윈초음파
 
 
초음파용착 기술소개 (Technical Introduction of the Utrasonic Welder)
초음파란?
 
소리는 공기의 진동이며 16 ~ 20,000Hz 범위를 가청 주파수로 정의, 일반적으로 사람이
들을 수 있는 가장 높은 소리의 상한선이 되는 20,000Hz 이상의 진동 → “초음파”
근래에 와서는 듣는 목적 이외로 이용되는 음파를 “초음파”라고 정의
즉, 산업용으로 사용되는 주파수 → “초음파”
최근의 초음파는 물리, 화학, 전기, 기계, 금속, 의학, 생물학 등의 열 전문분야에 확산되어
그 실제의 이용은 측심, 세척, 세정, 용착, 가공, 분산, 오수처리, 집진, 진단 등 광범위
   
초음파 용착기의 원리 및 기능
 
  초음파 용착기는 AC 110 ~220V,60HZ(50HZ)의 전원을 발진기를 통하여 전기적인 에너지를
진동자에 입력시켜 기계적인 진동에너지로 변환후 혼을 통하여 용착물 접합면에 순간적인 강력한
마찰력을 발생시켜 가공물의 접합면이 용해접착되어 강한 분자적 결합이 이루어지는 방법이다.
   
   
진동자 PZT 소자로 조립한 B.L.T(Bolt Clamping Langevin type Transducer) 진동자
현재 사용되고 있는 전기기계변환능률이 제일 크고 동력 적응용 초음파 진동자로
가장 널리 사용되고 있다. 발진기에서 발생하는 전기적 에너지를 가하면 발진기와
진동자의 주파수가 일치되어 공진이 일어나 최고의 기계적 종진동 에너지로 변환
시켜주는 역할을 한다.
- 기계적 예민도 높다
- 고온에서 사용 할 수 있다.
- 견고하다.
- 금속부에 볼트롤 가공하여 혼을 접합하기 쉽다
메인 혼 진동자에서 발생되는 진동폭과 플라스틱을 용착할 수 있는 진폭과는 차이가
나는데 이를 보완하기 위해 진동자와 공구혼의 중간에 메인혼을 볼트로
결합하여 진폭을 조정한다.
공구 혼 용착 제품에 따라 공구혼의 형상이 달라지므로 제품에 맞는 진폭을 사용해야 함.
용착물 접합면에 순간적인 강력한 마찰력을 발생시켜 제품을 접착시킴
   
초음파 용착의 특징
 
  내부 가열이며, 용착부위의 세척과정이 필요없고, 연속 실링이 가능하다.
  용착 동시에 용단, 이종재질 용착 및 선택발열이 가능하다.
  전달효과와 충동효과가 있으며, 용착속도가 빠르다.
  용착 부위 외에는 발열되지 않아서 용착면이 깨끗하다.
  기밀(수밀) 접착이 된다.
  품질 안정, 작업 간단 및 원가 절감이 된다.
  성형의 자동화와 금형의 원가 절감이 된다.
  작업 환경이 개선된다.
   
초음파용착 종류 및 장점
 
Staking
  강도가 강하다
  원하는 형상을 만들 수 있다
  적용범위가 넓다
  서로 다른 재질에 적용이 가능하다
Sport
Welding
  Joint design이나 hole가공등이 불필요하며 용착이 간단하다
  용착 시간이 짧고, 용착 강도가 강하다
  여러 개의 Spot용착을 한번에 할 수가 있다
  Bolt나 Screw등의 부품을 필요로 하지 않는다
  외관이 깨끗하다
Swaging
  고화시키는 시간이 짧다
  강도가 강하다
  외관이 깨끗하다
  재현성이 높고 제어가 쉽다
  Bolt나 Screw 등의 부품을 사용하지 않는다
Welding
  외관이 깨끗하다
  용착 시간이 짧고, 용착 강도가 강하다
  적용범위가 넓다
  가장 많이 사용하는 용착이다
Inserting
  Insert 시간이 짧다
  여러 개의 Insert가 한번에 이루어진다
  Insert 금속 주위의 수지에 대하여 스트레스(잔류응력)이 적다
  성형 cycle이 빠르다
Gate
Cutting
  Gate Cutting 시간이 짧다
  복수의 Gate Cutting이 한번에 이루어진다
  Gate가 성형품쪽에 남아있지 않기 때문에 제품이 깨끗하다
   
초음파 용착기의 용도
  고주파수의 기계적 진동 발생 → 플라스틱 통과 → 용착부위 마찰, 용융 ⇒ 용착 작업
 
열가소성 수지 제품의 용착
수지에 금속 매입

각종 플라스틱 제품의 조립 및 가공

전기전자, 자동차 부품, 완구, 문구, 의료기, 포장, 생활용품, 기타 등
⇒ 각종 플라스틱 제품에 광범위하게 사용
   
초음파에 영향을 주는 플라스틱 재료의 특성
 
1) 수지
 
열가소성 (Thermo-plastic) 수지
형성된 후 재가압과 재가열로 재용융시키면 본 특성은
변하지 않고 외관상태만 변함
초음파 용착에 적당한 재료
 
열경화성(Thermoset) 수지
한번 형성되면 재가압, 가열로 인해 재용융이 일어나지
않음
초음파 용착에는 비적합
   
2) 플라스틱 구조
 
비결정성수지 (Amorphous resins)
불규칙한 분자배열과 넓은 범위에서 점차적으로
「부드러워 지고 녹고 흐르고 빠르게 굳지않는」
유리전이온도(Tg : glass transition temperature) 대역
초음파 에너지 전달이 잘되고 손실이 적어 압력과 진폭의
넓은 범위에서 용착작업이 이루어짐
 
결정성수지 (Semi-crystalline resins)
규칙적인 분자배열과 예민한 용융온도범위와 빨리 굳는 특성
굳었을 때의 분자는 스프링과 비슷한 구조로 연결
→ 고주파수의 기계적 진동이 일부를 흡수
용착부위까지 초음파 에너지가 전달되기 어려움
→ 고진폭이 필요
   
3)

용융온도

 
용융온도가 높으면 높을수록 용착하기 위해 필요한 초음파 에너지는 높아야 함.
   
4)

단단함(탄성률)

 
플라스틱의 단단함은 용착부위까지의 초음파 에너지 전달에 영향을 줌.
재료가 단단하면 단단할수록 초음파의 전달이 잘됨.
   
5)

이종재질의 용착

 
용착하고자 하는 플라스틱들의 용융온도가 비슷해야만 용착 가능 (온도차가 22°C이면 용착 안됨.)
이종재질의 용착에서는 재질의 분자구조가 유사해야 함.
→대개 분자구조가 비슷한 비결정성 수지 가능, 결정성 수지는 이종재질 용착이 안됨.
   
6) 용착에 영향을 주는 다른 요인 (습기)
 
습기를 흡수하는 재료
나일론, 폴리카보네이트, 폴리에스터, 폴리설폰 등
(습기를 흡수하여 용착성에 나쁜 영향을 줌)
 
습기를 흡수한 재료 용착
조직속의 수분이 100°C에 끓어 플라스틱속에 기공 발생
용착 부위의 플라스틱으 특성을 저하
기밀성이 유지 안됨
외관이 미려하지 못하며 용착강도가 저하
 
문 제 해 결
사출기에서 사출되는 즉시 용착

폴리에틸렌 비닐봉지에 보관하여 용착

습기가 흡수된 플라스틱 제품 : 빛 / 열에 의해 건조후 용착