KR101149738B1 - 스크루 체결부용 고주파 용접장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이종소재의 두 패널을 상호 스크루 체결한 스크루 체결부에 대하여 스크루를 통하여 그 체결부에 고주파 전류를 통전시켜 발생되는 저항열을 이용한 발열 조건을 형성함으로써 스크루와 체결부 사이에 용융 접합부를 형성하여 스크루 체결부의 체결력을 향상시키는 스크루 체결부용 고주파 용접장치를 제공한다.

Description

스크루 체결부용 고주파 용접장치{HIGH FREQUENCY WELDING DEVICE FOR SCREW CONSTRUCTING PART}

본 발명은 스크루 체결부용 고주파 용접장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이종소재의 두 패널을 상호 스크루 체결한 스크루 체결부에 대하여 스크루를 통하여 그 체결부에 고주파 전류를 통전시켜 발생되는 저항열을 이용하여 용융 접합부를 형성함으로써 체결력을 향상시키는 스크루 체결부용 고주파 용접장치에 관한 것이다.

일반적으로 차량에서 이종소재로 이루어지는 각종 차체 패널의 기계적 체결은 웰드너트(weld nut)와 볼트를 이용하여 다른 부품과의 연결을 정확하고 견고하게 한다.

그런데 상기한 기계적 체결법은 반드시 용접이 가능한 단품패널 상의 일측에 가공된 홀을 기준으로 웰드너트를 위치시킨 후, 프로젝션 용접기 등을 이용하여 이를 용접해야 하는 용접공정이 선행되어야 하는 단점이 있다.

한편, 최근에는 상기 웰드너트에 의한 단점을 해소하기 위하여 기계적 체결법으로 리벳이음이나 스크루에 의한 체결법이 적용되나, 상기한 리벳이음이나 스크루 체결이 웰드너트와 볼트에 의한 체결력을 그대로 유지하기 위해서는 리벳이음의 타점 또는 스크루 체결부가 불필요하게 많이 형성되어야 하는 단점이 있다.

또한, 상기 스크루 체결부는, 도 1에서 도시한 바와 같이, 스크루(100)를 상부 및 하부 패널(101,103)의 각 체결홀(H1,H2)에 체결하는 과정(S1)에 하부 패널(103)의 체결홀(H2) 내주면에 스크루가 직접 소수의 스크루 탭(T)만을 형성하면서 체결됨(S2)으로 그 체결력이 더욱 낮다는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 스크루 체결의 단점을 해소하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명이 해결하려는 과제는 이종소재의 두 패널을 상호 스크루 체결한 스크루 체결부에 대하여 스크루를 통하여 그 체결부에 고주파 전류를 통전시켜 발생되는 저항열을 이용한 발열 조건을 형성함으로써 스크루와 체결부 사이에 용융 접합부를 형성하여 스크루 체결부의 체결력을 향상시키는 스크루 체결부용 고주파 용접장치를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 기술적 과제를 실현하기 위한 본 발명의 스크루 체결부용 고주파 용접장치는 베이스; 상기 베이스 상에 설치되어 스크루 체결에 의한 스크루 체결부를 갖는 이종소재의 복수패널 하부를 지지하는 하부 지그; 상기 하부 지그의 상부에서, 상기 베이스 상에 프레임을 통하여 하향 설치되는 가압 실린더; 상기 가압 실린더의 작동로드 선단에 장착되어 상기 복수패널의 스크루 체결부 상면을 가압하면서 상기 스크루를 통하여 고주파 전류를 통전시켜 상기 스크루와 체결부 사이에 저항열을 발생시키는 용접유닛; 및 상기 용접유닛과 케이블로 연결되어 제어기의 제어신호에 따라 용접유닛에 고주파 전류를 공급하는 고주파 발생기를 포함한다.

상기 하부 지그는 그 상면이 상기 복수패널의 하부를 지지하는 지지면으로 형성되고, 상기 지지면의 일측에는 간섭 방지홈이 형성될 수 있다.

상기 이종소재의 복수패널은 스틸소재 패널과 알루미늄 소재 패널일 수 있다.

상기 용접유닛은 상기 가압 실린더의 작동로드 선단에 일체로 형성되고, 하단면 중앙에는 체결홈이 형성되며, 내부에는 상기 체결홈의 중앙과 외측면을 연결하는 케이블 홀이 형성되는 체결블록; 상기 체결블록의 체결홈에 상단이 체결되고, 상부 내측 중앙에는 상기 케이블 홀과 연결되는 스프링 홀이 형성되며, 하부 내측 중앙에는 상기 스프링 홀과 연결되는 로드 안내홀이 형성되고, 외주면 하부에는 돌출된 걸림단이 형성되는 연결블록; 상기 연결블록의 로드 안내홀을 따라 승하강 안내되도록 설치되며, 상단은 상기 케이블 홀을 따라 삽입되는 상기 고주파 발생기의 케이블과 연결되고, 하단은 상기 스크루의 헤드부에 접촉 가능하도록 대응하는 전극로드; 상기 연결블록의 스프링 홀에 삽입되어 상기 전극로드에 하향 탄성력을 제공하는 전극 스프링; 상기 연결블록의 외주면에 끼워진 상태로 승하강 슬라이드 작동되며, 상단부 내주면에는 상기 걸림단에 지지되는 걸이단이 형성되어 상기 복수패널의 스크루 체결부 상면을 가압하는 가압 슬라이더; 및 상기 연결블록의 외주면에 끼워진 상태로, 상기 가압 슬라이더에 하향 탄성력을 제공하는 가압 스프링을 포함한다.

상기 체결블록과 연결블록은 상기 체결블록에 체결홈 내주면에 형성되는 나사탭과, 상기 연결블록의 상단부 외주면에 형성되는 나사탭이 상호 나사 체결될 수 있다.

상기 전극로드는 그 하단에 접촉자에 체결될 수 있다.

상기 전극 스프링은 상기 스프링 홀의 내부에서, 상단이 상기 체결블록의 하면에 지지되고, 하단이 상기 전극로드의 상단에 지지되는 코일 스프링으로 구성될 수 있다.

상기 가압 슬라이더는 하단 둘레를 따라 접촉패드가 부착될 수 있다.

상기 가압 스프링은 상기 연결블록의 외주면 상에서, 상단이 상기 체결블록의 하면에 지지되고, 하단이 상기 가압 슬라이더의 상단부에 지지되는 코일 스프링으로 구성될 수 있다,

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 스크루 체결부용 고주파 용접장치에 의하면, 스틸과 알루미늄과 같이, 이종소재의 패널을 상호 스크루 체결한 스크루 체결부에 대하여 스크루를 통하여 그 체결부에 고주파 전류를 통전시켜 이때 발생되는 저항열을 이용한 발열 조건을 형성함으로써 스크루 체결부에 용융 접합부를 형성함으로써 스크루 체결부의 체결력을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 스크루 체결부용 고주파 용접장치는 웰드너트를 이용하는 체결법의 단점인 용접부 변형 또는 치수편차 등에 의한 볼트 체결불량의 원인을 배제할 수 있으면서도 체결부에 스크루와의 용융 접합부를 형성하여 체결력을 견고하게 하는 효과도 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 스크루 체결부의 체결 공정도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고주파 용접장치의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고주파 용접장치에 적용되는 용접유닛의 조립 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고주파 용접장치에 적용되는 용접유닛의 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 고주파 용접장치에 적용되는 용접유닛의 조립 단면도이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 고주파 용접장치의 단계별 작동 상태도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 고주파 용접장치에 의해 용접된 스크루 체결부의 단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고주파 용접장치의 정면도이고, 도 3과 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고주파 용접장치에 적용되는 용접유닛의 조립 사시도 및 분해 사시도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 고주파 용접장치에 적용되는 용접유닛의 조립 단면도이다.

도 2를 참조하면, 본 실시예에 다른 스크루 체결부용 고주파 용접장치(1)의 구성은, 하부에 베이스(3)가 구성된다.

상기 베이스(3) 상에는 하부 지그(5)가 설치되어 스크루 체결에 의한 스크루 체결부(7)를 갖는 이종소재의 상부 및 하부패널(P1,P2) 하부를 지지하도록 구성된다.

여기서, 상기 하부 지그(5)는 그 상면이 상기 상부 및 하부패널(P1,P2)의 하부를 지지하는 지지면(F)으로 형성되고, 상기 지지면(F)의 일측에는 간섭 방지홈(G)이 형성된다.

또한, 상기 이종소재의 상부 및 하부패널(P1,P2)은 스틸 패널과 알루미늄 패널일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 고주파 전류에 의해 용융 접합부(W)를 생성할 수 있는 이종소재의 패널이면, 그 대상에 제한을 두지 않는다.

본 실시예에서는 상부패널(P1)로 알루미늄 패널을 적용하며, 스크루(S)와 직접적으로 체결되는 하부패널(P2)은 스틸패널인 것으로 예로 한다.

상기 하부 지그(5)의 상부에는 상기 베이스(3) 상에 프레임(9)을 통하여 가압 실린더(11)가 하향 설치된다.

상기 가압 실린더(11)는 그 작동압을 유압 또는 공압을 이용할 수 있으며, 그 작동을 위한 일반적인 유압 또는 공압 공급제어시스템을 별도로 구비해야 하나, 본 실시예에서는 그 세부 구성에 대한 설명은 생략한다.

그리고 상기 가압 실린더(11)의 작동로드(13) 선단에는, 도 3에서 도시한 바와 같이, 용접유닛(20)이 장착되는데, 상기 용접유닛(20)은 가압 실린더(11)의 작동을 통하여 상기 상부 및 하부패널(P1,P2)의 스크루 체결부(7) 상면을 가압하면서 상기 스크루(S)를 통하여 고주파 전류를 통전시켜 상기 스크루(S)와 스크루 체결부(7) 사이에 저항열을 발생시키도록 구성된다.

즉, 상기 용접유닛(20)은, 도 2에서 도시한 바와 같이, 별도로 구비되는 제어기(30)의 제어신호에 따라 고주파 전류를 공급하는 고주파 발생기(40)와 케이블(41)을 통하여 연결된다.

여기서, 상기 고주파 발생기(40)는 450kHz 정도의 높은 주파수의 전류를 용접 대상물에 흘려보내는 일반적인 구성의 고주파 발생기(40)를 적용할 수 있으며, 본 실시예에서는 그 구체적인 구성 및 작동은 생략한다.

이러한 용접유닛(20)의 구체적인 구성은, 도 4와 도 5에서 도시한 바와 같이, 상기 가압 실린더(11)의 작동로드(13) 선단에 체결블록(21)이 일체로 형성된다.

상기 체결블록(21)은 그 하단면 중앙에 체결홈(23)이 형성되며, 내부에는 상기 체결홈(23)의 중앙과 외측면 일측을 연결하는 케이블 홀(25)이 형성된다.

상기 체결블록(21)의 체결홈(23)에는 연결블록(27)이 그 상단을 통하여 체결된다.

즉, 상기 체결블록(21)과 연결블록(27)의 체결은 상기 체결블록(21)의 체결홈(23) 내주면에 형성되는 나사탭(T)과, 상기 연결블록(27)의 상단부 외주면에 형성되는 나사탭(T)이 상호 나사 체결에 의해 연결된다.

상기 연결블록(27)의 상부 내측 중앙에는 상기 케이블 홀(25)과 연결되는 스프링 홀(29)이 형성되고, 그 하부 내측 중앙에는 상기 스프링 홀(29)과 연결되는 로드 안내홀(31)이 형성된다. 또한, 상기 연결블록(27)의 외주면 하부에는 외측으로 돌출된 걸림단(33)이 일체로 형성된다.

상기 연결블록(27)의 로드 안내홀(31)에는 전극로드(35)가 승하강 안내되도록 설치된다.

상기 전극로드(35)는 그 상단이 상기 케이블 홀(25)을 통하여 삽입되는 상기 고주파 발생기(40)의 케이블(41)과 연결되고, 그 하단은 상기 스크루 헤드부(SH)에 접촉 가능하도록 대응하게 된다.

이러한 전극로드(35)의 하단에는 스크루 체결부(7)상의 스크루 헤드부(SH)에 직접적으로 접촉되는 접촉자(37)에 체결된다.

또한, 상기 연결블록(27)의 스프링 홀(29)에는 전극 스프링(39)이 삽입되어 상기 전극로드(35)에 하향 탄성력을 제공하는데, 상기 전극 스프링(39)은 상기 스프링 홀(29)의 내부에서, 상단이 상기 체결블록(21)의 하면에 지지되고, 하단이 상기 전극로드(35)의 상단에 지지되는 코일 스프링으로 구성될 수 있다.

그리고 상기 연결블록(33)의 외주면에는 가압 슬라이더(43)가 끼워진 상태로 승하강 슬라이드 작동된다.

상기 가압 슬라이더(43)는 원통형상으로 형성되며, 그 상단부 내주면에 상기 연결블록(27)의 걸림단(33)에 지지되는 걸이단(45)이 일체로 형성되어 상기 상부패널(P1)의 스크루 체결부(7) 상면에 접촉된 상태로 가압하도록 구성된다.

이러한 가압 슬라이더(43)는 그 하단 둘레를 따라 고무소재의 접촉패드(47)가 부착된다.

또한, 상기 연결블록(27)의 외주면에는 가압 스프링(49)이 끼워진 상태로, 상기 가압 슬라이더(43)에 하향 탄성력을 제공하는데, 상기 가압 스프링(49)은 상기 연결블록(27)의 외주면 상에서, 그 상단이 상기 체결블록(21)의 하면에 지지되고, 그 하단이 상기 가압 슬라이더(43)의 상단부에 지지되는 코일 스프링으로 구성될 수 있다.

따라서, 본 실시예에 따른 스크루 체결부용 고주파 용접장치(1)의 작동은, 도 6에서 도시한 바와 같이, 스틸과 알루미늄과 같이 이종소재의 상부패널(P1) 및 하부패널(P2)을 상호 스크루(S)를 이용하여 체결하여 스크루 체결부(7)를 형성한 상태로, 하부 지그(5)의 지지면(F) 상에 안착시킨다.

이때, 상기 스크루 체결부(7)는 상기 지지면(F) 상의 간섭 방지홈(G)에 위치되도록 안착시켜, 스크루(S)와 하부 지그(5) 사이에 간섭이 되지 않도록 한다.

이러한 상태로, 상기 가압 실린더(11)가 하강 구동하면, 상기 용접유닛(20)은 가압 슬라이더(43)가 그 하단의 접촉패드(47)를 통하여 상기 상부패널(P1)의 스크루 체결부(7) 둘레 상면에 먼저 접촉된다.

계속해서, 상기 가압 실린더(11)가 하강 구동하면, 도 7에서 도시한 바와 같이, 상기 가압 슬라이더(43)는 가압 스프링(49)을 압축시키면서 연결블록(27)의 외주면을 따라 상부로 슬라이드 이동하게 되며, 상기 상부패널(P1)의 상면에 대하여 가압력을 제공하게 된다.

이러한 가압 슬라이더(43)의 가압 작동 중에, 상기 전극로드(35)는 그 하단의 접촉자(37)가 스크루 헤드부(SH)에 접촉된 상태가 된다.

이어서, 도 8에서 도시한 바와 같이, 상기 가압 실린더(11)가 계속 하강 구동하면, 상기 전극로드(35)도 전극 스프링(39)을 압축시키면서, 그 접촉자(37)가 스크루 헤드부(SH)에 대하여 일정 가압력을 발생시키면서 접촉 상태를 유지하게 된다.

이와 같이, 상기 가압 실린더(11)의 하강 작동으로 가압 스프링(49)과 전극 스프링(39)의 탄성력에 의해 가압 슬라이더(43)와 전극로드(35)가 각각 상부패널(P1)의 스크루 체결부(7) 둘레 상면과 스크루 헤드부(SH)에 가압력을 제공하는 상태에서, 제어기(30)가 제어신호를 출력하여 고주파 발생기(40)로부터 고주파 전류를 출력하도록 한다.

그러면, 상기 각 패널(P1,P2)은 스크루(S)를 통하여 그 스크루 체결부(7)에 고주파 전류가 통전되어 저항열이 발생되며, 이에 따라, 도 9에서 도시한 바와 같이, 상기 스크루 체결부(7)에는 스크루(S)와 하부패널(P2) 사이에 용융 접합부(W)를 형성하여 상호간의 체결력을 향상시킨다.

1: 고주파 용접장치 3: 베이스
5: 하부 지그 7: 스크루 체결부
9: 프레임 11: 가압 실린더
13: 작동로드 20: 용접유닛
21: 체결블록 23: 체결홈
25: 케이블 홀 27: 연결블록
29: 스프링 홀 30: 제어기
31: 로드 안내홀 33: 걸림단
35: 전극로드 37: 접촉자
39: 전극 스프링 40: 고주차 발생기
41: 케이블 43: 가압 슬라이더
45: 걸이단 47: 접촉패드
49: 가압 스프링 P1,P2: 상부 및 하부패널
F: 지지면 G: 간섭 방지홈T: 나사탭
W: 용융 접합부 S: 스크루
SH: 스크루 헤드부

Claims (9)

1. 삭제
2. 베이스; 상기 베이스 상에 설치되어 스크루 체결에 의한 스크루 체결부를 갖는 이종소재의 복수패널 하부를 지지하는 하부 지그; 상기 하부 지그의 상부에서, 상기 베이스 상에 프레임을 통하여 하향 설치되는 가압 실린더; 상기 가압 실린더의 작동로드 선단에 장착되어 상기 복수패널의 스크루 체결부 상면을 가압하면서 상기 스크루를 통하여 고주파 전류를 통전시켜 상기 스크루와 체결부 사이에 저항열을 발생시키는 용접유닛; 및 상기 용접유닛과 케이블로 연결되어 제어기의 제어신호에 따라 용접유닛에 고주파 전류를 공급하는 고주파 발생기를 포함하는 스크루 체결부용 고주파 용접장치에 있어서,
   상기 하부 지그는
   그 상면이 상기 복수패널의 하부를 지지하는 지지면으로 형성되고, 상기 지지면의 일측에는 간섭 방지홈이 형성되는 스크루 체결부용 고주파 용접장치.
3. 삭제
4. 제2항에서,
   상기 용접유닛은
   상기 가압 실린더의 작동로드 선단에 일체로 형성되고, 하단면 중앙에는 체결홈이 형성되며, 내부에는 상기 체결홈의 중앙과 외측면을 연결하는 케이블 홀이 형성되는 체결블록;
   상기 체결블록의 체결홈에 상단이 체결되고, 상부 내측 중앙에는 상기 케이블 홀과 연결되는 스프링 홀이 형성되며, 하부 내측 중앙에는 상기 스프링 홀과 연결되는 로드 안내홀이 형성되고, 외주면 하부에는 돌출된 걸림단이 형성되는 연결블록;
   상기 연결블록의 로드 안내홀을 따라 승하강 안내되도록 설치되며, 상단은 상기 케이블 홀을 따라 삽입되는 상기 고주파 발생기의 케이블과 연결되고, 하단은 상기 스크루의 헤드부에 접촉 가능하도록 대응하는 전극로드;
   상기 연결블록의 스프링 홀에 삽입되어 상기 전극로드에 하향 탄성력을 제공하는 전극 스프링;
   상기 연결블록의 외주면에 끼워진 상태로 승하강 슬라이드 작동되며, 상단부 내주면에는 상기 걸림단에 지지되는 걸이단이 형성되어 상기 복수패널의 스크루 체결부 상면을 가압하는 가압 슬라이더; 및
   상기 연결블록의 외주면에 끼워진 상태로, 상기 가압 슬라이더에 하향 탄성력을 제공하는 가압 스프링을 포함하는 스크루 체결부용 고주파 용접장치.
5. 제4항에서,
   상기 체결블록과 연결블록은
   상기 체결블록에 체결홈 내주면에 형성되는 나사탭과, 상기 연결블록의 상단부 외주면에 형성되는 나사탭이 상호 나사 체결되는 스크루 체결부용 고주파 용접장치.
6. 제4항에서,
   상기 전극로드는
   그 하단에 접촉자에 체결되는 스크루 체결부용 고주파 용접장치.
7. 제4항에서,
   상기 전극 스프링은
   상기 스프링 홀의 내부에서, 상단이 상기 체결블록의 하면에 지지되고, 하단이 상기 전극로드의 상단에 지지되는 코일 스프링으로 구성되는 스크루 체결부용 고주파 용접장치.
8. 제4항에서,
   상기 가압 슬라이더는
   하단 둘레를 따라 접촉패드가 부착되는 스크루 체결부용 고주파 용접장치.
9. 제4항에서,
   상기 가압 스프링은
   상기 연결블록의 외주면 상에서, 상단이 상기 체결블록의 하면에 지지되고, 하단이 상기 가압 슬라이더의 상단부에 지지되는 코일 스프링으로 구성되는 스크루 체결부용 고주파 용접장치.

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