KR20220065938A - 이종 소재 접합 장치 - Google Patents

Abstract

이종 소재 접합 장치에 관한 발명이 개시된다. 본 발명에 따른 이종 소재 접합 장치는: 서로 다른 이종 소재로 이루어진 제1가공소재와 제2가공소재가 적층되어 이루어지는 가공소재가 안착되는 하형부; 및 하형부의 상측에 배치되고, 하형부에 안착된 가공소재와 접촉하는 상형부를 포함하고, 상형부에 리벳부가 장착되고, 리벳부가 가공소재에 고정되는 것을 특징으로 한다.

Description

이종 소재 접합 장치{DISSIMILAR MATERIAL ADHERING APPARATUS}

본 발명은 이종 소재 접합 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스틸 소재와 알루미늄 소재의 이종 소재를 일체로 접합할 수 있는 이종 소재 접합 장치에 관한 것이다.

최근 자동차 차체의 구성은 연비 향상을 위해 경량재료의 적용이 증가하고 있다. 이러한 경량재료의 증가에 따라서 서로 다른 이종소재, 예를 들어 알루미늄 소재와 스틸 소재 등의 조합이 많아지고 있지만, 이러한 조합의 강종에 용접을 적용하면, 갈바닉 부식(Galvanic Corrosion)으로 인한 품질문제가 발생한다.

이에 당 업계에서는 레이저 브레이징 방식, 구조용 접착제를 이용한 본딩 방식이나 셀프 피어싱 리벳(SPR: Self Piercing Rivet)과 같은 체결부품을 이용한 기계적인 접합 방식의 매우 제한적인 접합 방식으로서 이종소재를 접합하고 있다.

그러나 레이저 브레이징 방식의 경우에는 이종소재 간 반응층의 형성으로 인해 접합강도가 약하다는 단점이 있다. 또한, 구조용 접착제를 이용한 본딩 방식은 접착제의 경화 시간이 길어 공정 관리 면에서 불리하고, 재료비가 증가하며, 접합 강도가 약하다는 단점이 있다. 그리고 셀프 피어싱 리벳과 같은 체결부품을 이용한 기계적인 접합 방식은 갈비닉 부식(전위차 부식)으로 인한 품질문제가 발생할 수 있고, 하드웨어 비용이 증가하며, 소재의 강도에 따라 제한이 있는 문제점이 있다. 따라서 이를 개선할 필요성이 요청된다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-2133985호(2020.07.08 등록, 발명의 명칭: 이종소재 접합 구조체)에 개시되어 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 스틸 소재와 알루미늄 소재의 이종 소재를 일체로 접합할 수 있는 이종 소재 접합 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 이종 소재 접합 장치는: 서로 다른 이종 소재로 이루어진 제1가공소재와 제2가공소재가 적층되어 이루어지는 가공소재가 안착되는 하형부; 및 상기 하형부의 상측에 배치되고, 상기 하형부에 안착된 상기 가공소재와 접촉하는 상형부를 포함하고, 상기 상형부에 리벳부가 장착되고, 상기 리벳부가 상기 가공소재에 고정된다.

본 발명에서 상기 상형부는, 중공형으로 형성되고, 상기 하형부의 상측에 배치되며, 상기 하형부에 안착된 상기 가공소재와 접촉하는 상형몸체부; 상기 상형몸체부의 일측에 개구되게 형성되고, 상기 리벳부가 삽입되는 리벳삽입부; 및 상기 상형몸체부의 내부 공간에 슬라이드 이동 가능하게 장착되고, 상기 리벳부를 가압하는 상형가압부를 포함한다.

본 발명에서 상기 하형부는, 중공형으로 형성되고, 상기 상형부의 하측에 배치되며, 가공소재가 안착되는 하형몸체부; 및 상기 하형몸체부의 내부 공간에 슬라이드 이동 가능하게 장착되고, 상기 리벳부를 가압하는 하형가압부를 포함한다.

본 발명에서 상기 하형가압부는, 상기 하형몸체부의 내부 공간에 슬라이드 이동 가능하게 장착되는 하형가압몸체부; 및 상기 하형가압몸체부의 단부에 상기 리벳부의 단부를 수용할 수 있게 오목하게 형성되는 가압수용부를 포함한다.

본 발명에서 상기 상형가압부와 상기 하형가압부에 전류를 인가하고, 상기 상형가압부와 상기 하형가압부가 상기 리벳부를 가압하여, 상기 가공소재와 상기 리벳부를 접합시킨다.

본 발명에서 상기 제1가공소재는 스틸 소재를 포함하여 이루어지고, 상기 제2가공소재는 알루미늄 소재를 포함하여 이루어진다.

본 발명에서 상기 리벳부는 상기 제2가공소재와 동일 재질인 스틸 소재를 포함하여 이루어진다.

본 발명에 따른 이종 소재 접합 장치에 의하면, 이종 재질로 형성되는 제1가공소재와 제2가공소재가 리벳부에 의해 견고하게 접합 상태를 유지할 수 있다.

또한 본 발명에 따르면 제1가공소재가 알루미늄 재질로 형성되어 제품의 무게를 감소시키면서, 제2가공소재가 스틸 재질로 형성되어 설정 강도를 확보할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 소재 접합 장치를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 "A"를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2의 "B"를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 소재 접합 장치의 주요 구성요소를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 소재 접합 장치에서 하형부와 상형부가 리벳부를 가압하는 것을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 소재 접합 장치에서 하형부와 상형부에 전류가 인가되는 것을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 소재 접합 장치에서 전류가 인가된 하형부와 상형부에 리벳부를 가압하고, 리벳부가 가공소재에 용접되는 것을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 소재 접합 장치에서 하형부가 상형부가 해제되는 것을 개략적으로 나타내는 단면도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 이종 소재 접합 장치의 일 실시예를 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 소재 접합 장치를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 "A"를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 3은 도 2의 "B"를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 소재 접합 장치의 주요 구성요소를 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 소재 접합 장치에서 하형부와 상형부가 리벳부를 가압하는 것을 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 소재 접합 장치에서 하형부와 상형부에 전류가 인가되는 것을 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 소재 접합 장치에서 전류가 인가된 하형부와 상형부에 리벳부를 가압하고, 리벳부가 가공소재에 용접되는 것을 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 소재 접합 장치에서 하형부가 상형부가 해제되는 것을 개략적으로 나타내는 단면도이다.

도 1 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 소재 접합 장치는 서로 다른 이종 소재로 이루어진 제1가공소재(11)와 제2가공소재(13)가 적층되어 이루어지는 가공소재(10)가 안착되는 하형부(100)와, 하형부(100)의 상측에 배치되고, 하형부(100)에 안착된 가공소재(10)와 접촉하는 상형부(200)를 포함하고, 상형부(200)에 리벳부(20)가 장착되고, 리벳부(20)가 가공소재(10)에 고정된다.

하형부(100)와 상형부(200) 사이에 가공소재(10)가 배치되고, 가공소재(10)에 리벳부(20)가 장착되어, 이종 소재인 제1가공소재(11)와 제2가공소재(13)로 이루어진 가공소재(10)가 일체를 이루게 된다.

본 발명에서 제1가공소재(11)는 스틸 소재를 포함하여 이루어지고, 제2가공소재(13)는 제1가공소재(11)보다 경량 소재로 이루어진다. 제2가공소재(13)는 경량 소재로, 알루미늄 소재, 마그네슘 소재 등을 포함하여 이루어진다.

리벳부(20)는 하형부(100)와 상형부(200)의 가압에 의해 제1가공소재(11)와 제2가공소재(13)가 적층된 가공소재(10)에 관통 결합된다. 따라서 가공소재(10)는 리벳부(20)에 의해 일체를 이루게 된다.

또한 리벳부(20)는 하형부(100)와 상형부(200)에 전류가 인가되어, 유도 전류에 의해 용해되면서 가공소재(10)에 용접 접합된다. 본 발명에서 리벳부(20)는 제2가공소재(13)와 동일한 재질을 포함하여 이루어진다. 즉 리벳부(20)는 제2가공소재(13)와 동일한 재질인 스틸 소재를 포함하여 이루어진다. 리벳부(20)는 스틸 소재를 포함하여 이루어져, 제1가공소재(11)와 제2가공소재(13)를 관통할 수 있고, 전류가 인가될 수 있다.

리벳부(20)는 상형부(200)의 내부에 삽입되어, 하형부(100) 측을 향하여 이동되면서, 가공소재(10)에 관통 결합된다. 리벳부(20)의 단부(도 4 기준 하단부)는 가공소재(10)의 관통이 용이하게 뾰족하게 형성된다.

하형부(100)와 상형부(200)는 서로 대향되게 배치되고, 하형부(100)와 상형부(200)는 연결부(300)에 의해 연결된다. 하형부(100) 또는 상형부(200)는 연결부(300)에서 상하로 이동 가능하게 장착된다.

연결부(300)의 일측(도 1 기준 좌측)에는 동력부(400)가 연결된다. 동력부(400)는 연결부(300)를 통해 하형부(100)와 상형부(200)와 전기적, 기계적으로 연결된다. 동력부(400)로부터 공급되는 전력에 의해 하형부(100) 또는 상형부(200)가 상하로 이동되고, 전류가 공급될 수 있다.

상형부(200)는 상형몸체부(210), 리벳삽입부(220), 상형가압부(230)를 포함한다. 상형몸체부(210)는 중공형으로 형성되고, 하형부(100)의 상측에 배치되며, 단부(도 4 기준 하단부)가 하형부(100)에 안착된 가공소재(10)와 접촉한다.

리벳삽입부(220)는 상형몸체부(210)의 일측(도 4 기준 우측)에 개구되게 형성되고, 리벳부(20)가 삽입된다. 리벳삽입부(220)를 통해 리벳부(20)가 공급된다. 리벳삽입부(220)는 리벳부(20)의 삽입이 용이하게 리벳부(20)보다 더 크거나 같게 형성된다.

상형가압부(230)는 상형몸체부(210)의 내부 공간에 슬라이드 상하 이동 가능하게 장착되고, 리벳부(20)를 가압한다. 상형가압부(230)는 리벳부(20)를 가압하여 리벳부(20)가 가공소재(10)를 관통하게 한다.

본 발명에서 리벳부(20)는 카트리지 방식으로 연속적으로 공급된다. 즉 하나의 리벳부(20)가 리벳삽입부(220)를 통해 상형몸체부(210) 내부에 삽입되면, 상형가압부(230)가 리벳부(20)를 가압하여 리벳부(20)가 가공소재(10)를 관통하게 한다. 그리고 카트리지 방식으로 연속적으로 리벳부(20)는 리벳삽입부(220)를 통해 상형몸체부(210)로 공급된다. 리벳부(20)의 공급과, 상형가압부(230)의 이동이 연계되어 작동되게 한다.

하형부(100)는 하형몸체부(110)와 하형가압부(120)를 포함한다. 하형몸체부(110)는 중공형으로 형성되고, 상형부(200)의 하측에 상형부(200)에 대향되게 배치되며, 가공소재(10)가 안착된다.

하형가압부(120)는 하형몸체부(110)의 내부 공간에 슬라이드 상하 이동 가능하게 장착되고, 리벳부(20)의 일측(도 4 기준 하측)을 가압한다. 하형가압부(120)는 하형몸체부(110)의 내부 공간에 슬라이드 이동 가능하게 장착되고, 리벳부(20)를 가압한다. 하형가압부(120)는 상형가압부(230)와 같이 리벳부(20)의 상측과 하측을 각각 가압한다.

하형가압부(120)는 하형가압몸체부(121)와 가압수용부(123)를 포함한다. 하형가압몸체부(121)는 하형몸체부(110)의 내부 공간에 슬라이드 상하 이동 가능하게 장착된다. 가압수용부(123)는 하형가압몸체부(121)의 단부(도 4 기준 상단부)에 리벳부(20)의 단부(도 4 기준 하단부)를 수용할 수 있게 오목하게 형성된다.

본 발명에서 상형가압부(230)와 하형가압부(120)에 전류를 인가하고, 상형가압부(230)와 하형가압부(120)가 리벳부(20)를 가압하여, 가공소재(10)와 리벳부(20)를 접합시킨다.

즉 상형가압부(230)와 하형가압부(120)가 전류가 인가되어, 상형가압부(230)와 하형가압부(120)에 접하고 있는 리벳부(20)에 전류가 전달되어 유도 전류 방식에 의해, 리벳부(20)는 용융되면서 제1가공소재(11)와 제2가공소재(13)와 접촉된 면을 용접한다. 본 발명의 도 6 내지 도 8에서 도시된 W는 융용된 리벳부(20)와 제1가공소재(11)와 제2가공소재(13)가 용접 접합된 용접부를 의미한다.

이때 전류가 인가된 상형가압부(230)와 하형가압부(120)는 리벳부(20)를 상하로 각각 가압하여 리벳부(20)가 가공소재(10)에 밀착되게 한다. 따라서 이종 소재인 제1가공소재(11)와 제2가공소재(13)가 용융된 리벳부(20)에 의해 접합될 수 있다.

리벳부(20)와 제1가공소재(11) 및 제2가공소재(13)가 접합된 후, 상형부(200)와 하형부(100)는 각각 상하로 이동되고, 가공소재(10)는 인출되어 다음 공정으로 이동된다.

본 발명에 따른 이종 소재 접합 장치에 의하면, 이종 재질로 형성되는 제1가공소재와 제2가공소재가 리벳부에 의해 견고하게 접합 상태를 유지할 수 있다.

또한 본 발명에 따르면 제1가공소재가 알루미늄 재질로 형성되어 제품의 무게를 감소시키면서, 제2가공소재가 스틸 재질로 형성되어 설정 강도를 확보할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시되는 일 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

10: 가공소재 11: 제1가공소재
13: 제2가공소재 20: 리벳부
100: 하형부 110: 하형몸체부
120: 하형가압부 121: 가압몸체부
123: 가압수용부 200: 상형부
210: 상형몸체부 220: 리벳삽입부
230: 상형가압부 300: 지지부
400: 동력부 W: 용접부

Claims (7)

1. 서로 다른 이종 소재로 이루어진 제1가공소재와 제2가공소재가 적층되어 이루어지는 가공소재가 안착되는 하형부; 및
   상기 하형부의 상측에 배치되고, 상기 하형부에 안착된 상기 가공소재와 접촉하는 상형부를 포함하고,
   상기 상형부에 리벳부가 장착되고, 상기 리벳부가 상기 가공소재에 고정되는 것을 특징으로 하는 이종 소재 접합 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 상형부는,
   중공형으로 형성되고, 상기 하형부의 상측에 배치되며, 상기 하형부에 안착된 상기 가공소재와 접촉하는 상형몸체부;
   상기 상형몸체부의 일측에 개구되게 형성되고, 상기 리벳부가 삽입되는 리벳삽입부; 및
   상기 상형몸체부의 내부 공간에 슬라이드 이동 가능하게 장착되고, 상기 리벳부를 가압하는 상형가압부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이종 소재 접합 장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 하형부는,
   중공형으로 형성되고, 상기 상형부의 하측에 배치되며, 가공소재가 안착되는 하형몸체부; 및
   상기 하형몸체부의 내부 공간에 슬라이드 이동 가능하게 장착되고, 상기 리벳부를 가압하는 하형가압부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이종 소재 접합 장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 하형가압부는,
   상기 하형몸체부의 내부 공간에 슬라이드 이동 가능하게 장착되는 하형가압몸체부; 및
   상기 하형가압몸체부의 단부에 상기 리벳부의 단부를 수용할 수 있게 오목하게 형성되는 가압수용부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이종 소재 접합 장치.
   
5. 제3항에 있어서,
   상기 상형가압부와 상기 하형가압부에 전류를 인가하고, 상기 상형가압부와 상기 하형가압부가 상기 리벳부를 가압하여, 상기 가공소재와 상기 리벳부를 접합시키는 것을 특징으로 하는 이종 소재 접합 장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1가공소재는 스틸 소재를 포함하여 이루어지고,
   상기 제2가공소재는 알루미늄 소재를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이종 소재 접합 장치.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 리벳부는 상기 제2가공소재와 동일 재질인 스틸 소재를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이종 소재 접합 장치.
   

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