KR20160033879A - 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳 및 이를 이용한 접합 구조체 - Google Patents

Abstract

셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳이 개시된다. 개시된 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳은 ⅰ)헤드부와, ⅱ)헤드부에 일체로 연결되며, 비철 소재를 피어싱 하는 섕크부와, ⅲ)섕크부의 피어싱 단부에 형성되며, 스틸 소재와 접촉하는 용접 돌기부를 포함할 수 있다.

Description

셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳, 이를 이용한 접합 구조체 및 접합 방법 {SELF PIERCING PROJECTION WELDING RIVET, JOINT STRUCTURE AND JOINT METHOD USING THE SAME}

본 발명의 실시 예는 리벳에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이종소재의 모재들을 기계적인 접합 및 용융 접합 방식으로 접합하기 위한 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳에 관한 것이다.

자동차 산업에서는 환경 문제에 따른 연비의 향상을 위해 알루미늄 합금, 마그네슘 합금 및 복합 소재 등과 같은 비철 소재를 통하여 차체의 경량화를 도모하고 있다. 이를 위해 자동차 업계에서는 차체 조립을 위한 통상적인 스폿 용접을 교체할 수 있는 접합 방법에 대한 고찰이 이루어지고 있다.

여기서, 복합 소재는 섬유 강화 플라스틱(FRP: Fiber Reinforced Plastic), 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastic)을 예로 들 수 있다.

한편, 상기한 바와 같은 비철 소재를 가공하고 제품을 성형하는 기술은 활발히 진행되고 있지만, 비철 소재와 스틸 소재의 이종 재질을 접합하는 방법에 대해서는 최근에 개발되고 있는 실정이다.

예를 들면, 비철 소재와 스틸 소재의 이종 재질을 접합하는 대표적인 방법으로는 비철 소재와 스틸 소재에 리벳 접합용 구멍을 가공하고 그 구멍에 리벳을 삽입한 후에 리벳을 소성 변형시킴으로써 비철 소재와 스틸 소재를 기계적으로 접합하는 방식을 사용하고 있다.

최근에 들어서는 비철 소재에만 리벳 접합용 구멍을 가공하고, 그 구멍에 리벳을 투입한 상태에서, 리벳과 스틸 소재에 전류 및 압력을 인가하여 전기적인 저항 열로서 리벳과 스틸 소재의 접촉 부위를 순간적으로 용접함으로써 그 리벳을 통해 비철 소재와 스틸 소재를 접합하는 방식이 소개된 바 있다.

그런데, 이와 같은 종래 기술에서는 비철 소재에 리벳 접합용 구멍을 가공하기 때문에 그 구멍을 가공하기 위한 공정 추가로 인해 생산성 및 작업성이 저하될 수 있고, 접합 시 리벳을 비철 소재의 리벳 접합용 구멍에 정확히 투입하기가 어려운 실정이다.

더 나아가, 종래 기술에서는 비철 소재에 리벳 접합용 구멍을 가공하기 때문에, 구멍 가공을 통한 비철 소재의 가공부 주변에 미세한 크랙이 발생하거나 접합 제품의 외관 품질이 떨어질 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 비철 소재를 뚫고 프로젝션 용접 방식으로 스틸 소재에 용융 접합되며, 비철 소재와 스틸 소재를 기계적인 접합 및 용융 접합 방식으로 접합할 수 있도록 한 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳, 이를 이용한 접합 구조체 및 그 접합 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳은, 비철 소재와 스틸 소재를 접합하기 위한 것으로서, ⅰ)헤드부와, ⅱ)상기 헤드부에 일체로 연결되며, 상기 비철 소재를 피어싱 하는 섕크부와, ⅲ)상기 섕크부의 피어싱 단부에 형성되며, 상기 스틸 소재와 접촉하는 용접 돌기부를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳에 있어서, 상기 용접 돌기부는 용접 전류에 의해 용융되며 상기 섕크부와 상기 스틸 소재를 접합할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳에 있어서, 상기 용접 돌기부는 상기 섕크부의 피어싱 단부에 삼각 단면 형상으로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳에 있어서, 상기 섕크부는 속이 빈 원통 형태로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳에 있어서, 상기 섕크부에는 적어도 하나의 슬릿이 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳에 있어서, 상기 슬릿은 상기 용접 돌기부로부터 상기 헤드부 측으로 길게 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳에 있어서, 상기 슬릿은 상기 섕크부에 120도 간격으로 이격되게 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳에 있어서, 상기 섕크부는 소정의 가압력에 의해 상기 비철 소재를 피어싱 할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳에 있어서, 상기 헤드부의 가장자리 부분은 그 가압력에 의해 상기 비철 소재의 표면으로 압입될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳에 있어서, 상기 헤드부는 상기 섕크부의 직경 보다 큰 직경으로서 상기 비철 소재의 표면을 지지하는 플랜지를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳에 있어서, 상기 플랜지에는 상기 비철 소재의 표면에 대응하는 오목면이 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳에 있어서, 상기 플랜지의 가장자리 부분에는 상기 오목면에 의해 상기 비철 소재의 표면으로 압입될 수 있는 첨예한 압입단이 형성될 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳을 이용한 접합 구조체는, 헤드부, 섕크부 및 용접 돌기부를 지니며 제1 소재와 제2 소재를 접합하는 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳을 이용한 것으로서, 상기 섕크부는 상기 제1 소재에 압입되며, 상기 제2 소재에 용융 접합될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳을 이용한 접합 구조체에 있어서, 상기 섕크부는 상기 용접 돌기부에 의해 상기 제2 소재에 프로젝션 용접될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳을 이용한 접합 구조체에 있어서, 상기 섕크부는 속이 빈 원통 형태로 이루어지며, 상기 섕크부에는 적어도 하나의 슬릿이 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳을 이용한 접합 구조체는, 상기 섕크부의 내측 공간에 대응하는 제1 소재의 일 부분과, 상기 슬릿에 대응하는 제1 소재의 다른 일 부분이 일체로 연결될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳을 이용한 접합 구조체에 있어서, 상기 헤드부는 상기 섕크부의 직경 보다 큰 직경으로서 상기 제1 소재의 표면을 지지하는 플랜지를 포함하되, 상기 플랜지의 가장자리 부분이 상기 제1 소재의 표면으로 압입될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳을 이용한 접합 구조체에 있어서, 상기 제1 소재는 알루미늄 합금, 마그네슘 합금 및 복합 소재 중에서 선택되는 어느 하나의 비철 소재로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳을 이용한 접합 구조체에 있어서, 상기 제2 소재는 스틸 소재로 이루어질 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳을 이용한 접합 방법은, 비철 소재와 스틸 소재를 접합하는 상기 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳을 제공하고, 고정 전극 상에 서로 겹쳐진 스틸 소재와 비철 소재를 셋팅하며, 별도로 공급된 상기 리벳을 가동 전극으로서 가압하여 그 리벳의 섕크부를 상기 비철 소재에 압입하며 상기 섕크부의 피어싱 단부에 구비된 용접 돌기부를 상기 스틸 소재에 접촉시키고, 상기 고정 전극과 가동 전극에 용접 전류를 인가하여 전기적인 저항 열로서 상기 용접 돌기부를 용융시키며 상기 섕크부와 스틸 소재를 용융 접합할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳을 이용한 접합 방법은, 상기 용접 돌기부를 통해 상기 섕크부와 스틸 소재를 프로젝션 용접할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳을 이용한 접합 방법은, 상기 섕크부에 적어도 하나의 슬릿이 형성된 상기 리벳을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳을 이용한 접합 방법에 있어서, 상기 섕크부는 이의 내측 공간에 대응하는 비철 소재의 일 부분과, 상기 슬릿에 대응하는 비철 소재의 다른 일 부분을 일체로 연결할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳을 이용한 접합 방법은, 상기 리벳의 헤드부 가장자리 부분을 상기 가동 전극의 가압력에 의해 상기 비철 소재의 표면으로 압입할 수 있다.

본 발명의 실시 예는 비철 소재에 별도의 접합용 구멍을 형성하지 않고서도 그 비철 소재와 스틸 소재를 강건하게 접합할 수 있으므로, 접합 제품의 생산성 및 작업성을 더욱 향상시킬 수 있고, 접합 공정 수를 감소시키며 제작 원가를 절감할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에서는 비철 소재에 별도의 리벳 접합용 구멍을 가공할 필요가 없으므로, 비철 소재의 구멍 가공부 주변에 미세한 크랙이 발생하거나 접합 제품의 외관 품질을 해칠 염려가 없다.

더 나아가, 본 발명의 실시 예에서는 섕크부에 슬릿들을 형성하여 비철 소재에 대한 섕크부의 피어싱 면적을 줄일 수 있으므로, 리벳에 대한 접합 시스템의 접합 하중을 감소시킬 수 있고, 접합 시스템의 작동 안정성을 도모할 수 있으며, 전체 리벳의 사용 소재를 절감할 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시 예에서는 비철 소재를 피어싱 한 리벳의 섕크부가 용접 돌기부를 통해 스틸 소재에 프로젝션 용접되고, 헤드부의 플랜지 가장자리 부분이 압입단을 통해 비철 소재의 상부 면에 압입되므로, 비철 소재와 스틸 소재의 접합성 및 접합 강도를 증대시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에서는 섕크부의 내측 공간에 대응하는 비철 소재의 일 부분과 슬릿들에 대응하는 비철 소재의 다른 일 부분을 일체로 연결할 수 있기 때문에, 비철 소재의 일 부분이 완전히 전단되지 않고, 다른 일 부분과 상호 연결된 인터락을 형성할 수 있으며, 이로 인해 스틸 소재에 대하여 비철 소재를 더욱 견고하게 구속할 수 있다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시 예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳을 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳을 도시한 단면 구성도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳을 이용한 소재 접합 방법을 나타내 보인 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳을 이용한 소재 접합 구조체를 나타내 보인 도면이다.

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 "...부", ""...수단" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳을 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳을 도시한 단면 구성도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳(100)은 서로 겹쳐진 두 매의 모재, 예를 들면 차체 패널을 일체로 접합하는 차체 조립 공정에 적용될 수 있다. 그러나 상기 모재는 차체 패널을 포함하는 것에 반드시 한정되지 않고, 차체용 멤버 및 프레임 등과 같은 각종 차체 구조물을 포함할 수도 있다.

더 나아가, 본 발명의 보호범위가 반드시 차체를 조립하기 위한 것에 한정되는 것으로 이해되어서는 아니되며, 소정의 부품들을 조립하여 이루어지는 다양한 종류 및 용도의 구조물이라면 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳(100)은 이종소재로 이루어진 두 매의 모재를 기계적인 접합 방식 및 용융 접합 방식으로 접합하기 위한 것이다.

이하에서는 상기 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳(100)을 상하 방향으로 세워 놓고 보았을 때를 기준으로 하여 하기의 구성요소들을 설명하는데, 상측을 향하는 부분을 상단부 및 상부로 정의하고, 하측을 향하는 부분을 하단부 및 하부로 정의할 수 있다.

또한, 상기에서 두 매의 모재는 도면을 기준으로 상측에 위치하는 모재를 제1 소재(1: 이하 도 4 참조)로 정의하고, 상측 모재의 하측에 위치하는 모재를 제2 소재(2: 이하 도 4 참조)로 정의할 수 있다.

상기와 같은 방향의 정의는 상대적인 의미로서, 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳(100)의 기준 위치 및 제1,2 소재(1, 2)의 접합 방향 등에 따라서 그 방향이 달라질 수 있으므로, 상기한 기준 방향이 본 실시 예의 기준 방향으로 반드시 한정되는 것은 아니다.

여기서, 상기 제1 및 제2 소재(1, 2)는 이종소재로 구비되는데, 상기 제1 소재(1)는 알루미늄 합금, 마그네슘 합금 및 복합 소재(예를 들면, FRP, CFRP, 플라스틱, 고무 등)를 포함하는 비철 소재로 이루어질 수 있다. 그리고 상기 제2 소재(2)는 스틸 소재로 이루어질 수 있다.

즉, 상기 제2 소재(2)는 베이스 시트로 구비되며, 상기 제1 소재(1)는 종래 기술과 같이 리벳 접합용 구멍을 별도로 형성하지 않고 제2 소재(2)의 상면에 겹쳐지는 커버 시트로 구비될 수 있다.

한편, 본 발명의 실시 예에서는 상기 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳(100)를 이용하여 제1 및 제2 소재(1, 2)를 기계적인 접합 방식 및 용융 접합 방식으로 접합하기 위한 접합 시스템(200: 이하 도 4 참조)을 포함하고 있다.

상기 접합 시스템(200)은 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳(100)을 소정의 압력으로 가압하며, 그 리벳(100)과 제2 소재(2)에 용접 전류를 인가할 수 있는 구조로 이루어진다.

상기한 바와 같은 접합 시스템(200)의 좀더 구체적인 구성은 도 4 내지 도 6을 참조하여 뒤에서 더욱 자세하게 설명될 것이다.

이하에서 설명될 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳(100)은 비철 소재로서의 제1 소재(1)를 뚫고 프로젝션 용접 방식으로 스틸 소재의 제2 소재(2)에 용융 접합되며, 제1 및 제2 소재(1, 2)를 기계적인 접합 및 용융 접합 방식으로 접합할 수 있는 구조로 이루어진다.

이를 위해 본 발명의 실시 예에 따른 상기 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳(100)은 기본적으로, 헤드부(10), 섕크부(40) 및 용접 돌기부(70)를 포함하고 있다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 헤드부(10)는 위에서 언급한 바 있는 접합 시스템(200)의 가압력을 직접 전달받는 부분으로, 제1 소재(1)의 상부 면을 지지한다.

상기 헤드부(10)는 도면을 기준할 때 리벳(100)의 상측 부에 구비되며, 소정의 두께를 지닌 원형의 판 형상으로 이루어진다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 섕크부(40)는 접합 시스템(200)에서 헤드부(10)로 인가되는 가압력에 의해 제1 소재(1)를 피어싱 하는 부분으로, 제1 소재(1)를 뚫고 들어가며 제1 소재(1)에 압입될 수 있다.

상기 섕크부(40)는 도면을 기준할 때, 헤드부(10)의 하부 면에 일체로 연결되며, 속이 빈 원통 형상의 섕크로 구비된다.

한편, 상기 섕크부(40)에는 적어도 하나의 슬릿(41)이 형성되어 있다. 상기 슬릿(41)은 제1 소재(1)에 대한 섕크부(40)의 피어싱 면적을 줄이기 위한 것이다.

이러한 슬릿(41)은 섕크부(40)의 피어싱 단부 즉, 뒤에서 더욱 설명될 용접 돌기부(70)로부터 헤드부(10) 측으로 길게 형성된다.

예를 들면, 상기 슬릿(41)은 섕크부(40)의 내측 중심을 기준으로 원호 방향을 따라 세 개로 구비되는 바, 그 원호 방향을 따라 120도 간격으로 이격되게 형성될 수 있다.

상기 섕크부(40)에 대한 슬릿들(41)의 개수 및 간격은 언급한 바와 같이 반드시 세 개 및 120도 간격으로 한정되는 것은 아니며, 제1 소재(1)의 강도 및 리벳(100)의 접합 강도에 따라 다양하게 변형될 수 있다.

다른 한편으로, 본 발명의 실시 예에 의한 상기 헤드부(10)의 가장자리 부분은 접합 시스템(200)으로부터 인가되는 가압력에 의해 제1 소재(1)의 상부 면(표면)으로 압입될 수 있다.

이를 위해 상기 헤드부(10)는 섕크부(40)의 직경(외경) 보다 큰 직경(외경)으로서 제1 소재(1)의 상부 면을 지지하는 플랜지(11)를 포함하고 있다.

여기서, 상기 플랜지(11)에는 제1 소재(1)의 상부 면에 대응하는 오목면(13)이 형성되는데, 그 오목면(13)은 섕크부(40)의 연결 단에서 플랜지(11)의 가장자리 단으로 이어지는 라운드 면으로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 플랜지(11)의 가장자리 부분에는 오목면(13)에 의해 제1 소재의 상부 면으로 압입될 수 있는 첨예한 압입단(15)이 형성된다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 용접 돌기부(70)는 섕크부(40)가 제1 소재(1)를 뚫고 제1 소재(1)에 압입된 상태에서 제2 소재(2)의 상부 면에 접촉하는 것으로, 섕크부(40)의 피어싱 단부에 돌출되게 형성된다.

상기 용접 돌기부(70)는 위에서 언급한 바 있는 접합 시스템(200)에서 리벳(100) 및 제2 소재(2)에 인가되는 용접 전류에 의해 용융되며, 섕크부(40)와 제2 소재(2)를 용융 접합하는 프로젝션 용접 돌기로 구비된다.

이러한 돌기부(70)는 섕크부(40)에서 슬릿(41)을 제외한 부분의 피어싱 단부에 돌출되게 형성되는 바, 삼각 단면 형상으로 예리하게 돌출 형성될 수 있다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳(100)을 이용한 소재 접합 방법을 앞서 개시한 도면들 및 첨부한 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳을 이용한 소재 접합 방법을 나타내 보인 도면이다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에서는 위에서 언급한 바 있는 접합 시스템(200)을 이용하여 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳(100)을 통해 제1 및 제2 소재(1, 2)를 기계적인 접합 방식 및 용융 접합 방식으로 접합할 수 있다.

이러한 접합 시스템(200)은 도면을 기준할 때 상하 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치되는 가동 전극(101)과, 가동 전극(101)의 하측에 고정되게 설치되는 고정 전극(103)과, 고정 전극(103) 측으로 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳(100)을 공급하는 리벳 피더(도면에 도시하지 않음)를 포함한다.

상기 가동 전극(101)은 양극의 용접 전극으로서 소정의 프레임에 상하 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치되며, 유압 또는 공압에 의해 상하 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치될 수 있다. 상기 가동 전극(101)은 하측 방향으로 이동하며 셀프 피어싱 프로젝션 리벳(100)을 가압하고, 그 리벳(100)에 양극의 용접 전류를 인가할 수 있다.

그리고 상기 고정 전극(103)은 음극의 용접 전극으로서 가동 전극(101)에 대응하여 프레임에 고정되게 설치된다. 상기 고정 전극(103)은 서로 겹쳐진 제1 및 제2 소재(1, 2)를 지지하는데, 상측 방향을 따라 제2 소재(2)와 제1 소재(1)를 순차적으로 지지하며, 제2 소재(2)에 음극의 용접 전류를 인가할 수 있다.

이와 같은 접합 시스템(200)은 당 업계에서 널리 알려진 공지 기술의 프로젝션 용접 시스템의 구성으로 이루어지므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.

상기한 접합 시스템(200)을 이용하여 제1 및 제2 소재(1, 2)를 접합하는 예를 설명하면, 우선 본 발명의 실시 예에서는 도 4에서와 같이 가동 전극(101)이 상측 방향으로 이동된 상태에서, 고정 전극(103) 상에 서로 겹쳐진 제1 및 제2 소재(1, 2)를 셋팅한다.

그리고 나서, 본 발명의 실시 예에서는 리벳 피더(도면에 도시하지 않음)를 통해 셀프 피어싱 프로젝션 리벳(100: 이하에서는 편의 상 "리벳" 이라고 한다)을 가동 전극(101)의 하측 즉, 제1 및 제2 소재(1, 2)의 기 설정된 접합 부위로 공급한다.

이러한 상태에서, 본 발명의 실시 예에서는 도 5에서와 같이 가동 전극(101)을 하측 방향으로 이동시키며 그 가동 전극(101)을 통해 리벳(100)의 헤드부(10)를 일정한 압력으로 가압한다.

그러면, 상기 리벳(100)의 섕크부(40)는 제1 소재(1)를 피어싱 하며 제1 소재(1)에 압입되고, 그 섕크부(40)의 피어싱 단부에 구비된 용접 돌기부(70)는 제2 소재(2)의 상면에 접촉된다.

여기서, 본 발명의 실시 예에서는 상기 섕크부(40)에 슬릿들(41)을 형성하고 있기 때문에, 제1 소재(1)에 대한 섕크부(40)의 피어싱 면적을 줄일 수 있으며, 섕크부(40)의 내측 공간에 대응하는 제1 소재(1)의 일 부분과 슬릿(41)에 대응하는 제1 소재(1)의 다른 일 부분을 일체로 연결할 수 있다.

이러는 과정에 상기 헤드부(10)는 플랜지(11)를 통해 제1 소재(1)의 상부 면을 지지하는데, 그 플랜지(11)의 가장자리 부분은 압입단(15)을 통해 제1 소재(1)의 상부 면에 압입될 수 있다.

상기와 같이 리벳(100)의 섕크부(40)를 일정한 가압력으로 제1 소재(1)에 압입하며, 용접 돌기부(70)를 제2 소재(2)의 상면에 접촉시킨 상태에서, 본 발명의 실시 예에서는 도 6에서와 같이 가동 전극(101) 및 고정 전극(103)에 용접 전류를 인가한다.

그러면, 본 발명의 실시 예에서는 상기 용접 돌기부(70)에 전류 및 가압력이 집중되면서 전기적인 저항 열에 의해 용접 돌기부(70)를 가열하게 되고 그 열에 의해 용접 돌기부(70)를 용융시킬 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시 예에서는 상기 용접 돌기부(70)의 접촉 영역에 웰드 너켓(weld nugget)을 형성하면서 섕크부(40)와 제2 소재(2)를 용융 접합할 수 있게 된다.

즉, 본 발명의 실시 예에서는 고정 전극(103)을 통해 제1 및 제2 소재(1, 2)를 지지하며 가동 전극(101)을 통해 리벳(100)을 가압한 상태에서, 가동 전극(101)과 고정 전극(103)에 용접 전류를 인가하게 되면, 전기적인 저항 열로서 용접 돌기부(70)를 순간적으로 용융시킴으로써 섕크부(40)와 제2 소재(2)를 프로젝션 용접할 수 있다.

마지막으로, 상기 가동 전극(101) 및 고정 전극(103)으로 인가되는 용접 전류를 차단하고, 가동 전극(101)을 상측 방향으로 이동시키게 되면, 상기한 바와 같은 리벳(100)을 통해 기계적인 접합 방식 및 용융 접합 방식으로 제1 및 제2 소재(1, 2)를 일체로 접합한 접합 구조체(300)의 조립이 완료된다(도 7 참조).

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳을 이용한 소재 접합 구조체를 나타내 보인 도면이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳(100)을 이용한 소재 접합 구조체(300)는 리벳(100)의 섕크부(40)가 비철 소재의 제1 소재(1)에 압입되며, 그 섕크부(40)가 스틸 소재의 제2 소재(2)에 용융 접합된 구조로 이루어질 수 있다.

즉, 상기 섕크부(40)는 앞서 설명한 접합 과정에서와 같이 전기적인 저항 열에 의해 용융된 용접 돌기부(70)를 통하여 제2 소재(2)에 프로젝션 용접되는 바, 프로젝션 용접부(201)를 통해 제2 소재(2)와 일체로 접합되어 있다.

여기서, 상기 리벳(100)의 헤드부(10)는 플랜지(11)를 통해 제1 소재(1)의 상부 면을 지지하며 그 플랜지(11)의 가장자리 부분이 압입단(15)을 통해 제1 소재(1)의 상부 면에 압입되어 있다.

그리고, 본 발명의 실시 예에서는 리벳(100)의 섕크부(40)에 슬릿들(41)을 형성하고 있기 때문에, 섕크부(40)의 내측 공간에 대응하는 제1 소재(1)의 일 부분과 슬릿들(41)에 대응하는 제1 소재(1)의 다른 일 부분이 일체로 연결되어 있다.

따라서, 본 발명의 실시 예에서는 제1 소재(1)를 피어싱 한 리벳(100)의 섕크부(40)가 용접 돌기부(70)를 통해 제2 소재(2)에 프로젝션 용접되고, 헤드부(10)의 플랜지 가장자리 부분이 압입단(15)을 통해 제1 소재(1)의 상부 면에 압입되어 있으므로, 제1 및 제2 소재(1, 2)의 접합성 및 접합 강도를 증대시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에서는 섕크부(40)의 내측 공간에 대응하는 제1 소재(1)의 일 부분과 슬릿들(41)에 대응하는 제1 소재(1)의 다른 일 부분을 일체로 연결하고 있기 때문에, 제1 소재(1)의 일 부분이 완전히 전단되지 않고, 다른 일 부분과 상호 연결된 인터락을 형성할 수 있다. 이에, 본 발명의 실시 예에서는 제2 소재(2)에 대하여 제1 소재(1)를 더욱 견고하게 구속할 수 있다.

지금까지 설명한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳(100), 이를 이용한 접합 구조체(300) 및 접합 방법에 의하면, 제1 소재(1)에 별도의 접합용 구멍을 형성하지 않고서도 이종소재의 제1 및 제2 소재(1, 2)를 강건하게 접합할 수 있으므로, 접합 제품의 생산성 및 작업성을 더욱 향상시킬 수 있고, 접합 공정 수를 감소시키며 제작 원가를 절감할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에서는 비철 소재의 제1 소재(1)에 별도의 리벳 접합용 구멍을 가공할 필요가 없으므로, 제1 소재(1)의 구멍 가공부 주변에 미세한 크랙이 발생하거나 접합 제품의 외관 품질을 해칠 염려가 없다.

더 나아가, 본 발명의 실시 예에서는 섕크부(40)에 슬릿들(41)을 형성하여 제1 소재(1)에 대한 섕크부(40)의 피어싱 면적을 줄일 수 있으므로, 리벳(100)에 대한 접합 시스템(200)의 접합 하중을 감소시킬 수 있고, 접합 시스템(200)의 작동 안정성을 도모할 수 있으며, 전체 리벳(100)의 사용 소재를 절감할 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... 제1 소재 2... 제2 소재
10... 헤드부 11... 플랜지
13... 오목면 15... 압입단
40... 섕크부 41... 슬릿
70... 용접 돌기부 100... 리벳
101... 가동 전극 103... 고정 전극
200... 접합 시스템 201... 프로젝션 용접부
300... 접합 구조체

Claims (19)

1. 비철 소재와 스틸 소재를 접합하기 위한 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳으로서,
   헤드부;
   상기 헤드부에 일체로 연결되며, 상기 비철 소재를 피어싱 하는 섕크부; 및
   상기 섕크부의 피어싱 단부에 형성되며, 상기 스틸 소재와 접촉하는 용접 돌기부;
   를 포함하는 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 용접 돌기부는 용접 전류에 의해 용융되며 상기 섕크부와 상기 스틸 소재를 접합하는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 용접 돌기부는 상기 섕크부의 피어싱 단부에 삼각 단면 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 섕크부는 속이 빈 원통 형태로 이루어지며,
   상기 섕크부에는 적어도 하나의 슬릿이 형성되는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 슬릿은,
   상기 용접 돌기부로부터 상기 헤드부 측으로 길게 형성되며,
   상기 섕크부에 120도 간격으로 이격되게 형성되는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳.
6. 제1 항에 있어서,
   상기 섕크부는 소정의 가압력에 의해 상기 비철 소재를 피어싱 하며,
   상기 헤드부의 가장자리 부분은 그 가압력에 의해 상기 비철 소재의 표면으로 압입되는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳.
7. 제1 항에 있어서,
   상기 헤드부는,
   상기 섕크부의 직경 보다 큰 직경으로서 상기 비철 소재의 표면을 지지하는 플랜지를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳.
8. 제7 항에 있어서,
   상기 플랜지에는 상기 비철 소재의 표면에 대응하는 오목면이 형성되는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳.
9. 제8 항에 있어서,
   상기 플랜지의 가장자리 부분에는 상기 오목면에 의해 상기 비철 소재의 표면으로 압입될 수 있는 첨예한 압입단이 형성되는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳.
10. 헤드부, 섕크부 및 용접 돌기부를 지니며 제1 소재와 제2 소재를 접합하는 청구항 1의 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳을 이용한 접합 구조체로서,
    상기 섕크부는 상기 제1 소재에 압입되며, 상기 제2 소재에 용융 접합되는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳을 이용한 접합 구조체.
11. 제10 항에 있어서,
    상기 섕크부는 상기 용접 돌기부에 의해 상기 제2 소재에 프로젝션 용접되는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳을 이용한 접합 구조체.
12. 제10 항에 있어서,
    상기 섕크부는 속이 빈 원통 형태로 이루어지며, 상기 섕크부에는 적어도 하나의 슬릿이 형성되되,
    상기 섕크부의 내측 공간에 대응하는 제1 소재의 일 부분과, 상기 슬릿에 대응하는 제1 소재의 다른 일 부분이 일체로 연결되는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳을 이용한 접합 구조체.
13. 제10 항에 있어서,
    상기 헤드부는,
    상기 섕크부의 직경 보다 큰 직경으로서 상기 제1 소재의 표면을 지지하는 플랜지를 포함하되,
    상기 플랜지의 가장자리 부분이 상기 제1 소재의 표면으로 압입되는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳을 이용한 접합 구조체.
14. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 소재는 알루미늄 합금, 마그네슘 합금 및 복합 소재 중에서 선택되는 어느 하나의 비철 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳을 이용한 접합 구조체.
15. 제14 항에 있어서,
    상기 제2 소재는 스틸 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳을 이용한 접합 구조체.
16. 비철 소재와 스틸 소재를 접합하는 청구항 1의 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳을 제공하고;
    고정 전극 상에 서로 겹쳐진 스틸 소재와 비철 소재를 셋팅하며;
    별도로 공급된 상기 리벳을 가동 전극으로서 가압하여 그 리벳의 섕크부를 상기 비철 소재에 압입하며, 상기 섕크부의 피어싱 단부에 구비된 용접 돌기부를 상기 스틸 소재에 접촉시키고;
    상기 고정 전극과 가동 전극에 용접 전류를 인가하여 전기적인 저항 열로서 상기 용접 돌기부를 용융시키며 상기 섕크부와 스틸 소재를 용융 접합하는 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳을 이용한 접합 방법.
17. 제16 항에 있어서,
    상기 용접 돌기부를 통해 상기 섕크부와 스틸 소재를 프로젝션 용접하는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳을 이용한 접합 방법.
18. 제16 항에 있어서,
    상기 섕크부에 적어도 하나의 슬릿이 형성된 상기 리벳을 제공하며,
    상기 섕크부는 이의 내측 공간에 대응하는 비철 소재의 일 부분과, 상기 슬릿에 대응하는 비철 소재의 다른 일 부분을 일체로 연결하는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳을 이용한 접합 방법.
19. 제16 항에 있어서,
    상기 리벳의 헤드부 가장자리 부분을 상기 가동 전극의 가압력에 의해 상기 비철 소재의 표면으로 압입하는 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳을 이용한 접합 방법.

Images