(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気抵抗溶接を用いて第１の材料を第２の導電性材料に固定する方法であって、
（Ａ）前記第１の材料内にパイロットホールを形成する工程と、
（Ｂ）前記第１の材料を前記第２の材料の上に配置する工程と、
（Ｃ）前記パイロットホール内に接着剤を注入する工程と、
（Ｄ）ヘッドの下にキャビティを少なくとも部分的に画定する下方に延在する周囲の縁を有するヘッドと、前記接着剤及び前記パイロットホールを貫通してピンを延在させることにより前記第２の材料と電気的に接触する前記第２の材料に溶接可能な前記ピンと、を有する導電性リベットを配置する工程であって、前記リベットは前記ヘッドに少なくとも１つの排出口を備える、工程と、
（Ｅ）前記リベットと前記第２の材料との間に電位を印加し、電流が前記リベットと前記第２の材料を通って流れるように誘導する工程と、
（Ｆ）前記リベットを前記第２の材料へ向けて押し込む工程であって、
前記リベットに抵抗加熱を行い、電流により前記リベットを前記第２の材料に溶接して溶接部を形成する工程と、押し込むことにより前記ピンを圧縮する工程であって、前記リベットを前記第２の材料と電気的に接触させて配置する、電位を印加する、押し込む、及び前記溶接部を形成するステップの間に前記ヘッドは前記パイロットホールから押し出される材料を捕捉する、工程と、を含み、前記ピンは、前記印加する工程の前に前記パイロットホールよりも小さい直径を有し、前記ピンは前記押し込む工程中に前記パイロットホール内で放射状に膨張し、前記押し込む工程は連続的に行われる、工程と、
を含む、方法。
【請求項２】
前記印加する工程の間に前記ヘッドの下から前記少なくとも１つの排出口を通って材料を排出する工程を更に含み、前記排出する材料は、上側シートに平行な方向に前記少なくとも１つの排出口を通って突出する前記接着剤を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記リベットの前記ピンは、前記ヘッドの反対側にある先端部を含んでおり、前記ピンは、前記先端部において、前記先端部より遠位の前記ピンの部分においてよりも、放射状により大きく膨張し、前記第１の材料と前記第２の材料との間で延在し、前記第１の材料が前記ヘッドに向けて押され、前記第１の材料を前記ヘッドの下の前記キャビティの中へ入れる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記キャビティ内に押し込まれる前記第１の材料は、前記キャビティを分割する壁を固定し、前記ヘッドに対する前記第１の材料の相対な回転を拘束する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記リベットをグリッパで掴む工程と、溶接電極の下の前記パイロットホール内に前記リベットを配置する工程と、前記溶接電極を前記リベットの上で下に移動する工程と、前記電極と下側シートとの間に前記リベットを固定する工程と、電流を印加する工程の前に前記リベットから前記グリッパを引き出す工程と、を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記リベットは、前記ピンの長さの２０％以上のグリップ範囲を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記接着剤は誘電体であり、前記印加する工程の間に前記リベットと前記第１の材料との間に前記接着剤を介在させることにより電流の流れの方向を制御する工程を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
電気抵抗溶接を用いて第１の導電性材料を第２の導電性材料へ固定する方法であって、
（Ａ）前記第１と第２の材料とを一緒に物理的及び電気的に接触させて配置する工程であって、前記第１の材料は前記第２の材料よりも低い融点を有する、工程と、
（Ｂ）前記第１の材料、及び前記第２の材料を含む導電性スタックを形成するために、前記第２の材料に溶接可能であり、前記第１の材料と電気的に接触し、前記第１の材料よりも高い融点を有する導電性のリベットを配置する工程であって、前記リベットはヘッド、及び前記ヘッドから延在するピンを有し、前記ヘッドは、前記ヘッドの下にキャビティを少なくとも部分的に画定する下方に向けられた周囲の縁と、前記縁に形成された少なくとも１つの排出口とを有し、前記ピンは前記ヘッドより遠位の先端部を有する、工程と、
（Ｃ）前記スタックの両端に電位を印加する工程であって、電流を誘起して前記スタックを通って電流を流し抵抗加熱を行い、前記抵抗加熱により前記第１の材料を軟化させる、工程と、
（Ｄ）前記リベットを前記軟化した第１の材料を貫通して前記第２の材料に向けて押し込み前記第２の材料と接触させること、更に、前記第２の材料に接触した後に前記リベットを押し込むことにより、前記リベットの前記先端部を半径方向に膨張させ、前記先端部の前記膨張が前記第１の材料を前記ヘッドに向けて押し出す工程と、
（Ｅ）前記ピンが前記第２の材料に接触した後に、前記リベットを前記第２の材料に溶接する工程と、
（Ｆ）前記リベットが前記第１の材料を貫通して押し込まれ、前記第２の材料に溶接される場合、移動される前記第１の材料の盛り上がった部分を捕捉する工程であって、前記盛り上がった部分は前記ヘッド内の前記キャビティ内に捕捉される、工程と、を含む、方法。
【請求項９】
パイロットホールを有する第１の材料を、電気抵抗溶接を用いて導電性である第２の材料に固定するためのリベットであって、
下向きに逆に湾曲する周囲の縁を有するヘッドと、前記ヘッドから延在し、前記ヘッドより遠位の端部に先端部を有するピンと、を備え、前記ピンは前記第１及び第２の材料が積み重ねられる場合に前記パイロットホールを貫通して挿入可能であり、前記リベットは導電性材料から形成され、前記リベットと前記第２の材料との間に電位が印加される場合に、前記第２の材料を通過する電流を伝導することができ、
前記電流は、前記リベットの抵抗加熱と、前記リベットを前記先端部で前記第２の材料に溶接することと、前記先端部が前記第２の材料に溶接されて、前記周囲の縁が前記第１の材料に接触した後に、前記ヘッドと前記第２の材料との間で前記第１の材料を捕捉することとを引き起こし、前記ヘッドは溶接中に前記パイロットホールから押し出される材料を捕捉することができ、前記ヘッドの遠位で前記ピンが前記ヘッドの近位における前記ピンの断面積より大きい断面積を有しており、溶接中に押し出される前記材料の流れを前記ピンの表面に沿って、前記ヘッドの遠位から前記ヘッドの近位方向へ、前記逆に湾曲する周囲の縁の底面に向けて、及び前記底面に沿って、誘導し、
前記ヘッドが前記第１の材料に接触するように前記リベットが溶接され、圧縮される場合、前記ピンは、前記ピンの直径の１．２〜１．８倍の範囲の直径を有するパイロットホールを十分満たす長さ及び直径を有する、リベット。
【請求項１０】
前記ピンはその長さの少なくとも一部に沿って延在する排出溝を有する、請求項９に記載のリベット。
【請求項１１】
接合部であって、
（Ａ）パイロットホールを有する上側シートと、
（Ｂ）導電性材料の下側シートと、
（Ｃ）ヘッドと電気抵抗溶接により前記下側シートに溶接されるピンとを有するリベットであって、前記ピンは前記パイロットホールを貫通して延在して前記下側シートに溶接され、前記ヘッドは前記ヘッドと前記下側シートとの間で前記上側シートを固定する前記上側シートを押しつける、リベットと、
（Ｄ）前記リベットと前記上側シートとの間に配設される接着剤と、を備え、前記ピンは、前記下側シートに溶接される前記ヘッドより遠位の先端部を有し、前記先端部は溶接を行う前の前記パイロットホールの半径方向寸法よりも大きな半径寸法に拡大され、前記ピンは、前記ヘッドと前記先端部との間でくびれ形状を有し、前記パイロットホールの付近にて前記上側シートは、相補的に前記ピンの前記くびれ形状に一致する、接合部。
【請求項１２】
前記ピンと前記下側シートとの間に形成される溶接部の直径は、１．５＊ｓｑｒｔ（前記下側シートのミリメートル単位の厚さ）より大きい直径を有する、請求項１１に記載の接合部。
【請求項１３】
請求項１１に記載の接合部の品質を把握する方法であって、
（Ａ）許容可能な品質の基準接合部の形成中に、経時的に少なくとも１つの電気溶接パラメータのプロファイルを記録する工程と、
（Ｂ）評価される前記接合部の前記形成中に、経時的に少なくとも１つの電気溶接パラメータのプロファイルを取得する工程と、
（Ｃ）工程（Ａ）及び（Ｂ）の間に取得される前記プロファイルを比較する工程と、を含む方法。
【請求項１４】
請求項１１に記載の接合部の品質を把握する方法であって、
（Ａ）許容可能な品質の基準接合部の基準画像を記録する工程と、
（Ｂ）評価される前記接合部の画像を取得する工程と、
（Ｃ）工程（Ａ）及び（Ｂ）の間に取得される前記画像を比較する工程であって、前記比較する工程は、画像解析ソフトウェアを使用してコンピュータにより実施される、比較する工程と、を含む、方法。
【請求項１５】
前記基準画像は、前記接合部を形成するために使用される前記リベット内の少なくとも１つの排出口から排出される材料の排出パターンを含み、前記比較する工程は、前記基準画像の前記排出パターンを評価される前記接合部の前記画像と比較して、評価される前記接合部の前記画像に類似の排出パターンが存在するかどうかを判定する工程を含む、請求項１４に記載の方法。
【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、２０１６年３月２５日に出願された「Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  Ｗｅｌｄｉｎｇ  Ｆａｓｔｅｎｅｒｓ，  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｊｏｉｎｉｎｇ  Ｄｉｓｓｉｍｉｌａｒ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ａｎｄ  Ａｓｓｅｓｓｉｎｇ  Ｊｏｉｎｔｓ  Ｍａｄｅ  Ｔｈｅｒｅｂｙ」と題する米国仮特許出願第６２／３１３，３６３号及び２０１６年９月１５日に出願された「Ｒｉｖｅｔ  Ｆｅｅｄｉｎｇ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ」と題する米国特許出願第１５／２６６，３３１号の優先権を主張し、この出願の全ては参照することにより本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、異種材料を接合するための装置、製造及び方法に関し、より具体的には、リベット状ファスナーを用いる電気抵抗スポット溶接、並びにこのような接合プロセスを容易にする装置及び方法、即ち、ファスナーを提供し及び保持する、並びに溶接品質を把握するための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
組成が異なる材料、例えばアルミニウムと鋼とを接合する技術が知られている。この技術としては、機械的クリンチ、セルフピアスリベット、摩擦攪拌スポット溶接、抵抗スポット溶接（ＲＳＷ）、一般にＥＪＯＴＳと呼ばれるフロードリルねじ、一般にＥＪＯＷＥＬＤと呼ばれる摩擦ビット結合、Ｒｉｖｔａｋ、一般にデルタスポットと呼ばれるプロセステープを用いる抵抗スポット溶接、一般にＣＭＴ又はコールドメタルトランスファーと呼ばれるＧＭＡＷ溶接、及び抵抗エレメント溶融溶接（ＲＥＷ）が挙げられる。異種材料を接合し、ファスナーを供給し、接合部を評価する代わりとなる方法及び装置が依然として望まれている。
【発明の概要】
【０００４】
本発明は、本発明は、電気抵抗溶接を用いて第１の材料を第２の導電性材料に固定する方法に関し、方法は、第１の材料内にパイロットホールを形成することと、第１の材料を第２の材料の上に配置することと、パイロットホール内に接着剤を注入することと、ヘッドの下にキャビティを少なくとも部分的に画定する下方に延在する周囲の縁を有するヘッドと、接着剤及びパイロットホールを貫通してピンを延在させることにより第２の材料と電気的に接触する第２の材料に溶接可能なピンと、を有する導電性リベットを配置することであって、リベットはヘッドに少なくとも１つの排出口を備える、配置することと、リベットと第２の材料との間に電位を印加し、電流がリベットと第２の材料を通って流れるように誘導することと、リベットを第２の材料へ向けて押し込むことであって、リベットに抵抗加熱を行い、電流によりリベットを第２の材料に溶接して溶接部を形成する工程と、押し込むことによりピンを圧縮する工程であって、ファスナーを第２の材料と電気的に接触させて配置する、電圧を印加する、押し込む、及び溶接部を形成するステップの間にヘッドはパイロットホールから押し出される材料を捕捉する、工程と、を含む、押し込むことと、を含む。
【０００５】
別の実施形態によれば、印加する工程の間にヘッドの下から少なくとも１つの排出口を通って材料を排出する工程を更に含む。
【０００６】
別の実施形態によれば、押し出される材料は接着剤を含み、上側シートに平行な方向に少なくとも１つの排出口を通って突出する。
【０００７】
別の実施形態によれば、リベットピンは、印加する工程の前にパイロットホールよりも小さい直径を有し、ピンは押し込む工程中にパイロットホール内で放射状に膨張し、押し込む工程は連続的に行われる。
【０００８】
別の実施形態によれば、リベットのピンは、その先端部において、先端部より遠位のピンの部分においてよりも、放射状により大きく膨張する。
【０００９】
別の実施形態によれば、先端部の放射状の膨張は、第１の材料と第２の材料との間に延在する。
【００１０】
別の実施形態によれば、先端部の放射状の膨張により、第１の材料がヘッドに向かって押される。
【００１１】
別の実施形態によれば、第１の材料を押すことにより、第１の材料をヘッドの下のキャビティ内に入れる。
【００１２】
別の実施形態によれば、キャビティ内に押し込まれる第１の材料は、キャビティを分割する壁を固定し、ヘッドに対する第１の材料の相対的な回転を制限する。
【００１３】
別の実施形態によれば、リベットをグリッパで掴む工程と、溶接電極の下のパイロットホール内にリベットを配置する工程と、溶接電極をリベットの上で下に移動する工程と、電極と下側シートとの間にリベットを固定する工程と、電流を印加する工程の前にリベットからグリッパを引き出す工程と、を更に含む。
【００１４】
別の実施形態によれば、リベットは、ピンの長さの２０％以上のグリップ範囲を有する。
【００１５】
別の実施形態によれば、パイロットホールの直径の公差は９％未満である。
【００１６】
別の実施形態によれば、パイロットホール内に配置する工程中のリベットの配置位置の公差は、ピンの直径の１．２〜１．８倍である。
【００１７】
別の実施形態によれば、接着剤は誘電体であり、印加する工程の間にリベットと第１の材料との間に接着剤を介在させることにより電流の流れの方向を制御する工程を更に含む。
【００１８】
別の実施形態によれば、配置する工程中のピンの位置は、少なくとも１ｍｍの中心を外れる公差範囲を有し、パイロットホールの直径は３．６〜１２．６ｍｍの範囲であり、ピンの直径は３．０〜７．０ｍｍの範囲内である。
【００１９】
別の実施形態によれば、電気抵抗溶接を用いて第１の導電性材料を第２の導電性材料へ固定する方法であって、方法は、第１と第２の材料とを一緒に物理的及び電気的に接触させて配置することであって、第１の材料は第２の材料よりも低い融点を有する、配置することと、リベット、第１の材料、及び第２の材料を含む導電性スタックを形成するために、第２の材料に溶接可能であり、第１の材料と電気的に接触し、第１の材料よりも高い融点を有する導電性リベットを配置することであって、リベットはヘッド、及びヘッドから延在するピンを有し、ヘッドはヘッドの下にキャビティを少なくとも部分的に画定する下方に向けられた周囲の縁を有し、ピンはヘッドより遠位の先端部を有する、配置することと、スタックの両端に電位を印加することであって、電流を誘起してスタックを通って電流を流し抵抗加熱を行い、抵抗加熱により第１の材料を軟化させる、電位を印加することと、リベットを軟化した第１の材料を貫通して第２の材料に向けて押し込み第２の材料と接触させること、更に、第２の材料に接触した後にファスナーを押し込むことにより、ファスナーの先端部を半径方向に膨張させ、先端部の膨張が第１の材料をヘッドに向けて押し出すことと、ピンが第２の材料に接触した後に、リベットを第２の材料に溶接することと、リベットが第１の材料を貫通して押し込まれ、第２の材料に溶接される場合、移動される第１の材料の盛り上がった部分を捕捉することであって、盛り上がった部分はキャップ内のキャビティ内に捕捉される、捕捉することと、を含む。
【００２０】
別の実施形態によれば、パイロットホールを有する第１の材料を、電気抵抗溶接を用いて導電性である第２の材料に固定するためのリベットは、下向きに逆に湾曲する周囲の縁を有するヘッドと、キャップから延在し、ヘッドより遠位の端部に先端部を有するピンと、を有し、ピンは第１及び第２の材料が積み重ねられる場合にパイロットホールを貫通して挿入可能であり、リベットは導電性材料から形成され、リベットと第２の材料との間に電位が印加される場合に、第２の材料を通過する電流を伝導することができ、電流はリベットの抵抗加熱を引き起こし、リベットを先端部で第２の材料に溶接し、先端部が第１の材料に接触する周囲の縁を有する第２の材料に溶接された後にヘッドと第２の材料との間で第１の材料を固定し、ヘッドは溶接中にパイロットホールから押し出される材料を捕捉することができ、ヘッドより遠位のピンがヘッドに近接するピンの断面積より大きい断面積であるならば、溶接中に押し出される材料の流れをシャフトの表面に沿って、キャップの遠位からキャップの近位方向へ、逆に湾曲する周囲の縁の底面に向けて、及びそれに沿って、誘導する。
【００２１】
別の実施形態によれば、ピンはその長さの少なくとも一部に沿って延在する排出溝を有する。
【００２２】
別の実施形態によれば、ヘッドが前記第１の材料に接触するようにリベットが溶接され、圧縮される場合、ピンは、ピンの直径の１．２〜１．８倍の範囲の直径を有するパイロットホールを十分満たす長さ及び直径を有する。
【００２３】
別の実施形態によれば、逆に湾曲する周囲の縁は半径Ｒを有する。
【００２４】
別の実施形態によれば、接合部は、パイロットホールを有する上側シートと、導電性材料の下側シートと、ヘッド及び電気抵抗溶接により下側シートに溶接されるピンを有するリベットであって、ピンはパイロットホールを貫通して延在して下側シートに溶接され、ヘッドはヘッドと下側シートとの間で上側シートを固定する上側シートを押しつける、リベットと、リベットと上側シートとの間に配設される接着剤と、を有す。
【００２５】
別の実施形態によれば、ピンは、下側シートに溶接される前記ヘッドより遠位の先端部を有し、先端部は溶接を行う前のパイロットホールの半径方向寸法よりも大きな半径寸法に拡大される。
【００２６】
別の実施形態によれば、ピンは、ヘッドと先端部との間でくびれ形状を有する。
【００２７】
別の実施形態によれば、パイロットホールの領域における上側シートは、相補的にピンのくびれ形状に一致する
【００２８】
別の実施形態によれば、ピンと下側シートとの間に形成される溶接部の直径は、１．５＊ｓｑｒｔ（下側シートのミリメートル単位の前記厚さ）より大きい直径を有する。
【００２９】
別の実施形態によれば、ＲＳＲ接合部の品質を把握する方法は、許容可能な品質の基準接合部の形成中に、経時的に少なくとも１つの電気溶接パラメータのプロファイルを記録する工程と、評価される接合部の形成中に、経時的に少なくとも１つの電気溶接パラメータのプロファイルを取得する工程と、取得されたプロファイルを比較する工程と、を含む。
【００３０】
別の実施形態によれば、ＲＳＲ接合部の品質を把握する方法は、許容可能な品質の基準接合部の基準画像を記録する工程と、評価される接合部の画像を取得する工程と、取得された画像を比較する工程と、を含む。
【００３１】
別の実施形態によれば、基準画像は、接合部を形成するために使用されるリベット内の少なくとも１つの排出口から排出される材料の排出パターンを含み、比較する工程は、基準画像の排出パターンを評価される接合部の画像と比較して、評価される接合部の画像に類似の排出パターンが存在するかどうかを判定する工程を含む。
【００３２】
別の実施形態によれば、比較する工程は、画像解析ソフトウェアを使用してコンピュータにより実施される。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
本開示をより完全に理解するために、添付の図面と併せて考慮される例示的な実施形態の以下の詳細な説明を参照する。
【図１】図１は、本開示の一実施形態による抵抗スポットリベット（ＲＳＲ）ファスナー（以下、参照を容易にするために「リベット」）の側面図である。
【図２】図２は、異なる材料のシートを接合するために、図１と同様なリベットを使用して抵抗スポットリベット留めを行う段階の概略図である。
【図３】図３は、本開示の一実施形態によるパイロットホールのリベットのシャフト直径に対する様々な比の概略図である。
【図４】図４は、本開示に従って製造される接合部の断面の画像の配列である。
【図５】図５は、本開示の一実施形態に従ってパイロットホールに対してリベットを配置する２つの状態の概略図である。
【図６】図６は、本開示の一実施形態によるパイロットホールの直径範囲に対するリベットピンの直径のグラフである。
【図７】図７は、本開示の一実施形態によるパイロットシートの厚さ範囲に対するリベットピン長さのグラフである。
【図８】図８は、本開示の一実施形態によるリベット供給装置により保持されるリベットの概略図である。
【図９】図９は、本開示の一実施形態による異なる材料のシート間の接合部を形成するために、図１と同様なリベットの使用する段階の概略図である。
【図１０】図１０は、本開示に従って製造される接合部の断面である。
【図１１】図１１は、本開示の一実施形態による、異なる材料のシート間の接合部を形成するために、図１２と同様なリベットの使用する段階の概略図である。
【図１２】図１２は、本開示の一実施形態によるリベットの斜視図である。
【図１３】図１３は、本開示に従って製造される抵抗スポットリベット（ＲＳＲ）接合部の断面である。
【図１４】図１４は、本開示の一実施形態に従って製造される一対のＲＳＲ接合部の平面図である。
【図１５】図１５は、図１４と同様なＲＳＲ接合部の断面図である。
【図１６】図１６は、本開示の例示的一実施形態によるリベットの斜視図である。
【図１７】図１７−２２は、ＲＳＲ溶接の間観察される溶接パラメータを示すディスプレイのスクリーンショットである。
【図１８】同上。
【図１９】同上。
【図２０】同上。
【図２１】同上。
【図２２】同上。
【図２３】図２３は、本開示の一実施形態に従って製造される一対のＲＳＲ接合部の斜視図である。
【図２４】図２４は、本開示の一実施形態によるリベットの断面図である。
【図２５】図２５は、本開示の一実施形態によるリベットの断面図である。
【図２６】図２６は、本開示の一実施形態によるリベットの断面図である。
【図２７】図２７は、本開示の一実施形態によるリベットの側面図である。
【図２８】図２８は、本開示の一実施形態によるリベットの上面図である。
【図２９】図２９は、本開示の一実施形態による２種類の接合部を形成するリベットの側面断面図である。
【図３０】図３０は、本開示の一実施形態による溶接装置及びＲＳＲリベット供給装置の斜視図である。
【図３１】図３１は、図３０のリベット供給装置の拡大された斜視図である。
【図３２】図３２は、図３１のリベット供給装置により使用される供給ブロックの斜視図である。
【図３３】図３３は、リベットを保持する、図３２の供給ブロックの拡大図である。
【図３４】図３４は、供給ブロックに近接する、図３１のリベット供給装置の拡大図である。
【図３５】図３５は、図３４に示されるリベット供給装置の部分断面図である。
【図３６】図３６は、図３４のリベット供給装置の供給ブロック、電極、及びリベットの断面概略図である。
【図３７】図３７は、後退位置での図３１のリベット供給装置の側面図である。
【図３８】図３８は、本開示の例示的一実施形態に従って形成される複数の接合部のラップ剪断引張強度のグラフである。
【図３９】図３９−４２は、腐食性試験サイクルに曝された後の、本開示の例示的一実施形態に従って形成される複数の接合部のラップ剪断引張強度のグラフである。
【図４０】同上。
【図４１】同上。
【図４２】同上。
【図４３】図４３−４８は、腐食試験後の、本開示の実施形態に従って製造されるＲＳＲ接合部の写真である。
【図４４】同上。
【図４５】同上。
【図４６】同上。
【図４７】同上。
【図４８】同上。
【図４９】図４９は、本開示に従って製造されるＲＳＲ接合部の断面の写真である。
【図５０】図５０は、本開示に従って製造されるＲＳＲ接合部の断面の写真である。
【図５１】図５１は、グリップ範囲対リベットピン長さのグラフである。
【図５２】図５２は、リベットピン長さ対グリップ範囲のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
抵抗スポットリベット留め（ＲＳＲ）は、材料、例えば複数の金属層を、特殊な種類のリベットと同様なファスナー、以下「リベット」、及び従来の抵抗スポット溶接（ＲＳＷ）装置を使用して接合するプロセスである。ＲＳＲの別の態様は、本出願の譲受人により所有されている先の出願に開示されている。本出願は、「Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  Ｆｏｒ  Ｊｏｉｎｉｎｇ  Ｄｉｓｓｉｍｉｌａｒ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ」と題する、２０１３年６月２６日出願の米国仮特許出願第６１／８３９，４７８号、「Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  Ｆｏｒ  Ｊｏｉｎｉｎｇ  Ｄｉｓｓｉｍｉｌａｒ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ」と題する、２０１４年６月２６日出願の米国特許出願第１４／３１５，５９８号、「Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  Ｗｅｌｄｉｎｇ  Ｆａｓｔｅｎｅｒ，  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ」と題する、２０１３年６月２６日出願の米国仮特許出願第６１／８３９，４７３号、「Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  Ｗｅｌｄｉｎｇ  Ｆａｓｔｅｎｅｒ，  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｊｏｉｎｉｎｇ  Ｓｉｍｉｌａｒ  ａｎｄ  Ｄｉｓｓｉｍｉｌａｒ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ」と題する、２０１４年１２月１５日出願の米国仮特許出願第６２／０９１，９８０号、「Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  Ｗｅｌｄｉｎｇ  Ｆａｓｔｅｎｅｒ，  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ」と題する、２０１４年６月２６日出願の米国特許出願第１４／３１５，６９８号、「Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  Ｗｅｌｄｉｎｇ  Ｆａｓｔｅｎｅｒ，  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ」と題する、２０１５年２月２日出願の米国特許出願第１４／６１１，５５５号、「Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  Ｗｅｌｄｉｎｇ  Ｆａｓｔｅｎｅｒ，  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ」と題する、２０１４年２月３日出願の米国仮特許出願第６１／９３４，９５１号、「Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  Ｗｅｌｄｉｎｇ  Ｆａｓｔｅｎｅｒ，  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｊｏｉｎｉｎｇ  Ｓｉｍｉｌａｒ  ａｎｄ  Ｄｉｓｓｉｍｉｌａｒ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ」と題する、２０１５年１２月１４日出願の米国特許出願第１４／９６７，７７７号の全内容を引用することによりここに組み込む。
【００３５】
本開示は、リベット供給装置及びリベット保持装置、様々な用途のプロセスの有効性を高める供給装置との連携を促進するリベット形状を含む様々な態様を有し、様々な用途には上側固定層内にパイロットホールを必要とする用途、又はパイロット無し（自己パイロット／自己穿孔）用途を含む。ガス、接着剤、及び／又は潤滑剤を接合プロセス中に制御された方法で排出できるように、ファスナーのヘッド及び／又はシャフト領域にチャネル、溝及び／又は穴を有するリベットがここに開示され、そうでなければ、散り及び／又は接合部の多気孔を引き起こす可能性がある。本開示の別の態様では、動的溶接パラメータ、例えば力、電圧、電流、抵抗及び変位パラメータを観察することにより、溶接品質を監視することができる。この監視プロセスを、パイロットホールを使用する接合操作又はパイロットホール無しの接合操作に適用することができる。溶接中の溶接品質及び問題の検出、リベット整列等を判定するために、監視は、パラメータを記録すること、及び観察されるパラメータのセットをモデル／サンプル接合部に関して以前に観察されたパラメータと比較することを含む。別の態様では、ＲＳＲリベットは、結果として生じる接合部を封止する接着剤と共に使用され、及び／又は溶接電流を導くのに役立つ絶縁材として使用される。
【００３６】
ＲＳＲファスナーは、供給システムと連動して、任意の溶接ガン整列位置（垂直、水平等）で、パイロット及び非パイロットの両方の用途で接合することができるピン（シャフト）及びヘッド（キャップ）設計を含むことができる。ピンを、非パイロット及びパイロットの両方の用途で溶接される下にある材料と適合するような大きさにすることができる。用途に応じて、リベットと下にあるシートとの間の溶接直径は、１．５＊ｓｑｒｔ（下にあるシートの厚さｍｍ）より大きい。溶接は、溶融又は固体状態（即ち、鍛造溶接）のいずれかであるか、又は両方の方式の組み合わせとすることができる。更に、リベット長さは、供給システムによって要求される制約に加えて、多種多様なゲージ及びパイロットホールの直径に対応できるようなサイズとすることができる。本開示は、あらゆるガン整列位置において、パイロット方式と非パイロット方式の両方式に対して、多種多様な厚さを接合し、かつ広いリベット配置公差に対応するのに十分に適応性のあるリベット設計を提示する。本開示の一実施形態によるリベットは、ピンの寸法を維持しながら、ヘッドの高さを小さくするだけでなく、ヘッドの直径を小さくすることができる。ロープロファイルヘッド（ＬＰＨ）設計のこのタイプは、リベットヘッドと嵌合構造との間の間隙の問題を改善することだけではなく、より小さなフランジ幅の用途にも対応する。ＬＰＨリベットは、ヘッド下の破砕を包み込む容積が減少するために、パイロット式のリベット用途での破砕量が減少するので、パイロット式リベット用途で使用されることができる。
【００３７】
一実施形態によれば、ファスナーは、下側シート（鋼）厚さの厚さと適合する直径を有する固体であるピンを有する。ほぼ等しいゲージの材料のスポット溶接は、接合される部品のゲージが寸法で適合しない場合よりもより強い。別の実施形態によれば、潤滑剤、接着剤、溶接ヒューム、リベットコーティング、シートコーティング、及び据え込み加工材料からの圧力が接合プロセスの間排出されることができるように、チャネル、溝及び／又は穴を標準及びＬＰＨリベットのヘッド及び／又はピンに組み込むことができる。これらの特徴は、プロセス中に発生する熱及び挿入力が、適切に開放されないと、高レベルの散り及び接合部の多孔性を引き起こす可能性があるので、接合部の一貫性を大幅に改善する。
【００３８】
リベットヘッド上のチャネル又は穴は、（リベットヘッドが上面に密閉する場合に作られる）高圧ガス、溶接ヒューム及び接着剤のポケットが減少するので、リベットヘッドの下でのより均一な据え込み加工を可能にする。リベットヘッド及び／又はシャフト内のチャネル、溝、又は穴は、固定されるシートとリベットとの間の回転防止連結機構として作用し得る。リベットが形成され、シート接合部に溶接される場合、チャネルは、機械的又は接着剤結合又はその２つの組み合わせのいずれかにより上側シートと連結する。リベットキャップ内のチャネル、溝又は穴をパイロットホール及び接着剤と共に使用する場合、それらは、接着剤がリベットの近くで塗布されたことを確認するための視覚的品質保証インジケータとしても機能することができる。
【００３９】
本開示の一態様は、上で参照した出願又は本明細書に記載したものに従うＲＳＲリベットが、パイロット用途だけではなく、非パイロット用途（下側の材料又は層に固定される上側の材料又は層内にパイロットホールがない）での使用にも適しているということが利点であるという認識である。即ち、１つのタイプのファスナーが両方の用途に適していることが望ましいであろう。
【００４０】
パイロットホールは、塗装されたシート又は厚く被覆されたシートを貫通して接合する場合に有用であるが、溶接が非パイロット型の約１０〜５０％の時間で行われ得るので、製造サイクル所要時間の観点からも有利である。減少したサイクル所要時間の利点に加えて、必要とされる熱が少ないので、パイロットシートの全体の特性（機械的強度及び腐食の両方）が非パイロット技術よりも改善され得る。本出願で開示されるリベット設計は、ロボット座標系に対してより高価な制御システムを必要とするのではなく、従来のロボット位置公差を使用することを可能にする広範囲のパイロットホール直径に適合する。パイロットホールに対するリベットの位置の感度が低いリベットは、孔の正確な中心に配置される必要はなく、むしろ孔内の複数の位置に挿入され、依然として良好な溶接を行うことができ、挿入及び溶接プロセス中の典型的な公差変動に対してより頑強なプロセスをもたらす。本明細書に開示されるリベット設計は、広範囲の圧縮及び膨張を可能にし、更に優れた溶接品質を維持しながら、リベットピンよりもはるかに大きな直径のパイロットホールを充填することができる。本開示は、浸透又は溶接の際に押し出され又は変位される材料を受け入れるための捕捉キャビティを有するリベットヘッドを開示する。本開示の一態様によれば、リベットの形状は、リベットがパイロットホール内に挿入されるのに十分な長さであるが、それでも供給システムと固定されるシートとの間に十分な間隙を有することも確実にするように選択されることができ、それにより、リベットがしっかりと保持されたら、表面潤滑剤、接合接着剤、溶接電流、溶接破砕、火花、散り等）から保持装置を隔離し、供給システムのリベット保持装置を電極から引き離すことができる。本開示によるリベットにより、ユーザーは、同じ溶接ステーションにおいて、パイロット接合部及び非パイロット接合部を形成することができる。例えば、単一のリベットは３ｍｍのアルミニウムをパイロットホール付き鋼に接合することができるが、パイロットホール無しで１．５ｍｍのアルミニウムを鋼に接合することもできる。これは、１つの溶接セル内で達成することができ、サイクル所要時間を改善しながら、溶接セル数を減らし、在庫を削減することにより全体の製造コストを低減する。本開示のこれらの態様及び他の態様は、図面と共に以下で更に説明される。
【００４１】
図１は、本開示の一実施形態によるＲＳＲリベットと同様のファスナー、即ちリベット１０を示す。リベット１０は、ピン（シャフト）１２及びヘッド（キャップ）１４を有する。ピン１２は、ヘッド１４近傍の直径（ＤＲ）を有し、いくつかの実施形態では、先端部（ｔｉｐ）１６における直径ＤＲ２に対して角度Ａでテーパー状になっている。ＤＲからＤＲ２へのテーパーは、ヘッド１４のすぐ下からではなく、ピンのある長さの下から開始することができ、即ち、ピンはテーパーポイントＴＰを有することができる。テーパーが存在しないか、所定の用途においてリベット機能に重要でない場合、簡略化のために、ピン直径をＤＲと呼ぶ。ピン１２は、ヘッド１４と先端部１６との間の長さ（ＬＲ）を有し、ヘッド１４は、直径（ＤＨ）を有する。リベット１０の寸法は、以下により詳細に説明するように、用途に応じて変えることができる。一実施形態では、単一のヘッド直径ＤＨは、パイロット有り接合及びパイロット無し接合の両方を行うことができる。ユーザーがパイロット用途のみを使用する場合は、より小さなヘッド直径ＤＨを使用することができる。より小さなヘッドを有するリベット１０は、用途によって必要とされる、より大きいヘッド１４内のリベット１０と同じピン直径ＤＲ１、ＤＲ２、及び角度Ａ又は直径ＤＲを保持することができる。リベットヘッド１４は、以下に説明するように、接合プロセスの間に排出又は押し出される材料を収容するために、容積Ｖの１つ又は複数のキャビティ（凹部）１８を含むことができる。一実施形態では、キャビティ１８は、１つ又は複数の分割壁１８Ｗにより分離されてもよい。ヘッド１４の高さＨＣは、特定の用途に適合するように変更することもできる。リベットヘッド１４は、電極外形を受け入れる形状を有する上面２０を有することができる。一例では、上面２０は丸みがあり、曲率半径Ｒを有する。別の電極面形状が、参照により本明細書に組み込まれる出願に示されている。本開示は、制約、例えばパイロットホールの配置、寸法及び供給システムの公差を考慮して、パイロット接合部及び非パイロット接合部の状況における強化接合のための寸法ＬＲ、ＤＲ１、ＤＲ２及びＤＨの選択を説明する。
【００４２】
図２は、本開示の一実施形態による抵抗スポットリベット留め（ＲＳＲ）の一連の段階Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を示す。スタックアップ２２は、材料、例えば鋼又は他の金属から作られる下側金属部材、例えば厚さＴ２のシート２４と、異なる材料、例えばアルミニウム、マグネシウム、プラスチック又は複合材料から作られる部材、例えば厚さＴ１の上側シート２６と、を有する。シート２４、２６を同じ材料で構成することができるが、本開示の一態様は、異種材料を接合するための装置及び方法を提供することである。上側シート２６は、類似又は異種の材料の複数の層を含むことができる。図２では、上側シート２６は、ピン１２の先端部１６が下側シート２４に接触するように、リベット１０のピン１２が中に延在し得る直径ＤＰのパイロットホール２８を有す。溶接システムＷ、例えば自動車組立ラインで使用されるような標準抵抗スポット溶接システムの一対の溶接電極Ｅ１及びＥ２は、Ｅ１が底板２４に対してリベット１０を固定するように、スタックアップ２２のいずれかの側に配置される。溶接システムＷは、簡略化のために段階Ｐ１にのみ示されているが、段階Ｐ２及びＰ３にも存在する。パイロットホール２８の直径ＤＰは、ピン１２の直径ＤＲよりも大きい。段階Ｐ２において、リベット１０は、下側シート２４に溶接され、下側シート２４とリベット１０のヘッド１４との間で上側シート２２を固定する。実際の用途、例えば自動化された（ロボット式の）自動車組立ラインでは、このようにＲＳＲ接合部を形成する際の実施上の考慮事項は、リベット１０を一貫してパイロットホール２８に供給し挿入しなければならないことである。パイロットホール２８と、運搬システム、例えばロボットによって位置決めされる装置（図３０を参照）の精度は共に、それに関連する公差を有する。例えば、パイロットホール２８の直径ＤＰは、＋／−０．５ｍｍの公差帯域で６ｍｍとすることができる。したがって、パイロットホール２８は、小さくて５．５ｍｍ又は大きくて６．５ｍｍで、約８％の公差帯を示す。ロボット（図示せず）の配置／位置決め精度は±０．５ｍｍの公差を有することもできる。上側シート２２にパイロットホール２８を使用する用途では、リベット直径ＤＲは、パイロットホール２８内に配置できるように、パイロットホールの直径、パイロットホールの位置及びロボットの位置決め公差を考慮しなければならない。十分な強度の接合部を提供するために、リベットピンの直径は、得られる溶接強度が十分であるような大きさでなければならず、そしてそれは所定のパイロットホールにリベットを配置することを自動化することに影響を及ぼす別の制限条件を構成する。より具体的には、パイロットホールに対するリベットピンの直径ＤＰが大きいほど、許容される公差が小さくなり得る。加えて、上側シート２６の厚さＴ１、並びに（段階Ｐ２及びＰ３に示すように）溶接及び圧縮が行われるリベット１０の寸法の変化も、本開示によって考慮される。本開示の一態様は、良好な接合部を形成するために、提示される問題、及び現実的な境界条件を有する現実的な状況で使用され得る適切な寸法及び特性のリベットの選択として、これらの考察を認識することである。
【００４３】
段階Ｐ１〜Ｐ３に示すように、リベット１０がパイロットホール２８内に配置された後、溶接システムＷの電極Ｅ１、Ｅ２は、圧縮力Ｆと溶接電流Ｉを一定時間印加して溶接を行う（Ｆ及びＩは示されていないが、段階Ｐ１のように段階Ｐ２及びＰ３に存在する）。リベット１０は、これらの段階Ｐ１〜Ｐ３の間に加熱され、ピン１２はパイロットホール２８内で圧縮され放射状に膨張する。特定の範囲のピン長さＬＲ、パイロットホールの直径ＤＰ及びピン直径ＤＲ、並びにそれらの相対的な比率が与えられると、リベット１０はパイロットホール２８の壁に係合し、シート２６上で加熱し及び圧力を生じさせる。これは、段階Ｐ３として示されるように、シート２６をリベットヘッド１４内の格納キャビティ１８内に外向きに上方に膨張させることができる。先端部１６が膨れあがることは、シート２６の上方への移動に寄与し得る。ピン１２及びシート２４との接触領域もまた加熱され、下側シート２４との溶接が行われる。一般に、溶接ゾーン３０において結果として生じるリベットピン直径ＤＭは、パイロットホール直径ＤＰと等しいか又はそれより大きいが、溶接ゾーン３０の直径ＤＷは、リベットピン１２とシート２４との間の接触領域の直径ＤＭより小さくてもよい。上述したように、実際の用途は、典型的には、複数の接合部の集合内におけるリベット１０の位置決め及び配置におけるだけでなく、パイロットホール２８内の位置及び直径ＤＰにおける、並びに公差及び変動を示し、よって、これらの変動や公差に対する適応性を容易にするためのリベット設計及び寸法が望まれている。
【００４４】
段階Ｐ３で分かるように、端部（ｅｎｄ）１６でのピン１２の膨張又は膨れあがることにより、端部１６の周縁部が、上側シート２６と下側シート２４との間のパイロットホール２８に最も近い境界面内に割り込む結果となる。この割り込みの効果は、上側シート２６がヘッド１４のキャビティ１８内への上昇に寄与し、接合部Ｊ１の締め付けと、リベット１０の上側シート２６への機械的嵌合に寄与する。これにより、上側シート２６がピン１２の軸線の周りで回転するのを阻止することができ、特に、キャビティ１８が複数の壁１８Ｗによって細分されている場合に、これにより上昇した上側シート２６は固定される。
【００４５】
図３は、本開示による相対リベット１０のパイロットホール２８に対する相対適合比Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４を示す。より詳細には、本開示は、所定のピン直径ＤＲのリベット１０を使用して、シート２６がパイロットホール２８の直径ＤＰの範囲を有するシート、例えば２４，２６を接合することを認識する。例えば、パイロットホール２８の直径ＤＰの、ピン１２の直径ＤＲに対する比は、図示のように、１．２、１．４、１．６又は１．８とすることができる。自動リベット溶接作業にパイロットホールとロボット配置公差を適用する場合、理論的には、この比は１と小さくすること、即ち、リベットの直径ＤＲはパイロットホールの直径ＤＰと同じとすることができるであろうが、比が１．２未満では、リベット１０を供給することは、非常に難しいであろう。比が２より大きい場合、パイロットホール２８に近接する上側シート２６に対するヘッド１４の重なりを低減するが、パイロットホール２８を充填するのに利用可能なピン１２材料の量を減少させ、及びヘッド１４の中への上昇を減少させる。そしてこれにより全体の接合強度が低下する可能性がある。一例では、ピン長さが５．５ｍｍ、上側シート厚さが２．０ｍｍの場合、ピン直径ＤＲが４ｍｍでは、１．２＊４＝４．８ｍｍから１．８＊４＝７．２ｍｍまでのパイロットホールの直径は、動作可能な接合部を提供する。これは、接合され得る＋／−１ｍｍの公差を有する平均孔直径、例えば５ｍｍ〜６ｍｍに対応する。前述の関係は、１．２＊ＤＲ≦ＤＰ≦１．８＊ＤＲと表すことができ、ここで、ＤＰ−１．２＊ＤＲ≧０．５ｍｍ、及び１．８＊ＤＲ−ＤＰ≧０．５ｍｍである。
【００４６】
図４は、本開示に従って製造される接合部Ｊ１〜Ｊ９の断面図であり、（縦列表示で示される）パイロットホール直径ＤＰの違いと（横行表示で示される）上側シート２６厚さＴ１（図１）の違い示す。各接合部Ｊ１〜Ｊ９に使用されるリベット１０のピン１２の開始の直径ＤＲ（図３）は４ｍｍであり、（ヘッド１４から先端部１６までの）長さＬＲは５．５ｍｍであった（図１参照）。同じ溶接設定、即ち、１５８ミリ秒と５０１ｄａＮに対して１２ｋＡが各接合部Ｊ１−Ｊ９に使用された。様々な上側／固定シート２４の厚さＴ１、即ち１．３ｍｍ、２．０ｍｍ、及び２．５ｍｍで、様々なパイロットホール直径、即ち、５ｍｍ、５．５ｍｍ及び６ｍｍに対して溶接が行われた。接合部Ｊ１〜Ｊ９は、１ｍｍゲージ範囲（１．３〜２．５ｍｍ）及び１ｍｍパイロットホール直径範囲（５〜６ｍｍ）をはるかに超える同じリベット１０に対して、良好な溶接及び優れた充填を示している。図４には示されていないが、上記の寸法及び同じ溶接条件下で溶接される同じリベット１０が、４．８ｍｍ（１．２の比）及び７ｍｍ（１．８の比）のパイロット直径に対する優れた溶接を示すことが判明した。図２の段階Ｐ３に関して上述したように、リベット１０は、先端部１６が膨れあがること、及び上側シート２６と底部シート２４との間の境界面に沿った膨れあがる先端部１６の浸入に起因して、「くびれ」形状を形成することが、例えばＪ１、Ｊ２、Ｊ４、Ｊ５、Ｊ７、Ｊ８及びＪ９において判る。リベット１０とシート２４、２６との間の増加した接触面積は、変化する角度配向でより大きい耐荷重境界面を提供して、接合部を強化する。これは、この現象が３次元空間における溶接部の全周に沿って生じるという事実の観点から特に重要である。ヘッド１４内のキャビティ１８内へのシート２６材料の移動は、接合部Ｊ９において特に顕著である。これは、部分的には先端部１６が膨れあがることにより生じ得る。
【００４７】
図５は、リベット１０のパイロットホール２８に対する配置の２つの変形Ｖ１、Ｖ２を示す。実際の用途では、パイロットホール２８に対するリベット１０のロボットの配置における公差は、１ｍｍを超えて変化し得る。パイロットホール２８内に容易に嵌合するだけでなく、溶接プロセス中にパイロットホール２８を充填するように膨張することもできるピン１２を有するリベット１０を有することが望ましい。図５に示す例は、リベットピン１２の直径ＤＲの１．５倍のパイロットホール２８の直径ＤＰを有する。一例では、リベット１０は、パイロットホールの直径ＤＰの最大１／３中心から外れてもよく、それでもうまく接合部を完成させることができる。例えば、ＤＲ＝４ｍｍ、ＤＰ＝６ｍｍである場合、リベット１０の配置は、パイロットホール２８から最大２ｍｍ又は１／３＊ＤＰ中心から外れて良い。ピン１２の直径ＤＲ及びパイロットホールの直径ＤＰが変化すると、リベット１０が中心から外れることができる。本開示の一実施形態によれば、パイロットホール２８が３．６〜１２．６ｍｍの範囲の直径ＤＰを有し、かつピン直径ＤＲが３．０〜７．０ｍｍの範囲にある実際の公差を、中心から外れる範囲を少なくとも１ｍｍに制限することが好ましい。
【００４８】
図６は本開示の一実施形態による、リベットピン１２の直径ＤＰのパイロットホール２８の直径ＤＰ範囲に対するグラフＧ１である。リベットピン直径ＤＲは、対象とする溶接サイズの関数として選択される。下側シート２４の厚いゲージ、例えば２ｍｍ以上に溶接するためには、大きなピン直径ＤＲ、例えば５又は６ｍｍが適している。厚さ０．６〜１．２ｍｍの薄いゲージの場合は、３又は４ｍｍのピン直径ＤＲが適切である。上述の特性及び比から、パイロットホール２８の必要要件は、少なくともピン直径ＤＲに等しいが、大きくても直径ＤＲの２倍にすることができる。パイロットホール２８とリベット１０の配置の両方の製造公差を考慮すると、リベットピン直径ＤＲに対するパイロットホールの直径ＤＰは、１．２〜１．８倍の範囲とすることができる。対象とする用途がクラスＡ（構造溶接部）の溶接強度を必要としない場合、例えばＢ及びＣ（非構造）型の接合部の場合には、より小さな直径のピン１２を使用することができる。このような用途では、より小さいピン直径ＤＲ、例えば３ｍｍ又は４ｍｍを、５ｍｍ又は６ｍｍのピン直径ＤＲを必要とする用途において使用することができる。したがって、ピン直径ＤＲは、部分的に、結果として生じる接合部の構造的必要要件の関数である。
【００４９】
図７は、本開示の一実施形態による、リベットピン長さのパイロットシート厚さ範囲に対するグラフＧ２を示す。ＲＳＲ接合部の製造を成功させるためには、例えば図８のように、リベット１０をスタックアップ２２に対して、かつ、電極Ｅ１と一直線に保持しなければならない。リベットピンの長さの一部は、リベット１０を保持するためにＲＳＲ供給装置１３１６（図３０）によって使用される。リベット長さＬＲの一部は、ファスナーホルダー１３３２と上側シート２６との間に間隙Ｃを提供する。この関係は、図３６にも示されており、これは、本開示の一実施形態によるリベット１０と共に使用されるファスナー供給及び保持装置１３１０の説明と共に記載される。装置１３１０（図３０）のようなリベット供給保持及び溶接装置との協働を可能にするリベット１０の寸法、及び溶接の準備においてリベット１０を保持する方法は、本開示の態様である。リベット１０を保持することができるリベット１０の長さＬＲはまた、リベット１０が圧縮されて下側シート２４に溶接される場合、溶接及び圧縮時間に対する並びにリベット１０の圧縮により充填されるパイロットホール２８のサイズに対するリベット１０の動作にも影響を及ぼし、パイロットホール２８の直径ＤＰ及び上側シート２６の厚さＴ１に依存する。したがって、実際の公差の状況において良好な接合部を提供するために、これら全てのパラメータを調整することができる。本発明によるリベット１０を保持する方法は、図３６を参照して以下で更に説明するように、リベット１０を平面以外（水平ではない）のスタックアップ２２に適用することを可能にする。
【００５０】
一実施形態では、リベット１０をＲＳＲ供給装置１３１６（図３０）に保持し、パイロットホール２８に移動する前に電極Ｅ１をリベット１０に押し付ける。別の実施形態では、電極Ｅ１は、パイロットホール２８と位置合わせされる軸に沿って上下に移動する。ＲＳＲ供給装置１３１６は、リベット１０をパイロットホール２８の上にかつ電極Ｅ１の下に配置することができる。そして、ＲＳＲ供給装置１３１６は、電極Ｅ１がリベット１０上に降りて来て、リベット１０を下側シート２４に押し付けてリベット１０をパイロットホール２８の中へ挿入し、パイロットホール２８に保持することができる。次に、ＲＳＲ供給装置１３１６を引き出して溶接を行うことができ、電極Ｅ１によってリベット１０を所定の位置にクランプし、リベット１０を動かすことなくＲＳＲ供給装置をリベット１０から引き離すことができる。所定のピン長さＬＰを有するリベット１０を、一定範囲の固定される上側シート２６の厚さで使用することができる。図７には４つの異なるリベット長ＲＬが示されているが、システムはある範囲の長さに適応でき、特定の用途に、例えば上側シート２６の厚さＴ１に基づいて適合されることができる。図７では、グラフＧ２は、ピン直径ＤＰが４ｍｍ、リベット長さＬＲが５ｍｍの本開示によるリベット１０が、４．８〜８．０ｍｍの範囲の直径を有するパイロットホール２８を有する少なくとも１ｍｍから３ｍｍの範囲の厚さＴ１の上側シート２６を、厚さ０．６〜２．０ｍｍの厚さの下側シート２４に接合することができる。これらのパラメータを使用することにより、リベット１０は圧縮され膨張し、シート２６に接触する。この結果、接合部Ｊ１（図２）が密着して強固になる。特定のリベット長さＬＲでは上側シート２６のゲージの範囲は、所定の材料が別の材料と別々に流動し得るので、接合される材料によって部分的に定められる。例えば、上側シート２６が複合材料である場合、所定のリベットにより接合可能なシートの厚さの範囲は、押し出しが容易な別の材料、例えばアルミニウムよりも少なくてもよい。例えば、複合シートの厚さは、同等のアルミニウムシートの厚さの１．２５〜２．０倍とすることができる。複合樹脂は熱いリベットと接触する場合に流れることができないので、リベット１０のグリップ長さ又は動作範囲は、金属シートほど広くない場合がある。したがって、複合シートを貫通して接合する場合、特定のリベットのグリップ長さは、全ての金属接合スタックアップ２２と比較して、より短い。
【００５１】
上記を要約すると、接合部Ｊ１は、リベットの構造、ピン長さＬＲ、ピン直径ＤＲ、パイロットホール直径ＤＰ、及びこれらのパラメータの各々の公差の範囲、リベットの配置公差、上側シート厚さ、組成、下側シート厚さ及び組成、ホルダー厚さ及び間隙、要求される接合強度を含む一組のパラメータ、を同時に考慮して本発明に従って製造されることが理解されよう。
【００５２】
［接着剤／封止材との併用］
本開示によれば、ＲＳＲ接合部Ｊ１（図２）における接着剤の使用は、構造的完全性、腐食性能に有益であり、他の利点、例えば溶接電流のより大きな制御を提供することを有する。図９は、状態Ｓ１に示すように、構造用接着剤３６、例えばダウ４６０１がパイロットホール２８内に存在する実施形態を示す。場合によっては、接着剤３６は、スタックアップ２２内にシート２４、２６が一緒に配置される前に、シート２４、２６の一方又は両方の対向する表面に塗布されてもよい。状態Ｓ２では、パイロットホール２８内に挿入される場合、リベット１０がパイロットホール２８に挿入され、接合部の接着剤３６と接触して、接着剤はピン１２により移動される。接着剤３６は、状態Ｓ４でＲＳＲにより形成される接合部Ｊ２を封止するのに役立つことができる。しかし、接着剤を使用する際に遭遇する可能性がある１つの否定的な結果は、溶接電流を印加してその領域を高温に加熱すると膨張／蒸発によるものである。状態Ｓ３に示すように、リベット１０がスポット溶接電極Ｅ１、Ｅ２の間で加熱されると、前述したように、ピン１２が圧縮されてパイロットホール２８内に膨張する。ヘッド１４が上側シート２６上にしっかりと着座すると、加熱された接着剤３６に起因する高圧は非常に迅速に発生する可能性がある。圧力は、蓄積する溶接及び／又はフラックスの蒸気及び破砕、接着剤の膨張、接着剤の蒸発、燃焼、接着剤又はシート潤滑剤のガス放出、シートコーティング剤並びにシート２６から移動した材料を含む寄与する原因の組み合わせにより生じる可能性がある。ヘッド１４の下の圧力は、高圧ポケットＨＰが接合プロセス中に上側シート２６及び／又はリベット１０の一部を激しく放出させる（一般には散りと呼ばれる）ような高いレベルに達することがある。上側シート２６の破損によるリベット１０と上側シート２６との間の支持の損失は、リベットを急速に崩壊させ、材料も排出させる可能性がある。これは、状態Ｓ４に示されるように、上側シート２６だけでなくリベット１０に多孔質３８を形成することができる。この多孔質３８は、接合部Ｊ２が、より低い機械的及び腐食性能を示す原因となり得る。制御されない散り又は破砕は、表面外観及び接合部Ｊ２上に塗布されるコーティング、例えば塗料を完成後に劣化させる可能性がある。図１０は、構造接着剤１３６の存在下で形成され、散り及び多孔質をもたらすＲＳＲ接合部Ｊ３の断面図を示す。接合部Ｊ３を形成する際に、３ｍｍのアルミニウム上側シート１２６を１．２ｍｍ、５９０ＭＰａの亜鉛メッキ鋼の下側シート１２４に接合した。７ｍｍのパイロットホール１２８が使用され、接合前にシート１２４、１２６の間及びパイロットホール１２８内に構造接着剤１３６（そのわずかな部分だけが見える）が塗布された。溶接プロセス条件は以下の通りであった：溶接力−１０００ｌｂｓ、溶接電流−２００ミリ秒にわたって２ｋＡ〜１０ｋＡの傾斜、直後に１０ｋＡの一定の溶接パルスを２００ミリ秒、保持時間６７ミリ秒。
【００５３】
図１１は、ヘッド２１４が上側シート２２６に対して押し付けられた後、及びそうでなければ上側シート２２６を封止した後でさえ、接合部Ｊ９の形成の間、接合部Ｊ９のベントを可能にする、リベット２１６の頭部２１４の下側上に設けられる１つ又は複数の小さな排出口２４０を使用することにより、過剰な圧力／散りが低減／除去される実施形態を示す。排出口２４０は、キャビティ２１８と連通するヘッド２１４の周辺の環状の下側に位置する。排出口２４０は、接合プロセス中にヘッド２１４の下に蓄積し得る圧力を低減するのに有効である。図１１の状態Ｓ１及びＳ２は、図１０の状態Ｓ１及びＳ２と同様であり、接着剤２３６がパイロットホール２２８（Ｓ１）内に存在し、そしてリベットピン２１２（Ｓ２）により移動される。しかしながら、図１１のＳ３及びＳ４では、ピン２１２の加熱、溶接、放射状の膨張、ピン２１２の軸方向に対して横方向の圧縮、及び接着剤２３６の存在下でヘッド２１４を上側シート２２６と接触させることによる圧力が形成しない。代わりに、排出口２４０により、ピン２１２が膨張している間に接着剤２３６がキャビティ２１８から逃げることができ、上側シート２２６が据え込まれ、熱及び気化により接着剤２３６が膨張する。
【００５４】
図１２は、排出口のないリベット１０の隣に排出口２４０を有するリベット２１０を示す。リベット２１０の排出口２４０は、例えば０．０５〜１ｍｍ、一実施形態では０．０８〜０．５ｍｍの半径を有するほぼ弓形の形状を有する。排出口は、他の形状、例えば三角形、多角形を有していてもよい。接着剤２３６による効果的な接合を、接着剤２３６の粘度、熱膨張及び／又は揮発性並びに排出口２４０の寸法に応じて、単一の排出口２４０で行うことができる。使用される接着剤２３６が変動するために、例えば異なる接着剤２３６及び／又は溶接パラメータを使用する場合、異なる環境下でのベントを確実にするベント用の過剰容量を提供する、１つ又は複数の大型排出口２４０を利用することができる。一般的に、溶接プロセスが非常に速いので、排出口２４０は、高圧下で及び数ミリ秒以内に接合部Ｊ４から押し出される物質を排出する能力を有するべきである。
【００５５】
接着剤２３６は、誘電体、例えば硬化状態で絶縁体とみなされるエポキシ又は高分子組成物とすることができる。接着剤２３６は、粘度、例えば２０〜２００Ｐａｓを有することができる。接着剤２３６の粘度及び沸点を用いて、溶接を行う場合の接着剤の蒸発量及び蒸発速度を計算することができる。蒸気に変換される接着剤の量を知ることにより、溶接を行う場合に、パイロットホール２２８から押し出される接着剤及び溶接材料を収容するキャビティ２１８の容積を計算することができる。同様に、押し出される材料、例えば接着剤２３６の体積及び押し出される速度を利用して、必要とされる排出口２４０のサイズ及び数を計算することができる。排出口は、好ましくは、揮発性物質のガス抜き及び気化、上側シートのキャップ内への移動等を考慮して、パイロットホール２２８内及びヘッド２１４の下に含まれるいかなるものの膨張を可能にするのに十分な容量を有する。排出口の数は可変であり、例えば、米国２５セント硬貨の端のような尺度で複数の溝により提供されるように、多数の小さな排出口を使用することができる。パイロットホール２２８に塗布される接着剤２３６の量は、パイロットホール２２８の体積の１００％、即ちパイロットホール２２８によって画定されるシリンダの容積を満たすことができる。パイロットホール２２８内に存在する接着剤２３６の体積を、接合部Ｊ４が完成した後、接合部Ｊ４内に残留する空間の総容積に基づいて計算することもできる。このようにして、接合部Ｊ４内の空間は、接着剤２３６で可能な限り充填され得る。リベット２１０のピン２１２が溶接の前にパイロットホール２２８内に配置されると、ピン２１２は接着剤２３６をヘッド２１４に向かって上方に移動させ、上側シート２２６の表面上へ流れることができる。本開示の一態様は、溶接後に排出口２４０及びキャビティ２１８を充填する接着剤２３６の体積が、接合部Ｊ４から水分を排除し、腐食を防止することにより接合部Ｊ４を保護することができるという認識である。
【００５６】
リベット２１０が誘電体接着剤／封止材２３６を通って延在する場合、接着剤２３６は、上側シート２２６のパイロットホール２２８の表面からピン２１２を絶縁し、電流印加時に電流溶接電流のブリード／短絡回路を防止する。絶縁機能の重要性は、パイロットホール２２８のサイズ、配置及びロボット装置によるリベット２１０の配置において動作可能な公差により増加される。なぜならば、これらの公差により、リベットピン２１２がパイロットホール２２８の表面に接近して密接し、溶接を行うピン２１２の先端部２１６に電流を導くのではなく、ピン２１４とパイロットホール２２８の側面との間のアーク放電及び短絡を招くおそれがあるためである。
【００５７】
本出願の態様は、リベット２１０が、所定の公差内で正確に所定のパイロットホール２２８内に配置を可能にする所定の長さＬＲ及び直径ＤＲで寸法決めされ、そして接着剤２３６の存在下でパイロットホール２２８内に嵌合する形状に移行するものである。別の態様は、所定の寸法を有する所定のリベット１０がある範囲の上側シート２２６の厚さにわたって使用される得る場合、即ち、リベット２１０が受ける溶接時間及び圧力に基づいてピン２１４の短縮量に起因する可変グリップ範囲をリベット２１０が有する場合である。
【００５８】
図１３は、図１２のリベットを用いて形成される接合部Ｊ５の断面図を示す。リベットヘッド２１４内の排出口２４０（図１２）は、接合プロセス中に圧力を解放し、接着剤２３６が上側シート２２６上に逃げることができ、良質な接合部Ｊ５を提供する。
【００５９】
図１４は、本開示に従って形成され、リベット３１０、４１０により製造される接合部Ｊ６、Ｊ７の最上部を示す。リベット３１０は２つの排出口３４０を有し、リベット４１０は４つの排出口４４０を有する。完成した接合部Ｊ６、Ｊ７は、接合作業中に排出された接着剤３３６、４３６を示す。排出された接着剤３３６、４３６は、完成した接合部Ｊ６、Ｊ７を識別し、良好な接合部と不良接合部とを区別するために使用され得る認識可能なパターンＰ６、Ｐ７（スターバースト）を形成する。即ち、特徴的な排出パターンＰ６、Ｐ７を使用して、接合部Ｊ６、Ｊ７が適切に形成されたかを識別することができる。デジタル画像処理、画像解析、及びパターン認識を用いて、この認識を行うことができる。
【００６０】
図１５は、リベット５１０と上側シート５２６との間に存在する接着剤コーティング層５４４を有する接合部Ｊ８を示している。リベットピン５１２及びヘッド５１４の周りの接着剤コーティング層５４４は、リベット５１０とシート５２６、５２４との間に介在し、接合部Ｊ８を封止及び保存し、並びに電解質を有する環境、例えば雨又は雪による塩化カルシウムの溶解における、異種金属間の接触又は接近に起因する腐食の傾向を減少させる。溶接が行われ、軟化すること及び電極Ｅ１、Ｅ２（図２）の圧力によりピン５１２が短くなる場合、ピン５１２は、パイロットホール５２８内で広がり、ピン５１２とパイロットホール５２８との間の間隙を減少させ、接着剤５３６をピン５１２とパイロットホール５２８との間から移動させる。間隙が減少するにつれて、シャフト５１２の外面５１２Ｓに沿って延在する１つ又は複数のレリーフ５４６を設けて、接着剤５３６及び他の押し出される物質をパイロットホール５２８から排出することができる。上述し図１１に示すように、ピン５１２の先端部５１６は、溶接電流により軟化され、その結果、先端部５１６が半径方向外向きに膨れあがる。先端部５１６は、下側シート５２６を有する溶接領域５３０に近接する上側シート５２６の下に浸入して、引き出し防止機構を形成し、溶接領域５３０の面積を増大させ、上側シート５２６に対して回転防止機構を確立する。一実施形態では、ピン５１２とパイロットホール５２８との間の間隙の減少は、ピン５１２が上側シート５２６とほぼ半径方向に接触するようにほぼ完成することができ、上側シート５２６をピン５１２の軸線に対して所定の位置に固定し、リベット及びリベットが溶接される下側シート５２４に対して上側シート５２６が並進移動するのを防止する。
【００６１】
接合部Ｊ８は、底部電極、例えばＥ２（図２）は下側シート５２４に窪みＩ（点線で示す）を形成し、接合部Ｊ８を圧縮し得ることを例示する。これの意味は、パイロットホール５２８の有効容積が減少することである。キャビティ５１８の能力を超えるパイロットホール５２８の過剰充填及び上側シート５２６の過剰な押し出しを避けるために、リベット長さＬＲ及び直径ＤＲの選択を考慮する必要があることができる。
【００６２】
図１６は、リベットヘッド６１４の下側に沿って存在する４つの排出口６４０を有する本開示によるリベット６１０を示す。前述のように、より多く又はより少ない排出口６４０が存在し得る。排出口６４０の形状及び大きさを変更することができる。排出口６４０の位置決めにより、パイロットホール５２８（図１５）から押し出される／放出される／排出される材料を横方向に、即ち、上側シート５２６とほぼ平行に導き、それらの材料は上側シート５２６上に堆積される結果となる。この方向へ材料が押し出されることは、電極Ｅ１上又は電極Ｅ１へ向う材料の押し出しを回避する。もしそうでなければ電極Ｅ１は汚染され、頻繁なクリーニングを必要とする。更に、押し出される材料は、上側シート上に予測可能な形で排出され、この形を、うまく完成した接合Ｊ８（図１５）の視覚信号として使用することができる。必要に応じて、リベット頭部に、例えば頭頂部又は頭頂部付近に追加の排出口を設けることができる。このような排出口は、押し出される材料が電極Ｅ１から離れるように導くように、及び／又は人員又は装置の方へ材料が排出されるのを避けるように方向付けられる。
【００６３】
［品質保証］
本開示によれば、溶接プロセス制御データは、ＲＳＲ接合部を形成する際の溶接品質を評価するための品質保証ツールとして使用することができる。溶接電流、電圧、電力、抵抗、力、及び電極変位／位置測定信号を単独で又は組み合わせて使用して、接合部の品質を評価することができる。一実施形態では、これは、良好な溶接を行っている時間にわたる、所定のパラメータ又はパラメータ一式の性能プロファイル又は値の範囲を、評価される溶接のそれらと比較することにより行われる。図１７〜図２２は、抵抗スポット溶接装置から直接測定される様々なパラメータを有する表示Ｄを示している。溶接パラメータの測定を、既製品の溶接監視システム、例えばＡｍａｄａ  Ｍｉｙａｃｈｉ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（ｗｗｗ．ａｍａｄａｍｉｙａｃｈｉ．ｃｏｍ）製、又は溶接制御システムによる内部監視、例えばＲＡＦＴ、ＷＴＣ（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｗｅｌｄｔｅｃｈｃｏｒｐ．ｃｏｍ）製を用いて行うことができる。図１７〜図２２でディスプレイＤに表示されるデータは、図２３に示される２つの接合部Ｊ９及びＪ１０に関連し、Ｊ９は許容可能な溶接接合部であり、Ｊ１０は不具合の溶接接合部である。接合部Ｊ９、Ｊ１０（図２３）は、２ｍｍの６ｘｘｘアルミニウムシート７２６、８２６を、１．２ｍｍ、７８０ＭＰａの亜鉛めっき鋼板７２４、８２４にそれぞれ接合したものである。アルミニウムシートは、６ｍｍのパイロットホールを含み、ＲＳＲリベット７１０，８１０は、直径ＤＲ４ｍｍ、ピン長さＬＰ５．５ｍｍであった。両方の接合部Ｊ９、Ｊ１０は同じ条件下、即ち５０１ｄａＮの力を印加して１２ｋＡで１５８ミリ秒間で形成された。溶接中にリベット８１０が溶接電極Ｅ１（図２参照）と位置ずれしている結果、図２３に示す不具合の溶接接合部Ｊ１０が形成された。不具合の溶接接続部は、ある程度の強度を有するが、許容できる溶接接続部の水準ではない。図１７及び図１８は、それぞれ許容可能な、及び不具合のＲＳＲ接続部Ｊ９及びＪ１０を形成中の電流、抵抗、及び溶接ヘッド（電極Ｅ１）の変位対時間を示す。許容可能な接続部Ｊ９に関して、明確なパターンが溶接波形に観察されることがある。特に、図１７に示す電流波形Ｃ１７は、約１１５ミリ秒後に約７ｋＡまで上昇し、溶接プロセスの前半の間、約２５ミリ秒間その水準で持続する明確な形状を示す。これは、リベット７１０を通って流れる電流に起因し、リベット７１０が膨張して圧縮することに起因する可能性がある。リベット７１０のヘッド７１４がアルミニウムの上側シート７２６と係合すると、電流波形は二次プロファイルに入り、溶接部５３０（図１５）が成長して膨張する前にアルミニウム上側シート７２６とリベット７１０の両方を通って流れる溶接電流に対応する約１７５ミリ秒で約１６．７ｋＡに上昇する。抵抗波形Ｒ１７及び変位波形Ｄ１７はこの動態に一致している。図１８において、不具合の接合部Ｊ１０は、Ｃ１８で示されるように、初期加熱期間中に電流の水平化を達成しない。これは、リベット８１０がパイロットホール５２８（図１５）内に適切に膨張される前に、リベット８１０のヘッド８１４がアルミニウムの上側シート８２６と早期に係合したことを示している。
【００６４】
図１９は、Ｊ９（図２３）のような良好な溶接接合部の電流波形Ｃ１９Ｇと、図２３のＪ１０のような不具合の溶接接合部の電流波形Ｃ１９Ｄとの比較を示す。
【００６５】
図２０は、Ｊ９のような良好な溶接接合部の抵抗波形Ｒ２０Ｇと、図２３のＪ１０のような不具合の溶接接合部の抵抗波形Ｒ２０Ｄとの比較を示す。
【００６６】
図２１は、Ｊ９のような良好な溶接接合部の電圧波形Ｖ２１Ｇと、図２３のＪ１０のような不具合の溶接接合部の電圧波形Ｖ２１Ｄとの比較を示す。
【００６７】
図２２は、Ｊ９のような良好な溶接接合部の電力波形Ｐ２２Ｇと、図２３のＪ１０のような不具合の溶接接合部の電力波形Ｐ２２Ｄとの比較を示す。
【００６８】
不適切なＲＳＲの問題を、溶接プロセスパラメータ／変数を監視することにより検出することができる。これはコンピュータにより電子的かつ自動的に行われ、高価で遅い視覚的及び機械的測定並びに試験システムを不要とする。不具合の溶接が行われたこと及び／又は品質保証書の必要条件を満たすことをオペレータへ通知するために自動監視システムによりアラームを起動してもよい。
【００６９】
図１５の説明で上述したように、コンピュータ画像解析ソフトウェアを用いる画像化及び画像解析を使用して、良好な及び／又は悪い接合部を示す接合部、例えば図２３のＪ９又はＪ１０の画像内の形状を探すことができる。排出された接着剤３３６、４３６（図１５）は、認識可能な形状Ｐ６、Ｐ７（スターバースト）を形成し、完成した接合部Ｊ６、Ｊ７を識別するために、そして良好な接合部と不良接合部とを区別するために使用され得る。デジタル画像処理、画像解析、及びパターン認識を用いてこの認識を行うことができる。ＲＳＲ接合部、例えばＪ９のこのような非破壊評価（ＮＤＥ）においてより高い信頼性を達成するために、検査方法を組み合わせて使用することができる。更に、自動評価、例えば最良適合寸法選別、不完全融合の識別等は、現在の用途から、本開示によるＲＳＲ接合部への抵抗スポット溶接を評価することまでするようになっている。これらのＮＤＥ方法の出力をデータベースに入力し、コンピュータ上で自動統計解析を使用して合格／不合格検査の品質値を生成することができる。また、接合部、例えばＪ９を解析して、例えば、プロセスパラメータ及び材料の組み合わせにより特徴付けられる個々の溶接及び溶接のグループに関して観察可能な他のデータ、例えばヘッド７１４（図２３）の寸法、溶接直径、進入深さ、フラッシュ又は散りの量等を決定することができる。プロセスパラメータ及び材料特性の結果としての接合部の品質のロバスト特性評価は、複数のＮＤＥ方法を使用して達成可能であることができる。
【００７０】
このタイプのデータベースへの入力として考慮するＮＤＥの方法としては、上述の溶接機出力信号のデータ取得、及び視覚的なカメラベースのデータ収集システムからのデータ取得を含むが、これに限定されない。状況、例えばリベット１０又はパイロットホール２８の誤配置を識別するための視覚ベースのシステムを、従来のリベット検査のための市販の装置、例えば、ＡＤＡＰＴ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｄａｐｔｔｅｃｈｔｅａｍ．ｃｏｍ／ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ−ｓｃａｎｎｉｎｇ．ｈｔｍｌ）で見られる、を用いて得ることができる。「良い及び悪いの認識」を含む自動車部品の２Ｄ及び３Ｄスキャンを行うためのカメラシステムの使用は、ＮＯＶＡＣＡＭ（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎｏｖａｃａｍ．ｃｏｍ／ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ／ａｃｒｏｓｓ−ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）に従って、行われることができる。航空宇宙から自動車までの様々な部品の品質及び公差検査を行うためのカメラ／レーザーベースのシステムの使用は、ＣＯＧＮＥＸ（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｏｇｎｅｘ．ｃｏｍ／ｐｒｏｄｕｃｔｓ／ｍａｃｈｉｎｅ−ｖｉｓｉｏｎ／ｃｈｅｃｋｅｒ−ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ−ｖｉｓｉｏｎ−ｓｅｎｓｏｒ／？ｉｄ＝１３６７２＆ｌａｎｇｔｙｐｅ＝１０３３．０）に従って実行できる。
【００７１】
図２４は、図２５のリベット１０１０のキャビティ１０１８よりも小さい容積を有し、パイロットホール５２８（図１５）を有するシート２６を固定するのにより適する、キャビティ９１８を有する薄型ヘッド（ＬＰＨ）９１４を備えるリベット９１０を示す。リベット１０１０を、パイロット有り（図１５の上側シート５２６にパイロットホール５２８を有する）又はパイロット無し（自己穿孔動作でパイロットホール無しで上側シート５２６上で使用される）のいずれかで使用することができる。リベット１０１０のヘッド１０１４は直径（ＤＨ）がより大きく、格納キャビティ１０１８は、（抵抗溶接電流により上側シート５２６を軟化させ、かつ同時にリベット１０１０に圧力をかけて押し込み、軟化させた材料を貫通することによりリベット１０１０で上側シート５２６を穿孔する（パイロット無し接合））挿入中及び溶接中に押し出される材料を受け入れるのに十分な容積を有する。ＬＰＨリベット９１０の設計は、上側シート５２６上に堆積され押し出される材料に用途が左右されない場合、パイロット無し接合にも利用されることができる。ヘッド直径（ＤＨ）は、リベット１０１０よりも１０％小さく、ヘッド高さ（ＨＣ）はリベット１０１０よりも２０％低く、リベット１０１０と比較して上側シート５２６上でより狭いフランジの重なりを提供するが、それでも、リベットピン９１２はピン１０１２と同じ直径を有するので、同等の接合強度を維持する。ＬＰＨリベット９１０は、ドア開口パネル上のように、接合部上に封止を配置される接合部に好適であることができる。ＬＰＨリベット９１０は、パイロット無し（孔のない）用途に使用することができるが、より低容量キャビティ９１８では、より多くの押し出される材料が格納キャビティ９１８から漏れ出る結果となる。２つのタイプのリベットを区別するために、ＬＰＨリベット９１０は、キャビティ９１８が（１／２ＤＲ）２＊ＬＲにより決定されるピン９１２の体積の、例えば約１８％の容積を有するように、寸法を有するであろう。逆に、リベット１０１０は、キャビティ１０１８が、体積、例えば（１／２ＤＲ）２＊ＬＲにより決定されるようなピン１０１２の体積より約６６％大きい容積を有するように、寸法を有するであろう。
【００７２】
図２６は、同じ材料又は異なる材料、例えば鋼又はプラスチック上側シート５２６から製造され得る上側シート５２６を固定するために、アルミニウム／マグネシウム下側シート５２４（図１５）へ溶接するためのアルミニウム又はマグネシウムから製造されるリベット１１１０を示す。ピン１１１２の直径ＤＲは、アルミニウムシート５２４へ溶接のための鋼製リベットの直径よりも相当に大きいが、他の点では、上記のリベットと構造及び動作は同様である。一例では、アルミニウムリベット１１１０を使用して、鋼製の上側層５２６内に直径ＤＰ８．７５ｍｍのパイロットホール５２８を通して、厚さ１．２０ｍｍの７８０ＭＰａ鋼の上側シート５２６を、厚さ２．０２ｍｍの６０２２−Ｔ４アルミニウムの下側シートにうまく固定した。
【００７３】
図２７及び図２８は、本開示によるリベット１２１０を示す。ヘッド１２１４は、高さＨＣ及び直径ＤＨを有する。ピン１２１２は、長さＬＲ及び直径ＤＲを有する。図２９は、リベット１２１０のグリップ範囲、即ち厚さＴ１Ａのシート１２２６ＡのリベットＧＭＡＸの最大グリップ長さ、及び厚さＴ１Ｂのシート１２２６Ｂの最小グリップ範囲ＧＭＩＮを例示する。図２９は、異なる厚さＴ１Ａ及びＴ１Ｂを有する２つの異なるシート１２２６Ａ、１２２６Ｂが、リベット１２１０の中心軸に沿って分割されて並べて示されているという意味での概略図である。これは、例示の簡単化と比較のためだけであり、適用中のリベット１２１０は、１２２６Ａ又は１２２６Ｂのいずれかを固定するために適用されるが、両方同時に捕捉することはない。理解されるように、リベット１２１０は、そのグリップ範囲内の異なる値で適用される場合、実質的に違うように変形する。最大グリップ範囲ＧＭＡＸにおいて、リベットピン１２１２Ａの端部１２１６は、下側シート１２２４Ａに接触して溶接され、そして十分に膨らむだけでパイロットホール１２２８の壁と接触する。リベット１２１０とパイロットホール１２２８の壁との間の半径方向の接触が必要ではない場合、最大グリップ範囲は、溶接がリベットピン１２１２の端部１２１６と下側シート１２２４Ａとの間で形成される点まで延長されるであろう。最大グリップ範囲ＧＭＡＸでは、もともとパイロットホール１２２８に存在する接着剤／封止材１２３６の量は、ヘッド１２１４のキャビティ１２１８の全体又は一部に移動されるが、排出口１２４０から押し出されても押し出されなくてもよい。押し出される接着剤１２３６の量は、パイロットホール１２２８内に最初に存在する接着封止材１２３６の量、キャビティ１２１８の容積、及び溶接の熱による接着剤／封止材１２３６の膨張の程度に依存する。最小グリップ範囲ＧＭＩＮでは、ピン１２１２Ｂの膨れが顕著になり、膨れにより上側シート１２２６Ｂはキャビティ１２１８内へ移動され、排出口を通って接着剤１２３６Ｂが押し出される。
【００７４】
以下は、本開示によるグリップ範囲の例である。
【００７５】
実施例１:ヘッド直径１４ｍｍ、ピン直径ＤＲ４ｍｍ、初期（変形前の）リベット長さＬＲ（図１参照）５．５ｍｍを有する鋼製リベットを使用して、厚さＴ１が１．０ｍｍ〜３．１ｍｍ、直径ＤＰ５．５ｍｍ〜６．５ｍｍのパイロットホールを有するアルミニウムの上側シート１２２６Ａ、１２２６Ｂを、０．５ｍｍ〜１．６ｍｍの範囲の厚さＴ２を有する鋼製の下側シート１２２４Ａ、１２２４Ｂに接合し、５〜７ｍｍの直径範囲ＤＷＡ〜ＤＷＢを有する目的溶接部１２３０を形成することができる。
【００７６】
上記の実施例における溶接直径は、スタックアップ１２２２の支配ゲージ（ｇｏｖｅｒｎｉｎｇ  ｇａｕｇｅ）又は支配金属（ｇｏｖｅｒｎｉｎｇ  ｍｅｔａｌ）の厚さ（ＧＭＴ）と一致する。同様の材料については、ＧＭＴは接合される２つの材料のうちのより薄いものである。異種材料の場合、ＧＭＴは低強度材料の厚さである。実施例１では、ターゲット溶接直径は５ｍｍ〜７ｍｍである。アルミニウムの上側シート１２２６ＢはＧＭＴを決定する。最も薄いアルミニウムシートの場合、５＊ＧＭＴ１／２＝５ｍｍであるので、ＧＭＴ＝１．０ｍｍである。最も厚いアルミニウムシートの場合、４＊ＧＭＴ１／２＝７ｍｍであるので、ＧＭＴ＝３．１である。溶接直径は、日本工業規格３１４０Ｚに準拠して、最小直径＝４ＧＭＴ１／２、典型的な直径＝５ＧＭＴ１／２となるように寸法設定される。
【００７７】
実施例２:ヘッド直径１６ｍｍ、ピン直径ＤＲ６ｍｍ、初期（変形前の）リベット長さＬＲ（図１参照）７．０ｍｍを有する鋼製リベットを使用して、厚さＴ１が２．０ｍｍ〜５．１ｍｍ、直径ＤＰ７．５ｍｍ〜８．５ｍｍのパイロットホールを有するアルミニウムの上側シート１２２６Ａ、１２２６Ｂを、１．０ｍｍ〜２．６ｍｍの範囲の厚さＴ２を有する鋼製の下側シート１２２４Ａ、１２２４Ｂに接合し、７〜９ｍｍの直径範囲ＤＷＡ〜ＤＷＢを有する目的溶接部１２３０を形成することができる。
【００７８】
実施例３:ヘッド直径１８ｍｍ、ピン直径ＤＲ８ｍｍ、初期（変形前の）リベット長さＬＲ（図１参照）１０．０ｍｍを有する鋼製リベットを使用して、厚さＴ１が３．２ｍｍ〜７．６ｍｍ、直径ＤＰ９．５ｍｍ〜１０．５ｍｍのパイロットホールを有するアルミニウムの上側シート１２２６Ａ、１２２６Ｂを、１．６ｍｍ〜３．８ｍｍの範囲の厚さＴ２を有する鋼製の下側シート１２２４Ａ、１２２４Ｂに接合し、９〜１１ｍｍの直径範囲ＤＷＡ〜ＤＷＢを有する目的溶接部１２３０を形成することができる。
【００７９】
実施例４:ヘッド直径２０ｍｍ、ピン直径ＤＲ１０ｍｍ、初期（変形前の）リベット長さＬＲ（図１参照）１３．０ｍｍを有する鋼製リベットを使用して、厚さＴ１が４．８ｍｍ〜１０．６ｍｍ、直径ＤＰ１１．５ｍｍ〜１２．５ｍｍのパイロットホールを有するアルミニウムの上側シート１２２６Ａ、１２２６Ｂを、２．４ｍｍ〜５．３ｍｍの範囲の厚さＴ２を有する鋼製の下側シート１２２４Ａ、１２２４Ｂに接合し、１１〜１３ｍｍの直径範囲ＤＷＡ〜ＤＷＢを有する目的溶接部１２３０を形成することができる。
【００８０】
図５１は、リベット直径ＤＲ４ｍｍ、ピン長さＬＰ３．２ｍｍ、５．５ｍｍ及び６．５ｍｍであるリベット１０（図２）を使用して作製される６つのプロットされた試験片に基づく、グリップ範囲対リベットピン長のグラフを示す。下の表に示すように、各リベットを試験して、上述のＲＳＲプロセスで使用することができ、更に良好な溶接を行うことができる上側シート２６の最大厚さと最小厚さＴ１を測定した。
【００８１】
【表１】
0006710765.tif 000002
【００８２】
このデータに基づくと、試験された最小ピン長さでは、グリップ範囲はピン長さの（１．２−０．５）／３．２＝２１％、最大ピン長さでは、（４．１−２．３）／６．５＝２７％であるため、このサンプルではグリップ範囲はピン長さの２０％を超えている。
【００８３】
プロットした試験片データを回帰分析して、リベット長さｘ（上記ＲＬと同じ）に対する最大シート厚さ（ここでは変数ｙ（上記のＴＭＡＸと同じ）で表される）との間の関係を決定した。この方法により決定される関係は最大値であり、ｙ＝０．３６８７ｅ０．３５５１ｘであった。ここで、ｘはリベット長さＲＬであり、曲線に対する式の適合の統計的尺度Ｒ２は０．９５６５であった。
【００８４】
最小シート厚さについて同じ処理を行い、ｙ（上記のＴＭＩＮと同じ）＝０．１１９ｅ０．４２０９ｘであり、ここで、ｘはリベット長さＲＬであり、曲線に対する式の適合の統計的尺度Ｒ２は０．８８３であった。
【００８５】
図５２は、図５１を生成する際に使用されるのと同じデータに基づく、リベットピン長さ対グリップ範囲のグラフを示す。プロットした試験片を回帰分析して、最大厚さｘ（上記のＴＭＡＸと同じ）の関数として、ピン長さｙ（ＲＬと同じ）＝０．３６８７ｅ０．３５５１ｘとの間の関係を決定した。ここで曲線に対する式の適合の統計的尺度Ｒ２は０．９５６５であった。最小シート厚さｘ（上記ＴＭＩＮと同じ）に関連するピン長さｙ＝０．１１９ｅ０．４２０９ｘであり、曲線に対する式の適合の統計的尺度Ｒ２は０．８８３である。
【００８６】
本明細書で開示される技術は、複数の異なるタイプの材料を接合するのに適合可能である。一例では、溶接セルは、いくつかの異なる組立部品を処理することができる。本開示の技術は、パイロットホール２８（図２）を使用する接合部、例えばＪ１を有する部品と、パイロットホール２８のない接合部を有する部品とを、同じ溶接装置Ｗ及びリベット１０で接合することを可能にする。例えば、直径ＤＲ４ｍｍ、ピン長さＬＲ５．５ｍｍのリベット１０を使用して、３ｍｍを超える上側シート２６（図２）のパイロット接合部を接合することができるが、２ｍｍを超える厚さの上側シート２６を用いてパイロット接合部のない接合も行うことができる。両方の接合間の溶接スケジュールは異なるが、溶接装置、供給装置、及びリベット全体は同じとすることができる。その結果、製造設備、例えば自動車製造設備内の溶接セルは、シート及びプロセス条件の様々なゲージに対応することができる。開示された技術を用いて単一のセル内で複数の材料を接合することができる。例えば、３ｍｍのＣＦＲＰ（炭素繊維強化ポリマー）を鋼に接合できるだけでなく、２ｍｍのアルミニウムを同じ鋼構造に別の場所で接合することもできる。同じリベット、溶接装置、及び供給装置は、両方のタイプの接合部を処理できる。鋼に対するＣＦＲＰの場合、パイロットホールが必要になるが、アルミニウムの鋼に対する接合は、パイロット有り又はパイロット無しの何れかの方法で行うことができる。
【００８７】
［リベット供給装置］
図３０〜図３７は、溶接及びファスナー（リベット）供給及び保持装置１３１０を示す。一実施形態では、装置１３１０は、抵抗スポット溶接リベット、例えば（図１及び図３３のＲＳＲ１０）と共に利用されるピンチ溶接機である。一実施形態では、溶接装置１３１０は、互いに間隔をあけて対向する上側及び下側抵抗溶接アーム１３１２Ａ、１３１２Ｂを含む。抵抗溶接アーム１３１２Ａは（図２のＥ１に相当する）対応する溶接電極１３１４Ａを含み、抵抗溶接アーム１３１２Ｂは（図２のＥ２と同様な）対応する溶接電極１３１４Ｂを含む。
【００８８】
図３１を参照すると、ＲＳＲ供給装置１３１６が抵抗溶接アーム１３１２Ａに取り付けられている。一実施形態では、ＲＳＲ供給装置１３１６は「Ｓ」形状を有し、第１の端部１３２０と第２の端部１３２２とを有する供給軌道１３１８と、第１の端部１３２０に近接して位置する上部湾曲部分１３２４と、第２端部１３２２に近接して位置する中間の垂直直線部１３２６、及び水平底部１３２８とを含む。一実施形態では、ＲＳＲ供給装置１３１６は、マウントブロック１３３０により抵抗溶接アーム１３１２Ａに取り付けられる。一実施形態では、ＲＳＲ供給装置１３１６は、その底部１３２８に取り付けられる供給フィンガーブロック１３３２を含む。一実施形態では、供給軌道１３１８は、抵抗溶接アーム１３１２Ａに対する供給軌道１３１８のＸ−Ｙ−Ｚ運動を可能にする滑動部Ｘ（図示せず）、Ｙ及びＺを含む。
【００８９】
図３２及び図３３を参照すると、供給ブロック１３３２は、（図３４に示されている）ファスナー１３３７によりＲＳＲ供給装置１３１６の底部１３２８へ給送ブロック１３３２を取り付けるために、外側に延在する一対の取り付けブラケット１３３６を有するベース１３３４を含む。１対の供給フィンガー１３３８Ａ、１３３８Ｂは、ベース１３３４から長手方向に延在し、互いに対向して離間しており、それらの間に空間１３３９を形成している。一実施形態では、及び更に詳細に後述するように、供給フィンガー１３３８Ａ、１３３８Ｂは、横方向に互いに離れて曲がるように構成されている。供給フィンガー１３３８Ａ、１３３８Ｂの各々は、ベース１３３４と一体の第１の端部１３４０、及び第１の端部１３４０に対向する固定されていない第２の端部１３４２とを含む。供給フィンガー１３３８Ａ、１３３８Ｂの各々は、内側壁１３４６と下側壁１３４８とにより形成される軌道１３４４を含む。軌道１３４４の各々は、第１の端部１３４０の近傍から第２の端部１３４２まで延在する。軌道１３４４各々の下側壁１３４８は、第１の端部１３４０に近接して位置する傾斜した勾配部分１３５０で始まる。第２の端部１３４２に近接して、各フィンガー１３３８Ａ、１３３８Ｂの内側壁１３４６は、内側案内直径部１３５２を含み、内側案内直径部１３５２の一端に戻り防止点１３５４を形成し、その他端に停止点１３５６を形成する。一実施形態では、内側案内直径部１３５２の間の幅は、フィンガー１３３８Ａ、１３３８Ｂの内側壁１３４６の間の幅よりも狭い。以下でより詳細に説明するように、フィンガー１３３８Ａ、１３３８Ｂは、ＲＳＲ溶接のためのリベット１０を受け取り、取り外し可能に保持するように構成され、上述のように接合部Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３等を形成する。
【００９０】
図３１、図３４及び図３５を参照すると、フィンガーカバー１３５８がファスナー１３６０によって供給軌道１３１８の第２の端部１３２２に取り付けられている。フィンガーカバー１３５８は、第２の端部１３４２において、供給ブロック１３３２の供給フィンガー１３３８Ａ、１３３８Ｂの上に配置される。一実施形態では、フィンガーカバー１３５８はボウル形状のキャビティ１３６２を含み、キャビティは供給フィンガー１３３８Ａ、１３３８Ｂの案内直径部分１３５２と一列に並び、電極１３１４Ａの先端を受け入れる大きさ及び形状である。
【００９１】
上述のように、リベット１０は、頭部１４とそこから延在するピン１２とを有する。リベット１０は、空気圧によって供給軌道１３１８の第１の端部１３２０に供給される。リベット１０は、一度に１つずつ、又は複数のリベット１０を積み重ねて供給されてもよい。軌道内の関連する空間に配置されるリベット１０のヘッド１４はピン１２と共に、軌道１３１８に沿ってスライドしながら、リベット１０は供給装置１３１６の部分１３２４、１３２６、１３２８のそれぞれを通って供給軌道１３１８に沿って移動する。リベット１０が底部１３２８に到達すると、リベット１０は、供給フィンガー１３３８Ａ、１３３８Ｂの軌道１３４４上を移動し、供給フィンガー１３３８Ａ、１３３８Ｂの端部１３４２の近接に停止する。図３１及び図３５に示すように、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の動きを用いて供給装置１３１６を移動させ、溶接電極１３１４Ａの先端部の下方にリベット１０を位置決めする。Ｘ、Ｙ、及びＺ軸に沿った動きは、リニアスライド／リニアアクチュエータによって提供されてもよい。一実施形態では、リニアスライドは空気圧式である。
【００９２】
一実施形態では、供給フィンガー１３３８Ａ、１３３８Ｂは、運動量に基づく（ｍｏｍｅｎｔｕｍ−ｂａｓｅｄ）保持システムを使用する。この点に関して、リベット１０は、供給軌道１３１８を比較的高速で下降し、リベット１０の運動量はリベット１０が供給ブロック１３３２の軌道１３４４と係合する場合のようであり、リベット１０がフィンガー１３３８Ａ、１３３８Ｂ上の戻り防止点１３５４を通過する際に、供給フィンガー１３３８Ａ、１３３８Ｂが横方向及び外向きに撓んで開く。リベットの運動量は、供給フィンガー１３３８Ａ、１３３８Ｂが撓んで開くのにちょうど十分な高さである。リベット１０は戻り防止点１３５４を通過することができるが、停止点１３５６を通過することができないように、リベット１０を押す空気圧が制御され、停止点１３５６間の幅がより狭いので、それらを通過するにはより大きな力が必要である。リベット１０が停止点１３５６に到達すると、リベット１０は供給フィンガー１３３８Ａ、１３３８Ｂの案内直径部１３５２内に位置し、Ｘ、Ｙ及びＺ滑動部により電極１３１４Ａの下に位置し、いつでも供給される状態になっている。次いで、溶接アーム１３１２Ａの電極１３１４Ａが下方に移動して、上述のようにリベット１０をスタックアップ２２（図２）にピン留めする。リベット１０がピン止めされた後、ＲＳＲ供給装置はｙ軸に沿って後退し、供給フィンガー１３３８Ａ、１３３８Ｂがリベット１０から引き離され、電流が電極１３１４Ａ及び１３１４Ｂに供給される前にＲＳＲ供給装置は回路から引き出される。リベット１０がスタックアップ２２に溶接されると、次のリベット１０が加圧空気によって供給フィンガー１３３８Ａ、１３３８Ｂに供給され、サイクルが繰り返される。
【００９３】
装置１３１０は、いろいろなピン長ＬＲのリベット１０を、供給軌道１３１８を変える必要無しに収容し得る。装置１３１０が、抵抗スポット溶接部リベットに、及び他のタイプのリベットとファスナーに使われることができる。一実施形態では、供給フィンガー１３３８Ａ、１３３８Ｂは、戻り止め機構を提供する戻り止め又は板ばねを利用することができる。
【００９４】
リベット１０は、供給装置がリベット１０を保持することができる長さＬＰのピン１２を有し、ピン１２を上側シート２６のパイロットホール２８に挿入し、リベットの先端部１６が下側シート２４と接触するまでピン１２を下側シート２４の方に下げることができる。ピン長さＬＰは、電極１３１４Ａが下側シート２４にファスナーをピン留めし、溶接されることを可能にするが、それでもピン留めされた後に供給フィンガー１３３８Ａ、１３３８Ｂをリベット１０から引き出すための間隙を有したままであることが好ましい。より詳細には、ピン長さＬＰは、上側層１３２６の厚さＴ１、＋キャップの底面の下の供給フィンガーの厚さ、＋機械的クリアランスを加えたフィンガーの引き出しを可能にする間隙以上でなければならない。一例では、ピン長ＬＰは、厚さＴ１＋１．５ｍｍとすることができる。電極１３１４Ａがリベット１０を定位置にピン留めすると、供給フィンガー１３３８Ａ、１３３８Ｂは、リベット１０を保持する位置からリベット１０のない位置に引き出され、リベット１０と電気的に導通しなくてもよい。リベット１０との電気接触から離れると、電極１３１４Ａ、１３１４Ｂは、電流が供給フィンガー１３３８Ａ、１３３８Ｂを通る導電経路に流れることなく、電流を流すことができる。更に、溶接の前に供給フィンガー１３３８Ａ、１３３８Ｂを取り外すことにより、溶接飛散及び溶接領域からの滲出物による汚染が回避される。
【００９５】
本開示は、限定された空間内で適合し、複雑なアクチュエータ及び機構を使用しないコンパクトなリベット供給／保持装置、並びに環境要因、例えば汚れ、カーボンの蓄積、目詰まり、ほこり、火花に左右されない場所にリベットを保持するための頑強な手段を提供する装置を明らかにする。
【００９６】
図３６は、フィンガー１３３８Ａと１３３８Ｂとの間に把持され、電極１３１４Ａによって下側シート１３２４に押し付けられるリベット１０を示す。ピン１３１２は、厚みＴ１を有するシート１３２６内のパイロットホール１３２８内へ延在する。リベットの長さＬＲは、フィンガーの厚さＦＴ、間隙Ｃ１、及び厚さＴ１で占められている。間隙は、リベット１０が下側シート１３２４と電極１３１４Ａとの間に固定された後にフィンガー１３３８Ａ、１３３８Ｂが引き出されることを可能にする。隙間Ｃ１がなければ、フィンガー１３３８Ａ、１３３８Ｂは、リベットヘッド１４と上側シート１３２６との間に挟まれ／固定され、リベット１０を図示のように定位置に残したままでフィンガーが引き出されるのを妨げるであろう。リベット長さＬＲ及び直径ＤＲは、図示のように収容して保持されるように選択されるべきであるが、また、ヘッド１４が上側層１３２６を押し付ける位置に圧縮される場合、直径ＤＰのパイロットホール１３２８を所定の程度まで充填するように選択されるべきである。
【００９７】
図３７は、電極１３１４Ａによって固定されたリベット１０を示しており、ファスナーホルダー１３１６を退避位置に引き出し、電流が流れるファスナーホルダー１３１６を伴わずにいつでも溶接が行われる状態にある。
【００９８】
［接合部強度］
図３８は、Ｙ軸上に示される異なる材料の２つのシートから本開示に従って形成される複数の接合部のラップ剪断引張強度のグラフＧＳ１を示し、得られたラップ剪断強度はＸ方向で示されている。それぞれの例では、示されている特定合金の厚さ２ｍｍのアルミニウムシートが、識別されＲＳＲによって接合される厚さ１．２ｍｍの鋼板と対になっている。ＴＳＳは６〜１４ｋの範囲であり、ＣＴＳは４〜６ｋＮの範囲であった。
【００９９】
[耐食性]
図３９〜図４２は、本開示に従って形成される複数の接合部が３０、６０及び９０日間の腐食試験サイクルに曝される前と後の、ラップ剪断引張強度のグラフＧＳ２、ＧＳ３、ＧＳ４、ＧＳ５をそれぞれ示す。この凡例は、接合部における合金シートと、リベット及び／又はシートに適用される腐食防止処理、即ち、処理無し、ｅ−コート、ＰＰＧ及び電気めっきとの特定の組み合わせを明らかにする。リベット１０及び結合されるシート、例えば２４、２６（図２）、が共に被覆されていない場合、これは腐食暴露に対して保護が最も弱い。リベット１０及び結合されるシート、例えば２４、２６、の両方が被覆されている場合、これは腐食暴露に対して保護を高めることができる。被覆されていないリベットは、リベットが裸鋼材（ｂａｒｅ  ｓｔｅｅｌ）であることを意味する。被覆リベットは、溶接の前に亜鉛で電気めっきされた。接合部が完全に組み立てられた後、それらは溶接された状態で、及び車両、例えば自動車やトラックの製造においてホワイトアセンブリの全体に日常的に行われるリン酸塩処理及びｅ−コート処理の後で試験された。試験の各日の間（２４時間）について、以下のスケジュールに従った。
【０１００】
【表２】
0006710765.tif 000003
【０１０１】
試験は、Ｅ−コート無しの５７５４−Ｏテンパー（図３９）が６０サイクルまで、及びＥ−コート有りの６０２２−Ｔ４テンパー（図４０）が９０サイクルまで、良好な強度を示したことを示した。Ｅ−コート無しの７０７５−Ｔ６テンパー（図４１）が３０サイクルまで、及びＥ−コート有りの６０１３−Ｔ４テンパー（図４２）が９０サイクルまで、強度レベルが減少した。
【０１０２】
図４３〜４８は、本開示に従って製造される接合部の３０日間の腐食試験の後の写真Ｐ１〜Ｐ６をそれぞれ示す。
【０１０３】
図４３及び図４４は、グレード１００６の鋼から作られる被覆されていないリベット１４１０を利用する接合部Ｊ２０−Ｊ２４を示す。図４５及び図４６は、グレード１００６の亜鉛電気めっき鋼から製造されるリベット１５１０を利用する接合部Ｊ２６−Ｊ３０を示す。図４７及び図４８は、ＰＰＧ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ（ｐｐｇ．ｃｏｍ、ｐｐｇｅｃｏａｔ．ｃｏｍ）から市販されているＥ−コートも行ったグレード１００６の亜鉛電気めっき鋼から製造されるリベット１６１０を利用した接合部Ｊ３２−Ｊ３６を示す。図４３、図４５及び図４７は、接合部の上側、即ちリベット１４１０、１５１０及び１６１０が見える状態を示しており、図４４、４６及び４８は接合部の反対側を示しており、ここではリベット１４１０、１５１０及び１６１０は見えない。接合部Ｊ２０−Ｊ３０の各々において、Ｔ６テンパーの７０７５アルミニウム片を、９８０ＭＰａ鋼片に接合した。
【０１０４】
図４９は、接合部Ｊ４０の断面を示す。直径１４ｍｍのヘッド、圧縮前の直径ＤＲ４．０ｍｍのピン１４１２、初期（変形前の）リベット長さＬＲ（図１参照）５．５ｍｍを有する鋼製リベット１４１０を使用して、厚さＴ１が２．０ｍｍ及び直径ＤＰ５ｍｍのパイロットホールを有すアルミニウム上側シート１４２６を、厚さＴ２が１．２ｍｍの７８０ＭＰａ鋼製の下側シート１４２４へ接合する。上述のように、ピン１４１２は溶接部１４３０が形成される場合に端部１４１６で膨れあがり、くびれ形状を形成する。この実施形態では、ピン１４１２の上側膨張部１４１２Ｂも圧縮中に形成され、上側シート１４２６の上に延在する。
【０１０５】
図５０は、接合部Ｊ４１の断面を示す。直径１４ｍｍのヘッド、圧縮前の直径ＤＲ４ｍｍのピン１５１２、初期（変形前の）リベット長さＬＲ（図１参照）５．５ｍｍを有する鋼製リベット１５１０を使用して、厚さＴ１が３．２ｍｍ、直径ＤＰ６ｍｍのパイロットホールを有すアルミニウム上側シート１５２６を厚さＴ２が１．２ｍｍ、７８０ＭＰａ鋼製の下側シート１５２４へ接合した。ピン１５１２は、溶接部１５３０が形成される場合に端部１５１６で膨れあがる。この実施形態では、パイロットホール１５２８の上端は、下側シート１５２４に圧入されて溶接されるときに、変形されるリベット１５１０によって丸くされ、結果として、パイロットホール１５２８に近接する、ピン１５１２及びシート１５２６の対称な、嵌合する弓形の断面である。
【０１０６】
本明細書に記載される実施形態は単に例示的なものであり、当業者は特許請求の範囲に記載の主題の趣旨及び範囲から逸脱することなく多くの変形及び変更を行うことができることが理解されよう。そのような変形及び変更の全ては、添付の特許請求の範囲内に含まれることが意図される。
【図１】
0006710765.tif 000004
【図２】
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【図３】
0006710765.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0006710765.tif 000011
【図９】
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【図１０】
0006710765.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0006710765.tif 000019
【図１７】
0006710765.tif 000020
【図１８】
0006710765.tif 000021
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
0006710765.tif 000024
【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
0006710765.tif 000029
【図２７】
0006710765.tif 000030
【図２８】
0006710765.tif 000031
【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
0006710765.tif 000038
【図３６】
0006710765.tif 000039
【図３７】
0006710765.tif 000040
【図３８】
0006710765.tif 000041
【図３９】
0006710765.tif 000042
【図４０】
0006710765.tif 000043
【図４１】
0006710765.tif 000044
【図４２】
0006710765.tif 000045
【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
0006710765.tif 000049
【図４７】
0006710765.tif 000050
【図４８】
0006710765.tif 000051
【図４９】
0006710765.tif 000052
【図５０】
0006710765.tif 000053
【図５１】
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【図５２】
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