KR101042546B1 - 삼중 마찰압접 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 삼중 마찰압접에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 마찰 압접을 수행함에 있어 압접을 수행하는 소재를 모두 회전시켜 결과적으로 장치의 부하를 최소화 하면서도 최대의 마찰열 발생 효율을 이끌어 내도록 한 삼중 마찰압접 방법 및 장치에 관한 것으로, 3개의 척에 3개의 모재를 각각 설치하는 단계와; 상기 3개의 척중 중앙에 설치된 중앙척을 회전시키고 중앙에 설치된 중앙척 양쪽에 설치된 척은 중앙척의 회전과 반대되는 방향으로 회전시키는 단계와; 중앙에 설치된 중앙척은 고정하고 양쪽에 설치된 척을 전진시켜 모재접촉이 발생하도록 하는 단계와; 기설정된 온도보다 높은 마찰열이 발생하였을 때 3개의 척의 회전을 정지시키는 단계와; 중앙척 양쪽에 설치된 척을 더욱 강하게 밀어서 3개의 모재를 동시에 접합 하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하고, 장치는 이를 달성하기 위한 각 구성요소를 포함하여 구성된다.

압접, 척, 실린더, 회전, 모재

Description

삼중 마찰압접 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR THREE DEMENSIONAL FRICTION WELDING}

본 발명은 삼중 마찰압접에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 마찰 압접을 수행함에 있어 압접을 수행하는 소재를 모두 회전시켜 결과적으로 장치의 부하를 최소화 하면서도 최대의 마찰열 발생 효율을 이끌어 내도록 한 삼중 마찰압접 방법 및 장치에 관한 것이다.

접합의 기술은 다양한 재료를 효과적으로 가공하여 서로 접합시킴으로써 결과적으로 손쉽게 소정의 목적을 달성하기 위한 장치 내지는 장비 또는 각종 도구를 만들 수 있도록 하는 중요기술중의 하나라고 하겠다.

종이의 경우 가위 내지는 칼을 이용하여 절단하고 풀을 이용하여 효과적으로 접합하는 방법을 동해 다양한 형태 및 목적을 달성할 수 있도록 하게 된다.

나무의 경우 톱 내지는 칼을 이용하여 절단 가공하여 소정의 모양을 형성하고 아교 또는 본드 등을 이용하여 접합하거나 못을 이용하여 결합함으로써 여러 형태로 구성하여 목적을 달성하고 때에 따라 나무를 적절히 가공하여 끼워맞춤 기술을 이용함으로써 적절한 형태를 갖도록 구성하는 방법이 사용되기도 한다.

이와 함께 금속의 경우 산소 절단, 레이저 절단 등 다양한 방법을 통해 소정의 모양을 갖을 수 있도록 절달하고 용접이라는 방법을 이용하여 금속끼리 접합하게 되는데, 용접의 경우 일차적으로 용접봉을 이용하여 금속끼리 접합하는 방법에서 부터 탄소용접 수중용접 등 다양한 기술을 이용하고 있는데, 이러한 용접 방법의 가장 큰 단점은 금속의 표면끼리 서로 연결하여 결합하는 방법을 사용함으로써 금속 내부는 용접되기 힘든 문제가 발생하기도 하고, 용접의 결과가 외부로 노출되어 별도의 가공을 수행하는데 많은 어려움이 따른다.

이와는 달리 마찰압접 즉 고속의 회전력을 이용하여 2개의 모재를 서로 접촉시키게 되면 모재 사이에서 마찰열이 발생하고 고도의 마찰열 발생은 금속을 소정의 용융상태로 변환시키며 이때 압력을 가하여 2개의 모재를 결합하게 되면 결과적으로 최적의 용접효율을 얻을 수 있게 된다.

이와 같은 용접 방법은 금속의 내부까지도 접합이 이루어지고 종단에는 외부로 노출되는 용접의 흔적을 가공하여 제거하여도 모재의 내부에는 적절한 용접상태가 유지되므로 효과적이라 하겠다.

그러나 상술한 마찰압접의 경우에 있어서는 일차적으로 고도의 마찰열을 얻기 위하여 고속의 회전력을 필요로 하는데, 본 발명에서는 2개의 모재를 서로 다른 방향으로 회전시켜 마찰열발생을 효과적으로 유도하고 모터의 부하를 최소화 할 수 있도록 한 방법 및 장치를 제시하고자 한다.

본 발명은 삼중 마찰압접에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 마찰 압접을 수행함에 있어 압접을 수행하는 소재를 모두 회전시켜 결과적으로 장치의 부하를 최소화 하면서도 최대의 마찰열 발생 효율을 이끌어 내도록 한 삼중 마찰압접 방법 및 장치에 관한 것이다.

본 발명의 목적은 마찰압접을 수행하는 장치의 마찰열을 이용한 압접의 효율을 극대화 할 수 있도록 하는 것이다.

이를 위하여 본 발명은 3개의 척에 3개의 모재를 각각 설치하는 단계와; 상기 3개의 척중 중앙에 설치된 중앙척을 회전시키고 중앙에 설치된 중앙척 양쪽에 설치된 척은 중앙척의 회전과 반대되는 방향으로 회전시키는 단계와; 중앙에 설치된 중앙척은 고정하고 양쪽에 설치된 척을 전진시켜 모재접촉이 발생하도록 하는 단계와; 기 설정된 온도 이상의 마찰열이 발생하였을 때 3개의 척의 회전을 정지시키는 단계와; 중앙척 양쪽에 설치된 척을 중앙으로 밀어서 3개의 모재를 동시에 접합 하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 척의 전진은 척과 연결되어 설치되는 실린더에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 장치는 전원을 공급받아 동력을 발생 시키는 역할을 수행하는 2개의 모터; 상기 각 모터와 연결되어 모터로부터 발생한 회전력을 전달하는 역할을 수행 하는 2개의 벨트; 상기 각 모터로부터 공급되는 동력을 벨트를 통해 전달받아 회전하는 역할을 수행하는 2개의 풀리; 상기 풀리와 연결되어 풀리로 부터 동력을 전달받아 회전하고 마찰압접의 대상인 모재를 고정하는 역할을 수행하는 같은 방향으로 회전하는 2개의 척; 상기 2개의 척 중간에 설치되어 2개의 척과 반대방향으로 회전하고 모재를 설치하였을때 척을 관통하도록 구성되고 모재를 잡아주는 역할을 수행하는 중앙척; 상기 중앙척에 돌기로 튀어나온 2개 이상의 척봉; 상기 중앙척과 결합되어 평평한 면이 중앙척과 접촉하여 결합되어 설치되는 베벨기어의 형태로 구성되는 제 2 기어; 상기 척봉과 대응하는 위치에 척봉을 인입할 수 있도록 제 2 기어에 홈이 파여져 있는 척봉홀; 상기 제 2 기어의 중앙에 설치되어 중앙척에 설치되는 모재가 기어를 관통하여 지나갈 수 있도록 뚫려 있는 기어홀; 상기 제 2 기어와 접촉하여 기어를 회전시키는 역할을 수행하는 제 1 기어; 상기 제 1 기어에 동력을 전달하는 역할을 수행하는 중앙모터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 척이 접근하여 척에 고정된 모재가 서로 접촉할 수 있도록 상기 중앙척에 설치되는 모재는 고정하여 두고 양쪽에 설치되는 척을 이동시킬 수 있도록 양쪽에 설치되는 척을 전진 또는 후진 시키는 역할을 수행하도록 실린더가 더 추가되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제 1 기어를 효과적으로 회전시키기 위하여 상기 기어와 중앙모터는 축으로 연결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여 구성된 본 발명은 마찰압접을 수행하는 장치의 마찰열을 이용한 압접의 효율을 극대화 할 수 있도록 하는 효과가 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 하나의 실시 예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구 범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 구성 및 구조에 대하여 상세하게 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 의한 마찰압접 장치도를 도시하고 있는 것으로, 기존의 마찰압접 장치는 하나의 모터와 하나의 풀리 및 척으로 이루어지는데 이와 같은 구조는 하나의 모재만이 회전하게 되기 때문에 충분한 마찰열을 얻기 위하여 고도의 고속 회전력을 발생시켜야 하므로 회전력을 발생시키는 모터와 부가장치의 부하가 극도로 증가하는 문제가 발생하게 되는 것이다.

이러한 부하의 발생은 장치의 사용 연한이 줄어들게 되고 장치의 고장 발생빈도가 늘어나게 되므로 이를 효과적으로 해소하기 위해서는 3개의 모재를 동시에 회전시키되 서로 반대 방향으로 회전시키게 되면 효과적으로 마찰열을 발생시킴으로써 장치의 부하를 최소화 시킬 수 있는데, 예를 들어 하나의 모터를 사용하는 경우 3000알피엠의 회전력이 필요하다면 2개의 모터를 사용하는 경우에는 각기 1000알피엠만으로도 한방향 3000알피엠의 속도보다 더욱 효율이 뛰어난 마찰열을 얻을 수 있을 것이다.

이러한 아이디어에 기반하여 마찰압접 장치 즉 압접기(10)를 살펴보면 먼저 압접기(10)에 다양한 기능의 부가 장치가 구비되는데, 일차적으로 회전력을 발생시키기 위한 모터인 1번 모터(20) 압접기 소정의 위치에 설치되어 있으며 상기 모터와 벨트(22)로 연결되어 1번풀리(30)가 설치되게 된다.

따라서 1번 모터가 회전하게 되면 벨트에 의해 동력이 전달되어 1번 풀리가 회전하게 되는 것이다.

상기 풀리가 회전하게 되면 상기 풀리의 회전력은 1번척으로 전달되게 되는데 상기 1번적에는 1번모재(70)가 장착되어 있어서 모재가 회전하게 되고, 2번 모터(21)와 벨트, 2번 풀리 및 2번 척(41)도 역시 1번 척과 동일하게, 2번 모터의 회전과 벨트의 동력전달과 2번 척의 회전 과정을 통해 회전하게 된다.

더불어 2번 척의 경우 중앙 실린더(60)의 동작을 통해서 상기 2번 척이 전방으로 전진할 수 있도록 구성되어 있는데 이런 전진 과정은 중앙척(100)에 물려있는 3번모재를 중심으로 양쪽에서 1번 척과 2번 척이 근접하도록 하여 1번 모재(70)와 3번 모재(72)가 서로 접촉하고 3번 모재의 다른 끝쪽에 3번 모재와 2번(71) 모재가 접촉하여 마찰열이 발생하도록 하는 역할을 수행하게 되는 것이다.

이때 상기 중앙척의 회전을 위하여 중앙척과 연결되어 제 2 기어(91)가 설치되게 되는데 상기 제 2 기어는 베벨기어와 같이 경사진 형태로 구성되고 상기 경사진 형태와 대응하도록 경사진 형태의 베벨기어인 제 1기어(90)가 설치되게 되고 상기 제 1 기어는 축으로 연결되어 중앙 모터(80)의 동작에 의하여 회전하게 된다.

여기에서 회전하는 방향을 살펴보면 일차적으로 중앙척이 오른쪽으로 회전하게 되면 중앙척을 중심으로 양쪽에 배치되어 있는 1번 척과 2번 척은 왼쪽으로 회전하게 되어 마찰열이 발생하게 되는 것이다.

이후 다시 3개의 모터를 정지시키고 중앙 실린더(60)를 이용하여 더욱 강하게 밀게되면 종단에 3개의 모재가 서로 접합되는 용접 과정이 발생하여 마찰압접 과정이 종료되게 된다.

도 2는 본 발명에 의한 중앙척 구조를 도시하고 있는 것으로, 주로 마찰압접을 이용하여 용접을 수행할 때 일반적으로 중앙에 중공봉을 사용하고 중공봉 양쪽에 환봉을 접합하여 가벼우면서도 환봉으로 결합된 부분을 필요에 따라 가공하여 사용하는 것이다.

이러한 과정은 소재의 구입 비용을 절감시키고 추가로 소재를 가볍게 하기 때문에 효과적으로 사용할 수 있는 장점이 있고 전체적으로 마찰압접을 이용하여 접합할 경우 원 소재보다 접합부위의 강도가 증가하는 장점이 있어서 그 사용상 효과가 크다 할 것이다.

따라서 상기 중앙척(100)에는 중공봉 즉 파이프가 설치되어 결합되고 상기 중앙척을 회전시키기 위하여 중앙척과 결합하여 제 2 기어(92)즉 베벨기어가 설치되게 되며 상기 제 2 기어는 베벨기어의 또다른 하나인 제 1 기어(91)가 설치되며 상기 제 1 기어는 중앙모터(80)에 의하여 회전하게 되는 구조를 한다.

따라서 상기 중앙모터에 전원을 인가하게 되면 제 1 기어가 회전하여 제 2 기어를 회전시키므로 중앙척(100)에 설치되어 있는 3번모재(72)를 회전시키게 되는 것이라 하겠다.

또한 상기 중앙척의 회전에 따라 중앙척에 설치된 3번 모재를 회전시키되 3번 모재 양쪽에 동시에 1, 2번 모재를 마찰압접으로 한번에 부착시키기위해서는 상기 중앙척은 관통되어 구멍이 뚫려 있어야 하고 더불어 상기 중앙척에 연결되어 설치되는 2번 기어 역시 3번 모재를 설치할 수 있도록 관통되어 있어야 한다.

그러므로 상기 3번 모재를 중앙척을 관통하여 투입하게 되면 3번 모재는 중앙척과 2번 기어를 관통하여 설치되고 이때 3번 모재는 중앙척이 잡게 되고, 중앙척과 2번 기어의 결합은 상기 중앙척에 척봉(101)이 설치되어 있는데 상기 척봉은 척으로부터 소정의 높이로 돌기가 튀어나온 형태로 구성되며 상기 척봉에 대응하는 위치와 깊이로 상기 2번 기어에도 척봉홀(93)이 파여 있게 된다.

따라서 상기 중앙척을 2번 기어에 결합하게 되면 척봉이 척봉홀로 삽입되는 형태가 되므로 2번 기어를 회전시키게 되면 중앙척 역시 회전하게 되는 것이다.

도 3은 본 발명에 의한 기어구조를 도시하고 있는 것으로, 상기 기어는 2번 기어(91)의 정면도를 나타내고 있는데 상기 기어의 중앙에는 3번 모재가 투입될 수 있도록 구멍이 관통되어 있는 기어홀이 형성되어 있고 상기 기어홀 옆에는 다수개의 척봉홀(93)이 소정의 깊이만큼 파여져 있다.

바람직하게는 상기 척봉홀의 경우 3개 정도가 효과적인데 이는 적은 양의 척봉홀로 강한 힘에 버틸 수 있도록 하기 위함이다.

장치의 동작과정을 살펴보면 먼저 각 척에 3개의 소재를 설치하고 중앙척을 회전시키고 중앙척의 반대 방향으로 중앙척 양쪽에 설치된 척을 회전 시키면서 중 앙척 쪽으로 실린더를 동작하여 밀게 되면 고도의 마찰열이 발생하게 되고 이후 다시 중앙척과 양쪽에 설치된 척을 중지시킨 후 강한 압력으로 밀어서 접합을 이루게 되는 것이다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여 구비된 각 구성은 본 발명의 목적을 효과적으로 달성하는 효과가 있으므로 산업화하여 생산하게 될 경우 국 내외적으로 수입대체효과 및 수출효과에 있어서 큰 경제적 효과를 달성할 것으로 기대되는바 크다 하겠다.

도 1은 본 발명에 의한 마찰압접 장치도

도 2는 본 발명에 의한 중앙척 구조

도 3은 본 발명에 의한 기어구조

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10: 압접기 20: 1번모터

21: 2번모터 22: 벨트

30: 1번풀리 31: 2번 풀리

40: 1번 척 41: 2번 척

50: 1번척 실린더 51: 2번척 실린더

60: 중앙실린더 61: 공급기 실린더

70: 1번모재 71: 2번모재

72: 3번모재 80: 중앙모터

90: 제 1 기어 91: 제 2 기어

92: 기어홀 93: 척봉홀

100: 중앙척 101: 척봉

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 다수개의 모재를 접촉시킨 상태에서 서로 반대 방향으로 회전후 마찰열을 발 생시켜 용접을 수행하는 마찰압접 장치에 있어서,

   전원을 공급받아 동력을 발생 시키는 역할을 수행하는 2개의 모터;

   상기 각 모터와 연결되어 모터로부터 발생한 회전력을 전달하는 역할을 수행하는 2개의 벨트;

   상기 각 모터로부터 공급되는 동력을 벨트를 통해 전달받아 회전하는 역할을 수행하는 2개의 풀리;

   상기 풀리와 연결되어 풀리로 부터 동력을 전달받아 회전하고 마찰압접의 대상인 모재를 고정하는 역할을 수행하는 같은 방향으로 회전하는 2개의 척;

   상기 2개의 척 중간에 설치되어 2개의 척과 반대방향으로 회전하고 모재를 설치하였을때 척을 관통하도록 구성되고 모재를 잡아주는 역할을 수행하는 중앙척;

   상기 중앙척에 돌기로 튀어나온 2개 이상의 척봉;

   상기 중앙척과 결합되어 평평한 면이 중앙척과 접촉하여 결합되어 설치되는 베벨기어의 형태로 구성되는 제 2 기어;

   상기 척봉과 대응하는 위치에 척봉을 인입할 수 있도록 제 2 기어에 홈이 파여져 있는 척봉홀;

   상기 제 2 기어의 중앙에 설치되어 중앙척에 설치되는 모재가 기어를 관통하여 지나갈 수 있도록 뚫려 있는 기어홀;

   상기 제 2 기어와 접촉하여 기어를 회전시키는 역할을 수행하는 제 1 기어;

   상기 제 1 기어에 동력을 전달하는 역할을 수행하는 중앙모터;

   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 삼중 마찰압접 장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 척이 접근하여 척에 고정된 모재가 서로 접촉할 수 있도록 상기 중앙척에 설치되는 모재는 고정하여 두고 양쪽에 설치되는 척을 이동시킬 수 있도록 양쪽에 설치되는 척을 전진 또는 후진 시키는 역할을 수행하도록 실린더가 더 추가되는 것을 특징으로 하는 삼중 마찰압접 장치.
5. 제 3항에 있어서,

   상기 제 1 기어를 효과적으로 회전시키기 위하여 상기 기어와 중앙모터는 축으로 연결되는 것을 특징으로 하는 삼중 마찰압접 장치.

Images