KR100620785B1 - 열가소성 수지 성형품에 사용되는 열용착 장치 - Google Patents

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Abstract

열가소성 수지로 성형된 성형품(5)측에 형성한 용착 보스(5a)를 피고정물(6)측에 형성된 고정 구멍(6a)에 삽입하고, 그다음 고정 구멍(6a)으로부터 돌출된 용착 보스(5a)의 선단부를 가열 용융하여 피고정물(6)의 외측에 팽대부(5c)를 형성함으로써, 성형품(5)에 피고정물(6)을 고정할때 사용되는 열용착 장치에 있어서, 성형품(5)의 용착 보스(5a)에 맞붙이고, 용착 보스(5a)를 가열 용융시키기 위한 접착면(21)을 선단부에 갖는 발열체(20)의 주위의 일부에, 에어가 발열체(20)의 내측을 냉각한 후 에어를 외부로 보내기 위한 슬릿(23)을 설치한다. 게다가, 냉각용 에어를 이 발열체(20)의 내부로 공급하기 위한 파이프(10)에는 발열체(20)의 접착면(21)의 뒷면에 에어를 분출하기 위한 길이방향 구멍(14)과 길이방향 구멍(14)의 후방에 있어서 발열체(20)의 내측면에 에어를 분출하기 위한 폭방향 구멍(12)을 형성하고, 또한 폭방향 구멍(12)은 상기 슬릿(23)과 대향하지 않는 각도에서 이동된 위치에 위치시킨다.
열가소성 수지, 용착 보스, 파이프, 에어, 열용착, 냉매, 미스트.

Description

열가소성 수지 성형품에 사용되는 열용착 장치{THERMO-WELDING EQUIPMENT USED FOR THERMOPLASTIC RESIN MOLDED GOODS}
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 열용착 장치의 조립 직전의 상태를 보여주는 설명도이다.
도 2는 실시예 1의 파이프(10)의 단면도이다.
도 3은 실시예 1의 열용착 장치(1)의 단면도이다.
도 4는 실시예 1에서 있어서의 열용착 작업을 보여주는 설명도이다.
도 5는 도 3의 A-A부 단면부에 있어서 냉각용 에어(50)의 유동을 보여주는 설명도이다.
도 6은 실시예 2에서의 파이프(10)의 단면도이다.
도 7은 실시예 3에 따른 열용착 장치(1)의 조립도이다.
도 8은 실시예 3에 있어서의 지지부재(40)의 단면도이다.
도 9는 실시예 3에 있어서의 열용착 장치(1)의 단면도이다.
도 10은 실시예 3에서 있어서의 열용착 작업을 보여주는 설명도이다.
도 11은 도 9의 B-B부 단면부에 있어서 냉각용 에어(50)의 유동을 나타낸 설명도이다.
도 12는 실시예 4에 있어서의 지지부재(40)의 단면도이다.
도 13은 실시예 5에 있어서의 지지부재(40)의 단면도이다.
도 14는 비교예 1에 따른 종래 기술에 기반한 열용착 장치(1)를 보여주는 단면도이다.
도 15는 도 11의 C-C 단면도에 있어서 냉각용 에어(50)의 유동을 나타낸 설명도이다.
도 16은 실시예 1, 실시예 3 및 비교예에 있어서 냉각 속도의 비교예를 보여주는 그래프이다.
도 17은 실시예 6에 따른 열용착 장치(1)를 보여주는 단면도이다.
도 18은 실시예 6에서 열용착 장치에 연결된 급수장치(80)를 보여주는 설명도이다.
도 19는 실시예 6에서 냉각 매체에 있어서 냉각 속도의 비교예를 보여주는 그래프이다.
도 20은 실시예 7에 따른 열용착 장치(1)를 보여주는 단면도이다.
도면 부호의 설명
1:열용착 장치
10:파이프
12,45:폭방향 구멍
13,47:길이방향 구멍
14,46:개구부
20:발열체
22:슬릿
23:슬릿 확대부
30:전선
40:지지부재
50:냉각용 에어
60:공극부
70:분무 노즐
80:급수장치
90:미스트
본 발명은 열가소성 수지로 성형된 성형품측에 형성한 용착용 보스를 피고정물 측에 형성한 고정 구멍에 삽입하고, 이 고정 구멍으로부터 돌출한 선단부를 가열 용융하면서 가압하여 변형시킴으로써 피고정물의 외측에 팽대부를 형성하여, 피고정물을 상기 성형품에 고정하는 목적으로 이용되는 열가소성 수지 성형품에 사용되는 용착 장치에 관한 것이다.
일반적으로 열가소성 수지로 성형된 성형품에 피고정물을 고정하는 경우, 먼저 성형품에 일체 성형된 용착 보스를 피고정물측에 형성시킨 고정 구멍에 삽입하 고, 그후, 이 고정 구멍으로부터 돌출된 용착 보스의 선단부를 가열 용융하여 고정 구멍보다 더 큰 팽대부를 형성하고, 피고정물을 이 팽대부를 갖는 성형품에 고정시킨다.
상기한 고정 방법의 예로서, 일본 특허 제 1735109호 공보에는 플라스틱용 용착 장치 및 그것을 이용한 용착 방법이 개시되어 있다. 이 공지된 용착 장치는 전기저항에 의해 발열하는 발열체, 한쌍의 전선, 발열체의 내부로 냉각용 에어를 내뿜기 위한 파이프, 및 발열체에는 파이프로부터 냉각용 에어를 배출시키기 위한 슬릿이 형성된 구성으로 이루어진 것이다.
플라스틱용 용착 장치를 사용하는 용착 방법은, 발열체를 고정 구멍으로부터 돌출된 용착 보스의 선단부에 프레스하면서, 상기 발열체에 전압을 인가하여 발열체로부터 전기 저항에 의한 발열에 의해 용착 보스를 가열하여 용융시키고, 동시에 용착 보스를 프레스하여 그 위에 팽대부를 형성하고, 그후 플라스틱용 용착 장치를 프레스한 상태로 전압의 인가를 멈춤과 함께, 냉각용 에어를 발열체의 내부로 내뿜음으로써 용융된 수지의 팽대부를 급속히 냉각하고 고화시켜서 열용착 작업을 완성하게 된다.
상기한 열 용착 방법에 의하면, 피고정물을 고정하는 성형품에 피고정물을 프레스한 상태로 냉각하기 때문에, 피고정물과 성형품 사이의 밀착한 상태를 잃지 않고 팽대부가 냉각함으로써 그 결과, 용착부에 어떠한 틈도 발생하지 않고, 용착에 의한 울퉁불퉁한 움직임이 없는 안정한 품질의 피고정물이 얻어질 수 있다.
그러나, 상기 열용착 방법에서는, 고정 구멍으로부터 돌출된 용착 보스의 선 단부에 발열체를 프레스한 상태를 유지하면서 발열체에 냉각용 에어를 내뿜어 냉각시키기 때문에, 용착 보스의 체적이 커지면 열용량도 커져야 하고, 따라서 냉각용 에어를 내뿜을때도 온도를 상온까지 내릴때까지 많은 시간을 필요로 한다. 발열체에 전압을 인가함에 의해 발생한 Joule 열을 가열에 사용하기 때문에 가열은 단시간내에 행해질 수 있지만, 냉각에 필요한 시간을 단축시키는 것이 쉽지 않고, 냉각에 필요한 시간은 전용착에 필요한 전체 시간의 약 70%를 차지하고, 이것은 열용착 작업에 요구되는 시간을 단축하는 것을 어렵게 만든다.
본 발명은 종래 기술에 기반한 열용착 장치를 사용하는 열 용착 작업에서 냉각 기간이 많이 요구되는 문제점을 해결하기 위해 만들어졌고, 냉각에 요구되는 시간을 단축할 수 있는 열용착 장치를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
바람직한 구체예의 간단한 설명
열가소성 수지로 성형된 성형품측에 형성된 용착용 보스를 피고정물 측에 형성한 고정 구멍에 삽입하고, 이 고정 구멍으로부터 돌출한 선단부를 가열 용융하여 피고정물의 외측에 팽대부를 형성함으로써, 피고정물을 상기 성형품에 고정하기 위해 사용되는 열용착 장치의 경우,
성형품의 용착 보스에 맞붙이고 용착 보스를 가열 용융하기 위한 접착면을 그것의 일단부에 갖는 발열체의 주위의 일부에, 발열체의 내측으로부터 냉각에 사용된 후의 에어를 외부로 배출하기 위한 슬릿이 제공되고, 더 나아가 냉각용 에어를 이 발열체의 내부로 공급하기 위한 파이프에는 발열체의 접착면의 뒷면위에 에 어를 내뿜기 위한 길이방향 구멍과, 상기 슬릿의 위치에 대향하지 않는 각도로 이동된 위치에 내측면위에 에어를 내뿜기 위한 폭방향 구멍이 제공되도록 구성된다.
상기 구성에 의해, 성형품에 피고정물을 고정하는 경우에 이용되는 열용착 장치로 구성되는 발열체는 성형품의 용착 보스에 맞붙이고, 그것을 가열용융시키기 위한 접착면을 일단부에 가지고 있다. 더 나아가, 발열체의 측면에는 전류가 제어하에서 접착면을 흐르도록 하여 효율적으로 발열시키는 것은 물론이고 발열체 내부로부터 냉각을 위해 사용된 후의 에어를 효과적으로 배출하기 위한 목적의 슬릿이 제공된다. 따라서 슬릿의 수는 적어도 2개 이상이 바람직하다.
더욱이, 상기 발열체는 상기 슬릿을 통해 통전을 행하기 위한 한쌍의 리드 선에 용착 등에 의해 전기적으로 연결되고, 따라서 전원장치로부터 리드 선을 통해 전압을 인가함으로써 상기 발열체를 Joule 열에 의해 발열시키는 것을 가능하게 한다.
파이프는 지지 부재에 형성된 관통구멍 안으로 부착시킴으로써 발열체 내부에 소정의 위치에 유지된다. 상기 파이프의 기능은 발열체와 용융 수지를 냉각시키기 위해 상기 발열체의 내부로 에어를 분무하는 것을 목적으로 한다. 이러한 목적을 위해, 파이프위의 접착면 근처의 위치에는 상기 발열체의 접착면의 뒤쪽 방향으로 향하는 길이방향 구멍과, 동발열체의 측면의 뒤쪽 방향으로 향하는 폭방향의 구멍안으로 에어를 분출하기 위한 복수의 개구를 설치한다.
따라서, 파이프에 공급된 에어는 직선으로 발열체의 저면의 뒷면에 분출되는 동시에, 접착면에 가까운 발열체의 측면의 뒤쪽에도 분출됨으로써 에어는 슬릿을 향해 유동하기 때문에, 발열체 전체를 냉각하고 그 결과 냉각 속도를 가속하는 효과를 가져온다.
상기의 구성은 청구항 1항에 특허청구된다는 것을 알 수 있다.
다음에는, 상기 파이프에서, 발열체의 접착면에 가까운 위치에 설치된 상기 폭방향 구멍 및 상기 길이방향 구멍은 상기 길이방향 구멍의 내경이 상기 폭방향 구멍의 내경보다 더 작은 치수로 설정된다.
이러한 구성으로, 폭방향 구멍과의 분기점으로부터 파이프의 개구부를 통해 연장되는 파이프에 제공된 길이방향 구멍은 폭방향 구멍의 내경보다 더 작은 내경을 가진다. 따라서 파이프 개구부를 향한 길이방향 구멍의 내경이 폭방향 구멍의 내경보다 더 작기 때문에, 파이프로 공급되는 에어는 직선 방향으로 흐르도록 규제되고, 에어는 폭방향 구멍으로 유도될 수 있다.
상기한 구성은 청구항 제 2항에서 특허청구된다는 것을 알 수 있다.
다음에, 열가소성 수지로 성형된 성형품측에 형성된 용착용 보스를 피고정물 측에 형성한 고정 구멍에 삽입하고, 이 고정 구멍으로부터 돌출한 선단부를 가열 용융하여 피고정물의 외측에 팽대부를 형성함으로써, 성형품에 피고정물을 고정하기 위해 사용된 열용착 장치에 있어서, 그 구성은
성형품의 용착 보스에 맞붙이고 용착 보스를 가열 용융하기 위한 접착면을 일단부에 갖는 발열체의 주위의 일부에는, 발열체의 내측으로부터 냉각에 사용된 후의 에어를 외부로 배출하기 위한 슬릿이 제공되고, 더 나아가 상기 발열체를 냉각시키기 위해 발열체의 내부로 에어를 분사하기 위한 파이프가 제공되고,
상기 파이프의 선단이 관통구멍의 후단에 삽입되어 있는 지지 부재가 제공되고, 이러한 지지 부재의 선단부의 일부에는 발열체의 뒤쪽의 내면과의 사이에 공극을 유지하기 위해 소경부를 형성하고, 더 나아가 소경부에는 접착면의 뒷면 가까운 위치에 상기 관통구멍으로 통하는 발열체의 뒷면에 에어를 내뿜는 길이방향 구멍과발열체의 측면내에 에어를 내뿜는 폭방향 구멍이 제공되고,
상기 지지부재의 폭방향 구멍과 상기 발열체의 슬릿은 서로 대향하지 않는 위치에 설정되도록 만들어진다.
이러한 열용착 장치에 있어서, 파이프를 상기 발열체에 대해서 소정의 위치에 고정하는 관통구멍을 갖는 지지 부재는 대경부와 소경부를 포함한다. 소경부의 외형 치수는 발열체의 내경과의 사이에 적절한 공극을 만들기 위해 발열체의 내경보다 적합한 치수로 더 작게 형성된다. 상기 소경부에 있어서 접착면 근처의 위치에는 상기 관통구멍으로 통하고, 거기에 소경부 측면에 개구되어 있는 폭방향 구멍이 제공된다. 따라서 파이프로 공급된 에어는 직선으로 발열체의 저면의 뒷면위에 내뿜고 동시에 폭방향 구멍에도 통하여 소경 구멍 측면에 도달하고 접착면에 가까운 발열체의 측면의 뒤쪽에도 동시에 내뿜는다.
더욱이 에어는 슬릿을 향하여 벽면을 따라 유동하기 때문에, 발열체 전체를 냉각하고, 그 결과 냉각 속도를 가속하는 효과를 가져온다.
상기한 구성은 청구항 3항에서 특허청구된다는 것을 알 수 있다.
다음으로, 지지부재에 제공된 길이방향 구멍 및 폭방향 구멍에 대해서, 길이방향 구멍의 내경은 폭방향 구멍의 내경보다 더 작은 치수로 설정된다.
이러한 열 용착 장치에 있어서, 지지 부재의 관통구멍의 내경은 관통구멍과 폭방향 구멍 사이의 교차지점으로부터 파이프 개구부까지 연장하는 영역으로부터 폭방향 구멍의 내경보다 작게 설정됨으로써, 직선 방향으로 에어 유동이 규제되어 폭방향 구멍안으로의 에어 유량을 제어할 수 있다.
이러한 구성은 청구항 4항에서 특허청구되는 것을 알 수 있다.
다음으로, 지지부재에 제공된 길이방향 구멍과 함께, 발열체의 접착면의 뒷면 부근의 코너 부분에 에어를 분사하기 위한 비스듬한 구멍이 제공된다.
이러한 구성에 의하면, 지지 부재에 있어서, 접착면의 뒷면 근처의 측면에 에어를 분사하기 위한 비스듬한 구멍은 물론이고, 관통구멍에 뒤따르는 접착면 뒷면에 냉각용 에어를 분사하는 길이방향 구멍이 형성되어 있다. 그 결과, 접착면과 접착면에 접하는 측면과의 사이의 경계쪽으로 냉각용 에어를 분출하는 것이 가능하고, 에어가 온도가 높은 발열체의 부분을 광범위로 냉각시킨 후, 그것은 슬릿 쪽으로 더 유동하기 때문에 발열체 전체를 냉각하고, 그 결과 냉각속도를 가속하는 효과를 얻는다.
상기한 구성은 청구항 5항에서 특허청구되는 것을 알 수 있다.
다음으로, 에어와 혼합하여 냉각수를 분무하기 위한 분무 노즐을 구비한다.
이러한 구성에 의하면, 분무 노즐이 파이프에 구비됨으로써, 외부로부터 공급된 냉각수는 파이프에서 미스트가 되고, 미스트는 발열체의 내부에 그것의 복수의 개구로부터 분무될 수 있다. 그 결과, 미스트의 기화열로 인해 발열체의 열이 빼앗기고 그로인해 냉각속도가 가속된다.
상기한 구성은 청구항 6항에서 특허청구되는 것을 알 수 있다.
다음으로, 발열체 내부에 냉각수를 분무하는 분무 노즐을 구비한다.
이 구성에 의하면, 외부에 설치된 급수 장치로부터, 분무 노즐을 통해 냉각용 에어와 미스트를 혼합하여 발열체를 냉각시키는 것이 가능하므로 효율적인 냉각 효과를 행할 수 있다.
상기한 구성은 청구항 7항에서 특허청구되는 것을 알 수 있다.
다음으로, 분무 노즐에는, 단속적으로 냉각수를 공급할 수 있는 급수 장치가 연결된다.
이 구성에 의하면, 미스트의 발생을 제어할 수 있으므로 파이프와 발열체의 내부에서 미스트가 포화상태로 되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 미스트 입자들의 결합으로 인한 큰 입경의 미스트는 형성되지 않을 것이고, 균일한 입경을 갖는 미스트를 발생시킬 수 있다.
상기한 구성은 청구항 8항에서 특허청구되는 것을 알 수 있다.
실시예
본 발명의 열가소성 수지 성형품에 이용되는 열용착 장치는 발열체의 뒷면 전체에 냉각용 에어를 내뿜을 수 있거나 또는 냉각수로부터 변화된 미스트와 혼합시킨 냉각용 에어를 발열체에 내뿜을 수 있는 구조를 사용한다.
본 발명의 실시예들이 하기에 기술된다.
[실시예 1]
청구항 1항에 따르는 파이프위에 폭방향 구멍을 형성시킨 실시예가 하기에 기술된다.
도 1은 실시예 1에 따른 열용착 장치(1)의 조립 직전 상태를 보여주는 설명도이고, 도 2는 파이프(10)를 보여주는 단면도이고, 도 3은 조립이 완성된 상태에 있는 열용착 장치(1)를 보여주는 단면도이다.
도 1에서, 참조번호(20)는 전압을 인가함으로써 발열시키기 위한 발열체를 나타낸다. 발열체(20)는 전체적으로 2-단(tire)으로 된 원통형이고, 본 실시예의 경우, 스테인레스 강을 절삭가공하여 형성되어 있다. 발열체(20)는 정면측에서는 오목면 형상의 접착면(21)을 형성하고 후방측은 개방되어 있다. 측면에는 냉각용 에어를 외부로 보내는 슬릿(22)이 서로 대면하는 두 지점에 설치되어 있다. 또한 슬릿(22)의 접착면(21) 근처에는 배기 효율을 개선하기 위해 슬릿(22)보다 더 크게 만들어진 슬릿 확대부(23)가 형성되어 있다.
참조번호(30)는 용접 등에 의해 발열체에 전기적으로 연결된 한 쌍의 전선을 나타낸다. 전선(30)으로부터 공급된 전류는 슬릿(22)에 의해 접착면(21)으로 흐르도록 제어되고 있기 때문에, 효율적으로 발열할 수 있다.
참조번호(10)는 냉각용 에어를 발열체의 뒷면에 내뿜기 위한 파이프를 지시하고, 참조번호(40)는 발열체(20)의 내부에 파이프를 소정의 위치에 고정하기 위한 관통구멍(41)을 설치한 절연재로 이루어진 지지부재를 나타낸다.
파이프(10)는 도 2에 나타낸 바와 같이, 지지부재(40)로부터 발열체(20)의 뒷면에 돌출된 부분에 있어서, 발열체(20)의 접착면(21)의 뒷면 근처의 위치에서 파이프(10)의 측면에 개구하고 파이프(10)내부의 공동(11)으로 통하는 폭방향 구멍(12)을 포함한다. 또한, 이 폭방향 구멍(12)의 위치는 상기 슬릿 확대부(23)보다도 선단부측에 더 가깝도록 그리고 서로 대향하지 않도록 설정되어 있다.
이상 설명한 각각의 부재를 조립한 열 용착 장치(1)의 단면도가 도 3에 나와있다. 지지부재(40)로부터 발열체(20)의 내부로 돌출된 파이프(10)에 있어서, 냉각용 에어(50)가 3 점 즉, 한쌍의 폭방향 구멍(12)과 개구부(14)로부터 분출되도록 구성되어 있다. 또, 파이프(10)의 이 폭방향 구멍(12)과 발열체(20)의 슬릿(22)의 위치 관계는 서로 다른 위치가 바람직하고, 이 실시예에서 슬릿(22)에 대해 폭방향 구멍(12)은 90도의 각에 놓여있다. 열용착 장치(1)의 구성에 따르면, 45 또는 60도와 같은 다른 각도에서 적절한 상대 위치가 선택될 수 있다.
그 결과, 폭방향 구멍(12)로부터 분출된 냉각용 에어(50)는 슬릿 확대부(23)로부터 외부로 즉시 배출되지 않지만 발열체(20)의 뒷면을 따라 유동하고, 그후 외부에 방출되기 때문에, 효율적인 냉각을 얻을 수 있다.
다음에는, 실시예 1에 따른 열용착 장치의 사용예를 설명한다.
도 4(a) 내지 4(d)는 용착 작업의 설명도이고 도 5는 도 3의 A-A부 단면부에 있어서 냉각용 에어(50)의 유동을 보여주는 설명도이다.
먼저, 도 4(a)에서와 같이, 성형품(5)(폴리프로필렌(pp)수지제)에 일체 성형된 용착 보스(5a)는 피고정물(6)에 천공에 의해 형성된 고정 구멍(6a)으로 삽입되고, 그후 용착 보스(5a)의 선단부는 피고정물(6)의 표면으로부터 돌출되도록 만들어져 있다. 다음에, 열용착 장치(1)의 접착면(21)은 용착보스(5a)의 선단에 적당한 누르는 힘으로 파단없이 프레스되는 동안, 한쌍의 전선(30)에 전원장치(도시하 지 않음)로부터 전압을 인가하면 전기저항으로 인해 발열체(20)가 발열하여 용착보스(5a)를 가열한다. 도 4(b)에 도시한 바와 같이, 용착보스(5a)의 수지가 용융 온도에 도달할때, 용착보스(5a)는 누르는 힘으로 인해 무너지고 따라서 용융부(5b)로서 작용하는 접착면(21) 전체에 충전된다.
전압 인가를 멈추고 용융부(5b)가 잔여 열에 의해 충분히 용융된 후에, 냉각용 에어(50)는 파이프(10)로 공급된다(도 4(c)). 냉각용 에어(50)는 파이프(10)의 개구부(14)와 한쌍의 폭방향 구멍(12)으로부터 발열체(20) 내부로 분출된다. 개구부(14)로부터 분출된 냉각용 에어(50)는 발열체(20)의 접착면(21)의 뒤쪽을 냉각시키는 한편, 폭방향 구멍으로부터 분출된 냉각용 에어(50)는 발열체(20)의 측면뒤쪽을 냉각시키면서 슬릿 확대부(23)로 향하고, 발열체(20)의 열에 의해 데워진 냉각용 에어(50)는 외부로 방출되도록 한다. 상기 상태는 도 5에 도시한다.
용융부(5b)가 충분히 냉각되어 그들 수지가 고화하면, 냉각용 에어(50)의 공급을 멈추고 열용착 장치(1)를 이탈시키면 도 4(d)에 도시한 바와 같이, 고화된 팽대부(5c)가 형성되고, 성형품(5)과 피고정물(6)이 고정된다.
실시예 1에 따른 냉각 시간은 표 1에 나와있다.
[실시예 2]
실시예 1에서 설명한 열용착 장치(1)의 파이프(10)에 있어서, 실시예 2에서는 도 6에 도시한 바와 같이, 파이프(10)의 공동(11)과 폭방향 구멍(12) 사이의 교점부로부터 개구부(14)까지의 부분의 길이방향 구멍(13)의 내경은 폭방향 구멍(12)의 내경보다 더 작도록 설계되어 있다(청구항 2). 길이방향 구멍(13) 및 폭방향 구멍(12)은 상기한 바와 같은 직경 치수를 가지고 있으므로 직선방향의 공기 유동 저항을 크게 함으로써 폭방향 구멍(12)으로의 공기 유량을 제어할 수 있다.
[실시예 3]
청구항 3에 따른 지지부재위에 폭방향 구멍을 형성하는 실시예가 하기에 기술된다. 도 7은 실시예 3에 따른 열용착 장치(1)의 조립 직전 상태를 보여주는 설명도이고, 도 8은 지지부재(40)를 보여주는 단면도이고, 도 9는 조립이 완성된 상태의 열용착 장치(1)를 보여주는 단면도이다.
이 실시예 3에 따른 발열체(20)와 전선(30)은 실시예 1과 완전히 동일한 부재이기 때문에, 실시예 1과 다른 파이프(10)와 지지부재(40)가 하기에 설명된다.
실시예 1에 따른 파이프(10)에는 공동(11)에 연결되는 폭방향 구멍(12)이 제공되어 있지만, 실시예 3에 따른 파이프(10)에는 폭방향 구멍(12)없이 오직 공동(11)만이 제공된다.
지지부재(40)는 도 8에 따라 설명된다. 지지부재(40)는 파이프(10)를 부착하기 위한 관통구멍(41)이 설치되어 있는 대경부(42)와 소경부(43)를 포함한다.
소경부(43)에 대해 자세히 설명하면, 소경부(43)의 직경은 도 9에 도시한 바와 같이, 발열체(20)의 뒤쪽에 공극(60)을 형성하기 위하여 발열체(20)의 내경보다 더 작게 설정된다. 예를 들어, 발열체(20)의 내경은 18mm이기 때문에 소경부(43)의 직경은 14mm로 만든다. 그 결과, 소경부(43)와 발열체(20)의 뒷면 사이의 공극(60)은 2mm가 된다. 공극(60)이 너무 좁아지면, 냉각 효과는 기대대로 양호할 수 있지만, 유동저항은 높아지고, 냉각 기간의 단축에 안좋은 영향을 준다. 그사 이에, 공극(60)이 너무 커지면, 냉각에 기여하지 않는 에어(발열체의 뒷면으로부터 분리되어 흐름)가 발생하여, 냉각 효과가 별로 안 좋아지는 결과가 생긴다.
소경부(43)의 내부는 계단부(44), 접착면(21)에 가까운 위치에서 계단부(44)로 통하고 소경부(43)의 측면에 개구되어 있는 폭방향 구멍(45), 이에 더하여, 폭방향 구멍(45)와 계단부(44) 사이의 교점으로부터 소경부(43)의 말단면에 개구되어있는 개구부(46)로 통하는 길이방향 구멍(47) 등이 형성되어 있다.
상기한 각각의 부재로 조립된 열용착 장치(1)의 단면도가 도 9에 도시되어 있다. 지지부재(40)는 대경부(42)가 발열체(20)의 한정부(24) 위에 장착되는 방식으로 위치결정되고, 소경부(43)와 발열체(20)의 뒷면 사이에는 상기한 바와 같이 폭 2mm의 공극(60)이 형성되어 있다.
그 결과, 구성은 3점 즉, 지지부재(40)위의 각각의 한쌍의 폭방향 구멍(45)과 개구부(46)로부터 냉각용 에어(50)가 분출하도록 구성된다. 또한, 지지부재(40)위의 폭방향 구멍(45)과 발열체(20)의 슬릿(22)의 위치관계는 다른 위치를 취하는 것이 바람직하고, 본 실시예에서는 상호의 위치를 90도에서 교차한다. 따라서 폭방향 구멍(45)으로부터 분출된 냉각용 에어(50)는 슬릿 확대부(23)로부터 직접 외부로 배출되지 않고, 발열체(20)의 뒷면을 따라 유동하고 그후에 외부로 방출되기 때문에, 효율이 좋은 냉각을 얻을 수 있다.
슬릿 확대부(23)는 지지부재(40)에서 소경부(43)의 뒷면에 있기 때문에 도 9에 빠져있다는 것을 알 수 있다.
다음으로, 실시예 3에 따른 열 용착 장치(1)의 사용예를 하기에 설명한다.
도 10(a) 내지 10(d)은 열용착 작업을 보여주는 설명도이고, 도 11은 도 9에서의 B-B부 단면부에 있어서 냉각용 에어(50)의 유동을 보여주는 설명도이다.
먼저, 도 10(a)에 있어서, 성형품(5)(폴리프로필렌(pp) 수지제)에 일체형성된 용착 보스(5a)는 피고정물(6)위에 천공에 의해 형성한 고정 구멍(6a)안으로 삽입되고, 그후 용착 보스(5a)의 선단부를 피고정물(6)의 표면으로부터 돌출되게 만든다. 다음에, 열 용착 장치(1)의 접착면(21)은 용착보스(5a)의 선단부에 적절한 누르는 힘으로 파단없이 프레스하면서, 한쌍의 전선(30)에 전원장치(도시하지 않음)로부터 전압을 인가하면, 전기저항에 의해 발열체(20)는 발열하고 용착보스(5a)를 가열한다. 용착보스(5a)의 수지가 용융 온도에 도달하면, 도 10(b)에 도시된 바와 같이, 용착보스(5a)는 누르는 힘으로 인해 부서지는 동시에 용융부(5b)로서 작용하는 접착면(21) 전체에 충전된다.
전압 인가를 멈추고 용융부분(5b)이 잔여 열에 의해 충분히 용융된 후에, 냉각용 에어(50)는 파이프(10)로 공급된다(도 10(c)). 냉각용 에어(50)는 지지부재(40)위의 각각의 개구부(46)와 한쌍의 폭방향 구멍(45)으로부터 발열체(20) 내부로 분출된다. 개구부(14)로부터 분출된 냉각용 에어(50)는 발열체(20)의 접착면(21)의 뒤쪽을 냉각시키는 한편, 폭방향 구멍(45)으로부터 분출된 냉각용 에어(50)는 발열체(20)의 뒷면을 냉각시키면서 슬릿 확대부(23)로 향하고, 발열체(20)의 열에 의해 데워진 냉각용 에어(50)는 외부로 방출된다. 상기한 상태는 도 11에 도시한다. 용융부(5b)가 충분히 냉각되어 그들 수지가 고화하면, 냉각용 에어(50)의 공급을 멈추고 열용착 장치(1)를 이탈시키면 도 10(d)에 도시한 바와 같이, 팽대부(5c)가 형성되고, 성형품(5)과 피고정물(6)이 고정된다.
실시예 3에 따른 냉각 시간은 표 1에 나와있다.
[실시예 4]
실시예 3에서 설명한 열용착 장치(1)의 지지부재(40)에 있어서, 실시예 4에서는 도 12에 도시한 바와 같이, 관통구멍(41)과 폭방향 구멍(45) 사이의 교점부로부터 개구부(46)까지의 부분의 길이방향 구멍(47)의 내경은 폭방향 구멍(45)의 내경보다 더 작도록 설계되어 있다(청구항 4). 길이방향 구멍(47) 및 폭방향 구멍(45)은 상기한 바와 같은 직경 치수를 가지고 있으므로 직선방향의 공기 유동 저항을 크게 함으로써 폭방향 구멍(45)방향으로의 공기 유량을 제어할 수 있다.
[실시예 5]
실시예 3에서 설명한 열용착 장치(1)의 지지부재(40)에 있어서, 실시예 5에서는 도 13에 도시한 바와 같이, 접착면(21)의 뒤쪽 내면 부근에 분사하기 위한 비스듬한 구멍(48)은 물론이고 관통구멍(41)에 뒤따르는 접착면(21)의 뒷면에 냉각용 에어(50)를 분사하기 위한 길이방향 구멍(47)을 접착면(21) 근처 위치에 형성하였다(청구항 5항). 그 결과, 냉각용 에어(50)는 접착면(21)과 접착면(21)에 접하는 측면 사이의 경계(코너 부분)쪽으로 분출할 수 있고, 냉각용 에어(50)가 발열체(20)의 고온 부분을 광범위하게 냉각시킨 후에, 더욱 냉각용 에어(50)는 슬릿(22)을 향해 유동하기 때문에 발열체(20) 전체를 냉각하고, 그결과, 냉각 속도를 가속하는 효과를 얻는다.
[비교예 1]
비교예로서, 종래의 기술에 기반한 열용착 장치(1')가 하기에 설명된다. 도 14는 종래의 기술에 기반한 열용착 장치(1')를 보여주는 단면도이고 도 15는 C-C선 에 따른 도 14를 보여주는 단면도이다.
파이프(10)위의 개구부(14)로부터 분출된 냉각용 에어(50)의 대부분은 발열체(20)의 접착면(21)의 뒤쪽을 향해 흐르고, 그후 슬릿 확대부(23)로부터 외부로 방출된다. 또한, 냉각용 에어(50)가 개구부(14)로부터 발열체(20)의 측면의 뒷면을 향해 흐르더라도, 도 15에 나타낸 바와 같이 냉각용 에어(50)는 냉각에 기여하지 않고 외부로 방출되는 에어(51)로 변한다. 상기한 바와 같이, 종래 기술은 냉각용 에어(50)가 발열체(20)로 분출될때에도 전부가 효과적으로 작용하지는 않는다는 점에서 불완전하다.
비교예 1에 따른 냉각 시간은 표 1에 나와있다.
[표 1]
각각의 실시예에서 발열체에 의한 발열은 에어 냉각 시간의 측정 방법으로 하기와 같이 수행하였다.
1차 가열 중간시간 2차 가열 중간 시간 3차 가열 용착시간 냉각시작
2.00 2.00 0.40 2.00 0.40 4.00 (sec)
냉각이 시작될 때의 발열체의 온도는 약 280℃이었다. 냉각 시간은 냉각을 시작할 때의 시간으로부터 발열체의 온도가 40℃로 돌아올때의 시간까지의 기간으로 측정하였다.
냉각용 에어의 유량은 150 NL/분이었다.
냉각매체 냉각시간(s) 단축비율(%)
1 실시예 1 7.45 21
2 실시예 3 7.10 24
3 비교예 1 9.45 기준
도 16에 실시예 1, 실시예 3 및 비교예 1에 따른 냉각 시간의 온도 변화를 도시하였다.
[실시예 6]
청구항 6과 8에 따른 실시예를 아래에 설명한다. 도 17은 실시예 6에 따른 열용착 장치(1)를 보여주는 조립 단면도이고, 도 18은 상기 열용착 장치(1)로 연결되는 급수장치(80)를 보여주는 설명도이다.
실시예 6에 기술된 열용착 장치(1)의 기본 구성은 실시예 1과 동일하다. 또한 실시예 3의 구성도 같은 방식으로 작업한다.
이 실시예 6은 파이프(10)에 분무 노즐(70)이 구비된 것이 특징이다. 도 17에 나타낸 바와 같이, 파이프(10)에서 공동(11)의 중앙에 분무 노즐(70)의 선단부가 위치하도록 파이프(10)의 측면에 분무 노즐(70)을 부착한다. 분무 노즐(70)의 선단부의 형태는 도 17에서는 공동부(11)의 중앙에서 커트된 형태이지만, 선단부 형태를 L-형으로 하면 하류방향으로 노즐을 향하게 하여 미스트 발생에 보다 효과적이다.
급수 장치(80)는 도 18에 따라 아래에 설명된다. 참조번호(81)는 냉각수를 저장하기 위한 물탱크(81)를 나타내고, 이 실시예에서는 발열체(20)의 영향을 고려하여 냉각수로서 증류수를 사용한다. 물탱크(81)에서의 냉각수는 수압을 발생시키기 위한 수압 발생용 펌프(82)를 통해 밸브(83)로 보내진다. 본 실시예의 경우 냉 각용 에어(50)의 압력은 약 0.5MP이므로, 물탱크(81)로부터의 수압은 수로로 냉각수의 역류를 방지하기 위한 필요성 때문에, 수압 발생용 펌프(82)로 약 0.7MP로 상승시켰다. 밸브(83)는 냉각수를 미소 유량으로라도 제어해야 하기 때문에, 본 실시예에서는 그 유량 제어용으로 니들 밸브를 이용한다. 밸브(83)는 각각 니들 밸브의 조작용 에어구 'ON'(84)와 조작용 에어구 'OFF'(85)에 에어를 공급함으로써 개폐되고, 연속적인 개폐 작동이 가능하다.
냉각용 에어(50)를 파이프(10)로 보낼 때, 분무 노즐(70)로부터 파이프(10)로 냉각수를 공급하면 미스트가 발생한다. 냉각용 에어(50)와 미스트(90)의 혼합 냉매가 발열체(20)로 분출될때, 냉각용 에어의 효과와 함께 기화 잠열로 인해 미스트(90)의 냉각 효과가 배가 되어, 발열체(20)의 열을 빼앗아 냉각 효과를 증가시킨다.
참조 번호(86)은 급수 필터를 나타낸다.
상기한 바와 같은 파이프(10)에 분무 노즐(70)을 부착시킨 열용착 장치(1)는물론이고 급수 장치(80)를 사용하여 냉각 속도를 측정하였다. 측정 결과는 표 2에 나와있다.
냉각 매체로서는 하기 3 종류를 사용하였다.
1. 냉각용 에어(150 NL/분)와 냉각수(분출시간 1.5초, 분출량 0.357cc)의 혼합물
2. 냉각용 에어(150 NL/분)와 냉각수(분출 간헐 시간 1.0+0.1+0.1초, 총 분출량 0.300cc)의 혼합물
3. 냉각용 에어(150 NL/분)만
발열체에 의한 발열은 각각의 냉각 매체에서 에어 냉각 시간의 측정 방법으로 하기에 나타낸 바와 같이 수행한다.
1차 가열 중간시간 2차 가열 중간 시간 3차 가열 용착시간 냉각시작
2.00 2.00 0.40 2.00 0.40 4.00 (sec)
냉각이 시작될 때의 발열체의 온도는 약 280℃이었다. 냉각 시간은 냉각을 시작할 때의 시간으로부터 발열체의 온도가 40℃로 돌아올때의 시간까지의 기간으로 측정하였다.
냉각용 에어의 유량은 150 NL/분이었다.
[표 2]
냉각매체 냉각시간(s) 단축비율(%)
1 냉각용 에어+냉각수 2.2 76
2 냉각용 에어+냉각수(간헐) 4.6 50
3 냉각수만 9.2 기준
도 19에서, 각각의 냉각 매체에 따른 냉각 시간의 온도 변화를 나타낸다.
이 실시예 6에서, 냉각수를 연속적으로 1.5초 동안 공급하는 방법이 냉각에 가장 효과적이었지만, 발열체의 형태 또는 다른 조건에 따라, 연속 급수 방법 또는 순간적 단속 급수 방법을 선택할 수 있다.
상기의 냉각수의 공급 타이밍은 예증을 위한 하나의 사례이고, 다양한 조건에 따라 니들 밸브를 제어함으로써 최적의 냉각을 얻을 수 있다는 것이 주목된다.
[실시예 7]
실시예 6에서, 미스트를 발생시키기 위해, 파이프(10)위에는 분무 노즐(70) 에 제공된 냉각수를 냉각용 에어(50)의 작용으로 미스트로 변화시키는 분무 노즐(70)이 구비되어 있고, 실시예 7에서는, 도 20에 나타낸 바와 같이, 분무 노즐(71)이 발열체 내부에 구비되어 있다(청구항 7).
분무 노즐(71)에는 실시예 6에서와 같은 급수 장치(80)가 연결된다. 이상의 구성에 의하면, 분무 노즐(71)을 통해 냉각수를 분사함으로써, 냉각수(50)와 미스트는 발열체(20)의 내부에서 혼합되고, 발열체(20)를 냉각하기 위해, 실시예 6과 동일한 방식으로 냉각할 수 있기 때문에, 효율적인 냉각 효과가 얻어진다.
이상 설명한 바와 같이, 본원 발명에 따른 열가소성 수지 성형품에 이용된 열용착 장치는 발열체 내부에 냉각용 에어를 전체적으로 분출하는 구조를 가지고, 냉각수로부터 변화된 미스트를 동일한 발열체에 분출할 수 있기 때문에, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다:
a. 발열체 전체를 냉각할 수 있기 때문에 냉각 시간을 단축할 수 있고,
b. 냉각에 기여하지 않는 냉각용 에어의 소비를 삭감할 수 있기 때문에, 냉각용 에어의 총 소비량을 삭감할 수 있고,
c. 미스트의 기화열을 이용하기 때문에, 냉각용 에어만으로 냉각한 것에 비해 더 짧은 시간내에 발열체를 냉각할 수 있으며,
d. 급수 장치가 단속적으로 급수할 수 있는 기능을 갖고 있기 때문에, 미스트의 발생 상태를 정확하게 제어할 수 있다.
냉각 시간을 크게 단축하고 생산성을 높이는 열가소성 수지 성형품에 사용되는 열용착 장치를 제공한다.

Claims (8)

  1. 열가소성 수지로 성형된 성형품측에 형성된 용착용 보스를 피고정물 측에 형성된 고정 구멍에 삽입하고, 이 고정 구멍으로부터 돌출한 선단부를 가열 용융하여 피고정물의 외측에 팽대부를 형성함으로써, 상기 성형품에 피고정물을 고정하기 위해 사용되는 열용착 장치에 있어서,
    성형품의 용착 보스에 맞붙이고 용착 보스를 가열 용융하기 위한 접착면을 일단부에 갖는 발열체의 주위의 일부에, 발열체의 내측으로부터 냉각에 사용된 후의 에어를 외부로 배출하기 위한 슬릿이 제공되고, 더 나아가 이 발열체의 내측에 냉각용 에어를 공급하기 위한 파이프에는 발열체의 접착면의 뒷면에 에어를 내뿜기 위한 길이방향 구멍과, 상기 슬릿의 위치에 대향하지 않는 각도로 이동된 위치에 발열체의 내측면위에 에어를 내뿜기 위한 폭방향 구멍이 제공된 구성으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 성형품에 사용되는 용착 장치.
  2. 제 1항의 파이프에 있어서, 발열체의 접착면에 가까운 위치에 설치된 상기 길이방향 구멍 및 상기 폭방향 구멍은 상기 길이방향 구멍의 내경이 상기 폭방향 구멍의 내경보다 더 작게 만들어지는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 성형품에 사용되는 용착 장치.
  3. 열가소성 수지로 성형된 성형품측에 형성된 용착용 보스를 피고정물 측에 형 성된 고정 구멍에 삽입하고, 이 고정 구멍으로부터 돌출한 선단부를 가열 용융하여 피고정물의 외측에 팽대부를 형성함으로써, 성형품에 피고정물을 고정하기 위해 사용되는 열용착 장치에 있어서,
    성형품의 용착 보스에 맞붙이고 용착 보스를 가열 용융하기 위한 접착면을 일단부에 갖는 발열체의 주위의 일부에는, 발열체의 내측으로부터 냉각에 사용된 후의 에어를 외부로 배출하기 위한 슬릿이 제공되고,
    상기 발열체를 냉각시키기 위해 발열체의 내부로 에어를 분사하기 위한 파이프가 제공되고,
    상기 파이프의 선단이 관통구멍의 후단에 삽입되어 있는 지지 부재가 제공되고, 이러한 지지 부재의 선단부의 일부에는 발열체의 뒤쪽의 측면내와의 사이에 공극을 유지하기 위한 소경부를 형성하고, 더 나아가 소경부에는 접착면의 뒷면 가까운 위치에 상기 관통구멍으로 통하는 발열체의 뒷면에 에어를 내뿜는 길이방향 구멍과 발열체의 측면내에 에어를 내뿜는 폭방향 구멍이 제공되고,
    상기 지지부재의 폭방향 구멍 및 발열체의 슬릿은 서로 대향하지 않는 위치에 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 성형품에 사용되는 열용착 장치.
  4. 제 3항에 있어서, 지지부재에 제공된 길이방향 구멍 및 폭방향 구멍은 길이방향 구멍의 내경이 폭방향 구멍의 내경보다 더 작게 설정되는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 성형품에 사용되는 열용착 장치.
  5. 제 3항에 있어서, 지지부재에 제공된 길이방향 구멍과 함께, 발열체의 접착면의 뒷면 부근의 코너 부분에 에어를 분사하기 위한 비스듬한 구멍이 제공되는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 성형품에 사용되는 열용착 장치.
  6. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 에어와 혼합하여 냉각수를 분무하기 위한 분무 노즐을 구비한 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 성형품에 사용되는 열용착 장치.
  7. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 발열체 내부에 냉각수를 분무하는 분무 노즐을 구비한 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 성형품에 사용되는 열용착 장치.
  8. 제 6항 또는 제 7항에 있어서, 단속적으로 냉각수를 공급할 수 있는 급수 장치가 분무 노즐에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 성형품에 사용되는 열용착 장치.
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