KR20220034744A

KR20220034744A - 플라스틱 보스 가열융착 자동 조립 장치

Info

Publication number: KR20220034744A
Application number: KR1020220017654A
Authority: KR
Inventors: 조성호
Original assignee: 주식회사 미래이엔지
Priority date: 2020-09-09
Filing date: 2022-02-10
Publication date: 2022-03-18
Also published as: KR102472954B1

Abstract

본 발명의 목적은 플라스틱 보스에 열풍(가열공기)을 가하여 플라스틱수지를 용융 후 가압하여 융착시켜 고정하고, 융착고정후 냉각공기를 토출시켜 냉각시키는 가열 융착 및 냉각장치, 이를 순차적으로 제어하는 시스템제어장치를 구비한 플라스틱 보스 가열융착 자동 조립 장치를 제공한다.
이러한 본 발명은 플라스틱 보스가 형성된 플라스틱부품과, 홀이 형성된 조립부품이 안착될 수 있는 지그(Jig)를 구비하는 기체(機體); 기체에 설치되어 융착툴을 승강 가능하도록 구동시키는 구동유닛; 구동유닛에 의해 융착툴이 승강되도록 설치되어 플라스틱부품에 형성된 보스를 융착툴로 가열, 가압하여 돌출된 보스를 성형 조립할 수 있는 융착툴유닛; 상기 융착툴유닛에 구비되는 융착툴에 가열공기를 공급할 수 있도록 융착툴에 연결 설치되며, 내부에는 히터가 구비되어 공급되는 공기가 히터에 의해 가열되어 가열공기를 공급하는 가열공기 공급유닛; 상기 융착툴에 냉각공기를 공급할 수 있도록 냉각공기 공급파이프가 구비되어 플라스틱 보스의 융착 조립부위를 냉각시킬 수 있도록 냉각공기를 공급하는 냉각공기 공급유닛; 및 상기 가열공기 공급유닛과 냉각공기 공급유닛과 구동유닛을 제어하는 제어유닛;을 포함한다.

Description

플라스틱 보스 가열융착 자동 조립 장치{Plastic boss heating fusion automatic assembly device}

본 발명은 플라스틱 보스 가열융착 자동 조립 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다수개의 조립요소를 가진 플라스틱부품 조립시 기존의 조립 방법인 나사조립방법, 초음파용착방법, 열융착방법 보다 조립 공정시간을 단축하고 조립품질을 향상시킬 수 있는 플라스틱 보스 가열융착 자동 조립 장치에 관한 것이다.

일반적으로 부품과 부품을 조립하는 방법으로는, 나사(Screw)를 사용하거나, 초음파용착, 열융착 등의 방법이 있다.

나사를 사용하는 조립 방법은 도 15표시와 같이 구성되며, 이는 다수의 조립부를 순차적으로 조립하여야 한다. 또한, 나사는 자성을 띠어야 드라이버팁에 부착되어 회전시 체결될 수 있다. 만일 자성이 없으면 드라이버팁에 부착이 안되어 작업이 어려워지게 된다. 특히, 드라이버는 회전과 함께 축방향으로 일정구간 움직여야 하며, 규정된 토크로 체결할 수 있도록 토크조절장치가 구비되어야 한다.

이와 같이 나사를 이용한 조립 방법은 전기전자제품 또는 자동차부품 조립시 2종의 부품을 고정할 경우 일반적으로 이용되고 있다.

그러나 나사를 이용한 자동 조립은 나사를 공급하는 장치가 필요하며, 회전과 동시에 축방향으로 눌러주어야 하므로 다수의 체결부를 동시에 조립하는데 어려움이 있다. 따라서 개별적으로 체결하는 것이 일반적이다.

따라서 다수의 체결부 작업시 공정시간이 길어지고 이는 제조단가 상승의 요인이 되는 단점이 있다. 또한, 나사를 조립할 때 축방향으로 과도한 힘이 가해지면 플라스틱제품에 균열이 발생하여 조립불량이 발생할 수 있는 문제점도 있다.

또한, 초음파용착으로 조립하는 방법은 도 16표시와 같이, 두개의 플라스틱부품을 접합할 때 사용하는 것으로, 플라스틱 자체의 초음파 진동에 의한 발열연화, 용융현상에 따라 2개의 플라스틱 접합면이 밀착하여 그곳에 확산 작용이 일어나 융착이 이루어진다.

이때 사용하는 초음파 플라스틱 융착기는 220V 50~60Hz의 전원을 제네레이터(Generator)를 통해 15kHz, 20kHz, 30kHz의 전기에너지로 변화시키고, 이것을 다시 컨버터(Converter)를 통해 기계적 진동에너지로 바꾼 후 부스타(Booster)로 그 진폭을 조절한다.

이렇게 하면 형성된 초음파 진동 에너지가 HORN을 통해 융착물에 전달되면 융착물의 접합면에서 순간적인 마찰열이 발생하여, 플라스틱이 용해 접착되면서 분자적 결합을 이루게 된다.

그러나 초음파용착 방법은 설비구성이 고가이므로 국부적인 부분보다는 넓은 면적의 하우징 같은 것을 조립할 때 사용하고 있다.

또한, 열융착 방법은 도 17표시와 같이, 플라스틱 수지에 직접적으로 발열체를 접촉시켜 용용 변형시켜 조립한다. 이는 나사를 사용할 수 없는 소형부품을 조립할때 사용한다.

그러나 열융착 방법은 가열 인두팁의 온도조절이 부정확하고 플라스틱 보스에 직접 고온의 팁이 접촉하기 때문에 플라스틱이 녹으면서 가스가 발생하고 주변부품에도 변형이 발생할 수 있는 문제점이 있다. 따라서 접합부의 강도가 취약한 문제점이 있다.

국내 특허 등록번호 10-1192577호, 열융착장치.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 플라스틱 보스에 열풍(가열공기)을 가하여 플라스틱수지를 용융 후 가압하여 융착시켜 고정하고, 융착고정후 냉각공기를 토출시켜 냉각시키는 가열 융착 및 냉각장치, 이를 순차적으로 제어하는 시스템제어장치를 구비한 플라스틱 보스 가열융착 자동 조립 장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 플라스틱부품과 조립부품의 조립 장치로, 플라스틱부품에 일정한 형태의 플라스틱 보스(Boss)를 형성하고, 조립하고자 하는 다른 조립부품에는 보스가 삽입되어 돌출될 수 있는 홀을 형성한 후, 융착툴을 사용하여 홀을 통해 돌출된 보스를 가열, 가압함으로써 돌출된 보스의 상단을 변형시켜 두 부품을 조립 고정할 수 있도록 상기 플라스틱 보스가 형성된 플라스틱부품과 홀이 형성된 조립부품이 안착될 수 있는 지그(Jig)를 구비하는 기체(機體); 상기 기체에 설치되어 융착툴을 승강 가능하도록 구동시키는 구동유닛; 상기 구동유닛에 의해 융착툴이 승강되도록 설치되어 지그에 안착되는 플라스틱부품에 형성된 보스를 융착툴로 가열, 가압하여 돌출된 보스의 상단을 성형 조립할 수 있는 융착툴유닛; 상기 융착툴유닛에 구비되는 융착툴에 가열공기를 공급할 수 있도록 융착툴에 연결 설치되며, 내부에는 히터와 온도센서가 구비되어 전기를 인가하면 내부로 공급되는 공기가 히터에 의해 가열되어 융착툴에 연결되는 출구쪽으로 가열공기가 배출되어 융착툴에 가열공기를 공급하는 가열공기 공급유닛; 상기 가열공기 공급유닛에 인접하게 설치되어 상기 융착툴에 냉각공기를 공급할 수 있도록 냉각공기 공급파이프가 구비되어 플라스틱 보스의 융착 조립부위를 냉각시킬 수 있도록 융착툴에 냉각공기를 공급하는 냉각공기 공급유닛; 및 상기 가열공기 공급유닛과 냉각공기 공급유닛을 통해 공급되는 가열공기와 냉각공기가 순차적으로 공급되도록 제어함과 아울러 가열공기 공급유닛의 히터 및 상기 구동유닛을 제어할 수 있는 제어유닛으로 이루어지는 플라스틱 보스 가열융착 자동 조립 장치에 있어서, 상기 구동유닛은: 상기 기체의 상부에 설치되는 서보모터와, 상기 서보모터에 의해 제자리 회전하도록 설치되는 볼 스크류와, 상기 볼 스크류에 의해 승강 가능하도록 설치되어 상기 융착툴을 승강시키도록 상기 융착툴과 가열공기 공급유닛이 결합되는 LM 가이드 블록와, 상기 LM 가이드 블록의 승강을 안내하도록 설치되는 LM 가이드로 이루어지고, 상기 융착툴유닛은; 상기 기체의 지그 상부에 위치하도록 설치되는 양단이 개구된 중공 형상의 외부몸체와, 상기 외부몸체의 내부에 설치되어 상기 구동유닛에 의해 승강 가능하게 결합되며, 하단부는 상기 외부몸체의 내경보다는 작은 외경으로 이루어지는 스텐레스 혹은 알루미늄 재질의 융착툴과, 상기 융착툴의 내부에 형성되며, 일측은 상기 가열공기 공급유닛에 결합되고 상기 외부몸체의 내부에 위치하는 융착틀의 외주면 소정 부위에는 내외부를 관통하도록 관통공이 형성되어 상기 가열공기 공급유닛으로부터 공급되는 가열공기를 상기 외부몸체의 내부를 통해 하부로 배출시켜 플라스틱 보스에 보낼수 있는 가열공기이송통로부와, 상기 가열공기이송통로부를 통해 공급되는 가열공기에 의해 플라스틱 보스가 용융된 상태에서 플라스틱 보스를 가압하여 성형할 수 있도록 상기 융착툴의 하단에 플라스틱 보스를 가압하여 성형할 수 있는 형상으로 요입되게 형성되는 융착팁과, 상기 융착팁이 플라스틱 보스를 가압할 때 부품의 손상을 방지하도록 상기 외부몸체의 내경과 융착툴의 외경에 양단부가 지지되도록 설치되어 상기 융착툴에 완충기능을 제공하는 완충스프링으로 이루어지되, 상기 융착팁에는 용융된 플라스틱수지와 분리가 잘 되도록 테프론 코팅층이 형성되고, 상기 가열공기 공급유닛은: 세라믹 절연바에 절연선을 권선한 후 고온에서도 견딜 수 있도록 열처리된 열선을 감아 500℃ 이상의 가열공기를 발생시킬 수 있는 히터와, 상기 히터가 내장되도록 설치되며, 공기가 통과되면서 상기 히터에서 발생시킨 가열공기를 배출할 수 있도록 내주면에 석영관이 설치된 스테인레스 재질의 히터파이프와, 상기 히터파이프에 내장되도록 설치되어 상기 히터에서 발생시키는 가열공기의 온도를 감지하며, 상기 제어유닛에 의해 ±1°C 이내의 정밀제어가 가능한 온도센서로 이루어지고, 상기 냉각공기 공급유닛은: 상기 냉각공기 공급파이프를 통해 공급되는 냉각공기가 상기 외부몸체의 일측을 통해 외부몸체의 내부로 공급되어 외부몸체의 하부로 토출되도록 상기 냉각공기 공급유닛의 냉각공기 공급파이프가 상기 외부몸체의 하측 외주면에 연결되도록 설치되는 냉각공기 공급파이프 연결부를 포함하고, 상기 제어유닛은: 상기 융착툴의 승강 위치를 감지할 수 있도록 설치되는 상부위치 감지센서와 하부위치 감지센서를 포함하고, 상기 상부위치 감지센서와 하부위치 감지센서의 감지신호를 받아 서보모터의 구동을 제어함과 아울러 상기 플라스틱 보스를 일정시간 가열하도록 가열공기가 상기 가열공기 이송통로부를 통해 외부몸체의 내부로 이송되어 외부몸체의 하부로 토출되게 제어하고, 토출되는 가열공기에 의해 플라스틱 보스가 가열되어 플라스틱수지 자체가 용융점에 도달하여 용융변형이 이루어질 때 융착툴의 융착팁으로 보스를 가압하여 조립부품과 접합시키도록 융착툴을 하강시키도록 제어하며, 접합이 이루어짐과 동시에 가열공기의 공급을 차단하도록 제어하고, 보스의 접합부위를 냉각하도록 냉각공기가 냉각공기 공급파이프와 냉각공기 공급파이프 연결부를 통해 상기 외부몸체의 외측 하부에서 외부몸체의 내부로 이송되어 외부몸체의 하부로 토출되게 제어하며, 접합부위의 냉각이 이루어지면 냉각공기의 공급을 차단하도록 제어하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 플라스틱 보스 가열융착 자동 조립 장치에 의하면, 플라스틱부품에 일정한 형태의 보스(Boss)를 형성하고 조립하고자 하는 조립부품을 보스에 끼운 후 일정온도로 가열하여 보스를 용융시킨 후 융착툴로 압착하여 보스를 변형시켜 조립 고정할 수 있도록 함으로서 각종 플라스틱 재질의 부품 조립시 조립공정 시간을 단축시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 플라스틱 보스 가열융착 자동 조립 장치의 정면도이고,
도 2는 본 발명에 따른 플라스틱 보스 가열융착 자동 조립 장치의 측면도이고,
도 3은 도 1표시에서 융착툴유닛과 가열공기 공급유닛 및 냉각공기 공급유닛이 세트로 1개만 구비되도록 설치되는 예를 보인 도면이고,
도 4는 본 발명에 따른 플라스틱 보스 가열융착 자동 조립 장치에 구비되는 융착툴유닛과 가열공기 공급유닛 및 냉각공기 공급유닛이 LM 가이드 블록에 설치되는 예를 나타낸 도면이고,
도 5는 도 4표시의 "A"부 확대도이고,
도 6은 본 발명에 따른 플라스틱 보스 가열융착 자동 조립 장치에 구비되는 가열공기 공급유닛의 히터 구조를 보인 사진이고,
도 7은 본 발명에 따른 플라스틱 보스 가열융착 자동 조립 장치에 구비되는 융착툴의 구조를 나타낸 정면도와 평면도 및 단면도이고,
도 8은 본 발명에 따른 플라스틱 보스 가열융착 자동 조립 장치에 구비되는 외부몸체의 구조를 나타낸 정면도와 저면도 및 단면도이고,
도 9는 도 7표시의 융착툴과 도 8표시의 외부몸체가 분리된 상태를 나타낸 도면이고,
도 10 내지 도 12는 본 발명에 따른 플라스틱 보스 가열융착 자동 조립 장치에서 플라스틱 보스를 가열 융착 및 냉각하는 상태를 순차적으로 나타낸 확대 도면으로,
도 10은 플라스틱 보스를 가열하는 상태의 확대도이고,
도 11은 플라스틱 보스를 융착하는 상태의 확대도이고,
도 12는 플라스틱 보스를 냉각하는 상태의 확대도이다.
도 13은 본 발명에 따른 플라스틱 보스 가열융착 자동 조립 장치의 시스템 블록도이고,
도 14는 본 발명에 따른 플라스틱 보스 가열융착 자동 조립 장치의 동작 순서도이고,
도 15는 종래 기술에 따른 나사 조립을 설명하기 위한 도면이고,
도 16은 종래 기술에 따른 초음파 용착을 설명하기 위한 도면이고,
도 18은 종래 기술에 따른 열융착을 설명하기 위한 도면이다.

이하에서는, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 본 발명의 구성들은 직접적인 접촉이나 연결뿐만 아니라 구성과 구성 사이에 다른 구성을 통해 접촉이나 연결된 것도 같은 범위로 해석하도록 한다.

도시된 바와 같이, 본 발명은 플라스틱부품(10)과 조립부품(20)의 조립 장치로, 플라스틱부품(10)에 일정한 형태의 플라스틱 보스(Boss)(12)를 형성하고, 조립하고자 하는 다른 조립부품(20)에는 보스(12)가 돌출될 수 있는 홀(22)을 형성한 후, 융착툴을 사용하여 홀을 통해 돌출된 보스를 가열, 가압함으로써 돌출된 보스의 상단을 변형시켜 두 부품을 조립 고정하는 플라스틱 보스 가열융착 자동 조립 장치이다.

도시된 바와 같이, 본 발명은 기체(機體)(110)와, 구동유닛(120), 융착툴유닛(130), 가열공기 공급유닛(140), 냉각공기 공급유닛(150) 및 제어유닛(160)을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

상기 기체(110)는 플라스틱 보스(12)가 형성된 플라스틱부품(10)과 홀(22)이 형성된 조립부품(20)이 안착될 수 있는 지그(Jig)(112)를 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 기체(110)에는 구동유닛(120)이 설치되어 융착툴을 승강 가능하도록 구동시키는 것이 바람직하다.

이러한 구동유닛(120)은 상기 기체(110)의 상부에 설치되는 서보모터(122)와 상기 서보모터(122)에 의해 승강되도록 설치되어 융착툴을 승강시키는 액츄에이터(124)를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 액츄에이터(124)는 서보모터(122)에 의해 제자리 회전하도록 설치되는 볼 스크류(126)와 상기 볼 스크류(126)에 의해 승강 가능하도록 설치되어 융착툴을 승강시키도록 융착툴과 가열공기 공급유닛이 결합되는 LM 가이드 블록(128)과, 상기 LM 가이드 블록(128)의 승강을 안내하도록 설치되는 LM 가이드(129)를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 구동유닛(120)은 도시하지는 않았지만 실린더에 의해 승강되도록 구성될 수도 있다. 즉, 상기 구동유닛(120)은 승강 가능한 모든 구동수단을 포함한다.

도시된 바와 같이, 상기 융착툴유닛(130)은 구동유닛(120)에 의해 승강되도록 설치되며, 지그에 안착되는 플라스틱부품(10)에 형성된 보스(12)를 가열, 가압하여 돌출된 보스의 상단을 성형 조립할 수 있는 도구이다.

이러한 융착툴유닛(130)은 외부몸체(132)와 융착툴(131), 가열공기이송통로부(133), 융착팁(134), 완충스프링(136)를 포함하고, 상기 외부몸체(132)에 냉각공기 공급파이프 연결부(138)가 구비되도록 구성되는 것이 바람직하다.

상기 외부몸체(132)는 기체(110)의 지그(112) 상부에 위치하도록 배치되며, 양단이 개구된 중공 형상으로 이루어진다. 이때, 외부몸체(132)의 하단 외주면은 하부로 직경이 좁아지는 테이퍼 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다.

이와 같은 외부몸체(132)의 내부에 융착툴(131)이 설치되어 상기 구동유닛(120)에 의해 승강 가능하게 결합되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 융착툴(131)의 하단부가 상기 외부몸체(132)의 내부에 삽입되는 형태로 결합된다.

이때, 상기 융착툴(131)의 하단부는 상기 외부몸체(132)의 내경보다는 작은 외경으로 이루어지도록 형성되어 융착툴과 외부몸체의 사이에 공간부가 형성되도록 하는 것이 바람직하다.

따라서, 상기 외부몸체(132)에 융착툴(131)가 삽입 결합되면 상기 외부몸체(132)의 내경과 융착툴(131)의 외경 사이에는 공간부가 형성되도록 하여 상기 공간부를 통해 공기가 이동되어 융착툴(131)의 하부 개구를 통해 토출될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

이와 같은 융착툴(131)는 스텐레스 혹은 알루미늄 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

한편, 상기 외부몸체(132)에 융착툴(131)이 결합된 상태에서 상기 융착툴(131)이 외부몸체(132)의 내부에서 승강되도록 작동되게 하고자 상기 융착툴(131)의 외주면에는 상하 방향으로 장홀(132a)을 형성하고, 고정핀(132b)으로 상기 외부몸체(132)를 관통하여 장홀(132a)에 결합되도록 함에 의해 외부몸체(132)에 융착툴(131)가 결합되어 상하 방향으로 승강 작동될 수 있다. 즉. 상기 외부몸체(132)와 융착툴(131)이 하강되는 경우 플라스틱부품(10)에 외부몸체(132)가 맞닿게 되면 외부몸체(132)는 더 이상 하강되지 못하고 상기 융착툴(131)만이 하강되어 보스를 가압하게 된다. 이때, 완충스프링(136)에 의해 소정 텐션을 가지면서 완충작용이 이루어진다.

또한, 상기 가열공기이송통로부(133)는 융착툴(131)의 내부에 형성되며, 외부몸체(132)의 내부에 위치하는 융착툴(131)의 외주면 소정 부위에는 내외부를 관통하도록 관통공(133a)이 형성되어 가열공기의 이송로를 제공하는 것이 바람직하다.

이러한 가열공기이송통로부(133)에 가열공기를 공급하여 이송되도록 상기 융착툴(131)의 일측은 가열공기 공급유닛에 결합되고, 가열공기 공급유닛으로부터 공급되는 가열공기는 융착툴(131)의 내부에 형성되는 가열공기이송통로부(133)로 공급되어 관통공(133a)을 통해 상기 외부몸체(132)의 내부로 이송된 후 외부몸체(132)의 하단 개구를 통해 배출되어 플라스틱 보스(12)에 보낼수 있도록 하므로서 프라스틱 보스를 가열할 수 있다.

또한, 상기 융착팁(134)은 플라스틱 보스(12)를 가압하여 성형할 수 있도록 상기 융착툴(131)의 하단에 플라스틱 보스를 가압하여 성형할 수 있는 형상으로 요입되게 형성되는 것으로, 상기 융착팁(134)은 가열공기이송통로부(133)를 통해 공급되어 외부몸체의 하단으로 배출되는 가열공기에 의해 플라스틱 보스(12)가 용융된 상태에서 플라스틱 보스를 가용하여 성형할 수 있다.

이러한 융착팁(134)에는 용융된 플라스틱수지와 분리가 잘 되도록 테프론 코팅층이 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 완충스프링(136)은 융착팁(134)이 플라스틱 보스를 가압할 때 부품의 손상을 방지하도록 상기 외부몸체(132)의 내경과 융착툴(131)의 외경에 양단부가 지지되도록 설치되어 상기 융착툴(131)에 완충기능을 제공하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 외부몸체(132)가 플라스틱부품에 맞닿아 하강되지 못하는 상태에서 융착툴(131)만이 하강될 때 상기 완충스프링(136)에 의해 완충 작용이 일어난다.

그리고 상기 외부몸체(132)의 외주면에 구비되는 냉각공기 공급파이프 연결부(138)는 냉각공기 공급유닛을 통해 공급되는 냉각공기가 외부몸체(132)의 일측을 통해 외부몸체(132)의 내부로 공급되어 외부몸체(132)의 하단 개구로 토출되도록 상기 외부몸체(132)의 하측 외주면 소정 부위에 냉각공기 공급유닛의 냉각공기 공급파이프(152)가 연결되도록 구비되는 것이 바람직하다.

도시된 바와 같이, 상기 가열공기 공급유닛(140)은 융착툴유닛(130)에 가열공기를 공급할 수 있도록 융착툴유닛(130)에 연결 설치되는 구성이며, 내부에는 히터(142)와 온도센서(144)가 구비되어 전기를 인가하면 내부로 공급되는 공기가 히터(142)에 의해 가열되어 융착툴유닛(130)에 연결되는 출구쪽으로 가열공기가 배출되어 융착툴유닛(130)에 가열공기를 공급할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

이러한 가열공기 공급유닛(140)은 세라믹 절연바에 절연선을 권선한 후 고온에서도 견딜 수 있도록 열처리된 열선을 감아 500℃ 이상의 가열공기를 발생시킬 수 있도록 히터(142)가 구비되며, 상기 히터(142)가 내장되도록 설치되어 공기가 통과되면서 상기 히터(142)에 의해 가열되어 가열공기를 발생시키고, 발생된 가열공기를 배출할 수 있는 스테인레스 재질의 히터파이프(146)가 설치되도록 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 히터파이프(146)에 내장되도록 온도센서(144)가 설치되어 상기 히터(142)에서 발생시키는 가열공기의 온도를 감지하도록 하는 것이 바람직하며, 상기 온도센서(144)는 ±1°C 이내의 정밀제어가 가능하도록 제어유닛에 의해 제어되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 히터파이프(146)의 내주면에는 석영관(148)이 설치되어 상기 히터(142)에서 발생되는 열이 히터파이프(146)의 외부로 방출되는 것을 차단하여 열효율 성능을 향상시키도록 하는 것이 바람직하다.

도시된 바와 같이, 상기 냉각공기 공급유닛(150)은 가열공기 공급유닛(140)에 인접하게 설치되며, 상기 융착툴유닛(130)에 냉각공기를 공급할 수 있도록 냉각공기 공급파이프(152)가 외부몸체(132)의 연결부(138)에 연결되도록 설치되며, 상기 냉각공기 공급파이프(152)의 내부로 공급되는 냉각공기를 제어하도록 냉각공기 개폐밸브(미도시)가 설치되어 플라스틱 보스가 융착되어 조립된 부위에 냉각공기를 배출하여 냉각시킬 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

따라서 본 발명은 플라스틱 보스를 가압 융착하여 조립하는 경우 우선 가열공기를 토출하여 보스를 가열한 후 융착팁으로 보스를 가압 융착시켜 조립하고 그 조립부위에 냉각공기를 토출하여 냉각시키도록 할 수 있다.

도시된 바와 같이, 상기 제어유닛(160)은 가열공기 공급유닛(140)과 냉각공기 공급유닛(150)을 통해 공급되는 가열공기와 냉각공기가 순차적으로 공급되도록 제어함과 아울러 가열공기 공급유닛의 히터 및 상기 구동유닛을 제어할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

이러한 제어유닛(160)에는 상기 융착툴유닛(130)의 승강 위치를 감지할 수 있도록 상부위치 감지센서(162)와 하부위치 감지센서(164)가 설치되고, 상기 상부위치 감지센서(162)와 하부위치 감지센서(164)의 감지신호에 의해 서보모터(122)의 구동을 제어하여 융착툴유닛(130)을 승하강시킴과 아울러 상기 가열공기 공급유닛(140)에 의한 가열공기의 공급 및 차단, 상기 냉각공기 공급유닛(150)에 의한 냉각공기의 공급 및 차단을 제어하는 것이 바람직하다. 즉, 외부몸체의 하단 개구를 통해 가열공기와 냉각공기가 순차적으로 토출되도록 제어하는 것이 바람직하다.

구체적으로, 상기 제어유닛(160)은 플라스틱 보스를 일정시간 가열하도록 가열공기가 상기 가열공기이송통로부(133)를 통해 외부몸체의 내부로 이송되어 외부몸체의 하부로 토출되도록 제어하고, 토출되는 가열공기에 의해 플라스틱 보스가 가열되어 플라스틱수지 자체가 용융점에 도달하여 용융변형이 이루어질 때 융착툴의 융착팁으로 보스를 가압하여 조립부품과 접합시키도록 융착툴을 하강시키도록 제어한다. 또한, 접합이 이루어짐과 동시에 가열공기의 공급을 차단하고, 이와 동시에 보스의 접합부위를 냉각하도록 냉각공기 공급파이프를 통해 냉각공기가 외부몸체의 내부로 이송되어 외부몸체의 하부로 토출되도록 제어하며, 접합부위의 냉각이 이루어지면 냉각공기의 공급을 차단하도록 제어한다.

본 발명은 도 1에 나타낸 바와 같이, 플라스틱 보스(12)가 형성된 플라스틱부품(10)과 조립부품(20)이 안착되어 있으며, 열풍(가열공기)을 만들어내는 히터와 일단에 설치된 융착툴유닛이 구비되어 있으며, 공기(Air)를 공급할 수 있는 공급부가 설치되며, 이를 상하방향으로 이동시키기 위한 리니어 액츄에이터와 이를 작동시키는 서보모터로 되어 있고, 또한 융착툴의 위치를 감지할 수 있는 위치센서가 2개소 설치되어 있다.

본 발명의 작동은 시스템제어장치의 제어명령에 따라 서보모터(122)가 구동하고, 위치센서(상부위치 감지센서(162)와 하부위치 감지센서(164))의 신호를 받고, 히터(142)의 온도를 조절하고, 공기 공급밸브를 개폐하게 된다. 물론, 사용자의 설정값에 따라 속도 조절이 가능하며, 위치설정, 온도설정, 개폐시간 조절등이 가능하다.

본 발명의 가장 큰 특징은 다음과 같다.

첫째, 플라스틱의 재질에 따라 용융온도가 다르기 때문에 사용자가 최적의 온도를 설정할 수 있는 시스템을 공급할 수 있다.

둘째, 조립부품의 크기에 따라 또는 보스의 크기에 따라 융착툴의 동작위치를 사용자가 쉽게 설정할 수 있는 시스템을 공급할 수 있다.

셋째, 다수의 보스를 동시에 가열융착 할 수 있는 시스템을 공급할 수 있다.

이하, 본 발명의 세부 구성에 대하여 설명한다.

본 발명의 시스템 제어장치는 시스템 전체의 전원을 컨트롤하는 장치를 구비하고 있으며 융착툴유닛(130)의 상하이동을 할 수 있는 구동장치인 서보모터(122)를 제어한다. 이때, 위치센서(상부위치 감지센서와 하부위치 감지센서)의 신호를 받아서 위치제어를 할 수 있다.

또한, 히터의 온도조절을 하는 온도컨트롤러와 통신을 하여 사용자가 설정한 온도로 제어할 수 있다.

그리고 히터로 인가하는 공기(Clean Air)와 냉각을 위한 공기(Cooling Air)의 밸브를 제어하는 기능을 가진다. 물론 사용자가 설정한 시간에 맞도록 제어를 하는 것이며, 이를 위하여 설정할 수 있는 설정부와 표시부, 신호입출력부등을 구비하고 있다.

본 발명의 구동유닛은 견고한 구조물(기체)에 리니어액츄에이터(124)가 설치된다. 리니어 액츄에이터(124)는 상하 수직방향으로 융착툴유닛(130)이 움직일 수 있도록 LM 가이드(Guide)와 볼 스크류(Ball screw) 등으로 구성되어 있다. 볼 스크류(Ball screw)의 일측에는 서보모터(122)의 축과 연결되어 있다.

또한 위치센서가 2개소 설치되어 있으며, 이는 초기위치(원점)와 플라스틱 보스에 근접하는 위치를 설정하는 기능을 하게 된다. 회전속도와 회전토크를 조정하기 위해서는 서보모터(122)와 볼 스크류(Ball screw) 사이에 감속기를 설치할 수도 있다.

한편, LM 가이드 블록(Guide Block)에는 히터와 융착툴유닛을 설치하여 융착툴유닛과 히터가 승강되게 한다. 이때 다수의 히터와 융착툴유닛을 설치할 경우 필요에 따라서는 복수의 LM 가이드(Guide)를 사용할 수도 있다.

본 발명의 히터유닛은 도면 6에 나타낸 바와 같은 구조로 설치된다.

일측에는 공기(Clean air)가 공급될 수 있는 연결부가 있으며, 다른 일측에는 융착툴이 설치도는 구조이다.

히터유닛의 세부 구성은 도면 6과 같다.

세라믹 절연바에 절연선을 권선한 후 열선을 결합하는 방식이다. 열선은 고온에서도 견딜 수 있는 특수 열처리가 되어 있어 500°C 이상의 열풍을 만들어낼 수 있다. 이렇게 만들어진 히터를 석영관과 스텐레스파이프의 구조물로 감싸지는 구조로 조립되어 있다. 또한 열풍의 온도를 감지하기 위하여 K-Type의 센서를 내장한다. 이 센서는 ±1°C 이내의 정밀제어가 가능하도록 컨트롤러를 사용한다.

본 발명의 융착툴유닛의 구조는 도면 7 내지 도 9와 같다.

융탁툴의 재질은 스텐레스 또는 알루미늄을 사용한다. 스텐레스는 고온에 의한 내부식성, 알루미늄은 중량을 가볍게 하기 위함이다.

융착툴의 일측은 히터유닛에 조립되어 있으며, 열풍이 지나갈 수 있는 통로를 형성하고 보스를 융착할 수 있는 융착팁을 구비하고 있다. 융착팁의 형상과 크기는 조립부품의 특성에 따라 다양하게 할 수 있다. 융착팁은 용융된 플라스틱과 분리가 잘 되기 위해서는 테프론코팅을 하는 것이 바람직하다.

또한 융착툴의 일측면에는 냉각용 공기(Cooling Air)가 공급될 수 있는 연결부가 형성되어 있다. 그리고 융착툴이 보스를 가압할 경우 부품의 손상을 방지하기 위한 완충공간이 필요함에 따라 압축스프링이 설치되어 있다.

본 발명의 작동순서는 도면 14와 같다.

① 플라스틱 보스의 가열융착 설비가 구성되어 있는 상태에서 메인 전원스위치를 온(ON) 시킨다.

② 시스템제어장치가 작동준비가 되면 조립용 부품을 공급하여 안착시킨다.

③ 플라스틱부품에는 보스가 형성되어 있으며 조립하려는 조립부품에는 홀이 형성되어 보스에 끼워진다.

④ 제어장치에서 시작 버튼을 누르면 서보모터가 구동하여 상부위치 감지센서(162)의 위치로 이동한다.

⑤ 원점을 인식하고 플라스틱보스에 근접할때까지 이동한다.(하부위치 감지센서)

⑥ 히터에서 공기를 가열하도록 히터파이프의 내부로 공기를 주입하기 위하여 밸브를 오픈한다. 이때 공기는 습기 또는 이물질이 없는 불활성공기(Clean Air)를 사용하게 된다. 만일 이물질 또는 습기가 히터내부로 들어가면 열선이 손상되어 수명이 단축되게 된다. 그리고 주입하는 공기의 압력은 5Bar 이내를 유지하여 열선을 보호하고 센서의 감지정확도를 높이도록 한다.

⑦ 공기가 주입되면 히터에 전기를 인가한다. 여기서 반드시 공기주입이 이루어진후 히터의 전기를 온(ON) 하여야 하며, 히터의 전기를 오프(OFF)한 후 공기주입을 차단하여야 한다. 왜냐하면 열선은 순간적으로 고온을 발생시키기 때문에 히터의 손상을 방지하기 위함이다.

⑧ 가열된 공기가 융착툴유닛을 통과하여 플라스틱보스에 부딪히게 된다. 일정시간 가열되면 플라스틱보스는 수지자체의 용융점에 도달하여 용융변형이 이루어지게 되며 이때 서보모터가 다시 아래방향으로 이동하여 융착툴팁이 보스를 가압하여 조립부품과의 접합을 시킨다.

이와 동시에 히터의 전기를 오프(OFF)한 후 히터 공기를 차단한다. 그리고 나서 냉각용 공기를 주입한다. 매우 짧은 시간이지만 순차적으로 제어를 하여야만 열선도 보호하고, 융착부의 견고함도 유지할 수 있다.

⑨ 융착툴팁과 플라스틱보스를 분리하도록 서보모터가 구동하여 원점위치(상부위치 감지센서)로 이동한다.

⑩ 냉각용 공기를 차단한다.

⑪ 조립된 부품을 배출시킨다.

본 발명은 이러한 동작에 의해 각종 플라스틱 재질의 부품을 조립할 수 있어 조립시간 및 공정을 단축할 수 있다.

이상에서와 같은 기술적 구성에 의해 본 발명의 기술적 과제가 달성되는 것이며, 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나 여기에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능한 것임은 물론이다.

110 - 기체 120 - 구동유닛
130 - 융착툴유닛 140 - 가열공기 공급유닛
150 - 냉각공기 공급유닛 160 - 제어유닛

Claims

플라스틱부품(10)과 조립부품(20)의 조립 장치로, 플라스틱부품(10)에 일정한 형태의 플라스틱 보스(Boss)(12)를 형성하고, 조립하고자 하는 다른 조립부품(20)에는 보스(12)가 삽입되어 돌출될 수 있는 홀(22)을 형성한 후, 융착툴(131)을 사용하여 홀(22)을 통해 돌출된 보스(12)를 가열, 가압함으로써 돌출된 보스(12)의 상단을 변형시켜 두 부품을 조립 고정할 수 있도록 상기 플라스틱 보스(12)가 형성된 플라스틱부품(10)과 홀(22)이 형성된 조립부품(20)이 안착될 수 있는 지그(Jig)(112)를 구비하는 기체(機體)(110); 상기 기체(110)에 설치되어 융착툴(131)을 승강 가능하도록 구동시키는 구동유닛(120); 상기 구동유닛(120)에 의해 융착툴(131)이 승강되도록 설치되어 지그(112)에 안착되는 플라스틱부품(10)에 형성된 보스(12)를 융착툴(131)로 가열, 가압하여 돌출된 보스(12)의 상단을 성형 조립할 수 있는 융착툴유닛(130); 상기 융착툴유닛(130)에 구비되는 융착툴(131)에 가열공기를 공급할 수 있도록 융착툴(131)에 연결 설치되며, 내부에는 히터(142)와 온도센서(144)가 구비되어 전기를 인가하면 내부로 공급되는 공기가 히터(142)에 의해 가열되어 융착툴(131)에 연결되는 출구쪽으로 가열공기가 배출되어 융착툴(131)에 가열공기를 공급하는 가열공기 공급유닛(140); 상기 가열공기 공급유닛(140)에 인접하게 설치되어 상기 융착툴(131)에 냉각공기를 공급할 수 있도록 냉각공기 공급파이프(152)가 구비되어 플라스틱 보스(12)의 융착 조립부위를 냉각시킬 수 있도록 융착툴(131)에 냉각공기를 공급하는 냉각공기 공급유닛(150); 및 상기 가열공기 공급유닛(140)과 냉각공기 공급유닛(150)을 통해 공급되는 가열공기와 냉각공기가 순차적으로 공급되도록 제어함과 아울러 가열공기 공급유닛(140)의 히터(142) 및 상기 구동유닛(120)을 제어할 수 있는 제어유닛(160)으로 이루어지는 플라스틱 보스 가열융착 자동 조립 장치에 있어서,
상기 구동유닛(120)은:
상기 기체(110)의 상부에 설치되는 서보모터(122)와, 상기 서보모터(122)에 의해 제자리 회전하도록 설치되는 볼 스크류(126)와, 상기 볼 스크류(126)에 의해 승강 가능하도록 설치되어 상기 융착툴(131)을 승강시키도록 상기 융착툴(131)과 가열공기 공급유닛(140)이 결합되는 LM 가이드 블록(128)와, 상기 LM 가이드 블록(128)의 승강을 안내하도록 설치되는 LM 가이드(129)로 이루어지고,
상기 융착툴유닛(130)은;
상기 기체(110)의 지그 상부에 위치하도록 설치되는 양단이 개구된 중공 형상의 외부몸체(132)와, 상기 외부몸체(132)의 내부에 설치되어 상기 구동유닛(120)에 의해 승강 가능하게 결합되며, 하단부는 상기 외부몸체(132)의 내경보다는 작은 외경으로 이루어지는 스텐레스 혹은 알루미늄 재질의 융착툴(131)과, 상기 융착툴(131)의 내부에 형성되며, 일측은 상기 가열공기 공급유닛(140)에 결합되고 상기 외부몸체(132)의 내부에 위치하는 융착틀(131)의 외주면 소정 부위에는 내외부를 관통하도록 관통공(133a)이 형성되어 상기 가열공기 공급유닛(140)으로부터 공급되는 가열공기를 상기 외부몸체(131)의 내부를 통해 하부로 배출시켜 플라스틱 보스(12)에 보낼수 있는 가열공기이송통로부(133)와, 상기 가열공기이송통로부(133)를 통해 공급되는 가열공기에 의해 플라스틱 보스(12)가 용융된 상태에서 플라스틱 보스(12)를 가압하여 성형할 수 있도록 상기 융착툴(131)의 하단에 플라스틱 보스(12)를 가압하여 성형할 수 있는 형상으로 요입되게 형성되는 융착팁(134)과, 상기 융착팁(134)이 플라스틱 보스(12)를 가압할 때 부품의 손상을 방지하도록 상기 외부몸체(132)의 내경과 융착툴(131)의 외경에 양단부가 지지되도록 설치되어 상기 융착툴(131)에 완충기능을 제공하는 완충스프링(136)으로 이루어지되,
상기 융착팁(131)에는 용융된 플라스틱수지와 분리가 잘 되도록 테프론 코팅층이 형성되고,
상기 가열공기 공급유닛(140)은:
세라믹 절연바에 절연선을 권선한 후 고온에서도 견딜 수 있도록 열처리된 열선을 감아 500℃ 이상의 가열공기를 발생시킬 수 있는 히터(142)와, 상기 히터(142)가 내장되도록 설치되며, 공기가 통과되면서 상기 히터(142)에서 발생시킨 가열공기가 외부로 방출되지 않고 융착툴(131)로 배출할 수 있도록 내주면에 석영관(148)이 설치된 스테인레스 재질의 히터파이프(146)와, 상기 히터파이프(146)에 내장되도록 설치되어 상기 히터(142)에서 발생시키는 가열공기의 온도를 감지하며, 상기 제어유닛(160)에 의해 ±1°C 이내의 정밀제어가 가능한 온도센서(144)로 이루어지고,
상기 냉각공기 공급유닛(150)은:
상기 냉각공기 공급파이프(152)를 통해 공급되는 냉각공기가 상기 외부몸체(132)의 일측을 통해 외부몸체(132)의 내부로 공급되어 외부몸체(132)의 하부로 토출되도록 상기 냉각공기 공급유닛(150)의 냉각공기 공급파이프(152)가 상기 외부몸체(132)의 하측 외주면에 연결되도록 설치되는 냉각공기 공급파이프 연결부(138)를 포함하고,
상기 제어유닛(160)은:
상기 융착툴(131)의 승강 위치를 감지할 수 있도록 설치되는 상부위치 감지센서(162)와 하부위치 감지센서(164)를 포함하고,
상기 상부위치 감지센서(162)와 하부위치 감지센서(164)의 감지신호에 의해 서보모터(122)의 구동을 제어하여 융착툴(131)을 승하강시킴과 아울러 상기 플라스틱 보스(12)를 일정시간 가열하도록 가열공기가 상기 가열공기 이송통로부(133)를 통해 외부몸체(132)의 내부로 이송되어 외부몸체(132)의 하부로 토출되게 제어하고, 토출되는 가열공기에 의해 플라스틱 보스(12)가 가열되어 플라스틱수지 자체가 용융점에 도달하여 용융변형이 이루어질 때 융착툴(131)의 융착팁(134)으로 보스를 가압하여 조립부품(10)과 접합시키도록 융착툴(131)을 하강시키도록 제어하며, 접합이 이루어짐과 동시에 가열공기의 공급을 차단하도록 제어하고, 보스의 접합부위를 냉각하도록 냉각공기가 냉각공기 공급파이프(152)와 냉각공기 공급파이프 연결부(138)를 통해 상기 외부몸체(132)의 외측 하부에서 외부몸체(132)의 내부로 이송되어 외부몸체(132)의 하부로 토출되게 제어하며, 접합부위의 냉각이 이루어지면 냉각공기의 공급을 차단하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 보스 가열융착 자동 조립 장치.