KR102372664B1 - 초음파 용접 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초음파 용접 장치에 관한 것으로 해당 장치는 증폭기(12)에 장착된 소노트로드(1)로 구성되어 있으며, 이 장치는 헤드(2)가 부착된 컨버터(13)에 장착되어 있고, 소노트로드(1)에 위치한 외부 케이스(3)로 구성되어 있다는 특징이 있어 전면 끝단(31)의 톱니형 가압 공기 입구와 출구를 통해 가압된 공기를 순환시키기 위한 환형 챔버(4)의 경계를 특정하여 소노트로드(1)를 냉각하고, 상기 외부 케이스(3)에 있는 헤드(2)에 위치한 후면 부분(32)을 축 방향으로 이동할 수 있어 상기 압축 가능 수단(51)이 작동하면 소노트로드(1)의 팁(11)이 용접할 부분과 접촉하기 전에 용접 영역 주변부에 있는 용접할 부분(P1, P2)과 반대 방향으로 압력을 가하는 누름판을 형성한다.

Description

초음파 용접 장치
본 출원은 초음파로 플라스틱 부품을 용접하는 데 응용할 수 있는 초음파 용접 장치에 관한 것이다.
자동차 부문 등 다양한 부문에서 플라스틱 부품 용접에 초음파를 흔히 사용하고 있다. 이렇게 용접해야 할 부품에는 보어 쌍이 있으며 이러한 보어를 통과하는 두 번째 부품에 스터드가 형성된다. 용접하기 전 용접할 두 부품이 모두 겹쳐져 있다. 용접 작업 시, 용접기가 속이 빈 플라스틱 스터드에 대해 축 방향으로 움직이며 플라스틱이 녹으면서 압축되어 스터드 헤드 또는 리벳을 형성하여 두 부품 중 하나가 탈거되는 것을 방지한다.
여러 개의 점용접 용접기가 장착된 카세트 기계는 동시에 여러 용접을 수행하는 데 사용하며 반복적인 구성을 제공한다.
용접할 부품을 변경하려면 모델 변경과 각 모델의 기계를 재구성해야 한다.
위치를 조정하기만 하면 모델을 변경할 수 있는 로봇 암을 장착한 더욱 유연한 초음파 용접 장치가 알려져 있다.
이러한 용접 장치를 사용하는 동안에는 일반적으로 두 가지 문제가 발생한다.
ㆍ 첫 번째 문제는 효율을 위한 용접기 및 용접부의 적절한 냉각에 관련된 문제이며,
ㆍ 두 번째 문제는 원치 않는 간극이 남아 있지 않도록 하는 연결한 부품의 올바른 위치 설정에 관련된 문제이다.
첫 번째 용접기 냉각 문제와 관련해 다음과 같이 다양한 선례가 있다.
특허 US3438428에서는 통제된 온도에서 진동 공구를 유지하는 방식이 설명되어 있다. 이를 시행하기 위해 그러한 진동 공구는 용접기를 통해 플라스틱 용접에 사용한다. 상기 언급한 온도 제어를 실행하기 위해 냉각액의 외부 순환 회로의 주입구 및 배출구가 연결된 용접기 내부에 도관을 형성한다.
특허 US6691909는 초음파 용접 과정 중 용접기 접착을 줄이는 초음파 용접의 작동 부품용 장치 및 방식을 설명하고 있다. 문서 US6691909에서도 US343842에서 제안한 것과 유사한 용접기를 위한 내부 냉각 시스템을 제안하고 있다.
문서 EP1000732에서는 레진 고정을 위한 요소의 초음파 용접용 장치를 설명하고, 용접 영역 냉각용 공기를 주입하는 데 사용하기 위해 용접기 부분을 가로질러 구성되는 공기 통로를 형성하는 방법을 제안하고 있다.
이러한 선례에는 다음과 같은 단점이 일부 존재한다. 내부 도관을 통한 공기의 투입은 융용된 재료에 기포 또는 필라멘트 형성을 유발할 수 있으며 이로 인해 용접부 결함으로 이어질 수 있다. 더불어 이러한 투입은 융용된 재료에 대한 용접기의 전진으로 인해 융용된 플라스틱에 내부 보어가 밀폐되어 용접기 내부의 공기 순환과 팁 또는 전방 끝부분 배출구를 막고 용접기의 온도를 과도하게 높이기 때문에 특별히 효과적이지 않다.
용접할 부품의 위치 선정에 대한 두 번째 문제와 관련하여 용접 영역과 다소 떨어져 있는 부품을 고정하는 용접 장치와 별도로 외부 핸들러를 사용하는 방식도 알려져 있다.
이는 종종, 특히 용접할 부분(예: 라이닝) 사이에 재료가 있는 경우, 용접 영역에 두 부품이 충분히 함께 고정되지 않는 결과를 초래해, 해당 부분이 고정되어 유지되지 않으나 그사이에 일부 경우의 제조업체에서 허용하지 않는 원치 않는 간극 또는 홈이 발생하게 된다.
출원자는 용접기 냉각 또는 사이 간극 또는 홈을 방지하기 위한 용접 부위의 올바른 부품 위치 선정과 관련하여 노출된 두 문제를 만족할 수 있는 정도로 동시에 해결할 수 있는 초음파 용접 장치에 대한 선례의 존재를 알고 있지 않다.
본 발명의 목적은 초음파 용접 장치, 구체적으로는 플라스틱 부품을 용접하는 용도의 장치이다. 본 장치는 핸들러, 액추에이터 또는 로봇 암의 부가 장치에 적합한 용접기, 부스터 및 컨버터로 이루어져 있으며 용접 작업을 진행할 수 있도록 용접 위치로 움직이고, 고정 및 냉각 헤드가 부착되어 있다.
발명의 주요 목적은 부품 간에 원치 않는 간극을 제거하기 위해 용접 부위에 매우 가까운 주변 영역에서 용접할 부품의 전면에 압력을 가할 적절한 수단을 장치에 제공하며 용접기와 형성된 용접부를 효과적으로 냉각하는 것이다.
발명의 목적인 본 초음파 용접 장치는 핸들러 또는 로봇 암의 부가 장치에 적합하며 냉각을 위한 홀더가 부착된 용접기, 초음파 컨버터 및 부스터로 구성되어 있으며, 특히 용접 부위에 매우 가까운 주변 영역에서 부품 사이에 원치 않는 간극을 제거하기 위해 용접할 부품에 전방 압력을 적용하며 외부 표면을 통해 효과적으로 용접기를 냉각해 용접 수행 중 용접 영역에 대한 압축 공기 순환을 보장하여 노출된 문제를 해결하기에 적합한 특성을 지니고 있다.
이러한 목적을 위해, 그리고 발명에 따르면 본 장치는 용접기 주변에 배열되어 있으며 헤드의 내부 공간을 통해 압축 공기의 주입구에 연결된 압축 공기의 순환을 위해 용접기와 더불어 환형 챔버 부분의 범위를 정하며, 압축 공기의 배출구 및 용접기의 주변 냉각을 위해 상단에 환형 톱니형으로 구성된 개구부가 있는 외측 슬리브로 구성되어 있다.
해당 외측 슬리브는 다음 항목 간의 축 이동의 가능성을 위한 후면 부분이 유닛 헤드에 장착되어 있다. - 용접기의 팁과 관련해 슬리브의 전면 끝단이 전방으로 돌출되어 압축 가능한 수단을 통해 용접기가 용접할 부품에 접근하는 도중에, 그리고 용접기 팁이 용접할 부품과 접촉하기 전에 용접 부분과 가까운 주변 영역의 용접할 부품에 대한 구성 가능한 압력을 가하는 홀더를 구성하는 전방 위치 및 - 슬리브 전면 끝단이 계속해서 용접할 부품에 압력을 가하는 용접 작업 시 용접기의 전진 이동으로 결정되는 후방 위치, 이 후방 위치에서는 슬리브의 전면 끝단이 용접기 팁에 대해 공면 방식(coplanar manner)으로, 또는 매우 근접한 평면으로 위치해 있음.
이러한 특징과 함께 본 장치는 슬리브의 전면 끝단이 용접이 시작되기 전과 용접이 진행되는 동안 용접 영역에 근접한 주변 부위의 용접할 부품에 구성 가능한 압력을 가할 수 있도록 하여 그사이에 홈 또는 원치 않는 간극을 방지함으로써 부품이 올바른 위치로 유지될 수 있도록 한다.
본 발명은 또한 용접기 자체에 뚜렷하게 보이는 중앙 보어를 통해 배출구를 제공하는 상기 언급된 선례에서와는 반대로, 융용된 플라스틱이 압축 공기의 배출구를 막는 것을 방지하는 슬리브 전면 개구부의 톱니형 구성으로 용접기의 외부 냉각에 사용되는 압축 공기가 환형 챔버를 따라 순환하여 슬리브의 전면 개구부를 통해 배출될 수 있게 한다.
압축 냉각 공기는 이러한 종류의 용접 수행에 추가적인 이점이 되는 효과를 제공한다. 용접 이후 용접기를 제거하면 압축 공기는 용접 지점의 융용된 플라스틱을 냉각하여 융용된 재료의 고체화를 유발해 융용된 재료를 잡아당기지 않아도 용접기를 제거할 수 있도록 하여 결과적으로는 용접기를 제거하기 위해 용접부의 고질적인 변형 문제를 제거하고 보통 냉장 없이 융용된 플라스틱이 고체화되는 것을 기다리는 것에 시간을 투자하는 것을 막는 용접부 변형 및/또는 약화 가능성을 제거한다. 이러한 효과는 수행하는 용접의 간격이 짧아지는 결과로 이어지며 이는 유닛당 처리량이 더욱 높아짐을 의미한다.
또한 부품에 가해지는 압력이 용접기의 후진 이동에서 효과적으로 유지되며 이로 인해 압축 공기로 용접부를 냉각하는 동안의 분리를 방지한다.
장치의 내부 공간을 통해 압축 공기를 순환하는 것의 추가적인 이점은 공기 압력 자체가 기계적 유도 요소와 관련해 극도의 반지름 방향의 힘에만 반응하기 때문에 슬리브의 반지름 방향 자동 조정 효과를 유발해 그사이의 기계적 마찰로 인한 마모를 최소화한다는 점이다.
설명을 보완하기 위해, 그리고 발명의 특징에 대한 이해를 돕기 위해 본 설명서에는 설명을 위한 제한 없는 성격의 다음을 표현한 일련의 도면이 첨부되어 있다.
도 1은 발명에 따라 미작동 위치에서 슬리브를 전방 위치로 볼 수 있는 초음파 용접 장치 시행 예시 단면도를 나타내고 있다.
도 2는 이전 도면과 유사하게 초음파 용접 요소가 제거된 추진 및 냉각 헤드를 나타내고 있다.
도 3은 도 1의 초음파 용접 장치를 작동 위치에서 슬리브를 후방 위치로 볼 수 있는 단면도를 나타내고 있다.
도 4 및 5는 두 부분의 플라스틱 재료 용접 단계의 여러 단계에 있는 발명 장치 전면 부분의 양측 세부 사항을 나타내고 있다.
시행의 예시로 도 1 및 3에 나온 초음파 용접 장치는 후면 영역으로 부스터(12)에 부착되어 이를 통해 운동을 위한 액추에이터, 핸들러 또는 로봇 암과의 연결에 적합한 컨버터(13)에 연결되며 헤드(2)가 부착된 소노트로드(1)로 구성되어 있다.
이 장치는 소노트로드(1) 주변에 배열되어 있으며 용접기와 더불어 내부 공간(23)을 통해 헤드(2)에 형성된 압축 공기 주입구(21)에 연결된 압축 공기의 순환을 위한 환형 챔버(4)의 범위를 정하는 외측 슬리브(3)로 구성되어 있으며, 이는 전면 끝단(31)의 외측 슬리브(3)에 소노트로드(1)의 팁(11) 주변에 압축 공기의 배출을 위한 톱니형 개구부와 소노트로드(1)의 주변 냉각을 제공한다.
외측 슬리브(3)는 도 1에 나타난 전면 위치와 도 3에 나타난 후면 위치 사이에 축 운동 가능성이 있는 헤드(2)에 후면 부분(32)이 조립되어 있다.
슬리브(3)의 전면 위치에서 소노트로드(1)의 팁(11)과 관련하여 전면 끝단(31)은 전방으로 돌출되어 있으나 후면 위치에서 슬리브의 전면 끝단(31)은 소노트로드(1)의 팁(11)에 대해 공면 방식(coplanar manner)으로, 또는 근접한 평면으로 위치해 있다.
이 장치는 슬리브(3)의 중간 영역에 외부적으로 부착된 지지대(5)로 구성되어 있으며 이는 상기 언급한 전면 및 후면 위치에서 헤드(2)와 관련해 해당 슬리브(3)와 함께 움직인다.
본 장치는 일부 나선식 스프링으로 표현된 예시에서 압축 가능한 수단(51)으로 구성되어 있으며 이는 헤드(2)에 고정된 기계적 정지부(22)와 접촉했을 때 지지대(5)에 대해 반응하고 이를 전면 위치로 고정하는 경향이 있으며 도면 1에 나온 것과 같이 전면 위치의 지지대(5) 전진을 제한한다.
외측 슬리브(3)의 후면 위치(32)는 헤드(2)의 챔버(23)에 위치해 있으며 이는 상기 언급한 헤드(2)에 형성된 측면 압축 공기 주입구(21)가 있는 다공 원통형 부싱(6)을 통해 전달된다. 이 슬리브의 후면 위치(32)는 외측 슬리브(3)의 다소 전진된 위치와 관계없이 외부 슬리브(3)와 소노트로드(1) 사이에 보이는 환형 챔버(4)를 향하는 헤드(2)의 챔버(23)로부터의 압축 공기 통로를 위한 톱니형 후면(33)과 반경 보어(34) 일부로 구성되어 있다.
다공 원통형 부싱(6)은 헤드(2)의 챔버(23)에 나타난 주변 시트(24)에 장착되어 있으며 지지대(5)와 헤드(2) 사이 공간을 통해 압축 공기가 새지 않도록 하는 이동 가능 지지대(5)에 대해 작동하는 개스킷(71)을 포함한 헤드(2)에 고정된 리테이너(7)를 통해 주변 시트(24)에 고정되어 있다.
도 4 및 5는 축 방향 작동 시 장치의 두 가지 위치와 편리하게 겹쳐져 있으며 스터드(T)의 통로를 위한 스터드(T) 및 보어(O)가 각각 제공된 두 개의 플라스틱 부품(P1, P2) 용접을 나타내고 있다.
도 4에 나와 있듯이 용접할 부품(P1, P2)에 소노트로드(1)가 접근하는 도중에, 그리고 용접할 부품과 소노트로드(1)의 팁(11)이 접촉하기 전에, 슬리브(3)는 전방으로 돌출되도록 위치하며 전면 끝단(31)은 압축 가능한 수단(51)의 동작을 통해 용접부에 근접한 주변 영역의 용접할 부품(P1, P2)에 대해 압축 가능한 압력을 가하는 추진기를 형성하여 적합한 위치에 고정하고 그사이에 간극 또는 홈이 생기지 않도록 방지한다.
도 5에 나온 것과 같이 용접기 팁(11)은 장치의 축 방향 전진 동작 시 스터드(T)에 대해 동작하며 용접을 수행한다. 슬리브(31)의 전면 끝단은 용접할 부품(P1, P2)을 함께 고정하여 소노트로드(1)의 전진 이동을 통해 정밀하게 결정되는 후방 위치에 도달한다.
슬리브(3)는 용접 중 소노트로드(1)와 관련하여 후방으로 이동하여 이전 위치를 유지하는 경향이 있는 압축 가능한 수단(51)의 압축을 유발한다.
발명을 실시하기 위한 예시와 함께 발명의 성격을 충분히 설명한 이후, 설명한 요소의 재료, 모양, 크기 및 배열이 변경될 수 있는 적절한 효과를 명시해야 한다. 단, 이는 아래에 청구된 발명의 필수 특성의 변화를 뜻하는 것이 아니다.

Claims (9)

  1. 초음파 용접 장치로서,
    후면 영역으로 차례로 부스터(12)에 부착되고, 이후에 운동을 위한 액추에이터에 결합되기 위한 컨버터(13)에 부착되고, 또한 헤드(2)가 부착되는 소노트로드(sonotrode)(1)를 포함하고,
    상기 장치는:
    상기 소노트로드(1)의 주변에 배열되고, 상기 소노트로드(1)를 따라 상기 헤드(2) 내에 형성된 압축 공기 주입구(21)로 상기 헤드(2)의 챔버(23)를 통해 연결된 압축 공기의 순환을 위한 환형 챔버(4)의 범위를 정하는 외측 슬리브(3)를 포함하고,
    상기 소노트로드(1)의 팁(11)의 주변의 압축 공기의 배출 및 상기 소노트로드(1) 주변 냉각을 위해 상기 외측 슬리브(3)는 돌출된 전면 끝단(31)을 가지며,
    상기 외측 슬리브(3)는:
    상기 외측 슬리브(3)의 상기 전면 끝단(31)이 상기 소노트로드(1)의 상기 팁(11)에 대해서 전방으로 돌출되어 있으며, 용접할 부품에 소노트로드(1)를 접근하는 도중 그리고 용접기(1)의 팁(11)이 상기 용접할 부품과 접촉하기 전에, 압축 가능한 수단(51)의 동작을 통해서, 용접부와 근접한 주변 영역 내에, 용접할 부품들(P1, P2)에 대해서 구성 가능한 압력을 가하는 추진기를 형성하는 전면 위치, 및
    상기 외측 슬리브(3)의 전면 끝단(31)이 용접할 부품(P1, P2)을 함께 고정한 채 유지하는 동안 용접하는 도중의 상기 소노트로드(1)의 전진으로 결정되는 후면 위치간의 축 이동을 위해 구성된 상기 헤드(2)에서 조립된 후면 부분(32)을 가지며,
    상기 후면 위치에서는 상기 외측 슬리브(3)의 상기 전면 끝단(31)이 상기 소노트로드(1)의 상기 팁(11)에 공면 방식(coplanar manner)으로, 또는 근접한 평면에 위치해 있는,
    초음파 용접 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 외측 슬리브(3)의 상기 후면 부분(32)은 상기 헤드(2)에 형성된 측면 압축 공기 주입구(21)를 가지는 다공 원통형 부싱(6)을 통해 연통하는 상기 헤드(2)의 챔버(23)내에 하우징되고,
    상기 외측 슬리브(3)의 상기 후면 부분(32)은 톱니형 후면(33) 및 상기 헤드(2)의 상기 챔버(23)에서 상기 외측 슬리브(3) 및 상기 소노트로드(1) 사이에 형성된 상기 환형 챔버(4)로의 압축 공기의 상기 통로를 위한 몇몇의 반경 보어(34)를 포함하는,
    초음파 용접 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 다공 원통형 부싱(6)은 상기 헤드(2)의 챔버(23) 내에 형성된 주변 시트(24) 내에 장착되어 있으며, 리테이너(7)를 통해 상기 주변 시트(24)에 부착된,
    초음파 용접 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 리테이너(7)는, 지지대 및 상기 헤드(2) 사이의 공간을 통해 압축 공기가 빠져나가는 것을 방지하기 위해, 슬라이딩 지지대(5)에 대해서 작동하는 밀폐 개스킷(71)을 가지는,
    초음파 용접 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 장치는
    상기 외측 슬리브(3)의 중간 영역에 외부 부착되고 상기 전면 위치 및 상기 후면 위치 사이에서 상기 외측 슬리브(3)를 따라서 이동하는 지지대(5);
    상기 헤드(2) 상에서 작동하며 전면 위치에 고정하려는 경향이 있는 압축 가능한 수단 (51); 및
    상기 전면 우치에서 지지대(5)의 전진 범위를 정하는 기계적 정지부(22)를 포함하는,
    초음파 용접 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨버터(13)는 핸들러를 결합하기 위해 구성되는,
    초음파 용접 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨버터(13)는 로봇 암을 결합하기 위해 구성되는,
    초음파 용접 장치.
  8. 제 1 항의 상기 초음파 용접 장치를 사용하기 위한,
    용접 방법.
  9. 제 1 항의 상기 초음파 용접 장치를 사용하여 용접된,
    부품.
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