KR101846929B1 - 초음파 융착방식으로 접합되는 moc 액츄에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구동력을 발생시키는 모터와, 내부에 상기 모터를 수용하는 하우징과, 내부에 상기 모터의 동력을 전달하도록 기어모듈이 장착되고 상기 하우징의 내부에 수용되는 기어케이스와, 상기 기어케이스를 밀봉하는 기어케이스 커버와, 상기 모터 및 기어케이스를 수용하도록 상기 하우징을 밀봉하는 하우징 커버를 포함하여 이루어지는 MOC 액츄에이터에 있어서, 상기 하우징과 하우징 커버를 접합하여 밀봉함에 있어, 상기 하우징의 상단 테두리를 따라 단면이 삼각형인 형상의 융착산을 형성시키고, 상기 하우징 커버의 하단을 상기 융착산과 맞댄 후 융착산이 형성된 경로를 따라 초음파 융착기를 이용하여 초음파를 조사하여 상기 융착산을 용융시켜 상호 접합하되, 상기 융착산의 폭은 높이의 1 ~ 1.5배인 것을 특징으로 하는 초음파 융착방식으로 접합되는 MOC 액츄에이터를 개시한다.

Description

초음파 융착방식으로 접합되는 MOC 액츄에이터{MOC actuator coupled by ultrasonic welding method}

본 발명은 MOC 액츄에이터에 관한 것으로, 상세하게는 초음파 융착방식에 의해 접합, 조립된 MOC 액츄에이터에 관한 것이다.

일반적으로 플라스틱 사출물을 융착할 때 진동융착 방식을 사용한다.

종래의 진동융착장치는 진동융착기 내부 중간부에 진동테이블을 설치하고 그 상단부에 상하작동 테이블을 설치하여 실린더에 의해 상하작동되도록 하되 진동테이블에 부품과 제품을 함께 고정함으로써 상하작동 테이블은 단순히 상하작동만 하여 제품을 압착 결합하도록 구성된다.

상기 종래 사용되어온 진동융착기는 사출품을 진동융착할 경우 상부제품과 하부제품을 결합한 후 진동테이블의 진동에 의하여 결합면과 가열되면서 용융되고 이로 인하여 결합면과 융착 결합하게 된다.

진동을 이용한 융착 중에 초음파 융착기를 이용한 초음파 융착방법이 있다.

초음파 융착은 초음파 진동에 의한 발열, 연화, 용융에 의해 2개의 플라스틱 접합면이 밀착하여 그곳에 확산작용이 일어나 융착되면서 상호 접합되는 방법이다.

도 1은 일반적인 초음파 융착기를 나타내는 도면이다.

파워서플라이(Power supply)에서 전기적 신호를 발생시키면 진동자(Converter)에서 기계적 진동으로 변환하고, 부스터(Booster)에서는 진동자에서 발생한 진동을 증폭시킨 후 혼(Horn)에서 직접 플라스틱 융착물에 전달되어 지그에 고정된 융착물을 상호 접합시킨다.

이것은 초음파 진동에너지가 혼(Horn)을 통해 융착물에 전달되면 융착물의 접합면에서 순간적인 마찰열이 발생하여 플라스틱이 용해 접착되어 강력한 분자적 결합이 이루어지는 원리이다. 특히 융착면에 형성되는 돌기형상의 융착산 부분이 매우 빠르게 발열하게 되면서, 이곳이 다른 곳보다 응력이 집중되어 큰 변형율과 진동에너지의 대부분을 소모하게 되어 용융되고 그 주변부로 열이 전이된다. 그 순간 융착면 전체에 용융층이 얇게 형성되고 초음파의 계속적인 진동으로 짧은 시간에 확산이 이루어져 융착이되는 것이다.

이러한 초음파 융착방법의 장점은 모든 열가소성 수지의 내부가열로 수지 자체를 발열시켜 접합하므로 융착 시간이 아주 짧고, 융착 강도가 높으며, 기밀 융착이 가능하다. 그리고 접합면에 이물질이 있어도 융착되고, 융착 후 외관이 깨끗하고 자동화가 용이한 장점이 있다. 또 소비전력이 낮고, 이종재질 용착이 가능하며, 연속실링이 가능하다.

이와 같은 초음파 융착방법은 종래 MOC 액츄에이터를 조립할 때 밀봉을 위해 사용해왔다.

도 2는 종래 MOC 액츄에이터 조립체의 분해 사시도이다.

전력을 공급받아 구동력을 발생시키는 모터(100)와, 내부에 모터가 수용되고 기어모듈이 장착되는 하우징(200)과, 내부에 모터와 동력적으로 연결되는 기어가 장착되고 하우징에 수용되어 고정되는 기어모듈(300)과, 모터 및 기어모듈이 수용, 장착된 하우징을 밀봉하는 하우징 커버(210)와, 하우징이 밀봉됨에 있어, 하우징 커버와 기어모듈 사이 및 기어모듈과 하우징 사이 및 모터와 하우징 사이에 장착되어 작동 간 진동을 흡수하는 댐퍼(D)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 하우징 상단부와 하우징 커버의 하단부를 서로 맞대어 초음파 융착방법으로 접합하게 된다.

도 3은 종래 초음파 융착산의 형상을 나타내는 단면도이다.

초음파 융착을 위해 하우징(200)의 상단부에 돌출된 형상의 융착산(201)을 형성시킨다. 융착산(201)은 다각형 형상을 가질 수 있는데, 일반적으로 삼각형인 경우가 일반적이다.

그런데 삼각형 형상의 융착산의 경우 높이와 폭의 길이를 거의 1:1로 형성시켜 접합 작업이 이루어졌다. 이 같은 경우에 고압에 의해 융착부(201)가 파손되어 누설되거나 제품에 손상이 발생했다.

burst test의 경우 7bar 이상의 내압을 견뎌야 하고 leakage test의 경우 0.2bar에서 5초 후 누설량이 0.01bar 이하를 만족해야 하나 기존 융착산으로 접합한 경우 누설이 발생하거나 융착부의 파손이 발생하는 문제가 있었다.

대한민국 등록특허 10-1606670 대한민국 등록특허 10-1590104 대한민국 등록특허 10-1300584

따라서, 본 발명의 목적은 초음파 융착방식을 사용하여 MOC 액츄에이터를 조립하고 밀봉함에 있어, 고압에서도 누설되지 않고 파손을 최소화할 수 있는 융착 강도와 견고성을 가진 초음파 융착방식으로 접합되는 MOC 액츄에이터를 제공함에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 초음파 융착방식으로 접합되는 MOC 액츄에이터는 구동력을 발생시키는 모터와, 내부에 상기 모터를 수용하는 하우징과, 내부에 상기 모터의 동력을 전달하도록 기어모듈이 장착되고 상기 하우징의 내부에 수용되는 기어케이스와, 상기 기어케이스를 밀봉하는 기어케이스 커버와, 상기 모터 및 기어케이스를 수용하도록 상기 하우징을 밀봉하는 하우징 커버를 포함하여 이루어지는 MOC 액츄에이터에 있어서, 상기 하우징과 하우징 커버를 접합하여 밀봉함에 있어, 상기 하우징의 상단 테두리를 따라 단면이 삼각형인 형상의 융착산을 형성시키고, 상기 하우징 커버의 하단을 상기 융착산과 맞댄 후 융착산이 형성된 경로를 따라 초음파 융착기를 이용하여 초음파를 조사하여 상기 융착산을 용융시켜 상호 접합하되, 상기 융착산의 폭은 높이의 1 ~ 1.5배인 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 융착산 폭은 높이의 1.4배일 수 있다.

그리고 상기 하우징의 상단 두께는 상기 융착산 높이의 1.8배일 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명에 의하면, 종래에 비해 융착강도가 향상되어 고압에서도 융착부분이 파손되지 않고, 누설을 최소화하여 제품의 성능이 향상되는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 초음파 융착기를 나타내는 도면
도 2는 종래 MOC 액츄에이터 조립체의 분해 사시도.
도 3은 종래 초음파 융착산의 형상을 나타내는 단면도.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 따른 초음파 융착방식으로 접합되는 MOC 액츄에이터의 초음파 융착산의 형상을 나타내는 단면도.
도 5는 초음파 융착방식으로 접합하는 접합방식을 나타내는 사시도.
도 6은 본 발명의 초음파 융착방식으로 접합된 MOC 액츄에이터의 접합 단면을 나타내는 사진.

이하에서는, 본 발명의 실시 예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단될 경우, 상세한 설명은 생략한다.

본 발명에 따른 초음파 융착방식으로 접합되는 MOC 액츄에이터는 도 2를 참조하면 크게 모터, 하우징, 기어케이스, 기어케이스 커버, 하우징 커버로 구성될 수 있고, 본 발명의 기술적 특징은 하우징과 하우징 커버를 접합하여 밀봉할 때 초음파 융착방식을 이용하되, 접합강도를 향상시키기 위해 융착산의 형상을 변경한 것에 있다.

이하에서 기술적 특징인 융착산의 형상을 제외한 구성들에 대해서는 상세한 설명을 생략하고 간략하게 기술함을 일러둔다.

먼저, 상기 모터는 구동력을 발생시키는 것으로, DC모터가 사용될 수 있다.

다음으로 상기 하우징(10)은 일측에 상기 모터가 내부에 수용될 수 있도록 수용공간이 형성되고, 타측에 상기 기어케이스가 수용될 수 있는 수용공간이 형성된 형태이다.

그리고 상기 기어케이스는 내부에 상기 모터의 동력을 외부로 전달하도록 복수개의 기어로 이루어진 기어모듈이 서로 연동되도록 장착된다.

또 상기 기어케이스 커버와 하우징 커버는 각각 상기 기어케이스와 하우징을 덮어 밀봉한다.

즉, 상기 기어케이스 커버는 내부의 각종 기어들을 보호하기 위해 상기 기어케이스를 덮고, 상기 하우징 커버(30)는 상기 하우징(10)에 수용되는 모터, 기어케이스를 덮어 밀봉하는 것이다.

본 발명은 상기 하우징(10)과 하우징 커버(30)를 접합하여 밀봉할 때 초음파 융착방식을 이용한다.

초음파 융착방식은 초음파 진동에너지가 융착물에 전달되면 융착물의 접합면에서 순간적인 마찰열이 발생해서 플라스틱이 용해 접착되어 강력한 분자적 결합이 이루어지는 원리이다. 특히 융착면에 형성되는 돌출된 돌기 형상의 융착산 부분이 매우 빠르게 발열하게 되면서, 이곳이 다른 곳보다 응력이 집중되어 큰 변형율과 진동 에너지의 대부분을 소모하게 되어 용융되고 그 주변부로 열이 전이된다. 그 순간 융착면 전체에 용융층이 얇게 형성되고 초음파의 계속적인 진동으로 짧은 시간에 확산이 이루어져 상호 융착이 되는 것이다.

따라서, 본 발명에서 접합을 위해 삼각형 형상을 가진 융착산(20)을 형성시키되, 종래와 달리 융착산(20)의 폭을 증가시켜 융착 강도를 높인다.

도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 따른 초음파 융착방식으로 접합되는 MOC 액츄에이터의 초음파 융착산의 형상을 나타내는 단면도이다.

도시된 바를 참조하여 상세하게 설명하면, 상기 융착산(20)의 높이를 h, 폭을 w라 할 때, 상기 융착산 폭(w)은 융착산 높이(h)의 1배 이상 1.5배 이하일 수 있다.

상기 융착산 폭(w)을 넓게 함으로써 융착면(22) 전체에 충분한 용융층이 확보되기 때문에 강력하게 접합될 수 있다.

바람직한 것은 상기 융착산 폭(w)은 융착산 높이(h)의 1.4배일 수 있다.

그리고 상기 하우징 상단 접합부(12) 두께(t)는 상기 융착산 폭(w)의 1.8배일 수 있다.

이러한 최적화된 수치를 가지는 융착산(20)을 이용하여 접합하고 burst, leakage 테스트를 진행한 경우에, 7bar 이상에서도 burst가 발생하지 않고, 0.2bar로 가압하고 5초 후 누설압력이 0.01bar 이하가 되어 누설이 없게 된다.

이하에서는 도 5를 참조하여, 상기 최적화된 융착산을 이용하여 초음파 융착방식에 의해 접합시키는 과정에 대해 설명한다. 도 5는 초음파 융착방식으로 접합하는 접합방식을 나타내는 사시도이다.

먼저, 상기 하우징 상단 접합부(12)의 테두리를 따라 단면이 삼각형인 형상의 융착산(20)을 형성시킨다. 이때, 상술한 바와 같은 최적화된 수치를 가지는 융착산(20)을 형성시킨다.

다음으로 상기 하우징 커버(30)의 하단이 상기 융착산(20)과 맞닿도록 댄다

그리고 초음파 융착기(40)를 이용하여 융착산(20)이 형성된 경로(도 5에서 적색 라인)를 따라 초음파 진동에너지를 조사하여 상기 융착산(20)을 용융시키면서 상호 가압한다.

마지막으로 가압 후 냉각시켜 접합하고 팁을 제거한 후 완료한다.

<실시 예>

도 6은 본 발명의 초음파 융착방식으로 접합된 MOC 액츄에이터의 접합 단면을 나타내는 사진이다.

아래 [표 1]과 같은 조건하에서 MOC 액츄에이터를 접합한 조립체의 접합부분의 단면을 살펴보면 접합부의 흔적이 없고 일체로 사출된 것과 같이 깨끗하게 접합 되었음을 알 수 있다.

	융착시간(sec)	최대출력(W)	에너지(J)	가압깊이(mm)
융착조건	0.5	89.3	1265	1.01

이상에서 본 발명의 실시 예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

10 : 하우징 12 : 하우징 상단 접합부
20 : 융착산 22 : 융착면
30 : 하우징 커버
40 : 초음파 융착기
h : 융착산 높이 w : 융착산 폭
t : 하우징 상단 접합부 두께

Claims (3)

1. 구동력을 발생시키는 모터와, 내부에 상기 모터를 수용하는 하우징과, 내부에 상기 모터의 동력을 전달하도록 기어모듈이 장착되고 상기 하우징의 내부에 수용되는 기어케이스와, 상기 기어케이스를 밀봉하는 기어케이스 커버와, 상기 모터 및 기어케이스를 수용하도록 상기 하우징을 밀봉하는 하우징 커버를 포함하여 이루어지는 MOC 액츄에이터에 있어서,
   상기 하우징과 하우징 커버를 접합하여 밀봉함에 있어,
   상기 하우징의 상단 접합부의 테두리를 따라 단면이 삼각형인 형상의 융착산을 상기 하우징 내부에서 융착면에 형성시키고, 상기 하우징 커버의 하단을 상기 융착산과 맞댄 후 융착산이 형성된 경로를 따라 초음파 융착기를 이용하여 초음파를 조사하여 상기 융착산을 용융시켜 상호 접합하되,
   상기 융착산의 폭은 상기 융착산 높이의 1 ~ 1.5배이고,
   상기 하우징의 상단 접합부 두께는 상기 융착산 폭의 1.8배인 것을 특징으로 하는 초음파 융착방식으로 접합되는 MOC 액츄에이터.
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