KR20120025831A - 초음파 진동에 의한 범퍼 페시아와 홀더 브래킷 용착 방법 - Google Patents

초음파 진동에 의한 범퍼 페시아와 홀더 브래킷 용착 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초음파 진동에 의한 범퍼 페시아와 홀더 브래킷 용착 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는, 홀더 브래킷에 용착산을 형성하고, 자동차 범퍼 페시아의 대응하는 위치에 홀더 브래킷을 초음파 진동으로 가압하여 맞대기 용접시키는 범퍼 페시아와 홀더 브래킷 용착 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 진동에 의한 범퍼 페시아와 홀더 브래킷 용착 방법은, 플라스틱 기재를 성형하여 범퍼 페시아를 제조하는 공정, 상기 범퍼 페시아에 복수의 개구가 형성되도록 상기 범퍼 페시아의 미리 설정된 영역을 천공하는 공정, 용착산이 형성된 홀더 브래킷을 상기 범퍼 페시아의 개구가 형성된 영역에 대응하도록 배치시키는 공정, 및 초음파 진동을 전달하는 공구혼을 통해 상기 용착산을 가압하면서 용융시켜서, 상기 홀더 브래킷과 상기 범퍼 페시아를 맞대기 용접(butt welding)시키는 공정을 포함한다.

Description

초음파 진동에 의한 범퍼 페시아와 홀더 브래킷 용착 방법 {WELDING METHOD OF BUMPER FASCIA AND HOLDER BRACKET USING ULTRASONIC VIBRATION}
본 발명은 초음파 진동에 의한 범퍼 페시아와 홀더 브래킷 용착 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는, 홀더 브래킷에 용착산을 형성하고, 자동차 범퍼 페시아의 대응하는 위치에 홀더 브래킷을 초음파 진동으로 가압하여 맞대기 용접시키는 범퍼 페시아와 홀더 브래킷 용착 방법에 관한 것이다.
자동차의 전방과 후방에서 범퍼의 외관을 이루게 되는 범퍼 페시아(bumper fascia)는, 작은 흠집 하나가 발견되더라도 자동차 전체의 품질과 신뢰를 떨어뜨리게 되는 매우 민감한 부분일 뿐만 아니라, 자동차의 주행시 공기 입자와 충돌하여 손상을 받기 쉬운 부분이기 때문에, 미관적인 면이나 기능적인 면을 모두 만족하여야 한다.
도 1에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 자동차의 전, 후방 범퍼의 최외부에는 전방 범퍼 페시아(미도시)와 후방 범퍼 페시아(2)(이하의 설명과 도면에서는, 상기 두 가지의 범퍼 페시아를 모두 하나의 참조부호 "2"로 표시한다)가 설치된다. 이러한 범퍼 페시아(2)에는, 자동차의 운전을 보조하기 위한 각종의 센서(20)들이 설치
된다.
종래에 있어서, 상기한 센서(20)들은 도 2에 나타낸 바와 같이, 센서(20)의 홀더 브래킷(40)이 범퍼 페시아(2)의 배면에 설치되고, 센싱 모듈(42)이 직접 장착홀(10)에 삽입되어 센싱 모듈(42)의 표면이 범퍼 페시아(2)의 표면과 일치된다.
도 3a 내지 도 3d는 종래의 범퍼 페시아와 홀더 브래킷을 용착하는 공정을 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서 범퍼 페시아(2)와 홀더 브래킷(40)은 설명을 위해, 단순한 모형으로 도시하였다.
도 3a 내지 도 3d를 참조하면, 초음파 진동 용착 장치의 공구혼(tool horn)(300)의 스팟 팁(spot tip)(310)에 진동 에너지가 집중되고, 홀더 브래킷(40)이 용용되면서, 홀더 브래킷(40)과 범퍼 페시아(2)의 접촉 부위도 용융된다.
이어서, 스팟 팁(310)은 홀더 브래킷(40)을 가압하여 용융시키면서, 범퍼 페시아(2)의 소정 깊이로 침투한다. 이에 따라, 홀더 브래킷(40)과 범퍼 페시아(2)가 용융 결합되고, 소정 시간(hold time) 냉각시키면 용착이 완료된다.
상기한 바와 같은 종래의 점 용착(spot welding) 방식은 범퍼 페시아(2)의 두께가 충분히 두꺼울 때 효율적인데, 이는 스팟 팁(310)에서 시작되어 홀더 브래킷(40)과 범퍼 페시아(2)에 이르는 진동마찰열이 확산되어 도 3d에 도시된 바와 같이 범퍼 페시아(2)의 표면이 열팽창할 수 있기 때문이다.
종래의 범퍼 페시아(2)의 두께는 대략 3.2 mm이며, 상기 범퍼 페시아(2)에 점용착되는 홀더 브래킷(40)의 블레이드의 두께는 대략 1.6 mm으로 구성되어 점 용착 방식을 적용해도 범퍼 페시아(2)의 표면 변형에 큰 영향을 미치지 않았으나, 범퍼 페시아(2)의 두께를 감소시키는 자동차 제조업계의 경향을 반영할 때, 전술한 점용착에 의해 홀더 브래킷(40)과 범퍼 페시아(2)를 용착시키는 방식은 범퍼 페시아의 표면에 손상을 가할 수 있다는 문제점을 갖는다.
본 발명의 목적은 초음파 진동을 통해 홀더 브래킷의 접합면에 형성된 용착산을 용융 가압하여, 두께가 얇은 범퍼 페시아의 표면에 손상을 가하지 않고, 범퍼 페시아와 홀더 브래킷을 용착시킬 수 있는 초음파 진동에 의한 범퍼 페시아와 홀더 브래킷 용착 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 진동에 의한 범퍼 페시아와 홀더 브래킷 용착 방법은, 플라스틱 기재를 성형하여 범퍼 페시아를 제조하는 공정; 상기 범퍼 페시아에 복수의 개구가 형성되도록 상기 범퍼 페시아의 미리 설정된 영역을 천공하는 공정; 용착산이 형성된 홀더 브래킷을 상기 범퍼 페시아의 개구가 형성된 영역에 대응하도록 배치시키는 공정; 및 초음파 진동을 전달하는 공구혼을 통해 상기 용착산을 가압하면서 용융시켜서, 상기 홀더 브래킷과 상기 범퍼 페시아를 맞대기 용접(butt welding)시키는 공정을 포함한다.
상기 상기 홀더 브래킷의 용착산은 결정질 수지로 이루어지며, 상기 용착산의 내각은 60°가 될 수 있다.
상기 상기 홀더 브래킷의 용착산은 비결정질 수지로 이루어지며, 상기 용착산의 내각은 90°가 될 수 있다.
상기 홀더 브래킷의 블레이드 상에는 일방향을 따라 평행하게 복수의 용착산이 배열될 수 있다.
상기 홀더 브래킷의 블레이드 상에는 제1 방향을 따라 평행하게 복수의 제1 용착산이 배열되며, 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 평행하게 복수의 제2 용착산이 상기 제1 용착산과 교차하면서 배열될 수 있다.
상기 홀더 브래킷의 블레이드 상에는 제1 방향을 따라 평행하게 복수의 제1 용착산이 배열되며, 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 평행하게 복수의 제2 용착산이 상기 제1 용착산들 사이의 영역에 배치될 수 있다.
상기 홀더 브래킷의 블레이드 상에는 복수의 용착산들이 상하좌우 방향으로 소정 거리 이격되어 배열될 수 있다.
상기 홀더 브래킷에 접하는 상기 공구혼의 선단은 평면이 될 수 있다.
본 발명에 따른 초음파 진동에 의한 범퍼 페시아와 홀더 브래킷 용착 방법은 범퍼 페시아의 두께가 얇더라도 범퍼 페시아의 표면 손상을 최소화하면서 홀더 브래킷과 용착시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 초음파 진동에 의한 범퍼 페시아와 홀더 브래킷 용착 방법은 초음파 진동 전달을 통한 맞대기 용접 시, 공구혼(tool horn)의 마모가 거의 발생하지 않으므로, 범퍼 페시아와 홀더 브래킷의 용착 특성 내지 강도가 균일하게 유지될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 범퍼 페시아의 센서 장착 부위를 보여주는 사시도이다.
도 2는 종래의 범퍼 페시아에 센서를 설치한 상태를 나타내는 평단면도이다.
도 3a 내지 도 3d는 종래의 범퍼 페시아와 홀더 브래킷을 용착하는 공정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 진동에 의한 범퍼 페시아와 홀더 브래킷 용착 방법의 순서도이다.
도 5는 범퍼 페시아와 홀더 브래킷이 용착된 상태를 도시한 사시도이다.
도 6 내지 도 8은 도 5에 도시한 홀더 브래킷의 실시예들을 도시한 사시도들이다.
도 9는 도 6에 도시한 용착산의 단면을 도시한 단면도이다.
도 10은 공구혼을 사용하여 홀더 브래킷과 범퍼 페시아를 용착하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 초음파 진동에 의한 범퍼 페시아와 홀더 브래킷 용착 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 진동에 의한 범퍼 페시아와 홀더 브래킷 용착 방법의 순서도이며, 도 5는 범퍼 페시아와 홀더 브래킷이 용착된 상태를 도시한 사시도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 우선 플라스틱 기재를 성형하여 범퍼 페시아(200)를 제조한다(S110). 범퍼 페시아(200)는 자동차의 전방과 후방에서 범퍼의 외관을 이루게 된다.
이어서, 자동차의 운전을 보조하는 각종의 센서들이 장착되는 공간을 제공하기 위해 범퍼 페시아(200)에 복수의 개구가 형성되도록 범퍼 페시아(200)의 미리 설정된 영역을 천공한다(S120). 상기 범퍼 페시아(200)를 천공하는 방법은, 본 출원인에 의해 출원되어 등록된 등록특허 제0915647호에 개시된 바와 같이, 초음파 천공 장치를 이용하여 천공을 수행할 수 있으나, 상기 방법에 제한되지 않고, 종래의 범퍼 페시아(200)를 천공하기 위한 다양한 방법이 사용될 수 있다.
계속하여, 용착산이 형성된 홀더 브래킷(400)을 범퍼 페시아(200)의 개구가 형성된 영역에 대응하도록 배치시킨다(S130). 홀더 브래킷(400)은 센서가 삽입되기 위한 관통 영역이 형성되어 있으며, 용착산이 형성되는 블레이드(420)를 구비한다. 또한, 용착산에 대응하는 형상이 음각 패턴으로 형성된 금형을 통해 홀더 브래킷(400)과 용착산은 동일한 재료를 사용하여 일체로 제조될 수 있다.
다음으로, 용착산이 형성된 블레이드(420)의 반대편에서 공구혼(tool horn)(500)이 홀더 브래킷(400)을 가압한다. 공구혼(500)은 초음파 진동을 전달하여 홀더 브래킷(400)의 용착산을 용융시켜서, 홀더 브래킷(400)과 범퍼 페시아(200)를 맞대기 용접(butt welding)시킨다(S140). 공구혼(500)을 통해 전달된 진동 에너지는 범퍼 페시아(200)의 용착산에 집중되어, 용착산을 용융시키면서 가압한다. 따라서, 범퍼 페시아(200)의 블레이드(420)의 특정 위치에 힘이 집중되지 않으므로, 홀더 브래킷(400)과 범퍼 페시아(200)의 용착 시, 범퍼 페시아(200)의 표면 손상을 최소화할 수 있다.
도 6 내지 도 8은 도 5에 도시한 홀더 브래킷의 실시예들을 도시한 사시도들이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 홀더 브래킷(400)은 센서들이 삽입되는 공간인 관통 영역(410)이 형성되어 있으며, 범퍼 페시아(200)에 용착되는 접합면인 블레이드(420)를 구비한다. 상기 블레이드(420)에는 결정질 수지 또는 비결정질 수지로 구성되는 용착산(422, 424, 426)이 배열되며, 공구혼(500)으로부터 진동에너지를 전달받아 용융되어 뭉개지면서, 홀더 브래킷(400)과 범퍼 페시아(200)가 용착된다.
도 6에서, 제1 용착산(422)은 홀더 브래킷(400)의 블레이드(420) 상에 제1 방향을 따라 평행하게 복수로 배열되며, 제2 용착산(424)은 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 평행하게 복수로 배열되어, 상기 제1 용착산(422)과 교차한다.
한편, 복수의 용착산(426)이 홀더 브래킷(400)의 블레이드(420) 상에 일방향을 따라 평행하게 복수로 배열될 수 있다.
도 7에서, 제1 용착산(432)은 홀더 브래킷(400)의 블레이드(420) 상에 제1 방향을 따라 평행하게 복수로 배열되며, 제2 용착산(434)은 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 평행하게 복수로 배열되어, 상기 제1 용착산들(432) 사이의 영역에 배치된다.
도 8에서, 복수의 용착산들(442)이 홀더 브래킷(400)의 블레이드(420) 상에 상하좌우 방향으로 소정 거리 이격되어 배열된다.
도 6 내지 도 8에서는, 홀더 브래킷(400)의 블레이드(420) 상에 형성되는 용착산(422, 424, 426, 432, 434, 442)의 다양한 배열 형태를 도시하였으나, 용착산(422, 424, 426, 432, 434, 442)의 배열 형태는 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 홀더 브래킷(400)과 범퍼 페시아(200)를 효과적으로 용착시킬 수 있는 어떠한 배열 형태로도 디자인될 수 있다.
도 9는 도 6에 도시한 용착산의 단면을 도시한 단면도이다.
도 9를 참조하면, 용착산의 참조부호가 422로 기재되어 있으나, 도 6 내지 도 8에 도시된 용착산들(424, 426, 432, 434, 442)도 도 9에 도시한 단면 형태를 가질 수 있다. 용착산(422, 424, 426, 432, 434, 442)은 결정질 수지 또는 비결정질 수지로 이루어질 수 있으며, 결정질 수지로 구성되는 경우, 용착산(422, 424, 426, 432, 434, 442)의 내각은 60°가 될 수 있다. 또한, 용착산(422, 424, 426, 432, 434, 442)이 비결정질 수지로 구성되는 경우, 용착산(422, 424, 426, 432, 434, 442)의 내각은 90°가 될 수 있다.
용착산(422, 424, 426, 432, 434, 442)의 부피는 공구혼(500)이 홀더 브래킷(400)을 가압할 때, 홀더 브래킷(400)의 블레이드(420) 영역 내에서 용융되어, 과잉의 부피가 발생하지 않도록 구성하는 것이 바람직하다.
도 10은 공구혼을 사용하여 홀더 브래킷과 범퍼 페시아를 용착하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 공구혼(500)은 용착산(422, 424, 426, 432, 434, 442)이 형성된 홀더 브래킷(400)의 반대면에서 홀더 브래킷(400)을 범퍼 페시아(200)로 가압하면서, 초음파 진동을 전달한다. 여기서, 홀더 브래킷(400)에 접하는 상기 공구혼(500)의 선단은 평면으로 구성되며, 종래의 점 융착에 있어서 공구혼(300)의 스팟 팁(310)과 같이 예리한 선단을 가지지 않으므로, 홀더 브래킷(400)과 범퍼 페시아(200)를 가압하더라도, 범퍼 페시아(200)의 표면 손상을 최소화할 수 있다. 따라서, 상용화된 3.2mm 두께의 범퍼 페시아보다 더 얇은 범퍼 페시아에도 본 발명을 적용하여, 홀더 브래킷(400)과 범퍼 페시아(200)를 용착할 수 있다.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 단지 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
2: 범퍼 페시아
10: 장착홀
20: 센서
40: 홀더 브래킷
42: 센싱 모듈
200: 범퍼 페시아
300: 공구혼
310: 스팟 팁
400: 홀더 브래킷
410: 관통 영역
420: 블레이드
422, 424, 426, 432, 434, 442: 용착산
500: 공구혼

Claims (8)

  1. 플라스틱 기재를 성형하여 범퍼 페시아를 제조하는 공정;
    상기 범퍼 페시아에 복수의 개구가 형성되도록 상기 범퍼 페시아의 미리 설정된 영역을 천공하는 공정;
    용착산이 형성된 홀더 브래킷을 상기 범퍼 페시아의 개구가 형성된 영역에 대응하도록 배치시키는 공정; 및
    초음파 진동을 전달하는 공구혼을 통해 상기 용착산을 가압하면서 용융시켜서, 상기 홀더 브래킷과 상기 범퍼 페시아를 맞대기 용접(butt welding)시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 진동에 의한 범퍼 페시아와 홀더 브래킷 용착 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 상기 홀더 브래킷의 용착산은 결정질 수지로 이루어지며, 상기 용착산의 내각은 60°인 것을 특징으로 하는 초음파 진동에 의한 범퍼 페시아와 홀더 브래킷 용착 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 상기 홀더 브래킷의 용착산은 비결정질 수지로 이루어지며, 상기 용착산의 내각은 90°인 것을 특징으로 하는 초음파 진동에 의한 범퍼 페시아와 홀더 브래킷 용착 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 홀더 브래킷의 블레이드 상에 일방향을 따라 평행하게 복수의 용착산이 배열되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동에 의한 범퍼 페시아와 홀더 브래킷 용착 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 홀더 브래킷의 블레이드 상에 제1 방향을 따라 평행하게 복수의 제1 용착산이 배열되며, 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 평행하게 복수의 제2 용착산이 상기 제1 용착산과 교차하면서 배열되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동에 의한 범퍼 페시아와 홀더 브래킷 용착 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 홀더 브래킷의 블레이드 상에 제1 방향을 따라 평행하게 복수의 제1 용착산이 배열되며, 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 평행하게 복수의 제2 용착산이 상기 제1 용착산들 사이의 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동에 의한 범퍼 페시아와 홀더 브래킷 용착 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 홀더 브래킷의 블레이드 상에 복수의 용착산들이 상하좌우 방향으로 소정 거리 이격되어 배열되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동에 의한 범퍼 페시아와 홀더 브래킷 용착 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 홀더 브래킷에 접하는 상기 공구혼의 선단은 평면인 것을 특징으로 하는 초음파 진동에 의한 범퍼 페시아와 홀더 브래킷 용착 방법.
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