KR101854794B1 - 마찰 교반 점 접합 장치 및 마찰 교반 점 접합 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 복동식 마찰 교반 점 접합법에서, 연속하여 접합을 수행하여도 양호한 접합품질을 실현하는 것을 목적으로 한다. 본 발명에서는, 제어기(51)는, 상기 피접합물(60)의 표면에 접촉한 때의 핀 부재(11) 또는 숄더 부재(12)의 선단면의 위치를 기준 위치로 하고, 피접합물(60)의 접합공정을 종료할 때, 핀 부재(11) 또는 숄더 부재(12)의 선단면의 위치인 제1 위치가 제1 영역에 위치하는 경우에는, 차회의 접합공정에서 핀 부재(11)와 숄더 부재(12)가 피접합물(60)을 누르는 압압력을 감소시키도록 공구 구동기(53)를 제어하고, 및/또는, 차회의 접합공정에서 핀 부재(11)와 숄더 부재(12)의 회전수를 감소시키도록, 회전 구동기를 제어하는 구성으로 한다.

Description

마찰 교반 점 접합 장치 및 마찰 교반 점 접합 방법{FRICTION STIR SPOT WELDING DEVICE AND FRICTION STIR SPOT WELDING METHOD}
본 발명은 마찰 교반 점 접합 장치 및 마찰 교반 점 접합 방법에 관한 것이다.
자동차, 철도차량, 항공기 등의 수송 기기에서는, 금속재료를 연결할 때에는, 저항 스폿 용접 또는 리벳 접합이 사용되고 있었다. 그러나 최근에는 마찰열을 이용하여 금속재료를 접합하는 방법(마찰 교반 점 접합 방법이 주목받고 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
일본특허출원공개공보 2012-196682호
그런데 마찰 교반 점 접합 장치에 의해 피접합물의 접합을 수행할 때, 접합 툴(tool)(받침을 포함한다)의 상태가 현저히 변화했을 때, 특히, 연속하여 접합한 경우에, 외관불량이 생길 수 있다. 본 발명자 등은, 해당 과제에 대해 예의 검토한바, 접합 툴(받침을 포함한다)이 축열하여, 단발(單發)로 접합 되는 경우보다 접합 툴로부터 열이 더해짐에 따라, 재료가 클램프 부의 외측까지 연화해 버리고, 클램프 부의 아래쪽 재료 자체도 유동해 버려, 클램프 부마다 접합부가 함몰되거나, 반대로 클램프 부가 융기되어버리기도 하는 것으로 판명되었다.
본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 특히, 복동식 마찰 교반 점 접합법에서, 연속하여 접합을 수행하여도 양호한 접합품질을 실현할 수 있는, 마찰 교반 점 접합 장치 및 마찰 교반 점 접합 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 종래의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 마찰 교반 점 접합 장치는, 피접합물을 마찰열로 연화시키고 교반하는 것에 의해 접합하는 마찰 교반 점 접합 장치로서, 원기둥형으로 형성되고, 축선 주위의 회전과 해당 축선을 따른 방향으로의 진퇴이동이 가능하게 구성되는 핀 부재와; 원통형으로 형성되고, 상기 핀 부재가 내부로 삽입관통되며, 상기 축선 주위의 회전과 해당 축선을 따른 방향으로의 진퇴이동이 가능하게 구성되는 숄더 부재와; 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재를, 상기 축선 주위로 회전시키는 회전 구동기와; 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재를, 각각 상기 축선을 따라 진퇴 이동시키는 공구 구동기와; 상기 핀 부재 또는 상기 숄더 부재의 선단면의 상기 축선 방향의 위치를 검출하는 위치 검출기와; 제어기; 를 구비하며, 상기 제어기는, 상기 피접합물의 접합공정을 개시할 때, 상기 위치 검출기가 검출한 상기 피접합물의 표면에 접촉한 때의 상기 핀 부재 또는 상기 숄더 부재의 선단면의 상기 축선 방향의 위치를 기준 위치로 설정하며; 상기 피접합물의 접합공정을 종료할 때, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재의 선단면이 동일평면이 되도록 상기 공구 구동기를 제어하고, 상기 위치 검출기가 검출한 상기 핀 부재 또는 상기 숄더 부재의 선단면의 상기 축선 방향의 위치인 제1 위치가, 상기 기준 위치보다 상기 피접합물의 안쪽 영역인 제1 영역에 위치하는 경우에는, 차회의 접합공정에서, 상기 핀 부재와 상기 숄더 부재가 상기 피접합물을 누르는 압압력을 감소시키도록 상기 공구 구동기를 제어하고, 및/또는, 상기 핀 부재와 상기 숄더 부재의 회전수를 감소시키도록 상기 회전 구동기를 제어한다.
이에 따라, 연속하여 접합을 진행하여도, 양호한 접합 품질을 실현할 수가 있다.
또한, 본 발명에 따른 마찰 교반 점 접합 방법은, 피접합물을 마찰열로 연화시키고 교반하는 것에 의해 접합하는 마찰 교반 점 접합 방법으로서,
축선 주위로 회전함과 더불어 해당 축선 방향으로 진퇴이동 가능하게 구성되는 원기둥형의 핀 부재 또는 상기 핀 부재의 외주면을 둘러싸도록 배치되고 상기 축선 주위로 회전함과 더불어 해당 축선 방향으로 진퇴이동 가능하게 구성되는 원통형의 숄더 부재의 선단면이, 상기 피접합물 표면에 접촉했을 때, 위치 검출기가 검출한 상기 핀 부재 또는 상기 숄더 부재의 선단면의 상기 축선 방향의 위치를 기준위치로 하는 공정 (A)와; 상기 핀 부재 또는 상기 숄더 부재가 미리 설정된 압압력으로 상기 피접합물을 누른 상태에서, 공구 구동기가 상기 핀 부재 또는 상기 숄더 부재를 상기 축선 방향으로 진퇴 이동시킴과 더불어 회전 구동기가 상기 핀 부재 또는 상기 숄더 부재를 미리 설정된 회전수로 회전시켜서, 상기 피접합물을 부분적으로 교반하여 상기 피접합물을 접합하는 공정 (B)와; 상기 피접합물의 접합공정을 종료할 때, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재의 선단면이 동일평면이 되도록 상기 공구 구동기가 구동하는 공정 (C)와; 상기 공정 (C) 후에, 상기 핀 부재 또는 상기 숄더 부재의 선단면의 상기 축선 방향의 위치인 제1 위치를 상기 위치 검출기가 검출하는 공정 (D)와; 상기 제1 위치가, 상기 기준 위치보다 상기 피접합물 쪽의 영역인 제1 영역에 위치하는 경우에는, 차회의 접합공정에서 상기 핀 부재와 상기 숄더 부재가 상기 피접합물을 누르는 압압력을 감소시키도록, 및/또는, 차회의 접합공정에서 상기 핀 부재와 상기 숄더 부재의 회전수를 감소시키도록, 상기 설정을 변경하는 공정 (E); 를 구비한다.
이에 따라, 연속하여 접합을 수행하여도, 양호한 접합 품질을 실현할 수가 있다.
본 발명의 상기 목적, 다른 목적, 특징 및 장점은, 첨부도면 참조 하에, 이하의 바람직한 실시형태의 상세한 설명에서 명확해진다.
본 발명에 따른 마찰 교반 점 접합 장치 및 마찰 교반 점 접합 방법에 의하면, 연속하여 접합을 수행하여도 양호한 접합 품질을 실현할 수 있다.
도 1은, 본 실시형태 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치의 개략 구성을 나타내는 모식도이다.
도 2는, 도 1에 도시한 마찰 교반 점 접합 장치의 제어 구성을 모식적으로 나타내는 블록도이다.
도 3a는, 도 1에 도시한 마찰 교반 점 접합 장치에 의한 마찰 교반 점 접합의 각 공정의 일례를 모식적으로 나타내는 공정도이다.
도 3b는, 도 1에 도시한 마찰 교반 점 접합 장치에 의한 마찰 교반 점 접합의 각 공정의 일례를 모식적으로 나타내는 공정도이다.
도 4는, 도 3에 도시한 마찰 교반 점 접합의 각 공정에서의 핀 부재의 선단면, 숄더 부재의 선단면 및 툴 평균위치(Tx)를 모식적으로 나타내는 그래프이다.
도 5는, 마찰 교반 점 접합 장치를 이용하여, 피접합물을 접합한 때의 공정(5)의 상태를 나타내는 모식도이다.
도 6은, 본 실시형태 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치를 이용하여, 연속하여 피접합물을 접합한 때의 툴 평균위치(Tx)를 모식적으로 나타내는 그래프이다.
도 7은, 연속 접합을 실행하는 경우, 본 실시형태 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치의 동작의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 8은, 연속 접합을 실행하는 경우, 본 실시형태 1에 대한 변형예 1의 마찰 교반 점 접합 장치의 동작의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 9는, 연속 접합을 실행하는 경우, 본 실시형태 1에 대한 변형예 2의 마찰 교반 점 접합 장치의 동작의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 10은 연속 접합을 실행하는 경우, 본 실시형태 1에 대한 변형예 4의 마찰 교반 점 접합 장치의 동작의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 11은, 연속 접합을 실행하는 경우, 본 실시형태 1에 대한 변형예 5의 마찰 교반 점 접합 장치의 동작의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 12a는, 연속 접합을 실행하는 경우, 본 실시형태 1에 대한 변형예 6의 마찰 교반 점 접합 장치의 동작의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 12b는, 연속 접합을 실행하는 경우, 본 실시형태 1에 대한 변형예 6의 마찰 교반 점 접합 장치의 동작의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 13a는, 연속 접합을 실행하는 경우, 본 실시형태 2에 따른 마찰 교반 점 접합 장치의 동작의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 13b는, 연속 접합을 실행하는 경우, 본 실시형태 2에 따른 마찰 교반 점 접합 장치의 동작의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 14a는, 연속 접합을 실행하는 경우, 본 실시형태 2에 대한 변형예 1의 마찰 교반 점 접합 장치의 동작의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 14b는, 연속 접합을 실행하는 경우, 본 실시형태 2에 대한 변형예 1의 마찰 교반 점 접합 장치의 동작의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 14c는, 연속 접합을 실행하는 경우, 본 실시형태 2에 대한 변형예 1의 마찰 교반 점 접합 장치의 동작의 일례를 나타내는 흐름도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태를 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 이하에서는 전체 도면을 통하여 동일 또는 상당하는 요소에는 동일한 참조부호를 부여하고, 그 중복하는 설명을 생략한다. 또한, 전체 도면에서, 본 발명을 설명하기 위해 필요한 구성요소를 발췌하여 도시하고 있으며, 그 외의 구성요소에 대해서는 도시를 생략하고 있는 경우가 있다. 또한, 본 발명은 이하의 실시형태에 한정되지 않는다.
(실시형태 1)
본 실시형태 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치는, 피접합물을 마찰열로 연화시키고 교반하는 것에 의해 접합하는 마찰 교반 점 접합 장치로서, 원기둥형으로 형성되고, 축선 주위의 회전과 해당 축선을 따른 방향으로의 진퇴이동이 가능하게 구성되는 핀 부재와; 원통형으로 형성되고, 핀 부재가 내부로 삽입관통되며, 축선 주위의 회전과 해당 축선을 따른 방향으로의 진퇴이동이 가능하게 구성되는 숄더 부재와; 핀 부재 및 상기 숄더 부재를, 축선 주위로 회전시키는 회전 구동기와; 핀 부재 및 숄더 부재를, 각각 축선을 따라 진퇴 이동시키는 공구 구동기와; 핀 부재 또는 숄더 부재의 선단면의 축선 방향의 위치를 검출하는 위치 검출기와; 제어기; 를 구비하며, 제어기는, 피접합물의 접합공정을 개시할 때, 위치 검출기가 검출한 피접합물의 표면에 접촉한 때의 핀 부재 또는 숄더 부재의 선단면의 축선 방향의 위치를 기준 위치로 설정하며; 피접합물의 접합공정을 종료할 때, 핀 부재 및 숄더 부재의 선단면이 동일평면이 되도록 공구 구동기를 제어하고, 위치 검출기가 검출한 핀 부재 또는 숄더 부재의 선단면의 축선 방향의 위치인 제1 위치가, 기준 위치보다 피접합물의 안쪽 영역인 제1 영역에 위치하는 경우에는, 차회의 접합공정에서, 핀 부재와 숄더 부재가 피접합물을 누르는 압압력을 감소시키도록 공구 구동기를 제어하고, 및/또는, 핀 부재와 숄더 부재의 회전수를 감소시키도록 회전 구동기를 제어하는 형태를 예시하는 것이다.
이하, 본 실시형태 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치의 일례에 대해 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
[마찰 교반 점 접합 장치의 구성]
도 1은, 본 실시형태 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치의 개략 구성을 나타내는 모식도이다. 또한, 도 1에서는, 도면에서의 상하방향을 마찰 교반 점 접합 장치에서의 상하 방향으로 하여 표시한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시형태 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)는, 핀 부재(11), 숄더 부재(12), 공구 고정기(52), 공구 구동기(53), 클램프 부재(54), 받침 지지부(55), 받침 부재(56) 및 회전 구동기(57)를 구비하고 있다.
핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)는, 공구 고정기(52)에 의해 지지 되어 있고, 공구 구동기(53)에 의해서 상하방향으로 진퇴 구동된다. 핀 부재(11), 숄더 부재(12), 공구 고정기(52), 공구 구동기(53) 및 클램프 부재(54)는, C-형 건(gun)(C-형 프레임)으로 구성되는 받침 지지부(55)의 상부에 설치된다. 또한, 받침 지지부(55)의 하부에는, 받침 부재(56)가 설치되어 있다. 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)와, 받침 부재(56)는, 서로 마주보는 위치에서 받침 지지부(55)에 장착되어 있다. 또한, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)와, 받침 부재(56)의 사이에는 피접합물(60)이 배치된다.
공구 고정기(52)는 회전공구 고정기(521) 및 클램프 고정기(522)로 구성되어 있고, 공구 구동기(53)는 핀 구동기(531), 숄더 구동기(532) 및 클램프 구동기(41)로 구성되어 있다. 또한, 클램프 부재(54)는, 클램프 구동기(41)를 통해 클램프 고정기(522)에 고정되어 있다. 또한, 클램프 구동기(41)는 스프링에 의해 구성되어 있다.
핀 부재(11)는, 대략 원통형 또는 대략 원기둥형으로 형성되어, 도 1에는 상세하게 도시되지 않았지만, 회전공구 고정기(521)에 의해 지지 되어 있다. 또한, 핀 부재(11)는, 회전 구동기(57)에 의해 핀 부재(11)의 축심과 일치하는 축(회전축)(Xr) 주위로 회전하고, 핀 구동기(531)에 의해 화살표(P1) 방향, 즉, 축선(Xr) 방향(도 1에서는 상하방향)을 따라서 진퇴이동 가능하게 구성되어 있다.
숄더 부재(12)는, 중공을 가지는 대략 원통형으로 형성되어, 회전공구 고정기(521)에 의해 지지 되어 있다. 숄더 부재(12)의 중공 내에는 핀 부재(11)가 삽입되어 있다. 바꾸어 말하면, 숄더 부재(12)는, 핀 부재(11)의 외주면을 둘러싸도록 배치되어 있다. 또한, 숄더 부재(12)는, 회전 구동기(57)에 의해 핀 부재(11)와 동일 축선(Xr) 주위로 회전하고, 숄더 구동기(532)에 의해 화살표(P2) 방향, 즉, 축선(Xr) 방향을 따라 진퇴이동 가능하게 구성되어 있다.
이와 같이, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)는, 본 실시형태에서는 모두 동일한 회전공구 고정기(521)에 의해서 지지 되고, 모두 회전 구동기(57)에 의해 축선(Xr) 주위로 일체로 회전한다. 또한, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)는, 핀 구동기(531) 및 숄더 구동기(532)에 의해, 각각 축선(Xr) 방향을 따라서 진퇴이동 가능하게 구성되어 있다. 또한, 본 실시형태 1에서는, 핀 부재(11)는 단독으로 진퇴이동 가능함과 함께, 숄더 부재(12)의 진퇴이동을 따라서도 진퇴이동 가능하게 이루어져 있으나, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)가 각각 독립하여 진퇴이동 가능하게 구성되어도 좋다.
클램프 부재(54)는, 숄더 부재(12)와 마찬가지로, 중공을 가지는 원통형으로 형성되어, 그 축심이 축선(Xr)과 일치하도록 설치되어 있다. 클램프 부재(54)의 중공 안에는 숄더 부재(12)가 삽입되어 있다.
즉, 핀 부재(11)의 외주면을 둘러싸도록 대략 원통형의 숄더 부재(12)가 배치되어 있고, 숄더 부재(12)의 외주면을 둘러싸도록 대략 원통형의 클램프 부재(54)가 배치되어 있다. 바꾸어 말하면, 클램프 부재(54), 숄더 부재(12) 및 핀 부재(11)가, 각각 동일 축심(軸芯) 형태의 중첩용기 구조로 이루어져 있다.
또한, 클램프 부재(54)는, 피접합물(60)을 한쪽의 면(표면)에서 누르도록 구성되어 있다. 클램프 부재(54)는, 상술한 바와 같이, 본 실시형태 1에서는, 클램프 구동기(41)를 통해 클램프 고정기(522)에 지지 되어 있다. 클램프 구동기(41)는, 클램프 부재(54)를 받침 부재(56) 쪽으로 밀어붙이도록 구성되어 있다.
또한, 클램프 구동기(41)는, 본 실시형태 1에서는, 스프링으로 구성되었으나, 이것에 한정되지는 않는다. 클램프 구동기(41)는, 클램프 부재(54)에 밀어붙이는 힘을 주거나 가압력을 주는 구성이라면 족하며, 예를 들면, 가스압, 유압, 서보 모터 등을 이용한 기구도 정당히 사용할 수 있다.
클램프 고정기(522)에는, 회전 구동기(57)를 통해 회전공구 고정기(521)가 지지 되어 있다. 그리고 클램프 부재(54)(클램프 구동기(41) 및 클램프 고정기(522)를 포함한다)는, 숄더 구동기(532)에 의해서, 화살표(P3) 방향(화살표(P1) 및 (P2)와 동일 방향)으로 진퇴 가능하게 구성되어 있다.
즉, 본 실시형태 1에서는, 클램프 구동기(41) 및 숄더 구동기(532)가, 클램프 부재 구동기를 구성한다. 또한, 클램프 부재 구동기는, 숄더 구동기(532)에 의하지 않고 독립적으로 클램프 부재(54)를 진퇴 가능하게 구동하는 구동기에 의해 구성되어도 좋다.
핀 부재(11), 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(54)는 각각, 선단면(11a), 선단면(12a) 및 선단면(54a)을 구비하고 있다. 또한, 핀 부재(11), 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(54)는 공구 구동기(53)에 의해 진퇴이동 함으로써, 선단면(11a), 선단면(12a) 및 선단면(54a)은 각각 피접합물(60)의 표면에 맞닿는다.
받침 부재(56)는, 본 실시형태 1에서는, 평판형의 피접합물(60)의 이면(裏面)을 밀착하도록, 평탄한 면(지지면(56a))에 의해 지지하도록 구성되어 있다. 받침 부재(56)는, 마찰 교반 점 접합을 실시할 수 있도록 피접합물(60)을 적절히 지지할 수 있는 것이라면, 그 구성은 특별히 한정되지 않는다. 받침 부재(56)는, 예를 들면, 복수의 종류의 형상을 가지는 받침 부재(56)가 별도로 준비되고, 피접합물(60)의 종류에 따라서 받침 지지부(55)로부터 떼어내어 교환할 수 있도록 구성되어도 좋다.
또한, 본 실시형태 1에서의 핀 부재(11), 숄더 부재(12), 공구 고정기(52), 공구 구동기(53), 클램프 부재(54), 받침 지지부(55) 및 회전 구동기(57)의 구체적인 구성은, 전술한 구성으로 한정되지 않고, 광의의 마찰 교반 접합 분야에서 공지의 구성을 적당히 이용할 수 있다. 예를 들면, 공구 구동기(53)를 구성하는 핀 구동기(531) 및 숄더 구동기(532)는, 본 실시형태에서는 모두, 마찰 교반 접합 분야에서 공지인 모터 및 기어 기구 등으로 구성되어 있으나, 이것에 한정되지 않는다.
또한, 본 실시형태 1에서는, 클램프 부재(54)를 구비하는 구성을 채용하였으나, 이것에 한정되지 않고, 클램프 부재(54)를 구비하지 않는 구성을 채용하여도 좋다. 이 경우, 예를 들면, 클램프 부재(54)는, 필요에 따라서 받침 지지부(55)로부터 착탈 가능하게 구성되어 있어도 좋다.
또한, 받침 지지부(55)는, 본 실시형태 1에서는, C-형 건으로 구성되어 있으나, 이것에 한정되지 않는다. 받침 지지부(55)는, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)를 진퇴이동 가능하게 지지함과 함께, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)를 마주보는 위치에 받침 부재(56)를 지지할 수 있다면, 어떻게 구성되어 있어도 좋다.
또한, 본 실시형태 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)는, 마찰 교반 점 접합용 로봇 장치(도시하지 않음)에 설치되는 형태를 채용하고 있다. 구체적으로는, 받침 지지부(55)가 로봇 장치의 암의 선단에 장착되어 있다. 이 때문에, 받침 지지부(55)도 마찰 교반 점 접합용 로봇 장치에 포함된다고 간주할 수 있다. 받침 지지부(55) 및 암을 포함하여, 마찰 교반 점 접합용 로봇 장치의 구체적인 구성은 특별히 한정되지 않고, 다관절 로봇 등, 마찰 교반 접합 분야에서 공지의 구성을 적당히 이용할 수 있다.
또한, 마찰 교반 점 접합 장치(50)(받침 지지부(55)를 포함한다)는, 마찰 교반 점 접합용 로봇 장치에 적용되는 경우로 한정되는 것이 아니라, 예를 들면, NC 공작기계, 대형 C-프레임 및 오토 리벳팅 기기 등의 공지의 가공용 기기에도 적절히 적용할 수 있다.
또한, 본 실시형태 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)는, 2대 이상의 로봇이, 마찰 교반 점 접합 장치(50)에서의 받침 부재(56) 이외의 부분과, 받침 부재(56)를 정면으로 마주 대하도록 구성되어 있어도 좋다. 또한, 마찰 교반 점 접합 장치(50)는, 피접합물(60)에 대해 안정적으로 마찰 교반 점 접합을 수행하는 것이 가능하다면, 피접합물(60)을 취급하는 형틀로 만든 형태를 채용하여도 좋고, 로봇을 피접합물(60)의 포지셔너로 이용하는 형태를 채용하여도 좋다.
[마찰 교반 점 접합 장치의 제어 구성]
다음으로, 본 실시형태 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)의 제어 구성에 대해 도 2를 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 2는, 도 1에 도시한 마찰 교반 점 접합 장치의 제어 구성을 모식적으로 나타내는 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 마찰 교반 점 접합 장치(50)는, 제어기(51), 위치 검출기(21), 기억기(31), 입력기(32) 및 가압력 검출기(33)을 구비하고 있다.
기억기(31)는, 각종 데이터를 독출 가능하게 기억하는 것으로, 기억기(31)로서는, 공지의 메모리, 하드 디스크 등의 기억장치 등으로 구성된다. 기억기(31)는, 하나일 필요는 없고, 복수의 기억장치(예를 들면, 랜덤 액세스 메모리 및 하드 디스크 드라이브)로서 구성되어도 좋다. 제어기(51) 등이 마이크로 컴퓨터로 구성되어 있는 경우에는, 기억기(31)의 적어도 일부가 마이크로 컴퓨터의 내부 메모리로서 구성되어도 좋고, 독립적인 메모리로 구성되어도 좋다.
또한, 기억기(31)에는, 데이터가 기억되고, 제어기(51) 이외의 것에서 데이터의 독출이 가능하게 되어 있어도 좋고, 제어기(51) 등에서 데이터의 기입이 가능하게 되어 있어도 좋은 것은 물론이다. 또한, 기억기(31)에는, 핀 부재(11)의 선단면(11a) 또는 숄더 부재(12)의 선단면(12a)이, 피접합물(60)의 표면에 접촉한 위치인 '기준위치'(0점)가 기억되어 있다.
입력기(32)는, 제어기(51)에 대해, 마찰 교반 점 접합의 제어에 관한 각종의 파라미터 혹은 그 외의 데이터 등을 입력 가능한 것으로, 키보드, 터치 패널, 버튼스위치 그룹 등의 공지의 입력장치로 구성되어 있다. 본 실시형태 1에서는, 적어도, 피접합물(60)의 접합 조건, 예를 들면, 피접합물(60)의 두께, 재질 등의 데이터가 입력기(32)에 의해 입력 가능하게 되어 있다.
위치 검출기(21)는, 핀 부재(11)의 선단면(11a) 또는 숄더 부재(12)의 선단면(12a)의 축선(Xr) 방향의 위치(이하, 간략히 '위치'라고 한다)를 검출하고, 검출한 위치를 제어기(51)에 출력하도록 구성되어 있다. 위치 검출기(21)로서는, 여러 가지 공지의 위치 센서를 이용할 수 있고, 예를 들면, LVDT, 인코더 등을 사용할 수가 있다.
또한, 본 실시형태 1에서는, 위치 검출기(21)가, 핀 부재(11)의 선단면(11a) 또는 숄더 부재(12)의 선단면(12a)의 위치를 직접 검출하는 형태를 채용하였으나, 간접적으로 핀 부재(11)의 선단면(11a)의 위치 또는 숄더 부재(12)의 선단면(12a)의 위치를 검출하는 형태를 채용하여도 좋다. 예를 들면, 위치 검출기(21)가 핀 부재(11) 또는 숄더 부재(12)의 소정의 위치를 검출하도록 구성되고, 제어기(51)에는 소정의 위치와 선단면의 거리가 미리 기억되어 있는 형태여도 좋다.
또한, 후술하는 바와 같이, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)는, 피접합물(60)의 접합 시에 열이 축적되어, 열팽창에 의해 휨이 발생하는 경우가 있다. 이런 경우에는, 제어기(51)는, 위치 검출기(21)가 검출한 위치에 핀 부재(11) 또는 숄더 부재(12)의 휨 량을 보정하여, 핀 부재(11)의 선단면(11a) 또는 숄더 부재(12)의 선단면(12a)의 위치로 삼아도 좋다.
가압력 검출기(33)는, 핀 부재(11), 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(54) 중, 적어도 하나의 부재가 피접합물(60)에 맞닿거나 압입해 있을 때, 이들 부재가 피접합물(60)에 주는 가압력(압압력)을 검출하고, 검출한 압압력을 제어기(51)에 출력하도록 구성되어 있다. 또한, 본 실시형태 1에서는, 가압력 검출기(33)로서 로드 셀을 이용하고 있으나, 이것에 한정되지 않고, 공지의 가압력 검출 수단을 이용할 수도 있다.
제어기(51)는, 마찰 교반 점 접합 장치(50)를 구성하는 각 부재(각 기기)를 제어하도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 제어기(51)는, 공구 구동기(53)를 구성하는 핀 구동기(531) 및 숄더 구동기(532)와, 회전 구동기(57)를 제어한다. 이에 따라, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 진출 이동 또는 후퇴 이동의 전환, 진퇴 이동 시의 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 선단 위치의 제어, 이동 속도 및 이동 방향 등을 제어할 수 있다. 또한, 핀 부재(11), 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(54)의 피접합물(60)을 누르는 압압력을 제어할 수 있다. 또한, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 회전수를 제어할 수 있다.
제어기(51)의 구체적인 구성은, 특별히 한정되지 않으며, 본 실시형태에서는, 제어기(51)는, 마이크로 컴퓨터로 구성되어 있고, CPU를 구비하고 있다. 제어기(51)는, CPU가 기억기(31)에 격납 된 소정의 제어 프로그램을 독출하고, 이것을 실행하는 것에 의해, 공구 구동기(53) 및 회전 구동기(57)의 동작에 관한 연산을 수행하도록 구성되어 있다. 또한, 제어기(51)는, 단독의 제어기로 구성되는 형태뿐만 아니라, 복수의 제어기가 협동하여 마찰 교반 점 접합 장치(50)의 제어를 실행하는 제어기 그룹으로 구성되는 형태여도 상관없다.
그리고 제어기(51)에서는, 피접합물(60)의 접합을 개시할 때, 위치 검출기(21)가 검출한 위치 데이터와, 가압력 검출기(33)가 검출한 압력 값을 기초로, 핀 부재(11)의 선단면(11a) 또는 숄더 부재(12)의 선단면(12a)이 피접합물(60)의 표면에 접촉한 위치를 기준위치(0점)로 설정한다.
구체적으로는, 제어기(51)는, 가압력 검출기(33)가 미리 설정된 압압력을 검출한 때의, 핀 부재(11)의 선단면(11a) 또는 숄더 부재(12)의 선단면(12a)의 위치를 기준위치로 설정한다. 후술하는 바와 같이, 핀 부재(11), 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(54)는, 피접합물(60)의 표면(60c)에 동시(거의 동시)에 접촉하고, 미리 설정된 압압력으로 피접합물(60)을 누르도록 제어된다(도 3a의 (1) 참조). 이 때문에, 가압력 검출기(33)가 미리 설정된 압압력을 검출한 때의, 핀 부재(11)의 선단면(11a) 또는 숄더 부재(12)의 선단면(12a)의 위치를 기준위치로 하여 설정할 수 있다.
또한, 핀 부재(11) 또는 숄더 부재(12)는, 피접합물(60)과 접촉한 후, 회전 구동(도 3a의 (2) 참조)되지만, 재료가 연화하기까지의 사이에, 피접합물(60)의 표면(60c)에서 잠깐이기는 하지만 일정시간 머물러 있게 된다. 이 때문에, 제어기(51)는, 위치 검출기(21)로부터 출력되는 위치 데이터가 일정 시간 동일한 값일 때의 위치를 기준위치로 삼아 설정하여도 좋다.
제어기(51)는, 후술하는 바와 같이, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 선단면의 단면적 및 압입 깊이의 관계식에 기초하여, 공구 구동기(53)를 제어함에 따라, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 선단의 위치를 제어한다.
[마찰 교반 점 접합 방법(마찰 교반 점 접합 장치의 동작)]
다음으로, 마찰 교반 점 접합 장치(50)를 이용하여 실시되는 마찰 교반 점 접합 방법의 구체적인 공정에 대해, 도 3a, 도 3b 및 도 4를 참조하여 구체적으로 설명한다. 또한, 도 3a, 도 3b 및 도 4에서는, 피접합물(60)로서, 2장의 금속판(61, 62)을 사용하고, 이것들을 겹쳐서 점 접합으로 연결하는 경우를 예로 들고 있다.
또한, 본 실시형태 1에서는, 핀 부재(11)의 선단면의 단면적을 Ap, 숄더 부재(12)의 선단면의 단면적을 As로 하고, 핀 부재(11)의 압입 깊이를 Pp, 숄더 부재(12)의 압입 깊이를 Ps로 할 때, 제어기(51)가 아래의 식(1)으로 정의되는 툴 평균위치(Tx)의 절댓값을 작게 만들도록, 공구 구동기(53)를 제어하는 형태의 일례에 대해 설명한다.
Ap ㆍ Pp + As ㆍ Ps = TX ------ 식(1)
도 3a 및 도 3b는, 도 1에 도시된 마찰 교반 점 접합 장치에 의한 마찰 교반 점 접합의 각 공정의 일례를 모식적으로 나타내는 공정도이다. 도 4는, 도 3에 도시된 마찰 교반 점 접합의 각 공정에서의 핀 부재의 선단면, 숄더 부재의 선단면 및 툴 평균위치(Tx)를 모식적으로 표시하는 그래프이다.
또한, 도 3a 및 도 3b에서는, 마찰 교반 점 접합 장치의 일부를 생략하며, 화살표(r)는, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 회전방향을 표시하고, 블록 화살표(F)는, 금속판(61, 62)에 가해지는 힘의 방향을 표시한다.
또한, 받침 부재(56)로부터도 금속판(61, 62)에 대해 힘이 가해지고 있으나, 설명의 편의상, 도 3a 및 도 3b에는 도시하지 않는다. 또한, 숄더 부재(12)에는, 핀 부재(11) 및 클램프 부재(54)의 구별을 명확히 하기 위하여, 망점 모양의 해칭이 입혀져 있다.
더 나아가, 도 4에서는, 피접합물(60)의 표면(60c)과 이면(60d)의 위치, 그리고 금속판(61)과 금속판(62)의 접촉면의 위치를 일점쇄선으로 나타내고 있다. 또한, 도 4에 도시한 공정 (1) ~ (6)은, 도 3a 및 도 3b에 도시한 각 공정 (1) ~ (6)에 대응한다.
이하, 마찰 교반 점 접합 장치(50)에서의 단발 접합 동작의 일례에 대해 설명한다.
먼저, 받침 부재(56)의 상면에 피접합물(60)을 얹어 놓는다. 다음으로, 제어기(51)는, 공구 구동기(53)를 구동시켜, 핀 부재(11), 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(54)를 피접합물(60)(금속판(61, 62))에 접근시켜서, 핀 부재(11)의 선단면(11a), 숄더 부재(12)의 선단면(12a) 및 클램프 부재(54)의 선단면(54a)(도 3a 및 도 3b에는 도시하지 않음)을 피접합물(60)의 표면(60c)에 맞닿게 한다(도 3a 및 도 4의 공정(1) 참조).
이것에 의해, 클램프 부재(54)와 받침 부재(56)로 금속판(61, 62)이 끼워 넣어지고, 클램프 구동기(41)의 수축에 의해, 클램프 부재(54)가 피접합물(60)의 표면(60c) 쪽으로 힘을 가하게 되어 클램프 력이 발생한다.
이때, 제어기(51)는, 핀 부재(11), 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(54)가 미리 설정된 소정의 압압력(예를 들면, 3,000 N ~ 8,000 N의 범위에 포함되는 소정의 값)으로 피접합물(60)을 누르도록, 공구 구동기(53)를 제어한다. 또한, 제어기(51)에는, 가압력 검출기(33)로부터 검출한 압력이 입력되고, 제어기(51)는 가압력 검출기(33)가 검출한 압력이 소정의 압력일 경우에는, 소정의 압력을 검출한 때에 위치 검출기(21)가 검출한 핀 부재(11)의 선단면(11a) 또는 숄더 부재(12)의 선단면(12a)의 위치를 기준위치로 하여, 기억기(31)에 기억시킨다.
다음으로, 제어기(51)는, 회전 구동기(57)를 구동시켜, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)를 피접합물(60)의 표면(60c)에 맞닿게 한 상태에서 회전시킨다(도 3a 및 고 4의 공정(2) 참조). 이 상태에서는, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12) 모두 진퇴 이동하지 않으므로, 피접합물(60)의 표면(60c)을 '예비 가열'하게 된다. 이에 따라, 금속판(61)의 밀착 영역에서의 금속재료가 마찰에 의해 발열하는 것으로 연화되어, 피접합물(60)의 표면(60c) 부근에 소성 유동부(60a)가 생긴다.
다음으로, 제어기(51)는, 핀 구동기(531) 및/또는 숄더 구동기(532)(도 1 참조)를 제어하여, 핀 부재(11)를 피접합물(60)의 표면(60c)으로부터 후퇴시킴으로써, 숄더 부재(12)를 피접합물(60)의 표면(60c)으로부터 더욱 내부로 진입(압입)시킨다(도 3a 및 도 4의 공정(3) 참조.) 이때, 금속재료의 연화 부위는, 상측의 금속판(61)으로부터 하측의 금속판(62)에 이르기까지 소성 유동부(60a)의 영역이 증가한다.
다음으로, 제어기(51)는, 핀 구동기(531)를 제어하여, 후퇴시킨 핀 부재(11)를 서서히 금속판(61)으로 진입(압입)시킨다. 이에 따라, 숄더 부재(12)가 금속판(61)으로부터 후퇴한다(도 3b 및 도 4의 공정(4) 참조). 또한, 해당 공정(4)은, 후술하는 공정(5)에 의해서 금속판(61)의 표면(60c)이 충분히 정형(整形) 되는 경우에는 실행하지 않아도 된다.
여기서, 제어기(51)는, 공정(3) 및 공정(4)을 실행하는 경우에는, 상술한 바와 같이, 툴 평균위치(Tx)의 절댓값을 작게 만들도록, 공구 구동기(53)를 제어한다. 또한, 툴 평균위치(Tx)의 절댓값을 작게 만드는 구체적인 제어에 대해서는, 특허문헌 1에 상세히 개시되어 있기 때문에, 여기에서는 그 설명을 생략한다.
또한, 제어기(51)는, 툴 평균위치(Tx)=0이 되도록, 공구 구동기(53)를 제어하는 것이 바람직하다. 여기서, '툴 평균위치(Tx)=0'란, 툴 평균위치(Tx)가 ±0인 상태(Tx≒0)를 말하고, 핀 부재(11)의 단면적(Ap), 숄더 부재(12)의 단면적(As), 핀 부재(11)의 압입 깊이(Pp) 및 숄더 부재(12)의 압입 깊이(Ps)의 단위, 유효 숫자, 그 외의 제반 조건에 기초하여 Tx=0라고 간주할 수 있는 상태를 말한다. 따라서, 마찰 교반 점 접합 장치(50)의 구성 또는 용도 등의 제반 조건에 따라서는, 툴 평균위치(Tx)=0으로까지 작게 만들 필요는 없고, 양호한 제어가 가능하게 되는 것이라면, 실제에서 툴 평균위치(Tx)의 절댓값을 가급적 작은 값으로 만들면 된다.
그리고 제어기(51)는, 공정(3)으로부터 공정(5)로 이행하는 경우에는, 핀 구동기(531)를 제어하여, 핀 부재(11)를 서서히 진입시킨다. 한편, 제어기(51)는, 공정(3)으로부터 공정(4)를 거쳐 공정(5)로 이행하는 경우에는, 핀 구동기(531)를 제어하여, 핀 부재(11)를 서서히 인입시킨다. 이때, 핀 부재(11) 또는 숄더 부재(12)는 모두, 인입 동작 중에도 그 선단에 의한 가압력은 유지되고 있다(도 3a의 공정(3)의 화살표(F) 및 도 3b의 공정(4)의 화살표(F) 참조).
이 때문에, 숄더 부재(12)가 인입되는 경우에는, 핀 부재(11)에 의한 회전 및 누름이 유지되고 있으므로, 소성 유동부(60a)의 연화한 금속재료는, 핀 부재(11)의 바로 아래에서부터 숄더 부재(12)의 바로 아래로 유동하여, 숄더 부재(12)의 압입에 의해 생긴 오목부가 되메워진다.
한편, 핀 부재(11)가 인입되는 경우에는, 숄더 부재(12)에 의한 회전 및 누름이 유지되고 있으므로, 소성 유동부(60a)의 연화한 금속재료는, 숄더 부재(12)의 바로 아래에서부터 핀 부재(11)의 바로 아래로 유동하고, 그 결과, 핀 부재(11)의 압입에 의해 생긴 오목부가 되메워진다.
다음으로, 제어기(51)는, 공구 구동기(53)를 제어하여, 핀 부재(11)의 선단면(11a) 및 숄더 부재(12)의 선단면(12a)을, 서로 단차가 거의 생기지 않는 정도로 맞춘다(동일평면으로 만든다)(도 3b 및 도 4의 공정(5) 참조). 이에 따라, 피접합물(60)의 표면(60c)이 정형 되어, 실제 오목부가 생기지 않는 정도의 거의 평탄한 면이 얻어진다.
다음으로, 제어기(51)는, 공구 구동기(53)를 제어하여, 핀 부재(11), 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(54)를 피접합물(60)로부터 떼어내고, 그 후, 회전 구동기(57)를 제어하여, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 회전을 정지시켜, 일련의 마찰 교반 점 접합(피접합물(60)의 접합 공정)을 종료시킨다(도 3b 및 도 4의 공정(6) 참조). 이에 따라, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 밀착에 의한 회전(및 누름)은 금속판(61, 62)에 가해지지 않게 되므로, 금속판(61, 62)의 쌍방에 미치는 소성 유동부(60a)에서는, 소성 유동이 멈추고, 접합부(60b)가 된다.
이와 같이, 본 실시형태 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)에서는, 제어기(51)가, 툴 평균위치(Tx)의 절댓값을 작게 만들도록, 각 부재(각 기기)를 제어하는 것에 의해, 바람직할 정도로 양호한 접합 품질을 실현할 수 있음과 함께, 내부 공동 결함의 발생을 방지 또는 억제할 수가 있다.
그런데 본 발명자 등은, 상기 특허문헌 1에 개시되어 있는 마찰 교반 점 접합방법을 이용하지 않고, 즉, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)를 충분히 냉각시키지 않고, 연속하여 접합을 수행할 경우에는, 외관 품질 등이 불충분해진다는 깨달음을 얻었다. 여기서, '연속하여 접합을 수행한다'란, 핀 부재 및/또는 숄더 부재가 충분히 냉각(예를 들면, 공랭)되지 않고, 다음의 접합을 수행하는 것을 말하고, 예를 들면, 접합을 종료한 후, 소정의 시간(예를 들면, 수 초(2초)) 이내에 다음의 접합을 개시하는 경우, 및/또는, 다음의 접합을 개시함과 함께 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 온도가 소정의 온도 이상인 경우와 같은 높은 사이클에서 시공하는 것을 말한다.
여기서, 본 발명자는, 여러 가지 냉각 방법으로 연속하여, 2장의 알루미늄 합금 2024 클래드(clad)-T3재(판 두께 0.8mm)에 접합을 수행한 경우의 숄더 부재의 오도를 계측한 결과, 200℃ 이상의 온도일 때 외관 품질(주로 접합부의 홈)의 불량이 발생하였다. 한편, 숄더 부재의 온도가 20~60℃ 이하의 온도까지 냉각시킨 조건에서는, 반복해서 접합하여도, 툴의 온도 증가는 확인되지 않고, 외관 품질(주로 접합부의 홈)의 불량이 발생하지 않았다. 또한, 이러한 온도의 역치는, 피접합 재료 및 판 두께, 또한 숄더 부재의 재질에 따라 다르므로, 일률적으로 정의되는 것은 아니라는 것은 당연하다.
그리고 본 발명자 등은, 연속하여 접합을 수행한 경우의 외관 품질 등의 불량 발생은, 후술하는 이유(요인)에 따른 것으로 고찰하고 있다. 이하, 도 5 및 도 6을 참조하면서 상세하게 설명한다.
도 5는, 마찰 교반 점 접합 장치를 이용하여, 피접합물을 접합할 때의 공정(5)의 상태를 나타내는 모식도이고, 단발로 접합하는 경우의 공정(5)의 상태(A)와 연속으로 접합하는 경우의 공정(5)의 상태(B)를 나타내고 있다. 또한, 도 6은 본 실시형태 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치를 이용하여, 연속해서 피접합물을 접합할 때의 툴 평균위치(Tx)를 모식적으로 나타내는 그래프이다.
또한, 도 6에서는, 제어기(51)는, 공정(5)에서, 핀 부재(11)의 선단면(11a) 및 숄더 부재(12)의 선단면(12a)을 동일평면으로 만든 때, 이것들의 선단면은, 피접합물(60)의 표면(60c)(기준위치)에 위치하도록 제어하고 있다. 또한, 도 6에서는, 4회 연속하여, 피접합물의 다른 부분의 접합을 실행하고, 각 회차의 툴 평균위치(Tx)를 나타내고 있다. 또한, 도 6에서는, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 압입 방향(도 1에서의 아래 방향)을 '양의 방향'이라고 정의하고 있다. 또한, 도 6에서는, 공정(6)의 표기를 생략하고 있다.
단발로 피접합물(60)을 접합한 경우에는, 도 5의 (A)에 도시된 바와 같이, 공정(5)에서, 핀 부재(11)의 선단면(11a) 및 숄더 부재(12)의 선단면(12a)을 동일평면으로 만든 때, 이것들의 선단면은, 피접합물(60)의 표면(60c)(기준위치)에 위치하고 있다.
그러나 단발로 접합한 경우와 동일한 제어조건으로, 연속하여 피접합물(60)을 접합한 결과, 피접합물(60)에서의, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)가 맞닿고 있는 부분이 함몰되고, 클램프 부재(54)가 맞닿고 있는 부분이 융기한다는 결과가 얻어졌다(도시하지 않음).
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 연속하여 피접합물을 접합한 때의 툴 평균위치(Tx)를 표기한 결과, 단발의 접합과 동일한 제어조건에서는, 공정(5)에서, 핀 부재(11)의 선단면(11a) 및 숄더 부재(12)의 선단면(12a)을 피접합물(60)의 표면(60c)(기준위치)에 위치하도록 제어할 수 없고, 툴 평균위치(Tx)가 양의 값을 취한다는 결과가 얻어졌다.
이러한 결과로부터, 본 발명자 등은, 공정(5)에서, 마찰 교반 점 접합 장치(50)는, 도 5의 (B)에 도시된 바와 같은 상태를 이루고 있는 것으로 추정하고 있다. 즉, 핀 부재(11)의 선단면(11a) 및 숄더 부재(12)의 선단면(12a)은, 기준위치(피접합물(60)의 표면(60c))보다도 피접합물(60)의 안쪽의 영역(제1 영역)에 위치한다. 한편, 클램프 부재(54)의 선단면(54a)은, 기준위치보다 피접합물(60)의 바깥쪽의 영역(제2 영역)에 위치한다.
본 발명자 등은, 이와 같은 결과는, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)에 마찰에 의해 발생한 열이 축적된 상태 그대로, 다음의 접합을 실행하기 때문에, 단발로 접합을 실행하는 경우에 비해서, 금속재료가 더 연화될 때까지의 시간이 빨라지고, 그 결과, 단발의 접합과 동일한 시간, 동일한 회전 속도 또는 동일한 압압력으로 연속 접합을 수행할 경우, 연화하는 재료가 많아져, 재료가 숄더 부재(12)의 바깥쪽(클램프 부재(54) 쪽)) 등으로 흘러 버린 것이 원인(요인)이라고 고찰하고 있다.
그래서, 연속하여 피접합물을 접합하는 경우에, 다음의 접합을 개시하기까지의 사이에, 연화재료가 유출하는 것을 방지하기 위한 처리를 수행하는 것에 의해, 연속하여 접합을 수행하여도 양호한 접합 품질을 실현할 수 있다는 것을 발견하고 본 발명을 생각해내었다.
즉, 피접합물(60)의 접합공정을 종료할 때, 위치 검출기(21)가 검출한 핀 부재(11) 또는 숄더 부재(12)의 선단면의 위치(제1 위치)가 제1 영역에 위치하는 경우에는, 피접합물(60)을 누르는 압압력을 감소시키는, 및/또는, 핀 부재(11)와 숄더 부재(12)의 회전수를 감소시키는 것으로, 상기 과제(요인)를 해결할 수 있다는 것을 찾아냈다.
이하, 본 실시형태 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)에서, 연속하여 접합을 수행하는 경우의 동작(제어방법)에 대해 설명한다.
[마찰 교반 점 접합 장치의 연속 접합 동작]
도 7은, 연속 접합을 실행하는 경우의, 본 실시형태 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치의 동작의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제어기(51)는, 공구 구동기(53)를 구동하여, 피접합물의 접합공정을 개시한다(단계 S101). 이에 따라, 핀 부재(11), 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(54)가 피접합물(60)(금속판(61, 62))에 접근하도록 이동한다.
다음으로, 제어기(51)는, 미리 설정된 소정의 회전수로, 회전 구동기(57)를 구동시켜, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)를 회전시킨다(단계 S102). 이에 따라, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)가 회전하면서, 핀 부재(11), 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(54)가 피접합물(60)에 접근하도록 이동한다.
또한, 본 실시형태 1에서는, 제어기(51)는, 공구 구동기(53)를 구동시킨 후에, 회전 구동기(57)를 구동시키는 형태를 채용하였으나, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 제어기(51)는, 회전 구동기(57)를 구동시킨 후에, 공구 구동기(53)를 구동시키는 형태를 채용하여도 좋다. 또한, 예를 들면, 제어기(51)는, 공구 구동기(53)를 구동시켜, 핀 부재(11), 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(54)가 피접합물(60)에 접촉한 후에, 회전 구동기(57)를 구동시키는 형태를 채용하여도 좋다.
그리고 제어기(51)는, 가압력 검출기(33)가 소정의 압력을 검출하였는지 아닌지를 판정한다(단계 S103). 상술한 바와 같이, 제어기(51)는, 핀 부재(11), 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(54)가 미리 설정된 소정의 압압력으로 피접합물(60)을 누르도록, 공구 구동기(53)를 제어하고 있다. 이 때문에, 제어기(51)는, 가압력 검출기(33)가 검출한 압력이 소정의 압력일 경우에는, 핀 부재(11)의 선단면(11a) 및 숄더 부재(12)의 선단면(12a)이 피접합물(60)의 표면(60c)에 맞닿은 것으로 판정할 수가 있다.
따라서, 제어기(51)는, 가압력 검출기(33)가 소정의 압력을 검출하는 경우(단계 S103에서 '예')에는, 단계 S104를 진행한다. 제어기(51)는, 가압력 검출기(33)가 소정의 압력을 검출하지 않은 경우(단계 S103에서 '아니오')에는, 소정의 압력을 검출할 때까지, 단계 S101 ~ 단계 S103을 반복한다.
또한, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)는, 피접합물(60)과 접촉하면, 상술한 바와 같이, 재료가 연화할 때까지의 사이에, 피접합물(60)의 표면(60c)에서 머무른다. 또한, 클램프 부재가 있는 경우에는, 재료가 연화하여도 피접합물(60)의 표면(60c)에서 머무른다.
다음으로, 제어기(51)는, 가압력 검출기(33)가 소정의 압력을 검출한 때, 위치 검출기(21)가 검출한 핀 부재(11)의 선단면(11a) 또는 숄더 부재(12)의 선단면(12a)의 위치를 기준위치로 설정한다(기억기(31)에 기억시킨다)(단계 S104).
또한, 본 실시형태에서는, 제어기(51)가, 회전 구동기(57)를 구동시킨 후에, 기준위치를 설정하는 형태를 채용하고 있으나, 이것에 한정되지 않는다. 제어기(51)가 회전 구동기(57)를 구동시키기 전에 기준위치를 설정하는 형태를 채용하여도 좋다. 이 경우, 기준위치를 설정할 때(공정(1))의 압압력의 역치와, 금속판(61)에 맞닿은 핀 부재(11) 등을 회전시킬 때(공정(2) ~ (5))의 압압력을 동일한 값을 하여도 좋고, 양자를 다른 값으로 하여도 좋다. 예를 들면, 공정(2) ~ (5) 에서의 압압력에 비해, 공정(1)에서의 압압력의 역치를 작은 값으로 설정하여도 좋다. 또한, 클램프가 있는 경우는, 공정(3)이 개시되기 직전의 시간에 기준위치를 설정하여도 상관없다.
다음으로, 제어기(51)는, 핀 부재(11) 또는 숄더 부재(12)가 소정의 동작을 하도록, 공구 구동기(53)를 제어한다(단계 S105). 구체적으로는, 제어기(51)는, 소정의 제어 프로그램에 따라서 공구 구동기(53)를 제어한다. 이때, 제어기(51)는, 툴 평균위치(Tx)의 절댓값을 작게 만들도록 공구 구동기(53)를 제어하는 것이 바람직하고, 툴 평균위치(Tx)=0이 되도록 공구 구동기(53)를 제어하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 제어기(51)는, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)를 피접합물(60)의 표면(60c)으로부터 후퇴시킨다. 피접합물(60)의 접합공정을 종료할 때에는, 핀 부재(11)의 선단면(11a) 및 숄더 부재(12)의 선단면(12a)이 동일평면이 되도록 공구 구동기(53)를 제어한다.
다음으로, 제어기(51)는, 핀 부재(11)의 선단면(11a) 및 숄더 부재(12)의 선단면(12a)을 동일평면으로 한 때에, 위치 검출기(21)가 검출한 핀 부재(11)의 선단면(11a) 또는 숄더 부재(12)의 선단면(12a)의 위치를 취득한다(단계 S106). 이어서, 제어기(51)는, 단계 S106에서 취득한 위치가, 제1 영역에 위치하는지 아닌지를 판정한다(단계 S107).
제어기(51)는, 단계 S106에서 취득한 위치(제1 위치)가, 제1 영역에 위치하지 않는 경우(단계 S107에서 '아니오')에는, 본 제어 흐름의 시작으로 되돌아가 다음의 접합을 실행한다.
한편, 제어기(51)는, 단계 S106에서 취득한 위치가, 제1 영역에 위치하는 경우(단계 S107에서 '예')에는, 상기 압압력 및/또는 회전수의 설정을 변경하고(단계 S108), 본 제어 흐름의 시작으로 되돌아가 다음의 접합을 실행한다.
구체적으로는, 제어기(51)는, 차회의 접합공정에서 피접합물(60)을 누르는 압압력을, 상기 소정의 압압력보다 감소시키도록 공구 구동기(53)의 설정을 변경하고, 및/또는, 차회의 접합공정에서 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 회전수를 상기 소정의 회전수보다 감소시키도록 공구 구동기(53)의 설정을 변경한다. 더 상세하게는, 제어기(51)는, 공구 구동기(53)의 조작량을 감소시키고, 및/또는 회전 구동기(57)의 조작량을 감소시킨다.
이에 따라, 지나치게 금속재료가 연화되는 것을 억제할 수가 있고, 연화한 재료의 클램프 부재(54) 쪽으로의 유출을 억제할 수가 있다.
이와 같이, 본 실시형태 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)에서는, 연속하여 접합을 실행할 때, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)가 피접합물(60)을 누르는 압압력 및/또는 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 회전수를 감소시킴에 따라, 피접합물(60)의 접합 부분의 외관 품질 등을 충분히 담보할 수 있고, 양호한 접합 품질을 실현할 수 있다.
[변형예 1]
다음으로, 본 실시형태 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)의 변형예에 대해 설명한다.
본 실시형태 1에 대한 변형예 1의 마찰 교반 점 접합 장치는, 제어기가, 피접합물의 접합공정을 종료할 때 제1 위치가 제1 영역에 위치함과 더불어, 차회의 접합공정을 개시할 때 핀 부재 및 숄더 부재의 온도가 소정의 온도 이상일 경우에는, 차회의 접합공정에서의, 핀 부재와 숄더 부재가 피접합물을 누르는 압압력을 감소시키도록 공구 구동기를 제어하고, 및/또는, 핀 부재와 숄더 부재의 회전수를 감소시키도록 회전 구동기를 제어하는 형태를 예시한다.
또한, 본 변형예 1의 마찰 교반 점 접합 장치(50)는, 실시형태 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)와 동일하게 구성되어 있기 때문에, 그 구성의 설명에 대해서는 생략한다.
[마찰 교반 점 접합 장치의 연속 접합 동작]
도 8은. 연속 접합을 실행하는 경우, 본 실시형태 1에 대한 변형예 1의 마찰 교반 점 접합 장치의 동작의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 변형예 1의 마찰 교반 점 접합 장치(50)에서의 연속 접합 동작은, 실시형태 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)와 기본적인 동작은 동일하지만. 단계 S107과 단계 S108 사이에, 단계 S107A가 실행되는 점이 다르다.
구체적으로는, 제어기(51)는, 단계 S106에서 취득한 위치(제1 위치)가, 제1 영역에 위치하는 경우(단계 S107에서 '예')에, 단계 S107A를 진행한다. 단계 S107A에서는, 제어기(51)는, 다음의 접합을 개시하는 지령이 입력된 때, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 온도가 소정의 온도 이상인지 아닌지를 판단한다.
여기서, 소정의 온도는, 미리 실험 등에 의해 설정할 수 있으며, 예를 들면, 20~60℃로 설정하여도 좋다. 또한, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 온도는, 예를 들면, 적외선 온도 센서 등에 의해, 직접적으로 검지하여도 좋고, 또한, 피접합물(60) 등의 온도 또는 피접합물(60)의 접합 횟수 등으로부터 간접적으로 검지하여도 좋다.
그리고 제어기(51)는, 제1 위치가 제1 영역에 위치함과 더불어, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 온도가 소정의 온도 이상인 경우(단계 S107A에서 '예')에는, 압압력 및/또는 회전수의 설정을 변경하고(단계 S108), 본 제어 흐름의 시작으로 되돌아가 다음의 접합을 실행한다. 또한, 압압력 및/또는 회전수의 설정 변경은, 미리 실험 등으로 데이터 베이스를 만들어, 자동으로 변경되는 것이 바람직하다.
한편, 제어기(51)는, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 온도가 소정의 온도 이상이 아닌 경우(단계 S107A에서 '아니오')에는, 본 제어 흐름의 시작으로 되돌아가 다음의 접합을 실행한다.
이와 같이 구성된, 본 변형예 1의 마찰 교반 점 접합 장치(50)도, 실시형태 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)와 동일한 작용 효과를 발휘한다.
[변형예 2]
본 실시형태 1에 대한 변형예 2의 마찰 교반 점 접합 장치는, 제어기가, 피접합물의 접합공정을 종료할 때, 제1 위치가 제1 영역에 위치함과 더불어, 피접합물의 접합공정을 종료한 후 차회의 접합공정을 개시할 때까지의 시간이 소정의 시간 이상일 경우에는, 차회의 접합공정에서, 핀 부재와 숄더 부재가 피접합물을 누르는 압압력을 감소시키도록 공구 구동기를 제어하고, 및/또는, 핀 부재와 숄더 부재의 회전수를 감소시키도록 회전 구동기를 제어하는 형태를 예시한다.
또한, 본 변형예 2의 마찰 교반 점 접합 장치(50)는, 실시형태 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)와 동일하게 구성되어 있기 때문에, 그 구성의 설명에 대해서는 생략한다.
[마찰 교반 점 접합 장치의 연속 접합 동작]
도 9는. 연속 접합을 실행하는 경우에, 본 실시형태 1에 대한 변형예 2의 마찰 교반 점 접합 장치의 동작의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 변형예 2의 마찰 교반 점 접합 장치(50)에서의 연속 접합 동작은, 실시형태 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)와 기본적인 동작은 동일하지만. 단계 S107과 단계 S108 사이에, 단계 S107B가 실행되는 점이 다르다.
구체적으로는, 제어기(51)는, 단계 S106에서 취득한 위치(제1 위치)가, 제1 영역에 위치하는 경우(단계 S107에서 '예')에, 단계 S107B를 진행한다. 단계 S107B에서는, 제어기(51)는, 전회의 접합이 종료한 후 차회의 접합을 개시하는 지령이 입력될 때까지의 시간을 카운트하고, 그 카운트한 시간이 소정의 시간 이상 경과 하는지 아닌지를 판단한다.
여기서, 소정의 시간은, 미리 실험 등에 의해 설정할 수 있으며, 예를 들면, 5~7초로 설정하여도 좋다. 또한, 제어기(51)에 의한 시간의 경과는, 도시하지 않은 제어기(51)의 시계부에 의해서 실행된다.
그리고 제어기(51)는, 제1 위치가 제1 영역에 위치함과 더불어, 전회의 접합이 종료한 후, 다음의 접합을 개시하는 지령이 입력될 때까지의 시간이 소정의 시간 이상 경과하지 않은 경우(단계 S107B에서 '예')에는, 압압력 및/또는 회전수의 설정을 변경하고(단계 S108), 본 제어 흐름의 시작으로 되돌아가 다음의 접합을 실행한다.
한편, 제어기(51)는, 전회의 접합이 종료한 후, 다음의 접합을 개시하는 지령이 입력될 때까지의 시간이 소정의 시간 이상 경과하는 경우(단계 S107B에서 '아니오')에는, 본 제어 흐름의 시작으로 되돌아가 다음의 접합을 실행한다.
이와 같이 구성된, 본 변형예 2의 마찰 교반 점 접합 장치(50)도, 실시형태 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)와 동일한 작용 효과를 발휘한다.
또한, 변형예 2의 마찰 교반 점 접합 장치(50)에서는, 제1 위치가 제1 영역에 위치함과 더불어, 전회의 접합이 종료한 후 다음의 접합을 개시하는 지령이 입력될 때까지의 시간이 소정의 시간 이상 경과 하지 않을 경우, 압압력 및/또는 회전수의 설정을 변경하는 형태를 채용하였으나, 이것에 한정되지 않는다.
제어기(51)는, 제1 위치가 제1 영역에 위치함과 더불어, 전회의 접합이 종료한 후, 다음의 접합을 개시하는 지령이 입력될 때까지의 시간이 소정의 시간 이상 경과 하고, 그와 함께 다음의 접합을 개시하는 지령이 입력된 때, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 온도가 소정의 온도 이상일 경우, 압압력 및/또는 회전수의 설정을 변경하는 형태를 채용하여도 좋다.
[변형예 3]
본 실시형태 1에 대한 변형예 3의 마찰 교반 점 접합 장치(50)는, 실시형태 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)와 기본적인 구성은 동일하지만, 가압력 검출기(33)가 설치되어 있지 않다는 점이 다르다. 또한, 변형예 3의 마찰 교반 점 접합 장치(50)에서는, 실시형태 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)와 동일하게 연속 접합 동작을 실행하지만, 기준위치의 설정 방법이 다르다. 구체적으로는, 작업자가, 핀 부재(11)의 선단면(11a) 또는 숄더 부재(12)의 선단면(12a)과, 피접합물(60)의 표면과의 접촉을 육안으로 확인하고, 제어기(51)는, 이때에 위치 검출기(21)가 검지한 위치를 기억기(31)에 기준위치로 기억시킨다.
이와 같이, 본 변형예 3의 마찰 교반 점 접합 장치(50)에서는, 미리 기억기(31)에 기준위치가 기억되어 있기 때문에, 본 변형예 3에서는, 연속 접합 동작은, 도 7에 도시한 연속 접합 동작의 단계 S103이 생략되어 실행된다. 이와 같이 구성된, 본 변형예 3의 마찰 교반 점 접합 장치(50)도, 실시형태 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)와 동일한 작용효과를 발휘한다.
또한, 기억기(31)는, 연속하여 접합을 실행하기 전에, 하나 이상의 접합 개소의 기준위치를 기억하면 좋고, 예를 들면, 전체 접합 개소의 기준위치를 기억하여도 좋으며, 복수의 접합 개소의 기준위치를 기억하여도 좋고, 하나의 접합 개소의 기준위치를 기억하여도 좋다.
또한, 본 변형예 3의 마찰 교반 점 접합 장치(50)는, 상기 특징 이외에는, 변형예 1 또는 변형예 2의 마찰 교반 점 접합 장치(50)와 동일하게 구성되어도 좋다.
[변형예 4]
상술한 바와 같이, 핀 부재(11) 또는 숄더 부재(12)는, 피접합물(60)과 접촉한 후, 회전 구동되고, 그 후, 핀 부재(11) 또는 숄더 부재(12) 중 어느 한쪽의 부재는, 공구 구동기(53)에 의해, 피접합물(60)의 표면(60c)으로부터 더욱 내부로 진입(압입)한다. 즉, 핀 부재(11) 또는 숄더 부재(12)가 구동되기 전에도, 핀 부재(11)의 선단면(11a) 또는 숄더 부재(12)의 선단면(12a)은 피접합물(60)의 표면(60c)에 위치한다.
이 때문에, 본 변형예 4의 마찰 교반 점 접합 장치(50)에서는, 제어기(51)가, 공구 구동기(53)를 제어하여, 핀 부재(11) 또는 숄더 부재(12) 중 어느 한쪽의 부재를 구동하기 직전에 위치 검출기(21)가 검출한 위치를 기준위치로 설정한다.
이하, 도 10을 참조하면서, 본 변형예 4의 마찰 교반 점 접합 장치(50)의 종적에 대해 구체적으로 설명한다. 또한, 본 변형예 4의 마찰 교반 점 접합 장치(50)는, 본 실시형태 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)와 동일하게 구성되기 때문에, 그 구성의 설명에 대해서는 생략한다.
도 10은, 연속 접합을 실행하는 경우, 본 실시형태 1에 대한 변형예 4의 마찰 교반 점 접합 장치의 동작의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 제어기(51)는, 공구 구동기(53)를 구동하여, 피접합물의 접합 공정을 개시한다(단계 S201). 이어서, 제어기(51)는, 미리 설정된 소정의 회전수로 회전 구동기(57)를 구동시켜, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)를 피접합물(60)의 표면(60c)에 맞닿게 한 상태에서 회전시킨다. 이때, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)는, 상술한 바와 같이, 재료가 연화될 때까지 피접합물(60)의 표면(60c)에서 머물러 있는다.
다음으로, 제어기(51)는, 단계 S205에서, 공구 구동기(53)에 제어신호를 출력하기 직전에, 위치 검출기(21)가 검출한 핀 부재(11)의 선단면(11a) 또는 숄더 부재(12)의 선단면(12a)의 위치를 취득한다(단계 S203). 이어서, 제어기(51)는, 단계 S203에서 취득한 위치를, 기준위치로 설정한다(기억기(31)에 기억되어 있는 기준위치를 갱신한다)(단계 S204).
그리고 제어기(51)는, 단계 S205 ~ 단계 S208을 실행한다. 또한, 단계 S205 ~ 단계 S208은, 도 7에 도시한 단계 S105 ~ 단계 S108과 동일한 동작이므로, 그 설명은 생략한다.
이와 같이, 본 변형예 4의 마찰 교반 점 접합 장치(50)에서는, 연속하여 접합을 실행할 때, 단계 S204에서 기준위치를 갱신해 나가도록 구성되어 있다. 이와 같이 구성된, 본 변형예 4의 마찰 교반 점 접합 장치(50)도, 실시형태 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)와 동일한 작용효과를 발휘한다.
또한, 본 변형예 4의 마찰 교반 점 접합 장치(50)에서는, 변형예 3과 마찬가지로, 연속하여 접합을 실행하기 전에, 하나 이상의 접합 개소의 기준위치를 기억기(31)에 기억시켜 두고, 피접합물(60)을 접합할 때, 기억기(31)에 기억되어 있는 기준위치를 갱신시켜도 좋다.
또한, 본 변형예 4의 마찰 교반 점 접합 장치(50)에서는, 변형예 4와 마찬가지로, 연속하여 접합을 실행하기 전에, 하나 이상의 접합 개소의 기준위치를 기억기(31)에 기억시켜 두고, 피접합물(60)을 접합할 때, 기억기(31)에 기억되어 있는 기준위치와는 별도로, 단계 S203에서 취득한 위치를 기준위치로 기억하여도 좋다.
또한, 본 변형예 4의 마찰 교반 점 접합 장치(50)는, 상기 특징 이외에는, 변형예 1~3중 어느 하나의 마찰 교반 점 접합 장치(50)와 동일하게 구성되어도 좋다.
[변형예 5]
본 변형예 5의 마찰 교반 점 접합 장치는, 제어기가, 제1 위치를 기준으로 하여 산출된 툴 평균위치(Tx)인 툴 평균위치(Tx1)가, 미리 실험 등으로 임의로 설정되는 적정범위를 벗어날 경우에는, 차회의 접합 공정에서 핀 부재와 숄더 부재가 피접합물을 누르는 압압력을 감소시키도록 공구 구동기를 제어하고, 및/또는, 차회의 접합 공정에서 핀 부재와 숄더 부재의 회전수를 감소시키도록 회전 구동기를 제어하는 형태를 예시한다. 또한, 본 변형예 5의 마찰 교반 점 접합 장치는, 실시형태 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치와 동일하게 구성되기 때문에, 그 구성의 설명은 생략한다.
[마찰 교반 점 접합 장치의 연속 접합 동적]
도 11은, 연속 접합을 실행하는 경우, 본 실시형태 1에 대한 변형예 5의 마찰 교반 점 접합 장치의 동작의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 변형예 5의 마찰 교반 점 접합 장치(50)에서의 연속 접합 동작은, 단계 S301 ~ 단계 S306까지는, 도 7에 도시한 실시형태 1의 단계 S101 ~ 단계 S106과 동일하지만, 단계 S307 이후의 동작이 다르다. 이하, 동작이 다른 부분에 대해서 상세하게 설명한다.
단계 S307에서는, 제어기(51)는, 단계 S306에서 취득한 위치(제1 위치)를 기준으로 하여, 툴 평균위치(Tx1)(Ap ㆍ Pp + As ㆍ Ps)를 산출한다. 이어서, 제어기(51)는, 단계 S307에서 산출한 툴 평균위치(Tx1)가, 그 적정 범위 안에 있는지 아닌지를 판정한다(단계 S308).
여기서, 툴 평균위치(Tx1)의 적정 범위는, 피접합물(60)을 구성하는 금속 재료 등에 의해 임의로 변경되는 것으로, 미리 실험 등으로 설정한 것일 수 있다. 피접합물(60)의 접합 부분의 외관 품질 등을 충분히 담보하는 관점에서, 적정 범위의 하한치는 -0.08 ~ -0.05 정도의 값이 바람직하고, 상한치는 0.05 ~ 0.08 정도의 값이 바람직하다.
제어기(51)는, 단계 S307에서 산출한 툴 평균위치(Tx1)가, 적정 범위 안에 있는 경우(단계 S308에서 '아니오')에는, 그대로 본 제어 흐름의 시작으로 되돌아가 다음의 접합을 실행한다.
한편, 제어기(51)는, 단계 S307에서 산출한 툴 평균위치(Tx1)가, 적정 범위를 벗어난 경우(단계 S308에서 '예')에는, 상기 압압력 및/또는 회전수의 설정을 변경하고(단계 S309), 본 제어 흐름의 시작으로 되돌아가 다음의 접합을 실행한다.
이와 같이 구성한, 본 변형예 5의 마찰 교반 점 접합 장치(50)도, 실시형태 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)와 동일한 작용효과를 발휘한다. 또한, 본 변형예 5의 마찰 교반 점 접합 장치(50)는, 상기 특징 이외에는, 변형예 1 ~ 4중 어느 하나의 마찰 교반 점 접합 장치(50)와 동일하게 구성되어도 좋다.
[변형예 6]
본 변형예 6의 마찰 교반 점 접합 장치는, 제어기가, 툴 평균위치(Tx1)가 제1 역치보다 클 경우에는, 차회의 접합 공정의 실행을 금지하는 형태를 예시하는 것이다. 또한, 본 변형예 6의 마찰 교반 점 접합 장치는, 실시형태 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치와 동일하게 구성되기 때문에, 그 구성의 설명은 생략한다.
[마찰 교반 점 접합 장치의 연속 접합 동작]
도 12a 및 도 12b는, 연속 접합을 실행하는 경우, 본 실시형태 1에 대한 변형예 6의 마찰 교반 점 접합 장치의 동작의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 12a 및 도 12b에 도시된 바와 같이, 변형예 6의 마찰 교반 점 접합 장치(50)에서의 연속접합 동작은, 변형예 5의 마찰 교반 점 접합 장치(50)에서의 연속접합 동작과 기본적 동작은 동일하지만, 단계 S307에서 산출한 툴 평균위치(Tx1)가, 적정범위를 벗어나는 경우(단계 S308에서 '예')의 동작이 다르다. 이하, 동작이 다른 부분에 대해 상세하게 설명한다.
제어기(51)는, 단계 S307에서 산출한 툴 평균위치(Tx1)가, 적정범위를 벗어난 경우(단계 S308에서 '예')에는, 단계 S309를 진행한다. 단계 S309에서는, 단계 S307에서 산출한 툴 평균위치(Tx1)가, 제1 역치보다 큰지 아닌지를 판정한다.
여기서, 제1 역치는, 적정범위보다 큰 값으로, 피접합물(60)을 구성하는 금속재료 또는 원하는 품질요구 등에 의해 임의로 변경되는 것으로, 미리 설계요구 또는 실험 등으로 설정할 수 있다. 제1 역치로서는, 원하는 품질에 따라서, 예를 들면, 0.1mm 또는 0.2mm 등으로 설정하여도 되고, 피접합물(60)의 판 두께의 20% 등으로 설정하여도 좋다.
제어기(51)는, 단계 S307에서 산출한 툴 평균위치(Tx1)가, 제1 역치보다 크지 않은 경우(단계 S309에서 '아니오')에는, 상기 압압력 및/또는 회전수의 설정을 변경하고(단계 S311), 본 제어 흐름의 시작으로 되돌아가 다음의 접합을 실행한다.
한편, 제어기(51)는, 단계 S307에서 산출한 툴 평균위치(Tx1)가, 제1 역치보다 큰 경우(단계 S309에서 '예')에는, 차회의 접합의 실행을 금지하고(단계 S310), 본 제어 흐름을 종료한다. 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)에 축적된 열량이 크기 때문에, 설정변경에 의해서도, 피접합물(60)의 접합부분의 외관 품질 등을 충분히 담보하지 못할 염려가 있기 때문에, 차회의 접합의 실행을 금지한다.
또한, 차회 접합의 실행 금지에는, 단지 다음의 피접합물(60)의 접합을 중지하는 경우뿐만 아니라, 충분히 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)를 냉각할 시간이 경과하기 까지 피접합물(60)의 접합을 중지하는 경우도 포함된다.
이와 같이 구성한, 본 변형예 6의 마찰 교반 점 접합 장치(50)도, 실시형태에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)와 동일한 작용효과를 발휘한다.
또한, 본 변형예 6의 마찰 교반 점 접합 장치(50)에서는, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)가 지나치게 가열되어 있다고 판단할 수 있는 경우에는, 피접합물(60)의 접합의 실행을 금지함으로써, 더욱 외관 품질 등을 충분히 담보할 수 있고, 양호한 접합 품질을 실현할 수가 있다.
또한, 본 변형예 6의 마찰 교반 점 접합 장치(50)는, 상기 특징 이외에는, 변형예 1 ~ 4중 어느 하나의 마찰 교반 점 접합 장치(50)와 동일하게 구성되어도 좋다.
(실시형태 2)
본 실시형태 2에 따른 마찰 교반 점 접합 장치는, 제어기가, 피접합물의 접합공정을 종료할 때마다, 제1 위치가, 기준위치보다 피접합물로부터 멀리 떨어진 쪽의 영역인 제2 영역과, 기준위치 또는 제1 영역으로 변동하는 경우에는, 핀 부재 및/또는 숄더 부재에 피접합물의 일부가 부착되어 있다고 판단하고, 경보기에 의해 경고를 고지하고, 및/또는, 차회의 접합공정의 실행을 금지하는 형태를 예시하는 것이다. 또한, 본 실시형태 2에 따른 마찰 교반 점 접합 장치는, 실시형태 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치와 동일하게 구성되기 때문에, 그 구성의 설명은 생략한다.
그런데 본 발명자 등은, 연속하여 피접합물의 접합을 실행하면, 피접합물의 접합공정을 종료할 때, 제1 위치가, 제2 영역에 위치할 경우가 있다는 것을 찾아내었다. 이와 같은 상태가 발생하는 요인으로서는, 피접합물의 표면과, 핀 부재의 선단면 및/또는 숄더 부재의 선단면과의 사이에, 공동(공간)이 형성되어 있는 경우, 핀 부재 및/또는 숄더 부재의 선단부에 피접합물의 일부가 부착되어 있는 경우 등이 생각될 수 있다.
그래서, 본 발명자 등은, 그 현상에 관하여 더 고찰한 결과, 제1 위치가, 제2 영역에 위치한 경우, 차회 이후의 접합공정에서, 핀 부재 및/또는 숄더 부재의 선단부에 부착된 피접합물의 일부는, 해당 접합 부분에 섞여 제거되는 것이 있음을 찾아내어 본 발명을 생각해내었다.
이하, 본 실시형태 2에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)에서, 연속하여 접합을 수행할 경우의 동작(제어 방법)에 대해 설명한다.
[마찰 교반 점 접합 장치의 연속 접합 동작]
도 13a 및 도 13b는, 연속 접합을 실행하는 경우, 본 실시형태 2에 따른 마찰 교반 점 접합 장치의 동작의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 13a 및 도 13b에 도시된 바와 같이, 본 실시형태 2에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)에서의 연속 접합 동작은, 실시형태 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)에서의 연속 접합 동작과 기본적 동작은 동일하지만, 단계 S107 이후의 동작이 다르다. 이하, 동작이 다른 부분에 대해 상세하게 설명한다.
제어기(51)는, 단계 S106에서 취득한 위치(제1 위치)가, 제1 영역에 위치하는 경우(단계 S107에서 '예')에는, 상기 압압력 및/또는 회전수의 설정을 변경한다(단계 S108). 이어서, 제어기(51)는, 단계 S106에서 취득한 위치(제1 위치)를 기억기(31)에 기억시키고(단계 S109), 본 제어 흐름의 시작으로 되돌아가 다음의 접합을 실행한다.
한편, 제어기(51)는, 단계 S106에서 취득한 위치(제1 위치)가, 제1 영역에 위치하지 않는 경우(단계 S107에서 '아니오')에는, 단계 S110을 진행한다. 단계 S110에서는, 제어기(51)는, 제1 위치가, 제2 영역과, 제1 영역 또는 기준위치로 변동하고 있는지 아닌지를 판정한다. 구체적으로는, 제어기(51)는, 기억기(31)에 기억되어 있는 제1 위치의 이력을 참조하여, 제1 위치가, 제2 영역과, 제1 영역 또는 기준위치로 변동하고 있는지 아닌지를 판정한다. 또한, 기억기(31)에 기억되어 있는 제1 위치의 이력은, 본 제어 흐름을 개시하고부터의 이력을 참조하고, 그 이전의 이력은 참조하지 않는다.
여기서, 피접합물(60)의 접합 공정을 종료할 때마다, 제1 위치가, 제2 영역과, 제1 영역 또는 기준위치로 변동하는 경우란, 이하와 같은 경우를 말한다.
상술한 바와 같이, 제어기(51)는, 피접합물(60)의 접합공정을 종료할 때마다, 제1 위치를 기억기(31)에 기억시킨다. 그리고 예를 들면, 1회차의 제1 위치가 제2 영역에 위치하고, 2회차의 제1 위치가 제1 영역(또는 기준위치)에 위치하며, 3회차의 제1 위치가 제2 영역에 위치하는 경우, 제어기(51)는, 제1 위치가, 제2 영역과, 제1 영역 또는 기준위치로 변동하는 경우라고 판정한다.
또한, 제1 위치가, 제2 영역과, 제1 영역 또는 기준위치로 변동하는 경우에는, 기억된 제1 위치가, 제2 영역과, 제1 영역(또는 기준위치)을 번갈아 위치하는 경우만으로 한정되지 않는다. 제1 위치가, 제2 영역과, 제1 영역 또는 기준위치로 변동하는 경우로서는, 예를 들면, 제1 위치가, 복수 회 연속하여 제2 영역에 위치하고, 그 후, 1회 이상의 횟수로 제1 영역(또는 기준위치)에 위치한 후에, 재차, 제2 영역에 위치하는 경우, 또는 제1 위치가, 복수 회 연속하여 제1 영역(또는 기준위치)에 위치하고, 그 후, 1회 이상의 횟수로 제2 영역에 위치한 후, 재차, 제1 영역(또는 기준위치)에 위치하는 경우 등이어도 좋다.
그리고 제어기(51)는, 제1 위치가, 제2 영역과, 제1 영역 또는 기준위치로 변동하지 않은 경우(단계 S110에서 '아니오')에는, 그대로 본 제어 흐름의 시작으로 되돌아가 다음의 접합을 실행한다.
한편, 제어기(51)는, 제1 위치가, 제2 영역과, 제1 영역 또는 기준위치로 변동하는 경우(단계 S110에서' 예')에는, 경보기에 의해, 사용자에게 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 선단부에 피접합물(60)의 일부가 부착되어 있을 염려가 있다는 경고를 고지시키고(단계 S111), 본 제어 흐름의 시작으로 되돌아가 다음의 접합을 실행한다.
여기서, 경보기로서는, 경고를 외부에 알릴 수 있다면, 어떠한 구성이어도 좋다. 외부에 알리는 형태로서는, 예를 들면, 리모컨의 표시부(화면)에 문자 데이터 또는 이미지 데이터 등을 표시하는 형태여도 좋고, 스피커 등에 의해 음성으로 알리는 형태여도 좋으며, 빛 또는 색으로 알리도록 하는 형태여도 좋다. 또한, 통신 네트워크를 통해 스마트폰, 휴대전화 또는 태블릿 형 컴퓨터 등에 메일 또는 애플리케이션으로 알리는 형태여도 좋다.
이에 따라, 마찰 교반 점 접합 장치(50)의 사용자는, 핀 부재(11) 및/또는 숄더 부재(12)에 이상이 발생하고 있을 염려가 있다는 것을 알 수 있고, 마찰 교반 점 접합 장치(50)의 정비 등을 조기에 실행할 수가 있다. 이 때문에, 피접합물(60)에, 핀 부재(11)에 부착한 피접합물(60)의 일부가 접합 부분에 섞이는 데에 따른 품질 악화(예를 들면, 피접합물(60)의 표면(60c)의 살이 돋아 오르는 등)를 억제할 수가 있다.
또한, 본 실시형태 2에서는, 제어기(51)는, 제1 위치가, 제2 영역과, 제1 영역 또는 기준위치로 변동하는 경우에는, 경보기에 의해, 경고를 고지하는 형태를 채용하였으나, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 제어기(51)는, 제1 위치가, 제2 영역과, 제1 영역 또는 기준위치로 변동하는 경우에는, 차회의 접합을 금지하는 형태를 채용하여도 좋다. 또한, 제어기(51)는, 제1 위치가, 제2 영역과, 제1 영역 또는 기준위치로 변동하는 경우, 경보기에 의한 경고의 고지를 복수 회 수행한 후, 차회의 접합을 금지하는 형태를 채용하여도 좋다.
또한, 본 실시형태 2에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)는, 상기 특징 이외에는, 실시형태 1에 대한 변형예 1 ~ 6중 어느 하나의 마찰 교반 점 접합 장치(50)와 동일하게 구성되어도 좋다.
[변형예 1]
다음으로, 본 실시형태 2에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)의 변형예에 대해 설명한다.
본 변형예 1의 마찰 교반 점 접합 장치는, 제어기가, 피접합물의 접합공정을 종료할 때마다, 툴 평균위치(Tx1)가, 음의 값과, 양의 값 또는 0으로 변동하는 경우에는, 핀 부재 및/또는 숄더 부재에 피접합물의 일부가 부착되어 있는 것으로 판단하여, 경보기에 의해 경고를 고지하고, 및/또는, 차회의 접합공정의 실행을 금지하는 형태를 예시하는 것이다. 또한, 본 변형예 1의 음의 값 장치는, 실시형태 1에 따른 음의 값 장치와 동일하게 구성되어 있기 때문에, 그 구성의 설명은 생략한다.
[마찰 교반 점 접합 장치의 연속 접합 동작]
도 14a, 도 14b 및 도 14c는, 연속 접합을 실행하는 경우, 본 실시형태 2에 대한 변형예 1의 마찰 교반 점 접합 장치의 동작의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 14a, 도 14b 및 도 14c에 도시된 바와 같이, 본 변형예 1의 마찰 교반 점 접합 장치(50)에서의 연속 접합 동작은, 실시형태 1의 변형예 5의 마찰 교반 점 접합 장치(50)에서의 연속 접합 동작과 기본적 동작은 동일하지만, 단계 S308 이후의 동작이 다르다. 이하, 동작이 다른 부부에 대해 상세하게 설명한다.
제어기(51)는, 단계 S307에서 산출한 툴 평균위치(Tx1)가, 적정범위 안에 있는 경우(단계 S308에서 '아니오')에는, 단계 S307에서 산출한 툴 평균위치(Tx)를 기억기(31)에 기억시키고(단계 S313), 본 제어 흐름의 시작으로 되돌아가 다음의 접합을 실행한다.
한편, 제어기(51)는, 단계 S307에서 산출한 툴 평균위치(Tx1)가, 적정범위를 벗어난 경우(단계 S308에서 '예')에는, 단계 S309를 진행한다. 단계 S309에서는, 제어기(51)는, 단계 S307에서 산출한 툴 평균위치(Tx1)가, 제1 역치보다 큰지 아닌지를 판정한다.
제어기(51)는, 단계 S307에서 산출한 툴 평균위치(Tx1)가, 제1 역치보다 큰 경우(단계 S309에서 '예')에는, 차회의 접합의 실행을 금지하고(단계 S312), 본 제어 흐름을 종료한다.
한편, 제어기(51)는, 단계 S307에서 산출한 툴 평균위치(Tx1)가, 제1 역치보다 크지 않은 경우(단계 S309에서 '아니오')에는, 툴 평균위치(Tx1)가, 음의 값과, 양의 값 또는 0으로 변동하는지 아닌지를 판정한다(단계 S311A).
구체적으로는, 제어기(51)는, 기억기(31)에 기억되어 있는 툴 평균위치(Tx1)의 이력을 참조하여, 툴 평균위치(Tx1)가, 음의 값과, 양의 값 또는 0으로 변동하는지 아닌지를 판정한다. 또한, 기억기(31)에 기억되어 있는 툴 평균위치(Tx1)의 이력은, 본 제어 흐름을 개시하고 나서의 이력을 참조하고, 그 이전의 이력은 참조하지 않는다.
여기서, 툴 평균위치(Tx1)가, 음의 값과, 양의 값 또는 0으로 변동하는 경우란, 이하와 같은 경우를 말한다.
상술한 바와 같이, 제어기(51)는, 피접합물(60)의 접합공정을 종료할 때마다 툴 평균위치(Tx1)를 기억기(31)에 기억시킨다. 그리고 예를 들면, 1회차의 툴 평균위치(Tx1)가 음의 값을 취하고, 2회차의 툴 평균위치(Tx1)가 양의 값(또는 0)을 취하며, 3회차의 툴 평균위치(Tx1)가 다시 음의 값을 취하는 경우, 제어기(51)는, 기억된 툴 평균위치(Tx1)가, 음의 값과, 양의 값 또는 0으로 변동하는 경우라고 판정한다.
또한, 툴 평균위치(Tx1)가, 음의 값과, 양의 값 또는 0으로 변동하는 경우에는, 기억된 툴 평균위치(Tx1)가, 음의 값과, 양의 값(또는 0)을 번갈아 취하는 경우만으로 한정되지 않는다. 툴 평균위치(Tx1)가, 음의 값과, 양의 값 또는 0으로 변동하는 경우로서는, 예를 들면, 툴 평균위치(Tx1)가, 복수 회 연속하여 음의 값을 취하고, 그 후, 1회 이상의 횟수로 양의 값(또는 0)을 취한 후에, 재차, 양의 값(또는 0)을 취하는 경우, 또는 툴 평균위치(Tx1)가, 복수 회 연속하여 양의 값(또는 0)을 취하고, 그 후, 1회 이상의 횟수로 음의 값을 취한 후, 재차, 양의 값(또는 0)을 취하는 경우 등이어도 좋다.
그리고 제어기(51)는, 툴 평균위치(Tx1)가, 음의 값과 양의 값 또는 0으로 변동하는 경우(단계 S311A에서 '예')에는, 경보기에 의해, 사용자에게 핀 부재(11) 및/또는 숄더 부재(12)의 선단부에 피접합물(60)의 일부가 부착되어 있을 염려가 있다는 경고를 고지하게 하고(단계 S312), 본 제어 흐름의 시작으로 되돌아가 다음의 접합을 실행한다.
한편, 제어기(51)는, 툴 평균위치(Tx1)가, 음의 값과, 양의 값 또는 0으로 변동하지 않는 경우(단계 S311A에서 '아니오')에는, 상기 압압력 및/또는 회전수의 설정을 변경한다(단계 S311). 이어서, 제어기(51)는, 단계 S307에서 산출한 툴 평균위치(Tx1)를 기억기(31)에 기억시키고(단계 S313), 본 제어 흐름의 시작으로 되돌아가 다음의 접합을 실행한다.
이와 같이 구성된, 본 변형예 1의 마찰 교반 점 접합 장치(50)도, 실시형태 2에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)와 동일한 작용효과를 발휘한다.
또한, 본 변형예 1에서는, 제어기(51)는, 제1 위치가, 제2 영역과, 제1 영역 또는 기준위치로 변동하는 경우에는, 경보기에 의해 경고를 고지하는 형태를 채용하였으나, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 제어기(51)는, 제1 위치가, 제2 영역과, 제1 영역 또는 기준위치로 변동하는 경우에는, 차회의 접합을 금지하는 형태를 채용하여도 좋다. 또한, 제어기(51)는, 제1 위치가, 제2 영역과, 제1 영역 또는 기준위치로 변동하는 경우, 경보기에 의한 경고의 고지를 복수 회 수행한 후, 차회의 접합을 금지하는 형태를 채용하여도 좋다.
또한, 본 변형예 1의 마찰 교반 점 접합 장치(50)는, 상기 특징 이외에는, 실시형태 1에 대한 변형예 1 ~ 6중 어느 하나의 마찰 교반 점 접합 장치(50)와 동일하게 구성되어도 좋다.
상기 설명으로부터, 이 분야의 통상의 기술자에게는, 본 발명의 많은 개량이나 다른 실시형태가 자명할 것이다. 따라서, 상기 설명은, 예시로서만 해석되어야 하며, 본 발명을 실행하는 최선의 형태를 통상의 기술자에게 교시할 목적으로 제공된 것이다. 본 발명의 요지를 벗어나지 않고, 그 구조 및/또는 기능의 상세한 사항을 실질적으로 변경할 수 있다. 또한, 상기 실시형태에 개시되어 있는 복수의 구성요소의 적당한 조합에 의해 여러가지 발명을 형성할 수 있다.
본 발명의 마찰 교반 점 접합 장치 및 마찰 교반 점 접합 방법은, 연속하여 접합을 행하여도, 양호한 접합 품질을 실현할 수 있기 때문에 유용하다.
11: 핀 부재 11a: 선단면
12: 숄더 부재 12a: 선단면
21: 위치 검출기 31: 기억부
32: 입력기 33: 가압력 검출기
41: 클램프 구동기 50: 마찰 교반 점 접합 장치
51: 제어기 52: 공구 고정기
53: 공구 구동기 54: 클램프 부재
54a: 선단면 55: 받침 지지부
56: 받침 부재 56a: 지지면
57: 회전 구동기 50: 피접합물
60a: 소성 유동부 60b: 접합부
60c: 표면 60d: 이면
61: 금속판 62: 금속판
521: 회전공구 고정기 522: 클램프 고정기
531: 핀 구동기 532: 숄더 구동기

Claims (20)

  1. 피접합물을 마찰열로 연화시키고 교반하는 것에 의해 접합하는 마찰 교반 점 접합 장치로서,
    원기둥형으로 형성되고, 축선 주위의 회전과 해당 축선을 따른 방향으로의 진퇴이동이 가능하게 구성되는 핀 부재;
    원통형으로 형성되고, 상기 핀 부재가 내부로 삽입관통되며, 상기 축선 주위의 회전과 해당 축선을 따른 방향으로의 진퇴이동이 가능하게 구성되는 숄더 부재;
    상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재를 상기 축선 주위로 회전시키는 회전 구동기;
    상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재를 각각 상기 축선을 따라 진퇴 이동시키는 공구 구동기;
    상기 핀 부재 또는 상기 숄더 부재의 선단면의 상기 축선 방향의 위치를 검출하는 위치 검출기; 및
    제어기; 를 구비하며,
    상기 제어기는, 상기 피접합물의 접합공정을 개시할 때, 상기 위치 검출기가 검출한 상기 피접합물의 표면에 접촉할 때의 상기 핀 부재 또는 상기 숄더 부재의 선단면의 상기 축선 방향의 위치를 기준 위치로 설정하고;
    상기 피접합물의 접합공정을 종료할 때, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재의 선단면이 동일평면이 되도록 상기 공구 구동기를 제어하고, 상기 위치 검출기가 검출한 상기 핀 부재 또는 상기 숄더 부재의 선단면의 상기 축선 방향의 위치인 제1 위치가, 상기 기준 위치보다 상기 피접합물의 안쪽 영역인 제1 영역에 위치하는 경우에는, 차회의 접합공정에서, 상기 핀 부재와 상기 숄더 부재가 상기 피접합물을 누르는 압압력을 감소시키도록 상기 공구 구동기를 제어하거나, 또는, 상기 핀 부재와 상기 숄더 부재의 회전수를 감소시키도록 상기 회전 구동기를 제어하거나, 또는, 상기 공구 구동기와 상기 회전 구동기를 동시에 제어하는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 점접합 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 피접합물의 접합공정을 종료할 때, 상기 제1 위치가 상기 제1 영역에 위치하고, 동시에, 차회의 접합공정을 개시할 때, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재의 온도가 소정의 온도 이상일 경우에는, 차회의 접합공정에서, 상기 핀 부재와 상기 숄더 부재가 상기 피접합물을 누르는 압압력을 감소시키도록 상기 공구 구동기를 제어하거나, 또는, 상기 핀 부재와 상기 숄더 부재의 회전수를 감소시키도록 상기 회전 구동기를 제어하거나, 또는, 상기 공구 구동기와 상기 회전 구동기를 동시에 제어하는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 점접합 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 피접합물의 접합공정을 종료할 때, 상기 제1 위치가 상기 제1 영역에 위치하고, 동시에, 상기 피접합물의 접합공정을 종료한 이후 차회의 접합공정을 개시할 때까지의 시간이 소정의 시간 이내일 경우에는, 차회의 접합공정에서, 상기 핀 부재와 상기 숄더 부재가 상기 피접합물을 누르는 압압력을 감소시키도록 상기 공구 구동기를 제어하거나, 또는, 상기 핀 부재와 상기 숄더 부재의 회전수를 감소시키도록 상기 회전 구동기를 제어하거나, 또는, 상기 공구 구동기와 상기 회전 구동기를 동시에 제어하는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 점접합 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 피접합물의 접합공정을 종료할 때마다, 상기 제1 위치가, 상기 기준 위치보다 피접합물로부터 멀리 떨어진 쪽의 영역인 제2 영역과, 상기 제1 영역 또는 기준 위치로 변동하는 경우에는, 상기 핀 부재, 또는 상기 숄더 부재, 또는 상기 핀 부재와 상기 숄더 부재 모두에 피접합물의 일부가 부착되어 있다고 판단하여, 경보기에 의해 경고를 고지하거나, 또는, 차회의 접합공정의 실행을 금지하거나, 또는 상기 경고의 고지와 상기 차회의 접합공정의 실행의 금지를 동시에 수행하는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 점접합 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 피접합물의 접합공정에서, 상기 핀 부재의 선단면의 단면적을 Ap, 상기 숄더 부재의 선단면의 단면적을 As, 상기 핀 부재가 상기 피접합물의 표면으로부터 압입된 때의 압입 깊이를 Pp, 상기 숄더 부재가 상기 피접합물의 표면으로부터 압입된 때의 압입 깊이를 Ps로 할 때,
    Ap ㆍ Pp + As ㆍ Ps = Tx
    로 정의되는 툴 평균위치 Tx의 절대값을 작게하도록, 상기 공구 구동기를 제어하는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 점접합 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 툴 평균위치 Tx = 0 이 되도록, 상기 공구 구동기를 제어하는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 점접합 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 기준 위치와 상기 제1 위치에 의해 산출된 툴 평균위치 Tx인 툴 평균위치 Tx1이 미리 설정된 적정범위를 벗어날 경우에는, 차회의 접합 공정에서 상기 핀 부재와 상기 숄더 부재가 상기 피접합물을 누르는 압압력을 감소시키도록 상기 공구 구동기를 제어하거나, 또는, 상기 핀 부재와 상기 숄더 부재의 회전수를 감소시키도록 상기 회전 구동기를 제어하거나, 또는, 상기 공구 구동기와 상기 회전 구동기를 동시에 제어하는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 점접합 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 툴 평균위치 Tx1이 상기 적정범위보다 큰 값인 제1 역치보다 클 경우에는, 차회의 접합공정의 실행을 금지하는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 점접합 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 피접합물의 접합공정을 종료할 때마다, 상기 툴 평균위치 Tx1이, 음의 값과, 양의 값 또는 0으로 변동하는 경우에는, 상기 핀 부재, 또는 상기 숄더 부재, 또는 상기 핀 부재와 상기 숄더 부재 모두에 상기 피접합물의 일부가 부착되어 있는 것으로 판단하여, 경보기에 의해 경고를 고지하거나, 또는, 차회의 접합공정의 실행을 금지하거나, 또는 상기 경고의 고지와 상기 차회의 접합공정의 실행의 금지를 동시에 수행하는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 점접합 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 축선 방향으로 진퇴이동 가능하게 구성되는 클램프 부재와,
    상기 클램프 부재를 상기 축선을 따라 진퇴이동하도록 작동시키는 클램프 구동기를 더 구비하고,
    상기 제어기는, 상기 제1 위치가 상기 제1 영역에 위치하는 경우에는, 차회의 접합공정에서, 상기 핀 부재, 상기 숄더 부재 및 상기 클램프 부재가 상기 피접합물을 누르는 압압력을 감소시키도록, 상기 공구 구동기, 또는 상기 클램프 구동기, 또는 상기 공구 구동기와 상기 클램프 구동기를 동시에 제어하는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 점접합 장치.
  11. 피접합물을 마찰열로 연화시키고 교반하는 것에 의해 접합하는 마찰 교반 점접합 방법으로서,
    축선 주위로 회전함과 동시에 해당 축선 방향으로 진퇴이동 가능하게 구성되는 원기둥형의 핀 부재, 또는 상기 핀 부재의 외주면을 둘러싸도록 배치되고 상기 축선 주위로 회전함과 동시에 해당 축선 방향으로 진퇴이동 가능하게 구성되는 원통형의 숄더 부재의 선단면이, 상기 피접합물의 표면에 접촉했을 때, 위치 검출기가 검출한 상기 핀 부재 또는 상기 숄더 부재의 선단면의 상기 축선 방향의 위치를 기준위치로 설정하는 공정 (A)와,
    상기 핀 부재 또는 상기 숄더 부재가 미리 설정된 압압력으로 상기 피접합물을 누른 상태에서, 공구 구동기가 상기 핀 부재 또는 상기 숄더 부재를 상기 축선 방향으로 진퇴 이동시킴과 동시에 회전 구동기가 상기 핀 부재 또는 상기 숄더 부재를 미리 설정된 회전수로 회전시켜, 상기 피접합물을 부분적으로 교반하여 상기 피접합물을 접합하는 공정 (B)와,
    상기 피접합물의 접합공정을 종료할 때, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재의 선단면이 동일평면이 되도록 상기 공구 구동기가 구동하는 공정 (C)와,
    상기 공정 (C) 후에, 상기 핀 부재 또는 상기 숄더 부재의 선단면의 상기 축선 방향의 위치인 제1 위치를 상기 위치 검출기가 검출하는 공정 (D)와,
    상기 제1 위치가, 상기 기준 위치보다 상기 피접합물 쪽의 영역인 제1 영역에 위치하는 경우에는, 차회의 접합공정에서 상기 핀 부재와 상기 숄더 부재가 상기 피접합물을 누르는 압압력을 감소시키거나, 또는 차회의 접합공정에서 상기 핀 부재와 상기 숄더 부재의 회전수를 감소시키거나, 또는 차회의 접합공정에서 상기 압압력을 감소시킴과 동시에 상기 회전수의 감소시키도록 설정을 변경하는 공정 (E)를 구비하는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 점접합 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 공정 (E)에서는, 상기 제1 위치가, 상기 제1 영역에 위치함과 동시에, 차회의 접합공정을 개시할 때 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재의 온도가 소정의 온도 이상일 경우, 차회의 접합공정에서의 상기 설정을 변경하는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 점접합 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 공정 (E)에서는, 상기 제1 위치가, 상기 제1 영역에 위치함과 동시에, 상기 공정 (D)로부터 차회의 접합공정을 개시할 때까지의 시간이 소정의 시간 이내일 경우, 차회의 접합공정에서의 상기 설정을 변경하는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 점접합 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 피접합물의 접합공정을 종료할 때마다, 상기 공정 (D)에서 검출한 제1 위치가, 상기 기준위치보다 상기 피접합물로부터 먼 쪽의 영역인 제2 영역과, 상기 제1 영역 또는 기준위치로 변동하는 경우에는, 상기 핀 부재, 또는 상기 숄더 부재, 또는 상기 핀 부재와 상기 숄더 부재 모두에 상기 피접합물의 일부가 부착되어 있다고 판단하는 공정 (F)와,
    상기 공정 (F)에서 상기 핀 부재, 또는 상기 숄더 부재, 또는 상기 핀 부재와 상기 숄더 부재 모두에 상기 피접합물의 일부가 부착되어 있다고 판단하면, 경보기에 의해 경고를 고지하거나, 또는, 차회의 접합공정의 실행을 금지하거나, 또는 상기 경고의 고지와 상기 차회의 접합공정의 실행의 금지를 동시에 수행하는 공정 (G)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 점접합 방법.
  15. 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공정 (B)에서의 상기 설정은, 상기 핀 부재의 선단면의 단면적을 Ap, 상기 숄더 부재의 선단면의 단면적을 As, 상기 핀 부재가 상기 피접합물의 표면으로부터 압입된 때의 압입 깊이를 Pp, 상기 숄더 부재가 상기 피접합물의 표면으로부터 압입된 때의 압입 깊이를 Ps로 할 때,
    Ap ㆍ Pp + As ㆍ Ps = Tx
    로 정의되는 툴 평균위치 Tx의 절대값을 작게 만들도록, 상기 공구 구동기의 동작량이 설정되는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 점접합 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 공정 (B)에서의 상기 설정은, 상기 툴 평균위치 Tx=0 이 되도록, 상기 공구 구동기의 동작량이 설정되는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 점접합 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 공정 (E)에서는, 상기 기준위치와 상기 제1 위치에 의해 산출된 툴 평균위치 Tx인 툴 평균위치 Tx1 가, 미리 설정된 적정범위를 벗어날 경우에는, 차회의 접합 공정에서 상기 핀 부재와 상기 숄더 부재가 상기 피접합물을 누르는 압압력을 감소시키거나, 또는 차회의 접합공정에서 상기 핀 부재와 상기 숄더 부재의 회전수를 감소시키거나, 또는 차회의 접합 공정에서의 상기 압압력과 상기 회전수를 감소시키도록 상기 설정을 변경하는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 점접합 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 공정 (E)에서, 상기 툴 평균위치 Tx1 가, 상기 적정범위보다 큰 값인 제1 역치보다 클 경우에는, 차회의 접합공정의 실행을 금지하는 공정 (H)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 점접합 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 공정 (F)에서는, 상기 툴 평균위치 Tx1 가, 음의 값과, 양의 값 또는 0으로 변동하는 경우에는, 상기 핀 부재, 또는 상기 숄더 부재, 또는 상기 핀 부재와 상기 숄더 부재 모두에 상기 피접합물의 일부가 부착되어 있는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 점접합 방법.
  20. 제 11 항에 있어서,
    상기 공정 (B)에서는, 상기 핀 부재 및 숄더 부재 중 적어도 어느 한쪽의 부재와 클램프 부재가 미리 설정된 압압력으로 상기 피접합물을 누른 상태에서, 공구 구동기가 상기 핀 부재 또는 상기 숄더 부재를 상기 축선 방향으로 진퇴 이동시킴과 동시에 회전 구동기가 상기 핀 부재 또는 상기 숄더 부재를 미리 설정된 회전수로 회전시켜서, 상기 피접합물을 부분적으로 교반하여 상기 피접합물을 접합하고,
    상기 공정 (E)에서는, 상기 제1 위치가 상기 제1 영역에 위치하는 경우에는, 차회의 접합공정에서 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재의 적어도 어느 한쪽의 부재와 상기 클램프 부재가 상기 피접합물을 누르는 압압력을 감소시키도록 상기 설정을 변경하는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 점접합 방법.
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