KR102020297B1 - 셀프 피어싱 리벳 장치 - Google Patents

Abstract

셀프 피어싱 리벳 장치가 개시된다. 개시된 본 발명의 예시적인 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳 장치는 상측 판재 및 하측 판재의 모재를 셀프 피어싱 리벳으로 접합하기 위한 것으로서, ⅰ)모재를 가압하는 펀치 홀더와, 펀치 홀더로 공급되는 셀프 피어싱 리벳을 모재로 펀칭하기 위한 펀치로드를 포함하며, 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되는 펀치유닛과, ⅱ)펀치유닛에 대응하게 설치되며, 모재를 하측에서 지지하는 엔빌 다이와, ⅲ)펀치 홀더에 구비되고, 모재의 상측 판재를 가압하며 단 방향으로 통전 가열하는 한 쌍의 전극부재를 포함할 수 있다.

Description

셀프 피어싱 리벳 장치 {SELF PIERCING RIVET SYSTEM}

본 발명의 실시 예는 셀프 피어싱 리벳 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 두 장 이상의 접합 대상물을 기계적인 방식으로 접합할 수 있는 셀프 피어싱 리벳 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차 산업에서는 환경 문제에 따른 연비의 향상을 위해 알루미늄 합금과 플라스틱 재료 등의 사용을 통하여 차체의 경량화를 도모하고 있다. 이를 위해 자동차 업계에서는 차체를 조립하는 통상적인 스폿 용접을 대체할 수 있는 접합방법에 대한 고찰이 이루어지고 있다.

이러한 고찰에 따른 접합방법으로, 최근에는 셀프 피어싱 리벳(Self Piercing Rivet)을 이용한 셀프 피어싱 리벳 접합 방법이 적용되는 추세이다.

셀프 피어싱 리벳 접합 방법은, 강판 등의 접합 대상물에 리벳 접합용 구멍을 가공하고 그 구멍에 리벳을 삽입 후 헤드부를 성형하여 접합 대상물을 접합하는 기존의 리벳팅 방식과 달리, 구멍을 선행하여 가공하지 않고 유압 또는 공압으로 리벳을 접합 대상물에 압입하여 리벳을 소성 변형시킴으로써 접합 대상물을 접합하는 방식이다. 즉, 셀프 피어싱 리벳을 사용하여 2장 이상의 동종 또는 이종 소재간 접합이 가능하다.

도 1은 종래 기술에 따른 셀프 피어싱 리벳을 이용한 접합공정을 나타내는 공정도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 셀프 피어싱 리벳(101)을 이용한 접합공정은 모재(103)를 엔빌다이(113)에 안착시키고, 셀프 피어싱 리벳(101)을 펀치유닛(111)에 공급하는 공급단계(S1)와, 상기 펀치유닛(111)이 하강하여 상기 모재(103)와 접합되는 펀치유닛하강단계(S2)와, 상기 펀치유닛(111)이 상기 셀프 피어싱 리벳(101)을 모재(103)에 압입하는 압입단계(S3) 및 접합완료단계(S4)를 포함한다.

종래의 셀프 피어싱 리벳(101)은 별도의 홀 가공이 필요 없이 펀치유닛(111)에 의해 모재(103)에 압입되어 적어도 2장 이상의 소재를 결합한다.

이러한 종래의 셀프 피어싱 리벳(101)은 접합공정이 펀치유닛(111)의 가압력만으로 이루어짐으로써, 종래의 스폿용접에 비하여 작업환경을 개선하는 효과가 있다. 또한 이러한 셀프 피어싱 리벳을 이용한 접합방법은 특히 스폿용접이 용이하지 않은 알루미늄 차체와 같은 부품을 기구적 접합하기 위해 사용될 수 있다.

그러나 상기한 바와 같은 종래 기술에 따른 셀프 피어싱 리벳 접합은 인장방향 및 압축방향으로는 강한 접합력을 발휘하는 이점은 있으나, 단순 가압력 만으로 셀프 피어싱 리벳을 통해 모재를 접합하기 때문에 모재가 강도가 비교적 높고 연신율이 낮은 초고장력강판(980MPa이상) 또는 핫 스탬핑 소재일 경우에는 적용하기 어렵다.

또한, 종래 기술에서는 셀프 피어싱 리벳이 상부 모재를 관통하여 하부 모재에 압입되는 과정에서 국부적으로 높은 응력이 집중되어 성형성이 부족한 비철 금속의 경우에는 모재의 접합부 주변에 크랙 또는 찢어짐이 발생할 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 모재의 접합부 주변을 가열하여 연성을 확보함으로써 고강성 소재에 대해서도 적용이 가능하며, 성형성이 부족한 비철금속 모재의 접합성을 향상시킬 수 있도록 한 셀프 피어싱 리벳 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳 장치는, 상측 판재 및 하측 판재의 모재를 셀프 피어싱 리벳으로 접합하기 위한 것으로서, ⅰ)상기 모재를 가압하는 펀치 홀더와, 상기 펀치 홀더로 공급되는 셀프 피어싱 리벳을 상기 모재로 펀칭하기 위한 펀치로드를 포함하며, 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되는 펀치유닛과, ⅱ)상기 펀치유닛에 대응하게 설치되며, 상기 모재를 하측에서 지지하는 엔빌 다이와, ⅲ)상기 펀치 홀더에 구비되고, 상기 모재의 상측 판재를 가압하며 단 방향으로 통전 가열하는 한 쌍의 전극부재를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 리벳 장치에 있어서, 상기 펀치 홀더는 상기 펀치 로드가 끼워지는 중공을 가진 원통 형상으로 구비되며, 중공 양측의 하부 외주 면에 상기 전극부재를 장착하기 위한 장착 홈이 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 리벳 장치에 있어서, 상기 전극부재의 하면은 상기 펀치 홀더의 하면과 동일 평면을 이룰 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 리벳 장치에 있어서, 상기 펀치 홀더의 상기 장착 홈과 상기 전극부재 사이에는 절연 막이 구비될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 리벳 장치에 있어서, 상기 절연 막은 폴리에스터 소재의 절연 플레이트로 구비될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 리벳 장치에 있어서, 상기 한 쌍의 전극부재는 사각 블록 형태로 구비될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 리벳 장치에 있어서, 상기 한 쌍의 전극부재는 상기 펀치 홀더의 외주 면과 동일 면을 이루며, 서로 마주하는 방향으로 열린 아크 형태로서 상기 장착 홈에 장착될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 리벳 장치에 있어서, 상기 한 쌍의 전극부재는 서로 마주하는 중앙부에서의 간격이 가장 가깝고 그 중앙부 양측으로 갈수록 간격이 점차 멀어지는 형태로 구비될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 리벳 장치에 있어서, 상기 한 쌍의 전극부재는 서로 반대 방향으로 열린 아크 형태로서 상기 장착홈에 장착될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 리벳 장치에 있어서, 상기 한 쌍의 전극부재는 상기 모재의 상측 판재를 가압하는 가압 면을 하면에 형성할 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳 장치는, 상측 판재 및 하측 판재의 모재를 셀프 피어싱 리벳으로 접합하기 위한 것으로서, ⅰ)상기 모재를 가압하는 펀치 홀더와, 상기 펀치 홀더로 공급되는 셀프 피어싱 리벳을 상기 모재로 펀칭하기 위한 펀치로드를 포함하며, 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되는 펀치유닛과, ⅱ)상기 펀치유닛에 대응하게 설치되며, 상기 모재를 하측에서 지지하는 엔빌 다이와, ⅲ)상기 펀치 홀더에 구비되고, 상기 모재의 상측 판재를 지지하며 단 방향으로 통전 가열하는 한 쌍의 제1 전극부재와, ⅳ)상기 엔빌 다이에 구비되고, 상기 모재의 하측 판재를 지지하며 단 방향으로 통전 가열하는 한 쌍의 제2 전극부재를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 리벳 장치에 있어서, 상기 펀치 홀더는 상기 펀치 로드가 끼워지는 중공을 가진 원통 형상으로 구비되며, 중공 양측의 하부 외주 면에 상기 제1 전극부재를 장착하기 위한 제1 장착 홈이 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 리벳 장치에 있어서, 상기 제1 전극부재의 하면은 상기 펀치 홀더의 하면과 동일 평면을 이룰 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 리벳 장치에 있어서, 상기 엔빌 다이는 상면에 성형 골을 가진 원 기둥 형태로 구비되며, 성형골 양측의 상부 외주 면에 상기 제2 전극부재를 장착하기 위한 제2 장착 홈이 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 리벳 장치에 있어서, 상기 제2 전극부재의 상면은 상기 엔빌 다이의 상면과 동일 평면을 이룰 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 리벳 장치에 있어서, 상기 펀치 홀더의 상기 제1 장착 홈과 상기 제1 전극부재 사이에는 제1 절연 막이 구비될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 리벳 장치에 있어서, 상기 엔빌 다이의 상기 제2 장착 홈과 상기 제2 전극부재 사이에는 제2 절연 막이 구비될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 리벳 장치에 있어서, 상기 제1 및 제2 절연 막은 폴리에스터 소재의 절연 플레이트로 구비될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 리벳 장치에 있어서, 상기 한 쌍의 제1 전극부재는 상기 모재의 상측 판재를 가압하는 가압 면을 하면에 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 리벳 장치에 있어서, 상기 한 쌍의 제2 전극부재는 상기 모재의 하측 판재를 지지하는 지지 면을 상면에 형성할 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 접합하고자 하는 모재의 접합 부위를 전극부재를 통해 지지하며 단 방향으로 통전 가열하여 연성을 확보함으로써 초 고장력 강판 또는 핫 스탬핑 강판 등의 고강성 소재에 대한 셀프 피어싱 리벳의 접합 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에서는 모재의 접합 부위를 전극부재를 통해 가열하여 연성을 확보함으로써 비철금속 모재에 대한 온간에서의 성형성을 향상시킬 수 있고, 비철금속 모재의 접합 부위에서 국부적으로 높은 응력이 집중되는 것을 방지함으로써 모재의 접합 부위 주변에서 발생되는 크랙 또는 찢어짐 등의 접합 불량 발생을 최소화할 수 있다.

그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시 예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 종래 기술에 따른 셀프 피어싱 리벳을 이용한 접합공정을 나타내는 공정도이다.
도 2 및 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳 장치를 개략적으로 도시한 도시한 단면 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳 장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳 장치에 적용되는 전극부재의 변형 예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳 장치에 적용되는 전극부재의 다른 변형 예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳 장치를 이용한 접합공정을 나타내는 공정도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳 장치를 도시한 도면이다.
도 8는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳 장치에 적용되는 엔빌 다이의 일 예를 도시한 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 "...유닛", "...수단", "...부", "...부재" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.

도 2 및 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳 장치를 개략적으로 도시한 도시한 단면 구성도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳 장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳 장치(100)는 서로 겹쳐진 두 매 이상의 모재 예를 들면, 차체용 패널들을 일체로 접합하는 차체 조립 공정에 적용될 수 있다.

그러나, 상기 모재는 차체용 패널을 포함하는 것에 반드시 한정되지 않고, 차체용 빔류, 멤버류 및 프레임류 등과 같은 각종 차체 구조물을 포함할 수도 있다.

더 나아가, 본 발명의 보호범위가 차체용 패널을 조립하기 위한 것에 반드시 한정되는 것으로 이해되어서는 아니되며, 소정의 부품들을 조립하여 이루어지는 다양한 종류 및 용도의 구조물이라면 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다.

본 발명의 실시 예에서는 서로 겹쳐진 두 매의 모재에 대하여 셀프 피어싱 리벳(10)을 일정 압력으로 압입시킴으로서 이들 모재와 셀프 피어싱 리벳(10)의 소성 변형으로서 그 모재들을 일체로 접합할 수 있다.

이하에서는 상기 셀프 피어싱 리벳 장치(100)를 상하 방향으로 세워 놓고 보았을 때를 기준으로 하여 하기의 구성요소들을 설명하는데, 상측을 향하는 부분을 상단부, 상부 및 상면으로 정의하고, 하측을 향하는 부분을 하단부, 하부, 및 하면으로 정의할 수 있다.

또한, 이하에서는 상기 두 매의 모재에서 상측에 위치하는 모재를 상측 판재(1)로 정의하고, 상측 판재(1)의 하측에 위치하는 모재를 하측 판재(2)로 정의하기로 한다.

상기와 같은 방향의 정의는 상대적인 의미로서, 셀프 피어싱 리벳 장치(100)의 기준 위치 및 모재의 접합 방향 등에 따라서 그 방향이 달라질 수 있으므로, 상기한 기준 방향이 본 실시 예의 기준 방향으로 반드시 한정되는 것은 아니다.

여기서, 상기 모재는 알루미늄 합금 판재, 마그네슘 합금 판재와 같은 비철금속 판재 및 스틸 강판(고장력 강판 포함)과 같은 스틸 소재를 포함할 수 있다. 또한, 상기 모재는 서로 동일한 동종 재질의 판재를 포함할 수 있으며, 서로 다른 이종 재질의 판재를 포함할 수도 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 리벳 장치(100)는 모재의 접합부 주변을 가열하여 연성을 확보함으로써 고강성 소재에 대해서도 적용이 가능하며, 성형성이 부족한 비철금속 모재의 접합성을 향상시킬 수 있는 구조로 이루어진다.

이를 위해 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 리벳 장치(100)는 기본적으로, 펀치유닛(20), 엔빌 다이(40) 및 한 쌍의 전극부재(60)를 포함하며, 이를 구성 별로 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 펀치유닛(20)은 셀프 피어싱 리벳(10)을 공급받고, 서로 겹쳐진 상측 판재(1) 및 하측 판재(2)의 접합 부위에 대하여 셀프 피어싱 리벳(10)으로 가압력을 인가하는 것으로, 예를 들면 C형 프레임(도면에 도시되지 않음)의 상측에 구성될 수 있다. 상기 펀치유닛(20)은 구동수단을 통해 상하 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치될 수 있다.

상기 펀치유닛(20)은 셀프 피어싱 리벳(10) 또는 상하측 판재(1, 2)에 대하여 연속적이고 신속한 충격을 가하기 위해 툴의 일부로서 타격 기구를 이용하고 있다.

상기 펀치유닛(20)은 서로 겹쳐진 상측 판재(1) 및 하측 판재(2)의 모재에서 상측 판재(1)를 가압하는 펀치 홀더(21)와, 펀치 홀더(21)로 공급되는 셀프 피어싱 리벳(10)을 모재로 펀칭하기 위한 펀치 로드(23)를 포함하고 있다.

상기 펀치 홀더(21)는 펀치 로드(23)가 끼워지는 중공을 가진 원통 형상으로 구비된다. 상기 펀치 로드(23)는 펀치 홀더(21)로 공급된 셀프 피어싱 리벳(10)을 모재로 가압(펀칭)하기 위한 것이다.

상기 펀치 로드(23)는 유압 또는 공압에 의해 작동하며 프레스 구동을 하게 된다. 상기 펀치 로드(23)는 유압 또는 공압 실린더에 의하여 펀치 홀더(21)의 중공을 통해 상하 방향으로 왕복 이동하며, 셀프 피어싱 리벳(10)을 모재로 펀칭할 수 있다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 엔빌 다이(40)는 서로 겹쳐진 상측 판재(1) 및 하측 판재(2)의 모재를 하측에서 지지하는 것으로서, 펀치유닛(20)에 대응하여 C형 프레임의 하측에 고정되게 설치될 수 있다.

상기 엔빌 다이(40)는 펀치유닛(20)으로부터 셀프 피어싱 리벳(10)에 작용하는 가압력을 지지할 수 있다. 예를 들면, 상기 엔빌 다이(40)는 원 기둥 형태로 구비될 수 있다. 그리고, 상기 엔빌 다이(40)의 상면에는 셀프 피어싱 리벳(10)이 상측 판재(1)를 관통하여 압입되는 하측 판재(2)의 소성 변형을 유도하기 위한 성형 골(41)이 형성되어 있다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 한 쌍의 전극부재(60)는 서로 접합될 상측 판재(1) 및 하측 판재(2)의 접합 부위(접합 타겟 부위)를 가열하기 위한 것이다.

예를 들면, 상기 한 쌍의 전극부재(60)는, 상측 판재(1)가 고 강도의 스틸 소재(예를 들면, 고장력강, 초 고장력강 또는 핫 스탬핑 강)이고, 하측 판재(2)가 상측 판재(1)에 비해 강도가 작은 소재일 경우, 그 상측 판재(1)의 접합 부위를 전기적인 저항에 의해 발생되는 열로서 가열할 수 있다.

이러한 한 쌍의 전극부재(60)는 펀치유닛(20)에서 펀치 홀더(21)의 양측에 설치된다. 상기 펀치유닛(20)은 펀치 홀더(21)와 함께 상측 판재(1)를 가압하며 그 상측 판재(1)를 단 방향으로 통전 가열할 수 있다.

여기서, 상기 펀치 홀더(21)의 일측에 설치되는 전극부재(60)는 (+)전극으로 구비되고, 펀치 홀더(21)의 다른 일측에 설치되는 전극부재(60)는 (-)전극으로 구비될 수 있다.

상기와 같은 전극부재(60)의 펀치 홀더(21) 장착 구조를 설명하면, 상기 펀치 홀더(21)는 중공의 양측 하부 외주 면에 전극부재(60)를 장착하기 위한 장착 홈(61)을 형성하고 있다.

상기 한 쌍의 전극부재(60)는 펀치 홀더(21)의 장착 홈(61)에 고정되게 설치되는데, 예를 들면 장착 홈(61)에 접착 식으로 고정될 수 있다. 이러한 전극부재(60)는 블록 형태로 구비될 수 있다. 그리고 상기 전극부재(60)의 하면은 펀치 홀더(21)의 하면과 동일 평면을 이루며 상기 장착 홈(61)에 장착될 수 있다. 더 나아가, 상기 전극부재(60)는 펀치 홀더(21)의 하면과 함께 상측 판재(1)의 상면를 가압하는 가압 면(63)을 하면에 형성하고 있다.

이러한 전극부재(60)는 펀치 홀더(21)와 절연되게 장착 홈(61)에 설치되는 바, 그 펀치 홀더(21)의 장착 홈(61)과 전극부재(60) 사이에는 절연 막(71)이 구비된다. 예를 들면, 상기 절연 막(71)은 고강도를 지닌 폴리에스터 소재의 절연 플레이트로 구비될 수 있다.

상기에서와 같은 한 쌍의 전극부재(60)는 펀치 홀더(21)와 함께 상측 판재(1)를 가압하고 있는 상태에서, 전류가 인가되면, 상측 판재(1)에 전류가 통전되면서 발생되는 전기적인 저항 열로서 그 상측 판재(1)의 접합 부위를 가열하며 연화시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 실시 예에 의한 상기 전극부재(60)는 도 3에서와 같이 사각 블록 형태로 구비될 수 있다. 이 경우, 상기 전극부재(60)는 사각 블록 형태로 펀치 홀더(21)의 장착 홈(61)에 장착됨에 따라, 상측 판재(1)에 대해 펀치 홀더(21)의 자체 단면 보다 더 큰 단면의 가압 면적을 형성할 수 있다. 이에 본 발명의 실시 예에서는 모재에 대한 펀치유닛(20)의 펀치 압력을 감소시킬 수 있다.

다른 한편, 본 발명의 실시 예에 의한 상기 한 쌍의 전극부재(60)는 변형 예로서, 도 4에 도시된 바와 같이, 펀치 홀더(21)의 외주 면과 동일 면을 이루며, 서로 마주하는 중앙부에서의 간격이 가장 멀고 그 중앙부 양측으로 갈수록 간격이 점차 가까워지는 형태로 구비될 수 있다. 예를 들면, 상기 한 쌍의 전극부재(60)는 서로 마주하는 방향으로 열린 일정 곡률의 아크 형태로서 장착 홈(61)에 장착될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 의한 상기 한 쌍의 전극부재(60)는 다른 변형 예로서, 도 5에 도시된 바와 같이, 서로 마주하는 중앙부에서의 간격이 가장 가깝고, 그 중앙부 양측으로 갈수록 간격이 점차 멀어지는 형태로 구비될 수 있다. 예를 들면, 상기 한 쌍의 전극부재(60)는 서로 반대 방향으로 열린 일정 곡률의 아크 형태로서 펀치 홀더(21)의 장착 홈(61)에 장착될 수 있다. 이에 상기 전극부재(60)는 중앙부 사이에서부터 상측 판재(1)에 통전 가열을 발생시킬 수 있다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳 장치(100)의 작동을 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳 장치를 이용한 접합공정을 나타내는 공정도이다.

도 6을 참조하면, 우선 본 발명의 실시 예에서는 셀프 피어싱 리벳(10)을 펀치 홀더(21) 내측의 펀치 로드(23) 측으로 공급하고, 접합하고자 하는 서로 겹쳐진 상측 판재(1) 및 하측 판재(2)를 엔빌 다이(40)의 상면에 안착시킨다. 이때, 상기 펀치 홀더(21)는 구동수단에 의해 상측 방향으로 이동된 상태에 있다(S11 단계).

이 상태에서, 본 발명의 실시 예에서는 구동수단을 통해 펀치 홀더(21)를 하강시킨다. 그러면, 본 발명의 실시 예에서는 상기 펀치 홀더(21)의 하면과 한 쌍의 전극부재(60)의 가압 면(63)을 통해 상측 판재(1)를 가압한다.

다음으로, 상기 펀치 홀더(21) 및 전극부재(60)를 통해 상측 판재(1)를 가압하고, 엔빌 다이(40)를 통해 하측 판재(2)를 지지하고 있는 상태에서, 본 발명의 실시 예에서는 상기 한 쌍의 전극부재(60)에 전류를 인가한다.

그러면, 본 발명의 실시 예에서는 한 쌍의 전극부재(60)에 의하여 상측 판재(1)에 전류가 단 방향으로 통전되면서 그 상측 판재(1)의 접합 부위에는 전기적인 저항에 의해 열이 발생하게 되고, 그 전기적인 저항 열로서 상측 판재(1)의 접합 부위를 연화시킬 수 있다. 이에 본 발명의 실시 예에서는 전기적인 저항 열로 상측 판재(1)의 접합 부위를 가열함으로써 그 접합 부위에 대하여 연성을 확보할 수 있다(S12 단계).

다음으로, 본 발명의 실시 예에서는 상기 펀치유닛(20)의 펀치 로드(23)를 하강시키며, 그 펀치 로드(23)를 통해 셀프 피어싱 리벳(10)을 상측 판재(1)의 접합 부위(즉, 연화 부위)에 압입한다.

이에 상기 셀프 피어싱 리벳(10)은 펀치 로드(23)의 가압력에 의해 상측 판재(1)를 관통(피어싱) 하고, 엔빌 다이(40)의 성형 골(41)을 따라 외측 방향으로 벌어지며 하측 판재(2)에 압입됨으로써, 상측 판재(1) 및 하측 판재(2)를 일체로 접합할 수 있다.

여기서, 상기 상측 판재(1)의 접합 부위가 전극부재(60)에 의해 단 방향으로 통전 가열되어 연화된 상태에 있으므로, 셀프 피어싱 리벳(10)은 상측 판재(1)의 접합 부위에 대하여 용이하게 관통 및 압입될 수 있다(S13 단계).

그 후, 본 발명의 실시 예에서는 상기 펀치유닛(20)의 펀치 홀더(21) 및 펀치 로드(23)를 상승시키게 되면, 셀프 피어싱 리벳(10)을 통하여 상측 판재(1) 및 하측 판재(2)를 일체로 접합한 접합 구조체를 제조할 수 있다(S14 단계).

지금까지 설명한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 리벳 장치(100)에 의하면, 접합하고자 하는 모재의 접합 부위를 한 쌍의 전극부재(60)를 통해 지지하며 단 방향으로 통전 가열하여 연성을 확보함으로써 초 고장력 강판 또는 핫 스탬핑 강판 등의 고강성 소재에 대한 셀프 피어싱 리벳(10)의 접합 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에서는 모재의 접합 부위를 전극부재(60)를 통해 가열하여 연성을 확보함으로써 비철금속 모재에 대한 온간에서의 성형성을 향상시킬 수 있고, 비철금속 모재의 접합 부위에서 국부적으로 높은 응력이 집중되는 것을 방지함으로써 모재의 접합 부위 주변에서 발생되는 크랙 또는 찢어짐 등의 접합 불량 발생을 최소화할 수 있다.

도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳 장치를 도시한 도면이다. 도면에서 전기 실시 예의 구성과 동일한 구성에 대해서는 전기 실시 예에서의 도면부호와 동일한 도면부호를 부여하기로 한다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳 장치(200)는 전기 실시 예의 구성을 기본으로 하면서, 펀치유닛(20)의 펀치 홀더(21)에 한 쌍의 제1 전극부재(60)를 장착하며, 엔빌 다이(40)에 한 쌍의 제2 전극부재(80)를 장착한 구조로 이루어질 수 있다.

상기에서 펀치유닛(20)은 전기 실시 예에서와 같은 펀치 홀더(21) 및 펀치 로드(23)를 포함하고 있다.

그리고, 상기에서 한 쌍의 제1 전극부재(60)는 상측 판재(1)를 지지하며 단 방향으로 통전 가열하는 것으로서, 펀치 홀더(21)의 제1 장착 홈(61)에 장착된다. 여기서, 상기 제1 전극부재(60)의 하면은 펀치 홀더(21)의 하면과 동일 평면을 이루며, 상측 판재(1)를 가압하는 가압 면(63)을 형성하고 있다.

또한, 상기 펀치 홀더(21)의 제1 장착 홈(61)과 제1 전극부재(60) 사이에는 제1 절연 막(71)이 구비되는 바, 제1 절연 막(71)은 고강도 폴리에스터 소재의 절연 플레이트로 구비된다.

상기에서와 같은 펀치유닛(20)의 구성, 상기 제1 전극부재(60)의 형상 및 펀치 홀더 장착 구조 등은 전기 실시 예에서와 같으므로, 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 한 쌍의 제2 전극부재(80)는 하측 판재(2)를 지지하며 그 하측 판재(2)를 단 방향으로 통전 가열하기 위한 것으로서, 하측 판재(2)의 접합 부위를 전기적인 저항에 의해 발생되는 열로서 가열할 수 있다.

이러한 한 쌍의 제2 전극부재(80)는 엔빌 다이(40)의 양측에 설치된다. 상기 엔빌 다이(40)는 제2 전극부재(80)와 함께 하측 판재(2)를 지지하며 그 하측 판재(2)를 단 방향으로 통전 가열할 수 있다.

여기서, 상기 엔빌 다이(40)의 일측에 설치되는 제2 전극부재(80)는 (+)전극으로 구비되고, 엔빌 다이(40)의 다른 일측에 설치되는 제2 전극부재(80)는 (-)전극으로 구비될 수 있다.

상기와 같은 제2 전극부재(80)의 엔빌 다이(40) 장착 구조를 도 7 및 도 8을 참조하여 설명하면, 상기 엔빌 다이(40)는 상면에 성형 골(41)을 가진 원 기둥 형태로 구비되는 바, 그 성형 골(41) 양측의 상부 외주 면에 제2 전극부재(80)를 장착하기 위한 제2 장착 홈(81)을 형성하고 있다.

상기 한 쌍의 제2 전극부재(80)는 엔빌 다이(40)의 제2 장착 홈(81)에 고정되게 설치되는데, 예를 들면 상기 제2 장착 홈(81)에 접착 식으로 고정될 수 있다. 이러한 제2 전극부재(80)는 블록 형태로 구비될 수 있다.

그리고, 상기 제2 전극부재(80)의 상면은 엔빌 다이(40)의 상면과 동일 평면을 이루며 상기 제2 장착 홈(81)에 장착될 수 있다. 더 나아가, 상기 제2 전극부재(80)는 엔빌 다이(40)의 상면과 함께 하측 판재(2)의 하면을 지지하는 지지 면(83)을 상면에 형성하고 있다.

이러한 제2 전극부재(80)는 엔빌 다이(40)와 절연되게 제2 장착 홈(81)에 설치되는 바, 그 엔빌 다이(40)의 제2 장착 홈(81)과 제2 전극부재(80) 사이에는 제2 절연 막(91)이 구비된다. 예를 들면, 상기 제2 절연 막(91)은 고강도를 지닌 폴리에스터 소재의 절연 플레이트로 구비될 수 있다.

상기에서와 같은 한 쌍의 제2 전극부재(80)는 엔빌 다이(40)와 함께 하측 판재(2)를 지지하고 있는 상태에서, 전류가 인가되면, 하측 판재(2)에 전류가 통전되면서 발생되는 전기적인 저항 열로서 그 하측 판재(2)의 접합 부위를 가열하며 연화시킬 수 있다.

한편, 상기 한 쌍의 제2 전극부재(80)는 제1 전극부재(60)에 대응하는 형상으로 구비되는 바, 이러한 제1 및 제2 전극부재(60, 80)의 형상은 전기 실시 예에서와 같은 사각 블록 형태 또는 아크 형태로 구비될 수 있다.

따라서, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳 장치(200)에 의하면, 펀치 홀더(21)와 제1 전극부재(60)를 통해 상측 판재(1)를 가압하고, 엔빌 다이(40)와 제2 전극부재(80)를 통해 하측 판재(2)를 지지할 수 있다.

이로써, 본 발명의 실시 예에서는 상기 제1 전극부재(60)를 통하여 상측 판재(1)의 접합 부위를 단 방향으로 통전 가열하며, 상측 판재(1)의 접합 부위를 연화시킬 수 있다. 그리고, 본 발명의 실시 예에서는 상기 제2 전극부재(80)를 통하여 하측 판재(2)의 접합 부위를 단 방향으로 통전 가열하며, 하측 판재(2)의 접합 부위를 연화시킬 수 있다.

이에 본 발명의 실시 예에서는 상기 제1 및 제2 전극부재(60, 80)에 의한 전기적인 저항 열로 상측 판재(1) 및 하측 판재(2)의 접합 부위를 가열함으로써 그 접합 부위의 연성을 확보할 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳 장치(200)의 나머지 구성 및 작동/작용효과는 전기 실시 예에서와 같으므로, 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.

이상에서 본 발명의 실시 예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 본 명세서에서 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상을 이해하는 당업자는 동일한 기술적 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 권리 범위 내에 든다고 할 것이다.

1: 상측 판재 2: 하측 판재
10: 셀프 피어싱 리벳 20: 펀치유닛
21: 펀치 홀더 23: 펀치 로드
40: 엔빌 다이 41: 성형 골
60: 전극부재, 제1 전극부재 61: 장착 홈, 제1 장착 홈
63: 가압 면 71: 절연 막, 제1 절연 막
80: 제2 전극부재 81: 제2 장착 홈
83: 지지 면 91: 제2 절연 막

Claims (17)

1. 상측 판재 및 하측 판재의 모재를 셀프 피어싱 리벳으로 접합하기 위한 셀프 피어싱 리벳 장치에 있어서,
   상기 모재를 가압하는 펀치 홀더와, 상기 펀치 홀더로 공급되는 셀프 피어싱 리벳을 상기 모재로 펀칭하기 위한 펀치로드를 포함하며, 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되는 펀치유닛;
   상기 펀치유닛에 대응하게 설치되며, 상기 모재를 하측에서 지지하는 엔빌 다이; 및
   상기 펀치 홀더에 구비되고, 상기 모재의 상측 판재를 가압하며 단 방향으로 통전 가열하는 한 쌍의 전극부재;를 포함하며,
   상기 펀치 홀더는 상기 펀치 로드가 끼워지는 중공을 가진 원통 형상으로 구비되고, 중공 양측의 하부 외주 면에 상기 전극부재를 장착하기 위한 장착 홈이 형성되되,
   상기 한 쌍의 전극부재는 사각 블록 형태로 구비되는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 리벳 장치.
2. 삭제
3. 제1 항에 있어서,
   상기 전극부재의 하면은,
   상기 펀치 홀더의 하면과 동일 평면을 이루는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 리벳 장치.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 펀치 홀더의 상기 장착 홈과 상기 전극부재 사이에는 절연 막이 구비되는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 리벳 장치.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 절연 막은 폴리에스터 소재의 절연 플레이트로 구비되는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 리벳 장치.
6. 삭제
7. 상측 판재 및 하측 판재의 모재를 셀프 피어싱 리벳으로 접합하기 위한 셀프 피어싱 리벳 장치에 있어서,
   상기 모재를 가압하는 펀치 홀더와, 상기 펀치 홀더로 공급되는 셀프 피어싱 리벳을 상기 모재로 펀칭하기 위한 펀치로드를 포함하며, 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되는 펀치유닛;
   상기 펀치유닛에 대응하게 설치되며, 상기 모재를 하측에서 지지하는 엔빌 다이; 및
   상기 펀치 홀더에 구비되고, 상기 모재의 상측 판재를 가압하며 단 방향으로 통전 가열하는 한 쌍의 전극부재;를 포함하며,
   상기 펀치 홀더는 상기 펀치 로드가 끼워지는 중공을 가진 원통 형상으로 구비되고, 중공 양측의 하부 외주 면에 상기 전극부재를 장착하기 위한 장착 홈이 형성되되,
   상기 한 쌍의 전극부재는, 상기 펀치 홀더의 외주 면과 동일 면을 이루며, 서로 마주하는 중앙부에서의 간격이 가장 멀고 그 중앙부 양측으로 갈수록 간격이 점차 가까워지는 형태로서 상기 장착 홈에 장착되는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 리벳 장치.
8. 상측 판재 및 하측 판재의 모재를 셀프 피어싱 리벳으로 접합하기 위한 셀프 피어싱 리벳 장치에 있어서,
   상기 모재를 가압하는 펀치 홀더와, 상기 펀치 홀더로 공급되는 셀프 피어싱 리벳을 상기 모재로 펀칭하기 위한 펀치로드를 포함하며, 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되는 펀치유닛;
   상기 펀치유닛에 대응하게 설치되며, 상기 모재를 하측에서 지지하는 엔빌 다이; 및
   상기 펀치 홀더에 구비되고, 상기 모재의 상측 판재를 가압하며 단 방향으로 통전 가열하는 한 쌍의 전극부재;를 포함하며,
   상기 펀치 홀더는 상기 펀치 로드가 끼워지는 중공을 가진 원통 형상으로 구비되고, 중공 양측의 하부 외주 면에 상기 전극부재를 장착하기 위한 장착 홈이 형성되되,
   상기 한 쌍의 전극부재는, 서로 마주하는 중앙부에서의 간격이 가장 가깝고 그 중앙부 양측으로 갈수록 간격이 점차 멀어지는 형태로서 상기 장착 홈에 장착되는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 리벳 장치.
9. 삭제
10. 제1,7,8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 전극부재는,
    상기 모재의 상측 판재를 가압하는 가압 면을 하면에 형성하는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 리벳 장치.
11. 삭제
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16. 삭제
17. 삭제

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