KR20160019999A

KR20160019999A - 포터블형 마찰교반접합 장치

Info

Publication number: KR20160019999A
Application number: KR1020140104251A
Authority: KR
Inventors: 김주호; 노중석; 김동규; 주영환; 정윤철
Original assignee: (주)태광테크
Priority date: 2014-08-12
Filing date: 2014-08-12
Publication date: 2016-02-23
Also published as: KR101616753B1

Abstract

본 발명은 기구적인 구성을 간소화하면서 접합헤드의 진행거리를 선택적으로 연장시킬 수 있게 하는 포터블형 마찰교반접합 장치에 관한 것으로, 피접합물의 맞대어진 접합부위를 마찰교반접합 방식으로 접합하는 접합헤드부; 상부면 상에 피접합물들의 접합부위가 맞대어지도록 고정시키는 제 1 베드, 및 제 1 베드에 형성되어 마찰교반접합 시 접합부위를 따라 접합헤드부의 진행을 안내하는 한 쌍의 제 1 가이드프레임을 가지는 제 1 베이스; 및 접합부위의 길이가 제 1 베이스의 길이보다 긴 경우 일단이 제 1 베드의 타단에 연결되어 제 1 베드와 함께 피접합물을 고정시키는 제 2 베드, 및 제 2 베드에 형성됨과 아울러 일단이 제 1 가이드프레임의 타단과 연결되어 마찰교반접합 시 제 1 가이드프레임과 함께 접합헤드부의 진행을 안내하는 한 쌍의 제 2 가이드프레임을 가지는 제 2 베이스;를 포함한다.

Description

포터블형 마찰교반접합 장치{PORTABLE TYPE FRICTION STIR WELDING DEVICE}

본 발명은 포터블형 마찰교반접합 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기구적인 구성을 간소화하면서 접합헤드의 진행거리를 선택적으로 연장시킬 수 있게 하는 포터블형 마찰교반접합 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 접합기수로 널리 이용되고 있는 실정이다.

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 등록특호ㅓ 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 마찰교반접합 장치들을 다른 작업장으로 이동시키기 위해서는 장치를 분해하여 이동시킨 후, 다시 조립해야하기 때문에 장치의 이동이 원활하지 않을 뿐만 아니라 장치의 분해 및 조립을 위해 고도로 숙련된 작업자들이 요구되는 또 다른 문제점이 있었다.

게다가, 종래의 마찰교반접합 장치는 마찰교반접합 툴(tool)이 장착된 접합헤드의 진행거리가 일정하게 한정되어 제공되기 때문에 접합헤드의 진행거리보다 긴 접합대상물을 접합시키기 위해서는 별도로 장치를 제작하여야하는 또 다른 문제점이 있었다.

본 발명의 제 1의 목적은 기구적인 구성을 간소화함으로써, 협소한 작업 공간 내에서 사용이 가능할 뿐만 아니라 작업장의 공간 활용도를 높일 수 있게 함과 동시에 분해 작업 없이 장비를 이동시킬 수 있게 하는 포터블형 마찰교반접합 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 제 2의 목적은 마찰교반접합 툴(tool)이 장착된 접합헤드의 진행거리를 선택적으로 연장시킬 수 있게 함으로써, 하나의 장비를 이용해 다양한 접합길이를 가지는 피접합물을 접합시킬 수 있게 하는 포터블형 마찰교반접합 장치를 제공하기 위한 것이다.

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

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 포터블형 마찰교반접합 장치는, 피접합물의 맞대어진 접합부위를 마찰교반접합 방식으로 접합하는 접합헤드부; 상부면 상에 피접합물들의 접합부위가 맞대어지도록 고정시키는 제 1 베드, 및 제 1 베드에 형성되어 마찰교반접합 시 접합부위를 따라 접합헤드부의 진행을 안내하는 한 쌍의 제 1 가이드프레임을 가지는 제 1 베이스; 및 접합부위의 길이가 제 1 베이스의 길이보다 긴 경우 일단이 제 1 베드의 타단에 연결되어 제 1 베드와 함께 피접합물을 고정시키는 제 2 베드, 및 제 2 베드에 형성됨과 아울러 일단이 제 1 가이드프레임의 타단과 연결되어 마찰교반접합 시 제 1 가이드프레임과 함께 접합헤드부의 진행을 안내하는 한 쌍의 제 2 가이드프레임을 가지는 제 2 베이스;를 포함한다.

구체적으로 제 1 베드는 평편한 판 형상을 가지면서 수평하게 연장되고, 상부면 상에는 제 1 베드를 길이방향으로 양분하는 가상의 중심선을 따라 제 1 접합 작업위치선이 형성되며, 제 2 베드는 평편한 판 형상을 가지면서 수평하게 연장되고, 상부면 상에는 제 1 접합 작업위치선과 이어지도록 제 2 베드를 길이방향으로 양분하는 가상의 중심선을 따라 제 2 접합 작업위치선이 형성된다.

구체적으로 제 1 가이드프레임은 제 1 베드의 상부면 양측에서 제 1 베드의 길이방향을 따라 수평하게 연장되며 상부면 상에는 제 1 가이드프레임의 길이방향을 따라 연장되는 제 1 가이드레일이 장착되고, 제 2 가이드프레임은 제 2 베드의 상부면 양측에서 제 2 베드의 길이방향을 따라 수평하게 연장되며 상부면 상에는 제 2 가이드프레임의 길이방향을 따라 연장되는 제 2 가이드레일이 장착된다.

여기서 각각의 제 2 가이드레일의 일단 측은 제 2 가이드프레임의 일단 외측으로 연장되며, 제 1 가이드레일은 제 2 가이드레일이 제 1 가이드프레임에 걸쳐질 수 있도록 제 1 가이드프레임의 길이보다 짧은 길이로 제공된다.

각각의 제 1 가이드프레임는 승강가능하게 상기 제 1 베드에 배치되며, 각각의 제 1 가이드프레임의 일단에는 각각 제 1 승강실린더가 장착되고, 각각의 제 1 가이드프레임의 타단에 인접한 외측면 상에는 각각 제 2 승강실린더가 장착되며, 각각의 제 1 승강실린더의 제 1 승강실린더로드의 연장단 및 각각의 제 2 승강실린더의 제 2 승강실린더로드의 연장단은 제 1 베드의 상부면 상에 고정된다.

또한 각각의 제 2 가이드프레임은 승강가능하게 제 2 베드에 배치되며, 각각의 제 2 가이드프레임의 일단과 인접한 제 1 가이드프레임의 타단은 플랜지이음 되고, 각각의 제 2 가이드프레임의 타단에는 제 3 승강실린더가 장착되며, 각각의 제 3 승강실린더의 제 3 승강실린더로드의 연장단은 제 2 베드의 상부면 상에 고정된다.

한편, 접합헤드부는, 접합부위에 대한 마찰교반접합을 수행하는 마찰교반 툴이 장착된 스핀들어셈블리; 및 스핀들어셈블리를 승강 및 제 1, 제 2 가이드프레임을 따라 이동시키는 이동수단;을 포함한다.

구체적으로 이동수단은, 바닥플레이트와, 바닥플레이트의 상부에 이격 배치되는 천장플레이트, 및 바닥플레이트와 천장플레이트의 모서리부분을 수직하게 연결하는 다수의 지지플레이트를 가지면서 제 1, 및 제 2 가이드프레임을 따라 안내되는 지지프레임; 바닥플레이트와 천장플레이트 사이에 배치됨과 아울러 바닥플레이트를 관통하여 승강할 수 있도록 각각의 지지플레이트에 슬라이딩 가능하게 끼워지는 승강프레임; 천장플레이트의 상부면 상에 장착되어 승강프레임을 승강시키는 제 1 구동모터; 및 어느 하나의 제 1 가이드프레임의 상부면 상으로 노출되도록 바닥플레이트에서 연장된 브라켓에 장착되어 지지프레임을 제 1, 제 2 가이드프레임을 따라 이동시키는 제 2 구동모터;를 포함하며, 제 1 구동모터의 회전축에는 승강프레임에 장착된 너트블록에 관통 체결됨과 아울러 천장플레이트 및 바닥플레이트에 회전 가능하게 지지되는 볼 스크루축이 장착되며, 제 2 구동모터의 회전축에는 피니언이 장착되고, 제 2 구동모터에 인접한 제 1, 제 2 가이드프레임의 상부면 상에는 피니언이 맞물리는 랙이 제 1, 제 2 가이드프레임의 길이방향을 따라 형성되고, 바닥플레이트의 하부면 양측에는 제 1, 제 2 가이드레일에 슬라이딩 가능하게 장착되는 한 쌍의 제 1 가이드블록이 장착된다.

구체적으로 스핀들 어셈블리는, 상부에 인접한 외주면이 승강프레임에 장착되고 하부는 승강프레임 및 바닥플레이트를 관통하여 연장되는 수직한 원통형상의 스핀들 하우징 내에 수직하게 배치됨과 아울러 회전가능하게 지지되는 스핀들; 및 승강프레임의 상부면 상에 장착되며, 회전축이 스핀들 하우징의 상부로 노출된 스핀들의 상부와 연결되는 제 3 구동모터;를 포함한다.

더 구체적으로 스핀들 하우징의 하부로는 스핀들의 하부에 장착되는 척이 장착되며, 척에는 마찰교반용 툴이 장착된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 포터블형 마찰교반접합 장치는, 전체적인 크기가 축소되기 때문에 협소한 작업 공간에서도 사용이 가능할 뿐만 아니라 작업장의 공간 활용도를 높일 수 있게 하는 이점이 있다.

또한 본 발명에 따른 포터블형 마찰교반접합 장치는, 기구적인 구성을 간소화함으로써, 분해 작업 없이 용이하게 장비를 이동시킬 수 있게 하는 이점이 있다.

게다가 본 발명에 따른 마찰교반접합 장치는, 접합헤드의 진행거리를 선택적으로 연장시킬 수 있기 때문에 하나의 장비를 이용해 다양한 접합길이를 가지는 피접합물을 접합시킬 수 있게 하는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 포터블형 마찰교반접합 장치를 나타낸 정면도이며,
도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 메인 베드에 보조 베드가 연결된 상태를 나타낸 도면이고,
도 4는 도 1에 도시된 접합헤드를 확대하여 나타낸 도면이며, 그리고
도 5는 도 1에 도시된 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 포터블형 마찰교반접합 장치를 나타낸 도면으로서, 본 발명에 따른 포터블형 마찰교반접합 장치(100)는 맞대어진 피접합물의 접합부위를 마찰교반접합 방식으로 접합하는 접합헤드부(150)와, 피접합물들의 접합부위가 서로 맞대어지도록 고정시키면서 마찰교반접합 시 접합부위를 따라 접합헤드부(150)의 진행을 안내하는 제 1 베이스(110)를 포함한다.

또한 본 발명에 따른 포터블형 마찰교반접합 장치(100)는 접합부위의 길이가 제 1 베이스(110)의 길이보다 긴 경우 선택적으로 제 1 베이스(110)의 타단에 연결되어 제 1 베이스(110)와 함께 피접합물을 고정시키면서 접합부위를 따라 접합헤드부(150)의 진행을 안내하는 제 2 베이스(130)를 더 포함한다.

먼저, 제 1 베이스(110)는 상부면 상에 피접합물들의 접합부위가 맞대어지도록 고정하는 제 1 베드(112)와, 제 1 베드(112)에 형성되어 마찰교반접합 시 접합부위를 따라 접합헤드부(150)의 진행을 안내하는 한 쌍의 제 1 가이드프레임(116)을 포함한다.

제 1 베드(112)는 도시된 바와 같이 평편한 판 형상을 가지면서 수평하게 연장된다. 제 1 베드(112)의 상부면 상에는 제 1 베드(112)의 길이방향으로 양분하는 가상의 중심선을 따라 제 1 접합 작업위치선(114)이 형성되는데, 피접합물의 접합부위는 제 1 접합 작업위치선(114)을 따라 형성된다. 그리고 제 1 접합 작업위치선(114)의 양측으로는 피접합물의 일단 상부면과 타단 상부면을 가압 고정하는 클램프(도시되지 않음)가 제 1 베드(112) 상에 분리가능하게 고정 장착된다. 여기서 피접합물을 가압 고정하는 클램프(도시되지 않음)는 공지의 기술이므로 상세한 설명은 생략한다.

한 쌍으로 제공되는 제 1 가이드프레임(116)은 제 1 베드(112)의 상부면 양측에서 제 1 베드(112)의 길이방향을 따라 수평하게 연장된다. 그리고 각각의 제 1 가이드프레임(116)의 상부면 상에는 제 1 가이드프레임(116)의 길이방향을 따라 연장되는 제 1 가이드레일(118)이 장착된다. 이렇게 형성된 한 쌍의 제 1 가이드레일(118)에는 접합헤드부(150)가 슬라이딩 가능하게 안착되며, 접합헤드부(150)는 마찰교반접합 시 제 1 가이드레일(118)을 따라 진행된다.

한편, 각각의 제 1 가이드프레임(116)의 하부와 제 1 베드(112)의 상부 사이로는 다양한 두께를 가지는 피접합물, 또는 마찰교반접합을 통해 접합된 접합물이 출입하는데, 이렇게 피접합물, 또는 접합물이 출입할 수 있도록 제 1 가이드프레임(116)들은 승강 가능하게 배치된다. 이를 위해서 각각의 제 1 가이드프레임(116)의 일단에는 제 1 승강실린더(120)가 장착되고, 각각의 제 1 가이드프레임(116)의 타단에 인접한 외측면 상에는 제 2 승강실린더(122)가 장착된다. 이때 각각의 제 1 승강실린더(120)의 작동에 의해 연장 또는 수축되는 제 1 승강실린더로드(124)의 연장단은 제 1 베드(112)의 상부면 상에 고정되며, 마찬가지로 각각의 제 2 승강실린더(122)의 작동에 의해 연장 또는 수축되는 제 2 승강실린더로드(126)의 연장단은 제 1 베드(112)의 상부면 상에 고정된다. 그리고 어느 하나의 제 1 가이드프레임(116)에 장착된 제 1, 제 2 승강실린더(120, 122), 그리고 또 다른 제 1 가이드프레임(116)에 장착된 또 다른 제 1, 제 2 승강실린더(120, 122)는 서로 연동하여 작동하는데, 제 1, 제 2 승강실린더(120, 122)의 작동에 의해 제 1, 제 2 승강실린더로드(124, 126)가 연장되면 제 1, 제 2 승강실린더로드(124, 126)의 연장단이 제 1 베드(112)에 고정되어 있기 때문에 각각의 제 1 가이드프레임(116)은 제 1, 제 2 승강실린더(120, 122)와 함께 상승하게 된다. 반대로 제 1, 제 2 승강실린더(120, 122)의 작동에 의해 제 1, 제 2 승강실린더로드(124, 126)가 수축되면 각각의 제 1 가이드프레임(116)은 제 1, 제 2 승강실린더(120, 122)와 함께 하강하게 된다.

이와 같이 형성된 제 1 베이스(110)에는 접합헤드부(150)가 슬라이딩 가능하게 배치되며, 제 1 베이스(110)의 타단에는 선택적으로 제 2 베이스(130)가 연결될 수 있다.

도 2는 제 1 베이스에 제 2 베이스가 연결된 상태를 나타낸 것으로, 제 2 베이스(130)는 제 1 베이스(110)와 마찬가지로 상부면 상에 피접합물들의 접합부위가 맞대어지도록 고정시키는 제 2 베드(132)와, 제 2 베드(132)에 형성되어 마찰교반접합 시 접합부위를 따라 접합헤드부(150)의 진행을 안내하는 한 쌍의 제 2 가이드프레임(136)을 포함한다.

제 2 베드(132)는 제 1 베드(112)와 마찬가지로 평편한 판 형상을 가지면서 수평하게 연장된다. 이러한 제 2 베드(132)의 일단은 제 1 베드(112)의 타단과 맞대어지는데, 제 2 베드(132)의 상부면 상에는 제 1 접합 작업위치선(114)과 이어지는 제 2 접합 작업위치선(134)이 형성된다. 제 2 접합 작업위치선(134)은 제 1 접합 작업위치선(114)과 마찬가지로 제 2 베드(132)를 길이방향으로 양분하는 가상의 중심선을 따라 형성된다. 한편 제 2 접합 작업위치선(134)의 양측으로는 제 1 베드(112)에 제공되는 클램프(도시되지 않음)와 동일한 구성을 가지면서 제 2 베드(132) 측으로 연장된 피접합물의 타단 상부면을 가압하는 또 다른 클램프(도시되지 않음)가 제 2 베드(132)에 분리가능하게 고정 장착된다.

바람직하게는 제 2 베드(132)는 제 1 베드(112)의 길이보다 짧은 길이, 또는 제 1 베드(112)의 길이보다 긴 길이, 또는 제 1 베드(112)와 동일한 길이 중 어느 하나로 제공된다. 더욱 바람직하게는 제 2 베드(132)의 두께는 제 1 베드(112)의 두께와 동일한 두께로 제공된다.

한 쌍으로 제공되는 제 2 가이드프레임(136)은 제 2 베드(132)의 상부면 양측에서 제 1 베드(132)의 길이방향을 따라 수평하게 연장된다. 그리고 각각의 제 2 가이드프레임(136)의 상부면 상에는 제 2 가이드프레임(136)의 길이방향을 따라 연장되는 제 2 가이드레일(138)이 장착된다. 이렇게 형성된 각각의 제 2 가이드프레임(136)의 일단은 도시된 바와 같이 각각의 제 1 가이드프레임(116)과 연결되는데, 이때 제 2 가이드프레임(136)에 형성된 제 2 가이드레일(138)은 제 1 가이드레일(118)과 연결된다. 즉 제 2 가이드레일(138)이 제 1 가이드레일(118)에 연결됨으로써 접합헤드부(150)는 제 1 가이드레일(118)을 거쳐 제 2 가이드레일(138)을 따라 안내된다. 그리고 제 2 가이드레일(138)은 제 1 가이드프레임(116)에 상부에 걸쳐져 제 1 가이드레일(118)과 연결되는데, 이를 위해서 각각의 제 2 가이드레일(138)의 일단은 제 2 가이드프레임(136)의 일단 외측으로 연장되며, 제 1 가이드레일(118)은 제 2 가이드레일(138)이 제 1 가이드프레임(116)에 걸쳐질 수 있도록 제 1 가이드프레임(116)의 길이보다 짧은 길이로 제공된다.

한편, 한 쌍의 제 2 가이드프레임(136)은 제 1 가이드프레임(116)과 마찬가지로 승강 가능하게 배치된다. 이를 위해서 각각의 제 2 가이드프레임(136)의 일단과 각각의 제 1 가이드프레임(116)의 타단은 제 1, 제 2 가이드레일(118, 138)에 간섭되지 않게 플랜지이음(flange joint)되며, 각각의 제 2 가이드프레임(136)의 타단에는 제 1 승강실린더(120)와 연동하여 작동하는 제 3 승강실린더(140)가 장착된다.

다시 말해, 제 1 가이드프레임(116)의 타단과 제 2 가이드프레임(136)의 일단에는 제 1 플랜지(144) 및 제 2 플랜지(146)가 형성되는데, 이렇게 형성된 제 1 플랜지(144) 및 제 2 플랜지(146)는 제 2 베이스(130)를 제 1 베이스(110)에 연결 시 서로 접하게 되고, 서로 접하는 제 1 플랜지(144) 및 제 2 플랜지(146)는 볼트에 의해서 서로 연결된다. 그리고 각각의 제 3 승강실린더(140)에서 연장 또는 수축되는 제 3 승강실린더로드(142)의 연장단은 제 2 베드(132)의 상부면 상에 고정 장착되는데, 이렇게 장착된 제 3 승강실린더(130)는 제 1 승강실린더(120)와 연동하여 작동된다. 여기서 제 2 가이드프레임(136)을 승강시키는 제 3 승강실린더(130)의 작동은 제 1 승강실린더(120)의 작동과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다. 그리고 도 2 및 도 3에는 제 2 승강실린더(122)가 장착된 상태를 도시하였지만 제 2 베이스(130)가 제 1 베이스(110)에 연결될 경우 피접합물들, 또는 접합물의 출입을 위해 제 2 승강실린더(122)는 제 1 베드(112) 및 제 1 가이드프레임(116)에서 분리되는 것이 바람직하다.

도 4 및 도 5는 접합헤드를 나타낸 도면으로서, 접합헤드부(150)는 접합부위에 대한 마찰교반접합을 수행하는 마찰교반 툴(T)이 장착되는 스핀들 어셈블리(178)와, 스핀들 어셈블리(178)를 승강 및 이동시키는 이동수단(152)을 포함한다.

이동수단(152)은 제 1 베드(112) 및 제 2 베드(132)의 길이방향을 따라 안내되는 지지프레임(154)과, 지지프레임(152)에 승강가능하게 배치되는 승강프레임(164)과, 승강프레임(164)을 승강시키는 제 1 구동모터(164), 및 지지프레임(154)을 이동시키는 제 2 구동모터(172)를 포함한다.

지지프레임(154)은 수평한 사각의 판 형상을 가지면서 한 쌍의 제 1 가이드레일(118) 상부에 배치되는 바닥플레이트(156)와, 수평한 사각의 판 형상을 가지며 바닥플레이트(156)의 상부에 이격 배치되는 천장플레이트(158), 및 바닥플레이트(156)와 천장플레이트(158)의 모서리부분을 수직하게 연결하는 다수의 지지플레이트(160)를 포함한다. 이때 바닥플레이트(156)의 하부면 양측에는 한 쌍의 제 1 가이드레일(118) 및 제 2 가이드레일(136)에 슬라이딩 가능하게 장착되는 한 쌍의 제 1 가이드블록(162)이 장착된다.

승강프레임(164)은 바닥플레이트(156) 및 천장플레이트(158) 사이에 배치됨과 아울러 바닥플레이트(156)를 관통하여 승강할 수 있도록 각각의 지지플레이트(160)에 슬라이딩 가능하게 끼워진다. 그리고 제 1 구동모터(166)는 천장플레이트(158)의 상부면 상에 장착되는데, 제 1 구동모터(166)에는 수직한 볼 스크루축(168)이 장착된다. 볼 스크루축(168)은 승강프레임(164))에 장착된 너트블록(170)에 관통 체결됨과 아울러 천장플레이트(158) 및 바닥플레이트(156)에 회전 가능하게 지지된다. 이때 승강프레임(164)이 슬라이딩 가능하게 끼워진 지지플레이트(160)들에는 지지플레이트(160)의 수직한 길이방향을 따라 승강 가이드레일(165a)이 장착되며, 승강프레임(164)의 양측면 상에는 각각 승강 가이드레일(165a)에 슬라이딩 가능하게 장착되는 제 2 가이드블록(165b)들이 장착된다. 누구나 알 수 있듯이 볼 스크루축(168)은 통상의 커플링에 의해서 제 1 구동모터(166)의 회전축에 정역회전 가능하게 연결된다.

한편, 제 2 구동모터(172)는 어느 하나의 제 1 가이드프레임(116)의 상부면 상으로 노출되도록 바닥플레이트(156)의 일측에 장착된다. 즉 제 2 구동모터(172)는 바닥플레이트(156)에서 연장된 브라켓(173)에 장착된다. 이때 제 2 구동모터(172)의 회전축에는 피니언(174;pinion)이 장착되며, 제 2 구동모터(172)의 회전축에 인접한 제 1, 제 2 가이드프레임(116, 136)의 상부면 상에는 피니언(174)이 맞물리는 제 1, 제 2 랙(176a, 176b;rack)이 제 1, 제 2 가이드레일(118, 138)에 간섭되지 않게 제 1, 제 2 가이드프레임(118, 138)의 길이방향을 따라 형성된다. 이와 같이 형성된 이송수단(152)에는 스핀들 어셈블리(178)가 장착된다.

스핀들 어셈블리(178)는 스핀들(180), 및 스핀들(180)을 회전시키는 제 3 구동모터(186)를 포함한다.

스핀들(180)은 상부에 인접한 외주면이 승강프레임(164)에 장착되고 하부는 승강프레임(164) 및 바닥플레이트(156)를 관통하여 연장되는 수직한 원통형상의 스핀들 하우징(182) 내에 수직하게 배치됨과 아울러 회전가능하게 지지된다. 이때 바닥플레이트(156)를 관통하여 연장된 스핀들 하우징(182)의 하부로는 스핀들(180)의 하부에 장착되는 척(184;chuck)이 장착된다. 이렇게 스핀들(180)의 하부에 장착되는 척(184)에는 마찰교반용 툴(T)이 장착되는데, 이때 마찰교반용 툴(T)의 회전중심은 제 1, 제 2 베드(112, 132)에 제공되는 제 1, 제 2 접합 작업위치선(114, 134,)과 마주하게 배치된다.

한편, 제 3 구동모터(186)는 승강프레임(164)의 상부면 상에 장착된다. 승강프레임(164)에 장착되는 제 3 구동모터(186)는 스핀들(180)에 회전력을 전달하는데, 이를 위해서 제 3 구동모터(186)의 회전축은 스핀들 하우징(182)의 상부로 노출된 스핀들(180)의 상부와 연결된다. 누구나 알 수 있듯이 제 3 구동모터(186)의 회전축은 통상의 커플링에 의해서 스핀들(180)과 연결된다.

하기에는 전술한 바와 같이 형성된 포터블형 마찰교반접합 장치의 사용 상태를 간략하게 설명한다.

두 장의 피접합물의 접합부위를 서로 맞대어 접합하기 위해서는, 접합하고자 하는 두 장의 피접합물을 제 1 가이드프레임(116)과 제 1 베드(112) 사이로 삽입시킨다. 이때, 제 1 베드(112)에 제 2 베드(132)가 연결된 상태라면 제 2 승강실린더(122), 및 제 1 베드(112)의 타단 측에 제공되는 클램프(도시되지 않음)를 분리시킨 상태 하에서 제 1, 제 2 베드(112, 132)의 상부와 제 1, 제 2 메인 가이드프레임(116, 136) 사이로 접합하고자 하는 두 장의 피접합물을 삽입시킨다.

전술한 바와 같이 피접합물이 삽입되면, 삽입된 피접합물의 접합부위를 제 1 접합 작업위치선(114)과 일치시킨 후, 제 1 베드(112)에 제공되는 클램프(도시되지 않음)를 이용해 피접합물을 고정시킨다. 이때 제 1 베드(112)에 제 2 베드(132)가 연결된 상태라면 삽입된 피접합물의 접합부위를 제 1, 제 2 접합 작업위치선(114, 1134)과 일치시킨 후, 피접합물의 일단 상부면을 제 1 베드(112)의 시작단 측에 제공되는 클램프(도시되지 않음)를 이용해 고정시키고 피접합물의 타단 상부면을 제 2 베드(132)에 제공되는 또 다른 클램프(도시되지 않음)를 이용해 고정시킨다.

이와 같이 제 1 베드(112), 또는 제 1 베드(112)와 제 2 베드(132)에 접합할 피접합물들의 접합부위가 밀착된 상태로 고정되면, 접합헤드부(150)를 작동시켜 접합부위에 대한 접합 작업을 수행한다.

서로 맞대어진 접합부위에 대한 접합을 수행하기 위해서는, 우선 제 3 구동모터(186)를 작동시켜 마찰교반용 툴(T)이 장착된 스핀들(180)을 고속으로 회전시킨다. 그리고 제 1 구동모터(166)를 작동시켜 승강프레임(164)를 하강시킨 후, 제 2 구동모터(172)를 작동시켜 접합헤드부(150)를 이송시키는데, 이때 제 1 구동모터(166)에 의해 하강하는 승강프레임(164)에 의해 고속으로 회전하는 마찰교반용 툴(T)은 접합부위 내부로 삽입되며, 이렇게 접합부위 내부로 삽입된 마찰교반용 툴(T)은 제 2 구동모터(172)의 작동에 의해 제 1, 제 2 접합 작업위치선(114, 134)을 따라 안내되면서 접합부위에 대한 마찰교반접합을 수행하게 된다.

여기서 제 1 구동모터(166), 제 2 구동모터(172), 및 제 3 구동모터(186)는 컨트롤러(도시되지 않음)와 전기적으로 연결되어 컨트롤러에 의해 제어됨을 누구나 알 수 있을 것이다.

이와 같이 형성된 본 발명에 따른 포터블형 마찰교반접합 장치(1O0)는 전체적인 크기가 축소되기 때문에 협소한 작업 공간에서도 사용이 가능할 뿐만 아니라 작업장의 공간 활용도를 높일 수 있게 한다.

또한 본 발명에 따른 포터블형 마찰교반접합 장치(100)는, 기구적인 구성을 간소화함으로써, 분해 작업 없이 용이하게 장비를 이동시킬 수 있게 한다.

게다가 본 발명에 따른 마찰교반접합 장치(100)는, 접합헤드부(150)의 진행거리를 선택적으로 연장시킬 수 있기 때문에 하나의 장비를 이용해 다양한 접합길이를 가지는 피접합물(W)을 접합시킬 수 있게 한다.

상기와 같은 포터블형 마찰교반접합 장치(100)는 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 마찰교반접합 장치 110 : 제 1 베이스
112 : 제 1 베드 114 : 제 1 접합위치선
116 : 제 1 가이드프레임 118 : 제 1 가이드레일
120 : 제 1 승강실린더 122 : 제 2 승강실린더
130 : 제 2 베이스 132 : 제 2 베드
134 : 제 2 접합위치선 136 : 제 2 가이드프레임
138 : 제 2 가이드레일 140 : 제 3 승강실린더
150 : 접합헤드부 152 : 이동수단
154 : 지지프레임 156 : 바닥플레이트
158 : 천장플레이트 160 : 지지플레이트
164 : 승강프레임 166 : 제 1 구동모터
172 : 제 2 구동모터 178 : 스핀들 어셈블리
180 : 스핀들 186 : 제 3 구동모터

Claims

피접합물의 맞대어진 접합부위를 마찰교반접합 방식으로 접합하는 접합헤드부;
상부면 상에 상기 피접합물들의 접합부위가 맞대어지도록 고정시키는 제 1 베드, 및 상기 제 1 베드에 형성되어 마찰교반접합 시 접합부위를 따라 상기 접합헤드부의 진행을 안내하는 한 쌍의 제 1 가이드프레임을 가지는 제 1 베이스; 및
접합부위의 길이가 상기 제 1 베이스의 길이보다 긴 경우 일단이 상기 제 1 베드의 타단에 연결되어 상기 제 1 베드와 함께 상기 피접합물을 고정시키는 제 2 베드, 및 상기 제 2 베드에 형성됨과 아울러 일단이 상기 제 1 가이드프레임의 타단과 연결되어 마찰교반접합 시 상기 제 1 가이드프레임과 함께 상기 접합헤드부의 진행을 안내하는 한 쌍의 제 2 가이드프레임을 가지는 제 2 베이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 포터블형 마찰교반접합 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제 1 베드는 평편한 판 형상을 가지면서 수평하게 연장되고, 상부면 상에는 상기 제 1 베드를 길이방향으로 양분하는 가상의 중심선을 따라 제 1 접합 작업위치선이 형성되며,
상기 제 2 베드는 평편한 판 형상을 가지면서 수평하게 연장되고, 상부면 상에는 상기 제 1 접합 작업위치선과 이어지도록 상기 제 2 베드를 길이방향으로 양분하는 가상의 중심선을 따라 제 2 접합 작업위치선이 형성되는 것을 특징으로 하는 포터블형 마찰교반접합 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제 1 가이드프레임은 상기 제 1 베드의 상부면 양측에서 상기 제 1 베드의 길이방향을 따라 수평하게 연장되며 상부면 상에는 상기 제 1 가이드프레임의 길이방향을 따라 연장되는 제 1 가이드레일이 장착되고,
상기 제 2 가이드프레임은 상기 제 2 베드의 상부면 양측에서 상기 제 2 베드의 길이방향을 따라 수평하게 연장되며 상부면 상에는 상기 제 2 가이드프레임의 길이방향을 따라 연장되는 제 2 가이드레일이 장착되는 것을 특징으로 하는 포터블형 마찰교반접합 장치.
청구항 3에 있어서,
각각의 상기 제 2 가이드레일의 일단 측은 상기 제 2 가이드프레임의 일단 외측으로 연장되며, 상기 제 1 가이드레일은 상기 제 2 가이드레일이 상기 제 1 가이드프레임에 걸쳐질 수 있도록 상기 제 1 가이드프레임의 길이보다 짧은 길이로 제공되는 것을 특징으로 하는 포터블형 마찰교반접합 장치.
청구항 1에 있어서,
각각의 상기 제 1 가이드프레임는 승강가능하게 상기 제 1 베드에 배치되며,
각각의 상기 제 1 가이드프레임의 일단에는 각각 제 1 승강실린더가 장착되고, 각각의 상기 제 1 가이드프레임의 타단에 인접한 외측면 상에는 각각 제 2 승강실린더가 장착되며, 각각의 상기 제 1 승강실린더의 제 1 승강실린더로드의 연장단 및 각각의 제 2 승강실린더의 제 2 승강실린더로드의 연장단은 상기 제 1 베드의 상부면 상에 고정되는 것을 특징으로 하는 포터블형 마찰교반접합 장치.
청구항 5에 있어서,
각각의 상기 제 2 가이드프레임은 승강가능하게 상기 제 2 베드에 배치되며,
각각의 상기 제 2 가이드프레임의 일단과 인접한 상기 제 1 가이드프레임의 타단은 플랜지이음 되고,
각각의 상기 제 2 가이드프레임의 타단에는 제 3 승강실린더가 장착되며, 각각의 제 3 승강실린더의 제 3 승강실린더로드의 연장단은 상기 제 2 베드의 상부면 상에 고정되는 것을 특징으로 하는 포터블형 마찰교반접합 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 접합헤드부는,
접합부위에 대한 마찰교반접합을 수행하는 마찰교반 툴이 장착된 스핀들어셈블리; 및
상기 스핀들어셈블리를 승강 및 상기 제 1, 제 2 가이드프레임을 따라 이동시키는 이동수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 포터블형 마찰교반접합 장치.
청구항 7에 있어서,
상기 이동수단은,
바닥플레이트와, 상기 바닥플레이트의 상부에 이격 배치되는 천장플레이트, 및 상기 바닥플레이트와 상기 천장플레이트의 모서리부분을 수직하게 연결하는 다수의 지지플레이트를 가지면서 상기 제 1, 및 제 2 가이드프레임을 따라 안내되는 지지프레임;
상기 바닥플레이트와 상기 천장플레이트 사이에 배치됨과 아울러 상기 바닥플레이트를 관통하여 승강할 수 있도록 각각의 상기 지지플레이트에 슬라이딩 가능하게 끼워지는 승강프레임;
상기 천장플레이트의 상부면 상에 장착되어 상기 승강프레임을 승강시키는 제 1 구동모터; 및
어느 하나의 상기 제 1 가이드프레임의 상부면 상으로 노출되도록 상기 바닥플레이트에서 연장된 브라켓에 장착되어 상기 지지프레임을 상기 제 1, 제 2 가이드프레임을 따라 이동시키는 제 2 구동모터;를 포함하며,
상기 제 1 구동모터의 회전축에는 상기 승강프레임에 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 제 1, 제 2 가이드프레임의 상부면 상에는 상기 피니언이 맞물리는 랙이 상기 제 1, 제 2 가이드프레임의 길이방향을 따라 형성되고, 상기 바닥플레이트의 하부면 양측에는 상기 제 1, 제 2 가이드레일에 슬라이딩 가능하게 장착되는 한 쌍의 제 1 가이드블록이 장착되는 것을 특징으로 하는 포터블형 마찰교반접합 장치.
청구항 8에 있어서,
상기 스핀들 어셈블리는,
상부에 인접한 외주면이 상기 승강프레임에 장착되고 하부는 상기 승강프레임 및 상기 바닥플레이트를 관통하여 연장되는 수직한 원통형상의 스핀들 하우징 내에 수직하게 배치됨과 아울러 회전가능하게 지지되는 스핀들; 및
상기 승강프레임의 상부면 상에 장착되며, 회전축이 상기 스핀들 하우징의 상부로 노출된 상기 스핀들의 상부와 연결되는 제 3 구동모터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 포터블형 마찰교반접합 장치.
청구항 9에 있어서,
상기 스핀들 하우징의 하부로는 상기 스핀들의 하부에 장착되는 척이 장착되며, 상기 척에는 상기 마찰교반용 툴이 장착되는 것을 특징으로 하는 포터블형 마찰교반접합 장치.