KR20140022690A - 초음파 용접 혼 및 이를 포함하는 초음파 용접어셈블리 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초음파 용접 혼의 구조에 관한 것으로, 특히 앤빌(anvil)에 의해 지지되는 용접대상물에 초음파 진동을 가하는 초음파 용접 혼(sonotrode horn)에 있어서, 상기 초음파 용접 혼은, 진동인가 플레이트와 상기 진동인가 플레이트 상에 적어도 1 이상 배치되는 돌출형 단위피치패턴이 형성되는 혼패턴영역;을 구비하되, 상기 혼패턴영역의 외각부에 배치되어 외부에 노출되는 상기 단위피치패턴의 측면이 라운딩 처리되는 것을 특징으로 하는 초음파 용접 혼으로 구현될 수 있다.

Description

초음파 용접 혼 및 이를 포함하는 초음파 용접어셈블리{Ultrasonic Welding Ultrasonic Sonotrode Horn and Welding Assembly Using the same}

본 발명은 초음파 용접 혼의 구조에 관한 것이다.

일반적인 초음파 용접은 냉장고, 에어컨 등의 냉매 배관 단부의 폐쇄 작업이나, 2차 전지의 마감 작업 등에 널리 사용되는 방법으로, 브레이징(Brazing)에 의하여 모재를 녹이는 일반 용접과 달리 초음파의 진동을 이용하는 것이므로, 모재의 손상이 적고 용접시 용재가 필요없어 세척 작업 등과 같은 번거로운 후속 작업이 필요없는 친환경적인 방법이란 점에서 각광받고 있다.

도 1은 초음파 용접 어셈블리(10)의 모식도가 도시되어 있다.

상기 초음파 용접 어셈블리 (10)은 초음파 혼(20), 앤빌(22), 브라켓(24), 지지 브라켓(26), 초음파엑츄에이터(28) 및 컴퓨터(30)을 포함한다. 상기 초음파 용접 어셈블리(10)는 상기 초음파 혼(20) 및 앤빌(22) 사이에 위치하는 워크 피스들(work pieces)을 초음파 용접할 수 있도록 구성되어 있다.

상기 초음파 혼(20)은 초음파 엑츄에이터(28)에 실시 가능하게 연결된다. 상기 초음파엑츄에이터(22)는, 초음파 엑츄에이터(28)가 컴퓨터(30)로부터 제어신호(control signal)를 수신한 경우, 초음파 혼(20)을 진동시키도록 구성되어 있다.

이러한 초음파 용접 어셈블리에는 초음파 용접혼의 표면에 존재하는 널링부가 구비되며, 상기 널링부는 도시된 도면에서는 엔빌에 형성되어 있으나, 초음파 용접혼의 표면에 배치되는 것이 일반적이다.

상술한 초음파 용접 어셈블리는 초음파 혼(20)과 앤빌(22)의 사이에 용접부재를 배치하고, 초음파 진동을 인가하여 널링부의 첨부가 용접대상물에 초음파 진동을 인가하게 됨으로써, 용접이 수행되게 된다.

그러나, 상기 널링부를 구성하는 돌출패턴의 모서리 부는 매부 날카로운(sharp) 코너를 구현하게 되며, 이러한 날카로운 코너는 용접대상물의 에지부에 용접시 크랙을 유발하게 되는 문제가 발생하게 된다.

한국공개특허공보 제10-2010-0099652호

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 초음파 용접시 발생하는 크랙 불량을 방지하기 위해, 혼 피치(horn pitch)가 배열된 구조의 외각에 노출된 피치의 모서리를 라운딩(rounding) 처리하고, 혼 피치 패턴의 균일화로 인해 용접시 발생하는 피 용접물의 에지부분의 크랙 발생을 제거할 수 있는 초음파 용접 혼을 제공하는 데 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명은 앤빌(anvil)에 의해 지지되는 용접대상물에 초음파 진동을 가하는 초음파 용접 혼(sonotrode horn)에 있어서, 상기 초음파 용접 혼은, 진동인가 플레이트;와 상기 진동인가 플레이트 상에 적어도 1 이상 배치되는 돌출형 단위피치패턴이 형성되는 혼패턴영역;을 구비하되, 상기 혼패턴영역의 외각부에 배치되어 외부에 노출되는 상기 단위피치패턴의 측면이 라운딩 처리되는 것을 특징으로 하는 초음파 용접 혼을 제공할 수 있도록 한다.

본 발명에 따르면, 초음파 용접시 발생하는 크랙 불량을 방지하기 위해, 혼 피치(horn pitch)가 배열된 구조의 외각에 노출된 피치의 모서리를 라운딩(rounding) 처리하며, 이를 통해 혼 피치 패턴의 균일화로 인해 용접시 발생하는 피 용접물의 에지부분의 크랙 발생을 제거할 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 초음파 용접기의 구조를 도시한 개념도이다.
도 2는 초음파 용접혼의 표면 또는 앤빌의 표면에 형성되는 널링부(knurling area)를 도시한 것이다.
도 3은 돌출형 단위피치패턴이 형성되는 혼패턴영역의 구조를 도시한 것이며, 도 4는 본 발명에 따른 돌출형 단위피치패턴이 형성되는 혼패턴영역의 구조를 도시한 평면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 돌출형 단위피치패턴의 형상을 예시한 것이며, 도 5은 도 5의 단위피치패턴의 모서리부를 처리를 도시한 개념도이다.
도 7은 본 발명에 따른 돌출형 단위피치패턴의 라운딩 처리의 방법을 설명한 개념도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성요소는 동일한 참조부여를 부여하고, 이에 대한 중복설명은 생략하기로 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 발명에 따른 초음파 용접 혼은 앤빌(anvil)에 의해 지지되는 용접대상물에 초음파 진동을 가하는 초음파 용접 혼(sonotrode horn)에 있어서, 상기 초음파 용접 혼은, 진동인가 플레이트와 상기 진동인가 플레이트 상에 적어도 1 이상 배치되는 돌출형 단위피치패턴이 형성되는 혼패턴영역을 구비하되, 상기 혼패턴영역의 외각부에 배치되어 외부에 노출되는 상기 단위피치패턴의 측면이 라운딩 처리되는 것을 특징으로 한다.

도 1에서 상술한 초음파 용접 혼의 구조에서 진동인가를 하는 돌출패턴이 형성되는 표면 영역을 본 발명에서는 '혼패턴영역'으로 정의하여 기술하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 혼패턴영역의 구조를 도시한 평면도이다.

상기 혼패턴영역(100)은 다수의 단위피치패턴(110)이 배치되는 구조로 형성되어 있으며, 상기 단위피치패턴(110)은 기본적으로 첨(尖)부를 가지는 돌출패턴 형상을 구비하고 있다. 또한, 상기 혼패턴영역(100)은 외부영역과 인접하는 개소에 배치되는 단위피치패턴과 외부와 인접하지 않은 개소에(P) 배치되는 단위피치패턴으로 구분할 수 있다. 즉, 도 3의 (a)에 도시된 영역을 전체의 혼패턴영역(100)으로 정의하면, (b)에 도시된 영역이 외부와 인접하지 않은 단위피치패턴이 배치되는 내부패턴영역(P)이며, (c)에 도시된 영역이 외부와 인접하는 단위피치패턴이 배치되는 외부패턴영역(Q)로 정의할 수 있다.

본 발명에서는 상기 외부패턴영역(Q)에 배치되는 단위피치패턴의 모서리 부분이 매우 날카로운 형상으로 구현되어, 이차전지의 리드부와 탭을 초음파 용접하는 경우 이 모서리부분의 날카로움으로 인해 용접대상물에 크랙이 발생하는 문제를 해소하기 위해, 상기 외부패턴영역(Q)에 배치되는 단위피치패턴의 모서리 부분을 라운딩처리하는 것을 특징으로 한다. 상기 단위피치패턴은 외부패턴영역에 배치되는 제1패턴부(P₁)와 혼패턴영역의 에지부분에 배치되는 제2패턴부(P₂)로 구성되며, 본 발명에서는 이러한 제1패턴부 및 제2패턴부의 모서리 부분을 라운딩처리하는 것을 요지로 한다.

여기에서, '라운딩처리'란, 단위피치패턴의 모서리 부분을 일정한 곡률을 가지는 형상으로 구현하는 모든 방법을 포괄하는 개념이다.

도 4를 참조하여 이상의 요지를 설명하면 다음과 같다.

도 4의 (a)는 본 발명에 따른 단위피치패턴의 일 구현예를 도시한 것으로, 상기 단위피치패턴은 첨부(X)와 제1측면(A)와 제2측면(B)가 맞닿아 형성하는 모서리부(C)를 구비하는 구조이다. 이 경우, 혼패턴영역의 외부패턴영역에 이러한 단위피치패턴이 배치되는 경우, 외부로 노출되는 이러한 모서리부(C) 부분만을 일정한 곡률을 가지도록 둥글게 라인딩 처리하는 구조로 구현할 수 있다.

이러한 단위피치패턴은 각뿔형상의 경우 도 4의 (b)와 같은 사각뿔 등의 다양한 다각뿔 형상을 구비할 수 있음은 물론이다. 어느 경우이던, 도 3에서 기술한 혼패턴영역의 내부패턴영역에는 단위피치패턴의 형상을 그대로 구현하되, 외부패턴영역에 배치되는 단위피치패턴에서 외부로 노출되는 부분의 모서리 부분을 라운딩처리하여 초음파 용접시 용접대상물의 에지부분의 크랙을 방지할 수 있도록 한다.

이러한 라운딩 처리는 도 4의 (c)와 같이 원뿔형상으로 단위피치패턴을 구현하는 경우를 포함한다. 즉 단위피치패턴의 형상을 원뿔형상으로 하는 경우에는 본 발명의 요지를 용이하게 구현할 수 있게 된다. 또는, 혼패턴영역의 외각부를 반구형 단위피치패턴으로 구현하는 경우에도 동일한 효과를 구현할 수 있게 된다.

도 5는 도 4에서 제1측면(A)와 제2측면(B)가 맞닿아 형성하는 모서리부(C)의 형상을 개념적으로 도시한 것으로, 라운딩처리된 모서리부(C')를 예시한 것이다. 즉 단위피치패턴 자체를 가공하여 라운딩처리된 모서리부를 구현하는 것을 예시한 것이다.

도 6은 도 5의 구조와는 달리, 제1측면(A)와 제2측면(B)에 별도의 부재(P)를 형성하여, 모서리부(C)의 날카로움을 제거하도록 라운딩처리(곡률처리부)된 모서리부(C')를 구현한 것이다.

도 7은 본 발명에 따라 혼패턴영역의 외부패턴영역에 단위피치패턴에 라운딩처리를 하고, 내부패턴영역에는 단위피치패턴을 그대로 배치하는 구조를 도시한 평면도이다.

도 7에 도시된 것과 같이, 상술한 본 발명에 따른 상기 단위피치패턴은, 상기 단위피치패턴의 바닥면이 원형, 타원형, 다각형 중 어느 하나인 각뿔 형상으로 구현될 수 있다. 즉, 혼패턴영역의 전체를 상술한 각뿔형상의 단위피치패턴으로 구현하고, 외부패턴영역에 배치되는 단위피치패턴의 일측면만을 라운딩처리할 수 있다.

나아가, 상기 혼 패턴영역은, 바닥면이 원형, 타원형, 다각형 중 어느 하나인 각뿔형상인 단위피치패턴이 적어도 2 이상 조합된 구조로 구현할 수도 있으며, 이 경우에도 외부패턴영역에 배치되는 단위피치패턴의 일측면, 모서리부분만을 라운딩(R)처리된 단위피치패턴으로 배치할 수 있다.

도 8은 본 발명에 따란 혼패턴 영역을 구성하여 실제로 용접을 수행한 결과와 비교결과를 도시한 이미지이다.

도 8의 (a)는 기존의 초음파 혼을 이용하여 용접을 한 결과의 이미지를 도시한 것이다. 도시된 것과 같이, 용접대상물의 용접면의 코너부(C)에 크랙(crack)이 발생한 것을 확인할 수 있다.

이에 비해 도 8의 (b)에 도시된 이미지는 본 발명에 따른 외부패턴영역에 배치되는 단위피치패턴의 일측면만을 라운딩처리된 단위피치패턴으로 배치한 초음파 혼을 이용한 용접 후 결과물로, 크랙이 전혀 발생하지 않는 우수한 용접신뢰성을 확인할 수 있다.

본 발명에 따른 초음파 용접혼은 상기 초음파 용접 혼의 혼패턴영역에 대응되는 위치에 인접하게 위하는 앤빌과, 상기 초음파 용접혼에 초음파 진동을 인가하는 초음파 엑츄에이터를 더 포함하는 초음파 용접 어셈블리로 구현될 수 있음은 물론이다.

이러한 초음파 용접 혼은 이차전지의 전극탭과 리드의 초음파 용접이다 다양한 초음파 용접 대상물에 효율적으로 적용할 수 있다.

전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 기술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100: 혼패턴영역
110: 단위피치패턴
P: 내부패턴영역
Q: 외부패턴영역
A: 제1측면
B: 제2측면
C: 모서리부

Claims (10)

1. 앤빌(anvil)에 의해 지지되는 용접대상물에 초음파 진동을 가하는 초음파 용접 혼(sonotrode horn)에 있어서, 상기 초음파 용접 혼은,
   진동인가 플레이트;와
   상기 진동인가 플레이트 상에 적어도 1 이상 배치되는 돌출형 단위피치패턴이 형성되는 혼패턴영역;을 구비하되,
   상기 혼패턴영역의 외각부에 배치되어 외부에 노출되는 상기 단위피치패턴의 측면이 라운딩 처리되는 것을 특징으로 하는 초음파 용접 혼.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 단위피치패턴은,
   측벽면이 곡률을 구비하는 반구형 돌출패턴인 초음파 용접 혼.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 단위피치패턴은,
   첨(尖)부를 구비하는 양각 구조의 돌출패턴인 초음파 용접 혼.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 단위피치패턴은,
   상기 단위피치패턴의 바닥면이 원형, 타원형, 다각형 중 어느 하나인 각뿔 형상의 패턴인 초음파 용접 혼.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 혼 패턴영역은,
   바닥면이 원형, 타원형, 다각형 중 어느 하나인 각뿔형상인 단위피치패턴이 적어도 2 이상 조합된 구조로 구현되는 초음파 용접 혼.
   
6. 청구항 4에 있어서,
   상기 라운딩 처리되는 단위피치패턴은,
   상기 혼패턴영역의 외각부에 배치되어 외부에 노출되는 상기 각뿔 형상의 모선부분을 곡률을 가지도록 가공하여 구현되는 것을 특징으로 하는 초음파 용접혼.
   
7. 청구항 4에 있어서,
   상기 라운딩 처리되는 단위피치패턴은,
   상기 혼패턴영역의 외각부에 배치되어 외부에 노출되는 상기 각뿔 형상의 모선부분의 측면에 곡률처리부를 더 형성하여 외각부에 노출되는 단위피치패턴 측면을 라운딩 처리하는 것을 특징으로 하는 초음파 용접 혼.
   
8. 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항의 초음파 용접혼을 포함하여 구성되는 초음파 용접 어셈블리.
   
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 초음파 용접 어셈블리는,
   상기 초음파 용접 혼의 혼패턴영역에 대응되는 위치에 인접하게 위하는 앤빌을 더 포함하는 초음파 용접 어셈블리.
   
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 초음파 용접 어셈블리는,
    상기 초음파 용접혼에 초음파 진동을 인가하는 초음파 엑츄에이터를 더 포함하는 초음파 용접 어셈블리.

Images