KR102413311B1 - 레이저를 이용한 체결나사의 플라스틱 접합방법 - Google Patents

레이저를 이용한 체결나사의 플라스틱 접합방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이저를 이용한 체결나사의 플라스틱 접합방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 금속재질로 이루어지는 체결나사와, 이러한 체결나사에 체결되는 이종재질의 와셔를 상호간 레이저 열원만을 이용하여 접합하는 방법을 제시함으로서, 기존의 접착제 또는 기계적 결합에 비해 접합력이 우수하고 공정의 단순화 및 자동라인의 구축이 용이한 레이저를 이용한 체결나사의 플라스틱 접합방법에 관한 것이다.

Description

레이저를 이용한 체결나사의 플라스틱 접합방법{Plastic bonding method of Fastening screw using laser}
본 발명은 별도의 본딩이나 화스너 없이 체결나사와 플라스틱의 이종 부품을 레이저 열원만을 이용하여 접합하는 방법에 관한 것이다.
최근 자동차분야에서는 유가 상승 및 자동차 배출가스에 대한 환경규제 강화로 인하여 연비 개선을 위해 차체의 경량화 방안이 지속적으로 연구되고 있다.
또한, 이 경량화를 가능한 한 저해하지 않고, 자동차의 차체 충돌시 안전성을 높이는 것도 함께 추구되고 있다.
이러한 경량화 방안 중 하나로 비철금속 재료인 플라스틱 소재의 사용이 증가하고 있다.
종래에 금속과 플라스틱을 접합하는 대표적인 방법으로는 체결용 화스너(볼트, 스크류, 너트)를 사용하여 기계적으로 접합하는 방식이 사용되었다. 이와 같은 접합 방법은 용접 방식에 비해 제조 비용이 증가하고, 접합 가공물의 외관 품질이 좋지 않으며, 접합 설비의 구조가 복잡해지는 단점이 있다.
또한, 물질을 접합하는 다른 기술로서 접착식 접합 기술이 있으며, 예를 들어 폴리우레탄, 아크릴, 및 에폭시 등과 같은 접착제를 사용할 수 있다.
그러나 상기의 기계적 접합 기술과 접착식 접합 기술은 한계가 있다. 예를 들어 기계적 접합부에 천공이나 드릴링하여 구멍을 형성하는 추가 작업이 필요할 수 있고, 접합을 위하여 장시간이 필요할 수 있고, 접합부의 강도가 불균일할 수 있다.
이에, 이러한 문제를 헤결할 수 있는 접합방법의 기술개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
대한민국 공개특허공보 특1995-0025291호(1995.09.15.공개)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 레이저를 이용한 볼트, 스크류 등 체결나사의 플라스틱 접합 방법에 관한 것으로서, 별도의 본딩이나 화스너 없이 체결나사와 플라스틱의 이종 부품을 레이저 열원만을 이용하여 접합하는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 수단으로서,
볼트 또는 스크류의 금속재질 체결나사(10)가, 단조공정을 통해 형태가 완성되는 제 1공정, 전조공정을 통해 외주연에 나사산(14)이 형성되는 제 2공정, 도금이 되는 제 3공정이 순차적으로 시행된 후, 이종재질의 와셔(20)가 조립되되,
상기 와셔(20)는 플라스틱 재질로 이루어지며, 상기 체결나사(10)의 외주연에 대응되며 끼워진 후, 레이저 조사에 의해 체결나사(10)의 머리부(11)에 접합되어 일체를 이루도록 하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 레이저 접합방법을 사용함에 따라, 본딩이나 접착제 테이핑 또는 기계적 접합에 비하여 자동화 라인의 구현이 쉽고, 체결부품 등 접합 부재료를 배제할 수 있어 설계치수를 고려할 필요가 없다는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 공정수 저감으로 인하여 제조 작업이 용이하고 빠르며, 볼트, 스크류의 플라스틱 코팅 및 플라스틱류의 기능성 와샤 적용에 도움 및 비용절감 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 레이저를 이용한 체결나사의 플라스틱 접합방법을 나타낸 일실시예의 도면.
도 2는 본 발명에 따른 접합부를 나타낸 일실시예의 도면.
본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, "제 1(first)", "제 2(second)"와 같은 용어는 설명을 위해 본원 및 첨부 청구항들에 사용되고 상대적인 중요성 또는 취지를 나타내거나 의미하는 것으로 의도하지 않는다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래의 특징으로 갖는다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저를 이용한 체결나사의 플라스틱 접합방법을 상세히 설명하도록 한다.
본 발명의 레이저를 이용한 체결나사의 플라스틱 접합방법은 하기와 같다.
본 발명은 금속재질로 이루어지는 볼트 또는 스크류의 체결나사(10)가, 단조공정을 통해 형태가 완성되는 제 1공정, 전조공정을 통해 외주연에 나사산(14)이 형성되는 제 2공정, 도금이 되는 제 3공정이 순차적으로 시행된 후, 최종단계에서 와셔(20)가 조립될 수 있도록 하되, 이때 레이저를 이용한 것이다.
기존에는 이러한 체결나사(10)의 경우, 단조 -> 와셔조립 -> 전조 -> 도금의 순서로 진행되었는데, 전조공정 이전에 와셔를 조립하지 않는 경우, 전조의 나사산 부위로 인하여 와셔의 조립이 불가능하기 때문이었다.
하지만, 본 발명은 이러한 와셔(20)를 전조공정 이후에 체결나사(10)에 결합할 수 있도록 한 것으로서, 이러한 와셔(20)는 고무 또는 플라스틱 등의 재질로 이루어져, 체결나사(10)와는 이종재질을 가지며, 상기 체결나사(10)의 외주연에 대응되며 끼워진 후, 레이저 조사에 의해 체결나사(10)의 머리부(11)에 접합되어 일체를 이루도록 한 것이다.
이러한 체결나사(10)에 와셔(20)의 접합을 위한 구성으로는 볼트 공급부(30), 와셔 공급부(40), 조립부(50), 접합부(60)를 포함한다.
상기 볼트 공급부(30)는 다수의 체결나사(10)가 보관되어 있되, 사전설정간격을 유지하며 일방향으로 공급되는 볼트가 후술될 조립부(50)에 공급되도록 한 것이고,
상기 와셔 공급부(40)는 다수의 와셔(20)가 보관되어 있되, 상기 와셔(20)가 사전설정간격을 유지하며 전술된 볼트 공급부(30)와 함께 조립부(50)에 일방향으로 공급되도록 한 것이다.
상기 조립부(50)는 전술된 볼트 공급부(30)를 통해 공급받은 체결나사(10)의 머리부(11)가 하단에 위치되도록, 공급된 체결나사(10)를 직립으로 배치시킨 후(이러한 직립배치를 위한 장치는 사용자의 실시예에 따라 다양한 수단이 사용될 수 있음이다.), 와셔 공급부(40)를 통해 공급받은 와셔(20)를, 이렇게 머리부(11)가 하단에 위치되도록 거꾸로 세워진 체결나사(10)의 몸체부(12) 외주연에 길이방향으로 체결시키는 것이다.
이때, 상기 조립부(50)는 안착대(51), 고정부(52), 회전부(53)를 포함한다.
상기 안착대(51)는 체결나사(10)의 머리부(11)가 대응되며 수직으로 안착될 수 있도록, 머리부(11)와 대응되는 안착홈(54)을 상면에 형성하는 지지판이다.
상기 고정부(52)는 전술된 안착대(51)의 중앙(자세히는 안착홈(54)의 중앙)에 상부로 돌출되어, 체결나사(10)의 머리부(11) 일면에 형성된 고정홈(13)에 대응되며 끼워지는 형상을 가짐으로써, 체결나사(10)를 부동시키는 부분으로, 체결나사(10)의 고정홈(13)이 '+(십자)'인 경우, 고정부(52)의 형상도 십자 형태로 돌출되거나, '-(일자)'인 경우, 고정부(52)의 형상도 일자 형태로 돌출될 수 있음이다.
상기 회전부(53)는 전술된 안착대(51)에 설치되어, 안착대(51)를 일방향으로 회전시킬 수 있도록 하는 것으로, 회전을 가능케하는 별도의 회전모터 등과 동력전달수단에 의해 동력전달가능하게 연결되어 있는 것이다. 이로써 후술될 접합부(60)에서 레이저를 조사시, 와셔(20)가 체결나사(10) 외주연 또는 일면 전체에 걸쳐 고른 접합이 가능토록, 레이저 조사시 체결나사(10)를 회전시킬 수 있도록 하는 부분이다.
상기 접합부(60)는 전술된 고정부(52)에서 체결나사(10)에 와셔(20)가 조립된 후, 이러한 고정부(52) 자체가 레이저 장치(70)측으로 이송되어져 접합부(60)를 구성하는 것으로, 체결나사(10)에 체결된 와셔(20)부분에 레이저 장치(70)로 레이저를 조사하여, 와셔(20)가 볼트 머리부(11)에 고정접합되도록 하는 부분이다.
이때, 상기 체결나사(10)의 머리부(11)에 접합되는 와셔(20)는, 상기 머리부(11)가 삼각형 형상인 제 1경우, 와셔(20)는 머리부(11)와 대응되는 삼각형 형상으로 형성되어, 머리부(11)의 외주연 둘레에 레이저에 의해 대응접합되며, 상기 머리부(11)가 사각형 형상인 제 2경우, 와셔(20)는 몸체부(12)가 시작되는 머리부(11) 일면에 레이저에 의해 대응접합된다.
더불어, 이러한 상기 제 1, 2경우는 레이저가 조사시 와셔(20)가 용융되면서, 체결나사(10)를 회전시키기 위해 고정홈(13)을 형성하고 있는 일면까지 와셔(20)가 원주방향으로 감싸며 융착됨으로서, 더욱 확실하게 와셔(20)가 체결나사(10)에 고정될 수 있는 것이다.
또한, 이러한 상기 와셔(20)는 나사산(14)이 사전에 형성된 체결나사(10)에 끼워지기 위해, 체결나사(10)의 몸체부(12) 직경보다 큰 관통홀(21)이 중앙에 천공형성되어 있도록 하여, 상기 전조공정 이후에 와셔(20)의 조립이 가능토록 하되, 상기 레이저에 의해 용융되면서 관통홀(21)의 직경이 감소되면서 체결나사(10)에 융착되도록 한 것이다.
더불어, 본 발명에서는 다양한 실시예에 따라,
상기 체결나사(10)의 경우,
머리부(11)가 하단에 위치되도록 체결나사(10)가 수직으로 세워진 후 와셔(20)가 체결되고, 이후 레이저 조사에 의해 와셔가 체결나사에 접합되도록 하되,
상기 머리부(11)에서, 와셔(20)의 끝단과 인접된 머리부(11)의 외주연 둘레에는, 사전설정 각도범위(α, ex: 15°~ 25°)를 가지며 '∠' 자 형상의 사선형태로 함몰된 내입홈(15)을 형성하도록 한다.
(ex: 머리부(11)가 삼각형인 경우, 머리부(11)의 최하단 외주연에 내입홈(15)이 함몰형성되고, 머리부(11)가 사각형인 경우, 머리부(11)의 최상단 외주연에 내입홈(15)이 함몰형성된다.)
이러한 상기 내입홈(15)은 레이저에 의해 용융된 와셔(20)의 일부가 내입홈(15)에 채워짐으로서, 용융된 와셔(20)의 일부가 머리부(11)의 외주연으로 돌출되지 않도록 하기 위함이다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변경이 가능함은 물론이다.
10: 체결나사 11: 머리부
12: 몸체부 13: 고정홈
14: 나사산 15: 내입홈
20: 와셔 21: 관통홀
30: 볼트 공급부 40: 와셔 공급부
50: 조립부 51: 안착대
52: 고정부 53: 회전부
54: 안착홈 60: 접합부
70: 레이저 장치

Claims (7)

  1. 볼트 또는 스크류의 금속재질 체결나사(10)가, 단조공정을 통해 형태가 완성되는 제 1공정, 전조공정을 통해 외주연에 나사산(14)이 형성되는 제 2공정, 도금이 되는 제 3공정이 순차적으로 시행된 후, 이종재질의 와셔(20)가 조립되되,
    상기 와셔(20)는 플라스틱 재질로 이루어지며, 상기 체결나사(10)의 외주연에 대응되며 끼워진 후, 레이저 조사에 의해 체결나사(10)의 머리부(11)에 융착접합되어 일체를 이루도록 하며,
    상기 체결나사(10)가 사전설정간격을 유지하며 일방향으로 공급되는 볼트 공급부(30);
    상기 와셔(20)가 사전설정간격을 유지하며 일방향으로 공급되는 와셔 공급부(40);
    상기 볼트 공급부(30)를 통해 공급받은 체결나사(10)의 머리부(11)가 하단에 위치되도록 수직으로 배치시킨 후, 와셔 공급부(40)를 통해 공급받은 와셔(20)를 체결나사(10)의 몸체부(12) 외주연에 길이방향으로 체결시키는 조립부(50);
    상기 조립부(50)로부터 이송된 체결나사(10)의 와셔(20)부분에 레이저 장치(70)로 레이저를 조사하여, 와셔(20)가 볼트 머리부(11)에 고정접합되도록 하는 접합부(60); 를 포함하며,
    상기 조립부(50)는
    체결나사(10)의 머리부(11)가 대응되며 수직으로 안착될 수 있도록, 머리부(11)와 대응되는 안착홈(54)을 형성하는 안착대(51);
    상기 안착대(51)의 중앙에 상부로 돌출되어, 체결나사(10)의 머리부(11) 일면에 형성된 고정홈(13)에 대응되며 끼워지는 형상을 가짐으로써, 체결나사(10)를 부동시키는 고정부(52);
    상기 안착대(51)에 설치되어, 안착대(51)를 일방향으로 회전시킬 수 있도록 하여, 상기 접합부(60)에서 레이저를 조사시 체결나사(10)를 회전시킬 수 있도록 하는 회전부(53); 로 구성되며,
    상기 체결나사(10)의 머리부(11)에 접합되는 와셔(20)는,
    상기 머리부(11)가 삼각형 형상인 제 1경우, 와셔(20)는 머리부(11)와 대응되는 형상으로 형성되어, 머리부(11)의 외주연 둘레에 레이저에 의해 대응접합되며, 상기 머리부(11)가 사각형 형상인 제 2경우, 와셔(20)는 몸체부(12)가 시작되는 머리부(11) 일면에 레이저에 의해 대응접합되며,
    상기 제 1, 2경우는
    레이저가 조사시 와셔(20)가 용융되면서, 체결나사(10)를 회전시키기 위해 고정홈(13)을 형성하고 있는 일면까지 와셔(20)가 원주방향으로 감싸며 융착되고,
    상기 와셔(20)는
    상기 체결나사(10)에 끼워지기 위해, 체결나사(10)의 몸체부(12) 직경보다 큰 관통홀(21)이 중앙에 천공형성되어 있도록 하여, 상기 전조공정 이후에 와셔(20)의 조립이 가능토록 하며, 상기 레이저에 의해 용융되면서 관통홀(21)의 직경이 감소되면서 체결나사(10)에 융착되도록 하며,
    상기 체결나사(10)는
    머리부(11)가 하단에 위치되도록 체결나사(10)가 수직으로 세워진 후 와셔(20)가 체결되되,
    상기 머리부(11)에서, 와셔(20)의 끝단과 인접된 머리부(11)의 외주연 둘레에는, 사전설정 각도범위(α)를 가지며 사선형태로 함몰된 내입홈(15)을 형성하여, 레이저에 의해 용융된 와셔(20)의 일부가 내입홈(15)에 채워질 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 체결나사의 플라스틱 접합방법.
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