KR200412661Y1 - 초음파 접합장치의 공구혼 조립체 - Google Patents

Abstract

본 고안은 겹쳐진 두 피접합물을 비용해 접합시키는 초음파 접합장치에 관한 것으로, 특히 피접합물을 이송시키면서 접합시키고, 접합 뿐만 아니라 필요시 피접합물 절단할 수 있으며, 피접합물의 접합면을 선형으로 접합하여 접합품질을 향상시킬 수 있는 공구혼을 구비한 초음파 접합장치에 관한 것이다. 본 고안에 따른 초음파 접합장치(10)는 겹쳐진 피접합물을 초음파 비용해 접합시키기 위한 작업대를 구비한 초음파 접합장치(10)에 있어서, 기대(12)에 고정된 써보모터(40)와; 전원에 의해 초음파를 발생시키는 진동자, 진동자와 결합된 부스터(23) 및 상기 부스터(23)에 결합되어지는 공구혼(22)을 구비하고, 상기 써보모터(40)에 의해 회전되도록 상기 기대(12)에 설치되어진 베어링을 구비한 지지부재(13a~13c)에 결합되는 샤프트(21b)와; 상기 샤프트(21b)와 연동되도록 결합되어 동력전달수단(41)을 통해 회전되어 상기 공구혼(22)의 외부표면과 접해져 회전되어지는 롤러(31)를 구비한 이송부(30)로 구성된다.

본 고안에 따른 초음파 접합장치는 종래의 초음파 접합장치와는 달리 공구혼을 디스크형으로 구성함으로서 피접합물의 상하면에 접해지는 공구혼(22)과 롤러(31)가 피접합부재의 표면에 선 접촉됨으로 피접합물의 접합부 주위에 퍼짐현상을 최소화할 수 있고, 또 접합라인에 작업중단에 따른 흔적을 남기지 않고 접합된 두께가 균일한 접합라인을 형성할 수 있을 뿐만 아니라 비접합되는 부분이 발생되지 않는다.

초음파, 접합, 비용해, 진동자,

Description

초음파 접합장치의 공구혼 조립체{Tools Assembly for Ultrasonic Sewing machine}

도 1은 본 고안에 따른 공구혼 조립체가 채용된 초음파 접합장치를 예시한 종단면도,

도 2는 본 고안에 따른 공구혼 조립체가 채용된 초음파 접합장치를 예시하는 측단면도,

도 3은 본 고안에 따른 초음파 진동자와 공구혼의 구성을 예시한 요부 단면도,

도 4a는 본 고안에 따른 초음파 접합장치의 진동자 및 공구혼의 구성을 발췌하여 도시한 요부 분해사시도,

도 4b는 본 고안에 따른 공구혼의 바람직한 실시예를 확대하여 도시한 사시도 및 요부 확대단면도,

도 4c는 본 고안에 따른 공구혼의 다른 실시예를 예시한 요부 단면도,

도 5a는 본 고안에 따른 디스크형 공구혼과 연동하여 피접합물을 이송시키는 이송부를 정면에서 바라 본 종단면도

도 5b는 도 5a에 도시된 이송부의 측면도,

도 6은 본 고안에 따른 진동자의 진동 펄스를 예시한 파형도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10:초음파 접합장치 11:작업대

12:기대 13a,13b, 13c:지지부재

15: 커플러

16: 풀리 20: 초음파 및 진동발생부

21:진동자 21a,23a:스크류

21b:샤프트 22:디스크형 공구혼

22a:플랜지 22b:다이야몬드 코팅층

23:부스터 23a:홈부

24:진동자 하우징 25a:지지돌기

25:보조하우징 30:이송부

31:롤러 31a:도형

40:써보모터 41:동력전달수단

t1:롤러의 폭 t2:플랜지의 폭

본 고안은 겹쳐진 피접합물을 소정 주파수를 가진 횡파의 초음파 진동으로 서로 접합하는 초음파 접합장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 피접합물을 접합과 동시에 이송시키고, 접합뿐만 아니라 필요시 피접합부재를 절단할 수 있으며, 피접합물의 접합면을 선형으로 접합하여 접합품질을 향상시킬 수 있는 초음파 공구혼을 구비한 초음파 접합장치에 관한 것이다.

초음파 접합장치는 예를 들어 방역작업용 작업복, 원자력 발전용, 방진 작업 복과 같은 방수복, 등산복(방수 및 방한복) 혹은 텐트나 천막 등을 제작할 때, 원단을 재봉할 경우 재봉선사이로 빗물 등이 누수되는 문제가 있어 두 원단을 겹쳐 비용융 접합하는데 가장 많이 널리 사용되고 있다.

초음파 접합장치는 초음파 진동자와 공구혼을 이용한 접합장치로서 진동자는 초음파 발생기로부터 전기적인 에너지를 소정 주파수를 가진 초음파 진동을 출력하는 이른바 전기에너지를 기계에너지로 변환하는 압전소자 또는 자기변형 소자(Magnetostrictor)등으로 된 전기음향 변환기 또는 전기진동 변환기이다. 이 진동자의 출력단에는 막대기 형상의 진동자를 동축상에 기계적으로 일체로 결합하고 있다.

전술한 바와 같은 진동자에 전기적인 에너지를 공급하여 진동자에서 초음파 진동을 발생시키고, 이 진동자에서 발생된 극 미세 초음파는 겹쳐진 피접합 부위가 공구혼과 롤러에 의해 가압상태하에서 공구혼(진동에너지로 변환)을 진동시키고, 피접합부분의 겹쳐진 부위에서 비용해(완전용해가 아닌 일부용융을 의미함) 접합을 가져온다.

전술한 바와 같은 종래의 초음파 접합장치의 작업대는 상하에 공구혼이 설치되고, 그 공구혼 상부에 가압부재가 상하로 이동가능하게 설치되어 있다. 피접합물을 공구혼과 가압부재사이에 위치시킨 뒤 전원을 인가하면 전술한 바와 같이 공구 혼에서 진동에너지가 발생되면서 겹쳐진 피접합물의 부위가 비용해 되어진다.

이와 같이 비용해된 피접합물을 작업자가 손으로 이송시켜 접합시키게 된다. 이때 공구혼은 작업대의 하측에 수직하게 설치되어 있으며 그 상단은 판상형으로 이루어져 있다. 공구혼의 상부에서 피접합물을 가압하는 가압부재는 공회전되는 롤러로서 작업자가 피접합물을 손으로 밀어 연속적으로 접합작업을 한다.

그러나, 종래의 초음파 접합장치의 경우 겹쳐진 피접합물은 하부에 판상형으로 이루어진 공구혼 위에 놓여 지므로 피접합물의 접촉표면이 넓어 작업을 중단한 뒤 다시 시작하는 경우 운전중에 공구혼에서 발생된 내열과 롤러의 가압상태 유지에 인해 피접합물의 주위로 열이 전도되어 용융상태로 발전하게 되면서 일종의 퍼짐현상이 발생된다. 이러한 퍼짐현상이 발생되면 그 부위의 두께가 얇아지는 문제뿐만 아니라 연속적으로 길게 형성된 접합라인에 부분적으로 흔적을 남기게 되므로 접합라인이 고르지 못하거나 불량을 초래하는 문제점이 발생된다.

또한, 피접합물의 접합작업은 작업자가 피접착물을 손으로 이송시켜야 하기 때문에 비숙련자가 작업을 하는 경우 접합라인이 삐뚤삐뚤하고, 그 두께가 균일하지 않으며, 비접합부 혹은 상대적으로 취약한 접합부(구멍)가 생기기 때문에 그곳으로 접합부위사이로 빗물 등이 누수되거나 혹은 방수작업복 제작할 때 접합한 부위가 쉽게 터지는 문제점을 초래한다.

또한 접합작업시 비용해되는 시점을 감안하여 피접합부재를 이송시켜야 하나 자칫 시간이 지연되면 원단이 녹아 용융 흔적을 남기게 되므로 고품질 접합을 하기 위해서는 숙련된 접합 노하우가 요구된다.

본 고안은 전술한 바와 같은 문제를 해소하기 위하여 안출된 것으로, 본 고안의 주된 목적은 피접합물의 비용해 접착기능 뿐만 아니라 원단 모형 절단기로 사용할 수 있으며, 또한 피접합물의 접합가공시 공구혼과 롤러가 선접촉방식으로 가압되는 공구혼 조립체를 구비한 초음파 접합장치를 제공하는데 있다.

본 고안에 따른 공구혼을 디스크 형상으로 구성하여 회전하면서 접합되어지도록 하고, 피접합물의 원단에 접하는 단부를 뽀족하게 함으로써 절단기능을 갖는 공구혼의 조립체를 구비한 초음파 접합장치의 공구혼 조립체를 제공하는데 있다.

본 고안에 따른 초음파 접합장치의 공구혼 조립체을 달성하기 위한 구성으로서는:

두 피접합물을 서로 겹쳐 겹쳐진 부분을 초음파 비용해 접합시키는 초음파 접합장치(10)에 있어서,

전원에 의해 초음파를 발생시키는 진동자(21), 상기 진동자(21)와 연결된 부스터(23) 및 상기 부스터(23)에 결합되어지는 디스크형 공구혼(22)을 구비하고, 써보모터(40)로부터 동력을 받아 회전할 수 있도록 상기 기대(12)에 설치되어진 베어링을 구비한 지지부재(13a~13c)에 결합되는 샤프트(21b)로 달성되어 질 수 있다.

본 고안에 의하면, 본 고안은 공구혼을 디스크형상으로 형성하여 회전되도록 조립함으로서 피접합물을 비용해 접합 및 이송시킬 수 있으며, 또한 피접합물의 표면에 접하는 디스크형 공구혼과 롤러의 접촉부위가 선형으로 접촉되므로 피접합물의 표면에 접합라인이 균일하고 균일한 두께로 접합할 수 있어 비숙련자에게도 작 업의 용이성 및 불량률을 현저히 줄일 수 있다.

이하에서는 본 고안에 따른 초음파 접합장치에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1을 참조하면, 도 1에는 본 고안에 따른 공구혼 조립체가 채용된 초음파 접합장치의 전체적인 구성을 나타낸 종단면도가 예시되어 있고, 도 2에는 도 1에 도시된 초음파 접합장치의 측단면도가 도시되어 있다.

도면에서 참조번호 10은 초음파 접합장치 전체를 나타내고, 20은 겹쳐진 피접합물(도시되지 않음)을 접합시키는 진동발생부이고, 30은 공구혼의 상측에 위치되어 피접합물의 상면을 가압한 상태로 피접합물을 이송시키는 이송부이다.

초음파 접합장치(10)는 작업대(11)의 하측에 진동발생부(20)가 설치되어 있고, 그 상측에 피접합물 이송부(30)가 설치되어 있으며, 작업대 즉, 진동발생부(20)와 피접합물 이송부(30)사이에 피접합물이 놓여지게 된다.

도 3을 참조하면, 도 3에는 본 고안에 따른 초음파 공구혼과 진동발생부를 발췌하여 예시한 요부 단면도가 도시되어 있다. 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 진동발생부(20)은 진동자(21)는 디스크형 공구혼(22) 및 이들을 회전시키는 써보모터(40)로 구성되어 있다.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 도 4a에는 본 고안에 따른 초음파 접합장치의 진동 발생부 및 공구혼에 대한 요부 분해사시도가 도시되어 있고, 도 4b에는 본 고안에 따른 공구혼의 바람직한 실시예가 도시되어 있다,

공구혼(22)은 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 스크류(23a)에 의해 부스터(23)와 체결되어 있고, 부스터(23)는 진동자(21)와 스크류(21a)로 조립되어 있으며, 그 외부에 하우징(24)과 보조 하우징(25)속에 위치되어 있다.

상기한 하우징(24)은 보조하우징(25)과 결합되어 있으며, 기대(12)상에 고정된 각각의 지지부재(13a,13b, 13c)내에 마련된 베어링에 의해 회전할 수 있도록 축받이되어 있으며, 그 일측에 축선방향으로 연장된 샤프트(21b)가 마련되어 써보모터(40)와 연결되어 있다.

전술한 써보모터(40)는 내부에 여자코일과 전극을 구비하여 전원에 의해 회전되는 타이밍 모터로서, 써보모터(40)에서 발생된 동력은 커플러(15)에 결합된 진동자(21)의 샤프트(21b)을 거쳐 동력전달수단(41)로 전달되어 이송부(30)와 공구혼(22)을 회전시킨다.

진동자(21)는 상기 샤프트(21b)의 내경속으로 전원케이블이 유입되어 전원이 공급된다. 그리고 진동자(21)는 진동자(21), 공구혼(22) 및 부스터(23)가 회전되도록 하우징(24)과 보조하우징(25)를 사용하여 지지부재(13a,13b, 13c)에 조립되어 있다.

보조하우징(25)는 부스터(23)의 둘레에 설치되어 있고, 그 내면에 부스터(23)의 홈부(23a)에 삽입되어지는 지지돌기(25a)가 마련되어 있다. 상기한 지지돌기(25a)는 진동자(21)에서 발생되는 초음파가 공구혼(22)쪽으로 전달될 때 그 축선방향으로 진폭에 따른 공진현상이 발생하기 때문에 부스터(23)의 회전시 편심회전되지 않도록 즉, 진원으로 회전되도록 해야 한다.

즉, 진동자(21)는 전원이 인가되면, 써보모터(40)에 의해 회전하면서 약 35,000Hz/sec 횟수로 진동하여 초음파(23)가 공구혼(22)으로 전달되어진다. 상기 진동자(21)는 도 6에 도시된 바와 같이 일정한 주파수 범위내에서 일정한 범위의 펄스를 지니므로 펄스가 "0"인 지점(V)에 해당하는 부스터(23)의 원주면에 홈부(23a)를 설치하고 그 홈부(23a)에 지지돌기(25a)가 결합되도록 지지포인트(V)를 설정한다. 이때, 홈부(23a)에 삽입되어지는 지지돌기(25a)의 끝단이 접하는 폭을 최소한으로 하는 것이 바람직하다. 이는 접하는 면의 폭이 커질수록 부스터(23)의 길이방향으로 작용하는 진동폭 즉, 펄스의 영향을 받는 것을 최소화하기 위한 것이다.

아울러, 진동자(21)의 자유단에는 커플러(15)와 풀리(16)가 장착되어 있다, 풀리(16)는 후술하는 피접합물 이송부(30)와 연동되도록 동력전달수단(41)을 통해 이송부(30)가 구동되도록 동력원을 제공한다. 그에 대하여는 이하에서 더욱 상세히 설명되어 질 것이다.

전술한 공구혼(22)은 두께가 반경방향 외측으로 점차 좁아지고, 최외곽의 원주면은 축선방향으로 소정의 폭으로 연장된 플랜지(22a)가 마련되어 있고, 도 4b에 도시된 바와 같이 그 표면에 초경공구 혹은 절삭공구, 연마공구 등에서 볼 수 있는 바와 같이 다이야몬드로 코팅(22b)된 코팅층이 형성되어 있다. 다이야몬드 코팅층(22b)은 공구혼(22)의 내마모성 및 내구성을 강화시켜 플랜지(22a)에 가해지는 외부충격으로부터 흠집이나 찌그러짐 등이 발생되는 것을 방지하여 내구성을 향상시킬 뿐만 아니라 원단이 미끄러짐 없이 이송시키는 작용을 하고 피접합물의 접합력 을 향상시킨다.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 도 5a에는 본 고안에 따른 디스크형 공구혼과 연동하여 피접합물을 이송시키기 위한 이송부(30)를 정면에서 바라 본 종단면도가 예시되어 있고, 도 5b에는 도 5a에 도시된 이송부(30)의 측면도가 도시되어 있다.

도 3 내지 도 5b에 도시된 바와 같이, 피접합물의 이송부(30)는 전술한 써보모터(40)에 의해 회전하는 샤프트(21b)의 단부에 마련된 풀리(16)와 연결되는 대응 풀리가 마련되어 있고, 그 풀리와 함께 회전하는 피동샤프트(동력전달수단(41)을 구성함)를 통해 공구혼(22)의 상부에 위치된 롤러(31)에 전달된다. 미설명부호 32, 33, 34는 동력전달수단(41)에 의해 전달된 동력이 롤러(31)로 전달하는 풀리 및 타이밍벨트이다.

따라서, 상기한 롤러(31)는 공구혼(22)의 회전시 함께 회전하면서 피접합물을 가압한 상태로 이송시킨다. 이때 롤러(31)의 표면이 피접합물에 접해지므로 그 원주면에 문자나 로고, 캐릭터 혹은 도형(31a) 등을 양각 혹은 음각하여 회동되어질 때 비용해에 의한 접착면에 소망하는 모양을 찍을 수 있다. 물론 공구혼(22)의 원주면에 전술한 바와 같이 원하는 모양을 양각 혹은 음각으로 형성하여도 동일한 효과를 기대할 수 있다. 상기한 롤러(31)의 폭(t1)과 플랜지(22a)의 폭(t2)은 동일하게 구성하는 것이 바람직하다. 만일 롤러(31)의 폭(t1)이 플랜지(22a)의 폭(t2) 중 어느 한 쪽의 폭이 큰 경우 공구혼(22)의 플랜지(22a) 혹은 롤러(31)의 가압에 의한 반발력이 피접합물에 내재되기 때문에 각각의 모서리부분에 의해 피접합물이 자칫 절단될 가능성이 있다.

이러한 점을 감안하여 볼 때 공구혼(22)의 플랜지(22a)부분을 도 4c에 도시된 바와 같이 플랜지(22a)의 폭(t2)이 롤러(31)의 폭(t1)에 비해 더 협소하게 형성할 경우, 그 공구혼(22)은 절단효과를 기대할 수 있어 초음파 절단기로도 사용이 가능하다.

전술한 바와 같이 구성된 본 고안에 따른 작동에 대하여 설명한다.

먼저 롤러(31)와 공구혼(22) 사이에 겹쳐진 피접합물(원단)을 정렬시키고 메인 전원스위치(도시되지 않았음)을 스위치 온(On)시키면, 진동자(21)와 써보모터(40)에 전원이 인가되어 전술한 바와 같은 진동자(21)의 샤프트(21b)와 함께 회전하고 진동자(21)로부터 극미세 초음파를 발생시키면서 동시에 부스터(23) 및 공구혼이 회전하면서 미세 초음파에 의해 피접합부재를 비용해 시킨다.

이때, 상측의 피접합물을 가압하는 롤러(31)의 접촉면과 하측의 피접합물의 표면에 접하는 공구혼(22)의 플랜지(22a)가 각각 선(線)접촉되어져 피접합물의 접촉면이 선형으로 접해진다.

따라서, 종래의 초음파 접합장치에서와 같이 면접촉에서 발생되는 문제 즉, 누수나 접합라인의 불균일 접합부의 두께 불균일 등과 같은 문제를 최소화시키거나 거의 발생시키지 않는다.

그리고, 공구혼(22)의 회전과 더불어 롤러(31)가 함께 회전되므로 피접합물이 접합되어지면서 후방으로 이송되어져 접합부의 두께가 균일할 뿐만 아니라 항시 일정한 속도로 이송되므로 비숙련자라 하더라도 고품질의 접합능력을 발휘하게 한다.

전술한 바와 같이 본 고안에 따른 초음파 접합장치는 종래의 초음파 접합장치와는 달리 공구혼을 원형으로 구성함으로써 피접합물의 접합부와 롤러의 접촉부위가 선 접촉되도록 함으로써 피접합물의 접합부위가 선형으로 이루어진다. 따라서, 접합작업을 중단한 뒤 다시 작업하더라도 피접합물의 접합부 주위가 용융상태로 발전하여 퍼지는 것을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 연속적으로 형성된 접합라인에 작업중단에 따른 흔적을 남기지 않고 균일한 두께를 갖는 접합라인을 형성할 수 있으며, 또한 선첩촉에 의해 필요 이상 넓은 부위를 예열하는 현상이 없이 비접합부가 발생되지 않으므로 종래에서와 같이 접합부위에 얇아져 구성이 생기거나 사용도중 접합불량부위가 터지는 현상이 거의 없다.

또한, 피접합물은 상측의 롤러(31)에 의해 일정한 속도로 이송되므로 비숙련자가 작업을 하더라도 균일한 접합품질을 제조할 수 있다

이상에서 본 고안에 따른 초음파 접합장치에 대한 바람직한 실시예를 통해 설명하였으나 이는 본 고안의 이해를 돕기 위한 목적에 불과한 것일 뿐 당해기술분야에 통상의 지식을 가진 자라면 본 고안에 따른 상세한 설명을 통해 다양한 응용예를 변경하여 실시할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이나 이는 본 고안자가 의도하는 진정한 의미의 기술적 사상 및 이하의 실용신안등록청구범위에서 정의한 청구범위에 하는 포함된다는 것을 미리 밝혀두는 바이다.

Claims (5)

1. 두 피접합물을 서로 겹쳐 겹쳐진 부분을 초음파 비용해 접합시키는 초음파 접합장치(10)에 있어서,

   전원에 의해 초음파를 발생시키는 진동자(21), 상기 진동자(21)에 조립된 부스터(23) 및 부스터(23)에 결합된 디스크형 공구혼(22)으로 구성된 공구혼 조립체와;

   기대상에 고정되어 있고, 베어링을 구비한 지지부재와;

   써보모터와 연결되는 샤프트를 구비하고, 상기 베어링에 축받이되어 회전가능하게 결합되며, 상기 진동자와 부스터의 둘레를 커버하는 하우징으로 구성된 것을 특징으로 하는 초음파 접합장치의 공구혼 조립체.
2. 제1항에 있어서, 상기 공구혼(22)의 최외경 표면에 다이아몬드로 코팅된 코팅층(22b)이 형성된 것을 특징으로 하는 초음파 접합장치의 공구혼 조립체.
3. 제1항에 있어서, 상기 공구혼(22)은 반경반향이 외측으로 폭이 좁아지는 디스크형상으로 구성된 것을 특징으로 하는 초음파 접합장치의 공구혼 조립체.
4. 제1항에 있어서, 상기 공구혼(22)의 최외경 표면에 소망하는 도형, 문자, 캐릭터 혹은 로고 중 어느 하나를 선택하여 음각 혹은 양각으로 형성한 것을 특징으 로 하는 초음파 접합장치의 공구혼 조립체.
5. 제1항에 있어서, 상기 공구혼(22)의 최외경의 폭(t2)이 롤러(31)의 폭(t1)보다 작게 형성된 것을 특징으로 하는 초음파 접합장치의 공구혼 조립체.

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