KR20160008426A - 셀프 피어싱 리벳장치 - Google Patents

Abstract

셀프 피어싱 리벳장치가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 셀프 피어싱 리벳장치는 양단이 서로 마주하게 배치되어 C형의 골격을 이루며, 로봇의 암 선단에 장착되는 프레임; 상기 프레임의 하부 일측에서 2장의 모재가 상호 겹쳐진 상태로 안착되는 앤빌 다이의 하부에 설치되며, 상기 모재를 향하여 승하강 되면서 선택적으로 상기 모재에 장착홀을 가공하는 드릴 피어싱 유닛; 및 상기 앤빌 다이에 대응하여 상기 프레임의 상부 일측에 설치되며, 리벳 공급기로부터 공급된 리벳을 상기 드릴 피어싱 유닛에 의해 상기 모재에 형성되는 상기 장착홀에 클램퍼와 피스톤으로 리벳팅하여 2장의 상기 모재를 상호 접합하는 리벳팅 유닛을 포함한다.

Description

셀프 피어싱 리벳장치{SELF PIERCING RIVET DEVICE}

본 발명은 셀프 피어싱 리벳장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 두 장 이상의 접합 대상물의 강도, 두께에 관계없이 셀프 피어싱 리벳을 통해 접합하도록 하는 셀프 피어싱 리벳장치에 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 차체를 조립하는 통상적인 점 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, 강판 등의 접합 대상물에 리벳 접합용 구멍을 가공하고 그 구멍에 리벳을 삽입 후 헤드부를 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.

예를 들면, 셀프 피어싱 리벳은 세팅 툴의 펀치에 의해 섕크가 접합 대상물의 상판을 관통하고, 앤빌에 의해 외측으로 벌어지며, 헤드 부분이 상판을 지지한 상태로 섕크가 하판에 압입되면서 접합 대상물의 상하판을 접합할 수 있다.

여기서, 펀치와 앤빌은 일반적으로 C-프레임에 구성되는 바, 펀치는 C-프레임의 일측 자유 단부에 고정되게 설치되며, 앤빌은 C-프레임의 다른 일측 자유 단부에 고정되게 설치될 수 있다.

따라서, 셀프 피어싱 리벳 시스템은 상, 하판의 접합 대상물을 펀치와 앤빌 사이에 위치시킨 상태에서, 펀치를 통해 리벳을 가압하게 되면, 그 리벳이 상판을 관통하여 하판으로 침투되고, 리벳의 선단이 앤빌의 성형골을 따라서 반지름 방향으로 확장 변형되면서 접합 대상물을 일체로 접합하게 된다.

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

또한, 셀프 피어싱 리벳을 이용한 접합 기술은 생산라인에서 용이하게 자동화될 수 있는 우수한 강도 및 피로 특성의 조인트를 생성할 뿐만 아니라, 리벳 주위의 시트재 상면의 뒤틀림(distortion)이 거의 발생하지 않는다는 점에서 조인트가 미적으로 수용 가능하기 때문에 이러한 맥락에서 성공적인 것으로 입증되었다.

이러한 셀프 피어싱 리벳 접합은 점용접과 다른 리벳팅에 비해 다음과 같은 특징을 갖는다.

첫째, 리벳 자체가 상판을 관통하여 그 선단이 하판과 함께 확장되면서 상판과 하판의 접합이 이루어짐으로 종전의 리벳팅 작업 시, 상판에 설치하는 구멍이 셀프 피어싱 리벳 접합에서는 불필요하다.

둘째, 이종재료와의 접합이 가능하다. 즉, 플라스틱, 고무, 알루미늄과 강판을 접합할 수 있으며, 알루미늄과 고장력 강판과의 접합도 가능하다.

셋째, 작업환경이 깨끗하다. 즉, 점용접 시, 발생하는 소음과 불꽃, 연기 등이 발생하지 않아 쾌적한 작업환경을 만들 수 있다.

넷째, 접합 사이클이 단시간 내에 진행된다. 즉, 상판의 리벳팅용 구멍에 리벳을 정위치시키는 작업이 생략되고, 리벳의 체결시간이 1초 정도로 매우 짧아서 단시간 내에 리벳팅 접합 사이클을 끝낼 수 있다.

그러나 상기한 바와 같은 종래의 셀프 피어싱 리벳장치는 리벳이 상판을 전단 관통하여 하판의 내부로 침투하면서 앤빌 다이의 내부로 압입되도록 하여 모재를 변형시키는 방식으로 두 장의 판재를 접합하고 있으나, 980 ㎫ 초고장력 강이나 높은 두께 소재, 또는 3 겹 이상의 소재에는 적용하기 어려운 단점이 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.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 두 장 이상의 접합 대상물의 하부에서 드릴 피어싱을 통해 홀을 선 가공 후, 가공된 홀에 리벳팅을 수행하여 접합 대상물을 접합함으로써, 접합 대상물의 강도와 두께에 관계없이 안정적인 접합이 가능하여 크랙 발생 없이 결합 강성을 향상시키도록 하는 셀프 피어싱 리벳장치를 제공하고자 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 셀프 피어싱 리벳장치는 양단이 서로 마주하게 배치되어 C형의 골격을 이루며, 로봇의 암 선단에 장착되는 프레임; 상기 프레임의 하부 일측에서 2장의 모재가 상호 겹쳐진 상태로 안착되는 앤빌 다이의 하부에 설치되며, 상기 모재를 향하여 승하강 되면서 선택적으로 상기 모재에 장착홀을 가공하는 드릴 피어싱 유닛; 및 상기 앤빌 다이에 대응하여 상기 프레임의 상부 일측에 설치되며, 리벳 공급기로부터 공급된 리벳을 상기 드릴 피어싱 유닛에 의해 상기 모재에 형성되는 상기 장착홀에 클램퍼와 피스톤으로 리벳팅하여 2장의 상기 모재를 상호 접합하는 리벳팅 유닛을 포함한다.

상기 드릴 피어싱 유닛은 상기 앤빌 다이의 하부에 장착되는 하우징; 상기 하우징의 내부에서 길이방향을 따라 상, 하부로 슬라이드 이동 가능하게 장착되며, 회전축 선단에 드릴이 장착되는 드릴 모터; 및 상기 앤빌 다이를 통과하여 상기 드릴이 2장의 상기 모재에 장착홀을 가공하도록 상기 드릴 모터를 상기 하우징의 내부에서 선택적으로 상승 또는 하강시키는 승하강수단을 포함할 수 있다.

상기 승하강수단은 상기 드릴 모터의 하부에 장착되는 랙 기어; 상기 하우징의 외측에서 회전축이 상기 하우징의 내부에 배치되게 장착되는 구동모터; 및 상기 하우징의 내부에서 상기 구동모터의 회전축에 장착되며, 상기 랙 기어에 치합되는 피니언 기어를 포함할 수 있다.

상기 랙 기어는 상기 하우징의 내부에서 상부 또는 하부로 이동 시, 양측을 가이드 하는 가이드 수단에 의해 이동이 가이드 될 수 있다.

상기 가이드 수단은 상기 하우징의 내부 양측에 형성되는 레일; 및 상기 레일 상에서 슬라이드 이동되며, 상기 랙 기어의 양측에 각각 연결되는 적어도 하나 이상의 레일블록을 포함할 수 있다.

상기 앤빌 다이는 중앙에 상기 드릴이 통과되는 관통홀이 형성될 수 있다.

상기 리벳팅 유닛은 상기 앤빌 다이에 대응하여 상기 프레임의 상부 일측에 장착되고, 내부에 상기 클램퍼와 상기 피스톤이 각각 상, 하부로 각각 슬라이드 이동 가능하게 구비되어 작동압의 공급 여부에 따라 상기 모재의 상면을 향하여 상기 클램퍼와 상기 피스톤을 승하강시키는 실린더; 상기 실린더의 상단에 장착되며, 내부에 적어도 하나 이상의 가이드 레일이 길이방향을 따라 형성되는 레일 하우징; 상기 레일 하우징의 내부에서 상기 가이드 레일을 따라 이동하는 가이드블록과 연결되어 상, 하부로 슬라이드 이동 가능하게 장착되는 회전 모터; 및 상기 피스톤의 중앙을 관통하여 회전 가능하게 장착되며, 일단이 상기 회전 모터의 회전축과 연결되고, 타단은 상기 피스톤의 선단으로부터 돌출되어 상기 리벳과 접촉되는 회전로드를 포함할 수 있다.

상기 피스톤은 상기 실린더의 내경과 동일한 외경을 가지며 상기 실린더의 내부에서 슬라이드 이동 가능하게 구비되는 피스톤부; 및 상기 피스톤부의 상면과 하면 중앙으로부터 각각 상부와 하부를 향하여 일체로 형성되는 로드부를 포함할 수 있다.

상기 피스톤부와 상기 클램퍼의 사이에는 상기 피스톤부에 탄성력을 제공하는 탄성부재가 개재될 수 있다.

상기 클램퍼는 상기 프레임을 향하는 일측에 리벳공급호스가 연결되며, 상기 리벳공급호스를 통해 상기 리벳이 공급될 수 있다.

상기 피스톤은 상기 클램퍼의 내부를 관통한 상태로 상기 클램퍼의 내부에서 슬라이드 이동 가능하게 장착될 수 있다.

상기 회전로드는 상기 리벳과 접촉되는 선단에 돌출단이 형성될 수 있다.

상기 리벳은 상기 돌출단에 대응하여 상기 회전로드와 접촉되는 선단에 걸림홈이 형성되고, 하부에는 적어도 하나 이상의 돌기가 형성될 수 있다.

상기 드릴 피어싱 유닛과 상기 리벳팅 유닛은 상기 프레임의 하부 타측에 구비되며, 상기 드릴 피어싱 유닛에 의해 상기 모재에 장착홀을 가공할 경우, 상기 모재로부터 발생하는 칩을 제거하는 칩 제거유닛과 각각 연결될 수 있다.

상기 칩 제거유닛은 내부에 유입된 칩이 모아지는 저장공간이 형성되며, 상기 프레임의 하부 타측에 장착되는 저장탱크; 상기 드릴 피어싱 유닛과 상기 리벳팅 유닛을 상기 저장탱크의 저장공간과 각각 연결하는 연결 파이프; 및 상기 저장탱크의 내부에서 상기 저장공간의 하부에 연결되며, 작동 시에 상기 저장공간의 공기를 흡입하여 상기 연결 파이프를 통해 칩을 상기 저장공간으로 유입시키는 공기 흡입기를 포함할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 셀프 피어싱 리벳장치에 의하면, 두 장 이상의 접합 대상물의 하부에서 드릴 피어싱을 통해 홀을 선 가공 후, 가공된 홀에 리벳팅을 수행하여 접합 대상물을 접합함으로써, 접합 대상물의 강도와 두께에 관계없이 안정적인 접합이 가능하여 크랙 발생 없이 결합 강성을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 하나의 장치 내부에 드릴 피어싱 유닛을 추가로 구성하여 드릴 피어싱과 리벳팅 작업을 동시에 수행함으로써, 별도의 드릴장치를 구비하지 않아도 됨에 따라 설비비용을 줄이고, 작업장의 공간 활용성을 향상시키는 동시에, 작업시간을 단축하여 생산성을 향상시키는 효과도 있다.

또한, 980 ㎫ 이상의 강도를 갖는 초고장력 강이나 높은 두께 소재, 또는 3 겹 이상의 접합 대상물에도 적용이 가능하며, 접합 대상물의 접합단면을 미력하게 하여 상관 부품과의 간섭 없이 설계 자유도를 향상시키는 효과도 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 셀프 피어싱 리벳장치의 단면 구성도이다.
도 2는 도 1의 A 부분에 대한 확대도이다.
도 3은 도 1의 B 부분에 대한 확대도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 셀프 피어싱 리벳장치에 적용되는 리벳의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 셀프 피어싱 리벳장치의 단계별 작동 상태도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

이에 앞서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

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 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.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 셀프 피어싱 리벳장치의 단면 구성도이고, 도 2는 도 1의 A 부분에 대한 확대도이며, 도 3은 도 1의 B 부분에 대한 확대도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 셀프 피어싱 리벳장치에 적용되는 리벳의 단면도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 셀프 피어싱 리벳장치(100)는 두 장 이상의 접합 대상물인 모재(P)의 하부에서 드릴 피어싱을 통해 홀을 선 가공 후, 가공된 홀에 리벳팅을 수행하여 접합 대상물을 접합함으로써, 접합 대상물의 강도와 두께에 관계없이 안정적인 접합이 가능하여 크랙 발생 없이 결합 강성을 향상시키도록 한다.

이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 셀프 피어싱 리벳장치(100)는, 도 1에서 도시한 바와 같이, 프레임(110), 드릴 피어싱 유닛(120), 및 리벳팅 유닛(150)을 포함하여 구성된다.

먼저, 상기 프레임(110)은 양단이 서로 마주하게 배치되어 C형의 골격을 이루며, 미도시된 로봇의 암(112) 선단에 장착된다.

본 실시예에서, 상기 드릴 피어싱 유닛(120)은 프레임(110)의 하부 일측에서 2장의 모재(P)가 상호 겹쳐진 상태로 안착되는 앤빌 다이(114)의 하부에 설치되며, 모재(P)를 향하여 승하강 되면서 상기 모재(P)에 선택적으로 장착홀(H)을 가공하게 된다.

이러한 드릴 피어싱 유닛(120)은, 도 2에서 도시한 바와 같이, 하우징(122), 드릴 모터(124), 및 승하강수단(125)을 포함하여 구성된다.

먼저, 상기 하우징(122)은 상기 앤빌 다이(114)의 하부에서 상기 프레임(110)의 하부 일측에 장착된다.

이러한 하우징(122)은 내부에 빈 공간이 형성되며, 단면의 형상이 원형을 포함한 다각형 형상으로 이루어질 수 있다.

본 실시예에서, 상기 드릴 모터(124)는 하우징(122)의 내부에서 회전축이 상부를 향하게 배치된 상태로, 길이방향을 따라 상, 하부로 슬라이드 이동 가능하게 장착되며, 회전축 선단에 드릴(123)이 장착된다.

여기서, 상기 앤빌 다이(114)는 중앙에 상기 드릴(123)이 통과되는 관통홀(116)이 형성될 수 있다.

이에 따라, 상기 드릴(123)은 상기 앤빌 다이(114)의 관통홀(116)을 통해 상기 앤빌 다이(114)와 간섭 없이 원활하게 상기 모재(P)의 하면을 향하여 상승 또는 하강하게 된다.

그리고 상기 승하강수단(125)은 앤빌 다이(114)의 관통홀(116)을 통과하여 상기 드릴(123)이 2장의 상기 모재(P)에 장착홀(H)을 가공하도록 상기 드릴 모터(124)를 상기 하우징(122)의 내부에서 선택적으로 상승 또는 하강시키게 된다.

이러한 승하강수단(125)은 드릴 모터(124)의 하부에 장착되는 랙 기어(126)와, 상기 하우징(122)의 외측에서 회전축이 상기 하우징(122)의 내부에 배치되게 장착되는 구동모터(127)와, 상기 하우징(122)의 내부에서 상기 구동모터(127)의 회전축에 장착되며, 상기 랙 기어(126)에 치합되는 피니언 기어(128)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 구동모터(127)는 상기 프레임(110)의 반대측에서 상기 하우징(122)에 장착되며, 그 회전수 및 회전방향의 변경이 가능한 서보 모터 또는 스텝모터로 이루어질 수 있다.

이에 따라, 상기 승하강수단(120)의 구동모터(127)는 상기 랙 기어(126)에 치합된 피니언 기어(128)를 정방향 또는 역방향으로 회전시킴으로써, 상기 랙 기어(126)를 하우징(122)의 내부에서 상승 또는 하강시키게 된다.

그러면, 상기 드릴 모터(124)는 상기 랙 기어(126)와 함께 상승되면서 상기 모재(P)의 하면을 향하여 드릴(123)을 이동시키게 되고, 이동된 드릴(123)을 전원공급 여부에 따라 회전시켜 상호 겹쳐진 상태의 2 장의 상기 모재(P)의 하부로부터 상부를 향하여 장착홀(H)을 가공하게 된다.

여기서, 상기 랙 기어(126)는 상기 하우징(122)의 내부에서 상부 또는 하부로 이동 시, 양측을 가이드 하는 가이드 수단(130)에 의해 이동이 안정적으로 가이드 될 수 있다.

상기 가이드 수단(130)은 상기 하우징(122)의 내부 양측에 형성되는 레일(132)과, 상기 레일(132) 상에서 슬라이드 이동되며, 상기 랙 기어(126)의 양측에 각각 연결되는 레일블록(134)을 포함하여 구성된다.

즉, 상기 랙 기어(126)는 구동모터(127)의 작동에 따라 회전되는 피니언 기어(128)와 치합되어 하우징(122)의 내부에서 상부 또는 하부로 이동 시, 레일(132) 상에서 슬라이드 이동되는 레일블록(134)에 의해 그 이동이 안정적으로 가이드 될 수 있다.

그리고 상기 리벳팅 유닛(150)은 상기 앤빌 다이(114)에 대응하여 상기 프레임(110)의 상부 일측에 설치된다.

이러한 리벳팅 유닛(150)은 리벳 공급기(180)로부터 공급된 리벳(10)을 상기 드릴 피어싱 유닛(120)에 의해 상기 모재(P)에 형성되는 장착홀(H)에 클램퍼(154)와 피스톤(156)으로 리벳팅하여 2장의 상기 모재(P)를 상호 접합하게 된다.

여기서, 상기 리벳팅 유닛(150)은, 도 3에서 도시한 바와 같이, 실린더(152), 레일 하우징(158), 회전 모터(162), 및 회전로드(164)를 포함하여 구성된다.

먼저, 상기 실린더(152)는 상기 앤빌 다이(114)에 대응하여 상기 프레임(110)의 상부 일측에 장착되고, 내부에 상기 클램퍼(154)와 상기 피스톤(156)이 각각 상, 하부로 각각 슬라이드 이동 가능하게 구비되어 작동압의 공급 여부에 따라 상기 모재(P)의 상면을 향하여 상기 클램퍼(154)와 상기 피스톤(156)을 승하강 시키게 된다.

여기서, 상기 피스톤(156)은 상기 클램퍼(154)의 내부를 관통한 상태로 상기 클램퍼(154)의 내부에서 슬라이드 이동 가능하게 장착될 수 있다.

본 실시예에서, 상기 레일 하우징(158)은 상기 실린더(152)의 상단에 장착되며, 내부에 적어도 하나 이상의 가이드 레일(157)이 길이방향을 따라 형성된다.

여기서, 상기 가이드 레일(157)은 상기 레일 하우징(158)의 내부 양측에 각각 형성될 수 있다.

상기 회전 모터(162)는 상기 레일 하우징(158)의 내부에서 상기 가이드 레일(157)을 따라 이동하는 가이드블록(159)과 연결되어 상, 하부로 슬라이드 이동 가능하게 장착된다.

이에 따라, 상기 회전 모터(162)는 상기 실린더(152)의 작동압 공급 여부에 따라 상기 피스톤(156)과 함께 상승 또는 하강 될 경우, 상기 가이드 레일(157) 상에서 슬라이드 이동되는 가이드블록(159)에 의해 안정적으로 이동될 수 있다.

그리고 상기 회전로드(164)는 상기 피스톤(156)의 중앙을 관통하여 회전 가능하게 장착되며, 일단이 상기 회전 모터(162)의 회전축과 연결되고, 타단은 상기 피스톤(156)의 선단으로부터 돌출되어 상기 리벳(10)과 접촉된다.

이러한 회전로드(164)는 상기 피스톤(156)에 의해 상승 또는 하강되며, 회전 모터(162)의 선택적인 작동에 의해 상기 리벳(10)의 상면에 접촉된 상태에서 상기 피스톤(156)의 내부에서 회전될 수 있다.

또한, 상기 회전로드(164)는 회전 모터(162)의 작동에 의해 회전될 경우, 상기 피스톤(156)에 의해 상기 리벳(10)을 가압한 상태에서 상기 리벳(10)을 회전시키게 된다.

여기서, 상기 피스톤(156)은 상기 실린더(152)의 내경과 동일한 외경을 가지며 상기 실린더(152)의 내부에서 슬라이드 이동 가능하게 구비되는 피스톤부(156a)와, 상기 피스톤부(156a)의 상면과 하면 중앙으로부터 각각 상부와 하부를 향하여 일체로 각각 형성되는 로드부(156b)를 포함할 수 있다.

즉, 상기 피스톤(156)은 상기 피스톤부(156a)를 사이에 두고 상기 피스톤부(156a)의 상부에서 상기 실린더(152)로 유입되는 작동압과 상기 클램퍼(154)의 하부에서 상기 실린더(152)로 유입되는 작동압에 의해 상기 클램퍼(154)와 함께 상기 실린더(152)의 내부에서 승하강 될 수 있다.

여기서, 상기 클램퍼(154)는 상기 피스톤부(156a)의 상부로 공급된 작동압에 의한 하강 시, 상기 앤빌 다이(114)의 상부에 안착된 2 장의 상호 겹쳐진 모재(P)의 상면을 가압한 상태로, 클램핑하게 된다.

한편, 본 실시예에서, 상기 피스톤부(156a)와 상기 클램퍼(154)의 사이에는 상기 피스톤부(156a)에 탄성력을 제공하는 탄성부재(168)가 개재될 수 있다.

이에 따라, 상기 피스톤(156)은 상기 실린더(152)의 상부로 작동압이 공급되면 상기 탄성부재(168)가 압축되면서 상기 클램퍼(154)의 내부에서 리벳(10)을 향하여 전진하게 된다.

이러한 상태에서, 상기 탄성부재(168)는 상기 실린더(152)의 상부로 유입되던 작동압의 공급이 해제되고, 상기 실린더(152)의 하부로 작동압이 공급되면 압축이 해제되면서 상기 피스톤부(156a)에 탄성력을 제공함으로써, 상기 피스톤(156)을 클램퍼(154)의 내부에서 신속하게 상승시키게 된다.

본 실시예에서, 상기 클램퍼(154)는 상기 프레임(110)을 향하는 일측에 리벳공급호스(182)가 연결된다.

상기 리벳공급호스(182)는 일단이 상기 클램퍼(154)에 연결되고, 타단이 리벳 공급기(180)와 연결되며, 리벳 공급기(180)로부터 제공되는 리벳(10)을 상기 클램퍼(154)의 내부로 공급하게 된다.

이 때, 상기 클램퍼(154)는 상기 리벳(10)이 공급되는 위치에서 상기 리벳(10)의 상측 하부를 지지하여 리벳(10)을 클램퍼(154)의 내부에 고정시키는 볼 스프링(169)이 구비될 수 있다.

상기 볼 스프링(169)은 클램퍼(154)의 내부로 공급된 리벳(10)이 모재(P)를 향하여 하강되지 않도록 상기 리벳(10)을 고정시키는 기능을 하게 된다.

이러한 볼 스프링(169)은 상기 피스톤(156)의 하강 시, 피스톤(156)과 함께 하강하는 회전로드(164)의 선단에 리벳(10)의 상면이 접촉된 상태에서 가압력을 전달받게 되면, 상기 클램퍼(154)의 내부에서 외측을 향하여 이동되면서 리벳(10)의 고정을 해제하게 된다.

한편, 본 실시예에서, 상기 회전로드(164)는 상기 리벳(10)과 접촉되는 선단에 돌출단(166)이 형성될 수 있다.

여기서, 상기 리벳(10)은, 도 4에서 도시한 바와 같이, 상기 돌출단(166)에 대응하여 상기 회전로드(164)와 접촉되는 선단에 걸림홈(12)이 형성될 수 있다.

이에 따라, 상기 회전로드(164)는 돌출단(166)이 상기 리벳(10)의 상면에 형성된 걸림홈(12)에 삽입됨으로써, 회전 모터(162)의 작동에 의한 회전 시, 상기 리벳(10)을 함께 회전시키게 된다.

또한, 상기 리벳(10)은 하부에 적어도 하나 이상의 돌기(14)가 형성될 수 있으며, 본 실시예에서 상기 돌기(14)는 상기 리벳(10)의 외주면 둘레에 길이방향을 따라 다수개가 등간격으로 형성될 수 있다.

이에 따라, 상기 리벳(10)은 상기 피스톤(156)에 의해 하강되는 회전로드(164)를 통하여 피스톤(156)의 가압력을 전달받아 상기 모재(P)에 가공된 장착홀(H)을 향하여 하강되며, 이 경우, 회전 모터(162)의 작동에 따라 회전하는 회전로드(164)에 의해 회전될 수 있다.

그러면, 상기 리벳(10)은 각 돌기(14)들에 의해 장착홀(H)에 나사 체결방식으로 리벳팅 됨으로써, 보다 안정적으로 일정강도 이상의 초고강도 강이나 일정두께 이상의 두꺼운 두께를 갖는 소재로 이루어진 적어도 2 장 이상의 상호 겹쳐진 상기 모재(P)를 상호 결합시켜 접합하게 된다.

한편, 본 실시예에서는 상기 회전로드(164)의 선단에 돌출단(166)이 형성되며, 이 돌출단(166)에 대응하여 리벳(10)에 걸림홈(12)이 형성되는 것을 일 실시예로 하여 설명하고 있으나, 이에 한정된 것은 아니며, 초고장력 강 또는 일정두께 이상의 두꺼운 모재(P)에 리벳팅 하지 않을 경우에는 상기 돌출단(166)이 형성되지 않은 회전로드(164)가 적용될 수 있다.

또한, 모재(P)에 장착홀(H)을 가공하지 않을 경우에는 관통홀(116)을 갖는 본 실시예에 적용된 앤빌 다이(114)가 아닌 성형골이 형성된 앤빌 다이를 적용함으로써, 리벳의 선단이 성형골을 따라 변형되면서 반지름 방향으로 확장 변형되어 모재에 접합을 이루게 할 수도 있다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 셀프 피어싱 리벳장치(100)는 일반적인 셀프 피어싱 리벳팅 하는 작업, 드릴 피어싱 유닛(120)을 통해 모재(P)에 장착홀(H)을 형성하고 그 장착홀(H)에 리벳(10)을 가압하여 리벳팅 하는 작업, 및 전술한 장착홀(H)에 리벳(10)을 회전시키면서 가압하여 리벳팅 하는 작업에 모두 적용할 수 있어 공용성을 향상시킬 수 있다.

한편, 본 실시예에서, 상기 드릴 피어싱 유닛(120)과 상기 리벳팅 유닛(150)은 상기 프레임(110)의 하부 타측에 구비되며, 상기 드릴 피어싱 유닛(120)에 의해 상기 모재(P)에 장착홀(H)을 가공할 경우, 상기 모재(P)로부터 발생하는 칩을 제거하는 칩 제거유닛(170)과 각각 연결될 수 있다.

여기서, 상기 칩 제거유닛(170)은, 저장탱크(172), 연결 파이프(174), 및 공기 흡입기(176)를 포함하여 구성된다.

먼저, 상기 저장탱크(172)는 상기 드릴 피어싱 유닛(120)에 의해 장착홀(H) 가공 시, 모재(P)로부터 발생된 칩이 내부에 유입될 경우, 칩이 모아지는 저장공간(S)이 형성되며, 상기 프레임(110)의 하부 타측에 장착된다.

상기 연결 파이프(174)는 상기 드릴 피어싱 유닛(120)의 하우징(122) 내부와, 상기 리벳팅 유닛(150)의 클램퍼(154)의 내부를 저장탱크(172)의 저장공간(S)과 각각 연결하게 된다.

여기서, 상기 하우징(122)과 상기 클램퍼(154)는 상기 연결 파이프(174)가 연결되는 반대측에 각각 외부 공기를 유입시키는 공기흡입구(178)가 각각 형성될 수 있다.

그리고 상기 공기 흡입기(176)는 상기 저장탱크(172)의 내부에서 상기 저장공간(S)의 하부에 연결되며, 작동 시, 상기 저장공간(S)의 공기를 흡입하여 상기 연결 파이프(174)를 통해 칩을 상기 저장공간(S)으로 유입시키게 된다.

즉, 상기와 같이 구성되는 상기 칩 제거유닛(170)은 상기 리벳팅 유닛(150)의 클램퍼(154)가 앤빌 다이(114) 상에 안착된 2장의 모재(P)의 상면을 클램핑한 상태에서, 상기 드릴 피어싱 유닛(120)의 작동을 통해 드릴(123)이 상기 모재(P)에 장착홀(H)을 가공할 경우, 모재(P)로부터 칩이 발생되면, 공기 흡입기(176)가 작동하여 저장공간(S)의 공기를 흡입하게 된다.

그러면, 상기 저장공간(S)과 연결된 연결 파이프(174)로부터 하우징(122)과 클램퍼(154) 내부의 공기가 저장공간(S)으로 흡입되는데, 이 때, 모재(P)에서 발생된 칩이 외부공기와 함께 저장공간(S)으로 유입되어 저장된다.

여기서, 각 공기흡입구(178)는 연결 파이프(174)를 통해 하우징(122)과 클램퍼(154) 외부의 공기가 저장공간(S)으로 유입되도록 함으로써, 하우징(122)과 클램퍼(154) 내부에서 발생된 칩을 포함한 이물질을 보다 원활하게 제거하는 동시에, 저장탱크(172)의 저장공간(S)으로 유입시키게 된다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 셀프 피어싱 리벳장치(100)의 작동 및 작용을 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 셀프 피어싱 리벳장치의 단계별 작동 상태도이다.

먼저, 상기 앤빌 다이(114)의 상부에 2장의 모재(P)가 서로 겹쳐진 상태로 안착되고, 이 때, 상기 리벳팅 유닛(150)은 작동압이 실린더(152)의 하부로 공급된 상태를 유지하여 상기 클램퍼(154)와 상기 피스톤(156)이 실린더(152)의 내부에서 상승된 상태가 된다(S1).

이러한 상태에서, 상기 실린더(152)의 상부로 작동압이 공급되면, 상기 클램퍼(154)가 실린더(152)의 내부에서 상기 모재(P)를 향하여 전진하여 상기 모재(P)의 상면을 가압해 2장의 모재(P)를 클램핑하게 된다.

상기 리벳팅 유닛(150)의 클램퍼(154)로 상기 모재(P)의 클램핑이 완료되면, 상기 드릴 피어싱 유닛(120)에 구비된 승하강수단(125)의 구동모터(127)가 작동하여 피니언 기어(128)를 정방향으로 회전시킴으로써, 랙 기어(126)가 피니언 기어(128)의 정방향 회전에 의해 하우징(122)의 내부에서 상승된다.

그러면, 상기 드릴모터(124)는 하우징(122)의 내부에서 상승하는 상기 랙 기어(126)와 함께 상승되고, 동시에, 드릴모터(124)가 작동하여 드릴(123)을 회전시키게 된다.

따라서, 상기 드릴(123)은 상호 겹쳐진 2장의 모재(P)의 하부에서 상부를 향하여 장착홀(H)을 가공하게 된다(S2).

여기서, 상기 칩 제거유닛(170)은 상기 드릴(123)을 통한 장착홀(H) 가공 시, 상기 모재(P)로부터 발생되는 칩을 제거하도록 공기 흡입기(176)가 작동하여 저장탱크(172)의 저장공간(S) 내부로 연결 파이프(174)를 통해 하우징(122)과 클램퍼(154) 내부에 존재하는 칩을 유입시키게 된다.

이러한 상태에서, 상기 드릴(123)을 통해 장착홀(H)의 가공이 완료되면, 상기 승하강수단(125)의 구동모터(127)가 역방향으로 회전하여 상기 랙 기어(126)를 하우징(122)의 내부에서 하측으로 이동시켜 상기 드릴모터(124)를 하강시키게 된다.

그러면, 상기 드릴(123)은 드릴모터(124)와 함께 승하강수단(125)에 의해 하강되는데, 이 경우, 상기 드릴(123)이 장착홀(H) 상에서 완전히 이탈될 때까지 드릴모터(124)가 작동하여 드릴(123)을 회전시킴으로써, 드릴(123)이 상기 장착홀(H)에서 원활하게 이탈되도록 한다.

그런 후, 리벳 공급기(180)로부터 리벳공급호스(182)를 통해 상기 클램퍼(154)의 내부로 리벳(10)이 공급되면(S3), 상기 실린더(152)의 내측 상부로 작동압이 계속해서 유입되어 상기 피스톤(156)이 회전로드(164)와 함께 클램퍼(154)의 내부에서 하강되어 상기 리벳(10)을 모재(P)에 가공된 장착홀(H)로 압입하여 리벳팅하게 된다(S4).

이 때, 상기 회전로드(164)는 리벳(10)의 상면에 형성된 걸림홈(12)에 돌출단(166)이 삽입된 상태로 회전 모터(162)의 작동을 통해 회전되면서 리벳(10)을 회전시키게 되고, 상기 리벳(10)은 상기 회전로드(164)에 의해 상기 모재(P)의 장착홀(H)로 회전되면서 상기 피스톤(156)의 가압력에 의해 압입되어 리벳팅된다.

그러면, 2장의 상기 모재(P)는 상호 겹쳐진 상태에서 장착홀(H)로 압입되어 리벳팅되는 상기 리벳(10)에 의해 접합이 완료된다.

상기 리벳(10)을 통한 리벳팅 작업이 완료되면, 상기 실린더(152)의 하측 내부로 작동압이 공급되어 상기 클램퍼(154)와 피스톤(156)을 상승시키게 된다.

이 때, 상기 클램퍼(154)와 피스톤(156) 사이에 개재된 탄성부재(168)는 압축된 상태에서 그 탄성력을 상기 피스톤(156)에 제공함으로써, 클램퍼(154)의 내부에서 상기 피스톤(156)을 리벳공급호스(182)보다 높은 위치로 신속하게 상승시키게 된다.

상기 클램퍼(154)와 피스톤(156)의 상승이 완료되면, 2 장의 모재(P)는 상기 리벳(10)이 장착홀(H)에 장착되어 상호 접합된 상태로 클램핑이 해제됨으로써, 작업자 또는 로봇은 상호 겹쳐진 상태로 리벳팅이 완료된 상기 모재(P)를 취출한다(S5).

즉, 전술한 바와 같은 작동을 반복 수행하면서 2장의 모재(P)를 리벳(10)을 통해 리벳팅하여 상호 접합하게 된다.

이러한 셀프 피어싱 리벳장치(100)는 상기 모재(P)가 980㎫ 이상의 강도를 갖는 초고강도 강이나 두께가 두꺼운 소재일 경우에도 리벳팅이 가능하고, 모재(P)에 따라 일반적인 셀프 피어싱 리벳도 함께 수행할 수 있어 공용으로 적용이 가능하다.

따라서, 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 셀프 피어싱 리벳장치(100)를 적용하면, 두 장 이상의 접합 대상물인 모재(P)의 하부에서 드릴 피어싱을 통해 홀을 선 가공 후, 가공된 홀에 리벳팅을 수행하여 접합 대상물을 접합함으로써, 접합 대상물의 강도와 두께에 관계없이 안정적인 접합이 가능하여 크랙 발생 없이 결합 강성을 향상시킬 수 있다.

또한, 하나의 장치 내부에 드릴 피어싱 유닛(120)을 추가로 구성하여 드릴 피어싱을 통해 장착홀(H)을 가공하고, 리벳팅 유닛(150)을 통해 리벳팅 작업을 동시에 수행함으로써, 별도의 드릴장치를 구비하지 않아도 됨에 따라 설비비용을 줄이고, 작업장의 공간 활용성을 향상시키는 동시에, 작업시간을 단축하여 생산성을 향상시킬 수 있다.

또한, 980 ㎫ 이상의 강도를 갖는 초고장력 강이나 높은 두께 소재, 또는 3 겹 이상의 접합 대상물에도 적용이 가능하며, 접합 대상물의 접합단면을 미력하게 하여 상관 부품과의 간섭 없이 설계 자유도를 향상시킬 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

10 : 리벳 12 : 걸림홈
14 : 돌기 100 : 셀프 피어싱 리벳장치
110 : 프레임 112 : 암
114 : 앤빌 다이 116 : 관통홀
120 : 드릴 피어싱 유닛 122 : 하우징
123 : 드릴 124 : 드릴 모터
125 : 승하강수단 126 : 랙 기어
127 : 구동모터 128 : 피니언 기어
130 : 가이드 수단 132 : 레일
134 : 레일블록 150 : 리벳팅 유닛
152 : 실린더 154 : 클램퍼
156 : 피스톤 156a : 피스톤부
156b : 로드부 157 : 가이드 레일
158 : 레일 하우징 159 : 가이드블록
162 : 회전 모터 164 : 회전로드
166 : 돌출단 168 : 탄성부재
169 : 볼 스프링 170 : 칩 제거유닛
172 : 저장탱크 174 : 연결 파이프
176 : 공기 흡입기 180 : 리벳 공급기
182 : 리벳공급호스 P : 모재
H : 장착홀 S : 저장공간

Claims (15)

1. 양단이 서로 마주하게 배치되어 C형의 골격을 이루며, 로봇의 암 선단에 장착되는 프레임;
   상기 프레임의 하부 일측에서 2장의 모재가 상호 겹쳐진 상태로 안착되는 앤빌 다이의 하부에 설치되며, 상기 모재를 향하여 승하강 되면서 선택적으로 상기 모재에 장착홀을 가공하는 드릴 피어싱 유닛; 및
   상기 앤빌 다이에 대응하여 상기 프레임의 상부 일측에 설치되며, 리벳 공급기로부터 공급된 리벳을 상기 드릴 피어싱 유닛에 의해 상기 모재에 형성되는 상기 장착홀에 클램퍼와 피스톤으로 리벳팅하여 2장의 상기 모재를 상호 접합하는 리벳팅 유닛;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 리벳장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 드릴 피어싱 유닛은
   상기 앤빌 다이의 하부에 장착되는 하우징;
   상기 하우징의 내부에서 길이방향을 따라 상, 하부로 슬라이드 이동 가능하게 장착되며, 회전축 선단에 드릴이 장착되는 드릴 모터; 및
   상기 앤빌 다이를 통과하여 상기 드릴이 2장의 상기 모재에 장착홀을 가공하도록 상기 드릴 모터를 상기 하우징의 내부에서 선택적으로 상승 또는 하강시키는 승하강수단;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 리벳장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 승하강수단은
   상기 드릴 모터의 하부에 장착되는 랙 기어;
   상기 하우징의 외측에서 회전축이 상기 하우징의 내부에 배치되게 장착되는 구동모터; 및
   상기 하우징의 내부에서 상기 구동모터의 회전축에 장착되며, 상기 랙 기어에 치합되는 피니언 기어;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 리벳장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 랙 기어는
   상기 하우징의 내부에서 상부 또는 하부로 이동 시, 양측을 가이드 하는 가이드 수단에 의해 이동이 가이드 되는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 리벳장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 가이드 수단은
   상기 하우징의 내부 양측에 형성되는 레일; 및
   상기 레일 상에서 슬라이드 이동되며, 상기 랙 기어의 양측에 각각 연결되는 적어도 하나 이상의 레일블록;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 리벳장치.
6. 제2항에 있어서,
   상기 앤빌 다이는
   중앙에 상기 드릴이 통과되는 관통홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 리벳팅 유닛은
   상기 앤빌 다이에 대응하여 상기 프레임의 상부 일측에 장착되고, 내부에 상기 클램퍼와 상기 피스톤이 각각 상, 하부로 각각 슬라이드 이동 가능하게 구비되어 작동압의 공급 여부에 따라 상기 모재의 상면을 향하여 상기 클램퍼와 상기 피스톤을 승하강시키는 실린더;
   상기 실린더의 상단에 장착되며, 내부에 적어도 하나 이상의 가이드 레일이 길이방향을 따라 형성되는 레일 하우징;
   상기 레일 하우징의 내부에서 상기 가이드 레일을 따라 이동하는 가이드블록과 연결되어 상, 하부로 슬라이드 이동 가능하게 장착되는 회전 모터; 및
   상기 피스톤의 중앙을 관통하여 회전 가능하게 장착되며, 일단이 상기 회전 모터의 회전축과 연결되고, 타단은 상기 피스톤의 선단으로부터 돌출되어 상기 리벳과 접촉되는 회전로드;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 리벳장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 피스톤은
   상기 실린더의 내경과 동일한 외경을 가지며 상기 실린더의 내부에서 슬라이드 이동 가능하게 구비되는 피스톤부; 및
   상기 피스톤부의 상면과 하면 중앙으로부터 각각 상부와 하부를 향하여 일체로 형성되는 로드부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 리벳장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 피스톤부와 상기 클램퍼의 사이에는
   상기 피스톤부에 탄성력을 제공하는 탄성부재가 개재되는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 리벳장치.
10. 제7항에 있어서,
    상기 클램퍼는
    상기 프레임을 향하는 일측에 리벳공급호스가 연결되며, 상기 리벳공급호스를 통해 상기 리벳이 공급되는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 리벳장치.
11. 제7항에 있어서,
    상기 피스톤은
    상기 클램퍼의 내부를 관통한 상태로 상기 클램퍼의 내부에서 슬라이드 이동 가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 리벳장치.
12. 제7항에 있어서,
    상기 회전로드는
    상기 리벳과 접촉되는 선단에 돌출단이 형성되는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 리벳장치.
13. 제12항에 있어서,
    상기 리벳은
    상기 돌출단에 대응하여 상기 회전로드와 접촉되는 선단에 걸림홈이 형성되고, 하부에는 적어도 하나 이상의 돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 리벳장치.
14. 제1항에 있어서,
    상기 드릴 피어싱 유닛과 상기 리벳팅 유닛은
    상기 프레임의 하부 타측에 구비되며, 상기 드릴 피어싱 유닛에 의해 상기 모재에 장착홀을 가공할 경우, 상기 모재로부터 발생하는 칩을 제거하는 칩 제거유닛과 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 리벳장치.
15. 제14항에 있어서,
    상기 칩 제거유닛은
    내부에 유입된 칩이 모아지는 저장공간이 형성되며, 상기 프레임의 하부 타측에 장착되는 저장탱크;
    상기 드릴 피어싱 유닛과 상기 리벳팅 유닛을 상기 저장탱크의 저장공간과 각각 연결하는 연결 파이프; 및
    상기 저장탱크의 내부에서 상기 저장공간의 하부에 연결되며, 작동 시에 상기 저장공간의 공기를 흡입하여 상기 연결 파이프를 통해 칩을 상기 저장공간으로 유입시키는 공기 흡입기;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 리벳장치.

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