레이저를 이용한 키패드 접합장치 및 방법

레이저를 이용한 키패드 접합장치 및 방법{KEY PAD BONDING APPPARTUS AND METHOD USING LASER}

도 1은 종래의 키패드 접합공정을 설명하기 위한 도면.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 키패드 접합장치를 설명하기 위한 도면.

도 3은 레이저 파워에 대한 키패드 접합 강도를 그래프로 나타낸 도면.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 키패드 접합장치를 도시한 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

10: 레이저빔 유닛 12: 레이저빔 광원부

14: 레이저빔 광학계 20: 가압유닛

22: 고정지그 24: 가압지그

26: 구동부 30: 레이저 드라이버

본 발명은, 패드재 상에 버튼재를 접합하여 키패드를 제조하기 위한 키패드 접합장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 레이저빔에 의해 발생된 열에너지를 키패드 접합에 이용하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 휴대폰과 같은 전자/통신 기기에는 사용자의 키 입력을 위해 키패드가 설치된다. 이러한 키패드는 베이스를 이루는 패드와 그 패드 위에 형성된 복수개의 키버튼으로 구성된다. 그리고, 위와 같은 키패드는, 합성수지 재질의 패드재 상에 합성수지 또는 고무로 이루어진 버튼재를 접합하여 제조된다.

종래의 키패드 접합공정은 프라이머(primer)와 같은 접착제를 이용하여 이루어진다. 도 1은 접착제를 이용한 키패드 접합공정을 설명하기 위한 개념도이다.

도 1에 도시된 것과 같이, 종래의 키패드 접합 공정은, 스테이지(7) 위에 패드재(P)를 올려놓고, 그 패드재(P) 위에 접착제를 도포한 후, 접착제가 도포된 패드재(P) 상에 버튼재(B)를 올려놓은 상태에서 그 버튼재(B)를 가압하는 방식으로 이루어진다. 이러한 공정을 위해, 접착제 도포기구(2)와 압력지그(3)를 포함하는 장치가 사용된다.

위 종래의 키패드 접합공정은, 패드재와 버튼재 사이의 접착제가 경화하는데 많는 시간(8~24초)이 필요하며, 또한, 번거로운 수작업이 많이 요구되는 문제점이있다. 게다가, 위 접합공정에 주로 이용되는 프라이머 접착제는 고가이고 소모성이 큰 제품이라는 문제점이 있다. 그리고, 종래 키패드 접합공정에 이용되는 프라이머는, 위험 물질로 취급되는 것으로서, 인화성 물질이 주변에 없고 환기가 잘 되는 곳에서 보관되어야 하는 등 각별한 관리가 요구된다. 또한, 접착제를 이용한 키패드 접합공정은 패드재와 버튼재 사이의 접합부위에 존재하는 미세 이물질에 의해서도 접합 불량이 야기되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 기술적 과제는, 프라이머나 접착제를 이용하는 대신에, 패드재와 버튼재의 접합 부위에 레이저빔을 조사하여 생긴 융착열을 이용해 패드재와 버튼재를 접합하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따라, 버튼재가 놓인 패드재 상에 레이저빔을 조사하여, 상기 패드재와 버튼재의 접합 부위에 열에너지를 발생시키는 레이저빔 유닛과; 상기 열에너지가 발생된 상태에서, 상기 패드재와 버튼재 사이를 가압하는 가압유닛을; 포함하는 레이저를 이용한 키패드 접합장치가 제공된다.

바람직하게는, 상기 가압유닛은, 상기 버튼재가 놓인 상기 패드재의 상하에 샌드위치식으로 배치되는 한 쌍의 지그들과, 상기 한 쌍의 지그들 중 하나의 지그를 상하 구동하는 구동부를 포함한다. 더욱 바람직하게는, 상기 한 쌍의 지그들 중 상기 레이저빔 유닛을 향해 있는 지그는 레이저빔 투과성의 소재로 형성된다.

바람직하게는, 상기 레이저빔 유닛은, 레이저빔을 생성하는 레이빔 광원부와, 상기 레이저빔의 크기 및 형태를 조절하여, 상기 접합부위에 조사될 레이저빔을 형성하는 레이저빔 광학계를 포함한다.

바람직하게는, 상기 레이저빔 유닛은 복수개로 이루어진 채 복수의 접합 부위로 레이저빔을 조사하도록 구성된다.

상기 키패드 접합장치는, 상기 레이저빔 유닛에 전기 출력을 공급하며, 그 레이저빔 유닛의 작동을 제어하는 레이저 드라이버를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 측면에 따라, 패드재 상에 버튼재를 위치시키고, 상기 버튼재가 위치된 상기 패드재에 레이저빔을 조사하여, 상기 버튼재와 상기 패드재의 접합될 부위에 열에너지를 발생시키고, 상기 열에너지가 발생된 상태에서 상기 패드재와 버튼재를 서로 가압하여, 상기 버튼재를 상기 패드재 상에 접합하는 키패드 접합방법이 제공된다.

이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 키패드 접합장치를 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 실시예의 키패드 접합장치는, 패드재(P) 상에 버튼재(B)를 접합하는 장치로서, 레이저빔 유닛(10)과 가압유닛(20)을 포함한다. 상기 레이저빔 유닛(10)은, 버튼재(B)가 놓인 패드재(P) 상에 레이저빔을 조사하여, 상기 패드재(P)와 버튼재(B)의 접합 부위에 열 융착을 위한 열에너지를 발생시킨다. 그리고, 상기 가압유닛(20)은 열에너지가 발생된 패드재(P)와 버튼재(B) 사이를 가압하는 역할을 한다. 더 나아가, 상기 가압유닛(20)은, 서로 접해 있는 패드재(P)와 버튼재(B)를 지지하는 역할도 한다.

상기 레이저빔 유닛(10)은 레이저빔 광원부(12)와 레이저빔 광학계(14)를 포함한다. 본 실시예에서, 상기 레이저빔 광원부(12)는 레이저 드라이버(30)에 의해 구동되어 가우시안 빔 형태의 초기 레이저빔을 발생시킨다. 상기 레이저 드라이버(30)는 레이저빔 광원부(12)에 공급되는 전류의 세기를 조절하여 레이저빔의 출 력을 조절할 수 있다. 이때, 레이저빔의 출력(또는, 레이저 파워)은 패드재(P)와 버튼재(B) 사이의 접합강도에 큰 영향을 미치는 요소들 중 하나이다. 본 발명의 실시예에서, 상기 레이저 광원부(12)는 적외선 파장대(800~1100nm) 대의 다이오드 레이저 또는 Nd:YAG 레이저를 이용한다.

또한, 상기 레이저빔 광학계(14)는, 레이저빔의 형태 및 크기를 조절하여, 그 크기 및 형태가 조절된 레이저빔을 패드재(P)와 버튼재(B)의 접합부위에 전달하는 것으로서, 예를 들면, 광섬유, 미러, 또는 복수의 렌즈를 포함한다. 상기 레이저빔 광학계(14)는 레이저빔 광원부(12)로부터 받은 레이저빔을 원형, 사각형 또는 기타 다른 기하학적 형상 및 크기로 조절하여 그 조절된 레이저빔을 키패드 접합부위에 제공한다. 키패드 접합 품질을 높이기 위해서는, 레이저빔 광학계(14)로 하여금 접합부위의 크기 및 형태에 꼭 맞는 레이저빔을 만들어 그 만들어진 레이저빔을 한 번 이용하여 키패드 접합에 이용하는 것이 바람직하다. 이때, 레이저빔이 조사되는 면적 내 빔 세기 분포는 일정한 것이 바람직하다.

한편, 상기 가압유닛(20)은, 버튼재(B)가 놓인 패드재(P)의 상하에 샌드위치식으로 배치되는 한 쌍의 지그(22, 24)들을 포함한다. 그리고, 상기 한 쌍의 지그들(22, 24)은 상기 패드재(P)를 받쳐주는 하측의 고정 지그(22)와 상기 버튼재(B)를 상기 패드재(P)에 대해 눌러주도록 상하로 구동되는 가압 지그(24)로 이루어진다. 그리고, 상기 가압 지그(24)는 예를 들면, 모터를 포함하는 구동부(26)에 의해 상하로 구동되도록 구성된다.

상기 한 쌍의 지그(22, 24)들 중 레이저빔 유닛(10)을 향해 있는 지그인, 고 정 지그(22)는, 레이저빔을 투과할 수 있는 유리 소재로 형성된다. 그리고, 상기 고정지그(22)와 상기 가압지그(24)는 패드재(P)와 버튼재(B)를 가압하는 힘을 극대화할 수 있는 평판의 형태로 이루어져 있다. 본 실시예에서는, 상기 고정지그(22)가 유리 소재의 판으로 이루어지지만, 가압지그가 레이저빔 유닛을 향해 있는 경우라면, 상기 가압지그가 레이저빔을 투과하는 소재로 이루어질 수 있다.

전술한 키패드 접합장치의 작용을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

버튼재(B)가 놓인 패드재(P)는 상기 가압유닛(20)의 가압지그(24)와 고정지그(22) 사이에 위치된다. 그 위치에서, 레이저 드라이버(30)에 의해, 레이저빔 광원부(12)가 소정 출력의 초기 레이저빔을 발생시킨다. 레이저빔 광학계(14)는 상기 초기 레이저빔의 형태 및 크기를 조절하여, 그 조절된 레이저빔을 상기 가압지그(22)와 상기 고정지그(24) 사이에 위치한 패드재(P)와 버튼재(B) 사이의 접합부위에 조사한다. 조사된 레이저빔은 패드재(P)와 버튼재(B)의 접합부위에 흡수되며, 이에 의해, 열 융착이 가능한 열에너지가 상기 접합부위에 발생한다.

상기 열에너지가 발생한 상태에서, 구동부(26)가 상기 가압지그(24)를 구동시키며, 이에 의해, 가압지그(24)는 버튼재(B)와 패드재(P)를 누르도록 이동된다. 그러한 가압지그(24)의 이동에 의해, 상기 가압지그(24)와 상기 고정지그(22) 사이에 위치한 버튼재(B)와 패드재(P)는 서로 가압되며, 이에 의해, 상기 패드재(P)와 버튼재(B)는 접합된다.

레이저빔은, 출력에 대한 정밀한 제어가 가능하므로, 키패드 접합공정에 이용될 때, 재현성이 좋고 운용자에 의한 품질 의존도가 낮은 이점을 제공한다. 또 한, 키패드 접합 부위에 순간적으로 높은 에너지를 입사시킬 수 있으므로, 키패드 접합에 필요한 온도까지의 온도 상승시간이 빨라 공정 시간의 단축에 기여할 수 있다.

도 3은 레이저 파워(즉, 레이저빔 출력)와 키패드 접합강도 사이의 관계를 보여주는 그래프로서, 도 3을 참조하면, 레이저빔의 출력이 증가할수록 키패드의 접합강도가 증가함을 알 수 있다. 그리고, 상기 레이저빔의 출력은 상기 레이저 드라이버를 제어하는 것에 의해 정밀하게 변화시킬 수 있다. 또한, 상기 레이저빔에 의한 키패드 접합시 열 융착 부위의 경화시간은 대략 3초로 기존 접착제의 경화시간보다 매우 짧다. 또한, 패드재와 버튼재의 접합부위가 경화되고 난 후, 레이저빔에 의한 패드재 또는 버튼재의 손상을 막기 위해, 상기 접합부위의 온도가 경화온도에 도달하면, 레이저빔은 펄스 형태로 전환되는 것이 바람직하며, 이러한 전환은 레이저 드라이버(30)에 의해 제어될 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 키패드 접합장치를 도시한 도면이다. 도 4에는 복수개의 레이저빔 유닛을 구비한 키패드 접합장치가 도시되어 있다. 도 4를 참조하면, 복수의 레이저빔 유닛(10)은 하나의 레이저 드라이버(30)에 의해 구동되어 레이저빔을 발생시키며, 그 레이저빔은 키패드 상의 복수의 접합부위로 조사된다. 상기 복수의 레이저빔 유닛(10)들 각각은 초기 레이저빔을 발생시키는 레이저빔 광원부와 그 레이저빔을 일정 형태로 조정하는 레이저빔 광학계를 모두 포함하는 것이다. 복수의 접합부위에 레이저빔을 조사하는 방식으로서, 도 4에 도시된 방식 외에, 레이저빔 유닛(10)을 이동시키면서, 복수의 접합부위에 차례대로 레 이저빔을 조사하는 것도 고려될 수 있다. 가압유닛(20)은 레이저빔이 조사된 복수의 접합부위에 대하여 패드재(P)와 버튼재(B)를 가압하는 역할을 한다. 또한, 상기 레이저 드라이버(30)는 사용자가 PC(100)를 통해 쉽게 제어할 수 있다.

본 발명은, 고가의 프라이머 또는 접착제 대신에 레이저빔을 키패드 접합에 이용함으로써, 기존 키패드 접합공정에서 문제시되던 프라이머 또는 접착제 사용에 따른 고가의 재료비 부담을 없애준다. 또한, 환경에 유해한 접착제나 프라이머 사용을 배제함으로써 친환경적으로 키패드 접합 공정을 수행할 수 있도록 해준다. 또한, 본 발명은 키패드 접합공정의 자동화를 가능하게 하고, 공정 시간을 단축시켜 생산성을 높여줄 수 있으며, 접합품질이 우수한 신뢰성 있는 키패드를 제조할 수 있게 해준다.

본 발명에 따른 접합장치 및 접합공정은 키패드 접합에 매우 적합한 것이지만, 그 외 여러 산업분야에서 플라스틱 또는 비금속 재질의 용접에도 유용하게 이용될 수 있는 것이다.