KR20180065674A - 이종소재 접합용 리벳 및 이를 이용한 이종소재 접합 구조체 - Google Patents

Abstract

이종소재 접합용 리벳이 개시된다. 개시된 이종소재 접합용 리벳은 스틸소재의 판재와 비철소재의 판재를 일체로 접합하기 위한 것으로서, ⅰ)상하 방향을 기준으로 그 상하 면에 평면을 형성하는 납작 머리 형태의 헤드부와, ⅱ)중공을 지니며 헤드부의 하면에 일체로 연결되고, 비철소재의 판재를 관통하는 바디부를 포함할 수 있다.

Description

이종소재 접합용 리벳 및 이를 이용한 이종소재 접합 구조체 {RIVET FOR JOINING DIFFERENT KINDS MATERIALS AND JOINING STRUCTURE OF DIFFERENT KINDS MATERIALS USING THE SAME}

본 발명의 실시 예는 이종소재 접합용 리벳 및 이를 이용한 이종소재 접합 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스틸소재와 비철소재의 이종소재를 일체로 접합하기 위한 이종소재 접합용 리벳 및 이를 이용한 이종소재 접합 구조체에 관한 것이다.

최근에는 차체의 고강도 경량화 추세에 따라 차체 소재로서, 초고장력강 등과 같은 스틸판재, 알루미늄 및 마그네슘 등과 같은 비철 금속판재, 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 복합판재를 적용하는 사례가 빈번해 졌다.

이와 같은 비철소재의 판재를 제조하고 그 비철소재의 판재를 차체 적용하기 위해서는 비철소재 판재와 스틸소재 판재의 접합이 가능해야 하는데, 두 소재의 물성적 특성에 의해 레이저 용접이나 스폿 용접은 불가능하다. 이는 비철소재 판재와 스틸소재 판재의 녹는점이 다르거나 전기적인 통전이 되지 않기 때문이다.

이에 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 된다.

이와 같은 문제점들을 해소하기 위하여 최근에는 비철소재의 판재에 스틸 엘리먼트(당 업계에서는 "스틸 저항요소"라고도 한다)를 삽입하고 그 스틸 엘리먼트와 스틸소재의 판재를 스폿 용접하는 REW(Resistance Element Welding) 장치를 이용한 용접방식이 적용되고 있다.

그런데, 이러한 REW 장치는 갈바닉 부식을 방지하기 위해 삽입하는 별도의 스틸 엘리먼트를 공급하기 위한 추가 장치 및 비철소재의 판재에 스틸 엘리먼트를 삽입하기 위한 홀 가공이 필요하게 되고, 비철소재 판재의 두께에 따라 서로 다른 규격의 스틸 엘리먼트를 필요로 하며, 스틸 엘리먼트를 규격별로 공급하기 위한 각각의 장비가 필요하여 투자비의 증가와 함께 공정설비의 규모가 커지는 문제점이 있다. 또한, 기존의 REW 장치는 이동장치와 제어장치를 포함하여 공정이 복잡하게 되어 보전상의 어려움도 있다.

더 나아가, 상기한 바와 같은 REW 장치를 이용한 이종소재의 접합 방식은 비철소재 판재에 삽입된 스틸 엘리먼트의 위치 산포로 인한 스틸 엘리먼트와 스틸소재 판재의 과 용접으로 알루미늄과 같은 비철소재가 용융되면서 스틸소재와 섞이는 등의 용접 품질문제가 발생할 수 있다.

상기와 같은 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 스틸소재 판재와 비철소재 판재를 스폿 용접 방식으로 접합할 수 있도록 한 이종소재 접합용 리벳을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명의 실시 예들은 단일의 리벳을 비철소재의 판재에 체결하며, 기존의 스폿 용접 장치를 사용하여 리벳과 스틸소재의 판재를 스폿 용접한 이종소재 접합 구조체를 제공한다.

본 발명의 실시 예는 이종소재 접합용 리벳은, 스틸소재의 판재와 비철소재의 판재를 일체로 접합하기 위한 것으로서, ⅰ)상하 방향을 기준으로 그 상하 면에 평면을 형성하는 납작 머리 형태의 헤드부와, ⅱ)중공을 지니며 상기 헤드부의 하면에 일체로 연결되고, 상기 비철소재의 판재를 관통하는 바디부를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 이종소재 접합용 리벳에 있어서, 상기 헤드부는 상기 비철소재 판재의 관통홀 가장자리 상면을 지지할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 이종소재 접합용 리벳에 있어서, 상기 바디부의 자유 단부는 소성 변형되며, 상기 비철소재 판재의 관통홀 가장자리 하면을 지지할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 이종소재 접합용 리벳에 있어서, 상기 바디부의 자유 단에는 상기 비철소재 판재를 피어싱 하기 위한 피어싱 돌기가 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 이종소재 접합용 리벳에 있어서, 상기 헤드부의 상면은 상기 스틸소재 판재와 스폿 용접될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 이종소재 접합용 리벳에 있어서, 상기 리벳은 스틸소재로 이루어지되, 그 스틸소재의 표면에 코팅된 알루미늄 혹은 아연소재의 도금층을 형성할 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시 예에 따른 이종소재 접합 구조체는, 스틸소재의 판재와 비철소재의 판재가 일체로 접합된 것으로서, 상기 스틸소재의 판재와 비철소재의 판재 사이에서 리벳의 바디부가 상기 비철소재의 판재를 관통하고, 상기 리벳의 헤드부가 상기 비철소재 판재의 관통홀 가장자리 일면을 지지하며, 상기 바디부의 관통 단부가 소성 변형되며 상기 비철소재 판재의 관통홀 가장자리 타면을 지지하고, 상기 스틸소재의 판재가 상기 리벳의 헤드부에 스폿 용접될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 이종소재 접합 구조체에 있어서, 상기 리벳의 바디부는 상기 비철소재의 판재에 형성된 프리홀을 관통할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 이종소재 접합 구조체에 있어서, 상기 리벳의 바디부는 관통 단부에 구비된 피어싱 돌기를 통해 상기 비철소재 판재를 피어싱 하며 관통할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 이종소재 접합 구조체에 있어서, 상기 리벳의 헤드부는 양면에 평면을 형성하는 납작 머리 형태로 구비될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 이종소재 접합 구조체에 있어서, 상기 리벳의 바디부는 중공을 지니며 상기 헤드부에 일체로 연결될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 이종소재 접합 구조체에 있어서, 상기 바디부의 중공에는 스폿 용접 장치의 고정 전극이 위치하며, 그 고정 전극이 헤드부의 중심에 접촉될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 이종소재 접합 구조체에 있어서, 상기 비철소재의 판재는 하부로 돌출된 오목부를 형성하고, 상기 스틸소재의 판재는 평평한 상하면을 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 이종소재 접합 구조체에 있어서, 상기 리벳의 바디부는 상기 오목부를 관통하며, 그 오목부의 관통 부위 가장자리 하면을 지지할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 이종소재 접합 구조체에 있어서, 상기 리벳의 헤드부는 상기 오목부에 의해 상기 비철소재 판재의 상면과 동일 평면으로 배치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 이종소재 접합 구조체에 있어서, 상기 리벳의 헤드부 상면과 비철소재 판재의 상면은 상기 스틸소재 판재의 하면과 면착될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 이종소재 접합 구조체에 있어서, 상기 스틸소재의 판재는 상부로 돌출된 볼록부를 형성하고, 상기 비철소재의 판재는 평평한 상하면을 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 이종소재 접합 구조체에 있어서, 상기 리벳의 바디부는 비철소재의 판재를 관통하며 그 관통 부위의 가장자리 하면을 지지하고, 상기 리벳의 헤드부는 스틸소재 판재의 볼록부 내측 공간에 배치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 이종소재 접합 구조체에 있어서, 상기 리벳의 헤드부 상면은 상기 볼록부의 내측 상면에 면착되고, 상기 비철소재 판재의 상면은 스틸소재 판재의 하면과 면착될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 이종소재 접합 구조체에 있어서, 상기 스틸소재의 판재는 스틸 강판, 스테인레스 스틸 강판, 고장력 강판 및 초고장력 강판 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 이종소재 접합 구조체에 있어서, 상기 비철소재의 판재는 알루미늄 판재, 마그네슘 판재 및 플라스틱 복합소재 판재 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 REW 장치를 사용하여 다양한 크기의 스틸 엘리먼트를 통해 이종소재의 금속판재를 접합한 종래 기술과 달리, 단일의 리벳을 비철소재의 판재에 체결하며, 기존의 스폿 용접 장치를 사용하여 이종소재의 판재를 접합하므로, 공정이 단순하고, 설비 투자비용이 절감되는 효과가 있다.

더 나아가, 본 발명의 실시 예에서는 비철소재의 판재에 접합 홀을 형성하지 않아도 되고, 비철소재 판재의 두께에 상관없이 단일의 리벳을 통하여 이종소재의 판재를 접합할 수 있으므로, 생산성을 증대시킬 수 있으며, 제작 원가를 절감할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에서는 비철소재의 판재로서 알루미늄 소재를 사용할 경우, 그 비철소재의 판재에 리벳의 바디부를 체결하고, 헤드부와 스틸소재 판재를 스폿 용접하므로, 리벳의 위치 산포를 최소화할 수 있고, 리벳의 위치 산포로 인한 리벳과 스틸소재 판재의 과 용접으로 인해 비철소재가 용융하는 등의 용접 품질문제를 개선할 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 이종소재 접합 구조체를 도시한 단면 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 이종소재 접합 구조체에 적용되는 리벳을 도시한 사시도이다.
도 3의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시 예에 따른 이종소재 접합 구조체에 적용되는 리벳을 도시한 단면 구성도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 이종소재 접합용 리벳(200)을 이용한 이종소재 접합 구조체의 접합 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7의 (a) 및 (b)는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 이종소재 접합용 리벳을 이용한 이종소재 접합 구조체를 도시한 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 "...유닛", "...수단", "...부", "...부재" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이종소재 접합 구조체를 도시한 단면 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 이종소재 접합 구조체(100)는 차체의 경량화를 도모하기 위해 이종소재로서 스틸소재의 판재(1)와 비철소재의 판재(2)가 일체로 접합된 접합체이며, 차체 패널과 같은 차체 조립용 부품으로 구성될 수 있다.

예를 들면, 본 발명의 실시 예에 따른 이종소재 접합 구조체(100)는 스틸소재의 하드웨어 부품을 통하여 스틸소재의 판재(1)와 비철소재의 판재(2)를 스폿 용접 방식으로 접합할 수 있다.

이와 같은 이종소재 접합 구조체(100)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 접합체에 한정되는 것으로 이해되어서는 아니되며, 다양한 종류 및 용도의 구조물에 채용되는 이종소재의 접합체라면 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다.

여기서, 상기 스틸소재의 판재(1)는 예를 들어, 스틸 강판, 스테인레스 스틸 강판, 고장력 강판 및 초고장력 강판을 포함할 수 있다. 그리고 상기 비철소재의 판재(2)는 예를 들어, 알루미늄 판재, 마그네슘 판재 및 플라스틱 복합소재 판재를 포함할 수 있다.

이하에서는 도면을 기준으로 스틸소재의 판재(1)를 비철소재의 판재(2) 위에 겹쳐 놓은 상태로 그 스틸소재의 판재(1)와 비철소재의 판재(2)를 일체로 접합하여 이종소재 접합 구조체(100)를 제조하는 예를 설명하기로 한다.

그러나, 상기와 같은 방향의 정의는 상대적인 의미로서, 스틸소재 판재(1)와 비철소재 판재(2)의 기준 위치 및 접합장치의 접합 방향 등에 따라서 그 방향이 달라질 수 있으므로, 상기한 방향이 본 실시 예의 기준 방향으로 반드시 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 실시 예에 따른 이종소재 접합 구조체(100)는 REW 장치를 사용하여 스틸 엘리먼트를 통해 이종소재를 접합하는 종래 기술과 달리, 납작 머리 중공형의 리벳(200)을 이용하여 스틸소재의 판재(1)와 비철소재의 판재(2)를 스폿 용접 방식으로 접합할 수 있는 구조로 이루어진다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 이종소재 접합 구조체에 적용되는 리벳을 도시한 사시도이고, 도 3의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시 예에 따른 이종소재 접합 구조체에 적용되는 리벳을 도시한 단면 구성도이다.

도 1과 함께 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 이종소재 접합 구조체(100)에 적용되는 리벳(200)은 기본적으로, 헤드부(10)와 바디부(30)를 포함하고 있다. 이와 같은 리벳(200)은 스틸소재로 이루어지며, 그 스틸소재의 표면에 코팅된 알루미늄 혹은 아연소재의 도금층(C)을 형성하고 있다.

이와 같이 상기 리벳(200)의 스틸소재 표면에 알루미늄 도금(ALMAC) 또는 아연도금(ZnNi)을 코팅한 이유는 서로 다른 소재 즉, 스틸소재의 리벳(200)과 비철소재(예를 들면, 알루미늄 소재)의 결합에 따른 갈바닉 부식을 방지하기 위함이다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 헤드부(10)는 비철소재 판재(2)의 상면을 지지하는 것으로, 그 헤드부(10)의 상면은 스틸소재의 판재(1)와 스폿 용접될 수 있다. 이러한 헤드부(10)는 도면을 기준할 때, 상하 면에 평면을 형성하는 납작 머리 형태로 구비된다.

여기서, 상기 헤드부(10)는 원형의 납작 머리 형태로 구비되는데, 이러한 형상으로 반드시 한정되는 것은 아니며, 원형 이외의 다양한 형상으로도 변경 가능하다.

그리고 본 발명의 실시 예에서, 상기 바디부(30)는 중공(31)을 지닌 중공 축 타입으로 구비되고, 헤드부(10)의 하면에 일체로 연결되며, 비철소재의 판재(2)를 관통한다. 이하에서는 상기 바디부(30)의 헤드부(10)와 연결되는 부분을 연결 단 또는 연결 단부라 칭하며, 그 연결 단 또는 연결 단부에 대응하는 선단 부분을 자유 단 또는 자유 단부라 칭하기로 한다.

여기서, 상기 바디부(30)는 중공(31)을 지닌 원통 형상으로 구비되는데, 이러한 형상으로 반드시 한정되는 것은 아니며, 원통형 이외의 다양한 형상으로도 변경 가능하다.

한편, 상기한 바와 같은 헤드부(10)는 바디부(30)가 비철소재의 판재(2)를 관통한 상태에서 그 비철소재 판재(2)의 관통홀(3) 가장자리 상면을 지지한다. 그리고, 상기 바디부(30)의 자유 단부는 프레스 압력에 의해 외측 방향으로 소성 변형되며, 비철소재 판재(2)의 관통홀(3) 가장자리 하면을 지지한다.

더 나아가, 상기한 바와 같은 관통홀(3)은 별도의 피어싱 공정에 의해 비철소재의 판재(2)에 미리 형성될 수 있다. 이에 상기 관통홀(3)은 프리홀로 정의할 수 있다. 이 경우 상기 바디부(30)의 자유 단은 도 3의 (a)에서와 같이 평평하게 형성될 수 있다.

그리고, 상기한 바와 같은 비철소재 판재(2)의 관통홀(3)은 별도의 피어싱 공정을 통해 형성되지 않고, 헤드부(10)를 통해 바디부(30)에 작용하는 프레스 압력에 의해 형성될 수도 있다.

이에 상기 바디부(30)의 자유 단에는 도 3의 (b)에서와 같이, 비철소재의 판재(2)를 피어싱 하며, 상기한 관통홀(3)을 형성하기 위한 피어싱 돌기(35)가 형성된다. 상기 피어싱 돌기(35)는 상측에서 하측으로 갈수록 첨예한 형상을 취하며 바디부(30)의 자유 단에 돌출 형성된다. 상기 피어싱 돌기(35)는 본 발명의 실시 예에서 삼각 단면 형상으로 구비되는데, 이러한 형상으로 반드시 한정되는 것은 아니며, 삼각 단면 이외의 다양한 첨예한 형상으로도 변형 가능하다.

이하에서는 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시 예에 따른 이종소재 접합용 리벳(200)을 이용한 이종소재 접합 구조체(100)를 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 상기 이종소재 접합 구조체(100)는 스틸소재의 판재(1)와 비철소재의 판재(2) 사이에서 리벳(200)의 바디부(30)가 비철소재의 판재(2)를 관통하며 그 비철소재의 판재(2)에 결합되고, 스틸소재의 판재(1)가 리벳(200)의 헤드부(10)에 스폿 용접된 구조를 제공한다.

여기서, 상기 리벳(200)의 바디부(30)가 비철소재 판재(2)의 관통홀(3)을 관통한 상태에서 그 리벳(200)의 헤드부(10)는 비철소재 판재(2)의 관통홀(3) 가장자리 상면을 지지한다. 그리고 상기 바디부(30)의 관통 단부 즉, 자유 단부는 프레스 압력에 의해 외측 방향으로 소성 변형되며, 비철소재 판재(2)의 관통홀(3) 가장자리 하면을 지지하며 그 관통홀(3)의 가장자리 부분과 결합된다.

이 경우, 상기 헤드부(10)는 상하 면에 평면을 형성하고 있는 납작 머리 형태로 구비되며, 바디부(30)에는 자유 단이 개방된 중공을 형성하고 있다. 그리고 상기 스틸소재의 판재(1)는 비철소재 판재(2)의 상측에서 헤드부(10)의 상면과 스폿 용접된다. 즉, 상기 스틸소재의 판재(1)와 헤드부(10)는 전기 저항에 의해 용융 접합된 스폿 용접부(50)를 통해 상호 연결된다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시 예에 따른 이종소재 접합용 리벳(200)을 이용한 이종소재 접합 구조체(100)의 접합 과정을 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 이종소재 접합용 리벳(200)을 이용한 이종소재 접합 구조체의 접합 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 4를 참조하면, 우선 본 발명의 실시 예에서는 도 4의 (a)에서와 같이 별도의 피어싱 공정을 통해 비철소재의 판재(2)에 프리홀인 관통홀(3)을 형성하고, 그 관통홀(3)에 리벳(200)의 바디부(30)를 끼운다.

여기서, 상기 바디부(30)는 관통홀(3)을 통해 비철소재 판재(2)의 하면 하측으로 일부 돌출되며, 그 바디부(30)의 자유 단은 평평한 형상을 취하고 있다. 그리고 상기 리벳(200)의 헤드부(10)는 비철소재 판재(2)의 상면에서 관통홀(3)의 가장자리 부분을 지지한다.

대안으로서, 본 발명의 실시 예에서는 도 4의 (b)에서와 같이, 별도의 피어싱 공정 없이 비철소재의 판재(2)를 소정의 다이(도면에 도시되지 않음) 상에 배치한 상태로, 리벳(200)의 헤드부(10)에 설정된 프레스 압력을 인가하여 바디부(30)의 피어싱 돌기(35)를 통해 비철소재의 판재(2)에 관통홀(3)을 형성할 수도 있다.

여기서, 상기 바디부(30)는 관통홀(3)을 통해 비철소재 판재(2)의 하면 하측으로 일부 돌출되며, 그 바디부(30)에 대응하는 비철소재 판재(2)의 일부(2a)를 절단하게 된다. 그리고 상기 리벳(200)의 헤드부(10)는 비철소재 판재(2)의 상면에서 관통홀(3)의 가장자리 부분을 지지한다.

또한, 도 5의 (a)에서와 같이 본 발명의 실시 예에서는 상기 리벳(200)의 바디부(30)의 자유 단부를 다이에 지지한 상태에서, 헤드부(10)에 프레스 압력을 인가하면, 그 프레스 압력에 의해 바디부(30)의 자유 단부는 외측 방향으로 소성 변형되고, 비철소재 판재(2)의 하면에서 관통홀(3)의 가장자리 부분을 지지하며 그 관통홀(3)의 가장자리 부분과 결합된다.

상기한 바와 같이 비철소재 판재(2)의 관통홀(3) 가장자리 부분과 결합되는 바디부(30)의 자유 단부 길이는 도 5의 (b)에서와 같이, 비철소재 판재(2)의 두께에 따라 달라질 수 있다.

이어서, 본 발명의 실시 예에서는 도 6에서와 같이 비철소재 판재(2)의 표면(상면) 상에 스틸소재의 판재(1)를 겹쳐지게 셋팅한다. 즉, 상기 리벳(200)의 헤드부(10) 상면 상에 스틸소재의 판재(1)를 겹쳐지게 셋팅한다. 그리고 나서, 본 발명의 실시 예에서는 스폿 용접 장치(101)를 통하여 스틸소재의 판재(1)와 리벳(200)의 헤드부(10)를 스폿 용접한다.

여기서, 상기 스폿 용접 장치(101)는 서로 겹쳐진 모재를 가압함과 동시에 전류를 통전시킴으로써 전기저항에 의한 용접열을 발생시켜 용접하는 전기 저항 용접 장치이다.

이러한 스폿 용접 장치(101)는 하측에서 리벳(200)을 지지하는 고정 전극(103)과, 상측에서 스틸소재 판재(1)의 상면을 가압 및 지지하는 가동 전극(105)을 포함하고 있다. 이 경우 상기 고정 전극(103)은 리벳(200)에서 바디부(30)의 중공(31) 내측에 위치하며 헤드부(10)의 하면 중심을 지지한다.

상기와 같이 고정 전극(103)을 통해 헤드부(10)의 하면을 지지하며, 가동 전극(105)을 통해 스틸소재 판재(1)의 상면을 가압 지지한 상태에서, 본 발명의 실시 예에서는 고정 전극(103)과 가동 전극(105)에 용접 전류를 인가한다.

그러면, 상기 스틸소재의 판재(1)와 리벳(200)의 헤드부(10)는 고정 전극(103) 및 가동 전극(105)에 의한 양 방향에서의 가압 및 통전 가열을 통해 용융 접합되며 스폿 용접부(50)를 형성한다.

따라서, 본 발명의 실시 예에서는 스틸소재의 판재(1)와 리벳(200)의 헤드부(10)가 상호 스폿 용접된 스폿 용접부(50)를 통하여 그 스틸소재의 판재(1)와 비철소재의 판재(2)를 이종 접합할 수 있다.

지금까지 설명한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 의하면, REW 장치를 사용하여 다양한 크기의 스틸 엘리먼트를 통해 이종소재의 금속판재를 접합한 종래 기술과 달리, 단일의 리벳(200)을 비철소재의 판재(2)에 체결하며, 기존의 스폿 용접 장치(101)를 사용하여 이종소재의 판재를 접합하므로, 공정이 단순하고, 설비 투자비용이 절감되는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에서는 비철소재의 판재(2)에 리벳(200)의 바디부(30)를 결합하고, 리벳(200)의 헤드부(10)를 스틸소재의 판재(1)와 스폿 용접함에 따라, 인장전단 강도가 높은 고 품질의 이종소재 접합 제품을 확보할 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 실시 예에서는 비철소재의 판재(2)에 접합 홀을 형성하지 않아도 되고, 비철소재 판재(2)의 두께에 상관없이 단일의 리벳(200)을 통하여 이종소재의 판재를 접합할 수 있으므로, 생산성을 증대시킬 수 있으며, 제작 원가를 절감할 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시 예에서는 비철소재의 판재(2)로서 알루미늄 소재를 사용할 경우, 그 비철소재의 판재(2)에 리벳(200)의 바디부(30)를 체결하고, 헤드부(10)와 스틸소재 판재(1)를 스폿 용접하므로, 리벳(200)의 위치 산포를 최소화할 수 있고, 그 리벳(200)의 위치 산포로 인한 리벳(200)과 스틸소재 판재(1)의 과 용접으로 인해 비철소재가 용융하는 등의 용접 품질문제를 개선할 수 있다.

도 7의 (a) 및 (b)는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 이종소재 접합용 리벳을 이용한 이종소재 접합 구조체를 도시한 도면이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 이종소재 접합 구조체(300)는 전기 실시 예의 구성을 기본으로 하면서, 스틸소재 판재(1)와 비철소재 판재(2)의 면착 및 결합력을 증대시킬 수 있는 구조를 제공한다.

본 발명의 실시 예에서는 도 7의 (a)에서와 같이, 비철소재의 판재(2)에 하부로 돌출된 오목부(5)를 형성하고, 스틸소재의 판재(1)는 평평한 상하면을 형성하며, 오목부(5)에 전기 실시 예에서와 같은 과정을 통해 리벳(200)을 결합할 수 있다.

여기서, 상기 리벳(200)의 바디부(30)는 오목부(5)를 관통하며, 그 오목부(5)의 관통 부위 가장자리 하면을 지지하고, 리벳(200)의 헤드부(10)는 비철소재 판재(2)의 상면과 동일 평면으로 배치된다. 그리고 상기 리벳(200)의 헤드부(10) 상면과 비철소재 판재(2)의 상면은 스틸소재 판재(1)의 하면과 면착되며, 그 스틸소재의 판재(1)는 헤드부(10)의 상면과 스폿 용접된다.

그리고, 본 발명의 실시 예에서는 도 7의 (b)에서와 같이, 스틸소재의 판재(1)에 상부로 돌출된 볼록부(7)를 형성하고, 비철소재의 판재(2)는 평평한 상하면을 형성하며, 그 비철소재의 판재(2)에는 전기 실시 예에서와 같은 과정을 통해 리벳(200)을 결합할 수 있다.

여기서, 상기 리벳(200)의 바디부(30)는 비철소재의 판재(2)를 관통하며, 그 관통 부위의 가장자리 하면을 지지하고, 리벳(200)의 헤드부(10)는 스틸소재 판재(1)의 볼록부(7) 내측 공간에 배치된다. 그리고 상기 리벳(200)의 헤드부(10) 상면은 볼록부(7)의 내측 상면에 면착되고, 비철소재 판재(2)의 상면은 스틸소재 판재(1)의 하면과 면착되며, 그 스틸소재의 판재(1)는 헤드부(10)의 상면과 스폿 용접된다.

따라서, 본 발명의 실시 예에서는 스틸소재의 판재(1)와 비철소재의 판재(2)를 면착시키며, 그 스틸소재의 판재(1)와 리벳(200)의 헤드부(10)를 스폿 용접하며, 스폿 용접부(50)를 형성함에 따라, 이들 이종소재의 접합력(결합력)을 증대시킬 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 이종소재 접합 구조체(300)의 나머지 구성 및 작용 효과는 전기 실시 예와 같으므로, 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.

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... 스틸소재 판재 2... 비철소재 판재
2a... 절단된 부분 3... 관통홀
5... 오목부 7... 볼록부
C... 도금층 10... 헤드부
30... 바디부 31... 중공
35... 피어싱 돌기 50... 스폿 용접부
101... 스폿 용접 장치 103... 고정 전극
105... 가동 전극
100, 300... 이종소재 접합 구조체 200... 리벳

Claims (16)

1. 스틸소재의 판재와 비철소재의 판재를 일체로 접합하기 위한 이종소재 접합용 리벳으로서,
   상하 방향을 기준으로 그 상하 면에 평면을 형성하는 납작 머리 형태의 헤드부; 및
   중공을 지니며 상기 헤드부의 하면에 일체로 연결되고, 상기 비철소재의 판재를 관통하는 바디부;
   를 포함하는 이종소재 접합용 리벳.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 헤드부는 상기 비철소재 판재의 관통홀 가장자리 상면을 지지하고,
   상기 바디부의 자유 단부는 소성 변형되며, 상기 비철소재 판재의 관통홀 가장자리 하면을 지지하는 것을 특징으로 하는 이종소재 접합용 리벳.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 바디부의 자유 단에는 상기 비철소재 판재를 피어싱 하기 위한 피어싱 돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는 이종소재 접합용 리벳.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 헤드부의 상면은 상기 스틸소재 판재와 스폿 용접되는 것을 특징으로 하는 이종소재 접합용 리벳.
5. 제1 항에 있어서,
   상기 리벳은 스틸소재로 이루어지되, 그 스틸소재의 표면에 코팅된 알루미늄 혹은 아연소재의 도금층을 형성하는 것을 특징으로 하는 이종소재 접합용 리벳.
6. 스틸소재의 판재와 비철소재의 판재가 일체로 접합된 이종소재 접합 구조체로서,
   상기 스틸소재의 판재와 비철소재의 판재 사이에서 리벳의 바디부가 상기 비철소재의 판재를 관통하고, 상기 리벳의 헤드부가 상기 비철소재 판재의 관통홀 가장자리 일면을 지지하며, 상기 바디부의 관통 단부가 소성 변형되며 상기 비철소재 판재의 관통홀 가장자리 타면을 지지하고,
   상기 스틸소재의 판재가 상기 리벳의 헤드부에 스폿 용접된 것을 특징으로 하는 이종소재 접합 구조체.
7. 제6 항에 있어서,
   상기 리벳의 바디부는,
   상기 비철소재의 판재에 형성된 프리홀을 관통하는 것을 특징으로 하는 이종소재 접합 구조체.
8. 제6 항에 있어서,
   상기 리벳의 바디부는,
   관통 단부에 구비된 피어싱 돌기를 통해 상기 비철소재 판재를 피어싱 하며 관통하는 것을 특징으로 하는 이종소재 접합 구조체.
9. 제6 항에 있어서,
   상기 리벳의 헤드부는 양면에 평면을 형성하는 납작 머리 형태로 구비되고,
   상기 리벳의 바디부는 중공을 지니며 상기 헤드부에 일체로 연결되는 것을 특징으로 하는 이종소재 접합 구조체.
10. 제9 항에 있어서,
    상기 바디부의 중공에는 스폿 용접 장치의 고정 전극이 위치하며, 그 고정 전극이 헤드부의 중심에 접촉되는 것을 특징으로 하는 이종소재 접합 구조체.
11. 제6 항에 있어서,
    상기 비철소재의 판재는 하부로 돌출된 오목부를 형성하고, 상기 스틸소재의 판재는 평평한 상하면을 형성하며,
    상기 리벳의 바디부는 상기 오목부를 관통하며, 그 오목부의 관통 부위 가장자리 하면을 지지하고,
    상기 리벳의 헤드부는 상기 오목부에 의해 비철소재 판재의 상면과 동일 평면으로 배치되는 것을 특징으로 하는 이종소재 접합 구조체.
12. 제11 항에 있어서,
    상기 리벳의 헤드부 상면과 비철소재 판재의 상면은 상기 스틸소재 판재의 하면과 면착되는 것을 특징으로 하는 이종소재 접합 구조체.
13. 제6 항에 있어서,
    상기 스틸소재의 판재는 상부로 돌출된 볼록부를 형성하고, 상기 비철소재의 판재는 평평한 상하면을 형성하며,
    상기 리벳의 바디부는 비철소재의 판재를 관통하며, 그 관통 부위의 가장자리 하면을 지지하고,
    상기 리벳의 헤드부는 스틸소재 판재의 볼록부 내측 공간에 배치되는 것을 특징으로 하는 이종소재 접합 구조체.
14. 제13 항에 있어서,
    상기 리벳의 헤드부 상면은 상기 볼록부의 내측 상면에 면착되고, 상기 비철소재 판재의 상면은 스틸소재 판재의 하면과 면착되는 것을 특징으로 하는 이종소재 접합 구조체.
15. 제6 항에 있어서,
    상기 스틸소재의 판재는 스틸 강판, 스테인레스 스틸 강판, 고장력 강판 및 초고장력 강판 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 이종소재 접합 구조체.
16. 제6 항에 있어서,
    상기 비철소재의 판재는 알루미늄 판재, 마그네슘 판재 및 플라스틱 복합소재 판재 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 이종소재 접합 구조체.

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