KR20130005456U - 자동차 스포일러의 진동 용착 장치 - Google Patents

자동차 스포일러의 진동 용착 장치 Download PDF

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Abstract

본 고안은 부품 형상으로 인해 가압장치의 가압방향에 일치하지 않는 접합부를 보조가압장치로 가압하여 자동차 스포일러를 구성하는 부품 간의 진동 용착을 실행하는 자동차 스포일러의 진동 용착 장치를 제공한다. 본 고안의 일 실시예에 따른 자동차 스포일러의 진동 용착 장치는 제1접합부와 제2접합부를 가지는 제1부품과 상기 제1접합부의 아래에 놓이는 제3접합부와 상기 제2접합부의 위에 놓이는 제4접합부를 가지는 제2부품을 진동 용착시키는 장치이며, 진동헤드와, 상기 진동헤드에 결합되어 진동하고 상기 제1부품에 접촉하는 상부 고정구와, 상기 상부 고정구에 대향하고 상기 제2부품을 고정하는 하부 고정구와, 상기 하부 고정구를 상기 상부 고정구 측으로 가압하는 주가압장치와, 상기 제4접합부를 상기 제2접합부 측으로 가압하는 보조가압장치를 포함한다.

Description

자동차 스포일러의 진동 용착 장치{VIBRATION WELDING MACHINE FOR VEHICLE SPOILER}
본 고안은 자동차 스포일러의 진동 용착 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자동차 스포일러의 플라스틱 부품들을 진동 마찰을 통해 용융시켜 접합하는 진동 용착 장치에 관한 것이다.
플라스틱 부품 간의 접합 방식으로 열가소성을 이용한 진동 용착 방식, 초음파 용착 방식, 열판 용착 방식 등이 있다.
이러한 용착 방식들 중에서, 진동 용착 방식은 물리적인 마찰을 이용한 접합 방식으로서, 두 개의 플라스틱 부품을 가압하여 접촉시키고, 진동 마찰을 통해 발생하는 마찰열로 부품 상호 간의 접합부를 용융시켜 접합시킬 수 있다. 이와 같은 진동 용착 방식은 외부 열원을 필요로 하지 않으며, 플라스틱 부품의 재질, 크기 및 형상에 대한 제약이 적어 복잡한 형상을 갖는 부품들의 결합 방식으로 많이 사용된다.
다양한 진동 용착 장치가 종래에 제안되어 있으며, 그 일 예가 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0121085호에 개시되어 있다. 상기 특허문헌에 의한 장치에는, 한 쌍의 지그가 상하로 대향하여 설치되고, 상측의 지그를 향해 하측의 지그를 가압하는 가압장치가 설치되고, 진동을 발생하는 진동부가 상측의 지그에 결합된다. 한 쌍의 지그에 의해 두 개의 부품이 각각 지지되고 가압장치에 의해 가압된 상태로 접촉된다. 진동부에 의한 상측의 지그의 진동에 의해 부품들의 접촉면이 마찰되고, 이로부터 발생하는 마찰열에 의해 접촉면이 용융된다. 용융된 접촉면이 냉각되어 두 개의 부품이 접합된다.
대한민국공개특허공보 제10-2010-0121085호(공개일 2010.11.17.)
종래의 진동 용착 장치는 두 개의 부품을 상하에 배치되는 두 개의 고정구로 고정한 상태로 가압장치에 의한 한 방향에서의 가압에 의해 두 개의 부품을 접촉시키고 있다. 따라서, 하나의 부품과 다른 하나의 부품에서 가압장치의 가압방향에 일치하는 접촉면 만이 원활하게 접촉되어 진동 용착이 이루어진다. 만일, 다른 하나의 부품이 상기 가압방향에 일치하지 않는 접합부를 가지는 경우, 즉 다른 하나의 부품이 상기 하나의 부품의 위쪽에 놓이는 접합부를 가지게 되는 경우, 종래와 같이 상하로 배치되는 두 개의 고정구로 고정된 상태에서 행해지는 가압장치의 가압력은 상기 위쪽에 놓이는 접합부에는 전달되지 않게 된다. 따라서, 상기 접합부는 고정구를 통해 하나의 부품의 대응하는 접합부에 접촉되지 못하기 때문에 진동에 의한 마찰열이 크게 발생될 수 없다. 즉, 가압장치의 가압방향에 일치하지 않는 접합부를 가지는 부품은 이러한 접합부가 충분하게 용융되지 못하여 견고하게 접합되지 못한다.
본 고안은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 고안은 부품 형상으로 인해 가압장치의 가압방향에 일치하지 않는 접합부를 보조가압장치로 가압하여 부품 간의 진동 용착을 실행하는 자동차 스포일러의 진동 용착 장치를 제공한다.
본 고안의 일 실시예에 따른 자동차 스포일러의 진동 용착 장치는 제1접합부와 제2접합부를 가지는 제1부품과, 상기 제1접합부의 아래에 놓이는 제3접합부와 상기 제2접합부의 위에 놓이는 제4접합부를 가지는 제2부품을 진동 용착시키는 장치이며, 진동헤드와, 상기 진동헤드에 결합되어 진동하고 상기 제1부품에 접촉하는 상부 고정구와, 상기 상부 고정구에 대향하고 상기 제2부품을 고정하는 하부 고정구와, 상기 하부 고정구를 상기 상부 고정구 측으로 가압하는 주가압장치와, 상기 제4접합부를 상기 제2접합부 측으로 가압하는 보조가압장치를 포함한다.
상기 보조가압장치는 상기 제4접합부를 가압하는 방향으로 이동가능하며, 상기 보조가압장치는 상기 제4접합부를 가압하는 가압바와, 상기 가압바를 상기 제4접합부를 가압하는 방향에서 진퇴시키는 가압실린더를 구비할 수 있다.
또한, 상기 보조가압장치의 가압력을 조절하는 압력조절장치를 더 포함할 수 있다.
상기 제2접합부는 상기 주가압장치의 가압방향에 경사진 방향으로 놓이고, 상기 보조가압장치는 상기 경사진 방향에 수직한 방향에서 상기 제4접합부를 가압할 수 있다.
본 고안의 자동차 스포일러의 진동 용착 장치에 의하면, 두 개의 부품을 상하 방향으로 가압하여 진동 용착시킬 수 있다. 또한, 부품 형상으로 인해 두 개의 부품이 갖는 접합부의 배치가 상하로 역전된 경우에는 보조가압장치로 이 부위를 가압하여 진동 용착시킬 수 있다. 즉, 복잡한 형상을 갖는 두 개의 부품이 둘 이상의 부위에서 상호 접합되는 경우, 부품의 형상을 변형하고 나사 등의 체결수단을 사용하지 않고서도 둘 이상의 부위를 모두 진동 용착시킬 수 있다. 따라서, 두 개 부품의 접합부를 견고하게 접합시킬 수 있으며, 별도의 체결수단이 사용되지 않아 두 개의 부품이 채용되는 제품을 경량화시킬 수 있다. 또한, 한 번의 진동 용착 공정으로도 다양한 위치에 배치되는 접합부를 모두 진동 용착시킬 수 있어 제품 제조 공정의 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 자동차 스포일러의 진동 용착 장치를 보인 전면도이다.
도 2는 본 고안의 일 실시예에 따른 자동차 스포일러의 진동 용착 장치의 주요부를 보인 배면 사시도이다.
도 3은 본 고안의 일 실시예에 따는 자동차 스포일러의 진동 용착 장치의 주요부를 보인 측면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 A부분을 확대하여 보인 도면이다.
도 5는 도 3에 도시된 B부분을 확대하여 보인 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 실시예를 설명한다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 고안의 일 실시예에 따른 자동차 스포일러의 진동 용착 장치(100)는 열가소성 플라스틱 재료로 사출성형된 두 개의 자동차 스포일러 부품을 진동 마찰을 통해 용착시키는 장치이다. 상기 두 개의 부품은 진동 용착에 의해 하나의 완성품 또는 다른 부분품으로 제조될 수 있다. 상기 두 개의 부품의 일 예로, 자동차의 스포일러를 구성하는 외부부품과 내부부품을 들 수 있다. 실시예에 따른 자동차 스포일러의 진동 용착 장치(100)는 자동차 스포일러의 부품 이외에 플라스틱을 재료로 하는 다양한 완성품 또는 부분품을 구성하는 두 개의 부품을 진동 용착에 의해 상호 접합시킬 수 있다.
도 1을 참조하면, 자동차 스포일러의 진동 용착 장치(이하, '진동 용착 장치'라 한다)(100)는 방음 박스(110)를 구비한다. 방음 박스(110)는 전면 혹은 전면과 하부면이 개방되는 사각 박스 형태로 형성되며, 방음 박스(110)의 전면에는 작업문(미도시)이 개폐가능하게 연결된다. 작업문에 투명창을 설치하여 방음 박스(110)의 내부를 육안으로 확인할 수 있다. 이러한 방음 박스(110)에 의해 진동 용착 공정 시 발생하는 소음을 줄일 수 있으며, 먼지 등의 이물질에 의해 진동 용착 장치(100)가 오염되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 방음 박스(110)를 다양한 디자인으로 제작함으로써 사용자에게 심미적인 효과를 줄 수 있다.
진동 용착 장치(100)는 진동 용착에 관여하는 여러 부품을 지지하거나 고정하기 위한 머신 프레임(120)을 구비한다. 머신 프레임(120)은 방음 박스(110)의 내부에 설치된다. 이러한 머신 프레임(120)은 지면 혹은 방음 박스(110)의 바닥면에 안착되는 베이스 플레이트(122)와, 베이스 플레이트(122)의 상부면에서 수직하게 세워지는 한 쌍의 지지 프레임(124)으로 이루어진다.
베이스 플레이트(122)와 한 쌍의 지지 프레임(124)의 연결 부위에는 진동감쇄수단(126)이 설치되어 한 쌍의 지지 프레임(124)에 가해지는 진동을 감쇄시킬 수 있다. 또한, 베이스 플레이트(122)의 하부면에는 높낮이 조절이 가능한 복수의 받침수단(122a)이 부착되어 베이스 플레이트(122)를 지면에 대하여 수평을 이루도록 조절할 수 있다.
이 실시예에서는, 한 쌍의 지지 프레임(124)에 의해 후술되는 진동헤드(140)가 지지되도록 하였지만, 한 쌍의 지지 프레임(124)과 별도로 진동헤드(140)를 지지하기 위한 수직 프레임을 베이스 플레이트(122)의 상부면에 세워 설치할 수도 있다.
컨트롤 박스(130)는 방음 박스(110)의 일측에 설치된다. 컨트롤 박스(130)의 전면에는 입력수단(131) 및 출력수단(132)이 설치되어 진동 용착 공정과 관련된 공정 조건을 설정할 수 있으며, 공정 상황을 실시간으로 모니터링 할 수 있다. 입력수단(131)으로는 키패드, 키보드 등이 포함될 수 있으며, 출력수단(132)으로는 모니터 등이 포함될 수 있다.
컨트롤 박스(130)의 내부에는, 미도시되었지만, 진동헤드(140)에 전원을 인가하는 전원장치와, 주가압장치(170)와 보조가압장치(180)에 연결되어 오일 또는 압축가스 등을 공급하는 가압탱크가 구비된다. 또한, 입력수단(131)에 의해 설정되는 공정 조건에 따라 전원장치, 가압탱크 등을 제어하는 제어장치가 구비된다.
진동헤드(140)는 진동을 발생하는 장치이며, 한 쌍의 지지 프레임(124)의 상단을 가로지르도록 설치된다. 이러한 진동헤드(140)는 좌우 방향으로 마주보며 배치되는 한 쌍의 전자석 코일(141)을 구비한다. 또, 진동헤드(140)는 한 쌍의 전자석 코일(141) 사이의 간격을 유지시키는 브릿지(142)와, 브릿지(142)의 하부에 설치되는 복수의 스프링(143) 및 복수의 스프링(143)의 하부에서 지지되는 드라이브 박스(144)를 포함한다. 전원장치로부터 한 쌍의 전자석 코일(141)에 전원이 인가되면 한 쌍의 전자석 코일(141)에 자력이 발생되고, 이렇게 발생된 자력에 의해 드라이브 박스(144)가 좌우 방향으로 진동 운동을 하게 된다. 이 실시예에 있어서, 전원장치는 내부에 구비되는 인버터 등을 이용하여 100㎐∼240㎐의 진동주파수로 교류 전원을 인가할 수 있다. 또한, 제어장치는 드라이브 박스(144)를 0㎜∼4.0㎜의 진폭으로 진동 운동하도록 제어할 수 있다. 한 쌍의 전자석 코일(141)에 인가되는 전원의 진동주파수, 진폭은 용착 대상물의 재료, 접합부의 크기, 개수 등에 따라 변경될 수 있다.
상부 고정구(150)는 드라이브 박스(144)의 하부에 결합되고, 상부 고정구(150)의 하면은 자동차 스포일러의 내부부품으로서 보강재인 제1부품(10)의 상면과 접촉된다. 드라이브 박스(144)와 결합된 상부 고정구(150)는 드라이브 박스(144)의 진동에 따라 함께 진동한다. 따라서, 상부 고정구(150)가 제1부품(10)과 접촉된 경우, 제1부품(10)을 진동시킬 수 있다. 상부 고정구(150)는 제1부품(10)과 접촉하는 면이 요철면으로 형성될 수 있다. 상부 고정구(150)의 요철면에 의해 제1부품(10)과의 접촉력이 향상되어 상부 고정구(150)가 제1부품(10)으로부터 미끄러지는 것을 방지할 수 있다. 상부 고정구(150)와 함께 제1부품(10)이 진동될 수 있도록 상부 고정구(150)의 요철면은 제1부품(10)의 상면의 요철 형상에 걸리도록 형성될 수 있다.
하부 고정구(160)는 상부 고정구(150)에 대향하도록 배치된다. 이러한 하부 고정구(160)는 자동차 스포일러의 외형을 형성하는 외부부품으로서 보강재가 안쪽에 접합되는 본체인 제2부품(20)을 고정한다. 즉, 하부 고정구(160)는 상부가 개방된 박스 형상으로 이루어져 제2부품(20)을 내측에 안착시켜 흔들림이 없도록 고정한다.
제1부품(10)에 접촉되어 제1부품(10)을 진동시키는 상부 고정구(150)와 제1부품(10)의 아래에서 제2부품(20)을 위치 고정시키는 하부 고정구(160)는 제1부품(10)과 제2부품(20)의 형상, 크기 등에 따라 다양한 형상과 크기로 변형될 수 있다.
주가압장치(170)는 하부 고정구(160)를 지지하고, 하부 고정구(160)를 상부 고정구(150)를 향해 가압시키는 장치이다. 이러한 주가압장치(170)는 하부 고정구(160)의 하부면을 받쳐 지지하는 승강 테이블(172)과, 승강테이블(172)의 하부에 연결되는 승강실린더(174)를 포함한다. 승강테이블(172)은 한 쌍의 지지 프레임(174)에 양측이 승강가능하게 연결되어 상하 이동이 가이드된다. 또, 승강실린더(174)는 공압 또는 유압 방식으로 구동되는 실린더로서, 컨트롤 박스(130)의 내부 또는 장비 본체 내부에 구비되는 가압탱크 또는 가압장치와 연결된다.
도 2를 참조하면, 보조가압장치(180)는 주가압장치(170)의 후방에 위치된다. 보조가압장치(180)는 주가압장치(170)와 독립된 구동을 할 수 있어 진동 용착 공정 시 필요에 따라 선택적으로 사용할 수 있다.
보조가압장치(180)는 가압바(182)와, 가압바(182)와 연결되어 가압바(182)를 하부 고정구(160)의 후방에서 상하 이동시키는 가압실린더(184)를 구비한다. 또한, 보조가압장치(180)는 보조가압장치(180)의 가압력을 조절하는 압력조절장치(190)를 더 구비한다.
보조가압장치(180)의 가압실린더(184)는 컨트롤 박스(130) 내부에 구비되는 가압탱크와 연결된다. 가압실린더(184)는 가압탱크로부터 오일 또는 압축가스를 공급받아 작동되며, 압력조절장치(190)에 의해 그 작동이 조절될 수 있다. 또한, 압력조절장치(190)는 제어장치와 연결되어 제어될 수 있다. 압력조절장치(190)는 컨트롤 박스(130)의 내부에 설치되거나 혹은 이 실시예에서와 같이 방음 박스(110)의 내부에 설치될 수 있다.
보조가압장치(180)는 가압실린더(184)를 베이스 플레이트(122)의 상부면에 고정시키기 위한 스탠드(186)를 더 구비한다. 또한, 가압바(182)는 하부 고정구(160)를 향해 일단부가 꺾인 형태로 형성될 수 있으며, 이 실시예에서와 같이 일단부의 측면에 가압헤드(182a)가 탈부착가능하게 연결될 수 있다. 가압헤드(182a)의 일측면은, 제2부품(20)의 외면이 곡면으로 형성된 경우, 제2부품(20)의 외면 형상에 대응하여 굴곡지게 형성될 수 있다.
이 실시예에서는, 주가압장치(170)의 후방에 하나의 보조가압장치(180)를 구비하였지만, 보조가압장치(180)로 가압하기 위한 접합부가 복수 개 있는 경우, 복수의 보조가압장치(180)를 설치할 수 있다. 이 경우, 압력조절장치(190)를 통해 복수의 보조가압장치(180)가 동일하거나 또는 상이한 가압력을 가할 수 있도록 제어하여 복수의 접합부를 동시에 진동 용착시킬 수 있다.
도 3을 참조하여 제1부품(10)과 제2부품(20)이 진동 용착 장치(100)를 통해 접합되는 과정을 살펴보면, 제1부품(10)과 제2부품(20)은 가결합되고, 제2부품(20)이 하부 고정구(160)에 의해 고정된다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 제1부품(10)은 제1접합부(12)와 제2접합부(14)를 가지고, 제2부품(20)은 제1접합부(12)의 아래에 놓이는 제3접합부(22)와 제2접합부(14)의 위에 놓이는 제4접합부(24)를 가진다. 즉, 제1부품(10)과 제2부품(20)은 두 군데에서 접합된다. 사출 성형되는 제1부품(10)과 제2부품(20)은 금형 제작을 용이하게 하기 위해 상대적으로 크기가 작은 부품에 용착산(welding rib)이 구성된다. 즉, 제1부품(10)의 제1접합부(12)와 제2접합부(14)는 돌기 형상으로 돌출 형성되며, 제2부품(20)의 제3접합부(22)와 제4접합부(24)는 표면에 형성되거나 또는 표면에서 함몰된 홈 형태로 형성된다.
제1부품(10)과 제2부품(20)의 설치가 완료되면, 주가압장치(170)를 구동시켜 하부 고정구(160)를 상부 고정구(150) 측으로 가압할 수 있다. 즉, 상부 고정구(150)가 제1부품(10)과 접촉되며 상하 방향으로 가압되어 제1부품(10)의 제1접합부(12)와 제2부품(20)의 제3접합부(22)가 가압된 상태로 접촉된다. 하지만, 제1부품(10)의 제2접합부(14)와 제2부품(20)의 제4접합부(24)는 제1부품(10)과 제2부품(20)의 배치와 반대되게 상하 위치가 역전되어 주가압장치(170)의 구동에 의해서 가압된 상태로 접촉되지 못한다(예컨대, 하부 고정구(160)를 상부 고정구(150)를 향해 가압시킴에 따라 제2접합부(14)와 제4접합부(24)는 접촉되지 못하고 상하 멀어진다).
위와 같이 제1부품(10)과 제2부품(20) 간에 주가압장치(170)의 가압방향으로 가압 접촉되지 못하는 제2접합부(14)와 제4접합부(24)가 있는 경우, 보조가압장치(180)를 제4접합부(24)를 가압하는 방향으로 이동시켜 제4접합부(24)를 제2접합부(14) 측으로 가압시킬 수 있다. 즉, 가압실린더(184)의 피스톤(184a)이 내측으로 인입되도록 구동시켜 피스톤에 연결되는 가압바(182)를 제2부품(20)의 외면에 접촉시켜 가압할 수 있다. 피스톤(184a)을 내측으로 끌어당기는 압력에 의해 제2부품(20)을 누르는 가압력이 달라지며, 피스톤(184a)을 끌어당기는 압력은 압력조절장치(190)에 의해 조절된다.
제2접합부(14)가 주가압장치(170)의 가압방향(상하방향)에 경사진 방향으로 놓이는 경우, 보조가압장치(180)는 상기 경사진 방향에 수직한 방향에서 제4접합부(24)를 가압할 수 있다. 즉, 가압바(182)를 제2부품(20)의 외면 법선 방향으로 진퇴시켜 제4접합부(24)를 제2접합부(14) 측으로 가압시킬 수 있다.
이와 같이, 주가압장치(170)에 병행하여 보조가압장치(180)를 사용함으로써 제1부품(10) 및 제2부품(20) 간의 용착 부위, 즉 제1접합부(12)와 제3접합부(22), 제2접합부(14)와 제4접합부(24)를 모두 가압된 상태로 접촉시킬 수 있다.
이후, 진동헤드(140)에 전원을 인가시키면, 드라이브 박스(144) 및 드라이브 박스(144)에 연결되는 상부 고정구(150)가 진동 운동하면서 제1부품(10)을 진동시킨다. 진동헤드(1400에 전원을 인가하는 시간, 즉 제1부품(10)을 진동시키는 시간은 제1부품(10)과 제2부품(20)의 재료, 접합 부위의 크기, 개수 등에 따라 달라질 수 있다.
이와 같은 제1부품(10)의 진동에 의해 제1부품(10)과 제2부품(20)의 접합부가 마찰된다. 따라서, 제1접합부(12)와 제3접합부(22), 제2접합부(14)와 제4접합부(24)에 마찰열이 발생되고, 이러한 마찰열에 의해 이들 접합부의 접촉면이 용융된다.
이후, 용융된 부위를 지속적으로 가압한 상태에서 냉각시키면 부품의 재료적 특성, 즉 열가소성에 의해 제1접합부(12)와 제3접합부(22), 제2접합부(14)와 제4접합부(24)를 견고하게 용착시킬 수 있다.
이상에서 설명한 본 고안은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 고안의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 고안이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백하다 할 것이다.
100: 진동 용착 장치 110: 방음 박스
120: 머신 프레임 130: 컨트롤 박스
140: 진동헤드 150: 상부 고정구
160: 하부 고정구 170: 주가압장치
180: 보조가압장치

Claims (5)

  1. 제1접합부와 제2접합부를 가지는 제1부품과, 상기 제1접합부의 아래에 놓이는 제3접합부와 상기 제2접합부의 위에 놓이는 제4접합부를 가지는 제2부품을 진동 용착시키는 장치이며,
    진동헤드와,
    상기 진동헤드에 결합되어 진동하고 상기 제1부품에 접촉하는 상부 고정구와,
    상기 상부 고정구에 대향하고 상기 제2부품을 고정하는 하부 고정구와,
    상기 하부 고정구를 상기 상부 고정구 측으로 가압하는 주가압장치와,
    상기 제4접합부를 상기 제2접합부 측으로 가압하는 보조가압장치를 포함하는
    자동차 스포일러의 진동 용착 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 보조가압장치는 상기 제4접합부를 가압하는 방향으로 이동가능한 자동차 스포일러의 진동 용착 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 보조가압장치는 상기 제4접합부를 가압하는 가압바와, 상기 가압바를 상기 제4접합부를 가압하는 방향에서 진퇴시키는 가압실린더를 구비하는 자동차 스포일러의 진동 용착 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 보조가압장치의 가압력을 조절하는 압력조절장치를 더 포함하는 자동차 스포일러의 진동 용착 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2접합부는 상기 주가압장치의 가압방향에 경사진 방향으로 놓이고,
    상기 보조가압장치는 상기 경사진 방향에 수직한 방향에서 상기 제4접합부를 가압하는
    자동차 스포일러의 진동 용착 장치.
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