KR101015008B1 - 열융착 지그 및 이를 이용한 열융착 방법 - Google Patents

열융착 지그 및 이를 이용한 열융착 방법 Download PDF

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본 발명은 두 부품을 열융착하기 위해 사용되는 열융착 지그 및 이를 이용한 열융착 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가열부 및 압착부로 구분되어 이루어지는 열융착 지그, 및 상기 가열부는 고온의 상태를 계속 유지한 채로 상기 가열부 및 압착부를 서로 분리하여 압착부만을 냉각시키는 단계와 상기 가열부 및 압착부를 서로 결합하여 압착부만을 재가열시키는 단계를 포함하는 열융착 지그를 이용한 열융착 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 열융착 지그의 압착부만을 냉각 및 재가열시킴으로써 냉각 시간의 단축 및 다음 융착 공정을 위한 열융착 지그의 재가열 시간이 생략되며, 이에 따라 전체 융착 시간의 감소, 열융착 지그의 재가열 생략에 따른 에너지 절약, 비용 절감 및 생산성 향상의 효과를 가진다.
열융착(heat staking), 열융착 지그, 가열부, 압착부, 플라스틱 열교환기

Description

열융착 지그 및 이를 이용한 열융착 방법{HEAT STAKING JIG AND METHOD OF HEAT STAKING USING THE SAME}
본 발명은 두 부품을 열융착하기 위해 사용되는 열융착 지그 및 이를 이용한 열융착 방법에 관한 것이다.
열융착(Heat staking)은 부품간의 결합 기술 중 하나로서, 열가소성 재질로 되어있는 부품의 관(tube) 형상 등의 스터드(stud) 부분을 결합하고자 하는 부품의 상기 관 형상 등을 끼워 넣을 수 있는 홀(hole) 부분에 삽입 및 고정시켜놓고, 가열된 지그로 압착하여 스터드 부분을 넓게 퍼지게 하여 두 부품을 결합하는 기술이다. 이때 상기 관 형상 등을 끼워 넣을 수 있는 홀을 가진 부품이 열가소성 재질이 아니더라도 결합이 가능하며, 두 부품이 모두 열가소성 재질일 경우 열융착 기술로 사용될 수 있다.
이러한 열융착 공정시에 열가소성 재질의 부품을 압착할 때에는 열가소성 재질이 충분한 유동성을 갖는 온도로 지그를 가열해 주어야 한다. 반면에 지그를 제품에서 다시 떼어내는 단계에서는 열가소성 재질이 응고하는 온도까지 냉각시킨 후 떼어내야 결합면의 우수한 품질을 확보할 수 있다.
종래의 기술에서는 지그자체를 응고온도까지 냉각시킨 후 떼어내고 다음 단계의 공정을 위해 다시 가열하는 과정을 거침으로써 열융착을 수행하였다. 그러나 매 사이클마다 지그를 가열하였다가 냉각시키는 과정을 수반하게 되므로, 냉각시간 및 재가열 시간으로 인해 공정 시간이 길어지고, 재가열을 위한 에너지 소모가 크다는 문제점을 가지고 있었다. 이러한 문제점은 용융온도와 냉각온도의 차이가 큰 열가소성 재질의 부품 결합 시 더욱 커지게 된다.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 열융착 공정에 있어서 전체 융착 시간이 감소되며 에너지 절약을 위한 열융착 지그를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 열융착 공정에 있어서 전체 융착 시간이 감소되며 에너지 절약을 위한 열융착 지그를 이용한 열융착 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 상기 목적 및 기타 목적들은 하기 설명된 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여,
두 부품을 열융착하기 위해 사용되는 열융착 지그에 있어서,
히터(heater) 수단이 내재된 가열부(2); 및
상기 가열부(2)의 일면에 결합 및 분리 가능하고, 홀을 가진 제 1 부품(4) 및 상기 홀의 외면을 둘러싸는 제 2 부품(5)의 결합면에 대응되는 형상을 가진 압착부(3)를 포함하는 열융착 지그를 제공한다.
또한,
열융착 지그를 이용하여 두 부품을 열융착하는 방법에 있어서,
(a) 히터(heater) 수단이 내재된 가열부(2) 및 상기 가열부(2)의 일면에 결합 및 분리 가능하고 홀을 가진 제 1 부품(4) 및 상기 홀의 외면을 둘러싸는 제 2 부품(5)의 결합면에 대응되는 형상을 가진 압착부(3)를 포함하는 열융착 지그(1)를 가열시키는 단계;
(b) 상기 가열된 열융착 지그(1)를 상기 제 1 부품(4) 및 제 2 부품(5)의 결합면에 압착시키는 단계;
(c) 상기 압착된 열융착 지그(1) 중 가열부(2)를 압착부(3)로부터 분리시키는 단계;
(d) 상기 압착부(3)를 냉각시키는 단계; 및
(e) 상기 압착부(3)를 상기 제 1 부품(4) 및 제 2 부품(5)의 결합면이 융착된 융착면으로부터 분리시키고 상기 가열부(2)와 결합시키는 단계를 포함하며,
상기 단계는 연속적으로 반복되는 것을 특징으로 하며,
상기 (a)단계는 압착부(3)가 가열부(2)로부터 열전달되어 가열됨으로써 열융착 지그(1)를 가열시키는 것을 특징으로 하는 열융착 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 열융착 지그의 압착부만을 냉각 및 재가열시킴으로써 냉각 시간의 단축 및 다음 융착 공정을 위한 열융착 지그의 재가열 시간이 생략되며, 이에 따라 전체 융착 시간의 감소, 열융착 지그의 재가열 생략에 따른 에너지 절약, 비용 절감 및 생산성 향상의 효과를 가진다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 1은 종래 기술에 따른 열융착 지그 및 이를 이용한 열융착 과정을 나타내 는 개요도이다.
상기 도 1에서 보는 바와 같이, 종래의 일반적인 열융착 지그(1)는 히터(heater) 수단(미표시)이 내부에 장착되어 있는 일체형 구조를 가진다.
상기 열융착 지그(1)를 이용하여 두 부품을 열융착하는 과정은, (a) 열융착 지그(1)를 가열시키는 단계, (b) 상기 가열된 열융착 지그(1)를 제 1 부품(4) 및 제 2 부품(5)의 결합면에 압착시키는 단계, (c) 상기 압착된 열융착 지그(1)를 냉각시키는 단계, (d) 상기 열융착 지그(1)를 상기 제 1 부품(4) 및 제 2 부품(5)의 결합면이 융착된 융착면으로부터 분리시키는 단계를 거치게 된다.
이때, 상기 도 1에서와 같이 상기 제 1 부품(4)은 홀을 포함하는 형상이며, 상기 제 2 부품(5)은 상기 홀의 외면을 둘러싸고 있다.
상기 종래 기술에 따른 열융착 과정에 있어서, 두 부품의 용융부위, 즉, 상기 제 1 부품(4) 및 제 2 부품(5)의 결합면이 용융압착된 융착면의 냉각을 위해서는 열융착 지그(1) 전체를 냉각시켜야 하며, 냉각된 열융착 지그(1)를 상기 부품의 융착면으로부터 분리시킨 후 다음 단계의 융착을 수행하기 위해서는 열융착 지그(1) 전체를 재가열시켜야 하는 문제점이 있다.
도 2는 본 발명에 따른 열융착 지그 및 이를 이용한 열융착 과정을 나타내는 개요도이다.
상기 도 2에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 열융착 지그(1)는 히터(heater) 수단이 내재된 가열부(2), 및 상기 가열부(2)의 일면에 결합 및 분리 가능하고 제 1 부품(4) 및 제 2 부품(5)의 결합면에 대응되는 형상을 가진 압착부(3)로 나뉘어 구성된다.
이 때, 상기 제 1 부품(4)은 홀을 포함하는 형상이며 상기 제 2 부품(5)은 상기 홀의 외면을 둘러싸고 있으며, 이때 제 1 부품(4)은 열가소성 재질(PP, PE, PA, PC, ABS, PBT 등)로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 압착부(3)는 상기 가열부(2) 보다 체적이 작은 것이 바람직하다.
상기 본 발명에 따른 열융착 지그(1)를 이용하여 두 부품을 열융착하는 과정은, (a) 상기 가열부(2) 및 압착부(3)로 구성되는 열융착 지그(1)를 가열시키는 단계, (b) 상기 가열된 열융착 지그(1)를 상기 제 1 부품(4) 및 제 2 부품(5)의 결합면에 압착시키는 단계, (c) 상기 압착된 열융착 지그(1) 중 가열부(2)를 압착부(3)로부터 분리시키는 단계, (d) 상기 압착부(3)를 냉각시키는 단계, 및 (e) 상기 압착부(3)를 상기 제 1 부품(4) 및 제 2 부품(5)의 결합면이 융착된 융착면으로부터 분리시키고 상기 가열부(2)와 결합시키는 단계를 거치게 된다.
상기 (a)단계의 열융착 지그의 가열시 압착될 부품의 열가소성 재질이 충분한 유동성을 가지도록 소재의 용융 온도 이상으로 가열해주는 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 소재의 용융 온도 이상 ~ 소재의 용융 온도 + 50℃ 이하의 온도, 가장 바람직하게는 소재의 용융 온도 이상 ~ 소재의 용융 온도 + 30℃ 이하의 온도로 가열해줄 수 있다.
또한, 상기 (d)단계의 열융착 지그의 압착부 냉각시에 융착된 부품의 열가소성 재질이 응고할 수 있는 유리전이온도 이하까지 냉각시키는 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 유리전이온도 - 50℃ 이상 유리전이온도 이하까지의 온도, 가장 바람직하게는 유리전이온도 - 30℃ 이상 유리전이온도 이하까지의 온도로 냉각시킬 수 있다.
부품의 열가소성 재질이 응고한 뒤 떼어내야 부품의 융착면의 우수한 품질을 확보할 수 있다.
본 발명에서는 열융착 지그(1)를 냉각시킬 때 가열부(2)를 별도로 분리시킨 뒤 압착부(3)만을 냉각시키게 된다. 이는 가열부(2) 보다 체적이 작게 구성된 압착부(3)만을 냉각시키기 때문에 종래처럼 열융착 지그(1) 전체를 냉각시키는 것보다 냉각 시간이 훨씬 단축된다.
또한, 상기 (a)단계에서 열융착 지그(1)를 가열시키는 방법은 히터(heater) 수단이 내재된 가열부(2)로부터 압착부(3)로 열이 전달되어 함께 가열되어 열융착 지그(1) 전체가 가열되게 된다.
즉, 상기 (a)단계는 냉각된 열융착 지그(1)의 압착부(3)를 상기 부품의 융착면으로부터 분리시키고 가열부(2)와 결합시킨 후 다음 단계의 융착을 수행하기 위해 열융착 지그(1)를 재가열하는 것과 같은 단계이며, 이를 위해 압착부(3)만을 재가열시키는 것이다. 그리고 상기한 바와 같이 가열부(2)로부터 열 전달에 의해 압착부(3)가 함께 가열되는 것이다. 본 발명에 따른 가열부(2)는 그 내부에 히터 수단이 장착되어 있음에 따라 열융착 과정 중 계속 고온의 상태로 유지하게 되므로 별도로 냉각 및 재가열시킬 필요가 없게 된다. 그리고 냉각시킬때와 마찬가지로 가열부(2) 보다 체적이 작은 압착부(3)만을 재가열시키므로 종래처럼 열융착 지그(1) 전체가 냉각된 상태로부터 다시 전체를 재가열시키는 것보다 그 시간이 훨씬 단축된다.
이에 있어서, 재가열 과정에 소모되는 에너지가 감소되므로 에너지 절감 측면에서도 유리한 점이 있다.
본 발명의 열융착 방법은 열교환기 관(tube)과 헤더를 포함하는 플라스틱 열교환기의 제조시에 적용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열융착 시스템을 보여주는 구조도로서, 본 발명의 일 실시예로서 플라스틱 열교환기 제작 시의 관(tube)(14)과 헤더(15)의 열융착 시스템을 보여준다.
상기 도 3에서 보는 바와 같이, 열교환기 관(14)과 헤더(15) 이외에도 가열부(12) 및 압착부(13)로 구성되는 열융착지그(11) 및 압착부(13)의 냉각을 위한 냉각 시스템(16)이 도시되어 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열융착 과정을 나타내는 사시도로서, 역시 플라스틱 열교환기 제작 시의 관(tube)(14)과 헤더(15)의 열융착 과정을 보여준다.
상기 도 4에서 보는 바와 같이, 열교환기 관(14)과 헤더(15)가 결합되어 있으며, 이들의 융착을 위해 가열부(12)와 압착부(13)로 구성된 열융착 지그(11)가 준비된다(도 4의 (a)참조). 이후, 가열부(12)와 압착부(13)로 구성된 열융착 지그(11)를 열교환기 관(14)과 헤더(15)의 결합면에 압착시킨다(도 4의 (b)참조). 이 후, 열융착 지그(11)의 가열부(12)를 별도로 압착부(13)로부터 분리시키고 압착부(13) 만을 냉각 시스템(16)을 이용하여 냉각시킨다(도 4의 (c)참조). 마지막으로 냉각된 압착부(13)를 결합면으로부터 분리하여 가열부(12)에 결합시킨 후 이를 재가열하게 된다.
상기와 같이 열융착 지그의 압착부만을 냉각 및 재가열시킴으로써, 냉각 시간 및 재가열 시간이 단축되며, 이에 따른 에너지 절약을 가져온다.
이상에서 본 발명의 기재된 구체예를 중심으로 상세히 설명하였지만, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 열융착 지그 및 이를 이용한 열융착 과정을 나타내는 개요도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 열융착 지그 및 이를 이용한 열융착 과정을 나타내는 개요도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 열융착 시스템을 보여주는 구조도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 열융착 과정을 나타내는 사시도이다.
* 도면의 주요부호에 대한 설명*
1 및 11: 열융착 지그
2 및 12: 열융착 지그 가열부
3 및 13: 열융착 지그 압착부
4: 제 1 부품
5: 제 2 부품
14: 열교환기의 관(tube)
15: 열교환기 헤더
16: 냉각 시스템

Claims (8)

  1. 두 부품을 열융착하기 위해 사용되는 열융착 지그에 있어서,
    히터(heater) 수단이 내재된 가열부(2); 및
    상기 가열부(2)의 일면에 결합 및 분리 가능하고, 홀을 가진 제 1 부품(4) 및 상기 홀의 외면을 둘러싸는 제 2 부품(5)의 결합면에 대응되는 형상을 가진 압착부(3)를 포함하는 열융착 지그.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 압착부(3)는 상기 가열부(2) 보다 체적이 작은 것을 특징으로 하는 열융착 지그.
  3. 열융착 지그를 이용하여 두 부품을 열융착하는 방법에 있어서,
    (a) 히터(heater) 수단이 내재된 가열부(2) 및 상기 가열부(2)의 일면에 결합 및 분리 가능하고 홀을 가진 제 1 부품(4) 및 상기 홀의 외면을 둘러싸는 제 2 부품(5)의 결합면에 대응되는 형상을 가진 압착부(3)를 포함하는 열융착 지그(1)를 가열시키는 단계;
    (b) 상기 가열된 열융착 지그(1)를 상기 제 1 부품(4) 및 제 2 부품(5)의 결 합면에 압착시키는 단계;
    (c) 상기 압착된 열융착 지그(1) 중 가열부(2)를 압착부(3)로부터 분리시키는 단계;
    (d) 상기 압착부(3)를 냉각시키는 단계; 및
    (e) 상기 압착부(3)를 상기 제 1 부품(4) 및 제 2 부품(5)의 결합면이 융착된 융착면으로부터 분리시키고 상기 가열부(2)와 결합시키는 단계를 포함하며,
    상기 단계는 연속적으로 반복되는 것을 특징으로 하며,
    상기 (a)단계는 압착부(3)가 가열부(2)로부터 열전달되어 가열됨으로써 열융착 지그(1)를 가열시키는 것을 특징으로 하는 열융착 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 (a)단계의 열융착 지그(1)는 상기 압착부(3)의 제1부품(4)과 제2부품(5)의 용융온도 이상의 온도에서 가열되는 것을 특징으로 하는 열융착 방법.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 (d)단계의 압착부(3)는 상기 압착부(3)의 제1부품(4)과 제2부품(5)의 유리전이온도 이하의 온도에서 냉각되는 것을 특징으로 하는 열융착 방법.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 압착부(3)는 상기 가열부(2) 보다 체적이 작은 것을 특징으로 하는 열융착 방법.
  7. 제 3항에 있어서,
    상기 제 1부품(4)은 열가소성 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열융착 방법.
  8. 제 3항에 있어서,
    상기 열융착 방법은 열교환기 관(tube)과 헤더를 포함하는 플라스틱 열교환기의 제조에 적용되는 것을 특징으로 하는 열융착 방법.
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