KR101808242B1 - 셀프 피어싱 리벳 장치용 펀치유닛 - Google Patents

Abstract

셀프 피어싱 리벳 장치용 펀치유닛이 개시된다. 개시된 셀프 피어싱 리벳 장치용 펀치유닛은, C형 프레임의 한쪽 단부에 구비된 엔빌유닛에 대응하여 C형 프레임의 다른 한쪽 단부에 구성되는 것으로서, ⅰ)실린더 하우징의 내부에 유압을 통해 직선 이동 가능하게 설치되는 피스톤 로드와, ⅱ)실린더 하우징의 내부와 연결되게 설치되고, C형 프레임의 다른 한쪽 단부에 고정되게 장착되는 펀치 하우징과, ⅲ)펀치 하우징의 내부에서 피스톤 로드와 연결되게 설치되며, 피스톤 로드의 가압력에 의해 직선 이동하며 회전하고, 셀프 피어싱 리벳을 가압하며 회전시키는 펀치 로드와, ⅳ)펀치 하우징의 내측 면과 펀치 로드의 외측 면 사이에 구비되며, 피스톤 로드의 직선 운동을 펀치 로드의 회전 운동으로 리드하는 회전 리드부를 포함할 수 있다.

Description

셀프 피어싱 리벳 장치용 펀치유닛 {PUNCH UNIT FOR SELF PIERCING RIVET DEVICE}

본 발명의 실시 예는 두 장 이상의 접합 대상물을 셀프 피어싱 리벳을 통해 접합할 수 있는 셀프 피어싱 리벳 접합 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 셀프 피어싱 리벳에 가압력을 제공하는 펀치유닛에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차 산업에서는 환경 문제에 따른 연비의 향상을 위해 알루미늄 합금, 마그네슘 합금 및 플라스틱 소재 등의 사용을 통하여 차체의 경량화를 도모하고 있다.

예를 들어, 알루미늄합금 만을 차체에 적용할 경우는 자동차 안정도 평가를 만족하기 위해 많은 설계 및 제조비용이 든다. 그리고, 고장력 강판과 알루미늄 합금을 접합하여 차체를 제조할 경우는 자동차 안정도 평가 만족과 제조비용을 줄일 수 있다.

이와 같은 이종재료의 접합은 용접으로 불가능하기 때문에, 차체를 조립하는 통상적인 점 용접을 대체할 수 있는 셀프 피어싱 리벳 시스템(self piercing rivet system)을 이용한 접합 방식을 채택하고 있다.

셀프 피어싱 리벳 시스템을 이용한 접합 방식은 접합 대상물에 구멍을 미리 가공하지 않고, 유압 또는 공압으로 리벳을 접합 대상물에 리벳을 압입하여 소성 변형시킴으로써 접합 대상물을 접합하는 방식이다. 따라서, 셀프 피어싱 리벳 시스템을 이용한 접합 방식은 셀프 피어싱 리벳을 통한 접합 대상물의 기계적인 결합이 이루어지므로 이종재료의 접합이 가능하다.

셀프 피어싱 리벳은 세팅 툴의 펀치에 의해 섕크가 접합 대상물의 상판을 관통하고, 엔빌에 의해 외측으로 벌어지며, 헤드 부분이 상판을 지지한 상태로 섕크가 하판에 압입되면서 접합 대상물의 상하판을 접합할 수 있다.

여기서, 펀치와 엔빌은 일반적으로 C-프레임에 구성되는 바, 펀치는 C-프레임의 일측 자유 단부에 고정되게 설치되며, 엔빌은 C-프레임의 다른 일측 자유 단부에 고정되게 설치될 수 있다.

따라서, 셀프 피어싱 리벳 시스템은 상,하판의 접합 대상물을 펀치와 엔빌 사이에 위치시킨 상태에서, 펀치를 통해 리벳을 가압하게 되면, 그 리벳이 상판을 관통하여 하판으로 침투되고, 리벳의 선단이 엔빌의 성형골을 따라서 반지름 방향으로 확장 변형되면서 접합 대상물을 일체로 접합하게 된다.

한편, 셀프 피어싱 리벳 접합을 평가하는 중요한 인자로는 접합형상, 수밀성, 내부식성, 접합강도 등이 있다. 그중 접합강도는 차체설계에서 가장 중요한 인자이다. 접합강도를 증가시킬 경우에는 차체 제작 시, 리벳의 개수를 줄여 공정의 감소로 인한 생산성 및 경제성을 높일 수 있다.

이와 같은 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 접합 대상물에 대한 헬리컬 타입 셀프 피어싱 리벳의 접합 강도를 증대시킬 수 있도록 셀프 피어싱 리벳을 직선(수직) 방향으로 가압함과 동시에 회전시키며 접합 대상물을 접합할 수 있는 셀프 피어싱 리벳 장치용 펀치유닛을 제공하고자 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳 장치용 펀치유닛은, C형 프레임의 한쪽 단부에 구비된 엔빌유닛에 대응하여 상기 C형 프레임의 다른 한쪽 단부에 구성되는 것으로서, ⅰ)실린더 하우징의 내부에 유압을 통해 직선 이동 가능하게 설치되는 피스톤 로드와, ⅱ)상기 실린더 하우징의 내부와 연결되게 설치되고, 상기 C형 프레임의 다른 한쪽 단부에 고정되게 장착되는 펀치 하우징과, ⅲ)상기 펀치 하우징의 내부에서 상기 피스톤 로드와 연결되게 설치되며, 상기 피스톤 로드의 가압력에 의해 직선 이동하며 회전하고, 셀프 피어싱 리벳을 가압하며 회전시키는 펀치 로드와, ⅳ)상기 펀치 하우징의 내측 면과 상기 펀치 로드의 외측 면 사이에 구비되며, 상기 피스톤 로드의 직선 운동을 상기 펀치 로드의 회전 운동으로 리드하는 회전 리드부를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 리벳 장치용 펀치유닛은, 상기 펀치 로드의 가압 단 측으로 헬리컬 타입의 셀프 피어싱 리벳을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 리벳 장치용 펀치유닛에 있어서, 상기 펀치 하우징의 선단에는 상기 셀프 피어싱 리벳을 안내하는 리셉터클이 장착될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 리벳 장치용 펀치유닛에 있어서, 상기 회전 리드부는 상기 펀치 하우징의 내측 면과 상기 펀치 로드의 외측 면에 나선형의 홈으로서 서로 마주하며 형성되는 볼 레이스와, 상기 볼 레이스에 구름 가능하게 설치되는 다수 개의 볼들을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 리벳 장치용 펀치유닛은, 상기 피스톤 로드와 펀치 로드 사이에 이들과 상호 연결되게 설치되는 베어링 조립체를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 리벳 장치용 펀치유닛에 있어서, 상기 베어링 조립체는 상기 피스톤 로드의 연결 단과 연결되는 제1 롤러 베이스와, 상기 펀치 로드의 연결 단에 연결되는 제2 롤러 베이스와, 상기 제1 및 제2 롤러 베이스 사이에 구름 가능하게 설치되는 롤러들을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 리벳 장치용 펀치유닛에 있어서, 상기 펀치 로드는 상기 피스톤 로드의 가압력 및 상기 회전 리드부에 의해 상기 셀프 피어싱 리벳을 가압하며 그 셀프 피어싱 리벳을 회전시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 리벳 장치용 펀치유닛에 있어서, 상기 펀치 로드는 상기 셀프 피어싱 리벳의 회전수 보다 큰 회전수로 회전할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 리벳 장치용 펀치유닛에 있어서, 상기 펀치 로드는 이의 가압 단이 상기 셀프 피어싱 리벳의 헤드부에 슬립되며 그 셀프 피어싱 리벳을 회전시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 리벳 장치용 펀치유닛에 있어서, 상기 볼 레이스는 상기 셀프 피어싱 리벳의 헬리컬 리드 각 보다 큰 나선 리드 각으로 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 리벳 장치용 펀치유닛에 있어서, 상기 셀프 피어싱 리벳의 헬리컬 리드 각이 38°일 때, 상기 볼 레이스는 상기 셀프 피어싱 리벳의 헬리컬 리드 각 보다 큰 나선 리드 각으로 형성될 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳 장치용 펀치유닛은, C형 프레임의 한쪽 단부에 구비된 엔빌유닛에 대응하여 상기 C형 프레임의 다른 한쪽 단부에 구성되는 것으로서, ⅰ)실린더 하우징의 내부에 유압을 통해 직선 이동 가능하게 설치되는 피스톤 로드와, ⅱ)상기 실린더 하우징의 내부와 연결되게 설치되고, 상기 C형 프레임의 다른 한쪽 단부에 고정되게 장착되는 펀치 하우징과, ⅲ)상기 펀치 하우징의 내부에서 상기 피스톤 로드와 연결되게 설치되며, 상기 피스톤 로드의 가압력에 의해 직선 이동하며 회전하고, 셀프 피어싱 리벳을 가압하며 회전시키는 펀치 로드와, ⅳ)상기 피스톤 로드와 펀치 로드 사이에 이들과 상호 연결되게 설치되는 롤러 베어링과, ⅴ)상기 펀치 하우징의 내측 면과 상기 펀치 로드의 외측 면에 나선형의 홈으로서 서로 마주하며 형성되는 볼 레이스와, ⅵ)상기 볼 레이스에 구름 가능하게 설치되는 다수 개의 볼들을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 리벳 장치용 펀치유닛은 10~45°의 나선 리드 각을 갖는 헬리컬 타입의 셀프 피어싱 리벳을 상기 펀치 로드의 가압 단 측으로 제공할 수 있다.

본 발명의 실시 예는 셀프 피어싱 리벳을 직선(수직) 방향으로 가압함과 동시에 회전시키므로, 셀프 피어싱 리벳의 회전량이 증가하게 되고, 이로 인해 접합 대상물의 상하판에 대한 리벳 접합 강도를 더욱 향상시킬 수 있다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시 예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 펀치유닛이 적용되는 셀프 피어싱 리벳 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳 장치용 펀치유닛에 적용되는 셀프 피어싱 리벳을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳 장치용 펀치유닛을 도시한 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳 장치용 펀치유닛을 도시한 단면 구성도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳 장치용 펀치유닛의 작동을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

그리고, 하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 "...부", ""...수단" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 펀치유닛이 적용되는 셀프 피어싱 리벳 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

우선, 본 발명의 실시 예들은 가압력을 발생시키는 가압원과, 그 가압원의 가압력을 지지하는 지지수단이 하나의 프레임에 구비되며, 가압원의 가압력에 의해 작동하는 툴을 이용하여 각종 금속 소재 등을 가공 및 성형하고, 접합할 수 있는 툴링 시스템에 적용될 수 있다.

예를 들면, 본 발명의 실시 예들은 금속 소재들의 리벳팅(riveting), 클린칭(clinching), 용접(welding), 클램핑(clamping), 드릴링(drilling), 포밍(forming) 및 피어싱(piercing) 등의 공정들을 위한 툴링 시스템에 적용될 수 있다.

본 발명의 실시 예에서는 리벳을 이용하여 금속 소재 등의 접합 대상물을 접합하는 툴링 시스템으로서, SPR 시스템(Self Piercing Rivet System)이라고 하는 셀프 피어싱 리벳 장치를 예로 하여 설명하기로 한다.

그러나, 본 발명은 셀프 피어싱 리벳 장치의 실시 예들에 제한되지 아니하고, 리벳팅을 제외한 나머지의 공정들을 위한 툴링 시스템에 적용될 수도 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 펀치유닛(100)이 적용되는 셀프 피어싱 리벳 장치(1)는 접합 대상물인 상,하판의 모재를 셀프 피어싱 리벳(3: 이하 도 2 참조)을 통해 일체로 리벳팅 결합(접합)하기 위한 것이다.

이하에서는 상기 셀프 피어싱 리벳 장치(1)를 상하 방향으로 세워 놓고 보았을 때를 기준으로 하여 하기의 구성요소들을 설명하는데, 상측을 향하는 부분이 상단 및 상부 면으로 정의될 수 있고, 하측을 향하는 부분이 하단 및 하부 면으로 정의될 수 있다.

상기와 같은 방향의 정의는 상대적인 의미로서, 셀프 피어싱 리벳 장치(1)의 기준 위치 및 리벳팅 방향 등에 따라서 그 방향이 달라질 수 있으므로, 상기한 기준 방향이 본 실시 예의 기준 방향으로 반드시 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 실시 예가 적용되는 상기 셀프 피어싱 리벳 장치(1)는 서로 겹쳐진 접합 대상물에 셀프 피어싱 리벳(3)을 일정 압력으로 압입시킴으로써 접합 대상물과 셀프 피어싱 리벳(3)의 소성 변형으로 접합 대상물을 일체로 접합할 수 있다.

여기서, 상기 접합 대상물은 알루미늄 시트, 마그네슘 시트, 강판(고장력 강판 포함) 등의 금속 시트재를 포함할 수 있고, 플라스틱 복합소재 등과 같은 비금속 재질을 포함할 수도 있다. 또한, 상기 접합 대상물은 서로 동일한 동종 재질의 판재를 포함할 수 있으며, 서로 다른 이종 재질의 판재를 포함할 수도 있다.

한편, 본 발명의 실시 예에 적용되는 상기 셀프 피어싱 리벳(3)은 한국특허등록공보 제1516357호 및 한국등록특허공보 제1376964호에 개시된 헬리컬 타입의 셀프 피어싱 리벳으로 구비된다.

예를 들면, 상기 헬리컬 타입의 셀프 피어싱 리벳(3)은 도 2에서와 같이, 헤드부(5)와 섕크부(7)를 포함하며, 그 섕크부(7)의 외주 면에 나선형의 리브(9)들이 형성되는 것으로 구비될 수 있다. 여기서, 상기 리브(9)들은 10~45°의 나선 리드 각으로 형성되는데, 더 나아가서는 38°의 나선 리드 각으로 형성된다.

상기한 바와 같은 헬리컬 타입의 셀프 피어싱 리벳(3)을 통해 접합 대상물을 접합하는 셀프 피어싱 리벳 장치(1)는 도 1에서와 같이, 프레임(10), 엔빌유닛(200) 및 본 발명의 실시 예에 따른 펀치유닛(100)을 포함하고 있다.

상기 프레임(10)은 로봇의 아암 선단에 장착된 상태로 로봇의 거동에 따라 다양한 위치의 접합 대상물로 이동될 수 있으며, 로봇의 아암에 의해 설정된 각도로 회전될 수 있다. 상기 프레임(10)은 서로 마주하는 단부를 지니며 C형의 골격을 이루는데, 당 업계에서는 통상적으로 "C-프레임" 또는 "C형 프레임"이라고도 한다. 이하에서는 C-프레임 또는 C형 프레임을 편의 상 "프레임" 이라고 한다.

상기 엔빌유닛(200)은 프레임(10)의 일측 단부(도면에서의 하측 단부)에 구성되며, 접합 대상물을 지지함과 아울러 접합 대상물과 셀프 피어싱 리벳(3)에 작용하는 가압력을 지지한다.

예를 들면, 상기 엔빌유닛(200)은 프레임(10)의 일측 단부에 착탈 가능하게 설치되는 팁 블록(201)과, 그 팁 블록(201)에 피봇 가능하게 결합되는 엔빌 다이(203)를 포함하고 있다.

그리고, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 펀치유닛(100)은 접합 대상물을 접합하기 위한 셀프 피어싱 리벳(3)이 공급되는 부위로, 엔빌유닛(200)에 대응하는 프레임(10)의 다른 일측 단부(도면에서의 상측 단부)에 구성된다. 상기 펀치유닛(100)은 소정의 가압력을 발생시키며 그 가압력을 셀프 피어싱 리벳(3)에 인가한다.

따라서, 상기 셀프 피어싱 리벳 장치(1)는 상하판의 접합 대상물을 펀치유닛(100)과 엔빌유닛(200) 사이에 위치시킨 상태에서, 펀치유닛(100)을 통해 셀프 피어싱 리벳(3)을 가압하게 되면, 그 리벳(3)이 상판을 관통하여 하판으로 침투되고, 리벳(3)의 선단이 엔빌유닛(200)에 의해 반지름 방향으로 확장 변형되면서 접합 대상물을 일체로 접합할 수 있다.

여기서, 상기와 같은 헬리컬 타입의 셀프 피어싱 리벳(3)은 펀치유닛(100)의 가압력이 인가되면, 나선형의 리브(9)들에 의해 회전하며 상판을 피어싱 하고, 그 리브(9)들이 하판으로 파고 들어가며 접합 대상물의 상하판을 일체로 결합할 수 있다.

이 경우는 헬리컬 타입의 셀프 피어싱 리벳(3)이 회전하며 접합 대상물을 접합하므로, 그 리벳(3)의 회전량(각)은 접합 대상물의 접합 강도에 큰 영향을 미친다. 그러나 실제로는 리벳(3)에 직선(수직) 방향으로 작용하는 하중에 의해 리벳(3)의 회전이 구속되면서 접합 대상물의 접합 강도가 낮아질 수 있다.

부연 설명하면, 상기 셀프 피어싱 리벳(3)에 직선 방향으로 작용하는 하중이 인가되면, 셀프 피어싱 리벳(3)은 그 하중에 의해 회전이 구속된 상태로 리브(9)들을 통해 상판을 피어싱 하고, 그 리브(9)들이 하판으로 파고 들어가면서 회전하게 된다.

따라서, 이 경우는 헬리컬 타입의 셀프 피어싱 리벳(3)이 직선(수직) 방향 하중에 의해 회전이 구속된 상태로, 섕크부(7) 및 리브(9)들을 통해 상판의 리벳팅 타겟 지점(자리면)을 그대로 피어싱 하게 되므로, 상하판의 접합 대상물에 대한 리벳(3)의 회전량 감소로 접합 대상물의 접합 강도가 낮아질 수 있다.

이를 개선하기 위해 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳 장치용 펀치유닛(100)은 접합 대상물에 대한 헬리컬 타입 셀프 피어싱 리벳(3)의 접합 강도를 증대시킬 수 있도록 셀프 피어싱 리벳(3)을 직선(수직) 방향으로 가압함과 동시에 회전시키며 접합 대상물을 접합할 수 있는 구조로 이루어진다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳 장치용 펀치유닛을 도시한 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳 장치용 펀치유닛을 도시한 단면 구성도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳 장치용 펀치유닛(100)은 기본적으로, 실린더 하우징(30), 피스톤 로드(40), 펀치 하우징(50), 펀치 로드(60), 베어링 조립체(70) 그리고 회전 리드부(80)를 포함한다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 실린더 하우징(30)은 셀프 피어싱 리벳(3)에 가압력을 제공하는 펀치 실린더(20)에 구성되는 것으로서, 내부에 유압실(31)을 형성한다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 피스톤 로드(40)는 실린더 하우징(30)의 내부에 펀치 실린더(20)의 피스톤(미도시)과 일체로 구성되며, 유압실(31)에 작용하는 유압에 의해 상하 방향으로 직선 이동 가능하게 설치된다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 펀치 하우징(50)은 실린더 하우징(30)의 내부와 연결되는 중공을 지니며 그 실린더 하우징(30)의 선단(도면에서의 하단)과 연결되게 설치된다. 이러한 펀치 하우징(50)은 프레임(10)의 다른 일측 단부에 고정되게 장착된다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 펀치 로드(60)는 접합 대상물에 대하여 셀프 피어싱 리벳(3)을 실제 가압하는 것으로, 펀치 하우징(50)의 내부에서 피스톤 로드(40)의 선단(도면에서의 하단, 이하에서는 "연결 단"이라고 한다.)과 연결되게 설치된다.

상기 펀치 로드(60)는 피스톤 로드(40)의 연결 단에 회전 가능하게 연결된다. 상기 펀치 로드(60)는 피스톤 로드(40)의 가압력에 의해 펀치 하우징(50)을 따라 직선 이동하며 회전하고, 셀프 피어싱 리벳(3)을 가압함과 동시에 회전시키는 기능을 하게 된다.

여기서, 상기 펀치 로드(60)는 실린더 하우징(30)과 연결되는 펀치 하우징(50)의 연결 단(도면에서의 상단)을 통해 그 펀치 하우징(50)의 중공으로 삽입된다.

그리고, 상기 펀치 로드(60)는 이의 가압 단이 펀치 하우징(50)의 선단(도면에서의 하단)을 관통하게 설치되며, 피스톤 로드(40)의 가압력에 의해 직선(상하) 방향으로 이동하면서 양측 방향으로 회전 가능하게 구비된다.

더 나아가, 상기 펀치 로드(60)는 펀치 하우징(50)의 내측 면과 접촉하는 외측 면을 지닌 제1 부분(61)과, 제1 부분(61)에 일체로 연결되며 펀치 하우징(50)의 선단을 관통하는 제2 부분(62)으로 이루어진다. 상기 제1 부분(61)은 피스톤 로드(40)의 연결 단에 회전 가능하게 연결된다. 상기 제2 부분(62)은 제1 부분(61)의 단면적 보다 작은 단면적을 지니며 상기한 가압 단을 형성하고, 제1 부분(61)에 스탬 형태로 연결된다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 베어링 조립체(70)는 피스톤 로드(40)에 대해 펀치 로드(60)를 회전 가능하게 연결하는 것으로서, 그 피스톤 로드(40)와 펀치 로드(60) 사이에서 이들과 상호 연결되게 설치된다.

상기 베어링 조립체(70)는 롤러 베어링으로 구비되는 바, 제1 롤러 베이스(71), 제2 롤러 베이스(73) 및 롤러들(75)을 포함한다. 상기 제1 롤러 베이스(71)는 디스크(링) 형태의 판으로 구비되며, 피스톤 로드(40)의 연결 단(도면에서의 하단)과 연결된다. 상기 제2 롤러 베이스(73)는 제1 롤러 베이스(71)에 대응하는 디스크(링) 형태의 판으로 구비되며, 펀치 로드(60)의 연결 단(도면에서의 상단)에 연결된다.

그리고, 상기 롤러들(75)은 제1 및 제2 롤러 베이스(71, 73) 사이에 구름 가능하게 설치된다. 상기 롤러들(75)은 제1 및 제2 롤러 베이스(71, 73)에 대해 회전 가능하게 조립되는 롤러 연결수단(74)에 회전 가능하게 설치되며, 제1 및 제2 롤러 베이스(71, 73)에 구름 접촉 가능하게 구비된다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 회전 리드부(80)는 유압에 의한 피스톤 로드(40)의 상하 직선(수직) 운동을 펀치 로드(60)의 회전 운동으로 리드하기 위한 것이다. 즉, 상기 회전 리드부(80)는 펀치 로드(60)를 상하 방향으로 직선 이동시킴과 동시에 양 방향으로 회전시키기 위한 것이다.

상기 회전 리드부(80)는 펀치 하우징(50)의 내측 면과 펀치 로드(60)의 외측 면 사이에 구비된다. 이러한 회전 리드부(80)는 볼 레이스(81, 82)와 다수 개의 볼들(85)을 포함한다.

상기 볼 레이스(81, 82)는 펀치 하우징(50)의 내측 면과 펀치 로드(60)의 외측 면에 나선형의 홈으로서 서로 마주하며 형성된다. 이하에서는 상기 펀치 하우징(50)의 내측 면에 형성되는 볼 레이스(81)를 "제1 볼 레이스"라 하고, 펀치 로드(60)의 외측 면에 형성되는 볼 레이스(82)를 "제2 볼 레이스"라고 한다.

여기서, 상기 제1 볼 레이스(81)는 펀치 하우징(50)의 연결 단(도면에서의 상단)과 선단(도면에서의 하단) 사이에서 펀치 하우징(50)의 내측 면에 나선형의 홈으로 형성된다. 그리고 상기 제2 볼 레이스(82)는 펀치 로드(60)에서 제1 부분(61)의 연결 단(도면에서의 상단) 및 선단(도면에서의 하단) 사이에서 제1 부분(61)의 외측 면에 나선형의 홈으로 형성된다.

더 나아가, 상기에서와 같은 제1 및 제2 볼 레이스(81, 82)는 설정된 나선 리드 각으로 형성되는 바, 셀프 피어싱 리벳(3)의 리브(9)들의 헬리컬 나선 리드 각 보다 큰 나선 리드 각으로 형성된다.

예를 들면, 상기 리브(9)들의 헬리컬 나선 리드 각이 10~45°를 갖는 셀프 피어싱 리벳(3)을 제공할 때, 제1 및 제2 볼 레이스(81, 82)는 리브(9)들의 헬리컬 나선 리드 각 보다 큰 나선 리드 각으로 형성될 수 있다.

더욱 구체적으로, 상기 리브(9)들의 헬리컬 나선 리드 각이 38°를 갖는 셀프 피어싱 리벳(3)을 제공할 때, 제1 및 제2 볼 레이스(81, 82)는 리브(9)들의 헬리컬 나선 리드 각 보다 큰 나선 리드 각으로 형성될 수 있다.

따라서, 상기 펀치 로드(60)는 피스톤 로드(40)의 가압력 및 회전 리드부(80)에 의해 도면에서의 하측 방향으로 이동하며 셀프 피어싱 리벳(3)을 가압함과 동시에 회전하면서 그 셀프 피어싱 리벳(3)을 회전시킬 수 있다.

이 경우, 상기 펀치 로드(60)는 셀프 피어싱 리벳(3)의 헬리컬 나선 리드 각과, 제1 및 제2 볼 레이스(81, 82)의 나선 리드 각 차이로 인해 셀프 피어싱 리벳(3)의 회전수 보다 큰 회전수로 회전한다. 그리고, 상기 펀치 로드(60)는 이의 가압 단이 셀프 피어싱 리벳(3)의 헤드부(5)에 슬립되면서 그 셀프 피어싱 리벳(3)을 회전시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 펀치유닛(100)은 펀치 로드(60)의 가압 단 측으로 헬리컬 타입의 셀프 피어싱 리벳(3)을 제공하는 바, 리벳 피딩유닛(도면에 도시되지 않음)을 통해 공급되는 셀프 피어싱 리벳(3)을 펀치 로드(60)의 가압 단 측으로 제공할 수 있다.

이를 위해 본 발명의 실시 예에 따른 펀치유닛(100)은 리벳 피딩유닛(도면에 도시되지 않음)으로부터 공급되는 셀프 피어싱 리벳(3)을 안내하기 위한 공지 기술의 죠(jaw) 및 레셉터클을 포함할 수 있다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳 장치용 펀치유닛(100)의 작동을 앞서 개시한 도면들 및 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳 장치용 펀치유닛의 작동을 설명하기 위한 도면이다.

우선, 본 발명의 실시 예에서는 로봇의 아암 선단에 프레임(10)을 장착한 상태에서 그 로봇의 거동으로 프레임(10)을 접합 대상물(P) 측으로 이동시킨다. 여기서, 상기 프레임(10)은 접합 대상물(P)의 위치에 따라 로봇의 아암에 의해 설정된 각도로 회전될 수 있으며, 접합 대상물(P)은 펀치유닛(100)과 엔빌유닛(200) 사이에서 그 엔빌유닛(200)의 엔빌 다이(203) 상에 위치하게 된다.

이와 같은 상태에서, 본 발명의 실시 예에서는 펀치유닛(100) 측으로 셀프 피어싱 리벳(3)을 공급하고, 실린더 하우징(30) 내부의 유압실(31)에 유압을 인가한다.

그러면 도 5 및 도 6에서와 같이, 상기 실린더 하우징(30) 내부의 피스톤 로드(40)는 유압에 의해 하측 방향으로 직선 이동하며, 펀치 하우징(50)의 내부에서 펀치 로드(60)를 하측 방향으로 가압한다.

이에 상기 펀치 로드(60)는 피스톤 로드(40)의 가압력에 의해 하측 방향으로 직선 이동하는데, 회전 리드부(80)의 볼들(85)은 펀치 하우징(50) 내측 면의 제1 볼 레이스(81) 및 펀치 로드(60) 외측 면의 제2 볼 레이스(82)를 따라 하측 방향으로 구름 이동하며 펀치 로드(60)를 일측 방향으로 회전시킨다.

여기서, 상기 펀치 로드(60)는 이의 연결 단이 베어링 조립체(70)를 통해 피스톤 로드(40)의 연결 단에 연결되어 있기 때문에, 그 피스톤 로드(40)와 함께 하측 방향으로 직선 이동하며, 베어링 조립체(70)에 지지된 상태로 회전 리드부(80)에 의해 일측 방향으로 회전한다.

따라서, 상기 펀치 로드(60)는 접합 대상물(P)의 리벳팅 타겟 지점 상에서 셀프 피어싱 리벳(3)의 헤드부(5)를 하측 방향으로 가압함과 동시에 일측 방향으로 회전한다.

이로써, 상기 펀치 로드(60)는 피스톤 로드(40)의 가압력 및 회전 리드부(80)에 의해 하측 방향으로 이동하며 셀프 피어싱 리벳(3)을 가압함과 동시에, 일측 방향으로 회전하면서 그 셀프 피어싱 리벳(3)을 일측 방향으로 회전시킬 수 있다.

이 경우, 상기 회전 리드부(80)의 제1 및 제2 볼 레이스(81, 82)는 나선 리드 각이 셀프 피어싱 리벳(3)의 리브(9)들의 헬리컬 나선 리드 각(10~45°, 예를 들면 38°) 보다 크기 때문에, 펀치 로드(60)는 셀프 피어싱 리벳(3)의 회전수 보다 큰 회전수로 회전한다. 그리고, 상기 펀치 로드(60)는 이의 가압 단이 셀프 피어싱 리벳(3)의 헤드부(5)에 슬립되면서 그 셀프 피어싱 리벳(3)을 회전시키게 된다.

상기에서와 같이 펀치 로드(60)를 통해 셀프 피어싱 리벳(3)을 가압하며 회전시킴에 따라, 그 셀프 피어싱 리벳(3)은 일측 방향으로 회전하면서 섕크부(7) 및 리브(9)들을 통해 접합 대상물(P)의 상판을 관통하고, 그 리브(9)들이 소성 변형되며 하판에 인터락되면서 접합 대상물(P)의 상하판을 일체로 접합할 수 있게 된다.

이러는 과정에, 프레임(10)은 서로 마주하는 단부들이 멀어지는 방향으로 변형되면서 펀치 로드(60)의 가압력이 엔빌유닛(200)의 한쪽으로 편심되게 작용할 수 있다.

그러나, 본 발명의 실시 예에서는 상기 엔빌유닛(200)의 엔빌 다이(203)가 팁 블록(201)에 피봇 가능하게 결합되어 있기 때문에, 그 엔빌 다이(203)는 한쪽 방향으로 피봇 회전하게 된다.

이에, 본 발명의 실시 예에서는 펀치 로드(60)의 가압력에 의해 프레임(10)이 변형되면서 그 가압력이 엔빌 다이(203)에 편심되게 작용하는 경우, 엔빌 다이(203)가 피봇 회전하면서 프레임(10)의 변형량을 보상할 수 있게 된다.

더 나아가, 본 발명의 실시 예에서는 팁 블록(201)을 통하여 엔빌유닛(200)을 프레임(10)에 착탈 식으로 교체할 수 있으므로, 프레임(10)을 범용으로 사용하며, 접합 대상물(P)의 다양한 종류 및 접합 강도에 따라 변화되는 프레임(10)의 변형량을 보상할 수 있다.

한편, 상술한 바와 같이 셀프 피어싱 리벳(3)을 통해 접합 대상물(P)의 상하판을 접합한 상태에서, 본 발명의 실시 예에서는 유압으로서 실린더 하우징(30) 내부의 피스톤 로드(40)를 상측 방향으로 직선 이동시킨다.

그러면, 상기 펀치 로드(60)는 피스톤 로드(40)와 함께 상측 방향으로 직선 이동하는데, 회전 리드부(80)에 의해 다른 일측 방향으로 회전하면서 상측 방향으로 직선 이동하게 된다.

즉, 상기 회전 리드부(80)의 볼들(85)은 펀치 하우징(50) 내측 면의 제1 볼 레이스(81) 및 펀치 로드(60) 외측 면의 제2 볼 레이스(82)를 따라 상측 방향으로 구름 이동하며 펀치 로드(60)를 다른 일측 방향으로 회전시킬 수 있다.

지금까지 설명한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳 장치용 펀치유닛(100)에 의하면, 셀프 피어싱 리벳(3)을 직선(수직) 방향으로 가압함과 동시에 회전시키며 접합 대상물(P)을 접합할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시 예에서는 셀프 피어싱 리벳(3)에 회전력을 작용할 수 있게 되므로, 셀프 피어싱 리벳(3)의 회전량이 증가하게 되고, 이로 인해 접합 대상물(P)의 상하판에 대한 리벳 접합 강도를 향상시킬 수 있다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

1... 셀프 피어싱 리벳 장치 3... 셀프 피어싱 리벳
5... 헤드부 7... 섕크부
9... 리브 10... 프레임
20... 펀치 실린더 30... 실린더 하우징
31... 유압실 40... 피스톤 로드
50... 펀치 하우징 60... 펀치 로드
61... 제1 부분 62... 제2 부분
70... 베어링 조립체 71... 제1 롤러 베이스
73... 제2 롤러 베이스 74... 롤러 연결수단
75... 롤러들 80... 회전 리드부
81... 제1 볼 레이스 82... 제2 볼 레이스
85... 볼들 100... 펀치유닛
200... 엔빌유닛 201... 팁 블록
203... 엔빌 다이 P... 접합 대상물

Claims (11)

1. C형 프레임의 한쪽 단부에 구비된 엔빌유닛에 대응하여 상기 C형 프레임의 다른 한쪽 단부에 구성되는 셀프 피어싱 리벳 장치용 펀치유닛으로서,
   실린더 하우징의 내부에 유압을 통해 직선 이동 가능하게 설치되는 피스톤 로드;
   상기 실린더 하우징의 내부와 연결되게 설치되고, 상기 C형 프레임의 다른 한쪽 단부에 고정되게 장착되는 펀치 하우징;
   상기 펀치 하우징의 내부에서 상기 피스톤 로드와 연결되게 설치되며, 상기 피스톤 로드의 가압력에 의해 직선 이동하며 회전하고, 셀프 피어싱 리벳을 가압하며 회전시키는 펀치 로드;
   상기 펀치 하우징의 내측 면과 상기 펀치 로드의 외측 면 사이에 구비되며, 상기 피스톤 로드의 직선 운동을 상기 펀치 로드의 회전 운동으로 리드하는 회전 리드부; 및
   상기 피스톤 로드와 펀치 로드 사이에 이들과 상호 연결되게 설치되는 베어링 조립체;를 포함하며,
   상기 베어링 조립체는, 상기 피스톤 로드의 연결 단과 연결되는 제1 롤러 베이스와, 상기 펀치 로드의 연결 단에 연결되는 제2 롤러 베이스와, 상기 제1 및 제2 롤러 베이스 사이에 구름 가능하게 설치되는 롤러들을 포함하는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 리벳 장치용 펀치유닛.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 펀치유닛은,
   상기 펀치 로드의 가압 단 측으로 헬리컬 타입의 셀프 피어싱 리벳을 제공하는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 리벳 장치용 펀치유닛.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 회전 리드부는,
   상기 펀치 하우징의 내측 면과 상기 펀치 로드의 외측 면에 나선형의 홈으로서 서로 마주하며 형성되는 볼 레이스와,
   상기 볼 레이스에 구름 가능하게 설치되는 다수 개의 볼들
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 리벳 장치용 펀치유닛.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1 항에 있어서,
   상기 펀치 로드는 상기 피스톤 로드의 가압력 및 상기 회전 리드부에 의해 상기 셀프 피어싱 리벳을 가압하며 그 셀프 피어싱 리벳을 회전시키고,
   상기 펀치 로드는 상기 셀프 피어싱 리벳의 회전수 보다 큰 회전수로 회전하는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 리벳 장치용 펀치유닛.
7. 제6 항에 있어서,
   상기 펀치 로드는 이의 가압 단이 상기 셀프 피어싱 리벳의 헤드부에 슬립되며 그 셀프 피어싱 리벳을 회전시키는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 리벳 장치용 펀치유닛.
8. 제3 항에 있어서,
   상기 펀치유닛은 상기 펀치 로드의 가압 단 측으로 헬리컬 타입의 셀프 피어싱 리벳을 제공하며,
   상기 볼 레이스는 상기 셀프 피어싱 리벳의 헬리컬 리드 각 보다 큰 나선 리드 각으로 형성되는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 리벳 장치용 펀치유닛.
9. 제3 항에 있어서,
   상기 펀치유닛은 상기 펀치 로드의 가압 단 측으로 헬리컬 타입의 셀프 피어싱 리벳을 제공하며,
   상기 셀프 피어싱 리벳의 헬리컬 리드 각이 38°일 때, 상기 볼 레이스는 상기 셀프 피어싱 리벳의 헬리컬 리드 각 보다 큰 나선 리드 각으로 형성되는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 리벳 장치용 펀치유닛.
10. C형 프레임의 한쪽 단부에 구비된 엔빌유닛에 대응하여 상기 C형 프레임의 다른 한쪽 단부에 구성되는 셀프 피어싱 리벳 장치용 펀치유닛으로서,
    실린더 하우징의 내부에 유압을 통해 직선 이동 가능하게 설치되는 피스톤 로드;
    상기 실린더 하우징의 내부와 연결되게 설치되고, 상기 C형 프레임의 다른 한쪽 단부에 고정되게 장착되는 펀치 하우징;
    상기 펀치 하우징의 내부에서 상기 피스톤 로드와 연결되게 설치되며, 상기 피스톤 로드의 가압력에 의해 직선 이동하며 회전하고, 셀프 피어싱 리벳을 가압하며 회전시키는 펀치 로드;
    상기 피스톤 로드와 펀치 로드 사이에 이들과 상호 연결되게 설치되는 베어링 조립체;
    상기 펀치 하우징의 내측 면과 상기 펀치 로드의 외측 면에 나선형의 홈으로서 서로 마주하며 형성되는 볼 레이스; 및
    상기 볼 레이스에 구름 가능하게 설치되는 다수 개의 볼들;을 포함하며,
    상기 베어링 조립체는, 상기 피스톤 로드의 연결 단과 연결되는 제1 롤러 베이스와, 상기 펀치 로드의 연결 단에 연결되는 제2 롤러 베이스와, 상기 제1 및 제2 롤러 베이스 사이에 구름 가능하게 설치되는 롤러들을 포함하는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 리벳 장치용 펀치유닛.
11. 제10 항에 있어서,
    상기 펀치유닛은 10~45°의 나선 리드 각을 갖는 헬리컬 타입의 셀프 피어싱 리벳을 상기 펀치 로드의 가압 단 측으로 제공하며,
    상기 볼 레이스는 상기 셀프 피어싱 리벳의 헬리컬 리드 각 보다 큰 나선 리드 각으로 형성되는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 리벳 장치용 펀치유닛.

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