낮은 변형온도를 갖는 변형가능 물질을 접착하기 위한방법 및 장치

낮은 변형온도를 갖는 변형가능 물질을 접착하기 위한 방법 및 장치 {Method and apparatus for bonding deformable materials having low deformation temperature}

접착제에 의하여 부착된 복수개의 기층으로 접착된 물질은 여러 종류의 상품들에서 발견된다. 일반에게 잘 알려진 접착된 물질의 한 예로 합판이 있다. 높은 강도가 필요한 합판과 같이 포개져서 결합된 물질은 고강도의 접착제가 요구될 수 있다. 고성능의 용매가 없는 열경화성 또는 열가소성 접착제가 대부분의 고성능 접착제의 도포에 이용된다. 따라서, 작업은 접착제가 활동하기에 상대적으로 충분히 높은 온도에서 종종 수행된다. 고강도의 결합을 확실하게 하기 위하여 고강도 물질은 전형적으로 고온 및 고압과 같은 상태에서 진행된다. 소비재 및 내구성있는 상품 또는 방위 및 항공분야는 산업에서 결합을 요구하는 절차가 가장 많은 산업이다.

신발, 특히 운동화는 자주 포개져서 결합된 물질을 이용한다. 특히, 중간 또는 외부의 하부 밑창들은 종종 서로 결합된다. 바닥 하부 밑창(outsole)의 결합은 특히 중요하다.

고성능 열경화성 또는 열가소성 접착제가 대부분의 고성능 접착분야에 이용되므로, 용매 함유 접착제(solvent based adhesive)가 전형적인 소비재 또는 내구성있는 상품 모두에서 저급 물질의 접착을 포함하는 대부분의 분야에서 이용된다. 운동화의 제조에서 바닥 하부 밑창 및 중간 하부 밑창(midsole)의 접착은 상기 분야의 한 예이다. 그러나, 용매 베이스 접착제는 환경 상 거부될 수 있다. 용매 함유 접착제의 접착절차는 용매의 증발에 많은 시간이 소요되고 소정의 결합을 형성하기 위해서는 모든 대상물에 여러번 접착제를 가해야 하기 때문에 일반적으로 절차가 느리다.

용매 베이스 절차는 따라서 긴 작업시간이 필요할 수 있고, 용매에 의하여 유발되는 환경의 손상 및 인체에 유해한 효과가 일어나는 것을 막을 절차가 필요할 수도 있다. 따라서, 이러한 접착분야에 열가소성(예를들어 열용해접착제) 또는 열경화성 접착제와 같은 고성능 접착제를 이용하는 것이 바람직하다. 용매가 포함되지 않은 접착제를 포함하는 접착 절차는 예를 들어 환경 상 반대되지 않는 새로운 절차이다. 상기 절차는 또한 자동화될 수 있으므로 상대적으로 빠른 것이 일반적이다. 일반적으로 이러한 고성능 접착제는 한번의 도포를 필요로하고 적당한 열원에 급속하게 반응할 수 있다. 불행히도 소비재 또는 내구재로 이용되는 대부분의 물질은 상대적으로 저온(일반적으로 -30~80℃)에서 높은 능률을 필요로하고, 대상물의 전체가 소정의 온도에서 가열될 경우 상기 접착제들의 반응가능한 온도에서는 변형될 수 있다.

접착제의 반응온도보다 낮은 온도에서 변형되는 물질은 소정의 결합을 형성하기에 충분한 온도에서 전체적으로 가열되기 곤란하다. 따라서, 단일모드 또는 다중모드 고정 주파수 마이크로파 방사(fixed frequency microwave irradiation)와 같이 선택된 가열 기술이 필요하다. 그러나, 고정된 주파수에서 가해지는 마이크로파 공동 내부의 불평등(non-uniform) 에너지 분포때문에 접착된 물질의 마이크로파 작업은 경제적인 성공을 만족하기 곤란하다. 전자기 에너지 분포는 마이크로파 공동 내부의 전기장 패턴의 크기 및 구성에 직접 관련되고, 특정한 지역에 일반적으로 집중되다. 이러한 전자기장 에너지의 불평등 분포는 불평등 절차와 같은 마이크로파 절차동안 여려움이 발생하는 원인이 되고, 결합되는 재료에서의 크기의 제한과 같은 절차를 이행한는 것이 곤란하다.

마이크로파 공동 안에서 시작된 조정 주파수 마이크로파 신호는 여러번 반사되어 결국은 에너지 분포의 전형적인 패턴을 설정한다. 전자기적 에너지의 전체적인 분포는 마이크로파 공동 전체적으로 통일되지 않기 때문에 예를들어 고온 및 저온 점과 같은 고에너지 영역과 저에너지 영역이 모두 나타나게 된다. 다중 모드를 이용한 마이크로파 가열은 열변화도(thermal gradient)에 대한 내성이 높은 곳에서 도포에 관련된 다양한 음식(food) 및 고무에 잘 적용된다.

전자기 에너지 분포에 의하여 생성된 열 경사도는 소정의 도포에서 어느 정도 조절될 수 있으므로, 그러한 경사도는 다른 물질에는 허용될 수 없다.

따라서, 열경화성 또는 열가소성 접착제와 같은 고성능 접착제의 반응온도보다 낮은 온도에서 변형하는 물질을 접착하기 위한 절차가 존재할 필요가 있다.

본 발명은 일반적으로 물질의 결합에 관계되고, 더욱 상세하게는 변형가능한 물질의 접착성 결합에 관한 것이다.

도 1a 내지 도 1b는 다중 대상물층을 갖는 가공물을 도시한다.

도 2는 희망 접착제 도펀트(dopant)의 다양한 혼합물의 가열비의 요약이다.

도 3은 소정의 농도에서 탄소 섬유에 첨가되거나 첨가되지 않은 열융해 접착제의 가열비의 요약이다.

도 4는 분말 및 섬우 형태에서 희망 도펀트로 첨가되거나 첨가되지 않은 다른 열융해 접착제의 가열비의 요약이다.

도 5는 본 발명에 따른 가공물을 처리하기 위한 신호흐름선도이다.

도 6은 본 발명에 따른 운동화를 처리하기 위한 시스템의 도식의 도해이다.

도 7a 내지 7f는 본 발명의 일반적인 운반체의 바람직한 실시예를 묘사하는데,

도 7a는 천정이 제거된 운반체의 평면도;

도 7b는 다이어프램(diaphram) 챔버에 인가된 진공에서 박막 부분을 나타내기 위한 챔버에서 신발 가공물으로서 도 7a의 7B-7B선을 따라 절단된 단면도;

도 7c는 진공계가 다이어프램 챔버에 인가되지 않고 운반체의 상부가 회전축상으로 개방되었을 때 도 7a의 7B-7B선을 따라 절단된 단면도;

도 7d는 도 7a의 7D-7D 선을 따라 절단된 운반체의 종단면도;

도 7e는 운반체의 내부를 도시하는 확대 평면도; 그리고

도 7f는 하나의 표면에서의 융기 패턴을 도시하는 다이어프램 챔버의 박막의 알부의 단면도이다.

본 발명은 낮은 변형 온도를 갖는 물질을 바람직하게는 용매가 없는 접착제로서 열가소성 또는 열경화성 접착제를 이용하여 결합하기 위한 방법을 제공한다. 특히, 본 발명은 접착제의 반응 온도보다 낮은 온도에서 변형온도를 갖는 물질을 접착하기 위한 것이다.

상기 방법에 따르면 접착된 물질은 낮은 변형 온도를 갖는 대상물인 물질을 가열하는것 보다 접착제를 가열하도록 선택된 주파수에서 에너지(예를들면 다양한 주파수 마이크로파 방사)에 노출되어 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 의하면 마이크로파 에너지로 방사된 압력을 가하기 의한 장치가 제공된다. 장치는 서로 대향하는 천정 및 바닥을 갖는 고정 프레임(frame)을 포함한다. 상기 프레임은 실질적으로 마이크로파 투과 물질로 부터 형성되거나 마이크로파 방사에 노출되었을 때 아크(arcing)를 억제하도록 전기적으로 절연되어서 코팅될 수 있다.

다이어프램(diaphragm) 집합은 실리콘 고무 등과 같은 유연성있는 물질로부터 형성된 실질적으로 마이크로파 투명 상부 및 하부 박막(membrance)을 포함한다. 상부 및 하부 박막은 상부 및 하부 박막의 서로 대향하는 내면 사이에 챔버(chamber)를 형성하기 위한 다양체(manifold)와 주변 모서리 부분을 따라 밀봉된다. 챔버는 가공물을 접수하고 챔버 안이 진공일때 접수된 가공물을 가압하도록 구성된다. 적어도 하나의 상·하부 박막 내면은 챔버내부로부터 공기를 제거하기에 용이하도록 융기된 패턴이 제공될 수 있다.

상기 박막은 챔버로부터 공기를 제거하기에 용이한 적어도 하나의 장치를 포함할 수 있다. 상기 박막은 상기 박막에서 공기를 이동시키기에 용이하도록 적어도 하나의 공기 펌프에 접속된 장치 또는 다른 적당한 장치를 또한 포함할 수 있다. 대향하는 상·하부는 챔버 내부에 가공된 가공물을 배치하기에 용이한 인접한 모서리를 따라 회전축선으로 부착될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태는 복수개의 대상물을 포함하는 가공물을 접착하기 위한 시스템에 관한 발명이다. 상기 시스템은 그 사이에 배치된 접착제를 갖는 복수의 대상물로 형성된 가공물에 압력을 가하기 위한 장치 및 접착제를 가열하기 위한 마이크로파 에너지를 가공물에 인가하기 위한 장치를 포함한다. 상기 시스템은 바람직하게는 상기 설명한 방법으로 가공물에 가압하기 위한 장치의 형태로 접착 공정동안 복수개의 대상물을 지원하기 위한 운반체; 상기 운반체를 시스템의 지점 (station)으로 이동시키기 위한 이동장치; 그들 사이에 접착제를 갖는 복수개의 대상물이 가공물에 집합된 집합 지점; 집합된 가공물을 상기 운반체로 태우는 승차 지점; 가공물을 함께 유지하기 위하여 운반체를 경유하여 압력이 가해지는 압력 인가 지점; 접착제와 대상물을 접착하기 위하여 운반체에 지원되는 가공물에 마이크로파 에너지가 인가되는 마이크로파 에너지 적용 지점를 포함한다.

상기 시스템은 마이크로파 에너지 인가 지점에서 마이크로파 에너지의 인가 후 가공물이 냉각하는 냉각 지점을 더 포함할 수 있다. 이동 장치는 승차 지점으로 부터 압력 적용 지점까지 운반체를 이동하기 위한 운반기(conveyer), 및 운반기로부터 마이크로파 에너지 적용 지점까지 및 마이크로파 적용 지점부터 냉각 지점까지 운반체를 이동하기 위한 이송 장치를 포함하는 것이 바람직하다. 마이크로파 에너지 적용 지점에서 마이크로파 에너지 소스(source)는 마이크로파 에너지의 적어도 하나의 윈도우(window)을 떠나보냄으로서 가변 마이크로파 에너지를 가공물에 방사할 수 있다. 마이크로파 주파수의 각 윈도우은 반드시 변형 온도 위에서 대상물을 가열하지 않고 접착제를 가열하도록 선택된다.

본 발명의 실시예에서 방법 및 시스템은 바닥 하부 밑창, 중간 하부 밑창 및 상부 하부 밑창과 같은 신발부품을 결합하는데 이용된다.

본 발명은 용매가 없는 접착제를 이용하는 낮은 변형 온도를 갖는 접착 물질용 방법에 관한 발명이다. 비록 본 발명은 신발의 하부 밑창의 접착에 관련되는 실시예를 설명하지만, 본 발명의 범위는 그렇게 좁게 해석되지 않는다. 또한, 본 발명의 범위는 첨부된 청구항에 진술되어 있다.

예를들어, 본 발명은 많은 목적, 예를 들어 내구적이고 내마모인 물질 표면 층의 한개 또는 한쌍에 접착된 충격 흡수 패딩(padding) 물질층을 포함하는 내구성 있는 패딩에 적합한 적층체를 형성하는데 이용된다. 상기 접착된 집합은 예를들어 자전거 등의 핸드 그립(handgrip)을 형성하거나, 자전거 핸들용 랩이 둘러 쌓인 패딩을 형성하거나, 어떤 충격 흡수 목적으로 이용하는 등 장갑의 손바닥 부분에 덧대듯이 이용되기에 적합하다. 내구성 있는 열적 절연 용기(contaner)는 두 내구성 있는 기층 사이에 접착된 열적으로 절연된 물질을 포함하는 적층체로부터 만들어질 수 있다. 운송, 항공 등 내구성 있는 상품용 섬유-보강 적층체가 다른 복합체 (polymer) 기반 합성물을 접ㅂ착함으로서 제조될 수 있다. 경험있는 당업자는 많은 종류의 적층체가 본 발명에 따라 제조될 수 있다는 것을 인식할 수 있다.

유사하게, 신발의 범위는 좁게 해석되지 않는다. 따라서, 명세서 전반을 통하여 본 발명은 신발의 하부 밑창을 예를들어 설명하고, 또한, 모든 종류 및 형태의 신발에 적용가능하다. 따라서, ″신발″이라는 단어는 슈즈, 샌들, 단화, 스케이트9빙상용, 롤러, 인라인 스케이트)등에 한정되지 않고 모든 종류의 신발을 다 포함하는 것으로 해석된다.

명세서 및 특허청구범위를 통하여 가공물(workpiece)은 접착을 형성하는데 이용되는 접착제의 반응 온도보다 낮은 변형 온도를 갖는 적어도 하나의 물질로서 접착되는 물질의 특정한 집합을 의미한다. 유사하게, ″접착부(bonded assembly)″는 에너지(예를들면 가변 주파수 마이크로파 에너지)의 방사 후 가공물을 의미한다.

본 발명자들은 그것을 결합하는데 이용되는 접착제의 반응 온도보다 낮은 변형 온도를 갖는 물질을 포함하는 가공물은 가변 주파수 마이크로파 에너지와 같은 에너지로 가공물을 방사(irradiation)함으로서 재료의 실질적인 변형없이 접착될 수 있음을 발견하였다. 에너지의 주파수는 접착제를 우선적으로 가열하도록 선택된다. 이러한 방식으로, 물질의 변형 온도보다 높은 온도에서 노출된 물질의 부분만이 접착제에 직접 접촉하는 부분이 된다. 본 발명의 방법은 종래의 접착 방법보다 신속하다. 예를 들면, 용매가 없는 접착제의 경우 일반적으로 접착제를 한 번만 도포하면 되므로 접착제를 도포하는 절차가 빠르다. 용매 함유 접착제는 일반적으로 접착제를 여러 표면에 여러번 도포해야 하고, 용매를 증발시키기 위해 각 도포 사이에 기간이 종종 길어진다. 상기 결합을 형성하기 위해 요구되는 기간, 즉, 용매함유 접착제의 용매가 증발하는 시간 또는 용매가 없는 접착제가 반응하는 시간은 용매함유 접착제는 수십분, 용매가 없는 접착제는 수초에서 수분으로 평가된다.

본 발명에 따라 대상물을 일렬로 정렬시키는 것은 용이하므로, 부품들을 적당하게 배열하기 위한 시간 및 노력은 크게 줄어든다. 또한, 상기 방식에 의한 배열은 끈적끈적한 용매 함유 접착제를 이용할 때 보다 더 좋은 배열을 얻을 수 있다. 본 발명의 방법은 도 1에 도시된 완충(cushioning) 소자를 포함하는 가공물과 같은 복합 대상물의 배열의 정정을 확실히 용이하게 한다. 또한, 본 발명의 방법은 용매 함유 접착제의 이용 시 알려진 것보다 마모나 혼란이 적고, 따라서, 접착부의 비율이 더 많아지더라도 판매 또는 이용전에 깨끗이 할 필요가 없다.

낮은 변형 온도를 갖는 물질이 높은 온도에서 가열되지 않기 때문에, 본 발명의 방법은 에너지 효율이 우수하다. 본 발명의 방법은 종래 용매 함유 접착제에서 얻을 수 있었던 강도보다 더 큰 강도를 갖는다. 용매는 접착할동안 이완되지 않기 때문에 용매복구 시스템이 필요없다. 따라서, 상기 방법은 또한 용매 함유 시스템을 이용하는 것보다 저렴하고 환경에도 더 친화적이다.

본 발명의 방법의 실시예의 환경 친화성은 특별히 재생가능한 본 발명의 방법에 따른 접착된 물질의 또 다른 특징으로 연장된다. 열가소성 접착제가 이용된 경우, 상기 접착제를 재가열해서 대상물 재료를 분리해서 복구함으로서 접착부를 재활용하는 것이 간단해진다. 열가소성 수지에 의하여 형성된 접착제 결합은 접합부를 가열함으로서 쉽게 분리될 수 있다. 따라서, 결과적인 분리-복구 생산물 흐름 (resultant separately-recovered product streams)은 상기 집합의 모든 부분의 이질적인 결합이기 보다는 동종의 결합이 될 것이다.

본 발명의 방법은 또한 고성능의 접착제를 사용하여 대상물로 광범위한 물질을 다양하게 이용하는 것을 가능히게 한다. 본 발명의 방법은 상기 물질은 종래 방법에 따른 접착을 형성하는데 필요한 조건하에서는 변형이 있기 때문에, 종래 방법으로는 적당하게 접착되지 않는 물질의 접착을 가능하게 한다. 또한, 본 발명의 방법은 용매 함유 접착제를 이용할 때 접착하기에 곤란한 물질의 접착을 용이하게 한다.

본 발명이 방법에 따른 접착은 접착제의 반응 온도보다 낮은 변형 온도를 갖는 대상물의 변형을 본질적으로 제거한다. 바람직하게는 가열된 접착제에 접촉한 대상물의 부분만이 상기 물질의 변형 온도보다 높은 온도에 노출되어 있다. 바람직한 실시에에서 가변 주파수 마이크로파의 주파수는 마이크로파가 대상물을 가열하지 않고 낮은 변형 온도 대상물을 통과하도록 선택된다. 가변 주파수 마이크로파는 접착제를 가열함으로서 접착제에 흡수된다. 그 결과, 마이크로파는 단기간 동안 활동하면서 접착제를 가열한다. 단지 계면에서 먼 대상물의 온도가 그 것의 변형온도보다 높게 될 것이다. 이는 그 표면이 단기간 동안 반응 온도에서 가열되기 때문에 대상물이 그 형상 및 본래의 상태를 유지할 수 있도록 한다. 가공물에 가해진 압력이 남아 있으므로 인한 대상물의 변형을 최소화하기 위하여, 대상물은 가열 및 반응 후 냉각되는 것이 바람직하다. 냉각은 당업자에 의하여 선택될 수 있는 냉각 가스 또는 다른 유사한 방법 둥에 의한 담금질(quenching)을 포함한다.

본 발명의 방법은 접착제의 반응 온도보다 낮은 변형 온도를 갖는 물질을 접착하기 위하여 반응되어야만 하는, 예를들면 바람직한 결합을 형상하는 접착제가 형성되는 온도에서 가열되는 접착제의 이용 문제를 해격한다. 본 발명의 방법은 본질적으로 대상물의 변형없이 접착제의 반응온도보다 낮은 변형온도를 갖는 대상물인 물질을 결합하기 위하여 용매가 없는 접착제의 이용을 가능하게 한다.

따라서, 본 발명의 방법은 각 대상물이 접착제의 반응 온도보다 낮은 변형 온도를 갖는 각각의 대상물을 요구하는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 방법은 단 하나의 대상물 물질이 온도 관게를 만족하면 이용된다.

상기에서 언급하였듯이 다른 에너지의 이용이 예상되어 있었다 하더라도, 가변 주파수 마이크로파의 이용이 바람직하다. 마이크로파 (전자기) 에너지는 공동 챔버에서 공기를 무시하고 진행됨으로서 분자 준위에서 물질에 직접 결합되기 때문에, 당업자는 마이크로파 절차가 종래의 열적 절차에 비하여 더욱 효과적이라는 것을 인식한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 낮은 변형 온도 물질은 마이크로파 에너지에 실질적으로 투과성이 있으므로 열효율이 더욱 증가된다.

열(heat)은 배향 편극 또는 등가 저항 가열을 통하여 마이크로파에서 방사되어 물질에서 발생한다. 작동 구조는 작동 주파수에 의존할 수 있다. 배향 편극은 마이크로파 주파수 범위에서 가장 중요한 편극 구조이다. 등가 저항 가열은 대상물에서 도전성 전류의 흐름으로 인하여 발생한다. 전류는 물질에서 전자 전도 및 이온 전도에 관계된다. 등가 저항 가열은 낮은 주파수에서 더욱 중요하다.

또한, 쌍극성 편극(dipolar polarization)은 인가된 전기장의 방향하에서 순 쌍극성 배향을 생산하기 위한 이온의 또는 분자의 쌍극성의 임의의 이동의 혼동을 유발한다. 배향 편극은 접착제 또는 대상물과 같은 유전체 물질의 구조의 분자의 내부 구조 및 분자 배열에 의존한다. 따라서, 각 물질은 특별한 과정 중 이용되는 온도 및 주파수의 밤위에 의존하는 유전적(dielectric) 행동(손실)을 나타낸다. 관심있는 온도 및 주파수의 범위에서의 주어진 물질의 유전적 손실 평가는 주파수를 선정하고 물질의 가열을 효과적으로 할 주파수를 선정하는데 필요한 정보를 제공한다. 대부분의 중합체로 된 물질에서 배향 편극의 최대 손실은 물질의 온도가 증가하듯이 고주파수에서 올하간다.

본 발명의 방법에 따르면, 가공물이 형성되고, 그 후 접착부를 형성하기에 충분한 조건하에서 가변 주파수 마이크로파 에너지로 방사된다. 상기 가공물은 적어도 하나의 대상물이 접착제의 활동 온도보다 낮은 변향 온도를 갖는 접착부 대상물의 임의의 조합 및 가변 주파수 마이크로파 에너지에서 방사됨으로서 접착부를 형성하는 접착제를 포함할 수 있다. 복수개의 접착부가 이용될 수 있고, 대상물은 동일한 성분의 물질일 필요가 없다.

가장 간단한 접착부는 두 대상물의 사이에 접착제 층을 포함한다. 가공물은 둘 이상의 대상물을 포함하고, 상기 대상물은 동일한 크기를 가질 필요는 없다. 도 1a 및 도 1b에서, 가공물은 하부 밑창 구조를 형성하는 대상물의 집합으로 도시되어 있다. 도 1a 및 1b에 각각 도시되어 있듯이 하부 밑창 구조는 다른 대상물 T(포말 중간 하부 밑창) 및 B(바닥 하부 밑창)의 사이에 끼여서 둘러쌓인 대상물 E(유체가 채워진 주머니)를 포함한다. 상기와 같이 둘러쌓인 대상물은 다른 둘러 쌓인 대상물에 인접할 필요가 없다.

본 명세서에 공개되어 있듯이 본 발명의 방법은 접착을 형성하는데 이용되는 접착제의 온도보다 더 낮은 변형 온도를 갖는 물질의 결합에 관한 발명이다. 따라서, 여기서 설명되는 온도관계를 만족하는 소정의 열가소성 또는 열경화성 접착제는 본 발명의 방법에 이용되기에 적합하다. 열가소성 접착제의 반응 온도는 접착제로서 그것을 이용하기에 충분한 정도로 접착제가 용해되거나 부드러워지는 온도이다. 열경화성 접착제의 반응 온도는 경화 반응이 일어나고 접착제가 완전히 경화되는 온도이다.

가공물은 공지된 어떠한 방법에 의해서도 형성될 수 있다. 예를들어, 가공믈은 수공 또는 기계에 의하여 조립될 수 있다. 유체 열가소성 접착제 및 열경화성 접착제의 유체 반응 성분은 딥(dip), 스프레이, 롤러, 닥터 블레이드 또는 다른 소정의 방식에 의하여 인가될 수 있다. 고체 열가소성 접착제 조각은 대상물 사이에 배치될 수 있다. 상기 조각은 처리 중에 연화되어 대상물의 형상과 일치된다. 숙련된 당업자는 접착제를 제공하기 위한 방법 및 가공물을 모으는 방법에 친숙하다.

용매가 없는 접착제(열용해접착제 등)는 고무 및 가죽 등 단지 고온 변형 물질을 대상물로 할 때만 신발제작에 이용되어 왔다. 이러한 대상물들은 접착제의 반응 온도보다 높은 변형 온도를 갖고 있기 때문에 종래의 방법에 따라 접착을 하더라도 변형이 일어나지 않는다. 그러나, 운동화는 중간 하부 밑창이 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA)로 만들어 지고 그것은 약 80℃에서 병형이 되는, 즉, 상대적으로 낮은 변형 온도를 갖는 물질이기 때문에, 용매가 없는 접착제는 운동화의 제조에는 이용되지 못하였다. EVA 거품 또는 낮은 변형 온도를 갖는 물질은 마이크로파에서 그들을 투과시키는 저손실 요소들을 갖고 있다.따라서, 본 발명의 방법의 이용은 에틸렌 비닐 아세테이트 또는 유사한 중간 하부 밑창 재료를 외측 하부 밑창인 고무 또는 유사한 물질을 고성능 접착제를 이용하여 접착하는 것을 가능하게 했다. 본 발명의 방법에 따라, 에너지, 바람직하게는 가변 마이크로파 에나지가 가공물에 인가된다. 가변 마이크로파는 접착제가 빨리 흡수되도록, 그리고 서로 접착되는 성분들에 악영향을 미치지 않도록 열경화성 수지를 균질하게 경화시키고,열가소성 수지를 연화시키는 주파수로 선택된다.

특별히 바람직한 가변 주파수 마이크로파 노(furnace)가 미국 특허 제 5,321,222호(Bible 외)에 경화반응이 일어나는 온도 및 접착제가 완진히 경화되는 온도에 대하여 기재되어 있다. 가변 주파수 마이크로파 노는 일반적으로 마이크로파 신호 발생기 또는 마이크로파 노에 입력하기 위한 저전력 마이크로파 신호를 발생시키기 위한 마이크로파 전압-제어 발진기를 포함한다. 제 1 증폭기는 마이크로파 신호 또는 마이크로파 전압-제어 발진기로부터 출력되는 신호의 크기를 중폭시키기 위하여 제공된다. 제 2 증폭기는 제 1 증촉기에 의하여 출력된 신호를 처리하기 위하여 제공된다. 전력 공급부는 제 2 증폭기의 작동을 위하여 제공된다. 방위결합기는 신호의 방향을 검출하고 검출된 방향에 따른 신호를 더 검출하기 위하여 제공된다. 바람직하게, 고전력, 광대역 증폭기가 300㎒ 내지 300㎓ 주파수 범위에 걸친 대역폭의 옥타브에 달하는 주파수 범위를 스위프(sweep)하는데 이용된다.

여기에 개재된 바와 같이, 마이크로파 로(microwave furnace) 내에서 상기 가공 소재의 배치가 중요하지 않기 때문에, 가변 주파수 공정의 적합한 사용은, 가공 소재의 가공의 균일성을 강화시킨다. 반대로, 단일 주파수 마이크로파 공정에 의해, 접합되는 각 가공 소재는, 시간 및 특성의 식별 공정을 달성하기 위하여, 동일한 방법으로 정확하게 방향을 갖고, 상기 마이크로파로 내에서 동일한 위치에 정확하게 위치되어야 한다. 여기서 개재된 바와 같은 가변 주파수 마이크로파 공정의 사용의 다른 장점은 상기 대상물(substrate)의 열적 변형의 감소이다. 상기 대상물의 과열을 발생시키지 않고, 특정 접착제를 필수적으로 경화(cure) 또는 유화(soften)하는 주파수 및 전력을 선택함으로써, 변형 및 다른 열-관련 손상이 방지된다.

마이크로파 주파수가 선택될 수 있는 전자기 스펙트럼 내에서 주파수의 실용적인 범위는 실질적으로 0.9GHz 내지 40GHz이다. 마이크로파 에너지에 의해 방사되는 (irradiated) 모든 가공 소재는, 일반적으로, 상기 대상물의 손상없이 상기 접착제를 경화 또는 유화하는, 적어도 하나의 대역폭, 또는 상기 전체 범위 내에서의 주파수의 윈도우를 갖는다. 여기서 사용된 용어 ″윈도우″는, 소정의 주파수에 의하여 일단에 접합되고, 다른 소정의 주파수에 의하여 반대단에 접합되는 마이크로파 주파수의 범위를 말한다. 미손상(damage-free) 주파수의 특정 윈도우의 외부에서는, 대상물이 변형되거나 그렇지 않으면 손상될 수 있다. 윈도우는, 구성 성분, 기하 도형적 배열(geometry), 및 대상물과 접착제의 혼합물에 의존하여 변할 수 있다. 가공 소재는 복수의 이러한 윈도우를 갖는다. 여기서 설명된 정보에 의하여, 전문가는, 시행 착오를 통하여 결험적으로, 또는 전력 반사 곡선 등을 사용하여 이론적으로, 특정 가공 소재에 대한 미손상 윈도우를 선택할 수 있게 된다.

특정 가공 소재에 대한 미손상 주파수의 윈도우 내에서, 일반적으로, 가장 짧은 가공 시간을 초래하는 주파수를 선택하는 것이 바람직하다. 일반적으로, 접합을 형성하는데 필요한 시간은 열경화성 접착제를 경화하거나 또는 열가소성 접착제를 유화하는데 필요한 시간에 의하여 설정된다. 바람직하게는, 가공 소재는 각 윈도우의 상단으로부터 주파수의 서브셋(subset)으로 가공된다. 보다 많은 모드가, 더 낮은 주파수보다 더 높은 주파수에 의해 생성될 수 있다. 따라서, 일반적인 가공에서 더 양호한 균일성이 달성된다. 또한, 더 높은 주파수에서, 보다 많은 마이크로파 에너지가 상기 가공 소재에 나누어지고, 에너지 흡착 깊이는 얕아진다. 더 많은 마이크로파 에너지 흡착 및 더 작은 마이크로파 침투 깊이는 보다 짧은 가공 시간을 초래한다. 그러나, 미손상 주파수의 윈도우 내에서 임의의 서브셋의 주파수가 사용될 수 있다.

마이크로파 에너지에 의하여 방사되는 많은 가공 소재는, 대상물에 손상을 일으키지 않고, 열경화성 접착제가 경화되거나, 또는 열가소성 접착제가 유화되는, 복수의 주파수의 윈도우를 갖는다. 예를 들면, 특정 가공 소재는, 3.50GHz와 6.0GHz 사이의 주파수에서 손상되지 않게 마이크로파 에너지에 의하여 방사될 수 있고, 또한, 7.0GHz와 10.0GHz 사이에서 손상되지 않게 방사될 수 있다. 부가적인 윈도우의 유용성은, 미손상 접합을 빠르게 달성하는 부가적인 유연성을 제공한다. 복잡한 기하학적 구성 및 재료 배합은 다른 유용한 가공 주파수의 윈도우를 줄이거나 폐쇄할 수 있다. 택일적인 윈도우의 유용성은, 다른 경화 방법에 의존하지 않고, 마이크로파 방사를 사용하여 가공 소재의 접합을 가능하게 한다.

바람직하게는, 경화 또는 유화 단계는, 미손상 주파수의 특정 윈도우 내에서 가변 주파수로 가공 소재를 ″스위핑(sweeping)″으로써 수행된다. 여기서 사용된 용어 ″스위핑″은 가공 소재, 즉, 접착제 및 대상물을, 소정의 윈도우 내에서 많은 주파수로 방사함을 말한다. 매우 많은 보조 구멍(cavity) 모드가 발생될 수 있기 때문에, 주파수 스위핑에 의해 균일하게 가열된다. 주파수 스위핑에 의해 산출되는 공정에서의 균일성은, 접합되는 성분의 그룹이 마이크로파로 내에서 어떤 방향을 갖는지의 유연성을 제공한다. 따라서, 각 가공 소재를 정확하게 동일 방향으로 유지할 필요가 없다.

스위핑 공정은, 다른 주파수들을 동시에, 또는 순차적으로 윈도우 내에 발사함으로써 이루어질 수 있다. 예를 들면, 2.60GHz 내지 7.0GHz의 미손상 주파수의 윈도우에 대하여, 주파수 스위핑은 연속적으로 및/또는 선택적으로 상기 범위 내에서 임의의 소정의 증분으로 주파수를 발사하는 공정을 포함한다. 따라서, 26에서 3.3GHz까지 0.0001GHz의 증분으로 진행하는 것이 허용될 수 있다. 실제로는, 실질적으로 임의의 증분 발사 패턴이 사용될 수 있다.

선택된 주파수가 발사되는 비율은 상기 스위핑 비율에 관련된다. 이러한 비율은, 밀리초, 초 및 분에 제한되지 않고, 임의의 시간 값일 수 있다. 일반적으로, 상기 스위핑 비율은 1초까지이고, 바람직하게는 0.5초까지이며, 운동 선수의 신발 창을 제조하는 경우, 더욱 바람직하게는 실질적으로 0.1과 0.3초 사이이다. 바람직하게는, 상기 스위핑 비율은, 특정 가공 소재가 실용적으로 처리되는 정도로 빠르다.

본 발명의 방법은, 미드솔(midsole) 및 아웃솔(outsole)을 포함하는 접합 조립체를 형성하는데 특히 유용하다. 위에서 설명한 바와 같이, 부가적 특징도 상기 조립체에 존재할 수 있다. 구체적으로, 운동 선수의 신발은 상기 미드솔과 아웃홀 사이에 충격 흡수 쿠션을 갖는다. 이러한 쿠션은 주지된 임의의 종류의 충격 흡수 재료를 포함한다. 바람직한 쿠션은, 압축된, 일반적으로 봉인된, 가연성의 주머니 또는 봉투를 포함한다. 상기 쿠션은, 충분한 양 및 압력의 유체, 일반적으로 가스를 함유하여 흡수 효과를 발생한다. 소정의 흡수 효과를 유지할 수 있는 임의의 재료가 사용될 수 있지만, 이러한 가연성의 주머니 또는 봉투는 종종, 우레탄 중합체로 만들어 진다. 또한, 신발은, 신발을 강화시키고 발을 지지하는, 비교적 단단한 부재인 구두 바닥의 장심(shank)을 갖는다. 일반적으로, 구두 바닥의 장심은 강철, 나일론 및 다른 비교적 단단한 재료로 만들어진다.

미드솔은 바람직하게는, 유연하고 경량이다. 중요하게는, 미드솔은, 발을 지지하는 동안, 착용자의 발이 편안할 수 있도록 흡수해야 한다. 이러한 소정의 특성의 양호한 균형을 갖는 재료는 에틸렌 비닐 아세테이트 발포, 폴리우레탄, 및 유사 흡수 재료를 포함한다.

아웃솔은, 반복되는 충격을 견디기 위하여 단단하고, 지면과 미끄럼 접촉의 연마성이어야 한다. 아웃솔은 착용자에 대한 마찰을 제공해야 한다. 편안하고, 작은 돌, 나뭇 가지 지면 등과 같은 작은 파편에 적응되고, 물건 및 오일과 같은 화학품에 기인한, 착용자가 우연하게 발견하는 찰과상, 찔린 상처, 및 다른 상처에 저항력이 있도록, 아웃솔은 충분한 가연성이어야 한다. 상기 아웃솔의 무게는 바람직하게는 최소화된다. 아웃솔을 만드는 적합한 재료는 부틸기 고무, 니트릴 (nitrile) 고무, 니트릴 부틸기 고부, 네오프렌(neoprene) 고무, 스티렌 부타디엔 (styrene butadiene) 고무, 및 그들의 혼합물을 포함한다.

위에서 설명한 바와 같이, 접착제는 선택적으로 양호한 접착을 이루어야 한다. 적합한 접착제는 적어도 하나의 대상물, 바람직하게는 모든 대상물과 화합되고, 따라서, 충분한 특성의 접합을 제공한다. 물론, 상기 지질이 상기 접착제와 충분하게 밀착하는 것을 항상 확보할 필요가 있다. 또한, 상기 대상물의 표면은, 고성능 접착제와의 양립성이 개선된 표면을 산출하도록 수정될 수 있다.

접착제의 종류에 의존하여, 접합 단계는, 화학 접합, 산성-기제 지시약, 흡착제, 및 기계적 연동을 기초로 할 수 있다. 화학 접합은 가강 강한 접합을 산출하지만, 상기 대상물의 표면에서 적합한 화학 반응성이 요구되다. 예를 들면, 고무 아웃솔은 의도적으로 약하게 경화될 수 있고, 접작체에 화학적으로 접합된 표면의 기능 그룹일 수 있다. 산성-기제 상호 작용 원리는, 압축 매체의 쌍극자가, 하나는 염기성(전자 도너)이고 다른 하나는 산성(전자 억셉터)이 아니면, 서로 끌어당기지 않는 것이다. 따라서, 접착 응용에 대하여, 쌍극자 모멘트로 정의된 극성은 중요하지 않지만, 산성 또는 염기성으로 정의된 극성은 중요하다. 일반적으로, 흡착 및 기계적인 연동 작용은, 산성-기제 상효 작용이 있는 경우, 중요하지 않다.

임의의 접합에서와 같이, 상기 대상물의 표면은 깨끗하고 파편이 없어야 한다. 그러나, 일부 깨끗한 대상물은 접합되기 어렵다. 예를 들면, 일반적으로, BRS(스티렌 부타디엔 고무)는, 기폭제 없이 열 용해(열가소성의) 접착제를 사용한 접합이 매우 어렵다. 기폭제, 표면 처리는 일반적으로 유기성 용매의 사용을 필요로 한다. BRS 고무 대상물 위에 피복된 네오프렌 층이 제공되어 접합 가능성을 향상시킨다. 그런, EVA 표면은 염기성인 반면, 네오프렌 표면은 산성이다. 따라서, EVA를 네어프렌에 접합하기 위하여, 에틸렌 및 아크릴산 공중합체에 기초한 열 용융 접착제와 같은 두 특성 모두를 갖는, 열 용융 접착제 또는 접착제의 화합물이 필요하다. 듀폰트 엘바스(Dupont Elvax; 에틸렌/비닐 아세테이트/산성 삼중 중합체(terpolymer)) 및 헨켈(Henkel) Q5355s(카본 도프(doped) 폴리프로필렌) 열 용융 접착제는, 본 발명에 따라서, EVA와 네오플렌 사이를 3.5Kg/cm 보다 높은 박리력(peel strength)으로 양호하게 접합할 수 있다. 둘 모두의 열 용융 접착제는 80℃ 보다 높은 접합 온도를 갖고, 따라서, 공정이 대상물 전체를 가열하는 것이 필요한 경우, EVA를 네오플렌에 접합하는데 사용될 수 없다. 그러나, 본 발명의 방법에 따르면, 에너지는 상기 접착제에 집중된다. 따라서, 상기 접착제 온도가 활성화 온도에 이르면, 상기 대상물의 인접 층, 즉, EVA 및 네오플렌도 상기 활성화 온도로 올라간다. 그러나, 적합한 레벨로 균일한 압력을 유지하는 것은, 실제로, 임의의 낮은 변형 온도 대상물의 상기 EVA 대상물이 변형하는 경향을 방지한다. 접합 공정 다음에 접합 조립체를 담금질하는 공정도 제공되어 상기 낮은 변형 온도 대상물의 변형을 최소화한다.

고성능 용매 접착제는 열가소성 및 열경화성 접착제 모두를 포함한다. 열가소성 접착제는, 폴리올레핀, 비닐 중합체, 폴리카본에이트, 폴리마이드, 폴리스틸렌, 폴리에스테르마이드, 폴리아렌 설폰(polyarylene sulfones), 폴리페닐렌 설폰, 폴리페닐렌 산화물, 폴리에스테르설폰, 폴리에스테르에스터(polyetherether) 케톤, 및 그 혼합물 및 공중합체와 같은 열가소성 중합체를 기초로 한 것을 포함한다. 열경화성 접착제는, 에폭시, 페놀 포름알데히드, 요소, 멜라민 포름알데히드, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 시안산 에스테르, 폴리부타디엔, 알키얄(alkyals), 폴레이마이드(polyimide), 아민 수지 및 실리콘 및 그 혼합물 및 공중합체와 같은 열경화성 중합체에 기초한 것을 포함한다. 다음의 접착제는 적합한 것을 판명되었다: 듀폰트 엘바스, 에틸렌/비닐 아세테이트/산성 삼중 중합체; 헨켈 Q5355s, 카본-도프 폴리프로필렌; HB 플러(Fuller) HL6472, 열경화성 폴리에스테르-기제; 베미스(Bemis) C5251, 카본-충전 폴리에스테르, 베미스 5251, 미충전 폴리에스테르; 베미스 6218, 폴리올레핀; 및 헨켈 TPX16-206B, 열경화성 폴리마이스-기제. 이러한 접착제는, 첨가제(filler), 착색제, 경화제, 색소제, 및 두껍게 만드는 약제(thickening agent)에 제한되지 않고, 일반적으로 채용되는 접착제 중 하나를 함유할 수 있다.

특히, 접착제는, 마이크로파에 대한 접착제의 민감도를 증가시키기 위하여 제공되는, 마이크로파에 민감한 재료(즉, 불순물;dopant)를 함유할 수 있다. 실제로, 폴리프로필렌이 본질적으로 마이크로파 에너지에 통과되기 때문에, 폴리프로필렌 기제 접착제는 불순물을 필요로 한다. 불순물은 화학적 접합 또는 물리적 혼합에 의하여 접착제에 혼합될 수 있다. 화학적 불순물이 접착제의 분자 구조에 혼합되고, 강한 쌍극자 또는 I, AsF ₆ , 또는 ClO ₄ 와 같은 전자 억셉터, 또는 Li, Na, K와 같은 전자 도우너일 수 있다. 물리적인 불순물은 통상적으로 상기 접착제에 혼합되는 도전성 재료이다. 최적 마이크로파 가열 효율에 필요한 불순물의 양은, 도전성 및 입자 크기 및 모양과 같은, 상기 물순물의 물리적인 성질에 의존한다.

바람직하게는, 상기 열가소성 또는 열경화성 중합체는, 1997년 11월 6일 출원되고, 발명자가 자카르야에 파시(Zskaryae Fathi) 및 지앙후아 우에(Jianghua Wei)이며, 그 명세서 전체가 여기에 결합되고, 제목이 ″마이크로파 경화성 접착제″ 인 실용 공개에 설명된 바와 같이, 제 1마이크로파 민감 성분 및 제 2마이크로파 민감 성분의 혼합물을 포함한다. 상기 제 1마이크로파 민감 성분 및 제 2마이크로파 민감 성분은 미리 선택된 크기, 모양, 및 도전성을 갖고, 성분의 다중 모드의 분포를 제공하며, 마이크로파 흡착을 최대화한다. 마이크로파 민감 성분의 바람직한 혼합물은, 실질적으로 0.01 내지 1㎛의 직경, 실질적으로 10 내지 300㎛의 길이, 및 실질적으로 10 ^-2 내지 10 ^-7 Ω/m의 도전성을 갖는 제 1탄소 섬유; 및 실질적으로 1 내지 20㎛의 직경, 실질적으로 50 내지 600㎛의 길이 및 실질적으로 10 ^-2 내지 10 ^-7 Ω/m의 도전성을 갖는 제 2탄소 섬유를 포함한다.

도 2는 전력 145W, 주파수 범위 6.1 - 7.7㎓, 소인 비율(sweep rate) 0.2초의 마이크로파 에너지로 조사된 특정 불순물들(CuO, Fe ₃ O ₄ , SiC, Cr, 및 C)의 10그램 혼합물의 가열 속도를 나타낸 것이다. 도 2에 도시된 가열 속도에서의 차이는 재료들의 전도성(conductivity)에서의 차이와 여러 성분들 사이의 계면 분극에 의해 발생된다.

불순물의 함량은 가열 효율 증가에 상당한 효과를 갖는다. 도 3은 미크론-크기의 탄소 섬유들(Applied Science, Inc.에 의해 제조된 기상-성장(vapor-grown) 탄소 섬유 파이로그라프-Ⅲ(Pyrograf-Ⅲ))이 0중량%, 0.05중량%, 0.2중량%, 및 0.5중량%로 도프된 헨켈(Henkel) Q5353 고용융(hot melt) 접착제(폴리프로필렌 기재) 4 그램의 가열 속도를 나타낸다. 상술한 경우에, 전력은 100W, 주파수 범위는 소인 비율 0.2초의 6.75 - 7.25㎓이었다. 폴리프로필렌은 기본적으로 마이크로파를 통과시키기 때문에, 도 3에서 도시된 바와 같이, 기본적으로 비도프된 Q5353 폴리프로필렌 기재 접착제를 가열시키지 않는다. 탄소 섬유(carbon fibers) 0.05중량%를 Q5353 접착제에 첨가하면, 가열 속도는 실질적으로 증가된다. 탄소 섬유 0.2중량%를 Q5353 접착제에 첨가하면, 가열 속도는 더욱더 증가된다. 하지만, 탄소 섬유 0.5중량%를 Q5353 접착제에 첨가하면, 가열 속도는 상술한 0.05중량%와 0.2중량%를 첨가한 결과의 중간 정도로 감소된다. 분명하게, 불순물을 너무 과다한 함량으로 첨가하는 것은 필요하지 않으며 도리어 역효과를 발생시킨다.

여러 종류의 불순물들은 접착제에 다른 색깔들을 추가한다. 예를 들면, 카본 블랙(C) 또는 실리콘 카바이드(SiC)로 도프된 접착제는 검정색이다. 은(Ag), 알루미늄 실리케이트(Al ₂ O ₅ Si), 또는 리튬 실리케이트(Li ₂ O·2SiO ₂ )로 도프된 접착제는 흰색 내지 회색이다.

또한, 불순물 재료의 형태는 마이크로파 가열 증대에 효과를 나타낸다. 예를 들면, 섬유 형태의 불순물은 일반적으로 더 효과적인 불순물이다. 섬유형 불순물은 접착제 내에서 매우 낮은 농도로 매트릭스 결합(an interconnecting matrix)을 형성 한다. 마이크로파 조사에 의하면, 마이크로파 조사에 의한 불순물 매트릭스 내의 등가 저항 가열(equivalent resistance heating)은 상당히 크고 따라서 가열 속도를 빠르게 한다. 분말형(powder form) 불순물은 섬유만큼 효과적인 매트릭스 결합을 형성하지 못한다. 따라서, 불순물의 매트릭스 결합이 없으면, 가열 속도가 상당히 낮게 증가된 것에서 알 수 있는 바와 같이, 등가 저항 가열은 상당히 둔화된다.

동일한 조성 물질을 포함한 두 종류의 불순물들 간의 형태의 차이에 기인한 효과와, 분말형 금속 불순물의 상대적인 효과 없음에서의 차이는 도 4의 요약된 자료에 도시되어 있다.

열경화성 접착제(Johnson Matthey's Expresin)용의 불순물로서의 분말형 은(Ag), 분말형 탄소(C), 및 섬유형 탄소(C)의 효과를 측정하였다. 각 도프된 접착제 2 그램들의 마이크로파 가열 속도를 도 4에 나타낸 바와 같이 측정하였다. 도 4에 도시된 바와 같이, 분말형 은(silver)은 농도 0.1중량% 내지 15중량%에서 마이크로파 가열 속도를 향상시키는 데에 효과적인 불순물이 아니다. 또한, 탄소 분말 0.2중량%의 효과는 크지 않았다. 한편, 미크론-크기의 탄소 섬유 0.2중량%는 가열 속도를 매우 효과적으로 향상시켰다.

본 발명의 방법에 따른 가공품을 가공하기 위한 흐름도가 도 5에 도시되어 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 가공품은 조립된 후에 마이크로파 오븐 또는 화덕(furnace) 내에서 다양한 주파수의 마이크로파 조사에 노출된다. 현재-접합된 조립체는 마이크로파 오븐으로부터 옮겨진다. 한편, 예를 들어 분무기, 롤러, 닥터 블레이드에 의해 접착제를 도포하거나 또는 접착제 속에 재료를 담가 접착제를 도포하는 것 등의 구체적인 것은 도시되어 있지 않다. 추가적인 단계 또는 임의의 단계, 예를 들어 접착 후에 가공품에 압력을 가하거나 또는 냉각하는 등의 단계 또한 개략적인 도 5에 도시되어 있지 않다.

상술한 바와 같이, 가공품은 두 개 이상의 재료를 포함할 수 있고, 임의의 순서로 조립될 수 있으며, 접착제는 알려진 물질로 형성된 소정 재료에 도포될 수 있다. 게다가, 두 개의 재료 또는 두 개 이상의 재료들 각각에 접착제를 적절하게 도포할 수 있다. 각 재료에 다른 접착제를 도포할 수도 있다. 가공품은 캐리어 내에서 조립될 수도 있다. 당업자는 가공품의 조립 순서를 임의대로 배열할 수도 있다.

가공품이 완성되고 다양한 주파수의 파이크로파 에너지로 조사되기 전에, 재료/접착제 어셈블리의 가열은 본 발명의 방법을 실행하는 데에서 요구되지 않는다. 상술한 가열 단계의 목적은 접착제를 끈적끈적하게 하여 이어지는 공정에서 임시로 가공품을 잡고 있도록 하기 위한 것이다. 접착제가 열가소성의 조성물인 경우에, 가열은 가공품의 조립체를 손상시키지 않도록 접착제가 충분히 흐르는 것을 가능케 한다. 접착제가 열경화성 조성물인 경우에, 가열은 경화 반응을 촉진시키지만, 접합된 어셈블리가 완성되기 전에 접착제를 경화시킬 조건을 제공할 수 없다. 접착제의 종류를 고려하지 않으면, 마이크로파에 의한 조사 주기가 최소가 되도록 가열은 접착제의 온도를 높인다. 상술한 가열은 포함된 재료가 온도에 민감하지 않은 경우, 예를 들어 상술한 변형 온도 또는 접착제의 활성 온도 이상인 경우에만 실시되기 때문에, 가열은 가열된 재료에 손상을 주지 않는다. 마이크로파 조사의 짧은 주기는 낮은 변형 온도를 가진 재료가 과열될 위험을 감소시킨다.

재료들 중의 하나가 아웃솔(outsole)인 경우에, 그것은 본 명세서에 기재된 것과 같이, 낮은 변형 온도를 구비하지 않은 재료로부터 형성되는 것이 일반적이다. 그러므로, 상술한 아웃솔은, 일반적인 미드솔(midsole) 재료, 즉 낮은 변형 온도를 구비한 재료보다 더 높은 온도에서 견딜 수 있기 때문에, 재료 손상에 대한 위험이 없고, 따라서 상술한 아웃솔/접착제 어셈블리의 온도를 높이는데 효과가 있다. 어떤 경우에, 재료/접착제 결합체의 상술한 가열은 재료의 변형 온도을 초과하여 재료의 온도를 높이지 않고 접착제의 온도를 높이는 소정 방법과 조건하에서 실시될 수 있다. 당업자는 여기에 제공된 것을 참고로 마이크로파, 적외선 또는 열기 등의 적당한 가열 장치를 선택할 수 있고, 상술한 가열 시간을 적절하게 결정할 수 있다.

모든 접착 공정에는 양호한 접합을 얻기 위하여 접착 동안에 적당한 압력이 요구된다. 평평한 가공품에 균일한 압력을 제공하는 상대적으로 용이하다. 하지만, 예를 들어 구두 밑부분 또는 구두 윗부분 등의 복잡한 형상의 접착을 위해서는 가공품에 균일한 압력을 인가하기 위하여 몰드가 요구된다. 한편, 개개의 독특한 가공품을 맞추기 위해 형성된 하드(hard) 몰드는 취급하기 어려울 뿐만 아니라 다른 크기와 모양의 가공품을 가공하는 데에 매우 많은 비용이 든다.

적절한 압력은 가공품의 접착 동안에 가해진다. 압력이 적절한 접합을 형성하기 위해 요구되지는 않지만, 압력은 접합 공정 동안에 가공품의 모든 부분들 사이에 완전한 접촉을 보장하기 위하여 종종 요구된다. 상술한 압력의 정도는 예를 들어 재료의 상대적인 강도, 재료들간의 상호 적합성, 접착제의 점착성, 및 다른 상대적인 요소들 등과 같은 가공품의 특성에 의존한다.

또한, 압력의 적용은 접착제의 활성 온도에서 또는 활성 온도 아래의 온도에서 변형되는 일부 재료들의 경향, 예를 들어 구두 중간창(shoe midsole)을 형성하는데 종종 사용되는 저농도 에틸렌 비닐 아세테이트 거품 등의 재료들의 경향을 억제하는 데에 도움이 된다. 본 발명의 방법의 실행은 접착 동안에 낮은 변형 온도를 갖는 재료의 온도를 최소화하지만, 적어도 재료의 일부분, 즉 접착제와 직접 접촉하는 부분에서는 변형 온도보다 높은 온도를 체험하게 된다. 그렇지만, 그것은 변형을 억제하기에 충분한 압력을 인가하여 휘어짐 등의 변형 모드를 선택함으로써 개선할 수 있다.

변형을 억제하기에 충분한 압력은 가공품의 특성, 특히 재료의 변형 방법과 재료의 변형 경향의 세기에 의존한다. 예를 들면, 압력은 휘어짐을 억제하지만 용융을 억제하는 것 같지는 않다. 일반적으로, 바닥창(outsole)과 중간창(midsole)을 형성하는데 사용되는 재료에 대하여 상술한 압력이 완전한 접합을 확보하는 데에 필요한 압력을 초과하지 않는다. 예를 들면, 일반적인 바닥창은 네오프렌 고무로부터 28 내지 32 피에스아이(psi) 범위의 압력으로 형성될 수 있다. 여기에 제공된 것을 참고하여, 당업자는 요구되지 않는 변형을 방지하는데 필요한 압력 수준을 결정할 수 있다. 일반적으로, 압력은 가공품이 완전하게 조립된 후에 인가된다. 두 종류 이상의 재료들을 포함한 가공품에서, 두 재료들이 결합된 후에 압력을 적절하게 인가한다. 그런 다음, 연속된 조립을 할 수 있도록 압력이 풀어지고, 가공품이 완전하게 조립된 다음에 압력이 복구된다.

전형적으로, 압력은 가공품이 조립된 시간 이후부터 마이크로파에 의한 조사 이후에까지 인가되고, 상대적으로 낮은 변형 온도를 구비한 재료의 온도는 변형이 발생되기 쉬운 온도 이하가 된다. 그 이후에 압력은 풀어진다. 압력은 본 발명의 실제 결과에서와 같이 가공품들이 쉽게 변형되지 않는 짧은 시간 동안에, 예를 들어 마이크로파 에너지에 의해 조사되는 동안에만 가해질 수 있다.

당업자는 가공품에 인가된 압력이 진공 레벨에 의존한다는 것을 인정한다. 진공으루부터의 압력이 충분하지 않다면, 가공품에 추가적인 압력을 제공하기 위하여 가압실을 이용할 수도 있다.

도 6은 본 발명에 따른 운동화 특히 구두 창들의 접합 공정을 실시하기 위한 시스템을 도식적으로 나타낸다. 도 6에 도시된 바와 같이, 가공품 10은 접착제 도포 스테이션(station) 14에서 아웃솔(outsole) 12 위에 먼저 용매가 첨가되지 않은 접착제를 도포하여 조립된다. 상술한 접착제는 소정의 다른 방법으로 도포될 수 있다. 한편, 상술한 아웃솔 위에 균일한 접착제 층을 분무하는 것은 알려진 기술이다. 상술한 아웃솔/접착제 어셈블리 12는 화덕(도시하지 않음) 내에서 가열된다.

도 7b에 도시된 바와 같이, 완성된 구두 어셈블리, 즉 아웃솔 12, 미드솔 16, 및 갑피(upper) 17이 접합되면, 아웃솔 12와 미드솔 16 모두는 접착제 도포 스테이션 14에서 접착제로 분무된다. 어셈블리 스테이션 18에서, 아웃솔 12와 미드솔 16은 함께 조립되고, 어셈블리 스테이션에 저장되어 있던 갑피 17은 접착제가 도포되어 있는 미드솔 표면상에 놓여진다. 그런 다음, 아웃솔 12, 미드솔 16, 및 갑피 17로 형성된 가공품 10은 하역 스테이션 20에서 캐리어 50 위에 놓여진다.

아웃솔 12만이 미드솔 16에 접합되는 경우에는, 아웃솔 12에만 접착제가 도포되고 미드솔 16은 어셈블리 스테이션 18에 저장될 수 있다. 그 다음에, 미드솔 16은 어셈블리 스테이션 18에서 아웃솔 12 위에 놓여지고, 현재-완성된 가공품 10은 하역 스테이션 20에서 캐리어 50에 놓여진다.

컨베이어 24와 이송 장치 26을 포함한 운송 수단 22는 접합 시스템의 스테이션을 통해 가공품 10을 탑재한 캐리어 50을 움직인다. 컨베이어 24는 바쉬(Bosch) 무한 벨트 컨베이어 등의 종래의 컨베이어가 될 수 있다. 컨베이어 24는 가공 스테이션들에 설치된 종래의 압축공기 구동형 제어장치(pneumatically driven stop devices)에 의해 연속적으로 구동되어 가동 중에 적소에서 캐리어 50을 잡는다. 이송 장치 26은 스타우블리(Staubli) RX-170 로봇 등과 같은 로봇팔 29가 바람직하다.

한 쌍의 가공품 10은 하역 스테이션 20에서 하나의 캐리어 50 위에 놓여지고 캐리어 50은 닫혀진다. 가공품의 어셈블리와 캐리어 50 위의 그들의 배치는 임의로 실시될 수 있다. 어셈블리 이후에, 하역 스테이션에서 제어 장치가 풀어지고, 컨베이어 24는 압력 인가 스테이션 27로 짐을 실은 캐리어 50을 움직인다. 제어 장치는 압력 인가 스테이션 27에서 캐리어 50을 정지시키고 캐리어 50은 피압(Piaab) 진공 발생기 등과 같은 종래의 진공 소스(vacuum source)에 결합된다. 도 7a 내지 7f를 참조하여 이하에 상세하게 설명되는 바와 같이, 압력이 캐리어 50 위의 가공품 10에 적용되는 방식으로 캐리어의 유연한 격막에 의해 형성된 챔버에 진공이 적용된다. 진공을 없애고 압력을 인가한 후에, 진공 소스는 캐리어 50으로부터 연결이 풀어지고 챔버는 이어지는 공정 동안에 압력이 가공품 10에 존재하도록 밀봉된다.

제어 장치는 압력 인가 스테이션 27에서 캐리어 50을 풀어놓고 컨베이어 24는 다른 제어 장치가 마이크로파 오븐 30 부근에 캐리어 50을 정지시키는 마이크로파 에너지 인가 스테이션 28측으로 가공품 10이 안전하게 탑재된 캐리어 50을 움직인다. 그런 다음, 로봇팔 29는 컨베이어 24에서 마이크로파 오븐 30 속으로 캐리어 50을 옮긴다. 가공품 10은 여러 주파수의 마이크로파 에너지에 의해 조사되어 접합된 가공품 10을 형성한다. 그 다음에, 로봇팔 29가 마이크로파 오븐 30으로부터 접합된 가공품 10과 함께 캐리어 50을 이동시키고, 그것들을 쿨링 스테이션 34에서 쿨링 래크(cooling rack) 32에 놓는다. 쿨링 래크 32는 그의 측면을 따라 배치되어 복수개의 캐리어들 50을 서로 분리된 채로 지지하는 복수개의 지지 플랜지들을 구비한 종래의 오픈형 쿨링 래크이다.

접합된 가공품 10이 예를 들어 30 내지 35℃로 충분하게 냉각된 후에, 로봇팔 29는 제어 장치에 의해 적소에서 컨베이어를 잡는 압력 완화 스테이션 36에 인접한 컨베이어 24 위로 냉각된 캐리어 50을 옮긴다. 압축 공기의 소스는 챔버 내의 진공을 완화시키기 위하여 압력 완화 스테이션 36에서 캐리어 50과 결합된다. 따라서, 접합된 가공품 10에 대한 압력이 경감된다. 제어 장치는 캐리어 50을 풀어놓고 컨베이어 24는 다음 공정을 위하여 압력 완화 스테이션 36으로부터 떨어지도록 캐리어 50을 움직인다. 다음 공정은 캐리어 50을 개방하고 접착된 가공품 10을 하차하거나 바닥부 56의 둘러쌓인 주변을 운송함으로서 쉽게 이루어진다. 집적 후, 승차 지점에서 멈춤이 완화되고, 운반기 24는 승차된 캐리어 50을 압력 인가 지점 27로 이송시킨다. 멈춤 장치는 압력 인가 지점 27에서 캐리어 50을 멈추게하고, 캐리어 50은 Piaab 진공 발생기 등 종래 진공 상태에서 결합된다. 아래 도 7에서 상세히 설명되겠지만, 진공 상태는 압력이 케리어 50에서 가공체 10으로 인가되는 방식으로 캐리어의 유연한 다이어프램에 의하여 제한된 챔버에 인가된다. 진공 상태가 유지되고 압력이 인가된 후, 진공원은 캐리어 50으로부터 분리되고, 챔버는 다음 공정동안 가공체 10에서 압력을 유지하도록 밀봉된다.

이제, 도 7A - 7F을 참고하여, 본 발명에 따른 가공물(workpiece)를 생산공정하기 위한, 바람직한 캐리어(carrier) 50에 대하여 설명한다. 상기 나타난 캐리어 50은, 각각 직각의 꼭대기 및 바닥 부분인 54 및 56 사이에 샌드위치 형식으로 끼워진 위쪽 횡격막 82 및 아래쪽 다이어프램 84로 구성된 다이어프램 집합(diaphragm assembly) 80을 포함한다. 바람직하게는 상기 횡격막은 마이크로 파 에너지에 대하여 투과성이 있다. 예를 들어, 다이어프램 재료로는 실리콘 고무(silicone rubber)가 바람직하다. 꼭대기 및 바닥 부분인 54 및 56은 한 쌍의 경첩(hinge) 58을 통하여 각각 인접한 모서리 부분 54a 및 56a을 따라 축으로 결합되어 있다(도 7D). 도 7B에 나타난 바와 같이, 작동할 때, 꼭대기 부분 54는 밑 부분 56 위에 가로놓이게 된다.

이제 도 7B 및 7C를 참고로 하여, 캐리어 50의 주변 부분을 보다 상세히 설명한다. 캐리어 50의 꼭대기 부분 54는 꼭대기 프레임 60 및 클램프 판(clamp plate) 62를 포함하는데, 이는 꼭대기 부분 54의 주변부로 연장되어 있고, 다중 잠금장치(multiple fastener) 63을 통하여 함께 보호되고 있다. 탄력성 있는 재료로 형성된 밀봉부재(sealing member) 61은 꼭대기 클램프 판 62의 밑부분에 연결되어 있다. 바람직하게는 꼭대기 프레임 60 및 꼭대기 클램프 판 62는 알루미늄 또는 이와 비슷한 경도(rigidity) 및 강도(strength)를 가지는 다른 가벼운 소재로 만들어진다. 꼭대기 프레임 60 및 꼭대기 클램프 62 사이에서 보호되는, 위쪽 막 82의 주변 모서리 부분 82a는 아래에서 상세히 설명될 것이다. 밀봉 부재 61은 꼭대기 부분 54가 밑 부분 56 쪽으로 가까워 졌을 때, 다기관(manifold) 86과의 접촉을 용이하게 하기 위하여 위쪽 막 82의 꼭대기 쪽으로 내리 누른다.

캐리어 50의 밑부분 56은 밑부분 클램프 판 64, 지지판 65, 및 다중 잠금장치 67을 통하여 함께 보호되고 있는 U-자 형의 밑 부분 프레임 66을 포함한다. 밑 부분 클램프 판 64 및 밑 부분 프레임 66은 밑 부분 56의 주위로 연장된다. 바람직하게는 클램프 판 64 및 밑 부분 프레임 66은 알루미늄 또는 이와 비슷한 경도 및 강도를 가지는 다른 가벼운 재료로 만들어지고, 지지판 65는 비교적 경도가 큰 플라스틱 재료로 만들어진다. 지지판 65 및 프레임 66의 표면 사이에서 보호되는, 막 84의 주위 모서리 부분 84a도 또한 아래에서 상세히 설명한다. 바람직하게는 실리콘 비드(bead)인 밀봉재 69는 다기관 86 및 아래쪽 막 84 사이에 영구히 부착될 수도 있다. 한 쌍의 열린 경로(open channel) 95는 밑 부분 56의 측면에 붙어있으며, 로봇팔 29를 수용할 수 있는 규격으로 되어있다.

다이어프램 집합 80은, 사이에 가공물을 수용하는 방(chamber)을 만들기 위해, 그 주위의 모서리를 따라 다기관 86에 밀봉된 위쪽 및 아래쪽 막 82 및 84를 포함한다. 도 76A에 나타난 바와 같이, 다기관 86은 캐리어 50의 내부 표면 주위에 신장되어 있다. 바람직하게는, 다기관 86은 중합성의 재료 또는 알루미늄과 같이 진공의 조건에서 견딜수 있는 충분한 강도를 가지는 재료로 만들어진다. 본 발명에서는 일반적으로 원형의 단면을 가진 것으로 묘사되어 있지만, 다기관 86은 다른 다양한 단면을 가질 수 있다.

다시 도 7B 및 7C를 참고로, 각각 위쪽과 아래쪽 막 82 및 84의 주변 모서리 부분인 82a 및 84a는 다기관 86의 각각의 부분을 둘러싸서, 보이는 바와 같이, 위쪽과 아래쪽 막 82 및 84 사이에 밀봉된 방을 만든다. 다기관 86은, 위쪽과 아래쪽 막 82 및 84가 분리되는 점 근처에 위치하는 다중의 틈 90을 포함한다. 따라서, 다기관 86 내에 진공이 형성될 때, 상기 방에 있던 공기는 틈 90을 통하여 빠져나가게 된다. 가공물이 방 내에 배치되고, 상기 방이 진공이 형성되었을 때, 위쪽과 아래쪽 막 82 및 84는 도 7B에 나타난 바와 같이, 함께 힘을 받게되고, 가공물에 압축하는 힘을 부여하게 된다. 도 7B에 나타난 가공물은 신발 하부 밑창 대상물 12 및 위쪽 대상물 17을 포함하는데, 이것은 완성된 신발에서 나중에 함께 부착된다. 공정 과정에서 마지막 L 부분이 위쪽에 남아서, 그 윗부분이 그 형상을 유지하고, 위쪽 막 82에 의하여 인가된 압력을 다른쪽 대상물에 전달한다.

다기관 86에 진공을 적용하기에 앞서, 도 7C에서 보는바와 같이, 막 82 및 84는 다기관 86의 위쪽 및 아래쪽 표면에 접하여 연장되어 있는, 일반적으로 평평한 구조인 상태에 있다. 밀봉 부재 61은 위쪽 막 82를 다기관 86의 꼭대기 표면으로 밀어서, 처음에 진공을 유도해 내는 것을 용이하게 한다. 밀봉 부재 69도 또한, 아래쪽 막 82를 따라 다기관 86의 아래쪽 표면에 작용하여, 초기 진공을 유도하는 것을 용이하게 한다.

밀봉된 방 안의 진공을 파괴하기 위하여, 다기관 86에 형성되어, 공기 입구 70과 접속되어 있는 틈(나타나지 않음)을 통하여 공기가 다기관 내로 들어가게 한다. 공기입구 70은, 압축 완화 장소(pressure relief station) 36에서의 압축 공기원(source of pressurized air)과 짝을 이루고 있다. 밀봉된 방 내에서 진공을 형성하기 위하여, 공기출구 72와 연결되어 있는 다른 틈 88을 통하여 다기관 86으로부터 공기가 제거된다. 공기 출구 72는 압력인가 장소(pressure application station) 27에서 진공원(vacuum source)과 접속되어 있다. 설명된 실시예에서, 공기 입구 70 및 공기 출구 72 모두는 각각의 체크밸브 76 및 74를 포함하여, 접착 공정동안 상기 유도된 진공이 막 82 및 84 사이의 방에 유지되도록 한다. 체크 밸브 74, 76은 마이크로웨이브 오븐(microwave oven; 전자 레인지) 내에서 일어나는 공정에 견딜 수 있는 요소를 가지는 통상의 밸브이다.

바람직하게는, 캐리어는 마이크로파 투과성의 재료로 만들어진다. 예를들어, 실리콘 고무 시트(sheeting)가 캐리어의 막 82, 84로 바람직하다. 숙달된 당업자라면, 프레임, 막 및 다기관 모두는 적당한, 본질적으로 마이크로파 투과성의 재료 또는 그렇지 않다면 마이크로파 에너지에 노출되오도 상관없는 재료로부터 선택하여 만들 수 있다는 것을 인식할 수 있다. 예를 들어, 견고한 부분은 알루미늄, 카보네이트(carbonate) 및 다른 본질적으로 견고한 재료를 사용하여 만들 수 있다. 알루미늄은 비록, 마이크로파 에너지에 노출되었을 때, 오븐 내에서 전호를 이룰수도 있는 금속이지만, 금속을 오븐에 대하여 전기적으로 절연시켜 본질적으로 전호가 발생하는 것을 억제하는 재료로 금속을 처리하거나 코팅할 수 있다. 비슷하게, 다기관은 실리콘 고무 또는 다른 물질로 된 재료, 특히 소정의 밀봉을 형성할 수 있는 엘라스토머(elastomer)로 만들어질 수 있으며, 막은 실리콘 고무 시트 및 가공물의 모양과 일치할 수 있고, 캐리어의 둘러싸여진 공간에 진공이 유도되었을 때, 압력을 인가할 수 있는 다른 재료로 만들어질 수 있다.

진공은, 알려진 기구를 사용하여, 막 82, 84 및 다기관 86에 의하여 형성된 공간에서 유도할 수 있다. 예를 들어, 캐리어 50의 자체밀봉 부분을 통하여 바늘이 인가되고, 그 바늘을 통하여 진공을 유도하고, 바늘을 제거할 수 있다. 자체밀봉 부분은 진공을 안으로 밀봉한다. 바람직하게는, 압력인가 지역 27 및 압력 완화지역 36의 각각에서 진공을 유도하고 해제하기 위하여, 종래의 진공/압력 급속 분리기(vacuum/pressure quick disconnector)를 사용할 수 있다.

평평한 부분 또는 최소한 하나의 일정한 크기와 모양을 가지는 가공물 공정을 위하여, 최소한 본 발명의 유니버설 캐리어(universal carrier)의 횡격막 부분은 견고할 수 있다. 견고한 부분은 평평하거나, 또는 가공물에서 일정한 크기와 모양을 가지는 부분을 수용하기 위하여 주조될 수 있다.

운동화의 제조에 있어서, 각각의 가공물의 크기와 모양이 다른 가공물와 많이 달라, 견고한 캐리어의 사용을 배제하기 위하여는, 두 개의 바꿀 수 있는 횡격막을 가진 유니버설 캐리어를 사용하는 것이 바람직하다. 그러한 경우, 지지판 65는 캐리어 밑부분의 평면 위에 위치한 가공물 10을 잡아주는 기능을 한다. 도 7A에서 파선으로 나타난 구멍 71은, 진공이 유도되기 시작할 때 횡격막 84가 지지판 65에 달라붙는 것을 막기 위하여, 지지판 65를 통하여 형성된다. 가공물가 캐리어에서 부하가 걸렸을 때, 횡격막 84가 캐리어 50의 밑 부분 평면 아래로 처지는 것을 막기에 충분한 지지가 이루어지는 한, 더 가벼운 형태의 지지판 65가 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 7E에 나타난 바와 같이, 딱딱한 플라스틱으로 만들어진 격자형의 스트립 73이 지지체로 사용될 수 있다.

위쪽 막 82는 한 쌍의 바깥쪽으로 향한 돌출부(bulge) 87을 포함할 수 있는데, 이는 도 7B에서 보여진 것과 같이 위쪽을 포함하는 가공물를 수용하기 위한 크기로 한다. 돌출부 87을 포함하는 꼭대기 막은, 도 1A 및 1B에 나타나 있는 하부 밑창 구조(sole structure)를 집합 조립하기 위하여 사용될 수 있다. 한편, 하부 밑창 구조만 접착되게 하려면, 위쪽 막 82는 평평한 재료르 만들어질 수 있다.

막 82, 84 하나 또는 둘 모두는 안쪽 즉, 가공물와 접촉하는 쪽에 도드라진 무늬(emboss) 또는 결이 있는 표면을 가질 수 있다. 안쪽에 도드라진 무늬 또는 결이 있는 표면을 가진 막의 외부 표면도 역시 도드라져 있거나 결이 있을 수 있다. 특히 막의 바깥쪽은 안쪽과 반대로 된 결 또는 도드라진 무늬를 가질 수 있다. 물론, 바깥쪽은 평평할 수도 있다. 결이 있거나 또는 도드라진 안쪽 표면은, 막 82, 84로 둘러싸인 전체 공간에서, 전체 공간이 진공이 되기 전에 막이 모이고, 막이 둘러싸인 부분의 일부에서 진공이 유되되는 것을 배제하는 경향을 배제함으로써, 진공을 유도하는 능력을 향상시키는 통로를 제공한다. 도 7E 및 7F는, 유량 통로(flow channel)를 한정하는 복수의 돌출부를 가지는 밑부분 막 84의 꼭대기 내부 표면을 나타낸다. 진공이 되지 않았거나, 불충분하게 진공이 된 부분은 전형적으로, 가공물 근처의 부분이고, 둘러싸인 공간 전체를 통하여 진공을 유도하는 능력이 없는 곳은 가공물의 적당한 접착을 확실하게 하기 위하여 압력의 인가를 배제한다.

다기관 86은 막 82, 84 또는 이들을 잡아주는 프레임들 사이에서, 막 82, 84 사이에서 가공물를 둘러싸는 진공을 형성하고 유지하는 능력을 제공하기 위하여 밀봉을 형성한다.

상기 도시된 캐리러 50은, 그 크기나 구조에 관계없이 모든 하부 밑창의 집합 조립에 대하여 사용할 수 있다. 거기서 얻어진 진공은 좋은 접착을 위해 필요한 압력을 제공하기에 충분하다.

공정 기구의 나머지 부분, 즉, 주파수 변화가 가능한 마이크로파 노 (microwave furnace), 접착된 조립 집합체를 포함하는 캐리어를 제거하는 장치, 및 접착된 조립 집합체를 캐리어로부터 제거하는 장치는 숙련된 당업자라면 여기서 제공된 지침에 따라 선택할 수 있다. 오븐에서 캐리어를 제거하고, 접착된 집합체를 분리하여 제거하는 방법은 추가적인 공정을 수용하기 위하여 선택할 수 있다. 예를 들어, 사람에 따라, 접착된 집합체가 열려있거나 여전히 닫혀있는 캐리어에 있는 동안 접착된 집합체에 대한 추가적인 작업을 하기를 원할 수 있다. 특히, 변형을 피하기 위하여 작업자는 마이크로웨이브 공정 후에 상기 접착된 집합체를 급속히 냉각시키기를 원할 수 있다. 그러한 경우, 그 작업자는 캐리어가 내부에 접착된 집합체를 가지고서 닫혀져 있는 동안에 그 캐리어를 냉각시키고 싶어하고, 그리하여 접착된 집합체가 소정의 모양을 유지하도록 돕고싶어 한다. 상기 설명된 바와 같이, 그러한 냉각은 어떠한 방법으로도 실행될 수 있는데, 예를 들면, 냉각액에 담그거나 냉각액을 뿌려서, 냉각 표면과 접촉시켜서 또는 개방된 선반에서 공기에 의하여 냉각시킬 수 있다. 한편 작업자는 캐리어에서 가공물를 제거하여 곧바로 냉각 매체와 접촉시키기를 바랄 수도 있다. 적당한 기구는 여기서 제공된 지침에 따라 숙련된 당업자에 의하여 선택되어질 수 있다.

그러한 기구에서 마찬가지고 요구되는 다양한 안전장치와 연속장치는 일반적으로 알려져 있으므로 여기서는 상세하게 설명하지 않는다. 예를 들어, 밀봉재 및 연동장치(interlock)와 같은 안전 장치를 갖는 것이 필요한데, 이는 마이크로파의 에너지가 오븐 밖으로 빠져나가지 않게 한다. 또한, 오븐에서의 가공물의 움직임은 마이크로파 에너지의 인가와 동시에 이루어져야 한다. 이러한 장치와 다른 장치 및 제어기는 숙련된 당업자가 선택할 수 있다.

상기 기재는 본 발명을 설명하고 있다. 하기의 예는 구체적인 실시예를 설명하는데, 이로부터 보다 완전한 이해를 도모할 수 있을 것이다. 하기 구체예는 단지 설명을 위하여 제공되는 것이지, 본 발명의 범위를 한정하려는 것은 아니다.

〈실시예〉

〈실시예 1〉 열가소성 접착제를 사용하여 접착된 조립 집합체의 벗겨짐 강도 (Peel Strength of Bonded Assemblies Using Thermoplastic Adhesives)

본 실시예에서 설명된 직사각형의 시험편(coupon)은 주파수 변화가 가능한 미파크로파 노(furnace)에서 마이크로파 에너지에의 노출에 의하여 접착되었다.

A. 부틸 고무/나이트릴 고무의 혼합물인 BRS 100은 열가소성 접착제 (thermoplastic adhesive)인 베미스(Bemis) 5251로 코팅되었다. 가공물를 만들기 위해, 두 번째 BRS 100 대상물층이 첨가되었다. 상기 가공물는 4.6 GHz 내지 6.1 GHz의 주파수 범위에서 조사 회전율(sweep rate) 0.2초에서 약 1분 동안 마이크로파 에너지에 조사되었다(irradiated). 비록 소정의 온도로 균일한 가열이 이루어 졌지만, 접착 강도는 2.5㎏/㎝ 보다 작았다. 네오프렌 막(neoprene film)으로 BRS 100을 코팅함으로써, 접착 강도는 받아들일 만한 수준, 즉, 2.5㎏/㎝를 초과하여 향상되었다.

B. 운동화 하부 밑창(outsole)으로 적당한 네오프렌이 코팅된 고무는, 베미스 사(Bemis Co.)의 하기 세 가지 열가소성 접착제를 사용하여, 운동화의 중간창(midsole)으로 적당한 에틸렌 비닐 아세테이트 포움(ethylene vinyl acetate foam) 에 접착되었다.

(1) 탄소-충전 폴리에스테르 베이스(carbon-filled polyster based; Bemis C5251)

(2) 무 충전 폴리에스테르 베이스(unfilled polyster based; Bemis 5251) 및

(3) 폴리올레핀 베이스(polyolefin based; Bemis 6218)

각각의 가공물은 4.6 GHz 내지 6.1 GHz의 주파수 범위에서 조사 회전율(sweep rate) 0.2초에서 약 1분 내지 1분 30초 동안 마이크로파 에너지에 조사되었다. 시험편은 가로, 세로 6인치, 2인치 였다.

결과물인 접착된 집합체는 각 샘플에서 실패 모드와 벗겨짐 강도를 결정하기 위하여 벗겨짐 테스트를 실시하였다.

폴리에스테르 베이스의 접착제를 포함하는 각각의 접착된 집합체는 에틸렌 비닐 아세테이트/접착제 접촉면에서 벗겨짐이 발생하였다. 이와 대조되어, 폴리올레핀 베이스의 접착제를 포함하는 각각의 접착된 집합체는 고무/접착제 접착면에서 벗겨짐이 발생했다. 이러한 예는 접착될 대상물에 대하여 적당한 접착제를 선택해야할 필요성을 높였다.

C. 실시예의 A 및 B 부분의 결과의 관점에서, 에틸렌 비닐 아세테이트로 된 가로 세로 6인치, 1인치의 시험편은 네오프렌 고무에 접착되어 하기의 가공물를 형성하였다: 1 층의 네오프렌 코팅된 고무; 폴리올레핀 베이스의 접착제 ; 2 층의 탄소-충전 폴리에스테를 베이스의 접착제 ; 1 층의 에틸렌 비닐 아세테이트.

가공물는 4.6 GHz 내지 6.1 GHz의 주파수 범위에서 조사 회전율 0.2초 및 명목상의 입력 전력 250W에서 마이크로파 에너지에 조사되었다. 가열 시간은 아래에 제시된 바와 같이 변하였다. 결과인, 접착된 집합체의 벗겨짐 강도와 실패 모드는 아래 표에 정리되어 있다.

D. 가공물는 아래와 같이 형성되었다; 폴리우레탄 대상물, 폴리에스테르 기초의 접착제, 네오프렌이 코팅된 고무. 가공물는 4.6 GHz 내지 6.1 GHz의 주파수 범위에서 조사 회전율 0.2초에서 약 1분 내지 1분 30초 동안 마이크로파 에너지에 조사되었다. 접착된 집합체를 얇은 층으로 자르려고 하는 동안 고무를 아주 많이 신장시켰다. 벗겨짐 강도는 쉽게 2.5㎏/㎝를 넘었으며, 어떤 샘플의 겨우 7㎏/㎝ 정도까지 되었다.

〈실시예 2〉 운동화 가공물의 공정(Process of an Athletic Shoe Workpiece)

네오프렌 고무 하부 밑창, 나일론 생크(shank), 에틸렌 비닐 아세테이트 포움을 포함하는 복수의 가공물가 HB Fuller HL6444 접착제의 의하여 집합되었다. 완성된 가공물에서 나일론 섕크는 다른 대상물에 의하여 완전히 둘러 싸였다. 접착제의 접착 온도은 170℃ 였다.

온도가 170℃에 도달했는지를 알려주는 종이를 하부 밑창/섕크(outsole/shank)의 집합체 위에 놓았다. 가공물를 마이크로웨이브 오픈(전자레인지)에 놓았다. 상기 워커피스는 조사 회전율 0.2초에서 5.585 내지 6.425 GHz의 주파수 범위에서 1.5 kW의 마이크로파 에너지로 조사되었다. 온도 지시용 종이는, 170℃의 접착 온도가 모든 접착제에 있어서 실질적으로 동일하게 도달하였다는 것을 알려주었다.

이후, 상기 가공물는 완성되어서, 하기의 방식에 따라 공정에 들어갔는데, 각각은 본 발명에 의한 방법이다. 각각의 가공물는 가공물에 대하여 동일한 압력을 인가하기 위하여 진공이 된 캐리어에 놓여졌다. 변화 가능한 주파수를 가지는 마이크로파 노의 규격은 12인치 ×12인치 ×10인치 였다.

A. 에틸렌 비닐 아세테이트 포움 대상물은 하부 밑창/섕크 집합 위에 놓여졌고, 가공물는 마이크로웨이브 오븐에 놓여졌다. 상기 대상물은 조사 회전율 0.2초에서 5.585 내지 6.425 GHz의 주파수 범위에서 1.5 kW의 마이크로파 에너지로 조사되었다. 접착은 40초만에 완성되었다.

B. 하부 밑창/섕크의 집합은 90℃로 가열되었다. 에틸렌 비닐 아세테이트 대상물은 위치에 놓여지고 가공물은 25 내지 30초 동안, 5.85 내지 7.0 GHz의 주파수 범위에서 1.2 kW의 마이크로파 에너지로 공정이 진행되었다. 170℃의 접착 온도에 도달하여 접착이 이루어졌다. 공정 후에 하부 밑창의 밑 부분 표면의 온도는 90℃였다.

C. 두 개의 하부 밑창/섕크의 집합은 90℃로 가열되었다. 에틸렌 비닐 아세테이트 대상물은 각각의 집합의 위치에 놓여지고, 대상물은 25 내지 30초 동안, 5.85 내지 7.0 GHz의 주파수 범위에서 2 kW의 마이크로파 에너지로 공정이 진행되었다. 170℃의 접착온도에 도달하여 접착이 이루어졌다.

D. 두 개의 하부 밑창/섕크의 집합은 130℃로 가열되었다. 에틸렌 비닐 아세테이트 대상물은 각각의 집합의 위치에 놓여지고, 가공물은 20초 동안, 5.85 내지 7.0 GHz의 주파수 범위에서 2 kW의 마이크로파 에너지로 공정이 진행되었다. 170℃의 접착온도에 도달하여 접착이 이루어졌다.