KR101714242B1 - 리브너트 용접용 전극유닛 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용접시 열에 의해 연화된 강판의 변형을 방지하는 리브너트 용접용 전극유닛에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시형태에 따른 리브너트 용접용 전극유닛은 리브너트(rib nut)를 강판에 용접하는 장치에 구비되는 전극유닛으로서, 중심부에 상하로 연통되면서 직경이 일정한 제 1 관통홀이 형성되고, 강판에 접촉되면서 전원이 인가되는 하부전극과; 중심부에 상하로 연통되면서 직경이 일정한 제 2 관통홀이 형성되고, 상기 하부전극의 제 1 관통홀에 삽입되는 절연체와; 하부영역은 상기 절연체의 제 2 관통홀에 삽입되어 상기 제 2 관통홀을 따라 상하로 이동되고, 상부영역은 상기 제 2 관통홀의 상부로 돌출되어 상기 리브너트가 안착되는 가이드핀을 포함한다.

Description

리브너트 용접용 전극유닛{Electrode unit for welding rib-nut}

본 발명은 리브너트 용접용 전극유닛에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 용접시 열에 의해 연화된 강판의 변형을 방지하는 리브너트 용접용 전극유닛에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 각종 차체 패널 상에는 다른 부품이 연결되는데, 부품들은 대부분 나사와 같은 체결수단으로 연결된다.

하지만, 패널의 두께가 얇기 때문에 나사부를 형성하기가 어려워 나사가 결합되는 위치에 피어싱부(관통공)를 형성한 다음 피어싱부에 리브너트(rib nut; 이하 '너트'라고 칭함)를 용접하여 다른 부품과의 연결을 정확하고 견고하게 하여 고정할 수 있도록 한다.

이러한 너트의 용접은 프로젝션 용접기로 불리는 너트 용접기와, 상기 너트 용접기에 너트를 공급하는 너트 피더(nut feeder)에 의해 진행된다.

도 1은 일반적인 너트의 용접법을 보여주는 구성도로서, 도 1에 도시된 바와 같이 너트 용접기를 이용한 너트(20)의 용접은 너트 용접기의 하부전극유닛(40) 상에 너트(20)가 용접되는 영역에 피어싱부(11; 관통공)가 형성된 패널소재(10; 이하, '강판'이라 칭함)를 안착시킨 상태로 너트 피더(미도시)로부터 너트(20)를 공급하고(도 1의 (a)), 상부전극유닛(30)이 하강하여 너트(20)의 상부를 가압하면서 통전시켜 상기 너트(20)를 강판(10)에 용접하게 된다.(도 1의 (b))

하지만, 도 1의 (C)와 같이 용접 중 발생하는 저항열과 상부전극유닛(30)의 가압력에 의해 강판(10)의 피어싱부(11)가 변형되는 문제가 발생한다. 이렇게 강판(10)의 피어싱부(11)에 변형이 발생되면 도 1의 (d)와 같이 볼트(50)를 이용하여 강판(10)에 다른 부품(60)을 체결하는 경우에는 강판(10)와 부품(60) 사이에 간극(gap)이 발생되는 문제가 있었다.

도 2는 일반적인 너트 용접기에 구비되는 하부전극유닛을 보여주는 단면도로서, 일반적인 너트 용접기에 구비되는 하부전극유닛(40)은 크게 중심부에 상하로 연통되면서 직경이 일정한 제 1 중심홀(41a)이 형성되고, 강판(10)에 접촉되면서 전원이 인가되는 하부전극(41)과; 하부영역(42b)은 상기 하부전극(41)의 제 1 중심홀(41a)에 삽입되어 상기 제 1 중심홀(41a)을 따라 상하로 이동되고, 상부영역(42a)은 상기 제 1 중심홀(41a)의 상부로 돌출되어 상기 너트(20)가 안착되는 가이드핀(42)을 포함한다. 그리고 상기 하부전극(41)의 하부로 연결되고, 상기 제 1 중심홀(41a)에 연통되는 제 2 중심홀(43a)이 형성되는 고정체(43)와; 상기 고정체(43)의 제 2 중심홀(43a)의 하부로 삽입되어 상기 제 2 중심홀(43a)의 하단을 차단하는 스토퍼(45)와; 상기 스토퍼(45)의 상단과 상기 가이드핀(42)의 하단 사이에 개재되어 상기 가이드핀(42)의 이동에 완충력과 복원력을 제공하는 스프링(44)을 더 포함한다.

이때 하부전극(41)은 구리(Cu) 또는 구리합금(예를 들어 Cr-Cu계)로 제작되기 때문에 하부전극(41)의 경도가 하부전극(41)에 의해서 용접되는 강판(10)의 경도보다 작아 도 1의 (C)와 같이 용접 중 발생하는 저항열과 상부전극유닛의 가압력에 의해 강판(10)의 피어싱부(11)가 변형되는 문제가 발생하는 것이다.

등록실용신안 20-0389523 (2005. 07. 14)

본 발명은 리브너트의 용접시 발생하는 강판의 밀린 현상을 방지하여 패널소재의 평탄한 체결면을 확보할 수 있는 리브너트 용접용 전극유닛을 제공한다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 리브너트 용접용 전극유닛은 리브너트(rib nut)를 강판에 용접하는 장치에 구비되는 전극유닛으로서, 중심부에 상하로 연통되면서 직경이 일정한 제 1 관통홀이 형성되고, 강판에 접촉되면서 전원이 인가되는 하부전극과; 중심부에 상하로 연통되면서 직경이 일정한 제 2 관통홀이 형성되고, 상기 하부전극의 제 1 관통홀에 삽입되는 절연체와; 하부영역은 상기 절연체의 제 2 관통홀에 삽입되어 상기 제 2 관통홀을 따라 상하로 이동되고, 상부영역은 상기 제 2 관통홀의 상부로 돌출되어 상기 리브너트가 안착되는 가이드핀을 포함한다.

상기 하부전극의 하부로 연결되고, 상기 하부전극 및 절연체가 결합되는 결합홈이 형성되면서, 상기 제 2 관통홀에 연통되는 제 3 관통홀이 형성되는 고정체와; 상기 고정체의 제 3 관통홀의 하부로 삽입되어 상기 제 3 관통홀의 하단을 차단하는 스토퍼와; 상기 스토퍼의 상단과 상기 가이드핀의 하단 사이에 개재되어 상기 가이드핀의 이동에 완충력과 복원력을 제공하는 스프링을 더 포함한다.

상기 절연체의 상단에는 상기 리브너트의 고정을 위하여 상기 강판에 형성되는 피어싱부의 직경에 대응하는 외경을 갖도록 상부로 돌출되는 피어싱부 가이드링이 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 절연체의 외경은 상기 피어싱부의 직경보다 크게 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 절연체는 리브너트가 용접되는 상기 강판보다 경도가 높은 세라믹 재료로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 가이드핀은 상기 제 2 관통홀의 직경에 대응되는 외경을 갖는 하부영역의 몸체부와, 상기 몸체부의 상부로 연장되어 상기 리브너트의 내경에 대응되는 외경을 갖는 상부영역의 가이드부로 구분되고, 상기 몸체부의 외경이 상기 가이드부의 외경보다 커서 상기 리브너트의 하단이 상기 몸체부의 상단에 안착되면서 상기 가이드부가 상기 리브너트로 삽입되는 것을 특징으로 한다.

상기 하부전극과 절연체이 접촉되는 각각의 접촉부에는 각각 나사산이 형성되어 서로 나사결합되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 패널소재인 강판에 용접하는 경우에 너트 용접기의 하부전극유닛에 세라믹 재질로 제조되는 절연체를 결합하여 패널소재의 피어싱부에 대응되는 영역을 지지함에 따라 용접시 발생하는 가압과 저항열에 의한 패널소재의 변형을 방지할 수 있다.

이에 따라 기존 용접너트 대비 리브너트의 용접성을 향상시킬 수 있고, 소모성인 하부전극유닛의 수명을 향상시킬 수 있으며, 평탄한 체결부를 확보할 수 있어 상대부품의 체결성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 일반적인 너트의 용접법을 보여주는 구성도이고,
도 2는 일반적인 너트 용접기에 구비되는 하부전극유닛을 보여주는 단면도이며,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 리브너트 용접용 전극유닛을 보여주는 분해사시도이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 리브너트 용접용 전극유닛을 보여주는 단면도이며,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 리브너트 용접용 전극유닛을 이용하여 리브너트를 용접하는 방법을 보여주는 구성도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 리브너트 용접용 전극유닛을 보여주는 분해사시도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 리브너트 용접용 전극유닛을 보여주는 단면도이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 리브너트 용접용 전극유닛을 이용하여 리브너트를 용접하는 방법을 보여주는 구성도이다.

먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 리브너트 용접용 전극유닛은 리브너트(rib nut; 이하 '너트'라고 칭함)를 패널소재(이하, '강판'이라 칭함)에 형성된 피어싱부(관통공)에 용접하기 위한 너트 용접기의 하부전극유닛에 적용되는 기술이다. 물론 본 발명의 일실시예에 따른 리브너트 용접용 전극유닛은 제시된 실시예에 한정되는 것은 아니고 너트와 같은 수단을 강판에 용접하는 용접기에 다양하게 변형되어 적용될 수 있을 것이다.

도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 리브너트 용접용 전극유닛, 즉 하부전극유닛(100)은 크게 하부전극(110), 절연체(120), 가이드핀(130), 고정체(140), 스토퍼(160) 및 스프링(150)을 포함한다.

하부전극(110)은 강판(10)에 접촉되면서 전원이 인가되는 수단으로서, 소정의 두께를 갖는 환형의 파이프 형상으로서, 중심부에 상하로 연통되면서 직경이 일정한 제 1 관통홀(111)이 형성된다.

이때 하부전극(110)은 상기 고정체(140)와의 결합을 위하여 대략 상하방향으로 중간영역을 기준으로 상부영역과 하부영역으로 구분되어 상부영역의 외경이 하부영역의 외경보다 크게 형성되는 것이 바람직하다. 다만, 상부영역과 하부영역의 내경은 동일하게 형성되어 상기 절연체(120)가 삽입되어 결합되는 것이 바람직하다. 이를 위하여 하부전극(110)의 내주연에는 나사산이 형성되고, 하부전극(110)의 외주연 중 하부영역에 해당되는 영역에는 나사산이 형성된다.

이때 하부전극(110)은 전원의 인가를 위하여 도전율이 좋은 금속, 예를 들어 구리(Cu) 또는 구리합금(Cr-Cu계 합금)으로 제작되는 것이 바람직하다.

절연체(120)는 하부전극(110)의 제 1 관통홀(111)에 결합되어 강판에 형성된 피어싱부(11)를 지지하는 역할을 하는 수단으로서, 하부전극(110)과 마찬가지로 소정의 두께를 갖는 환형의 파이프 형상으로 제작된다. 이때 절연체(120)의 외경은 하부전극(110)의 내경에 대응되는 크기로 제작되어 하부전극(110)의 제 1 관통홀(111)에 삽입되면서 고정되는 것이 바람직하다. 특히, 절연체(120)의 외주연에는 나사산이 형성되어 절연체(120)와 하부전극(110)이 나사결합에 의해 교체가 가능하도록 결합되는 것이 바람직하다.

절연체(120)에는 중심부에 상하로 연통되면서 직경이 일정한 제 2 관통홀(121)이 형성된다. 그래서 상기 가이드핀(130)이 상기 제 2 관통홀(121)을 따라 상하로 가이드되면서 이동된다.

특히, 절연체(120)는 용접시 발생되는 가압과 저항열에 의해 연화된 강판(10)이 변형되는 것을 방지하면서 지지하기 위하여 강판(10)보다 경도가 높은 세라믹 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 이때 사용되는 세라믹 재료는 특정 재료에 한정되지 않고 절연성을 가지면서 강판(10)보다 경도가 높은 세라믹 재료라면 어떠한 세라믹 재료를 사용하더라도 무방할 것이다.

이때 절연체(120)는 강판(10)의 올바른 지지를 위하여 그 상단에는 강판(10)에 형성되는 피어싱부(11)의 직경에 대응하는 외경을 갖는 피어싱부 가이드링(122)이 상부로 돌출되어 형성된다. 또한, 절연체(120)의 외경은 강판(10)에 형성되는 피어싱부(11)의 직경보다 크게 형성되는 것이 바람직하다. 그래서, 강판(10)에 형성되는 피어싱부(11)로 절연체(120)의 피어싱부 가이드링(122)이 인입되면서 절연체(120)의 상단이 강판(10)에 형성되는 피어싱부(11)의 둘레를 지지하는 것이 바람직하다.

가이드핀(130)은 강판(10)에 용접되는 너트(20)를 강판(10)의 피어싱부(11)에 정위치시키는 수단으로서, 대략 원기둥형의 핀 형상으로 제작된다. 이때 가이드핀(130)의 하부영역은 상기 절연체(120)의 제 2 관통홀(121)에 삽입되어 상기 제 2 관통홀(121)을 따라 상하로 이동되고, 상부영역은 상기 제 2 관통홀(121)의 상부로 돌출되어 너트(20)가 안착된다.

부연하자면, 가이드핀(130)은 상기 제 2 관통홀(121)의 직경에 대응되는 외경을 갖는 하부영역의 몸체부(132)와, 상기 몸체부(132)의 상부로 연장되어 상기 너트(20)의 내경에 대응되는 외경을 갖는 상부영역의 가이드부(131)로 구분된다. 그래서, 상기 몸체부(132)의 외경이 상기 가이드부(131)의 외경보다 커서 상기 너트(20)의 하단이 상기 몸체부(132)의 상단에 안착되면서 상기 가이드부(131)가 상기 너트(20)로 삽입되는 것이 바람직하다.

고정체(140)는 상기 하부전극(110) 및 절연체(120)를 동시에 지지하는 수단으로서, 하부전극(110) 및 절연체(120)와 마찬가지로 소정의 두께를 갖는 환형의 파이프 형상으로 제작된다.

다만, 고정체(140)의 상부영역에는 하부전극(110)의 하부영역에 대응되는 내경을 갖는 결합홈(141)이 형성되어 절연체(120)가 내부로 삽입되어 결합된 하부전극(110)이 결합된다. 이를 위하여 결합홈(141)의 내주연에는 나사산이 형성되어 하부전극(110)과 나사결합되는 것이 바람직하다.

그리고, 고정체(140)의 하부영역에는 절연체(120)에 형성된 제 2 관통홀(121)의 내경과 동일한 내경을 갖도록 형성되어 서로 연통되는 제 3 관통홀(142)이 형성된다. 그래서 제 2 관통홀(121) 및 제 3 관통홀(142)을 따라 가이드핀(130)이 상하방향으로 가이드되면서 이동된다. 이때 제 3 관통홀(142)의 하단영역 내주연에는 스토퍼(160)와의 나사결합을 위한 나사산이 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 고정체(140)는 하부전극(110)과의 절연을 위하여 절연재료로 제작되는 것이 바람직하다.

스토퍼(160)는 상기 고정체(140)의 제 3 관통홀(142)의 하부로 삽입되어 상기 제 3 관통홀(142)의 하단을 차단하는 수단으로서, 대략 원기둥 형상으로 형성되고 그 외주연에는 나사산이 형성되어 상기 고정체(140)가 나사결합되면서 결합됨에 따라 제 3 관통홀(142)의 하단을 차단한다.

스프링(150)은 상기 스토퍼(160)의 상단과 상기 가이드핀(130)의 하단 사이에 개재되어 상기 가이드핀(130)의 이동에 완충력과 복원력을 제공하는 수단으로서, 예를 들어 코일 스프링 형태로 제작된 스프링(150)이 개재되어 용접시 가이드핀(130)이 하부방향으로 이동되는 동안 가이드핀(130)에 완충력을 제공하고, 용접이 완료되면 가이드핀(130)이 상부방향으로 이동되어 원위치로 복귀시키는 복원력을 제공한다.

이때 상기 고정체(140), 스토퍼(160) 및 스프링(150)은 상기 하부전극(110) 및 절연체(120)를 지지하면서 가이드핀(130)의 상하이동시에 완충력과 복원력을 제공할 수 있는 다양한 형상으로 변경되어 구현될 수 있을 것이다.

다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 리브너트 용접용 전극유닛을 이용하여 리브너트를 용접하는 방법에 대하여 도 5를 참조하여 설명한다.

도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 리브너트 용접용 전극유닛이 적용된 너트 용접기가 마련되었다면, 너트(20)를 용접하고자 하는 영역에 피어싱부(11)가 형성된 강판(10)을 하부전극유닛(100)에 안착시킨다. 이때 강판(10)의 피어싱부(11)로 절연체(120)의 피어싱부 가이드링(122)가 인입되어 강판(10)이 절연체(120) 및 하부전극(110) 상단에 안착되도록 한다. 이때 강판(10)은 기본적으로 하부전극(110)의 상단에 접하지만 피어싱부(11)의 둘레영역은 절연체(120)의 상단에 접하도록 안착시킨다.

이 상태는 가이드핀(130)의 가이드부(131)가 절연체(120)의 상부로 돌출된 상태이고, 이 상태에서 너트 피더(미도시)로부터 너트(20)를 공급하여 가이드핀(130)에 안착시킨다.(도 5의 (a))

너트(20)가 가이드핀(130)에 안착되었다면 상부전극유닛(30)을 하강시켜 너트(20)의 상부를 가압시킨다. 그러면 상부전극유닛(30)의 가압에 의해 너트(20)가 하강되는데, 이때 너트(20)와 일체로 가이드핀(130)이 하부로 하강되고, 너트(20)가 강판(10)에 접촉된다.(도 5의 (b)) 이때 강판(10)은 가이드핀(130)과 접촉되지 않는다.

너트(20)가 강판(10)에 접촉되었다면 상부전극유닛(30) 및 하부전극(110) 중 어느 하나에 전원을 인가하여 통전시켜 너트(20)를 강판(10)에 용접시킨다.

이때 강판(10)의 피어싱부(11) 둘레영역은 통전되지 않는 절연체(120)의 상단에 지지되기 때문에 직접적인 저항열이 발생하지 않고, 특히 경도가 상대적으로 경도가 높은 세라믹 재질의 절연체(120)에 지지되기 때문에 변형이 방지된다.(도 5의 (c))

이렇게 강판(10)의 피어싱부(11)에 변형이 발생되지 않기 때문에, 도 5의 (d)와 같이 볼트(50)를 이용하여 강판(10)에 다른 부품(60)을 체결하는 경우에는 강판(10)과 부품(60) 사이에 간극(gap)이 발생하지 않고 견고하게 결합시킬 수 있다.

본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.

10: 패널소재(강판) 11: 피어싱부
20: 리브너트(너트) 30: 상부전극유닛
40, 100: 하부전극유닛 50: 볼트
60: 부품 110: 하부전극
111: 제 1 관통홀 120: 절연체
121: 제 2 관통홀 122: 피어싱부 가이드링
130: 가이드핀 131: 가이드부
132: 몸체부 140: 고정체
141: 결합홈 142: 제 3 관통홀
150: 스프링 160: 스토퍼

Claims (7)

1. 리브너트(rib nut)를 강판에 용접하는 장치에 구비되는 전극유닛으로서,
   중심부에 상하로 연통되면서 직경이 일정한 제 1 관통홀이 형성되고, 강판에 접촉되면서 전원이 인가되는 하부전극과;
   중심부에 상하로 연통되면서 직경이 일정한 제 2 관통홀이 형성되고, 상기 하부전극의 제 1 관통홀에 삽입되는 절연체와;
   하부영역은 상기 절연체의 제 2 관통홀에 삽입되어 상기 제 2 관통홀을 따라 상하로 이동되고, 상부영역은 상기 제 2 관통홀의 상부로 돌출되어 상기 리브너트가 안착되는 가이드핀을 포함하고,
   상기 절연체의 상단에는 상기 리브너트의 고정을 위하여 상기 제 2 관통홀의 둘레를 따라 상기 강판에 형성되는 피어싱부의 직경에 대응하는 외경을 갖도록 상부로 돌출되는 피어싱부 가이드링이 형성되고,
   상기 절연체의 외경은 상기 피어싱부의 직경보다 크게 형성되면서, 상기 절연체의 상단 중 상기 피어싱부 가이드링이 형성된 영역을 제외한 영역은 상기 하부전극의 상단과 평평하게 형성되는 것을 특징으로 하는 리브너트 용접용 전극유닛.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 하부전극의 하부로 연결되고, 상기 하부전극 및 절연체가 결합되는 결합홈이 형성되면서, 상기 제 2 관통홀에 연통되는 제 3 관통홀이 형성되는 고정체와;
   상기 고정체의 제 3 관통홀의 하부로 삽입되어 상기 제 3 관통홀의 하단을 차단하는 스토퍼와;
   상기 스토퍼의 상단과 상기 가이드핀의 하단 사이에 개재되어 상기 가이드핀의 이동에 완충력과 복원력을 제공하는 스프링을 더 포함하는 리브너트 용접용 전극유닛.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 절연체는 리브너트가 용접되는 상기 강판보다 경도가 높은 세라믹 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 리브너트 용접용 전극유닛.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 가이드핀은 상기 제 2 관통홀의 직경에 대응되는 외경을 갖는 하부영역의 몸체부와, 상기 몸체부의 상부로 연장되어 상기 리브너트의 내경에 대응되는 외경을 갖는 상부영역의 가이드부로 구분되고,
   상기 몸체부의 외경이 상기 가이드부의 외경보다 커서 상기 리브너트의 하단이 상기 몸체부의 상단에 안착되면서 상기 가이드부가 상기 리브너트로 삽입되는 것을 특징으로 하는 리브너트 용접용 전극유닛.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 하부전극과 절연체이 접촉되는 각각의 접촉부에는 각각 나사산이 형성되어 서로 나사결합되는 것을 특징으로 하는 리브너트 용접용 전극유닛.
   

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