KR100670858B1 - 순응성 루프 유도 가열 장치 및 접합 부재의 가속 경화를위한 방법 - Google Patents

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밀러데이비드지.
밀러리챠드에프.
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 캄파니
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Abstract

본 발명은 유도 가열 장치 및 제1 부재와 제2 부재 사이에 위치되는 열반응성 접합 재료의 길이에 의해 한정되는 대체로 연속적인 접합선을 가열하기 위한 방법을 제공한다. 제1 부재 또는 제2 부재는 전기 전도성 재료로 제조되거나 전기 전도성 재료에 인접하게 위치된다. 유도 가열 장치는 제1 접합선에 따라 제1 부재에 인접하게 위치될 수 있는 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체를 구비한다. 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체는 제1 접합선의 제1 형상으로 수동으로 형상화가 가능하고 상기 제1 접합선의 제1 형상과 상이한 제2 접합선의 제2 형상으로 수동으로 재형성화가 가능하다. 교류 전원 장치는 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체에 전기 결합된다. 교류 전원 장치가 작용하는 경우에 재형성화가 가능한 케이블 조립체는 제1 접합선을 따라 대체로 균일하게 열반응성 접합 재료를 전도성 가열하기 위해 전기 전도성 재료를 유도 가열하도록 작동한다.
와이어, 절연층, 외피층, 케이블 조립체, 유도 가열 장치

Description

순응성 루프 유도 가열 장치 및 접합 부재의 가속 경화를 위한 방법{CONFORMABLE LOOP INDUCTION HEATING APPARATUS AND METHOD FOR ACCELERATED CURING OF BONDED MEMBERS}
본 발명은 순응성 루프 가열 장치 및 2개의 부재 사이에 위치된 열반응성 접합 재료에 의해 한정되는 기하학적 형상의 접합선의 경화 시간을 단축시키기 위한 방법에 관한 것으로, 상기 장치는 형상화된 접합선에 인접하게 위치가능한 수동으로 재형성화가 가능한 케이블 조립체를 구비한다.
자동차 업계에 있어서, 차량의 외부 금속 패널(즉, 마감 패널)은 저항 스폿 용접을 사용하여 제조하는 동안 차량 구조에 부착된다. 비금속 패널은 접착제 또는 기계 고정구에 의해 금속 구조에 부착된다. (예컨대, 충돌로부터의 위험에 의한) 금속 패널의 후속 대체는 금속 구조에 패널을 용접 및 접합함으로써 또는 용접함으로써 통상 이루어진다. 열반응성 접합 재료(예컨대, 열경화성 접착제)는 대체 패널을 금속 구조에 접합시키는 데에 이용된다. 열반응성 접합 재료의 경화 시간은 접합 재료에 열을 인가함으로써 단축될 수 있다. 이용된 접합 재료는 통상 일액형 또는 이액형 접착제이다. 이러한 접착제는 에폭시, 우레탄, 아크릴, 또는 아크릴-에폭시계 접착제일 수도 있다.
충돌 보수 공정에 있어서, 접합 재료는 대체 패널 또는 차량 구조, 또는 이 모두에 인가된다. 패널은 차량 구조와 적절히 정렬되어 고정된다. 패널은 접합 재료가 적어도 향상된 처리 강도를 가질 때까지 접합 재료를 경화시키도록 가열 작업소에서 정지 상태로 잔류되어야 한다. 충돌 보수 작업실에서 접합 재료가 경화되기를 기다리는 시간동안, 차량은 다른 목적으로 이용될 수도 있는 유용한 작업 공간을 점유한다. 상이한 이액형 접착제는 처리 강도를 달성하기에 충분하게 경화시키는 시간을 변경할 것을 요구하고, 경화 시간이 길수록 접착제는 충분한 구조적 강도를 달성한다. 일액형 접착제는 접착제를 경화하기 위해 수분 또는 열을 통상 필요로 하므로 충돌 보수에 빈번하게 사용되지 않는다. 수분은 대체 패널과 차량 구조 사이에 끼워진 얇은 접착제 접합선을 느리게 관통한다는 것은 공지된 바이다.
충돌 보수 작업소는 다수의 다양한 크기와 형상의 차량 마감 패널을 대체할 것이 요구된다. 공지된 가열 장치 및 접합 재료 경화 시간을 가속하기 위한 방법은 자외선 가열 램프, 실리콘 코팅식 내열 테이프, 온풍 열건, 및 페인트 굽기용 부스(paint bake booth)를 구비한다. 상기 방법의 각각은 공지된 단점을 가진다. 자외선 히터는 광범위한 영역에 고온을 제공할 수 있다. 그러나, 소정의 접합 재료를 신속하게 경화시키기 위해 필요한 고온은 또한 차량의 내부 또는 그 위의 비보호성 인접 열 민감성 재료에 위험을 유발할 수도 있다. 실리콘 코팅식 내열 테이프는 접합선을 따라 붙여지거나 또는 클램핑된다. 테이프는 가열됨에 따라, 팽창하여 가열된 표면으로부터 상승되게 된다. 열 테이프의 상승부 아래의 접합선의 영역은 충분한 열을 수용하지 못할 수도 있다. 페인트 굽기용 부스는 접합 재료의 경화 시간을 가속시키는 데에 사용될 수 있지만, 전체 차량은 페인트를 경화시키는 데에 필요한 고가의 장치편을 점유한다. 소정의 페인트 굽기용 부스는 공지된 구조 결합 테이프(SBT) 또는 일액형 페이스트 접착제를 경화시키기에 충분한 온도로 가열될 수 없다. 이러한 고온이 달성된다면, 열은 또한 열 민감성 차량 부품에 손상을 입힐 수 있다. 온풍 열건은 열적 접합 재료의 경화를 가속시키는 데에 필요한 온도를 달성할 수 있다. 그러나, 열건과 같은 점원 히터로 접합선을 경화하는 것은 시간 소모가 큰 작업이다. 접합선의 아주 작은 부분 또는 "스폿" 만이 한번에 가열된다. 열건을 사용함에 있어서, 최종 접합 재료 온도를 균일하게 제어하는 것은 매우 용이하지 않을 수도 있다. 이는 분해 지점으로의 접합 재료의 과가열을 유발할 수도 있다. 선택적으로는, 불충분한 열은 불완전한 경화를 유발할 수 있다.
유도 가열이 유사한 부품의 높은 생산률을 수반하는 자동차의 제조 및 조립에 사용된다는 것은 공지된 바이다. 전기 유도 코일은 병치된 금속 시트들 사이에 위치된 열반응성 접합 재료의 경화를 가속화하기 위해 열을 제공하도록 채용된다. 이러한 유도 코일은 자기장을 생성하는 고주파수 전류를 전달하여 금속 시트의 가열을 유발한다. 열은 금속 시트로부터 금속 시트 사이에 배치된 접합 재료에 전도된다. 공지된 유도 가열 방법은 스폿 유도 히터 또는 경질 구리 유도 어플리케이터(applicator)를 구비한다. 스폿 유도 히터는 작은 국부 영역 또는 "스폿"에 다량의 열을 집중시킨다. 처리 강도를 달성하도록 유도 코일의 위치에 접합 재료를 스폿 경화하기 위해 접합선의 길이부를 따라 선택 위치에 스폿 유동 히터를 채용하 는 것은 일반적이다. 접합 재료의 잔류부는 자동차가 페인트 굽기 부스를 통과하는 경우와 같은, 조립 공정 동안 이후 시간에 경화된다. 공지된 스폿 유도 히터는 1995년 8월 15일에 등록된 생크의 미국 특허 제5,442,159호에 개시된다.
경질 구리 유도 어플리케이터의 사용은 각 상이한 형상의 접합선 또는 패널 형상에 대해 상이한 형상의 어플리케이터를 필요로 한다. 이러한 경질 유도 어플리케이터는 각 사용에 대해 상이한 패널 형상의 접합선을 종종 필요로 하는 충돌 보수 작업소에서 사용되는 것이 바람직하지 않을 것이다. 또한, 유도물질의 높은 전류로 인해, 경질 구리 유도 어플리케이터는 경질 구리 유도 어플리케이터가 과가열되는 것을 회피하도록 추가 냉각 작업(예컨대, 수 냉각 시스템)을 종종 필요로 한다. 공지된 경질 구리 유도 어플리케이터는 1986년 7월 22에 등록된 휴톤 등에 의한 미국특허 제4,602,139호에 개시된다.
본 발명은 유도 가열 장치 및 제1 부재와 제2 부재 사이에 위치되는 열반응성 접합 재료의 길이에 의해 한정되는 대체로 연속적인 접합선을 가열하기 위한 방법을 제공한다. 제1 부재 또는 제2 부재는 전기 전도성 재료로 제조되거나 전기 전도성 재료에 인접하게 위치된다. 유도 가열 장치는 제1 접합선에 따라 제1 부재에 인접하게 위치될 수 있는 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체를 구비한다. 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체는 제1 접합선의 제1 형상으로 수동으로 형상화가 가능하고 상기 제1 접합선의 제1 형상과 상이한 제2 접합선의 제2 형상으로 수동으로 재형성화가 가능하다. 교류 전원 장치는 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체에 전기 결합된다. 교류 전원 장치가 작용하는 경우에 재형성화가 가능한 케이블 조립체는 제1 접합선을 따라 대체로 균일하게 열반응성 접합 재료를 전도성 가열하기 위해 전기 전도성 재료를 유도 가열하도록 작동한다.
재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체는 제1 접합선에 인접하게 비쌍극자 형상 또는 쌍극자 형상으로 위치된다. 일 태양에 있어서, 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체는 제1 접합선을 따라 제2 부재에 인접하게 위치된다.
일 태양에 있어서, 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체는 함께 꼬인 복수의 와이어를 구비한다. 케이블 조립체는 절연 와이어를 형성하는 각 와이어를 덮는 제1 절연층과, 절연 와이어 모두를 덮는 외피층을 더 포함한다. 일 태양에 있어서, 제1 절연층은 중합 재료로 제조된다. 일 태양에 있어서, 외피층은 중합 재료로 제조된다. 양호한 일 태양에 있어서, 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체는 리츠 와이어이다.
교류 전원 장치는 출력 주파수가 1㎑보다 큰 고주파수 전원 장치이다. 일 태양에 있어서, 출력 주파수는 10과 400㎑ 사이이다.
유도 가열 장치는 전원 장치의 작동을 제어하기 위해 전원 장치와 결합된 제어기를 더 구비할 수도 있다. 제어기는 전원 장치를 통한 전원의 인가 시간을 제어하기 위한 타이머를 더 구비할 수도 있다. 제어기는 출력 펄스 주파수를 변경하기 위한 주파수 제어 기구를 더 구비할 수도 있다.
고정 기구는 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체를 제1 부재에 고정시키도록 제공된다. 일 태양에 있어서, 고정 기구는 테이프이다. 다른 태양에 있어 서, 고정 기구는 케이블 조립체를 제1 부재에 자기 결합시키기 위한 자기 재료 형태를 구비한다. 다른 태양에 있어서, 고정 기구는 고정 클램프이다.
일 태양에 있어서, 제1 부재는 시트이고, 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체는 대체로 시트의 주연 형상으로 수동 형상화된다. 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체는 3차원 상응성을 가진다. 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체는 대체로 비탄성이다.
다른 실시예에 있어서, 본 발명은 2개의 병치된 부재를 접합시키기 위한 방법을 제공한다. 접합 방법은 대체로 연속적인 접합선을 한정하는 제1 부재와 제2 부재 사이에 위치된 열반응성 접합 재료의 처리 강도에 도달하도록 경화 시간을 단축시키는 단계를 구비한다. 제1 부재 또는 제2 부재는 전기 전도성 재료로 제조되거나 또는 전기 전도성 재료에 인접하게 위치된다. 방법은 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체를 제공하는 단계를 구비한다. 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체는 제1 접합선을 따라 제1 부재에 인접하게 위치되어, 제1 접합선의 제1 형상으로 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체를 수동을 형상화한다. 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체는 교류 전원 장치에 결합된다. 교류 전원장치는 제1 접합선을 따라 대체로 균일하게 상기 열반응성 재료를 전도성 가열하기 위한 열 전도성 재료를 유도 가열하기 위한 작동된다.
제1 태양에 있어서, 상기 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체는 함께 꼬인 복수의 와이어를 구비하도록 한정된다. 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체를 한정하는 단계는 절연 와이어를 형성하는 각 와이어를 덮는 절연층과 절연 와이어 모두를 덮는 외피층을 구비한다. 일 태양에 있어서, 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체는 리츠 와이어이다. 방법은 출력 주파수가 1㎑보다 크게 하여 교류 전원 장치를 한정하는 단계를 더 포함한다. 일 태양에 있어서, 출력 주파수는 10과 400㎑ 사이에 있다.
방법은 전원 장치에 제어기를 결합하여 제어기를 사용하여 상기 전원 장치의 작동을 제어하는 단계를 더 구비할 수도 있다. 방법은 제1 접합선을 따라 제1 부재에 상기 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체를 고정시키는 단계를 더 구비할 수도 있다. 방법은 제1 부재로부터 상기 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체를 제거하여 제1 접합선의 제1 형상과 상이한 대체로 연속적인 제2 접합선의 제2 형상으로 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체를 수동으로 재형성화하는 단계를 더 구비할 수도 있다.
일 태양에 있어서, 제1 접합선은 3차원 형상을 가진다. 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체는 제1 접합선을 따라 상기 3차원 형상으로 순응한다. 상기 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체를 상기 제1 부재에 인접하게 위치시키는 단계는 제1 접합선을 따라 제2 부재에 인접하게 상기 가요가능한 케이블 조립체를 위치시키는 단계를 더 구비한다. 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체는 비쌍극자 방식으로 상기 제1 접합선을 따라 제1 부재에 인접하게 위치가능하다.
다른 실시예에 있어서, 본 발명은 제1 부재에 인접하게 위치되는 열반응성 접합 재료의 길이에 의해 한정되는 대체로 연속적인 제1 접합선을 가열하기 위한 유도 가열 장치를 제공하고, 제1 부재는 전기 전도성 재료로 제조되거나 전기 전도 성 재료에 인접하게 위치된다. 유도 가열 장치는 제1 접합선에 따라 제1 부재에 인접하게 작동상 위치되는 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체를 구비한다. 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체는 제1 접합성의 제1 형상으로 수동으로 형상화할 수 있고 제1 접합선의 제1 형상과 상이한 제2 접합선의 제2 형상으로 수동으로 재형성화가 가능가능하다. 전원 장치는 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체에 전기 결합된다. 전원 장치가 작용되는 경우에 재형성화가 가능한 케이블 조립체는 제1 접합선을 따라 대체로 균일하게 열반응성 접합 재료를 전도성 가열하기 위해 전기 전도성 재료를 유도 가열하도록 작용한다.
다른 실시예에 있어서, 본 발명은 1개 이상의 부재를 접합해제하는 방법을 제공한다. 제1 부재는 전기 전도성 재료로 제조거나 전기 전도성 재료에 인접하게 위치된다. 방법은 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체를 제공하는 단계를 구비한다. 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체는 제1 접합선을 따라 제1 부재에 인접하게 위치되어 제1 접합선의 제1 형상으로 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체를 수동으로 형상화시킨다. 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체는 전원장치에 결합된다. 전원 장치는 제1 접합선을 따라 대체로 균일하게 열반응성 재료를 전도성 가열하기 위해 전기 전도성 재료를 유도 가열하도록 작동된다.
첨부된 도면은 본 발명의 보다 나은 이해를 제공하도록 구비되고 본 명세서의 부분과 합체되어 이를 구성한다. 도면은 본 발명의 실시예를 설명하며 기술과 함께 본 발명의 원리를 설명하도록 기능한다. 본 발명의 다른 실시예 및 본 발명의 다수의 의도된 장점은 동일한 도면 부호가 도면 전체에서 동일한 부품을 가리키 는 첨부된 도면과 함께 고려하는 경우에 이후의 상세한 설명을 참조하여 보다 잘 이해되는 것으로 인정된다.
도1은 작동 위치에서 도시된 본 발명에 따른 유도 가열 장치의 정면도이다.
도2는 도1의 선2-2를 따라 취한 단면도이다.
도3은 본 발명에 따른 유도 가열 장치의 다른 적용예의 예시적인 일 실시예를 도시하는 단면도이다.
도4는 본 발명에 따른 유도 가열 장치의 다른 적용예의 예시적인 일 실시예를 도시하는 단면도이다.
도5는 본 발명에 따른 유도 가열 장치의 다른 적용예의 예시적인 일 실시예를 도시하는 단면도이다.
도6은 본 발명에 따른 유도 가열 장치의 대안적인 일 실시예를 도시하는 블록 다이아그램이다.
도7 내지 도11은 본 발명에 따른 수동으로 재형성화가 가능한 케이블 조립체의 2차원 또는 3차원 위치설정의 예시 실시예를 도시한다.
도12는 본 발명에 따른 유도 가열 장치를 사용하여 접합된 부재의 경화를 가속하기 위한 방법의 하나의 예시 실시예를 도시하는 흐름도이다.
도1에 있어서, 본 발명에 따른 유도 가열 장치는 도면부호 20으로 통상 지시된다. 유도 가열 장치(20)는 패널 조립체(22, 예컨대 자동차 패널 조립체)에 인접 한 작동 위치에 도시된다. 작동시에, 유도 가열 장치(20)는 2개의 부재사이에 위치된 열반응성 접합 재료에 의해 한정된 대체로 연속적으로 형상화된 접합선(즉, 접합선은 전체적으로 연속적이지 않음)의 경화 시간을 단축시키도록 작동하고, 유도 가열 장치(20)는 그 길이를 따라 형상화된 접합선에 인접하게 위치가능한 수동으로 재형성화가 가능한 케이블 조립체를 구비한다. 유도 가열 장치(20)는 그 길이를 따라 형상화된 접합선을 제어식으로 균일하게 가열하며 2차원 또는 3차원 공간 내에서 접합선을 균일하게 가열한다. 재형성화가 가능한 케이블 조립체는 접합선에 인접하게 (도시된 바와 같은) 비쌍극자 형상 또는 쌍극자 형상으로 위치될 수 있다. 본 발명에 따른 유도 가열 장치는 접착제, 방수제와 사용되거나 또는 제어식으로 균일 용융된 기타 재료용으로 사용되는 것을 포함하여 자동차 보수, 가정용 보수, 항공 산업, 농업 및 기계 산업 등을 포함하여 여러 용도를 가진다. 다른 용도는 본 적용예를 읽는다면 당업자에게 명백해질 것이다.
유도 가열 장치(20)는 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체(26)에 전기적으로 결합된 교류 전원 장치(24)를 구비한다. 패널 조립체(22)는 제1 형상을 갖는 제1 접합선(28)을 구비한다. 도시된 예시 실시예에 있어서, 제1 접합선(28)의 제1 형상은 패널 조립체(22)의 주연 에지의 형상과 대응한다.
재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체(26)는 제1 접합선(28)을 따라 위치된다. 특히, 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체(26)는 제1 접합선의 제1 형상으로 수동으로 형상화될 수 있다. 또한, 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체(26)는 제1 접합선의 제1 형상과 상이한 제2 접합선의 제2 형상으로 수동으로 재 형성화될 수 있다. 고정 기구(30)는 패널 조립체(22)에 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체(26)를 해제가능하게 고정하도록 제공된다. 양호한 일 실시예에 있어서, 고정 기구(30)는 금속 또는 비금속 클립 또는 고정 클램프를 포함한다. 접착제가 배면에 도포된(adhensive-backed) 부재(예컨대, 테이프), 또는 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체(26)를 패널 조립체(22)에 자기적으로 고정시키기 위한 자기 부재와 같은 기타 고정 기구가 사용될 수도 있다. 기타 적절한 고정 기구는 본 발명의 개시물을 읽는다면 당업자에게 명백해질 것이다.
전원 장치(24)는 교류 전원 장치이다. 전원 장치(24)는 출력 주파수가 1㎑보다 큰 것이 바람직한 고주파수 전원 장치이다. 양호한 일 실시예에 있어서, 전원 장치(24)의 출력 주파수는 10과 400㎑ 사이이다.
재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체(26)는 접합선(28)을 따라 위치된 단일 케이블로, 도시된 바와 같이 간단한 비쌍극자 방식으로 위치된다. 이러한 구성은 그 길이부를 따른 접합선(28)의 균일한 가열을 허용한다. 도시된 예시적인 실시예에 있어서, 제어된 균일한 가열은 추가적인 냉각 기구를 필요로 하지 않으며 수월하게 냉각된다. 보다 고온에서, 추가적인 냉각 작업을 필요로 할 것이다. 일 실시예에 있어서, 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체(26)는 복수의 와이어를 구비하며, 보다 바람직하게는 리츠 와이어(litz wire)이다. 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체(26)는 명세서에서 이후에 상세히 기술될 것이다. 선택적으로는, 케이블 조립체(26)는 접합선(28)에 인접한 쌍극자 형상으로 작동상 위치될 수 있다.
도2는 패널 조립체(22)의 제1 접합선(28)에 인접하게 작동상 위치된 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체(26)의 예시적인 일예를 도시하는 도1의 선2-2를 따라 취한 단면도이다. 패널 조립체(22)는 제1 부재(42)와 제2 부재(44) 사이에 위치된 열반응성 재료(40)를 구비한다. 제1 부재(42) 또는 제2 부재(44)는 전기 전도성 재료(예컨대, 금속 시트)로 제조된다. 일 적용예에 있어서, 제1 부재(42)는 자동차 금속 구조의 일부이고, 제2 부재(44)는 자동차 외부 시트 부재 또는 패널이다. 본원에서 사용된 전기 전도성 재료는 심한 하중을 받아서 연속적인 DC 전도율을 갖는 접착제 또는 고주파수로 전기를 전도하는 하중식 접착제를 또한 구비할 수도 있다.
열반응성 접합 재료(40)는 가열되는 경우에 경화 시간이 감소되는(즉, 경화율이 가속되는) 접합 재료이다. 접합 재료(40)는 당업자에게 공지된 바와 같이 일액형 또는 이액형 접합 재료(예컨대, 접착제)일 수 있다. 이액형 접합 재료의 예시적인 일 실시예는 세인트폴 미네소타 소재의 3M 컴파니로부터 상업적으로 입수가능한 3M 오토믹스 패널 접합 접착제(등록 상표)로 입수가능하다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 열반응성 접합 재료라는 용어는 본 발명이 "고용융" 방수제가 살포되는 것을 돕도록 사용될 수도 있도록 방수제를 또한 구비한다. 기타 열반응성 접합 재료는 에폭시, 폴리에스테르, 아크릴, 우레탄 또는 기타 유용한 열반응성 접합 재료 또는 재료 혼련물(blend)을 포함하는 열적 응결성 중합체를 구비한다. 이러한 재료는 조성물에 혼합되는 열적 활성 경화제를 또한 구비할 수도 있다. 또한, 이러한 접합 재료는 조성물에 추가된 촉진제를 구비할 수도 있어서, 재료는 완전 경화되거나 또는 저온에서 처리 강도를 달성하거나, 또는 단시간동안 열에 노출되는 경우에는 경화 시간을 단축시킬 것이다. 다른 열반응성 접합 재료는 본 발명의의 개시물을 읽는다면 당업자에게 명백해질 것이다.
재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체(26)는 그 길이부를 따라 패널 조립체(22) 제2 접합선(28)에 인접하게 작동상 위치되는 것이 도시된다. 일 실시예에 있어서, 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체(26)는 복수의 와이어(50, 예컨대 7개만이 도시된 600개의 와이어)를 포함하고, 보다 바람직하게는 100 내지 100개, 또는 그 이상의 와이어(50)를 구비한 리츠 와이어이다. 일 적용예에 있어서, 각 와이어는 직경이 0.03과 0.15mm사이이다. 일 적용예에 있어서, 각 와이어(50)는 절연 와이어를 한정하도록 절연 커버층(52)을 구비한다. 일 태양에 있어서, 절연 커버(52)는 중합체 재료(에컨대, 열가소성 수지 에나멜)로 제조된다. 선택적으로는, 외피 또는 제2 절연층(54)은 와이어(50)를 둘러싼다. 양호한 일 실시예에 있어서, 외피층(54)은 중합체 재료로 제조된다.
복수의 절연 와이어는 케이블 조립체의 전류 전달 표면 영역을 최대화하도록 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체(26)를 형성화하는 것이 바람직하다. 특히, 전도체는 고주파수로 그 표면 주위에 전하(즉, 전류)를 전달하므로, 절연성이 작은 다수의 와이어를 사용하는 것은 고주파수로 작은 저항 손실을 갖는 단일 와이어 또는 배관보다 많은 전류를 전달할 수 있는 보다 큰 전도체 표면 총영역을 유발한다. 이와 같이, 케이블 조립체의 저항이 고주파수 적용예에서 증가하지 않는 것은 바람직하지 못하다. 특히, 이는 종래의 경질 구리 와이어 또는 배관의 사용보 다 바람직하다.
양호한 일 실시예에 있어서, 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체(26)는 리츠 와이어 케이블 조립체이다. 리츠 와이어는 미국, 캘리포니아, 칼라브라 소재의 와이어트로닉 인코포레이티드을 포함한 여러 공급원으로부터 상업적으로 입수가능하다.
리츠 와이어 구조는 (전술된 바와 같은) "스킨 효과"로 인해 고형 전도체에서 나타난 동력 손실을 최소화하도록 설계된다. 스킨 효과는 무선 주파수 전류가 전도체의 표면에 집중되는 경향이다. 리츠 와이어 구조는 전도체의 크기를 현저하게 증가시키지 않고 표면 영역량을 증가시킴으로써 이 효과를 방해한다. 일반적으로, 다수의 가는 와이어 스트랜드로 구성되는 리츠 와이어 구조는 고주파수 적용예에 가장 적절하다. 폴리우레탄-나일론은 그 납땜능으로 인해 개별 스트랜드를 절연시키는 데에 가장 많이 사용되는 막이다. 그러나, 다른 고온 절연체가 또한 사용될 수도 있다는 것을 알 것이다.
각 와이어 스트랜드는 자기 와이어에 통상 사용되는 절연 에나멜로 전기 전열된다. 가장 통상적인 리츠 와이어용 절연체는 자기 와이어에 대해 NEMA MW 80-C(155℃ 열등급) 산업 표준을 충족하는 단량 또는 다량 구조(heavy build) 폴리우레탄-나일론이다. 다른 적절한 절연체 형태 또는 구조가 사용될 수도 있다. 리츠 와이어는 "보강성(served)" 또는 "비보강성"으로 기술될 수도 있다. 보강성 리츠 와이어는 전체 리츠 와이어 구조가 추가적인 강도 또는 보호를 위한 나일론 직물 또는 얀으로 감기는 것을 의미한다. 다른 선택 사항은 리츠 와이어 구조를 나일론 대신 FEP 테프론(등록 상표) 또는 PVC로 씌우는 것이다. 통상적인 테프론(등록상표) 두께는 0.0127 내지 0.0381m(0.05 인치 내지 0.15 인치)이다. 테프론은 듀폰 코포레이션의 등록 상표이다.
리츠 와이어 스트랜드 크기에 대한 통상적인 주파수 범위는 다음과 같다.
kHz 단위의 주파수 AWG 스트랜드 크기
1-10.0 30
10-50 33
50-100 36
100-200 38
200-400 40
400-800 42
800-1600 44
1600-3200 46
3200-5000 48

양호한 일 실시예에 있어서, 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체(26)는 테프론(등록상표) 외피를 갖는 34 AWG 구리 와이어, 단일 구조 폴리우레탄-나일론 절연체(열등급 155℃)의 661 전도체 리츠 와이어 조립체이다. 케이블 조립체의 외경은 약 0.00533과 0.00584m(0.21과 0.23 인치) 사이이다.
작동시에, 전원 장치(24)의 작동은 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체(26)에 의해 전달된 고주파수 전류를 제공한다. 전류 전달식 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체(26)는 자기장선(60)으로 표시되는 영역에 걸쳐 분포된 자기장을 제공하며, 이는 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체(26)에 근접하여 인접한 전기 전도성 재료(예컨대, 시트 금속)의 가열을 유발한다. 전기 전도성 재료의 결과적인 유도 가열은 전기 전도성 재료의 자기장에 의해 유도된 강한 와류에 의해 유발된다. 유도 가열된 전기 전도성 재료[예컨대, 제2 부재(44)]는 열 반응성 접합 재료(40)를 전도식으로 가열하도록 작동하여, 접합 재료(40)의 경화 시간을 가속하여, 바람직하게는 적어도 처리 강도로 가열한다. 양호한 일 실시예에 있어서, 제1 부재(2) 또는 제2 부재(44)는 전기 전도성 재료(예컨대, 시트 금속)로 제조된다. 선택적으로는, 외부 부재(45)는 비금속이고, 제2 부재(45)에 인접하게 위치된 부재(46)는 전기 전도성 재료(예컨대, 시트 금속)로 제조된다.
도3 내지 도5에 있어서, 단면도는 본 발명에 따른 유도 가열 장치의 적용예의 예시적인 대안 실시예를 도시하는 것이다. 특히, 도3에 있어서, 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체(26)는 제1 부재(42)에 인접하게 위치되고, 또한 양측으로부터 유도 가열을 허용하는 제2 부재(44)에 인접하게 위치된다. 도4에 있어서, 비전도성 부재(예컨대 유리섬유 도어 부재)는 제1 부재(42)에 접합된 상태이다. 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체(26)가 금속 위에 위치되거나 또는 금속 부재에 밀접하게 위치되는 경우에 보다 효과적으로 유도 가열하도록 작동하는 것은 공지된 바이지만, 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체(26)는 제1 부재(42)에 인접하게 및/또는 전기 비전도성 부재(45)에 인접하게 작동상 위치될 수 있다. 도5에 있어서, 금속 부재(46)는 열반응성 재료(40)의 가열을 돕도록 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체(26)에 인접하게 제공된다. 도시된 일 적용예에 있어서, 금속 부재(46)는 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체(26)와 전기 비전도성 부재(45) 사이에 위치된다. 작동시에, 금속 부재(46)는 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체(26)에 의해 유도 가열되고, 열은 열반응성 재료(40)로 전도식 으로 전달된다.
본 발명에 의한 유도 가열 장치는 여러 접합 및 접합해제 장치 모두에 유용하다. 접합해제 적용예에 있어서, 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체는 접합을 깨거나 또는 접합된 공작물을 분리하기에 충분한 온도로 접합선을 유도 가열하기 위한 접합선에 인접하게 위치된다. 유사하게는, 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체(26)를 포함한 본 발명에 의한 유도 가열 장치는 제1 부재에 인접하게 위치되지만, 제1 부재와 제2 부재 사이에 위치되지 않은 열반응성 재료(예컨대 접착제 또는 방수제)를 가열하는 데에 유용하다. 이러한 적용예는 2개의 부재 사이에 위치되지 않은 기판 상에 제공된 방수제에 대해 매우 유용하다. 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체를 포함한 본 발명에 따른 유도 가열 장치의 다른 적용예는 본 출원의 명세서를 읽는다면 당업자에게 명백해질 것이다.
도6에서 본 발명에 따른 유도 가열 장치(20)의 다른 예시적인 실시예가 도면부호 70으로 도시된다. 유도 가열 장치(70)는 본원에서 전술된 유도 가열 장치와 유사한 장치이다. 본 실시예에서, 유도 가열 장치(20)는 교류 전원 장치(24)의 제어된 작동을 위한 제어기(72)를 포함한다. 일 실시예에 있어서, 교류 전원 장치(24)는 펄스형 고주파수 출력(예컨대 2.5 내지 20㎑ 펄스율)을 갖는 교류직류교류 고주파수 변환기이다. 일 태양에 있어서, 제어기(72)는 타이머(74)와 주파수 제어 기구(FCM, 76)를 포함한다. 타이머(74)는 전원 장치(24)의 정기적 작동을 위해 전원 장치(24)에 전기적으로 결합되고, 이로써 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체(26)를 통한 유도 가열 시간을 제어한다. 기타 적절한 기술이 듀티 사이 클(예컨대 선택된 온 시간 및 오프 시간)과 같이 전원 장치(24)의 제어를 위해 사용될 수도 있다. 이러한 기술은 타이머 제한 시간 또는 미리 설정된, 작업자 설정식 듀티 사이클을 위해 전원을 인가하는 것을 구비할 수도 있다.
주파수 제어 기구(76)는 전원 장치(24)와 결합되고, 사용자가 전원 장치(24)의 전원 출력을 제어하게 한다. 일 태양에 있어서, 전원 장치(24)와 결합된 주파수 제어 기구(76)는 고정된 출력 주파수에서 가변 펄스 주파수 또는 비율(예컨대 2.5 내지 20㎑ 펄스율)을 제공하는 작동을 한다. 펄스율 증가시키는 주파수 제어 기구(76)의 작동은 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체(26)로의 전원 출력을 증가시킨다. 제어기(72)는 유도 가열 장치(70)의 작동을 제어하기 위해 다른 제어 장치를 구비할 수도 있다. 제어기(72)는 유도 가열 장치(20)의 선택적인 제어를 위한 로직 작동의 시퀀스를 실행하는 것이 가능하고 유도 가열 장치(70)가 다른 시스템과 인터페이스되게 하는 컴퓨터, 마이크로프로세서, 로직 게이트 또는 다른 부품을 구비할 수도 있다.
도7 내지 도11에 있어서, 예시적인 실시예는 가요가능하고 수동으로 재형성화가 가능한 케이블 조립체(16)를 2차원 및 3차원으로 형상화하는 것을 가능함을 도시한다. 또한, 소정의 형상으로 수동으로 형성화되면, 케이블 조립체(26)는 대체로 비탄성이고, 제2 형상으로 재위치 및 형상화될 때까지 소정의 형상을 보유하게 된다. 예컨대, 도7에 있어서, 케이블 조립체(26)는 3차원 접합선을 경화시키도록 사각형 형상의 물체에 대해 3차원 공간에 위치가능하다. 도8에 있어서, 케이블 조립체(26)는 3차원 접합선을 경화시키도록 원추 형상의 물체의 경화 표면을 따라 3차원 공간에 위치가능하다. 도9에 있어서, 케이블 조립체(26)는 3차원 접합선을 경화시키도록 원통형 형상에 대해 3차원 공간에 위치된다. 도10에 있어서, 케이블 조립체(26)는 대체로 아크 형상으로 2차원 형상으로 접합선을 따라 위치되고, 아크는 180도이상 연장한다. 유사하게는, 도11에서, 케이블 조립체(26)는 2차원 공간에 위치되는 것이 도시된다.
도12에 있어서, 본 발명에 따른 2개의 병치 부재를 접합 및 접합 해제시키기 위한 방법의 예시적인 일 실시예는 도면부호 100으로 도시된다. 방법은 대체로 연속적인 접합선을 한정하는 제2 부재와 제1 부재 사이에 위치된 열 반응성 접합 재료의 경화 시간을 단축시키고, 제1 부재 또는 제2 부재는 전기 전도성 재료로 제조되거나 전기 전도성 재료에 인접하게 위치된다. 방법은 열반응성 재료(예컨대 접착제 또는 방수제)를 가열하는 데에 또한 유용한다. 단계(102)에 있어서, 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체가 제공된다. 일 태양에 있어서, 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체는 함께 꼬인 복수의 와이어로 한정된다. 절연층은 절연 와이어를 형성하는 각 와이어를 덮는다. 외피층은 절연 와이어 모두를 덮는다. 보다 바람직하게는, 케이블 조립체는 리츠 와이어이다.
단계(104)에 있어서, 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체(26)를 제1 접합선의 제1 형상으로 수동으로 형상화하면서 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체(26)는 제1 접합선을 따라 제1 부재에 인접하게 위치된다. 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체(26)는 제1 형상의 형상을 보유하지만, 다른 형상으로 수동으로 재형성화될 수 있다. 단계(106)에 있어서, 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체는 교류 전원 장치(24)에 결합된다. 교류 전원 장치(24)는 출력 주파수가 1㎑보다 큰 고주파수 전원 장치이다. 양호한 일 실시예에 있어서, 출력 주파수는 25 내지 400㎑ 사이다. 제어기(72)는 전원 장치의 작용을 제어하기 위한 전원 장치에 결합될 수도 있다. 단계(108)에 있어서, 교류 전원 장치는 제1 접합선을 따라 대체로 균일하게 열반응성 재료를 제어식으로 전도성 가열하기 위해 전기 전도성 재료를 유도 가열하도록 작용한다.
재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체(26)는 그 길이부를 따라 제1 접합선으로 고정될 수도 있다. 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체(26)는 제1 접합선으로부터 제거가능하고 제1 접합선의 제1 형상과 상이한 제2 접합선의 제2 형상으로 수동 재형성화가 가능하다.
본 발명에 따른 유도 가열 장치(20)의 특정 사용예를 도시하는 일예가 다른 단락에서 상세화된다. 본 적용예에 있어서, 유도 가열 장치(20)는 차량 구조에 차량의 외부 금속 패널을 접합시키는 데에 이용되는 열반응성 접합 재료의 경화시간을 단축시키는 데에 이용되었다. 이용된 열반응성 접합 재료는 3M 패널 접합 접착제 8115이다. 먼저, 모든 페인트와 녹은 36 또는 50 그릿 연마 디스크를 사용하여 접합될 표면으로부터 제거된다. 대체 패널은 차량 구조에 건조 끼워지고(dry-fit), 제위치에서 부분 클램핑되고 고정 및 정렬을 위해 확인된다. 그런 후, 대체 패널은 차량으로부터 제거된다. 접합될 영역은 비누 또는 물로 세척된다.
3M 일반용 접착제 크리너 또는 3M 초고속 접착제 크리너는 접합 표면으로부터 임의의 그리스, 왁스, 및/또는 타르를 제거하는 데에 사용된다.
접착제(즉, 열반응성 접합 재료)는 접합될 영역에 모두 인가된다. 플라스틱 스프레더(spreader)는 추가적인 접착제 비드(bead)를 위한 기제를 제공하도록 사용될 수도 있는 접착제 배출 도구로 사용된다. 접착제 비드는 대체 패널의 내부 에지로부터 대략 0.00635m(1/4인치) 도포되었다. 그런 후, 대체 패널은 차량 구조와 적절하게 정렬되어 끼워졌고 임의의 이동을 방지하도록 클램프를 사용하여 고정되었다.
0.00737×10.0584m(0.29인치×33피트) 리츠 와이어는 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체에 이용된다. 케이블 조립체는 1500W, 120VAC, 25 내지 50㎾ 유효 전원 장치에 결합된다. 케이블 조립체는 그 길이를 따른 대체로 연속적인 접합선 상에 비쌍극자 방식으로 위치되었고, 전원 장치가 작용되었다. 전원 장치는 케이블 조립체로의 전류를 제어하도록 가감 저항기를 구비함으로써 접합 접착제의 가열을 제어한다. 가감 저항기는 85%로 설정되었고, 금속 대체 패널은 10분에 93.33℃(200℉)의 온도에 도달하였다. 온도는 정상 상태에 아직 도달하지 않았지만, 짜진 접착제는 경화화되어 클램프를 고정하지 않고 부품들을 함께 보유하도록 발생되는 충분한 경화를 나타냈다(즉, 처리강도의 달성). 전원 장치로의 동력은 꺼졌고, 대체 패널은 대략 10분에 37.77℃(100℉) 미만으로 냉각되는 것이 허용되었다. 클램프는 제거되었다. 접착제 인가, 열 경화 및 냉각을 위한 총시간은 100분미만이였다. 가열 작업은 클램프의 제거를 허용하도록 처리 강도를 신속하게 보유하는 데에만 필요하였다. 유도 가열 장치는 처리 강도를 달성하는 데에 3시간 반의 시간을 단축하였다.
본 발명의 다수의 특징 및 장점은 상기 설명에서 설명되었다. 본 개시물은 여러면에서 단지 도시적이라는 것을 물론 알 것이다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않고서도 부품의 형상, 크기, 및 배치면에서 변경이 상세히 이루어질 수 있다. 본 발명의 범위는 이후의 청구의 범위를 표현하는 언어로 한정될 것이다.

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  49. ⅰ) 제1 부재 또는 제2 부재가 전기 전도성 재료로 제조되거나 전기 전도성 재료에 인접하게 위치되는 제1 부재와 제2 부재 사이에 위치되거나 ⅱ) 제1 부재가 전기 전도성 재료로 제조되거나 전기 전도성 재료에 인접하게 위치되는 제1 부재에 인접하게 위치되는 열반응성 접합 재료의 길이에 의해 한정되는 대체로 연속적인 제1 접합선을 가열하기 위한 유도 가열 장치이며, 상기 유도 가열 장치는,
    (a) 함께 꼬인 복수의 와이어와, (b) 절연 와이어를 형성하는 각 와이어를 덮는 제1 절연층과, (c) 절연 와이어 모두를 덮는 외피층을 포함하고, 제1 접합선을 따라 제1 부재에 인접하게 작동상 위치되고, 제1 접합선의 제1 형상으로 수동으로 형성화가 가능하고 제1 접합선의 제1 형상과 상이한 제2 접합선의 제2 형상으로 수동으로 재형성화가 가능한, 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체와,
    상기 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체에 전기 결합되는 교류 전원 장치를 포함하고,
    상기 교류 전원 장치가 작동하는 경우에 상기 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체는 제1 접합선을 따라 대체로 균일하게 열응답성 접합 재료를 전도성 가열하기 위해 전기 전도성 재료를 유도 가열하도록 작동하는 유도 가열 장치.
  50. 대체로 연속적인 제1 접합선을 한정하는 제1 부재와 제2 부재 사이에 위치된 열반응성 접합 재료의 경화 시간을 단축시키는 단계를 구비하는 2개의 병치 부재의 접합 방법이며, 상기 제1 부재 또는 제2 부재는 전기 전도성 재료로 제조되거나 또는 전기 전도성 재료에 인접하게 위치되고, 상기 방법은,
    (a) 함께 꼬인 복수의 와이어와, (b) 절연 와이어를 형성하는 각 와이어를 덮는 제1 절연층과, (c) 절연 와이어 모두를 덮는 외피층을 포함하는 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체를 제공하는 단계와,
    상기 제1 접합선의 제1 형상으로 상기 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체를 수동 형상화하는 단계를 포함하여 제1 접합선을 따라 제1 부재에 인접하게 상기 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체를 위치시키는 단계와,
    교류 전원 장치에 상기 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체를 결합하는 단계와,
    상기 제1 접합선을 따라 대체로 균일하게 상기 열반응성 재료를 전도성 가열하기 위한 열 전도성 재료를 유도 가열하도록 교류 전원 장치를 작동시키는 단계를 포함하는 방법.
  51. 제1 부재가 전기 전도성 재료로 제조되거나 전기 전도성 재료에 인접하게 위치되는, 1개 이상의 부재를 접합해제하는 방법이며, 상기 방법은,
    (a) 함께 꼬인 복수의 와이어와, (b) 절연 와이어를 형성하는 각 와이어를 덮는 제1 절연층과, (c) 절연 와이어 모두를 덮는 외피층을 포함하는 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체를 제공하는 단계와,
    상기 제1 접합선의 제1 형상으로 상기 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체를 수동 형상화하는 단계를 포함하여 제1 접합선을 따라 제1 부재에 인접하게 상기 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체를 위치시키는 단계와, ,
    전원 장치에 상기 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체를 결합시키는 단계와,
    상기 제1 접합선을 따라 대체로 균일하게 열반응성 재료를 전도성 가열하기 위해 전기 전도성 재료를 유도 가열하는 전원 장치를 작동시키는 단계를 포함하는 방법.
  52. 제49항에 있어서, 상기 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체는 제1 접합선에 인접하게 비쌍극자 형상 또는 쌍극자 형상으로 위치가능한 유도 가열 장치.
  53. 제49항에 있어서, 상기 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체는 리츠 와이어인 유도 가열 장치.
  54. 제49항에 있어서, 상기 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체를 제1 부재에 고정시키기 위한 고정 기구를 더 포함하는 유도 가열 장치.
  55. 제49항에 있어서, 상기 재형성화가 가능한 가요성 케이블 조립체는 대체로 비탄성인 유도 가열 장치.
  56. 제49항에 있어서, 상기 각 와이어의 직경은 0.03과 0.5mm 사이의 범위인 유도 가열 장치.
KR1020027005098A 1999-10-21 2000-04-12 순응성 루프 유도 가열 장치 및 접합 부재의 가속 경화를위한 방법 KR100670858B1 (ko)

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