KR20230028276A

KR20230028276A - 이재 접합 구조 및 이재 접합 방법

Info

Publication number: KR20230028276A
Application number: KR1020227043922A
Authority: KR
Inventors: 마사아키 미우라; 세이지 미우라; 코우지 사코타
Original assignee: 세키고교가부시키가이샤
Priority date: 2020-06-25
Filing date: 2020-11-02
Publication date: 2023-02-28
Also published as: JP2022006890A; JP6793427B1; US20230091592A1; EP4140631A4; CN115605311A; EP4140631A1; WO2021260963A1

Abstract

이재 접합 구조(1)는, 플레이트재(20)와, 플레이트재의 표면에 배치된 용접너트(10)와, 플레이트재의 이면에 배치된 와셔(30)를 구비한다. 용접너트와 플레이트재는, 서로 이질의 재료로 형성된다. 용접너트의 좌면에는, 돌기(12)가 형성된다. 플레이트재는, 용접 너트의 중심축 상에 배치되고, 용접너트에 대응하는 볼트(40)를 통과시키는 볼트관통구멍(23)과, 볼트관통구멍의 주위에 형성되고 돌기를 관통시키는 돌기관통구멍(24)을 갖는다. 용접너트는, 플레이트재에 직접 용접되지 않고, 용접너트와 와셔가 돌기관통구멍을 관통한 돌기에서 서로 용접됨으로써 플레이트재에 접합된다.

Description

이재 접합 구조 및 이재 접합 방법

본 발명은 이재 접합 구조 및 이재 접합 방법에 관한 것이다.

스폿 용접은 강재끼리의 용접에 많이 이용되지만, 최근에는 기계·기구의 경량화 관점에서 알루미늄 등의 경량 재료를 이용해야 해서, 재질이 상이한 2개의 부재끼리를 스폿 용접에 의하여 접합하는 시도가 이루어지고 있다.

예를 들어 특허문헌 1에 개시된 플레이트 적층 구조(접합 구조)는, 제1 플레이트재의 양면에, 서로 스폿 용접 가능한 제2 플레이트재와 제3 플레이트재를 겹친다. 제1 플레이트재는, 제2 플레이트재 및 제3 플레이트재와는 이질의 재료로 형성되고, 위치결정구멍을 갖는다. 제1 플레이트재는, 제2 플레이트재 및 제3 플레이트재와는 용접되지 않는다. 제2 플레이트재에는, 제1 플레이트재의 위치결정구멍에 대응하는 위치결정돌기가 형성된다. 위치결정돌기를 제1 플레이트재의 위치결정구멍에 끼우고, 제2 플레이트재와 제3 플레이트재를, 제1 플레이트재의 위치결정구멍에 끼워진 위치결정돌기에서 스폿 용접한다.

이러한 구성에 의하면, 제2 플레이트재와 제3 플레이트재가 제1 플레이트재의 위치결정구멍을 개재하여 용착하고, 그 용착부에는 이질의 제1 플레이트재는 일체 개재하지 않으므로 그 용착 강도가 높은 것이 된다. 이에 의해, 이들 3개의 플레이트재의 접합을 강고하게 할 수 있다.

특허문헌 1 : 일본 특허공개 2010-240678호 공보

그러나, 플레이트재에 대하여 부품(워크)을 볼트·너트로 조립하는 경우, 플레이트재에 미리, 체결부재, 예를 들어 돌기가 있는 용접너트(프로젝션 너트)를, 스폿 용접에 의해 접합해 두는 경우가 있다.

여기서, 용접너트와 플레이트재가 서로 이질의 재료로 형성되었을 경우, 용접너트와 플레이트재와의 접합 강도(용접 강도)를 확보하기가 어렵다.

그래서, 특허문헌 1에 따른 접합 구조를 적용하는 것을 생각할 수 있다. 즉, 플레이트재에 구멍을 뚫고, 용접너트의 돌기를 당해 구멍에 관통시킨다. 용접너트와 용접 가능한 부재를 새로 준비한다. 관통한 상태의 돌기를 당해 부재에 용접함으로써, 용접너트를 플레이트재에 접합한다.

그러나, 상기 접합 구조에서는, 용접너트를 플레이트재로 접합하기만을 위해서, 전용 부재를 새로 준비할 필요가 있고, 기계·기구의 간소화, 경량화, 비용 저감 등의 관점에서 바람직하지 않다.

용접너트 대신에 용접볼트를 플레이트재에 접합하는 경우도 마찬가지이다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것이며, 그 주된 목적은, 서로 이질의 재료로 이루어진 체결부재와 플레이트재를 접합하기만을 위해 이용하는 전용 부재를 불필요하게 하는 데 있다.

본 발명에 따른 이재 접합 구조는, 플레이트재와, 너트 및 볼트 중 어느 한 쪽이며 상기 플레이트재의 표면에 배치된 제1 체결부재와, 상기 플레이트재의 이면에 배치되고, 상기 제1 체결부재와 용접 가능한 와셔를 구비하고, 상기 제1 체결부재와 상기 플레이트재는, 서로 이질의 재료로 형성되며, 상기 제1 체결부재 및 상기 와셔 중 적어도 어느 좌면에는, 돌기가 형성되고, 상기 제1 체결부재는, 너트 및 볼트 중 어느 다른 쪽인 제2 체결부재에 대응하고, 상기 플레이트재는, 상기 제1 체결부재의 중심축 상에 형성됨과 함께, 상기 제1 체결부재 및 상기 제2 체결부재 중 볼트인 쪽을 통과시키기 위한 볼트관통구멍과, 상기 볼트관통구멍의 주위에 형성되고, 상기 돌기를 관통시키는 돌기관통구멍을 가지며, 상기 제1 체결부재는, 상기 플레이트재에 직접 용접되지 않고, 상기 제1 체결부재와 상기 와셔가 상기 돌기관통구멍을 관통한 상기 돌기에서 서로 용접됨으로써 상기 플레이트재에 접합된다.

이러한 구성에 의하면, 제1 체결부재를 플레이트재의 표면에 직접 용접하는 것이 아니라, 돌기를 돌기관통구멍에 관통시킨 상태에서, 제1 체결부재를, 플레이트재의 이면 측의 와셔에 용접한다. 즉, 제1 체결부재와 와셔를, 플레이트재를 사이에 두고 돌기관통구멍(돌기)을 개재하여 서로 용접함으로써, 제1 체결부재를 플레이트재의 표면에 접합한다. 이로써, 제1 체결부재와 플레이트재가 용접이 어려운 서로 이질의 재료로 형성되었다 하더라도, 제1 체결부재를 플레이트재에 접합할 수 있다.

플레이트재의 이면에 대하여 부품(워크)을 볼트·너트로 조립할 때, 제1 체결부재 및 제2 체결부재 중 볼트인 쪽을 와셔 및 플레이트재의 볼트관통구멍에 통과시킨 상태에서, 제2 체결부재를 제1 체결부재에 조인다.

제2 체결부재를 제1 체결부재에 조일 때의 조임토크에 의해, 제1 체결부재는, 플레이트재에 대하여 회전하려고 한다. 여기서, 제1 체결부재와 와셔는, 플레이트재를 사이에 두고 돌기관통구멍(돌기)을 개재하여 서로 용접됨으로써, 플레이트재의 양면에, 각각 압착된 상태가 된다.

이로써, 제1 체결부재가 플레이트재에 대하여 회전하는 것을 억제하는 데 있어서 유리해진다. 즉, 와셔는, 제1 체결부재를 플레이트재에 접합하는 기능만이 아니라, 제1 체결부재의 플레이트재에 대한 회전을 억제하는 기능도 가질 수 있다. 또한, 부품이 예를 들어 알루미늄, 수지, 섬유 등의 유연 재료로 형성되는 경우에는, 와셔는, 제2 체결부재의 풀림 방지 기능도 가질 수 있다.

이상과 같이, 이러한 구성에 의하면, 와셔가, 제1 체결부재를 플레이트재에 접합하는 기능 이외의 기능도 가질 수 있으므로, 제1 체결부재를 플레이트재에 접합하기만을 위해, 전용의 부재를 준비할 필요가 없다.

일 실시형태에서, 상기 돌기 및 상기 돌기관통구멍은, 각각, 상기 중심축을 중심으로 한 접선 방향보다 법선 방향으로 길게 형성된다.

제2 체결부재를 제1 체결부재에 조일 때의 조임토크에 의해, 제1 체결부재 또는 와셔의 돌기의 접선 방향에 면하는 외주면이, 플레이트재의 돌기관통구멍의 접선 방향에 면하는 내주면에 눌린다. 이러한 구성에 의하면, 돌기의 접선 방향에 면하는 외주면과 돌기관통구멍의 접선 방향에 면하는 내주면의 접촉 면적을 크게 할 수 있다. 이로써, 돌기관통구멍의 접선 방향에 면하는 내주면이 돌기의 접선 방향에 면하는 외주면으로부터 받는 응력(누름력/접촉 면적)을 작게 할 수 있다. 따라서, 보다 큰 조임토크를 허용할 수 있다.

일 실시형태에서, 상기 와셔는, 상기 플레이트재의 이면에 형성된 오목부에 끼움결합한다.

이러한 구성에 의하면, 와셔를 플레이트재의 이면에 위치 결정하기가 용이해진다.

일 실시형태에서, 상기 와셔 및 상기 오목부의 횡단면 형상은, 서로 대응하는 다각형 형상이다.

제2 체결부재를 제1 체결부재에 조일 때의 조임토크에 의해, 제1 체결부재는, 플레이트재에 대하여 회전하려고 한다. 이에 의해, 와셔는, 돌기에 당겨져, 플레이트재에 대하여 회전하려고 한다. 이러한 구성에 의하면, 회전하려고 하는 와셔의 모서리부가 오목부의 내주면에 걸리므로, 와셔의 회전을 억제할 수 있다. 즉, 와셔에 용접된 제1 체결부재의 회전도 억제할 수 있다.

일 실시형태에서, 상기 제1 체결부재는 너트이고, 상기 제2 체결부재는 볼트이다.

일 실시형태에서, 상기 돌기는, 상기 제1 체결부재의 좌면에 형성된다.

본 발명에 따른 이재 접합 방법은, 너트 및 볼트 중 어느 한 쪽인 제1 체결부재를 상기 제1 체결부재와는 이질의 재료로 형성된 플레이트재에 접합하는 이재 접합 방법으로서, 상기 플레이트재의 표면에 상기 제1 체결부재를 배치함과 함께, 상기 플레이트재의 이면에 상기 제1 체결부재와 용접 가능한 와셔를 배치하는 배치 공정과, 상기 제1 체결부재를 상기 플레이트재에 접합하는 접합 공정을 구비하고, 상기 제1 체결부재 및 상기 와셔 중 적어도 어느 좌면에는, 돌기가 형성되고, 상기 제1 체결부재는, 너트 및 볼트 중 어느 다른 쪽인 제2 체결부재에 대응하고, 상기 플레이트재는, 상기 제1 체결부재 및 상기 제2 체결부재 중 볼트인 쪽을 통과시키기 위한 볼트관통구멍과, 상기 볼트관통구멍의 주위에 형성되고, 상기 돌기를 관통시키는 돌기관통구멍을 가지며, 상기 접합 공정은, 상기 돌기관통구멍에 관통시킨 상기 돌기에서, 상기 제1 체결부재와 상기 와셔를 서로 용접함으로써, 상기 제1 체결부재를 상기 플레이트재에 접합한다.

본 발명에 의하면, 서로 이질의 재료로 이루어진 체결부재와 플레이트재를 접합하기만을 위해 이용하는 전용 부재를 불필요하게 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 이재 접합 구조를 나타내는 정면 단면도이다.
도 2는 용접너트의 정면도이다.
도 3은 용접너트의 좌면을 나타내는 저면도이다.
도 4는 플레이트재의 이면을 나타내는 저면도이다.
도 5는 와셔의 저면도이다.
도 6은 부품조립용 볼트를 용접너트에 조일 때의 조임토크에 의해, 돌기의 외주면이 돌기관통구멍의 내주면에 눌리는 양태를, 와셔의 이면 측에서 본 상태로 나타내는 도면이다.
도 7은 그 밖의 실시형태에 따른 와셔 및 플레이트재의 이면의 오목부를 나타내는 도면이다.
도 8은 그 밖의 실시형태에 따른 도 1에 상당하는 도면이다(와셔의 좌면에 돌기를 형성한 경우).
도 9는 그 밖의 실시형태에 따른 도 1에 상당하는 도면이다(제1 체결부재를 용접볼트, 제2 체결부재를 부품조립용 너트로 한 경우).

이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 이하의 바람직한 실시형태의 설명은, 본질적으로 예시에 지나지 않으며, 본 발명, 그 적용물 또는 그 용도를 제한하는 것을 의도하는 것은 아니다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 이재 접합 구조(1)는, 제1 체결부재로서의 용접너트(10)를 판형의 플레이트재(20)에 접합하기 위한 구조이다. 도 1에서, X는, 용접너트(10)의 중심축을 나타낸다. 본 명세서에 있어서, 플레이트재(20)의 표면 측이란 용접너트(제1 체결부재(10))가 배치되는 측을 말하고, 플레이트재(20)의 이면 측이란 후술하는 와셔(30)가 배치되는 측을 말하며, 플레이트재(20) 자체의 앞뒤와는 관계가 없다.

용접너트(10)는, 예를 들어 강(steel)으로 형성된다. 플레이트재(20)는, 예를 들어 알루미늄(알루미늄 합금을 포함함)으로 형성된다. 즉, 용접너트(10)와 플레이트재(20)는, 서로 이질의 재료로 형성된다. 따라서, 용접너트(10)를 플레이트재(20)에 용접하는 것은 어렵다. "이질의 재료"란, 일반적으로 용접하는 것이 어렵다고 여겨지는 상이한 재료의 조합을 의미한다.

도 2, 3에 나타내는 바와 같이, 용접너트(10)의 좌면(座面, bearing surface)(11)에는, 복수의 돌기(프로젝션(12))가 형성된다(프로젝션 너트). 본 실시형태에서, 용접너트(10)는, 3개의 돌기(12)를 갖는다.

용접너트(10)의 중심축(X) 상에는, 볼트구멍(13)이 관통한다. 그리고, 볼트구멍(13)의 중심은 중심축(X)에서 다소 편심하여도 되고, 볼트구멍(13) 중 적어도 일부가 중심축(X) 상에 포함되면 된다.

각 돌기(12)는, 중심축(X)을 중심으로 한 원의 접선 방향(둘레 방향)(θ)보다, 법선 방향(반경 방향, 방사 방향)(R)으로 길게 형성된다. 본 실시형태에서, 각 돌기(12)는, 법선 방향(R)을 장변(M1), 접선 방향(θ)을 단변(M2)으로 한 직사각형 형상으로 형성된다. 각 돌기(12)는, 접선 방향(θ)으로 등간격으로 배치된다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 플레이트재(20)는, 프레스 가공에 의해, 표면(21)에 볼록부(21a), 이면(22)에 오목부(22a)가 형성된다. 요철부(22a, 21a)는, 플레이트재(20)의 이면(22) 측 및 표면(21) 측에서 보아, 예를 들어 원형 형상이다. 즉, 요철부(22a, 21a)의 횡단면(중심축(X)에 직교하는 단면) 형상은, 원형 형상이다. 용접너트(10)는, 플레이트재(20)의 표면(21)의 볼록부(21a)에 배치된다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 플레이트재(20)는, 볼트관통구멍(23)과, 복수의 돌기관통구멍(24)을 갖는다. 본 실시형태에서, 플레이트재(20)는, 3개의 돌기관통구멍(24)을 갖는다. 볼트관통구멍(23) 및 각 돌기관통구멍(24)은, 플레이트재(20)의 요철부(22a, 21a)에 형성된다.

볼트관통구멍(23)은, 용접너트(10)의 중심축(X) 상에 형성되고, 플레이트재(20)를 관통한다. 볼트관통구멍(23)은, 용접너트(제1 체결부재(10))에 대응하는 제2 체결부재로서의 부품조립용 볼트(40)(도 1 참조)의 나사부(41)를 통과시키기 위한 구멍이다. 그리고, 볼트관통구멍(23)의 중심은 중심축(X)에서 다소 편심하여도 되고, 볼트관통구멍(23) 중 적어도 일부가 중심축(X) 상에 포함되면 된다.

각 돌기관통구멍(24)은, 볼트관통구멍(23)의 주위에 형성되고, 플레이트재(20)를 관통한다. 각 돌기관통구멍(24)은, 용접너트(10)의 각 돌기(12)에 대응하고, 각 돌기(12)를 관통시킨다. 각 돌기관통구멍(24)은, 중심축(X)을 중심으로 한 원의 접선 방향(θ)보다, 법선 방향(R)으로 길게 형성된다. 본 실시형태에서, 각 돌기관통구멍(24)의 단면은, 법선 방향(R)을 장변(L1), 접선 방향(θ)을 단변(L2)으로 한 직사각형 형상으로 형성된다. 각 돌기관통구멍(24)은, 접선 방향(θ)으로 등간격으로 배치된다. 각 돌기관통구멍(24)은, 각 돌기(12)보다 약간 크다. 각 돌기(12)가 각 돌기관통구멍(24)에 끼움결합하고, 용접너트(10)가 플레이트재(20)의 표면(21) 상에 위치 결정된다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 플레이트재(20)의 이면(22)에는, 와셔(30)가 배치된다. 구체적으로, 와셔(30)는, 플레이트재(20)의 이면(22)의 오목부(22a)에 끼움결합한다. 와셔(30)의 횡단면 형상은, 예를 들어 원 형상의 링 형상이다. 즉, 와셔(30) 및 오목부(22a)의 횡단면 형상은, 서로 대응한다. 와셔(30)의 직경은, 오목부(22a)의 직경에 비하여, 동일 내지 약간 작은 정도가 바람직하다. 와셔(30)의 두께는, 오목부(22a)의 깊이에 비하여, 동일 내지 약간 작은 정도가 바람직하다. 즉, 와셔(30)가 플레이트재(20)의 오목부(22a)에 끼움결합한 상태에서, 와셔(30)의 이면(도 1의 하측 면)(32)은, 플레이트재(20)의 이면(22)에서의 오목부(22a) 이외의 부분에 대하여, 면일한(面一, 같은 높이인) 상태 내지 표면(21) 측으로 오목한 상태가 되는 것이 바람직하다.

본 실시형태에서, 와셔(30)는, 강으로 형성된다. 와셔(30)는, 용접너트(10)와 용접 가능하다.

와셔(30)는, 일반적으로, 볼트의 풀림 방지, 좌면의 보호, 기밀 등의 다양한 목적을 위해 배치된다.

도 5에 나타내는 바와 같이, 와셔(30)의 중심에는, 부품조립용 볼트(40)의 나사부(41)를 통과시키기 위한 볼트관통구멍(31)이 관통한다. 볼트관통구멍(31)은, 중심축(X) 상에 위치한다. 그리고, 볼트관통구멍(31)의 중심은 중심축(X)에서 다소 편심하여도 되고, 볼트관통구멍(31) 중 적어도 일부가 중심축(X) 상에 포함되면 된다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 용접너트(10)의 각 돌기(12)가 플레이트재(20)의 각 돌기관통구멍(24)을 관통한 상태에서, 각 돌기(12)가 와셔(30)에 용접된다. 환언하면, 용접너트(10)와 와셔(30)는, 각 돌기관통구멍(24)을 관통한 각 돌기(12)에서, 서로 용접된다. 도 1의 W는, 각 돌기(12)와 와셔(30)의 용접부(너깃)를 나타낸다.

즉, 용접너트(10)는, 플레이트재(20)의 표면(21)에 직접 용접되지 않고, 용접너트(10)의 각 돌기(12)와 와셔(30)가 서로 용접됨으로써, 플레이트재(20)의 표면(21)에 접합된다.

용접너트(10)의 각 돌기(12)와 와셔(30)의 용접은, 예를 들어, 저항 스폿 용접에 의해 이루어진다. 즉, 용접너트(10)와 와셔(30)를 한 쌍의 전극(도시하지 않음)에 의해 협지하여, 이들을 가압함과 함께 양 전극 간에 통전한다. 이에 의해, 각 돌기(12)와 와셔(30)가 용착한다. 당해 용착 시, 각 돌기(12)의 선단부가 용융하여 찌그러짐으로써, 각 돌기(12)와 각 돌기관통구멍(24)은, 카시메 결합(加締. Caulking. 결합하려는 부재 자체를 변형시켜 결합하는 방법)된 듯한 상태가 된다. 또한, 용접너트(10)와 와셔(30)는, 플레이트재(20)를 사이에 두고 각 돌기관통구멍(24)(각 돌기(12))을 개재하여 서로 용접됨으로써, 플레이트재(20)의 양면(표면(21) 및 이면(22))에, 각각 압착된 상태가 된다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 플레이트재(20)에 대하여 부품(워크(2))을 조립하기 위해, 용접너트(10) 및 부품조립용 볼트(40)가 이용된다. 부품(2)에는, 부품조립용 볼트(40)의 나사부(41)를 통과시키기 위한 볼트관통구멍(2a)이 형성된다. 그리고, 도 1에 있어서, 플레이트재(20)에 대하여 부품(2)을 조립하기 전의 양태를 실선, 조립한 후의 양태를 이점 쇄선으로 나타낸다.

플레이트재(20)에 대하여 부품(2)을 조립할 때, 도 1에 나타내는 바와 같이, 먼저, 부품조립용 볼트(40)의 나사부(41)를, 부품(2)의 볼트관통구멍(2a)에 통과시킨다. 다음으로, 부품조립용 볼트(40)의 나사부(41)를, 플레이트재(20)의 이면(22) 측으로부터, 와셔(30) 및 플레이트재(20)의 볼트관통구멍(31, 23)에 통과시킨다. 다음으로, 부품조립용 볼트(40)의 나사부(41)를, 플레이트재(20)의 표면(21) 측에 배치된 용접너트(10)의 볼트구멍(13)에 나사 결합한다. 그리고, 부품조립용 볼트(40)에 소정의 조임토크(T)를 가함으로써 부품조립용 볼트(40)를 용접너트(10)에 조인다.

도 6에 나타내는 바와 같이, 부품조립용 볼트(40)를 용접너트(10)에 조일 때의 조임토크(T)에 의해, 용접너트(10)의 각 돌기(12)의 접선 방향(θ)에 면하는 외주면(12a)이, 플레이트재(20)의 각 돌기관통구멍(24)의 접선 방향(θ)에 면하는 내주면(24a)에, 누름력(F)에 의해 눌린다. 즉, 조임토크(T)는, 각 돌기관통구멍(24)의 접선 방향(θ)에 면하는 내주면(24a)이 누름력(F)에 대항함으로써, 내주면(24a)이 받는다.

이상, 본 실시형태에 의하면, 용접너트(10)를 플레이트재(20)의 표면(21)에 직접 용접하는 것이 아니라, 용접너트(10)의 각 돌기(12)를, 플레이트재(20)의 표면(21) 측으로부터, 각 돌기관통구멍(24)에 관통시킨 상태에서, 플레이트재(20)의 이면(22) 측의 와셔(30)에 용접한다. 즉, 용접너트(10)와 와셔(30)를, 플레이트재(20)를 사이에 두고 각 돌기관통구멍(24)(각 돌기(12))을 개재하여 서로 용접함으로써, 용접너트(10)를 플레이트재(20)의 표면(21)에 접합한다. 이로써, 용접너트(10)와 플레이트재(20)가 용접이 어려운 서로 이질의 재료로 형성되었다 하더라도, 용접너트(10)를 플레이트재(20)에 접합할 수 있다.

플레이트재(20)의 이면(22)에 대하여 부품(워크(2))을 볼트·너트로 조립할 때, 부품조립용 볼트(40)를, 플레이트재(20)의 이면(22) 측으로부터, 와셔(30) 및 플레이트재(20)의 볼트관통구멍(31, 23)에 통과시킨 상태에서, 플레이트재(20)의 표면(21) 측의 용접너트(10)에 조인다.

부품조립용 볼트(40)를 용접너트(10)에 조일 때의 조임토크(T)에 의해, 용접너트(10)는, 플레이트재(20)에 대하여 회전하려고 한다. 여기서, 용접너트(10)와 와셔(30)는, 플레이트재(20)를 사이에 두고 각 돌기관통구멍(24)(각 돌기(12))을 개재하여 서로 용접됨으로써, 플레이트재(20)의 양면(표면(21) 및 이면(22))에, 각각 압착된 상태가 된다.

이로써, 용접너트(10)가 플레이트재(20)에 대하여 회전하는 것을 억제하는 데 있어서 유리해진다. 즉, 와셔(30)는, 용접너트(10)를 플레이트재(20)에 접합하는 기능만이 아니라, 용접너트(10)의 플레이트재(20)에 대한 회전을 억제하는 기능도 가질 수 있다. 또한, 부품(2)이 예를 들어 알루미늄, 수지, 섬유 등의 유연 재료로 형성되는 경우에는, 와셔(30)는, 부품조립용 볼트(40)의 풀림 방지 기능도 가질 수 있다.

따라서, 와셔(30)가, 용접너트(10)를 플레이트재(20)에 접합하는 기능 이외의 기능도 가질 수 있으므로, 용접너트(10)를 플레이트재(20)에 접합하기만을 위해, 전용의 부재를 준비할 필요가 없다.

이상과 같이, 서로 이질의 재료로 이루어진 용접너트(10)와 플레이트재(20)를 접합하기만을 위해 이용하는 전용 부재를 불필요하게 할 수 있다.

부품조립용 볼트(40)를 용접너트(10)에 조일 때의 조임토크(T)에 의해, 용접너트(10)의 각 돌기(12)의 접선 방향(θ)에 면하는 외주면(12a)이, 플레이트재(20)의 각 돌기관통구멍(24)의 접선 방향(θ)에 면하는 내주면(24a)에, 누름력(F)에 의해 눌린다(도 6 참조). 본 실시형태에 의하면, 각 돌기(12) 및 각 돌기관통구멍(24)이 각각 법선 방향(R)으로 길게 형성되므로, 각 돌기(12)의 접선 방향(θ)에 면하는 외주면(12a)과 각 돌기관통구멍(24)의 접선 방향(θ)에 면하는 내주면(24a)의 접촉 면적을 크게 할 수 있다. 이로써, 각 돌기관통구멍(24)의 접선 방향(θ)에 면하는 내주면(24a)이 각 돌기(12)의 접선 방향(θ)에 면하는 외주면(12a)으로부터 받는 응력(누름력(F)/접촉 면적)을 작게 할 수 있다. 따라서, 보다 큰 조임토크(T)를 허용할 수 있다.

오목부(22a)에 의하여, 와셔(30)를 플레이트재(20)의 이면(22)에 위치 결정하기가 용이해진다.

저항 스폿 용접 시, 각 돌기(12)의 선단부가 용융하여 찌그러짐으로써, 각 돌기(12)와 각 돌기관통구멍(24)은, 카시메 결합된 듯한 상태가 된다. 이로써, 용접너트(10)는, 플레이트재(20)에 대하여, 접선 방향(θ)이나 법선 방향(R)으로 위치가 어긋나기 어려워진다.

와셔(30)의 이면(32)을 플레이트재(20)의 이면(22)에 대하여 면일한 상태 내지 표면(21) 측으로 오목한 상태로 함으로써, 부품조립용 볼트(40)에 의해 조립해야 할 부품(2)을, 플레이트재(20)에 대하여, 보다 확실하게 고정할 수 있다.

이상, 본 발명을 적절한 실시형태에 의해 설명하였으나, 이와 같은 서술은 한정사항이 아니며, 물론 다양한 개변이 가능하다.

용접너트(10)의 재료와 플레이트재(20)의 재료의 조합으로서, 강과 알루미늄 외에, 예를 들어, 강과 타이타늄(타이타늄 합금을 포함함), 강과 수지, 강과 탄소섬유 등, 기타 다양한 조합을 생각할 수 있다.

용접너트(10)의 재료와 와셔(30)의 재료의 조합으로서, 강과 강 외에, 예를 들어, 알루미늄과 알루미늄, 타이타늄과 타이타늄 등, 기타 다양한 조합을 생각할 수 있다. 또한, 강과 강의 조합으로, 탄소강과 탄소강, 스테인리스강과 스테인리스강, 탄소강과 스테인리스강 등, 기타 다양한 조합을 생각할 수 있다.

돌기(12) 및 돌기관통구멍(24)은, 각각 복수 형성될 필요는 없고, 적어도 하나씩 형성되면 된다.

상기 실시형태에서, 돌기관통구멍(24)의 단면은, 접선 방향(θ)보다 법선 방향(R)으로 긴 직사각형 형상이었지만, 이에 한정되지 않는다. 돌기관통구멍(24)의 단면은, 되도록 접선 방향(θ)보다 법선 방향(R)으로 긴 형상인 것이 바람직하고, 직사각형 형상 외에, 예를 들어, 법선 방향(R)으로 긴 삼각형 형상, 오각형 형상 등의 다각형 형상, 법선 방향(R)으로 긴 타원 형상, 등이 바람직하다. 그리고, 돌기관통구멍(24)의 단면은, 정원(正圓) 형상, 정사각형 형상, 또한 접선 방향(θ)으로 긴 형상이어도 되고, 특히 조임토크(T)가 작은 경우에는, 이와 같은 단면 형상이어도, 조임토크(T)를 충분히 허용할 수 있다.

돌기(12)의 형상에 대해서도, 상기와 마찬가지이다.

오목부(22a)는 반드시 형성할 필요가 있는 것은 아니다. 그리고, 플레이트재(20)의 이면(22)에 오목부(22a)를 형성하지 않는 경우, 부품(2)에 오목부를 형성하는 것이 바람직하다.

상기 실시형태에서, 와셔(30) 및 오목부(22a)의 횡단면 형상은, 모두 원형 형상이었지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 와셔(30) 및 오목부(22a)의 횡단면 형상은, 서로 대응하는 다각형 형상이어도 된다. 이때, 와셔(30) 및 오목부(22a)의 횡단면 형상은, 서로 모서리의 수가 동일한 것이 바람직하다. 와셔(30) 및 오목부(22a)의 횡단면 형상은, 예를 들어, 도 7에 나타내는 바와 같이, 서로 대응하는 사각형 형상이어도 된다. 부품조립용 볼트(40)를 용접너트(10)에 조일 때의 조임토크(T)에 의해, 용접너트(10)는, 플레이트재(20)에 대하여 회전하려고 한다. 이에 의해, 와셔(30)는, 돌기(12)에 당겨져 회전하려고 한다. 와셔(30) 및 오목부(22a)의 횡단면 형상을 서로 대응하는 다각형 형상으로 함으로써, 회전하려고 하는 와셔(30)의 모서리부(33)가 오목부(22a)의 내주면(22b)에 걸리므로, 와셔(30)의 회전을 억제할 수 있다. 즉, 와셔(30)에 용접된 용접너트(10)의 회전도 억제할 수 있다. 이로써, 와셔(30) 및 오목부(22a)의 횡단면 형상이 모두 원 형상인 경우와 비교하여, 보다 큰 조임토크(T)를 허용할 수 있다. 또한, 예를 들어 돌기(12) 및 돌기관통구멍(24)이 가령 정원 형상이나 접선 방향(θ)으로 긴 형상이어도, 조임토크(T)를 허용하는 데 있어서 유리해진다.

상기 실시형태에서, 돌기(12)는, 용접너트(제1 체결부재(10))의 좌면(11)에 형성되지만, 이에 한정되지 않는다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 용접너트(제1 체결부재(10))가 아니라, 와셔(30)의 좌면(34)에 돌기(35)가 형성되어도 된다. 이 경우, 용접너트(제1 체결부재(10))의 좌면(11)은, 돌기(12)가 형성되지 않고, 평평한 것이 바람직하다. 그리고, 도시하지 않으나, 용접너트(제1 체결부재(10)) 및 와셔(30) 양쪽에, 각각, 돌기(12, 35)가 형성되어도 된다. 즉, 용접너트(제1 체결부재(10)) 및 와셔(30) 중 적어도 어느 좌면(11, 34)에 돌기(12, 35)가 형성되면 된다.

상기 실시형태에서, 제1 체결부재를 용접너트(10), 제2 체결부재를 부품조립용 볼트(40)로 하였지만, 이에 한정되지 않는다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 제1 체결부재를 용접볼트(50), 제2 체결부재를 부품조립용 너트(60)로 하여도 된다. 이 경우, 용접볼트(제1 체결부재(50))와 부품조립용 너트(제2 체결부재(60))는, 서로 대응한다. 또한, 용접볼트(제1 체결부재(50)) 및 와셔(30) 중 적어도 어느 좌면(51, 34)에 돌기(52, 35)가 형성되면 된다. 예를 들어, 도 9에 나타내는 바와 같이, 용접볼트(50)의 좌면(51)에 돌기(52)가 형성되고, 돌기(52)가 플레이트재(20)의 돌기관통구멍(24)을 관통하여도 된다. 용접볼트(50)의 나사부(53)는, 플레이트재(20)의 볼트관통구멍(23)에 통과된다. 즉, 제1 체결부재는 너트 및 볼트 중 어느 한 쪽이고, 제2 체결부재는 너트 및 볼트 중 어느 다른 쪽이며, 제1 체결부재와 제2 체결부재가 서로 대응하면 된다. 볼트관통구멍(23)은, 제1 체결부재 및 제2 체결부재 중 볼트인 쪽(용접볼트(50) 또는 부품조립용 볼트(40))을 통과시키기 위한 구멍이면 된다.

부품(워크(2))은, 플레이트재(20)에 대하여 볼트·너트로 조립되는 것이라면 어떠한 구성이어도 된다.

돌기(12)와 와셔(30)의 용접 방법은, 저항 스폿 용접에 한정되지 않고, 예를 들어 아크 용접 등이어도 된다.

본 발명에 따른 이재 접합 방법은, 너트 및 볼트 중 어느 한 쪽인 제1 체결부재(용접너트(10), 용접볼트(50))를 제1 체결부재(용접너트(10), 용접볼트(50))와는 이질의 재료로 형성된 플레이트재(20)에 접합하는 이재 접합 방법으로서, 플레이트재(20)의 표면(21)에 제1 체결부재(용접너트(10), 용접볼트(50))를 배치함과 함께, 플레이트재(20)의 이면(22)에 제1 체결부재(용접너트(10), 용접볼트(50))와 용접 가능한 와셔(30)를 배치하는 배치 공정과, 제1 체결부재(용접너트(10), 용접볼트(50))를 플레이트재(20)에 접합하는 접합 공정을 구비하고, 제1 체결부재(용접너트(10), 용접볼트(50)) 및 와셔(30) 중 적어도 어느 좌면(11, 51, 34)에는, 돌기(12, 52, 35)가 형성되고, 제1 체결부재(용접너트(10), 용접볼트(50))는, 너트 및 볼트 중 어느 다른 쪽인 제2 체결부재(부품조립용 볼트(40), 부품조립용 너트(60))에 대응하고, 플레이트재(20)는, 제1 체결부재(용접너트(10), 용접볼트(50)) 및 제2 체결부재(부품조립용 볼트(40), 부품조립용 너트(60)) 중 볼트인 쪽(부품조립용 볼트(40), 용접볼트(50))을 통과시키기 위한 볼트관통구멍(23)과, 볼트관통구멍(23)의 주위에 형성되고, 돌기(12, 52, 35)를 관통시키는 돌기관통구멍(24)을 가지며, 접합 공정은, 돌기관통구멍(24)에 관통시킨 돌기(12, 52, 35)에서, 제1 체결부재(용접너트(10), 용접볼트(50))와 와셔(30)를 서로 용접함으로써 제1 체결부재(용접너트(10), 용접볼트(50))를 플레이트재(20)에 접합한다.

본 발명은, 이재 접합 구조 및 이재 접합 방법에 적용할 수 있으므로, 매우 유용하며, 산업상 이용가능성이 높다.

X : 중심축
θ : 접선 방향
R : 법선 방향
1 : 이재 접합 구조
10 : 용접너트(제1 체결부재)
11 : 좌면
12 : 돌기
20 : 플레이트재
21 : 표면
22 : 이면
22a : 오목부
23 : 볼트관통구멍
24 : 돌기관통구멍
30 : 와셔
34 : 좌면
35 : 돌기
40 : 부품조립용 볼트(제2 체결부재)
50 : 용접볼트(제1 체결부재)
51 : 좌면
52 : 돌기
60 : 부품조립용 너트(제2 체결부재)

Claims

플레이트재와,
너트 및 볼트 중 어느 한 쪽이며 상기 플레이트재의 표면에 배치된 제1 체결부재와,
상기 플레이트재의 이면에 배치되고, 상기 제1 체결부재와 용접 가능한 와셔를 구비하고,
상기 제1 체결부재와 상기 플레이트재는, 서로 이질의 재료로 형성되며,
상기 제1 체결부재 및 상기 와셔 중 적어도 어느 좌면에는, 돌기가 형성되고,
상기 제1 체결부재는, 너트 및 볼트 중 어느 다른 쪽인 제2 체결부재에 대응하고,
상기 플레이트재는,
상기 제1 체결부재의 중심축 상에 형성됨과 함께, 당해 제1 체결부재 및 상기 제2 체결부재 중 볼트인 쪽을 통과시키기 위한 볼트관통구멍과,
상기 볼트관통구멍의 주위에 형성되고, 상기 돌기를 관통시키는 돌기관통구멍을 가지며,
상기 제1 체결부재는, 상기 플레이트재에 직접 용접되지 않고, 당해 제1 체결부재와 상기 와셔가 상기 돌기관통구멍을 관통한 상기 돌기에서 서로 용접됨으로써 당해 플레이트재에 접합되는, 이재 접합 구조.
제1항에 있어서,
상기 돌기 및 상기 돌기관통구멍은, 각각, 상기 중심축을 중심으로 한 접선 방향보다 법선 방향으로 길게 형성되는, 이재 접합 구조.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 와셔는, 상기 플레이트재의 이면에 형성된 오목부에 끼움결합하는, 이재 접합 구조.
제3항에 있어서,
상기 와셔 및 상기 오목부의 횡단면 형상은, 서로 대응하는 다각형 형상인, 이재 접합 구조.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 체결부재는 너트이고,
상기 제2 체결부재는 볼트인, 이재 접합 구조.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 돌기는, 상기 제1 체결부재의 좌면에 형성되는, 이재 접합 구조.
너트 및 볼트 중 어느 한 쪽인 제1 체결부재를 당해 제1 체결부재와는 이질의 재료로 형성된 플레이트재에 접합하는 이재 접합 방법으로서,
상기 플레이트재의 표면에 상기 제1 체결부재를 배치함과 함께, 당해 플레이트재의 이면에 당해 제1 체결부재와 용접 가능한 와셔를 배치하는 배치 공정과,
상기 제1 체결부재를 상기 플레이트재에 접합하는 접합 공정을 구비하고,
상기 제1 체결부재 및 상기 와셔 중 적어도 어느 좌면에는, 돌기가 형성되고,
상기 제1 체결부재는, 너트 및 볼트 중 어느 다른 쪽인 제2 체결부재에 대응하고,
상기 플레이트재는,
상기 제1 체결부재 및 상기 제2 체결부재 중 볼트인 쪽을 통과시키기 위한 볼트관통구멍과,
상기 볼트관통구멍의 주위에 형성되고, 상기 돌기를 관통시키는 돌기관통구멍을 가지며,
상기 접합 공정은, 상기 돌기관통구멍에 관통시킨 상기 돌기에서, 상기 제1 체결부재와 상기 와셔를 서로 용접함으로써, 당해 제1 체결부재를 상기 플레이트재에 접합하는, 이재 접합 방법.