KR100804511B1 - 플라스틱 제품의 접합방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 금속재의 접합에 사용하는 고주파 접합을 플라스틱 제품의 접합에 적용하므로써 플라스틱 제품과 접합장치간에 간접 접촉을 유지하면서 접착할 수 있어 제품손상이 발생하지 않고 접합 후의 제품의 외관이 미려하며, 접합작업 속도가 빠르고 제품 형상에 구애받지 아니하고 플라스틱 제품을 접합할 수 있는 고주파 접합방식을 이용한 플라스틱 제품의 접합방법을 제공하는 데 있다.

이를 위해 본 발명은 접합시키고자 하는 플라스틱 제품의 양측 접합면 사이에 작은 수지입자와 금속입자의 혼합물인 본딩용 융제를 위치시키는 단계와;

상기 본딩용 융제가 위치된 플라스틱 제품을 고주파 용착기의 고주파 유도코일내에 위치시키는 단계와;

상기 양측의 플라스틱 제품의 접합면이 서로 밀착하도록 가압하면서 상기 고주파 유도코일에 의해 유도된 고주파가 상기 접합면에 있는 융제의 금속입자를 가열시켜 금속입자가 발열되어 녹는 열로 상기 수지입자들 및 접합면을 녹여 붙이도록 하는데 필요한 시간동안 고주파 용착기를 가동하여 접합하는 단계; 로 이루어진 것을 특징으로 한다.

플라스틱 제품, 고주파 용착기, 융제, 수지입자, 금속입자

Description

플라스틱 제품의 접합방법{Joining method of plastic product}

도 1은 본 발명에 의한 플라스틱 제품의 접합방법을 작업공정 단계별로 나타낸 도면

도 2는 본 발명에 의한 플라스틱 제품의 접합작업시 접합면의 다양한 형태를 보여주는 도면

도 3 내지 도 5는 종래기술

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 수지입자들 2 : 금속입자들

3 : 분쇄기 4 : 원료

5 : 혼련기 6 : 융제(본딩재)

7,8 : 플라스틱 제품 9,10 : 접합면 부위

11 : 고주파 용착기 12 : 고주파 유도코일

21,22,31,32,41,42,51,52 : 플라스틱 제품

23,24,33,34,43,44,53,54 : 접합면

25,35,45,55 : 융제 36 : 요홈

본 발명은 고주파를 이용한 플라스틱 제품의 접합방법에 관한 것이다.

플라스틱은 사출성형 작업을 통하여 다양한 형상의 제품을 쉽게 만들 수 있어 각종 물건이나 장치의 소재로 많이 사용되고 있다.

그런데 사출성형에 의해 제품을 제작하기 위해서는 제품의 구조상 금형에서 탈형이 가능한 구조를 가지고 있어야 하므로 금형으로 탈형시킬 수 없는 구조의 제품의 경우 탈형 가능한 형태로 분할시켜 제작한 후 서로 접합공정을 통해 하나의 완성된 제품을 형성하게 된다.

플라스틱과 플라스틱의 접합에 사용되고 있는 기술로는 초음파 용착방법과 히트플레이트 용착방법 및 진동 용착방법이 주로 사용되고 있다.

상기한 초음파 용착방법은 도 3에 도시하는 것과 같은 초음파 용착기(61)를 사용하여 플라스틱 제품(62)(63)의 접합을 하게 되는데, 마치 프레스처럼 생긴 장치에 혼(64, horn)이라는 장치가 있어, 접합시키고자 하는 두 제품(62)(63)을 밀착시킨 상태에서 접합부위의 제품 외표면에 혼(64)을 통해 가압하면서 초음파를 가하게 되면 혼(64)에 의한 가압지점의 양측 제품(62)(63)의 경계면(62A)(63A)이 녹아 서로 붙게 되는 것이다.

상기한 초음파 방식은 접합시간이 비교적 짧고(0.1∼60초 정도) 외관이 깨끗하여 플라스틱 접합에 많이 사용되고 있으나, 그 반면에 상기한 초음파 용착방식은 접합하고자 하는 면이 혼(64)과 수직면상에 있어야 가능할 뿐 아니라 특성상 혼(64)의 크기 및 형상에 제약이 따르기 때문에 점 또는 선 형태의 접합만이 가능, 즉 접합되는 표면적이 작을 수 밖에 없어 접합강도가 낮고 또 접합될 면적이 넓은 경우에는 혼(64)의 위치를 옮겨가면서 여러번에 걸쳐 접합작업을 반복 실시해야 하므로 생산성이 낮다는 문제가 지적되고 있다.

그리고 상기한 히트 플레이트 용착방시(Heat Plate Welding)은 도 4에 도시하는 것과 같이 일종의 전기적 발열체인 히트 플레이트(72)(73)를 상하에 가진 장치(71)를 이용하여 플라스틱 제품(74)(75)의 접착 작업을 실시하게 되는데, 가열된 상태의 히트 플레이트(72)(73)에 작업대상물(74)(75)의 접합되어질 표면(74A)(75A)을 밀착시켜 히트 플레이트(72)(73)의 열로써 작업대상물(74)(75)의 접합면(74A)(75A)을 가열시켜 살짝 녹인 후, 작업대상물(74)(75)의 접합면(74A)(75A)을 맞대고 가압시켜 접합하는 기술이다.

그러나 상기한 히트 플레이트에 의한 용착방식은 히트 플레이트(72)(73)에 제품(74)(75)을 직접 접촉시켜 가열시키게 되므로써 외관이 깨끗하지 못하며 접합 작업시간도 30∼180초 정도로 비교적 길어 생산성이 낮으며, 히트 플레이트(72)(73)의 형상에 제한을 받을 수 밖에 없어 접합시킬 표면이 복잡하거나 불규칙할 경우 히트 플레이트(72)(73) 자체를 제작하기가 어렵고 또 접합작업 역시 그만큼 까다로워질 수 밖에 없으며, 접합하고자 하는 면이 히트 플레이트(72)(73)와 수직면상에 있어야 접합작업이 가능하므로 접합작업의 자유도가 낮을 수 밖에 없었다.

한편 상기한 진동 용착방식은 도 5에 도시하는 것과 같이 진동발생장치(81)(82)에 접합시킬 작업대상물(제품,83,84)을 각기 하나씩 고정시키고 작업대 상물(83)(84)의 접합면(83A)(84A)을 서로 맞댄 후 높은 압력으로 가압하는 상태에서 진동발생장치(81)(82)를 고속으로 좌우로 미세하게 진동을 시켜주게 되면 양측 접합면(83A)(84A) 사이에서 형성되는 마찰열에 의해 제품(83)(84)의 접합면(83A)(84A)이 녹으면서 서로 접착되게 되는 기술이다.

그러나 상기한 진동 용착방식은 제품(83)(84)을 진동발생장치(81)(82)에 고정시켜주어야 하기 때문에 그 고정 작업을 통해 제품(83)(84) 표면에 흠집을 남기게 되어 제품의 품질을 저하시키는 문제가 있으며, 그 고정장치의 제작이 어렵고 진동을 주어 마찰시키는 장비가 고가이며, 제품 형상에 제한을 받기 때문에 복잡하면 장비의 제작 및 접합작업이 어려워지고 또 접합하고자 하는 면과 면이 수직면상에 있어야 하므로 접합형상에 직접적 영향을 끼치는 문제가 있었다.

다른 한편, 고주파를 이용한 접합 방식이 있는데, 고주파라 함은 3∼30MHz의 높은 주파수로서 고주파 전류는 절연된 도체 사이에 커패시턴스를 흐르게 하며, 도체속을 흐를때는 표피효과에 의해 표면부근에 집중되므로 이러한 표피효과를 이용하여 도체인 금속에 고주파를 가할 경우 표면에 전류가 집중되어 금속표면만이 녹게 되는 특성이 나타나는데, 고주파의 금속에 대한 그러한 특성을 이용하여 금속제품간의 용착에 많이 이용하고 있다.

이 방식은 고주파 유도 코일에 고주파 전류를 흐르게 하여 그 코일내에 위치하는 재료를 가열하게 되며, 제품과 접합장치간에 접촉이 없어 제품손상이 없고 접합후의 외관이 미려하고 접합면적에 비해 접합속도가 매우 빠르며 제품형상에 제한이 없으며, 제품의 접합면 구조가 복잡하여도 접합이 가능한 장점이 있다.

그러나 상기한 고주파 가열 접합방식은 금속제품의 접합에는 매우 유용하나 플라스틱 제품간의 접합에는 적용되지 않는다는 단점이 있다.

이에 본 발명은 상기한 점을 감안하여 제안한 것으로서 그의 목적으로 하는 것은 금속재의 접합에 사용하는 고주파 접합을 플라스틱 제품의 접합에 적용하므로써 플라스틱 제품과 접합장치간에 간접 접촉을 유지하면서 접착할 수 있어 제품손상이 발생하지 않고 접합 후의 제품의 외관이 미려하며, 접합작업 속도가 빠르고 제품 형상에 구애받지 아니하고 플라스틱 제품을 접합할 수 있는 고주파 접합방식을 이용한 플라스틱 제품의 접합방법을 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은

접합시키고자 하는 플라스틱 제품의 양측 접합면 사이에 작은 수지입자와 금속입자의 혼합물인 본딩용 융제를 위치시키는 단계와;

상기 본딩용 융제가 위치된 플라스틱 제품을 고주파 용착기의 고주파 유도코일내에 위치시키는 단계와;

상기 양측의 플라스틱 제품의 접합면이 서로 밀착하도록 가압하면서 상기 고주파 유도코일에 의해 유도된 고주파가 상기 접합면에 있는 융제의 금속입자를 가열시켜 금속입자가 발열되어 녹는 열로 상기 수지입자들 및 접합면을 녹여 붙이도록 하는데 필요한 시간동안 고주파 용착기를 가동하여 접합하는 단계; 로 이루어진 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명에 의하면 상기 본딩용 융제의 수지입자와 금속입자는 0.3mm 이하의 크기로 구성되며, 상기 수지입자는 상기 융제의 총 부피에 대하여 30∼70 체적비와, 그리고 상기 금속입자는 상기 융제의 총부피에 대해 30∼70 체적비인 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 의하면 상기 융제의 총부피에 대하여 20~40%의 체적비가 되도록 액상의 아크릴수지를 혼합하고 금형에 투입하여, 열과 압력을 가하면서 압착하여 아크릴수지를 굳혀 용착부위에 삽입할 수 있는 형상을 가진 고체로 만든 후 상기 플라스틱 접합면 사이의 용착부위에 투입하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 플라스틱 제품의 접합방법을 공정 단계별로 나타낸 도면이며, 도 2는 본 발명에 의한 플라스틱 제품의 접합작업시 다양한 접합면의 형태를 보여주는 도면이다.

본 발명에 있어서는 먼저 수지입자들(1)과 금속입자(2)를 만들기 위해서 분쇄기(3)에 분쇄될 원료(4)를 넣고 각기 분쇄하게 되며, 이때 각각의 입자들(1)(2)의 입도 크기는 가능한 0.3mm 이내가 되도록 분쇄하는 분쇄공정을 실시한다.

분쇄된 수지 및 금속입자들(1)(2)은 혼련기(5)에 넣어 고르게 혼합하여 본딩용 융제(6)를 형성하는 혼합공정을 실시한다.

다음에는 각기 사출 성형되어 서로 접합되어지게 될 2개의 플라스틱 제품(7)(8)이 서로 대향하도록 정렬시키며, 그들 제품(7)(8)의 서로 접합되어질 접합면 부위(9,10)에 상기 혼합 제조된 본딩용 융제(6)를 투입시킨 후, 양측의 플라스 틱 제품(7)(8)들을 고주파 용착기(11)의 고주파 유도코일(12)속에 위치시킨 상태에서 양측 플라스틱 제품(7)(8)이 그들의 접합면 부위(9,10)가 서로 밀착하는 방향으로 가압력(F)을 가하면서 고주파 용착기(11)를 가동시킨다.

고주파 용착기(11)가 가동되면 고주파(13)가 본딩재인 융제(6)속의 금속입자들(2)을 가열시키게 되며, 이에따라 금속입자들(2)이 녹게되면서 그 열에 의해 수지입자들(1)과 접합될 플라스틱 제품의 접합면 표면도 녹아 융제(6)와 함께 붙게되는 것이다.

도 2는 여러가지 접합면의 예를 도시한 것으로 (A)는 양측 플라스틱 제품(21)(22)의 접합면(23)(24)을 단순평면으로 한 것으로, 그 사이에 융제(25)를 깔아 도포하고, 양측 제품(21)(22)을 가압하면서 고주파를 가해 접합한다.

그리고 (B)는 양측 제품(31)(32)의 접합면(33)(34) 중 일측 접합면(34)에 요홈(36)을 형성하고 그 요홈(36)내에 융제(35)를 넣고 접합하는 방식이다.

또 (C)는 양측 제품(41)(42)의 접합면(43)(44)을 요철 계합구조로 하고, 그 계합부위에 융제(45)를 넣고 접합하는 방식이며, (D)는 양측 제품(51)(52)에 단턱의 접합면(53)(54)을 형성하고, 그곳에 융제(55)를 넣고 고주파 열을 가해 접합하는 방식으로서, 그 밖에 다양하게 접합면을 구성할 수 있다.

본 발명에 있어 본딩재를 형성하는 융제(6)의 입자 크기는 0.3mm 이하 크기로서, 너무 입자가 크면 녹는데 지장을 주고 또 알갱이 형태가 접합 경계면에 남아 있으면 접합강도가 저하되므로 너무 크게 형성하지 않는 것이 좋으며, 수지입자(1)와 금속입자(2)는 부피비로써 수지입자 30∼70 체적비, 금속입자 30∼70 체적비가 되도록 혼합한다.

그리고 상기 융제(6)의 투입 단계에서, 상기 융제(6)의 총부피에 대하여 20~40%의 체적비가 되도록 액상 아크릴수지를 혼합하고, 이 혼합물을 별도의 금형에 투입하고 열과 압력을 가하여 고체 상태로 만들어 용착부위에 투입할 수 있다. 잘 알려져 있는 바와 같이 액상의 아크릴수지는 일종의 본딩재로서, 열과 압력을 가하게 되면 고체화되는 성질을 가지고 있어 금형에 의해 용착부위의 형상을 따라 고리형태를 가지도록 대량으로 생산하게 되면 미리 생산된 고체로 된 고리형상의 융제를 간편하게 접합시킬 용착부위에 삽입하여 접합작업을 할 수 있으므로 가루상태의 융제를 사용하는 것보다 작업성을 높일 수 있다.

이상과 같은 본 발명은 플라스틱 제품을 접합시키기 위한 융제로 수지입자와 금속입자를 혼합한 본딩재를 사용하는 것에 의해서 종래 금속제품의 접합에만 사용하던 고주파 가열 접합방식을 플라스틱 제품의 접합에도 사용할 수 있게 되므로써 제품과 접합장치가 직접 접촉하지 않게 되는데 따라 제품 손상이 발생되지 않으며, 접합 후 외관이 미려하고 접합면적에 대비하여 접합속도가 매우 빠르며 접합면의 형상에 제한을 받지 아니하므로 효율성이 높은 특징이 있다.

Claims (3)

1. 접합시키고자 하는 플라스틱 제품의 양측 접합면 사이에 작은 수지입자와 금속입자의 혼합물인 본딩용 융제를 위치시키는 단계와;

   상기 본딩용 융제가 위치된 플라스틱 제품을 고주파 용착기의 고주파 유도코일내에 위치시키는 단계와;

   상기 양측의 플라스틱 제품의 접합면이 서로 밀착하도록 가압하면서 상기 고주파 유도코일에 의해 유도된 고주파가 상기 접합면에 있는 융제의 금속입자를 가열시켜 금속입자가 발열되어 녹는 열로 상기 수지입자들 및 접합면을 녹여 붙이도록 하는데 필요한 시간동안 고주파 용착기를 가동하여 접합하는 단계; 로 이루어진 것을 특징으로 하는 플라스틱 제품의 접합방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 본딩용 융제의 수지입자와 금속입자는 0.3mm 이하의 크기로 구성되며, 상기 수지입자는 상기 융제의 총 부피에 대하여 30∼70 체적비와, 그리고 상기 금속입자는 상기 융제의 총부피에 대해 30∼70 체적비인 것을 특징으로 하는 플라스틱 제품의 접합방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 융제의 총부피에 대하여 20~40%의 체적비가 되도록 액상의 아크릴수지 를 혼합하고 금형에 투입하여, 열과 압력을 가하면서 압착하여 아크릴수지를 굳혀 용착부위에 삽입할 수 있는 형상을 가진 고체로 만든 후 상기 플라스틱 접합면 사이의 용착부위에 투입하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 제품의 접합방법.

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