KR20210141691A - 마찰교반 점접합 장치 및 그 운전 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 마찰교반 점접합 장치는, 핀 부재(11)와, 숄더 부재(12)와, 회전 구동기(57)와, 진퇴 구동기(53)와, 회전한 상태의 숄더 부재(12)의 선단을 제2 부재(62) 내에서 미리 설정되어 있는 소정의 제1 위치까지 도달시키고, 또한, 회전한 상태의 핀 부재(11)를 피접합물(60)의 피접합부로부터 후퇴하도록, 진퇴 구동기(53) 및 회전 구동기(57)를 동작시키도록 구성되어 있는, 제어기(51)를 구비한다.
Description
본 발명은, 마찰교반 점접합 장치 및 그 운전 방법에 관한 것이다.
연질금속으로 이루어지는 제1 부재와 경질금속으로 이루어지는 제2 부재를 중첩하고, 상기 제1 부재측으로부터, 프로브를 회전시키면서, 그 선단이 상기 제2 부재의 바로 위에 이르도록 삽입하고, 마찰교반하여, 제1 및 제2 부재를 접합시키는, 이종 금속 부재의 접합 방법이 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 참조).
특허문헌에 개시되어 있는 이종 금속 부재의 접합 방법에서는, 회전 공구로서, 프로브가 숄더 부재와는 별체로 구성되어, 개별로 축 방향으로 이동 가능해진 복동식 회전 공구를 이용하고, 상기 프로브를 제1 부재에 삽입하여, 제1 및 제2 부재의 마찰교반접합을 행하고 있다.
그러나, 상기 특허문헌에 개시되어 있는 이종 금속 부재의 접합 방법에서도, 접합 시간의 단축화의 관점에서 아직 개선의 여지가 있다.
본 발명은, 상기 특허문헌에 개시되어 있는 이종 금속 부재의 접합 방법에 비해, 접합 시간을 단축할 수 있는, 마찰교반 점접합 장치 및 그 운전 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 마찰교반 점접합 장치는, 제1 부재와 제2 부재를 가지는, 피접합물을 마찰열로 연화시킴으로써 접합하는 마찰교반 점접합 장치로서, 상기 마찰교반 점접합 장치는, 원기둥형으로 형성되어 있는 핀 부재와, 원통형으로 형성되고, 상기 핀 부재가 내부에 삽입통과되어 있는 숄더 부재와, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재를, 상기 핀 부재의 축심에 일치하는 축선 둘레로 회전시키는 회전 구동기와, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재를, 각각, 상기 축선을 따라 진퇴 이동시키는 진퇴 구동기와, 제어기를 구비하고, 상기 제1 부재는, 상기 툴과 대향하도록 배치되고, 또한, 상기 제2 부재보다도 융점이 낮은 재료로 구성되어 있으며, 상기 제어기는, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재가, 회전한 상태로, 상기 피접합물의 피접합부를 압압하도록, 상기 회전 구동기 및 상기 진퇴 구동기를 동작시키는 (A)와, 회전한 상태의 상기 숄더 부재의 선단을 상기 제2 부재 내에서 미리 설정되어 있는 소정의 제1 위치까지 도달시키고, 또한, 회전한 상태의 상기 핀 부재를 상기 피접합물의 피접합부로부터 후퇴하도록, 상기 진퇴 구동기 및 상기 회전 구동기를 동작시키는 (B)와, 상기 (B) 후, 회전한 상태의 상기 숄더 부재를 상기 피접합물의 피접합부로부터 인발하도록, 또한, 회전한 상태의 상기 핀 부재를 상기 피접합물의 피접합부를 향해 진출하도록, 상기 회전 구동기 및 상기 진퇴 구동기를 동작시키는 (C)를 실행하도록 구성되어 있다.
이에 따라서, 핀 부재와 숄더 부재가 동일한 회전수인 경우에, 숄더 부재를 피접합부 내에 압입하는 경우의 쪽이, 핀 부재를 피접합부 내에 압입하는 경우에 비해, 주속(周速)이 커진다.
이 때문에, 숄더 부재를 압입하는 경우의 쪽이, 핀 부재를 압입하는 경우에 비해, 피접합부 내의 소성 유동을 일으키게 하는 힘이 커져, 피접합부 내로의 압입 속도의 저하를 억제할 수 있다. 따라서, 상기 특허문헌에 개시되어 있는 이종 금속 부재의 접합 방법에 비해, 접합 시간을 단축할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 마찰교반 점접합 장치의 운전 방법은, 제1 부재와 제2 부재를 가지는, 피접합물을 마찰열로 연화시킴으로써 접합하는 마찰교반 점접합 장치의 운전 방법으로서, 상기 마찰교반 점접합 장치는, 원기둥형으로 형성되어 있는 핀 부재와, 원통형으로 형성되고, 상기 핀 부재가 내부에 삽입통과되어 있는 숄더 부재와, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재를, 상기 핀 부재의 축심에 일치하는 축선 둘레로 회전시키는 회전 구동기와, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재를, 각각, 상기 축선을 따라 진퇴 이동시키는 진퇴 구동기와, 제어기를 구비하고, 상기 제1 부재는, 상기 툴과 대향하도록 배치되고, 또한, 상기 제2 부재보다도 융점이 낮은 재료로 구성되어 있으며, 상기 제어기는, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재가, 회전한 상태로, 상기 피접합물의 피접합부를 압압하도록, 상기 회전 구동기 및 상기 진퇴 구동기를 동작시키는 (A)와, 회전한 상태의 상기 숄더 부재의 선단을 상기 제2 부재 내에서 미리 설정되어 있는 소정의 제1 위치까지 도달시키고, 또한, 회전한 상태의 상기 핀 부재를 상기 피접합물의 피접합부로부터 후퇴하도록, 상기 진퇴 구동기 및 상기 회전 구동기를 동작시키는 (B)와, 상기 (B) 후, 회전한 상태의 상기 숄더 부재를 상기 피접합물의 피접합부로부터 인발하도록, 또한, 회전한 상태의 상기 핀 부재를 상기 피접합물의 피접합부를 향해 진출하도록, 상기 회전 구동기 및 상기 진퇴 구동기를 동작시키는 (C)를 실행하도록 구성되어 있다.
이에 따라서, 핀 부재와 숄더 부재가 동일한 회전수인 경우에, 숄더 부재를 피접합부 내에 압입하는 경우의 쪽이, 핀 부재를 피접합부 내에 압입하는 경우에 비해, 주속이 커진다.
이 때문에, 숄더 부재를 압입하는 경우의 쪽이, 핀 부재를 압입하는 경우에 비해, 피접합부 내의 소성 유동을 일으키게 하는 힘이 커져, 피접합부 내로의 압입 속도의 저하를 억제할 수 있다. 따라서, 상기 특허문헌에 개시되어 있는 이종 금속 부재의 접합 방법에 비해, 접합 시간을 단축할 수 있다.
본 발명의 상기 목적, 다른 목적, 특징, 및 이점은, 첨부 도면을 참조하여, 이하의 바람직한 실시예의 상세한 설명으로부터 명확해진다.
본 발명에 따른 마찰교반 점접합 장치 및 그 운전 방법에 의하면, 종래의 이종 금속 부재의 접합 방법에 비해, 접합 시간을 단축할 수 있다.
도 1은, 본 실시예 1에 따른 마찰교반 점접합 장치의 개략적인 구성을 나타내는 모식도이다.
도 2는, 도 1에 나타내는 마찰교반 점접합 장치의 제어 구성을 모식적으로 나타내는 블록도이다.
도 3은, 본 실시예 1에 따른 마찰교반 점접합 장치의 동작의 일례를 나타내는 플로우 차트이다.
도 4a는, 도 1에 나타내는 마찰교반 점접합 장치에 의한 마찰교반 점접합의 각 공정의 일례를 모식적으로 나타내는 공정도이다.
도 4b는, 도 1에 나타내는 마찰교반 점접합 장치에 의한 마찰교반 점접합의 각 공정의 일례를 모식적으로 나타내는 공정도이다.
도 5는, 비교예 1 및 시험예 1의 마찰교반 점접합 장치를 이용하여, 접합조건 1로 마찰교반 점접합한 피접합물의 인장 전단 시험과 십자 인장 시험의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 6은, 비교예 1의 마찰교반 점접합 장치를 이용하여, 접합조건 1로 마찰교반 점접합한 피접합물의 단면사진과, 시험예 1의 마찰교반 점접합 장치를 이용하여, 접합조건 2로 마찰교반 점접합한 피접합물의 단면사진이다.
도 7은, 시험예 2의 마찰교반 점접합 장치를 이용하여, 접합조건 3~7로 마찰교반 점접합한 피접합물의 인장 전단 시험의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8은, 시험예 2의 마찰교반 점접합 장치를 이용하여, 접합조건 3~7로 마찰교반 점접합한 피접합물의 단면사진이다.
도 9a는, 시험예 3의 마찰교반 점접합 장치를 이용하여, 접합조건 8로 마찰교반 점접합한 피접합물의 인장 전단 시험과 십자 인장 시험의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 9b는, 시험예 3의 마찰교반 점접합 장치를 이용하여, 접합조건 8로 마찰교반 점접합한 피접합물의 단면사진이다.
도 10은, 시험예 4의 마찰교반 점접합 장치를 이용하여, 접합조건 9로 마찰교반 점접합한 피접합물의 단면사진이다.
도 11은, 비교예 2 및 시험예 5의 마찰교반 점접합 장치를 이용하여, 접합조건 10으로 마찰교반 점접합한 피접합물의 단면사진이다.
도 2는, 도 1에 나타내는 마찰교반 점접합 장치의 제어 구성을 모식적으로 나타내는 블록도이다.
도 3은, 본 실시예 1에 따른 마찰교반 점접합 장치의 동작의 일례를 나타내는 플로우 차트이다.
도 4a는, 도 1에 나타내는 마찰교반 점접합 장치에 의한 마찰교반 점접합의 각 공정의 일례를 모식적으로 나타내는 공정도이다.
도 4b는, 도 1에 나타내는 마찰교반 점접합 장치에 의한 마찰교반 점접합의 각 공정의 일례를 모식적으로 나타내는 공정도이다.
도 5는, 비교예 1 및 시험예 1의 마찰교반 점접합 장치를 이용하여, 접합조건 1로 마찰교반 점접합한 피접합물의 인장 전단 시험과 십자 인장 시험의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 6은, 비교예 1의 마찰교반 점접합 장치를 이용하여, 접합조건 1로 마찰교반 점접합한 피접합물의 단면사진과, 시험예 1의 마찰교반 점접합 장치를 이용하여, 접합조건 2로 마찰교반 점접합한 피접합물의 단면사진이다.
도 7은, 시험예 2의 마찰교반 점접합 장치를 이용하여, 접합조건 3~7로 마찰교반 점접합한 피접합물의 인장 전단 시험의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8은, 시험예 2의 마찰교반 점접합 장치를 이용하여, 접합조건 3~7로 마찰교반 점접합한 피접합물의 단면사진이다.
도 9a는, 시험예 3의 마찰교반 점접합 장치를 이용하여, 접합조건 8로 마찰교반 점접합한 피접합물의 인장 전단 시험과 십자 인장 시험의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 9b는, 시험예 3의 마찰교반 점접합 장치를 이용하여, 접합조건 8로 마찰교반 점접합한 피접합물의 단면사진이다.
도 10은, 시험예 4의 마찰교반 점접합 장치를 이용하여, 접합조건 9로 마찰교반 점접합한 피접합물의 단면사진이다.
도 11은, 비교예 2 및 시험예 5의 마찰교반 점접합 장치를 이용하여, 접합조건 10으로 마찰교반 점접합한 피접합물의 단면사진이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를, 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 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 있고, 그 다른 구성 요소에 대해서는 도시를 생략하고 있는 경우가 있다. 또한, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되지 않는다.
(실시예 1)
본 실시예 1에 따른 마찰교반 점접합 장치는, 제1 부재와 제2 부재를 가지는, 피접합물을 마찰열로 연화시킴으로써 접합하는 마찰교반 점접합 장치로서, 마찰교반 점접합 장치는, 원기둥형으로 형성되어 있는 핀 부재와, 원통형으로 형성되고, 핀 부재가 내부에 삽입통과되어 있는 숄더 부재와, 핀 부재 및 숄더 부재를, 핀 부재의 축심에 일치하는 축선 둘레로 회전시키는 회전 구동기와, 핀 부재 및 숄더 부재를, 각각, 축선을 따라 진퇴 이동시키는 진퇴 구동기와, 제어기를 구비하고, 제1 부재는, 툴과 대향하도록 배치되고, 또한, 제2 부재보다도 융점이 낮은 재료로 구성되어 있으며, 제어기는, 핀 부재 및 숄더 부재가, 회전한 상태로, 피접합물의 피접합부를 압압하도록, 회전 구동기 및 진퇴 구동기를 동작시키는 (A)와, 회전한 상태의 숄더 부재의 선단을 제2 부재 내에서 미리 설정되어 있는 소정의 제1 위치까지 도달시키고, 또한, 회전한 상태의 핀 부재를 피접합물의 피접합부로부터 후퇴하도록, 진퇴 구동기 및 회전 구동기를 동작시키는 (B)와, (B) 후, 회전한 상태의 숄더 부재를 피접합물의 피접합부로부터 인발하도록, 또한, 회전한 상태의 핀 부재를 피접합물의 피접합부를 향해 진출하도록, 회전 구동기 및 진퇴 구동기를 동작시키는 (C)를 실행하도록 구성되어 있다.
또한, 본 실시예 1에 따른 마찰교반 점접합 장치에서는, 제1 위치는, 제2 부재의 제1 부재와의 당접면으로부터 0.3mm 이하의 사이의 임의의 위치여도 좋다.
또한, 본 실시예 1에 따른 마찰교반 점접합 장치에서는, 숄더 부재는, 상기 숄더 부재의 선단면의 반경을 Rs, 핀 부재의 선단면의 반경을 Rp로 했을 때에, 다음 식 Rs>21/2 x Rp를 만족하도록 구성되어 있어도 좋다.
또한, 본 실시예 1에 따른 마찰교반 점접합 장치에서는, 피접합물은, 중첩된 제1 부재와 제2 부재의 접촉 부분에 실런트재가 도포되어 있어도 좋다.
이하, 본 실시예 1에 따른 마찰교반 점접합 장치의 일례에 대해, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
[마찰교반 점접합 장치의 구성]
도 1은, 본 실시예 1에 따른 마찰교반 점접합 장치의 개략적인 구성을 나타내는 모식도이다. 또한, 도 1에서는, 도면의 상하 방향을 마찰교반 점접합 장치의 상하 방향으로 나타내고 있다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시예 1에 따른 마찰교반 점접합 장치(50)는, 핀 부재(11), 숄더 부재(12), 공구 고정기(52), 진퇴 구동기(53), 클램프 부재(13), 받침 지지부(55), 받침 부재(56), 및 회전 구동기(57)를 구비하고 있다.
핀 부재(11), 숄더 부재(12), 공구 고정기(52), 진퇴 구동기(53), 클램프 부재(13), 및 회전 구동기(57)는, C형 건(C형 프레임)으로 구성되는 받침 지지부(55)의 상단에 설치되어 있다. 또한, 받침 지지부(55)의 하단에는, 받침 부재(56)가 설치되어 있다. 핀 부재(11), 숄더 부재(12), 및 클램프 부재(13)와, 받침 부재(56)는 서로 대향하는 위치에서 받침 지지부(55)에 장착되어 있다. 또한, 핀 부재(11), 숄더 부재(12), 및 클램프 부재(13)와, 받침 부재(56)의 사이에는, 피접합물(60)이 배치된다.
핀 부재(11), 숄더 부재(12), 및 클램프 부재(13)는, 회전 공구 고정기(521) 및 클램프 고정기(522)로 구성되는 공구 고정기(52)에 고정되어 있다. 구체적으로는, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)는, 회전 공구 고정기(521)에 고정되어 있고, 클램프 부재(13)는, 클램프 구동기(41)를 통해, 클램프 고정기(522)에 고정되어 있다. 그리고, 회전 공구 고정기(521)는, 회전 구동기(57)를 통해, 클램프 고정기(522)에 지지되어 있다. 또한, 클램프 구동기(41)는, 스프링에 의해 구성되어 있다.
또한, 핀 부재(11), 숄더 부재(12), 및 클램프 부재(13)는, 핀 구동기(531) 및 숄더 구동기(532)로 구성되는 진퇴 구동기(53)에 의해, 상하 방향으로 진퇴 구동된다.
핀 부재(11)는, 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 축심에 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.
또한, 핀 구동기(531)로는, 예를 들어, 직동 액츄에이터로 구성되어 있어도 좋다. 직동 액츄에이터로는, 예를 들어, 서보 모터와 랙 앤 피니언, 서보 모터와 볼나사, 또는 에어실린더 등으로 구성되어 있어도 좋다.
숄더 부재(12)는, 중공을 가지는 원통형으로 형성되어 있고, 회전 공구 고정기(521)에 의해 지지되어 있다. 숄더 부재(12)의 중공 내에는, 핀 부재(11)가 내부에 삽입되어 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.
또한, 숄더 구동기(532)로는, 예를 들어, 직동 액츄에이터로 구성되어 있어도 좋다. 직동 액츄에이터로는, 예를 들어, 서보 모터와 랙 앤 피니언, 서보 모터와 볼나사, 또는 에어실린더 등으로 구성되어 있어도 좋다.
이와 같이, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)(회전 공구)는, 본 실시예에서는 모두 동일한 회전 공구 고정기(521)에 의해 지지되고, 모두 회전 구동기(57)에 의해 축선(Xr) 둘레로 일체적으로 회전한다. 또한, 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.
또한, 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.
이에 따라서, 상기 특허문헌에 개시되어 있는 이종 금속 부재의 접합 방법에 비해, 접합면적(신생면(新生面)이 형성되는 면적)을 크게 할 수 있다. 이 때문에, 상기 특허문헌에 개시되어 있는 이종 금속 부재의 접합 방법에 비해, 접합 강도를 크게 할 수 있다.
클램프 부재(13)는, 숄더 부재(12)와 마찬가지로, 중공을 가지는 원통형으로 형성되어 있고, 그 축심이 축선(Xr)과 일치하도록 설치되어 있다. 클램프 부재(13)의 중공 내에는, 숄더 부재(12)가 내삽되어 있다.
즉, 핀 부재(11)의 외주면을 둘러싸도록, 원통형의 숄더 부재(12)가 배치되어 있고, 숄더 부재(12)의 외주면을 둘러싸도록 원통형의 클램프 부재(13)가 배치되어 있다. 다시 말해서, 클램프 부재(13), 숄더 부재(12) 및 핀 부재(11)가, 각각 동축심상의 중첩구조로 되어 있다.
또한, 클램프 부재(13)는, 피접합물(60)을 일방의 면(표면)으로부터 압압하도록 구성되어 있다. 클램프 부재(13)는, 상술한 바와 같이, 본 실시예 1에서는, 클램프 구동기(41)를 통해 클램프 고정기(522)에 지지되어 있다. 클램프 구동기(41)는, 클램프 부재(13)를 받침 부재(56)측으로 부세(付勢)하도록 구성되어 있다. 그리고, 클램프 부재(13)(클램프 구동기(41) 및 클램프 고정기(522)를 포함)는, 숄더 구동기(532)에 의해, 화살표(P3) 방향(화살표(P1) 및 화살표(P2)와 같은 방향)으로 진퇴가능하게 구성되어 있다.
또한, 클램프 구동기(41)는, 본 실시예 1에서는, 스프링으로 구성하였지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 클램프 구동기(41)는, 클램프 부재(13)에 부세를 주거나 가압력을 주거나 하는 구성이라면 좋고, 예를 들어, 가스압, 유압, 서보 모터 등을 이용한 기구도 적절하게 이용할 수 있다.
핀 부재(11), 숄더 부재(12), 및 클램프 부재(13)는, 각각 선단면(11a), 선단면(12a), 및 선단면(13a)을 구비하고 있다. 또한, 핀 부재(11), 숄더 부재(12), 및 클램프 부재(13)는, 진퇴 구동기(53)에 의해 진퇴 이동함으로써, 선단면(11a), 선단면(12a), 및 선단면(13a)은, 각각, 피접합물(60)의 표면(피접합물(60)의 피접합부)에 당접하고, 피접합물(60)을 압압한다.
또한, 숄더 부재(12)는, 상기 숄더 부재(12)의 선단면(12a)의 반경을 Rs, 핀 부재(11)의 선단면(11a)의 반경을 Rp로 했을 때에, Rs>21/2 x Rp를 만족하도록 구성되어 있다. 다시 말해서, 숄더 부재(12)는, 원환형의 선단면(12a)의 면적이, 핀 부재(11)의 원형의 선단면(11a)의 면적보다도 커지도록 구성되어 있다.
이에 따라서, 상기 특허문헌에 개시되어 있는 이종 금속 부재의 접합 방법에 비해, 접합면적(신생면이 형성되는 면적)을 크게 할 수 있다. 이 때문에, 상기 특허문헌에 개시되어 있는 이종 금속 부재의 접합 방법에 비해, 접합 강도를 크게 할 수 있다.
받침 부재(56)는, 본 실시예 1에서는, 평판 형상의 피접합물(60)의 이면을 당접하도록 평탄한 면(지지면(56a))에 의해, 지지하도록 구성되어 있다. 받침 부재(56)는, 마찰교반접합을 실시할 수 있도록 피접합물(60)을 적절히 지지할수 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.
피접합물(60)은, 2장의 판 형상의 제1 부재(61) 및 제2 부재(62)를 가진다. 제1 부재(61)는, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)와 대향하도록 배치되고, 또한, 제2 부재(62)보다도 융점이 낮은 재료로 구성되어 있다.
또한, 피접합물(60)은, 중첩된 제1 부재(61)와 제2 부재(62)의 접촉 부분에 실런트재가 도포되어 있어도 좋다. 실런트재로는, 실링재여도 좋고, 접착제여도 좋다. 실런트재로는, 예를 들어, 폴리설파이드계 합성 고무, 천연 고무, 실리콘 고무, 불소 고무 등의 합성 고무, 사불화 에틸렌 고무수지 등의 합성수지 등을 이용할 수 있다.
제1 부재(61)로는, 금속 재료(예를 들어, 알루미늄, 알루미늄 합금, 마그네슘 합금 등), 열가소성 플라스틱(예를 들어, 폴리아미드 등), 및 섬유강화 플라스틱(예를 들어, 탄소섬유강화 플라스틱 등) 중 적어도 하나의 재료를 이용하여도 좋다. 알루미늄 합금으로는, 각종 알루미늄 합금을 이용할 수 있고, 예를 들어, Al-Mg-Si계 합금(A6061)을 이용하여도 좋으며, Al-Si-Mg계 합금(AC4C)을 이용하여도 좋다.
또한, 제2 부재(62)로는, 금속 재료(예를 들어, 강, 티탄 등)를 이용하여도 좋다. 강으로는, 각종 강을 이용할 수 있고, 연강, 또는 고장력강을 이용하여도 좋다. 또한, 강의 표면에 산화막이 형성되어 있어도 좋고, 도금층(예를 들어, 아연도금)이 형성되어 있어도 좋다. 아연도금이 형성되어 있는 강판으로는, 용융아연도금강판(GI강판)이어도 좋고, 합금화 용융아연도금강판(GA강판)이어도 좋으며, 갈바륨 강판이어도 좋고, 알루미늄 실리콘 도금 핫 스탬핑 강판이어도 좋다. 또한, 도금층의 두께로는, 2μm~50μm여도 좋다.
또한, 본 실시예 1에서는, 피접합물(60)을 판 형상의 제1 부재(61)와 판 형상의 제2 부재(62)로 구성되어 있는 형태를 채용했지만, 이에 한정되지 않고, 피접합물(60)(제1 부재(61) 및 제2 부재(62))의 형상은 임의이고, 예를 들어, 직육면체 형상이어도 좋고, 원호 형상으로 형성되어 있어도 좋다. 또한, 피접합물(60)은, 3개 이상의 부재를 가지고 있어도 좋다.
또한, 본 실시예 1에서 핀 부재(11), 숄더 부재(12), 공구 고정기(52), 진퇴 구동기(53), 클램프 부재(13), 받침 지지부(55), 및 회전 구동기(57)의 구체적인 구성은, 전술한 구성에 한정되지 않고, 광범위하게 마찰교반접합의 분야에서 공지된 구성을 적절하게 이용할 수 있다. 예를 들어, 핀 구동기(531) 및 숄더 구동기(532)는, 마찰교반접합의 분야에서 공지된 모터 및 기어 기구 등으로 구성되어 있어도 좋다.
또한, 받침 지지부(55)는, 본 실시예 1에서는, C형 건으로 구성되어 있지만, 이에 한정되지 않는다. 받침 지지부(55)는, 핀 부재(11), 숄더 부재(12), 및 클램프 부재(13)를 진퇴 이동 가능하게 지지하는 동시에, 핀 부재(11), 숄더 부재(12), 및 클램프 부재(13)에 대향하는 위치에 받침 부재(56)를 지지할 수 있으면, 어떻게 구성되어 있어도 좋다.
또한, 본 실시예 1에서는, 클램프 부재(13)를 구비하는 구성을 채용했지만, 이에 한정되지 않고, 클램프 부재(13)를 구비하고 있지 않은 구성을 채용하여도 좋다. 이 경우, 예를 들어, 클램프 부재(13)는, 필요에 따라 받침 지지부(55)로부터 착탈 가능하게 구성되어 있어도 좋다.
또한, 본 실시예 1에 따른 마찰교반 점접합 장치(50)는, 마찰교반 점접합용 로봇 장치(도시하지 않음)에 배치되는 형태를 채용하고 있다. 구체적으로는, 받침 지지부(55)가, 로봇 장치의 암의 선단에 장착되어 있다.
이 때문에, 받침 지지부(55)도 마찰교반 점접합용 로봇 장치에 포함된다고 볼 수 있다. 받침 지지부(55) 및 암을 포함하여, 마찰교반 점접합용 로봇 장치의 구체적인 구성은 특별히 한정되지 않고, 다관절 로봇 등, 마찰교반접합의 분야에서 공지된 구성을 적절하게 이용할 수 있다.
또한, 마찰교반 점접합 장치(50)(받침 지지부(55)를 포함)는, 마찰교반 점접합용 로봇 장치에 적용되는 경우에 한정되는 것이 아니고, 예를 들어, NC공작기계, 대형의 C프레임, 및 오토 리벳 등의 공지된 가공용 기기에도 적절하게 적용할 수 있다.
또한, 본 실시예 1에 따른 마찰교반 점접합 장치(50)는, 두 쌍 이상의 로봇이, 마찰교반 점접합 장치(50)에서 받침 부재(56) 이외의 부분과, 받침 부재(56)를 바로 마주하게 하도록 구성되어 있어도 좋다. 또한, 마찰교반 점접합 장치(50)는, 피접합물(60)에 대해 안정적으로 마찰교반 점접합을 행하는 것이 가능하다면, 피접합물(60)을 수동 고정식으로 하는 형태를 채용하여도 좋고, 로봇을 피접합물(60)의 포지셔너로 이용하는 형태를 채용하여도 좋다.
[마찰교반 점접합 장치의 제어 구성]
다음으로, 본 실시예 1에 따른 마찰교반 점접합 장치(50)의 제어 구성에 대해, 도 2를 참조하면서, 구체적으로 설명한다.
도 2는, 도 1에 나타내는 마찰교반 점접합 장치의 제어 구성을 모식적으로 나타내는 블록도이다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 마찰교반 점접합 장치(50)는, 제어기(51), 기억기(31), 입력기(32), 및 위치 검출기(33)를 구비하고 있다.
제어기(51)는, 마찰교반 점접합 장치(50)를 구성하는 각 부재(각 기기)를 제어하도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 제어기(51)는, 기억기에 기억된 기본 프로그램 등의 소프트웨어를 읽어내어 실행함으로써, 진퇴 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(13)의 피접합물(60)을 압압하는 압압력을 제어할 수 있다. 또한, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 회전수를 제어할 수 있다.
또한, 제어기(51)는, 집중 제어하는 단독의 제어기(51)에 의해 구성되어 있어도 좋고, 서로 협동하고 분산 제어하는 복수의 제어기(51)에 의해 구성되어 있어도 좋다. 또한, 제어기(51)는, 마이크로 컴퓨터로 구성되어 있어도 좋고, MPU, PLC(Programmable Logic Controller), 논리 회로 등에 의해 구성되어 있어도 좋다.
기억기(31)는, 기본 프로그램, 각종 데이터를 읽어 내기 가능하게 기억하는 것이고, 기억기(31)로는, 공지된 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, 독립한 메모리로 구성되어도 좋다.
또한, 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, 마찰교반 점접합의 제어에 관한 각종 파라미터, 혹은 그 밖의 데이터 등을 입력 가능하게 하는 것이고, 키보드, 터치 패널, 버튼 스위치 군 등의 공지된 입력 장치로 구성되어 있다. 본 실시예 1에서는, 적어도, 피접합물(60)의 접합조건, 예를 들어, 피접합물(60)의 두께, 재질 등의 데이터가 입력기(32)에 의해 입력 가능하게 되어 있다.
위치 검출기(33)는, 숄더 부재(12)의 선단(선단면(12a))의 위치 정보를 검출하고, 검출한 위치 정보를 제어기(51)에 출력하도록 구성되어 있다. 위치 검출기(33)로는, 예를 들어, 변위 센서, LVDT, 인코더 등을 이용하여도 좋다. 위치 검출기(33)로서, 인코더를 이용하는 경우에는, 상기 인코더는, 숄더 부재(12)를 진퇴 구동시키는 진퇴 구동기(53)(숄더 구동기(532))의 회전 각도를 검출하도록 구성되어 있어도 좋다. 또한, 위치 검출기(33)로서, 숄더 부재(12)를 진퇴 구동시키는 진퇴 구동기(53)(숄더 구동기(532))에 공급되는 전류치를 검출하는 전류계여도 좋다.
[마찰교반 점접합 장치의 동작(운전 방법)]
다음으로, 본 실시예 1에 따른 마찰교반 점접합 장치(50)의 동작에 대해, 도 3, 도 4a, 및 도 4b를 참조하여 구체적으로 설명한다. 또한, 도 4a 및 도 4b에서는, 피접합물(60)로서, 제1 부재(61) 및 제2 부재(62)를 이용하고, 이들을 겹쳐서 점접합으로 연결하는 경우를 예로 들고 있다.
도 3은, 본 실시예 1에 따른 마찰교반 점접합 장치의 동작의 일례를 나타내는 플로우 차트이다. 도 4a 및 도 4b는, 도 1에 나타내는 마찰교반 점접합 장치에 의한 마찰교반 점접합의 각 공정의 일례를 모식적으로 나타내는 공정도이다.
또한, 도 4a 및 도 4b에서는, 마찰교반 점접합 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. 또한, 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. 또한, 숄더 부재(12)에는, 핀 부재(11) 및 클램프 부재(13)의 구별을 명확하게 하기 위해서, 음영의 해치를 하였다.
먼저, 작업자(조작자)가, 받침 부재(56)의 지지면(56a)에 피접합물(60)을 올린다. 이어서, 작업자가 입력기(32)를 조작하여, 제어기(51)에 피접합물(60)의 접합 실행을 입력한다. 또한, 로봇이, 받침 부재(56)의 지지면(56a)에 피접합물(60)을 올려도 좋다.
그리하면, 도 3에 나타내는 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, 200~3000rpm)로 회전시킨다(스텝(S101); 도 4a의 공정(1)참조).
다음으로, 제어기(51)는, 진퇴 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(13)를 피접합물(60)에 접근시키고, 핀 부재(11)의 선단면(11a), 숄더 부재(12)의 선단면(12a), 및 클램프 부재(13)의 선단면(13a)(도 4a 및 도 4b에는 도시하지 않음)을 피접합물(60)의 표면(60c)(피접합물(60)의 피접합부)에 당접시킨다(스텝(S102); 도 4a의 공정(2)참조).
이 때, 제어기(51)는, 핀 부재(11), 숄더 부재(12), 및 클램프 부재(13)가 미리 설정된 소정의 압압력(예를 들어, 3kN~15kN의 범위에 포함되는 소정 값)으로 피접합물(60)을 압압하도록, 진퇴 구동기(53)(숄더 구동기(532))를 제어한다.
이에 따라서, 클램프 부재(13)와 받침 부재(56)로 제1 부재(61) 및 제2 부재(62)가 끼워지고, 클램프 구동기(41)의 수축에 의해, 클램프 부재(13)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, 진퇴 구동기(53)를 구동한다(스텝(S103)). 이 때, 제어기(51)는, 핀 부재(11)가 피접합물(60)로부터 멀어지도록, 진퇴 구동기(53)(핀 구동기(531))를 구동하여도 좋다. 또한, 제어기(51)는, 숄더 부재(12)가 피접합물(60) 내에 압입되도록, 진퇴 구동기(53)(숄더 구동기(532))를 구동하여도 좋다.
이에 따라서, 숄더 부재(12)의 선단부가, 회전한 상태로, 피접합물(60)의 피접합부 내에 압입된다.
다음으로, 제어기(51)는, 위치 검출기(33)로부터, 숄더 부재(12)의 선단의 위치 정보를 취득한다(스텝(S104)). 이어서, 제어기(51)는, 스텝(S104)에서 취득한 숄더 부재(12)의 선단의 위치 정보가, 미리 설정되어 있는 소정의 제1 위치까지 도달했는지 여부를 판정한다(스텝(S105)).
여기서, 제1 위치는, 미리 실험 등에 의해 설정할 수 있고, 제2 부재(62) 내의 임의의 위치이다. 보다 상세하게는, 제1 위치는, 제2 부재(62)의 제1 부재(61)와의 당접면(62a)으로부터 0.3mm 이하의 사이의 임의의 위치이다.
또한, 제1 위치는, 제2 부재(62)에 형성되어 있는 도금층(도금막) 또는 산화막을 제거하고, 신생면을 형성시키는 관점에서, 당접면(62a)으로부터 0.008mm 이상의 위치여도 좋고, 당접면(62a)으로부터 0.01mm 이상의 위치여도 좋다. 또한, 제1 위치는, 숄더 부재(12)의 마모(손상)을 억제하는 관점에서, 당접면(62a)으로부터 0.25mm 이하의 위치여도 좋고, 당접면(62a)으로부터 0.20mm 이하의 위치여도 좋으며, 당접면(62a)으로부터 0.10mm 이하의 위치여도 좋다.
또한, 제1 위치는, 제2 부재(62)에 형성되어 있는 도금층(도금막) 또는 산화막을 제거하고, 신생면을 형성시키는 관점에서, 제2 부재(62)에 형성되어 있는 도금층(도금막) 또는 산화막으로부터 0.20mm 이하의 위치여도 좋고, 제2 부재(62)에 형성되어 있는 도금층(도금막) 또는 산화막으로부터 0.10mm 이하의 위치여도 좋다.
이에 따라서, 숄더 부재(12)의 선단면(12a)이, 제2 부재(62)의 당접면(62a)으로부터 0.3mm 이하의 임의의 위치(즉, 제1 위치)에 까지 도달한다. 그리고, 제2 부재(62)에서 숄더 부재(12)와 당접하고 있는 부분, 및/또는 제2 부재(62)에서 소성 유동부(60a)와 당접하고 있는 부분에, 신생면이 형성된다.
또한, 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).
또한, 제2 부재(62)의 표면에 형성되어 있는 도금층(도금막) 또는 산화막을 형성하는 불순물(예를 들어, 아연, 산화철 등)도, 핀 부재(11)의 바로 아래로 유동한다. 또한, 상기 불순물의 일부가, 숄더 부재(12) 선단부의 외주면보다도 외측으로 유출한다.
제어기(51)는, 스텝(S104)에서 취득한 숄더 부재(12)의 선단의 위치 정보가, 제1 위치까지 도달하지 않았다고 판정한 경우(스텝(S105)에서 No)에는, 스텝(S104)으로 돌아가, 스텝(S104)에서 취득한 숄더 부재(12)의 선단부의 위치 정보가, 제1 위치까지 도달하였다고 판정할 때까지, 스텝(S104) 및 스텝(S105)의 처리를 반복한다.
한편, 제어기(51)는, 스텝(S104)에서 취득한 숄더 부재(12)의 선단의 위치 정보가, 제1 위치까지 도달하였다고 판정한 경우(스텝(S105)에서 Yes)에는, 스텝(S106)의 처리를 실행한다.
또한, 제어기(51)는, 위치 검출기(33)가, 변위 센서로 구성되어 있는 경우에는, 변위 센서가 검출한 숄더 부재(12)의 선단의 위치 정보를 기초로, 제1 위치에 도달했는지 여부를 판정하면 좋다.
또한, 제어기(51)는, 위치 검출기(33)가, 숄더 부재(12)를 진퇴 구동시키는 진퇴 구동기(53)(숄더 구동기(532))의 회전 각도를 검출하는 인코더로 구성되어 있는 경우에는, 이하와 같이 하여, 제1 위치에 도달했는지 여부를 판정하여도 좋다.
제어기(51)는, 위치 검출기(33)인 인코더가 검출한 회전 각도 정보(속도 정보)가, 미리 설정되어 있는 소정의 제1 각도보다도 작아진 경우에, 숄더 부재(12)의 선단이 제1 위치에 도달하였다고 판정하여도 좋다.
여기서, 제1 각도는, 미리 실험 등에 의해 설정할 수 있다. 예를 들어, 제2 부재(62)를 구성하는 재료가 제1 부재(61)를 구성하는 재료보다도 단단한 재질인 경우, 숄더 부재(12)의 선단이 제2 부재(62)의 표면에 도달하면, 숄더 부재(12)의 진행 속도가 작아진다. 이 때문에, 제1 각도는, 진퇴 구동기(53)(숄더 구동기(532))에 입력된 각도 정보여도 좋다. 또한, 제1 각도는, 접합 공정을 실행 중에, 인코더가 전회(직전에) 검출한 각도 정보여도 좋다.
또한, 제어기(51)는, 위치 검출기(33)가, 숄더 부재(12)를 진퇴 구동시키는 진퇴 구동기(53)(숄더 구동기(532))에 공급되는 전류치를 검출하는 전류계로 구성되어 있는 경우에는, 이하와 같이 하여, 제1 위치에 도달했는지 여부를 판정하여도 좋다.
제어기(51)는, 위치 검출기(33)인 전류계가 검출한 전류치 정보가, 미리 설정되어 있는 소정의 제1 전류치보다도 작아진 경우에, 숄더 부재(12)의 선단이 제1 위치에 도달하였다고 판정하여도 좋다.
여기서, 제1 전류치는, 미리 실험 등에 의해 설정할 수 있다. 예를 들어, 제2 부재(62)를 구성하는 재료가 제1 부재(61)를 구성하는 재료보다도 단단한 재질인 경우, 숄더 부재(12)의 선단이 제2 부재(62)의 표면에 도달하면, 숄더 부재(12)의 진행 속도가 작아진다. 이 때문에, 제1 전류치는, 진퇴 구동기(53)(숄더 구동기(532))에 입력되는 전류치 정보여도 좋다. 또한, 제1 전류치는, 접합 공정을 실행 중에, 전류계가 전회(직전에) 검출한 전류치 정보여도 좋다.
스텝(S106)에서는, 제어기(51)는, 핀 부재(11)가 피접합물(60)을 향해 나아가도록, 진퇴 구동기(53)(핀 구동기(531))를 구동하는, 및/또는, 제어기(51)는, 숄더 부재(12)가 피접합물(60)로부터 멀어지도록, 진퇴 구동기(53)(숄더 구동기(532))를 구동한다.
구체적으로는, 제어기(51)는, 진퇴 구동기(53)를 제어하고, 핀 부재(11)의 선단면(11a) 및 숄더 부재(12)의 선단면(12a)을, 서로 단차가 거의 생기지 않을 정도로 맞춘다(수평으로 만든다).
이에 따라서, 핀 부재(11)가 서서히 제1 부재(61)를 향해 나아가고, 숄더 부재(12)가 제1 부재(61)로부터 후퇴한다. 이 때, 소성 유동부(60a)의 연화한 부분은, 핀 부재(11)의 바로 아래에서 숄더 부재(12)의 바로 아래(숄더 부재(12)의 압입에 의해 생긴 오목부)로 유동한다.
그리고, 핀 부재(11)의 선단면(11a)과 숄더 부재(12)의 선단면(12a)이, 피접합물(60)의 표면(60c) 근방까지 이동한다. 이에 따라서, 피접합물(60)의 표면(60c)이 정형되어, 실질적인 오목부가 생기지 않을 정도의 거의 평탄한 면이 얻어진다(도 4b의 공정(4)참조).
또한, 제어기(51)는, 스텝(S103) 및/또는 스텝(S106)의 처리에서, 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 했을 때에, 다음의 식(I)
Ap·Pp＋As·Ps＝Tx ··· (I)
로 정의되는 툴 평균 위치(Tx)의 절대값을 작게 하도록, 진퇴 구동기(53)를 제어하는 것이 바람직하고, 툴 평균 위치 Tx＝0이 되도록, 진퇴 구동기(53)를 제어하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 툴 평균 위치(Tx)의 절대값을 작게 하는 구체적인 제어에 대해서는, 일본특허출원 공개 제2012-196682호에 상세하게 개시되어 있기 때문에, 여기서는, 그 설명을 생략한다.
또한, 제어기(51)는, 스텝(S106)의 처리에서, 핀 부재(11)의 선단면(11a)이, 제1 위치에 위치하도록, 진퇴 구동기(53)를 제어하여도 좋다. 이 경우, 제어기(51)는, 핀 부재(11)의 선단면(11a)이, 제1 위치에 위치한 후에, 핀 부재(11)의 선단면(11a) 및 숄더 부재(12)의 선단면(12a)이, 수평이 되도록, 진퇴 구동기(53)를 제어하여도 좋다.
다음으로, 제어기(51)는, 핀 부재(11), 숄더 부재(12), 및 클램프 부재(13)를 피접합물(60)로부터 이격하도록, 진퇴 구동기(53)를 구동시킨다(스텝S107). 이어서, 제어기(51)는, 회전 구동기(57)를 제어하여, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 회전을 정지시키고(스텝S108; 도 4b의 공정(5)참조), 본 프로그램(피접합물(60)의 접합 공정)을 종료한다.
이에 따라서, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 당접에 의한 회전(및 압압)은 제1 부재(61) 및 제2 부재(62)에 가해지지 않기 때문에, 소성 유동부(60a)에서는 소성 유동이 정지하여, 소성 유동부(60a)와 제2 부재(62)의 신생면이 접합한다.
이와 같이 구성되어 있는, 본 실시예 1에 따른 마찰교반 점접합 장치(50)에서는, 제어기(51)가, 회전한 상태의 숄더 부재(12)의 선단을 제1 위치까지 도달시키고, 또한, 회전한 상태의 핀 부재(11)를 피접합물(60)의 피접합부로부터 후퇴하도록, 진퇴 구동기(53) 및 회전 구동기(57)를 동작시키도록 구성되어 있다.
이에 따라서, 핀 부재(11)와 숄더 부재(12)가 동일한 회전수인 경우에, 숄더 부재(12)를 피접합부 내에 압입하는 경우의 쪽이, 핀 부재(11)를 피접합부 내에 압입하는 경우에 비해, 주속이 커진다.
이 때문에, 숄더 부재(12)를 압입하는 경우의 쪽이, 핀 부재(11)를 압입하는 경우에 비해, 피접합부 내의 소성 유동을 일으키게 하는 힘이 커져, 피접합부 내로의 압입 속도의 저하를 억제할 수 있다. 따라서, 본 실시예 1에 따른 마찰교반 점접합 장치(50)에서는, 상기 특허문헌에 개시되어 있는 이종 금속 부재의 접합 방법에 비해, 접합 시간을 단축할 수 있다.
또한, 본 실시예 1에 따른 마찰교반 점접합 장치(50)에서는, 제어기(51)가, 숄더 부재(12)의 선단부를 제2 부재(62)의 표면으로부터 0.3mm 이하의 임의의 위치(즉, 제1 위치)에 까지 도달시키도록, 진퇴 구동기(53)를 동작시키도록 구성되어 있다.
이에 따라서, 숄더 부재(12)의 선단면이 회전한 상태로, 제2 부재(62)와 당접하므로, 상기 특허문헌에 개시되어 있는 이종 금속 부재의 접합 방법에 비해, 신생면이 빨리 형성된다. 이 때문에, 본 실시예 1에 따른 마찰교반 점접합 장치(50)에서는, 상기 특허문헌에 개시되어 있는 이종 금속 부재의 접합 방법에 비해, 접합 시간을 단축할 수 있다.
또한, 제어기(51)가, 숄더 부재(12)의 선단이 제1 위치까지 도달하도록, 제어함으로써, 숄더 부재(12)의 선단부에 의해, 제2 부재(62)의 표면에 형성되어 있는 도금층(도금막) 또는 산화막이 제거되어, 신생면이 형성된다.
또한, 제거된 도금층(도금막) 또는 산화막을 형성하는 불순물(예를 들어, 아연 등)은, 핀 부재(11)의 바로 아래로 유동한다. 또한, 상기 불순물의 일부가, 숄더 부재(12)의 선단부의 외주면보다도 외측으로 유출한다.
이 때문에, 소성 유동부(60a)의 연화한 부분이, 핀 부재(11)의 바로 아래에서 숄더 부재(12)의 바로 아래(숄더 부재(12)의 압입에 의해 생긴 오목부)로 유동할 때에, 유출된 불순물의 분만큼, 숄더 부재(12)의 바로 아래로 유동하는 불순물의 양이 감소된다.
한편, 상기 특허문헌에 개시되어 있는 이종 금속 부재의 접합 방법에서는, 프로브(핀 부재)를 압입하기 때문에, 피접합물(60)의 연화부위(소성 유동부(60a))는, 프로브에 의해 밀려나고, 프로브의 바로 아래에서 숄더 부재의 바로 아래로 유동하고, 숄더 부재가, 프로브에 대해 상방으로 이동한다. 이 때, 제2 부재(62)의 표면에 형성되어 있는 도금층(도금막) 또는 산화막을 형성하는 불순물(예를 들어, 아연 등)도, 숄더 부재의 바로 아래로 유동한다.
또한, 숄더 부재가 상방으로 이동하기 때문에, 소성 유동부(60a)의 연화한 부분 및 불순물이, 숄더 부재의 선단부의 외주면보다도 외측으로 거의 유출하지 않는다.
이 때문에, 소성 유동부(60a)의 연화한 부분이, 숄더 부재의 바로 아래에서 프로브의 바로 아래(프로브의 압입에 의해 생긴 오목부)로 유동할 때에, 프로브의 바로 아래로 유동하는 불순물의 양이 감소하는 경우가 없다.
따라서, 본 실시예 1에 따른 마찰교반 점접합 장치(50)에서는, 상기 특허문헌에 개시되어 있는 이종 금속 부재의 접합 방법에 비해, 신생면과 당접하는 부분(숄더 부재(12)의 압입에 의해 생긴 오목부)의 불순물의 양을 저감할 수 있다.
이에 따라서, 본 실시예 1에 따른 마찰교반 점접합 장치(50)는, 상기 특허문헌에 개시되어 있는 이종 금속 부재의 접합 방법에 비해, 접합 강도를 크게 할 수 있다.
또한, 본 실시예 1에 따른 마찰교반 점접합 장치(50)에서는, 숄더 부재(12)가, 상기 숄더 부재(12)의 선단면(12a)의 반경을 Rs, 핀 부재(11)의 선단면(11a)의 반경을 Rp로 했을 때에, Rs>21/2 x Rp를 만족하도록 구성되어 있다. 다시 말해서, 숄더 부재(12)는, 원환형의 선단면(12a)의 면적이, 핀 부재(11)의 원형의 선단면(11a)의 면적보다도 커지도록 구성되어 있다.
이에 따라서, 상기 특허문헌에 개시되어 있는 이종 금속 부재의 접합 방법에 비해, 접합면적(신생면이 형성되는 면적)을 크게 할 수 있다. 이 때문에, 본 실시예 1에 따른 마찰교반 점접합 장치(50)에서는, 상기 특허문헌에 개시되어 있는 이종 금속 부재의 접합 방법에 비해, 접합 강도를 크게 할 수 있다.
[시험예]
다음으로, 본 실시예 1에 따른 마찰교반 점접합 장치(50) 및 상기 특허문헌에 개시되어 있는 이종 금속 부재의 접합 방법에 의한, 피접합물(60)의 접합 시험에 대해 설명한다.
(시험예 1)
본 실시예 1에 따른 마찰교반 점접합 장치(50)를 이용하여, 피접합물(60)의 접합 시험을 실행했다. 또한, 숄더 부재(12)의 목표 도달위치인, 제1 위치를 제2 부재(62)에서 제1 부재(61)와의 당접면(상면)으로부터 하방 0.05mm의 위치로 설정했다.
(비교예 1)
비교예 1로서, 특허문헌에 개시되어 있는 이종 금속 부재의 접합 방법에 의한, 피접합물(60)의 접합 시험을 실행했다.
구체적으로는, 본 실시예 1에 따른 마찰교반 점접합 장치(50)를 이용하여, 스텝(S103)의 처리에서, 핀 부재(11)가 피접합부 내에 압입되도록, 핀 구동기(531)가 구동하도록, 프로그램을 설정했다. 이 때, 핀 부재(11)의 선단이, 제1 부재(61)에서 제2 부재(62)와의 당접면(하면)으로부터 상방 0.1mm의 위치에 위치하도록, 프로그램을 설정했다.
또한, 스텝(S106)의 처리에서, 핀 부재(11)가 피접합물(60)로부터 멀어지도록, 진퇴 구동기(53)(핀 구동기(531))가 구동하도록, 프로그램을 설정했다.
(접합조건 1)
제1 부재(61)로서, 1mm의 알루미늄판(A6061)을 이용하고, 제2 부재(62)로서, 0.7mm의 270MPa급 비도금의 강판을 이용했다. 또한, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 회전수인, 제1 회전수를 1000rpm으로 했다.
그리고, 비교예 1 및 시험예 1의 마찰교반 점접합 장치에 의해, 접합한 피접합물(60)을 각각, 인장 전단 시험(JIS Z 3136)과, 십자 인장 시험(JIS Z 3137)을 실행했다.
(접합조건 2)
제1 부재(61)로서, 3mm의 알루미늄판(A6061)을 이용하고, 제2 부재(62)로서, 0.7mm의 270MPa급 비도금의 강판을 이용했다. 또한, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 회전수인, 제1 회전수를 1000rpm으로 했다.
(시험 결과1)
도 5는, 비교예 1 및 시험예 1의 마찰교반 점접합 장치를 이용하여, 접합조건 1로 마찰교반 점접합한 피접합물의 인장 전단 시험과 십자 인장 시험의 결과를 나타내는 그래프이다.
또한, 도 6은, 비교예 1의 마찰교반 점접합 장치를 이용하여, 접합조건 1로 마찰교반 점접합한 피접합물의 단면사진과, 시험예 1의 마찰교반 점접합 장치를 이용하여, 접합조건 1 및 접합조건 2로 마찰교반 점접합한 피접합물의 단면사진이다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 비교예 1의 마찰교반 점접합 장치를 이용하여, 접합조건 1로 마찰교반 점접합한 피접합물(60)의 인장 전단 강도는, 1345N이고, 십자 인장 강도는, 84N이었다. 한편, 시험예 1의 마찰교반 점접합 장치를 이용하여, 접합조건 1로 마찰교반 점접합한 피접합물(60)의 인장 전단 강도는, 3381N이고, 십자 인장 강도는, 1219N이었다.
이들의 결과로부터, 본 실시예 1에 따른 마찰교반 점접합 장치(50)에서는, 상기 특허문헌에 개시되어 있는 이종 금속 부재의 접합 방법에 비해, 접합 강도를 충분히 크게 할 수 있는 것이 나타난다.
또한, 도 6에 나타내는 바와 같이, 피접합물(60)의 제1 부재(61)의 두께를 3mm로 크게 해도, 충분히 소성 유동시킬 수 있어, 제1 부재(61)와 제2 부재(62)를 접합할 수 있는 것이 나타난다.
(시험예 2)
본 실시예 1에 따른 마찰교반 점접합 장치(50)를 이용하여, 다양한 피접합물(60)의 접합 시험을 실행했다. 또한, 숄더 부재(12)의 목표 도달위치인, 제1 위치를 제2 부재(62)에서 제1 부재(61)와의 당접면(상면)으로부터 하방 0.05mm의 위치로 설정했다.
(접합조건 3)
제1 부재(61)로서, 1mm의 알루미늄판(A6061)을 이용하고, 제2 부재(62)로서, 0.7mm의 270MPa급 비도금의 강판을 이용했다. 또한, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 회전수인, 제1 회전수를 1000rpm으로 했다.
(접합조건 4)
제1 부재(61)로서, 1mm의 알루미늄판(A6061)을 이용하고, 제2 부재(62)로서, 1.2mm의 270MPa급 용융아연도금강판(GI)을 이용했다. 또한, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 회전수인, 제1 회전수를 1000rpm으로 했다.
(접합조건 5)
제1 부재(61)로서, 1mm의 알루미늄판(A6061)을 이용하고, 제2 부재(62)로서, 1.2mm의 270MPa급 합금화 용융아연도금강판(GA)을 이용했다. 또한, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 회전수인, 제1 회전수를 1500rpm으로 했다.
(접합조건 6)
제1 부재(61)로서, 1mm의 알루미늄판(A6061)을 이용하고, 제2 부재(62)로서, 1.2mm의 980MPa급 비도금의 강판을 이용했다. 또한, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 회전수인, 제1 회전수를 2000rpm으로 했다.
(접합조건 7)
제1 부재(61)로서, 1mm의 알루미늄판(A6061)을 이용하고, 제2 부재(62)로서, 1.2mm의 980MPa급 합금화 용융아연도금강판(GA)을 이용했다. 또한, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 회전수인, 제1 회전수를 2000rpm으로 했다.
그리고, 시험예 3의 마찰교반 점접합 장치에 의해, 접합한 피접합물(60)을 각각, 인장 전단 시험(JIS Z 3136)을 실행했다.
(시험 결과2)
도 7은, 시험예 2의 마찰교반 점접합 장치를 이용하여, 접합조건 3~7로 마찰교반 점접합한 피접합물의 인장 전단 시험의 결과를 나타내는 그래프이다.
또한, 도 8은, 시험예 2의 마찰교반 점접합 장치를 이용하여, 접합조건 3~7로 마찰교반 점접합한 피접합물의 단면사진이다.
도 7 및 도 8에 나타내는 바와 같이, 시험예 2의 마찰교반 점접합 장치를 이용하여, 접합조건 3~6으로 마찰교반 점접합한 피접합물(60)의 인장 전단 강도는, 3.0kN 이상이 되고, 각종 강판을 이용해도, 접합 강도를 충분히 크게 할 수 있는 것이 나타난다.
또한, 본 발명자들은, 제1 부재(61)로서, 1mm의 알루미늄판(A6061)을 이용하고, 제2 부재(62)로서, 알루미늄 실리콘 도금 핫 스탬핑 강판을 이용하며, 제1 회전수를 2000rpm으로 하여, 피접합물(60)의 접합 시험을 실행한 결과, 피접합물(60)을 접합할 수 있는 것을 확인하고 있다(data not shown).
(시험예 3)
본 실시예 1에 따른 마찰교반 점접합 장치(50)를 이용하여, 피접합물(60)의 접합 시험을 실행했다. 또한, 숄더 부재(12)의 목표 도달위치인, 제1 위치를 제2 부재(62)에서 제1 부재(61)와의 당접면(상면)으로부터 하방 0.2mm의 위치로 설정했다.
(접합조건 8)
제1 부재(61)로서, 2.5mm의 Al-Si-Mg계 합금(AC4C)을 이용하고, 제2 부재(62)로서, 270MPa급 비도금의 강판을 이용했다. 또한, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 회전수인, 제1 회전수를 1500rpm으로 했다.
그리고, 시험예 3의 마찰교반 점접합 장치에 의해, 접합한 피접합물(60)에 대해, 인장 전단 시험(JIS Z 3136)과, 십자 인장 시험(JIS Z 3137)을 실행했다.
(시험 결과3)
도 9a는, 시험예 3의 마찰교반 점접합 장치를 이용하여, 접합조건 8로 마찰교반 점접합한 피접합물의 인장 전단 시험과 십자 인장 시험의 결과를 나타내는 그래프이다. 또한, 도 9b는, 시험예 3의 마찰교반 점접합 장치를 이용하여, 접합조건 8로 마찰교반 점접합한 피접합물의 단면사진이다.
도 9a 및 도 9b에 나타내는 바와 같이, 제1 부재(61)로서, Al-Si-Mg계 합금(AC4C)을 이용해도, 충분한 접합 강도로 피접합물(60)을 접합할 수 있는 것이 나타난다.
(시험예 4)
본 실시예 1에 따른 마찰교반 점접합 장치(50)를 이용하여, 피접합물(60)의 접합 시험을 실행했다. 또한, 숄더 부재(12)의 목표 도달위치인, 제1 위치를 제2 부재(62)에서 제1 부재(61)와의 당접면(상면)으로부터 하방 0.1mm의 위치로 설정했다. 또한, 제1 부재(61)와 제2 부재(62)의 당접면에 실런트재(접착제)를 도포했다.
(접합조건 9)
제1 부재(61)로서, 1mm의 알루미늄판(A6061)을 이용하고, 제2 부재(62)로서, 0.7mm의 270MPa급 비도금의 강판을 이용했다. 또한, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 회전수인, 제1 회전수를 1000rpm으로 했다.
(시험 결과 4)
도 10은, 시험예 4의 마찰교반 점접합 장치를 이용하여, 접합조건 9로 마찰교반 점접합한 피접합물의 단면 사진이다. 또한, 도 10에 나타내는 접합범위란, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)가, 피접합물(60)의 상면과 당접하는 부분을 말한다.
도 10에 나타내는 바와 같이, 제1 부재(61)와 제2 부재(62)의 당접면에 도포한 실런트재(접착제)는, 핀 부재(11)의 바로 아래에 많이 존재하고 있는 것이 나타난다.
이에 따라서, 스텝(S106)을 실행함으로써, 소성 유동부(60a)의 연화한 부분이, 핀 부재(11)의 바로 아래에서 숄더 부재(12)의 바로 아래(숄더 부재(12)의 압입에 의해 생긴 오목부)로 유동해도, 실런트재는, 숄더 부재(12)의 바로 아래(숄더 부재(12)의 압입에 의해 생긴 오목부)로 유동하지 않고, 핀 부재(11)의 바로 아래에 잔류(체류)하는 것이 시사된다.
(시험예 5)
본 실시예 1에 따른 마찰교반 점접합 장치(50)를 이용하여, 피접합물(60)의 접합 시험을 실행했다. 또한, 숄더 부재(12)의 목표 도달위치인, 제1 위치를 제2 부재(62)에서 제1 부재(61)와의 당접면(상면)으로부터 하방 0.1mm의 위치로 설정했다. 또한, 스텝(S105)에서 숄더 부재(12)의 선단이 제1 위치에 도달하면, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)를 상방으로 끌어 올려, 접합 시험을 정지시킨다.
(비교예 2)
비교예 2로서, 특허문헌에 개시되어 있는 이종 금속 부재의 접합 방법에 의한, 피접합물(60)의 접합 시험을 실행했다.
구체적으로는, 본 실시예 1에 따른 마찰교반 점접합 장치(50)를 이용하여, 스텝(S103)의 처리에서, 핀 부재(11)가 피접합부 내에 압입되도록, 핀 구동기(531)가 구동하도록, 프로그램을 설정했다. 이 때, 핀 부재(11)의 선단이, 제1 위치를 제2 부재(62)에서 제1 부재(61)와의 당접면(상면)으로부터 하방 0.1mm에 위치하도록, 프로그램을 설정했다.
또한, 시험예 5와 마찬가지로, 스텝(S105)에서 핀 부재(11)의 선단이 제1 위치에 도달하면, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)를 상방으로 끌어올려, 접합 시험을 정지시킨다.
(접합조건 10)
제1 부재(61)로서, 1mm의 알루미늄판(A6061)을 이용하고, 제2 부재(62)로서, 1.2mm의 270MPa급 용융아연도금강판(GI)을 이용했다. 또한, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 회전수인, 제1 회전수를 1000rpm으로 했다.
(시험 결과5)
도 11은, 비교예 2 및 시험예 5의 마찰교반 점접합 장치를 이용하여, 접합조건 10으로 마찰교반 점접합한 피접합물의 단면 사진이다. 또한, 도 11에서, 핀 부재를 파선에 의해 모식적으로 나타내고, 숄더 부재를 일점 쇄선에 의해 모식적으로 나타낸다.
도 11에 나타내는 바와 같이, 비교예 2의 마찰교반 점접합 장치를 이용하여, 피접합물(60)을 마찰교반 점접합한 경우에는, 소성 유동부(60a)의 연화한 부분은, 핀 부재(11)에 의해 밀려나고, 핀 부재(11)의 바로 아래에서 숄더 부재(12)의 바로 아래로 유동한다. 이 때, 제2 부재(62)의 표면에 형성되어 있는 도금층(도금막)을 형성하는 불순물(예를 들어, 아연 등)도, 숄더 부재(12)의 바로 아래로 유동하는 것을 나타낸다.
또한, 도 11에서, 제1 부재(61)에서 우측의 숄더 부재(12)의 바로 아래 부분은, 숄더 부재(12)에 부착(응착)하고, 파단한 것으로 추찰된다.
한편, 시험예 5의 마찰교반 점접합 장치를 이용하여, 피접합물(60)을 마찰교반 점접합한 경우에는, 소성 유동부(60a)의 연화한 부분은, 숄더 부재(12)에 의해 밀려나고, 숄더 부재(12)의 바로 아래에서 핀 부재(11)의 바로 아래로 유동한다.
이 때, 제2 부재(62)의 표면에 형성되어 있는 도금층(도금막)을 형성하는 불순물(예를 들어, 아연 등)의 대부분이, 핀 부재(11)의 바로 아래로 유동하는 것을 나타낸다. 또한, 불순물의 일부가, 숄더 부재(12)의 선단부의 외주면보다도 외측으로 유출하는 것을 나타낸다.
이 때문에, 소성 유동부(60a)의 연화한 부분이, 핀 부재(11)의 바로 아래에서 숄더 부재(12)의 바로 아래(숄더 부재(12)의 압입에 의해 생긴 오목부)로 유동할 때에, 유출된 불순물의 분만큼, 숄더 부재(12)의 바로 아래로 유동하는 불순물의 양이 감소하는 것이 시사된다.
또한, 상기 시험예 4의 결과(시험 결과 4)를 고려하면, 핀 부재(11)의 바로 아래로 유동한 불순물은, 소성 유동부(60a)의 연화한 부분이, 핀 부재(11)의 바로 아래에서 숄더 부재(12)의 바로 아래로 유동할 때에, 핀 부재(11)의 바로 아래로 잔류(체류)하는 것으로 고찰된다.
상기 설명으로부터, 당업자에게는, 본 발명의 많은 개량 또는 다른 실시예가 명확하다. 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 마찰교반 점접합 장치 및 그 운전 방법은, 종래의 이종 금속 부재의 접합 방법에 비해, 접합 시간을 단축할 수 있으므로 유용하다.
11 핀 부재
11a 선단면
12 숄더 부재 12a 선단면
13 클램프 부재 13a 선단면
31 기억기 32 입력기
33 위치 검출기 41 클램프 구동기
50 마찰교반 점접합 장치 51 제어기
52 공구 고정기 53 진퇴 구동기
55 받침 지지부 56 받침 부재
56a 지지면 57 회전 구동기
60a 소성 유동부 60 피접합물
60c 표면 61 제1 부재
62 제2 부재 62a 당접면
521 회전 공구 고정기 522 클램프 고정기
531 핀 구동기 532 숄더 구동기
ｔ 두께 Xr 축선
12 숄더 부재 12a 선단면
13 클램프 부재 13a 선단면
31 기억기 32 입력기
33 위치 검출기 41 클램프 구동기
50 마찰교반 점접합 장치 51 제어기
52 공구 고정기 53 진퇴 구동기
55 받침 지지부 56 받침 부재
56a 지지면 57 회전 구동기
60a 소성 유동부 60 피접합물
60c 표면 61 제1 부재
62 제2 부재 62a 당접면
521 회전 공구 고정기 522 클램프 고정기
531 핀 구동기 532 숄더 구동기
ｔ 두께 Xr 축선
Claims (8)
- 제1 부재와 제2 부재를 가지는, 피접합물을 마찰열로 연화시킴으로써 접합하는 마찰교반 점접합 장치로서,
상기 마찰교반 점접합 장치는,
원기둥형으로 형성되어 있는 핀 부재와,
원통형으로 형성되고, 상기 핀 부재가 내부에 삽입통과되어 있는 숄더 부재와,
상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재를, 상기 핀 부재의 축심에 일치하는 축선 둘레로 회전시키는 회전 구동기와,
상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재를 각각 상기 축선을 따라 진퇴 이동시키는 진퇴 구동기와,
제어기를 구비하고,
상기 제1 부재는, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재와 대향하도록 배치되고, 동시에 상기 제2 부재보다도 융점이 낮은 재료로 구성되어 있으며,
상기 제어기는, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재가, 회전한 상태로 상기 피접합물의 피접합부를 압압하도록, 상기 회전 구동기 및 상기 진퇴 구동기를 동작시키는 (A)단계와,
회전한 상태의 상기 숄더 부재의 선단을 상기 제2 부재내에서 미리 설정되어 있는 소정의 제1 위치까지 도달시키고, 동시에 회전한 상태의 상기 핀 부재를 상기 피접합물의 피접합부로부터 후퇴하도록, 상기 진퇴 구동기 및 상기 회전 구동기를 동작시키는 (B)단계와,
상기 (B)단계 이후, 회전한 상태의 상기 숄더 부재를 상기 피접합물의 피접합부로부터 인발하면서, 동시에 회전한 상태의 상기 핀 부재를 상기 피접합물의 피접합부를 향해 진출하도록, 상기 회전 구동기 및 상기 진퇴 구동기를 동작시키는 (C)단계를 실행하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 마찰교반 점접합 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 위치는, 상기 제2 부재의 상기 제1 부재와의 당접면으로부터 0.3mm 이하의 위치인 것을 특징으로 하는 마찰교반 점접합 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 숄더 부재는, 상기 숄더 부재의 선단면의 반경을 Rs, 상기 핀 부재의 선단면의 반경을 Rp로 했을 때에, 다음 식
Rs>21/2 x Rp
를 만족하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 마찰교반 점접합 장치.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 피접합물은, 중첩된 상기 제1 부재와 상기 제2 부재의 접촉 부분에 실런트재가 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 마찰교반 점접합 장치.
- 제1 부재와 제2 부재를 가지는, 피접합물을 마찰열로 연화시킴으로써 접합하는 마찰교반 점접합 장치의 운전 방법으로서,
상기 마찰교반 점접합 장치는,
원기둥형으로 형성되어 있는 핀 부재와,
원통형으로 형성되고, 상기 핀 부재가 내부에 삽입통과되어 있는 숄더 부재와,
상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재를, 상기 핀 부재의 축심에 일치하는 축선 둘레로 회전시키는 회전 구동기와,
상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재를 각각 상기 축선을 따라 진퇴 이동시키는 진퇴 구동기와,
제어기를 구비하고,
상기 제1 부재는, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재와 대향하도록 배치되고, 동시에 상기 제2 부재보다도 융점이 낮은 재료로 구성되어 있으며,
상기 제어기는, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재가, 회전한 상태로, 상기 피접합물의 피접합부를 압압하도록, 상기 회전 구동기 및 상기 진퇴 구동기를 동작시키는 (A)단계와,
회전한 상태의 상기 숄더 부재의 선단을 상기 제2 부재내에서 미리 설정되어 있는 소정의 제1 위치까지 도달시키고, 동시에 회전한 상태의 상기 핀 부재를 상기 피접합물의 피접합부로부터 후퇴하도록, 상기 진퇴 구동기 및 상기 회전 구동기를 동작시키는 (B)단계와,
상기 (B)단계 이후, 회전한 상태의 상기 숄더 부재를 상기 피접합물의 피접합부로부터 인발하면서, 동시에 회전한 상태의 상기 핀 부재를 상기 피접합물의 피접합부를 향해 진출하도록, 상기 회전 구동기 및 상기 진퇴 구동기를 동작시키는 (C)단계를 실행하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 마찰교반 점접합 장치의 운전 방법.
- 제5항에 있어서,
상기 제1 위치는, 상기 제2 부재의 상기 제1 부재와의 당접면으로부터 0.3mm 이하의 위치인 것을 특징으로 하는 마찰교반 점접합 장치의 운전 방법.
- 제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 숄더 부재는, 상기 숄더 부재의 선단면의 반경을 Rs, 상기 핀 부재의 선단면의 반경을 Rp로 했을 때에, 다음 식
Rs>21/2 x Rp
를 만족하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 마찰교반 점접합 장치의 운전 방법.
- 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 피접합물은, 중첩된 상기 제1 부재와 상기 제2 부재의 접촉 부분에 실런트재가 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 마찰교반 점접합 장치의 운전 방법.
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