KR20210038641A

KR20210038641A - 마찰 교반 접합 장치 및 그 운전 방법

Info

Publication number: KR20210038641A
Application number: KR1020217005822A
Authority: KR
Inventors: 료지 오하시; 요시타카 무라마츠; 나오키 타케오카; 타쿠야 후쿠다
Original assignee: 카와사키 주코교 카부시키 카이샤
Priority date: 2018-08-08
Filing date: 2019-08-07
Publication date: 2021-04-07
Also published as: JPWO2020032141A1; WO2020032141A1; CN112423929A

Abstract

알루미늄 부재(W1)와 아연 도금 강판 부재(W2)로 이루어지는 피접합물(W)을 마찰열로 연화시켜 접합하는 마찰 교반 접합 장치로서, 핀 부재(1)와, 원통형으로 형성되고, 핀 부재(1)가 내부에 삽통되고, 축선(Xr)을 따르는 방향으로의 진퇴 이동이 가능하도록 구성되어 있는 숄더 부재(2)와, 핀 부재(1)를 축선(Xr) 둘레로 회전시키고, 숄더 부재(2)를 회전시키지 않도록 구성되어 있는 회전 구동기(5)와, 핀 부재(1) 및 숄더 부재(2)를 축선(Xr)을 따라 진퇴 이동시키는 직동 구동기(4)를 구비하고, 알루미늄 부재(W1)가, 핀 부재(1)와 대향하도록 배치되어 있는 마찰 교반 접합 장치.

Description

마찰 교반 접합 장치 및 그 운전 방법

본 발명은 마찰 교반 접합 장치 및 그 운전 방법에 관한 것이다.

알루미늄 재료와 아연 도금 강판을 접합하는 마찰 점 접합 장치가 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조). 특허문헌 1에 개시되어 있는 마찰 점 접합 장치에서는, 회전 툴(tool)의 온도를 측정하기 위한 툴 온도 측정기와, 알루미늄 재료와 아연 도금 강판의 접합부의 온도를 측정하기 위한 재료 온도 측정기를 구비하고, 피드백 장치가, 툴 온도 측정기와 재료 온도 측정기의 온도 정보에 기초하여, 회전 툴을 회전시키는 서보 모터에 피드백 제어를 가하고 있다.

구체적으로는, 특허문헌 1에 개시되어 있는 마찰 점 접합 장치에서는, 툴의 선단의 거리를 알루미늄 재료 측에 0.1 ~ 0.3 mm의 범위로 유지하고, 또한, 알루미늄 재료와 아연 도금 강판의 접합부 온도를 320 ~ 350 ℃의 범위로 하여 접합부를 신생면(新生面)으로 하고, 접합부에 Fe와 Al의 금속간 화합물을 생성하면서 마찰 점 접합을 실시하고 있다.

일본 공개특허 특개2016-124002호 공보

그러나, 특허문헌 1에 개시되어 있는 마찰 점 접합 장치에서는, 2 개의 온도 측정기를 구비할 필요가 있어, 장치의 제조 코스트가 증가한다. 또한, 특허문헌 1에 개시되어 있는 마찰 점 접합 장치에서는, 온도 측정기로부터의 온도 정보에 기초하여, 피드백 제어를 수행할 필요가 있고, 또한, 툴의 선단의 위치를 소정의 범위로 유지하지 않으면 안 되기 때문에, 제어 프로그램이 복잡해져서, 아직 개선의 여지가 있었다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 간단한 구성으로, 알루미늄 부재와 아연 도금 강판 부재를 높은 강도로 접합할 수 있는, 마찰 교반 접합 장치 및 그 운전 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 종래의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 마찰 교반 접합 장치는, 알루미늄 부재와 아연 도금 강판 부재로 이루어지는 피접합물을 마찰열로 연화시켜 접합하는 마찰 교반 접합 장치로서, 원기둥형으로 형성되고, 축선 둘레의 회전과 상기 축선을 따르는 방향으로의 진퇴 이동이 가능하도록 구성되어 있는 핀 부재와, 원통형으로 형성되고, 상기 핀 부재가 내부에 삽통(揷通)되고, 상기 축선을 따르는 방향으로의 진퇴 이동이 가능하도록 구성되어 있는 숄더 부재와, 상기 핀 부재를 상기 축선 둘레로 회전시키고, 상기 숄더 부재를 상기 축선 둘레로 회전시키지 않도록 구성되어 있는 회전 구동기와, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재를 상기 축선을 따라 진퇴 이동시키는 직동 구동기를 구비하고, 상기 알루미늄 부재가, 상기 핀 부재와 대향하도록 배치되어 있다.

이에 따라서, 숄더 부재로부터 알루미늄 부재를 통한, 아연 도금 강판 부재로의 입열량을 저감시킬 수 있어서, 아연 용융을 억제할 수 있다. 따라서, 용융된 아연이, 알루미늄 부재에 침입하는 것을 억제할 수 있기 때문에, 아연과 알루미늄이 반응하여, 액화 균열이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 알루미늄 부재와 아연 도금 강판 부재를 높은 강도로 접합할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 마찰 교반 접합 장치의 운전 방법은, 알루미늄 부재와 아연 도금 강판 부재로 이루어지는 피접합물을 마찰열로 연화시켜 접합하는 마찰 교반 접합 장치의 운전 방법으로서, 상기 마찰 교반 접합 장치는, 원기둥형으로 형성되고, 축선 둘레의 회전과 상기 축선을 따르는 방향으로의 진퇴 이동이 가능하도록 구성되어 있는 핀 부재와, 원통형으로 형성되고, 상기 핀 부재가 내부에 삽통되고, 상기 축선을 따르는 방향으로의 진퇴 이동이 가능하도록 구성되어 있는 숄더 부재와, 상기 핀 부재를 상기 축선 둘레로 회전시키고, 상기 숄더 부재를 상기 축선 둘레로 회전시키지 않도록 구성되어 있는 회전 구동기와, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재를 상기 축선을 따라 진퇴 이동시키는 직동 구동기를 구비하고, 상기 알루미늄 부재가, 상기 핀 부재와 대향하도록 배치되고, 상기 핀 부재를 회전시키고, 또한, 상기 숄더 부재를 회전시키지 않은 상태에서, 상기 핀 부재의 선단부가 상기 피접합물의 피접합부를 압압(押壓)하도록, 상기 직동 구동기 및 상기 회전 구동기가 동작하는 (A)와, 상기 직동 구동기 및 상기 회전 구동기가 동작하여, 연화된 상기 아연 도금 강판 부재가, 연화된 상기 알루미늄 꽂히도록, 상기 핀 부재의 선단부를 미리 설정되어 있는 소정의 제1 위치에 도달시키는 (B)와, 상기 (B) 후, 상기 핀 부재를 회전시키고, 또한, 상기 숄더 부재를 회전시키지 않은 상태에서, 상기 핀 부재의 선단부를 상기 피접합부로부터 인발하도록, 상기 직동 구동기 및 상기 회전 구동기가 동작하는 (C)를 구비한다.

또한, 연화된 아연 도금 강판 부재가, 연화된 알루미늄 부재에 꽂히도록 하여, 앵커 효과가 얻어지므로, 피접합물의 인장 강도를 향상시킬 수 있다.

본 발명의 상기 목적, 다른 목적, 특징 및 이점은 첨부 도면 참조 하에, 이하의 바람직한 실시예의 상세한 설명으로부터 명확해진다.

본 발명에 따른 마찰 교반 접합 장치 및 그 운전 방법에 의하면, 간단한 구성으로, 알루미늄 부재와 아연 도금 강판 부재를 높은 강도로 접합할 수 있다.

도 1은 본 실시예 1에 따른 마찰 교반 접합 장치의 개략적인 구성을 도시하는 모식도이다.
도 2는 본 실시예 1에 따른 마찰 교반 접합 장치의 동작의 일례를 도시하는 플로우 차트이다.
도 3은 본 실시예 1에 따른 마찰 교반 접합 장치의 요부를 도시하는 모식도이다.
도 4는 본 실시예 2에 따른 마찰 교반 접합 장치의 개략적인 구성을 도시하는 모식도이다.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하면서 설명한다. 여기서, 이하에서는 모든 도면을 통해 동일 또는 대응하는 요소에는 동일한 참조 부호를 부여하고, 그 중복된 설명을 생략한다. 또한, 모든 도면에서, 본 발명을 설명하기 위해 필요한 구성 요소를 발췌하여 도시하고 있으며, 그 밖의 구성 요소에 대해서는 도시를 생략하는 경우가 있다. 또한, 본 발명은 다음의 실시예에 한정되지 않는다.

(실시예 1)

본 실시예 1에 따른 마찰 교반 접합 장치는, 알루미늄 부재와 아연 도금 강판 부재로 이루어지는 피접합물을 마찰열로 연화시켜서 접합하는 마찰 교반 접합 장치로서, 원기둥형으로 형성되고, 축선 둘레의 회전과 상기 축선에 따르는 방향으로의 진퇴 이동이 가능하도록 구성되어 있는 핀 부재와, 원통형으로 형성되고, 핀 부재가 내부에 삽통되어 있고, 축선을 따르는 방향으로의 진퇴 이동이 가능하도록 구성되어 있는 숄더 부재와, 핀 부재를 축선 둘레로 회전시키고, 숄더 부재를 축선 둘레로 회전시키지 않도록 구성되어 있는 회전 구동기와, 핀 부재 및 숄더 부재를 축선을 따라 진퇴 이동시키는 직동 구동기를 구비하고, 알루미늄 부재가, 핀 부재와 대향하도록 배치되어 있다.

또한, 본 실시예 1에 따른 마찰 교반 접합 장치에서는, 핀 부재의 선단부는, 숄더 부재의 선단부보다 돌출되도록 형성되어 있어도 좋다.

또한, 본 실시예 1에 따른 마찰 교반 접합 장치에서는, 핀 부재를 회전시키고, 또한, 숄더 부재를 회전시키지 않는 상태에서, 핀 부재의 선단부가 피접합물의 피접합부를 압압하도록, 직동 구동기 및 회전 구동기를 제어하는 (A)와, 직동 구동기 및 회전 구동기를 제어하여, 연화된 아연 도금 강판 부재가, 연화된 알루미늄 부재에 꽂히도록, 핀 부재의 선단부를 미리 설정되어 있는 소정의 제1 위치에 도달시키는 (B)와, (B) 후, 핀 부재를 회전시킨 상태에서, 핀 부재의 선단부를 피접합부로부터 인발하도록, 직동 구동기 및 회전 구동기를 제어하는 (C)를 실행하도록 구성되어 있는 제어 장치를 더 구비하여도 좋다.

또한, 본 실시예 1에 따른 마찰 교반 접합 장치에서는, 회전 구동기는, 모터와 모터의 회전 구동을 핀 부재에 전달하는 전달 기구를 구비하고, 전달 기구는 숄더 부재에 모터의 회전 구동을 전달하지 않도록 구성되어 있어도 좋다.

이하에서, 본 실시예 1에 따른 마찰 교반 접합 장치의 일례에 대해서, 도 1 ~ 도 3을 참조하여 상세하게 설명한다.

[마찰 교반 접합 장치의 구성]

도 1은 본 실시예 1에 따른 마찰 교반 접합 장치의 개략적인 구성을 도시하는 모식도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예 1에 따른 마찰 교반 접합 장치(100)는, 핀 부재(1), 숄더 부재(2), 공구 고정기(3), 직동 구동기(4), 회전 구동기(5), 받침 지지 부재(6), 받침 부재(7), 로봇(8) 및 제어 장치(110)를 구비하고, 피접합물(W)의 피접합부(Wa)를 마찰열로 연화시켜서, 접합하도록 구성되어 있다.

피접합물(W)은, 본 실시예 1에서는, 판상의 알루미늄 부재(W1)와 판상의 아연 도금 강판 부재(W2)로 구성되어 있다. 여기서, 본 실시예 1에서는 피접합물(W)을 판상의 알루미늄 부재(W1)와 판상의 아연 도금 강판 부재(W2)로 구성되어 있는 형태를 채용하였지만, 이에 한정되지 않고, 피접합물(W)(알루미늄 부재(W1)와 아연 도금 강판 부재(W2))의 형상은 임의이고, 예를 들어, 직육면체 모양도 좋고, 원호 형상으로 형성되어 있어도 좋다.

핀 부재(1), 숄더 부재(2), 공구 고정기(3), 직동 구동기(4) 및 회전 구동기(5)는, C 형 건(gun)(C 형 프레임)으로 구성된 받침 지지 부재(6)의 상부에 설치되어 있다. 또한, 받침 지지 부재(6)의 하부에는, 받침 부재(7)가 설치되어 있다. 핀 부재(1) 및 숄더 부재(2)와, 받침 부재(7)는 서로 대향하는 위치에서 받침 지지 부재(6)에 장착되어 있다. 받침 지지 부재(6)는, 로봇(8)의 선단에 장착되어 있다. 로봇(8)로서는, 수평 다관절형·수직 다관절형 등의 로봇을 채용할 수 있다.

여기서, 본 실시예 1에 따른 마찰 교반 접합 장치(100)는, 로봇(8)에 적용되는 경우에 한정되는 것이 아니고, 예를 들어, NC 공작 기계, 대형의 C 프레임 및 오토 리벳 등의 공지의 가공용 기기에 적용하여도 좋다.

또한, 본 실시예 1에서는, 받침 지지 부재(6)가 C 형 건으로 구성되어 있는 형태를 채용하였지만, 이에 한정되지 않는다. 받침 지지 부재(6)는, 핀 부재(1) 및 숄더 부재(2)를 진퇴 이동 가능하게 지지하는 동시에, 핀 부재(1) 및 숄더 부재(2)에 대향하는 위치에 받침 부재(7)를 지지할 수 있다면, 어떠한 구성으로 되어도 좋다.

받침 부재(7)는, 평판 형상으로 형성되어 있고, 피접합물(W)을 지지하도록 구성되어 있다. 여기서, 받침 부재(7)는, 마찰 교반 접합을 실시할 수 있도록 피접합물(W)을 적절하게 지지할 수 있는 것이면, 그 구성은 특별히 한정되지 않는다. 받침 부재(7)는, 예를 들어, 복수의 다양한 형상을 가지는 받침 부재가 별도로 준비되고, 피접합물(W)의 형상에 따라 교체할 수 있도록 구성되어 있어도 좋다.

핀 부재(1) 및 숄더 부재(2)는, 공구 고정기(3)에 의해 지지되고, 직동 구동기(4)에 의해, 상하 방향으로 진퇴 구동되도록 구성되어 있다. 직동 구동기(4)로서는, 예를 들어, 전기 모터(서보 모터)와 볼 스크류 또는 리니어 가이드 등을 이용하여도 좋고, 에어 실린더 등을 이용하여도 좋다.

또한, 핀 부재(1)는, 대략 원기둥형으로 형성되어 있고, 회전 구동기(5)에 의해, 핀 부재(1)의 축선(Xr) 둘레로 회전 가능하게 구성되어 있다. 회전 구동기(5)는, 모터(51)와 모터(51)의 회전 구동을 핀 부재(1)에 전달하는 전달 기구(52)를 구비하고 있다. 모터(51)로서는, 예를 들어, 전기 모터(서보 모터)를 사용하여도 좋다. 또한, 전달 기구(52)는, 숄더 부재(2)에 모터(51)의 회전 구동을 전달하지 않도록 구성되어 있다. 전달 기구(52)로서는, 공지의 기어 등에 의한 회전 전달 기구를 이용하여도 좋다.

여기서, 본 실시예 1에서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 전달 기구(52)는, 기계적으로, 핀 부재(1)에만 모터(51)로부터의 회전 구동을 전달하고, 숄더 부재(2)에는, 모터(51)로부터의 회전 구동을 전달하지 않도록 구성되어 있는 형태를 채용하였지만, 이에 한정되지 않는다. 전달 기구(52)는, 전기적으로, 핀 부재(1)에만 모터(51)로부터의 회전 구동을 전달하고, 숄더 부재(2)에는, 모터(51)로부터의 회전 구동을 전달하지 않도록 구성되어 있는 형태를 채용하여도 좋다.

여기에서, 「전기적으로」는, 전달 기구(52)에 전력(전류)이 공급되지 않음으로써, 전달 기구(52)가, 숄더 부재(2)에 모터(51)로부터의 회전 구동이 전달하지 않는 형태라도 좋다. 또한, 제어 장치(110)로부터 숄더 부재(2)로의 동작을 금지하는 전기 신호(제어 신호)가 전달 기구(52)에 출력됨으로써, 전달 기구(52)가, 숄더 부재(2)에 모터(51)로부터의 회전 구동이 전달하지 않는 형태가 되어도 좋다.

숄더 부재(2)는, 중공을 가지는 대략 원통형으로 형성되어 있고, 숄더 부재(2)의 중공 내에는, 핀 부재(1)가 내삽(內揷)되어 있다. 또한, 본 실시예 1에서는, 핀 부재(1)의 선단부(1a)가 숄더 부재(2)의 선단부(2a)보다 돌출되도록, 핀 부재(1) 및 숄더 부재(2)가 배치되어 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 숄더 부재(2)는, 회전 구동기(5)에 의해, 축선(Xr) 둘레로 회전하지 않도록 구성되어 있다.

여기서, 본 실시예 1에서는, 핀 부재(1) 및 숄더 부재(2)가, 직동 구동기(4)에 의해, 진퇴 이동 가능하게 구성되어 있는 형태를 채용하였지만, 이에 한정되지 않는다. 핀 부재(1) 및 숄더 부재(2)가 각각 독립적으로 진퇴 이동 가능하게 구성되어 있는 형태를 채용하여도 좋다.

제어 장치(110)는, 마이크로 프로세서, CPU 등의 연산 처리기와, ROM, RAM 등의 기억기를 구비하고 있다(미도시). 기억기에는, 기본 프로그램, 각종 고정 데이터 등의 정보가 기억되어 있다. 연산 처리기는, 기억 장치에 기억된 기본 프로그램 등의 소프트웨어를 읽어내어 실행함으로써, 직동 구동기(4), 회전 구동기(5) 및 로봇(8)의 각종 동작을 제어한다.

여기서, 제어 장치(110)는 집중 제어하는 단독의 제어 장치(110)로 구성되어 있어도 좋고, 서로 협력하여 분산 제어하는 복수의 제어 장치(110)에 의해 구성되어 있어도 좋다. 또한, 제어 장치(110)는, 마이크로 컴퓨터로 구성되어 있어도 좋고, MPU, PLC(Programmable Logic Controller), 논리 회로 등으로 구성되어 있어도 좋다.

[마찰 교반 접합 장치의 동작(마찰 교반 접합 장치의 운전 방법)]

다음으로, 본 실시예 1에 따른 마찰 교반 접합 장치(100)의 운전 방법에 대하여, 도 1 ~ 도 3을 참조하여 설명한다. 여기서, 이하의 동작은 제어 장치(110)의 연산 처리기가 기억기에 저장되어 있는 프로그램을 읽어내어 실행된다.

도 2는 본 실시예 1에 따른 마찰 교반 접합 장치의 동작의 일례를 도시하는 플로우 차트이다. 도 3은 본 실시예 1에 따른 마찰 교반 접합 장치의 요부를 도시하는 모식도이며, 마찰 교반 접합을 실행한 상태를 도시한다.

먼저, 작업자가 받침 부재(7)의 상면에 피접합물(W)을 올린다. 이어서, 작업자가 입력기(미도시)를 조작하여, 제어 장치(110)에 피접합물(W)의 접합 실행을 입력한다.

그리하면, 도 2에 도시된 바와 같이, 제어 장치(110)는, 회전 구동기(5)를 구동시켜, 핀 부재(1)를 소정의 회전수(예를 들어, 500 ~ 3000 rpm)로 회전시킨다(스텝(S101)). 이어서, 제어 장치(110)는, 핀 부재(1)를 회전시키고, 또한, 숄더 부재(2)를 회전시키지 않는 상태에서, 직동 구동기(4)를 구동시켜서, 핀 부재(1) 및 숄더 부재(2)를 진행시키고, 핀 부재(1)의 선단을 피접합물(W)의 피접합부(Wa)에 맞닿게 한다(스텝(S102)).

다음으로, 제어 장치(110)는, 핀 부재(1)의 선단부가 미리 설정되어 있는 소정의 제1 위치까지 이동하도록 직동 구동기(4)를 구동시킨다(스텝(S103)). 이 때, 제어 장치(110)는 핀 부재(1)가 미리 설정된 소정의 압압력(예를 들어, 4 kN ~ 70 kN)으로 피접합물(W)을 압압하도록 직동 구동기(4)를 제어한다.

여기서, 소정의 회전수 및 소정의 압압력은, 미리 실험 등에 의해, 적절하게 설정할 수 있다. 또한, 핀 부재(1)의 선단의 위치 정보는, 도시되지 않는 위치 검출기에 의해 검출되고, 제어 장치(110)에 출력된다.

여기서, 제1 위치는, 아연 도금 강판 부재(W2)의 알루미늄 부재(W1)와 맞닿는 면을 0%로 하고, 아연 도금 강판 부재(W2)의 받침 부재(7)와 맞닿는 면을 100%로 할 경우, 0% 보다 크고, 또한, 100% 미만 사이에서 임의로 설정되는 위치를 말한다. 여기서, 접합 강도를 향상시키는 관점에서, 제1 위치는, 아연 도금 강판 부재(W2)의 받침 부재(7)와 맞닿는 면에 가까운 것이 좋고, 25% 이상이라도 좋고, 50% 이상이라도 좋으며, 75% 이상이라도 좋고, 80% 이상이라도 좋으며, 90% 이상이라도 좋고, 95% 이상이라도 좋다.

이에 따라서, 핀 부재(1)가, 피접합물(W)의 피접합부(Wa)에 맞닿고, 핀 부재(1)의 선단부와 피접합부(Wa)와의 마찰에 의해, 마찰열이 발생하여, 피접합물(W)의 피접합부(Wa)가 연화되어, 소성 유동이 발생한다.

그리고, 도 3에 도시된 바와 같이, 핀 부재(1)의 선단부가, 피접합부(Wa)의 내부에 압입됨으로써, 아연 도금 강판 부재(W2)의 연화 부분인 제2 연화 부분(42)이 알루미늄 부재(W1)의 연화 부분인 제1 연화 부분(41)에 들어간다(꽂힌다).

이 때, 본 실시예 1에 따른 마찰 교반 접합 장치(100)에서는, 숄더 부재(2)가 회전하지 않기 때문에, 핀 부재(1) 및 숄더 부재(2)가 회전하도록 구성되어 있는, 종래의 마찰 교반 접합 장치에 비해서, 알루미늄 부재(W1)로의 입열량이 저감된다. 이에 따라서, 알루미늄 부재(W1)로부터 아연 도금 강판 부재(W2)로의 입열량을 줄일 수 있고, 아연의 용융을 억제할 수 있다.

따라서, 용융한 아연이, 알루미늄 부재(W1)에 침입하는 것을 억제할 수 있기 때문에, 아연과 알루미늄이 반응하여, 액화 균열이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 알루미늄 부재(W1)와 아연 도금 강판 부재(W2)를 높은 강도로 접합할 수 있다.

여기서, 본 명세서에서는, 제1 연화 부분(41)에 들어간 제2 연화 부분(42)을 앵커 부분이라고 칭한다.

다음으로, 제어 장치(110)는, 도시되지 않는 위치 검지기가 검지하는, 핀 부재(1)의 선단부의 위치 정보를 기초로, 핀 부재(1)의 선단부가, 제1 위치까지 도달했는지 여부를 판정한다(스텝(S104)). 제어 장치(110)는, 핀 부재(1)의 선단부가, 제1 위치까지 도달하지 않았다고 판정한 경우(스텝(S104)에서 No)에는, 핀 부재(1)의 선단부가, 제1 위치까지 도달할 때까지 스텝(S103) ~ 스텝(S104)의 각각의 처리를 실행한다. 한편, 제어 장치(110)는, 핀 부재(1)의 선단부가 제1 위치까지 도달하였다고 판정한 경우(스텝(S104)에서 Yes)에는, 스텝(S105)의 처리를 실행한다.

스텝(S105)에서는, 제어 장치(110)는, 핀 부재(1)를 회전시키고, 또한, 숄더 부재(2)를 회전시키지 않은 상태에서, 핀 부재(1)의 선단부를 피접합부(Wa)로부터 인발(핀 부재(1) 및 숄더 부재(2)의 선단부가 피접합물(W)의 표면으로부터 이격)되도록, 직동 구동기(4)를 구동시킨다. 그리고, 제어 장치(110)는, 핀 부재(1)의 선단부가 피접합부(Wa)로부터 인발되면, 핀 부재(1)의 회전을 정지하도록, 회전 구동기(5)를 정지시키고, 본 프로그램을 종료한다. 여기서, 복수의 피접합부(Wa)를 접합하는 경우에는, 제어 장치(110)는, 핀 부재(1)의 회전을 정지하지 않고, 다음의 피접합부(Wa)의 접합을 개시하도록 구성되어 있어도 좋다.

이와 같이 구성된, 본 실시예 1에 따른 마찰 교반 접합 장치(100)에서는, 피접합물(W)에 대해서, 마찰 교반 접합을 실행함으로써, 아연 도금 강판 부재(W2)의 제2 연화 부분(42)이, 알루미늄 부재(W1)의 제1 연화 부분(41)에 들어가고, 인장 전단에 대한 강도가 높아져서, 상대적으로 박리 강도도 높아지는 등 앵커 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 실시예 1에 따른 마찰 교반 접합 장치(100)에서는, 숄더 부재(2)가 회전하지 않도록 구성되어 있다. 이에 따라서, 숄더 부재(2)로부터, 알루미늄 부재(W1)를 통해, 아연 도금 강판 부재(W2)로의 입열량을 저감시킬 수 있어, 아연 용융을 억제할 수 있다.

따라서, 용융된 아연이 알루미늄 부재(W1)에 침입하는 것을 억제할 수 있기 때문에, 아연과 알루미늄이 반응하여, 액화 균열이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 알루미늄 부재(W1)와 아연 도금 강판 부재(W2)를 높은 강도로 접합할 수 있다.

(실시예 2)

본 실시예 2에 따른 마찰 교반 접합 장치는 실시예 1에 따른 마찰 교반 접합 장치에서, 회전 구동기가, 모터와, 모터의 회전 구동을 핀 부재 및 숄더 부재에 전달하는 전달 기구와, 숄더 부재로의 모터의 회전 구동의 전달을 블로킹하는 블록 기구를 구비한다.

이하에서, 본 실시예 2에 따른 마찰 교반 접합 장치의 일례에 대하여, 도 4를 참조하여 상세하게 설명한다.

[마찰 교반 접합 장치의 구성]

도 4는 본 실시예 2에 따른 마찰 교반 접합 장치의 개략적인 구성을 도시하는 모식도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예 2에 따른 마찰 교반 접합 장치(100)는, 실시예 1에 따른 마찰 교반 접합 장치(100)와 기본적인 구성은 동일하지만, 회전 구동기(5)의 구성이 다르다.

구체적으로는, 회전 구동기(5)는, 모터(51)와, 모터(51)의 회전 구동을 핀 부재(1) 및 숄더 부재(2)에 전달하는 전달 기구(52)와, 숄더 부재(2)로의 모터(51)의 회전 구동의 전달을 블록하는 블록 기구(53)를 구비한다. 전달 기구(52)는, 모터(51)의 회전 구동을 핀 부재(1)에 전달하는 제1 전달 기구(52a)와, 모터(51)의 회전 구동을 숄더 부재(2)에 전달하는 제2 전달 기구(52b)를 구비한다.

블록 기구(53)는, 기계적 또는 전기적으로, 핀 부재(1)에만 모터(51)의 회전 구동을 전달하고, 숄더 부재(2)에는, 모터(51)로부터의 회전 구동을 전달하지 않도록 구성되어 있어도 좋다.

여기서, 「기계적으로」는, 예를 들어, 블록 기구(53)가, 기어 등의 맞물림을 해제시킴으로써, 숄더 부재(2)에 모터(51)로부터의 회전 구동이 전달되지 않는 형태라도 좋다. 또한, 예를 들어, 블록 기구(53)가 기어 등의 회전을 정지시킴으로써, 숄더 부재(2)에 모터(51)로부터의 회전 구동이 전달되지 않는 형태라도 좋다.

또한, 「전기적으로」는, 예를 들어, 블록 기구(53)가, 전달 기구(52)에 전력(전류)을 공급하지 않음으로써, 전달 기구(52)로부터 숄더 부재(2)에 모터(51)로부터의 회전 구동이 전달되지 않는 형태라도 좋다. 또한, 예를 들어, 제어 장치(110)로부터 전달 기구(52)의 숄더 부재(2)로의 동작을 금지하는 전기 신호(제어 신호)가 전달 기구(52)에 출력됨으로써, 숄더 부재(2)에 모터(51)로부터의 회전 구동이 전달되지 않는 형태라도 좋다. 이 경우, 제어 장치(110)가 블록 기구(53)의 기능을 가지게 된다.

이와 같이 구성된 본 실시예 2에 따른 마찰 교반 접합 장치(100)에서도, 실시예 1에 따른 마찰 교반 접합 장치(100)와 동일한 작용 효과를 나타낸다.

상기 설명으로부터, 당업자에게는, 본 발명의 많은 개량이나 다른 실시예가 분명할 것이다. 따라서, 상기 설명은 예시로서만 해석되어야 하며, 본 발명을 실행하는 최선의 형태를 당업자에게 교시할 목적으로 제공된 것이다. 본 발명을 벗어나지 않고 그 구조 및/또는 기능의 상세를 실질적으로 변경할 수 있다. 또한, 상기 실시예에 개시되어 있는 복수의 구성 요소의 적절한 조합에 의해 다양한 발명을 형성할 수 있다.

본 발명의 마찰 교반 접합 장치 및 그 운전 방법은, 간단한 구성으로, 알루미늄 부재와 아연 도금 강판 부재를 높은 강도로 접합할 수 있기 때문에 유용하다.

1: 핀 부재
2: 숄더 부재
2a: 선단부
3: 공구 고정기
4: 직동 구동기
5: 회전 구동기
6: 지지 부재
7: 받침 부재
8: 로봇
41: 제1 연화 부분
42: 제2 연화 부분
51: 모터
52a: 제1 전달 기구
52b: 제2 전달 기구
52: 전달 기구
53: 블록 기구
100: 마찰 교반 접합 장치
110: 제어 장치
Xr: 축
W: 피접합물
Wa: 피접합부
W1: 알루미늄 부재
W2: 아연 도금 강판 부재

Claims

알루미늄 부재와 아연 도금 강판 부재로 이루어지는 피접합물을 마찰열로 연화시켜 접합하는 마찰 교반 접합 장치로서,
원기둥형으로 형성되고, 축선 둘레의 회전과 상기 축선을 따르는 방향으로의 진퇴 이동이 가능하도록 구성되어 있는 핀 부재와,
원통형으로 형성되고, 상기 핀 부재가 내부에 삽통되고, 상기 축선을 따르는 방향으로의 진퇴 이동이 가능하도록 구성되어 있는 숄더 부재와,
상기 핀 부재를 상기 축선 둘레로 회전시키고, 상기 숄더 부재를 상기 축선 둘레로 회전시키지 않도록 구성되어 있는 회전 구동기와,
상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재를 상기 축선을 따라 진퇴 이동시키는 직동 구동기를 구비하고,
상기 알루미늄 부재가, 상기 핀 부재와 대향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 접합 장치.
제1항에 있어서,
상기 핀 부재의 선단부는, 상기 숄더 부재의 선단부보다 돌출되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 접합 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 핀 부재를 회전시키고, 또한, 상기 숄더 부재를 회전시키지 않은 상태에서, 상기 핀 부재의 선단부가 상기 피접합물의 피접합부를 압압하도록, 상기 직동 구동기 및 상기 회전 구동기를 제어하는 (A)와,
상기 직동 구동기 및 상기 회전 구동기를 제어하여, 연화된 상기 아연 도금 강판 부재가, 연화된 상기 알루미늄에 꽂히도록, 상기 핀 부재의 선단부를 미리 설정되어 있는 소정의 제1 위치에 도달시키는 (B)와,
상기 (B) 후, 상기 핀 부재를 회전시키고, 또한, 상기 숄더 부재를 회전시키지 않은 상태에서, 상기 핀 부재의 선단부를 상기 피접합부로부터 인발하도록, 상기 직동 구동기 및 상기 회전 구동기를 제어하는 (C)를 실행하도록 구성되어 있는 제어 장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 접합 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 회전 구동기는, 모터와 상기 모터의 회전 구동을 상기 핀 부재에 전달하는 전달 기구를 구비하고,
상기 전달 기구는, 상기 숄더 부재에 상기 모터의 회전 구동을 전달하지 않도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 접합 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 회전 구동기는, 모터와, 상기 모터의 회전 구동을 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재에 전달하는 전달 기구와, 상기 숄더 부재로의 상기 모터의 회전 구동의 전달을 블록하는 블록 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 접합 장치.
알루미늄 부재와 아연 도금 강판 부재로 이루어지는 피접합물을 마찰열로 연화시켜 접합하는 마찰 교반 접합 장치의 운전 방법으로서,
상기 마찰 교반 접합 장치는,
원기둥형으로 형성되고, 축선 둘레의 회전과 상기 축선을 따르는 방향으로의 진퇴 이동이 가능하도록 구성되어 있는 핀 부재와,
원통형으로 형성되고, 상기 핀 부재가 내부에 삽통되고, 상기 축선을 따르는 방향으로의 진퇴 이동이 가능하도록 구성되어 있는 숄더 부재와,
상기 핀 부재를 상기 축선 둘레로 회전시키고, 상기 숄더 부재를 상기 축선 둘레로 회전시키지 않도록 구성되어 있는 회전 구동기와,
상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재를 상기 축선을 따라 진퇴 이동시키는 직동 구동기를 구비하고,
상기 알루미늄 부재가, 상기 핀 부재와 대향하도록 배치되고,
상기 핀 부재를 회전시키고, 또한, 상기 숄더 부재를 회전시키지 않은 상태에서, 상기 핀 부재의 선단부가 상기 피접합물의 피접합부를 압압하도록, 상기 직동 구동기 및 상기 회전 구동기가 동작하는 (A)와,
상기 직동 구동기 및 상기 회전 구동기가 동작하여, 연화된 상기 아연 도금 강판 부재가, 연화된 상기 알루미늄에 꽂히도록, 상기 핀 부재의 선단부를 미리 설정되어 있는 소정의 제1 위치에 도달시키는 (B)와,
상기 (B) 후, 상기 핀 부재를 회전시키고, 또한, 상기 숄더 부재를 회전시키지 않은 상태에서, 상기 핀 부재의 선단부를 상기 피접합부로부터 인발하도록, 상기 직동 구동기 및 상기 회전 구동기가 동작하는 (C)를 구비하는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 접합 장치의 운전 방법.
제6항에 있어서,
상기 핀 부재의 선단부는, 상기 숄더 부재의 선단부보다 돌출되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 접합 장치의 운전 방법.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 회전 구동기는, 모터와 상기 모터의 회전 구동을 상기 핀 부재에 전달하는 전달 기구를 구비하고,
상기 전달 기구는, 상기 숄더 부재에 상기 모터의 회전 구동을 전달하지 않도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 접합 장치의 운전 방법.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 회전 구동기는, 모터와, 상기 모터의 회전 구동을 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재에 전달하는 전달 기구와, 상기 숄더 부재로의 상기 모터의 회전 구동의 전달을 블록하는 블록 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 접합 장치의 운전 방법.