KR20070022572A - 마찰교반 스포트 접합장치 - Google Patents

Abstract

접합 툴의 선단으로부터 핀을 출몰시키기 위해서 핀 빼기용 모터를 사용하고, 상기 핀 빼기용 모터의 구동에 의해서 간단하고, 확실하게 핀을 출몰시킬 수 있는 마찰교반 스포트 접합장치를 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명은, 핀(1)의 회전에 의한 마찰열로 피접합물을 연화, 교반시켜 스포트 접합하는 장치로서, 핀을 가지는 접합 툴(joining tool;2)을 회전시키는 교반용 모터(3)와 접합 툴을 직진구동하는 가압용 모터를 구비하고, 접합 툴의 선단(先端)으로부터 핀이 출몰하도록 된 마찰교반 스포트 접합 장치에 있어서, 접합 툴의 선단으로부터 핀을 출몰시키는 핀 빼기용 모터(5)를 상기 교반용 모터의 후방으로 동일축선 상에 일체화하여 배치하고, 상기 가압용 모터를 핀 빼기용 모터와 평행하게 배치하며, 상기 가압용 모터에 의해 동작되는 가압용 나사축(12)을 상기 핀 빼기용 모터와 동일축선 상에 배치한 것을 특징으로 하는 마찰교반 스포트 접합장치에 관한 것이다.

Description

마찰교반 스포트 접합장치{FRICTION STIR SPOT JOINING DEVICE}

도 1은, 본 발명에 따른 마찰교반 스포트 접합장치의 개략구성단면도이다.

도 2는, 그 개략구성평면도이다.

도 3은, 본 발명에 따른 마찰교반 스포트 접합장치의 다른 실시예의 주요부에 대한 개략구성도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 핀

2 접합 툴(joining tool)

3 교반용 모터

4 가압용 모터

5 핀 빼기용 모터(pin extraction motor)

6 구동 유닛 본체

8 가압용 모터의 출력축

12 가압용 모터로부터의 나사축

17 핀 빼기용 모터의 앞측 플랜지

18 교반용 모터의 출력축

21 핀 빼기용 모터의 출력축

28 핀 유지부재

29 슬라이딩 기계요소

30 직동축받이 레일

31 직동축받이 본체

32 중공부

본 발명은, 핀의 회전에 의한 마찰열로 피접합물을 연화, 교반시켜 스포트 접합하는 장치로서, 핀을 가지는 접합 툴을 회전시키는 교반용 모터와 접합 툴을 직진구동하는 가압용 모터를 구비하고, 접합 툴의 선단(先端)으로부터 핀이 출몰하도록 이루어진 마찰교반 스포트 접합장치에 관한 것이다.

종래, 핀의 회전에 의한 마찰열로 피접합물을 연화, 교반시켜 스포트 접합하는 장치로서, 핀을 가지는 접합 툴을 회전시키는 교반용 모터와 접합 툴을 직진구동하는 가압용 모터를 구비하고, 접합 툴의 선단으로부터 핀이 출몰하도록 이루어진 마찰교반 스포트 접합 장치에 있어서, 접합 툴인 회전자와 핀의 상단부를 고정한 홀더와의 사이에 용수철을 개재시키고, 이 용수철의 힘에 의해 접합 툴의 선단으로부터 핀이 출몰하도록 된 것이 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

[특허문헌 1] 특개 2002-178168호 공보

그런데, 상기 종래의 기술에 있어서는, 접합 툴의 선단으로부터 핀을 출몰시 키기 위해서 용수철을 동작시키는 것이지만, 그 용수철의 동작을 수행하게 하기 위한 기구가 매우 복잡함과 동시에 그 동작 타이밍이 한정되고, 게다가 용수철의 힘으로는 확실하게 접합 툴의 선단으로부터 핀을 출몰시키기 어렵다고 하는 문제가 있다.

본 발명은, 종래의 기술이 가지는 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적으로 하는 바는, 접합 툴의 선단으로부터 핀을 출몰시키기 위해서 핀 빼기용 모터를 사용하고, 상기 핀 빼기용 모터의 구동에 의해서 간단하고, 확실하게 핀을 출몰시킬 수 있는 마찰교반 스포트 접합장치를 제공하려고 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 있어서의 마찰교반 스포트 접합장치는, 접합 툴의 선단으로부터 핀을 출몰시키는 핀 빼기용 모터를 교반용 모터의 후방으로 동일축선 상에 일체화하여 배치하고, 가압용 모터를 핀 빼기용 모터와 평행하게 배치하고, 상기 가압용 모터에 의해 동작되는 가압용 나사축을 상기 핀 빼기용 모터와 동일축선 상에 배치한 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 상기 일체화한 핀 빼기용 모터와 교반용 모터를 수납하는 구동 유닛 본체에 직동(直動)축받이 레일을 배치하고, 상기 직동축받이 레일에, 핀 빼기용 모터에 고정된 직동축받이 본체를 걸어 장착시킨 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 상기 교반용 모터의 출력축 측과 핀 유지부재와의 사이에 회전력의 전달과 축방향의 상대 이동을 가능하게 하는 기계요소를 배치한 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 상기 핀 빼기용 모터의 출력축을 중공으로 한 것을 특징으로 하는 것이다.

[실시예]

도 1, 도 2는 본 발명을 실시하는 데에 적합한 마찰교반 스포트 접합장치의 개략 단면도와 개략 평면도이며, 상기 접합장치는, 핀(1)의 회전에 의한 마찰열로 피접합물을 연화, 교반시켜 스포트 접합하는 장치로서, 핀(1)을 가지는 접합 툴(2)을 회전시키는 교반용 모터(3)와 접합 툴(2)을 직진구동하는 가압용 모터(4)를 구비하고, 접합 툴(2)의 선단으로부터 핀(1)이 출몰하도록 된 마찰교반 스포트 접합장치에 있어서, 접합 툴(2)의 선단으로부터 핀(1)을 출몰시키는 핀 빼기용 모터(5)를 상기 교반용 모터(3)의 후방에 동일축선 상으로 일체화하여 배치하고, 상기 가압용 모터(4)를 핀 빼기용 모터(5)와 평행하게 배치한 것이다.

실시예 1

마찰교반 스포트 접합장치에서는, 접합해야 할 피접합물(도시하지 않음)의 접합점에 핀(1)을 삽입하고, 상기 핀(1)의 회전에 의한 마찰열로 피접합물의 일부를 연화, 교반시켜 스포트 접합하는 것이고, 그 접합장치는 개략적으로 다음과 같은 구성을 가지고 있다.

로봇의 손목(wrist;도시하지 않음)에 설치된 구동 유닛 본체(6)에는 가압용 모터(4) 및 그 전동박스(transmission box; 7)가 고착되어 있고, 가압용 모터(4)의 출력축(8)으로부터의 회전력은 상기 전동박스(7) 내에서 풀리(9), 전동벨트 (transmission belt; 10), 풀리(11)를 개재하여 가압용 나사축(12)에 전달되도록 되어 있다. 그리고 13은, 그 일끝단 측에 상기 나사축(12)과 나사결합하는 너트(14)를 구비하고, 다른 끝단측은 핀 빼기용 모터(5)의 후벽(15)에 고착된 가압부재이다.

그리고, 상기 가압용 모터(4)는 상기 핀 빼기용 모터(5)와 평행하게 배치되며. 상기 가압용 모터(4)에 의해 동작되는 가압용 나사축(12)은 상기 핀 빼기용 모터(5)와 동일축선 상에 배치되어 있다. 한편, 16은 상기 나사축(12)의 축받이이다.

상기 핀 빼기용 모터(5)와 교반용 모터(3)는, 핀 빼기용 모터(5)의 앞측 플랜지(17)에 의해서 접속되어, 핀 빼기용 모터(5)는 교반용 모터(3)의 후방으로 동일축선 상에 일체화되고 있다.

교반용 모터(3)의 출력축(18)의 선단부에는 접합 툴(2)이 부착되어 있고, 상기 접합 출(2)의 중심축선 상의 구멍(19)에는 핀(1)이 삽입 관통되어 있고, 상기 핀(1)의 선단은 핀 빼기용 모터(5)의 구동에 의해 접합 툴(2)의 선단의 쇼울더부(shoulder section; 20)으로부터 출몰하게 되어 있다.

핀 빼기용 모터(5)의 출력축(21)에는 너트(22)가 고착되어 있고, 상기 너트(22)와 나사결합하는 나사축(23)의 선단에는 베어링 케이스(24)가 접속되며, 또한 이 나사축(23)은 교반용 모터(3)의 후벽(25)에 고착된 회전멈춤부재(rotation stop member; 26)와의 스플라인 키 접합(27)에 의하여 회전할 수 없도록 되어 있다.

상기 베어링 케이스(24)는, 교반용 모터(3)의 중공형상의 출력축(18) 내에 배치되고, 상기 베어링 케이스(24) 내에는 상기 핀(1)을 유지하는 핀 유지부재(28)가 스플라인 키(29)를 개재하여 출력축(18)과 함께 회전 자유롭게 배치되어 있다.그리고, 상기 핀 유지부재(28)의 선단 측에는 핀(1)의 후단 측이 나사결합되어 고착되고 있다.

이상과 같은 구성을 갖춘 마찰교반 스포트 접합 아암에서는, 먼저 로봇에 의하여 상기 마찰교반 스포트 접합장치의 전체가 피접합물의 원하는 접합점에 대향하도록 된 위치로 이동된다.

여기서, 교반용 모터(3)와 가압용 모터(4)가 구동되고, 가압용 모터(4)에 의한 나사축(12)의 회전에 의해 핀 빼기용 모터(5)와 교반용 모터(3)는 동시에 피접합물의 접합점을 향해서 전진함과 동시에, 교반용 모터(3)에 의해 접합 툴(2)과 핀(1)은 함께 회전한다. 이 때 ,핀(1)의 선단은 접합 툴(2)의 쇼울더부(20)보다 돌출된 상태가 되어 있다.

가압용 모터(4)에 의해 접합 툴(2)의 쇼울더부(20)가 피접합물의 표면에 맞닿은 시점에서는, 핀(1)은, 피접합물내에 삽입되어 있어 접합점에 있어서 회전상태에 있고, 이 시점에서 가압용 모터(4)의 구동을 정지하지만, 교반용 모터(3)에 의한 핀(1)의 회전에 의해 상기 핀(1)은, 피접합물과 마찰하여 피접합물의 일부를 용해시켜 이것을 교반하고 있고, 이 용해물이 피접합물의 스포트 접합을 행하는 것이 된다.

그리고, 상기의 접합동작이 행해지면, 핀 빼기용 모터(5)가 구동되고, 핀(1)은 피접합물의 접합점으로부터 뽑아 내어져 접합 툴(2)의 쇼울더부(20)와 동일 레 벨 혹은 그것보다 더욱 구멍(19) 안쪽으로 뽑아 내어진다. 이 사이에도 교반용 모터(3)는 구동되고 있으므로, 회전하는 접합 툴(2)의 쇼울더부(20)는 피접합물의 접합점의 표면을 평평하게 하도록 동작한다.

한편, 접합 툴(2)의 쇼울더부(20)에 대한 핀(1)의 출몰은, 가압용 모터(4)나 교반용 모터(3)의 구동과는 관계없이 독자적으로 핀 빼기용 모터(5)를 구동시키는 것에 의하여 임의로 할 수 있는 것이기 때문에, 접합점의 용해물의 상황에 따라 필요시에 작동시키면 좋다.

이상과 같이, 본 발명에 따른 마찰교반 스포트 접합장치에서는, 교반용 모터(3)의 후방으로 동일축선 상에 핀 빼기용 모터(5)를 일체화하여 배치하고, 가압용 모터(4)를 핀 빼기용 모터(5)와 평행하게 배치했으므로, 접합 툴(2)로부터의 핀(1)의 출몰이 확실하고 용이하게 어떤 타이밍에서도 임의로 할 수 있으며, 그 동작을 실시하게 하기 위한 기구가 종래예에 비교해 크게 간략하게 되고, 더구나 핀 빼기용 모터(5)를 구비하면서 접합장치의 전체 길이를 짧게 정리할 수 있는 마찰교반 스포트 접합장치가 된다.

실시예 2

그리고, 실시예 1과 같은 접합 장치에 있어서, 구동 유닛 본체(6) 내에 직동축받이 레일(30)을 배치하고, 상기 직동축받이 레일(30)에 핀 빼기용 모터(5)에 고정된 직동축받이 본체(31)를 걸어 장착시키도록 한다.

이와 같이, 일체화한 핀 빼기용 모터(5)와 교반용 모터(3)를 수납하는 구동 유닛 본체(6)에 직동축받이 레일(30)을 배치하고, 상기 직동축받이 레일(30)에, 핀 빼기용 모터(5)에 고정된 직동축받이 본체(31)를 걸어 장착시켰을 경우에는, 핀 빼기용 모터(5)와 교반용 모터(3)가 동반상태로 정확하게 이동할 수 있는 마찰교반 스포트 접합장치가 된다.

실시예 3

또한, 실시예 1과 같은 접합 장치에 있어서, 교반용 모터(3)의 출력축(18)과핀 유지부재(28)와의 사이에 회전력의 전달과 축방향의 상대 이동을 가능하게 하는 기계요소인 예를 들면, 스플라인 키(29)를 설치하도록 하거나, 도3에 나타난 바와 같이 교반용 모터(3)의 출력축(18)과 접합 툴(2)과의 사이에 접합 툴(2)의 홀더(40)을 배치하고, 상기 홀더(40)와 핀 유지부재(28)와의 사이에 회전력의 전달과 축방향의 상대 이동을 가능하게 하는 기계요소인 예를 들면, 슬라이딩 키(29)를 설치하도록 한다.

한편, 도3에 있어서, 교반용 모터(3)의 출력축(18)에는 접합 툴(2)의 홀더 (40)가 콜렛(collet; 41)에 의해서 끼워져 있고, 상기 홀더(40)와 핀 유지부재(20)와의 사이에 회전력의 전달과 축방향의 상대 이동을 가능하게 하는 기계요소인 예를 들면 , 슬라이딩 키(29)가 배치되어 있다. 그리고, 그 나머지의 구성부품은 도1의 것과 실질적으로 동일하므로, 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.

이와 같이, 교반용 모터(3)의 출력축(18)과 핀 유지부재(29)와의 사이에 회전력의 전달과 축방향의 상대 이동을 가능하게 하는 기계요소를 배치했을 경우에는, 교반용 모터(3)로부터 핀(1)으로의 회전력이 확실히 전달될 수 있음과 동시에 핀(1)은 핀 빼기용 모터(5)에 의해 그 축선방향으로 임의로 정확하게 접합 툴(2)에 대해서 이동할 수 있는 마찰교반 스포트 접합 장치가 된다.

실시예 4

또한, 실시예 1과 같은 접합 장치에 있어서, 핀 빼기용 모터(5)의 출력축(21)을 중공으로 하고, 이 중공부(32)에, 가압용 모터(4)의 동력전달기구의 일부인나사축(12)의 선단측을 삽입 가능하게 한다.

이와 같이, 핀 빼기용 모터(5)의 출력축(21)을 중공으로 했을 경우에는, 상기 핀 빼기용 모터(5)의 출력축(21)의 중공부(32)에 가압용 모터(4)의 동력전달기구의 일부인 나사축(12)의 선단측이 삽입 가능하게 되어, 접합장치의 전체 길이를 짧게 하는 것이 가능한 마찰교반 스포트 접합장치가 된다. 한편, 접합 툴(2)의 스트로크가 비교적으로 큰 경우에는, 핀 빼기용 모터(5)로부터의 나사축(23)도 또한 중공축으로 하고, 이 축(23) 내에도 상기 가압용 모터(4)로부터의 나사축(12)의 선단측이 위치될 수 있도록 상기 나사축(12)를 가늘고 길게 하면 좋다.

본 발명에 따른 마찰교반 스포트 접합장치에서는, 교반용 모터의 후방으로 동일축선 상에 핀 빼기용 모터를 일체화하여 배치하고, 가압용 모터를 핀 빼기용 모터와 평행하게 배치하여, 접합 툴로부터의 핀의 출몰이 확실하고 용이하게 어떤 타이밍에서도 임의로 이루어져, 그 동작을 수행하게 하기 위한 기구가 종래예에 비교하여 매우 간략하게 됨과 동시에 핀 빼기용 모터를 구비하면서 접합장치의 전체 길이를 짧게 정리한 마찰교반 스포트 접합장치로 된다.

또한, 상기 일체화한 핀 빼기용 모터와 교반용 모터를 수납하는 구동 유닛 본체에 직동축받이 레일을 배치하고, 상기 직동축받이 레일에, 핀 빼기용 모터에 고정된 직동축받이 본체를 걸어 장착시킨 경우에는, 핀 빼기용 모터와 교반용 모터가 동반(同伴)상태로 정확하게 이동할 수 있는 마찰교반 스포트 접합장치가 된다.

또한, 상기 교반용 모터의 출력축 측과 핀 유지부재와의 사이에 스플라인 키나 슬라이딩 키(sliding key) 등의 회전력의 전달과 축방향의 상대 이동을 가능하게 하는 기계요소를 배치한 경우에는, 교반용 모터로부터 핀으로의 회전력이 확실히 전달될 수 있음과 동시에 핀은 핀 빼기용 모터에 의해 그 축선방향으로 임의로 정확하게 접합 툴에 대해서 이동할 수 있는 마찰교반 스포트 접합장치가 된다.

또한, 상기 핀 빼기용 모터의 출력축을 중공으로 한 경우에는, 상기 핀 빼기용 모터의 출력축의 중공부에 가압용 모터의 동력전달기구의 일부가 삽입 가능해져, 접합 장치의 전체 길이를 한층 더 짧게 하는 것이 가능한 마찰교반 스포트 접합장치가 된다.

Claims (4)

1. 핀의 회전에 의한 마찰열로 피접합물을 연화, 교반시켜 스포트 접합하는 장치로서, 핀을 가지는 접합 툴(joining tool)을 회전시키는 교반용 모터와 접합 툴을 직진구동하는 가압용 모터를 구비하고, 접합 툴의 선단(先端)으로부터 핀이 출몰하도록 된 마찰교반 스포트 접합 장치에 있어서,

   접합 툴의 선단으로부터 핀을 출몰시키는 핀 빼기용 모터(pin extraction motor)를 상기 교반용 모터의 후방으로 동일축선 상에 일체화하여 배치하고, 상기 가압용 모터를 핀 빼기용 모터와 평행하게 배치하며, 상기 가압용 모터에 의해 동작되는 가압용 나사축을 상기 핀 빼기용 모터와 동일축선 상에 배치한 것을 특징으로 하는 마찰교반 스포트 접합 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 일체화한 핀 빼기용 모터와 교반용 모터를 수납하는 구동 유닛 본체에 직동(直動)축받이 레일을 배치하고, 상기 직동축받이 레일에, 핀 빼기용 모터에 고정된 직동축받이 본체를 걸어 장착시킨 것을 특징으로 하는 마찰교반 스포트 접합 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 교반용 모터의 출력축 측과 핀 유지부재와의 사이에 회전력의 전달과 축방향의 상대 이동을 가능하게 하는 기계요소를 배치한 것을 특징으로 하는 마찰교반 스포트 접합장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 핀 빼기용 모터의 출력축을 중공으로 한 것을 특징으로 하는 마찰교반 스포트 접합 장치.

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