KR20170137748A - 대상물을 서로 접합하는 방법 - Google Patents
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- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
- B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
- B29C66/83—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof characterised by the movement of the joining or pressing tools
- B29C66/832—Reciprocating joining or pressing tools
- B29C66/8322—Joining or pressing tools reciprocating along one axis
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
- F16B11/00—Connecting constructional elements or machine parts by sticking or pressing them together, e.g. cold pressure welding
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Abstract
커넥터(4 및 5)를 제 1 대상물(1 및 2)에 기계적으로 연결하는 방법이 개시된다. 상기 방법은 개구를 갖는 제 1 대상물(1 및 2)을 제공하는 단계, 제 1 커넥터 부재(4), 제 2 커넥터 부재(5), 및 고체 상태의 열가소성 물질(8)을 제공하는 단계, 상기 개구에 대해 제 1 커넥터 부재(4) 및 제 2 커넥터 부재(5)를 배치하는 단계, 제 1 커넥터 부재(4) 및 제 2 커넥터 부재(5) 둘다와 직접(밀접) 접촉될 때까지 적어도 열가소성 물질(8)의 유동 부분이 유동 가능하고 제 1 커넥터 부재 및 제 2 커넥터 부재에 대해 유동할 때까지 상기 열가소성 물질(8)에 에너지를 작용시키는 단계, (예를 들면, 열가소성 물질(8)을 실온으로 냉각시킴으로써) 열가소성 물질(8)을 재고체화시키는 단계를 포함하며, 상기 재 고체화된 열가소성 물질(8)은 서로에 대해 제 1 커넥터 부재(4) 및 제 2 커넥터 부재(5)를 록킹(lock)하여 제 1 커넥터 부재(4), 제 2 커넥터 부재(5), 및 열가소성 물질(8)을 포함하는 커넥터 조립체를 생성하고, 상기 커넥터 조립체는 열가소성 물질(8)에 의해, 제 1 커넥터 부재(4) 및 제 2 커넥터 부재(5)의 록킹에 의해, 또는 둘다에 의해, 개구에 고정된다.
Description
본 발명은 기계 공학 및 건설, 특히 기계적 제조, 예를 들어 자동차 공학, 항공기 제조, 조선, 기계 제조, 장난감 제조 등의 분야에 관한 것이다.
자동차, 항공 및 기타 산업 분야에서는 철강 구조물에서 벗어나 대신에 알루미늄 또는 마그네슘 금속 시트 또는 다이캐스팅 부품 또는 탄소 섬유 강화 폴리머와 같은 경량 물질을 이용하는 경향이 있다.
새로운 물질은 이러한 새로운 물질의 요소를 접합하는 경우, 특히(패널 또는 보드와 같은) 평평한 대상물을 서로 접합하거나 평평한 대상물을 다른 대상물에 접합하는 경우 새로운 도전에 직면한다.
특히 철강, 알루미늄 마그네슘 합금 또는 섬유 강화 폴리머를 포함하는 그룹의 두 물질과 같이 상이한 물질의 대상물을 연결해야 하는 경우 어려움이 발생한다. 금속 리벳과의 통상적인 리벳 연결은 첫째로 이들 물질 중 일부의 전기 화학적 전위가 수 볼트에 해당하는 차이로 심하게 달라서 상당한 갈바니 부식이 발생한다는 단점이 있다. 또한, 섬유 강화 폴리머의 편평한 대상물을 포함하는 연결은 이들 물질의 평면 외 영률이 매우 낮고, 리벳 헤드(head)와 리벳 푸트(foot) 사이의 대상물의 압축으로부터 발생하는 마찰력이 실질적으로 기계적 연결 안정성에 기여하지 못한다(본 실시예에서, 일반적으로 리벳이 변형 과정을 위해 접근되는 단부에서 확장부는 "헤드(head)"라고 지칭되는 반면, 다른 원위 단부의 확장부는 "푸트(foot)"라고 지칭된다. 학계에서는, 종종 리벳의 양단부가 "헤드"로 지칭된다).
또한, 금속 리벳은 변형력이 해제된 후에 발생하는 탄성 "스프링-백(spring-back)" 변형을 보상하기 위해 과압될 필요가 있다는 문제점이 있다.
커넥터를 전기적으로 절연시키기 위해 금속 리벳 상에 래커(lacquer)를 이용하는 것이 제안되어 왔다. 그러나, 래커는 시간이 지남에 따라, 특히 진동으로 인해 장기간에 걸친 기계적 마모가 발생할 때, 취성이 생길 수 있으며, 용융될 수 있다.
열가소성 대상물들 사이의 연결을 위해, 합체될(joined) 대상물들 중 하나의 부분으로서 리벳 샤프트를 형성하고, 초음파 변형에 의해 다른 대상물에 대해 위치 설정한 후에 리벳 헤드를 형성하는 것이 또한 제안되었다. 그러나, 이러한 종류의 연결은 열가소성 물질을 접합시키는 것에 국한되며 상술된 문제를 해결하기에는 적합하지 않다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 자동차, 항공 및 기타 산업 분야에서 접착제 접합을 많이 이용하기 시작했다. 접착제 접합은 가볍고 강할 수 있지만, 예를 들어, 취성 접착제로 인해 접착제 접합의 저하가 접합을 완전히 해제하지 않고는 검출하기가 거의 불가능하기 때문에, 신뢰성을 장기간 제어할 가능성이 없다는 단점이 있다.
본 발명의 목적은 커넥터를 제 1 대상물에 기계적으로 연결하는 방법을 제공하는 것으로, 이러한 방법은 종래 기술 방법의 단점을 극복한다. 본 발명의 또 다른 목적은 상기 방법을 수행하기 위한 장비를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양태에 따라, 커넥터를 제 1 대상물에 기계적으로 연결하는 방법은,
- 개구를 갖는 제 1 대상물을 제공하는 단계,
- 제 1 커넥터 부재, 제 2 커넥터 부재, 및 고체 상태의 열가소성 물질을 제공하는 단계,
- 상기 개구에 대해 상기 제 1 커넥터 부재 및 상기 제 2 커넥터 부재를 배치하는 단계,
- 제 1 커넥터 부재 및 제 2 커넥터 부재 둘다와 직접(밀접) 접촉될 때까지 적어도 열가소성 물질의 유동 부분이 유동 가능하고 제 1 커넥터 부재 및 제 2 커넥터 부재에 대해 유동할 때까지 상기 열가소성 물질에 에너지를 작용시키는 단계,
-(예를 들면, 열가소성 물질을 실온으로 냉각시킴으로써) 열가소성 물질을 재고체화시키는 단계를 포함하며,
-상기 재고체화된 열가소성 물질은 서로에 대해 제 1 커넥터 부재 및 제 2 커넥터 부재를 록킹(lock)하여 제 1 커넥터 부재, 제 2 커넥터 부재, 및 열가소성 물질을 포함하는 커넥터 조립체를 생산하고,
-상기 커넥터 조립체는 열가소성 물질에 의해, 제 1 커넥터 부재 및 제 2 커넥터 부재의 록킹에 의해, 또는 둘다에 의해 개구에 고정된다.
본 발명에 따른 이러한 접근법은 제 1 연결 부재 및 제 2 연결 부재를(개구에 대해 배치된 후에) 현장에서의 합체가 리벳과 같은 미리 제조된 커넥터에 비해 기능을 추가할 수 있다는 개념에 기초할 수 있다. 이는 아래의 사항을 위해 이용될 수 있다.
- 강도(예를 들어, 공정 후에 결과적인 커넥터는 하기에 더 상세히 설명되는 바와 같이 미리 제조된 헤드 부분 및 미리 제조된 푸트 부분 모두를 포함할 수 있다). 이러한 미리 제조된 헤드 또는 푸트 부분은 충분히 강도가 클 수 있어서, 전체 대상물을 어떠한 방식으로든 파손시키지 않는 힘에 의해서는 변형될 수 없다. (추가 부재를 연결하기 위한 나사와 같은) 결합 구조가 적절하게 배열되면, 커넥터의 고정(anchoring)은 예를 들어 거의 임의의 크기의 당김력 또는 다른 힘을 견딜 수 있다.
- 정상적인 상황하에서 상당한 부식을 초래하고 쌍을 이루는 물질을 포함하는 상이한 물질들의 합체(joining).
- 토크에 대한 감쇠, 격리, 또는 안정화와 같은 추가 가능의 부가.
- 물질 유동을 통한 열팽창 적응: 제 1 대상물 및 커넥터(및 임의의 가능한 추가의 제 2 대상물(이하 참조))를 포함하는 조립체가 후속적으로 온도 변화가 따르는 공정-예를 들면, 승온시 욕조에서 발생하는 전착 공정에 따라 본 명세서에서 설명된 방법을 이용한다. 유사하게 어셈블리 이용 중에 온도 변화가 있을 수도 있다. 이러한 상황에서, 상이한 열팽창 계수로 인해 상당한 힘/변형이 발생할 수 있다. 변형되는 열가소성 물질의 성능으로 인하여, 특히 열가소성 물질이 유리 전이 온도 이상인 경우, 이러한 상이한 열팽창은 물질의 변형에 의해 보상될 수 있다. 따라서, 실시예에서, 열가소성 물질은 그러한 공정에서의 온도보다 낮은 유리 전이 온도(예를 들어 산업 제조 공정에서 종종 이용되는 음극 전착에 대해 180℃)를 가지지만 이 공정 온도보다 높은 액화 온도를 갖도록 선택된다.
이를 위해 아래의 개념적 사상 중 하나 또는 이 사상의 조합을 실현할 수 있다.
- 제 1 커넥터 부재 및 제 2 커넥터 부재는 상이한 형상 및/또는 치수가 적용되는 방식으로 합체된다. 예를 들면, 제 1 커넥터 부재는 내측 섹션을 포함할 수 있고, 제 2 커넥터 부재는 개구 내의 적어도 하나의 축방향 깊이에서 내측 섹션을 둘러싸는 외측 섹션(특히, 튜브 부분으로서)을 포함할 수 있으며, 내측 섹션 및 외측 섹션의 단면 형상이 상이하다. 열가소성 물질은 내측 섹션 및 외측 섹션 사이의 공간을 채울 수 있고, 이에 의해 섹션을 서로 록킹하고 상이한 형상/치수를 보상할 수 있다. 일 예에서, 내측 섹션 및 외측 섹션 중 하나는 본질적으로 원형 단면을 가질 수 있는 반면, 다른 하나는 다각형 단면을 가질 수 있다. 이러한 접근법으로 인해 제조 공차도 보완될 수 있다.
유사하게, 이 접근법은 개구와 커넥터 부재 사이의 상이한 형상 및/또는 치수 및/또는 제조 공차를 보상할 수도 있다.
더 일반적으로, 제 1 커넥터 부재 및 제 2 커넥터 부재는 개구에서 적어도 하나의 축방향 깊이로 서로 겹치고, 제 1 커넥터 부재 및 제 2 커넥터 부재 사이의 공간에 의해, 상기 공간(즉, 개구의 내측)이 열가소성 물질로 채워져 커넥터 부재의 중첩되는 부분(섹션)을 서로에 대해 록킹한다. 중첩부의 깊이는 실질적으로, 특히 개구의 축방향 연장부의 적어도 30% 또는 적어도 50% 또는 70%이며; 중첩부의 깊이는 본질적으로 개구의 전체 축방향 연장부에 대응할 수 있다.
- 열가소성 물질은 전기 및/또는 열 절연체일 수 있고(예를 들면, 열가소성 물질이 이들 사이의 임의의 직접적인 접촉을 방지한다는 점에서) 커넥터 부재를 서로 격리시키기 위해 배열될 수 있다.
- 유사하게, 추가적으로 또는 대안으로서, 열가소성 물질은 커넥터 부재가 고정되는 대상물 또는 대상물들로부터 커넥터 부재를 격리시키기 위해 배열될 수 있다. 여기에서, 이를 위해, 상기 공정은 커넥터의 열가소성 물질이 서로에 대해 커넥터 부재를 록킹시키도록 액화될 뿐만 아니라 커넥팅 부재를 긴밀 접촉시키고 상기 둘레 벽(들)을 피복하여 제 1 대상물 및/또는 제 2 대상물의 가능한 불규칙성/구조 또는 제 1 대상물와 제 2 대상물 사이의 간극을 채우는 방식으로 수행될 수 있다. 이러한 방식으로, 부식 또는 다른 영향으로부터 연결부를 보호하는 시일(seal)이 형성된다. 일부 용도의 경우, 벽의 모든 영역이 이러한 단계에서 코팅될 필요는 없지만, 이러한 시일이 그 기능을 충족하기 위해서는, 주변 벽이 적어도 전체 원주를 따라 코팅되는 것이 종종 필요하다.
실시예에서, 적어도 열가소성 물질의 유동 부분이 유동 가능해질 때까지 에너지를 열가소성 물질에 작용하게 하는 단계에서, 상기 단계는 유동 부분을 제 1 커넥터 부재 및 제 2 커넥터 부재의 구조 내로 유동하여, 재고체화된 열가소성 물질가 형상 결합 방식(positive-fit manner)으로 제 1 커넥터 부재 및 제 2 커넥터 부재를 서로 록킹시킨다.
상기 구조는 형상 결합이 축방향 이동(개구 축선에 평행한 이동)에 대한 형상 결합이 되도록 할 수 있다.
이러한 구조는(매끄러운 표면의 미세 구조와는 상이한) 거시적 구조이다. 이러한 구조는 적어도 하나의 그루브(groove) 또는 릿지(ridge), 특히 복수의 예를 들어 원주 방향 그루브 및/또는 릿지 또는 경사 방향으로 형성되는 그루브 및/또는 릿지와 같은 적어도 하나의 만입부 또는 돌출부를 포함할 수 있다. 그루브/ 릿지, 딥(dips) 또는 험프(humps), 거시적 개방 구멍 등의 다른 패턴 또는 이들의 임의의 조합이 가능하다.
열가소성 물질은 열가소성 부재 또는 복수의 열가소성 부재로 존재할 수 있다. 상기 부재(들)는 초기에 분리될 수 있거나 또는 상기 부재(또는 부재들 중 적어도 하나)가 제 1 커넥터 부재 및/또는 제 2 커넥터 부재에 부착될 수 있다.
열가소성 물질은 예를 들어 핀 부재 및/또는 튜브 부재를 포함할 수 있다.
열가소성 물질이 하나 초과의 열가소성 부재에 속하는 경우, 상이한 열가소성 부재는 서로 동일한 물질, 서로 용접될 수 있는 상이한 열가소성 물질 또는 서로 용접될 수 없는 상이한 열가소성 물질일 수 있다. 후자의 경우를 제외하고는, 물질 부분들이 유동하는 동안 물질 부분들의 서로 내로의 유동에 의해 유발되는 열가소성 부재들 사이의 용접은 록킹에 기여할 수 있다.
한 그룹의 실시예에서, 상기 방법은 접착제를 제 1 대상물 및 커넥터 부재에 대하여 유동성 상태로 놓고 접착제가
* 상기 제 1 대상물와 상기 커넥터 부재 중 적어도 하나 사이에,
* 상기 커넥터 부재들 사이, 및/또는
* 상기 제 2 대상물(아래 참조; 적용가능한 경우)와 커넥터 부재들 중 적어도 하나 사이에 있는 동안 접착제를 경화시키는 부가 단계를 포함한다.
접착제는 수지, 즉 유동성(일반적으로 점성 액체)이고 수지의 분자들 사이 및/또는 수지의 분자와 다른 물질 사이에서 생성된 공유 결합에 의해 영구적으로 경화될 수 있는 물질일 수 있다. 예를 들면, 이러한 수지는 단량체 또는 복수의 단량체 또는 경화에 의해 폴리머 망으로 비가역적으로 변화할 수 있는 유동성 상태의 프리폴리머(prepolymer)를 포함하는 조성물일 수 있다.
접착제를 경화시키는 단계는 특히 열가소성 물질에 작용하도록 배열체에 결합되는 에너지(예를 들면, 기계적 진동 에너지)의 효과에 의해 이러한 수지를 경화시키는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 에너지의 흡수는 경화 공정을 가속화시키는 국부적인 가열을 유발할 수 있거나, 충돌하는 에너지의 종류 및 접착제의 조성에 따라 직접 경화 공정을 개시할 수 있다.
접착제는 예를 들어 커넥터 부재를 개구에 대해 배치시키는 단계 전에 제 1 대상물/제 2 대상물 상의 주입 장치 및/또는 커넥터 부재 중 적어도 하나에 분배될 수 있다. 일 예에서, 접착제는 개구의 입구 둘레에 제 1 대상물 및/또는(적용 가능한 경우) 제 2 대상물 상에 분배될 수 있다.
부가적으로 또는 대안으로서, 접착제는 접착제 장치, 예를 들어 공정 중에 파열될 수 있는 접착제가 들어 있는 멤브레인을 갖는 쿠션의 형태로 제공될 수 있다. 이러한 접근법에 의해, 필요하다면 접착제를 개구에서 상대적으로 깊게 위치시킬 수 있다.
접착제의 효과는 경화 후 상기 구성의 전체적인 기계적 안정성에 기여할 수 있고 및/또는 밀봉 효과에 기여할 수 있다는 것이다. 또한, 예를 들어 유동성 상태에서 접착제와 열가소성 물질 사이의 에너지 유도 또는 가속화 화학 반응에 의한 상승 효과를 이용할 수도 있다.
제 1 커넥터 부재 및 제 2 커넥터 부재는 액화되지 않는 물질이다. 본 명세서에서, "액화할 수 없는(not liquefiable)"은 상기 방법 중에 존재하는 조건하에서 액화할 수 없다는 것, 즉, 열가소성 물질보다 실질적으로 더 높은 온도에서만 전혀 액화할 수 없거나 액화할 수 없는 것을 의미한다. 특히, 제 1 커넥터 부재, 제 2 커넥터 부재 또는 둘다는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 또는 강철과 같은 금속성일 수 있다.
대안적으로, 제 1 커넥터 부재 및/또는 제 2 커넥터 부재는(보강이 있든 없든) 열가소성 중합체가 아닌 세라믹이거나 또는(또한 보강이 있든 없든) 열가소성 물질보다 실질적으로 더 높은(예를 들어, 적어도 50℃ 이상) 액화 온도를 갖는 열가소성 폴리머일 수 있다.
실시예에서, 커넥터 부재를 서로에 대해 록킹하는 가능한 형상 결합에 대한 추가 또는 대안으로서, 액화되고 재고체화된 열가소성 물질은 연결 부재를 형상 결합 방식으로 대상물에 대해 고정시킨다. 예를 들어, 열가소성 물질의 일부는 재고체화 후 리벳과 유사한 축방향 운동을 방지하기 위해 개구의 입구를 따라 외측으로 유동하게 할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 개구의 내주면은 형상 결합 연결을 가능하게 하는 만입부, 구멍, 주름, 쓰레드(thread), 등과 같은 구조를 포함할 수 있다. 추가로 또는 또 다른 대안으로서, 제 1 대상물에 부가하여 또한 제 2 대상물이 존재하면, 커넥터는 제 1 대상물 및 제 2 대상물의 정렬된 개구에 고정되고, 열가소성 물질은 제 1 대상물와 제 2 대상물 사이의 갭 내로 유동하는 것이 가능하다.
추가적으로 또는 대안적으로, 용접이 커넥터의 고정에 기여하도록 이용될 수 있다. 제 1 대상물와 제 2 대상물 사이의 일 예에서, 열가소성 물질에 용접된 열가소성 포일(foil)이 존재할 수 있다.
두 경우 모두, 제 1 커넥터 부재 및 제 2 커넥터 부재는 배치 단계에서 개구로, 가능하게는 개구를 통해서도 도달하게 되는 부분을 포함할 수 있다.
제 1 대상물의 개구는 관통 개구일 수 있고, 개구에 고정된 커넥터 조립체는 개구의 전체 길이(대상물의 전체 두께에 상응함)를 통해 도달한다. 특히, 커넥터 조립체는 적어도 열가소성 물질이 재고체화된 후에, 대상물의 양 측면 상의 개구의 폭, 즉 헤드 부분 및 푸트 부분을 초과하는 측면 방향 폭을 갖는 부분을 가질 수 있다.
하나의 그룹의 실시예에서, 커넥터는 제 1 대상물뿐만 아니라 제 2 대상물에도 기계적으로 연결된다. 이때, 적어도 제 1 대상물의 개구는 관통 개구이고, 제 2 대상물은 또한 개구를 포함하고, 제 1 대상물와 제 2 대상물은 정렬된다. 이 그룹의 실시예에서, 특히, 배치 단계에서 커넥터 부재 중 적어도 하나, 특히 커넥터 부재 모두 각각의 일부분이 양 개구로 또는 이를 통해 도달하도록 배치될 수 있으므로, 대상물들 사이의 전단 평면은 제 1 커넥터 부재 및 제 2 커넥터 부재 둘다에 의해 횡단된다.
이러한 그룹의 실시예에서, 제 2 대상물 내의 개구가 관통 개구일 수도 있고, 개구에 고정된 커넥터 조립체는 정렬된 제 1 개구 및 제 2 개구의 전체 길이를 통하여 도달할 수 있다(제 1 대상물 및 제 2 대상물의 축적된 두께 및 제 1 대상물과 제 2 대상물 사이의 임의의 추가 부재에 대응함). 특히, 이러한 실시예들에서도, 커넥터 조립체는 적어도 열가소성 물질이 재고체화된 후에, 대상물의 양 측 상의 개구의 입구의 폭, 즉 헤드 부분 및 푸트 부분의 폭을 초과하는 측면 폭을 구비한 부분을 가질 수 있다.
이 그룹의 실시예에서, 커넥터는 특히 제 1 대상물 및 제 2 대상물을 서로 기계적으로 고정시키는 역할을 할 수 있다. 여기에는 커넥터는 리벳의 기능을 가질 수 있다. 그러나, 종래 기술의 순수한 금속 리벳에 비해, 본 발명에 따른 접근법은 상당한 이점을 갖는다. 유동된 열가소성 물질을 "결빙(freezing)"시키는 (재고체화시키는) 접근 방식으로 인해, 커넥터는 어떠한 재설정력도 없이, 이완 상태에서 그 형상으로 대상물(들)에 적응된다.
이것은 예를 들어 임의의 변형에 탄성 부분이 있고 변형력이 멈추자마자 변형된 부분(리벳 부분)이 대상물로부터 약간의 이동(스프링 백 효과)을 하는 경향이 있는 금속 리벳과는 대조적이다. 금속 리벳과 금속 대상물의 연결에서, 이러한 연결은 리벳 부분이 연결되어 있는 금속으로 변형된 리벳 부분을 과도하게 압박하여 리벳 및/또는 시트 물질에 추가 연결 및 상당한 잔류 응력을 초래함으로써 해결된다. 그러나 이것은 예를 들면 비금속 대상물을 위한 선택이 아니다. 본 발명의 설명된 실시예에 따른 접근법으로 인하여, 이 문제는 해결되고, 상기 대상물와 상기 커넥터 사이의 긴밀한 연결은 상기 대상물의 물질 특성과 무관하게 된다. 커넥터의 금속체에 의한 임의의 재설정력은 커넥터 내에서만 작용할 수 있으며 연결에 영향을 미치지 않는다.
또한, 인가되는 힘은 변형이 용융 단계에서 달성되기 때문에, 종래 기술의 금속 리벳보다 훨씬 작다. 다른 이유들 중에서 이것은 종래의 방법보다 덜 견고한 공구를 이용하는 것이 가능하기 때문에 내측 응력을 줄이고 더 나은 공정 제어를 가능하게 한다.
실시예들(이는 하나의 대상물의 고정 및 두 개의 대상물의 고정에 관한 실시예 모두에 해당됨)에서, 커넥터 부재들 중 하나는 헤드 부분을 포함할 수 있고 및/또는 다른 하나는 푸트 부분을 포함할 수 있다. 그 후, 제 1 커넥터 부재 및 제 2 커넥터 부재를 개구에 대해 배치하는 단계에서, 헤드 부분과 함께 하나의 커넥터 부재는 근위 측으로부터 도입되고, 다른 커넥터 부재는 원위 측으로부터 도입된다.
적어도 재고체화 후에 커넥터가 헤드 부분 및/또는 푸트 부분을 포함하는 실시예에서, 다음이 적용될 수 있다: 헤드 부분 및 푸트 부분은 커넥터를 제 1 대상물 및 적용가능한 경우 제 2 대상물에 대해 그 위치에 유지하도록 형상화된다. 특히, 헤드 부분 및/또는 푸트 부분은 커넥터를 축방향으로 빠져나오지 못하도록 고정한다 - 푸트 부분은 커넥터를 제 2 대상물의 원위 방향으로 향한 표면에 대해 안착시킴으로써 원위 방향으로의 움직임에 대해 커넥터를 고정하는 반면, 헤드 부분은 커넥터를 제 1 대상물을 근위 방향으로 향한 표면 부분에 대해 안착시킴으로써 원위 방향으로 움직임에 대해 커넥터를 고정한다.
이를 위해, 헤드 부분 및/또는 푸트 부분의 측면 치수(개구의 축선에 수직 한 방향으로의 치수)는 적어도 하나의 방향으로 개구의 입구의 대응하는 치수보다 클 수 있다. 특히, 단면적이 더 클 수도 있고, 헤드 부분/푸트 부분이 별(star) 모양 일 수도 있다.
커넥터가 두 개의 대상물에 고정되어있는 경우, 이 배열로 인해 커넥터는 리벳의 기능을 수행한다. 다음과 같은 메커니즘 중 하나 또는 그 초과에 의해 제 1 대상물 및 제 2 대상물을 서로 고정할 수 있다:
- 대상물 사이의 전단 평면을 가로지르는 헤드 부분과 푸트 부분 사이의 부분은 전단 이동에 대해 대상물을 고정시킨다.
- 헤드 부분 및 푸트 부분은 제 1 대상물 및 제 2 대상물을 서로에 대해 안착시킨다.
- 선택된 물질에 따라, 헤드 부분 및 푸트 부분에 의한 고정은 약간의 응력하에 있을 수 있으므로, 제 1 대상물 및 제 2 대상물의 억지 끼워 맞춤이 전단 이동 결과에 대한 추가 저항을 야기한다.
- 실시예에서, 제 1 개구 및 제 2 개구 및 샤프트 부분은 원형과 상이한 단면을 가질 수 있다. 이에 의해, 커넥터는 또한 회전 운동을 방지한다.
제 1 대상물(커넥터가 제 1 대상물에만 고정되어 있는 경우) 또는 제 2 대상물(커넥터가 제 1 대상물 및 제 2 대상물에 고정되어 있는 경우)의 개구는 관통 개구일 필요는 없지만, 또한 블라인드(blind) 개구일 수 있다. 특히, 언더 컷(undercut)이 있는 블라인드 개구일 수 있으며, 공정 후에 블라인드 개구 내에 푸트 부분이 존재한다.
본 명세서에 설명된 실시예의 커넥터 부재는 대부분 헤드 부분과 푸트 부분을 형성하지만, 이들 중 오직 하나, 예를 들어 푸트 부분만(특히 주로 근위 방향의 당김력이 예상되는 경우) 또는 헤드 부분만(특히 주로 커넥터 부재 상의 원위 방향으로 부하가 예상되는 경우)을 가지는 것도 가능하다.
실시예에서, 제 2 커넥터 부재는 외측 튜브 부분을 포함하며, 제 2 커넥터 부재를 배치하는 단계에서 외측 튜브 부분이 제 1 커넥터 부재의 섹션을 둘러싸도록 제 1 커넥터 부재에 대해 배치된다. 제 1 커넥터 부재의 이러한 섹션은 예를 들어 샤프트 부분 또는 내측 튜브 부분일 수 있다.
실시예에서, 제 1 및 제 2 커넥터 부재를 배치하는 단계에서, 열가소성 물질을 포함하는 부재, 즉 열가소성 튜브 부재가 제 1 커넥터 부재의 외측 튜브 부분과 둘러싸인 섹션 사이에 배치될 수 있다. 이어서, 에너지가 작용하는 단계에서, 열가소성 부재는 그 축방향 연장이 감소되고 열가소성 물질이 적어도 외측 튜브 부분의 내측 표면 및 둘러싸인 섹션의 외측 표면과 밀접하게 접촉할 때까지 적어도 부분적으로 유동성이 된다.
추가적으로 또는 대안으로서, 둘러싸인 섹션이 내측 튜브 부분인 경우, 내측 튜브 부분에는 구멍이 제공될 수 있고 원위 정지면이 제공될 수 있다. 이어서, 에너지가 작용하는 단계는 열가소성 부재의 적어도 일부가 유동될 때까지 에너지가 열가소성 부재에 작용하고 열가소성 부재의 일부가 내측 튜브 부분과 외측 튜브 부분 사이의 공간 내 구멍을 통하여 및/또는 외측 튜브 부분의 구멍 내로 가압될 때까지 에너지가 열 가소성 부재에 적용하는 동안 열가소성 물질을 포함하는 열가소성 부재를 원위 정지면에 대하여 가압하는 단계를 포함할 수 있고 여기서, 열가소성 부재는 예를 들어 열가소성 핀일 수 있다.
외측 튜브 부분과 둘러싸인 섹션 및/또는 내측 튜브 부분 내로 가압된 열가소성 부재 사이의 열가소성 튜브 부재에 추가적으로 또는 이에 대한 대안으로서, 상기 구성은 또한 외측 튜브 부분을 둘러싸고 외측 튜브 부분과 개구의 주변 벽 사이의 공간에 배치되는 외측 열가소성 튜브 부재를 포함할 수 있다. 또한, 이 열가소성 튜브 부재의 적어도 일부는 공정 중에 유동될 수 있다.
열가소성 물질이 하나 이상의 부재의 형태(튜브 형상일 수 있는 내측 튜브 부분 내로 가압되는 열가소성 부재 및/또는 외측 튜브 부분과 제 1 커넥터 부재 및/또는 외측 튜브 부재의 둘러싸인 섹션 부분 사이의 열가소성 튜브 부재)로 제공되는 실시예에서, 열가소성 부재는 동일한 물질 또는 서로 용접될 수 있는 상이한 열가소성 물질일 수 있다. 에너지가 작용하는 단계 동안 또는 이 단계 직후 부재들의 상이한 부재들로부터 오는 열가소성 물질의 부분들은 만나는 위치에서 서로의 안으로 흘러 들어가고, 재고체화 후에 용접을 야기할 수 있다.
대안적으로, 상기 부재는 용접될 수 없는 열가소성 물질일 수 있다.
상이한 열가소성 물질이 이용되는 경우, 상이한 특성을 가지는 열가소성 물질이 선택될 수 있다. 예를 들어,(내측 튜브 부재 또는 내측 유창(fenestrated) 튜브 부분으로 도입된 열가소성 부재로부터 형성된) "내측" 폴리머 부분은 상당한 강도 및 적어도 0.5 GPa의 탄성 모듈을 가지는 물질일 수 있어 충분한 강도로 커넥터 부재를 록킹하도록 제공된다. 반대로, "외측" 중합체 부분, 특히 외측 폴리머 튜브 부재로부터 형성되는 부분은 최적화된 유동 특성, 감쇠 특성 및/또는 밀봉 특성을 가지도록 선택될 수 있다. 특히, 여기에서 외측 중합체 부분은 탄성 중합체일 수 있으며 그 반대일 수 있다.
실시예에서, 상기 구성은 열가소성 물질이 열가소성 물질(및/또는 적용 가능한 경우, 대응하는 실시예에서 접착제)을 재고체화시키는 단계 후에 제 1 커넥터 부재와 제 2 커넥터 부재 사이의 임의의 직접적인 접촉을 방지하고, 제 2 커넥터 부재 및/또는 열가소성 물질(및/또는 적용 가능한 경우, 대응하는 실시예에서 접착제)은 제 1 커넥터 부재 및/또는 제 2 커넥터 부재와 대상물 또는 대상물들 사이의 임의의 접촉을 방지한다.
커넥터가 제 1 대상물 및 제 2 대상물에 고정되는 실시예에서, 제 1 대상물 및 제 2 대상물에 대해, 다음 조건들 중 하나 이상이 유지될 수있다:
- 제 1 대상물 및 제 2 대상물은 상이한 물질이고;
- 제 1 대상물 및 제 2 대상물 중 적어도 하나는 섬유 강화 복합 물질을 포함한다.
모든 카테고리 및 실시예 그룹에서, 개구 및 커넥터 부재는 축선에 대해 회전 대칭될 수 있다-형상 결합 연결 및/또는 창 형성부(fenestration)에 대한 구조는 가능한 제외한다. 대안으로, 커넥터 및/또는 본체(적용 가능한 경우) 및/또는 개구 또는 개구들 중 하나는 회전 대칭으로부터 벗어나는 형상을 가질 수 있다. 이로써, 전단 운동 및 축방향 상대 운동에 대한 고정 이외에도, 연결은 또한 회전 상대 운동을 고정시킬 수 있다.
일반적으로, 열가소성 물질을 액화시키는 단계에서, 액화된 물질이 액화 전에 가지고 있던 형상의 기억을 잃어 버리는 정도, 즉 단순한 가소화 이상의 정도로 액화가 일어날 수 있다.
열가소성 물질에 작용하게 되는 에너지는 기계적 진동 에너지와 같은 기계적 에너지를 포함할 수 있다. 특히, 에너지는 열가소성 물질에 가압력을(직접적으로 또는 간접적으로) 결합시키는 소노트로드(sonotrode)로부터 열가소성 물질을 포함하는 부재 또는 부재들에 직접적으로 또는 간접적으로 결합된 기계적 진동 에너지일 수 있다.
추가적으로 또는 대안으로서, 에너지는 열가소성 물질에 의해 흡수된 레이저 방사 에너지와 같은 방사선 에너지를 포함할 수 있다. 저항 또는 유도 가열 등과 같은 추가 에너지원은 제외되지 않는다.
에너지가 기계적 진동 에너지인 경우, 기계적 진동은 "전방(forward)" 구성으로 근위 측 상의 커플링-인 페이스(coupling-in face)로부터 커넥터 내로 결합될 수 있으며, 커플링-인 페이스에 대해 진동의 소스에 결합된 소노트로드의 원위 방향 대향면이 가압된다. 따라서 기계적 진동은 커넥터 자체를 통해 그리고 커넥터 자체에 의해 주로 전달된다.
또한, "후방(rearward)" 구성에서 커넥터의 열가소성 물질에 진동을 인가하는 데 이용되는 소노트로드는 당김력을 받는다. 이를 위해, 상기 소노트로드는 상기 열가소성 커넥터 물질을 지나가거나 통하여 도달하는 샤프트를 포함하고, 원위의 근위 방향 대향 커플링-아웃 페이스가 상기 열가소성 커넥터 물질의 원위 방향 대향 원위 커플링-인 페이스과 접촉한다. 진동 인가 단계 후에 이러한 소노트로드는 제거되거나 대안적으로 커넥터의(열가소성이 아닌) 부분으로서 작용할 수 있다. 예를 들어, 제 1 커넥터 부재 또는 제 2 커넥터 부재는 소노트로드로서 기능할 수 있다.
다른 실시예에서, 개구가 관통 개구이거나 제 1 개구 및 제 2 개구 모두가 각각 관통 개구라면, 기계적 진동이 예를 들어 동시에 양 측면으로부터 인가된다.
본 발명은 또한 제 1 커넥터 부재 및 제 2 커넥터 부재를 포함하는 커넥터 장치이고 상기 제 1 커넥터 부재 및 제 2 커넥터 부재는(초기에) 서로에 대해 이동 가능하다. 제 2 커넥터 부재는 외측 튜브 부분을 포함하고, 제 1 커넥터 부재는 둘러싸인 섹션을 포함하고, 둘러싸인 섹션은 외측 튜브 부분에 의해 둘러싸이도록 외측 튜브 부분 내로 삽입되도록 형상화된다. 상기 장치는 제 1 커넥터 부재 및 제 2 커넥터 부재에 대해 배치될 수 있고 유동 부분이 유동화되어 재고체화후, 형상 결합 연결에 의해 서로에 대해 외측 튜브 부분 및 둘러싸인 섹션을 록킹하도록 열가소성 물질이 제 1 커넥터 부재 및 외측 튜브 부분 둘다와 직접적으로 접촉할 때까지 제 1 커넥터 부재 및 제 2 커넥터 부재에 대해 유동할 때까지 에너지의 충격에 의해 액화될 수 있는 열가소성 물질을 더 포함한다. 이를 위해, 외측 튜브 부분 및 둘러싸인 섹션은 창 형성부 및/또는 만입부 및/또는 돌출부의 패턴과 같은 대응하는 구조물을 포함할 수 있다.
외측 튜브 부분 및 둘러싸인 섹션의 대응하는 구조는 적어도 부분적으로 서로 마주할 수있다, 즉, 예를 들어, 만입부/돌출부는 외측 튜브 섹션의 내측 벽 표면 및 둘러싸인 섹션의 외측 표면의 만입부/돌출부를 포함할 수 있다. 창 형성부의 경우, 정의에 의한 구조는 각각의 다른 부분과 마주하고; 선택적으로 외측 튜브 부분 및 둘러싸인 섹션 둘다에 창 형성부가 형성된다면, 대응하는 구멍이 서로 선택적으로 정렬될 수 있다.
열가소성 물질은 열가소성 부재 또는 복수의 열가소성 부재로서 존재할 수 있다.
실시예에서, 상기 장치는 방법으로 지칭되는 본 명세서에서 설명된 특징들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
방법이 자동화된 방식으로 수행되는 실시예에서, 진동은 예를 들어 로봇 암에 의해 안내되는 진동 발생 공구(tool)에 의해 인가될 수 있다. 추가적으로 또는 대안으로서, 두 개의 측 상에 진동을 인가하는 공구는 클램프 형 배열로 배열될 수 있다.
또한, 장치는 정렬된 개구에 커넥터를 자동적으로 배치하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 예를 들어, 로봇 암 또는 진동 소스를 보유하는 다른 공구에는 커넥터 용 자동 공급 장치가 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 공급 장치는 커넥터용 매거진 및 커넥터를 배열 장소에 차례로 공급하기 위한 별도의 피더 유닛(feeder unit)을 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명은 또한 상기 수단을 가지며 청구 범위에서 정의된 방법을 자동화된 방식으로 수행하도록 구성된 장치에 관한 것이다.
본 발명의 양태에 따른 방법 및 장치에 적합한 기계적 진동 또는 발진은 활성 표면의 평방 밀리미터 당 바람직하게는 2 내지 200 ㎑(더 바람직하게는 10 내지 100 ㎑, 원위 단부에서 또는 원위 단부까지의 액화에 대해 15 내지 30 ㎑, 근위 단부(헤드 형성)에서의 액화에 대해 단지 15 내지 70 ㎑)의 주파수 및 0.2 내지 20 W의 진동 에너지를 갖는다. 예를 들면, 이러한 진동은 예를 들면 초음파 용접으로부터 공지된 초음파 장치에 의해 생성된다. 진동 부재(공구, 예를 들어, 소노트로드)는 예를 들어 진동 부재의 접촉면이 주로 부재 축선(종방향 진동) 방향으로 1 내지 100 ㎛, 바람직하게는 약 10 내지 30 ㎛의 진폭으로 진동하도록 설계된다. 회전 또는 방사형 발진도 가능하다.
열가소성 물질이 기계적 진동에 의해 액화된다는 사실은 공정이 잠재적으로 매우 빠르다는 이점을 가져온다. 테스트 결과에 따르면 상술된 조건하에서 약 1 초 또는 심지어 0.5s 만큼의 짧은 시간으로 충분할 수 있다는 것을 보여준다.
액화의 개시는 초음파 용접으로 알려진 에너지 디렉터(energy director)의 형태의 기하학적 구조에 의해 제어될 수 있다. 에너지 디렉터(또는 에너지 집중 구조)는 열가소성 물질 또는 열가소성 물질과 접촉하는 표면 중 하나의 립(rib) 또는 험프(humps) 또는 이와 유사한 형상을 가질 수 있다. 일반적으로, 에너지 디렉터는 액상화가 이러한 작은 영역에 진동 에너지를 집중시키기 위해 설정되는 계면에서 비교적 작은 계면 영역을 산출하도록 형상화될 것이므로 단위 면적당 높은 에너지를 흡수하게 되어 더 강한 가열을 유발하게 될 것이다. 이러한 장소의 온도가 유리 전이 온도를 초과하자마자 내측 마찰이 증가하고 이로 인해 에너지 흡수 및 액화가 더욱 촉진된다.
액화가 설정된 지점을 제어하기 위해 선택적으로 이용될 수 있는 추가 매개 변수는 상기 지점의 초기 온도이다. 국부적인 온도가 유리 전이 온도보다 높을 때 내측 마찰만이 높아진다는 사실에 의해, 이러한 온도가 몇몇 지점에서 달성될 때만 액화 단계의 효율(종래 기술의 초음파 용접에서와 매우 유사함)이 올라간다. 이 액화 단계 전에 물질을 유리 전이 온도보다 국부적으로 높이는데 필요한 에너지 흡수 효율이 상대적으로 낮다. 이 사실은 추가 제어를 실행하기 위해 이용될 수 있다. 특히, 상기 방법은 선택적으로
- 열가소성 물질이 유리 전이 온도 미만인 동안 국부적으로 직접적이거나 간접적인 가열에 의해 열가소성 물질의 일 부분을 유리 전이 온도 위로 높이는 단계를 포함할 수 있다.
이 경우, 직접 가열은 예를 들어 원하는 위치에서, 배치 단계 직전 또는 이후(기하학적 구성이 이와 같이 허용한다면)에 레이저에 의한 조사(예를 들어, 적외선 또는 적색)에 의한 조사와 같은 지향 조사에 의해 달성될 수 있다.
간접 가열은, 예를 들어, 개구 둘레의 제 2 대상물의 국부적인 가열에 의한 것과 같이, 커넥터가 접촉하는 대상물의 영역의 가열에 의해 달성될 수 있다.
가열 단계는 적어도 인가 단계 전 또는 인가 단계 동안 실시된다. 이는 예를 들어 가열 단계가 인가 단계 전에 시작되어 진동이 적용되는 동안 얼마 동안 계속될 수 있음을 암시한다.
본 명세서에서, "예를 들면, 기계적 진동에 의해 유동될 수 있는 열가소성 물질" 또는 짧게 "액화 가능한 열가소성 물질" 또는 "액화 가능한 물질" 또는 "열가소성"이라는 표현은 적어도 하나의 열가소성 성분을 포함하는 물질을 설명하는데 이용되며, 상기 물질은 가열될 때, 특히 마찰을 통해 가열될 때, 즉 서로 접촉하는 한 쌍의 표면(접촉면) 중 하나에 배치되고 서로에 대해 진동 또는 회전 운동될 때 액체(유동성)가 되며, 진동은 전술한 특성을 갖는다. 일부 상황에서는, 물질이 0.5 GPa 초과의 탄성 계수를 갖는 경우, 특히 비 액화성체가 이용되지 않는 경우, 유리하다.
커넥터의 열가소성 물질에 대해, 특히 다음의 3 가지 조건들 중 적어도 하나가 충족될 수있다 :
- 유리 전이 온도는 실온보다 높기 때문에 실온에서 열가소성 물질은 유리 전이 온도 미만이다. 더 일반적으로, 유리 전이 온도는 의도된 이용 온도 이상이 되도록 선택될 수 있다.
- 열가소성 물질은 고 결정성이다.
- 열 가소성 물질은 자체적으로 섬유 보강된다.
이들의 임의의 조합이 가능하다.
열가소성 물질은 자동차 및 항공 산업에서 주지되어 있다. 본 발명에 따른 방법의 목적을 위해, 특히 이들 산업 분야에서의 용도로 공지된 열가소성 물질이 이용될 수 있다.
물질의 특정 실시예는 폴리에테르케톤(PEEK), 폴리에테르이미드, 폴리아미드, 예를 들면, 폴리아미드 12, 폴리아미드 11, 폴리아미드 6 또는 폴리아미드 66, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리옥시메틸렌 또는 폴리카보네이트우레탄, 폴리카보네이트 또는 폴리에스테르 카보네이트, 또는 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 아크릴에스테르-스티롤-아크릴니트릴(ASA), 스티렌-아크릴로니트릴, 폴리염화비닐, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리스티렌 또는 이들의 공중합체 또는 혼합물이다.
열가소성 폴리머 이외에, 열가소성 물질은 또한 적절한 충전제, 예를 들어 유리 및/또는 탄소 섬유와 같은 강화 섬유를 포함할 수 있다. 섬유는 단 섬유일 수 있다. 특히 비 유동 부분에 장 섬유 또는 연속 섬유가 이용될 수 있다.
섬유 물질(있는 경우)은 섬유 보강용으로 공지된 임의의 물질, 특히 탄소, 유리, 케블라(Kevlar), 세라믹, 예를 들면, 뮬라이트, 실리콘 카바이드 또는 실리콘 니트라이드, 고강도 폴리에틸렌(Dyneema) 등일 수 있다.
섬유의 형상을 갖지 않는 다른 충전제, 예를 들어 분말 입자도 가능하다.
본 명세서에서 "근위(proximal)" 및 "원위(distal)"라는 용어는 방향 및 위치를 나타내는 데 이용된다, 즉 "근위"는 작업자 또는 기계가 기계적 진동을 인가하는 연결 측을 지칭하는 반면 원위는 반대 측을 지칭한다. 본 명세서의 근위 측에 있는 커넥터의 확장부는 "헤드 부분(head portion)"이라고 불리는 반면 원위 측에 있는 커넥터의 확장부는 "푸트 부분(foot portion)"이라 칭한다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 방법 및 실시예는 도면을 참조하여 설명한다. 도면은 개략적이다. 도면에서, 동일한 참조 부호는 동일 또는 유사한 부재를 나타낸다. 도면은 다음과 같다:
도 1a 및 도 1b는 공정의 시작 및 마지막에서 본 발명의 실시예의 기본적 구성의 수직 단면도이고,
도 2는 만입부의 패턴을 도시한 도면이고,
도 3은 대안적인 구성의 수직 단면도이고,
도 4는 추가 구성의 수직 단면도이고,
도 5는 또 다른 구성의 수직 단면도이고,
도 6은 제 1 커넥터 부재의 내측 섹션 및 제 2 커넥터 부재의 외측 섹션의 개략적이고 상이한 횡단면 형상을 도시한 도면이고,
도 7은 추가 구성을 도시한 수직 단면도이고,
도 8은 접착제를 구비한 구성의 일 예의 부분 수직 단면도이고,
도 9 및 도 10은 유동 제한기를 갖는 커넥터 부재의 상세도이고,
도 11은 개구의 입구 둘레에 분배된 접착제를 구비한 제 1 대상물의 근위 단부로부터의 도면이고,
도 12 및 도 13은 접착제를 구비한 구성의 추가 예의 부분 수직 단면도이고,
도 14 및 도 15는 비원형 개구에 채택된 개략적인 횡단면이다.
도 1a 및 도 1b는 공정의 시작 및 마지막에서 본 발명의 실시예의 기본적 구성의 수직 단면도이고,
도 2는 만입부의 패턴을 도시한 도면이고,
도 3은 대안적인 구성의 수직 단면도이고,
도 4는 추가 구성의 수직 단면도이고,
도 5는 또 다른 구성의 수직 단면도이고,
도 6은 제 1 커넥터 부재의 내측 섹션 및 제 2 커넥터 부재의 외측 섹션의 개략적이고 상이한 횡단면 형상을 도시한 도면이고,
도 7은 추가 구성을 도시한 수직 단면도이고,
도 8은 접착제를 구비한 구성의 일 예의 부분 수직 단면도이고,
도 9 및 도 10은 유동 제한기를 갖는 커넥터 부재의 상세도이고,
도 11은 개구의 입구 둘레에 분배된 접착제를 구비한 제 1 대상물의 근위 단부로부터의 도면이고,
도 12 및 도 13은 접착제를 구비한 구성의 추가 예의 부분 수직 단면도이고,
도 14 및 도 15는 비원형 개구에 채택된 개략적인 횡단면이다.
도 1a는 본 발명의 실시예의 기본적인 구성을 나타낸다. 도시된 실시예에서, 제 1 대상물(1)에 추가하여, 커넥터는 또한 제 2 대상물(2)에 연결되어 리벳과 같은 방식으로 제 1 및 제 2 대상물(1 및 2)을 서로 연결한다.
제 1 및 제 2 대상물(1 및 2)들은 각각 관통 개구를 가지며, 상기 관통 개구는 서로 정렬된다.
제 1 대상물(1) 및 제 2 대상물(2)은 예를 들어 보드 또는 시트, 예를 들어 금속 또는 섬유 강화 복합재 또는 발포된 탄소 섬유 강화 샌드위치 부재 물질일 수 있다. 제 2 대상물은 제 1 대상물과 동일한 물질 조성 또는 제 1 대상물과 상이한 물질일 수 있다.
제 1 커넥터 부재(4)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 또는 강철과 같은 금속으로 이루어진다. 제 1 커넥터 부재는 일체형이고 근위 헤드 부분(41) 및 샤프트 부분(42)을 갖는다.
제 2 커넥터 부재(5)는 또한 금속, 예를 들어 제 1 커넥터 부재와 동일한 물질이다. 또한, 제 2 커넥터 부재는 일체형이다. 제 2 커넥터 부재는 원위 푸트 부분(51) 및 원위 푸트 부분으로부터 근위 방향으로 돌출하는 튜브 부분(52)을 갖는다.
조립체는 제 1 열가소성 부재(8) 및 제 2 열가소성 부재(9)를 더 포함한다. 제 1 열가소성 부재(8) 및 제 2 열가소성 부재(9)는 각각 튜브 형상이다. 제 1 열가소성 부재(8)는 제 1 연결 부재의 샤프트 부분(42)의 외경보다 큰 내경을 갖고도 1a에 도시된 미리 조립된 상태에서 샤프트 부분을 적어도 부분적으로 둘러싼다. 제 1 열가소성 부재(8)의 외경은 튜브 부분(52)의 내경보다 작고, 미리 조립된 상태에서 제 1 열가소성 부재는 튜브 부분(52)에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸인다.
제 2 열가소성 부재(9)는 대상물(1 및 2)의 관통 개구보다 작은 외경을 갖는다. 내경은 튜브 부분(52)의 외경보다 작고 튜브 부분(52)을 둘러싸고 있다.
도 1a에서, 튜브-형 열가소성 부재와 제 1 커넥터, 제 2 커넥터, 및 개구 사이의 공간은 설명의 목적으로 약간 과장되어 도시되어 있다. 실제로, 이러한 공간은 열가소성 부재의 두께 치수에 비해 작을 수 있으며, 샤프트 부분, 열가소성 부재 및 튜브 부분의 치수가 서로 미끄럼 가능하게 끼워질 수 있도록 서로 구성되어 있다.
샤프트 부분(42)의 외측 표면 및 튜브 부분(52)의 내측 표면은 매끄럽지 않고 거시적인 구조로 제공된다. 특히, 샤프트 부분의 원주 외측 표면에는 샤프트 부분 만입부(46)가 제공되고, 튜브 부분의 내측 표면에는 내측 튜브 부분 만입부(56)가 제공된다. 각각의 만입부(46 및 56)는 원주 방향 그루브, 경사 방향으로 형성되는 그루브, 도 2에 도시 된 패턴과 같은 그루브의 패턴, 딥, 거시적 개방 구멍 등 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 만입부에 대한 하나의 가능한 조건은 재고체화된 열가소성 물질로 채워질 때, 제 1 커넥터 부재 및 제 2 커넥터 부재의 축방향 상대 운동을 형상 결합 방식으로 방지하는 것이다. 즉, 만입부는 축방향에 대해 언더컷을 형성한다.
도시된 실시예에서, 내측 표면에 부가하여, 또한 튜브 부분의 외측 표면에는 만입부, 즉 외측 튜브 부분 만입부(57)가 제공된다. 또한 만입부는 축방향에 대해 언더컷을 형성하는 것일 수 있다.
도 1a에 도시된 부재들, 즉 커넥터 부재(4 및 5)뿐만 아니라 열가소성 부재(8 및 9) 및 대상물(1 및 2)의 관통 개구는 축방향(축선(20))을 중심으로 한 회전에 대해 본질적으로 대칭일 수 있다.
그러나 이것은 필수 사항이 아니다. 오히려 전체 형상은 요구 사항에 따라 선택될 수 있다. 예를 들어, 대상물에 대한 커넥터의 고정 및/또는 서로에 대한 대상물의 연결이 비틀림 상대 모멘트에 저항하는 것이라면, 전체 모양이 원형 대칭에서 벗어날 수 있다. 각각의 경우, 직사각형, 삼각형, 오각형, 육각형, 등을 포함하여 둥근 에지, 로브(lobed), 별 모양, 타원형 등이 지정된 부재에 대해 가능하다.
이것은 본 명세서에서 설명된 모든 실시예와 관련이 있다: 원형 대칭이 선택 사항이지만 필수 요건은 아니다. 도 14는 내측 부분(여기서는 샤프트 부분(42))및 외측 부분(여기서는 튜브 부분(52))의 단면 형상(도 1a의 실시예의 경우)을 매우 개략적으로 도시하며, 상기 형상은 슬롯 홀의 형상을 갖는 개구에 적용된다. 커넥터는 예를 들면, 도 15에 개략적으로 도시된 바와 같이 코너 연결을 고정하기 위해 이용되는 바와 같이, 각도진 개구에 더 적용가능하다.
또한, 부재들 자체가 축선(20)을 중심으로 한 회전에 대해 본질적으로 원형으로 대칭이더라도, 전술한 만입부는 원형 대칭으로부터 벗어나는 방식으로 배열될 수 있다.
소노트로드(6)는 말단 측을 향해 제 1 커넥터 부재(4)를 가압하는데 이용되고 비 진동 지지부(7)는 제 2 커넥터 부재(5)를 지지한다. 동시에 기계적 진동이 소노트로드로부터 근위(도 1a의 상부) 단부면이 기계적 진동에 대한 커플링-인 페이스로서 기능하는 제 1 커넥터 부재로 결합된다. 결과적으로, 진동은 제 1 커넥터 부재로부터 열가소성 부재로 결합된다. 가압력과 기계적 진동의 조화 효과에 의해, 열가소성 물질의 적어도 일부가 액화되기 시작하고 그 주위의 열린 공간으로 흘러 들어간다.
도 1b는 열가소성 물질의 유동 및 부분 단면도에서의 재고체화 후에 얻어지는 조립체를 도시한다. 열가소성 물질은 만입부(46, 56, 및 57)를 채우므로, 상대적인 축방향 이동에 대해 커넥터 부재(4 및 5)를 서로 고정한다. 또한, 외측 튜브 부분 만입부(57)를 채움으로써, 이는 개구에서의 조립체의 고정에 기여할 수 있다. 도시된 구성에서, 치수는 열가소성 물질이 제 1 커넥터 부재 및 제 2 커넥터 부재 사이 및 커넥터 부재와 대상물(1 및 2) 사이의 완전한 격리를 형성하도록 선택된다. 특히, 열가소성 물질은 커넥터 부재의 헤드 부분(41)과 푸트 부분(51)의 표면 부분 각각과 개구의 입구 둘레의 대상물 표면 부분 사이에 층(91)을 형성한다. 또한, 샤프트 부분(42)의 원위 단면과 푸트 부분(51) 사이에 층(81)을 형성하고 튜브 부분(82)의 원위 단부와 헤드 부분(41) 사이에 층(82)을 형성한다.
제 1 및 제 2 열가소성 부재(8 및 9)의 물질은 동일할 수 있다. 그 후, 각각의 유동 부분이 서로 흘러 들어가는 곳에서 용접이 형성될 수 있다. 이것은 또한 열가소성 부재의 열가소성 물질이 동일하지 않지만 서로 용접될 수 있는 경우일 수 있다. 성형 용접과 달리, 열가소성 물질은 계면에서 만날 수도 있는데, 계면은 정확하게 정의될 필요가 없다.
도시된 구성에서, 커넥터는 종래의 금속 리벳 커넥터의 단점 없이 리벳형 방식으로 제 1 및 제 2 대상물을 서로 연결한다. 특히, 열가소성 물질이 커넥터 부재를 대상물로부터 격리시키는 사실에 의해, 부식 문제가 발생하지 않을 것으로 예상된다.
제 1 및 제 2 대상물을 서로 고정하는 것 이외에 또는 이에 대한 대안으로서, 커넥터는 다른 부품을 대상물에 연결하는 역할을 할 수도 있다. 이를 위해, 제 1 및 또는 제 2 커넥터 부재는 다른 부품에 결합하기 위한 대응하는 결합 구조(도 1a/도 1b에 미도시)를 포함할 수 있다.
특히, 그러한 추가 부분에 대한 연결이 실질적인 당김력을 받을 것으로 예상되는 경우, 커넥터는 커넥터 부재들 사이를 결합하지 않고 그러한 당김력을 흡수하기 위한 수단을 구비할 수 있다. 예를 들어, 도 1a 및 도 1b 중 하나와 같은 구성에서, 제 2 커넥터 부재가 푸트 부분(점선 박스(21)에 의해 도시된 위치에서)을 통한 중심 개구를 구비하고, 제 2 커넥터 부재에 결합 구조에서, 원위 방향(즉, 도시된 방향으로 아래로부터)에서 작용하는 당김력은 제 1 커넥터 부재에 직접 결합될 수 있고, 헤드 부분(41)이 제 1 대상물의 근위 표면에 대해 놓여 있다는 사실에 의해 흡수될 수 있다. 그 사이에 -댐핑- 열가소성 층(91)을 포함한다. 이를 위해, 샤프트 부분은 선택적으로 도시된 구성에서보다 길고 원위 측 상에서 돌출되도록 형상화될 수 있다. (공정 중에 액화되지 않는 플라스틱 껍질과 같은) 적절한 수단은 액화 물질이 중앙 개구를 통해 배출되는 것을 방지하기 위해 이용될 수있다.
적절한 결합 구조는 예를 들어 스레드 또는 베이오닛 결합 구조(bayonet fitting structure)일 수 있다.
다른 구성이 도 3에 도시되어 있다. 도 3의 구성은 아래의 특징에 의해 도 1a 및 도 1b에 도시된 구성과 구별된다.
- 커넥터는 두 개의 대상물 대신 관통 개구가 있는 단일 대상물(1)에 연결된다.
- 커넥터 조립체는 외측 열가소성 부재를 포함하지 않는다. 오히려, 커넥터 부재(4 및 5)가 대상물(1)과 직접적으로 접촉하게 된다.
- 제 1(내측) 커넥터 부재(4)는 샤프트 부분(42)에 추가하여(원위) 푸트 부분(41)을 포함하고, 제 2(외측) 커넥터 부재(5)는 샤프트 부분(52)에 추가하여 헤드 부분(51)을 포함한다.
- 제 1 연결 부재(4)의 샤프트 부분(42)은 근위 측 상의 대상물의 근위 표면 위로 돌출한다. 도시된 실시예에서, 스레드(43)를 포함하는 것으로 도시되어 있다.
- 소노트로드(6)는 기계적 진동을 열가소성 부재(8)에 직접 인가하는 링 소노트로드이다.
링 소노트로드의 이용은 진동이 제 1 커넥터의 샤프트(42)의 축방향 연장 부에 독립적으로 인가될 수 있게 한다. 이와 별도로, 이러한 지정된 특징은 서로 독립적이며 대안적인 실시예는 이들 중 일부만을 포함할 수 있고 임의의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 여기에서 설명되거나 논의된 임의의 구성은 도시된 커넥터를 단일 대상물(1) 또는 정렬된 개구를 갖는 두 개의 대상물(1 및 2)에 연결하는데 이용될 수 있다. 또한, 도 3의 구성은 제 2 외측 열가소성 부재를 포함할 수 있다(이를 위해, 예를 들어 공정의 끝을 향하여 링 소노트로드는 제 2 열가소성 부재가 헤드 부분(51)과 푸트 부분(41) 사이에서 압축된 상태에서 제 2 커넥터 부재에 진동을 직접 결합시킬 수 있다).
링형 소노트로드를 이용하는 대신에, 도 6에 도시 된 바와 같은 구성에서, 제 1 커넥터 부재(4)를 진동 소스에 결합하고 진동이 원위(후방) 측으로부터 열가소성 부재 내로 결합되는 동안 인장(당김)력을 받는 소노트로드로서 제 1 커넥터를 이용하는 것이 가능하다. 카운터 부재는 근위 측으로부터 열가소성 부재에 필요한 대향력을 인가하기 위해 이용될 수 있다.
도 4의 실시예는 커넥터 부재들 중 적어도 하나의 튜브 부분이 유동성 열가소성 물질이 흘러나가고 재고체화 후 다른 커넥터 부재 및/또는 대상물에 튜브 부분을 록킹하는 창 형성부, 즉 복수의 구멍을 포함하는 '인사이드-아웃(inside-out)' 구성의 제 1 예이다. 이러한 실시예에서, 열가소성 물질은 튜브 부분의 각각의 내측 공간에 삽입되고 원위면에 대해 가압되는 반면 기계적 진동은 소노트로드(6)로부터 직접 또는 간접적으로 열가소성 물질에 결합된다. 이는 열가소성 물질의 적어도 일부를 액화시키고 구멍(48 및 58)을 통해 열가소성 물질을 가압하는 효과를 갖는다. 이들 실시예에서,(제 1) 열가소성 부재(8)는 선택적으로도 4에 도시된 바와 같이 핀 형상일 수 있다.
도 4에서, 제 1 커넥터 부재 및 제 2 커넥터 부재는 각각 튜브 부분(42 및 52)을 포함한다. 제 2 커넥터 부재(외측) 튜브 부분(52)은 제 1 커넥터 부재(내측) 튜브 부분(42)을 둘러싸고, 각각의 튜브(42)에는 복수의 홀(48 및 58)에 의해 창 형성부가 형성된다. 화살표에 의해 표시된 바와 같이, 열가소성 물질은 홀(48 및 58) 내로 및 튜브 부분(42 및 52)와 외측 튜브 부분(52)(제 2 커넥터 부재의 튜브 부분)과 대상물(1) 사이의 공간 내로 유동한다.
서로에 대한 제 1 및 제 2 커넥터 부재의 록킹 및 대상물에 대한 연결은 구멍(48 및 58) 내의 재고체화된 열가소성 물질에 의해 뿐만 아니라 선택적으로는 전술 한 실시예들에 대해 논의된 것과 동일한 기구에 의해 유발된다. 후자의 목적을 위해, 커넥터 부재는 만입부(46 및 56)와 같은 각각의 구조를 포함한다.
도 5의 실시예는 적어도 하나의 커넥터 부재의 튜브 부분이 재고체화 후 튜브 부분을 록킹하기 위한 공정 동안 유동성 열가소성 물질이 흘러나오는 창 형성부를 포함하는 '인사이드- 아웃(inside-out)' 구성의 다른 예이다.
- 도 4의 실시예에 비해, 제 1 커넥터 부재는 헤드 부분(41)을 포함한다.
- 또한, 구성은 제 2(외측) 커넥터의 튜브 부분(52)과 대상물(1 및 2) 내의 개구의 내벽 사이의 튜브 부재인 제 2 외부 열가소성 부재(9)를 포함한다. 선택적으로, 제 2 열가소성 부재는 처음에는 개구 주위의 대상물(1 및 2)의 누적된 두께보다 큰 축방향 치수를 갖는다. 그런 다음, 기계적 진동 에너지를 조립체에 결합시키는 공정은 제 1 열가소성 부재(8)를 원위 방향을 향하여 가압하여 그 원위 단부면이 제 1 커넥터 부재의 원위 단부면과 동일 평면에 도달할 때까지 액상 부분이 외부 방향으로 유동하게 하는 것을 포함할 수 있으며, 제 2 열가소성 부재의 물질이 또한 유동될 때까지 진동을 제 1 커넥터 부재에 결합시키기 위하여 원위 방향에 대해 진동 소노트로드(6)의 가압을 계속하는 것을 포함할 수 있다. 도 1a 및 1b를 참조하여 설명된 실시예와 유사하게, 상기 공정은 선택적으로 열가소성 부재(8 및 9)로부터의 물질의 용접을 초래할 수 있다.
이러한 두 개의 특징들은 서로 독립적이고 개별적으로 또는 조합하여 실시될 수 있다.
도 1a 및 도 1b의 실시예와 유사하게, 상기 조립체는 상기 커넥터 부재들과 상기 대상물들 사이에 직접적인 접촉이 없도록 구성될 수 있다.
본 방법의 실시예에 이용되는 소노트로드(6)는 커넥터의 근위 단부면의 형상 또는 원하는 형상에 맞추어진 원위 단부면을 갖는다. 선택적으로, 이는 프로세스 동안 소노트로드를 안내하기 위해 커넥터의 만입부와 같은 대응하는 특징물과 협력하는 안내 돌출부와 같은 안내 특징물을 가질 수 있다.
도 6은 제 1 커넥터 부재(4)의 내부 섹션과 제 2 커넥터 부재(5)의 외부 섹션(축선에 수직인 단면)의 상이한 단면 형상의 도식을 매우 개략적으로 도시한다. 상기 구성은, 제 1 커넥터 부재가 유동 가능한 상태의 열가소성 물질이 외측으로 가압되는 창 형성부(화살표로 도시됨)를 통하여 내측 튜브 부분을 갖는 인사이드-아웃 타입인 것으로 가정된다. 내부 튜브 부분과 외측 튜브 부분(점선으로 도시됨) 사이의 공간은 폴리머에 의해 채워진다.
이 내측 튜브 부분은 단면이 원형인 반면, 외측 튜브 부분은 다각형(육각형) 인 것으로 가정된다. 기계적 록킹 및/또는 다른 바람직한 특성(절연/댐핑 등)을 제공하는 것 이외에, 중합체 물질은 또한 상이한 형상이 보상되도록 보장한다.
또한, 창 형성부(대응하는 구멍이 액화된 재고체화된 열가소성 물질로 채워짐)와 함께, 개구(들)의 적절하게 맞추어진 단면 형상과 함께 외측 튜브 부재의 비 원형 형상은 비틀림 하중에 대한 커넥터의 록킹 또는 두 대상물의 연결에 기여할 수 있다.
도 7에 도시 된 실시예는 "후방" 구성의 일 예이다. 제 1 커넥터 부재(4)는(도면에서 제 1 커넥터 부재(4)의 스레드(43)에 결합된 결합 배열체만이 도시됨) 진동 생성 장치(61)에 결합되고 기계적 진동 에너지를 걸합 배열체에 결합하는 동안 인장력이 결합되는 소노트로드로서 기능한다. 카운터 부재(counter element; 62)는 열가소성 부재(8)에 반력을 결합하는데 이용된다.
제 1 커넥터 부재에 결합된 기계적 진동 및 당김력의 조인트 효과로 인해, 열가소성 부재(8)의 열가소성 물질의 유동 부분은 예를 들어 열가소성 부재의 원위(하부) 단부에서 시작하여 유동된다.
도시 된 구성에서, 소노트로드로서 기능하는 제 1 커넥터 부재(4)는 액화 공정 동안 근위 측을 향해 이동하도록 당겨지는 반면, 카운터 부재는 제 2 커넥터 부재(5)의 상부 표면에 대해 유지된다. 그러나, 소노트로드를 정지 상태로 유지하고 공정 동안 카운터 부재를 이동하거나 결합된 움직임을 수행하는 것도 가능하다. 도시 된 바와 같이 본질적으로 판-형상인 대신에 카운터 부재는 공정 동안 외측 튜브 부분(52)에 도달하도록 형성된 튜브일 가능성을 포함하는 다른 형상을 가질 수 있다.
"후방" 배열과는 별도로, 도 7에 도시된 배열은 도 3의 배열과 유사하다. 그러나, 원위(후방) 측으로부터의 에너지를 열가소성 물질에 결합시키는 원리는 또한 단지 하나의 대상물 내 고정을 위한 또는 두 개의 대상물을 연결하기 위한 둘다에 대한 선택 사항이다. 예를 들어, 도 4의 실시예는 또한 제 1 커넥터 부재(4)가 소노트로드로서 기능하고, 소보트로드(6)가 카운터 부재로 대체된 후방 구성에 용이하게 적용될 수 있다.
도 8 내지 도 13의 실시예를 참조하면, 추가의 선택적인 특징들 및 개념들의 결합이 논의된다. 도 8 내지 도 13에 도시된 구성은 도 1a 및 도 1b의 구성에 기초하고 이들 도면의 설명은 이후 다시 명백하게 언급되지 않는 부재를 설명하기 위해 참조된다. 그러나, 특징 및 개념은 도 1a 및 도 1b의 실시예에 적용될 수 있을 뿐만 아니라, 하나의 대상물로의 고정, 전방 및 후방의 구성, "인사이드-아웃 "구성(도 4 내지 도 6) 및 본 발명의 범위 내에 있는 임의의 다른 구성에 기초한 실시예를 포함하는 모든 종류의 실시예에 대한 선택적인 가능한 유리한 특징이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 열가소성 물질 이외에 접착제(70)가 또한 제공될 수 있다. 접착제(70)는 공정에서 커넥터 부재가 서로에 대해 이동할 때 유동성 상태로 적절하게 분포될 수 있다(도 8에 화살표로 도시된 가능한 유동 경로 참조). 제 1 커넥터 부재 및/또는 제 2 커넥터 부재의 가능한 제한 부분(49 및 59)(도 9 및 도 10 참조) 및/또는 유동 채널(미도시)은 접착제의 유동을 유도할 수 있다. 접착제가 경화성 수지인 경우, 기계적 진동 및 기계적 진동에 의해 발생된 가열 효과의 흡수는 경화 공정을 보조할 수 있다.
이 같은 아래의 목적들 중 하나 또는 그 초과의 목적을 가질 수 있다:
- 제 1 커넥터 부재, 제 2 커넥터 부재, 제 1 대상물 및/또는 (적용 가능한 경우) 제 2 대상물에 접착함으로써, 경화 후, 조립된 구성의 전체 기계적 안정성에 기여할 수 있다.
- 접착제는 선택적으로 비교적 낮은 점성을 가질 수 있어 선택적으로 부재/대상물에 대해 잘 유동할 수 있어, 실링 효과 또는 심지어 주된 실링 물질이 되는 것에 기여할 수 있다.
-접착제는 열가소성 물질과 화학적으로 반응할 수 있어 열가소성 물질의 특성을 변경할 수 있다.
접착제(70)는 도 8 및 도 11에 도시 된 바와 같이, 선택에 따라 제 1 대상물(1)(및/또는 적용 가능한 제 2 대상물)의 개구(75)의 입구 주위에 분배될 수 있다.
대안적으로, 접착제 물질은 쿠션 내에 제공될 수 있으며, 쿠션 내에는 접착제 물질이 상기 공정 동안 힘 및 진동의 효과에 의해 파열되는 막(71)에 의해 둘러싸인다. 이러한 종류의 쿠션은 용이하게 제조될 수 있으며, 이용되는 수지 조성에 따라, 쿠션은 예를 들어 적절한 온도로 저장됨으로써, 가교 결합을 발생시키기 위한 개시제를 요구하는 조성을 가짐으로써(상기 개시제는 쿠션, 예를 들면 산소 내에 있지 않거나, 쿠션 내의 별도의 챔버 내에 있음), 쿠션 내의 두 개의 별도의 챔버 내에 2-성분 수지를 제공함으로써, 공정 동안 쿠션으로부터 방출될 때까지 실질적으로 가교 결합되지 않는 방식으로 저장될 수 있다.
이 같은 쿠션-또는 복수의 쿠션은 표면 아래의 상대적으로 깊은 위치를 포함하는, 물질이 임의의 원하는 위치에 배치될 수 있는 잠재적인 장점을 특징으로 하며 원하는 초기 분포를 가질 수 있다.
도 12는 도 1a의 실시예와 비교하여 수지(70) 쿠션이 제 2 열가소성 부재를 대체하여 록킹 및, 원하는 경우, 기하학적 형상에 따라, 커넥터 부재와 제 1/제 2 대상물 사이에 적어도 개구 내의 특정 깊이로 제 1 열가소성 부재 사이의 격리를 보장한다.
도 13은 수지 쿠션이 제 2 열가소성 부재(9)와 개구의 원주 벽 사이의 갭에 배치되는 제 2 예를 도시한다.
Claims (31)
- 커넥터를 제 1 대상물에 기계적으로 연결하는 방법으로서,
- 개구를 갖는 제 1 대상물을 제공하는 단계;
- 제 1 커넥터 부재, 제 2 커넥터 부재, 및 고체 상태의 열가소성 물질을 제공하는 단계;
- 상기 개구에 대해 상기 제 1 커넥터 부재 및 상기 제 2 커넥터 부재를 배치하는 단계;
- 제 1 커넥터 부재 및 제 2 커넥터 부재 둘다와 직접 접촉될 때까지 적어도 열가소성 물질의 유동 부분이 유동 가능하게 되고 제 1 커넥터 부재 및 제 2 커넥터 부재에 대해 유동할 때까지, 상기 열가소성 물질에 에너지를 작용시키는 단계;
- 열가소성 물질을 재고체화시키는 단계;를 포함하며,
재고체화된 열가소성 물질은 서로에 대해 제 1 커넥터 부재 및 제 2 커넥터 부재를 록킹(lock)하여 상기 제 1 커넥터 부재, 상기 제 2 커넥터 부재, 및 상기 열가소성 물질을 포함하는 커넥터 조립체를 생성하고,
상기 커넥터 조립체는 열가소성 물질에 의해, 또는 제 1 커넥터 부재 및 제 2 커넥터 부재의 록킹에 의해, 또는 둘다에 의해, 개구에 고정되는,
방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 에너지를 작용시키는 단계는 상기 유동 부분이 상기 제 1 커넥터 부재의 구조물 및 상기 제 2 커넥터 부재의 구조물 내로 유동하도록 하여, 상기 재고체화된 열가소성 물질이 상기 제 1 및 제 2 커넥터 부재를 서로에 대해 형상 결합 방식으로 록킹하는 단계를 포함하는,
방법. - 제 2항에 있어서,
상기 구조물은 적어도 하나의 그루브 또는 릿지, 딥(dip) 또는 험프(hump)의 패턴, 거시적인 개방 구멍, 또는 이들의 조합을 포함하는,
방법. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 에너지를 작용시키는 단계에서 상기 제 1 커넥터 부재의 물질도 액화되지 않고 제 2 커넥터 부재의 물질도 액화되지 않는,
방법. - 제 4 항에 있어서,
상기 제 1 커넥터 부재 및 상기 제 2 커넥터 부재는 둘다 금속성인,
방법. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 대상물 내의 개구는 관통 개구이고, 상기 개구 내에 고정된 커넥터 조립체는 상기 개구의 전체 길이를 통하여 뻗는,
방법. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 대상물에 기계적으로 연결되는 것에 부가하여, 상기 커넥터가 또한 제 2 대상물에 기계적으로 연결되는,
방법. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 커넥터 부재 중 하나는 헤드 부분을 포함하고, 상기 커넥터 부재 중 다른 하나는 푸트 부분을 포함하고, 상기 개구에 대해 상기 제 1 커넥터 부재 및 상기 제 2 커넥터 부재를 배치하는 단계에서, 상기 헤드 부분을 갖는 하나의 커넥터는 근위 측으로부터 배치되어 일 부분이 개구 내로 뻗고 상기 헤드 부분은 상기 개구의 근위에 남아 있고, 다른 커넥터 부재는 원위 측으로부터 배치되어 일 부분이 개구 내로 뻗고 상기 푸트 부분이 상기 개구로부터 원위에 남아 있는,
방법. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 2 커넥터 부재는 외측 튜브 부분을 포함하고, 상기 배치하는 단계에서, 상기 제 2 커넥터 부재가 상기 제 1 커넥터 부재에 대해 배치되어 상기 외측 튜브 부분이 상기 제 1 커넥터 부재의 섹션을 둘러싸는,
방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 유동 부분은 상기 유동 부분이 상기 외측 튜브 부분의 내측 표면 및 둘러싸인 섹션의 외측 표면 둘다와 긴밀 접촉할 때까지 유동하는 물질을 포함하는,
방법. - 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
상기 제 1 커넥터 부재는 샤프트 부분을 포함하고, 상기 제 1 커넥터 부재 및 상기 제 2 커넥터 부재를 배치하는 단계 후에, 상기 샤프트 부분이 상기 외측 튜브 부분에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸여 둘러싸인 섹션을 구성하는,
방법. - 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 커넥터 부재 및 상기 제 2 커넥터 부재를 배치하는 단계는 상기 외측 튜브 부분과 상기 둘러싸인 섹션 사이에 열가소성 튜브 부재를 배치하는 단계를 포함하고, 상기 에너지를 작용시키는 단계에서, 상기 열가소성 튜브 부재는 상기 열가소성 튜브 부재의 축방향 연장부가 감소되고 상기 열가소성 물질이 적어도 상기 외측 튜브 부분의 내측 표면 및 둘러싸인 섹션의 외측 표면과 긴밀 접촉될 때까지 적어도 부분적으로 유동 가능하게 되도록 유발되는,
방법. - 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 커넥터 부재 및 상기 제 2 커넥터 부재를 배치하는 단계는 상기 외측 튜브 부재를 둘러싸는 외측 열가소성 튜브 부재를 배치하는 단계를 포함하고, 상기 에너지를 작용시키는 단계에서, 상기 외측 열가소성 튜브 부재는 상기 열가소성 튜브 부재의 축방향 연장부가 감소되고 상기 열가소성 물질이 적어도 상기 외측 튜브 부분의 외측 표면 및 상기 개구의 내측 표면과 긴밀 접촉될 때까지 적어도 부분적으로 유동 가능하게 되도록 유발되는,
방법. - 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 커넥터 부재는 내측 튜브 부분을 포함하고, 상기 내측 튜브 부분에는 창 형성부가 형성되는,
방법. - 제 14 항에 있어서,
상기 내측 튜브 부분은 원위 정지면을 포함하고, 상기 에너지를 작용시키는 단계는 열가소성 부재의 적어도 일 부분이 유동 가능하게 되고 상기 창 형성부를 통하여 외측으로 가압될 때까지 상기 에너지가 상기 열가소성 부재에 작용하면서 상기 열가소성 물질을 갖는 상기 열가소성 부재를 상기 원위 정지면에 대해 가압하는 단계를 포함할 수 있는,
방법. - 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
상기 제 2 커넥터 부재는 상기 내측 튜브 부분을 적어도 부분적으로 둘러싸는 외측 튜브 부분을 포함하는,
방법. - 제 16 항에 있어서,
상기 외측 튜브 부분에는 창 형성부가 형성되는,
방법. - 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 에너지는 기계적 진동 에너지인,
방법. - 제 18 항에 있어서,
상기 에너지를 작용시키는 단계에서, 동시에 가압력을 인가하고 상기 진동을 상기 열가소성 부재에 직접적으로 또는 간접적으로 커플링하도록 소노트로드가 이용되는,
방법. - 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,
상기 에너지를 작용시키는 단계에서, 상기 진동은 적어도 소정 시간 동안 근위 측 및 원위 측에 동시에 인가되는,
방법. - 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 대상물과 상기 커넥터 부재에 대해 유동 가능한 상태로 접착제를 배치하고 상기 접착제를 경화시키는 부가 단계를 포함하는,
방법. - 제 21 항에 있어서,
상기 접착제가
상기 커넥터 부재 중 적어도 하나와 상기 제 1 대상물 사이,
상기 커넥터 부재들 사이, 및/또는
상기 커넥터 부재 중 적어도 하나와 제 2 대상물 사이에 있는 동안 경화시키는,
방법. - 제 21 항 또는 제 22 항에 있어서,
상기 접착제는 경화성 수지인,
방법. - 제 21 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접착제를 경화시키는 단계는 상기 열가소성 물질상에 작용하는 에너지의 영향에 의해 상기 접착제를 경화시키는 단계를 포함하는,
방법. - 제 21 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배치하는 단계는 상기 개구에 대해 상기 커넥터 부재를 배치하는 단계 이전에 주입 장치에 의해 상기 접착제를 분배하는 단계를 포함하는,
방법. - 제 21 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배치하는 단계는 상기 접착제를 포함하는 쿠션을 제공하는 단계 및 상기 제 1 대상물 및 상기 커넥터 부재에 대해 상기 쿠션을 배치하는 단계를 포함하는,
방법. - 제 1 대상물의 개구에 연결되기 위한 커넥터 장치로서,
제 1 커넥터 부재 및 제 2 커넥터 부재를 포함하고,
상기 제 1 커넥터 부재 및 상기 제 2 커넥터 부재는 서로에 대해 이동 가능하고,
상기 제 2 커넥터 부재는 외측 튜브 부분을 포함하고 상기 제 1 커넥터 부재는 둘러싸인 섹션을 포함하고,
상기 둘러싸인 섹션은 상기 외측 튜브 부분에 의해 둘러싸이도록 상기 외측 튜브 부분 내로 삽입되도록 형성되고,
상기 제 1 커넥터 부재 및 상기 제 2 커넥터 부재에 대해 배치될 수 있는 열가소성 물질로서, 재고체화 후 형상 결합 연결에 의해 상기 외측 튜브 부분 및 상기 둘러싸인 섹션이 서로에 대해 록킹되도록 상기 열가소성 물질이 제 1 커넥터 부재 및 제 2 커넥터 부재 둘다와 직접 접촉할 때까지 유동 부분이 유동 가능하게 되고 상기 제 1 커넥터 부재 및 상기 제 2 커넥터 부재에 대해 유동할 때까지, 에너지의 영향에 의해 액화될 수 있는, 열가소성 물질을 더 포함하는,
장치. - 제 27 항에 있어서,
상기 열가소성 물질의 적어도 일 부분을 포함하는 튜브 형상의 열가소성 부재를 포함하고,
상기 열가소성 튜브 부재는 상기 외측 튜브 부분과 둘러싸인 섹션 사이에 배치되도록 형성되는,
장치. - 제 27 항 또는 제 28항에 있어서,
상기 제 1 커넥터 부재는 창 형성부가 형성되는 내측 튜브 부분을 포함하고,
상기 장치는 상기 열가소성 물질의 적어도 일 부분을 포함하는 열가소성 부재를 포함하고,
상기 열가소성 부재는 상기 내측 튜브 부분의 내부로 삽입되도록 형성되고 상기 열가소성 부재의 적어도 일 부분이 유동가능하게 되고 상기 창 형성부를 통하여 외측으로 가압될 때까지 에너지가 상기 열가소성 부재에 작용하는 동안 정지면에 대해 가압될 수 있는,
장치. - 제 27 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 커넥터 부재 또는 상기 제 2 커넥터 부재는 상기 개구의 폭을 초과하는 측방향 폭을 갖는 푸트 부분을 포함하는,
장치. - 제 27 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 커넥터 부재 또는 상기 제 2 커넥터 부재는 상기 개구의 폭을 초과하는 측방향 폭을 갖는 헤드 부분을 포함하는,
장치.
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