KR101660436B1 - 복동식 마찰 교반 접합 또는 복동식 마찰 교반 점 접합에 사용되는 접합 툴 및 이를 이용한 접합 장치 - Google Patents

복동식 마찰 교반 접합 또는 복동식 마찰 교반 점 접합에 사용되는 접합 툴 및 이를 이용한 접합 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 복동식 마찰 교반 접합 툴은, 적어도 원기둥 형상으로 구성되는 핀 부재(11)와, 상기 핀 부재(11)의 외측에 위치하고 원통 형상으로 구성되며 상기 핀 부재(11)와 동일한 축선 주위를 회전하는 숄더 부재(12)를 포함한다. 핀 부재(11)는, 피접합물(60)과의 맞닿음면(11a) 및 내주면(11b)이, 피접합물(60)에 대한 비친화성을 가진다. 또한, 숄더 부재(12)는, 핀 부재(11)를 향하는 내주면(12b) 및 외주면(12c)이, 피접합물(60)에 대한 비친화성을 가지며, 피접합물(60)과의 맞닿음면(12a)은, 피접합물(60)에 대한 친화성을 가진다. 또한, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 간격이 적합화될 수도 있다.

Description

복동식 마찰 교반 접합 또는 복동식 마찰 교반 점 접합에 사용되는 접합 툴 및 이를 이용한 접합 장치{WELDING TOOL USED FOR DOUBLE-ACTING TYPE FRICTION STIR WELDING OR DOUBLE-ACTING TYPE FRICTION STIR SPOT WELDING, AND WELDING DEVICE USING SAME}
본 발명은, 복동식 마찰 교반 접합 또는 복동식 마찰 교반 점 접합에 사용되는 접합 툴 및 이를 이용한 접합 장치에 관한 것으로, 특히, 피접합물의 양호한 접합을 가능하게 하는 접합 툴 및 이를 이용한 접합 장치에 관한 것이다.
마찰 교반 접합은, 회전 공구인 원기둥형의 핀 부재를, 금속 재료로 이루진 피접합물 안으로 밀어 넣고(압입하고) 상기 금속 재료를 연화시켜 교반함으로써 피접합물끼리 접합하는 방법이며, 접합 시의 입열이 적고 연화 또는 변형의 정도가 적은 접합 방법으로 주목 받고 있다.
또한, 회전 공구로서, 상기 핀 부재에 더하여 상기 핀 부재를 삽입하기 위한 중공을 갖는 대략 원기둥형의 숄더 부재를 사용하는 복동식 마찰 교반 접합도 알려져 있다. 이러한 복동식 마찰 교반 접합은, 핀 부재 및 숄더 부재(접합 툴)가, 각각 회전 작동 및 진퇴 동작을 수행할 수 있기 때문에, 핀 부재의 진퇴 동작과 숄더 부재의 진퇴 동작의 시간 차이(timing)를 조절함으로써 핀 부재의 압입으로 형성된 오목부를 되메우는 것이 가능하게 되어 있다. 또한, 복동식 마찰 교반 점 접합에서는, 숄더 부재의 외측에 대략 원중(圓中) 모양의 클램프 부재가 사용되는 경우가 많다.
그런데, 복동식 마찰 교반 접합 혹은 복동식 마찰 교반 점 접합(이하, 복동식 마찰 교반 접합 혹은 복동식 마찰 교반 점 접합을 통합하여 "복동식 마찰 교반 접합"이라고 칭한다)에 있어서는, 핀 부재와 숄더 부재 사이에 피접합물 혹은 피접합물에서 밀려 나온 응착물 등(이하, "피접합물 등"이라고 칭한다)이 침투함으로써 동작 불량이 발생하는 경우가 알려져 있다. 또한, 숄더 부재와 클램프 부재 사이에도 마찬가지로 피접합물 등이 침투함으로써 동작 불량이 발생하는 경우가 알려져 있다. 구체적으로는, 접합 툴의 압입 및 인발에 의해 피접합물 등의 침투 등이 발생하기 쉽고, 침투한 피접합물 등이 핀 부재와 숄더 부재 사이에 침투하면, 이러한 접합 툴의 표면(예를 들어 핀 부재이면 외주면, 숄더 부재이면 내주면)에 응착하여 상기 접합 툴의 진퇴 동작이 원활하게 이루어지지 않을 우려가 있다. 따라서 예를 들면 특허문헌1에는, 핀 부재와 숄더 부재 사이에 부착된 피접합물 등을 청소하는 청소 방법이 개시되어 있다.
하지만, 복동식 마찰 교반 접합에 있어서는, 상기와 같은 청소 방법을 수시로 실시하는 것보다 처음부터 피접합물 등이 접합 툴의 표면에 응착하지 않도록 하는 편이, 동작 불량을 방지하는 관점에서 바람직하다. 이 경우, 접합 툴의 표면을 코팅하는 것을 고려할 수 있다.
피접합물 등의 응착을 방지하는 것을 목적으로 하는 것은 아니지만, 마찰 교반 접합에 있어서 접합 툴의 표면을 코팅하는 기술로는, 예를 들면, 특허문헌2, 특허문헌3 또는 특허문헌4에 개시된 기술이 알려져 있다. 이러한 기술은, 접합 툴의 내구성 향상을 도모하는 것에 더하여 접합 시간의 단축화도 도모하는 것을 목적으로, 산화알루미늄의 피막(특허문헌2), 탄화티타늄으로 이루어진 기층과 질화티타늄으로 이루어진 표층의 이층 피막(특허문헌2), 질화알루미늄으로 이루어진 피막(특허문헌3, 특허문헌4) 등을 핀 부재에 코팅하고 있으며, 또한, 특허문헌4에서는, 질화알루미늄 피막의 코팅에 더하여 특정 조성으로 기재를 사용하는 것이 개시되어 있다.
또한, 특허문헌5에는, 회전 공구의 프로브(핀 부재)와 숄더 부재 사이에 피접합물의 재료가 응착하는 것을 억제하거나 방지하는 것을 목적으로, 프로브의 외주면 및/또는 숄더 부재의 내주면에, 표면이 카본 나노 튜브로 이루어진 코팅층을 형성하는 "마찰 교반 점 접합용 회전 공구"가 개시되어 있다.
일본특허공보 특개 2007-216286호 일본특허공보 특개 2007-268605호 일본특허공보 특개 2008-030096호 일본특허공보 특개 2009-072790호 일본특허공보 특개 2011-036878호
위의, 특허문헌2 내지 특허문헌4에 개시된 코팅은, 앞서 언급한 바와 같이 접합 툴의 강도 향상을 도모하는 것을 주된 목적으로 하는 것이며, 복동식 마찰 교반 접합에 있어서, 핀 부재 및 숄더 부재 사이에 침투한 피접합물 등의 응착을 억제하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 피접합물이 알루미늄 또는 알루미늄 합금(알루미늄계 재료)으로 구성되어 있는 경우, 특허문헌2 내지 특허문헌4에 개시된 코팅에서는, 피접합물인 알루미늄계 재료의 응착을 효과적으로 억제할 수 없기 때문에, 동작 불량을 효과적으로 회피할 수가 없다.
또한, 피접합물 등이 접합 툴의 표면에 응착하면, 청소에 의해 응착물을 배출시킬 때에 상기 접합 툴의 표면에 마모가 발생하는 경우가 있다. 또한, 응착물의 배출이 반복되면 접합 툴의 두께가 감소할 우려도 있다. 이 때문에 응착물은 될 수 있는 한 적거나 나오지 않는 편이 바람직하다.
한편, 특허문헌5에 개시된 기술은, 핀 부재와 숄더 부재 사이의 면에 카본 나노 튜브로 이루어진 코팅층을 형성함으로써 이것들 사이에 피접합물 등이 응착하는 것을 억제하거나 방지하는 기술을 개시하고 있지만, 이 기술에서는, 핀 부재의 선단에 피접합물 등이 응착하는 것을 억제할 수가 없다. 그 때문에, 접합부의 외관 품질이 반드시 양호하지는 않다. 또한, 응착을 억제할 수 없기 때문에, 핀 부재의 동작에 따라 맞닿음면에 피접합물의 표면 일부가 부착하고 박리하여 피접합물 혹은 접합 툴 자체에 영향을 미칠 가능성이 있다. 또한, 코팅층의 재료로 사용되는 카본 나노 튜브는 매우 비싸고 비용 증가를 초래할 우려도 있다.
본 발명은 이러한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 복동식 마찰 교반 접합 또는 복동식 마찰 교반 점 접합에 있어서, 특히 핀 부재와 숄더 부재 사이에서 피접합물 등의 응착 발생을 방지함과 동시에 효율적인 접합을 가능하게 하고, 또한 접합 부분의 품질 향상을 도모하는 것도 가능하게 하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 접합 툴은, 피접합물을 부분적으로 교반함으로써 접합하는 복동식 마찰 교반 접합 또는 복동식 마찰 교반 점 접합에 사용되고, 상기 피접합물을 교반하기 위해 축선 주위를 회전하고, 상기 축선 방향으로 진퇴 이동 가능하게 구성되어 있는 접합 툴로서, 원기둥 형상으로 구성되고, 외주면 및 상기 피접합물과의 맞닿음면이 상기 피접합물에 대한 비친화성을 가지는 핀 부재와, 상기 핀 부재의 외측에 위치하고, 상기 핀 부재의 외측을 둘러싸는 원통 형상으로 구성되며, 상기 핀 부재와 동일한 축선 주위를 회전하고, 외주면 및 상기 핀 부재를 향하는 내주면이 상기 피접합물에 대한 비친화성을 가지고, 상기 피접합물과의 맞닿음면은 상기 피접합물에 대한 친화성을 가지는 숄더 부재로 구성되어 있다.
상기 구성에 따르면, 핀 부재와 숄더 부재의 사이는 비친화성을 가지고 있다. 이로써 피접합물 등이 핀 부재와 숄더 부재 사이에 침투하더라도 응착하는 것을 효과적으로 억제할 수 있거나 방지할 수 있다. 그러므로 접합 툴의 동작 불량을 효과적으로 회피할 수 있어 효율적인 마찰 교반 접합 또는 마찰 교반 점 접합을 실시할 수 있다. 또한, 핀 부재 및 숄더 부재의 마모로 인한 두께 감소, 핀 부재의 부러짐 등의 발생도 효과적으로 억제할 수 있기 때문에, 접합 툴의 수명 단축을 방지할 수도 있다. 또한, 상기 구성에 따르면, 응착물의 배출이 억제되기 때문에, 핀 부재나 숄더 부재가 배출물을 누르는 형태로 압입하는 것도 억제할 수 있다. 그러므로 접합 부분의 표면에 손상이 생기거나 요철이 발생하는 것을 실질적으로 방지할 수 있기 때문에, 접합 부분의 품질 향상을 도모하는 것도 가능해진다.
게다가, 숄더 부재의 맞닿음면이 피접합물에 대해 친화성을 갖기 때문에 피접합물에 충분한 마찰을 줄 수 있고, 또한 핀 부재의 맞닿음면은 피접합물에 대한 비친화성을 가지고 있기 때문에, 핀 부재의 후진에 따라 맞닿음면에 피접합물의 표면 일부가 부착하고 박리하는 우려도 회피할 수 있다. 그러므로 마찰 교반 접합 또는 마찰 교반 점 접합을 보다 효율적으로 실시할 수 있는 동시에 접합 부분의 품질을 보다 향상시킬 수도 있다. 상기 구성의 접합 툴에 있어서는, 상기 숄더 부재의 외측에 위치하고, 상기 피접합물을 한쪽 면에서 가압하는 클램프 부재를 더 포함하고, 상기 클램프 부재 중 상기 피접합물과의 맞닿음면과, 상기 클램프 부재 중 상기 숄더 부재의 외주면을 향하는 내주면이, 상기 피접합물에 대한 비친화성을 가지고 있는 구성일 수 있다.
또한, 상기 구성의 접합 툴에 있어서는, 상기 피접합물에 대한 비친화성을 가지는 상태는, 다이아몬드 또는 수소 프리 다이아몬드 라이크 카본(수소 프리 DLC)에 의한 코팅으로 실현되어 있는 구성일 수 있다.
또한, 상기 구성의 접합 툴에 있어서는, 상기 피접합물이, 알루미늄 및 알루미늄 합금 중 하나 이상으로 구성될 수 있다.
또한, 상기 구성의 접합 툴에 있어서는, 상기 피접합물에 대한 비친화성을 가지는 상태는, 표면 처리, 툴 재질의 변경, 또는 툴 재료의 성질 변경에 의해 실현되는 구성일 수 있다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 다른 접합 툴은, 알루미늄 및 알루미늄 합금 중 하나 이상으로 구성된 피접합물을 부분적으로 교반함으로써 접합하는 복동식 마찰 교반 접합 또는 복동식 마찰 교반 점 접합에 사용되고, 상기 피접합물을 교반하기 위해 축선 주위를 회전하고, 상기 축선 방향으로 진퇴 이동 가능하게 구성되어 있는 접합 툴로서, 원기둥 형상으로 구성되고, 외주면 및 상기 피접합물과의 맞닿음면이 다이아몬드 또는 수소 프리 다이아몬드 라이크 카본으로 코팅되어 있는 핀 부재와, 상기 핀 부재의 외측에 위치하고, 상기 핀 부재의 외측을 둘러싸는 원통 형상으로 구성되며, 상기 핀 부재와 동일한 축선 주위를 회전하고, 외주면 및 상기 핀 부재를 향하는 내주면이, 다이아몬드 또는 수소 프리 다이아몬드 라이크 카본으로 코팅되어 있고, 상기 피접합물과의 맞닿음면은 다이아몬드 또는 수소 프리 다이아몬드 라이크 카본으로는 코팅되어 있지 않은 숄더 부재로 구성될 수 있다.
상기 구성의 접합 툴에 있어서는, 상기 숄더 부재의 외측에 위치하고, 상기 피접합물을 한쪽 면에서 가압하는 클램프 부재를 더 포함하고, 상기 클램프 부재 중 상기 피접합물과의 맞닿음면과, 상기 클램프 부재 중 상기 숄더 부재의 상기 외주면을 향하는 내주면이, 다이아몬드 또는 수소 프리 다이아몬드 라이크 카본으로 코팅되어 있는 구성일 수 있다.
본 발명에 따른 상기 과제를 해결하기 위한, 또 다른 접합 툴은, 피접합물을 부분적으로 교반함으로써 접합하는 복동식 마찰 교반 접합 또는 복동식 마찰 교반 점 접합에 사용되고, 상기 피접합물을 교반하기 위해 축선 주위를 회전하고, 상기 축선 방향으로 진퇴 이동 가능하게 구성되어 있는 접합 툴로서, 원기둥 형상으로 구성되는 핀 부재와, 상기 핀 부재의 외측에 위치하고, 상기 핀 부재를 둘러싸는 원통 형상으로 구성되며, 상기 핀 부재와 동일한 축선 주위를 회전하는 숄더 부재를 포함하고, 상기 핀 부재의 외경을 핀 외경으로 하고, 상기 숄더 부재 중 상기 핀 부재를 삽입하는 관통 구멍의 내경을 숄더 내경으로 하면, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재 사이의 간격은, 상기 핀 외경과 상기 숄더 내경의 차이가 0.01mm 이상 0.1mm 이하의 범위 내가 되도록 설정되어 있는 구성일 수 있다.
상기 구성에 따르면, 핀 부재 및 숄더 부재의 간격이 적합화 되어 있으므로, 피접합물 등이 핀 부재 및 숄더 부재 사이에 침투하기 어렵게 할 수 있다. 그러므로 접합 툴의 동작 불량을 효과적으로 회피할 수 있어 효율적인 마찰 교반 접합 또는 마찰 교반 점 접합을 실시할 수 있다. 또한, 접합 부분에서는, 핀 부재의 맞닿음 부위와 숄더 부재의 맞닿음 부위 사이에 플래시가 발생하는 것을 효과적으로 억제할 수 있다. 그러므로 접합 부분의 품질 향상을 도모하는 것도 가능하게 된다.
또한, 응착의 원인이 되는 피접합물의 침투가 만일 발생했다고 해도 그 양은 매우 적고, 침투한 피접합물의 배출도 실질적으로 억제된다. 그러므로 핀 부재 및 숄더 부재가, 이것들 사이로부터의 배출물을 누르는 형태로 피접합물에 압입하는 것도 억제할 수 있다.
상기 구성의 접합 툴에 있어서는, 상기 숄더 부재의 외측에 위치하고, 상기 피접합물을 한쪽 면에서 가압하는 클램프 부재를 더 포함하고, 상기 숄더 부재의 외경을 숄더 외경으로 하고, 상기 클램프 부재 중 상기 숄더 부재를 삽입하는 관통 구멍의 내경을 클램프 내경으로 하면, 상기 숄더 부재와 상기 클램프 부재 사이의 간격은, 상기 숄더 외경과 상기 클램프 내경의 차이가 0.01mm 이상 0.1mm 이하의 범위 내가 되도록 설정되어 있는 구성일 수 있다.
또한, 본 발명에는, 상기 어느 하나 구성의 접합 툴을 구비하며, 복동식 마찰 교반 접합 또는 복동식 마찰 교반 점 접합에 이용되는 접합 장치도 포함된다.
본 발명의 상기 목적, 다른 목적, 특징, 및 효과는, 첨부 도면 첨부 하에, 이하의 바람직한 실시예의 상세한 설명으로부터 명확하게 설명된다.
본 발명에 따르면, 복동식 마찰 교반 접합 또는 복동식 마찰 교반 점 접합에 있어서, 특히 핀 부재와 숄더 부재 사이에서 피접합물 등의 응착을 발생시키기 어렵게 하는 동시에 효율적인 접합을 가능하게 하고, 또한 접합 부분의 품질 향상을 도모하는 것도 가능하게 하는 효과가 있다.
도 1은, 본 발명의 실시예1에 따른 복동식 마찰 교반 접합 장치의 구성의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 2는, 도 1에 나타낸 복동식 마찰 교반 접합 장치에 있어서, 복동식 마찰 교반 접합 툴에 다이아몬드 혹은 수소 프리 DLC를 코팅하고 있는 부분의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 3은, 도 1에 나타낸 복동식 마찰 교반 접합 장치에 있어서, 복동식 마찰 교반 접합 툴 및 그 이외의 부재에 다이아몬드 혹은 수소 프리 DLC를 코팅하고 있는 부분의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 4는, 본 발명의 실시예2에 따른 복동식 마찰 교반 접합 장치가 구비한 복동식 마찰 교반 접합 툴에 있어서, 핀 부재와 숄더 부재 사이의 간격, 또는 숄더 부재와 클램프 부재 사이의 간격을 설명하는 모식도이다.
도 5는, 본 발명의 실시예1에 따른 복동식 마찰 교반 접합 장치에서 알루미늄 재료의 마찰 교반 접합을 수행한 후의 핀 부재의 외관을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를, 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 이하에서는 모든 도면에 걸쳐 동일하거나 상응하는 요소에는 동일한 참조부호를 부여하고 그 중복되는 설명을 생략한다.
(실시예1)
[복동식 마찰 교반 접합 장치]
본 발명의 실시예에 따른 복동식 마찰 교반 접합 장치의 기본적인 구성의 일예에 대해 도 1을 참조하여 구체적으로 설명한다. 또한, 이하의 설명에서는, 편의상 복동식 마찰 교반 접합 장치를 "마찰 교반 접합 장치"로, 복동식 마찰 교반 접합 툴을 "접합 툴"로 각각 간단히 기술한다. 또한, 앞서 언급한 바와 같이, 본 명세서에서는, 복동식 마찰 교반 접합 혹은 복동식 마찰 교반 점 접합을 통합하여 "복동식 마찰 교반 접합"이라고 칭하므로 본 실시예에서 설명하는 "마찰 교반 접합 장치"는, "복동식 마찰 교반 접합 장치"일 수도 있고, "복동식 마찰 교반 점 접합 장치"일 수도 있다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 따른 마찰 교반 접합 장치(50)는, 회전 공구(51), 공구 고정부(52), 공구 구동부(53), 클램프 부재(54), 배킹 지지부(55) 및 배킹 부재(56) 갖추고 있다.
회전 공구(51)는, 공구 고정부(52)에 의해 지지되는 접합 툴이며, 공구 구동부(53)에 의해 진퇴 및 회전 구동된다. 회전 공구(51), 공구 고정부(52), 공구 구동부(53) 및 클램프 부재(54)는, C형 관(C형 프레임)으로 구성된 배킹 지지부(55)의 상부에 설치되고, 상기 배킹 지지부(55)의 하부에는 배킹 부재(56)가 설치되어 있다. 따라서 회전 공구(51)와 배킹 부재(56)는 서로 대향하는 위치에서 배킹 지지부(55)에 설치되어 있으며, 이러한 회전 공구(51)와 배킹 부재(56) 사이에 피접합물(60)이 배치된다. 또한, 본 발명에 있어서는, 피접합물(60)은, 알루미늄 또는 그 합금(알루미늄계 재료)으로 구성된다.
회전 공구(51)는, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)로 구성되어 있다. 또한, 공구 고정부(52)는, 회전 공구 고정부(521) 및 클램프 고정부(522)로 구성되고, 공구 구동부(53)는, 핀 구동부(531), 숄더 구동부(532), 회전 구동부(533) 및 스프링(534)으로 구성되어 있다. 또한, 클램프 부재(54)는, 스프링(534)을 통해 클램프 고정부(522)에 고정되어 있다.
핀 부재(11)는, 대략 원통형 또는 대략 원기둥형이며, 상세하게 도시되지 않지만, 회전 공구 고정부(521)에 의해 지지되고 있다. 이러한 핀 부재(11)는, 회전 구동부(533)에 의해 축선(Xr)(회전축, 도면 중 일점점선) 주위를 회전하고, 핀 구동부(531)에 의해 파선 화살표(P1) 방향 즉 축선(Xr) 방향(도 1에서는 상하 방향)을 따라 진퇴 이동 가능하게 구성되어 있다. 숄더 부재(12)는, 중공을 갖는 대략 원통형이며, 중공 내에 핀 부재(11)가 삽입되고, 핀 부재(11)의 외측에 있어서 상기 핀 부재(11)를 둘러싸도록 회전 공구 고정부(521)에 의해 지지되어 있다. 이 숄더 부재(12)는, 회전 구동부(533)에 의해 핀 부재(11)와 동일한 축선(Xr) 주위를 회전하고, 숄더 구동부(532)에 의해 파선 화살표(P2) 방향 즉 축선(Xr) 방향을 따라 진퇴 이동 가능하게 구성되어 있다.
이와 같이, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)는, 본 실시예에서는 모두 동일한 회전 공구 고정부(521)에 의해 지지되고, 모두 회전 구동부(533)에 의해 축선(Xr) 주위를 일체적으로 회전한다. 또한, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)는, 핀 구동부(531) 및 숄더 구동부(532)에 의해 각각 축선(Xr) 방향을 따라 진퇴 이동 가능하게 구성되어 있다. 또한, 도 1에 나타낸 구성에서는, 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 서로 독립적으로 진퇴 이동 가능하게 구성될 수도 있다.
클램프 부재(54)는, 숄더 부재(12)의 외측에 설치되고, 숄더 부재(12)와 마찬가지로, 중공을 갖는 원통형이며, 중공 내에 숄더 부재(12)가 삽입되어 있다. 따라서 핀 부재(11)의 외주에 대략 원통형의 숄더 부재(12)가 위치하고, 숄더 부재(12)의 외주에 대략 원통형의 클램프 부재(54)가 위치하고 있다. 바꿔 말하면, 클램프 부재(54), 숄더 부재(12) 및 핀 부재(11)가, 각각 동축심형의 중첩 구조를 형성하고 있다.
클램프 부재(54)는, 피접합물(60)을 한쪽 면(제1 면)에서 가압하는 것으로, 본 실시예에서는, 스프링(534)을 통해 클램프 고정부(522)에 지지되어 있다. 따라서 클램프 부재(54)는 배킹 부재(56) 측에 가압 받고 있다. 또한, 클램프 고정부(522)에는, 회전 구동부(533)를 통해 회전 공구 고정부(521)가 지지되어 있다. 클램프 고정부(522)는, 숄더 구동부(532)에 의해 파선 화살표(P3) 방향(파선 화살표(P1,P2)와 같은 방향)으로 진퇴 가능하게 구성되어 있다.
또한, 스프링(534)은 클램프 부재(54)에 가압을 가하거나 가압력을 제공하거나 하는 부재이기 때문에, 상기 스프링(534) 대신에 예를 들어, 가스압, 유압, 서보 모터 등을 이용한 기구도 적합하게 사용할 수 있다. 또한, 스프링(534)은, 도 1에 나타낸 바와 같이 숄더 구동부(532)에 장착됨으로써 진퇴 이동 가능하게 구성될 수도 있고, 숄더 구동부(532)에 상관없이 독립적으로 진퇴 이동 가능하게 구성될 수도 있다.
상기 구성의 회전 공구(51), 공구 고정부(52), 공구 구동부(53) 및 클램프 부재(54)는, 앞서 언급한 바와 같이, 배킹 부재(56)와 대향하도록 배킹 지지부(55)에 설치되어 있다. 회전 공구(51)를 구성하는 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12), 및 클램프 부재(54)는, 각각 맞닿음면(11a)과, 맞닿음면(12a)과, 맞닿음면(54a)을 구비하며, 이러한 맞닿음면(11a,12a,54a)은, 공구 구동부(53)에 의해 진퇴 이동하여 배킹 부재(56)와의 사이에 배치되는 피접합물(60)의 제1 면에 맞닿음 가능하게 되어 있다. 또한, 배킹 부재(56)는, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12), 및 클램프 부재(54)에 대향하는 위치에 설치되며, 피접합물(60)의 다른쪽 면(제2 면)에 맞닿는 것이다. 도 1에서는, 평판형 피접합물(60)의 제2 면에 맞닿도록 평평한 면을 가지고 있다.
배킹 부재(56)는, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 진출 방향 측에 위치하며, 피접합물(60)의 제1 면을 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)를 향한 상태에서 상기 피접합물(60)의 제2 면을 지지면(56a)에 의해 지지한다. 배킹 부재(56)는, 마찰 교반 점 접합을 실시할 수 있도록 피접합물(60)을 적절하게 지지할 수 있는 것이라면, 그 구성은 특별히 한정되지 않는다. 일반적으로는, 판형 피접합물(60)을 안정적으로 지지할 수 있는 지지면(56a)을 갖는 평판형 구성일 수 있지만, 피접합물(60)의 형상에 맞춰 평판형 이외의 구성도 사용할 수 있다. 예를 들어, 복수 종류의 형상을 갖는 배킹 부재(56)가 별도로 준비되고, 피접합물(60)의 종류에 따라 배킹 지지부(55)로부터 분리하여 교체할 수 있도록 구성될 수도 있다.
본 실시예에 있어서의 회전 공구(51), 공구 고정부(52) 및 공구 구동부(53)의 구체적인 구성은, 앞서 언급한 구성에 한정되지 않고 광범위하게 마찰 교반 접합 분야에서 공지된 구성을 적합하게 사용할 수 있다. 예를 들어 공구 구동부(53)를 구성하는 핀 구동부(531), 숄더 구동부(532) 및 회전 구동부(533)는, 본 실시예에서는, 모두 마찰 교반 접합 분야에서 공지된 모터 및 기어 기구 등으로 구성되어 있다. 또한, 마찰 교반 점 접합 장치(50A)의 구성상, 클램프 부재(54)는 설치되어 있지 않을 수 있고, 예를 들어, 필요에 따라 배킹 지지부(55)에서 착탈 가능하게 구성될 수도 있다. 또한, 도 1에는 도시되지 않은 다른 부재 등이 포함될 수도 있다.
또한, 배킹 지지부(55)는, 본 실시예에서는 C형 관으로 구성되어 있지만, 이에 한정되지 않고, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)를 진퇴 이동 가능하게 지지하는 동시에 이러한 회전 공구(51)와 대향하는 위치에 배킹 부재(56)를 지지하도록 구성될 수 있다. 또한, 배킹 지지부(55)는, 도시되지 않은 마찰 교반 점 접합용 로봇 장치, NC 공작 기계, 대형 C 프레임, 오토리벳터 등의 공지된 가공용 기기 등에 설치할 수 있다.
이와 같은 마찰 교반 점 접합 장치(50)를 이용하여 실시되는 마찰 교반 접합 방법의 일예에 대해 설명하면, 먼저, 회전 공구(51)를 피접합물(60)에 접근시켜 클램프 부재(54)의 맞닿음(54a) 및 배킹 부재(56)의 지지면(56a)을 피접합물(60)에 접촉시킨다. 그리고 회전 공구(51)를 피접합물(60)에 근접시켜 핀 부재(11)의 맞닿음면(11a) 및 숄더 부재(12)의 맞닿음면(12a)을 피접합물(60)에 맞닿게 하고 회전시킨다.
이에 따라 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 맞닿음 영역이 마찰에 의해 발열함으로써 연화하여 소성 유동부가 생긴다. 그래서 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)를 각각 피접합물(60)에 진입시키거나 후퇴시키거나 함으로써 소성 유동부를 교반할 수 있다. 그러므로 피접합물(60)을 부분적으로 교반하여 접합할 수 있다. 게다가, 예를 들어 핀 부재(11)의 진입(압입)에 의해 생긴 오목부는, 숄더 부재(12)로 되메울 수 있다. 그 후, 회전 공구(51) 및 배킹 부재(56)를 피접합물(60)에서 떼어 놓고, 일련의 마찰 교반 접합이 종료된다.
[회전 공구의 표면 처리]
다음으로, 본 실시예에 따른 마찰 교반 접합 장치(50)에 있어서, 회전 공구(51)(접합 툴)에는, 그 표면의 많은 부분이, 피접합물(60)에 대한 친화성이 낮게 되어 있지만, 일부는 피접합물(60)에 대한 친화성을 갖고 있다. 이 점에 대해서 도 2를 참조하여 구체적으로 설명한다.
본 실시예에 있어서, 회전 공구(51)의 표면이 " 피접합물(60)에 대한 친화성이 낮게 되어 있는" 상태란, 피접합물(60)을 구성하는 재료(피접합물 등)가 부착 또는 응착하기 어려운 상태를 의미하며, 바꿔 말하면, "피접합물(60)에 대해 비친화성을 갖는" 상태이다. 또한, "비친화성을 갖는" 상태란, 피접합물(60)에 대한 마찰이 낮은 상태라고 바꿔 말할 수 있다. 그러므로 "친화성을 갖는" 상태란, 피접합물(60)에 대한 마찰이 높은 상태라고 바꿔 말할 수 있다.
"피접합물(60)에 대한 친화성이 낮게 되어 있는" 상태(비친화성을 갖는 상태)를 실현하기 위한 방법으로는, 대표적으로는, 표면 처리를 들 수 있다. 이 표면 처리는, 피접합물(60)에 대한 응착성이 낮은 것일 수 있고, 구체적으로는, 예를 들면, 공지된 다양한 코팅을 들 수 있다. 그 중에서도, 다이아몬드 혹은 수소 프리 다이아몬드 라이크 카본(수소 프리 DLC)의 코팅이 특히 적합하게 사용된다.
도 2에 있어서 사선의 해칭 영역으로 모식적으로 나타낸 바와 같이, 회전 공구(51) 중 핀 부재(11)는, 피접합물(60)에 맞닿는 맞닿음면(11a) 및 외주면(11b)이 다이아몬드 혹은 수소 프리 DLC로 코팅되어 있다. 한편, 숄더 부재(12)는, 핀 부재(11)를 향하는 내주면(12b)과 클램프 부재(54)를 향하는 외주면(12c)이 다이아몬드 또는 수소 프리 DLC으로 코팅되어 있다. 다만, 숄더 부재(12)의 맞닿음면(12a)은 다이아몬드 또는 수소 프리 DLC으로 코팅되어 있지 않다.
다이아몬드 또는 수소 프리 DLC에 의한 코팅은, 일반적인 DLC 혹은 다른 세라믹계 경질 막보다 금속 재료에 대한 친화성이 매우 낮아지는(비친화성을 갖는) 것이 본 발명자들의 검토에 의해 밝혀졌다. 구체적으로는, 예를 들어 금속 재료로서 알루미늄계 재료를 들면, 다이아몬드형의 탄소원자끼리의 결합 구조는, 알루미늄 원자와 결합하기 어렵기 때문에 DLC 코팅 자체가 다른 세라믹 코팅과 비교하여 알루미늄계 재료에 대한 친화성이 낮아지는 경향이 있다.
게다가 코팅에 수소원자 등의 불순물이 존재하면, 상기 불순물이 결함(포아)이 되고 알루미늄 원자가 침투하여 응착의 기점이 되지만, 다이아몬드 혹은 수소 프리 DLC는, 일반적인 DLC와 비교하여 코팅에 함유된 수소 등의 불순물이 적기 때문에 응착의 기점이 매우 적어진다. 게다가 다이아몬드 혹은 수소 프리 DLC의 마찰 계수는 0.1 이하이며, 그 마찰 계수가 매우 작은 코팅이라는 특징도 갖고 있다.
그러므로 마찰 교반 접합 시에 있어서 피접합물(60)에서 밀려나온 알루미늄계 재료의 응착물 등이 발생하여 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12) 사이에 들어가더라도 상기 응착물 등이 응집하는 경우가 없다. 이로써 회전 공구(51)의 동작 불량을 효과적으로 회피할 수 있어 효율적인 마찰 교반 접합을 실시할 수 있다. 또한, 응착된 피접합물 등의 배출이 억제되기 때문에, 핀 부재(11)나 숄더 부재(12)가 배출물을 누르는 형태로 압입하는 것도 억제할 수 있다. 그러므로 접합 부분의 표면에 손상이 생기거나 요철이 발생하거나 하는 것을 실질적으로 방지할 수 있기 때문에, 접합 부분의 품질 향상을 도모하는 것도 가능해진다.
게다가, 본 발명에 있어서는, 회전 공구(51)의 표면 전체를 단순히 다이아몬드 혹은 수소 프리 DLC로 코팅하는 것이 아니라 숄더 부재(12)의 맞닿음면(12a)에는 다이아몬드 혹은 수소 프리 DLC를 코팅하지 않고 핀 부재(11)의 맞닿음면(11a)에 대해서는 다이아몬드 혹은 수소 프리 DLC를 코팅하고 있다. 이로써 마찰 교반 접합을 보다 효율적으로 실시할 수 있는 동시에, 접합 부분의 품질 향상을 더욱 도모할 수 있다.
숄더 부재(12)의 맞닿음면(12a)에서는, 피접합물(60)에 대한 원주 속도가 핀 부재(11)의 맞닿음면(11a)보다 상대적으로 높아진다. 여기서 숄더 부재(12)의 맞닿음면(12a)은 다이아몬드 혹은 수소 프리 DLC로 코팅되어 있지 않기 때문에, 상기 맞닿음면(12a)은 피접합물(60)에 대해 양호한 친화성을 발휘할 수 있고, 그러므로 피접합물(60)에 충분한 마찰을 줄 수 있다. 그 결과, 마찰 교반 접합을 보다 효율적으로 실시하는 것이 가능해진다.
한편, 핀 부재(11)의 맞닿음면(11a)은, 피접합물(60)에 대한 원주 속도가 상대적으로 낮아지기 때문에, 피접합물(60)과의 친화성이 높으면 핀 부재(11)의 인입에 따라 맞닿음면(11a)에 피접합물(60)의 제1 면의 일부가 부착하여 박리하는 경우가 있다. 핀 부재(11)의 맞닿음면(11a)이 다이아몬드 혹은 수소 프리 DLC로 코팅되어 있으면, 피접합물(60)의 제1 면의 박리가 회피되므로 접합 부분의 품질 향상을 더욱 도모할 수 있다.
덧붙여, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12) 사이에 피접합물 등이 응착하지 않기 때문에, 상기 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 마모를 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, 핀 부재(11)와 숄더 부재(12)의 간격(clearance)은 특별히 한정되지 않지만, 설계상 간격을 좁게 하면, 이러한 회전 공구(51)에 적열현상이 발생할 우려가 있다. 이에 반해, 핀 부재(11)의 외주면(11b)과 숄더 부재(12)의 내주면(12b)을 다이아몬드 혹은 수소 프리 DLC로 코팅하면, 적열현상의 발생을 억제하는 것이 가능해진다. 또한, 응착된 피접합물 등을 누르면서 압입하는 것을 억제할 수 있기 때문에, 핀 부재(11)의 부러짐 등의 손상이 발생하는 빈도도 효과적으로 감소시킬 수 있다. 그러므로 회전 공구(51)의 수명 단축을 회피하는 것이 가능해진다.
여기에서, 수소 프리 DLC는, 수소원자를 전혀 포함하지 않은 DLC만을 가리키는 것이 아니라 일반적인 DLC와 비교하여 수소원자의 함유량이 적은 것을 포함한다. 따라서 본 발명에 있어서 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)를 코팅하는 수소 프리 DLC란, 예를 들어, 수소 함유량이 10 at%(원자 농도) 이하의 DLC를 가리킨다. 이와 같은 DLC이면, 일반적인 DLC와 비교하여 알루미늄계 재료 등과의 친화성을 낮출(비친화성을 부여할) 수 있고, 피접합물 등의 응착을 효과적으로 억제 또는 회피하는 것이 가능해진다.
핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)에 다이아몬드 혹은 수소 프리 DLC를 코팅하는 방법은 특별히 한정되지 않고, 공지된 물리증착법 등을 적합하게 사용할 수 있다. 예를 들어, 수소를 포함하지 않는 상태의 조건 하에 있어서, 그래파이트를 원료로 하여 공지된 물리증착법에 의해 카본을 증착하는 방법을, 적합하게 사용할 수가 있다.
여기에서 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)에 있어서의 코팅면, 즉 핀 부재(11)의 맞닿음면(11a) 및 외주면(11b), 숄더 부재(12)의 내주면(12b) 및 외주면(12c)은, 표면 거칠기가 적은 편이 바람직하다. 이로써 코팅면에 다이아몬드 혹은 수소 프리 DLC를 양호하게 코팅할 수 있다.
또한, 숄더 부재(12)의 맞닿음면(12a)을 다이아몬드 혹은 수소 프리 DLC로 코팅하지 않기 위한 방법에 대해서는 특별히 한정되지 않고, 물리증착법에 의해 카본을 증착시킬 때에, 맞닿음면(12a)을 공지된 방법으로 마스킹할 수도 있고, 숄더 부재(12)의 표면 전체를 코팅하고 나서 맞닿음면(12a)만 다이아몬드 혹은 수소 프리 DLC를 연마에 의해 제거할 수도 있다.
또한, 본 실시예에서는, 핀 부재(11), 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(54)(회전 공구(51))의 표면 처리의 일례로 코팅을 예시했지만, 본 발명에 따른 표면 처리는 이에 한정되지 않는다. 즉, 본 발명에 있어서는, 회전 공구(51)의 표면 성질을 변경할 수 있다면, 코팅 이외의 공지된 표면 처리 방법이어도 적합하게 사용할 수 있는 동시에 표면 처리 이외의 방법이어도 적합하게 사용할 수 있다.
즉, 본 발명에 있어서는, 회전 공구(51) 중 피접합물(60)의 응착을 방지하거나 회피하고 싶은 부분에는, 피접합물(60)에 대한 친화성이 낮고 응착하기 어려운 재질(혹은 표면 상태)을 사용하고, 숄더 부재(12)의 맞닿음면(바닥면)(12a)에는, 피접합물(60)에 대한 친화성을 갖는 재질(혹은 표면 상태)을 사용할 수 있다. 또는, 숄더 부재(12)의 맞닿음면(12a)에 대해서는, 피접합물(60)에 대해 마찰을 얻을 수 있는 재질(혹은 표면 상태의 변경 등)을 사용할 수도 있다.
또한, 코팅, 표면 처리, 혹은 재질의 부분적인 변경에 대해, 그 구체적인 방법은 특별히 한정되지 않고, 피접합물(60)의 종류에 따라 친화성이 낮은 코팅, 표면 처리, 혹은 재료를 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 예를 들어, 다른 코팅의 예로는, 질화규소(Si3N4) 등의 세라믹 재료를 들 수 있다. 또한, 본 실시예에서는, "친화성을 낮추는" 방법 중 바람직한 것으로, 다이아몬드 혹은 수소 프리 DLC에 의한 코팅을 사용하고 있지만, 이러한 코팅은, 일반적인 금속 재료로 널리 적합하게 사용할 수 있어 범용성이 높은 것이다.
또한, 특허문헌5에 개시되어 있는 기술에서는, 핀 부재 및 숄더 부재 사이의 면에 카본 나노 튜브로 이루어진 코팅층을 형성하고 있지만, 이러한 접합 툴에서는, 앞서 언급한 문제점이 발생하는 것에 더하여 수백 회 정도의 접합에 따라 부하를 초과하므로 효율적인 접합을 할 수 없는 문제가 있다. 한편, 본 실시예의 접합 툴(회전 공구(51))에 따르면, 예를 들면 접합 횟수가 2000회 이상이어도 특별히 문제없이 실행할 수 있다.
여기서, 본 실시예에 따른 마찰 교반 접합 장치(50)가 접합 대상으로 하는 피접합물(60)은, 대표적으로는, 금속으로 구성되어 있는 것일 수 있고, 그 금속의 종류는 구체적으로 한정되지 않는다. 구체적인 예로는, 앞서 언급한 알루미늄계 재료(알루미늄 또는 그 합금)를 들 수 있지만, 피접합물(60)은 알루미늄계 재료 이외에도, 예를 들면, 티타늄, 철 등 다른 금속 또는 그 합금으로 구성되어 있는 것일 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 마찰 교반 접합 장치(50)에서는, 알루미늄과 티타늄, 또는 알루미늄과 철 등 이종금속의 접합에도 효과적이기 때문에, 피접합물(60)은, 복수 종류의 금속으로 구성될 수도 있다. 추가로, 피접합물(60)은 금속에 한정되지 않고, 각종 수지 등과 같이 마찰 교반 접합이 적용 가능한 재료일 수도 있다.
[변형예]
앞서 언급한 바와 같이, 본 발명에 따른 접합 툴은, 복동식 마찰 교반 접합 또는 복동식 마찰 교반 점 접합에 사용되며, 축선 주위를 회전하는 원기둥형의 핀 부재(11)와, 상기 핀 부재(11)의 외측을 둘러싸는 원통 형상으로 구성되는 숄더 부재(12)를 구비하고, 핀 부재(11)에 있어서의 맞닿음면(11a) 및 외주면(11b)은, 피접합물(60)에 대한 친화성이 낮게 형성되어 있고(피접합물(60)에 대한 비친화성을 갖고 있고), 숄더 부재(12)에 있어서의 내주면(12b) 및 외주면(12c)은, 피접합물(60)에 대한 친화성이 낮게 되어 있고(피접합물(60)에 대한 비친화성을 갖고 있고), 또한, 맞닿음면(12a)만, 피접합물(60)에 대한 친화성을 갖고 있는 구성일 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 접합 툴은, 클램프 부재(54)를 구비하고 있으며, 상기 클램프 부재(54)에 있어서의 맞닿음면(54a)과, 상기 클램프 부재(54)에 있어서의 내주면(54b)이, 피접합물(60)에 대한 친화성이 낮게 되어(피접합물(60)에 대한 비친화성을 갖고) 있을 수 있다.
하지만, 본 발명은, 이에 한정되지 않고, 예를 들면, 회전 공구(51) 이외의 부재 등에 대해서도 피접합물(60)에 대한 비친화성을 부여할 수 있다. 구체적으로는, 본 실시예에서는, 마찰 교반 접합 장치(50)가 구비한 접합 툴, 즉 회전 공구(51)가, 숄더 부재(12)의 맞닿음면(12a)을 제외하고 다이아몬드 혹은 수소 프리 DLC로 코팅되어 있을 수 있지만, 회전 공구(51) 이외의 부재 등에 대해서도 다이아몬드 혹은 수소 프리 DLC을 코팅하여도 좋다. 이로써 회전 공구(51)의 동작 불량을 한층 더 억제하여 마찰 교반 접합의 효율을 향상시키는 것이 가능해진다. 이와 같은 구성을 사용한 마찰 교반 접합 장치(50)(마찰 교반 접합 장치(50)의 변형 예)에 대하여 도 3을 참조하여 구체적으로 설명한다.
구체적으로는, 예를 들어 도 3에 있어서 사선의 해칭 영역으로 모식적으로 나타낸 바와 같이, 클램프 부재(54) 및 배킹 부재(56)에 대해서도 다이아몬드 혹은 수소 프리 DLC를 코팅할 수 있다.
클램프 부재(54)의 경우에는, 피접합물(60)과의 맞닿음면(54a)과, 숄더 부재(12)의 외주면(12c)을 향하는 내주면(54b)을 다이아몬드 혹은 수소 프리 DLC로 코팅할 수 있다. 클램프 부재(54)는, 회전 공구(51)와는 달리 회전하지 않지만, 피접합물(60)을 제1 면에서 가압하기 때문에, 피접합물(60)에 접촉하는 맞닿음면(54a)에는 다이아몬드 혹은 수소 프리 DLC를 코팅하는 것이 바람직하다.
또한, 클램프 부재(54)는, 숄더 부재(12)의 주위를 덮도록 위치하고 있기 때문에, 숄더 부재(12)의 진퇴 이동에 따라 상기 숄더 부재(12)와 클램프 부재(54) 사이에 피접합물 등이 침투할 우려가 있다. 그래서 숄더 부재(12)를 향하는 내주면(54b)도 다이아몬드 혹은 수소 프리 DLC로 코팅하는 것이 바람직하다. 또한, 본 실시예에 따르면 클램프 부재(54)는, 마찰 교반 접합 장치(50)의 일부이지만, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)와 함께 회전 공구(51)(마찰 교반 접합 툴)를 구성할 수도 있다.
배킹 부재(56)의 경우에는, 피접합물(60)을 지지하는 지지면(56a)을 다이아몬드 혹은 수소 프리 DLC로 코팅할 수 있다. 배킹 부재(56)는, 회전 공구(51)에서 볼 때 진출 방향 측에 위치하고 있으며, 피접합물(60)의 제1 면을 회전 공구(51)를 향한 상태에서 상기 피접합물(60)의 제2 면에 지지면(56a)을 맞닿게 해서 지지하는 구성으로 되어 있다. 그러므로 배킹 부재(56)는, 매우 큰 면적으로 피접합물(60)에 맞닿기 때문에, 상기 피접합물(60)에서 생기는 피접합물 등이 제 2면과 지지면(56a) 사이에 삽입되기가 용이해진다. 그래서 지지면(56a)을 다이아몬드 혹은 수소 프리 DLC로 코팅함으로써 피접합물(60)과 지지면(56a) 사이에서 피접합물 등을 응착시키기 어렵게 할 수 있다.
마찬가지로, 클램프 부재(54)의 내측에 설치되는 부싱부는, 클램프 부재(54)의 내측에 위치하는 숄더 부재(12)의 회전 시의 접촉을 억제하지만, 이 부싱부의 존재에 따라 클램프 부재(54)와 숄더 부재(12)의 과도한 접촉을 억제할 수 있기 때문에, 특히 회전 공구(51)인 숄더 부재(12)의 마모를 줄일 수 있다.
또한, 상기 부싱부가 핀 부재(11) 또는 숄더 부재(12)와 접촉하고 있는 상태에 대해서는 특별히 한정되지 않고, 공지된 윤활제를 삽입한 윤활 접촉일 수 있고, 윤활제 등을 삽입하지 않은 무윤활 접촉일 수도 있다.
또한, 본 실시예에서는, 복동식 마찰 교반 접합을 예로 들어 본 발명을 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 복동식이 아닌 단동식 마찰 교반 접합에도 적합하게 사용할 수 있다. 또한, 본 발명은, 복동식 마찰 교반 점 접합에도 점 접합이 아닌 마찰 교반 접합에도 적합하게 적용할 수 있다.
(실시예2)
상기 실시예1에서는, 적어도 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)로 이루어진 회전 공구(51)에 있어서, 숄더 부재(12)의 맞닿음면(12a)을 제외한 면에, 피접합물(60)에 대한 비친화성을 부여할 수 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 적어도 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 간격을 설정하는 구성일 수 있다. 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 간격을 적합화함으로써 피접합물 등의 응착을 발생시키기 어렵게 하여 효율적인 접합이 가능하며, 또한 접합 부분의 품질 향상을 도모하는 것도 가능해진다. 이 구성에 대해 도 4를 참조하여 설명한다.
본 실시예에 따른 회전 공구(51)는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 실시예1에서 설명한 회전 공구(51)와 기본적으로 동일한 구성이지만, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 간격을 바람직한 범위로 설정하는 구성으로 되어 있다. 또한, 회전 공구(51)는, 상기 실시예1에서 설명한 바와 같이, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)를 구비할 수 있지만, 클램프 부재(54)를 더 구비할 수도 있고, 이 경우 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(54)의 간격도 적합한 범위로 설정할 수 있다.
본 실시예에서는, 숄더 부재(12)에 있어서의 핀 부재(11)를 삽입하는 관통 공을 "핀 부재 삽입 구멍(12d)"이라고 칭한다. 그리고 핀 부재(11)의 외경을 핀 외경으로 하며, 숄더 부재(12)에 있어서의 핀 부재 삽입 구멍(12d)의 내경을 숄더 내경으로 했을 때에, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 간격은, 핀 외경과 숄더 내경의 차이가 0.01mm 이상 0.1mm 이하의 범위 내에 설정될 수 있고, 0.01mm를 초과하고 0.05mm 미만의 범위 내이면 바람직하고, 0.03mm 전후인 것이 더욱 바람직하다.
구체적으로는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 핀 외경을 Rp로 하고, 숄더 내경을 Ri로 하면, Rp와 Ri의 차이(Ri-Rp)는, Dta + Dta = 2Dta가 된다. 또한, 도 4에 있어서 블록 화살표로 나타낸 Dta는, 핀 부재(11)의 반경과 숄더 내경의 반경의 차이이다. 본 실시예에서는, 이 2Dta가, 0.01mm 이상이고 0.1mm 이하가 될 수 있다(0.01mm ≤ 2Dta ≤ 0.1mm).
2Dta가 0.1mm를 초과하면, 피접합물(60)의 접합 부분의 품질이 크게 떨어진다. 게다가 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)에 대해 적지 않을 정도의 알루미늄 응착이 발생하고, 또한 숄더 부재(12)에는, 적지 않을 정도의 손상이 발생하고 있다.
한편, 2Dta가 0.01mm 미만이면, 피접합물(60)의 접합 부분의 품질은 양호하지만, 회전 공구(51)의 장착 정밀도가 낮은 경우에는, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)가 적열할 정도로 과도하게 가열될 가능성이 있다. 피접합물(60)이 알루미늄계 재료이면, 시공 중인 회전 공구(51)의 온도는, 일반적으로는 450℃ 정도이지만, 이 정도의 온도에서는, 일반적으로 회전 공구(51)의 과도한 가열은 일어나지 않는다. 그러므로 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 과도한 가열은, 회전 공구(51)의 손상으로 이어질 우려가 있다.
그러므로 본 실시예에서는, 핀 외경과 숄더 내경의 차이가 0.01mm 이상 0.1mm 이하의 범위 내가 되도록, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 간격을 설정하는 것이 바람직하다. 이로써 피접합물(60)의 접합 부분의 품질을 향상시킬 수 있는 동시에 핀 부재(11)와 숄더 부재(12) 사이에서 피접합물 등의 응착을 발생시키기 어렵게 할 수 있다. 그 결과, 종래보다 효율적인 접합이 가능해진다.
또한, 클램프 부재(54)를 구비하고 있는 경우에는, 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(54)의 간격도 적합한 범위로 설정할 수 있다. 숄더 부재(12)의 관통 구멍과 마찬가지로, 클램프 부재(54)에 있어서의 숄더 부재(12)를 삽입하는 관통 공을 "숄더 부재 삽입 구멍(54d)"이라고 칭하고, 숄더 부재(12)의 외경을 숄더 외경으로 하고, 클램프 부재(54)에 있어서의 숄더 부재 삽입 구멍(54d)의 내경을 클램프 내경으로 하면, 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(54)의 간격은, 숄더 외경과 클램프 내경의 차이가 0.01mm 이상 0.1mm 이하의 범위 내가 되도록 설정할 수 있다.
구체적으로는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 숄더 외경을 Ro로 하고, 클램프 내경을 Rc로 하면, Ro 및 Rc의 차이(Rc-Ro)는, Dtb + Dtb = 2Dtb가 된다. 또한, 도 4에 있어서 블록 화살표로 나타낸 Dtb는, 숄더 외경의 반경과 클램프 내경의 반경의 차이이다. 본 실시예에서는, 이 2Dtb가, 0.01mm 이상이고 0.1mm 이하가 될 수 있다(0.01mm ≤ 2Dtb ≤ 0.1mm).
2Dtb가 0.1mm를 초과하면, 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(54)에 대해 적지 않을 정도의 알루미늄 응착이 발생하고, 또한, 클램프 부재(54)의 맞닿음면(54a)에는, 적지 않을 정도의 코팅 박리가 발생하고 있다. 한편, 2Dtb가 0.01mm 미만이면 피접합물(60)의 접합 부분의 품질은 양호하지만, 숄더 부재(12)에 앞서 언급한 과도한 가열이 발생할 가능성이 있다. 이와 같은 과도한 가열은, 회전 공구(51)의 손상으로 이어질 우려가 있다.
이와 같이, 본 발명에 있어서는, 회전 공구(51)를 구성하는 핀 부재(11), 숄더 부재(12)(심지어 클램프 부재(54))의 적절한 부분에 대해, 피접합물(60)에 대한 비친화성을 부여하는 구성일 수 있고, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 간격을 적합화할 수 있다.
회전 공구(51)의 적절한 부분에 비친화성을 부여함으로써 각 부재 사이에 침입한 피접합물 등이 응착하는 것을 실질적으로 방지할 수 있다. 한편, 회전 공구(51)의 간격을 적합화함으로써 회전 공구(51)의 열팽창 또는 진퇴 이동의 폭을 고려하면서 각 부재 사이에 피접합물 등이 침입할 우려를 실질적으로 효과적으로 방지할 수 있다. 그러므로 회전 공구(51)의 적절한 부분에 비친화성을 부여하는 동시에 회전 공구(51)의 간격을 적합화함으로써(실시예1 및 실시예2를 조합함으로써) 각 부재 사이에서 피접합물 등의 응착을 더욱 발생시키기 어렵게 하여 효율적인 접합이 가능해지는 동시에 접합 부분의 품질을 더욱 향상시키는 것도 가능해진다. 또한, 응착의 원인이 되는 피접합물 등의 침투가 만일 발생했다고 해도 그 양은 매우 적어지는 동시에 침투된 피접합물 등의 배출도 실질적으로 억제된다. 그러므로 회전 공구(51)가, 이것들 사이에서의 배출물을 누르는 형태로 피접합물(60)에 압입하는 것도 억제할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 상기한 바와 같이, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 간격은, 핀 외경과 숄더 내경의 차이(2Dta)가 0.01mm ≤ 2Dta ≤ 0.04mm 이하의 범위 내이고, 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(54)의 간격은, 숄더 외경과 클램프 내경의 차이(2Dtb)가 0.01mm ≤ 2Dta ≤ 0.1mm 일 수 있지만, 후술하는 실시예2 및 참고예1 ~ 참고예3의 결과로부터 분명한 바와 같이, 0.03mm 전후의 범위 내가 더욱 바람직하다. 따라서 본 실시예에서는, 핀 외경과 숄더 내경의 차이(2Dta)는, 0.03mm ± 0.01mm의 범위 내(0.02mm ≤ 2Dta ≤ 0.04mm)이면 더욱 바람직하고, 숄더 외경과 클램프 내경의 차이(2Dtb)도 0.03mm ± 0.01mm의 범위 내(0.02mm ≤ 2Dtb ≤ 0.04mm)이면 더욱 바람직하다.
실시예
본 발명에 있어서, 실시예, 비교예 및 참고예에 의거하여 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 변경, 수정 및 변형을 할 수 있다.
(실시예1)
먼저, 마찰 교반 접합 장치(50)로, 가와사키중공업주식회사제, 복동식 FSJ 로봇 시스템을 이용하고, 회전 공구(51)로는, 전체를 수소 프리 DLC로 코팅한 핀 부재(11)와, 상기 핀 부재(11)를 진퇴 이동 가능하게 수용하는 원통형이며, 맞닿음면(12a)을 제외한 전체를 수소 프리 DLC로 코팅한 숄더 부재(12)와, 이 숄더 부재(12)의 외측에 위치하는 원통 형상의 클램프 부재(54)를 사용하였다. 이 회전 공구(51) 중 피접합물(60)에 대해 진퇴 이동하는 부분(핀 부재(11) 및 숄더 부재(12))의 외경은 6mm이며, 이 진퇴 이동하는 부분을 내부에 수용하는 클램프 부재(54)의 외경은 12mm이었다.
다음으로, 피접합물(60)로서, 두께 0.025 인치(약 0.635mm)의 알루미늄재(AL6061-T6)와 두께 0.020 인치(약 0.508mm)의 알루미늄재(AL2024C-T3)를 중첩한 것을 사용하고, 이 피접합물(60)에 대해 마찰 교반 접합을 952회 시공하였다.
시공 후의 피접합물(60)의 접합 부분을 확인한 결과, 현저한 요철 등은 발생하지 않으며, 평평하고 양호한 외관을 갖고 있었다. 또한, 회전 공구(51) 및 클램프 부재(54)를 확인한 결과, 숄더 부재(12)의 내주면(12b) 및 클램프 부재(54)의 내주면(54b) 중 어느 것에 있어서도 알루미늄 응착은 보이지 않고, 또한 내주면(12b,54b)의 현저한 손상도 보이지 않았다.
또한, 핀 부재(11)의 맞닿음면(11a)에도 알루미늄 응착은 보이지 않고, 도 5에 나타낸 바와 같이, 시공 전과 마찬가지로 알루미늄 응착은 전혀 보이지 않았다. 또한, 도 5에서는, 핀 부재(11)의 상태를 명확하게 도시하기 위해, 핀 부재(11)를 배경에 대해 강조하도록 화상 처리를 실시하고 있다.
(비교예)
회전 공구(51)로, 수소 프리하지 않은 DLC로 전체를 코팅한 같은 치수의 회전 공구(51)를 사용한 것 이외에는, 상기 실시예와 마찬가지로 피접합물(60)에 마찰 교반 접합을 시공했다.
시공 후의 피접합물(60)의 접합 부분을 확인한 결과, 딤플 모양의 작은 표면 거침이 관찰되었다. 또한, 회전 공구(51) 및 클램프 부재(54)를 확인한 결과, 숄더 부재(12)의 내주면(12b) 및 클램프 부재(54)의 내주면(54b) 중 어느 것에 있어서도 알루미늄의 현저한 응착 및 손상이 관찰되었다. 또한, 핀 부재(11)의 맞닿음면(11a)에도 알루미늄 응착이 관찰되었다.
(실시예2)
회전 공구(51)로, 외경 3.0mm인 핀 부재(11)와, 외경이 6.0mm이고 내경이 3.03mm인 숄더 부재(12)와, 외경이 12mm이고 내경이 6.03mm인 클램프 부재(54)를 준비했다. 또한, 핀 부재(11), 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(54)에는, 수소 프리 DLC 코팅을 했다.
이 구성에서는, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 간격은, 핀 외경과 숄더 내경의 차이가 0.03mm가 되도록 설정되고, 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(54)의 간격은, 숄더 외경과 클램프 내경의 차이가 0.03mm가 되도록 설정되어 있다. 이 회전 공구(51)를 사용하여 상기 실시예1과 같은 피접합물(60)에 대해 접합을 30회 시공했다.
시공 후의 피접합물(60)의 접합 부분을 확인한 결과, 핀 부재(11)의 접촉 부위에도 숄더 부재(12)의 접촉 부위에도 외관상의 큰 문제점은 특별히 관찰되지 않았다. 또한, 핀 부재(11)의 접촉 부위와 숄더 부재(12)의 접촉 부위의 경계부에는, 플래시의 발생은 관찰되지 않았다.
또한, 시공 후의 회전 공구(51)를 관찰한 결과, 먼저, 핀 부재(11)에는, 외관상의 큰 문제점은 특별히 관찰되지 않고, 외주면(11b)에 미량의 알루미늄 응착이 관찰되는 정도였다.
다음으로, 숄더 부재(12)에 대해서는, 맞닿음면(12a)에는, CrN 코팅의 박리에 의한 요철이 일부 관찰되었지만, 대폭적인 요철의 발생은 관찰되지 않았다. 또한, 내주면(12b) 및 외주면(12c)에도 외관상의 큰 문제점은 특별히 관찰되지 않으며, 내주면(12b)에 미량의 알루미늄 응착이 관찰되고, 외주면(12c)에 약간의 손상이 관찰되는 정도였다.
다음으로, 클램프 부재(54)에 대해서는, 맞닿음면(54a) 및 내주면(54b)에도 외관상의 큰 문제점은 특별히 관찰되지 않으며, 내주면(54b)에 미량의 알루미늄 응착이 관찰되는 정도였다.
(참고예1)
회전 공구(51) 중 숄더 부재(12)로, 외경이 6.0mm이고, 내경이 3.05mm인 것을 사용하고, 클램프 부재(54)로, 외경이 12mm이고 내경이 6.05mm인 것을 사용한 것 이외에는, 상기 실시예2와 마찬가지로 피접합물(60)을 접합했다.
또한, 이 구성에서는, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 간격은, 핀 외경과 숄더 내경의 차이가 0.05mm가 되도록 설정되고, 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(54)의 간격은, 숄더 외경과 클램프 내경의 차이가 0.05mm가 되도록 설정되어 있다.
시공 후의 피접합물(60)의 접합 부분을 확인한 결과, 핀 부재(11)의 접촉 부위에도 숄더 부재(12)의 접촉 부위에도 외관상의 큰 문제점은 특별히 관찰되지 않았다. 하지만, 핀 부재(11)의 접촉 부위와 숄더 부재(12)의 접촉 부위의 경계부에는, 플래시의 발생이 관찰되었다.
또한, 시공 후의 회전 공구(51)를 관찰한 결과, 먼저, 핀 부재(11)에 대해서는, 그 외주면(11b)에, 실시예2보다 많은 알루미늄 응착이 관찰되었다.
다음으로, 숄더 부재(12)에 대해서는, 맞닿음면(12a)에는, CrN 코팅의 박리로 인한 요철이, 실시예2보다 넓게 발생해 있는 것이 관찰되었다. 또한, 내주면(12b)에는, 실시예2보다 많은 알루미늄 응착이 관찰되고, 외주면(12c)에는, 실시예2보다 광범위하게 손상의 발생이 관찰되었다.
다음으로, 클램프 부재(54)에 대해서는, 맞닿음면(54a)의 관통 구멍(숄더 부재 삽입 구멍(54d)) 주위에, 수소 프리 DLC 코팅의 탈락이 관찰되었다. 또한, 내주면(54b)에는, 실시예2보다 다량의 알루미늄 응착이 관찰되었다.
(참고예2)
회전 공구(51) 중 숄더 부재(12)로, 외경이 6.0mm이고, 내경이 3.07mm인 것을 사용하고, 클램프 부재(54)로, 외경이 12mm이고 내경 6 .07mm인 것을 사용한 것 이외에는, 상기 실시예2와 마찬가지로 피접합물(60)을 접합했다.
또한, 이 구성에서는, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 간격은, 핀 외경과 숄더 내경의 차이가 0.07mm가 되도록 설정되고, 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(54)의 간격은, 숄더 외경과 클램프 내경의 차이가 0.07mm가 되도록 설정되어 있다.
시공 후의 피접합물(60)의 접합 부분을 확인한 결과, 숄더 부재(12)의 접촉 부위에는 스크래치 자국의 발생이 관찰되었다. 또한, 핀 부재(11)의 접촉 부위와 숄더 부재(12)의 접촉 부위의 경계부에는, 플래시의 발생이 관찰되었다.
또한, 시공 후의 회전 공구(51)를 관찰한 결과, 먼저, 핀 부재(11)에 대해서는, 참고예1보다 많은 알루미늄 응착이 관찰되었다.
다음으로, 숄더 부재(12)에 대해서는, 맞닿음면(12a)에 요철이 거의 전면에 발생해 있는 것이 관찰되었다. 또한, 내주면(12b)에는, 참고예1보다 많은 알루미늄 응착이 관찰되고, 외주면(12c)에는, 참고예1보다 넓고 깊은 손상의 발생이 관찰되었다.
다음으로, 클램프 부재(54)에 대해서는, 맞닿음면(54a)의 관통 구멍(숄더 부재 삽입 구멍(54d)) 주위에, 참고예1보다 큰 수소 프리 DLC 코팅의 탈락이 관찰되었다. 또한, 내주면(54b)에는, 참고예1보다 다량의 알루미늄 응착이 관찰되었다. 또한, 클램프 부재(54)의 내주면(54b)에 있어서의 응착 범위와, 숄더 부재(12)의 외주면(12c)에 있어서의 손상의 범위는, 거의 일치하고 있었다.
(참고예3)
회전 공구(51) 중 숄더 부재(12)로, 외경이 6.0mm이고 내경이 3.01mm인 것을 사용하고, 클램프 부재(54)로, 외경이 12mm이고 내경 6.01mm인 것을 사용한 것 이외에는 상기 실시예2와 마찬가지로 피접합물(60)을 접합했다.
이 구성에서는, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 간격은, 핀 외경과 숄더 내경의 차이가 0.01mm가 되도록 설정되고, 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(54)의 간격은, 숄더 외경과 클램프 내경의 차이가 0.01mm가 되도록 설정되어 있다.
시공 후의 피접합물(60)의 접합 부분을 확인한 결과, 핀 부재(11)의 접촉 부위에도 숄더 부재(12)의 접촉 부위에도 외관상의 큰 문제점은 특별히 관찰되지 않았다. 또한, 핀 부재(11)의 접촉 부위와 숄더 부재(12)의 접촉 부위의 경계부에는, 플래시의 발생은 관찰되지 않았다.
다만, 회전 공구(51)에 대해서는, 시공 중에, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)가 과도하게 가열되는 경향에 있었다.
(실시예2, 참고예1 ~ 참고예3의 대비)
실시예2 및 참고예1 ~ 참고예3의 결과를 대비하면, 이러한 실시예 및 참고예에서는 모두 과도한 알루미늄 응착을 억제하면서 피접합물(60)을 충분히 접합할 수 있다. 다만, 핀 외경과 숄더 내경의 차이가 커지면, 피접합물(60)의 접합 부분에 있어서 플래시의 발생이 확인되므로 접합의 품질 저하를 초래하게 된다. 또한, 숄더 부재(12)의 내주면(12b)에 알루미늄 응착이 많아져 응착 두께도 커진다. 이에 따라, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)가 서로 동작할 때의 부하가 커져 회전 공구(51)의 수명 단축 가능성이 높아진다.
또한, 숄더 외경 및 클램프 내경의 차이가 커지면, 클램프 부재(54)의 내주면(54b)에 알루미늄 응착이 많아져 응착의 두께도 커진다. 이에 따라 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(54)가 서로 동작할 때의 부하가 커져 회전 공구(51)의 수명 단축 가능성이 높아진다.
이와 같은 결과로부터, 본 발명에 있어서는, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 간격도 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(54)의 간격도 모두 0.01mm 이상 0.1mm 이하일 수 있지만, 0.01mm 초과하고 0.05mm 미만의 범위 내인 것이 바람직하고, 0.03mm 전후(예를 들면 0.03 ± 0.01mm 정도)가 더욱 바람직하다는 것을 알 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시예의 기재에 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 나타낸 범위 내에서 다양한 변경이 가능하며, 다른 실시예나 복수의 변형예에 각각 개시된 기술적 수단을 적절하게 조합하여 얻을 수 있는 실시예에 대해서도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
또한, 당업자에게는, 위의 설명으로부터, 본 발명의 많은 개량이나 다른 실시예를 충분히 설계할 수 있다. 따라서 위의 설명은, 예시로서만 해석되어야 하며, 본 발명을 실행하는 가장 바람직한 측면을 당업자에게 배포할 목적으로 제공된 것이다. 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 한 그 구조 및/또는 기능의 상세한 내용을 실질적으로 변경할 수 있다.
본 발명은, 다양한 피접합물을 마찰 교반 접합 또는 마찰 교반 점 접합하는 경우에 널리 적합하게 사용할 수 있다.
11: 핀 부재
11a: (핀 부재의) 맞닿음면
11b: (핀 부재의) 외주면
12: 숄더 부재
12a: (숄더 부재의) 맞닿음면
12b: (숄더 부재의) 내주면
12c: (숄더 부재의) 외주면
12d: 핀 부재 삽입 구멍(숄더 부재의 관통 구멍)
50: (복동식) 마찰 교반 접합 장치
51: 회전 공구(접합 툴)
54: 클램프 부재
54a: (클램프 부재의) 맞닿음면
54b: (클램프 부재의) 내주면
54d: 숄더 부재 삽입 구멍(클램프 부재의 관통 구멍)
56: 배킹 부재
56a: 지지면
60: 피접합물

Claims (10)

  1. 피접합물을 부분적으로 교반함으로써 접합하는 복동식 마찰 교반 접합 또는 복동식 마찰 교반 점 접합에 사용되고, 상기 피접합물을 교반하기 위해 축선을 중심으로 회전하고, 축선 방향으로 진퇴 이동 가능하게 구성되어 있는 접합 툴로서,
    원기둥 형상으로 구성되고, 외주면 및 상기 피접합물과의 맞닿음면이 상기 피접합물에 대한 비친화성을 가지는 핀 부재와,
    상기 핀 부재의 외측에 위치하고, 상기 핀 부재의 외측을 둘러싸는 원통 형상으로 구성되며, 상기 핀 부재와 동일한 축선을 중심으로 회전하고, 외주면 및 상기 핀 부재를 향하는 내주면이 상기 피접합물에 대한 비친화성을 가지고, 상기 피접합물과의 맞닿음면은 상기 피접합물에 대한 친화성을 가지는 숄더 부재로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 접합 툴.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 숄더 부재의 외측에 위치하고, 상기 피접합물을 한쪽 면에서 가압하는 클램프 부재를 더 포함하고,
    상기 클램프 부재 중 상기 피접합물과의 맞닿음면과, 상기 클램프 부재 중 상기 숄더 부재의 외주면을 향하는 내주면이, 상기 피접합물에 대한 비친화성을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 접합 툴.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 피접합물에 대한 비친화성을 가지는 상태는, 다이아몬드 또는 수소 프리 다이아몬드 라이크 카본에 의해 코팅된 상태인 것을 특징으로 하는 접합 툴.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 피접합물은, 알루미늄 및 알루미늄 합금 중 하나 이상으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 접합 툴.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 피접합물에 대한 비친화성을 가지는 상태는, 표면 처리, 툴 재질의 변경, 또는 툴 재료의 성질 변경에 의해 실현되는 것을 특징으로 하는 접합 툴.
  6. 알루미늄 및 알루미늄 합금 중 하나 이상으로 구성된 피접합물을 부분적으로 교반함으로써 접합하는 복동식 마찰 교반 접합 또는 복동식 마찰 교반 점 접합에 사용되고, 상기 피접합물을 교반하기 위해 축선을 중심으로 회전하고, 축선 방향으로 진퇴 이동 가능하게 구성되어 있는 접합 툴로서,
    원기둥 형상으로 구성되고, 외주면 및 상기 피접합물과의 맞닿음면이 다이아몬드 또는 수소 프리 다이아몬드 라이크 카본으로 코팅되어 있는 핀 부재와,
    상기 핀 부재의 외측에 위치하고, 상기 핀 부재의 외측을 둘러싸는 원통 형상으로 구성되며, 상기 핀 부재와 동일한 축선을 중심으로 회전하고, 외주면 및 상기 핀 부재를 향하는 내주면이, 다이아몬드 또는 수소 프리 다이아몬드 라이크 카본으로 코팅되어 있고, 상기 피접합물과의 맞닿음면은 다이아몬드 또는 수소 프리 다이아몬드 라이크 카본으로는 코팅되어 있지 않은 숄더 부재로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 접합 툴.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 숄더 부재의 외측에 위치하고, 상기 피접합물을 한쪽 면에서 가압하는 클램프 부재를 더 포함하고,
    상기 클램프 부재 중 상기 피접합물과의 맞닿음면과, 상기 클램프 부재 중 상기 숄더 부재의 외주면을 향하는 내주면이, 다이아몬드 또는 수소 프리 다이아몬드 라이크 카본으로 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 접합 툴.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 접합 툴을 구비하며, 복동식 마찰 교반 접합 또는 복동식 마찰 교반 점 접합에 이용되는 것을 특징으로 하는 접합 장치.
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