KR20160129899A - 마찰 교반 접합 장치 - Google Patents

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Abstract

마찰 교반 접합 장치(1)는, 워크(W) 간의 접합선(J)을 따라 연장되는 간극(3)을 형성한 한 쌍의 워크 정반(4)과, 간극(3)으로부터 상방으로 돌출된 마찰 교반 접합용 툴(6)을 회전 가능하게 구비한 접합 장치 본체(5)와, 접합 장치 본체(5)의 리니어 가이드 기구(10)와, 이동 장치(11)를 구비한다. 이동 장치(11)는, 간극(3)을 따르는 방향으로 연장되는 한 쌍의 핀 랙(12)을, 마찰 교반 접합용 툴(6)의 툴 이동 경로의 직하 위치를 대칭축으로 하는 폭방향 양측의 대칭 위치에 배치하고, 개별로 맞물리는 핀 기어(18)를 접합 장치 본체(5)에 회전 구동 가능하게 구비한 구성으로 한다. 핀 랙(12)과 핀 기어(18)의 세트끼리는, 서로의 핀(13) 및 이(齒)의 배치를 반피치 어긋나게 하여 접합 장치 본체(5)의 이동시에 교대로 맞물림이 강한 상태로 한다.

Description

마찰 교반 접합 장치{Friction stir welding device}
본 발명은, 워크 간의 접합선을 따라 마찰 교반 접합용 툴을 이동시켜 마찰 교반 접합을 행하는 마찰 교반 접합 장치에 관한 것이다.
본원은 2014년 4월 9일에 일본에 출원된 일본특허출원 2014-080120호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
마찰 교반 접합은, 마찰 교반 접합용 툴의 프로브(핀이라고도 부름)를 회전시키면서 워크끼리의 접합부에 삽입하고, 이 회전하는 프로브를 워크 간의 접합선의 전체길이에 걸쳐 이동시켜 접합하는 수법이다. 이에 의해, 이 워크의 접합부는 회전하는 프로브와 워크의 접촉에 의해 발생하는 마찰열에 의해 승온되어 이 접합부 주변이 연화되고, 이 연화된 접합부 주변이 이 프로브의 회전에 따른 소성 유동에 의해 교반 혼합됨으로써, 이 프로브의 후방에서 워크의 접합부가 일체로 접합된다.
최근에 이 마찰 교반 접합은, 예를 들어 박판의 알루미늄재에 의한 워크의 접합을 중심으로 실제로 적용되어 있다.
마찰 교반 접합 장치의 하나의 형식으로서는, 워크를 접합하는 접합선의 길이보다 긴 가구(架構)와, 이 가구의 상측에 이 워크 간의 접합선을 따라 연장되는 간극을 형성시켜 설치된 한 쌍의 워크 정반을 구비하고, 이 한 쌍의 워크 정반 사이의 간극의 하방에는 이 간극으로부터 상방으로 돌출되는 마찰 교반 접합용 툴을 상단부에 장착하는 주축과, 이 주축을 회전시키는 구동 장치를 구비하는 접합 장치 본체가 배치되며, 또한 이 접합 장치 본체를 이 간극을 따라 이동 가능하게 지지하는 리니어 가이드 기구와, 이 접합 장치 본체를 이 간극을 따라 이동시키는 이동 장치가 구비된 구성이 종래 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
그런데, 마찰 교반 접합의 시공 중에는 회전하는 마찰 교반 접합용 툴의 프로브를 접합해야 할 워크의 접합부에 삽입시킨 상태로 접합선을 따라 이동시키기 때문에, 접합 장치 본체에는 마찰 교반 접합용 툴의 이동 방향과 반대 방향으로 작용하는 반력과, 이 마찰 교반 접합용 툴의 회전 방향과 반대인 회전 방향의 반력으로 이루어지는 큰 접합 반력이 작용한다.
이 큰 접합 반력의 영향을 받아 이 마찰 교반 접합용 툴의 이동 속도가 불균일해지거나 회전 방향의 흔들림이 발생하면, 워크 간의 접합선에 따른 마찰 교반 접합에서는 이 접합선의 길이방향의 전체길이에 걸쳐 균일한 접합 품질을 얻는 것이 어려워진다.
그 때문에, 접합 장치 본체의 이동 장치는 이 접합 장치 본체의 이동 방향의 강성이 높은 것이 요구됨과 아울러, 마찰 교반 접합용 툴을 중심으로 하는 회전 방향의 강성도 높은 것이 요구된다.
특허문헌 1: 국제특허출원공개 WO2012/060439호
본 발명은, 마찰 교반 접합용 툴을 장비한 접합 장치 본체를 워크 간의 접합선을 따라 이동시키는 접합 장치 본체용 이동 장치에 대해, 접합 장치 본체를 이동시키는 방향의 강성을 높일 수 있음과 아울러, 이 마찰 교반 접합용 툴을 중심으로 하는 회전 방향의 강성도 높일 수 있는 마찰 교반 접합 장치를 제공한다.
본 발명의 제1 태양은, 워크 간의 접합선을 따라 연장되는 간극을 형성하여 가구(架構) 상에 설치한 한 쌍의 워크 정반과, 접합 장치 본체와, 접합 장치 본체에 구비한 주축과, 간극으로부터 상방으로 돌출되는 배치로 주축의 상단부에 장착하는 마찰 교반 접합용 툴과, 접합 장치 본체에 구비한 주축의 회전용 구동 장치와, 접합 장치 본체를 간극을 따르는 방향으로 이동이 자유롭게 지지하는 리니어 가이드 기구와, 접합 장치 본체를 간극을 따르는 방향으로 이동시키는 이동 장치를 구비하고, 이동 장치는, 가구에서의 워크 정반의 하방에 간극과 평행한 방향으로 연장되도록 설치한 복수개의 랙과, 접합 장치 본체에 회전 가능하게 설치한 각 랙에 개별로 맞물리는 복수의 랙 맞물림용 기어를 구비하며, 복수의 랙 및 랙 맞물림용 기어의 세트 중에서 적어도 한 쌍의 랙 및 랙 맞물림용 기어의 세트를 접합 장치 본체의 이동에 따른 마찰 교반 접합용 툴의 툴 이동 경로의 직하(直下) 위치의 양측에 어떤 거리를 두고 배치하고, 또한 한 쌍의 랙 및 랙 맞물림용 기어의 세트끼리는, 서로의 이(齒)의 배치를 반피치 어긋나게 하여 설치한 구성을 갖는 마찰 교반 접합 장치이다.
본 발명의 제2 태양은, 제1 태양에 있어서, 서로의 이(齒)의 배치를 반피치 어긋나게 하여 배치한 한 쌍의 랙 및 랙 맞물림용 기어의 세트끼리는, 접합 장치 본체의 이동에 따른 마찰 교반 접합용 툴의 툴 이동 경로의 직하 위치를 대칭축으로 하는 대칭 위치에 배치되어 있다.
본 발명의 제3 태양은, 제1 또는 제2 태양에 있어서, 마찰 교반 접합용 툴의 프로브를 n회 대칭의 회전 대칭 형상으로 하고, 마찰 교반 접합 시공시의 마찰 교반 접합용 툴의 회전수의 x[rpm]와, 마찰 교반 접합 시공시의 마찰 교반 접합용 툴의 이동 속도 v[mm/s]를 기초로, 랙에서의 기어 맞물림 부재의 피치 t[mm]가 t>(600·v)/(n×x)의 식을 만족하도록 설정되어 있다.
본 발명에 의하면, 이하와 같은 우수한 효과를 발휘한다.
접합 장치 본체의 이동 장치에서의 접합 진행 방향에 관한 강성 및 마찰 교반 접합용 툴을 중심으로 하는 회전 방향의 강성을 높일 수 있다. 이에 의해, 접합 품질의 향상화를 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명의 마찰 교반 접합 장치의 일 실시형태를 나타내는 개략 평면도이다.
도 2는 도 1의 마찰 교반 접합 장치에서의 접합 장치 본체의 부분을 확대하여 나타내는 평면도이다.
도 3은 도 1의 마찰 교반 접합 장치에서의 접합 장치 본체의 부분을 확대하여 나타내는 절단 측면도이다.
도 4는 도 3의 A-A방향 단면도이다.
도 5a는 도 2의 접합 장치 본체의 이동 장치의 피니언과 핀 랙을 확대하여 나타내는 도 2의 B방향 단면도이다.
도 5b는 도 2의 접합 장치 본체의 이동 장치의 피니언과 핀 랙을 확대하여 나타내는 도 2의 C방향 단면도이다.
도 6a는 마찰 교반 접합용 툴의 프로브의 3회 대칭의 회전 대칭 형상을 나타내는 절단 평면도이다.
도 6b는 마찰 교반 접합용 툴의 프로브의 2회 대칭의 회전 대칭 형상을 나타내는 절단 평면도이다.
도 6c는 마찰 교반 접합용 툴의 프로브의 4회 대칭의 회전 대칭 형상을 나타내는 절단 평면도이다.
도 7a는 본 발명의 마찰 교반 접합에 의한 접합부를 나타내는 사진이다.
도 7b는 종래 기술의 마찰 교반 접합에 의한 접합부를 나타내는 사진이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태를 도면을 참조하여 설명한다.
도 1 내지 도 5a, 도 5b는 본 발명의 마찰 교반 접합 장치의 일 실시형태를 나타낸다.
본 발명의 마찰 교반 접합 장치는 도 1에 부호 1로 나타나고, 특허문헌 1에 나타난 마찰 교반 접합 장치와 마찬가지로 2개의 워크(W)를 접합하는 접합선(J)의 길이보다 긴 가구(2)의 상측에 한 쌍의 워크 정반(4)이, 워크(W) 간의 접합선(J)을 따라 연장되는 간극(3)이 형성된 상태로 설치되어 있다.
하나의 워크 정반(4)의 간극(3)이 형성된 부위의 하방에는, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 간극(3)으로부터 상방으로 돌출되는 마찰 교반 접합용 툴(6)을 상단부에 장착하고 있는 주축(7)과, 주축(7)을 회전시켜 주축(7)에 회전력을 발생시키는 구동 장치(8)와, 구동 장치(8)로부터의 회전력을 주축(7)에 전달하는 동력 전달 기구(9)를 구비한 접합 장치 본체(5)가 배치되어 있다.
접합 장치 본체(5)는, 간극(3)을 따르는 방향(도 1, 도 2, 도 3에서 화살표(x)를 따르는 방향)과 직교하는 수평 방향(이하, 폭방향이라고 함)의 양측부가 각각 간극(3)과 평행하게 연장되는 리니어 가이드 기구(10)를 통해 가구(2)에 지지되어 있다. 이에 의해, 접합 장치 본체(5)는 각 리니어 가이드 기구(10)를 통해 간극(3)과 평행하게 이동할 수 있다.
또한 본 발명의 마찰 교반 접합 장치(1)는, 접합 장치 본체(5)를 간극(3)을 따라 이동시키기 위한 이동 장치(11)를 구비한다.
이동 장치(11)에는, 가구(2)의 안쪽 바닥부에서의 간극(3)의 직하 위치를 사이에 두는 폭방향의 2개소에, 간극(3)과 평행한 방향으로 연장되는 2개의 랙(핀 랙)(12)이 평행하게 설치되어 있다. 이 2개의 핀 랙(12)의 배치 위치는, 접합 장치 본체(5)의 이동에 따라 마찰 교반 접합용 툴(6)이 이동하는 툴 이동 경로의 직하 위치를 대칭축으로 하여 툴 이동 경로의 직하 위치로부터 폭방향으로 같은 거리 떨어진 대칭 위치이다.
또한 2개의 핀 랙(12)은, 도 5a, 도 5b에 도시된 바와 같이, 길이방향으로 배열된 기어 맞물림 부재로서 기능하는 핀(13)의 위치를, 한쪽의 핀 랙(12)과 다른 쪽의 핀 랙(12)에서 서로 반피치 어긋나게 하여 설치되어 있다.
한편, 접합 장치 본체(5)에는, 워크(W) 간의 접합선(J)의 일단측으로부터 타단측으로 마찰 교반 접합을 진행시키는 접합 진행 방향(화살표(x) 방향)의 상류측 단부에 수평 방향으로 돌출되는 프레임(14)이 설치되어 있다. 프레임(14)에는, 기어 박스(15)(감속기)가 장착되어 있다.
기어 박스(15)는, 접합 진행 방향의 상류측 면에 입력축(15a)을 구비하고 있다. 입력축(15a)에는, 프레임(14)의 돌출 단부에 접합 진행 방향의 하류측으로 향하여 장착한 주행용 모터(16)의 출력축(16a)이 조인트(17)를 통해 접속되어 있다.
기어 박스(15)의 폭방향 양측에는, 동기(同期)하여 회전하는 한 쌍의 출력축(15b)이 설치되어 있다. 각 출력축(15b)은, 각 핀 랙(12)에 맞물리는 이(齒) 형상을 갖는 랙 맞물림용 기어(핀 기어)(18)가 장착되어 있다. 또, 각 핀 기어(18)는 도 5a, 도 5b에 도시된 바와 같이, 대응하는 핀 랙(12)의 핀(13)의 배치에 대응하여 둘레방향의 이(齒)의 배치를 서로 반피치 어긋나게 한 자세로 각 출력축(15b)에 장착되어 있다.
이상의 구성을 갖는 이동 장치(11)에 의하면, 주행용 모터(16)를 구동시켜 기어 박스(15)를 통해 각 핀 기어(18)를 도 3에서의 반시계방향으로 회전시킴으로써, 접합 장치 본체(5)를 2개의 핀 랙(12)을 따라 접합 진행 방향(화살표(x) 방향)으로 주행시킬 수 있다.
이 때, 각 핀 기어(18)는 도 5a에 도시된 바와 같이, 대응하는 한쪽의 핀 랙(12)에 대해서는 이(齒)뿌리부에서 접하고 있어 맞물림이 강한 자세와, 도 5b에 도시된 바와 같이, 대응하는 다른 쪽의 핀 랙(12)에 대해서는 이(齒) 끝부에서 접하고 있어 맞물림이 약한 자세를 교대로 취한다.
그러나, 이동 장치(11)의 폭방향 한쪽의 핀 기어(18)와 폭방향 다른 쪽의 핀 기어(18)는 둘레방향의 이(齒)의 배치가 반피치 만큼 어긋나 있기 때문에, 예를 들어 폭방향 한쪽의 핀 기어(18)가 도 5b와 같이 대응하는 핀 랙(12)에 대해 맞물림이 약해지는 자세일 때에는, 폭방향 다른 쪽의 핀 기어(18)는 도 5a와 같이 대응하는 핀 랙(12)에 대해 맞물림이 강한 자세가 된다.
이 상태로부터 각 핀 기어(18)가 둘레방향의 이(齒)의 배치의 반피치 만큼의 각도로 회전하면, 폭방향 다른 쪽의 핀 기어(18)는 대응하는 핀 랙(12)에 대해 도 5b와 같이 맞물림이 약한 자세가 되는 것임 대하여, 폭방향 한쪽의 핀 기어(18)는 대응하는 핀 랙(12)에 대해 도 5a와 같이 맞물림이 강한 자세가 된다.
그 후, 이동 장치(11)에서는 폭방향의 양측에 설치되어 있는 각 핀 기어(18)를 동기하여 회전시킴으로써, 폭방향 한쪽과 다른 쪽의 각 핀 기어(18)가, 대응하는 핀 랙(12)에 대해 맞물림이 강한 상태와 맞물림이 약한 상태를 교대로 취한다.
따라서, 이동 장치(11)는 2개의 핀 기어(18)가 핀 랙(12)에 대해 동시에 맞물림이 약한 상태가 되는 일은 없다. 이에 따라, 이 이동 장치(11)는 마찰 교반 접합의 시공을 위해 접합 장치 본체(5)를 접합 진행 방향(화살표(x) 방향)으로 이동시킬 때에 이 접합 진행 방향에 관한 강성을 높일 수 있다.
또한 각 핀 기어(18)가 대응하는 핀 랙(12)에 교대로 맞물림이 강한 상태로 맞물리는 위치는, 툴 이동 경로의 직하 위치를 대칭축으로 하는 대칭 위치이기 때문에, 접합 장치 본체(5)에 장비되어 있는 마찰 교반 접합용 툴(6)로부터의 거리는 동일하다. 이 때문에, 이동 장치(11)는 마찰 교반 접합의 시공시에 회전시킨 마찰 교반 접합용 툴(6)이 워크(W)로부터 받는 회전 방향의 반력을, 각 핀 기어(18)가 대응하는 핀 랙(12)에 교대로 맞물림이 강한 상태로 맞물리는 위치에서 순차적으로, 마찬가지의 모멘트로 받을 수 있으므로, 회전 방향의 반력을 받는 강성의 변동을 억제할 수 있다.
따라서, 이동 장치(11)는 마찰 교반 접합용 툴(6)을 중심으로 하는 회전 방향의 힘에 대한 강성도 높일 수 있다.
또, 본 발명자들은 본 발명의 마찰 교반 접합 장치(1)의 개발 과정에서 마찰 교반 접합에 관해 이하의 지견을 얻고 있다.
마찰 교반 접합용 툴(6)이 도 6a, 도 6b, 도 6c에 도시된 바와 같이 축심을 중심으로 하는 n회 대칭(n은 2 이상의 정수)의 회전 대칭 형상의 프로브(19)를 구비하고 있는 경우는, 마찰 교반 접합용 툴(6)의 회전수를 x[rpm]로 설정하여 마찰 교반 접합을 시공하면, 마찰 교반 접합용 툴(6)의 프로브(19) 전체가 워크(W) 내에 몰입되어 있는 상태이어도 접합 장치 본체(5)에는 (n×x)/60[Hz]의 진동이 발생하는 것이 판명되었다.
즉, 예를 들어 마찰 교반 접합용 툴(6)의 프로브(19)가 도 6a에 도시된 원기둥의 외주면 3곳을 모따기한 형상으로, 3회 대칭(n=3)의 회전 대칭 형상의 경우, 마찰 교반 접합용 툴(6)의 회전수를 x[rpm]로 설정하여 마찰 교반 접합을 시공하면, 접합 장치 본체(5)에는 3x/60[Hz]의 진동이 발생한다.
도 6b와 도 6c는, 2회 대칭(n=2)의 회전 대칭 형상과 4회 대칭(n=4)의 회전 대칭 형상의 예를 각각 나타낸다.
한편, 접합 장치 본체(5)의 이동 장치(11)에서는, 도 5a에 도시된 바와 같이 이동 장치(11)의 각 핀 랙(12)에서의 핀(13)의 배열 피치가 t[mm]인 경우, 마찰 교반 접합의 시공시의 마찰 교반 접합용 툴(6)의 접합 진행 방향으로의 이동 속도가 v[mm/s]로 설정되면, 이동 장치(11)에서 v/t[Hz]의 진동이 발생하기 쉽다.
이러한 지견에 기초하여, 본 발명의 마찰 교반 접합 장치(1)에서는, 마찰 교반 접합의 시공시에 이동 장치(11)에서 발생하는 진동의 주기(v/t[Hz])에 대해, 마찰 교반 접합용 툴(6)의 회전 대칭 형상에 기인하여 접합 장치 본체(5)에서 발생하는 진동의 주기((n×x)/60[Hz])가 10배 이상의 오더로 어긋나도록, 이동 장치(11)의 각 핀 랙(12)에서의 핀(13)의 배열 피치 t[mm]는 이하의 식으로 나타내는 조건을 만족하도록 선정되어 있다.
(v/t)×10<(n×x)/60
∴t>(10·v)×{60/(n×x)}=(600·v)/(n×x)
이러한 구성을 채용함으로써, 본 발명의 마찰 교반 접합 장치(1)는 접합 장치 본체(5)에서 발생하는 진동에 대해 이동 장치(11)에서 발생하는 진동이 공진하는 것을 억제하여, 이들 진동에 따른 전술한 이동 장치(11)의 접합 진행 방향에 관한 강성 및 마찰 교반 접합용 툴(6)을 중심으로 하는 회전 방향의 강성에의 영향을 저감시킨다.
또한 상기 공진을 보다 확실히 방지하여, 이동 장치(11)의 접합 진행 방향에 관한 강성 및 마찰 교반 접합용 툴(6)을 중심으로 하는 회전 방향의 강성에의 영향을 더욱 저감하기 위해서는, 접합 장치 본체(5)에서 발생하는 진동의 주기((n×x)/60[Hz])가 이동 장치(11)에서 발생하는 진동의 주기(v/t[Hz])의 정수 배가 되지 않도록 이하의 식으로 나타나는 조건도 만족하는 설정으로 하는 것이 바람직하다.
(v/t)×m≠(n×x)/60(m은 양의 정수)
워크(W)의 마찰 교반 접합의 시공이 종료된 후는, 이동 장치(11)에서 주행용 모터(16)의 반대방향으로의 운전에 의해 기어 박스(15)를 통해 각 핀 기어(18)를 도 3에서의 시계방향으로 회전 구동시킴으로써, 접합 장치 본체(5)를 접합 진행 방향(화살표(x) 방향)의 상류측으로 되돌릴 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 마찰 교반 접합 장치(1)에서는, 접합 장치 본체(5)의 이동 장치(11)에 대해 접합 진행 방향에 관한 강성 및 마찰 교반 접합용 툴(6)을 중심으로 하는 회전 방향의 강성을 높일 수 있다.
이 때문에, 마찰 교반 접합의 시공시에는, 접합 장치 본체(5)가 접합 진행 방향과 반대방향과, 마찰 교반 접합용 툴(6)의 회전 방향과 반대의 회전 방향으로 작용하는 큰 접합 반력을 받아도, 접합 장치 본체(5) 및 마찰 교반 접합용 툴(6)의 접합 진행 방향으로의 이동 속도가 불균일해지거나 회전 방향의 흔들림이 발생할 가능성을 방지할 수 있다. 따라서, 워크(W) 간의 접합선(J)에 따른 마찰 교반 접합의 시공에서는, 접합선(J)의 길이방향의 전체길이에 걸쳐 균일한 접합 품질을 얻을 수 있다.
여기서, 도 7a에 도시된 본 발명의 마찰 교반 접합에 의해 형성된 접합부와, 도 7b에 도시된 종래 기술의 마찰 교반 접합에 의해 형성된 접합부를 비교한다. 도 7a에서는, 도 7a의 오른쪽에서 왼쪽으로 향하여 마찰 교반 접합이 시행되어 있다. 도 7b에서는, 도 7b의 왼쪽에서 오른쪽으로 향하여 마찰 교반 접합이 시행되어 있다. 따라서, 도 7a, 도 7b 모두 마찰 교반 접합의 개시점 부근을 나타내고 있다. 도 7b의 마찰 교반 접합의 개시점 부근(도 7b의 왼쪽 끝 부근)의 접합부가 흐트러져 있다. 이는, 종래 기술에 의한 마찰 교반 접합에 의해 형성된 접합부에서는 마찰 교반 접합의 개시시에 접합 반력 변동의 영향을 받기 때문이다. 이에 반해, 도 7a의 마찰 교반 접합의 개시점 부근(도 7a의 오른쪽 끝 부근)의 접합부는 안정되어 있다. 따라서, 본 발명에 의한 마찰 교반 접합에 의해 형성된 접합부는 종래에 비해 우수한 접합 품질을 얻을 수 있는 것이 도 7a, 도 7b에 의해 확인할 수 있다.
또한, 이동 장치(11)는 랙으로서 기어 맞물림 부재로서의 핀(13)을 갖는 핀 랙(12)과, 랙 맞물림용 기어로서의 핀 기어(18)의 조합을 이용하므로, 큰 추진력을 얻을 수 있음과 아울러 맞물림의 정밀도를 용이하게 높일 수 있다.
또한 이동 장치(11)는 핀 기어(18)를 접합 장치 본체(5)에 대해 접합 진행 방향의 상류측에 배치하고 있으므로, 마찰 교반 접합의 시공시에는 회전되는 핀 기어(18)에 의해 발생시키는 추진력을, 접합 장치 본체(5)에 대해 누르는 방향으로 작용시켜, 접합 장치 본체(5)의 접합 진행 방향으로의 주행(이동)을 행할 수 있다. 이에 의해, 마찰 교반 접합의 시공시에는, 마찰 교반 접합용 툴(6)의 프로브(19)를 워크(W)에 몰입시킨 상태로 접합 진행 방향으로 이동시키기 위해 필요한 큰 추진력을 접합 장치 본체(5)에 용이하게 부여할 수 있다.
또, 본 발명은 상기 실시형태에만 한정되지 않고, 이동 장치(11)는 가구(2)에 3개 이상의 핀 랙(12)을 설치하고, 접합 장치 본체(5) 측에 각각의 핀 랙(12)과 맞물리는 3개 이상의 핀 기어(18)를 회전 가능하게 구비해도 된다. 이 경우, 적어도 2개 1세트의 핀 랙(12)이 마찰 교반 접합용 툴(6)의 툴 이동 경로의 직하 위치를 대칭축으로 하여, 이 툴 이동 경로로부터 폭방향으로 같은 거리씩 떨어진 대칭 위치에 배치되어 있는 것이 좋다.
이동 장치(11)는 큰 추진력을 얻음과 아울러 맞물림의 정밀도를 용이하게 높이기 위해 핀 랙(12)과 핀 기어(18)의 조합을 이용하는 것이 바람직하지만, 기어 맞물림 부재로서의 이(齒)를 갖는 랙과, 이 랙에 맞물리는 이(齒) 형상을 갖는 랙 맞물림용 기어로서 피니언 기어를 이용해도 된다.
접합 장치 본체(5)를 한 쌍의 워크 정반(4)의 사이에 마련한 간극(3)을 따라 이동이 자유롭게 안내 가능하면, 접합 장치 본체(5)와 가구(2)의 사이에 개재시키는 리니어 가이드 기구(10)의 배치나 수는 적절히 변경해도 된다.
마찰 교반 접합 장치(1)는, 각 워크 정반(4)의 상측에 각 워크 정반(4)에 놓이는 워크(W)를 위치 고정하기 위한 워크 고정 장치를 구비해도 된다.
마찰 교반 접합용 툴(6)의 프로브(19)는, 도 6a, 도 6b, 도 6c에 예시한 것 이외에 1회 대칭의 회전 대칭 형상이나 5회 대칭 이상의 n회 대칭의 회전 대칭 형상으로도 된다.
그 밖에 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 변경을 가해도 된다.
본 발명에 의한 마찰 교반 접합 장치에 의하면, 접합 장치 본체의 이동 장치에서의 접합 진행 방향에 관한 강성 및 마찰 교반 접합용 툴을 중심으로 하는 회전 방향의 강성을 높일 수 있다. 이에 의해, 접합 품질의 향상화를 도모할 수 있다.
1 마찰 교반 접합 장치, 2 가구, 3 간극, 4 워크 정반, 5 접합 장치 본체, 6 마찰 교반 접합용 툴, 7 주축, 8 구동 장치, 10 리니어 가이드 기구, 11 이동 장치, 12 핀 랙(랙), 18 핀 기어(랙 맞물림용 기어), W 워크, J 접합선

Claims (4)

  1. 워크 간의 접합선을 따라 연장되는 간극을 형성하여 가구(架構) 상에 설치한 한 쌍의 워크 정반과, 접합 장치 본체와,
    상기 접합 장치 본체에 구비한 주축과,
    상기 간극으로부터 상방으로 돌출되는 배치로 상기 주축의 상단부에 장착하는 마찰 교반 접합용 툴과,
    상기 접합 장치 본체에 구비한 상기 주축의 회전용 구동 장치와,
    상기 접합 장치 본체를 상기 간극을 따르는 방향으로 이동이 자유롭게 지지하는 리니어 가이드 기구와,
    상기 접합 장치 본체를 상기 간극을 따르는 방향으로 이동시키는 이동 장치를 구비하고,
    상기 이동 장치는, 상기 가구에서의 상기 워크 정반의 하방에 상기 간극과 평행한 방향으로 연장되도록 설치한 복수개의 랙과, 상기 접합 장치 본체에 회전 가능하게 설치한 상기 각 랙에 개별로 맞물리는 복수의 랙 맞물림용 기어를 구비하며,
    상기 복수개의 랙 및 상기 복수의 랙 맞물림용 기어의 세트 중에서 적어도 한 쌍의 랙 및 랙 맞물림용 기어의 세트를, 상기 접합 장치 본체의 이동에 따른 상기 마찰 교반 접합용 툴의 툴 이동 경로의 직하(直下) 위치의 양측에 어떤 거리를 두고 배치하고, 또한 상기 한 쌍의 랙 및 상기 랙 맞물림용 기어의 세트끼리는, 서로의 이(齒)의 배치를 반피치 어긋나게 하여 설치한 구성을 갖는 마찰 교반 접합 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    서로의 이(齒)의 배치를 반피치 어긋나게 하여 배치한 한 쌍의 랙 및 랙 맞물림용 기어의 세트끼리는, 접합 장치 본체의 이동에 따른 마찰 교반 접합용 툴의 툴 이동 경로의 직하 위치를 대칭축으로 하는 대칭 위치에 배치하는 마찰 교반 접합 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    마찰 교반 접합용 툴의 프로브를 n회 대칭의 회전 대칭 형상으로 하고, 마찰 교반 접합 시공시의 마찰 교반 접합용 툴의 회전수의 x[rpm]와, 마찰 교반 접합 시공시의 마찰 교반 접합용 툴의 이동 속도 v[mm/s]를 기초로, 랙에서의 기어 맞물림 부재의 피치 t[mm]를 t>(600·v)/(n×x)의 식을 만족하도록 설정한 마찰 교반 접합 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    마찰 교반 접합용 툴의 프로브를 n회 대칭의 회전 대칭 형상으로 하고, 마찰 교반 접합 시공시의 마찰 교반 접합용 툴의 회전수의 x[rpm]와, 마찰 교반 접합 시공시의 마찰 교반 접합용 툴의 이동 속도 v[mm/s]를 기초로, 랙에서의 기어 맞물림 부재의 피치 t[mm]를 t>(600·v)/(n×x)의 식을 만족하도록 설정한 마찰 교반 접합 장치.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7019161B2 (ja) * 2017-03-17 2022-02-15 国立大学法人大阪大学 摩擦攪拌接合用ツール

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012060439A1 (ja) 2010-11-04 2012-05-10 株式会社Ihi 摩擦撹拌接合装置

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01261533A (ja) 1987-12-07 1989-10-18 Nissan Motor Co Ltd Ｖベルト式無段変速機
US5070792A (en) * 1990-04-09 1991-12-10 Gullco International Limited Multi-position travelling carriage with flexible track
JP2000061658A (ja) 1998-08-24 2000-02-29 Hitachi Ltd 摩擦攪拌接合方法
JP4209537B2 (ja) 1999-04-19 2009-01-14 昭和電工株式会社 摩擦攪拌接合装置
JP3400744B2 (ja) 1999-05-11 2003-04-28 昭和電工株式会社 中空材の製造方法
US6237835B1 (en) * 2000-02-29 2001-05-29 The Boeing Company Method and apparatus for backing up a friction stir weld joint
JP4146177B2 (ja) 2002-07-02 2008-09-03 株式会社リコー 光走査装置および画像形成装置
US7532227B2 (en) 2002-07-02 2009-05-12 Ricoh Company, Ltd. Optical scanner and image forming apparatus
JP4438409B2 (ja) 2003-12-24 2010-03-24 川崎重工業株式会社 摩擦撹拌接合装置
JP4745729B2 (ja) * 2005-06-21 2011-08-10 川崎重工業株式会社 摩擦撹拌接合装置
CN100569429C (zh) * 2007-11-13 2009-12-16 谢里阳 双螺旋环行搅拌摩擦无匙孔点焊方法及装置
DE102011114924A1 (de) * 2011-10-06 2013-04-11 Airbus Operations Gmbh Bewegbare Fügeeinrichtung zum Verbinden von Strukturbauteilen eines Luftfahrzeuges

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012060439A1 (ja) 2010-11-04 2012-05-10 株式会社Ihi 摩擦撹拌接合装置

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