JP6914854B2 - 第１の物体にコネクタを固定するための方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、機械工学および構築、特に、機械構築、例えば、自動車工学、航空機構築、造船、器械構築、おもちゃ構築などの分野にある。特に、本発明は、第１の物体にコネクタを固定し、第２の物体を第１の物体に機械的に固定する方法に関する。

自動車、航空、家具、およびその他の産業では、鋼構築から離れ、軽量建造物部品を使用する傾向がある。そのような要素の例は、例えば、ガラス繊維複合材または炭素繊維複合材、シート金属などの繊維複合材、産業に応じて、ファイバーボード、および建造物層間に配置された中間層（芯材）、例えば、ボール紙ハニカム構造体または軽量金属発泡体の２つの外側の比較的薄い建造物層を含む軽量建造物要素である。この種の軽量建造物要素は、「サンドイッチ板」と称し、「中空コアボード（ＨＣＢ）」と呼ぶことがある。それらは機械的に安定であり、心地よく見え、比較的軽い重量を有し得る。

しかし、建造物層が薄く、芯材がダボなどのコネクタを固定するのに適していないため、表面への接着結合によって以外、軽量建造物要素に物体を取り付けることは困難である。

これらの課題に対処するために、自動車、航空および他の産業は、接着結合を多用し始めている。接着結合は軽くて強くすることができるが、例えば、脆化した接着剤による劣化接着結合は、結合を完全に解放することなく検出することがほとんど不可能であるため、信頼性を長期間制御する可能性がないという欠点がある。また、特に、互いに接続される表面がある粗さを有する場合、接着結合は材料コストのため、および硬化プロセスが遅いために製造プロセスで生じる遅れのための両方で、製造コストの上昇をもたらし得、結果として、迅速に硬化する薄層接着剤は使用できない。

本発明の目的は、第１の物体、特にサンドイッチ板にコネクタを固定する方法を提供することである。さらなる目的は、第２の物体を第１の物体に固定する方法を提供することである。この方法は、従来技術の方法の欠点を克服すべきである。

本発明の１態様によれば、固体状態の熱可塑性材料を含むコネクタを第１の物体に固定する方法が提供され、該方法は、
‐第１の物体とコネクタとを準備すること、
‐コネクタを第１の物体にその遠位側から接触させること、
‐コネクタの近位方向に向く端が少なくとも部分的に流動可能であり、熱可塑性材料の流動部を形成するまで、物体とコネクタとが互いに押圧されながら、第１の物体に機械振動エネルギーを、遠位側に対向するその近位端面から衝突させ、流動部を第１の物体の構造に流入させること、および、
‐流動部を再固化させて、第１の物体とコネクタとの間を確実に嵌合接続させることを含む。

この場合、第１の物体の近位端面は元の状態のままであり得、すなわち、コネクタは第１の物体の近位端面に到達する必要はない。

あるいは、近位端面は、近位端面に開口部を備えてもよく、この開口部は、プロセスの間に形成される、またはあらかじめ形成されてもよく、流動部の一部が開口部を通って流動され得る。任意には、ソノトロードは、開口部を通って流動されたこれらの熱可塑性材料部分からヘッド部分を成形するための成形特徴を含み得る。

加えて、または代替として、方法は、コネクタが遠位側に固定されている位置（横（ｘ−ｙ−）位置）のマーキングを引き起こすことを含み得る。そのようなマーキングは、カラーマーキング、またはバルジなどの構造マーキングであってもよい。マーキングは、例えば、適切に成形されたソノトロードによって引き起こされる近位表面のわずかな変形（例えば、膨らみ）を引き起こすことによって、プロセス自体によって得てもよい。

第１の物体の構造は、貫通可能な材料の構造、特に孔であってもよい。
これに適した貫通可能な材料は、少なくとも本発明による方法の条件下では固体である。それは、液化した材料を流入させ、または固定のために押圧されることができる（実際のまたは潜在的な）空間をさらに含む。それは、例えば、繊維状もしくは多孔質であるか、または、例えば、適切な機械加工もしくはコーティング（貫通用の実際の空間）によって製造される貫通可能な表面構造を含む。あるいは、貫通可能な材料は、液状熱可塑性材料の静水圧下でこのような空間を成長させることができ、これは周囲条件下では貫通可能でない、またはごくわずかな程度でしかなくてもよいことを意味する。この特性（貫通用の潜在的な空間を有する）は、例えば、機械抵抗の面での不均一性の意味を含む。この性質を有する材料の例は、細孔が細孔から押し出されることができる材料で充填された多孔質材料であり、軟質材料と硬質材料との複合材料であるか、または構成物質間の界面接着性が、貫通液化材料によって及ぼされる力よりも小さい異種材料である。したがって、一般に、貫通可能な材料は、構造（孔、空洞などの「空の」空間）または材料組成（変位可能な材料または分離可能な材料）に関して、不均一性を含む。

ガラス繊維複合建造物層およびそれらの間に芯材を備えたサンドイッチ板の例では、貫通可能な材料は、例えば、建造物層と芯材との間にＰＵ接着剤などの発泡接着剤によって構成され得、および／または芯材自体は空間／細孔を含み得る。

実施形態では、この方法は、第１の物体の材料を変形および／または変位させるステップを含む。

‐特に、第１の物体の材料の変形および／または変位は、コネクタの一部が流動可能になる前に生じ得る。

‐特に、このような材料の変形および／または変位は、コネクタによって直接的に生じてもよく、すなわち、例えば、第１の物体に押し込まれた場合のコネクタが第１の物体の材料を変位および／または変形させる。

‐特に、コネクタの一部が少なくとも部分的に流動可能になるまで機械振動を作用させるステップにおいて、流動部が流入する構造は、第１の物体の変形部および／または変位部の構造を含み得る。例えば、変形および／または変位した部分は、変形および／または変位する前の状態と比較して密度が向上した領域を構成し得、流動部はこの密度が高められた領域の構造に流入する。

‐したがって、変形および／または変位のステップは、第１の物体の材料を圧縮すること、およびコネクタを圧縮材料および／またはその近傍、例えば、その近位方向および／またはその横方向に固定することを含み得る。

これらの任意の特徴は、独立して、または互いに組み合わせて、または部分的に組み合わせて実現し得る。

実施形態では、変形された部分および／または変位された部分は、第１の物体が上述の種類のサンドイッチ板である場合、芯材の材料を含む。あるいは、変形された部分および／または変位された部分は、（このような発泡体がサンドイッチ板の芯材を構成する場合にも）圧縮可能な発泡体を含み得る。

多くの実施形態では、プロセスの間、およびおそらくその後のコネクタは、遠位側から接近可能なままである。特に、実施形態では、コネクタと物理的に接触し、プロセス後に取り外される工具によって、近位側（振動が作用する）に押圧し得る。

加えて、または代替として、例えば、隠れたダボに関する欧州特許第１６１４５２５号明細書の教示とは対照的に、方法は、コネクタの遠位部を元の状態のままにすることを含み得、すなわち、材料の液化は、（適切な押圧工具によって第１の物体に押圧され得る）遠位端で生じない。

本文では、一般に、「コネクタ」という用語は、他の物体または接続部分を機械的に接続するための機械的コネクタを含む広義な用語でのコネクタを称し、すなわち、コネクタは、接続される物体または接続される複数の物体を備えた１片であり得る。また、コネクタは、そのような第２の物体を直接有する、または一体化し得る（例えば、第２の物体がセンサ、ケーブルなどである場合、コネクタ自体より小さい）。

１群の実施形態では、この方法は、コネクタによって第２の物体を第１の物体に固定するさらなるステップを含む。例えば：
‐コネクタは足部を含み得、第２の物体は、第１の物体の遠位方向に向く表面部と足部との間に締め付けられる。

‐コネクタは、糸、バヨネット接続のための構造、クリップオン構造、第２の物体を接着するための取り付け面などの取り付け構造を含み得る。

‐第２の物体は、以下でより詳細に説明するように、近位側から、例えば、実質的に元のままの近位方向に向く表面を介してコネクタを固定した後に第１の物体に組み付け得る。

‐加えて、または代替として、コネクタは、第１の物体の近位端面の近位方向に変形されるという点で、リベットと同様の機能を有し得る。特に、この場合、第２の物体は、第１の物体の近位方向に位置されてコネクタによって第１の物体に固定され得る。この群の実施形態のサブグループにおいて、コネクタは、第１の物体の一部を打ち抜くという点で、一種のパンチリベットとして機能し得る。加えて、または代替として、コネクタは、この第２の物体の材料に埋め込むことによって、第２の物体の材料内に打ち込まれて固定され得る。

第１の物体は、２つの対向する広い表面および狭い側面を有する略平坦な部分を有し得（例えば、略平らな／板状であり得る）、遠位側面および近位側面は広い表面に対応する。

第１の物体は、サンドイッチ板、すなわち、例えば、ガラス繊維複合材または炭素繊維複合材などの繊維複合材の、シート金属の、またはファイバーボードの２つの外側の比較的薄い建造物層、および建造物層間に配置された芯材、例えば、ボール紙ハニカム構造または軽量金属発泡体またはポリマー発泡体またはセラミック発泡体など、または離散距離ホルダーの構造を含む建造物要素であり得る。

この場合、物体とコネクタとが互いに押圧されている間に、第１の物体に近位端面から機械振動エネルギーを衝突させるステップの間に、コネクタは、例えば、第２の遠位建造物層および芯材を貫通し、第１の近位建造物層の内面に当たり、近位建造物層に対して機械振動を作用する工具が押圧される。

より一般的には、第１の物体は、遠位側から接近可能な開口部を含み得、第１の物体と第２の物体とを互いに接触させるステップは、第２の物体の近位方向に向く部分を開口部内に導入することを含む。第１の物体がサンドイッチ板である場合、開口部は少なくとも遠位建造物層に達する。

遠位側から接近可能な開口部を含む第１の物体の代替として、このような開口部は、コネクタを第１の物体の遠位方向に向く表面に押圧することによって形成され得る。この目的のために、コネクタは、先端または縁などの適切な穿孔または切断形状を含み得る。

上述したように、１群の実施形態では、方法は、コネクタによって第２の物体を第１の物体に固定することを含み得る。

この場合、コネクタは、機械振動エネルギーを第１の物体に衝突させるステップに先立って、このステップの間によって、および／またはその後に、第２の物体に取り付け得る。実施形態では、この目的のために、コネクタは、第２の物体に確実に嵌合するように接続または接続可能な遠位足部を含む。

特に、実施形態では、第２の物体を第１の物体に固定する方法は、足部、特に予め形成された足部を有するコネクタを使用すること、固定プロセスによって、足部の近位方向に向く当接面と、第１の物体の遠位方向に向く端面との間に第２の物体のシート部を締め付けて第２の物体を第１の物体に固定することを含み得る。

したがって、第２の物体（使用する場合に）は、固定後に第１の物体の遠位取り付け面に当たるシート部を含み得る。より具体的には、このようなシート部は、固定後に、第１の物体の遠位側の開口部に近い領域において、取り付け面とコネクタの足部の近位方向に向く当接面との間で締め付けられて、コネクタがその中に突出し得る。

実施形態では、第２の物体は、金属プロファイルなどのプロファイルを含む。該当する場合、金属プロファイルは足を保持し得る。

特に、第２の物体は、コネクタの遠位支持部（該当する場合、足部）またはコネクタの外観の遠位支持部を含み得、その結果、物体がコネクタに対して押圧される力に対する反作用力が、第２の物体に適用され得る。

機械振動エネルギーを第１の物体に衝突させるステップの後に、そのような第２の物体をコネクタに取り付けることによって、第２の物体を第１の物体に固定することを含む実施形態では、第２の物体の固定が、近位側からなされ得、第１の物体の近位方向に向く表面部は任意に元のままである（すなわち、コネクタによって邪魔されない）。これらの実施形態では、コネクタは、第１の物体の一種の補強材として機能し、第２の物体（例えば、ねじ、ダボ、ピンなどの締結具）がコネクタの材料に固定され、例えば、さもなければ、第１の物体の材料が弱すぎるおよび／または第２の物体が十分な定着強度でその中に固定されるほど緻密でないなら、第１の物体の材料がコネクタ補強材なしに十分な強度を有さない。

前述のように、この方法は、任意に、コネクタが固定されている位置で近位面にマーキングを加えることを含み得る。このようなマーキングは、これらの実施形態に使用されて、第２の物体を後のステップでも固定し得る。

第２の物体を近位側から固定することを含むこれらの実施形態、また、概して、記載された構成のいずれかにおいて、方法は、規則的または不規則な規定された配置で複数のコネクタを固定することを含み得る。

この方法は、コネクタを第１の物体に接触させるステップと、例えば、単一のソノトロードを使用して、物体とコネクタとが同じ第１の物体内で同時にすべて固定された複数のコネクタのために互いに押圧される間に、機械振動エネルギーを第１の物体に衝突させるステップを実行することを含み得る。この場合、複数のコネクタは、少なくとも、第１の物体とコネクタとが互いに押圧されている間に、第１の物体に機械振動エネルギーを衝突させるステップの間に、共通の第２の物体によって保持され得る。

本発明の第２の態様によれば、固体状態の熱可塑性材料を含む第１の物体にコネクタを固定する方法が提供され、この方法は、
‐第１の物体とコネクタとを準備すること、
‐コネクタを第１の物体にその遠位側から接触させること、
‐コネクタの近位方向に向く端と接触する第１の物体の一部が少なくとも部分的に流動可能であり、熱可塑性材料の流動部を形成するまで、該物体とコネクタとが互いに押圧されながら、第１の物体に機械振動エネルギーを、遠位側に対向するその近位端面から衝突させ、流動部をコネクタの構造に流入させること、および、
‐流動部を再固化させて、第１の物体とコネクタとの間を確実に嵌合接続させることを含む。

言い換えれば、本発明の第２の態様は、液化性熱可塑性材料が第１の物体に属し、その流動部が貫通して再固化後に確実に嵌合接続させる構造がコネクタに属する点で、プロセスを逆にすることを含む。そうでなければ、同じ任意の特徴が、上記第１の態様の任意の特徴、例えば、第１の物体がサンドイッチ板を含む場合には第２の建造物層を穿孔する穿孔ステップ、以上記載された手法のいずれか１つによって第２の物体を固定するステップ、固定の前に第１の物体の材料を変形および／または変位させるステップ、コネクタを接近可能な状態に維持するステップとして適用し得る。

以下は、本発明のいずれかの態様に関連し得る。
従来技術の超音波溶接または「ウッド溶接」プロセスとは対照的に、プロセスの間に第１の物体に対するソノトロードの移動は必要ではない。むしろ、第１の物体に対してコネクタを打ち込む前方移動は、コネクタに作用する押圧工具によって引き起こされ得るが、ソノトロードは、実質的に静止したままである。本発明は、また、特に本明細書に記載され、請求される方法を実施するための装置に関する。より詳細には、このような装置は、
‐機械振動を発生させるためのソノトロードに接続された振動発生装置と、
‐ソノトロードに対してコネクタを移動するための工具に接続された駆動機構と、ならびに、
‐振動発生装置および駆動機構に接続され、駆動機構の動作および振動発生装置の振動発生を制御するように備えられた制御ユニットとを含み得る。

制御ユニットは、機能的な意味でのユニットであり、物理的な意味でのユニットである必要はなく、すなわち、制御ユニットを構成する異なる要素は、互いに物理的に分離、例えば、異なる部品／異なる構成要素に属していてもよく、異なる構成要素は、任意に、さらなる要素を含み得、さらなる機能を果たし得る。

装置は、工具および／またはコネクタの位置を直接または間接的に検知するための第１の検知手段、および／または工具によってコネクタに及ぼされる力を直接的または間接的に検知するための第２の検知手段をさらに含み得る。

この場合の振動発生装置は、例えば、超音波溶接用の従来技術の装置とは対照的に、例えば、プロセスの間の第１の物体の位置を定める作業フレーム（作業テーブルなど）に対して静止した状態で取り付けられることによって任意に静止し得る。

装置が第１の検知手段を含む場合、この第１の検知手段は、工具の動きを測定することによって直接的に、例えば、光学的に、容量的に、など、または間接的に位置を測定し得る。後者の場合、移動測定は、駆動機構のフィードバックおよび／または制御信号に任意で基づき得る。

装置が第２の検知手段を含む場合、この第２の検知手段は、工具によって／工具に及ぼされる力および／または圧力を測定し得る。第２の検知手段は、専用の検知プローブ、例えば、工具と駆動機構と直列の圧電変換器を含み得、または駆動機構のフィードバックおよび／または制御信号を使用することを含み得る。

これらの状況および他の状況では、第１の検知手段および／または第２の検知手段は、制御ユニットに任意に一体化されてもよく、すなわち、制御ユニットは、用語の機能的意味での検知手段であってもよく、それらは物理的に別個の構成要素である必要はない。

いずれの場合でも、検知手段は、振動発生装置から分離された工具の位置および／または力を検知し、そのプロセスの間にソノトロードに向かって（近位方向に向かって）移動される。したがって、従来技術の手法とは対照的に、ソノトロードの力および／または位置ではなく、工具、すなわちカウンタ要素の力および／または位置がソノトロードの振動を制御するためのパラメータとして使用し得る。従来の振動発生装置は、振動を制御するための振動発生装置のフィードバック信号に依存する。本発明の実施形態によれば、このようなフィードバック信号は、（例えば、振動周波数を制御するための）二次制御パラメータとして使用され得るが、特に、例えば、振動発生のオン／オフ状態、場合によっては振動力および／または振幅も決定するための工具の列挙されたパラメータに依存する。

制御パラメータとして工具のパラメータ（単数）／パラメータ（複数）を、ソノトロード主体でなく使用するこの手法は、ソノトロードだけでなく、別個の支持体によって、プロセスの間に第１の物体を支持することを可能にする。ソノトロードによって吸収された力と別個の支持体によって吸収された力との間の力分布を知る必要はない。

この装置は、例えば、以下の基準の１つに従って振動発生を制御するように備えられ、プログラムされ得る。

‐トリガー力（工具上）が規定される。力がトリガー力を超えるとすぐに、振動が設定される。この第１の選択肢は、例えば、処理の間にコネクタが第１の物体の領域（例えば、第１の物体がサンドイッチ板である場合に芯材および場合によっては第２の建造物層）を貫通しなければならない場合に適しており、この貫通の間にコネクタは、固体状態を維持する必要がある。コネクタが、ソノトロードによって直接支持される第１の物体（第１の建造物層などの）の一部に十分に接近するとすぐに、トリガー力が達せられる。

‐上記選択肢と同様に、トリガー力が規定される。しかし、設定する振動の条件は、トリガー力が達せられ、かつコネクタの位置が特定の窓内にあることである。この第２の選択肢は、コネクタがまず第２の建造物層を機械的に貫通しなければならないセットアップ状態のサンドイッチ板の第１の物体に適しており、この貫通の間にコネクタに及ぼされる力は一般にトリガー力より大きく、システムによって機械振動エネルギーが吸収されることは望ましくない（例えば、コネクタおよび／または第１の層の一部によって望ましくない熱が発生するため）。

‐第３の選択肢によれば、振動の設定条件は、工具／コネクタの位置が規定された窓内にあることである。

‐他の選択肢または組み合わせ（例えば、異なる種類のコネクタに異なる選択択を適用するように、またはユーザによって選択された設定に基づいて装置がプログラムされている場合）も可能である。

いずれの場合でも、装置は、振動が作用している間、振動力が一定のままであるように、または振動力が特定のプロファイルに従うように、プログラムされ得る。力対時間挙動および振動力対時間挙動は、一般に同期される。

いずれの場合でも、装置は、振動が一時的にオフ（保持段階）された後、すなわち、熱可塑性材料が十分に再固化するまで、工具／コネクタに一定の押圧力を維持するようにプログラムし得る。いくつかの実施形態では、この保持された押圧力（保持力）は、機械振動のスイッチオフ後にさらに増加して、機械振動エネルギーで材料にさらに負荷をかけることなく、熱可塑性材料の液化／軟化近位端（例えば、ヘッド部を形成する）をさらに変形する。これにより、「接地面積」をさらに高くすることができ、すなわち、再固化後の流動部の横方向の拡大を高めることができる。

１群の実施形態では、装置は、工具によって適用される力が下方指向力であるものであり、プロセスの間に第１の物体の近位面が載置されるソノトロードのアウトカップリング面が、（重力の方向に対して）上方を向き、すなわち、ソノトロードは上方に作用する。

１群の実施形態では、装置は、第１の物体がプロセスを実行するために位置する当接面を含み、少なくとも１つのソノトロードが当接面に一体化され、すなわち、ソノトロードのアウトカップリング面は、当接面と近似的に面一である（この場合、もちろん、プロセスの間に、ソノトロードは振動し、振動を少なくとも第１の物体に接続するように少なくとも振動振幅によって表面から周期的に突出する）。

この例では、当接面は、少なくとも１つのソノトロードが作業台に一体化された状態で、第１の物体が位置し得る作業台（作業板／作業テーブル）を形成する。

装置は、このグループの実施形態では、（重力が第１の物体を当接面に押圧させるように）作業台である当接面に加えて、または代替として、第１の物体を当接面に押圧する他の手段、例えば、クランプ、当接面の吸引チャネル、空気圧プレス、および／または任意の他の適切な手段を含み得る。

装置は、実施形態において、例えば、適用可能であれば、当接面に対して規定された位置に配置された複数のソノトロードを含み得る。

以下が適用され得る：
コネクタは熱可塑性材料を含む。実施形態では、コネクタは熱可塑性材料からなる。

他の実施形態では、コネクタは、熱可塑性材料に加えて非液化性材料の本体を含む。
一般に、コネクタは、上述した任意の頭部または足部および／または可能なさらなる段差またはテーパを有する、実質的にピン形状またはボルト形状（すなわち、シャフト部を有する）であり得る。次に、コネクタの軸線は、シート部および取り付け面に対してほぼ垂直に延在するようにされる。しかし、コネクタは必ずしも円形の断面を有する必要はない。むしろ、それは、例えば、細長い、多角形、Ｔ字形、Ｈ形、Ｕ形などの異なる形状を有し得る。

適用されたエネルギーは機械振動エネルギーである。これにおける流動部の液化は、振動する第２の物体と第１の物体の表面との間の摩擦によって主として引き起こされ、これによって第１の物体を表面的に摩擦加熱する。

１群の実施形態では、コネクタおよび／またはコネクタが押圧される第２および／または第１の物体の一部は、押圧および振動の間に第１の物体と直接接触する表面に、例えば、ＷＯ９８／４２９８８またはＷＯ００／７９１３７またはＷＯ２００８／０８０２３８に記載されるように、超音波溶接または「ウッド溶接」プロセスで知られるエネルギーディレクタなどの、縁または先端などのエネルギーディレクタとして機能する構造を含む。

第１および（該当する場合）第２の物体は、用語の広い意味での構築成分（構築要素）、すなわち、機械工学および構築のあらゆる分野、例えば、自動車工学、航空機構築、造船、建造物構築、器械構築、おもちゃ構築などで使用される要素である。一般に、第１の物体と、コネクタと、（該当する場合）第２の物体は、すべて人工的で、人為的物体である。これにより、第１および／または第２の物体に木質材料などの天然材料を使用することが排除されない。特に、第２の物体は、第１の物体を機械的に補強する「ストリンガー」または他の補強材であり得る（またはその逆）。

熱可塑性材料の流動部は、プロセスの間に機械振動の影響により液化されて流動する熱可塑性材料の一部である。流動部は一片である必要はなく、例えばコネクタの近位端およびより遠位場所で互いに分離する部品を含み得る。

本明細書において、「機械振動によって流動可能にすることができる熱可塑性材料」という表現、すなわち略して「液化性可塑性材料」または「液化性材料」または「熱可塑性」という表現は、少なくとも１つの熱可塑性成分を含む材料を説明するために使用され、その材料は、加熱されると、特に、摩擦により加熱されると、すなわち、一対の表面（接触面）の各々に配置されて互いに接触し、互いに対して振動移動する場合に、液体（流動可能）になり、振動の周波数は、上記性質を有する。いくつかの状況では、例えば、第１の物体自体が実質的な負荷を支持しなければならない場合、材料が０．５ＧＰａより大きい弾性係数を有する場合に有利であり得る。他の実施形態では、コネクタの熱可塑性材料の振動伝導特性がプロセスの多くの実施形態において役割を果たさないので、弾性係数はこの値よりも低くてもよい。

振動が第１の物体に接続され、コネクタの（熱可塑性）材料に直接に接続されず、したがって熱可塑性材料が役割を果たさないという事は、本発明の実施形態の特別な利点をさらに構成し得る。特に、手法は、非常に低い弾性係数（弾力性係数）を有する材料を使用し得ることを可能にする。したがって、本発明による手法は、このような低弾性材料を、例えば、エラストマー熱可塑性プラスチックなどの第１の物体（例えば、サンドイッチ板）と接続することを可能にする。

熱可塑性材料は、自動車産業および航空産業においてよく知られている。本発明による方法の目的のために、特に、これらの産業での用途について知られている熱可塑性材料を使用し得る。

本発明による方法に適した熱可塑性材料は、室温（または方法が実施される温度）で固体である。それは、好ましくは、例えば、溶融によって固体から液体に変化する、または、臨界温度範囲を超えて流動可能であり、例えば、結晶化によって臨界温度範囲より下に冷却した場合に固体材料に再変化するポリマー相（特に、Ｃ、Ｐ、ＳまたはＳｉ鎖系）を含み、それによって、固相の粘度は、液相よりも数桁（少なくとも３桁以上）高い。熱可塑性材料は、一般に、架橋結合が溶融温度範囲以上に加熱されると可逆的に開放するように、共有結合的に架橋されていない、または架橋されていないポリマー成分を含む。ポリマー材料は、充填剤、例えば、熱可塑性の特性を有さない、または塩基性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性の特性を有する材料の繊維または粒子をさらに含み得る。

本明細書において、一般に、「非液化性」材料は、プロセスの間に到達した温度、したがって、特に、コネクタの熱可塑性材料が液化する温度で液化しない材料である。これは、非液化性材料が、プロセスの間に熱可塑性材料または複数の熱可塑性材料の液化温度よりも一般的にはるかに（例えば、少なくとも８０℃）高い温度で液化する可能性を排除するものではない。液化温度は、結晶性ポリマーの溶融温度である。アモルファス熱可塑性樹脂の場合、液化温度（「本明細書の溶融温度」とも呼ばれる）は、十分に流動可能となり、「流動温度」と称することもある（押出が可能な最低温度と規定されることもある）、ガラス転移温度を超える温度であり、例えば、熱可塑性材料の粘度が１０^４Ｐａ^＊ｓ未満（実施形態では、特に繊維強化材が実質的にないポリマーを用いて１０^３Ｐａ^＊ｓより下）の温度である。

熱可塑性材料の具体的な実施形態としては、ポリエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）またはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などのポリエステル、ポリエーテルイミド、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などのポリアミド、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリオキシメチレン、または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−アクリロニトリル（ＡＳＡ）、スチレン−アクリロニトリル、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、またはこれらの共重合体または混合物である。

熱可塑性材料の可能な実施形態は、熱可塑性エラストマーをさらに含む。熱可塑性エラストマーの概要は、Ｂ．Ｇｒａｄｙら、「熱可塑性エラストマー」；Ｊａｍｅｓ Ｅ． Ｍａｒｋ、Ｂｕｒａｋ Ｅｒｍａｎ、Ｍｉｋｅ Ｒｏｌａｎｄ、Ｅｌｓｅｖｉｅｒ ２０１３による、２０１３年版、第４版「ゴムの科学と技術」、第１３章に見ることができる。具体的に適切な熱可塑性エラストマーは、特に第１３．１章で検討されたもの、およびこの論文の図１３．２に示される構造を有する熱可塑性エラストマーである。

熱可塑性ポリマーに加えて、熱可塑性材料は、適切な充填剤、例えば、強化繊維、例えば、ガラスおよび／または炭素繊維をも含み得る。繊維は短繊維であってもよい。長繊維または連続繊維は、特に、処理の間に液化しない第１の物体および／または第２の物体の一部に使用され得る。

繊維材料（使用する場合に）は、繊維強化材として知られている任意の材料、特に、炭素、ガラス、ケブラー、セラミック、例えば、ムライト、炭化ケイ素または窒化ケイ素、高強度ポリエチレン（Ｄｙｎｅｅｍａ）などであり得る。

繊維の形状を有しない他の充填材、例えば、粉末粒子も可能である。
本発明による方法の実施形態に適した機械振動または発振は、好ましくは、２〜２００ｋＨｚ（さらに好ましくは１０〜１００ｋＨｚ、または２０〜４０ｋＨｚ）の周波数および０．２〜２０Ｗ／活性表面の平方ミリメートルの振動エネルギーを有することが好ましい。振動工具（例えば、ソノトロード）は、例えば、その接触面が主に工具軸（縦振動）方向に振動し、振幅が１〜１００μｍ、好ましくは約３０〜６０μｍになるように設計される。このような好ましい振動は、例えば、超音波溶接から知られた、例えば、超音波装置によって生成される。

本明細書において、用語「近位」および「遠位」は、方向および位置を参照するために使用され、すなわち、「近位」は、操作者または器械が機械振動を適用する結合の側であり、遠位は、その反対側である。本明細書において、近位側のコネクタの広がりは「頭部」と呼ばれ、遠位側の広がり部は「足部」である。

以下、本発明を実施するための方法、および実施形態を、図面を参照して説明する。写真を除く可能性はあるが図面は概略的である。図面において、同じ参照番号は、同一または類似の要素を称する。図面は以下を示す。

本発明の１実施形態による固定プロセスの段階である。 本発明の１実施形態による固定プロセスの段階である。 第２の物体としての金属要素を含む、固定プロセス用の代替構成である。 コネクタを第１の物体に固定することによって第２の物体を第１の物体に固定するプロセスの３つの異なる段階の間の第１の物体、第２の物体、およびコネクタの構成であり、第２の物体は金属フレームである。 コネクタが取り付けられた第２の物体の画像である。 図４の配置で実施される試験の異なるステップである。 図４の配置で実施される試験の異なるステップである。 圧縮可能な芯材を有する別の構成である。 図７の構成についての密度分布である。 方法の２つの異なる段階の間のさらに別の構成である。 方法の２つの異なる段階の間のさらに別の構成である。 図９a、図９ｂの変形例である。 方法によって任意の形状のコネクタと、任意の形状のデバイスと、複数のコネクタとをそれぞれ固定することである。 方法によって任意の形状のコネクタと、任意の形状のデバイスと、複数のコネクタとをそれぞれ固定することである。 第１の物体が非常に低密度の芯材を有するか、または芯材がない場合の方法の段階である。 第１の物体が非常に低密度の芯材を有するか、または芯材がない場合の方法の段階である。 第１の物体の近位表面が元の状態のままではなく、小さな開口部を備える実施形態である。 第１の物体の近位表面が元の状態のままではなく、小さな開口部を備える実施形態である。 近位側にマーキングを加えることを含む構成である。 固定されたコネクタのパターンを有する第１の物体である。 コネクタがパンチリベットとして機能し、これが材料中に打ち込まれることによって第２の物体に対して固定される実施形態における方法の段階である。 コネクタがパンチリベットとして機能し、これが材料中に打ち込まれることによって第２の物体に対して固定される実施形態における方法の段階である。 第２の態様の原理の説明図である。 プロセス図の例である。 プロセス図の例である。 エネルギー吸収の効率の位置依存性の原理の説明図である。 エネルギー吸収の効率の位置依存性の原理の説明図である。 方法の実施形態を実施するための装置の概略図である。 装置の作業台である。 多数のソノトロードを有する作業台の上面図である。

図１ａの構成は、第１の建造物層１１、第２の建造物層１２、および建造物層間の芯材１３を有するサンドイッチ板である第１の物体１を含む。第１および第２の建造物層は、連続ガラスまたは連続炭素繊維強化樹脂などの繊維複合材を含み得る。芯材は、任意の適切な軽量材料、例えば、ボール紙のハニカム構造であり得る。さらなる接着剤は、建造物層１１、１２を芯材に結合し得る。１例では、ポリウレタンベースのわずかに発泡する接着剤が使用される。接着剤中の可能性のある孔は、本発明の様々な実施形態における固定に寄与し得る。

第１の物体は、遠位端面から内側に延在し、特に第２の建造物層１２を貫通する開口部を含む。

コネクタ３は、熱可塑性材料からなり、足部３９と、足部３９から開口部を通って近位方向に延在するシャフト部とを有する。表された実施形態におけるシャフト部は、軸方向に延びる中空空間３８を有する実質的にチューブ形状である。近位端には、エネルギーディレクタ３６が配置されている。

コネクタのシャフト部の長さ（表された構成におけるその近位外側延長部）は、それが第１の建造物層１１の内面に当接する場合それでも開口部の口から突出するように、第２の建造物層１２および芯材１３の累積厚さよりも大きい。

ソノトロード６は、ソノトロード６と、コネクタの遠位端が押圧される非振動支持体７とにより、物体とコネクタとが互いに押圧されながら、第１の物体にその近位端面から機械振動と押圧力を接続させるために使用される。

振動と押圧力との複合効果は、熱可塑性材料の流動部３５が流動可能となり、コネクタ３の周囲の構造に押圧されることである。これにより、コネクタの寸法が変化する。再固化後、確実な嵌合接続が得られる。結果として得られる構成は、図１ｂに説明されており、足部が第２の建造物層１２の遠位方向に向く面にどのように載置され、流動部３５が第１の物体１の構造を貫通し、それによって一種の頭部を形成するかを説明する。足部３９は、第２の建造物層１２に直接載置する代わりに、第１の物体に固定される第２の物体のシート部、例えば、以下に説明するような任意の種類の第２の物体にも載置することができる。

図１ａおよび図１ｂに示されるコネクタ３は、追加または代替として、他のアイテムをそれに固定するために、例えば、そのような他のアイテムを中空空間にねじ込むことによって、または別の方法でそれに固定することによって使用することができる。この目的のために、コネクタは、熱可塑性材料に埋め込まれた金属ソケット（図示せず）などのさらなる要素を含み得る。

図２は、以下の特徴によって図１ａの構成とは異なる構成を示す。
‐コネクタは、管状ではなくピン状のシャフト部を有する。

‐コネクタは、例えば、コネクタが挿入される第２の建造物層１２の開口部を製造するためにも役立ち得る近位方向に向く先端（または他の自己貫通構造体）を有する。そのような製造ステップは、連続プロセスで行われ、続いて、流動部を流動可能にするステップが行われ、機械振動エネルギーの入力なしで、または機械振動エネルギーの入力ありで行われ得る。

‐ 第２の物体２は、第１の物体１に、それが足部３９と第２の建造物層１２との間に締め付けられているので、コネクタによって固定され、シャフト部３２は対応する開口部（穴またはスリットまたは類似物）を通って延在する。第２の物体は、任意の遠位くぼみを有するように説明されており、その寸法は足部３９の寸法に適合されて、足部が第２の物体に少なくともある程度はめ込まれるように足部を収容する。

これらの特徴は、互いに独立して実現可能である。
図３は、図２のものと同様の構成を示し、第２の物体２が金属フレームであり、シート部２１が金属フレームの一部である。図３の３つのパネルは、プロセスのステップ（左から右へ）、すなわち、第１および第２の物体１、２およびコネクタ３を互いに対して位置決めするステップ、機械振動の開始（すなわち、コネクタに衝突するエネルギーの初期段階）、および機械振動と押圧力が停止する段階をそれぞれ示す。

図３の左側のパネルでは、第２の建造物層１２が開口部なしで説明されている。前述したように、層の材料特性に応じて、開口部をあらかじめ製造するのではなく、コネクタの先端または他の貫通（切断／穿孔）特徴をそれに押圧することによってそれを製造することが選択肢である。しかし、ほとんど全ての第１の建造物材料の材料組成物の代替的な機能によれば、開口部はあらかじめ形成され得る。

示された実施形態では、さらに、コネクタの足部３９が遠位方向に支持され（支持部３９）、第２の物体によって横方向に案内されるように示されている。第２の物体による遠位支持および／または誘導は、本発明の他の実施形態の選択肢でもある。第２の物体による遠位支持により、ソノトロード６によって及ぼされる押圧力に抗する反作用力が第２の物体に作用し得、すなわち、第２の物体が第１の物体に押圧されて固定され得、その間に機械的エネルギーがソノトロードから後者に衝突する。

図３の左側のパネルは、流動部３５がどのようにして第１の建造物層の構造（適用可能であれば接着剤または同様のものを含む）に固定されることに加えて、特に、芯材１３がいくらかの実質的な寸法安定性を示す場合には、何らかの種類のリベット効果をももたらす頭部を形成し得るかを説明する。

図４は、２つのコネクタを保持する第２の物体の１例である金属プロファイル２の画像を示す。シャフト部の近位端が第１の建造物層１１に当接した場合に、第２の建造物層の開口部の口に接触するように位置された段差特徴３４を見ることもできる。これにより、第２の建造物層におけるさらなる固定が達成され得る。

図５および図６は、ボール紙ハニカム構造の芯材を有するサンドイッチ板である第１の物体１および両方のコネクタのために同時に固定プロセスを実施するのに適したサイズおよび形状を有するソノトロードと一緒に、図４の構成を表す。図５はプロセス開始時の状況を示し、図６はその終了時を示す。

図７は、第１の物体１が第１の建造物層１１、任意の第２の建造物層１２、および発泡体材料中間層１３を有する実施形態の例を示す。前の図と比較して、図７は、上下を逆にした配置を示す。

図７の実施形態は、固定の改善のために発泡中間層１３（芯材として機能を果たす）の発泡材料の圧縮を使用する。遠位建造物層１２の一部を除去または穿孔した後、コネクタ３を発泡体材料内に前進させて、コネクタ３と建造物層１１（圧縮部１４）との間の部分を圧縮する。横方向位置の関数としての密度プロファイルは、結果として、横方向位置ｘ（図７参照）の関数としての密度ρを示す図８に説明されるようになる。

発泡体材料の圧縮は、プロセスに複数の効果を与える。
‐第１に、発泡体材料が圧縮されるので、ソノトロード６とコネクタ３の近位端との間の距離が減少し、それによって、機械的エネルギーが移送されなければならない距離が減少する。

‐第２に、密度の増加は、材料を通る振動伝達能力の増大に寄与する。
‐第３に、圧縮により、コネクタの近位方向への前方移動に対する機械抵抗が徐々に増大し、そしてこれにより、中間層１３との界面におけるポテンシャルエネルギー吸収が増加する。

‐第４に、高密度化によって剛性と安定性がさらに高まり、その結果、液状化および再固化後の熱可塑性材料は、中間層の非圧縮部と比較して機械的に比較的安定した材料部分に固定される。

図７の実施形態では、コネクタ３は、基本的にボルト形状を有し、複数のエネルギーディレクタ３６を含むように説明されている。しかし、材料を圧縮させてその密度を局所的に増大させる概念は、コネクタの形状とは独立して適用可能であり、コネクタが圧縮材料部内に固定される。

以下は、表された構成から逸脱して変更され得る。
‐第２の（遠位）建造物層１２は省略することができ、すなわち、実施形態は第２の建造物層なしで第１の物体に対しても機能する。

‐第１の（近位）建造物層１１は省略することができ、すなわち、発泡体層１３は、次いでソノトロード６と直接接触するか、またはプロセス後に除去される一時的な中間要素と接触する。この機能は、少なくとも圧縮された場合に機械振動エネルギーが伝搬するのに十分な剛性を有する発泡材料をもたらした。

‐両方の組み合わせ、すなわち、第１の物体は、そのとき、発泡体要素１３からさえなり得る。

図９ａは、比較的大きな間隙、例えば、ハニカム中間層を有する軽量建造物材料芯材層１３の例についての圧縮の概念を説明する。圧縮部１４は、予めハニカム構造を構成した変形および／または変位ボール紙またはプラスチックシートなどの、芯材層の変形および／または変位部によって構成される。プロセスの後（図９ｂ）、再固化後の流動部３５の少なくとも一部は、変形部および／または変位部によって構成される圧縮部１４に固定される。図９ｂの実施形態の他の特徴は、芯材材料を圧縮する手法とは無関係であり、コネクタ３は足部３９を有し、第２の物体２、例えば、金属シート部を有する物体を第１の物体１に取り付けることに役立つ。この目的のために、第２の物体２は、コネクタが達する貫通開口部を有し、第２の物体の一部の遠位方向の足部３９は、貫通開口部を有し、頭部の近位方向に向く表面部は、開口部の周りの第２の物体に当接し、それによって、第２の物体は、第１の物体の遠位方向に向く表面とこの表面部との間で制限される（例えば、締め付けられる）。

この他の特徴は、本明細書に記載されたいずれの実施形態についても実現可能である。これに代えてまたはそれに加えて、このように第２の物体を接続するために、コネクタは、糸、バヨネット接続のための構造、クリップオン構造、第２の物体を接着するための取り付け面などの代わりの取り付け構造を含み得、または、それは、そのような第２の物体を直接支持または一体化し得（例えば、第２の物体がコネクタ自体よりも小さい場合、例えば、第２の物体がセンサ、ケーブルなどである場合）、または、それは、例えば、第２の物体の足であることなどで、第２の物体の機能部を備えた１片であってもよい。

図７および図９ａの実施形態では、第１の物体は、初期の遠位開口部を有するように説明されており、すなわち、第２の建造物層１２は局所的に除去されてコネクタへの接近をもたらす。これは要件ではない。むしろ、コネクタは、第１の物体の構造に依存して、例えば、図３、および、以下の、例えば、１０ａ／１０ｂまたは１５ａ／１５ｂに説明されるように、第１の物体の（初期に元の状態の）遠位表面に直接押圧され得る。これは、第１の物体がサンドイッチ板であり、コネクタが単一の近位先端を有していないが、より大きな近位接地面積を有していれば、選択肢でさえある。図９ｃは、外周リッジがパンチングおよびエネルギー誘導特徴１３６を形成する一致した例を説明する。最初に、押圧力が加えられると（任意には、周辺リッジが液化するには不十分な機械振動で）、第２の建造物層の一部が打ち抜かれ、その後、図７および図９ａ／９ｂに示すプロセスが行われ得（図９ｃの概念は、芯材層組成物とは無関係に適用される）、打ち抜かれた部分は近位方向に移動される。このため、特に、第１の物体に残る打ち抜かれた部分のために、このプロセスの変形は、コネクタの近位端での固定が少なくなり、第１の建造物層１１との接続が少なくなるが、熱可塑性部のより顕著な側方／横方向の流動を生じさせ、従って、第２の建造物層１２の近位に流動し、従って、第２の建造物層１２に対してより顕著な固定をもたらし得る。

図１０ａに非常に概略的に説明するように、本発明による手法の利点の１つは、コネクタ３が任意の形状を有し得るということである。特に、本発明による手法により、コネクタは、振動工具が機械振動をコネクタ内に接続することができる（必要な表面部への接続がない）形状を特に有する必要はない。むしろ、第１の物体に向かう面は、第１の物体に向かう押圧力を何らかの形で適用することができる限り、アンダーカットを形成する形状を含む任意の複雑な形状を有し得る（機械振動が物体に直接接続される必要がある場合よりはるかに少ない限定である）。

ソノトロード６は、上述したように、第１の物体の他の（近位）側に機械振動を適用するような形状であり、例えば、図１０ａに説明するように、実質的に平面の遠位方向に向くカップリング面を有し得る。

図１０ｂに示すように、第１の物体に接続される第２の物体２は、押圧力を第２の物体に適用し、したがって間接的にコネクタ３に適用することによって同時に固定された複数の予め組み立てられた（またはその場で組み立てられた）コネクタ３が備える場合、図１０ａについての同じ検討が適用される。この場合においても、第２の物体は、何らかの形で押圧力を適用することができる任意の形状を有し得る。

本発明による手法のさらなる一般的な利点は、図１０ｂから明らかになる。例えば、超音波溶接方法とは対照的に、第２の物体自体は、コネクタによって予め組み立てられていても機械振動ではなく、押圧力のみで負荷を受ける。したがって、精巧な第２の物体であっても、コネクタを用いて予め組み立てることが可能であり、その精巧な物体は、プロセスの間に存在する機械振動を維持するのに適さない。

本発明による手法は、第１の物体が実質的に芯材を有さない（すなわち、離散距離ホルダーによってのみ分離された２つの離間した建造物層１１、１２からなる）、または非常に低い密度の芯材層を有する軽量建造物である場合、および建造物層の材料が熱可塑性材料がその中を貫通するには高密度であっても機能する。図１１ａおよび図１１ｂに説明するように、流動部３５が流動して確実に嵌合接続する第１の物体１の構造は、建造物層間の中空空間であり、これにより、第１の物体とコネクタ３との確実な嵌合接続は、ブラインドリベット状の接続である。

上記実施形態では、以下が適用される。
‐ソノトロード６と接触する第１の物体の近位端面は元の状態のままであり、
‐その熱可塑性流動部は、ソノトロードと接触する第１の物体のこの近位端面には到達せず、ソノトロードと接触せず、および／または、
‐流動部の流動は、第１の物体の近位層（例えば、第１の建造物層１１）によって閉じ込められる。

図１２ａおよび図１２ｂに示すように、これらの条件のいずれも満たされない代替の実施形態が存在する。より詳細には、図１２ａおよび図１２ｂの実施形態では、コネクタは、第１の建造物層１１に穴を開けるための穿孔部３７を備える。それに加えてまたは代替として、第１の建造物層は他の手段によって穿孔され得る。例えば、遠位側から第１の物体に開口部が形成された場合、この開口部が形成される工具（ドリル等）は、第１の建造物層を穿孔するが、一般的には、第２の建造物層１２およびコネクタ３のシャフトの開口部よりはるかに小さい直径を有する。

図１２ａおよび図１２ｂの実施形態では、ソノトロード６は、第１の物体１に面する空洞６１を含み、第１の建造物層の開口部を貫通する流動部６５の一部が空洞６１内に広がり得る。特に、空洞は、少なくとも１つの面内方向に横方向延長部を有し得、その横方向延長部は開口部の延長部を超え、それによって、開口部を通って流動する熱可塑性材料は、再固化後に、コネクタを確実に嵌合して遠位方向の力に対して固定する頭部を形成する。１例では、キャビティ６１が熱可塑性材料で充填されるまでプロセスを実行し得、それによってキャビティは熱可塑性材料用の型として機能する。

図１３には、更なる原理が説明されている。すなわち、第１の物体１の近位端面は、図１２ｂに示すように熱可塑性材料は必ずしも貫通しないが、コネクタが端面の下のどこに位置するかを一義的に示すマーキングを含む。これは、ねじまたはピンまたはダボなどのさらなる物体が、近位側から挿入されて固定される後の処理ステップにある場合に利点を有し得る。このようなさらなる目的は、状況に応じて、有利にコネクタの材料に固定され得、それによってコネクタがアンカーとして機能を果たし得、特に、第１の物体自体の材料が、そのようなさらなる物体の硬い固定に対して十分に安定ではない。

図１３の実施形態では、マーキングは、コネクタが固定されているところで生じる第１の物体の変形によって行われる。説明される実施形態では、ソノトロード６は、この場合もやはり、第１の物体の外向きの膨らみを可能にするキャビティを備え、その第１の物体は、例えば、塑性変形性および／または弾性変形性材料を含み得る。

より一般的には、図１３のように、コネクタの固定によってマーキングが行われるか、または別個のマーキングが行われるか、マーキングが行われないかに関係なく、第１の物体は、異なる横方向の位置、例えば、特定の要件に対応する位置のパターンまたは規定された位置に位置する複数のコネクタを備え得る。これは、近位側および／または遠位側からさらなる物体を取り付けるための取り付け位置９１のパターンを有する第１の物体を示す図１４に非常に概略的に説明されており、各取り付け位置９１は固定されたコネクタによって構成される。取り付け位置の中心９２は明確に規定され得るが、正確な横方向の延長部は、流動部の流動に依存し得、したがって、実施形態では正確には規定されない場合がある。

図１５ａおよび図１５ｂは、コネクタ３がパンチリベットと同様の機能を有するさらに別の実施形態を示す。この場合、コネクタ３を第１の物体に結合することは、一般に、
‐第１の物体とコネクタとを準備し、コネクタは第１の物体とは別個であり、近位端と遠位端との間に延在し、コネクタ本体５を含み、コネクタ本体は遠位方向に向く打ち抜き縁を形成し、コネクタおよび第１の物体の少なくとも１つは、固体状態の熱可塑性材料４を含むステップと、
‐遠位端が第１の物体１の遠位方向に向く表面と物理的に接触するように、第１の物体に対してコネクタ３を位置するステップと、
‐コネクタを第１の物体１の材料内に打ち込み、コネクタが第１の物体の一部を通ってその遠位側から近位側に延在し、第１の物体の材料がコネクタ本体によって打ち抜かれるまで、およびコネクタ本体が固体のままである間に、熱可塑性材料４の少なくとも流動部３５が流動性になり、コネクタと第１の物体とに対して流動するまで、機械振動を第１の物体に近位側から接続するステップと、ならびに、
‐熱可塑性材料の流動部を再固化させるステップとを含む。

特に、この方法は、図１５ｂに示すように、コネクタ本体を変形させて、コネクタを第１の物体に固定するために第１の物体の一部の遠位方向に延長させるさらなるステップを含み得る。この目的のために、ソノトロード６は、従来技術のパンチリベット打ち用の当接から公知の構造などの、一致したリベット打ちダイ構造（成形部６２）を備え得る。

第１の物体１は、例えば、繊維複合材料であり得る。
この方法は、図１５ａに説明するように、第１の物体２に対して第２の物体を位置決めすることをさらに含み得、第１の物体１の材料に打ち込まれるステップにおいて、コネクタ３は、また、第２の物体２またはその開口部を通って打ち込まれて、第１および第２の物体を互いに接続する。

特に、図１５ａに説明するように、第２の物体は、第１の物体の近位方向に位置され得る。

このような構成の第２の物体２は、繊維複合材料であってもよいし、金属であってもよい。

コネクタ本体５は、第２の物体の材料に打ち込まれ、同時に変形されて、図１５ａに示すように、第２の物体２の材料内に、またはその近位方向に埋め込まれたパンチリベット足を生じ得る（本出願の用語では、振動が適用される方向が近位方向であり、したがって、図１５ｂでは、「足」は近位足である）。後者の場合、（任意に、振動の適用と同時に）打ち込む方法ステップは、コネクタが第２の物体を通って打ち込まれるまで実行され得、第２の物体の一部を打ち抜き得る。

後者の選択肢とは対照的に、図１５ａ／１５ｂの実施形態では、コネクタ本体５と第２の物体２との材料対、および成形部６２の形状は、コネクタ本体が第２の物体を打ち抜かず、単にそれを変形させるだけであり、第２の物体材料内に近位コネクタ足を形成するように選択される（図１５ｂ）。これは、例えば、適切な鋼またはアルミニウム合金などの第２の物体用の延性材料を選択し、成形部分６２に比較的平滑な表面を備え、第１の物体材料が打ち抜かれるが第２の物体２内で変形が可能であるようにコネクタ本体の材料強度を最適化することによって達成され得る。

説明された実施形態では、任意の特徴として、コネクタ本体５は、皿頭部を有し、そのプロセスにおいて、その近位端面が第１の物体１の遠位面と同一面にある限り、第１および第２の物体のアセンブリに任意に押圧される（図１５ｂ）。この特徴は、一種の変更されたパンチリベットとして、第１の物体と第２の物体を接続する唯一の機能をコネクタが有する場合に特に有利になり得る。

本発明のこれらの「パンチリベット」の実施形態による手法は、実質的にパンチリベットの機能を有するコネクタを提供することによって、迅速かつ低コストのプロセスを提供するという利点を有する。機械的に変形可能なコネクタ、特に、塑性変形した金属リベットは、パンチリベットを含み、当該技術分野において非常に長い間知られている。しかし、例えば、金属（またはセラミックまたは硬質プラスチックまたはガラスなど）本体と熱可塑性材料を液化させて再固化させる手法との組み合わせにより、高せん断力耐性、高延性などの非液化性材料の材料特性、または用途に応じて、導電性などの他の特性の利点を使用し得る。それにもかかわらず、従来のパンチリベットの欠点は回避される。熱可塑性材料は、接触に対するシールドをもたらし得るだけでなく、腐食を引き起こし得る。流動されて再固化された熱可塑性材料は、可能性のある剥離効果を防止または治す能力も有する。また、熱可塑性材料は、「スプリングバック効果」のような悪影響を回避するのに寄与し得る。

さらに、超音波によって助長される打ち抜き加工は、剥離を低減し、打ち抜き位置の周囲の損傷領域の範囲を低減する効果を有することが観察された。

さらに、熱可塑性材料を使用することは、以下の効果の１つまたは組合せを有し得る：
‐低い力、過度の押圧がなく、異なるコネクタ間のシート材料の膨らみ効果がない、
‐特に、重なり合うシート材料の面で接着剤と組み合わせて使用される場合、応力誘導向上エージングおよび腐食割れについてのリスクを低減する最小残留応力、
‐例えば、第２の物体が貫通孔を有する場合、許容範囲の補償、
‐コネクタの熱可塑性部品が１６０℃未満のガラス転移温度を有する場合、自動車用途における電気泳動堆積（ＥＰＤ）プロセスの間に熱応力を補償することもでき得る。

本発明の第２の態様の例を図１６に示す。この場合、コネクタ３は熱可塑性材料を有さず、第１の物体１は有する。代わりに、コネクタ３は、アンダーカット構造１３１、特に、熱可塑性材料によって流入することができる構造１３１を有して確実な嵌合接続をもたらす。

より具体的には、図１６に説明する実施形態では、第１の物体１は、第１の建造物層１１、第２の建造物層１２、および芯材１３に加えて、例えば、第１の建造物層の遠位方向に熱可塑性層１６を有する。プロセスの間、コネクタ３の近位端が熱可塑性層１６および第１の建造物層１１に向かって押圧される場合、熱可塑性層の熱可塑性材料の流動部が流動性になり、構造１３１を貫通して、再固化後、コネクタを確実に嵌合固定する。

別個の専用の熱可塑性層を有する代わりに、またはそれに加えて、第１の物体１は、例えば、第１の建造物層、芯材および／または第１の建造物層に芯材を結合する接着剤層が熱可塑性を有する場合、他の形態で熱可塑性材料を有し得る。

図１６に示すように、近位端にアンダーカットを備えた構造体１３１を有することに加えて、または代替として、第２の態様の実施形態におけるコネクタは、任意の他の構造、例えば、側方構造（配列くぼみ）、巨視的気孔率などを有し得る。

図１７は、本発明の第１または第２の態様によるプロセスのプロセス図を示す。１０１は、時間ｔの関数としてコネクタに適用される力を示し、１０２は、振動エネルギー入力（時間当たりのエネルギー、すなわち電力Ｐ）を示す。

説明される実施形態では、時間の関数としての力は、コネクタが第１の物体１を貫通する場合に、例えば、適用可能であれば、第１の建造物層を貫通しなければならない場合に、第１のピークを有すると仮定される。構成（第１の物体の構造；既製の遠位開口部の可能性のある存在およびサイズなど）に応じて、このような第１のピークは存在してもいなくてもよく、もし存在するならば異なる特徴を有し得る。いくつかの段階では、コネクタの近位端は、それが第１の建造物層に当接するので（例えば、図１〜３のような構成で、および／またはそれが押圧される材料の抵抗が徐々に上昇するので、さらなる抵抗に直面する（第２のピーク１０５）。この方法を実施するための装置は、力が十分に高い場合のみ、例えば、力がトリガーレベルＦ_ｔに達した後に、機械振動エネルギー入力を開始するように構成し得る。

この場合、ほとんどの実施形態では、力は、コネクタに対する（適切な押圧工具によって適用される）力であり、振動発生工具に対する力ではない。従来技術のプロセスとは対照的に、エネルギー入力を制御するために使用される力および振動エネルギーを適用するデバイスは、別々の／異なるデバイスである（しかし、もちろん同じ装置に属し得る）。

第１のピーク１０４（存在する場合に）がかなり高い、例えば、トリガー力Ｆ_ｔよりも高いと予想され得る場合、そのとき、コネクタを前進させる工具の位置は、制御に使用されるさらなるパラメータであり得、すなわち、装置は、少なくとも所定の位置まで近位方向に前進し、力がトリガー力を超える場合にのみ振動を適用するようにプログラムされ得る。これは、例えば、特に、第２の建造物層１２が、第１の物体の遠位方向に向く表面と接触した後に、コネクタによって穿孔される場合であり得る。したがって、この選択肢によれば、軸方向位置ｚの関数として、実施形態では、力がトリガーレベルを上回っていても振動が作用しない穿孔窓（機械的貫通窓）、および力がトリガー力を上回るとすぐに振動が設定されるトリガー用の検知窓があり得る。

他の代替として、制御は、振動入力が位置のみに依存するようであり得る（位置依存制御）。どちらの場合でも、押圧力を適用する工具のパラメータは、プロセスを制御するために使用され、振動工具は使用されない。しかし、任意には、振動発生装置によるフィードバックをプロセス制御のためのさらなる入力として使用し得る。

図１８は、機械振動を適用するステップの間に力が特に高くない（例えば、第１の物体の特定の構造により、および／または初期エネルギー入力後に、コネクタがやや速くなるので、および／またはコネクタ材料が低い弾性率を有するので）例を示す。そして、力（力曲線１０１）は、プロセス制御に適したパラメータではなく、代わりに位置を使用し得る。

この位置は、装置の力発生装置が、例えば、空気圧の代わりにステッパモータまたは良好に制御された油圧に基づくことによってなど、適切に制御可能である場合に、特に、プロセスの適切なパラメータであり得る。

本発明の実施形態の他の任意の特徴（プロセスを制御するためにどのパラメータが使用されるかに関係なく）が図１８に説明されている。すなわち、上述したように、振動が停止した後に保持力を維持し得る。この保持力は、選択肢によって、例えば、熱可塑性材料の流動部によってさらに顕著な頭部を形成するために、機械振動が停止した後に上昇する押圧力を示す破線１０１’によって説明されるように、エネルギー入力の間に適用される力よりもさらに高くなり得る。勿論、スイッチオフの間および振動が停止した後、しばらくの間、押圧力を一定に保つことを含めて、他の圧力−時間曲線が可能である。

第１の物体の構造および材料に依存して、第１の物体を通ってコネクタ３の熱可塑性材料へのエネルギー伝達の効率は、コネクタが近位方向に向かってどれだけ遠くまで前進したか、すなわち、コネクタの近位端がどれだけソノトロード６に近いかに強く依存し得る。図１９ａは、第１の物体が厚さＤを有し、コネクタが最初に第２の建造物層を穿孔しなければならない状況を非常に概略的に表す（図１７および図１８に概略的に説明するような第１のピークに至る）。図１９ｂは、コネクタの最も近位部分の位置ｚの関数としてのエネルギー伝達効率ηを概略的に示す。特に、第１の物体が芯材層を有し、芯材層が比較的弱い場合、効率は、そのような芯材層（または他の低密度および／または低密度繊維）が、機械振動エネルギーの弱い伝達物質であるので、コネクタの最も近位位置がソノトロードに近くない場合、かなり低い。効率曲線は、例えば、コネクタ材料がガラス転移温度を超えるように加熱されると、時間の関数としてシフトし得（図１９ｂの実線から点線への移行）、それにより、内部摩擦の増大により振動エネルギーの効率的な吸収体となる。したがって、プロセスパラメータは、コネクタの第１の物体への移動の速度にも依存し得る。

特定の設定では、位置に対する効率の強い依存性により、力制御プロセスでは、穿孔ステップの間に、コネクタへのエネルギー伝達が弱く、このステップの間に機械振動が作用するかどうかは関係し得ないので、上記のような機械的貫通窓を予測することは不要であり得る。

図２０は、本発明の異なる態様による方法を実施するための装置の１実施形態を示す。制御ユニット１５０は、ソノトロード６を振動させるトランスデューサユニット１５１と、コネクタ３を近位方向（表された構成では第１の物体１）に向かって押圧するための工具１５３を前進させる駆動機構１５２とを制御する。駆動機構は、例えば、同期モータを備えた駆動機構などの負荷フレームに対して、制御可能な動作が明確に規定された電気駆動機構であり得る。あるいは、駆動機構は、油圧駆動（実質的に規定された位置／前進移動の利点も有する）または空気駆動（規定された駆動力を有する）または他の適切な駆動機構に基づくものであり得る。上記の機構の組み合わせも可能である。

この場合、ソノトロードおよびトランスデューサユニットは、前進させるための駆動機構を備える必要はないが、例えば、作業フレーム（例えば、作業テーブル）に対して静止して取り付けられ得る。しかし、このような（追加の）ソノトロード駆動機構は排除されない。

制御ユニット１５０は、上述したように、以下に基づいてプロセスを制御する：
‐工具１５３によって及ぼされる力および／または圧力；および／または、
‐工具の位置および／またはコネクタの位置。

この目的のために、装置は、工具による力を測定する力／圧力測定ステージ１５４を含み得る（力および圧力は、明確な配置を前提として等価であり、本明細書では、一般に、しばしば「力」という用語のみが使用され、勿論、当業者は、力と圧力との間の等価性を知っている）。そのような力測定ステージ１５４は、専用の測定プローブによって、または駆動機構１５２自体の制御信号および／またはフィードバック信号に加えて、または代替として構成し得る。

装置は、力測定ステージ１５４に加えて、またはこれに代えて、位置測定ステージ１５５を含み得る。また、位置測定ステージ１５５は、専用の測定プローブ、例えば、光学測定または容量測定などを行うことによって構成され得る（このための異なる機構は当該技術分野で知られている）。付加的に、または代替的に、位置測定ステージは、駆動機構の制御信号および／またはフィードバック信号（例えば、駆動機構がステッパモータを含む場合、ステップ数の評価など）を使用することを含み得る。

図２１および２２を参照すると、この方法を実施するための装置の実施形態の他の可能な特性が示されている。従来技術の方法、例えば、超音波溶接法とは対照的に、図２０を参照して説明されている例に関して、ソノトロードは、本発明の原理による手法におけるプロセスの間、前進運動を行う必要はない。これは、ベンチ８０上の規定された位置または規定された複数位置にソノトロードまたは複数のソノトロード（図２１）がそれぞれ位置された、例えば、一般的な作業テーブルのような装置として装置を構成するために使用され得、そのベンチは、第１の物体の近位表面のための当接面として機能を果たす。押圧工具を使用して、ソノトロードの横方向（ｘ−ｙ）位置／複数の位置でコネクタを第１の物体に押圧し得る。装置全体またはそのベンチ部分は、実質的に平らでテーブル状の（ボード状の部分を有する第１の物体に対して）ものであり得、ソノトロード／ソノトロードが、最大でも機械振動のおよそ振幅だけプロセスの間に突出する。

任意に、ベンチは、第１の物体がそれに当接した場合に表面に真空を生成する吸引チャネル８１などの、第１の物体をその上に安定化させる手段を含み得る。

Claims (24)

1. 第１の物体にコネクタを固定する方法であって、
   前記コネクタを前記第１の物体に最初に接触させる前記第１の物体の側を該第１の物体の遠位側、前記第１の物体の前記遠位側とは反対側を前記第１の物体の近位側とし、
   前記コネクタは固体状態の熱可塑性材料を含み、
   前記方法は、
   ‐前記第１の物体と前記コネクタとを準備すること、
   ‐前記コネクタを前記第１の物体に、該第１の物体の遠位側から接触させること、
   ‐コネクタの近位方向に向く部分が少なくとも部分的に流動可能であり、前記熱可塑性材料の流動部を形成するまで、前記第１の物体と前記コネクタとが互いに押圧されながら、前記第１の物体に機械振動エネルギーを、前記遠位側に対向する前記第１の物体の近位端面から衝突させ、前記流動部を前記第１の物体の構造に流入させ、前記コネクタの遠位部では熱可塑性材料の液化が起こらないこと、および、
   ‐前記流動部を再固化させて、前記第１の物体と前記コネクタとの間を確実に嵌合接続させることを含む、方法。
2. 前記第１の物体の近位端面を、前記コネクタがこの近位端面から遠位方向に停止されることにより、元の状態のままにする、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１の物体は、第１の近位建造物層、第２の遠位建造物層、および前記第１の建造物層と前記第２の建造物層との間の芯材を含むサンドイッチ板であり、
   接触させるステップおよびエネルギーを衝突させるステップでは、前記コネクタは、前記第２の建造物層および前記芯材を通過されるが第１の建造物層によって停止され、
   コネクタの近位方向に向く部分は、前記第１の建造物層の遠位表面に対して押圧された前記コネクタの近位端を含み、
   前記流動部は、前記第１の建造物層の前記遠位表面に沿って少なくとも部分的に流動する、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記第１の物体に機械振動エネルギーを衝突させるステップの間に、前記コネクタは前記第１の物体の遠位面の開口部内に突出する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記コネクタによって前記第１の物体に第２の物体を固定することを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記第２の物体は、固定後に前記第１の物体の遠位取り付け面に当たるシート部を含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記シート部は、前記取り付け面と前記コネクタの足部の近位方向に向く当接面との間に締め付けられる、請求項６に記載の方法。
8. 前記第２の物体は金属プロファイルを含む、請求項５〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記第１の物体と前記コネクタとが同時に複数のコネクタのために互いに押圧されている間に、機械振動エネルギーを前記第１の物体に衝突させるステップを実行することを含む、請求項５〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記コネクタが共通の第２の物体によって保持され、前記第２の物体が前記コネクタに押圧される力に対する反作用力が前記第２の物体に適用される、請求項９に記載の方法。
11. 前記第１の物体内の前記第１の物体の材料を変形および／または変位させるステップを含む、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 前記コネクタの一部が少なくとも部分的に流動可能になるまで前記機械振動を作用させるステップにおいて、前記流動部が流動する構造は、前記第１の物体の変形された部分および／または変位された部分の構造を含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記第１の物体の材料を圧縮して圧縮材料を生成し、前記圧縮材料および／またはその近傍に前記コネクタを固定することを含む、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 固体状態の熱可塑性材料を含む第１の物体にコネクタを固定する方法であって、
    前記コネクタを前記第１の物体に最初に接触させる前記第１の物体の側を該第１の物体の遠位側、前記第１の物体の前記遠位側とは反対側を前記第１の物体の近位側とし、
    前記方法は、
    ‐前記第１の物体および前記コネクタを準備すること、
    ‐前記コネクタを前記第１の物体の遠位側から前記第１の物体と接触させること、
    ‐コネクタの近位方向に向く端と接触する前記第１の物体の一部が少なくとも部分的に流動可能であり、前記熱可塑性材料の流動部を形成するまで、前記第１の物体と前記コネクタとが互いに押圧されながら、前記第１の物体に機械振動エネルギーを、前記遠位側に対向する前記第１の物体の近位端面から衝突させ、前記流動部を前記コネクタの構造に流入させること、ならびに、
    ‐前記流動部を再固化させて、前記第１の物体と前記コネクタとの間を確実に嵌合接続させることを含む、方法。
15. 機械振動エネルギーを前記第１の物体に衝突させるステップは、振動工具を前記第１の物体に当てることを含み、機械振動エネルギーを前記第１の物体に衝突させるステップの間の前記振動工具は静止している、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
16. 非振動工具を使用して、前記第１の物体に対して前記コネクタを近位方向に押圧することを含む、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
17. 前記非振動工具および／または前記コネクタの位置、前記コネクタが前記第１の物体に押圧される押圧力の少なくとも１つに基づいて、前記機械振動エネルギーを制御することを含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記機械振動エネルギーは、前記押圧力が閾値を超えた場合にのみオンにされる、請求項１７に記載の方法。
19. 第１の物体にコネクタを固定するための装置であって、
    ‐機械振動を発生させるための振動工具に接続された振動発生装置と、
    ‐前記振動工具に対して前記コネクタを動かすための工具に接続された駆動機構と、
    ‐前記振動発生装置および前記駆動機構に接続され、前記駆動機構の動作および前記振動発生装置の振動発生を制御するように備えられた制御ユニットとを含み、
    前記振動発生装置は静止して取り付けられている、装置。
20. 前記振動工具および／または前記コネクタの位置を直接または間接的に検知するための第１の検知手段をさらに含み、前記制御ユニットは、前記第１の検知手段に接続され、前記第１の検知手段から受信された信号に基づいて位置情報を得るように備えられている、請求項１９に記載の装置。
21. 前記工具によって前記コネクタに及ぼされる力を直接的または間接的に検知するための第２の検知手段をさらに含み、前記制御ユニットは前記第２の検知手段に接続され、前記第２の検知手段から受信した信号に基づいて押圧力情報を得る、請求項１９または２０に記載の装置。
22. 前記第１の物体が固定のために位置されるための当接面を含み、前記振動工具は、前記振動工具のアウトカップリング面が前記当接面とほぼ面一になるように前記当接面に一体化される、請求項１９〜２１のいずれか１項に記載の装置。
23. 横方向に離間した位置で前記当接面に組み込まれた複数の振動工具を含む、請求項２２に記載の装置。
24. 前記当接面は、上向きの作業台によって構成される、請求項２２または２３に記載の装置。

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