KR20140052807A

KR20140052807A - 포터블형 마찰 교반 접합 장치

Info

Publication number: KR20140052807A
Application number: KR1020130021889A
Authority: KR
Inventors: 김주호; 김쌍호; 노중석
Original assignee: (주)태광테크
Priority date: 2012-10-19
Filing date: 2013-02-28
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2033-02-28
Also published as: KR101451281B1

Abstract

본 발명은 전체적인 크기를 축소함과 아울러 기구적인 구성을 간소화함으로써, 점유 공간을 줄 일 수 있기 때문에 협소한 작업 공간에서 사용이 가능하여 작업장의 공간 활용의 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 분해 작업 없이 이동시킬 수 있게 하는 포터블용 마찰 교반 접합 장치에 관한 것으로, 피접합물들의 접합부위가 서로 맞대어지게 올려지는 스테이지와, 스테이지에 올려진 피접합물들의 일단 및 타단 상부를 가압하여 고정하는 다수의 클램프를 가지는 베드; 스테이지의 상부면 양측에서 스테이지의 길이방향을 따라 연장되는 한 쌍의 가이드 프레임과, 서로 마주하는 각각의 가이드 프레임의 내측면 상에서 가이드 프레임의 길이방향을 따라 연장되게 장착되는 한 쌍의 제 1 가이드 레일을 가지는 가이드수단; 및 접합부위에 대한 마찰교반용접을 수행하는 마찰교반 툴이 장착되는 스핀들 어셈블리와, 스핀들 어셈블리를 승강 및 가이드수단을 따라 이동시키는 이동수단을 가지는 접합헤드;를 포함한다.

Description

포터블형 마찰 교반 접합 장치{PORTABLE TYPE FRICTION STIR WELDING APPARATUS}

본 발명은 전체적인 크기가 간소화된 포터블형 마찰 교반 접합 장치에 관한 것이다.

일반적으로 자동차, 항공기 및 선박 등과 같은 운송장비, 그리고 건축, 토목 분야 등 다양한 산업분야에서 경량소재를 활용한 경량합금이 널리 사용되고 있다. 이러한 경량합금을 이용한 각종 기기 및 구조물의 조립은 접합 공정에 의해 이루어진다.

전술한 경량합금을 접합하는 기술로는 마찰교반접합(Friction Stir Welding; FSW)이 개발되어 적용되고 있다.

마찰교반접합은, 접합하고자 하는 접합부재에 비하여 경질재료인 비소모성 회전공구를 고속으로 회전시키면서 접합부재들의 맞닿은 면에 접촉시키면, 회전공구와 접합부재와의 상호마찰에 의해 열이 발생하여 회전공구 주변의 재료가 연화되고, 회전공구의 교반에 의한 재료의 소성유동으로 접합면 양쪽의 재료들이 강제로 혼합되는 원리로 접합부재들이 접합되는 것으로, 이러한 마찰교반접합은 접합부재의 용융을 수반하지 않기 때문에 기존의 용융용접에서 발생하는 용접결함을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 접합과정에서 유해물질이 배출되지 않아 친환경적인 접합기술로 널리 이용되고 있는 실정이다.

전술한 마찰교반접합을 수행하는 장치로는, "대한민국 등록특허 제 1143941 호(등록일자: 2012. 05. 08, 명칭: 직선용접을 위한 마찰교반용접장치)", "대한민국 등록특허 제 0500514 호(등록일자: 2005. 07. 01, 명칭: 복합가공장치 및 마찰교반접합방법)", "대한민국 등록특허 제 1067864 호(등록일자: 2011. 09. 20, 명칭: 갠트리형 마찰교반용접장치)", 및 "대한민국 등록특허 제 0970518 호(등록일자: 2010. 07. 08, 명칭: 선형마찰용접 장치 및 방법)"등을 들 수 있다.

그런데, 전술한 등록특허들에 개시된 장치들은 비접합물의 크기에 관계없이 기구적인 구성이 비대하기 때문에 점유공간을 넓게 차지하는 문제점이 있었으며, 이로 인해 장치의 제조원가가 상승하는 문제점이 있었다.

또한 종래의 마찰 교반 접합 장치들을 이동시키기 위해서는 장치를 분해한 후, 다시 조립하여야 하기 때문에 장치의 이동이 원활하지 않을 뿐만 아니라 장치의 분해 및 조립을 위해 고도로 숙련된 작업자들이 요구되는 또 다른 문제점이 있었다.

본 발명은 전체적인 크기를 축소함과 아울러 기구적인 구성을 간소화함으로써, 점유 공간을 줄 일 수 있기 때문에 협소한 작업 공간에서 사용이 가능하여 작업장의 공간 활용의 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 분해 작업 없이 이동시킬 수 있게 하는 포터블용 마찰 교반 접합 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 포터블형 마찰 교반 접합 장치는, 피접합물들의 접합부위가 서로 맞대어지게 올려지는 스테이지와, 스테이지에 올려진 피접합물들의 일단 및 타단 상부를 가압하여 고정하는 다수의 클램프를 가지는 베드; 스테이지의 상부면 양측에서 스테이지의 길이방향을 따라 연장되는 한 쌍의 가이드 프레임과, 서로 마주하는 각각의 가이드 프레임의 내측면 상에서 가이드 프레임의 길이방향을 따라 연장되게 장착되는 한 쌍의 제 1 가이드 레일을 가지는 가이드수단; 및 접합부위에 대한 마찰교반용접을 수행하는 마찰교반 툴이 장착되는 스핀들 어셈블리와, 스핀들 어셈블리를 승강 및 가이드수단을 따라 이동시키는 이동수단을 가지는 접합헤드;를 포함할 수 있다.

구체적으로 스테이지에는 스테이지를 길이방향으로 양분하는 중심선을 따라 접합 작업위치가 형성될 수 있다.

구체적으로 클램프는, 피접합물을 가압할 수 있도록 일부분이 피접합물에 올려지는 가압블록; 및 가압블록에 의해 피접합물이 가압되도록 가압블록을 관통하여 스테이지에 체결되는 가압볼트;를 포함하며, 가압블록에는 가압볼트의 축부 및 나사부가 관통될 수 있도록 가압블록의 길이방향을 따라 관통장공이 형성되고, 가압볼트는 스테이지의 일단 측에서부터 스테이지의 타단 측으로 형성되는 체결공에 체결될 수 있다.

구체적으로 각각의 가이드 프레임과 스테이지 사이에는 접합하고자 하는 피접합물들, 또는 서로 접합된 접합물이 출입하는 출입공이 형성될 수 있다.

더 구체적으로 출입공은 각각의 가이드 프레임의 양단에 인접한 하부면에 형성되고 각각의 가이드 프레임을 스테이지의 상부면에서 이격시키면서 스테이지에 고정 장착되는 다리부에 의해서 형성될 수 있다.

구체적으로 가이드수단은, 가이드 프레임을 지지하는 보조 다리블록;을 더 포함하며, 보조 다리블록은 출입공 상에 배치되어 인접한 가이드 프레임에 나사 결합될 수 있다.

구체적으로 이동수단은, 한 쌍의 가이드 프레임 사이에 배치되는 바닥플레이트와, 바닥플레이트의 상부에 이격 배치되는 천장플레이트, 및 바닥플레이트와 천장플레이트의 모서리부분을 수직하게 연결하는 다수의 지지바를 가지면서 가이드수단의 길이방향을 따라 안내되는 지지 프레임; 수평하게 배치되고 일측이 바닥플레이트 및 천장플레이트 외측으로 노출되도록 바닥플레이트와 천장플레이트 사이에 배치되면서 각각의 지지바에 슬라이딩 가능하게 끼워지는 승강플레이트; 천장플레이트의 상부면 상에 장착되어 승강플레이트를 승강시키는 제 1 구동모터; 및 어느 하나의 가이드 프레임의 상부면 상으로 노출되도록 바닥플레이트에서 수직하게 연장된 브라켓에 장착되어 지지 프레임을 가이드 프레임의 길이방향을 따라 이동시키는 제 2 구동모터;를 포함하며, 재 1 구동모터의 회전축에는 승강플레이트에 장착된 너트블록에 관통 체결됨과 아울러 천장플레이트 및 바닥플레이트에 회전 가능하게 지지되는 볼 스크루축이 장착되며, 제 2 구동모터의 회전축에는 피니언이 장착되고, 제 2 구동모터에 인접한 가이드 프레임의 상부면 상에는 피니언이 맞물리는 랙이 가이드 프레임의 길이 방향을 따라 형성될 수 있다.

더 구체적으로 바닥플레이트의 하부면 양측에는 한 쌍의 제 1 가이드 레일에 슬라이딩 가능하게 장착되는 한 쌍의 제 1 가이드 블록이 장착될 수 있다.

더 구체적으로 지지바들에는 지지바의 수직한 길이방향을 따라 제 2 가이드 레일이 장착되며, 승강플레이트의 상부면 상에는 각각의 제 2 가이드 레일에 슬라이딩 가능하게 장착되는 제 2 가이드 블록들이 장착될 수 있다.

구체적으로 스핀들 어셈블리는, 상부에 인접한 외주면이 승강플레이트에 장착되고 하부는 승강플레이트 및 바닥플레이트를 관통하여 연장되는 수직한 원통형상의 스핀들 하우징 내에 수직하게 배치됨과 아울러 회전가능하게 지지되는 스핀들; 및 바닥플레이트 및 천장플레이트의 일측 외부로 노출된 승강플레이트의 상부면 상에 장착되며, 회전축이 동력전달수단에 의해 스핀들 하우징의 상부로 노출된 스핀들의 상부와 연결되는 제 3 구동모터;를 포함할 수 있다.

더 구체적으로 스핀들 하우징의 하부로는 스핀들의 하부에 장착되는 척이 장착되며, 척에는 접합 작업위치와 마주하도록 마찰교반용 툴이 장착될 수 있다.

구체적으로 포터블형 마찰 교반 접합 장치는, 피접합물들의 접합부위가 스테이지에 제공된 접합 작업위치를 따라 위치되게 하게는 센터링 조절수단;을 더 포함하며, 센터링 조절수단은, 수직하게 연장된 형상을 가지면서 스테이지의 일측면 상에 배치되는 제 1 고정블록와, 스테이지의 상부면 상에 배치되도록 제 1 고정블록의 상부에 일체로 형성되는 제 2 고정블록를 가지는 고정부재; 및 접합 작업위치의 길이방향 측으로 선회되도록 일단이 제 2 고정블록에 선회가능하게 장착되는 제 1 위치결정블록과, 제 1 위치결정블록에 장착되고 피접합물에 대한 센터링 조절 시 피접합물의 접착부위 단부에 밀착되는 제 2 위치결정블록을 가지는 위치결정부재;를 포함할 수 있다.

더 구체적으로 제 1 고정블록 및 제 2 고정블록은 제 1 고정볼트 및 제 2 고정볼트에 의해 스테이지의 일측면 및 스테이지의 상부면에 고정 장착되며, 스테이지의 일측면 상에는 제 1 고정볼트가 체결될 수 있도록 스테이지의 일측면의 길이방향을 따라 다수의 제 1 고정공이 형성되고, 스테이지의 상부면 상에는 제 2 고정볼트가 체결될 수 있도록 스테이지의 길이방향을 따라 다수의 제 2 고정공이 형성될 수 있다.

더 구체적으로 접합 작업위치와 마주하는 제 1 위치결정블록의 연장단에 인접한 일측면 상에는 제 2 위치결장블록이 슬라이딩 가능하게 끼워지는 위치 조절홈이 형성되고, 제 2 위치결정블록에는 접합 작업위치 측으로 연장되고 제 3 고정볼트의 축부 및 나사부가 관통하는 고정장공이 형성되며, 위치 조절홈의 바닥면 상에는 제 3 고정볼트가 체결되는 제 3 고정공이 형성될 수 있다.

더 구체적으로 제 2 위치결정블록의 연장단은 피접합물에 대한 센터링 조절 시 접합 작업위치와 동일 선상에 위치될 수 있다.

구체적으로 위치결정부재는, 제 2 위치결정블록의 위치를 미세 조절하는 위치조정볼트;를 더 포함하며, 위치조정볼트는, 제 2 위치결정블록이 출입하는 위치 조절홈의 열린 개구 대향하는 제 1 위치결정블록의 타측으로부터 위치 조절홈까지 연장되게 체결되어 제 2 위치결정블록의 위치를 미세 조정할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 마찰 교반 접합 장치는, 전체적인 크기가 축소되고, 기구적인 구성을 간소화함으로써, 점유 공간을 줄 일 수 있기 때문에 협소한 작업 공간에서 사용이 가능하여 작업장의 공간 활용의 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 분해 작업 없이 이동시킬 수 있게 하는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 포터블형 마찰 교반 접합 장치는 센터링 조절수단을 포함함으로써, 피접합물들의 접합부위가 스테이지에 제공된 접합 작업위치를 따라 위치되게 하는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 포터블형 마찰 교반 접합 장치를 나타낸 사시도이고,
도 2는 도 1에 도시된 포터블형 마찰 교반 접합 장치의 정면도이며,
도 3은 도 1에 도시된 포터블형 마찰 교반 접합 장치의 평면도이고,
도 4는 도 2에 도시된 접합헤드를 확대하여 나타낸 도면이며, 그리고
도 5는 도 2에 도시돈 스핀들 어셈블리를 확대하여 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 마찰 교반 접합 장치를 나타낸 사시도로서, 본 발명에 따른 포터블형 마찰 교반 접합 장치(100)는 접합하고자 하는 피접합물(W)들의 접합부위가 서로 맞대어지게 고정하는 베드(110)와, 서로 맞대어진 접합부위를 마찰교반용접 방식으로 접합하는 접합헤드(140), 및 베드(110)에 고정된 피접합물(W)들의 접합부위를 따라 접합헤드(140)를 이동시키는 가이드수단(130)을 포함한다.

먼저, 베드(110)는 피접합물(W)들의 접합부위가 서로 맞대어지게 올려지는 스테이지(112)와, 스테이지(112)에 올려진 피접합물(W)들의 일단 및 타단 상부를 가압하여 고정하는 다수의 클램프(118)를 포함한다.

스테이지(112)는 도시된 바와 같이 평편한 판 형상을 가지며 수평하게 연장된다. 스테이지(112)에는 접합 작업위치(114)가 제공되는데, 접합 작업위치(114)는 스테이지(112)를 길이방향으로 양분하는 가상의 중심선을 따라 형성된다. 그리고 접합 작업위치(114)의 양측으로 클램프(118)가 고정되는 다수의 체결공(116)이 형성된다. 체결공(116)은 도시된 바와 같이 스테이지(112)의 일단 측에서부터 스테이지(112)의 타단 측으로 소정의 간격을 유지하면서 다수개가 형성된다.

클램프(118)는 가압블록(120)과, 가압블록(120)을 고정하는 가압볼트(124)를 포함한다.

가압블록(120)은 피접합물(W)을 가압할 수 있도록 일부분이 피접합물(W)에 올려진다. 이러한 가압블록(120)에는 가압볼트(124)의 축부 및 나사부가 관통될 수 있도록 관통장공(122)이 가압블록(120)의 길이방향을 따라 형성된다. 한편, 가압볼트(124)는 가압블록(120)에 의해 피접합물(W)이 가압되도록 관통장공(122)을 관통하여 스테이지(112)의 형성된 체결공(116)에 체결된다. 다시 말해 가압볼트(124)는 가압볼트(124)의 헤드부가 피접합물(W)에 올려진 가압블록(120)을 가압할 수 있도록 가압블록(120)의 관통장공(122)을 관통하여 스테이지(112)에 형성된 체결공(116)에 체결된다. 이때 체결공(116)의 내주면 상에는 가압볼트(124)의 나사부에 형성된 수나사와 맞물리는 암나사가 형성된다.

이와 같이 형성된 베드(110)에는 가이드수단(130)이 배치되고, 가이드수단(130)에는 베드(110)에 고정된 피접합물(W)의 접합부위를 접합하는 접합헤드(140)가 배치된다.

가이드수단(130)은 한 쌍의 가이드 프레임(132)과, 서로 마주하는 각각의 가이드 프레임(132)의 내측면 상에서 가이드 프레임(132)의 길이방향을 따라 연장되게 장착되는 한 쌍의 제 1 가이드 레일(133)을 포함한다.

한 쌍의 가이드 프레임(132)은 스테이지(112)의 상부면 양측에서 스테이지(112)의 길이방향을 따라 연장된다. 그리고 가이드 프레임(132)들은 접합하고자 하는 피접합물(W)들, 또는 서로 접합된 접합물이 출입하는 출입공(134)을 형성한다. 출입공(134)은 각각의 가이드 프레임(132)과 스테이지(112) 사이에 형성되는데, 이러한 출입공(134)은 각각의 가이드 프레임(132)의 양단에 인접한 하부면에 형성되고 각각의 가이드 프레임(132)을 스테이지(112)의 상부면에서 이격시키면서 스테이지(112)에 고정 장착되는 다리부(136)에 의해서 형성된다.

또한 가이드수단(130)은 가이드 프레임(132)을 지지하는 보조 다리블록(138)을 더 포함한다. 보조 다리블록(138)은 도시된 바와 같이 각각의 가이드 프레임(132)의 다리부(136) 사이에 형성된 출입공(134) 상에 배치되고 인접한 가이드 프레임(132)에 나사 결합된다. 이러한 보조 다리블록(138)은 길이가 긴 가이드 프레임(132)의 처짐을 방지할 뿐만 아니라 마찰 교반 접합 시 접합헤드(140)의 흔들림을 방지한다. 이와 같이 형성된 보조 다리블록(138)은 피접합물(W)들의 길이에 따라 가이드 프레임(132)에 결합 또는 분리된다.

한편, 접합헤드(140)는 접합부위에 대한 마찰교반용접을 수행하는 마찰교반 툴(T)이 장착되는 스핀들 어셈블리(174), 및 스핀들 어셈블리(174)를 승강 및 가이드수단(130)을 따라 이동시키는 이동수단(142)을 포함한다.

이동수단(142)은 가이드수단(130)의 길이방향을 따라 안내되는 지지 프레임(144)과, 지지 프레임(144)에 승강가능하게 배치되는 승강플레이트(154)와, 승강플레이트(154)를 승강시키는 제 1 구동모터(160), 및 지지 프레임(144)을 이동시키는 제 2 구동모터(166)를 포함한다.

지지 프레임(144)은 수평한 사각의 판 형상을 가지면서 한 쌍의 가이드 프레임(132) 사이에 배치되는 바닥플레이트(146)와, 수평한 사각의 판 형상을 가지며 바닥플레이트(146)의 상부에 이격 배치되는 천장플레이트(148), 및 바닥플레이트(146)와 천장플레이트(148)의 모서리부분을 수직하게 연결되는 다수의 지지바(150)를 포함한다. 이때 바닥플레이트(146)의 하부면 양측에는 한 쌍의 제 1 가이드 레일(133)에 슬라이딩 가능하게 장착되는 한 쌍의 제 1 가이드 블록(152)이 장착된다.

승강플레이트(154)는 수평하게 배치되면서 일측이 바닥플레이트(146) 및 천장플레이트(148) 외측으로 노출되도록 바닥플레이트(146)와 천장플레이트(148) 사이에 배치되면서 각각의 지지바(150)에 슬라이딩 가능하게 끼워진다. 그리고 제 1 구동모터(160)는 천장플레이트(148)의 상부면 상에 장착된다. 제 1 구동모터(160)에는 수직한 볼 스크루축(162)이 장착된다. 볼 스크루축(162)은 승강플레이트(154)에 장착된 너트블록(164)에 관통 체결됨과 아울러 천장플레이트(148) 및 바닥플레이트(146)에 회전 가능하게 지지된다. 이때 승강플레이트(154)가 슬라이딩 가능하게 끼워진 지지바(150)들에는 지지바(150)의 수직한 길이방향을 따라 제 2 가이드 레일(도시되지 않음)이 장착되며, 승강플레이트(154)의 상부면 상에는 각각의 제 2 가이드 레일(도시되지 않음)에 슬라이딩 가능하게 장착되는 제 2 가이드 블록(도시되지 않음)들이 장착된다. 누구나 알 수 있듯이 볼 스크루축(162)은 통상의 커플링에 의해서 제 1 구동모터(160)의 회전축에 정역회전 가능하게 연결된다.

한편, 제 2 구동모터(166)는 어느 하나의 가이드 프레임(132)의 상부면 상으로 노출되도록 바닥플레이트(146)의 일측에 장착된다. 즉 제 2 구동모터(166)는 바닥플레이트(146)에서 수직하게 연장되게 장착된 브라켓(168)에 장착된다. 이때 제 2 구동모터(166)의 회전축에는 피니언(170;pinion)이 장착되며, 제 2 구동모터(166)의 회전축에 인접한 가이드 프레임(132)의 상부면 상에는 피니언(170)이 맞물리는 랙(172;rack)이 가이드 프레임(132)의 길이 방향을 따라 형성된다. 이와 같이 형성된 이송수단(142)에는 스핀들 어셈블리(174)가 장착된다.

스핀들 어셈블리(174)는 스핀들(176), 및 스핀들(176)을 회전시키는 제 3 구동모터(182)를 포함한다.

스핀들(176)은 상부에 인접한 외주면이 승강플레이트(154)에 장착되고 하부는 승강플레이트(154) 및 바닥플레이트(146)를 관통하여 연장되는 수직한 원통형상의 스핀들 하우징(178) 내에 수직하게 배치됨과 아울러 회전가능하게 지지된다. 이때 바닥플레이트(146)를 관통하여 연장된 스핀들 하우징(178)의 하부로는 스핀들(176)의 하부에 장착되는 척(180;chuck)이 장착된다. 이렇게 스핀들(176)의 하부에 장착되는 척(180)에는 마찰교반용 툴(T)이 장착되며, 마찰교반용 툴(T)의 회전중심은 스테이지(112)에 제공되는 접합 작업위치(114)와 마주한다.

한편, 제 3 구동모터(182)는 바닥플레이트(146) 및 천장플레이트(148)의 일측 외부로 노출된 승강플레이트(154)의 상부면 상에 장착된다. 이렇게 승강플레이트(154)가 장착되는 제 3 구동모터(182)는 스핀들(176)에 회전력을 전달하는데, 이를 위해서 제 3 구동모터(182)의 회전축은 통상의 동력전달수단(184)에 의해 스핀들 하우징(178)의 상부로 노출된 스핀들(176)의 상부와 연결된다. 동력전달수단(184)은 도시된 바와 같이 제 3 구동모터(182)의 회전축 및 스핀들(176)의 상부에 장착되는 타이밍 벨트 풀리(timing belt pullet) 및 타이밍 벨트 풀리들을 연결하는 타이밍 벨트(timing belt)로 이루어질 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 포터블형 마찰 교반 접합 장치(100)는 피접합물(W)들의 접합부위가 스테이지(112)에 제공된 접합 작업위치(114)를 따라 위치되게 하게는 센터링 조절수단(190)을 더 포함한다.

센터링 조절수단(190)은 스테이지(112)에 가압 고정되는 피접합물(W) 및 클램프(118)에 간섭되지 않게 클램프(118)들의 일측에서 스테이지(112)에 분리 가능하게 장착된다.

센터링 조절수단(190)은 고정부재(192)와, 고정부재(192)에 선회가능하게 장착되고 피접합물(W)의 접착부위 단부에 밀착되어 피접합물(W)의 접합부위가 접합 작업위치(114)를 따라 위치되게 하는 위치결정부재(194)를 포함한다.

고정부재(192)는 스테이지(112)에 분리 가능하게 장착되는 제 1 고정블록(193a) 및, 제 1 고정블록(193a)에 일체로 형성되는 제 2 고정블록(193b)을 포함한다.

제 1 고정블록(193a)은 수직하게 연장된 형상을 가지면서 스테이지(112)의 일측면 상에 배치된다. 그리고 제 2 고정블록(193b)은 스테이지(112)의 상부면 상에 배치되도록 제 1 고정블록(193a)의 상부에 일체로 형성된다. 즉 제 1, 및 제 2 고정블록(193a, 193b)은 단면이 대략 "「"자 형상을 가진다. 이때 제 1 고정블록(193a)은 통상의 제 1 고정볼트(B1)에 의해 스테이지(112)의 일측면 상에 고정 장착되고, 마찬가지로 제 2 고정블록(193b)은 통상의 제 2 고정볼트(B2)에 의해 스테이지(112)의 상부면 상에 고정 장착되는데, 이를 위해 스테이지(112)의 일측면 상에는 제 1 고정볼트(B1)가 체결되는 다수의 제 1 고정공(H1)이 스테이지(112)의 일측면의 길이방향을 따라 형성되며, 스테이지(112)의 상부면 상에는 제 2 고정볼트(B2)가 체결되는 다수의 제 2 고정공(H2)이 체결공(116)에 간섭되지 않게 스테이지(112)의 길이방향을 따라 형성된다. 여기서 제 1, 제 2 고정공(H1, H2)에는 제 1, 제 2 고정볼트(B1, B2)에 형성된 수나사가 맞물리는 암나사가 형성된다. 이와 같이 형성된 고정부재(192)에는 위치결정부재(194)가 장착된다.

위치결정부재(194)는 접합 작업위치(114)의 길이방향 측으로 고정부재(192)에 선회가능하게 장착되는 제 1 위치결정블록(196a)과, 제 1 위치결정블록(196a)에 장착되고 피접합물(W)에 대한 센터링 조절 시 피접합물(W)의 접착부위 단부에 밀착되는 제 2 위치결정블록(196b)을 포함한다.

제 1 위치결정블록(196a)은 일단이 고정부재(192)의 제 2 고정블록(193b)에 선회가능하게 장착된다. 이때 제 1 위치결정블록(196a)은 도시된 바와 같이 스테이지(112)의 길이방향, 바람직하게는 스테이지(112)에 제공된 접합 작업위치(114)의 길이방향을 따라 선회되도록 제 2 고정블록(193b)에 장착된다.

제 2 위치결정블록(196b)은 제 1 위치결정블록(196a)의 연장단에 인접한 일측면 상에서 접합 작업위치(114) 측으로 슬라이딩 가능하게 제 1 위치결정블록(196a)에 끼워진다. 이때 제 1 위치결정블록(196a)에는 제 2 위치결정블록(196b)이 슬라이딩 가능하게 끼워지는 위치 조절홈(197)이 형성된다. 그리고 위치 조절홈(197)에 끼워지는 제 2 위치결정블록(196b)은 제 3 고정볼트(B3)에 의해서 위치 조절홈(197)에 고정 장착되는데, 이를 위해 제 2 위치결정블록(196b)에는 접합 작업위치(114) 측으로 연장되고 제 3 고정볼트(B3)의 축부 및 나사부가 관통하는 고정장공(L1)이 형성되며, 위치 조절홈(197)의 바닥면 상에는 제 3 고정볼트(B3)가 체결되는 제 3 고정공(H3)이 형성된다. 여기서 제 3 고정공(H3)에는 제 3 고정볼트(B3)에 형성된 수나사가 맞물리는 암나사가 형성된다.

여기서 제 2 위치결정블록(196b)의 연장단은 피접합물(W)에 대한 센터링 조절 시 접합 작업위치(114)와 동일 선상에 위치된다.

한편, 위치결정부재(194)는 제 2 위치결정블록(196b)의 위치를 미세 조절하는 위치조정볼트(198)를 더 포함한다.

위치조정볼트(198)는 제 2 위치결정블록(196b)이 출입하는 위치 조절홈(197)의 열린 개구(開口)에 대향하는 제 1 위치결정블록(196a)의 타측으로부터 체결되어 위치 조절홈(197) 까지 연장된다. 이때 제 1 위치결정블록(196a)에는 위치조정볼트(198)가 체결되는 위치조정공(199)이 형성된다. 위치조정공(199)은 제 1 위치결정블록(196a)의 타측에서부터 위치 조절홈(197) 까지 연장되며, 위치조정공(199)의 내주면 상에는 위치조정볼트(198)에 형성된 수나사가 맞물리는 암나사가 형성된다. 즉, 제 2 위치결정블록(196b)의 위치를 미세 조정하기 위해서는, 우선 제 2 위치결정블록(196b)이 움직일 수 있도록 제 3 고정볼트(B3)를 푼 상태 하에서 위치조정볼트(198)를 회전시켜 제 2 위치결정블록(196b)의 위치를 미세 조절한 후, 제 2 위치결정블록(196b)이 고정되도록 제 3 고정볼트(B3)를 체결시킨다.

하기에는 전술한 바와 같이 형성된 포터블형 마찰 교반 접합 장치(100)의 사용 상태를 간략하게 설명한다.

두 장의 피접합물(W)의 접합부위를 서로 맞대어 접합하기 위해서는, 우선 어느 하나의 피접합물(W)을 출입공(134)을 통해 스테이지(112)의 상부 측으로 삽입시킨다. 이때 어느 하나의 피접합물(W)은 센터링 조절수단(190)에 인접하게 장착된 출입공(134)과 마주하는 또 다른 출입공(134)을 통해 스테이지(112)의 상부 측으로 삽입된다.

전술한 바와 같이 어느 하나의 피접합물(W)이 출입공(134)을 통해 스테이지(112)의 상부로 삽입되면, 센터링 조절수단(190)을 이용하여 삽입된 피접합물(W)의 접합부위를 스테이지(112)에 제공된 접합 작업위치(114)에 일치시킨다. 즉 위치결정부재(194)를 출입공(134)을 통해 삽입되는 피접합물(W)의 접합부위 단부와 마주하도록 선회시킨 상태 하에서 삽입되는 피접합물(W)을 제 2 위치결정블록(196b)의 연장단에 접촉시킴으로써 피접합물(W)의 접합부위가 접합 작업위치(114)에 일치된다. 이와 같이 어느 하나의 피접합물(W)의 접합부위에 대한 센터링 작업이 완료되면, 클램프(118)를 이용하여 피접합물(W)의 일단 및 타단 상부를 스테이지(112)에 고정시킨다.

한편, 어느 하나의 피접합물(W)이 스테이지(112)에 고정이 완료되면, 고정된 피접합물(W)과 접합될 또 다른 피접합물(W)을 센터링 조절수단(190)에 인접한 출입공(134)을 통해 삽입시킨다. 그리고 삽입되는 또 다른 피접합물(W)의 접합부위 단부를 스테이지(112)에 고정된 피접합물(W)의 접합부위 단부에 밀착시킨 후, 클램프(118)를 이용해 또 다른 피접합물(W)의 일단 및 타단 상부를 스테이지(112)에 고정시킨다. 이때 센터링 조절수단(190)에 인접한 출입공(134)을 통해 삽입되는 또 다른 피접합물(W)과 센터링 조절수단(190)이 서로 간섭되지 않게 센터링 조절수단(190)의 위치결정부재(194)는 피접합물(W)들의 일단 및 타단 외측을 향하도록 선회시킨다.

이와 같이 스테이지(112)의 상부에 접합할 피접합물(W)들이 접합부위가 밀착된 상태로 고정되면, 접합헤드(140)를 작동시켜 접합부위에 대한 접합 작업을 수행한다.

서로 맞대어진 접합부위에 대한 접합을 수행하기 위해서는, 우선 제 3 구동모터(182)를 작동시켜 마찰교반용 툴(T)이 장착된 스핀들(176)을 고속으로 회전시킨다. 그리고 제 1 구동모터(160)를 작동시켜 승강플레이트(154)를 하강시킨 후, 제 2 구동모터(166)를 작동시켜 접합헤드(140)를 이송시키는데, 이때 제 1 구동모터(160)에 의해 하강하는 승강플레이트(154)에 의해 고속으로 회전하는 마찰교반용 툴(T)은 접합부위 내부로 삽입되며, 이렇게 접합부위 내부로 삽입된 마찰교반용 툴(T)은 제 2 구동모터(166)의 작동에 의해 접합 작업위치(114)를 따라 안내되면서 접합부위에 대한 마찰 교반 접합을 수행하게 된다.

여기서 제 1 구동모터(160), 제 2 구동모터(166), 및 제 3 구동모터(182)는 컨트롤러(도시되지 않음)와 전기적으로 연결되어 컨트롤러에 의해 제어됨을 누구나 알 수 있을 것이다.

이와 같이 형성된 본 발명에 따른 포터블형 마찰 교반 접합 장치(100)는 전체적인 크기가 축소되고, 기구적인 구성을 간소화함으로써, 점유 공간을 줄 일 수 있기 때문에 협소한 작업 공간에서 사용이 가능하여 작업장의 공간 활용의 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 분해 작업 없이 이동시킬 수 있게 한다.

또한, 본 발명에 따른 포터블형 마찰 교반 접합 장치(100)는 센터링 조절수단(190)을 포함함으로써, 피접합물(W)들의 접합부위가 스테이지(112)에 제공된 접합 작업위치(114)를 따라 위치되게 한다.

상기와 같은 포터블형 마찰 교반 접합 장치(100)은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.

100 : 포터블형 마찰 교반 접합 장치 110 : 베드
112 : 스테이지 114 : 접합 작업위치
118 : 클램프 130 : 가이드수단
132 : 가이드 프레임 134 : 출입공
138 : 보조 다리블록 140 : 접합헤드
142 : 이동수단 144 : 지지프레임
154 : 승강플레이트 160 : 제 1 구동모터
166 : 제 2 구동모터 174 : 스핀들 어셈블리
176 : 스핀들 182 : 제 3 구동모터
190 : 센터링 조절수단 192 : 고정부재
194 : 위치결정부재 198 : 위치조정볼트

Claims

피접합물들의 접합부위가 서로 맞대어지게 올려지는 스테이지와, 상기 스테이지에 올려진 상기 피접합물들의 일단 및 타단 상부를 가압하여 고정하는 다수의 클램프를 가지는 베드;
상기 스테이지의 상부면 양측에서 상기 스테이지의 길이방향을 따라 연장되는 한 쌍의 가이드 프레임과, 서로 마주하는 각각의 상기 가이드 프레임의 내측면 상에서 상기 가이드 프레임의 길이방향을 따라 연장되게 장착되는 한 쌍의 제 1 가이드 레일을 가지는 가이드수단; 및
접합부위에 대한 마찰교반용접을 수행하는 마찰교반 툴이 장착되는 스핀들 어셈블리와, 상기 스핀들 어셈블리를 승강 및 상기 가이드수단을 따라 이동시키는 이동수단을 가지는 접합헤드;를 포함하는 포터블형 마찰 교반 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 스테이지에는 상기 스테이지를 길이방향으로 양분하는 중심선을 따라 접합 작업위치가 형성되는 포터블형 마찰 교반 접합 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 클램프는,
상기 피접합물을 가압할 수 있도록 일부분이 상기 피접합물에 올려지는 가압블록; 및
상기 가압블록에 의해 상기 피접합물이 가압되도록 상기 가압블록을 관통하여 상기 스테이지에 체결되는 가압볼트;를 포함하며,
상기 가압블록에는 상기 가압볼트의 축부 및 나사부가 관통될 수 있도록 상기 가압블록의 길이방향을 따라 관통장공이 형성되고, 상기 가압볼트는 상기 스테이지의 일단 측에서부터 상기 스테이지의 타단 측으로 형성되는 체결공에 체결되는 포터블형 마찰 교반 접합 장치.
청구항 1에 있어서,
각각의 상기 가이드 프레임과 상기 스테이지 사이에는 접합하고자 하는 상기 피접합물들, 또는 서로 접합된 접합물이 출입하는 출입공이 형성되는 포터블형 마찰 교반 접합 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 출입공은 각각의 상기 가이드 프레임의 양단에 인접한 하부면에 형성되고 각각의 상기 가이드 프레임을 상기 스테이지의 상부면에서 이격시키면서 상기 스테이지에 고정 장착되는 다리부에 의해서 형성되는 포터블형 마찰 교반 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 가이드수단은,
상기 가이드 프레임을 지지하는 보조 다리블록;을 더 포함하며,
상기 보조 다리블록은 상기 출입공 상에 배치되어 인접한 가이드 프레임에 나사 결합되는 포터블형 마찰 교반 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 이동수단은,
한 쌍의 가이드 프레임 사이에 배치되는 바닥플레이트와, 상기 바닥플레이트의 상부에 이격 배치되는 천장플레이트, 및 상기 바닥플레이트와 상기 천장플레이트의 모서리부분을 수직하게 연결하는 다수의 지지바를 가지면서 상기 가이드수단의 길이방향을 따라 안내되는 지지 프레임;
수평하게 배치되고 일측이 상기 바닥플레이트 및 상기 천장플레이트 외측으로 노출되도록 상기 바닥플레이트와 상기 천장플레이트 사이에 배치되면서 각각의 상기 지지바에 슬라이딩 가능하게 끼워지는 승강플레이트;
상기 천장플레이트의 상부면 상에 장착되어 상기 승강플레이트를 승강시키는 제 1 구동모터; 및
어느 하나의 상기 가이드 프레임의 상부면 상으로 노출되도록 상기 바닥플레이트에서 수직하게 연장된 브라켓에 장착되어 상기 지지 프레임을 상기 가이드 프레임의 길이방향을 따라 이동시키는 제 2 구동모터;를 포함하며,
상기 재 1 구동모터의 회전축에는 상기 승강플레이트에 장착된 너트블록에 관통 체결됨과 아울러 상기 천장플레이트 및 상기 바닥플레이트에 회전 가능하게 지지되는 볼 스크루축이 장착되며,
상기 제 2 구동모터의 회전축에는 피니언이 장착되고, 상기 제 2 구동모터에 인접한 상기 가이드 프레임의 상부면 상에는 상기 피니언이 맞물리는 랙이 상기 가이드 프레임의 길이 방향을 따라 형성되는 포터블형 마찰 교반 장치.
청구항 7에 있어서,
상기 바닥플레이트의 하부면 양측에는 한 쌍의 상기 제 1 가이드 레일에 슬라이딩 가능하게 장착되는 한 쌍의 제 1 가이드 블록이 장착되는 포터블형 마찰 교반 장치.
청구항 7에 있어서,
상기 지지바들에는 상기 지지바의 수직한 길이방향을 따라 제 2 가이드 레일이 장착되며, 상기 승강플레이트의 상부면 상에는 각각의 상기 제 2 가이드 레일에 슬라이딩 가능하게 장착되는 제 2 가이드 블록들이 장착되는 포터블형 마찰 교반 장치.
청구항 7에 있어서,
상기 스핀들 어셈블리는,
상부에 인접한 외주면이 상기 승강플레이트에 장착되고 하부는 상기 승강플레이트 및 상기 바닥플레이트를 관통하여 연장되는 수직한 원통형상의 스핀들 하우징 내에 수직하게 배치됨과 아울러 회전가능하게 지지되는 스핀들; 및
상기 바닥플레이트 및 상기 천장플레이트의 일측 외부로 노출된 상기 승강플레이트의 상부면 상에 장착되며, 회전축이 동력전달수단에 의해 상기 스핀들 하우징의 상부로 노출된 상기 스핀들의 상부와 연결되는 제 3 구동모터;를 포함하는 포터블형 마찰 교반 장치.
청구항 10에 있어서,
상기 스핀들 하우징의 하부로는 상기 스핀들의 하부에 장착되는 척이 장착되며, 상기 척에는 상기 접합 작업위치와 마주하도록 상기 마찰교반용 툴이 장착되는 포터블형 마찰 교반 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 포터블형 마찰 교반 접합 장치는,
상기 피접합물들의 접합부위가 상기 스테이지에 제공된 접합 작업위치를 따라 위치되게 하게는 센터링 조절수단;을 더 포함하며,
상기 센터링 조절수단은,
수직하게 연장된 형상을 가지면서 상기 스테이지의 일측면 상에 배치되는 제 1 고정블록와, 상기 스테이지의 상부면 상에 배치되도록 상기 제 1 고정블록의 상부에 일체로 형성되는 제 2 고정블록를 가지는 고정부재; 및
상기 접합 작업위치의 길이방향 측으로 선회되도록 일단이 상기 제 2 고정블록에 선회가능하게 장착되는 제 1 위치결정블록과, 상기 제 1 위치결정블록에 장착되고 상기 피접합물에 대한 센터링 조절 시 상기 피접합물의 접착부위 단부에 밀착되는 제 2 위치결정블록을 가지는 위치결정부재;를 포함하는 포터블형 마찰 교반 장치.
청구항 12에 있어서,
상기 제 1 고정블록 및 상기 제 2 고정블록은 제 1 고정볼트 및 제 2 고정볼트에 의해 상기 스테이지의 일측면 및 상기 스테이지의 상부면에 고정 장착되며,
상기 스테이지의 일측면 상에는 상기 제 1 고정볼트가 체결될 수 있도록 상기 스테이지의 일측면의 길이방향을 따라 다수의 제 1 고정공이 형성되고, 상기 스테이지의 상부면 상에는 상기 제 2 고정볼트가 체결될 수 있도록 상기 스테이지의 길이방향을 따라 다수의 제 2 고정공이 형성되는 포터블형 마찰 교반 장치.
청구항 12에 있어서,
상기 접합 작업위치와 마주하는 상기 제 1 위치결정블록의 연장단에 인접한 일측면 상에는 상기 제 2 위치결장블록이 슬라이딩 가능하게 끼워지는 위치 조절홈이 형성되고,
상기 제 2 위치결정블록에는 상기 접합 작업위치 측으로 연장되고 상기 제 3 고정볼트의 축부 및 나사부가 관통하는 고정장공이 형성되며, 상기 위치 조절홈의 바닥면 상에는 상기 제 3 고정볼트가 체결되는 제 3 고정공이 형성된 포터블형 마찰 교반 장치.
청구항 12에 있어서,
상기 제 2 위치결정블록의 연장단은 상기 피접합물에 대한 센터링 조절 시 상기 접합 작업위치와 동일 선상에 위치되는 포터블형 마찰 교반 장치.
청구항 12에 있어서,
상기 위치결정부재는,
상기 제 2 위치결정블록의 위치를 미세 조절하는 위치조정볼트;를 더 포함하며,
상기 위치조정볼트는,
상기 제 2 위치결정블록이 출입하는 상기 위치 조절홈의 열린 개구 대향하는 상기 제 1 위치결정블록의 타측으로부터 상기 위치 조절홈까지 연장되게 체결되어 상기 제 2 위치결정블록의 위치를 미세 조정하는 포터블형 마찰 교반 장치.