KR102476149B1 - 곡선형 열가소성 부재 접합장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 곡선형 열가소성 부재들이 유도가열유닛에 의해 유도가열되어 접합된다. 이로 인해, 종래 구조용 접착제 사용으로 인해 곡선형 탄소복합재의 접합시 시간이 과다하게 소요되는 단점을 해결할 수 있다. 또한, 종래 셀프 피어싱 리벳으로 사용으로 인해 곡선형 탄소복합재의 뚫린 부분에 균열이 발생해 취약해지는 단점을 해결할 수 있다. 또한, 종래 곡선형 탄소복합재를 연속적으로 빠르게 접합하기 어렵다는 단점을 해결할 수 있다. 또한, 곡선형 열가소성 부재가 가열원과 표면 접촉을 하지 않기 때문에 오염이 적고, 빠른 가열이 가능하며, 일정한 온도제어가 가능하여 자동화 공정에 적용하기에 유리하다.

Description

곡선형 열가소성 부재 접합장치 및 방법{Device and method for joining curved thermoplastic members to each other}
본 발명은 곡선형 열가소성 부재 접합장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 들어, 항공기 동체, 날개 등을 제조하는데, 반복적인 용융 접합이 가능한 열가소성 수지 탄소복합재가 많이 사용되고 있다.
이러한 열가소성 수지 탄소복합재로, 항공기 동체, 날개 중 굴곡진 부분을 만들 때, 2개 이상의 곡선형 탄소복합재들을 접합시키는 작업이 필요하다.
종래, 금속판재를 접합시키기 위한 레이저 용접이나 스폿 용접은 탄소복합재를 접합할 수 없기에, 2개 이상의 곡선형 탄소복합재는 접착 방식 또는 기계적 체결 방식으로 접합되고 있다.
그런데, 접착 방식의 경우, 완전 경화까지 시간이 필요한 구조용 접착제가 사용되므로, 곡선형 탄소복합재의 접합 시간을 단축시키기 어렵다.
또한, 기계적 체결 방식의 경우, 셀프 피어싱 리벳를 사용하므로, 직선형 탄소복합재에 구멍이 뚫려, 뚫린 부분이 약해지는 단점이 있다.
또한, 종래 접착이나 기계적 체결 방식은 곡선형 탄소복합재를 연속적으로 빠르게 접합하기 어렵다는 단점을 가진다.
한국등록특허(10-1933915)
본 발명의 목적은, 상술한 문제점을 해결할 수 있는 곡선형 열가소성 부재 접합장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 곡선형 열가소성 부재 접합장치는,
제1곡선형 열가소성 부재와 제2곡선형 열가소성 부재를 유도가열하여 접합시키는 유도가열유닛;
상기 유도가열유닛을 지지하며, 상기 유도가열유닛을 두께방향으로 이동시키는 두께방향 이동유닛; 상기 두께방향 이동유닛에 연결되며, 상기 유도가열유닛을 길이방향으로 이동시키는 길이방향 이동유닛; 상기 길이방향 이동유닛에 연결되며, 상기 유도가열유닛을 폭방향으로 이동시키는 폭방향 이동유닛; 상기 두께방향 이동유닛과 상기 유도가열유닛에 연결되며, 상기 유도가열유닛을 길이방향 및 폭방향으로 틸팅시키는 곡면용 틸팅유닛을 포함하며,
상기 유도가열유닛은,
상기 곡면용 틸팅유닛에 연결되는 가열유닛 프레임; 상기 곡면용 틸팅유닛에 결합되며, 전원장치로부터 공급받은 전류를 변환하는 전류 변환기; 상기 전류 변환기에 결합되며, 상기 전류 변환기로부터 전류를 인가받는 가열 코일; 상기 곡면용 틸팅유닛에 연결되며, 상기 가열 코일의 하부에 이격되어 배치되어 상기 가열 코일과의 전자기적 상호작용에 의해 가열되며, 상기 제1곡선형 열가소성 부재와 상기 제2곡선형 열가소성 부재 사이에 위치된 피가열체;
상기 곡면용 틸팅유닛에 결합되며, 상기 제1곡선형 열가소성 부재를 상기 제2곡선형 열가소성 부재 방향으로 가압하는 상부 가압부재; 및 상기 곡면용 틸팅유닛에 결합되며, 상기 제2곡선형 열가소성 부재를 상기 제1곡선형 열가소성 부재 방향으로 가압하는 하부 가압부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적은,
상기 곡선형 열가소성 부재 접합장치를 이용하여 상기 제1곡선형 열가소성 부재와 상기 제2곡선형 열가소성 부재를 유도가열에 의해 접합하는 것을 특징으로 하는 곡선형 열가소성 부재 접합방법에 의해 달성된다.
본 발명은 곡선형 열가소성 부재들이 유도가열유닛에 의해 유도가열되어 접합된다. 이로 인해, 종래 구조용 접착제 사용으로 인해 곡선형 탄소복합재의 접합시 시간이 과다하게 소요되는 단점을 해결할 수 있다. 또한, 종래 셀프 피어싱 리벳으로 사용으로 인해 곡선형 탄소복합재의 뚫린 부분에 균열이 발생해 취약해지는 단점을 해결할 수 있다. 또한, 종래 곡선형 탄소복합재를 연속적으로 빠르게 접합하기 어렵다는 단점을 해결할 수 있다. 또한, 곡선형 열가소성 부재가 가열원과 표면 접촉을 하지 않기 때문에 오염이 적고, 빠른 가열이 가능하며, 일정한 온도제어가 가능하여 자동화 공정에 적용하기에 유리하다.
본 발명은 유도가열유닛이 두께방향 이동유닛, 길이방향 이동유닛, 폭방향 이동유닛에 의해 위치변경과 연속적인 이동이 가능하고, 곡면용 틸팅유닛에 의해 길이방향 틸팅과 폭방향 틸팅이 가능하다. 이로 인해, 길이방향으로 굴곡진 곡선형 열가소성 부재뿐만 아니라 폭방향으로 굴곡진 곡선형 열가성 부재도 연속적인 유도가열 공정에 의해 접합될 수 있다. 또한, 대형의 곡선형 열가소성 부재들에 대해서도 연속적인 유도가열 접합 공정을 적용시킬 수 있다.
본 발명은 곡선형 열가소성 부재들이 유도가열 및 가압에 의해 서로 접합된 후 후속하여 온도센서에 의해 측정된 표면온도에 따라 적절한 온도로 냉각된다. 이로 인해, 접합된 곡선형 열가소성 부재들이 덜 굳어 분리되는 현상을 방지하고, 잔류 응력으로 인해 접합된 곡선형 열가소성 부재가 뒤틀리는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 접합대상이 되는 곡선형 열가소성 부재를 나타내는 것으로, 도 1(a)는 길이방향으로 굴곡진 곡선형 열가소성 부재들이고, 도 1(b)는 폭방향으로 굴곡진 곡선형 열가소성 부재들이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 곡선형 열가소성 부재 접합장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 유도가열유닛을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 두께방향 이동유닛을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 2에 도시된 길이방향 이동유닛과 폭방향 이동유닛을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 2에 도시된 유도가열유닛, 두께방향 이동유닛, 곡면용 틸팅유닛을 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6에 도시된 곡면용 틸팅유닛의 제2틸팅모듈의 내부단면을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 곡선형 열가소성 부재 접합장치의 유도가열유닛에 의해 제1곡선형 열가소성 부재와 제2곡선형 열가소성 부재가 접합되는 상태를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 곡선형 열가소성 부재 접합장치의 유도가열유닛에 의해 제1곡선형 열가소성 부재와 제2곡선형 열가소성 부재가 접합되는 상태를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 제1실시예에 따른 곡선형 열가소성 부재 접합장치를 자세히 설명한다.
본 발명의 제1실시예에 따른 곡선형 열가소성 부재 접합장치는 두 개의 곡선형 열가소성 부재들(T1, T2)을 유도가열에 의해 서로 접합시키는 장치로, 도 1(a)에 도시된 바와 같이 길이방향(X)으로 굴곡진 곡선형 열가소성 부재들(T1, T2)과, 도 1(b)에 도시된 바와 같이 폭방향(Y)으로 굴곡진 곡선형 열가소성 부재들(T1, T2)을 접합시킬 수 있다.
접합대상이 되는 제1곡선형 열가소성 부재(T1)와 제2곡선형 열가소성 부재(T2)는 탄소섬유에 폴리에텔에텔케톤(PEEK)과 같은 고내열 열가소성 수지가 함침된 탄소복합재로 이루어진다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 곡선형 열가소성 부재 접합장치는, 유도가열유닛(100), 두께방향 이동유닛(200), 길이방향 이동유닛(300), 폭방향 이동유닛(400), 곡면용 틸팅유닛(500)으로 구성된다.
[유도가열유닛(100)]
유도가열유닛(100)은 제1곡선형 열가소성 부재(T1)와 제2곡선형 열가소성 부재(T2)를 유도가열하여 접합시킨다.
유도가열유닛(100)은 길이방향 이동유닛(300)에 의해 길이방향(X)으로 이동되며, 제1곡선형 열가소성 부재(T1)와 제2곡선형 열가소성 부재(T2)를 연속적으로 접합시킨다.
도 3에 도시된 바와 같이, 유도가열유닛(100)은, 가열유닛 프레임(110), 전류 변환기(current transducer box)(120), 가열 코일(130), 피가열체(140), 상부 가압부재(150a), 하부 가압부재(15b)로 구성된다.
가열유닛 프레임(110), 전류 변환기(120), 가열 코일(130)
가열유닛 프레임(110)은 곡면용 틸팅유닛(500)에 연결된다. 즉, 가열유닛 프레임(110)의 일면은 곡면용 틸팅유닛(500)의 제1틸팅모듈(510)에 결합되고, 다른 일면은 제2틸팅모듈(520)에 결합된다.
전류 변환기(120)는 곡면용 틸팅유닛(500)의 제2틸팅모듈(520)에 결합되며, 전원장치(미도시)로부터 공급받은 전류를 변환한다. 즉, 전류 변환기(120)는 전원장치(미도시)로부터 고전압 저전류를 인가받아 저전압 대전류로 변환한다.
가열 코일(130)은 전류 변환기(120)에 결합되며, 전류 변환기(120)로부터 전류를 인가받는다. 즉, 가열 코일(130)은 전류 변환기(120)로부터 고주파 대전류를 인가받아 교번 자기장을 발생시켜 피가열체(140) 및 제1곡선형 열가소성 부재(T1)와 제2곡선형 열가소성 부재(T2)에 포함된 탄소섬유를 가열시킨다. 탄소섬유는 전기전도 특성이 있어 가열 코일(130)에 의해 가열될 수 있다.
피가열체(140)
피가열체(140)는 곡면용 틸팅유닛(500)에 연결되며, 가열 코일(130)의 하부 영역에 위치된다. 피가열체(140)는 제1곡선형 열가소성 부재(T1)와 제2곡선형 열가소성 부재(T2)의 접합시, 제1곡선형 열가소성 부재(T1)와 제2곡선형 열가소성 부재(T2) 사이에 위치된다. 이로 인해, 제1곡선형 열가소성 부재(T1)와 제2곡선형 열가소성 부재(T2) 전체가 아닌 접합될 부분만 부분적으로 신속하게 용융시킬 수 있어, 접합 작업을 빠르게 진행할 수 있다.
피가열체(140)는 가열 코일(130)에 대해 이격되어 배치되어 가열 코일(130)과의 전자기적 상호작용에 의해 가열된다. 즉, 가열 코일(130)에 의한 피가열체(140)의 가열은 전자기 유도 현상, 와전류(Eddy current) 및 히스테리시스 손상(Hysteresis loss) 등에 의해 이루어진다.
피가열체(140)는 전자기 상호작용이 가능한 니켈(Nickel), 철(Iron), 강철(Steel)과 같은 자성체 금속 재질로 이루어진다.
상부 가압부재(150a) 및 하부 가압부재(150b)
상부 가압부재(150a)와 하부 가압부재(150a)는 곡면용 틸팅유닛(500)의 제2틸팅모듈(520)에 각각 결합되며, 두께방향으로 서로 거울 대칭으로 배치된다.
상부 가압부재(150a)와 하부 가압부재(150a) 사이에 제1곡선형 열가소성 부재(T1)와 제1곡선형 열가소성 부재(T2)가 배치되어, 상부 가압부재(150a)는 제1곡선형 열가소성 부재(T1)를 제2곡선형 열가소성 부재(T2) 방향으로 가압하고, 하부 가압부재(150a)는 제2곡선형 열가소성 부재(T1)를 제1곡선형 열가소성 부재(T2) 방향으로 가압한다.
상부 가압부재(150a)와 하부 가압부재(150a)는 가열 코일(130)의 양측에 각각 한 개씩 배치된다. 따라서, 가열 코일(130)이 전방으로 이동할 때는 이동방향에 대해 후속하여 배치되는 좌측의 상부 가압부재(150a)와 하부 가압부재(150a)가 작동되고, 가열 코일(130)이 후방으로 이동할 때는 이동방향에 대해 후속하여 배치되는 우측의 상부 가압부재(150a)와 하부 가압부재(150a)가 작동된다.
이렇게, 상부 가압부재(150a)와 하부 가압부재(150a)가 피가열체(140)를 뒤따라가면서, 제1곡선형 열가소성 부재(T1)와 제2곡선형 열가소성 부재(T2)를 접합시킬 수 있는 구조로 인해, 제1곡선형 열가소성 부재(T1)와 제2곡선형 열가소성 부재(T2)의 길이가 아무리 길어도, 제1곡선형 열가소성 부재(T1)와 제2곡선형 열가소성 부재(T2)를 부분적으로 용융시켜 접합시킬 수 있다.
상부 가압부재(150a)는 곡면용 틸팅유닛(500)의 제2틸팅모듈(520)에 결합된 상부 가압 실린더 본체(151a)와, 상부 가압 실린더 본체(151a)에 상대이동 가능하게 결합되며, 상부 가압 실린더 본체(151a)에 의해 두께방향(Z)으로 이동되는 상부 가압 실린더 로드(152a)와, 상부 가압 실린더 로드(152a)에 회전 가능하게 결합되며, 제1곡선형 열가소성 부재(T1)를 가압하는 상부 가압 롤러(153a)로 구성된다.
하부 가압부재(150b)는 곡면용 틸팅유닛(500)의 제2틸팅모듈(520)에 결합된 하부 가압 실린더 본체(151b)와, 하부 가압 실린더 본체(151b)에 상대이동 가능하게 결합되며, 하부 가압 실린더 본체(151b)에 의해 두께방향(Z)으로 이동되는 하부 가압 실린더 로드(152b)와, 하부 가압 실린더 로드(152b)에 회전 가능하게 결합되며, 제2곡선형 열가소성 부재(T2)를 가압하는 하부 가압 롤러(153b)로 구성된다.
그 밖에 유도가열유닛(100)에는 가열되는 열가소성 부재의 표면 온도를 측정하기 위해 적외선 온도계 또는 열화상 카메라가 설치될 수 있다.
한편, 전원장치(미도시), 전류 변환기(120), 가열 코일(130)은 별도의 냉각기(미도시)에 연결되어 냉각된다. 냉각기(미도시)는 수냉 방식으로 구성되며, 냉각기(미도시)에는 냉각수를 공급하는 냉각용 배관이 구비된다.
[두께방향 이동유닛(200)]
두께방향 이동유닛(200)은 곡면용 틸팅유닛(500)에 연결된다. 따라서, 두께방향 이동유닛(200)은 곡면용 틸팅유닛(500)에 연결된 유도가열유닛(100)을 지지하며, 유도가열유닛(100)을 두께방향(Z)으로 이동시킨다.
두께방향 이동유닛(200)은 적층되어 배치된 제1곡선형 열가소성 부재(T1)와 제2곡선형 열가소성 부재(T2)의 굴곡에 따라 유도가열유닛(100)의 두께방향(Z) 위치를 조절한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 두께방향 이동유닛(200)은 두께방향 이동용 프레임(210), 두께방향용 이동블록(220), 두께방향용 이동 가이드부(230), 두께방향용 이동구동부(240)로 구성된다.
두께방향 이동용 프레임(210)은 길이방향 이동유닛(300)에 연결된다.
두께방향용 이동블록(220)은 곡면용 틸팅유닛(500)의 제2틸팅모듈(520)이 결합된다.
두께방향용 이동 가이드부(230)는 두께방향 이동용 프레임(210)에 결합되며, 두께방향용 이동블록(220)이 두께방향(Z)으로 슬라이딩 이동 가능하게 연결된다. 두께방향용 이동 가이드부(230)는 한 쌍의 가이드 레일로 이루어진다.
두께방향용 이동구동부(240)는 두께방향 이동용 프레임(210)에 결합되며, 두께방향용 이동블록(220)을 두께방향(Z)으로 이동시킨다. 두께방향용 이동구동부(240)는 두께방향 이동용 프레임(210)에 회전 가능하게 결합되는 두께방향 이동용 볼스크류부(240a)와, 두께방향 이동용 볼스크류부(240a)에 나사결합되며 두께방향용 이동블록(220)에 결합되는 두께방향용 이동너트(미도시)와, 두께방향 이동용 볼스크류부(240a)의 상단부에 결합되어 두께방향 이동용 스크류부(240a)를 회전시키는 두께방향용 구동모터(240b)로 구성된다.
[길이방향 이동유닛(300)]
길이방향 이동유닛(300)은 두께방향 이동유닛(200)에 연결되며, 유도가열유닛(100)을 길이방향(X)으로 이동시킨다. 길이방향 이동유닛(300)은 두께방향 이동유닛(200)을 길이방향(X)으로 일정 속도로 이동시킴으로써, 두께방향 이동유닛(200)에 연결된 유도가열유닛(100)을 길이방향(X)으로 일정 속도로 이동시킨다.
도 5에 도시된 바와 같이, 길이방향 이동유닛(300)은 길이방향 이동용 프레임(310), 길이방향용 이동블록(320), 길이방향용 이동 가이드부(330), 길이방향용 이동구동부(340)로 구성된다.
길이방향 이동용 프레임(310)은 폭방향 이동유닛(400)에 연결된다.
길이방향용 이동블록(320)은 두께방향 이동유닛(200)이 결합된다.
길이방향용 이동 가이드부(330)는 길이방향 이동용 프레임(310)에 결합되며, 길이방향용 이동블록(320)이 길이방향(X)으로 슬라이딩 이동 가능하게 연결된다. 길이방향용 이동 가이드부(330)는 한 쌍의 가이드 레일로 이루어진다.
길이방향용 이동구동부(340)는 길이방향 이동용 프레임(310)에 결합되며, 길이방향용 이동블록(320)을 길이방향(X)으로 이동시킨다. 길이방향용 이동구동부(340)는 길이방향 이동용 프레임(310)에 회전 가능하게 결합되는 길이방향 이동용 볼스크류부(340a)와, 길이방향 이동용 볼스크류부(340a)에 나사결합되며 길이방향용 이동블록(320)에 결합되는 길이방향용 이동너트(미도시)와, 길이방향 이동용 볼스크류부(340a)에 결합되어 길이방향 이동용 볼스크류부(340a)를 회전시키는 길이방향용 구동모터(340b)로 구성된다.
[폭방향 이동유닛(400)]
폭방향 이동유닛(400)은 길이방향 이동유닛(300)에 연결되며, 유도가열유닛(100)을 폭방향(Y)으로 이동시킨다. 폭방향 이동유닛(400)은 길이방향(X)에 교차하는 폭방향(Y)에서의 유도가열유닛(100)의 위치를 조절한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 폭방향 이동유닛(400)은, 폭방향 이동용 프레임(410), 폭방향용 이동블록(420), 폭방향용 이동 가이드부(430), 폭방향용 이동구동부(440)로 구성된다.
폭방향 이동용 프레임(410)은 평판 형상으로 형성되며, 폭방향 이동용 프레임(410)의 상면에 제1곡선형 열가소성 부재(T1)와 제2곡선형 열가소성 부재(T2)가 적층된 형태로 배치된다. 제1곡선형 열가소성 부재(T1)와 제2곡선형 열가소성 부재(T2)는 지그 또는 별도 제작된 치구에 의해 폭방향 이동용 프레임(410)에 고정될 수 있다.
폭방향용 이동블록(420)은 길이방향 이동유닛(300)이 결합된다.
폭방향용 이동 가이드부(430)는 폭방향 이동용 프레임(410)에 결합되며, 폭방향용 이동블록(420)이 폭방향(Y)으로 슬라이딩 이동 가능하게 연결된다. 폭방향용 이동 가이드부(430)는 한 쌍의 가이드 레일로 이루어진다.
폭방향용 이동구동부(440)는 폭방향용 이동블록(420)에 결합되며, 폭방향용 이동블록(420)을 폭방향(Y)으로 이동시킨다. 폭방향용 이동구동부(440)는, 폭방향용 이동블록(420)의 상단에 결합되어 폭방향용 이동블록(420)을 폭방향용 이동 가이드부(430)를 따라 슬라이딩 이동시키는 폭방향용 손잡이(440a)와, 폭방향용 이동블록(420)의 하단에 결합되어 폭방향용 이동블록(420)의 이동을 제한하는 폭방향용 잠금부재(440b)로 구성된다.
[곡면용 틸팅유닛(500)]
곡면용 틸팅유닛(500)은 두께방향 이동유닛(200)과 유도가열유닛(100)에 연결되며, 유도가열유닛(100)을 폭방향(Y) 및 길이방향(X)으로 틸팅시킨다.
도 6에 도시된 바와 같이, 곡면용 틸팅유닛(500)은 제1틸팅모듈(510)과 제2틸팅모듈(520)로 구성된다.
제1틸팅모듈(510)
제1틸팅모듈(510)은 유도가열유닛(100)에 연결되어 유도가열유닛(100)을 길이방향(X)으로 틸팅시킨다. 제1틸팅모듈(510)은 두께방향 이동유닛(200)에 연결되어 두께방향 이동유닛(200)에 의해 두께방향으로 이동된다.
제1틸팅모듈(510)은 도 7에 도시된 바와 같이, 제1틸팅용 고정프레임(511), 제1틸팅용 회전축(512), 제1틸팅용 회전프레임(513), 제1틸팅용 회전 구동부(514)로 구성된다.
제1틸팅용 고정프레임(511)은 두께방향 이동유닛(200)의 두께방향용 이동블록(220)에 결합된다.
제1틸팅용 회전축(512)은 길이방향(X)으로 회전가능하게 폭방향(Y)을 회전축심으로 하여, 제1틸팅용 고정프레임(511)에 회전 가능하게 결합된다.
제1틸팅용 회전프레임(513)은 제1틸팅용 회전축(512)에 결합된다.
제1틸팅용 회전 구동부(514)는 제1틸팅용 고정프레임(511)에 결합되고 제1틸팅용 회전축(512)에 연결되며, 제1틸팅용 회전축(512)을 회전시킨다.
제2틸팅모듈(520)
제2틸팅모듈(520)은 유도가열유닛(100)에 연결되어 유도가열유닛(100)을 폭방향(Y)으로 틸팅시킨다.
제2틸팅모듈(520)은 도 3 및 도 6에 도시된 바와 같이, 제2틸팅용 회전축(521), 제2틸팅용 회전프레임(522), 제2틸팅용 각도 조절부(523)로 구성된다.
제2틸팅용 회전축(521)은 폭방향(Y)으로 회전가능하게 길이방향(X)을 회전축심으로 하여, 제2틸팅용 회전프레임(522)에 연결된다.
제2틸팅용 회전프레임(522)에는 유도가열유닛(100)이 장착되며, 제2틸팅용 회전프레임(522)은 제2틸팅용 회전축(521)에 회전 가능하게 결합된다. 제2틸팅용 회전프레임(522)에 유도가열유닛(100)의 전류 변환기(120)와 상부 가압부재(150a) 및 하부 가압부재(150b)가 연결된다.
제2틸팅용 각도 조절부(523)는 유도가열유닛(100)의 가열유닛 프레임(110)에 결합되고 제2틸팅용 회전프레임(522)에 연결되며, 제2틸팅용 회전프레임(522)의 회전 각도를 조절한다. 제2틸팅용 각도 조절부(523)는, 유도가열유닛(100)의 가열유닛 프레임(110)에 결합되며 각도 조절용 슬릿(523b)이 형성된 각도 조절용 플레이트(523a)와, 제2틸팅용 회전프레임(522)에서 돌출되어 각도 조절용 슬릿(523b)을 관통하는 각도 조절용 손잡이(523c)로 구성된다.
본 실시예에서 각도 조절용 손잡이(523c)는 제2틸팅용 회전프레임(522)에 형성된 나사홈(미도시)에 나사결합된다. 이러한 각도 조절용 손잡이(523c)는 회전에 의해 각도 조절용 플레이트(523a)를 제2틸팅용 회전프레임(522)에 가압 및 가압 해제하여 유도가열유닛(100)의 가열유닛 프레임(110)에 대한 제2틸팅용 회전프레임(522)의 회전 각도를 변경 및 고정할 수 있다.
제2틸팅용 회전프레임(522)의 회전 각도는, 수동으로 변경 및 고정되거나, 또는 각도 조절용 손잡이(523c)에 스텝모터를 달아서 변경 및 고정될 수도 있다.
이하, 본 발명의 제1실시예에 따른 곡선형 열가소성 부재 접합장치 를 이용한 곡선형 열가소성 부재 접합방법을 자세히 설명한다. 도 1 내지 도 7을 기본적으로 참조한다.
접합대상이 되는 제1곡선형 열가소성 부재(T1)와 제2곡선형 열가소성 부재(T2)가 폭방향 이동유닛(400)의 폭방향 이동용 프레임(410)에 배치된다.
제1곡선형 열가소성 부재(T1)와 제2곡선형 열가소성 부재(T2)의 두께와 크기에 따라 두께방향 이동유닛(200)과 폭방향 이동유닛(400)을 작동시켜 유도가열유닛(100)의 위치를 조정한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 유도가열유닛(100)의 가열 코일(130)이 제1곡선형 열가소성 부재(T1)의 상부영역에 이격되어 위치된다.
제1곡선형 열가소성 부재(T1)는 가열 코일(130)과 피가열체(140)의 사이에 위치된다. 피가열체(140)는 제1곡선형 열가소성 부재(T1)와 제2곡선형 열가소성 부재(T2) 사이에 위치된다. 제2곡선형 열가소성 부재(T2)는 피가열체(140)에 아래에 위치된다.
제1곡선형 열가소성 부재(T1)의 하면은 피가열체(140)의 상면에 접촉되거나 미세하게 이격될 수 있다. 제2곡선형 열가소성 부재(T2)의 상면은 피가열체(140)의 하면에 접촉되거나 미세하게 이격될 수 있다.
도 1(a)에 도시된 바와 같이 길이방향(X)으로 굴곡진 곡선형 열가소성 부재들(T1, T2)의 경우, 제1틸팅모듈(510)을 회전시켜 유도가열유닛(100)의 가열 코일(130)과 피가열체(140)를 제1곡선형 열가소성 부재(T1)와 제2곡선형 열가소성 부재(T2)의 표면에 나란하게 배치한다.
도 1(b)에 도시된 바와 같이 폭방향(Y)으로 굴곡진 곡선형 열가소성 부재들(T1, T2)의 경우, 제2틸팅모듈(520)을 회전시켜 유도가열유닛(100)의 가열 코일(130)과 피가열체(140)를 제1곡선형 열가소성 부재(T1)와 제2곡선형 열가소성 부재(T2)의 표면에 나란하게 배치한다.
도 1(a)에 도시된 바와 같이 길이방향(X)으로 굴곡진 곡선형 열가소성 부재들(T1, T2)의 경우, 곡면용 틸팅유닛(500)의 제1틸팅모듈(510)과 두께방향 이동유닛(200)이 함께 작동하여 제1곡선형 열가소성 부재(T1)와 제2곡선형 열가소성 부재(T2)의 곡선 변화에 따라 유도가열유닛(100)의 회전 각도와 높이를 변경한다. 따라서, 유도가열유닛(100)의 가열 코일(130)과 피가열체(140)가 제1곡선형 열가소성 부재(T1)와 제2곡선형 열가소성 부재(T2)의 표면에 대해 나란하게 배치된 채, 길이방향(X)으로 이동될 수 있다.
도 1(b)에 도시된 바와 같이 폭방향(Y)으로 굴곡진 곡선형 열가소성 부재들(T1, T2)의 경우, 유도가열유닛(100)의 가열 코일(130)과 피가열체(140)가 제1곡선형 열가소성 부재(T1)와 제2곡선형 열가소성 부재(T2)의 표면에 대해 나란하게 배치된 상태를 유지하며 유도가열유닛(100)이 길이방향 이동유닛(300)에 의해 전방으로 일정속도로 이동된다.
제1곡선형 열가소성 부재(T1)와 제2곡선형 열가소성 부재(T2)는 전방으로 이동하는 피가열체(140)와 가열 코일(130)의 전자기적 상호작용에 의해 연속적으로 유도가열된다. 제1곡선형 열가소성 부재(T1)와 제2곡선형 열가소성 부재(T2)는 피가열체(140)에서 방출된 열에 의해 가열되어 부분적으로 용융될 수 있다. 길이방향 이동유닛(300)의 이동속도를 조절하여 유도가열유닛(100)의 가열정도를 조절한다.
가열 코일(130)의 후방에 배치된 가압부재(150)가 하강하여, 유도가열된 제1곡선형 열가소성 부재(T1)와 제2곡선형 열가소성 부재(T2)를 가압한다. 유도가열유닛(100)이 전방으로 일정속도로 이동되고 있으므로, 유도가열된 제1곡선형 열가소성 부재(T1)와 제2곡선형 열가소성 부재(T2)는 가압 롤러(153)에 의해 연속적으로 가압되어 서로 접합된다.
이하, 본 발명의 제2실시예에 따른 곡선형 열가소성 부재 접합장치를 자세히 설명한다.
본 발명의 제2실시예에 따른 곡선형 열가소성 부재 접합장치는 제1실시예에 따른 곡선형 열가소성 부재 접합장치와 비교하여, 유도가열유닛(100A)이 냉각부재(160)와 온도센서(170)를 더 포함한다는 점에 차이가 있다. 나머지 구성은 제1실시예와 동일하다. 동일한 구성에 대해서는 자세한 설명을 생략한다. 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 사용한다.
냉각부재(160), 온도센서(170)
냉각부재(160)는 각 상부 가압부재(150a)에 결합되며, 가압되어 접합된 제1곡선형 열가소성 부재(T1) 및 제2곡선형 열가소성 부재(T2)를 냉각시킨다.
도 9에 도시된 바와 같이, 냉각부재(160)는 상부 가압부재(150a)의 상부 가압 롤러(153a)의 길이방향(X) 이동에 대해 후방에 위치되도록 설치된다. 냉각부재(160)는 상부 가압부재(150a)의 상부 가압 롤러(153a)에 나란히 배치되어 상부 가압 롤러(153a)와 같이 승강 또는 하강된다.
본 실시예에서 냉각부재(160)는 냉각 기체를 토출하여 열가소성 부재를 냉각시킨다. 그러나, 이와 달리 냉각롤러를 접촉시키는 방식으로 구현될 수도 있다.
이로 인해, 제1곡선형 열가소성 부재(T1)와 제2곡선형 열가소성 부재(T2)가 덜 굳어 분리되는 현상을 방지하고, 잔류 응력으로 인해 제1곡선형 열가소성 부재(T1)와 제2곡선형 열가소성 부재(T2)가 뒤틀리는 것을 방지할 수 있다.
한편, 냉각부재(160)의 전방에는 인접한 제1곡선형 열가소성 부재(T1)의 표면 온도를 측정하기 위해 온도센서(170)가 배치된다.
이하, 본 발명의 제2실시예에 따른 곡선형 열가소성 부재 접합장치에 의한 곡선형 열가소성 부재 접합방법을 자세히 설명한다. 도 9를 기본적으로 참조한다.
본 발명의 제2실시예에 따른 곡선형 열가소성 부재 접합장치는 제1실시예에 따른 곡선형 열가소성 부재 접합장치와 비교하여, 유도가열유닛(100A)이 냉각부재(160)와 온도센서(170)를 더 포함한다는 점에 차이가 있으므로, 차이나는 구성에 의한 방법에 대해서만 설명하기로 한다. 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 사용한다.
상부 가압부재(150a)와 하부 가압부재(150b)에 의해 가압되어 서로 접합된 제1곡선형 열가소성 부재(T1)와 제2곡선형 열가소성 부재(T2)는 상부 가압부재(150a)의 상부 가압 롤러(153a)에 후속하여 배치된 냉각부재(160)에 의해 연속적으로 냉각된다.
이때, 냉각부재(160)의 전방에 배치된 온도센서(170)에 의해 제1곡선형 열가소성 부재(T1)와 제2곡선형 열가소성 부재(T2)의 표면 온도가 측정되고, 측정된 표면 온도에 따라 냉각 온도를 조절하여 제1곡선형 열가소성 부재(T1)와 제2곡선형 열가소성 부재(T2)를 적절한 온도로 서서히 냉각시킨다.
100, 100A: 유도가열유닛 110: 가열유닛 프레임
120: 전류 변환기 130: 가열 코일
140: 피가열체 150: 가압부재
151: 가압 실린더 본체 152: 가압 실린더 로드
153: 가압 롤러 160: 냉각부재
170: 온도센서 200: 두께방향 이동유닛
210: 두께방향 이동용 프레임 220: 두께방향용 이동블록
230: 두께방향용 이동 가이드부 240: 두께방향용 이동구동부
240a: 두께방향 이동용 볼스크류부 240b: 두께방향용 구동모터
300: 길이방향 이동유닛 310: 길이방향 이동용 프레임
320: 길이방향용 이동블록 330: 길이방향용 이동 가이드부
340: 길이방향용 이동구동부 340a: 길이방향 이동용 볼스크류부
340b: 길이방향용 구동모터 400: 폭방향 이동유닛
410: 폭방향 이동용 프레임 420: 폭방향용 이동블록
430: 폭방향용 이동 가이드부 440: 폭방향용 이동구동부
440a: 폭방향용 손잡이 440b: 폭방향용 잠금부재
500: 곡면용 틸팅유닛 510: 제1틸팅모듈
511: 제1틸팅용 고정프레임 512: 제1틸팅용 회전축
513: 제1틸팅용 회전프레임 514: 제1틸팅용 회전 구동부
520: 제2틸팅모듈 521: 제2틸팅용 고정프레임
522: 제2틸팅용 회전축 523: 제2틸팅용 각도 조절부
523a: 각도 조절용 플레이트 523b: 각도 조절용 슬릿
523c: 각도 조절용 손잡이 T1: 제1곡선형 열가소성 부재
T2: 제2곡선형 열가소성 부재 X: 길이방향
Y: 폭방향 Z: 두께방향

Claims (5)

  1. 제1곡선형 열가소성 부재와 제2곡선형 열가소성 부재를 유도가열하여 접합시키는 유도가열유닛;
    상기 유도가열유닛을 지지하며, 상기 유도가열유닛을 두께방향으로 이동시키는 두께방향 이동유닛;
    상기 두께방향 이동유닛에 연결되며, 상기 유도가열유닛을 길이방향으로 이동시키는 길이방향 이동유닛;
    상기 길이방향 이동유닛에 연결되며, 상기 유도가열유닛을 폭방향으로 이동시키는 폭방향 이동유닛;
    상기 두께방향 이동유닛과 상기 유도가열유닛에 연결되며, 상기 유도가열유닛을 길이방향 및 폭방향으로 틸팅시키는 곡면용 틸팅유닛을 포함하며,
    상기 곡면용 틸팅유닛은,
    상기 유도가열유닛을 상기 길이방향으로 틸팅시키도록, 상기 두께방향 이동유닛에 결합되는 제1틸팅용 고정프레임; 상기 제1틸팅용 고정프레임에 길이방향(X)으로 회전가능하게 폭방향(Y)을 회전축심으로 하여 회전 가능하게 결합된 제1틸팅용 회전축; 상기 제1틸팅용 회전축에 결합된 제1틸팅용 회전프레임; 및 상기 제1틸팅용 고정프레임에 결합되고 상기 제1틸팅용 회전축에 연결되며, 상기 제1틸팅용 회전축을 회전시키는 제1틸팅용 회전 구동부를 포함하는 제1틸팅모듈;
    상기 유도가열유닛을 상기 폭방향으로 틸팅시키도록, 폭방향(Y)으로 회전가능하게 길이방향(X)을 회전축심으로 하는 제2틸팅용 회전축; 상기 유도가열유닛이 장착되며, 상기 제2틸팅용 회전축에 회전 가능하게 결합되는 제2틸팅용 회전프레임; 및 상기 유도가열유닛에 결합되고 상기 제2틸팅용 회전프레임에 연결되며, 상기 제2틸팅용 회전프레임의 회전 각도를 조절하는 제2틸팅용 각도 조절부를 포함하는 제2틸팅모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 곡선형 열가소성 부재 접합장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유도가열유닛은,
    상기 곡면용 틸팅유닛에 연결되는 가열유닛 프레임; 상기 곡면용 틸팅유닛에 결합되며, 전원장치로부터 공급받은 전류를 변환하는 전류 변환기; 상기 전류 변환기에 결합되며, 상기 전류 변환기로부터 전류를 인가받는 가열 코일; 상기 곡면용 틸팅유닛에 연결되며, 상기 가열 코일의 하부에 이격되어 배치되어 상기 가열 코일과의 전자기적 상호작용에 의해 가열되며, 상기 제1곡선형 열가소성 부재와 상기 제2곡선형 열가소성 부재 사이에 위치된 피가열체;
    상기 곡면용 틸팅유닛에 결합되며, 상기 제1곡선형 열가소성 부재를 상기 제2곡선형 열가소성 부재 방향으로 가압하는 상부 가압부재; 및
    상기 곡면용 틸팅유닛에 결합되며, 상기 제2곡선형 열가소성 부재를 상기 제1곡선형 열가소성 부재 방향으로 가압하는 하부 가압부재를 포함하며,
    상기 상부 가압부재는,
    상기 곡면용 틸팅유닛에 결합된 상부 가압 실린더 본체; 상기 상부 가압 실린더 본체에 상대이동 가능하게 결합되며, 상기 상부 가압 실린더 본체에 의해 두께방향으로 이동되는 상부 가압 실린더 로드; 및 상기 상부 가압 실린더 로드에 회전 가능하게 결합되며, 상기 제1곡선형 열가소성 부재를 가압하는 상부 가압 롤러를 포함하며,
    상기 하부 가압부재는,
    상기 곡면용 틸팅유닛에 결합된 하부 가압 실린더 본체; 상기 하부 가압 실린더 본체에 상대이동 가능하게 결합되며, 상기 하부 가압 실린더 본체에 의해 두께방향으로 이동되는 하부 가압 실린더 로드; 및 상기 하부 가압 실린더 로드에 회전 가능하게 결합되며, 상기 제2곡선형 열가소성 부재를 가압하는 하부 가압 롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 곡선형 열가소성 부재 접합장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 두께방향 이동유닛은,
    상기 길이방향 이동유닛에 연결되는 두께방향 이동용 프레임; 상기 곡면용 틸팅유닛이 결합되는 두께방향용 이동블록; 상기 두께방향 이동용 프레임에 결합되며, 상기 두께방향용 이동블록이 두께방향으로 슬라이딩 이동 가능하게 연결되는 두께방향용 이동 가이드부; 및 상기 두께방향 이동용 프레임에 결합되며, 상기 두께방향용 이동블록을 두께방향으로 이동시키는 두께방향용 이동구동부를 포함하며,
    상기 길이방향 이동유닛은,
    상기 폭방향 이동유닛에 연결되는 길이방향 이동용 프레임; 상기 두께방향 이동유닛이 결합되는 길이방향용 이동블록; 상기 길이방향 이동용 프레임에 결합되며, 상기 길이방향용 이동블록이 길이방향으로 슬라이딩 이동 가능하게 연결되는 길이방향용 이동 가이드부; 및 상기 길이방향 이동용 프레임에 결합되며, 상기 길이방향용 이동블록을 길이방향으로 이동시키는 길이방향용 이동구동부를 포함하며,
    상기 폭방향 이동유닛은,
    폭방향 이동용 프레임; 상기 길이방향 이동유닛이 결합되는 폭방향용 이동블록; 상기 폭방향 이동용 프레임에 결합되며, 상기 폭방향용 이동블록이 폭방향으로 슬라이딩 이동 가능하게 연결되는 폭방향용 이동 가이드부; 및 상기 폭방향 이동용 프레임에 결합되며, 상기 폭방향용 이동블록을 폭방향으로 이동시키는 폭방향용 이동구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 곡선형 열가소성 부재 접합장치.
  4. 삭제
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 곡선형 열가소성 부재 접합장치를 이용하여 상기 제1곡선형 열가소성 부재와 상기 제2곡선형 열가소성 부재를 유도가열에 의해 접합하는 것을 특징으로 하는 곡선형 열가소성 부재 접합방법.
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