JP7475484B2 - 締結方法 - Google Patents

Description

本開示は、締結方法に関する。

ワークピースを一緒に締結する、例えば、シートを一緒に締結する、現在の方法は、例えば、自己貫通リベットおよび／またはフロードリルリベットの使用を含むことができる。他の締結方法は、抵抗スポットリベット溶接システムを利用することができる。ワークピースを一緒に締結するためのリベットの利用と関連する課題が存在する。

一態様では、締結方法が提供される。方法は、締結具を第１の位置でアセンブリの第１の層と接触させることを含む。アセンブリは、第１の層、第３の層、および第１の層と第３の層との中間に位置付けられた第２の層を備える。第１の層、第３の層、および締結具は、導電性である。第２の層は、ギャップを画定し、第１の位置は、ギャップと連通している。電気的連通は、アセンブリと締結具との間に形成される。第１の層は、締結具を用いて第２の層内のギャップを通って第３の層に締結される。締結は、締結具を第３の層に抵抗溶接することを含む。

別の態様では、締結方法が提供される。方法は、締結具を第１の位置でアセンブリの第１の層と接触させることを含む。アセンブリは、第１の層、第３の層、および第１の層と第３の層との中間に位置付けられた第２の層を備える。第１の層、第３の層、および締結具は、導電性である。第２の層は、ギャップを画定し、第１の位置は、ギャップと連通している。第２の層の材料は、第１の層の材料または第３の層の材料とは異なる。抵抗溶接デバイスの電極は、締結具と接触し、電極、締結具、およびアセンブリの間に導電性経路が形成される。第１の層は、第３の層に締結される。締結は、電極を利用する締結具を用いて、締結具を第２の層内のギャップを通って第３の層に抵抗溶接することを含む。締結具と第３の層との間に冶金結合が形成される。第２の層は、第１の層または第３の層に締結される。締結は、電極を利用して第２の層を第１の層または第３の層に抵抗溶接することを含む。冶金結合は、第２の層と第１の層または第３の層との間に形成される。

本明細書に開示および記載されている本発明は、この発明の概要に要約されている態様に限定されないことを理解されたい。読者は、本明細書による様々な非限定的および非網羅的な態様の以下の詳細な説明を考慮すると、前述の詳細、ならびに他の詳細を理解することであろう。

実施例の特徴および利点、ならびにそれらを達成する様式は、添付の図面と併せて以下の説明を参照することによって、より明らかになり、実施例はより良く理解されるであろう。

本開示による、並んで配設された第１の層、第２の層、および第３の層の非限定的な実施形態の上面図である。 本開示による、スタックに配設された図１の層から形成された締結具およびアセンブリの非限定的な実施形態の断面側面図である。 図２のアセンブリに接触する図２の締結具の断面側面図であり、締結具およびアセンブリと係合する抵抗スポットリベット溶接システムの電極をさらに示す。 アセンブリの第１の層の変形後の、図３の締結具およびアセンブリの断面側面図である。 図４の締結具およびアセンブリの断面側面図であり、冶金結合が締結具とアセンブリの第３の層との間に形成されている。 図５の締結具およびアセンブリの断面側面図であり、冶金結合がアセンブリの第２の層と第３の層との間に形成されている。 図５の締結具およびアセンブリの断面側面図であり、冶金結合がアセンブリの第１の層と第２の層との間に形成されている。

対応する参照符号は、いくつかの図全体にわたって対応する部分を示す。本明細書に記載の例示は、特定の非限定的な実施形態を１つの形態で示し、そのような例示は、添付の特許請求の範囲の範囲をいかなる様式でも限定するものと解釈されるべきではない。

開示されるシステム、装置、および方法の構造、機能、および使用の全体的な理解を提供するために、様々な実施例が本明細書に記載および例示される。本明細書に記載および例示される様々な実施例は、非限定的であり、非網羅的である。したがって、本発明は、本明細書に開示される様々な非限定的かつ非網羅的な実施例の説明に限定されない。むしろ、本発明は、特許請求の範囲によってのみ定義される。様々な実施例に関連して例示および／または説明される機能および特徴は、他の実施例の機能および特徴と組み合わされ得る。そのような修正および変形は、本明細書の範囲内に含まれることが意図される。このようにして、特許請求の範囲は、本明細書に明示的にもしくは本質的に記載されるか、またはそれ以外の方法で本明細書によって明示的にもしくは本質的に支持される任意の機能または特徴を具陳するように補正され得る。さらに、出願人は、特許請求の範囲を補正して、従来技術に存在し得る機能または特徴を肯定的に放棄する権利を留保する。本明細書に開示および記載される様々な非限定的な実施形態は、本明細書に様々に記載されるような機能および特徴を含むか、それらからなるか、またはそれらから本質的になることができる。

本明細書における「様々な実施形態」、「いくつかの実施形態」、「一実施形態」、「実施形態」、または同様の句への任意の言及は、実施例に関連して説明される特定の機能、構造、または特徴が少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書における「様々な実施形態では」、「いくつかの実施形態では」、「一実施形態では」、「実施形態では」という句、または同様の句の出現は、必ずしも同じ実施形態を指すものではない。さらに、特定の説明された機能、構造、または特徴は、１つ以上の実施形態において任意の好適な様式で組み合わされ得る。したがって、一実施形態に関連して図示または説明される特定の機能、構造、または特徴は、限定はされないが、１つ以上の他の実施形態の機能、構造、または特徴と全体的または部分的に組み合わされ得る。そのような修正および変形は、本実施形態の範囲内に含まれることが意図される。

本明細書では、別段の指示がない限り、すべての数値パラメータは、すべての例において「約」という用語によって前置および修正されるものとして理解されるべきであり、数値パラメータは、パラメータの数値を決定するために使用される基礎となる測定技術の固有の可変性特性を有する。少なくとも、特許請求の範囲の範囲への均等論の適用を限定しようとする試みとしてではなく、本明細書に記載される各数値パラメータは、少なくとも、報告された有効数字に照らして、かつ通常の丸め技術を適用することによって解釈されるべきである。

また、本明細書に具陳される任意の数値範囲は、具陳された範囲内に含まれるすべてのサブ範囲を含む。例えば、「１～１０」の範囲は、具陳された最小値１と具陳された最大値１０との間の（およびそれらを含む）すべてのサブ範囲、すなわち、１以上の最小値および１０以下の最大値を有するサブ範囲を含む。本明細書に具陳される任意の最大数値制限は、そこに含まれるすべてのより低い数値制限を含むことが意図され、本明細書に具陳される任意の最小数値制限は、そこに含まれるすべてのより高い数値制限を含むことが意図される。したがって、出願人は、明示的に具陳された範囲内に含まれる任意のサブ範囲を明示的に具陳するために、特許請求の範囲を含む本明細書を補正する権利を留保する。そのようなすべての範囲は、本明細書に本質的に記載されている。

本明細書で使用されるとき、「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」という文法的冠詞は、「少なくとも１つ」または「１つ以上」が特定の例において明示的に使用される場合であっても、別段の指示がない限り、「少なくとも１つ」または「１つ以上」を含むことを意図する。したがって、前述の文法的冠詞は、本明細書において、特定の識別された要素のうちの１つまたは２つ以上（すなわち、「少なくとも１つ」）を指すために使用される。さらに、単数名詞の使用は、複数を含み、複数名詞の使用は、使用の文脈が別段に要求しない限り、単数を含む。

本明細書で使用されるとき、他の２つの要素または領域の「中間」にある参照要素または領域は、参照要素／領域が他の２つの要素／領域の間に配置されるが、必ずしも接触していないことを意味する。したがって、例えば、第１の要素と第２の要素との「中間」にある参照要素は、第１および／または第２の要素に隣接もしくは接触していてもまたはそうでなくてもよく、他の要素は、参照要素と第１および／または第２の要素との間に配置されてもよい。

自己貫通リベットおよび／またはフロードリルリベットは、様々な高硬度鋼およびアルミニウムを貫通および／または一緒に締結することができない可能性がある。したがって、自己貫通リベットおよび／またはフロードリルリベットの用途は限定され得る。

抵抗スポットリベット（ＲＳＲ（商標））技術は、例えば、高硬度鋼およびアルミニウムなどの様々な材料の組み合わせから作られた様々な部品およびアセンブリの接合を可能にすることができる。ＲＳＲ（商標）技術は、様々な形状および材料のリベット（例えば、金属リベット）を採用し、各接合シナリオに合わせたソリューションの選択を提供する。ＲＳＲ（商標）技術では、リベットは、従来の抵抗スポット溶接ガン（例えば、トランスガン）を使用してジョイントに適用されてもよい。溶接ガンは、ロボットマニピュレータおよび／またはペデスタル溶接機とペアにすることができ、補助構成要素のシステムに組み込むことができる。構成要素は、例えば、リベットの取り扱い、リベットの選別および配向、リベットのステージングおよび供給、リベットの移動、ならびに溶接ガンの電極へのリベットの提示を含む動作を実行し得る。ＲＳＲ（商標）リベットシステムによって作成された各ジョイントは、通常、単一のリベットを消費する。

しかしながら、リベットを使用して材料を一緒に接合する場合、リベットのヘッドおよび／またはテールは、通常、リベットが係合する材料のシートラインから外側に突出する。リベットが材料のシートラインから突出する距離は、追加の製造ステップにおいて所望されない干渉をもたらし得る。例えば、自動車用途では、ウィンドウ周囲、ルーフおよびドア開口部に配置されたリベットは、リベットの上に配置されたシールに干渉する可能性がある。したがって、シールは、リベットに適切にシールするための複雑な特徴を含む必要があり得、および／または水分シールの品質は低下し得、これは、リベットをこれらの用途で望ましくないものにする可能性がある。したがって、本開示は、リベットが追加の製造ステップと（生じる場合）最小限に干渉するように、リベットが材料のシートラインから突出する距離を低減することができる方法を提供する。例えば、リベットが材料のシートラインから突出する距離は、ウィンドウ周囲およびドア開口部のシールに干渉しない場合があるかもしくはそれらに最小限にのみ干渉する場合があり、および／またはシールの設計の複雑さを低減し得る。様々な非限定的な実施形態では、本開示は、自動車用のウィンドウフレームアセンブリの低減されたフランジ幅を可能にし、それによって、ウィンドウフレームアセンブリの重量を減少させ、および／またはウィンドウフレームを通しての可視性を改善することができる。したがって、本開示は、所望の用途におけるリベットの効率的かつ効果的な使用を可能にする。

図１を参照すると、第１の層１０６、第２の層１０８、および第３の層１１０の非限定的な実施形態が提供される。層１０６、１０８、および１１０は、図２に関して説明したように、アセンブリ１０４を形成するのに好適であり得る。第１の層１０６および第３の層１１０は各々、金属または金属合金を含むことができる。さらに、第１の層１０６および第３の層１１０は各々、導電性であり得る。例えば、第１の層１０６および第３の層１１０は、抵抗スポットリベット溶接システムと電気的に連通するように構成され得る。第１の層１０６および第３の層１１０は、同じ材料または異なる材料を含むことができる。様々な非限定的な実施形態では、第１の層１０６および第３の層１１０は、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、鉄合金（例えば、鋼）、チタン、およびチタン合金のうちの少なくとも１つを含むことができる。

第２の層１０８は、例えば、金属、金属合金、および複合材のうちの少なくとも１つを含むことができる。第２の層１０８は、導電性または電気絶縁性であり得る。複合材は、ポリマーおよび積層シートまたはパネル（例えば、耐火芯の両側に積層された２つのコーティングされたアルミニウムシートを含むＲＥＹＮＯＢＯＮＤ（登録商標）複合パネル）のうちの少なくとも１つを含むことができる。第２の層１０８および第３の層１１０は、同じ材料または異なる材料を含むことができ、第２の層１０８および第１の層１０６は、同じ材料または異なる材料を含むことができる。様々な非限定的な実施形態では、第２の層１０８は、第１の層１０６および第３の層１１０のうちの少なくとも１つとは異なる材料を含む。例えば、第２の層１０８は、第１の層１０６および第３の層１１０のうちの少なくとも１つに溶接することができない材料を含むことができる。

様々な非限定的な実施形態では、第１の層１０６は、アルミニウムを含むことができ（例えば、第１の層１０６は、アルミニウムシートであることができ）、第３の層１１０は、鋼を含むことができる（例えば、第３の層１１０は、鋼シートであることができる）。様々な非限定的な実施形態では、第２の層１０８と第３の層１１０の両方は、鋼を含み、鋼は、同じ鋼グレードまたは異なる鋼グレードであり得る。鋼グレードに関係なく、第２および第３の層１０８および１１０は、一緒に溶接することができる材料を含むことができる。他の非限定的な実施形態では、第１の層１０６と第２の層１０８の両方は、アルミニウムを含み、アルミニウムは、同じアルミニウムグレードまたは異なるアルミニウムグレードであり得る。アルミニウムグレードに関係なく、第１および第２の層１０６および１０８は、一緒に溶接することができる材料を含むことができる。特定の非限定的な実施形態では、第２の層１０８は、第１の層１０６または第３の層１１０のいずれにも溶接可能ではない場合がある複合材を含む。

第２の層１０８は、（図３にも示される）ギャップ１１４を画定することができる。ギャップ１１４は、ギャップ１１４を形成するために第２の層１０８の少なくとも一部分を除去することによって画定することができる。例えば、第２の層１０８の少なくとも一部分を除去することは、第２の層１０８をスタンピング、加工、切断、研削、パンチ、および／またはドリル加工することを含むことができる。ギャップ１１４は、第１の層１０６の一部分を受容するのに好適な空隙空間を作り出すことができる。したがって、ギャップ１１４は、ギャップ１１４への第１の層１０６の変形を可能にすることができる。加えて、ギャップ１１４は、アセンブリ１０４の重量を低減することができ、これは、例えば、自動車用途では、燃料経済性を増加させ、アセンブリ１０４のコストを低減することができる。

第２の層１０８内のギャップ１１４は、２００ｍｍ以下の寸法ｄ_２、例えば、１００ｍｍ以下、５０ｍｍ以下、４０ｍｍ以下、３０ｍｍ以下、２５ｍｍ以下、２０ｍｍ以下、または１５ｍｍ以下などを含むことができる。寸法ｄ_２は、少なくとも５ｍｍ、例えば、少なくとも１０ｍｍ、少なくとも１２ｍｍ、少なくとも１５ｍｍ、少なくとも２０ｍｍ、少なくとも２５ｍｍ、少なくとも３０ｍｍ、少なくとも４０ｍｍ、少なくとも５０ｍｍ、または少なくとも７５ｍｍなどであり得る。例えば、寸法ｄ_２は、５ｍｍ～２００ｍｍの範囲、例えば、１５ｍｍ～７５ｍｍ、１０ｍｍ～１５ｍｍ、１２ｍｍ～１５ｍｍ、５ｍｍ～５０ｍｍ、２０ｍｍ～１００ｍｍ、２５ｍｍ～１００ｍｍ、または２５ｍｍ～５０ｍｍなどであり得る。様々な非限定的な実施形態では、第２の層１０８は、複数のギャップ（図示せず）を含むことができる。特定の非限定的な実施形態では、複数のギャップは、アセンブリ１０４の縁部に実質的に直線的に近接して配設することができる。様々な非限定的な実施形態では、寸法ｄ_２は、アセンブリ１０４の重量を低減し、ならびに／または締結具および／もしくは冶金結合の所望の空間を達成するように調整することができる。

本開示による締結方法の非限定的な実施形態は、第２の層１０８を第１の層１０６と第３の層１１０との中間に位置付けて、図２に示されるようにアセンブリ１０４を形成することを含むことができる。例えば、第２の層１０８は、第１の層１０６および第３の層１１０と接触して位置付けられ得る。様々な非限定的な実施形態では、１つ以上の追加の層（図示せず）が、アセンブリ１０４内に位置付けられてもよい。特定の非限定的な実施形態では、アセンブリ１０４の最外層は、導電性であり得る。他の非限定的な実施形態では、アセンブリ１０４の最外層は、電気的に絶縁され得、締結具がパイロットボアを通過し、アセンブリ１０４の導電層と接触することができるように、電気的に絶縁された最外層を通るパイロットボアを備えることができる。

第１の層１０６は、厚さｔ_１を含むことができ、第２の層１０８は、厚さｔ_２を含むことができ、第３の層１１０は、厚さｔ_３を含むことができる。様々な非限定的な実施形態では、各厚さｔ_１、ｔ_２、およびｔ_３は、０．１ｍｍ～２０ｍｍの範囲、例えば、０．２５ｍｍ～５ｍｍ、０．８ｍｍ～３．５ｍｍ、０．５ｍｍ～３ｍｍ、０．８ｍｍ～４ｍｍ、０．５ｍｍ～５ｍｍ、０．７５ｍｍ～２ｍｍ、２ｍｍ～１５ｍｍ、１ｍｍ～１０ｍｍ、１ｍｍ～５ｍｍ、または５ｍｍ～１０ｍｍなどであり得る。例えば、厚さｔ_１は、１ｍｍであり得、厚さｔ_２およびｔ_３は各々、１．６ｍｍであり得る。選択層が鋼を含む様々な非限定的な実施形態では、選択鋼層の厚さは、０．５ｍｍ～３．０ｍｍの範囲であり得る。選択層がアルミニウムを含む様々な非限定的な実施形態では、選択アルミニウム層の厚さは、０．８ｍｍ～３．５ｍｍの範囲であり得る。選択層が複合材を含む特定の非限定的な実施形態では、選択複合材層の厚さは、０．８ｍｍ～４．０ｍｍの範囲であり得る。

溶接スルー接着剤は、アセンブリ１０４を形成する前に、第１の層１０６、第２の層１０８、および第３の層１１０のうちの少なくとも１つに堆積され得る。溶接スルー接着剤は、アセンブリ１０４内の第１の層１０６と第２の層１０８との中間および／または第２の層１０８と第３の層１１０との中間であり得る。溶接スルー接着剤は、アセンブリ１０４上で実行される溶接動作を阻害しない場合がある。溶接スルー接着剤は、所望の層間の結合を形成するために硬化することができる。例えば、溶接スルー接着剤は、異なる材料（例えば、互いに溶接することができない材料）を含む層の間で使用されてもよい。様々な非限定的な実施形態では、溶接スルー接着剤は、以下の図５に関して説明するように、第１の層１０６を締結具１０２で第３の層１１０に締結した後に硬化することができる。

寸法ｄ_２は、例えば、直径ｄ_１よりも少なくとも１ｍｍ大きい、直径ｄ_１よりも少なくとも２ｍｍ大きい、直径ｄ_１よりも少なくとも３ｍｍ大きい、直径ｄ_１よりも少なくとも４ｍｍ大きい、直径ｄ_１よりも少なくとも５ｍｍ大きい、直径ｄ_１よりも少なくとも１０ｍｍ大きい、直径ｄ_１よりも少なくとも１５ｍｍ大きい、直径ｄ_１よりも少なくとも２０ｍｍ大きい、または直径ｄ_１よりも少なくとも２５ｍｍ大きいなど、締結具１０２のヘッド１１６の直径ｄ_１と少なくとも同じくらい大きくあり得る。例えば、寸法ｄ_２は、第１の層１０６の所望の変形が、締結具１０２のヘッド１１６を少なくとも部分的に受容することができる凹部（例えば、以下の図４に関して説明される凹部４２８）を作りだすことを可能にするようにサイズ設定することができる。加えて、様々な非限定的な実施形態では、厚さｔ_２は、第１の層１０６の所望の変形が、締結具１０２のヘッド１１６を少なくとも部分的に受容することができる凹部を作り出すことを可能にするようにサイズ設定することができる。

締結具１０２は、アセンブリ１０４の層１０６、１０８、および１１０に接触し、抵抗スポットリベット溶接プロセスを利用してそれらを一緒に締結するように構成することができる。締結具１０２は、図３に示されるように、ヘッド１１６およびシャンク１１８を備える。ヘッド１１６は、例えば図３に示すように、抵抗スポットリベット溶接システムの電極３２４と係合するように構成され得る。さらに、ヘッド１１６は、図５を参照しながら説明されるように、設置後にアセンブリ１０４の層に接触するように構成され得る。例えば、再び図２を参照すると、ヘッド１１６は、アセンブリ１０４の層と係合し（例えば、保持力を加え）、かつ（生じる場合）最小限に係合層を貫通するように構成され得、一方、シャンク１１８は、抵抗スポットリベット溶接プロセス中に係合層を貫通するように構成され得る。

さらに、シャンク１１８は、アセンブリ１０４の層に冶金的に結合することができる。ヘッド１１６は、シャンク１１８の周囲に延在することができ、例えば、環状形状を備えることができる。様々な非限定的な実施形態では、空洞１２２は、ヘッド１１６を通って、少なくとも部分的にシャンク１１８内に延在することができる。さらに、様々な非限定的な実施形態では、シャンク１１８は、締結具１０２の端部１２０に向かって先細にすることができる。端部１２０は、アセンブリ１０４の層と係合し、それに局所的な圧力を加えるように構成することができる。

締結具１０２は、金属または金属合金を含むことができる。例えば、締結具１０２は、抵抗スポットリベット溶接プロセスに耐えるのに好適な導電性材料を含むことができる。様々な非限定的な実施形態では、締結具１０２は、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、鉄合金、チタン、およびチタン合金のうちの少なくとも１つを含むことができる。例えば、特定の非限定的な実施形態では、締結具１０２は、鉄、鉄合金、チタン、およびチタン合金のうちの少なくとも１つを含むことができる。様々な非限定的な実施形態では、締結具１０２は、第３の層１１０と同じ材料を含むことができる。例えば、締結具１０２および第３の層１１０は各々、互いに溶接可能な材料を含むことができる。例えば、締結具１０２および第３の層１１０は、鋼を含むことができる。様々な非限定的な実施形態では、締結具１０２がアルミニウムを含むとき、パイロット孔は、第１の層１０６内に設けられてもよい。

様々な非限定的な実施形態では、締結具１０２は、リベットである。締結具１０２のヘッド１１６は、少なくとも４ｍｍである直径ｄ_１、例えば、少なくとも５ｍｍ、少なくとも６ｍｍ、少なくとも７ｍｍ、少なくとも１０ｍｍ、少なくとも１２ｍｍ、少なくとも１４ｍｍ、少なくとも１５ｍｍ、少なくとも１６ｍｍ、少なくとも１８ｍｍ、少なくとも２０ｍｍ、少なくとも２２ｍｍ、少なくとも２４ｍｍ、または少なくとも２５ｍｍなどを含むことができる。様々な非限定的な実施形態では、締結具１０２のヘッド１０２ａは、３０ｍｍ未満、２５ｍｍ未満、２４ｍｍ未満、２２ｍｍ未満、２０ｍｍ未満、１８ｍｍ未満、１６ｍｍ未満、例えば、１５ｍｍ未満、１４ｍｍ未満、１２ｍｍ未満、１０ｍｍ未満、または７ｍｍ未満などの直径ｄ_１を含むことができる。例えば、特定の非限定的な実施形態では、締結具１０２のヘッド１１６は、４ｍｍ～３０ｍｍの範囲の直径ｄ_１、例えば、５ｍｍ～２５ｍｍ、１０ｍｍ～１８ｍｍ、１０ｍｍ～１４ｍｍ、１４ｍｍ～１８ｍｍ、２０ｍｍ～２５ｍｍ、または１２ｍｍ～１４ｍｍなどを含むことができる。

図４を参照すると、ヘッド１１６は、最初に、締結具１０２が設置時に係合するアセンブリ１０４の層を貫通しない場合があり、したがって、ヘッド１１６が延在する距離ｄ_３は、層の表面から離れて突出する。様々な非限定的な実施形態では、距離ｄ_３は、少なくとも０．５ｍｍ、例えば、少なくとも１ｍｍ、少なくとも１．５ｍｍ、少なくとも２ｍｍ、または少なくとも３ｍｍなどであり得る。様々な非限定的な実施形態では、距離ｄ_３は、５ｍｍ以下、例えば、４ｍｍ以下、３ｍｍ以下、２ｍｍ以下、または１．５ｍｍ以下であり得る。例えば、距離ｄ_３は、０．５ｍｍ～５ｍｍの範囲、例えば、１ｍｍ～３ｍｍ、または１ｍｍ～２ｍｍなどであり得る。ギャップ１１４、およびヘッド１１６延在する距離ｄ_３は、締結具１０２がアセンブリ１０４内に設置されるとき、ヘッド１１６が、生じる場合、第１の層１０６のシートラインＳｌ_１を越えて最小限に突出するように、互いに対してサイズ設定することができる。例えば、ヘッド１１６の距離ｄ_３は、締結具１０２がアセンブリ１０４内に設置されるとき、第１の層１０６が第２の層１０８内のギャップ１１４に変形して凹部４２８を形成することができ、ヘッド１１６が凹部４２８によって受容され得、生じる場合、第１の層１０６のシートラインＳｌ_１を越えて最小限に突出するように、第２の層１０８の厚さｔ_２に基づいて選択することができる。本明細書で使用されるとき、および図５に図示されるように、「シートライン」という句は、アセンブリ１０４が断面で見られるときに層の外面を横切って延在する想像上のラインを指す。

再び図２を参照すると、シャンク１１８は、少なくとも３ｍｍ、例えば、少なくとも４ｍｍ、少なくとも５ｍｍ、または少なくとも６ｍｍなどであり得る距離ｄ_４を延在することができる。様々な非限定的な実施形態では、距離ｄ_４は、１０ｍｍ以下、例えば、９ｍｍ以下、８ｍｍ以下、または６ｍｍ以下などであり得る。例えば、距離ｄ_４は、３ｍｍ～１０ｍｍの範囲、例えば、４ｍｍ～９ｍｍ、または５ｍｍ～８ｍｍなどであり得る。

シャンク１１８は、１０ｍｍ以下の直径、例えば、７ｍｍ以下、６ｍｍ以下、５ｍｍ以下、または４ｍｍ以下、または３ｍｍ以下などを含むことができる。様々な非限定的な実施形態では、シャンク１１８は、少なくとも１ｍｍの直径、例えば、少なくとも２ｍｍ、少なくとも３ｍｍ、少なくとも４ｍｍ、少なくとも５ｍｍ、少なくとも６ｍｍ、または少なくとも７ｍｍなどを含むことができる。例えば、シャンク１１８は、１ｍｍ～１０ｍｍの範囲の直径、例えば、２ｍｍ～５ｍｍ、２ｍｍ～７ｍｍ、または３ｍｍ～６ｍｍなどを含むことができる。特定の実施形態では、シャンク１１８の直径は、ヘッド１１６から離れる方向に減少することができる。シャンク１１８の直径は、抵抗スポットリベット溶接システムの電極の直径未満であることができ、シャンク１１８は、アセンブリ１０４の層に増加した局所的な力を加えて層を変形させることができる。

図３を参照すると、締結具１０２は、第１の位置３１２でアセンブリ１０４の第１の層１０６と接触することができる。例えば、シャンク１１８は、第１の位置３１２で第１の層１０６と接触することができる。シャンク１１８を利用することは、抵抗スポットリベット溶接システムの第１の電極３２４が第１の位置３１２に直接適用された場合よりも、第１の位置３１２に対して増加した局所的圧力を提供することができる。第１の位置３１２は、ギャップ１１４と連通することができる。第１の電極３２４は、締結具１０２に接触することができ、抵抗スポットリベット溶接システムの第２の電極３２６は、第３の層１１０に接触して、アセンブリ１０４および締結具１０２にクランプ力を加えることができる。様々な非限定的な実施形態では、アセンブリ１０４を締結具１０２と接触させる前に、ギャップ１１４を形成するために第２の層１０８の少なくとも一部分が除去される。

様々な非限定的な実施形態では、第１の層１０６の降伏強度は、第３の層１１０の降伏強度未満であり得る。したがって、圧縮力および／または熱がアセンブリ１０４に加えられる場合、第１の層１０６は、第３の層１１０の前におよび／または第３の層１１０よりも大きく変形し得る。様々な非限定的な実施形態では、第１の層１０６の厚さｔ_１は、圧縮力および／または熱がアセンブリ１０４に加えられる場合、第１の層１０６が第３の層１１０の前におよび／または第３の層１１０よりも大きく変形し得るように、第３の層１１０に対してサイズ設定することができる。第１の層１０６の降伏強度および／または第１の層１０６の厚さｔ_１に応じて、第１の層１０６は、第２の層１０８内に画定されたギャップ１１４に変形することができる。第１の層１０６の変形は、以下の図４に関して説明するように、締結具１０２のヘッド１１６を受容するのに好適な凹部４２８を生成することができる。

再び図３を参照すると、電気的連通は、アセンブリ１０４と締結具１０２との間に形成され得る。例えば、第１の電極３２４および第２の電極３２６は、電極３２４および３２６、締結具１０２、ならびにアセンブリ１０４の間に導電性経路を形成することができる。導電性経路は、電極３２４および３２６、締結具１０２、ならびにアセンブリ１０４を通る電流を伝導するのに好適であり得、これは、アセンブリ１０４の少なくとも２つの層を抵抗的に加熱しおよび／もしくは冶金的に結合し、ならびに／または締結具を抵抗的に加熱するおよび／もしくはアセンブリ１０４の層に冶金的に結合することができる。

様々な非限定的な実施形態では、第２の電極３２６は、例えば、冷却された銅電極などの冷却された電極であり得る。したがって、第２の電極３２６と接触している第３の層１１０の温度は、第１の位置３１２における第１の層１０６よりも低い温度で維持することができる。したがって、電流によって引き起こされる抵抗加熱は、第１の層１０６に焦点を合わせることができる。

第１の層１０６は、締結具１０２を用いて、第２の層１０８内のギャップ１１４を通って第３の層１１０に締結することができる。例えば、締結具１０２は、アセンブリ１０４および締結具１０２にわたって電位を印加し、そこに電流を通すことによって、第３の層１１０に抵抗溶接され得る。様々な非限定的な実施形態では、電位は、抵抗スポットリベット溶接システムの電極３２４および３２６によって、アセンブリ１０４および締結具１０２にわたって印加され得る。電流は、締結具１０２の端部１２０によって第１の層１０６に加えられる圧力が第１の層１０２をギャップ１１４に変形させ、図４に示す凹部４２８を形成するように、第１の層１０６の第１の位置３１２を抵抗的に加熱し、軟化させることができる。第１の位置３１２で第１の層１０２を加熱することにより、高強度材料（例えば、高強度アルミニウムおよび／または高強度鋼）が、生じた場合にも、第１の層１０６の割れおよび／または破断を最小限に抑えて変形することが可能であり得る。様々な非限定的な実施形態では、ギャップ１１４は、第２の層１０８が第１の位置３１２と直接接触していないため、第１の位置３１２から熱を直接伝導することができないため、第１の位置３１２での第１の層１０６の加熱の増加を可能にすることができる。

図５を参照すると、クランプ力を維持して、第１の位置３１２で第１の層１０６を通って第３の層１１０に向かって締結具１０２を付勢することができる。締結具１０２および第１の層１０６が異なる材料である様々な非限定的な実施形態では、締結具１０２は、第１の層１０６に溶接されない場合があり、ギャップ１１４を通って第３の層１１０に向かって第１の層１０６を貫通する。その後、締結具１０２は、付勢されて、第３の層１１０と接触することができる。締結具１０２は、第３の層１１０に抵抗溶接され、それによって、締結具１０２と第３の層１１０との間の冶金結合５３０を形成することができる。締結具１０２および第３の層１１０が互いに溶接可能な材料を含む様々な非限定的な実施形態では、締結具１０２は、第３の層１１０に溶接し、締結具１０２のヘッド１１６と第３の層１１０との中間に第１の層１０６を固定し得る。

締結具１０２のヘッド１１４は、第１の層１０６を変形させた後にその中に形成されたギャップ１１４および凹部４２８内に少なくとも部分的に位置付けられ得る。例えば、第１の層１０６を締結具１０２で第２の層１０８内のギャップ１１４を通って第３の層１１０に締結した後、締結具１０２のヘッド１１６は、２ｍｍ、例えば、１．５ｍｍ以下、１ｍｍ以下、０．７５ｍｍ以下、０．５ｍｍ以下、０．４ｍｍ以下、または０．２５ｍｍ以下など、第１の層１０６のシートラインＳｌ_１を越えて、距離ｄ_５を突出することができる。様々な非限定的な実施形態では、締結具１０２は、第１の層１０６のシートラインＳｌ_１を越えて突出しない場合がある。

図６を参照すると、電極３２４および３２６は、第１の電極３２４が第１の層１０６上の第２の位置６１２と係合し、アセンブリ１０４にわたって別の電位を印加するように再位置付けすることができ、それによって、図６に示すように、第２の層１０８を第３の層１１０に抵抗溶接し、それらの間に冶金結合６３０を形成するか、または図７に示すように、第２の層１０８を第１の層１０６に抵抗溶接し、それらの間に冶金結合７３０を形成する。したがって、様々な非限定的な実施形態では、同じ電極３２４および３２６は、抵抗スポットリベット溶接プロセスのために、かつ抵抗スポット溶接プロセスのためにも使用することができる。したがって、最小限の資本設備が必要とされ得、同じ電極３２４および３２６ならびに関連する溶接設備を利用して抵抗スポットリベット溶接と抵抗スポット溶接の両方を行うことによって、プロセス効率を向上させることができる。

第２の層１０８が第１の層１０６または第３の層１１０に溶接されるかは、層１０６、１０８、および１１０の材料組成、ならびに溶接パラメータに依存し得る。例えば、第１の層１０６が、第２の層１０８に溶接され得る材料を含む場合、第１の層１０６および第２の層１０８は、所望の電位の印加時に一緒に溶接され得る。第３の層１１０が、第２の層１０８に溶接され得る材料を含む場合、第３の層１１０および第２の層１０８は、所望の電位の印加時に一緒に溶接され得る。様々な非限定的な実施形態では、第１の層１０６および第３の層１１０が両方とも、第２の層１０８に溶接できない材料を含む場合、第１の層１０６および第３の層１００はいずれも、第２の層１０８に溶接することができない。特定の非限定的な実施形態では、第２の層１０８の材料は、第１の層１０６の材料または第３の層１１０の材料とは異なる。

締結具を第３の層１１０に抵抗溶接することによって第１の層１０６を第３の層１１０に締結するプロセスは、所望に応じて、アセンブリ１０４に沿って繰り返すことができる。加えて、図６および図７に示すように、第２の層１０８を第１の層１０６および／または第３の層１１０に冶金的に結合するプロセスは、所望に応じて繰り返すことができる。特定の非限定的な実施形態では、締結具を第３の層に抵抗溶接することによって第１の層１０６を第３の層１１０に締結するプロセスは、図６および７に示すように、第２の層１０８を第１の層１０６および／または第３の層１１０に冶金的に結合するプロセスと交互に行うことができる。

したがって、本開示による締結方法の非限定的な実施形態は、様々な組成物の材料を一緒に締結し、締結具が係合する層のシートラインを越える締結具突出部の程度を低減することができる。さらに、本開示による締結方法の実施形態は、締結具と層との間でグレードＡの溶接を達成することができるように、所望の溶接品質を可能にすることができる。

本発明が本開示によって包含される特定の非限定的な実施形態の様々な態様は、以下の番号付き条項に列挙される態様を含むが、これらに限定されない。
１．締結方法であって、
締結具を第１の位置でアセンブリの第１の層と接触させることであって、アセンブリが、第１の層、第３の層、および第１の層と第３の層の中間に位置付けられた第２の層を備え、第１の層、第３の層、および締結具が、導電性であり、第２の層が、ギャップを画定し、第１の位置が、ギャップと連通している、接触させることと、
アセンブリと締結具との間に電気的連通を形成することと、
第１の層を締結具で第２の層内のギャップを通って第３の層に締結することであって、締結することが、締結具を第３の層に抵抗溶接することを含む、締結することと、を含む、方法。
２．接触させることの前に、第２の層の少なくとも一部分を除去して、ギャップを形成することをさらに含み、除去することが、スタンピング、加工、切断、研削、パンチ、およびドリル加工のうちの１つ以上を含む、条項１に記載の方法。
３．接触させることの前に、第１の層と第３の層との中間の第２の層を位置付けて、アセンブリを提供することをさらに含む、条項２に記載の方法。
４．締結具が、ヘッドおよびシャンクを備え、締結具を第１の位置で第１の層と接触させることは、シャンクを第１の位置で第１の層と接触させることを含む、条項１～３のいずれか一項に記載の方法。
５．第１の層を第２の層内のギャップを通って第３の層に締結することが、第１の位置における第１の層を第２の層内のギャップに変形させることをさらに含む、条項４に記載の方法。
６．締結具のヘッドが、第１の層を変形させた後、第１の層に形成された凹部内に少なくとも部分的に位置付けられる、条項５に記載の方法。
７．第１の層を締結具で第２の層内のギャップを通って第３の層に締結した後、締結具のヘッドが、アセンブリの表面を越えて１．５ｍｍ以下突出する、条項６に記載の方法。
８．第２の層内のギャップが、５０ｍｍ以下の寸法を含む、条項１～７のいずれか一項に記載の方法。
９．第１の層、第３の層、および締結具が各々、金属または金属合金を含み、第２の層が、金属、金属合金、および複合材のうちの１つ以上を含む、条項１～８のいずれか一項に記載の方法。
１０．第１の層の降伏強度が、第３の層の降伏強度未満である、条項１～９のいずれか一項に記載の方法。
１１．第１の層および第３の層が、異なる材料を含む、条項１～１０のいずれか一項に記載の方法。
１２．第２の層と、第１の層または第３の層とが、同じ材料を含む、条項１～１１のいずれか一項に記載の方法。
１３．第２の層を第１の層または第３の層に抵抗溶接し、それによって、冶金結合を形成することをさらに含む、条項１２に記載の方法。
１４．締結具を第３の層に抵抗溶接することが、
アセンブリおよび締結具にわたって電位を印加し、それによって、第１の層の第１の位置を抵抗加熱および軟化させることと、
第１の位置で第１の層を通って第３の層に向かって締結具を付勢することと、
締結具と第３の層とを接触させ、締結具を第３の層に抵抗溶接し、それによって、締結具と第３の層との間の冶金結合を形成することと、を含む、条項１～１３のいずれか一項に記載の方法。
１５．アセンブリおよび締結具にわたって電位を印加することが、締結具を抵抗溶接デバイスの電極と接触させることを含む、条項１４に記載の方法。
１６．抵抗溶接デバイスの電極を利用して第２の層を第１の層または第３の層に抵抗溶接し、それによって、第２の層と第１の層または第３の層との間の冶金結合を形成することをさらに含む、条項１５に記載の方法。
１７．溶接スルー接着剤を、第１の層、第２の層、および第３の層のうちの１つ以上に堆積させることと、
第１の層を締結具で第２の層内のギャップを通って第３の層に締結した後、接着剤を硬化させることと、をさらに含む、条項１～１６のいずれか一項に記載の方法。
１８．締結方法であって、
締結具を第１の位置でアセンブリの第１の層と接触させることであって、アセンブリが、第１の層、第３の層、および第１の層と第３の層の中間に位置付けられた第２の層を備え、第１の層、第３の層、および締結具が、導電性であり、第２の層が、ギャップを画定し、第１の位置が、ギャップと連通しており、第２の層の材料が、第１の層の材料または第３の層の材料とは異なる、接触させることと、
抵抗溶接デバイスの電極を締結具と接触させ、電極、締結具、およびアセンブリの間に導電性経路を形成することと、
第１の層を第３の層に締結することであって、締結することが、電極を利用して締結具を締結具で第２の層内のギャップを通って第３の層に抵抗溶接することを含み、冶金結合が、締結具と第３の層との間に形成される、締結することと、
第２の層を第１の層または第３の層に締結することであって、締結することが、電極を利用して第２の層を第１の層または第３の層に抵抗溶接することを含み、冶金結合が、第２の層と第１の層または第３の層との間に形成される、締結することと、を含む、方法。
１９．第２の層内のギャップを介して締結具を第３の層に抵抗溶接することが、第１の位置における第１の層をギャップに変形させることを含む、条項１８に記載の方法。
２０．第１の層を変形させた後、締結具のヘッドが、第１の層を変形させることによって、第１の層に形成された凹部内に少なくとも部分的に位置付けられる、条項１９に記載の方法。

当業者は、本明細書に記載される物品および方法、ならびにそれらに付随する考察が、概念の明確化のための例として使用されていることと、様々な構成修正が企図されることと、を認識するであろう。したがって、本明細書で使用されるとき、記載される特定の実施例／実施形態、ならびに付随する考察は、それらのより一般的なクラスを表すことを意図される。一般的に、任意の特定の例示の使用は、そのクラスを表すことを意図し、特定の構成要素、デバイス、動作／アクション、およびオブジェクトを含まないことは、限定しているとみなされるべきではない。本開示は、本開示の様々な態様および／またはその潜在的な用途を例示する目的で、様々な特定の態様の説明を提供するが、変形および修正が当業者に想到されることが理解される。したがって、本明細書に記載の１つ以上の発明は、少なくともそれらが特許請求されるように広範囲であり、本明細書に提供される特定の例示的な態様によってより狭く定義されるものではないと理解されるべきである。

１０２ 締結具
１０４ アセンブリ
１０６ 第１の層
１０８ 第２の層
１１０ 第３の層
１１４ ギャップ
１１６ ヘッド
１１８ シャンク
１２０ 端部
１２２ 空洞
３１２ 第１の位置
３２４ 第１の電極
３２６ 第２の電極
４２８ 凹部
５３０ 冶金結合
６１２ 第２の位置
６３０ 冶金結合
７３０ 冶金結合

Claims (19)

1. 締結方法であって、
   締結具を第１の位置でアセンブリの第１の層と接触させることであって、前記アセンブリが、前記第１の層、第３の層、および前記第１の層と前記第３の層の中間に位置付けられた第２の層を備え、前記第１の層、前記第３の層、および前記締結具が、導電性であり、前記第２の層が、ギャップを画定し、前記ギャップは空隙空間であり、前記第１の位置には、前記ギャップが形成されている、接触させることと、
   前記アセンブリと前記締結具との間に電気的連通を形成することと、
   前記第１の層を前記締結具で、前記第２の層内の前記ギャップを通って、前記第３の層に締結することであって、前記締結することが、前記締結具を前記第３の層に抵抗溶接することを含む、締結することと、を含み、
   前記第１の層を前記第２の層内の前記ギャップを通って前記第３の層に締結することが、前記第１の位置における前記第１の層を前記第２の層内の前記ギャップに変形させることをさらに含む、方法。
2. 前記接触させることの前に、前記第２の層の少なくとも一部分を除去して、前記ギャップを形成することをさらに含み、前記除去することが、スタンピング、加工、切断、研削、パンチ、およびドリル加工のうちの１つ以上を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記接触させることの前に、前記第１の層と前記第３の層との中間の前記第２の層を位置付けて、前記アセンブリを提供することをさらに含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記締結具が、ヘッドおよびシャンクを備え、前記締結具を前記第１の位置で前記第１の層と接触させることが、前記シャンクを前記第１の位置で前記第１の層と接触させることを含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記締結具のヘッドが、前記第１の層を変形させた後、前記第１の層に形成された凹部内に少なくとも部分的に位置付けられる、請求項４に記載の方法。
6. 前記第１の層を前記締結具で前記第２の層内の前記ギャップを通って前記第３の層に締結した後、前記締結具の前記ヘッドが、前記アセンブリの表面を越えて１．５ｍｍ以下突出する、請求項５に記載の方法。
7. 前記第２の層内の前記ギャップが、５０ｍｍ以下の寸法を含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記第１の層、前記第３の層、および前記締結具が各々、金属または金属合金を含み、前記第２の層が、金属、金属合金、および複合材のうちの１つ以上を含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記第１の層の降伏強度が、前記第３の層の降伏強度未満である、請求項１に記載の方法。
10. 前記第１の層および前記第３の層が、互いに異なる材料を含む、請求項１に記載の方法。
11. 前記第２の層と、前記第１の層または前記第３の層とが、同じ材料を含む、請求項１に記載の方法。
12. 前記第２の層を前記第１の層または前記第３の層に抵抗溶接し、それによって、冶金結合を形成することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記締結具を前記第３の層に抵抗溶接することが、
    前記アセンブリおよび前記締結具にわたって電位を印加し、それによって、前記第１の層の前記第１の位置を抵抗加熱および軟化させることと、
    前記第１の位置で前記第１の層を通って前記第３の層に向かって前記締結具を付勢することと、
    前記締結具と前記第３の層とを接触させ、前記締結具を前記第３の層に抵抗溶接し、それによって、前記締結具と前記第３の層との間の冶金結合を形成することと、を含む、請求項１に記載の方法。
14. 前記アセンブリおよび前記締結具にわたって電位を印加することが、前記締結具を抵抗溶接デバイスの電極と接触させることを含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記抵抗溶接デバイスの前記電極を利用して前記第２の層を前記第１の層または前記第３の層に抵抗溶接し、それによって、前記第２の層と前記第１の層または前記第３の層との間の冶金結合を形成することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
16. 溶接スルー接着剤を、前記第１の層、前記第２の層、および前記第３の層のうちの１つ以上に堆積させることと、
    前記第１の層を前記締結具で前記第２の層内の前記ギャップを通って前記第３の層に締結した後、前記接着剤を硬化させることと、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
17. 締結方法であって、
    締結具を第１の位置でアセンブリの第１の層と接触させることであって、前記アセンブリが、前記第１の層、第３の層、および前記第１の層と第３の層の中間に位置付けられた第２の層を備え、前記第１の層、前記第３の層、および前記締結具が、導電性であり、前記第２の層が、ギャップを画定し、前記第１の位置には、前記ギャップが形成されており、前記第２の層の材料が、前記第１の層の材料または前記第３の層の材料とは異なる、接触させることと、
    抵抗溶接デバイスの電極を前記締結具と接触させ、前記電極、前記締結具、および前記アセンブリの間に導電性経路を形成することと、
    前記第１の層を前記第３の層に締結することであって、前記締結することが、前記電極を利用して前記締結具を前記締結具で前記第２の層内の前記ギャップを通って前記第３の層に抵抗溶接することを含み、冶金結合が、前記締結具と前記第３の層との間に形成される、締結することと、
    前記第２の層を前記第１の層または前記第３の層に締結することであって、前記締結することが、前記電極を利用して前記第２の層を前記第１の層または前記第３の層に抵抗溶接することを含み、冶金結合が、前記第２の層と前記第１の層または前記第３の層との間に形成される、締結することと、を含む、方法。
18. 前記第２の層内の前記ギャップを介して前記締結具を前記第３の層に抵抗溶接することが、前記第１の位置における前記第１の層を前記ギャップに変形させることを含む、請求項１７に記載の方法。
19. 前記第１の層を変形させた後、前記締結具のヘッドが、前記第１の層を変形させることによって前記第１の層に形成された凹部内に少なくとも部分的に位置付けられる、請求項１８に記載の方法。

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