KR20040053190A

KR20040053190A - 마찰교반접합장치

Info

Publication number: KR20040053190A
Application number: KR10-2004-7005841A
Authority: KR
Inventors: 신지 코가; 마사유키 이누주카; 미츠오 후지모토; 히데히토 니시다; 유조 카노
Original assignee: 가와사키 쥬코교 가부시키가이샤
Priority date: 2002-08-20
Filing date: 2003-08-20
Publication date: 2004-06-23
Also published as: US20050001010A1; ATE536956T1; EP1541274B1; EP1541274A4; US7290695B2; KR100608223B1; JP3538419B2; JP2004074238A; AU2003257627A1; EP1541274A1; WO2004018141A1

Abstract

본 발명에 따른 장치는, 미리 정해진 위치에 고정되는 기대(23)와, 이 기대(23)에 미리 정해진 기준축선(L1) 주위를 자유로이 회전하면서 기준축선(L1)을 따라 자유로이 변위되도록 설치되어 접합툴(21)이 장착되는 툴홀더(29)와, 이 툴홀더(29)를 기준축선(L1) 주위로 회전구동시키는 툴회전구동수단과, 이 툴회전구동수단을 기준축선(L1)을 따라 변위되도록 구동시키는 툴변위구동수단을 갖춰 이루어지도록 된 것이다. 이와 같은 본 장치에 의하면, 장치의 소형화, 구조의 단순화 및 작업성의 향상을 도모할 수 있게 된다.

Description

마찰교반접합장치{Frictional agitating and connecting device}

도 25는 종래의 기술에 다른 마찰교반접합장치(1)를 나타내는 도면으로서, 이 마찰교반접합장치(1)는 접합동작을 행하는 접합기(2)와 이 접합기에 연결되어 접합기(2)를 피접합물(4)에 대해 위치결정하는 아암부(3)를 갖춰 이루어지도록 되어 있다. 상기 접합기(2)에는 기준축선(L1)방향으로 자유로이 회전 및 기준축선(L1)을 따라 자유로이 변위(變位)될 수 있게 설치되는 툴홀더(tool holder; 7)와, 이 툴홀더(7)를 회전시키는 회전모터 및, 상기 툴홀더(7)를 기준축선(L1)을 따라 변위시키는 변위모터가 설치되어 있다. 상기 툴홀더(7)에는 원기둥형상의 접합툴(5)이 장착되도록 되어 있다. 또, 상기 아암부(3)는 다관절로봇에 의해 실현되도록 되어 있는 것으로, 이 아암부(3)의 선단부(6)가 접합기(2)에 연결되어 있다.

이러한 종래의 마찰교반접합장치(1)는 아암부(3)에 의해 피접합물(4)을 향해 접합기(2)를 이동시킨 다음, 툴홀더(7)에 장착된 접합툴(5)을 피접합물(4)에다 회전접촉시키면 피접합물(4)에 마찰열이 발생하게 되고, 이 마찰열에 의해 피접합물(4)을 유동화시켜 피접합물(4)을 교반해서, 피접합물(4)을 구성하는 2개 접합부재(4a, 4b)의 각 경계부분을 혼합시켜 접합하게 된다. 이와 같은 마찰열을 이용한 접합방법을 마찰교반접합(Friction Stir Welding; 약칭하여 FSW)라 부른다. 종래에는 마찰교반접합으로 접합시키는 피접합물은 대형물을 대상으로 하고 있어서, 대형의 피접합물(4)을 이동시키지 않고 아암부(3)로 접합기(2)를 이동시켜 접합하도록 하고 있다.

상기 접합기(2)는 회전모터 및 가압모터를 갖춘 구조로 되어 있어 질량이 커 예컨대 120kg이나 된다. 아암부(3)는 접합기(2)를 지지하도록 강성을 높여줄 필요가 있다. 또, 접합기(2)의 이동거리가 큰 경우에는 아암(3)을 길게 할 필요가 있게 된다. 이와 같이 마찰교반접합장치(1)는 아암(3)을 길게 하면서 그 강성을 높일 필요가 있어, 접합기(2)에 비해 아암부(3)가 점하는 비율이 커지게 된다. 그에 따라 외형의 형상이 필연적으로 대형으로 된다고 하는 문제가 있게 된다. 또, 마찰교반접합장치(1)는 접합기(2)를 피접합물(4)까지 이동시키기 위한 이동공간이 필요하게 됨으로써 충분한 설치공간이 필요하다고 하는 문제가 있게 된다.

또, 아암부(3)에 의해 마찰교반접합장치 전체의 구조가 복잡해져 관리운영 및 조정이 어렵게 된다고 하는 문제가 있다. 또, 피접합물(4)의 형상에 따라 티칭동작 및 접합툴의 교환동작을 작업자가 수행할 필요가 있어 작업성이 저하된다고 하는 문제도 있다.

따라서 본 발명은, 구성을 간략화할 수 있음과 더불어 작업성이 좋고, 소형화도 가능한 마찰교반접합장치를 제공함을 목적으로 한다.

본 발명은 피접합물을 마찰교반접합하는 마찰교반접합장치(摩擦攪拌接合裝置)에 관한 것으로, 특히 피접합물을 스폿트마찰로 교반접합하는 경우에 적합하게 쓰여질 수 있는 마찰교반접합장치에 관한 것이다.

도 1은, 본 발명의 1실시예에 다른 마찰교반접합장치를 나타낸 사시도,

도 2는, 도 1에 도시된 마찰교반접합장치를 쓴 교반접합작업을 모식적으로 나타낸 도면,

도 3은, 도 1에 도시된 마찰교반접합장치 제어수단의 동작순서를 나타낸 불럭도,

도 4는, 도 1에 도시된 마찰교반접합장치 제어수단의 동작순서를 나타낸 흐름도,

도 5는, 도 1에 도시된 마찰교반접합장치의 접합동작에서 제어수단의 동작순서를 나타낸 흐름도,

도 6a 및 도 6b는, 도1에 도시된 마찰교반접합장치의 접합동작의 순서를 설명하기 위한 단면도,

도 7a, 도 7b 및 도 7c는, 도 1에 도시된 마찰교반접합장치의 접합동작의 순서를 설명하기 위한 단면도,

도 8은, 도 1에 도시된 마찰교반접합장치의 접합위치 확인동작에서의 제어수단의 동작순서를 나타내는 흐름도,

도 9는, 도 1에 도시된 마찰교반접합장치에서의 다른 작업형태를 나타낸 도면,

도 10은, 도 1에 도시된 마찰교반접합장치에서의 또 다른 작업형태를 나타낸 도면,

도 11은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 마찰교반접합장치를 나타낸 측면도,

도 12는, 도 11에 도시된 마찰교반접합장치를 나타낸 평면도,

도 13은, 본 발명의 또 다른 실시예에 다른 마찰교반접합장치를 나타낸 사시도,

도 14는, 도 13에 도시된 마찰교반접합장치에 장착되는 치구를 나타낸 사시도,

도 15는, 도 13에 도시된 마찰교반접합장치에 장착되는 홀더의 다른 예를 나타낸 사시도,

도 16은, 도 15에 도시된 홀더의 협지체를 나타낸 사시도,

도 17은, 도 15에 도시된 홀더에 장착된 상태의 도 13에 도시된 마찰교반접합장치를 나타낸 사시도,

도 18은, 도 17의 절단면선 S-S에서 바라본 단면도,

도 19는, 도 13에 도시된 마찰교반접합장치에 장착되는 홀더의 다른 예를 나타낸 사시도,

도 20은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마찰교반접합장치를 나타낸 사시도,

도 21은, 도 20에 도시된 마찰교반접합장치의 테이블부 부근을 확대해서 나타낸 도면,

도 22a, 도 22b 및 도 22c는, 도 21에 도시된 보유지지수단의 동작을 나타낸 단면도,

도 23a 및 도 23b는, 본 발명의 실시예에서의 보유지지수단과 다른 비교예 보유지지수단을 나타낸 단면도,

도 24는, 상기 실시예의 1변형예에 다른 마찰교반접합장치의 전기적 구성을 나타낸 블록도,

도 25는, 종래의 기술에 다른 마찰교반접합장치를 나타낸 도면이다.

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 다른 마찰교반접합장치는, 미리 정해진 위치에 고정되는 기대(23)와, 이 기대(23)에 미리 정해진 기준축선(L1) 주위를 자유로이 회전하면서 기준축선(L1)을 따라 자유로이 변위되도록 설치되어 접합툴(21)이 장착되는 툴홀더(29)와, 이 툴홀더(29)를 기준축선(L1) 주위로 회전구동시키는 툴회전구동수단과, 이 툴회전구동수단을 기준축선(L1)을 따라 변위되도록 구동시키는 툴변위구동수단을 갖춰 이루어진 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에서는, 정위치에 고정된 기대에 피접합물이 위치결정됨과 더불어 툴홀더에 접합툴이 장착되게 된다. 이 상태에서 툴홀더를 기준축선 주위로 회전구동하도록 함과 더불어 기준축선을 따라 변위되도록 구동하게 된다. 툴홀더에 장착된 접합툴을 툴홀더와 함께 구동하도록 함으로써 접합툴울 피접합물에다 회전접촉시킨다. 그에 따라 피접합물에 열이 발생하도록 해서 피접합물을 유동화시켜 접합툴을 매몰시킨다. 피접합물을 구성하는 복수의 접합부재의 각 경계부분 부근까지 접합툴을 매몰시킴으로써 유동화된 각 경계부분을 교반해서 혼합시킬 수가 있게 된다.

이와 같이 기대가 고정되어 있고, 피접합물이 기대에 위치결정되도록 구성되어 있어서, 종래의 기술에서 필요하였던 상기의 아암이 필요치 않게 됨으로써, 장치를 소형화하면서 그 구조를 단순화할 수 있고, 제조비용도 낮출 수가 있게 된다. 또, 기대가 이동하지 않기 때문에, 설치면적이 작아질 수 있게 된다.

이와 같이 값싸고 설치면적이 작은 마찰교반접합장치를 구성할 수가 있기 때문에, 중소기업과 같이 자금이 적고 작은 설치면적밖에 갖지 못한 사용자라 하더라도 마찰교반접합장치를 도입할 수가 있게 된다.

또, 교반장치가 고정되어 있어서 기대의 이동위치를 조정하는 티칭작업을 할 필요가 없어 접합툴의 교환작업이 쉬워질 수 있게 된다. 그에 따라 마찰교반접합장치는, 피접합물이 소량다품종인 경우에도 작업성이 저하되는 것을 방지할 수 있게 된다. 또, 기대를 이동시킬 때 생기는 툴홀더의 진동이 생기지 않도록 할 수 있다. 또한, 예컨대 작업자가 피접합물을 위치결정함으로써 피접합물의 임의의 위치를 접합할 수가 있고, 피접합물에 따라 접합위치를 쉽게 변경할 수도 있어서, 피접합물에 대응한 유연한 대응이 가능해지게 된다.

또, 툴회전구동수단 및 툴변위구동수단은, 툴홀더에 구동력을 전달하면 되고, 툴회전구동수단 및 툴변위구동수단 모두를 기대에다 설치할 필요는 없다. 따라서, 툴회전구동수단 및 툴변위구동수단의 일부를 기대와 별도로 설치할 수도 있어 설계하기가 쉬워지게 된다. 또, 기대가 이동하지 않고 고정되어 있기 때문에 설계상의 중량제한이 적게 된다.

또, 본 발명에 따른 마찰교반접합장치에는, 상기 기대에 설치되어 피접합물을 상기 기준축선에 대해 위치결정하기 위한 위치결정수단을 설치하는 것이 바람직하다.

이와 같은 구성된 본 발명에서는, 위치결정수단에 의해 피접합물의 기준축선에 대한 위치결정이 행해지게 된다. 그에 따라 기대에 위치졀정되게 되는 피접합물의 위치가 어긋나는 것을 방지할 수 있게 되어, 피접합물의 위치결정작업을 확실하고 간단히 행할 수가 있게 된다.

예를 들어 작업자에 의해 피접합물을 이동시키는 경우에는, 위치결정할 위치에 대해 피접합물이 어긋나게 배치될 염려도 있으나, 위치결정수단이 설치됨으로써 피접합물이 위치가 어긋나는 것을 방지할 수 있게 된다. 그에 따라 피접합물을 정확히 위치결정되도록 함과 더불어 피접합물의 위치결정에 소요되는 시간을 단축할 수가 있어, 단위시간당 접합할 수 있는 피접합물의 수가 증가될 수 있게 된다.

또, 본 발명에 따른 마찰교반접합장치에서는, 상기 위치결정수단이 상기 피접합물을 보유지지하기 위한 보유지지수단을 상기 기대에 대해 위치결정하도록 되어 있다.

이와 같이 구성된 본 발명에서는, 보유지지수단이 기대에 위치결정하게 됨으로써, 피접합물이 기준축선에 대해 위치결정되게 된다. 따라서, 위치결정이 곤란한 피접합물이라 하더라도, 보유지지수단에 보유지지된 상태로 위치결정하게 됨으로써 쉽게 위치결정할 수가 있게 된다.

또, 피접합물을 보유지지한 상태로 접합동작이 이루어짐으로써, 피접합물이 접합되는 도중에 어긋나 변위 및 변형되는 것을 방지할 수 있게 되어, 피접합물의 접합품질을 향상시킬 수 있게 된다.

또, 접합툴이 피접합물에 대해 회전접합하는 경우에는, 피접합물을 이동시키는 힘이 작용함과 더불어 마찰열에 의해 피접합물이 고온으로 될 염려가 있게 된다. 보유지지수단이 피접합물을 보유지지한 상태로 접합동작을 하게 됨으로써 작업자 자신이 피접합물을 손으로 잡을 필요가 없게 된다. 그에 따라, 작업자기 회전 중의 회전툴에 접촉하게 될 위험이 없어 안정성을 높일 수가 있게 된다. 또, 작업자 자신이 피접합물을 잡기가 곤란한 경우에도 보유지지수단으로 작업자 자신이 잡을 필요가 없어 편리성도 높여질 수 있게 된다.

또, 본 발명에 따른 마찰교반접합장치는, 삭기 기대에 피접합물을 보유지지하는 보유지지수단이 설치된 구조로 되어 있다.

이와 같이 구성된 본 발명에서는, 기대에 설치된 보유지지수단에 의해 피처리물을 보뮤지지한 상태에서 접합동작이 행해지게 된다. 기대에 설치되는 보유지지수단은 피접합물을 기대에 보유지지하게 된다. 이렇게 피접합물을 기대에 보유지지한 상태에서 접합동작이 이루어지게 됨으로써, 피접합물이 접합되는 도중 어긋나 변위되거나 변형되는 것을 방지할 수 있게 된다. 그에 따라 접합부분의 접합품질을 향상시킬 수 있게 된다.

또, 접합툴이 피접합물에 대해 회전접합하는 경우에는, 피접합물을 이동시키는 힘이 작용함과 더불어, 마찰열에 의해 피접합물이 고온으로 될 염려가 있게 된다. 보유지지수단이 피접합물을 보유지지한 상태에서 접합동작을 하게 됨으로써, 작업자 등이 피접합물을 잡을 필요가 없어 편리성이 향상될 수 있게 된다.

또, 본 발명에 따른 마찰교반접합장치에서는, 상기 보유지지수단이, 상기 피접합물의 상기 기준축선 상의 부위를 상기 접합툴과 반대쪽에서 지지하는 이면당접부재(裏面當接部材)를 갖도록 하는 것이 바람직하다.

이와 같은 본 발명에 따르면, 피접합물이 이면당접부재에 의해 지지된 상태에서 접합툴이 피접합물에 회전접촉하게 된다. 피접합물의 기준축선상의 부위는, 접합툴에 의해 압압(押壓)되더라도 접합툴이 압압하는 부분의 이면쪽 부분이 이면당접부재에 의해 지지되어져 있기 때문에 변위되는 것이 방지될 수 있게 된다. 그에 따라, 피접합물의 변형으로 말미암는 접합불량을 방지할 수가 있어 접합품질이 향상될 수 있게 된다.

또, 본 발명에 따른 마찰교반접합장치에서는, 상기 보유지지수단이, 상기 기대 및 상기 툴홀더에 대해 상기 기준축선을 따라 자유로이 변위될 수 있게 설치된 제1협지편과, 이 제1협지편을 상기 기준축선을 따라 변위되도록 구동시키는 협지편변위 구동수단과, 상기 이면당접부재보다 더 돌출하는 돌출위치 및 상기 이면당접부재보다 더 들어간 퇴피위치에 걸쳐 상기 기준축선을 따라 자유로이 변위될 수 있게 설치되어 상기 피접합물울 상기 제1협지편과 협동해서 협지하기 위한 제2협지편 및, 이 제2협지편에 대해 상기 돌출위치쪽으로 탄발력을 부여하는 탄발력발생수단을 갖춘 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 본 발명에서는, 돌출위치에 있는 제2협지편에 피접합물이 배치된 상태로 협지편구동수단에 의해 제1협지편이 제2협지편을 향해 변위되도록 구동하게 된다. 그에 따라 제1협지편과 제2협지편 사이의 간격이 좁혀져 제1협지편이 피접합물에 닿게 된다. 그리고, 다시 더 제2협지편에 부여되는 탄발력에 대항해서 제1협지편을 이면당접부재를 향해 위치변동시키면, 제1협지편과 제2협지편에 의해 피접합물을 협지할 수 있게 된다.

제1 및 제2협지편에 의해 피접합물을 협지한 상태에서 다시 제1협지편을 이면당접부재를 향해 이동시킴으로써 피접합물을 이면당접부재를 향해 이동시킬 수가 있어, 피접합물을 이면당접부재에 지지되도록 할 수 있게 된다.

이와 같이 피접합물을 제1 및 제2협지편으로 협지한 상태에서 접합동작이 이루어지게 됨으로써, 피접합물을 보유지지한 상태에서 접합동작을 할 수 있게 된다. 또, 이면당접부재로 피접합물을 지지하게 됨으로써 피접합물의 변형을 방지한 상태에서 접합동작이 이루어지도록 할 수 있게 됨으로써, 피접합물이 접합 도중 변형 및 변위되는 것을 방지할 수가 있어, 접합품질이 향상될 수 있게 된다.

또, 접합이 종료되면 제1협지편을 피접합물에서 떨어지도록 협지편구동수단이 동작하게 됨으로써, 제1협지편이 제2협지편에서 떨어져 피접합물의 보유지지상태를 쉽게 해제할 수 있게 된다. 이와 같이 피접합물의 보유지지 및 그 해제를 쉽게 절환할 수가 있어 접합작업을 단시간에 수행할 수 있게 된다.

또, 본 발명에 따른 마찰교반접합장치에서는, 상기 제1협지편이 상기 기준축선에 대해 그 중심축선이 동축으로 되도록 형성되고, 상기 제2협지편은 상기 기준축선에 대해 그 중심축선이 동축이 되도록 형성되며, 상기 제1협지편의 선단면과 상기 제2협지편의 선단면에 의해 상기 피접합물이 협지되도록 하는 것이 바람직하다.

또, 상기 제1협지편 및 상기 제2협지편이 원통형상 또는 중공형상으로 형성되도록 하는 것이 좋다.

또한, 본 발명에 따른 마찰교반접합장치에서는, 상기 이면당접부재가 상기 기준축선을 따라 자유로이 변위될 수 있게 설치되고, 상기 툴변위구동수단 대신 상기 이면당접부재가 상기 기준축선을 따라 변위되도록 구동시키는 이면당접부재 변위구동수단이 설치되도록 하는 것이 좋다.

도 1 및 도 2에 도시된 본 발명의 1실시예에 따른 마찰교반접합장치(20)는, 작업자에 의해 피접합물(22)이 기대(23)에 위치결정된 상태에서, 피접합물(22)을 마찰교반접합하는 장치로서, 특히 스폿트접합에 쓰여지는 장치이다. 예컨대 마찰교반접합장치(20)는 알루미늄제의 두께가 얇거나 중간 두께의 제품을 제조하는데 쓰여져, 자동차의 보디, 박스, 의장구조물 및 기타 중첩접합물을 제조하는데 쓰여지게 되는 것이다.

마찰교반접합장치(20)는 원기동형상의 접합툴(21)을 피접합물(22)에다 회전접촉시킴과 더불어 압압하여 접합툴(21)과 피접합물(22) 사이에 마찰열이 생기도록 한다. 다음, 이 마찰열에 의해 피접합물(22)을 유동화시켜 접합툴(21)을 피접합물(22)에다 매몰시킨다. 접합툴(21)은 피접합물(22)을 구성하는 복수의 접합부재(22a, 22b)의 각 경계부분 부근까지 매몰되게 된다. 이 상태에서 접합툴이 유동화된 피접합물(22)을 교반함으로써 접합부재(22a, 22b)의 경계부분을 혼합시켜접합부재(22a, 22b)끼리 접합되도록 한다.

마찰교반접합장치(20)의 기대(23)는, 미리 정해진 정위치에 배치되도록 한다. 이 기대(23)는, 접합툴(21)을 자유로이 장착하는 툴홀더(29)가 설치되는 헤드부(24)와, 이 헤드부(24)에 대해 간격을 두고 서로 마주보는 테이블부(25), 상기 헤드부(24)와 테이블부(25)를 함께 지지하는 칼럼부(26) 및, 이 칼럼부(26)에 이어지는 설치위치에 고정되는 베이스부(27)를 갖도록 되어 있다.

또, 본 실시예에서는, 상기 베이스부(27)가 고정위치에 있는 바닥(30)의 설치부분에 고정되도록 되어 있다. 또, 칼럼부(26)는 상기 베이스부(27)에서 위쪽으로 향해 수직을 뻗도록 되어 있다. 또한, 상기 헤드부(24) 및 테이블부(25)는 상기 칼럼부(26)에서 수평방향으로 돌출하도록 되어 있다.

상기 헤드부(24)에 설치되는 툴홀더(29)는, 미리 정해진 기준축선(L1) 주위를 회전할 수 있게 설치됨과 더불어 기준축선(L1)을 따라 자유로이 변위구동할 수 있게 설치된다. 예컨대 상기 미리 정해진 기준축선(L1)은, 수직방향으로 뻗어 툴홀더(29)의 중심축선을 통과하게 된다. 상기 헤드부(24)에는 툴홀더(29)를 구동하기 위한 동력전달기구가 갖춰져, 뒤에 설명되는 툴회전구동수단(도 3 참조) 및 툴변위구동수단(도 3 참조)으로부터 전해지는 구동력을 툴홀더(29)에다 부여할 수 있도록 되어 있다.

상기 테이블부(25)는, 기준축선(L1)에 수직이면서 툴홀더(29)와 마주보는 대향면(31)을 갖도록 되어 있다. 또한, 이 테이블부(25)에는 툴홀더(29)를 향해 대향면(31)에서 돌출하는 이면당접부재(32)가 형성되어 있는바, 이 이면당접부재(32)는예컨대 원통형상을 형성되어 그 중심축선이 기준축선(L1)과 동축(同軸)으로 배치되도록 되어 있다.

마찰교반접합장치(20)에는, 툴홀더(29)를 기준축선(L1) 주위로 회전구동하는 툴회전구동수단(34)과, 툴홀더(29)를 기준축선(L1)을 따라 변위구동하는 툴변위구동수단(35)이 설치되어 있다. 본 실시예에서는 상기 각 구동수단(34, 35)이 기대(23)에 내장되어, 예컨대 서보모터를 갖춘 구조로 되어 있다. 그리고 상기 각 수단(34, 35)은 헤드부(24)에 설치되는 구동력전달기구를 통해 툴홀더(24)를 구동하게 된다.

또, 마찰교반접합장치(20)는 마찰교반접합을 행하기 위한 접합조건이 입력되는 입력부(36)와 접합조건을 표시하는 표시부(37)를 갖춘 콘트롤러(38)와, 작업자로부터의 접합개시지령을 출력하는 조작페달(39)이 설치되어 있는바, 상기 입력부(36)는 복수의 버튼(36a)을 갖도록 되어 있다. 이 입력부(36)는 이들 각 버튼(36a)이 조작됨으로써 작업자로부터 조건이 출력하게 된다.

상기 콘트롤러(38)는 작업자가 조작 및 보기가 쉬운 위치에 설치되는바, 예컨대 기대(23)에 대해 인접하도록 설치되어, 작업자가 접합작업을 행함에 있어 작업자가 손을 뻗어 굽힐 수 있는 범위로서 접합작업 도중에 조작입력(36)을 조작하더라도 위험하지 않은 접합홀더(29)의 변위범위에서 벗어난 위치로 설치하게 된다.

또, 상기 콘트롤러(38)는 마찰교반접합장치(20)의 동작상태를 알려주는 지시수단(45)을 갖도록 되어 있는바, 이 지시수단(45)은 예컨대 접합동작이 끝났을 대 점등하는 점등램프(42)와, 접합동작이 잘못되었을 때 점등하는 오작동램프 및 접합동작상태를 방송하는 스피커(44)를 갖춘 구조로 되어 있다.

또, 상기 조작페달(39)은, 바닥(30)에 설치되는 바닥부(40)와, 판형상으로 형성되어 상하방향으로 변위될 수 있게 설치되는 족답부(足踏部; 41)를 갖도록 되어 있는바, 이 족답부(41)는 스프링 같은 것으로 위쪽을 향해 탄발력이 부여되도록 되어 있다. 조작페달(39)은 족답부(41)가 작업자에 의해 밟혀져 아래쪽으로 변위됨으로써 접합지령신호를 출력하게 된다. 또, 작업자가 족답부(41)에서 발을 떼면 위쪽으로 변위되어 접합정지지령신호를 출력하게 된다.

도 3은 마찰교반접합장치(20)의 전기적 구성을 나타낸 불럭도이다. 여기서, 마찰교반접합장치(20)는 이 마찰교반접합장치(20)를 구성하는 각 수단을 제어하는 제어수단을 갖도록 되어 있다.

상기 툴회전구동수단(34)은, 제어수단(46)으로부터 부여되는 신호에 기해 회전속도 및 회전시간 등을 결정하여 툴홀더(29)를 회전구동하게 된다. 또, 이 툴회전구동수단(34)은 정해진 회전속도로 툴홀더(29)를 회전시키기 위한 회전토크를 검출하여, 이 부하토크를 나타내는 신호를 제어수단(46)을 보내게 된다. 부하토크는, 예컨대 툴회전구동수단(34)을 구성하는 회전모터로 흐르는 부하전류를 기초로 해서 구해지게 된다. 또, 상기 툴회전구동수단(34)은, 접합중의 상태, 예컨대 회전속도를 나타내는 신호를 제어수단(46)으로 보내도록 하여도 좋다. 이 제어수단(46)은 접합동작 중의 회전속도 및 부하토크를 표시부(37)로 보내 그 값을 표시하도록 하여도 된다.

상기 툴변위구동수단(35)은, 제어수단(46)에서 보내져오는 신호에 기해 변위속도 및 변위시간 등을 결정하여 툴홀더(29)를 변위구동하게 된다. 또, 이 툴변위구동수단(35)은 정해진 변위속도로 툴홀더(29)를 변위시키는데 필요한 부하토크를 검출해서 부하토크를 나타내는 신호를 제어수단(46)을 보낸다. 부하토크는 예컨대 툴변위구동수단(35)을 구성하는 변위모터로 흐르는 부하전류에 기해 구해지게 된다. 또, 상기 툴변위구동수단(35)은 접합중의 상태, 예컨대 변위속도를 나타내는 신호를 제어수단(46)으로 보내도록 하여도 좋다. 이 제어수단(46)은 접합동작 중의 변위속도 및 부하토크를 표시부(37)로 보내 그 값을 표시하도록 하여도 좋다.

상기 입력부(36)는, 작업자가 입력한 마찰교반접합동작에 관한 접합조건을 출력하여 제어수단(46)으로 보낸다. 또, 제어수단(46)은 접합조건을 표시부(37)로 보내어 표시부(37)에 표시되도록 한다. 표 1 및 표 2는 접합조건의 1예를 나타낸 표이다.

	접합시간(s)	가압력(N)	회전속도(rpm)
1단계조건	0.5	4000	3000
2단계조건	1.0	3500	2500
3단계조건	0.3	2000	3000

	접합시간(s)	하강속도(mm/s)	회전속도(rpm)
1단계조건	0.5	5.0	3000
2단계조건	1.0	0.5	2500
3단계조건	0.3	0.0	3000

예컨대 표 1에 나타내어진 것과 같이 접합조건은, 접합시간과 가압력 및 회전수의 3가지 조건이다. 또, 표 2에 나타내어진 것과 같이 가압력 대신 툴홀더(29)의 하강속도를 조건으로 정의하여도 좋다.

접합시간은, 툴홀더(29)가 설정된 가압력 또는 하강속도에서 설정된 회전속도로 회전하는 시간이다. 가압력은 툴홀더(29)가 이면당접부재(32)를 향하는 방향으로 밀어붙여지는 압력이다. 하강속도는 툴홀더(29)가 이면당접부재(32)를 향해 진행하는 속도이다. 회전속도는, 툴홀더(29)가 축선 주위를 회전하는 속도로서, 예컨대 1분당의 회전수에 의해 설정된다.

표 1 및 표 2에 도시된 것과 같이, 접속조건은 다단계에 걸쳐 설정될 수 있다. 즉, 시간의 경과와 함께 가압력과 하강속도 및 회전속도를 변경할 수 있게 설정되게 된다.

또, 접합을 한 후 툴홀더(29)가 피접합물(22)에서 떨어지는 속도와 그 때의 회전속도가 입력되도록 하여도 좋다.

표 3은 피접합물(22)의 판두께의 1예를 나타낸다. 또, 입력부(36)오부터 제어수단(46)으로 피접합물(22)의 판두께가 입력되도록 하여도 좋다. 피접합물(22)의 조건으로서 예컨대 3매의 피접합부재를 접합하는 경우, 툴홀더(29)쪽 상부판의 판두께와, 이 상부판의 이면당접부재(32)에 인접하는 중간판의 판두께 및 중간판의 이면당접부재(32)쪽에 인접하는 하부판의 판두께가 입력되어 피접합물(22)의 총 판두께가 설정되도록 하여도 된다. 단, 피접합물(22)을 구성하는 피접합부재의 매수는 3매에 한정되지 않고, 피접합부재의 매수에 따라 피접합물(22)의 총 두께가 설정되게 된다.

피접합물	상부판두께(mm)	중간판두께(mm)	하부판두께(mm)	총 판두께(mm)
피접합물	1.0	1.2	1.2	3.4

표 4에는 접합툴(210) 핀형상이 나타내어져 있다. 또, 입력부(36)로부터 제어수단(46)으로 접합툴(21)의 형상을 입력하여도 좋다. 예컨대 접합툴(21)은 도 6a 및 도 6b에 도시된 것과 같이 원기둥형상으로 형성되고서 선단부에 평탄한 어깨모양 면(52)을 가진 툴본체부(50)와, 상기 어깨모양 면(52)으로부터 돌출하는 원기둥모양의 핀부(51)를 갖도록 되어 있다. 상기 툴본체(50)의 중심축선과 핀부(51)의 중심축선은 동축이 되도록 형성되어 있다. 표 4에 접합툴(21)의 형상이 니타내어져 있는바, 이와 같은 접합툴(21)의 핀길이 및 핀직경이 설정되게 된다.

접합툴 조건	핀길이(mm)	핀직경(mm)
접합툴 조건	2.5	3.0

상기 제어수단은, 접합조건을 기억하는 메모리를 갖추도록 하여도 좋은바, 예컨대 메모리에 미리 기억시킨 복수의 접합조건 중 아무 것이라도 작업자가 선택하여, 선택한 접합조건에 기해 제어수단(46)이 다른 각 수단을 제어하도록 하여도 좋다.

또, 조작페달(45)은, 출력된 접합개시지령신호 및 접합정지지령신호를 제어수단(46)으로 보낸다. 제어수단(46)은 조작페달(45)에서 보내져온 신호와 각 툴구동수단(34, 35)에서 보내져온 신호에 기해 표시수단(37)을 제어하게 된다. 구체적으로는, 제어수단(46)이 종료램프(42) 및 오동작램프(43)를 점등 및 소등시킴과 더불어 스피커(44)로 동작상태의 소리가 나도록 한다.

도 4는 제어수단의 동작순서를 나타낸 흐름도이다. 제어수단(46)은, 접합툴(21)이 툴홀더(29)에 장착되는 등의 마찰교반접합동작을 행하기 위한 준비가되면 단계 a1으로 진행하해서 동작을 개시하게 된다.

단계 a1에서는 제어수단(46)으로 입력부(36)로부터 마찰교반접합의 접합조건이 주어지게 된다. 제어수단은 상기 접합조건에 따라 툴회전구동수단(34) 및 툴변위구동수단(35)을 동작시키라는 지령신호를 생성하여 단계 a2로 진행한다.

단계 a2에서는, 제어수단(46)이 조작페달(39)로부터 접합개시신호가 보내졌는지 여부를 판단하게 된다. 접합개시지령신호가 보내지게 되면 작업장자의 준비가 완료된 것으로 판단해서 단계 a3으로 진행한다.

단계 a3에서는, 제어수단이 접합조건에 따라 생성된 신호를 툴회전구동수단(34) 및 툴변위구동수단(35)으로 보내 각 구동수단(34, 35)에 의해 접합동작이 개시되도록 하고서 단계 a4로 진행한다.

단계 a4에서는, 제어수단(46)이 조작페달(39)로부터 접합정지신호가 보내졌는지 여부를 판단하여, 접합정지지령신호가 보내졌으면 작업자기 장치의 근방에서 떨어져 있음을 판단하고서 단계 a10으로 진행한다. 또, 작업정지지령신호가 보내지지 않은 경우에는 단계 a5로 진행한다.

단계 a5에서는, 제어수단(46)이 설정되는 접합동작시간에 기해 접합동작이 완료되었는지 여부를 판단하여, 접합동작이 완료되지 않았다고 판단하면 단계 a4로 진행하게 된다.

제어수단(46)은, 접합동작이 완료되었음을 판단하기까지 단계 a4 및 단계 a5를 되풀이하여, 접합동작이 완료되었다고 판단하면 단계 a6을 진행한다.

단계 a6에서는, 제어구단(46)이 종료램프(42)를 점등하도록 제어하고서 단계a7로 진행한다.

단계 a7에서는 조작페달(39)로부터 접합정지지령신호가 보내져오면, 작업자가 접합동작의 종료를 인식하였다고 판단하고서 단계 a8로 진행한다.

단계 a8에서는, 제어수단(46)이 종료램프(42)를 소등하도록 제어하게 된다. 종료램프(42)를 소등하게 되면 단계 a9로 진행한다.

단계 a9에서는, 제어수단(46)이 그 동작을 종료하게 된다.

또, 단계 a4에서 상기 제어수단(46)은, 접합동작 중에 조작페달(39)로부터 접합정지지령신호가 보내져오면 작업자가 장치의 근방에서 떨어져 있다고 판단하여 단계 a10으로 진행한다. 단계 a10에서는, 툴회전구동수단(34) 및 툴변위구동수단(35)으로 비상조건을 나타내는 신호를 보내 툴홀더(29)를 비상정지시키고 단계 a11로 진행한다.

단계 a11에서는, 제어수단(46)이 오동작램프(43)를 점등하도록 제어하고서 단계 a12로 진행한다.

단계 a12에서는, 툴홀더(29)를 초기위치로 이동하도록 툴회전구동수단(34) 및 툴변위구동수단(35)으로 구동신호를 보내 접합툴(21)을 초기위치로 이동시키고서 단계 a13으로 진행한다.

단계 a13에서는, 오동작램프(43)를 소등하도록 제어하게 된다. 오동작램프(43)를 소등하게 되면 단계 a9로 진행한다.

단계 a9에서는 제어수단(46)이 동작을 완료하게 된다.

도 5는 접합동작에서의 제어수단의 동작순서를 나타내는 흐름도이다. 또 도6a, 도 6b 및 도 7a, 도 7b, 도 7c는 마찰교반접합동작의 순서를 설명하기 위한 단면도로서, 도 6a, 도 6b, 도 7a, 도 7b, 도 7c의 순으로 동작이 진행된다.

제어수단(46)은 앞에서 설명한 단계 a3에서 접합동작의 개시를 지시하고, 단계 a5에서 접합동작이 종료되었는지 여부를 판단한다. 그 사이의 동작, 즉 접합동작에서의 제어수단(46)의 동작을 도 6a, 도 6b 및 도 7a, 도 7b, 도 7c를 참조하여 설명한다.

제어수단(46)은 단계 b0에서 접합동작의 개시를 판단하면 단계 b1로 진행하여 접합동작에서의 동작을 개시한다.

단계 b1에서는, 접합조건에 기해 툴홀더(29)를 회전시키도록 툴회전구동수단(34)으로 신호를 보낸다. 제어수단(46)은 툴홀더(29)를 회전시키고 단계 b2로 진행한다.

단계 b2에서는, 접합조건에 기해 툴홀더(29)를 이면당접부재(32)에 근접하도록 툴변위구동수단(35)으로 신호를 보낸다. 제어수단(46)은 툴홀더(29)를 변위시켜줌으로써 도 6a에 도시된 것과 같이 접합툴(21)을 회전시킨 상태에서 피접합물(22)을 향해 변위시키고 단계 b3으로 진행한다.

단계 b3에서는, 도 6b에 도시된 것과 같이 툴홀더(29)에 장착된 접합툴(21)의 선단부가 피접합물(22)에 접촉하는 것으로 추정하는 시간 또는 추정하는 변위위치에 접합툴(21)의 선단부가 달했을 때, 피접합물(22)과 접합툴(21)의 핀부(51)의 앞끝이 접촉하였는지 여부를 판단하게 된다.

제어수단(46)은, 예컨대 접합조건에 기해 피접합물(22)에 접합툴(21)이 접촉하는 것으로 추정하는 시간 또는 변위위치를 연산하게 된다. 또, 제어수단(46)은 각 구동수단(34, 35)의 부하토크를 나타내는 신호에 기해 피처밥물(22)과 접합툴(21)이 접촉하였다고 판단한다. 또 제어수단(46)은, 피접합물(22)과 접합툴(21)이 접촉하였음을 판단하는 접촉센서 등으로부터 보내져오는 신호에 의해 접촉상태를 판단하도록 하여도 좋다. 제어수단(46)은, 접합툴(21)이 피접합물(22)에 접촉하고 있음을 판단하면 단계 b4로 진행한다.

단계 b4에서는, 접합조건에 기해 툴회전구동수단(34) 및 툴변위구동수단(35)을 동작하도록 한다. 제어수단(46)은 접합조건에 기해 각 툴구동수단(34, 35)으로 신호를 보내 접합툴(21)을 피접합물(22)에다 매몰시킨다.

도 7에 도시된 것과 같이, 상기 접합툴(21)은 피접합물(22)에 회전접촉하게 됨으로써 피접합물(22) 마찰열이 생기게 한다. 접합툴(21)은 마찰열에 의해 피접합물(22)이 유동화(流動化)된 유동부분(53)을 형성하게 된다. 접합툴(21)은 이 유동부분(53)을 밀어 이면당접부재(32)를 향해 이동시켜 피접합물(22) 중에 매몰되도록 한다.

제어수단(46)은, 예컨대 표 1에 나타내어진 조건에 기해, 각 툴구동수단(34, 35)으로 신호를 보내 미리 정해진 위치까지 접합툴(21)이 매몰되도록 하면, 접합툴(21)을 회전시킨 상태에서 미리 정해진 가압력으로 접합툴을 가압하여, 접합툴(21) 주위의 피접합물(22)에 형성되는 유동부분(53)을 교반하게 된다.

제어수단(46)은, 예컨대 표 2에 나타내어진 조건에 기하면, 각 툴구동수단(34, 35)으로 신호를 보내 미리 정해지는 위치까지 접합툴(21)이 매몰되면, 접합툴(21)을 회전시킨 상태에서 그 변위이동을 정지시켜 접합툴(21) 주위의 피접합물(22)에 형성되는 유동부분(53)을 교반하게 된다.

구체적으로는, 도 7B에 도시된 것과 같이, 피접합물(22)을 구성하는 접합부재(22a, 22b) 중 가장 이면당접부재 쪽 접합부재(22b)와, 이면당접부재 쪽 접합부재(22b) 보다도 이면당접부재(32)와 반대되는 쪽에 있는 접합부재(22a)의 각 경계부분 부근까지 핀부(51)가 도달하면, 접합툴(21)을 회전시킨 상태에서 미리 정해진 가압력을 가해 유동부분(53)을 교반하게 된다. 또는 접합툴(21)을 회전시킨 상태에서 그 변위를 정지시켜 유동부분(53)을 교반한다. 접합툴(21)은 각 접합부재(22a, 22b)가 인접하는 각각의 영역부분을 혼합시킨다. 제어수단(46)은 유동부분(53)이 충분히 교반되면 단계 b5로 진행한다.

단계 b5에서는, 제어수단(46)이 접합조건에 기해 툴회전제어수단(34) 및 툴변위제어수단(35)으로 신호를 보내어 접합툴(21)을 피접합물(22)로부터 떨어지게 한다. 도 7c에 도시된 것과 같이 접합툴(21)은 툴변위제어수단(35)에 의해 피접합물(22)로부터 이반되는 방향으로 이동하게 된다. 제어수단(46)은 접합툴(21)이 소정 위치까지 이동한 것을 판단하면 단계b6으로 진행한다.

단계 b6에서는 툴회전제어수단(34)으로 신호를 보내어 접합툴(21)의 회전을 정지시키고 단계 b7로 진행한다.

단계 b7에서는 제어수단(46)이 접합동작에 관한 동작을 종료하게 된다.

또, 단계 b3에서 접합툴(21)이 피접합물(22)에 접촉하지 않았음을 판단하면 단계 b8로 진행한다. 단계 b8에서는, 제어수단(46)이 툴회전제어수단(34) 및 툴변위제어수단(35)으로 신호를 보내 툴홀더(29) 및 접합툴(21)을 미리 정해진 초기위치로 이동시킨다. 툴홀더(29)를 초기위치로 이동시키면 단계 b10으로 진행한다.

단계 b10에서는, 제어수단(46)이 오동작램프(43)를 소등하도록 제어한다, 오동작램프(43)를 소등하면 단계 b7로 진행한다. 단계 b7에서는, 제어수단(46)이 접합동작에 관한 동작을 종료하게 된다.

제어수단(46)은, 접합동작에 관한 동작을 실행하고 있는 사이에 조작페달(39)에서 보내져오는 신호가 끼어드는 지를 감시하게 되는바, 접합동작 중에 조작페달(39)로부터 접합정지지령신호가 주어지면 앞에서 설명한 단계 a10으로 진행하게 된다. 또, 제어수단(46)에 의한 툴홀더(29)의 상기와 같은 동작은 접합조건에 따라 정해지는바, 접합조건이 변경되면 제어수단(46)의 동작도 변경되게 된다.

도 8은 접합위치확인동작에서 제어수단(46)의 동작순서를 나타낸 흐름도이다. 마찰교반접합장치는 이렇게 접합위치확인동작을 행함으로써, 작업자로 하여금 피접합물(22)의 접합이 향해지는 접합위치를 확인할 수 있도록 한다. 제어수단(46)은, 작업자가 접합위치확인동작을 행하고 있음을 나타내는 신호가 입력부(36)로부터 주어지면 단계 c1로 진행하여 접합동작확인동작에서의 제어수단의 동작을 개시하게 된다.

단계 c1에서는, 제어수단(46)이 접합조건에 기해 툴홀더(29)를 피접합물(22)에 근접하도록 툴변위제어수단(35)으로 신호를 보낸다. 제어수단(46)은 피접합물(22)의 판두께, 핀부(51) 및 툴부(52)의 길이 등에 기해 접합툴(21)의 변위거리를 설정하게 된다. 접합툴(21)의 변위가 완료되면 단계 c2로 진행한다.

단계 c2에서는, 접합툴(21)을 피접합물(22)에 근접한 위치에서 정지시킨다. 그에 따라 작업자는 피접합물(22)에 접합툴(21)이 접촉하려는 위치를 확인할 수가 있게 된다. 작업자가 접합위치를 확인하였음을 나타내는 신호가 입력부로 주어지면 제어수단(46)은 단계 c3으로 진행한다.

단계 c3에서는, 제어수단(46)이 툴홀더(29)를 피접합물(22)에서 떨어지도록 툴변위제어수단(35)으로 신호를 보내어 툴홀더(29)를 미리 정해진 초기위치로 변위시킨다. 툴홀더(29)가 초기위치로 되돌려지면 단계 c4로 진행하여 제어수단은 동작을 종료하게 된다. 이상 설명한 제어수단(46)의 동작에서는 툴홀더(29)를 회전시키지 않고 동작을 수행하였으나, 툴홀더(29)를 회전시켜도 된다.

이상과 같이 본 실시예에 따른 마찰교반접합장치(20)에서는 기대(23)가 바닥(30)에 고정되어 있어서, 마찰교반접합장치(20)가 기준축선(L1)에 대해 위치결정된 상태의 피접합물(22)에 대해 접합동작을 행하게 된다. 그 때문에, 기대(23)를 피접합물(22)에 대해 이동시킬 필요가 없게 되어, 기대(23)를 이동시키기 위한 아암을 설치할 필요도 없게 된다. 따라서, 마찰교반접합장치(20)의 구성을 간단화 및 소형화할 수가 있어, 값이 싼 마찰교반접합장치(20)를 제공할 수 있게 된다.

이와 같이 본 실시예에 따른 마찰교반접합장치(20)는, 설치면적이 작은데다 값싸게 제조할 수가 있기 때문에, 마찰교반접합장치(20)의 도입에 필요한 초기투자를 절감할 수가 있게 된다. 따라서, 중소기업과 같이 자금이 많지 않고 작은 설치면적밖에 갖지 못한 사용자라 하더라도 마찰교반접합장치(20)를 도입할 수 있게 된다. 마찰교반접합장치(20)를 도입해서 마찰교반접합으로 피접합물(22)을 접합함으로써, 용융부가 없는 열처리합금이라 하더라도 큰 이음부강도를 가져 왜곡이나 잔류응력이 적은 접합물울 형성할 수가 있게 된다. 또, 용화재(溶化材)가 필요치 않고, 용접여분재를 제거할 필요가 없어 쉽게 접합작업을 할 수 있게 된다. 또, 접합부(47)의 품질이 안정된 접합물을 제조할 수기 있을 뿐 아니라, 용접부위가 분리되기 쉬운 재질이나 주물, 복합재료, 이종재질이라 하더라도 접합할 수가 있게 된다.

또, 작업자가 피접합물(22)을 위치결정해서 접합동작을 행하기 때문에, 피접합물(22)의 형상이 변경되는 경우에도 종래와 같이 접합기의 이동위치를 티칭할 필요가 없게 된다. 따라서, 피접합물마다 행해지는 조정작업을 적게 할 수가 있어서, 마찰교반접합장치(20)의 조정에 비용이나 시간을 단축할 수가 있게 된다. 특히, 피접합물(22)이 소량품종인 경우에는 피접합물마다 걸리는 조정시간을 줄여 생산효율을 향상시킬 수 있게 된다.

또, 이면당접부재(32)에 피접합물(22)을 지지시킨 상태로 보유지지함으로써, 접합툴이 접촉할 때 이면당접부재(32)와 접합툴(21)에 의해 피접합물(22)의 접합부분(47)을 협지할 수가 있어, 피접합물(22)의 접합부분(47)이 변형되는 것을 방지할 수 있게 된다. 또, 기준축선(L1)이 수직으로 배치됨으로써, 피접합물(22)의 위치를 결정하는 작업자로서는 피접합물(22)을 이면당접부재(32)에다 올려놓기만 하면 되고, 접합 중에 피접합물(22)의 자중에 의한 힘을 받지 않게 된다.

또, 콘트롤러(38)에다 접합조건을 입력할 수 있기 때문에, 피접합물(22)마다 다른 접합조건으로 작업을 할 수가 있어 접합품질을 높일 수 있게 된다. 이 콘트롤러(38)는 기대(23)에 인접하도록 설치되어, 작업자가 접합작업을 함에 있어, 작업자가 팔을 뻗어 굽힐 수 있는 범위이면서, 접합작업 중에 조작입력부(36)를 조작하여도 위험하지 않은 위치에 설치된다. 따라서 접합 중에 접합조건을 안전하게 입력할 수 있게 된다.

또, 제어수단(46)에 의해 조작페달(39)을 작업자가 발로 밟고 있는 경우에 접합동작이 행해지도록 제어되기 때문에, 작업자가 기대(23)에서 떠나는 경우에는 접합동작이 진행되지 않아, 무인상태에서 일어나는 사고를 방지할 수 있게 된다.

또, 제어수단(46)이 접합툴(21)과 피접합물(22)이 접촉하였는지 여부를 판단하게 됨으로써, 피접합물(22)의 위치결정의 불량을 알 수가 있게 된다. 위치결정 불량은, 예컨대 피접합물(22)이 기대(23)에 보유지지되어 있지 않은 경우, 접합위치가 설정된 위치와 다른 경우 등이다.

또, 제어수단(46)은, 작업자에게 피접합물(22)에 접합이 행해지는 접합위치를 확인시키는 접합위치확인동작을 할 수가 있기 때문에, 작업자가 접합위치를 기준축선(L1)에 정확히 합쳐지도록 할 수가 있어, 접합위치가 어긋나는 것을 방지할 수 있게 된다.

또, 작업자가 조작페달(29)로 접합작업의 개시 및 종료를 지시할 수 있기 때문에, 접합동작 중 양손으로 피접합물(22)을 잡은 상태에서 접합동작을 수행할 수가 있게 된다. 따라서, 피접합물(22)이 확실하게 잡혀지지 않는 상태에서 접합작업이 행해지는 것을 방지할 수 있어, 접합불량을 방지할 수 있게 된다.

또, 종료램프(42), 오동작램프(43) 및 스피커(44)에 의해 작업상태가 알려지게 됨으로써, 작업자가 작업상태를 정확히 일 수가 있어 작업자에 의한 오조작을 방지할 수 있게 된다.

도 9는 마찰교반접합장치(20)에서의 다른 작업형태를 나타낸 도면이다. 마찰교반접합장치(20)는 작업자에 의해 피접합물(22)이 위치결정되지 않아도 되는바, 예컨대 피접합물(22)을 보유지지하는 로봇(600)에 의해 기대(23)에 대해 피접합물(22)을 위치결정하여도 좋다. 예를 들어, 로봇(600)에 보유지지된 피접합물(22)이 복수의 가공장치로 순차적으로 가공되는 경우, 로봇(600)에 잡혀진 상태로 피접합물(22)을 접합할 수 있게 된다.

도 10은 마찰교반접합장치(20)에서의 또 다른 작업상태를 나타낸 도면이다. 도 10에 도시된 것과 같이 앞에서 설명한 마찰교반접합장치(20)가 복수로 설치되어도 좋다. 각 마찰교반접합장치(20)에는 다른 툴형상을 한 접합툴(21a, 21b, 21c)이 장착된다. 피접합물(22)마다 접합동작을 행하는 마찰교반접합장치(20a, 20b, 20c)가 선택되어, 피접합물(22)에 대응한 접합툴(21)이 장착된 마찰교반접합장치에 의해 접합동작이 행해지게 된다. 그에 따라, 피접합물(22)에 따라 접합툴(21)을 교환하는 품이 들지 않아 생산효율을 높일 수 있게 된다.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마찰교반접합장치(120)를 나타낸 측면도이고, 도 12는 마찰교반접합장치(12)의 평면도이다. 도 11 및 도 12에 도시된 마찰교반접합장치(120)는 도 1에 도시된 마찰교반접합장치(20)에 대해 테이블부 이외의 구성에 있어서는 같은 구성이어서 같은 참조부호를 붙이고서 설명은 생략한다.

마찰교반접합장치(12)는 헤드부(24)에 대해 간격을 두고 서로 마주보는 테이블부(125)를 갖도록 되어 있다. 이 테이블부(125)는 테이블부 본체부분(125a)과 이면당접부재 지지부재(126b) 및 이면당접부재(132)를 갖도록 되어 있다. 테이블부 본체부분(125a)은 칼럼(26)에 연결되어 툴홀더(29)의 기준축선(L1)을 향해 돌출하도록 되어 있다. 테이블 본체부분(125a)의 툴홀더(29)와 마주보는 면에는 이면당접부재 지지부분(125b)이 형성되어 있는바, 이 이면당접부재 지지부분(125b)은 기준축선(L1)과 수직인 방향이면서 기준축선(L1)의 반경방향으로 뻗은 삽통구멍(126)이 형성되어 있다.

이면당접부재(132)는 대략 L자 형상으로 굽혀진 봉상(棒狀)으로 형성되고서, 직선상으로 뻗은 제1부분(133)과, 이 제1부분(133)의 한쪽 단부에 이어져 제1부분(133)에서 굽혀지는 제2부분(134)을 갖도록 되어 있다. 이 제2부분(134)은 이면당접부재 지지부분(125b)의 삽통구멍(126)이 끼워지도록 되어 있다. 따라서, 이면당접부재(132)가 이면당접부재 지지부분(125b)에 의해 지지되게 된다. 또, 상기 제1부분(133)은, 그 길이방향으로 뻗은 중심축선이 기준축선(L1)과 동축으로 배치되어, 제2부분(134)으로부터 툴홀더(29(를 향해 돌출하게 된다. 따라서, 이면당접부재(132)의 제2부분(134)이 테이블 본체부분(125b)으로부터 기준축선(L1)을 향해 돌출하여 제1부분(133)이 제2부분(134)으로부터 툴홀더(29)를 향해 돌출하게 된다.

또, 상기 베이스부(27)는 앵커볼트(27a)에 의해 바닥(30)에 착탈될 수 있게 연결되도록 되어 있다.

마찰교반접합시에 작업자 또는 로봇에 의해 협지되어 보유지지된 피접합물(22)은 이면당접부재(132)의 제1부분(133)에 지지된 상태에서 접합동작이 이루어지게 된다.

본 실시예에 따른 마찰교반접합장치(120)에서도 도 1에 도시된 마찰교반접합장치(20)와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있게 된다. 또, 이면당접부재(132)가 대략 L자 형상으로 형성되어 테이블 본체부분(125b)에서 돌출되어 있기 때문에, 피접합물(22)을 위치결정함에 있어 피접합물(22)과 테이블 본체부분(125b)이 접촉하는 것을 방지할 수가 있어 양호한 접합동작이 이루어질 수 있게 된다.

도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마찰교반접합장치(220)를 나타낸 사시도이고, 도 14는 마찰교반접합장치(220)에 장착되는 치구(治具; 228)를 나타낸 사시도이다.

마찰교반접합장치(220)는 도 1에 도시된 마찰교반접합장치(20)에 대해 테이블부 이외의 구성은 같게 되어 있어 같은 참조부호를 붙이고서 설명은 생략한다.

마찰교반접합장치(220)에서는 피접합물(22)을 보유지지하는 치구(228)가 테이블부(225)에 위치결정된 상태에서 접합동작이 행해진다.

마찰교반접합장치(220)의 기대(23)에는 헤드부(24)에 대해 간격을 두고 서로 마주보는 테이블부(225)가 설치되어 있다. 이 테이블부(225)는 기준축선(L1)에 수직이면서 툴홀더(29)에 마주보는 대향면(231)을 갖도록 되어 있다. 또, 이 테이블부(225)에는 치구(228)를 위치결정하기 위한 위치결정수단이 설치되어 있다. 본 실시예에서는 이 위치결정수단이 툴홀더(29)를 향해 대향면(231)에서 돌출하는 복수의 위치결정 볼록부(133)로 이루어져 있다.

도 14에 도시된 것과 같이 상기 치구(228)는 피접합물(22)을 보유지지하게 된다. 이 치구(228)는 테이블부(225)의 대향면(231)에 올려놓아지도록 되어 있다. 이 치구(228)에는 기대(23)의 위치결정 볼록부(223)에 끼워지는 위치결정 오목부(280)가 형성되어 있는바, 이 치구(228)의 위치결정 오목부(280)가 상기 기대(23)의 위치결정 볼록부(223)에 끼워짐으로써 치구(228)가 위치결정될 수 있게 된다.

상기 치구(228)는, 대향면(231)에 올려놓아진 판상으로 형성된 지지체(250)와, 이 지지체(250)의 두께방향 한쪽(A1) 측면으로부터 돌출한 고정편(251) 및, 지지체(250)의 두께방향 다른 쪽(A2)으로 힘을 가하는 압압부(262)를 가진 협지체(252)를 갖도록 되어 있다.

지지체(250)의 두께방향 한쪽(A1) 면은, 피접합물(22)이 닿는 피접합물당접면(253)을 이루는 한편, 지지체(250)의 두께방향 다른 쪽(A2)면은 테이블부(225)의 대향면(231)에 닿는 장치당접면(190)을 이루게 된다. 지지체(250)에는 상기 테이블부(255)에 형성된 복수의 위치결정 볼록부(233)에 끼워지는 위치결정 오목부(280)가 형성되어 있는바, 이 위치결정 오목부(280)는, 지지체(250)에 피접합물(22)이 배치된 상태에서 위치결정 볼록부(233)에 위치결정 오목부(280)가 끼워지도록 위치결정됨으로써 피접합물(22)이 기대(23)에 대해 위치결정되는 상태가 되도록 형성되어 있다.

상기 고정편(251)은 복수개로 형성되어 있는바, 이 고정편(251)은피접합물(22)의 형상에 대응해서 설치된다. 이 고정편(251)은, 피접합물(22)이 지지체(250)에 대해 보유지지될 위치에 배치된 경우, 지지체(250)의 두께방향(A1, A2)에 수직인 방향 중 적어도 어느 한쪽인 이동저지방향(B1)쪽의 피접합물(22)의 면(260a, 260b)에 닿게 된다. 이 고정편(251)은, 피접합물(22)에 닿아 피접합물(22)이 이동저지방향(B1)으로 이동하는 것을 저지하는 역할을 하게 된다.

본 실시예에서는, 각 고정편(251)이 대략 L자 형상으로 굴곡되어 뻗고서 피접합물 당접면(253)에서 지지체(250)의 두께방향(A1)으로 뻗은 제1부분(254)과, 이 제1부분(254)의 단부에서 이어져 이동저지방향(B1)과 반대되는 방향(B2)으로 뻗은 제2부분(255)으로 이루어져 있다.

예컨대 피접합물(22)을 구성하는 접합툴(21a, 22b)의 크기가 다른 경우로서 피접합물(22)의 이동저지방향(B1)쪽 면(260a, 260b)이 다단으로 형성된 경우에는, 다단의 면(260a, 260b) 중 이동저지방향(B1)을 향해 가장 많이 돌출해 있는 면(260b)에 고정편(251)의 제1부분(254)이 닿게 되고, 가장 많이 돌출되어 있는 면(260b)에서 이동저지방향(B1)과 반대되는 방향(B2)으로 함몰된 면(260a)에는 제2부분(255)의 단면으로서 제11n분(254)와 이어지는 부분과 반대쪽 단면(端面; 261)이 닿게 된다.

또, 상기 협지체(252)는 예컨대 토글클램프에 의해 실현되도록 되어 있는바, 이 토글클램프는 3개의 링크(270, 271, 272)로 이루어진 기구를 갖고서, 이들 3개의 링크(270, 271, 272)는 대략 동일면 상에서 각변위(角變位)하도록 배치되어 있다. 제1링크(270) 및 제2링크(271)는 1단부(270a, 271a)에서 각변위하도록 배치되어 상호 교차하도록 배치되어 있다. 또, 제3링크(272)는 양쪽 단부(272a, 272b)가 제1 및 제2링크(270), 271)의 길이방향 중간부분(270b, 271b)에 각변위할 수 있게 연결되어 있다. 제2링크(271)가 한쪽 단부(271a) 주위를 각변위할 수 있게 됨으로써, 직교하는 제1링크(270)가 제2링크(271)의 변위방향과 같은 방향으로 각변위하게 된다.

제1링크(270)는 두께방향(A1, A2)에 대략 수직으로 배치되고서 단부에 압압부(262)가 설치되어 있는바, 이 압압부(262)는 피접합물(22)의 접합이 행해지는 접합부분(47) 주위에 가깝게 배치되게 된다. 이 압압부(262)는 예컨대 C자 형상으로 형성되어, 피접합물(22)의 접합부분(47)을 중심으로 하는 원주방향 주위부분에 가깝게 위치하게 된다. 또, 제1링크(270)에는 스프링(273)이 연결되어, 이 스프링(273)에 의해 압압부(262)가 두께방향 다른 쪽(A2)을 향해 탄발력이 부여되도록 되어 있다. 또한, 제2링크(271)에는 두께방향(A1, A2)에 대략 수직으로 배치되어 작업자가 제2링크(271)를 파지(把持)하기 위한 파지부(281)가 설치되어 있다.

상기 협지체(281)는 자연상태에서 스프링(273)에 의해 압압부(262)에 근접한 위치로 배치되어 있다. 작업자가 파지부(281)를 잡고서 압압부(262)를 지지체(250)에서 떨어지는 방향으로 제2링크(271)를 각변위하도록 함으로써, 지지체(250)와 압압부(262)가 떨어지게 하면, 피접합물(22)을 지지체(250)에 닿게 하기 위한 간극이 형성될 수 있게 된다.

작업자가 피접합물(22)이 지지체(250)의 피접합물 당접면(253)에 닿도록 한다. 피접합물(22)은 지지체(250)의 피접합물 당접면(253)에 닿은 상태에서 이동저지방향(B1)으로부터 고정편(251)을 향하는 방향으로 이동해서 위치가 결정되어, 피접합물(22)이 고정편(251)에 닿게 된다.

이 상태에서 작업자가 파지부(281)를 지지체(250)에 근접하는 방향으로 이동시키면, 압압체(262)가 스프링(273)의 탄성회복력에 의해 지체(250)로 근접하게 된다. 상기 압압체(262)는 피접합물(22)의 두께방향 다른 쪽(A2)을 향해 압압하면, 이 압압체(262)와 지지체(250)에 의해 피접합물(22)이 협지되어 보유지지될 수 있게 된다.

피접합물(22)이 보유지지된 상태에서 치구(228)의 위치결정 오목부(280)가 기대(23)의 위치결정 볼록부(223)에 끼워지도록 치구(228)가 위치결정된다. 그에 의해 피접합물(22)을 보유지지한 상태에서 기대(23)에 대해 위치결정될 수 있게 된다.

본 실시예에 따른 마찰교반접합장치(220)에서도 도 1에 도시된 마찰교반접합장치(20)와 마찬가지 작용효과를 얻을 수 있게 된다. 그리고 복수의 위치결정 볼록부(223)에 치구(228)의 위치결정 오목부(280)가 끼워지도록 되어 있기 때문에, 작업자가 피접합물(22)을 기대(23)로 이동시켜 위치결정할 때 피접합물(22)이 어긋나는 것이 방지될 수 있게 된다. 그에 따라 기대(23)에 대한 피접합물(22)의 위치를 조정하기 위해 소비되는 시간을 단축할 수가 있어, 단위시간당 접합되는 피접합물(22)의 수를 증가시킬 수 있게 된다.

또, 피접합물(22)을 보유지지하는 치구(228)를 기대(23)에 대해 위치결정함으로써 기준축선(L1)에 대해 위치결졍되는 피접합물(22)을 보유지지한 상태에서 접합동작이 이루어질 수 있게 된다. 피접합물(22)을 보유지지한 상태에서 접합동작이 행해짐으로써 피접합물(22)이 접합 중에 어긋나 변위 또는 변형되는 것을 방지할 수 있게 된다. 그에 따라 피접합물(22)의 접합품질을 향상시킬 수 있게 된다.

또, 접합툴(21)이 피접합물(22)에 대해 회전접촉하는 경우에는, 피접합물(22)을 이동시키는 힘이 작용함과 더불어, 열마찰에 의해 피접합물(22)을 고온이 되도록 할 염려가 있게 된다. 치구(228)가 피접합물(22)에 보유지지된 상태에서 접합동작을 행함으로써, 작업자 자신이 피접합물(22)을 보유지지할 필요가 없어, 편리성이 향상될 수 있게 된다.

또, 치구(228)에는 고정편(251)이 대략 L자 형상으로 형성되어 있기 때문에, 피접합물(22)을 확실하게 보유지지할 수 있게 된다. 또, 치구(228)를 마찰교반접합장치(220)에 장착한 상태에서 피접합물(22)을 치구(228)에 위치결정하여, 치구(228)에 의해 피접합물(22)이 보유지지되도록 하여도 된다. 또, 치구(228)에 보유지지된 피접합물(22)은, 기준축선(L1)에 접합부분(47)이 배치되도록 위치결정되기 때문에 피접합물(22)의 위치결정작업이 쉬워질 수 있게 된다.

또, 협지체(252)에 의해 피접합물(22)을 구성하는 복수의 접합부재(22a, 22b) 사이에 간극이 형성되는 것을 방지하고, 피접합물(22)의 접합부분(47)을 지지체(250)에 닿도록 할 수 있게 된다. 또, 치구의 구성에 대해서는 도 14에 도시된 구성에 한정되지 않고 피접합물(22)을 보유지지하는 구성이라면 다르게 구성되어도 좋다.

도 15는 치구(328)의 다른 예를 나타낸 사시도이고, 도 16은 치구(328)의 협지체(352)를 나타낸 사시도이다.

치구(328)는 테이블부(225)의 대향면(231)에 올려놓아져 있다. 이 치구(328)에는 기대(23)의 위치결정 볼록부(223)에 끼워지는 위치결정 오목부(380)가 형성되어 있는바, 이 치구(328)의 위치결정 오목부(380)는 기대(23)의 위치결정 볼록부(223)에 끼워짐으로써 치구(328)가 위치결정되도록 한다.

상기 치구(328)는 대향면(231)에 올려놓아져 판상으로 형성된 지지체(350)와, 이 지지체(350)의 두께방향 다른 쪽(A2)을 향해 피접합물(22)을 압압하는 압압부(362)를 가진 협지체(352)를 갖도록 되어 있다.

지지체(350)의 두께방향 한쪽(A1) 면은 피접합물(22)이 닿는 피접합물당접면(353)으로 된다. 또, 지지체(35)의 두께방향 다른 쪽(A2) 면에는 테이블부(225)의 대향면(231)에 닿는 장치당접면(390)으로 된다. 지지체(350)에는 상기 테이블부(225)에 형성되는 복수의 위치결정 볼록부(233)에 끼워지는 위치결정 오목부(380)가 형성되어 있다. 지지체(35)에 피접합물(22)이 배치된 상태에서 피접합물(22)이 기대(23)에 대해 위치결정된 상태가 되도록 위치결정 오목부(380)가 형성되어 있다.

지지체(350)에는 두께방향(A1, A2)에 수직인 레일방향(C1, C2)을 따라 뻗은 복수의 레일홈(351)이 형성되어 있다. 이 레일홈(351)은 두께방향 한쪽(A1)을 개방되고, 레일방향(C1, C2)에 수직으로 절단된 경우 두께방향 한쪽(A1)으로 가면서 작아지는 영역이 형성되어 있다.

예컨대 레일방향(C1, C2)에 수직인 단면으로 절단된 경우에, 레일홈(351)은대략 T자 형상을 이루게 된다. 구체적으로는, 레일홈(351)은 개구된 쪽에 폭이 좁은 협폭영역(351a)이 형성되고서, 이 협폭영역(351) 보다 두께방향(A2)쪽에는 이 협폭영역(351) 보다 폭이 넓은 광협영역(351b)가 형성되도록 되어 있다.

도 16에 도시된 것과 같이 상기 협지체(352)는 피접합물(22)을 압압하는 압압부(362)와, 이 압압부(362)를 삽통하는 나사봉(364) 및, 이 나사봉(364)에 나사결합되는 나사결합부(363)가 갖춰져 있다. 상기 압압부(362)는 나사봉(364)이 삽통하는 삽통구멍이 형성되는 삽통부분(362a)과, 삽통구멍의 축선에 대해 수직으로 돌출한 협지부분(362b)을 갖도록 되어 있다. 상기 나사삽통구멍은 나사봉(364) 보다도 직경이 크도록 형성되어 있다. 나사봉(364)은 한쪽 단부(364a)에 나사봉삽통구멍 보다 큰 두부(365)가 형성되어 있다. 또 나사결합부(363)는 나사봉(364)의 다른 쪽 단부(364b)에 나사결합되어 나사식으로 전진 및 후퇴할 수 있도록 되어 있다. 상기 나사결합부(364)는 압압부(362)를 삽통시켜 레일홈(351)의 협폭영역(351a)을 통과해서 나사결합부(363)에 나사결합되게 된다.

나사봉(364)이 회전하게 되면 나사결합부(363)가 나사봉(364)의 두부에 대해 근접하였다 떨어졌다 하게 된다. 나사결합부(363)는 레일홈(351)에 끼어 들어가 있기 때문에 레일홈(351)에서 빠져나가지 않고, 나사봉(364)이 회전함으로써 압압부(362)가 지지체(350)에 대해 근접 및 떨어질 수 있게 된다.

도 17은 치구(328)를 장착한 상태의 마찰교반접합장치(220)를 나타낸 사시도이고, 도 18은 도 17의 절단면선 S-S에서 바라본 단면도이다. 피접합물(22)이 지지체(350)에 올려놓아진 상태에서 피접합물(22)의 가장자리에 복수의 협지체(352)가배치되도록 한다. 이 협지체(352)는 그 압압부(362)의 협지부분(362a)이 피접합물(22)의 두께방향 한쪽(A1)의 표면이 걸려지게 된다.

이 상태에서 나사봉(364)이 회전하게 됨으로써 압압부(362)가 지지체(350)를 향해 이동하여 피접합물(22)을 지지체(350)에다 압압하게 된다. 피접합물(22)을 협지함으로써 피접합물(22)이 두께방향(A1, A2)에 수직인 방향으로 이동하는 것을 저지하고서 보유지지할 수 있게 된다. 또, 피접합물(22)의 형상에 따라 압압부(362)의 형상을 변경함으로써 적합한 피접합물(22)을 협지할 수가 있게 된다. 치구(328)에 의해 피접합물(22)이 위치결정된 상태에서 보유지지됨으로써, 피접합물(22)의 접합부분(47)이 기준축선(L1) 상에 배치될 수 있게 된다.

상기 치구(328)는 피접합물(22) 마다 설치되어 피접합물(22)을 보유지지한 상태로 대기하게 된다. 작업자는 피접합물(22)을 보유지지한 치구(328)를 마찰교반접합장치(320)에다 배치해서 접합동작을 개시하게 된다. 접합동작이 완료되면 치구(328)마저 벗겨내게 된다. 그에 따라 피접합물(22)을 기대(23) 상에서 위치결정할 필요가 없어 접합동작을 단축시킬 수 있게 된다. 또, 협지체(352)를 레일홈(351)을 따라 옮김으로써 크기가 다른 피접합물(22)이라 하더라도 1개의 치구(328)로 보유지지할 수 있게 된다.

상기 마찰교반접합장치(220)는 앞에서 설명한 치구(328)가 위치결정된 상태로 되어 있더라도 도 14에 도시된 치구(228)가 위치결정된 경우와 마찬가지 효과를 얻을 수 있기 때문에, 작업자가 피접합물(22)을 손으로 잡을 필요가 없어 편리성이 높여질 수 있게 된다. 이와 같이 피접합물(22)의 종류에 따라 치구(228)를 설치하여도 좋고, 피접합물마다 보유지지하는 치구(328)를 설치하여도 좋다. 또, 치구(328)에 피접합물(22)이 보유지지된 상태로 보유지지되도록 함으로써 접합작업에서의 위치결정작업을 단축할 수가 있어, 접합작업에 소요되는 시간을 단축할 수가 있게 된다.

도 19는 또 다른 치구(528)를 나타낸 사시도로서, 이 치구(528)는 피접합물(22)에 1개 또는 여러 개가 걸려지도록 되어 있다. 이 치구(528)는 피접합물(22)의 접합위치에 임한 위치에서 툴홀더(29)와 반대되는 쪽에서 피접합물(22)에 접해져 고정되도록 되어 있다. 이 치구(528)에는 기대(23)의 위치결정수단에 끼워지는 끼움부(529)가 형성되어 있다.

피접합물(22)에 치구(528)가 걸려진 상태에서 테이블부의 핀구멍에 끼움부(529)가 끼워지도록 피접합물(22)이 위치결정됨으로써, 피접합물(22)이 기대(23)에 대해 위치결정된 상태가 되도록 끼움부 및 핀구멍이 형성되어 있다.

마찰교반접합장치(220)를 써서 피접합물(22)에 걸려진 치구(528)가 테이블부에 위치결정된 상태에서 접합동작이 이루어지게 된다. 치구(528)는 접합될 곳에 임한 위치에 툴홀더(29)와 반대쪽에서 피접합물(22)에 닿아 고정시켜지게 됨으로써, 접합동작이 행해질 때 치구(528)에 의해 피접합물(22)을 접합툴(21)과 반대되는 쪽에서 지지할 수가 있게 됨으로써 피접합물(22)이 변형되는 것을 방지할 수 있어, 접합동작이 양호하게 행해질 수 있게 된다.

또, 끼움부(529)의 형상은 테이블부의 위치결정수단에 위치결정될 수 있는 형상이라면 다른 형상으로 되어도 좋다.

또, 치구(528)가 피접합물(22)에 접하는 당접면(530)을 피접합물(22)의 형상에 따르도록 피접합물(22)이 곡면형상을 하거나 3차원형상을 하고 있더라도 양호하게 지지할 수 있게 된다.

또, 앞에서 설명한 다른 치구(228, 328)에서도 접합위치에 임한 위치에서 툴홀더(29)와 반대쪽에서 피접합물(22)에 닿게 하여 피접합물(22)을 지지하도록 함으로써, 이면당접부재(32)를 사용한 경우와 마찬가지 효과를 얻을 수 있게 된다.

도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 다른 마찰교반접합장치(420)를 나타낸 사시도이고, 도 21은 이 마찰교반접합장치(420)의 테이블부 부근을 확대해서 나타낸 단면도이다. 이 마찰교반접합장치(420)는 도 1에 도시된 마찰교반접합장치(20)에 대해 헤드부 및 테이블부 이외의 구성에 대해서는 같은 구성으로 되어 있어 같은 참조부호를 붙이고 설명은 생략한다.

마찰교반접합장치(420)의 기대(23)에는 접합툴(21)을 탈착될 수 있게 장착하는 툴홀더(29)가 설치되는 헤드부(424)와, 이 헤드부(424)에 대해 간격을 두고 마주보는 테이블부(425)를 갖도록 되어 있다. 이 테이블부(425)는 기준축선(L1)에 수직이면서 툴홀더(29)에 마주보는 대향면(431)을 갖도록 되어 있다. 상기 테이블부(425)에는 대향면(431)에서 툴홀더(29)를 향해 돌출하는 원기둥형상의 이면당접부재(32)가 형성되어 있다. 상기 헤드부(424) 및 테이블부(425)에는 피접합물(22)을 보유지지하는 보유지지수단(428)이 형성되어 있다.

이 보유지지수단(428)에는 피접합물(22)을 함께 협동해서 협지하는 제1협지편(450) 및 제2협지편(451)과, 제1협지편(450)을 변위구동하는 협지편 변위구동수단(452), 제2협지편(452)을 탄발적으로 지지하는 탄발력 발생수단453)이 갖춰지도록 되어 있다.

상기 제1협지편(450)은 기준축선(L1)을 따라 자유로이 변위될 수 있도록 헤드부(424)에 설치되고서, 툴홀더(29)의 원주방향으로 배치되어 있다. 상기 협지편변위구동수단(452)은 제1협지편(450)을 변위구동시켜 툴홀더(29) 및 기대(23)에 대해 기준축선(L1)을 따라 상대적으로 변위구동하도록 한다. 상기 협지편 변위구동수단(452)은 제어수단(46)에서 보내져오는 신호에 따라 동작하게 된다.

상기 제2협지편(451)은 기준축선(L1) 방향을 따라 자유로이 변위될 수 있게 테이블부(425)에 설치되고서, 이면당접부재(32)의 원주방향으로 배치되게 된다. 이 제2협지편(451)은 피접합물(22)이 배치되지 않은 무부하상태인 초기위치에서 이면당접부재(32)의 툴홀더 쪽 단면(455)보다도 툴홀더(29)를 향해 돌출하고서, 탄발력발생수단(453)에 의해 탄발적으로 지지되도록 되어 있다. 이 탄발력 발생수단(453)은 제2협지편(451)을 기준축선(L1)을 따라 툴홀더(20)를 향해 탄발력을 부여하도록, 예컨대 에어댐퍼 또는 압축코일스프링에 의해 실현될 수 있도록 되어 있다. 또, 제1협지편과 제2협지편(451)은 서로 마주보도록 배치되고서, 기준축선(L1) 주위의 여러 곳에 형성되거나, 또는 넓은 범위에 걸쳐 형성되는 것이 좋다.

본 실시예에서는 제1협지편(450)이 툴홀더(29)를 그 원주방향을 덮는 원통형상으로 형성되어 있다. 제2협지편(451)은 이면당접부재(32)를 그 주위방향을 덮는 원통형상으로 형성되어 있다. 이 제2협지편(451)은 툴홀더(29)의 축선과 동축으로 배치되어 있다. 상기 제1 및 제2협지편(450, 451)이 원통형상인 경우에는, 제2협지편(451)의 외주직경)D1)이 제1협지편(450)의 내주직경(D2)보다 크게 형성되고, 제2협지편(451)의 내주직경(D3)이 제1협지편(450)의 외주직경(D4) 보다 작도록 되어 있다.

한편, 제1 및 제2협지편(450, 451)의 형상은 원통형상으로 한정되지 않고, 기타의 중공형상을 하는 것으로 할 수도 있다.

제2협지편(451)은 탄발력발생수단(453)의 탄발력에 대항해서 기준축선(L1)의 아래쪽을 향해 압압되는 힘이 작용하여, 압압방향을 향해 후퇴이동하게 된다. 이 후퇴이동하는 제2협지편(451)의 툴홀더쪽 단면(454)은 이면당접부재(32)의 툴홀더쪽 단면(455)과 면일치 또는 이면당접부재(32) 보다도 더 후퇴한 위치로 배치되게 된다.

도 22a, 도 22b 및 도 22c는 보유지지수단(428)의 동작을 나타내는 단면도이다. 도 22a에 도시된 것과 같이, 제2협지편(452)의 툴홀더 쪽 단면(454)에 피접합물(22)이 배치되도록 되어 있다. 이 피접합물(22)은 작업자에 의해 접합부분(47)이 기준축선(L1) 상에 배치되도록 위치결정된 상태에서 제2협지편(451) 상에 배치되게 된다. 이 제2협지편(451)은 무부하상태에서 이면당접부재(32)보다도 더 돌출한 초기위치에 배치되어 있기 때문에, 제2협지편(452)에 배치되는 피접합물(22)은 이면당접부재(32)로부터 기준축선(L1) 방향으로 간격을 두고 배치되게 된다.

접합동작이 개시되면, 제어수단(46)으로부터의 신호를 받은 협지편구동수단(452)이 이면당접부재(32)를 향해 제1협지편(450)을 변위구동하게 된다. 제1협지편(450)은 기준축선(L1)을 따라 이면당접부재(32)를 향해 변위됨으로써, 제2협지편(451) 사에 배치된 피접합물(22)에 닿게 된다.

제1협지편(450)은 피접합물(22)에 닿은 상태에서 다시 이면당접부재(32)를 향해 변위되게 된다. 제1협지편(450)은 제2협지편(451)을 탄발적으로 지지하는 탄발력발생수단(453)의 탄발력에 대항해서 변위되게 된다. 따라서, 피접합물(22)은 제1협지편(450) 및 제2협지편(451)에 협지된 상태로 이면당접부재(32)를 향해 이동하게 된다.

도 22에 도시된 것과 같이, 협지되어 이동하는 피접합물(22)이 이면당접부재(32)에 닿은 상태에서 협지편구동수단(452)이 제1협지편(450)의 변위구동을 정지시키게 된다. 예컨대, 제어수단(46)이 접촉센서 등에 의해 피접합물(22)이 이면당접부재(32)에 접촉하였음을 판단하면, 협지편구동수단(452)으로 신호를 보내 협지편구동수단(452)의 동작을 정지시키게 된다.

제1 및 제2협지편(450, 451)에 의해 협동해서 지지하게 됨으로써 피접합물(22)을 보유지지함과 더불어, 피접합물(22)을 기준축선(L1)을 따른 방향으로 변위되는 것을 방지하여, 피접합물(22)의 변형을 가져오는 과도한 부하를 가하지 않고 피접합물(22)을 이에 지지하도록 할 수 있게 된다. 이와 같이 피접합물(22)을 변형시키지 않고 보유지지함과 더불어 이면당접부재(32)에 의해 지지된 상태에서 도 5에 도시된 접합동작을 실행할 수 있게 된다. 그에 따라 도 22에 도시된 것과 같이 접합툴(21)이 피접합물(22)에 매몰되어 마찰교반접합동작이 이루어질 수 있게 된다.

제어수단(46)은, 접합개시지령신호를 받으면 협지편변위구동수단(452)으로신호를 보내 제1협지편(450)을 이면당접부재(32)를 향해 변위시키게 된다. 제어수단(46)은 접촉센서 또는 협지편 변위구동수단(452)으로부터 보내져오는 부하토크신호에 기해 피접합물(22)이 이면당접부재(32)에 닿았는지 여부를 판단하여, 닿아있다고 판단하면 협지편 변위구동수단(452)으로 신호를 보내 제1협지편(450)의 변위이동을 정지시키게 된다. 또, 제어수단(46)은, 접합동작이 완료하였음을 판단하면, 협지편 변위구동수단(452)으로 신호를 보내 제1협지편(450)을 이면당접부재(32)에서 멀어지는 방향으로 이동시킨다.

도 23a 및 도 23b는 본 실시예의 보유지지수단(428)과 다른 비교예의 보유지지수단(500)을 나타낸 단면도이다. 이 비교예의 보유지지수단(500)은, 축선방향(L1)으로 폭발적으로 지지되지 않고 피접합물(22)을 협지해서 보유지지하게 된다. 이와 같은 구성에서는 도 23a에 도시된 것과 같이, 피접합물(22)이 변형되어 있는 경우에 피접합물(22)을 협지한 상태에서 접합부분(47)을 이면당접부재(32)에 의해 지지할 수가 없게 된다. 이 상태에서 마찰교반접합이 행해지면, 이면당접부재(32)네 지지되지 않은 상태에서 접합툴(21)이 피접합물(22)에 앞서 접촉하게 된다. 따라서, 도 23b에 도시된 것과 같이 접합부분이 변형 및 접합툴(21)이 설정치 이상으로 피접합물(22)에 매몰될 염려가 있어 양호한 접합이 이루어질 수 없게 되는 문제가 있다.

이에 대해 도 21에 도시된 본 실시예에서는, 제2협지편(451)이 이면당접부재(32)의 툴홀더 쪽 단면(455)에서 툴홀더(29)를 향해 돌출함과 더불어 기준축선(L1)을 따라 탄발적으로 변위되도록 구성되어 있어서, 접촉센서 등에 의해피접합물(22)이 이면당접부재(32)에 접촉한 시점에서 제1협지편(450)의 이동을 정지시킬 수가 있기 때문에, 도 23 및 도 23b에 도시된 것과 같은 불합리가 생기는 일이 없게 된다.

즉, 도 21에 도시된 본 실시예에서는, 피접합물(22)을, 그 변형을 가져오는 과도한 부하가 가해지지 않는 자연상태의 형상으로 유지되도록 한 상태에서 이면당접부재(32)에 접합부분(47)이 지지됨으로써, 접합부분(47)이 변형되는 것을 방지함과 더불어 접합툴(21)이 설정치와 다른 양만큼 피접합물(22)에 매몰되는 것을 방지할 수가 있게 되어, 양호한 접합이 이루어질 수 있게 된다. 또, 제1 및 제2협지편(450, 451)에 의해 피접합물(22)이 보유지지되도록 되어 있기 때문에, 접합 중에 피접합물(22)을 구성하는 접합부재(22a, 22b)가 어긋나는 것을 방지할 수 있게 된다.

앞에서 설명한 마찰교반접합장치(420)에서도 도 1에 도시된 마찰교반접합장치(20)과 마찬가지의 효과를 얻을 수 있게 된다. 그리고, 보유지지수단(428)에 의해 피접합물(22)을 자연상태의 형상으로 유지된 상태에서 접합동작을 행할 수가 있게 된다. 그에 따라, 피접합물(22)이 접합 중에 변형되거나 어긋나는 것이 방지되어 접합품질이 높여질 수 있게 된다.

또, 제1협지편(450) 및 제2협지편(451)에 의해 피접합물(22)을 협지하고, 다시 피접합물(22)을 이동시켜 이면당접부재(32)에 지지시킨 상태에서 접합동작을 행할 수 있게 됨으로써, 피접합물(22)의 협지와 접합부분(47)의 지지를 동시에 달성할 수 있어 접합품질을 한층 더 향상시킬 수 있게 된다. 또, 협지편구동수단(452)에 의해 제1협지편(450)을 피접합물(22)에 당접 및 떨어지게 함으로써, 피접합물(22)을 보유지지한 상태와 보유지지를 해제한 상태로 이동시킬 수가 있어, 피접합물(22)의 보유지지 및 그 해제를 용이하게 행할 수 있게 된다.

또, 접합부분(47) 및 접합툴(21)이 제1협착편(450) 및 제2협착편(451)에 의해 덮여져 있기 때문에, 접합시에 유동화(流動化)된 피접합물(22)이 비산(飛散)하는 것이 방지될 수 있어, 작업자가 안전하게 작업을 할 수 있게 된다. 접합부분(47) 및 접합툴(21)이 덮여져 작업상태를 눈으로 볼 수 없어도, 본 실시예에 따른 마찰교반접합장치(420)는, 종료램프(42) 및 오작동램프(43)가 접합작업의 종료 및 오동작을 작업자에게 알려주기 때문에, 작업자가 작업상태를 알 수가 있게 된다.

또, 제1협지편(450) 및 제2협지편(451)의 각각 서로 마주보는 부분을 가요성 및 탄발성을 가진 재료로 구성됨으로써, 피접합물(22)의 형상오차가 큰 경우라 하더라도 간극 없이 확실하게 협지할 수가 있게 된다. 또, 피접합물(22)의 형상에 따라 제1협지편(450) 및 제2협지편(451)을 교환할 수 있게 구성하여도 좋다. 또, 제1협지편(450) 및 제2협지편(451)은 반드시 원통형상으로 형성시킬 필요는 없고 다른 형상이 되어도 좋다.

또, 툴홀더(29) 및 제1협지편(40)을 이면당접부재(32)를 향해 밀어붙이는 탄발력을 부여하는 탄발력 발생수단을 설치할 수도 있는바, 이 경우 제1협지편(450)은 무부하상태에서 툴홀더(29) 보다도 이면당접부재(32)를 향해 이면당접부재 쪽 단면(456)이 돌출하도록 배치된다. 제1협지편(450)용 탄발력 발생수단이제1협지편(450)에 부여하는 탄발력은, 제2협지편(451)용 탄발력 발생수단이 제2협지편(451)에 부여하는 탄발력보다 크도록 설정된다. 제1협지편(45)은 기준축선(L1) 주위를 회전하지 않고 툴홀더(29)와 함께 기준축선(L1)을 따라 변위이동하도록 할 수도 있는바, 이렇게 되면 피접합물(22)을 협지한 상태에서 피접합물(22)의 접합부분(47)이 이면당접부재(32)에 닿아, 앞에서 설명한 것과 마찬가지로 접합품질을 향상시킬 수가 있게 된다.

앞에서 설명한 각 마찰교반접합장치(20, 120, 220, 420)는 본 발명의 예시에 지나지 않는 것으로, 발명의 범위 내에서 구성을 여러 가지로 변경할 수도 있는바, 예컨대 툴회전제어수단(34) 및 툴변위제어수단(35)을 기대(23)에서 덜어진 위치에다 설치할 수도 있다. 또, 기준축선(L1)이 수직방향으로 뻗도록 되어 있으나, 수직 이외의 방향으로 뻗도록 하여도 된다. 또한, 툴변위구동수단(35)이 툴홀더(29)를 기준축선(L1)을 따라 변위이동하도록 하여도 되고, 툴홀더(29)가 설치된 헤드부(24)를 이동할 수 있게 구성하여 기준축선(L1)을 따라 변위구동할 수 있도록 하여도 된다.

또, 치구(228, 238)와 테이블(225)을 위치결정하는 위치결정수단이, 걸려지는 오목부(280, 380) 및 볼록부(223)가 각각 치구(228, 328)와 테이블(225)에 형성되도록 되어 있으나, 요철관계를 바꿔지도록 할 수도 있다. 즉, 치구(228, 328)에 볼록부가 형성되고, 테이블부(225)에 오목부기 형성되어도 좋다. 또, 오목부가 레일형상으로 형성되어도 좋다.

또, 상기 실시예에서는 접합툴(21)을 장착하는 툴홀더(29)를 회전구동 및 변위구동시키도록 하였으나, 1가지 변형예로서 도 1 또는 도 13에 도시된 마찰교반접합장치의 구성을 일부 변형시켜, 접합툴(21)을 장착하는 툴홀더(29)를 회전구동함과 더불어, 툴홀더(29)가 아니라 이면당접부재(32)를 기준축선(L1)을 따라 변위구동하도록 구성하여도 된다.

즉, 이 예에서의 마찰교반접합장치는, 도 24( 및 도 1)에 도시된 것과 같이 헤드부(24)에 설치되어 자유로이 회전할 수 있게 접합툴(21)이 테이블부(25)에 임한 상태로 장착되는 툴홀더(29)와, 이 툴홀더(29)를 회전축선 주위를 회전구동시키는 툴회전구동수단(34)과, 테이블부(25)에 설치되어 툴홀더(29)에 근접 및 떨어지는 변위방향으로 자유로이 변위될 수 있게 설치되는 이면당접부재(32)와, 이 이면당접부재(32)를 기준축선(L1)을 따라 변위구동하는 이면당접부재 변위구동수단(35')을 갖춘 구조로 되어 있다. 이와 같이 구성됨으로서 헤드부 쪽에 툴변위구동수단(35)을 배치할 필요가 없어 마찰교반접합장치를 더욱 소형화할 수가 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 마찰교반접합장치에 의하면, 장치의 소형화와 구조의 단순화 및 작업성의 향상을 도모할 수 있게 된다.

Claims

미리 정해진 위치에 고정되는 기대(23)와, 이 기대(23)에 미리 정해진 기준축선(L1) 주위를 자유로이 회전하면서 기준축선(L1)을 따라 자유로이 변위되도록 설치되어 접합툴(21)이 장착되는 툴홀더(29)와, 이 툴홀더(29)를 기준축선(L1) 주위로 회전구동시키는 툴회전구동수단과, 이 툴회전구동수단을 기준축선(L1)을 따라 변위되도록 구동시키는 툴변위구동수단을 갖춰 이루어진 것을 특징으로 하는 마찰교반접합장치.
제1항에 있어서, 상기 기대에, 피접합물울 상기 기준축선에 대해 위치결정하기 위한 위치결정수단이 설치된 것을 특징으로 하는 마찰교반접합장치.
제2항에 있어서, 상기 위치결정수단이, 상기 피접합물을 보유지지하기 위한 보유지지수단을 상기 기대에 대해 위치결정하는 것임을 특징으로 하는 마찰교반접합장치.
제1항에 있어서, 상기 기대에, 피접합물울 보유지지하는 보유지지수단이 설치된 것을 특징으로 하는 마찰교반접합장치.
제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 보유지지수단이, 상기 피접합물의 상기 기준축선 상의 부위를 상기 접합툴과 반대쪽에서 지지하는 이면당접부재를 갖도록 된 것을 특징으로 하는 마찰교반접합장치.
제5항에 있어서, 상기 보유지지수단이,

상기 기대 및 상기 툴홀더에 대해 상기 기준축선을 따라 자유로이 변위될 수 있게 설치된 제1협지편과,

이 제1협지편을 상기 기준축선을 따라 변위되도록 구동시키는 협지편변위 구동수단과,

상기 이면당접부재보다 더 돌출하는 돌출위치 및 상기 이면당접부재보다 더 들어간 퇴피위치에 걸쳐 상기 기준축선을 따라 자유로이 변위될 수 있게 설치되어, 상기 피접합물울 상기 제1협지편과 협동해서 협지하기 위한 제2협지편 및,

이 제2협지편에 대해 상기 돌출위치쪽으로 탄발력을 부여하는 탄발력 발생수단을 갖춘 것을 특징으로 하는 마찰교반접합장치.
제6항에 있어서, 상기 제1협지편이, 상기 기준축선에 대해 그 중심축선이 동축으로 되도록 형성되고,

상기 제2협지편은, 상기 기준축선에 대해 그 중심축선이 동축이 되도록 형성되며,

상기 제1협지편의 선단면과 상기 제2협지편의 선단면에 의해 상기 피접합물이 협지되도록 된 것을 특징으로 하는 마찰교반접합장치.
제7항에 있어서, 상기 제1협지편 및 상기 제2협지편이 원통형상 또는 중공형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 마찰교반접합장치.
제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이면당접부재가 상기 기준축선을 따라 자유로이 변위될 수 있게 설치되고,

상기 툴변위구동수단 대신 상기 이면당접부재가 상기 기준축선을 따라 변위되도록 구동시키는 이면당접부재 변위구동수단이 설치된 것을 특징으로 하는 마찰교반접합장치.