KR101209031B1

KR101209031B1 - 플라스틱 제품의 스태킹 용접장치

Info

Publication number: KR101209031B1
Application number: KR1020100072289A
Authority: KR
Inventors: 노치현
Original assignee: 소닉스코리아(주)
Priority date: 2010-07-27
Filing date: 2010-07-27
Publication date: 2012-12-06
Also published as: KR20120010753A

Abstract

본 발명은 플라스틱 제품의 스태킹용접장치에 관한 것으로, 플라스틱 제품의 일면에 소정간격으로 돌출 형성되는 복수의 돌기에 접합부재의 조립공을 조립하고, 이어서 실린더의 피스톤로드에 연결된 스태킹용접장치의 하단용접부 저면에 형성된 용접홈으로 상기한 조립공으로 돌출되는 각 돌기의 돌출단을 가열하면서 눌러주는 작동으로 상기한 용접홈 내부에서 용융되면서 넓게 퍼진 상태가 되는 용융결속부로 상기 플라스틱 제품과 접합부재를 용접 결합하는 스태킹용접장치에 있어서,
상기 스태킹용접장치의 하단용접부 외주에는 고주파 코일로 형성되는 고주파 가열장치가 고정 설치되어 있으며,
상기 스태킹용접장치에는 외부에 설치된 에어펌프의 펌핑호스로부터 공급되는 공기를 안내하는 공기안내통로가 하단용접부의 저면에 형성된 용접홈 상방까지 연장 형성되어 있으며,
상기 하단용접부에는 상기한 공기안내통로에 연결되어 상기 에어펌프에서 펌핑공급되는 공기를 용접홈의 주위에 배출시키는 복수의 공기배출통로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 발명이다.

Description

플라스틱 제품의 스태킹 용접장치{Welding device of staking for plastic articles}

본 발명은 플라스틱 제품의 스태킹 용접장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라스틱 제품의 일면에 돌출되어 있는 복수의 돌기에 접합부재를 끼워준 상태에서 상기 복수의 돌기 각각의 돌출단을 순간 가열하여 용융 접합시키는 수단으로 상기 플라스틱 제품에 접합부재를 결합시킬 수 있도록 하는 스태킹 용접장치에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 도어트림 및 대쉬패널 등의 플라스틱 제품에는 여러 종류의 접합부재들이 결합되고 있다.

그 일례로서, 도 9에 도시된 자동차의 도어트림(100) 일면에는 도어트림씰(200)과 같은 접합부재가 결합되는데, 이를 위해 상기 도어트림(100)의 일면에는 도어트림씰(200)을 결합시키기 위한 복수의 돌기(110)들이 소정간격으로 돌출 형성되어 있으며, 상기한 도어트림씰(200)에는 도어트림(100)의 일면에 돌출된 복수의 돌기(110)들이 각각 끼워지는 조립공(210)들이 복수 개소에 형성되어 있다.

따라서 종래 기술에서는 상기 도어트림(100)의 일면에 도어트림씰(200)을 결합시키기 위하여 상기한 돌기(110)를 짧은 시간안에 용융시킬 수 있는 전기히터 등이 매설된 히팅금형(300)을 이용하고 있다.

즉, 도 10 내지 도 14에 도시되어 있는 스태킹 용접공정도와 같이 먼저 도어트림(100)의 일면에 돌출된 돌기(110)와 도어트림씰(200)의 조립공(210)을 일치시키고(도 10 참조), 상기한 도어트림(100)의 돌기(110)에 조립공(210)이 끼워지게 도어트림씰(200)을 조립한다.(도 11 참조)

이어서, 상기한 도어트림씰(200)이 조립되어 있는 도어트림(100)을 히팅금형(300)의 하부로 이송시켜서 조립공(210)을 통해 상방으로 돌출된 돌기(110)의 돌출단을 상기 히팅금형(300)의 하단에 형성된 용접홈(310) 하부에 일치시키고(도 12 참조), 상기 히팅금형(300)을 하강작동시키키게 되면 돌기(110)의 돌출단이 용접홈(310)에 삽입됨과 동시에 용융되어 넓게 퍼지게 되며(도 13 참조), 이와 같이 돌기(110)의 돌출단이 상기 히팅금형(300)의 용접홈(310)에 내부에서 용융되면서 넓게 퍼진 상태가 되면 히팅금형(300)을 상승작동시키게 되면 스태킹용접작동이 완료되는데, 이때 종래 기술의 히팅금형(300)은 항시 플라스틱을 순간적으로 용융시킬 수 있는 고열을 유지하고 있는 상태이기 때문에 돌기(110)의 돌출단을 눌러주면서 용융시켜서 넓게 퍼뜨리는 순간에도 고열을 유지하고 있게 된다. 따라서 상기 히팅금형(300)의 용접홈(310)에 의해 눌림되면서 용융되어 넓게 퍼지게 되는 용융결속부(120)는 히팅금형(300)에 의해 용융될 때의 고온을 유지하고 있기 때문에 상기 히팅금형(300)을 상승시킬 때 용접홈(310)의 내면에서 쉽게 이완되지 못하고 상기한 용융결속부(120)의 일부가 상기한 용접홈(310) 내면에 달라붙은 상태가 되는 문제가 발생되므로 용융결속부(120)의 외면이 울퉁불퉁해지는 단점이 있다.(도 14 참조)

또한 도 14의 도시와 같이 히팅금형(300)이 상승될 때 용접홈(310)의 내면에 달라붙은 플라스틱 찌꺼기(130)는 계속된 히팅금형(300)의 가열작동에 의해 완전히 연소되어 재(탄소)로 변하게 되며, 상기한 재(탄소)는 다음의 스태킹용접공정시 용융결속부(120)의 표면에 붙게되는 문제를 발생시키게 되어 도어트림(100) 제품의 불량률을 높아지게 된다.

또한 상기한 히팅금형(300)은 항상 고열로 가열되어 있어 전기소모가 크며, 용접기계의 재조정시 고열에 의해 제한을 받아 재조정이 어렵기 때문에 항상 플라스틱이 타는 냄새가 발생된다.

따라서 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 히팅금형(300)을 하강시켜서 용접작동을 한 후 상승작동시킨 다음에는 용접홈(310)에 달라붙어 있는 플라스틱 찌꺼기(130)를 제거하기 위해 에어브러쉬를 작동시키는 동안에는 스태킹용접작업을 할 수 없게 되어 도어트림(100)에 드러트림씰(200)을 결합시키는 스태킹용접작업성이 떨어지는 문제가 발생하게 된다.

한편, 상기와 같은 히팅금형(300)에서 나타나는 문제을 해결하기 위하여 상기 도어트림(100)과 도어트림씰(200)을 초음파 진동을 이용하여 용접시키는 방법이 제안된 바 있었으나, 이는 초음파 진동장치가 고가이고 또 초음파 진동을 이용하여 용접하는데 많은 비용이 소요되므로 용접가공비가 비싸지게 되어 중저가의 플라스틱 제품을 초음파 진동으로 용접하는 데에는 경제적인 부담이 뒤따르게 된다는 것이 문제점으로 지적되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 감안하여 제안된 것으로, 고주파 가열장치를 이용하여 스태킹용접장치의 하단용접부를 순간 가열시킨 후 상기 스태킹용접장치를 하강작동시켜서 플라스틱 제품에 돌출되어 있는 각 돌기들의 돌출단을 순간적으로 가열하여 용융시켜서 각 돌출단의 용융결속부를 넓게 퍼지게 함과 동시에 상기 스태킹용접장치의 하단용접부와 상기 하단용접부에 의해 용융된 용융결속부를 공기로 냉각시켜서 상기한 하단용접부는 각 돌기들의 용융결속부 표면이 달라붙지 않도록 매끄러운 상태로 형성하여 상기한 용융결속부가 쉽게 이완되도록 하므로써 플라스틱 제품의 스태킹용접공정성을 향상시킬 수 있도록 함과 동시에 생산성을 높일 수 있도록 하는데 목적을 두고 발명한 것이다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 구현하기 위한 수단으로서,

플라스틱 제품의 일면에 소정간격으로 돌출 형성되는 복수의 돌기에 접합부재의 조립공을 조립하고, 이어서 실린더의 피스톤로드에 연결된 스태킹용접장치의 하단용접부 저면에 형성된 용접홈으로 상기한 조립공으로 돌출되는 각 돌기의 돌출단을 가열하면서 눌러주는 작동으로 상기한 용접홈 내부에서 용융되면서 넓게 퍼진 상태가 되는 용융결속부로 상기 플라스틱 제품과 접합부재를 용접 결합하는 스태킹용접장치에 있어서,

상기 스태킹용접장치의 하단용접부 외주에는 고주파 코일로 형성되는 고주파 가열장치가 고정 설치되어 있으며,

상기 스태킹용접장치에는 외부에 설치된 에어펌프의 펌핑호스로부터 공급되는 공기를 안내하는 공기안내통로가 하단용접부의 저면에 형성된 용접홈 상방까지 연장 형성되어 있으며,

상기 하단용접부에는 상기한 공기안내통로에 연결되어 상기 에어펌프에서 펌핑공급되는 공기를 용접홈의 주위에 배출시키는 복수의 공기배출통로가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스태킹용접장치의 하단용접부 저면에 형성된 용접홈의 내면에는 세라믹코팅층이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 자동차의 도어에 장착되는 도어트림 등과 같은 플라스틱 제품의 일면에 돌출 형성된 복수의 돌기를 이용하여 도어트림씰과 같은 접합부재를 용접 결합시킬 때 각 돌기의 돌출단을 스태킹용접장치의 하단용접부에 형성된 용접홈으로 가열하여 용융시켜서 넓게 퍼진 용융결속부를 형성시킨 후에는 상기한 용접홈의 주위에 형성된 공기배출통로를 통해 상기한 용융결속부의 주위로 배출되는 공기에 의한 냉각 수축작용에 의해 상기한 용접홈의 내부에서 가열 용융되고 있던 용융결속부의 표면이 냉각수축되면서 용접홈의 내면에서 이완되도록 하는 효과가 있으며, 또한 상기 스태킹용접장치의 하단용접부에 형성된 용접홈의 내면에 형성된 세라믹코팅층은 용융결속부의 표면이 매끄러운 상태로 이완되게 함과 동시에 플라스틱 찌꺼기가 달라붙지 않게 하는 효과를 제공하여 각 돌기의 스태킹가공작업성을 좋게 하여 플라스틱 제품와 접합부재을 용접 결합하는 가공생산성을 향상시킬 수 있게 하는 장점이 있다.

도 1은 본 발명을 설명하기 위한 스태킹용접장치의 설치상태도이며,
도 2는 본 발명의 스태킹용접장치의 하단용접부의 저면도이고,
도 3 내지 도 7은 본 발명의 스태킹용접장치의 스태킹용접공정 순서도이며,
도 8은 도 7의 스태킹용접장치의 용접작동으로 넓게 퍼진 상태로 용융되는 용융결속부를 공기로 냉각시키는 작동상태를 나타낸 확대도이다.
도 9는 종래 기술을 설명하기 위한 도어트림의 정면도이며,
도 10 내지 도 14는 종래 기술의 도어트림과 도어트림씰의 스태킹용접공정 순서도이다.

본 발먕에 의한 플라스틱 제품의 스태킹용접장치에 대한 구체적인 실시예를 첨부한 도면에 따라서 상세히 설명하면 다음과 같다.

도면부호 1은 자동차의 도어에 장착되는 도어트림 등과 같은 플라스틱 제품을 나타내는 것으로, 상기 플라스틱 제품(1)은 그 일면에 도어트림씰 등과 같은 접합부재(2)를 용접하기 위한 복수의 돌기(11)들이 소정간격으로 돌출되어 있도록 성형된다.

상기 접합부재(2)에는 플라스틱 제품(1)의 일면에 돌출되어 있는 복수의 돌기(11)들이 끼워지는 복수의 조립공(21)이 형성되어 있으며, 상기 플라스틱 제품(1)에 돌출된 복수의 돌기(11)들은 접합부재(2)에 형성된 복수의 조립공(21)들 각각을 관통하여 돌출된 상태에서 스태킹용접장치(3)에 의하여 용융되면서 상기 접합부재(2)를 플라스틱 제품(1)에 결합시키게 된다.

이를 위해, 상기 스태킹용접장치(3)는 실린더(4)의 피스톤로드(41) 선단에 착탈가능하게 연결되어 상,하 수직상으로 또는 전,후 수평상으로 왕복운동을 하도록 구성되며, 상기 스태킹용접장치(3)의 하단용접부(31) 외주에는 고주파코일(51)로 구성되는 고주파가열장치(5)가 설치되어 있다.

또한 상기 스태킹용접장치(3)의 내부에는 에어펌프(6)로부터 펌핑된 공기를 주입시킬 수 있는 공기안내통로(7)가 형성되어 있으며, 상기 공기안내통로(7)의 상단에 형성된 공기주입구(71)에는 스태킹용접장치(3)의 상부 일측으로 노출되어 상기한 에어펌프(6)에 연결된 펌핑호스(61)의 자유단이 연결되어 있다.

또한 상기 공기안내통로(7)의 하단에는 스태킹용접장치(3)의 하단용접부(31) 저면에 형성된 용접홈(32)의 주위로 공기를 배출시킬 수 있도록 배설된 복수의 공기배출통로(72)가 연결되어 있다.

그리고 상기 스태킹용접장치(3)의 하단용접부(31) 저면에 형성된 용접홈(32)의 내면에는 세라믹코팅층(33)이 형성되어 있다.

한편, 상기 고주파가열장치(5)는 실린더(4)의 피스톤로드(41)가 상승작동(몰입작동)을 완료한 후 하강작동(출현작동)을 개시하기까지의 짧은 시간(2～5초) 동안 고주파코일(51)에 고주파 전류를 통전시켜서 상기 고주파코일(51) 내측에 위치하고 있는 스태킹용접장치(3)의 하단용접부(31)를 가열하도록 구성되어 있으며, 이때 상기한 하단용접부(31)는 그 저면에 형성된 용접홈(32)이 상기 플라스틱 제품(1)에 돌출 형성된 각 돌기(11)의 돌출단을 눌러주는 아주 짧은 시간(1～3초) 동안에 용융시켜서 넓게 퍼진 용융결속부(12)를 형성시킬 수 있는 고온으로 가열된다. 예를 들어, 상기 하단용접부(31)의 가열온도는 플라스틱 제품(1)의 재질이 ABS, PP, PE 재질인 경우 250～300℃ 정도, 나일론 재질일 경우에는 300～380℃ 정도로 가열되는 것이 바람직하며, 그외의 합성수지 재질의 경우에는 1～3초 동안 리벳돌기(11)의 돌출단을 용융시켜서 용융결속부(12)를 형성시킬 수 있게 하는 고온으로 가열되는 것이다.

이와 같이 구성된 본 발명으로 플라스틱 제품(1)의 각 돌기(11)에 접합부재(2)를 결합시키는 데 따른 작용을 설명한다.

상기 플라스틱 제품(1)과 접합부재(2) 각각은 돌기(11)에 조립공(21)이 끼워진 상태로 가조립되어 스태킹용접장치(3)가 상,하 수직방향으로 승강작동하거나 또는 전,후 수평방향으로 진퇴작동을 하는 스태킹용접시스템의 이동제어장치에서 기 설정된 프로그램에 따라 전후좌우로 이동하면서 상기한 스태킹용접장치(3)의 용접작동에 의해 돌기(11)의 돌출단이 용융되면서 넓게 퍼진 용융결속부(12)로 변형되어 접합부재(2)를 플라스틱 제품(1)에 결합시키는 스태킹용접작업을 가공공정순서에 따라 설명하기로 한다.

먼저, 상기 플라스틱 제품(1)에 형성된 복수의 돌기(11)들 각각의 상방에 복수의 조립공(21)들이 위치하도록 상기 접합부재(2)를 플라스틱 제품(1)의 상방에 위치시키고(도 3 참조), 이어서 상기 플라스틱 제품(1)의 돌기(11)들 각각에 접합부재(2)의 조립공(21)들이 끼워지도록 조립하게 되면 상기한 각 돌기(11)들의 상단 즉, 돌출단은 접합부재(2)의 조립공(21) 상방으로 돌출된 상태가 된다.(도 4 참조)

상기와 같이 접합부재(2)가 조립된 플라스틱 제품(1)을 스태킹용접시스템의 이동제어장치에 투입하여 용접가공작동을 시작하게 되면 상기한 이동제어장치는 기 설정된 프로그램에 따라 접합부재(2)가 조립되어 있는 플라스틱 제품(1)을 자동으로 이동시키면서 스태킹용접장치(3)를 작동시켜서 접합부재(2)의 각 조립공(21)을 관통하여 상방으로 돌출되어 있는 각 돌기(11)들의 돌출단을 차례대로 용융시켜서 넓게 퍼진 용융결속부(12)로 변형되게 하여 상기 접합부재(2)를 플라스틱 제품(1)에 용접 결합하게 되는데, 이와 같이 상기 스태킹용접장치(3)의 용접작동에 대하여 설명한다.

도 5의 도시와 같이 스태킹용접장치(3)가 접합부재(2)의 조립공(21)을 관통하여 돌출된 돌기(11)의 상방에 위치한 상태에서 하강작동을 하게 되는데, 이때에는 스태킹용접장치(3)의 하단용접부(31) 저면에 형성된 용접홈(32)이 용접하고자 하는 돌기(11)의 상방에 정확하게 위치하고 있는 상태이고, 또한 고주파가열장치(5)의 고주파코일(51)에는 대략 2～5초 정도의 짧은 시간 동안 고주파전류가 인가되어 상기한 하단용접부(31)를 고온으로 가열하게 된다. 이때의 하단용접부(31)의 가열온도는 앞에서 설명한 바와 같이 플라스틱 제품(1)의 재질에 따라 용융작동이 용이한 온도로 가열된다.

상기 스태킹용접장치(3)는 고주파가열장치(5)에 의하여 설정된 고온으로 가열된 상태가 되면 실린더(4)가 작동하여 피스톤로드(41)를 하강(출현)시켜서 스태킹용접장치(3)의 하단용접부(31) 저면에 형성된 용접홈(32)이 돌기(11)의 돌출단을 눌러주면서 용융시키게 되며, 이와 같이 스태킹용접장치(3)가 하강작동하여 돌기(11)의 돌출단을 용융시키게 될 때에는 에어펌프(6)가 작동하여 펌핑된 공기를 펌핑호스(61)를 통해 공기안내통로(7)로 공급하게 되면 상기한 공기안내통로(7)로 공급되는 공기는 용접홈(32) 주위에 배설된 복수의 공기배출통로(72)를 통해 배출되는데, 이때 상기 스태킹용접장치(3)의 하강작동은 하단용접부(31)의 저면과 플라스틱 제품(1)의 상면과의 사이에 미세한 틈새(S)를 형성시키는 위치까지만 하강하게 된다. 따라서 상기한 스태킹용접홈(32)이 돌기(11)의 돌출단을 눌러주면서 용융시켜서 넓게 퍼진 상태로 변형되는 용융결속부(12)를 형성시키게 되며, 이와 동시에 상기한 용접홈(12)이 돌기(11)의 돌출단을 용융시켜 용융결속부(12)를 형성시키는 아주 짧은 시간(1～3초) 동안 상기 에어펌프(6)에 펌핑공급되어 복수의 공기배출통로(72)를 통해 배출되는 공기는 하단용접부(31)와 함께 용접홈(32)을 냉각시킴과 돌기(11)의 주위로 배출되어 틈새(S)를 통해 외부로 배출되는 것이다.(도 8 참조)

상기와 같이 복수의 공기배출통로(72)에서 배출되는 공기는 돌기(11)의 주위를 맴돌면서 틈새(S)를 통해 외부로 배출될 때 용접홈(32)에 의해 용융되면서 넓게 퍼진 상태로 변형되는 용융결속부(12)를 냉각시키게 되므로 상기한 용융결속부(12)는 냉각 수축작용이 나타나게 되는데, 이와 같은 냉각 수축작용에 의해 상기 용융결속부(12)의 표면이 용접홈(32)의 내면에서 이완되는 것이다.

따라서 실린더(4)의 피스톤로드(41)가 상승(몰입)작동하여 도 7의 도시와 같이 스태킹용접장치(3)를 상승시키게 되면 하단용접부(31)의 용접홈(32)이 용융결속부(12)에서 이완되는데, 이때 상기한 용융결속부(12)의 표면은 용접홈(32) 내면에 코팅 형성되어 있는 세라믹코팅층(33)에 접촉되면서 용융되는 과정에서 매끄러운 상태가 되도록 용융되므로 상기 스태킹용접장치(3)의 상승작동으로 용접홈(32)의 세라믹코팅층(33)에서 이완될 때에도 매끄러운 상태로 이완되는 것이다.

상기와 같이 스태킹용접장치(3)가 하강 및 상승작동으로 하나의 돌기(11)의 돌출단을 용융시켜서 용융결속부(12)를 형성시키는 한차례의 용접작동이 완료되면 스태킹용접시스템의 이동제어장치는 자동으로 플라스틱 제품(1)을 이동시켜서 다음의 돌기(11)가 스태킹용접장치(3)의 직하방에 위치하도록 고정시키게 되며, 이어서 상기 스태킹용접장치(3)는 앞에서 설명한 스태킹용접작동의 가공공정순서를 반복해서 작동하여 돌기(11)의 돌출단을 차례대로 용융시켜 용접하게 되는 것이다.

한편, 상기한 실시예의 스태킹용접장치(3)는 스태킹용접시스템에 복수개소에 설치되어 한차례의 스태킹용접작동으로 복수의 돌기(11)들을 동시에 용융시켜 용접할 수 있는 것이며, 또한 상기 스태킹용접장치(3)로 용접되는 플라스틱 제품(1)은 자동차의 도어트림을 비롯하여 대쉬패널 등의 제품을 플라스틱 용접하는 각종 스태킹용접시스템 장치에 적용할 수 있는 것이다.

1 : 플라스틱 제품 11 : 돌기
12 : 용융결속부 2 : 접합부재
21 : 조립공 3 : 스태킹용접장치
31 : 하단용접부 32 : 용접홈
33 : 세라믹코팅층 4 : 실리더
5 : 고주파가열장치 51 : 고주파코일
6 : 에어펌프 61 : 펌핑호스
7 : 공기안내통로 71 : 공기주입구
72 : 공기배출통로 S : 틈새

Claims

삭제
플라스틱 제품의 일면에 소정간격으로 돌출 형성되는 복수의 돌기에 접합부재의 조립공을 조립하고, 고주파 가열장치가 고정 설치되어 있는 실린더의 피스톤로드에 연결된 채 외주에 고주파 가열장치가 설치되어 있는 스태킹용접장치의 하단용접부 저면에 형성된 용접홈으로 상기한 조립공으로 돌출되는 각 돌기의 돌출단을 가열하면서 눌러주는 작동으로 상기한 용접홈 내부에서 각 돌기의 돌출단이 용융되면서 넓게 퍼진 상태로 형성되는 용융결속부로 상기 플라스틱 제품과 접합부재를 결합시키도록 구성되는 스태킹용접장치에 있어서,
상기 스태킹용접장치의 하단용접부 저면에 형성된 용접홈의 상방 및 주위에는 외부에 설치된 에어펌프의 펌핑호스로부터 공급되는 공기를 안내하는 공기안내통로와, 상기 공기안내통로에 연결되어 에어펌프에서 펌핑 공급되는 공기를 배출시키기 위한 복수의 공기배출통로가 형성되어 있되,
상기 용접홈의 내면에는 용융결속부의 표면이 매끄러운 상태로 용융되도록 하는 세라믹코팅층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라스틱 제품의 스태킹용접장치.