KR102275773B1

KR102275773B1 - 소음 저감 진동융착기

Info

Publication number: KR102275773B1
Application number: KR1020180108050A
Authority: KR
Inventors: 백영인
Original assignee: 백영인
Priority date: 2018-09-11
Filing date: 2018-09-11
Publication date: 2021-07-08
Also published as: KR20200029704A

Abstract

본 발명은 소음 저감 진동융착기에 관한 것으로, 결합하고자 하는 두개의 합성 수지 제품을 진동 융착기의 상단지그와 하단지그에 각각 고정시켜 정해진 주파수와 진폭에 의해 상단지그의 좌우 진동을 통해 발생되는 마찰과 함께 가압되면서 대상물을 용융 확산시켜 융착하게 되고 이 때 작업 공정에서 발생되는 소음을 제거하기 위한 기술로, 보다 세부적으로는 진동 융착기의 하단지그 및 특정 프레임 구간에 공명기(Resonator)를 구비하여 노이즈의 저감 소음의 특정 주파수에 대해 공명기를 통해 위상변이를 발생시키고 역상 형태의 주파수가 상쇄 작용을 일으켜 작업 소음을 저감 또는 차단하여 작업자의 불쾌감을 최소화 하고 소음 공해를 방지할 수 있게 된다.

Description

소음 저감 진동융착기{Noise reduction vibration welding machine}

본 발명은 소음 저감 진동융착기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 결합하고자 하는 두개의 합성 수지 제품을 진동 융착기의 상단지그와 하단지그에 각각 고정시켜 정해진 주파수와 진폭에 의해 상단지그의 좌우 진동 마찰과 함께 가압하면서 대상물을 용융 확산시켜 융착하게 되고 이와 같은 작업 공정에서 발생되는 소음을 제거하기 위하여 진동 융착기의 하단 지그 및 특정 프레임 구간에 공명기(Resonator)를 구비하여 노이즈의 저감 및 차단 효과를 갖는 소음 저감 진동융착기에 관한 것이다.

일반적으로 진동 융착기는 합성 수지로 된 사출물을 융착할 때 사용하는 것으로, 결합하고자 하는 두개의 합성 수지 제품에 압력을 가한 상태에서 진동 마찰시킴으로 제품 상호 간의 접촉면에 순간적인 마찰열로 인해 용융 과정을 거쳐 단단한 결합력을 갖는 제품을 생산하게 된다.

이를 위해 대한민국 등록특허공보 제10-1488738호에는 본 명세서의 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 본체의 내측 중간 하단에 설치되며 상부에 하부 제품을 고정할 수 있도록 히터가 설치된 지그가 설치되고 저면에 서보모터가 설치되어 서보모터에 의하여 상부와 하부로 작동되는 상부와 하부 작동 테이블과 상기 상부와 하부 작동 테이블의 상측에 설치되며 저면에 상부 제품 고정용 지그가 설치되고 상단부에는 진동용 헤드가 설치된 진동 테이블로 이루어진 진동 융착기의 진동 융착시 발생하는 팁의 발생을 방지하기 위한 방법 및 그 장치가 게시되어 있다.

그러나 종래 기술은 진동 융착기의 작업 공정 간 발생되는 소음이 장비 내에서 자체적으로 저감 또는 제거되지 못하게 되고 별도로 방음도어를 설치하여 작업 간 개폐를 통해 내부로의 소음을 차단하는 방법이 이용된다. 이는 장치에 방음도어가 별도로 설치되어야 하는 구조적 설계 및 제작이 필요하고, 일부면으로의 방음도어 장착 시에는 방음도어로 차단되지 않는 면을 통해 외부로 소음이 전달될 수 있는 한계가 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1488738호(2015.01.27)

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본원발명에서는 상단지그와 하단지그에 각각 고정시켜 정해진 주파수와 진폭에 의해 상단지그의 좌우 진동 마찰과 함께 가압하면서 결합하고자 하는 두개의 합성 수지 제품을 용융 확산시켜 융착시키는 작업 공정 중 진동에 의하여 발생되는 소음에 대한 특정 주파수의 역상 형태의 공명 주파수를 생성하여 상쇄시킴으로써 해당 소음을 저감 또는 제거할 수 있도록 진동 융착기에 공명기를 구비하는 소음 저감 진동융착기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

목적을 달성하기 위한 구성으로는 중앙부에 진동스프링이 구비되고 상기 진동스프링 양측단에 전자기코일로 이루어지며 하단으로는 상단지그가 포함되고 상기 상단지그 하부에는 상단고정구가 구비되는 헤드 프레임과 상기 헤드 프레임의 양측단면을 지지하고 상부의 내측으로 가이드샤프트결합부를 구비하여 가이드샤프트와 결합되는 하부 프레임과 상기 가이드샤프트가 양측단에 관통되는 작업대와 상기 작업대 하부에 유압실린더가 구비되며 상단으로는 하단지그를 포함하고 상기 하단지그 상부에는 하부고정구로 이루어지는 가압장치부와 상기 헤드 프레임과 하부 프레임과 가압장치부가 내장되는 단열케이스를 포함하되, 상기 하단지그 또는 작업대 상면에 적어도 하나 이상의 공명기가 구비되는 소음 저감 진동융착기이다.

보다 상세하게는 상기 공명기는 상면에 공명홀이 구비되는 공명통과 주위 온도 변화에 따라 팽창하는 주름관이 구비되어 중공을 가지는 원기둥 형상의 소통관으로 이루어지되, 상기 공명통과 소통관은 억지끼움으로 결합되고 또 다른 특징으로는 상기 공명기 내부에는 양 측면 동일 선상에 끼움홈이 구성되고 상기 끼움홈에 삽입되어 공동의 상하 구획을 나누게 되는 공명통격벽으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 다른 특징으로는 상기 공명통 외주부에는 함몰부가 구비되어 상기 소통관이 공명통 상측으로 노출되지 않게 하고, 상기 공명기 측면에 구비되는 체적 조절 부재 결합홀에 체적 조절 부재가 결합되어 상기 체적 조절 부재는 상기 공명기 내부로 삽입되는 길이가 조절되어 상기 공명기의 체적이 조정된다.

본 발명의 또 다른 특징으로는 상기 하부 프레임 내부를 일정한 간격에 대해 격벽이 구비되고 상기 격벽을 통해 이루어지는 공동에서 격벽면을 제외한 어느 한면에 대하여 공동홀이 구성되고 주위 온도 변화에 따라 팽창하는 주름관이 구비되어 중공을 가지는 원기둥 형상의 소통관이 상기 공동홀에 억지끼움되어 결합되어 구성된다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 소음 저감 진동융착기는 진동 융착 작업 수행 간에 발생되는 소음의 특정 주파수에 대해 공명기를 통해 위상변이를 발생시키고 역상 형태의 주파수가 상쇄 작용을 일으켜 작업 소음을 저감 또는 차단하여 작업자의 불쾌감을 최소화하고 소음 공해를 방지할 수 있다.

또한 진동 융착 작업 시 발생되는 장치 내부 온도변화에 따라 변화되는 음속 값을 상쇄시킬 수 있도록 소통관과 체적 조절 부재를 구비하는 구성을 통해 특정 공명 주파수를 유지하여 소음을 저감을 현저하게 향상시킬 수 있다.

도 1은 기존의 진동 융착기의 정면도.
도 2는 본 발명에 따른 소음 저감 진동융착기가 구비된 진동 융착기 정면도.
도 3은 본 발명에 따른 소음 저감 진동융착기의 공명기 제 1실시 예 정면도.
도 4a는 본 발명에 따른 소음 저감 진동융착기의 공명기 제 2실시 예 단면도.
도 4b는 본 발명에 따른 소음 저감 진동융착기의 공명기 제 3실시 예 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 소음 저감 진동융착기의 공명기 제 4실시 예 단면도.
도 6a는 본 발명에 따른 소음 저감 진동융착기의 공명기 제 5실시 예 단면도.
도 6b는 본 발명에 따른 소음 저감 진동융착기의 공명기 제 6실시 예 단면도.

본 발명에 따른 소음 저감 진동융착기에 적용되는 기본 원리로는 헬름홀츠의 공명이론(Helmholtz Resonance Theory)이 활용되고 아래 참고도를 참조하여 헬름홀츠 공식에 따르면 공명 주파수(F_resonance)는 음속(v)에 비례하고, 개구부의 단면적(A)과 비례하고 체적(V) 및 개구부의 길이(L)에 반비례하는 것을 확인할 수 있다.

상기의 헬름홀츠 공명이론 참고도를 바탕으로 본원발명의 공명음 저감 원리를 설명하자면, 진동 융착이 수행될 시 전자기코일(12)에서 발생되는 특별한 정상파가 개구부인 소통관(52)을 통해 공명통(51) 안으로 들어오게 되고 그 정상파의 파형에 대한 새로운 역상 형태의 진동으로 변하여 공명통(51) 밖으로 산출되어 나오게 되어 특정한 주파수에 대한 위상변이가 발생하면서 공동 내에서의 특정 정상파가 소멸하게 되는 원리를 바탕으로 한다.

보다 세부적으로, 상기 수식에서 특정 주파수를 결정짓는 변수 중 v는 음속 값으로 이는 온도변화에 따라 음속 값이 변하게 되며 이로 인해 공명 주파수(F_resonance)가 변화될 수 있다.

참고로, 음속은 0℃ 1기압에서 매질인 공기에서는 331m/s의 속도를 가진다. 공기 속에서 T℃일 때의 음속은 다음과 같다.

v=(331.5 + 0.61T)

즉, 온도가 1℃ 높아지면 0.61m/s씩 빨라지며 실온에서는 음속은 약 340m/s로 구할 수 있다. 이같이 온도변화에 따른 음속 값의 변화를 상쇄할 수 있는 물리적인 변수는 헬름홀츠 공식에서 보듯이 체적(V) 및 개구부의 길이(L)가 있고, 이를 본원발명에 대비 시 소통관(52)에 구성된 주름관(52a)이 온도에 따라 수축 또는 팽창될 수 있도록 제작하여 소통관의 길이(L')의 신축 정도가 조정될 수 있고 또한 체적 조절 부재(71)를 통해 공명통의 체적(V')을 변화시켜 음속 값(v)의 변화로 인한 공명 주파수 값을 유지할 수 있게 된다.

이를 종합하면, 진동 융착기에서 발생되는 특정 공명 주파수에 대한 역상 형태의 주파수를 발생시키기 위해 개구부의 체적(V), 단면적(A), 개구부의 길이(L) 값을 결정 지을 수 있도록 본원발명에서는 공명통의 체적(V'), 소통관의 단면적(A'), 소통관의 길이(L')가 대응되며 이를 포함하는 구성요소로 공명통(51)과 소통관(52)으로 이루어지고, 보다 상세하게 온도에 따른 음속(v) 값이 변화되는 가변적인 환경에 대응할 수 있도록 상기 주름관(52a)와 체적 조절 부재(71)가 구비되어 미세한 주파수 조정을 가능하게 할 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 소음 저감 진동융착기가 구비 된 진동 융착기 종합 구성이고, 도 3 내지 도 6은 각각 본 발명의 구성요소인 공명기(50)에 대한 세부 구성을 나타내는 실시 예로써, 이를 참고하여 본원발명의 구성을 설명하면 하기와 같다.

도 2에서와 같이 본원발명의 소음 저감 진동융착기는 중앙부에 진동스프링(11)이 구비되고 상기 진동스프링(11) 양측단에 전자기코일(12)로 이루어지며 하단으로는 상단지그(13)가 포함되고 상기 상단지그(13) 하부에는 상단고정구(14)가 구비되는 헤드 프레임(10)과 상기 헤드 프레임(10)의 양측단면을 지지하고 상부의 내측으로 가이드샤프트결합부(21)를 구비하여 가이드샤프트(22)와 결합되는 하부 프레임(20)과 상기 가이드샤프트(22)가 양측단에 관통되는 작업대(31)와 상기 작업대(31)하부에 유압실린더(32)가 구비되며 상단으로는 하단지그(33)를 포함하고 상기 하단지그(33) 상부에는 하부고정구(34)로 이루어지는 가압장치부(30)와 상기 헤드 프레임(10)과 하부 프레임(20)과 가압장치부(30)가 내장되는 단열케이스(40)를 포함하되, 상기 하단지그(33) 또는 작업대(31) 상면에 적어도 하나 이상의 공명기(50)가 구비되고 상기 전자기코일(12)에서 특정 주파수의 발생을 통해 상기 헤드 프레임(10)이 일정 진폭으로 좌우 진동하게 되는 구성을 가진다. 이 때 특정 주파수는 100~300Hz 의 범위 내에서 발생될 수 있고 진폭은 1~3mm의 범위로 가변 가능하다.

도 4를 통해서는 헬름홀츠의 공명이론(Helmholtz Resonance Theory)이 적용될 수 있는 본원발명의 공명기(50)의 또 다른 실시 예로써, 상면에 공명홀(51a)이 구비되는 공명통(51)과 주위 온도 변화에 따라 팽창하는 주름관(52a)이 구비되어 중공을 가지는 원기둥 형상의 소통관(52)으로 이루어지고 상기 공명통(51)과 소통관(52)은 억지끼움으로 결합된다. 또한 상기 공명통(51) 외주부에는 함몰부(51b)가 구비되어 상기 소통관(52)이 공명통(51) 상측으로 노출되지 않게 구성될 수 있다.

도 5와 같이 헬름홀츠 공식에서 체적(V)을 통해 특정 공명 주파수를 결정지을 수 있으며 이는 상기 공명기(50) 측면에 구비되는 체적 조절 부재 결합홀(51c)에 체적 조절 부재(71)를 결합하고 상기 체적 조절 부재(71)가 상기 공명기(50) 내부로 삽입되는 길이로 조절되어 상기 공명기(50)의 체적이 조정될 수 있게 된다. 상기 체적 조절 부재(71)는 무두볼트와 나사 결합이 이용될 수 있으며 무두볼트의 회전을 통하여 삽입되는 길이의 미세조정을 가능하게 한다.

도 6에서는 상기 공명기(50) 구성의 다른 실시 예로써, 내부에는 양 측면 동일 선상에 끼움홈(51d)이 구성되고 상기 끼움홈(51d)에 삽입되어 공동의 상하 구획을 나누게 되는 공명통격벽(62)으로 이루어지게 되는 구성이 가능하고 상기 공명통격벽(62)은 부직포 등으로 이루어져 소음 개선 효과를 높일 수 있다.

본 발명을 통한 소음 제거 구성의 또 다른 실시 예로써, 도 2에서 확인가능한 구성으로 상기 하부 프레임(20) 내부를 일정한 간격에 대해 격벽(81)으로 구분하여 상기 격벽(81)을 통해 이루어지는 공동에서 격벽면을 제외한 어느 한면에 대하여 공동홀(82)이 구성되면서 주위 온도 변화에 따라 팽창하는 주름관(52a)이 구비되는 중공을 가지는 원기둥 형상의 소통관(52)이 상기 공동홀(82)에 억지끼움되어 결합되는 구성을 통해 하단지그(33) 뿐만이 아닌 하부 프레임(20)을 이용하여 소음 제거 기능을 제공할 수 있다.

상기 주름관(52a)은 신축이 가능할 수 있도록 제작되어야 하고, 이는 선팽창계수를 바탕으로 진동 융착 작업 간 발생되는 내부 온도 변화 값을 예측하여 특정 공명 주파수가 유지될 수 있도록 소통관의 길이(L')가 조정되는 범위를 관리할 수 있게 된다. 선팽창계수는 온도가 변함에 따라 물체의 길이가 늘어나는 정도를 나타내는 계수로써, 일반적인 금속의 선팽창 계수는 5*

~25*

[1/℃] 이고, 합성 수지의 고분자 재료의 선팽창 계수는 50*

~ 400*

[1/℃] 의 범위를 가지고 있어 이를 참고하여 주름관(52a) 재료를 결정할 수 있다.

상기와 같이 본 발명을 통해서, 진동 융착 작업 간 발생되는 특정 주파수의 새로운 역상 형태의 진동으로 변하는 위상변이 주파수를 생성하게 되는 공명기(50)의 구성과 온도변화에 따른 음속 변화 값을 상쇄시킬 수 있는 주름관(52a)의 세부적인 구성을 통해 소음을 효과적으로 저감하고 제거할 수 있게 된다.

본 발명은 특정의 실시 예 및 적용 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부된 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

10. 헤드 프레임 11. 진동스프링
12. 전자기코일 13. 상단지그
14. 상단고정구 20. 하부 프레임
21. 가이드샤프트결합부 22. 가이드샤프트
30. 가압장치부 31. 작업대
32. 유압실린더 33. 하단지그
34. 하부고정구 40. 단열케이스
50. 공명기 51. 공명통
51a. 공명홀 51b. 함몰부
51c. 체적 조절 부재 결합홀 51d. 끼움홈
52. 소통관 52a. 주름관
61. 끼움홈 62. 공명통격벽
71. 체적 조절 부재 81.격벽
82. 공동홀 A'. 소통관의 단면적
L'. 소통관의 길이 V'. 공명통의 체적

Claims

삭제
소음 저감 진동융착기에 있어서,
중앙부에 진동스프링(11)이 구비되고 상기 진동스프링(11) 양측단에 전자기코일(12)로 이루어지며 하단으로는 상단지그(13)가 포함되고 상기 상단지그(13) 하부에는 상단고정구(14)가 구비되는 헤드 프레임(10);과
상기 헤드 프레임(10)의 양측단면을 지지하고 상부의 내측으로 가이드샤프트결합부(21)를 구비하여 가이드샤프트(22)와 결합되는 하부 프레임(20);과
상기 가이드샤프트(22)가 양측단에 관통되는 작업대(31)와 상기 작업대(31)하부에 유압실린더(32)가 구비되며 상단으로는 하단지그(33)를 포함하고 상기 하단지그(33) 상부에는 하부고정구(34)로 이루어지는 가압장치부(30);와
상기 헤드 프레임(10)과 하부 프레임(20)과 가압장치부(30)가 내장되는 단열케이스(40);를 포함하되,
상기 작업대(31) 또는 하단지그(33) 상면에 적어도 하나 이상의 공명기(50)가 구비되고
상기 공명기(50)는 상면에 공명홀(51a)이 구비되는 공명통(51)과 주위 온도 변화에 따라 팽창하는 주름관(52a)이 구비되어 중공을 가지는 원기둥 형상의 소통관(52)으로 이루어지되,
상기 공명통(51)과 소통관(52)은 억지끼움으로 결합되는 것을 특징으로 하는 소음 저감 진동융착기.
삭제
제 2항에 있어서,
상기 공명통(51) 외주부에는 함몰부(51b)가 구비되어 상기 소통관(52)이 공명통(51) 상측으로 노출되지 않는 것을 특징으로 하는 소음 저감 진동융착기.
제2항에 있어서,
상기 공명기(50) 측면에 구비되는 체적 조절 부재 결합홀(51c)에 체적 조절 부재(71)가 결합하고,
상기 체적 조절 부재(71)는 상기 공명기(50) 내부로 삽입되는 길이가 조절되어 상기 공명기(50)의 체적이 조정되는 것을 특징으로 하는 소음 저감 진동융착기.
소음 저감 진동융착기에 있어서,
중앙부에 진동스프링(11)이 구비되고 상기 진동스프링(11) 양측단에 전자기코일(12)로 이루어지며 하단으로는 상단지그(13)가 포함되고 상기 상단지그(13) 하부에는 상단고정구(14)가 구비되는 헤드 프레임(10);과
상기 헤드 프레임(10)의 양측단면을 지지하고 상부의 내측으로 가이드샤프트결합부(21)를 구비하여 가이드샤프트(22)와 결합되는 하부 프레임(20);과
상기 가이드샤프트(22)가 양측단에 관통되는 작업대(31)와 상기 작업대(31)하부에 유압실린더(32)가 구비되며 상단으로는 하단지그(33)를 포함하고 상기 하단지그(33) 상부에는 하부고정구(34)로 이루어지는 가압장치부(30);와
상기 헤드 프레임(10)과 하부 프레임(20)과 가압장치부(30)가 내장되는 단열케이스(40);를 포함하되,
상기 작업대(31) 또는 하단지그(33) 상면에 적어도 하나 이상의 공명기(50)가 구비되고
상기 하부 프레임(20) 내부를 일정한 간격에 대해 격벽(81)을 구비하고,
상기 격벽(81)을 통해 이루어지는 공동에서 격벽면을 제외한 어느 한면에 대하여 공동홀(82)이 구성되고,
주위 온도 변화에 따라 팽창하는 주름관(52a)이 구비되어 중공을 가지는 원기둥 형상의 소통관(52)이 상기 공동홀(82)에 억지끼움되어 결합되는 것을 특징으로 하는 소음 저감 진동융착기.