KR101832741B1 - 플라스틱 복합소재 구조체 및 이의 제조방법 - Google Patents

플라스틱 복합소재 구조체 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

플라스틱 복합소재 구조체가 개시된다. 개시된 플라스틱 복합소재 구조체는 ⅰ)접합홀을 형성하고 있는 플라스틱 복합소재의 판재 바디와, ⅱ)스터드에 일체로 사출 성형되며 접합홀에 압입되는 플라스틱 성형체를 가진 체결부재와, ⅲ)플라스틱 성형체의 압입 외주 면에 구비된 융착 돌기가 초음파 진동으로서 접합홀의 내주 면에 융착되며, 플라스틱 성형체의 압입 외주 면과 접합홀의 내주 면을 접합하는 제1 접합부와, ⅳ)플라스틱 성형체의 플랜지 면에 도포된 접착제를 통해 플라스틱 성형체의 플랜지 면과 판재 바디의 접합홀 가장자리 상면을 접합하는 제2 접합부를 포함할 수 있다.

Description

플라스틱 복합소재 구조체 및 이의 제조방법 {PLASTIC COMPLEX MATERIALS STRUCTURE AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
본 발명의 실시 예는 플라스틱 복합소재 구조체 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플라스틱 복합소재의 판재에 스터드와 같은 하드웨어가 접합된 플라스틱 복합소재 구조체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근에는 차체의 고강도 경량화 추세에 따라 차체 소재로서, 초고장력강 등과 같은 강판, 알루미늄 또는 마그네슘 등과 같은 비철 금속판재, 이 뿐만 아니라 섬유 강화 플라스틱(FRP: Fiber Reinforced Plastic), 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP: CARBON FIBER REINFORCED PLASTICS) 등과 같은 플라스틱 복합소재의 판재를 적용하는 사례가 빈번해 졌다.
여기서, 플라스틱 복합소재는 강도, 탄성률, 경량성, 안정성이 우수하기 때문에, 항공 분야나 자동차 분야에서 주요한 재료 중 하나로 각광받고 있으며, 당 업계에서는 플라스틱 복합소재의 향후 사용이 더욱 확대되고, 제조량 또한 비약적으로 증가될 것으로 기대하고 있다.
플라스틱 복합소재는 플라스틱 수지류에 섬유소재를 함침하여 경화시킨 것으로, 예를 들면 섬유소재를 와인딩 모양이나 직물 모양으로 제조한 후, 그 섬유소재를 플라스틱 수지류에 함침하여 경화시킴으로써 제조될 수 있다.
즉, 플라스틱 수지류는 경도가 우수한 반면 인장강도가 약해 쉽게 끊어지고, 섬유소재는 인장강도가 높지만 굽힘 반발력이 없기 때문에, 플라스틱 복합소재는 이들 플라스틱 수지류와 탄소섬유를 결합하여 제조될 수 있다.
한편, 상기한 바와 같은 플라스틱 복합소재를 판재로서 제조하고 그 플라스틱 복합판재를 차체에 적용하기 위해서는 플라스틱 복합판재와 금속판재의 접합이 가능해야 하는데, 두 소재의 물성적 특성에 의해 레이저 용접이나 스폿 용접은 불가능하다.
이에 당 업계에서는 구조용 접착제를 이용한 본딩 방식이나 체결부품을 이용한 기계적인 접합 방식의 매우 제한적인 접합 방식으로서 이종소재의 플라스틱 복합판재와 금속판재를 접합하고 있는 실정이다.
하지만, 상기에서 기계적인 접합 방식의 경우는 체결부품에 의한 플라스틱 복합소재의 섬유 손상을 유발하는 등 플라스틱 복합소재의 고유 물성을 저하시킬 수 있다.
한편, 종래 기술에서는 플라스틱 복합판재를 금속판재와 같은 이종소재에 접합하기 위한 다른 예로서, 그 플라스틱 복합판재에 스터드 볼트 또는 스터드 너트와 같은 하드웨어를 접합하고, 그 하드웨어를 통해 플라스틱 복합판재와 이종소재를 체결하고 있다.
예를 들면, 종래 기술에서는 플라스틱 복합판재에 접합홀을 피어싱 하고, 그 접합홀에 하드웨어를 끼우며, 접착제로서 하드웨어를 플라스틱 복합판재에 접합하는 방식을 취하고 있다.
그런데, 종래 기술에서는 접착제를 빠른 속도로 경화시키기 위해 고가의 UV 경화 접착제와 경화장치를 사용하고 있기 때문에, 하드웨어 조립의 원가 절감 측면에서 불리하고, 접착제만을 사용하여 하드웨어를 플라스틱 복합판재에 접합하므로 플라스틱 복합판재에 대한 하드웨어의 접합 성능이 떨어질 수 있다.
상기와 같은 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예들은 플라스틱 복합소재의 섬유 손상을 유발하지 않으며 금속판재와 같은 이종소재와 기계적인 접합 방식으로 접합될 수 있고, 플라스틱 복합소재에 대한 하드웨어의 접합 성능을 증대시킬 수 있도록 한 플라스틱 복합소재 구조체를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 실시 예들은 고가의 경화 접착제와 접착제 경화장치를 사용하지 않고 플라스틱 복합소재에 하드웨어를 접합할 수 있도록 한 플라스틱 복합소재 구조체의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 플라스틱 복합소재 구조체는, ⅰ)접합홀을 형성하고 있는 플라스틱 복합소재의 판재 바디와, ⅱ)스터드에 일체로 사출 성형되며 상기 접합홀에 압입되는 플라스틱 성형체를 가진 체결부재와, ⅲ)상기 플라스틱 성형체의 압입 외주 면에 구비된 융착 돌기가 초음파 진동으로서 접합홀의 내주 면에 융착되며, 상기 플라스틱 성형체의 압입 외주 면과 접합홀의 내주 면을 접합하는 제1 접합부와, ⅳ)상기 플라스틱 성형체의 플랜지 면에 도포된 접착제를 통해 상기 플라스틱 성형체의 플랜지 면과 상기 판재 바디의 접합홀 가장자리 상면을 접합하는 제2 접합부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 플라스틱 복합소재 구조체에 있어서, 상기 플라스틱 성형체는 상기 접합홀에 압입되며 상기 제1 접합부를 통해 접합홀의 내주 면에 접합되는 스템 형상의 제1 부분과, 상기 제1 부분과 일체로 연결되며 상기 제2 접합부를 통해 상기 판재 바디의 접합홀 가장자리 상면에 접합되는 플랜지 형상의 제2 부분을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 플라스틱 복합소재 구조체에 있어서, 상기 스터드는 스터드 볼트 및 스터드 너트를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 플라스틱 복합소재 구조체에 있어서, 상기 접착제는 상온 경화 접착제를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 플라스틱 복합소재 구조체에 있어서, 상기 판재 바디는 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastic)으로 이루어질 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시 예에 따른 플라스틱 복합소재 구조체의 제조방법은, (a)접합홀을 형성하고 있는 플라스틱 복합소재의 판재 바디를 제공하는 단계와, (b)스터드에 플라스틱 성형체가 일체로 사출 성형되며, 상기 플라스틱 성형체의 제1 부분에 복수 개의 융착 돌기를 형성하고 있는 체결부재를 제공하는 단계와, (c)상기 접합홀의 가장자리 상면에 대응하는 상기 플라스틱 성형체의 제2 부분 하면에 접착제를 도포하는 단계와, (d)초음파 진동자로서 상기 체결부재를 가압하며 상기 플라스틱 성형체의 제1 부분을 상기 접합홀에 압입하고, 상기 초음파 진동자를 통해 상기 플라스틱 성형체에 초음파 진동을 인가하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 플라스틱 복합소재 구조체의 제조방법에 있어서, 상기 (b) 단계에서는 상기 접합홀에 압입되는 제1 부분의 외주 면에 상기 융착 돌기들이 외주 방향을 따라 설정된 간격으로 이격되게 구비된 체결부재를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 플라스틱 복합소재 구조체의 제조방법에 있어서, 상기 융착 돌기는 상하 직선형의 돌기로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 플라스틱 복합소재 구조체의 제조방법에 있어서, 상기 융착 돌기는 나선형의 돌기로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 플라스틱 복합소재 구조체의 제조방법에 있어서, 상기 (c) 단계에서는 상기 접착제로서 상온 경화 접착제를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 플라스틱 복합소재 구조체의 제조방법에 있어서, 상기 (d) 단계에서 상기 초음파 진동자는 상기 체결부재를 가압하며, 초음파 진동 발진부로부터 초음파 진동을 제공받는 혼부(horn)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 플라스틱 복합소재 구조체의 제조방법은, 상기 (d) 단계를 거치는 동안 상기 접착제를 상온 경화시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 플라스틱 복합소재 구조체의 제조방법은, 상기 융착 돌기가 초음파 진동에 의해 융착되며, 상기 제1 부분의 외주 면과 접합홀의 내주 면이 접합된 제1 접합부를 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 플라스틱 복합소재 구조체의 제조방법은, 상기 경화된 접착제를 통해 상기 제2 부분의 하면과 상기 접합홀의 가장자리 상면이 접합된 제2 접합부를 형성할 수 있다.
본 발명의 실시 예들은 초음파 진동을 이용하여 플라스틱 복합소재의 판재 바디와 체결부재를 융착 접합하고, 상온 경화 접착제를 이용하여 판재 바디와 체결부재를 접착하므로, 플라스틱 복합소재의 섬유 손상을 유발하지 않고, 플라스틱 복합소재의 고유 물성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에서는 초음파 진동과 접착제를 이용하여 판재 바디에 체결부재를 접합할 수 있으므로, 플라스틱 복합소재에 대한 하드웨어의 접합 성능을 증대시킬 수 있다.
더 나아가, 본 발명의 실시 예에서는 비교적 고가의 경화 접착제와 접착제 경화장치를 사용하지 않고 플라스틱 복합소재에 하드웨어를 접합할 수 있으므로, 하드웨어의 조립 원가를 절감할 수 있다.
이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시 예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 플라스틱 복합소재 구조체를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 플라스틱 복합소재 구조체를 도시한 단면 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 플라스틱 복합소재 구조체의 변형 예를 도시한 단면 구성도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 플라스틱 복합소재 구조체의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
그리고, 하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 "...유닛", "...수단", "...부", "...부재" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 플라스틱 복합소재 구조체를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 플라스틱 복합소재 구조체를 도시한 단면 구성도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 플라스틱 복합소재 구조체(100)는 이종소재와 접합되며, 차체 패널과 같은 차체 조립용 부품으로 구성될 수 있다.
예를 들면, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 플라스틱 복합소재 구조체(100)는 차체 패널의 경량화를 도모하기 위해, 스터드 등의 하드웨어(체결부품)를 통하여 금속판재(1) 등의 이종소재와 기계적인 접합 방식으로 체결될 수 있다.
상기에서 플라스틱 복합소재는 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastic)을 포함할 수 있으며, 더 나아가서는 섬유 강화 플라스틱(FRP: Fiber Reinforced Plastic)을 포함할 수도 있다.
여기서, 상기 플라스틱 복합소재는 플라스틱 수지류에 섬유소재(예를 들면, 탄소섬유)를 함침한 다수 매의 소재 레이어들을 적층하고 그 플라스틱 수지류를 경화하여 제작된 판재로 구비될 수 있다.
이러한 플라스틱 복합소재는 섬유소재를 강화재로 하며, 고강도고탄성의 경량 구조재서 주목받고 있는 첨단 복합 재료이고, 경량 구조용 재료로서 뛰어난 특성을 갖고 있다.
그리고, 상기 플라스틱 복합소재는 스틸 소재 대비 강도 및 탄성율이 우수하고 반복 피로에 뛰어나며, 열팽창 계수가 작기 때문에 치수 안정성이 뛰어나고, 전기 전도성, 내식성, 진동 감쇠 성능이 우수한 특성도 있다.
한편, 상기한 바와 같은 금속판재(1)는 일반적인 스틸 강판, 스테인레스 스틸 강판 및 고장력 강판 및 초고장력 강판 등으로 이루어진 스틸 판재를 포함할 수 있고, 알루미늄 및 마그네슘 소재 등과 같은 비철 합금 소재의 비철 금속판재를 포함할 수도 있다.
상기에서와 같은 플라스틱 복합소재와 금속판재(1)는 차체용 패널에 적용되는 것으로 한정되지 않고, 차체용 멤버 및 프레임 등과 같은 각종 차체 구조물에 적용될 수도 있다.
더 나아가, 본 발명의 보호범위가 차체용 이종소재 판재 부품을 접합하는 것에 한정되는 것으로 이해되어서는 아니되며, 다양한 종류 및 용도의 구조물에 채용되는 이종소재의 판재 부품을 접합하는 것이라면 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 플라스틱 복합소재 구조체(100)는 플라스틱 복합소재의 섬유 손상을 유발하지 않으며 금속판재(1)와 같은 이종소재와 기계적인 접합 방식으로 접합될 수 있고, 플라스틱 복합소재에 대한 하드웨어의 접합 성능을 증대시킬 수 있는 구조로 이루어진다.
또한, 본 발명의 실시 예에서는 고가의 경화 접착제와 접착제 경화장치를 사용하지 않고 플라스틱 복합소재에 하드웨어를 접합할 수 있는 플라스틱 복합소재 구조체의 제조방법을 제공한다.
이를 위해 본 발명의 실시 예에 따른 상기 플라스틱 복합소재 구조체(100)는 기본적으로, 판재 바디(10)와 체결부재(20)를 포함하고 있다.
상기 판재 바디(10)는 위에서 언급한 바와 같은 플라스틱 복합소재로 이루어지며, 체결부재(20)를 접합하기 위한 접합홀(11)을 형성하고 있다. 더 나아가 이러한 판재 바디(10)는 도면에 도시되지 않은 다양한 형상의 돌기 및 홈을 형성할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 체결부재(20)는 접합홀(11)을 통하여 판재 바디(10)에 일체로 접합되는 것으로서, 금속판재(1)와 같은 이종소재와 상기 판재 바디(10)를 일체로 체결하기 위한 것이다.
상기 체결부재(20)는 하드웨어로서의 스터드(21)와, 그 스터드(21)에 일체로 형성되는 플라스틱 성형체(25)를 포함하고 있다. 상기 스터드(21)는 예를 들어 스터드 너트(22)를 포함할 수 있다. 상기 스터드 너트(22)는 볼트(B)를 통해 판재 바디(10)와 금속판재(1)를 체결할 수 있다.
대안으로서, 상기 스터드(21)는 도 3에서와 같이, 스터드 볼트(23)를 포함할 수도 있다. 상기 스터드 볼트(23)는 너트(N)를 통해 판재 바디(10)와 금속판재(1)를 체결할 수 있다. 그러나, 이하에서는 상기 스터드(21)로서 스터드 너트(22)를 예로 들어 설명하기로 한다.
상기 플라스틱 성형체(25)는 스터드(21)에 일체로 사출 성형되며, 판재 바디(10)의 접합홀(11)에 압입되는 플라스틱 인서트 사출 성형체로 구비된다. 이러한 플라스틱 성형체(25)는 판재 바디(10)의 접합홀(11)에 압입되는 스템 형상의 제1 부분(31)과, 제1 부분(31)과 일체로 연결되며 접합홀(11)의 가장자리 상면을 지지하는 플랜지 형상의 제2 부분(32)으로 이루어진다.
상기 제1 부분(31)은 판재 바디(10)의 접합홀(11)에 압입되는 부분으로, 그 압입 외주 면에 구비된 융착 돌기(35: 도 4 참조)가 초음파 진동으로서 접합홀(11)의 내주 면에 융착되며 접합될 수 있다. 이와 같은 융착 돌기(35)와 초음파 진동에 의한 제1 부분(31)의 접합 공정은 이하 본 발명의 실시 예에 따른 플라스틱 복합소재 구조체의 제조방법에서 더욱 자세하게 설명될 것이다.
따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 플라스틱 복합소재 구조체(100)는 플라스틱 성형체(25)의 제1 부분(31)의 압입 외주 면이 접합홀(11)의 내주 면에 초음파 진동을 통해 융착 접합된 제1 접합부(40)를 포함하고 있다.
한편, 상기 플라스틱 성형체(25)의 제2 부분(32)은 제1 부분(31)의 외주를 따라서 외측 방향으로 연장된 플랜지로 구비되며, 제2 부분(32)의 하면은 접합홀(11)의 가장자리 상면을 지지하는 플랜지 면으로 형성된다. 상기 제2 부분(32)은 이의 하면(플랜지 면)에 도포된 접착제(39)를 통해 그 하면이 접합홀(11)의 가장자리 상면에 접합될 수 있다. 이와 같은 접착제(39)는 상온에서 일정 시간이 경과하면 경화되는 공지 기술의 상온 경화 접착제로 구비될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 플라스틱 복합소재 구조체(100)는 플라스틱 성형체(25)의 제2 부분(32)의 하면(플랜지 면)이 접착제(39)에 의해 접합홀(11)의 가장자리 상면에 접합된 제2 접합부(60)를 포함하고 있다.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시 예에 따른 플라스틱 복합소재 구조체(100)의 제조방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 플라스틱 복합소재 구조체의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 우선 본 발명의 실시 예에서는 접합홀(11)을 형성하고 있는 플라스틱 복합소재의 판재 바디(10)와, 스터드(21)에 플라스틱 성형체(25)가 일체로 사출 성형된 체결부재(20)를 제공한다.
여기서, 상기 플라스틱 성형체(25)는 전술한 바 있듯이 스템 형상의 제1 부분(31)과, 플랜지 형상의 제2 부분(32)으로 이루어진다. 상기 제1 부분(31)의 외주 면에는 상하 방향을 따라 직선형의 융착 돌기(35)를 형성하고 있다. 상기 융착 돌기(35)는 복수 개로 구비되며, 제1 부분(31)의 외주 면에 그 외주 방향을 따라 설정된 간격으로 이격되게 형성된다.
대안으로서, 상기 융착 돌기(35)는 제1 부분(31)의 외주 면에 상하 직선형의 돌기로서 형성되는 것에 반드시 한정되지 않고, 도 5에서와 같은 나선형의 돌기로서 형성될 수도 있다.
이어서, 본 발명의 실시 예에서는 판재 바디(10)의 접합홀(11) 가장자리 상면에 대응하는 제2 부분(32)의 하면(플랜지 면)에 접착제(39)를 도포한다. 상기 접착제(39)는 상온에서 일정 시간이 경과하면 경화되는 공지 기술의 상온 경화 접착제로 구비된다.
그리고 나서, 본 발명의 실시 예에서는 도 6에서와 같이, 초음파 진동자(70)를 제공하는데, 상기 초음파 진동자(70)는 체결부재(20)를 가압하는 혼(horn)부(71)를 포함하고 있다.
예를 들면, 상기 혼부(71)는 체결부재(20)의 스터드(21) 및 플라스틱 성형체(25)를 가압할 수 있고, 체결부재(20)에서 제2 부분(32)을 제외한 나머지 부분만을 가압할 수도 있고, 제2 부분(32)의 상면을 가압할 수도 있다. 그러나 이하에서는 체결부재(20) 전체를 상측에서 하측으로 가압하는 예로 설명한다.
상기에서 혼부(71)는 공압 실린더 또는 서보 모터를 포함하는 공지 기술의 가압원(72)을 통해 체결부재(20)의 상부를 가압하며, 제1 부분(31)을 접합홀(11)에 압입함과 동시에, 초음파 진동 발진부(73)로부터 초음파 진동력을 제공받아 그 초음파 진동력을 체결부재(20)로 전달하는 기능을 하게 된다.
여기서, 상기 초음파 진동 발진부(73)는 혼부(71)에 연결되는 부스터(booster)와, 그 부스터에 연결되는 컨버터(converter)로 구성되며, 예를 들면 100~200J의 초음파 진동력을 혼부(71)에 제공할 수 있다.
이러한 초음파 진동자(70) 및 초음파 진동 발진부(73)는 당 업계에서 널리 알려진 공지 기술의 초음파 진동 접합 시스템에 구성되는 것이므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.
한편, 본 발명의 실시 예에서는 상기와 같은 플라스틱 성형체(25)의 제1 부분(31)을 판재 바디(10)의 접합홀(11)에 위치시키고, 초음파 진동자(70)의 혼부(71)를 체결부재(20)의 상부에 위치시킨다.
그런 다음, 본 발명의 실시 예에서는 가압원(72)을 통해 혼부(71)를 가압한다. 그러면, 상기 가압원(72)의 가압력이 혼부(71)를 통해 체결부재(20)로 전달됨에 따라, 플라스틱 성형체(25)의 제1 부분(31)은 판재 바디(10)의 접합홀(11)에 압입된다. 이 경우 상기 제1 부분(31)은 융착 돌기(35)를 통해 접합홀(11)의 내주 면에 밀착되며 그 접합홀(11)에 압입된다.
여기서, 상기 융착 돌기(35)가 직선형 돌기인 경우, 제1 부분(31)은 융착 돌기(35)에 의해 접합홀(11)의 내주 면을 따라 하측 방향으로 안내되며, 그 접합홀(11)에 용이하게 압입될 수 있다. 이 때, 상기 접착제(39)는 접합홀(11)의 가장자리 상면과 제2 부분(32)의 하면(플랜지 면)을 가 접착한 상태에 있다.
이러는 과정을 거치는 동안, 본 발명의 실시 예에서는 초음파 진동 발진부(73)를 통해 초음파 진동력을 혼부(71)에 제공한다.
여기서, 상기 초음파 진동 발진부(73)의 컨버터는 전원으로부터 인가되는 전기적인 신호를 기계적인 초음파 신호로 변환하고, 부스터는 컨버터로부터 발진되는 초음파 신호를 증폭시켜 100~200J의 초음파 진동을 발생시킨다.
이에, 상기 혼부(71)는 부스터로부터 초음파 진동력을 제공받아 체결부재(20)에 인가한다. 그러면, 상기 제1 부분(31)의 융착 돌기(35)는 초음파 진동에 의해 접합홀(11)의 내주 면과 마찰하며 그 접합홀(11)의 내주 면에 융착된다.
따라서, 본 발명의 실시 예에서는 제1 부분(31)의 융착 돌기(35)가 초음파 진동에 의해 접합홀(11)의 내주 면에 융착 접합된 제1 접합부(40)를 형성한다. 이 경우, 상기 융착 돌기(35)가 나선형 돌기인 경우, 그 융착 돌기(35)에 의한 융착 면적이 증가함에 따라, 제1 접합부(40)의 접합력을 더욱 증대시킬 수 있다.
한편, 상기한 과정을 거치는 동안, 접합홀(11)의 가장자리 상면과 제2 부분(32)의 하면(플랜지 면)을 가 접착하고 있는 접착제(39)는 상온 경화되는데, 본 발명의 실시 예에서는 상기 제2 부분(32)의 하면이 그 경화된 접착제(39)에 의해 접합홀(11)의 가장자리 상면에 접합된 제2 접합부(60)를 형성한다.
이로써, 본 발명의 실시 예에서는 지금까지 설명한 바와 같은 일련의 과정을 통해 플라스틱 복합소재의 판재 바디(10)에 하드웨어로서의 체결부재(20)를 일체로 접합한 플라스틱 복합소재 구조체(100)를 제공할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시 예에서는 초음파 진동을 이용하여 플라스틱 복합소재의 판재 바디(10)와 체결부재(20)를 융착 접합하고, 상온 경화 접착제(39)를 이용하여 판재 바디(10)와 체결부재(20)를 접착하므로, 플라스틱 복합소재의 섬유 손상을 유발하지 않고, 플라스틱 복합소재의 고유 물성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에서는 초음파 진동과 접착제를 이용하여 판재 바디(10)에 체결부재(20)를 접합할 수 있으므로, 플라스틱 복합소재에 대한 하드웨어의 접합 성능을 증대시킬 수 있다.
더 나아가, 본 발명의 실시 예에서는 비교적 고가의 경화 접착제와 접착제 경화장치를 사용하지 않고 플라스틱 복합소재에 하드웨어를 접합할 수 있으므로, 하드웨어의 조립 원가를 절감할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시 예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 본 명세서에서 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상을 이해하는 당업자는 동일한 기술적 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 권리 범위 내에 든다고 할 것이다.
1... 금속판재 10... 판재 바디
11... 접합홀 20... 체결부재
21... 스터드 22... 스터드 너트
23... 스터드 볼트 25... 플라스틱 성형체
31... 제1 부분 32... 제2 부분
35... 융착 돌기 39... 접착제
40... 제1 접합부 60... 제2 접합부
70... 초음파 진동자 71... 혼부
72... 가압원 73... 초음파 진동 발진부

Claims (13)

  1. 접합홀을 형성하고 있는 플라스틱 복합소재의 판재 바디;
    스터드 볼트 및 스터드 너트를 포함하는 스터드에 일체로 사출 성형되며 상기 접합홀을 통하여 상기 판재 바디에 일체로 접합되는 플라스틱 성형체를 가진 체결부재;
    상기 플라스틱 성형체의 압입 외주 면에 구비된 융착 돌기가 초음파 진동으로서 접합홀의 내주 면에 융착되며, 상기 플라스틱 성형체의 압입 외주 면과 접합홀의 내주 면을 접합하는 제1 접합부; 및
    상기 플라스틱 성형체의 플랜지 면에 도포된 접착제를 통해 상기 플라스틱 성형체의 플랜지 면과 상기 판재 바디의 접합홀 가장자리 상면을 접합하는 제2 접합부;를 포함하고,
    상기 플라스틱 성형체는, 상기 접합홀에 압입되며 상기 제1 접합부를 통해 접합홀의 내주 면에 접합되는 스템 형상의 제1 부분과, 상기 제1 부분과 일체로 연결되며 상기 제2 접합부를 통해 상기 판재 바디의 접합홀 가장자리 상면에 접합되는 플랜지 형상의 제2 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 복합소재 구조체.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 접착제는 상온 경화 접착제인 것을 특징으로 하는 플라스틱 복합소재 구조체.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 판재 바디는 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastic)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라스틱 복합소재 구조체.
  6. (a) 접합홀을 형성하고 있는 플라스틱 복합소재의 판재 바디를 제공하는 단계;
    (b) 스터드 볼트 및 스터드 너트를 포함하는 스터드에 플라스틱 성형체가 일체로 사출 성형되며, 상기 플라스틱 성형체의 제1 부분에 복수 개의 융착 돌기를 형성하고 있는 체결부재를 제공하는 단계;
    (c) 상기 접합홀의 가장자리 상면에 대응하는 상기 플라스틱 성형체의 제2 부분 하면에 접착제를 도포하는 단계;
    (d) 초음파 진동자로서 상기 체결부재를 가압하며 상기 플라스틱 성형체의 제1 부분을 상기 접합홀에 압입하고, 상기 초음파 진동자를 통해 상기 플라스틱 성형체에 초음파 진동을 인가하는 단계;를 포함하며,
    상기 (b) 단계에서는, 상기 접합홀에 압입되는 제1 부분의 외주 면에 상기 융착 돌기들이 외주 방향을 따라 설정된 간격으로 이격되게 구비된 체결부재를 제공하고,
    상기 (d) 단계를 거치는 동안, 상기 접착제를 상온 경화시키고, 상기 융착 돌기가 초음파 진동에 의해 융착되며, 상기 제1 부분의 외주 면과 접합홀의 내주 면이 접합된 제1 접합부를 형성하고, 상기 경화된 접착제를 통해 상기 제2 부분의 하면과 상기 접합홀의 가장자리 상면이 접합된 제2 접합부를 형성하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 복합소재 구조체의 제조방법.
  7. 삭제
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 융착 돌기는 상하 직선형의 돌기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라스틱 복합소재 구조체의 제조방법.
  9. 제6 항에 있어서,
    상기 융착 돌기는 나선형의 돌기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라스틱 복합소재 구조체의 제조방법.
  10. 제6 항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서는,
    상기 접착제로서 상온 경화 접착제를 제공하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 복합소재 구조체의 제조방법.
  11. 제6 항에 있어서,
    상기 (d) 단계에서,
    상기 초음파 진동자는,
    상기 체결부재를 가압하며, 초음파 진동 발진부로부터 초음파 진동을 제공받는 혼부(horn)를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 복합소재 구조체의 제조방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
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