KR102221435B1 - 플라스틱 이종간 접합을 위한 레이저를 이용한 용착 장치 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저를 이용한 용착 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다. 본 발명의 일예와 관련된 플라스틱 용착 방법은, 불투과성의 제 1 플라스틱과 투과성의 제 2 플라스틱을 밀착시키는 제 1 단계; 상기 밀착된 제 1 플라스틱 및 제 2 플라스틱에 레이저 빔을 조사하는 제 2 단계; 상기 레이저 빔 중 적어도 일부가 상기 제 2 플라스틱을 투과하면서 제 1 흡수되고, 상기 제 1 플라스틱 및 제 2 플라스틱의 제 1 밀착영역에 나머지 빔이 제 2 흡수되는 제 3 단계; 및 상기 제 1 흡수 및 제 2 흡수를 이용하여 상기 제 1 밀착 영역이 용착되는 제 4 단계;를 포함하되, 상기 레이저 빔은 1400~3000 nm 파장대를 가질 수 있다.

Description

플라스틱 이종간 접합을 위한 레이저를 이용한 용착 장치 및 그 제어방법 {welding equipment using laser for plastic welding and method for controlling thereof}

본 발명은 레이저를 이용한 용착 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은, 1400~3000 nm 파장대를 가지는 레이저 빔을 이용하여 어닐링(annealing) 과정 없이, 불투과성의 플라스틱과 투과성의 플라스틱을 용착시키는 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 열가소성 수지로 된 두 개의 부재를 접합하는 방식으로, 접합하고자 하는 상, 하부 부재 중 어느 한 부재에 접착제를 바르거나 초음파용착 또는 진동 용착 방식을 통해 접합하는 방식이 있다.

그러나 이러한 방식은 접착제의 사용에 따라 환경오염이 발생되고, 접합부분이 매끄럽지 않으며, 또한 접합강도가 일정하지 않아 기계적 외력이 가해졌을 때 제품 내부의 손상이 발생되었으며 무엇보다 수밀성의 문제가 야기되었다.

이러한 문제점에 의거하여, 국부적으로 열을 전도함과 동시에 비접촉식으로 구현하는 레이저 용착방법이 제안되었다.

레이저 용착방법이란, 용착 대상물인 커버와 하우징을 밀착시킨 상태에서 투과성 커버와 하우징의 테두리 부분을 레이저를 이용하여 용착결합하는 것으로서, 커버를 투과한 레이저가 하우징의 표면에서 흡수되고, 흡수된 레이저가 커버와 하우징의 경계면에서 하우징을 가열하여 용융시킴으로써 하우징을 커버에 용착결합하는 방법이다.

그런데 레이저 용착이 가능하기 위하여, 상부부재와 하부부재는 동종 재질로 되어야 한다. 만약 이종 재질의 부재를 레이저를 이용하여 용착하고자 할 경우, 재질에 따른 온도특성이 달라 용착이 완전히 이루어지지 않게 되었다.

즉, 일반적인 레이저 용착방식으로는, 이종 재질로 된 자동차램프, 즉 PC 및 PMMA 재질로 된 투과성 커버와, 자동차 본체에 고정되는 것으로서 PP, PET 또는 ABS 재질로 비투과성 하우징을 상호 용착하기가 현실적으로 가능하지 않았다라는 문제점이 있었다.

또한, 상기한 레이저 용착방법에 있어서, 레이저가 커버를 투과한 후 하우징의 표면에서 흡수되기 때문에 하우징의 표면은 온도가 충분히 상승하여 용융되지만, 커버는 레이저가 투과되기 때문에 온도가 상승하지 않는다.

따라서 커버의 온도는 하우징에 비하여 상당히 낮아 큰 온도차가 발생하고, 이러한 온도차는 하우징과 커버 사이의 용착을 견고하지 않게 함과 동시에 용착품질을 균일하지 않게 한다. 따라서 자동차가 주행중에 인가되는 진동에 의하여 커버가 하우징의 표면으로부터 부분적으로 분리되는 현상이 종종 발생되었다.

이 경우 비나 눈 또는 외부 습기가 커버와 하우징의 분리된 틈새로 침투되어 자동차 램프 내에서 이슬이 맺히게 되고, 이러한 이슬은 램프의 전극에 부식을 일으켜 램프 수명이 짧아지게 하는 원인이 되었다.

이러한 큰 온도차에 따른 문제를 해소하면서, 용착품질을 균일하게 하기 위해, 어닐링(annealing) 과정을 적용할 수 있다.

어닐링 과정은 열처리를 하여 경화시킨 합금을 고온에서 장시간 가열하여 실온까지 서서히 식혀 연하게 하는 처리법으로, 상변화가 온도의 오르내림에 따라 일어나는 재료에서는 충분한 시간에 걸쳐서 서서히 냉각시킴으로써 안정된 평형상태로 하는 과정을 말한다.

그러나 이러한 어닐링 과정을 적용하게 되면, 용착 전체 과정에 있어 단락공정 부분이 발생하고, 제조비용이 현저하게 높아진다는 큰 문제점이 있다.

따라서 레이저빔을 기초로, 상부의 투명 재질을 용융시키면서 하부의 자재를 함께 용융하여 용착함으로써, annealing 공정 없이 고품질의 용착을 가능하도록 하는 기술에 대한 니즈가 높아지고 있다.

(1) 미국 특허출원번호 제12/382633호 (2) 미국 특허출원번호 제12/551837 호 (3) 일본 특허출원번호 제2016-052587호

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 레이저를 이용한 용착 장치 및 그 제어방법을 사용자에게 제공하는데 그 목적이 있다.

구체적으로 본 발명은, 1400~3000 nm 파장대를 가지는 레이저 빔을 이용하여 어닐링(annealing) 과정 없이, 불투과성의 플라스틱과 투과성의 플라스틱을 용착시키는 장치 및 방법을 사용자에게 제공하는데 그 목적이 있다.

한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일예와 관련된 플라스틱 용착 방법은, 불투과성의 제 1 플라스틱과 투과성의 제 2 플라스틱을 밀착시키는 제 1 단계; 상기 밀착된 제 1 플라스틱 및 제 2 플라스틱에 레이저 빔을 조사하는 제 2 단계; 상기 레이저 빔 중 적어도 일부가 상기 제 2 플라스틱을 투과하면서 제 1 흡수되고, 상기 제 1 플라스틱 및 제 2 플라스틱의 제 1 밀착영역에 나머지 빔이 제 2 흡수되는 제 3 단계; 및 상기 제 1 흡수 및 제 2 흡수를 이용하여 상기 제 1 밀착 영역이 용착되는 제 4 단계;를 포함하되, 상기 레이저 빔은 1400~3000 nm 파장대를 가질 수 있다.

또한, 상기 제 3 단계는, 상기 제 2 플라스틱을 투과한 레이저 빔 중 적어도 일부가 상기 제 2 플라스틱의 적어도 일부에 구비된 반사면에 반사되는 제 3-1 단계; 및 상기 반사된 레이저 빔이 상기 제 1 밀착영역과 다른 상기 제 1 플라스틱 및 제 2 플라스틱의 제 2 밀착영역으로 흡수되는 제 3-2 단계;를 더 포함하고, 상기 제 4 단계에서 상기 제 1 밀착 영역 및 제 2 밀착영역이 함께 용착될 수 있다.

또한, 상기 제 1 플라스틱 및 제 2 플라스틱 중 적어도 일부가 굴곡진 파트(part)가 존재하는 경우, 상기 제 1 단계 이전에는, 상기 굴곡진 파트에 대한 제 1 정보를 수집하는 제 0.5 단계;를 더 포함하고, 상기 제 2 단계에서, 상기 레이저 빔은 상기 제 1 정보에 따라 상기 조사되는 레이저 빔의 초점거리, 출력값, 속도 및 상기 제 1 플라스틱 및 제 2 플라스틱과의 이격거리 중 적어도 하나를 조정하며, 상기 제 1 정보는 상기 굴곡진 파트에 대한 길이, 높이변화 및 형상 정보를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제 1 단계에서, 상기 제 1 플라스틱의 적어도 일부에 형성된 제 1 접촉면과 상기 제 2 플라스틱의 적어도 일부에 상기 제 1 접촉면의 각도에 대응하여 구비된 제 2 수직면이 서로 접촉됨으로써, 상기 제 1 플라스틱과 제 2 플라스틱이 밀착될 수 있다.

또한, 상기 제 4 단계에서, 상기 제 1 플라스틱 및 제 2 플라스틱의 적어도 일부에, 상기 레이저 빔이 유입되는 임계각을 초과하는 각도를 갖는 단차로 형성된 중간면이 형성됨으로써, 상기 제 1 밀착영역 이외의 다른 영역으로는 상기 레이저 빔이 유입되는 것이 방지될 수 있다.

또한, 상기 제 1 단계 및 제 2 단계 사이에는, 상기 밀착된 제 1 플라스틱과 제 2 플라스틱을 지그(jig)를 이용하여 추가 밀착시키는 제 1.5 단계;를 더 포함하고, 상기 지그는 투명일 수 있다/

또한, 상기 제 2 단계에서, 상기 제 1 밀착 영역 중 상기 레이저 빔의 입사각이 미리 설정된 수치 이하이거나 입사되는 에너지 밀도가 높아지는 영역에서는 상기 레이저 빔의 출력을 높일 수 있다.

또한, 상기 제 1 단계에서, 상기 제 1 플라스틱의 적어도 일부에 형성된 돌기부와 상기 제 2 플라스틱의 적어도 일부에 상기 돌기부가 삽입되는 모양으로 형성된 안착부가 상호 결합함으로써, 지그(jig) 없이 상기 제 1 플라스틱과 제 2 플라스틱이 밀착될 수 있다.

또한, 상기 레이저 빔은, 1670nm 또는 1940 nm 의 파장을 갖고, 출력은 20~50 W 범위이며, 반지름은 20 ~ 40 ㎜이고, 초점크기는 1.0~3.0㎜이며, 용착을 위한 이동 속도는 10~40㎜/sec이고, 가압되는 무게는 20~30 ㎏f이며, 상기 제 2 플라스틱을 투과하는 빔 통과두께는 1~20 ㎜이고, 상기 밀착영역에 투과되는 원 둘레는 200~900㎜일 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 레이저를 이용한 용착 장치 및 그 제어방법을 사용자에게 제공할 수 있다.

구체적으로 본 발명은, 1400~3000 nm 파장대를 가지는 레이저 빔을 이용하여 어닐링(annealing) 과정 없이, 불투과성의 플라스틱과 투과성의 플라스틱을 용착시키는 장치 및 방법을 사용자에게 제공할 수 있다.

본 발명에 따르면, 어닐링 과정의 적용을 생략함으로써, 용착 전체 과정에 있어 단락공정 부분을 없애고, 제조비용을 현저하게 낮출 수 있다는 효과가 있다.

본 발명에 따른 레이저 용착은 저비용 고효율로 플라스틱 접합이 가능하고, 비접촉식 용착 방법으로써 진동, 충격, 열에 의한 제품의 외관 변형이 없으며, 버(Burr) 또는 보푸라기(Fluff)가 발생하지 않아 접합 품질이 뛰어나고, 2D, 3D 형상의 제품에도 적용 가능하여 크기나 형상에 구애 받지 않으며, 자동화가 용이하고, 시스템의 안정성을 제공할 수 있다.

한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시례를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 플라스틱의 용착에 이용될 수 있는 접착제 이용 용착 방식, 진동 이용 용착 방식 및 초음파 이용 용착 방식의 일례를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명과 관련하여, 레이저 용착 공정 모식도의 일례를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명과 관련하여, 레이저를 이용한 용착 방법을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명이 제안하는 레이저를 이용한 용착 장치의 블록구성도의 일례를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명과 관련하여, 투과성 커버를 예열시키기 위한 파장대의 레이저빔과 투과성 커버와 비투과성 하우징 사이의 용착경계면을 융용시키는 다른 파장대의 레이저빔을 사용하는 일례를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명과 관련하여, 적외선 파장대를 가지는 레이저빔을 투과성 커버의 가장자리를 통하여, 밀착된 하우징의 밀착영역 측으로 조사함으로써, 투과성 커버의 투과영역을 예열시키고, 밀착영역을 용융시키는 일례를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명과 관련하여, 자동차 램프에 대한 레이저 용착에 있어 바람직한 조건 값들을 정리한 표를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명과 관련하여, 반사면을 내부에 두어 원하는 영역의 용착을 수행하는 일례를 도시한 것이다.
도 9는 본 발명과 관련하여, 하나의 레이저 소스를 기초로, 굴곡진 객체의 기준점으로부터의 높이 정보를 이용하여 초점거리, 출력값 등을 조절하는 일례를 도시한 것이다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명과 관련하여, 불투명 플라스틱에 접촉하는 투명 플라스틱 하면을 지그에 수직하는 각도를 갖도록 용착면을 형성하는 일례를 도시한 것이다.
도 11은 본 발명과 관련하여, 용착면과 투과부 사이에 중간면을 형성하고, 레이저에 대해 임계각을 초과하는 각도가 되도록 형성하여, 내부로의 레이저 유입을 방지하는 일례를 도시한 것이다.
도 12는 본 발명과 관련하여, 누르는 지그를 투명으로 적용하고, 레이저가 지그를 통과하여 도달하도록 함으로써, 밀착 정도를 높이는 일례를 도시한 것이다.
도 13은 본 발명과 관련하여, 하우징에서 돌출된 용착기부가 용착되는 수지커버에 형성된 안착부에 삽입 결함됨으로써, 별도의 지그없이 밀착된 상태를 유지하는 일례를 도시한 것이다.
도 14a 내지 도 14d는 본 발명과 관련된 레이저 용착 시장을 설명하기 위한 그래프를 도시한 것이다.

플라스틱의 용착에 이용되는 종래의 기술

도 1은 플라스틱의 용착에 이용될 수 있는 접착제 이용 용착 방식, 진동 이용 용착 방식 및 초음파 이용 용착 방식의 일례를 도시한 것이다.

도 1의 (a)에 도시된 접착제 방식은, 접합된 이음새의 부품들을 연결할 제 3의 소재인 접착제가 필요하다.

접착제 방식은, 소재에 영구적으로　결합시키는　매우 효율적인 결합 방법으로, 가시광선/자외선 경화 접착제가 많이 쓰이고 있다.

도 1의 (b)에 도시된 진동 용착 방식은, 주파수와 진폭에 의해 좌우 진동마찰, 가압하면서 플라스틱 용융을 확산하는 방식이다.

진동 용착 방식은. 내압 및 고강도를 요하는 플라스틱 제품에 주로 사용되고, 결정성 수지의 용착 및 엔지니어링 플라스틱을 주로 사용하고 있다.

또한, 도 1의 (c)에 도시된 초음파 용착 방식은, 마찰 및 진동 에너지의 열 변환을 기반으로 한다.

초음파 용착 방식은, 고주파수 진동이 압력과 함께 접합될 부품으로 전달한다.

초음파 용착 방식은 마찰열로 인한 미세 용융은 진동 경계면에서 발생하게 된다.

그러나 이러한 접착제 이용 용착 방식, 진동 이용 용착 방식 및 초음파 이용 용착 방식은, 환경오염을 발생시키고, 접합부분이 매끄럽지 않으며, 강도가 일정하지 않고, 수밀성과 관련된 문제 등이 빈번하게 발생되고 있다.

따라서 본 명세서에서는, 국부적으로 열을 전도함과 동시에 비접촉식으로 구현하는 레이저 용착방식을 제안 및 적용한다.

레이저 용착 기술

용착(Welding)은 서로 분리된 재료를 열, 압력 또는 열과 압력을 동시에 가해서 접합하는 기술을 의미하며, 각종 전자부품에서 대형 항공기, 유조선, 발전시설 등에 이르기까지 1차 가공 상태의 재료로부터 높은 부가가치를 창출하는 제품의 제조, 수리, 보수에까지 필수적으로 요구된다.

특히, 레이저에서 발생하는 빛을 이용한 레이저 용착은 렌즈를 통해 집중시킨 열 에너지를 이용한 용착 방법으로, 레이저 발생장치의 고출력화, 고품질화, 고효율화, 고휘도화 등에 힘입어 고장력강, 알루미늄합금, 스테인리스강, 플라스틱 등 여러 종류의 재료를 용착하는데 적용되고 있다.

도 2는 본 발명과 관련하여, 레이저 용착 공정 모식도의 일례를 도시한 것이다.

도 2를 참조하면, 레이저 투과용 소재와 흡수용 소재(투과체/흡수체)를 공압(Clamping force)하에 고정시킨 뒤, ① 레이저가 조사되고 레이저 빔이 레이저 투과체를 통과하고, ② 흡수체에 도달하고 흡수되어 열에너지로 전환되며, ③ 전환된 열에너지는 흡수체를 용융시키고 열을 전달에 의해 투과체와의 용융풀을 형성하여 최종적으로 접합이 이루어지는 과정을 거치게 된다.

또한, 도 3은 본 발명과 관련하여, 레이저를 이용한 용착 방법을 설명하는 도면이다.

도 3을 참조하면, 레이저의 출력 방향 및 초점의 조정은, 가공 정밀도를 높이기 위해 중요한 요소가 된다.

즉, 레이저 출력되면, 빔 익스팬더(beam expander)로 확장되고, 확장된 레이저가 반사 거울 통해 방향이 조절되며, 초점 렌즈를 통해서 집중되어 피가공물에 조사된다.

이러한, 레이저를 이용한 용착은 상호 용접되는 상부부재와 하부부재를 밀착한 후, 밀착된 부재의 테두리 부분을 레이저를 이용하여 용착하게 되는데, 이때, 상부부재는 레이저광이 투과되는 재질이고, 하부부재는 레이저광이 흡수되어 발열되는 재질일 수 있다.

이때, 레이저광은 상부부재를 통과한 후 하부부재에 흡수되면서 가열되고, 발생된 열이 상부부재로 전달되면서 상호 열용착 되어 용접된다.

레이저 용착 영향 인자로서, 레이저 용착을 컨트롤하기 위해서는 소재적 측면인 투과도, 재료의 상용성, 두께 등을 고려하고, 용착 공정 측면에서 레이저 출력, 조사 속도(Feedrate), 클램핑 압력 및 전용 지그유무, 레이저 파장, 빔 직경, 제품의 디자인 형상 등이 고려될 수 있다.

용착 공정 측면과 관련하여, 레이저 빔의 직경 및 파장, 출력, 조사 속도 및 횟수는 제품의 용착 품질에 큰 영향을 미치기 때문에 사용되는 레이저를 확인할 필요가 있으며, 용착부의 크기와 두께에 따라 위의 변수는 결정된다.

또한, 흡수체의 발열에 의해 외관에 변형 및 Burning이 없게 최적화하는 작업(DOE: Design Of Energy) 작업은 필수적이고, 또한 사용되는 Clamp, 즉 Jig의 압력도 마찬가지로 중요하다.

플라스틱 소재를 레이저로 용착하는 기술과 관련하여, 플라스틱 접합은 실제 제품으로 양산하기 위해 다양한 요건을 필요로 한다.

대량 공업 생산에서 효율적으로 제작이 가능하여야 하며 비용 측면에서도 기존의 Bolting 공정에서보다 단순화가 필요하며, 이러한 접합 기술의 종류로는 레이저 용착을 비롯하여 회전 용착, 진동 용착, 초음파/고음파 용착 등이 있고, 레이저 용착은 일반적으로 플라스틱 용착 시 발생하는 어려움을 해결할 수 있는 최적의 방안으로 제시되고 있다.

플라스틱 수지를 레이저로 용착하는 기술은 레이저 빔의 에너지가 한 부품의 플라스틱 수지를 투과하고 다른 부품이 수지에 흡수되는 성질을 이용한 것이며, 흡수된 레이저 에너지는 열 에너지로 변환되며 두 부품에 적당한 힘을 가해주면 서로 용착되는 원리로 적용된다.

주 적용 분야로는, 자동차 램프 하우징, 체외(유리관 내) 진단 기구의 플라스틱 수지 용착, 미세유체 기기 등 초소형 튜브 접합을 들 수 있다.

레이저 용착은 저비용 고효율을 효과로 플라스틱 접합에 있어 이슈가 되고 있는데, 비접촉식 용착 방법으로써 진동, 충격, 열에 의한 제품의 외관 변형이 없고, 버(Burr) 또는 보푸라기(Fluff)가 발생하지 않아 접합 품질이 뛰어나다는 장점이 있다.

또한, 플라스틱 소재에 대한 레이저 용착은 2D, 3D 형상의 제품에도 적용 가능하여 크기나 형상에 구애받지 않고, 자동화가 용이하며, 시스템의 안정성이 뛰어날 수 있다.

레이저를 이용한 용착 장치

이하에서는 본 발명이 제안하는 레이저를 이용한 용착 장치의 구체적인 구성에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

도 4는 본 발명이 제안하는 레이저를 이용한 용착 장치의 블록구성도의 일례를 도시한 것이다.

도 4를 참조하면, 본 발명이 제안하는 레이저를 이용한 용착 장치(1)는 레이저 방출부(10), 확장부(20), 미러부(30), 렌즈부(40), 모터부(50), 제어부(60), 압착부(80), 전원공급부(91), 통신부(92), 사용자 입력부(93), 메모리(94), 인터페이스부(95) 등을 포함할 수 있다.

먼저, 레이저 방출부(10)는 레이저를 방출하는 기능을 제공한다.

레이저 방출부(10)는 예시적으로 수평축으로 설치되어 레이저를 방출할 수 있으며, 이와는 달리 수직축으로 설치될 수도 있다.

다음으로, 확장부(20)는 레이저 방출부(10)에서 출력된 레이저의 직경을 확장하는 기능을 제공하고, 미러부(30)는 확장부(20)에서 확장된 레이저의 방향을 조절하여 정렬도를 조정하는 기능을 제공한다.

레이저 방출부(10)에서 수평 방향으로 방출된 레이저는 미러부(30)에 의해 수직 방향으로 방향 전환되어 확장부(20)를 통과하게 된다.

이때, 확장부(20)에 의해 레이저의 직경이 확장되는 비율에 따라 피가공물에 조사되는 레이저의 단면적이 변화하게 된다.

확장부(20)는 렌즈와 프리즘 및 확대된 레이저를 평행 광선속으로 만들어주는 콜리메이터(collimator)를 포함하여 이루어질 수 있다.

한편, 레이저를 이용한 용착 장치(1)는 레이저 방출부(10)에서 방출되는 레이저의 방향 전환이 필요한 위치에 다수의 미러부(30)를 배치할 수 있는데, 미러부(30)에 의해서 방향 전환되는 레이저는 결국 처음 레이저 방출부(10)에서 방출되는 레이저 축과 평행한 상태가 될 수 있다.

미러부(30)는 레이저가 피가공물에 수직 방향으로 조사될 수 있도록 레이저를 방향 전환 시키기 위해 설치될 수 있다.

또한, 렌즈부(40)는 레이저 방출부(10)를 통해 유입된 레이저를 집광하여 초점을 형성하는 기능을 제공한다.

렌즈부(40)는 확장된 레이저를 다시 집광하여 초점을 형성하는데, 미러부(30)의 하방에 설치될 수 있다.

렌즈부(00)는 렌즈의 위치를 상방 또는 하방으로 조정하여 초점을 조정하게 되는데, 이를 위해 모터부(50) 등을 이용할 수 있다.

또한, 모터부(50)는 미러부(30)와 렌즈부(40)의 위치를 변경하는데 이용된다.

또한, 제어부(60)는 레이저 방출부(10), 확장부(20), 미러부(30), 렌즈부(40), 모터부(50), 압착부(80), 전원공급부(91), 통신부(92), 사용자 입력부(93), 메모리(94), 인터페이스부(95) 등의 전반적인 동작을 제어한다.

여기에 설명되는 제어부(60)는 예를 들어, 소프트웨어, 하드웨어 또는 이들의 조합된 것을 이용하여 컴퓨터 또는 이와 유사한 장치로 읽을 수 있는 기록매체 내에서 구현될 수 있다.

하드웨어적인 구현에 의하면, 여기에 설명되는 실시예는 ASICs(Application Specific Integrated Circuits), DSPs (digital signal processors), DSPDs (digital signal processing devices), PLDs (programmable logic devices), FPGAs (field programmable gate arrays, 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적인 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.

소프트웨어적인 구현에 의하면, 제어부(60)는 별도의 소프트웨어 모듈들로 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 모듈들 각각은 본 명세서에서 설명되는 하나 이상의 기능 및 작동을 수행할 수 있다. 적절한 프로그램 언어로 쓰여진 소프트웨어 어플리케이션으로 소프트웨어 코드가 구현될 수 있다.

또한, 압착부(80)는 지그(jig)라고도 호칭하고, 각종 부품을 가공할 때 사용하는 일종의 보조구로서, 복수의 객체를 용접하고자 하는 경우, 상기 복수의 객체들을 강제적으로 고정하는 기구를 말한다.

지그(80)는 공작물을 부착 또는 공작물에 부착되어 가공부분의 위치를 정하고 동시에 가공을 안내하는 특수공구를 말하며, 최근에는 가공방법의 진보와 생산방법의 합리화에 의해 많은 지그 및 부착구를 사용하게 되었으며, 지그 안에 부착구를 포함하고 있다.

또한, 전원공급부(91)는 제어부(60)의 제어에 의해 외부의 전원, 내부의 전원을 인가 받아 각 구성요소들의 동작에 필요한 전원을 공급한다.

또한, 통신부(92)는 레이저를 이용한 용착 장치(1)와 무선 통신 시스템 사이 또는 기기와 기기가 위치한 네트워크 사이의 무선 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다.

통신부(92)는 근거리 통신 또는 무선 통신을 통해 통신할 수 있다.

상기 근거리 통신은 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), UWB(Ultra-Wideband), ZigBee 기술 중 적어도 하나를 이용할 수 있다.

또한, 무선 통신은 CDMA(code division multiple access), FDMA(frequency division multiple access), TDMA(time division multiple access), OFDMA(orthogonal frequency division multiple access), SC-FDMA(single carrier frequency division multiple access) 기술 중 적어도 하나를 이용할 수 있다.

또한, 사용자 입력부(93)는 사용자가 레이저를 이용한 용착 장치(1)의 동작 제어를 위한 입력 데이터를 발생시킨다.

여기서 사용자 입력부(130)는 키 패드(key pad) 돔 스위치 (dome switch), 터치 패드(정압/정전), 조그 휠, 조그 스위치 등으로 구성될 수 있다.

또한, 메모리(94)는 제어부(60)의 처리 및 제어를 위한 프로그램이 저장될 수도 있고, 입/출력되는 데이터들(예를 들어, 메시지, 오디오, 정지영상, 동영상 등)의 임시 저장을 위한 기능을 수행할 수도 있다.

상기 메모리부(94)에는 상기 데이터들 각각에 대한 사용 빈도도 함께 저장될 수 있다.

메모리(94)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.

또한, 인터페이스부(95)는 레이저를 이용한 용착 장치(1)에 연결되는 모든 외부기기와의 통로 역할을 한다.

인터페이스부(95)는 외부 기기로부터 데이터를 전송받거나, 전원을 공급받아 레이저를 이용한 용착 장치(1) 내부의 각 구성 요소에 전달하거나, 레이저를 이용한 용착 장치(1) 내부의 데이터가 외부 기기로 전송되도록 한다.

예를 들어, 유/무선 헤드셋 포트, 외부 충전기 포트, 유/무선 데이터 포트, 메모리 카드(memory card) 포트, 식별 모듈이 구비된 장치를 연결하는 포트, 오디오 I/O(Input/Output) 포트, 비디오 I/O(Input/Output) 포트, 이어폰 포트 등이 인터페이스부(170)에 포함될 수 있다.

식별 모듈은 레이저를 이용한 용착 장치(1)의 사용 권한을 인증하기 위한 각종 정보를 저장한 칩으로서, 사용자 인증 모듈(User Identify Module, UIM), 가입자 인증 모듈(Subscriber Identify Module, SIM), 범용 사용자 인증 모듈(Universal Subscriber Identity Module, USIM) 등을 포함할 수 있다.

식별 모듈이 구비된 장치(이하 '식별 장치')는, 스마트 카드(smart card) 형식으로 제작될 수 있다. 따라서 식별 장치는 레이저를 이용한 용착 장치(1)과 연결될 수 있다.

상기 인터페이스부(95)는 레이저를 이용한 용착 장치(1)가 외부 크래들(cradle)과 연결될 때 상기 크래들로부터의 전원이 상기 레이저를 이용한 용착 장치(1)에 공급되는 통로가 되거나, 사용자에 의해 상기 크래들에서 입력되는 각종 명령 신호가 상기 이동기기로 전달되는 통로가 될 수 있다. 상기 크래들로부터 입력되는 각종 명령 신호 또는 상기 전원은 상기 이동기기가 상기 크래들에 정확히 장착되었음을 인지하기 위한 신호로 동작될 수도 있다.

전술한 레이저를 이용한 용착 장치(1)를 기초로 한 레이저 용착방법은, 용착 대상물인 커버와 하우징을 밀착시킨 상태에서 투과성 커버와 하우징의 테두리 부분을 레이저를 이용하여 용착결합하는 것으로서, 커버를 투과한 레이저가 하우징의 표면에서 흡수되고, 흡수된 레이저가 커버와 하우징의 경계면에서 하우징을 가열하여 용융시킴으로써 하우징을 커버에 용착결합하는 방법이다.

한편, 레이저 용착이 가능하기 위하여, 상부부재와 하부부재는 동종 재질로 되어야 한다. 만약 이종 재질의 부재를 레이저를 이용하여 용착하고자 할 경우, 재질에 따른 온도특성이 달라 용착이 완전히 이루어지지 않게 된다는 문제점이 존재한다.

즉, 일반적인 레이저 용착방식으로는, 이종 재질로 된 자동차램프, 즉 PC 및 PMMA 재질로 된 투과성 커버와, 자동차 본체에 고정되는 것으로서 PP, PET 또는 ABS 재질로 비투과성 하우징을 상호 용착하기가 현실적으로 가능하지 않았다라는 문제점이 있었다.

또한, 상기한 레이저 용착방법에 있어서, 레이저가 커버를 투과한 후 하우징의 표면에서 흡수되기 때문에 하우징의 표면은 온도가 충분히 상승하여 용융되지만, 커버는 레이저가 투과되기 때문에 온도가 상승하지 않는다.

따라서 커버의 온도는 하우징에 비하여 상당히 낮아 큰 온도차가 발생하고, 이러한 온도차는 하우징과 커버 사이의 용착을 견고하지 않게 함과 동시에 용착품질을 균일하지 않게 한다. 따라서 자동차가 주행중에 인가되는 진동에 의하여 커버가 하우징의 표면으로부터 부분적으로 분리되는 현상이 종종 발생되었다.

이 경우 비나 눈 또는 외부 습기가 커버와 하우징의 분리된 틈새로 침투되어 자동차 램프 내에서 이슬이 맺히게 되고, 이러한 이슬은 램프의 전극에 부식을 일으켜 램프 수명이 짧아지게 하는 원인이 되었다.

이러한 큰 온도차에 따른 문제를 해소하면서, 용착품질을 균일하게 하기 위해, 어닐링(annealing) 과정을 적용할 수 있다.

어닐링 과정은 열처리를 하여 경화시킨 합금을 고온에서 장시간 가열하여 실온까지 서서히 식혀 연하게 하는 처리법으로, 상변화가 온도의 오르내림에 따라 일어나는 재료에서는 충분한 시간에 걸쳐서 서서히 냉각시킴으로써 안정된 평형상태로 하는 과정을 말한다.

그러나 이러한 어닐링 과정을 적용하게 되면, 용착 전체 과정에 있어 단락공정 부분이 발생하고, 제조비용이 현저하게 높아진다는 큰 문제점이 있다.

따라서 본 명세서에서는 레이저빔을 기초로, 상부의 투명 재질을 용융시키면서 하부의 자재를 함께 용융하여 용착함으로써, annealing 공정 없이 고품질의 용착을 가능하도록 하는 기술을 제안하고자 한다.

이중 레이저 빔을 이용하는 방법

전술한 문제점을 해소하기 위해, 본 명세서에서는 첫 번째 실시예로서, 투과성 커버를 예열시키기 위한 파장대의 레이저빔과 투과성 커버와 비투과성 하우징 사이의 용착경계면을 융용시키는 다른 파장대의 레이저빔을 사용하는 방법을 제안한다.

도 5는 본 발명과 관련하여, 투과성 커버를 예열시키기 위한 파장대의 레이저빔과 투과성 커버와 비투과성 하우징 사이의 용착경계면을 융용시키는 다른 파장대의 레이저빔을 사용하는 일례를 도시한 것이다.

도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 레이저 용착방법은, 이종 재질인 자동차램프의 투과성 커버(200)와 그 투과성 커버(200)에 결합되는 비투과성 하우징(100)을 밀착하는 단계로 시작된다.

이후, 투과성 커버(200)의 투과예열영역(210)을 예열시키기 위한 제2파장의 제2레이저빔(12)과, 투과예열영역(210)과 중첩되는 것으로서 투과성 커버(200)와 비투과성 하우징 사이의 용착경계면(70)을 용착하기 위하여 제2파장보다 짧은 제1파장의 제1레이저빔(11)을 용착경계면(70)으로 조사하게 된다.

이때, 용착경계면(70)으로 조사되는 제1레이저빔(11)의 온도를 검지하여 대응되는 온도신호를 발생하고, 온도신호는 실시간으로 제어부(60)로 전송되어 제1레이저빔(11)의 출력을 제어하는데 사용된다.

여기서 투과성 커버(200)는 광원에서 조사되는 광이 투과되며 주로PC(PolyCarbonate) 또는 PMMA(Poly Methyl Methacrylate) 재질로 되어 있다.

또한 비투과성 하우징(100)은 일반적으로 PP(PolyPropylene), PET(Polyethylene Terephthalate) 또는 ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene copolymer) 재질로 된다.

또한, 제2레이저빔(12)은 투과되는 투과예열영역(210)을 예열하기 위한 것으로, 이를 위하여 제2레이저빔(12)의 제1파장은 1600~2000nm 범위, 바람직하게는 1670~1960nm 범위가 될 수 있다.

이러한 제2파장의 제2레이저빔(12)은 열가소성 수지로 된 투명한 PC 또는 PMMA 재질인 투과성 커버(200)를 투과하는 도중에 약 50~70% 가 흡수되어 투과예열영역(210)을 예열시키는 특성을 가진다.

또한, 제1레이저빔(11)은 투과성 커버(200)를 투과한 후 용착경계면(70)을 융용시키기 위한 것이며, 용착경계면(70)은 예열된 투과예열영역(210)에 중첩되어 있다.

이를 위하여 제1레이저빔(11)의 제2파장은 750~1000nm 범위, 바람직하게는 808~980nm 범위이다.

이러한 제1파장의 제1레이저빔(11)은 PC 또는 PMMA 재질의 투과성 커버(200)에 흡수되지 않고 거의 대부분 투과하며, 비투과성 하우징(100)의 용착경계면(70)에서 대부분 흡수되는 특성을 가지고, 이에 따라 용착경계면(70)은 융용되는 것이다.

즉, 제2레이저빔(12)은 용착경계면(70)과 중첩되는 투과예열영역(210)을 예열시킴으로서, 제1레이저빔(11)이 용착경계면(13)을 융용시킬 때 이종 재질인 제1투과성 커버(200)와 비투과성 하우징(100) 사이의 온도특성의 차이를 최대한 줄이는 것이다.

또한 제1레이저빔(11)의 출력은 20~40W 이고 바람직하게는 30W 이고, 제2레이저빔(12)은 출력은 20~50 W이며, 바람직하게는 40W 이 될 수 있다.

여기서, 제2레이저빔(12)의 출력은 제1레이저빔(11)의 출력보다 클 수 있는데, 이것은 제2레이저빔(12)이 제1레이저빔(11) 보다 큰 영역을 예열시켜야 하기 때문이다.

또한, 제1레이저빔(11)과 제2레이저빔(12)은 상호 중첩되게 조사될 수 있다.

적외선 파장대의 단일 레이저 빔을 이용하는 방법

또한, 전술한 문제점을 해소하기 위해, 본 명세서에서는 두 번째 실시예로서, 적외선 파장대를 가지는 레이저빔을 투과성 커버의 가장자리를 통하여, 밀착된 하우징의 밀착영역 측으로 조사함으로써, 투과성 커버의 투과영역을 예열시키고, 밀착영역을 용융시키는 방법을 제안한다.

도 6은 본 발명과 관련하여, 적외선 파장대를 가지는 레이저빔을 투과성 커버의 가장자리를 통하여, 밀착된 하우징의 밀착영역 측으로 조사함으로써, 투과성 커버의 투과영역을 예열시키고, 밀착영역을 용융시키는 일례를 도시한 것이다.

도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 레이저를 이용한 용착방법은, 하우징(100)에 투과성 커버(200)를 밀착하고, 투과성 커버(200)를 투과하는 투과영역(220)에서 일부 흡수되고, 투과성 커버(200)와 하우징(100) 사이의 밀착영역(70)에 나머지가 흡수될 수 있도록 1400~3000 nm 파장대를 가지는 레이저빔을 조사하여 밀착영역(70)에서 용착을 진행하게 된다.

여기서, 하우징(100)은 자동차본체 등에 고정될 수 있고, 내부에 램프가 내장될 수 있으며, 광의 반사를 위한 미러코팅이 이루어 질 수 있다.

이러한 하우징(100)은 불투명 재질의 열가소성 수지로서, PP(PolyPropylene), PET(Polyethylene Tere70thalate), A13S(Acrylonitrile 13utadiene Styrene copolymer), PMMA(Poly Methyl Methacrylate),

COC(Cyclic Olefin Copolymer)로 구성된 군들 중에서 선택된 어느 하나의 재질이 될 수 있다.

한편, 투과성 커버(200)는 하우징(100)의 입구에 용착되어 외부의 물이나 습기가 하우징(100)의 내측으로 유입되지 않도록 차단할 수 있다.

이러한 투과성 커버(200)는 하우징(100)의 램프에서 조사되는 광이 손실없이 투과되도록 투명재질의 열 가소성 수지로서, PC(PolyCar13onate), PMMA, COC로 구성된 군들 중에서 선택된 어느 하나의 재질이 될 수 있다.

하우징(100)에 투과성 커버(200)를 밀착시키는 단계와 관련하여, 투과성 커버(200)의 가장자리가 하우징(100)에 완전히 밀착될 수 있도록, 투과성 커버(200)는 지그(80)에 의하여 하우징(100) 측으로 가압될 수 있다.

레이저빔(13)을 투과성 커버(200)를 통하여 하우징(100)과 투과성 커버(200)가 밀착되는 밀착영역(70)으로 조사하여 용착을 진행하는 단계와 관련하여, 투과성 커버(200)로 조사되는 레이저빔(13)이 그 투과성 커버(200)의 투과영역(220)에서 일부 흡수되게 하고, 투과성 커버(200)가 밀착되는 하우징(100)의 표면, 즉 투과성 커버(200)와 하우징(100) 사이의 밀착영역(70)에서 나머지가 흡수되게 함으로써, 하우징(100)과 투과성 커버(200) 사이의 밀착영역을 용착 결합시키는 것이다.

이를 위하여 레이저빔(13)은 1400~3000 nm 파장대를 가지며, 더욱 바람직하게는 1670 nm 또는 1940 nm 의 파장을 가진다.

열가소성 수지에 대한 레이저빔(13)의 투과도(T)와 파장(λ)의 관계는 파장이 길어질 때, 투과도가 작아진다.

이때 투과도가 작다라는 의미는 레이저빔(13)을 흡수하기 위한 흡수도가 커진다라는 것을 의미하고, 이에 따라 레이저빔이 투과되는 투과영역(220)의 온도가 올라감을 의미하는 것이다.

여기서 레이저빔(13)의 파장이 1670 nm 또는 1940 nm 의 파장일 경우, 투과영역(220)의 흡수도는 투과성 커버(12)의 표면측에서 밀착영역(70)에 근접할수록 지수함수적으로 커진다.

이에 따라 밀착영역(70)에 근접된 투광영역에서 발생되는 온도와 밀착영역(70)에서 발생되는 온도는 상대적으로 연속적 관계를 이루게 되고, 따라서 하우징(100)과 투과성 커버(200)의 재질이 이종 재질이라 하더라도 밀착영역(70)에서의 용융에 의한 투과성 커버(200)와 하우징(100) 사이의 용착 결합 품질이 극대화된다.

또한, 투과성 커버(200) 표면측의 투과영역에서부터 레이저빔을 흡수하여 온도가 서서히 올라가므로, 투과성 커버(200) 표면 측의 온도와, 투과성 커버(200) 외측의 외기환경 온도 역시 상대적으로 연속적 관계를 이룬다.

따라서 용착 과정에서 투과성 커버(200)의 표면과 외기환경 온도차에 의하여 투과성 커버(200) 표면이 변형되는 것을 방지할 수 있고, 이에 따라 투과성 커버(200)가 온도에 민감한 소재라 하더라도 고품질의 용착이 가능하다.

이와 같이, 레이저빔(13)은 투과성 커버(200)를 투과하는 과정에서 일부가 흡수되면서 투과영역(70)을 예열시키고, 이후 밀착영역(70)에서 나머지가 흡수되면서 밀착영역(70)을 융융시킨다.

이때, 투과영역(70)은 레이저빔을 흡수하여 예열되기 때문에 온도가 상승하고, 이에 따라 투과영역(220)과 밀착영역(70) 사이의 온도차는 작아지게 되며, 따라서 용융되는 하우징(100)의 표면은 투과성 커버(200)에 견고하게 용착 결합되어 용착 품질이 향상된다.

본 발명에서는 대표적으로 튤륨(thulium)을 이용한 레이저가 적용될 수 있다.

전술한 것과 같이, 1400~3000 nm의 적외선 파장대, 더욱 바람직하게는 1670 nm 또는 1940 nm 의 파장을 가지는 레이저를 이용한다.

이러한 범위의 레이저를 이용하는 경우에만 레이저빔(13)은 투과성 커버(200)를 투과하는 과정에서 일부가 흡수되면서 투과영역(70)을 예열시키고, 이후 밀착영역(70)에서 나머지가 흡수되면서 밀착영역(70)을 융융시킬 수 있게 된다.

본 명세서에서 제안하는 방법에 따르면, 투과영역(70)은 레이저빔을 흡수하여 예열되기 때문에 온도가 상승하고, 이에 따라 투과영역(220)과 밀착영역(70) 사이의 온도차는 작아지게 되며, 따라서 용융되는 하우징(100)의 표면은 투과성 커버(200)에 견고하게 용착 결합되어 용착 품질이 향상되므로, 결국 종래의 어닐링 과정을 생략할 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 어닐링 과정의 적용을 생략함으로써, 용착 전체 과정에 있어 단락공정 부분을 없애고, 제조비용을 현저하게 낮출 수 있다.

레이저 용착 조건

또한, 두 번째 실시예로서 제안한 적외선 파장대를 가지는 레이저빔을 투과성 커버의 가장자리를 통하여, 밀착된 하우징의 밀착영역 측으로 조사함으로써, 투과성 커버의 투과영역을 예열시키고, 밀착영역을 용융시키는 방법을 자동차 램프에 적용시켰을 때의 바람직한 조건에 대해 설명한다.

레이저빔의 출력은 20~50 W 이고 바람직하게는 40W 인 것이 바람직하다.

만약 레이저빔의 출력이 20W 이내일 경우, 레이저빔이 투과성 커버(200)의 투과영역(220)을 통과하는 동안에 출력이 현저히 약해져 밀착영역(70)을 용융시킬 수 없게 되어 융착이 잘 이루어지지 않는다.

그리고 레이저빔(13)의 출력이 50W 이상일 경우, 투과성 커버(200)의 투과영역(220)이 용융되면서 불투명 상태가 되고, 이 경우 레이저빔을 더욱 많이 흡수하면서 투과영역(220) 에서 연소가 일어나거나 융착 신뢰도가 떨어지게 된다.

도 7은 본 발명과 관련하여, 자동차 램프에 대한 레이저 용착에 있어 바람직한 조건 값들을 정리한 표를 도시한 것이다.

가장 바람직한 조건으로서 도 7을 참조하면, 레이저 초점크기는 Φ 2.2㎜이고, 레이저 세기는 25W이며, 용접속도는 29.5 ㎜/sec일 때 최상의 효과를 거둘 수 있었다.

나아가 지그(80)를 통한 가압무게는 25 ± 5 ㎏f이고, 레이저의 빔 통과두께는 7 ㎜이며, 투과되는 레이저의 원 둘레는 619.8 ㎜이고, 반지름은 32.9 ㎜일 때, 최상의 용착 효과를 얻을 수 있었다.

반사면 구조를 이용하는 용착

또한, 전술한 문제점을 해소하기 위해, 본 명세서에서는 세 번째 실시예로서, 반사면을 내부에 두어 원하는 영역의 용착을 수행하는 방법을 제안한다.

도 8은 본 발명과 관련하여, 반사면을 내부에 두어 원하는 영역의 용착을 수행하는 일례를 도시한 것이다.

도 8을 참조하면, 제 1 부재(200)는 열가소성 수지로 구성되는 투명 수지부재(이하 광학적으로 투명한 부품)이며, 제 2 부재(100)는 열가소성 수지로 구성되는 불투명 수지 부재(이하 광학적으로 불투명한 부품)이다.

도면부호 340a 는 리브 벽면(측면)에서의 접합부를 의미하고, 340b는 리브 저면에서의 접합부를 의미하며, 13은 빛 에너지 발생장치(10)에 의해 유입되는빛 에너지를 나타낸다.

광축 반사면의 배치와 관련하여, 광학적으로 투명한 부품(200)의 리브 선단에 빛 에너지 의 반사면(350)을 마련한다.

이 반사면은 광학적으로 투명한 부품(200)의 리브 선단에 경사면으로서 빛 에너지를 반사하도록 설계된다.

반사면(350)은 광학적으로 불투명한 부품(100)의 흡수 파장역에 적합한 빛 에너지를 선택하고, 그 빛 에너지를 반사할 수 있고,

또한, 교정 리브(330)에 대해서 설명한다. 리브 벽면에서의 접합부(330a)의 껴, 용착이 확실하게 수행되는 것을 목적으로 감합 위치 교정 리브(330)를 광학적으로 불투명한 부품(100) 측에 배치한다.

도 8에 도시된 것과 같이, 리브 저면에서의 접합부(340b)에 대해서는 리브저면에도 약간의 빛 에너지가 전달되도록 한 바닥면의 접합부(340b)를 마련한다.

광축 반사면의 설정에서는 전술에 적도록, 용접(용착)의 리브 벽면의 접합부(340a)를 리브 벽면으로 한 쪽이 용접(용착)성은 유리하다. 따라서, 접합면은 벽면으로 하는 접합부(340a)가 된다.

또한, 빛 에너지(13)를 광학적으로 투명한 부품(200)의 상측에서 조사한다.

그러나 통상의 형상에서의 빛 에너지(13)는 벽면 반사 등에 의해 리브를 통과하고 하측에 빠져 버리기 때문에, 리브 선단에 빛 에너지(13)의 반사면(350)를 설치하고, 광축을 굽힘으로써 하우징 벽면의 접합부(340a)에 빛 에너지(13)를 조사하며 리브 벽면에서의 용접(용착, 320)를 가능하게 할 수 있다.

반사면(350)을 통해, 광학적으로 투명한 부품(200)에서 조사되는 빛 에너지(13)의 대부분은 광학적으로 불투명한 부품(100)의 리브의 벽면에 마련된 접합부(340a)3에 도달한다.

또한, 리브의 바닥면에서의 접합부(340b_를 마련하여, 접합부의 단면은 L자 구조형이 되기 때문에 종래의 접합 사양(단면이-글자 또는 I자 등의 직선)보다 용접(용착) 부위의 강도가 커지는 것을 기대할 수 있다.

따라서 제안하는 방법에 따르면, 디자인 상의 제약을 줄이면서, 안정적으로 고품질의 용접(용착) 상태를 유지해, 또한 종래품에 비해보다 용접(용착) 강도가 높아진 부품 형상을 제공할 수 있다.

또한, 여기서는 반사면을 투명 수지부재의 리브 선단으로서 단면도에 나타나는 경사면에 마련해 바닥면은 반사면을 가지지 않는 것으로 하고 있다.

또한, 반사면을 제작할 때, 일정 파장역의 빛 에너지를 반사할 수 있으면 어떠한 수단을 이용해도 적용 가능하다.

예를 들면 반사면 제작 방법으로서 광학적 반사물을 피복하는 것도 가능하고, 그것이 광학적 반사막이면 도포, 증착, 도금 등의 다른 수단으로 피복하는 것도 가능하다.

굴곡진 객체를 용착하는 방법

또한, 전술한 문제점을 해소하기 위해, 본 명세서에서는 네 번째 실시예로서, 하나의 레이저 소스를 기초로, 굴곡진 객체의 기준점으로부터의 높이 정보를 이용하여 초점거리, 출력값 등을 조절하는 방법을 제안한다.

도 9는 본 발명과 관련하여, 하나의 레이저 소스를 기초로, 굴곡진 객체의 기준점으로부터의 높이 정보를 이용하여 초점거리, 출력값 등을 조절하는 일례를 도시한 것이다.

도 9에 도시된 것과 같이, 굴곡이 있는 객체를 용접하는 경우, 본 실시예에서는 레이저 소스를 복수로 이용하거나 하나의 레이저 소스 또는 레이저를 수신하는 객체를 회전하는 방식을 이용하지 않는다.

대신, 본 실시예에서는 하나의 레이저 소스를 이용하고, 미리 굴곡진 객체에 대한 정보를 획득하며, 굴곡진 객체의 기준점으로부터의 높이 정보 변화를 이용하여 레이저 소스의 초점거리, 출력값, 속도 등을 조절하는 방법을 제안한다.

도 9를 참조하면, 선결적으로 투명 부재(100) 및 불투명 부재(200)로 이루어진 굴곡진 객체에 대한 정보, 예를 들어, 길이, 높이변화, 형상 등에 대한 정보를 미리 획득할 수 있다.

이후, 제어부(60)의 제어에 따라 레이저 방출부(10)의 초점거리, 출력값, 속도, 객체와의 이격 거리 등을 변경하면서, 레이저 소스를 복수로 이용하거나 하나의 레이저 소스 또는 레이저를 수신하는 객체를 회전하지 않고, 굴곡진 객체에 대한 용착을 수행할 수 있다.

객체 간의 밀착 정도 향상과 레이저에 의한 내부 손상을 방지하는 방법

또한, 전술한 문제점을 해소하기 위해, 본 명세서에서는 다섯 번째 실시예로서, 불투명 플라스틱에 접촉하는 투명 플라스틱 하면을 지그에 수직하는 각도를 갖도록 용착면을 형성하고, 용착면과 투과부 사이에 중간면을 형성하고, 레이저에 대해 임계각을 초과하는 각도가 되도록 형성하여, 내부로의 레이저 유입을 방지하는 방법을 제안한다.

도 10a 및 도 10b는 본 발명과 관련하여, 불투명 플라스틱에 접촉하는 투명 플라스틱 하면을 지그에 수직하는 각도를 갖도록 용착면을 형성하는 일례를 도시한 것이다.

도 10a, 도 10b 및 도 11에서는 차량용 등기구를 만들기 위해 용착하는 것으로 가정하여 설명한다.

도 10a 및 도 10b를 참조하면, 차량용 등기구(1)는 전면이 개구된 용기 형상의 하우징(100)의 전면 개구가 투명 커버(200)에 의해 덮이고, 하우징(100)과 투명 커버(200)에 의해 구획된 등실 내에 광원(10)이 배치되어 이루어진다.

투명 커버(200)의 주연부 후면에는 전 둘레에 걸쳐 용착면(70)이 형성되고, 이 용착면(70)이 하우징(100)의 전면 개구부의 주연부에 형성된 용착면(21)과 광선 용착에 의해 접합된다.

즉, 레이저, 가시광선, 자외선, 적외선 등의 간섭성 또는 비간섭성 전자파인 용착 광선을 투명 커버(200)의 전면 측으로부터 투명 커버(200)를 투과하여 용착면(70)과 밀착 상태인 하우징(100)의 용착면(21)에 조사한다.

즉, 투명 커버의 전면(32) 중 용착면(70)에 대응한 개소(32i)가 광선 입사면이 된다.

용착 광선의 조사에 의해, 이 용착면(21)이 그 전자파인 용착 광선의 조사에 의해 여기 상태가 되어 발열하고, 그 열에 의해 상기 용착면(21) 및 이 용착면(21)과 밀착 상태인 투명 커버(200)의 용착면(70)이 함께 용융하여 상용 상태가 되며, 2개의 용착면(21, 31)이 접촉된 계면에서 하우징(100) 및 투명 커버(200)의 재료 수지가 일체화한다.

그리고, 상기 전자파인 용착 광선의 조사를 종료한 후, 상기 상용 상태가 된 부분이 냉각 고화하고, 이것에 의해, 하우징(100)에 투명 커버(200)가 일체적으로 접합된다.

상기한 바와 같이, 투명 커버(200)는 용착 광선, 예컨대, 레이저가 투과될 필요가 있고, 그 때문에, 투명 커버(200)의 재료는 조사되는 전자파인 용착 광선의 흡수성이 좋지 않을 것을 요한다. 예컨대, PMMA(폴리메틸메타크릴레이트) 등의 투명한 합성수지가 바람직하다.

또한, 하우징(100)은 그 용착면(21)이 전자파인 용착 광선의 조사에 의해 여기 상태가 되어 발열하는 것이기 때문에, 그 재료는 조사되는 전자파인 용착 광선의 파장과 진동 주기가 일치하는 라디칼에 의해 구성되는 분자 구조를 가진 것일 필요가 있다.

도 10에 도시된 것과 같이, 투명 커버(200)는 전체가 거의 일정한 두께의 평탄한 형상으로서, 전면(32)은 크게 만곡되어 있고, 하나의 단면에 있어서의 양단부, 예컨대, 도 2의 상하 양단부(32u, 32d)는 기준선(광원(10)의 광축의 선) X-X에 대하여 서로 반대 방향(θu, θd)으로 경사져 있다.

도 11을 참조하면, 도 10의 원(III)으로 둘러싼 부분, 즉, 상단부의 확대 단면도가 도시된다.

광선 용착을 행하는 경우, 상기한 바와 같이, 2개의 용착면(21, 31)이 밀착 상태가 아니면, 하우징(100)의 용착면(21)에 발생한 열이 투명 커버(200)의 용착면(70)에 효과적으로 전달되지 않고, 밀착 상태가 손상되어 있는 개소에서 용착 불량을 일으킨다.

또한, 본 명세서에 있어서 「밀착 상태」란, 2개의 면이 밀착되어 있는 것은 물론, 2개의 면 사이에 간극이 있는 경우라도 그 간극이 0.1 ㎜(밀리미터) 이하라면 용착 가능하기 때문에, 2개의 면이 0.1 ㎜ 이하의 간극을 사이에 두고 근접하고 있는 상태 및 2개의 면이 밀착되어 있는 상태를 총칭하여 「밀착 상태」라고 한다.

그리고, 상기 2개의 용착면(21, 31)을 밀착 상태로 하기 위해서, 투명 커버의 전면측으로부터 압착력을 가하여 투명 커버(200)의 용착면(70)을 하우징(100)의 용착면(21)에 압착시킨다.

이 경우, 용착면(70)의 전 둘레에 걸쳐 균등하게 압착력이 작용하도록 하기 위해서는 도 11의 화살표 10 방향으로 압착력을 가할 필요가 있다.

이 압착 방향(F)은 하나의 단면에 있어서의 양단부의 전면(예컨대, 32u, 32d)에 대하여 수직인 선과 이루는 각도(θf)가 거의 동일해지는 방향이다.

만일, 용착면(70)의 경사 각도가 전면(32)의 경사 각도와 동일하다고 하면, 화살표 10 방향으로 가해진 압착력(F)에 의해 전면(32)과 동일한 경사 각도의 용착면(70)에, 수직인 방향으로 작용하는 면압(Fs)은 하기 수학식 1과 같아진다.

수학식 1

즉, θf가 클수록 상기 면압(Fs)은 작아진다. 그리고, 면압(Fs)이 작아지면, 2개의 용착면(21, 31) 사이의 밀착도가 떨어진다.

따라서, 본 발명의 차량용 등기구(1)에 있어서는, 투명 커버(200)의 후면 중 용착면(70)이 되는 부분의 두께를 두껍게 하여 전면(32)과의 사이에 이루는 각도가 내측, 즉, 등기구(1)의 중심을 향함에 따라 커지도록 전면(32)과는 다른 경사를 형성하여 그 용착면(70)에 수직인 선과 상기 압착 방향(10)이 이루는 각도(θ31)를 상기 각도(θf)보다 작게 한다.

이 경우에, 화살표(10) 방향으로 가해진 압착력(F)에 의해 경사 각도(θ31)의 용착면(31)에 수직인 방향으로 작용하는 면압(F31)은 하기 수학식 2와 같아지고, 그리고, θf>θ31이기 때문에, F31＞Fs가 된다.

수학식 2

즉, 용착면(70)의 경사 각도를 전면(32)의 경사 각도와 동일하게 한 경우에 비하여 2개의 용착면(21, 31) 사이에는 보다 큰 압착력이 가해지게 되고, 2개의 용착면(21, 31) 사이가 확실하게 밀착 상태가 된다.

한편, 도 11은 본 발명과 관련하여, 용착면과 투과부 사이에 중간면을 형성하고, 레이저에 대해 임계각을 초과하는 각도가 되도록 형성하여, 내부로의 레이저 유입을 방지하는 일례를 도시한 것이다.

도 11에 광선 입사면(b)과 용착면(c)이 동일한 경사 각도를 가지며, 따라서, 후면에는 두께가 두꺼워진 부분을 갖지 않고, 중간면도 없는 투명 커버(a)를 하우징(d)에 광선 용착하는 경우의 예를 도시한다.

하우징(d)의 개구부 주연에 형성된 용착면(e)에 투명 커버(a)의 용착면(c)을 밀착 형상으로 중첩시켜, 레이저(f)를 광선 입사면(b)으로부터 투명 커버를 투과시켜 용착면(e, c)에 조사한다.

이 때, 레이저(f)가 정확히 용착면(e, c)에 조사되면 문제없지만, 레이저(f)의 조사 위치가 내측으로 어긋나는 경우가 있다. 그렇게 하면, 레이저(f)의 일부(g)가 하우징(d)의 용착면(e)으로부터 내측으로 벗어나 더욱 등기구 속까지 조사되어 버리고, 그곳에, 등기구 내에 배치된 다른 부재, 예컨대, 익스텐션(h) 등이 있으면, 그 부재(h)에 레이저(f)의 일부(g)가 조사되지만 조사된 부분(i)이 타게 될 우려가 있다.

그래서, 본 발명의 차량용 등기구(1)와 같이, 투명 커버(3)의 용착면(31)과 조명광 투과부(33) 사이에 중간면(34)이 형성되어 있으면, 도 11에 도시된 바와 같이, 레이저(L)가 내측으로 어긋나 레이저(L)의 일부(Lp)가 용착면(21, 31)으로부터 내측으로 어긋난 경우, 이 레이저의 일부(Lp)는 중간면(34)으로 입사된다.

그리고, 이 중간면(34)은 용착 광선에 대하여 임계각을 초과하는 각도가 되는 경사를 갖기 때문에, 이 레이저의 일부(Lp)는 중간면(34)에 의해 전반사되어 외측으로 향해진다.

그 때문에, 중간면(34)의 후방으로 익스텐션과 같은 부재가 있어도 이 부재가 표적을 벗어난 레이저 등의 용착 광선에 의해 손상될 우려가 없다.

투명 지그를 이용하는 방법

또한, 전술한 문제점을 해소하기 위해, 본 명세서에서는 여섯 번째 실시예로서, 누르는 지그를 투명으로 적용하고, 레이저가 지그를 통과하여 도달하도록 함으로써, 밀착 정도를 높이는 방법을 제안한다.

도 12는 본 발명과 관련하여, 누르는 지그를 투명으로 적용하고, 레이저가 지그를 통과하여 도달하도록 함으로써, 밀착 정도를 높이는 일례를 도시한 것이다.

도 12를 참조하면, 본 실시예에 따른 광선 용착 방법은 조사 광선에 대해서 투과성을 가져 용착부(70)가 마련된 제1 수지 부재(200)와 상기 조사 광선에 대해서 상기 제 1 수지 부재에 대한 투과성보다 작은 투과성을 가져 용착부가 마련된 제2 수지 부재(100)를 상기 조사 광선에 의해 용착하는 광선 용착 방법이다.

특히, 본 실시예에서는 투명 재료에 의해 형성된 누름 지그(80)를 이용하여 제 1 수지 부재(200)의 용착부(70)를 상기 제 2 수지 부재(100)의 상기 용착부(70)에 누르는 압착 공정과 누름 지그(80)에 의해 제 1 수지 부재(200)의 용착부(70)를 제 2 수지 부재(100)의 용착부(70)에 누른 상태에서 투명 재료로 형성되어 제 1 수지 부재에 접하도록, 누름 지그(8)에 마련된 발열체에 의해 가열함으로써 상기 제 1 수지 부재의 상기 용착부 또는 상기 제 2 수지 부재의 상기 용착부 중 적어도 하나를 연화시켜 상기 용착부끼리를 밀착하는 가열 공정과 광원에서 상기 조사 광선을 누름 지그(80) 및 제 1 수지 부재(200)를 투과시켜 상기 제 2 수지 부재(100)의 상기 용착부(70)에 조사해 제 1 수지 부재(200)와 제 2 수지 부재(100)를 용착하는 용착 공정을 구비한다.

따라서, 누름 지그에 의한 누름 작업 전에 용착부를 가열하는 발열체를 제2 수지 부재(100)에 대해서 접하는 방향으로 이동할 필요가 없고 투명 재료로 형성되어 제1 수지 부재(200)에 접하도록 누름 지그(80)에 마련되었다.

투명 지그(80)를 통해, 가열 작업과 누름 작업을 연속해 수행할 수 있고 작업성 향상을 도모한 다음 제1 수지 부재(200)와 제2 수지 부재(100)의 용착에 의한 양호한 접합성을 확보할 수 있다.

지그 없이 밀착 상태를 유지하는 방법

또한, 전술한 문제점을 해소하기 위해, 본 명세서에서는 일곱 번째 실시예로서, 하우징에서 돌출된 용착기부가 용착되는 수지커버에 형성된 안착부에 삽입 결함됨으로써, 별도의 지그없이 밀착된 상태를 유지하는 방법을 제안한다.

도 13은 본 발명과 관련하여, 하우징에서 돌출된 용착기부가 용착되는 수지커버에 형성된 안착부에 삽입 결함됨으로써, 별도의 지그없이 밀착된 상태를 유지하는 일례를 도시한 것이다.

도 13을 참조하면, 하우징(100)과 아우터 커버(200의 접합 상태를 확대해 설명하는 개략 단면도이다.

홈 내에 용착 기부(101)가 끼워 맞추어져 용착 기부(101)의 외주 측 측면과 제1 용착다리 내벽이 레이저 용착에서 접합하게 된다.

레이저 용착부(70)은 고정 방향 z'와 평행한 방향에 위치한다.

차량용 등기구(1)을 정면 방향에서 레이저 용착부(70)를 바라보아도 레이저 용착면 이 시인 방향과 평행이기 때문에 레이저 용착면이 거의 관찰되지 않는다.

따라서, 레이저 용착면 에 불균일한 용착 부분이 발생해 버린 경우에도, 외관을 훼손하지 않을 수 있다.

다음으로, 하우징(100)에 아우터 커버(200)를 레이저 용착에서 접합하는 방법에 대해서 설명한다.

하우징(100)의 전둘레부에 형성된 용착 기부(101)과 평행한 방향, 즉 z'방향에서 아우터 커버(200)를 오목부를 덮도록 해 조립한다.

이 때, 용착 기부(101)이 홈(201) 내에 삽입하도록 끼워 맞춘다.

용착 기부(101)의 외주부측면과 제1 용착다리 내벽이 서로 평행이 되도록 형성되고 용착 기부(101)의 내측 측면과 제2 용착다리 내벽이 서로 평행이 되도록 하고, 홈(201) 과 동등한 크기로 형성될 수 있다.

또한, 용착 기부(101)는 선단 측의 폭 쪽이 좁은 단면 사다리꼴 형상을 이룰 수 있다.

따라서, 용착 기부(101)와 용착 다리부를 끼워 맞추었을 때, 용착 기부(101)가홈(201) 내에서 면접촉해 고정한다.

덧붙여 사방에 걸쳐 항상 면접촉하도록 하우징(100) 및 아우터 커버(200)을 성형하는 것이 바람직 하지만 사출성형시의 오차 및 금형 제조상의 이유에서 어려운 때에는 홈(201) 의 레이저 용착부(70)이 되는 측이 면접촉 하도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 용착 기부(101)를 고정 방향 z'에 대해서 불과에 경사진 측면을 가지는 형상으로 하는 것이 바람직하다.

경사시킴으로써 자중을 이용해 레이저 용착부에서의 면접촉을 강화할 수 있기 때문이다.

또한, 용착 기부(101)의 측면 및 홈(201)의 내벽 중 어느 쪽 면도 평활한 표면으로 하는 것이 바람직하다.

평활면으로 함으로써 레이저 용착면이 깨끗한 접합으로 할 수 있기 때문이다.

이어서 하우징(100)과 아우터 커버(200)를 끼워 맞춘 상태에서 레이저 용착을 한다.

레이저광 L(10)는 지면왼쪽 측에서 즉 차량용 등기구(1)의 외주 측에서 조사될 수 있다.

레이저광 L(10)은 제1 용착다리를 통과해 용착 기부(101)을 향하고, 레이저광 L(10)를 받은 용착 기부(101)는 발열되고 또한 열전도에 의해 제1 용착다리도 발열한다.

이후, 양자가 용융 상태가 되어 융합하고 용착하는데, 레이저광 L(10)이 조사되지 않게 되면 냉각되고 레이저 용착부(70)은 레이저 용착면 에서 접합해서 고정된다.

이 실시예에서는, 레이저광 L(10)를 조사할 때 특별한 지그(80)를 이용하여 외부로부터 가압을 더하는 작업은 실시하고 있지 않다.

종래의 레이저 용착에 있어서는 접합면을 지그(80)를 이용하여 가압할 필요가 있었지만, 본 실시의 형태에서는 용착 기부(101)를 용착다리 또는 홈(201)에 끼워넣도록 하고 있으므로, 하우징(100)또는 아우터 커버(200)의 무게에 의해 특별한 지그(80)를 이용하지 않아도 레이저 용착부(70)는 면접촉한 접합면으로 하고 있기 때문이다.

따라서, 아우터 커버(200)의 중앙 부분이 손상되거나 오염되는 종래의 문제점 해결이 가능하다.

추가 실시예

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 내부로 레이저가 유입되어 타는 것을 방지하기 위해, 용착면과 조명광 투과부 사이에 중간면을 형성하고, 광선에 대해 임계각을 초과하는 각도가 되도록 형성하여 내부로의 레이어 유입을 방지하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 입사각이 상대적으로 작고, 입사 에너지 밀도가 높아지는 영역에서는 레이저 빔의 출력을 높임으로써, 용착 효율을 상승시키는 것이 가능하다.

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레이저 용착 시장

도 14a 내지 도 14d는 본 발명과 관련된 레이저 용착 시장을 설명하기 위한 그래프를 도시한 것이다.

도 14a는 세계 레이저 용착 시장 규모를 백만 달러 단위로 표현한 것이다.

도 14a를 참조하면, 세계 시장에 있어, 레이저 용착 시장은 2016년 14억 2,500만 달러 규모에서 연평균 5.79%로 증가하여 2022년에는 19억 9,700만 달러 규모까지 성장할 것으로 전망된다.

또한, 도 14b는 레이저 용착 지역별 시장규모를 백만 달러 단위로 표현한 것이다.

도 14b를 참조하면, 아시아 태평양 시장이 가장 큰 비중을 차지할 것으로 보이며, 2016년 5억 2,800만 달러 규모에서 2022년 7억 6,500만 달러 규모까지 성장할 것으로 전망된다.

또한, 도 14c는 레이저 용착 적용 산업별 시장규모를 백만 달러 단위로 표현한 것이다.

도 14c를 참조하면, 공작기계 시장이 가장 큰 비중을 차지할 것으로 보이며, 2016년 3억 6,500만 달러 규모에서 2022년 4억 8,300만 달러 규모까지 성장할 것으로 전망된다.

또한, 도 14d는 세계 레이저 플라스틱 용착 시장규모를 억 달러 단위로 표현한 것이다.

도 14d를 참조하면, 2016년 7억 5,890만 달러 규모에서 연평균 8.3%로 성장하여 2025년 15억 4,320만 달러에 이를 것으로 전망되며, 아시아태평양 지역이 3억 4,280만 달러 규모(점유율 42%)의 시장을 차지하면서 세계에서 가장 큰 시장 점유율을 차지하고 있다.

세계 레이저 플라스틱 용착 시장은 경쟁이 치열한 제조 기계 시장에 진입하기 위하여 용착 방법, 레이저원, 자동화 등 다양한 방법에서 혁신을 추구하고 있다

레이저 플라스틱 용착 기술의 발전으로 완성도 높은 용착 이음매(Weld joint)의 생산이 가능해지면서 레이저 플라스틱 용착 시장이 빠르게 성장하고 있으며, 특히 미적 제품에 대한 소비자의 선호도가 증가함에 따라 불가시면(Hidden surface)에서 용착 작업을 수행할 수 있는 레이저 용착의 수요가 증가하고 있다.

레이저 용착 장비의 가격이 급속하게 하락하는 것도 시장 확대에 영향을 미치고 있다.

따라서 본 발명이 제안하는 레이저를 이용한 용착 장치 및 제어방법의 수요는 높고, 높은 시장성이 보장된다고 판단된다.

본 발명에 따른 효과

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 레이저를 이용한 용착 장치 및 그 제어방법을 사용자에게 제공할 수 있다.

구체적으로 본 발명은, 1400~3000 nm 파장대를 가지는 레이저 빔을 이용하여 어닐링(annealing) 과정 없이, 불투과성의 플라스틱과 투과성의 플라스틱을 용착시키는 장치 및 방법을 사용자에게 제공할 수 있다.

본 발명에 따르면, 어닐링 과정의 적용을 생략함으로써, 용착 전체 과정에 있어 단락공정 부분을 없애고, 제조비용을 현저하게 낮출 수 있다는 효과가 있다.

본 발명에 따른 레이저 용착은 저비용 고효율로 플라스틱 접합이 가능하고, 비접촉식 용착 방법으로써 진동, 충격, 열에 의한 제품의 외관 변형이 없으며, 버(Burr) 또는 보푸라기(Fluff)가 발생하지 않아 접합 품질이 뛰어나고, 2D, 3D 형상의 제품에도 적용 가능하여 크기나 형상에 구애 받지 않으며, 자동화가 용이하고, 시스템의 안정성을 제공할 수 있다.

또한, 레이저를 이용하므로, 초점거리를 늘릴 수 있어 용착 작업의 유연성을 증대시킬 수 있고, 레이저빔의 형태 및 초점크기를 변형할 수 있으므로 입체적인 형태를 가진 객체에 대한 용착이 가능하다.

또한, 본 발명에 따르면, 투과영역과 밀착영역 사이의 온도차가 작아져 하우징과 투과성 커버는 견고하게 용착 결합되고, 더 나아가 일정한 용착품질을 기대할 수 있다.

또한, 투과영역의 예열과 밀착영역의 용융이 동시에 진행되므로 투과성 커버와 비투과성 하우징이 이종재질이라 하더라도 견고하고 빠른 용착결합이 가능하다라는 작용, 효과가 있다.

한편, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시례들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시례들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시례들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (9)

1. 불투과성의 제 1 플라스틱과 투과성의 제 2 플라스틱을 밀착시키는 제 1 단계;
   상기 밀착된 제 1 플라스틱 및 제 2 플라스틱에 레이저 빔을 조사하는 제 2 단계;
   상기 레이저 빔 중 적어도 일부가 상기 제 2 플라스틱을 투과하면서 제 1 흡수되고, 상기 제 1 플라스틱 및 제 2 플라스틱의 제 1 밀착영역에 나머지 빔이 제 2 흡수되는 제 3 단계; 및
   상기 제 1 흡수 및 제 2 흡수를 이용하여 상기 제 1 밀착 영역이 용착되는 제 4 단계;를 포함하되,
   상기 레이저 빔은 1400~3000 nm 파장대를 가지고,
   
   상기 제 3 단계는,
   상기 제 2 플라스틱을 투과한 레이저 빔 중 적어도 일부가 상기 제 2 플라스틱의 적어도 일부에 구비된 반사면에 반사되는 제 3-1 단계; 및
   상기 반사된 레이저 빔이 상기 제 1 밀착영역과 다른 상기 제 1 플라스틱 및 제 2 플라스틱의 제 2 밀착영역으로 흡수되는 제 3-2 단계;를 더 포함하고,
   상기 제 4 단계에서 상기 제 1 밀착 영역 및 제 2 밀착영역이 함께 용착되며,
   
   상기 제 1 플라스틱 및 제 2 플라스틱 중 적어도 일부가 굴곡진 파트(part)가 존재하는 경우,
   상기 제 1 단계 이전에는, 상기 굴곡진 파트에 대한 제 1 정보를 수집하는 제 0.5 단계;를 더 포함하고,
   상기 제 2 단계에서, 상기 레이저 빔은 상기 제 1 정보에 따라 상기 조사되는 레이저 빔의 초점거리, 출력값, 속도 및 상기 제 1 플라스틱 및 제 2 플라스틱과의 이격거리 중 적어도 하나를 조정하며,
   상기 제 1 정보는 상기 굴곡진 파트에 대한 길이, 높이변화 및 형상 정보를 포함하고,
   
   상기 제 4 단계에서,
   상기 제 1 플라스틱 및 제 2 플라스틱의 적어도 일부에, 상기 레이저 빔이 유입되는 임계각을 초과하는 각도를 갖는 단차로 형성된 중간면이 형성됨으로써, 상기 제 1 밀착영역 이외의 다른 영역으로는 상기 레이저 빔이 유입되는 것이 방지되며,
   
   상기 제 1 단계 및 제 2 단계 사이에는,
   상기 밀착된 제 1 플라스틱과 제 2 플라스틱을 지그(jig)를 이용하여 추가 밀착시키는 제 1.5 단계;를 더 포함하고,
   상기 지그는 투명이며,
   
   상기 제 2 단계에서,
   상기 제 1 밀착 영역 중 상기 레이저 빔의 입사각이 미리 설정된 수치 이하이거나 입사되는 에너지 밀도가 높아지는 영역에서는 상기 레이저 빔의 출력을 높이 것을 특징으로 하는 플라스틱 용착 방법.
   
2. 제 1항에 있어서
   상기 레이저 빔은, 1670nm 또는 1940 nm 의 파장을 갖고, 출력은 20~50 W 범위이며, 반지름은 20 ~ 40 ㎜이고, 초점크기는 1.0~3.0㎜이며, 용착을 위한 이동 속도는 10~40㎜/sec이고, 상기 제 1 플라스틱과 상기 제 2 플라스틱 간의 밀착을 위해 가압되는 무게는 20~30 ㎏f이며, 상기 제 2 플라스틱을 투과하는 빔 통과두께는 1~20 ㎜이고, 상기 밀착영역에 투과되는 원 둘레는 200~900㎜인 것을 특징으로 하는 플라스틱 용착 방법.
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