의해 핀 부재(11)의 축심에 일치하는 축선(Xr)(회전축) 둘레로 회전하고, 핀 구동기(531)에 의해, 화살표(P1) 방향, 즉 축선(Xr) 방향(도 1에서는 상하 방향)을 따라서, 진퇴 이동 가능하게 구성되어 있다. 핀 구동기(531)는 핀 부재(11)에 가압력을 주는 구성이라면 좋고, 예를 들어, 가스압, 유압, 서보 모터 등을 이용한 기구를 적절하게 사용할 수 있다.

숄더 부재(12)는 중공을 가지는 원통 형상으로 형성되어 있고, 회전 공구 고정기(521)에 의해 지지되어 있다. 숄더 부재(12)의 중공 내에는 핀 부재(11)가 내삽(內揷)되어 있다. 다시 말해서, 숄더 부재(12)는 핀 부재(11)의 외주면을 둘러싸도록 배치되어 있다.

또한, 숄더 부재(12)는 회전 구동기(57)에 의해 핀 부재(11)와 동일한 축선(Xr) 둘레로 회전하고, 숄더 구동기(532)에 의해 화살표(P2) 방향, 즉 축선(Xr) 방향을 따라서, 진퇴 이동 가능하게 구성되어 있다. 숄더 구동기(532)는 숄더 부재(12)에 가압력을 주는 구성이라면 좋고, 예를 들어, 가스압, 유압, 서보 모터 등을 이용한 기구를 적절하게 사용할 수 있다.

이와 같이, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)(회전 공구)는, 본 실시예에서는 모두 동일한 회전 공구 고정기(521)에 의해 지지되고, 모두 회전 구동기(57)에 의해 축선(Xr) 둘레로 일체적으로 회전한다. 나아가, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)는 핀 구동기(531) 및 숄더 구동기(532)에 의해 각각 축선(Xr) 방향을 따라 진퇴 이동 가능하게 구성되어 있다. 여기서, 본 실시예 1에서는, 핀 부재(11)는 단독으로 진퇴 이동 가능한 동시에, 숄더 부재(12)의 진퇴 이동에 따라서도 진퇴 이동 가능하게 되어 있지만, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)가 각각 독립하여 진퇴 이동 가능하게 구성되어도 좋다.

클램프 부재(13)는 숄더 부재(12)와 마찬가지로, 중공을 가지는 원통 형상으로 형성되어 있고, 그 축심이 축선(Xr)과 일치하도록 설치되어 있다. 클램프 부재(13)의 중공 내에는 숄더 부재(12)가 내삽되어 있다.

즉, 핀 부재(11)의 외주면을 둘러싸도록, 원통 형상의 숄더 부재(12)가 배치되어 있고, 숄더 부재(12)의 외주면을 둘러싸도록 원통 형상의 클램프 부재(13)가 배치되어 있다. 다시 말해서, 클램프 부재(13), 숄더 부재(12) 및 핀 부재(11)가 각각 동축심(同軸心) 형의 텔레스코프 구조로 되어 있다.

또한, 클램프 부재(13)는 피접합물(60)을 일방의 면(표면)으로부터 압압하도록 구성되어 있다. 클램프 부재(13)는, 상술한 바와 같이, 본 실시예 1에서는, 클램프 구동기(41)를 통해 클램프 고정기(522)에 지지되어 있다. 클램프 구동기(41)는 클램프 부재(13)를 받침 부재(56) 측으로 부세(付勢)하도록 구성되어 있다. 그리고, 클램프 부재(13)(클램프 구동기(41) 및 클램프 고정기(522)를 포함한다)는 숄더 구동기(532)에 의해 화살표(P3) 방향(화살표(P1) 및 화살표(P2)와 같은 방향)으로 진퇴 가능하게 구성되어 있다.

여기서, 클램프 구동기(41)는, 본 실시예 1에서는, 스프링으로 구성하였지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 클램프 구동기(41)는 클램프 부재(13)에 부세를 주거나 가압력을 주거나 하는 구성이라면 좋고, 예를 들어, 가스압, 유압, 서보 모터 등을 이용한 기구를 적절하게 사용할 수 있다.

핀 부재(11), 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(13)는 각각 선단면(11a), 선단면(12a) 및 선단면(13a)을 구비하고 있다. 또한, 핀 부재(11), 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(13)는 진퇴 구동기(53)에 의해 진퇴 이동함으로써, 선단면(11a), 선단면(12a) 및 선단면(13a)은 각각 피접합물(60)의 표면(피접합물(60)의 피접합부)에 맞닿아, 피접합물(60)을 압압한다.

받침 부재(56)는, 본 실시예 1에서는, 평판 형상의 피접합물(60)의 이면을 그와 맞닿도록 평탄한 면(지지면(56a))에 의해 지지하도록 구성되어 있다. 받침 부재(56)는 마찰 교반 점 접합을 실시할 수 있도록 피접합물(60)을 적절히 지지할 수 있는 것이면, 그 구성은 특별히 한정되지 않는다. 받침 부재(56)는, 예를 들어, 복수의 종류의 형상을 가지는 받침 부재(56)가 별도로 준비되고, 피접합물(60)의 종류에 따라서, 받침 지지부(55)로부터 분리하여 교환할 수 있도록 구성되어도 좋다.

여기서, 본 실시예 1에서 핀 부재(11), 숄더 부재(12), 공구 고정기(52), 진퇴 구동기(53), 클램프 부재(13), 받침 지지부(55) 및 회전 구동기(57)의 구체적인 구성은 전술한 구성에 한정되지 않고, 광범위하게 마찰 교반 접합 분야에서 공지된 구성을 적절하게 사용할 수 있다. 예를 들어, 핀 구동기(531) 및 숄더 구동기(532)는 마찰 교반 접합 분야에서 공지의 모터 및 기어 기구 등으로 구성되어 있어도 좋다.

또한, 받침 지지부(55)는, 본 실시예 1에서는, C형 건으로 구성되어 있지만, 이에 한정되지 않는다. 받침 지지부(55)는 핀 부재(11), 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(13)를 진퇴 이동 가능하게 지지하는 동시에, 핀 부재(11), 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(13)에 대향하는 위치에 받침 부재(56)를 지지할 수 있다면, 어떻게 구성되어 있어도 좋다.

나아가, 본 실시예 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)는 마찰 교반 점 접합용 로봇 장치(미도시)에 배치되는 형태를 채용하고 있다. 구체적으로는, 받침 지지부(55)가 로봇 장치의 암의 선단에 장착되어 있다. 따라서, 받침 지지부(55)도 마찰 교반 점 접합용 로봇 장치에 포함된다고 볼 수 있다. 받침 지지부(55) 및 암을 포함하여, 마찰 교반 점 접합용 로봇 장치의 구체적인 구성은 특별히 한정되지 않고, 다관절 로봇 등, 마찰 교반 접합의 분야에서 공지된 구성을 바람직하게 사용할 수 있다.

여기서, 마찰 교반 점 접합 장치(50)(받침 지지부(55)를 포함)는 마찰 교반 점 접합용 로봇 장치에 적용되는 경우에 한정되는 것이 아니라, 예를 들어, NC 공작 기계, 대형의 C 프레임, 및 오토 리벳 등의 공지의 가공용 기기에도 적합하게 적용할 수 있다.

또한, 본 실시예 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)는 두 쌍 이상의 로봇이 마찰 교반 점 접합 장치(50)에서 받침 부재(56) 이외의 부분과, 받침 부재(56)를 정면으로 마주 대하도록 구성되어 있어도 좋다. 나아가, 마찰 교반 점 접합 장치(50)는 피접합물(60)에 대해서 안정적으로 마찰 교반 점 접합을 수행하는 것이 가능하다면, 피접합물(60)을 핸드 헬드형으로 하는 형태를 채용하여도 좋고, 로봇을 피접합물(60)의 포지셔너로서 이용하는 형태를 채용하여도 좋다.

[마찰 교반 점 접합 장치의 제어 구성]

다음으로, 본 실시예 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)의 제어 구성에 대하여, 도 2를 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 2는 도 1에 도시된 마찰 교반 점 접합 장치의 제어 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 마찰 교반 점 접합 장치(50)는 제어기(51), 기억기(31) 및 입력기(32)를 구비하고 있다.

기억기(31)는 각종 데이터를 판독 가능하게 기억하는 것이고, 기억기(31)로는, 공지의 메모리, 하드 디스크 등의 기억 장치 등으로 구성된다. 기억기(31)는 단일일 필요는 없고, 복수의 기억 장치(예를 들어, 랜덤 액세스 메모리 및 하드 디스크 드라이브)로서 구성되어 있다. 제어기(51) 등이 마이크로 컴퓨터로 구성되어 있는 경우에는, 기억기(31)의 적어도 일부가 마이크로 컴퓨터의 내부 메모리로서 구성되어도 좋고, 독립한 메모리로서 구성되어도 좋다.

여기서, 기억기(31)에는, 데이터가 기억되고, 제어기(51) 이외에서 데이터의 읽어 내기가 가능하게 되어 있어도 좋고, 제어기(51) 등으로부터 데이터의 쓰기가 가능하게 되어 있어도 좋다는 것은 말할 필요도 없다.

입력기(32)는, 제어기(51)에 대해서, 마찰 교반 점 접합의 제어에 관한 각종 파라미터 또는 기타 데이터 등을 입력 가능하게 하는 것이고, 키보드, 터치 버튼, 스위치 군 등의 공지의 입력 장치로 구성되어 있다. 본 실시예 1에서는, 적어도 피접합물(60)의 접합 조건, 예를 들어, 피접합물(60)의 두께, 재질 등의 데이터가 입력기(32)에 의해 입력 가능하게 되어 있다.

제어기(51)는 마찰 교반 점 접합 장치(50)를 구성하는 각각의 부재(각각의 기기)를 제어하도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 제어기(51)은 진퇴 구동기(53)를 구성하는 핀 구동기(531) 및 숄더 구동기(532) 및 회전 구동기(57)를 제어한다. 이에 따라서, 핀 부재(11), 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(13)의 진출 이동 또는 후퇴 이동의 전환, 진퇴 이동 시의 핀 부재(11), 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(13)의 선단 위치 제어, 이동 속도, 및 이동 방향 등을 제어할 수 있다. 또한, 핀 부재(11), 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(13)의 피접합물(60)을 압압하는 압압력을 제어할 수 있다. 나아가, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 회전수를 제어할 수 있다.

제어기(51)의 구체적인 구성은 특별히 한정되지 않고, 본 실시예 1에서는, 제어기(51)는 마이크로 컴퓨터로 구성되어 있고, CPU를 구비하고 있다. 제어기(51)는, CPU가 기억기(31)에 저장된 소정의 제어 프로그램을 읽어 내고, 이를 실행함으로써, 진퇴 구동기(53) 및 회전 구동기(57)의 동작에 관한 연산을 수행하도록 구성되어 있다.

여기서, 제어기(51)는 단독의 제어기로 구성된 형태뿐만 아니라, 복수의 제어기가 협동하여, 마찰 교반 점 접합 장치(50)의 제어를 실행하는 제어기 군으로 구성된 형태라도 상관 없다.

[마찰 교반 점 접합 장치의 동작(운전 방법)]

다음으로, 본 실시예 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)의 동작에 대하여, 도 3, 도 4a, 도 4b 및 도 4c를 참조하여 구체적으로 설명한다. 여기서, 도 4a, 도 4b 및 도 4c에서는, 피접합물(60)로서, 2 장의 금속판(61, 62)을 이용해, 금속판(62)의 상면(금속판(61)과의 접촉면)에 실런트 재료(63)를 도포하고, 이들을 겹쳐서 점 접합으로 연결하는 경우를 예로 들고 있다.

도 3은 본 실시예 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치의 동작의 일례를 도시하는 플로우 차트이다. 도 4a, 도 4b 및 도 4c는 도 1에 도시된 마찰 교반 점 접합 장치에 의한 마찰 교반 점 접합의 각 공정의 일례를 모식적으로 도시된 공정도이다.

여기서, 도 4a, 도 4b 및 도 4c에서는, 마찰 교반 점 접합 장치의 일부를 생략하고, 화살표(r)는 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 회전 방향을 나타내고, 블록 화살표(F)는 금속판(61, 62)에 가해지는 힘의 방향을 나타낸다. 또한, 받침 부재(56)로부터도 금속판(61, 62)에 대해 힘이 가해지고 있지만, 설명의 편의상, 도 4a, 도 4b 및 도 4c에는 도시하지 않는다. 나아가, 숄더 부재(12)에는, 핀 부재(11) 및 클램프 부재(13)와의 구별을 명확하기 위해서, 음영의 해칭을 가하였다.

먼저, 도 4a에 도시된 바와 같이, 받침 부재(56)의 상면에 금속판(제2 부재)(62)를 올려 놓고, 실런트 재료(63)를 도포한다. 실런트 재료(63)는 실링 재료라도 좋고, 접착제라도 좋다. 실런트 재료(63)로는, 예를 들어, 폴리설파이드 계 합성 고무, 천연 고무, 실리콘 고무, 불소 고무 등의 합성 고무, 사불화 에틸렌 고무 수지 등의 합성수지 등을 사용할 수 있다. 이어서, 실런트 재료(63)를 끼우도록, 금속판(62)의 상면에 금속판(제1 부재)(61)을 올려 놓는다(공정(1)).

다음으로, 제어기(51)는 예비 동작(실런트 재료(63)의 압출 동작)을 실행한다. 구체적으로는, 도 3 및 도 4a에 도시된 바와 같이, 제어기(51)는, 클램프 부재(13)가 미리 설정되어 있는 압압력으로 피접합물(60)의 표면(60c)을 압압하도록, 진퇴 구동기(53)를 구동한다(스텝(S101); 공정(A)). 여기서, 클램프 부재(13)의 압압력은 임의로 설정할 수 있고, 미리 실험 등으로 설정한, 예를 들어, 2000 ~ 15000 N이라도 좋고, 클램프 부재(13)의 내외경 및 피접합물(60)의 두께로부터 적절하게 결정된다.

이 때, 클램프 부재(13)의 압압력에 의해, 실런트 재료(63)가 피접합물(60)의 둘레면으로부터 빠져나온다.

다음으로, 제어기(51)는, 핀 부재(11)가 회전하는 상태에서, 제1 압압력(P1)으로 피접합물(60)의 표면(60c)(금속판(61)의 상면)을 제1 소정 시간, 압압하도록, 회전 구동기(57) 및 진퇴 구동기(53)(핀 구동기(531))를 구동한다(스텝(S102); 공정(B)).

여기서, 제1 압압력은 임의로 설정할 수 있고, 미리 실험 등으로 설정된, 예를 들어, 2000 ~ 15000 N이라도 좋고, 핀 부재(11)의 직경 및 피접합물(60)의 두께로부터 적절히 결정된다. 또한, 핀 부재(11)의 회전수는 미리 설정되어 있고, 예를 들어, 500 ~ 3000 rpm이라도 좋다. 나아가, 제1 소정 시간은 미리 실험 등으로 설정되고, 예를 들어, 1 ~ 10 초라도 좋다.

여기서, 본 실시예 1에서는, 회전 구동기(57)는 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)를 회전시키도록 구성되어 있지만, 핀 부재(11)와 숄더 부재(12)를 개별적으로 회전시키도록 구성되어 있어도 좋다.

이에 따라서, 핀 부재(11)와 받침 부재(56)가 금속판(61), 실런트 재료(63) 및 금속판(62)을 사이에 끼운다. 그리고, 핀 부재(11)가 회전하는 상태에서, 피접합물(60)의 표면(60c)을 압압함으로써, 핀 부재(11)의 선단면(11a)과, 피접합물(60) 사이에서 마찰열이 발생한다. 이렇게 발생한 마찰열의 열전달에 의해서, 연직 방향에서 볼 때, 핀 부재(11)의 선단면(11a)과 겹치는 부분 근방에 위치한 실런트 재료(63)가 가열되어, 당해 부분의 실런트 재료(63)의 점성이 저하된다.

따라서, 연직 방향에서 볼 때, 핀 부재(11)의 선단면(11a)과 겹치는 부분 근방에 위치한 실런트 재료(63)가 원래의 위치보다 외측으로 압출되어, 피접합물(60)의 둘레면으로부터 빠져나온다.

다음으로, 제어기(51)는 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)가 회전하는 상태에서, 제2 압압력으로 피접합물(60)의 표면(60c)을 제2 소정 시간, 압압하도록, 회전 구동기(57) 및 진퇴 구동기(53)를 구동한다(스텝(S103); 공정(C)).

더 상세하게는, 제어기(51)는, 숄더 부재(12)가 회전하는 상태에서, 피접합물(60)의 표면(60c)을 압압하도록, 숄더 구동기(532)를 구동한다. 이 때, 제어기(51)는, 핀 부재(11)의 선단면(11a)이 피접합물(60)의 표면(60c)에 위치하도록, 핀 구동기(531)을 제어하고 있다.

여기서, 제2 압압력은 임의로 설정할 수 있고, 미리 실험 등으로 설정된, 예를 들어, 2000 ~ 15000 N이라도 좋고, 숄더 부재(12)의 내외경 및 피접합물(60)의 두께로부터 적절히 결정된다. 또한, 숄더 부재(12)의 회전수는 미리 설정되어 있고, 예를 들어, 500 ~ 3000 rpm이라도 좋다. 나아가, 제2 소정 시간은 미리 실험 등으로 설정되고, 예를 들어, 1 ~ 10 초라도 좋다. 여기서, 제2 압압력은 제1 압압력 보다 크도록 설정되어 있어도 좋다.

이에 따라서, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)와, 받침 부재(56)가 금속판(61), 실런트 재료(63) 및 금속판(62)을 사이에 끼운다. 그리고, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)가 회전하는 상태에서, 피접합물(60)의 표면(60c)을 압압함으로써, 핀 부재(11)의 선단면(11a) 및 숄더 부재(12)의 선단면(12a)과, 피접합물(60) 사이에서 마찰열이 발생한다. 이렇게 발생한 마찰열의 열전달에 의해서, 연직 방향에서 볼 때, 핀 부재(11)의 선단면(11a) 및 숄더 부재(12)의 선단면(12a)과 겹치는 부분 근방에 위치한 실런트 재료(63)가 가열되어, 당해 부분의 실런트 재료(63)의 점성이 저하된다.

따라서, 연직 방향에서 볼 때, 핀 부재(11)의 선단면(11a) 및 숄더 부재(12)의 선단면(12a)과 겹치는 부분 근방에 위치한 실런트 재료(63)가 원래의 위치보다 외측으로 압출되어, 피접합물(60)의 둘레면으로부터 빠져나온다. 또한, 실런트 부재(63)의 일부는 피접합물(60)의 둘레 가장자리에 존재하여, 피접합물(60)의 접합면을 실링할 수 있다.

다음으로, 제어기(51)는 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)가 회전하는 상태에서, 제3 압압력으로 피접합물(60)의 표면(60c)을 제3 소정 시간, 압압하도록, 회전 구동기(57) 및 진퇴 구동기(53)를 구동한다(공정(2); 스텝(S104)).

여기서, 제3 압압력은 임의로 설정할 수 있고, 미리 실험 등으로 설정된, 예를 들어, 2000 ~ 15000 N이라도 좋고, 핀 부재(11)의 직경 및 숄더 부재(12)의 내외경과 피접합물(60)의 두께로부터 적절히 결정된다. 또한, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 회전수는 미리 설정되어 있고, 예를 들어, 500 ~ 3000 rpm이라도 좋다. 나아가, 제3 소정 시간은 미리 실험 등으로 설정되고, 예를 들어, 1 ~ 10 초라도 좋다. 여기서, 제3 압압력은 제1 압압력 보다 크도록 설정되어 있어도 좋다.

이 상태에서는, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)가 함께 진퇴 이동하지 않기 때문에, 피접합물(60)의 표면(60c)을 「예비 가열」하게 된다. 이에 따라서, 금속판(61)의 맞닿는 영역에서 금속 재료가 마찰에 의해 발열하여 연회되고, 피접합물(60)의 표면(60c) 근방에 소성 유동부(60a)가 생긴다.

다음으로, 제어기(51)는 핀 부재(11) 또는 숄더 부재(12)가 소정의 동작을 하도록, 진퇴 구동기(53)를 제어하고(스텝(S105)), 본 프로그램을 종료한다. 구체적으로는, 제어기(51)는 기억기(31)에 기억되어 있는 소정의 제어 프로그램에 따라서, 진퇴 구동기(53)를 제어한다.

이 때, 제어기(51)는, 핀 부재(11)의 선 단면의 면적을 Ap, 숄더 부재(12)의 선단면의 면적을 As로 하고, 핀 부재(11)의 압입 깊이를 Pp, 숄더 부재(12)의 압입 깊이를 Ps로 할 때에, 다음의 식 (I)

Ap · Pp + As · Ps = Tx ... (I)

로 정의되는 툴 평균 위치(Tx)의 절대값을 작게 하도록, 진퇴 구동기(53)를 제어하는 것이 바람직하고, 툴 평균 위치(Tx) = 0이 되도록, 진퇴 구동기(53)를 제어하는 것이 더 바람직하다. 여기서, 툴 평균 위치(Tx)의 절대값을 작게 하는 구체적인 제어 정보는 일본 특허공개 특개2012-196682호 공보에 상세하게 기술되어 있기 때문에, 여기에서는 그 설명을 생략한다.

다음으로, 제어기(51)는 진퇴 구동기(53)를 제어하여, 핀 부재(11)를 피접합물(60)의 표면(60c)으로부터 후퇴시킴으로써, 숄더 부재(12)를 피접합물(60)의 표면(60c)으로부터, 더 내부로 진입(압입)시킨다(도 4b의 공정(D1) 참조).

구체적으로는, 제어기(51)는, 핀 부재(11)가 피접합물(60)로부터 멀어지도록, 핀 구동기(531)를 구동시키거나, 또는, 제어기(51)는, 숄더 부재(12)가 피접합물(60)을 향해 나가도록, 숄더 구동기(532)를 구동시킨다.

이 때, 금속 재료의 연화 부위는 상측의 금속판(61)으로부터 하측의 금속판(62)까지 미치고, 소성 유동부(60a)의 볼륨이 증가한다. 나아가, 소성 유동부(60a)의 연화한 금속 재료는 숄더 부재(12)에 의해 밀려나고, 숄더 부재(12)의 바로 아래로부터 핀 부재(11)의 바로 아래로 유동하기 때문에, 핀 부재(11)는 후퇴하여, 숄더 부재(12)에 대해 부상(浮上)한다.

다음으로, 제어기(51)는, 핀 부재(11)가 피접합물(60)을 향해 나가도록, 핀 구동기(531)를 구동시키거나, 또는, 제어기(51)는, 숄더 부재(12)가 피접합물(60)로부터 멀어지도록, 숄더 구동기(532)를 구동시킨다. 이에 따라서, 핀 부재(11)가 금속판(61)을 향해 나아가고, 숄더 부재(12)가 금속판(61)으로부터 후퇴한다(도 4c의 공정(D2) 참조). 여기서, 당해 공정(D2)는 후술하는 공정(3)에 의해 금속판(61)의 표면(60c)이 충분히 형성되는 경우에는, 실행되지 않아도 좋다.

그리고, 제어기(51)는, 공정(D1)으로부터 공정(D2)를 거쳐 공정(3)으로 이행되는 경우에는, 진퇴 구동기(53)를 제어하여, 핀 부재(11)를 서서히 끌어들인다. 여기서, 핀 부재(11) 또는 숄더 부재(12)는 모두 끌어들이는 동작 중이라도, 그 선단에 의한 가압력은 유지되고 있다(도 4b의 공정(D1)의 화살표(F) 및 도 4c의 공정(D2)의 화살표(F) 참조).

따라서, 숄더 부재(12)가 끌어들여지는 경우에는, 핀 부재(11)에 의한 회전 및 압압이 유지되고 있기 때문에, 소성 유동부(60a)의 연화된 금속 재료는 핀 부재(11)의 바로 아래에서 숄더 부재(12)의 바로 아래(숄더 부재(12)의 압입에 의해 생긴 오목부)로 유동한다.

한편, 핀 부재(11)가 끌어들여지는 경우에는, 숄더 부재(12)에 의한 회전 및 압압이 유지되고 있기 때문에, 소성 유동부(60a)의 연화된 금속 재료는 숄더 부재(12)의 바로 아래에서 핀 부재(11)의 바로 아래(핀 부재(11)의 압입에 의해 생긴 오목부)로 유동한다.

다음으로, 제어기(51)는 진퇴 구동기(53)를 제어하여, 핀 부재(11)의 선단면(11a) 및 숄더 부재(12)의 선단면(12a)을 서로 단차가 거의 생기지 않을 정도로 맞춘다(면일(面一)한다)(도 4c의 공정(3) 참조). 이에 따라서, 피접합물(60)의 표면(60c)이 성형되어, 실질적인 오목부가 생기지 않을 정도의 대략 평탄한 면이 얻어진다.

다음으로, 제어기(51)는 진퇴 구동기(53)를 제어하여, 핀 부재(11), 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(13)를 피접합물(60)로부터 떨어뜨리고, 그 후, 회전 구동기(57)를 제어하여, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 회전을 정지시키고, 일련의 마찰 교반 점 접합(피접합물(60)의 접합 공정)을 종료시킨다(도 4c의 공정(4) 참조). 이에 따라서, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 맞닿음에 의한 회전(및 압압)은 금속판(61, 62)에 가해지지 않게 되므로, 금속판(61, 62)의 쌍방에 이르는 소성 유동부(60a)에서는, 소성 유동이 정지하고, 피접합부(60b)로 된다.

이와 같이 하여, 2 장의 금속판(61, 62)은 피접합부(60b)에 의해 연결(접합)된다. 여기서, 실런트 재료(63)는, 소정 기간이 경과하면 경화하여, 금속판(61) 및 금속판(62)의 접합면이 실링된다.

이와 같이, 본 실시예 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)에서는, 제어기(51)가 핀 부재(11)를 회전시킨 상태에서, 피접합물(60)의 표면(60c)을 압압하도록, 회전 구동기(57) 및 진퇴 구동기(53)를 구동시키도록 구성되어 있다(공정(B)). 이에 따라서, 핀 부재(11)의 선단면(11a)과, 피접합물(60)의 사이에서 마찰열이 발생한다. 이렇게 발생한 마찰열의 열전달에 의해서, 연직 방향에서 볼 때, 핀 부재(11)의 선단면(11a)과 겹치는 부분 근방에 위치한 실런트 재료(63)가 가열되어, 당해 부분의 실런트 재료(63)의 점성이 저하된다.

따라서, 연직 방향에서 볼 때, 핀 부재(11)의 선단면(11a)과 겹치는 부분 근방에 위치한 실런트 재료(63)가 원래의 위치보다 외측으로 밀려나와서, 피접합물(60)의 내주면으로부터 빠져나온다.

따라서, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)를 회전시켜서, 소성 유동부(60a)를 생기게 할 때에, 실런트 재료(63)가 소성 유동부(60a)에 유입(혼입)하는 것을 억제할 수 있어, 양호한 접합 품질을 실현할 수 있다.

또한, 본 실시예 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)에서는, 실런트 재료(63)가 소성 유동부(60a)에 유입(혼입)하는 것을 억제할 수 있기 때문에, 핀 부재(11)에 실런트 재료(63)가 부착되는 것이 억제된다. 따라서, 피접합물(60)을 연속적으로 접합하도록 한 경우에, 핀 부재(11)의 선단면(11a)이 피접합물(60)의 표면(60c)을 안정적으로 압압할 수 있다. 또한, 피접합물(60)의 표면(60c)에 실런트 재료(63)가 부착되는 것이 억제되어, 양호한 접합 품질을 실현할 수 있다.

나아가, 본 실시예 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)에서는, 제어기(51)가 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)를 회전시킨 상태에서, 피접합물(60)의 표면(60c)을 압압하도록, 회전 구동기(57) 및 진퇴 구동기(53)를 구동시키도록 구성되어 있다(공정(C)). 이에 따라서, 핀 부재(11)의 선단면(11a) 및 숄더 부재(12)의 선단면(12a)과, 피접합물(60)의 사이에 마찰열이 발생한다. 이렇게 발생한 마찰열의 열전달에 의해서, 연직 방향에서 볼 때, 핀 부재(11)의 선단면(11a) 및 숄더 부재(12)의 선단면(12a)과 겹치는 부분 근방에 위치한 실런트 재료(63)가 가열되어, 당해 부분의 실런트 재료(63)의 점성이 저하된다.

따라서, 연직 방향에서 볼 때, 핀 부재(11)의 선단면(11a) 및 숄더 부재(12)의 선단면(12a)과 겹치는 부분 근방에 위치한 실런트 재료(63)가 원래의 위치보다 외측으로 밀려나와서, 피접합물(60)의 내주면으로부터 빠져나온다. 여기서, 실런트 재료(63)의 일부는 피접합물(60)의 둘레 가장자리부에 존재하여, 피접합물(60)의 접합면을 실링할 수 있다.

또한, 본 실시예 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)에서는, 실런트 재료(63)가 소성 유동부(60a)에 유입(혼입)하는 것을 억제할 수 있기 때문에, 핀 부재(11) 및/또는 숄더 부재(12)에 실런트 재료(63)가 부착되는 것이 억제된다. 따라서, 피접합물(60)을 연속적으로 접합하도록 한 경우에, 핀 부재(11) 및/또는 숄더 부재(12)의 선단면이 피접합물(60)의 표면(60c)을 안정적으로 압압할 수 있다. 또한, 피접합물(60)의 표면(60c)에 실런트 재료(63)가 부착되는 것이 억제되어, 양호한 접합 품질을 실현할 수 있다.

여기서, 본 실시예 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)에서는, 제어기(51)는 핀 부재(11)를 회전시킨 상태에서, 피접합물(60)을 압압하고, 그 후, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)를 회전시킨 상태에서, 피접합물(60)을 압압하도록, 회전 구동기(57) 및 진퇴 구동기(53)를 제어하는 형태를 채용하였지만, 이에 한정되지 않는다.

제어기(51)가, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)를 회전시킨 상태에서, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)가 피접합물(60)을 동시에 압압하도록, 회전 구동기(57) 및 진퇴 구동기(53)를 제어하는 형태를 채용하여도 좋다.

(실시예 2)

본 실시예 2에 따른 마찰 교반 점 접합 장치는, 실시예 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치에서, 제어기가, (D)에서, 핀 부재가 회전하는 상태에서, 피접합부 내에 압입하도록, 회전 구동기 및 진퇴 구동기를 구동시키는 (D1)과, (D1) 후에, 핀 부재가 피접합부로부터 인발되도록 하고, 또한, 숄더 부재가 회전하는 상태에서, 피접합부 내에 압입하도록, 회전 구동기 및 진퇴 구동기를 구동시키는 (D2)를 실행하도록 구성되어 있다.

이하에서, 본 실시예 2에 따른 마찰 교반 점 접합 장치의 일례에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 여기서, 본 실시예 2에 따른 마찰 교반 점 접합 장치는 실시예 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치와 기본 구성은 동일하므로 그 구성의 설명은 생략한다.

[마찰 교반 점 접합 장치의 동작(운전 방법)]

도 5a, 도 5b 및 도 5c는 본 실시예 2에 따른 마찰 교반 점 접합 장치에 의한 마찰 교반 점 접합의 각 공정의 일례를 모식적으로 도시한 공정도이다.

여기서, 도 5a, 도 5b 및 도 5c에서는, 마찰 교반 점 접합 장치의 일부를 생략하고, 화살표(r)는 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 회전 방향을 나타내고, 블록 화살표(F)는 금속판(61, 62)에 가해지는 힘의 방향을 나타낸다. 또한, 받침 부재(56)로부터도 금속판(61, 62)에 대해 힘이 가해지고 있지만, 설명의 편의상, 도 5a, 도 5b 및 도 5c에는 도시하지 않는다. 나아가, 숄더 부재(12)에는, 핀 부재(11) 및 클램프 부재(13)와의 구별을 명확하기 위해서, 음영의 해칭을 가하였다.

도 5a ~ 도 5c에 도시된 바와 같이, 본 실시예 2에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)의 동작은 실시예 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)의 동작과 기본적으로 동일하지만, 공정(D1) 및 공정(D2) 대신 공정(D3) 및 공정(D4)가 실행되는 점이 다르다.

구체적으로는, 제어기(51)는, 공정(2) 후에, 핀 부재(11)가 피접합물(60)을 향해 나아가도록, 핀 구동기(531)를 구동하거나, 또는, 제어기(51)는, 숄더 부재(12)가 피접합물(60)로부터 멀어지도록, 숄더 구동기(532)을 구동한다(도 5b의 공정(D3)). 이에 따라서, 핀 부재(11)가 금속판(61)을 향해 나아가고, 숄더 부재(12)가 금속판(61)로부터 후퇴한다.

이 때, 금속 재료의 연화 부위는 상측의 금속판(61)으로부터 하측의 금속판(62)까지 미치고, 소성 유동부(60a)의 볼륨이 증가한다. 나아가, 소성 유동부(60a)의 연화한 금속 재료는 핀 부재(11)에 의해 밀려나고, 핀 부재(11)의 바로 아래로부터 선단면(12a)의 바로 아래로 유동하므로, 숄더 부재(12)는 후퇴하여, 핀 부재(11)에 대해 부상한다.

다음으로, 제어기(51)는, 핀 부재(11)가 피접합물(60)로부터 멀어지도록, 핀 구동기(531)를 구동시키거나, 또는, 제어기(51)는, 숄더 부재(12)가 피접합물(60)을 향해 나가도록, 숄더 구동기(532)을 구동시킨다(도 5c의 공정(D4)). 이에 따라서, 숄더 부재(12)가 금속판(61)을 향해 나아가고, 핀 부재(11)가 금속판(61)으로부터 후퇴한다. 이 때, 소성 유동부(60a)의 연화된 금속 재료는 핀 부재(11)의 바로 아래에서 숄더 부재(12)의 바로 아래(숄더 부재(12)의 압입에 의해 생긴 오목부)로 유동한다.

다음으로, 제어기(51)는 진퇴 구동기(53)를 제어하여, 핀 부재(11)의 선단면(11a) 및 숄더 부재(12)의 선단면(12a)을 서로 단차가 거의 생기지 않을 정도로 맞춘다(도 5c의 공정(3) 참조).

이어서, 제어기(51)는 진퇴 구동기(53)를 제어하여, 핀 부재(11), 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(13)를 피접합물(60)로부터 떨어뜨리고, 그 후, 회전 구동기(57)를 제어하여, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 회전을 정지시키고(도 5c의 공정(4) 참조), 본 프로그램을 종료시킨다.

이와 같이 구성된 본 실시예 2에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)도, 실시예 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)와 동일한 작용 효과를 나타낸다.

상기 설명으로부터 당업자에게는 본 발명의 많은 개량이나 다른 실시예가 분명할 것이다. 따라서, 상기 설명은 예시로서만 해석되어야 하며, 본 발명을 실행하는 최선의 형태를 당업자에게 교시할 목적으로 제공된 것이다. 본 발명을 벗어나지 않고 그 구조 및/또는 기능의 상세를 실질적으로 변경할 수 있다. 또한, 상기 실시예에 개시되어 있는 복수의 구성 요소의 적절한 조합에 의해 다양한 발명을 형성할 수 있다.

본 발명의 마찰 교반 점 접합 장치 및 그 운전 방법은 실런트 재료를 도포한 피접합물을 접합하는 경우에도 양호한 접합 품질을 실현할 수 있으므로 유용하다.

11: 핀 부재
11a: 선단면
12: 숄더 부재
12a: 선단면
13: 클램프 부재
13a: 선단면
31: 기억기
32: 입력기
41: 클램프 구동기
50: 마찰 교반 점 접합 장치
51: 제어기
52: 공구 고정기
53: 진퇴 구동기
55: 지지부
56: 받침 부재
56a: 지지면
57: 회전 구동기
60: 피접합물
60a: 소성 유동부
60b: 피접합부
60c: 표면
61: 금속판
62: 금속판
63: 실런트 재료
521: 회전 공구 고정기
522: 클램프 고정기
531: 핀 구동기
532: 숄더 구동기
Xr: 축선

Claims

겹쳐진 제1 부재와 제2 부재의 접촉 부분에 실런트 재료가 도포된 피접합물을 마찰열로 연화시킴으로써 접합하는 마찰 교반 점 접합 장치로서,
상기 마찰 교반 점 접합 장치는,
원기둥 형상으로 형성되어 있는 핀 부재와,
원통 형상으로 형성되고, 상기 핀 부재가 내부에 삽통되는 숄더 부재와,
상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재를 상기 핀 부재의 축심에 일치하는 축선 둘레로 회전시키는 회전 구동기와,
원통 형상으로 형성되고, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재가 내부에 삽통되는 클램프 부재와,
상기 핀 부재, 상기 숄더 부재 및 상기 클램프 부재를 각각 상기 축선을 따라 진퇴 이동시키는 진퇴 구동기와,
제어기를 구비하고,
상기 제어기는, 상기 핀 부재가, 회전하는 상태에서, 상기 피접합물을 압압하도록, 상기 회전 구동기 및 상기 진퇴 구동기를 구동시키는 (B)와,
상기 (B)로부터 미리 설정되어 있는 제1 소정 시간 경과 후에, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재가, 회전하는 상태에서, 상기 피접합물을 압압하도록, 상기 회전 구동기 및 상기 진퇴 구동기를 구동시키는 (C)와,
상기 (C)로부터 미리 설정되어 있는 제2 소정 시간 경과 후에, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재 중 적어도 하나가, 회전하는 상태에서, 상기 피접합물의 피접합부 내로 압입되어서, 상기 피접합부를 교반하여 접합하도록, 상기 회전 구동기 및 상기 진퇴 구동기를 구동시키는 (D)를 실행하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 점 접합 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어기는, 상기 (D)에서, 상기 핀 부재가, 회전하는 상태에서, 상기 피접합부 내에 압입하도록, 상기 회전 구동기 및 상기 진퇴 구동기를 구동시키는 (D1)과, 상기 (D1) 후에, 상기 핀 부재가 상기 피접합부로부터 인발되도록, 또한, 상기 숄더 부재가, 회전하는 상태에서, 상기 피접합부 내로 압입하도록, 상기 회전 구동기 및 상기 진퇴 구동기를 구동시키는 (D2)를 실행하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 점 접합 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어기는, 상기 (D)에서, 상기 숄더 부재가, 회전하는 상태에서, 상기 피접합부 내에 압입하도록, 상기 회전 구동기 및 상기 진퇴 구동기를 구동시키는 (D3)과, 상기 (D3) 후에, 상기 숄더 부재가 상기 피접합부로부터 인발되도록, 또한, 상기 핀 부재가, 회전하는 상태에서, 상기 피접합부 내로 압입하도록, 상기 회전 구동기 및 상기 진퇴 구동기를 구동시키는 (D4)를 실행하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 점 접합 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어기는, 상기 (B)에서, 상기 핀 부재의 선단이 상기 피접합물의 상면에 위치하도록, 상기 진퇴 구동기를 제어하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 점 접합 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어기는, 상기 (C)에서, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재의 선단이 각각 상기 피접합물의 상면에 위치하도록, 상기 진퇴 구동기를 제어하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 점 접합 장치.
겹쳐진 제1 부재와 제2 부재의 접촉 부분에 실런트 재료가 도포된 피접합물을 마찰열로 연화시켜서 접합하는 마찰 교반 점 접합 장치의 운전 방법으로서,
상기 마찰 교반 점 접합 장치는,
원기둥 형상으로 형성되어 있는 핀 부재와,
원통 형상으로 형성되고, 상기 핀 부재가 내부에 삽통되는 숄더 부재와,
상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재를 상기 핀 부재의 축심에 일치하는 축선 둘레로 회전시키는 회전 구동기와,
원통 형상으로 형성되고, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재가 내부에 삽통되는 클램프 부재와,
상기 핀 부재, 상기 숄더 부재 및 상기 클램프 부재를 각각 상기 축선을 따라 진퇴 이동시키는 진퇴 구동기를 구비하고,
상기 핀 부재가, 회전하는 상태에서, 상기 피접합물을 압압하도록, 상기 회전 구동기 및 상기 진퇴 구동기가 구동하는 (B)와,
상기 (B)로부터 미리 설정되어 있는 제1 소정 시간 경과 후에, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재가, 회전하는 상태에서, 상기 피접합물을 압압하도록, 상기 회전 구동기 및 상기 진퇴 구동기가 구동하는 (C)와,
상기 (C)로부터 미리 설정되어 있는 제2 소정 시간 경과 후에, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재 중 적어도 하나가, 회전하는 상태에서, 상기 피접합물의 피접합부 내에 압입되어서, 상기 피접합부를 교반하여 접합하도록, 상기 회전 구동기 및 상기 진퇴 구동기가 구동하는 (D)를 구비하는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 점 접합 장치의 운전 방법.
제6항에 있어서,
상기 (D)는, 상기 핀 부재가, 회전하는 상태에서, 상기 피접합부 내에 압입하도록, 상기 회전 구동기 및 상기 진퇴 구동기를 구동시키는 (D1)과, 상기 (D1) 후에, 상기 핀 부재가 상기 피접합부로부터 인발되도록, 또한, 상기 숄더 부재가, 회전하는 상태에서, 상기 피접합부 내로 압입하도록, 상기 회전 구동기 및 상기 진퇴 구동기를 구동시키는 (D2)를 구비하는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 점 접합 장치의 운전 방법.
제6항에 있어서,
상기 (D)는, 상기 숄더 부재가, 회전하는 상태에서, 상기 피접합부 내에 압입하도록, 상기 회전 구동기 및 상기 진퇴 구동기를 구동시키는 (D3)과, 상기 (D3) 후에, 상기 숄더 부재가 상기 피접합부로부터 인발되도록, 또한, 상기 핀 부재가, 회전하는 상태에서, 상기 피접합부 내로 압입하도록, 상기 회전 구동기 및 상기 진퇴 구동기를 구동시키는 (D4)를 구비하는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 점 접합 장치의 운전 방법.
제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 (B)는, 상기 핀 부재의 선단이 상기 피접합물의 상면에 위치하도록, 상기 진퇴 구동기가 동작하는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 점 접합 장치의 운전 방법.
제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 (C)는, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재의 선단이 각각 상기 피접합물의 상면에 위치하도록, 상기 진퇴 구동기가 동작하는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 점 접합 장치의 운전 방법.