KR20210105989A - 마찰 교반 점 접합 장치 및 마찰 교반 점 접합 방법 - Google Patents

마찰 교반 점 접합 장치 및 마찰 교반 점 접합 방법 Download PDF

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Abstract

핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)가 피접합물(60)과 맞닿게 하도록, 회전 구동기(57) 및 공구 구동기(53)를 동작시키는 (A)와, (A) 후, 핀 부재(11)가 피접합물로(60)부터로부터 멀어지도록, 회전 구동기(57) 및 공구 구동기(53)를 동작시키는 (B)와, (B) 후, 핀 부재(11)가 피접합물(60)을 향해 나가도록, 회전 구동기(57) 및 공구 구동기(53)를 동작시키는 (C)를 실행하고, 핀 부재(11)와 숄더 부재(12)가 피접합물(60)을 압압하는 압압력이 (B) 보다 (C) 쪽이 작아지도록, 공구 구동기(53)를 제어하고, 및/또는, 핀 부재(11)와 숄더 부재(12)의 회전수가 (B) 보다 (C) 쪽이 작아지도록, 회전 구동기(57)를 제어하도록 구성되어 있는 제어기를(51)를 구비하는 마찰 교반 점 접합 장치.

Description

마찰 교반 점 접합 장치 및 마찰 교반 점 접합 방법
본 발명은 마찰 교반 점 접합 장치 및 마찰 교반 점 접합 방법에 관한 것이다.
금속 부재와 섬유 강화 플라스틱 등의 복합 재료로 구성되어 있는 수지 부재 또는 수지 부재끼리 접합하는 접합 방법이 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조). 또한, 수지 부재끼리 접합하는 접합 방법이 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 2 참조).
특허문헌 1에 개시되어 있는 접합 방법에서는, 일방 면으로 개구하는 구멍을 구비하는 제1 부재의 상방에 배치되어 있는 제2 부재의 수지를 연화 또는 용융시켜고, 연화 또는 용융시킨 수지 내에 섬유 재료가 혼합되어 이루어지는 섬유 강화 수지 부재를 구멍에 밀어 넣어서 도입하는 도입 공정과, 도입된 수지를 경화시키는 경화 공정을 구비하고 있다.
또한, 특허문헌 2에 개시되어 있는 접합 방법에서는, 핀 부재 및 숄더 부재를 회전시키면서, 숄더 부재를 제1 부재와 제2 부재의 당접(當接)면을 향하는 방향으로 이동시키면서 핀 부재를 당접면으로부터 이격되는 방향으로 이동시키는 압입 공정과, 핀 부재 및 숄더 부재의 회전을 정지하고, 숄더 부재를 당접면으로부터 멀어지는 방향으로 이동시키면서 핀 부재를 당접면을 향하는 방향으로 이동시켜서, 접합 형성부로부터 인발하는 공정과, 접합 형성부에 포함된 수지를 경화시키는 공정을 구비하고 있다.
일본 특허 제5971273호 일본 특허 제6020501호
그러나, 상기 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 개시되어 있는 접합 방법에서는, 접합 장치의 운전 조건, 예를 들어, 핀 부재 등의 회전수 및/또는 압압(押壓)력 등의 조건에 대해서, 충분히 검토되지 않고, 아직 개선의 여지가 있다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 특히, 복동식의 마찰 교반 점 접합법에서, 섬유 강화 플라스틱을 가지는 피접합물의 양호한 접합 품질을 실현할 수 있는 마찰 교반 점 접합 장치 및 마찰 교반 점 접합 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 종래의 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 마찰 교반 점 접합 장치는, 제1 부재와 제2 부재를 구비하는 피접합물을 부분적으로 교반하여 접합하는 마찰 교반 점 접합 장치로서, 원기둥형으로 형성되고, 축선 둘레의 회전과 상기 축선을 따르는 방향으로 진퇴 이동이 가능하도록 구성되어 있는 핀 부재와, 원통형으로 형성되고, 상기 핀 부재가 내부에 삽입 관통되고, 상기 축선 둘레의 회전과 상기 축선을 따르는 방향으로 진퇴 이동이 가능하도록 구성되어 있는 숄더 부재와, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재를 상기 축선 둘레로 회전시키는 회전 구동기와, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재를 각각 상기 축선을 따라 진퇴 이동시키는 공구 구동기와, 제어기를 구비하고, 상기 제1 부재는 섬유 강화 플라스틱으로 구성되어 있고, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재와 대향하도록 배치되어 있고, 상기 제어기는, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재가 상기 축선 둘레로 회전하면서, 상기 피접합물과 맞닿게 하도록, 상기 회전 구동기 및 상기 공구 구동기를 동작시키는 (A)와, 상기 (A) 후, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재가 상기 축선 둘레로 회전하면서, 상기 핀 부재가 상기 피접합물로부터 멀어지는 방향을 향해 나가도록, 또는 상기 숄더 부재가 상기 피접합물에 더 압입하도록, 상기 회전 구동기 및 상기 공구 구동기를 동작시키는 (B)와, 상기 (B) 후, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재가 상기 축선 둘레로 회전하면서, 상기 핀 부재가 상기 피접합물을 향해 나가도록, 또는 상기 숄더 부재가 상기 피접합물로부터 멀어지는 방향을 향해 나가도록, 상기 회전 구동기 및 상기 공구 구동기를 동작시키는 (C)와, 상기 (C) 후, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재가 상기 축선 둘레로 회전하면서, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재의 선단면이 상기 피접합물의 표면에 위치하도록, 상기 회전 구동기 및 상기 공구 구동기를 동작시키는 (D)를 실행하고, 상기 핀 부재와 상기 숄더 부재가 상기 피접합물을 압압하는 압압력이 상기 (B) 보다 상기 (C) 쪽이 작아지도록, 상기 공구 구동기를 제어하고, 및/또는, 상기 핀 부재와 상기 숄더 부재의 회전수가 상기 (B) 보다 상기 (C) 쪽이 작아지도록, 상기 회전 구동기를 제어하도록 구성되어 있다.
이에 따라서, 피접합물을 구성하는 섬유 강화 플라스틱이 과도하게 가열되는 것을 억제할 수 있고, 섬유 강화 플라스틱의 수지가 과도하게 유동(연화)하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 소성 유동한 수지(연화한 수지)가 숄더 부재 보다 외측으로 흘러서, 외관 품질(주로 접합부의 오목부)의 악화가 생기는 것을 억제할 수 있다. 즉, 피접합물의 양호한 접합 품질을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 마찰 교반 점 접합 방법은, 제1 부재와 제2 부재를 구비하는 피접합물을 부분적으로 교반하여 접합하는 마찰 교반 점 접합 장치의 운전 방법으로서, 상기 마찰 교반 점 접합 장치는, 원기둥형으로 형성되고, 축선 둘레의 회전과 상기 축선을 따르는 방향으로 진퇴 이동이 가능하도록 구성되어 있는 핀 부재와, 원통형으로 형성되고, 상기 핀 부재가 내부에 삽입 관통되고, 상기 축선 둘레의 회전과 상기 축선을 따르는 방향으로 진퇴 이동이 가능하도록 구성되어 있는 숄더 부재와, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재를 상기 축선 둘레로 회전시키는 회전 구동기와, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재를 각각 상기 축선을 따라 진퇴 이동시키는 공구 구동기를 구비하고, 상기 제1 부재는 섬유 강화 플라스틱으로 구성되어 있고, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재와 대향하도록 배치되어 있고, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재가 상기 축선 둘레로 회전하면서, 상기 피접합물과 맞닿게 하도록, 상기 회전 구동기 및 상기 공구 구동기가 동작하는 (A)와, 상기 (A) 후, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재가 상기 축선 둘레로 회전하면서, 상기 핀 부재가 상기 피접합물로부터 멀어지는 방향을 향해 나가도록, 또는 상기 숄더 부재가 상기 피접합물에 더 압입하도록, 상기 회전 구동기 및 상기 공구 구동기가 동작하는 (B)와, 상기 (B) 후, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재가 상기 축선 둘레로 회전하면서, 상기 핀 부재가 상기 피접합물을 향해 나가도록, 또는 상기 숄더 부재가 상기 피접합물로부터 멀어지는 방향을 향해 나가도록, 상기 회전 구동기 및 상기 공구 구동기가 동작하는 (C)와, 상기 (C) 후, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재가 상기 축선 둘레로 회전하면서, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재의 선단면이 상기 피접합물의 표면에 위치하도록, 상기 회전 구동기 및 상기 공구 구동기가 동작하는 (D)를 구비하고, 상기 (C)에서, 상기 핀 부재와 상기 숄더 부재가 상기 피접합물을 압압하는 압압력이 상기 (B) 보다 작아지도록, 상기 공구 구동기를 제어하고, 및/또는, 상기 핀 부재와 상기 숄더 부재의 회전수가 상기 (B) 보다 작아지도록, 상기 회전 구동기가 동작한다.
이에 따라서, 피접합물을 구성하는 섬유 강화 플라스틱이 과도하게 가열되는 것을 억제할 수 있고, 섬유 강화 플라스틱의 수지가 과도하게 유동(연화)하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 소성 유동한 수지(연화한 수지)가 숄더 부재 보다 외측으로 흘러서, 외관 품질(주로 접합부의 오목부)의 악화가 생기는 것을 억제할 수 있다. 즉, 피접합물의 양호한 접합 품질을 제공할 수 있다.
본 발명의 상기 목적, 다른 목적, 특징 및 장점은 첨부 도면의 참조 하에, 이하의 바람직한 실시예의 상세한 설명으로부터 명확해진다.
본 발명에 따른 마찰 교반 점 접합 장치 및 마찰 교반 점 접합 방법에 의하면, 섬유 강화 플라스틱을 가지는 피접합물의 양호한 접합 품질을 실현할 수 있다.
[도 1] 도 1은 본 실시예 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치의 개략적인 구성을 도시하는 모식도이다.
[도 2] 도 2는 도 1에 도시된 마찰 교반 점 접합 장치의 제어 구성을 모식적으로 도시하는 블록도이다.
[도 3] 도 3은 본 실시예 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치의 동작의 일례를 도시하는 플로우 차트이다.
[도 4a] 도 4a는 도 1에 도시된 마찰 교반 점 접합 장치에 의한 마찰 교반 점 접합의 각 공정의 일례를 모식적으로 도시하는 공정도이다.
[도 4b] 도 4b는 도 1에 도시된 마찰 교반 점 접합 장치에 의한 마찰 교반 점 접합의 각 공정의 일례를 모식적으로 도시하는 공정도이다.
[도 5] 도 5는 본 실시예 2에 따른 마찰 교반 점 접합 장치의 개략적인 구성을 도시하는 모식도이다.
[도 6] 도 6은 본 실시예 2에 따른 마찰 교반 점 접합 장치의 동작의 일례를 도시하는 플로우 차트이다.
[도 7a] 도 7a는 도 5에 도시된 마찰 교반 점 접합 장치에 의한 마찰 교반 점 접합의 각 공정의 일례를 모식적으로 도시하는 공정도이다.
[도 7b] 도 7b는 도 5에 도시된 마찰 교반 점 접합 장치에 의한 마찰 교반 점 접합의 각 공정의 일례를 모식적으로 도시하는 공정도이다.
[도 8] 도 8은 본 실시예 2에서 변형예 1의 마찰 교반 점 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 이하의 실시예에 한정되지 않는다.
(실시예 1)
본 실시예 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치는, 제1 부재와 제2 부재를 구비하는 피접합물을 부분적으로 교반하여 접합하는 마찰 교반 점 접합 장치로서, 원기둥형으로 형성되고, 축선 둘레의 회전과 상기 축선을 따르는 방향으로 진퇴 이동이 가능하도록 구성되어 있는 핀 부재와, 원통형으로 형성되고, 핀 부재가 내부에 삽입 관통되고, 축선 둘레의 회전과 상기 축선을 따르는 방향으로 진퇴 이동이 가능하도록 구성되어 있는 숄더 부재와, 핀 부재 및 숄더 부재를 축선 둘레로 회전시키는 회전 구동기와, 핀 부재 및 숄더 부재를 각각 축선을 따라 진퇴 이동시키는 공구 구동기와, 제어기를 구비하고, 제1 부재는 섬유 강화 플라스틱으로 구성되어 있고, 핀 부재 및 숄더 부재와 대향하도록 배치되어 있고, 제어기는, 핀 부재 및 숄더 부재가 축선 둘레로 회전하면서, 피접합물과 맞닿게 하도록, 회전 구동기 및 공구 구동기를 동작시키는 (A)와, (A) 후, 핀 부재 및 숄더 부재가 축선 둘레로 회전하면서, 핀 부재가 피접합물로부터 멀어지는 방향을 향해 나가도록, 또는 숄더 부재가 피접합물에 더 압입하도록, 회전 구동기 및 공구 구동기를 동작시키는 (B)와, (B) 후, 핀 부재 및 숄더 부재가 축선 둘레로 회전하면서, 핀 부재가 피접합물을 향해 나가도록, 또는 숄더 부재가 피접합물로부터 멀어지는 방향을 향해 나가도록, 회전 구동기 및 공구 구동기를 동작시키는 (C)와, (C) 후, 핀 부재 및 숄더 부재가 축선 둘레로 회전하면서, 핀 부재 및 숄더 부재의 선단면이 피접합물의 표면에 위치하도록, 회전 구동기 및 공구 구동기를 동작시키는 (D)를 실행하고, 핀 부재와 숄더 부재가 피접합물을 압압하는 압압력이 (B) 보다 (C) 쪽이 작아지도록, 공구 구동기를 제어하고, 및/또는, 핀 부재와 숄더 부재의 회전수가 (B) 보다 (C) 쪽이 작아지도록, 회전 구동기를 제어하도록 구성되어 있다.
또한, 본 실시예 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치에서는, 제어기는, 핀 부재와 숄더 부재의 회전수가, (B) 보다 (D) 쪽이 작아지도록, 회전 구동기를 제어하도록 구성되어 있어도 좋다.
또한, 본 실시예 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치에서는, 제어기는, 핀 부재 및 숄더 부재가 피접합물을 압압하는 압압력이 (C) 보다 (D) 쪽이 커지도록 공구 구동기를 제어하도록 구성되어 있어도 좋다.
또한, 본 실시예 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치에서는, 제2 부재는 섬유 강화 플라스틱으로 구성되어 있어도 좋다.
이하에서, 본 실시예 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치의 일례에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
[마찰 교반 점 접합 장치의 구성]
도 1은 본 실시예 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치의 개략적인 구성을 도시하는 모식도이다. 여기서, 도 1에서는 도면의 상하 방향을 마찰 교반 점 접합 장치의 상하 방향으로 나타내고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)는 핀 부재(11), 숄더 부재(12), 공구 고정기(52), 공구 구동기(53), 클램프 부재(54), 받침 지지부(55), 받침 부재(56) 및 회전 구동기(57)를 구비하고 있다.
핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)는 공구 고정기(52)에 의해 지지되고, 공구 구동기(53)에 의해 상하 방향으로 진퇴 구동된다. 핀 부재(11), 숄더 부재(12), 공구 고정기(52), 공구 구동기(53) 및 클램프 부재(54)는 C 형 건(gun)(C 형 프레임)으로 구성된 받침 지지부(55)의 상부에 설치되어 있다. 또한, 받침 지지부(55)의 하부에는, 받침 부재(56)가 설치되어 있다. 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)와, 받침 부재(56)는 서로 대향하는 위치에서 받침 지지부(55)에 장착되어 있다. 여기서, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)와, 받침 부재(56)의 사이에는 피접합물(60)이 배치된다.
공구 고정기(52)는 회전 공구 고정기(521) 및 클램프 고정기(522)로 구성되어 있고, 공구 구동기(53)는 핀 구동기(531), 숄더 구동기(532) 및 클램프 구동기(41)로 구성되어 있다. 또한, 클램프 부재(54)는 클램프 구동기(41)를 통해 클램프 고정기(522)에 고정되어 있다. 여기서, 클램프 구동기(41)는 스프링에 의해 구성되어 있다.
핀 부재(11)는 대략 원통형 또는 대략 원기둥형으로 형성되어 있고, 도 1에는 상세하게 도시되지 않지만, 회전 공구 고정기(521)에 의해 지지되어 있다. 또한, 핀 부재(11)는 회전 구동기(57)에 의해 핀 부재(11)의 축심과 일치하는 축선(Xr)(회전축) 둘레로 회전하고, 핀 구동기(531)에 의해 화살표(P1) 방향, 즉 축선(Xr) 방향(도 1에서는 상하 방향)을 따라 진퇴 이동 가능하게 구성되어 있다.
여기서, 핀 구동기(531)로는, 예를 들어, 직동 액츄에이터로 구성되어 있어도 좋다. 직동 액츄에이터로는, 서보 모터와 랙 앤 피니언, 또는 서보 모터와 볼 스크류로 구성되어 있어도 좋다.
숄더 부재(12)는 중공을 가지는 대략 원통형으로 형성되어 있고, 회전 공구 고정기(521)에 의해 지지되어 있다. 숄더 부재(12)의 중공 내에는, 핀 부재(11)가 내삽(內揷)되어 있다. 다시 말해서, 숄더 부재(12)는 핀 부재(11)의 외주면을 둘러싸도록 배치되어 있다. 또한, 숄더 부재(12)는 회전 구동기(57)에 의해 핀 부재(11)와 동일한 축선(Xr) 둘레로 회전하고, 숄더 구동기(532)에 의해 화살표(P2) 방향, 즉 축선(Xr) 방향을 따라 진퇴 이동 가능하게 구성되어 있다.
이와 같이, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)는 본 실시예에서는 모두 동일한 회전 공구 고정기(521)에 의해 지지되고, 모두 회전 구동기(57)에 의해 축선(Xr) 둘레로 일체적으로 회전한다. 나아가, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)는 핀 구동기(531) 및 숄더 구동기(532)에 의해 각각 축선(Xr) 방향을 따라 진퇴 이동 가능하게 구성되어 있다.
여기서, 본 실시예 1에서는 핀 부재(11)는 단독으로 진퇴 이동 가능한 동시에, 숄더 부재(12)의 진퇴 이동에 따라서도 진퇴 이동 가능하게 되어 있지만, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)가 각각 독립적으로 진퇴 이동 가능하게 구성되어도 좋다.
클램프 부재(54)는 숄더 부재(12)와 마찬가지로, 중공을 가지는 원통형으로 형성되어 있고, 그 축심이 축선(Xr)과 일치하도록 설치되어 있다. 클램프 부재(54)의 중공 내에는, 숄더 부재(12)가 내삽되어 있다.
즉, 핀 부재(11)의 외주면을 둘러싸도록, 대략 원통형의 숄더 부재(12)가 배치되어 있고, 숄더 부재(12)의 외주면을 둘러싸도록 대략 원통형의 클램프 부재(54)가 배치되어 있다. 다시 말해서, 클램프 부재(54), 숄더 부재(12) 및 핀 부재(11)가 각각 동축심(同軸芯) 상의 중첩 구조로 되어 있다.
또한, 클램프 부재(54)는 피접합물(60)을 일방의 면(표면)으로부터 압압하도록 구성되어 있다. 클램프 부재(54)는, 상술한 바와 같이, 본 실시예 1에서는, 클램프 구동기(41)를 통해 클램프 고정기(522)에 지지되어 있다. 클램프 구동기(41)는 클램프 부재(54)를 받침 부재(56) 측으로 부세(付勢)하도록 구성되어 있다.
여기서, 클램프 구동기(41)는, 본 실시예 1에서는, 스프링으로 구성하였지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 클램프 구동기(41)는 클램프 부재(54)에 부세를 제공하여 가압력을 제공하는 구성이라면 좋고, 예를 들어, 가스압, 유압, 서보 모터 등을 이용한 기구도 바람직하게 사용할 수 있다.
클램프 고정기(522)에는, 회전 구동기(57)를 통해 회전 공구 고정기(521)가 지지되어 있다. 그리고, 클램프 부재(54)(클램프 구동기(41) 및 클램프 고정기(522)를 포함한다)는 숄더 구동기(532)에 의해 화살표(P3) 방향(화살표(P1 및 P2)와 동일 방향)으로 진퇴 가능하게 구성되어 있다.
즉, 본 실시예 1에서는, 클램프 구동기(41) 및 숄더 구동기(532)가 클램프 부재 구동기를 구성한다. 여기서, 클램프 부재 구동기는 숄더 구동기(532)에 상관없이 독립적으로 클램프 부재(54)를 진퇴 이동 가능하게 구동하는 구동기에 의해 구성되어도 좋다.
여기서, 숄더 구동기(532)로는, 예를 들어, 직동 액츄에이터로 구성되어 있어도 좋다. 직동 액츄에이터로는, 서보 모터와 랙 앤 피니언, 또는 서보 모터와 볼 스크류로 구성되어 있어도 좋다.
핀 부재(11), 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(54)는 각각 선단면(11a), 선단면(12a) 및 선단면(54a)을 구비하고 있다. 또한, 핀 부재(11), 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(54)는 공구 구동기(53)에 의해 진퇴 이동함으로써, 선단면(11a), 선단면(12a) 및 선단면(54a)은 각각 피접합물(60)의 표면에 맞닿는다.
받침 부재(56)는, 본 실시예 1에서는, 평판 형상의 피접합물(60)의 이면을 맞닿도록 평탄한 면(지지면(56a))에 의해 지지하도록 구성되어 있다. 받침 부재(56)는 마찰 교반 점 접합을 실시할 수 있도록 피접합물(60)을 적절히 지지할 수 있는 것이라면, 그 구성은 특별히 한정되지 않는다. 받침 부재(56)는, 예를 들어, 복수의 종류의 형상을 가지는 받침 부재(56)가 별도로 준비되고, 피접합물(60)의 종류에 따라서, 받침 지지부(55)로부터 분리하여 교환할 수 있도록 구성되어도 좋다.
여기서, 본 실시예 1에서 핀 부재(11), 숄더 부재(12), 공구 고정기(52), 공구 구동기(53), 클램프 부재(54), 받침 지지부(55) 및 회전 구동기(57)의 구체적인 구성은 전술한 구성에 한정되지 않고, 광범위하게 마찰 교반 접합 분야에서 공지된 구성을 바람직하게 사용할 수 있다. 예를 들어, 공구 구동기(53)를 구성하는 핀 구동기(531) 및 숄더 구동기(532)는, 본 실시예에서는, 모두 마찰 교반 접합 분야에서 공지의 모터와 기어 기구 등으로 구성되어 있지만, 이에 한정되지 않는다.
또한, 본 실시예 1에서는, 클램프 부재(54)를 구비하는 구성을 채용하였지만, 이에 한정되지 않고, 클램프 부재(54)를 구비하지 않는 구성을 채용하여도 좋다. 이 경우, 예를 들어, 클램프 부재(54)는 필요에 따라 받침 지지부(55)로부터 착탈 가능하게 구성되어 있어도 좋다.
또한, 받침 지지부(55)은, 본 실시예 1에서는, C 형 건으로 구성되어 있지만, 이에 한정되지 않는다. 받침 지지부(55)는 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)를 진퇴 이동 가능하게 지지하는 동시에, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)에 대향하는 위치에 받침 부재(56)를 지지할 수 있다면, 어떻게 구성되어 있어도 좋다.
나아가, 본 실시예 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)는 마찰 교반 점 접합용 로봇 장치(미도시)에 배치되는 형태를 채용하고 있다. 구체적으로는, 받침 지지부(55)가 로봇 장치의 암의 선단에 장착되어 있다. 따라서, 받침 지지부(55)도 마찰 교반 점 접합용 로봇 장치에 포함된다고 볼 수 있다. 받침 지지부(55) 및 암을 포함하여, 마찰 교반 점 접합용 로봇 장치의 구체적인 구성은 특별히 한정되지 않고, 다관절 로봇 등 마찰 교반 접합 분야에서 공지된 구성을 적절하게 사용할 수 있다.
여기서, 마찰 교반 점 접합 장치(50)(받침 지지부(55)를 포함)는 마찰 교반 점 접합용 로봇 장치에 적용되는 경우에 한정되는 것이 아니고, 예를 들어, NC 공작 기계, 대형의 C 프레임, 및 오토 리벳 등의 공지의 가공용 기기에도 적절하게 적용할 수 있다.
또한, 본 실시예 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)는 두 쌍 이상의 로봇이 마찰 교반 점 접합 장치(50)에서 받침 부재(56) 이외의 부분과, 받침 부재(56)를 바로 마주하게 하도록 구성되어 있어도 좋다. 나아가, 마찰 교반 점 접합 장치(50)는 피접합물(60)에 대해 안정적으로 마찰 교반 점 접합을 수행할 수 있다면, 피접합물(60)을 수동 고정식으로 하는 형태를 채용하여도 좋고, 로봇을 피접합물(60)의 포지셔너로 이용하는 형태를 채용하여도 좋다.
[마찰 교반 점 접합 장치의 제어 구성]
다음으로, 본 실시예 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)의 제어 구성에 대하여, 도 2를 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 2는 도 1에 도시된 마찰 교반 점 접합 장치의 제어 구성을 개략적으로 도시하는 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 마찰 교반 점 접합 장치(50)는 제어기(51), 기억기(31) 및 입력기(32)를 구비하고 있다.
제어기(51)는 마찰 교반 점 접합 장치(50)를 구성하는 각 부재(각 기기)를 제어하도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 제어기(51)는 기억기에 기억된 기본 프로그램 등의 소프트웨어를 읽어내어 실행함으로써, 공구 구동기(53)를 구성하는 핀 구동기(531) 및 숄더 구동기(532)와, 회전 구동기(57)를 제어한다.
이에 따라서, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 진출 이동 또는 후퇴 이동의 전환, 진퇴 이동 시의 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)에서, 선단 위치의 제어, 이동 속도 및 이동 방향 등을 제어할 수 있다. 또한, 핀 부재(11), 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(54)의 피접합물(60)을 압압하는 압압력을 제어할 수 있다. 나아가, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 회전수를 제어할 수 있다.
여기서, 제어기(51)는 집중 제어하는 단독의 제어기(51)로 구성되어 있어도 좋고, 서로 협력하여 분산 제어하는 복수의 제어기(51)로 구성되어 있어도 좋다. 또한, 제어기(51)는 마이크로 컴퓨터로 구성되어 있어도 좋고, MPU, PLC(Programmable Logic Controller), 논리 회로 등으로 구성되어 있어도 좋다.
기억기(31)는 기본 프로그램, 각종 데이터를 읽어 내기 가능하게 기억하는 것이고, 기억기(31)로는, 공지의 메모리, 하드 디스크 등의 기억 장치 등으로 구성된다. 기억기(31)는 단일일 필요는 없고, 복수의 기억 장치(예를 들어, 랜덤 액세스 메모리 및 하드 디스크 드라이브)로 구성되어도 좋다. 제어기(51) 등이 마이크로 컴퓨터로 구성되어 있는 경우에는, 기억기(31)의 적어도 일부가 마이크로 컴퓨터의 내부 메모리로 구성되어도 좋고, 별도의 메모리로 구성되어도 좋다.
나아가, 기억기(31)에는, 데이터가 기억되고, 제어기(51) 이외로부터 데이터의 읽어 내기가 가능하게 되어 있어도 좋고, 제어기(51) 등으로부터 데이터의 쓰기가 가능하게 되어 있어도 좋다는 것은 말할 필요도 없다.
입력기(32)는, 제어기(51)에 대해, 마찰 교반 점 접합의 제어에 관한 각종 파라미터, 또는 그 밖의 데이터 등을 입력 가능하게 하는 것이고, 키보드, 터치 패널, 버튼 스위치 군 등의 공지의 입력 장치로 구성되어 있다. 본 실시예 1에서는, 적어도 피접합물(60)의 접합 조건, 예를 들어, 피접합물(60)의 두께, 재질 등의 데이터가 입력기(32)에 의해 입력 가능하게 되어 있다.
[마찰 교반 점 접합 방법(마찰 교반 점 접합 장치의 동작)]
다음으로, 마찰 교반 점 접합 장치(50)를 이용하여 실시되는 마찰 교반 점 접합 방법의 구체적인 공정에 대해서, 도 3, 도 4a 및 도 4b를 참조하여 구체적으로 설명한다.
여기서, 이하에서는, 핀 부재(11)의 선단면의 면적을 Ap, 숄더 부재(12)의 선단면의 면적을 As로 하고, 핀 부재(11)의 압입 깊이를 Pp, 숄더 부재(12)의 압입 깊이를 Ps로 한 때에, 제어기(51)가 다음의 식(I)
Ap · Pp + As · Ps = Tx ... (I)
로 정의되는 툴 평균 위치(Tx)의 절대값을 작게 하도록, 공구 구동기(53)를 제어하는 형태의 일례에 대해 설명한다.
도 3은 본 실시예 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치의 동작의 일례를 도시하는 플로우 차트이다. 도 4a 및 도 4b는 도 1에 도시 마찰 교반 점 접합 장치에 의한 마찰 교반 점 접합의 각 공정의 일례를 모식적으로 도시하는 공정도이다.
여기서, 도 4a 및 도 4b에서는, 피접합물(60)로서, 2 장의 판 형상의 제1 부재(61) 및 제2 부재(62)를 이용하여, 이들을 겹쳐서 점 접합으로 연결하는 경우를 예로 들고 있다. 제1 부재(61) 및 제2 부재(62)로는, 섬유 강화 플라스틱(예를 들어, 탄소 섬유 강화 플라스틱)으로 구성되어 있어도 좋다.
또한, 본 실시예 1에서는, 피접합물(60)을 판상의 제1 부재(61)와 판상의 제2 부재(62)로 구성되어 있는 형태를 채용하였지만, 이에 한정되지 않고, 피접합물(60)(제1 부재(61) 및 제2 부재(62))의 형상은 임의이고, 예를 들어, 직육면체 형상이라도 좋고, 원호 형상으로 형성되어 있어도 좋다.
또한, 도 4a 및 도 4b에서는, 복동식 마찰 접합 장치의 일부를 생략하고, 화살표(r)는 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 회전 방향을 나타내고, 블록 화살표(F)는 제1 부재(61) 및 제2 부재(62)에 가해지는 힘의 방향을 나타낸다.
나아가, 받침 부재(56)로부터 제1 부재(61) 및 제2 부재(62)에 대해 힘이 가해지고 있지만, 설명의 편의상, 도 4a 및 도 4b에는 도시하지 않았다. 숄더 부재(12)에는, 핀 부재(11) 및 클램프 부재(54)의 구별을 명확하기 위해서, 음영의 해치를 하였다.
먼저, 작업자(조작자)가 받침 부재(56)의 지지면(56a)에 피접합물(60)을 올린다. 이어서, 작업자가 입력부(32)를 조작하여, 제어기(51)에 피접합물(60)의 접합 실행을 입력한다. 여기서, 로봇이 받침 부재(56)의 지지면(56a)에 피접합물(60)을 올려도 좋다.
그리하면, 도 3에 도시된 바와 같이, 제어기(51)는, 회전 구동기(57)를 구동시켜서, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)를 미리 설정되어 있는 소정의 제1 회전수(예를 들어, 200 ~ 3000 rpm)로 회전시킨다(스텝(S101); 도 4a의 공정 (1) 참조). 이어서, 제어기(51)는 공구 구동기(53)(숄더 구동기(532))를 구동시키고, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)를 회전시킨 상태에서, 핀 부재(11), 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(54)를 피접합물(60)에 접근시키고, 핀 부재(11)의 선단면(11a), 숄더 부재(12)의 선단면(12a) 및 클램프 부재(54)의 선단면(54a)(도 4a 및 도 4b에 미도시)을 피접합물(60)의 표면(60c)에 맞닿게 한다(스텝(S102); 도 4a의 공정 (2) 참조).
이 때, 제어기(51)는, 핀 부재(11), 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(54)가 미리 설정된 소정의 제1 압압력(예를 들어, 3 kN ~ 10 kN의 범위에 포함되는 소정 값)으로 피접합물(60)을 압압하도록, 공구 구동기(53)(숄더 구동기(532))를 제어한다.
이에 따라서, 클램프 부재(54)와 받침 부재(56)로 제1 부재(61) 및 제2 부재(62)가 끼워지고, 클램프 구동기(41)의 수축에 의해, 클램프 부재(54)가 피접합물(60)의 표면(60c) 측으로 부세되어, 클램프력이 발생한다.
또한, 이 상태에서는, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)가 함께 진퇴 이동하지 않기 때문에, 피접합물(60)의 표면(60c)을 「예비 가열」하게 된다. 이에 따라서, 제1 부재(61)의 당접 영역의 구성 재료가 마찰에 의해 발열하여 연화하고, 피접합물(60)의 표면(60c) 근방에 소성 유동부(60a)가 생긴다.
다음으로, 제어기(51)는, 핀 부재(11)의 선단면(11a)이 숄더 부재(12)의 선단면(12a)에 대해 몰입하도록 공구 구동기(53)를 구동한다(스텝(S103)). 이 때, 제어기(51)는, 핀 부재(11)가 피접합물(60)로부터 멀어지도록, 공구 구동기(53)(핀 구동기(531))를 구동하여도 좋다. 또한, 제어기(51)는, 숄더 부재(12)가 피접합물(60) 내로 압입되도록, 공구 구동기(53)(핀 구동기(531))를 구동하여도 좋다.
또한, 제어기(51)는, 숄더 부재(12)의 선단부가 미리 설정되어 있는 소정의 제1 위치까지 도달하도록 핀 구동기(531)를 제어한다. 여기서, 숄더 부재(12)의 선단부의 위치 정보는, 도시되지 않는 위치 검출기에 의해 검출되고, 제어기(51)로 출력된다. 위치 검출기로는, 예를 들어, LVDT, 인코더 등을 이용하여도 좋다.
여기서, 제1 위치는 미리 실험 등으로 설정할 수 있고, 제1 부재(61)의 표면(피접합물(60)의 표면(60c))을 0 %로 하고, 제2 부재(62)의 지지면(56a)과 맞닿는 면을 100 %로 하였을 경우에, 0 % 보다 크고 100 % 미만 사이에서 임의로 설정되는 위치를 말한다. 여기서, 접합 강도를 향상시키는 관점에서, 제1 위치는, 제2 부재(62)의 지지면(56a)과 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, 피접합물(60)의 연화 부위는, 상측의 제1 부재(61)로부터 하측의 제2 부재(62)에까지 미치고, 소성 유동부(60a)의 볼륨이 증가한다. 나아가, 소성 유동부(60a)의 연화한 재료는 숄더 부재(12)에 의해 밀려나고, 숄더 부재(12)의 바로 아래에서 핀 부재(11)의 바로 아래로 유동하기 때문에, 핀 부재(11)는 후퇴하고, 숄더 부재(12)에 대해 부상한다(도 4a의 공정 (3) 참조).
다음으로, 제어기(51)는, 핀 부재(11)가 피접합물(60)을 향해 나가도록, 공구 구동기(53)(핀 구동기(531))를 구동하거나, 또는, 제어기(51)는, 숄더 부재(12)가 피접합물(60)로부터 멀어지도록 공구 구동기(53)(숄더 구동기(532))를 구동한다(스텝(S104)).
이에 따라서, 핀 부재(11)가 서서히 제1 부재(61)를 향해 진행하고, 숄더 부재(12)가 제1 부재(61)로부터 후퇴한다(도 4b의 공정 (4) 참조). 이 때, 소성 유동부(60a)의 연화된 부분은 핀 부재(11)의 바로 아래에서 숄더 부재(12)의 바로 아래(숄더 부재(12)의 압입에 의해 생긴 오목부)로 유동한다.
여기서, 제어기(51)는, 핀 부재(11)의 선단면(11a)이 제1 위치에 위치하도록, 공구 구동기(53)를 제어하여도 좋다. 또한, 제어기(51)는, 핀 부재(11)의 선단면(11a)이 제2 부재(62) 내에 도달하도록, 공구 구동기(53)를 제어하여도 좋고, 핀 부재(11)의 선단면(11a)이 제1 부재(61) 내에 위치하도록, 공구 구동기(53)를 제어하여도 좋다.
또한, 제어기(51)는, 핀 부재(11)의 선단면(11a) 및 숄더 부재(12)의 선단면(12a)이 일치하도록, 공구 구동기(53)를 제어하여도 좋다. 나아가, 제어기(51)는, 핀 부재(11)의 선단면(11a) 및 숄더 부재(12)의 선단면(12a)이 피접합물(60)의 표면(60c)에 도달하도록, 공구 구동기(53)를 제어하여도 좋다.
또한, 상술한 바와 같이, 본 실시예 1에서는, 제어기(51)는, 스텝(S103) 및 스텝(S104)을 실행하는 경우에는, 툴 평균 위치(Tx)의 절대값을 작게 하도록, 공구 구동기(53) 제어한다. 툴 평균 위치(Tx)의 절대값을 작게 하는 구체적인 제어에 대해서는, 일본 특허공개 특개2012-196682호 공보에 상세하게 개시되어 있기 때문에, 여기에서는 그 설명을 생략한다.
또한, 제어기(51)는, 툴 평균 위치 Tx = 0이 되도록, 공구 구동기(53)를 제어하는 것이 바람직하다. 여기에서, 「툴 평균 위치 Tx = 0」은 툴 평균 위치(Tx)가 ± 0인 상태(Tx ≒ 0)을 말하고, 핀 부재(11)의 선단면(11a)의 면적(Ap), 숄더 부재(12)의 선단면(12a)의 면적(As), 핀 부재(11)의 압입 깊이(Pp) 및 숄더 부재(12)의 압입 깊이(Ps)의 단위, 유효 숫자 및 기타 조건에 기초하여 Tx = 0으로 간주할 수 있는 상태를 말한다. 따라서, 마찰 교반 점 접합 장치(50)의 구성 또는 용도 등의 조건에 따라서는, 툴 평균 위치 Tx = 0까지 작게 할 필요는 없고, 양호한 제어가 가능하게 된다면, 실용 상에서 툴 평균 위치(Tx)의 절대값을 가능한 한 작은 값으로 하면 좋다.
또한, 제어기(51)는, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)가 피접합물(60)을 압압하는 압압력이 스텝(S103) 보다 스텝(S104) 쪽이 더 작아지도록, 공구 구동기(53)를 제어하고, 및/또는 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 회전수가, 스텝(S103) 보다 스텝(S104) 쪽이 더 작아지도록, 회전 구동기(57)를 제어하도록 구성되어 있다.
이에 따라서, 피접합물(60)을 구성하는 섬유 강화 플라스틱이 과도하게 가열되는 것을 억제할 수 있고, 섬유 강화 플라스틱의 수지가 과도하게 유동(연화)하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 소성 유동하는 수지(연화한 수지)가 숄더 부재(12)의 선단면(12a) 보다 외측으로 흘러서, 외관 품질(주로 접합부의 함몰, 또는 바리의 발생)의 악화가 생기는 것을 억제할 수 있다.
다음으로, 제어기(51)는, 핀 부재(11)의 선단면(11a) 및 숄더 부재(12)의 선단면(12a)이 일치하도록, 공구 구동기(53)를 제어한다(스텝(S105)). 이에 따라서, 피접합물(60)의 표면(60c)이 정형(整形)되어서, 실질적인 오목부이 발생되지 않을 정도의 대략 평탄한 면을 얻을 수 있다(도 4b의 공정 (5) 참조).
여기서, 제어기(51)는, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 회전수가 스텝(S103) 보다 스텝(S105) 쪽이 더 작아지도록, 회전 구동기(57)를 제어하여도 좋다. 또한, 제어기(51)는, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 회전수가 스텝(S104) 보다 스텝(S105) 쪽이 더 작아지도록, 회전 구동기(57)를 제어하여도 좋다.
이에 따라서, 피접합물(60)을 구성하는 섬유 강화 플라스틱이 과도하게 가열되는 것을 억제할 수 있고, 섬유 강화 플라스틱의 수지가 과도하게 유동(연화)하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 소성 유동하는 수지(연화한 수지)가 숄더 부재(12)의 선단면(12a) 보다 외측으로 흘러서, 외관 품질(주로 접합부의 함몰 또는 바리의 발생)의 악화가 생기는 것을 억제할 수 있다.
또한, 제어기(51)는, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)가 피접합물(60)을 압압하는 압압력이 스텝(S104) 보다 스텝(S105) 쪽이 더 커지도록 공구 구동기(53)를 제어하여도 좋다. 이에 따라서, 피접합물(60)의 소성 유동부(60a) 내에 생긴 보이드(공동(空洞) 결함)를 분쇄할 수 있고, 피접합물(60) 내부 공동 결함의 발생을 억제할 수 있다.
다음으로, 제어기(51)는, 핀 부재(11), 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(54)를 피접합물(60)로부터 이격하도록, 공구 구동기(53)(숄더 구동기(532))를 제어한다(스텝(S106)). 이어서, 제어기(51)는 회전 구동기(57)를 제어하여, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 회전을 정지시키고(스텝(S107)), 일련의 마찰 교반 점 접합(피접합물(60)의 접합 공정)을 종료시킨다(도 4b의 공정 (6) 참조).
이에 따라서, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 당접에 의한 회전(및 압압)이 제1 부재(61) 및 제2 부재(62)에 가해지지 않기 때문에, 제1 부재(61) 및 제2 부재(62)의 쌍방에 이르는 소성 유동부(60a)에서는, 소성 유동이 정지되어, 접합부(60b)로 된다. 이와 같이 하여, 제1 부재(61) 및 제2 부재(62)는 접합부(60b)에 의해 연결(접합)된다.
이와 같이, 본 실시예 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)에서는, 제어기(51)는, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)가 피접합물(60)을 압압하는 압압력이 스텝(S103) 보다 스텝(S104) 쪽이 더 작아지도록, 공구 구동기(53)를 제어하고, 및/또는 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 회전수가 스텝(S103) 보다 스텝(S104) 쪽이 더 작아지도록, 회전 구동기(57)를 제어하도록 구성되어 있다.
이에 따라서, 피접합물(60)을 구성하는 섬유 강화 플라스틱이 과도하게 가열되는 것을 억제할 수 있고, 섬유 강화 플라스틱의 수지가 과도하게 유동(연화)하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 소성 유동 수지(연화한 수지)가 숄더 부재(12)의 선단면(12a) 보다 외측으로 흘러서, 외관 품질(주로 접합부의 함몰 또는 바리의 발생)의 악화가 생기는 것을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시예 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)에서는, 제어기(51)는, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 회전수가 스텝(S103) 보다 스텝(S105) 쪽이 더 작아지도록, 회전 구동기(57)를 제어하여도 좋다. 또한, 제어기(51)는, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 회전수가 스텝(S104) 보다 스텝(S105) 쪽이 더 작아지도록, 회전 구동기(57)를 제어하여도 좋다.
이에 따라서, 피접합물(60)을 구성하는 섬유 강화 플라스틱이 과도하게 가열되는 것을 억제할 수 있고, 섬유 강화 플라스틱의 수지가 과도하게 유동(연화)하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 소성 유동하는 수지(연화한 수지)가 숄더 부재(12)의 선단면(12a) 보다 외측으로 흘러서, 외관 품질(주로 접합부의 함몰 또는 바리의 발생)의 악화가 생기는 것을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시예 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)에서는, 제어기(51)는, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)가 피접합물(60)을 압압하는 압압력이 스텝(S104) 보다 스텝(S105) 쪽이 더 커지도록 공구 구동기(53)를 제어하여도 좋다.
이에 따라서, 피접합물(60)의 소성 유동부(60a) 내에 생긴 보이드(공동 결함)를 분쇄할 수 있고, 피접합물(60) 내부 공동 결함의 발생을 억제할 수 있다.
나아가, 본 실시예 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)에서는, 제어기(51)가, 툴 평균 위치(Tx)의 절대값을 작게 하도록, 공구 구동기(53) 및 회전 구동기(57)를 제어하도록 구성되어 있다.
이에 따라서, 바람직한 정밀도로 양호한 접합 품질을 제공할 수 있는 동시에, 내부 공동 결함의 발생을 방지 또는 억제할 수 있다.
(실시예 2)
본 실시예 2에 따른 마찰 교반 점 접합 장치는, 실시예 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치에서, 제2 부재는 금속으로 구성되어 있고, 개구부를 구비하는 구멍이 형성되어 있고, 제어기는, (C)에서, 핀 부재의 선단부 주변의 섬유 강화 플라스틱의 경도에 따라서, 핀 부재의 이동 속도를 변경하도록 구성되어 있다.
이하에서, 본 실시예 2에 따른 마찰 교반 점 접합 장치의 일례에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
[마찰 교반 점 접합 장치의 구성]
도 5는 본 실시예 2에 따른 마찰 교반 점 접합 장치의 개략적인 구성을 도시하는 모식도이다. 여기서, 도 5에서는 도면의 상하 방향을 마찰 교반 점 접합 장치의 상하 방향으로 나타내고 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예 2에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)는, 실시예 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)와 기본적인 구성은 동일하지만, 받침 부재(56)의 지지면(56a)에 오목부(56b)가 설치되어 있는 점과, 피접합물(60)을 구성하는 제2 부재(62)가 금속으로 구성되어 있고, 개구부를 구비하는 구멍(62a)이 형성되어 있는 점이 다르다.
오목부(56b)는, 그 개구부가 제2 부재(62)의 구멍(62a)의 개구 면적보다 크게 되도록 형성되어 있으면, 어떠한 형상이라도 좋다. 본 실시예 2에서는, 오목부(56b)는 반구형으로 형성되어 있지만, 이에 한정되지 않고, 직육면체 형상으로 형성되어 있어도 좋다.
또한, 구멍(62a)의 개구부는 원형으로 형성되어 있어도 좋고, 다각형 형상으로 형성되어 있어도 좋다. 구멍(62a)의 개구부의 면적은 피접합물(60)에 요구되는 접합 강도에 의해 적절하게 설정할 수 있다.
[마찰 교반 점 접합 장치의 동작 및 그 작용 효과]
다음으로, 본 실시예 2에 따른 마찰 교반 점 접합 장치의 동작 및 그 작용 효과에 대해서, 도 5, 도 6, 도 7a 및 도 7b를 참조하여 설명한다.
도 6은 본 실시예 2에 따른 마찰 교반 점 접합 장치의 동작의 일례를 도시하는 플로우 차트이다. 도 7a 및 도 7b는 도 5에 도시된 마찰 교반 점 접합 장치에 의한 마찰 교반 점 접합의 각 공정의 일례를 모식적으로 도시하는 공정도이다.
여기서, 도 7a 및 도 7b에서는, 피접합물(60)로서, 2 장의 판 형상의 제1 부재(61) 및 제2 부재(62)를 이용하고, 이들을 겹쳐 점 접합으로 연결하는 경우를 예로 들고 있다. 제1 부재(61)로는, 섬유 강화 플라스틱(예를 들어, 탄소 섬유 강화 플라스틱)으로 구성되어 있어도 좋다. 제2 부재(62)로는, 금속(예를 들어, 알루미늄, 강철, 티타늄 등)으로 구성되어 있어도 좋고, 합금(예를 들어, 알루미늄 합금 등)으로 구성되어 있어도 좋다.
또한, 본 실시예 2에서는, 피접합물(60)을 판상의 제1 부재(61)와 판상의 제2 부재(62)로 구성되어 있는 형태를 채용하였지만, 이에 한정되지 않고, 피접합물(60)(제1 부재(61) 및 제2 부재(62))의 형상은 임의이고, 예를 들어, 직육면체 형상이라도 좋고, 원호 형상으로 형성되어 있어도 좋다.
또한, 도 7a 및 도 7b에서는, 복동식 마찰 접합 장치의 일부를 생략하고, 화살표(r)는 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 회전 방향을 나타내고, 블록 화살표(F)는 제1 부재(61) 및 제2 부재(62)에 가해지는 힘의 방향을 나타낸다.
나아가, 받침 부재(56)로부터 제1 부재(61) 및 제2 부재(62)에 대해 힘이 가해지고 있지만, 설명의 편의상, 도 7a 및 도 7b에는 도시하지 않았다. 숄더 부재(12)에는, 핀 부재(11) 및 클램프 부재(54)의 구별을 명확하기 위해서, 음영의 해치를 하였다.
먼저, 작업자(조작자)가 받침 부재(56)의 지지면(56a)에 피접합물(60)을 올린다. 이어서, 작업자가 입력부(32)를 조작하여, 제어기(51)에 피접합물(60)의 접합 실행을 입력한다. 여기서, 로봇이 받침 부재(56)의 지지면(56a)에 피접합물(60)을 올려도 좋다.
그리하면, 도 6에 도시된 바와 같이, 제어기(51)는, 회전 구동기(57)를 구동시켜서, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)를 미리 설정되어 있는 소정의 제2 회전수(예를 들어, 200 ~ 3000 rpm)로 회전시킨다(스텝(S201); 도 7a의 공정 (1) 참조). 이어서, 제어기(51)는 공구 구동기(53)(숄더 구동기(532))를 구동시키고, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)를 회전시킨 상태에서, 핀 부재(11), 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(54)를 피접합물(60)에 접근시키고, 핀 부재(11)의 선단면(11a), 숄더 부재(12)의 선단면(12a) 및 클램프 부재(54)의 선단면(54a)(도 7a 및 도 7b에 미도시)을 피접합물(60)의 표면(60c)에 맞닿게 한다(스텝(S202); 도 7a의 공정 (2) 참조).
이 때, 제어기(51)는, 핀 부재(11), 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(54)가 미리 설정된 소정의 제2 압압력(예를 들어, 3 kN ~ 10 kN의 범위에 포함되는 소정 값)으로 피접합물(60)을 압압하도록, 공구 구동기(53)(숄더 구동기(532))를 제어한다.
이에 따라서, 클램프 부재(54)와 받침 부재(56)로 제1 부재(61) 및 제2 부재(62)가 끼워지고, 클램프 구동기(41)의 수축에 의해, 클램프 부재(54)가 피접합물(60)의 표면(60c) 측으로 부세되어, 클램프력이 발생한다.
또한, 이 상태에서는, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)가 함께 진퇴 이동하지 않기 때문에, 피접합물(60)의 표면(60c)을 「예비 가열」하게 된다. 이에 따라서, 제1 부재(61)의 당접 영역의 구성 재료가 마찰에 의해 발열하여 연화하고, 피접합물(60)의 표면(60c) 근방에 소성 유동부(60a)가 생긴다.
다음으로, 제어기(51)는, 핀 부재(11)의 선단면(11a)이 숄더 부재(12)의 선단면(12a)에 대해 몰입하도록 공구 구동기(53)를 구동한다(스텝(S203)). 이 때, 제어기(51)는, 핀 부재(11)가 피접합물(60)로부터 멀어지도록, 공구 구동기(53)(핀 구동기(531))를 구동하여도 좋다. 또한, 제어기(51)는, 숄더 부재(12)가 피접합물(60) 내로 압입되도록, 공구 구동기(53)(핀 구동기(531))를 구동하여도 좋다.
또한, 제어기(51)는, 숄더 부재(12)의 선단부가 미리 설정되어 있는 소정의 제2 위치까지 도달하도록 핀 구동기(531)를 제어한다.
여기서, 제2 위치는 미리 실험 등으로 설정할 수 있고, 제1 부재(61)의 표면(피접합물(60)의 표면(60c))을 0 %로 하고, 제1 부재(61)의 제2 부재(62)와 맞닿는 면을 100 %로 하였을 경우에, 0 % 보다 크고 100 % 미만 사이에서 임의로 설정되는 위치를 말한다. 여기서, 접합 강도를 향상시키는 관점에서, 제2 위치는, 제1 부재(61)의 제2 부재(62)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, 소성 유동부(60a)의 연화한 재료는 숄더 부재(12)에 의해 밀려나고, 숄더 부재(12)의 바로 아래에서 핀 부재(11)의 바로 아래로 유동하기 때문에, 핀 부재(11)는 후퇴하고, 숄더 부재(12)에 대해 부상한다(도 7a의 공정 (3) 참조).
다음으로, 제어기(51)는, 핀 부재(11)가 피접합물(60)을 향해 나가도록, 공구 구동기(53)(핀 구동기(531))를 구동하거나, 또는, 제어기(51)는, 숄더 부재(12)가 피접합물(60)로부터 멀어지도록 공구 구동기(53)(숄더 구동기(532))를 구동한다(스텝(S204)).
이에 따라서, 핀 부재(11)가 서서히 제1 부재(61) 내로 진입(압입)하고, 숄더 부재(12)가 제1 부재(61)로부터 후퇴한다(도 7b의 공정 (4) 참조). 이 때, 소성 유동부(60a)의 연화된 부분은 핀 부재(11)의 바로 아래에서 숄더 부재(12)의 바로 아래(숄더 부재(12)의 압입에 의해 생긴 오목부)로 유동하는 동시에, 제2 부재(62)의 구멍(62a) 내로 밀려나서, 받침 부재(56)의 오목부(56b)에까지 도달한다.
여기서, 본 실시예 2에서는, 제어기(51)는, 스텝(S203) 및 스텝(S204)을 실행하는 경우에는, 툴 평균 위치(Tx) = 받침 부재(56)의 오목부(56b)의 체적 / {숄더 부재(12)의 반경 × 숄더 부재(12)의 반경 × π}(식 (1))이 되도록, 공구 구동기(53)를 제어한다. 또한, 툴 평균 위치(Tx)가 식 (1)을 만족하도록, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)가 피접합물(60)을 압압하는 압압력, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 회전수 및 공구 구동기(53)의 구동 시간을 미리 실험에 의해 구하고, 얻어진 압압력 등을 기억기(31)에 기억시켜 둔다.
또한, 제어기(51)는, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)가 피접합물(60)을 압압하는 압압력이 스텝(S203) 보다 스텝(S204) 쪽이 더 작아지도록, 공구 구동기(53)를 제어하고, 및/또는 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 회전수가, 스텝(S203) 보다 스텝(S204) 쪽이 더 작아지도록, 회전 구동기(57)를 제어하도록 구성되어 있다.
이에 따라서, 피접합물(60)을 구성하는 섬유 강화 플라스틱이 과도하게 가열되는 것을 억제할 수 있고, 섬유 강화 플라스틱의 수지가 과도하게 유동(연화)하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 소성 유동하는 수지(연화한 수지)가 숄더 부재(12)의 선단면(12a) 보다 외측으로 흘러서, 외관 품질(주로 접합부의 함몰, 또는 바리의 발생)의 악화가 생기는 것을 억제할 수 있다.
나아가, 제어기(51)는, 핀 부재(11)의 선단부 주변의 섬유 강화 플라스틱의 경도에 따라서, 핀 부재(11)의 이동 속도를 변경하도록 구성되어 있어도 좋다. 여기서, 핀 부재(11)의 이동 속도는 미리 실험 등으로 설정할 수 있다.
제어기(51)는, 핀 부재(11)의 이동 속도가 스텝(S203) 보다 스텝(S204) 쪽이 더 커지도록 공구 구동기(53)를 제어하여도 좋다. 또한, 제어기(51)는 기억기(31)에 미리 기억되어 있는 핀 부재(11)의 선단부 주변의 섬유 강화 플라스틱의 경도와, 스텝(S203)에서 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 회전수 및 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)가 피접합물(60)을 압압하는 압압력의 상관 관계를 나타내는 테이블, 그래프 등을 기초로 하여, 핀 부재(11)의 이동 속도를 변경하도록 구성되어 있어도 좋다.
다음으로, 제어기(51)는, 핀 부재(11)의 선단면(11a) 및 숄더 부재(12)의 선단면(12a)이 일치하도록, 공구 구동기(53)를 제어한다(스텝(S205)). 이에 따라서, 피접합물(60)의 표면(60c)이 정형된다(도 7b의 공정 (5) 참조).
여기서, 제어기(51)는, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 회전수가 스텝(S203) 보다 스텝(S205) 쪽이 더 작아지도록, 회전 구동기(57)를 제어하여도 좋다. 또한, 제어기(51)는, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 회전수가 스텝(S204) 보다 스텝(S205) 쪽이 더 작아지도록, 회전 구동기(57)를 제어하여도 좋다.
이에 따라서, 피접합물(60)을 구성하는 섬유 강화 플라스틱이 과도하게 가열되는 것을 억제할 수 있고, 섬유 강화 플라스틱의 수지가 과도하게 유동(연화)하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 소성 유동하는 수지(연화한 수지)가 숄더 부재(12)의 선단면(12a) 보다 외측으로 흘러서, 외관 품질(주로 접합부의 함몰 또는 바리의 발생)의 악화가 생기는 것을 억제할 수 있다.
또한, 제어기(51)는, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)가 피접합물(60)을 압압하는 압압력이 스텝(S204) 보다 스텝(S205) 쪽이 더 커지도록 공구 구동기(53)를 제어하여도 좋다. 이에 따라서, 피접합물(60)의 소성 유동부(60a) 내에 생긴 보이드(공동 결함)을 분쇄할 수 있고, 피접합물(60) 내부 공동 결함의 발생을 억제할 수 있다.
다음으로, 제어기(51)는, 핀 부재(11), 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(54)를 피접합물(60)로부터 이격하도록, 공구 구동기(53)(숄더 구동기(532))를 제어한다(스텝(S206)). 이어서, 제어기(51)는 회전 구동기(57)를 제어하여, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 회전을 정지시키고(스텝(S207)), 일련의 마찰 교반 점 접합(피접합물(60)의 접합 공정)을 종료시킨다(도 7b의 공정 (6) 참조).
에 따라서, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 당접에 의한 회전(및 압압)이, 제1 부재(61)에 가해지지 않기 때문에, 소성 유동부(60a)에서는, 소성 유동이 정지되어, 접합부(60b)로 된다. 이와 같이 하여, 제1 부재(61) 및 제2 부재(62)는 접합부(60b)에 의해 연결(접합)된다.
이와 같이 구성된 본 실시예 2에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)에서도, 실시예 1에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)와 동일한 작용 효과를 나타낸다.
또한, 본 실시예 2에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)에서는, 받침 부재(56)의 지지면(56a)에 오목부(56b)가 형성되어 있고, 제2 부재(62)에 구멍(62a)를 형성하도록 구성되어 있다.
이에 따라서, 당해 구멍(62a)으로 소성 유동부(60a)를 밀어내어, 오목부(56b)까지 도달시키는 것에 의해, 제1 부재(61)와 제2 부재(62)를 접합하고 있기 때문에, 제2 부재(62)가 연화되기 어려운 재료(예를 들어, 철강, 티타늄 등)로 구성되어 있어도, 제1 부재(61)와 제2 부재(62)를 접합할 수 있다.
[변형예 1]
다음으로, 본 실시예 2에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)의 변형예에 대하여, 도 8을 참조하면서 설명한다.
도 8은 본 실시예 2의 변형예 1의 마찰 교반 점 접합 장치의 개략적인 구성을 도시하는 모식도이다. 여기서, 도 8에서는 도면의 상하 방향을 마찰 교반 점 접합 장치의 상하 방향으로 나타내고 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 변형예 1의 마찰 교반 점 접합 장치(50)는 실시예 2에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)와 기본적인 구성은 동일하지만, 피접합물(60)을 구성하는 제2 부재(62)의 구멍(62a)의 형상이 다르다. 구체적으로는, 구멍(62a)은 제2 부재(62)에서 받침 부재(56)의 지지면(56a)과 맞닿는 면 측의 개구 면적이 제2 부재(62)의 제1 부재(61)와 맞닿는 측의 개구 면적보다 크게 되도록 형성되어 있다.
이에 따라서, 피접합물(60)의 접합부(60b)가 앵커 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 본 변형예 1의 마찰 교반 점 접합 장치(50)에서는, 받침 부재(56)의 지지면(56a)에는, 오목부(56b)를 설치하지 않아도 좋다.
여기서, 구멍(62a)은 제2 부재(62)에서 받침 부재(56)의 지지면(56a)과 맞닿는 면 측의 개구 면적이, 제2 부재(62)의 제1 부재(61)와 맞닿는 면 측의 개구 면적보다 크도록 형성되어 있다면, 어떠한 형상이라도 좋다. 예를 들어, 구멍(62a)은 제2 부재(62)의 주면(主面)의 법선 방향으로 절단한 단면의 형상이, 도 8에 도시된 바와 같이, 테이퍼 형상으로 형성되어 있어도 좋다. 또한, 구멍(62a)은 제2 부재(62)의 주면의 법선 방향으로 절단한 단면의 형상이 계단 형상으로 형성되어 있어도 좋다.
이와 같이 구성된 본 변형예 1의 마찰 교반 점 접합 장치(50)에서도, 실시예 2에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(50)와 동일한 작용 효과를 나타낸다.
상기 설명으로부터, 당업자에게는 본 발명의 많은 개량이나 다른 실시예가 명확할 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 점 접합 장치 및 마찰 교반 점 접합 방법은 섬유 강화 플라스틱을 가지는 피접합물의 양호한 접합 품질을 제공할 수 있으므로, 유용하다.
11: 핀 부재
11a: 선단면
12: 숄더 부재
12a: 선단면
31: 기억기
32: 입력기
41: 클램프 구동기
50: 마찰 교반 점 접합 장치
51: 제어 장치
52: 공구 고정기
53: 공구 구동기
54: 클램프 부재
54a: 선단면
55: 지지부
56: 받침 부재
56a: 지지면
56b: 오목부
57: 회전 구동기
60: 피접합물
60a: 소성 유동부
60b: 접합부
60c: 표면
61: 제1 부재
62: 제2 부재
62a: 구멍
521: 회전 공구 고정기
522: 클램프 고정기
531: 핀 구동기
532: 숄더 구동기
Xr: 축선

Claims (10)

  1. 제1 부재와 제2 부재를 구비하는 피접합물을 부분적으로 교반하여 접합하는 마찰 교반 점 접합 장치로서,
    원기둥형으로 형성되고, 축선 둘레의 회전과 상기 축선을 따르는 방향으로 진퇴 이동이 가능하도록 구성되어 있는 핀 부재와,
    원통형으로 형성되고, 상기 핀 부재가 내부에 삽입 관통되고, 상기 축선 둘레의 회전과 상기 축선을 따르는 방향으로 진퇴 이동이 가능하도록 구성되어 있는 숄더 부재와,
    상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재를 상기 축선 둘레로 회전시키는 회전 구동기와,
    상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재를 각각 상기 축선을 따라 진퇴 이동시키는 공구 구동기와,
    제어기를 구비하고,
    상기 제1 부재는 섬유 강화 플라스틱으로 구성되어 있고, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재와 대향하도록 배치되어 있고,
    상기 제어기는, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재가 상기 축선 둘레로 회전하면서, 상기 피접합물과 맞닿게 하도록, 상기 회전 구동기 및 상기 공구 구동기를 동작시키는 (A)와, 상기 (A) 후, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재가 상기 축선 둘레로 회전하면서, 상기 핀 부재가 상기 피접합물로부터 멀어지는 방향을 향해 나가도록, 또는 상기 숄더 부재가 상기 피접합물에 더 압입하도록, 상기 회전 구동기 및 상기 공구 구동기를 동작시키는 (B)와, 상기 (B) 후, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재가 상기 축선 둘레로 회전하면서, 상기 핀 부재가 상기 피접합물을 향해 나가도록, 또는 상기 숄더 부재가 상기 피접합물로부터 멀어지는 방향을 향해 나가도록, 상기 회전 구동기 및 상기 공구 구동기를 동작시키는 (C)와, 상기 (C) 후, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재가 상기 축선 둘레로 회전하면서, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재의 선단면이 상기 피접합물의 표면에 위치하도록, 상기 회전 구동기 및 상기 공구 구동기를 동작시키는 (D)를 실행하고,
    상기 핀 부재와 상기 숄더 부재가 상기 피접합물을 압압하는 압압력이 상기 (B) 보다 상기 (C) 쪽이 작아지도록 상기 공구 구동기를 제어하는 것, 및 상기 핀 부재와 상기 숄더 부재의 회전수가 상기 (B) 보다 상기 (C) 쪽이 작아지도록 상기 회전 구동기를 제어하는 것 중 적어도 하나로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 점 접합 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 핀 부재와 상기 숄더 부재의 회전수가 상기 (B) 보다 상기 (D) 쪽이 작아지도록, 상기 회전 구동기를 제어하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 점 접합 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 핀 부재와 상기 숄더 부재가 상기 피접합물을 압압하는 압압력이 상기 (C) 보다 상기 (D) 쪽이 커지도록, 상기 공구 구동기를 제어하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 점 접합 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 부재는 섬유 강화 플라스틱으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 점 접합 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 부재는 금속으로 구성되어 있고, 개구부를 가지는 구멍이 형성되어 있고,
    상기 제어기는, 상기 (C)에서, 상기 핀 부재의 선단부 주변의 상기 섬유 강화 플라스틱의 경도에 따라서, 상기 핀 부재의 이동 속도를 변경하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 점 접합 장치.
  6. 제1 부재와 제2 부재를 구비하는 피접합물을 부분적으로 교반하여 접합하는 마찰 교반 점 접합 장치의 운전 방법으로서,
    상기 마찰 교반 점 접합 장치는,
    원기둥형으로 형성되고, 축선 둘레의 회전과 상기 축선을 따르는 방향으로 진퇴 이동이 가능하도록 구성되어 있는 핀 부재와,
    원통형으로 형성되고, 상기 핀 부재가 내부에 삽입 관통되고, 상기 축선 둘레의 회전과 상기 축선을 따르는 방향으로 진퇴 이동이 가능하도록 구성되어 있는 숄더 부재와,
    상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재를 상기 축선 둘레로 회전시키는 회전 구동기와,
    상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재를 각각 상기 축선을 따라 진퇴 이동시키는 공구 구동기를 구비하고,
    상기 제1 부재는 섬유 강화 플라스틱으로 구성되어 있고, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재와 대향하도록 배치되어 있고,
    상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재가 상기 축선 둘레로 회전하면서, 상기 피접합물과 맞닿게 하도록, 상기 회전 구동기 및 상기 공구 구동기가 동작하는 (A)와,
    상기 (A) 후, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재가 상기 축선 둘레로 회전하면서, 상기 핀 부재가 상기 피접합물로부터 멀어지는 방향을 향해 나가도록, 또는 상기 숄더 부재가 상기 피접합물에 더 압입하도록, 상기 회전 구동기 및 상기 공구 구동기가 동작하는 (B)와,
    상기 (B) 후, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재가 상기 축선 둘레로 회전하면서, 상기 핀 부재가 상기 피접합물을 향해 나가도록, 또는 상기 숄더 부재가 상기 피접합물로부터 멀어지는 방향을 향해 나가도록, 상기 회전 구동기 및 상기 공구 구동기가 동작하는 (C)와,
    상기 (C) 후, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재가 상기 축선 둘레로 회전하면서, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재의 선단면이 상기 피접합물의 표면에 위치하도록, 상기 회전 구동기 및 상기 공구 구동기가 동작하는 (D)를 구비하고,
    상기 (C)에서, 상기 핀 부재와 상기 숄더 부재가 상기 피접합물을 압압하는 압압력이 상기 (B) 보다 작아지도록 상기 공구 구동기가 동작하는 것, 및 상기 핀 부재와 상기 숄더 부재의 회전수가 상기 (B) 보다 작아지도록 상기 회전 구동기가 동작하는 것 중 적어도 하나를 특징으로 하는 마찰 교반 점 접합 장치의 운전 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 (D)에서, 상기 핀 부재와 상기 숄더 부재의 회전수가 상기 (B) 보다 작아지도록, 상기 회전 구동기가 동작하는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 점 접합 장치의 운전 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 (D)에서, 상기 핀 부재와 상기 숄더 부재가 상기 피접합물을 압압하는 압압력이 상기 (C) 보다 커지도록, 상기 공구 구동기가 동작하는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 점 접합 장치의 운전 방법.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 부재는 섬유 강화 플라스틱으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 점 접합 장치의 운전 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제2 부재는 금속으로 구성되어 있고, 개구부를 가지는 구멍이 형성되어 있고,
    상기 (C)에서, 상기 핀 부재의 선단부 주변의 상기 섬유 강화 플라스틱의 경도에 따라서, 상기 핀 부재의 이동 속도를 변경하도록, 상기 공구 구동기가 동작하는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 점 접합 장치의 운전 방법.
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