KR101519147B1 - 마찰 교반 스폿 접합장치 - Google Patents

Abstract

교반 관련 부재를 유닛화하여, 이것을 수납하는 접합장치 본체에 개방구를 형성하고, 샘플인 구성으로 경량이고 범용성이 있어 유닛의 이동이 확실하고 부품의 교환이 용이한 마찰 교반 스폿 접합장치를 제공한다.

교반용 모터(10)와 가압용 모터(7)를 구비하고, 교반용 모터와, 선단에 핀(1)을 갖고 베어링(11)으로 지지되어 중심에 나사축(9)이 수납될 수 있는 구멍(12)을 형성한 교반축(13)과, 상기 교반축과 교반용 모터간의 동력 전달기구(14)를 교반유닛으로 하고, 상기 교반유닛의 하부 바로 아래에 LM가이드의 베어링(19)을 고정하고, 교반유닛의 배면에 너트(16)를 고정하고, 접합장치 본체(6)에 LM가이드의 레일(21)을 고정하여 그 내부에서 교반유닛을 이동시키고, 상기 접합장치 본체의 후부 위쪽을 개방하여, 접합장치 본체의 후단부에 가압용 모터를 고정하고, 상기 가압용 모터에 연결된 나사축을 교반유닛의 배면의 너트에 나사식 맞춤시켜 상기 가압용 모터에 의해 교반유닛을 전진 후진시키도록 한 마찰 교반 스폿 접합장치.

Description

마찰 교반 스폿 접합장치{FRICTION STIR SPOT JOINING DEVICE}

본 발명은, 핀의 회전에 의한 마찰열로 피접합물을 연화, 교반하여 스폿 접합하는 장치로서, 핀을 회전시키는 교반용 모터와 상기 핀을 직진 구동하는 가압용 모터를 구비한 마찰 교반 스폿 접합장치에 관한 것이다.

종래, 핀의 회전에 의한 마찰열로 피접합물을 연화, 교반하여 스폿 접합하는 장치로서, 핀을 회전시키는 교반용 모터와 상기 핀을 직진 구동하는 가압용 모터를 구비한 마찰 교반 스폿 접합장치가 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조.).

또한, 센터 핀과 숄더 핀의 회전에 의한 마찰열로 피접합물을 연화, 교반하여 스폿 접합하는 장치이지만, 센터 핀이 안에 삽입된 숄더 핀을 회전시키는 교반용 모터와 센터 핀을 단독으로 진퇴시키는 센터 핀 구동용 모터와 가압용 모터를 구비하고, 상기 숄더 핀의 축과 교반용 모터를, 또한 센터 핀의 축과 센터 핀 구동용 모터를, 각각 동력 전달기구로 접속하여 교반 관련 부재를 일체화하고, 상기 센터 핀에의 동력 전달기구의 뒤쪽에서 그 하부에 LM가이드의 베어링을 고정하고, 일체화한 교반 관련 부재의 배면에 볼 너트를 고정하고, LM가이드의 레일을 고정하여 내부에 상기 일체화한 교반 관련 부재를 포함시킨 접합장치 본체의 후부에 상기 가 압용 모터를 고정하고, 상기 가압용 모터에 연결된 나사축을 상기 볼 너트에 나사식 맞춤시켜 일체화한 교반 관련 부재를 전진 후진시키도록 한 마찰 교반 스폿 접합장치가 있다(예를 들면, 특허문헌 2 참조).

[특허문헌 1] 일본 특허공개공보 2002-35960호

[특허문헌 2] 일본 특허공개공보 2007-216249호

그런데, 상기 종래의 기술의 앞의 것에 있어서는, 핀을 회전시키는 교반용 모터가 가압용 모터와 같이 접합장치 본체측에 고정되어 있고, 가압용 모터에 의해서 핀을 직진 구동한 경우에 교반용 모터와 핀과의 사이에 위치 관계로 위상차가 생기기 때문에, 교반용 모터로부터 핀으로의 회전운동을 전달하는데 스플라인기구를 채용하고 있다. 이 스플라인기구때문에, 핀의 직진 스트로크는 스플라인홈의 길이에 제한됨과 함께 이 스플라인기구 만큼, 장치 전체가 대형화할 우려가 있다.

그리고 종래의 기술의 뒤의 것에 있어서는, 교반 관련 부재를 일체화하여 접합장치 본체 측에 고정된 가압용 모터에 대해서 핀과 교반용 모터를 접합장치 본체내에서 동시에 이동시키는 구성을 채용했기 때문에, 센터 핀과 숄더 핀의 회전에 의한 마찰열로 피접합물을 연화, 교반하여 스폿 접합하는 장치에서는 앞의 것과 같은 과제는 일단 해결되게 되었지만, 일체화한 교반 관련 부재가 접합장치 본체에 푹 포함되고 있기 때문에, 교반 관련 부재의 조립 메인티넌스시에는 교반 관련 부재의 취출 및 조립이 곤란한 것과 함께, 교반용 모터나 그 동력 전달기구를 단독으 로는 떼어내는 것이나 교환할 수 없는, 또한, LM가이드(등록상표)의 베어링이 동력 전달기구의 뒤쪽에서 그 하부에 고정되어 있기 때문에, 상기 가이드의 베어링에 가압 하중이 많은 부담이 걸려 핀측이 진동하기 쉬워지는 등의 문제가 있다.

본 발명은, 종래의 기술이 갖는 이러한 문제점에 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 교반 관련 부재를 유닛화하여, 이것을 수납하는 접합장치 본체에 개방구를 형성하고, 간단한 구성으로 경량이고 범용성이 있어 유닛의 이동이 확실하고 부품의 떼어냄 교환이 용이한 마찰 교반 스폿 접합장치를 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 있어서의 마찰 교반 스폿 접합장치는, 교반용 모터와, 선단에 상기 핀을 갖고 베어링으로 지지되어 중심에 뒤쪽으로부터 나사축이 수납될 수 있는 구멍을 형성한 교반축과, 상기 교반축과 교반용 모터간의 동력 전달기구를 교반유닛으로 하고, 교반축과 교반용 모터간의 동력 전달기구의 바로 아래의 위치에서 교반유닛에 LM가이드(등록상표)의 베어링을 고정하고, 교반유닛의 배면에 볼 너트를 고정하고, LM가이드(등록상표)의 레일을 고정하여 내부에서 상기 교반유닛을 이동시키는 접합장치 본체의 후부 위쪽을, 교반용 모터가 외부로 노출되도록 개방하며, 접합장치 본체의 후단부에 가압용 모터를 고정하고, 상기 가압용 모터에 연결된 나사축을 교반유닛의 배면의 상기 볼 너트에 나사식 맞춤시켜 교반유닛을 전진 후진시키도록 한 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 상기 동력 전달기구가 톱니 부착 풀리와 톱니 부착 벨트로 이루어지 고, 톱니 부착 풀리의 바로 아래에 좌우 분할형의 LM가이드(등록상표. 이하 같음)의 베어링을 배치한 것을 특징으로 하는 것이다.

청구항 1에 기재된 마찰 교반 스폿 접합장치에서는, 교반용 모터와, 선단에 상기 핀을 갖고 베어링으로 지지되어 중심에 뒤쪽으로부터 나사축이 수납될 수 있는 구멍을 형성한 교반축과, 상기 교반축과 교반모터간의 동력 전달기구를 교반유닛으로 했으므로, 교반유닛으로서의 간단한 구성으로 범용성이 있고, 또한 교반축과 교반용 모터간의 동력 전달기구의 바로 아래의 위치에서 교반유닛에 LM가이드의 베어링을 고정하고, 교반유닛의 배면에 볼 너트를 고정하고, LM가이드의 레일을 고정하여 내부에서 상기 교반유닛을 이동시키는 접합장치 본체의 후부 위쪽을 교반용 모터가 외부로 노출되도록 개방하며, 접합장치 본체의 후단부에 가압용 모터를 고정하고, 상기 가압용 모터에 연결된 나사축을 교반유닛의 배면의 상기 볼 너트에 나사식 맞춤시켜 교반유닛을 전진 후진시키도록 했으므로, LM가이드의 베어링에의 부담은 적어지고 핀측의 진동이 억제되어, 교반유닛의 부품의 떼어냄 교환이 용이하고, 게다가 전체적으로 경량인 마찰 교반 스폿 접합장치가 된다.

또한, 청구항 2에 기재의 마찰 교반 스폿 접합장치에서는, 상기의 효과에 더하여, 상기 동력 전달기구가 톱니 부착 풀리와 톱니 부착 벨트로 이루어지고, 톱니 부착 풀리의 바로 아래에 좌우 분할형의 LM가이드의 베어링을 배치했으므로, 교반용 모터로부터 교반축에의 동력의 전달이 확실해짐과 함께 LM가이드를 톱니 부착 풀리의 바로 아래에 의해 가까이하여 배치할 수 있고, 교반 토크에 의한 LM가이드 에 대한 전도 토크의 발생이 없고 또한 교반축 중심으로부터 본체 저면까지의 거리를 최소로 억제할 수 있어 장치의 부피높이가 억제된다.

도 1은 본 발명을 실시하는데 적합한 마찰 교반 스폿 접합장치의 개략 구성도이고, 청구항 1에 기재된 발명은, 핀(1)의 회전에 의한 마찰열로 피접합물을 연화, 교반하여 스폿 접합하는 장치로서, 교반용 모터(10)와 가압용 모터(7)를 구비하고, 상기 교반용 모터(10)와, 선단에 상기 핀(1)을 갖고 베어링(11)으로 지지되어 중심에 뒤쪽으로부터 나사축(9)이 수납될 수 있는 구멍(12)을 형성한 교반축(13)과, 상기 교반축(13)과 교반용 모터(10)간의 동력 전달기구(14)를 교반유닛으로 하고, 교반축(13)과 교반용 모터(10)간의 동력 전달기구(14)의 바로 아래의 위치에서 교반유닛에 LM가이드의 베어링(19)을 고정하고, 교반유닛의 배면에 볼 너트(16)를 고정하고, LM가이드의 레일(21)을 고정하여 내부에서 상기 교반유닛을 이동시키는 접합장치 본체(6)의 후부 위쪽을, 교반용 모터(10)가 외부로 노출되도록 개방하여, 접합장치 본체(6)의 후단부에 가압용 모터(7)를 고정하고, 상기 가압용 모터(7)에 연결된 나사축(9)을 교반유닛의 배면의 상기 볼 너트(16)에 나사식 맞춤시켜 교반유닛을 전진 후진시키도록 한 마찰 교반 스폿 접합장치이다.
아울러, 도 1에 있어서 우측의 가압용 모터(7)측이 뒤쪽(또는 후부), 좌측의 유지 치구(5)측이 전방, 고정 암(4)의 수평부측(부호 4가 부여된 측)이 위쪽, 접합장치 본체(6)의 바닥판(20)측을 하부(또는 아래)로 한다.

청구항 2에 기재된 발명은, 청구항 1에 기재의 발명에 있어서, 동력 전달기구(14)가 톱니 부착 풀리(15)와 톱니 부착 벨트로 이루어지고, 톱니 부착 풀리 (15)의 바로 아래에 좌우 분할형의 LM가이드의 베어링(19,19)을 배치한 마찰 교반 스폿 접합장치이다.

[실시예 1]

마찰 교반 스폿 접합장치에서는, 접합해야 할 피접합물(도시하지 않음)의 접합점에 핀(1)을 삽입하고, 상기 핀(1)의 회전에 의한 마찰열로 피접합물의 일부를 연화, 교반하여 스폿 접합하는 것으로, 그 접합장치는 개략 다음과 같은 구성을 가지고 있다.

로봇의 손목(2)에 브래킷(3)을 사이에 두고 부착된 고정 암(4)의 선단부에는 피접합물을 유지하는 유지 치구(5)가 배치되어 있고, 상기 고정 암(4)의 후단부에는 접합장치 본체(6)가 부착되어 있고, 상기 접합장치 본체(6)의 후단부에는 가압용 모터(7)가 고정부착되어 있고, 상기 가압용 모터(7)의 출력축(8)에는 가압용 나사축(9)이 고정부착되어 있다.

그리고 상기 접합장치 본체(6)내에는, 상기 핀(1)을 회전시키는 교반용 모터 (10)와, 선단에 핀(1)을 갖고 베어링(11)으로 지지되어 중심에 뒤쪽으로부터 나사축(9)이 수납될 수 있는 구멍(12)을 형성한 교반축(13)과, 상기 교반축(13)과 교반용 모터(10)간의 예를 들면 벨트와 풀리로 이루어지는 동력 전달기구(14)가, 유닛으로서 접합장치 본체(6)에 내장되어 있다.

상기 교반축(13)의 후부에는 상기 동력 전달기구(14)의 벨트용의 풀리(15)가 고정부착되어 있음과 함께 상기 구멍(12)의 개구부에는 상기 구멍(12)과 동심으로 교반유닛의 배면에 볼 너트(16)가 고정부착되고, 또한 상기 교반축(13)의 베어링(11)의 바깥바퀴를 유지하는 구동부 본체(17)의 후단부에는 위쪽으로 늘어나 상기 교반용 모터(10)를 지지하는 지지부재(18)가 고정부착되어 있다. 또한 상기 구동부 본체(17)의 하부 바로 아래에는 LM가이드의 베어링(19)이 고정부착 되어 있다.

상기 접합장치 본체(6)의 바닥판(20)에는, 상기 LM가이드의 베어링(19)의 이동을 가이드하는 레일(21)이 LM가이드의 베어링(19)의 이동 스트로크 이상에 걸쳐서 설치되고, 또한 상기 접합장치 본체(6)의 표면 및 양 측면은, 상기 교반유닛의 교반용 모터(10)가 외부에 노출하도록 개방되어 있다. 이와 같이 접합장치 본체 (6)가 개방되는 것에 의해 교반유닛의 교반용 모터(10)나 동력 전달기구(14)가 용이하게 취출되게 된다.

22는 베어링(11)의 바깥바퀴의 앞부분을 누르는 누름 링이며, 23은 나사축 (9)의 후부에 배치되어 상기 나사축(9)을 축으로 지지하는 베어링이며, 24는 가압용 모터(7)의 출력축(8)과 나사축(9)을 접속하는 커플링이다.

이상과 같은 구성을 구비한 마찰 교반 스폿 접합 건에서는, 우선 로봇(2)에 의해 상기 마찰 교반 스폿 접합장치의 전체가 피접합물의 원하는 접합점에 대향하는 위치로 이동된다.

따라서, 교반용 모터(10)와 가압용 모터(7)가 구동되고, 가압용 모터(7)에 의한 볼 너트(16)의 전진에 의해, 구동부 본체(17)는 교반용 모터(10)를 수반하여 LM가이드에 가이드되어 피접합물의 접합점을 향하여 전진함과 함께, 교반용 모터 (10)에 의해 핀(1)은 교반축(13)과 함께 회전한다.

가압용 모터(7)에 의해 핀(1)은, 피접합물의 표면을 통과하여 피접합물내에 삽입되고, 피접합물의 접합점에서 회전 상태가 된다. 이 시점에서 가압용 모터(7)의 구동을 정지하고 핀(1)의 전진을 정지하지만, 핀(1)의 회전에 의해 상기 핀(1) 은, 피접합물과 마찰하여 피접합물의 일부를 용해시켜 이것을 교반하고 있어, 이 용해물이 피접합물의 스폿 접합을 행하는 것이 된다.

그리고, 상기의 접합 동작이 행하여지면, 가압용 모터(7)의 회전을 역회전시킨다. 이 가압용 모터(7)의 회전의 역회전, 핀(1)은 더 회전을 계속하여 피접합물의 교반을 행하면서 피접합물의 접합점으로부터 뽑아내어진다.

이 가압용 모터(7)의 회전의 역회전 구동에 의해, 구동부 본체(17)는 교반용 모터(10)를 수반하여 LM가이드에 가이드되어 피접합물의 접합점측으로부터 후퇴하여 접합 작업전의 상태로 복귀한다.

이상과 같이, 본 발명에 관한 마찰 교반 스폿 접합장치에서는, 교반용 모터 (10)가 구동부 본체(17)와 함께 이동하는 것이기 때문에, 교반용 모터(10)로부터 교반축(13)으로의 동력 전달에 아무런 장해가 없는 것은 물론, 교반용 모터(10)와, 선단에 상기 핀(1)을 갖고 베어링(11)으로 지지되어 중심에 뒤쪽으로부터 나사축 (9)이 수납될 수 있는 구멍(12)을 형성한 교반축(13)과, 상기 교반축(13)과 교반모터 (10)간의 동력 전달기구(14)를 교반유닛으로 하고, 상기 교반유닛의 하부 바로 아래에 LM가이드의 베어링(19)을 고정했으므로, 교반유닛으로서의 간단한 구성으로 범용성이 있고, 또한 교반유닛은 LM가이드에 의해 확실히 가이드되면서 이동할 수 있어, 한층 더 내부에서 상기 교반유닛을 이동시키는 접합장치 본체(6)의 후부 위쪽을 개방했으므로, 교반유닛의 부품의 떼어냄 교환이 용이하고, 게다가 전체적으로 경량인 것이다.

[실시예 2]

상기 실시예 1에 있어서의 동력 전달기구(14)를 톱니 부착 풀리(15)와 톱니 부착 벨트로 이루어지도록 구성하고, 이 톱니 부착 풀리(15)의 바로 아래에 좌우 분할형의 LM가이드의 베어링(19,19)을 배치하도록 한 것이다.

따라서, 교반용 모터(10)로부터 교반축(13)에의 동력의 전달이 확실해짐과 함께 LM가이드를 톱니 부착 풀리(15)의 바로 아래에 의해 가까이 하여 배치할 수 있어, 교반 토크에 의한 LM가이드에 대한 전도 토크의 발생이 없고 또한 교반축 (13) 중심으로부터 본체 바닥면(20)까지의 거리를 최소로 억제할 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 관한 마찰 교반 스폿 접합장치의 개략 구성도이다.

도 2는 도 1의 A-A화살표 개략도이다.

도 3은 도 1의 B-B화살표 개략도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 핀

6 : 접합장치 본체

7 : 가압용 모터

9 : 나사축

10 : 교반용 모터

11 : 베어링

12 : 구멍

13 : 교반축

14 : 동력 전달기구

15 : 톱니 부착 풀리

16 : 볼 너트

19 : LM가이드의 베어링

21 : LM가이드의 레일

Claims (2)

1. 핀(1)의 회전에 의한 마찰열로 피접합물을 연화, 교반하여 스폿 접합하는 장치로서, 교반용 모터(10)와 가압용 모터(7)를 구비하며, 상기 교반용 모터(10)와, 선단에 상기 핀(1)을 갖고 베어링(11)으로 지지되어 중심에 뒤쪽으로부터 나사축(9)이 수납될 수 있는 구멍을 형성한 교반축(13)과, 상기 교반축(13)과 교반용 모터(10)간의 동력 전달기구(14)를 교반유닛으로 하고, 교반축(13)과 교반용 모터(10)간의 동력 전달기구(14)의 바로 아래의 위치에서 교반유닛에 LM가이드의 베어링(19)을 고정하고, 교반유닛의 배면에 볼 너트(16)를 고정하고, LM가이드의 레일(21)을 고정하여 내부에서 상기 교반유닛을 이동시키는 접합장치 본체(6)의 후부 위쪽을 교반용 모터(10)가 외부로 노출되도록 개방하며, 접합장치 본체(6)의 후단부에 가압용 모터(7)를 고정하고, 상기 가압용 모터(7)에 연결된 나사축(9)을 교반유닛의 배면의 상기 볼 너트(16)에 나사식 맞춤시켜 교반유닛을 전진 후진시키도록 한 것을 특징으로 하는 마찰 교반 스폿 접합장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 동력 전달기구(14)가 톱니 부착 풀리(15)와 톱니 부착 벨트로 이루어지고, 톱니 부착 풀리(15)의 바로 아래에 좌우 분할형의 LM가이드의 베어링(19)을 배치한 것을 특징으로 하는 마찰 교반 스폿 접합장치.

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