KR20000017581A

KR20000017581A - 워크피스 접합장치 및 접합방법

Info

Publication number: KR20000017581A
Application number: KR1019990035808A
Authority: KR
Inventors: 가와우라고이치; 이시카와오사무
Original assignee: 이시카와 타다시; 가부시키가이샤 도요다지도숏키 세이사쿠쇼
Priority date: 1998-08-28
Filing date: 1999-08-27
Publication date: 2000-03-25
Also published as: CN1249978A; CN1135147C; KR100375257B1; JP2000071082A; TW436353B; JP4090588B2

Abstract

광범위한 길이의 중간 워크피스(W1)의 접합에 대응 가능한 개량된 워크피스 접합장치(10). 그 접합장치(10)는 작업 베이스(11)와, 한 쌍의 회전유닛(13,14)과, 중간 워크피스(W1)를 유지하기 위한 바이스(20)를 가지고 있다. 작업 베이스 (11)상에는 한 쌍의 가이드레일(12)이 설치되어 있다. 각 회전유닛(13,14)은 가이드레일(12)상에 설치되고, 슬라이드기구(16,17,18,19)에 의해 가이드레일(12)을 따라 이동된다. 접합해야 할 좌측 워크피스(W2) 및 우측 워크피스(W3)는 각각 회전유닛(13,14)에서 유지되어 있다. 각 회전유닛(13,14)은 워크피스(W2,W3)를 회전시킨다. 바이스(20)는 작업 베이스상에서 양 회전유닛(13,14)의 사이에 배치되어 있다. 중간 워크피스(W1)는 보통 하나의 바이스(20)에 의해 유지되기 때문에 이 접합장치(10)에 의하면 짧은 중간 워크피스(W1)에 대한 접합이 가능하다.

Description

워크피스 접합장치 및 접합방법{Apparatus and method for connecting workpieces}

본 발명은 복수의 워크피스(workpiece)를 접합하기 위한 워크피스 접합장치 및 그 접합방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복수의 워크피스 사이에 마찰열을 발생시켜서 그 마찰열을 이용함으로써 워크피스를 접합하기 위한 워크피스 접합장치 및 그 접합방법에 관한 것이다.

복수의 워크피스를 그 축방향으로 접합하기 위한 방법으로서 마찰압접방법이 잘 알려져 있다. 그 방법에 의하면, 접합되는 복수의 워크피스를 그 축방향으로 일렬로 배치한다. 대향하는 각 워크피스의 단면을 눌러붙이면서 복수의 워크피스를 그 축 주위로 상대 회전시킨다. 그러면, 각 접촉면에서 마찰열이 발생하고, 그 열에 의해 각 접촉면의 금속이 연화하고, 양단면이 접합된다. 접촉면의 금속이 경화하면, 복수의 워크피스가 접합되어 하나의 워크피스가 얻어진다.

이 접합방법에 의하면, 이종 금속제의 복수의 워크피스의 접합이 가능하고, 재료나 전기 에너지의 불필요한 소비가 적어지고, 생산성 및 접합 정확도가 우수하게 된다. 따라서 다량 생산용의 접합법으로서 특히 봉이나 관 등의 재료의 접합에 널리 적용되고 있다.

도 4 내지 도 6은 종래의 워크피스 접합장치를 도시한다. 이 접합장치에 의해 3개의 워크피스(W11,W12,W13)가 접합된다. 도 4의 장치는 작업 베이스(30)를 구비하고, 그 윗면(30a)에서 접합작업이 행해진다. 윗면(30a)에서는 좌측 가이드레일(34) 및 우측 가이드레일(40)이 화살표로 도시한 Y축을 따라 배치되어 있다. 좌측 유닛(31)은 좌측 가이드레일(34)상에 설치되고, 우측 유닛(32)은 우측 가이드레일(40)상에 설치되어 있다. 각 유닛(31,32)은 대응하는 가이드레일(34,40)을 따라 이동할 수 있다.

좌측 유닛(31)은 좌측 주축(31a), 좌측 커버(31b), 좌측 기어(31c), 좌측 서보모터(31d) 및 좌측 척(31e)을 가지고 있다. 좌측 주축(31a)은 좌측 기어(31c)를 거쳐서 좌측 서보모터(31d)에 의해 회전된다. 좌측 척(31e)은 워크피스(W12)를 유지하기 위한 것이고 좌측 주축(31a)의 선단에 좌측 주축(31a)과 일체로 회전 가능하게 장착되어 있다. 좌측 기어(31c) 및 좌측 주축(31a)은 좌측 커버(31b)로 덮혀있다.

우측 유닛(32)은 우측 주축(32a), 우측 커버(32b), 우측 기어(32c), 우측 서보모터(32d) 및 우측 척(32e)을 가지고 있다. 우측 주축(32a)은 우측 기어(32c)를 거쳐서 우측 서보모터(32d)에 의해 회전된다. 우측 척(32e)은 워크피스(W13)를 유지하기 위한 것이고 우측 주축(32a)의 선단에 우측 주축(32a)과 일체로 회전 가능하게 장착되어 있다. 우측 기어(32c) 및 우측 주축(32a)은 우측 커버(32b)로 덮혀있다.

작업 베이스(30)내에는 각각 수나사를 갖는 좌측 샤프트(37) 및 우측 샤프트(38)가 각각 수평으로 배치되어 있다. 좌측 샤프트(37)는 좌측 서보모터 (36)에 의해 구동되고, 우측 샤프트(38)는 우측 서보모터(41)에 의해 구동된다. 좌측 암(35)은 좌측 유닛(31)의 저면에서 아래로 돌출되어 있다. 좌측 암(35)은 좌측 샤프트(37)에 대응하는 암나사를 가지고 있다. 좌측 샤프트(37)가 회전되면, 좌측 유닛(31)은 Y축을 따라 슬라이드한다. 좌측 유닛(31)의 슬라이드 방향은 좌측 샤프트(37)의 회전방향에 따라 정해진다. 마찬가지로, 우측 암(39)은 우측 유닛(32)의 아랫면에서 아래로 돌출되어 있다. 우측 암(39)은 우측 샤프트(38)에 대응하는 암나사를 가지고 있다. 우측 샤프트(38)가 회전되면, 우측 유닛(32)은 Y축을 따라 슬라이드한다.

좌측 및 우측 유닛(31,32) 사이에는 고정 바이스(42) 및 이동 바이스(43)가 배치되어 있다. 중간 워크피스(W11)는 양바이스(42,43) 사이에 끼워져 있다. 이동 바이스(43)는 우측 가이드레일(40)상에 설치되어 있다. 이동 바이스(43)는 우측 가이드레일(40)을 따라 Y축에서 슬라이드할 수 있으며, 또 임의의 위치에 고정될 수 있다.

도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 고정 바이스(42)는 다리부(42a) 및 한 쌍의 클램프(42b,42c)를 구비하고 있다. 다리부(42a)는 윗면(30a)에 고정되어 있다. 클램프(42b,42c)는 다리부(42a)에 대하여 Y축에 직교하는 수평방향으로 이동하여, 중간 워크피스(W11)를 사이에 끼워 지지한다. 이동 바이스(43)도 마찬가지로 다리부 (43a) 및 한 쌍의 클램프(43b,43c)를 구비하고 있다. 클램프(43b,43c)는 다리부 (43a)에 대하여 Y축에 직교하는 수평방향으로 이동하여, 중간 워크피스 (W11)를 사이에 끼워 지지한다.

고정 바이스(42) 및 이동 바이스(43)는 중간 워크피스(W11)의 중심축선과, 좌측 및 우측 유닛(31,32)에 유지된 워크피스(W12,W13)의 중심축선이 일치하도록 중간 워크피스(W11)를 사이에 끼워 지지한다.

3개의 워크피스(W11,W12,W13)를 접합할 때에는 도 4 및 도 6에 도시한 바와 같이, 먼저 중간 워크피스(W11)는 고정 바이스(42) 및 이동 바이스(43)에 유지시킨다. 이 때, 중간 워크피스(W11)의 길이 L5에 따라 이동 바이스(43)를 이동시켜서 이동 바이스(43)와 고정 바이스(42) 사이의 거리를 조정함으로써 중간 워크피스 (W11)가 균형이 잡히도록 지지시킨다.

다음에, 워크피스(W12,W13)는 좌측 및 우측 척(31e,32e)에서 각각 유지된다. 워크피스(W12,W13)는 각각 회전용 서보모터(31d,32d)에 의해 소정 회전수로 회전된다.

슬라이드용 서보모터(36,41)에 의해 샤프트(37,38)가 소정방향으로 회전되면, 좌측 및 우측 유닛(31,32)은 각각 중간 워크피스(W11)를 향하여 Y축을 따라 슬라이드한다.

회전하는 워크피스(W12,W13)의 각 단면이 중간 워크피스(W11)의 양단면에 접촉하면, 그 접촉면에서 마찰열이 발생한다. 이 마찰열에 의해 워크피스(W11, W12, W13)의 각 접촉면이 연화한다. 원하는 상태까지 연화가 진행한 후에 워크피스 (W12, W13)의 회전을 정지시키고, 또 워크피스(W12,W13)를 중간 워크피스(W11)를 향하여 가압한다. 그러면, 워크피스(W12, W13)의 각 접촉면은 중간 워크피스(W11)의 각 접촉면에 원자레벨로 눌려들어가서, 3개의 워크피스가 일체로 된다. 이렇게 하여 하나의 워크피스가 얻어진다.

이와 같은 접합가공에서는 중간 워크피스(W11)에 대한 워크피스(W12, W13)의 접합후의 회전 방향 위치의 위치결정, 즉 위상맞춤이 요구된다. 이 위상맞춤은 좌측 및 우측 서보모터(31d,32d)의 정지위치를 제어함으로써 실현된다. 이 제어에 의해 워크피스(W12, W13)가 정지하였을 때에 중간 워크피스(W11)에 대한 위상(회전방향 정지위치)이 갖추어진다.

그런데, 이 장치에 의해 3개의 워크피스(W11,W12,W13)를 일체로 접합하는 경우에, 접합 가능한 중간 워크피스(W11)의 최소길이는 고정 바이스(42) 및 이동 바이스(43)의 Y축을 따르는 거리에 의존한다. 여기서, 도 4에 도시한 바와 같이, 고정 바이스(42)의 Y축을 따른 길이를 L4L로 하고, 이동 바이스(43)의 Y축을 따른 길이를 L4R로 하고, 중간 워크피스(W11)의 길이를 L5로 한다. 중간 워크피스(W11)의 길이 L5가 L4L + L4R 보다 길면, 중간 워크피스(W11)에 워크피스(W12,W13)를 압접할 수 있다. 반대로, 중간 워크피스(W11)의 길이 L5가 L3L + L4R과 동일하든가 짧으면 중간 워크피스(W11)에 워크피스(W12,W13)를 압접할 수 없다.

그래서, L4L + L4R의 값을 작게 하기 위해서 바이스(42,43)의 한쪽을 생략하는 것을 고려하였다. 예를 들면, 고정 바이스(42)를 생략하고, 이동 바이스(43) 만으로 중간 워크피스(W11)를 유지한다. 그러나 이 구성의 장치는 짧은 중간 워크피스(W11)에는 적절하지만, 이동 바이스(43) 보다 매우 긴 중간 워크피스(W11)에는 적절하지 않다. 왜냐면, 긴 중간 워크피스(W11)를 이동 바이스(43)만으로 유지한 경우, 중간 워크피스(W11)의 일단부 또는 양단부는 이동 바이스(43)로부터 길게 돌출해 나온다. 이 때문에 워크피스(W12,W13)를 중간 워크피스(W11)에 압접할 때에 중간 워크피스(W11)의 돌출한 부분은 편의(중심이탈)하고 만다. 그 편의는 압접가공의 정확도를 저하시킨다.

본 발명의 제1 목적은 광범위한 길이의 워크피스의 접합에 대응할 수 있는 워크피스 접합장치 및 그 방법을 제공하는 것에 있다. 본 발명의 제2 목적은 저렴한 워크피스 접합장치를 제공하는 것에 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예의 워크피스 접합장치를 도시하는 정면도.

도 2는 도 1의 워크피스 접합장치를 도시하는 우측면도.

도 3은 도 1의 워크피스 접합장치를 도시하는 평면도.

도 4는 종래기술의 워크피스 접합장치를 도시하는 정면도.

도 5는 도 4의 워크피스 접합장치를 도시하는 좌측면도.

도 6은 도 4의 워크피스 접합장치를 도시하는 평면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10:워크피스 접합장치 11:작업 베이스

12:가이드레일 13:좌측 유닛

13d:회전용 서보모터 14:우측 유닛

17:슬라이드용 서보모터 20:바이스

20b,20c:클램프

W1,W2,W3:워크피스

상기 목적을 달성하기 위해서, 청구항 1의 발명에서는, 복수의 워크피스 사이에 마찰열을 발생시키고, 그 마찰열에 의해 워크피스를 연화시킴으로써 복수의 워크피스를 압접하기 위한 접합장치가 제공된다. 그 접합장치는 작업 베이스와, 상기 작업 베이스상에 마련된 가이드부재와, 상기 가이드부재상에 이동 가능하게 설치되어 접합해야 할 제1 및 제2 워크피스를 각각 유지하며 또 회전시키기 위한 제1 및 제2 회전 유닛과, 상기 가이드부재를 따라서 상기 제1 및 제2 회전 유닛을 이동시키고 상기 가이드부재상의 소정의 위치에 고정하기 위한 슬라이드기구와, 제3 워크피스(W1)를 유지하기 위한 단일 바이스를 구비하고 있다. 그 단일 바이스는 작업 베이스상에서 상기 제1 및 제2 회전 유닛 사이에 설치되고, 가이드부재를 따라 이동할 수 있다.

청구항 2의 발명에서는, 단일 바이스는 제3 워크피스를 붙잡기 위한 한 쌍의 클램프를 가진다. 가이드부재를 따른 각 클램프의 길이 (L3)는 제3 워크피스의 길이 (L1, L2) 보다도 짧은 것을 요지로 한다.

청구항 3의 발명에서는, 제1 및 제2 회전 유닛은 각각 제1 및 제2 워크피스를 제3 워크피스에 대하여 동축상에서 지지할 수 있는 것을 요지로 한다.

청구항 4의 발명에서는, 제1 및 제2 회전 유닛의 한쪽은 단일 바이스에서 유지된 제3 워크피스가 가이드부재를 따른 방향으로 이동하는 것을 규제할 수 있는 것을 요지로 한다.

청구항 5의 발명에서는, 제1 및 제2 회전 유닛의 한쪽의 회전정지위치는, 다른쪽의 회전 유닛의 회전정지위치를 기초로 하여 제어되는 것을 요지로 한다.

청구항 6의 발명에서는, 제1 및 제2 회전 유닛은 각각 제1 및 제2 워크피스를 회전시키기 위한 모터를 구비하고 있다. 한쪽의 회전 유닛의 모터는 서보모터이고, 다른쪽의 회전 유닛의 모터는 서보모터 이외의 형식인 것을 요지로 한다.

청구항 7의 발명에서는, 복수의 워크피스 사이에 마찰열을 발생시켜서 그 마찰열에 의해 워크피스를 연화시킴으로써 복수의 워크피스를 접합하기 위한 접합방법이 제공된다. 그 접합방법은 제1 및 제2 워크피스를 제1 및 제2 회전 유닛에서 각각 유지하는 공정과, 상기 제1 및 제2 워크피스와 동축상에서 제3 워크피스를 단일 바이스에서 유지하는 공정과, 단일 바이스에서 유지된 제3 워크피스의 이동을 제1 회전 유닛을 이용하여 규제하는 공정과, 제2 회전 유닛에 의해 유지된 제2 워크피스를 제3 워크피스에 대하여 회전시켜 가압함으로써 접합하는 제1 접합공정을 갖는 것을 요지로 한다.

청구항 8의 발명에서는, 제1 접합공정 후에 제2 회전 유닛을 이용하여 단일 바이스에서 유지되며 접합된 제3 워크피스의 이동을 규제하는 공정과, 제1 회전 유닛에서 유지된 제1 워크피스를 제3 워크피스에 대하여 회전시켜 가압함으로써 접합하는 제2 접합공정을 갖는 접합방법을 제공한다.

청구항 9의 발명에서는, 제1 회전유닛의 회전정지위치를 제2 회전유닛의 회전정지위치를 기초로 하여 제어하는 공정을 구비하는 접합방법을 제공한다.

청구항 1의 발명에 의하면, 바이스는 하나이고, 고정 바이스가 불필요하므로 그 접합장치의 제조원가가 절감된다. 또 광범위한 길이의 워크피스에 대한 접합이 가능하게 된다.

청구항 2의 발명에 의하면, 짧은 워크피스에 대한 접합이 가능하게 된다.

청구항 3의 발명에 의하면, 복수의 워크피스를 동축상에서 접합할 수 있다.

청구항 4의 발명에 의하면, 이동 가능한 단일 바이스에서 유지된 제3 워크피스의 이동이 제1 또는 제2 회전 유닛에 의해 규제된다.

청구항 5의 발명에 의하면, 제1 및 제2 워크피스는 제3 워크피스에 대하여 동위상에서 접합할 수 있다.

청구항 6의 발명에 의하면, 2개의 모터에 서보모터를 채용하는 경우에 비하여 그 접합장치는 저렴하게 제조된다.

청구항 7 내지 9의 발명에 의하면, 광범위한 길이의 워크피스에 대한 접합이 가능하다. 또, 복수의 워크피스를 동축상에서 접합할 수 있다. 이동 가능한 바이스에서 유지된 제3 워크피스의 이동이 제1 또는 제2 회전 유닛에 의해 규제된다. 더구나 단일 바이스를 가이드부재상에 고정하기 위한 전용 부재가 불필요하다.

본 발명의 신규하다고 생각되는 특징은 특히 첨부한 청구범위에서 명백히 나타난다. 첨부 도면을 참조하여 이하에서 보여주는 현시점에서 양호한 실시예의 설명에 의해 본 발명은 목적 및 이점과 함께 이해될 것이다.

이하 본 발명을 구체화한 제1 실시예를 도1 내지 도 3을 따라 설명한다.

도 1 내지 도 3은 본 실시예의 워크피스 접합장치(10)를 도시한다. 워크피스 접합장치(10)는 작업 베이스(11)를 가지고 있다. 작업 베이스(11)의 윗면(11a)에는 서로 평행한 2개의 리니어 가이드레일(12)이 설치되어 있다.

도 1에서 작업 베이스(11)의 좌측 윗면에는 좌측 유닛(13)이 가이드레일(12)을 따라서 이동 가능하게 설치되어 있다. 작업 베이스(11)의 우측 윗면에는 좌측 유닛(13)에 대향하여 우측 유닛(14)이 가이드레일(12)을 따라서 이동 가능하게 설치되어 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 좌측 유닛(13)은 좌측 커버(13a), 주축(13b), 좌측 기어(13c), 및 회전용 서보모터(13d)를 가지고 있다. 주축(13b)의 선단에는 척(13e)이 부착되어 있다. 주축(13b) 및 좌측 기어(13c)는 좌측 커버(13a)로 덮혀 있다. 회전용 서보모터(13d)는 좌측 커버(13a)상에 고착되어 있다. 회전용 서보모터(13d)는 좌측 기어(13c)를 거쳐서 주축(13b)을 구동한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 좌측 커버(13a)의 저면(13f)에서는 암(13g)이 아래로 돌출되어 있다. 암(13g)은 작업 베이스(11)내에 위치한다. 암(13g)의 선단부에는 암나사(13h)가 형성되어 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 외주에 수나사를 갖는 샤프트(16)는 작업 베이스(11)에 회전 가능하게 지지되고, 암나사(13h)에 나사결합된다. 샤프트(16)를 회전시키면, 암(13g)은 샤프트(16)를 따라서 직선적으로 이동하고, 좌측 커버(13a)는 가이드레일(12)을 따라서 직선적으로 이동한다.

슬라이드용 서보모터(17)는 작업 베이스(11)의 좌측면에 설치되어 있다. 샤프트(16)는 이 서보모터(17)에 의해 구동된다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 우측 유닛(14)은 우측 커버(14a), 우측 주축(14b), 풀리(P1,P2), 인덕션 모터(induction motor;14d) 및 우측 척(14e)을 가지고 있다. 우측 주축(14b)의 기단부에는 피동풀리(P1)가 고착되어 있다. 우측 주축(14b)의 선단에는 우측 척(14e)이 부착되어 있다. 우측 커버(14a)의 외면에는 인덕션 모터(14d)가 장착되어 있다. 그 인덕션 모터(14d)의 출력축에는 구동풀리 (P2)가 고착되어 있다. 피동풀리(P1)와 구동풀리(P2)는 벨트(14c)를 거쳐 연결되어 있다. 우측 주축(14b)의 중심축선은 좌측 유닛(13)의 주축(13b)의 중심축선과 일치한다.

우측 커버(14a)의 저면(14f)에서는 암(14g)이 아래로 돌출되어 있다. 암(14g)은 작업 베이스(11)내에 위치한다. 암(14g)의 선단에는 암나사(14h)가 형성되어 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 외주에 수나사를 갖는 샤프트(18)는 작업 베이스(11)에 회전 가능하게 지지되고, 암나사(14h)에 나사결합된다. 샤프트(18)를 회전시키면, 암(14g)은 샤프트(18)를 따라서 직선적으로 이동하고, 우측 커버(14a)는 가이드레일(12)을 따라서 직선적으로 이동한다. 슬라이드용 서보모터(19)는 작업 베이스(11)의 우측면에 설치되어 있다. 샤프트(18)는 서보모터(19)에 의해 구동된다.

중간 워크피스(W1)를 유지하기 위한 바이스(20)는 좌측 및 우측 유닛(13,14) 사이에서 가이드레일(12)상에 배치되어 있다. 바이스(20)는 가이드레일(12)을 따라서 Y축 방향으로 이동할 수 있다. 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 바이스 (20)는 다리부(20a) 및 한 쌍의 클램프(20b,20c)를 구비하고 있다. 클램프(20b, 20c)는 Y축에 직교하는 방향으로 열리고, 중간 워크피스(W1)를 유지할 수 있다.

다음에, 워크피스 접합장치(10)의 동작에 대하여 설명한다.

워크피스 접합장치(10)에서, 3개의 워크피스(W1,W2,W3)는 단계적으로 접합된다. 즉, 제1 단계에서 우측 워크피스(W3)가 중간 워크피스(W1)에 접합된다. 다음에, 제2 단계에서 좌측 워크피스(W2)가 중간 워크피스(W1)에 접합된다.

도 1 및 도 3에 도시한 바와 같이, 중간 워크피스(W1)는 L2로 표시된 길이를 가진다. 클램프(20b,20c)는 축선방향(Y축)의 길이 L3를 가진다. 길이 L2가 길이 L3보다 조금 긴 경우에, 중간 워크피스(W1)는 그 중앙부에서 바이스(20)로 유지된다. 좌측 워크피스(W2)는 좌측 유닛(13)의 척(13e)으로 유지된다. 우측 워크피스 (W3)는 우측 유닛(14)의 우측 척(14e)으로 유지된다. 다음에, 좌측 유닛(13)을 이동시키고, 좌측 워크피스(W2)를 중간 워크피스(W1)에 접촉시킨다. 그러면, 좌측 유닛(13) 및 좌측 워크피스(W2)에 의해 바이스(20) 및 중간 워크피스(W1)의 좌측으로의 이동이 규제된다. 즉, 좌측 유닛(13)은 중간 워크피스(W1)의 스토퍼로서의 역할을 한다.

다음에, 우측 주축(14b)을 모터(14d)에 의해 회전시키고, 우측 워크피스(W3)를 소정 회전수로 회전시키면서 우측 유닛(14)을 중간 워크피스(W1)를 향하여 슬라이드시킨다. 회전하는 우측 워크피스(W3)를 회전하지 않는 중간 워크피스(W1)에 접촉시키면, 양워크피스(W1,W3)의 접합면에 마찰열이 발생하고, 그 마찰열로써 양워크피스(W1,W3)의 접합면이 연화한다. 원하는 상태까지 연화시킨 후 우측 워크피스(W3)의 회전을 정지시키고, 접합을 완료하기 위해 양워크피스(W1,W3)의 축방향을 따라 양워크피스(W1,W3)에 업셋압력을 부여한다. 그러면, 양워크피스(W1,W3)의 접촉면이 서로 눌려들어가게 되어 워크피스(W1,W3)는 접합된다.

이 접합후에, 우측 주축(14b)의 회전정지위치가 도시되지 않은 센서에 의해 검지된다. 이 위치는 예를 들면 우측 워크피스(W3)를 주축(14b)에 장착하였을 때의 우측 주축(14b)의 기준정지위치(위상)와, 워크피스(W1,W3)의 접합 종료시의 우측 주축(14b)의 정지위치를 비교함으로써 구해진다. 접합된 워크피스(W1,W3)와, 좌측 워크피스(W2)의 위상을 일치시키기 위해 일단 바이스(20)에 대한 중간 워크피스(W1)의 유지를 해제한다. 그리고, 우측 주축(14b)과 함께 워크피스(W1, W3)를 회전시켜서 워크피스(W1,W3)의 정지위치를 조정한다. 이것을 주축 오리엔테이션이라고 부른다. 오리엔테이션의 종료후 중간 워크피스(W1)는 다시 바이스(20)로 유지된다. 한편, 좌측 워크피스(W2)를 유지하는 좌측 유닛(13)은 소정 위치까지 좌측으로 되돌아간다.

다음에, 주축(13b)을 회전용 서보모터(13d)에 의해 회전시켜서 좌측 워크피스(W2)를 소정 회전수로 회전시킨다. 이것과 함께 좌측 유닛(13)을 슬라이드용 서보모터(17)에 의해 샤프트(16)를 거쳐서 중간 워크피스(W1)를 향하여 이동시킨다. 회전되는 좌측 워크피스(W2)가 회전되지 않는 중간 워크피스(W1)의 단면에 접촉하면, 양워크피스(W1,W2)의 접촉면에 마찰열이 발생한다. 그 마찰열에 의해 양워크피스(W1,W2)의 접촉면이 연화한다. 원하는 상태까지 연화가 진행한 후 좌측 워크피스(W2)의 회전을 정지시킨다. 좌측 워크피스(W2)의 정지위치는 서보모터(13d)에 의해 제어되며, 좌측 워크피스(W2)는 주축 오리엔테이션 보다 정해진 우측 워크피스(W3)와 위상이 합하는 위치에 정지된다. 회전정지와 동시에 워크피스 W2와 W1에 업셋압력을 부여한다. 그러면, 양워크피스(W1,W2)의 접촉면이 서로 눌려들어가게 되어 양워크피스(W1,W2)는 접합된다. 따라서 3개의 워크피스(W1,W2,W3)가 접합되어 하나의 워크피스가 얻어진다.

본 실시예의 워크피스 접합장치(10)에 의해 짧은 중간 워크피스(W1)에 대하여 좌측 워크피스(W2) 및 우측 워크피스(W3)를 접합시킬 수가 있다. 또한, 좌측 워크피스(W2)와 우측 워크피스(W3)의 회전 방향의 위치를 정확히 맞추어 접합시킬 수가 있다.

다음에, 도 1에서 이점쇄선으로 도시한 바와 같이, 길이 L1을 갖는 기다란 중간 워크피스(W1)에 대하여 좌측 워크피스(W2) 및 우측 워크피스(W3)를 접합시키는 경우에 대하여 설명한다. 중간 워크피스(W1)의 길이 L1은 클램프(20b,20c)의 Y축 방향의 길이 L3 보다 매우 길다. 좌측 워크피스(W2)는 좌측 유닛(13)의 척(13e)으로 유지된다. 우측 워크피스(W3)는 우측 유닛(14)의 우측 척(14e)으로 유지된다.

먼저, 도 1 및 도 3에 도시한 바와 같이, 중간 워크피스(W1)는 그 우측단 근방에서 바이스(20)로 유지된다. 바이스(20)에 의해 우측으로 돌출하는 중간 워크피스(W1)의 길이는 접합 작업중에 휘지 않는 길이로 설정되어 있다.

중간 워크피스(W1)의 좌측단면이 좌측 워크피스(W2)의 우측단면과 접하는 위치까지 좌측 유닛(13)을 이동시킨다. 좌측 유닛(13)에 의해, 접합 작업중에 바이스(20)로 유지된 중간 워크피스(W1)의 축선방향으로의 이동이 구속된다.

다음에, 모터(14d)에 의해 우측 주축(14b)을 구동하여 우측 워크피스(W3)를 소정 회전수로 회전시킨다. 그와 동시에 슬라이드용 서보모터(19)에 의해 샤프트(18)를 소정 회전방향으로 회전시켜 우측 유닛(14)을 중간 워크피스(W1)를 향하여 이동시킨다. 회전하는 우측 워크피스(W3)를 회전하지 않는 중간 워크피스 (W1)에 접촉시키면, 양워크피스(W1,W3)의 접촉면에 마찰열이 발생한다. 그 마찰열로써 양워크피스(W1,W3)의 접촉면이 연화된다. 원하는 상태로 연화가 진행한 후 우측 워크피스(W3)의 회전을 정지시키고, 동시에 워크피스(W1,W3) 사이에 업셋압력을 부여한다. 그 결과, 양워크피스(W1,W3)의 접촉면이 서로 눌려들어가며 양워크피스 (W1,W3)는 접합된다.

양워크피스(W1,W3)의 접합후, 클램프(20b,20c)를 풀고, 바이스(20)를 중간 워크피스(W1)의 좌측단 근방으로 이동시킨다. 좌측 유닛(13)을 소정 위치까지 복귀시킨다. 그 후 우측 주축(14b)의 회전정지위치가 검지되고, 그 검지위치에 따라 주축 오리엔테이션을 행한다. 다시 클램프(20b,20c)를 조이고, 중간 워크피스(W1)를 그 좌측단 근방에서 유지한다. 바이스(20) 보다도 좌측으로 돌충하는 중간 워크피스(W1)의 길이는 접합 작업중에 휘지 않는 길이로 설정되어 있다.

다음에 회전용 서보모터(13d)에 의해 주축(13b)을 구동시키고, 좌측 워크피스(W2)를 소정 회전수로 회전시킨다. 슬라이드용 서보모터(17)에 의해 샤프트(16)를 소정 방향으로 회전시키고, 좌측 유닛(13)을 중간 워크피스(W1)를 향하여 이동시킨다. 회전하는 좌측 워크피스(W2)를 회전하지 않는 중간 워크피스(W1)의 좌측단면에 접촉시키면, 양워크피스(W1,W2)의 접촉면에 마찰열이 발생한다. 그 마찰열로써 양워크피스(W1,W2)의 접촉면이 연화된다. 원하는 상태로 연화가 진행된 후 좌측 워크피스(W2)의 회전을 정지시킨다. 좌측 워크피스(W2)의 정지위치는 서보모터(13d)에 의해 제어되며, 좌측 워크피스(W2)는 주축 오리엔테이션 보다 정해진 우측 워크피스(W3)와 위상이 맞는 위치에 정지된다. 회전정지와 동시에 양워크피스(W1,W2) 사이에 업셋압력을 부여한다. 그러면, 워크피스(W2)는 중간 워크피스(W1)로 눌려들어가며, 양워크피스(W1,W2)는 접합된다. 그래서 긴 중간 워크피스(W1)에 대하여서도 좌측 워크피스(W2) 및 우측 워크피스(W3)를 접합시킬 수가 있다. 또한 좌측 워크피스(W2)와 우측 워크피스(W3)의 회전방향의 위치를 정확히 맞추어 접합시킬 수 있다.

제1 실시예의 워크피스 접합장치(10)는 이하의 효과를 발휘한다.

(1) 1대의 워크피스 접합장치(10)에 의해, 광범위한 길이의 중간 워크피스(W1)에 대한 접합이 가능하다.

(2) 우측 유닛(14)에 인덕션 모터(14d)를 채용하였다. 인덕션 모터(14d)는 서보모터(13d) 보다 매우 저렴하기 때문에 양유닛에 고가의 서보모터를 구비한 종래의 워크피스 접합장치에 비해 저렴한 워크피스 접합장치를 제공할 수 있다.

(3) 중간 워크피스(W1)는 하나의 바이스(20)로 유지된다. 따라서, 중간 워크피스(W1)를 위한 고정 바이스와 이동 바이스를 구비한 종래의 워크피스 접합장치에 비해 구성이 간단하므로 저렴한 워크피스 접합장치를 제공할 수 있다.

(4) 중간 워크피스(W1)와 우측 워크피스(W3)를 접합할 때에는 좌측 유닛(13)이 중간 워크피스(W1)에 대한 스토퍼의 역할을 감당하므로, 중간 워크피스(W1)와 좌측 워크피스(W2)를 접합할 때에는 우측 유닛(14)이 중간 워크피스(W1)에 대한 스토퍼로서 역할을 한다. 즉, 워크피스 접합장치(10)에서는 종래의 고정 클램프는 불필요하다. 또, 중간 워크피스(W1)의 이동을 고정하기 위한 전용 스토퍼부재도 불필요하다. 따라서, 워크피스 접합장치의 구성을 간결하게 할 수 있으므로, 저렴한 워크피스 접합장치가 제공된다.

(5) 중간 워크피스(W1)에 접합된 우측 워크피스(W3)의 회전위치에 따라 좌측 워크피스(W2)를 구동하는 서보모터(13d)의 정지위치는 제어된다. 따라서, 좌측 워크피스(W2)와 우측 워크피스(W3)의 위상이 정확하게 합치한 상태에서 워크피스(W1, W2,W3)를 접합할 수 있다.

제1 실시예는 이하와 같이 변경하여도 좋다.

바이스, 워크피스 회전기구, 슬라이드기구 및 위상제어방식은 제1 실시예로 하지 않는다. 예를 들면, 샤프트(16,18)와 슬라이드용 서보모터(17,19)를 유압실린더 구동기구로 변경하여도 좋다. 바이스(20)는 슬라이드할 수 없어도 좋다. 이 경우에도 제1 실시예와 거의 동일한 효과를 얻을 수 있다.

우측 주축(14b)의 회전방향 정지위치를 검지하는 인코더를 제1 단계의 접합공정을 행하는 우측 유닛(14)에 장비하여도 좋다. 인코더는 제1 단계의 접합공정 종료시에 우측 주축(14b)의 정지위치를 검출하고, 그 정지위치를 기초로 하여 제2 단계의 접합 공정시에 좌측 유닛(13)에 의해 양워크피스(W2,W3) 사이의 위상 맞춤이 행해진다. 이 경우, 제1 실시예와 거의 동일한 효과를 얻을 수가 있음과 함께 우측 유닛(14)에 의한 주축 오리엔테이션을 생략할 수 있다.

주축(13b,14b)을 구동하기 위한 모터는 서보모터 및 인덕션 모터 이외의 모터라도 좋다. 이것에 의해서도 하나의 바이스, 및 한쪽의 워크피스를 스토퍼로 대신할 수 있다. 특히, 우측 유닛(14)의 모터를 직류 모터와 같은 저렴한 모터로 변경하여도 좋다.

우측 주축(14b)은 풀리(P1,P2), 벨트(14c)를 거쳐 인덕션 모터(14d)에 의해 구동하는 데, 풀리(P1,P2), 벨트(14c) 대신에 기어로 변경하여도 좋다.

우측 주축(14b)을 구동하는 인덕션 모터(14d)를 서보모터로 변경하여도 좋다. 이 경우, 제1 실시예의 (1), (3), (4) 의 효과가 얻어진다.

중간 워크피스(W1)와의 접합은 처음에 좌측 워크피스(W2)를 접합하고 다음에 우측 워크피스(W3)를 접합하여도 좋다.

가이드레일(12)은 양유닛(13,14) 및 바이스(20)용으로 각각 설치된 복수의 레일로 하여도 좋다.

가이드레일(12)은 V자 홈과 같은 다른 형식의 가이드부재를 포함한다.

본 발명의 실시예를 도면과 연관시켜 설명하였는 데, 본 발명은 상기에 한정되지 않고 첨부한 청구범위의 기재 및 등가물의 범위내에서 변경할 수 있다.

Claims

복수의 워크피스(W1,W2,W3) 사이에 마찰열을 발생시키고, 그 마찰열에 의해 워크피스(W1,W2,W3)를 연화시킴으로써 복수의 워크피스(W1,W2,W3)를 압접하기 위한 접합장치에 있어서,

작업 베이스(11)와,

상기 작업 베이스(11)상에 마련된 가이드부재(12)와,

상기 가이드부재(12)상에 이동 가능하게 설치되어 접합해야 할 제1 및 제2 워크피스(W2,W3)를 각각 유지하며 또 회전시키기 위한 제1 및 제2 회전 유닛(13,14)과,

상기 가이드부재(12)를 따라서 상기 제1 및 제2 회전 유닛(13,14)을 이동시키고 상기 가이드부재(12)상의 소정의 위치에 고정하기 위한 슬라이드기구(16, 17.13g,13h,19,18,14h,14g)와,

상기 제1 및 제2 워크피스가 접합되는 제3 워크피스(W1)를 유지하기 위한 단일 바이스(20)를 구비하고,

그 단일 바이스(20)는 상기 작업 베이스(11)상에서 상기 제1 및 제2 회전 유닛(13,14) 사이에 설치되고, 또 상기 가이드부재(12)를 따라 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 워크피스 접합장치.
제1항에 있어서, 상기 단일 바이스(20)는 상기 제3 워크피스(W1)를 붙잡기 위한 한 쌍의 클램프(20b,20c)를 가지며, 각 클램프(20b,20c)의 상기 가이드부재(12)를 따른 길이 (L3)는 제3 워크피스의 길이 (L1, L2) 보다도 짧은 것을 특징으로 하는 워크피스 접합장치.
제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 회전 유닛(13,14)은 각각 제1 및 제2 워크피스(W2,W3)를 제3 워크피스(W1)에 대하여 동축상에서 지지할 수 있는 것을 특징으로 하는 워크피스 접합장치.
제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 회전 유닛(13,14)의 한쪽은 단일 바이스(20)로 유지된 제3 워크피스(W1)가 상기 가이드부재(12)를 따른 방향으로 이동하는 것을 규제할 수 있는 것을 특징으로 하는 워크피스 접합장치.
제3항에 있어서, 상기 제1 및 제2 회전 유닛의 한쪽의 회전정지위치는, 다른쪽의 회전 유닛의 회전정지위치를 기초로 하여 제어되고, 이것에 의해 상기 제1 및 제2 워크피스(W2,W3)를 상기 제3 워크피스(W1)에 대하여 동위상에서 접합할 수 있는 것을 특징으로 하는 워크피스 접합장치.
제1항 내지 제5항중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 회전 유닛(13,14)은 각각 제1 및 제2 워크피스(W2,W3)를 회전시키기 위한 모터(13d,14d)를 구비하고, 한쪽의 회전 유닛의 모터(13d)는 서보모터이고, 다른쪽의 회전 유닛의 모터(14d)는 서보모터 이외의 형식인 것을 특징으로 하는 워크피스 접합장치.
제1항 내지 제5항중 어느 한 항에 기재된 접합장치를 이용하여 워크피스를 접합하기 위한 워크피스 접합방법에 있어서,

제1 및 제2 워크피스(W2,W3)를 상기 제1 및 제2 회전 유닛(13,14)에서 각각 유지하는 공정과,

제3 워크피스(W1)를 상기 단일 바이스(20)에서 유지하는 공정과,

제1, 제2 및 제3 워크피스(W1,W2,W3)는 동축상에 배치시킴과 함께 상기 단일 바이스(20)에서 유지된 제3 워크피스(W1)의 이동을 상기 제1 회전 유닛(13)을 이용하여 규제하는 공정과,

상기 제2 회전 유닛(14)에 의해 유지된 상기 제2 워크피스(W3)를 제3 워크피스(W1)에 대하여 회전시켜 가압함으로써 접합하는 제1 접합공정을 갖는 것을 특징으로 하는 접합방법.
제7항에 있어서, 상기 제1 접합공정 후에 상기 제2 회전 유닛(14)을 이용하여 단일 바이스(20)에서 유지된 제3 워크피스(W1)의 이동을 규제하는 공정과,

상기 제1 회전 유닛(13)에서 유지된 제1 워크피스(W2)를 제3 워크피스(W1)에 대하여 회전시켜 가압함으로써 접합하는 제2 접합공정을 부가로 갖는 것을 특징으로 하는 접합방법.
제8항에 있어서, 상기 제1 회전유닛(13)의 회전정지위치를 상기 제2 회전유닛(14)의 회전정지위치를 기초로 하여 제어하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 접합방법.