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特許7219759電気抵抗溶接により、第１部材と第２部材とをアセンブリするための挿入体、及び該挿入体を用いたアセンブリ方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-01-31
(45)【発行日】2023-02-08
(54)【発明の名称】電気抵抗溶接により、第１部材と第２部材とをアセンブリするための挿入体、及び該挿入体を用いたアセンブリ方法
(51)【国際特許分類】
B23K 11/11 20060101AFI20230201BHJP
B23K 11/14 20060101ALI20230201BHJP
【ＦＩ】
B23K11/11 540
B23K11/14
【請求項の数】
20
(21)【出願番号】P 2020512093
(86)(22)【出願日】2018-05-02
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2020-06-25
(86)【国際出願番号】 FR2018051094
(87)【国際公開番号】W WO2018202999
(87)【国際公開日】2018-11-08
【審査請求日】2021-04-21
(31)【優先権主張番号】17/53944
(32)【優先日】2017-05-04
(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR
(73)【特許権者】
【識別番号】519391745
【氏名又は名称】グロージャン マキシム
(74)【代理人】
【識別番号】110001427
【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】グロージャン マキシム
【審査官】柏原 郁昭
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１５－０２４４３６（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／０１６７１５８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１３－０２２６２２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－２２０３００（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１５／０７５９６４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１５－０６２９１１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０７－２１４３３８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｋ １１／１１
Ｂ２３Ｋ １１／１４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
挿入体（１）と第２部材（２００）との電気抵抗溶接により、第１部材（１００）と前記第２部材（２００）とをアセンブリするための前記挿入体（１）であって、前記挿入体（１）は、
溶接電極（３００）を受けるように構成されたドッキング面（２０）と、前記第２部材（２００）にアセンブリされた前記第１部材（１００）を保持するために前記第１部材（１００）に当接するように構成されたベアリング面（２２）と、を含むヘッド部（２）と、
前記第１部材（１００）に挿入されるように構成されるとともに、前記第２部材（２００）に溶接されるように構成された溶接面（４０）を含み、前記ヘッド部（２）の断面積よりも小さい断面積を有する本体部（４）と、
前記本体部（４）の周囲に延び、溶接作業中に前記本体部（４）から放出される熱の前記第１部材（１００）への伝達を抑制する断熱手段と
を備え、
前記断熱手段は、断熱材料を含むように構成された周縁領域又はハウジング（４４）を含み、
前記周縁領域又はハウジング（４４）は、ヘッド部（２）の下側から突出する１つ又はいくつかの要素（４６）によって区画され、
前記周縁領域又はハウジング（４４）は、前記突出する１つ又はいくつかの要素（４６）によりブロックされる、溶接作業中における溶融物のスプラッシュ（４８）の収容領域として機能する
ことを特徴とする挿入体（１）。
【請求項2】
前記挿入体は、前記第１部材（１００）を通じて適切な位置に前記挿入体（１）を保持するように構成された保持手段を備えた、請求項１に記載の挿入体（１）。
【請求項3】
前記突出する要素（４６）の先端（４６ｃ）は、第１部材（１００）を切断するように構成された切断刃を形成する、請求項１又は２に記載の挿入体（１）。
【請求項4】
前記溶接面（４０）は、前記先端（４６ｃ）により形成された前記切断刃より先に、前記第１部材（１００）に当接するように構成された、請求項３に記載の挿入体（１）。
【請求項5】
前記突出する要素（４６）は、前記本体部（４）の中央の高さまで少なくとも延びる、請求項１～４のいずれかに記載の挿入体（１）。
【請求項6】
前記断熱手段は、断熱材料からなる部材を含む、請求項１～５のいずれかに記載の挿入体（１）。
【請求項7】
前記断熱手段は、断熱材料コーティングを含む、請求項１～６のいずれかに記載の挿入体（１）。
【請求項8】
挿入体（１）と第２部材（２００）との電気抵抗溶接により、第１部材（１００）と前記第２部材（２００）とをアセンブリするための前記挿入体（１）であって、
前記挿入体（１）は、
溶接電極（３００）を受けるように構成されたドッキング面（２０）と、前記第２部材（２００）にアセンブリされた前記第１部材（１００）を保持するために前記第１部材（１００）に当接するように構成されたベアリング面（２２）と、を含むヘッド部（２）と、
前記第１部材（１００）に挿入されるように構成されるとともに、前記第２部材（２００）に溶接されるように構成された溶接面（４０）を含み、前記ヘッド部（２）の断面積よりも小さい断面積を有する本体部（４）と、
前記本体部（４）の周囲に延び、溶接作業中に前記本体部（４）から放出される熱の前記第１部材（１００）への伝達を抑制する断熱手段とを備え、
前記ヘッド部（２）は、少なくとも１つの通気用溝（３０）を備えている、挿入体（１）。
【請求項9】
前記ヘッド部（２）は、溶接点又は挿入体（１）を壊すための力を前記ヘッド部（２）に付与するためのツールを受けるように構成された係合面（３４）を備えた、請求項１～８のいずれかに記載の挿入体（１）。
【請求項10】
前記本体部（４）は、前記溶接面（４０）の方向に減少する断面積を有する部分（４１）を備えた、請求項１～９のいずれかに記載の挿入体（１）。
【請求項11】
前記挿入体（１）は、固定手段を備え、前記固定手段は、該固定手段と協働するための構成要素を前記挿入体（１）に固定するように構成されている、請求項１～１０のいずれかに記載の挿入体（１）。
【請求項12】
挿入体（１）と第２部材（２００）との電気抵抗溶接により、第１部材（１００）と前記第２部材（２００）とをアセンブリするための前記挿入体（１）であって、
前記挿入体（１）は、
溶接電極（３００）を受けるように構成されたドッキング面（２０）と、前記第２部材（２００）にアセンブリされた前記第１部材（１００）を保持するために前記第１部材（１００）に当接するように構成されたベアリング面（２２）と、を含むヘッド部（２）と、
前記第１部材（１００）に挿入されるように構成されるとともに、前記第２部材（２００）に溶接されるように構成された溶接面（４０）を含み、前記ヘッド部（２）の断面積よりも小さい断面積を有する本体部（４）と、
前記本体部（４）の周囲に延び、溶接作業中に前記本体部（４）から放出される熱の前記第１部材（１００）への伝達を抑制する断熱手段とを備え、
前記ヘッド部（２）は、第１材料を含み、
前記本体部（４）は、前記第１材料とは異なる第２材料を含む、挿入体（１）。
【請求項13】
挿入体（１）と第２部材（２００）との電気抵抗溶接により、第１部材（１００）と前記第２部材（２００）とをアセンブリするための前記挿入体（１）であって、
前記挿入体（１）は、
溶接電極（３００）を受けるように構成されたドッキング面（２０）と、前記第２部材（２００）にアセンブリされた前記第１部材（１００）を保持するために前記第１部材（１００）に当接するように構成されたベアリング面（２２）と、を含むヘッド部（２）と、
前記第１部材（１００）に挿入されるように構成されるとともに、前記第２部材（２００）に溶接されるように構成された溶接面（４０）を含み、前記ヘッド部（２）の断面積よりも小さい断面積を有する本体部（４）と、
前記本体部（４）の周囲に延び、溶接作業中に前記本体部（４）から放出される熱の前記第１部材（１００）への伝達を抑制する断熱手段とを備え、
前記ベアリング面（２２）は、前記第１部材（１００）に当接するように構成された周縁フランジ（２１、２２０）を有する、挿入体（１）。
【請求項14】
第１部材（１００）と第２部材（２００）とをアセンブリする方法であって、前記アセンブリ方法は、
請求項１～１３のいずれかに記載の挿入体（１）を前記第１部材（１００）内に挿入するステップと、
前記挿入体（１）を第２部材（２００）に溶接するステップと
を備えたアセンブリ方法。
【請求項15】
前記挿入体（１）を前記第１部材（１００）内に挿入する前記ステップは、前記第１部材（１００）の製造の間に行われる、請求項１４に記載のアセンブリ方法。
【請求項16】
前記挿入体（１）を前記第１部材（１００）内に挿入する前記ステップは、前記挿入体（１）により前記第１部材（１００）を切断するステップを含む、請求項１４に記載のアセンブリ方法。
【請求項17】
前記方法は、前記挿入体（１）を冷却するステップを含む、請求項１４～１６のいずれかに記載のアセンブリ方法。
【請求項18】
前記方法は、前記挿入体（１）に当接される１つの単一電極の使用を含む、請求項１４～１７のいずれかに記載のアセンブリ方法。
【請求項19】
前記アセンブリ方法は、第１部材（１００）及び第２部材（２００）を接着させるステップを含む、請求項１４～１８のいずれかに記載のアセンブリ方法。
【請求項20】
前記方法は、前記第２部材（２００）内のボス（５００）の形成を含む、請求項１４～１９のいずれかに記載のアセンブリ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電気抵抗溶接により、２つ以上の部材をアセンブリするための挿入体、及びこの挿入体を用いてこれら２つの部材をアセンブリする方法に関する。
【背景技術】
【0002】
特に陸上又は航空運輸の分野において、鋼、アルミニウム、マグネシウム等の構成要素と、マトリックス及び補強材等の複合材料又はプラスチック製の構成要素との両者を一体化させたマルチ材料アセンブリを製造することは公知である。これらのマルチ材料アセンブリは、車両のエネルギー消費を減らすか又は動的な性質を改善するための車両の軽量化、安全性基準を満たすための構造補強、又は、車両の構成要素の点数の低減といった課題に対処する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
しかしながら、マルチ材料アセンブリは、これらのアセンブリのまさしくその性質を考慮して行うことが比較的困難である。そして、異なる特性を有する材料からなり、簡単で、経済的で、耐久性があり、強固な固定部材を必要とする。
【0004】
例えば接着することによりマルチ材料アセンブリを製造することは公知である。しかしながら、この解決策は、一般に比較的相当な架橋時間又は乾燥時間を意味するとともに、経年劣化によりアセンブリの性能が変化するという欠点もあり得る。従って、接着という方法は、依然として限定された場合に制限されている。
【0005】
また、フロードリルねじ及び釘により、マルチ材料アセンブリを製造することも公知である。しかしながら、この解決策では、特に高性能鋼シートメタルを含むアセンブリを製造できない。他の欠点は、アセンブリ後に形成される突起状残留物の存在である。
【0006】
最後に、特にホワイトボディのアセンブリ作業において、スポット溶接技術を用いてアセンブリを製造することは公知である。スポット溶接又は電気抵抗溶接は、機械的レベルで経済的且つ効率的であるという効果を有するアセンブリ技術である。にもかかわらず、この技術は、概して２枚の鋼シートメタル等の同じ性質の材料からなる２つの要素のアセンブリに制限される。この技術は、製造されるアセンブリが、例えばアルミニウム－鋼、鋼－複合材料、アルミニウム－プラスチックアセンブリ等の異なる性質の材料を有する要素を含む場合に、実施することが困難であることが判っている。この問題を克服するために、溶接パッチともいう挿入体を用いることが知られている。溶接パッチは、アセンブリされる要素の１つの中に配置され、その上に溶接電極を接触させて溶接を行う。従って、溶接パッチによりマルチ材料アセンブリを製造できる。
【0007】
しかしながら、溶接パッチには、いくつかの欠点がある。溶接パッチの寸法、特に直径は、通常、かなり大きい。実際、これにより、ロボット化された溶接アーム上の視野測位システムを接近させる必要もなく、パッチが挿入される部分よりも溶接パッチへの溶接クランプの電極のドッキングが確実になる。また、これにより、溶接パッチが挿入された部材に熱が到達して溶融させる、又はその材料を変質させる前に、溶接中に生じる熱を発散できる。この比較的大きなサイズにすることは、材料コストの高さ、質量の増加を意味し、車両の軽量化という現状の課題に逆行することになる。さらに、アセンブリ対象の部材に溶接パッチを挿入するためには、これらの溶接パッチを受け入れる直径の孔が必要である。この孔の直径は、やはり比較的大きなものとなるから、溶接パッチを受ける部材の強度低下に繋がる。また、例えばプラスチック又は複合材料からなる部材に溶接パッチを効果的に挿入することは、依然として手間がかかる。
【0008】
また、本発明は、アセンブリの強度低下を抑制し、低コストで、大きな設備投資を必要とすることなく使用できる、電気抵抗溶接による２つの部材のアセンブリのための挿入体を提案することによって、これらの欠点の全部又は一部を克服することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
このため、本発明の目的は、挿入体と第２部材との電気抵抗溶接により、第１部材と前記第２部材とをアセンブリするための前記挿入体であって、前記挿入体は、
溶接電極を受けるように構成されたドッキング面と、前記第２部材にアセンブリされた前記第１部材を保持するために前記第１部材に当接するように構成されたベアリング面と、を含むヘッド部と、
前記第１部材に挿入されるように構成されるとともに、前記第２部材に溶接されるように構成された溶接面を含み、前記ヘッド部の断面積よりも小さい断面積を有する本体部と、
前記本体部の周囲に延び、溶接作業中に前記本体部から放出される熱の前記第１部材への伝達を抑制する断熱手段と
を備えたことを特徴とする。
溶接電極を受けるように構成されたドッキング面と、前記第２部材にアセンブリされた前記第１部材を保持するために前記第１部材に当接するように構成されたベアリング面と、を含むヘッド部と、
前記第１部材に挿入されるように構成されるとともに、前記第２部材に溶接されるように構成された溶接面を含み、前記ヘッド部の断面積よりも小さい断面積を有する本体部と、
前記本体部の周囲に延び、溶接作業中に前記本体部から放出される熱の前記第１部材への伝達を抑制する断熱手段と
を備えたことを特徴とする。
【0010】
このように、本発明に係る挿入体によれば、電気抵抗溶接によりマルチ材料アセンブリを製造できる。このアセンブリは、限られた材料コストでありながら、優れた耐久性を有するとともに、既存の抵抗溶接装置を用いて行うことができるから、さらにコストを低減できる。
【0011】
実際、断熱手段は挿入体が配置される第１部材への熱の伝送を抑制するから、温度上昇の結果第１部材の材料が変性するリスクを抑制できる。このことは、第１部材が例えば複合材料のマトリックス等のプラスチック材料を含む場合に、特に有利である。
【0012】
また、溶接電極を受けるヘッド部と、端に溶接点が形成される本体部との断面積の違いにより、本体部の特にその端において、溶接エネルギー及び温度上昇を集中させることができるとともに、ヘッド部の温度上昇を低減させ、その結果ヘッド部において熱をより急速に放散させることができる。そして、これにより、溶接作業中におけるヘッド部から第１部材への熱の伝達を抑制できる。さらに、断面積の違いにより、比較的大きなドッキング面を提供できる。そうして、溶接電極を挿入体上に運ぶロボットの位置の精度に関し、許容度をもたらす。言い換えると、ロボットに高コストの視野測位システムを追加で付設する必要がなくなる。
【0013】
また、本体部は、第１部材を通じて、特に第１部材を貫通するように形成された孔を通じて挿入されるように構成されている。この本体部は低減された断面積を有するので、孔は低減されたサイズを有する。これにより、第１部材の構造上の強度低下を抑制できる。
【0014】
一実施形態によれば、前記挿入体は、前記第１部材を通じて適切な位置に前記挿入体を保持するように構成された保持手段を備える。
【0015】
これにより、第１部材の劣化リスクを抑制するために、第１部材から少し離間した位置で、溶接中に最も温度が上昇する本体部を保持することができる。
【0016】
一実施形態によれば、前記断熱手段は、断熱材料を含むように構成された周縁領域又はハウジングを含む。
【0017】
この構成により、より低コストで、本体部を第１部材から効果的に分離できる。
【0018】
一実施形態によれば、前記周縁領域又はハウジングは、ヘッド部の下側から突出する１つ又はいくつかの要素によって区画される。
【0019】
一実施形態によれば、前記突出する要素の先端は、第１部材を切断するように構成された切断刃を形成する。
【0020】
一実施形態によれば、前記溶接面は、前記先端により形成された前記切断刃より先に、前記第１部材に当接するように構成されている。従って、溶接面は、この先端に接する面から突出し得る。
【0021】
一実施形態によれば、前記突出する要素は、前記本体部の中央の高さまで少なくとも延びる。
【0022】
一実施形態によれば、前記断熱手段は、断熱材料からなる部材を含む。
【0023】
一実施形態によれば、前記断熱手段は、断熱材料コーティングを含む。
【0024】
この構成によれば、よりコンパクトな構成とすることができ、第１部材に形成された孔のサイズを抑制し、結果としてこの第１部材の機械的強度の低下を抑制できる。
【0025】
一実施形態によれば、前記ヘッド部は、少なくとも１つの通気用溝を備えている。
【0026】
これにより、溶接中にヘッド部において放出される熱をより急速に放散させることができ、結果として第１部材におけるヘッド部と接触する部分の溶融リスクを抑制できる。
【0027】
一実施形態によれば、前記ヘッド部は、溶接点又は挿入体を壊すための力を前記ヘッド部に付与するためのツールを受けるように構成された係合面を備える。
【0028】
この特徴によれば、容易に挿入体を壊すことができ、その結果、第１部材及び第２部材の分解を要する保守又は交換作業が容易になる。
【0029】
一実施形態によれば、前記本体部は、前記溶接面の方向に減少する断面積を有する部分を備える。
【0030】
この断面積の減少により、溶接中において本体部の端に熱を集中させることができ、その結果、挿入体の他の部分及び断熱領域、特に第１部材に向かって熱が拡散するのを抑制できる。
【0031】
一実施形態によれば、前記挿入体は、固定手段を備え、前記固定手段は、該固定手段と協働するための構成要素を前記挿入体に固定するように構成されている。
【0032】
これにより、予め挿入体を用いて形成された第１部材及び第２部材のアセンブリに他の部材を取り付けることができる。
【0033】
一実施形態によれば、前記ヘッド部は、第１材料を含み、前記本体部は、前記第１材料とは異なる第２材料を含む。
【0034】
この特徴によれば、ヘッド部と本体部との間の断面積の差により生じる電気抵抗の違いと相補的な、挿入体に沿う電気抵抗の違いをもたらすことができる。その結果、電流線をヘッド部の中心部に向かって集中させることができ、延いてはヘッド部を介して第１部材に熱が伝達されるリスクを抑制できる。従って、挿入体の異なる部分は、異なる材料を含み得る。例えば、ヘッド部はアルミニウム、本体部はより耐性に優れた鋼、及び断熱手段はセラミックからなる。
【0035】
一実施形態によれば、前記ベアリング面は、前記第１部材に当接するように構成された周縁フランジを有する。
【0036】
他の実施形態によれば、本発明の他の目的は、第１部材と第２部材とをアセンブリする方法であって、前記アセンブリ方法は、上述の特徴を有する挿入体を前記第１部材内に挿入するステップと、前記挿入体を第２部材に溶接するステップとを備える。
【0037】
一実施形態によれば、前記挿入体を前記第１部材内に挿入する前記ステップは、前記第１部材の製造の間に行われる。
【0038】
これにより、時間を短縮化でき、延いては当該方法のコストを抑制できる。
【0039】
一実施形態によれば、前記挿入体を前記第１部材内に挿入する前記ステップは、前記挿入体により前記第１部材を切断するステップを含む。
【0040】
一実施形態によれば、前記溶接するステップは、電気抵抗溶接ステップである。方法は、挿入体に溶接電極を当接させるステップを含み得る。好ましくは、この溶接電極は挿入体のヘッド部の断面積と同一か又はそれより大きい断面積を有する。
【0041】
これにより、溶接電極を当接させるときの（第１部材に対する挿入体、第２部材に対する第１部材、第１部材及び挿入体により形成される組合せに対するロボットアーム等の）位置の不正確性を補うことができる。
【0042】
溶接電極は比較的大きなサイズであるから、より広い表面に亘って溶接エネルギーを分配できる。挿入体のヘッド部と電極との間の接触面が大きいほど、単位面積当たりの伝達されるエネルギーは小さくなる。これにより、ヘッド部における温度上昇が抑制され、延いては第１部材の保護に寄与できる。
【0043】
また、電極と挿入体との間の温度上昇を抑制することにより、溶接の反復性及び安定性が向上する。電極は、劣化が抑制され、交換頻度を低減できる。
【0044】
一実施形態によれば、前記方法は、前記挿入体を冷却するステップを含む。
【0045】
これにより、溶接作業中において、第１部材に伝達される熱を抑制できる。また、これにより、電極と挿入体との間の温度上昇を抑制し、延いては電極の劣化を抑制できる。
【0046】
一実施形態によれば、前記方法は、前記挿入体、特に前記挿入体のヘッド部に当接される１つの単一電極の使用を含む。
【0047】
これにより、単一アクセス溶接、すなわち１つの電極を一方だけに当接させることにより行われる溶接が可能になる。言い換えると、もはやアセンブリを２つの電極間に挟まなくてもよく、挿入体が第２部材に接触した状態で、第２部材を、挿入体に当接された溶接電極の極性と反対の極性に設定するだけでよい。これにより、溶接領域に近づくことが困難な部材に対しても作業できる。
【0048】
一実施形態によれば、前記アセンブリ方法は、第１部材及び第２部材を接着させるステップを含む。
【0049】
本発明に係る挿入体と接着させることとを組み合わせることにより、接着効果を向上でき、延いては高価でない接着剤の使用を可能にする。そうして、方法の複雑化を低減できる。
【0050】
一実施形態によれば、前記方法は、前記第２部材内のボスの形成を含む。
【0051】
本発明の他の特徴及び効果は、添付の図面を参照して、非限定的な例示として提供された実施形態についての以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0052】
【図6A】図６Ａは、本発明の一実施形態に係る挿入体の断面図であり、この挿入体を用いて第１部材と第２部材とをアセンブリする前の図である。ここに、第１部材と第２部材との間に機能的な間隙が設けられており、特に第１部材及び第２部材の対向面に表面保護を与えることができる。機能的な間隙は流体循環用の通路を形成する。
【図6B】図６Ｂは、本発明の一実施形態に係る挿入体の断面図であり、この挿入体を用いて第１部材と第２部材とをアセンブリした後の図である。ここに、第１部材と第２部材との間に機能的な間隙が設けられており、特に第１部材及び第２部材の対向面に表面保護を与えることができる。機能的な間隙は流体循環用の通路を形成する。
【発明を実施するための形態】
【0053】
図１は、本発明の一実施形態に係る挿入体１を示す。挿入体１は、例えば図４Ａ及び図４Ｂに示すように、抵抗スポット溶接（ＲＳＷ）とも呼ばれる電気抵抗溶接により、第１部材１００と第２部材２００とをアセンブリするためのものである。また、挿入体１は、図２０Ａ及び図２０Ｂに示すように、電気抵抗溶接により、２つより多い部材又は積層されたシートメタルのアセンブリも可能とし得る。
【0054】
挿入体１は、第１部材１００に形成された孔を通じて挿入されるように構成されており、ここでは第１部材の下に配置された第２部材２００と接触して配置される。そして、温度上昇を生じさせ、延いては挿入体１及び第２部材２００の溶接を行うために、電流が印加される。そうして、第１部材１００は、挿入体１によって第２部材２００に組み付けられ状態で保持される。
【0055】
第１部材１００及び第２部材２００は、異なる材料を含み得る。例として、第１部材１００は、例えば熱可塑性又は熱硬化性マトリックスと、短繊維又は長繊維タイプの強化材とを含む、プラスチック又は複合材料からなり得る。一方、第２部材２００は、金属、例えば鋼からなり得る。第１部材１００が、例えば金属等の導電性材料からなる場合、挿入体１は、短絡を避けるために部分的に又は完全に電気的に絶縁されたコーティングにより被覆され得る。
【0056】
挿入体１は、ヘッド部２と本体部４とを備える。
【0057】
ヘッド部２は、ディスク形状を有し得る。ヘッド部２は、図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように、溶接電極３００を受けるように構成されたドッキング面２０と、その下側、ドッキング面２０の反対側に、第１部材１００及び第２部材２００の分解を抑制するために第１部材１００に当接するように構成されたベアリング面２２とを含む。好ましくは、ベアリング面２２は、ヘッド部２の下側の周面に対応する。ベアリング面２２は、環状形状を有することができる。ドッキング面２０及び／又はベアリング面２２は、挿入体１の縦軸Ａに対して直交か、又は互いに平行であってもよい。
【0058】
ヘッド部２は、ドッキング面２０及びヘッド部２の下側を接続する例えば円筒状の横壁２４を含み得る。横壁２４は、図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、第１部材１００及び挿入体１の保持に寄与するために、第１部材１００に当接するように構成され得る。図５Ａ及び図５Ｂの例によれば、挿入体１と、第１部材１００及び第２部材２００とにより形成されたセットの剪断抵抗は、剪断応力が挿入体１の最大可能表面上に分散されることにより、高まる。本体部４は、第１部材１００に挿入されるように構成されている。本体部４は、円筒状形状を有することができる。
【0059】
本体部４は、軸Ａに沿って長手方向に延び得る。本体部４は、ヘッド部２の下側から延びる。本体部４は、ヘッド部２の下側においてヘッド部２に接続された第１端部４ａと、反対の第２端部４ｂとを備える。好ましくは、本体部４は、図４Ａ、図６Ａ又は図７に示すように、その第２端部４ｂに向かって断面積差を有してもよく、特に部分４１は、ヘッド部２に接続された本体部４の一部と比べてより小さい断面積を有してもよい。好ましくは、より小さい又は減少する断面積を有する部分４１は、本体部４の第２端部４ｂにおいて延び、減少する断面積を有するこの部分４１は、溶接面４０に隣接し得る。例えば、減少する断面積を有する部分４１は、円筒状及び／又は円錐状形状を有し得る。この断面積の減少によれば、特にプライマ４３によって溶接工程が開始した後の熱をかなり局所的に集中させることができる。これにより、正確且つ安定した溶融点を生成できる。また、これにより、第１部材１００の厚さの変化を補い、延いては、良質なドッキングに適用し、第１部材１００及び第２部材２００間を接続するように、溶接において本体部４の実際の長さを自己調整する余剰の材料をもたらすことができる。より小さい又は減少する断面積を有する部分４１、好ましくはプライマ４３は、この余剰材料が第１部材１００から少し離間した状態で、断熱領域の範囲内に含まれるように構成される。このように、挿入体１は、第１部材１００の厚さの変化という観点から、より広い範囲で使用できる。
【0060】
第２端部４ｂは、第２部材２００に溶接されるように構成された溶接面４０を含む。本体部４は、横壁４２を有する。溶接面４０は、ヘッド部２と反対側の方向に減少する断面積を有し得る。例えば、溶接面４０は、円錐又は円錐台状の形状を有し得る。さらに、溶接面４０は、溶接面４０から突起状に延びる溶接プライマ４３を含み得る。
【0061】
ヘッド部２及び本体部４は、ドッキング面２０から溶接面４０まで電流を循環させ得るように構成されている。特に、ヘッド部２及び本体部４は、例えば金属等の導電性材料を含む。挿入体１、特にヘッド部２及び／又は本体部４は、鋼、アルミニウム、チタン又は銅を含み得る。
【0062】
ヘッド部２及び本体部４は、一体であるか、又は互いに固定されて挿入体１を形成していてもよい。ヘッド部２は、第１材料を含み、本体部４は、第１材料とは異なる、特に第１材料よりも電気抵抗の高い第２材料を含み得る。これにより、ヘッド部２と本体部４との間の電気抵抗差を高め、好ましくは電気エネルギー、延いては生じた熱を挿入体１の中心部に局所化させることができる。例えば、ヘッド部２はアルミニウムを含み、本体部４は鋼を含む。１つの可能性によれば、本体部４は、異なる電気抵抗を有するいくつかの材料を含み得る。また、特に、本体部の第２端部４ｂは、本体部４の残りの部分よりも高い電気抵抗を有する材料又は第２部材２００との良質な溶接点の形成により適した材料を含み得る。
【0063】
本体部４はヘッド部２の部分の断面積よりも小さい断面積を有する点に留意すべきである。特に、本体部４は、（軸Ａに沿ったその高さを除いて、）ヘッド部２のサイズより小さいサイズを有する。図１に示すように、本体部４は、ヘッド部の直径Ｄより小さい直径ｄを有し得る。好ましくは、本体部４及びヘッド部２間の断面積又は直径比率は、少なくとも１５％の範囲内である。
【0064】
好ましくは、電気抵抗溶接作業の間に挿入体１を流れる電流線が挿入体１の中央部に集中されるように、本体部４はヘッド部２から中央に延びる。
【0065】
挿入体１は、溶接作業中における本体部４から第１部材１００への熱の伝達を抑制するように構成された断熱手段を備える。断熱手段は、溶接作業中において、本体部４及び第１部材１００の間、より具体的には、本体部４及びベアリング面２２の間に配置されるように構成されている。断熱手段は、第１端部４ａとベアリング面２２との間において、本体部４の全周、特に本体部４の第１端部４ａの全周に亘って延びる。
【0066】
特に、断熱手段が引き出しバイアスに対応できる材料を含む場合に、さらにヘッド部２及び第１部材１００の間、すなわちヘッド部２及び特にヘッド部２の横壁２４の周囲に延びる断熱手段を提供することも可能である。さらに、特に断熱手段が第１部材１００と接触するように構成されている場合、断熱手段は、剪断応力に耐え、延いては第１部材１００の保持に寄与するのに適した材料を含み得る。
【0067】
図３に示すように、好ましくは、断熱手段は、本体部４の横壁４２の周囲に延び、例えば空気等の断熱材料を含むように構成された、例えば環状形状の周縁領域又はハウジング４４を含む。
【0068】
断熱領域又はハウジング４４は、ヘッド部２の下側から突出する、例えば環状の１つ又はいくつかの要素４６によって区画され得る。突出する要素４６は、本体部４から離間して、特に本体部４の全周に亘って配置される。突出する要素４６は、内側面４６ａ及び外側面４６ｂを有し得る。ここに、断熱領域又はボリューム４４は、本体部４の横壁４２、突出する要素４６の面４６ｂ、及び底壁４５によって、部分的に区画される。断熱手段は、例えばセラミック等の断熱材料からなり得る突出する要素４６を含み得る。
【0069】
図１４に示すように、突出する要素４６の先端４６ｃは、突出する形状、特に挿入体１が挿入されるための第１部材１００の孔を切断することを可能にするように構成された切断刃の形状を有し得る。図１４に示すように、切断刃は、外側に向いていてもよい：従って、この刃は、本体部４側に配置された傾斜面４６０よりも軸Ａに関して傾きが小さい外側に配置された傾斜面を含む２つの傾斜面の接合部に形成され得る。
【0070】
好ましくは、切断前に第１部材１００の材料に予め張力がかかるように、本体部４の第２端部４ｂは先端４６ｃと同一平面上の平面から突出する。これにより、この切断の効果が向上する。先端４６ｃは、例えばアルミニウム、プラスチック、複合材料又は鋼の切断に適し得る。
【0071】
突出する要素４６は、例えば円形、卵形、長方形、正方形等の通路に沿って本体部４の周囲に延び得る。
【0072】
領域又はハウジング４４は、ヘッド部２の下側において少なくとも部分的に凹んだ状態で、すなわち、ベアリング面２２とドッキング面２０との間に含まれる高さにおいて延びる底４５を有する状態で、延びてもよい。これにより、本体部４からの放射方向の熱の伝達が抑制される。
【0073】
断熱手段は、例えばセラミック等の断熱材料からなる部材を含んでもよく、当該部材は、好ましくは当該領域又はハウジング４４の内側に部分的に又は完全に配置され得る。この部材は、例えば突出する要素４６により形成され得るリングに相当してもよく、この突出する要素４６が断熱材料を含み得る。
【0074】
代わりに又は相補的に、断熱手段は、本体部４の材料に比べてより断熱性の材料からなるコーティング（図示せず）を含んでもよい。このコーティングは、全体、すなわち挿入体１の全体を覆っていてもよいし、部分的、すなわち例えば本体部４の横壁４２等に配置されていてもよい。
【0075】
好ましくは、図１５に示すように、周縁領域又はハウジング４４は、突出する要素４６によりブロックされて、溶接作業中における溶融物のスプラッシュ４８の収容領域として機能する。また、フリーの収容領域に向かう溶融物の排出は、特にその円錐又は円錐台形状により、第２端部４ｂ、より具体的には溶接面４０の断面積が減少することにより促進される。
【0076】
また、図１６に示すように、第１部材１００及び本体部４の間の自由領域により、第２部材２００は、溶接作業中この自由領域において変形できる。これにより溶接作業の結果得られたアセンブリの張力を効果的に保持するバイアスを形成できる。実際、溶接作業中に、本体部４の材料は消費され、その結果、第２部材２００は電極による挟持の影響により自由領域において変形し、本体部４の長さの減少を補う。こうして、張力は、最終的にアセンブリに保存される。
【0077】
また、図１６に関し、ヘッド部２は、下側に、第１部材１００に当接されるように構成された周縁フランジ２１を有し得ることに留意する必要がある。この周縁フランジ２１は、ベアリング面２２の端部に形成されてもよく、例えば軸Ａに直交する平面に関して傾いた状態でもよく、これによりヘッド部２の下側に周縁ポケット２３が形成され、アセンブリの張力に寄与する弾性をヘッド部２に与えることができる。また、このポケットにより、異なる材料で形成され得る第１部材１００と挿入体１との間の膨張差により生じ得る差異を吸収できる。
【0078】
図１９に示すように、外側面４６ｂは、溶接後に残った横壁４２の表面積Ｓ２よりも大きい表面積Ｓ１を有するように構成され得る。特に、突出する要素４６は、その先端４６ｃが本体部４の中央のレベル又はその下側にくるような高さを超えて軸Ａに沿って延び得る。これにより、ピーニング又は微小な裂け目の問題が抑制される。
【0079】
好ましくは、挿入体１は、第１部材１００を通じて適切な位置に挿入体１を固定するように構成された保持手段を含み、これにより、本体部４と第１部材１００とを接触させたときの互いの相対的な位置ずれを抑制できる。
【0080】
例えば、保持手段はブロッキング面６を含む。ブロッキング面６は、突出する要素４６の外側面４６ｂ及び／又は先端面又は軸面４６ｃ、及び／又は、ヘッド部２の横壁２４でもよく、挿入体１がこの第１部材１００に挿入されたときに、第１部材１００から少し離間して本体部４を保持するように構成されている。
【0081】
保持手段は、ヘッド部２及び第１部材１００を互いに係合させるように、側方のブロッキング面６、特に突出する要素４６の先端４６ｃに配置された突出部又は陥凹部４７を含み得る。
【0082】
ヘッド部２の横壁２４はドッキング面２０の方向に減少する断面積を備えた部分２４ａを有してもよく、これにより、保持手段は横壁２４の減少する断面積を備えたこの部分２４ａを含むことができる。
【0083】
また、保持手段は、ドッキング面２０を横壁２４の残りに接続するヘッド部２の横壁２４の部分２４ａを備えてもよい。この部分２４ａは、ドッキング面の方向に減少する断面積を有する。第１部材１００は、例えばオーバーモールド成形により、減少する断面積を備えたこの部分２４ａを超えて延び得る。
【0084】
図１７に示される実施形態によれば、保持手段は、例えば環状であり、ベアリング面２２から突出する突起２２０を含み得る。好ましくは、この突起２２０は周縁フランジ２１であってもよく、ポケットはこの突起及び突出する要素４６との間で区画され得る。
【0085】
好ましくは、保持手段は、ヘッド部２に配置される。
【0086】
好ましくは、断熱手段は、本体部４及び保持手段の間に配置される。
【0087】
このように、断熱手段は、溶接作業前及び溶接作業中において、本体部４から少し離間して第１部材１００を保持するように構成される。
【0088】
図２、図９、及び図１１Ａの例に示すように、ドッキング面２０は、溶接作業中に、例えば空気等の冷却剤を循環させるように構成された１つ又はいくつかの通気用溝３０を区画する１つ又はいくつかの突起２８を有し得る。例えば、冷却剤は、ドッキング面３０の方向に溶接電極３００の外側又は内側を経て放出される。通気用溝３０は、通気用溝３０からの冷却剤の放出を可能とする放射状の開口部３２を有する。好ましくは、放射状の開口部３２は、ヘッド部２の横壁２４の上方に配置される。
【0089】
さらに、ヘッド部２、特にドッキング面２０は、好ましくは、溶接点又は挿入体１を壊すための力、特にトルクをヘッド部２に付与するために、例えばスクリュードライバー又はキー等のツールを受けるように構成された、例えばオルトラジアル又はオルトラジアル要素を有する係合面３４を備えることに留意すべきである。この係合面３４はドッキング面の突起２８の横壁に相当してもよく、好ましくは、部分的に１つ以上の通気用溝３０を区画してもよい。図９の例によれば、係合面３４は、例えばインプリント又はヘクサロビュラ内部キー等、星型の突起２８の横壁に形成される。係合面３４は、横壁２４の一部に相当してもよい。
【0090】
図１０Ａ、図１０Ｂ、図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、挿入体１は、例えばネジ又はナットなどの構成要素を挿入体１に固定するように構成された固定手段を備え得る。この構成要素は、挿入体１の固定手段と協働するように構成された相補型固定手段を含み得る。固定手段は、挿入体を貫通する孔８２の横壁、又は本体部４の第２端部から延びるロッドの横壁に形成され得るスレッド８０を含み得る。固定手段は、例えば溶接又は圧挿のための、例えばバヨネット型の挟持要素又は嵌合要素のための表面等の固定面を備え得る。
【0091】
本発明の他の目的は第１部材１００と第２部材２００とをアセンブリする方法であって、前記アセンブリ方法は、
先に述べた特徴の全部又は一部を有する挿入体１を前記第１部材１００内に挿入するステップと、
前記挿入体１を第２部材２００に溶接するステップと
を備える。
先に述べた特徴の全部又は一部を有する挿入体１を前記第１部材１００内に挿入するステップと、
前記挿入体１を第２部材２００に溶接するステップと
を備える。
【0092】
一実施形態によれば、溶接ステップは、挿入体１を第２部材２００に電気抵抗溶接するステップである。方法は、予め、溶接電極３００を挿入体１のヘッド部２に当接させるステップを含み得る。
【0093】
挿入体１を第１部材１００に挿入するステップは、例えば圧着又はリベット固定と同様に、リワーク、特に挿入体１における好ましくは保持手段を形成するような突出部等の一部の変形、又は、第１部材１００の変形により行われ得る。また、図８に示すように、特に挿入体１が第１部材１００と係合する突出部又は陥凹部４７を備える場合には、挿入体１は、第１部材１００に螺挿、枢挿され得る。
【0094】
あるいは、第１部材１００を形成するための装置内のプレス型に挿入体１を直接セットしてもよい。言い換えると、挿入体１を第１部材１００に挿入するステップは、好ましくは、第１部材１００を製造する工程、特に第１部材１００の成形作業において行われ得る。第１部材１００が射出成形、例えばプラスチック射出成形により成形される場合、挿入体１はオーバーモールドされ、延いては第１部材１００に連結され得る。このオーバーモールディングは、挿入体の変形を伴い、これにより挿入体１及び第１部材１００の間の機械的な相互作用が強化され得る。
【0095】
さらに、挿入ステップは、特に第１部材１００が構造により形成された、又は構造化されているか否かにかかわらず長繊維ベースの強化材により形成された複合材料からなる場合に、挿入体１のセットアップを可能とするハウジングをもたらすために、第１部材１００の切断を含み得る。図１３に示すように、切断は、例えば中空管４０１を用いて、型締めにより行われ得る。装置を閉める又は型締めの間に、管は第１部材１００の物体片又は切り屑４０２を切断するように構成される。この物体片又は切り屑４０２は、切断を行った管の内部を通じて装置を開く又は型開き前に取り出され得る。例えば、切断により生じた孔の内部に挿入体１を挿入する間に挿入体１がこの物体片又は切り屑を管内に押し出すように構成されている場合、このような挿入体１を用いることにより、物体片又は切り屑４０２の取り出しは、連続的に行うことができ、延いては製造工程が中断されることがない。また、物体片又は切り屑の切断は、カッティングスタンプ、特にトランスファープレスのカッティングスタンプにより形成された、金属製、例えばアルミニウム製の第１部材に関連し得る。この場合も、当該切断ステップにおいて、挿入体を挿入するステップは、リワーク中ではなく、第１部材１００の製造中に行われる。
【0096】
図１４の例によれば、切断は挿入体１自体、より具体的には、突出する切断刃４６ｃにより行われる。切断の効果は、第２端部４ｂを長くすることにより高まる。これは、切断刃４６ｃが切断を始める前に第２端部４ｂが第１部材１００に接触するためである。これにより、第１部材１００は、挿入体１に加えられた負荷により曲がり、この負荷に対して、管又は中空体４０１を通じて反力がはたらく。中空体４０１の空洞は、まず、第１部材１００の湾曲に適応する。切断刃４６ｃ又は中空体４０１により形成された孔開け具は、挿入体１の軸方向に移動を続け、突出する要素４６により形成されたクラウンのサイズ及び形状に近いサイズを有する物体片又は切り屑４０２を切断する。その後、この削り屑４０２は、中空体４０１に配置された空洞４０３を通じて除去される。切断は、低温又は高温で行われ得る。
【0097】
このように、挿入体１自体が孔開け具として機能する。そのため、第１部材１００への挿入体１のセットアップを確実にするために予め設けられた孔はない。さらに、第１部材の切断は突出する要素４６により形成されたクラウンに合うように調節されるされるから、挿入体１は少しも間隙を開けることなく第１部材１００に確実に固定される。
【0098】
挿入ステップは、ホワイトボディのアセンブリ作業中に行われ得る。
【0099】
電極３００を当接させるステップは、ドッキング面２０に対して溶接電極３００を接触させることにより行われる。このステップは、好ましくは、挿入体１のヘッド部２のそれぞれ断面積、直径と同一か又はそれより大きい断面積、特に直径を有する電極の使用を含む。実際には、電極３００は挿入体１のヘッド部２の直径と同一の直径を有し得る。このことに、第１部材１００に対する挿入体１の位置、第２部材２００に対する第１部材の位置、並びに、ロボットアーム及びより一般的には溶接チップに対する第１部材１００及び第２部材２００により構成されたセットの位置の不確実性が加わる。従って、全ての位置の欠陥を補うのは電極３００の直径である。
【0100】
方法は、第２部材２００、特に挿入体１の反対側に、第２電極４００を当接させることを含み得る。しかしながら、単一アクセス溶接を行うために、１つの単一電極、すなわち、挿入体１に当接される電極３００だけを備える構成とすることも可能である。実際、第２端部４ｂは挿入体１及び第２部材２００間の限られた位置又は表面における接触をもたらすから、例えば電気抵抗溶接によりアセンブリされる２枚のシートメタル間で行われるように、挿入体１及び第２部材２００間で接触点を得るために２つの電極間に挿入体１及び第２部材２００を挟持する必要がない。従って、方法は、好ましくは、挿入体及び第２部材２００により形成されたセットを２つの溶接電極間に挟持しない。１つの単一電極３００を使用する場合、第２部材２００、又は、好ましくは、第３シートメタル又は第４シートメタルのような第２部材２００に対して直接又は間接に当接する部分は、例えばグラウンド又は反対の極性に接続されている。第２電極４００を使用する場合、第２電極４００の断面積又はサイズ、特に直径は、挿入体１のヘッド部２に当接された電極３００の断面積又はサイズ、特に直径よりも小さくてもよく、例えば、挿入体１の本体部４の断面積又はサイズ、特に直径と同等でもよい。
【0101】
抵抗溶接ステップは、溶接電極３００及び／又は挿入体１を冷却するステップを含み得る。この冷却ステップは、電極３００の導管３０２を通じた空気、例えば圧縮空気等の冷却剤１０の循環、及び、挿入体１の方向、特に挿入体のヘッド部２又はドッキング面２０の方向へのその突出を含む。その後、この冷却剤は、ドッキング面２０上に形成された、又は溶接電極３００の端部に形成された、放射状の通気用溝３０を通じて循環し得る。そうして、第１部材１００に接触する挿入体のヘッド部２を効果的に冷却し得る。冷却は、冷却剤を、図１２Ｂに示すように、溶接電極３００の内部を通じて、特に中心方向に運び、例えば溶接電極３００周りに配置されたノズルを用い、溶接電極３００の外側を通じて、周方向に運ぶことにより行われ得る。好ましくは、冷却ステップは、溶接作業中及び／又は溶接作業後、すなわち挿入体１を通じて電流が循環する間及び／又は循環した後に行われる。
【0102】
アセンブリ方法は、特に挿入体１の第２部材への溶接ステップ前に、第１部材１００及び第２部材２００を接着させるステップを含む。溶接ステップは、接着剤の乾燥及び／又は架橋反応前に介在してもよく、これにより、接着された接合部の接着が確実化されるのを待つ間、すなわち乾燥又は架橋反応後に、第１部材１００及び第２部材２００の保持が確実なものとなる。さらに好ましくは、接着ステップは、第１部材１００及び／又は第２部材２００を覆う接着剤の塗布、そして好ましくは互いに対する第１部材１００及び第２部材２００の局在化を含む。その後、方法は、挿入体１を第２部材２００へ溶接するときに、第１部材１００及び第２部材２００のドッキング、すなわち接触を行うために、挿入体１に圧力を加えるステップを含む。この接触は、最終的に、第２部材２００に溶接された挿入体１を介して保持され、接着剤のみを用いたアセンブリ方法において通常あるような遅延時間は発生しない。換言すると、接着剤の乾燥又は架橋反応を待つ必要はない。第１部材１００及び第２部材２００は固定される。従って、接着剤は、製造工程の後続作業中、例えば後続の電気泳動法型処理ステップの間等に乾燥又は架橋され得る。
【0103】
図１８を参照すると、方法は、挿入体１の本体部４が内接され、溶接されるボス５００の形成を含み得る。これにより、得られたアセンブリの機械的強度が増加するとともに、例えば別の溶接中にボス５００を用いて第２のアセンブリを行うこともできる。ボス５００は、電極の終端に凹部４０４を備えた第２電極４００により、溶接エネルギーの伝達前又は伝達中に、形成され得る。
【0104】
他の実施形態によれば、溶接ステップは、摩擦溶接ステップである。挿入体１は、軸Ａ回りに回転される。この回転は、軸Ａによる軸力に関連し、第２端部４ｂ及び第２部材２００間の局所的な温度上昇をもたらす。この温度上昇により、溶接が行われる。挿入体１の軸Ａ回りの回転は、係合面３４に当接されたツールを用いて確実に行われ得る。
【0105】
本発明に係る挿入体１によれば、追加コストなしで高強度の多材料アセンブリを得ることができる。本発明は、例えば自動車業界におけるホワイトボディ及び構成要素のアセンブリ、例えばドア、フード、又はトランク等のドアリーフのアセンブリ、航空業界における例えば要素又は構造要素のアセンブリ、及び特に鉄道、農業分野等に関する他の業界におけるアセンブリに適用される。
【0106】
もちろん、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、この実施形態は例として提供されている。本発明の範囲から逸脱することなく、特に各種デバイスの構成に関して、又は、技術的同等物を用いた置換により、変更は可能である。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図11A】
【図11B】
【図12A】
【図12B】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20A】
【図20B】
