KR102610085B1 - 블라인드 리벳을 이용한 판재 조립체 - Google Patents

블라인드 리벳을 이용한 판재 조립체 Download PDF

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Abstract

블라인드 리벳이 개시된다. 개시된 본 발명의 예시적인 일 실시 예에 따른 블라인드 리벳은, 서로 겹쳐진 판재들에 형성된 체결 홀을 통하여 상기 판재들을 일체로 체결하는 것으로서, ⅰ)리벳 헤드와, 리벳 헤드에 일체로 연결되는 리벳 섕크를 가지며, 축 방향을 따라 관통 홀을 형성하고 있는 리벳 바디와, ⅱ)리벳 섕크의 끝단을 지지하는 멘드렐 헤드와, 멘드렐 헤드에 일체로 연결되고, 파단 홈을 통해 파단 가능하게 구비되는 멘드렐 섕크를 가지며, 리벳 바디의 관통 홀에 삽입되는 멘드렐 바디를 포함하고, 리벳 바디는 판재를 지지하는 리벳 헤드의 판재 지지 면 가장자리 부분에 전주 방향을 따라 돌출되게 형성되는 용접 돌기를 더 포함할 수 있다.

Description

블라인드 리벳을 이용한 판재 조립체{PANEL ASSEMBLY USING BLIND RIVET}
본 발명의 실시 예는 블라인드 리벳을 이용한 판재 조립체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 서로 겹쳐진 판재를 일체로 접합하는 블라인드 리벳을 이용하여 제조될 수 있는 판재 조립체에 관한 것이다.
일반적으로, 복수 개의 모재, 예를 들면 금속 판재, 금속 시트류 등을 접합하여 각종 조립체를 형성하는 방식으로는 볼트와 너트, 리벳 등과 같은 체결 요소를 이용하여 서로 겹쳐진 모재들을 기계적으로 접합하는 방식을 사용하고 있다.
리벳을 이용한 기계적인 접합 방식은 접합하고자 하는 모재들에 구멍을 가공하고, 그 구멍에 리벳을 끼워 넣은 상태에서 리벳을 소성 변형시키며 모재들을 일체로 체결한다.
그리고, 다른 방식의 기계적인 접합 방식으로는 복수 개의 모재들에 홀 가공한 후, 그 홀을 통해 블라인드 리벳을 이용하여 모재들을 일체로 접합하는 방식이 일반적으로 사용되고 있다.
블라인드 리벳은 축 방향을 따라 관통 공을 형성하며, 한쪽 단부에 리벳 헤드를 형성하고 있는 리벳 바디와, 리벳 바디의 다른 한쪽 단부를 지지하는 멘드렐 헤드와 그 멘드렐 헤드 쪽에 파단 홈을 형성하며, 리벳 바디의 관통공에 삽입되는 멘드렐 바디를 구비하고 있다.
이와 같은 블라인드 리벳을 이용한 기계적인 접합 방식은 서로 겹쳐진 모재들의 홀에 리벳 바디를 결합한 상태에서, 리벳 바디의 리벳 헤드 쪽에서 멘드렐 바디를 특수 공구를 이용하여 잡아 당기면, 멘드렐 헤드가 접촉되어진 리벳 바디를 가압하게 되고, 이로 인해 리벳 바디는 소성변형을 일으키며 모재의 홀보다 크게 팽창하게 된다.
이후, 계속해서 멘드렐 바디를 잡아 당기면, 멘드렐 바디의 파단 홈을 통해 멘드렐 바디가 파단되면서, 리벳 헤드와 멘드렐 헤드를 통하여 모재들을 일체로 체결할 수 있다.
그런데, 종래 기술에서와 같은 블라인드 리벳을 이용하여 모재로서의 판재들을 체결하는 경우, 판재를 통해 리벳에 전단 방향의 하중이 가해질 경우, 리벳과 판재 사이의 공차 유격에 의해 리벳과 판재 간에 슬립이 발생하게 되고, 이로 인해 판재 조립체의 변형을 유발할 수 있다.
또한, 종래 기술에서는 리벳과 판재들 사이의 공차 유격으로 인해 리벳과 판재들 사이에 틈새가 생기게 되고, 그 틈새 발생으로 인한 판재 조립체의 수밀 성능 저하를 야기할 수 있다.
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 예들은 판재들과의 공차 유격으로 인해 발생되는 슬립과 누수를 방지할 수 있도록 한 블라인드 리벳을 이용한 판재 조립체를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 블라인드 리벳은, 서로 겹쳐진 판재들에 형성된 체결 홀을 통하여 상기 판재들을 일체로 체결하는 것으로서, ⅰ)리벳 헤드와, 상기 리벳 헤드에 일체로 연결되는 리벳 섕크를 가지며, 축 방향을 따라 관통 홀을 형성하고 있는 리벳 바디와, ⅱ)상기 리벳 섕크의 끝단을 지지하는 멘드렐 헤드와, 상기 멘드렐 헤드에 일체로 연결되고, 파단 홈을 통해 파단 가능하게 구비되는 멘드렐 섕크를 가지며, 상기 리벳 바디의 관통 홀에 삽입되는 멘드렐 바디를 포함하고, 상기 리벳 바디는 상기 판재를 지지하는 상기 리벳 헤드의 판재 지지 면 가장자리 부분에 전주 방향을 따라 돌출되게 형성되는 용접 돌기를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 블라인드 리벳에 있어서, 상기 리벳 헤드는 하나의 판재를 지지하며, 상기 멘드렐 헤드는 다른 하나의 판재를 지지하고, 상기 용접 돌기는 용접 전류에 의해 용융되며, 상기 리벳 헤드와 상기 하나의 판재를 일체로 접합할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 블라인드 리벳에 있어서, 상기 용접 돌기는 상기 리벳 헤드의 판재 지지 면 가장자리 부분에 삼각 단면 형상으로 돌출되게 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 블라인드 리벳에 있어서, 상기 파단 홈은 상기 리벳 바디의 내측에 위치하며, 상기 멘드렐 바디는 상기 파단 홈 측에서 상기 멘드렐 헤드 측으로 갈수록 단면 직경이 점차 커지는 멘드렐 구배를 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 블라인드 리벳에 있어서, 상기 리벳 바디는 상기 멘드렐 구배에 대응하여 상기 리벳 헤드 측에서 상기 리벳 섕크의 끝단 측으로 갈수록 내경이 점차 커지는 리벳 구배를 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 블라인드 리벳에 있어서, 상기 리벳 섕크는 상기 멘드렐 바디에 의한 소성 변형을 유도하는 적어도 하나의 변형 유도 홈을 외주 방향을 따라 형성할 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시 예에 따른 판재 조립체는, 서로 연결된 체결 홀을 가지며 상하 방향으로 겹쳐진 판재들을 상술한 바와 같은 블라인드 리벳을 이용하여 기계적으로 접합한 것으로서, ⅰ)상기 체결 홀에 배치되는 리벳 섕크와, 상기 리벳 섕크의 상단에 일체로 형성되며 상측 판재를 지지하는 리벳 헤드를 포함하는 리벳 바디와, ⅱ)상기 상측 판재와 상기 리벳 헤드 사이에 형성되며, 상기 상측 판재와 상기리벳 헤드를 일체로 용접 접합한 용접부와, ⅲ)상단에 파단 면을 형성하며 상기 리벳 섕크의 하단에서 내부로 끼워진 멘드렐 섕크와, 상기 멘드렐 섕크에 일체로 형성되며 상기 리벳 섕크의 하단 부를 통해 하측 판재를 지지하는 멘드렐 헤드를 가진 멘드렐 바디와, ⅳ)상기 리벳 섕크의 하단 부에 형성되며, 상기 멘드렐 헤드에 의해 소성 변형되어 상기 하측 판재를 지지하는 소성 변형부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 판재 조립체에 있어서, 상기 용접부는 상기 리벳 헤드의 판재 지지 면에 전주 방향을 따라 형성되며, 상기 상측 판재와 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 판재 조립체에 있어서, 상기 멘드렐 바디는 상기 파단 면에서 상기 멘드렐 헤드 측으로 갈수록 단면 직경이 점차 커지는 멘드렐 구배를 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 판재 조립체에 있어서, 상기 리벳 섕크는 상기 멘드렐 구배에 의하여 변형 유도 홈을 통해 확장 변형되어 상기 체결 홀과의 유격을 실링하는 실링부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예들은 리벳 헤드를 판재들에 용접하면서 기계적인 접합 방식으로 판재들을 접합하므로, 외력에 의한 판재들의 슬립 발생을 방지할 수 있고, 공차 유격에 의한 누수 발생을 방지할 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 블라인드 리벳을 도시한 결합 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 블라인드 리벳을 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 블라인드 리벳을 도시한 결합 단면 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 블라인드 리벳에 적용되는 리벳 바디를 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 블라인드 리벳을 판재에 체결하는 블라인드 리벳 체결 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 블라인드 리벳을 판재에 체결하는 블라인드 리벳 체결 장치의 리벳 건을 도시한 단면 구성도이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 블라인드 리벳을 블라인드 리벳 체결 장치를 이용하여 판재에 체결하는 공정을 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 블라인드 리벳을 블라인드 리벳 체결 장치를 이용하여 판재에 체결한 판재 조립체를 도시한 단면 구성도이다.
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 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 블라인드 리벳을 도시한 결합 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 블라인드 리벳을 도시한 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 블라인드 리벳을 도시한 결합 단면 구성도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 블라인드 리벳(100)은 차체 패널과 같은 차체 부품들을 조립하는 차체 부품 조립 공정에 적용될 수 있다.
여기서, 상기 차체 부품은 설정된 형상을 가진 적어도 2매의 판재(1, 2)들이 일체로 접합된 부품으로, 예를 들면, 차체용 판재류, 멤버류, 프레임류 등을 포함할 수 있다.
하지만, 본 발명의 보호범위가 반드시 차체 부품을 조립하는 것에 적용되는 것으로 이해되어서는 아니되며, 다양한 종류 및 용도의 패널 부품을 조립하는 것이라면 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다.
이하에서는 상기 판재(1, 2)들을 상하 방향으로 겹쳐 놓은 상태에서, 본 발명의 실시 예에 따른 블라인드 리벳(100)을 이용하여 판재(1, 2)들을 접합하는 예를 설명하는데, 상측에 위치하는 판재를 상측 판재(1)라고 하며, 하측에 위치하는 판재를 하측 판재(2)라고 한다.
이와 같은 상측 및 하측 판재(1, 2)들은 스틸 소재의 금속 판재일 수 있고, 알루미늄 합금 및 마그네슘 합금 등과 같은 비철 소재의 금속 판재 일 수 있다. 더 나아가, 상기 상측 판재(1)는 스틸 소재 또는 비철 소재의 금속 판재일 수 있고, 하측 판재(2)는 플라스틱 복합소재(FRP, CFRP, GFRP)의 판재일 수도 있다.
한편, 상기한 바와 같은 상측 및 하측 판재(1, 2)들은 본 발명의 실시 예에 따른 블라인드 리벳(100)을 체결하기 위해, 상하 방향을 따라 서로 연결되는 체결 홀(3)을 형성하고 있다.
본 발명의 실시 예에서는 도면을 기준으로, 블라인드 리벳(100)을 상하 방향으로 세워놓고 보았을 때를 기준으로 하여, 하기의 구성요소들을 설명하는데, 상측을 향하는 부분을 상부, 상단, 상면 및 상단부로 정의하며, 하측을 향하는 부분을 하부, 하단, 하면 및 하단부로 정의하기로 한다.
그러나, 상기와 같은 방향의 정의는 상대적인 의미로서, 판재(1, 2)들의 기준 위치, 블라인드 리벳(100)의 기준 위치, 그리고 블라인드 리벳(100)을 판재(1, 2)들에 체결하는 체결 장치의 기준 위치 등에 따라서 그 방향이 달라질 수 있으므로, 상기한 기준 방향이 본 실시 예의 기준 방향으로 반드시 한정되는 것은 아니다.
더 나아가, 하기에서의 단(일측 단, 다른 일측 단, 일단, 타단 등)은 어느 한쪽의 끝으로 정의될 수 있고, 그 끝을 포함하는 일정 부분(일측 단부, 다른 일측 단부, 일단 부, 타단 부 등)으로 정의될 수도 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 블라인드 리벳(100)은 판재(1, 2)들과의 공차 유격으로 인해 발생될 수 있는 슬립 현상을 방지할 수 있고, 공차 유격을 최소화 하여 수밀 성능을 향상시킬 수 있는 구조로 이루어진다.
이를 위해, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 블라인드 리벳(100)은 기본적으로, 리벳 바디(10)와 멘드렐 바디(30)를 포함하여 구성되며, 이를 구성 별로 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 리벳 바디(10)는 위에서 언급한 바 있는 판재(1, 2)들의 체결 홀(3)에 끼워지는 중공 형의 리벳 몸체로서, 축 방향(도면을 기준으로 상하 방향)을 따라 관통 홀(11)을 형성하고 있다. 이러한 리벳 바디(10)는 리벳 섕크(21), 리벳 헤드(23), 그리고 용접 돌기(25)를 포함하고 있다.
상기 리벳 섕크(21)는 원통 형상으로 구비되며, 판재(1, 2)들의 체결 홀(3)에 삽입되는 부분이다. 상기 리벳 섕크(21)는 뒤에서 더욱 설명될 멘드렐 바디(30)에 의해 상하 방향 및 반경 외측 방향으로 소성 변형되는데, 그 소성 변형을 유도하기 위한 적어도 하나(예를 들면, 2개 이상)의 변형 유도 홈(22)을 외주 방향을 따라 형성하고 있다.
상기 리벳 헤드(23)는 도면을 기준할 때, 리벳 섕크(21)의 상단 부분에 일체로 연결되는데, 그 상단에서 가장자리 외측으로 연장된 플랜지(flange) 형태로 구비된다.
상기 리벳 헤드(23)는 리벳 섕크(21)가 판재(1, 2)들의 체결 홀(3)에 삽입된 상태에서, 상측 판재(1)의 상면을 지지한다. 상기 리벳 헤드(23)는 상측 판재(1)의 체결 홀(3) 가장자리 상면을 지지하는 판재 지지 면(24)을 형성하고 있다.
그리고, 상기 용접 돌기(25)는 도 4에 도시된 바와 같이, 리벳 헤드(23)에서 판재 지지 면(24)의 가장자리 부분에 전주 방향을 따라 돌출되게 형성된다. 상기 용접 돌기(25)는 리벳 헤드(23)의 판재 지지 면(24) 가장자리 부분에 삼각 단면 형상으로 상하 방향을 따라 돌출되게 형성된다.
이러한 용접 돌기(25)는 용접 전류를 인가받아 전기 저항 열로서 용융되며, 리벳 헤드(23)의 판재 지지 면(24)과 상측 판재(1)의 상면을 일체로 용접 접합할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 멘드렐 바디(30)는 리벳 바디(10)의 관통 홀(11)에 삽입되는 멘드렐 몸체로서, 그 리벳 바디(10)의 하단에서 상단 측으로 관통 홀(11)에 삽입된다. 이러한 멘드렐 바디(30)는 멘드렐 섕크(31)와 멘드렐 헤드(33)를 포함하고 있다.
상기 멘드렐 섕크(31)는 못 형태로 구비되며, 상단을 통하여 리벳 바디(10)의 하단에서 상단 측으로 관통 홀(11)에 삽입되는 부분이다. 상기 멘드렐 섕크(31)의 하단 부 측에는 파단 홈(32)을 형성하고 있다. 이에 상기 멘드렐 섕크(31)는 파단 홈(32)에 의해 파단 가능하게 구비된다.
상기 멘드렐 헤드(33)는 멘드렐 섕크(31)의 하단에 일체로 연결되며, 리벳 섕크(21)의 끝단(하단)을 지지한다. 상기 멘드렐 헤드(33)는 멘드렐 섕크(31)가 상측 방향으로 잡아 당겨지게 되면, 리벳 섕크(21)의 하단 부를 상하 방향 및 반경 외측 방향으로 소성 변형시킬 수 있다.
이에 상기 멘드렐 헤드(33)는 리벳 섕크(21)의 소성 변형된 하단 부를 통해 하측 판재(2)를 지지하면서 그 하측 판재(2)와 상측 판재(1)를 일체로 접합할 수 있다.
한편, 상기 멘드렐 섕크(31)가 리벳 섕크(21)에 삽입된 상태에서, 그 멘드렐 섕크(31)의 파단 홈(32)은 리벳 섕크(21)의 내측에 위치하는데, 멘드렐 바디(30)는 파단 홈(32) 측에서 멘드렐 헤드(33) 측으로 갈수록 단면 직경이 점차 커지는 멘드렐 구배(37)를 멘드렐 섕크(31)에 형성하고 있다.
더 나아가, 상기 리벳 바디(10)는 멘드렐 섕크(31)의 멘드렐 구배(37)에 대응하여 리벳 헤드(23) 측에서 리벳 섕크(21)의 끝단 측으로 갈수록 내경이 점차 커지는 리벳 구배(27)를 리벳 섕크(21)에 형성하고 있다.
이하에서는 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시 예에 따른 블라인드 리벳(100)을 판재(1, 2)에 체결하기 위한 블라인드 리벳 체결 장치(200) 및 방법을 앞서 개시한 도면들 및 첨부한 도면들을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 블라인드 리벳을 판재에 체결하는 블라인드 리벳 체결 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 블라인드 리벳 체결 장치(200)는 상술한 바와 같이 구성되는 블라인드 리벳(100)을 서로 겹쳐진 판재(1, 2)들에 체결하며, 이들 판재(1, 2)를 일체로 접합하기 위한 것이다.
이와 같은 블라인드 리벳 체결 장치(200)는 기본적으로, 프레임(110), 지지부(210), 접지부(310), 리벳 공급부(410), 그리고 리벳 건(510)을 포함하며, 이를 구성 별로 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 프레임(110)은 이하에서 설명될 각종 구성요소를 장착하기 위한 것으로서, 하나의 프레임 또는 둘 이상으로 구획된 프레임으로 구성될 수 있다.
이러한 프레임(110)에는 각각의 구성 요소들을 지지하기 위한 브라켓, 바아, 로드 플레이트, 하우징, 케이스, 블록, 격벽, 리브, 레일, 칼라 등과 같은 각종 부속요소들을 포함할 수 있다.
그러나, 상기한 각종 부속요소들은 이하에서 설명될 각각의 구성 요소들을 프레임(110)에 설치하기 위한 것이므로, 본 발명의 실시 예에서는 예외적인 경우를 제외하고 상기한 부속요소들을 프레임(110)으로 통칭한다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 지지부(210)는 상하 방향으로 서로 겹쳐진 판재(1, 2)를 지지 및 고정하는 지그로서, 프레임(110)에 설치된다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 접지부(310)는 지지부(210)에 지지된 판재(1, 2)들 중 상측 판재(1)를 전기적으로 접지시키기 위한 것으로서, 프레임(110)에 설치된다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 리벳 공급부(410)는 상술한 바와 같은 블라인드 리벳(100)을 뒤에서 더욱 설명될 리벳 건(510)으로 공급하기 위한 것이다. 상기 리벳 공급부(410)는 블라인드 리벳(100)을 공압에 의하여 설정된 피딩 관로를 따라 리벳 건(510)으로 공급할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 리벳 건(510)은 리벳 공급부(410)로부터 공급된 블라인드 리벳(100)을 판재(1, 2)들에 용접 및 기계적인 방식으로 체결하기 위한 것이다.
상기 리벳 건(510)은 공정 작업장에 구비된 로봇(R)의 아암 선단에 설치될 수 있는데, 이에 반드시 한정되지 않고, 프레임(110) 상에서 전후, 좌우 및 상하 방향으로 이동하는 이동 장치에 설치될 수도 있다.
여기서, 상기 리벳 건(510)은 블라인드 리벳(100)을 제공받아 리벳 섕크(21)를 판재(1, 2)들의 체결 홀(3)에 삽입하며, 리벳 헤드(23)를 가압하고, 리벳 헤드(23)에 용접 전류를 인가하며, 리벳 헤드(23)를 상측 판재(1)에 용접할 수 있다.
그리고, 상기 리벳 건(510)은 블라인드 리벳(100)의 멘드렐 섕크(31)를 잡아당겨 파단하며, 멘드렐 헤드(33)에 의해 소성 변형되는 리벳 섕크(21)의 하단 부들 통해 하측 판재(2)와 상측 판재(1)를 일체로 접합할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 블라인드 리벳을 판재에 체결하는 블라인드 리벳 체결 장치의 리벳 건을 도시한 단면 구성도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 의한 상기 리벳 건(510)은 기본적으로, 건 프레임(511), 용접 전극부(531), 멘드렐 홀더(551), 그리고 리프터(571)를 포함하고 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 건 프레임(511)은 로봇(R)의 아암 선단에 고정되게 설치된다. 상기 건 프레임(511)은 로봇(R)의 티칭된 로봇 동작에 의해 설정된 방향을 따라 설정된 위치로 이동될 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 용접 전극부(531)는 블라인드 리벳(100)의 멘드렐 바디(30)가 끼워진 상태로 판재(1, 2)들의 체결 홀(3)에 삽입된 리벳 바디(10)의 리벳 헤드(23)를 가압하고, 그 리벳 헤드(23)에 용접 전류를 인가하기 위한 것이다.
상기 용접 전극부(531)는 건 프레임(511)에 정치 식으로 고정되게 설치되어 로봇(R)의 로봇 동작에 의해 상하 방향으로 이동될 수 있고, 공지 기술의 구동원 및 가이드 구조를 통하여 건 프레임(511)에 상하 방향으로 이동 가능하게 설치될 수도 있다.
이러한 용접 전극부(531)는 내부에 수용 공간을 형성하며, 블라인드 리벳(100)의 멘드렐 섕크(31)가 하측에서 상측으로 삽입될 수 있는 섕크 결합 홀(533)을 하단에 형성하고 있다.
그리고, 상기 용접 전극부(531)는 하단 면에서의 섕크 결합 홀(533) 가장자리 부분에 링 형상의 전극 팁(535)를 일체로 형성하고 있다. 상기 전극 팁(535)은 리벳 헤드(23)를 가압하며, 그 리벳 헤드(23)에 용접 전류를 인가할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 멘드렐 홀더(551)는 용접 전극부(531)의 섕크 결합 홀(533)을 통해 그 용접 전극부(531)의 내부로 관통한 멘드렐 섕크(31)를 그리핑 하기 위한 것이다.
상기 멘드렐 홀더(551)는 용접 전극부(531)의 내부에 상하 방향으로 이동 가능하게 설치된다. 더 나아가, 상기 멘드렐 홀더(551)는 멘드렐 섕크(31)를 그리핑 하기 위해 서로 이격되면서 수평 방향을 따라 가까워지거나 멀어지는 방향으로 이동되는 복수 개의 홀딩부(553)들을 포함하고 있다.
여기서, 상기 홀딩부(553)들은 건 프레임(511)에 설치된 공지 기술의 가이드 구조체(예를 들면, 가이드 레일 등)(도면에 도시되지 않음)에 의해 상하 방향으로 왕복 이동될 수 있다.
그리고, 상기 홀딩부(553)들은 건 프레임(511)에 설치된 공지 기술의 제1 구동원(예를 들면, 서보 모터 또는 작동 실린더)(도면에 도시되지 않음)에 의해 수평 방향으로 왕복 이동될 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 리프터(571)는 용접 전극부(531)의 내부에서 멘드렐 섕크(31)를 그리핑 하고 있는 멘드렐 홀더(551)를 상측 방향으로 리프팅 시키기 위한 것이다.
상기 리프터(571)는 용접 전극부(531)의 내부에서 멘드렐 홀더(551)를 내측에 두고 상하 방향으로 이동 가능하게 설치된다. 이러한 리프터(571)는 건 프레임(511)에 설치된 공지 기술의 제2 구동원(예를 들면, 서보 모터 또는 작동 실린더)(도면에 도시되지 않음)에 의해 상하 방향으로 왕복 이동될 수 있다.
나아가, 상기한 바와 같은 리프터(571)의 하단에는 멘드릴 홀더(551)의 하단을 지지하는 가압 단(573)을 형성하고 있다. 그리고, 상기한 멘드렐 홀더(551)의 하단에는 리프터(571)의 가압 단(573)을 지지하는 지지 단(555)을 형성하고 있다.
더 나아가, 상기한 바와 같은 멘드렐 홀더(551)는 용접 전극부(531)가 리벳 헤드(23)를 가압한 상태에서, 멘드렐 섕크(31)를 그리핑 하고, 리프터(571)에 의해 상측 방향으로 이동되면서 멘드렐 섕크(31)를 파단 홈(32: 도 3 참조)을 통해 파단시킬 수 있다.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시 예에 따른 블라인드 리벳 체결 장치(200)를 이용하여 블라인드 리벳(100)을 판재(1, 2)들에 체결하며 그 판재(1, 2)들을 일체로 접합하는 방법을 앞서 개시한 도면들 및 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 블라인드 리벳을 블라인드 리벳 체결 장치를 이용하여 판재에 체결하는 공정을 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 우선 본 발명의 실시 예에서는 서로 연결되는 체결 홀(3)을 가지며, 상하 방향으로 서로 겹쳐지는 상측 판재(1)와 하측 판재(2)를 제공한다. 이 후, 본 발명의 실시 예에서는 서로 겹쳐진 판재(1, 2)들을 프레임(110) 상의 지지부(210)에 고정한다.
그리고 나서, 본 발명의 실시 예에서는 리벳 공급부(410)를 통하여 블라인드 리벳(100)을 리벳 건(510)으로 공급한다.
여기서, 상기 블라인드 리벳(100)에서 멘드렐 바디(30)의 멘드렐 섕크(31)는 파단 홈(32)을 형성하고 있으며, 리벳 바디(10)에서 관통 홀(11)을 통해 리벳 섕크(21)에 삽입/관통된 상태에 있다. 그리고 상기 멘드렐 바디(30)의 멘드렐 헤드(33)는 리벳 섕크(21)의 하단을 지지하고 있다.
또한, 상기 리벳 바디(10)에서 리벳 헤드(23)의 판재 지지 면(24) 가장자리 부분에는 용접 돌기(25)가 전주 방향을 따라 형성되어 있고, 리벳 섕크(21)의 외주 면에는 복수 개의 변형 유도 홈(22)이 형성되어 있다.
더 나아가, 상기 리벳 섕크(21)는 리벳 구배(27)를 형성하고 있으며, 멘드렐 섕크(31)는 멘드렐 구배(37)를 형성하고 있다.
한편, 상기와 같이 블라인드 리벳(100)이 리벳 건(510)으로 공급되면, 본 발명의 실시 예에서는 상기 블라인드 리벳(100)의 멘드렐 섕크(31)를 섕크 결합 홀(533)을 통해 용접 전극부(531)의 내부로 삽입하고 그 용접 전극부(531)의 내부에서 멘드렐 홀더(551)의 홀딩부(553)들을 통해 멘드렐 섕크(31)를 그리핑 한다. 이때, 상기 리벳 바디(10)의 리벳 헤드(23)는 용접 전극부(531)의 하단 측에서 전극 팁(535)에 접촉된 상태에 있다.
이와 같은 상태에서, 본 발명의 실시 예에서는 도 8에 도시된 바와 같이, 리벳 건(510)의 용접 전극부(531)를 로봇(R)의 로봇 동작에 의해 하측 방향으로 이동시키거나 별도의 구동원을 통하여 하측 방향으로 이동시키며, 블라인드 리벳(100)의 리벳 섕크(21)를 판재(1, 2)들의 체결 홀(3)에 삽입한다.
그리고 나서, 본 발명의 실시 예에서는 접지부(310)를 통하여 상측 판재(1)를 전기적으로 접지시키며, 용접 전극부(531)의 전극 팁(535)을 통해 리벳 바디(10)의 리벳 헤드(23)를 가압한다. 이때, 상기 리벳 헤드(23)의 용접 돌기(25)는 판재 지지 면(24)을 통해 상측 판재(1)의 상면에 밀착된다.
다음으로, 본 발명의 실시 예에서는 용접 전극부(531)에 전원을 공급하게 되면, 그 용접 전극부(531)의 전극 팁(535)을 통해 용접 전류를 리벳 헤드(23)에 인가한다.
이에 본 발명의 실시 예에서는 용접 전극부(531)의 전극 팁(535)을 통해 리벳 헤드(23)를 가압하며 용접 전류를 인가함에 따라, 전기 저항 열로서 리벳 헤드(23)의 용접 돌기(25)를 용융시키며, 그 리벳 헤드(23)를 상측 판재(1)에 프로젝션 용접을 하게 된다.
상기와 같이 리벳 헤드(23)를 상측 판재(1)에 프로젝션 용접한 상태에서, 본 발명의 실시 예에서는 도 9에 도시된 바와 같이, 용접 전극부(531)의 내부에서 리프터(571)를 상측 방향으로 이동시킨다.
그러면, 상기 리프터(571)는 가압 단(573)을 통해 멘드렐 홀더(551)의 지지 단(555)을 지지하고 있는 상태에서, 멘드렐 섕크(31)를 그리핑 하고 있는 멘드렐 홀더(551)의 홀딩부(553)를 상측 방향으로 이동시킨다.
이에 따라, 본 발명의 실시 예에서는 용접 전극부(531)를 통해 리벳 헤드(23)를 가압하고, 멘드렐 홀더(551)를 통해 멘드렐 섕크(31)를 그리핑 하고 있는 상태에서, 리프터(571)를 통해 멘드렐 홀더(551)를 상측 방향으로 이동시키게 되면, 멘드렐 홀더(551)를 통해 멘드렐 섕크(31)를 상측 방향으로 잡아 당기게 된다.
이 과정에, 본 발명의 실시 예에서는 멘드렐 헤드(33)를 통해 리벳 섕크(21)의 하단 부를 상측 방향 및 반경 외측 방향으로 소성 변형시키며, 그 소성 변형된 부분을 통하여 하측 판재(2)와 상측 판재(1)를 접합하고, 파단 홈(32: 도 7 참조)을 통해 멘드렐 섕크(31)를 파단시킨다.
여기서, 상기한 리벳 섕크(21)의 외주 면에 복수 개의 변형 유도 홈(22: 도 7 참조)을 형성하고, 리벳 섕크(21)에 리벳 구배(27: 도 7 참조)를 형성하며, 멘드렐 섕크(31)에 멘드렐 구배(37)를 형성하고 있기 때문에, 멘드렐 헤드(33)를 통한 리벳 섕크(21) 하단부의 소성 변형량을 상측 방향 및 반경 외측 방향으로 극대화시킬 수 있다.
다음으로, 본 발명의 실시 예에서는 용접 전극부(531)를 상측 방향으로 이동시키고, 멘드렐 홀더(551)를 통해 멘드렐 섕크(31)의 그리핑을 해제하며, 그 멘드렐 홀더(551)와 리프터(571)를 원 위치로 복귀시킨다. 그러면, 본 발명의 실시 예에서는 상기와 같이 파단된 멘드렐 섕크(31)가 리벳 건(510)으로부터 제거되면서 도 10에서와 같은 판재 접합체(700)의 조립이 완료된다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 블라인드 리벳을 블라인드 리벳 체결 장치를 이용하여 판재에 체결한 판재 조립체를 도시한 단면 구성도이다.
도 10을 참조하면, 상술한 바와 같은 일련의 과정을 통해 조립된 본 발명의 실시 예에 따른 판재 조립체(700)는 리벳 바디(10), 용접부(711), 멘드렐 바디(30), 소성 변형부(731), 그리고 실링부(751)를 포함하고 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 리벳 바디(10)는 판재(1, 2)들의 체결 홀(3)에 배치되는 리벳 섕크(21)와, 리벳 섕크(21)의 상단에 일체로 연결되면서 상측 판재(1)를 지지하는 리벳 헤드(23)를 포함하고 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 용접부(711)는 상측 판재(1)와 리벳 헤드(23) 사이에 형성된다. 상기 용접부(711)는 전기 저항 열에 의해 리벳 헤드(23)의 용접 돌기(25)가 용융되면서 상측 판재(1)와 일체로 용접된 부분으로, 리벳 헤드(23)의 판재 지지 면(24)에 전주 방향을 따라 형성되며, 상측 판재(1)와 일체로 연결된다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 멘드렐 바디(30)는 리벳 섕크(21)의 하단에서 내부로 끼워진 멘드렐 섕크(31)를 포함하고 있다. 상기 멘드렐 섕크(31)는 리벳 섕크(21)의 내측에서 상단에 파단 면(721)을 형성하고 있다.
그리고, 상기 멘드렐 바디(30)는 멘드렐 섕크(21)의 하단에 일체로 연결되면서 리벳 섕크(21)의 하단 부를 통해 하측 판재(2)를 지지하는 멘드렐 헤드(33)를 포함하고 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 소성 변형부(731)는 멘드렐 헤드(33)에 의해 소성 변형된 리벳 섕크(21)의 하단 부로서, 하측 판재(2)를 지지하며 그 하측 판재(2)와 상측 판재(1)를 일체로 접합한다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 실링부(751)는 멘드릴 헤드(33)에 의하여 판재(1, 2)들의 체결 홀(3) 내측에서 리벳 섕크(21)가 상하 방향 및 반경 외측 방향으로 확장 변형된 부분으로, 리벳 섕크(21)와 체결 홀(3)과의 유격을 실링한다.
여기서, 상기 실링부(751)는 리벳 섕크(21)의 변형 유도 홈(22: 도 7 참조), 리벳 섕크(21)의 리벳 구배(27: 도 7 참조), 그리고 멘드렐 섕크(31)의 멘드렐 구배(37)에 의해 리벳 섕크(21)의 소성 변형량이 상측 방향 및 반경 외측 방향으로 증대되면서 리벳 섕크(21)와 체결 홀(3)과의 유격을 실링할 수 있다.
지금까지 설명한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 의하면, 블라인드 리벳(100)을 판재(1, 2)들에 용접하면서 그 블라인드 리벳(100)을 통해 기계적인 접합 방식으로 판재(1, 2)들을 접합할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시 예에서는 용접 돌기(25)를 통하여 리벳 헤드(23)와 상측 판재(1)를 프로젝션 용접한 용접부(711)를 형성함에 따라, 판재(1, 2)들을 통해 블라인드 리벳(100)에 전단 방향의 하중이 가해지더라도 블라인드 리벳(100)과 판재(1, 2)들 사이의 공차 유격에 의해 블라인드 리벳(100)과 판재(1, 2)들 간에 슬립이 발생하지 않게 되고, 그 슬립으로 인한 판재 조립체(700)의 변형을 방지할 수 있다.
더 나아가, 본 발명의 실시 예에서는 리벳 섕크(21)와 판재(1, 2)들의 체결 홀(3) 사이를 실링하는 실링부(751)를 형성함에 따라, 블라인드 리벳(100)과 판재(1, 2)들 사이의 공차 유격을 통한 누수를 방지할 수 있으며, 결과적으로는 판재 조립체(700)의 수밀 성능을 더욱 향상시킬 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: 상측 판재 2: 하측 판재
3: 체결 홀 10: 리벳 바디
11: 관통 홀 21: 리벳 섕크
22: 변형 유도 홈 23: 리벳 헤드
24: 판재 지지 면 25: 용접 돌기
27: 리벳 구배 30: 멘드렐 바디
31: 멘드렐 섕크 32: 파단 홈
33: 멘드렐 헤드 37: 멘드렐 구배
100: 블라인드 리벳 200: 블라인드 리벳 체결 장치
110: 프레임 210: 지지부
310: 접지부 410: 리벳 공급부
510: 리벳 건 511: 건 프레임
531: 용접 전극부 533: 섕크 결합 홀
535: 전극 팁 551: 멘드렐 홀더
553: 홀딩부 555: 지지 단
571: 리프터 573: 가압 단
700: 판재 조립체 711: 용접부
721: 파단 면 731: 소성 변형부
751: 실링부 R: 로봇

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  7. 서로 연결된 체결 홀을 가지며 상하 방향으로 겹쳐진 판재들을 블라인드 리벳을 이용하여 기계적으로 접합한 판재 조립체로서,
    상기 체결 홀에 배치되는 리벳 섕크와, 상기 리벳 섕크의 상단에 일체로 형성되며 상측 판재를 지지하는 리벳 헤드를 포함하는 리벳 바디;
    상기 상측 판재와 상기 리벳 헤드 사이에 형성되며, 상기 상측 판재와 상기리벳 헤드를 일체로 용접 접합한 용접부;
    상단에 파단 면을 형성하며 상기 리벳 섕크의 하단에서 내부로 끼워진 멘드렐 섕크와, 상기 멘드렐 섕크에 일체로 형성되며 상기 리벳 섕크의 하단 부를 통해 하측 판재를 지지하는 멘드렐 헤드를 가진 멘드렐 바디; 및
    상기 리벳 섕크의 하단 부에 형성되며, 상기 멘드렐 헤드에 의해 소성 변형되어 상기 하측 판재를 지지하는 소성 변형부;를 포함하며,
    상기 용접부는 상기 리벳 헤드의 판재 지지 면에 전주 방향을 따라 형성되고, 상기 상측 판재와 연결되며,
    상기 멘드렐 바디는 상기 파단 면에서 상기 멘드렐 헤드 측으로 갈수록 단면 직경이 점차 커지는 멘드렐 구배를 형성하고,
    상기 리벳 섕크는 상기 멘드렐 구배에 의하여 변형 유도 홈을 통해 확장 변형되어 상기 체결 홀과의 유격을 실링하는 실링부를 포함하며,
    상기 용접부는 리벳 건에 의하여 형성되되,
    상기 리벳 건은, 판재 지지 면에 용접 돌기를 형성하고 있는 상기 리벳 헤드를 가압하고, 상기 리벳 헤드에 용접 전류를 인가하는 용접 전극부와, 상기 용접 전극부의 내부에 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되며, 상기 용접 전극부의 하단을 통해 내부로 관통한 상기 멘드렐 섕크를 그리핑 하는 멘드렐 홀더와, 상기 용접 전극부의 내부에서 상기 멘드렐 홀더를 내측에 두고 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되며, 상기 멘드렐 홀더를 상측 방향으로 리프팅 시키는 리프터를 포함하고,
    상기 용접 전극부는 하단 면에서의 섕크 결합 홀 가장자리 부분에 링 형상의 전극 팁를 일체로 형성하며, 상기 멘드렐 홀더는 상기 멘드렐 섕크를 그리핑 하기 위해 서로 이격되면서 수평 방향을 따라 가까워지거나 멀어지는 방향으로 이동되는 복수 개의 홀딩부들을 포함하고, 상기 리프터의 하단에는 상기 멘드렐 홀더의 하단을 지지하는 가압 단을 형성하며, 상기 멘드렐 홀더의 하단에는 상기 가압 단을 지지하는 지지 단을 형성하는 판재 조립체.
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