JP7269960B2 - ２つのワークピースを接合する方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１のプリアンブルに従って、２つの好ましくは平坦なワークピース、特に２つの金属シートを接合する方法に関する。本発明はさらに、そのような方法に従って互いに接合される２つの平坦なワークピースの配置に関する。

そのような方法は、例えば、特許文献１に記載されている。このタイプの既知の方法では、一般にハイブリッドコネクタが、２つの平坦なワークピース（例えば、金属シートなど）を接合するために使用される。それらコネクタはリベットなどの接合体を有し、さらに、ワークピースを接合するための粘性接着剤を利用する。それらワークピースを接合するために、最初に接着剤が一方のワークピースの接合面に塗布される。次に、２つのワークピースが順に重ねて配置される。それらは間の中間ギャップを区切り、そのギャップに接着剤が配置される。２つのワークピースは、続いて接合体によって互いに所定の位置に固定される。その後、接着剤は硬化する。接合体の導入時に、接着剤で満たされた中間ギャップに空気が押し込まれることがある。その結果、空気で満たされたエアチャンバ又は排気口路が接着剤内に発生することがある。これらは、状況によっては大気に向かって開口することがあり、その結果、湿気が浸透することがある。これにより、接続部分が腐食しやすくなる。接合体の代わりに、例えば溶接接続などの他のさらなる接合手段を使用した場合にも、同様の問題が生じる。

ＤＥ １０ ２００６ ０３９ ７１８ Ａ１

したがって、本発明の課題は、ワークピースのより良い接合が達成されるように、最初に述べたタイプの方法をさらに発展することにある。

この課題は、請求項１の技術的教示を使用して達成される。

本発明の基本的な考え方は、塗布方向に測定される長さ単位あたりの、ハイブリッド接着領域（ワークピースがさらなる接合手段を用いて互いに接合される）に塗布される接着剤の量が、塗布方向に測定される長さ単位あたりの、接着領域に塗布される接着剤の量よりも少ないことにある。したがって、ハイブリッド接着領域では、ワークピースが接着剤のみによって互いに接合される接着領域よりも、長さ単位当たりに配置される接着剤が少ない。また、ハイブリッド接着領域の接着剤量が減少することにより、中間ギャップに配置された接着剤をより良好に分散させることができる。このようにして、従来の方法の場合に比べて、接合面を覆うために必要な接着剤の量が少なくて済むという効果が得られる。さらに、これにより、２つのワークピースの固定時に、接着剤がハイブリッド接着領域と接着領域にわたって均一かつ広い領域に、すなわち接合面上にわたって分布するという効果がある。その結果、接合面は、接着剤の消費量を同時に減少させながら、高度に、例えば最大９５％まで接着剤で覆われる。さらに、接着剤の量が不均一に分布していることに起因し、「キルティング（ｑｕｉｌｔｉｎｇ）」又は「接着ポケットの形成」とも呼ばれる、塗布方向を横切る接着領域でのワークピースの膨らみを低減することができる。当技術分野では、均一な接着剤の塗布、又はリベットや溶接点の間の領域における接着剤量の減少は、この点で有利であると見なされている。

本発明はさらに、対になって配置され、互いに少なくとも部分的に対向して置かれ、かつ、中間ギャップを区切る少なくとも２つのワークピースの配置に関する。

中間ギャップの少なくとも１つに接着剤が配置されており、この接着剤は、ワークピースを互いに接合するように、最初に記載された方法に従ってワークピースの第１接合面に塗布される。さらに、ワークピースは、例えば接合体又は溶接点などのさらなる接合手段を用いて互いに接合される。

本発明による方法は、特に、平坦又は湾曲している薄いワークピースに使用することができる。同じ材料で構成された２つのワークピース、又は異なる材料で構成された２つのワークピースを互いに接合できる。特に、例えば鋼、アルミニウム又はマグネシウムからなる金属シート、ダイキャスト部品、又は炭素繊維で強化されたプラスチックからなるワークピースを使用できる。

好ましくは、材料ストランドは、それが塗布トラックの中心線を中心に振動して塗布されるような方法で、波、ジグザグ、又は鋸歯形状を有するパターンを形成する。振動とは、材料ストランドが中心線を中心に振動し、材料ストランドが中心線と交点を持つことを意味する。このパターンは、さらなる接合手段によって導入される空気を周囲に排出させるので、接着剤の硬化段階において問題を生じる空気流路の形成を少なくとも低減する。

パターンには、塗布方向を横断する成分がある。塗布トラックは、第１接合面に沿って真っ直ぐに又は曲がって延びることができるので、塗布方向は、第１接合面に対して一定であるか、あるいは、特定の点で又は連続的に変化できる。好ましくは、さらなる接合手段は中心線を通過する。

好ましくは、パターンと中心線との２つの連続する交点間の距離は、接着領域よりもハイブリッド接着領域の方で大きい。その結果、ハイブリッド接着領域では、長さ単位あたりの塗布方向に塗布される接着剤が少なくなる。パターンの２つの連続する交点間の距離は、材料ストランドを第１接合面に塗布する際の中心線との周波数、いわばストランド周波数を定義できる。そして、ストランド周波数は、接着領域よりもハイブリッド接着領域の方で低くなる。特に、パターンは正弦波の振動に相当できる。

あるいは、又はこれに加えて、中心線を基準としたパターンの最大振れは、接着領域よりもハイブリッド接着領域の方で小さくできる。これは、接着領域よりもハイブリッド接着領域の方で、塗布方向に長さ単位あたりの接着剤の塗布量が少ないという効果がある。中心線を基準としたパターンの最大振れは、パターンの振幅とも称される。特に、パターンの振幅及び／又は周波数は、ハイブリッド接着領域において、量に関して実質的にゼロであり得るので、材料ストランドは、中心線と一致する細い線の形状を有することになる。

好ましい概念は、パターンと中心線との２つの連続する交点間の距離が、ハイブリッド接着領域及び接着領域内で、それぞれ一定であること、及び／又は、中心線を基準としたパターンの最大振れが、ハイブリッド接着領域及び接着領域内で、それぞれ一定であることを規定する。さらに、遷移領域が、ハイブリッド接着領域と接着領域との間にそれぞれ配置されてもよく、遷移領域において、中心線を基準としたパターンの最大振れ、及び／又はパターンと中心線との２つの連続する交点間の距離が、連続的に又は突然に変化する。

本発明によれば、材料ストランドは、可変ストランド断面を有してもよく、この場合、ハイブリッド接着領域では、接着領域よりもストランド断面が小さくなる。これにより、ハイブリッド接着領域では、接着領域よりも接着剤又は接着材料の塗布量が少なくなるという効果もある。

ハイブリッド接着領域における、塗布される接着剤又は接着材料を低減するために、上記手段、すなわち、材料ストランドが可変ストランド断面を有すること、中心線を基準としたパターンの最大振れは、接着領域よりもハイブリッド接着領域の方で小さいこと、及び、パターンの中心線との連続する２点の交点間の距離は、接着領域よりもハイブリッド接着領域の方で大きいこと、の内の２つ、又は全ての組み合わせが好ましい。

好ましくは、ワークピースは、第１接合面に接着剤を塗布した後、互いに所定の位置に固定され、特に、互いに押し付けられる。これは、これらが自己穿孔型リベット（ｓｅｌｆ－ｐｉｅｒｃｉｎｇ ｒｉｖｅｔｓ）として構成されている場合には、他の接合手段も導入される自己穿孔型リベット装置の保持機構によって行うことができ、そうでない場合は、特別なクランプ装置によって行なうことができる。これに関して、接合面は互いに対向し、材料ストランドが配置される中間ギャップを区切り、そこで接着剤の接着硬化段階が開始する。接着硬化段階の開始後に、さらなる接合手段を用いて、ワークピースを互いに接合する際、特に、接着剤が硬化する前に、ワークピースを接合する方が実用的である。

好ましくは、ハイブリッド接着領域は、塗布方向において、少なくともさらなる接合手段の断面に対応する長さを有する。例えば、その長さは、さらなる接合手段の断面の約１．５倍、２倍、又は３倍に対応することができる。さらにハイブリッド接着領域は、好ましくは、塗布方向において、ほぼ同じ長さを有する。

好ましくは、接着領域は、塗布方向において、少なくとも材料ストランドのストランド断面に対応する長さを有する。具体的には、最も狭い接着領域は、少なくとも材料ストランドのストランド断面と同じ幅を有する。

好ましくは、接着領域は、ハイブリッド接着領域の長さの約１．５倍、２倍、又は３倍の長さを有し、塗布方向においてほぼ同じ長さを有する。

さらなる接合手段は、溶接接続、特に溶接点であってもよい。これらを塗布トラックに沿って配置すると実用的である。しかし、さらなる接合手段は、ワークピースと材料ストランドとを通して導入される接合体であってもよく、好ましくはリベットであり、実用的な目的のために、自己穿孔型リベットが使用される。また、溶接点と接合体の両方を使用することも可能であり、例えば、溶接点を塗布トラックの第１セクションで使用し、接合体を塗布トラックの第２セクションで使用することができる。

少なくとも１つのさらなるワークピースが、２つのワークピースの少なくとも１つに接合される場合、具体的には、２つのワークピースの接合と同時か、又は時間オフセットを伴って接合される場合、実用的である。この点では、個々の接合体又は全ての接合体が、２つ以上のワークピースを貫通することも可能である。少なくとも１つのさらなるワークピースは、従来の方法で、又は本発明による方法で接合できる。

以下では、図面に模式的に示された例示的な実施形態を用いて、本発明をより詳細に説明する。

ワークピースの接合面の概略上面図であり、その面に材料ストランドが第１波形パターンで適用されている。 ワークピースの接合面の概略上面図であり、その面に材料ストランドが第２波形パターンで適用されている。 ワークピースの接合面の概略上面図であり、その面に材料ストランドが第３波形パターンで適用されている。

図面に、ワークピース１０が概略的に示されており、詳細には示されていない第２ワークピースに接合されている。それは平坦な構造を有し、特に金属シートである。またワークピース１０は、第１接合面２０とも称される接合面２０を有する。それは、交互に配置された、複数のハイブリッド接着領域８０及び接着領域９０を含む。ハイブリッド接着領域８０は、それぞれ接着剤に加えて両方のワークピース１０を接合するのに役立つ接合体７０を収容することが意図され、ハイブリッド接着領域８０でハイブリッド接続が生成されることを特徴とする。

ハイブリッド接着領域８０及び接着領域９０の領域に、粘性接着剤からなり、複数のワークピース１０を合わせて接着するために使用される材料ストランド３０が、接合面２０に塗布される。材料ストランド３０は、塗布方向４０に延びる塗布トラック５０に沿って連続的に塗布される。塗布トラック５０は、一例として直線である。それはまた、弧状又は波状、又は曲がりを有してもよい。材料ストランド３０は、塗布トラック５０の中心線５５の周りを往復（振動）して塗布される。図１による第１の例示的な実施形態では、第１波形パターン６０を形成し、図２による第２の例示的な実施形態では、第２波形パターン６１を形成し、図３による第３の例示的な実施形態では、第３波形パターン６２を形成する。

塗布方向４０における長さに関して、ハイブリッド接着領域８０に塗布される接着剤の量は、塗布方向４０における長さに関して、接着領域９０に塗布される接着剤の量よりも、少ないことになっている。これは、塗布方向４０の長さ単位あたりに塗布される接着剤の量が、接着領域９０の塗布方向４０の長さ単位あたりに塗布される接着剤の量よりもハイブリッド接着領域８０で少ないことを意味する。ハイブリッド接着領域８０に塗布される接着剤の量を減らすために、波形パターン６０は、ハイブリッド接着領域８０と接着領域９０とで異なって構成されることが規定される。

この目的のために、中心線５５との第１波形パターン６０の２つの連続する交点６５の間の距離は、ハイブリッド接着領域８０及び／又は接着領域９０において変化する。中心線５５との第１波形パターン６０の２つの連続する交点６５の間の距離は、接着領域９０よりもハイブリッド接着領域８０の方で大きい。ハイブリッド接着領域８０では、第１波形パターン６０は、言ってみれば、接着領域９０よりも周波数が低い。全体として、より短い材料ストランド３０を、それによりハイブリッド接着領域８０に実装できる。

さらに、各波形パターン６０、６１、６２は、塗布方向４０を横切って延びる横方向４１の中心線５５を基準にして最大振れ６７を有する。第２波形パターン６１（図２）の場合、周波数の低下に加えて、振幅とも呼ばれる最大振れ６７は、接着領域９０よりもハイブリッド接着領域８０の方で小さい。この測定は、第１波形パターン６０と比較して、ハイブリッド接着領域８０内の材料ストランド３０をさらに短くする。

遷移領域９５は、各ハイブリッド接着領域８０と各接着領域９０との間に配置される。遷移領域９５において、中心線５５を基準とした第２波形パターン６１の最大振れ６７が連続的に又は突然に変化する。遷移領域９５では、第１波形パターン６０と第２波形パターン６１の、２つの連続する交点６５、６６間の距離も、連続的に又は突然に変化する。結果として、ハイブリッド接着領域８０における接着剤の塗布は、特に少なくなり得る。

図３によれば、特別な場合を表す第３波形パターン６２が示されている。第３波形パターン６２は、ハイブリッド接着領域８０における、最大振れ６７と、２つの連続する交点６５、６６の間の距離を有し、これらは、量に関してほぼゼロである。この手段によって、ハイブリッド接着領域８０における接着剤の塗布は、接着領域９０と比較してさらに減らすことができる。

材料ストランド３０が可変ストランド断面を有することもまた提供され得る。ハイブリッド接着領域８０に塗布する接着剤を少なくするために、材料ストランド３０のストランド断面は、接着領域９０よりもハイブリッド接着領域８０の方で小さくなるように設定できる。これにより、接着剤の量が少なくなり、いわば、ハイブリッド接着領域８０におけるより小さな材料ストランド３０となる。

第１接合面２０に接着剤を塗布した後、ワークピース１０は、互いに対向する接合面２０で互いに所定の位置に固定される。例えば、ワークピース１０は、互いに押し付けられている。固定後、接着剤が硬化し始める。この硬化段階の間に、点線で示される接合体７０がワークピース１０を通して導入される。接合体７０は、板金部品などのハイブリッド接合で使用されるリベットであり、好ましくは自己穿孔型リベットである。接合体７０は、ワークピース１０を互いに所定の位置に固定するために、すべてのハイブリッド接着領域８０に導入される。

ハイブリッド接着領域８０は、塗布方向４０において、少なくとも接合体７０の断面７１に対応する長さを有する。ハイブリッド接着領域８０はまた、塗布方向４０において、例えば、１．５倍、２倍又は３倍の長さとすることもできる。

好ましくは、接着領域９０は、少なくとも塗布方向４０において、材料ストランドのストランド断面の幅と同じ長さである。しかし、接着領域９０は、好ましくは、ハイブリッド接着領域８０と正確に同じ長さであり、好ましくは、それは１．５倍、２倍又は３倍の長さである。

本例示的な実施形態における接合体７０の使用は、ハイブリッド接続を作成するための唯一の可能性ではない。特に、図示されている自己穿孔型リベット７０は、全体的に又は部分的に、特に溶接点の方式で、溶接接続に置き換えることができる。

１０ ワークピース
２０ 接合面
３０ 材料ストランド
４０ 塗布方向
４１ 横方向
５０ 塗布トラック
５５ 中心線
６０ 第１波形パターン
６１ 第２波形パターン
６２ 第３波形パターン
６５、６６ 交点
７０ 接合体（自己穿孔型リベット）
７１ 断面
８０ ハイブリッド接着領域
９０ 接着領域
９５ 遷移領域

Claims (16)

1. 接合するための接合面（２０）をそれぞれ有する２つのワークピース（１０）、特に２つの金属シートを接合する方法であって、
   連続した材料ストランド（３０）の形態の粘性接着剤が、塗布方向（４０）に延びる塗布トラック（５０）に沿って、第１接合面（２０）に塗布され、
   前記接合面（２０）は、前記材料ストランド（３０）が配置される中間ギャップを区切るために、互いに向かい合うように配置され、
   前記ワークピース（１０）は、少なくとも１つのさらなる接合手段（７０）を用いて、前記材料ストランド（３０）の領域で互いに接合され、
   前記第１接合面（２０）は、複数の交互に配置されたハイブリッド接着領域（８０）及び接着領域（９０）を含み、
   さらなる接合手段（７０）が、各ハイブリッド接着領域（８０）に配置される方法において、
   前記塗布方向（４０）で測定される長さ単位あたりの、前記ハイブリッド接着領域（８０）に塗布される接着剤の量は、前記塗布方向（４０）で測定される長さ単位あたりの、前記接着領域（９０）に塗布される接着剤の量よりも少ないことを特徴とする方法。
2. 前記材料ストランド（３０）は、前記塗布トラック（５０）の中心線（５５）を中心に振動して塗布されるように、波、ジグザグ、又は鋸歯形状を有するパターン（６０、６１、６２）を形成することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記パターン（６０、６１、６２）と前記中心線（５５）との２つの連続する交点（６５、６６）間の距離は、前記接着領域（９０）よりも前記ハイブリッド接着領域（８０）の方で大きいことを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記中心線（５５）を基準とした前記パターン（６１、６２）の最大振れ（６７）は、前記接着領域（９０）よりも前記ハイブリッド接着領域（８０）の方で小さいことを特徴とする請求項２又は３に記載の方法。
5. 前記パターン（６０、６１、６２）と前記中心線（５５）との２つの連続する交点（６５、６６）間の距離は、前記ハイブリッド接着領域（８０）及び前記接着領域（９０）内で、それぞれ一定であること、及び／又は、
   前記中心線（５５）を基準とした前記パターン（６０、６１、６２）の最大振れ（６７）は、前記ハイブリッド接着領域（８０）及び前記接着領域（９０）内で、それぞれ一定であることを特徴とする請求項３又は４に記載の方法。
6. 遷移領域（９５）が、前記ハイブリッド接着領域（８０）と前記接着領域（９０）との間にそれぞれ配置され、
   前記遷移領域（９５）において、前記中心線（５５）を基準とした前記パターン（６０、６１、６２）の前記最大振れ（６７）、及び／又は前記パターン（６０、６１、６２）と前記中心線（５５）との２つの連続する交点（６５、６６）間の距離が、それぞれ連続的に又は突然に変化することを特徴とする請求項２乃至５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記材料ストランド（３０）は可変ストランド断面を有し、
   前記ストランド断面は、前記接着領域（９０）よりも前記ハイブリッド接着領域（８０）の方で小さいことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記ワークピース（１０）は、前記第１接合面（２０）に前記接着剤を塗布した後、互いに所定の位置に固定され、特に互いに押し付けられ、
   前記接合面（２０）が、互いに向かい合って位置し、かつ、前記材料ストランド（３０）が配置される前記中間ギャップを区切り、
   前記接着剤の接着硬化段階が始まる方法において、
   前記ワークピース（１０）は、時間的にみて、前記接着硬化段階の開始後、好ましくは前記接着硬化段階の終了前に、前記さらなる接合手段（７０）によって互いに接合されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記ハイブリッド接着領域（８０）は、前記塗布方向（４０）において、少なくとも前記さらなる接合手段（７０）の断面（７１）に対応する長さを有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記接着領域（９０）は、前記塗布方向（４０）において、少なくとも前記材料ストランド（３０）のストランド断面に対応する長さを有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記さらなる接合手段は、溶接接続、特に、少なくとも部分的に、溶接点であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記溶接接続は、前記塗布トラック（５０）に沿って配置されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 前記さらなる接合手段は、接合体（７０）であって、少なくとも部分的に、前記ワークピース（１０）及び前記材料ストランド（３０）を通して導入されることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記接合体（７０）は、リベットであることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 少なくとも１つのさらなるワークピースが、前記ワークピース（１０）の少なくとも１つに接合されることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 少なくとも２つのワークピース（１０）の配置であって、
    前記ワークピース（１０）は対に、少なくとも部分的に互いに向かい合って配置され、かつ、中間ギャップを区切り、
    接着剤が、前記中間ギャップの少なくとも１つに配置され、前記接着剤は、前記ワークピース（１０）を互いに接合するために、請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の方法でワークピース（１０）の第１接合面（２０）に塗布され、及び、
    前記ワークピース（１０）は、前記ハイブリッド接着領域（８０）の領域内のさらなる接合手段（７０）を用いて、さらに互いに接合されることを特徴とする配置。

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