(57)【要約】  本発明は、接着剤（３０）を第１の温度（Ｔ１）まで予熱し、接着剤を導通状態にするステップと、表面部分（３４）を第２の温度（Ｔ２）まで予熱するステップと、接着面（１０９）を表面部分（３４）の上に配置するステップとを含み、接着面（１０９）を表面部分（３４）の上に配置した後、接着剤（３０）に第３の温度（Ｔ３）までの本加熱を施して接着剤を硬化させ、これにより締結要素（２６）が部品（３２）に恒久的に締結される、熱溶融可能かつ熱凝固可能である接着剤（３０）が塗布された接着面（１０９）を有する締結要素（２６）を、部品（３２）の表面部分（３４）の上に接合する方法に関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱溶融可能かつ熱硬化可能である接着剤（３０）が塗布された接着面（１０９）を有する締結要素（２６）を、部品（３２）の表面部分（３４）の上に接合する方法であって、
前記接着剤（３０）を第１の温度（Ｔ１）まで予熱して、前記接着剤を溶融するステップと、
前記表面部分（３４）を第２の温度（Ｔ２）まで予熱するステップと、
前記接着面（１０９）を前記表面部分（３４）の上に配置するステップと、
を含み、
前記接着面（１０９）を前記表面部分（３４）の上に配置した後、前記接着剤（３０）に第３の温度（Ｔ３）までの本加熱を施して前記接着剤を硬化させ、これにより前記締結要素（２６）が前記部品（３２）に恒久的に締結されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第３の温度（Ｔ３）は、前記第１の温度（Ｔ１）と等しいか、又はこれより高いことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記接着剤（３０）の前記予熱及び／又は前記接着剤（３０）の前記本加熱は、前記締結要素（２６）の加熱を含み、熱伝導（４２）が、前記締結要素（２６）から前記接着剤（３０）内に行われることを特徴とする、請求項１〜請求項２のいずれかに記載の方法。
【請求項４】
前記締結要素（２６）の前記加熱及び／又は前記部品（３２）の前記予熱は、誘導加熱を含むことを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記部品（３２）の前記予熱は、熱対流及び／又は熱放射による加熱を含むことを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記接着剤（３０）の前記予熱及び前記表面部分（３４）の前記予熱は、時間の重なりを有した状態で行われることを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記締結要素（２６）は、前記予熱の前に、前記部品（３２）に対して定められた空間的位置に移動されることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記接着剤（３０）の前記予熱及び前記表面部分の前記予熱は、連続して行われることを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記表面部分（３４）の前記予熱、及び、前記表面部分（３４）の上への前記予熱された接着面（１０９）の前記配置は、前記表面部分（３４）の前記予熱の完了後の所定の期間内にのみ前記配置が許容可能になるように、制御を通じてリンクされることを特徴とする、請求項１〜請求項８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも１つの第１の締結要素（２６Ａ）及び１つの第２の締結要素（２６Ｂ）が、第１の表面部分（３４Ａ）及び第２の表面部分（３４Ｂ）の上に接合され、前記第１の締結要素（２６Ａ）の前記本加熱、及び、前記第２の表面部分（３４Ｂ）の前記予熱は、時間の重なりを有した状態で行われることを特徴とする、請求項１〜請求項９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
特に請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の方法による、熱溶融可能かつ熱硬化可能である接着剤（３０）が塗布された接着面（１０９）を有する締結要素（２６）を、部品（３２）の表面部分（３４）の上に接合するための接合器具（１０）であって、
前記締結要素（２６）を保持するための、接合軸（２８）に沿って移動されるように設計された保持装置（２４）と、
前記接着剤（３０）及び前記表面部分（３４）を加熱するように設計された少なくとも１つの加熱装置（３６、３８、４４）と、
前記接着剤（３０）を最初に予熱する前記少なくとも１つの加熱装置（３６、３８、４４）を制御するように設計される制御装置（４８）と、
を含み、次に前記保持装置（２４）は、前記部品（３２）の上に移動されて、前記締結要素（２６）を前記表面部分（３４）の上に配置し、前記少なくとも１つの加熱装置（３６、３８、４４）は、前記接着剤を硬化させるために、最終的に、前記締結要素（２６）と前記表面部分（３４）との間の前記接着剤（３０）を加熱するように制御されることを特徴とする接合器具。
【請求項１２】
前記加熱装置（３６、３８、４４）は、前記接着剤（３０）を加熱するための第１の加熱手段（３８）と、前記表面部分（３２）を加熱するための第２の加熱手段（４４）とを有し、前記第１の加熱手段（３８）及び前記保持装置（２４）は、接合ツール（２２）のハウジング（５０）上に配置されることを特徴とする、請求項１１に記載の接合器具。
【請求項１３】
前記第２の加熱手段（４４）もまた、前記接合ツール（２２）の前記ハウジング（５０）上に配置されることを特徴とする、請求項１２に記載の接合器具。
【請求項１４】
前記保持装置（２４）及び前記第１の加熱手段（３８）によって構成されるユニット、及び／又は前記第２の加熱手段（４４）は、前記接合ツール（２２）上で移動可能であるように実現されることを特徴とする、請求項１２〜請求項１３のいずれかに記載の接合器具。
【請求項１５】
前記保持装置（２４）及び前記第１の加熱手段（３８）によって構成された前記ユニット、並びに前記第２の加熱手段（４４）は、互いに独立して移動可能であることを特徴とする、請求項１２〜請求項１４のいずれかに記載の接合器具。
【請求項１６】
特に請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の方法と共に用いるための締結要素（２６）であって、シャンク部分（１０６）と、前記シャンク部分（１０６）に隣接し、かつ、前記シャンク部分（１０６）よりも大きい断面積を有するフランジ部分（１０８）とを有し、前記フランジ部分（１０８）は、前記シャンク部分（１０６）とは反対側である側、及び／又は前記シャンク部分（１０６）の方に向いた側に、熱溶融可能かつ熱硬化可能である接着剤（３０）が塗布された接着面（１０９）を有し、少なくとも１つの離間突出部（１１０）が前記接着面上に実現され、好ましくは、少なくとも１つの隆起部（１１２）が、前記接着面とは反対側である、前記フランジ部分（１０８）の側に実現されることを特徴とする締結要素。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、最初に熱溶融可能であり、後で熱硬化可能である接着剤が塗布された接着面を有する締結要素を、部品の表面部分の上に接合する方法に関する。
本発明はさらに、特に前述の方法によって、締結要素を部品の表面部分の上に接合するための接合器具に関し、最後に、そのような締結要素に関する。
【背景技術】
【０００２】
冒頭で述べられる接合方法は、特に、自動車工学の分野に適用可能である。車体の構成においては、締結要素を金属板（車体の薄板）のような部品に締結することを要する。この場合、こうした締結要素は、例えば、電線及びブレーキラインといった更なる品目を締結するための固定具としての役割を果たすことが多い。こうした場合、プラスチック製クリップが締結要素の上に嵌合され、次いで前述の品目がプラスチック製クリップに取り付けられることが多い。外装部品、カーペット、付属品等を締結要素上に直接固定することも可能である。
【０００３】
自動車の本体は、従来より、金属（鋼板又はアルミニウム）から製造される。このような場合、スタッドの形態の締結要素を接合する目的のために、金属板及び本体パネルの対向する面がアークによって互いに溶融し、金属板とスタッドとの間に材料結合が生成される、いわゆるスタッド溶接の使用を実践することが知られている。
熱可塑性材料でできている締結要素を熱可塑性部品に接合し、互いに対向する面が互いに溶融され、同様に、最終的に材料の結合が達成されることが、さらに知られている。
【０００４】
しかしながら、一般的な性質の締結要素を、例えば塗装された金属板、同じくガラス繊維強化プラスチックの部品又は炭素繊維強化プラスチックの部品などのあらゆる表面に接合させることも要する。近年では、軽量構造の自動車本体がますます増大する傾向があるので、本体部品として、ガラス繊維強化プラスチック又は炭素繊維強化プラスチックの部品の使用が増加しつつある。
【０００５】
部品の上への締結要素の接着結合は、このような一般的な接合作業に適している。このような場合、接着剤は、締結要素の接着面に塗布される。この場合の接着剤は、一種の固体状態で接着面に塗布されるタイプのものであることが好ましく、接着剤が塗布された締結部品をバルク材料等として与えることができる。これは、連続生産のために非常に重要である。
【０００６】
このような接着剤は、加熱することによって粘性状態になるので、接着面が部品の表面部分の上に配置された後、接着結合をもたらすことができ、この接着結合は、硬化後、自動車の寿命期間持続する。
【０００７】
このような部品をキャリア面に締結するための接合器具が、特許文献１から知られている。その場合、部品は、誘導加熱可能な材料で作られた、シャンク部分及びフランジ部分を有するスタッドとして実現される。キャリア面上に配置する前の接着剤の加熱は、誘導エネルギーが誘導場形成器を介して締結要素のフランジ部分内に誘導され、その結果、締結要素が加熱され、これにより間接的に、そこに塗布された接着剤も加熱されるようになるという点で、誘導的に行われる。締結要素がキャリア部品に適用された後、誘導エネルギーの供給は停止され、接着剤が固化して接着接合をもたらす。
【０００８】
締結要素をキャリア面に接着結合するためのさらに別の器具は、締結要素が熱の作用により再活性化し得る熱溶融型接着剤で被覆される特許文献２から知られる。キャリア面に塗布する前に、接着剤は温風によって加熱され、同時にキャリア面も加熱される。締結要素がキャリア面上に配置された後、熱供給は停止される。このように、キャリア面上への締結要素の仮付けが達成される。後の接着剤の最終的硬化及び最終的キュアリングがどのように行われるかは、特許文献２においては記述されていない。その場合に得られる接着結合は、接着結合された部品を容易に運搬するのを可能にする機能的強度を達成することだけが意図されている。
【０００９】
大規模な連続生産においては、接合手順を実行するために必要とされる時間が特に重要である。接着手順の実行に対する既存の手法は、２分又はそれより長い時間を必要とすることが多い。これは、冒頭に述べたスタッド溶接の場合よりも著しく長く、この時間を短くする必要性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】独国特許公開第１０  ２００４  ０１２  ７８６  Ａ１号明細書
【特許文献２】欧州特許第１  ２５０  ３９１  Ｂ１号明細書
【発明の概要】
【００１１】
上記の背景技術に対して、本発明の目的は、改善された接合方法、改善された接合器具及び改善された締結部品について明記することである。
【００１２】
この目的は、一方では、熱溶融可能かつ熱硬化可能である接着剤が塗布された接着面を有する締結要素を、部品の表面部分の上に接合する方法であって、接着剤を最初に第１の温度まで予熱して、接着剤を溶融するステップと、表面部分を第２の温度まで予熱するステップと、接着面を表面部分の上に配置するステップとを含み、接着面を表面部分の上に配置した後、接着剤に第３の温度までの本加熱を施して接着剤を硬化させ、これにより締結要素が部品に恒久的に締結される、方法によって達成される。
【００１３】
上記の目的は、さらに、特に上述の方法による、熱溶融可能かつ熱硬化可能である接着剤が塗布された接着面を有する締結要素を部品の表面部分の上に接合するための接合器具であって、締結要素を保持するための、接合軸に沿って移動されるように設計された保持装置と、接着剤及び表面部分を加熱するように設計された少なくとも１つの加熱装置と、接着剤を最初に予熱する少なくとも１つの加熱装置を制御するように制御装置とを含み、保持装置は次に、部品の上に移動されて締結要素を表面部分の上に配置し、少なくとも１つの加熱装置は、接着剤を硬化させるために、最終的に、締結要素と表面部分との間の接着剤を加熱するように制御される、接合器具によってさらに達成される。
【００１４】
最終的に、上記の目的は、特に上述の方法と共に用いるのに適した締結要素であって、シャンク部分と、シャンク部分に隣接し、かつ、シャンク部分よりも大きい断面積を有するフランジ部分とを有し、フランジ部分は、熱溶融可能かつ熱硬化可能である接着剤が塗布された接着面を有し、少なくとも１つの離間突出部が接着面上に実現され、好ましくは、少なくとも１つの隆起部が、接着面とは反対側である、フランジ部分の側に実現される、締結要素によって達成される。
【００１５】
本発明による接合方法及び本発明による接合器具は、６０秒よりも短い、好ましくは３０秒よりも短い、特に１０秒よりも短い非常に短い時間内で、締結要素を部品の表面部分に接着結合することを可能にする。
この理由は、接着面が表面部分の上に配置される前に、接着剤が第１の温度まで予熱されるだけではなく、表面部分も、好ましくは第１の温度とほぼ等しい（例えば、１００℃よりも高く、２００℃よりも低い範囲の）第２の温度まで予熱されるからである。
さらに、このことは、接着面の配置後に、接着剤に第３の温度までの本加熱を施して、接着剤を硬化させるという点で達成される。この場合、第３の温度までの本加熱は、接着剤に最終的キュアリングを施すように行われることが好ましい。
【００１６】
接着剤は、比較的短時間でキュア可能なエポキシ樹脂に基づいていることが好ましい。
この場合、接着プロセスの継続時間及び接着の品質は、表面部分の予熱によって決定的に影響を受け得る。
【００１７】
表面部分の予熱のために、この場合は、配置動作の後で接着剤が再び冷えてしまわない状況を達成することが可能である。言い換えれば、締結要素と部品との間に大きな温度勾配は生じない。そのため、接着面の直上で接着剤が既に硬化されても、接着剤と部品との間の接着結合を遅らせる水分が依然として部品上で蒸発しているという状況を防止することが可能である。予熱のために、表面部分上の不純物がより容易に剥離される、又は理想的には不純物自体が剥離する（部品の外に拡散される又は蒸発される水分を通して）ので、表面部分の予熱は、一種の洗浄も行う。表面部分の予熱によって、剥離剤の残留物も除去される。
【００１８】
接着剤及び表面部分の予熱、並びに、表面部分の上への接着面の配置の直後に、接着剤の最終キュアリング、従って、接着剤の完全硬化が、本加熱ステップによって行われることが好ましい。
【００１９】
接着面上への離間突出部の実現のため、所定の力を締結要素に印加することによって、接着剤を表面部分の上に配置することが可能であり、この離間突出部は表面部分に当たり、従って、接着面と表面部分との間に所定の間隔を（及び、好ましくはこれらの間に十分な平行度も）与える。
接着面に対する離間突出部の高さは、そこに塗布される熱溶融可能かつ熱硬化可能な接着剤の高さよりも低いことが好ましい。
熱溶融可能かつ熱硬化可能な接着剤は、接着剤を熱的に又は加熱によって溶融することができ、より高い熱によって硬化させることができるように、液体又は高粘性状態において接着面に塗布され、まだ最終的キュアリングが施されていない、接着剤であると理解されることが好ましい。
【００２０】
接着面上に離間突出部が設けられない場合には、接着面と表面部分との間の距離は、例えば、力の調整、及び／又は、締結要素が部品上に配置される位置の調整によって、別の方法で設定することもできる。
従って、この場合は、接着面の配置という用語は、接着面と表面部分との間の予熱された接着剤が完全に移動されるのを防ぐために、接着面を、表面部分から一定の距離において表面部分の上に配置すること、即ち、表面部分に近づけることであると理解されるべきである。
【００２１】
全体的に、本発明による方法の場合、全ての加熱ステップを部品の接合側から行うことができることが好ましい。特に、車体の構成において、内部に用いられる本体部品が片側からしかアクセスできないことが多いので、このことは重要である。
【００２２】
締結要素は、例えば熱硬化性プラスチック又は金属など、種々の材料で構成することができる。締結要素のためにプラスチックが用いられる場合、締結要素の誘導的加熱を可能にするように、金属粒子を内部に埋め込むことが好ましい。
接着剤の可能な限り最も迅速な加熱を容易にするために、金属粒子は同様に接着剤と混合されること、又は接着剤だけと混合されることが好ましい。
【００２３】
部品は、塗装された又は塗装されていない、金属の部品とすることができる。さらに、部品は、特に熱硬化性プラスチックであるプラスチック部品、ガラス繊維強化プラスチック部品、又は炭素繊維強化プラスチック部品とすることができる。プラスチック、ガラス繊維強化プラスチック、又は炭素繊維強化プラスチック（好ましくは熱硬化性マトリックス樹脂を有する）の加熱を容易にするために、少なくとも表面部分の領域において、より良い伝導率を有する粒子（特に金属粒子又は金属格子など）を部品内に鋳込み、これらの粒子が外側から見えないようにすることが好ましい。
【００２４】
接着剤に本加熱が施され、接着剤が硬化した後、適切な場合は、接着部位を冷却する必要があり得る。新しい締結要素が挿入される前に、少なくとも１つの加熱装置を再冷却する必要もあり得る。
【００２５】
本発明による接合方法の場合には、第３の温度が第１の温度と等しい場合は特に有利であり、第１の温度よりも高いことが特に好ましい。第３の温度は、例えば、１５０℃より高い領域におけるものとすることができる。
さらに、接着剤の予熱及び／又は接着剤の本加熱が締結要素の加熱を含む場合は有利であり、締結要素から接着剤内に熱伝導が行われる。
このように、接着剤を間接的に加熱することが可能である。
【００２６】
さらに別の好ましい実施形態によると、締結要素の加熱及び／又は部品の予熱は、誘導加熱を含む。
誘導技術による締結要素の加熱は、例えば、冒頭に述べた特許文献１から知られている。
しかしながら、誘導熱源を用いて部品を余熱することもでき、部品は、金属を含むことができ、全体がガラス繊維強化プラスチック又は炭素繊維強化プラスチック（これらの材料も、間接的加熱が可能であるように一定の伝導率を有する）で構成することもできる。
【００２７】
さらに、部品の予熱は、熱対流及び／又は熱放射による加熱を含む場合も好ましい。このような予熱は、表面部分の上に向けられるＩＲ熱放射、及び／又は表面部分の上への温風の指向、及び／又は表面部分を加熱するためのレーザの使用（例えば、走査方式で）を含むことが好ましい。
部品の加熱は、このような方法で行うこともできるが、締結要素又は接着剤の誘導加熱が好ましい。
最後に、接着剤又は表面部分を加熱するために、電気抵抗熱又は摩擦熱を用いることも可能である。
【００２８】
これらの加熱方法の全ては、単独で又は組み合わせて用いることができる。
全体的に、締結要素の予熱及び表面部分の予熱が、時間の重なりを有した状態で行われる場合には、さらに有利である。
このことは、工程所要時間の短縮を可能にする。さらに、締結要素の予熱及び表面部分の予熱は、単一の加熱手段によって行うことができるが、これらの場合、これらの目的のために、別個の加熱手段を設けることも好ましい。
この場合には、予熱の前に、締結要素を、部品に対する定められた空間的位置に移動させる場合に特に有利である。
【００２９】
定められた空間的位置は、例えば、部品の表面から短い距離にある、部品の表面に対して平行な位置とすることができる。こうした相対的位置決めの場合、締結要素を予熱するための手段及び表面部分を予熱するための手段を、比較的簡単な方法で、手動で案内される又はロボットにより移動される接合ツールに統合することができる。
【００３０】
代替的な実施形態によると、接着剤の予熱及び表面部分の予熱は、連続して行われる。
この実施形態の場合、好ましくは互いに独立して移動することができる、別個の加熱手段を用いることが可能である。この好ましい方法は、複数の締結要素を部品上に間断なく実現するのに特に適している。この場合、本加熱作業が行われている間、次の接合部位の表面部分を既に予熱しておくことができる。
【００３１】
この場合、表面部分の予熱、及び、表面部分の上への予熱された接着面の配置は、表面部分の予熱の完了後の所定の期間内にのみ配置が許容可能になるように、制御を通じてリンクされることが好ましい。
この実施形態の場合、本発明による利点がもはや十分に達成可能でなくなる程度まで、表面部分が再び冷えてしまうのを防ぐことが可能である。これは、特に、接着剤の予熱及び表面部分の予熱が連続して行われる場合に当てはまる。
【００３２】
一般的に、好ましくは、連続的加熱において、表面部分を、例えば第１の温度よりも高い温度まで加熱することも可能である。この場合、例えば、締結要素の配置時に、表面部分が予熱された接着剤とほぼ同じ温度を有するように表面部分の冷却が行われるように、予熱された表面部分の上に締結要素が配置されるまでの時間を考慮に入れることができる。
【００３３】
全体的に、少なくとも１つの第１の締結要素及び１つの第２の締結要素が、第１の表面部分及び第２の表面部分の上に接合され、第１の締結要素の本加熱、及び、第２の表面部分の予熱は、時間の重なりを有した状態で行われる場合は、さらに好ましい。
【００３４】
この実施形態は、複数の締結要素が部品に接合される場合に特に適している。加熱プロセスの「インターリーブ（挟み込み）」により、全体的に著しく短いプロセス・サイクル時間を実現することが可能になる。明らかに、このことは、表面部分の予熱が、接着剤を予熱するための加熱手段とは独立した加熱手段によって行われる場合にも、特に当てはまる。締結要素が、所定のパターン又は互いからの距離で適用される場合、これらの加熱手段を、単一のハウジング上に、互いから対応する距離をおいて設けることもできる。
【００３５】
本発明による接合器具の場合、少なくとも１つの加熱装置が、接着剤を加熱するための第１の加熱手段と、表面部分を加熱するための第２の加熱手段とを有し、第１の加熱手段及び保持装置が、接合ツールのハウジング上に配置されることが好ましい。
接合ツールにおいて、接合される締結要素を保持装置により保持することができる。次に、締結要素が保持装置上に保持されている間、こうした方法で保持された締結要素又はそこに塗布された接着剤を第１の加熱手段によって加熱することができる。次に、保持装置を接合軸に沿って部品上に移動させ、接着面を表面部分の上に配置することができる。
【００３６】
好ましい実施形態によると、第２の加熱手段もまた、接合ツールのハウジング上に配置される。
このことは、例えば、手持ち式ピストル用途にも適した、単純でコンパクトな構造体を可能にする。
【００３７】
第１の加熱手段は、誘導加熱手段であることが好ましい。第２の加熱手段は、ＩＲ熱放射加熱手段、温風加熱手段、又はレーザ加熱手段であることが好ましい。
さらに、この場合、保持装置及び第１の加熱手段によって構成されるユニット、及び／又は第２の加熱手段が、接合ツール上で移動可能になるように実現されることが好ましい。
【００３８】
このことは、例えば、これにより、接合ツールが、第１の接合プロセスのための所定の位置に移動され、第２の加熱手段の第１の移動位置において表面部分が予熱される一方で、この作業と重複して、第１の加熱手段が接着剤を加熱するという状況を達成することが可能になる。次に、保持装置及び第１の加熱手段によって構成されたユニットの位置、並びに第２の加熱手段の位置を、外見上交換することができ、その結果、部品上への接着面の配置を伴う実際の接合プロセスは、接合ツールのハウジングの移動なしで可能である。
【００３９】
さらに別の好ましい実施形態によると、保持装置及び第１の加熱手段によって構成されるユニット、並びに第２の加熱手段は、互いに独立して移動可能である。
この実施形態は、単純な手動の用途、又は、複数の締結要素を部品に間断なく接合する自動化された用途に特に適している。このような場合、次に、接合作業が行われている間、次の表面部分は既に予熱され、その表面部分は、次の部品が接合ツールによって引き継がれ、その接着剤が加熱されたときに、既に適切な予熱温度を有している。
【００４０】
一般的に、本発明による方法は、予熱ステップ及び本加熱ステップのために、単一の加熱手段を用いて実行することができる。これは、例えば、誘導加熱手段とすることができる。代替的には、一方で接着剤を加熱するための、他方で表面部分を加熱するための、別個の加熱手段を相互に提供することが可能である。
【００４１】
締結要素は、例えば、ねじ接続部又はプラスチックを収容するための締結領域（例えば、ねじ山又はスナップ・クロージャ）を有する、金属又は熱硬化性プラスチックのスタッドとすることができる。クリップの形態の熱硬化性プラスチックの締結要素は、例えば、締結領域（例えば、線又は小さい部品を収容するためのクランプ・クロージャ）を有することができる。
【００４２】
締結要素は、接着面が上に実現される接着基部を有することが好ましい。予め塗布されているが、依然として再活性化することが可能な、塗布された接着剤が、接着面上にもたらされる。
用いられる接着剤は、熱溶融可能かつ硬化可能（キュア可能）であり、かつ、例えば主成分としてエポキシ樹脂を有することが好ましい。
【００４３】
特に、本発明による方法に従って、締結要素を、ガラス繊維強化プラスチックの部品又は炭素繊維強化プラスチックの部品上に接合する場合、表面部分の予熱は、水分及び剥離剤の残留物を部品から除去することができ、その結果、接着剤の実際の硬化又はキュアリング（最終的キュアリング）が行われる前に、接着区域において、表面の均一な洗浄及び活性化を行うことができるという利点を有する。
【００４４】
上述の特徴及び以下に説明される特徴は、それぞれの特定の組み合わせにだけではなく、本発明の範囲から逸脱することなく、他の組み合わせでも又は単独でも適用することができることが理解される。
本発明の例示的な実施形態が、図面に示され、以下の説明においてより十分に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】予熱ステップにおける、本発明による接合器具の実施形態の概略図を示す。
【図２】本加熱ステップにおける、図１の接合器具の一部を示す。
【図３】本発明による接合器具の接合ツールのさらに別の実施形態の概略的な斜視図を示す。
【図４】本発明による接合器具の接合ツールのさらに別の実施形態の概略的な上面図を示す。
【図５】本発明による接合器具の接合ツールのさらに別の実施形態の概略的な上面図を示す。
【図６】予熱ステップにおける、本発明による接合器具の接合ツールのさらに別の実施形態を示す。
【図７】本加熱ステップにおける、図６の接合ツールを示す。
【図８】接着結合された締結要素の解放後の、図７の接合ツールを示す。
【図９】複数の締結要素を部品の上に接合するための、本発明による接合器具のさらに別の実施形態の概略図を示す。
【図１０】本発明による締結要素の実施形態の概略的な側面図を示す。
【図１１】本発明による締結要素のさらに別の実施形態の概略的な側面図を示す。
【図１２】図１１の締結要素の上面図を示す。
【図１３】本発明による接合器具の接合ツールのさらに別の実施形態の概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
図１において、本発明による接合器具の第１の実施形態が、全体が参照番号１０で示される。接合器具１０は、それ自体が既知の方法で、少なくとも１つのアーム１６を有するロボット１２を含む。さらに、接合器具１０は、ロボット１２に接続される、制御／エネルギー供給ユニット１４を有する。
【００４７】
可撓性チューブの組み合わせ（図示せず）を介して制御／エネルギー供給ユニット１４に接続される接合ヘッド２０が、アーム１６上に配置される。接合ヘッド２０は、接合ツール２２を含む。接合ツール２２は、締結要素２６のための保持装置２４を有し、両矢印で示されるように、その上に保持される締結要素２６と共に、接合軸２８に沿って移動されるように設計される。
締結要素２６は、最初は熱溶融可能であり、後で熱硬化可能である接着剤３０が塗布されている、より詳細な方法では示されていない接着面を有する。
【００４８】
接合器具１０は、接合軸２８に沿って、締結要素２６を部品３２の上に接合するように設計される。より正確に言えば、締結要素２６は、部品３２の表面部分３４の上に接着結合され、接着剤３０の熱溶融及び熱硬化によって、接着面を表面部分３４の上に配置することによって、及び接着剤３０の熱硬化又はキュアリングによってそのように結合される。
【００４９】
接合ヘッド２０は、加熱装置３６をさらに含む。加熱装置３６は、接合ツール２２上に配置された第１の加熱手段３８を含む。第１の加熱手段３８は、接着剤３０を加熱し、最初に接着剤３０を溶融し、後にこれを硬化するように設計される。第１の加熱手段３８は、接着剤３０を直接加熱するように設計することができる。しかしながら、この場合、接着剤３０の加熱は、熱伝達４０を介して、加熱手段３８が締結要素２６を加熱するという形で行われる。さらに、接着剤３０の加熱は、締結要素２６内部の熱伝達４２を介して行われる。この場合、締結要素２６は、好ましくは良好な熱伝導を有するように実現され、従って、例えば金属材料、又は熱伝導性の（金属）粒子を内部に含むプラスチック材料で作られることが理解される。
【００５０】
接合ヘッド２０は、接合ツール２２に隣接して配置された第２の加熱手段４４をさらに含む。接合ツール２２は、接合軸２８に沿って、第２の加熱手段４４に対して移動することができる。第２の加熱手段４４は、熱伝達４６を介して、表面部分３４を加熱するように設計される。さらに、接合ヘッド２０は、ハウジング５０内に、第２の加熱手段４４と一緒に配置された制御装置４８を含む。接合ツール２２は、接合軸２８に沿って、ハウジング５０に対して移動することができる。図面は、接合ツール２２とハウジング５０との間の相対的な運動能力を明らかにするために、分割線５２を示す。しかしながら、その代案として、第２の加熱手段４４を接合ツール２２と共に移動させることもできる。
【００５１】
接合器具１０を用いて、以下のように接合作業を行うことができる。接合ヘッド２０は、ロボット１２によって、最初に、締結要素２６が表面部分３４の領域内に配置され、かつ、第２の加熱手段４４が、表面部分３４を加熱できる位置にある位置に移動される。次に、第１の加熱手段３８のスイッチが入れられ（又は、既にスイッチが入れられており）、接着剤３０を、例えば１００℃よりも高く２００℃よりも低くすることができる第１の温度Ｔ１まで加熱する。さらに、これと重複して又はこれと同時に、第２の加熱手段４４のスイッチが入れられ、表面部分３４を、好ましくは第１の温度Ｔ１とほぼ等しい第２の温度Ｔ２まで加熱する。次に、接合ツール２２は、接合軸２８に沿って表面部分３４の上まで下げられ、加熱の結果として粘性のある接着剤３０が、同様に予熱された表面部分３４に当たるようになる。次に、第２の加熱手段４４のスイッチが切られる、又は直前に切られる。締結要素２６は、締結要素２６の接着面が表面部分３４から幾分間隔をあけた位置に保持される。しかしながら、その位置は、粘性の接着剤３０がある程度半径方向外側に移動されるように選択され、図２に示されるように、ビード５３が、締結要素２６の外側の周囲に生成される。この状態において、第１の加熱手段３８は、接着剤３０を、第１の温度Ｔ１又は第２の温度Ｔ２と等しいものとすることができるが、好ましくは第１の温度Ｔ１及び第２の温度Ｔ２よりも高い第３の温度Ｔ３まで加熱する働きをする。第３の温度Ｔ３は、例えば、１５０℃よりも高くすることができ、適切な場合は、さらに２００℃よりも高くすることができる。接着剤３０を第３の温度Ｔ３まで加熱することにより、接着剤が完全に硬化し、その実質的に完全な接着強度が達成されるまで、接着剤３０にキュアリングが、理想的には完全なキュアリングが、施される。
【００５２】
次に、接合ツール２２が再び後退され、保持装置２４は、今では部品３２の上に接合されている締結要素２６を解放する。次に、更に別の表面部分３４の上に接合される更に別の締結要素２６を、保持装置２４により取り上げることができる。適切な場合は、第２の加熱手段４４のスイッチが切られた後に、接着剤３０を冷却する（例えば、冷却用空気によって）ことが有利であり得る。適切な場合は、新たに取り上げられた締結要素２６が初めから過度に加熱されないように、保持装置２４を冷却することも有利であり得る。
【００５３】
接合器具、接合ツール、及びそれらを用いて実行される接合方法のさらに別の実施形態が、以下に説明される。これらは概ね、構造及び機能に関して、図１及び図２を参照して説明される接合器具１０に基づいている。従って、同じ要素は、同じ参照番号で示される。実質的には、相違点が、以下に説明される。
【００５４】
図３は、接合ヘッド２０のさらに別の実施形態を示す。接合ヘッド２０は、例えば、接合軸２８に沿った接合ツールの移動をもたらす空気圧手段５４を含み、該接合ツールの移動は、５６で示される。
【００５５】
さらに、接合ツール２２及び第２の加熱手段４４は、少なくとも２つの交互する位置の間で、ハウジング５０に対して移動可能であることができ、これも同様に空気圧手段５４によってもたらされる。その結果、例えば、最初に第２の加熱手段４４を表面部分３４の真上に配置し、表面部分３４を予熱することが可能である。次に、第２の加熱手段４４の位置及び接合ツール２２の位置を「置き換える」ことができ、次に、接合ツール２２が、表面部分３４の真上に配置される。これらの交互運動は、５８で示されるようにハウジング５０に対して直線的に行うことができ、又は、６０で示されるような回転運動によって行うことができる。
【００５６】
制御装置４８、及び、接合ヘッド２０をロボット１２のアーム１６に取り付けるためのロボット・ドック６２が、さらにハウジング５０上に設けられる。最後に、接合ヘッド２０は、可撓性チューブの組み合わせのためのコネクタ６４を有する。可撓性チューブの組み合わせは、例えば、空気圧手段５４のための圧縮空気、加熱手段３８、４４を動作させるための電気エネルギー等も供給するために使用することができる。
【００５７】
こうした接合ヘッド２０が、図４の概略的な上面図に示され、ここで、第２の加熱手段４４及び接合ツール２２を直線的な交互運動５８の形でハウジング５０に対して移動させ得ることが示される。接合ヘッド２０がこれに対応して図５に示され、ここで、第２の加熱手段４４及び接合ツール２２は、示される回転交互運動６０が示すように、共通の回転軸を中心として回転可能である。
【００５８】
図６乃至図８は、さらに別の接合ヘッド２０を示し、ここで、第１の加熱手段３８及び第２の加熱手段４４は、共通の加熱装置３６によって実現される。
【００５９】
加熱装置３６は、軟磁性材料で作製されたＵ字形の場形成器７０と、電磁コイル７２とを有する誘導加熱装置６８である。場形成器７０は、接合軸２８に対して横断方向に延びる中間部７４を有する。保持装置２４を接合軸２８に沿って誘導加熱装置６８に対して移動させることができるように、保持装置２４が延びる開口部７６が、中間部７４内に実現される。第１のＵ字形リム７８及び第２のＵ字形リム８０が、中間部７４の端部に配置される。Ｕ字形リム７８、８０の端部が、部品３２の上に配置されるように設計される。この場合、保持装置２４は、最初に、締結要素２６が表面部分３４から離間配置される位置にある。
【００６０】
図６に示されるように、最初に、コイル７２に第１の電流が供給される予熱ステップを実行することができる。コイル７２を通って流れる電流は、磁気回路８２を生成する（図６及び図７においては、黒色で、即ち力線として表される）。磁束は、磁力線がＵ字形リム７８の一方から出てくるように、場形成器７０を通り抜ける。次に、磁力線は、締結要素２６又はそれに付着された接着剤３０を通り抜ける第１の力線８４と、部品３２に入る第２の力線８６とに分かれる。第２の力線８６は、部品３２を通って、第２のＵ字形リム８０の端部の所まで延びる。さらに、第３の力線８８が、締結要素２６又は接着剤３０の半径方向反対側の端部から、第２のＵ字形リム８０の端部まで延び、これにより磁気回路８２が閉じられる。
このように、コイル７２に通電することによって、接着剤３０の第１の温度Ｔ１までの予熱、及び部品３２の表面部分３４の第２の温度Ｔ２までの予熱の両方を達成することができる。
【００６１】
次に図７に示されるように、締結要素２６が部品３２の上まで下げられるように、保持装置２４が降下される。次に、コイル７２は、引き続き通電されたままであり、適切な場合は増大した電流を有する。結果として、第４の力線８９が、一方のＵ字形リムの端部から、締結要素２６又は接着剤３０を介し、表面部分３４を介して、他方のＵ字形リム８０まで流れる。その結果、接着剤３０が第３の温度Ｔ３まで加熱され、接着剤の完全なキュアリングが行われる。
【００６２】
次に、図８に示されるように、保持装置２４がまず解放され、締結要素２６から、接合方向とは反対に上方に引き上げられ、その後、誘導加熱装置６８も、部品３２から上昇させることができる。上述した接合ヘッド２０は、ロボット１２と組み合わせて用いることができ、又は、手動の接合装置と組み合わせて用いることもできる。
【００６３】
図９に示される実施形態の場合、第１の締結要素２６Ａが、第１の表面部分３４Ａの上に接合され、次に第２の締結要素２６Ｂが、第２の表面部分３４Ｂの上に接合される。
【００６４】
この実施形態の場合、接合ツール２２及び第２の加熱手段４４は、互いに独立している。図９の表現は、第１の表面部分３４Ａが既に適切な温度Ｔ２まで加熱された状態に基づいている。次に、第１のステップＳ１において、第２の加熱手段４４が、第２の表面部分３４Ｂまで移動された。その後、第２のステップＳ２において、接合ツール２２が、適切な場合は、既に予熱された第１の締結要素２６Ａと共に、第１の表面部分３４Ａに向かって移動される。次に、第２の表面部分３４Ｂが予熱され、実質的にこれと同時に、第１の締結要素２６Ａが、第１の表面部分３４Ａの上に接合される。次のステップＳ３において、次に、第２の加熱手段４４が、第２の表面部分３４Ｂから遠ざかるように移動される（例えば、第３の表面部分まで）。
【００６５】
次に、接合ヘッド２２は、第２の締結要素２６Ｂを引き継ぎ（Ｓ４）、ステップＳ５で表されるように、第２の表面部分３４Ｂに向けて移動される。
シーケンス全体は、第２の加熱要素４４及び接合ツール２２の両方の移動を制御する制御装置４８により、自動化された方法で行われることが好ましい。
【００６６】
異なるタイプの締結要素２６が、図１０乃至図１２に示される。図１０は、基部本体１００と、これに対して移動可能であるカバー１０２とを有するプラスチック製クリップとして実現された締結要素２６’を示す。カバー１０２が閉じられたとき、電線、ブレーキライン等のような品目を受けるための１つ又はそれ以上のレシーバ１０４が、締結要素２６’内に実現される。最初は熱溶融可能であり、後に熱硬化可能な接着剤３０が塗布される接着面１０９が、基部本体１００の底面上に実現される。締結要素２６’は、プラスチックから作製することができる。この場合、接着剤３０は、例えばＩＲ放射、温風等によって、例えば直接加熱される。しかしながら、締結要素２６’はまた、少なくとも基部本体１００内に金属粒子を含むこともできるので、この場合は同様に、基部本体１００を介して、接着剤３０の誘導加熱を間接的に実現することができる。
【００６７】
シャンク部分１０６（例えば、ねじ山を設けることができる）と、フランジ部分１０８とを有するスタッドとして実現される締結要素２６”のさらに別の実施形態が、図１１及び図１２に示される。接着面１０９が、フランジ部分１０８の下面上に実現される。複数の離間した突出部１１０が、接着面１０９上に設けられる。離間突出部１１０は、接着面１０９と表面部分３４との間の距離を定めるので、比較的簡単な方法で、所定の力を用いて、締結要素２６”を表面部分３４の上に押し付け、最終的な接合位置に配置させることが可能である。離間突出部１１０の軸方向の長さは、接着面１０９に塗布される接着剤３０の厚さよりも少ないことが好ましいが、図１１においては、これらの値がほぼ等しい寸法で示される。
【００６８】
隆起部１１２が、フランジ部分１０８の上側上に実現される。隆起部１１２は、第１の加熱手段３８を構成する誘導加熱装置を離間配置する働きをする。しかしながら、図１１の３０ａで示されるように、接着剤が、締結要素のシャンク１０６の方に向いた接着フランジの側上に塗布された場合、隆起部１１２を用いて、接着区域の厚さを定めることもできる。図１２に示されるように、締結要素２６”は、３つの離間突出部１１０よ、これに対応する数の隆起部１１２とを有することが好ましい。
締結要素２６”は、例えば、金属で作製することができるが、金属粒子が内部に埋め込まれた熱硬化性プラスチックから実現することもでき、それにより、そこに塗布された接着剤３０の間接的な加熱が可能になる。
【００６９】
保持装置２４及び第１の加熱手段３８を構成し、例えば、図１乃至図８に示される接合器具の１つに組み込むように用いることができる接合ユニット９１が、図１３に示される。
接合ユニット９１は、軸方向の貫通開口部１１６を有するスリーブ型場形成器７０を含む。締結要素（例えば、図１１及び図１２の締結要素２６”）を保持するために、真空１１８を貫通開口部１１６に適用することができる。この場合、シャンク部分は、その直径がシャンク部分の直径に適合される貫通開口部１１６内に延びる。
【００７０】
次に、場形成器７０は、隆起部１１２上に載っている。コイル７２は、場形成器７０の周囲に配置される。コイル７２の通電時、力線が場形成器７０の軸方向端部から軸方向に出てくる磁気回路が生成される。力線は、締結要素２６”のフランジ部分１０８に入り、締結要素２６”を加熱し、これにより、締結要素の下面に塗布された接着剤３０を間接的に加熱する。締結要素２６”が表面部分３４の上に配置された後、コイル７２の電流の強さを強めて、接着剤を第３の温度まで加熱することができる。
【００７１】
温度センサを場形成器７０の下端部に設けることができることが１２０で示され、このセンサを用いて、シャンク部分１０８におけるその後の温度を測定することができる。場形成器７０内の軸方向チャネル１２２を介して、温度センサ１２０の対応する電気的接続を行うことができる。しかしながら、これに代わるものとして、温度センサ１２０は、光学タイプのものとすることもでき、その結果、実質的に、コイル７２に影響されない光信号のみがチャネル１２２を介して伝送される。
隆起部１１２によって、場形成器７０は、フランジ部分１０８の上側への付着を防止することができる。
【符号の説明】
【００７２】
１０：接合器具
１２：ロボット
１４：制御／エネルギー供給ユニット
１６：アーム
２０：接合ヘッド
２２：接合ツール
２４：保持装置
２６、２６’、２６”、２６Ａ、２６Ｂ：締結要素
２８：接合軸
３０、３０ａ：接着剤
３２：部品
３４、３４Ａ、３４Ｂ：表面部分
３６：加熱装置
３８：第１の加熱手段
４０、４２、４６：熱伝達
４４：第２の加熱手段
４８：制御装置
５０：ハウジング
５２：分割線
５３：ビード
５４：空気圧手段
５６：接合運動
６２：ロボット・ドック
６４：コネクタ
６８：誘導加熱装置
７０：場形成器
７２：電磁コイル
７４：中間部
７６：開口部
７８：第１のＵ字形リム
８０：第２のＵ字形リム
８２：磁気回路
８４、８６、８８、８９：力線
９１：接合ユニット
１００：基部本体
１０２：カバー
１０４：レシーバ
１０６：シャンク部分
１０８：フランジ部分
１０９：接着面
１１０：離間突出部
１１２：隆起部
１１６：貫通開口部
１１８：真空
１２０：温度センサ
１２２：軸方向チャネル
Ｔ１:第１の温度
Ｔ２：第２の温度
Ｔ３：第３の温度
【図１】
2013505343.tif 000003
【図２】
2013505343.tif 000004
【図３】
2013505343.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2013505343.tif 000008
【図７】
2013505343.tif 000009
【図８】
2013505343.tif 000010
【図９】
2013505343.tif 000011
【図１０】
2013505343.tif 000012
【図１１】
2013505343.tif 000013
【図１２】
2013505343.tif 000014
【図１３】
2013505343.tif 000015
【国際調査報告】
2013505343.tif 000016
2013505343.tif 000017
2013505343.tif 000018
2013505343.tif 000019
2013505343.tif 000020
2013505343.tif 000021
2013505343.tif 000022
2013505343.tif 000023