KR20190046429A - 셀프 피어싱 리벳 및 이를 포함하는 운송 수단 - Google Patents

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KR20190046429A
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Abstract

셀프 피어싱 리벳은 본체부; 제1 코팅층 및 제2 코팅층을 포함한다. 상기 제1 코팅층은 상기 본체부의 적어도 일부를 둘러싼다. 상기 제2 코팅층은 상기 제1 코팅층 상에 제공된다. 상기 제1 코팅층은 Zn 및 Ni을 포함하는 도금층이고, 상기 Ni의 함량은 상기 도금층을 기준으로 8 내지 12 중량%인 것일 수 있다.

Description

셀프 피어싱 리벳 및 이를 포함하는 운송 수단{SELF-PIERCING RIVET AND VEHICLE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 셀프 피어싱 리벳 및 이를 포함하는 운송 수단에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내구성을 향상시킬 수 있고 변성을 줄일 수 있는 셀프 피어싱 리벳 및 이를 포함하는 운송 수단에 관한 것이다.
최근 환경 문제에 따른 연비 향상을 위해 차체의 경량화를 도모하고 있다. 자동차 업계에서는 차체를 조립하는 통상적인 점 용접을 교체할 수 있는 접합 방법에 대한 고찰이 이루어지고 있고, 최근 셀프 피어싱 리벳 시스템(self-piercing rivet system)을 이용한 셀프 피어싱 리벳 접합 방식을 채택하고 있다.
종래의 리벳팅 방식은 강판 등의 접합 대상물에 리벳 접합용 구멍을 가공하고 그 구멍에 리벳을 삽입 후 헤드부를 성형하여 접합 대상물을 접합하였으나, 셀프 피어싱 리벳 방식은 구멍의 가공 없이 유압 또는 공압으로 리벳을 접합 대상물에 압입하여 리벳을 소성 변형시킴으로써 접합 대상물을 접합하는 방식이다. 셀프 피어싱 리벳 접합 방식은 예를 들어 금속 시트재와 같은 접합 대상물을 체결하기 위해 헤드부 및 부분적으로 속이 빈 원통형 섕크(shank)부로 이루어진 셀프 피어싱리벳을 사용한다.
예를 들어, 셀프 피어싱 리벳은 세팅 툴의 펀치에 의해 섕크가 접합 대상물의 상판을 관통하며, 다이(당 업계에서는 "엔빌" 이라고도 한다)의 성형 골을 따라 외측으로 벌어지고, 헤드 부분이 상판을 지지한 상태로 섕크가 접합 대상물의 하판에 압입되면서 그 접합 대상물의 상하판을 접합할 수 있다.
셀프 피어싱 리벳 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 않는다. 다만, 셀프 피어싱 리벳 접합 기술로 이종재를 접합할 경우, 경량 재료와 금속 재료간의 갈바닉 전위차에 의한 부식이 발생하고, 이는 제품의 파손을 야기한다.
한국공개특허 제2016-0080364호
본 발명의 목적은 결합성이 향상되고, 리벳의 부을 줄일 수 있는 셀프 피어싱 리벳을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 내구성을 향상시킬 수 있고 변성을 줄일 수 있는 운송 수단을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 셀프 피어싱 리벳은 본체부, 제1 코팅층 및 제2 코팅층을 포함한다. 상기 제1 코팅층은 상기 본체부의 적어도 일부를 둘러싼다. 상기 제2 코팅층은 상기 제1 코팅층 상에 제공된다. 상기 제1 코팅층은 Zn 및 Ni을 포함하는 도금층이고, 상기 Ni의 함량은 상기 도금층을 기준으로 8 내지 12 중량%인 것일 수 있다.
상기 제1 코팅층의 두께는 5 내지 8㎛인 것일 수 있다.
상기 제2 코팅층은 Zn 또는 Zn 합금을 포함하는 도금층인 것일 수 있다.
상기 제2 코팅층의 두께는 1 내지 3㎛인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 운송 수단은 바디부 및 적어도 일부가 상기 바디부에 삽입되는 셀프 피어싱 리벳를 포함한다. 상기 바디부는 제1 재료로 구성되는 제1 바디층 및 상기 제1 재료와 상이한 제2 재료로 구성되고, 상기 제1 바디층 상에 제공되는 제2 바디층을 포함한다. 상기 셀프 피어싱 리벳은 본체부, 제1 코팅층 및 제2 코팅층을 포함한다. 상기 제1 코팅층은 상기 본체부의 적어도 일부를 둘러싼다. 상기 제2 코팅층은 상기 제1 코팅층 상에 제공된다. 상기 제1 코팅층은 Zn 및 Ni을 포함하는 도금층이고, 상기 Ni의 함량은 상기 도금층을 기준으로 8 내지 12 중량%인 것일 수 있다.
상기 접합된 셀프 피어싱 리벳은 적어도 일부가 외부에 노출되는 헤드부 및 상기 헤드부와 연결되고, 상기 바디부에 삽입되는 쌩크부로 구분된다. 상기 헤드부의 두께는 0.1 내지 0.5mm인 것일 수 있다.
상기 바디부에 삽입된 상기 쌩크부의 적어도 일측면은 측면에서 보았을 때, 오목하고, 2 내지 4mm의 곡률 반경을 갖는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 셀프 피어싱 리벳은 결합성을 향상시키고, 리벳의 부식을 줄일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 운송 수단은 내구성을 향상시킬 수 있고 변성을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 운송 수단을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀프 피어싱 리벳의 개략적인 사시도이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀프 피어싱 리벳의 개략적인 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀프 피어싱 리벳으로 서로 상이한 재질을 포함하는 복수의 층들을 접합하는 과정을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4a, 도 4b, 및 도 4c는 종래의 셀프 피어싱 리벳이 접합되어 부식이 발생한 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀프 피어싱 리벳을 실제 접합한 사진이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하부에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 운송 수단(10)을 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 1을 참조하면, 운송 수단(10)은 물건, 사람 등의 운송을 위해 사용되는 수단을 의미하는 것일 수 있다. 운송 수단(10)은 예를 들어 육상 운송 수단, 해상 운송 수단, 천상 운송 수단을 포함한다. 육상 운송 수단은 예를 들어, 승용차, 승합차, 트럭, 트레일러 트럭, 및 스포츠카 등을 포함하는 자동차, 자전거, 오토바이, 기차 등을 포함할 수 있다. 해상 운송 수단은 예를 들어, 배, 잠수함 등을 포함할 수 있다. 천상 운송 수단은 예를 들어 비행기, 헹글라이더, 열기구, 헬리콥터, 드론 등의 소형 비형체를 포함하는 것일 수 있다.
운송 수단(10)은 바디부(100) 및 셀프 피어싱 리벳(200)을 포함한다. 바디부(100)는 제1 재료로 구성되는 제1 바디층(110), 제2 재료로 구성되는 제2 바디층(120)을 포함한다. 제2 바디층(120)은 제1 바디층(110) 상에 제공된다. 제2 재료는 제1 재료와 상이하다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀프 피어싱 리벳의 개략적인 사시도이다. 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀프 피어싱 리벳의 개략적인 단면도이다.
도 1, 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 셀프 피어싱 리벳(200)은 적어도 일부가 바디부(100)에 삽입된다. 셀프 피어싱 리벳(200)은 본체부(300), 제1 코팅층(310) 및 제2 코팅층(320)을 포함한다. 제1 코팅층(310)은 본체부(300)의 적어도 일부를 둘러싼다. 제2 코팅층(320)은 제1 코팅층(310) 상에 제공된다. 제1 코팅층(310)은 Zn 및 Ni을 포함하는 도금층이고, Ni의 함량은 도금층을 기준으로 8 내지 12 중량%인 것일 수 있다. Ni의 함량이 8 중량% 미만이면 제1 바디층(110) 및 제2 바디층(120)의 갈바닉 부식 방지 효과가 낮아질 수 있고, Ni의 함량이 12 중량% 초과이면 셀프 피어싱 리벳(200)의 경도가 저하되어, 바디부(100)에 삽입시 제1 코팅층(310) 및 제2 코팅층(320)에 깨짐이 발생할 수 있다.
제1 코팅층(310)의 두께는 5 내지 8㎛인 것일 수 있다. 제1 코팅층(310)의 두께가 5㎛ 미만이면, 셀프 피어싱 리벳(200)의 소성 변형에 따른 부스러짐이 발생될 수 있고, 제1 코팅층(310)의 두께가 8㎛ 초과이면, 내식성이 떨어지고, 제1 코팅층(310)의 두께 또는 바디부(100)의 두께를 균일하게 가져가기 어렵다.
제1 코팅층(310)은 예를 들어 무전해 도금법으로 도금되는 것일 수 있다. 이를 통해 균일한 두께로 제1 코팅층(310)을 형성할 수 있다. 기계적 도금법으로 제1 코팅층(310)을 도금할 경우, 제1 코팅층(310)이 균일하지 못하고, 표면 상태가 미려하지 않을 수 있다. 또한, 부분적인 편석의 우려가 있다. 전기 도금법의 경우, 셀프 피어싱 리벳(200)의 형상에 따라 전류 밀도의 차이가 발생하고 이에 따라 제1 코팅층(310)이 불균형하게 형성될 수 있다. 용융 아연 도금법의 경우, 압입시에 제1 코팅층(310)이 부스러질 수 있다.
제2 코팅층(320)은 윤활, 이동시의 스크래치가 발생하는 것을 방지하는 목적으로 추가되었다. 제2 코팅층(320)은 예를 들어, Zn 또는 Zn 합금을 포함하는 도금층인 것일 수 있다. 제2 코팅층(320)의 두께는 1 내지 3㎛인 것일 수 있다. 제2 코팅층(320)의 두께가 1㎛ 미만이면, 윤활 및 보호의 효과가 미미하고, 제2 코팅층(320)의 두께가 3㎛ 초과이면, 앞선 제1 코팅층과 같이 부스러짐이 발생할 수 있다.
제2 코팅층(320) 역시, 예를 들어 무전해 도금법으로 도금되는 것일 수 있다. 이를 통해 균일한 두께로 제2 코팅층(320)을 형성할 수 있다. 기계적 도금법으로 제2 코팅층(320)을 도금할 경우, 제2 코팅층(320)이 균일하지 못하고, 표면 상태가 미려하지 않을 수 있다. 또한, 부분적인 편석의 우려가 있다. 전기 도금법의 경우, 셀프 피어싱 리벳(200)의 형상에 따라 전류 밀도의 차이가 발생하고 이에 따라 제2 코팅층(320)이 불균형하게 형성될 수 있다. 용융 아연 도금법의 경우, 압입시에 제2 코팅층(320)이 부스러질 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀프 피어싱 리벳으로 서로 상이한 재질을 포함하는 복수의 층들을 접합하는 과정을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 셀프 피어싱 리벳(200)을 바디부(100)에 삽입하면, 쌩크부(220)가 삽입부가 삽입되고, 헤드부(210)의 일부가 바디부(100)의 외부에 노출된다. 바디부(100)에 삽입된 후, 셀프 피어싱 리벳(200)의 측면은 측면에서 보았을 때, 오목할 수 있다.
셀프 피어싱 리벳(200)은 헤드부(210) 및 바디부(100)로 구분된다. 헤드부(210)는 적어도 일부가 외부에 노출된다. 외부는 제1 재료층 및 제2 재료층의 외부를 의미하는 것일 수 있다. 쌩크부(220)는 바디부(100)에 삽입된다. 쌩크부(220)는 제1 재료층 및 제2 재료층 각각에 삽입된다. 헤드부(210) 및 쌩크부(220)는 일체이다. 예를 들어, 쌩크부(220)는 삽입되기 전 원통 형상을 갖는 것일 수 있다. 바디부(100)에 접합된 헤드부(210)의 두께(t1)는 0.1 내지 0.5mm인 것일 수 있다. 헤드부(210)의 두께(t1)가 0.1mm 미만이면, 내구성이 떨어질 수 있고, 헤드부(210)의 두께(t1)가 0.5mm 초과이면, 셀프 피어싱 리벳(200)과 바디부(100)의 접착력이 떨어질 수 있고, 균일한 두께를 갖는 운송 수단(10)을 갖기 어려울 수 있다.
바디부(100)에 삽입된 쌩크부(220)의 적어도 일측면은 측면에서 보았을 때, 오목하다. 바디부(100)에 삽입된 쌩크부(220)의 적어도 일측면은 측면에서 보았을 때 2 내지 4mm의 곡률 반경(R1)을 갖는 것일 수 있다. 곡률 반경(R1)이 2mm 미만이면, 바디부(100)와 셀프 피어싱 리벳(200) 사이에 간극이 발생할 수 있고, 곡률 반경(R1)이 4mm 초과이면, 셀프 피어싱 리벳(200)에 크랙이 발생할 수 있다.
도 4a, 도 4b, 및 도 4c는 종래의 셀프 피어싱 리벳이 접합되어 부식이 발생한 사진이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀프 피어싱 리벳을 실제 접합한 사진이다.
도 4a, 도 4b, 및 도 4c를 참조하면, 제1 코팅층 및 제2 코팅층을 포함하지 않고, 본 발명의 본체부에 해당하는 구성만을 포함하는 종래의 셀프 피어싱 리벳은 바디부에 삽입할 경우 표시된 부분에 부식이 발생하고, 헤드부와 바디부 사이에 갭이 발생한는 것을 확인할 수 있다. 다만 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 셀프 피어싱 리벳(200)은 바디부(100)에 삽입하여도 헤드부(도 2b의 210)와 바디부(100) 사이에 갭이 발생하지 않고, 바디부(100)에 부식이 발생하지 않는 것을 확인할 수 있다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
본체부에 8~12중량%의 Ni을 Zn과 5~8㎛ 두께로 무전해 도금법으로 코팅하여 제1 코팅층을 형성하였다. Zn으로 무전해 도금법으로 코팅하여 제2 코팅층을 형성하여 셀프 피어싱 리벳을 준비하였다.
비교예 1
Zn을 8~15㎛ 두께로 전기 도금법으로 코팅하여 제1 코팅층을 형성하였다. 제2 코팅층을 형성하지 않은 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 하여 셀프 피어싱 리벳을 준비하였다.
비교예 2
Zn을 10~20㎛ 두께로 기계적 도금법으로 코팅하여 제1 코팅층을 형성하였다. 제2 코팅층을 형성하지 않은 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 하여 셀프 피어싱 리벳을 준비하였다.
비교예 3
본체부에 12~18중량%의 Ni을 Zn과 8~12㎛ 두께로 무전해 도금법으로 코팅하여 제1 코팅층을 형성하였다. Zn으로 무전해 도금법으로 코팅하여 제2 코팅층을 형성한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 하여 셀프 피어싱 리벳을 준비하였다.
비교예 4
5~8㎛ 두께로 무전해 도금법으로 코팅하여 제1 코팅층을 형성한 것을 제외하고는 비교예 3과 동일하게 셀프 피어싱 리벳을 준비하였다.
비교예 5
Zn 및 Al의 복합 피막으로 3~12㎛ 두께의 제1 코팅층을 형성한 것을 제외하고는 비교예 3과 동일하게 셀프 피어싱 리벳을 준비하였다.
비교예 6
Zn으로 1~2㎛ 두께의 제1 코팅층을 형성한 것을 제외하고는 비교예 3과 동일하게 셀프 피어싱 리벳을 준비하였다.
물성 측정
실시예 1, 비교예 1 내지 6의 셀프 피어싱 리벳을 알루미늄의 제1 바디층, Fe의 제2 바디층을 포함하는 바디부에 압입하였고, 부스러짐, 제1 코팅층의 상태, 압입 후 바디부의 변성 여부에 대해 확인하였고, 표 1에 기재하였다.
구분 실시예 1 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5 비교예 6
부스러짐 없음 없음 없음 부스러짐 부스러짐 없음 없음
제1 코팅층 상태 양호 부분별
두께 상이		 두께 상이
리벳 손상		 두께 양호 제1 코팅층 소실 부분적 두께 상이
제1 코팅층 소실		 제1 코팅층 소실
바디부 상태 양호 불량 불량 부식 부식 부식 부식
표 1을 참조하면, 실시예 1에서는 부스러짐이 발생하지 않고, 제1 코팅층의 상태도 양호하며, 바디부의 상태 역시 양호하였다. 다만, 비교예 1 내지 비교예 6은 표 1에 기재한 바와 같이, 문제점이 발생한 것을 확인할 수 있었다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징으로 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 운송 수단 100: 바디부
110: 제1 바디층 120: 제2 바디층
200: 셀프 피어싱 리벳 210: 헤드부
220: 쌩크부 300: 본체부
310: 제1 코팅층 320: 제2 코팅층

Claims (7)

  1. 본체부; 및
    상기 본체부의 적어도 일부를 둘러싸는 제1 코팅층; 및
    상기 제1 코팅층 상에 제공되는 제2 코팅층;을 포함하고,
    상기 제1 코팅층은
    Zn 및 Ni을 포함하는 도금층이고,
    상기 Ni의 함량은
    상기 도금층을 기준으로 8 내지 12 중량%인 것인 셀프 피어싱 리벳.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 코팅층의 두께는
    5 내지 8㎛인 것인 셀프 피어싱 리벳.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 코팅층은
    Zn 또는 Zn 합금을 포함하는 도금층인 것인 셀프 피어싱 리벳.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 코팅층의 두께는
    1 내지 3㎛인 것인 셀프 피어싱 리벳
  5. 바디부; 및
    적어도 일부가 상기 바디부에 삽입되는 제1항의 상기 셀프 피어싱 리벳;를 포함하고,
    상기 바디부는
    제1 재료로 구성되는 제1 바디층; 및
    상기 제1 재료와 상이한 제2 재료로 구성되고, 상기 제1 바디층 상에 제공되는 제2 바디층을 포함하는 운송 수단.
  6. 제5항에 있어서,
    접합된 상기 셀프 피어싱 리벳은
    적어도 일부가 외부에 노출되는 헤드부 및 상기 헤드부와 연결되고, 상기 바디부에 삽입되는 쌩크부로 구분되고,
    상기 헤드부의 두께는 0.1 내지 0.5mm인 것인 운송 수단.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 바디부에 삽입된 상기 쌩크부의 적어도 일측면은
    측면에서 보았을 때, 오목하고,
    2 내지 4mm의 곡률 반경을 갖는 것인 운송 수단.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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