KR20220053314A

KR20220053314A - 회전가능한 앤빌을 포함하는 초음파 용접 장치 및 이를 이용한 용접방법

Info

Publication number: KR20220053314A
Application number: KR1020200137617A
Authority: KR
Inventors: 지호준; 최항준; 문정오; 박진용
Original assignee: 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date: 2020-10-22
Filing date: 2020-10-22
Publication date: 2022-04-29
Anticipated expiration: 2040-10-22
Also published as: WO2022086061A1; CN115427182A; EP4116026A1; CN115427182B; EP4116026A4; CN118143415A; US20230166349A1

Abstract

본원발명은 초음파 용접 장치에 대한 것으로서, 용접 대상물과 접촉하여 진동하는 혼(Horn)과 상기 혼에 진동을 인가하는 진동자를 포함하는 혼 유닛, 용접 대상물이 놓이는 상부의 평면을 포함하는 앤빌(Anvil)과 상기 앤빌이 회전할 수 있는 지지부를 포함하는 앤빌 유닛, 및 상기 혼 유닛과 상기 앤빌 유닛이 고정되는 용접 본체를 포함하고, 상기 앤빌은 상기 혼의 용접면과 상기 상부 평면이 평행한 상태가 되도록 상기 지지부에 의해서 회전 운동을 할 수 있는 바, 혼과 앤빌의 평행도를 쉽게 정렬할 수 있고, 용접 품질을 향상시킬 수 있다.

Description

회전가능한 앤빌을 포함하는 초음파 용접 장치 및 이를 이용한 용접방법 {Ultrasonic Welding Device Comprising Rotatable Anvil and Welding Method}

본원 발명은 회전가능한 앤빌을 포함하는 초음파 용접 장치에 대한 것이다. 구체적으로, 초음파 용접을 위한 혼의 용접면과 앤빌의 상면 간에 평행도 편차가 발생하는 것을 방지하기 위하여, 혼의 용접면과 평행도가 일치하도록 회전가능한 앤빌을 포함하는 초음파 용접 장치 및 이를 이용한 용접방법에 대한 것이다.

모바일 기기와 전기자동차 등의 에너지원으로 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 특히, 높은 에너지 밀도와 높은 방전 전압을 갖는 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.

리튬 이차전지는 케이스의 소재에 따라, 금속 소재로 이루어진 원통형 이차전지 또는 각형 이차전지와, 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 이차전지 등으로 구분할 수 있다. 상기 파우치형 이차전지는 높은 집적도로 적층되어 중량당 에너지 밀도가 높으며, 제조 비용이 낮고 형태 변형이 용이한 장점 때문에 다양한 디바이스에 사용되고 있다.

상기 파우치형 이차전지는 내부에 전극조립체와 전해액을 수용한 후 외주변을 열융착하여 밀봉하여 제조되며, 상기 전극조립체의 전극리드가 상기 외주변 외측으로 노출되어 전극단자가 된다.

상기 전극리드는 복수의 전극탭들이 결합된 전극탭 다발과 용접으로 결합될 수 있는데, 저항 용접이나 레이저 용접 등을 사용하는 경우에는 전극조립체에 과도한 에너지가 인가되기 때문에 리튬 이차전지의 성능이 저하될 수 있다. 이에, 최근 적용분야가 늘어나면서 각광받고 있는 친환경의 초음파 용접이 주로 사용된다.

초음파 용접 장치는 초음파 발진기, 초음파 진동자, 부스터, 혼 및 앤빌을 포함할 수 있다. 상기 초음파 발진기는 60 Hz의 AC 전류를 20 kHz 이상의 고주파 전류로 변환시켜 초음파 진동자에 공급한다. 상기 초음파 진동자는 초음파 발진기에서 생성된 고주파 전류를 초음파로 변환하고, 이와 같이 변환된 초음파는 부스터로 이동하며, 상기 부스터는 전달받은 초음파를 증폭시켜 혼으로 전달한다.

혼은 앤빌 상면에 놓여진 전극 탭과 전극리드 표면을 일정 하중으로 가압하고, 동시에 부스터로부터 전달받은 증폭된 초음파를 인가하여 용접한다.

초음파 용접 장치를 사용할 때, 높은 용접 품질을 확보하기 위한 조건은, 혼과 앤빌의 평행도가 일치하는 것이다. 일반적으로 앤빌은 본체에 고정되기 때문에 세팅시 틀어짐 등의 문제가 없는데, 혼은 원통형의 부스터와 연결되는 형태인 바 육안으로 혼의 수평 세팅을 확인한 후 볼트로 고정하는 과정에서 미세하게 정위치에서 벗어나게 된다.

이와 관련하여, 도 1은 종래의 초음파 용접 장치를 사용한 용접 과정을 나타내고 있다.

도 1을 참조하면, 혼(10)이 X°만큼 미세하게 틀어지는 경우, 혼(10)과 앤빌(20)의 평행도가 일치하지 않게 된다. 따라서, 용접 대상물(30)에 대한 혼(10)의 접촉 면이 X°만큼 틀어진 상태로 용접이 진행되는 바, 일부분(b)만 용접이 양호하게 이루어지고 미용접부(a)와 과용접부(c)가 발생된다.

이와 같이 혼과 앤빌의 평행도 정렬이 틀어지는 경우에는, 혼과 앤빌의 밀착도에 차이가 발생하여 용접 대상물에 대한 밀착 압력이 달라지는 바, 이는 용접부의 온도 차이를 유발하기 때문에, 상기와 같은 용접 강도 차이가 발생한다.

또한, 혼이 틀어진 상태로 용접되는 경우에는, 혼에 형성된 돌기의 편마모를 유발하기 때문에, 혼의 수명이 단축되고, 혼의 교환 주기가 짧아지는 것은 생산 라인의 가동률을 저하시키게 되는 문제가 있다.

이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 특허문헌 1은 혼과 앤빌의 평행도가 어긋남이 확인되면 세팅 블록을 통해 앤빌 기준으로 혼의 평행도가 일치하게 혼의 각도를 보정할 수 있는 혼 평행도 세팅 장치를 개시한다.

특허문헌 1의 혼 평행도 세팅 장치는, 혼 평행도 세팅을 위해 혼 평행 세팅 블록, 세팅 블록 양측 측정부 및 혼 각도 보정부 등을 포함하고 있는 바, 용접 장치의 구조가 복잡해지고, 이와 같은 설비를 구비하기 위한 공간 및 비용을 확보하기 위한 문제가 있다.

특허문헌 2는 초음파 용접 장치를 구성하는 혼과 앤빌의 수평을 맞추기 위한 수평 조절 지그에 대한 것으로, 지그 프레임에 혼과 앤빌 각각을 삽입하고 혼과 앤빌의 수평을 조절하는 방법을 개시한다.

특허문헌 2는 혼과 앤빌의 수평을 맞추기 위해 수동으로 볼트를 조이는 작업을 해줘야 하기 때문에, 정밀한 제어가 어려울 수 있다.

이와 같이, 초음파 용접 품질을 확보하기 위하여, 초음파 용접 장치의 혼과 앤빌의 평행도를 쉽게 맞출 수 있는 기술에 대한 필요성이 높다.

한국 등록특허공보 제2072853호 (2020.01.28) ('특허문헌 1') 한국 등록특허공보 제1773644호 (2017.08.25) ('특허문헌 2')

본원 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 초음파 용접 장치의 혼과 앤빌의 평행도가 일치하도록 쉽게 조절함으로써, 양호한 용접 품질을 확보할 수 있는 회전가능한 앤빌을 포함하는 초음파 용접 장치 및 이를 이용한 용접방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본원 발명에 따른 초음파 용접 장치는, 용접 대상물과 접촉하여 진동하는 혼(Horn)과 상기 혼에 진동을 인가하는 진동자를 포함하는 혼 유닛, 용접 대상물이 놓이는 상부의 평면을 포함하는 앤빌(Anvil)과 상기 앤빌이 회전할 수 있는 지지부를 포함하는 앤빌 유닛, 및 상기 혼 유닛과 상기 앤빌 유닛이 고정되는 용접 본체를 포함하고, 상기 앤빌은 상기 혼의 용접면과 상기 상부 평면이 평행한 상태가 되도록 상기 지지부에 의해서 회전 운동을 하는 형태일 수 있다.

상기 앤빌은 원기둥 또는 타원기둥에서 밑면과 수직인 절단면이 있는 형태이거나, 절단면이 있는 구 형태 중 하나이고, 상기 절단면이 상기 상부의 평면이 되며, 상기 지지부는 상기 원기둥, 타원기둥, 또는 구의 곡면이 회전할 수 있는 내부 공간이 마련된 용기 형태이고, 상기 앤빌이 정지된 초기 상태일 때 상기 상부의 평면이 상기 지지부의 외부로 돌출될 수 있도록 배치될 수 있다.

상기 지지부와 상기 앤빌의 접촉면에는 윤활제 또는 베어링이 부가될 수 있다.

상기 지지부가 상기 용접 본체에 고정이 될 수 있다.

상기 앤빌의 상부 평면을 제외한 다른 외면의 적어도 일부에는 홈이 형성되거나, 관통구가 형성될 수 있다.

상기 앤빌은 원기둥의 50% 미만이 남도록 상기 원기둥의 밑면과 수직으로 절단된 형태로서 평면 절단면을 포함하고, 상기 절단면이 상기 상부의 평면이 되며, 상기 지지부는 상기 원기둥의 곡면이 회전할 수 있는 내부 공간이 마련된 용기 형태이고, 절단된 원기둥이 회전하는 중심축은 상기 혼의 중심축과 일치하는 초음파 용접 장치.

상기 앤빌은 3차원 형태로서 상부에 마련된 절단면이 상기 상부의 평면이 되고, 상기 지지부는 고정축이 상기 엔빌을 관통하여 상기 용접 본체에 고정될 수 있다.

상기 고정축은 상기 상부의 평면과 평행한 형태이거나, 상기 앤빌의 회전면의 일부와 평행한 형태일 수 있다.

상기 혼과 앤빌이 접하는 면 중 적어도 하나에는 돌기가 형성될 수 있다.

본원발명은, 또한, 상기 초음파 용접 장치를 이용한 용접방법을 제공한다.

구체적으로, 상기 용접방법은, (S1) 용접 대상물을 앤빌의 상부의 평면에 배치하는 단계, (S2) 상기 용접 대상물의 상면에 혼의 용접면을 배치하는 단계, (S3) 상기 상부의 평면과 상기 혼의 용접면이 평행이 되도록 상기 앤빌을 회전하여 정렬하는 단계, 및 (S4) 초음파를 인가하여 용접하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 앤빌의 회전이 정지된 후 초음파를 인가하여 용접할 수 있다.

본원발명은 또한 상기 과제의 해결 수단을 다양하게 조합해서도 제공이 가능하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본원 발명에 따른 초음파 용접 장치를 사용하는 경우에는, 혼의 용접면 각도에 맞춰서 앤빌이 회전될 수 있는 바, 혼과 앤빌을 밀착시키는 것 만으로도 혼과 앤빌의 평행도를 쉽게 맞출 수 있다.

또한, 상기 앤빌의 회전면에 생기는 마찰력을 최소화함으로써 혼과 앤빌의 평행도를 맞추는 과정이 신속하고 정확하게 이루어질 수 있다.

또한, 앤빌이 회전 가능한 형태임에도 지지부에 의해 용접 본체에 고정되기 때문에, 혼의 진동 방향으로 앤빌이 이동되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 지지부의 상단보다 앤빌의 상부 평면이 돌출되는 형태인 바, 지지부에 장착된 앤빌이 회전한 상태에도 상부 평면이 지지부보다 돌출된 상태가 유지되는 바, 용접에 필요한 면적을 확보할 수 있다.

이와 같이, 혼과 앤빌의 평행도를 쉽게 맞춘 상태로 초음파 용접이 진행되기 때문에, 혼의 돌기에 편마모가 생기는 것을 방지할 수 있고, 혼의 수명이 길어질 수 있으므로 생산 라인의 가동율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 종래의 초음파 용접 장치를 사용한 용접 과정이다.
도 2는 본원발명에 따른 초음파 용접 장치의 사시도이다.
도 3은 제1실시예에 따른 앤빌 유닛의 분해사시도이다.
도 4는 3의 앤빌 유닛의 수직단면도이다.
도 5는 제2실시예에 따른 앤빌 유닛의 사시도이다.
도 6은 제3실시예에 따른 앤빌의 정면도이다.
도 7은 제4실시예에 따른 초음파 용접 장치의 사시도이다.
도 8은 제5실시예에 따른 앤빌의 정면도이다.
도 9는 다양한 형태의 앤빌의 사시도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본원 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본원 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본원 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본원 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 구성요소를 한정하거나 부가하여 구체화하는 설명은, 특별한 제한이 없는 한 모든 발명에 적용될 수 있으며, 특정한 발명에 대한 설명으로 한정되지 않는다.

또한, 본원의 발명의 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐서 단수로 표시된 것은 별도로 언급되지 않는 한 복수인 경우도 포함한다.

또한, 본원의 발명의 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐서 "또는"은 별도로 언급되지 않는 한 "및"을 포함하는 것이다. 그러므로 "A 또는 B를 포함하는"은 A를 포함하거나, B를 포함하거나, A 및 B를 포함하는 상기 3가지 경우를 모두 의미한다.

또한, 모든 수치 범위는 명확하게 제외한다는 기재가 없는 한, 양 끝의 값과 그 사이의 모든 중간값을 포함한다.

본원 발명을 도면에 따라 상세한 실시예와 같이 설명한다.

도 2는 본원발명에 따른 초음파 용접 장치의 사시도이다.

도 2를 참조하면, 본원발명에 따른 초음파 용접 장치는, 용접 대상물과 접촉하여 진동하는 혼(110)과 혼(110)에 진동을 인가하는 진동자(120)를 포함하는 혼 유닛(100), 용접 대상물이 놓이는 상부의 평면을 포함하는 앤빌(210)과 앤빌이 회전할 수 있는 지지부(220)를 포함하는 앤빌 유닛(200), 및 혼 유닛(100)과 앤빌 유닛(200)이 고정되는 용접 본체(300)를 포함하고, 앤빌(210)은 혼(110)의 용접면(111)과 상부 평면이 평행한 상태가 되도록 지지부(220)에 의해서 회전 운동되는 형태이다.

일반적으로, 혼(110)을 혼 홀더(130)에 장착한 후 초음파를 인가하기 전에, 혼(110)의 용접면(111)과 앤빌(210)의 상부 평면 간의 평행도가 일치하도록 혼(110)의 방향을 정렬하는 과정이 필요하다.

그러나, 종래에는 혼(110)의 방향을 정렬하는 과정이, 시각으로 혼의 방향을 확인한 후 고정하고, 용접한 결과물에서 용접 상태를 판단하여 혼(110)을 재정렬하는 과정으로 진행되었다. 따라서, 혼(110)의 용접면(111)과 앤빌(210)의 상부 평면 간의 미세하게 평행도가 어긋나더라도 이를 미리 조절하기 어려운 문제가 있었다.

이에, 본원발명은, 회전가능한 형태의 앤빌(210)을 사용하기 때문에, 혼의 용접면(111)이 용접 대상물의 상면과 평행하지 않게 배치되더라도, 상기 용접 대상물이 위치하는 앤빌(210)이 혼(110)의 용접면(111)과 평행이 되도록 회전할 수 있는 구조를 제시하였다.

혼(110)은 초음파 진동에 의해 x축 방향으로 진동하는 바, 앤빌(210)은 지지부(220) 내에서 정위치 고정이 이루어져야 한다.

또한, 지지부(220)는 용접 본체(300)에 고정됨으로써 앤빌(210)이 x축 방향으로 이동하는 것을 방지할 수 있다.

도 3은 제1실시예에 따른 앤빌 유닛의 분해사시도이다.

도 3을 참조하면, 앤빌(210)은 원기둥에서 원형인 밑면에 대해 수직으로 절단한 절단면이 있는 형태로서, 절단면이 상부의 평면(211)이 된다. 지지부(220)는 앤빌(210)이 수용되어 회전할 수 있는 내부 공간(222)이 마련된 형태로 이루어진다. 도 3의 지지부(220)는 분리가능한 2개의 부재가 결합되는 형태로 이루어진다.

앤빌(210)의 상부의 평면(211)에는 돌기가 형성되어 있는 바, 혼이 진동하며 용접 대상물의 상면에서 마찰되고, 앤빌은 용접 대상물의 하면에서 마찰될 때, 상기 돌기에 의해 용접성이 더욱 향상될 수 있다.

상기 돌기는 혼의 용접면 표면에도 형성될 수 있으며, 혼의 용접면 표면에 형성된 돌기의 크기와 앤빌의 상부의 평면에 형성된 돌기의 크기는 서로 동일할 수 있고, 또는 다른 크기의 돌기들이 형성될 수 있다.

도 4는 3의 앤빌 유닛의 수직단면도이다.

도 4를 참조하면, 도 4는 이해의 편의를 위하여 앤빌(210)과 지지부(220) 사이에 이격 공간이 형성된 형태로 도시하고 있으나, 실제로는 앤빌(210)이 지지부(220) 내에서 유동할 수 없도록 이격 공간이 거의 없는 것으로 이해될 수 있다. 또한, 지지부(220)와 앤빌(210)의 모든 접촉면에는 윤활제 또는 베어링이 부가될 수 있는 바, 앤빌이 화살표 방향으로 회전할 때 마찰력이 거의 없는 상태일 수 있다.

도 4는 측면이 반원 형태인 앤빌(210)로서, 선(a), 선(b) 및 선(c)의 길이는 모두 동일하다. 그러나, 선(a)와 선(c)의 길이를 동일하게 하는 범위에서, 이들의 길이가 선(b)의 길이보다 짧게 또는 길게 형성함으로써 측면이 타원형 형태인 앤빌로 변형하여 사용할 수 있다.

다만, 앤빌의 측면 형태와 관계없이, 앤빌이 혼의 용접면과 평행도를 맞추고 정지된 초기 상태에서, 지지부의 상단(230)은 앤빌의 상부의 평면(211) 보다 돌출되지 않는 높이로 형성되어야 한다.

따라서, 지지부(220)의 내부 공간(222)에 장착된 앤빌이 화살표 방향으로 회전하더라도 앤빌의 상부의 평면(211)은 지지부의 상단(230)보다 돌출되는 것이 바람직하다.

도 5는 제2실시예에 따른 앤빌 유닛의 사시도이다.

도 5를 참조하면, 앤빌 유닛은 구를 절단한 형태로 이루어진 앤빌(310)과, 구의 외면과 대응되는 크기의 내부 공간이 형성된 지지부(320)로 구성된다.

앤빌(310)의 상부의 평면(311)은 지지부(320)의 상단보다 돌출되도록 형성된다.

앤빌(310)과 지지부(320)는 사이에 이격 공간이 없이 대응되는 크기로 이루어지고, 앤빌(310)과 지지부(320) 사이에 윤활제 등이 부가됨으로써 앤빌(310)이 지지부(320)에서 회전할 수 있다. 앤빌이 회전하더라도, 앤빌의 상부의 평면(311)은 항상 지지부의 상단(330)보다 돌출되는 크기로 이루어지는 것이 바람직하다.

도 6은 제3실시예에 따른 앤빌의 정면도이다.

도 6을 참조하면 앤빌(410)은 원기둥의 50% 미만이 남도록 원기둥의 밑면과 수직으로 절단된 형태로서, 평면 절단면을 포함하고, 절단면이 상부의 평면이 되며, 절단된 원기둥 형태의 앤빌(410)이 회전하는 중심축(401)은 혼(110)의 중심축과 일치한다.

이와 같은 형태에서는 앤빌(410)의 회전 각도가 0도 내지 360도 범위 전체에서 앤빌과 혼의 용접면 간의 평행도가 일치하게 유지될 수 있다.

도 7은 제4실시예에 따른 초음파 용접 장치의 사시도이다.

도 7을 참조하면, 앤빌(510)은 3차원 형태로서 상부에 마련된 절단면이 상기 상부의 평면(511)이 되고, 지지부(520)는 고정축이 엔빌(510)을 관통함으로써 앤빌(510)을 용접 본체(300)에 고정시키는 형태이다.

지지부(520)는 고정축에 의해 앤빌(510)을 단단히 용접 본체(300)에 고정되기 때문에 혼(110)의 진동에도 위치가 고정된 상태를 유지할 수 있다.

도 8은 제5실시예에 따른 초음파 용접 장치의 사시도이다.

도 8을 참조하면, 앤빌(610)은 원기둥의 원형 측면에 대해 수직으로 절단한 반원 기둥 형태로서, 앤빌(610)의 지지부(620)는 고정축이 앤빌(610)을 두께 방향(도 9의 T)으로 관통하여 용접 본체에 앤빌(610)을 고정하는 형태로서, 상기 고정축은 앤빌(610)의 반원 기둥의 곡면인 회전면(618)의 일부와 평행한 형태이다.

(b)는 (a) 앤빌(610)이 지지부(620)를 고정축으로 반시계 방향으로 회전한 상태이고, (c)는 앤빌(610)이 지지부(620)를 고정축으로 시계 방향으로 회전한 상태이다.

도 9는 다양한 형태의 앤빌의 사시도를 도시한다.

도 9를 참조하면, (a) 내지 (d)는 절단면이 형성된 3차원 형태이며, 절단면은 용접 대상물이 배치되는 상부의 평면(711a, 711b, 711c, 711d)이 된다.

구체적으로, (a)는 사각뿔대 형태이고, (b)는 타원 기둥에서 타원형 일면의 장경과 평행한 선을 따라 절단한 형태이며, (c)는 타원 기둥에서 타원형 일면의 단경과 평행한 선을 따라 절단한 형태이다. (d)의 외형은 (b)와 동일한 형태이나, 앤빌을 두께 방향(T)으로 관통하는 관통구(250)가 형성된 형태이다. (d)의 다른 실시예로서, 앤빌의 내부는 (a) 내지 (c)와 같이 내부가 채워져 있고, 앤빌의 외면에는 홈이 형성된 형태도 본원발명의 범주에 포함된다.

도 9의 (a)앤빌은 지지부의 형태가 엔빌의 상부의 평면과 평행한 고정축 형태인 경우에 적용가능한 형태이고, (b)앤빌 내지 (d)앤빌은 지지부의 형태가 앤빌의 상부의 평면과 평행한 고정축 형태인 경우, 또는, 지지부의 형태가 앤빌의 회전면의 일부와 평행한 경우, 또는 내부 공간이 형성된 형태의 지지부를 사용하는 경우 모두에 적용 가능하다.

본원발명에 따른 용접방법은, 구체적으로, (S1) 용접 대상물을 앤빌의 상부의 평면에 배치하는 단계, (S2) 상기 용접 대상물의 상면에 혼의 용접면을 배치하는 단계, (S3) 상기 상부의 평면과 상기 혼의 용접면이 평행이 되도록 상기 앤빌을 회전하여 정렬하는 단계, 및 (S4) 초음파를 인가하여 용접하는 단계를 포함한다.

구체적으로, 앤빌의 상부의 평면에 용접 대상물을 배치하고 혼의 용접면을 상기 용접 대상물 상에 배치하면서 앤빌의 상부의 평면 방향으로 혼을 눌러주면, 앤빌의 상부의 평면 전체와 혼의 용접면 전체가 밀착되도록 앤빌이 회전하게 된다. 이와 같이 앤빌의 회전에 의해 용접 대상물을 기준으로 앤빌의 상부의 평면과 혼의 용접면 간에 평행도가 맞춰지면 앤빌의 회전이 정지되는 바, 이 상태에서 초음파를 인가하여 용접이 진행된다.

본원 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본원 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.

100: 혼 유닛
10, 110: 혼
111: 용접면
120: 진동자
130: 혼 홀더
30: 용접 대상물
20, 200: 앤빌 유닛
210, 310, 410, 510, 610: 앤빌
211, 311, 511, 711a, 711b, 711c, 711d: 상부의 평면
220, 320, 520, 620: 지지부
222: 내부 공간
230, 330: 지지부의 상단
250: 관통구
300: 용접 본체
401: 중심축
618: 회전면
T: 두께 방향

Claims

초음파 용접 장치에 있어서,
용접 대상물과 접촉하여 진동하는 혼(Horn)과 상기 혼에 진동을 인가하는 진동자를 포함하는 혼 유닛;
용접 대상물이 놓이는 상부의 평면을 포함하는 앤빌(Anvil)과 상기 앤빌이 회전할 수 있는 지지부를 포함하는 앤빌 유닛; 및
상기 혼 유닛과 상기 앤빌 유닛이 고정되는 용접 본체;
를 포함하고,
상기 앤빌은 상기 혼의 용접면과 상기 상부 평면이 평행한 상태가 되도록 상기 지지부에 의해서 회전 운동을 하는 초음파 용접 장치.
제1항에 있어서,
상기 앤빌은 원기둥 또는 타원기둥에서 밑면과 수직인 절단면이 있는 형태이거나, 절단면이 있는 구 형태 중 하나이고,
상기 절단면이 상기 상부의 평면이 되며,
상기 지지부는 상기 원기둥, 타원기둥, 또는 구의 곡면이 회전할 수 있는 내부 공간이 마련된 용기 형태이고, 상기 앤빌이 정지된 초기 상태일 때 상기 상부의 평면이 상기 지지부의 외부로 돌출될 수 있도록 배치되는 초음파 용접 장치.
제2항에 있어서,
상기 지지부와 상기 앤빌의 접촉면에는 윤활제 또는 베어링이 부가되는 초음파 용접 장치.
제2항에 있어서,
상기 지지부가 상기 용접 본체에 고정이 되는 초음파 용접 장치.
제2항에 있어서,
상기 앤빌의 상부 평면을 제외한 다른 외면의 적어도 일부에는 홈이 형성되거나, 관통구가 형성되어 있는 초음파 용접 장치.
제2항에 있어서,
상기 앤빌은 원기둥의 50% 미만이 남도록 상기 원기둥의 밑면과 수직으로 절단된 형태로서 평면 절단면을 포함하고,
상기 절단면이 상기 상부의 평면이 되며,
상기 지지부는 상기 원기둥의 곡면이 회전할 수 있는 내부 공간이 마련된 용기 형태이고,
절단된 원기둥이 회전하는 중심축은 상기 혼의 중심축과 일치하는 초음파 용접 장치.
제1항에 있어서,
상기 앤빌은 3차원 형태로서 상부에 마련된 절단면이 상기 상부의 평면이 되고,
상기 지지부는 고정축이 상기 엔빌을 관통하여 상기 용접 본체에 고정되는 것인 초음파 용접 장치.
제7항에 있어서,
상기 고정축은 상기 상부의 평면과 평행한 형태이거나, 상기 앤빌의 회전면의 일부와 평행한 형태인 초음파 용접 장치.
제1항에 있어서,
상기 혼과 앤빌이 접하는 면 중 적어도 하나에는 돌기가 형성되어 있는 초음파 용접 장치.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 초음파 용접 장치를 이용한 용접방법으로서,
(S1) 용접 대상물을 앤빌의 상부의 평면에 배치하는 단계;
(S2) 상기 용접 대상물의 상면에 혼의 용접면을 배치하는 단계;
(S3) 상기 상부의 평면과 상기 혼의 용접면이 평행이 되도록 상기 앤빌을 회전하여 정렬하는 단계; 및
(S4) 초음파를 인가하여 용접하는 단계;
를 포함하는 용접방법.
제10항에 있어서, 상기 앤빌의 회전이 정지된 후 초음파를 인가하여 용접하는 용접방법.