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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-10-02
(54)【発明の名称】先進高強度鋼の機械的接合
(51)【国際特許分類】
B21D 39/03 20060101AFI20240925BHJP
B21J 15/00 20060101ALI20240925BHJP
B23K 11/11 20060101ALI20240925BHJP
B23K 26/22 20060101ALI20240925BHJP
【ＦＩ】
B21D39/03 B
B21J15/00 V
B23K11/11 540
B23K26/22
【審査請求】未請求
【予備審査請求】有
(21)【出願番号】P 2024506515
(86)(22)【出願日】2022-08-03
(85)【翻訳文提出日】2024-03-21
(86)【国際出願番号】 US2022039244
(87)【国際公開番号】W WO2023014767
(87)【国際公開日】2023-02-09
(31)【優先権主張番号】63/228,726
(32)【優先日】2021-08-03
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】17/878,993
(32)【優先日】2022-08-02
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】519286865
【氏名又は名称】ユーティカ エンタープライジズ インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100121441
【弁理士】
【氏名又は名称】西村 竜平
(74)【代理人】
【識別番号】100154704
【弁理士】
【氏名又は名称】齊藤 真大
(74)【代理人】
【識別番号】100206151
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 惇志
(74)【代理人】
【識別番号】100218187
【弁理士】
【氏名又は名称】前田 治子
(74)【代理人】
【識別番号】100227673
【弁理士】
【氏名又は名称】福田 光起
(74)【代理人】
【識別番号】100231038
【弁理士】
【氏名又は名称】正村 智彦
(72)【発明者】
【氏名】サヴォイ マーク エー
(72)【発明者】
【氏名】モーガン フィリップ ジェイ アイ
【テーマコード（参考）】
4E165
4E168
【Ｆターム（参考）】
4E165AA02
4E165AA03
4E165AB02
4E165AB23
4E165BA01
4E165BB02
4E165BB12
4E168BA02
4E168BA16
4E168BA85
4E168BA88
(57)【要約】
鋼材を機械的に接合する方法であり、先進高強度鋼（ＡＨＳＳ）の少なくとも一部分を含む複数のシートメタル部分のスタックに可変クランプ力を適用する。スタックを最適な機械的接合温度まで加熱し、スタックの強度と材料特性を維持しながら、先進高強度鋼との機械的接合を形成する。本発明の方法を実施するツール及びシステム、並びに本発明の方法により形成された接合アセンブリを提供する。
【選択図】図２
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
鋼材を機械的に接合する方法であって、少なくとも先進高強度鋼（ＡＨＳＳ）の一部分を含む複数のシートメタル部分のスタックに可変クランプ力を加えるステップと、
前記スタックを最適な機械的接合温度まで加熱して、前記スタックの強度と材料特性を維持し、かつ前記ＡＨＳＳとの機械的接合を形成するステップとを含む方法。
【請求項2】
前記スタックをその溶融温度未満の温度まで加熱するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記スタックの接合領域の熱影響部（ＨＡＺ）部分を加熱するステップをさらに含む請求項２に記載の方法。
【請求項4】
加熱中に前記スタックのＨＡＺ部分の温度を制御及び監視するステップをさらに含む請求項３に記載の方法。
【請求項5】
前記スタックをレーザアセンブリで加熱するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項6】
前記スタックを一対の電極で加熱するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項7】
前記一対の電極を用いて前記可変クランプ力を加えるステップをさらに含む請求項６に記載の方法。
【請求項8】
アクチュエータを作動させて前記機械的接合を形成するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項9】
前記アクチュエータを作動させて、前記可変クランプ力を加え、同じ作動により前記機械的接合を形成するステップをさらに含む請求項８記載の方法。
【請求項10】
請求項１に記載の方法により形成された機械的接合部。
【請求項11】
鋼材を機械的に接合する方法であって、少なくとも先進高強度鋼（ＡＨＳＳ）の一部分を含む複数のシートメタル部分のスタックをクランプするステップと、
前記スタックを溶融温度未満の温度まで加熱して、前記スタックを機械的に結合するステップとを含む方法。
【請求項12】
前記スタックの接合領域の熱影響部（ＨＡＺ）部分を加熱するステップをさらに含む請求項１１に記載の方法。
【請求項13】
加熱中に前記スタックの前記ＨＡＺ部分の温度を制御及び監視するステップをさらに含む請求項１２に記載の方法。
【請求項14】
前記スタックをレーザアセンブリで加熱するステップをさらに含む請求項１１に記載の方法。
【請求項15】
前記スタックを一対の電極で加熱するステップをさらに含む請求項１１に記載の方法。
【請求項16】
前記一対の電極で可変クランプ力を加えるステップをさらに含む請求項１５に記載の方法。
【請求項17】
アクチュエータを作動させて前記機械的接合を形成するステップをさらに含む請求項１１に記載の方法。
【請求項18】
前記アクチュエータを作動させ、前記可変クランプ力を加え、同じ作動により前記機械的接合を形成するステップをさらに含む請求項１７に記載の方法。
【請求項19】
少なくとも先進高強度鋼の一部分を含む複数のシートメタル部分のスタックをクランプする一対のクランプ面と、前記一対のクランプ面を備え、前記スタックに電流を流して前記スタックを加熱し、機械的接合を形成して前記スタックを結合する一対の電極と、を備えるツールアセンブリ。
【請求項20】
オートメーションに取り付けられるように適合されたエンドエフェクタである請求項１９に記載のツールアセンブリ。
【請求項21】
機械的接合を形成する機械的接合動作を行うアクチュエータをさらに含む請求項１９に記載のツールアセンブリ。
【請求項22】
前記アクチュエータが、前記一対のクランプ面を作動させて、前記複数のシートメタル部分のスタックをクランプする請求項２１に記載のツールアセンブリ。
【請求項23】
少なくとも先進高強度鋼の一部分を含む複数のシートメタル部分のスタックをクランプするツールアセンブリと、前記スタックを所定の温度に加熱して、前記スタックに最適な延性を与えて機械的接合を形成する電極配列と、
前記ツールアセンブリと電気的に通信し、前記スタックの熱影響ゾーンの接合温度を監視する制御装置と、を備えるシステム。
【請求項24】
前記ツールアセンブリが、前記スタックを最適な温度に加熱して機械的接合を形成するレーザアセンブリをさらに含む、請求項２３に記載のシステム。
【請求項25】
保護コーティングを備える先進高強度鋼の少なくとも一部分と、前記保護コーティングを有する先進高強度鋼の少なくとも一部分と機械的に接合された金属部品であって、前記保護コーティングが、前記機械的接合内の前記少なくとも一部分と前記金属部品との間にある金属部品と、を備えるアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
・関連出願の相互参照
本出願は、２０２１年８月３日に出願された米国仮出願第６３／２２８，７２６号の利益を主張する、２０２２年８月２日に出願された米国特許出願第１７／８７８，９９３号の優先権を主張するものであり、参照することにより、これらの開示内容の全体が本明細書に取り込まれる。
本出願は、２０２１年８月３日に出願された米国仮出願第６３／２２８，７２６号の利益を主張する、２０２２年８月２日に出願された米国特許出願第１７／８７８，９９３号の優先権を主張するものであり、参照することにより、これらの開示内容の全体が本明細書に取り込まれる。
【0002】
本明細書の様々な実施形態は先進高強度鋼（ＡＨＳＳ）の機械的接合に関する。
【背景技術】
【0003】
２０１７年１１月１４日にＵｔｉｃａ Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ， Ｉｎｃ．に発行されたＳａｖｏｙらの米国特許９，８１５，１０９ Ｂ２には、先進高強度鋼を機械的に接合する装置と方法が開示されている。
【発明の概要】
【0004】
一実施形態によれば、一つの方法は、複数のシートメタル部分のスタックに可変クランプ力を加える。スタックは最適な機械的接合温度に加熱され、その強度及び材料特性を維持しながら、先進高強度鋼との機械的接合を形成する。
【0005】
別の一実施形態によれば、一つの方法は、先進高強度鋼の少なくとも一部分を含む複数のシートメタル部分のスタックをクランプする。スタックは、溶融温度未満の温度に加熱され、互いに機械的に接合される。スタックの熱影響部（ＨＡＺ）部分として知られる接合領域の温度は、加熱中に制御及び監視される。
【0006】
別の一実施形態によれば、ツールアセンブリは、先進高強度鋼の少なくとも一部分を含む複数のシートメタル部分のスタックをクランプするための一対のクランプ面を備える。一対の電極は、スタックに圧力及び電流を流してスタックを加熱し、機械的接合を形成してスタックを互いに結合するための一対のクランプ面を備える。
【0007】
別の一実施形態によれば、先進高度鋼の少なくとも一部分を含む複数のシートメタル部分のスタックをクランプするツールアセンブリを備えたシステムが提供される。スタックを所定の温度に加熱し、スタックに最適な延性を与えて機械的接合を形成する電極配置が提供される。制御装置は、ツールアセンブリと電気的に通信しており、スタックの熱影響部の接合温度をモニタリングしている。
【0008】
さらなる位置実施形態によれば、ツールアセンブリは、スタックを最適な温度に加熱して機械的接合を形成するレーザアセンブリを備える。
【0009】
別の一実施形態によれば、アセンブリは、保護コーティングが施された先進高強度鋼の少なくとも一部分を備える。金属部品は、先進高強度鋼の少なくとも一部分と機械的に接合される。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【発明を実施するための形態】
【0011】
必要に応じて、本発明の詳細な実施形態が本明細書に開示されているが、開示された実施形態は、様々な代替形態で具体化され得る本発明の単なる例示であることを理解されたい。図は必ずしも縮尺通りではなく、一部の特徴は、特定の構成要素の詳細を示すために誇張又は最小化されている場合がある。したがって、本明細書に開示された特定の構造的及び機能的な詳細は、限定的なものとして解釈されるものではなく、単に、本発明を様々に採用することを当業者に教示するための代表的な基礎として解釈されるものである。
【0012】
制御装置の用語は、様々なコンポーネント及びシステム用の１つ又は複数の制御装置又は制御モジュールとして提供されてよい。制御装置及び制御システムは、任意の数の制御装置を含むことができ、単一の制御装置に統合されていてもよいし、さまざまなモジュールを備えていてもよい。複数の制御装置の一部又は全部は、コントローラ・エリア・ネットワーク（ＣＡＮ）又は他のシステムによって接続されてもよい。本明細書に開示される任意の制御装置、回路、又は他の電気デバイスは、本明細書に開示される動作を実行するために互いに協働する任意の数のマイクロプロセッサ、集積回路、メモリデバイス（例えば、ＦＬＡＳＨ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、電気的にプログラム可能なリードオンリーメモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的に消去可能なプログラマブルリードオンリーメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、又はそれらの他の適切な変形）、及びソフトウェアを含み得ることが認識される。さらに、本明細書に開示される電気デバイスのいずれか１つ以上は、本明細書に開示されるような任意の数の機能を実行するようにプログラムされた非一時的なコンピュータ可読媒体に具現化されるコンピュータプログラムを実行するように構成され得る。
【0013】
最近の鋼材の進歩により、引張強さが７００メガパスカル（ＭＰａ）から２，０００メガパスカルを超える先進高張力鋼（ＡＨＳＳ）グレードが提供されている。ＡＨＳＳの継続的な進歩には、延性とエネルギー吸収能力を向上させた高強度鋼が含まれる。図８に示すように、ＡＨＳＳは従来の鋼材よりも強度が高く硬いため、自動車用途では、従来の鋼材と比較して、乗員の安全性の向上と燃費の改善を実現する高強度で軽量な鋼板材料が可能になります。しかしながら、引張強さが９８０メガパスカル以上になると、この種の薄板鋼材の硬度と延性は、車両組立部品のような従来の鋼材スタックを機械的接合するために従来から利用されてきた接合方法、システム、及びツールアセンブリを用いて機械的接合を形成することが困難になる。
【0014】
ＡＨＳＳは、例えばボディ・イン・ホワイト（ＢＩＷ）コンポーネント、衝突エネルギー吸収、クラッシュプロテクション、乗員エリアコンポーネント等、車体製造での使用に特に有用である。ＡＨＳＳは、より薄いゲージを使用しながら高強度を提供し、その結果、卓越した強度と製造性を持ちながら、車両のエネルギー効率を高める軽量構造を実現する。しかし、このような硬い先進高強度鋼は、機械的接合が可能なほどの延性がない。例えば、一部のＡＨＳＳを抵抗スポット溶接すると、望ましくない抵抗スポット溶接継手が発生する可能性があり、特にＭｎＢ＋ＨＦ鋼のようなホットスタンプ・プレス硬化鋼では、継手不良が発生する可能性がある。
【0015】
図１は、一実施形態における、ＡＨＳＳを機械的接合するためのシステム１００を示す。図示された実施形態では、システム１００は、レーザアシスト熱接合システム１００である。接合システム１００は、インテグレータ制御盤又はコントローラ１０４と電気的に通信する、例えば産業用ロボット１０２等のフレキシブルオートメーションを含む。コントローラ１０４は、メインライン制御盤１０６と電気的に通信していてもよい。
【0016】
接合システム１００は、産業用ロボット１０２による機械的関節のためのエンドエフェクタ１０８を含む。描かれているエンドエフェクタ１０８は、クラス１レーザセーフエンドのアームツールアセンブリ１０８であり、材料のスタック（少なくとも１つのＡＨＳＳシートメタル部分を含む）をレーザで加熱し、かつクリンチング又はリベッティングすることによりＡＨＳＳを機械的接合する、一般的なクリンチ接合システムとともに示されている。エンドエフェクタ１０８は、別のエンドエフェクタ１１０と交換可能であってもよい。エンドエフェクタ１１０は、クラス１レーザセーフエンドのアームツールアセンブリ１１０であり、これはレーザで加熱して材料のスタックをリベット接合することによってＡＨＳＳを機械的に接合する一般的なリベット接合システム１１０として示されている。エンドエフェクタ１０８、１１０の各々は、エンドエフェクタ１０８、１１０の電気アクチュエータ及びポジショナを制御するための電力及び通信ライン１１２、１１４により制御装置１０４に接続されている。エンドエフェクタ１０８、１１０ｂの態様は、２０１７年１１月１４日にＵｔｉｃａ Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ， Ｉｎｃ．に発行されたＳａｖｏｙらの米国特許番号ＵＳ ９，８１５，１０９ Ｂ２の教示を採用することができ、当該文献は参照することによりその全体が本明細書に組み込まれる。レーザ加熱システム１００と共に使用するために、他の機械的接合プロセスが企図されてよい。
【0017】
接合システム１００は、クローズドループチラーを備えた統合レーザシステム１１６を含む。レーザシステム１１６は、電源ライン１１８及び通信ライン１２０によって制御盤１０４に接続されている。レーザシステム１１６は、レーザビームファイバ供給ケーブル１２２と冷却回路１２４を、各ツール１０８、１１０に供給する。制御装置１０４は、ロボット１０２、エンドエフェクタ１０８、１１０及びレーザシステム１１６と通信し、ロボットがエンドエフェクタ１０８、１１０をシートメタル部（ｐｏｒｔｉｏｎ）のスタックに提示するようにしている。レーザシステム１１６は、レーザセーフエンドエフェクタ１０８、１１０でスタックを加熱する。その後、エンドエフェクタ１０８、１１０がスタックを機械的に接合し、機械的インターロックを形成する。接合システム１００は、Ｓａｖｏｙらの米国特許番号ＵＳ ９，８１５，１０９ Ｂ２の教示を採用してよい。あるいは、産業用ロボット１０２を利用することなく、ペデスタル固定具１７０が制御パネル１０４及び統合レーザシステム１１６と通信して、加熱及び機械的接合動作を実行するようにしてもよい。
【0018】
図２は、別の実施形態によるＡＨＳＳを機械的に接合するシステム１３０を示す。図示された実施形態では、システム１３０は抵抗熱接合システム１３０である。この接合システム１３０は、統合制御及び配電用パネル、又は制御装置１３４と電気的に通信する、産業用ロボット１３２を含む。制御装置１３４は、前記実施形態と同様に、メインライン制御盤１０６と電気的に通信していてもよい。
【0019】
接合システム１３０は、産業用ロボット１３２による機械的関節動作のためのエンドエフェクタ１３６を含む。描かれているエンドエフェクタ１３６は、アームツールアセンブリ１３６の熱接合エンドであり、少なくとも１つのＡＨＳＳシートメタル部を含む材料スタックを、電極アセンブリを用いて加熱して機械的に接合する、一般的なクリンチ接合システムで示されている。エンドエフェクタ１３６はまた、アームツールアセンブリ１３６のリベット接合エンドであってもよい。エンドエフェクタ１３６は、他のエンドエフェクタと交換可能であってもよい。エンドエフェクタ１３６は、電力及び通信ライン１３８、１４０を介して、エンドエフェクタ１３６の電気アクチュエータ及びポジショナを制御する制御装置１３４に接続されており、制御装置１３４は、通信ライン１２８を介してタイマー１４２と通信している。
【0020】
接合システム１３０は、エンドエフェクタ１３６上の電極アセンブリと電気的に通信するタイマー１４２を含む。制御装置１３４は、ロボット１３２、エンドエフェクタ１３６、及びタイマー１４２と通信し、ロボット１３２がエンドエフェクタ１３６をシートメタル部のスタックに提示するようにする。タイマー１４２は、スタック内の熱影響部（ＨＡＺ）の温度を監視しながら、エンドエフェクタ１３６において、ＨＡＺ接合領域に電流を向けてスタックを加熱する。それから、エンドエフェクタ１３６がスタックを機械的に接合する。接合システム１３０は、Ｓａｖｏｙらの米国特許番号ＵＳ ９，８１５，１０９ Ｂ２の教示を採用してもよい。あるいは、産業用ロボット１３２を利用することなく、ペデスタル固定具１７０が、制御装置１３４及びタイマー１４２と通信して、加熱及び機械的接合動作を実行するようにしてもよい。
【0021】
図３は、エンドエフェクタ１０８、１１０又は１３６をより詳細に示す。一実施形態によれば、エンドエフェクタ１３６は、ツールアセンブリ１３６の、ロボティクスレーザアシストクリンチ及びリベット接合エンドである。エンドエフェクタ１３６は、産業用ロボット１３２のアームの末端の取付けプレートに取付けられる取付けブラケット１４４を含む。ブラケット１４４はフレーム１４６に接続されており、これはエンドエフェクタ１３６の機能部品を支持するための溶接品であってもよい。フレーム１４６はＣ字形状に形成されてもよく、これはしばしばＣフレームと呼ばれ、設計上、機械的接合動作中に発生するあらゆる力を含む。エンドエフェクタ１３６は、例えばクリンチングやリベッティング等の接合動作を行うためのアクチュエータ１４８を含む。図示している実施形態では、アクチュエータ１４８はサーボドライバモータ１４８である。例えば空気圧、油圧等の他のアクチュエータが適用されてもよい。サーボアクチュエータ１４８は、スタックに届きかつアクセスできるように、ブラケット１４４から間隔をあけてフレーム１４６上に配置されている。
【0022】
レーザコリメータ１５０は、フレーム１４６に設けられており、コヒーレントレーザビーム１５２を生成するための焦点光学系とコリメート光学系を備えている。レーザシステム１１６は、スタックのＨＡＺを照射するレーザビーム１５２を生成するのに利用される。レーザビーム１５２は、Ｃフレーム１４６を通して正確に照射され、Ｃフレーム１４６内に安全に閉じ込められる。フレーム１４６は、レーザビーム１５２に対して安全な経路を提供するために、凹部を有してもよい。フレーム１４６には、高速パイロメータと固定されたレーザビームベンダー１５４が設けられており、これらはフレーム１４６を通してレーザビーム１５２を安全に導く。調整可能なレーザビームベンダー１５６が、ベンダー１５４から間隔をあけてフレーム１４６に設けられており、加熱されて機械的接合を形成しているスタックのＨＡＺ内でレーザビーム１５２を正確に方向転換させる。
【0023】
エンドエフェクタ１３６は、フレーム１４６上に支持され、材料のスタックを処理するために露出している機械的接合ツール１５８を含む。ツール１５８は、スタックに接触し、レーザビーム１５２をスタック上で完全に封止し、その状況にて最適化された熱影響部（ＨＡＺ）を生成するために利用される。ツール１５８は、アクチュエータ１４８の出力端から離間して対向し、アクチュエータ１４８と協働して接合動作を協働で提供する。冷却装置が、アクチュエータ１４８及び／又はツール１５８の出力端に設けられて、エンドエフェクタ１３６又はツールを動作中の過剰な熱から隔離するようにしてもよい。エンドエフェクタ１３６は、産業用ロボット１３２と共に動作するレーザ一体型接合アセンブリを提供し、ここでレーザビーム１５２は、クラスＩレーザ安全として分類されるように収容され、例えばセーフティブース又はセーフティメリメータ等の追加のレーザ安全装置を必要としない。
【0024】
次に図４を参照すると、ペデスタル固定具１７０は、ロボット制御により又はオペレータの手動により処理される部品／アセンブリを受ける独立型の固定具である。ペデスタル固定具１７０は、例えば床等の支持面、又はプレス等の他の装置に支持される大きさである。また、図示されているように、工具１７４を有するアクチュエータ１７２等のような工具の１つを支持するように構成されてもよい。ツール１７４は、材料のスタックをレーザで加熱し、次いでリベット接合することで、ＡＨＳＳを機械的に接合するリベット接合ツールシステムである。ペデスタル固定具１７０は、ＡＨＳＳの機械的接合のための他の工具１０８、１３６の１つと組み合わせて利用されてよい。ペデスタル固定具１７０は、下にある支持面に対して、又はプレス等の他のオートメーションに対して、ある向きでツール１７４を支持する。ペデスタル固定具１７０は、制御盤１７６と電気的に通信しており、この制御盤１７６は、前述した実施形態の制御盤１０４、１０６、１３４の１つと通信することができる。あるいは、制御装置１７６は、制御盤１０４、１０６、１３４のうちの１つに統合されたモジュールであってもよい。
【0025】
図５はＡＨＳＳを接合するためのツールアセンブリ２０を示しており、これは前述の実施形態の固定具１５８及び出力ツールアセンブリ１６２として、エンドエフェクタ１０８、１１０、１３６、１７０に設けられてよい。ツールアセンブリ２０は一対のサブアセンブリ２２、２４を含み、これらは順に、第１のサブアセンブリ２２及び第２のサブアセンブリ２４と称される。ツールアセンブリ２０は、プレス若しくは固定具、又はロボット等の自動化装置に設けられてもよく、ワークピースを接合するために、一対のツールサブアセンブリ２２、２４をワークピースに提示してもよい。
【0026】
第１の工具サブアセンブリ２２は、電極２８とクランプ面３０とを備えたハウジングを含む。同様に、第２の工具サブアセンブリ２４は、電極３４とクランプ面３６とを備えるハウジングを含む。電極２８、３４は、最適化されたＨＡＺを形成するように、それぞれのハウジングに対して、内側に中央より（ｏｒｉｅｎｔｅｄ ｃｅｎｔｒａｌｌｙ ｉｎｂｏａｒｄ）に配置されている。
【0027】
機械的に接合されるシートメタル材料のスタックが提供される。シートメタルのスタックは、機械的インターロックによって接合される少なくとも２つの金属層を含む。
図示された実施形態では、スタックは、互いに接触してプレスされる、鋼材である２つのシート３８、４０を含む。スタックには、様々な機械的インターロックのために、様々な量及び種類の材料成分又はシートが設けられてもよい。スタック３８、４０は、オートメーションによって接触してプレスされてもよい。スタックの２枚のシート３８、４０はそれぞれＡＨＳＳで形成されてもよい。別の実施形態によれば、スタックの一方のシート３８、４０がＡＨＳＳから形成され、他方のシート３８、４０は、他の同種材料又は異種材料から形成されてよい。
図示された実施形態では、スタックは、互いに接触してプレスされる、鋼材である２つのシート３８、４０を含む。スタックには、様々な機械的インターロックのために、様々な量及び種類の材料成分又はシートが設けられてもよい。スタック３８、４０は、オートメーションによって接触してプレスされてもよい。スタックの２枚のシート３８、４０はそれぞれＡＨＳＳで形成されてもよい。別の実施形態によれば、スタックの一方のシート３８、４０がＡＨＳＳから形成され、他方のシート３８、４０は、他の同種材料又は異種材料から形成されてよい。
【0028】
スタックの２枚のメタルシート３８、４０は、ツールアセンブリ２０による接合動作のために接触して提供される。２枚のシートが図示されているが、さらなるメタルシートを追加して加熱し、ＨＡＺ４２において機械的接合を形成してもよい。電極２８、３４のクランプ面３０、３６の間でスタック３８、４０に正しい抵抗を与えるように、制御された力が電極２８、３４に加えられる。電極２８、３４は、加熱動作中にシート３８、４０に接触する唯一の導電性材料である。制御された電流４４が、電極２８、３４を通って金属シート３８、４０を通り、抵抗によって熱を発生させ、ＨＡＺ４２内でシート３８、４０を機械的に接合し、電極電流経路におけるクランプ面３０、３６のＨＡＺ４２内に位置する接合部を形成する。ＨＡＺ４２は、スタックへの接合作業を行うために熱処理の影響を受けるスタックの複数の層にわたる領域である。そして機械的接合はＨＡＺ４２内に形成される。
【0029】
電極２８、３４のクランプ面３０、３６は、アクチュエータ１４８によって共にクランプされる。アクチュエータ１４８とコントローラ１０４は、加熱サイクル中にクランプ力を調整又は維持する制御を行う。例えば８０キロニュートンの駆動能力を有するサーボドライバ１４８は、適用可能な全てのクランプ要件及び機械的接合の要件を処理しながら効率的なロボット関節動作を行えるように十分に軽量である。制御可能なアクチュエータ１４８を使用することにより、クランプ力は、例えばツールの後退を補助するためのストリッパースプリング等の典型的な機械的接合ツールのような、バネ戻しにより制限されない。様々な機械的接合スタックは、異なるクランプ力及び接合力の要件を有しており、アクチュエータ１４８は、制御装置６４、１０４によって制御され、処理される関連する材料のスタックに対して正しいクランプ力及び接合力を提供する。
【0030】
第２の工具サブアセンブリ２４は、ハウジング内にレーザビーム４６を含んでもよい。レーザビーム４６は、材料シート３８、４０を加熱するためにも利用することができる。レーザビーム４６の追加は、電極２８、３４と組み合わせて使用される場合にシート３８、４０の加熱効率を増加させ、それにより、結果的に、熱接合動作の工程時間を短縮するか、又は代替的に加熱してサイクルタイムを改善することができる。レーザビーム４６は、Ｓａｖｏｙらの米国特許番号ＵＳ ９，８１５，１０９ Ｂ２の教示を採用してもよい。レーザビーム４６は、第１シート４０を照射して第１及び第２シート３８、４０を加熱する。第２のシート３８は、付随的なシート（ｉｎｃｉｄｅｎｔ）でもよく、レーザサブアセンブリ１３６によってアクセス可能なトップシート３８であってもよい。第１のシート４０が、トップシート３８であってもよいし、いずれかのシート３８、４０であってもよい。
【0031】
ツールアセンブリ２０は、加熱領域に応じて、スタックにおいて正しい接合温度を提供するために、ＨＡＺ４２の温度を監視する少なくとも１つのセンサ４８を含む。センサ４８は、第１のツールサブアセンブリ２２又は第２のツールサブアセンブリ２４に設けられてよい。別の実施形態によれば、各ツールサブアセンブリ２２、２４にセンサ４８が設けられ、第１のシート４０及び第２のシート３８におけるＨＡＺ４２の温度を監視するようにしてもよい。センサ４８は例えば赤外線パイロメータ等であってもよい。
【0032】
図６にはシート３８、４０が概略的に図示されている。各シート３８、４０は鋼の一次層５０、５２を含む。シート３８、４０はそれぞれ、その露出表面が、保護コーティング層５４、５６、５８、６０により被覆されている。コーティング層５４、５６、５８、６０は、スチール層５０、５２を錆やその他の汚染から保護する。コーティング層５４、５６、５８、６０は、２２ＭｎＢ５鋼、亜鉛合金等上のアルミニウムシリコン層（約９０％のアルミニウムと約１０％のシリコンを有するＡｌ－Ｓｉ）から形成されてよい。ＡＨＳＳコーティングは、熱間成形工程又は他の保護コーティング工程の間、電気亜鉛メッキコーティング工程、亜鉛メッキコーティング工程、溶融浸漬等により作成することができる。
【0033】
再び図５を参照すると、ツールアセンブリ２０は、制御装置６４を備えた金属接合・加熱システム６２に設けられている。コントローラ６４は、センサ４８と電気的に通信して、温度測定値を受信してＨＡＺ４２の温度を監視する。制御装置６４はまた、タイマー１４２と通信し、電極２８、３４を通る電流を調節し、ＨＡＺ４２の温度を制御する。
【0034】
コーティング層５４、５６、５８、６０は、接合部において鋼材３８、４０を汚染する可能性があり、これにより液体金属脆化（ＬＭＥ）が生じ、接合部に亀裂が生じ、その結果、接合部が破損する可能性がある。コーティング層５４、５６、５８、６０は、鋼の融点よりも低い融点を有してもよい。接合部への被覆層５４、５６、５８、６０の汚染（コンタミ）を避ける１つの方法は、ＨＡＺ４２を特定の接合用途に最適な温度に加熱することである。一実施形態によれば、ＨＡＺ４２における被覆層５４、５６、５８、６０の保護のために、ＨＡＺ４２は被覆層５４、５６、５８、６０の溶融温度に近い温度まで加熱される。例えば、被覆層５４、５６、５８、６０は亜鉛から形成され、亜鉛の溶融温度未満、例えば４２０℃未満の温度まで加熱されてもよい。被覆層５４、５６、５８、６０はスタック３８、４０上に維持され、接合作業完了後のスタック３８、４０の腐食を回避する。中間コーティング５６、５８は、ＬＭＥを避けるために接合部内に保持されてよい。加熱及び接合作業は、コーティング５４、５６、５８、６０の保護を維持するために、十分に速いサイクルタイムで実行される。
【0035】
ＨＡＺ４２は、クリンチング、セルフピアシングリベット、又はＳａｖｏｙらの米国特許番号ＵＳ９，８１５，１０９Ｂ２に開示された他の締結動作等の熱接合動作を行うために、鋼の溶融温度未満の温度に加熱される。あるいは、２０２０年１２月１５日に出願されたＳａｖｏｙらの米国特許出願１７／１２１，９８０号に開示され、その全体が参照により本明細書に組み込まれるフロースクリューが接合部に取り付けられてもよい。別の実施形態によれば、金属シート３８又は４０の一方は、２０１８年９月６日に公開されたＳａｖｏｙらのＵＳ２０１８／０２５０７３４号公報（Ｕｔｉｃａ Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ，Ｉｎｃ．参照することによりその全体が本明細書に組み込まれる）に開示されるように、クリンチナットに取り付けられてもよい。
【0036】
クランプ力、電流のアンペア数、電流の動作時間、及びレーザの動作時間の変数はすべて、実行される特定の接合作業に対して最適化されたプロセスウィンドウに到達するように、一緒に又は別々に調節してもよい。センサ４８はＨＡＺ温度を監視し、その温度が材料組成又は微細構造に過度の損傷を与えないようにする。最適な機械的接合温度は、鋼材３８、４０の溶融温度未満である。例えば、加熱作業中にレーザ又は電流をオン・オフすることにより、温度を制御したり、あるいはスタック３８、４０内の１枚以上のシートの最適なＨＡＺを形成してよい。
【0037】
図７は、一実施形態による抵抗加熱シーケンスの概略図の一例である。図７では、力と電流が経時的にグラフ化されている。ゾーンＩにおける最初のスクイズ時間（ｓｑｕｅｅｚｅ ｔｉｍｅ）では、電極２８、３４がスタック３８、４０上にクランプされ、レーザビーム４６と電極２８、３４を通る電流が開始される。最初のスクイズ時間は、この段階を完了するために、１秒の６サイクル、又はそれ以上かかってもよい。レーザビーム４６及び／又は電極は、スタックの厚さ及びＡＨＳＳ鋼の材種に応じて、およそ、３０－７５サイクルで、スタック３８、４０を温度まで加熱する。
【0038】
加熱サイクル中、要求されるクランプ力は制御される。一実施形態によれば、電極電流は増加、パルス化又は減少させてよい。この例では、レーザビーム４６と電極２８、３４は、可変持続時間（ｖａｒｉａｂｌｅ ｄｕｒａｔｉｏｎ）の間電力が供給され、その後停止される。センサ４８が示す温度が特定の最適ＨＡＺ温度より低い温度まで降下した場合、電極２８、３４はパルスを印加されてもよい。そして、センサ４８の測定値がＨＡＺ４２の接合温度に達するまで、電極２８、３４の電流は維持又はパルス化される。制御装置及びタイマー・インターフェースによって制御される接合温度を維持し、接合動作のための電流レベル及び温度を制御するのに、電流パルスの量が使用されてもよい。クランプと加熱のサイクルタイムは３０－７５サイクルと見積もられ、これは０．５－１．２５秒である。
【0039】
別の一実施形態によると、ゾーンＩＩの間、電流を増加させ、それから維持するようしてもよい。制御された加熱動作は、ＨＡＺ４２内の材料に最適な接合温度を維持する。温度は、電流レベルと加熱動作の時間を変化させるように、制御装置とタイマーによって制御される。
【0040】
ゾーンＩＩＩの接合動作は、プロセスウィンドウの温度範囲内で行われる。しかしながら、急速な加熱とそれに伴う冷却により、接合動作中に温度が変化することがある。そのため、最適な接合温度範囲内でスタック温度が低下しながら接合動作が行われるように計算される。
【0041】
ゾーンＩＩＩの第３の時間範囲では、急冷シーケンスが発生する。機械的接合は、機械的接合動作を仕上げるのに要求される特定の材料の組み合わせごとに決定される最適接合温度で形成される。加熱のみの動作は、約６０サイクル又は約１秒であってもよい。
【0042】
図７のゾーンＩＩの加熱サイクルは、比較的短時間で急激な温度上昇を示す。このような高温でかつこのような短い間隔で、ＨＡＺ４２内のスタック３８、４０の溶融温度を回避しながら、金属の加熱を制御するのは困難である。加熱ゾーンＩＩの電流又はレーザを変化させることで、エネルギーを増加又は減少させて加熱を安定させ、特定のスタックに最適な機械的接合の範囲内で適切な温度を維持することができる。エネルギーを変化させることで、ＨＡＺ４２内のスチールスタックの臨界温度（例えば溶融温度等）を超えることなく、熱の均一な分布を形成できる。加熱ゾーンＩＩの温度を監視することで、スタック内の鋼材の溶融温度を超えることなく最適温度に達するように、温度を制御及び維持することができる。溶鋼層３８、４０を避けることにより、鋼層３８、４０の強度及び微細構造は、図８のグラフのＡＨＳＳの一般的な強度内に留まる。
【0043】
ツールアセンブリ２０のコストを低減するために、レーザビーム４６が省略されてもよい。この場合、接合動作は、電極２８、３４への制御電流のみによって行われる。
【0044】
図８は、自動車の製造において特に望ましい、様々なグレードの鋼板の引張強さと延性を示すグラフである。このグラフは、産業界における鋼の発展を示しており、しばしばバナナチャートと呼ばれる。延性は伸び率として示されている。例えばインタースティシャルフリー（ＩＦ）鋼、軟鋼、インタースティシャルフリー高強度（ＩＦＨＳ）鋼、ベークハーデナブル（ＢＨ）鋼、炭素－マンガン（ＣＭｎ）鋼、高強度低合金（ＨＳＬＡ）鋼、フェライト－ベイナイト（ＦＢ）鋼等の、従来の鋼は、引張強さが１，０００ＭＰａ未満で、延性は６０％から１０％未満である。
【0045】
ＡＨＳＳの開発により、従来の鋼よりも大幅に高い、様々な引張強度範囲が実現した。ねじれ誘起塑性（ＴＷＩＰ）鋼は、少なくとも１，４００メガパスカルまでの引張強度の範囲で、ＡＨＳＳグレードの５０％から７０％の高い延性を有すると言われている。
【0046】
マルテンサイト／ホットスタンプ（ＭＡＲＴ）鋼の延性は、１０％未満と低く、引張強さは２，０００メガパスカルを超える。マンガン－ホウ素熱間成形 （ＭｎＢ＋ＨＦ）鋼も、延性は１０％未満と低く、引張強さは１，８００メガパスカルを超えることもある。マルテンサイト／ホットスタンプ鋼とマンガン－ホウ素熱間成形鋼では、極端な引張強度が得られているが、延性が低いため、材料の延性を向上させることなく、これらの材料を一般的／典型的に機械的に接合することはできない。
【0047】
二相鋼（ＤＰ）及び複相鋼（ＣＰ）は、最大３０％の延性と最大１，４００メガパスカルまでの引張強度を提供する。変態誘起塑性（ＴＲＩＰ）鋼は、延性が４０％未満で、最大引張強さが１，３００メガパスカル未満である。
【0048】
自動車の製造に使用されるＡＨＳＳの延性を最適化するため、鉄鋼業界では、従来鋼の延性に近づきつつある、より高い／強化された延性を持つ第三世代のＡＨＳＳが開発されている。第三世代のＡＨＳＳは、１７００メガパスカル以上の引張強度を持つ。鉄鋼業界は、延性を４０％以上に高め、引張強度を２，０００メガパスカル以上にすることで、衝突エネルギー性能の向上と軽量化を実現する第三世代ＡＨＳＳ鋼種を開発している。第三世代鋼はまた、金属プレス工程で熱間成形することなく、従来のプレス加工が可能な材料を提供するために開発中である。
【0049】
電極加熱を備えたツールアセンブリ２０の柔軟性により、スタックのＨＡＺ４２を通した高速で、効率的な、均一な加熱が可能になる。レーザビーム４６は、加熱エネルギーを１つの表面に集中させるため、スタックの全層を通して均一に熱を伝導するのにさらに時間がかかる。鋼板の反射面やコーティングもまた、追加の保護層により、レーザビーム及び電極による加熱に対して抵抗となる場合がある。また鋼板の反射面やコーティングは、その反射特性及び組成により、レーザビーム及び電極による加熱を阻害する場合もある。ＨＡＺ４２の温度を監視することにより、システム１００、１１０、１７０は、ＨＡＺ４２を効果的かつ最適に加熱し、その一方でスタック３８、４０内の鋼を溶融させることがなく、ＨＡＺ４２のスタック内の材料等級の微細構造の一般的特性を維持することができる。
【0050】
ＨＡＺ４２でスタックの一般的特性を維持することで、機械的接合部の強度が最大化される。接合部内の強度が均一であるため、スタックと同じ一般的特性を持つ接合部が得られる。ＡＨＳＳの全ての特定等級、及びスタック内の各特定材料の組み合わせについて、接合サイクルタイムを最小限に抑えながら、鋼の臨界温度を超えることなく機械的接合部の完全性を提供するために、図８に示すようなクランプ力、電流、及び時間スケジュールを図表化することができる。
【0051】
図９－図１２は、別の実施形態によるツールサブアセンブリ２００を示す。ツールサブアセンブリ２００は、前述の実施形態の１つのエンドエフェクタ１０８、１１０、１３６、１７０に利用することができる。ツールサブアセンブリ２００は、電極アセンブリ１９８の１つのサブアセンブリである。電極アセンブリ１９８はまた、第２のツールサブアセンブリを含む。第１の工具サブアセンブリ２００及び第２の工具サブアセンブリは、その間にスタックをクランプし、スタックを通して電流を流してＨＡＺ４２を加熱する。工具サブアセンブリ２００はアクチュエータ１４８に接続されている。工具サブアセンブリ２００は、クランプサブアセンブリ２００の構成部品を保持するための第１ボディ２０２及び第２ボディ２０４を含む。
【0052】
第１ボディ２０２は、絶縁ブッシュ２０６を受けるレセプタクル２０８を含む。工具サブアセンブリ２００は電極２１０を含む。電極２１０は、第２ボディ２０４のレセプタクル２０８内に受容される外径を有するボディ２１２を含む。電極ボディ２１２は、絶縁ブッシュ２０６によって第１ボディ２０２から絶縁されている。電極２１０は、第２ボディ２０４の開口２１６（図１１）から延びる縮径部２１４を含む。電極２１０の遠位端には、クランプ面２１８が設けられている。絶縁ワッシャ２２０が、第１ボディ２０２と、電極ボディ２１２の軸方向端部との間のレセプタクル２０８内に設けられている。電極ボディ２１２の他方の軸方向端部には、別の絶縁ワッシャ２２２が設けられている。
【0053】
スタッド２２４は、絶縁ブッシュ２０６のスロット２２６を通して電極２１０に接続されている。スタッド２２４には、別の絶縁ブッシュ２２８（図９）が設けられている。ラグ２３０は、電極２１０に電流を流すように、ファスナ２３２によりスタッド２２４に接続されている。
【0054】
インターロックリング２３４は、絶縁ワッシャ２２２の上に軸方向に積層され、複数のピン２３６により絶縁ワッシャに連結されている。ストップリング２３８は、インターロックリング２３４の上に軸方向に積層されている。スプリング２４０は、インターロックリング２３４の上に軸方向に積層され、第２ボディ２０４の空洞２４４内に延びている。ナット２４２は第２ボディ２０４に設けられ、第２ボディ２０４を第１ボディ２０２に固定する。パンチホルダ２４６が第２ボディ２０４の遠位端を覆っている。パンチ２４８は、パンチホルダ２４６を貫通し、電極２１０を貫通するように延びている。
【0055】
第１及び第２ボディ２０２、２０４は、絶縁ブッシュ２０６、電極２１０、絶縁ワッシャ２２０、２２２、インターロックリング２３４、ストップリング２３８、スプリング２４０及びパンチ２４８をまとめて保持する。インターロックリング２３４とストップリング２３８は協働して、クランプ動作中にスプリング２４０をバイパスさせ、クランプ力と電流からスプリング２４０を隔離させる。電極２１０による加熱が完了すると、リング２３４、２３８は移動し、ドライバ１４８がパンチ２４８を駆動してスプリング２４０を圧縮し、クリンチング等の接合動作を行うことを可能にする。その後、スプリング２４０はパンチ２４８を戻す。
【0056】
次に図９－１２を参照すると、シフトレバー２５０がストップリング２３８から半径方向外側に延びている。カプラ２４９はシフトレバー２５０に接続されている。カプラ２４９はアクチュエータ２５１によって移動される。アクチュエータ２５１は、リニアアクチュエータであってもよい。シフトレバー２５０がストップリング２３８まわりに回転する際に、カプラ２４９はアクチュエータ２５１と協働して移動の間（during translation）に旋回する。カプラ２４９はまた、シフトレバー２５０と協働して、カプラ２４９がシフトされるにつれシフトレバー２５０に沿って移動する。
【0057】
アクチュエータ２５１によるカプラ２４９とシフトレバー２５０の作動及び移動により、ストップリング２３８は、ロック解除位置（図１３、１４、１７）とロック位置（図１５、１６、１８）の間を回転移動する。ここで図１３－１８を参照すると、インターロックリング２３４は、放射状に配列された複数の外向きラグ２５４を含む。ストップリング２３８は、これに対応して配列された半径方向内向きの複数のスロット２５６を含む。各スロット２５６は、複数のラグ２５４の１つに対してクリアランスを提供する。図１３、図１４及び図１７のロック解除状態では、ストップリング２３８のスロット２５６はラグ２５４と揃っており、それによってストップリング２３８に対するインターロックリング２３４の軸方向の移動が許容される。インターロックリング２３４の軸方向の移動は、ドライバ１４８がパンチ２４８を駆動してスプリング２４０を圧縮することを可能にする。同様に、インターロックリング２３４の軸方向の移動は、スプリング２４０の伸長を許容し、それによりパンチ２４８の後退を補助する。
【0058】
ストップリング２３８がインターロックリング２３４と位相がずれて回転するようにシフトされると、クランプサブアセンブリ２００のパンチ２４８がロックされる。図１５、図１６及び図１８に示すロック状態では、ストップリング２３８のスロット２５６はインターロックリング２３４のラグ２５４と揃っていない。この位置では、ストップリング２３８はラグ２５４をブロックし、その結果インターロックリング２３４の直線移動が妨げられる。
【0059】
加熱動作の間、アクチュエータ又は駆動装置１４８は、電極加熱のためにクランプ面３０、３６での十分な接触を確保するようにクランプ動作力を与える。加熱が中止されると、アクチュエータ１４８はクランプ力を解放し、ストップリング２３８のロック解除を可能とする。次にストップリング２３８がロック解除位置に移動される。次にドライバ１４８がパンチ２４８を作動させ、機械的接合作業を行う。それから、ストップリング２３８は、次のクランプ動作及び加熱動作のためにロック位置にシフトされる。
【0060】
図１９は、前述の実施形態の電極を用いた、ＡＨＳＳシートとアルミニウムシートの経時的な熱の加熱動作のグラフを示す。シート４０の要求される機械的接合温度（約７２０℃）に、８７ミリ秒で到達する一方、この場合の上側のアルミニウムシート３８は３００℃を超えない。
【0061】
図２０は、前述の実施形態の電極を用いたプレス硬化鋼（press hardened steel）に対する加熱動作のグラフである。７８０℃を超える温度に約０．５秒で到達し、１．２５秒間保持される。この加熱動作では、合計約２秒の接合サイクルタイムが得られる。
【0062】
図２１は、機械的接合の導入ための溶融亜鉛メッキされた第三世代ＡＨＳＳの加熱動作のグラフである。スタックは平均３８０℃の範囲に加熱され、温度は２秒以上その範囲内に維持され、４秒以上３８０℃以上に維持される。
【0063】
図２２－２５は、別の一実施形態による代わりのツールアセンブリ２６０を示す。ツールアセンブリ２６０はベース２６２を含み、これは、オートメーション装置による関節運動及び動作のための、基板２６２、ベースプレート２６２又はアダプタプレート２６２であってよい。例えば、プレート２６２は、アクチュエータ１４８に取り付けられ、かつアクチュエータ１４８によって駆動されてもよく、アクチュエータ１４８は、産業用ロボット１０２、１３２によって関節運動されてもよい。
【0064】
ベースプレート２６２は、複数のガイドシャフト２６６と複数のダンパー２６８とを備える引込みアセンブリ２６４を支持している。ガイドシャフト２６６は、ベースプレート２６２に対して軸方向に移動可能である。ダンパー２６８は、ガススプリング等の流体ダンパー２６８であってもよい。駆動プレート２７０は引き込みアセンブリ２６４に接続されている。電極２７２は、駆動プレート２７０に取り付けられ、引き込みアセンブリ２６４から間隔をあけて配置されるように駆動プレート２７０から離されている。パンチ２７４は、図２３－２５に示され、ベースプレート２６２に接続され、電極２７２の中央ボア２７６を通って延びている。パンチ２７４は、電極２７２を通して機械的接合作業を行うための、クリンチパンチ、リベットラム等であってもよい。
【0065】
ツールアセンブリ２６０の動作中、アクチュエータ１４８は、電極２７２がスタックに係合するようにベースプレート２６２を駆動する。ベースプレート２６２が図２３及び図２４からさらに駆動されるにつれて、クランプ力が加えられ、それによって、引込みアセンブリ２６４に負荷がかかり圧縮される。図２５に示されるベースプレート２６２のさらなる駆動は、引き込みアセンブリ２６４をさらに圧縮し、それによりパンチ２７４を駆動させ、電極２７２を通して、締結具又はスタックに係合させる。
【0066】
ツールアセンブリ２６０は、クランプし、次いで機械的接合を成形するための、中断されない（連続した）作動を可能にする。ツールアセンブリ２６０は、ドライバ１４８を、電極２７２を加熱しながらクランプし、そしてクランプと成形の間に後退させることなく同じ直線運動でパンチ２７４を駆動することを可能にする。連続的な駆動動作は、ドライバ１４８の動作又は出力を中断することなく両方の機能を実行することにより、サイクルタイムを短縮し、工具のライフサイクルを向上させる。
【0067】
図２６及び図２７の進行に示されるように、各実施形態のクリンチパンチ３００及びクリンチダイ３０２は、互いに協働して、鋼片３０６及び３０８の第１及び第２のシート部分を互いに接合するための、図２８に示されるようなクリンチ接合部３０４を提供する。
【0068】
図２９を参照すると、リベットラム３１４の作動下にあるクリンチリベットダイ３１０とクリンチリベット３１２は、ＡＨＳＳ片３１８と金属片３２０のクリンチリベット接合３１６を提供する。
【0069】
図３０を参照すると、フルパンチリベットダイ３２２とフルパンチリベット３２４は、フルパンチリベット接合部３２６を提供するフルパンチリベット動作を提供する。この実施形態では、打ち抜き片は、リベットラム３２８によるリベット３２４の駆動によってダイ３２２の下方に落下する。
【0070】
図３１を参照すると、リベットラムによって駆動され、シート部分３３８、３４０間にセルフピアシングリベット接合部３３６を提供した後のセルフピアシングリベット３３２が図示されている。シート部分３３８、３４０は、成形プロセス中に、ダイ（図示せず）によって支持されてよい。
【0071】
以上、様々な実施形態を説明したが、これらの実施形態が本発明の全ての可能な形態を説明することを意図するものではない。本明細書で使用される言葉は、限定ではなく説明の言葉であり、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく様々な変更がなされ得ることが理解される。さらに、様々な実施形態の特徴を組み合わせて、本発明のさらなる実施形態を形成することもできる。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【手続補正書】
【提出日】2023-06-01
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
鋼材を機械的に接合する方法であって、少なくとも先進高強度鋼（ＡＨＳＳ）の一部分を含む複数のシートメタル部分のスタックにクランプ力を加えるステップと、
前記スタックを最適な機械的接合温度まで加熱して、前記スタックの強度と材料特性を維持し、かつ前記ＡＨＳＳとの機械的接合を形成するステップと、
前記スタックを一対の電極で加熱するステップと、
前記一対の電極で前記クランプ力を加えるステップとを含み、
前記機械的接合が、前記クランプ力が圧縮を加えた前記スタック内に形成された接続部を含み、
前記クランプ力の一又は複数の変数が、前記機械的接合を形成するのに最適化され、当該変数が、クランプ力、電流のアンペア数及び電流の動作時間を含む方法。
【請求項2】
前記スタックをその溶融温度未満の温度まで加熱するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記スタックの接合領域の一部分を加熱するステップをさらに含む請求項２に記載の方法。
【請求項4】
加熱中に前記スタックの前記接合領域の加熱された部分の温度を制御及び監視するステップをさらに含む請求項３に記載の方法。
【請求項5】
前記スタックをレーザアセンブリで加熱するステップをさらに含み、前記クランプ力の変数が前記レーザの動作時間をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項6】
アクチュエータを作動させて前記機械的接合を形成するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項7】
前記アクチュエータを作動させて、前記クランプ力を加え、同じ作動により前記機械的接合を形成するステップをさらに含む請求項６記載の方法。
【請求項8】
前記アクチュエータを作動させて、クリンチ、クリンチナット、リベット又はフロースクリューにより、前記機械的接合を形成するステップをさらに含む請求項６に記載の方法。
【請求項9】
請求項１に記載の方法により形成された機械的接合部。
【請求項10】
鋼材を機械的に接合する方法であって、少なくとも先進高強度鋼（ＡＨＳＳ）の一部分を含む複数のシートメタル部分のスタックをクランプするステップと、
前記スタックを溶融温度未満の温度まで加熱して、前記スタックを機械的に結合するステップと、
前記スタックを一対の電極で加熱するステップと、
前記一対の電極で前記クランプ力を加えるステップとを含み、
機械的に接合するステップが、前記クランプ力が圧縮を加えた前記スタック内に機械的接合を接続部として形成するステップを含み、
前記クランプ力の一又は複数の変数が、前記機械的接合を形成するのに最適化され、当該変数が、クランプ力、電流のアンペア数、電流の動作時間及びレーザの動作時間を含んでいる方法。
【請求項11】
前記スタックの接合領域の一部分を加熱するステップをさらに含む請求項１０に記載の方法。
【請求項12】
加熱中に前記スタックの前記接合領域の加熱部分の温度を制御及び監視するステップをさらに含む請求項１１に記載の方法。
【請求項13】
前記スタックをレーザアセンブリで加熱するステップをさらに含む請求項１０に記載の方法。
【請求項14】
アクチュエータを作動させて前記機械的接合を形成するステップをさらに含む請求項１０に記載の方法。
【請求項15】
前記アクチュエータを作動させ、前記クランプ力を加え、同じ作動により前記機械的接合を形成するステップをさらに含む請求項１４に記載の方法。
【請求項16】
前記アクチュエータを作動させて、クリンチ、クリンチナット、リベット又はフロースクリューにより、前記機械的接合を形成するステップをさらに含む請求項１４に記載の方法。
【請求項17】
請求項１０に記載の方法により形成された機械的接合。
【国際調査報告】