KR20220081848A - 마스크 제조용 초음파 융착기 - Google Patents

마스크 제조용 초음파 융착기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 설정온도 미만의 온도를 유지하는 밀폐공간에서 사용되는 마스크 제조용 초음파 융착기에 관한 것으로, 전원을 고주파로 전환하여 공급하는 전원공급부; 상기 전원을 전달받아 진동에너지로 변환시키는 컨버터부; 상기 진동에너지의 진폭을 증감시키는 부스터부; 및 접착대상물에 접촉하여 증감된 상기 진동에너지를 전달하여 상기 접착대상물을 융착시키는 혼부를 포함하고, 상기 부스터부는, 상기 진동에너지의 진폭을 증가 또는 감폭시키는 원통형상의 부스터본체; 및 상기 부스터본체의 외주면에 접촉하여 상기 외주면을 둘러싸도록 배치되고, 상기 부스터본체로부터 발생되는 열을 흡수하는 제1 열흡수부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

마스크 제조용 초음파 융착기 {ULTRASONIC WELDING APPARATUS FOR MAKING MASK}
본 발명은 냉각효과가 뛰어난 초음파 융착기 및 이에 활용되는 초음파 혼에 관한 것이다.
최근 전 세계적으로 비주기적 발병 신종 바이러스의 확산, 특히 코로나 19의 확산에 따라 사회적 파장과 경제적 손실, 사회 현상의 변화 등 다양한 변화가 이루어질 뿐만 아니라 세계경기가 위축되고 있는 상황이다. 특히 2000년대 이후 일정간격으로 코로나 19, 메르스, 사스와 같은 급성호흡기 증후군이 지속적으로 발생하고 있으며, 치사율과 전염성이 높아 심각한 질병으로 보고되고 있다. 이러한 급성호흡기 증후근은 발열, 기침, 근육통, 호흡곤란 등의 증상이 있으며, 비말(침방울)이나 접촉을 통하여 다른 사람에게 바이러스가 전파되고 있다.
코로나 19와 같이 전염성이 강한 질병의 경우, 서로 접촉하는 것만으로 즉시 질병에 감염될 위험이 존재한다. 이러한 위험 때문에 코로나 19 이 후 사회적 거리두기 분위기 차원에서 다중이용시설이나 기관 등에서는 체온측정과 방명록 기재 등을 의무적으로 수행하고 있는 실정이다.
특히, 코로나 19에 있어서 가장 중요한 예방물품은 마스크다. 마스크란 비말 등의 외부배출을 차단하기 위해 사용자의 코와 입 등 호흡기를 일시적으로 막아주는 제품이다.
실제로 국내 마스크 생산실적은 2019년에 2,231억원으로 2017년 대비 485.6%로 매우 비약적으로 증가하였다. 이는 2017년부터 사회적 문제로 대두된 미세먼지 발생과 황사현상 등에 따라 사용자의 호흡기를 보호하기 위해 사용되는 수요가 급증함에 따른 결과로 보인다.
특히, 식약처에서 조사한 2020년의 보건용 마스크 생산실적을 보면, 2020년 2월 기준으로 3주간 생산량이 2억 6,586만개의 생산이 가능한데 반하여, 2020년 10월 기준으로 3주간 생산량이 4억 3,644만개로 확인되어 올해 2월 대비 64% 이상의 성장세를 보이는 것으로 확인되어 마스크의 시장동향이 크게 성장하고 있음을 확인할 수 있다.
또한, 정부 통계에 따르면 마스크 제조업체는 20년 1월 137개 업체에서 10월 578개 업체로 약 4.15배 증가하였고, 허가된 마스크 품목 개수 역시 1,012개에서 2,608개로 약 2.58배 증가하여 마스크 시장진입을 위한 업체간 경쟁 역시 치열해짐을 확인할 수 있다.
이러한 마스크 제조공정을 살펴보면, 원자재를 두루마리 형태로 투입하는 원자재 투입단계, 투입된 원자재를 흡착하고 마스크의 형상에 맞게 성형하는 흡착성형단계, 흡착성형된 마스크 양쪽에 이어밴드를 부착하는 밴드부착단계 및 불량률을 검사하고 포장하는 불량률 검사 및 포장단계를 거쳐 마스크가 완성될 수 있다.
그런데 이러한 마스크 제조공정 중 흡착성형단계에서 원자재를 흡착하는 방식은 종래 본드 등을 활용한 부착방식이 사용되다가 최근에는 생산률을 증대시키고 친환경적인 방식을 사용하기 위해 초음파 융착기를 사용하여 초음파를 활용하여 마찰열에 따라 원자재를 융착시키는 흡착방식이 널리 사용되고 있다.
초음파 융착기의 경우 10kHz 이상의 진동수를 가지는 음파인 초음파를 활용하여 대상물을 융용하고 부착하는 장치인데, 이러한 초음파 융착기는 전원을 고주파, 즉 초음파로 전환하고 전환된 고주파의 전기에너지를 물리에너지로 변환하며, 변환된 물리에너지의 진동에너지를 대상물에 전달하여 대상물을 마찰시킴으로써 진동에너지를 용융시켜 부착시키는 방식으로 사용될 수 있다.
이러한 종래의 초음파 융착기의 경우, 물리에너지가 대상물에 접촉하여 진동에너지를 전달하는 과정에서 발생되는 열이 과도하게 발생되는 문제가 있다. 또한, 초음파 융착기가 과열됨에 따라 융착기의 사용수명이 단축될 뿐만 아니라 원재료의 흡착 및 용융 성능이 저하되어 마스크의 생산률이 저하되는 문제가 있다.
이를 해결하기 위해 기존의 초음파 융착기에 공기를 공급하기 위해 공기공급라인을 설치하는 경우가 있으나, 이를 위해서는 초음파 융착기에 지속적인 공기를 공급하기 위한 펌프나 공기주입라인을 가동시킴에 따라 전력량이 낭비될 뿐만 아니라 마스크의 제조단가가 높아지는 문제가 있다.
이러한 종래의 초음파 융착기에 대한 선행기술문헌은 아래와 같다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
특허출원번호 제10-2011-0037923호 (발명의 명칭 : 초음파 융착기용 공구혼 및 이를 통해 제작된 터미널 접합 케이블)
또한, 초음파 융착기 중 제품에 직접적으로 접촉되는 혼은 경도가 높은 물질로 제조되어야 하는데 이를 위해 사용되는 티타늄을 활용하여 혼을 제조하는 경우에 티타늄의 제조단가가 비쌀 뿐만 아니라 이를 가공하기 위한 가공공정이 복잡하게 진행됨에 따라 초음파 융착기 제조단가가 높아지는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 마스크 제조과정에서 열 발생이 최소화됨에 따라 수명이 증가하고 흡착 및 용융 성능이 향상되는 마스크 제조용 초음파 융착기를 제공하는데 있다. 다만, 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며 이하의 설명으로부터 또 다른 기술적 과제가 도출될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 마스크 제조용 초음파 융착기는, 설정온도 미만의 온도를 유지하는 밀폐공간에서 사용되고 이와 더불어, 전원을 고주파로 전환하여 공급하는 전원공급부; 상기 전원을 전달받아 진동에너지로 변환시키는 컨버터부; 상기 진동에너지의 진폭을 증감시키는 부스터부; 및 접착대상물에 접촉하여 증감된 상기 진동에너지를 전달하여 상기 접착대상물을 융착시키는 혼부를 포함하고, 상기 부스터부는, 상기 진동에너지의 진폭을 증가 또는 감폭시키는 원통형상의 부스터본체; 및 상기 부스터본체의 외주면에 접촉하여 상기 외주면을 둘러싸도록 배치되고, 상기 부스터본체로부터 발생되는 열을 흡수하는 제1 열흡수부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 열흡수부는, 상기 부스터본체의 외주면에 대응되는 내주면이 형성되고, 상기 부스터본체를 감싸는 원통형상의 커버부; 및 상기 커버부의 외주면에서 외측방향으로 돌출되고 상기 부스터본체의 축방향으로 연장된 다 수의 제1 냉각핀을 포함하고, 상기 다 수의 제1 냉각핀은 상기 커버부의 중심축을 기준으로 원주방향으로 설정간격 이격되도록 배치된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 열흡수부는, 상기 커버부의 일단에서 외측으로 돌출되고 상기 제1 냉각핀의 일단과 제1 끼움간격만큼 이격된 제1 돌출부; 상기 커버부의 일타에서 외측으로 돌출되고 상기 제1 냉각핀의 타단과 제2 끼움간격만큼 이격된 제2 돌출부; 상기 제1 끼움간격 이하의 두께를 가지고 상기 제1 냉각핀과 상기 제1 돌출부 사이에 끼움결합되는 링형상의 제1 결합부; 및 상기 제2 끼움간격 이하의 두께를 가지고 상기 제1 냉각핀과 상기 제2 돌출부 사이에 끼움결합되는 링형상의 제2 결합부;를 더 포함하고, 상기 커버부는, 상기 부스터본체의 외주면 일측을 커버하는 제1 커버부 및 상기 부스터본체의 외주면 타측을 커버하는 제2 커버부를 포함하며, 상기 제1 결합부 및 상기 제2 결합부에 의해 상기 제1 커버부 및 상기 제2 커버부가 고정결합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 혼부는, 상기 부스터본체의 일단에 연결되어 진동에너지를 전달받는 전달부; 상기 접착대상물에 접촉하여 진동에너지를 전달하고 상기 접착대상물을 융착시키는 융착부; 상기 전달부의 타단에 결합되고, 타단이 상기 융착부의 일단에 결합되며, 일단에서 타단으로 갈수록 폭이 좁아지는 연결부; 및 상기 연결부의 일측 또는 양측에 배치되어 상기 혼부에서 발생되는 열을 흡수하는 제2 열흡수부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2 열흡수부는, 상기 융착부의 타단에서 일단 방향으로 연장되어 외측으로 돌출되고, 설정방향으로 설정간격 이격되도록 배치된 다 수의 제2 냉각핀을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 혼부는 상기 접착대상물에 접촉하여 진동에너지를 전달하고 상기 접착대상물을 융착시키는 융착부를 포함하고, 상기 융착부는 일단이 티타늄 및 초경합금 중 하나 이상이 포함된 설정합금이 코팅되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 마스크 제조용 초음파 융착기에 따르면 아래와 같은 효과가 있다.
우선, 제1 열흡수부와 제2 열흡수부에 의해 종래의 초음파 융착기에 비해 전체적인 초음파 융착기의 과열이 방지됨과 더불어 열의 냉각효율이 뛰어난 효과가 있다. 특히, 제1 흡수부에 의한 부스터부의 냉각효율과 제2 흡수부에 의한 혼부의 냉각효율이 획기적으로 낮아짐을 확인할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 마스크 제조용 초음파 융착기는 공기를 불어넣는 등 외부의 추가적인 냉각장치를 별도 설치할 필요없이 종래의 초음파 융착기에 냉각효율을 위한 열흡수부를 효율적인 공정을 통해 부착시킴으로써 유지비용을 절감시킬 뿐만 아니라 냉각효율은 효율적으로 이루어낼 수 있는 효과가 있다.
또한, 부스터부에 결합되는 제1 열흡수부와 혼부에 결합되는 제2 흡수부의 구조를 결합 및 탈착가능하도록 형성함으로써, 과열정도에 따라 제1 흡수부와 제2 흡수부의 냉각핀 개수를 조절할 수 있고, 더불어 결합공정을 용이하게 이루어낼 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 융착기의 구성을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 초음파 융착기 중 부스터부와 혼부의 구성을 도시한 사시도.
도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 초음파 융착기 중 부스터부와 혼부의 구성을 도시한 사시도.
도 4는 본 발명의 실시예 1 및 실시예 2를 조합한 초음파 융착기 중 부스터부와 혼부의 구성을 도시한 사시도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 융착기 중 부스터부와 혼부의 구성분해도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제1 열흡수부의 구성의 정면도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 이하에서 설명되는 실시예들은 과열을 방지함과 동시에 융착효과가 뛰어난 마스크 제조용 초음파 융착기에 관한 것이다.
다음에 소개되는 실시예 및 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 또한, 본 발명의 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 융착기의 구성을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 초음파 융착기 중 부스터부(300)와 혼부(400)의 구성을 도시한 사시도이며, 도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 초음파 융착기 중 부스터부(300)와 혼부(400)의 구성을 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명의 실시예 1 및 실시예 2를 조합한 초음파 융착기 중 부스터부(300)와 혼부(400)의 구성을 도시한 사시도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 융착기 중 부스터부(300)와 혼부(400)의 구성분해도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제1 열흡수부(320)의 구성의 정면도이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 마스크 제조용 초음파 융착기는 융착환경 자체가 설정온도 미만의 온도를 유지하는 밀폐공간에서 사용될 수 있다. 이는 마스크 제조 시 공정장소 내의 온도가 설정온도 미만으로 일정하게 유지됨에 따라 제조되는 마스크의 품질이 유지될 수 있기 때문이다. 또한, 초음파 융착기로부터 발생되는 열에 의해 공정환경의 온도가 변화되지 않도록 하기 위함이다.
이러한 설정온도 미만의 온도를 유지하는 밀폐공간에서 사용되는 마스크 제조용 초음파 융착기는, 전원을 고주파로 전환하여 공급하는 전원공급부(100), 상기 전원을 전달받아 진동에너지로 변환시키는 컨버터부(200), 상기 진동에너지를 증감시키는 부스터부(300) 및 접착대상물(D)에 접촉하여 증감된 상기 진동에너지를 전달하여 상기 접착대상물(D)을 융착시키는 혼부(400)를 포함할 수 있다.
전원공급부(100)는 초음파 발생을 위한 전원을 공급받고, 공급된 전원을 고주파로 전환하여 컨버터부(200)로 공급할 수 있는 수단이다. 상세히, 전원공급부(100)는 전기를 공급하기 위해 교류 또는 직류 전원에 연결되어 전원, 상세히 110 내지 220V, 50/60Hz의 전원을 공급받음과 동시에 전원을 고주파에너지, 상세히 15,000Hz 내지 50,000Hz의 고주파에너지로 전환시키는 제너레이터 역할을 할 수 있는 수단이다. 다만 이러한 전원의 세기나 고주파에너지의 진동수는 예시일 뿐, 접착대상물(D)에 따라 변경될 수 있음을 알려둔다.
컨버터부(200)는 전원공급부(100)와 연결되어 전원공급부(100)로부터 생성된 고주파에너지를 전달받아 진동에너지로 변환시킬 수 있는 수단이다. 상세히, 컨버터부(200)는 압전진동자를 포함할 수 있고, 이에 따라 압전효과를 활용하여 고주파에너지를 진동에너지로 전환시킬 수 있다. 압전진동자의 압전효과를 활용한 진동에너지 전환방식은 이미 널리 알려진 기술인 바, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
부스터부(300)는 컨버터부(200)에 연결되어 컨버터부(200)로부터 전환된 진동에너지의 진폭을 증가 또는 감소시킬 수 있는 수단이다. 상세히, 부스터부(300)는 원통형상으로 형성될 수 있고 마스크 제조를 위한 적합한 진동에너지 진폭을 형성하기 위해 설정된 직경 및 길이를 가지도록 제조될 수 있다.
상세히, 부스터부(300)는 진동에너지의 진폭을 증가 또는 감소시킬 수 있는 원통형상의 진동자 본체 및 진동자 본체의 외주면을 감싸도록 외주면을 둘러쌈과 동시에 진동자 본체의 외주면을 접촉함에 따라 부스터본체(310)로부터 발생되는 열을 흡수할 수 있는 제1 열흡수부(320)를 포함할 수 있다.
부스터본체(310)는 원통형상으로 형성되어 컨버터부(200)로부터 전환된 진동에너지를 공급받고 진동에너지의 진폭을 원하는 크기로 증가 또는 감소시키기 위해 설정된 크기 또는 직경을 가지도록 형성될 수 있다. 또한, 부스터본체(310)의 경우, 컨버터부(200)로부터 공급받은 진동에너지의 진폭을 증가 또는 감소시키는 과정에서 진동에 의해 열이 발생될 수 있다.
제1 열흡수부(320)는 부스터본체(310)를 감싸 부스터본체(310)로부터 발생되는 열을 흡수할 수 있는 수단으로 부스터본체(310)의 외주면에 대응되는 내주면이 형성되어 부스터본체(310)를 감싸는 커버부(321), 커버부(321)의 일단에서 외측으로 돌출되고 커버부(321)의 중심축을 기준으로 원주방향으로 일정간격 이격되도록 배치된 다 수의 제1 돌출부(322), 커버부(321)의 타단에서 외측으로 돌출되고 커버부(321)의 중심축을 기준으로 원주방향으로 일정간격 이격되도록 배치된 다 수의 제2 돌출부(323) 및 제1 돌출부(322)와 제2 돌출부(323) 사이에 배치되고 커버부(321)의 중심축 방향으로 연장되며 커버부(321)의 중심축을 기준으로 원주방향으로 일정간격 이격되도록 배치된 다 수의 제1 냉각핀(324)을 포함할 수 있다.
상세히, 커버부(321)는 내주면이 부스터본체(310)의 외주면에 대응되는 크기를 가질 수 있고 이에 따라 부스터 본체로부터 발생된 열을 전달받아 다 수의 냉각플레이트로 전달할 수 있는 수단이다. 상세히, 커버부(321)는 부스터본체(310)의 외주면 일측을 둘러싸도록 접촉되는 제1 커버부(321a 및 부스터본체(310)의 외주면 타측을 둘러싸도록 접촉되는 제2 커버부(321b를 포함할 수 있다. 이는 부스터본체(310)에 결합시키는 공정의 편의성을 위해서이며, 제1 커버부(321a 및 제2 커버부(321b로 분리된 경우, 제1 커버부(321a 및 제2 커버부(321b를 결합시키는 결합부(325)가 커버부(321)에 더 포함될 수 있다. 상기 구성에 대해서는 후술한다.
제1 돌출부(322) 및 제2 돌출부(323)는 전술한 결합부(325)가 결합되기 위한 공간을 제공하기 위한 수단이다. 상세히, 제1 돌출부(322)는 커버부(321)의 일단에서 외측으로 돌출되고 냉각플레이트의 일단으로부터 설정간격만큼 이격될 수 있다. 반대로 제2 돌출부(323)는 커버부(321)의 타단에서 외측으로 돌출되고 냉각플레이트의 타단으로부터 설정간격만큼 이격될 수 있다.
제1 냉각핀(324)은 커버부(321)의 외측으로 돌출되고 제1 돌출부(322) 및 제2 돌출부(323) 사이에서 제1 돌출부(322) 및 제2 돌출부(323) 방향, 즉 커버부(321)의 축방향으로 연장된 플레이트 형상을 가질 수 있다. 상세히, 제1 냉각핀(324)은 제1 돌출부(322) 및 제2 돌출부(323)로부터 일단 및 타단이 각각 설정간격만큼 이격되도록 배치될 수 있다.
또한, 제1 냉각핀(324)은 다 수개 배치될 수 있고, 이 경우 제1 냉각핀(324)은 커버부(321)의 중심축을 기준으로 원주방향으로 일정간격 이격되도록 배치되며, 커버부(321)에 탈착가능하게 배치될 수 있다. 즉, 제1 냉각핀(324) 사이의 거리는 일정하게 유지될 수 있다. 이를 통해 부스터본체(310)로부터 발생된 열은 다 수의 제1 냉각핀(324)에 의해 흡수됨과 동시에 제1 냉각핀(324) 사이의 공간에 의해 효율적으로 냉각될 수 있는 효과가 있다.
결합부(325)는 커버부(321)가 제1 커버부(321a 및 제2 커버부(321b로 나누어진 경우에 제1 커버부(321a 및 제2 커버부(321b를 결합시키고 고정시키는 구성이다. 상세히, 결합부(325)는 제1 커버부(321a 및 제2 커버부(321b의 일측을 고정시키는 제1 결합부(325a와, 제1 커버부(321a 및 제2 커버부(321b의 타측을 고정시키는 제2 결합부(325b를 포함할 수 있다. 제1 결합부(325a와 제2 결합부(325b는 모두 설정두께를 가지는 링 형상으로 형성될 수 있고, 위치에 따라 명칭을 구분할 뿐 상호 형상은 동일하게 형성될 수 있다. 또한 결합부(325)는 커버부(321)의 외주면에 대응되는 내주면을 가질 수 있다.
제1 결합부(325a는 제1 커버부(321a 및 제2 커버부(321b의 일측을 고정시키기 위해 커버부(321)의 외주면에 대응되는 내주면을 가지고, 제1 돌출부(322) 및 제1 냉각핀(324) 사이의 이격된 설정간격 이하의 설정두께를 가질 수 있다. 이를 통해 제1 돌출부(322) 및 제1 냉각핀(324) 사이에 끼움결합됨으로써 제1 커버부(321a 및 제2 커버부(321b의 일측을 결합시켜 고정시킬 수 있는 수단이다.
반대로, 제2 결합부(325b는 제1 커버부(321a 및 제2 커버부(321b의 타측을 고정시키기 위해 커버부(321)의 외주면에 대응되는 내주면을 가지고, 제2 돌출부(323) 및 제1 냉각핀(324) 사이의 이격된 설정간격 이하의 설정두께를 가질 수 있다. 이를 통해 제2 돌출부(323) 및 제1 냉각핀(324) 사이에 끼움결합됨으로써 제1 커버부(321a 및 제2 커버부(321b의 타측을 결합시켜 고정시킬 수 있는 수단이다.
즉, 결합부(325)는 제1 커버부(321a 및 제2 커버부(321b의 일측 및 타측 둘레에 끼움결합되어 제1 커버부(321a 및 제2 커버부(321b가 단단하게 원통형상으로 결합되도록 함으로써 커버부(321)가 부스터본체(310)를 더욱 단단하게 커버하도록 하는 수단이다.
혼부(400)는 부스터부(300)에 연결되어 접착대상물(D)에 접촉하여 부스터부(300)로부터 증감된 진폭을 가진 진동에너지를 활용하여 접착대상물(D)을 융착시키는 수단이다. 상세히, 혼부(400)는 일단에 배치되어 접착대상물(D)이 접촉하는 영역이 평평하게 형성된 융착부(420), 융착부(420)보다 넓은 두께를 가지도록 배치되어 진동에너지를 융착부(420)로 전달하는 전달부(410), 전달부(410)와 융착부(420) 사이에 배치되어 양 구성을 연결하는 연결부(430) 및 연결부(430)에 배치되어 전달부(410) 및 융착부(420)로부터 발생되는 열을 흡수하는 제2 열흡수부(440)를 포함할 수 있다.
전달부(410)는 부스터부(300)의 일단에 연결되어 부스터부(300)로부터 진폭이 증감된 진동에너지를 전달받아 융착부(420)로 전달하는 수단으로, 일단이 연결부(430)의 타단과 연결되어 진동에너지를 연결부(430)를 통해 융착부(420)로 전달할 수 있는 수단이다. 또한, 전달부(410)는 융착부(420)의 두께보다 두꺼운 두께를 가지도록 형성될 수 있다.
융착부(420)는 연결부(430)의 일단에 타단이 연결되고, 접착대상물(D)이 융착되기 위해 접촉하는 일단이 평평한 면으로 형성될 수 있다. 이 경우, 융착부(420) 일단에 접착대상물(D)이 접촉되어 진동에너지를 접착대상물(D)로 전달하여 접착대상물(D)을 융착시킬 있는 수단이다. 융착부(420)는 전달부(410)의 두께보다 얇은 두께를 가지도록 형성될 수 있다.
또한, 융착부(420)는 알루미늄 재질로 형성되고, 융착부 일단(421)에 티타늄 또는 초경합금 소재 중 하나 이상이 포함되거나 서로 결합된 설정합금이 코팅될 수 있다. 이는 융착부(420)의 일단(421)에 설정경도 이상의 경도를 가진 물질인 티타늄 및 초경합금 소재가 결합된 설정합금이 코팅됨에 따라 융착부(420)의 제조단가를 줄임과 동시에 혼부(400)의 무게를 줄이고, 더불어 접착대상물(D)에 접촉되는 부위의 경도는 설정경도 이상을 유지할 수 있는 효과가 있기 때문이다. 코팅방식은 융사방식이 활용될 수 있으나 이에 한정되지 않고 균일한 코팅을 진행할 수 있다면 제한은 없다.
연결부(430)는 일단이 전달부(410)의 타단에 연결되고, 타단이 융착부(420)의 일단에 연결되어 전달부(410)와 융착부(420)를 연결함과 동시에, 제2 열흡수부(440)가 배치될 수 있는 수단이다. 상세히, 연결부(430)는 전달부(410)가 연결된 일단에서 연결부(430)가 연결된 타단으로 갈수록 그 두께가 좁아지도록 형성될 수 있다. 이에 따라 연결부(430)의 일단에서 타단으로 이동되는 일면 또는 양면에 제2 열흡수부(440)가 배치될 수 있다.
제2 열흡수부(440)는 다 수의 제2 냉각핀(441)이 설정간격으로 이격되도록 배치되어 혼부(400)로부터 발생되는 열을 흡수할 수 있는 수단으로, 연결부(430)에 배치될 수 있다. 상세히, 제2 열흡수부(440)는 연결부(430)의 일측 또는 양측, 상세히는 도면 상 넓은 일측면 또는 양측면에 배치될 수 있고, 일면의 배치나 양면의 배치여부는 진동에너지의 진폭에 따라 발생되는 열의 생성량에 따라 결정할 수 있다.
또한, 제2 냉각핀(441)은 플레이트 형상으로 형성될 수 있고, 설정방향으로 설정간격만큼 이격되며, 연결부(430)에 탈착가능하게 배치될 수 있다. 즉, 제2 냉각핀(441) 사이의 거리는 일정하게 유지될 수 있다. 이를 통해 혼부(400)로부터 발생된 열은 다 수의 제2 냉각핀(441)에 의해 흡수됨과 동시에 제2 냉각핀(441) 사이의 공간에 의해 효율적으로 냉각될 수 있는 효과가 있다.
특히, 마스크가 제조되는 실내환경이나 외부환경에 따라 결정되는 과열환경에 따라 냉각효율을 이루어내기 위해 제1 열흡수부(320)와 제2 열흡수부(440)의 제1 냉각핀(324)과 제2 냉각핀(441)의 개수와 이격거리를 조절할 수 있다.
아래에서는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 융착기의 냉각효율을 측정한 실험결과값에 대하여 설명한다. 비교예는 제1 열흡수부(320) 및 제2 열흡수부(440)의 구성을 포함하지 않고, 실시예 1은 제1 열흡수부(320), 실시예 2는 제2 열흡수부(440)의 구성을 포함하는 것으로 설정하여 실험을 진행하였다. 표 1을 참조하면, 해당 실험에 사용된 실시예 1, 실시예 2 및 비교예의 구성을 확인할 수 있다.
비교예 실시예 1 실시예 2
전원공급부(100) o o o
컨버터부(200) o o o
부스터부(300) 부스터본체(310) o o o
제1 열흡수부(320) x o x
혼부(400) 전달부(410) o o o
융착부(420) o o o
제2 열흡수부(440) x x o
실험은 비교예와 실시예 1을 비교한 실험 1과 비교예와 실시예 2를 비교한 실험 2를 수행하였다. 비교예와 실시예 1을 비교한 실험 1의 경계조건은 아래와 같이 설정하였다.
[실험 1의 경계조건]
(1) 생산시설의 온도 : 25 ℃
(2) 생산시설의 습도 : 50% 이하
(3) 초음파 융착기 열발생 조건 : 초기온도 22 ℃에서 발생되는 열이 80 ℃로 도달한 때로부터 5,600초간 동작 유지
(4) 냉각효율 측정을 위한 온도변화 측정시간 : 7,200초
(5) 난류발생조건 :
상기한 경계조건에서 비교예와 실시예 1을 비교한 실험 1의 결과는 아래표와 같이 측정되었다.
비교예 실시예 1
초음파융착기 부스터부(300) 초음파융착기 부스터부(300)
최저온도 31.2℃ 34.835℃ 29.662℃ 32.388℃
최고온도 80.6℃ 65.019℃ 81.266℃ 55.156℃
표 2를 참고하면, 실험 1을 통해 비교예와 실시예 1의 초음파융착기 냉각효율과 부스터부(300) 냉각효율을 확인할 수 있다. 동일조건에서 실시예 1의 경우 비교예에 비해 초음파 융착기 전체의 최저온도는 1.538℃, 부스터부(300)의 최저온도는 2.447℃가 낮게 측정되었다. 마찬가지로 실시예 1은 비교예에 비해 초음파 융착기 전체의 최고온도는 0.666℃, 부스터부(300)의 최고온도는 9.863℃가 낮게 측정되었다.
상기의 실험 1을 통해 제1 열흡수부(320)를 포함하는 실시예 1의 초음파 융착기는 비교예의 초음파 융착기에 비해 전체의 최고 및 최저온도뿐만 아니라, 부스터부(300)의 최고 및 최저온도가 낮게 측정되었으며, 특히 부스터부(300) 최고온도의 경우 획기적으로 낮게 측정되었음을 확인할 수 있었다.
즉, 제1 열흡수부(320)가 포함된 실시예 1의 초음파 융착기는 냉각효율이 비교예에 비해 뛰어나다는 것을 확인할 수 있다.
비교예와 실시예 2를 비교한 실험 2를 위한 경계조건은 아래와 같이 설정하였다.
[실험 2의 경계조건]
(1) 생산시설의 온도 : 25 ℃
(2) 생산시설의 습도 : 50% 이하
(3) 초음파 융착기 열발생 조건 : 초기온도 22 ℃에서 발생되는 열이 80 ℃로 도달한 때로부터 5,600초간 동작 유지
(4) 냉각효율 측정을 위한 온도변화 측정시간 : 7,200초
(5) 난류발생조건
비교예 실시예 2
초음파융착기 혼부(400) 초음파융착기 혼부(400)
최저온도 25.316℃ 25.316℃ 25℃ 25℃
최고온도 80.252℃ 30.596℃ 80.252℃ 30.296℃
표 3을 참고하면, 실험 1을 통해 비교예와 실시예 2의 초음파융착기 냉각효율과 혼부(400) 냉각효율을 확인할 수 있다. 동일조건에서 실시예 2의 경우 비교예에 비해 초음파 융착기 전체의 최저온도는 0.316℃, 혼부(400)의 최저온도는 0.316℃가 낮게 측정되었다. 마찬가지로 실시예 2는 비교예에 비해 초음파 융착기 전체의 최고온도는 동일하게 측정되었지만, 혼부(400)의 최고온도는 0.3℃가 낮게 측정되었다.
상기의 실험 2를 통해 제2 열흡수부(440)를 포함하는 실시예 2의 초음파 융착기는 비교예의 초음파 융착기에 비해 전체의 최저온도뿐만 아니라, 혼부(400)의 최고 및 최저온도가 낮게 측정되었다. 실험 1에 비해여 온도의 편차는 낮게 측정되었으나, 이는 진동에 의해 과열되는 부분이 주로 부스터부(300)이고 혼부(400)에서 과열되어 발생되는 열의 절대값이 낮기 때문이다.
상기한 실험 2를 통해, 제2 열흡수부(440)가 포함된 실시예 2의 초음파 융착기는 냉각효율이 비교예에 비해 일부 뛰어나다는 것을 확인할 수 있다.
상기한 실시예에 따른 마스크 제조용 초음파 융착기에 따르면 제1 열흡수부(320)와 제2 열흡수부(440)에 의해 종래의 초음파 융착기에 비해 전체적인 초음파 융착기의 과열이 방지됨과 더불어 열의 냉각효율이 뛰어난 효과가 있다. 특히, 제1 흡수부에 의한 부스터부(300)의 냉각효율과 제2 흡수부에 의한 혼부(400)의 냉각효율이 획기적으로 낮아짐을 확인할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 마스크 제조용 초음파 융착기는 공기를 불어넣는 등 외부의 추가적인 냉각장치를 별도 설치할 필요없이 종래의 초음파 융착기에 냉각효율을 위한 열흡수부를 효율적인 공정을 통해 부착시킴으로써 유지비용을 절감시킬 뿐만 아니라 냉각효율은 효율적으로 이루어낼 수 있는 효과가 있다.
또한, 부스터부(300)에 결합되는 제1 열흡수부(320)와 혼부(400)에 결합되는 제2 흡수부의 구조를 결합 및 탈착가능하도록 형성함으로써, 과열정도에 따라 제1 흡수부와 제2 흡수부의 냉각핀 개수를 조절할 수 있고, 더불어 결합공정을 용이하게 이루어낼 수 있는 효과가 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 전원공급부 200 : 컨버터부
300 : 부스터부 310 : 부스터본체
320 : 제1 열흡수부 321 : 커버부
322 : 제1 돌출부 323 : 제2 돌출부
324 : 제1 냉각핀 325 : 결합부
400 : 혼부 410 : 전달부
420 : 융착부 430 : 연결부
440 : 제2 열흡수부 441 : 제2 냉각핀

Claims (6)

  1. 설정온도 미만의 온도를 유지하는 밀폐공간에서 사용되는 초음파 융착기에 있어서,
    전원을 고주파로 전환하여 공급하는 전원공급부;
    상기 전원을 전달받아 진동에너지로 변환시키는 컨버터부;
    상기 진동에너지의 진폭을 증감시키는 부스터부; 및
    접착대상물에 접촉하여 증감된 상기 진동에너지를 전달하여 상기 접착대상물을 융착시키는 혼부를 포함하고,
    상기 부스터부는,
    상기 진동에너지의 진폭을 증가 또는 감폭시키는 원통형상의 부스터본체; 및
    상기 부스터본체의 외주면에 접촉하여 상기 외주면을 둘러싸도록 배치되고, 상기 부스터본체로부터 발생되는 열을 흡수하는 제1 열흡수부를 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크 제조용 초음파 융착기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 열흡수부는,
    상기 부스터본체의 외주면에 대응되는 내주면이 형성되고, 상기 부스터본체를 감싸는 원통형상의 커버부; 및
    상기 커버부의 외주면에서 외측방향으로 돌출되고 상기 부스터본체의 축방향으로 연장된 다 수의 제1 냉각핀을 포함하고,
    상기 다 수의 제1 냉각핀은 상기 커버부의 중심축을 기준으로 원주방향으로 설정간격 이격되도록 배치된 것을 특징으로 하는 마스크 제조용 초음파 융착기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 열흡수부는,
    상기 커버부의 일단에서 외측으로 돌출되고 상기 제1 냉각핀의 일단과 제1 끼움간격만큼 이격된 제1 돌출부;
    상기 커버부의 일타에서 외측으로 돌출되고 상기 제1 냉각핀의 타단과 제2 끼움간격만큼 이격된 제2 돌출부;
    상기 제1 끼움간격 이하의 두께를 가지고 상기 제1 냉각핀과 상기 제1 돌출부 사이에 끼움결합되는 링형상의 제1 결합부; 및
    상기 제2 끼움간격 이하의 두께를 가지고 상기 제1 냉각핀과 상기 제2 돌출부 사이에 끼움결합되는 링형상의 제2 결합부;를 더 포함하고,
    상기 커버부는, 상기 부스터본체의 외주면 일측을 커버하는 제1 커버부 및 상기 부스터본체의 외주면 타측을 커버하는 제2 커버부를 포함하며,
    상기 제1 결합부 및 상기 제2 결합부에 의해 상기 제1 커버부 및 상기 제2 커버부가 고정결합되는 것을 특징으로 하는 마스크 제조용 초음파 융착기.

  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 혼부는,
    상기 부스터본체의 일단에 연결되어 진동에너지를 전달받는 전달부;
    상기 접착대상물에 접촉하여 진동에너지를 전달하고 상기 접착대상물을 융착시키는 융착부;
    상기 전달부의 타단에 결합되고, 타단이 상기 융착부의 일단에 결합되며, 일단에서 타단으로 갈수록 폭이 좁아지는 연결부; 및
    상기 연결부의 일측 또는 양측에 배치되어 상기 혼부에서 발생되는 열을 흡수하는 제2 열흡수부를 포함하는 마스크 제조용 초음파 융착기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제2 열흡수부는,
    상기 융착부의 타단에서 일단 방향으로 연장되어 외측으로 돌출되고, 설정방향으로 설정간격 이격되도록 배치된 다 수의 제2 냉각핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크 제조용 초음파 융착기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 혼부는 상기 접착대상물에 접촉하여 진동에너지를 전달하고 상기 접착대상물을 융착시키는 융착부를 포함하고,
    상기 융착부는 일단이 티타늄 및 초경합금 중 하나 이상이 포함된 설정합금이 코팅되는 것을 특징으로 하는 마스크 제조용 초음파 융착기.
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