KR20220119352A - 아몰퍼스 금속 리벳 시스템들 - Google Patents

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조셉 더블유. 스테빅
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리퀴드메탈 테크놀로지스 인코포레이티드
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Abstract

적어도 부분적으로 아몰퍼스 금속 합금으로 만들어진 블라인드 및 버킷 유형 리벳을 포함하는 리벳 패밀리. 블라인드 리벳은 헤드 부분과 테일 부분을 포함한다. 헤드 부분 및 테일 부분 중 적어도 하나는 제 1 부재를 제 2 부재에 대해 제 위치에 고정시키도록 탄성 변형되도록 구성된다. 헤드 부분 및 테일 부분은 제 1 부재 및 제 2 부재 중 하나와 맞물리도록 구성된 인터페이스 피처를 갖는 하나 이상의 변형 가능한 레그를 포함할 수 있다. 버킷 유형 리벳 어셈블리는 성형 가능한 부재 및 앤빌을 포함한다. 앤빌은 형성 가능한 부재 및 앤빌 중 적어도 하나를 포함하는 전기 회로를 통해 전류를 통과시킴으로써 제 2 부재에 근접한 형성 가능한 부재를 열가소성으로 변형시키도록 구성된다.

Description

아몰퍼스 금속 리벳 시스템들{AMORPHOUS METAL RIVET SYSTEMS}
관련 특허 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2018 년 9 월 24 일자로 출원된 미국 가출원 번호. 62/735,225의 이익 및 우선권을 주장하며, 그 전체 내용은 본 출원에 참조로 통합된다.
본 개시는 전반적으로 영구 기계식 파스너(fastener) 분야에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시는 리벳에 관한 것으로, 이는 전통적으로 두 개 이상의 금속 플레이트(plate)들을 함께 체결(fasten)하는데 사용된다.
이들은 접합되는 가공물(workpiece) 스택의 일 측면에서 적용되는 블라인드 리벳(blind rivet) 뿐만 아니라 설치할 때 가공물 스택의 양쪽 측면에 액세스를 필요로 하는 표준 리벳을 포함한다.
일 실시예는 아몰퍼스 금속 합금으로 적어도 부분적으로 만들어진 블라인드 리벳에 관한 것이다. 블라인드 리벳은 헤드 부분(head portion)과 테일 부분(tail portion)을 포함한다. 테일 부분은 제 1 레그(leg) 및 제 2 레그를 포함한다. 테일 부분은 제 1 레그 및 제 2 레그 각각의 단부에 배치된 테일 인터페이스(tail interface)를 더 포함한다. 헤드 부분은 제 1 부재와 맞물리도록 구성된다. 제 1 레그 및 제 2 레그 각각에 대한 테일 인터페이스는 제 2 부재와 맞물리도록 구성된다. 제 1 레그 및 제 2 레그 중 적어도 하나는 제 2 부재에 대한 위치에서 제 1 부재에 고정하도록 탄성 변형되도록 구성된다.
임의의 상기 실시예에서, 헤드 부분은 제 1 부재를 제 2 부재에 고정할 때 탄 성적으로 변형되도록 구성될 수 있다. 임의의 상기 실시예에서, 블라인드 리벳은 블라인드 리벳의 설치를 가능하게 하기 위해 테일 인터페이스에 근접하여 배치된 슬리브(sleeve)를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 블라인드 리벳은 헤드 부분에 배치된 제 3 레그 및 제 4 레그를 포함할 수 있다. 블라인드 리벳은 제 3 레그 및 제 4 레그에 근접하여 배치된 견인 부재(pulling member)를 더 포함할 수 있고, 견인 부재는 블라인드 리벳의 설치를 가능하게 하도록 구성된다.
다른 실시예는 버킷 유형(bucked-type) 리벳 어셈블리에 관한 것이다. 버킷 유형 리벳 어셈블리는 아몰퍼스 금속 합금으로 만들어진 성형 가능한 부재를 포함한다. 성형 가능한 부재의 설치를 가능하게 하도록 구성된 앤빌(anvil)은 성형 가능한 부재를 통해 채널 내에 적어도 부분적으로 배치된다. 앤빌은 인터페이스 샤프트 및 인터페이스 샤프트의 제 1 단부 상에 배치된 앤빌 헤드를 포함한다. 성형 가능한 부재는 제 2 부재에 대하여 제 1 부재를 제 위치에 고정시키도록 구성된다. 앤빌 헤드는 제 2 부재에 근접하여 성형 가능한 부재를 소성(plastically) 변형하도록 구성된다. 앤빌 헤드는 인터페이스 샤프트에 미리 결정된 인장력이 인가될 때 인터페이스 샤프트로부터 분리되도록 추가로 구성된다.
일부 실시예에서, 버킷 유형 리벳 어셈블리는 앤빌 및 성형 가능한 부재 중 적어도 하나를 포함하는 전기 회로를 형성할 수 있다.
일부 실시예에서, 성형 가능한 부재는 앤빌을 초음파로 여기시키거나 또는 성형 가능한 부재의 하나 이상의 표면을 가로 질러 앤빌을 빠르게 회전시킴으로써 가열될 수 있다.
다른 실시예는 버킷 유형 리벳의 설치 방법에 관한 것이다. 방법은 제 1 부재의 제 1 개구(aperture) 및 제 2 부재의 제 2 개구를 통해 성형 가능한 부재를 삽입하는 단계를 포함한다. 방법은 또한 성형 가능한 부재의 채널로 앤빌을 삽입하는 단계를 포함한다. 앤빌은 인터페이스 샤프트 및 인터페이스 샤프트의 제 1 단부 상에 배치된 앤빌 헤드를 포함한다. 앤빌은 인터페이스 샤프트의 외부 표면 상에 배치된 절연층을 더 포함한다. 방법은 인터페이스 샤프트, 앤빌 헤드 및 성형 가능한 부재를 포함하는 전기 회로를 통해 전류를 통과시키는 단계를 더 포함한다. 방법은 인터페이스 샤프트를 견인하여 성형 가능한 부재의 일부를 변형시키는 단계를 더 포함한다. 방법은 또한 인터페이스 샤프트를 파손시키는 단계(breaking)를 포함한다.
본 요약은 단지 예시적인 것이며 어떤 식 으로든 제한하기 위한 것이 아니다. 청구 범위에 의해서만 정의되는 본 출원에 설명된 디바이스 및/또는 프로세스의 다른 양태, 창의적인 피처 및 장점은 첨부 도면과 관련하여 본 명세서에 설명된 상세한 설명에서 명백해질 것이고, 같은 도면 번호들은 같은 엘리먼트들을 나타낸다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 블라인드 리벳의 축에 평행한 평면을 통한 단면에서의 블라인드 리벳의 측면도이다.
도 2a는 예시적인 실시예에 따른 리벳의 축에 평행한 평면을 통한 단면도로 도시된 변형 가능한 헤드 부분을 갖는 블라인드 리벳의 측면도이다.
도 2b는 예시적인 실시예에 따른 가공물의 스택을 함께 고정시키는 도 2a의 블라인드 리벳의 측면도이다.
도 3a는 예시적인 실시예에 따른 블라인드 리벳의 축에 평행한 평면을 통한 단면에서 도시된, 블라인드 리벳의 헤드 부분 및 테일 부분 모두에 변형 가능한 레그를 포함하는 블라인드 리벳의 측면도이다.
도 3b는 예시적인 실시예에 따른 가공물의 스택을 함께 고정시키는 도 3a의 블라인드 리벳의 측면도이다.
도 4는 예시적인 실시예에 따른 블라인드 리벳의 축에 평행한 평면을 통한 단면에서 도시된, 블라인드 리벳의 헤드 부분의 제 2 세트의 바브(barb)를 포함하는 블라인드 리벳의 측면도이다.
도 5는 예시적인 실시예에 따른 블라인드 리벳의 축에 평행한 평면을 통한 단면에서의 2 피스(two-piece) 블라인드 리벳의 측면도이다.
도 6은 예시적인 실시예에 따른 버킷 유형 리벳의 축에 평행한 평면을 통한 단면에서의 버킷 유형 리벳 및 성형 피스(forming piece)이다.
도 7a는 도 6의 버킷 유형 리벳의 측면 사시도이다.
도 7b는 도 6의 성형 피스의 측면도이다.
도 8은 예시적인 실시예에 따른 버킷 유형 리벳용 애플리케이터(applicator) 디바이스의 측면 사시도이다.
도 9는 예시적인 실시예에 따른 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 10은 예시적인 실시예에 따른 버킷 유형 리벳에 평행한 평면을 통한 단면에서 도시된 가공물 스택을 함께 고정시키는 버킷 유형 리벳의 측면도이다.
도 11은 예시적인 실시예에 따른 성형 피스를 분리한 후 도 10의 버킷 유형 리벳의 측면도이다.
예시적인 실시예들을 상세히 예시하는 도면들로 돌아가기 전에, 본 개시는 상세한 설명에 개시되거나 또는 도면에 예시된 세부 사항 또는 방법론에 제한되지 않는 다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 본 출원에서 사용된 용어는 설명의 목적만을 위한 것이며 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다는 것이 이해되어야 한다.
전통적으로, 리벳은 접합되는 것보다 단단한 재료로 만들어진다. 그러나, 고강도 합금의 사용이 증가함에 따라 적합한 리벳 재료를 찾는 것이 문제가 되었다. 과도한 인장 응력, 전단 응력 및 조인트에서 리벳을 빼내는 등 리벳 조인트와 관련된 전형적으로 고장 모드의 대부분은 리벳의 개선된 재료 특성 또는 리벳과 접합되는 가공물 간의 더 나은 접촉력 메커니즘으로 처리될 수 있다.
일반적으로 도면을 참조하여, 리벳의 패밀리가 제공된다. 리벳은 벌크 금속성 유리(BMG : bulk metallic glass)와 같은 아몰퍼스 금속 합금으로 적어도 부분적으로 만들어진다. 리벳의 적어도 하나의 단부를 소성 변형시킴으로써 제 위치에 고정되는 표준 또는 버킷 유형 리벳 및 탄성 브래드 유형(brad-type) 리벳 (예를 들어, 접합되는 가공물 스택의 일 측면으로부터 삽입된 블라인드 리벳)을 포함하는 2 가지 유형의 리벳이 제공된다. 탄성 브래드 유형 리벳의 디자인은 대량의 탄성 변형을 수용할 수 있는 재료인 BMG의 고유한 특성을 활용하여 둘 이상의 가공물(예를 들어, 금속 플레이트)를 함께 고정시킨다. 탄성 브래드 유형 리벳은 기계적으로 압축되어 가공물 접합 홀을 통해 삽입될 수 있다. 각각의 브래드 유형 리벳의 테일 단부상의 바브 유형 형상의 세트는 접합 홀의 바깥쪽 에지 근처에 전개되어 리벳을 제 위치에 잠금(lock)시킨다. 각각의 브래드 유형 리벳의 테일 단부의 탄성 변형은 가공물을 함께 락킹시키는 인장력을 초래한다.
본 출원에 개시된 버킷 유형 리벳 패밀리의 각각의 리벳은 가공물 스택의 일 측면 또는 양쪽 측면에 리벳의 일부를 열가소성 변형시킴으로써 제 위치에 고정된다. 따라서, 설치 절차는 일반적으로 접합되는 가공물 스택의 양쪽 측면에 대한 액세스를 요구한다. 리벳팅(riveting) 툴 또는 다른 애플리케이터 디바이스는 각각의 버킷 유형 리벳의 설치를 가능하게 하기 위해 사용된다. 예를 들어, 리벳팅 툴은 BMG를 통해 전류를 생성하여 BMG를 빠르게 가열하면서 동시에 힘 또는 압력을 가하여 리벳의 일부를 열가소성 변형시킬 수 있다. 이 특정 버킷 유형 리벳 디자인은 성형 프로세스가 완료된 후 리벳을 신속하게 냉각시키기 위해 가스 또는 액체 전달 시스템과 함께 사용하게 한다.
리벳팅 툴은 힘이 버킷 유형 리벳으로 전달되는 희생(sacrificial) 물질 또는 앤빌과 인터페이스할 수 있다. 전류를 사용하여 재료를 가열하는 것에 대한 대안으로서, 리벳팅 툴은 리벳의 표면을 가로 질러 앤빌을 빠르게 회전시키거나, 앤빌에 초음파 에너지를 인가하거나, 또는 앤빌을 기계적으로 여기시킴으로써 재료를 가열할 수 있다. 제공된 개괄적인 도면들의 세부 사항이 도면들 1-10을 참조하여 보다 완벽하게 설명될 것이다.
도 1를 참조하여, 브래드 리벳(brad rivet)(100)으로 도시된 블라인드 리벳이 제공된다. 브래드 리벳(100)은 둘 이상의 가공물을 서로에 대해 제 위치에 고정시키도록 구성된 영구 기계식 파스너이다. 브래드 리벳(100)에 대한 다양한 잠재적 애플리케이션들이 있다. 일 실시예에서, 브래드 리벳(100)은 선박 선체용 일련의 금속 플레이트를 함께 고정시키는데 사용된다. 다른 실시예에서, 브래드 리벳(100)은 항공기 조종석 및 동체의 구성에서 얇은 알루미늄 플레이트들을 함께 고정시키는데 사용된다. 브래드 리벳(100)은 용접 볼트 체결에 특별히, 본딩된 가공물의 최종 중량이 핵심 고려 사항인 프로젝트에 실행가능한 대안을 제공한다.
예시적인 실시예에서, 브래드 리벳(100)은 두 개의 가공물 (예를 들어, 스틸 이나 알루미늄 플레이트 등)를 함께 스택(110)으로 도시된 스택으로 고정시키도록 구성된다. 대안적인 실시예에서, 접합되는 가공물 의 수는 더 클 수 있다. 스택(110)은 서로 직접 접촉되도록 배열된 제 1 금속 플레이트(112)로 도시된 제 1 부재와 제 2 금속 플레이트(114)로 도시된 제 2 부재를 포함한다. 각각의 금속 플레이트의 두께는 구조상의 요건들에 따라 달라질 수 있다. 도 1의 실시예에서, 금속 플레이트(112, 114)은 대략 두께가 동일하다. 도 1에 도시된 바와 같이, 브래드 리벳(100)은 제 1 금속 플레이트(112) 및 제 2 금속 플레이트(114) 각각을 통과하여 연장되는 개구(116)를 통해 삽입된다. 도 1의 실시예에서, 개구(116)는 제 1 금속 플레이트(112)에 배치된 제 1 개구(118) 및 제 2 금속 플레이트(114)에 배치된 제 2 개구(120)를 포함한다. 제 1 개구(118) 및 제 2 개구(120)는 모두 원형 홀(hole)들이다. 제 1 개구(118)는 브래드 리벳(100)을 위한 슬리브(126)를 수용하기 위해 제 2 개구(120)보다 큰 직경을 갖는다. 다른 실시예에서, 제 1 개구(118) 및 제 2 개구(120) 각각의 크기 및 형상은 상이할 수 있다.
브래드 리벳(100)에는 다양한 적절한 아몰퍼스 금속 합금이 사용될 수 있다. 특별히, 매우 큰 탄성 한계(elastic limit) 및 높은 인장 강도(tensile strength)를 특징으로 하는 BMG 합금 및/또는 결정질 금속을 포함하는 아몰퍼스 금속 합금이 사용될 수 있다. 바람직하게는, 큰 탄성 한계를 갖는 BMG 합금(고장 전에 탄성 재료가 처리할 수 있는 스트레인의 상한 범위)은 브래드 리벳(100)을 더 작은 개구로 압축하고 최대 파지(gripping)/ 클램핑/홀딩력을 위해 더 큰 상태로 전개할 수 있게 한다. 적합한 BMG 합금은 약 2% 스트레인 이상의 탄성 한계를 가질 수 있으며, 이는 전형적인 결정질 금속보다 약 4 배 더 높다. 다양한 대안들 중에서, 아몰퍼스 금속 합금은 지르코늄계 BMG 합금 또는 니켈계 BMG 합금을 포함할 수 있으며, 둘 다는 제조 비용이 낮다. 대안적으로 또는 추가적으로, 대기 또는 해수와 같은 그 이상의 부식성 환경에서 진동 또는 응력 부식으로 인한 브래드 리벳(100)의 고장을 피하기 위해 피로 수명(fatigue life)이 개선된 재료를 갖는 것이 바람직할 수 있다.
도 1에 도시된 예시적인 실시예에서, 브래드 리벳(100)은 헤드(140)로 도시된 헤드 부분 및 브래드 리벳(100)의 대향 단부에 배치된 테일(160)로 도시된 테일 부분을 포함한다. 브래드 리벳(100)은 헤드(140)와 테일(160) 사이에 배치된 원통형 연장부(extension)(180)로 도시된 샤프트(shaft)를 더 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 브래드 리벳(100)의 헤드(140)는 제 1 금속 플레이트(112)의 외부 표면(124)과 접촉하도록 배열된 평평한 하단 표면(142)으로 도시된 평면 하단 표면을 갖는 돔 형상(domed shape)으로 형성된다. 다른 실시예들에서, 헤드(140)의 형상은 상이할 수 있다. 예를 들어, 헤드(140)는 균일한 단면을 갖는 직사각형 형상일 수 있다. 대안적으로, 헤드(140)는 제 1 금속 플레이트(112)와 적절히 인터페이스하고 브래드 리벳(100)이 제 1 개구(118)를 통과하는 것을 방지하는 균일한 단면 또는 임의의 다른 형상을 갖는 원형일 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 브래드 리벳(100)의 테일(160)은 2 개의 레그, 제 1 레그(162) 및 제 2 레그(164)를 포함하며, 이는 서로로부터 만곡된다 (예를 들어, 브래드 리벳(100)의 헤드(140)를 향해 거꾸로 벗겨짐(peel)). 도 1의 실시예에서, 제 1 레그 및 제 2 레그(162, 164)는 브래드 리벳(100)의 종축(102)에 평행하게 배향된 평면을 따라 원통형 연장부(180)를 분열시킴으로써 형성된 형상으로 되어 있으며, 레그(162, 164) 각각은 실질적으로 반원형 단면 형상으로 된다. 다른 실시예들에서, 각각 유사한 단면적을 갖는 더 많은 레그를 포함할 수 있다. 대안적으로, 하나 이상의 레그는 다른 레그보다 더 크거나 작을 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 제 1 레그(162) 및 제 2 레그(164)의 각각은 제 2 금속 플레이트(114)과 맞물리도록 구성된 바브(barb)(166)로 도시된 테일 인터페이스를 포함한다. 일단 설치되면, 바브(166)는 브래드 리벳(100)이 제 1 개구 또는 제 2 개구(118, 120)로부터 제거되는 것을 방지한다. 바브(166)는 브래드 리벳(100)의 종축(102)으로부터 바깥쪽으로 그리고 멀어지게 연장되는 작은 돌출부(projection)이다. 예를 들어, 바브는 재료를 파도록(dig) 구성된 예리한 지점, 리지(ridge), 재료의 바깥쪽 에지로 파지 또는 락킹되도록 구성된 후크 형상의 연장부 또는 이들의 조합일 수 있다. 설치하는 동안, 제 1 레그 및 제 2 레그(162, 164)는 제 1 개구(118) 및 제 2 개구(120) 중 적어도 하나에 의해 서로 압축되어 서로 근접하게 홀딩된다. 브래드 리벳(100)이 미리 결정된 지점을 지나서 삽입되면, 제 1 레그(162) 및 제 2 레그(164)는 제 2 개구(120)의 바깥쪽 에지(122)에 근접한 위치에서(예를 들어, 바깥쪽 에지(122)를 바로 너머서는 위치 또는 제 2 개구(120)의 내부 표면을 따라서의 다른 앵커링(anchoring) 지점에서) 제 2 금속 플레이트(114) 상에 래칭(latching)되어 전개된다(예를 들어, 서로로부터 분리). 도 1에 도시된 실시 예에서, 브래드 리벳(100)의 헤드(140)가 제 1 금속 플레이트(112)의 외부 표면(124)에 더 가까이 이동함에 따라 제 1 레그(162)와 제 2 레그(164) 사이의 분리 거리(separation distance)(168)가 증가한다.
브래드 리벳(100)은 압축될 수 있고 접합 개구를 통해 삽입될 수 있고 브래드 리벳(100)상의 결과적인 힘의 성질에 의해 제 위치에 고정될 수 있는 기하학적 구조로 BMG의 높은 탄성 한계를 이용한다. 브래드 리벳은 도 1에 설치된 위치로 도시되어 있다. 도 1의 실시예에서, 리벳에서 생성된 탄성 인장력은 제 1 부재를 제 2 부재에 대하여 제 위치에 고정시키도록 구성된다. 제 2 금속 플레이트(114)의 외부 표면을 넘어 제 1 레그 및 제 2 레그(162, 164)의 분리는 브래드 리벳(100)에 인장력을 발생시킨다. 이 인장력은 제 1 금속 플레이트(112)와 제 2 금속 플레이트가(114)이 서로 분리되고, 브래드 리벳(100)의 헤드(140)로부터 분리되는 것을 방지하는 작용을 한다. 제 1 레그 및 제 2 레그(162, 164)에 작용하는 압축력(compression force)은 브래드 리벳(100)이 완전히 설치될 때는 감소되지만, 설사 접합된 공작물에 응력 또는 진동이 인가되는 경우에도 레그(162, 164)가 제 2 금속 플레이트(114)와 견고하게 접촉하도록 유지하는 압축량은 남아 있다.
바람직하게는, 브래드 리벳(100)의 설치는 스택(110)의 일 측면에만 액세스할 필요가 있다. 예시적인 실시예에서, 브래드 리벳(100)은 제 1 레그(162) 및 제 2 레그(164) 각각을 서로를 향해 (예를 들어, 브래드 리벳(100)의 종축(102)을 향해) 압축함으로써 제 1 개구(118) 내로 삽입되어, 그렇게 함으로서 테일(160)의 외경이 제 2 개구(120)의 내경 보다 작도록 제 1 레그 및 제 2 레그(162, 164) 사이의 분리 거리(168)가 감소된다. 제 1 레그 및 제 2 레그(162, 164)를 압축하는데 사용될 수 있는 다양한 툴이 있다. 도 1 및 도 2a의 실시예에서, 브래드 리벳(100)의 테일(160, 260) 주위에 슬리브(126, 226)를 배치함으로써 압축력이 인가된다. 슬리브(126, 226)는 브래드 리벳(100, 200)의 설치 전에 레그(162, 164, 262, 264)를 위치시키도록 구성된 디바이스이다. 예를 들어, 슬리브는 중공 실린더, 착탈 가능한 C-클립(clip) 또는 클래스프(clasp), 또는 이들의 조합 중 임의의 하나일 수 있다. 도면들 1 및 2a의 슬리브(126, 226)는 짧은 중공 실린더의 형태를 취한다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 브래드 리벳(200)을 제 1 개구(118)에 삽입하기 전에, 슬리브(226)는 바브(266)가 슬리브(226)의 내부 표면(228)과 접촉하도록 바브(266)의 중심에 위치된다. 대안적으로, 슬리브(226)는 바브(266) 바로 위의 테일(260) 부분에 배치 될 수 있으며, 이 경우에 테일(260)의 가시 부분(barbed portion)은 설치 전에 제 1 개구(118) 및 제 2 개구(120) 중 적어도 하나에 대해 브래드 리벳(200)의 중심에 위치하는 것을 돕기 위해 사용될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 브래드 리벳(100)의 슬리브(126)는 브래드 리벳(100)의 설치를 용이하게 하도록 구성된다. 도 1의 실시예에서, 제 1 개구 직경(130)으로 도시된 제 1 개구(118)의 직경은 제 2 개구의 직경(132)으로 도시된 제 2 개구(120)의 직경보다 더 크다. 슬리브(126)는 제 1 개구(118)와 맞물리도록 구성된다. 추가적으로, 슬리브(126)는 브래드 리벳(100)을 제 1 개구(118)의 중심과 정렬시킨다. 예시적인 실시예에서, 슬리브(126)가 제 1 개구(118) 내로 완전히 삽입 될 수 있도록 슬리브(126)의 높이는 제 1 금속 플레이트(112)의 두께 이하일 수 있다. 다른 실시예에서, 슬리브(126)의 높이는 제 1 금속 플레이트(112)의 두께보다 크고 제 1 개구(118) 및 제 2 금속 플레이트(114)의 슬롯(134)과 맞 물릴 수 있다 (그렇게 함으로써 브래드 리벳(100)을 제 2 개구(120)의 중심과 정렬시킨다). 또 다른 실시예에서, 브래드 리벳(100)은 슬리브(126) 없이 설치된다. 예를 들어, 제 1 개구 직경(130)은 바브(166)의 만곡된 에지(170)를 수용하도록 크기가 정해질 수 있고, 만곡된 에지(170)는 제 1 레그(162) 및 제 2 레그(164) 각각을 테일(160)이 제 1 개구(118)로 진입할 때 브래드 리벳(100)의 종축(102)을 향해 함께 가이드하도록 구성된다.
예시적인 실시예에서, 구동 툴 (예를 들어, 브래드 리벳(100)의 테일(160)을 제 2 개구(120) 내로 강제하도록 구성된 해머 또는 다른 구동 공구)은 브래드 리벳(100)을 금속 플레이트(112, 114)에 대하여 제 위치에 고정시키는데 사용된다. 브래드 리벳(100) 설치 방법은 브래드 리벳(100)의 테일(160)을 슬리브(126) 밖으로 그리고 제 2 개구(120) 내로 강제하기 위해 구동 툴을 사용하여 슬리브(126)를 제 1 개구(118)에 삽입하는 단계를 포함한다(예를 들어, 브래드 리벳(100)의 헤드(140)를 구동 툴과 반복적으로 접촉시켜서). 설치하는 동안, 슬리브(126)는 금속 플레이트(112,114)에 대하여 고정된 위치에 유지된다. 헤드(140)의 평평한 하단 표면(142)이 제 1 금속 플레이트(112)를 접촉하면 브래드 리벳(100)의 설치가 완료된다.
예시적인 실시예 (미도시)에서, 제 1 개구 직경(130) 및 제 2 개구 직경(132) 중 적어도 하나는 브래드 리벳(100)의 헤드(140)와 테일(160) 사이의 원통형 연장부(180)의 외경보다 더 클 수 있다. 이 추가 공간(예를 들어, 접합되는 가공물과 브래드 리벳(100) 사이의 작은 환형 갭)은 브래드 리벳(100)의 제 1 레그 및 제 2 레그(162, 164)의 대량의 탄성 변위에 의해 적어도 부분적으로 수용된다.
도 2a 및 2b는 탄성 변형되도록 구성된 헤드(240)로 도시된 헤드 부분을 포함하는 브래드 리벳(200)의 예시적인 실시예를 도시한다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 브래드 리벳(200)의 헤드(240)는 평평한 하단 표면(242)으로 도시된 평면 하단 표면을 갖는 돔 형상으로 형성된다. 브래드 리벳(200)은 브래드 리벳(200)의 테일(260)로 도시된 테일 부분에 배치된 한 쌍의 레그, 제 1 레그(262) 및 제 2 레그(264)를 포함한다. 설치하기 전에, 도 2a에 도시된 바와 같이, 각각의 제 1 레그(262) 및 제 2 레그(264)는 슬리브(226)에 의해 브래드 리벳(200)에 대한 종축을 향해 함께 압축된다.
도 1의 브래드 리벳(100)의 설치에 사용되는 방법은 도 2a의 브래드 리벳(200)의 설치를 위해 사용될 수도 있다. 도 2b는 제 1 금속 플레이트(112)와 제 2 금속 플레이트(114)을 접합한 후에 도 2a에 도시된 동일한 브래드 리벳(200)을 도시한다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 제 1 레그(262) 및 제 2 레그(264)는 제 2 개구(120)의 바깥쪽 에지(122)를 너머 전개(예를 들어, 서로 분리)된다. 제 1 레그(262) 및 제 2 레그(264)는 제 2 개구(120)의 바깥쪽 에지(122)와 접촉하여 브래드 리벳(200)이 제 2 개구(120)를 통해 뒤로 당겨지는 것을 방지한다.
도 2a 및 도 2b에 실시예들에서, 브래드 리벳(200)내에서 생성된 탄성 인장력의 일부는 헤드(240)의 변형에 기인한다. 브래드 리벳(200)의 설치 동안, 도 2b에 도시된 바와 같이, 헤드(240)의 일부는 탄성 변형되어, 헤드(240)내 딤플(dimple)(268)로 도시된 리세스된 부분(recessed portion)을 초래한다. 헤드(240)가 원래의 기하학적 구조 (도 2a에 도시됨)로 복귀할 때, 금속 플레이트(112, 114)는 브래드 리벳(200)에 생성된 탄성 인장력에 의해 함께 결합된다. 다시 말해서, 헤드(240)와 제 1 레그 및 제 2 레그(162, 164)의 결합된 변형은 헤드(240)와 테일(260) 사이에서 함께 금속 플레이트(112, 114)를 함께 압축하는 탄성 인장력을 브래드 리벳(200)내에 발생시킨다.
브래드 리벳(300)의 또 다른 예시적인 실시예가 도 3a 및 3b에 도시된다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 브래드 리벳(300)은 헤드(340) 및 테일(360)을 포함하고, 각각은 변형 가능한 레그 세트를 포함한다. 제 1 레그(362) 및 제 2 레그(364)는 브래드 리벳(300)의 테일(360)에 근접하여 배치되고, 제 3 레그(342) 및 제 4 레그(344)는 헤드(340)에 근접하여 배치된다. 도 1, 도 2a 및 도 2b의 브래드 리벳(100, 200)과 유사하게, 레그(362, 364, 342, 344) 각각은 제 2 금속 플레이트(114)과 맞물리도록 구성된 인터페이스 피처를 포함한다. 브래드 리벳(300)의 제 1 레그(362) 및 제 2 레그(364) 각각은 테일 바브(366)로 도시된 테일 인터페이스를 포함하고, 한편 브래드 리벳(300)의 헤드(340)상의 각각의 레그(342, 344)는 헤드 바브(346)로 도시된 헤드 인터페이스를 포함한다. 브래드 리벳(300)은 또한 제 3 레그(342)와 제 4 레그(344) 사이에 중심이 있는 브레이크 스템(breakstem)(348) (도 3a 참조)으로 도시된 견인 부재를 포함한다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 브레이크 스템(348)은 브래드 리벳(300)의 종축(302)을 따라 브래드 리벳(300)의 테일(360)로부터 멀어지도록 연장된다.
브레이크 스템(348)은 브래드 리벳(300)의 설치를 용이하게 하기 위해 애플리케이터 디바이스와 맞물리도록 구성된다. 브래드 리벳(300)을 설치하는 방법은 각각의 테일 바브(366)를 제 2 금속 플레이트(114)의 바깥쪽 에지(122)에 근접한 제 2 금속 플레이트(114)와 맞물리는 단계를 포함한다. 이것은 브래드 리벳(300)의 길이를 따라 슬리브 (미도시)를 먼저 고정함으로써 달성될 수 있으며, 슬리브는 브래드 리벳(300)의 종축(302)을 향하여 각각의 레그(362, 364, 342, 344)를 압축하도록 구성된다. 예시적인 실시예에서, 슬리브(330)는 브래드 리벳(300)의 전체 길이를 따라 연장되는 중공 실린더이다 (예를 들어, 슬리브의 중심 축이 종축(302)에 실질적으로 평행하도록 슬리브가 배향된다). 예시적인 실시예에서, 슬리브의 내경은 제 1 개구 직경 및 제 2 개구 직경(130, 132)과 대략 동일하다. 방법은 제 1 개구(118)의 중심 축에 대해 슬리브(330)의 중심 축을 중심에 두고 브래드 리벳(300)을 슬리브(330)로부터 제 1 개구 및 제 2 개구(118, 120)로 직접 방출하는 단계를 포함한다.
이 방법은 브레이크 스템(348)을 뒤로 견인하는 단계를 더 포함한다 (예를 들어, 제 1 금속 플레이트(112)의 외부 표면(124)에 수직한 방향으로 브래드 리벳(300)의 테일(360)으로부터 멀어지도록) 이는, 브래드 리벳(300)의 종축(302)을 향해 함께 제 1 레그(362) 및 제 2 레그를 압축한다. 브래드 리벳(300)은 제 1 레그(362)와 제 2 레그(364) 사이의 분리 거리(368)가 감소함에 따라 세장형으로(elongate) 된다. 이 프로세스는 제 3 레그(342) 및 제 4 레그(344) 각각이 상단 에지(136)로 도시된 제 1 금속 플레이트(112)의 에지에 근접한 제 1 금속 플레이트(112)와 맞물릴 때까지 계속된다. 이 방법은 애플리케이터 디바이스에 의해 미리 결정된 힘이 가해지거나 굴곡되거나, 트위스팅함으로써 브래드 리벳(300)으로부터 브레이크 스템(348)을 분리함으로써 종료된다.
도 4에 도시된 예시적인 실시예에서, 브래드 리벳(400)의 각각의 레그(442, 444)에 대한 헤드 인터페이스는 복수의 바브 유형 피처들을 포함한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 헤드 인터페이스는 헤드 바브(446)의 테일 대면 측면(facing side)에서 헤드 바브(446) 바로 아래에 배치된 제 2 헤드 바브(450)를 더 포함한다. 헤드 바브(446)와 유사하게, 제 2 헤드 바브(450)는 제 3 레그(442) 및 제 4 레그(444) 중 하나에 실질적으로 수직인 방향으로 제 3 레그(442) 또는 제 4 레그(444)로부터 멀어지도록 연장되는 작은 돌출부이다. 다수의 헤드 바브(446, 450)를 사용하는 것은 브래드 리벳(400)이 설치 동안 불연속적으로 조여질 수 있게 한다. 다양한 이점들 중에서, 다수의 헤드 바브(446, 450)는 단일 브래드 리벳(400) 디자인이 다양한 두께의 가공물을 수용할 수 있게 한다. 다수의 헤드 바브(446, 450)를 사용하는 것은 또한 가공물을 함께 고정시키는 인장력의 조정을 위한 메커니즘을 제공한다.
다양한 예시적인 실시예에서, 브래드 리벳(300, 400)의 설치 방법은 상이할 수 있다. 예를 들어, 브래드 리벳(300, 400)을 슬리브로부터 제 1 개구 및 제 2 개구(118, 120) 중 하나로 전달하는 것은 사용자가 접합된 가공물의 스택(110)의 양쪽 측면에 대한 액세스를 제공하는 실시예에서 크게 단순화 될 수 있다. 더욱이, 브래드 리벳(300, 400)의 재료 특성 및 기하학적 구조에 따라 슬리브의 길이 및 기하학적 구조가 변경될 수 있다.
헤드 인터페이스를 위한 다양한 기하학적 구조가 고려된다. 일 실시예에서, 헤드 인터페이스는 제 3 레그 및 제 4 레그 각각의 표면을 따라 톱니(saw tooth) 패턴의 형태를 취한다. 다른 실시예에서, 헤드 인터페이스는 제 1 금속 플레이트(112)을 래칭하거나 또는 맞물리도록 구성된 후크 또는 다른 기하학적 구조의 형상으로 형성된다.
브래드 리벳(500)의 추가적인 예시적인 실시예가 개괄적으로 도 5에 도시되어 있다. 다시, 브래드 리벳(500)은 헤드(540)로 도시된 헤드 부분 및 헤드(540)와 브래드 리벳(500)의 대향 단부에 배치되는 테일(560)로 도시된 테일 부분을 포함한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 헤드(540) 및 테일(560)은 나사 결합(threaded) 인터페이스(572)를 통해 서로 맞물리는 개별 컴포넌트이다. 도 1, 도 2a 및 2b의 브래드 리벳(100, 200)과 같이, 브래드 리벳(500)의 헤드(540)는 평평한 하단 표면(542)에 도시된 평면 하단 표면을 갖는 돔형으로 형성된다. 설치 동안, 평평한 하단 표면(542)은 제 1 금속 플레이트(112)의 외부 표면(124)과 접촉하게 된다. 나사 결합 인터페이스(572)는 헤드(540)의 평평한 하단 표면(542)의 중앙에 배치된 나사 결합 연장부(574)를 포함한다. 나사 결합 연장부(574)는 테일(560)상의 나사 결합 홀(576)내에 수용된다.
도 5의 실시예에서, 브래드 리벳(500)의 테일(560) 및 헤드(540) 둘 모두는 BMG로 제조되지만 헤드는 탄성 변형되도록 구성되지는 않는다. 대안적으로, 헤드는 다른 재료 (예를 들어, 스틸 합금 등)로 제조될 수 있다. 다시, 테일(560)은 일단 개구(116) 내로 삽입된 가공물의 스택(110)의 대향 단부 상에 탄성 변형되거나 전개되도록 구성된 제 1 레그(562) 및 제 2 레그(564)를 포함한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 테일(560)은 제 2 개구(120) 및 제 1 개구(118)의 일부를 통해 연장된다. 다른 실시예에서, 테일(560)은 제 1 개구(118)의 일부만을 통과하여 연장된다.
바람직하게는, 도 5의 브래드 리벳(500)에 의해 생성된 인장력은 설치 후에 나사 결합 인터페이스(572)를 통해 용이하게 조절될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 헤드(540)는 체결 툴과 맞물리도록 구성된 파스너 인터페이스를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 파스너 인터페이스는 여러 가지 유형들의 스크류 드라이브(예를 들어, 육각 슬롯 드라이브 등) 중 하나이다. 다른 실시예에서, 헤드(540)는 육각 헤드 캡 스크류 또는 다른 유형의 볼트이다.
리벳 어셈블리(600)로 도시된 버킷 유형 리벳 어셈블리의 예시적인 실시예가 도 6에 제공된다. 리벳 어셈블리(600)는 리벳 피스(602)로 도시된 성형 가능한 부재 및 성형 피스(604)로 도시된 앤빌을 포함한다. 성형 피스(604)는 리벳 피스(602)의 채널(606) 내에 수용되도록 구성된다. 리벳 피스(602)는 도 7a의 성형 피스(604)로부터 격리된 것으로 도시되어 있지만, 성형 피스(604)는 도 7b에 리벳 피스(602)로부터 격리된다.
도 7a에 도시된 바와 같이, 리벳 피스(602)는 원통형 연장부(610)로 도시 된 샤프트의 제 1 단부 상에 배치된 헤드(608)로 도시된 헤드 부분을 포함한다. 예시적인 실시예에서, 리벳 피스(602)는 아몰퍼스 금속 합금으로 단일 피스로 형성된다. 도 1, 2a-2b 및 5에 도시된 브래드 리벳과 마찬가지로, 리벳 피스(602)의 헤드(608)는 제 1 금속 플레이트(112)과 제 2 금속 플레이트(114)(또한 도 9-10 참조) 중 하나와 접촉하도록 구성된 평평한 하단 표면(612)에 도시된 평면 하단 표면을 갖는 돔 형상으로 형성된다. 리벳 피스(602)의 원통형 연장부(610)는 제 1 개구(118)과 제 2 개구(120) 내에 둘 모두에 맞도록 크기가 정해진 외경을 갖는다.
리벳 피스(602)에는 다양한 적합한 아몰퍼스 금속 합금이 사용될 수 있다. 상당히 큰 열가소성 프로세싱 윈도우 또는 과냉각 액체 영역을 갖는 아몰퍼스 금속 합금이 본 출원에 특히 매력적이다. 과냉각 액체 영역 (ΔTx)은 결정화의 개시와 관련된 온도 (Tx)와 유리 전이 온도 (Tg) 사이의 분리(예를 들어, 온도 차이)로 정의된다. 적합한 아몰퍼스 금속 합금은 약 20 ℃ 내지 130 ℃ 이상인 범위내 과냉각 액체 영역 (ΔTx = Tx - Tg)을 갖는 BMG 합금을 포함할 수 있다. 다른 가능한 후보는 티타늄, 철 및 니켈계 BMG 합금을 포함한다. 또 다른 가능한 후보는 구리, 니켈, 티타늄, 알루미늄 및 베릴륨 중 하나 또는 이의 조합과 합금될 수 있는 지르코늄계 BMG를 포함한다. 지르코늄 BMG는 또한 상업적 규모의 생산의 생존력을 향상시키기 위해 이트륨 및 스칸듐과 같은 작은 합금 첨가물로서 하나 이상의 3 족 원소와 합금될 수 있다.
도 6 및 도 7b의 실시예에서, 성형 피스(604)는 리벳 피스(602)의 중심 축을 따라 연장되는 채널(606)로 도시된 구멍(opening) 내에 적어도 부분적으로 배치되도록 구성된다. 도 7b에 도시된 바와 같이, 성형 피스(604)는 제 1 단부 및 제 2 단부를 갖는 풀러 샤프트(puller shaft)(616)로 도시된 인터페이스 샤프트를 포함한다. 성형 피스(604)는 또한 풀러 샤프트(616)의 제 1 단부 상에 배치된 성형 헤드(618)로 도시된 앤빌 헤드를 포함한다. 풀러 샤프트(616)의 일부는 풀러 샤프트(616)에 미리 결정된 인장력이 가해지면 성형 피스(604)로부터 분리되도록 구성된다. 노치(620)로 도시된 분리 지점은 성형 헤드(618)에 근접한 풀러 샤프트(616)의 길이를 따라 축 방향 위치에 배치된다. 노치(620)는 풀러 샤프트(616)를 약화시켜 미리 결정된 힘의 인가시 파손되도록 구성된다. 노치(620)는 다양한 상이한 기하학적 구조 중 어느 하나일 수 있으며; 예를 들어, 노치(620)는 v-형상 채널, u-형상 채널, 직사각형 채널 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다. 도 6 및 도 7b의 예시적인 실시예에서, 노치(620)는 풀러 샤프트(616)의 주변 둘레로 연장되는 v-형상 채널이다.
성형 헤드(618)는 리벳 피스(602)의 테일(660)을 소성 변형하도록 구성된다. 예시적인 실시예에서, 성형 피스(604)는 성형 피스(604) 내에서 줄 열(Joule heating)을 감소시키기 위해 전류 흐름 경로를 따라 리벳 피스(602)보다 더 큰 단면적을 갖는 전기 전도성 재료로 제조된다. 성형 피스(604)는 또한 성형 피스(604)가 테일(660)에 의해 및/또는 테일(660) 앞에서 소성 변형되는 것을 방지하기 위해 BMG보다 높은 융점을 갖는 재료로 제조될 수 있다.
스틸 및 경질 구리 베릴륨 합금을 포함하여 BMG보다 높은 전기 전도도를 갖는 다양한 다른 재료가 성형 피스(604)에 사용될 수 있다. 적합한 스틸 합금은 국제 어닐링 구리 표준(IACS)의 약 10% 이상의 전기 전도도를 가질 수 있는 반면, 적합한 구리 베릴륨 합금은 15-45% IACS 이상의 전기 전도도를 가질 수 있다. 이들 합금 패밀리는 또한 비교적 높은 열 전도도를 가지는데, 이는 실투(devitrification)가 발생하기 전에 유리 전이 온도 (Tg) 아래로 BMG를 다시 급냉(quench)시키기 위해 필요하다. 성형 피스(604)에 적절한 재료의 다른 예는 알루미늄 합금이다. 다른 장점들 중에서도, 알루미늄 합금은 저렴하고 경도는 낮지만 보다 효율적이고 빠른 가열 및 냉각 동작을 위해 전기 및 열 전도도가 더 높은 경향이 있다. 알루미늄 합금은 Tg 이상에서 구리 또는 스틸 합금만큼 단단하지는 않지만, BMG 합금이 상당히 연화되어 점성이 있게 되어서, 앤빌의 마모 및 변형이 시간이 지남에 따라 발생하지만, 일부 구현예들에서 알루미늄계 성형 피스(604)는 잠재적으로 보다 경제적인 해결책이 될 수 있다. 성형 피스(604)에 대한 보다 복잡한 디자인은 또한 전류를 BMG에 보다 효율적으로 전달하는 것이 가능하다. 예를 들어, 매우 높은 전기 전도도 경로(예를 들어, 와이어)는 가열을 위해 성형 피스(604)를 통하여 전류가 이동하도록 하는 대신에, 리벳의 표면에 직접 전류를 전달하기 위해 성형 피스에 배치된 포켓 및/또는 구멍에 통합될 수 있다. 고 전도성 경로는 성형 피스(604)로부터 절연될 수 있다. 대안적으로, 성형 피스(604)는 전류의 일부가 성형 피스(604)를 통해 흐르면서 동시에 전류의 일부가 높은 전기 전도도 경로를 통해 흐르도록 구성될 수 있다.
도 6 및 도 7b의 성형 헤드(618)는 단면에서 볼 때 U자-형상으로 형성되며, 이의 단부는 풀러 샤프트(616)를 향해 다시 만곡된다. 다른 실시예에서, 성형 헤드(618)는 단면 (도 9-10 참조)에서 볼 때 T자-형상으로 형성되거나, 또는 제 2 개구(120)의 바깥쪽 에지(122) 주위에 리벳 피스(602)를 적절하게 형성하는 다른 형상으로 형성될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 성형 헤드(618) 반대편의 풀러 샤프트(616)의 제 2 단부는 채널(606) 내에 수용되도록 구성된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 풀러 샤프트(616)의 제 2 단부는 리벳 피스(602)의 중심축을 따라 리벳 피스(602)의 헤드(608)를 너머 연장되고 리벳 툴(622) (도 8 참조)로 도시된 애플리케이터 디바이스 내에 수용되도록 구성된다.
리벳 어셈블리를 설치하는 방법(900)의 흐름도가 예시적인 실시예에 따라 도 9에 도시된다. 리벳 어셈블리는 도 6 내지 도 8을 참조하여 설명된 리벳 어셈블리(600)와 동일하거나 유사할 수 있다. 간단하게 하기 위해, 유사한 컴포넌트를 식별하기 위해 유사한 넘버링이 사용된다. 방법(900)은 도 10및 11에 개념적으로 예시되어 있다. 방법(900)은 902에서 리벳 피스(602)의 원통형 연장부(610)를 제 1 개구(118) 및 제 2 개구(120)를 통해 삽입하는 단계를 포함하여, 헤드(608)의 평평한 하단 표면(612)이 제 1 금속 플레이트(112)의 외부 표면(124)과 접촉하도록 한다. 방법(900)은 904에서 스택(110)의 반대 측면으로부터 (예를 들어, 제 2 금속 플레이트(114)로부터 제 1 금속 플레이트(112)쪽으로) 리벳 피스(602)의 채널(606) 내로 성형 피스(604)를 삽입하는 단계를 추가로 포함하고, 성형 헤드(618)는 원통형 연장부(610)와 접촉하게 된다.
성형 피스(604)를 사용하여 리벳 피스(602)를 변형시키기 위해 다양한 기술이 사용될 수 있다. 예를 들어, 리벳 피스(602)는 리벳 피스(602)의 크기 및 재료 조성에 기초하여 성형 온도로 가열된 후 성형 피스(604)를 사용하여 변형될 수 있다. 리벳 피스(602)를 가열하기 위해, 리벳 툴(622)(도 8 참조)은 저항성 히터 또는 다른 적절한 가열 디바이스를 포함할 수 있다. 대안적으로, 리벳 툴(622)는 성형 피스가 리벳 피스(602)와 접촉하는 동안 성형 피스(604)를 빠르게 여기시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 리벳 툴(622)는 초음파 에너지를 사용하여 성형 피스(604)를 여기시키도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 리벳 툴(622)는 성형 피스(604)와 리벳 피스(602) 사이의 인터페이스에서 열을 발생시키기 위해 성형 피스(604)를 빠르게 회전시키도록 구성될 수 있다.
도 9 내지 도 11의 예시적인 실시예에서, 리벳 피스(602)는 직렬로 배열된 풀러 샤프트(616), 성형 헤드(618) 및 리벳 피스(602)를 포함하는 전기 회로를 통해 전류를 통과시킴으로써 906에서 가열된다. 전기 회로는 리벳 피스(602)의 헤드(608) 및 풀러 샤프트(616) 둘 모두와 접촉하는 리벳 툴(622)(도 8 참조)에 의해 완성된다. 도 10 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 풀러 샤프트(616)는 원통형 외부 표면(628)으로 도시된 성형 피스의 표면 상에 배치된 층(626)으로 도시된 절연 층 및 환형 갭(624)에 의해 리벳 피스(602)로부터 분리된다. 층(626)은 가열 단계 동안 전기 회로가 성형 피스(604)와 리벳 피스(602) 사이의 환형 갭을 가로 질러 단락 되는 것을 방지한다.
도 9의 방법(900)에서, 리벳 툴(622)(도 8 참조)은 성형 피스(604)의 제 2 단부를 잡아 당기면서 동시에 908에서 전기 회로를 통해 전류를 통과시키도록 구성된다. 다른 이점들 중에서, 리벳 피스(602)를 가열하기 위해 전류를 사용하는 방법은 빠르고 제어 가능하며, 리벳 피스(602)를 간접적이 아니라 직접 가열한다. 가열되면, 리벳 피스(602)는 리벳 피스(602)와 성형 헤드(618) 사이의 인터페이스에 근접하여 열가소성으로 변형되기 시작하여, 각각의 금속 플레이트(112, 114)를 함께 압축한다. 방법(900)은 910에서 인터페이스 샤프트를 파손시키는 단계를 더 포함한다. 도 11에 도시된 바와 같이, 풀러 샤프트(616)의 노치(620)는 공지된 하중에서 성형 헤드(618)가 풀러 샤프트(616)로부터 분리 되도록 치수 설정된다. 그런 다음 성형 피스(604)가 리벳 어셈블리(600)로부터 제거되어 리벳 피스(602) 뒤에 남겨진다. 도 10 내지 도 11의 실시예에서, 풀러 샤프트(616)로부터 성형 헤드(618)를 분리하기 전에 또는 분리하는 동안 리벳 피스(602)가 경화된 완전 아몰퍼스 상태로 냉각 되도록 전류가 차단된다.
가열 단계 후에 리벳 피스(602)를 급냉하기 위해 가스 또는 액체 전달 시스템 (미도시)이 리벳 툴(622)에 결합 될 수 있다. 다른 장점들 중에서, 빠른 급냉은 냉각 단계에서 BMG의 실투를 방지한다. 리벳 툴(622)은 성형 피스(604)와 리벳 피스(602) 사이의 환형 갭(624)을 통해 가스 스트림(예를 들어, 질소, 불활성 가스 등) 또는 액체(예를 들어, 물)를 제공하고 순환시키도록 구성될 수 있다. 리벳 툴(622)은 설치 프로세스의 전체 기간을 단축시키기 위해 전류가 차단되는 것과 대략 동시에 또는 전류가 차단되기 직전에 시작하는 가스 또는 액체를 투여하도록 구성될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 리벳 피스(602)는 스택(110)의 양 측면에서 리벳 피스(602)의 매우 낮은 프로파일을 달성하기 위해 스택(110)의 양 측면에서 열가소성으로 변형될 수 있다. 예를 들어, 예시적인 실시예에서, 리벳 피스(602)는 스택(110)의 양측에서 리벳 피스(602)에 대해 성형 헤드를 배치함으로써 변형되는 샤프트 (예를 들어, 개구(116)와 대략 동일한 기하학적 구조의 고체 샤프트)이다 (예를 들어, 제 2 금속 플레이트(114)에 근접한 리벳 피스(602)에 대해 제 1 성형 피스의 제 1 성형 헤드를 배치하고, 제 1 금속 플레이트(112)에 근접한 리벳 피스(602)에 대해 제 2 성형 피스의 제 2 성형 헤드를 배치함). 다른 이점들 중에서, 리벳 피스(602)를 양측으로부터 형성하는 것은 리벳 피스(602)와 양쪽 금속 플레이트(112, 114) 사이에 가능한 한 적은 갭 (예를 들어, 기밀 밀봉)을 갖는 조인트를 생성한다. 또한, 성형 프로세스 동안 마이크로구조가 변경되는 종래의 스틸 리벳과 달리, 가열된 BMG는 BMG의 재료 특성 (예를 들어, 강도 등)을 변경하지 않고 다양한 형상으로 용이하게 형성될 수 있다.
BMG로 제조된 버킷 유형 리벳은 다양한 다른 형상 및 크기 중 하나로 형성될 수 있다. 예시적인 실시예(미도시)에서, 제 1 및 제 2 개구(118, 120) 중 적어도 하나는 단면에서 불규칙한 형상(예를 들어, 정사각형, 타원형, T-형상, 십자형 또는 임의의 형상의 더 큰 구멍)을 갖는다. 버킷 유형 리벳은 또한 성형 전에 결과적인 개구(116)의 기하학적 구조를 수용하도록 불규칙적인 형상을 가질 수 있어서, 버킷 유형 리벳과 접합되는 공작물 (예를 들어, 금속판(112, 114)) 사이의 접촉력 메커니즘(mechanics)이 개선된다. 대안적으로, 버킷 유형 리벳은 2 개의 분리된 리벳 플레이트의 형태를 취할 수 있다. 리벳 플레이트는 스택(110)의 대향 측면들 상에 배치된다. 열과 압력은 스택(110)의 어느 한 측면으로부터 각각의 리벳 플레이트에 인가되어 가공물들 사이의 임의의 구멍을 통해 리벳 플레이트를 함께 형성한다. 이러한 구성은 기밀 밀봉이 조인트를 따라 요구될 때 특히 유리하다.
본 출원에 사용된 용어 "대략", "약", "실질적으로” 및 유사한 용어는 본 개시의 주제가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적이고 수용되는 사용법과 조화를 이루는 넓은 의미를 갖는 것으로 의도된다. 본 개시를 검토하는 당업자는 이들 용어가 이들 특징의 범위를 제공된 정확한 수치 범위로 제한하지 않으면서 기술되고 청구된 특정 특징의 설명을 허용하도록 의도된다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 이들 용어는 설명되고 청구된 주제의 비 실질적이거나 비결과적인 수정 또는 변경이 첨부된 청구 범위에 기재된 본 개시의 범위 내에 있는 것으로 간주됨을 나타내는 것으로 해석 되어야 한다.
본 출원에서 사용되는 용어 "결합된"은 서로 직접 또는 간접적으로 2 개의 부재를 접합하는 것을 의미한다. 이러한 접합은 고정(예를 들어, 영구적 또는 고정) 또는 이동 가능(예를 들어, 착탈 가능 또는 해제 가능)일 수 있다. 이러한 접합은 두 개의 부재가 서로 직접 연결되고, 두 개의 부재가 별도의 개재 부재와 서로 결합되고, 임의의 추가적인 중간 부재가 서로 결합되고, 또는 두 개의 부재가 두개의 부재 중 하나와 일체형 단일체로서 일체로 형성된 개개 부재와 서로 결합되어 달성될 수 있다. 이러한 부재는 기계적으로, 전기적으로 및/또는 유체 흐름 가능하게 결합될 수 있다.
본원에 사용된 용어 "또는"은 포괄적인 의미로 (그리고 배타적인 의미가 아닌) 사용되어서 엘리먼트 리스트를 연결하는 데 사용될 때 용어 "또는"은 리스트내 엘리먼트 중 하나, 일부 또는 전부를 의미한다. 달리 구체적으로 지칭되지 않는 한, 어구 "X, Y 및 Z 중 적어도 하나"와 같은 접속 언어는 엘리먼트가 X, Y, Z, X 및 Y ; X 및 Z; Y 및 Z; 또는 X, Y 및 Z (즉, X, Y 및 Z의 임의의 조합) 중 어느 하나일 수 있음을 전달하는 것으로 이해된다. 따라서, 이러한 접속 언어는 일반적으로 달리 지시되지 않는 한 임의의 실시예가 X 중 적어도 하나, Y 중 적어도 하나, 및 Z 중 적어도 하나를 필요로 한다는 것을 의미하는 것으로 의도되지 않는다.
본 출원에서 엘리먼트의 위치(예를 들어, "상부", "바닥", "위", "아래"등)에 대한 지칭은 단지 도면에서 다양한 엘리먼트의 배향을 설명하기 위해 사용된다. 다양한 컴포넌트들의 배향이 다른 예시적인 실시예들에 따라 달라질 수 있고, 이러한 변형들은 본 개시에 포함되도록 의도된다는 것을 주목해야 한다.
도면들 및 설명은 특정 순서의 방법 단계들을 예시할 수 있지만, 그러한 단계들의 순서는 위에서 다르게 명시되지 않는 한 도시되고 설명된 것과 다를 수 있다. 또한, 다르게 명시되지 않는 한, 둘 이상의 단계가 동시에 또는 부분적으로 동시적으로 수행될 수 있다. 이러한 변형은 예를 들어 선택된 소프트웨어 및 하드웨어 시스템 및 디자이너 선택에 따라 달라질 수 있다. 이러한 모든 변형은 본 개시의 범위 내에 있다. 마찬가지로, 기술된 방법의 소프트웨어 구현은 다양한 연결 단계, 프로세싱 단계, 비교 단계 및 결정 단계를 달성하기 위해 규칙 기반 논리 및 다른 논리를 갖는 표준 프로그래밍 기술로 달성될 수 있다.

Claims (19)

  1. 버킷 유형(bucked-type) 리벳 어셈블리에 있어서,
    벌크 금속성 유리(BMG) 합금으로 만든 성형 가능한 부재로서, 상기 성형 가능한 부재는 채널을 갖는, 상기 성형 가능한 부재; 및
    상기 채널 내에 적어도 부분적으로 배치된 앤빌(anvil)을 포함하고, 상기 앤빌은,
    인터페이스 샤프트; 및
    상기 인터페이스 샤프트의 제 1 단부에 배치된 앤빌 헤드;를 포함하고,
    여기서,
    상기 성형 가능한 부재는 제 2 부재에 대해 제 1 부재를 제 위치에 고정시키도록 구성되고,
    상기 앤빌 헤드는 상기 제 2 부재에 근접하여 성형 가능한 부재를 소성 변형 시키도록 구성되고,
    상기 앤빌 헤드는 미리 결정된 인장력이 상기 인터페이스 샤프트에 인가될 때 상기 인터페이스 샤프트로부터 분리되도록 구성되는, 버킷 유형 리벳 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 BMG 합금은 20℃ 내지 130℃ 이상의 범위 내의 과냉각 액체 영역 ΔTx = Tx - Tg를 특징으로 하는, 버킷 유형 리벳 어셈블리.
  3. 제 1 항에 있어서, 아몰퍼스 금속 합금은 이트륨 또는 스칸듐 중 적어도 하나와 합금되는 지르코늄을 포함하는, 버킷 유형 리벳 어셈블리.
  4. 제 1 항에 있어서, 성형 가능한 부재는 채널을 형성하는 원통형 연장부 및 원통형 연장부의 단부 상에 배치된 헤드를 포함하는, 버킷 유형 리벳 어셈블리.
  5. 제 4 항에 있어서, 헤드는 헤드가 원통형 연장부와 맞물리는 실질적으로 평면인 하단 표면을 갖는 돔 형상을 형성하는, 버킷 유형 리벳 어셈블리.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 앤빌과 상기 성형 가능한 부재 사이에 형성된 갭에 배치된 절연층을 더 포함하고, 상기 앤빌은 전기 전도성 재료로 만들어지고, 상기 앤빌 헤드는 상기 성형 가능한 부재에 전기적으로 연결된, 버킷 유형 리벳 어셈블리.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 성형 가능한 부재와 상기 앤빌 사이에 환형 갭을 더 포함하고, 상기 환형 갭은 상기 성형 가능한 부재의 냉각을 위해 가스 및 액체 중 하나를 수용하도록 구성되는, 버킷 유형 리벳 어셈블리.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 성형 가능한 부재는 상기 앤빌을 빠르게 회전시키고 그리고 상기 앤빌에 초음파 에너지를 인가하는 것 중 하나에 의해 소성 변형되는, 버킷 유형 리벳 어셈블리.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 성형 가능한 부재의 둘레는 상기 제 1 부재의 제 1 개구와 상기 제 2 부재의 제 2 개구 중 하나의 둘레와 일치하도록 형상화되는, 버킷 유형 리벳 어셈블리.
  10. 제1항에 있어서, 앤빌은 전기 전도성 재료로 만들어지고, 인터페이스 샤프트의 단면적은 인터페이스 샤프트를 둘러싸는 성형 가능한 부재의 부분의 단면적보다 큰, 버킷 유형 리벳 어셈블리.
  11. 제1항에 있어서, 앤빌은 (i) 국제 어닐링 구리 표준(IACS)의 약 10% 이상의 전기 전도도를 갖는 스틸 합금 또는 (ii) 약 15-45% IACS 이상의 범위 내의 전기 전도도를 갖는 구리 베릴륨 합금 중 하나로부터 만들어지는, 버킷 유형 리벳 어셈블리.
  12. 제1항에 있어서, 앤빌은 인터페이스 샤프트에 배치된 고 전도성 경로를 더 포함하는, 버킷 유형 리벳 어셈블리.
  13. 제12항에 있어서, 인터페이스 샤프트는 개구를 형성하고, 고 전도성 경로는 개구 내에 배치되는 와이어를 포함하는, 버킷 유형 리벳 어셈블리.
  14. 제1항에 있어서, 인터페이스 샤프트는 앤빌 헤드에 근접하고 인터페이스 샤프트의 주변 둘레로 연장하는 축 방향 위치에 배치된 노치를 포함하는, 버킷 유형 리벳 어셈블리.
  15. 제1항에 있어서, 앤빌 헤드는 단면에서 볼 때 "U" 형상 또는 "T" 형상 중 하나를 형성하는, 버킷 유형 리벳 어셈블리.
  16. 제 1 항의 버킷 유형 리벳을 설치하는 방법에 있어서,
    제 1 부재의 제 1 개구 및 제 2 부재의 제 2 개구를 통해 성형 가능한 부재를 삽입하는 단계;
    인터페이스 샤프트의 외부 표면에 배치된 절연 층을 더 포함하는 앤빌을 상기 성형 가능한 부재의 채널에 삽입하는 단계;
    상기 인터페이스 샤프트, 상기 앤빌 헤드 및 상기 성형 가능한 부재를 포함하는 전기 회로를 통해 전류를 통과시키는 단계;
    상기 성형 가능한 부재의 일부를 변형시키도록 상기 인터페이스 샤프트를 견인하는 단계; 및
    상기 인터페이스 샤프트를 파손시키는 단계를 포함하는, 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 가스 또는 액체를 성형 가능한 부재와 앤빌 사이의 환형 갭을 통해 통과시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  18. 제 16 항에 있어서, 인터페이스 샤프트를 견인하는 단계는 전기 회로를 통해 전류를 통과시키는 단계와 동시에 인터페이스 샤프트에 힘을 인가하는 단계를 포함하는, 방법.
  19. 제 16 항에 있어서, 인터페이스 샤프트, 앤빌 헤드 및 성형 가능한 부재 사이에 전기 회로를 형성하기 위해 인터페이스 샤프트 및 성형 가능한 부재의 헤드와 리벳 툴을 결합하는 단계를 더 포함하는, 방법.
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