(57)【要約】  本発明は、熱可塑性材料ベースの少なくとも２つの剛直部材（１，２）を組み立てるためのの組立方法に関するものであって、この方法においては、少なくとも１つのインターフェース領域（４）を有するようにして、２つの部材（１，２）を重ね合わせ、ここで、一方の部材を、エネルギー局所化部材（５）を有したものとし；超音波源（１０）を励起し、ここで、超音波源（１０）を、インターフェース領域において２つの部材（１，２）に対して押圧力（Ｆ）を印加するものとし；超音波源（１０）を、インターフェース領域（４）のところにおいて連続的に移動させ、これにより、超音波源（１０）と対向した箇所（４．１）のところにおいて熱可塑性材料を融合させることによって、連続的な溶接ジョイント（６）を形成する。
2008544887.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性材料ベースの少なくとも２つの剛直部材（１，２）を組み立てるためのの組立方法であって、
少なくとも１つのインターフェース領域（４）を有するようにして、前記２つの部材（１，２）を重ね合わせ、ここで、前記２つの部材のうちの少なくとも一方を、前記インターフェース領域（４）のところにおいて突出している１つまたは複数のエネルギー局所化部材（５）を有したものとし、
前記２つの部材のうちの一方に対して接触することとなる少なくとも１つの超音波源（１０）を励起し、ここで、前記超音波源（１０）を、前記インターフェース領域のうちの、前記超音波源（１０）と対向した箇所（４．１）において、前記２つの部材（１，２）に対して押圧力（Ｆ）を印加するものとし、
前記超音波源（１０）を、前記インターフェース領域（４）のところにおいて連続的に移動させ、これにより、前記超音波源（１０）と対向した前記箇所（４．１）のところにおいて熱可塑性材料を融合させることによって、連続的な溶接ジョイント（６）を形成する、
ことを特徴とする組立方法。
【請求項２】
請求項１記載の組立方法において、
前記超音波源（１０）と対向した前記箇所（４．１）の前方および／または後方のところにおいて、前記２つの部材（１，２）を、前記インターフェース領域（４）内で押圧された状態に保持することを特徴とする組立方法。
【請求項３】
請求項２記載の組立方法において、
前記超音波源と対向した前記箇所（４．１）の前方および／または後方のところにおける前記２つの部材（１，２）に対する前記押圧の力を、調節可能なものとすることを特徴とする組立方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の組立方法において、
前記超音波源（１０）の前記励起によって前記部材（１，２）に対してエネルギーを供給し、
このエネルギーを、前記超音波源（１０）の移動速度（Ｖ）と、前記励起時の前記超音波源（１０）の振幅（Ａ）と、前記２つの部材（１，２）に対して前記超音波源（１０）によって印加される押圧力（Ｆ）と、の中から選択されたパラメータに基づいて、制御することを特徴とする組立方法。
【請求項５】
請求項４記載の組立方法において、
前記制御を、ＰＩＤタイプの制御とすることを特徴とする組立方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の組立方法において、
前記移動を、一次元的に、あるいは、二次元的に、あるいは、三次元的に、行うことを特徴とする組立方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の組立方法において、
前記超音波源（１０）を、ソノトロード（７）を備えたものとし、
このソノトロード（７）を、前記部材（１）に対して接触するベースプレート（７０）を有したものとし、
このベースプレート（７０）を、少なくとも１つの湾曲したエッジを有したものとすることを特徴とする組立方法。
【請求項８】
請求項７記載の組立方法において、
前記湾曲したエッジを、前記ソノトロード（７）の、移動方向に関する前方側に配置することを特徴とする組立方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の組立方法において、
前記エネルギー局所化部材（５）を、リブまたはピンとすることを特徴とする組立方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の組立方法において、
前記エネルギー局所化部材（５）を、前記超音波源（１０）に対して接触する方の部材（１）に付帯されたものとすることを特徴とする組立方法。
【請求項１１】
請求項９または１０記載の組立方法において、
前記リブを、移動方向に沿って配向させることを特徴とする組立方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の組立方法において、
前記熱可塑性材料を、アモルファスまたは半結晶のものとすることを特徴とする組立方法。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の組立方法において、
前記超音波源（１０）として複数の超音波源が使用される場合には、それら複数の超音波源を、互いに同期して移動させることを特徴とする組立方法。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載された組立方法に基づいて得られたような、少なくとも２つの部材の組立体であって、
前記エネルギー局所化部材（５）を付帯した前記部材（１）を、前記エネルギー局所化部材が得られるように、成形によって、あるいは、スタンピングによって、あるいは、押出成形によって、形成することを特徴とする組立体。
【請求項１５】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載された組立方法に基づいて得られたような、少なくとも２つの部材の組立体であって、
前記部材（１，２）のうちの少なくとも一方を、積層体とすることを特徴とする組立体。
【請求項１６】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載された組立方法に基づいて得られたような、少なくとも２つの部材の組立体であって、
前記部材（１，２）のうちの少なくとも一方を、補強用ファイバが導入されたものとすることを特徴とする組立体。
【請求項１７】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載された組立方法に基づいて得られたような、少なくとも２つの部材の組立体であって、
前記部材のうちの一方を、所定形状部材（１）とすることを特徴とする組立体。
【請求項１８】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載された組立方法に基づいて得られたような、少なくとも２つの部材の組立体であって、
前記部材のうちの一方を、パネル（２）とすることを特徴とする組立体。
【請求項１９】
熱可塑性材料ベースの少なくとも２つの剛直部材（１，２）を組み立てるためのの組立装置であって、
前記２つの部材（１，２）の重ね合わせによって形成されるインターフェース領域（４）のところにおいて前記２つの部材（１，２）の一方に対して接触することとなる超音波源（１０）と、前記２つの部材に対して押圧力を印加するための押圧手段（１８）と、を備えた少なくとも１つの超音波溶接セット（１００）と、
前記超音波溶接セット（１００）を移動させるための移動手段（１１）であるとともに、前記超音波源（１０）を、前記部材（１）の表面上の連続的な経路に沿って移動させ、さらに、前記経路を、前記超音波源（１０）に対向した箇所において前記インターフェース領域（４）のところで得られる溶接ジョイント（６）の軌跡に対応したものとするような、移動手段（１１）と、
を具備していることを特徴とする組立装置。
【請求項２０】
請求項１９記載の組立装置において、
前記超音波溶接セット（１００）が、前記超音波源の下流側に配置されているような、前記２つの部材に対する押圧手段（１２）を備えていることを特徴とする組立装置。
【請求項２１】
請求項１９または２０記載の組立装置において、
前記超音波溶接セット（１００）が、前記超音波源の上流側に配置されているような、前記２つの部材に対する安定化手段（１４）を備えていることを特徴とする組立装置。
【請求項２２】
請求項２０または２１記載の組立装置において、
前記押圧手段（１２）および前記安定化手段（１４）が、１つまたは複数のプレスローラを備えていることを特徴とする組立装置。
【請求項２３】
請求項２０〜２２のいずれか１項に記載の組立装置において、
前記押圧手段（１２）および／または前記安定化手段（１４）によって前記２つの部材（１，２）に対して印加される押圧力を制御するための制御手段（１３，１５）を備えていることを特徴とする組立装置。
【請求項２４】
請求項１９〜２２のいずれか１項に記載の組立装置において、
前記超音波源（１０）が、前記２つの部材に対してエネルギーを供給し、
前記超音波溶接セット（１００）が、前記エネルギーを制御するための制御手段（１６）を備え、
この制御手段（１６）が、前記超音波溶接セットの移動速度と、励起時の前記超音波源の振幅と、前記２つの部材に対して印加される押圧力と、の中から選択されたパラメータに基づいて、制御を行うものとされていることを特徴とする組立装置。
【請求項２５】
請求項２４記載の組立装置において、
前記制御が、ＰＩＤタイプの制御とされていることを特徴とする組立装置。
【請求項２６】
請求項１９〜２５のいずれか１項に記載の組立装置において、
前記移動手段（１１）が、複数の前記超音波溶接セット（１００）に対して共通のものとされていることを特徴とする組立装置。
【請求項２７】
請求項１９〜２５のいずれか１項に記載の組立装置において、
前記移動手段（１１）が、一次元的な移動、あるいは、二次元的な移動、あるいは、三次元的な移動、を引き起こすものとされていることを特徴とする組立装置。
【請求項２８】
請求項１９〜２６のいずれか１項に記載の組立装置において、
前記超音波源が、ソノトロード（７）を備え、
このソノトロード（７）が、前記部材（１）に対して接触するベースプレート（７０）を有し、
このベースプレート（７０）が、少なくとも１つの湾曲したエッジを有していることを特徴とする組立装置。
【請求項２９】
請求項２７記載の組立装置において、
前記湾曲したエッジが、前記ソノトロード（７）の、移動方向に関する前方側に配置されていることを特徴とする組立装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱可塑性樹脂をベースとした少なくとも２つの剛直部材を超音波によって組み立てるための方法に関するものである。そのような部材は、特に、航空産業において、胴体パネルとしてあるいは床材として、１つまたは複数の所定形状部分によって強化されつつ、フレーム取付や面一取付に関して、使用することができる。当然のことながら、他のタイプの部材を、想定することができる。
【０００２】
これらの部材は、通常、層状化され、例えばカーボンファイバといったようなファイバによって補強される。補強材の含有比率は、通常は、容積の少なくとも５％である。それら部材は、通常、予備含浸された積層用材料として形成され、補強ファイバの向きが層ごとに異なるようにして、互いに積層される。
【背景技術】
【０００３】
現在、熱可塑性樹脂をベースとしたそのような剛直部材の組立に関しては、いくつかの方法が存在する。組立時には、２つの部材が互いに重ね合わされ、オーバーラップ領域が、いわゆる溶接ジョイントを形成する。
【０００４】
現在、組立は、静的に行われるか、あるいは、実質的に静的に行われる。
【０００５】
静的な組立方法は、加熱フレーム内での、あるいは、オートクレーブ内での、あるいは、フィラー材料の熱伝導による、あるいは、、電気抵抗の加熱による、溶接に対応する。静的な溶接により、連続的かつ一様な良質のジョイントを得ることができる。しかしながら、組立対象をなす部材が大きな寸法のものである場合には、コストが高く、自動化にも適していない。
【０００６】
特許文献１には、フィラー入り熱可塑性樹脂からなる大きな部材のための超音波組立方法が開示されている。複数の部材が、インターフェース領域を形成しつつ、互いに重ね合わされる。超音波は、ソノトロードと称されるツールによって印加される。ソノトロードのアクティブベースプレートが、インターフェース領域のところにおいて、一方の部材に対して接触する。ツールを励起することにより、加熱が起こる、２つの部材が、ツールに対向したインターフェース領域のところにおいて、融合する。よって、この特許文献に開示された方法は、融合部分を順次的に形成して、溶接ジョイントを形成することを、提案している。追加的な熱可塑性樹脂が、組立対象をなす部材の間に挿入される。得られる溶接ジョイントは、一連をなす複数の連結ポイントから形成されていることから、それほど一様ではない。不連続性が存在する。そのような溶接ジョイントは、一様性の欠如のために、また、機械的な問題点を引き起こすというリスクのために、満足のいくものではない。
【０００７】
組立の機械的強度を改良し得るよう、２つの部材の間のインターフェースのところに、金属製フレームワークを配置することもできる。しかしながら、この場合には、溶接ジョイントが、金属製フレームワークの存在のために、電気伝導性となる。よって、電気的衝撃が印加された場合には、損傷を受ける可能性さえ存在する。
【０００８】
すべての場合において、得られる溶接ジョイントは、完全には満足のいくものではない。
【０００９】
ソノトロードは、交換可能なものである。ソノトロードは、フラットな部材の組立に際しては大きなアクティブベースプレートを有したものとして構成され、湾曲した部材の組立に際してはより小さなアクティブベースプレートを有したものとして構成される。ベースプレートが大きくなればなるほど、ジョイントを得るに際してより多くの超音波エネルギーを提供することが必要とされ、接合ポイントを形成するためのコストがより大きなものとなる。結局のところ、この方法は、サイクルとエネルギーとに関して、コスト高である。
【００１０】
２つの熱可塑性剛直部材の間において良好な品質の連続的かつ一様なジョイントを形成し得る唯一の公知の組立方法は、誘導による組立とレーザーによる組立とである。
【００１１】
誘導による組立においては、２つの部材の間のインターフェースのところに、金属製フレームワークが配置される。磁界の効果によって加熱が行われ、この加熱が、組立対象をなす２つの部材に対して伝達され、これにより、それら２つの部材が融合することとなる。この方法は、熱可塑性材料に対して導入されたカーボンが電気伝導性であることのために、複雑なものである。金属製フレームワークを使用した超音波溶接の場合と同じ欠点が、現れる。
【００１２】
レーザーによる組立は、組立対象をなす２つの部材のうちの一方がレーザー放射に対して透明である場合にしか、使用することができない。透明な材料を透過することにより、レーザーからの放射は、加熱を引き起こし、２つの部材の間のインターフェースのところにおいて、材料どうしの融合を引き起こす。近赤外領域においては、大部分の熱可塑性材料は、カーボンが導入されない限りにおいてはあるいは実質的に導入されない限りにおいては、透明である。カーボンの導入量が容積でおよそ５％を超えた場合に、それらは、吸収性となり、この方法を使用することができなくなる。
【特許文献１】欧州特許出願第０ ２６１ ８５０号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の目的は、上述したような様々な制限や様々な難点を有していないような、熱可塑性樹脂ベースの少なくとも２つの剛直部材の組立方法を提供することである。
【００１４】
とりわけ、１つの目的は、可能な限りの極めて一様でありかつ連続的な溶接ジョイントを提供し得る組立方法を提供することである。
【００１５】
本発明の目的は、容易に自動化することができてコストを低減し得るような組立方法を提供することである。
【００１６】
他の目的は、任意のサイズの部材に容易に適用し得るような組立方法を提供することである。
【００１７】
他の目的は、フラットな部材であるかあるいは湾曲した部材であるかあるいは複数の曲線を有した部材でさえあるかにかかわらず、任意の幾何形状の部材に対して適用し得るような組立方法を提供することである。
【００１８】
本発明の他の目的は、電磁気的な不適合性という問題点や電気衝撃によって損傷を受けるという問題点といったような様々な問題点を回避し得るよう、金属製補強部材を使用することなく、満足のいく機械的強度を有した溶接ジョイントを提供し得るような組立方法を提供することである。
【００１９】
上記の様々な目的を達成するため、本発明は、より詳細には、熱可塑性材料ベースの少なくとも２つの剛直部材を組み立てるためのの組立方法に関するものであって、この方法においては、
−少なくとも１つのインターフェース領域を有するようにして、２つの部材を重ね合わせ、ここで、２つの部材のうちの少なくとも一方を、インターフェース領域のところにおいて突出している１つまたは複数のエネルギー局所化部材を有したものとし、
−２つの部材のうちの一方に対して接触することとなる少なくとも１つの超音波源を励起し、ここで、超音波源を、インターフェース領域のうちの、超音波源と対向した箇所において、２つの部材に対して押圧力を印加するものとし、
−超音波源を、インターフェース領域のところにおいて連続的に移動させ、これにより、超音波源と対向した箇所のところにおいて熱可塑性材料を融合させることによって、連続的な溶接ジョイントを形成する。
【００２０】
超音波源と対向した箇所の前方および／または後方のところにおいて、２つの部材を、インターフェース領域内で押圧された状態に保持すれば、ジョイントの品質を改良することができて、有利である。前方あるいは後方という概念は、超音波源の移動方向に関するものである。
【００２１】
超音波源と対向した箇所の前方および／または後方のところにおける２つの部材に対する押圧の力は、調節可能なものとすることができる。
【００２２】
超音波源の励起によって部材に対してエネルギーが供給され、このエネルギーは、超音波源の移動速度と、励起時の超音波源の振幅と、２つの部材に対して超音波源によって印加される押圧力と、の中から選択されたパラメータに基づいて、制御することができる。これにより、最適の融合を確実に行うことができる。
【００２３】
制御は、有利には、ＰＩＤタイプの制御とされる。
【００２４】
移動は、一次元的に、あるいは、二次元的に、あるいは、三次元的に、行うことができる。これにより、極めて多種多様な複雑な形状の部材どうしを、容易に組み立てることができる。
【００２５】
超音波源は、ソノトロードを備え、このソノトロードは、部材に対して接触するベースプレートを有し、このベースプレートは、好ましくは、少なくとも１つの湾曲したエッジを有している。これにより、このベースプレートが接触している部材との摩擦を制限し得るとともに、このベースプレートが接触している部材に対する損傷を防止することができる。
【００２６】
湾曲したエッジは、好ましくは、ソノトロードの、移動方向に関する前方側に配置される。
【００２７】
エネルギー局所化部材は、リブまたはピンとすることができる。
【００２８】
融合を改良するために、エネルギー局所化部材を、超音波源に対して接触する方の部材に付帯されたものとすることが好ましい。
【００２９】
ジョイントの品質を改良するためには、リブを、移動方向に沿って配向させることが好ましい。
【００３０】
熱可塑性材料は、アモルファスまたは半結晶のものとされる。
【００３１】
超音波源として複数の超音波源が使用される場合には、それら複数の超音波源を、互いに同期して移動させることが好ましい。
【００３２】
本発明は、また、本発明による方法によって得られた組立体に関するものである。
【００３３】
この組立体においては、エネルギー局所化部材を付帯した部材は、エネルギー局所化部材が得られるように、成形によって、あるいは、スタンピングによって、あるいは、押出成形によって、形成されている。
【００３４】
この組立体においては、部材のうちの少なくとも一方は、好ましくは、積層体とされる。
【００３５】
部材のうちの少なくとも一方は、補強用ファイバが導入されたものとすることができる。
【００３６】
部材のうちの一方は、所定形状部材とすることができる、あるいは、パネルとすることができる。
【００３７】
本発明は、また、熱可塑性材料ベースの少なくとも２つの剛直部材を組み立てるためのの組立装置に関するものである。
【００３８】
この組立装置は、２つの部材の重ね合わせによって形成されるインターフェース領域のところにおいて２つの部材の一方に対して接触することとなる超音波源と、２つの部材に対して押圧力を印加するための押圧手段と、を備えた少なくとも１つの超音波溶接セットと；超音波溶接セットを移動させるための移動手段であるとともに、超音波源を、部材の表面上の連続的な経路に沿って移動させ、さらに、経路を、超音波源に対向した箇所においてインターフェース領域のところで得られる溶接ジョイントの軌跡に対応したものとするような、移動手段と；を具備している。
【００３９】
超音波溶接セットは、超音波源の下流側に配置されているような、２つの部材に対する押圧手段を備えることができる。
【００４０】
超音波溶接セットは、超音波源の上流側に配置されているような、２つの部材に対する安定化手段を備えることができる。
【００４１】
押圧手段および安定化手段は、１つまたは複数のプレスローラを備えることができる。
【００４２】
押圧手段および／または安定化手段によって２つの部材に対して印加される押圧力を制御するための制御手段を設けることができる。
【００４３】
超音波源は、２つの部材に対してエネルギーを供給し、超音波溶接セットは、エネルギーを制御するための制御手段を備え、この制御手段は、超音波溶接セットの移動速度と、励起時の超音波源の振幅と、２つの部材に対して印加される押圧力と、の中から選択されたパラメータに基づいて、制御を行うことができる。
【００４４】
制御は、有利には、ＰＩＤタイプの制御とされる。
【００４５】
移動手段が、複数の超音波溶接セットに対して共通のものとされていることが好ましい。
【００４６】
移動手段は、一次元的な移動、あるいは、二次元的な移動、あるいは、三次元的な移動、を引き起こすことができる。
【００４７】
超音波源は、ソノトロードを備え、このソノトロードは、部材に対して接触するベースプレートを有し、このベースプレートは、好ましくは、少なくとも１つの湾曲したエッジを有している。
【００４８】
湾曲したエッジは、好ましくは、ソノトロードの、移動方向に関する前方側に配置することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
本発明は、添付図面を参照しつつ、本発明を何ら制限するものではない単なる例示としての以下の様々な実施形態に関する説明を読むことにより、明瞭となるであろう。
【００５０】
複数の図面にわたって、同一のまたは同様の部材に関しては、理解を容易とするために、同じ符号が付されている。
【００５１】
複数の図面に図示されている様々な部材は、図示を明瞭とするために、必ずしも同じスケールで図示されているわけではない。
【００５２】
以下においては、図１Ａ〜図１Ｃを参照して、本発明による少なくとも２つの剛直な熱可塑性材料部材のための組立方法の一例について説明する。図１Ａ〜図１Ｃには、本発明による方法を具現するための装置と、組立の前後における２つの部材と、が図示されている。
【００５３】
この例示においては、一方の部材が、所定形状部材１であり、他方の部材が、パネル２であると仮定されている。当然のことながら、他のタイプの部材を想定することもできる。パネル２は、フラットなものとして図示されている。しかしながら、パネル２は、特に航空機の胴体パネルといったようなものである場合には、図２Ａに示すように湾曲したものとすることができる。その場合、所定形状部材１は、パネルの湾曲度合いに適合したものとすることができる。
【００５４】
これら部材１，２は、剛直なものであって、熱可塑性材料から形成され、好ましくは積層である。これら部材の強度を補強し得るよう、これら部材を、ファイバによって補強することができる。補強用ファイバは、例えば、カーボンや、ガラスや、あるいは、ホウ素、とすることがことができる。そのような部材は、通常、複合構造と称される。図１において使用されているベースは、ファイバを図式化していることが仮定されている。
【００５５】
熱可塑性材料は、好ましくは、アモルファスまたは半結晶である。熱可塑性材料としては、例えば、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）や、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）や、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）や、ＰＥＫＫ（ポリエーテルケトンケトン）、というタイプの樹脂を使用することができる。
【００５６】
組立方法は、補強用ファイバが多く導入された（例えば、容積で３０％を超えて導入された）２つの部材１，２に対しても、また、補強用ファイバが少なく導入された（例えば、容積で５％未満）２つの部材１，２に対しても、さらには、補強用ファイバが全く導入されていない２つの部材１，２に対してさえも、適用される。組立は、少なくとも１つの超音波溶接セット１０を使用して、超音波によって行われる。超音波溶接セット１０は、ソノトロード７と、コンバータジェネレータ８と、これらを機械的に連結するアンプ手段９（ブースタとして公知である）と、を備えている。コンバータジェネレータ８は、受領した電力を機械的振動へと変換してソノトロード７へと供給する。アンプ９は、コンバータジェネレータ８から供給された振動の振幅を増幅する。ソノトロード７も、また、振動の振幅を増幅する。振動の周波数は、１５〜４０ｋＨｚとすることができ、好ましくは、約２０ｋＨｚとすることができる。
【００５７】
２つの部材１，２は、これらの間において少なくとも局所的にインターフェース領域４を形成するようにして、互いに重ね合わされる。一方の部材２は、フィラーポーズツール（filler pose tool）３すなわちアンビル上に載置されており、超音波源１０のソノトロード７が、インターフェース領域４のところにおいて、組立対象をなす他方の部材１に対して、接触する。インターフェース領域４のうちの、超音波源に対して対向した箇所４．１においては、超音波源によって、２つの部材に対して、押圧力Ｆが印加されている。この押圧力は、超音波源１０の一部をなす押圧手段１８によって、例えば気圧といったような態様で、印加することができる。
【００５８】
超音波源１０を起動するとともに、インターフェース領域４のところにおいて、組立対象をなす他方の部材１に対して接触させながら、連続的に移動させる。これにより、インターフェース領域４のところに、組立対象をなす２つの部材１，２の間にわたっての連続的かつ一様な溶接ジョイント６を形成する経路を構築することができる。ソノトロード７の移動は、積層の表面に対して、直線的なものまたは曲線的なものとすることができる。この表面は、フラットなものとすることも、また、湾曲したものとすることも、できる。その表面は、ソノトロードに対して接触している部分の表面と対応する。すべての場合において、この移動は、連続的なものとされる。この移動は、平面内においても、また、空間内においても、行うことができる。すなわち、一次元的なものとも、また、二次元的なものとも、また、三次元的なものとも、することができる。一次元での移動の場合には、直線的なジョイント６が形成される。二次元的な移動を行った場合には、超音波源１０の単一経路において、フラットなパネル上に、フレームを組み立てることができる。三次元的な移動を行った場合には、２つの曲率半径を有した線形ジョイントによって２つの部材を組み立てることができる。
【００５９】
超音波源１０の移動手段１１は、概略的に図示されているように、モータとされる。超音波源１０は、要望された移動態様に応じて、スライド部材と協働することができる、あるいは、構台（あるいは、ガントリー、gantry）と協働することができる、あるいは、関節結合タイプのアームによって搬送されることができる。スライド部材は、一次元での移動を可能とし、構台は、二次元での移動を可能とし、関節結合アームは、三次元での移動を可能とする。図１Ａにおいては、スライド部材または構台１７が図示されている。
【００６０】
分子間摩擦によって、ソノトロード７の周期的な振動エネルギーが、インターフェース領域４のうちの、ソノトロード７と対向した箇所４．１において、熱可塑性材料内の熱エネルギーへと変換される。ソノトロード７は、組立対象をなす他方の部材１と接触するアクティブベースプレート７０を備えている。このベースプレート７０は、２つの側方エッジを備えることを特徴としている。すなわち、想定された移動態様に応じて、前方エッジと、後方エッジと、を備えることを特徴としている。他方の部材に対して接触するベースプレート７０の幅は、得ようとするジョイント６の幅と実質的に対応する。これらの寸法は、インターフェース領域４のところにおいて熱可塑性材料の融合を得るに際して供給すべき熱エネルギーに応じて選択される。ＰＥＥＫ樹脂どうしの融合を得るに際しては、約４００℃という温度が必要とされ、ＰＰＳ樹脂どうしの融合を得るに際しては、約３００℃という温度が必要とされる。
【００６１】
好ましくは、ソノトロード７のベースプレート７０は、完全にフラットなものではなく、とりわけ前方エッジのところにおいて湾曲したものとされる。これにより、接触している部材１に対しての摩擦を制限することができる。このことは、また、部材１のうちの、移動時に接触している表面を損傷してしまうというリスクを、回避する。この湾曲は、湾曲した部材の場合にも、有利である。組立対象をなす両部材の各表面が湾曲している場合には、後方エッジも同様に湾曲していることが好ましい。
【００６２】
このタイプの超音波源１０においては、ソノトロード７は、通常、着脱可能なものとされる。これにより、特に、形成すべきジョイント６の特性に適合させることができ、また、組立対象をなす表面の特性に適合させることができる。このような着脱可能な取付は、通常、アンプ９に関しても適用される。これにより、超音波源１０のゲインを、最適化することができる。
【００６３】
２つの部材１，２が互いに堅固に連結されることを保証し得るよう、両部材１，２の少なくとも一方は、インターフェース領域４のところに配置された１つまたは複数のエネルギー局所化部材（あるいは、エネルギー配向部材）５を備えることを特徴としている。エネルギー局所化部材５は、インターフェース領域４のところに機械的エネルギーをチャネル的に集中させるとともに、溶融することによって、２つの部材１，２の間のインターフェースのところにおける所望断面の溶接ジョイント６の形成に寄与する。図１においては、エネルギー局所化部材５は、所定形状部材１に付設されている。しかしながら、エネルギー局所化部材５を他方の部材２に対して付設することを、想定することができる。さらに、図２に示すように、エネルギー局所化部材５を、双方の部材１，２上に付設することさえ、想定することができる。しかしながら、溶接ジョイント６の品質を改良するためには、エネルギー局所化部材を、超音波源１０に対して接触することとなる部材１上に配置することが好ましい。
【００６４】
エネルギー局所化部材５は、部材１，２を重ね合わせた際に、エネルギー局所化部材５を付帯している部材１から他方の部材２に向けて突出するような、リブまたはピンという態様のものとすることができる。エネルギー局所化部材がリブというタイプのものであるときには、リブは、全体的に、ジョイント６の方向性に従う。図面においては、リブとピントの双方のエネルギー局所化部材を図示している。好ましくは、所望のジョイント６の幅の全体にわたって、複数のリブまたは複数のピンが、互いに離間して配置される。ピンに関しては、ピンは、直線状に配置することも、また、ジグザグ状に配置することも、できる。
【００６５】
エネルギー局所化部材５の横断面形状は、実質的に、三角形や、台形や、矩形や、正方形や、半円形や、あるいは、他の形状、とすることができる。横断面形状という観点からは、ピンは、六面体形状や、半球形状や、ピラミッド形状や、あるいは、円錐形状や、可能であれば円錐台形状、とすることができる。
【００６６】
これらエネルギー局所化部材５は、エネルギー局所化部材を付帯している部材の製造時に、スタンピングによって、あるいは、押出成型によって、あるいは、リブを形成する場合には溝付きツールによる連続的成形によって、直接的に形成することができる。
【００６７】
例えば、ＰＥＥＫ樹脂に約０．０５ｍｍ厚さの矩形ジョイントを形成する場合には、ジョイントの長手方向軸線に沿って配向させて、なおかつ、互いに１．５ｍｍずつ離間させて、０．３ｍｍというピーク高さでもって、リブタイプのエネルギー局所化部材を形成することができる。この場合の離間間隔は、ピークどうしの間の離間距離として、測定される。でピークを意味する。この例においては、エネルギー局所化部材の横断面形状は、三角形である。
【００６８】
押圧手段１２は、好ましくは、超音波源１０よりも下流側に配置される。押圧手段１２は、２つの部材１，２を互いに押圧する。押圧力は、インターフェース領域４のうちの、超音波源１０と対向した箇所４．１よりも下流側において、印加される。押圧手段１２により、２つの部材１，２が融合前であってこれらがまだ自由である時点で、これら２つの部材１，２の満足のいく位置合わせが確保される。押圧手段１２は、互いに重ね合わされた２つの部材１，２に対して接触することとなる１つまたは複数のプレスローラから形成することができる。押圧力の制御手段１３を設けることができる。制御手段１３は、例えば、ソレノイドバルブを備えた空気圧印加手段とすることができる。好ましくは、約６ｂａｒｓといったような、工業的な圧縮空気圧力以下というような位置合わせ圧力が、選択される。
【００６９】
有利には、超音波源１０の上流側には、安定化手段１４が配置される。安定化手段１４は、組立直後の２つの部材１，２を押圧し、形成直後の溶接ジョイント６の冷却固化時にそれら部材１，２を所定位置に保持する。安定化手段１４の押圧力は、インターフェース領域４のうちの、超音波源１０と対向した箇所４．１の上流側に対して印加される。安定化手段１４は、１つまたは複数の安定化ローラによって形成することができる。ローラによって印加される押圧力の制御手段１５を設けて、制御を行うことができる。この制御手段１５は、例えば、ソレノイドバルブを備えた空気圧印加手段とすることができる。好ましくは、約６ｂａｒｓといったような、工業的な圧縮空気圧力以下というような位置合わせ圧力が、選択される。
【００７０】
最適な品質の溶接ジョイント６を得るために、目標は、インターフェース領域４のところにおいて、２つの部材の表面のところの熱可塑性材料に対しておよびエネルギー局所化部材をなす熱可塑性材料に対してこれら熱可塑性材料の適切な融合をもたらし得るに十分な瞬時エネルギーを、供給することである。
【００７１】
超音波源１０によって供給されるエネルギー強度を制御するための制御手段１６を設けることができる。制御手段１６は、標準的なＰＩＤ（比例積分微分の略語）タイプのものとすることができる。そのような制御手段１６は、当業者には周知である。エネルギーの制御パラメータとしては、コンバータの振幅と言うこともできる超音波源１０の振幅Ａや、超音波源１０の移動速度Ｖや、組立対象をなす部材１，２に対して超音波源１０によって印加される押圧力Ｆ、を選択することができる。
【００７２】
押圧手段１２および／または安定化手段１４が設けられている場合には、それら手段は、超音波源１０に対して付設され、超音波源１０と一緒に移動する。それら手段は、超音波源１０と一緒に、符号１００で示されているような超音波溶接セットを形成する。
【００７３】
制御手段１６が設けられている場合には、この手段も、また、超音波溶接セット１００の中に組み込まれる。
【００７４】
しかしながら、超音波溶接セット１００が移動手段１１を含まないことが想定される。
【００７５】
図２Ａおよび図２Ｂにおいては、また、２つ以上の超音波源１０．１，１０．２を使用した少なくとも２つの部材１，２の組立操作が、示されている。超音波源の移動状況を３次元的に明瞭に図示し得るよう、ｘ，ｙ，ｚという直交座標軸が使用されている。
【００７６】
組立対象をなす一方の部材は、実質的にオメガという形状の断面を有した所定形状部材１とされている。他方の部材２は、湾曲したパネルとされている。オメガ形状部材１は、ベースのところに、パネル２に対して固定されることを意図した２つの個別の組立表面１．１，１．２を備えている。２つの溶接ジョイント６が、形成されることとなる。本発明による方法においては、これらの２つのジョイント６は、上述したのと同様の２つの溶接セットを使用することにより、さらに、共通の移動制御手段を使用することにより、互いに同時に形成することができる。図２においては、超音波溶接セットは、超音波源１０．１，１０．２と、押圧手段１２．１，１２．２と、安定化手段１４．１，１４．２と、だけによって、簡略化して図示されている。移動手段１１は、２つの超音波溶接セットに対して共通である。よって、超音波源１０．１，１０．２は、互いに同期した移動を行う。
【００７７】
図２Ａおよび図２Ｂにおいては、組立対象をなす２つの部材１，２の双方にエネルギー局所化部材５を設けることが、想定されている。
【００７８】
本発明のいくつかの実施形態について詳細に上述したけれども、特許請求の範囲を逸脱することなく様々な変形や修正を行い得ることは、理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１Ａ】少なくとも２つのフラットな剛直部材に関する本発明に基づく組立装置と、組立の前後における２つの部材と、を示す図である。
【図１Ｂ】少なくとも２つのフラットな剛直部材に関する本発明に基づく組立装置と、組立の前後における２つの部材と、を示す図である。
【図１Ｃ】少なくとも２つのフラットな剛直部材に関する本発明に基づく組立装置と、組立の前後における２つの部材と、を示す図である。
【図２Ａ】少なくとも２つの湾曲した剛直部材に関する本発明に基づく組立装置を長手方向において概略的に示す断面図である。
【図２Ｂ】少なくとも２つの湾曲した剛直部材に関する本発明に基づく組立装置を横断方向において概略的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００８０】
１  剛直部材
２  剛直部材
４  インターフェース領域
５  エネルギー局所化部材
６  溶接ジョイント
７  ソノトロード
１０  超音波源
７０  ベースプレート
Ｆ  押圧力
【図１Ａ】
2008544887.tif 000003
【図１Ｂ】
2008544887.tif 000004
【図１Ｃ】
2008544887.tif 000005
【図２Ａ】
2008544887.tif 000006
【図２Ｂ】
2008544887.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成19年6月11日(2007.6.11)
【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】
熱可塑性材料ベースの少なくとも２つの剛直部材（１，２）であるとともに二重半径を有しつつ予備含浸された重ね合わせ層からなる複合構造とされた２つの部材（１，２）を組み立てるためのの組立方法であって、
少なくとも１つのインターフェース領域（４）を有するようにして、前記２つの部材（１，２）を重ね合わせ、ここで、前記２つの部材のうちのいくつかを、前記インターフェース領域（４）のところにおいて突出している１つまたは複数のエネルギー局所化部材（５）を有したものとし、
前記２つの部材のうちの一方に対して接触することとなる少なくとも１つの超音波源（１０）を励起し、ここで、前記超音波源（１０）を、前記インターフェース領域のうちの、前記超音波源（１０）と対向した箇所（４．１）において、前記２つの部材（１，２）に対して押圧力（Ｆ）を印加するものとし、
前記超音波源（１０）を、前記インターフェース領域（４）のところにおいて連続的に移動させ、これにより、前記超音波源（１０）と対向した前記箇所（４．１）のところにおいて熱可塑性材料を融合させることによって、連続的な溶接ジョイント（６）を形成する、
ことを特徴とする組立方法。
【請求項２】
請求項１記載の組立方法において、
前記超音波源（１０）と対向した前記箇所（４．１）の前方および／または後方のところにおいて、前記２つの部材（１，２）を、前記インターフェース領域（４）内で押圧された状態に保持することを特徴とする組立方法。
【請求項３】
請求項２記載の組立方法において、
前記超音波源と対向した前記箇所（４．１）の前方および／または後方のところにおける前記２つの部材（１，２）に対する前記押圧の力を、調節可能なものとすることを特徴とする組立方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の組立方法において、
前記超音波源（１０）の前記励起によって前記部材（１，２）に対してエネルギーを供給し、
このエネルギーを、前記超音波源（１０）の移動速度（Ｖ）と、前記励起時の前記超音波源（１０）の振幅（Ａ）と、前記２つの部材（１，２）に対して前記超音波源（１０）によって印加される押圧力（Ｆ）と、の中から選択されたパラメータに基づいて、制御することを特徴とする組立方法。
【請求項５】
請求項４記載の組立方法において、
前記制御を、ＰＩＤタイプの制御とすることを特徴とする組立方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の組立方法において、
前記超音波源（１０）を、ソノトロード（７）を備えたものとし、
このソノトロード（７）を、前記部材（１）に対して接触するベースプレート（７０）を有したものとし、
このベースプレート（７０）を、少なくとも１つの湾曲したエッジを有したものとすることを特徴とする組立方法。
【請求項７】
請求項６記載の組立方法において、
前記湾曲したエッジを、前記ソノトロード（７）の、移動方向に関する前方側に配置することを特徴とする組立方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の組立方法において、
前記エネルギー局所化部材（５）を、リブまたはピンとすることを特徴とする組立方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の組立方法において、
前記エネルギー局所化部材（５）を、前記超音波源（１０）に対して接触する方の部材（１）に付帯されたものとすることを特徴とする組立方法。
【請求項１０】
請求項８または９記載の組立方法において、
前記リブを、移動方向に沿って配向させることを特徴とする組立方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の組立方法において、
前記熱可塑性材料を、アモルファスまたは半結晶のものとすることを特徴とする組立方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の組立方法において、
前記超音波源（１０）として複数の超音波源が使用される場合には、それら複数の超音波源を、互いに同期して移動させることを特徴とする組立方法。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載された組立方法に基づいて得られたような、少なくとも２つの部材の組立体であって、
前記エネルギー局所化部材（５）を付帯した前記部材（１）を、前記エネルギー局所化部材が得られるように、成形によって、あるいは、スタンピングによって、あるいは、押出成形によって、形成することを特徴とする組立体。
【請求項１４】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載された組立方法に基づいて得られたような、少なくとも２つの部材の組立体であって、
前記部材（１，２）のうちの少なくとも一方を、補強用ファイバが導入されたものとすることを特徴とする組立体。
【請求項１５】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載された組立方法に基づいて得られたような、少なくとも２つの部材の組立体であって、
前記部材のうちの一方を、所定形状部材（１）とすることを特徴とする組立体。
【請求項１６】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載された組立方法に基づいて得られたような、少なくとも２つの部材の組立体であって、
前記部材のうちの一方を、パネル（２）とすることを特徴とする組立体。
【国際調査報告】
2008544887.tif 000008
2008544887.tif 000009
2008544887.tif 000010
2008544887.tif 000011
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