KR101075805B1

KR101075805B1 - 셀프 피어싱 리벳장치용 모듈 실린더

Info

Publication number: KR101075805B1
Application number: KR1020080137074A
Authority: KR
Inventors: 이문용; 정명섭
Original assignee: 주식회사 성우하이텍
Priority date: 2008-12-30
Filing date: 2008-12-30
Publication date: 2011-10-25
Also published as: KR20100078731A

Abstract

본 발명은 리벳이 작동 유압에 의해 상부 모재를 관통한 후, 하부 모재에 압입되는 과정에, 상기 하부 모재에 압입되는 시점의 높은 응력(변형력)에 대응하여 상기 작동 유압이 작용하는 시점에 레귤레이터에 의해 상기 작동 유압을 일정압으로 다시 제어함으로써 상기 하부 모재에 대하여 리벳이 균일한 압력으로 압입되도록 함으로써 안정적인 셀프 피어싱 작동을 유도하는 셀프 피어싱 리벳장치용 모듈 실린더를 제공한다.

셀프 피어싱 장치, 모듈 실린더, 앤빌, 레귤레이터

Description

셀프 피어싱 리벳장치용 모듈 실린더{MODULE CYLINDER IN SELF-PIERCING RIVET SYSTEM}

본 발명은 셀프 피어싱 리벳장치용 모듈 실린더에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 작동 유압에 의해 리벳을 상부 모재과 하부 모재에 관통 압입하여 접합하기 위한 가압력을 제공하는 셀프 피어싱 리벳장치용 모듈 실린더에 관한 것이다.

최근 자동차 산업에서는 환경문제에 따른 연비의 향상을 위해 알루미늄 합금과 플라스틱 재료의 사용을 통하여 경량화를 추진중이며, 작업환경과 제품검사의 개선을 위해 점용접을 교체할 수 있는 접합방법에 대한 고찰이 이루어지고 있으며, 이와 같은 기대에 맞는 접합방식으로서 셀프 피어싱 리벳장치(self-piercing rivet systemr)가 한 예이다.

상기 셀프 피어싱 리벳장치는 종래의 리벳팅이 강판 등의 모재에 리벳 접합용 구멍을 가공하여 모재 들을 접합하는데 반해, 유압력으로 리벳을 압입하여 모재와 리벳을 소성변형에 의해 접합되도록 하는 리벳팅이며, 최근의 자동차업계에서 많이 채택을 하고 있는 접합방식이다.

이러한 셀프 피어싱 리벳 접합은 점용접과 다른 리벳팅에 비해 다음과 같은 특징을 갖는다.

첫째, 리벳 자체가 상판을 관통하여 그 선단이 하판과 함께 확장되면서 상판과 하판의 접합이 이루어짐으로 종전의 리벳팅 작업 시, 상판에 설치하는 구멍이 셀프 피어싱 리벳 접합에서는 불필요하다.

둘째, 이종재료와의 접합이 가능하다. 즉, 플라스틱, 고무, 알루미늄과 강판을 접합할 수 있으며, 알루미늄과 고장력 강판과의 접합도 가능하다.

셋째, 작업환경이 깨끗하다. 즉, 점용접 시, 발생하는 소음과 불꽃, 연기 등이 발생하지 않아 쾌적한 작업환경을 만들 수 있다.

넷째, 접합 사이클이 단시간 내에 진행된다. 즉, 상판의 리벳팅용 구멍에 리벳을 정위치시키는 작업이 생략되고, 리벳의 체결시간이 1초 정도로 매우 짧아서 단시간 내에 리벳팅 접합 사이클을 끝낼 수 있다.

이러한 셀프 피어싱 리벳장치는, 도 1에서 도시한 바와 같이, C형 프레임(1)이 구비되고, 리벳(L)에 가압력을 제공하는 모듈 실린더(3)가 상기 프레임(1)의 상측에 설치되며, 상기 모듈 실린더(3)에 대응하여 프레임(1)의 하측에는 앤빌 하우징(11) 내에 탄성 지지되는 앤빌 다이(13)로 구성된 앤빌유닛(5)이 설치된다.

상기 모듈 실린더(3)는 내부에 유압실(21)을 형성하여 피스톤(22)과 일체로 구성된 피스톤 로드(23)가 하향 설치되는 실린더 하우징(25)이 구비되고, 상기 실린더 하우징(25)의 하단에는 상기 피스톤 로드(23)를 안내하기 위한 로드 하우징(27)이 설치된다.

즉, 상기 모듈 실린더(3)는 상기 프레임(1)의 상측에 상기 로드 하우징(27)이 끼워져 고정 설치된다.

그리고 상기 로드 하우징(27)의 내부에는 로드 가이더(29)가 슬라이드 가능하게 설치되는데, 상기 로드 가이더(29)의 중심에는 상기 피스톤 로드(23)의 선단부가 끼워져 피스톤 로드(23)의 스트로크 작동을 안내하게 된다.

또한, 상기 로드 하우징(27)의 내부에는 상기 피스톤 로드(23) 상의 리테이너(31)와 상기 로드 가이더(29)의 상단 사이에 리턴 스프링(33)이 개재된다.

즉, 상기 리턴 스프링(33)은 상기 피스톤 로드(23)의 선단부 상에 끼워진 상태로, 그 상단이 피스톤 로드(23) 상에 설치된 리테이너(31)에 지지되고, 그 하단 은 상기 로드 가이더(29)의 상단면에 지지되어 피스톤 로드(23)에 대하여 상기 로드 가이더(29)에 복원력을 제공하게 된다.

그리고 상기 피스톤 로드(23)의 하단에는 앤빌 푸셔(35)가 장착되고, 상기 로드 가이더(29)의 하단에는 리벳(L)을 걸도록 죠(37; Jaw)가 설치되며, 상기 죠(37)의 하단에는 상기 리벳(L)을 안내하는 리셉태클(39; Receptacle)이 장착된다.

따라서 이러한 구성을 갖는 셀프 피어싱 리벳장치는, 도 2에서 도시한 바와 같이, 최초 상기 죠(37)의 내부로 리벳(L)이 공급되고, 접합할 2장의 강판(10)이 상기 모듈 실린더(3)와 앤빌 다이(13) 사이로 위치되면, 상기 모듈 실린더(3)의 상부 유압 공급구(P1)를 통하여 유압이 공급되어 피스톤 로드(23)를 전진 구동시키게 된다.

그러면, 상기 피스톤 로드(23)는 리턴 스프링(33)에 의해 지지되는 로드 가이더(29)와 함께 하강하게 되며, 이에 따라 로드 가이더(29) 선단의 리셉태클(39)이 앤빌 다이(13)와 함께, 2장의 강판(10)을 먼저 클램핑한다.

이러한 상태로, 상기 모듈 실린더(3)의 피스톤 로드(23)가 유압에 의해 계속해서 전진 구동하면, 상기 앤빌 푸셔(35)가 리벳(L)을 접합할 강판(10)에 대하여 가압하여 압입시키게 된다.

즉, 상기 리벳(L)은 상부 모재인 상판(7)을 관통하여 하부 모재인 하판(9)에 대해서 압입되면서 앤빌 다이(13)의 성형골(41)을 따라 침투되며, 이로써 상기 2장의 강판(10)은 앤빌 다이(13)의 성형골(41)의 형상을 따라 리벳(L)의 선단이 반지 름 방향으로 확장 변형되어 접합을 이루게 된다.

이후, 상기 모듈 실린더(3)는 하부 유압 공급구(P2)를 통하여 유압이 공급되어 피스톤 로드(23)를 다시 후진 구동하여 원위치로 복원시키게 된다.

그러나 상기한 바와 같은 종래의 셀프 피어싱 리벳장치는 리벳(L)이 작동 유압에 의해 상부 모재인 상판(7)을 관통한 후, 하부 모재인 하판(9)에 압입되는 과정 중에, 상기 하판(9)에 압입되는 시점의 높은 응력(변형력)에 대응하도록 필요이상으로 높은 유압을 사용하게 되는데, 이때, 상기 유압에 대한 리턴 스프링(33)의 강도 사이에 동적 평형(DYNAMIC BALANCE)이 불안하여 사용조건에 따라 상기 앤빌 다이(13)에 진동을 발생시키는 단점이 있다.

이에 따라, 상기 리벳(L)이 하판(9)에 압입되는 중에 불균일하고 높은 가압력에 의해 하판(9) 상에 크랙을 발생시키는 등, 접합부 강도를 저하시키는 문제점을 내포하고 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 단점을 해소하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 리벳이 작동 유압에 의해 상부 모재를 관통한 후, 하부 모재에 압입되는 과정에, 상기 하부 모재에 압입되는 시점의 높은 응력(변형력)에 대응하여 상기 작동 유압이 작용하는 시점에 레귤레이터에 의해 상기 작동 유압을 일정압으로 다시 제어함으로써 상기 하부 모재에 대하여 리벳이 균일한 압력으로 압입되도록 함으로써 안정적인 셀프 피어싱 작동을 유도하는 셀프 피어싱 리벳장치용 모듈 실린더를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 셀프 피어싱 리벳장치용 모듈 실린더는 내부에 유압실을 형성하여 피스톤과 일체로 구성된 피스톤 로드가 하향 설치되는 실린더 하우징과, 상기 실린더 하우징의 하단에 설치되어 상기 피스톤 로드를 안내하는 로드 하우징과, 상기 피스톤 로드의 선단부가 끼워진 상태로 상기 로드 하우징의 내부에 슬라이드 가능하게 설치되는 로드 가이더와, 상기 피스톤 로드 상의 리테이너와 상기 로드 가이더의 상단 사이에 개재되는 리턴 스프링과, 상기 피스톤 로드 하단에 장착되는 앤빌 푸셔와, 상기 로드 가이더의 하단에 설치되는 죠와, 상기 죠의 하단에 장착되는 리셉태클을 포함하여 리벳을 모재 상에 압입하는 셀프 피어싱 리벳장치용 모듈 실린더에 있어서,

상기 실린더 하우징의 일측에 장착되어 상기 유압실과 유로를 형성하며, 상 기 유압실 내에 설정압 이상의 작동 유압이 형성되면 작동하여 상기 유압실 내의 작동 유압을 설정압으로 균일하게 유지시켜 주는 레귤레이터를 더 포함한다.

상기 레귤레이터는 상기 유압실과 연결되는 유로를 형성하며 상기 실린더 하우징의 일측에 장착되는 레귤레이터 하우징; 상기 레귤레이터 하우징의 내부에 슬라이드 가능하게 설치되는 댐퍼; 상기 댐퍼를 일방향으로 지지하는 댐퍼 스프링; 상기 레귤레이터 하우징의 외측단에 장착되어 상기 댐퍼 스프링의 탄성력을 조절하는 조절캡으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 레귤레이터 하우징은 상기 실린더 하우징에 시일링을 개재한 상태로 나사 체결되는 것을 특징으로 한다.

상기 조절캡은 상기 레귤레이터 하우징의 외측단에 나사 체결되는 것을 특징으로 한다.

상기 레귤레이터는 상기 리벳이 작동 유압에 의해 상부 모재를 관통한 후, 상기 하부 모재에 압입되는 시점 이전에 상기 작동 유압이 입력되도록 그 유로가 열리는 위치의 실린더 하우징의 일측에 장착되는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 셀프 피어싱 리벳장치용 모듈 실린더에 의하면, 리벳이 작동 유압에 의해 상부 모재를 관통한 후, 하부 모재에 압입되는 과정에, 상기 하부 모재에 압입되는 시점의 높은 응력(변형력)에 대응하여 상기 작동 유압이 작용하는 시점에 레귤레이터에 의해 상기 작동 유압을 일정압으로 다시 제어함으로써 상기 하부 모재에 대하여 리벳이 균일한 압력으로 압입되도록 함으로써 안정적인 셀프 피어싱 작동을 유도한다.

즉, 상기 리벳이 작동 유압에 의해 상부 모재인 상판을 관통한 후, 하부 모재인 하판에 압입되는 과정 중에, 상기 하판에 압입되는 시점의 높은 응력(변형력)에 대응하여 상기 레귤레이터가 불필요하게 높은 유압에 의해 불균일 할 수 있는 작동 유압을 균일하게 안정화시키며, 이로 인해 리벳이 하판에 압입되는 중에 균일하고 안정적인 가압력을 제공받도록 하여 하판 상에 크랙을 발생시키는 등의 문제점을 해소할 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 모듈 실린더의 단면 구성도이다.

단, 본 발명의 구성을 설명함에 있어, 종래 기술의 구성과 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 적용하여 설명한다.

먼저, 본 실시예에 따른 모듈 실린더가 적용되는 셀프 피어싱 리벳장치는, 도 3에서 도시한 바와 같이, C형 프레임(1)이 구비되고, 리벳(L)에 가압력을 제공하는 모듈 실린더(3)가 상기 프레임(1)의 상측에 설치되며, 상기 모듈 실린더(3)에 대응하여 프레임(1)의 하측에는 앤빌 하우징(11) 내에 탄성 지지되는 앤빌 다이(13)로 구성된 앤빌유닛(5)이 설치된다.

본 실시예에 따른 상기 모듈 실린더(3)는 내부에 유압실(21)을 형성하여 피스톤(22)과 일체로 구성된 피스톤 로드(23)가 하향 설치되는 실린더 하우징(25)이 구비되고, 상기 실린더 하우징(25)의 하단에는 상기 피스톤 로드(23)를 안내하기 위한 로드 하우징(27)이 설치된다.

즉, 상기 리턴 스프링(33)은 상기 피스톤 로드(23)의 선단부 상에 끼워진 상태로, 그 상단이 피스톤 로드(23) 상에 설치된 리테이너(31)에 지지되고, 그 하단은 상기 로드 가이더(29)의 상단면에 지지되어 피스톤 로드(23)에 대하여 상기 로드 가이더(29)에 복원력을 제공하게 된다.

그리고 상기 실린더 하우징(25)의 일측에는 레귤레이터(50)가 장착되어 상기 유압실(21) 내에 설정압 이상의 작동 유압이 형성되면 작동하여 상기 유압실(21) 내의 작동 유압을 설정압으로 균일하게 유지시켜 주도록 구성된다.

즉, 상기 레귤레이터(50)는 상기 리벳(l)이 작동 유압에 의해 상부 모재(7)를 관통한 후, 상기 하부 모재(9)에 압입되는 시점의 상기 피스톤(22) 위치의 상부 일측에 대응하도록 상기 유압실(21)과 유로(OL)를 형성하여 상기 실린더 하우징(25)의 일측에 장착된다.

상기한 레귤레이터(50)의 구체적인 구성은 상기 유압실(21)과 연결되는 유로(OL)를 형성하며 상기 실린더 하우징(25)의 일측에 레귤레이터 하우징(51)이 장착된다.

이때, 상기 레귤레이터 하우징(51)은 상기 실린더 하우징(25)에 시일링(53)을 개재한 상태로 나사 체결되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 레귤레이터 하우징(51)의 내부에는 댐퍼(55)가 슬라이드 가능하게 설치되며, 상기 댐퍼(55)를 일방향으로 지지하도록 댐퍼 스프링(57)이 개재된다.

또한, 상기 레귤레이터 하우징(51)의 외측단에는 조절캡(59)이 장착되는데, 상기 조절캡(59)은 상기 레귤레이터 하우징(51)의 외측단에 나사 체결되어 그 체결량에 따라 상기 댐퍼 스프링(57)의 탄성력을 조절하게 된다.

한편, 그리고 상기 피스톤 로드(23)의 하단에는 앤빌 푸셔(35)가 장착되고, 상기 로드 가이더(29)의 하단에는 리벳(L)을 걸도록 죠(37; Jaw)가 설치된다.

또한, 상기 죠(37)의 하단에는 상기 리벳(L)을 안내하는 리셉태클(39; Receptacle)이 장착된다.

따라서 이러한 구성을 갖는 셀프 피어싱 리벳장치의 모듈 실린더(3)는, 도 4에서 도시한 바와 같이, 최초 상기 죠(37)의 내부로 리벳(L)이 공급되고, 접합할 2장의 강판(10)이 상기 모듈 실린더(3)와 앤빌 다이(13) 사이로 위치되면, 상기 모듈 실린더(3)의 상부 유압 공급구(P1)를 통하여 유압이 공급되어 피스톤 로드(23)를 전진 구동시키게 된다.

이러한 상태로, 상기 모듈 실린더(3)의 피스톤 로드(23)가 유압에 의해 계속해서 전진 구동하면, 상기 앤빌 푸셔(35)가 리벳(L)을 접합할 강판(10)에 대하여 가압하게 된다.

이때, 상기 리벳(L)은 작동 유압에 의해 상부 모재인 상판(7)을 관통한 후에, 하부 모재인 하판(9)에 압입되는 과정 중에, 상기 하판(9)에 압입되는 시점의 높은 응력(변형력)을 받게 되며, 동시에 상기한 시점에, 상기 레귤레이터(50)도 그 유로(OL)가 열리게 된다.

즉, 상기 리벳(L)이 상부 모재인 상판(7)을 관통한 후, 하부 모재인 하판(9)에 압입되는 과정에서 받는 높은 응력으로 인해 상기 유압실(21) 내부에는 상기 유압에 대한 리턴 스프링(33)의 강도 사이에 동적 평형(DYNAMIC BALANCE)이 불안하여 불균일한 유압이 형성되는데, 이러한 불균일한 유압이 상기 유로(OL)를 통하여 레귤레이터(50) 내부의 댐퍼(55)에 작용하여 댐핑됨으로써 상기 유압실(21) 내부에는 균일한 설정 유압이 유지된다.

이에 따라, 도 5에서 도시한 바와 같이, 상기 피스톤 로드(23)는 균일하게 유지되는 작동 유압에 의해 상기 리벳(L)을 하판(9)에 대하여 압입함으로써, 상기 하판(9)과 리벳(L)이 앤빌 다이(13)의 성형골(41)을 따라 침투되며, 이로써 상기 2장의 강판(10)은 앤빌 다이(13)의 성형골(41)의 형상을 따라 리벳(L)의 선단이 반 지름 방향으로 확장 변형되어 접합을 이루게 된다.

이후, 상기 모듈 실린더(3)는, 도 6에서 도시한 바와 같이, 하부 유압 공급구(P2)를 통하여 유압이 공급되어 피스톤 로드(23)를 다시 후진 구동하여 원위치로 복원시키게 된다.

도 1은 종래 기술에 따른 모듈 실린더가 적용된 셀프 피어싱 리벳장치의 구성도이다.

도 2는 종래 기술에 따른 모듈 실린더의 작동 상태도이다.

도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 모듈 실린더의 단계별 작동 상태도이다.

Claims

내부에 유압실을 형성하여 피스톤과 일체로 구성된 피스톤 로드가 하향 설치되는 실린더 하우징과, 상기 실린더 하우징의 하단에 설치되어 상기 피스톤 로드를 안내하는 로드 하우징과, 상기 피스톤 로드의 선단부가 끼워진 상태로 상기 로드 하우징의 내부에 슬라이드 가능하게 설치되는 로드 가이더와, 상기 피스톤 로드 상의 리테이너와 상기 로드 가이더의 상단 사이에 개재되는 리턴 스프링과, 상기 피스톤 로드 하단에 장착되는 앤빌 푸셔와, 상기 로드 가이더의 하단에 설치되는 죠와, 상기 죠의 하단에 장착되는 리셉태클을 포함하여 리벳을 모재 상에 압입하는 셀프 피어싱 리벳장치용 모듈 실린더에 있어서,

상기 실린더 하우징의 일측에 장착되어 상기 유압실과 유로를 형성하며, 상기 유압실 내에 설정압 이상의 작동 유압이 형성되면 작동하여 상기 유압실 내의 작동 유압을 설정압으로 균일하게 유지시켜 주는 레귤레이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 리벳장치용 모듈 실린더.
제1항에서,

상기 레귤레이터는

상기 유압실과 연결되는 유로를 형성하며 상기 실린더 하우징의 일측에 장착되는 레귤레이터 하우징;

상기 레귤레이터 하우징의 내부에 슬라이드 가능하게 설치되는 댐퍼;

상기 댐퍼를 일방향으로 지지하는 댐퍼 스프링;

상기 레귤레이터 하우징의 외측단에 장착되어 상기 댐퍼 스프링의 탄성력을 조절하는 조절캡;으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 리벳장치용 모듈 실린더.
제2항에서,

상기 레귤레이터 하우징은

상기 실린더 하우징에 시일링을 개재한 상태로 나사 체결되는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 리벳장치용 모듈 실린더.
제2항에서,

상기 조절캡은

상기 레귤레이터 하우징의 외측단에 나사 체결되는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 리벳장치용 모듈 실린더.
제1항 또는 제2항에서,

상기 레귤레이터는

상기 리벳이 작동 유압에 의해 상부 모재를 관통한 후, 하부 모재에 압입되는 시점 이전에 상기 작동 유압이 입력되도록 그 유로가 열리는 위치의 실린더 하우징의 일측에 장착되는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 리벳장치용 모듈 실린더.
내부에 유압실을 형성하여 피스톤과 일체로 구성된 피스톤 로드가 하향 설치되는 실린더 하우징과, 상기 실린더 하우징의 하단에 설치되어 상기 피스톤 로드를 안내하는 로드 하우징과, 상기 피스톤 로드의 선단부가 끼워진 상태로 상기 로드 하우징의 내부에 슬라이드 가능하게 설치되는 로드 가이더와, 상기 피스톤 로드 상의 리테이너와 상기 로드 가이더의 상단 사이에 개재되는 리턴 스프링과, 상기 피스톤 로드 하단에 장착되는 앤빌 푸셔와, 상기 로드 가이더의 하단에 설치되는 죠와, 상기 죠의 하단에 장착되는 리셉태클을 포함하여 리벳을 모재 상에 압입하는 셀프 피어싱 리벳장치용 모듈 실린더에 있어서,

상기 리벳이 작동 유압에 의해 상부 모재를 관통한 후, 하부 모재에 압입되는 시점의 상기 피스톤 위치의 상부 일측에 대응하도록 상기 유압실과 유로를 형성하여 상기 실린더 하우징의 일측에 장착되는 레귤레이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 리벳장치용 모듈 실린더.
제6항에서,

상기 레귤레이터는

상기 유압실과 연결되는 유로를 형성하며 상기 실린더 하우징의 일측에 장착되는 레귤레이터 하우징;

상기 레귤레이터 하우징의 내부에 슬라이드 가능하게 설치되는 댐퍼;

상기 댐퍼를 일방향으로 지지하는 댐퍼 스프링;

상기 레귤레이터 하우징의 외측단에 장착되어 상기 댐퍼 스프링의 탄성력을 조절하는 조절캡;으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 리벳장치용 모듈 실린더.
제7항에서,

상기 레귤레이터 하우징은

상기 실린더 하우징에 시일링을 개재한 상태로 나사 체결되는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 리벳장치용 모듈 실린더.
제7항에서,

상기 조절캡은

상기 레귤레이터 하우징의 외측단에 나사 체결되는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 리벳장치용 모듈 실린더.