KR19990067204A - 열홈과와이어삽입장치를포함하는전기용해새들커플러제조장치 - Google Patents

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KR19990067204A
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나탄 나베
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Abstract

전기용해 새들 커플러를 형성하기 위한 장치는 제 1 길이방향 이동가능한 암(24)과, 제 1 암에 수직으로 이동가능한 제 2 회전가능한 암(32)과 제 2 암에 부착되고 새들 커플러내에 홈을 만들기 위한 레이저 가열 홈을 만드는 장치와 홈(46)으로 내열선(21)을 삽입하기 위한 와이어 삽입 장치를 가진 작동 헤드(42)를 포함한다.

Description

전기용해 새들 커플러와 이의 제조 방법 및 장치
전기용해 커플러는 열가소성 재료로 만든 파이프를 고정적으로 결합하기 위해 개발된 장치인데, 여기서 파이프는 가스(예 부탄) 또는 물 주시스템(water main system)의 일부분을 형성하는 파이프와 같은 액체 또는 가스를 운반하는 것이다. 일반적으로, 전기용해 커플러는 내열선을 내장하고 있는 열가소성 재료로 만들어진다. 전기용해 커플링 작업은 연결되어질 열가소성 파이프에 인접하고 대향해서 가압되게 전기용해 커플러를 놓는 단계와, 내열선을 통해서 전류를 가하는 단계를 포함하므로서, 파이프와 커플러를 녹이고 이들을 서로 확고하게 용접해서 이들사이에 영구적 본드를 형성한다.
파이프의 전기용해 커플링(즉, 전기 커플링)은 커플러의 구조를 사용하는 경우에 두 개의 주 이용 분야로 나눌 수 있다.
제 1 이용분야에 따라서, 두 이상의 파이프의 단부를 통한 커플링은 하나의 결합된 연속 파이프를 형성한다. 그러므로, 제 1 이용분야에 따라서 사용된 커플러는 파이프의 단부를 수용하는 원통형 구조를 특징으로 한다. 이들 단부를 통해 파이프를 커플링하는 목적을 갖은 전기용해 커플러의 예는 바필드의 미국 특허 제 4,956,138 호와 제 5,096,632 호에 개시되어 있다.
제 2 이용분야에 따라서, 파이프중 하나의 단부가 다른 파이프의 벽에 부착하므로서, 종래 기술에서 알려진 파이프사이의 T연결부를 형성하도록 두 파이프가 커플링되어 있다. 그러므로, 제 2 이용분야에 따라서 사용된 커플러는 종래 기술에 알려진 파이프의 벽을 수용하는 새들 구조체를 특징으로 한다. 전기용해 새들 커플러의 예는 에윈 등의 미국 특허 제 4,684,428 호에 개시되어 있다.
상술한 두 형태의 전기용해 커플러의 주요 특징은 내장된 내열선이며, 내열선은 금속 터미널을 통해서 전원에 연결될 때, 용융에 필요한 열을 만들고 그러므로 파이프와 같은 열가소성 요소를 커플러와 함께 결합한다.
바필드의 미국 특허 제 4,956,138 호와 제 5,096,632 호, 에윈 등의 미국 특허 제 4,684,428 호, 이반스의 미국 특허 제 4,894,521 호, 그랜드클먼트의 미국 특허 제 4,455,482 호와 디-종의 미국 특허 제 4,993,037 호내에 기재된 것과 같은 종래의 방법은 열가소성 재료로 만든, 전형적으로 디스크형상의 구조를 갖은 예비폼(예 용해 패드)을 제고하는 방법을 기술하며, 여기서 예비폼 내에서는 전형적으로 나선형상의 내열선을 내장하고 있다. 그런 후 이렇게 만들어진 예비폼은 적당한 패드를 사용하는 전기용해 커플러를 제조하는데 사용된다.
열가소성 요소, 통상적으로 상술한 바와 같은 예비폼내에 내열선을 내장하기 위한 다양한 방법과 장치는 이미 기술되어 있다. 이들은 (1) 에윈 등의 미국 특허 제 4,684,428 호, 그랜드클먼트의 미국 특허 제 4,455,482 호와 디-종의 미국 특허 제 4,993,037 호에 기술한 바와 같은 예비폼내에 이미 홈이 난 나선형 홈내에 내열선을 배치하는 것이며, 나중에 추가로 예비폼내에 홈을 만드는데 사용된 나선형 몰드 패턴의 사용을 기술한다.; (2) 이반스의 미국 특허 제 4,894,521 호에 기술한 바와 같이, 거의 평평한 나선형 형상내에 긴 열가소성 절연 와이어를 감고, 와이어가 내장된 디스크를 형성하도록 와이어의 열가소성 전연체를 가열하는 것이며, 여기서 가열은 와이어에 전류를 가함으로서 얻을 수 있다; (3) 바필드의 미국 특허 제 4,956,138 호와 제 5,096,632 호에 기재된 바와 같이, 예비폼내에 와이어를 내장하면서 와이어를 전기로 가열하거나 또는 와이어가 예비폼에 완전히 내장되도록 보장하기 위해서 예비폼에 용융 플라스틱을 가하는 것이며; (4) 미국 특허 제 4,470,193 호에 기재된 바와 같이, 원통형 요소의 표면내에 홈을 형성하도록 절단기구를 사용하고, 절단기구에 연결된 트레일링 장치를 사용하고, 홈으로 와이어를 누르는 것이며, 여기서 와이어는 홈측벽에 의해 부과된 탄성 압축에 의해 홈내에 유지된다.
그러나, 상술한 방법과 장치는 평면(예, 예비폼 디스크) 또는 원통형 구조체내에 내열선을 내장하기 위해 사용하는데 제한이 있으며, 또한, 이들 방법은 새들 커플러와 같은 보다 복잡한 구조체내에 와이어를 내장하는데 쉽게 적용할 수 없다. 더욱이, 전기용해 커플링이 두 열가소성 요소에서 실시할 때 이들 요소를 효과적인 커플링을 위해 이들사이에 확고한 접촉을 형성하기가 어렵다. 또한, 상술한 커플러의 사용은 예비폼이 제조되는 경우에, 단지 이들 커플러와 어울리는 파이프에 제한된다. 추가로, 이들 커플러는 사용자에게 와이어 구조(예, 나선형 폼, 직경등)와/또는 저항성(즉, 가열성)을 선택할 수 있는 능력을 제공하지 못한다.
본 발명은 새들 커플러와 같은 열가소성 요소내에 내열선을 바로 내장하기 위한 방법과 장치를 제공함으로서 상술한 종래 알려진 형태의 단점을 극복하는 것이다. 더욱이, 본 발명에 따르면, 어떠한 형태의 예비폼도 필요가 없다. 그러므로, 와이어 저항성, 열가소성 요소의 형상, 와이어 삽입의 형태 등과 같은 특정 이용분야에 필요한 매개변수를 특정 이용분야에 가장 적합하게 선택할 수 있다. 그러므로서, 상업적으로 생산되는 전기용해 커플러의 이용성에 상관없이, 더 많은 전기용해 성능을 제공하며, 제한되지 않지만, 가변 직경의 커플러와 다양한 와이어 특성의 예비폼과 같은, 다양한 이용분야에 적합한 예비폼과 폭 넓은 전기용해 커플러를 미리 제조할 필요성을 줄인다.
그러므로, 열가소성 요소에 직접 내열선을 내장하므로서, 상술한 제한을 극복하고, 이렇게 만들어진 전기용해 커플러를 더 많은 분야에 사용할 수 있는 방법과 장치인, 전기용해 커플러를 만드는 방법과 장치의 필요성이 크게 인식되어 있다.
본 발명은 일반적으로 전기용해 커플러에 관한 것으로, 특히 열가소성 재료로 직접 내열선(resistance heating wire)을 내장시키고, 그러므로 하나의 파이프가 다른 파이프의 벽으로 안내되는, 열가소성 재료의 두 파이프를 서로 약간의 각도로 함께 연결시키는 목적을 갖은 전기용해 새들 커플러(electrofusion saddle coupler)와 같은 전기용해 커플러를 형성하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명은 첨부 도면을 참조로 여기서 기술하겠다.
도 1은 본 발명에 따라서 새들 커플러로 바로 내열선을 내장해서 전기용해 새들 커플러를 형성하기 위한 장치의 사시도.
도 2는 본 발명에 따라서 작동중일 때, 제 1 시점에서의 도 1의 장치와 커플러의 사시도.
도 3은 본 발명에 따라서 작동중일 때, 제 2 시점에서의 도 1의 장치와 커플러의 사시도.
도 4는 본 발명에 따라서 작동중일 때, 제 3 시점에서의 도 1의 장치와 커플러의 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 장치의 작동 헤드의 측면도.
도 6은 도 1의 장치와 커플러를 통한 단면도.
도 7은 본 발명의 장치에 의해서 형성된 홈과 홈내로 삽입되므로서 요소내에 내장된 내열선의 단면도.
도 8a, 도 8b와 도 8c는 열가소성 요소내에 내열선을 내장하는 3개의 형태의 평면도.
도 9a와 도 9b는 제각기, 종래의 방법과 본 발명에 따라서 진행된 전기용해 새들 커플러의 두 형태의 단면도.
도 10은 본 발명에 따라 새들 커플러로 바로 내열선을 내장하여 전기용해 새들 커플러를 형성하기 위한 다른 장치의 사시도.
본 발명에 따라서, 전기용해 새들 커플러와, 전기용해 새들 커플러와 같은 열가소성 요소내로 직접 내열선을 내장하기 위한 방법 및 장치를 제공하고 있다. 본 방법 및 장치는 어떠한 형태의 이미 존재하는 열가소성 요소내에도 어떠한 형태의 내열선을 내장하는데 사용될 수 있고 이런 요소를 전기용해 커플러로 변형할 수 있다.
아래에 기술한 본 발명의 양호한 실시예의 추가의 특징에 따르면, 전기용해 커플러와 같은 표면을 갖은 열가소성 요소내에 내열선을 내장하기 위한 장치는 (a) 제 1 길이방향 축선과, 상기 제 1 길이방향 축선을 따라서 전진이동하고 둘레로 회전하는 제 1 작동 단부를 가지는 제 1 암과; (b) 상기 제 1 작동 단부를 전진시키는 제 1 수단과; (c) 상기 제 1 작동 단부를 회전하기 위한 제 2 수단과; (d) 제 2 길이방향 축선과, 상기 제 2 길이방향 축선을 따라서 전진이동하고 둘레로 회전하는 제 2 작동 단부를 가지며, 상기 제 1 암에 대해서 약간의 각도로 배치되어 있는 제 2 암과; (e) 상기 제 2 작동 단부를 전진시키는 제 3 수단과; (f) 상기 제 2 작동 단부를 회전하기 위한 제 4 수단; (g) 상기 제 2 암의 제 2 작동 단부와 연결 또는 일체형으로 형성된 작동 헤드를 포함하며, 제 1, 2 작동 단부를 전진 및 회전하여 작동 헤드의 열가소성 요소의 표면에 대해서 공간의 위치를 제어하며, 상기 작동 헤드는 (ⅰ) 상기 열가소성 요소의 표면내에 홈을 만들기 위한 열 홈을 만드는 수단과; (ⅱ) 상기 홈에 내열선을 삽입하기 위한 와이어 삽입 수단을 포함한다.
아래에 기술한 본 발명의 양호한 실시예의 추가의 특징에 따르면, 전기용해 커플러와 같은 표면을 가진 열가소성 요소내에 내열선을 내장하기 위한 방법은 (a) 열 홈을 만드는 수단과 와이어 삽입 수단을 포함하며, 상기 열가소성 요소와 함께 서로에 대해서 모든 방향으로 일체형으로 이동가능한 작동 헤드를 제공하는 단계와; (b) 열가소성 요소의 표면내에 홈을 만들기 위해 열 홈을 만드는 수단을 사용하여 단계와; (c) 그런 후 상기 홈내에 내열선이 설치되도록, 상기 홈으로 내열선을 삽입하기 위해 상기 와이어 삽입 수단을 사용하는 단계를 포함한다.
기술한 양호한 실시예에서의 다른 추가의 특징에 따라서, 본 방법은 추가로 (d)상기 작동 헤드에 연결되어 있는 가압 장치를 제공하는 단계와; (e) 설치후 열가소성 요소의 표면을 부드럽게 하기 위해 가압 장치를 사용하는 단계를 포함한다.
기술한 양호한 실시예에서의 다른 추가의 특징에 따라서, 본 방법은 추가로 상대적인 통합 이동을 제어하기 위한 통합 프로그램가능한 작동 시스템을 제공하는 단계를 포함한다.
기술한 양호한 실시예에서의 다른 추가의 특징에 따라서, 상기 열가소성 요소는 전기용해 새들 커플러, 엘보우 커플러, 티-커플러와 분기식 커플러로 이루어지는 그룹으로부터 선택된다.
기술한 양호한 실시예에서의 다른 추가의 특징에 따라서, 상기 열 홈을 만드는 수단은 열가소성 요소의 표면상에 농축 열을 직접 적용하는 것이다.
기술한 양호한 실시예에서의 다른 추가의 특징에 따라서, 상기 농축 열을 직접 적용하는 것은 열가소성 요소의 표면에 레이저 빔을 안내하는 것이다.
기술한 양호한 실시예에서의 다른 추가의 특징에 따라서, 상기 열 홈을 만드는 수단은 가열 팁이다.
기술한 양호한 실시예에서의 다른 추가의 특징에 따라서, 상기 가열 팁은 레이저 빔에 의해 가열되는 것이다.
기술한 양호한 실시예에서의 다른 추가의 특징에 따라서, 상기 와이어 삽입 수단은 상기 홈내에 내열선을 설치하도록, 상기 홈으로 내열선을 안내하는 곡선진 고정 부재와 롤러를 포함한다.
기술한 양호한 실시예에서의 다른 추가의 특징에 따라서, 와이어 삽입 수단은 추가로 설치후 열가소성 요소의 표면을 부드럽게 하기 위한 가압 장치를 포함한다.
기술한 양호한 실시예에서의 다른 추가의 특징에 따라서, 장치는 추가로 (h) 상기 작동 헤드의 열가소성 요소의 표면에 대해서 공간 위치를 제어하기 위한 통합 프로그램가능한 작동 시스템을 포함한다.
기술한 양호한 실시예에서의 다른 추가의 특징에 따라서, 상기 열가소성 요소는 전기용해 새들 커플러이다.
기술한 양호한 실시예에서의 다른 추가의 특징에 따라서, 상기 장치는 추가로 제 1 암과 제 2 암사이의 각도를 변경하기 위한 수단을 포함한다.
아래에 기술한 본 발명의 양호한 실시예의 추가의 특징에 따르면, 전기용해 새들 커플러는 (a) 표면을 가진 새들 커플러형태의 열가소성 요소와; (b) 조밀 권선 형태의 외부에 있는 제 1 단부와 조밀 권선 형태의 내부에 있는 제 2 단부를 가지며, 조밀 권선 형태로 새들 커플러의 내면내에 내장된 내열선과; (c) 상기 제 1, 2 단부에 제각기 연결되는 제 1 금속 터미널과, 상기 제 2 단부에 도달되도록 긴 세그먼트를 포함하는 제 2 금속 터미널을 포함한다.
본 발명은 새들 커플러와 같은 열가소성 요소내에 내열선을 바로 내장하기 위한 방법과 장치를 제공함으로서 현재에 알려진 형태의 단점을 성공적으로 극복한다. 그러므로, 와이어 저항성, 요소의 형상, 와이어 삽입의 형태 등과 같은 특정 이용분야에 필요한 매개변수를 선택할 수 있으므로서, 상업적으로 생산되는 전기용해 커플러의 이용성에 상관없이, 더 많은 전기용해 성능을 제공하며, 다양한 이용분야에 적합한 폭 넓은 전기용해 커플러를 미리 제조할 필요성을 줄인다.
본 발명은 하나의 파이프가 다른 파이프의 벽으로 안내되는, 열가소성 재료의 두 파이프를 서로 약간의 각도로 함께 연결시키는 목적을 가진 새들 커플러와 같은 열가소성 요소로 직접 내열선을 내장하기 위한 방법 및 장치이다. 상기 방법과 장치는 어떠한 3 차원 기하학 형태내에 아무런 형태의 내열선을 내장(즉, 설치)하는데 사용될 수 있다. 특히, 본 발명은 어떠한 형상의 이미 존재하는 열가소성 요소내에 내열선을 내장(즉, 설치)하는데 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 방법 및 장치의 원리와 작동을 첨부도면과 아래의 설명을 참조하면 보다 이해하기 쉬울 것이다.
본 발명의 방법 및 장치는 아래에서 설명한 도 1 내지 도 10내에 도시한 바와 같이 새들 커플러내에 내열선을 내장하는데 사용될 수 있으며, 또한, 당업자에 의해서 생각할 수 있듯이, 본 발명의 방법 및 장치는 유사하게 엘보우 커플러(즉, L-형상 커플러), 티-커플러(즉, T-형상 커플러), 분기식 커플러(즉, Y 형상 커플러)등을 포함하는 여러 형태의 커플러내에 또는 2개 이상의 현존 제품을 전기 커플링하기 위해 나중에 사용하게 되는 폴리에틸렌판과 같은, 중간 부재내로 내열선을 내장하는데 사용될 수 있다. 그러므로, 용어 열가소성 요소가 명세서 및 청구범위에 사용되면, 기준은 이들 모든 옵션에 대해 만들어진다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 장치(전체적으로 도면부호 20으로 도시함)가 있다. 장치(20)는 와이어(21) 단부에 연결하는 금속 터미널(23)을 가지는 새들 커플러와 같은 예비 제조된 열가소성 요소(22)내에 어떠한 폼(예, 나선형 폼)내에 어떠한 형태(예, 다양한 직경, 저항성등)의 내열선(21 ;간단히 와이어라 칭함)을 바로 내장할 수 있는 특징요소를 포함하며, 이런 요소(22)는 어느 바람직한 기하학 형상(예, 새들 곡선)을 할 수 있다. 그러므로, 특징적인 장치(20)는 사용자가 어느 특정 이용분야에 가장 잘 맞는 와이어(예, 제조 재료, 저항성, 직경등), 와이어 내장 폼(예, 나선형)과 요소의 특성(예, 제조 재료, 곡률등)을 선택할 수 있게 해준다.
장치(20)는 제 1 작동 단부(38)를 가진 제 1 암(24)을 포함한다. 작동 단부(38)는 제 1 암(24)을 길이방향 축선(X)으로 예를 들어 하우징(28)내에 위치된 제 2 작동 단부 전진 수단(26)에 의해서, 후진 및 전진시킬 수 있다. 작동 단부(38)는 추가로 마찬가지로 하우징(28)내에 위치될 수 있는 작동 단부 회전 수단(30)에 의해서, 축선(X)둘레로 화살표 α로 도시한 바와 같이 회전시킬 수 있다. 제 1 암(24)에 대한 작동 단부(38)의 길이는 변할 수 있다. 추가로, 작동 단부(38)의 전진 및 회전을 도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 전체로서 제 1 암(24)을 전진 및 회전시키므로서 달성할 수 있다.
장치(20)는 추가로 제 2 암(32)을 포함한다. 제 2 암(32)은 도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 전형적으로 제 1 암(24)의 작동 단부(38)에 거의 수직으로 놓여있다. 그럼에도 불구하고 당업자라면 제 1 암(24)과 제 2 암(32)사이에 형성된 각 γ가 특정 이용분야에 따라서 변할 수 있다는 것을 알 수 있다. 그러므로, 각 γ를 변하기 위한 수단(34)을 장치(20)내에 포함시킬 수 있다. 제 1 암(24)과 유사하게, 암(32)은 예를 들어 제 1 암(24)의 단부(38)내에 위치된 제 2 작동 단부 전진 수단(36)에 의해서, 암(32)을 길이방향 축선(Y)으로 후진 및 전진시킬 수 있는 제 2 작동 단부(44)를 가진다. 작동 단부(44)는 추가로 제 1 암(24)의 단부(38)내에 마찬가지로 위치될 수 있는 작동 단부 회전 수단(40)에 의해서, 축선(Y)둘레로, 화살표 β로 지적한 바와 같이 회전할 수 있다. 도 1 내지 도 4에서, 제 2 암(32)은 제 1 암(24)의 단부에서 놓여 있으나, 상술한 바와 같이 암(24)의 작동 단부(38)의 길이가 변할 수 있기 때문에, 암(32)은 암(24)을 따라 어느 바람직한 위치내에 놓일 수 있다. 유사하게 암(24)의 작동 단부(38)에 기술한 바와 같이, 전진 및 회전 작동 단부(44)는 도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 전체로서 암(32)을 전진 및 회전함으로서 얻을 수 있다.
작동 단부(38, 44)를 전진하기 위한 수단(26, 36)과 작동 단부(38, 44)를 회전하기 위한 수단(30, 40)은 제각기 다양한 형태를 취할 수 있다. 수단(26, 36, 30, 40)이 적합한 기어 기구와 모터를 포함하는 것이 현재로 바람직하다.
추가로 도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 제 2 암(32)의 작동 단부(44)상에 작동 헤드(42)가 부착되어 있다. 작동 헤드(42)는 열가소성 요소(22)내에 홈(46)을 만들고 이렇게 형성된 홈(46)으로 내열선(21)을 삽입하므로서, 요소(22)내에 내열선(21)을 설치(내장)하는 수단을 포함한다. 암(32)의 작동 헤드(42)가 작동 단부(44)를 회전할 필요성을 제거한 자체 회전 수단에 의해서 회전될 수 있다. 그러므로, 본 명세서와 특히 청구범위부분에서 제 2 암(32)의 문맥내에 용어" 작동 헤드를 회전하기 위한 수단"이 사용되면, 또한 용어" 작동 단부를 회전하기 위한 수단"을 언급한다.
도 2 내지 도 4에 도시하고 상기 장치(20)의 설명으로부터 알 수 있듯이, 암(24, 32)의 작동 단부(38, 44)를 제각기 전진 및 이동하여, 열가소성 요소(22)의 표면에 대해서 작동 헤드(42)의 방위, 이동 방향과 공간의 위치를 제어할 수 있다. 그러므로, 장치(20)는 열가소성 요소(22)로 내열선을 바로 설치하는데 적합하며, 여기서 요소는 다양한 3차원 형상을 취할 수 있으며, 다양한 폼의 삽입을 얻을 수 있으며, 추가로 발명의 배경에서 설명한 종래 장치와 같은 평면 또는 원형 형상에 제한되지 않는다.
장치(20)의 작동 헤드(42)와 직접 또는 간접적으로 관련된 4개 형태의 이동을 상술하고 있다. 지금 이들 이동에 대한 각각의 이유에 대해서 상세히 설명하겠다. 도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 제 1 암(24)의 작동 단부(38)의 전진 및 회전은 열가소성 재료(22)에 대해서 소망의 통로로 암(32)을 이동할 수 있다. 암(32)의 작동 단부(44)를 전진하면, 요소(22)의 표면과 접촉한 상태로 작동 헤드(42)를 유지하고 작동 헤드(42)에 의해 표면상에 가해진 압력을 제어할 수 있으며, 반면 작동 단부(44)를 회전하면, 간단히 설명한 바와 같이, 장치(20)의 작동에 중요한, 이동 방향에 대한 헤드(42) 방위를 제어할 수 있다.
도 5와 도 6을 참조하면, 작동 헤드(42)의 특정 요소와 작동 모드를 기술하고 있다. 상술한 바와 같이, 작동 헤드(42)는 열가소성 요소(22)내에 홈(46)을 만들고 이렇게 형성된 홈(46)으로 내열선으로 삽입하므로서, 요소(22)내에 내열선(21)을 설치하는 수단을 포함한다. 상술한 바와 같이, 열가소성 요소(22)의 표면에 대해서 작동 헤드(42)의 공간의 위치를 제어하는 것은 예를 들어 장치의 제 1, 2 암(24, 32)을 전진 및 회전함으로서 이루어진다.
작동 헤드(42)는 열가소성 요소(22)의 표면내에 홈(46)을 만들기 위한 열 홈을 만드는 수단(48)과; 홈(46)으로 내열선(22)을 삽입하기 위한 와이어 삽입 수단(54)을 포함한다.
한 실시예에 따라서, 열 홈을 만드는 수단(48)은 작동동안 가열 팁(50)을 포함한다. 가열 팁(50)은 예를 들어 레이저 빔(52)에 의해 얻을 수 있으며, 또는 마찰 열을 발생하는데 적합한 물체로 만들어진 팁(50)을 제공할 수 있다. 가열 팁(50)은 작동 헤드(42)가 장치(20)의 상술한 암 작동에 의해 요소(22)의 표면에 대해서 가압 이동될 때 요소(22)의 표면내에 홈(46)을 만드는데 사용된다. 레이저 빔(52), 또는 마찰외의 다른 수단이 가열 팁(52)으로 사용될 수 있으며, 이들 다른 수단이 전열 재료(예, 팁으로 형성되면 내열선 특성을 가지는 재료)로부터 팁(50)을 만드는 것, 또는 변경적으로 금속과 같은 양호한 열전도 재료로 팁(50)을 만드는 것과 외부 열을 팁(50)에 가하는 것을 포함하는 것은 당업자에게 분명하다.
다른 실시예에 따라서, 열 홈을 만드는 수단(48)은 요소(22)의 표면상에 농축 열을 바로 가하는 것을 포함하며, 열을 바로 가하는 것은 요소(22)의 표면에 직접 레이저 빔(52)을 안내하거나, 또는 요소(22)의 표면상에 고온 가스(예, 공기) 또는 점화 가스(즉, 플레임)의 포커스 스트림(focused stream)을 안내함으로서 얻을 수 있다.
도 6에 도시한 바와 같이, 제 1, 2 암(24, 32)내에 위치된 레이저 빔 반사장치(예, 거울)(63, 62)와 예를 들어 하우징(28)내에 위치된 레이저 빔 발생기(58)는 제각기 레이저 빔을 발생하여 작동 헤드(42)로 안내할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 예로서 다른 형태는 거울(62)의 도움으로 제 1 암(24)의 단부(64)에 또는 제 1 암(24)내에 레이저 빔을 포함하거나 또는 제 2 암의 단부(66)에 또는 제 2 암(32)내에 레이저 빔 발생기를 포함하는 것이다. 또한 레이저 빔 반사 장치가 작동 헤드(42)에 레이저 빔(52)을 안내하기만 하면 레이저 빔 발생기(58)를 다른 적합한 위치에 위치할 수 있다. 그러나, 약간의 경우에 레이저 빔 반사 장치의 반사각을 제어하는 것을 필요로 할 수 있다.
도 5에 도시한 바와 같이, 홈(46)으로 내열선(21)을 삽입하기 위한 와이어 삽입 수단(54)은 예를 들어 힌지(70)를 통해 와이어 삽입 수단(54)에 결합된 롤러(68)를 포함할 수 있을 것이다. 롤러(68)는 힌지(70)둘레로 회전할 수 있으며 롤러(68)는 작동 헤드(42)가 도 5의 화살표 72에 의해 지적한 방향으로 전진하면, 내열선(21)이 홈(46)으로 삽입되고 그러므로 열가소성 요소(22)내에 내장(설치)되도록, 홈(46)에 대해서 배치된다. 당업자에게 분명한 바와 같이, 롤러(68)를 변경적으로, 와이어 삽입 수단은 롤러(68)와 다른, 회전할 수 없지만, 홈(22)으로 내열선(21)을 안내하는 기능을 하는 곡선진 고정 부재를 포함할 수 있다. 도 5에 도시한 바와 같이, 와이어 삽입 수단(54)은 선택적으로 내열선(21)의 설치후 열가소성 요소(22)의 표면을 부드럽게 하기 위한 가압 장치(56)를 포함할 수 있다. 예들 들어, 가압 장치(56)내에는 와이어 커터(57)와 와이어 그립퍼(59)를 포함할 수 있고, 도 6에 도시한 바와 같이, 작업 헤드(42)로 내열선(21)을 안내하는 것을 와이어 안내휠 또는 다른 적합한 곡선진 조립체(74)로 도울 수 있다.
상술한 바와 같이, 작동 헤드(42)는 비대칭 구조를 특징으로 한다. 작동 헤드(42)의 적절한 작동을 위해서, 열 홈을 만드는 수단(48)이 항상 작동 헤드(42)의 이동 방향으로 와이어 삽입 수단(54)의 앞쪽에 있는 것이 중요하다. 상술한 바와 같이, 이것은 회전 수단(40)에 의해 작동 헤드(42)의 회전을 제어함으로 이루어지며, 제어된 회전은 열 홈을 만드는 수단(48)이 필요에 따라 와이어 삽입 수단(54)의 앞쪽에 있는 것을 보장한다. 열 홈을 만드는 수단(48), 삽입 수단(54)과 가압 장치(56)사이의 거리는 특정 이용분야에 따라서 변할 수 있다는 것은 당업자에게 자명한 것이다. 더욱이, 장치(20)가 교환가능한 작동 헤드들을 포함할 수 있으며, 상기 교환가능한 작동 헤드중 하나가 열 홈을 만드는 수단을 포함하며 다른 것이 와이어 삽입 수단을 포함할 수 있다는 것도 자명하다.
도 7을 참조하면, 홈이 내열선(21)을 포함하는, 열가소성 요소(22)내의 장치(20)에 의해 형성된 홈(46)의 단면도가 도시되어 있다. 작동 헤드(42)의 이동 속도와, 여기서 제한되지 않지만, 요소(22)의 표면에 가해진 열량; 팁(50)과 가압 장치(56)(존재시)의 정확한 형상과, 이들 서로에 대한 방위와 열가소성 요소(22)의 표면에 대한 방위 등과 같은, 관련 여러 매개변수를 제어함으로서, 사용자는 다양한 매개변수 특성 홈(46)을 제어할 수 있다. 그러므로, 예를 들어, 홈(46)은 홈(46)내에 유지 내열선(21)을 돕도록 내향으로 경사진 벽(76)을 가지도록 형성될 수 있다. 추가로, 홈(46)의 깊이( 도 7에서 a로 표시함)를 홈(46)의 에지(78)에 대한 내열선의 깊이(도 7에서 b로 표시함)를 고려해서 제어할 수 있다. 더욱이, 홈(46)내에 내열선(21)을 추가로 지지하기 위한 홈(46)을 따라서 늘어선 리브(80)를 형성할 수 있으며, 그리고 홈(46)의 에지(78)에 대한 높이(도 7에서 c 로 표시함)를 제어할 수 있다.
도 8a 내지 도 8c와 도 9a와 도 9b를 참조하면, 도 8a 내지 도 8c에는 열가소성 요소내에 형성된 홈내에 내열선을 내장하는 가능한 형태의 3개의 상면도가 도시되어 있다. 도 8a에 도시한 형태는 상술한 발명의 배경에서 기술한 바와 같이 예비폼으로 제조된 전기용해 새들 커플러내에 현재에 사용되고 있는 것중 하나이다. 이 형태에 따라서, 홈(46)과 와이어(21)는 나선형 폼(82)을 얻는다. 이 경우에, 양 와이어 단부(88)가 나선형 폼(82)의 외측에 놓여진다면, 내열선(21)의 대부분의 내부 회선은 나선형 폼(82)과 교차한다.. 그러나, 이렇게 교차한 교차부는 싱글 측면의 핫 스폿(a single sided hot spot), 그리고 가열, 그러므로 용융을 발생하고, 통상적으로 열가소성 재료로 만든 전기 절연 브리지(86)는 나선형 폼(82)과 교차부사이에 배치되고 교차부와 나선형 폼(82)사이에 전기를 연결하고 그러므로 전기 단락과 전기용해의 과정의 조속이든지 또는 보다 제어되지 않은 종료를 야기한다. 이것은 이 형태에서 가장 큰 단점이다. 도 8b에 나타난 형태에 따라서, 홈(46)과 내열선(21)은 쌍-나선형 폼(90)을 구하므로 내열선(21)의 양 단부(88)는 쌍-나선형 폼(90)의 외부에 있다. 도 8c에 도시한 형태에 따라서, 홈(46)과 내열선(21)은 특정 열 요구조건을 보다 만족시키는 이용분야 특정 최상의 폼을 얻을 수 있는 거의 정사각형의 나선형 폼(92)과 같은 다른 폼을 구할 수 있다. 본 발명의 장치와 방법은 도 8a 내지 도 8c에 도시한 어떠한 형태에서도 열가소성 요소(22)로 내열선(21)을 삽입하는데 가장 적합하다. 더욱이, 본 발명의 장치와 방법은 선형 래스터 이동에 의해 만들어진 것과 같은, 다른 바람직한 조밀 권선 형태에도 열가소성 요소(22)로 내열선(21)을 삽입할 수 있다.
도 9a는 도 8a의 나선형 폼(82)의 형태내에 내장된 내열선(21)을 가진 종래 기술의 전기용해 새들 커플러(98)의 단면도이다. 상술한 바와 같이, 이 경우에, 열가소성 브리지(86)는 전기용해가 와이어 단부(88)를 금속 터미널(23)을 통해서 전원에 연결함으로서 이루어지면 나선형 폼(82)으로부터 내열선(21)의 교차 영역을 절연하는데 사용된다. 그러나, 브리지(86)가 상술한 바와 같이, 핫 스폿(84)의 형성에 의해 용융되면, 전기 회로는 단락되고 전기용해 과정은 종료한다.
한편, 도 9b는 도 8a내에 도시한 것과 유사하게 내열선(21)이 폼을 가지는 홈(46)을 따르지만 교차부가 없는 전기용해 새들 커플러(98')의 단면도를 도시한다. 여기서 한 와이어 단부(88)는 나선형 폼(82)의 외부에 위치되며 반면에 다른 것은 내부에 위치된다. 이 경우에, 긴 세그먼트(96)가 제공되며, 이것은 나선형 폼(82)의 최내부 회선에 위치된 단부(88)와 결합하도록 금속 터미널(23)중 하나와 연결 및 일체적으로 형성되어 있다. 그러므로서, 제일 먼저 전기용해 새들 커플러내에 열가소성 브리지대신에 긴 세그먼트를 포함하는 것을 제안한다. 이 형태는 핫 스폿의 형성이 긴 세그먼트(96)의 전기 가열 특성의 적절한 선택으로 제거되기 때문에 전기용해 커플링에 보다 적합하다. 그러므로, 큰 단면적과/ 또는 저 전기저항성으로 긴 세그먼트(96)를 선택하면 핫 스폿이 전기용해 공정동안 형성되지 않게 보장하고, 그러므로 공정동안 보다 양호한 제어상태에 있다. 본 발명에 따라서, 상술한 도 9b의 커플러(98')와 같은 긴 세그먼트를 가진 전기용해 새들 커플러는 종래의 방법과 장치 뿐만 아니라 본 발명의 방법과 장치에 의해서도 제조될 수 있다.
도 10을 참조하면, 상술한 내용과 도면으로부터, 열가소성 요소(22)의 표면에 대해서 장치(20)의 작동 헤드(42)의 이동에 의해서 요소(22)내에 홈을 만들고 이렇게 형성된 홈(46)내로 내열선(21)을 삽입할 수 있다는 것은 분명한 사실이다. 그러나, 도 10에 도시한 바와 같이, 유사한 결과를 상술한 작동 헤드(42)의 것과 유사한 구조적 특성을 가지는, 고정 작동 헤드(102)에 대해서 대칭 이동으로 열가소성 요소(22)를 이동할 수 있는, 전체적으로 도면부호 100으로 도시한 장치에 의해서 얻을 수 있다. 그러므로, 장치(100)는 열가소성 요소(22)를 그립하고, 장치(20)에 의해 부과된 이동과 비교해서, 고정 작동 헤드(102)에 대해서 대칭 이동으로 요소(22)를 이동할 수 있는 하나 이상의 그립핑 수단(104)을 포함한다. 그러나, 작동 헤드와 열가소성 요소사이의 상대적 이동은 장치(20)의 작동 헤드(42)를 약간의 이동을 할 수 있는 장치와 헤드와 요소의 필요한 상대적인 이동을 성취하도록 요소(22)상에 보충 이동을 부과하는 추가의 장치 양자의 이중 기여로 성취될 수 있다.
상술한 바와 같이, 작동 헤드(42)의 상대적인 이동 속도와, 여기서 제한되지 않지만, 요소(22)의 표면에 가해진 열량; 팁(50)과 가압 장치(56)의 서로에 대한 방위와 열가소성 요소(22)의 표면에 대한 방위 등과 같은, 관련 여러 매개변수를 제어함으로서, 사용자는 단면과 구형의 형상과 같은 다양한 매개변수 특성 홈(46)을 제어할 수 있다. 그러므로, 본 발명에 따라서 장치의 작동 모드를 제어는 통합 프로그램가능한 작동 시스템에 의해 적합하게 성취되어진다.
상술한 장치는 열가소성 요소에 대해서 작동 헤드를 이동하기 위한 수단을 제공하므로 작동 헤드는 요소에 대해서 어떠한 상대적인 위치, 방위 및 이동 방향에서도 있을 수 있으므로, 와이어를 상술한 바와 유사하게 요소의 표면내에 형성된 홈으로 삽입될 수 있을 것이다. 요소에 대한 작동 헤드의 유사한 기계적 이동은 다양한 여러 방법으로 얻을 수 있음이 자명하다.
본 발명에 따라서, 전기용해 커플러와 같은 열가소성 요소내에 내열선을 내장하는 방법을 추가로 제공하며, 상기 방법은 장치(20 또는 100) 또는 이들의 조합의 상술한 실시예중 아무런 것을 사용해서 양호하게 실시할 수 있으며, 상기 방법은,
(a) 열 홈을 만드는 수단과 와이어 삽입 수단을 포함하며, 상기 열가소성 요소와 함께 서로에 대해서 모든 방향으로 일체형으로 이동가능한 작동 헤드를 제공하는 단계와;
(b) 열가소성 요소의 표면내에 홈을 만들기 위해 열 홈을 만드는 수단을 사용하여 단계와;
(c) 그런 후 상기 홈내에 내열선이 설치되도록, 상기 홈으로 내열선을 삽입하기 위해 상기 와이어 삽입 수단을 사용하는 단계를 포함한다.
본 방법은 추가로,
(d)상기 작동 헤드에 연결되어 있는 가압 장치를 제공하는 단계와;
(e) 설치후 열가소성 요소의 표면을 부드럽게 하기 위해 가압 장치를 사용하는 단계를 포함한다.
본 발명의 방법은 상술한 열가소성 요소와 작동 헤드의 모든 방향에서의 상대적인 통합 이동을 제어하고, 장치(20 또는 100)의 어느 다른 바람직한 매개변수를 제어하기 위해서 통합 프로그램가능한 작동 시스템을 사용해서 적합하게 실시할 수 있다.
본 발명의 방법을 실시하는 것이 여기서 기술한 장치 뿐만 아니라 이들 장치를 다양하게 개량한 장치을 사용해서 얻을 수 있다.

Claims (25)

  1. 전기용해 커플러와 같은 표면을 가진 열가소성 요소내에 내열선을 내장하기 위한 장치에 있어서,
    (a) 제 1 길이방향 축선과, 상기 제 1 길이방향 축선을 따라서 전진이동하고 둘레로 회전하는 제 1 작동 단부를 가지는 제 1 암과;
    (b) 상기 제 1 작동 단부를 전진시키는 제 1 수단과;
    (c) 상기 제 1 작동 단부를 회전하기 위한 제 2 수단과;
    (d) 제 2 길이방향 축선과, 상기 제 2 길이방향 축선을 따라서 전진이동하고 둘레로 회전하는 제 2 작동 단부를 가지며, 상기 제 1 암에 대해서 약간의 각도로 배치되어 있는 제 2 암과;
    (e) 상기 제 2 작동 단부를 전진시키는 제 3 수단과;
    (f) 상기 제 2 작동 단부를 회전하기 위한 제 4 수단;
    (g) 상기 제 2 암의 제 2 작동 단부와 연결 또는 일체형으로 형성된 작동 헤드를 포함하며,
    제 1, 2 작동 단부를 전진 및 회전하여 작동 헤드의 열가소성 요소의 표면에 대해서 공간의 위치를 제어하며, 상기 작동 헤드는,
    (ⅰ) 상기 열가소성 요소의 표면내에 홈을 만들기 위한 열 홈을 만드는 수단과;
    (ⅱ) 상기 홈에 내열선을 삽입하기 위한 와이어 삽입 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 열 홈을 만드는 수단은 열가소성 요소의 표면상에 농축 열을 직접 적용하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 농축 열을 직접 적용하는 것은 열가소성 요소의 표면에 레이저 빔을 안내하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 열 홈을 만드는 수단은 가열 팁인 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 가열 팁은 레이저 빔에 의해 가열되는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 와이어 삽입 수단은 상기 홈내에 내열선을 설치하도록, 상기 홈으로 내열선을 안내하는 롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 와이어 삽입 수단은 상기 홈내에 내열선을 설치하도록, 상기 홈으로 내열선을 안내하는 곡선진 고정 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 와이어 삽입 수단은 추가로 설치후 열가소성 요소의 표면을 부드럽게 하기 위한 가압 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 장치는 추가로,
    (h) 상기 작동 헤드의 열가소성 요소의 표면에 대해서 공간 위치를 제어하기 위한 통합 프로그램가능한 작동 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 열가소성 요소는 전기용해 새들 커플러인 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1, 2 암사이의 상기 각을 변경하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 전기용해 커플러와 같은 표면을 가진 열가소성 요소내에 내열선을 내장하기 위한 방법에 있어서,
    (a) 열 홈을 만드는 수단과 와이어 삽입 수단을 포함하며, 상기 열가소성 요소와 함께 서로에 대해서 모든 방향으로 일체형으로 이동가능한 작동 헤드를 제공하는 단계와;
    (b) 열가소성 요소의 표면내에 홈을 만들기 위해 열 홈을 만드는 수단을 사용하여 단계와;
    (c) 그런 후 상기 홈내에 내열선이 설치되도록, 상기 홈으로 내열선을 삽입하기 위해 상기 와이어 삽입 수단을 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 방법은 추가로,
    (d)상기 작동 헤드에 연결되어 있는 가압 장치를 제공하는 단계와;
    (e) 설치후 열가소성 요소의 표면을 부드럽게 하기 위해 가압 장치를 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 열 홈을 만드는 수단은 열가소성 재료의 표면에 안내된 레이저 빔인 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 12 항에 있어서, 상기 열 홈을 만드는 수단은 가열 팁인 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 가열 팁은 레이저 빔에 의해 가열되는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 12 항에 있어서, 상기 와이어 삽입 수단은 상기 홈내에 내열선을 설치하도록, 상기 홈으로 내열선을 안내하는 롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 12 항에 있어서, 상기 와이어 삽입 수단은 상기 홈내에 내열선을 설치하도록, 상기 홈으로 내열선을 안내하는 곡선진 고정 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 12 항에 있어서, 상기 방법은 추가로,
    (d) 상기 상대적인 통합 이동을 제어하기 위한 통합 프로그램가능한 작동 시스템을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 13 항에 있어서, 상기 방법은 추가로,
    (f) 상기 상대적인 통합 이동을 제어하기 위한 통합 프로그램가능한 작동 시스템을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 12 항에 있어서, 상기 열가소성 요소는 전기용해 새들 커플러, 엘보우 커플러, 티-커플러와 분기식 커플러로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 13 항에 있어서, 상기 열가소성 요소는 전기용해 새들 커플러, 엘보우 커플러, 티-커플러와 분기식 커플러로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제 1 항의 장치를 사용해서 제조한 것을 특징으로 하는 전기용해 새들 커플러.
  24. 제 12 항의 방법을 사용해서 제조한 것을 특징으로 하는 전기용해 새들 커플러.
  25. (a) 표면을 가진, 새들 커플러의 폼의 열가소성 요소와;
    (b) 조밀 권선 형태로 상기 새들 커플러의 상기 표면내에 내장되어 있으며, 상기 조밀 권선 형태의 외부에 있는 제 1 단부와 상기 조밀 권선 형태의 내부에 있는 제 2 단부를 가지는 내열선과;
    (c) 상기 제 1, 2 단부에 제각기 연결되는, 제 1 금속 터미널과 상기 제 2 단부에 도달하는 긴 세그먼트를 포함하는 제 2 금속 터미널을 포함하는 것을 특징으로 하는 새들 커플러.
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