초음파 용접 기술, 최근 10년 총 130여건 특허 출원

용접은 열과 소음을 동반하는 용접 장치의 불꽃을 떠올리면서 용접 작업장의 환경이 열기와 냄새 때문에 대부분 좋지 않은 것으로 생각한다.

하지만 고온의 불꽃으로 금속을 녹이는 일반 용접과는 달리 소리의 일종인 초음파 에너지를 사용하여 금속이나 플라스틱을 접합하는 ‘초음파 용접’은 불꽃이나 연기의 발생이 없는 용접으로 지금까지 사용되고 있는 용접 중에서 가장 깨끗한 용접 기술이다.

초음파 용접은 일반 전기를 고주파 전기 에너지로 변환시킨 후에 이를 다시 진동자를 이용하여 기계적 진동으로 바꾸고, 그 진동의 폭을 증폭하여 발생된 초음파 에너지를 용접 대상물에 전달함으로써 진동에 의한 마찰열을 발생시켜 대상물을 접합하는 기술이다.

이러한 초음파 용접은 일반적인 용접과는 달리 땜납과 같은 솔더(solder, 접합재료)를 사용하지 않고 낮은 온도에서 접합하는 방법으로 접합 속도가 매우 빠를 뿐만 아니라 연기나 소음이 거의 발생되지 않는 친환경적인 용접 방법이다.

또 초음파 용접은 일반적인 용접 기술로는 접합하기 어려운 얇은 박판이나 가는 와이어의 접합에도 적용이 가능하고, 서로 다른 종류의 금속 접합에도 사용될 수 있는 장점이 있다.

이러한 장점들로 인하여 과거에는 주로 자동차 등의 기계 산업 분야 에서 사용되던 초음파 용접 기술이 태양전지, 반도체 및 전자통신 등 최첨단 기술로 그 적용 분야를 점차 넓혀가고 있다.

특허청(청장 김영민)에 의하면 초음파 용접 기술 관련 특허 출원은 2002년에 6건에 불과하던 것이 2011년에 23건까지 증가해 최근 10년간 총 130여 건이 출원됐다.

이를 출원인별로 살펴보면 총 출원 중 61%가 내국인의 출원이고, 39%가 외국인에 의한 특허 출원이다. 2002년에는 3건에 불과하던 내국인의 초음파 용접 기술 관련 특허 출원이 2011년에는 15건으로 크게 증가한 바 이는 국내의 자동차, 전자 등 초음파 용접 관련 산업의 발전을 반영한 것이라고 볼 수 있다.

또 분야별로는 초음파 용접 장치와 초음파를 용접 대상에 전달하는 초음파 혼에 관한 특허 출원이 약 56%로 가장 큰 비중을 차지했다. 다음으로 열교환기, 자동차, 냉각장치 등 기계 제품에 초음파 용접을 적용한 발명의 출원이 총 출원 중 18%였으며 초음파 용접을 이용한 전자 제품의 용접에 관한 출원이 약 12%를 차지했다.

특허청 관계자는 “공정의 효율 및 작업 환경에 관한 관심이 날로 증가하고 있어 자동차 산업과 전자 산업의 규모가 지속적으로 성장하고, 이에 따라 초음파 용접 기술의 적용 분야가 계속 확대될 뿐만 아니라 초음파 용접 기술에 대한 관련 업계의 연구개발도 점차 강화될 것”으로 예상했다.

이 관계자는 “따라서 다양한 방식의 초음파 용접 기술에 관한 특허출원이 꾸준히 증가할 것”이라고 전망했다.