KR101455672B1

KR101455672B1 - 진동 스폿 용접 장치

Info

Publication number: KR101455672B1
Application number: KR1020120147741A
Authority: KR
Inventors: 이문용; 황정재
Original assignee: 주식회사 성우하이텍
Priority date: 2012-12-17
Filing date: 2012-12-17
Publication date: 2014-10-28
Also published as: KR20140078411A

Abstract

진동 스폿 용접 장치가 개시된다. 개시된 진동 스폿 용접 장치는, 중첩된 금속판을 기준으로 서로 마주보는 한 쌍의 진동 용접기를 포함하며, 한 쌍의 진동 용접기 중 적어도 하나는 금속판의 용접부를 가열하고 용접부가 한 쌍의 진동 용접기 사이에서 왕복 운동하여 소성 유동이 발생하도록 하며 소성 유동이 발생된 용접부를 가압하여 접합되도록 하는 것으로서, 한 쌍의 진동 용접기 중 적어도 하나는 전류를 인가 받아 중첩된 금속판을 가열하기 위한 전극과, 전극의 후단부에 장착되며 금속판의 용접부를 왕복 운동시키고 가압하기 위한 압력을 공급받도록 된 실린더와, 서로 연결된 전단과 후단을 포함하며 후단은 실린더 내에 위치하여 압력을 인가 받고 전단은 실린더와 전극을 관통하여 금속판의 용접부를 왕복 운동시키거나 가압하도록 되어 있는 진동 피스톤과, 실린더 내에서 진동 피스톤의 뒤에 위치하며 실린더에 형성된 압력을 받아 금속판의 용접부를 가압하는 가압 피스톤과, 진동 피스톤의 외주면을 감싸며 전극의 관통 부위에 고정되어 진동 피스톤의 왕복 운동을 가이드하며 그 진동 피스톤의 직선 운동을 회전 운동으로 변환시키는 회전 유도부재를 포함할 수 있다.

Description

진동 스폿 용접 장치 {DEVICE OF VIBRO-SPOT WELDING}

본 발명의 실시예는 진동 스폿 용접 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 중첩된 금속판의 용접부에 열을 가함과 동시에 연속적인 직선 반복 하중을 가하여 중첩된 금속판을 용접하는 진동 스폿 용접 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 일반적으로 비교적 얇은 두 장의 중첩된 금속판을 용접하는 방법에는 용융 용접법(fusion welding)과 고상 용접법(solid phase welding)이 있다. 용융 용접법은 스폿 용접법을 예로 들 수 있는데, 스폿 용접법은 중첩된 금속판들의 용접부에 전기저항에 의한 열과 압력을 가하여 용접부를 용융시켜 금속판들을 용접하는 방법을 의미한다.

고상 용접법인 마찰 교반 용접(Friction Stir Welding; FSW)을 예로 들 수 있는데, 마찰 교반 용접법은 중첩된 금속판에 회전하는 공구(rotating tool)의 돌기(probe)를 삽입하면 회전하는 돌기와 금속판 사이의 마찰열에 의하여 공구 주변의 금속판이 연화되고 공구의 교반에 의한 용접부에 발생하는 소성 유동에 의하여 양 금속판의 용접부가 강제적으로 혼합되어 금속판들을 용접하는 방법을 의미한다.

상기 스폿 용접과 마찰 교반 용접은 각각의 장점 및 단점을 가지고 있는 바, 예를 들어, 스폿 용접은 전기 저항에 의하여 발생된 열에 의해 금속판들의 용접부를 용융시켜 용접하기 때문에 금속판의 접촉면에 고전류의 인가로 인한 아크가 발생하고 용접면의 불량 등의 문제점을 가지고 있다.

그리고, 마찰 교반 용접은 고상 용접법이기 때문에 용접된 금속판들의 기계적 강도가 우수하고 아크가 발생하지 않으며 경금속의 용접에 적합한 장점이 있는 반면에 용접 후 용접면에 돌기의 회전에 의한 용접 자국 또는 구멍이 남는 단점이 있다.

이러한 스폿 용접과 마찰 교반 용접의 문제점을 해결하기 위하여, 대한민국등록특허 제743857호와 같은 압출 점 접합 방법(Extru-Spot Welding; ESW)이 개발되었다. 대한민국등록특허 제743857호는 중첩된 두 장의 금속판과 별도의 금속띠를 전극으로 순간적으로 가열하고 금속띠로부터 압입 소재를 펀칭하며 펀칭된 압입 소재를 중첩된 금속판에 압출하여 금속판을 용접하는 기술이 개시되어 있다. 이러한 압출 점 접합 방법은 접합력이 강하고 아크가 발생되지 않는 장점이 있으나 별도의 금속띠를 사용해야 하는 단점이 있다.

한편, 대한민국등록특허 제743857호에 따른 점 접합 방법의 문제점을 개선하기 위하여 대한민국공개특허 제2012-0010570호와 같은 진동 스폿 용접 장치 및 방법이 개발되었다.

대한민국공개특허 제2012-0010570호는 중첩된 금속판의 용접부에 열을 가함과 동시에 연속적인 직선 반복 하중을 가하여 중첩된 금속판을 용접하는 기술이 개시되어 있다.

그러나, 이와 같은 진동 스폿 용접 장치는 단순 직진성 왕복 운동의 반복 하중으로 금속판을 접합하는데 국한되어 있기 때문에, 용접 소요시간이 많이 소요되고, 용접 부위의 접합력이 저하된다는 단점이 있다.

본 발명의 실시예들은 중첩된 금속판의 용접부에 열을 가함과 동시에 연속적인 직선 반복 하중 및 회전력을 가하여 중첩된 금속판을 용접할 수 있도록 한 진동 스폿 용접 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예에 따른 진동 스폿 용접 장치는, 중첩된 금속판을 기준으로 서로 마주보는 한 쌍의 진동 용접기를 포함하며, 상기 한 쌍의 진동 용접기 중 적어도 하나는 상기 금속판의 용접부를 가열하고 상기 용접부가 상기 한 쌍의 진동 용접기 사이에서 왕복 운동하여 소성 유동이 발생하도록 하며 소성 유동이 발생된 용접부를 가압하여 접합되도록 하는 것으로서, 상기 한 쌍의 진동 용접기 중 적어도 하나는 전류를 인가 받아 중첩된 금속판을 가열하기 위한 전극과, 상기 전극의 후단부에 장착되며 금속판의 용접부를 왕복 운동시키고 가압하기 위한 압력을 공급받도록 된 실린더와, 서로 연결된 전단과 후단을 포함하며 상기 후단은 상기 실린더 내에 위치하여 상기 압력을 인가 받고 전단은 상기 실린더와 전극을 관통하여 상기 금속판의 용접부를 왕복 운동시키거나 가압하도록 되어 있는 진동 피스톤과, 상기 실린더 내에서 상기 진동 피스톤의 뒤에 위치하며 상기 실린더에 형성된 압력을 받아 상기 금속판의 용접부를 가압하는 가압 피스톤과, 상기 진동 피스톤의 외주면을 감싸며 상기 전극의 관통 부위에 고정되어 상기 진동 피스톤의 왕복 운동을 가이드하며 그 진동 피스톤의 직선 운동을 회전 운동으로 변환시키는 회전 유도부재를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 상기 진동 스폿 용접 장치에 있어서, 상기 진동 피스톤은 삼각형 단면 형상의 전단부와, 상기 전단부에 일체로 연결되는 원형 단면 형상의 기둥부로 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 상기 진동 스폿 용접 장치에 있어서, 상기 기둥부에는 걸림 돌기가 돌출 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 상기 진동 스폿 용접 장치에 있어서, 상기 회전 유도부재에는 상기 진동 피스톤의 회전 궤적에 대응하는 슬롯홀이 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 상기 진동 스폿 용접 장치에 있어서, 상기 슬롯홀에 상기 걸림 돌기가 끼워질 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 상기 진동 스폿 용접 장치에 있어서, 상기 전극에는 상기 진동 피스톤의 전단부가 끼워지며 회전하는 회전부재가 설치될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 상기 진동 스폿 용접 장치에 있어서, 상기 회전부재에는 상기 진동 피스톤의 전단부가 결합되는 가이드 홀과, 상기 기둥부의 전단 부분이 끼워지는 결합홈이 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 상기 진동 스폿 용접 장치에 있어서, 상기 실린더 내의 상기 진동 피스톤과 상기 가압 피스톤 사이에는 제1 챔버가 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 상기 진동 스폿 용접 장치에 있어서, 상기 제1 챔버는 상기 금속판의 용접부를 왕복 운동시키기 위한 압력을 받도록 되어 있다.

본 발명의 실시예에 따른 상기 진동 스폿 용접 장치에 있어서, 상기 진동 피스톤 뒤의 실린더 내주면에는 진동 피스톤의 왕복 거리를 조정하기 위한 제1 스토퍼가 장착될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 상기 진동 스폿 용접 장치에 있어서, 상기 실린더의 후단에는 커버가 장착될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 상기 진동 스폿 용접 장치에 있어서, 상기 실린더 내의 상기 가압 피스톤과 상기 커버 사이에는 제2 챔버가 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 상기 진동 스폿 용접 장치에 있어서, 상기 제2 챔버는 소성 유동이 발생된 용접부를 가압하기 위한 압력을 받도록 되어 있다.

본 발명의 실시예에 따른 상기 진동 스폿 용접 장치에 있어서, 상기 진동 피스톤의 후단과 상기 실린더의 전단 사이에는 탄성부재가 위치할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 상기 진동 스폿 용접 장치에 있어서, 상기 가압 피스톤의 뒤의 상기 실린더 내주면에는 상기 제1 챔버의 압력에 대항하여 상기 가압 피스톤을 지지하기 위한 제2 스토퍼가 장착될 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시예에 따른 진동 스폿 용접 장치는, 중첩된 금속판을 기준으로 서로 마주보는 한 쌍의 진동 용접기를 포함하며, 상기 한 쌍의 진동 용접기 중 적어도 하나는 전류를 인가 받아 중첩된 금속판을 가열하기 위한 전극과, 상기 전극의 후단부에 장착되며 금속판의 용접부를 왕복 운동시키고 가압하기 위한 압력을 공급받도록 된 실린더와, 서로 연결된 전단과 후단을 포함하며 상기 후단은 상기 실린더 내에 위치하여 상기 압력을 인가 받고 전단은 상기 실린더와 전극을 관통하여 상기 금속판의 용접부를 왕복 운동시키거나 가압하도록 되어 있는 진동 피스톤과, 상기 실린더 내에서 상기 진동 피스톤의 뒤에 위치하며 상기 실린더에 형성된 압력을 받아 상기 금속판의 용접부를 가압하는 가압 피스톤과, 상기 진동 피스톤의 외주면을 감싸며 상기 전극의 관통 부위에 고정되어 상기 진동 피스톤의 왕복 운동을 가이드하며 그 진동 피스톤의 직선 운동을 회전 운동으로 변환시키는 회전 유도부재와, 상기 실린더 내의 상기 진동 피스톤과 상기 가압 피스톤 사이에 형성되며 상기 금속판의 용접부를 왕복 운동시키기 위한 압력을 상기 진동 피스톤에 가하도록 된 제1 챔버와, 상기 실린더 내의 상기 가압 피스톤과 상기 실린더의 후단에 장착된 커버 사이에 형성되며 소성 유동이 발생된 상기 용접부를 가압하기 위한 압력을 상기 가압 피스톤에 가하도록 된 제2 챔버를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 상기 진동 스폿 용접 장치에 있어서, 상기 진동 피스톤의 뒤의 상기 실린더 내주면에는 진동 피스톤의 왕복 거리를 조정하기 위한 제1 스토퍼가 장착될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 상기 진동 스폿 용접 장치에 있어서, 상기 한 쌍의 진동 용접기는 각각 전극, 실린더, 그리고 진동 피스톤을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 상기 진동 스폿 용접 장치에 있어서, 상기 진동 피스톤은 삼각형 단면 형상의 전단부와, 상기 전단부에 일체로 연결되는 원형 단면 형상의 기둥부로 이루어지며, 상기 기둥부에는 걸림 돌기가 돌출 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 상기 진동 스폿 용접 장치에 있어서, 상기 회전 유도부재에는 상기 진동 피스톤의 회전 궤적에 대응하는 슬롯홀이 형성되어 그 슬롯홀에 상기 걸림 돌기가 끼워질 수 있다.

본 발명의 실시예들은 중첩된 금속판의 용접부에 열을 가함과 동시에 연속적인 직선 반복 하중 및 회전력을 가함으로써 소성유동을 발생시킨 후 용접부를 가압하여 중첩된 금속판을 용접하므로, 아크가 발생하지 않으며, 용접 소요시간을 단축시킬 수 있고, 용접부의 접합력을 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 비교적 적은 반복 하중 및 회전력으로 용접부에 소성유동을 발생시키므로 에너지 소모가 적고, 아크에 의하여 용접되기가 어려운 경금속들의 용접도 가능하다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 진동 스폿 용접 장치를 도시한 단면 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 진동 스폿 용접 장치에 적용되는 진동 용접기를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 진동 스폿 용접 장치에 적용되는 진동 피스톤 부위를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 진동 스폿 용접 장치를 이용하여 두 장의 금속판의 용접부를 진동시키는 과정을 도시한 단면 구성도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

그리고, 하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 "...유닛", "...수단", "...부", "...부재" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 진동 스폿 용접 장치를 도시한 단면 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 진동 스폿 용접 장치(100)는 중첩된 제1,2 금속판(60, 62)을 기준으로 서로 마주보는 한 쌍의 진동 용접기(10)를 포함한다.

상기 한 쌍의 진동 용접기(10)는 서로 동일한 구조를 가지거나 서로 다른 구조를 가질 수 있다. 설명의 편의 상, 본 명세서에서는 한 쌍의 진동 용접기(10)가 동일한 구조를 가지는 것을 보이나, 이에 한정되지는 않는다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 진동 스폿 용접 장치에 적용되는 진동 용접기를 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 진동 스폿 용접 장치에 적용되는 진동 피스톤 부위를 도시한 사시도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 진동 용접기(10)는 금속판(60, 62)의 용접부(64, 66)를 가열하고, 왕복 운동시켜 소성 유동이 발생하도록 하며, 소성 유동이 발생된 용접부(64, 66)를 가압하도록 되어 있다.

이러한 기능을 달성하기 위하여, 상기 진동 용접기(10)는 기본적으로 전극(12), 실린더(16), 진동 피스톤(20), 가압 피스톤(30), 그리고 커버(18)를 포함한다.

상기 전극(12)은 상기 실린더(16)의 전단에 장착되어 있고, 진동 피스톤(20)과 가압 피스톤(30)은 실린더(16)의 내부에 장착되어 있으며, 상기 커버(18)는 실린더(16)의 후단에 장착되어 있다.

여기에서, 전측, 전단 등은 금속판(60, 62)에 가까운 측, 단 등을 의미하고, 후측, 후단 등은 금속판(60, 62)로부터 먼 측, 단 등을 의미한다.

상기 전극(12)은 금속판(60, 62)에 접촉되어 그 금속판(60, 62)이 밀착되도록 한다. 상기 전극(12)과 금속판(60, 62)의 접촉 부분의 전기 저항이 크므로, 전극(12)에 고전류를 인가하면 전기 저항에 의하여 금속판(60, 62)이 가열되게 된다.

따라서, 상기 전극(12)은 금속판(60, 62)의 용접부(64, 66)를 순간적으로 가열하게 된다. 몇몇 실시예에서, 상기 전극(12)은 금속판(60, 62)의 일정 부분(예를 들어, 용접부(64, 66))만을 가열하도록 전방으로 갈수록 그 지름이 줄어드는 원통 형상으로 되어 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 또한, 상기 전극(12)에는 후측에서 전측으로 삽입홀(14)이 형성되어 있다.

상기 실린더(16)는 전극(12)의 후단에 결합되어 있다. 실린더(16)는 중공의 원통 형상일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 상기 실린더(16)의 전면에는 전극(12)의 삽입홀(14)에 대응하는 관통홀(24)이 형성되어 있다. 상기 실린더(16)의 후단은 커버(18)에 의하여 막혀 있다.

상기 진동 피스톤(20)은 실린더(16) 내부에 장착되어 있다. 진동 피스톤(20)은 관통홀(24)과 삽입홀(14)을 관통하여 금속판(60, 62)의 용접부(64, 66)와 접촉하도록 되어 있다.

이러한 진동 피스톤(20)은 본 발명의 실시예에서 금속판(60, 62)의 용접부(64, 66)와 접촉하는 삼각형 단면 형상의 전단부(21)와, 그 전단부(21)에 일체로 연결되는 원형 단면 형상의 기둥부(23)로 이루어진다.

즉, 상기 전단부(21)는 소성 유동이 발생된 제1,2 용접부(64, 66)가 서로 섞일 수 있도록 서로 일정 각도를 형성한다. 예를 들어, 제1,2 용접부(64, 66)가 삼각형 단면을 가지는 경우, 제1,2 용접부(64, 66)가 서로 180°의 각도를 형성하도록 되어 있다.

한편, 상기 진동 피스톤(20)의 기둥부(23)에는 걸림 돌기(25)가 돌출되게 형성되어 있다.

그리고, 상기 전극(12)의 삽입홀(14)에는 진동 피스톤(20)의 기둥부(23)를 감싸고 있는 회전 유도부재(45)가 고정되게 설치된다. 상기 회전 유도부재(45)는 진동 피스톤(20)의 기둥부(23)를 감싸는 원통 형상으로 이루어진다.

이러한 회전 유도부재(45)는 진동 피스톤(20)의 왕복 운동을 가이드하며 그 진동 피스톤(20)의 직선 운동을 회전 운동으로 변환시키는 기능을 하게 된다.

이에, 상기 회전 유도부재(45)에는 진동 피스톤(20)의 회전 궤적에 대응하는 슬롯홀(46)이 형성되어 있으며, 그 슬롯홀(46)에는 기둥부(23)의 걸림 돌기(25)가 끼워진다.

다른 한편으로, 본 발명의 실시예에서 회전 유도부재(45)를 통하여 진동 피스톤(20)을 회전시키기 위해 상기 전극(12)의 삽입홀(14)에는 진동 피스톤(20)의 전단부(21)가 끼워지며 회전하는 회전부재(47)가 설치된다.

상기 회전부재(47)에는 진동 피스톤(20)의 전단부(21)가 끼워지며 이를 가이드하는 가이드 홀(48a)과, 기둥부(23)의 전단 부분이 끼워지는 결합홈(48b)이 형성되어 있다.

여기서, 제1,2 용접부(64, 66)의 일정 부분(중앙 부분)은 한 쌍의 회전부재(47)의 가이드 홀(48a) 사이에서 진동 피스톤(20)과 함께 움직일 수 있고 제1,2 용접부(64, 66)의 다른 부분(변두리 부분)은 전극(12)의 전단까지만 움직이고 회전부재(47)의 가이드 홀(48a) 내로 압출되지 못한다.

상기 진동 피스톤(20)의 왕복 운동은 제1 챔버(34)에 공급되는 압력에 의하여 발생한다. 상기 제1 챔버(34)는 실린더(16) 내에서 진동 피스톤(20)과 가압 피스톤(30) 사이에 형성된다.

따라서, 상기 진동 피스톤(20)의 후단(26)과 가압 피스톤(30)의 후단(32)은 실린더(16)의 내주면에 밀착하게 된다. 또한, 상기 진동 피스톤(20)의 후단(26)과 실린더(16)의 내주면 사이 및 상기 가압 피스톤(30)의 후단(32)과 실린더(16)의 내주면 사이에는 각각 씰링부재(예를 들어, O-링)가 장착될 수 있다.

또한, 상기 제1 챔버(34)는 제1 라인(40)을 통해 제1 압력 공급부(70)에 연결되어 압력을 공급받는다. 상기 압력은 유압 또는 공압일 수 있다. 또한, 상기 압력은 한 쌍의 제1 챔버(34)에 교대로 공급되거나 동시에 공급될 수 있다.

상기 제1 챔버(34) 내의 실린더(16)의 내주면에는 제1 스토퍼(28)가 장착된다. 제1 스토퍼(28)는 진동 피스톤(20)의 이동 거리를 제한하게 된다. 즉, 하나의 제1 챔버(34)의 유압에 의하여 하나의 진동 피스톤(20)이 움직이면, 진동 피스톤(20)과 용접부(64, 66)를 통해 연결된 다른 진동 피스톤(20)도 밀리게 된다.

이 때, 상기 다른 진동 피스톤(20)은 제1 스토퍼(28)에 의하여 일정 거리 이상은 밀리지 않게 된다. 또한, 제1 스토퍼(28)는 실린더(16) 내주면에 이동 가능하게 결합될 수 있다. 이러한 이동 가능한 결합으로 나사 결합이 사용될 수 있다. 따라서, 실린더(16) 내의 제1 스토퍼(28)의 위치를 조절함으로써 진동 피스톤(20)의 이동 거리를 조절할 수 있다.

상기 진동 피스톤(20)의 후단(26)과 실린더(16)의 전단 사이에는 탄성부재(29)가 장착될 수 있다. 상기 탄성부재(29)는 제1 챔버(34)의 압력에 대항하는 탄성력을 진동 피스톤(20)에 제공한다.

상기 가압 피스톤(30)은 실린더(16) 내에서 진동 피스톤(20)의 후측에 배치되어 있다. 상기 가압 피스톤(30)은 진동 피스톤(20)에 의하여 소성 유동이 발생한 용접부(64, 66)를 가압하여 용접한다.

상기 가압 피스톤(30)은 제2 챔버(36)에 공급된 압력에 의하여 용접부(64, 66)를 가압한다. 즉, 제2 챔버(36)에 압력이 공급되면 그 압력은 가압 피스톤(30)의 후단(32)을 용접부(64, 66)를 향하여 밀게 되고, 가압 피스톤(30)은 진동 피스톤(20)의 후단(26)을 용접부(64, 66)를 향하여 밀어 용접부(64, 66)를 가압한다. 한 쌍의 제2 챔버(36)에는 동시에 압력이 공급될 수 있다. 이 경우, 용접부(64, 66)는 양 방향으로부터 압력을 받아 서로 용접되게 된다.

상기 제2 챔버(36)는 제2 라인(42)을 통해 제2 압력 공급부(72)에 연결되어 압력을 공급받는다. 상기 제1 압력 공급부(70)와 제2 압력 공급부(72)는 일체로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 제2 챔버(36)에서 가압 피스톤(30)의 뒤의 실린더(16) 내주면에는 제1 챔버(34)의 압력에 대항하여 가압 피스톤(30)을 지지하기 위한 제2 스토퍼(38)가 장착된다. 상기 제2 스토퍼(38)는 가압 피스톤(30)의 이동 거리를 제한하게 된다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 진동 스폿 용접 장치(100)의 작동을 앞서 개시한 도면들 및 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 진동 스폿 용접 장치를 이용하여 두 장의 금속판의 용접부를 진동시키는 과정을 도시한 단면 구성도이다.

앞서 개시한 도면들 및 도 4를 참조하면, 우선 본 발명의 실시예에서는 용접하려는 금속판(60, 62)을 중첩시킴으로써 시작된다.

금속판(60, 62)이 중첩되면, 이 금속판(60, 62)을 한 쌍의 진동 용접기(10) 사이에 위치시킨다. 그 후, 한 쌍의 전극(12)에 압력을 가하여 중첩된 금속판(60, 62)을 밀착시킨다.

중첩된 금속판(60, 62)이 밀착되면, 한 쌍의 전극(12)에 전원을 공급하여 용접부(64, 66)를 급속 가열한다. 그러면 용접부(64, 66)의 가열에 의하여 용접부(64, 66)가 연화되게 된다.

그 후, 한 쌍의 진동 피스톤(20)에 압력을 교대로 가하여 가열된 용접부(64, 66)를 왕복 이동시킨다.

여기서, 진동 피스톤(20)은 기둥부(23)에 형성된 걸림 돌기(25)가 회전 유도부재(45)의 슬롯홀(46)에 끼워져 있으므로, 진동 피스톤(20)에 압력이 가해지면 회전 유도부재(45)는 진동 피스톤(20)의 왕복 운동을 가이드하며 그 진동 피스톤(20)의 직선 운동을 회전 운동으로 변환시킬 수 있다.

그리고, 상기 진동 피스톤(20)이 회전되므로, 그 진동 피스톤(20)의 전단부(21)를 가이드 하는 회전부재(47) 또한 회전하게 된다.

이에, 위쪽의 진동 피스톤(20)에 압력을 아래쪽으로 가하면 제1 용접부(64)는 진동 피스톤(20)에 의해 제2 금속판(62)과 동일 평면까지 회전하여 움직이며 제2 용접부(66)는 아래쪽 전극(12)의 회전부재(47)의 가이드 홀(48a)에 삽입되게 된다.

이 상태에서 위쪽의 진동 피스톤(20)에 가해지던 압력을 제거하면 탄성부재(29)의 탄성력과 아래쪽의 진동 피스톤(20)의 압력에 의해서 제1,2 용접부(64, 66)는 원래의 위치로 돌아가게 된다.

그리고 아래쪽의 진동 피스톤(20)에 압력을 위쪽으로 가하면, 제2 용접부(66)는 진동 피스톤(20)에 의해 제1 금속판(60)과 동일 평면까지 회전하여 움직이며 제1 용접부(64)는 위쪽 전극(12)의 회전부재(47)의 가이드 홀(48a)에 삽입되게 된다.

이러한 과정을 반복하면, 제1,2 용접부(64, 66)에 소성 유동이 발생하게 되고, 서로 섞이게 된다. 제1,2 용접부(64, 66)에 소성 유동이 발생하여 충분히 섞였으면, 한 쌍의 가압 피스톤(30)에 압력을 동시에 가하여 제1,2 용접부(64, 66)를 가압한다. 따라서, 제1,2 용접부(64, 66)의 용접이 완료되게 된다.

지금까지 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 상기 진동 스폿 용접 장치(100)에 의하면, 중첩된 금속판(60, 62)의 용접부(64, 66)에 열을 가함과 동시에 연속적인 직선 반복 하중 및 회전력을 가함으로써 소성유동을 발생시킨 후 용접부(64, 66)를 가압하여 중첩된 금속판(60, 62)을 용접하므로, 아크가 발생하지 않으며, 용접 소요 시간을 단축할 수 있으며, 용접부(64, 66)의 접합력을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 비교적 적은 반복 하중 및 회전력으로 용접부(64, 66)에 소성유동을 발생시키므로 에너지 소모가 적고, 아크에 의하여 용접되기가 어려운 경금속들의 용접도 가능하다.

이상에서 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 본 명세서에서 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상을 이해하는 당업자는 동일한 기술적 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 권리 범위 내에 든다고 할 것이다.

10... 진동 용접기 12... 전극
16... 실린더 18... 커버
20... 진동 피스톤 21... 전단부
23... 기둥부 25... 걸림 돌기
28... 제1 스토퍼 29... 탄성부재
30... 가압 피스톤 34... 제1 챔버
36... 제2 챔버 38... 제2 스토퍼
45... 회전 유도부재 46... 슬롯홀
47... 회전부재 48a... 가이드 홀

Claims

중첩된 금속판을 기준으로 서로 마주보는 한 쌍의 진동 용접기를 포함하며, 상기 한 쌍의 진동 용접기 중 적어도 하나는 상기 금속판의 용접부를 가열하고 상기 용접부가 상기 한 쌍의 진동 용접기 사이에서 왕복 운동하여 소성 유동이 발생하도록 하며 소성 유동이 발생된 용접부를 가압하여 접합되도록 하는 진동 스폿 용접 장치에 있어서,
상기 한 쌍의 진동 용접기 중 적어도 하나는,
전류를 인가 받아 중첩된 금속판을 가열하기 위한 전극;
상기 전극의 후단부에 장착되며 금속판의 용접부를 왕복 운동시키고 가압하기 위한 압력을 공급받도록 된 실린더;
서로 연결된 전단과 후단을 포함하며, 상기 후단은 상기 실린더 내에 위치하여 상기 압력을 인가받고 전단은 상기 실린더와 전극을 관통하여 상기 금속판의 용접부를 왕복 운동시키거나 가압하도록 되어 있는 진동 피스톤;
상기 실린더 내에서 상기 진동 피스톤의 뒤에 위치하며, 상기 실린더에 형성된 압력을 받아 상기 금속판의 용접부를 가압하는 가압 피스톤; 및
상기 진동 피스톤의 외주면을 감싸며 상기 전극의 관통 부위에 고정되어 상기 진동 피스톤의 왕복 운동을 가이드하며 그 진동 피스톤의 직선 운동을 회전 운동으로 변환시키는 회전 유도부재;
를 포함하는 진동 스폿 용접 장치.
제1 항에 있어서,
상기 진동 피스톤은 삼각형 단면 형상의 전단부와, 상기 전단부에 일체로 연결되는 원형 단면 형상의 기둥부로 이루어지며, 상기 기둥부에는 걸림 돌기가 돌출 형성되고,
상기 회전 유도부재에는 상기 진동 피스톤의 회전 궤적에 대응하는 슬롯홀이 형성되며, 상기 슬롯홀에 상기 걸림 돌기가 끼워지는 것을 특징으로 하는 진동 스폿 용접 장치.
제2 항에 있어서,
상기 전극에는 상기 진동 피스톤의 전단부가 끼워지며 회전하는 회전부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 진동 스폿 용접 장치.
제3 항에 있어서,
상기 회전부재에는 상기 진동 피스톤의 전단부가 결합되는 가이드 홀과, 상기 기둥부의 전단 부분이 끼워지는 결합홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 진동 스폿 용접 장치.
제1 항에 있어서,
상기 실린더 내의 상기 진동 피스톤과 상기 가압 피스톤 사이에는 제1 챔버가 형성되며, 상기 제1 챔버는 상기 금속판의 용접부를 왕복 운동시키기 위한 압력을 받도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 진동 스폿 용접 장치.
제5 항에 있어서,
상기 진동 피스톤 뒤의 실린더 내주면에는 진동 피스톤의 왕복 거리를 조정하기 위한 제1 스토퍼가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 진동 스폿 용접 장치.
제5 항에 있어서,
상기 실린더의 후단에는 커버가 장착되어 있으며,
상기 실린더 내의 상기 가압 피스톤과 상기 커버 사이에는 제2 챔버가 형성되며, 상기 제2 챔버는 소성 유동이 발생된 용접부를 가압하기 위한 압력을 받도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 진동 스폿 용접 장치.
제5 항에 있어서,
상기 진동 피스톤의 후단과 상기 실린더의 전단 사이에는 탄성부재가 위치하는 것을 특징으로 하는 진동 스폿 용접 장치.
제6 항에 있어서,
상기 가압 피스톤의 뒤의 상기 실린더 내주면에는 상기 제1 챔버의 압력에 대항하여 상기 가압 피스톤을 지지하기 위한 제2 스토퍼가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 진동 스폿 용접 장치.
중첩된 금속판을 기준으로 서로 마주보는 한 쌍의 진동 용접기를 포함하는 진동 스폿 용접 장치에 있어서,
상기 한 쌍의 진동 용접기 중 적어도 하나는,
전류를 인가 받아 중첩된 금속판을 가열하기 위한 전극;
상기 전극의 후단부에 장착되며 금속판의 용접부를 왕복 운동시키고 가압하기 위한 압력을 공급받도록 된 실린더;
서로 연결된 전단과 후단을 포함하며, 상기 후단은 상기 실린더 내에 위치하여 상기 압력을 인가 받고 전단은 상기 실린더와 전극을 관통하여 상기 금속판의 용접부를 왕복 운동시키거나 가압하도록 되어 있는 진동 피스톤;
상기 실린더 내에서 상기 진동 피스톤의 뒤에 위치하며, 상기 실린더에 형성된 압력을 받아 상기 금속판의 용접부를 가압하는 가압 피스톤;
상기 진동 피스톤의 외주면을 감싸며 상기 전극의 관통 부위에 고정되어 상기 진동 피스톤의 왕복 운동을 가이드하며 그 진동 피스톤의 직선 운동을 회전 운동으로 변환시키는 회전 유도부재;
상기 실린더 내의 상기 진동 피스톤과 상기 가압 피스톤 사이에 형성되며, 상기 금속판의 용접부를 왕복 운동시키기 위한 압력을 상기 진동 피스톤에 가하도록 된 제1 챔버; 및
상기 실린더 내의 상기 가압 피스톤과 상기 실린더의 후단에 장착된 커버 사이에 형성되며, 소성 유동이 발생된 상기 용접부를 가압하기 위한 압력을 상기 가압 피스톤에 가하도록 된 제2 챔버;
를 포함하는 진동 스폿 용접 장치.
제10 항에 있어서,
상기 진동 피스톤의 후단과 상기 실린더의 전단 사이에는 탄성부재가 위치하는 것을 특징으로 하는 진동 스폿 용접 장치.
제10 항에 있어서,
상기 진동 피스톤의 뒤의 상기 실린더 내주면에는 진동 피스톤의 왕복 거리를 조정하기 위한 제1 스토퍼가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 진동 스폿 용접 장치.
제10 항에 있어서,
상기 가압 피스톤의 뒤의 상기 실린더 내주면에는 상기 제1 챔버의 압력에 대항하여 상기 가압 피스톤을 지지하기 위한 제2 스토퍼가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 진동 스폿 용접 장치.
제10 항에 있어서,
상기 한 쌍의 진동 용접기는 각각 전극, 실린더, 그리고 진동 피스톤을 포함하고,
상기 진동 피스톤은 삼각형 단면 형상의 전단부와, 상기 전단부에 일체로 연결되는 원형 단면 형상의 기둥부로 이루어지며, 상기 기둥부에는 걸림 돌기가 돌출 형성되고,
상기 회전 유도부재에는 상기 진동 피스톤의 회전 궤적에 대응하는 슬롯홀이 형성되어 그 슬롯홀에 상기 걸림 돌기가 끼워지며,
상기 전극에는 상기 진동 피스톤의 전단부가 끼워지며 회전하는 회전부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 진동 스폿 용접 장치.