KR102133985B1 - 이종소재 접합 구조체 - Google Patents

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충북대학교 산학협력단
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Abstract

이종소재 접합 구조체가 개시된다. 개시된 본 발명의 예시적인 일 실시 예에 따른 이종소재 접합 구조체는, 접합 홀이 가공된 비철소재의 제1 판재와, 제1 판재와 겹쳐진 스틸소재의 제2 판재를 기계적인 접합 방식으로 접합한 것으로서, ⅰ)접합 홀을 관통하며 제1 판재의 홀 가장자리 부와 접합 홀의 내주 면에 접촉하는 스테인레스 스틸소재의 와셔와, ⅱ)와셔를 관통하여 제2 판재에 압입되며, 와셔와 접촉하는 스틸소재의 셀프 피어싱 리벳을 포함할 수 있다.

Description

이종소재 접합 구조체 {ADHERING STRUCTURE OF DIFFERENT KINDS MATERIALS}
본 발명의 실시 예는 이종소재의 접합 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플라스틱 복합소재와 같은 비철소재와 고 장력강과 같은 스틸소재의 이종소재 판재들을 셀프 피어싱 리벳을 통해 기계적인 접합 방식으로 접합한 이종소재 접합 구조체에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차 산업에서는 환경 문제에 따른 연비의 향상을 위해 알루미늄 합금, 마그네슘 합금 및 플라스틱 복합소재 등의 사용을 통하여 차체의 경량화를 도모하고 있다.
예를 들어, 알루미늄 합금, 마그네슘 합금 또는 플라스틱 복합소재 만을 차체에 적용할 경우는 자동차 안정도 평가를 만족하기 위해 많은 설계 및 제조비용이 든다. 그러나, 고장력 강판과 알루미늄 합금 혹은 플라스틱 복합소재를 접합하여 차체를 제조할 경우 자동차 안정도 평가 만족과 제조비용을 줄일 수 있다.
이와 같이 고장력 강판과 비철소재 판재(알루미늄 합금 혹은 플라스틱 복합소재 등)를 접합하는 이종소재의 접합은 통상적인 스폿 용접으로 불가능하기 때문에, 셀프 피어싱 리벳 시스템(self-piercing rivet)을 이용한 접합 방식을 채택하고 있다.
셀프 피어싱 리벳을 이용하여 이종소재의 접합 대상물을 기계적으로 접합하는 방식은 유압 또는 공압으로 셀프 피어싱 리벳을 접합 대상물에 압입하여 소성 변형시킴으로써 접합 대상물을 접합할 수 있다.
그러나, 종래 기술에서 셀프 피어싱 리벳을 이용한 이종소재의 접합 방식은 비철소재 판재의 셀프 피어싱 리벳 접합 부위에 대한 수밀 성능이 취약하고, 셀프 피어싱 리벳에 의한 비철소재 판재 접합 부위의 크랙으로 국부적인 취성이 발생함에 따라 셀프 피어싱 리벳이 접합 부위로부터 이탈될 염려가 있다.
또한, 종래 기술에서는 스틸소재로 이루어진 셀프 피어싱 리벳과 비철소재 판재의 접합 부위에서 그 셀프 피어싱 리벳과 비철소재의 이종소재가 접촉되어 그들 사이에 전위차가 있을 때 발생하는 갈바닉 부식에 취약하다는 단점이 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 와셔와 셀프 피어싱 리벳을 사용하여 플라스틱 복합소재와 같은 비철소재의 판재와 스틸소재의 판재를 기계적인 접합 방식으로 접합한 이종소재 접합 구조체를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 이종소재 접합 구조체는, 접합 홀이 가공된 비철소재의 제1 판재와, 상기 제1 판재와 겹쳐진 스틸소재의 제2 판재를 기계적인 접합 방식으로 접합한 것으로서, ⅰ)상기 접합 홀을 관통하며 상기 제1 판재의 홀 가장자리 부와 상기 접합 홀의 내주 면에 접촉하는 스테인레스 스틸소재의 와셔와, ⅱ)상기 와셔를 관통하여 상기 제2 판재에 압입되며, 상기 와셔와 접촉하는 스틸소재의 셀프 피어싱 리벳을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 이종소재 접합 구조체에 있어서, 상기 와셔는 와셔 홀을 형성하며, 외주 면을 통해 상기 접합 홀의 내주 면에 접촉하는 원통 형상의 와셔 섕크부와, 상기 와셔 섕크부에 일체로 연결되며, 상기 제1 판재의 홀 가장자리 부에 접촉하는 와셔 헤드부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 이종소재 접합 구조체에 있어서, 상기 셀프 피어싱 리벳은 상기 와셔 헤드부와 접촉하는 리벳 헤드부와, 상기 리벳 헤드부와 일체로 연결되고, 상기 와셔 섕크부의 와셔 홀을 관통하며 상기 제2 판재에 인터록 되는 속이 빈 형태의 리벳 섕크부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 이종소재 접합 구조체에 있어서, 상기 와셔는 상기 접합 홀의 중심을 기준으로, 상기 와셔 헤드부의 외경이 상기 리벳 헤드부의 외경보다 더 큰 것으로 구비될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 이종소재 접합 구조체에 있어서, 상기 와셔 헤드부는 상하 방향을 기준으로 그 상하 면에 평면을 형성하며, 하면을 통해 상기 제1 판재의 홀 가장자리 부 상면에 접촉될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 이종소재 접합 구조체에 있어서, 상기 와셔 섕크부는 상기 리벳 헤드부의 하면으로부터 상기 리벳 섕크부의 외주 면에 접촉하며, 상기 리벳 섕크부의 외주 면과 상기 접합 홀의 내주 면 사이에 배치될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 이종소재 접합 구조체에 있어서, 상기 와셔와 상기 셀프 피어싱 리벳은 이중 펀치에 의해 가압될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 이종소재 접합 구조체에 있어서, 상기 와셔 헤드부는 상기 이중 펀치의 아웃터 펀치에 의해 가압될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 이종소재 접합 구조체에 있어서, 상기 리벳 헤드부는 상기 아웃터 펀치의 내측에 위치하는 인너 펀치에 의해 가압될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 이종소재 접합 구조체에 있어서, 상기 리벳 섕크부는 상기 인너 펀치의 가압력에 엔빌 다이의 성형 골을 따라 소성 변형되며 상기 제2 판재에 압입될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 이종소재 접합 구조체에 있어서, 상기 와셔 섕크부는 상기 아웃터 펀치에 의해 가압된 채 상기 리벳 섕크부에 의해 소성 변형되며, 상기 리벳 섕크부의 외주 면과 상기 접합 홀의 내주 면 사이에 채워질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 이종소재 접합 구조체에 있어서, 상기 제1 판재는 알루미늄 합금소재, 마그네슘 합금소재, 및 플라스틱 복합소재 중에서 선택되는 어느 하나의 소재로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 이종소재 접합 구조체에 있어서, 상기 제2 판재는 스틸소재의 고 장력 강으로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 이종소재 접합 구조체에 있어서, 상기 플라스틱 복합소재는 섬유 강화 플라스틱(FRP: Fiber Reinforced Plastic) 소재, 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastic) 소재, 및 유리 섬유 강화 플라스틱(GFRP: Glass Fiber Reinforced Plastic) 소재 중에서 선택되는 어느 하나의 소재로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시 예는 셀프 피어싱 리벳의 접합 부위에서 발생하는 비철소재 판재의 크랙을 방지할 수 있고, 이로 인한 셀프 피어싱 리벳의 접합 부위 이탈을 방지할 수 있으며, 접합 부위에서의 수밀 성능을 향상시킬 수 있고, 비철소재 판재와 스틸소재 판재의 접합 강도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에서는 비철소재 판재와 셀프 피어싱 리벳의 접합 부위 사이에 스테인레스 스틸 소재의 와셔를 개재함에 따라, 셀프 피어싱 리벳과 비철소재 판재로서의 이종소재가 접촉되어 그들 사이에 전위차가 있을 때 발생하는 갈바닉 부식을 최소화 할 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 본 발명의 실시 예에 따른 이종소재 접합 구조체를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 이종소재 접합 구조체를 도시한 단면 구성도이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시 예에 따른 이종소재 접합 구조체를 제조하는 과정을 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 "...부", ""...수단" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이종소재 접합 구조체를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 이종소재 접합 구조체를 도시한 단면 구성도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 이종소재 접합 구조체(100)는 차체의 경량화를 도모하기 위해 이종소재의 판재(1, 2)를 기계적인 접합 방식으로 접합한 접합체로서, 예를 들면 차체 패널과 같은 차체 조립용 부품으로 구성될 수 있다.
이러한 이종소재의 접합 구조체(100)는 상기한 바와 같이 차체용 패널에 적용되는 것으로 한정되지 않고, 차체용 멤버 및 차체 프레임 등과 같은 각종 차체 구조물에 적용될 수도 있다.
더 나아가, 본 발명의 보호범위가 차체 조립용 부품의 이종소재 접합체에 반드시 한정되는 것으로 이해되어서는 아니 되며, 다양한 종류 및 용도의 구조물에 채용되는 이종소재의 접합체라면 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다.
여기서, 이종소재의 판재(1, 2)는 적어도 2매 이상의 판재로서, 비철소재로 이루어진 판재(이하에서는 편의 상 "제1 판재(1)"라고 한다)와, 스틸소재로 이루어진 판재(이하에서는 편의 상 "제2 판재(2)" 라고 한다)를 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 제1 판재(1)는 알루미늄 합금소재, 마그네슘 합금소재, 및 플라스틱 복합소재 중에서 선택되는 어느 하나의 소재로 이루어질 수 있다.
더 나아가, 상기 플라스틱 복합소재는 섬유 강화 플라스틱(FRP: Fiber Reinforced Plastic) 소재, 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastic) 소재, 및 유리 섬유 강화 플라스틱(GFRP: Glass Fiber Reinforced Plastic) 중에서 선택되는 어느 하나의 소재로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 제2 판재(2)는 예를 들어, 스틸 강판, 스테인레스 스틸 강판, 고장력 강판 및 초고장력 강판을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서는 상기 제1 판재(1)로서, 탄소 섬유 강화 플라스틱 소재로 이루어진 복합소재의 판재를 고 장력 강의 스틸소재로 이루어진 제2 판재(2)와 접합하는 예를 설명하기로 한다.
상기에서의 복합소재는 섬유소재를 강화재로 하고, 고강도 고탄성의 경량 구조재료로서 주목 받고 있는 첨단 복합 재료이며, 경량 구조용 재료로서 뛰어난 특성을 갖고 있다.
그리고, 상기 복합소재는 스틸소재 대비 강도 및 탄성률이 우수하고 반복 피로에 뛰어나며, 열팽창 계수가 작기 때문에 치수 안정성이 뛰어나고, 전기 전도성, 내식성, 진동 감쇠 성능이 우수한 특성도 있다.
이하에서는 도면을 기준으로, 상기 제1 판재(1)를 제2 판재(2) 위에 겹쳐 놓은 상태로 제1 및 제2 판재(1, 2)를 기계적인 접합 방식으로 접합하여 이종소재 접합 구조체(100)를 제조하는 예를 설명하기로 한다.
그러나, 상기와 같은 방향의 정의는 상대적인 의미로서, 제1 및 제2 판재(1, 2)의 기준 위치 및 접합장치의 접합 방향 등에 따라서 그 방향이 달라질 수 있으므로, 상기한 방향이 본 실시 예의 기준 방향으로 반드시 한정되는 것은 아니다.
더 나아가, 하기에서의 "단(한쪽/일측 단 또는 다른 한쪽/일측 단)"은 어느 한쪽의 끝으로 정의될 수 있고, 그 끝을 포함하는 일정 부분(한쪽/일측 단부 또는 다른 한쪽/일측 단부)으로 정의될 수도 있다.
본 발명의 실시 예는 와셔(10)와 셀프 피어싱 리벳(30)을 사용하여 플라스틱 복합소재의 제1 판재(1)와 스틸소재의 제2 판재(2)를 기계적인 접합 방식으로 접합한 이종소재 접합 구조체(100)를 제공한다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 이종소재 접합 구조체(100)는 와셔(10)와 셀프 피어싱 리벳(30)을 통해 이종소재의 제1 및 제2 판재(1, 2)를 접합함으로써, 이종소재 판재의 접합 강도를 향상시킬 수 있고, 셀프 피어싱 리벳(30)과 제1 판재(1)로서의 이종소재가 접촉되어 그들 사이에 전위차가 있을 때 발생하는 갈바닉 부식을 최소화 할 수 있는 구조로 이루어진다.
구체적으로, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 이종소재 접합 구조체(100)는 제1 판재(1)에 선 가공된 접합 홀(3)에 와셔(10)를 개재하고, 그 와셔(10)를 통하여 셀프 피어싱 리벳(30)을 제2 판재(2)에 리벳팅 함으로써, 이종소재의 제1 및 제2 판재(1, 2)를 접합한 구조로 이루어진다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 와셔(10)는 제1 판재(1)의 접합 홀(3)을 관통하며 제1 판재(1)의 홀 가장자리 부와 그 접합 홀(3)의 내주 면에 접촉된다. 상기 와셔(10)는 내 부식성이 우수한 스테인레스 스틸소재로 이루어진다.
이러한 와셔(10)는 와셔 섕크부(11)와 와셔 헤드부(15)를 포함한다. 상기 와셔 섕크부(11)는 와셔 홀(13)을 형성하며, 외주 면을 통해 접합 홀(3)의 내주 면에 접촉하는 원통 형상으로 구비된다.
상기 와셔 헤드부(15)는 도면을 기준할 때, 와셔 섕크부(11)의 상단에 일체로 연결되며, 제1 판재(1)의 홀 가장자리 부에 접촉하는 플랜지로 구비된다. 상기 와셔 헤드부(15)는 상하 방향을 기준으로 그 상하 면에 평면을 형성하며, 하면을 통해 제1 판재(1)의 홀 가장자리 부 상면에 접촉될 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 셀프 피어싱 리벳(30)은 와셔(10)의 와셔 홀(13)을 통하여 제2 판재(2)에 압입되며 와셔(10)와 접촉한다. 상기 셀프 피어싱 리벳(30)은 스틸소재로 이루어진다.
이러한 셀프 피어싱 리벳(30)은 리벳 헤드부(31)와 리벳 섕크부(35)를 포함한다. 상기 리벳 헤드부(31)는 원형의 판형으로 구비되며, 하면을 통해 와셔 헤드부(15)의 상면과 접촉한다.
상기 리벳 섕크부(35)는 리벳 헤드부(31)의 하면 중앙에 일체로 연결되며, 속이 빈 중공 축 타입으로 구비된다. 상기 리벳 섕크부(35)는 와셔 섕크부(11)의 와셔 홀(13)을 관통하며 설정된 가압력에 의해 소성 변형되면서 제2 판재(2)에 압입(인터록) 된다.
여기서, 상기 와셔(10)는 제1 판재(1)의 접합 홀(3)의 중심을 기준으로, 와셔 헤드부(15)의 외경이 리벳 헤드부(31)의 외경보다 더 큰 것으로 구비된다. 그리고, 상기 와셔(10)의 와셔 섕크부(11)는 리벳 헤드부(31)의 하면으로부터 리벳 섕크부(35)의 외주 면에 접촉되며, 그 리벳 섕크부(35)의 외주 면과 접합 홀(3)의 내주 면 사이에 배치된다.
한편, 본 발명의 실시 예에서는 이중 펀치(101)와 엔빌 다이(201)를 포함하는 접합장치를 통해 와셔(10)와 셀프 피어싱 리벳(30)을 가압하며, 그 와셔(10)와 셀프 피어싱 리벳(30)을 통해 제1 및 제2 판재(1, 2)를 접합할 수 있다.
상기에서 이중 펀치(101)는 와셔(10)와 셀프 피어싱 리벳(30)에 가압력을 각각 인가하는 것으로서, 원통 형상의 아웃터 펀치(103)와, 그 아웃터 펀치(103)의 내측에 위치하는 인너 펀치(105)를 포함한다.
상기 아웃터 펀치(103)는 유압 또는 공압에 의해 상하 방향으로 이동되며 프레스 구동한다. 상기 아웃터 펀치(103)는 제1 판재(1)의 접합 홀(3)에 끼워진 와셔(10)의 와셔 헤드부(15)를 가압한다.
그리고, 상기 인너 펀치(105)는 유압 또는 공압에 아웃터 펀치(103)의 내측에서 상하 방향으로 이동되며 프레스 구동한다. 상기 인너 펀치(105)는 와셔 헤드부(15) 상의 리벳 헤드부(31)를 가압한다.
상기 엔빌 다이(201)는 제1 판재(1)와 겹쳐진 제2 판재(2)의 하면에 접촉함과 아울러 이중 펀치(101)의 가압력을 지지한다. 상기 엔빌 다이(201)는 셀프 피어싱 리벳(30)의 리벳 섕크부(35)를 제2 판재(2)에 압입(인터록)하기 위한 성형 골(203)을 형성하고 있다.
이에 상기 리벳 섕크부(35)는 인너 펀치(105)의 가압력에 의해 엔빌 다이(201)의 성형 골(203)을 따라 소성 변형되면서 제2 판재(2)에 압입된다. 그리고 상기 와셔 섕크부(11)는 아웃터 펀치(103)에 의해 가압된 채 리벳 섕크부(35)에 의해 소성 변형되며, 그 리벳 섕크부(35)의 외주 면과 접합 홀(3)의 내주 면 사이에 채워진다.
이하, 상기와 같이 구성되는 이종소재 접합 구조체(100)를 제조하는 과정을 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시 예에 따른 이종소재 접합 구조체를 제조하는 과정을 도시한 도면이다.
도 3a를 참조하면, 우선 본 발명의 실시 예에서는 설정된 접합 부위에 접합 홀(3)을 선 가공한 비철소재의 제1 판재(1)를 제공하고, 제1 판재(1)와 접합될 스틸소재의 제2 판재(2)를 제공한다.
그리고, 본 발명의 실시 예에서는 이중 펀치(101)와 엔빌 다이(201)를 포함하는 접합장치를 제공하고, 이중 펀치(101)에 대응하는 엔빌 다이(201) 상에 제2 판재(2)와 제1 판재(1)를 순차적으로 셋팅한다.
그리고 나서, 본 발명의 실시 예에서는 와셔(10)를 제1 판재(1)의 접합 홀(3)에 끼우는데, 와셔 섕크부(11)를 접합 홀(3)에 끼운다. 이 때, 상기 와셔(10)의 와셔 헤드부(15)는 제1 판재(1)의 상면으로부터 이격된 상태에 있으며, 와셔 섕크부(11)의 외주 면은 접합 홀(3)의 내주 면에 접촉된 상태에 있다.
다음으로, 본 발명의 실시 예에서는 셀프 피어싱 리벳(30)을 와셔(10)에 끼우는데, 리벳 섕크부(35)를 와셔 섕크부(11)의 와셔 홀(13)에 끼운다. 이 때, 상기 리벳 섕크부(35)의 외주 면은 와셔 섕크부(11)의 내주 면에 접촉되고, 리벳 섕크부(35)의 하단은 제2 판재(2)의 상면에 접촉된 상태에 있다.
이와 같은 상태에서, 본 발명의 실시 예에서는 도 3b에 도시된 바와 같이, 이중 펀치(101)의 아웃터 펀치(103)를 하측 방향으로 이동시키며, 그 아웃터 펀치(103)를 통해 와셔(10)의 와셔 헤드부(15)를 설정된 가압력으로 가압한다. 그러면, 상기 와셔 섕크부(11)의 하단은 제2 판재(2)의 상면에 접촉되고, 와셔 헤드부(15)의 하면은 제1 판재(1)의 상면에 밀착된다.
이러는 과정과 동시에, 본 발명의 실시 예에서는 상기 아웃터 펀치(103)를 통해 와셔 헤드부(15)를 가압한 채, 도 3c에 도시된 바와 같이, 이중 펀치(101)의 인너 펀치(105)를 하측 방향으로 이동시키며, 그 인너 펀치(105)를 통해 셀프 피어싱 리벳(30)의 리벳 헤드부(31)를 설정된 가압력으로 가압한다.
이에, 상기 셀프 피어싱 리벳(30)의 리벳 섕크부(35)는 인너 펀치(105)의 가압력에 의해 엔빌 다이(201)의 성형 골(203)을 따라 소성 변형되면서 제2 판재(2)에 인터록 된다.
여기서, 상기 리벳 헤드부(31)는 와셔 헤드부(15)를 가압하며 그 와셔 헤드부(15)의 상면에 접촉된다. 그리고, 상기 와셔 섕크부(11)는 리벳 섕크부(35)에 의해 소성 변형되며, 그 리벳 섕크부(35)의 외주 면과 접합 홀(3)의 내주 면 사이에 채워진다.
따라서, 본 발명의 실시 예에서는 상술한 바와 같이 와셔(10)와 셀프 피어싱 리벳(30)을 통하여 비철소재의 제1 판재(1)와 스틸소재의 제2 판재(2)를 기계적인 접합 방식으로 이종 접합할 수 있다.
지금까지 설명한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 이종소재 접합 구조체(100)에 의하면, 와셔(10)의 와셔 헤드부(15)가 상대적으로 넓은 면적으로서 제1 판재(1)의 홀 가장자리 부에 접촉되며, 셀프 피어싱 리벳(30)의 리벳 헤드부(31)가 와셔 헤드부(15)를 가압할 수 있다.
이로써, 본 발명의 실시 예에서는 셀프 피어싱 리벳(30)의 접합 부위에서 발생하는 제1 판재(1)의 크랙을 방지할 수 있고, 접합 부위에서의 수밀 성능을 향상시킬 수 있으며, 셀프 피어싱 리벳(30)이 접합 부위로부터 이탈되는 것을 방지할 수 있고, 제1 및 제2 판재(1, 2)의 접합 강도를 더욱 향상시킬 수 있다.
더 나아가, 본 발명의 실시 예에서는 제1 판재(1)의 접합부와 셀프 피어싱 리벳(30) 사이에 스테인레스 스틸 소재의 와셔(10)를 개재함에 따라, 셀프 피어싱 리벳(30)과 제1 판재(1)로서의 이종소재가 접촉되어 그들 사이에 전위차가 있을 때 발생하는 갈바닉 부식을 최소화 할 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: 제1 판재 2: 제2 판재
3: 접합 홀 10: 와셔
11: 와셔 섕크부 13: 와셔 홀
15: 와셔 헤드부 30: 셀프 피어싱 리벳
31: 리벳 헤드부 35: 리벳 섕크부
100: 이종소재 접합 구조체 101: 이중 펀치
103: 아웃터 펀치 105: 인너 펀치
201: 엔빌 다이 203: 성형 골

Claims (10)

  1. 접합 홀이 가공된 비철소재의 제1 판재와, 상기 제1 판재와 겹쳐진 스틸소재의 제2 판재를 기계적인 접합 방식으로 접합한 이종소재 접합 구조체로서,
    상기 접합 홀을 관통하며 상기 제1 판재의 홀 가장자리 부와 상기 접합 홀의 내주 면에 접촉하는 스테인레스 스틸소재의 와셔; 및
    상기 와셔를 관통하여 상기 제2 판재에 압입되며, 상기 와셔와 접촉하는 스틸소재의 셀프 피어싱 리벳;
    을 포함하는 이종소재 접합 구조체.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 와셔는,
    와셔 홀을 형성하며, 외주 면을 통해 상기 접합 홀의 내주 면에 접촉하는 원통 형상의 와셔 섕크부와,
    상기 와셔 섕크부에 일체로 연결되며, 상기 제1 판재의 홀 가장자리 부에 접촉하는 와셔 헤드부
    를 포함하는 이종소재 접합 구조체.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 셀프 피어싱 리벳은,
    상기 와셔 헤드부와 접촉하는 리벳 헤드부와,
    상기 리벳 헤드부와 일체로 연결되고, 상기 와셔 섕크부의 와셔 홀을 관통하며 상기 제2 판재에 인터록 되는 속이 빈 형태의 리벳 섕크부
    를 포함하는 이종소재 접합 구조체.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 와셔는,
    상기 접합 홀의 중심을 기준으로, 상기 와셔 헤드부의 외경이 상기 리벳 헤드부의 외경보다 더 큰 것으로 구비되는 이종소재 접합 구조체.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 와셔 헤드부는,
    상하 방향을 기준으로 그 상하 면에 평면을 형성하며, 하면을 통해 상기 제1 판재의 홀 가장자리 부 상면에 접촉하는 이종소재 접합 구조체.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 와셔 섕크부는,
    상기 리벳 헤드부의 하면으로부터 상기 리벳 섕크부의 외주 면에 접촉하며, 상기 리벳 섕크부의 외주 면과 상기 접합 홀의 내주 면 사이에 배치되는 이종소재 접합 구조체.
  7. 제3 항에 있어서,
    상기 와셔와 상기 셀프 피어싱 리벳은 이중 펀치에 의해 가압되되,
    상기 와셔 헤드부는 상기 이중 펀치의 아웃터 펀치에 의해 가압되며,
    상기 리벳 헤드부는 상기 아웃터 펀치의 내측에 위치하는 인너 펀치에 의해 가압되는 이종소재 접합 구조체.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 리벳 섕크부는 상기 인너 펀치의 가압력에 엔빌 다이의 성형 골을 따라 소성 변형되며 상기 제2 판재에 압입되고,
    상기 와셔 섕크부는 상기 아웃터 펀치에 의해 가압된 채 상기 리벳 섕크부에 의해 소성 변형되며, 상기 리벳 섕크부의 외주 면과 상기 접합 홀의 내주 면 사이에 채워지는 이종소재 접합 구조체.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 판재는 알루미늄 합금소재, 마그네슘 합금소재, 및 플라스틱 복합소재 중에서 선택되는 어느 하나의 소재로 이루어지며,
    상기 제2 판재는 스틸소재의 고 장력 강으로 이루어지는 이종소재 접합 구조체.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 플라스틱 복합소재는,
    섬유 강화 플라스틱(FRP: Fiber Reinforced Plastic) 소재, 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastic) 소재, 및 유리 섬유 강화 플라스틱(GFRP: Glass Fiber Reinforced Plastic) 소재 중에서 선택되는 어느 하나의 소재로 이루어지는 이종소재 접합 구조체.
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