JP6580075B2 - ２つの物体を接合する方法 - Google Patents

Description

発明の分野
この発明は機械工学および機械的構成の分野に属し、２つの物体を接合するための方法に関する。これらの物体のうちの一方は挿入部を含み、他方の物体は開口を含み、２つの物体が接合されるために、挿入部は開口内に固着（anchor）され、固着区域では、これらの物体のうちの一方は、熱可塑特性を有する固体材料を含み、他方の物体は、液化された場合の熱可塑特性を有する材料によって浸透可能である固体材料を含む。浸透可能な材料は、たとえば繊維質または多孔質であり、それはたとえば構造発泡体である。

発明の背景
たとえば公報ＷＯ９６／０１３７７（クリアテック（Createc））、ＷＯ９８／０４２９８８（ウッドウェルディング（Woodwelding））、およびＷＯ２００６／００２５６９（ウッドウェルディング）またはＷＯ２００８／０８０２３８から、たとえばチップボードや木材といった繊維質または多孔質材料に、熱可塑特性を有する材料を含む挿入物を固着することが公知である。そのような固着のために、挿入物は開口に対して位置付けられ、次に機械的振動、特に超音波振動と、挿入物を開口内に押し込むために方向付けられた力とが、同時に挿入物に印加される。挿入物を位置付けるステップでは、関連する力は使用されない。すなわち、振動エネルギーを印加すると、位置付けられた挿入物は自由に振動し、もしくは、それを繊維質または多孔質材料に押し付ける前述の力によって振動エネルギーを繊維質または多孔質材料に伝達するであろう。振動と力とを印加するステップでは、熱可塑特性を有する材料は、少なくとも繊維質または多孔質材料と接する場所で摩擦熱によって液化される。それは、開口の壁の繊維質または多孔質材料に浸透して、再固化時に多孔質または繊維質材料との確実な嵌合接続を形成する。

公報ＷＯ９６／０１３７７によれば、挿入物と、挿入物が固着されることになっているめくら開口とは、挿入物が開口に対して位置付けられた際に開口の底に達しないように、互いに適合されている。これは、挿入物および／または開口を、連続的にまたは段階的に先細りするように設計することによって達成される。超音波振動の印加と同時に、挿入物は押付力の作用を通して開口内へとさらに進められ、それは、主として挿入物側面での熱可塑特性を有する材料の液化をもたらす。同様の方法では、若干超過サイズの（oversized）挿入物が開口の口に位置付けられ、押付力および振動の作用下で開口内へと進められてそこで側方固着される。双方の場合とも、振動の印加中に挿入物の大半を開口の深さの方向に動かすことが必要である。

公報ＷＯ９８／０４２９８８およびＷＯ２００６／００２５６９によれば、挿入物と、挿入物が固着されることになっているめくら開口とは、挿入物が開口内に位置付けられた際に開口の底に載るように、互いに適合されている。超音波振動の印加中、挿入物はこの底に押し付けられる。これは、特に挿入物遠位端の領域における熱可塑特性を有する材料の液化、すなわち、開口の底での実質的に遠位の固着をもたらすが、側方固着はほとんどなく、振動の印加中、挿入物の大半はまったくまたはほんの少ししか動かされない。

ＵＳ５，８７９，１１５は、くぼみを有するプラスチック基材にプラスチック挿入物を接合するための方法および装置を教示する。このプロセスは、挿入物および基材双方のプラスチック材料が溶けてスペースに流れ込み、そこで挿入物および基材のプラスチックがともに融合されて溜まり、再固化後に一体型の接合部（溶接部）を生み出すことに依存する。このアプローチの適用は、双方とも熱可塑性材料でできた２つの物体間の結合に制限されており、熱可塑性材料は、互いに一体化して混ざることができる。

発明の概要
この発明の目的は、２つの物体を接合するための代替的な方法であって、これらの物体のうちの一方は挿入部を含み、他方の物体は開口を含み、接合のために、挿入部は開口内に固着され、少なくともそのような固着が所望される区域では、これらの物体のうちの一方は、熱可塑特性を有する固体材料を含み、他方の物体は、液化された場合の熱可塑特性を有する材料によって浸透可能である固体材料を含む、方法を提供することである。

この発明のさらに別の目的は、そのような接合が、機械的振動、特に超音波振動の形で提供されるエネルギーの助けによって達成される、上に概説された公知の方法を改良することである。この発明に従った方法を使用すると、所望される固着区域が比較的大きくても、均一性が非常に高い特に側方固着を、最も単純な設計の挿入物および開口を用いて、かつ最小時間の振動印加で達成することが可能であるはずである。

一般的に言えば、上述の物体は、第１の方法ステップで、挿入部と、挿入部が固着されることになっている開口の壁、特に側壁との間に締まり嵌めを確立してから、主として締まり嵌めが有効である場合に達成されるような液化を引き起こすエネルギーを印加することによって達成される。この方法で達成される固着は、上に概説されたＷＯ９６／０１３７７に記載の方法で達成される固着と同様の（単位固着面積あたりの）強度を有するが、それは、固着ステップの間に挿入部の大半を開口内の関連距離にわたって動かす必要なく実行可能であり、これは、固着が所望される場所とは独立している。この事実は、固着を達成するために必要な時間を関連して減少させる。さらに、固着が所望されるすべての場所で液化が同時に始まるので、達成される固着は非常に均質である。

この発明によれば、第１の材料を含む第１の物体と、第２の材料を含む第２の物体とが提供され、第１の材料は（周囲温度で）固体であり、熱可塑特性を含み（すなわち、それは熱エネルギーの助けによって液化可能である；以下、この材料を「熱可塑性材料」と呼ぶ）、第２の材料も（周囲温度で）固体であり、それは、第１の材料が液化状態にある場合に第１の材料によって浸透可能である（すなわち、第２の材料は繊維質または多孔質であり、それは浸透可能な表面構造を含み、または、それは圧力下でそのような浸透に抵抗できない）。特に、第２の材料は、第１の材料が表面構造に浸透する場合にあてはまる条件下で流動可能にならないようになっている。たとえば、第２の材料は、熱可塑特性を有さない材料、すなわち、熱可塑性材料とは異なる材料であってもよい。第２の材料は、それが可逆的な液化プロセスを経ないようになっていてもよい。すなわち、それは、可逆的な液化プロセスを経ることができない材料であるか、または、第１の材料が流動可能になる温度よりも実質的に高い溶融温度を有する材料である。たとえば、第２の材料が溶融可能である場合、その溶融温度またはガラス転移温度は、第１の材料のガラス転移温度または溶融温度よりも、少なくとも５０℃、または少なくとも８０℃、または少なくとも１００℃高くてもよい。

第２の材料の一致した例は、チップボード（この本文における「チップボード」は、製品の形状とは独立して、任意の形状の木材粒子を接着剤と混合することによって製造された任意の複合材料を含み、たとえば配向性ストランドボードを含む）、高密度ファイバーボード（High Density Fibre board：ＨＤＦ）、中密度ファイバーボード（Medium Density Fibre board：ＭＤＦ）、または木材といった木材ベースの材料、もしくは、金属発泡体またはセラミック発泡体、もしくはおそらくは、熱可塑性（熱硬化性）でないポリマーベースの材料の開放型多孔質構造である。

第１および第２の物体のうちのいずれか一方は開口を含み、他方は開口内に固着されることになっている挿入部を含み、前述の材料は、挿入部の、および開口の壁の表面の少なくとも一部を構成する。開口および挿入部は、締まり嵌め（プレス嵌め）のために寸法的に互いに適合される。すなわち、開口と比較すると、挿入部は少なくとも局所的に超過サイズであり、挿入物が開口内で所望の位置を有する場合に挿入部と開口壁との間に少なくとも局所的な圧力をもたらし、すなわち、挿入部および／または開口の壁の弾性圧縮をもたらす。前述の第１および第２の材料は、少なくともそのような圧縮の区域の一部で互いに対向して配置される。

特に、第２の物体は開口を含んでいてもよく、第１の物体は挿入部を含んでいてもよい。

締まり嵌めを確立する方法ステップでは、挿入部は開口内の所望の位置に位置付けられ、そこでそれは上述の締まり嵌めによって保持される。締まり嵌めを達成するためには、すなわち、挿入部と開口壁との間に圧縮を生成するためには、干渉力が必要であり、それは、挿入部を小さめのサイズの（undersized）開口内に押し込むための、または開口の壁区分を挿入部に押し付けるためのものである。干渉力の大きさは、締まり嵌めの強度および面積と実質的に相関しており、それは主として挿入部および開口の相対寸法に依存し、かつそれによって制限され、また、２つの材料のうちのいずれか一方または双方の圧縮率に依存している。

締まり嵌めを確立するステップの後に実行される固着するステップでは、物体のうちの一方または他方にエネルギーが印加され、エネルギーは特に、締まり嵌めによって挿入部および開口壁の表面区域が互いに押し付けられ、熱可塑性材料および浸透可能な材料の各々１つを含む区域（固着区域）で、熱として作用するものである。熱は熱可塑性材料を液化させ、締まり嵌めの圧力は２つの材料の相互浸透を引き起こし、締まり嵌めは少なくとも部分的に緩められる。

エネルギーが機械的振動（たとえば超音波振動）として印加される場合、締まり嵌めは、少なくとも前述の区域で振動が摩擦を引き起こし、それによって挿入部と開口の壁との間に摩擦熱を引き起こすように、克服されることになっている。締まり嵌めを克服するためには、挿入部と開口壁との間にせん断荷重を印加することが必要であり、このせん断荷重は、挿入部または開口壁のうちの一方の、他方に対する十分強い振動によって、または、その振動と２つの物体間に作用する追加のせん断力とによって生じ得る。望ましくない動き、特にせん断力による２つの物体の互いに対する並進運動を防止するためには、せん断力を好適な態様で打ち消すことが必要な場合がある。

さらに別の方法ステップでは、固着するステップで液化され変位した熱可塑性材料が再固化されるまでエネルギーの供給が停止され、それにより、相互浸透区域で一種の複合材料が形成され、それは２つの物体を確実な嵌合接続で接続する。

固着するステップで熱可塑性材料を液化するために必要なエネルギーは、上述のように、好ましくは機械的振動、特に超音波振動の形で２つの物体のうちのいずれか一方に供給され、挿入部と開口の壁との間の界面で摩擦熱に変換される。振動は好ましくは、締まり嵌めが有効である挿入部および開口壁の表面と平行な主振動方向を有する。したがって、側方固着を達成するために好ましいのは、開口の深さと実質的に平行な長手方向振動か、または、開口の深さと実質的に平行な軸を有する回転振動である。上述の追加のせん断力は、印加される場合、好ましくは主振動方向に平行に方向付けられる。すなわち、上述の２つの場合については、それは、開口の深さと平行に、または開口の深さと平行な軸を有するトルクとして作用する。

たとえば、締まり嵌めが有効である位置に好適な吸収手段が提供されることになっている電磁エネルギーの照射、もしくは対応する加熱（たとえば、誘導加熱または抵抗加熱）、といった他の種類のエネルギーも印加可能である。

上述のように、固着に関与する熱可塑性材料および浸透可能な材料は、挿入部の選択された表面上および開口の壁上のみに存在していてもよい。しかしながら、それらはまた、２つの物体のより大きい部分を構成してもよく、２つの物体は、異なる材料のさらに別の部分を含んでいてもよく、または、全体的に熱可塑性材料または浸透可能な材料からなってもよい。

締まり嵌めが作用する区域では、ともに押されている２つの表面のいずれか一方は、エネルギー方向付け装置として機能する構造、すなわち、主面から突出する点形状または線形状の要素を含んでいてもよい。これらのエネルギー方向付け構造は、締まり嵌めが確立されると対向表面を破壊するかもしれず、または破壊しないかもしれず、挿入部の超過サイズを計算する際に対応して考慮する必要がある。

浸透可能な材料および熱可塑性材料は、（締まり嵌めを確立するためのステップの条件下で、すなわち、通常は周囲温度で）締まり嵌めの圧力に耐えることができる機械的特性を有する必要がある。締まり嵌めを損なう、２つの材料のうちのいずれか一方のクリープを防止することが好ましい。これは、締まり嵌めを確立するステップの温度でクリープ傾向を実質的に有さない材料（そのガラス転移温度よりも低い、または好ましくはガラス転移温度よりも少なくとも５０℃低い非晶質ポリマー、および、その溶融温度よりも低い部分結晶性ポリマー）を選択することにより、もしくは、締まり嵌めがクリープによって損なわれ過ぎないうちに固着するステップを開始するために、締まり嵌めを確立するステップと固着するステップとの間の時間間隔を十分短く保つことにより、達成される（前述の時間間隔が短いほど、材料のうちのいずれか一方の、すなわちポリマーについてのクリープ傾向がより許容可能であり、使用温度が上述の所与の温度制限により近くなり得る）。エネルギーが機械的振動の形で印加される場合、浸透可能な材料はさらに、固着するステップの振動摩擦に耐えることができる必要がある。

この発明に従った方法にとって好適な浸透可能な材料は、少なくともこの発明に従った方法（締まり嵌めを確立するステップおよび固着するステップ）の条件下で固体である。本開示の文脈における「固体」とは、この材料が固く、実質的に弾性的に柔軟ではなく（エラストマー特性なし）、塑性的に変形可能ではなく、まったくまたはほんの少ししか弾性的に圧縮可能ではない、ということを意味するものである。それは、液化された材料が流れ込んだり、または固着のために押し込まれることが可能な（実際の、または潜在的な）スペースをさらに含む。それはたとえば繊維質または多孔質であり、もしくは、たとえば好適な機械加工によって、またはコーティングによって製造された浸透可能な表面構造（浸透用の実際のスペース）を含む。これに代えて、浸透可能な材料は、液化された熱可塑性材料の静水圧の下でそのようなスペースを発生させることができる。すなわち、それは、周囲条件下にある場合、まったくまたは非常にわずかな程度しか浸透可能ではないかもしれない。（浸透用の潜在的なスペースを有する）この特性は、たとえば、機械抵抗の点で不均質性を暗示する。この特性を有する材料の例は、孔から押し出され得る材料で孔が充填される多孔質材料、柔らかい材料と硬い材料との複合物、または、成分間の界面接着が浸透する液化材料によって加えられる力よりも小さい不均質材料（木材など）である。このため、一般に、浸透可能な材料は、構造（孔、空隙といった「空の」スペース）の点で、または材料組成（変位可能な材料または分離可能な材料）の点で、不均質性を含む。

この発明に従った方法が好適に反復可能な接合品質を生み出すためには、浸透可能な材料は、予測可能な強度を締まり嵌めに与えるために十分に予測可能で均質である機械的特性を有する必要がある。これは、生きている骨については事実とかけ離れているため、この方法は医療目的にとって好適ではない。

挿入部を開口内に導入することによって挿入部が挿入される開口、たとえばめくら開口を有する実施形態では、アンビル（anvil）物体が、干渉力により、かなりの機械的負荷にさらされる。アンビル物体の浸透可能な材料またはおそらくは他の材料の組成に依存して、固着するステップの前の開口内への挿入部の導入によって亀裂または他の損傷が生じる危険があるかもしれない。

たとえば、実施形態では、アンビル物体は（たとえば、ボード形状に作られることによって、またはボード形状の構成要素を含むことによって）、広い表面と広い表面間の狭い側面とを有し、狭い側面から内向きに延在する開口を有する（すなわち、開口は狭い側面に口を有する）ボード形状部を含んでいてもよい。

一般に、必要であれば、亀裂または他の損傷（たとえば膨張、または剥がれ落ちる部分）が生じないようにするために、措置を講じてもよい。特に、干渉力にさらされる対向表面区域を減少させるための措置を講じてもよい：
− 挿入部および開口の断面は、締まり嵌めが断面の周囲の一部のみに制限されるように同じ形状を有さないことによって、互いに適合される；
・ 干渉力にさらされる部分間の距離が、次の固着するステップの間の熱可塑性材料の流れの距離と同様であるかまたはそれより小さい場合、それにもかかわらず、固着は全周に関与してもよく、干渉力部分間の部分は、圧迫された熱可塑性材料が行くことができる追加のスペースとして機能する。たとえば、開口の断面が円形で、挿入部の断面が間隔が密な歯を有する星形である場合、熱可塑性材料は、固着中、歯の間のスペースを充填するように流れてもよい；
・ 干渉力部分間の距離が大きい場合、固着はそれに応じて、本質的に干渉力部分に対応する周囲の一部に制限されるであろう；
・ この概念の実施形態では、そのような断面のエッジは、締まり嵌めの確立時にエネルギー方向付け要素として機能してもよく、および／または開口の側壁に押し込まれてもよい；
− 加えて、または代替例として、挿入部および開口の断面ペアリングは、開口の深さに沿って配置された所定区域に締まり嵌めが制限されるように、この深さに沿って異なっていてもよい。特に、締まり嵌めは、開口の口から離れた区域に（より深い部分に）制限されてもよい。なぜなら、亀裂または他の損傷の危険は、開口のへりで最も高いためである；
・ 例では、開口は、より深い位置でより小さい直径を有するように、段を付けられるかまたは先細りしていてもよく、一方、挿入部は段／先細りを有しておらず、または、異なるように段を付けられ／先細りしている；
− 加えて、またはさらに別の代替例として、挿入部には、特にそれがたとえば若干弾性材料である場合、中空部分が設けられてもよい。例では、遠位端が中空であってもよい；
− 加えて、またはさらに別の代替例として、挿入部には、固い、または柔軟な／柔らかいウィングが設けられてもよい。挿入部は次に、たとえば、空気圧などによって開口内に撃ち込まれてもよい。ウィングは、挿入部が亀裂を生じることなく正しい位置に位置することを確実にしてもよい；
− 加えて、またはさらに別の代替例として、干渉力は、固着するステップの直前および物体が互いに対して位置付けられた直後にのみ、第１の物体の内側から生じてもよい。特に、第１の物体には、近位側からアクセス可能な内側開口が設けられてもよく、たとえばその後エネルギーを第１の物体に伝達する振動ツールによって、膨張要素が開口内に押し込まれてもよい。ここでの膨張要素は、第１の物体を膨張させ、それにより内側から干渉力を生じるように、内側開口よりも大きい断面を有する。

この発明に従った方法において適用可能である浸透可能な材料の例は、木材、合板、チップボード、厚紙、コンクリート煉瓦材料、多孔質ガラス、金属の発泡体、セラミックまたはポリマー材料、または焼結されたセラミック、ガラスまたは金属材料、といった固体材料である。そのような材料は、熱可塑性材料が浸透可能なスペースを含み、それらのスペースは元々、空気で、もしくは別の変位可能または圧縮可能な材料で充填されている。さらに別の例は、上述の特性を有する複合材料、もしくは、好適な粗さ、好適な機械加工表面構造、または（たとえば粒子からなる）好適な表面コーティングを含む表面を有する材料である。浸透可能な材料が熱可塑特性を有する場合、それは、機械的に安定した相をさらに含むことによって、または、固着するステップで液化されることになっている熱可塑性材料よりもかなり高い溶融温度を有することによって、固着するステップの間その機械的強度を維持することが必要である。

この発明に従った方法にとって好適な熱可塑性材料も、締まり嵌めを確立するステップの条件下で、浸透可能な材料について上述された意味において固体である。それは好ましくは、たとえば溶融によって臨界温度範囲より上で固体から液体にまたは流動可能になるように変形し、たとえば固相の粘度が液相の粘度よりも数桁（少なくとも３桁）高くなる結晶化によって臨界温度範囲より下に再冷却されると固体材料に再変形する、（特にＣ、Ｐ、ＳまたはＳｉ鎖系の）ポリマー相を含む。熱可塑性材料は一般に、共有結合で架橋されないポリマー成分、もしくは、溶融温度範囲まで、またはそれを超えて加熱すると架橋結合が可逆的に開くように架橋されるポリマー成分を含むであろう。ポリマー材料は、たとえば、熱可塑特性を有さない、または、基本ポリマーの溶融温度範囲よりもかなり高い溶融温度範囲を含む熱可塑特性を有する材料の繊維または粒子といった充填剤をさらに含んでいてもよい。

この発明に従った方法において適用可能である熱可塑性材料についての例は、熱可塑性ポリマー、コポリマーまたは充填ポリマーである。基本ポリマーまたはコポリマーは、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド（特にポリアミド１２、ポリアミド１１、ポリアミド６、またはポリアミド６６）、ポリオキシメチレン、ポリカーボネートウレタン、ポリカーボネートまたはポリエステルカーボネート、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）、アクリルエステル−スチロール−アクリルニトリル（ＡＳＡ）、スチレン−アクリロニトリル、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、またはポリエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリスルホン（ＰＳＵ）、ポリ（ｐ−フェニレンスルフィド）（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）などである。ＬＣＰは特に興味深い。なぜなら、溶融中のそれらの粘度の急落により、それらは、浸透可能な材料の非常に細かいスペース内に浸透できるようになるためである。

通常、接合される２つの物体のうちのいずれか一方は、振動ツールが適用される物体近位面から、挿入部または開口が配置された遠位側に、好ましくは最小限のエネルギー損失で振動エネルギーを伝達できる必要がある。この物体が全体的に熱可塑性材料で作られている場合、それは、（周囲温度で）少なくとも０．５ＧＰａ、または好ましくは少なくとも１．０ＧＰａの弾性係数を必要とするであろう。

熱可塑性材料および浸透可能な材料は、好適な締まり嵌めおよび所望の浸透が可能で、好適な固着をもたらすように、互いに適合される必要がある。有利であると分かっている材料ペアリングは、たとえば、合板（浸透可能な材料）とポリアミド（熱可塑性材料）とのペアリングである。

この発明に従った方法にとって好適な機械的振動または発振は、好ましくは２〜２００ｋＨｚ（さらにより好ましくは１０〜１００ｋＨｚ、または２０〜４０ｋＨｚ）の周波数と、有効表面１平方ミリメートル当たり０．２〜２０Ｗの振動エネルギーとを有する。振動ツール（たとえばソノトロード）は、たとえば、その接触面が、主としてツール軸の方向に、１〜１００μｍ、好ましくは約３０〜６０μｍの振幅で発振する（長手方向振動）ように設計される。そのような好ましい振動はたとえば、たとえば超音波溶接から公知であるような超音波装置によって生成される。

この発明に従った方法の固着するステップの好ましい一実施形態では、２つの物体のうちの一方（アンビル物体）は安定した位置に固定され、他方の物体（自由物体）に振動ツールが適用される。適用可能な場合、振動ツールは、振動だけではなく、開口の深さと平行に方向付けられたせん断力も自由物体に伝達するために使用される。振動ツールは、自由物体に接続されなくてもよく、または、もっぱら緩く接続されてもよい。すなわち、それは、実質的に自由物体に対するハンマーとして作用する。これに代えて、それは、振動が完全に自由物体に伝達されるように自由物体に固定されてもよい。

開口の深さと平行に方向付けられたせん断力による、２つの物体の互いに対する（または開口内での挿入部の）望ましくない動きは、たとえば、開口をめくら開口として、または関連する断面減少部を含むよう設計することにより、もしくは、貫通開口の口またはその内部に補助アンビルを配置し、挿入部を開口内に位置付けることにより、締まり嵌めを達成するステップで、その遠位端が、めくら開口の底、または断面減少部、または補助アンビルに当接するように、もしくは、それから所定のわずかな距離だけ離れるようにすることによって、制限または防止される。

この発明に従った方法の例示的な好ましい一実施形態では、アンビル物体は開口（たとえばめくら穴、すなわち、一定の円形断面と底とを有する開口）を含み、それは浸透可能な材料を含む（たとえば、それは木材またはチップボードからなる）。自由物体は（たとえばピン形状である）挿入部を含み、それは熱可塑性材料（たとえばポリアミド、ＰＡ６．６）からなる。固着は主として挿入部の側面で達成されることになっているが、好ましくは穴の底でも達成されることになっている。挿入部は、穴の直径よりも大きい直径を有することにより、開口と比べて超過サイズの断面を有する。締まり嵌めを確立するステップでは、挿入部は、任意の好適なツール、おそらくは受動状態の（振動していない）振動ツールを使用してピンの近位端に印加される干渉力の助けにより、その遠位端が穴の底に実質的に接触するまで穴に押し込まれる。固着するステップでは、振動ツールが起動され、そして、適用可能な場合には追加のせん断力で自由物体の近位端に同時に押し付けられる。

この種の実施形態では、挿入部の大半の軸方向運動は、開口の底の圧縮およびこの底の区域における浸透可能な材料の浸透の補償に制限されてもよい。側方に変位した液化材料を補償するための挿入部の短縮により、挿入部の近位端はさらに動いてもよい。

たとえば円筒形の挿入部は、締まり嵌めの確立時に開口の側壁に溝をつけるかもしれない、またはつけないかもしれない、軸方向に延在する隆起の形をしたエネルギー方向付け構成を含んでいてもよい。ピン断面の超過サイズが隆起の径方向高さよりも小さい場合、締まり嵌め、ひいては固着は隆起の区域に制限され、隆起間の谷には関与しないであろう。これに代えて、またはこれに加えて、開口の側壁にエネルギー方向付け構造を装備することが可能である。挿入部は好ましくは全体的に熱可塑性材料で作られるが、これに代えて、実質的に挿入部の長手方向中心軸に沿って延在し、好ましくは熱可塑性材料よりも高い機械的強度を有する材料（たとえば、液化されることになっている熱可塑性材料よりもかなり高い溶融温度を有する金属またはセラミックス材料または熱可塑性材料）で作られたコアを含んでいてもよい。

固着するステップのために上述のような振動が使用される、この発明に従った方法の上述の好ましい実施形態についての例示的なパラメータは、以下の通りである：（ａ）開口の側壁に対する挿入部の側面での超過サイズ：１０分の数ミリメートルの範囲（たとえば０．１〜０．５ｍｍ）；（ｂ）締まり嵌め：１０分の数Ｎ／ｍｍ^２の範囲（たとえば０．１〜１Ｎ／ｍｍ^２）。

この発明に従った方法の上に概説された好ましい実施形態を使用すると、固着するステップは、公知の方法に従って振動の印加と同時に挿入部を開口内に押し込む場合に必要とされる時間の約半分まで減少可能であるということが、実験で示されている。この時間の減少は、振動エネルギーの関連する節約、および自動化されたプロセスに関する関連する利点を構成する。さらに、それは、振動ツールがハンマリングする近位面にかかる歪みを少なくし、また、それは、液化された材料が開口の口から押し出される危険を減少させる。これは、前述の近位面が熱可塑性材料で作られていても、それは固着するステップの間に変形されず、または望ましくない傷がつくことがなく、また、開口の口の領域がきれいなままである、という点で、この方法の結果の全体的品質を高める。

この発明に従った方法の上述の好ましい実施形態の例示的な代替例は、たとえば以下の通りである（すでにさらに上述されていないものに限る）：
・ 挿入部および開口は円筒形ではないものの、たとえば、連続的にまたは段階的に先細りしており、全体的な先細り角度は、好ましくは１０〜１５°以下である；
・ 挿入部の任意の断面が、溝の形をした開口とペアになっており、複数の挿入部が並んでまたは距離をあけて溝に導入されてもよい；
・ 挿入部および開口の断面が、エネルギー方向付け要素を含む一方と含まない他方とで異なっている；
・ エネルギー方向付け要素が、開口の深さと平行に延在する隆起の形を有する；
・ 挿入部の近位端に近位部が設けられ、近位部はたとえば、近位部を開口内に導入できないように、挿入部よりも大きい断面を有する。そのようなヘッド形状の近位部は、締まり嵌めを確立するステップの間、および／または固着するステップの間、振動ツールを適用するために、およびおそらくは開口内への挿入部の動きを制限するために役立ち得る。近位部は加えて、たとえばその形状に関連付けられたさらなる機能を有していてもよい；
・ めくら開口の底での強い固着が所望される場合、挿入部のこの遠位端は先細りしており、または、エネルギー方向付け表面構造を含む；
・ めくら開口の底での最小限の固着が所望される場合、挿入部の遠位端は好ましくは尖っておらず、および／または熱可塑性材料を含まず、および／または開口の底は、浸透可能でない材料、または開口の側壁の材料ほど浸透可能ではない材料を含む；
・ 挿入部は、たとえば開口の深さの方向に延在し、かつ固着するステップの条件下で軟化または液化しない材料（たとえば、金属またはセラミック材料、もしくは、固着するステップで液化されることになっている熱可塑性材料よりもかなり高い溶融温度範囲を有する熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーであるポリマー材料）からなるコアを含む。コアは、挿入部の機械的強度を高める。

これらの可能性は、任意の組合せで互いに組合わされてもよい。
この発明はまた、自動化された態様で方法を実行するための機械に関する。そのような機械は、締まり嵌めを確立するために挿入部を開口内に挿入するための挿入手段と、固着するプロセスを実行するための固着手段とを含む。（たとえば、振動ツールが最初に挿入部を開口内に押込み、次に機械的振動にさらされて、固着するプロセスのためにエネルギーを構成に結合することによって）挿入手段は固着手段と組合されてもよく、またはそれから離れていてもよい。

この発明はさらに、機械と第１の物体のストックとのセットに関する。機械が（ドリルなどの）開口製造手段をさらに含む場合、開口製造手段と第１の物体とは、開口内への挿入部の挿入によって締まり嵌めが確立できるように、互いに適合されている。

図面の簡単な説明
この発明を、添付図面に関連してさらに詳細に説明する。

この発明に従った方法の好ましい一実施形態のすでに上に概説された例を示す図である。 振動ツールから自由物体への振動伝達の一例を示す図である。 振動ツールから自由物体への振動伝達の一例を示す図である。 側方固着に加え、開口の底での固着のための、挿入部の遠位端と開口の底とのペアリングの一例を示す図である。 側方固着に加え、開口の底での固着のための、挿入部の遠位端と開口の底とのペアリングの一例を示す図である。 図１に示すような方法のフロー図である。 たとえば図１に示すような方法において適用可能である、挿入部および開口の断面の整合されたペアの一例を示す図である。 たとえば図１に示すような方法において適用可能である、挿入部および開口の断面の整合されたペアの一例を示す図である。 たとえば図１に示すような方法において適用可能である、挿入部および開口の断面の整合されたペアの一例を示す図である。 たとえば図１に示すような方法において適用可能である、挿入部および開口の断面の整合されたペアの一例を示す図である。 液化可能でないコアを有する自由物体の一例を示す図である。 液化可能でないコアを有する自由物体の一例を示す図である。 たとえば図１に示すような方法において適用可能である、整合された挿入部および開口の長手方向断面の一例を示す図である。 たとえば図１に示すような方法において適用可能である、整合された挿入部および開口の長手方向断面の一例を示す図である。 たとえば図１に示すような方法において適用可能である、整合された挿入部および開口の長手方向断面の一例を示す図である。 たとえば図１に示すような方法において適用可能である、整合された挿入部および開口の長手方向断面の一例を示す図である。 たとえば図１に示すような方法において適用可能である、整合された挿入部および開口の長手方向断面の一例を示す図である。 たとえば図１に示すような方法において適用可能である、整合された挿入部および開口の長手方向断面の一例を示す図である。 たとえば図１に示すような方法において、開口内に固着された挿入部に接続された近位部の一例を示す図である。 たとえば図１に示すような方法において、開口内に固着された挿入部に接続された近位部の一例を示す図である。 中空の遠位端を有する挿入部の一実施形態を示す図である。 挿入部の周りで開口の壁部分をクランプすることによって締まり嵌めが確立される、この発明に従った方法の一実施形態を示す図である。 複数のウイングを有する挿入部を有する一実施形態の一例を示す図である。 開口の深さに沿って配置された所定区域に締まり嵌めが制限されるように、挿入部および開口の断面ペアリングがこの深さに沿って異なっている、実施形態のさらに別の例を示す図である。 開口の深さに沿って配置された所定区域に締まり嵌めが制限されるように、挿入部および開口の断面ペアリングがこの深さに沿って異なっている、実施形態のさらに別の例を示す図である。 干渉力が挿入部の内側から生じる一実施形態の一例を示す図である。 ここに説明されるようなプロセスを実行するための機械を概略的に表わす図である。

図面では、同じ参照番号は、同じまたは類似する要素を指す。
好ましい実施形態の説明
図１は、この発明に従った方法のすでに上に概説された好ましい実施形態を示しており、２つの物体、すなわち挿入部および開口それぞれが、開口の深さと平行な断面（長手方向断面）で示されている。図１の左手側には、接合されるべき２つの物体が示されている。

アンビル物体１は、深さＤを有するめくら開口２と、深さＤと実質的に平行であり、または深さＤとほんの小さい角度を形成する側壁３と、たとえば深さＤに実質的に垂直である底４とを含む。アンビル物体１は、側壁３の少なくとも一部、たとえば側壁の全体、加えて底壁を構成するために配置される、浸透可能な材料をさらに含む。アンビル物体１は、全体的に浸透可能な材料で作られてもよく、または、他の材料の部分をさらに含んでいてもよい。自由物体５は、遠位に配置された挿入部６を含み、それは、挿入部６の側面７の少なくとも一部を構成する熱可塑性材料をさらに含む。自由物体５は、図示されているように全体的に、または部分的にのみ、熱可塑性材料で作られてもよい。

挿入部６および開口２は、上述の態様で互いに適合される（干渉断面、挿入部の軸方向長さは、その遠位端１０が底４に当接できるようにするのに十分である）。自由物体５は（たとえば、ヘッドのような形状の）近位部８をさらに含んでいてもよく、その近位面９は、締まり嵌めを確立するステップの間および固着するステップの間に使用されるツールを適用するために装備されている。

図１の中央には、締まり嵌めの確立後の２つの物体１および５が示されている。たとえば尖っていない、挿入部６の遠位端１０が、開口２の底４に当接し、挿入部６は、主として側方に作用する締まり嵌め（挿入部の側面と開口の側壁とが互いに押し付け合う）によって開口２内に保持される。挿入部６を開口２内に位置付けるために、干渉力２０が、任意の好適なツール（図示せず）を使用して、自由物体５の近位面９に印加される。これに代えて、たとえば、すべてが開口の部分を含む複数の区分の状態でアンビル物体１を提供し、挿入部６の周りで区分を閉じることによって、締まり嵌めを確立することができ、区分を互いに対して動かす力が干渉力を構成する（図２０参照）。

図１の右手側には、接合された場合の、すなわち固着するステップ後の２つの物体１および５が示されている。自由要素５は、その側面７の区域（すなわち開口２の側壁３の領域それぞれ）および挿入部の遠位端１０の領域（すなわち開口２の底４それぞれ）で、開口２内に固着される。固着するステップは、自由物体５の近位面９に押し付けられる振動ツール２１の助けにより実行される。

挿入部６の長さＬが元々、開口２の深さＤよりも大きいことは、固着するステップの間に変位する液化された材料を補償するための、アンビル物体１に対する自由物体５またはその近位部８それぞれの動きを可能にする。近位部８の遠位面とアンビル物体１の表面との間にさらなる固着が所望されない限り、遅くとも近位部８がアンビル物体１の表面に当接すると、固着するステップは終了することになっている。これに代えて、またはこれに加えて、固着するステップの終了は、固着するステップ用の所定時間間隔によって、またはせん断力２２の所定最大値によって決定可能である。

図２Ａおよび図２Ｂは、固着するステップを実行するための２つの代替例を示しており、これらの代替例は、振動ツールと自由物体の近位面との界面を、すでに上にさらに概説されたものと見なしている。

図２Ａに示すような代替例については、振動ツール２１は、せん断力２２の助けにより、自由物体５の近位面に押し付けられるだけであり（接続されない）、振動ツールを、その遠位面での長手方向振動が最大となるように設計することが好ましい。これは、アンビル物体に対して方向付けられた振動のほんの一部が自由物体５に伝達される（複数の小さい矢印２３によって示すハンマリング効果）ということを意味する。そのような配置で側方固着のみが達成されることになっている場合、開口の底には挿入部の遠位端のわずかな変位の余地が依然としてあること、およびせん断力２２は小さいかもしれないことに注意しなければならない。図１に示すように開口の底での固着も所望される場合、せん断力は、摩擦を可能にするために締まり嵌めを克服するのに役立つだけでなく、それは、たとえばＷＯ９８／０４２９８８から公知であるような底固着にも役立つ。

図２Ｂに示すような代替例については、振動ツール２１は自由物体５にしっかりと接続され、この接続は振動全体（両矢印２４）を自由物体５に伝達することができる。底での固着が所望されない場合、振動エネルギーが締まり嵌めを克服するのに十分大きい場合、および、アンビル物体が十分に安定して固定されているかまたは十分な慣性を有する場合、側方固着を達成するために追加のせん断力は必要ない。開口がめくら開口ではなく貫通トンネルである場合、そのような方法は特に適用可能である。開口が依然として底を含み、側方固着に加えてこの底での固着が所望される場合、そのような底固着のための十分な「せん断」力が必要とされ、それが加えて、締まり嵌めを克服するための振動を補なってもよい。

図３Ａおよび３Ｂは、より強度の底固着を達成するための２つの代替例を示しており、自由物体５の挿入部６の遠位端とアンビル物体１の開口２とのみが示されている。図３Ａによれば、挿入部６の先細りする遠位端１０が、開口２の実質的に平らな底面４とペアになる。図３Ｂによれば、挿入部６の実質的に尖っていない遠位端１０が、少なくとも１つの隆起を有する円錐または同様の形状を含む開口底４とペアになる。図３Ａに従った代替例は、開口の深さと平行な相互浸透に有利である一方、図３Ｂに従った代替例は、液化材料の側方分流に有利である。

図４は、この発明に従った方法のフロー図である。この図は、この方法が、２つの物体を提供するステップ２５と、干渉力の助けにより、挿入部と開口との間に締まり嵌めを確立するステップ２６と、機械的振動エネルギーおよびおそらくは追加のせん断力の助けにより、挿入部を開口内に固着するステップ２７と、最後に、振動を停止して、固着するステップで液化された材料を再固化するステップ２８とを含むことを示す。ステップ２５〜２８の時系列は図示されたものであり、変更できない。しかしながら、ステップ２５とステップ２６との間、および／またはステップ２６とステップ２７との間に休止があってもよく、さらに上述されたように、熱可塑性材料および浸透可能な材料のうちのいずれか一方がクリープ傾向を有する場合、ステップ２５とステップ２６との間の休止は慎重に計画されなければならない。

図５〜８は、少なくとも、図１に示すようなこの発明に従った方法の好ましい実施形態にとって好適であるように互いに適合された、挿入部および開口の断面の例示的なペアを示す。挿入部の断面３０は実線で示され、破線で示された開口の断面３１上に投影されている。描かれた断面３０および３１は、（締まり嵌めを確立するステップの前、および固着するステップの前の）提供された要素の断面である。挿入部の超過サイズは縮尺通りに描かれていない（大きすぎる）。厳密に円筒形の（円形または他の筒状の）挿入部および開口については、図示された断面３０および３１は、軸方向挿入長さおよび開口深さの大半にわたって延在するであろう。他の形の挿入部および／または開口については、断面は、軸方向挿入長さおよび／または開口深さに沿って形および／またはサイズが変化する場合がある。

図５は、挿入部の断面３０が必要とされる超過サイズを有する、２つの円形断面３０および３１を示す。そのような断面ペアリングは、開口側壁の浸透可能な材料が締まり嵌めの区域で均一であるならば、挿入部および開口の全周での均一な固着をもたらすであろう。

図６は、開口用の円形断面３１と、複数のリブ３２を有する挿入部用の断面３０とを示す。リブ３２は、エネルギー方向付け構造として機能する。リブ３２は、十分に鋭い場合、断面同士の干渉を判断する際に考慮されなければならない締まり嵌めの確立時に開口の側壁を貫通し得る。リブのみが超過サイズであるものの、それらの間の谷は超過サイズではない場合、固着は、これらのリブの近傍でのみ生じるであろう。挿入部の断面３０を依然として実質的に円形に保ちつつ、開口の断面３１に開口壁から突出する点を装備することによって、同様の効果を達成することができる。

図７は、開口用の円形断面３１と挿入部用の断面３０とのペアリングを示し、挿入部用の断面３０は十分な深さのくぼみ３３を有し、それらの区域では締まり嵌めが確立されず、それらとの固着が生じないようになっている。この場合も、くぼみは、挿入部にではなく、開口の壁に設けられてもよい。

図８の実施形態では、挿入部は、少なくとも１つの深さで、星形断面を有する。星形断面は、図６および図７の実施形態でのようにエネルギー方向付け装置として機能し得る鋭いエッジ３２を含む。エッジ間のくぼみ３３の深さは、エッジが浸透可能な材料に食い込んでも、固着するステップで熱可塑性材料が流れ込み得る何らかのスペースが残るようになっている。これは、浸透可能な材料が比較的低い多孔率を有する場合に特に有利であり得る。

図６および図７の実施形態とは対照的に、図８の実施形態では、固着は、挿入部の全周に沿って生じ得る。

図９は、熱可塑性コーティング７１に埋め込まれた、たとえば金属材料のコア８２を有する、自由物体５を示す。

熱可塑性材料を含む物体が、固着するステップの条件下で軟化または液化しない材料をさらに含む実施形態では、熱可塑性材料は表面全体を構成する必要はない。むしろ、締まり嵌めによって負荷をかけられた、表面区域の少なくとも一部が、熱可塑性材料によって構成されていれば十分である。図１０は、熱可塑性材料８１が遠位端にのみ存在する一例を示す。たとえば軸方向に延在する熱可塑性材料細片を用いた代替例も可能である。

図１１〜１６は、この発明に従った方法にとって好適な、挿入部と開口とのペアリングを示す。挿入部および開口はそれぞれ、挿入部長さまたは開口深さに沿って断面で示されており、ここでも、挿入部の断面３５は実線で示され、破線として描かれた開口の断面３６上に投影されている。ここでも、断面３５および３６は、提供されるような（すなわち、締まり嵌めを達成するステップの前、および固着するステップの前の）要素の断面である。

図１１は、先細りする挿入部と先細りする開口とのペアリングを示し、先細りは複数の段３７からなり、挿入部および開口上の段は実質的に同じ軸方向長さを有し、段間の挿入部および開口の断面は、実質的に同じ態様（同様の超過サイズ）で互いに適合されている。

図１２は、先細りする挿入部と先細りする開口とのペアリングを示し、双方の先細りは連続的で、挿入部長さおよび開口深さに対する角度Ａが１０〜１５°以下である。挿入部長さおよび開口深さにわたる、挿入部および開口の断面は好ましくは、すべて同様の形を有するものの、サイズが減少している。

図１３は、貫通開口内に位置付けられて、せん断力およびおそらくは干渉力も打ち消すために機能する補助アンビル４０を使用する、すでにさらに上述された実施形態を示す。開口から補助アンビル４０を取り除くことになっている場合、アンビル表面および挿入部の遠位端を設計する際に、固着するステップでそれら２つの間の接続が生じないように注意しなければならない。図３Ｂの穴底と同様に、補助アンビルは、隆起を含む、挿入部へと方向付けられた面を有していてもよく、隆起は、挿入部の遠位端での液化のためのエネルギー方向付け要素として機能してもよい。

図１４は、開口における挿入部の動きが開口における段４１によって制限されている、すでにさらに上述された実施形態を示す。段４１では、干渉力の影響下でも、せん断力の影響下でも、挿入部の遠位端が段を越えて動くことができないような態様で、開口の断面が減少している。

図１５は、挿入部と熱可塑性材料とを含む物体５が一種のめくらリベットを構成する、この発明に従った方法のさらに別の例示された実施形態を示す。物体５の遠位部５．１は、浸透可能な材料を含む第１の物体１．１の開口内に固着されることになっており、物体５の近位部５．２は、浸透可能な材料を含む第２の物体１．２の開口内に固着されることになっている。好ましくは、干渉力、振動、および、適用可能な場合にはせん断力が物体１．２（自由物体）に印加され、物体１．１は安定したまま保たれ（アンビル物体）、物体５は自由物体およびアンビル物体の双方として機能する。

図１６は、締まり嵌めおよび固着が、挿入部または開口深さそれぞれの長手方向軸に沿って締まり嵌めおよび固着がない区域と交互になっている、予め規定された区域に制限されている、挿入部の長手方向断面３５と開口の長手方向断面３６とのペアリングを示す。これは、サイズが交互になっている断面によって達成される。円筒状の挿入部を、断面サイズが異なる部分を含む開口とペアにすることによって、またはその逆によって、同じ効果を達成することができる。振動ツール２１が長手方向振動のために設計され作動される場合、締まり嵌めおよび固着の上述の区域を振幅が大きい場所に配置し、締まり嵌めおよび固着がない上述の区域を振幅が小さい場所に配置することが有利である。これは、振動ツールの遠位面および自由物体の近位面で長手方向振幅が最大である場合、締まり嵌めおよび固着を有する区域は好ましくは、近位面からｎ×λ／２（ｎ＝整数）の距離に配置され、締まり嵌めおよび固着がない区域は、それらの間（λ／４、３λ／４、５λ／４などの距離）に配置される、ということを意味する。これは、図では、図１６の右手側に示される。

図１７および図１８は、この発明に従った方法で、特に図１に示すようなその好ましい実施形態で達成可能である、開口内に固着された挿入部の近位端のさらに別の例示的な実施形態を示す。図１７および図１８は双方とも、挿入部または開口それぞれの軸方向長さと平行な部分断面であり、開口の口領域および物体５の近位部のみが示されている。

図１７は、その近位面９が物体１の表面と同一平面上にある状態で、または開口の口にある状態で開口内に固着された、挿入部のみ（近位部なし）を有する物体５を示す。これは、開口深さよりも大きい長さを有するように物体５の寸法を決めることによって達成され、この差異は、固着するステップの間、熱可塑性材料が開口の側壁および底壁に浸透することによる、物体５の予想される短縮に実質的に対応する。同じ態様で、すなわち、挿入部長さと開口深さとの対応する差異により、開口の口に対する近位面９の任意の所望の位置を達成することが可能である。

図１８は、たとえば図１に示すものと同様のヘッド付き物体５を示しており、ヘッド形状の近位部８は、開口の口に隣接する開口断面の対応する拡張部に沈められている。

図１９は、中空の遠位端を有する挿入部６の一実施形態を示す。挿入部６の遠位端には中空スペース６１が設けられており、そのため遠位端１０は、尖っていない遠位端を有する一実施形態と比較すると、多少柔軟であり、また、挿入部が径方向圧縮力にさらされる際の変形抵抗が少ない。これにより、開口内への導入中、干渉力は、最初に特に強くはなく、徐々に上昇する。

図２０は、すでにさらに上述されたように、挿入部を開口内に押し込むことによってではなく、挿入部を開口の壁部分間に位置付け、挿入部に対して壁部分をクランプすることによって、締まり嵌めが確立される、この発明に従った方法の一実施形態を示す。図示された例示的な実施形態では、壁部分は、実質的に平行に延在し、それらの間に開口２を構成するボード（アンビル物体１．３および１．４）、たとえばチップボードの狭い表面によって構成される。挿入部６はラスの形を有する。締まり嵌めを確立するステップでは、挿入部は壁部分間に位置付けられてクランプされ、アンビル物体１．３および１．４は自由物体５に押し付けられる（干渉力２０）。図２０は、締まり嵌めを確立するステップの前の物体を上に示し、固着するステップの後の物体を下に示す。

図２１の実施形態では、自由物体５は、挿入部６に取付けられた複数のウィング６２を有する。ウィング６２は比較的柔らかくてもよく、それにより、アンビル物体１に亀裂を生じることなく、開口２内の正しい位置への挿入部６の配置を支援してもよい。特に、実施形態では、干渉力がウィング６２の位置にのみ存在するように、挿入部本体（すなわち、ウィング６２によって構成されていない挿入部の部分）の断面は、開口２の断面にほぼ対応していてもよく、またはそれより若干小さくてもよい。この実施形態は、特に弱いまたは脆い浸透可能な材料に適し得る。

一変形例では、ウィング６２は寸法的に安定し、切刃として機能してもよい。この変形例でも、ウィング６２は、挿入中、挿入部を安定させてもよい。

ウィング６２を有する実施形態は、たとえばエアガン状プロセスに匹敵するような、挿入部６が開口内に撃ち込まれるプロセスに特に適した実施形態の例である。

図２２は、図１６に加えて、開口の深さに沿って配置された所定区域に締まり嵌めが制限されるように、挿入部および開口の断面ペアリングがこの深さに沿って異なっている一実施形態の一例を示す。特に、図２２の実施形態では、締まり嵌めはより深い区分に制限され、このため、特に第２の物体１がボード形状で、開口が狭い面から延在する場合に、第２の物体１が最も弱い開口のへりでの亀裂または他の損傷の危険を最小限にする。

この目的のために、開口には段があり、一方、挿入部は本質的に円筒形である（エネルギー方向付け装置および／または若干の先細りの可能性を除く）。

内側の（遠位の）より小さい直径区分２．１と外側の（近位の）より大きい直径区分２．２とを有する開口は、たとえば、２つの異なるドリルを用いるデュアル穿孔プロセスによって製造されてもよい。段構成を有するドリルも可能である。

締まり嵌めを生成するために、内側区分２．１の断面（ほぼ円形の断面を呈する、図示された実施形態における直径ｄ_１）は挿入部の断面（直径ｄ_ｉ）より小さくなり、一方、外側区分２．２の断面（直径ｄ_２）は、挿入部の直径にほぼ対応していてもよく、またはそれより若干大きくてもよい。

図２３は、複数の段を有する、図２２の実施形態の一変形例を示す。それぞれの区分の直径は、挿入部が部分的にのみ挿入された図示された構成では締まり嵌めが存在せず、挿入部の最も遠位の区分６．２が開口の最も内側の部分２．１内に押し込まれ、より近位の区分６．１が開口の最も近位の区分２．３内ではなく開口の中間区分２．２に入る場合に締まり嵌めが生じるようになっている。

図２４は、さらに別の実施形態を示す。ここでは、アンビル物体１は、２つの広い表面８１、８２と狭い側面８３とを有し、狭い側面に開口２を有するボードであると仮定される。アンビル物体のボード形状区分を有する実施形態では、開口内への挿入部の導入時に生じる亀裂、または剥がれ落ちる部分という特定の危険がある。

図２４の実施形態は、干渉力が、たとえば固着するステップの直前でのみ始まって、自由物体５の内側から生じる一実施形態の一例である。この目的のために、自由物体５には、膨張要素７１を押し込むための内側開口７０が設けられ、膨張要素は、少なくともいくつかの軸方向深さにおいて、内側開口の断面より大きい断面を有する。挿入部６および開口２は、挿入部６が開口５内にある場合に、膨張要素７１が配置される前に締まり嵌めが確立されないように、またはほんのわずかな干渉力を有する締まり嵌めしか確立されないように、互いに適合されてもよい。膨張要素７１は、たとえば、振動ツール２１（ソノトロード）によって機械的振動を自由物体に衝突させるステップの直前に振動ツール２１によってかけられた力によって導入されてもよい。

ボード形状区分を有するアンビル物体と、狭い側面から延在する開口とを有する構成は、この本文に記載されたすべての実施形態に適用可能である。用途は家具業界を含み、たとえばインター・イケア・システムズ（Inter Ikea Systems）Ｂ．Ｖ．によってＷＯ２０１３／１０４４２２に記載されているように、自由物体５のヘッド部８は、第２の家具部品の雌部品と協働する接合部の雄部品として機能してもよい。

図２５は、ここに説明された方法を自動化された態様で実行するための機械の要素をさらに概略的に示す。機械は、振動ツール２１に加えて、締まり嵌めを確立するステップの前に、また、少なくとも部分的にこのステップの間に、アンビル物体１に対して自由物体５を位置付けるための把持構成９１を含む。締まりばめを確立するために、振動にさらされる前の振動ツール２１を、たとえば挿入部を開口内に押し込むことによって使用してもよい。これに代えて、機械は別個の挿入ステーションを含んでいてもよく、その場合、締まり嵌めは、対応する挿入ツール、たとえば押し込みツールによって確立される。

振動ツールは、振動ツールを振動させる、圧電変換器などの振動源９２に接続される。
機械はオプションで、ドリル９４を含む穿孔装置９３などの開口生成装置をさらに含んでいてもよく、ドリル９４の直径は、挿入部が開口内に挿入されると締まり嵌めが確立されるように、挿入部６の外径に適合される。すなわち、ドリル９４は、挿入部の外径よりも多少小さい直径を有する開口を形成するように構成される。

機械は、いくつかのステーションと、ステーション間でアンビル物体を搬送するための輸送手段とを含む、大量生産用の自動化された機械であってもよい。たとえば、機械は、開口形成（穿孔）ステーション、挿入ステーション、および固着ステーションと、ステーション間でアンビル物体を循環する態様で搬送するための手段とを含んでいてもよい。機械は、開口形成ステーションの前に配置される、切断ステーションなどのさらに別のステーションを含んでいてもよい。加えて、または代替例として、それは、未処理のアンビル物体や処理されたアンビル物体用のストレージ（方法実行後にそれらの物体が搬送される）、および／または自由物体用のストレージを含んでいてもよい。

実施例
図１に示すような方法を使用して、ポリアミド（１５％のガラス繊維が充填されたＰＡ６．６）の固着装置を、密度が０．５〜０．８ｇ／ｃｍ^３の範囲にある多孔質構造発泡体に接合した。発泡体に設けられた開口はめくら穴であった。装置の挿入部は円筒形で、締まり嵌めを生成するために直径が３％超過サイズである円形断面（エネルギー方向付け構造なし）と、穴深さに対して２５％の超過長さと、尖っていない遠位端とを有していた。装置断面に関連して約１０ＭＰａの干渉力を必要とする開口内に、装置を押し込んだ。挿入された位置で、装置の遠位端はめくら穴の底に当接した。固着するステップのために、発泡体を局所的に固定し（アンビル物体）、超音波振動を装置（自由物体）の近位面に結合し、同時に、ブランソン（Branson）製の静止超音波装置（シリーズ２０００）を使用して、干渉力の約２倍のせん断力を用いて、開口の底にピンを押し付けた。装置は、超音波装置のソノトロードに取付けられなかった。振動周波数が約２０ｋＨｚ、ソノトロードの遠位端での長手方向振幅が５０〜９０μｍの範囲にある状態で、固着するステップを実行した。約０．３秒の固着時間の後で、装置を全体的に発泡体内に設置し、振動を停止した。

装置の超過長さは、開口の底への熱可塑性材料の変位によって、およびおそらくは干渉力またはせん断力による開口の深さの増加によって、さらには熱可塑性材料の径方向変位によって、消耗された。装置の側面での固着は、装置の周り全体で、特にその長さに沿って非常に均一であった。発泡体から装置を取外すために力を加える必要があり、それは、同様の方法で小さめのサイズではない穴に固着された同じ装置（側方締まり嵌めがなく、したがって側方固着はほとんどない）の取外しに必要な力の約２倍であった。これは、側方締まり嵌めによって誘発された側方固着が、穴の底での固着とほぼ同じ量の保持強度に寄与する、という結論を可能にする。

同様の装置を同様の開口内に、同じ機器を使用するものの、ピンを開口内に押し込む間にすでに振動を印加して固着する場合には、固着するステップの間、開口深さ全体にわたって装置の大半を動かす必要があり、それは、固着するステップに必要な時間を少なくとも２倍にする。

Claims (28)

1. 第１及び第２の物体（１および５）を接合する方法であって、前記方法は、
   前記第１及び第２の物体（１、５）を提供するステップを含み、前記第１の物体は第１の材料を含み、前記第２の物体は第２の材料を含み、前記第１の材料は固体であり、熱可塑特性を含み、前記第２の材料は固体であり、液化状態にある場合の前記第１の材料によって浸透可能であり、前記第１及び第２の物体（１、５）のうちの一方は深さ（Ｄ）を有する開口（２）をさらに含み、前記第１及び第２の物体（１、５）のうちの他方は長さ（Ｌ）を有する挿入部（６）をさらに含み、前記開口（２）および前記挿入部（６）は、前記挿入部（６）が前記開口（２）内に締まり嵌めで位置付けられるように互いに適合され、前記第１および第２の材料は、前記締まり嵌めで互いに押し付けられた挿入部（６）および開口（２）の対向表面区域の少なくとも一部を構成し、前記方法はさらに、
   前記挿入部（６）を前記開口（２）内に配置して干渉力（２０）を印加することによって、前記締まり嵌めを確立するステップと、
   前記締まり嵌めの確立後、前記対向表面区域の近傍において前記第１の材料を液化させ、前記第１および第２の材料を相互浸透させるために、前記第１の材料を液化させることな可能なエネルギーを前記対向表面区域の近傍に伝達することによって、前記挿入部（６）を前記開口（２）内に固着するステップと、
   前記固着するステップの間に液化された前記第１の材料を再固化させるためにエネルギーの伝達を停止するステップとを含む、方法。
2. 前記固着するステップにおいて、伝達された前記エネルギーは機械的振動エネルギーである、請求項１に記載の方法。
3. 前記機械的振動エネルギーに加え、せん断力（２２）が前記締まり嵌めに印加され、前記せん断力（２２）は前記第１及び第２の物体（１、５）間に作用する、請求項２に記載の方法。
4. 前記挿入部（６）は、前記開口（２）内に、前記長さ（Ｌ）が前記深さ（Ｄ）と実質的に平行な状態で配向され、前記締まり嵌めは、前記挿入部（６）の側面（７）と前記開口（２）の側壁（３）との間に確立される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記締まり嵌めは、前記長さ（Ｌ）および前記深さ（Ｄ）と実質的に平行に方向付けられ、かつ前記前記第１及び第２の物体（１、５）のうちの一つの近位面（９）に印加される前記干渉力（２０）の助けにより、前記挿入部（６）を前記開口（２）内に押し込むことによって確立される、請求項４に記載の方法。
6. 前記せん断力（２２）は、前記長さ（Ｌ）および前記深さ（Ｄ）と実質的に平行に方向付けられ、かつ前記第１及び第２の物体（１、５）のうちの一つの近位面（９）に印加される、請求項３〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記固着するステップの間、前記せん断力（２２）によって生じる前記第１及び第２の物体（１、５）の互いに対する動きが防止または制限される、請求項６に記載の方法。
8. 前記動きは、前記挿入部（６）の遠位端（１０）が前記開口（２）の底（４）に当接するように位置付けられることによって、開口断面における絞り（４１）によって、もしくは前記開口（２）内に位置付けられた補助アンビル（４０）によって、防止または制限される、請求項７に記載の方法。
9. 前記第２の物体は前記開口（２）を含み、前記第１の物体は前記挿入部（６）を含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. 干渉力（２０）、機械的振動エネルギー、および、適用可能な場合にはせん断力（２２）が、前記挿入部（６）を含む前記第１の物体に印加される、請求項２〜９のいずれか１項に記載の方法。
11. 前記第１の物体は、全体的に前記第１の材料で作られている、請求項９〜１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 前記第１の物体は、前記固着するステップの条件下で軟化または液化されない、さらに別の材料のコア（８２）をさらに含む、請求項９〜１０のいずれか１項に記載の方法。
13. 前記挿入部（６）の側面は、前記長さ（Ｌ）と実質的に平行に延在する隆起の形をしたエネルギー方向付け構造を含む、請求項９〜１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 前記開口（２）および前記挿入部（６）は、実質的に円筒形または円錐形である、請求項４〜１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 前記締まり嵌めを確立するステップおよび前記固着するステップの間、前記第２の材料は固体である、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
16. 前記第２の材料は、浸透可能な表面構造を含む、多孔質、繊維質のうちの一方である、請求項１５に記載の方法。
17. 前記第２の材料は、チップボード、ファイバーボード、木材、合板および厚紙のうちの１つである、請求項１５または１６のいずれか１項に記載の方法。
18. 前記第１の材料は、少なくとも０．５ＧＰａの弾性係数を有する熱可塑性ポリマーを含む、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の方法。
19. 前記第１の材料は充填剤をさらに含む、請求項１８に記載の方法。
20. 前記挿入部（６）および前記開口（２）の断面は、前記締まり嵌めが前記断面の周囲の一部のみに制限されるように同じ形状を有さないことによって、互いに適合される、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の方法。
21. 前記挿入部（６）および前記開口（２）の断面ペアリングは、前記開口（２）の前記深さ（Ｄ）に沿った所定区域に前記締まり嵌めが制限されるように、前記深さに沿って異なっている、請求項１〜２０のいずれか１項に記載の方法。
22. 前記締まり嵌めは、前記開口の口まで延在していない区域に制限され、前記開口の前記口には好ましくは、前記締まり嵌めが実質的にない、請求項２１に記載の方法。
23. 前記挿入部（６）は、前記第１及び第２の物体（１、５）のうちの一つであって前記挿入部（６）を含むものの近位側からアクセス可能である内側開口（７０）を含み、前記締まり嵌めを確立するステップは、前記開口（２）に対して前記挿入部（６）を配置するサブステップと、その後、前記締まり嵌めを確立するために前記開口（２）内での前記挿入部（６）の膨張を引き起こすために、膨張要素（７１）を前記内側開口（７０）内に挿入するサブステップとを含む、請求項１〜２２のいずれか１項に記載の方法。
24. 請求項１〜２３のいずれか１項に記載の方法を自動で実行するための機械であって、
    前記締まり嵌めを確立するために前記挿入部（６）を前記開口（２）内に挿入するための挿入手段（２１、９１）と、前記固着するステップを実行するための固着手段（２１）とを含む、機械。
25. 前記挿入手段を有する挿入ステーションと、それとは別個の固着ステーションとを含む、請求項２４に記載の機械。
26. 前記挿入ステーションから前記固着ステーションに第２の物体を搬送するための搬送手段をさらに含む、請求項２５に記載の機械。
27. 挿入するステップの前に前記開口を製造するための開口製造手段（９３）を有する開口製造ステーションをさらに含む、請求項２４〜２６のいずれか１項に記載の機械。
28. 請求項２７に記載の機械を含み、第１の物体のストックをさらに含む、セットであって、前記第１の物体（５）の前記挿入部（６）と前記開口製造手段（９３）とは、前記挿入部（６）を前記開口（２）内に挿入すると前記締まり嵌めが確立できるように、互いに適合されている、セット。

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