JP2012509206A - 接合方法及び接合装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、熱可塑性接合部分（１６、１７）と、加熱することができる金属部分（１８）とを有するハイブリッド型接合部品（１０）を加工物（１２）に軸方向に接合する方法（８０）であって、接合部品（１０）を加工物（１２）の表面の上に軸方向に下降させ、接合部分（１６、１７）が少なくとも部分的に溶融するように、金属部分（１８）を加熱し、金属部分（１８）の加熱を終了し、接合部品（１０）が、加工物（１２）の表面と、圧力嵌め結合部、インターロック結合部、及び／又は一体の結合部を形成するようにする、ステップを含む方法に関する。この場合、接合部品（１０）は、いずれの対向する支持もなしに、接合部品（１０）を加工物（１２）の表面に接合できるように、少なくとも金属部分（１８）の加熱中、加工物（１２）に対して力調整及び／又は位置調整された状態で保持される。
【選択図】図２

Description

本発明は、接合部品を加工物に接合する方法、及び、特にこのような接合方法を実行するための接合装置に関する。

一般に、本発明は、取り付け要素等の接合部品を、車体部品等の加工物に接合する分野に関する。この場合、このような取り付け要素は、一般に、２つの機能部分を有し、その第１のものは、これを用いて加工物への結合を行うことができるフランジ部分である。第２に、接合部品は、一般に、例えば、プラスチック製クリップ等の更なる取り付け要素をそこに固定するための、取り付けシャフト形態とすることができる保持部分を有する。

このような接合部品は、いわゆるスタッド溶接によって車体の金属板等の加工物に溶接される、金属から成る溶接スタッドとして長い間知られている。このタイプの取り付けは、一方の側からしか加工物にアクセスできない場合でも、このような溶接スタッドを加工物の上に溶接することができるという利点を有する。

このような金属スタッドを車体の金属板に接着接合することも周知である。この場合、スタッドのフランジ部分の接合面には、加工物の表面と圧力嵌め接着結合部を形成するように、スタッドを加熱することによって活性化することができる熱可塑性接着剤が与えられる。例えば、特許文献１から、スタッド接着のための装置が周知である。この場合、スタッドは、保持装置によって保持され、保持されているボルトのシャンク部分に対して同軸配置された誘導コイルによって加熱される。さらに、スタッドを加工物の上に押し付けるために、リニア駆動装置によって、接合装置上に設けられたキャリッジを加工物に向けて動かすことができる。接着剤が活性化し、液化すると、フランジ部分の外側リムの周りに接着剤ビードが形成される。

類似の装置（特許文献２）においては、スタッドは、前もって加工物上に配置され、次いで、接着剤が活性化されている間、接合工具により加工物に対して押し付けられる。

特許文献３は、ホルダの形態の接合部品がプラスチックから成る自動車のバンパー・バーに接合される、熱可塑性材料から成る部品の結合方法を開示する。孔、突出部、及び／又は陥凹部を有する結合要素が、互いに結合される部品の表面の間に配置される。結合要素は、様々な磁場が印加されたときに加熱されるように設計される。その結果、表面の熱可塑性材料が溶融する。溶融材料が固化すると、これにより、少なくとも表面と結合要素との間の結合、従って、結合要素を介した部品間の結合がもたらされる。結合される部品の１つの上に、前もって結合要素を接合することができる。さらに、接合プロセス中、接合部品とは反対側の加工物の側上に配置される誘導加熱装置を介して、結合要素が誘導加熱される。

独国特許第１０ ２００４ ０１２ ７８６ Ａ１号 米国特許第Ａ−４，３５５，２２２号 独国特許第１０ ２００６ ０５９ ３３７ Ａ１号

上記の背景に対して、本発明の目的は、より良い接合方法及びより良い接合装置を明記することである。

この目的は、一方では、熱可塑性接合部分と、加熱することができる金属部分とを有するハイブリッド型接合部品を加工物に軸方向に接合する方法であって、
ａ）接合部品を加工物の表面の上に軸方向に下降させ、
ｂ）接合部分が少なくとも部分的に溶融するように、金属部分を加熱し、
ｃ）金属部分の加熱を終了し、接合部品が、加工物の表面と圧力嵌め結合部、インターロック結合部、及び／又は一体の結合部を形成するようにする、ステップを含み、
接合部品は、いずれの対向する支持もなしに、接合部品を加工物の表面に接合できるように、少なくとも金属部分の加熱中、加工物に対して力調整及び／又は位置調整された状態で保持される、方法によって達成され、ここで、対向する支持とは、接合区域の背後の、加工物の後側上の支持を意味すると理解することができる。

さらに、上述の目的は、
ａ）接合部品を保持することができ、接合部品を加工物の表面の上に軸方向（Ａ）に移動させるように設計された接合工具と、
ｂ）接合部品の金属部分を加熱するための加熱装置と
を有する、上述の接合方法を実行するのに特に適した接合装置によって達成される。

本発明による方法は、一方の側のみへのアクセスで、ハイブリッド型接合部品を加工物に接合することを可能にする。

一般に、本発明による接合方法は、熱可塑性接合部分と、加熱することができる金属部分とを有する全てのタイプのハイブリッド型接合部品に使用することができる。例えば、接合部品は、熱的に活性化することができる接着剤等の熱可塑性接合部分がその接合面に適用されたフランジ部分を備えた、金属から成るベース本体を有することができる。しかしながら、接合部品は、一般に、スリーブ部分及びフランジ部分を定め、金属部分がフランジ部分内に統合された、熱可塑性材料から成るベース本体を有することが特に好ましい。

このような接合部品は、本特許出願と同じ日付で出願された、同一出願人による「Ｊｏｉｎｉｎｇ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｊｏｉｎｉｎｇ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ」という名称の独国特許出願に記載されている。

加工物は、例えば、金属板、ガラス板等のあらゆる所望の加工物とすることができる。しかしながら、加工物は、熱可塑性材料から成る加工物であることが特に好ましい。

本例において、軸方向の下降という表現は、下方への重力方向の移動だけではなく、加工物の方向へのあらゆる所望の移動、すなわち、例えば加工物の表面の方向への重力とは反対の方向の移動（オーバーヘッド接合）を指すことも意図される。

さらに、加工物は、軸方向に弾性的に変形可能であるように設計することができる。このことは、一方では、加工物自体の材料が弾性的に変形可能であることを意味すると理解すべきである。しかしながら、特に、これは、対向する支持がないために、加工物を軸方向に弾性的に変形できることを意味すると理解すべきである。

接合部品と加工物との間の接合部は、加工物が軸方向に変形されたとき、加工物に対する本発明による接合部品の力調整及び位置調整を用いて信頼できるプロセスにより製造することもできる。

ハイブリッド型接合部品が、例えば熱可塑性材料から成るプレート等の熱可塑性加工物に接合されている場合、完成した接合部は、少なくとも所々に一体形成することができる、すなわち、非常に高い保持力を有することができる。この場合、これを熱可塑性溶接プロセスと呼ぶこともできる。

本発明による方法においては、加工物が軸方向に弾性的に変形可能であり、接合部品は、金属部分が加熱される前に加工物の表面の上に下降され、加工物が軸方向に変形されることが特に好ましい。

一方、この手段により、接合部品の接合部分と加工物の表面との間に確実な接触を達成することが可能になる。さらに、接合方法の間、加工物がそれ自体弾性的に回復する能力は、広い面積にわたって「緊密な」接合部を達成する一助となる。

この場合、変形されていない状態における加工物の表面の軸方向位置を判断するために、表面への下降の開始時に又はこの過程で、ゼロ点が判断される場合は特に好ましい。

このゼロ点を判断することにより、加工物のゼロ点の表面に対して接合部品の位置を調整することが可能になる。このことは、接合部の品質を改善することを可能にする。

一方、本実施形態においては、接合方法の間、接合部品を保持する接合工具上に配置された距離センサによって、ゼロ点（ｓ₀）を判断することが可能である。

一例として、このような距離センサは、センサとゼロ点との間の距離を非常に正確に測定できるレーザ・センサ等とすることができる。しかしながら、距離センサはまた、距離を求めることができる他の何らかの光学部品又は電子部品とすることもできる。最も簡単な場合には、距離センサは、異なる距離を測定できる必要はなく、加工物が軸方向に変形される前に、接合部品の接合面が加工物の表面に達したときにゼロ点信号を与えるだけでよい。

しかしながら、接合部品の軸方向の下降に必要とされる力の変化により、ゼロ点が判断される場合は特に好ましい。

本実施形態においては、別個の距離センサが、不可欠とは限らない。実際には、接合部品が加工物に接触したときの力の変化を求めることにより、ゼロ点を判断することができる。

このために、力の変化を容易に検出することを可能にするために、接合部品を加工物の方向に一定速度で（特に、速度調整を用いて）移動させることは有利である。

本実施形態においては、例えば圧力測定ボックス、歪みゲージ・ストリップ等の、この力を検出する力センサによって、力を直接求めることができる。しかしながら、接合部品を加工物の上に下降させるアクチュエータの力を用いて、力の変化を間接的に求めることが特に好ましい。例えば、アクチュエータは、リニア電気モータとすることができる。この場合、力は、リニアモータを制御する電流に比例することができる。しかしながら、例えば、流体アクチュエータの場合、流体圧力を介して、間接的な力の検出を行うことができる。さらに、アクチュエータは、電磁アクチュエータとすることができ、その場合、今度の場合も電流により力を求めることができる。

最後に、機械ばねを用いて、接合部品を加工物の方向に移動させることも可能である。この場合、例えば、ばねの撓みの時間プロファイルにより、力を間接的に計算することができる。

さらに、全体的に、ゼロ点を判断する際に、加工物の弾性を含ませることが好ましい。加工物の弾性は、前もって定める又はプログラムすることができ、その結果、それぞれの接合方法において別個に検出する必要がなくなる。

さらに好ましい実施形態によると、金属部分が加熱される前、接合部品は、加工物が弾性的に変形される所定の初期接合位置に移動される。

特に、ゼロ点を判断した後、初期接合位置への移動を行うことができ、従って、位置調整を用いて、所定の初期接合位置を調節することが可能である。

この場合、ゼロ点を判断する間、初期接合位置は、ゼロ点と加工物の変形との間に配置されることが特に好ましい。

本実施形態において、特に、接合部品が加工物に接触したときにもたらされる力の変化から、ゼロ点が判断される。この場合、通常、加工物もまた、既に比較的大きく弾性変形され、接合部品を比較的高速で加工物の上に下降させることを可能にする。この後、金属部分が加熱される前、次に接合部品は、軸方向の初期接合位置に移動され、そこで、接合部品の接合面は、ゼロ点より幾分下方に配置される、すなわち、特に、ゼロ点が判断されると、加工物の変形に対して後退させられる。

全体的に、少なくとも金属部分の加熱セクション中、接合部品と加工物との間の相対位置は、ターゲット位置において調整されることが好ましい。

金属部分が加熱されている間、接合部分の熱可塑性材料は、溶融し、接合部品及び加工物が互いに押し付けられるという事実の結果として、変位し、金属部分が加熱されたときに接合部品と加工物との間の相対位置が変化できるようになる。

変形することができない剛性の加工物の場合、熱可塑性材料を強制的に側部に押し出してビードを形成することができる。この場合、接触力のために、このプロセスの間、接合部品は、加工物の方向にさらに移動される。

加工物を軸方向に変形させることができる場合、加工物の弾性復元力により、接触力の少なくとも一部を作用させることができる。

加工物が熱可塑性材料から生成される場合には、金属部分が加熱されたとき、加工物の表面部分も溶融する。この場合、熱可塑性材料は、フランジ部分の領域内のまだ充填されていないキャビティに流れ込むことがあり、又は、強制的に側部に押し出されることがある。

ハイブリッド型接合部品が熱可塑性加工物に接合される場合、完成した接合部においてある貫入量が達成されることも好ましく、その結果、完成した接合部における接合部分の元の接合面が、加工物の表面の下に（すなわち、ゼロ点の下方に）配置される。これにより、特に緊密な接合部がもたらされる。

本実施形態においては、接合部品と加工物との間の相対位置に位置調整を施し、所定の貫入量を達成すること好ましい。

しかしながら、熱可塑性材料から成るものではない剛性の加工物の場合にも、このような位置調整は有利であり得る。

更に別の好ましい実施形態によると、少なくとも金属部分の加熱セクション中、接合部品と加工物との間の相対位置は、接合部品を加工物の上に押し付けるターゲット力への調整により設定される。

本実施形態において、相対位置は、様々な制約（様々な材料特性等）を良好に補償することができるように、力調整により設定される。

この場合、接合部品と加工物との間の相対位置が予め設定された最大相対位置に達したとき、力調整が位置調整に変換される場合は特に好ましい。

本実施形態においては、力調整プロセスの間、接合部品と加工物との間の相対位置は、連続的にも測定される。予め設定された最大相対位置に達したとき、位置調整への切り換えが行われる。このことにより、接合部品が、加工物の反対側の表面に貫通するのを防止することが可能になる。さらに、このことは、より一貫した接合結果の達成を可能にする。

さらに上記の本文はターゲット位置又はターゲット力について言及するが、これは、一定の予め設定された変数に関するものとすることができる。しかしながら、この場合、所定の位置又は力プロファイルに関するものとすることもできる。

全体的に、加工物が熱可塑性材料から生成される場合、及び、熱可塑性溶接として既に上述したように、金属部分が加熱され、接合部品の接合部分及び加工物の表面部分が溶融する場合は、特に好ましい。

全体的に、接合部品が、金属要素が統合されるフランジ部分を備えた熱可塑性ベース本体を有する場合も好ましく、接合方法は、完成した接合部において金属要素が熱可塑性材料により完全に囲まれるように実行される。

この手段は、金属要素を周囲大気からカプセル封入することを可能にする。特に、これにより、完成した接合部における腐食問題を回避することが可能になる。

全体的に好ましい更に別の実施形態によると、接合部品は、金属要素が統合されるフランジ部分を備えた熱可塑性ベース本体を有し、金属部分は、フランジ部分のリムにより囲まれ、接合方法は、リムが溶融するように実行される。

リムの溶融は、完成した接合部において金属要素を完全に囲む助けになり得る。

一方、リムの溶融は、金属要素と熱可塑性材料との間にインターロック結合部を半径方向に達成する助けになり得る。

さらに、全体的に、少なくとも金属部分の加熱の間、接合区域の温度が測定され、このように測定された温度は、接合方法の制御に含められる場合は好ましい。

このことは、この方法を様々な制約に対して調整するのをより簡単にする。

全体的に、接合区域のリム領域内に形成され、かつ、熱可塑性材料から成るビードの形状が監視され、このように測定された形状は、接合方法の制御に含められる場合も好ましい。

この場合、それぞれ測定された形状は、例えば、パターン認識の過程でカテゴリ化することができ、以前に保存されたパターンと比較することができる。

このことは、ビード形状の発達を観察し、これを接合方法の制御に含ませることを可能にする。

代替的に、プロセス監視のためにビード形状の検出を用いて、接合部の完成後に接合部をチェックし、該接合部が正しく生成されたかを判断することが可能である。

本発明による接合装置の場合、加熱装置がコイルと、スリーブ部分を有するフェライト磁心とを備えた誘導加熱装置を有し、接合部品は、該接合部品の保持部分がスリーブ部分により囲まれるように、接合部品を接合工具上に保持できる場合は特に有利である。

本実施形態においては、加熱装置の動作を効率的になるように設計することができる。さらに、加熱装置は、保持装置と容易に物理的に組み合わせることができる。

このことは、スリーブ部分が、真空保持力を接合部品の保持部分上にかけるように設計された真空保持装置に有利に結合される場合に、特に当てはまる。

本実施形態において、保持装置が、誘導加熱装置の領域内にいずれの邪魔な金属部品も必要としないことは、特に有利である。実際には、接合部品を、真空により保持することができる。

接合工具が、接合区域の温度を測定するように設計された関連付けられた温度センサを有する場合も有利である。

このことにより、接合装置を用いて実行される接合方法の質を向上させることが可能になる。

この場合、温度センサがスリーブ部分上に配置されることは、特に有利である。

一例として、スリーブ部分は、該スリーブ部分を軸方向に貫通する穴を有することができ、これを介して温度センサが接合区域の近くに移動される。この場合、センサは、金属部分上にかけられる誘導磁界が妨害されない又は実質的に妨害されないように、例えば、熱線を伝えるためのガラス繊維などの非金属材料から形成することが好ましい。

更に別の好ましい実施形態によると、加熱装置、及び、接合部品を保持するための保持装置は、接合工具のハウジングに対して、リニア駆動装置により移動させることができるキャリッジ上に配置される。

本実施形態において、接合部品を加工物の上に下降させるステップは、キャリッジによって実行することができる。接合接続が完了するとすぐ、接合区域から離れるようにキャリッジを迅速に移動させることもできる。最後に、キャリッジを用いて、更に別の接合プロセスのために新しい接合部品を拾い上げることが可能である。

接合装置が、キャリッジの位置を検出するための位置センサを有することは、特に好ましい。

本実施形態においては、特に金属部分の加熱前及び加熱中、位置調整を実行することができる。さらに、位置センサを用いてゼロ点を判断することができ、このプロセスは、いずれの付加的なセンサもなしに、アクチュエータがキャリッジに加える力によって間接的に実行される。

更に別の好ましい実施形態によると、接合装置は、接合部品を加工物の上に押し付ける力を検出するための力センサを有する。

力センサは、圧力測定ボックス等の別個のセンサとすることができる。しかしながら、力センサはまた、例えば、リニアモータの電流などの、アクチュエータの操作変数を測定するセンサとすることもできる。

さらに、接合装置が、空間における接合工具の配向を検出するための方位センサを有することも好ましい。

力調整プロセスが、接合工具が下方に位置合わせされるか又は上方に（「オーバーヘッド」）位置合わせされるかに関する要因を含むようにすることも可能であるので、このことは、重力を考慮に入れて力調整を実行することを可能にする。

さらに、接合工具は、加工物への移動前又は移動中、接合部品を長手方向軸（Ａ）の周りの所定の回転位置に位置合わせすることができる回転アクチュエータを有することが好ましい。

この手段により、接合部品を加工物上に配置する前、平坦ではないが湾曲した加工物の表面に合致するフランジ部分を有する接合部品を回転させて、加工物に対する、回転方向における正しい相対配向を達成することが可能になる。

全体的に、接合工具及び／又は加熱装置が、上位制御ユニットに伝送することができる識別コードのためのストアを有することも有利である。

ストアは、電子的性質をもつものであることが好ましく、このストアは、例えば上位制御ユニット内に、特定の識別コードについての、格納することができる接合工具及び／又は加熱装置の動作パラメータを割り当てることを可能にする。代替的には、当然のことながら、これらの動作パラメータをストア内アに直接格納することも可能であり、次にそれらを、上位制御ユニットにより読み取ることができる。

一例として、温度に関する負荷容量を動作パラメータとして用いることができる。一例として、異なる温度負荷容量を異なるタイプの接合工具及び加熱装置に与えることができる。接続工具及び加熱装置が、温度に関して過負荷にならないように、上位制御ユニットにおけるその関数として、駆動力を決定することができる。一例として、制御ユニットにより、接合工具に交流が与えられる場合、このことは、パルス幅を制限することにより行うことができる。代替的に、接合工具に与えられる電圧の大きさを、タイプに依存して制限することもできる。

一般に、本発明による接合方法及び本発明による接合工具は、以下の利点のうちの少なくとも１つを達成する。

熱可塑性接合部品は、対向する支持も必要とせずに、一方の側にのみアクセス可能である加工物に接合することができる。

本方法は、同じタイプ又は異なるタイプの熱可塑性部品と統合された金属部分との間に、インターロック結合部、圧力嵌め結合部、及び／又は一体の結合部が生成されるように、接合部品の形状を考慮に入れて実行することができる。

誘導加熱装置のフェライト磁心は、純粋に、スリーブの形態とすることができるが、矩形の断面を有するＵ字形コア、或いは矩形又は円形の断面を有するＥ字形コアの形態とすることもできる。

このような誘導加熱装置用のコイルは、１から最大１００までの巻きを有することができる。

さらに、コイルの温度を検出するために、誘導加熱装置に、温度センサ・システムを装備することができる。これに基づいて、冷却空気のような冷却媒体により、コイルを冷却することができる。

接合区域の温度は、接合部品の接合フランジの温度を介して間接的に、正確に言うと、例えば接合区域の反対側のフランジ部分の上面上のガラス繊維ラインによって、測定することができる。

減圧をもたらすための空気作動要素を接合工具内に統合することができ、この空気作動要素を用いて、接合部品を拾い上げて保持し、及び／又は、空気作動によるキャリッジの移動のために冷却空気を与えることができる。接合工具内の圧縮空気の存在、及び／又は、保持装置内の接合部品の存在を識別することを可能にするために、空気作動要素を、圧力及び／又は減圧測定のためのセンサ・システムに結合することができる。

駆動動作を行うために接合工具内に下位の制御電子回路を設けて、測定及び特徴データを上位制御ユニットに伝送し、及び／又は、例えばシリアル・データ伝送を介して、上位制御ユニットから制御データを受信することができる。

ハイブリッド・ラインを介して接合工具を上位制御ユニットに結合することができ、ハイブリッド・ラインは、例えば、電力の送電ライン（加熱装置の動作のための）、データ・ライン、及び／又は、圧縮空気又は減圧供給のための空気圧ラインを含む。

接合部品を加工物に手動で及び自動的に接合するために、誘導加熱装置と接合部品との間の磁気結合領域において、誘導加熱装置及び保持装置を幾何学的及び電気的に同じになるように設計し、位置関連ベースで、同じ接合パラメータで動作できるようにすることができる。

薄い加工物の場合、金属部分の加熱中、力調整及び／又は位置調整を行い、視認可能又は追跡可能な変形が加工物の後面に生じないようにすることが好ましい。

自動接合工具の場合、各接合プロセスの前に、例えば供給ステーションから、接合部品を別個に拾い上げることができる。

さらに、いずれの場合も、自動化された接合工具が、所定の数の接続部品（例えば、マガジン内の）を移送することも可能である。マガジンが空になり、マガジンの交換が必要になるまで、多数の接合プロセスを実行することができる。

特に、取り付け要素が熱可塑性ベース本体を有するとき、マガジン内にベルト付きの形態で、この取り付け要素を互いに保持又は連結することができ、分離は、接合工具内で行われる。

一般に、接合プロセスの前、接合部品を供給ステーション内で分離し、可撓性供給管によってその都度、接合工具に別個に供給することも可能である。

さらに、センサからのデータ及び他の接合パラメータを格納することによって、接合方法を監視することができる。さらに、熱可塑性加工物に接合するときのそれぞれの貫入量は、測定することができ、かつ、包絡線をその上に重ね合わせることができる。

接合工具を完成した接合部から引き離す前でも、貫入量を求めることができる。

さらに、各々の接合位置に関して接合プロセスの温度特性を測定することができ、その上に重ね合わされた対応する包絡線を有することができ、包絡線からの相違がある場合には、保守の表示を出すことができる。

一般に、包絡線がオーバーシュート又はアンダーシュートした接合部は、疑わしいものと特徴付けることができ、このような接合プロセスが規定の周波数で生じる場合には、保守手段を開始することができる。

ゼロ点及び達成された貫入量の測定結果は、最大許容公差を受け、公差がオーバーシュート又はアンダーシュートした場合には、それぞれの接合プロセスが終了するか、或いは、疑わしい接合プロセスとして識別される。

接合部品を加工物の上に押し付ける接合力は、１Ｎから１００Ｎまでの範囲とすることができる。

キャリッジの位置は、光センサ（「エンコーダ」）又は磁気抵抗位置センサによって検出することができる。位置の検出から、キャリッジの速度及び加速度を得ることができる（例えば、接合工具内に設けられる制御装置において）。

接合部品を加工物の上に押し付ける接合力は、力センサ（例えば、力測定ボックス）を介して直接検出することができ、又は、リニアモータのための電流といったアクチュエータ操作変数を介して間接的に検出することができる。

３次元における接合工具の配向を検出するための別個のセンサの代わりに、力測定の結果から、この配向を計算することもできる。

上述された特徴及び以下の本文に説明される特徴は、本発明の範囲から逸脱することなく、それぞれ述べられた組み合わせで用い得るだけではなく、他の組み合わせでも又は単独でも用い得ることが自明である。
本発明の例示的な実施形態は、以下の説明に詳細に示され、図面に示される。

接合部品を加工物に接合するための、本発明による接合装置の概略図を示す。 熱可塑性加工物への完成した接合部を示す。 金属のような溶融することができない材料から成る加工物への完成した接合部を示す。 本発明による接合方法を示すために、時間に対してプロットされた、キャリッジの軸方向の移動、キャリッジを移動させるためのリニアモータの電流、及び誘導加熱装置を作動させるための電流の概略図を示す。 図２に示す方法の修正を示す。 本発明による接合方法を説明するために、位置に対してプロットされた、接合部品に加えられる力の図を示す。 ゼロ点を判断するための、時間に対してプロットされた接合工具のキャリッジの位置の図を示す。 疑わしい接合プロセスを判断するための、時間に対してプロットされたキャリッジの位置のプロファイルについての包絡線の図を示す。 疑わしい接合プロセスを判断するための、時間に対してプロットされたキャリッジの位置のプロファイルについての包絡線の図を示す。 本発明による接合工具の更に別の実施形態の概略的な長手方向断面図を示す。 本発明による接合工具の更に別の実施形態の概略的な長手方向断面図を示す。 本発明による接合工具の更に別の実施形態を通る概略的な長手方向断面図を示す。 本発明による接合工具の更に別の実施形態の概略的な側面図を示す。 概略的な側面図の形態の、本発明による接合工具の更に別の実施形態を示す。

図１において、本発明による接合装置の第１の実施形態を、全体を８として示す。
接合装置８は、ハイブリッド型接合部品１０を加工物１２に接合する接合プロセスを実行するために用いられる。

接合部品１０は、金属から成るものとすることができるが、熱可塑性材料から生成されることが好ましいベース本体１１を有する。ベース本体１１は、これにより接合部品１０を保持することができる保持部分１４と、これにより接合部品１０を加工物１２の表面に接合することができるフランジ部分１６とを有することができる。

熱可塑性ベース本体を有する示される実施形態においては、孔が設けられた平坦な金属要素の形態の金属部分１８が、フランジ部分１６内に統合される。金属部分１８は、フランジ部分１６のリム１７と協働して接合面１９を形成する。

代替的に、ベース本体１１が金属で作製される場合、フランジ部分１６の下面に熱可塑性接着剤を塗布することができる。

説明の残りの部分は、一般に、フランジ部分１６内に金属部分１８が統合された、熱可塑性ベース本体１１を有する接合部品１０に基づくものである。しかしながら、対応する説明は、ベース本体１１が金属から生成される接合部品１０にも同じように適用することができる。

接合装置８は、示される例では、接合ヘッドの形態であり、ロボット２２のアーム２４上に取り付けられた接合工具２０を有する。

接合装置８はさらに、電力を供給し、制御するための装置２６を有し、この装置は、例えば、ロボット２２の傍に固定した状態で配置することができる。以下の本文において、この装置２６は、一般に、制御ユニット２６と呼ばれる。

制御ユニット２６は、好ましくは可撓性のハイブリッド接続ライン２８によって、接合工具２０に接続される。ハイブリッド結合部２８は、例えば、電力を供給するためのライン、制御ライン、及び／又は、接合工具２０に圧縮空気又は減圧を供給するための空気圧ラインを装備することができる。

代替的に、接合工具２０は、手動で操作可能な接合工具とすることもできる。この場合、手動の操作に適した手段が、接合工具２０上に設けられる。

接合工具２０は、軸方向Ａに移動することができるようにキャリッジ３２が取り付けられた接合ヘッド・ハウジング３０を有する。矢印３５により示されるように、キャリッジ３２は、例えばリニア電気モータ又は空気圧駆動装置などの概略的に示されるリニア駆動装置３４によって、軸方向に移動することができる。

接合工具２０はさらに、制御ユニット２６から制御信号を受信し、プロセス監視信号を制御ユニット２６に送る、下位の制御装置３６を含む。

さらに、接合工具２０は、接合部品１０の保持部分１４を保持するための保持装置３８を含み、この保持装置３８は、概略的に示されるアクチュエータ３９によって作動させることができる。

保持装置３８は、機械式保持装置として図１に概略的に示されるが、真空の適用により接合部品１０をキャリッジ３２に固定することができる真空保持装置であることが好ましい。

さらに、加熱装置４０が、キャリッジ３２上に設けられ、金属部分１８（又は、金属製ベース本体の場合には、ベース本体自体）を加熱し、このような方法で、フランジ部分１６及び／又は加工物１２の表面の溶融可能な接合部分を溶融するように設計される。

キャリッジ３２は、ばね４２によって、接合ヘッド・ハウジング３０内に予め応力がかけられている。その結果、リニア駆動装置３４は、ばね４２の力に逆らって、キャリッジ３２を接合ヘッド・ハウジング３０から外に移動させる。

接合工具２０には、キャリッジ３２の位置（従って、その上に保持されている接合部品１０の位置）を検出するための位置センサ４４も装備されている。接合工具２０はさらに、接合部品１０を加工物１２に対して押し付ける力を求めることができる力センサ４６を含む。

最後に、接合工具２０は、接合工具２０の空間的配向を検出するための方位センサ４８、並びに、接合区域の温度を検出するための温度センサ５０を含むことが好ましい。接合区域の温度は、例えばフランジ部分１６の上面上の温度を測定することによって、間接的に測定することもできる。

最後に、接合工具２０は、接合プロセス中、フランジ部分のリム上にもたらされるビードの形状を光学的に検出することができるビード形状センサ５２を有することができる。ビードの形状を、以前に格納したビードの基準形状と比較し、このような方法で、プロセスを監視することができる。

以下の本文で説明されるように、接合プロセス中の接合工具２０と加工物１２の表面との間の相対距離は、重要である。このために、この距離を測定するために、接合工具２０上に距離センサ５３を設けることができる。距離センサ５３は、接合ヘッド・ハウジング３０又はキャリッジ３２上に配置することができる。

接合装置８はさらに、部品供給ステーション５４を含み、この部品供給ステーション５４において、それぞれが既に分離された接合部品１０が提供され、接合プロセスを開始するために、ロボット２２及びキャリッジ３２の動作により、接合部品１０を接合工具２０内に拾い上げることができる。

一般に、接合部品１０のフランジ部分１６は、好ましくは円形のフランジ部分として、平坦になるように設計される。しかしながら、フランジ部分１６は、特に、接合部品１０が接合される地点において加工物１２の表面が平坦ではない場合、フランジ部分１６は、平坦ではないように設計することもできる。この場合、接合部品１０が、長手方向軸Ａの周りに正しい配向で配置されることを保証するために、接合工具２０はさらに、回転アクチュエータ５６を有し、接合部品１０を接合ヘッド・ハウジング３０に対して長手方向軸Ａを中心に回転させることができる。

さらに、識別コードのためのストア５８が、接合工具内に設けられる。識別コードは、例えば、特定のタイプの接合工具及び／又は個々の接合工具などの接合工具２０を識別する。代替的に又はこれに加えて、例えば、加熱装置４０のタイプ又は個々の加熱装置４０を識別するために、このようなストア５８をキャリッジ３２上に設けることもできる。

制御ユニット２６は、識別コードを読み取るように設計され、このことは、例えば、ロボット２２上の接合ヘッド２０を変えるときに、自動的に行うこともできる。

次に、識別コードにより、制御ユニット２６において、例えば温度負荷容量のような、（それぞれの加熱装置４０の）それぞれの接合工具２０の特定の動作パラメータを推定することができる。これにより、動作中、有害な動作モード（特に、有害な加熱）が起こり得ないように、制御ユニット２６において設定パラメータの制限を定めることが可能になる。一例として、接合工具２０への電力供給に影響を与えることにより、この制限を実行することができる。例えば、パルス状電源の場合には、パルス幅を制限することができる。代替的に、接合工具２０のためのパルス状電源を得る入力ＤＣ電圧の大きさを低減させることが可能である。

図１ａ及び図１ｂは、図１に示す接合装置によって生成された、完成した接合部６０を示す。

図１ａは、図１の図に示されるように、下面上に金属部分１８が統合されたフランジ部分１６をもった、熱可塑性ベース本体１１を有する接合部品１０を示す。

さらに、図１ａの完成した接合部６０の場合、加工物１２は、熱可塑性材料から成る。見ることができるように、一方では、完成した接合部６０においてフランジ部分１６の外周上に、金属部分１８を囲むビード６２がもたらされる。より正確に言うと、接合部６０における金属部分１８は、フランジ部分１６、ビード６２、及び加工物１２の熱可塑性材料により完全に囲まれ、従って、腐食問題が回避される。

金属部分１８は、複数の軸方向の貫通孔を有し、これを通して、フランジ部分１６及び加工物１２の溶融物を結合し、正確には、一体の結合部６６を形成することができる。さらに、このようにして、金属部分１８を含ませることにより、半径方向のインターロック結合部６４が達成される。金属部分１８は、いずれの場合も、金属部分１８の上面及び下面への圧力嵌めによって、隣接する熱可塑性材料に結合される。

図１ａにも見ることができるように、完成した接合部６０における接合部品１０は、加工物１２の表面内に、ある軸方向量だけ貫入している。本例の場合、この量を「貫入量」７０と呼ぶ。

図１ｂは、完成した接合部６０の代替的な実施形態を示す。この場合、接合部品１０には、同様に熱可塑性材料から成るベース本体１１が装備されるが、この場合、加工物１２は、溶融することができず、例えば金属又はガラス、或いは類似の材料から成る。この場合、このように形成された接合部品１０の接合部分と加工物１２の表面との間に圧力嵌め結合部６８が生成されるように、金属部分１８の下面全体にわたって、熱可塑性材料が与えられる。この場合にも、接合部分は、金属部分１８により加熱及び溶融され、接合プロセス中、ある量の圧力が接合部品１０にかけられ、この場合にも金属部分１８が熱可塑性材料により完全に囲まれるように、溶融した熱可塑性材料が側部に漏出してビード６２を形成する。一般に、このために、金属部分１８と加工物１２の表面との間に、熱可塑性材料の一定の残留厚さ７２を残す必要がある。

さらに、図１ｂの実施形態においては、金属から、例えば金属部分１８と一体に、ベース本体１１を生成することも可能である。

さらに、図１ａに示す実施形態においては、下面上に熱可塑性材料が与えられた、金属から成るベース本体１１を有する接合部品１０に与えることもでき、この熱可塑性材料が溶融され、加工物１２の溶融物と混合され、これにより、一体の結合部を達成することが可能になる。

図２は、正確には、熱可塑性材料から成る加工物１２に接合される、熱可塑性ベース本体１１を有するハイブリッド型接合部品１０の場合の接合プロセス８０についての手順を示す。さらに、本実施形態においては、加工物１２は、軸方向に弾性的に変形可能であり、すなわち、例えば、全体として、圧力がかけられたときに、軸方向に撓むことができる熱可塑性材料から成る相対的に薄いプラスチック製パネルの形態である。

図２の上図は、時間に対してプロットされたキャリッジ３２の位置ｓを示す。中央の図は、時間ｔに対してプロットされたリニア駆動装置３４の電流ｉ_Lを示す。下図は、誘導加熱装置４０についての電流ｉ_lを示す。

接合方法は、最初に、キャリッジ３２が接合ヘッド・ハウジング３０内に完全に戻され、接合部品１０が保持装置３８上に保持される状態から開始する。図２において、キャリッジ３２のこの位置は、ｓ₁と示される。時間ｔ₁において、リニア駆動装置３４には、電流ｉ_L、正確には、第１の値Ｉ₁が与えられる。この結果、キャリッジ３２は、ばね４２の力に対抗して接合ヘッド・ハウジング３０の外に、正確には、加工物１２の方向に移動される。この場合、キャリッジ３２は、一定速度で移動し、従って、線形の運動プロファイルをもたらすことが好ましい。

変形されていない状態における加工物１２の表面は、図２にｓ₀と示される。時間ｔ₂において、接合部品１０の接合面１９が、加工物１２の表面に接触する。この結果、リニア駆動装置３４は、速度調整のために、高電流を必要とし、これは、図２のＩ₂により概略的に示される。このプロセス中、加工物１２は、軸方向に、正確には、最大撓み８４まで撓む。Ｉ₁からＩ₂への電流の変化を検出し、キャリッジ３２の位置を同時に検出することにより、ゼロ点ｓ₀を判断することができ、次いで、図２にｓ₂と示される最大撓み８４の大きさも分かる。

このようにして一旦ゼロ点ｓ₀が判断されると、リニア駆動装置３４の電流ｉ_Lは、値Ｉ₃まで低減される。この値は、初期接合位置ｓ₄になるまで、加工物１２が弾性的に戻るのに十分低いものであり、位置調整により与えられることが好ましい。この位置において、接合面１９は、依然としてゼロ点Ｓ₀より下方に位置するので、加工物１２は、依然として少量だけ撓んでいる。この初期接合撓み又は曲げは、図２に８６と示される。

次に、時間ｔ₄において、誘導加熱装置４０の電流ｉ_Lがオンにされる。この電流は、金属部分１８を加熱し、フランジ部分１６の隣接部分及び加工物１２の表面の隣接部分が溶融する。時間ｔ₄’において、位置調整から力調整への切り換えが行われることが好ましい（図４を参照されたい）。

これらの部分が溶融するとすぐに、溶融物がいずれかのキャビティ内に貫入し始め、及び／又は、横方向に漏出し始め、一体の結合部を形成する。その結果、リニア駆動装置の電流Ｉ₃が同じままである場合、キャリッジ３２は、さらに加工物１２の方向に移動される。本実施形態において、このことは、力調整又は位置調整によって達成される。従って、時間ｔ₅において、予めプログラムされた貫入量７０が生じる（この場合、キャリッジ３２の位置は、ｓ₅である）。進行が継続するにつれて、キャリッジ３２の位置が調整され、予めプログラムされた貫入量７０で一定に保持される。さらに、時間ｔ₅において、リニア駆動装置３４の電流は、一般に、本例では定電流として示される値Ｉ₄までさらに低減させることもできる。しかしながら、位置調整のために、この領域において電流の値も変化し得る。

時間ｔ₆において、誘導加熱装置４０がオフにされる。次に、溶融物全体が固化する時間ｔ₇まで、時間経過を待つことができる。この時、リニア駆動装置３４は、後退運動に切り換えられ、従って、負の電流−Ｉ₁がもたらされ、キャリッジ３２は加工物１２から離れるように移動する。この前に、保持装置３８を解放しなければならないことは自明のことである。時間ｔ₈において、キャリッジ３２は、接合ヘッド・ハウジング３０内の基本位置に再び到達し、その結果、電流の大きさが再び増大する。次に電流がオフにされ、接合プロセスが完了する。一例として、これにより、図１ａに示すような接合部６０がもたらされる。

図１ｂに示すような接合部６０の場合、金属部分１８が加熱されている間、キャリッジ３２の位置又は接合部品１０の位置にも、同様に位置調整を施すことができる。この場合、貫入量７０の値は少なくなり、特定的には、初期接合位置にある間の撓み８６の値より少ない。

本例において、間接的なゼロ点の判断に基づいて位置調整が行われた場合には、測定公差を考慮に入れるべきであることは自明のことである。これは、ゼロ点に近い位置調整の場合に特に言えることである（例えば、初期接合位置において）。

一般に、それぞれ図１の接合装置及び図２の接合方法に対応する、本発明による接合装置及び接合方法の更に別の実施形態が、以下の本文に説明される。従って、同じ要素は、同じ参照符号により識別される。以下の本文においては、相違点のみを説明する。

図３は、ｔ₄の後に、特定の貫入値における位置調整が行われない接合方法８０の修正された実施形態を示す。実際には、金属部分１８の加熱中に力調整が行われ、これにより、接合部品１０によって加工物１２上にかけられる力が調整される。これにより、時間ｔ₆まで貫入量７０がもたらされ、この貫入量７０は、矢印７１により示されるように、接合プロセスによって変動し得る。

本実施形態において、最大貫入量７０’に到達すると（図３の時間ｔ₅’における破線により示されるように）、過度に深い貫入を回避するために、位置調整への切り換えを行うことができる。この場合、図３に示すように、最大貫入７０’において位置が調整される。

図４は、キャリッジ３２の位置ｓに対してプロットされた、接合部品１０により加工物１２にかけられる力Ｆの形態の接合方法８０の図を示す。

この場合、初期位置ｓ₁から開始し、まず力Ｆ₁がかけられる。力Ｆ₁は、キャリッジ３２を接合装置８の接合ヘッド・ハウジング３０内に完全に押し付けられた状態に保持するばね４２の力Ｆ₃に打ち勝ち、キャリッジ３２が一定速度に達するまで、キャリッジ３２を加工物１２の方向に加速する。一定速度に達するとすぐに、位置Ｓ₁’において、加速力がオフにされ、作用している力成分は、ばね力に打ち勝ち、例えば、３００ｍｍ／ｓの一定速度を維持するのに必要とされるものだけとなる。

位置Ｓ₀において、接合部品１０は、加工物１２の表面に接触する。リニア駆動装置３４は、キャリッジ３２の一定速度を維持しようとして、その駆動力を増大させる。しかしながら、加工物１２の変形によりキャリッジ３２にブレーキがかかり、キャリッジ３２は位置Ｓ₂において停止する。加工物の位置Ｓ₀は、距離センサ５３によって識別され、このプロセス段階において知られる。ここで接合部品１０は、リニア駆動装置３４の駆動力を低減させることによって、位置Ｓ₄に移動され、時間ｔ₄’までそこに保持される。時間ｔ₄’において、位置Ｓ₅に到達するために、位置Ｓ₄に対する位置調整が、力調整に切り換えられる。位置Ｓ₅は、導入される誘導加熱エネルギーの量に応じて、変動することがある。力調整により、誘導加熱が一旦オフにされたとしても、曲げられた加工物１２のリセット力が定力Ｆ₂を補償するまで、誘導加熱が一旦オフにされたとしても、接合部品１０をさらに加工物１２内に押し込み、溶融材料を接合区域の外に押し出す、一定力Ｆ₂がもたらされる。接合部品１０は、溶融した熱可塑性物質が完全に固化するまで、この位置Ｓ₅に保持される。ここで、一定力Ｆ₂は、キャリッジ３２が一定速度で接合装置８内の後方位置に戻るまで低減される。

図４は、２つのプロセス・ウィンドウ８７Ａ及び８７Ｂをさらに示す。プロセス・ウィンドウ８７Ａは、その範囲内で接合プロセスを実行しなければならないリニア駆動装置の極限電力を示す。それらの極限電力は、接合部品１０の長さにより定められることが好ましい。この場合、接合プロセスの後、キャリッジ３２を加工物１２から再び引き戻すのを可能にするために、位置Ｓ₆は、オーバーシュートする（行き過ぎる）必要がある。位置Ｓ₃は、キャリッジの最大可能移動距離を示し、接合プロセス中にこれをオーバーシュートすることができない。オーバーシュートした場合、誘導加熱をオンにする前に接合プロセスを終了させるために、誘導加熱をオンにするプロセスの開始前に、これらの位置をチェックしなければならない。Ｆ_a及びＦ_bは、プロセスを実行するために、リニア駆動装置３２が提供しなければならない最小の力及び最大の力である。

プロセス・ウィンドウ８７Ｂは、パラメータの監視を価値のある形態で実行することを可能にするために、実際の接合プロセス手順を実行しななければならない限度を示す。そのパラメータ限度及び許容差は、接合位置ごとに個別に定める必要があり、それぞれの識別番号を与える必要がある。

例えば、図６及び図７におけるように、力／距離プロファイルは、許容差帯域により囲まれることが好ましいことは自明のことである。「接合部品１０を加工物１２上に配置する」ステップ、及び、「接合部品１０を加工物１２に接合する」ステップは、プロファイルの再現性に関して、別々に監視することができる。これにより、予防的保守のための手段を得ることが可能になる。

図５は、接合プロセス中の、位置Ｓ₀の近似判断及びＳ₄の信頼できる判断についての２つの方法を詳細な形態で示す。ここで見ることができるように、加工物１２は、程度の差はあるが（Ｓ₂及びＳ₂’）接合区域の周りで再度曲げられる。

曲げＳ₂の場合、イベント・トリガＴ₁及びＴ₂は、リニア駆動装置における電流の測定値、又は、力測定ボックス上にリニア駆動装置によりかけられる力の測定値（トリガＴ₁）に基づいて、及び、キャリッジが事実上動かなくなる前後のキャリッジ移動の測定値（トリガＴ₂）に基づいて行われる。曲げＳ₂’の場合、イベント・トリガＴ_a及びＴ_bは、リニア駆動装置における電流の測定値、又は、リニア駆動装置によりかけられる力の測定値に基づいて行われる。

トリガＴ₁及びＴ_aにより、キャリッジの位置が直接測定される。力及び電流の急上昇のために、Ｓ₀はオーバーシュートしなければならないので、これは、所望の位置Ｓ₄及び近似のＳ₀に対応する。トリガＴ₂及びＴ_bは、キャリッジの駆動力の低減をもたらし、キャリッジをＳ₀より下方の位置Ｓ₄に確実に移動させることができる。

どちらの場合も、Ｓ₀を十分な精度で識別することができ、キャリッジは、Ｓ₀より僅かに下方の位置Ｓ₄に確実に移動することができ、そこで接合部品１０及び加工物１２が互いに押し付けられる。

図６及び図７は、包絡線８８が移動ｓのプロファイルの特定の部分にわたって配置される、それぞれ図３及び図２に示される接合方法を概略的に示す。この包絡線８８は、前もって定められ、かつ、許容可能な移動プロファイルの許容差を表わす。移動は、各々の接合プロセスの際に記録され、次いで、包絡線８８と比較される。何らかの相違がある場合には（図６及び図７における両頭矢印により示されるように）、疑わしい接合プロセス、すなわち、特定の基準に適合しない接合プロセスを推定することができる。代替的に、複数のそうした相違がある場合には、保守プロセスを開始することができる。

この場合、図６は、図３からの方法を示し、貫入量７０が設定され、この貫入量７０は、金属部分１８が加熱される間、力調整によりこの程度まで可変である。

図７は、金属部分１８が加熱されている間に位置調整を行う、図２の代替的手法を示す。従って、この場合は、貫入量７０に対して包絡線の許容差は与えられない。

図８は、接合工具２０の代替的な実施形態を示す。接合工具２０は、コイル９０及びフェライト磁心９２を有する誘導加熱装置４０を有する。フェライト磁心９２は、スリーブ部分９４を有し、その外周の周りにコイル９０が配置される。スリーブ部分９４は、長手方向軸Ａに対して同心に位置合わせされ、かつ、軸方向の貫通開口部９６を有する。貫通開口部９６は、一例としてシャンク形態である、接合部品１０の保持部分１４を保持するように設計されており、スリーブ部分９４の下面は、フランジ部分１６の上面に隣接して配置される。

１つ又はそれ以上の突出部９８が、フランジ部分１６の上面上に形成され、かつ、スリーブ部分９４の下面とフランジ部分１６の上面との間に一定の距離が保たれることを確実にするように設計される。このことにより、スリーブ部分９４が、ある領域にわたって、本質的には幾つかの地点でしかフランジ部分１６の上面と接触しないことを確実にすることが可能になり、従って、フランジ部分１６が加熱されたとき、スリーブ部分９４の接着を回避することを可能にする。突出部９８の長さは、金属部分１８における磁場密度を定める支配的要因であり、そのため、厳密な許容差を有した状態で生成されなければならない。真空保持装置３８の形態の保持装置３８が、スリーブ部分９４の上面上に設けられる。この場合、貫通開口部９６の上側は、空気チャネルを介して、空気流１０２をスリーブ部分９４の下面から上方に生成することができる真空ポンプ１００に結合される。これにより、低減した圧力により、接合部品１０をスリーブ部分９４上に保持することが可能になる。誘導加熱装置４０による磁場の生成を妨げることがある金属部品は、このように回避される。さらに、接合工具２０の外径をかなり小さく保持することができる。誘導コイル９０により生成された磁場１０４は、軟磁性フェライト磁心９２を通過し、その下面から出て、フランジ部分１６を通って、誘導加熱することができる金属部分１８に入る。そこから、磁場１０４は、本質的に半径方向に出て、スリーブ部分９４の周りを外方に進み、その上面から磁気回路を閉じる。

１０６と印が付けられた点は、高負荷がかかったとき、必要に応じてコイル９０を冷却するために、コイル９０を通って又はコイル９０を超えて空気流１０８を通すように設計されたコイル冷却装置を設けることができることを示す。空気流１０８は、必要に応じて、真空ポンプ１００からの出口空気流から得ることができる。

コイル９０を冷却しなければならないかどうか識別するために、温度センサ１１０をコイル９０上に設けることができる。この温度センサ１１０は、コイルの位置に対して、磁場１０４の力線の密度が最も高い場所、すなわち、コイル９０が最大限まで加熱される可能性が高い場所に配置されることが好ましい。

さらに、第２の温度センサが、１１２で示され、フランジ部分１６の上面の温度を測定するように設計される。スリーブ部分９４内に軸方向のセンサ用穴１１４を設けることにより、第２の温度センサ１１２を設定することができ、このセンサ用穴１１４を通って、磁場に影響を与えないように、例えば、非磁気材料から成るガラス繊維ラインが引かれる。一例として、温度は、フランジ部分１６の上面から放出される熱放射によって、又は同様の方法で測定することができる。

図９は、誘導加熱装置４０を有する接合工具２０の更に別の代替的な実施形態を示す。本実施形態において、フェライト磁心９２はＵ字形状であり、スリーブ部分９４を形成し、これを通って接合部品１０の保持部分１４が突出することができる開口部を有する、上部の横方向肢部を有する。従って、必要に応じて、機械式保持装置３８を保持部分１４に作用させることもできる。

さらに、フェライト磁心９２は、長手方向軸に対して平行に延びる２つの長手方向部分を有し、コイル９０が、それらの少なくとも１つの周りに配置される。

図９は、コイル９０を、第２の長手方向部分の周りにも配置できることを示す。

最後に、フェライト磁心９２は、フランジ部分１６の外周の方向に延びる２つの下部の半径方向肢部を有することができる。この場合、磁場１０４は、フェライト磁心９２を通過し、半径方向Ｒに金属部分１８に入り、そこから反対側に出ていく。

図１０は、誘導加熱装置４０を有する接合工具２０の更に別の実施形態を示す。加熱装置４０は、図８に示す加熱装置のスリーブ部分９４と類似したものとすることができる中央スリーブ部分９４を備えた、Ｅ字形状のフェライト磁心９２を有する。２つの半径方向肢部が、その上面に結合され、併合して２つの外側長手方向部分になる。コイル９０は、いずれの場合にも、スリーブ部分９４の周り及びＥ字形状のフェライト磁心９２の長手方向部分の周りの両方に配置することができる。この場合、２つの磁気回路が形成され、各々が磁場１０４を生成する。この場合、例えば、図８に示す実施形態の場合におけるように、磁場１０４の各々は、フランジ部分１６を介して上方から部品１０に入り、金属部分１８と相互作用し、接合部品１０から半径方向に出て、いずれの場合にも、フェライト磁心９２の外側長手方向部分の下端に入る。

図１１は、誘導加熱装置４０を有する接合工具２０の更に別の実施形態を示し、この場合、一般的な設計は、図８に示すものに対応する。この図は、コイル９０の位置を、軸方向に可変であるように選択することができることを示す。この図はまた、いずれの場合にも、磁場密度がより高いために、コイル９０が最も近いスリーブ部分９４の軸方向端部において、最高温度νが生じることも示す。従って、一般に、コイル９０を、スリーブ部分９４の長手方向範囲に対してほぼ中央に配置することが好ましい。この図はまた、必要に応じて、コイル９０の温度を検出するための温度センサ１１０を、コイル９０とは独立して、正確には、温度が最も高い領域に配置できることも示す。

図１２は、図１２の矢印により示されるように、接合ヘッド３０が、軸１１６の周りに回転できるように配置されたアーム１２０を有する接合工具２０の更に別の実施形態を示す。

アーム１２０は、例えば、これ以上詳細には示されないマガジン内のアーム１２０上に取り付けられた多数の接合部品１０を保持するように設計される。部品１０は、互いに結合された部品チェーン１２２の形態でマガジン内に配置することができ、個々の接合部品１０は、熱可塑性ベース本体から生成され、かつ、同じ材料から成る結合ウェブ１２４を介して互いに連結される。

概略的に示される分離装置１２６が、さらにアーム１２０内に設けられ、いずれの場合にも、部品チェーン１２２から、１つの部品、示される場合では部品１０Ａを分離するように設計される。

このようにして分離された部品１０Ａは、次に、引き渡し装置１２８によって、引き渡し位置に移送することができる。図１２は、引き渡し位置にある部品１０Ｂを示す。

図１２の破線により示されるように、ここで、キャリッジ３２が作動されたときに、接合ヘッド３０が、配置された部品１０Ｂを引き渡し位置に拾い上げることができるように、接合ヘッド３０を回転させることができる。

次に、図１２に部品１０Ｃで示されるように、このようにして拾い上げられた部品を、加工物１２の表面に接合することができる。

部品チェーン１２２内の要素は、フランジ部分１６上に連結される代わりに、保持部分１４上に互いに連結させることもできる。さらに、部品チェーン１２２はまた、ロールの形態でマガジン内に配置することもできる。後者の場合は、図示されていない移動装置によって部品チェーン１２２を前方に移動させることができ、部品チェーン１２２の前端部が常に引き渡し位置に位置するので、引き渡し装置１２８をなくすことが可能である。

以下の本文に説明されるように、本発明は、様々な方法で具体化し、修正することができる。

一例として、接合部品１０は、８ｍｍから２０ｍｍまでの範囲のフランジ部分の直径を有するクリスマスツリー型スタッドの形態とすることができる。

接合部品の保持部分は、部品のホルダの（例えば、ラインの）もののような機能を実行する、プラスチック製クリップを取り付けるためのねじ山付きの又はねじ山なしのシャンク部分の形態とすることができる。代替的に、保持部分はまた、該保持部分がこの機能自体を実行するように設計することができる。

上記の図における電流ｉ_L及びｉ_lはそれぞれ、平均電流として示される。実際には、これらは一般に交流であり、例えば、５ｋＨｚから５０ｋＨｚまでの範囲でクロック制御することができる。

圧縮空気を導入する代わりに、コイル９０を減圧に接続し、空気をコイル内に又はコイル９０を超えて通すことより、コイル９０を冷却することもできる。

一例として、各々が０．０５ｍｍ未満の精度で０．２ｍｍから０．５ｍｍまでの範囲の高さとなるように設計され、１２０°だけオフセットされるように設計された３つの突出部により、突出部９８を形成することができる。

金属部分１８の加熱中に力調整を実行するために、リニア駆動装置３４によりかけられた力から、ばね４２によりかけられた対抗する力を引くことにより、接合部品１０にかけられる全体の力を計算することが有利である。適切な場合には、空間における接合工具２０の配向に基づいて、重力をこの全体の力に加えること、又は全体の力から重力を引くことも可能である。この場合、角度が傾斜している場合、場合によっては三角関数の公式も用いて、キャリッジ３２の総質量を考慮に入れる。

通信のために、バス接続又はＲＳ４８５通信ライン等により、制御装置３６と制御ユニット２６との間の接続を形成することができる。

複数の接合部品１０を互いに直列に接合することが意図される場合、各プロセス間に１つの新しい接合部品１０が接合工具２０に移送されるように、いずれの場合にも、本発明による方法を連続的に実行することができる。この移送は、固定式部品供給ステーション５４から、又は、接合工具２０上に設けられたマガジンから、行うことができる。接合工具２０上にマガジンを有する実施形態においては、特定の数の接合プロセスの後に、マガジンを交換する必要があることがあり、この場合、部品供給ステーション５４において新しいマガジンを再び提供することができる。ロボット２２を用いるとき、移送を自動化することもできる。

マガジンを交換するときに、接合工具２０全体を交換することも可能である。この場合、新しく充填されたマガジンを有する新しい接合工具２０をロボット２２上に拾い上げ、空のマガジンを有する接合工具を除去し、例えば手動で接合部品１０を取り付ける。

８：接合装置
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ：接合部品
１１：ベース本体
１２：加工物
１４：保持部分
１６：フランジ部分
１７：リム
１８：金属部分
１９：接合面
２０：接合工具
２２：ロボット
２４、１２０：アーム
２６：制御ユニット
２８：ハイブリッド接続ライン
３０：接合ヘッド・ハウジング
３２：キャリッジ
３４：リニア駆動装置
３６：下位制御装置
３８：保持装置
３９：アクチュエータ
４０：加熱装置
４２：ばね
４４：位置センサ
４６：力センサ
４８：方位センサ
５０：温度センサ
５２：ビード形状センサ
５３：距離センサ
５４：部品供給ステーション
５６：回転アクチュエータ
５８：ストア
６０：接合部
６２：ビード
６４：インターロック結合部
６６：一体の結合部
６８：圧力嵌め結合部
７０：貫入量
７０’：最大貫入量
７２：残留厚さ
８０：接合プロセス
８４：最大撓み
８６：初期接合撓み
８７Ａ、８７Ｂ：プロセス・ウィンドウ
８８：包絡線
９０：コイル
９２：フェライト磁心
９４：スリーブ部分
９６：貫通開口部
９８：突出部
１００：真空ポンプ
１０４：磁場
１０８：空気流
１１０、１１２：温度センサ
１１４：センサ用穴
１１６：軸
１２２：部品チェーン
１２４：結合ウェブ
１２６：分離装置
１２８：引き渡し装置

Claims (27)

1. 熱可塑性接合部分（１６、１７）と、加熱することができる金属部分（１８）とを有するハイブリッド型接合部品（１０）を加工物（１２）に軸方向に接合する方法（８０）であって、
   ａ）前記接合部品（１０）を前記加工物（１２）の表面の上に軸方向に下降させ、
   ｂ）前記接合部分（１６、１７）が少なくとも部分的に溶融するように、前記金属部分（１８）を加熱し、
   ｃ）前記金属部分（１８）の加熱を終了し、前記接合部品（１０）が、前記加工物（１２）の前記表面と圧力嵌め結合部、インターロック結合部、及び／又は一体の結合部を形成するようにする、
   ステップを含み、
   前記接合部品（１０）は、いずれの対向する支持もなしに、前記接合部品（１０）を前記加工物（１２）の前記表面に接合できるように、少なくとも前記金属部分（１８）の加熱中、該加工物（１２）に対して力調整及び／又は位置調整された状態で保持されることを特徴とする方法。
2. 前記加工物（１２）は、軸方向（Ａ）に弾性的に変形可能であり、前記接合部品（１０）は、前記金属部分（１８）が加熱される前に該加工物（１２）の前記表面の上に下降され、該加工物（１２）が軸方向に変形されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 変形されていない状態における前記加工物（１２）の前記表面の軸方向位置を判断するために、該表面への下降の開始時に又はその過程で、ゼロ点が判断されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 前記接合方法（８０）の間、前記接合部品（１０）を保持する接合工具（２０）上に配置された距離センサ（５３）により、前記ゼロ点（ｓ₀）が判断されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. 前記接合部品（１０）の軸方向の下降に必要な力（ｉ_L）の変化により、前記ゼロ点（ｓ₀）が判断されることを特徴とする、請求項３又は請求項４に記載の方法。
6. 前記ゼロ点を判断する際に、前記加工物（１２）の弾性を含ませることを特徴とする、請求項３から請求項５までの１項に記載の方法。
7. 前記金属部分（１８）が加熱される前、前記接合部品（１０）は、前記加工物（１２）が弾性的に変形される所定の初期接合位置（ｓ₄）に移動されることを特徴とする、請求項２から請求項６までの１項に記載の方法。
8. 前記ゼロ点を判断する間、前記初期接合位置（ｓ₄）は、該ゼロ点（ｓ₀）と前記加工物（１２）の変形（ｓ₂）との間に配置されることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. 少なくとも前記金属部分（１８）の加熱セクション中、前記接合部品（１０）と前記加工物（１２）との間の相対位置（７０）は、ターゲット位置において調整されることを特徴とする、請求項１から請求項８までの１項に記載の方法。
10. 少なくとも前記金属部分（１８）の加熱セクション中、前記接合部品（１０）と前記加工物（１２）との間の前記相対位置（７０）は、前記接合部品（１０）を前記加工物（１２）の上に押し付けるターゲット力への調整により設定されることを特徴とする、請求項１から請求項９までの１項に記載の方法。
11. 前記接合部品（１０）と前記加工物（１２）との間の前記相対位置（７０）が予め設定された最大相対位置に達したとき、前記力調整が位置調整に変換されることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
12. 前記加工物（１２）は熱可塑性材料から生成され、前記金属部分（１８）が加熱され、前記接合部品（１０）の前記接合部分（１６、１７）及び該加工物（１２）の表面部分が溶融することを特徴とする、請求項１から請求項１１までの１項に記載の方法。
13. 前記接合部品（１０）は、前記金属要素（１８）が統合されるフランジ部分（１６）を備えた熱可塑性ベース本体（１１）を有し、前記接合方法（８０）は、該金属要素（１８）が、完成した接合部（６０）において熱可塑性材料により完全に囲まれるように実行されることを特徴とする、請求項１から請求項１２までの１項に記載の方法。
14. 前記接合部品（１０）は、前記金属要素（１８）が統合されるフランジ部分（１６）を備えた熱可塑性ベース本体（１１）を有し、該金属部分（１８）は、前記フランジ部分（１６）のリム（１７）により囲まれ、前記接合方法（８０）は、前記リム（１７）が溶融するように実行されることを特徴とする、請求項１から請求項１３までの１項に記載の方法。
15. 少なくとも前記金属部分（１８）の加熱中、前記接合区域の温度が測定され、このように測定された温度は、前記接合方法（８０）の制御に含められることを特徴とする、請求項１から請求項１４までのいずれか１項に記載の方法。
16. 前記接合区域のリム領域内に形成され、かつ、熱可塑性材料から成るビード（６２）の形状が監視され、このように測定された前記形状は、前記接合方法（８０）の制御に含められることを特徴とする、請求項１から請求項１５までの１項に記載の方法。
17. 請求項１から請求項１６までの１項に記載の、特に前記接合方法（８０）を実行するための接合装置（８）であって、
    ａ）接合部品（１０）を保持することができ、前記接合部品（１０）を加工物（１２）の表面の上に軸方向（Ａ）に移動させるように設計された接合工具（２０）と、
    ｂ）前記接合部品（１０）の金属部分（１８）を加熱するための加熱装置（４０）と、
    を有することを特徴とする接合装置。
18. 前記加熱装置（４０）は、コイル（９０）と、スリーブ部分（９４）をもつフェライト磁心（９２）とを備えた誘導加熱装置を有し、前記接合部品（１０）の保持部分（１４）が該スリーブ部分（９４）により囲まれるように、該接合部品（１０）を前記接合工具（２０）上に保持できることを特徴とする、請求項１７に記載の接合装置。
19. 前記スリーブ部分（９４）は、真空保持力を前記接合部品（１０）の前記保持部分（１４）上にかけるように設計された真空保持装置（３８）に結合されることを特徴とする、請求項１８に記載の接合装置。
20. 前記接合工具（２０）は、前記接合区域の温度を測定するように設計された関連付けられた温度センサ（５０）を有することを特徴とする、請求項１８又は請求項１９に記載の接合装置。
21. 前記温度センサ（５０）は、前記スリーブ部分（９４）上に配置されることを特徴とする、請求項１８又は請求項２０に記載の接合装置。
22. 前記加熱装置（４０）と前記接合部品（１０）を保持するための保持装置（３８）は、前記接合工具（２０）のハウジング（３０）に対して、リニア駆動装置（３４）により移動させることができるキャリッジ（３２）上に配置されることを特徴とする、請求項１８から請求項２１までの１項に記載の接合装置。
23. 前記キャリッジ（３２）の位置を検出するための位置センサ（４４）を有することを特徴とする、請求項２２に記載の接合装置。
24. 前記接合部品（１０）を前記加工物（１２）の上に押し付ける力を検出するための力センサ（４６）を有することを特徴とする、請求項１７から請求項２３までの１項に記載の接合装置。
25. 空間における前記接合工具（２０）の配向を検出するための方位センサ（４８）を有することを特徴とする、請求項１７から請求項２４までの１項に記載の接合装置。
26. 前記接合工具（２０）は、前記加工物（１２）への移動前又は移動中、前記接合部品（１０）を前記長手方向軸（Ａ）の周りの所定の回転位置に位置合わせすることができる回転アクチュエータ（５６）を有することを特徴とする、請求項１７から請求項２５までの１項に記載の接合装置。
27. 前記接合工具（２０）及び／又は前記加熱装置は、上位制御ユニット（２６）に伝送することができる識別コードのためのストアを有することを特徴とする、請求項１７から請求項２６までの１項に記載の接合装置。

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