KR20150016731A - 셀프 피어싱 리벳 장치 - Google Patents

Abstract

셀프 피어싱 리벳 장치가 개시된다. 개시된 셀프 피어싱 리벳 장치는 프레임과, 프레임에 설치되는 리벳 세팅 툴과, 리벳 세팅 툴에 대응하여 프레임에 설치되는 엔빌 다이를 포함하며, 리벳 세팅 툴과 엔빌 다이 사이에 위치하는 접합 대상물을 셀프 피어싱 리벳으로서 리벳팅 접합하는 것으로서, 리벳 세팅 툴은 가압원과, 셀프 피어싱 리벳을 펀칭하기 위한 펀치 로드를 포함하며 가압원에 의해 가압되는 펀치부와, 펀치부와 연결되며 접합 대상물을 클램핑하고 셀프 피어싱 리벳이 세팅되며 그 세팅 부위로 펀치 로드가 삽입되는 홀더부와, 펀치부와 홀더부 사이에 개재되고, 펀치부에 의해 탄성적으로 압축되며 그 압축력을 홀더부에 인가하는 탄성 변형부를 포함하며, 펀치 로드는 셀프 피어싱 리벳 사이에 탄성 변형부의 압축 변형량 만큼의 갭을 두고 상기 홀더부에 삽입될 수 있다.

Description

셀프 피어싱 리벳 장치 {SELF PIERCING RIVET DEVICE}

본 발명의 실시 예는 셀프 피어싱 리벳 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 두 장 이상의 접합 대상물을 셀프 피어싱 리벳을 통해 접합할 수 있는 셀프 피어싱 리벳 장치에 관한 것이다.

자동차 산업에서는 환경 문제에 따른 연비의 향상을 위해 알루미늄 합금과 플라스틱 재료 등의 사용을 통하여 차체의 경량화를 도모하고 있다. 이를 위해 자동차 업계에서는 차체 조립을 위한 통상적인 스폿 용접을 교체할 수 있는 접합 방법에 대한 고찰이 이루어지고 있다.

최근에 들어서는 이와 같은 기대에 맞는 접합 방식으로서 셀프 피어싱 리벳 시스템(self piercing rivet system)을 이용한 셀프 피어싱 리벳 접합 방식을 채택하고 있다.

셀프 피어싱 리벳 접합 방식은, 접합 대상물에 리벳 접합용 구멍을 가공하고 그 구멍에 리벳을 삽입 후 리벳을 성형하여 접합 대상물을 접합하는 기존의 리벳팅 방식과 달리, 구멍을 가공하지 않고 유압 또는 공압으로 리벳을 접합 대상물에 압입하여 리벳을 소성 변형시킴으로써 접합 대상물을 접합하는 방식이다.

상기에서와 같은 셀프 피어싱 리벳 접합 방식에서는 예컨대, 금속 시트재와 같은 상,하판의 접합 대상물을 체결하기 위해 헤드와, 부분적으로 속이 빈 원통형 섕크(shank)로 이루어진 셀프 피어싱 리벳을 사용한다.

한편, 셀프 피어싱 리벳 시스템은 리벳 세팅 툴과 엔빌 다이를 구비한다. 여기서, 셀프 피어싱 리벳은 리벳 세팅 툴에 공급된 상태로 엔빌 다이에 지지된 상,하판의 접합 대상물 내로 리벳 세팅 툴에 의해 삽입된다.

예를 들면, 셀프 피어싱 리벳 시스템은 상,하판의 접합 대상물을 리벳 세팅 툴과 엔빌 다이 사이에 위치시킨 상태에서, 리벳 세팅 툴을 통해 리벳을 가압하면, 리벳이 상판을 관통하여 하판으로 침투되고, 리벳의 선단이 엔빌의 성형골을 따라서 반지름 방향으로 확장 변형되면서 접합 대상물을 일체로 접합하게 된다.

이와 같은 셀프 피어싱 리벳 시스템을 이용한 접합 기술은 스폿 용접이 용이하지 않은 알루미늄 차체와 같은 부품을 접합하기 위해 사용될 수 있다.

또한, 셀프 피어싱 리벳 시스템을 이용한 접합 기술은 생산라인에서 용이하게 자동화될 수 있는 우수한 강도 및 피로 특성의 조인트를 생성할 뿐만 아니라, 리벳 주위의 시트재 뒤틀림(distortion)이 거의 발생하지 않는 잇점이 있다.

여기서, 셀프 피어싱 리벳 시스템은 리벳 세팅 툴과 엔빌 다이 사이에 접합 대상물을 세팅하고, 그 리벳 세팅 툴의 가압력으로서 접합 대상물을 클램핑 함과 동시에 별도의 펀치를 통해 리벳을 가압하게 된다.

즉, 셀프 피어싱 리벳 시스템은 리벳 세팅 툴이 가압력에 의해 접합 대상물에 밀착됨과 동시에 그 가압력으로 펀치를 구동시키며 리벳을 접합 대상물에 압입시키게 된다.

그런데, 이와 같은 셀프 피어싱 리벳 시스템은 리벳 세팅 툴이 가압력에 의해 접합 대상물에 밀착됨과 동시에 그 가압력으로 펀치를 통해 리벳을 가압하므로, 리벳이 접합 대상물을 피어싱하며 접합하는 때, 리벳 세팅 툴에 작용하는 가압력 만으로는 접합 대상물을 충분히 잡아주지 못하게 된다.

이로 인해 접합 대상물의 상,하판 가장자리 부분이 그 접합 대상물의 리벳팅 지점으로 미끌려 들어가게 되는 바, 종래 기술의 셀프 피어싱 리벳 시스템은 접합 대상물의 리벳팅 접합 시 상,하판 가장자리 부분의 변형을 야기시키는 등 접합 대상물의 만족스러운 접합 성능을 구현하지 못하고 있는 실정이다.

한편, 셀프 피어싱 리벳 시스템에서 접합 대상물을 지지하면서 그 접합 대상물의 상판을 관통하여 하판으로 침투되는 리벳의 선단을 지지하는 엔빌 다이는 대개 스틸 소재로 이루어지고, 리벳의 선단을 변형시키며 하판의 변형 부위를 지지하는 성형골(캐비티)을 형성하고 있다.

그런데, 엔빌 다이는 스틸 소재로 이루어져 있기 때문에, 접합 대상물의 상,하판 중 하판이 알루미늄 등과 같이 연신율이 작은 소재인 경우, 성형골에서 하판의 변형 부위에 대한 저항이 증가하게 되므로, 리벳의 선단에 의해 하판의 변형 부위를 파손시키거나 그 변형 부위에 크랙을 발생시킬 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 리벳이 접합 대상물을 피어싱하며 접합하기 전에 접합 대상물에 가압력을 충분히 부여하여 접합 대상물을 견고하게 고정시킬 수 있도록 한 셀프 피어싱 리벳 장치를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명의 실시 예들은 접합 대상물의 리벳팅 접합 시, 하판의 변형 부위에 대한 저항을 감소시켜 그 변형 부위의 크랙 발생 또는 파손을 방지할 수 있도록 한 엔빌 다이가 구비된 셀프 피어싱 리벳 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳 장치는 프레임과, 상기 프레임에 설치되는 리벳 세팅 툴과, 상기 리벳 세팅 툴에 대응하여 상기 프레임에 설치되는 엔빌 다이를 포함하며, 상기 리벳 세팅 툴과 엔빌 다이 사이에 위치하는 접합 대상물을 셀프 피어싱 리벳으로서 리벳팅 접합하는 것으로서, 상기 리벳 세팅 툴은 가압원과, 상기 셀프 피어싱 리벳을 펀칭하기 위한 펀치 로드를 포함하며 상기 가압원에 의해 가압되는 펀치부와, 상기 펀치부와 연결되며 접합 대상물을 클램핑하고 상기 셀프 피어싱 리벳이 세팅되며 그 세팅 부위로 상기 펀치 로드가 삽입되는 홀더부와, 상기 펀치부와 홀더부 사이에 개재되고, 상기 펀치부에 의해 탄성적으로 압축되며 그 압축력을 상기 홀더부에 인가하는 탄성 변형부를 포함하며, 상기 펀치 로드는 상기 셀프 피어싱 리벳 사이에 상기 탄성 변형부의 압축 변형량 만큼의 갭을 두고 상기 홀더부에 삽입될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 리벳 장치에 있어서, 상기 탄성 변형부는 상기 펀치 로드가 관통하는 관통공을 지닌 우레탄 소재의 탄성 블록을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 리벳 장치에 있어서, 상기 펀치부는 상기 펀치 로드의 일측 단부를 지지하는 펀치 플레이트와, 상기 펀치 플레이트에 결합되며 상기 펀치 로드를 고정하는 고정 플레이트를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 리벳 장치에 있어서, 상기 펀치 플레이트에는 상기 펀치 로드의 일측 단부를 지지하는 지지홀이 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 리벳 장치에 있어서, 상기 펀치 로드는 일측 단부가 상기 지지홀에 지지된 상태로 상기 탄성 변형부를 관통하며, 이의 다른 일측 단부가 상기 홀더부에 삽입될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 리벳 장치에 있어서, 상기 홀더부는 복수 개의 가이드 로드들을 통해 상기 펀치 플레이트와 연결되는 홀딩 플레이를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 리벳 장치에 있어서, 상기 홀딩 플레이트에는 상기 펀치 로드의 다른 일측 단부가 삽입되고, 상기 셀프 피어싱 리벳이 세팅되는 세팅홀이 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 리벳 장치에 있어서, 상기 탄성 변형부는 상기 펀치 로드가 관통하는 관통공 및 상기 가이드 로드가 관통하는 가이드공을 지닌 우레탄 소재의 탄성 블록을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 리벳 장치에 있어서, 상기 펀치부는 상기 지지홀에 설치되며, 상기 펀치 로드를 지지하는 부싱을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 리벳 장치에 있어서, 상기 부싱은 상기 펀치 로드가 삽입 가능한 원통 형상으로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 리벳 장치에 있어서, 상기 부싱의 일측 단부에는 상기 지지홀에 지지되는 제1 걸림단이 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 리벳 장치에 있어서, 상기 홀딩 플레이트에는 상기 세팅홀과 연결되며, 상기 부싱의 다른 일측 단부를 지지하는 지지홈이 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 리벳 장치에 있어서, 상기 펀치 로드의 일측 단부에는 상기 제1 걸림단에 지지되는 제2 걸림단이 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 리벳 장치에 있어서, 상기 엔빌 다이는 상기 접합 대상물의 리벳팅 부위를 지지하는 우레탄 소재의 다이 블록과, 상기 다이 블록을 고정하며 상기 프레임에 설치되는 고정부재를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 리벳 장치에 있어서, 상기 다이 블록은 상기 리벳팅 부위를 지지하는 면이 평평한 면으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시 예는 리벳이 접합 대상물을 피어싱하며 접합하기 전, 탄성 변형부를 통해 가압원의 가압력을 접합 대상물에 충분히 제공하여 접합 대상물의 상,하판을 견고하게 고정시킬 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시 예에서는 접합 대상물의 상,하판 가장자리 부분이 그 접합 대상물의 리벳팅 지점으로 미끌려 들어가는 것을 방지할 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 실시 예에서는 셀프 피어싱 리벳을 통한 접합 대상물의 리벳팅 접합 시 상,하판 가장자리 부분의 변형을 방지하는 등 셀프 피어싱 장치의 접합 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에서는 엔빌 다이로서 우레탄 소재의 다이 블록을 채용하므로, 다이 블록을 통해 하판의 변형 부위에 대한 저항을 감소시킴으로써 하판의 변형 부위에 크랙이 발생하거나 그 변형 부위가 파손되는 것을 방지할 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳 장치는, 프레임과, 상기 프레임에 설치되는 리벳 세팅 툴과, 상기 리벳 세팅 툴에 대응하여 상기 프레임에 설치되는 엔빌 다이를 포함하며, 상기 리벳 세팅 툴과 엔빌 다이 사이에 위치하는 접합 대상물을 셀프 피어싱 리벳으로서 리벳팅 접합하는 것으로서, 상기 엔빌 다이는 상기 접합 대상물의 리벳팅 부위를 지지하는 우레탄 소재의 다이 블록과, 상기 다이 블록을 고정하며 상기 프레임에 설치되는 고정부재를 포함할 수 있다.

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 셀프 피어싱 리벳 장치를 도시한 단면 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳 장치에 적용되는 리벳 세팅 툴을 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳 장치의 작동을 설명하기 위한 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 "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 "...유닛", "...수단", "...부", "...부재" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.

우선, 본 발명의 실시 예들은 가압력을 발생시키는 가압수단과, 그 가압수단의 가압력을 지지하는 지지수단이 하나의 프레임에 구비되며, 가압수단의 가압력에 의해 작동하는 툴을 이용하여 각종 금속 소재 등을 가공 및 성형하고, 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.

본 발명의 실시 예에서는 리벳을 이용하여 금속 소재 등의 접합 대상물을 접합하는 툴링 시스템으로서, SPR 시스템(Self Piercing Rivet System)이라고 하는 셀프 피어싱 리벳 장치를 예로 하여 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳 장치를 도시한 단면 구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳 장치에 적용되는 리벳 세팅 툴을 도시한 분해 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳 장치(100)는 접합 대상물인 상,하판(1, 2)의 금속 시트재를 일체로 리벳팅 결합(접합)하기 위한 것이다.

이하에서는 상기 셀프 피어싱 리벳 장치(100)를 상하 방향으로 세워 놓고 보았을 때를 기준으로 하여 하기의 구성요소들을 설명하는데, 상측을 향하는 면을 상부면으로 정의할 수 있고, 하측을 향하는 면을 하부면 또는 저면으로 정의할 수 있다.

상기와 같은 방향의 정의는 상대적인 의미로서, 셀프 피어싱 리벳 장치(100)의 기준 위치 및 리벳팅 방향 등에 따라서 그 방향이 달라질 수 있으므로, 상기한 기준 방향이 본 실시 예의 기준 방향으로 반드시 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 리벳 장치(100)는 서로 겹쳐진 접합 대상물의 상,하판(1, 2)에 셀프 피어싱 리벳(R)을 일정 압력으로 압입시킴으로써 접합 대상물과 셀프 피어싱 리벳(R)의 소성 변형으로 그 접합 대상물의 상,하판(1, 2)을 일체로 접합할 수 있는 구성으로 이루어진다.

여기서, 상기 접합 대상물은 알루미늄 시트, 강판(고장력 강판 포함) 등의 금속 시트재를 포함할 수 있고, 플라스틱, 고무 등과 같은 비금속 재질을 포함할 수도 있다. 또한, 상기 접합 대상물은 서로 동일한 동종 재질의 판재를 포함할 수 있고, 서로 다른 이종 재질의 판재를 포함할 수도 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 리벳 장치(100)는 셀프 피어싱 리벳(R)(이하에서는 편의 상 "리벳" 이라고 한다)이 접합 대상물을 피어싱하며 접합하기 전 접합 대상물에 가압수단의 가압력을 충분히 제공하여 상,하판(1, 2)의 접합 대상물을 견고하게 고정시킬 수 있는 구조로 이루어진다.

또한, 본 발명의 실시 예는 접합 대상물의 상,하판(1, 2) 중 하판(2)이 알루미늄 등과 같이 연신율이 작은 소재인 경우, 접합 대상물의 리벳팅 접합 시, 하판(2)의 변형 부위에 대한 저항을 감소시켜 그 변형 부위의 크랙 발생 또는 파손을 방지할 수 있도록 한 셀프 피어싱 리벳 장치(100)를 제공한다.

이를 위해 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 리벳 장치(100)는 기본적으로 프레임(10), 리벳 세팅 툴(20) 및 엔빌 다이(80)을 포함하며, 이를 구성 별로 설명하면 다음과 같다.

이하에서 설명되는 각종 구성 요소는 프레임(10)에 모두 구성되는 바, 이러한 프레임(10)은 상기한 구성 요소들을 지지하기 위한 각종 칼라, 브라켓, 지지 블록 등과 같은 부속 요소들을 구비할 수 있다.

그러나, 상기한 부속 요소들은 각종 구성 요소를 지지하기 위한 것이므로, 본 발명의 실시 예에서는 예외적인 경우를 제외하고 상기한 부속 요소들을 프레임(10)으로 통칭하는 것을 원칙으로 한다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 프레임(10)은 로봇의 아암 선단에 장착된 상태로 로봇의 거동에 따라 다양한 위치의 접합 대상물로 이동될 수 있으며, 로봇의 아암에 의해 설정된 각도로 회전될 수 있다.

예를 들면, 상기 프레임(10)은 서로 마주하는 각각의 자유 단부를 지니며 C형의 골격을 이루는데, 당 업계에서는 통상적으로 "C-프레임" 또는 "C형 프레임"이라고도 한다.

대안으로서, 상기 프레임(10)은 로봇의 아암에 장착되는 것에 반드시 한정되지 않고, 상부 다이 및 하부 다이를 포함하는 프레스 타입의 프레임으로 이루어질 수도 있다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 리벳 세팅 툴(20)은 상,하판(1, 2)의 접합 대상물을 접합하기 위한 리벳(R)이 세팅되는 부위로, 소정의 가압력을 발생시키며 그 가압력을 접합 대상물과 리벳(R)에 인가하기 위한 것이다.

여기서, 리벳 세팅 툴(20)은 프레임(10)에 설치되며, 더 나아가 프레임(10)에 구비된 원통형 하우징(11)에 설치될 수 있다. 이러한 리벳 세팅 툴(20)은 가압원(30), 펀치부(40), 홀더부(60) 및 탄성 변형부(70)를 포함한다.

상기 가압원(30)은 뒤에서 설명될 펀치부(40), 홀더부(60) 및 탄성 변형부(70)의 결합체를 하우징(11)에 대해 왕복 이동시키는 구동원으로서, 공압식, 유압식 또는 전기식 구동에 의해 작동력을 발생시키는 작동 실린더, 리니어 모터 등을 포함할 수 있다.

상기 펀치부(40)는 가압원(30)에 의해 가압되는 부분으로, 펀치 플레이트(41), 부싱(43), 펀치 로드(45) 및 고정 플레이트(47)를 포함한다.

상기 펀치 플레이트(41)는 뒤에서 더욱 설명될 부싱(43)을 지지하는 지지홀(42)을 중앙에 형성하고 있다. 지지홀(42)은 부싱(43)을 삽입하도록 펀치 플레이트(41)의 상면에서 하면으로 관통된다. 그리고 펀치 플레이트(41)의 상면에는 지지홀(42) 보다 큰 직경으로 그 지지홀(42)과 연결되는 제1 지지홈(44)이 형성되어 있다.

상기 부싱(43)은 뒤에서 더욱 설명될 펀치 로드(45)를 지지하는 것으로, 펀치 플레이트(41)의 지지홀(42)에 삽입 설치되며, 그 펀치 플레이트(41)의 하면 외측으로 일정 길이 돌출되게 설치된다.

상기 부싱(43)은 펀치 로드(45)가 삽입 가능한 원통 형상으로 이루어지며, 그 부싱(43)의 일측 단부(도면에서의 상측 단부)에는 위에서 언급한 바 있는 제1 지지홈(44)에 지지되는 제1 걸림단(46)이 형성되어 있다.

상기 제1 걸림단(46)은 부싱(43)에서 일측 단부의 외경이 확장된 부분으로, 부싱(43)은 제1 지지홈(44)에 제1 걸림단(46)이 걸린 상태로 지지홀(42)을 관통한다.

상기 펀치 로드(45)는 리벳(R)을 펀칭(타격)하기 위한 것으로, 부싱(43)에 삽입 설치되며, 일측 단부(도면에서의 상측 단부)가 부싱(43)의 제1 걸림단(46)에 지지된 상태로 그 부싱(43)을 관통하며 다른 일측 단부(도면에서의 하측 단부)가 일정 길이로 돌출되게 설치된다.

여기서, 상기 펀치 로드(45)의 일측 단부에는 제1 걸림단(46)에 지지되는 제2 걸림단(48)이 형성되어 있다. 펀치 로드(45)에서 제2 걸림단(48)은 일측 단부의 외경이 확장된 헤드 부분이며, 나머지 부분은 그 헤드에 연결되는 스템 부분으로 이루어진다.

상기 고정 플레이트(47)는 부싱(43)에 삽입된 펀치 로드(45)를 고정하는 것으로, 펀치 플레이트(41)의 상면에 결합된다. 상기 고정 플레이트(47)는 복수 개의 볼트들(B)을 통해 펀치 플레이트(41)의 상면에 결합될 수 있다.

도면에서 미설명된 참조 부호 51은 펀치 플레이트(41)와 고정 플레이트(47)의 사이에서 부싱(43)과 펀치 로드(45)의 일측 단부를 지지하는 지지부재를 나타낸다. 이 지지부재(51)는 부싱(43)과 펀치 로드(45)의 일측 단부를 지지한 상태로 고정 플레이트(47)에 끼워지며 고정될 수 있다.

상기 홀더부(60)는 엔빌 다이(80)에 지지된 접합 대상물의 상,하판(1, 2)을 가압식으로 클램핑하는 부분으로서 별도로 공급되는 리벳(R)이 세팅될 수 있다.

여기서, 리벳(R)은 예컨대 리벳 급송 장치(도면에 도시되지 않음)를 통하여 홀더부(60)로 공급될 수 있다. 리벳 급송 장치의 리벳 공급은 리벳(R)을 튜브 또는 트랙을 따라 추진시키는 압축 가스(예컨대, 공기) 전달 시스템 또는 테이프 피드(tape feed)를 이용하여 달성될 수 있다.

이와 같은 리벳 급송 장치를 포함하는 리벳 공급 시스템에 대한 제어는 통상적으로 소프트웨어를 통해 이루어지는데, 리벳 공급 시스템과 제어 시스템은 당 업계에서 널리 알려진 공지 기술이므로, 본 명세서에서 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 홀더부(60)는 펀치부(40)의 펀치 플레이트(41)와 연결되며, 리벳(R)의 세팅 부위로 펀치 로드(45)의 다른 일측 단부(도면에서의 하측 단부) 즉, 부싱(43)의 다른 일측 단부 외측으로 돌출된 부분이 삽입된다.

상기 홀더부(60)는 펀치 플레이트(41)와 연결되는 홀딩 플레이트(61)를 포함한다. 홀딩 플레이트(61)는 복수 개의 가이드 로드들(63)을 통해 펀치 플레이트(41)와 연결될 수 있다.

여기서, 가이드 로드들(63)은 홀딩 플레이트(61)를 하면 측에서 관통한 볼트들(B)을 통해 그 홀딩 플레이트(61)에 연결되며, 헤드 부분이 펀치 플레이트(41)에 걸리도록 설치된다.

상기 홀딩 플레이트(61)의 중앙에는 펀치 로드(45)의 다른 일측 단부가 삽입되고, 리벳(R)이 세팅될 수 있는 세팅홀(65)이 형성된다.

그리고, 홀딩 플레이트(61)의 상면에는 세팅홀(65) 보다 큰 직경으로 그 세팅홀(65)과 연결되며, 부싱(43)의 다른 일측 단부를 지지하는 제2 지지홈(67)이 형성된다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 탄성 변형부(70)는 가압원(30)의 가압력이 작용하는 펀치부(40)에 의해 탄성적으로 압축되며 그 압축력을 홀더부(60)에 인가한다.

상기 탄성 변형부(70)는 펀치부(40)의 펀치 플레이트(41)와 홀더부(60)의 홀딩 플레이트(61) 사이에 개재되는 우레탄 소재의 탄성 블록(71)을 포함한다.

예를 들면, 상기 탄성 블록(71)은 우레탄 스프링 상수 k=4468.7(N/mm)을 만족하며, 펀치부(40)에 의한 압축 변위가 5mm인 경우 약 240kN의 압축력을 홀더부(60)에 인가할 수 있다.

상기 탄성 블록(71)의 중앙에는 펀치 로드(45)가 삽입된 부싱(43)이 관통하는 관통공(73)이 형성되어 있으며, 탄성 블록(71)의 중앙 외측에는 위에서 언급한 바 있는 가이드 로드들(63)이 관통하는 복수 개의 가이드공들(75)이 형성되어 있다.

이 경우, 펀치 로드(45)가 삽입된 부싱(43)은 펀치 플레이트(41)의 제1 지지홈(44)에 지지된 상태로 지지홀(42)과 탄성 블록(71)의 관통공(73)을 관통하며, 홀딩 플레이트(61)의 제2 지지홈(67)에 삽입된다. 그리고, 펀치 로드(45)의 다른 일측 단부는 홀딩 플레이트(61)의 세팅홀(65)에 삽입된다.

여기서, 상기 펀치 로드(45)의 다른 일측 단부는 리벳(R)과의 사이에 탄성 블록(71)의 압축 변형량 만큼의 갭(G)을 두고 홀딩 플레이트(61)의 세팅홀(65)에 삽입될 수 있다.

상기한 펀치 로드(45)와 리벳(R) 사이에 갭(G)은 가압원(30)의 가압력, 탄성 블록(71)의 두께 및 스프링 상수 등에 따라 달라질 수 있으므로, 본 발명의 실시 예에서 어느 특정한 값으로 한정하지 않는다.

이와 같이 홀딩 플레이트(61)의 세팅홀(65)에서 펀치 로드(45)와 리벳(R) 사이에 갭(G)을 형성하는 이유는 리벳(R)이 접합 대상물을 피어싱하며 접합하기 전에가압원(30)의 가압력으로서 펀치부(40)를 가압하여 탄성 블록(71)을 압축시킴으로써 그 탄성 블록(71)의 압축력을 홀더부(60)에 인가하기 위함이다.

즉, 본 발명의 실시 예에서는 탄성 블록(71)의 압축 변위 만큼 펀치 로드(45)와 리벳(R) 사이에 갭(G)을 형성하여 리벳(R)이 접합 대상물을 접합하기 전에 홀더부(60)를 통해 접합 대상물에 탄성 블록(71)의 압축력을 부가함으로써 접합 대상물의 상,하판(1, 2)을 견고하게 고정시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 실시 예에서 상기 엔빌 다이(80)는 접합 대상물의 상,하판(1, 2)을 지지하고, 접합 대상물 리벳팅 부위의 변형을 유도하는 기능을 하게 된다.

즉, 엔빌 다이(80)는 접합 대상물의 상판(1)을 관통하여 하판(2)으로 침투되는 리벳(R)의 선단을 지지함과 아울러, 리벳(R)의 선단을 변형시키며 하판(2)의 변형 부위를 지지한다.

이러한 엔빌 다이(80)는 리벳 세팅 툴(20)에 대응하여 프레임(10)에 구성되는 바, 그 프레임(10)에 설치되는 고정부재(81)와, 고정부재(81)에 고정되며 접합 대상물의 리벳팅 부위를 지지하는 우레탄 소재의 다이 블록(83)을 포함한다.

상기에서, 다이 블록(83)은 소정의 두께를 지니며 고정부재(81)에 고정되는데, 접합 대상물의 하판(2)을 지지하는 다이 블록(83)의 상면이 평평한 면으로 이루어진다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳 장치(100)의 작동 및 작용 효과를 앞서 개시한 도면들 및 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳 장치의 작동을 설명하기 위한 단면 구성도이다.

우선, 본 발명의 실시 예에서는 도 1에서와 같이 서로 겹쳐진 접합 대상물의 상,하판(1, 2)을 리벳 세팅 툴(20)과 엔빌 다이(80) 사이에 위치시킨다.

여기서, 홀딩 플레이트(61)의 세팅홀(65)에는 리벳 급송 장치(도면에 도시되지 않음)를 통해 리벳(R)이 공급된 상태에 있으며, 그 세팅홀(65)에서 펀치 로드(45)는 소정의 갭(G)을 두고 리벳(R)과 떨어진 상태에 있다.

이 상태에서, 접합 대상물을 리벳(R)으로 피어싱하며 접합하고자 할 경우, 본 발명의 실시 예에서는 가압원(30)을 구동시켜 그 가압원(30)을 통해 펀치부(40)를 가압한다.

그러면, 상기 펀치부(40), 탄성 변형부(70) 및 홀더부(60)의 결합체는 하우징(11)에 대해 도면에서의 하측으로 이동하며, 홀더부(60)의 홀딩 플레이트(61)는 접합 대상물의 상판(1)에 밀착된다. 즉, 홀더부(60)의 홀딩 플레이트(61)는 가압원(30)의 가압력으로서 접합 대상물의 상,하판(1, 2)을 1차적으로 클램핑 하게 된다.

상기와 같은 상태에서, 도 3에서와 같이 가압원(30)이 계속적으로 구동하면, 펀치부(40)는 가압원(30)의 가압력에 의해 탄성 변형부(70)의 탄성 블록(71)을 탄성적으로 압축한다.

이 경우, 상기 홀딩 플레이트(61)의 세팅홀(65)에서 펀치 로드(45)와 리벳(R) 사이에 갭(G)을 형성하고 있기 때문에, 펀치부(40)가 가압원(30)에 의해 가압되는 때, 탄성 블록(71)은 그 갭(G)에 상응하는 만큼의 변위로 압축될 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시 예에서는 리벳(R)이 접합 대상물을 피어싱하며 접합하기 전에 가압원(30)의 가압력으로서 펀치부(40)를 가압하여 탄성 블록(71)을 압축시킴으로써 그 탄성 블록(71)의 압축력을 홀더부(60)에 인가할 수 있다.

예를 들면, 상기 탄성 블록(71)은 우레탄 스프링 상수 k=4468.7(N/mm)을 만족하는 바, 펀치부(40)에 의한 압축 변위가 5mm인 경우 대략 240kN의 압축력을 홀더부(60)의 홀딩 플레이트(61)에 인가할 수 있다.

이로써, 본 발명의 실시 예에서는 탄성 블록(71)의 압축 변위 만큼 펀치 로드(45)와 리벳(R) 사이에 갭(G)을 형성하여 리벳(R)이 접합 대상물을 접합하기 전에 가압원(30)의 가압력으로서 펀치부(40)를 통해 탄성 블록(71)을 압축시키고, 그 탄성 블록(71)의 압축력을 홀더부(60)에 인가함으로써 접합 대상물의 상,하판(1, 2)을 견고하게 고정시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 실시 예에서 상기와 같이 홀더부(60)를 통해 접합 대상물의 상,하판(1, 2)을 견고히 클램핑 한 상태로, 가압원(30)이 계속적으로 구동하면, 펀치부(40)의 펀치 로드(45)는 가압원(30)의 가압력으로서 리벳(R)을 가압한다.

따라서, 본 발명의 실시 예에서는 리벳(R)이 펀치 로드(45)의 가압력에 의해 접합 대상물의 상판(1)을 관통하고, 엔빌 다이(80)에 의해 그 리벳(R)의 선단이 외측 방향으로 벌어지며 하판(2)에 압입됨으로써 접합 대상물의 상,하판(1, 2)을 일체로 접합할 수 있게 된다.

여기서, 본 발명의 실시 예에서는 접합 대상물의 리벳팅 부위를 지지하는 다이 블록(83)이 우레탄 소재로 이루어지기 때문에, 접합 대상물의 상,하판(1, 2) 중 하판(2)이 알루미늄 등과 같이 연신율이 작은 소재인 경우, 하판(2)의 변형 부위에 대한 저항을 감소시킬 수 있다.

즉, 리벳(R)의 선단이 하판(2)에 압입되며 그 하판(2)을 변형시키는 때, 다이 블록(83)의 탄성으로서 그 변형 부위를 지지하게 되므로, 리벳(R)에 작용하는 가압력에 의해 하판(2)으로 작용하는 저항력을 감소시킬 수 있게 된다.

지금까지 설명한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳 장치(100)에 의하면, 리벳(R)이 접합 대상물을 피어싱하며 접합하기 전, 탄성 변형부(70)를 통해 가압원(30)의 가압력을 접합 대상물에 충분히 제공하여 접합 대상물의 상,하판(1, 2)을 견고하게 고정시킬 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시 예에서는 접합 대상물의 상,하판(1, 2) 가장자리 부분이 그 접합 대상물의 리벳팅 지점으로 미끌려 들어가는 것을 방지할 수 있다.

이로써, 본 발명의 실시 예에서는 셀프 피어싱 리벳(R)을 통한 접합 대상물의 리벳팅 접합 시 상,하판(1, 2) 가장자리 부분의 변형을 방지하는 등 셀프 피어싱 장치(100)의 접합 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에서는 엔빌 다이(80)로서 우레탄 소재의 다이 블록(83)을 채용하므로, 다이 블록(83)을 통해 하판(2)의 변형 부위에 대한 저항을 감소시킴으로써 하판(2)의 변형 부위에 크랙이 발생하거나 그 변형 부위가 파손되는 것을 방지할 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 당업자는 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... 상판 2... 하판
10... 프레임 11... 하우징
20... 리벳 세팅 툴 30... 가압원
40... 펀치부 41... 펀치 플레이트
42... 지지홀 43... 부싱
44... 제1 지지홈 45... 펀치 로드
46... 제1 걸림단 47... 고정 플레이트
48... 제2 걸림단 51... 지지부재
60... 홀더부 61... 홀딩 플레이트
63... 가이드 로드 65... 세팅홀
67... 제2 지지홈 70... 탄성 변형부
71... 탄성 블록 73... 관통공
75... 가이드공 80... 엔빌 다이
81... 고정부재 83... 다이 블록
B... 볼트 G... 갭
R... 리벳

Claims (12)

1. 프레임과, 상기 프레임에 설치되는 리벳 세팅 툴과, 상기 리벳 세팅 툴에 대응하여 상기 프레임에 설치되는 엔빌 다이를 포함하며, 상기 리벳 세팅 툴과 엔빌 다이 사이에 위치하는 접합 대상물을 셀프 피어싱 리벳으로서 리벳팅 접합하는 셀프 피어싱 리벳 장치에 있어서,
   상기 리벳 세팅 툴은,
   가압원과,
   상기 셀프 피어싱 리벳을 펀칭하기 위한 펀치 로드를 포함하며, 상기 가압원에 의해 가압되는 펀치부와,
   상기 펀치부와 연결되며 접합 대상물을 클램핑하고, 상기 셀프 피어싱 리벳이 세팅되며 그 세팅 부위로 상기 펀치 로드가 삽입되는 홀더부와,
   상기 펀치부와 홀더부 사이에 개재되고, 상기 펀치부에 의해 탄성적으로 압축되며 그 압축력을 상기 홀더부에 인가하는 탄성 변형부를 포함하며,
   상기 펀치 로드는 상기 셀프 피어싱 리벳 사이에 상기 탄성 변형부의 압축 변형량 만큼의 갭을 두고 상기 홀더부에 삽입되는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 리벳 장치.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 탄성 변형부는,
   상기 펀치 로드가 관통하는 관통공을 지닌 우레탄 소재의 탄성 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 리벳 장치.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 펀치부는,
   상기 펀치 로드의 일측 단부를 지지하는 펀치 플레이트와,
   상기 펀치 플레이트에 결합되며, 상기 펀치 로드를 고정하는 고정 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 리벳 장치.
4. 제3 항에 있어서,
   상기 펀치 플레이트에는 상기 펀치 로드의 일측 단부를 지지하는 지지홀이 형성되며,
   상기 펀치 로드는 일측 단부가 상기 지지홀에 지지된 상태로 상기 탄성 변형부를 관통하며, 이의 다른 일측 단부가 상기 홀더부에 삽입되는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 리벳 장치.
5. 제3 항에 있어서,
   상기 홀더부는 복수 개의 가이드 로드들을 통해 상기 펀치 플레이트와 연결되는 홀딩 플레이를 포함하며,
   상기 홀딩 플레이트에는 상기 펀치 로드의 다른 일측 단부가 삽입되고, 상기 셀프 피어싱 리벳이 세팅될 수 있는 세팅홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 리벳 장치.
6. 제5 항에 있어서,
   상기 탄성 변형부는,
   상기 펀치 로드가 관통하는 관통공 및 상기 가이드 로드가 관통하는 가이드공을 지닌 우레탄 소재의 탄성 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 리벳 장치.
7. 제5 항에 있어서,
   상기 펀치부는 상기 지지홀에 설치되며, 상기 펀치 로드를 지지하는 부싱을 포함하고,
   상기 부싱은 상기 펀치 로드가 삽입 가능한 원통 형상으로 이루어지며, 상기 부싱의 일측 단부에는 상기 지지홀에 지지되는 제1 걸림단이 형성되는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 리벳 장치.
8. 제7 항에 있어서,
   상기 홀딩 플레이트에는 상기 세팅홀과 연결되며, 상기 부싱의 다른 일측 단부를 지지하는 지지홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 리벳 장치.
9. 제7 항에 있어서,
   상기 펀치 로드의 일측 단부에는 상기 제1 걸림단에 지지되는 제2 걸림단이 형성되는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 리벳 장치.
10. 제1 항에 있어서,
    상기 엔빌 다이는,
    상기 접합 대상물의 리벳팅 부위를 지지하는 우레탄 소재의 다이 블록과,
    상기 다이 블록을 고정하며 상기 프레임에 설치되는 고정부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 리벳 장치.
11. 제10 항에 있어서,
    상기 다이 블록은 상기 리벳팅 부위를 지지하는 면이 평평한 면으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 리벳 장치.
12. 프레임과, 상기 프레임에 설치되는 리벳 세팅 툴과, 상기 리벳 세팅 툴에 대응하여 상기 프레임에 설치되는 엔빌 다이를 포함하며, 상기 리벳 세팅 툴과 엔빌 다이 사이에 위치하는 접합 대상물을 셀프 피어싱 리벳으로서 리벳팅 접합하는 셀프 피어싱 리벳 장치에 있어서,
    상기 엔빌 다이는 상기 접합 대상물의 리벳팅 부위를 지지하는 우레탄 소재의 다이 블록과, 상기 다이 블록을 고정하며 상기 프레임에 설치되는 고정부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 리벳 장치.

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