KR20220094451A - 이종접합 셀프피어싱 및 클린칭 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이종접합 셀프피어싱 및 클린칭 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 피어싱 너트를 접합 장치의 상형 너트에 고정하고, 상형 너트를 이용한 천공 타발 후 알루미늄 모재를 소성유동 시켜 피어싱 너트를 고정할 수 있는 이종접합 셀프피어싱 및 클린칭 장치에 관한 것이다.

Description

이종접합 셀프피어싱 및 클린칭 장치 {Hetero-junction self-piercing and clinching device}

본 발명은 이종접합 셀프피어싱 및 클린칭 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 알루미늄 모재를 소성유동 시켜 피어싱 너트를 고정할 수 있는 이종접합 셀프피어싱 및 클린칭 장치에 관한 것이다.

일반적으로 겹쳐진 2매의 금속을 여러 형태의 에너지나 힘을 가하여 하나의 부품으로 형성하는 작업을 접합이라 한다.

이러한 접합은 용접과는 달리 금속을 가열하여 용융시키지 않고 결합시키기 때문에 열 변형에 대한 염려와, 가열장치가 필요 없는 것이 장점이지만 접합부의 인장 전단강도가 낮다.

또한, 자동차 산업에서는 환경 문제에 따른 연비의 향상을 위해 알루미늄 합금과 플라스틱 재료 등의 사용을 통하여 차체의 경량화를 도모하고 있다.

이를 위해 자동차 업계에서는 차체 조립을 위한 통상적인 스폿 용접을 교체할 수 있는 접합 방법에 대한 고찰이 이루어지고 있다.

이종접합 시 결합강도는 스틸제 너트의 언더컷 형상부로 모재인 알루미늄 합금의 소성변형에 의한 충진이 효과적으로 진행되어야 한다.

따라서, 이종접합 시 적정한 압축을 통한 알루미늄 합금 모재의 소성변형을 제어하기 위하여 조절 가능한 유압기구와 소성변형압력을 모니터링하기위한 기구로 구성하여 작업 중 불량방지와 적정한 소성변형을 관리하는 목적이 있다.

한편, 대한민국등록특허공보 제10-15059101호에는 “셀프 피어싱 리벳 장치” 에 관한 기술이 공개된 바 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-15059101호

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 피어싱 너트를 접합 장치의 상형 너트에 고정하고, 상형 너트를 이용한 천공 타발 후 알루미늄 모재를 소성유동 시켜 피어싱 너트를 고정할 수 있는 이종접합 셀프피어싱 및 클린칭 장치를 그 목적으로 한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 본 발명의 기재로부터 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있다.

상기 과제를 해결하여 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 이종접합 셀프피어싱 및 클린칭 장치는 상하 방향으로 승강되면서 가압하는 가압판;이 마련되는 프레스 장치, 상기 프레스 장치의 중앙부에 안착되어, 상기 가압판이 가압하는 하중으로 상하 방향으로 승강되면서 이종 소재를 접합하는 접합 장치 및 상기 접합 장치의 상단에 연결되어, 상기 가압판이 상기 접합 장치로 가압하는 하중을 측정하는 무게측정 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 접합 장치는, 상기 접합 장치의 상단에 마련되는 상형 및 상기 접합 장치의 하단에 마련되는 하형을 포함하고, 상기 상형은, 상기 상형의 일측에 결합되어, 피어싱 너트를 결합하기 위해 너트 결합홈;이 형성되는 상형 너트를 포함하고, 상기 하형은, 상기 하형의 일측에 결합되어, 알루미늄 모재를 거치할 수 있는 하형 너트를 포함하고, 상기 상형 너트에 상기 피어싱 너트가 결합된 상태에서 상기 상형이 상하 방향으로 승강되면서 가압하여, 상기 하형 너트에 거치된 상기 알루미늄 모재를 천공하는 방식으로 서로 결합될 수 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 상형 너트는, 상기 피어싱 너트의 크기 및 모양에 따라 복수 개로 구비될 수 있고, 상기 상형에 선택적으로 탈착되어 사용될 수 있고, 상기 하형 너트는, 상기 알루미늄 모재의 크기 및 모양에 따라 복수 개로 구비될 수 있고, 상기 하형에 선택적으로 탈착되어 사용될 수 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 무게측정 장치는, 상기 무게측정 장치의 중앙부에 설치되어, 상기 가압판이 가압하는 하중을 측정할 수 있는 로드셀 및 상기 로드셀에 인접하게 설치되어, 상기 로드셀에서 측정된 하중을 표시하는 계기판을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 무게측정 장치는, 상기 계기판에서 표시되는 성형압력으로 상기 알루미늄 모재의 불량 발생 여부 및 소성변형을 확인할 수 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 이종접합 셀프피어싱 및 클린칭 장치에 의하면, 피어싱 너트의 결합에 필요한 적절한 압력과 행정거리 조절로 알루미늄 모재의 적절한 소성변형으로 안정적인 결합과 결합강도를 보증할 수 있다.

또한, 본 발명은 알루미늄 모재의 소성유동으로 죔새를 주어 피어싱 너트를 고정하는 과정이 한번에 이루어지는 구성으로 작업시간을 단축시킬 수 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 상세한 설명 및 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 이종접합 셀프피어싱 및 클린칭 장치의 전체 모습을 나타낸 정면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 이종접합 셀프피어싱 및 클린칭 장치의 무게측정 장치 및 프레스 장치의 모습을 나타낸 정면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 이종접합 셀프피어싱 및 클린칭 장치의 상형 너트 및 하형 너트를 나타낸 상세도이다.
도 4는 본 발명에 따른 이종접합 셀프피어싱 및 클린칭 장치의 피어싱 너트와 알루미늄 모재가 결합되기 전 모습을 나타낸 상세도이다.
도 5는 본 발명에 따른 이종접합 셀프피어싱 및 클린칭 장치의 피어싱 너트와 알루미늄 모재가 결합되기 위해 프레스 장치가 가압하는 모습을 나타낸 상세도이다.
도 6은 본 발명에 따른 이종접합 셀프피어싱 및 클린칭 장치의 피어싱 너트와 알루미늄 모재가 결합된 모습을 나타낸 상세도이다.

본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

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 있음을 의미한다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 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 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명에 대한 해결하고자 하는 과제, 과제의 해결 수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시 예 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 이종접합 셀프피어싱 및 클린칭 장치의 전체 모습을 나타낸 정면도, 도 2는 본 발명에 따른 이종접합 셀프피어싱 및 클린칭 장치의 무게측정 장치 및 프레스 장치의 모습을 나타낸 정면도, 도 3은 본 발명에 따른 이종접합 셀프피어싱 및 클린칭 장치의 상형 너트 및 하형 너트를 나타낸 상세도, 도 4는 본 발명에 따른 이종접합 셀프피어싱 및 클린칭 장치의 피어싱 너트와 알루미늄 모재가 결합되기 전 모습을 나타낸 상세도, 도 5는 본 발명에 따른 이종접합 셀프피어싱 및 클린칭 장치의 피어싱 너트와 알루미늄 모재가 결합되기 위해 프레스 장치가 가압하는 모습을 나타낸 상세도, 도 6은 본 발명에 따른 이종접합 셀프피어싱 및 클린칭 장치의 피어싱 너트와 알루미늄 모재가 결합된 모습을 나타낸 상세도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명은 이종접합 셀프피어싱 및 클린칭 장치(10)는 프레스 장치(100), 무게측정 장치(200) 및 접합 장치(300)를 포함한다.

상기 프레스 장치(100)는 가압판(110)을 포함하며, 상기 가압판(110)이 상하 방향으로 승강되면서 가압할 수 있는 장치로 구성된다. 물론, 상기 프레스 장치(100)는 상기 가압판(110)으로 가압할 수 있도록 실린더와 같은 유압 기구를 포함할 수도 있다.

상기 프레스 장치(100)는 복수 개의 프레임이 결합된 형태로 형성되며, 중앙부에 내부 공간이 마련된다. 상기 내부 공간에 후술할 무게 측정장치(200) 및 접합 장치(300)가 안착된다. 상기 가압판(110)은 상하 방향으로 승강되면서, 상기 무게 측정장치(200) 및 접합 장치(300)를 가압할 수 있도록 구성된다. 따라서, 상기 가압판(110)은 상기 무게 측정장치(200) 및 접합 장치(300)의 상단부에 위치하게 된다.

다음으로, 상기 접합 장치(300)는 상기 프레스 장치(100)의 중앙부에 안착되어, 상기 가압판(110)이 가압하는 하중으로 상하 방향으로 승강되면서 이종 소재를 접합하는 장치로 구성된다. 보다 구체적으로, 상기 접합 장치(300)는 상형(310) 및 하형(320)을 포함한다.

상기 상형(310)은 상기 접합 장치(300)의 상단에 마련되며, 상기 접합 장치(300)가 상하 방향으로 승강될 수 있도록 구성된다.

즉, 본 발명은 상기 프레스 장치(100)에 마련된 상기 가압판(110)이 상하 방향으로 승강되면서 가압하고, 상기 가압판(110)은 상기 무게측정 장치(200)를 가압하고, 상기 무게측정 장치(200)와 연결된 상기 접합 장치(300)의 상기 상형(310)이 상하 방향으로 승강되는 것이다.

또한, 상기 상형(310)은 상형 너트(311)를 포함한다. 상기 상형 너트(311)는 상기 상형(310)의 일측으로 결합될 수 있고, 상기 피어싱 너트(410)를 결합하기 위해 너트 결합홈(312)가 형성된다.

즉, 상기 피어싱 너트(410)는, 상기 상형(310)에 상기 상형 너트(311)가 결합된 상태에서, 상기 너트 결합홈(312)에 결합되는 것이다.

또한, 상기 피어싱 너트(410)는 상단부가 일반적인 원통 혹은 육각의 모양으로 형성될 수 있으며, 하단부는 상단부보다 작은 둘레로 형성된다. 즉, 상기 피어싱 너트(410)는 전체적으로 “ㅜ” 와 같은 모양으로 형성되며, 상기 피어싱 너트(410)의 하단부가 후술할 알루미늄 모재(400)를 천공하면서 결합되는 것이다.

상기 하형(320)은 상기 접합 장치(300)의 하단에 마련되며, 알루미늄 모재(400)를 거치할 수 있도록 구성된다. 또한, 상기 하형(320)은 하형 너트(321)를 포함한다.

상기 하형 너트(321)는, 상기 하형(320)의 일측에 결합되어, 알루미늄 모재(400)를 거치할 수 있다.

즉, 상기 알루미늄 모재(400)는, 상기 하형(320)에 상기 하형 너트(321)가 결합된 상태에서, 상기 하형 너트(321)에 거치되는 것이다.

종합해보면, 상기 접합 장치(300)는, 상기 상형 너트(311)에 상기 피어싱 너트(410)가 결합된 상태에서 상기 상형(310)이 상하 방향으로 승강되면서 가압하여, 상기 하형 너트(321)에 거치된 상기 알루미늄 모재(400)를 천공하는 방식으로 상기 피어싱 너트(410)와 상기 알루미늄 모재(400)가 서로 결합될 수 있는 것이다.

또한, 상기 상형 너트(311)는, 상기 피어싱 너트(410)의 크기 및 모양에 따라 복수 개로 구비될 수 있고, 상기 상형(310)에 선택적으로 탈착되어 사용될 수 있고, 상기 하형 너트(321)는, 상기 알루미늄 모재(400)의 크기 및 모양에 따라 복수 개로 구비될 수 있고, 상기 하형(320)에 선택적으로 탈착되어 사용될 수 있다.

다음으로, 상기 무게측정 장치(200)는 상기 접합 장치(300)의 상단에 연결되어, 상기 가압판(110)이 상기 접합 장치(300)로 가압하는 하중을 측정하는 장치로 구성된다. 보다 구체적으로, 상기 무게측정 장치(200)는 로드셀(210) 및 계기판(220)을 포함한다.

상기 로드셀(210)은 상기 무게측정 장치(200)의 중앙부에 설치되어, 상기 가압판(110)이 가압하는 하중을 측정할 수 있는 장치로 구성된다.

상기 계기판(220)은 상기 로드셀(210)에 인접하게 설치되어, 상기 로드셀(210)에서 측정된 하중을 표시하는 장치로 구성된다.

따라서, 상기 무게측정 장치(200)는 상기 계기판(220)에서 표시되는 성형압력으로 상기 알루미늄 모재(400)의 불량 발생 여부 및 소성변형을 확인할 수 있다.

이하에서는, 본 발명에 따른 이종접합 셀프피어싱 및 클린칭 장치(10)가 이종접합을 하는 과정을 설명하기로 한다.

먼저, 도 4를 참조하면, 상기 피어싱 너트(410)은 상기 상형 너트(311)에 형성된 상기 너트 결합홈(312)에 결합되고, 상기 알루미늄 모재(400)는 상기 하형 너트(321)에 거치된다.

다음으로, 도 5를 참조하면, 상기 상형(310)이 상하 방향으로 승강되면서, 상기 피어싱 너트(410)가 상기 알루미늄 모재(400)를 관통하면서 결합하게 된다.

다음으로, 도 6을 참조하면, 상기 상형(310)이 다시 상방향으로 승강되면서, 상기 상형 너트(311)에서 상기 피어싱 너트(410)가 분리된다.

상기 피어싱 너트(410) 및 상기 알루미늄 모재(400)가 연속적으로 공급되는 상황에서 상기의 과정이 반복되면서, 연속적으로 이종접합을 진행할 수 있게 되는 것이다.

이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 이종접합 셀프피어싱 및 클린칭 장치
100 : 프레스 장치
110 : 가압판
200 : 무게측정 장치
210 : 로드셀
220 : 계기판
300 : 접합 장치
310 : 상형
311 : 상형 너트
312 : 너트 삽입홈
320 : 하형
321 : 하형 너트
400 : 알루미늄 모재
410 : 피어싱 너트

Claims (5)

1. 상하 방향으로 승강되면서 가압하는 가압판;이 마련되는 프레스 장치;
   상기 프레스 장치의 중앙부에 안착되어, 상기 가압판이 가압하는 하중으로 상하 방향으로 승강되면서 이종 소재를 접합하는 접합 장치; 및
   상기 접합 장치의 상단에 연결되어, 상기 가압판이 상기 접합 장치로 가압하는 하중을 측정하는 무게측정 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이종접합 셀프피어싱 및 클린칭 장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 접합 장치는,
   상기 접합 장치의 상단에 마련되는 상형; 및
   상기 접합 장치의 하단에 마련되는 하형;을 포함하고,
   상기 상형은,
   상기 상형의 일측에 결합되어, 피어싱 너트를 결합하기 위해 너트 결합홈;이 형성되는 상형 너트; 를 포함하고,
   상기 하형은,
   상기 하형의 일측에 결합되어, 알루미늄 모재를 거치할 수 있는 하형 너트;를 포함하고,
   상기 상형 너트에 상기 피어싱 너트가 결합된 상태에서 상기 상형이 상하 방향으로 승강되면서 가압하여, 상기 하형 너트에 거치된 상기 알루미늄 모재를 천공하는 방식으로 서로 결합될 수 있는 것을 특징으로 하는 이종접합 셀프피어싱 및 클린칭 장치.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 상형 너트는, 상기 피어싱 너트의 크기 및 모양에 따라 복수 개로 구비될 수 있고, 상기 상형에 선택적으로 탈착되어 사용될 수 있고,
   상기 하형 너트는, 상기 알루미늄 모재의 크기 및 모양에 따라 복수 개로 구비될 수 있고, 상기 하형에 선택적으로 탈착되어 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 이종접합 셀프피어싱 및 클린칭 장치.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 무게측정 장치는,
   상기 무게측정 장치의 중앙부에 설치되어, 상기 가압판이 가압하는 하중을 측정할 수 있는 로드셀; 및
   상기 로드셀에 인접하게 설치되어, 상기 로드셀에서 측정된 하중을 표시하는 계기판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 이종접합 셀프피어싱 및 클린칭 장치.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 무게측정 장치는,
   상기 계기판에서 표시되는 성형압력으로 상기 알루미늄 모재의 불량 발생 여부 및 소성변형을 확인할 수 있는 것을 특징으로 하는 이종접합 셀프피어싱 및 클린칭 장치.

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