KR102440427B1 - 제1 물체에 제2 물체를 고정하는 방법, 이를 수행하기 위한 부품들의 키트 및 파스너 - Google Patents

제1 물체에 제2 물체를 고정하는 방법, 이를 수행하기 위한 부품들의 키트 및 파스너 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 태양에 따르면, 모재에 매립되는 섬유들의 구조물을 포함하는 섬유 복합재 부품에 제2 물체를 고정하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 다음의 단계들을 포함한다:
- 부착 표면을 포함하는 섬유 복합재 부품을 제공하는 단계로, 섬유들의 구조물의 일부가 부착 표면에서 노출되는 단계;
- 제2 물체를 제공하는 단계;
- 부착 표면과 커넥터 사이의 유동성 상태의 수지로 섬유 복합재 부품에 대해 제2 물체를 배치하는 단계;
- 제2 물체와 섬유 복합재 부품을 서로에 대해 가압하며 기계적 진동이 제2 물체 또는 섬유 복합재 부품 또는 둘 다에 작용하도록 야기하며, 이에 의해 수지가 섬유들의 노출된 구조물에 침투하도록 야기하며 수지가 교차 결합하도록 활성화시키는 단계;
- 이에 의해 수지가, 교차 결합 후, 섬유 복합재 부품에 제2 물체를 고정하는 단계.

Description

제1 물체에 제2 물체를 고정하는 방법, 이를 수행하기 위한 부품들의 키트 및 파스너
본 발명은 기계 공학 및 구성(제작)(mechanical engineering and construction), 특히 기계적 구성(제작)(especially mechanical construction), 예를 들어 자동차공학, 항공기 제작, 철도차량 제작, 조선, 기계 구성(제작), 건축 산업, 장난감 제작 등(for example automotive engineering, aircraft construction, railcar construction, shipbuilding, machine construction, building industry, toy construction etc.)의 분야에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 물체들을 상호 고정하는 방법들(processes of fastening objects to each other)에 관한 것이다
자동차, 항공 및 기타 산업에서는, 강철 구조에서 벗어나 대신에 섬유 복합재들(fiber composites), 특히 탄소 섬유 보강 보강 폴리머(carbon fiber reinforced polymer)와 같은 경량 재료를 대신 사용하려는 경향이 있다.
섬유 복합재 부품들(fiber composite parts)은, 충분히 높은 섬유 함량 및 평균 섬유 길이 하에서 그리고 적절한 섬유 배향 하에서, 상당한 기계적 강도를 갖도록 제조되지만, 이에 대한 커넥터(장부촉(dowel) 또는 유사한 것)와 같은 추가 물체의 기계적 고정은 도전이다. 종래 리벳팅 기술들은, 특히 섬유 복합 재료들의 작은 연성(ductility)으로 인해, 제한된 범위로만 적합하다. 또한, 이러한 연결들은 추가 물체가 부착될 위치에서 사전 드릴링을 필요로 하기 때문에, 특히 서로 연결될 수개의 부품들이 섬유 복합재 부품에 부착되는 경우, 포지셔닝(positioning)의 정확도(precision)가 이슈가 될 수 있다. 접착제 결합들이 잘 기능할 수 있지만 접합의 강도가 최외각층의 강도 그리고 상기 부품의 나머지에 대한 그 부착물의 강도보다 더 클 수 없다는 문제점이 있다. 또한, 경화성 접착제(curable adhesive)는 교차 결합(cross-linking)을 위한 어떤 경화 시간(curing time)을 항상 필요로 한다. 이것은 산업 생산의 경우에 생산 시간을 상당히 증가시킬 것이다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 열 경화성 접착제들보다 더 빨리 경화되는 경향이 있는 UV 경화성 접착제들을 사용하는 것이 제안되었다. 그러나, 이들은 경화 방사선이 경화성 접착제에 도달하는 것을 가능하게 하기 위하여 적어도 부분적으로 투명한 커넥터들을 필요로 한다. 또한 접착제 라인들(glue lines)은 층 두께 및 접착제 분포의 균질성의 면에서 민감도의 문제를 항상 겪는다.
금속 박판과 같은 고전적인 재료들을 포함하는 섬유 복합재와는 다른 물질들이 경량성 버전들로 점점 더 사용되며, 상응하게 감소된 기계적 강도를 갖는다. 따라서 - 예를 들면 보어 또는 유사한 것에 의한 - 재료가 약화되도록 하는 고정들(fastenings)이 점점 더 회피될 수 있다.
UV 경화에 추가로, 종래기술은 유도 가열에 의한 접착제들의 경화를 가속시키는 접근법을 포함한다. 그러나, 이러한 방법은 금속성 부품들을 포함하는 결합들에 국한된다. 또한, 유도가열은 비교적 불특정하며 또한 제약조건들로 인해 항상 옵션인 것은 아니다.
따라서 종래기술 방법의 결점들을 극복하며 특히 강한 신뢰 가능한 기계적 접합을 형성하는, 제1 물체에 추가의 제2 물체(예를 들면 커넥터)를 고정하는 방법을 제공하는 것이 유리할 수 있다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 제1 물체에 제2 물체를 고정하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 다음을 포함한다:
- 부착 표면(attachment surface)을 포함하는 제1 물체를 제공;
- 제2 물체를 제공;
- 부착 표면과 제2 물체 사이의 유동 가능한 상태의 수지(resin)로, 제1 물체에 대해 제2 물체를 배치(이 경우, 수지는 처음부터 유동 가능할 수 있거나 또는 적어도 기계적 진동의 효과에 의해 유동 가능할 수 있다, 이하 참조);
- 수지가 제1 부착 표면 및 제2 부착 표면과 접촉하는 동안, 특히, 예를 들면, 진동 툴(vibrating tool)에 의해 제2 물체와 제1 물체를 서로에 대해 가압하는 동안, 기계적 진동이 제2 물체 또는 제1 물체 또는 둘 다에 작용하게 야기하여, 이에 의해 수지가 교차 결합하도록(cross-link) 활성화시킴;
- 이에 의해 수지는, 교차 결합(cross-linking) 후, 제1 물체에 제2 물체를 고정한다.
본 명세서에서, "수지(resin)"는 적어도 공정의 하나의 단계 동안 유동 가능하며(일반적으로 점성 액체) 그리고 수지의 분자들 사이에 및/또는 수지의 분자들과 다른 물질들 사이에 형성된 공유결합들에 의해 영구히 경화될 수 있는 임의의 물질을 표시한다. 예를 들면, 수지는 모노머(monomer) 또는 다수의 모노머들 또는 큐어링(curing)에 의해 폴리머 네트워크(polymer network)로 비가역적으로 변화할 수 있는 유동성 상태의 프리폴리머(prepolymer)를 포함하는 조성물일 수 있다.
본 발명에 따르는 고정 방법은 달성된 접합이 순전히 접착제 접합이기 때문에 제1 물체와 제2 물체가 약화될 필요가 없다는 상당한 이점을 특징으로 한다. 또한, 특히 상기 물체들 중 하나가 비교적 얇은 경우 - 예를 들면 금속 박판인 경우 - 상기 방법은 관통 개구가 이 물체에 형성될 필요가 없으며, 그러므로 실링, 전기 절연 등을 위해 조치를 취할 필요가 없다는 이점을 특징으로 한다. 또한, 고정(fastening)은 미리 정의된 구조물들과는 독립적이며, 이것은 상당히 간단한 방법으로 공차 불일치(tolerance mismatch)를 보상하는 것을(x-y 위치 조정) 가능하게 한다.
기계적 진동이 이중의 효과를 갖는다는 것이 본 발명자들에 의해 발견되었다:
첫째, 그것은 수지가 잘 분포되어지며 완전히 적시며/스며들며(wet/interpenetrate) 그리고 적용 가능한 경우 부착 표면 상의 임의의 구조물을 매립하게 하며 이에 의해 수지가 이러한 구조물 내로 비교적 깊게 침투하도록 야기한다.
둘째, 기계적 진동 에너지는 주로 제1 물체와 제2 물체 사이의 경계면(interface)에서 그리고 수지 내에서 흡수되며, 이에 의해 큐어링 공정을 자극한다. 더욱 정확하게는, 수지는 경계면에서 상당히 효율적으로 그리고 대부분 경화되는 것이 발견되었다. 부착 표면에 부합하는 구조물이 제공되는 경우, 경화 공정 후, 수지는 재료 결합(즉 접착제 접합)을 야기하는 것에 추가로 그것이 구조물에 스며들며, 상기 구조물은 언더컷들(undercuts)을 포함할 수 있다는 사실로 인해 양각 끼워맞춤 결합(positive-fit connection)을 또한 야기한다. 실제로, 경화 공정이, 초음파 진동이 없는 경우 얼마나 빠른지와 비교하여, 적어도 한 자릿수(at least an order of magnitude)만큼 빨리 가속되는 것이 (예를 들면 수지로서 시판되는 2-성분 에폭시 접착제를 사용하여) 발견되었다. 일반적으로, 약 10℃의 온도 상승은 50%만큼 경화 시간(setting time)을 감소시킨다. 실제로, 약 50℃ 또는 심지어 100℃의 단기적인, 초음파 유도 온도 상승이 관찰될 수 있다. 실시형태들에서, 제2 물체는 부착 표면에서 단지 평면인 것과는 상이한 구조물을 갖는다. 오히려, 부착 표면에서의 표면은 뚜렷한 파형(corrugation)을 가질 수 있다.
특히, 실시형태들에서 제2 물체는 언더컷들을 포함하는 구조물을 갖는다. 이에 의해, 기계적 진동에 의해 지원되는 구조물에 스며드는 수지 물질은, 재고화 후, 양각 끼워맞춤 결합에 의해 제2 물체에 고정될 것이다.
실시형태들에서, 제1 물체는 모재(matrix material)에 매립되는 섬유들의 구조물을 포함하는 섬유 복합재 부품을 포함한다. 일 그룹의 실시형태들에서, 섬유 복합재 부품은 특히 부착 표면에서 노출되는 섬유들의 구조물의 부분을 포함할 것이다. 유동 가능한 수지 물질은 그때 섬유들의 구조물에 스며들도록 야기되며, 재료 내의 있을 수 있는 빈 공간들은 피해지도록 야기된다. 진동들은 또한 섬유들 자체의 작은 운동을 야기할 수 있으며, 그리고 이것은 스폿들이 전혀 함침되지 않는 것을 막는 것을 돕는다. 노출된 섬유들의 구조물은 물론 언더컷을 정의하는 구조물들을 포함할 것이며, 이에 의해 상기 언급된 양각 끼워맞춤 결합이 어떤 추가적인 조치들이 요구되지 않고 달성된다.
특히, 방법은, 특히 모체(matrix)의 최외각 부분을 제거함에 의해, 섬유들의 구조물의 부분이 노출되도록 야기하는 단계를 포함할 수 있다.
추가로 또는 대안으로, 제1 및/또는 제2 물체가 섬유 복합재와는 다른 재료를 갖는 경우, 방법은 이러한 물체의 부착 표면의 표면 거칠기를, 이 목적을 위해 공지된 방법에 의해, 예를 들면, 기계적 마모, 에칭 등에 의해 야기하는 단계를 포함할 수 있다.
이들 실시형태들에서 사용되는 수지는 섬유 복합재 부품의 모재와 동일한 화학적 조성을 가질 수 있으며, 또는 상이한 조성을 가질 수 있다.
섬유 복합재 부품은 그 자체가 제2 물체가 고정되는 제1 물체를 구성할 수 있으며, 또는 그것은 섬유 복합재 부품에 연결되는 추가 부분들을 포함할 수 있는 제1 물체의 부분을 구성할 수 있다.
섬유들의 구조물이 부착 표면에 노출된다는 사실은 수지 물질이 섬유들 사이에 및/또는 섬유들 아래에 형성된 구조물들 내로 흐를 수 있도록 섬유들을 완전히 매립시키는 모재의 균질한 분포가 상기 구조물에 없다는 것을 의미한다.
섬유들의 구조물의 부분이 부착 표면에서 노출되도록 하기 위하여, 방법은 섬유 복합재 부품에 대해 제2 물체를 배치시키기 전에 섬유들의 구조물의 부분을 노출시키기 위해 부착 표면으로부터 모재를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
이러한 모재를 제거하는 단계는 임의의 적합한 재료 제거 단계를 포함할 수 있다. 예를 들면, 이러한 단계는 부착 표면을 샌드블라스팅하는 것을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안으로, 상기 단계는 화학적 에칭을 포함할 수 있다. 추가로 또는 또 다른 대안으로, 상기 단계는 그라인딩을 포함할 수 있다. 어느 경우에나, 상기 단계는 마스크를 제공하며 표면의 단지 이들 부분들만이 섬유들의 구조물이 노출되는 것이 요망되는 재료 제거에 노출되도록 야기하는 하위 단계를 포함할 수 있다.
섬유 복합재 부품에 대한 대안으로, 또한 다른 재료들이 제1 물체에 대한 적합한 재료들이다. 실시형태들의 그룹들에서, 이러한 재료들은 특히 다공성 또는 그렇지 않으면 비균질 구조물을 포함한다. 이러한 재료의 실시예는 금속성 폼(metallic foam)이다. 추가로 또는 대안으로, 제1 물체는 부착 표면에 표면 불균일(surface irregularities)을 포함할 수 있으며, 상기 표면 불균일은 어블레이션 공정(ablating process)(기계적, 조사에 의한, 화학적 에칭 등)에서 또는 추가 (코팅) 공정에서 야기된다.
섬유들의 노출된 구조물과 유사한 것으로서, 금속성 또는 세라믹 제1 물체들에서 노출된 구조물들은 화학적 에칭 또는 에칭 기하학적 구조들의 형성에 의해 노출되는 결정립계들(grain boundaries)일 수 있다.
요약하면, 방법은 제1 물체에 부착 표면에서의 표면 불균일을 제공하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 표면 불균일은 섬유들의 구조물의 일부의 노출에 의해, 불균일 어블레이션에 의해 또는 첨가물 공정에 의해 이루어질 수 있다.
추가로 또는 대안으로, 방법은, 예를 들면, 첨가물 또는 어블레이션 공정(코팅(예를 들면 프라이머링), 액티베이팅 등)에 의해, 예를 들면 OH 기들 또는 NH 기들의 충분한 표면 농도를 야기하기 위해 제1 및/또는 제2 물체의 표면 화학적 특성에 영향을 주는 단계를 포함할 수 있다.
이하에 기술된 많은 실시예들에서, 제1 물체는 섬유 복합재 부품이다. 그러한, 교시는 또한 금속 폼들, 금속 박판들 또는 다른 금속 부품들(거친 표면을 갖는 또는 갖지 않는), 다공성 또는 비다공성 세라믹, 다공성 또는 비다공성 플라스틱, 또는, 예를 들면, 표면 불균일이 제공되는 임의의 물체를 포함하는 다른 제1 물체들에 또한 적용될 있다.
본 발명에 따르는 접근법의 추가 이점은 제2 물체를 제1 물체와 접촉하기 전에 단계들은 포지셔닝(positioning)의 면에서 어떤 정확성도 필요로 하지 않는다는 점이다. 섬유들의 구조물의 부분을 노출시키기 위하여 부착 표면에서 모재를 제거하는 단계(이하 참조) 또는 다른 표면 준비 단계는 단지 대략적으로만 부착이 일어나는 위치에서 수행될 필요가 있다. 섬유 복합재 부품에 대한 제2 물체의 정확한 포지셔닝이 요구되는 경우, 이러한 정확성은 제2 부품을 요구되는 위치에 직접 배치함에 의해 달성될 수 있다. 이것은 예를 들면 사전 드릴링된 보어가 상대 위치를 정의하는 접근법들과는 대조적이다.
이것은 본 발명에 따르는 접근법에 의해 야기된 신속한 큐어링(speedy curing)으로 인해, 본 방법이 물체들을 서로에 대해 배치하기 위해 해당 설비가 사용되는 산업 생산 공정들에 손쉽게 통합될 수 있으며, 공차 문제들은 곧 균형이 잡힐 수 있다는 사실을 고려하면 특히 유리하다.
제2 물체는 커넥터가 될 수 있으며 이에 의해 추가 물체를 제1 물체에 고정하는 역할을 할 수 있다. 이를 위해, 제2 물체는 나선형 부분, 너트 부분, 클립 커넥터의 베이어닛(bayonet)의 부분, 또는 임의의 다른 연결 구조물과 같은 연결 구조물(joining structure)을 포함할 수 있다. 대안으로, 제2 물체는 프레임 또는 하우징 또는 제1 물체에 고정될 임의의 다른 물체가 될 수 있다.
일 그룹의 실시형태들에서, 제2 물체는 제2 섬유 복합재를 포함한다 - 적용 가능한 경우 섬유 복합재 부품과 동일한 조성 또는 다른 조성으로 이루어지는. 이들 실시형태들의 하위 그룹에서, 제2 물체의 보강 섬유들의 구조물의 일부는 가압 단계에 앞서 노출되며, 이에 의해 수지는 또한 섬유 복합재 부품에 대해 본 명세서에서 기술된 것과 유사한 효과로 제2 물체의 섬유들의 구조물에 스며든다.
다른 실시형태들에서, 제2 물체는, 제2 부착 표면에서, 섬유 복합재와는 상이한 재료를 포함한다. 이것은, 예를 들면, 금속성일 수 있으며, 거친 표면을 갖거나 또는 갖지 않을 수 있으며, 유리, 세라믹, 폴리머계 재료 등을 가질 수 있다. 특별한 그룹의 실시형태들에서, 제2 물체는 거친 및/또는 다공성 표면 구조를 포함할 수 있다.
실시형태들에서, 제2 물체는 예를 들면 원위부를 향하는 제2 부착 표면을 포함하며 이것은 제1 물체에 대해 제2 물체를 배치하는 단계에서 상기 부착 표면들 사이에 수지에 의해 제1 물체의 부착 표면(상기 '제1 부착 표면')에 대해 인접하도록 배치된다.
실시형태들에서, 이러한 제2 부착 표면에는 적어도 하나의 인덴테이션(indentation)(그루브(groove)/채널(channel), 홀 또는 기타 유사한 것)이 제공되며, 제2 부착 표면이 제1 부착 표면에 대해 가압되는 경우, 공동(cavity)이 형성되며, 이러한 공동은 잉여 수지 물질을 위한 버퍼 체적(buffer volume)으로서 기능할 수 있으며 수지 유동을 안내할 수 있다. 특히, 상기 적어도 하나의 인덴테이션은 예를 들면 유동을 효과적으로 안내하는 반경방향으로 진행하는 채널들의 채널 시스템을 형성할 수 있다. 보다 일반적으로, 제2 부착 표면에는 경계면에서 정의된 깊이의 공간들을 남기는 육안으로 보이는 구조물(macroscopic structure)을 결과시키는 적어도 하나의 인덴테이션 또는 돌출부가 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 육안으로 보이는 구조물은 정의된 두께의 접착제 갭을 생기게 하는 돌출부들(스페이서들)의 패턴에 의해 구성될 수 있으며, 진동들은 개선된 분포 및 웨팅(improved distribution and wetting)을 가능하게 만드는 것 이외에도 상기 갭의 신뢰 가능한 충진을 보장한다.
또한, 이러한 구조물들은 표면을 증가시켜 이에 의해 부착을 개선시키는 경향이 있다. 이러한 구조물들은 예를 들면 양각 끼워맞춤 구조물을 구성하여 결합을 더욱 강화시킬 수 있다.
특별한 그룹의 실시형태들에서, 제1 물체를 향하는 측 상의 제2 물체는 기하학적으로 구조화된 열가소성 접촉부를 포함할 수 있다. 기계적 진동들이 작용하는 경우, 이러한 기하학적 구조물들은 에너지 지향기(energy director)들로서 기능할 수 있으며, 열가소성 물질의 액화 공정은 국부적으로 시작될 수 있다. 이에 의해, 상호침투(관입) 네트워크(interpenetrating network)가 열가소성 물질과 수지 사이에 형성되며, 상기 네트워크는 한편으로는 부착 강도(attachment strength)를 향상시킬 수 있으며 다른 한편으로는 기학학적 불균일의 보상(compensation of geometrical irregularities)을 가능하게 만들 수 있다. 더 추가적인 열이 큐어링 공정(curing process)을 더욱 가속화시키는 열가소성 물질에 의한 진동 에너지의 흡수에 의해 발생된다. 마지막으로, 상호침투 네트워크는, 특히 열가소성 물질의 연성으로 인해, 내충격성 중간층(impact resistant interlayer)을 형성하며 이것은 수지를 통한 접착제 결합의 취성을 보상하는 것을 가능하게 한다.
이러한 개념은 대안으로 또는 추가로 제1 부착 표면에 열가소성 물질을 포함하는 제1 물체에 적용될 수 있다.
제2 부착 표면의 인덴테이션(들)에 추가로 또는 대안으로 적어도 하나의 인덴테이션(채널, 그루브, 홀)을 포함하는 구조가 제1 부착 표면에 제공될 수 있다. 제1 물체의 이러한 인덴테이션은 사전 제조될 수 있으며(예를 들면, 섬유 복합재 부품이 제조되는 레진 트랜스퍼 몰딩 공정(Resin Transfer Molding process)에서 및/또는 제거 단계, 예를 들면, 모재에 영향을 미칠 뿐만 아니라 섬유들에도 영향을 미치는 수단(샌드블라스팅, 에칭 또는 기타 유사한 것)에 의한 재료 제거 단계에 의해 제조될 수 있다.
제1 물체 - 또는 기계적 진동이 제1 물체에 작용하는 경우 제2 물체 - 는 가압 단계 동안 지지체, 특히 비진동 지지체에 배치될 수 있다. 양측들로부터 진동을 인가하는 것, 즉 제2 물체와 제1 물체 둘 다에 대해 진동 툴들을 가압하는 것은 또한 선택사항이다.
본 명세서에서, 용어 "섬유 복합재 부품(fiber composite part)"은 섬유 다발들의 배치, 섬유들의 텍스타일 구조 또는 섬유들의 임의의 다른 구조, 및 섬유들이 매립되는 모재와 같은 섬유들의 구조물을 포함하는 부품들을 일반적으로 지칭한다. 종종, 이러한 구조물에서, 섬유들은 소위 "연속 섬유들(continuous fibers)", 즉 10 mm를 초과할 수 있는 길이들을 갖는 섬유들이다. 섬유들은 예를 들면 탄소 섬유들(carbon fibers)일 있다. 이러한 섬유 복합재들은 종종 "탄소 섬유 복합재들(carbon fiber composites)" 또는 "탄소-섬유-강화 폴리머들(carbon-fiber-reinforced polymers)" 또는 "탄소-섬유-강화 플라스틱(carbon-fiber-reinforced plastics)"이라 지칭되며; 종종 단지 "탄소(carbon)"로 또한 지칭된다. 유리, 세라믹 또는 폴리머 섬유들과 같은 탄소 섬유들과는 다른 섬유들이 배제되지는 않는다.
일 그룹의 실시형태들에서, 제2 물체는 앵커링 플레이트(anchoring plate)(또는 "파스너 헤드(fastener head)") 및 앵커링 플레이트에 접합되는 고정 요소(fastening element)를 갖는 파스너(fastener)이다. 고정 요소는 종래기술 파스너의 임의의 특성을 가질 수 있으며 예를 들면 나사산이 형성된 볼트(내부 스레드(inner thread) 및/또는 외부 스레드(outer thread)), 나사산이 없지만, 예를 들면 글루 채널들(glue channels)을 갖는 볼트, 핀, 너트, 후크, 아일렛(eyelet), 베이어닛 결합(bayonet coupling)을 위한 베이스 등이 될 수 있다. 파스너는 이러한 그룹의 실시형태들에서 본질적으로 상표명 "빅헤드(bighead)" 하에서 시판되는 파스너와 같이 구성될 수 있으며 다른 물체의 표면에 붙여지도록 의도된다.
이러한 그룹의 파스너들의 앵커링 플레이트는 제2 부착 표면의 이전에 논의된 선택사항인 구조물들에 대한 추가로 또는 대안으로 적어도 하나의 관통 개구를 가질 수 있다. 공정 동안, 수지의 부분들은 관통 개구(들) 내로 침투하며 이에 의해 고정 효과(fastening effect)에 기여하도록 야기될 것이다.
이러한 그룹의 실시형태들에서, 앵커링 플레이트에는 제2 부착 표면으로부터 돌출하는 적어도 하나의 스페이서(spacer)가 제공된다. 이러한 스페이서들은 제1 부착 표면과 제2 부착표면 사이의 최소 거리를 정의하며 이에 의해 수지층의 두께를 제어한다. 한편의 스페이서 크기 및 수지 조성 및 부착의 요구사항들(예를 들면 열팽창 불일치 보상)은 여기서 서로에 대해 조정될 수 있다.
스페이서(들)은 특히 개구(들) 가까이 배치될 수 있으며, 예를 들면, 개구(들)을 둘러싸는 칼라(collar)를 형성할 수 있다. 이 실시형태에서는, 스페이서(들)은 가압력과 진동의 효과에 의해 근위부를 향해 뒤로 흐르는 수지의 양을 제어하는 것을 돕는 추가적인 효과를 갖는다.
진동을 어셈블리 내로 결합시키기 위해 사용되는 진동 툴은, 진동 툴이 앵커링 플레이트의 근위부로 향하는 표면(proximally facing surface)에 직접 가압되도록 결합하기 위하여, 제2 물체(파스너)에 대해 조정될 수 있다. 특히 진동이 종방향 진동인 실시형태들을 포함하는 많은 실시형태들에서(그러나 이에 국한되지는 않음), 진동 툴은 따라서 앵커링 플레이트의 근위부로 향하는 표면에 대해 가압되도록 조정된다.
이를 위해, 진동 툴(vibrating tool)은 고정 요소를 위한 수용 인덴테이션(receiving indentation)을 포함할 수 있으며 앵커링 플레이트와 힘 및 진동 전달 접촉을 할 수 있다.
진동 툴의 수용 인덴테이션 또는 다른 구조물은 진동 툴에 대해 제2 물체를 안내하기 위한 고정 요소와 협력하는 안내 구조물이 되도록 설치될 수 있다. 이러한 안내 구조물은 제2 물체를 진동 툴에 고정하기 위해 고정 요소와 협력하는 고정 구조물로서 구성될 수 있다. 대안으로, 이것은 예를 들면 축방향 상대 운동들에 대해 디커플링(분리)되는 동안 고정 요소를 측방향으로 안내하는 루스한(loose) 안내 구조물일 수 있다.
가능한 이슈는, 특히 기계적 진동이 처음에는 수지의 이동성을 향상시키기 때문에, 공정 동안, 처음에 비교적 유동성일 수 있는 수지의 구속(제한)(confinement)일 수 있다.
측방향 구속(lateral confinement)의 제1 옵션은 제2 물체 및 제1 물체를 서로에 대해 가압하고 기계적 진동이 작용하도록 야기하는 단계 동안 수지를 가두는 주변 구속(제한) 특징부를 제2 물체 및/또는 제1 물체에 제공하는 것이다. 이러한 주변 구속 특징은 예를 들면 (존재하는 경우) 스페이서(들)와 동일 또는 유사한 연장의 예를 들면 제2 물체의 주변 환형의 원위부를 향하는 칼라(peripheral annular distally facing collar of the second object)를 포함할 수 있다. 이러한 주변 환형 칼라는 대안적으로 (단지) 스페이서로서 기능할 수 있다. 제2 물체 및/또는 제1 물체에 수지의 위치에서 수지측으로부터 떨어져 돌출(융기)하는 표면 형상을 제공하는 것, 즉 제2 물체가 근위부를 향해 돌출하며 및/또는 제1 물체가 원위부를 향해 돌출하는 것이 또한 가능하다. 이에 의해, 포켓이 수지에 대해 형성된다. 이러한 형상에 의한 가둠은 포켓이 측방향으로 폐쇄되며, 또는 포켓이 개방되어, 이에 의해 포켓 밖으로 및/또는 포켓 내로의 수지의 어떤 감소된 측방향 유동이 가능하게 유지하는 것이 될 수 있다.
측방향 구속의 제2 옵션은 진동 툴에 주변 구속 특징을 제공하는 것이다. 이러한 주변 구속 특징은 제2 물체의 주변부에 그리고 제1 부착 표면을 향해 돌출하는 환형 돌출부를 포함할 수 있다.
제3 옵션에 따르면, 수지를 구속하기 위하여 제2 물체(적용 가능한 경우 예를 들면 앵커링 플레이트)를 적어도 부분적으로 둘러싸는 별개의 구속 요소가 사용될 수 있다.
옵션들은 임의로 결합될 수 있다.
부착 표면들을 함께 가져오기 전에 수지를 분배하는 단계(dispensing)는 제1 부착 표면 및/또는 제2 부착 표면에 수지를 분배하기 위해 분배 툴(dispensing tool)을 사용하는 단계를 포함할 수 있다.
일 그룹의 실시형태들에서, 방법은 제1 물체에 대해 제2 물체를 배치하기 전에 물체들의 하나의 표면의 비교적 큰 부분에 수지를 도포하는 단계(applying) 및 수지를 기계적 진동에 의해 교차 결합하도록(cross-link) 활성화시키는 단계(activating)를 포함한다.
이러한 그룹은 특히 제2 물체(및 예를 들면 또한 제1 물체)가 평면 및 시트형이며 또는 적어도 평면, 시트형 부분을 갖는 실시형태들에 대해 적합하다.
비교적 큰 공통 표면을 갖는 2개의 물체들이, 종래기술에 따라서, 제1 물체 및 제2 물체를 함께 가져온 후 제조 공정에서, 부착 표면들 사이의 접착제로, 접착제 접합에 의해 서로 접합되는 경우, 공정은 접착제가 충분히 경화될 때까지 기다려야 했다. 대안으로, 접착제가 충분히 경화되기까지 제1 물체와 제2 물체의 상대 위치들을 임시로 안정화시키기 위해 리벳들이 사용되었다. 리벳 연결들은 본 명세서의 도입부에 간단히 논의된 잘 알려진 이점들을 갖는다.
언급된 그룹의 실시형태들에 따라서, 활성화(activation)는 단지 이산 위치(discrete location) 또는 복수의 이산 위치들에 대해, 선택적으로 수행되며, 수지는 이산 위치(들)과는 다른 위치들에서는 영향을 받지 않고 유지된다.
이에 의해, 수지는 이산 위치(들)에서, 예를 들면 대기 시간 또는 가열 단계 후에, 접착제 물질이 완전히 경화될 때까지 제1 물체 및 제2 물체의 어셈블리를 임시로(일시적으로) 안정화(provisionally stabilize)시킬 수 있다. 이에 의해, 상기 그룹의 실시형태들은 리벳 또는 유사한(나사체결 등) 연결의 단점들을 갖지 않고 (어셈블리의 추가 가공의 가능성을 갖고) 임시 안정화의 이점(advantage of provisional stabilization)을 가져온다.
이러한 그룹의 실시형태들에서, 여기서 가능한 도전은 제2 물체의 강성에 의존하면서, 예를 들면 제2 물체 시트 평면을 따라, 너무 많은 진동 에너지를 제2 물체를 통해 측방향을 향해 소산시키지 않고 진동을 제2 물체를 통해 요구되는 스폿(spot)으로 선택적으로 결합시키는 것이 어려울 수 있다는 것이 될 수 있다.
하위 그룹의 실시형태들에서, 제2 물체는 진동을 제2 물체 내로 결합시키는 진동 툴의 바로 아래에 있는 수지의 부분에 진동을 선택적으로 결합시키기 위해 국부적으로 충분히 유연한 재료를 갖는다.
추가로 또는 대안으로, 제2 물체는 국부적 변형, 예를 들면 에너지 지향 특성들(energy directing properties)을 갖는 양각(embossment)을 포함한다. 예를 들면, 이러한 국부적 변형은 파형 구조물(corrugated structure)을 포함할 수 있으며, 이에 의해 파형부(corrugation)은 에너지 지향기(energy director)로서 기능한다.
추가로 또는 또 다른 대안으로, 제2 물체는 이산 위치 주위에 (조인트 같은 방식으로 작용하는) 진동 분리 구조물(vibration decoupling structure), 예를 들면 그루브를 포함할 수 있다.
언급된 가능성들과 선택적으로 결합될 수 있는, 또 다른 대안으로, 보조 요소(auxiliary element)가 제1 물체와 제2 물체 사이의 이산 위치에 배치된다. 이러한 보조 요소는 기계적 진동 에너지에 대한 흡수체(absorber)로서 기능하며 이에 의해 타겟화된 방식으로 주위 수지 물질을 가열한다. 보조 요소는 이 목적을 위해 에너지 지향기를 포함할 수 있다. 이러한 보조 요소는 열가소성 물질을 포함할 수 있다.
실시형태들에서, 이러한 보조 요소는 열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomer)를 포함할 수 있다. 이때, E-모듈러스는 (교차 결합 후) 수지의 부합하는 모듈러스에 조정될 수 있다. 기계적 특성들은 이때 기껏해야 최소한으로 영향을 받을 것이다.
실시형태들에서, 이러한 보조 요소는 수지와 함께 증착될 수 있다. 예를 들면, 수지가 부합하는 자동화된 툴에 의해 수지 비드(resin bead)로서 증착되는 경우, 보조 요소는 비드와 함께 툴에 의해 증착될 수 있다.
실시형태들에서, 보조 요소는, 예를 들면 규칙적인 패턴으로, 예를 들면 큰 표면에 걸쳐 분포되는 에너지 지향 구조물들을 형성하는 메시(mesh) 또는 기타 유사한 것과 같은 플렉시블한 평면형 구조물이 되는 것에 의해, 제1 물체와 제2 물체 사이의 경계면의 큰 부분에 걸쳐 연장되도록 형성될 수 있다. 이와 관련해서 플렉시블한 평면형 구조물은 상당한 힘 입력 없이 그리고 상당한 스프링 백 효과 없이 변형 가능한 평면형 구조물이며, 텍스타일, 메시, 포일 등의 피스와 같은 것이다. 일부 실시형태들에서, 플렉시블한 평면형 구조물 대신에, 보조 요소가 또한 단단한(stiff) 평면형 구조물일 수 있다.
연장된 보조 요소를 갖는 실시형태들에서, 보조 요소의 증착은, 진동에 의해 트리거되는 신속한 경화를 갖는 접착제 연결의 위치가 정확하게 정의될 필요가 있는 경우라도, 반드시 정확한 포지셔닝으로 해야 할 필요는 없는데, 왜냐하면 이러한 정확한 정의는 진동이 인가되는 툴의 위치에 의해 야기될 수 있기 때문이다.
가능성에 따라서, 보조 요소의 위치는 제1 물체 또는 제2 물체의 부합하는 구조물, 예를 들면 보조 요소의 대응 돌출부와 협력하는 제1/제2 물체의 안내 인덴테이션(안내 홀)에 의해 정의될 수 있다.
보조 요소가 공정 동안 유동 가능하게 되는 열가소성 물질을 포함하는 경우, 그의 유동부는 가열 효과에 추가로 또한 물질 유동으로 이어질 수 있으며, 이에 의해 수지에서의 교반 기능을 가지며 수지의 고정 효과에 기여하는 추가 구조물을 유도한다.
보조 요소는 흡수체(absorber)로서 기능하는 것 이외에도 또한 스페이서인 기능을 가질 수 있으며 이에 의해 제1 물체와 제2 물체 사이의 수지의 두께를 정의한다.
일 그룹의 실시형태들에서, 제1 물체 또는 제2 물체는 적어도 부분적으로 열가소성 물질을 가지며, 다른 하나(제2 물체 또는 제1 물체)는 가압력 및 기계적 진동을 인가하는 단계 동안, 제1 물체 또는 제2 물체의 열가소성 물질 내로 각각 천공하기 위해 설치되는 천공부(piercing portion)를 갖는다.
천공부는 천공팁을 포함할 수 있으며 선택적으로 축방향에 대해 언더컷(undercut)을 포함할 수 있다.
천공부는 공정 동안 진동 에너지 지향기로서 작용하며 진동 에너지의 충격에 의해 국부적으로 열가소성 물질을 유동 가능하게 만든다. 이것은 먼저 천공부가 제1 물체 내로 침투하는 것을 가능하게 하는 효과를 가지며 이에 의해 유동성 열가소성 물질 부분들의 재고화 후 (수지의 효과에 추가로) 추가적인 앵커링이 달성된다. 또한, 제1 물체 재료 내의 있을 수 있는 붕괴(파괴)들이 유동성 열가소성 물질에 의해 고르게 된다(평평하게 된다)(힐링 효과(healing effect)). 제2 효과로서, 흡수된 기계적 진동 에너지는 천공부와 제1 물체 사이의 경계면 주위의 어셈블리의 국부적 가열로 이어지며, 이에 의해 수지는, 이전에 설명된 바와 같이, 추가적인 국부적 활성화를 받는다.
천공부는 언급된 이유들 때문에 전체 수지가 경화되지 않는 경우라도 신속하고 주요한 안정성을 제공한다. 이것은 어셈블리가 다음 제조 단계로 이동하기 위하여 신속하게 충분한 안정성을 가질 필요가 있는 제조 단계들에서 중요할 수 있다.
또 다른 그룹의 실시형태들에서, 제2 물체 및/또는 제1 물체는 적어도 부분적으로 열가소성 물질로 제조되며 공정 동안 제1 물체 또는 제2 물체와 각각 접촉하도록 야기되는 - 팁(tip) 또는 에지(edge)를 형성하는 돌출부와 같은 - 적어도 하나의 에너지 지향 특징부(energy directing feature)를 포함한다. 진동과 가압력이 어셈블리 내로 결합되는 경우, 에너지는 에너지 지향 특징부(들)의 장소(들)에서 국부적으로 흡수될 것이다. 이것은 에너지 지향 특징부의 열가소성 물질이 국부적으로 유동성이 되도록 야기할 것이며 변형을 야기할 것이다. 돌출부들에서의 에너지 흡수로 인해, 수지는 전체 수지가 아직 경화되지 않는 경우에도 주된 안정성 스폿들(primary stability spots)을 보장하는 국부적인 경화된 영역들(local hardened zones)로 이어지는 돌출부들 주위에서 추가적인 국부적 활성화(additional local activation)를 받을 것이다.
이들 실시형태들에서, 에너지 지향 특징부들 주위의 유동성 물질은, 예를 들면, (재료들이 상응하게 선택되는 경우) 각각의 다른 물체에 대한 용접이 양각 끼워맞춤 결합 등을 형성하도록 야기함에 의해 및/또는 예를 들면 서로에 대해 더 이동하는 것에 대한 기계적 저항이 높게 되는 제1 물체와 제2 물체 사이의 거리 등을 정의함에 의해 공정 제어에 기여함에 의해, 공정 및/또는 고정 효과에 기여하는 기능을 선택적으로 추가로 가질 수 있다.
실시형태들에서, 제2 물체 및/또는 제1 물체는 수지가 접착제 접합에 추가로 양각 끼워맞춤 결합을 야기하도록 형성된다. 이를 위해, 제2 물체 및/또는 제1 물체에는 재고화(re-solidification) 후 언더컷이 이루어지는 방식으로 수지가 유입되는 구조물이 제공될 수 있다. 이러한 실시형태들의 하위 그룹에서, 제2 물체/제1 물체가 비교적 얇은 시트형 부분을 갖는 경우, 이러한 구조물은 이러한 제2 물체/제1 물체에 개구부를 포함할 수 있으며 이를 통해 수지의 부분이 탈출할 수 있으며 개구부를 넘어 개방 공간 내로 유동할 수 있다, 즉 개구부를 갖는 제2 물체 부분의 근위부로 및/또는 개구부를 갖는 제1 물체 부분의 원위부로, 각각. 이에 의해, 버튼형 양각 끼워맞춤 결합은 수지의 경화 후에 발생된다.
진동을 인가하는 툴은 진동을 발생시키기 위한 장치에 결합되는 소노트로드(sonotrode)일 수 있다. 이러한 장치는 예를 들면 진동들을 발생시키기 위한, 압전변환기(piezoelectric transducer)와 같은, 적절한 수단을 포함하는 휴대용 전동 장치일 수 있다.
기계적 진동은 종방향 진동일 수 있으며; 진동을 인가하는 툴은 표면 부분에 본질적으로 수직으로 진동할 수 있다 (그리고 툴은 종방향으로 또한 가압된다); 이것은, 예를 들면 표면 부분에 걸쳐 툴을 이동시키기 위한 툴에서의 측방향 힘들을 배제하지는 않는다.
다른 실시형태들에서, 진동은 횡 진동이며, 즉 오실레이션(oscillation)은 대부분 근원(근위부에서 원위부로의) 축(proximodistal axis))에 대해 비스듬히, 예를 들면 수직하게 그리고 따라서 예를 들면 제1 및 제2 부착 표면들에 대해 평행으로. 이 경우 진동 에너지와 진폭은 종방향 진동의 파라미터들과 유사할 수 있다.
횡 진동을 갖는 하위 그룹의 실시형태들로서 볼 수 있는 바와 같이 추가 그룹의 실시형태들에서, 오실레이션은 회전 오실레이션일 수 있으며, 즉 진동 아이템은 전후 비틀림 운동으로 진동한다.
많은 실시형태들에서 진동 툴은 진동이 작용하는 동안 제1 물체에 대해 제2 물체를 가압하기 위해 사용된다. 제1 물체에 대항력(counter force)을 인가하기 위해, 비진동 지지체(non-vibrating support)가 사용될 수 있다(즉 진동 툴은 비진동 지지체에 대해 제2 물체 및 제1 물체를 가압한다). 이러한 비진동 지지체는 예를 들면 작업대일 수 있으며 또는 제1 물체 등을 유지시키는 프레임에 의해 구성될 수 있다.
일 그룹의 실시형태들에서, 제어 포일(control foil)은 공정을 위해 사용된다. 이러한 제어 포일(또는 보조 포일)은 비진동 지지체와 제1 물체 사이에 및/또는 툴과 제2 물체 사이에(또는 일반적으로 툴과 그것이 가압되는 물체(들) 사이에 및/또는 비진동 지지체와 그것에 가압되는 물체(들) 사이에) 존재할 수 있다.
이러한 제어 포일은 예를 들면 공정 동안 적용되는 조건들 하에서 유동성이 되지 않는 플라스틱 예를 들면 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene (PTFE)), 또는 페이퍼를 가질 수 있다.
포일은 다음의 가능한 기능들을 갖는다:
- 힘 충격 분배(force impact distribution): 특히 제1 물체 및/또는 제2 물체가 시트형인 경우, 이들은 결합되는 진동(coupled-in vibration)의 진동수 및 파장과, 각각, 일반적으로 같지 않은 공진주파수들 및 파장을 갖는 그들 자신의 진동 거동을 가질 것이다. 이것은 전체 접촉 표면에 걸치는 것 대신에 단지 어떤 접촉점들에서만 커플링을 안내할 것이며 손실들로 이어질 것이다. 비교적 소프트한 포일은 이러한 불일치들을 상쇄할 것이며(균형을 잡을 것이며)(임피던스 불일치들(impedance mismatches)을 상쇄할 것이며) 그리고 이에 의해 커플링 특성들(coupling properties)을 개량할 것이다.
- 열흐름 방지(heat flow prevention): 종종, 적용 가능한 소노트로드를 및/또는 적용 가능한 비진동 지지체들(예를 들면 작업대들)은 금속 또는 다른 양호한 열전도체로 이루어진다. 한편에서의 소노트로드/지지체와 다른편에서의 제2/제1 물체 사이의 밀착 직접 접촉은 소노트로드/지지체로의 상당한 열 흐름을 가져올 것이다. 공정의 효율은 그 결과로서 낮아진다. 제어 포일(control foil)은 열 흐름을 급격하게 감소시키는 단열 효과를 갖는다.
여기서 제어 포일은 공정 후 제거되는 보조 요소로서 사용된다. 이를 위해, 제어 포일은 제2 물체/제1 물체에 달라붙지 않는 재료로 구성된다.
선택적으로, 제어 포일은 진동 툴/비진동 지지체의 코팅으로서 존재할 수 있다.
기계적 진동은 초음파 진동, 예를 들면 15 kHz와 200 kHz 사이, 특히 20 kHz와 60 kHz 사이의 주파수의 진동일 수 있다. 제2 물체들의 전형적인 크기들(예를 들면 약 1 cm의 특성 측방향 치수들을 갖는) 및 예를 들면 자동차 산업(차체 부품들)을 위한 복합재 부품들의 치수들을 위해, 비록 인가될 동력이 적용에 의존하면서 크게 변할 수 있지만, 약 100-200 W의 동력이 충분한 것으로 판명되었다.
임의의 실시형태에서, 가압력의 자동 제어를 포함하는 툴에 의해 방법을 수행하는 옵션이 존재한다. 예를 들면, 장치는 어떤 최소의 가압력이 인가되는 경우에만 진동을 스위치 온하며, 및/또는 어떤 최대 가압력이 달성되지마자 진동을 스위치 오프하도록 구성될 수 있다. 특히 후자는 어떤 차체 부품들과 같은, 원하지 않는 변형이 회피되어야 하는 그것의 부품들을 위해 유익할 수 있다.
이를 위해, 제1 옵션에 따르면 인가된 압력을 측정하기 위한 압전변환기(piezoelectric transducer)의 능력이 사용될 수 있다. 제2 옵션에 따르면, 특별한 메커니즘이 장치에 존재할 수 있다. 예를 들면, 변환기를 포함하며 툴(소노트로드)이 부착되는 유닛이 케이싱 내에 스프링 힘에 대해 활주 가능하게 장착될 수 있다. 장치는 유닛이 어떤 최소 변위만큼 이동되는 경우에만 및/또는 어떤 최대 변위 이상만큼 이동되지 않는 경우에만 스위칭 온될 수 있도록 구성될 수 있다. 이를 달성하기 위하여, 차광막들, 슬라이딩 전기 접촉부들, 위치 검출 스위치들 또는 다른 수단과 같은 당업계에 잘 알려진 수단이 사용될 수 있다. 또한, 후술된 종류의 접을 수 있는 슬리브(collapsible sleeve) 또는 유사한 것은 가압력을 제어하기 위하여 접촉부 또는 스위치 또는 유사한 것을 포함 또는 작동시킬 수 있다.
진동 주파수는 진동이 작용하는 방식에 영향을 미칠 수 있다. 낮은 주파수는 긴 파장으로 이어질 것이다. 완성될 부품의 치수들에 파장을 적응시킴에 의해, 오퍼레이터는 어느 깊이에서 진동의 효과가 가장 강한지 그리고 에너지가 주로 '근방' 영역('near field' regime)에서, '원방' 영역('far field' regime)에서 또는 중간 영역(intermediate regime)에서 흡수되는지 여부에 영향을 줄 수 있다.
본 발명은 또한 본 방법을 수행하기 위한 부품들의 키트(kit)를 포함하며, 부품들의 키트는 수지 물질(더 정확히 말하면: 수지 물질을 위한 원료, 이것은 예를 들면 수지를 생산하기 위해 혼합될 2개의 성분들을 포함할 수 있다) 및 제2 물체 그리고 제2 물체의 근위부로 향하는 인커플링 면(proximally facing incoupling face)에 적응된 원위 아웃커플링 면(distal outcoupling face)을 갖는 진동 인가 툴(vibration application tool)(예를 들면 소노트로드)를 포함한다. 키트는 샌드블라스팅 장치와 같은 재료 제거 장치를 더욱 포함할 수 있다.
본 발명은 종래기술 방법의 결점들을 극복하며 특히 강한 신뢰 가능한 기계적 접합을 형성하는, 제1 물체에 추가의 제2 물체(예를 들면 커넥터)를 고정하는 방법을 제공한다.
이하에서는, 본 발명과 실시형태들을 실시하기 위한 방법들이 도면들을 참조로 기술된다. 도면들은 개략적이다. 도면들에서, 동일한 참조부호는 동일하거나 유사한 부재들을 나타낸다. 도면들은 다음을 나타낸다:
- 도 1a 내지 도 1d는 제2 물체를 그에 부착하는 방법의 상이한 단계들 동안의 섬유 복합재 부품의 단면도들을 도시하며;
- 도 2는 준비된 노출 스폿(prepared exposed spot)을 갖는 섬유 복합재 부품을 도시하며;
- 도 3은 제2 물체와 소노트로드를 구비한 섬유 복합재 부품의 대안적 구성을 도시하며;
- 도 4 내지 도 6은 상이한 제2 물체들을 저면도와 단면도로 도시하며;
- 도 7은 다수의 구성요소들을 포함하는 제2 물체를 갖는 구성을 도시하며;
- 도 8은 제2 물체를 구성하는 파스너를 도시하며;
- 도 9는 도 8에 도시된 종류의 파스너의 앵커링 플레이트를 통한 부분 단면도를 도시하며;
- 도 10 내지 도 14는 추가적인 구성들의 부분 단면도를 도시하며;
- 도 15는 소노트로드를 도시하며;
- 도 16은 제1 물체와 제2 물체의 어셈블리를 도시하며;
- 도 17 및 도 18은 수지 비드가 제1 물체와 제2 물체 사이에 분배되는, 제1 물체, 제2 물체 및 소노트로드의 어셈블리를 통한 단면도들을 도시하며;
- 도 19는 제2 물체의 실시예를 도시하며;
- 도 20은 보조 요소를 갖는 배치구조를 통한 단면도를 도시하며;
- 도 21 내지 도 23은 보조 요소들의 실시형태들의 평면도들을 도시하며;
- 도 24는 안내 니플를 갖는 보조 요소를 도시하며;
- 도 25는 추가적인 제2 물체의 저면도를 도시하며;
- 도 26은 더욱 추가적인 제2 물체의 부분 저면도를 도시하며;
- 도 27은 수지 비드가 제1 물체와 제2 물체 사이에 분배되는, 제1 물체, 제2 물체 및 소노트로드의 어셈블리를 통한 단면도들을 도시하며;
- 도 28은 제1 물체와 제2 물체의 배치구조의 변형예를 도시하며;
- 도 29는 수지 비드가 제1 물체와 제2 물체 사이에 분배되며 보조 요소를 갖는, 제1 물체, 제2 물체 및 소노트로드의 어셈블리를 통한 추가적인 단면도를 도시하며;
- 도 30은 보조 요소이 부분 평면도를 도시하며;
- 도 31은 배치구조가 제어 포일들을 더욱 포함하는, 공정 동안의 배치구조를 단면도로 다시 도시하며;
- 도 32는 수지가 제1 물체와 제2 물체 사이에 분배되는, 제1 물체, 제2 물체 및 소노트로드의 어셈블리를 통한 더욱 추가적인 단면도를 도시하며;
- 도 33은 양각 끼워맞춤 결합을 갖는 배치구조의 단면도를 도시하며;
- 도 34는 도 33의 배치구조에 대한 제2 물체의 부분 평면도를 도시하며;
- 도 35 및 도 36은 수지가 제1 물체와 제2 물체 사이에 분배되는, 제1 물체, 제2 물체 및 소노트로드의 어셈블리를 통한 더욱 추가적인 단면도들을 도시하며;
- 도 37은 도 36에 도시된 공정 후 결과하는 어셈블리를 도시하며;
- 도 38은 소노트로드가 없는 도 36의 어셈블리의 변형예를 도시하며; 그리고
- 도 39는 제2 물체의 부분 저면도를 도시한다.
도 1a는 경화된 수지의 매트릭스(matrix)(12)에 매립된 섬유들(11)의 구조물을 갖는 섬유 복합재 부품(fiber composite part)(1)을 단면도로 도시한다. 도시 목적들을 위해, 모든 도시된 실시예들에서, 섬유 복합재 부품은 예를 들면 차체 부품, 항공기의 벽 등을 갖는 것과 같은 일반적인 약간 평평한 형상(general flattish shape)을 갖는 것으로 가정된다. 그러나, 본 발명의 모든 실시예들은 약간 평평하지 않고 임의의 다른 형상을 갖는 제1 물체들에 또한 적용 가능하다.
도 1a는 부착 표면(근위부로 향하는 표면; 도 1a에 도시된 배향에서 상부면) 상의 스폿(spot)으로부터 모재(matrix material)를 제거하는 단계를 개략적으로 도시한다. 샌드블라스팅 장치(sandblasting device)(40)는 모재를 제거하지만 그 에너지는 조직적으로 섬유들(11)을 손상시키기에는 충분하지 않은 연마 입자들(abrasive particles)의 젯트(jet)(42)를 형성한다.
도 1a의 구성에서, 마스크(mask)(41)는 샌드블라스팅되지 않은 표면의 부분들을 커버하기 위해 사용된다. 마스크를 사용하는 대신에, 샌드블라스팅 장치는 요구되는 위치에서만 모재를 제거하는 것을 목표로 할 수 있다.
도 1b는 섬유들의 구조물의 부분을 노출하는 단계 후의 섬유 복합재 부품(1)을 도시한다: 노출된 섬유들(11)의 노출된 표면 부분(13)를 따라 모재가 적어도 어떤 깊이로 본질적으로 제거된다. 실제로 깊이는 수십 마이크로미터 또는 그 이상일 수 있으며, 예를 들면 50 마이크로미터 이상일 수 있다.
그 후, 수지 부분(3)은 노출된 표면부(13)에 배치된다(도 1c). 수지는 예를 들면 수지의 2-성분 믹스, 예를 들면 에폭시 또는 폴리에스테르 수지일 수 있다. 수지 부분은 선택적으로 노출된 표면부(13)를 완전히 덮을 수 있지만, 이것은 필수적인 것은 아니다.
섬유 복합재 부품(1)에 수지 부분을 분배하는 것에 추가로 또는 대안으로, 수지가 또한 제2 물체에 분배될 수 있다.
그 후에, 도 1d에 도시된 바와 같이, 섬유 복합재 부품과 제2 물체(2)는, (제2 물체(2)의 원위부로 향하는 표면과 섬유 복합재 부품의 근위부로 향하는 표면에 의해 구성되는) 각각의 부착 표면들 사이의 수지로 서로에 대해 가압된다.
도시된 구성에서, 제2 물체는 다수의 인덴테이션들, 즉 제2 부착 표면 내의 채널들(21)을 포함한다. 가압력 때문에, 수지는 적어도 부분적으로 이들 채널들(21)을 채울 것이다.
또한 (이것은 제2 물체가 인덴테이션들을 포함하는지 여부와는 무관한 옵션이다), 제2 물체(2)는 섬유 강화 복합재로 이루어지며, 섬유들(24)은 수지와 접촉하게 될 위치들에서 노출된다.
가압의 단계에서, 소노트로드(6)는 제2 물체(2)를 섬유 복합재 부품(1)에 대해 가압하며, 후자는 비진동 지지체에 대해 놓인다(지지된다)(도 1d에서는 미도시). 동시에, 기계적 진동, 특히 초음파 진동이 제2 물체 내로 결합된다. 진동의 효과에 의해, 수지는, 섬유 복합재 부품의 그리고, 적용 가능한 경우, 제2 물체의 노출된 섬유들을 효과적으로 침투하도록, 야기된다. 동시에, 흡수된 기계적 진동 에너지는 수지가 섬유 복합재 부품과 제2 물체 사이의 경계면에서 국부적으로 가열되도록 야기할 것이다. 이에 의해, 이들 장소들에서 큐어링 공정은 상당히 가속화되며, 이에 의해 배치와 연결이 기계적으로 안정적이 되기 위한 충분한 큐어링 사이의 기간이 상당히 감소되며, 예를 들면 수분(진동이 없는)에서 수초(진동을 갖는)로 감소된다.
이것은 부착 위치 외에 측방향으로 있는 수지의 잠재적인 잉여 부분들에 영향을 미치지 않으며, 따라서 공정 후 이러한 잉여 부분들은 쉽게 제거될 수 있다.
소노트로드(6)는 제2 물체의 안내 인덴테이션(26)과 협력하는 선택적인 안내 돌출부(65)를 포함한다. 이러한 협력하는 안내 특징부들은 모든 실시형태들에 대해 선택사항이다.
도 2는, 도 1b에 도시된 단계에 대응하는 단계에서, 분명한 층들(12)을 갖는 섬유 복합재 부품을 도시한다. 본 발명에 따르는 공정은 부착 위치에서 섬유들(11)의 노출의 깊이가 최근위층(proximal-most layer)의 두께 이하가 되도록 수행될 수 있으며, 또는, 도시된 바와 같이, 수개의 층들(12)의 섬유들이 노출되도록 수행될 수 있다.
도 3은 도 1d의 것과 유사한 구성을 도시한다. 다음의 추가적인 특징들이 도시되며, 상기 특징들은 서로 독립적이며 개별적으로 또는 임의의 조합들로 구현될 수 있다.
- 제2 물체(2)는 혼성이며(heterogeneous) 플라스틱 재료(예를 들면 섬유 강화 복합재)의 부품(25)를 포함하며 상이한 재료의, 예를 들면 금속성의 부품(26)을 더욱 포함한다. (도 3에 도시되지 않은 추가 대안으로서, 제2 물체는 동질적(homogeneous) 또는 이질적(heterogeneous)일 수 있으며 예를 들면 금속성(알루미늄, 강, 압력 다이-캐스트 마그네슘의), 또는 열가소성 물질, 예를 들면 사출성형된, 또는 세라믹 또는 임의의 다른 적합한 물질, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
- 커넥터인 제2 물체(2)는 제2 물체에(그리고 이에 의해 섬유 복합재 부품(1)에) 추가 물체를 고정하기 위한 고정 구조물을 포함한다. 구체적으로는, 도시된 실시형태에서,고정 구조물은 너트부의 내부 스레드에 의해 구성되며, 상기 너트부는 도시된 실시형태에서 상이한 재료로 구성되는 부품(26)을 구성한다. 보다 일반적으로, 고정 구조물은 이질적 물체에서 부품들의 어느 하나에 의해, 또는 조합에 의해 형성될 수 있다. 고정 구조물은 또한 동질적 제2 물체에 존재할 수 있다.
- 제2 물체(2)는 증가된 두께의 (중앙) 부분 및 더 작은 두께의 (도 3에서 주변의) 부분을 갖는다. 이것은 어떤 깊이가 - 예를 들면 고정 구조물에 대해 - 요구되 경우 유리할 수 있지만 전체 치수는 최소가 되어야 한다. 더 작은 두께의 부분으로 인해, 부착 위치의 풋프린트(footprint)는 주어진 제2 물체 체적에 대해 더 클 수 있다.
소노트로드(6)의 형상은 제2 물체(2)의 형상에 대해 적응된다. 특히, 도시된 구성에서 소노트로드는 중앙의 인덴테이션과 주변의 아웃커플링 표면을 포함하며, 이에 의해 단지 아웃커플링 표면만이 공정 동안 제2 물체와 접촉한다.
- 채널들(21)은 반경방향 채널들이며 따라서 수지 물질의 물질 흐름이 분배된 물질의 양이 정확히 선택되지 않는 경우라도 제어될 수 있다.
도 4는 반경방향으로 진행하는 채널(21)을 갖는 제2 물체(커넥터)의 실시예를 도시한다. 추가의, 근원 채널(proximodistal channel)(28)은 제2 부착 표면에 제한되지 않으며 부착 표면으로부터 근위로 이어지며 관통 종방향 보어를 구성한다. 그것은 수지 흐름을 동등화하기 위해(for equating the resin flow) 사용될 수 있으며 또는 심지어 제2 물체의 포지셔닝 후(after positioning the second object) 수지를 분배하기 위해 사용될 수 있다.
근원 채널(28) 및 제2 물체(커넥터)의 원위 표면의 채널(들)은 서로 독립적이며, 즉 근원 채널(28)은 원위 표면에서 채널들을 갖는 임의의 제2 물체에 대해 요구되지 않으며, 반대도 마찬가지이다.
도 5에 도시된 변형예에서, 채널들(21)은 반경방향이 아니며 원주방향이다.
도 25의 변형예에서, 원주방향 채널들(21)은 반경방향 연결부들(121)에 의해 연결되며, 이에 의해 전단 흐름들(shear flows)이 가능하며, 캐비테이션 효과들(cavitation effects)에 대한 수지의 노출이 도 5에 도시된 바와 같은 연결되지 않은 원주방향 채널들을 갖는 구성과 비교하여 감소된다.
도 6의 실시형태에서, 인덴테이션들(indentations)은 패턴에 배치된 블라인드 홀들(blind holes)(29)에 의해 형성된다.
더욱 추가적인 대안예로서, 반경방향 및 원주방향 채널들은 결합될 수 있으며, 돌출부들의 패턴을 가져온다(너브형 및/또는 피트형 구조물들(nubs-like and/or feet-like structures). 보다 일반적으로, 임의의 형태의 - 예를 들면 동일한 두께의 스페이서들(spacers)로서 작용하는 - 이러한 돌출부들의 배치구조는, 그들의 높이에 의해, 수지층의 최소 전체 두께를 정의할 수 있으며, 상기 최소 두께는 0.05 mm와 1 mm 사이, 예를 들면 0.1 mm와 0.5 mm 사이에 있도록 선택될 수 있다.
일반적으로, 제1 물체/제2 물체의 형상들과는 독립하여, 그리고 제1 물체가 섬유 복합재를 포함하는지 여부와는 독립하여, 논의된 구조물(들)에 추가적으로 또는 대안으로, 다음의 접근법이 선택될 수 있다:
- 제2 물체 및/또는 제1 물체는 각각의 부착 표면을 따라 열가소성 물질을 포함한다.
- 수지는 수지에 추가로 열가소성 입자들, 특히 수지에 혼합되는 열가소성 파우더를 또한 포함하는 조제용 물질의 구성요소로서 적용된다. 이에 의해, 입자 크기는 처음에는 본딩 갭(bonding gap)의 두께를 정의할 것이다. 또한, 기계적 진동이 큐어링 공정을 가속시키는 것에 추가로 열가소성 입자들이 유동성이 되고 부착 표면을 따라 각각의 열가소성 물질에 용접되도록 야기할 것이다. 다시 (이전에 논의된 접근법에서와 같이), 상호침투 구조물들의 네트워크(network of interpenetrating structures)가 형성되며, 내충격성, 강한 접합 중간층(impact resistant, strongly bonding interlayer)을 가져온다.
도 7은 다수의 부착 위치들에서 제2 물체를 동시에 또는 순차적으로 부착하는 원리를 도시한다. 예를 들면, 제2 물체는 다수의 부착 부분들을 가질 수 있으며, 서로에 대한 그 공간적 관계는 정확하게 정의된다. 종래기술 접근법들에서(글루잉 제외), 이것은 부착 위치들에 대응하는 위치들에서 매우 정확하게 섬유 복합재 부품 내로 홀들을 드릴링하는 것을 요구했다. 본 발명에 따르는 접근법으로 인해, 부착이 발생하는 곳에서 단지 대략적으로 노출된 표면 부분들(13)을 제공하면 충분하다. 부착 위치들은 동시에 부착된다 (또는 차례로 - 또는 하위 그룹들로 - 전에 논의된 방식으로).
도 7의 실시형태에서, 제2 물체(2)는 주요 부분(2.10)을 섬유 복합재 부품(1)에 대해 고정하는 다수의 제2 물체 앵커 부품들(2.1, 2.2, 2.3)을 포함한다. 도시된 실시형태에서, 앵커 부품들은, 예를 들면 클립 연결에 의해, 주요 부분(2.10)에 가역적으로 부착된다. 주요 부분(2.10)을 고정하기 위하여, 주요 바디의 연결 위치들의 패턴에 맞추기 위해 앵커 부품들을 정확하게 배치해야 하는 것(이것은 종래의 도웰(dowel)들에 대한 경우일 수도 있는) 대신에, 제2 물체(2)는 부착된 앵커 부품들로 복합재 부품(1)에 대해 배치될 수 있다. 그 후에 고정 공정(fastening process)이 수행될 수 있으며, 그 다음에, 요구되는 경우, 예를 들면 주요 부분이 이어지는 제조 단계들에 노출되지 않는 것이 요망되는 경우, 주요 부분(2.10)이 가역적으로 제거될 수 있다.
도 8은 앵커링 플레이트(anchoring plate)(31)(또는 "파스너 헤드(fastener head)") 및 이에 접합되는 고정 요소(fastening element)(32)를 갖는 파스너(fastener)인 제2 물체(2)를 도시한다. 도 9는 도 8의 앵커링 플레이트(31)를 통한 부분 단면도를 도시한다. 고정 요소는 종래기술 파스너의 임의의 특성을 가질 수 있으며 예를 들면 (도시된 바와 같은) 나사산이 형성된 볼트, 스레드가 없는 볼트, 핀, 너트, 후크, 아일렛(eyelet), 베이어닛 결합(bayonet coupling)을 위한 베이스 등일 수 있다. 파스너는 이 경우 본질적으로 상표명 "빅헤드(bighead)" 하에서 시판되는 파스너와 같이 구성될 수 있다.
본 발명에 따르는 방법의 실시형태들은 특히 폴리머 매트릭스에 매립된 섬유들의 구조물을 포함하는 물체를 포함하는(그러나 이에 한정되지는 않는) 접착제 수지에 의해 임의의 물체에 이러한 종류의 파스너를 접합하기 위해 사용될 수 있다.
제1 그룹의 실시형태들에서, 파스너는, 예를 들면 다수의 관통 개구들(33)을 갖는 본질적으로 평면형인 앵커링 플레이트(31)를 갖는 종래기술 파스너들처럼 구성된다.
추가 그룹의 실시형태들에서, 파스너는 공정에 적합한 구조를 갖는다. 특히, 앵커링 플레이트(31)에는 원위측에서 앵커링 플레이트의 원위면 평면으로부터 돌출하는 원위 스페이서 요소들(35)이 설치될 수 있다. 이러한 스페이서 요소들(35)은 제1 물체의 표면과 앵커링 플레이트의 원위 표면 사이의 최소 거리를 정의할 수 있으며, 이에 의해 어떤 최소 두께의 수지층이 공정 후 제1 물체와 제2 물체 사이에서 유지되는 것을 보장한다.
스페이서 요소들에 대해 추가로 또는 대안으로, 앵커링 플레이트(31)의 원위부로 향하는 표면은 도 3 내지 도 6 또는 도 1d를 참조로 기술된 것과 같은 구조들을 포함할 수 있다.
실시형태들에서, 기계적 진동의 인가 동안 어떤 최소 두께의 수지 부분이 지속되는 것을 보장하는 구조는 본 발명에 따르는 접근법의 관점에서 특별한 중요성을 가질 수 있다. 이것은, 접착제로서 수지의 종래 사용들과 비교하여, 기계적 진동에 의해 접착제 수지의 유동성이 급격하게 증가될 수 있기 때문이다.
도시된 구성에서, 스페이서 요소들(35)은 개구들(33)을 둘러싸는 칼라형 돌출부들이다. 그러나, 앵커링 플레이트의 원위 표면을 가로질러 분포되는 분리된 스페이서들의 패턴을 포함하는, 또는 앵커링 플레이트의 주변부를 따라 연장하며 원위부를 향해 그로부터 돌출하며, 이에 의해 또한 수지를 한정하는 단일의 주변 칼라를 포함하는 스페이서 요소들(35)의 다른 배치구조들이 가능할 수 있다.
도 26은 연속적인 칼라 대신에 개구들(33)을 둘러싸는 분리된(개별적인) 스페이서 요소들(35)의 옵션을 도시한다.
제2 물체가 앵커링 플레이트 및 고정 요소를 갖는 파스너이며, 고정 요소가 앵커링 플레이트로부터 근위로 돌출하는 부분을 갖는 실시형태들에서, 기계적 진동을 제2 물체 내로 커플링하기 위해 사용되는 툴은 특별히 조정될 수 있다.
도 10은 첫 번째 가능성을 개략적으로 도시한다. 소노트로드는 원위 아웃커플링면(distal outcoupling face)에 마우스(mouth)를 갖는 수용 인덴테이션(receiving indentation)(61)을 가지며, 그 안에 원위 아웃커플링면이 앵커링 플레이트에 대해 가압되는 경우 고정 요소(32)가 수용된다. 이에 의해 툴(소노트로드) 및 제2 물체는 서로에 대해 적응되어 툴은 앵커링 플레이트의 근위부로 향하는 표면에 대해 직접 가압된다.
툴에는 제2 물체가 툴에 대해 안내되도록 내향으로 향하는 안내 돌출부들(62)과 같은 안내 구조물이 제공될 수 있다. 이러한 안내 구조물은 특히 고정 요소와 맞물릴 수 있으며, 이것은 도 10에 도시된 실시형태의 개략적으로 도시된 안내 돌출부들(62)에 대한 경우이다.
실시형태들에서, 안내 구조물은 제2 물체를 소노트로드에 임시로 고정하기 위하여 고정 요소와 협력하는 고정 구조물로서 구성될 수 있다. 이러한 가능성은 도 11에 개략적으로 도시된다. 도 11의 실시예에서, 제2 물체/파스너는 앵커링 플레이트에 고정되는, 예를 들면 용접되는 너트(36)를 가지며, 이러한 너트는 고정 구조물로서 기능한다. 툴(6)은 너트(36)의 내부 스레드에 적응된 나사산이 형성된 돌출부(65)을 포함하며, 이에 의해 공정을 위해 파스너는 툴 상으로 나사결합될 수 있다.
유사한 구성들이 다른 고정 요소들에 대해 또한 가능하며, 예를 들면 파스너의 나사산이 형성된 바와 협력하기 위한 내부 스레드를 갖는 인덴테이션이 가능하다.
도 12는 제1 물체가 제2 물체와 접촉하게 되는 부착 표면 상의 위치(부착 위치)로 수지를 제한하는 가능한 이슈를 설명한다.
첫 번째 가능성은 위에서 언급되었으며, 즉 제2 물체에 제한 특징부(confining feature), 예를 들면 주변 칼라(peripheral collar)를 제공한다.
도 27은 이러한 개념의 변형예를 도시한다. 제1 물체(1) 및/또는 제2 물체(2)는 수지(3)측을 향하는 인덴테이션(indentation)(131)을 가지며(여기서 외향 벌지(bulge)가 되는), 이에 의해 포켓(132)이 수지에 대해 형성된다. 이러한 포켓은 측방향을 향해 폐쇄될 수 있으며 또는, 도 27에 도시된 바와 같이, 측방향을 향해 개방될 수 있으며, 이에 의해 수지(3)의 어떤 측방향 유동이 가능하게 유지된다.
도 27에 도시된 실시형태에서, 제1 물체와 제2 물체 둘 다는 금속 박판들로서 도시되며, 각각의 인덴테이션(131)은 수지측으로부터 멀어지는 벌지로서 형성되며, 즉 제1 물체에 대해서는 원위부를 향해, 그리고 제2 물체에 대해서는 근위부를 향해 형성된다. 물론, 제1 물체/제2 물체의 특성들에 의존하면서, 예를 들면 다이 캐스팅, 몰딩 등에 의해 도시된 유형이 포켓을 형성하기 위한 다른 방법들이 있다.
도 28은 제1 물체 및 제2 물체(1, 2) 둘 다 포켓을 형성하기 위한 인덴테이션(131)을 각각 갖는 경우, 인덴테이션들은 선택적으로 서로에 대해 측방향으로 오프셋/시프트(laterally offset/shifted)될 수 있으며, 이에 의해 캐비테이션 효과들(cavitation effects)이 감소될 수 있는 원리를 개략적으로 도시한다.
두 번째 가능성은 도 12에 도시된다. 툴(6)은 원위부를 향해 돌출하는 주변 칼라(66)를 가지며 이에 의해 수지(3)를 제한한다. 이러한 칼라의 치수는, 적용 가능한 조건들 하에서, 예를 들면, 존재하는 경우, 전술한 유형의 스페이서 요소들을 고려하여, 칼라(66)가 공정 동안 제1 물체 표면과 직접 물리적 접촉하지 않도록 선택된다.
세 번째 가능성은 예를 들면 도 13에 도시된 바와 같은, 분리된 제한 요소(confining element)(53)이다. 이러한 분리된 제한 요소는 예를 들면 툴(6)을 둘러싸는 예를 들면 짧은 튜브 요소일 수 있으며 그러나 툴(6)로부터 진동적으로 분리된다(vibrationally de-coupled). 이러한 분리된 제한 요소는 수지(3)를 분배하기 전에 또는 그 후에 부착 위치를 둘러싸도록 배치될 수 있으며 그리고 예를 들면 제1 물체(1)의 근위부로 향하는 표면에 대해 인접할 수 있다.
상기 3개의 가능성들은 서로 독립적으로 적용될 수 있으며 또는 조합될 수 있으며, 또한 임의의 하위 조합으로 조합될 수 있다.
실시형태들에서, 제2 물체는, 예를 들면 앵커링 플레이트(31)의 관통 홀들(33)과 같은, 관통 홀을 갖는다. 이들 실시형태들에서, 수지 물질은 관통 홀들을 통해 근위부를 향해 흐를 수 있다. 이것은 양각 끼워맞춤 효과(positive-fit effect)를 야기함에 의해 부착 특성들(attachment properties)에 기여하는 효과를 가질 수 있으며, 제2 물체는 수지 물질의 경화 후에 수지 물질 내에 부분적으로 매립된다.
제2 물체가 관통 홀을 갖는 실시형태들에서, 공정 후 수지 물질이 툴의 표면에 달라붙는 것을 방지하기 위한 조치가 취해진다.
첫 번째 이러한 조치는, 예를 들면 대응하는 안티-접착제 코팅을 가짐에 의해 툴의 원위부로 향하는 아웃커플링 표면이 이러한 달라붙음을 방지하는 특성들을 갖도록 하게 하는 것이다.
두 번재 선택적인 조치는 도 13에 매우 개략적으로 도시된다. 툴은 관통 홀의 위치에 대응하는 위치에 인덴테이션(67)을 가질 수 있다. 이러한 옵션은 도 13에 도시된 다른 특징들과는 독립적이며; 특히 제한 요소(53)와는 독립적으로 적용 가능하다.
도 14는 상기 실시형태들과는 대조적으로 진동이 횡방향 진동이고 종방향 진동이 아닌 구성의 실시예를 도시한다. 도 14의 소노트로드(6)는 횡방향 오실레이션을 위해 설치된다. 이것은 고정 구조물(32)을 수용하기 위해 구성되는 수용 개구부(61)를 포함한다. 특히, 도 14에서 나사산이 형성된 바인 고정 구조물의 스레드에 적용되는 내부 스레드를 갖는 수용 개구부가 도시되며, 파스너는 예를 들면 도 8에 도시된 바와 같다. 소노트로드(6)는 공정 동안 앵커링 플레이트(31)의 주변 부분에 대해 가압되는 링형 스커트(68)를 가지며 그리고 이에 의해 가압력 및, 수용 개구부와 함께, 기계적 진동을 앵커링 플레이트(31)로 결합시킨다. 대칭성을 이유로, 도 14에 도시된 소노트로드(6)는 앵커링 플레이트에 대해 가압되는 원위 링형 스커트(68)에 추가로 근위 링형 스커트(68)를 갖는다. 이러한 이유로, 2개의 어셈블리들에 대해 동시에(in parallel) 공정을 수행하는 것이 가능할 수도 있으며, 소노트로드는 대향측들로부터 도입되는 각각의 제2 물체들에 대해 가압되는 2개의 제1 물체들 사이에 클램핑된다. 2개의 추가 커플링 위치들이 도 14의 도면 평면에 평행한 소노트로드의 대향측들에 존재할 수도 있다.
예를 들면 '웨지-리드(wedge-reed)'형 구성에서 예를 들면 횡방향 오실레이션(transverse oscillation)에 적합한 다른 소노트로드(6)가 도 15에 도시된다. 소노트로드는 고정 구조물을 수용하기 위한 수용 개구부(61)를 포함한다 (예를 들면 나사산이 형성된 바). 도 11 및 도 14의 실시형태와 유사하게, 수용 개구부는 고정 구조물에 대한 커플링을 위해 선택적으로 설치될 수 있다. 소노트로드는, 예를 들면 도 15에 개략적으로 도시된 바와 같이, 옆으로부터 작용하며 소노트로드의 벤딩 오실레이션(bending oscillation)을 야기하는 커플러(coupler)에 의해 소노트로드 내로 결합되는 진동에 의해 원위 단부 부분의 횡방향 진동을 위해 설치되고 장착된다.
도시된 실시형태의 소노트로드는 링형 스커트 대신에 앵커링 플레이트의 측방향 부분들 내로 진동을 결합시키기 위한 다수의 윙들(wings)(69)을 포함한다. 도 14에서처럼 아웃커플링 스커트(outcoupling skirt)를 갖는 또는 다른 커플링 면(coupling face)을 갖는 소노트로드에 대한 적응이 쉽게 가능할 수도 있을 것이다.
도 14 및 도 15를 참조로 논의된 횡방향 진동의 개념이 진동 툴(소노트로드)과 대응 제2 물체 사이의 적절한 커플링 수단을 사용하여 단지 도 14에 도시된 파스너 이외에 본 명세서에 기술된 다른 제2 물체들/커넥터들 및 다른 고정 개념들에 또한 이전될 수 있다는 것을 주목하는 것은 중요하다.
도 16은 본 발명의 실시형태들의 가능한 적용을 매우 개략적으로 도시한다. 제1 물체(1)와 제2 물체는 접착제 결합에 의해 서로 접합될 수 있으며, 제1 물체와 제2 물체는 둘 다 비교적 크다. 제조 공정에서, 추가 제조 단계들을 위해 접합이 충분히 강해질 때까지의 물체들 사이의 접착제의 경화는 상당한 지연을 야기할 수 있다. 따라서 본 발명의 실시형태들에 따르는 접근법은 이들 스폿들에서 수지를 활성화시키기 위해 다수의 이산(분리된) 스폿들(discrete spots)(81)에서 본 명세서에서 기술된 고정 방법을 사용하는 것이다. 이에 의해, 접합은 신속한 공정에서 충분히 안정적이도록 야기된다. 제1 물체와 제2 물체의 어셈블리가 추가 공정 단계들에 있는 동안 이산 스폿들(81) 사이의 수지 부분들은 그것에 의해서 천천히 경화될 수 있다.
도 17은 제1 물체(1), 제2 물체(2) 및 그 사이의 수지 부분(3)의 배치구조를 도시한다. 도 17에서처럼 제2 물체, 또한 제1 물체는 비교적 얇은 시트형 물체이며, 예를 들면 금속 박판이다. 제1 물체 및 제2 물체 둘 다 비교적 큰 평면내(in-plain)(x-y) 연장부를 갖는 것으로 가정되며, 수지 부분은, 예를 들면 해당 로봇 또는 연장된 접착제 비드에 의해, 물체들의 적어도 하나의 표면 상에 광범위하게 도포된다. 도 16에 대해 도시된 바와 같이, 수지의 표면이 너무 커서 기계적 진동이 접착제에 의해 커버되는 전체 영역에 걸쳐 광범위하게 인가될 수 없으며, 경화는 단지 이산 스폿들에서만 발생할 수 있다. 접착제의 나머지 부분들은 그 후 훨씬 느린 속도로 경화될 수 있으며 및/또는 가열에 의해 유도될 수 있다.
이 경우 가능한 도전은 멤브레인(금속 박판)의 강성에 의존하면서 너무 많은 진동 에너지가 측방향으로 흘러감에 의해 소산되지 않고 진동을 제2 물체를 통해 요구되는 스폿으로 선택적으로 결합시키는 것이 어려울 수 있다.
- 실시형태들에서, 제2 물체는, 진동을 제2 물체 내로 결합시키는 소노트로드 바로 아래에 있는 수지의 부분에 진동을 선택적으로 결합시키기 위해 국부적으로 충분히 유연한 재료(예를 들면 멤브레인형 얇은 시트 재료)를 갖는다.
- 다른 실시형태들에서, 제2 물체는 국부적 변형(local deformation), 예를 들면 에너지 지향 특성들(energy directing properties)을 갖는 양각(embossment)을 포함한다.
도 17에서, 양각은 국부적 인덴테이션/비드(91)를 형성한다. 도 17의 단면 평면에 수직인 평면을 따라 도 17의 구성을 단면도로 도시하는 도 18에 도시된 바와 같이, 인덴테이션은 바닥에서 파형부 형성한다. 이에 의해, 다수의 효과들이 달성될 수 있다:
- 인덴테이션은 전체로서 그리고 특히 파형부는 에너지 지향 특성들을 갖는 에지들과 같은 현저한 구조들을 제공한다. 진동 에너지의 흡수는 이들 구조들에서 강화된 방식으로 발생한다. 그 결과, 경화 공정은 도 18의 영역들(95)에 의해 표시된 바와 같이 이들 구조들 주위에서 셋팅된다.
- 상기 구조는 진동 거동에 영향을 미치며 인덴테이션(91)의 영역들을 인덴테이션(91) 주위의 영역들로부터 약간 분리시킬 수 있다.
- 상기 구조를 갖는 인덴테이션은 제1 물체 및 제2 물체가 서로에 대해 가압되는 경우 내부 거리 홀더(interior distance holder)로서 기능하며 수지는 계속 유동성이며, 이에 의해 공정 후 접착제 부분의 두께를 정의한다.
제2 물체(2)를 단면도로(상부 패널) 그리고 평면도로(하부 패널) 도시하는 도 19는 (도 18과 유사한 추가 구조물이 선택적으로 제공될 수 있는) 인덴테이션을 갖는 구조물의 변형예를 도시하며, 상기 변형예에서 들쭉날쭉한 영역(indented region)은 주로 그루브에 의해 둘러싸이는 부분의 진동들을 가능하게 만들기 위해 조인트형 구조로서 기능하는 엠보싱된 그루브(97)에 의해 둘러싸인다.
위에서 논의된 도 27 내지 도 28의 실시형태들은 - 도 17 내지 도 19의 실시형태들과 유사하지만 접착제가 옆으로 이동하지 않고 제2 물체 및/또는 제1 물체의 외향 벌지들로 인해 제자리에 유지되는 차이점을 갖는 - 너무 많은 진동 에너지가 측방향으로 흘러감에 의해 소산되지 않고 진동을 제2 물체를 통해 요구되는 스폿으로 선택적으로 결합시키는 단계를 포함하는 실시형태들의 추가 예들이다.
진동 에너지를 요구되는 스폿으로 선택적으로 결합시키는 문제에 대한 추가의 가능한 해법이 도 20에 도시된다. 제1 물체(1)와 제2 물체(2) 사이에 보조 요소(auxiliary element)(101)가 배치된다. 보조 요소는 거리 홀더(distance holder)로서 기능하며 이에 의해 수지 부분(3)의 두께를 정의한다. 이것은 기계적 진동 에너지에 의해 액화될 수 있는 열가소성 물질을 포함한다. 기계적 진동 에너지가 예를 들면 제2 물체(2)와 제1 물체(1)가 서로에 대해 가압되는 동안 보조 요소(101)의 위치에서 국부적으로 제2 물체에 인가되는 경우, 보조 요소의 열가소성 물질은 특히 외부 및/또는 내부 마찰로 인해 진동 에너지를 흡수하며, 이에 의해 국부적으로 가열된다. 그 결과, 열이 또한 주위 수지 물질(3)로 전달된다.
도 20과 같은 실시형태들에서, 보조 요소(101)는 에너지 지향기들(energy directors)(102, 103)을 가지며, 예를 들면 리지들, 팁들 또는 다른 돌출부들이다. 도 20은 제1 물체(1)에 대한 경계면에서의 제1 에너지 지향기들(102)이 제2 물체(2)에 대한 경계면에서의 제2 에너지 지향기들(103)보다 더욱 현저하여 도시된 실시형태에서 진동들이 제2 물체에 결합되며 제1 물체에는 직접 결합되지는 않을 것이란 사실로부터 발생하는 비대칭을 보상한다(compensate for an asymmetry).
도 20은 수지 물질의 활성화(activation)가 지배적인 에너지 지향기들 주위의 영역들을 도시한다.
도 21 내지 도 23은 상이한 보조 요소들 상의 평면도들을 도시하며, 이에 의해 가능한 보조 요소 형상들을 도시한다. 일반적으로, 실시형태들에서 보조 요소가 단순한 디스크와는 상이한 형상을 가지며 따라서 측방향 표면들이 더 크며 이에 의해 수지에 대한 경계면이 더 큰 경우 유리할 수 있다.
다시 단면도를 보여주는 도 24는 제1 물체에 대해 보조 요소의 정확한 위치를 정의하기 위해 보조 요소(101)에 제1 물체(1)의 안내 홀(111)과 협력하는 안내 니플(guiding nipple)(112)을 제공하는 옵션을 도시한다.
열가소성 물질에 추가로 또는 대안으로, 보조 요소는 다른 물질들을 또한 포함할 수 있다. 실시형태들에서, 예를 들면, 보조 요소는 엘라스토머 물질(elastomeric material)을 포함할 수 있다. 엘라스토머 물질들은 보통 열가소성이 아니며 그럼에도 불구하고 진동 에너지를 흡수하며 이에 의해 내부 마찰에 의해 가열된다.
도 29는 메시(mesh), 예를 들면 엘라스토머 메시 형태의 보조 요소(101)를 도시한다. 이러한 메시는 그것이 배치에서 어떤 정확성이 요구되지 않고 공정을 위해 제1 물체와 제2 물체 사이에 배치될 수 있다는 이점을 갖는다. 예를 들면, 보조 요소(101)는 예를 들면 대응 노즐로부터, 즉 동일 시스템에 의해 글루 비드(glue bead)의 도포 바로 전 또는 후에 글루 라인(glue line)을 따라 스트립(strip)으로서 배치될 수 있다.
메시는 자유 체적(free volume) - 즉 스트랜드들(strands)(141) 사이에 유지되는 체적 - 도 30 참조 - 이 상당하며 예를 들면 전체 체적의 적어도 70% 또는 적어도 80%에 해당하도록 선택될 수 있다.
수지(3)는 큰 표면에 걸쳐 또는 예를 들면 분배 툴에 의해, 예를 들면 제1 물체 및/또는 제2 물체의 형상에 적응된 요구되는 위치들에 선택적으로, 도 29에 도시된 바와 같이 분배될 수 있다. 수지가 선택적으로 배치되는 경우, 그것은 메시에 걸쳐 또는 선택적으로 또한 스트랜드들(141) 사이의 공간들(142) 내로만 배치될 수 있다.
도 29의 실시형태는 제1 물체 및/또는 제2 물체의 - 도 29의 제2 물체의 - 도 27 및 도 28을 참조로 기술된 및/또는 도 17 내지 도 19를 참조로 기술된(분리(de-coupling) 및/또는 정의된 두께(defined thickness)) 기능들을 갖는 (선택적인) 인덴테이션들(131)을 더욱 갖는다.
도 31은 제어 포일(control foil)(153, 155)에서의 사용의 원리를 도시한다. 이러한 포일(153, 155)은 진동 툴(소노트로드 (6))과 제2 물체(2) 사이에 또는 어셈블리가 공정을 위해 배치되는 비진동 지지체(151)와 제1 물체(1) 사이에 또는 둘 다에 배치될 수 있다.
도 31은 소노트로드(6)와 제2 물체 사이의 제1 제어 포일(153), 및 비진동 지지체(151)와 제1 물체(1) 사이의 제2 제어 포일(155) 둘 다를 도시한다.
이러한 제어 포일은 공정 동안 적용되는 조건들 하에서 유동성이 되지 않는 플라스틱을 포함할 수 있다. 이러한 포일 재료의 예는 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene)(PTFE)이다. 추가의 적절한 재료는 페이퍼이다.
도 31에 도시된 종류의 제어 포일은 특히 경질의 비진동 지지체들의 경우, 실험들에서 효율을 상당히 증대시키는 것으로 나타났다.
제1 제어 포일(153) 및/또는 제2 제어 포일(155) 대신에, 소노트로드(6) 및/또는 지지체(151)의 코팅이 각각 사용될 수도 있다.
도 32는 제1 물체(1)가 적어도 부분적으로 열가소성이며 제2 물체(2)가 공정 동안 제1 물체 내로 천공되도록 설치되는 원위 천공 부분(161)을 포함하는 배치구조를 도시한다.
도 32의 실시형태와 같은 실시형태들에서, 적어도 하나의 원위 천공 부분(161)은 앵커링 플레이트(31)로부터 또는 다른 원위부로 향하는 정지 표면으로부터 원위부로 돌출한다.
원위 천공 부분은 예를 들면 언더컷을 갖거나 갖지 않는 테이퍼링 팁을 포함할 수 있다(도 32는 축방향들에 대한 언더컷을 도시한다).
천공 부분은 공정 동안 진동 에너지 지향기로서 역할을 하며 천공 부분에 의해 침투된 열가소성 물질을 국부적으로 액화시킨다. 진동 에너지의 국부적 흡수는 천공 부분과 제1 물체 사이의 경계면 주위의 어셈블리의 국부적 가열로 이어지며, 이에 의해 수지는 이전에 설명된 바와 같이 추가적인 국부적 활성화를 받는다.
천공 부분은 언급된 이유들로 전체 수지가 경화되지 않는 경우라도, 신속하고 주요한 안정성을 제공한다. 이것은 어셈블리가 다음 제조 단계로 이동하기 위하여 충분한 안정성을 가질 필요가 있는 제조 공정들에서 중요할 수 있다.
제1 물체가 적어도 부분적으로 열가소성이며 제2 물체가 제1 물체가 열가소성인 장소들에서 천공 부분을 갖는 것에 대한 대안예로서, 이러한 개념은 다음의 대안적인 구성에서 사용될 수 있다:
- (이들 실시형태들에서 진동이 결합되는) 제2 물체는 적어도 부분적으로 열가소성이며 제1 물체는 제2 물체가 열가소성인 장소들에서 천공 부분을 포함한다,
- 제1 물체 또는 제2 물체는 다공성이며 정수압 하에서 기공들을 성장시킬 수 있으며, 제2 물체 또는 제1 물체는 각각 열가소성 물질의 천공 부분을 포함한다. 기계적 진동 에너지로 인해, 열가소성 물질은 액화되고 각각의 다른 물체의 기공들 내로 침투하며, 이에 의해, 재고화(re-solidification) 후, 양각 끼워맞춤 결합이 달성된다. 또한 이것은 주요한 안정성을 위한 신속한 안정적인 결합을 생기게 할 것이다.
도 33은 접착제 접합에 추가로 양각 끼워맞춤 결합을 위해 수지(3)를 사용하는 원리를 도시한다. 이를 위해, 제2 및/또는 제1 물체에는 재고화 후 언더컷이 달성되는 방식으로 수지가 흘러들게하는 구조물이 제공된다. 도 33의 실시형태에서, 이러한 구조물은 제2 물체(2)의 적절하게 배치된 관통 개구(33)에 의해 구성되며 이를 통해 수지가 재고화 후 버튼형 특징부(171)를 형성하도록 근위부를 향해 뒤로 흐르도록 가압된다.
도 34에 도시된 바와 같이, 이러한 개구들(33)의 패턴이 존재할 수 있다. 제2 물체(2)에 대한 추가로 또는 대안으로, 이러한 개구들의 적어도 하나가 제1 물체(1)에 또한 존재할 수 있다.
도 35는 제2 물체의 근위부에 글루 레저버(glue reservoir)및 선택적인 압력 릴리스 홀들(pressure release holes))(173)을 구비한 소노트로드를 도시한다. 개구(들)이 제1 물체에 존재하는 경우, 비진동 지지체(도 35에 미도시)에는 글루 레저버 및 선택적인 압력 릴리스 홀들을 구비한 대응 구조물이 제공될 수 있다.
특별한 실시형태들에서, 도 33 내지 도 35를 참고로 논의된 플로우-백(flow-back)이 도 11 및 도 12를 참조로 논의된 원리들에 따르는 구성들에 선택적으로 적용될 수 있다.
도 36은 제2 물체(2)가 스폿 글루잉 포인트들에서 연결의 신속하고 주요한 안정성을 달성하도록 형성되는 어셈블리의 추가 옵션을 도시한다. 그러나, 도 32의 실시형태와는 대조적으로, 제2 물체는 제1 물체를 천공하지는 않는다.
도 36에 있는 제2 물체는 원위로 예를 들면 팁 또는 에지로 끝나는 다수의 돌출부들(181)을 갖는 열가소성 물질이다. 진동 및 가압력이 제2 물체(2) 내로 결합되는 경우, - 금속 또는 섬유 강화 복합재와 같은 경질 재료로 이루어질 수 있는 - 제1 물체와 이들 돌출부들의 경계면에서 에너지가 흡수될 것이며 돌출부들(181)의 국부적 용융(local melting)으로 이어질 것이다. 돌출부들은 그 결과 변형되어(도 37) 거리 유지 스페이서 구조들을(distance holding spacer structures)(182)을 생기게 할 것이며, 제1 물체(1)를 향한 제2 물체(2)의 추가 운동에 대한 기계적 저항은 점점 증가할 것이다. 또한, 돌출부들에서의 에너지 흡수로 인해, 수지(3)는 국부적 경화 영역들(183)로 이어지는 돌출부들 주위에서 추가적인 국부적 활성화를 받게 되며 이것은 전체 수지가 경화되지 않는 경우라도 주요한 안정성 스폿들을 보장한다.
도 38은 도 36 및 도 37을 참조로 기술된 원리를 구현하는 실시형태들에서도 또한, 관통 개구들(33)이 옵션이며, 선택적으로 도 33 내지 도 35를 참조로 기술된 기능성을 갖는다.
추가로 또는 대안으로, 제1 물체에 및/또는 예를 들면 제2 물체가 열가소성 물질의 섹션을 갖는 경우 제2 물체에 천공 부분(161)을 추가하는 것은 옵션이다.
도 39는 팁 또는 에지를 갖는 제1 유형의 돌출부들(181)에 추가로(도 39에는, 돌출부들이 원위 에지를 가지며 세장형(elongate)으로 도시된다), 또한 평평한, 제1 유형의 돌출부들보다 덜 멀리 원위로 연장하는 거리 유지 돌출부들(185)이 존재할 수 있다. 도 39에서, 이들은 별 형상을 가지며 표면에 걸쳐 이산적으로 분포되도록 도시된다. 예를 들면 제1 유형의 이산 돌출부들을 갖는 및/또는 세장형 거리 유지 돌출부들을 갖는 다른 배치구조들이 가능하다. 요약하면, 돌출부들은 다음의 모두를 최적화하기 위해 분포될 수 있다:
- 공정 동안 수지의 즉각적인 활성화가 발생하는 위치들의 배치 및 분포(주요한 안정성 포인트들)
- 공정 동안 수지 흐름의 제어
- 공정 동안 균일한 기계적 지지 및 거리 정의.

Claims (59)

  1. 제1 물체(1)에 제2 물체(2)를 고정하는 방법으로서,
    - 제1 부착 표면을 포함하는 제1 물체(1)를 제공하는 단계;
    - 제2 물체(2)를 제공하는 단계로서, 상기 제2 물체(2)는 앵커링 플레이트 및 상기 앵커링 플레이트에 고정되는 고정 요소를 포함하는 파스너이며, 상기 앵커링 플레이트는 적어도 하나의 관통 개구를 갖고, 상기 앵커링 플레이트는 제2 부착 표면을 형성하는 원위 앵커링 플레이트 표면을 갖고, 상기 앵커링 플레이트는 상기 원위 앵커링 플레이트 표면으로부터 원위로 돌출하는 스페이서 요소를 포함하는, 제2 물체(2)를 제공하는 단계;
    - 제1 부착 표면에 인접하여 제1 부착 표면과 제2 부착 표면 사이의 거리를 정의하는 스페이서를 가지면서, 그리고 제1 부착 표면과 제2 물체(2)의 제2 부착 표면 사이에 수지(3)를 가지면서, 제1 물체(1)에 대해 제2 물체(2)를 배치하는 단계;
    - 수지(3)가 제1 부착 표면 및 제2 부착 표면과 접촉하는 동안, 기계적 진동이 제2 물체(2) 또는 제1 물체 또는 둘 다에 작용하게 야기하며, 이에 의해 수지가 교차 결합하도록 활성화시키는 단계;
    - 이에 의해 수지(3)가, 교차 결합 후, 제1 물체에 제2 물체를 고정하는 단계
    를 포함하는 제1 물체(1)에 제2 물체(2)를 고정하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    제1 물체(1)는 모재에 매립되는 섬유들의 구조물을 포함하는 섬유 복합재 부품을 포함하며, 섬유 복합재 부품은 제1 부착 표면에서 노출되는 섬유들의 구조물의 부분을 포함하며, 제2 물체(2)와 제1 물체(1)를 서로에 대해 가압하며 기계적 진동이 작용하도록 야기하는 단계는 수지가 섬유들의 노출된 구조물에 침투하게 야기하는 것을 특징으로 하는 제1 물체(1)에 제2 물체(2)를 고정하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    제1 부착 표면과 제2 물체 사이의 유동성 상태의 수지(3)로 섬유 복합재 부품에 대해 제2 물체(2)를 배치하는 단계 전에 섬유들의 구조물의 부분을 노출시키기 위해 모재를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제1 물체(1)에 제2 물체(2)를 고정하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    제2 부착 표면은 적어도 하나의 인덴테이션(21) 또는 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 제1 물체(1)에 제2 물체(2)를 고정하는 방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    고정 요소(32, 36)는 나사산이 형성된 바, 핀, 너트, 후크, 아일렛, 베이어닛 결합을 위한 베이스 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 제1 물체(1)에 제2 물체(2)를 고정하는 방법.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    제2 물체(2)와 제1 물체(1)를 서로에 대해 가압하며 기계적 진동이 작용하도록 야기하는 단계는 기계적 진동을 앵커링 플레이트(31) 내로 결합시키는 것을 포함하며, 기계적 진동을 앵커링 플레이트(31) 내로 결합하는 것은 진동 툴(6)을 앵커링 플레이트(31)의 근위 커플링 면에 대해 가압하는 것을 포함하며, 고정 요소(32, 36)를 수용하기 위한 수용 인덴테이션(61)을 갖는 진동 툴(6)에 의해 진동 툴(6) 및 제2 물체(2)는 서로에 대해 적응되어 진동 툴(6)은 앵커링 플레이트(31)의 근위부로 향하는 표면에 대해 직접 가압되는 것을 특징으로 하는 제1 물체(1)에 제2 물체(2)를 고정하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    진동 툴(6)은 제2 물체를 진동 툴(6)에 대해 안내하기 위해 고정 요소(32, 36)와 협력하는 안내 구조물(62, 65)을 포함하며, 안내 구조물(62, 65)은 제2 물체를 진동 툴에 고정하기 위한 고정 요소(32, 36)와 협력하는 고정 구조물로서 구성되는 것을 특징으로 하는 제1 물체(1)에 제2 물체(2)를 고정하는 방법.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    기계적 진동이 작용하도록 야기하는 단계는 제1 물체가 비진동 지지체에 가압되는 동안 제1 물체에 대해 제2 물체를 가압하기 위한 진동 툴(6)을 사용하며, 방법은 진동 툴(6)과 제2 물체(2) 사이에 및/또는 제1 물체(1)와 비진동 지지체 사이에 제어 포일을 배치하는 단계를 더욱 포함하며, 방법은 기계적 진동이 작용하도록 야기하는 단계 후에 제1 물체와 제2 물체의 어셈블리로부터 제어 포일을 제거하는 추가 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제1 물체(1)에 제2 물체(2)를 고정하는 방법.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따르는 방법을 수행하기 위한 부품들의 키트로서, 수지(3)의 원료, 적어도 하나의 제2 물체(2), 및 진동들을 제2 물체(2)에 인가할 수 있는 진동 인가 툴(6)을 포함하며, 진동 인가 툴(6)은 제2 물체(2)의 근위부로 향하는 인커플링 면에 적응된 원위 아웃커플링 면을 가지며, 제2 물체는 앵커링 플레이트(31), 및 앵커링 플레이트(31)에 고정되는 고정 요소(32, 36)를 포함하는 파스너이며, 앵커링 플레이트는 적어도 하나의 관통 개구(33)를 갖고,
    상기 앵커링 플레이트는 제2 부착 표면을 형성하는 원위 앵커링 플레이트 표면을 갖고, 상기 앵커링 플레이트는 상기 원위 앵커링 플레이트 표면으로부터 원위로 돌출하는 스페이서 요소를 포함하며, 상기 근위부로 향하는 인커플링 면은 상기 제2 부착 표면의 대향 표면인 것을 특징으로 하는 부품들의 키트.
  10. 파스너(2)로서, 앵커링 플레이트(31) 및 이에 접합되는 고정 요소(32, 36)를 포함하며, 앵커링 플레이트(31)는 제2 부착 표면 및 대향 표면을 갖는 파스너에 있어서, 앵커링 플레이트는 적어도 하나의 관통 개구(33)를 가지며, 앵커링 플레이트(31)는 부착 평면으로부터 떨어져 돌출하는 스페이서(35)를 더욱 포함하며, 이에 의해 앵커링 플레이트(31)는 제1 부착 표면에 인접한 스페이서(35)와 제1 부착 표면과 제2 표면 사이에 수지(3)의 층에 의해 제1 부착 표면을 갖는 제1 물체(1)에 고정될 수 있으며,
    상기 수지의 층은 상기 스페이서에 의해 정의되는 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 파스너(2).
  11. 제10항에 있어서,
    기계적 진동이 커플링 면과 물리적 접촉하는 진동 툴(6)로부터 앵커링 플레이트 내로 결합되도록 대향 표면이 커플링 면으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 파스너.
  12. 제11항에 따르는 파스너(2) 및 기계적 진동을 앵커링 플레이트(31) 내로 결합시키기 위해 파스너에 적응된 소노트로드(6)를 포함하는 세트로서, 소노트로드(6)는 고정 요소(32, 36)에 기계적으로 커플링되기 위해 설치되는 것을 특징으로 하는 세트.
  13. 제3항에 있어서,
    모재를 제거하는 단계는 샌드블라스팅을 포함하는 것을 특징으로 하는 제1 물체(1)에 제2 물체(2)를 고정하는 방법.
  14. 제4항에 있어서,
    인덴테이션(21)은 반경방향 또는 원주방향 채널을 형성하거나, 또는 제2 부착 표면은 돌출부들의 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 제1 물체(1)에 제2 물체(2)를 고정하는 방법.
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