KR100805530B1

KR100805530B1 - 마찰 교반 접합용 접합 공구, 마찰 교반 접합 방법 및접합 부재의 제조 방법

Info

Publication number: KR100805530B1
Application number: KR1020037004142A
Authority: KR
Inventors: 하시모토다케노리; 죠간시게토시; 나가노요시타카
Original assignee: 쇼와 덴코 가부시키가이샤
Priority date: 2000-09-21
Filing date: 2001-09-20
Publication date: 2008-02-20
Also published as: CN1232378C; US6915939B2; EP1324854B1; AU2001290251A1; KR20030064754A; US20040108359A1; CN1462220A; DE60133299D1; WO2002024393A1; EP1324854A1; ATE389494T1; EP1324854A4; DE60133299T2

Abstract

마찰 교반 접합용 접합 공구(10A)(10B)는, 접합 부재(1a)(1b)의 적어도 하나의 표면 위에 가압되는 단부를 갖는 회전자(11), 및 접합 부재(1a)(1b)의 접합부(3) 내에 삽입되는 탐침(13)을 구비하며, 상기 탐침(13)은 상기 회전자(11)의 직경보다 작은 직경을 갖는다. 회전자(11)의 단부의 단부면(12)은 단부면(12)의 회전 중심을 향해 단부면(12)의 외주로부터 움푹패인 오목 표면 내에 형성된다. 탐침(13)은 단부면(12)의 회전 중심으로부터 돌출된다. 단부면(12)에는 탐침(13)을 둘러싸는 나선형 홈(15) 또는 고리 형상 홈(16)이 설치되어, 양호한 접합 조건을 갖는 접합 부재가 얻어질 수 있다.

Description

마찰 교반 접합용 접합 공구, 마찰 교반 접합 방법 및 접합 부재의 제조 방법{FRICTION AGITATION JOINING TOOL, FRICTION AGITATION JOINING METHOD AND JOINED MEMBER MANUFACTURING METHOD}

본 발명은 마찰 교반 접합용 공구, 마찰 교반 접합 방법 및 접합 부재의 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 알루미늄 또는 그 합금 등의 금속으로 제작된 접합 부재를 접합하는 마찰 교반 접합용 접합 공구, 접합 공구를 사용한 마찰 교반 접합 방법 및 접합 부재의 제조 방법에 관한 것이다.

고상(solid-phase) 접합 방법 중 하나인 마찰 교반 접합 방법은, 금속간 재료의 종류에 상관없이 다양한 접합 부재에 적용될 수 있는 이점을 가지며, 접합에 기인한 열 응력(thermal stress)을 거의 야기하지 않는다. 최근, 이 방법은 선박, 자동차 및 철도 차량의 플로어 부재, 벽 부재, 천장 부재, 서스펜션 아암 부재 등에 사용되는 접합 부재를 제조하기 위한 접합 수단으로 사용되고 있다.

종래 기술의 마찰 교반 접합 방법에 대해 도 11을 참조로 하여 설명하며, 이는 알루미늄 합금으로 제작된 2개의 판 형상 접합 부재가 맏대기이음 방식(butted manner)으로 일체로 접합된다.

도 11에서, 참조 부호(110A)는 종래 기술의 마찰 교반 접합용 접합 공구를 나타낸다. 접합 공구(110A)에는 원주형 회전자(111) 및 회전자(111)의 직경보다 작은 직경을 갖는 핀 형상 탐침(113, probe)이 설치된다. 탐침(113)은 회전자(111) 단부의 단부면(112)의 회전 중심으로부터 일체로 돌출된다. 회전자(111)의 단부면(112)은 회전자(111)의 회전축(Q')에 수직한 평탄 표면으로 형성된다.

접합 공구(110A)에 의해, 탐침(113)이 회전자(111)의 회전에 따라 회전된다. 회전하는 회전자(111)의 단부를 접합 부재(101a, 101b)의 표면과 접촉시키도록 회전하는 탐침(113)이 접합 부재(101a)의 맞댐부(103, butted portion)로 삽입된다. 이후, 이 상태를 유지하면서, 회전자(111)의 단부가 맞댐부(103)를 따라 전진된다.

탐침(113)의 회전에 기인하여 발생된 마찰열 및 회전자(111) 단부의 단부면(112)과 접합 부재(101a, 101b)의 표면 사이의 마찰에 기인하여 발생된 마찰열에 의해, 접합 부재(101a, 101b)는 회전자(111)의 단부와 탐침(113)이 접촉하는 접합 부재(101a, 101b)의 부분 둘레에서 연하게 된다. 이후, 연하게 된 부분의 재료는 교반되어 혼합되도록 회전자(111) 단부의 회전력과 탐침(113)의 회전력을 수용한다. 또한, 회전자(111)의 단부의 전진 이동에 따라, 연하게 된 재료가 회전자(111)의 단부와 탐침(113)을 통과한 후 형성된 홈에 채워지도록 가소성 있게 유체화된다. 그 후, 재료는 마찰열의 즉각적인 손실에 의해 냉각되어 응고된다. 이 현상은 회전자(111)의 단부의 전진 이동에 따라 반복되며, 이에 의해 맞댐부(103)(접합부(104))에서 접합 부재(101a, 101b)가 일체로 접합한다. 따라서, 접합된 부재가 얻어질 수 있다.

그런데, 이 마찰 교반 접합 방법에서, 회전자(110)의 단부가 맞댐부(103)를 따라 전진될 때, 마찰열에 의해 연하게 된 접합 부재(101a, 101b)의 재료는 회전자(111)의 단부의 전진 압력을 수용하므로서, 접합 부재(101a, 101b)의 외부면을 향해 밀려나는 경향이 있다. 이는 다음과 같은 결점을 야기한다. 재료의 부족에 기인한 접합 결함(예컨대, 중공부)이 접합부(104)에서 발생한다. 밀려난 재료에 의해 형성된 버(burr)가 접합부(104)의 표면에서 발생한다. 접합부(104)의 두께가 밀려난 재료에 기인하여 감소된다. 따라서, 양호한 접합 조건을 갖는 접합 부재가 얻어질 수 없다.

상기 언급된 문제를 해결하기 위해, 종래에는 다음과 같은 접합 작동이 실행되었다. 도 11에 도시된 바와 같이, 회전자(111)의 단부의 전진 이동시에, 회전자(111) 단부의 단부면(112)의 전진하는 전방 모서리를 접합 부재(101a, 101b)의 표면으로부터 들어올리도록 회전자(111)의 회전축(Q')이 접합 방향에 대해 후방(즉, 이동 방향에 후방)으로 경사진다. 이 경사 상태를 유지하면서, 회전자(111)의 단부가 맞댐부(103)를 따라 전진한다. 도 11에서, 참조 부호(T')는 접합 부재(101a, 101b)의 표면상의 탐침 삽입 위치의 수직선을 나타낸다. 참조 부호(θ')는 회전자(111)의 회전축(Q')이 접합 방향에 대해 후방으로 경사질 때, 수직선(T')에 대한 회전축(Q')의 경사각을 나타낸다.

이 방법에서, 회전자(111)의 단부는 경사 상태를 유지하면서 전진하고, 접합 부재(101a, 101b)의 재료가 그것으로부터 재료의 이탈을 방지하기 위해 회전자(111)의 단부면(112)에 의해 파지되도록 회전자(111) 단부의 단부면(112)의 전진하는 모서리가 접합 부재(101a, 101b)의 표면으로부터 들어올려진다. 따라서, 상기 언급된 문제점이 해결될 수 있다.

그러나, 종래 기술의 접합 공구(110A)에서, 회전자(111) 단부의 단부면(112)이 평탄 표면 내에 형성되었기 때문에, 단부면(112)에 의해 접합 부재(101a, 101b)의 재료를 파지하는 것이 곤란하였다.

또한, 이 방법에 따라, 회전자(111)의 회전축(Q')을 접합 방향에 대해 후방으로 경사지게 한 상태에서 회전자(111)의 단부가 전진되었다. 그러므로, 접합 작동을 실행하는 것이 곤란하였다. 접합부가 곡선 등을 따라 만곡될 때, 접합 작동이 특히 곤란하였다.

본 발명은 상기 언급된 기술적 배경을 고려하여 안출되었다. 본 발명의 목적은 마찰열에 의해 연하게 된 접합 부재의 재료를 파지할 수 있으며, 양호한 접합 조건을 갖는 접합된 부재가 얻어질 수 있는 마찰 교반 접합용 접합 공구, 마찰 교반 접합 방법 및 접합 부재의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 바람직한 실시예로부터 명확해질 것이다.

본 발명의 제1 실시예에 따르면, 마찰 교반 접합용 접합 공구는 접합 부재의 적어도 하나의 표면 위에 가압되는 단부를 갖는 회전자, 및 접합 부재의 접합부 내에 삽입되는 탐침을 구비하며, 탐침은 회전자의 직경보다 작은 직경을 가지며, 회전자의 단부의 단부면은 단부면의 회전 중심을 향해 단부면의 외주로부터 움푹패인 오목 표면을 갖도록 형성되며, 탐침은 단부면의 회전 중심으로부터 돌출되고, 단부면에는 탐침을 둘러싸는 나선형 홈이 설치된다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 접합 공구에 있어서, 회전자의 단부의 단부면이 단부면의 회전 중심을 향해 단부면의 외주로부터 움푹패인 오목 표면 내로 형성되기 때문에, 마찰 열에 의해 연하게 된 접합 부재의 재료가 오목 단부면에 파지될 수 있다. 또한, 홈이 오목 단부면 위에 형성되기 때문에, 재료가 홈에 의해 걸리게 되어, 재료의 파지력을 향상시킨다. 그 결과, 접합 부재의 표면을 향해 파지된 재료가 밀려나오는 것이 효과적으로 방지되므로, 양호한 접합 조건을 갖는 접합 부재가 얻어질 수 있다. 특히, 홈이 나선형 방식으로 형성되기 때문에, 홈에 의해 걸려진 재료는 회전자의 회전에 따라 탐침을 향해 모여지도록 가소성 있게 유체화된다. 그 결과, 접합 부재의 표면을 향해 재료가 밀려나오는 것이 효과적으로 방지되어, 재료의 파지력이 더욱 향상될 수 있다. 따라서, 더 높은 접합 품질에 의해 접합 부재가 얻어질 수 있다. 또한, 이 접합 공구를 사용한 접합 작동을 실행하므로서, 접합 부재의 재료가 접합 방향에 대해 후방으로 회전자의 회전축을 경사지게 하지 않고 확실하게 파지될 수 있다. 따라서, 회전자의 단부는, 접합 부재의 접합부가 직선으로 연장하고, 또한 곡선으로 연장하는 경우에서조차 접합부를 따라 접합 부재에 대해 용이하게 전진될 수 있다.

상기 언급된 본 발명의 제1 실시예에 있어서, 단부면에는 소정의 위상 차이로 복수 개의 홈이 설치되는 것이 바람직하다. 이 경우, 재료의 파지력(holding force) 및 모음력(gathering force)이 향상된다. 따라서, 접합 부재의 표면을 향 해 재료가 밀려나는 것이 효과적으로 방지된다.

상기 언급한 본 발명의 제1 실시예에 있어서, 홈의 폭(w1)은 0.5mm 부터 2.0mm의 범위 내로 되는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 언급한 재료 파지 효과가 확실하게 얻어질 수 있다.

상기 언급한 본 발명의 제1 실시예에 있어서, 홈의 평균 깊이(h1)는 0.5 ×w1 mm부터 2 ×w1 mm의 범위 내로 되며, 여기서 w1은 상기 홈의 폭인 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 언급한 효과가 확실하게 얻어질 수 있다.

상기 언급한 본 발명의 제1 실시예에 있어서, 탐침에는 그 외부면 상에 교반 돌출부(agitation protrusion)가 설치되는 것이 바람직하다. 이 경우, 재료가 효과적으로 교반될 수 있다.

본 발명의 제2 실시예에 따르면, 마찰 교반 접합용 접합 공구는 접합 부재의 적어도 하나의 표면 위에 가압되는 단부를 갖는 회전자, 및 접합 부재의 접합부 내에 삽입되는 탐침을 구비하며, 상기 탐침은 회전자의 직경보다 작은 직경을 가지며, 회전자의 단부의 단부면은 단부면의 회전 중심을 향해 단부면의 외주로부터 움푹패인 오목 표면을 갖도록 형성되며, 탐침은 단부면의 회전 중심으로부터 돌출되고, 단부면에는 탐침을 둘러싸는 고리 형상 홈이 설치된다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 접합 공구에 의해, 회전자의 단부의 단부면이 단부면의 회전 중심을 향해 단부면의 외주로부터 움푹패인 오목 표면 내로 형성되기 때문에, 마찰 열에 의해 연하게 된 접합 부재의 재료가 오목 단부면에 파지될 수 있다. 또한, 홈이 오목 단부면 위에 형성되기 때문에, 재료가 홈에 의해 걸리 게 되어, 재료의 파지력을 향상시킨다. 그 결과, 접합 부재의 표면을 향해 파지된 재료가 밀려나오는 것이 효과적으로 방지된다. 따라서, 양호한 접합 조건을 갖는 접합 부재가 얻어질 수 있다. 또한, 이 접합 공구를 사용한 접합 작동을 실행하므로서, 접합 부재의 재료가 접합 방향에 대해 후방으로 회전자의 회전축을 경사지게 하지 않고 확실하게 파지될 수 있다. 따라서, 회전자의 단부는, 접합 부재의 접합부가 직선으로 연장할 뿐만 아니라 곡선으로 연장하는 경우에서조차 접합부를 따라 접합 부재에 대해 용이하게 전진될 수 있다.

상기 언급한 본 발명의 제2 실시예에서, 단부면에는 회전자의 단부면의 회전 중심에 대해 동심원 방식으로 복수 개의 홈이 설치되는 것이 바람직하다. 이 경우, 재료의 파지력이 향상된다. 따라서, 접합 부재의 표면을 향해 재료가 밀려나는 것이 효과적으로 방지된다.

상기 언급한 본 발명의 제2 실시예에서, 홈의 폭(w2)은 0.5mm 부터 2.0mm의 범위 내로 되는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 언급한 재료 파지 효과가 확실하게 얻어질 수 있다.

상기 언급한 본 발명의 제2 실시예에서, 홈의 평균 깊이(h1)는 0.5 ×w2 mm부터 2 ×w2 mm의 범위 내로 되며, 여기서 w2는 상기 홈의 폭인 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 언급한 재료 파지 효과가 확실하게 얻어질 수 있다.

상기 언급한 본 발명의 제2 실시예에서, 탐침에는 그 외부면 상에 교반 돌출부가 설치되는 것이 바람직하다. 이 경우, 재료가 효과적으로 교반될 수 있다.

상기 언급한 본 발명의 제3 실시예에 따르면, 마찰 교반 접합용 접합 공구 는, 접합 부재의 적어도 하나의 표면 위에 가압되는 단부를 갖는 회전자, 및 접합 부재의 접합부 내에 삽입되는 탐침을 구비하며, 탐침은 회전자의 직경보다 작은 직경을 가지며, 회전자의 단부의 단부면은 단부면의 회전 중심을 향해 단부면의 외주로부터 움푹패인 오목 표면을 갖도록 형성되며, 탐침은 단부면의 회전 중심으로부터 돌출되고, 회전자에는 회전자의 단부의 전체 외주 상에 계단부가 설치되며, 계단부는 탐침을 향해 계단식으로 접근한다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 접합 공구에 있어서, 탐침을 향해 계단식으로 접근하는 계단부는 회전자의 단부의 외주에 형성된다. 따라서, 회전자의 단부가 접합 부재의 표면 위에 가압될 때, 각각의 계단부의 쇼울더부는 접합 부재의 표면 위에 강하게 가압된다. 그 결과, 접합 부재의 표면을 향해 재료가 밀려나는 것이 효과적으로 방지된다. 또한, 재료의 파지력이 더 향상될 수 있다. 따라서, 높은 접합 품질에 의해 접합 부재가 얻어질 수 있다. 또한, 이 접합 공구를 사용한 접합 작동을 실행하므로서, 접합 부재의 재료가 접합 방향에 대해 후방으로 회전자의 회전축을 경사지게 하지 않고 확실하게 파지될 수 있다. 따라서, 회전자의 단부는, 접합 부재의 접합부가 직선으로 연장하고, 또한 곡선으로 연장하는 경우에서조차 접합부를 따라 접합 부재에 대해 용이하게 전진될 수 있다.

상기 언급한 본 발명의 제3 실시예에 있어서, 회전자에는 복수 개의 계단부가 설치되는 것이 바람직하다. 이 경우, 회전자의 단부의 외주면이 접합 부재의 표면 위에 더욱 강하게 가압된다. 그 결과, 접합 부재의 표면을 향해 재료가 밀려나는 것이 효과적으로 방지된다.

상기 언급한 본 발명의 제3 실시예에 있어서, 계단부의 반경 차이(s)는 0.3mm 부터 1.0mm의 범위 내로 되는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 언급한 재료 파지 효과가 확실하게 얻어질 수 있다.

상기 언급한 본 발명의 제3 실시예에 있어서, 탐침에는 그 외부면 상에 교반 돌출부가 설치되는 것이 바람직하다. 이 경우, 재료가 효과적으로 교반될 수 있다.

본 발명의 제4 실시예에 따르면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 마찰 교반 접합용 접합 공구를 사용한 마찰 교반 접합 방법은, 접합 부재의 접합부 내로 회전하는 탐침을 삽입하는 단계, 접합 부재의 적어도 하나의 표면 위에 회전하는 회전자의 단부를 가압하는 단계, 및 접합부를 따라 접합 부재에 대해 회전자의 단부를 전진시키는 단계를 구비한다.

이 마찰 교반 접합 방법에 의해, 본 발명의 제1 실시예에 따르면 마찰 교반 접합용 접합 공구를 사용하므로서, 접합 부재의 표면을 향해 재료가 밀려나는 것이 효과적으로 방지된다. 양호한 접합 조건을 갖는 접합 부재가 얻어질 수 있다. 특히, 홈이 나선형 방식으로 만들어지기 때문에, 홈에 의해 걸려진 재료는 회전자의 회전에 따라 탐침을 향해 모여지도록 가소성 있게 유체화된다. 따라서, 접합 부재의 표면을 향해 재료가 밀려나는 것이 더욱 효과적으로 방지된다. 또한, 재료의 파지력이 더 향상될 수 있다. 그 결과, 더 높은 접합 품질에 의해 접합 부재가 얻어질 수 있다.

상기 언급한 본 발명의 제4 실시예에 있어서, 회전자의 단부는 접합 방향에 대해 회전자의 회전축을 경사지게 하지 않고 접합 부재에 대해 전진되는 것이 바람직하다. 이 경우, 회전자의 단부는, 접합 부재의 접합부가 직선으로 연장하고, 또한 곡선으로 연장하는 경우에서조차 접합부를 따라 접합 부재에 대해 용이하게 전진될 수 있다.

상기 언급한 본 발명의 제4 실시예에서, 회전자는 회전자의 단부면으로부터 보이는 바와 같이, 탐침 주위로 회전자의 단부면의 중심으로부터 홈을 연장시키는 회전 방향으로 구동되는 것이 바람직하다. 이 경우, 홈에 의해 걸려진 재료는 회전자의 단부의 단부면의 회전력에 기인하여 탐침을 향해 확실하게 모여진다. 그 결과, 접합 부재의 표면을 향해 재료가 밀려나는 것이 더욱 효과적으로 방지된다. 또한, 재료의 파지력이 더 향상될 수 있다. 그 결과, 더 높은 결합 품질을 갖는 접합 부재가 얻어질 수 있다.

상기 언급한 본 발명의 제5 실시예에 따르면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 마찰 교반 접합용 접합 공구를 사용한 마찰 교반 접합 방법은, 접합 부재의 접합부 내로 회전하는 탐침을 삽입하는 단계, 접합 부재의 적어도 하나의 표면 위에 회전하는 회전자의 단부를 가압하는 단계, 및 접합부를 따라 접합 부재에 대해 회전자의 단부를 전진시키는 단계를 구비한다.

이 마찰 교반 접합 방법에 의해, 본 발명의 제2 실시예에 따른 마찰 교반 접합용 접합 공구를 사용하므로서, 접합 부재의 표면을 향해 재료가 밀려나는 것이 효과적으로 방지된다. 양호한 접합 조건을 갖는 접합 부재가 얻어질 수 있다.

상기 언급한 본 발명의 제5 실시예에 있어서, 회전자의 단부는 접합 방향에 대해 회전자의 회전축을 경사지게 하지 않고 접합 부재에 대해 전진되는 것이 바람직하다. 이 경우, 회전자의 단부는, 접합 부재의 접합부가 직선으로 연장하고, 또한 곡선으로 연장하는 경우에서조차 접합부를 따라 접합 부재에 대해 용이하게 전진될 수 있다.

본 발명의 제6 실시예에 따르면, 본 발명의 제3 실시예의 마찰 교반 접합용 접합 공구를 사용한 마찰 교반 접합 방법은, 접합 부재의 접합부 내로 회전하는 탐침을 삽입하는 단계, 접합 부재의 적어도 하나의 표면 위에 회전하는 회전자의 단부를 가압하는 단계, 및 접합부를 따라 접합 부재에 대해 회전자의 단부를 전진시키는 단계를 구비한다.

이 마찰 교반 접합 방법에 의해, 본 발명의 제3 실시예에 따른 마찰 교반 접합용 접합 공구를 사용하므로서, 접합 부재의 표면을 향해 재료가 밀려나는 것이 효과적으로 방지된다. 양호한 접합 조건을 갖는 접합 부재가 얻어질 수 있다.

상기 언급한 본 발명의 제6 실시예에 있어서, 회전자의 단부는 접합 방향에 대해 회전자의 회전축을 경사지게 하지 않고 접합 부재에 대해 전진되는 것이 바람직하다. 이 경우, 회전자의 단부는, 접합 부재의 접합부가 직선으로 연장하고, 또한 곡선으로 연장하는 경우에서조차 접합부를 따라 접합 부재에 대해 용이하게 전진될 수 있다.

본 발명의 제7 실시예에 따르면, 제1 접합 부재 및 제2 접합 부재가 그 접합부에 일체로 접합되는 접합 부재의 제조 방법은, 본 발명의 제1 실시예에 따른 마찰 교반 접합용 접합 공구를 사용하는 단계, 접합부 내로 회전하는 탐침을 삽입하 는 단계, 접합부의 적어도 하나의 표면 위에 회전하는 회전자의 단부를 가압하는 단계, 및 접합부를 따라 접합 부재에 대해 회전자의 단부를 전진시켜, 접합부에 제1 접합 부재 및 제2 접합 부재를 접합시키는 단계를 구비한다.

이 접합 부재의 제조 방법에 의해, 상기 언급한 본 발명의 제4 실시예와 동일한 효과에 기인하여, 더 높은 접합 품질을 갖는 접합 부재가 얻어질 수 있다.

상기 언급한 본 발명의 제7 실시예에 있어서, 회전자의 단부면은 접합 방향에 대해 회전자의 회전축을 경사지게 하지 않고 접합 부재에 대해 전진하는 것이 바람직하다. 이 경우, 회전자의 단부는, 접합 부재의 접합부가 직선으로 연장하고, 또한 곡선으로 연장하는 경우에서조차 접합부를 따라 접합 부재에 대해 용이하게 전진될 수 있다.

상기 언급한 본 발명의 제7 실시예에 있어서, 회전자는 회전자의 단부면으로부터 보이는 바와 같이, 탐침 주위로 회전자의 단부면의 중심으로부터 홈을 연장시키는 회전 방향으로 구동되는 것이 바람직하다. 이 경우, 홈에 의해 걸려진 재료는 회전자의 단부의 단부면의 회전력에 기인하여 탐침을 향해 확실하게 모여진다. 그 결과, 접합 부재의 표면을 향해 재료가 밀려나는 것이 더욱 효과적으로 방지된다. 또한, 재료의 파지력이 더 향상될 수 있다. 그 결과, 더욱 높은 접합 품질을 갖는 접합 부재가 얻어질 수 있다.

본 발명의 제8 실시예에 따르면, 제1 접합 부재 및 제2 접합 부재가 그 접합부에 일체로 접합되는 접합 부재의 제조 방법은, 본 발명의 제2 실시예에 따른 마찰 교반 접합용 접합 공구를 사용하는 단계, 접합부 내로 회전하는 탐침을 삽입하 는 단계, 접합부의 적어도 하나의 표면 위에 회전하는 회전자의 단부를 가압하는 단계, 및 접합부를 따라 접합 부재에 대해 회전자의 단부를 전진시켜, 접합부에 제1 접합 부재 및 제2 접합 부재를 접합시키는 단계를 구비한다.

이 접합 부재의 제조 방법에 의해, 상기 언급한 본 발명의 제5 실시예와 동일한 효과에 기인하여, 더 높은 접합 품질을 갖는 접합 부재가 얻어질 수 있다.

상기 언급한 본 발명의 제8 실시예에 있어서, 회전자의 단부면은 접합 방향에 대해 회전자의 회전축을 경사지게 하지 않고 접합 부재에 대해 전진하는 것이 바람직하다. 이 경우, 회전자의 단부는, 접합 부재의 접합부가 직선으로 연장하고, 또한 곡선으로 연장하는 경우에서조차 접합부를 따라 접합 부재에 대해 용이하게 전진될 수 있다.

본 발명의 제9 실시예에 따르면, 제1 접합 부재 및 제2 접합 부재가 그 접합부에 일체로 접합되는 접합 부재의 제조 방법은, 본 발명의 제3 실시예에 따른 마찰 교반 접합용 접합 공구를 사용하는 단계, 접합부 내로 회전하는 탐침을 삽입하는 단계, 접합부의 적어도 하나의 표면 위에 회전하는 회전자의 단부를 가압하는 단계, 및 접합부를 따라 접합 부재에 대해 회전자의 단부를 전진시켜, 접합부에 제1 접합 부재 및 제2 접합 부재를 접합시키는 단계를 구비한다.

이 접합 부재의 제조 방법에 의해, 상기 언급한 본 발명의 제6 실시예와 동일한 효과에 기인하여, 더 높은 접합 품질을 갖는 접합 부재가 얻어질 수 있다.

상기 언급한 본 발명의 제9 실시예에 있어서, 회전자의 단부면은 접합 방향에 대해 회전자의 회전축을 경사지게 하지 않고 접합 부재에 대해 전진하는 것이 바람직하다. 이 경우, 회전자의 단부는, 접합 부재의 접합부가 직선으로 연장하고, 또한 곡선으로 연장하는 경우에서조차 접합부를 따라 접합 부재에 대해 용이하게 전진될 수 있다.

도 1은 제1 실시예에 따른 접합 공구를 사용하여 접합 작동이 진행중인 상태를 도시하는 사시도이다.

도 2는 도 1의 선2-2를 따라 취한 확대 단면도이다.

도 3은 제1 실시예의 접합 공구의 확대 저부 평면도이다.

도 4는 도 2의 선4-4를 따라 취한 단면도이다.

도 5는 제2 실시예에 따른 접합 공구의 저부 평면도이다.

도 6은 도 5의 선6-6을 따라 취한 단면도이다.

도 7은 제3 실시예의 접합 공구의 절반부의 측단면도이다.

도 8은 도 7의 파선으로 둘러싸인 부분(A)의 확대 단면도이다.

도 9는 비교 실시예 1에 사용된 접합 공구의 절반부의 측단면도이다.

도 10은 비교예 실시예 2에 사용된 접합 공구의 절반부의 측단면도이다.

도 11은 종래 기술의 접합 공구를 사용하여 접합 작동이 진행중인 상태를 도시하는 사시도이다.

본 발명에 대해 첨부된 도면을 참조로 하여 설명한다.

도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 제1 실시예를 도시한다. 도 1에서, 참조 부호(1a)는 제1 평탄한 금속 접합 부재를 지시하며, 참조 부호(1b)는 제2 평탄한 금속 접합 부재를 지시한다. 이 실시예에서, 접합 부재(1a, 1b)의 양자는 알루미늄 또는 그 합금으로 제작된다. 제1 접합 부재(1a) 및 제2 접합 부재(1b)의 두께는 동일 치수를 갖는다. 제1 접합 부재(1a) 및 제2 접합 부재(1b)의 측면은 그 상부면이 서로 평평하게 되도록 맞댐된다. 이 맞댐 상태(butted state)에서, 이들 접합 부재(1a, 1b)는 그 후면으로부터 지지 부재(도시되지 않음)에 의해 지지된다.

이 실시예에서, 접합 부재(1a, 1b)의 맞댐부(3)는 맞댐 접합 부재를 생산하기 위해 맞댐부를 따라 마찰 교반 접합 방법에 의해 접합된다. 따라서, 이 실시예에서, 접합 부재(1a, 1b)의 맞댐부(3)는 접합부, 또는 접합되는 부분을 구성한다.

도 1에서, 참조 부호(10A)는 마찰 교반 접합 방법을 수행하는 접합 공구를 나타낸다. 접합 공구(10A)에는 원통형 회전자(11) 및 회전자(11)의 직경보다 작은 직경을 갖는 핀 형상 탐침(13)이 설치된다. 회전자(11)의 단부는 접합 부재(1a, 1b)의 표면 위에 가압된다. 탐침(13)은 맞댐부(3) 내로 삽입된다. 회전자(11) 및 탐침(13)은 접합 부재(1a, 1b)보다 경한 내열 재료로 만들어지며, 접합 시에 발생되는 마찰열을 견딜 수 있다.

접합 공구(10A)에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 회전자(11)의 단부의 외주면의 모서리부(11a) 및 단부면(12)은 그 전체의 외주면을 따라 둥글게 경사져 잘려진다. 이는 모서리부(11a)가 표면 위에 가압될 때, 접합 부재(1a, 1b)의 표면이 파손되는 것을 방지할 수 있다.

회전자(11)의 단부의 단부면(12)은 소정의 경사에 의해 그 회전 중심을 향해 단부면(12)의 외주로부터 움푹패인 역V자 형상 단면의 오목 표면을 갖도록 형성된다. 단부면(12)의 회전 중심부로부터, 회전자(11)의 회전축(Q)과 일치하도록 탐침(13)이 일체로 돌출된다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 회전자(11)의 단부면(12) 위에, 2개의 나선형 홈(15, 15)이 180°의 위상 차이로 탐침(13)을 둘러싸도록 형성된다. 이들 홈(15, 15)은 탐침(13)의 바닥 단으로부터 단부면(12)의 외주에 형성된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 각각은 홈(15)은 마찰열에 의해 연하게 된 접합 부재(1a, 1b)의 재료를 수용하기 위해 U자형 단면을 가지며, 이에 의해 접합시 오목 단부면(12)의 재료의 파지력을 증진시킨다.

홈(15)의 폭(w1)은 0.5mm부터 2.0mm의 범위 내로 되는 것이 바람직하다. 홈(15)의 평균 깊이(h1)는 0.5 ×w1로부터 2.0 ×w1mm의 범위 내로 되는 것이 바람직하다. 또한, 회전자(11)의 회전축(Q)을 포함하는 단면의 평면에서 홈(15)의 피치(p1)는 1.5 ×w1로부터 4.0 ×w1mm의 범위 내로 되는 것이 바람직하다. 상기 언급된 바와 값을 설정하므로서, 상기 언급된 기능이 확실하게 얻어질 수 있다.

다른 한편, 탐침(13)의 외부면상에, 삼각형 단면을 갖는 나선형 교반 돌출부(13a)가 탐침(13)의 전체 길이를 따라 형성된다. 이 실시예에서, 탐침(13)은 M5 스크류의 샤프트와 같이 형성되며, 나선형 교반 돌출부(13a)는 스크류의 나사산에 상응한다. 교반 돌출부(13a)는 마찰열에 의해 연하게 된 접합 부재(1a, 1b)의 재료를 효과적으로 교반하기 위해 설치된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 접합 부재(1a, 1b)의 맞댐부(3)가 상기 언급된 구 조를 갖는 접합 공구(10A)를 사용하여 접합될 때, 회전자(11)는 소정의 회전 방향(R)(회전 방향(R)은 나중에 설명함)으로 회전축(Q)을 중심으로 회전된다. 따라서, 탐침(13)은 회전자(11)에 의해 함께 회전한다. 이후, 회전하는 탐침(13)은, 회전하는 회전자(11)의 단부가 탐침(13)의 삽입 위치에서 수직선(T)과 일치하는 회전자(11)의 회전축(Q)에 의해 표면 위에 가압될때까지, 접합 부재(1a, 1b)의 상부면으로부터 맞댐부(3) 내로 삽입된다. 이 때, 접합 부재(1a, 1b)의 표면 위에 회전자(11)의 단부를 가압하므로서, 회전자(11)의 단부는 도 2에 도시된 바와 같이 접합 부재(1a, 1b) 내로 조금 삽입된다. 이 상태를 유지하면서, 회전자(11)의 단부가 맞댐부(3)를 따라 전진하도록 된다. 본 발명에서, 탐침(13)은 접합 부재(1a, 1b)의 길이방향 단부로부터 맞댐부(3) 내로 삽입된다.

이후, 탐침(13)의 회전에 따라 발생된 마찰열, 및 회전자(11)의 단부의 단부면(12)과 접합 부재(1a, 1b)의 표면 사이의 마찰에 따라 발생된 마찰열에 의해, 접합 부재(1a, 1b)는 접합 부재(1a, 1b) 사이의 접촉부와 회전자(11) 및 탐침(13)의 단부 둘레에서 연하게 된다. 접합 부재(1a, 1b)의 연하게 된 재료는 회전자(11)의 단부로부터 가압력을 수용하므로서, 회전자(11)의 오목 단부면(12)에서 파지된다. 따라서, 접합 부재(1a, 1b)의 외부면을 향해 재료가 밀려나는 것이 효과적으로 방지된다. 또한, 회전자(11)의 단부로부터 가압력을 수용하므로서, 홈(15)에 재료가 가득 차게 되어, 재료의 이탈을 확실하게 방지할 수 있다.

이렇게, 회전자(11)의 단부의 오목 단부면(12) 내측에 파지된 접합 부재(1a, 1b)의 재료는 회전자(11) 및 탐침(13)의 단부의 회전력에 의해 교반되어 혼합된다. 회전자(11)의 단부의 전진 이동에 따라 회전자(11) 및 탐침(13)의 단부가 통과한 후 형성된 홈을 가득 채우기 위해 재료가 가소성 있게 유체화된다. 이후, 마찰열의 즉각적인 손실에 기인하여 냉각 및 응고된다. 이 현상은 회전자(11)의 단부의 전진 이동에 따라 반복된다. 이는 맞댐부(3)의 전체 길이를 따라 접합 부재(1a, 1b)가 일체로 접합되는 것을 가능하게 하며, 이에 의해 규정된 접합 부재가 얻어질 수 있다. 도 1에서, 참조 부호(4)는 접합 부재(1a, 1b)의 맞댐부(3)에 형성된 접합부를 나타낸다.

제1 실시예에서, 회전자(11)의 회전 방향(R)은 도 3에 도시된 바와 같은 방향으로 설정된다. 즉, 회전자(11)의 단부면(12)으로부터 보이는 바와 같이, 단부면(12)의 외주를 향해 회전자(11)의 단부면(12)의 중심으로부터 홈(15)을 연장시키는 방향으로 회전자(11)가 구동된다. 이는 회전자(11)의 단부면(12)의 회전에 따라 탐침(13)을 향해 모여지도록 홈(15)에 의해 파지된 재료가 가소성 있게 유체화되는 것을 가능하게 한다. 그러므로, 재료의 이탈이 확실하게 방지될 수 있으며, 이에 의해 더 나은 접합부(4)가 형성된다.

상기 언급된 마찰 교반 접합 방법에서, 회전자(11)의 단부의 단부면(12)을 상기 언급된 나선형 홈(15)을 갖는 상기 언급된 오목 표면 내에 형성시킨 접합 공구(10A)가 사용된다. 그러므로, 접합 부재(1a, 1b)의 재료는 접합 방향(M)에 관해 후방으로 회전자(11)의 회전축(Q)을 경사지게 하지 않고 오목 단부면(12) 내측에 확실히 파지될 수 있다. 따라서, 접합 공구(10A)에 의해, 회전자(11)의 단부의 전진 작동(즉, 접합 작동)은, 탐침 삽입 위치와 접합 부재(1a,1b)의 표면의 수직선(T)과 회전자(11)의 회전축(Q)이 일치하는 상태(즉, Q=T)에서 실행되거나, 접합 방향(M)에 수직한 평탄 평면에 회전축(Q)이 위치되는 상태에서 실행될 수 있다. 따라서, 회전자(11)의 단부의 전진 작동(즉, 접합 작동)은 본 실시예에서 맞댐부(3)를 직선으로 연장시키는 것 뿐만 아니라 맞댐부(3)가 만곡하는 경우(도시되지 않음)에서조차 용이하게 수행될 수 있다.

또한, 접합 공구(10A)에 따라, 접합 부재(1a, 1b)의 재료가 오목 단부면(12)에 확실히 파지될 수 있기 때문에, 재료의 부족에 기인한 접합 결함(예컨대, 중공부), 및 재료의 이탈에 기인한 버(burr)가 방지될 수 있다. 또한, 접합부의 두께가 감소되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 상기 언급된 접합 공구(10A)를 사용하여 양호한 접합 조건을 갖는 접합 부재가 얻어질 수 있다.

또한, 본 발명에서, 회전자(11)는 하나 또는 복수 개의 나선형 홈(15)을 갖는다. 특히, 회전자(11)가 복수 개의 나선을 갖는 것이 바람직하다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 접합 공구(10B)를 도시한다. 이 도면에서, 제1 실시예의 접합 공구(10A)의 상응하는 요소와 동일 참조 부호가 할당된다.

접합 공구(10B)에서, 회전자(11)의 단부의 단부면(12)상에, 탐침(13)을 둘러싸도록 회전 중심의 둘레에 동심원 형상으로 다른 반경을 갖는 3개의 고리 형상 홈(16)이 설치된다. 홈(16)의 바람직한 폭(w2), 평균 깊이(h2), 및 피치(p2)는 제1 실시예에 따른 접합 공구(10A)와 동일하다.

접합 공구(10B)의 다른 구조는 제1 실시예에 따른 접합 공구(10A)와 동일하 다. 접합 공구(10B)를 사용하는 접합 방법은 제1 실시예에 설명된 방법과 동일하다. 따라서, 동일한 설명은 생략한다.

접합 공구(10B)에서, 회전자(11)의 단부로부터 가압력을 수용하므로서, 접합 부재(1a, 1b)의 재료는 회전자(11)의 단부의 오목 단부면(12) 내측에 파지된다. 또한, 홈(16)에 의해 재료가 확실하게 파지되며, 따라서 양호한 접합 조건을 갖는 접합 부재가 성취된다.

본 발명에서, 회전자(11)는 하나 또는 복수 개의 고리 형상 홈(16)을 갖는다. 회전자(11)가 복수 개의 홈(16)을 갖는 것이 바람직하다.

도 7 및 도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 접합 공구(10C)를 도시한다. 이들 도면에서, 제1 실시예에 따른 접합 공구(10A)와 상응하는 요소에 동일한 참조 부호를 할당한다.

접합 공구(10C)에서, 회전자(11)의 단부의 단부면(12) 위에 홈(15)이 제공되지 않지만, 각각 L자형 단면을 갖는 2개의 계단부가 회전자(11)의 회전축(Q) 둘레에 회전자(11)의 단부의 전체 외주상에 설치된다. 상부로부터 하부로 계단식으로 탐침(13)을 향해 접근하도록 계단부가 형성된다. 도 8에서, 참조 부호 17은 각각의 계단부의 쇼울더부를 지시한다.

접합 공구(10C)의 다른 구조는 제1 실시예에 따른 접합 공구(10A)의 구조와 동일하다. 접합 공구(10C)를 이용한 접합 방법도 제1 실시예에서 설명된 방법과 동일하다. 따라서, 동일한 설명은 생략된다.

접합 공구(10C)에서, 2개의 계단부가 회전자(11)의 단부의 전체 외주상에 형 성되기 때문에, 쇼울더부(17, 17)는 접합 부재(1a, 1b)의 표면 위로 회전자(11)의 단부를 가압하므로서, 접합 부재(1a, 1b) 위에 가압될 수 있다. 그 결과, 회전자(11)의 단부의 외주면은 접합 부재(1a, 1b)의 표면 위에 확실히 가압될 수 있다. 따라서, 오목 단부면(12)에 파지되는 접합 부재(1a, 1b)의 재료가 거기서 이탈하는 것이 효과적으로 방지된다. 따라서, 양호한 접합 조건을 갖는 맞댐 접합 부재가 용이하게 얻어질 수 있다.

접합 공구(10C)에서, 상기 언급된 효과를 확실하게 성취하기 위해, 맞댐 계단부의 반경 차이(s)가 0.3mm부터 1.0mm의 범위 내로 되는 것이 바람직하다.

본 발명에서, 회전자(11)는 1개, 3개 또는 그 이상의 계단부를 가질 수 있다. 회전자(11)가 복수 개의 계단부를 갖는 것이 더 바람직하다.

상기 설명은 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 대해 언급되었다. 그러나, 본 발명은 이들 실시예로 제한되는 것이 아니라 다양하게 변형될 수 있다.

예컨대, 접합 공구의 회전자(11)의 단부의 단부면(12)은 그 회전 중심을 향해 단부면(12)의 외주로부터 점차적으로 움푹패인 아크 형상 단면을 갖는 오목 표면 내에 형성될 수 있다.

접합 공구는 회전자(11)의 단부의 외주 표면에 계단부 및 회전자(11)의 단부면(12) 상에 나선형 홈(15) 또는 고리 형상 홈(16)에 설치될 수 있다.

접합 작동에 관해 언급하면, 맞댐부(3)가 회전자(11)의 단부를 통과하도록 고정된 회전자(11)의 위치로 접합 부재(1a, 1b)를 전진시키는 접합 작동을 실행할 수 있다.

또한, 본 발명에서, 마찰 교반 접합용 접합 공구 및 이 접합 공구를 이용한 접합 부재의 제조 방법은 상기 설명된 접합 부재의 맞댐부의 접합 작동 뿐만 아니라 접합 부재의 적층부 및 접합 부재의 교차 등의 다양한 종류의 접합부의 접합 작동에도 적용될 수 있다.

다음으로, 본 발명에 따른 예에 대해 설명한다.

〈실시예 1〉

동일 형상 및 동일 치수를 갖는 알루미늄 합금으로 제작된 2개의 평탄 접합 부재, 또는 제1 및 제2 접합 부재가 준비된다(재료: JIS A6063-T5, 치수: 길이 200mm ×폭 100mm ×두께 4mm). 제1 접합 부재(1a)의 측방향 측 및 제2 접합 부재(1b)의 측방향 측이 그 상부 표면과 서로 동일 높이로 되도록 맞댐된다. 이후, 접합 부재(1a, 1b)의 맞댐부(3)는 제1 실시예의 접합 방법과 일치하여 도 3 및 도 4에 도시된 제1 실시예에 따라 접합 공구(10A)를 사용하여 그 전체 길이를 따라 접합된다. 이 예에서, 회전자(11)의 회전축(Q)이 탐침 삽입 위치에 접합 부재(1a, 1b)의 표면의 공칭 선(nominal line)과 일치하는 상태, 즉 공칭 선(T)에 대향하여 회전자(11)의 회전축(Q)의 후방 경사각(θ)이 0°가 되는 상태에서 접합이 실행된다.

이 예에서 사용된 접합 공구(10A)에서, 탐침(13)은 M5 스크류와 동일 샤프트 구조를 가지며, 회전자(11)의 단부의 직경은 15mm, 탐침(13)의 길이는 4mm이다. 이 예시에 채용된 접합 공구(10A)의 홈(15)의 치수 및 접합 조건은 하기와 같다.

[접합 공구의 홈의 치수]

홈의 폭(w1)...1mm

홈의 평균 깊이(h1)...1mm

홈의 피치(p1)...2mm

[접합 조건]

회전자의 회전 속도...1000rpm

접합 속도...600mm/분

〈실시예 2〉

상기 언급된 접합 부재의 맞댐부는 도 5 및 도 6에 도시된 제2 실시예에 따라 접합 공구(10B)를 사용하여 그 전체 길이를 따라 접합된다. 예에 채용된 접합 공구(10B)의 홈의 치수 및 접합 조건은 하기에 도시된다. 접합 공구의 다른 치수 및 접합 조건은 상기 실시예 1과 동일하다.

[접합 공구의 홈의 치수]

홈의 폭(w2)...1mm

홈의 평균 깊이(h2)...1mm

홈의 피치(p2)...2mm

〈실시예 3〉

상기 언급된 접합 부재의 맞댐부는 도 7 및 도 8에 도시된 제3 실시예에 따라 접합 공구(10C)를 사용하여 그 전체 길이를 따라 접합된다. 예에 채용된 접합 공구(10C)의 홈의 치수 및 접합 조건은 하기에 도시된다. 접합 공구의 다른 치수 및 접합 조건은 상기 실시예 1과 동일하다.

[접합 공구의 계단부의 치수]

맞댐 계단부 사이의 반경 차(s)...0.5mm

〈비교 실시예 1〉

상기 언급된 접합 부재의 맞댐부는 도 9에 도시된 접합 공구(210A)를 사용하여 그 전체 길이를 따라 접합된다. 다른 접합 조건은 상기 언급된 실시예 1과 동일하다. 여기서, 접합 공구(210A)의 회전자(211)의 단부의 단부면(212)은 회전축(Q')에 수직한 평탄 표면 내에 형성된다. 단부 면(212) 상에 어떠한 홈도 제공되지 않는다. 접합 공구(210A)의 다른 구조는 제1 실시예의 접합 공구(10A)의 구조와 동일하다.

〈비교 실시예 2〉

상기 언급된 접합 부재의 맞댐부는 도 10에 도시된 접합 공구(210B)를 사용하여 그 전체 길이를 따라 접합된다. 다른 접합 조건은 상기 언급된 실시예 1과 동일하다. 여기서, 접합 공구(210B)의 회전자(211)의 단부의 단부면(212)은 그 회전 중심을 향해 단부면(212)의 외주로부터 움푹패인 역 V자 형상 오목 단면 내에 형성된다. 단부 면(212) 상에 어떠한 홈도 제공되지 않는다. 접합 공구(210B)의 다른 구조는 제1 실시예의 접합 공구(10A)의 구조와 동일하다.

〈비교 실시예 3〉

상기 언급된 접합 부재의 맞댐부는 도 10에 도시된 접합 공구(210B)를 사용하여 그 전체 길이를 따라 접합된다. 여기서, 공칭 선(T)에 대향하여 회전자(11)의 회전축(Q)의 후방 경사각(θ)은 3°이다. 다른 접합 조건은 상기 언 급된 실시예 1과 동일하다.

상기 언급된 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교 실시예 1 내지 비교 실시예 3에 의해 성취된 각각의 접합 부재에 대해 언급하면, 접합부의 표면 상태를 검사하기 위해 육안검사(visual inspection)가 실행되고, 접합 결함을 찾기 위해 X선 시험(X-ray examination)이 실행된다. 결과를 표 1에 도시한다.

[표 1]

	접합 공구	경사각(θ)	접합부의 표면 상태	접합부의 내부 결함
실시예 1	10A	0°	◎	무
실시예 2	10B	0°	O	무
실시예 3	10C	0°	△	무
비교 실시예 1	210A	0°	x	유
비교 실시예 2	210B	0°	O	유
비교 실시예 3	210B	3°	O	무

표 1의 "접합부의 표면 상태" 열에서, 표시 x는 접합부의 표면 상태가 좋지 않은 상태를 나타낸다. 한편, 표시 △, O, 및 ◎는 접합부의 표면 상태가 좋은 상태를 나타낸다. 표시 ◎는 가장 좋은 상태를 나타내고, 표시 O는 2번째 좋은 상태를 나타내고, 표시 △는 3번째 좋은 상태를 나타낸다.

표 1에 도시된 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에서, 접합부의 각각의 표면 상태가 좋으며, 중공부와 같은 내부 결함이 접합부에 발생되지 않으며, 접합부의 두께가 감소되지 않는다. 이것은 회전자의 회전축이 접합시 접합 방향에 관하여 후방으로 경사지지 않을지라도 이들 접합 공구를 사용하므로서, 양호한 접합부가 얻어질 수 있음을 나타낸다. 특히, 실시예 1에서, 매우 양호한 표면 상태를 갖는 접합부가 형성된다. 그러므로, 매우 높은 접합 품질을 갖는 맞댐 접합부가 얻 어질 수 있음이 확인된다.

한편, 비교 실시예 1 및 비교 실시예 2에서, 중공부와 같은 내부 결함이 접합부에 발생되며, 양호한 접합부가 형성될 수 없다. 또한, 비교 실시예 1에서, 접합부의 표면에 버(burr)가 발생되어, 표면 상태가 좋지 않다. 비교 실시예 3에서, 회전자의 회전축을 접합 방향에 대향하여 후방으로 경사지게 한 상태에서 접합 작동이 실행되기 때문에, 접합 작동이 용이하지 않다.

상기 언급한 바와 같이, 본 발명은 하기와 같이 요약될 수 있다.

본 발명의 제1 실시예의 마찰 교반 접합용 접합 공구에 따르면, 마찰 열에 의해 연하게 된 접합 부재의 재료는 접합시에 회전자의 단부의 단부면 내측에 확실하게 파지될 수 있다. 따라서, 재료의 이탈이 효과적으로 방지되며, 매우 양호한 조건을 갖는 접합부가 형성될 수 있다. 또한, 이 접합 공구에 의해, 접합시, 접합 부재의 재료가 접합 방향에 관해 회전자의 회전축을 경사지게 하지 않고 확실하게 파지될 수 있기 때문에, 접합 작동이 용이하게 실행될 수 있다.

본 발명의 제2 실시예의 마찰 교반 접합용 접합 공구에 따르면, 마찰 열에 의해 연하게 된 접합 부재의 재료는 접합시에 회전자의 단부의 오목 단부면 내측에 확실하게 파지될 수 있다. 따라서, 재료의 이탈이 효과적으로 방지되며, 매우 양호한 접합 조건을 갖는 접합부가 형성될 수 있다. 또한, 이 접합 공구에 의해, 접합시, 접합 부재의 재료가 접합 방향에 관해 회전자의 회전축을 경사지게 하지 않고 확실하게 파지될 수 있기 때문에, 접합 작동이 용이하게 실행될 수 있다.

본 발명의 제3 실시예의 마찰 교반 접합용 접합 공구에 따르면, 회전자의 단 부의 외주면은 접합시에 접합 부재의 표면 위에 강하게 가압될 수 있다. 따라서, 재료의 이탈이 효과적으로 방지된다. 또한, 이 접합 공구에 의해, 접합시, 접합 부재의 재료가 접합 방향에 관해 회전자의 회전축을 경사지게 하지 않고 확실하게 파지될 수 있기 때문에, 접합 작동이 용이하게 실행될 수 있다.

본 발명의 제4 실시예의 마찰 교반 접합 방법에 따르면, 아주 높은 접합 품질에 의해 접합 부재가 얻어질 수 있으며, 접합 작동이 용이하게 실행될 수 있다.

본 발명의 제5 실시예의 마찰 교반 접합 방법에 따르면, 아주 높은 접합 품질에 의해 접합 부재가 얻어질 수 있으며, 접합 작동이 용이하게 실행될 수 있다.

본 발명의 제6 실시예의 마찰 교반 접합 방법에 따르면, 아주 높은 접합 품질에 의해 접합 부재가 얻어질 수 있으며, 접합 작동이 용이하게 실행될 수 있다.

본 발명의 제7 실시예의 접합 부재의 제조 방법에 따르면, 아주 높은 접합 품질에 의해 접합 부재가 얻어질 수 있으며, 접합 작동이 용이하게 실행될 수 있다.

본 발명의 제8 실시예의 접합 부재의 제조 방법에 따르면, 아주 높은 접합 품질에 의해 접합 부재가 얻어질 수 있으며, 접합 작동이 용이해질 수 있다.

본 발명의 제9 실시예의 접합 부재의 제조 방법에 따르면, 아주 높은 접합 품질에 의해 접합 부재가 얻어질 수 있으며, 접합 작동이 용이해질 수 있다.

본 출원은 2000년 9월 21일자로 출원된 일본국 특허 출원 제2000-287123호를 우선권으로 주장하며, 이 명세서에 전체가 내재되어 있다.

본 명세서의 용어 및 설명은 예시의 목적으로만 사용되는 것이며, 본 발명을 이들 용어 및 설명에 제한하는 것은 아니다. 첨부된 특허청구범위로 정의된 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 다양한 변형 및 대체가 있는 것이 이해될 것이다. 본 발명은 실행된 특허청구범위에 의한 한계 내에 있다면, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 한 어떠한 설계 변경을 허용할 수 있다.

상기 언급된 바와 같이, 본 발명에 따른 마찰 교반 접합용 접합 공구는 선박, 자동차 및 철도 차량 등의 플로어 부재, 벽 부재, 천장 부재, 서스펜션 아암 부재 등과 같은 다양한 접합 부재를 제조하는 접합 공구로서 사용되기에 적합하다.

본 발명에 따른 마찰 교반 접합 방법은 선박, 자동차 및 철도 차량 등의 플로어 부재, 벽 부재, 천장 부재, 서스펜션 아암 부재 등과 같은 다양한 접합 부재를 제조하는 접합 공구로서 사용되기에 적합하다.

본 발명에 따른 접합 부재의 제조 방법은 선박, 자동차 및 철도 차량 등의 플로어 부재, 벽 부재, 천장 부재, 서스펜션 아암 부재 등과 같은 다양한 접합 부재를 제조하는 접합 공구로서 사용되기에 적합하다.

Claims

접합 부재의 하나 이상의 표면 위에 가압되는 단부를 갖는 회전자, 및 접합 부재의 접합부 내에 삽입되는 탐침을 구비하며, 상기 탐침은 상기 회전자의 직경보다 작은 직경을 갖는 마찰 교반 접합용 접합 공구에 있어서,

상기 회전자의 상기 단부의 단부면은 상기 단부면의 회전 중심을 향해 상기 단부면의 외주로부터 움푹패인 오목 표면을 갖도록 형성되며,

상기 탐침은 상기 단부면의 상기 회전 중심으로부터 돌출되고,

상기 단부면에는 상기 탐침을 둘러싸는 나선형 홈이 설치되는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 접합용 접합 공구.
제1항에 있어서,

상기 단부면에는 위상 차이로 복수 개의 상기 홈이 설치되는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 접합용 접합 공구.
제1항에 있어서,

상기 홈의 폭(w1)은 0.5mm 부터 2.0mm의 범위 내로 되는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 접합용 접합 공구.
제1항에 있어서,

상기 홈의 평균 깊이(h1)는 0.5 ×w1 mm부터 2 ×w1 mm의 범위 내로 되며, 여기서 w1은 상기 홈의 폭인 것을 특징으로 하는 마찰 교반 접합용 접합 공구.
제1항에 있어서,

상기 탐침에는 그 외부면 상에 교반 돌출부(agitation protrusion)가 설치되는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 접합용 접합 공구.
접합 부재의 하나 이상의 표면 위에 가압되는 단부를 갖는 회전자, 및 접합 부재의 접합부 내에 삽입되는 탐침을 구비하며, 상기 탐침은 상기 회전자의 직경보다 작은 직경을 갖는 마찰 교반 접합용 접합 공구에 있어서,

상기 회전자의 상기 단부의 단부면은 상기 단부면의 회전 중심을 향해 상기 단부면의 외주로부터 움푹패인 오목 표면을 갖도록 형성되며,

상기 탐침은 상기 단부면의 상기 회전 중심으로부터 돌출되고,

상기 단부면에는 상기 탐침을 둘러싸는 고리 형상 홈이 설치되는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 접합용 접합 공구.
제6항에 있어서, 상기 단부면에는 상기 회전자의 상기 단부면의 상기 회전 중심에 대해 동심원 방식으로 복수 개의 상기 홈이 설치되는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 접합용 접합 공구.
제6항에 있어서,

상기 홈의 폭(w2)은 0.5mm 부터 2.0mm의 범위 내로 되는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 접합용 접합 공구.
제6항에 있어서,

상기 홈의 평균 깊이(h1)는 0.5 ×w2 mm부터 2 ×w2 mm의 범위 내로 되며, 여기서 w2는 상기 홈의 폭인 것을 특징으로 하는 마찰 교반 접합용 접합 공구.
제6항에 있어서,

상기 탐침에는 그 외부면 상에 교반 돌출부가 설치되는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 접합용 접합 공구.
접합 부재의 하나 이상의 표면 위에 가압되는 단부를 갖는 회전자, 및 접합 부재의 접합부 내에 삽입되는 탐침을 구비하며, 상기 탐침은 상기 회전자의 직경보다 작은 직경을 갖는 마찰 교반 접합용 접합 공구에 있어서,

상기 회전자의 상기 단부의 단부면은 상기 단부면의 회전 중심을 향해 상기 단부면의 외주로부터 움푹패인 오목 표면을 갖도록 형성되며,

상기 탐침은 상기 단부면의 상기 회전 중심으로부터 돌출되고,

상기 회전자에는 상기 회전자의 상기 단부의 전체 외주 상에 계단부가 설치되며, 상기 계단부는 상부에서 하부로 상기 탐침을 향해 계단식으로 접근하는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 접합용 접합 공구.
제11항에 있어서,

상기 회전자에는 복수 개의 상기 계단부가 설치되는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 접합용 접합 공구.
제11항에 있어서,

상기 계단부의 반경 차이(s)는 0.3mm 부터 1.0mm의 범위 내로 되는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 접합용 접합 공구.
제11항에 있어서,

상기 탐침에는 그 외부면 상에 교반 돌출부가 설치되는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 접합용 접합 공구.
청구항 1 기재의 마찰 교반 접합용 접합 공구를 사용하는 마찰 교반 접합 방법에 있어서,

상기 접합 부재의 상기 접합부 내로 상기 회전하는 탐침을 삽입하는 단계,

상기 접합 부재의 하나 이상의 표면 위에 상기 회전하는 회전자의 상기 단부를 가압하는 단계, 및

상기 접합부를 따라 상기 접합 부재에 대해 상기 회전자의 상기 단부를 전진시키는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 접합 방법.
제15항에 있어서,

상기 회전자의 상기 단부는 접합 방향에 대해 상기 회전자의 회전축을 경사지게 하지 않고 상기 접합 부재에 대해 전진되는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 접합 방법.
제15항에 있어서,

상기 회전자는 상기 회전자의 상기 단부면으로부터 보이는 바와 같이 탐침 주위로 회전자의 상기 단부면의 중심으로부터 홈을 연장시키는 회전 방향으로 구동되는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 접합 방법.
청구항 6 기재의 마찰 교반 접합용 접합 공구를 사용하는 마찰 교반 접합 방법에 있어서,

상기 접합 부재의 상기 접합부 내로 상기 회전하는 탐침을 삽입하는 단계,

상기 접합 부재의 하나 이상의 표면 위에 상기 회전하는 회전자의 상기 단부를 가압하는 단계, 및

상기 접합부를 따라 상기 접합 부재에 대해 상기 회전자의 상기 단부를 전진시키는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 접합 방법.
제18항에 있어서,

상기 회전자의 상기 단부는 접합 방향에 대해 상기 회전자의 회전축을 경사지게 하지 않고 상기 접합 부재에 대해 전진되는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 접합 방법.
청구항 11 기재의 마찰 교반 접합용 접합 공구를 사용하는 마찰 교반 접합 방법에 있어서,

상기 접합 부재의 상기 접합부 내로 상기 회전하는 탐침을 삽입하는 단계,

상기 접합 부재의 하나 이상의 표면 위에 상기 회전하는 회전자의 상기 단부를 가압하는 단계, 및

상기 접합부를 따라 상기 접합 부재에 대해 상기 회전자의 상기 단부를 전진시키는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 접합 방법.
제20항에 있어서,

상기 회전자의 상기 단부는 접합 방향에 대해 상기 회전자의 회전축을 경사지게 하지 않고 상기 접합 부재에 대해 전진되는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 접합 방법.
제1 접합 부재 및 제2 접합 부재가 그 접합부에서 일체로 접합되는 접합 부재의 제조 방법에 있어서,

청구항 1 기재의 상기 마찰 교반 접합용 접합 공구를 사용하는 단계,

상기 접합부 내로 상기 회전하는 탐침을 삽입하는 단계,

상기 접합 부재의 하나 이상의 표면 위에 상기 회전하는 회전자의 상기 단부를 가압하는 단계, 및

상기 접합부를 따라 상기 접합 부재에 대해 상기 회전자의 상기 단부를 전진시켜, 상기 접합부에서 상기 제1 접합 부재 및 제2 접합 부재를 접합시키는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 접합 부재의 제조 방법.
제22항에 있어서,

상기 회전자의 상기 단부는 접합 방향에 대해 상기 회전자의 회전축을 경사지게 하지 않고 상기 접합 부재에 대해 전진되는 것을 특징으로 하는 접합 부재의 제조 방법.
제22항에 있어서,

상기 회전자는 상기 회전자의 상기 단부면으로부터 보이는 바와 같이 탐침 주위로 회전자의 상기 단부면의 중심으로부터 홈을 연장시키는 회전 방향으로 구동되는 것을 특징으로 하는 접합 부재의 제조 방법.
제1 접합 부재 및 제2 접합 부재가 그 접합부에서 일체로 접합되는 접합 부재의 제조 방법에 있어서,

청구항 6 기재의 상기 마찰 교반 접합용 접합 공구를 사용하는 단계,

상기 접합부 내로 상기 회전하는 탐침을 삽입하는 단계,

상기 접합 부재의 하나 이상의 표면 위에 상기 회전하는 회전자의 상기 단부를 가압하는 단계, 및

상기 접합부를 따라 상기 접합 부재에 대해 상기 회전자의 상기 단부를 전진시켜, 상기 접합부에서 상기 제1 접합 부재 및 제2 접합 부재를 접합시키는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 접합 부재의 제조 방법.
제25항에 있어서,

상기 회전자의 상기 단부는 접합 방향에 대해 상기 회전자의 회전축을 경사지게 하지 않고 상기 접합 부재에 대해 전진되는 것을 특징으로 하는 접합 부재의 제조 방법.
제1 접합 부재 및 제2 접합 부재가 그 접합부에서 일체로 접합되는 접합 부재의 제조 방법에 있어서,

청구항 11 기재의 상기 마찰 교반 접합용 접합 공구를 사용하는 단계,

상기 접합부 내로 상기 회전하는 탐침을 삽입하는 단계,

상기 접합 부재의 하나 이상의 표면 위에 상기 회전하는 회전자의 상기 단부를 가압하는 단계, 및

상기 접합부를 따라 상기 접합 부재에 대해 상기 회전자의 상기 단부를 전진시켜, 상기 접합부에서 상기 제1 접합 부재 및 제2 접합 부재를 접합시키는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 접합 부재의 제조 방법.
제27항에 있어서,

상기 회전자의 상기 단부는 접합 방향에 대해 상기 회전자의 회전축을 경사지게 하지 않고 상기 접합 부재에 대해 전진되는 것을 특징으로 하는 접합 부재의 제조 방법.