KR100731615B1 - 초음파를 이용한 용접 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 용융된 용가재에 접촉하는 피접합물의 부위를 최소화하여 용접시에 피접합물의 화학적 성질의 변화를 줄일 수 있는 초음파를 이용한 용접 장치를 제공함에 목적이 있다.
본원의 제1 발명에 따른 초음파를 이용한 용접 장치는, 일측에 돌출된 제1결합부를 포함하고, 용가재를 저장하기 위한 용융액조; 상기 제1결합부와 밀결합하여 피접합물을 고정시킬 수 있는 제2결합부를 포함하는 이동캡; 상기 용융액조 내에 용융된 용가재의 액위를 조절하기 위한 액위조절부; 및 초음파 에너지를 상기 용가재에 전달하기 위한 초음파 발진부를 포함한다.
초음파, 용접, 용가재
Description
도1은 종래기술에 따른 초음파를 이용한 용접 장치 개략도,
도2a는 본 발명의 일실시예에 따른 초음파를 이용한 용접 장치의 분리상태 단면도,
도2b는 본 발명의 일실시예에 따른 제1결합부와 이동캡의 평면도,
도3은 본 발명의 일실시예에 따른 초음파를 이용한 용접 장치의 결합상태 단면도,
도4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초음파를 이용한 용접 장치의 분리상태 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
210: 용융액조 211: 제1결합부
212: 이동캡 213: 제2결합부
214: 용가재 216: 공급액조
220: 진동자 230: 발진기
240a, 240b: 피접합물 250-1, 250-2: 액위조절부
본 발명은 초음파를 이용한 용접 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 피접합물의 형태에 제약받지 않고 용접을 가능하게 하는 초음파를 이용한 용접 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 금속 용접 방법에 있어 용접은 피접합물을 녹이지 않고 용가재(Filler metal)를 사용하여 접합하는 방법이다. 용접은 브레이징과 솔더링으로 구분되는데 브레이징은 450℃보다 용융점이 높은 용가재를 사용하고, 솔더링은 450℃ 이하의 용융점을 가진 용가재를 사용한다. 그러나 용접은 접합 모재가 열을 받으면 산화물이 발생되어 접합성이 떨어지기 때문에 용접시 플럭스(Flux)를 사용하여 산화물을 제거해야 된다. 플럭스는 산화물이나 그 밖의 불필요한 물질을 직접 분해 또는 제거를 촉진시키거나 생성자체를 방해하는 것이다. 그리고 모재 표면을 깨끗하게 유지시켜 용가재의 유동도를 증가시킨다. 그러나 피접합물이 서로 다른 재질일 때 이들 재질에 맞는 플럭스를 사용해야 되므로 플럭스의 선정에 어려움이 있었다. 그리고 용접 후 피접합물을 세척하는 과정에서 오염물이 발생되므로 작업환경을 깨끗하게 유지할 수 없는 등의 단점이 있었다. 종래기술에 따르면 상기 문제점을 해결하기 위하여 초음파를 이용한 용접 장치가 제안되었다.
도 1은 종래기술에 따른 초음파를 이용한 용접 장치(한국등록특허 제437092호)의 개략도이다.
종래기술에 따른 초음파를 이용한 용접 장치는 SnPb, SnAg, ZnAl 등으로 구성된 용가재(120)가 담기는 용탕(110)이 구비되고 용탕(110)의 한쪽에는 용가재(120)를 녹이는 히터(150)가 구비된다. 그리고 용탕(110) 내부는 격벽(110a)에 의해 두 개의 공간으로 구획되어 있으며 히터(150)가 있는 쪽의 용융된 용가재(120)는 펌프(180)를 타고 다른 공간으로 이동된다. 그리고 두 개의 피접합물(160, 170)은 히터(150)가 없는 쪽의 용탕(110)에 놓인다. 히터(150)가 없는 쪽의 용탕(110) 저면에 진동자(130)가 구비되고 진동자(130)는 발진기(140)와 연결된다. 발진기(140)는 초음파 전기적 에너지를 발생시키는 것이며 진동자(130)는 발진기(140)의 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시켜 용가재 용액에 초음파를 가해준다.
이와 같이 종래에는 피접합물을 용융된 용가재에 담그고 초음파 에너지를 가하면 액의 진동으로 미세한 기포 즉, 공동(Cavitation)이 발생하다 소멸되는 현상이 매초 수없이 반복된다. 이 공동이 순간적인 진공상태에서 피접합물에 부딪쳐서 파괴되고 이때 열적, 화학적 작용으로 피접합물의 피막이 제거되어 용가재가 모세관 현상에 의해 침투되도록 함으로써, 서로 다른 재질의 두 피접합물을 플럭스를 사용하지 않고도 브레이징 및 솔더링할 수 있다.
그러나 종래기술에 따른 초음파를 이용한 용접 장치에서는 용가재가 담겨진 용융액조가 분리되지 않아 피접합물의 형태에 따라 접합부위를 담그는데 제약을 받을 뿐 아니라, 접합하고자 하는 피접합물을 용가재에 담그면 피접합물의 접합되는 부분을 포함하여 그 접합부위 이외의 부분도 용융된 용가재에 담김으로써 피접합물의 내식성이 약화되고, 화학적 성질이 변하는 문제점이 있다.
본 발명은 용융된 용가재에 접촉하는 피접합물의 부위를 최소화하여 용접시에 피접합물의 화학적 성질의 변화를 줄일 수 있는 초음파를 이용한 용접 장치 및 방법을 제공함에 목적이 있다.
또한, 본 발명은 피접합물의 형태에 제약받지 않고 용이하게 접합할 수 있도록 하는 초음파를 이용한 용접 장치 및 방법을 제공함에 다른 목적이 있다.
본원의 제1 발명에 따른 초음파를 이용한 용접 장치는, 일측에 돌출된 제1결합부를 포함하고, 용가재를 저장하기 위한 용융액조; 상기 제1결합부와 밀결합하여 피접합물을 고정시킬 수 있는 제2결합부를 포함하는 이동캡; 상기 용융액조 내에 용융된 용가재의 액위를 조절하기 위한 액위조절부; 및 초음파 에너지를 상기 용가재에 전달하기 위한 초음파 발진부를 포함한다.
또한, 본원의 제2 발명에 따른 초음파를 이용한 용접 방법은, 용융액조의 제1결합부와 이동캡의 제2결합부 사이에 피접합물을 위치시키는 단계; 상기 이동캡을 이동시켜 상기 용융액조의 제1결합부와 상기 이동캡의 제2결합부를 밀결합시키는 단계; 상기 용융액조 내 용가재의 액위를 상승시켜 상기 피접합물의 접합부를 침지 시키는 단계; 상기 용가재에 초음파 에너지를 인가하여 상기 피접합물을 용접하는 단계; 상기 용가재의 액위를 조절하여 상기 제1결합부의 저면 이하로 낮추는 단계; 및 상기 이동캡을 이동시켜 상기 용융액조의 제1결합부와 상기 이동캡의 제2결합부를 분리하는 단계를 포함한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 초음파를 이용한 용접 장치의 분리상태 단면도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 초음파를 이용한 용접 장치는, 일측에 제1결합부(211)를 포함하고 용가재(214)를 저장하기 위한 용융액조(210), 제1결합부(211)와 밀결합할 수 있는 제2결합부(213)를 포함하는 이동캡(212), 용융액조 내 용가재를 용융점 이상으로 유지시키기 위한 히터(215)를 포함한다.
용융액조(210)의 제1결합부(211)와 이동캡(212)의 제2결합부(212) 사이에 두 피접합물(240a, 240b)과 맞물리는 부분에는 두 피접합물(240a, 240b)의 길이방향을 수직으로 자른 단면의 모양에 상응하는 제1홈(211a, 211b) 및 제2홈(213a, 213b)이 있다. 이동캡(212)은 제2결합부(213)를 포함하고, 제2결합부(213)와 제1결합부(211)를 밀결합시켜 피접합물(240a, 240b)을 고정시킨다. 이동캡(212)의 하부 또는, 전면부 중앙에 위치하는 이송장치(미도시)에 의해 이동캡(212)이 피접합물(240a, 240b)의 길이와 수직방향으로 왕복운동한다.
히터(215)는 용융액조(210) 내 용가재(214)를 용융점 이상으로 유지시켜 용접을 원할하게 한다. 한편, 히터(215)는 본 발명의 일실시예에 따르면, 용융액조(210)의 일측에 위치할 수 있으며, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도시되지는 않았지만, 히터(215)는 용융액조(210)의 전면에 위치할 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 도시되지는 않았지만, 히터(215)는 용융액조(210) 내에 위치할 수 있다.
용가재(214)는 SnPb, SnAg, 및 ZnAl 중 적어도 어느 하나 이상일 수 있으며, 피접합물의 종류에 따라 적합한 용가재로 교환될 수 있다. 용가재(214)는 액위조절부(250-1, 250-2)에 의해 용융액조(210)내의 제1결합부(211)에 이르지 않는 높이까지 채워진다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 용가재(214)의 액위조절을 원활하게 하기 위한 액위조절부(250-1, 250-2)는 모터펌프(250-1)일 수 있으며, 모터펌프(250-1)의 회전을 정역제어함으로써 액위를 조절할 수 있다. 또한, 도 4와 같이 본 발명의 다 른 실시예에 따르면, 모터펌프(250-1) 대신 임의의 부피를 갖는 물체(250-2)일 수 있으며, 모터펌프(250-1)가 위치하는 곳에는 단순히 통로만을 조성하고 물체(250-2)를 승강시킴으로써 용융액조(210)내 용가재(214)의 액위를 조절할 수 있다.
초음파 발진부는 진동자(220)와 발진기(230)를 포함하며, 본 발명의 일실시예에 따르면, 진동자(220)는 이동캡(212)의 일측에 부착될 수 있다. 한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 진동자(220)는 용융액조(210)의 일측에 부착될 수 있다. 진동자(220)에 연결되는 발진기(230)는 초음파 전기적 에너지를 발생시키는 것이고, 진동자(220)는 발진기(230)의 초음파 전기적 에너지를 기계적 진동 에너지로 변환시켜 용가재(214)에 초음파를 가해준다.
도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 초음파를 이용한 용접 장치의 결합상태단면도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 초음파를 이용한 용접 장치는, 두 피접합물(40a, 40b)이 제1결합부(211)와 제2결합부(213) 사이에 고정되며, 이때 두 피접합물(240a, 240b)은 접합되는 부분의 종단부를 제1결합부(211) 내측에 가깝게 하여 용융액조의 제1결합부(211)에 미리 위치시키고, 이동캡(212)을 이동시켜 제1결합부(211)와 제2결합부(212)를 밀결합한다. 여기서 제1결합부(211)와 제2결합부(213)는 단면의 형상이 동일하여 제1결합부(211)와 제2결합부(213) 사이는 용가재(214)가 새어나올 틈 없이 밀결합이 가능하다. 그리고, 피접합물(240b)의 접합되는 부분의 종단부까지 액위조절부(250-1, 250-2)를 이용하여 용가재(214) 액위를 높임으로써 피접합물의 접합부(240)에만 용가제(214)가 침투될 수 있다.
이 상태에서 발진기(230)를 작동시키면 진동자(220)에서 발진기(230)의 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시켜 용융액조(210)내의 용융된 용가재(214)에 초음파를 가해준다. 초음파로 인해 용가재(214)내에 미세한 기포가 발생하며 이 기포가 피접합물의 접합부(240)에 부딪치면서 피접합물의 접합부(240)의 산화물을 제거해 준다. 이와 동시에 용가재(214)가 모세관 현상에 의해 피접합물의 접합부(240) 사이로 스며들면서 두 피접합물(240a, 240b)이 용접된다.
용접 후에는, 액위조절부(250-1, 250-2)에 의해 용가재(214)의 액위가 제1결합부(211)의 저면 이하로 낮아지고, 이동캡(212)이 처음의 위치로 이동하면서 용융액조(210)의 제1결합부(211)와 이동캡(212)의 제2결합부(213)가 분리된다.
도 2a와 도 2b에서 볼 수 있는 바와 같이, 제1결합부(211)와 제2결합부(213)가 밀결합하여 두 개의 피접합물(240a, 240b)을 고정시키고 액위조절부(250-1, 250-2)가 용가재(214)의 액위를 조절하여 두 개의 피접합물(240a, 240b)의 접합부에만 용가재가 접촉하게 하므로 두 개의 피접합물(240a, 240b)의 접합부를 제외한 부분의 화학적 성질 변형을 막으며, 이동캡(212)과 제1결합부(213)의 분리와 결합이 가능하므로 두 개의 피접합물(240a, 240b)의 형태에 제약을 받지 않고 용이하게 접합할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 제1결합부(211)와 이동캡(212)의 평면도로서, 제1결합부(211)와 제2결합부(213)가 결합하면서 피접합물(240a, 240b)이 제1홈(211a, 211b)과 제2홈(213a, 213b)에 고정된다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설 명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 따른 초음파를 이용한 용접 장치 및 방법은 제1결합부를 포함하는 용융액조와 용융액조 내에 용가재 액위를 조절해 줌으로써 피접합물의 접합부위에만 용융된 용가제가 접촉하여 피접합물의 접합부를 제외한 부분의 화학적 성질의 변화를 방지하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 초음파를 이용한 용접 장치 및 방법은 용가재의 사용량을 줄일 수 있어 비용절감을 가능하게 한다.
또한, 본 발명에 따른 초음파를 이용한 용접 장치 및 방법은 용융액조의 접합조와 분리, 결합이 가능한 이동캡을 구비함으로써 피접합물의 형태에 제약받지 않고 용접을 가능하게 한다.
Claims (6)
- 일측에 돌출된 제1결합부를 포함하고, 용가재를 저장하기 위한 용융액조;상기 제1결합부와 밀결합하여 피접합물을 고정시킬 수 있는 제2결합부를 포함하는 이동캡;상기 용융액조 내에 용융된 용가재의 액위를 조절하기 위한 액위조절부; 및초음파 에너지를 상기 용가재에 전달하기 위한 초음파 발진부를 포함하는 초음파를 이용한 용접 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 초음파 발진부는 상기 이동캡에 결합되는 초음파를 이용한 용접 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 초음파 발진부는 상기 용융액조에 결합되는 초음파를 이용한 용접 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 용융액조의 제1결합부와 상기 이동캡의 제2결합부는 단면의 형상이 동일한 초음파를 이용한 용접 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 용융액조는 상기 용가재를 적어도 용융점 이상으로 유지시키기 위한 히터를 더 포함하는 초음파를 이용한 용접 장치.
- 용융액조의 제1결합부와 이동캡의 제2결합부 사이에 피접합물을 위치시키는 단계;상기 이동캡을 이동시켜 상기 용융액조의 제1결합부와 상기 이동캡의 제2결합부를 밀결합시키는 단계;상기 용융액조 내 용가재의 액위를 상승시켜 상기 피접합물의 접합부를 침지시키는 단계;상기 용가재에 초음파 에너지를 인가하여 상기 피접합물을 용접하는 단계;상기 용가재의 액위를 조절하여 상기 제1결합부의 저면 이하로 낮추는 단계; 및상기 이동캡을 이동시켜 상기 용융액조의 제1결합부와 상기 이동캡의 제2결합부를 분리하는 단계를 포함하는 초음파를 이용한 용접 방법.
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| KR1020060027112A KR100731615B1 (ko) | 2006-03-24 | 2006-03-24 | 초음파를 이용한 용접 장치 및 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100731615B1 (ko) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3991933A (en) | 1975-09-08 | 1976-11-16 | Blackstone Corporation | Methods and apparatus for soldering |
| JPS60148662A (ja) | 1984-01-13 | 1985-08-05 | Hitachi Ltd | 超音波半田付け用振動体 |
| KR19980025629A (ko) * | 1996-10-04 | 1998-07-15 | 임지수 | 전자부품 리드의 솔더링장치 및 그 방법 |
| KR100437092B1 (ko) | 2002-01-28 | 2004-06-23 | 신영식 | 브레이징 및 솔더링 장치 |
-
2006
- 2006-03-24 KR KR1020060027112A patent/KR100731615B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3991933A (en) | 1975-09-08 | 1976-11-16 | Blackstone Corporation | Methods and apparatus for soldering |
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| KR100437092B1 (ko) | 2002-01-28 | 2004-06-23 | 신영식 | 브레이징 및 솔더링 장치 |
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