KR20050077029A

KR20050077029A - 마찰교반 스폿접합장치

Info

Publication number: KR20050077029A
Application number: KR1020050006781A
Authority: KR
Inventors: 사토요시오
Original assignee: 오바라 가부시키가이샤
Priority date: 2004-01-26
Filing date: 2005-01-25
Publication date: 2005-07-29
Also published as: US20050189398A1; DE602005024068D1; JP4218888B2; US7322509B2; EP1557233B1; JP2005205473A; ATE484355T1; EP1557233A2; EP1557233A3; CN1647884A

Abstract

누르는 힘을 발생시키는 볼나사 축심과 교반 모터축 중심을 일치시키는 것으로 누르는 힘에 의한 전도 토크의 발생을 없게 하여 장치의 소형화를 도모하고, 접합동작을 용이하게 할 수 있는 마찰교반 스폿접합장치를 제공한다.

교반용 모터(6)의 후단 쪽에 볼 너트(10)를 고정함과 동시에, 이 교반용 모터(6)의 출력축(18)에 뒤쪽에서부터 볼나사(17)가 격납되는 구멍(19)을 형성하여 이 구멍(19)에 볼나사(17)를 배치하고, 누름용 모터(4)의 회전력을 상기 볼나사(17)에 전달하여, 이 볼나사(17)와 나사결합하는 볼 너트(10)에 의해 상기 교반용 모터(6)를 전후진시키도록 한 마찰교반 스폿접합장치.

Description

마찰교반 스폿접합장치{FRICTION STIR SPOT JOINING DEVICE}

본 발명은, 핀의 회전에 의한 마찰열로 피접합물을 연화, 교반하여 접합하는 장치로서, 누름용 모터와 교반용 모터를 구비하여, 아암의 한쪽 끝에, 상기 교반용 모터와 선단에 상기 핀을 가지며 후단이 상기 교반용 모터의 출력축 쪽에 접속된 접합 도구를 동일축 선상에 배치한 마찰교반 스폿접합장치에 관한 것이다.

종래, 핀의 회전에 의한 마찰열로 피접합물을 연화, 교반하여 접합하는 장치로서, 누름용 모터와 교반용 모터를 구비하여, 아암의 한쪽 끝에, 상기 교반용 모터와 선단에 상기 핀을 가지며 후단이 상기 교반용 모터의 출력축 쪽에 접속된 접합 도구를 동일축 선상에 배치한 마찰교반 스폿접합장치가 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

[특허문헌 1]

일본 특허공개공보 2002-126884호

그런데, 상기 종래의 기술에 있어서는, 누르는 힘을 발생시키는 볼나사의 축심 및 직동가이드의 중심(실시예에서 승강기구의 중심)과 교반모터축의 중심이 크게 편심되어 있기 때문에, 누름장치의 가이드부에, 교반력에 의해 교반모터의 회전주파수에 일치한 간헐토크가 걸려 진동이 발생함과 동시에, 누름장치의 직동 볼의 가이드의 수명을 짧게 하므로, 직동가이드부의 사이즈를 크게 할 필요가 있어, 비용이 상승하게 된다. 또한, 피접합물이나 치구 등으로 둘러싸인 좁은 부위에, 누름장치의 가이드부가 간섭할 가능성이 커지고, 이것이 방해가 되어 접합장치의 좁은 부분으로의 이동이 곤란해진다. 더욱이, 누름력의 가압중심과 교반 모터의 교반축의 회전중심이 편심되어 있으므로, 교반 모터를 피접합물에 눌러 작동시킬 때 누르는 힘의 가압중심부에 전도(轉倒)토크가 발생하여 가이드에 과잉의 부담이 걸리는 등의 문제가 있다.

본 발명은, 종래기술이 가진 이러한 문제점에 비추어 이루어진 것으로서, 그 목적으로 하는 바는, 누르는 힘을 발생시키는 볼나사의 축심과 교반 모터축의 중심을 일치시킴으로써 누르는 힘에 의한 전도토크의 발생을 없애서 장치의 소형화를 도모하고, 접합동작을 용이하게 할 수 있는 마찰교반 스폿접합장치를 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 있어서의 마찰교반 스폿접합장치는, 누름용 모터와 교반용 모터를 구비하여, 아암의 한쪽 끝에, 상기 교반용 모터와 선단에 핀을 가지며 후단이 상기 교반용 모터의 출력축 쪽에 접속된 접합 도구를 동일축 선상에 배치한 마찰교반 스폿접합장치에 있어서, 상기 교반용 모터의 후단쪽에 볼 너트를 고정함과 동시에, 상기 교반용 모터의 출력축에 뒤쪽에서부터 볼나사가 격납되는 구멍을 형성하여 상기 구멍에 볼나사를 배치하고, 상기 누름용 모터의 회전력을 상기 볼나사에 전달하여, 상기 볼나사와 나사결합하는 볼 너트에 의해 상기 교반용 모터를 전후진시키도록 한 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 상기 교반용 모터의 출력축과 접합 도구의 사이에 감속기를 개재시킨 것을 특징으로 하는 것이다.

마찰교반 스폿접합장치를「누름용 모터와 교반용 모터를 구비하고, 아암의 일끝단쪽에, 상기 교반용 모터와 선단에 상기 핀을 가지며 후단이 상기 교반용 모터의 출력축쪽에 접속된 접합 툴을 동일축선상에 배치한 마찰교반 스폿접합장치에 있어서, 상기 교반용 모터의 후단쪽에 볼 너트를 고정함과 동시에, 상기 교반용 모터의 출력축에 뒤쪽으로 볼나사가 격납되는 구멍을 형성하여 상기 구멍에 볼나사를 배치하고, 누름용 모터의 회전력을 상기 볼나사에 전달하여, 상기 볼나사와 나사맞춤하는 볼 너트에 의해 상기 교반용 모터를 전후진시키도록 한」구성으로 하고 있다.

그리고, 상기 교반용 모터의 출력축과 접합 툴의 사이에 감속기를 개재시키는 경우가 있다.

실시예 1

도 1은 본 발명에 관한 마찰교반 스폿접합장치의 개략구성도, 도 2는 접합 도구와 교반용 모터와 누름용 모터의 접속관계를 나타내는 개략단면도이다.

도 1에 있어서, 1은 로봇의 손목(2)에 접속되는 건 브래킷(bracket)이고, 상기 건 브래킷(1)의 기초부에는 전동 박스(3)가 구비되며, 이 전동 박스(3)의 한쪽에는 누름용 모터(4)가 배치되고 다른 쪽에는 C자형상의 고정아암(5)이 뻗어 나가고 있다.

그리고, 상기 전동 박스(3)내에는 교반용 모터(6)가 배치되어, 이 교반용 모터(6)에는 선단에 핀(7)을 가진 접합 도구(8)가 접속되어 있다.

상기 고정아암(5)의 선단에는, 상기 핀(7)과 마주보고서 뒷받침재(9)가 부착되어, 이 뒷받침재(9)에 피접합물(W1, W2)이 배치되어 구비되도록 되어 있다.

부호 10은 교반용모터(6)의 후단 쪽에 고정된 볼 너트이고, 이 볼 너트(10)를 유지하는 브래킷(11)의 한쪽에는 LM 가이드(12)가 설치되어 있다. 또한 상기 전동 박스(3) 내에는 가이드레일(13)이 교반용 모터(6)에 매우 접근하여 이 교반용 모터(6)의 축선방향에 설치되어 있다. 그리고, 상기 LM 가이드(12)는 가이드레일(13)을 따라 이동할 수 있고, 이 LM 가이드(12)의 브래킷(11)은 교반용 모터(6)의 후단 쪽에 고정되어 있다.

도 2에 있어서, 상기 누름용 모터(4)의 회전축(14)에는 볼나사축(15)이 너트(16)에 의해서 고정되어 있고, 이 볼나사축(15)의 선단 쪽에는 볼나사(17)가 형성되어, 이 볼나사(17)는 누름용 모터(4)로부터 상기 전동 박스(3) 내로 유도되고, 교반용 모터(6)의 출력축(18)에 뒤쪽에서부터 형성된 구멍(19) 안까지 이어져 있고, 그 도중에 교반용 모터(6)의 후단 쪽에 고정된 볼 너트(10)와 나사결합하고 있다.

상기 접합 도구(8)는 교반용 모터(6)의 출력축(18)의 선단 쪽에 척(20)에 의해서 끼워 지지되며, 접속되고 있다.

또, 부호 21은 핀(7)에 의해 피접합물(W1, W2)의 일부를 눌러, 교반할 때의 반발력을 부담하기 위한 앵귤러(angular) 베어링이고, 부호 22는 교반용 모터(6)의 출력축(18)의 축받이, 부호 23은 누름용 모터(4)의 회전축(14)의 축받이이다. 또한, 부호 24는 교반용 모터(6)의 회전수검출용 센서이고, 이 센서(24)는 상기 교반용 모터(6)가 인버터모터의 경우에는 불필요한 것이다.

이상과 같은 구성으로 이루어지는 마찰교반 스폿접합장치에 있어서, 로봇에 의해 접합 건을 피접합물(W1, W2)에 근접시키고, 고정아암(5)의 선단의 뒷받침재(9)를 피접합물(W1, W2)에 접촉시킨 상태로, 누름용 모터(4)와 교반용 모터(6)를 구동시킨다.

상기 누름용 모터(4)의 구동에 의해, 볼나사축(15)이 회전하고, 이 볼나사축(15)의 회전에 의해 볼나사(17)가 회전하면, 상기 볼나사(17)와 나사결합하고 있는 볼 너트(10)가 전후진하려고 한다. 이 볼 너트(10)의 전후진은 이것을 고정한 교반용 모터(6)의 LM 가이드(12)에 의한 직동의 전후진이 되고, 이 교반용 모터(6)는, 선단에 핀(7)을 가진 접합 도구(8)를 동반하고 있기 때문에 소위 가압 로드로서 전동 박스(3)에서의 출몰량을 변화시킨다.

그리고, 누름용 모터(4)와 함께 구동되는 교반용 모터(6)는 상기한 바와 같이, 그 출력축(18)의 선단 쪽에, 선단에 핀(7)을 가진 접합 도구(8)가 접속되어 있으므로, 접합 도구(8)는 교반용 모터(6)와 동일축 선상에서 회전하여 핀(7)에 의해 피접합물(W1, W2)에 대하여 마찰, 교반동작을 행한다.

이와 같이, 본 발명에 관한 마찰교반 스폿접합장치에서는, 볼나사(17)는 교반용 모터(6)의 출력축(18)에 형성한 구멍(19) 안까지 이어져 있으므로, 누르는 힘을 발생시키는 볼나사(17)의 축심과 교반용 모터(6)축중심이 일치하여 누르는 힘에 의한 전도 토크의 발생을 방지한다. 또한, 누르는 힘을 발생시키는 장치가 콤팩트하게 수납되어 장치전체가 소형화되어, 접합동작을 용이하게 할 수 있는 접합장치가 된다. 또, 전동 박스(3)내에서 상기 교반용 모터(6)에 매우 접근하여 LM 가이드(12)를 설치하는 것에 의해, 장치가 보다 콤팩트하게 됨과 동시에 LM 가이드(12)와 교반용 모터(6)의 편심량을 적게 하여, 간헐(間欠) 토크에 의한 진동도 낮게 억제할 수 있다.

실시예 2

도 3은 본 발명에 관한 마찰교반 스폿접합장치의 다른 실시예의 개략구성도이고, 이 실시예에서는, 고정아암(5)의 선단에 제 2 교반용 모터(31)를 설치하고, 이 제 2 교반용 모터(31)에 선단에 핀(32)을 가진 제 2 접합 도구(33)를 접속시킨 점에서 상기 실시예 1과 상이하고, 그 나머지 구성은 실시예 1과 실질적으로 동일하기 때문에 도면에는 동일부재에 동일부호를 붙여 그 설명을 생략한다.

이 접합장치에서는, 피접합물(W1, W2)의 이면 쪽에도 제 2 교반용 모터(31)에 의한 핀(32)에 의해서 피접합물(W1, W2)의 이면쪽에서의 접합도 가능해져, 피접합물(W1, W2)의 총합 두께가 두꺼운 경우 등에 특히 효과적인 마찰교반 스폿접합장치가 된다.

실시예 3

도 4는 본 발명에 관한 마찰교반 스폿접합장치의 또 다른 실시예의 교반용 모터(6) 및 누름용 모터(4)에서의 전동기구의 개략단면도, 도 5는 그 개략평면도를 도시한 것으로, 이 실시예에서는 누름용 모터(4)와 교반용 모터(6)를 병렬로 배치한 점에서 지금까지 실시예와 상이하며, 그 나머지 구성은 실질적으로 동일하기 때문에 도면에는 동일부재에 동일부호를 붙여 그 설명을 생략한다.

도 4, 도 5에 있어서, 전동 박스(3) 내에 설치한 교반용 모터(6)와, 누름용 모터(4)는 병렬로 배치되어 있고, 상기 전동 박스(3)의 후단 쪽과 누름용 모터(4)의 회전축(14) 쪽의 사이에는 전동케이스(41)가 배치되어 있다.

그리고, 상기 전동케이스(41) 내에서 교반용 모터(6)의 후단쪽에는 볼나사축(42)을 지지하는 축받이(43)가 설치되고, 또한 볼나사축(42)의 축끝에는 풀리(44)가 부착되어 있다.

또한, 전동케이스(41) 내에서 누름용 모터(4)의 회전축(14)에는 풀리(45)가 부착되고, 이 풀리(45)와 상기 풀리(44)의 사이에는 톱니 부착 벨트(46)가 길게 설치되어 있다.

따라서, 누름용 모터(4)의 구동에 의해, 그 회전축(14)으로부터의 회전력은 풀리(45), 톱니 부착 벨트(46), 풀리(44)를 통해 볼나사축(42)을 회전시키고, 이 볼나사축(42)의 회전에 의해 볼나사(17)가 회전하면, 이 볼나사(17)와 나사결합하고 있는 볼 너트(10)가 전후진하고, 상기 볼 너트(10)의 전후진은 이것을 고정한 교반용 모터(6)의 전후진이 되어, 상기 교반용 모터(6)는, 선단에 핀(7)을 가진 접합 도구(8)를 동반하여 전동 박스(3)에서의 출몰량을 변화시킨다. 그리고, 교반용 모터(6)의 구동은 상기한 바와 같이, 접합 도구(8)를 회전시켜 핀(7)에 의해 피접합물(W1, W2)에 대하여 마찰, 교반동작을 행하는 것이다.

실시예 4

도 6은 본 발명에 관한 마찰교반 스폿접합장치의 별도의 실시예로 접합 도구와 교반용 모터와 누름용 모터의 접속관계를 도시한 개략단면도이고, 이 실시예에서는 교반용 모터(6)의 출력축(18)과 접합 도구(8)의 사이에 감속기(51)를 개재시킨 점에서 지금까지 실시예와 상이하며, 그 나머지 구성은 실질적으로 동일하기 때문에 도면에는 동일부재에 동일부호를 붙여 그 설명을 생략한다.

도 6에 있어서, 교반용 모터(6)의 출력축(18)의 선단 쪽에는 감속기(51)의 입력부(52)가 접속되고, 상기 감속기(51)의 출력부(53)는 앵귤러 베어링의 축(54)을 통해, 선단에 핀(7)을 가진 접합 도구(8)에 접속되어 있다.

마찰교반 스폿접합에서의 교반용 모터(6)는, 회전수를 올리는 것에 의한 공진이 발생하기 쉬운 부품(예를 들면 볼나사)은 사용하지 않으므로 기계부품에 의한 회전수의 제한이 없다. 또한, 교반용 모터(6)는 마찰교반 스폿접합장치의 선단부에 장착하므로 피접합물이나 치구와의 간섭을 피하는 것이 가장 중요한 과제가 되고 있다. 그를 위해서 모터 바깥지름을 가늘게 하는 것이 필요하지만, 모터 출력 토크는 작아져 버리기 쉽다. 그 때문에 모터(6)의 바깥지름을 가늘게 한 상태로 모터회전수를 핀(7)에 의한 교반시에 필요로 하는 회전수(1000rpm∼2000rpm)의 5∼10배 정도로 올려, 모터(6)에서의 출력축(18)의 회전수를 감속기(51)(예를 들면 고조파 드라이브)로 마찰교반접합을 위한 최적 토크까지 올리고, 필요회전수까지 내리도록 하면 마찰교반 스폿접합장치의 선단부에 장착을 하여도, 피접합물이나 주위의 치구와 간섭하는 경우가 적은, 보다 안전하고 사용하기에 쉬운 마찰교반 스폿접합장치가 된다.

본 발명에 관한 마찰교반 스폿접합장치에서는, 교반용 모터의 후단 쪽에 누르는 힘을 발생시키는 볼나사를 배치하고, 누름용 모터의 회전력을 상기 볼나사에 전달하여, 상기 볼나사와 나사결합하는 볼 너트에 의해 상기 교반용 모터를 전후진시키도록 하였으므로, 누르는 힘의 가압중심과 교반 모터의 교반축의 회전중심이 일치하여 전도 토크의 발생이 없고, 더구나 누름장치가 피접합물이나 주위의 치구와 간섭하는 경우가 없는 안전하고 사용하기 쉬운 마찰교반 스폿접합장치가 된다.

또한, 교반용 모터의 출력축과 접합 도구의 사이에 감속기를 개재시킨 경우에는, 교반용 모터의 회전수를 필요회전수 이상으로 올린 후, 감속기로 접합 도구의 회전수를 소정의 회전수까지 내리는 것으로 토크를 원하는 값까지 올리므로, 모터의 소형화가 도모된다. 그 결과, 누름장치가 피접합물이나 주위의 치구와 간섭하는 경우가 없는 보다 안전하고 사용하기에 쉬운 마찰교반 스폿접합장치가 된다.

도 1은 본 발명에 관한 마찰교반 스폿접합장치의 개략구성도이다.

도 2는 그 접합 도구와 교반용 모터와 누름용 모터의 접속관계를 도시한 개략단면도이다.

도 3은 본 발명에 관한 마찰교반 스폿접합장치의 다른 실시예의 개략구성도이다.

도 4는 본 발명에 관한 마찰교반 스폿접합장치의 또 다른 실시예의 교반용 모터 및 누름용 모터에서의 전동기구의 개략단면도이다.

도 5는 그 개략평면도이다.

도 6은 본 발명에 관한 마찰교반 스폿접합장치의 별도의 실시예로 접합 도구와 교반용 모터와 누름용 모터의 접속관계를 도시한 개략단면도이다.

Claims

핀(7)의 회전에 의한 마찰열로 피접합물(W1, W2)을 연화, 교반하여 접합하는 장치로서, 누름용 모터(4)와 교반용 모터(6)를 구비하여, 아암(5)의 한쪽 끝에, 상기 교반용 모터(6)와 선단에 상기 핀(7)을 가지며 후단이 상기 교반용 모터(6)의 출력축(18) 쪽에 접속된 접합 도구(8)를 동일축 선상에 배치한 마찰교반 스폿접합장치에 있어서, 상기 교반용 모터(6)의 후단쪽에 볼 너트(10)를 고정함과 동시에, 이 교반용 모터(6)의 출력축(18)에 뒤쪽에서부터 볼나사(17)가 격납되는 구멍(19)을 형성하여 이 구멍(19)에 볼나사(17)를 배치하고, 상기 누름용 모터(4)의 회전력을 상기 볼나사(17)에 전달하여, 이 볼나사(17)와 나사결합하는 볼 너트(10)에 의해 상기 교반용 모터(6)를 전후진시키도록 한 것을 특징으로 하는 마찰교반 스폿접합장치.
제 1 항에 있어서, 누름용 모터(4)와 교반용 모터(6)가 직렬로 연결된 것을 특징으로 하는 마찰교반 스폿접합장치.
제 2 항에 있어서, 아암(5)의 선단에 제 2 교반용 모터(31)를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰교반 스폿접합장치.
제 1 항에 있어서, 누름용 모터(4)와 교반용 모터(6)가 병렬로 연결된 것을 특징으로 하는 마찰교반 스폿접합장치.
제 4 항에 있어서, 아암(5)의 선단에 제 2 교반용 모터(31)를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰교반 스폿접합장치.
제 1 항에 있어서, 교반용 모터의 출력축(18)과 접합 도구(8)와의 사이에 감속기(51)를 개재시킨 것을 특징으로 하는 마찰교반 스폿접합장치.
제 2 항에 있어서, 교반용 모터(6)의 출력축(18)과 접합 도구(8)와의 사이에 감속기(51)를 개재시킨 것을 특징으로 하는 마찰교반 스폿접합장치.
제 4 항에 있어서, 교반용 모터(6)의 출력축(18)과 접합 도구(8)와의 사이에 감속기(51)를 개재시킨 것을 특징으로 하는 마찰교반 스폿접합장치.