KR101429642B1 - 스터드 용접 장치 - Google Patents

Abstract

스프링 압축력을 발생시키기 위한 구조를 개선하여 보다 작동이 용이하고, 모터의 기계적인 회전력을 이용하여 스프링을 압축시킬 수 있도록, 스터드가 장착되는 콜렛과, 콜렛에 가압력을 가해 스터드를 피용접재에 압착시키는 가압부, 콜렛을 피용접재에서 이격시키기 위한 이동부를 포함하고, 상기 가압부는 스프링을 포함하여 스프링의 압축력을 콜렛에 가하는 구조로 이루어지고, 상기 이동부는 회전력을 인가하는 구동모터와, 상기 구동모터에 연결되어 구동모터의 회전력으로 상기 스프링을 압축 및 압축 해제시키는 동력전환부를 포함하는 스터드 용접 장치를 제공한다.

Description

스터드 용접 장치{STUD WELDING DEVICE}

본 발명은 용접 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게 본 발명은 피용접재에 스터드를 접합하는 용도로 사용되는 스터드 용접 장치에 관한 것이다.

일반적으로 마그네슘 합금은 우수한 기계 가공성과 높은 진동 감쇠능력, 진동 및 충격에 대한 탁월한 흡수성, 우수한 전자파 차폐특성, 경량성, 높은 비강도 등의 우수한 특성을 가지며 가공적인 측면에서 얇은 판재로서의 성형이 가능하다.

이에, 급속히 컴퓨터, 휴대전화 등의 전자기기 케이스에 마그네슘 합금의 적용이 증가하고 있다. 전자기기 케이스는 회로기판 혹은 내장부품을 조립하기 위한 수단이 요구되는데 두께가 얇고 열전도가 빠르기 때문에 보스용접이 어렵다. 따라서 컨덴서 방전에 의한 스터드 용접이 제안되었다.

스터드 용접은 스터드의 단부에 설치된 핀과 피용접재 사이에 발생하는 아크열에 의하여 피용접재의 표면과 스터드를 가열하여 매우 짧은 시간에 용접이 이루어지므로, 알루미늄 또는 마그네슘 합금 용접에 유용하다.

종래의 컨덴서 축전 및 간격 방식의 스터드 용접은 스프링 가압방식으로 되어 있다. 스프링을 압축하기 위해 전자석 코일을 통한 전자기력이 이용되는 데, 전자석 코일을 이용하여 스프링을 압축한 후 스터드 건을 발사함과 동시에 축전된 컨덴서를 방전하면 용량이 한정된 펄스형 전류가 인가된 상태에서 피용접재에 스터드가 충돌한다. 이때 높은 전류에 의해 스터드의 단부에 형성된 핀이 용융, 증발, 해리되어 아크 플라즈마가 발생되고, 핀의 길이에 해당하는 동안 아크열에 의해 스터드 및 피용접재의 표면이 예열되어 압착된다.

스프링 압축력을 발생시키기 위한 구조를 개선하여 보다 작동이 용이한 스터드 용접 장치를 제공한다.

또한, 모터의 기계적인 회전력을 이용하여 스프링을 압축시킬 수 있도록 된 스터드 용접 장치를 제공한다.

본 스터드 용접 장치는 스터드가 장착되는 콜렛과, 콜렛에 가압력을 가해 스터드를 피용접재에 압착시키는 가압부, 콜렛을 피용접재에서 이격시키기 위한 이동부를 포함하고, 상기 가압부는 스프링을 포함하여 스프링의 압축력을 콜렛에 가하는 구조로 이루어지고, 상기 이동부는 회전력을 인가하는 구동모터와, 상기 구동모터에 연결되어 구동모터의 회전력으로 상기 스프링을 압축 및 압축 해제시키는 동력전환부를 포함할 수 있다.

상기 스터드 용접 장치는 적어도 하나의 스터드를 보관하여 상기 콜렛으로 제공하는 스터드송급기를 더 포함할 수 있다.

상기 스터드송급기는 스터드를 보관하는 카트리지와, 상기 카트리지에 연결되어 스터드가 이송되는 이송관, 상기 이송관에 연결되어 이송된 스터드가 놓여지는 이송블럭을 포함할 수 있다.

상기 가압부는 콜렛 상단에 설치되어 외측으로 연장되는 작동로드와, 상기 작동로드가 관통되는 하우징, 상기 작동로드에 설치되어 하우징 내에 위치하는 시트부재, 상기 하우징 내에 설치되어 하우징과 시트부재 사이에 탄력 설치되는 스프링을 포함할 수 있다.

상기 동력전환부는 내부에 공간을 구비한 함체와, 상기 함체 내에 회전가능하게 설치되고 상기 구동모터와 연결되는 회전축, 상기 회전축에 나선형태로 설치되는 스크류판, 상기 함체 측면에 길이방향으로 관통 형성된 슬릿, 상기 작동로드 측면에 돌출 형성되어 상기 슬릿을 통해 함체 내로 삽입되어 스크류판 위로 연장되는 작동바를 포함할 수 있다.

상기 스크류판은 회전축을 따라 나선형태로 360도 이하의 각도로 감겨져 회전축의 원주방향을 따라 양 선단 사이가 벌어진 구조일 수 있다.

상기 스크류판의 양 선단 사이는 상기 작동바의 폭보다 커 작동바가 스크류판의 양 선단 사이에서 회전축의 길이방향으로 이동가능한 구조일 수 있다.

상기 가압부는 하우징 내의 작동로드 이동 거리가 상기 스터드와 피용접재 간의 간격보다 큰 구조일 수 있다.

상기 피용접재 또는 상기 스터드는 알루미늄 또는 마그네슘 재질을 포함할 수 있다.

이상 본 실시예에 의하면, 모터의 회전구동력을 스프링의 압축력에 이용함으로써, 보다 설비의 구성을 단순화시킬 수 있고, 기구적 구조를 통해 보다 확실한 작동 환경을 조성할 수 있게 된다.

도 1은 본 실시예에 따른 스터드 용접 장치를 도시한 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 스터드 용접 장치의 콜렛 작동부 구조를 도시한 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 실시예에 따른 스터드 용접 장치의 콜렛 작동부의 일부 구성을 도시한 사시도이다.
도 4는 본 실시예에 따른 스터드 용접 장치의 콜렛 작동부를 도시한 개략적인 평면도이다.
도 5는 본 실시예에 따른 스터드 용접 장치의 콜렛 작동부 작용을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.

이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 실시예에 따른 스터드 용접 장치를 도시하고 있으며, 도 2는 상기 스터드 용접 장치의 콜렛 작동부의 단면 구조를 개략적으로 도시하고 있다.

도 1을 참조하면, 스터드 용접 장치(100)는 스터드(S)가 장착되는 콜렛(10)과, 콜렛(10)에 가압력을 가해 스터드(S)를 피용접재(P)에 압착시키는 가압부(20), 콜렛(10)을 피용접재(P)에서 이격시키기 위한 이동부(30)를 포함한다.

본 실시예에서, 상기 스터드 용접 장치는 알루미늄 또는 마그네슘 재질로 된 피용접재(P) 또는 스터드(S)의 용접에 사용할 수 있다. 상기 스터드 용접 장치(100)는 설비 상에 고정시켜 사용되거나, 1축 또는 1축 이상의 다관절 로봇의 아암에 장착되어 3차원 형상의 부품에 대한 스터드 용접에 사용할 수 있다.

본 실시예에서, 상기 가압부(20)는 스프링(22)을 포함하여 스프링의 압축력을 콜렛(10)에 가하는 구조로 이루어진다.

보다 구체적으로 상기 가압부(20)는 콜렛(10) 상단에 설치되어 외측으로 연장되는 작동로드(24)와, 상기 작동로드(24)가 관통되는 하우징(26), 상기 작동로드(24)에 설치되어 하우징(26) 내에 위치하는 시트부재(28), 상기 하우징(26) 내에 설치되어 하우징(26)과 시트부재(28) 사이에 탄력 설치되는 스프링(22)을 포함한다.

이에, 콜렛(10)에 스터드(S)를 장착하고 이동부(30)를 통해 피용접재(P)에서 이격시키게 되면 가압부(20)의 스프링(22)이 압축되면서 탄성가압력이 콜렛(10)에 가해지게 된다. 이 상태에서 콜렛(10)이 피용접재(P)를 향해 발사되면 콜렛(10)에 장착된 스터드(S)가 피용접재(P)에 압착되어 용접이 이루어진다.

상기 콜렛(10)은 구리, 알루미늄, 은 등의 전기 전도도가 우수한 소재로 형성하며, 하단부에는 홈이 가공되어 스터드가 장착될 수 있는 구조로 되어 있다.

또한, 본 장치는 적어도 하나의 스터드를 보관하여 상기 콜렛(10)으로 제공하는 스터드송급기(40)를 포함한다. 상기 스터드송급기(40)는 스터드를 보관하는 카트리지(42)와, 상기 카트리지(42)에 연결되어 스터드가 이송되는 이송관(44), 상기 이송관(44)에 연결되어 이송된 스터드(S)가 놓여지는 이송블럭(46)을 포함한다. 스터드송급기(40)는 작업에 맞춰 카트리지(42)에 보관된 스터드를 이송관(44)을 통해 이송블럭(46)을 송급하게 되고, 이송블럭(46)은 콜렛(10)이 피용접재(P)에서 이격된 상태에서 콜렛(10) 하부로 이동하여 콜렛(10)이 스터드를 장착할 수 있도록 한다. 콜렛(10) 하부로 이동된 이송블럭(46)은 공급된 스터드(S)를 상승시켜 콜렛(10)에 장착한다.

상기 콜렛(10)은 피용접재(P)에 대해 수직방향으로 이동하여 피용접재(P)로부터 이격된다. 상기 하우징(26)은 콜렛(10) 상단에 배치되며, 콜렛(10)에 설치된 작동로드(24)가 하우징(26) 중심을 관통하여 상부로 연장된다. 하우징(26) 내부에서 상기 작동로드(24)에 설치된 시트부재(28)가 스프링(22)의 하단을 받쳐 지지한다. 이에, 콜렛(10) 승강에 따라 작동로드(24)가 이동하게 되면 시트부재(28)가 위로 상승되면서 시트부재(28)와 하우징(26) 내측 상단 사이에 설치된 스프링(22)이 압축되어 탄성력을 콜렛(10)에 가하게 된다.

상기, 이동부(30)는 콜렛(10)을 승강시켜 피용접재(P)로부터 이겨시키면서 스프링(22)을 압축하고, 필요시 스프링(22)의 압축 상태를 해제시켜 피용접재(P)를 향해 콜렛(10)을 발사하는 구조로 되어 있다.

본 실시예의 용접 장치는 콜렛(10) 발사를 위한 가압력을 발생하는 스프링(22)의 압축과 압축 해제가 구동모터의 회전력을 통해 이루어지는 구조로 되어 있다.

이를 위해, 상기 이동부(30)는 회전력을 인가하는 구동모터(31)와, 상기 구동모터(31)에 연결되어 구동모터(31)의 회전력으로 상기 스프링(22)을 압축 및 압축 해제시키는 동력전환부를 포함한다.

상기 이동부(30)는 상기 구동모터(31)를 제어 작동하는 제어부(32)를 더 포함할 수 있다.

상기 동력전환부는 상기 구동모터(31)의 회전운동을 작동로드(24)의 직선운동으로 전환하여, 작동로드(24)를 상하로 이동시켜 스프링(22)을 압축 또는 압축 해제시키게 된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 동력전환부는 내부에 공간을 구비한 함체(33)와, 상기 함체(33) 내에 회전가능하게 설치되고 상기 구동모터(31)와 연결되는 회전축(34), 상기 회전축(34)에 나선형태로 설치되는 스크류판(35), 상기 함체(33) 측면에 길이방향으로 관통 형성된 슬릿(36), 상기 작동로드(24) 측면에 돌출 형성되어 상기 슬릿(36)을 통해 함체(33) 내로 삽입되어 스크류판(35) 위로 연장되는 작동바(37)를 포함한다.

상기 함체(33)는 설비 상에 고정설치되며, 예를 들어 원통형태로 이루어질 수 있다. 상기 함체(33)의 측면에는 길이방향을 따라 슬릿(36)이 형성되고 작동바(37)가 상기 슬릿(36)에 삽입된다. 상기 슬릿(36)의 폭은 대략 상기 작동바(37)의 폭과 대응되는 크기로 이루어져 작동바(37)는 슬릿(36)에서 상하로만 이동가능하다. 이에 작동바(37)가 설치된 작동로드(24)는 자체적으로 회전하지 못하고 오직 슬릿(36)을 따라 상하 이동만이 가능하게 된다.

상기 함체(33) 내부에 스크류판(35)이 설치된 회전축(34)이 설치된다. 회전축(34)의 하단은 함체 하단 중심에 지지되며 상단은 함체(33) 상단을 관통하여 위로 연장된다. 상기 함체(33) 상부에 구동모터(31)가 설치되고 구동모터(31)의 구동축이 상기 회전축(34) 상단과 연결된다.

이에, 구동모터(31)가 회전작동되면 회전축(34)이 함체(33) 내에서 회전하게 되고, 회전축(34)에 설치된 스크류판(35)이 일방향으로 돌게 된다.

여기서, 상기 작동바(37)는 슬릿(36)을 통해 함체(33) 내부로 연장되어 상기 스크류판(35) 위에 놓여지게 된다. 따라서, 스크류판(35)이 돌게 되면 이에 연동하여 작동바(37)가 스크류판(35)의 표면을 따라 점차적으로 함체(33) 상부로 이동하게 된다.

이와 같이, 상기 동력전환부는 구동모터(31)의 회전운동을 스크류판(35)과 작동바(37)의 유기적 결합구조를 통해 작동바(37)의 직선운동으로 전환하게 되며, 이에, 작동바(37)가 설치된 작동로드(24)를 직선운동시켜 스프링(22)을 가압하게 되는 것이다.

스크류판(35)의 회전에 따라 작동바(37)가 함체(33) 상부로 이동함으로써, 작동바(37)가 설치된 작동로드(24)가 위로 당겨지게 되고, 하우징(26) 내부에서는 작동로드(24)에 설치된 시트부재(28)가 위로 상승하여 스프링(22)을 압축하게 된다.

따라서, 상기 이동부(30)는 콜렛(10)을 이동시켜 피용접재(P)로부터 이격시키면서 스프링(22)을 압축하여 콜렛(10)을 발사 상태로 장전하게 된다.

본 실시예에서 상기 동력전환부는 작동로드(24)를 상승시켜 스프링(22)을 압축시킴과 더불어 스프링(22)의 압축력을 해제시켜 장전된 콜렛(10)을 발사시키는 구조로 되어 있다.

이를 위해, 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 동력전환부는 상기 스크류판(35)이 회전축(34)에 나선형태로 360도 이하의 각도로 감겨져 회전축(34)의 원주방향을 따라 양 선단 사이의 간격(L)이 벌어진 구조로 되어 있다. 이하 설명의 편의를 위해 스크류판(35)의 양 선단을 각각 상단(38)과 하단(39)이라 한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 스크류판(35)은 회전축(34)을 따라 한바퀴 이하로 감겨져, 회전축(34)의 축방향에서 보았을 때 스크류판(35)의 상단(38)과 하단(39)이 서로 겹쳐지지 않아 그 사이의 간격(L)이 벌어진 형태를 이룬다.

본 실시예에서, 상기 스크류판(35)의 감겨진 정도 즉, 스크류판(35)의 하단(39)과 상단(38) 사이의 간격(L)은 상기 작동바(37)의 폭보다 큰 구조로 되어 있다. 이에 상기 작동바(37)가 스크류판(35)의 양 선단 사이에 위치하였을 때, 스크류판(35)과의 간섭없이 회전축(34)의 길이방향으로 이동가능하게 된다.

따라서, 상기 회전축(34) 회전시 스크류판(35)을 따라 작동바(37)가 함체(33) 위로 이동되는 상태에서 스크류판(35)의 상단이 작동바(37)를 지나게 되면, 작동바(37)를 지지하는 부분이 없어져 작동바(37)는 스크류판(35)의 양 선단 사이의 간격(L)을 통해 이동가능한 상태가 된다. 이에, 작동바(37)가 설치된 작동로드(24)는 상하로 이동가능한 상태가 되어 콜렛(10)은 피용접재(P)를 향해 발사된다.

이하, 도 5를 참조하여 상기 이동부(30)에 의한 콜렛(10) 발사과정을 살펴보면, 구동모터(31)의 구동에 따라 회전축(34)이 회전되고, 회전축(34)에 설치된 스크류판(35)이 일방향으로 돌게 된다. 작동바(37)는 회전축(34)에 나선형태로 설치된 스크류판(35)의 경사진 표면을 따라 위로 상승되고, 작동로드(24)는 작동바(37)가 스크류판(35)을 따라 이동함에 따라 스프링(22)을 압축하며, 탄성가압력을 받게 된다. 작동바(37)가 스크류판(35) 상단에 도달하여 스프링(22)이 최대한 압축된 상태에서 회전하는 스크류판(35)의 상단이 작동바(37)를 지나게 되면, 작동바(37)의 걸림 상태가 해제됨에 따라 압축되어 있던 스프링(22)이 탄성복귀되면서 작동로드(24)가 전진 이동하게 된다. 따라서, 상기 작동로드(24)에 설치된 콜렛(10)이 피용접재(P)쪽으로 발사되어 콜렛(10)에 장착된 스터드가 스프링(22)의 가압력에 의해 피용접재(P)에 강하게 가압되면서 용접이 이루어진다. 콜렛이 발사된 후에는 작동바(37) 역시 함체 하부로 내려가 스크류판(35)의 하단(39) 쪽에 위치하게 되고, 상기 스크류판의 회전에 따라 다시 상기 과정을 반복하여 콜렛을 이동시키고 스프링을 압축하게 된다.

여기서, 상기 하우징(26) 내에서 작동로드(24)의 이동거리(A)는 상기 스터드(S)와 피용접재(P) 간의 간격(B)보다 큰 구조로 되어 있다. 상기 작동로드(24)에는 스터드(S)가 장착된 콜렛(10)이 설치되므로, 작동로드(24)의 이동거리(A)는 즉, 스터드가 장착된 콜렛(10)의 이동거리가 된다. 상기 작동로드(24)의 이동거리라 함은 도 5에서 작동바(37)가 스크류판(35) 상단(38)에 도달하였을 때 하우징(26) 내에서 시트부재(28)와 하우징(26) 내측 하단 사이의 거리를 의미한다. 작동로드(24)는 작동바(37)가 스크류바 상단에 도달하였을 때 최대로 상승하고, 시트부재(28)가 하우징(26) 내측 하단에 위치할 때 최대로 하강하므로 상기 범위 내에서 작동로드(24)가 이동하게 된다.

스터드 용접이 제대로 이루어지기 위해서는 콜렛(10)에 설치된 스터드(S) 하단의 핀이 피용접재(P) 표면에 박히면서 서로 가압되어 아크열을 발생시켜야 한다.

이에, 상기와 같이 작동로드(24)의 이동거리(A)를 스터드 하단의 핀과 피용접재(P) 사이의 간격(B)보다 크게 함으로써, 시트부재(28)가 하우징(26) 내측 하단에 도달하기 전에 스터드(S)가 피용접재(P)에 접하게 된다. 따라서, 작동로드가 상기 간격(B) 이상으로 더 하강하면서 스터드(S)의 핀을 피용접재(P)에 박히도록 충분히 가압시킬 수 있게 된다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

10 : 콜렛 20 : 가압부
22 : 스프링 24 : 작동로드
26 : 하우징 28 : 시트부재
30 : 이동부 31 : 구동모터
32 : 제어부 33 : 함체
34 : 회전축 35 : 스크류판
36 : 슬릿 37 : 작동바
40 : 스터드송급기 42 : 카트리지
44 : 이송관 46 : 이송블럭

Claims (8)

1. 스터드가 장착되는 콜렛, 상기 콜렛에 가압력을 가해 스터드를 피용접재에 압착시키는 가압부, 상기 콜렛을 피용접재에서 이격시키기 위한 이동부를 포함하고, 상기 가압부는 스프링을 포함하여 스프링의 압축력을 콜렛에 가하는 구조로 이루어지고, 상기 이동부는 회전력을 인가하는 구동모터, 상기 구동모터에 연결되어 구동모터의 회전력으로 상기 스프링을 압축 및 압축 해제시키는 동력전환부를 포함하며,
   상기 가압부는 콜렛 상단에 설치되어 외측으로 연장되는 작동로드, 상기 작동로드가 관통되는 하우징, 상기 작동로드에 설치되어 하우징 내에 위치하는 시트부재, 상기 하우징 내에 설치되어 하우징과 시트부재 사이에 탄력 설치되는 스프링을 포함하고,
   상기 동력전환부는 내부에 공간을 구비한 함체, 상기 함체 내에 회전가능하게 설치되고 상기 구동모터와 연결되는 회전축, 상기 회전축에 나선형태로 설치되는 스크류판, 상기 함체 측면에 길이방향으로 관통 형성된 슬릿, 상기 작동로드 측면에 돌출 형성되어 상기 슬릿을 통해 함체 내로 삽입되어 스크류판 위로 연장되는 작동바를 포함하는 스터드 용접 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 스터드 용접 장치는 적어도 하나의 스터드를 보관하여 상기 콜렛으로 제공하는 스터드송급기를 더 포함하는 스터드 용접 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 스터드송급기는 스터드를 보관하는 카트리지, 상기 카트리지에 연결되어 스터드가 이송되는 이송관, 상기 이송관에 연결되어 이송된 스터드가 놓여지는 이송블럭을 포함하는 스터드 용접 장치.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 스크류판은 회전축을 따라 나선형태로 360도 이하의 각도로 감겨져 회전축의 원주방향을 따라 양 선단 사이가 벌어진 구조의 스터드 용접 장치.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 스크류판의 양 선단 사이는 상기 작동바의 폭보다 커 작동바가 스크류판의 양 선단 사이에서 회전축의 길이방향으로 이동가능한 구조의 스터드 용접 장치.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 가압부는 하우징 내의 작동로드 이동 거리가 상기 스터드와 피용접재 간의 간격보다 큰 구조의 스터드 용접 장치.

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