KR102143044B1 - 리벳 스크류 드릴 - Google Patents

리벳 스크류 드릴 Download PDF

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Abstract

이중 버링구조로 버링성능이 개선되도록, 본 발명은 모재를 피어싱 및 탭핑하기 위한 리벳 스크류 드릴에 있어서, 상기 모재에 회전 가압되는 첨단부에 연결되되 단면이 라운드진 외면 프로파일로 형성되는 제1버링부와, 상기 제1버링부의 상부에 일체로 형성되되 단면이 상기 제1버링부와 상호 상이한 곡률반경을 가지고 라운드진 외면 프로파일로 형성되는 제2버링부를 포함하는 버링부; 상기 버링부의 상부에 일체로 연결되되, 외면에 상기 모재에 형성되는 천공의 내주를 탭핑하는 나사산이 형성되는 탭핑부; 및 상기 탭핑부의 상부에 일체로 연결되되, 상기 탭핑부의 반경방향 외측으로 확장 형성되며, 상부에 왕복이동 및 회전을 위한 접합툴이 선택적으로 마운팅되는 헤드부를 포함하는 리벳 스크류 드릴을 제공한다.

Description

리벳 스크류 드릴{rivet screw drill}
본 발명은 리벳 스크류 드릴에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이중 버링구조로 버링성능이 개선되는 리벳 스크류 드릴에 관한 것이다.
일반적으로 복수 개의 모재, 예를 들면 금속 또는 비금속 소재의 판재, 시트류, 및 불특정 형상물을 접합하여 각종 구조체를 형성하는 방식으로는 볼트와 너트, 리벳 등과 같은 체결 요소를 이용하여 서로 겹쳐진 모재들을 기계적으로 접합하는 방식을 사용하고 있다.
여기서, 리벳을 이용한 기계적인 접합 방식은 접합하고자 하는 모재들에 드릴링 작업을 통해 구멍을 형성시키고, 그 구멍에 리벳을 끼워 넣은 상태에서 리벳을 소성 변형시키며 모재들을 체결할 수 있다.
그리고, 다른 방식의 기계적인 접합 방식으로는 복수 개의 모재를 홀 가공한 후, 블라인드 리벳 접합하는 방식이 일반적으로 사용되고 있다.
한편, 알루미늄이나 스틸 등의 폐단면 이종재료를 접합하는 경우에는 모재 간의 용융 온도가 상이하여 이종재료를 접합하는데 한계가 있었고, 설계 자유도 측면에서도 많은 어려움이 있었다.
이를 개선하기 위해 최근에는 FDS(Flow Drill Screw) 라고 하는 체결 요소를 이용하여 복수개의 모재를 접합하고 있다. 이러한 체결 요소는 당 업계에서 마찰 교반 방식의 리벳이라고도 한다.
여기서, 예컨대 FDS의 체결 요소는 가압/회전장치에 장착되는 헤드부와, 헤드부에 일체로 형성되며 외주면에 나사산이 형성되어 있는 나사부와, 나사부에 일체로 연결되며 모재를 천공하는 천공부를 구비하고 있다.
이러한 FDS의 체결 요소를 이용한 접합 방식은 가압/회전장치에 헤드부를 장착하고, 천공부를 서로 겹쳐진 모재들 상에 접촉시킨 상태에서, 가압/회전장치를 통해 헤드부를 가압하며 회전시킬 수 있다. 이에 따라, FDS 체결 요소는 천공부의 마찰에 의해 모재들에 홀을 형성하며, 나사부를 통해 모재들을 스크류 체결함으로써 모재들을 일체로 접합할 수 있다.
그러나, 상기한 바와 같은 블라인드 접합 방식은 접합하고자 하는 모재에 프리 홀을 가공해야 하고, 또한 FDS의 체결 요소를 이용한 접합 방식은 고장력강의 모재를 접합할 경우 그 모재에 대한 FDS 체결 요소의 피어싱 능력이 제한되어 모재에 프리홀을 가공한 후에 FDS 체결 요소로 모재를 접합했다.
이에 따라, 종래 기술에서는 상기한 바와 같은 기계적인 접합 방식들의 경우 모재에 프리홀을 별도로 천공해야 하는 공정이 추가되기 때문에 공정 추가로 인해 홀 가공비가 추가될 수 있으며 생산성 및 작업성이 저하되는 문제점이 있었다.
또한, 종래에는 FDS 체결 요소의 버링되는 부분의 반경이 나사산이 탭핑되는 부분의 반경보다 작음으로 인해 모재에 탭핑되어 형성되는 나사산의 면적 및 형성 각도 등이 균일하지 않아 제품의 정밀도가 다소 저하되는 문제점이 있었다.
더욱이, 종래의 FDS 체결 요소는 둘 이상의 모재에 천공을 형성하는 경우 첫번째 모재를 버링시 버링되는 부분이 과도한 열에 의해 가열됨에 따라 변형 및 파손이 발생되면 두번째 모재를 버링할 수 없게 되어 버링성능이 저하되는 문제점이 있었다.
한국 공개특허 제10-2016-0125148호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 이중 버링구조로 버링성능이 개선되는 리벳 스크류 드릴을 제공하는 것을 해결과제로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 모재를 피어싱 및 탭핑하기 위한 리벳 스크류 드릴에 있어서, 상기 모재에 회전 가압되는 첨단부에 연결되되 단면이 라운드진 외면 프로파일로 형성되는 제1버링부와, 상기 제1버링부의 상부에 일체로 형성되되 단면이 상기 제1버링부와 상호 상이한 곡률반경을 가지고 라운드진 외면 프로파일로 형성되는 제2버링부를 포함하는 버링부; 상기 버링부의 상부에 일체로 연결되되, 외면에 상기 모재에 형성되는 천공의 내주를 탭핑하는 나사산이 형성되는 탭핑부; 및 상기 탭핑부의 상부에 일체로 연결되되, 상기 탭핑부의 반경방향 외측으로 확장 형성되며, 상부에 왕복이동 및 회전을 위한 접합툴이 선택적으로 마운팅되는 헤드부를 포함하는 리벳 스크류 드릴을 제공한다.
또한, 본 발명은 모재를 피어싱 및 탭핑하기 위한 리벳 스크류 드릴에 있어서, 상기 모재에 회전 가압되는 첨단부에 연결되되 단면이 최상단측으로부터 반경방향 외측으로 수평선상으로 연장된 위치에 배치된 회전중심을 갖는 제1곡률반경을 따라 라운드진 외면 프로파일로 형성되는 제1버링부와, 상기 제1버링부의 상부에 일체로 형성되며 단면이 상기 제1버링부와 상호 상이한 곡률반경을 가지고 라운드진 외면 프로파일로 형성되되 상기 제1곡률반경보다 크며 최상단측으로부터 반경방향 외측으로 수평선상으로 연장된 위치에 배치된 회전중심을 갖는 제2곡률반경을 따라 형성되는 제2버링부를 포함하는 버링부; 상기 버링부의 상부에 일체로 연결되되, 외면에 상기 모재에 형성되는 천공의 내주를 탭핑하는 나사산이 형성되는 탭핑부; 및 상기 탭핑부의 상부에 일체로 연결되되, 상기 탭핑부의 반경방향 외측으로 확장 형성되며, 상부에 왕복이동 및 회전을 위한 접합툴이 선택적으로 마운팅되는 헤드부를 포함하는 리벳 스크류 드릴을 제공한다.
상기의 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 제1곡률반경으로 라운드지게 형성된 제1버링부가 모재를 피어싱한 이후에 제1버링부와 상호 상이한 곡률반경을 가지고 라운드진 외면 프로파일로 형성된 제2곡률반경의 제2버링부가 모재의 천공을 확장시키는 2단 구조로 피어싱 초기의 마찰열이 저감되며 모재의 천공에 형성되는 탭핑나사산의 제조정밀성이 개선될 수 있다.
둘째, 첨단부에 의해 천공시키고자 하는 모재의 정확한 위치에 천공이 1차로 피어싱된 이후에 2단 라운드 구조의 버링부를 통해 반경방향 외측으로 천공이 확장되므로 탭핑부에 의해 천공 내주에 형성되는 탭핑나사산의 면적 및 형성 각도가 균일하게 형성되어 정밀한 탭핑나사산의 제조가 가능하다.
셋째, 모재가 2단 라운드 구조의 버링부에 의해 회전 가압되어 피어싱되는 과정에서 발생하는 마찰열이 버링부의 외주에 모재와의 접촉면적이 감소되도록 함몰 형성된 발열도피홈에 의해 저감됨에 따라 버링부의 과열에 따른 변형이 미연에 방지되므로 제품의 내구성이 현저히 개선될 수 있다.
넷째, 발열도피홈이 첨단부로부터 길이방향으로 기설정된 이격길이만큼 이격된 위치에서부터 상측을 따라 기설정된 길이로 형성됨에 따라 버링부의 피어싱 성능 및 발열 성능간의 균형이 최적화될 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 리벳 스크류 드릴을 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 리벳 스크류 드릴을 나타낸 측면도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 리벳 스크류 드릴을 나타낸 측단면도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 리벳 스크류 드릴을 나타낸 하면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 리벳 스크류 드릴을 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 리벳 스크류 드릴을 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 리벳 스크류 드릴을 나타낸 측면도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 리벳 스크류 드릴을 나타낸 측단면도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 리벳 스크류 드릴을 나타낸 하면도이다.
도 1 내지 도 5에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 리벳 스크류 드릴(100)은 버링부(10), 탭핑부(20), 그리고 헤드부(30)를 포함한다.
여기서, 상기 리벳 스크류 드릴(100)은 적어도 둘 이상의 모재(미도시)를 피어싱 및 탭핑하기 위해 구비되는 체결 요소로 이해함이 바람직하다. 또한, 상기 리벳 스크류 드릴(100)은 차체용 패널들을 일체로 접합하는 차체 조립 공정에 적용될 수 있다. 그리고, 상기 모재(미도시)는 차체용 패널을 포함하는 것에 반드시 한정되지 않고, 차체용 멤버 및 프레임 등과 같은 각종 차체 구조물을 포함할 수도 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 리벳 스크류 드릴(100)은 상기 모재(미도시)의 재질보다 고강도의 하이스강 등의 금속 재질로 구비될 수 있으며, 상기 모재(미도시)는 알루미늄 시트, 스틸 강판 등의 금속 시트재로 구비될 수 있고, 경우에 따라 복합소재, 플라스틱, 고무 등과 같은 비금속 재질로 구비될 수도 있다. 더욱이, 상기 모재(미도시)는 상호간 동일한 동종 재질로 구비될 수 있으며, 상호간 상이한 이종 재질의 판재로 구비될 수도 있다.
이때, 본 발명의 일실시예에서는 폐단면의 동종 또는 이종 재료를 포함하는 모재(미도시)를 기계적인 접합 방식으로 접합하는 경우를 예로써 설명한다. 즉, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 리벳 스크류 드릴(100)은 상호간 겹쳐진 적어도 둘 이상의 모재(미도시)를 마찰 및 소성 변형 등의 기계적인 접합 방식으로 고상 접합하기 위해 구비되는 체결 요소로 이해함이 바람직하다. 그리고, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 리벳 스크류 드릴(100)은 모재(미도시)에 별도의 프리홀 가공이 요구되지 않으며, 모재(미도시)를 피어싱하여 천공을 형성하고 탭핑하는 체결 요소로 이해함이 바람직하다.
한편, 상기 버링부(10)는 상기 모재(미도시)에 회전 가압되는 첨단부(11)에 연결되되 단면이 라운드진 외면 프로파일로 형성되는 제1버링부(12)와, 상기 제1버링부(12)의 상부에 일체로 형성되되 상기 제1버링부(12)와 상호 상이한 곡률반경을 가지고 라운드진 외면 프로파일로 형성되는 제2버링부(13)를 포함함이 바람직하다.
여기서, 상기 첨단부(11)는 상기 모재(미도시)를 피어싱 하도록 상기 버링부(10)의 하단부에 형성되되, 0.1~0.3mm-1의 곡률반경으로 라운드지게 형성될 수 있다. 이때, 상기 첨단부(11) 및 가상의 회전중심 사이의 간격(a1)이 상술된 곡률반경으로 형성됨으로 이해함이 바람직하며, 상기 첨단부(11)의 곡률반경의 회전중심은 상기 첨단부(11)의 최하단부로부터 상기 제1버링부(12)측으로 0.1~0.3mm 만큼 상방 이격된 위치에 형성될 수 있다. 물론, 경우에 따라 상기 첨단부(11)는 첨예한 형태로 상기 제1버링부(12)의 하단부에 형성될 수도 있다.
그리고, 상기 첨단부(11) 및 상기 제1버링부(12)는 상기 첨단부(11)에 의해 피어싱된 상기 모재(미도시)의 천공이 상기 버링부(10)의 회전 가압에 따라 확장되도록 외면이 라운드지게 형성되되 전체적인 형상이 원뿔 형태에 근접한 형상으로 형성될 수 있다.
이에 따라, 상기 첨단부(11)가 상기 모재(미도시)를 고속으로 회전 가압하면 상기 첨단부(11) 및 상기 모재(미도시) 간에 마찰열이 발생됨에 따라 천공이 피어싱되며, 상기 천공이 상기 제1버링부(12)에 의해 마찰 절삭되며 반경방향 외측으로 점차 확장 형성될 수 있다.
상세히, 상기 제1버링부(12)는 상기 첨단부(11)로부터 상측으로 갈수록 원주방향을 따라 직경이 증가되는 형태로 형성됨이 바람직하다. 이때, 상기 제1버링부(12)는 상측으로 갈수록 기설정된 제1곡률반경으로 라운드지게 형성됨이 바람직하다. 즉, 상기 제1버링부(12)는 외면 프로파일이 반경방향 외측으로 볼록한 형태로 라운드지게 형성됨이 바람직하다.
그리고, 상기 제2버링부(13)는 상기 제1버링부(12)의 상부에 일체로 형성되되, 상측으로 갈수록 원주방향을 따라 기설정된 제2곡률반경으로 직경이 증가되며 라운드지게 형성됨이 바람직하다.
여기서, 상기 제1버링부(12) 및 상기 제2버링부(13)의 외주는 기설정된 제1곡률반경 및 제2곡률반경으로 각각 라운드지게 형성됨이 바람직하며, 상기 제1버링부는 단면 프로파일이 제1곡률반경을 따라 형성되며, 상기 제2버링부는 상기 제1곡률반경보다 크게 형성된 제2곡률반경을 따라 형성됨이 바람직하다.
상세히, 도 3을 참조하면, 상기 제1버링부(12)의 제1곡률반경은 9.0~9.4mm-1로 라운드지게 형성되며, 상기 제1곡률반경의 회전중심은 상기 제1버링부(12)의 최상단측으로부터 반경방향 외측으로 수평선상으로 연장된 위치에 가상 배치될 수 있다. 여기서, 상기 제1버링부(12)의 라운드진 외면 및 제1곡률반경의 회전중심 사이의 간격(r1)이 상기 제1곡률반경에 대응되어 9.0~9.4mm로 설정될 수 있다.
이때, 상기 제1곡률반경의 회전중심은 상기 제1버링부(12)의 최상단측으로부터 반경방향 외측으로 수평선상으로 연장된 위치에 가상 배치될 수 있으며, 상기 제1버링부(12)의 형상에 대응되어 상기 버링부(10)의 길이방향 중심축을 기준으로 원주방향을 따라 감싸는 원 형태로 연장 형성될 수 있다.
한편, 도 3을 참조하면, 상기 제2버링부(13)의 제2곡률반경은 19.2~19.8mm-1로 라운드지게 형성되며, 상기 제2곡률반경의 회전중심은 상기 제2버링부(13)의 최상단측으로부터 반경방향 외측으로 수평선상으로 연장된 위치에 가상 배치될 수 있다. 여기서, 상기 제2버링부(12)의 라운드진 외면 및 제2곡률반경의 회전중심 사이의 간격(r2)이 상기 제2곡률반경에 대응되어 19.2~19.8mm로 설정될 수 있다.
이때, 상기 제2곡률반경의 회전중심은 상기 제2버링부(13)의 최상단측으로부터 반경방향 외측으로 수평선상으로 연장된 위치에 가상 배치될 수 있으며, 상기 제2버링부(13)의 형상에 대응되어 상기 버링부(10)의 길이방향 중심축을 기준으로 원주방향을 따라 감싸는 원 형태로 연장 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1버링부(12)의 제1곡률반경과 상기 제2버링부(13)의 제2곡률반경 간의 비율은 1:2.11~2.13로 설정될 수 있다. 예컨대, 상기 제1버링부(12)의 제1곡률반경이 9.2mm-1로 형성되고, 상기 제2버링부(13)의 제2곡률반경이 19.5mm-1로 형성되며, 상기 첨단부(11)의 곡률반경이 0.2mm-1로 형성될 수 있다.
즉, 상기 제1버링부(12) 및 상기 제2버링부(13)의 외면 경계부측이 상호 상이한 곡률반경을 가지도록 명확하게 구분되어 상기 버링부(10)가 2단 라운드 구조로 형성됨으로 이해함이 바람직하다. 그리고, 상기 제1버링부(12) 및 상기 제2버링부(13)의 경계부측은 라운드진 외면 프로파일로 각각 형성된 상기 제1버링부(12) 및 상기 제2버링부의 외면에 비해 상대적으로 원주방향을 따라 반경방향 내측으로 오목하게 함몰된 형상으로 형성될 수 있다.
이때, 상기 첨단부(11) 및 상기 제1버링부(12)에 의해 상기 모재(미도시)에 형성된 천공이 확장되도록 상기 제2버링부(13)의 최소 외경은 상기 제1버링부(12)의 최대 외경 이상으로 형성됨이 바람직하다.
상세히, 상기 제1버링부(12) 및 상기 제2버링부(13)의 경계부측에 위치하는 상기 제1버링부(12)의 최대 외경이 인접한 상기 제2버링부(13)의 최소 외경 이하로 형성됨이 바람직하다.
이에 따라, 상기 첨단부(11) 및 상기 제1버링부(12)가 상기 모재(미도시)를 회전 가압함에 따라 마찰열에 의해 천공이 형성된 후 상기 제1버링부(12)의 외경보다 크게 형성된 상기 제2버링부(13)에 의해 상기 모재(미도시)의 천공이 반경방향 외측으로 확장될 수 있다.
그리고, 상기 제1버링부(13)의 최대 외경은 상기 탭핑부(20)의 외경과 실질적으로 대응되어 형성됨이 바람직하다. 이를 통해, 상기 천공의 내주에 탭핑나사산을 형성하기 위한 상기 탭핑부(20)의 외경에 실질적으로 대응되는 최대 외경으로 형성된 상기 제1버링부(13)에 의해 상기 모재(미도시)의 천공이 확장되므로 탭핑나사산의 형성 면적이 증가되므로 제품의 정밀도가 개선될 수 있다.
또한, 상기 제1버링부(12)의 최상단측 최대 외경부와 상기 제2버링부(13)의 최상단측 최대 외경부 간의 직경 비율은 1:1.41~1.43로 설정될 수 있다.
예컨대, 상기 제1버링부(12)의 최대 외경부 직경(m2) 및 상기 제2버링부(13)의 최소 외경부 직경이 3.1mm로 구비되는 경우 상기 제2버링부(13)의 최대 외경부의 직경(m1)이 4.4mm로 구비될 수 있다.
그리고, 상기 제1버링부(12)와 상기 제2버링부(13)의 길이방향 각 길이 간의 비율은 1:1.18~1.20로 설정될 수 있다. 예컨대, 상기 제1버링부(12)의 길이방향 길이(k1)가 4.2mm로 구비되는 경우 상기 제2버링부(13)의 길이방향 길이(k2)가 5.0mm로 구비될 수 있다.
이에 따라, 상기 탭핑부(20)에 비해 상대적으로 작은 외경 및 제1곡률반경으로 라운드지게 형성된 상기 제1버링부(12)에 의해 적은 마찰열이 발생되며 상기 모재(미도시)가 1차적으로 피어싱될 수 있다.
이어서, 상기 탭핑부(20)의 외경에 대응되되 제1곡률반경보다 큰 제2곡률반경으로 형성되며 상기 제1버링부(12)와 상호 상이한 곡률반경을 가지고 라운드진 외면 프로파일로 형성된 상기 제2버링부(13)에 의해 상기 모재(미도시)의 천공이 확장될 수 있다.
따라서, 2단 피어싱 구조로 상기 모재(미도시)의 피어싱 초기 과정에서 발생되는 마찰열이 저감되며 피어싱 성능이 현저히 개선됨에 따라 상기 모재(미도시)의 천공에 형성되는 탭핑나사산의 제조정밀성이 개선될 수 있다.
더욱이, 상기 첨단부(11)에 의해 천공시키고자 하는 상기 모재(미도시)의 정확한 위치에 1차로 천공이 피어싱된 이후에 2단 라운드 구조의 상기 버링부(10)를 통해 반경방향 외측으로 천공이 확장되므로 상기 탭핑부(20)에 의해 상기 모재(미도시)의 천공 내주에 형성되는 탭핑나사산의 면적 및 형성 각도가 균일하게 형성되므로 정밀한 탭핑나사산의 제조가 가능하다.
물론, 경우에 따라 상술된 상기 제1버링부(12) 및 상기 제2버링부(13) 간의 각 설정 비율에 관계없이 상기 리벳 스크류 드릴(100)이 제조될 수도 있으나, 상술된 각 설정 비율에 따라 상기 리벳 스크류 드릴(100)이 제조되는 경우에 피어싱이 최적화됨으로 이해함이 바람직하다.
한편, 상기 제1버링부(12) 및 상기 제2버링부(13)를 포함하는 상기 버링부(10)의 외주에는 원주방향을 따라 적어도 하나 이상의 발열도피홈(14)이 형성됨이 바람직하다. 여기서, 상기 발열도피홈(14)은 상기 제1버링부(12) 및 상기 제2버링부(13)의 외주를 거쳐 길이방향을 따라 연속적으로 형성됨이 바람직하다.
그리고, 상기 발열도피홈(14)은 상기 버링부(10)의 원주방향을 따라 기설정된 폭으로 형성되며, 상기 버링부(10)의 길이방향을 따라 기설정된 길이로 형성되고, 상기 버링부(10)의 반경방향을 따라 기설정된 깊이로 함몰 형성됨이 바람직하다.
상세히, 상기 발열도피홈(14)의 반경방향 깊이(m4)와 상기 제2버링부(13)의 최대 외경부의 직경(m1) 간의 비율이 1:21.9~22.1로 설정될 수 있다. 예컨대, 상기 제2버링부(13)의 최대 외경부의 직경(m1)이 4.4mm로 형성되는 경우 상기 발열도피홈(14)의 반경방향 깊이(m4)가 0.2mm로 형성될 수 있다.
또한, 상기 발열도피홈(14)의 원주방향 폭(m3)과 상기 제2버링부(13)의 최대 외경부의 직경(m1) 간의 비율이 1:14.6~14.7로 설정될 수 있다. 예컨대, 상기 제2버링부(13)의 최대 외경부의 직경(m1)이 4.4mm로 형성되는 경우 상기 발열도피홈(14)의 원주방향 폭(m3)이 0.3mm로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 발열도피홈(14)의 길이방향 길이(k5)와 상기 버링부(10)의 길이방향 전체 길이(k3) 간의 비율이 1:1.82~1.86로 설정될 수 있다. 예컨대, 상기 버링부(10)의 길이방향 전체 길이(k3)가 9.2mm로 형성된 경우 상기 발열도피홈(14)의 길이방향 길이(k5)가 5.0mm로 형성될 수 있다.
여기서, 상기 발열도피홈(14)의 원주방향 폭, 길이방향 길이, 반경방향 깊이 중 적어도 어느 하나가 상술된 비율보다 작게, 즉, 상기 발열도피홈(14)이 기설정된 폭, 길이, 깊이 중 적어도 어느 하나보다 작게 형성되는 경우 상기 버링부(10)가 상기 모재(미도시)를 회전 가압시 발생되는 마찰열의 시간당 발열량이 저하되어 상기 버링부(10)가 변형될 우려가 있다. 반면, 상기 발열도피홈(14)의 원주방향 폭, 길이방향 길이, 반경방향 깊이 중 적어도 어느 하나가 상술된 비율보다 크게, 즉, 상기 발열도피홈(14)이 기설정된 폭, 길이, 깊이 중 적어도 어느 하나보다 크게 형성되는 경우 상기 버링부(10)의 피어싱 성능이 저하될 우려가 있다.
따라서, 상기 발열도피홈(14)이 기설정된 원주방향 폭, 길이방향 길이, 반경방향 깊이로 형성됨에 따라 상기 버링부(10)의 피어싱 성능 및 발열 성능간의 균형이 최적화될 수 있다.
이에 따라, 상기 모재(미도시)가 2단 라운드 구조의 상기 버링부(10)에 의해 회전 가압되어 피어싱되는 과정에서 발생하는 마찰열이 상기 버링부(10)의 외주에 상기 모재(미도시)와의 접촉면적이 감소되도록 함몰된 상기 발열도피홈(14)에 의해 저감됨에 따라 상기 버링부(10)의 과열에 따른 변형이 미연에 방지되므로 내구성이 현저히 개선될 수 있다. 즉, 상기 제1버링부(12) 및 상기 제2버링부(!3)의 외주를 거쳐 길이방향을 따라 연속적으로 형성되는 상기 발열도피홈(14)에 의해 상기 모재(미도시)와의 유격공간이 형성됨에 따라 접촉면적이 감소되어 발열성이 개선될 수 있다.
또한, 상기 발열도피홈(14)이 상기 제1버링부(12) 및 상기 제2버링부(!3)의 외주에 길이방향을 일직선 형태로 형성되므로 사선 형태로 절삭날이 형성되던 종래에 비해 제조가 용이하여 생산성 및 경제성이 현저히 개선될 수 있다.
여기서, 상기 버링부(10)가 상기 모재(미도시)를 피어싱하는 과정에서 상기 발열도피홈(14)에 상기 모재(미도시)로부터 절삭된 절삭물이 일시적으로 유입되고 배출될 수도 있다.
한편, 상기 발열도피홈(14)은 상기 첨단부(11)로부터 길이방향으로 기설정된 이격길이(k4)만큼 이격된 위치에서부터 상측을 따라 기설정된 길이로 형성될 수 있다. 이때, 상기 이격길이(k4)와 상기 버링부(10)의 길이방향 전체 길이(k3) 간의 비율이 1:4.5~4.7로 설정될 수 있다.
예컨대, 상기 버링부(10)의 길이방향 전체 길이(k3)가 9.2mm로 형성된 경우, 상기 이격길이(k4)가 2.0mm로 설정되며, 상기 발열도피홈(14)의 길이방향 길이(k5)가 5.0mm로 형성되며, 상기 발열도피홈(14)의 상부에서 상기 버링부(10)의 최상단 사이의 길이(k6)가 2.2mm로 형성될 수 있다.
여기서, 상기 발열도피홈(14)이 상기 첨단부(11)로부터 상측방향으로 형성되는 경우에는 상기 첨단부(11) 및 상기 제1버링부(12)가 상기 모재(미도시)를 회전 가압시 접촉면이 감소됨에 따라 피어싱 성능이 저하될 우려가 있다. 반면, 상기 발열도피홈(14)이 상기 첨단부(11)로부터 상기 이격길이(k4)보다 더 큰 길이만큼 이격되는 경우에는 상기 첨단부(11) 및 상기 제1버링부(12)가 상기 모재(미도시)를 회전 가압시 발생되는 마찰열이 신속하게 냉각되지 못하여 상기 버링부(10)가 변형됨에 따른 피어싱 성능 저하 우려가 있다.
따라서, 상기 발열도피홈(14)이 상기 첨단부(11)로부터 길이방향으로 기설정된 이격길이(k4)만큼 이격된 위치에서부터 상측을 따라 기설정된 길이로 형성됨에 따라 상기 버링부(10)의 피어싱 성능 및 발열 성능간의 균형이 최적화되어 제품의 내구성이 현저히 개선될 수 있다.
물론, 경우에 따라 상술된 각 설정 비율에 관계없이 상기 발열도피홈(14)이 제조될 수도 있으나, 상술된 각 설정 비율에 따라 상기 발열도피홈(14)이 제조되는 경우에 발열 성능이 최적화됨으로 이해함이 바람직하다.
또한, 경우에 따라 상기 발열도피홈(14)의 테두리에는 상기 버링부(10)의 절삭성능이 개선되도록 회전방향을 따라 절삭날이 돌설 형성될 수도 있다.
한편, 상기 탭핑부(20)는 상기 버링부(10)의 상부에 일체로 연결되되, 외면에 상기 모재(미도시)에 형성되는 천공의 내주를 탭핑하는 나사산(21)이 형성됨이 바람직하다.
또한, 상기 버링부(10)와 상기 탭핑부(20)의 길이방향 길이 비율, 즉, 상기 버링부(10)의 길이방향 전체 길이(k3)와 상기 탭핑부(20)의 길이방향 전체 길이(k7) 간의 비율은 1:1.16~1.18로 설정될 수 있다. 예컨대, 상기 버링부(10)의 길이방향 전체 길이(k3)가 9.2mm로 형성되는 경우 상기 탭핑부(20)의 길이방향 전체 길이(k7)가 10.8mm로 형성될 수 있다.
여기서, 상기 버링부(10)의 길이방향 전체 길이(k3)가 길수록 상기 버링부(10)가 동일한 두께의 상기 모재(미도시)를 피어싱하는 과정에서 발생되는 마찰열의 발열속도가 개선될 수 있다. 또한, 상기 탭핑부(20)의 길이방향 전체 길이(k7)는 기설정 두께의 적어도 둘 이상의 상기 모재(미도시)에 탭핑나나산을 형성하기 위해 기설정 길이 이상의 길이가 요구될 수 있다.
이때, 상기 버링부(10)의 길이방향 전체 길이(k3)와 상기 탭핑부(20)의 길이방향 전체 길이(k7) 간의 비율이 1:1.16~1.18로 설정됨에 따라 발열속도 및 탭핑나사산 형성의 상이한 기능 제공을 위한 최적화된 비율로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 탭핑부(20)의 나사산(21) 중 하부에 형성된 제1나사산(21a)의 길이방향 폭은 상기 탭핑부 상부에 형성된 제2나사산(21b)의 길이방향 폭보다 크게 형성됨이 바람직하다.
여기서, 상기 나사산(21)은 상기 탭핑부(20)의 외면을 따라 연속적으로 권취되는 형태로 형성될 수 있으며, 상기 탭핑부(20)의 상부로 갈수록 상기 나사산(21)의 길이방향 폭이 감소되고 각 나사산(21) 간의 간격이 감소될 수도 있다.
상세히, 상기 제2나사산(21b)은 상기 버링부(10)에 의해 천공된 상기 모재(미도시)의 천공 내주에 실질적으로 스크류 체결되도록 상기 버링부(10) 및 상기 헤드부(30) 사이에 형성된 상기 탭핑부(20)의 외주에 형성됨이 바람직하다.
그리고, 상기 제1나사산(21a)은 상기 버링부(10)에 의해 천공된 모재(미도시)의 천공 내주에 제2나사산(21b)이 스크류 체결되기 전에 상기 천공을 지지하며 지지력을 제공하도록 상기 제2나사산(21b)과 상기 버링부(10) 사이의 상기 탬핑부(20) 외주에 형성됨이 바람직하다.
여기서, 상기 제1나사산(21a)은 제2나사산(21b)의 나삿니들 보다 상대적으로 적은 나삿니들을 가지며, 상기 제1나사산(21a) 나삿니의 치 단면적이 제2나사산(21b)의 나삿니 치 단면적 보다 크게 형성될 수 있다.
또한, 상기 제2나사산(21b)은 삼각형 단면 형상의 나삿니들으로 형성되고, 상기 제1나사산(21a)은 상기 제2나사산(21b) 보다 완만한 라운드진 단면 형상의 나삿니들로 형성될 수 있다.
여기서, 후술되는 접합툴(미도시)로부터 인가되는 가압력 및 회전력을 통해 상기 버링부(10)가 상기 모재(미도시)를 회전 가압하여 피어싱한 이후 상기 탭핑부(20)의 제1나사산(21a)이 상기 모재(미도시)의 천공 내주를 따라 회전 가압되며 상기 천공 테두리에 지지될 수 있다. 이어서, 상기 나사산(21)의 제2나사산(21b)이 상기 모재(미도시)의 천공으로 삽입됨에 따라 상기 천공 내주에 탭핑나사산이 형성될 수 있다.
이에 따라, 상기 모재(미도시)의 천공 내주에 상기 탭핑부(20)의 제2나사산(21b)이 스크류 체결되기 전에 상기 제1나사산(21a)이 상기 천공에 지지되므로 상기 리벳 스크류 드릴(100)이 상기 모재(미도시)에 대하여 실질적인 직각을 유지하며 상기 모재(미도시)를 접합하므로 작업편의성 및 제조정밀성이 개선될 수 있다.
한편, 상기 헤드부(30)는 상기 탭핑부(20)의 상부에 일체로 연결되되, 상기 탭핑부(20)의 반경방향 외측으로 확장 형성되며, 상부에 왕복이동 및 회전을 위한 접합툴(미도시)이 선택적으로 마운팅됨이 바람직하다.
여기서, 상기 접합툴(미도시)은 상기 리벳 스크류 드릴(100)을 회전 가압시키기 위해 별도로 구비되는 장치로 이해함이 바람직하다. 이때, 상기 접합툴(미도시)은 상기 리벳 스크류 드릴(100)을 가이드하도록 구비되며, 상기 리벳 스크류 드릴(100)을 상하 방향으로 이동시킴과 동시에 회전시키도록 구비될 수 있다. 즉, 상기 접합툴(미도시)은 소정의 구동수단에 의해 직선 방향으로 왕복 이동하며 회전 가능하게 구비될 수 있다. 예컨대, 상기 접합툴(미도시)은 상기 헤드부(30)를 클램핑하는 마운트부와, 상기 마운트부를 상하 방향으로 왕복 이동시키며 회전시킬 수 있는 구동부(미도시)를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 헤드부(30)는 상기 접합툴(미도시)에 결합되는 마운팅돌기(31)와, 상기 마운팅돌기(31) 및 상기 탭핑부(20)의 사이에 형성되는 안착단턱(32)을 포함함이 바람직하다.
그리고, 상기 안착단턱(32)은 상기 마운팅돌기(31) 및 상기 탭핑부(20)의 사이에는 원주방향을 따라 반경방향 외측으로 확장 형성됨이 바람직하다. 여기서, 상기 안착단턱(32)은 상기 버링부(10) 및 상기 탭핑부(20)가 상기 모재(미도시)를 통과한 이후에 상기 모재(미도시)에 안착되어 지지하는 기능을 제공할 수 있다.
또한, 상기 헤드부(30)에는 상기 접합툴(미도시)에 결합되는 마운팅돌기(31)가 상방 돌출되되, 상기 마운팅돌기(31)에는 원주방향을 따라 방사상으로 돌설되는 복수개의 돌설형합부(31a)가 형성됨이 바람직하다. 이때, 상기 마운팅돌기(31) 및 상기 돌설형합부(31a)가 일체로 형성됨으로 이해함이 바람직하다.
여기서, 상기 마운팅돌기(31)는 상기 헤드부(30)의 상면 중앙에 돌출 형성되되, 상기 돌설형합부(31a)는 상기 마운팅돌기(31)로부터 원주방향을 따라 방사상으로 복수개소 연장 돌설됨이 바람직하다. 이때, 상기 마운팅돌기(31) 및 상기 돌설형합부(31a)는 상기 접합툴(미도시)의 장착홈에 형합되도록 상기 장착홈의 형상에 대응되어 형성됨이 바람직하다.
예컨대, 상기 돌설형합부(31a)는 상기 마운팅돌기(31)로부터 반경방향 외측으로 여섯개소 연장 돌설되어 꽃잎 형상, 바람개비 형상 등으로 형성될 수 있다. 이때, 각 상기 돌설형합부(31a)의 사이로 반경방향 내측으로 오목하게 형성되는 공간이 각각 형성됨이 바람직하다. 즉, 상기 돌설형합부(31a)의 측면 프로파일이 라운드지게 또는 굴곡지게 형성될 수 있다.
이에 따라, 상기 마운팅돌기(31)는 상기 접합툴(미도시)의 마운트부에 구비된 장착홈에 클램핑 장착됨에 따라 끼움 고정되며, 상기 접합툴(미도시)에 의해 상기 리벳 스크류 드릴(100)이 상기 모재(미도시)를 회전 가압하여 탭핑할 수 있다.
이때, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "구비하다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 각 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 청구항에서 청구하는 범위를 벗어남 없이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형 실시되는 것은 가능하며, 이러한 변형 실시는 본 발명의 범위에 속한다.
100: 리벳 스크류 드릴 10: 버링부
11: 첨단부 12: 제1버링부
13: 제2버링부 14: 발열도피홈
20: 탭핑부 21: 나사산
30: 헤드부 31: 마운팅돌기
32: 안착단턱

Claims (14)

  1. 모재를 피어싱 및 탭핑하기 위한 리벳 스크류 드릴에 있어서,
    상기 모재에 회전 가압되는 첨단부에 연결되되 단면이 라운드진 외면 프로파일로 형성되는 제1버링부와, 상기 제1버링부의 상부에 일체로 형성되되 단면이 상기 제1버링부와 상호 상이한 곡률반경을 가지고 라운드진 외면 프로파일로 형성되는 제2버링부를 포함하는 버링부;
    상기 버링부의 상부에 일체로 연결되되, 외면에 상기 모재에 형성되는 천공의 내주를 탭핑하는 나사산이 형성되는 탭핑부; 및
    상기 탭핑부의 상부에 일체로 연결되되, 상기 탭핑부의 반경방향 외측으로 확장 형성되며, 상부에 왕복이동 및 회전을 위한 접합툴이 선택적으로 마운팅되는 헤드부를 포함하는 리벳 스크류 드릴.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1버링부의 단면 프로파일은 제1곡률반경을 따라 형성되며,
    상기 제2버링부는 상기 제1곡률반경보다 크게 형성된 제2곡률반경을 따라 형성됨을 특징으로 하는 리벳 스크류 드릴.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1곡률반경의 회전중심은 상기 제1버링부의 최상단측으로부터 반경방향 외측으로 수평선상으로 연장된 위치에 배치되며,
    상기 제2곡률반경의 회전중심은 상기 제2버링부의 최상단측으로부터 반경방향 외측으로 수평선상으로 연장된 위치에 배치됨을 특징으로 하는 리벳 스크류 드릴.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 버링부의 외주에는 원주방향을 따라 적어도 하나 이상의 발열도피홈이 형성되되, 각 상기 발열도피홈은 상기 제1버링부 및 상기 제2버링부의 외주를 거쳐 길이방향을 따라 연속적으로 형성됨을 특징으로 하는 리벳 스크류 드릴.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 발열도피홈은 반경방향을 따라 기설정된 깊이로 함몰 형성되며, 원주방향을 따라 기설정된 폭으로 형성되고, 길이방향을 따라 기설정된 길이로 형성되되,
    상기 발열도피홈의 반경방향 깊이와 상기 제1버링부의 최대 외경부의 직경 간의 비율이 1:21.9~22.1로 설정되며,
    상기 발열도피홈의 원주방향 폭과 상기 제1버링부의 최대 외경부의 직경 간의 비율이 1:14.6~14.7로 설정되고,
    상기 발열도피홈의 길이방향 길이와 상기 버링부의 길이방향 전체 길이 간의 비율이 1:1.82~1.86로 설정됨을 특징으로 하는 리벳 스크류 드릴.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 발열도피홈은 상기 첨단부로부터 길이방향으로 기설정된 이격길이만큼 이격된 위치로부터 상측을 따라 기설정된 길이로 형성되되,
    상기 이격길이와 상기 버링부의 길이방향 전체 길이 간의 비율이 1:4.5~4.7로 설정됨을 특징으로 하는 리벳 스크류 드릴.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1버링부 및 상기 제2버링부는 상측으로 갈수록 기설정된 제1곡률반경 및 제2곡률반경으로 각각 라운드지게 형성되되, 상기 제1버링부의 최대 외경이 상기 제2버링부의 최소 외경 이하로 형성되고,
    상기 제1버링부의 제1곡률반경과 상기 제2버링부의 제2곡률반경 간의 비율이 1:2.11~2.13로 설정됨을 특징으로 하는 리벳 스크류 드릴.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1버링부의 최대 외경부와 상기 제2버링부의 최대 외경부 간의 직경 비율은 1:1.41~1.43로 설정됨을 특징으로 하는 리벳 스크류 드릴.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1버링부와 상기 제2버링부의 길이방향 길이 비율은 1:1.18~1.20로 설정됨을 특징으로 하는 리벳 스크류 드릴.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 버링부와 상기 탭핑부의 길이방향 길이 비율은 1:1.16~1.18로 설정됨을 특징으로 하는 리벳 스크류 드릴.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 첨단부는 상기 모재를 피어싱 하도록 상기 버링부의 하단부에 형성되되, 0.1~0.3mm-1의 곡률반경으로 라운드지게 형성됨을 특징으로 하는 리벳 스크류 드릴.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 탭핑부 하부에 형성된 나사산의 길이방향 폭은 상기 탭핑부 상부에 형성된 나사산의 길이방향 폭보다 크게 형성됨을 특징으로 하는 리벳 스크류 드릴.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 헤드부에는 상기 접합툴에 결합되는 마운팅돌기가 상방 돌출되되,
    상기 마운팅돌기에는 원주방향을 따라 방사상으로 돌설되는 복수개의 돌설형합부가 형성됨을 특징으로 하는 리벳 스크류 드릴.
  14. 모재를 피어싱 및 탭핑하기 위한 리벳 스크류 드릴에 있어서,
    상기 모재에 회전 가압되는 첨단부에 연결되되 단면이 최상단측으로부터 반경방향 외측으로 수평선상으로 연장된 위치에 배치된 회전중심을 갖는 제1곡률반경을 따라 라운드진 외면 프로파일로 형성되는 제1버링부와, 상기 제1버링부의 상부에 일체로 형성되며 단면이 상기 제1버링부와 상호 상이한 곡률반경을 가지고 라운드진 외면 프로파일로 형성되되 상기 제1곡률반경보다 크며 최상단측으로부터 반경방향 외측으로 수평선상으로 연장된 위치에 배치된 회전중심을 갖는 제2곡률반경을 따라 형성되는 제2버링부를 포함하는 버링부;
    상기 버링부의 상부에 일체로 연결되되, 외면에 상기 모재에 형성되는 천공의 내주를 탭핑하는 나사산이 형성되는 탭핑부; 및
    상기 탭핑부의 상부에 일체로 연결되되, 상기 탭핑부의 반경방향 외측으로 확장 형성되며, 상부에 왕복이동 및 회전을 위한 접합툴이 선택적으로 마운팅되는 헤드부를 포함하는 리벳 스크류 드릴.
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