KR102539842B1 - 이종 접합용 패스너 압입 장치 - Google Patents

Abstract

이종 접합용 패스너 압입 장치가 개시된다. 개시된 본 발명의 예시적인 일 실시 예에 따른 이종 접합용 패스너 압입 장치는, 비철소재의 판재와 스틸소재의 판재를 접합하기 위한 스틸 엘리먼트로서의 패스너를 비철소재의 판재에 압입하도록 되어 있는 것으로서, 건 프레임의 한쪽 단부에 구비된 엔빌 유닛에 대응하여 건 프레임의 다른 한쪽 단부에 구성되되, ⅰ)공압 실린더와 유압 부스터, 공압 실린더의 공압 및 유압 부스터의 유압에 의해 상하 방향을 따라 전후진 작동하는 작동 로드를 포함하며, 건 프레임의 다른 한쪽 단부에 고정되는 하이브리드 실린더 유닛과, ⅱ)작동 로드에 고정되는 프레스 헤드와, 프레스 헤드에 상하 방향을 따라 고정되며, 중공 형태의 진공 조성 홀이 상하 방향을 따라 형성된 펀치 로드를 포함하는 펀치 유닛과, ⅲ)펀치 로드의 진공 조성 홀과 연결되게 프레스 헤드에 고정되며, 패스너를 펀치 로드의 하단에 진공 흡착하도록 진공 조성 홀에 진공압을 인가하는 진공 조성 유닛을 포함할 수 있다.

Description

이종 접합용 패스너 압입 장치{FASTENER FASTENING DEVICE FOR ADHERING DIFFERENT KINDS MATERIALS}

본 발명의 실시 예는 이종소재의 접합 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스틸소재와 비철소재의 이종소재를 스폿 용접으로 접합하기 위한 스틸 엘리먼트로서의 패스너를 비철소재의 판재에 압입 체결하도록 되어 있는 이종 접합용 패스너 압입 장치에 관한 것이다.

본 특허는 2021년 경기도의 재원으로 (재)경기도경제과학진흥원의 지원을 받아 수행된 동반성장 R&D사업의 전기 자동차의 경량화 및 복합 소재 접합을 위한 지능형 압입 자동화 시스템 개발(H2020001)의 성과이다.
자동차 산업에서는 환경 문제에 따른 연비의 향상을 위해 차체의 경량화를 도모하고 있다.

최근에는 차체의 고강도 경량화 추세에 따라 차체 소재로서, 초고장력강 등과 같은 스틸판재, 알루미늄 및 마그네슘 등과 같은 비철소재의 판재, 이 뿐만 아니라 섬유 강화 플라스틱(FRP: Fiber Reinforced Plastic), 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastics), 유리 섬유 강화 플라스틱(GFRP: Glass Fiber Reinforced Plastics) 등과 같은 플라스틱 복합소재의 판재를 적용하는 사례가 빈번해졌다.

상기한 알루미늄 합금 또는 마그네슘 합금 등과 같은 비철소재의 판재 만을 차체에 적용할 경우는 자동차 안정도 평가를 만족하기 위해 많은 설계 및 제조비용이 든다.

그러나, 고초장력강과 같은 스틸소재의 판재에 비철소재의 판재를 적용하는 경우는 차체의 경량화 및 자동차 안정도 평가 만족과 함께 제조비용을 줄일 수 있다.

이와 같은 비철소재의 판재를 제조하고 그 비철소재의 판재를 차체 적용하기 위해서는 비철소재 판재와 스틸소재 판재의 이종소재 접합이 가능해야 하는데, 이종소재의 물성적 특성에 의해 레이저 용접이나 스폿 용접은 불가능하다.

이는 비철소재 판재와 스틸소재 판재의 녹는점이 다르거나 전기적인 통전이 되지 않기 때문이다. 그리고 이러한 조합의 이종소재 접합에 용접을 적용하면, 갈바닉 부식으로 인한 품질문제가 발생한다.

이에, 비철소재와 스틸소재의 이종 재질을 접합하는 방법에 대해서는 최근에 개발되고 있는 실정이다. 예를 들면, 당 업계에서는 구조용 접착제를 이용한 본딩 방식이나 볼트 또는 리벳 등과 같은 체결부품을 이용한 기계적인 접합 방식의 매우 제한적인 접합 방식으로 비철소재 판재와 스틸소재 판재를 접합하고 있는 실정이다.

그러나, 상기한 바와 같은 방식을 이용하여 이종소재를 접합하기 위해서는 차체 생산 공장에 기존의 스폿 용접 설비 외에 볼팅, 리벳팅 및 접착 방식 등을 적용하기 위한 신규 접합 설비들을 갖춰야 하기 때문에, 투자비가 증가할 뿐만 아니라, 생산 기간도 기존 스폿 용접 방식 대비 길어지게 되는 문제점이 있었다.

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

이와 같은 문제점들을 해소하기 위하여 본 발명의 실시 예들은 비철소재의 판재에 스틸 엘리먼트(당 업계에서는 “패스너(Fastener)”라고도 한다)를 압입하고 그 스틸 엘리먼트(이하에서는 편의 상 “패스너”라고 한다)와 스틸소재의 판재를 전기 저항으로 스폿 용접하기 위해, 그 비철소재의 판재에 패스너를 압입할 수 있는 이종 접합용 패스너 압입 장치를 제공하고자 한다.

또한 본 발명의 실시 예들은 비철소재 판재에 압입될 패스너를 간단한 구성으로 고정할 수 있으며, 주변 부품과의 간섭을 회피할 수 있도록 한 이종 접합용 패스너 압입 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 이종 접합용 패스너 압입 장치는, 비철소재의 판재와 스틸소재의 판재를 접합하기 위한 스틸 엘리먼트로서의 패스너를 비철소재의 판재에 압입하도록 되어 있는 것으로서, 건 프레임의 한쪽 단부에 구비된 엔빌 유닛에 대응하여 상기 건 프레임의 다른 한쪽 단부에 구성되되, ⅰ)공압 실린더와 유압 부스터, 상기 공압 실린더의 전후진 작동력 및 상기 유압 부스터의 전후진 작동력에 의해 상하 방향을 따라 전후진 작동하는 작동 로드를 포함하며, 상기 건 프레임의 다른 한쪽 단부에 고정되는 하이브리드 실린더 유닛과, ⅱ)상기 작동 로드에 고정되는 프레스 헤드와, 상기 프레스 헤드에 상하 방향을 따라 고정되며, 중공 형태의 진공 조성 홀이 상하 방향을 따라 형성된 펀치 로드를 포함하는 펀치 유닛과, ⅲ)상기 펀치 로드의 진공 조성 홀과 연결되게 상기 프레스 헤드에 고정되며, 상기 패스너를 상기 펀치 로드의 하단에 진공 흡착하도록 상기 진공 조성 홀에 진공압을 인가하는 진공 조성 유닛을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 이종 접합용 패스너 압입 장치는, 상기 패스너가 피딩되는 패스너 피딩 통로가 형성되며, 상기 펀치 로드가 상하 방향으로 관통하도록 가이드 로드를 통해 상기 프레스 헤드에 연결되는 패스너 공급 유닛을 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 이종 접합용 패스너 압입 장치에 있어서, 상기 하이브리드 실린더 유닛은 상기 공압 실린더를 구성하도록 내부에서 상하 방향으로 왕복 이동 가능한 제1 피스톤이 설치된 상기 제1 실린더 부재와, 상기 제1 실린더 부재와 결합되어 상기 유압 부스터를 구성하도록 내부에서 상하 방향으로 왕복 이동 가능한 제2 피스톤이 설치된 제2 실린더 부재와, 상기 공압 실린더 및 상기 유압 부스터와 연결되며, 상기 작동 로드와 결합된 제3 피스톤이 내부에서 상하 방향으로 왕복 이동하게 설치되는 제3 실린더 부재를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 이종 접합용 패스너 압입 장치에 있어서, 상기 작동 로드는 상기 공압 실린더의 전후진 작동력에 의하여 설정된 제1 스트로크만큼 상하 방향으로 전후진 이동되고, 상기 유압 부스터의 전후진 작동력에 의하여 설정된 제2 스트로크만큼 상하 방향으로 전후진 이동될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 이종 접합용 패스너 압입 장치에 있어서, 상기 프레스 헤드에는 상기 가이드 로드가 상하 방향으로 슬라이딩 가능하게 끼워지는 장착 블록이 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 이종 접합용 패스너 압입 장치에 있어서, 상기 가이드 로드의 상단은 상기 장착 블록에 지지될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 이종 접합용 패스너 압입 장치에 있어서, 상기 패스너 공급 유닛은 상기 가이드 로드의 하단에 고정되며, 상기 패스너 피딩 통로가 형성된 패스너 피딩 블록과, 상기 패스너 피딩 블록에 구비되며, 상기 펀치 로드가 상하 방향으로 관통하는 패스너 공급 커버와, 상기 패스너 공급 커버의 하부에 연결되어 상기 펀치 로드가 상하 방향으로 관통하는 패스너 공급 튜브를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 이종 접합용 패스너 압입 장치에 있어서, 상기 패스너 공급 커버와 상기 패스너 공급 튜브 사이에는 상기 패스너 피딩 통로와 연결된 패스너 도킹 홈이 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 이종 접합용 패스너 압입 장치에 있어서, 상기 패스너 피딩 통로에는 푸시 실린더에 의하여 전후진 이동 가능한 패스너 푸시 로드가 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 이종 접합용 패스너 압입 장치에 있어서, 상기 펀치 로드는 상기 패스너 푸시 로드에 의하여 상기 패스너 도킹 홈에 도킹된 상기 패스너를 상기 진공 조성 홀을 통해 진공 흡착할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 이종 접합용 패스너 압입 장치에 있어서, 상기 패스너 공급 유닛은 상기 가이드 로드에 장착되는 스프링을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 이종 접합용 패스너 압입 장치에 있어서, 상기 스프링은 상단을 통해 상기 장착 블록을 지지하고, 하단을 통해 상기 패스너 피딩 블록을 지지할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 이종 접합용 패스너 압입 장치에 있어서, 상기 펀치 유닛은 상기 프레스 헤드에 고정되어 상기 펀치 로드와 연결되는 로드 어댑터를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 이종 접합용 패스너 압입 장치에 있어서, 상기 진공 조성 유닛은 상기 프레스 헤드에 설치되는 에어 흡입 샤프트와, 상기 에어 흡입 샤프트에 연결되는 진공 펌프와, 상기 펀치 로드의 진공 조성 홀과 상기 에어 흡입 샤프트를 상기 로드 어댑터를 통해 연결하는 에어 흡입 관로를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 이종 접합용 패스너 압입 장치에 있어서, 상기 펀치 로드는 상기 작동 로드의 축 방향 외측에 편심되게 배치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 이종 접합용 패스너 압입 장치에 있어서, 상기 펀치 로드는 상기 패스너를 진공 흡착한 상태로, 상기 엔빌 유닛에 지지된 상기 비철소재의 판재에 상기 패스너를 압입하고, 상기 패스너에 의해 펀칭된 상기 비철소재 판재의 펀칭 칩을 상기 엔빌 유닛의 엔빌 튜브로 배출시킬 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 진공 압력으로 패스너를 클램핑 할 수 있기 때문에, 설비 투자비 및 설비 유지 보수 비용을 절감할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예들은 공압 실린더와 유압 부스터를 포함하는 하이브리드 실린더 유닛을 사용하여 간단하고 용이하게 패스너를 비철금속 판재에 압입할 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 적용되는 이종소재 접합 구조체를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 이종 접합용 패스너 압입 장치를 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 이종 접합용 패스너 압입 장치에 적용되는 펀치 유닛, 진공 조성 유닛, 그리고 패스너 공급 유닛 부위를 도시한 도면이다.
도 5 내지 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 이종 접합용 패스너 압입 장치의 작동 및 작용을 설명하기 위한 도면이다.
위에서 참조된 도면들은 반드시 축적에 맞추어 도시된 것은 아니고, 본 발명의 기본 원리를 예시하는 다양한 선호되는 특징들의 다소 간략한 표현을 제시하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 특정 치수, 방향, 위치, 및 형상을 포함하는 본 발명의 특정 설계 특징들이 특정 의도된 응용과 사용 환경에 의해 일부 결정될 것이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예들을 기술하기 위한 목적이고, 본 발명을 한정하는 것을 의도하는 것은 아니다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 분명하게 달리 나타내지 않는 한, 또한 복수 형태들을 포함하는 것으로 의도된다. 본 명세서에서 사용되는 '포함한다' 및/또는 '포함하는'이라는 용어는 명시된 특징들, 정수, 단계들, 작동, 엘리먼트들 및/또는 컴포넌트들의 존재를 나타내지만, 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계들, 작동, 컴포넌트들, 및/또는 이들의 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것은 아니라는 것이 또한 이해되어야 할 것이다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, '결합된'이라는 용어는 컴포넌트들이 상호 간에 직접 연결되거나 또는 하나 이상의 매개 컴포넌트들을 통해 간접적으로 연결되는 두 개의 컴포넌트들 간의 물리적 관계를 표시한다.

더 나아가, 본 명세서에 사용되는 바와 같이, '및/또는' 이라는 용어는 연관되어 나열된 하나 이상의 항목들 중 임의의 하나 또는 모든 조합들을 포함한다. 그리고, '작동적으로 연결(operably connected)' 또는 이와 유사한 용어는 적어도 두 개의 부재가 직접적 또는 간접적으로 서로 연결되어 동력을 전달할 수 있는 것을 의미한다. 그러나, 작동적으로 연결된 두 개의 부재는 항상 동일한 속도와 동일한 방향으로 회전하는 것은 아니다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 상세히 설명한다.

우선, 본 발명의 실시 예들은 가압력을 발생시키는 가압원과, 그 가압원의 가압력을 지지하는 지지수단이 하나의 프레임에 구비되며, 그 가압원의 가압력에 의해 작동하는 툴을 이용하여 각종 금속 소재 등을 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.

도 1은 본 발명의 실시 예에 적용되는 이종소재 접합 구조체를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예는 서로 다른 금속소재의 판재를 기계적인 접합 방식 및 스폿 용접 방식으로 접합한 차체 부품을 제조하는 공정에 적용될 수 있다.

예를 들면, 본 발명의 실시 예는 스틸 엘리먼트로서의 이종소재 접합용 패스너(F)를 이용하여 서로 다른 금속소재의 판재(1, 2)를 일체로 접합한 이종소재 접합 구조체(5)의 차체 부품을 제조하는 차체 부품 조립 공정에 적용될 수 있다.

상기에서 이종소재 접합 구조체(5)는 차체의 경량화를 도모하기 위해 이종소재의 판재(1, 2)가 일체로 접합된 접합체로서, 예를 들면 차체 패널과 같은 차체 조립용 부품으로 구성될 수 있다.

이러한 이종소재의 접합 구조체(5)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 접합체를 제조하는 공정에 한정되는 것으로 이해되어서는 아니되며, 다양한 종류 및 용도의 구조물에 채용되는 이종소재의 접합체를 제조하는 공정이라면 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다.

여기서, 이종소재의 판재(1, 2)는 예를 들면, 알루미늄 판재 및 마그네슘 판재 등과 같은 비철소재 판재(1)와, 스틸 강판, 스테인레스 스틸 강판, 고장력 강판 및 초고장력 강판 등과 같은 스틸소재 판재(2)를 포함할 수 있다. 이하에서는 비철소재 판재(1)로서 알루미늄 판재를 예로 들어 설명한다.

상기에서 비철소재 판재(1)는 스틸 엘리먼트로서의 패스너(F)를 통해 스틸소재 판재(2)와 스폿 용접될 수 있다. 상기 패스너(F)는 비철소재 판재(1)에 압입된 상태로 스틸소재 판재(2)와 스폿 용접될 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 이종 접합용 패스너 압입 장치를 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 이종 접합용 패스너 압입 장치(100)는 비철소재 판재(1)에 스틸소재의 패스너(F)를 펀칭 방식으로 압입하도록 되어 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 이종 접합용 패스너 압입 장치(100)는 건 프레임(6)에 구성되는 바, 상기 건 프레임(6)은 당업자에게 잘 알려진 직교 로봇 또는 핸들링 로봇에 장착되며, 이들 로봇의 거동에 따라 다양한 위치로 이동될 수 있다.

하나의 예에서, 상기 건 프레임(6)은 서로 마주하는 단부를 지니며 C형의 골격을 이루는데, 당 업계에서는 통상적으로 "C-프레임" 또는 "C형 프레임"이라고도 한다.

상기 건 프레임(6)은 이하에서 설명될 구성 요소들을 장착하기 위한 것으로서, 브라켓, 지지블록, 커버, 돌기, 홈 등과 같은 부속 요소들을 구비할 수도 있다. 그러나, 상기한 부속 요소들은 이하에서 설명될 각종 구성 요소들을 건 프레임(6)에 설치하기 위한 것이므로, 본 발명의 실시 예에서는 예외적인 경우를 제외하고 상기한 부속 요소들을 건 프레임(6)으로 통칭한다.

여기서, 본 발명의 실시 예에 따른 이종 접합용 패스너 압입 장치(100)는 건 프레임(6)의 한쪽 단부(도면을 기준할 때, 상측 자유 단부)에 구비된 엔빌 유닛(8)에 대응하여 그 건 프레임(6)의 다른 한쪽 단부(도면을 기준할 때, 하측 자유 단부)에 구성된다.

상기에서 엔빌 유닛(8)은 패스너(F)가 압입될 비철소재 판재(1)를 지지함과 아울러, 그 비철소재 판재(1)에 작용하는 가압력(펀칭 압력 또는 타격력)을 지지하는 엔빌 다이로 구비된다. 상기 엔빌 유닛(8)은 건 프레임(6)의 한쪽 단부에 상하 방향으로 배치된 엔빌 튜브(9)를 포함하고 있다.

이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 이종 접합용 패스너 압입 장치(100)를 상하 방향으로 세워놓고 보았을 때를 기준으로 하여 구성요소들을 설명하기로 한다. 그러나, 상기와 같은 방향의 정의는 상대적인 의미로서, 본 장치(100)의 기준 위치 및 패스너(F)의 압입 위치 등에 따라서 그 방향이 달라질 수 있으므로, 상기한 기준 방향이 본 실시 예의 기준 방향으로 반드시 한정되는 것은 아니다.

더 나아가, 본 명세서에서, 구성요소의 '상단부', '상부', '상단' 또는 '상부 면'은 도면에서 상대적으로 상측에 있는 구성요소의 단부, 부, 단, 또는 면을 나타내고, 구성요소의 '하단부', '하부', '하단' 또는 '하부 면'은 도면에서 상대적으로 하측에 있는 구성요소의 단부, 부, 단, 또는 면을 나타낸다.

또한, 본 명세서에서 구성요소의 단(예를 들어, 일측 단 또는 다른 일측 단 등)은 임의의 한 방향으로 구성요소의 끝을 나타내며, 구성요소의 단부(예를 들어, 일측 단부 또는 다른 일측 단부 등)는 그 끝을 포함하는 구성요소의 일정 부분을 나타낸다.

본 발명의 실시 예에 따른 이종 접합용 패스너 압입 장치(100)는 비철소재 판재(1)에 압입될 패스너(F)를 간단한 구성으로 고정할 수 있으며, 주변 부품과의 간섭을 회피할 수 있는 구조로 이루어진다.

이를 위해 본 발명의 실시 예에 따른 상기 이종 접합용 패스너 압입 장치(100)는 기본적으로, 하이브리드 실린더 유닛(10), 펀치 유닛(30), 진공 조성 유닛(50), 그리고 패스너 공급 유닛(70)을 포함하여 구성되며, 이를 구성 별로 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 하이브리드 실린더 유닛(10)은 공압(공기의 압력) 및 유압(오일의 압력)에 의하여 전후진 작동력을 발생시키는 액츄에이터로 구비된다. 상기 하이브리드 실린더 유닛(10)은 건 프레임(6)의 다른 한쪽 단부에 고정된다.

상기 하이브리드 실린더 유닛(10)은 공압 실린더(11), 유압 부스터(13), 제1 실린더 부재(15), 제2 실린더 부재(17), 제3 실린더 부재(19), 그리고 작동 로드(23)를 포함하고 있다.

상기 공압 실린더(11)는 공압에 의한 전후진 작동력을 발생시키도록 되어 있으며, 유압 부스터(13)는 유압에 의한 전후진 작동력을 발생시키도록 되어 있다. 상기 공압 실린더(11) 및 유압 부스터(13)는 고정 블록(12)을 통해 서로 결합된다.

상기 제1 실린더 부재(15)는 고정 블록(12)의 일측에 고정되며, 공압 실린더(11)를 구성하도록 제1 실린더 부재(15)의 내부에는 상하 방향으로 왕복 이동 가능한 제1 피스톤(16)이 설치된다.

상기 제2 실린더 부재(17)는 고정 블록(12)의 다른 일측에 고정되며, 제1 실린더 부재(15)와 결합되어 유압 부스터(13)를 구성하도록 제2 실린더 부재(17)의 내부에는 상하 방향으로 왕복 이동 가능한 제2 피스톤(18)이 설치된다.

상기 제3 실린더 부재(19)는 공압 실린더(11)와 유압 부스터(13)에 실질적으로 연결된다. 상기 제3 실린더 부재(19)는 공압 실린더(11)의 공압에 의한 전후진 작동력과 유압 부스터(13)의 유압에 의한 전후진 작동력으로 내부에서 상하 방향으로 왕복 이동 가능한 제3 피스톤(21)이 설치된다.

그리고, 상기 작동 로드(23)는 제3 피스톤(21)에 결합되며, 그 제3 피스톤(21)에 의하여 제3 실린더 부재(19)에서 상하 방향으로 전후진 이동 가능하게 구비된다.

여기서, 상기 작동 로드(23)는 공압 실린더(11)의 전후진 작동력에 의하여 설정된 제1 스트로크(예를 들면, 100mm)만큼 상하 방향으로 전후진 이동되고, 유압 부스터(13)의 전후진 작동력에 의하여 설정된 제2 스트로크(예를 들면, 4mm)만큼 상하 방향으로 전후진 이동될 수 있다.

상기한 바와 같은 하이브리드 실린더 유닛(10)의 구성은 공압과 유압을 이용하여 설정된 전후진 작동력으로 작동 로드를 전후진 이동시킬 수 있도록 당업자에게 잘 알려진 하이브리드 실린더(또는 부스트) 장치의 구성으로 이루어지므로, 본 명세서에서 그 구성 및 작용의 더욱 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 펀치 유닛(30)은 엔빌 유닛(8)에 비철소재 판재(1)가 지지된 상태에서, 별도로 공급되는 패스너(F)에 펀칭 압력(가압력 또는 타격력)을 인가하여 비철소재 판재(1)에 패스너(F)를 압입시키도록 되어 있다. 상기 펀치 유닛(30)은 하이브리드 실린더 유닛(10)의 작동 로드(23)에 작동적으로 연결된다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 이종 접합용 패스너 압입 장치에 적용되는 펀치 유닛, 진공 조성 유닛, 그리고 패스너 공급 유닛 부위를 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 의한 상기 펀치 유닛(30)은 프레스 헤드(31)와 펀치 로드(33)를 포함하고 있다.

상기 프레스 헤드(31)는 작동 로드(23)의 하단에 고정된다. 상기 펀치 로드(33)는 패스너(F)에 펀칭 압력을 인가하는 것으로서, 프레스 헤드(31)에 상하 방향을 따라 고정된다.

여기서, 상기 프레스 헤드(31)에는 뒤에서 더욱 설명될 패스너 공급 유닛(70)이 장착되는 장착 블록(35)이 설치된다. 그리고, 상기 펀치 로드(33)는 로드 어댑터(37)를 통해 프레스 헤드(31)에 고정된다. 상기 로드 어댑터(37)는 펀치 로드(33)의 상단부에 연결되며, 프레스 헤드(31)에 고정된다.

더 나아가, 상기한 바와 같은 펀치 로드(33)는 중공 형태의 진공 조성 홀(39)이 상하 방향을 따라 형성되어 있다. 상기 진공 조성 홀(39)은 로드 어댑터(37)에 상하 방향을 따라 형성된 중공 형태의 연결 홀(41)과 연결된다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 진공 조성 유닛(50)은 별도로 공급되는 패스너(F)를 펀치 로드(33)의 하단에 진공 흡착하도록 그 펀치 로드(33)의 진공 조성 홀(39)에 진공압을 인가하기 위한 것이다.

상기 진공 조성 유닛(50)은 펀치 로드(33)의 진공 조성 홀(39)과 연결되게 프레스 헤드(31)에 고정되게 설치된다. 이러한 진공 조성 유닛(50)은 에어 흡입 샤프트(51), 진공 펌프(53), 그리고 에어 흡입 관로(55)를 포함하고 있다.

상기 에어 흡입 샤프트(51)는 프레스 헤드(31)에 설치된다. 상기 에어 흡입 샤프트(51)는 프레스 헤드(31)에 상하 방향으로 배치되며, 중공 형태의 에어 흡입 홀(52)이 상하 방향을 따라 형성되어 있다.

상기 진공 펌프(53)는 에어를 흡입하는 공지 기술의 진공 펌프로 구비되며, 에어 흡입 샤프트(51)에 연결된다. 그리고, 상기 에어 흡입 관로(55)는 펀치 로드(33)의 진공 조성 홀(39)과 에어 흡입 샤프트(51)의 에어 흡입 홀(52)를 위에서 언급한 바 있는 로드 어댑터(37)의 연결 홀(41)을 통해 연결한다.

이에, 본 발명의 실시 예에 의한 상기 진공 조성 유닛(50)은 진공 펌프(53)가 작동하면, 에어 흡입 샤프트(51) 및 에어 흡입 관로(55)를 통해 에어를 흡입하며, 펀치 로드(33)의 진공 조성 홀(39)에 설정된 진공 압을 조성할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시 예에서는 상기 진공 조성 유닛(50)에 의하여 펀치 로드(33)의 진공 조성 홀(39)에 진공압을 인가(조성)함으로써, 별도로 공급되는 패스너(F)를 펀치 로드(33)의 하단에 진공압으로 진공 흡착할 수 있다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 패스너 공급 유닛(70)은 패스너(F)를 펀치 로드(33)의 하단 측으로 하나씩 공급하도록 되어 있다. 상기 패스너 공급 유닛(70)은 펀치 로드(33)와 연결되며, 프레스 헤드(31)의 장착 블록(35)에 상하 방향으로 이동 가능하게 구비된다.

이러한 패스너 공급 유닛(70)은 패스너 피딩 블록(71), 패스너 공급 커버(73), 그리고 패스너 공급 튜브(75)를 포함하고 있다.

상기 패스너 피딩 블록(71)은 패스너(F)가 피딩되는 패스너 피딩 통로(77)가 형성되어 있으며, 펀치 로드(33)가 상하 방향으로 관통하도록 가이드 로드(79)를 통해 프레스 헤드(31)의 장착 블록(35)에 상하 방향으로 이동 가능하게 연결된다.

상기 가이드 로드(79)는 장착 블록(35)의 삽입 홀(81)에 상하 방향으로 슬라이딩 가능하게 끼워질 수 있다. 상기 가이드 로드(79)의 상단은 플랜지(83)를 통해 장착 블록(35)에 지지되며, 가이드 로드(79)의 하단은 패스너 피딩 블록(71)에 고정될 수 있다.

더 나아가, 상기 가이드 로드(79)는 패스너 피딩 블록(71)에 탄발력을 발휘하도록 되어 있는 스프링(85)이 장착된다. 상기 스프링(85)은 압축 코일 스프링으로 구비되는데, 상단을 통해 장착 블록(35)을 지지하고, 하단을 통해 패스너 피딩 블록(71)을 지지한다.

상기 패스너 공급 커버(73)는 패스너 피딩 블록(71)에 구비되며, 펀치 로드(33)가 상하 방향으로 관통되게 끼워진다. 그리고, 상기 패스너 공급 튜브(75)는 패스너 공급 커버(73)의 하부에 연결되어 펀치 로드(33)가 상하 방향으로 관통되게 끼워진다.

여기서, 상기 패스너 공급 커버(73)와 패스너 공급 튜브(75) 사이에는 펀치 로드(33)의 하단에 대응하여 패스너 피딩 통로(77)와 연결된 패스너 도킹 홈(87)이 형성된다.

상기 패스너 도킹 홈(87)은 패스너 피딩 통로(77)를 통해 피딩되는 패스너(F)가 도킹되는 영역으로, 이 영역에서 패스너(F)가 펀치 로드(33)의 하단에 진공 흡착될 수 있다. 즉, 상기 펀치 로드(33)는 패스너 도킹 홈(87)에 도킹된 패스너(F)를 진공 조성 홀(39)에 작용하는 진공압을 통해 진공 흡착할 수 있다.

더 나아가, 상기 패스너 피딩 통로(77)에는 푸시 실린더(89)에 의하여 전후진 이동 가능한 패스너 푸시 로드(91)가 설치된다. 상기 패스너 푸시 로드(91)는 패스너(F)를 패스너 피딩 통로(77)를 통해 패스너 도킹 홈(87)에 도킹시키도록 되어 있다.

한편, 본 발명의 실시 예에 의한 펀치 유닛(30)에서 펀치 로드(33)는 패스너 공급 유닛(70)에 의하여 하이브리드 실린더 유닛(10)의 작동 로드(23)의 축 방향 외측에 편심되게 배치된다.

이러한 펀치 로드(33)는 패스너 도킹 홈(87)에 도킹된 패스너(F)를 진공 조성 유닛(50)에 의하여 진공 흡착한 상태로, 엔빌 유닛(8)에 지지된 비철소재 판재(1)에 패스너(F)를 압입할 수 있다.

그리고, 상기 펀치 로드(33)는 패스너(F)에 의해 펀칭된 비철소재 판재(1)의 펀칭 칩(C)을 엔빌 유닛(8)의 엔빌 튜브(9)로 배출시킬 수 있다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시 예에 따른 이종 접합용 패스너 압입 장치(100)의 작동 및 작용을 도 1 내지 도 4 및 첨부한 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 5 내지 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 이종 접합용 패스너 압입 장치의 작동 및 작용을 설명하기 위한 도면이다.

도 5를 참조하면, 우선 본 발명의 실시 예에서는 하이브리드 실린더 유닛(10)의 작동 로드(23)와, 그 작동 로드(23)에 연결된 펀치 유닛(30)은 공압 실린더(11)의 전후진 작동력 및 유압 부스터(13)의 전후진 작동력에 의해 상측 방향으로 후진 이동된 상태에 있다. 그리고, 엔빌 유닛(8)의 엔빌 튜브(9)의 상단에는 비철소재 판재(1)가 로딩되어 있다.

더 나아가, 상기 펀치 유닛(30)의 펀치 로드(33)의 하단부는 패스너 공급 유닛(70)의 패스너 공급 커버(73)에 삽입된 상태에 있으며, 패스너 푸시 로드(91)는 푸시 실린더(89)에 의하여 패스너 피딩 통로(77)를 통해 후진 이동된 상태에 있다.

이와 같은 상태에서, 본 발명의 실시 예에서는 패스너(F)를 패스너 피딩 블록(71)의 패스너 피딩 통로(77)로 공급한다.

그리고 나서, 본 발명의 실시 예에서는 도 6에 도시된 바와 같이, 푸시 실린더(89)에 의하여 패스너 푸시 로드(91)를 패스너 피딩 통로(77)를 통해 전진 이동시키며, 패스너(F)를 밀어 패스너 도킹 홈(87: 도 5 참조)에 도킹(정 위치)시킨다.

이와 동시에, 본 발명의 실시 예에서는 진공 조성 유닛(50)의 진공 펌프(53)를 작동시킨다. 그러면, 본 발명의 실시 예에서는 에어 흡입 샤프트(51) 및 에어 흡입 관로(55)를 통해 에어를 흡입하며, 펀치 로드(33)의 진공 조성 홀(39)에 설정된 진공 압을 조성한다.

따라서, 본 발명의 실시 예에서는 상기 진공 조성 유닛(50)에 의하여 펀치 로드(33)의 진공 조성 홀(39)에 진공압을 조성(인가)함으로써, 패스너 도킹 홈(87)에 도킹 된 패스너(F)를 펀치 로드(33)의 하단에 진공압으로 진공 흡착하게 된다.

다음으로, 본 발명의 실시 예에서는 도 7에 도시된 바와 같이, 푸시 실린더(89)에 의하여 패스너 푸시 로드(91)를 패스너 피딩 통로(77)를 통해 후진 이동시킨다.

이어서, 본 발명의 실시 예에서는 도 8에 도시된 바와 같이, 공압 실린더(11)의 전후진 작동력에 의하여 작동 로드(23)를 설정된 제1 스트로크(예를 들면, 100mm)만큼 하측 방향으로 전진 이동시킨다.

상기와 같이 작동 로드(23)가 하측 방향으로 제1 스트로크만큼 이동됨에 따라, 펀치 로드(33)의 하단에 패스너(F)가 진공 흡착되어 있는 펀치 유닛(30) 또한 하측 방향으로 이동하게 된다.

이러는 과정에, 상기 패스너 공급 유닛(70)의 패스너 공급 튜브(75)는 비철소재 판재(1)를 가압하게 되고, 패스너(F)를 진공 흡착하고 있는 펀치 로드(33)는 패스너 공급 커버(73)를 관통하여 패스너 공급 튜브(75)에 삽입된다.

여기서, 스프링(85)은 장착 블록(35)과 패스너 피딩 블록(71) 사이에서 가이드 로드(79)를 통해 압축되고, 그 가이드 로드(79)는 장착 블록(35)의 삽입 홀(81)을 통해 상측 방향으로 돌출된다. 그리고, 상기 펀치 로드(33)에 진공 흡착되어 있는 패스너(F)는 패스너 피딩 블록(71)에 의하여 비철소재 판재(1)의 설정된 압입 위치에 밀착된 상태에 있다.

그리고 나서, 본 발명의 실시 예에서는 도 9에 도시된 바와 같이, 유압 부스터(13)의 전후진 작동력에 의하여 작동 로드(23)를 설정된 제2 스트로크(예를 들면, 4mm)만큼 더 하측 방향으로 전진 이동시킨다.

상기와 같이 작동 로드(23)가 하측 방향으로 제2 스트로크만큼 이동됨에 따라, 펀치 로드(33)의 하단에 패스너(F)가 진공 흡착되어 있는 펀치 유닛(30) 또한 하측 방향으로 이동하게 된다.

이에, 상기 펀치 로드(33)의 가압력(펀칭 압력 또는 타격력)에 의해 패스너(F)가 비철소재 판재(1)를 펀칭하며 그 비철소재 판재(1)에 압입된다. 이때, 상기 펀치 로드(33)에 작용하는 압력은 하나의 예에서, 4~5톤의 펀칭 압력일 수 있다.

이 과정에, 상기 패스너(F)의 압입 시 발생된 비철소재 판재(1)의 펀칭 칩(C)은 엔빌 유닛(8)의 엔빌 튜브(9)를 통해 배출된다.

마지막으로, 본 발명의 실시 예에서는 작동 로드(23)를 공압 실린더(11)의 전후진 작동력 및 유압 부스터(13)의 전후진 작동력에 의해 상측 방향으로 후진 이동시키면서 펀치 로드(33)를 원래의 위치로 복귀시키면(도 5 참조), 비철소재 판재(1)에 대한 패스너(F)의 압입 공정이 완료된다.

지금까지 설명한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 이종 접합용 패스너 압입 장치(100)에 의하면, 진공 압력에 의하여 패스너(F)를 펀치 로드(33)의 하단에 진공 흡착하고, 하이브리드 실린더 유닛(10)에 의한 전후진 작동력으로 펀치 로드(33)를 통해 패스너(F)를 비철소재 판재(1)에 압입할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시 예에서는 종래 기술과 같이 패스너를 클램핑 하는 고가의 사각 스프링 타입 클램퍼를 삭제하고, 진공 압력으로 패스너(F)를 클램핑 할 수 있기 때문에, 설비 투자비 및 설비 유지 보수 비용을 절감할 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 실시 예에서는 펀치 로드(33)를 하이브리드 실린더 유닛(10)의 작동 로드(23)의 축 방향 외측에 편심 배치함에 따라, 펀치 유닛(30)과 주변 부품과의 간섭을 최소화할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시 예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 본 명세서에서 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상을 이해하는 당 업자는 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: 비철소재 판재 2: 스틸소재 판재
5: 이종소재 접합 구조체 6: 건 프레임
8: 엔빌 유닛 9: 엔빌 튜브
C: 펀칭 칩 F: 패스너
10: 하이브리드 실린더 유닛 11: 공압 실린더
13: 유압 부스터 15: 제1 실린더 부재
16: 제1 피스톤 17: 제2 실린더 부재
18: 제2 피스톤 19: 제3 실린더 부재
21: 제3 피스톤 23: 작동 로드
30: 펀치 유닛 31: 프레스 헤드
33: 펀치 로드 35: 장착 블록
37: 로드 어댑터 39: 진공 조성 홀
41: 연결 홀 50: 진공 조성 유닛
51: 에어 흡입 샤프트 52: 에어 흡입 홀
53: 진공 펌프 55: 에어 흡입 관로
70: 패스너 공급 유닛 71: 패스너 피딩 블록
73: 패스너 공급 커버 75: 패스너 공급 튜브
77: 패스너 피딩 통로 79: 가이드 로드
81: 삽입 홀 83: 플랜지
85: 스프링 87: 패스너 도킹 홈
89: 푸시 실린더 91: 패스너 푸시 로드
100: 이종 접합용 패스너 압입 장치

Claims (14)

1. 비철소재의 판재와 스틸소재의 판재를 접합하기 위한 스틸 엘리먼트로서의 패스너를 비철소재의 판재에 압입하도록 되어 있는 이종 접합용 패스너 압입 장치로서,
   건 프레임의 한쪽 단부에 구비된 엔빌 유닛에 대응하여 상기 건 프레임의 다른 한쪽 단부에 구성되되,
   공압 실린더와 유압 부스터, 상기 공압 실린더의 전후진 작동력 및 상기 유압 부스터의 전후진 작동력에 의해 상하 방향을 따라 전후진 작동하는 작동 로드를 포함하며, 상기 건 프레임의 다른 한쪽 단부에 고정되는 하이브리드 실린더 유닛;
   상기 작동 로드에 고정되는 프레스 헤드와, 상기 프레스 헤드에 상하 방향을 따라 고정되며, 중공 형태의 진공 조성 홀이 상하 방향을 따라 형성된 펀치 로드를 포함하는 펀치 유닛; 및
   상기 펀치 로드의 진공 조성 홀과 연결되게 상기 프레스 헤드에 고정되며, 상기 패스너를 상기 펀치 로드의 하단에 진공 흡착하도록 상기 진공 조성 홀에 진공압을 인가하는 진공 조성 유닛;
   을 포함하는 이종 접합용 패스너 압입 장치.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 패스너가 피딩되는 패스너 피딩 통로가 형성되며, 상기 펀치 로드가 상하 방향으로 관통하도록 가이드 로드를 통해 상기 프레스 헤드에 연결되는 패스너 공급 유닛
   을 더 포함하는 이종 접합용 패스너 압입 장치.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 하이브리드 실린더 유닛은,
   상기 공압 실린더를 구성하도록 내부에서 상하 방향으로 왕복 이동 가능한 제1 피스톤이 설치된 제1 실린더 부재와,
   상기 제1 실린더 부재와 결합되어 상기 유압 부스터를 구성하도록 내부에서 상하 방향으로 왕복 이동 가능한 제2 피스톤이 설치된 제2 실린더 부재와,
   상기 공압 실린더 및 상기 유압 부스터와 연결되며, 상기 작동 로드와 결합된 제3 피스톤이 내부에서 상하 방향으로 왕복 이동하게 설치되는 제3 실린더 부재
   를 포함하는 이종 접합용 패스너 압입 장치.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 작동 로드는,
   상기 공압 실린더의 전후진 작동력에 의하여 설정된 제1 스트로크만큼 상하 방향으로 전후진 이동되고,
   상기 유압 부스터의 전후진 작동력에 의하여 설정된 제2 스트로크만큼 상하 방향으로 전후진 이동되는 이종 접합용 패스너 압입 장치.
5. 제2 항에 있어서,
   상기 프레스 헤드에는 상기 가이드 로드가 상하 방향으로 슬라이딩 가능하게 끼워지는 장착 블록이 설치되고,
   상기 가이드 로드의 상단은 상기 장착 블록에 지지되는 이종 접합용 패스너 압입 장치.
6. 제5 항에 있어서,
   상기 패스너 공급 유닛은,
   상기 가이드 로드의 하단에 고정되며, 상기 패스너 피딩 통로가 형성된 패스너 피딩 블록과,
   상기 패스너 피딩 블록에 구비되며, 상기 펀치 로드가 상하 방향으로 관통하는 패스너 공급 커버와,
   상기 패스너 공급 커버의 하부에 연결되어 상기 펀치 로드가 상하 방향으로 관통하는 패스너 공급 튜브
   를 포함하는 이종 접합용 패스너 압입 장치.
7. 제6 항에 있어서,
   상기 패스너 공급 커버와 상기 패스너 공급 튜브 사이에는 상기 패스너 피딩 통로와 연결된 패스너 도킹 홈이 형성되는 이종 접합용 패스너 압입 장치.
8. 제7 항에 있어서,
   상기 패스너 피딩 통로에는 푸시 실린더에 의하여 전후진 이동 가능한 패스너 푸시 로드가 설치되는 이종 접합용 패스너 압입 장치.
9. 제8 항에 있어서,
   상기 펀치 로드는,
   상기 패스너 푸시 로드에 의하여 상기 패스너 도킹 홈에 도킹된 상기 패스너를 상기 진공 조성 홀을 통해 진공 흡착하는 이종 접합용 패스너 압입 장치.
10. 제6 항에 있어서,
    상기 패스너 공급 유닛은 상기 가이드 로드에 장착되는 스프링을 포함하되,
    상기 스프링은 상단을 통해 상기 장착 블록을 지지하고, 하단을 통해 상기 패스너 피딩 블록을 지지하는 이종 접합용 패스너 압입 장치.
11. 제1 항에 있어서,
    상기 펀치 유닛은,
    상기 프레스 헤드에 고정되어 상기 펀치 로드와 연결되는 로드 어댑터를 더 포함하는 이종 접합용 패스너 압입 장치.
12. 제11 항에 있어서,
    상기 진공 조성 유닛은,
    상기 프레스 헤드에 설치되는 에어 흡입 샤프트와,
    상기 에어 흡입 샤프트에 연결되는 진공 펌프와,
    상기 펀치 로드의 진공 조성 홀과 상기 에어 흡입 샤프트를 상기 로드 어댑터를 통해 연결하는 에어 흡입 관로
    를 포함하는 이종 접합용 패스너 압입 장치.
13. 제1 항에 있어서,
    상기 펀치 로드는,
    상기 작동 로드의 축 방향 외측에 편심되게 배치되는 이종 접합용 패스너 압입 장치.
14. 제1 항에 있어서,
    상기 펀치 로드는,
    상기 패스너를 진공 흡착한 상태로, 상기 엔빌 유닛에 지지된 상기 비철소재의 판재에 상기 패스너를 압입하고,
    상기 패스너에 의해 펀칭된 상기 비철소재 판재의 펀칭 칩을 상기 엔빌 유닛의 엔빌 튜브로 배출시키는 이종 접합용 패스너 압입 장치.
    

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