KR20170103145A - 이종재질의 접합방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 서로 다른 재질로 제조된 제1패널과 제2패널을 접합시키되 상기 제1패널은 스틸재로 제조되는 이종재질의 접합방법에 있어서, 장착홀이 타공된 제2패널을 제1패널에 밀착시키는 단계; 컵 모양으로 형성되어 바닥부의 테두리에서 둘레를 따라 상측으로 돌출된 외주면부를 갖는 결합부재를 바닥부가 제1패널과 인접하게 장착홀에 삽입하는 단계; 상기 결합부재의 바닥부를 제1패널에 접합시키는 단계;를 포함하고, 상기 외부면부는 장착홀로 진입할 때 탄성변형하여 탄성력에 의해 제2패널을 고정시키는 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명은 용접을 통하여 이종재질의 접합이 가능하여 종래의 SPR 설비를 투자할 필요가 없으므로, 투자비를 절감할 수 있으며 제조공정을 단축시킬 수 있고, 결합부재의 탄성력을 조절하여 제1패널과 제2패널의 결합력을 요구 사양에 맞게 조절할 수 있다.

Description

이종재질의 접합방법{Bounding method of dissimilar materials}

본 발명은 스틸재와 탄소섬유강화플라스틱 또는 스틸재와 용접이 불가능한 다른 이종(異種) 재질을 접합하는 방법에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 현재 개발된 SPR(Self-piercing rivet, 셀프피어싱리벳) 방식 등을 대신하여 기존의 용접설비를 이용해 스틸재 패널과 다른 이종재질의 패널을 접합시킬 수 있는 이종재질의 접합방법에 관한 것이다.

점차적으로 강화되는 환경에 관한 법규 및 소비자의 요구에 맞춰서 연비향상을 위해 차량 개발 시에는 차체경량화가 더욱 중요한 요건으로 대두되고 있으며, 이를 중촉시키기 위해 높은 강도를 가지며 스틸재 보다 더 가벼운 탄소섬유강화플라스틱(CFRP, Carbon Fiber Reinforced Plastic) 등과 같은 재질로 제조된 부품들의 탑재가 증가하고 있다.

그러나, 탄소섬유강화플라스틱과 같은 재질로 제조된 부품은 스틸재 부품과 용접이 이뤄지지 않기 때문에 종래에는 접착제를 사용하거나 또는 SPR(Self-piercing rivet, 셀프피어싱리벳) 방식 등으로 통하여 접합이 이뤄졌다.

그러나, 접착제를 사용하는 경우에는 접착력이 상대적으로 저하될 뿐만 아니로 접착품질을 균일하게 유지하기 어려웠으며, SPR 방식의 경우에는 제조라인에서 별도의 설비가 추가요구되는 문제가 있었다.

또한, 제조공정의 레이아웃 상 별도의 설비를 추가하기는 어려운 경우가 많으므로 용접이 불가능한 재질로 제조된 부품을 스틸재와 접합시킬 수 있는 새로운 접합방법의 개발이 요구되었다.

따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해소하고자 용접이 가능한 스틸재 부품(패널)와 용접이 불가능한 이종재질의 부품(패널)의 접합방법을 제공하는 것에 주목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 서로 다른 재질로 제조된 제1패널과 제2패널을 접합시키되 상기 제1패널은 스틸재로 제조되는 반면 제2패널은 용접이 불가능한 재질로 제조되는 이종재질의 접합방법에 있어서, 장착홀이 타공된 제2패널을 제1패널에 밀착시키는 단계;와 컵 모양으로 형성되어 바닥부의 테두리에서 둘레를 따라 상측으로 돌출된 외주면부를 갖는 결합부재를 바닥부가 제1패널과 인접하게 장착홀에 삽입하는 단계; 및 상기 결합부재의 바닥부를 제1패널에 접합시키는 단계;를 포함하고, 상기 외부면부는 장착홀로 진입할 때 탄성변형하여 탄성력에 의해 제2패널을 고정시키는 것을 특징으로 한다.

상기 외주면부는 하단의 직경이 상대적으로 작고 상단의 직경이 상대적으로 크게 형성된 모양을 갖도록 형성된다. 또한, 상기 장착홀도 하단의 내경이 상대적으로 작고 상단의 내경이 상대적으로 크게 형성된 모양을 갖도록 형성되되, 상기 장착홀 상단의 최대 내경은 외주면부 상단의 최대 직경 보다 작게 형성된다.

그리고, 상기 외주면부에는 탄성변형량이 증대될 수 있도록 상하 방향을 따라 갭이 형성되되, 상기 갭은 외주면부의 둘레를 따라 적어도 두 개 이상이 이격되어 배치된다.

아울러, 상기 외주면부의 최상단에는 제2패널의 상면에 맞닿도록 플랜지가 절곡형성되고, 상기 결합부재는 스틸재로 제조되며, 상기 결합부재의 바닥면은 제1패널과 용접으로 접합된다.

본 발명의 실시예에서, 상기 제2패널은 탄소섬유강화플라스틱 재질로 제조된다.

전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명은 용접(스팟 용접)을 통하여 이종재질의 접합이 가능하여 종래의 SPR 설비를 투자할 필요가 없으므로, 투자비를 절감할 수 있으며 제조공정을 단축시킬 수 있다.

상기 결합부재는 원뿔형 모양을 갖되 형상변경 또는 재질 선택 등을 통하여 (탄성력에 의해 생성되는) 결합력을 용이하게 디자인할 수 있으며, 상단에는 플랜지가 형성되어 보다 강건하게 제2패널을 결합시킬 수 있다.

도 1 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 방법에 따라 제1패널과 제2패널이 접합되는 단계들을 각각 도시한 도면,
도 2 는 결합부재를 통해 제1패널과 제2패널이 접합된 단면 모습을 도시한 도면,
도 3 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 결합부재의 모습이 도시된 도면.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 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 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명은 스틸재로 제조되어 용접이 가능한 제1패널(10)과 용접이 불가능한 재질로 제조된 제2패널(20)을 접합시키는 방법에 관한 것으로써 이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세하게 설명한다.

도 1 을 참조하면, 제1패널(10)과 제2패널(20)은 소정의 넓이만큼 맞닿은 상태에서 접합이 이뤄지되, 본 발명의 실시예에서 제1패널(10)은 용접이 가능한 스틸재로 제조되고 제2패널(20)은 탄소섬유강화플라스틱 재질로 제조된다.

상기 제2패널(20)은 하단으로 갈수록 내경이 좁아지는 모양을 갖도록 장착홀(21)이 타공되며, 상기 장착홀(21)이 제1패널(10)의 일면 위에 놓이도록 배치된다. 그리고, 상기 장착홀(21) 위로 컵 모양으로 형성되며 (스틸재를 포함하여) 용접이 가능한 재질로 제조된 결합부재(30)가 안착된다.

상기 결합부재(30)는 원판형 바닥부(31)의 테두리에서 둘레를 따라 상측으로 돌출된 외주면부(32)를 갖도록 구성되며, 상기 바닥부(31)는 제1패널(10)의 상면에 밀착되거나 스팟용접이 가능할 정도까지 인접하게 위치하고, 상기 외주면부(32)는 하단의 직경이 상대적으로 작고 상단의 직경이 상대적으로 크게 형성된 모양을 갖도록 형성된다.

다만, 전술한 바와 같이 상기 장착홀(21)도 하단의 내경이 상대적으로 작고 상단의 내경이 상대적으로 크게 형성된 모양을 갖도록 형성되되, 상기 장착홀(21) 상단의 최대 내경은 외주면부(32) 상단의 최대 직경 보다 작게 형성된다.

따라서, 상기 결합부재(30)는 외주면부(32) 상단의 내경이 도 2 의 'D' 만큼 탄성변형되어 축소된 상태로 장착홀(21)에 끼워지게 된다. 상기와 같이 결합부재(30)가 장착홀(21)에 끼워진 상태에서 결합부재(30)의 바닥부(31)는 용접건에 의해 제1패널(10)과 스팟용접이 이뤄진다.

이에 따라, 상기 결합부재(30)의 외주면부(32)는 도 2 에 도시된 바와 같이 원래의 모양으로 벌어지는 방향(도2 의 화살표 방향)으로 탄성력이 작용하며 제2패널(20)의 이탈을 구속한다.

도 3 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 결합부재의 사시도이다. 도시된 바와 같이, 상기 외주면부(32)에는 (탄성변형 시 그 크기가 좁아져) 탄성변형량이 증대될 수 있도록 상하 방향을 따라 갭(33)이 형성된다. 상기 갭(33)은 외주면부(32)의 둘레를 따라 세 개가 형성되며, 결합부재(30)가 장착홀(21)에 완전히 끼워졌을 때 각 갭(33)의 크기는 최소화 될 수 있도록(바람직하게는 '0' 이 될 수 있도록) 구성된다.

아울러, 상기 외주면부(32)의 최상단에는 제2패널(20)의 상면에 맞닿도록 플랜지(34)가 절곡형성되는 것이 바람직하다. 상기 플랜지(34)는 제2패널(20)의 이탈을 보다 확실하게 구속하되 그 크기는 외부에 노출되어 디자인을 해치지 않는 범위 내에서 결정될 수 있다.

참고적으로, 결합부재(30)에 작용하는 탄성력(F)는 K(탄성계수) 곱하기 D(변위)로 결정된다. 0.8 mm 두께의 자동차용 강판(SGARC340 스틸)의 스팟용접 인장전단하중은 대략 4KN이다(참고문헌 : 자동차용강판과 알루미늄합금의 저항점용접부에 대한 인장전단강도 특성, 대한기계학회 부산지부 2007년도 추계학술대회 논문, 유덕생,이종호,윤한기 ).

이때, 외주면부(32)가 탄성변형되는 변위(D)를 3 mm로 설계했을 때, 상기 결합부재(30)의 탄성계수는 4000N/3mm 으로 계산되며 대략 1300KN/m를 가진다. 그러므로, 탄성계수가 대략 1300KN/m 근방의 값을 갖는 재질로 결합부재(30)를 제조하고, 변위값(D)를 조절하면 요구되는 결합력을 셋팅 할 수 있다. 물론, 변위값(D)의 조절이 어렵거나 불가능할 경우에는 다른 탄성계수를 갖는 재질 선정을 통하여 설계의 유연성을 증대시킬 수 있다.

그러므로, 본 발명서는 변위값(D)의 조절 또는 다른 탄성계수를 갖는 결합부재(30)의 재질 선정을 통해 요구되는 결합 강도에 대응하여 효율적인 접합방법을 제공할 수 있다.

전술한 바와 같은 기술적 특징을 갖는 본 발명은 기존 설비인 용접건으로 작업이 이뤄지므로 신규 투자비를 절감할 수 있으며 현재 사용중이 설비를 그대로 유지할 수 있다.

또한, 결합부재(30)와 제1패널(10)의 결합력은 종래의 용접과 동등한 수준의 강도 확보할 수 있되 제1패널(10)과 제2패널(20)의 결합력은 전술한 바와 같이 변위값(D) 및 결합부재(30)의 재질선정을 통하여 다양하게 조절가능할 수 있다(가령, 충돌 발생시 충격량을 감소시키도록 의도적으로 결합력을 낮출 수 있도록 셋팅이 가능할 것이다).

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

10 : 제1패널
20 : 제2패널
21 : 장착홀
30 : 결합부재
31 : 바닥부
32 : 외주면부
33 : 갭
34 : 플랜지

Claims (8)

1. 서로 다른 재질로 제조된 제1패널과 제2패널을 접합시키되 상기 제1패널은 스틸재로 제조되는 이종재질의 접합방법에 있어서,
   장착홀이 타공된 제2패널을 제1패널에 밀착시키는 단계;
   컵 모양으로 형성되어 바닥부의 테두리에서 둘레를 따라 상측으로 돌출된 외주면부를 갖는 결합부재를 바닥부가 제1패널과 인접하게 장착홀에 삽입하는 단계;
   상기 결합부재의 바닥부를 제1패널에 접합시키는 단계;를 포함하고,
   상기 외부면부는 장착홀로 진입할 때 탄성변형하여 탄성력에 의해 제2패널을 고정시키는 것을 특징으로 하는 이종재질의 접합방법.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 외주면부는 하단의 직경이 상대적으로 작고 상단의 직경이 상대적으로 크게 형성된 모양을 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 이종재질의 접합방법.
   
3. 제 2 항에 있어서, 상기 장착홀은 하단의 내경이 상대적으로 작고 상단의 내경이 상대적으로 크게 형성된 모양을 갖도록 형성되되, 상기 장착홀 상단의 최대 내경은 외주면부 상단의 최대 직경 보다 작게 형성된 것을 특징으로 하는 이종 재질의 접합방법.
   
4. 제 3 항에 있어서, 상기 외주면부에는 탄성변형량이 증대되도록 상하 방향을 따라 갭이 형성된 것을 특징으로 하는 이종 재질의 접합방법.
   
5. 제 4 항에 있어서, 상기 갭은 외주면부의 둘레를 따라 적어도 두 개 이상이 이격되어 배치된 것을 특징으로 하는 이종 재질의 접합방법.
   
6. 제 5 항에 있어서, 상기 외주면부의 최상단에는 제2패널의 상면에 맞닿도록 플랜지가 절곡형성된 것을 특징으로 하는 이종 재질의 접합방법.
   
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 결합부재는 스틸재로 제조되며, 상기 결합부재의 바닥면은 제1패널과 용접으로 접합되는 것을 특징으로 하는 이종 재질의 접합방법.
   
8. 제 7 항에 있어서, 상기 제2패널은 탄소섬유강화플라스틱 재질로 제조된 것을 특징으로 하는 이종 재질의 접합방법.

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