KR102120653B1 - 이종판재 접합용 하드웨어, 및 이를 이용한 이종판재 접합방법 - Google Patents

이종판재 접합용 하드웨어, 및 이를 이용한 이종판재 접합방법 Download PDF

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Abstract

이종판재 접합용 하드웨어, 및 이를 이용한 이종판재 접합방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 이종판재 접합용 하드웨어는 이종판재 접합용 하드웨어에 있어서, 원반형상으로 형성되며, 상면에는 중앙이 돌출되는 콘부가 형성되고, 상기 콘부의 둘레를 따라 돌출되는 돌기부가 형성되는 헤드, 및 상기 헤드의 하면 중앙에 일체로 형성되며, 내부에는 원형 공간부가 형성되는 섕크로 이루어진다.

Description

이종판재 접합용 하드웨어, 및 이를 이용한 이종판재 접합방법{HARDWARE FOR DIFFERENT PANEL JOINING AND DIFFERENT PANEL JOINING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 이종판재 접합용 하드웨어, 및 이를 이용한 이종판재 접합방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 물성이 다른 2장 이상의 판재를 상호 접합하기 위한 이종판재 접합용 하드웨어, 및 이를 이용한 이종판재 접합방법에 관한 것이다.
최근에는 자동차 연비향상과 환경 오염 저감에 대한 요구가 증가하여 차체 부품 적용에 있어 경량화와 고강성의 목적으로 기존에 사용하던 스틸 대신, 알루미늄 합금, 플라스틱 및 복합 소재가 널리 적용되고 있는 추세이다.
경량 소재 및 서로 다른 두 소재의 경우, 전기 및 열 전도도가 높고, 용접 전극 오염이 심하여 기존의 스폿용접(저항용접) 방식으로는 그 접합이 어렵기 때문에, 셀프 피어싱 리벳팅 방식이나 클린칭 방식과 같은 기계적인 접합 방식이 사용된다.
그러나 상기한 기계적인 접합 방식은 생산 원가가 높고, 공정이 어려웠으며, 용접 접합에 비하여 그 접합 품질이 다소 떨어진다.
또한, 차체가 스틸과 경량 소재가 서로 혼용될 경우, 기계적인 접합 이외에는 적절한 방식이 없어 차체의 전체적인 면적 중, 일부분에 국한되어 있는 이종소재 접합 부위 때문에 생산 라인을 따로 구성해야 하는 등 생산 효율성 측면에서 문제가 발생한다.
이를 위해 자동차 업계에서는 차체를 조립하는 통상적인 방법인 스폿용접을 대체할 수 있는 접합방법에 대한 고찰이 이루어지고 있다.
이러한 고찰에 따른 접합방법으로, 셀프 피어싱 리벳(self-piercing rivet)을 이용한 셀프 피어싱 리벳 접합방법이 적용되는 추세이다.
상기 셀프 피어싱 리벳 접합방법은 강판 등의 접합 대상물에 리벳 접합용 홀을 가공하고, 상기 홀에 리벳을 삽입한 후, 헤드를 형성하여 접합 대상물을 접합하는 기존의 리벳팅 방식과 달리, 홀을 선행하여 가공하지 않고, 유압 또는 공압으로 리벳을 접합 대상물에 압입하여 상부를 소성 변형시킴으로써, 접합 대상물을 접합하는 방식이다.
이러한 셀프 피어싱 리벳을 사용하여 2장 이상의 동종 또는 이종소재간 접합이 가능하다.
상기와 같은 셀프 피어싱 리벳 접합방법은 펀치의 가압력만으로 접합이 이루어짐으로써, 종래의 스폿용접에 비하여 작업환경을 개선하는 효과가 있다.
그리고 상기 셀프 피어싱 리벳 접합방법은 특히, 스폿용접이 용이하지 않은 알루미늄 차체와 같은 부품을 기구적으로 접합하기 위해 사용될 수 있다.
그러나 상기한 바와 같은 종래의 셀프 피어싱 리벳 접합방법은 접합하고자하는 소재가 유기재료 또는 복합재료, 예를 들어, GFRP(Glass Fiber Reinforced Plastics, 유리섬유강화플라스틱), 또는 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics, 탄소섬유강화플라스틱)일 경우, 피어싱이 되는 시점에서 소재가 부스러지는 현상이 발생한다.
또한, 상기한 바와 같은 소재를 이용하여 셀프 피어싱 리벳을 접합할 경우, 상기 셀프 피어싱 리벳의 섕크의 휨정도가 저하되고, 소재의 상부에 배화현상이 일어나는 문제점도 있다.
이와 같이, 경량화를 위한 복합소재를 포함하는 이종소재의 접합 방법에 관한 연구개발이 필요하다.
이 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 예는 차량에 적용되는 스틸, 알루미늄, 및 복합재료의 소재에 대한 구분없이 2장 이상의 판재를 접합 및 체결할 수 있는 이종판재 접합용 하드웨어, 및 이를 이용한 이종판재 접합방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 실시 예는 하드웨어의 외면에 접착제를 도포하여 판재와의 접합력을 강화하며, 하드웨어와 판재 사이의 갈바닉 부식을 방지하는 이종판재 접합용 하드웨어, 및 이를 이용한 이종판재 접합방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 이종판재 접합용 하드웨어에 있어서, 원반형상으로 형성되며, 상면에는 중앙이 돌출되는 콘부가 형성되고, 상기 콘부의 둘레를 따라 돌출되는 돌기부가 형성되는 헤드, 및 상기 헤드의 하면 중앙에 일체로 형성되며, 내부에는 원형 공간부가 형성되는 섕크로 이루어지는 이종판재 접합용 하드웨어를 제공하고자 한다.
또한, 상기 하드웨어는 상기 헤드의 둘레면과 하면, 및 상기 섕크의 외면에 접착제가 도포되어 형성될 수 있다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 상기 하드웨어를 이용하여 물성이 다른 3장의 판재를 접합하기 위한 이종판재의 접합방법에 있어서, 제1 판재의 상면에 하드웨어를 용융 접합하는 제1 단계, 제2 판재의 일측에 관통홀을 형성하고, 상기 제2 판재의 관통홀을 통하여 상기 하드웨어의 헤드 둘레에 끼운 상태로, 상기 제1 판재의 상면에 제2 판재를 로딩하는 제2 단계, 제3 판재의 일측에 관통홀을 형성하고, 상기 제2 판재의 관통홀을 통하여 상기 하드웨어의 섕크 둘레에 끼운 상태로, 상기 제2 판재의 상면에 제3 판재를 로딩하는 제3 단계, 및 상기 하드웨어의 섕크의 선단이 외측으로 벌어지면서 상기 제3 판재의 관통홀의 둘레에 대응하는 상면을 압입하는 제4 단계를 포함하는 이종판재의 접합방법을 제공하고자 한다.
또한, 상기 제1 단계는 상기 제1 판재의 하부에 용접 다이를 로딩하는 단계, 상기 제1 판재의 상면에 하드웨어를 로딩하는 단계, 및 상기 하드웨어의 상부에 위치한 용접 전극을 이용하여 상기 하드웨어의 콘부와 돌기부가 상기 제1 판재의 상면에 용융 접합되도록 통전하는 단계로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제4 단계는 상기 제1 판재의 하부에 엔빌 다이를 로딩하는 단계, 상기 하드웨어의 상부에 위치한 성형 펀치를 이용하여 상기 섕크의 선단을 외측으로 압입하는 단계로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제1 판재는 스틸, 및 알루미늄 중, 어느 하나의 소재로 이루어지고, 상기 제2 판재와 제3 판재 각각은 스틸, 알루미늄, 및 복합재료 중, 어느 하나의 소재로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 복합재료는 FRP(Fiber Reinforced Plastic), CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic), 및 GFRP(Glass Fiber Reinforced Plastic) 중, 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 차량에 적용되는 스틸, 알루미늄, 및 복합재료의 소재에 대한 구분없이 2장 이상의 판재를 접합 및 체결할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시 예는 하드웨어의 외면에 접착제를 도포하여 판재와의 접합력을 강화하며, 하드웨어와 판재 사이의 갈바닉 부식을 방지하는 효과도 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.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이종판재 접합용 하드웨어의 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A선에 따른 단면도이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 이종판재 접합용 하드웨어를 이용한 이종판재 접합방법을 순차적으로 나타낸 공정도이다.
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 도면부호를 적용하여 설명한다.
또한, 하기의 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일하여 이를 구분하기 위한 것으로, 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이종판재 접합용 하드웨어의 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A선에 따른 단면도이다.
도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 이종판재 접합용 하드웨어(1)는 헤드(10)와 섕크(20)를 포함한다.
상기 헤드(10)는 원반형상으로 형성된다.
또한, 상기 헤드(10)는 상면 중앙에 콘부(11)가 돌출 형성된다.
또한, 상기 헤드(10)는 콘부(11)의 둘레를 따라 복수개의 돌기부(13)가 돌출 형성된다.
상기 돌기부(13)는 상기 콘부(11)의 둘레에 일정간격으로 형성된다.
한편, 상기 섕크(20)는 상기 헤드(10)의 하면 중앙에 일체로 형성된다.
상기 섕크(20)는 상기 헤드(10)의 외경보다 작게 형성된다.
이러한 섕크(20)는 내부에 원형의 공간부(21)가 형성된다.
이때, 상기 섕크(20)는 상기 공간부(21)의 내면 선단부가 선단측으로 경사지게 형성된다.
즉, 상기 섕크(20)는 선단으로 갈수록 그 두께가 작아지도록 형성된다.
한편, 상기 접착제(30)는 열을 가하면 접착성이 생기는 열가소성 성질가지는 열가소성 접착제를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 폴리에틸렌 또는 EVA(Ethylene vinyl acetate) 등으로 이루어진 접착 필름을 포함할 수 있다.
이러한 열가소성의 접착제(30)는 열을 가할 시, 접착성이 생겨 판재들을 접착하는데 적용될 수 있다.
또한, 상기 접착제(30)는 접착 테이프를 적용할 수도 있다.
이러한 상기 접착 테이프는 필요 시, 외면에 부착된 보호지(미도시)를 떼어내고 접착될 수 있다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 하드웨어를 이용한 이종판재 접합방법을 순차적으로 나타낸 공정도이다.
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즉, 도 3 내지 도 6은 상기한 이종판재 접합용 하드웨어(1)를 이용하여 물성이 다른 3장의 판재(P1 ~ P3)를 접합하기 위한 이종판재 접합방법을 순차적으로 나타낸 공정도이며, 상기 이종판재의 접합방법은 제1 내지 제4 단계를 포함한다.
도 3을 참조하면, 상기 제1 단계는 제 1판재(P1)의 상면에 하드웨어(1)를 로딩한다.
이때, 상기 하드웨어(1)는 상기 헤드(10)의 상면이 상기 제1 판재(P1)의 상면에 접촉되도록 위치된다.
그리고 상기 제1 판재(P1)의 상부와 하부에 상기 하드웨어(1)에 대응하도록 용접 전극(40)과 용접 다이(41)를 각각 로딩한다.
다음으로 상기 용접 전극(40)과 용접 다이(41)를 통하여 상기 하드웨어(1)에 전압을 가한다.
이때, 상기 용접 전극(40)은 상기 하드웨어(1)의 헤드(10)의 하면에 접촉된 상태로, 상기 하드웨어(1)의 섕크(20)가 수용되도록 중앙부에 수용홈(43)이 형성된다.
상기 하드웨어(1)의 상부에 위치한 용접 전극(40)을 이용하여 상기 하드웨어(1)의 상면에 형성된 콘부(11)와 돌기부(13)가 상기 제1 판재(P1)의 상면에 용융 접합되도록 통전한다.
이에, 상기 하드웨어(1)는 상기 콘부(11)와 돌기부(13)를 통해 상기 제1 판재(P1)의 상면에 용융되면서 접합된다.
도 4를 참조하면, 상기 제2 단계는 상기 제2 판재(P2)의 일측에 관통홀(H)을 형성한다.
이때, 상기 제2 판재(P2)는 스틸, 알루미늄, 및 복합재료 중, 어느 하나의 소재로 이루어지며, 상기 복합재료는 FRP(Fiber Reinforced Plastic), CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic), 및 GFRP(Glass Fiber Reinforced Plastic) 중, 적어도 하나를 포함한다.
이러한 제2 판재(P2)의 관통홀(H)을 통하여 상기 하드웨어(1)의 헤드(10) 둘레에 끼운 상태로, 상기 제1 판재(P1)의 상면에 상기 제2 판재(P2)를 로딩한다.
즉, 상기 제2 판재(P2)의 관통홀(H)은 상기 헤드(10)의 직경에 맞도록 형성되는 것이 바람직하다.
도 5를 참조하면, 상기 제3 단계는 제3 판재(P3)의 일측에 관통홀(H)을 형성한다.
이때, 상기 제3 판재(P3)는 스틸, 알루미늄, 및 복합재료 중, 어느 하나의 소재로 이루어지며, 상기 복합재료는 FRP(Fiber Reinforced Plastic), CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic), 및 GFRP(Glass Fiber Reinforced Plastic) 중, 적어도 하나를 포함한다.
이러한 제3 판재(P3)의 관통홀(H)을 통하여 상기 하드웨어(1)의 섕크(20) 둘레에 끼운 상태로, 상기 제2 판재(P2)의 상면에 상기 제3 판재(P3)를 로딩한다.
상기 제3 판재(P3)의 관통홀(H)은 상기 섕크(20)의 직경에 맞도록 형성되는 것이 바람직하다.
도 6을 참조하면, 상기 제4 단계는 상기 하드웨어(1)에 대응하는 제3 판재(P3)의 상부, 및 상기 제1 판재(P1)의 하부에 각각 성형 펀치(50)와 엔빌 다이(51)를 로딩한다.
삭제
이어서, 상기 하드웨어(1)의 상부에 배치된 성형 펀치(50)를 통하여 상기 섕크(20)의 선단을 외측으로 압입한다.
이에 상기 하드웨어(1)의 섕크(20)가 상기 제1 판재(P1)와 제3 판재(P3) 사이에 개재된 제2 판재(P2)와 함께, 상기 제3 판재(P3)의 관통홀(H) 둘레 상면에 대하여 압입된다.
마지막으로, 상기 접착제(30)로 열가소성의 접착제를 사용할 경우, 상기 제3 단계 이후 또는 제4 단계 이후에, 열을 가하여 상기 열가소성의 접착제(30)에 접착성을 부여함으로써, 상기 하드웨어(1)와 상기 제2 판재(P2) 및 제3 판재(P3)를 접합할 수 있다.
또는, 상기 접착제(30)로 접착 테이프를 사용할 경우, 상기 제3 단계 이후 또는 제4 단계 이후에, 접착 테이프의 외면의 보호지를 떼어내어 상기 접착제(30)에 접착성을 부여함으로써, 상기 하드웨어(1)와 상기 제2 판재(P2) 및 제3 판재(P3)를 접합할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 이종판재 접합용 하드웨어, 및 이를 이용한 이종판재의 접합방법은 제1 판재 내지 제3 판재로 이루어진 3장의 판재를 예로 들어 설명하였지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 판재의 개수는 가감할 수 있다.
따라서 본 발명의 실시 예에 따른 이종판재 접합용 하드웨어, 및 이를 이용한 이종판재 접합방법은 물성이 다른 2장 이상의 판재를 상호 접합할 수 있다.
다시 말해, 상기 이종판재 접합용 하드웨어, 및 이를 이용한 이종판재 접합방법은 차량에 적용되는 스틸, 알루미늄, 및 복합재료에 대한 소재의 구분없이 2장 이상의 판재를 상호 접합 및 체결할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 이종판재 접합용 하드웨어, 및 이를 이용한 이종판재 접합방법은 하드웨어의 외면에 접착제를 도포하여 판재와의 접합력을 강화하며, 하드웨어와 판재 사이의 갈바닉 부식을 방지할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1: 하드웨어
10: 헤드
11: 콘부
13: 돌기부
20; 섕크
21: 공간부
30: 접착제
P1 ~ P3: 제1 내지 제3 판재
40: 용접 전극
41: 용접 다이
43: 수용홈
50: 성형 펀치
51: 엔빌 다이
H: 관통홀

Claims (7)

  1. 이종판재 접합용 하드웨어에 있어서,
    원반형상으로 형성되며, 상면에는 중앙이 돌출되는 콘부가 형성되고, 상기 콘부의 둘레를 따라 돌출되는 돌기부가 형성되는 헤드;
    상기 헤드의 하면 중앙에 일체로 형성되며, 내부에는 원형 공간부가 형성되는 섕크; 및
    상기 헤드의 둘레면과 하면, 및 상기 섕크의 외면에 도포되어 열에 의해 접착성이 생기는 접착제;
    로 이루어지는 이종판재 접합용 하드웨어.
  2. 삭제
  3. 상기 제1항의 하드웨어를 이용하여 물성이 다른 3장의 판재를 접합하기 위한 이종판재 접합방법에 있어서,
    스틸, 및 알루미늄 중, 어느 하나의 소재로 이루어지는 제1 판재와, 스틸, 알루미늄, 및 복합재료 중, 어느 하나의 소재로 이루어지는 제2 판재 및 제3 판재를 각각 준비하는 단계;
    상기 제1 판재의 하부에 용접 다이를 로딩하고, 상기 제1 판재의 상면에 하드웨어의 상면이 접촉되도록 로딩한 후, 상기 하드웨어의 상부에 위치한 용접 전극을 이용하여 상기 하드웨어의 콘부와 돌기부가 상기 제1 판재의 상면에 용융 접합되도록 통전하는 제1 단계;
    제2 판재의 일측에 관통홀을 형성하고, 상기 제2 판재의 관통홀을 통하여 상기 하드웨어의 헤드 둘레에 끼운 상태로, 상기 제1 판재의 상면에 제2 판재를 로딩하는 제2 단계;
    제3 판재의 일측에 관통홀을 형성하고, 상기 제2 판재의 관통홀을 통하여 상기 하드웨어의 섕크 둘레에 끼운 상태로, 상기 제2 판재의 상면에 제3 판재를 로딩하는 제3 단계; 및
    상기 제1 판재의 하부에 엔빌 다이를 로딩하고, 상기 하드웨어의 상부에 위치한 성형 펀치를 이용해 상기 섕크의 선단을 외측으로 압입하여 상기 섕크의 선단이 외측방을 향하여 벌어지면서 상기 제3 판재의 관통홀의 둘레에 대응하는 상면을 압입하는 제4 단계; 로 이루어지며,
    상기 복합재료는
    FRP(Fiber Reinforced Plastic), CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic), 및 GFRP(Glass Fiber Reinforced Plastic) 중, 적어도 하나를 포함하는 이종판재 접합방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
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