JP2018507357A - 接合構成要素及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、熱処理によって活性化することが可能な接合材料（１６）が事前塗工された塗工領域（１４）を有する接合面（１２）を有する接合構成要素（１０）に関し、ここで、塗工領域（１４）は、材料アンダーカット（２６）を形成する***部（２０）を備える保持表面構造を有し、記接合材料（１６）は、少なくとも部分的に前記塗工領域（１４）を覆い、且つ前記材料アンダーカット（２６）内に導入される。【選択図】図１

Description

本発明は、熱処理手段によって活性化することが可能な接合材料が事前塗工された塗工領域を伴う接合面を有する接合構成要素に関する。

さらに、本発明は、かかる接合構成要素を製造するための方法に関する。

接合構成要素又は締結要素を被加工物に接合する工学分野において、１つの既知の慣例は、例えば、金属スタッドを金属被加工物に溶接することである。この方法は「スタッド溶接」として知られ、特に自動車工業において、スタッドを車体パネルに溶接するために用いられ、その後でプラスチック製クリップがスタッドに締結され、該クリップにケーブル、ライン等が固定される。

別の既知の慣例は、プラスチック製のかかる締結要素をプラスチック被加工物に熱可塑性プロセスで溶接することである。

最後に、かかる締結要素の形態の接合構成要素を被加工物に接着剤接合する既知の慣例がある。特に自動車の車体組立てにおいて、プラスチック、繊維複合材等のような非金属複合材料の使用がますます増えてきているという事実に起因して、接着剤接合技術は、特に車体組立てにおいて締結方法として確立されてきた。

この場合、接着剤は接合構成要素の接合面に塗工され、このとき接着剤は通常、加熱状態で塗工され、次いで再び冷却されることが一般的に知られている。このようにして製造された塗工接着剤を伴う構成要素は、この時点で、例えば製造地点から接合構成要素が被加工物に接着剤接合される場所まで輸送されることになると想定される。

実際の接着剤接合プロセス中に、接着剤は次いで活性化又は再活性化され、このとき接着剤は通常、再び加熱される。これに用いられる接着剤は、接着剤接合プロセス中に比較的短時間で架橋するように設計され、接着剤接合を６０秒未満、特に３０秒未満、好ましくは１０秒未満の時間間隔以内で実現することができるようになっている。

自動車車体組立てにおいて、締結要素の形態の多数のかかる接合構成要素が、車体セクションに対して一般に接着剤接合される。これは通常、接合構成要素が自動的に給送される自動化されたロボット支援接着剤接合システムによって行われる。

同様に、これは、他の接合技術（例えば溶接又ははんだ付け）に補助されて被加工物上に取付け又は締結される接合構成要素又は締結要素の場合にも頻繁に行われている。この場合にもまた、そのために供給される接合構成要素の接合面に既に前もって接合材料を塗工することが望ましい場合が多いので、事前塗工された接合材料を伴う接合構成要素の良好な輸送の問題が結果として生じる。

接着スタッド、溶接スタッド又はリベットなどの接合構成要素又は締結要素は、多くの場合、ばらの材料として最終製造者に輸送される。輸送前の接合材料の事前塗工の結果として、最終製造者の設備において「接合材料を塗工する」プロセスステップを省くことができるので、そのプロセス時間及びプロセス費用を節約することができる。しかしながらそのためには、接合構成要素の輸送及び取扱いの間、事前塗工された接合材料が接合構成要素上の正しい位置にあり続けることが必要である。しかしながら、例えば接着スタッドがばら材料として配送されている間、輸送中又は接着スタッドを被加工物に対して給送中の機械的負荷は、事前塗工された接着剤の剥脱を生じさせることがある。従って、製造中に接合構成要素を被加工物に最終的に取り付けるとき、事前塗工された接着剤又は他の接合材料が十分な接着力を確立するまで、該接着剤又は他の接合材料の十分な保持力が保証されなければならない。

特許文献１から、ホットメルト接着剤を接合構成要素の接合面に塗工することが公知であり、この場合、接合構成要素は、ホットメルト接着剤浴の表面上まで降ろされ、そして再び持ち上げられる。ホットメルト接着剤を冷却した後、接合構成要素は、互いに貼り付いてしまうリスクなしに梱包可能及び輸送可能になる。この点に関して、この文献は、接着剤層の縁部領域に応力ピークが蓄積することを防止するために接着面の外縁部にリップを形成することを提案する。この結果、接着剤接合された締結要素の接着効果は、スタッドヘッドにかかる横方向の力の作用及びそれに付随する剥離効果に対しても十分な抵抗を与える。

特許文献２は、ホットメルト性接着剤で被覆された接着面を有する締結要素を開示する。この文献において、接着剤の半径方向外側の接合面内に拡張溝を形成することが提案されており、これは余剰の接着剤が接着面の縁を越えて押し出されることを防止し、実際の接着剤接合プロセス中に接着剤接合部が見苦しい外観を呈することを防止する。

特許文献３から、締結要素を構成要素の表面セクションに接合する方法もまた公知であり、この場合、締結要素は、熱溶融性且つ熱硬化性の接着剤が塗工される接着面を有し、これは締結要素を輸送する前にまず冷却され、接着剤は少なくとも部分的に硬化される。製造の際に、接着剤は、接着剤を完全に硬化するため及び締結要素を所望の構成要素又は被加工物に永久的に締結するために、より高い温度まで加熱される。この文献は、フランジ上に小突起を設けることをさらに提案し、この小突起は、接着剤接合プロセス中に締結要素が構成要素上に押しつけられるときの力とは本質的に無関係に所定厚さの最終生成接着剤層を実現するためのスペーサ要素としての役割を果たす。

上記の方法で接着剤が事前塗工される接合構成要素は、接合構成要素をばら材料として輸送する際の熱誘導応力及び機械的応力に十分に耐えられないので、実際には輸送中に接合構成要素からの接着剤層の所望されない剥脱がいまだ頻繁に起こっていることが明らかになっている。

接合構成要素と接着剤層との間の改善されたタイプの接続が、特許文献４において提案されている。輸送中に必要とされる接合構成要素と接着剤との間の保持力は、この場合には、接合構成要素のフランジに導入され且つ事前塗工された接着剤レンズ形状物によって覆われた環状溝によって生成される。この環状溝は、特に剪断力がフランジ面に平行に作用した場合に接着剤レンズ形状物が失われることを防止する機械的クランプをもたらす。この時点ではそれほど顕著ではない非架橋接着剤とフランジ面との間の固定接着力（ｓｐｅｃｉｆｉｃ ａｄｈｅｓｉｏｎ）と共に、締結要素上の接着剤の適度な固定がこれにより達成される。しかしながら、環状溝の型押しは接合構成要素の冷間成形中に行われる、特に強度等級が４．８を上回る鋼材料から成る接合構成要素の場合、冷間形成工具に対する要求は高度なものとなる。冷間成形工具の設計は、接着剤保持用の環状溝に対する幾何学的要求の結果として且つ必要とされるスタッドフランジの寸法安定性及び幾何学的形状の結果として実質的に制限されるので、利用可能な冷間成形工具は満足すべき耐用寿命を有さない。環状溝の導入のために適合された金属切削製造プロセスも同様に不経済である。

欧州特許第０ ７４１ ８４２ Ｂ１号明細書 欧州特許第１ ４５６ ５４３ Ｂ１号明細書 独国特許出願公開第１０ ２００９ ０４２ ４６７ Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１０ ２０１２ ０２１ ２１０ Ａ１号明細書

この背景を前提として、本発明の目的は、好ましくは上記欠点の少なくとも１つを回避する、事前塗工された接合材料を有する改善された接合構成要素、及びその製造のための改善された方法を提供することである。接合構成要素は、特に、より簡素で、製造の費用対効果がより高く、それでもなお接合構成要素に事前塗工された接合材料の剥脱をプロセス中に防止することができるものとすべきである。

この目的は、本発明により、導入部で言及されたタイプの接合構成要素であって、塗工領域は、材料アンダーカットを形成する***部を伴う保持表面構造を有し、接合材料は、少なくとも部分的に塗工領域を覆い且つ材料アンダーカット内に導入される、接合構成要素によって達成される。

上記目的は、さらに、接合構成要素を製造する方法であって、（ｉ）塗工領域を有する接合面を伴う接合構成要素を準備するステップであって、塗工領域は、材料アンダーカットを形成する***部を伴う保持表面構造を有する、準備するステップと、（ｉｉ）加熱された接合材料を塗工領域に塗工するステップであって、接合材料が少なくとも部分的に塗工領域を覆い且つ材料アンダーカットに流れ込むよう塗工するステップと、（ｉｉｉ）接合材料が塗工領域上に係留保持されるように接合材料を冷却するステップであって、接合構成要素は、輸送することが可能になり、接合材料は、接合構成要素を被加工物に取り付けるために後の時点で熱処理によって活性化することが可能になる、冷却するステップと、を含む方法によって達成される。

本発明は、続いて特に、熱処理によって活性化することが可能な事前塗工された接合材料の、接合構成要素への接着の改善を扱う。改善された接着は、本発明により、接合構成要素の塗工領域上に設けた、材料アンダーカットを形成する***部を伴う保持表面構造よって達成される。

かかる保持表面構造は、特許文献４で提案された接合構成要素の塗工領域内の環状溝と本質的に同じ機能を満たす。しかしながら、環状溝と比べて、かかる保持表面構造は、より単純に、より迅速に、より高い費用対効果で作製することができる。接合構成要素は、その塗工領域において、金属材料から形成されることが好ましい。

さらに、保持表面構造の結果として、塗工された液体を行き渡らせることになる「粗い」表面が作り出される。これは、液膜（接合材料）の広がりをもたらし、従って平坦な接着剤レンズ形状物をもたらす。これは、一般により好ましい。

保持表面構造は、金属をレーザビーム、イオンビーム又は電子ビームによって溶融することによって作り出されることが好ましい。かかる金属表面の照射は、レーザビーム、イオンビーム又は電子ビームのエネルギー入力ゆえに、接合構成要素の接合面の局所的溶融をもたらす。同時に、金属の一部は蒸発する。プロセス中に結果として生じる蒸気圧は、照射された凹みからの溶融物の押出し及び溶融物の積上げを駆動して、溶融物の盛り上がりを形成する。この溶融物の盛り上がりは、本発明の場合には一般的に***部と呼ばれ、しばしば保持部とも呼ばれる。かかる保持部は、接合構成要素の接合面の表面構造内に材料アンダーカットを作り出す。かかる材料アンダーカット又は材料クリアランスカットの結果として、半開放型キャビティが作り出され、これは材料のオーバーハングによって特徴付けられる。従って、接合面の下方にある層は開放型キャビティを形成し、これはさらに上方に重なった接合面の層内の積み上げられた溶融物の盛り上がりによって少なくとも部分的に覆われる。この結果として接合面の塗工領域のクランプ（保持）効果が生じ、その結果として、事前塗工された接合材料の接着が引き続き改善される。

保持表面は、市販の粗面とは基本的に異なる。粗面とは対照的に、かかる保持表面は、その製造タイプが原因で異なるのみならず、材料アンダーカットを形成する***部（保持部）が被機械加工面に対して垂直な力も吸収することができる（材料アンダーカットのため）点で本質的に異なる。これは接合構成要素と事前塗工された接合材料との間の機械的接着を特に改善する。結果として接合材料は、具体的には、接合面の塗工領域内の材料アンダーカット内に、つまり保持部の下に収まることができる。この結果として、接合構成要素と事前塗工された接合材料との間のクランプが生じる。

接合構成要素の接合面の塗工領域内に本発明によって設けられる保持表面構造は、接合構成要素とこれが最終的に取り付けられる被加工物（例えば車体パネル）との間の改善された接続に貢献するものではない、又は少なくとも主として貢献するものではないという事実にも言及することができる。接合構成要素の接合面上に保持表面構造を設けることによって本発明が利用する主たる効果は、接合面とそこに事前塗工された接合材料との間の改善された接着効果であり、その結果として接合構成要素をばら材料として輸送する際の接合材料の剥脱が効果的に防止される。

既に前もって接合構成要素に塗工され、本質的に位置的に正しい係留方式でそこに保持されている接合材料は、本発明の場合には、熱処理によって活性化することが可能な事前塗工された接合材料として理解される。従って、これは、好ましくは溶融性接合材料であり、つまり液体接合材料ではない。例えば、事前塗工された接合材料は、一部しか硬化していない、完全には化学的架橋していない高粘度の接着剤であり、これは最終接合プロセス中に熱処理、例えば誘導加熱によって完全に硬化して化学的架橋することができる。この代替として、事前塗工された接合材料は、少なくとも部分的に硬化した熱可塑性材料とすることができ、これは加熱によって、例えば溶接中に（再）活性化することができる。さらに、冷却されたはんだ材料とすることができ、これは接合構成要素の接合面に事前塗工され、はんだ付けの際の加熱によって液化、つまり（再）活性化することができる。

概して、接合構成要素の接合面上に保持表面構造を設けることによって、そこに事前塗工された接合材料の信頼できる係留保持が実現される。保持表面構造は、王冠様構成を有することが好ましく、これはその端部ができる限り拡大された直径又はほぼビーズ形の構造を有し、このため事前塗工された接合材料と接合面の塗工領域との間でぴったり合ったクランプが達成される。この接合材料と接合構成要素との間の改善された接着は、接合構成要素の半径方向の、つまり接合面に対して平行な剪断力のみならず、接合面を横切る力にも耐える。

結果として、このようにして製造された接合構成要素は、ばら材料として完璧に適している。また、かかる接合構成要素は、プロセス中に接合材料が接合構成要素から脱離してしまうリスクなしに、送り装置を経由して１つの容器からロボット支援接合工具へ自動化方式で給送することが可能である。

上記の目的は、従って完全に達成される。

接合構成要素の半完成品は、冷間成形によって製造されることが好ましい。次いで、レーザビーム、イオンビーム又は電子ビームの支援の下で上記の方式で接合面の塗工領域を溶融することによって保持表面構造が作り出される。その後、好ましくは加熱された接合材料が液体形態で塗工領域に塗工され、接合材料が少なくとも部分的に塗工領域を覆い且つ材料アンダーカット又は保持部に流れ込むようにされる。接合材料は冷却された後、いまや塗工領域上に係留保持されているので、接合材料は、輸送することが可能になり、接合構成要素を被加工物に実際に取り付ける際に、後の時点で熱処理によって（再）活性化することが可能になる。

本発明による製造方法の好ましい実施形態によれば、接合面の塗工領域は、保持表面構造の作製中又は作製前に放射線ベースのクリーニングを受け、その結果として、有機、結晶性及び／又は鉱物性の汚染が蒸発する。

このプロセスステップは、保持表面構造の作製前又は同じプロセスステップ中のいずれかで行うことができる。接合面の放射線ベースのクリーニングは、接合構成要素の適合された接合プロセスのプロセス安定性の改善を本質的にもたらす。しかしながら、放射線ベースのクリーニングはまた、接合面上の接合材料の接着もまた改善する。

接合構成要素は、中心軸線に沿って延びたシャンクとそれに対して横方向に延びたフランジとを有するスタッドであることが好ましい。好ましい実施形態によれば、接合面は、フランジの、シャンクとは反対側に面した上側に配置される。

かかる接着スタッドの場合、フランジは、好ましくはプレート様の設計であり、フランジの上側の接合面が円形になっている。接合材料を事前塗工する塗工面もまた、好ましくは円形の設計である。しかしながら、他の幾何学的形状の、例えば正方形又は多角形構造のフランジ、従って接合面及び塗工面もまた可能であるという事実にも言及することができる。

しかしながら、代替的に、接合構成要素は、別のタイプの接合要素、例えば溶接スタッド又は半中空パンチリベットとすることもできる。半中空パンチリベットの場合、これは多くの場合は中空シャンクとそれに対して横方向に延びたフランジとを有するものであり、保持表面構造及び接合材料がその上に配置される塗工領域は、パンチリベットのシャンクの外周面に取り付けられることが好ましい。

接合材料として接着剤を用いる場合、上記方式で事前塗工することが可能であるとともに熱処理手段によって（再）活性化することが可能な多様な接着剤が、基本的に想定される。例えば、一成分系若しくは多成分系接着剤又は熱可塑性材料を用いることができる。

本発明による接合構成要素のさらなる実施形態によれば、塗工領域の直径は、接合面の直径よりも小さい設計のものである。この場合、塗工領域の直径は、接合面の直径より少なくとも８ｍｍ、６ｍｍ、さらには少なくとも４ｍｍ小さいことが特に好ましい。

この実施形態は、単に構造上選択される寸法決定ではない。この実施形態は、塗工領域内の保持表面構造の腐食が効果的に防止されるという効果を本質的に有する。

保持表面構造には、腐食電位の増大が伴うことが立証されている。従って、塗工領域への電解質の接触の発生を回避しなければならない。この理由で、保持表面を、接合材料によって水分の侵入に対して保護された接合面の内側領域にのみ設けることが好ましい。従って、接合材料は、材料アンダーカットを形成する***部を伴う保持表面構造が設けられた塗工領域全体を覆うことが好ましい。塗工領域の外縁から接合面の外縁又は接合構成要素のフランジの外縁までの少なくとも４ｍｍの半径方向距離は、水分が接合材料と塗工領域との間の境界層に沿って浸透可能になることを防止する。

さらなる実施形態によれば、事前塗工された接合材料は、熱処理によって液化し且つ化学的架橋することが可能な、化学的に非架橋の又は完全には化学的架橋していない接着剤を有する。

従って、接着剤は、接合プロセス中にのみ、その完全な接着効果を発揮する。しかしながら、接着剤は、接合構成要素に事前塗工された状態（接合プロセス前、例えば輸送中）においては完全には架橋しておらず、その潜在的な接着効果の一部のみを発揮する。

本発明による接合構成要素のさらなる実施形態によれば、特にガラスから成る、複数の寸法安定性スペーサ要素が接合材料内に埋設される。

これらのスペーサ要素は、好ましくは、接合材料、例えば接着剤の中に埋設された主として球形のガラス要素であり、接合構成要素の塗工領域上に接合材料と共に事前塗工される。代替的に、スペーサ要素は、接合材料内に埋設された、必ずしも球形である必要はない他の固体材料とすることもできる。

寸法安定性スペーサ要素は、その結果として、接合面又は塗工領域と接合プロセス中に接合構成要素が最終的に取り付けられる被加工物との間に比較的容易に隙間を確立することができるという利点を本質的に持つ。接合プロセス中に接合材料が活性化され又は液化すると直ちに、寸法安定性スペーサ要素は、接合構成要素の接合面と被加工物との間でいわばクランプされ、その結果として接合構成要素と被加工物との間に離間した領域が作り出され、その中で接合材料が分散することができる。従って、寸法安定性スペーサ要素は、接合プロセス中の接合材料の良好な分散をも保証する。上記目的でスペーサノブを接合面上に設ける解決策とは対照的に、このようにスペーサ要素を接合材料内に埋設することは、生産技術の点で非常に有利である。

上記実施形態によれば、材料アンダーカットを形成する***部は、接合面に対して上向きに保持部高さで突出し、スペーサ要素の直径は、保持部高さより大きいことが特に好ましい。従って、換言すれば、これは、保持部が好ましくは接合材料内に埋設されたスペーサ要素よりも小さいことを意味する。

従って、生産関連の理由で多くの場合に比較的不規則な高さを有する保持部は、接合構成要素と被加工物との間の隙間に対して影響を及ぼさない。この結果として、形成されることになる接続部の安定性もまた改善されるとともに、被加工物上での接合構成要素の定められた配向が保証される。

スペーサ要素の直径は、好ましくは２００μｍ未満であり、保持部の高さは６０μｍ未満である。

こうしたスペーサ要素としての役割を果たすことができるガラスビーズの場合、直径に関して、４０μｍと１００μｍとの間、特に好ましくは４０μｍ乃至４５μｍの範囲が粒径であることが立証されている。保持部の高さは、通常、５μｍ乃至６０μｍの範囲にある。

さらなる実施形態によれば、材料アンダーカットを形成する***部（保持部）は、塗工領域内に格子状に配置される。

例えば、保持部は、塗工領域内にマトリクス構造タイプで又は矩形格子状に取り付けることができる。これは、保持部が塗工領域にわたってできる限り均一に分布されるので、保持部によって増大する接合材料と接合面との間の接着力が、塗工領域全体にわたってできる限り均一に作用するという利点を有する。とはいえ、かかる保持部は、製造関連の理由で、全体的に規則的な全表面構造を作り出さず、全体で不規則な表面構造を作り出すという事実に言及することができる。

上記の特徴及び以下でさらに説明される特徴は、それぞれ開示された組合せでのみ適用することができるのではなく、他の組合せで又はそれ自体で、本発明の範囲から逸脱することなく適用することができることを理解されたい。

本発明の例示的な実施形態を図面で示し、この後の説明でより詳細に説明する。

事前塗工された接合材料を伴う本発明の第１の実施形態による接合構成要素の略長手方向断面図を示す。 接合材料を伴わない本発明の第１の実施形態による接合構成要素の斜視図を示す。 本発明の実施形態による接合構成要素の接合面の塗工領域の拡大図を示し、ここで図３Ａは拡大平面図を示し、図３Ｂは斜視図を示し、図３Ｃは塗工領域の一部の断面図を示す。 本発明による接合構成要素のさらなる実施形態の長手方向略断面図を示す。

図１において、接合構成要素の第１の実施形態を長手方向断面で模式的に示す。接合構成要素は、本明細書においてまとめて符号１０で識別する。

接合構成要素は、接合面１２を有する。この接合面１２は、好ましくは金属材料から成る。接合材料１６は、この接合面１２のセクションに事前塗工され、このセクションを本発明の場合には塗工領域１４と呼ぶ。

塗工領域１４は、保持表面構造を有する。塗工領域１４のこの保持表面構造の詳細を図３Ａ〜図３Ｃに示す。

図３Ａで特に明らかなように、塗工領域１４の保持表面構造は、複数のいわゆる保持部１８を有する。これらの保持部１８のうちの１つを、例として図３Ｂに拡大詳細図で示す。

かかる保持部１８は、接合面１２の塗工領域１４をレーザビーム、イオンビーム又は電子ビームによって照射することによって作り出される。かかるレーザビーム、イオンビーム又は電子ビームは、塗工領域１４の表面上の材料の溶融をもたらし、材料の一部が、蒸発及び他のプロセスのため衝突点の周りで上部に向かって積み上がることになる。これが起こったら直ちにレーザビーム、イオンビーム又は電子ビームを中断して、上方に噴出した溶融金属が固化して王冠様構成２０をレーザ点の周りに作り出させ、この構成は、図３Ｃに断面図で模式的に示すように、拡大した直径又はビーズ様要素２２を有する。

このタイプの王冠様構成２０を保持部１８と呼ぶ。王冠様構成２０の中心、つまり衝突点の近傍において、一種の凹部２４が形成される。保持部１８は、プロセス関連又は製造関連の理由に起因して不規則な構造を有することが理解される。王冠様構成２０は、本発明の場合には一般的に***部２０と呼ばれる。これらの***部２０の重要性は、これらがその端部に有するビーズ様要素２２のために材料アンダーカット２６を形成することである。これらの材料アンダーカット２６は、一種のオーバーハング（ビーズ様要素２２）によって、直下の半開放型キャビティを接合面１２の塗工領域１４内に形成する。

図１に示す接合材料１６は、加熱された液化状態で塗工領域１４に塗工され、塗工領域１４上にレンズ様に広げられ、冷却の結果としてこのレンズ様形態で固化される。

材料アンダーカット２６を形成する***部２０を伴う塗工領域１４内の保持表面構造の結果として、接合材料１６の冷却中に、接合材料１６と塗工領域１４との間に一種のクランプが生じる。従って、接合材料１６と塗工領域１４との間の境界面上で、接合材料１６は、保持部１８の中又は下で材料アンダーカット２６内にいわば収まることになる。従って、アンダーカット２６に起因して、保持部１８は、接合面１２に対して横切る力又は垂直な力さえも吸収することできる。従って、事前塗工された接合材料１６の適度な保持力が保証され、その結果として、特に輸送中に接合材料１６が接合構成要素１０の接合面１２から剥脱すること又は剪断により剥落することが防止される。

従って、接合構成要素１０は塗工された接合材料１６と共に、塗工領域１４上に取り付けられた接合材料レンズ形状物１６が輸送中に接合構成要素１０の接合面１２から分離することなく、ばら材料として輸送することができる。

図１及び図２に示す発明による接合構成要素１０の実施形態において、これは好ましくは接着スタッドとして設計されるスタッドである。事前塗工された接合材料１６は、この実施形態によれば、好ましくは化学的に非架橋の又は完全には化学的架橋していない接着剤を有し、これは接合プロセス中に、つまりスタッド１０を被加工物に取り付ける間に、熱処理によって（例えば誘導熱処理によって）液化して完全に化学的架橋することができる。従って、固定接着力による接着剤の完全な保持強度は、接着剤の完全な化学的架橋の結果として接合プロセス中にのみ確立される。しかしながら、上述の塗工領域１４の保持表面構造は、接着スタッドを事前塗工された接着剤レンズ形状物と共に輸送するのに十分な適度な保持強度を、接着剤の完全架橋前に既に保証する。

図１及び図２に示すスタッド１０は、対称であるか又は少なくとも主として対称の設計であることが好ましい。スタッド１０は、中心軸線２８に沿って延びたシャンク３０を有する。このシャンク３０は、他の構成要素を締結する又は固定する役割を果たすことができるので、しばしばスタッド１０のアンカーセクションとも呼ばれる。車体組立で用いられる場合、パイプ類がこのシャンク３０に締結されることが多い。雄ねじを原則的にシャンク３０上に設けることもできる。

シャンク３０に対して横方向に又は中心軸線２８に対して横方向に、スタッド１０はフランジ３２を有する。フランジ３２で支援されて、スタッド１０は、被加工物に取り付けられ又は接着接合される。フランジ３２は、特にプレート様又は円筒形の設計であり、中心軸線２８の周りで本質的に半径方向に延びる。接合面１２は、フランジ３２の、シャンク３０とは反対側に面した上側に設けられることが好ましい。

既に上で述べた塗工領域１４は、接合面１２のセクションを形成する。接合面１２並びに塗工領域１４は、好ましくは中心軸線２８の周りで対称である。特に好ましくは、接合面及び塗工領域１４は、図２に例として示すように、各場合において円形であって中心軸線２８に対して同心である。

図１において、接合面１２の直径はＤ_Fで示され、塗工領域１４の直径はＤ_Aで示される。接合面１２の直径Ｄ_Fは、塗工領域１４の直径はＤ_Aより少なくとも８ｍｍ大きいことが好ましい。接合材料１６は、塗工領域１４を全直径Ｄ_Aにわたって覆うことが好ましい。塗工領域１４の周りに覆われずに残った接合面１２の領域は、特に塗工領域１４の保持表面構造の腐食を回避する役割を果たす。保持構造を設けることは腐食電位の増大を伴うので、電解質の接触は避けるべきである。従って、水分の侵入に対して接着剤１６で保護されたボルトフランジ３２の内側領域１４を構築することで十分である。この場合、数ミリメートルの水分は、架橋されたポリマーを通って又は境界層に沿って接着ゾーンに浸透することができるという事実を特に考慮すべきである。従って接着レンズ形状物の直径を塗工領域１４の直径Ｄ_Aより大きく設計して、接着剤又は接合材料１６が、保持表面構造が配置された塗工領域１４そのものよりも広く覆うようにすることもできる。

さらに、接合面１２又は塗工領域１４は、スタッド１０を被加工物に接合した後、保持部１８又はその上端部２２によって被加工物に接触しないことが保証されることが好ましい。図３Ｃにおいて、保持部１８の高さは、一般にｈ_Rで示される。各***部２０は基本的に僅かに異なる高さｈ_Rを有するので、この保持部の高さｈ_Rは形状に依存して不規則であることが理解される。

図４に、最後に挙げた要件を満たす上記タイプの接合構成要素１０’のさらなる実施形態を示す。この実施形態による接合材料１６’は、複数の寸法安定性スペーサ要素３４を有する。これらのスペーサ要素３４は、接合材料１６’内に埋設されたガラスから成る球形要素であることが好ましい。

これらのスペーサ要素３４の直径は、塗工領域１４内に設けられた保持部１８の最大高さｈ_Rより大きいことが好ましい。保持部の最大高さｈ_Rは、好ましくは６０μｍ未満である。従って、スペーサ要素は、４０μｍ乃至１００μｍの範囲内にある直径を有することが好ましい。従って、接合材料１６’が接合プロセス中に液化され、その硬化がスタッド１０’を永久的に被加工物に接続すると直ちに、スタッド１０’の接合面１２と被加工物との間の隙間がスペーサ要素３４によって定められる。接合プロセス中に、スペーサ要素３４は、接合面１２上又は塗工領域１４上により広い又はより狭い範囲で好ましくは均一に分散され、それでスタッド１０’と被加工物との間の隙間を設定する。

結論として、本発明による接合構成要素１０又は１０’は必ずしも接着スタッドである必要はないという事実にもう一度言及することができる。これの代替で、上記特徴は、溶接スタッド又は半中空パンチリベットにも適用することができる。接合材料１６又は１６’は、接着剤の代替として、溶接用の熱可塑性材料又ははんだ付け用の融合はんだを特徴とすることもできる。構成要素に応じて、接合材料１６又は１６’が配置される接合面１２は、必ずしも１０又は１０’いずれかのフランジ上に配置される必要はない。半中空パンチリベットの場合、保持表面構造をそこに事前塗工された接合材料１６と共にシャンクの外側に設けることも原則的に想定される。

１０、１０’：接合構成要素
１２：接合面
１４：塗工領域
１６、１６’：接合材料
１８：保持部
２０：***部
２２：ビーズ様要素
２４：凹部
２６：材料アンダーカット
２８：中心軸線
３０：シャンク
３２：フランジ
３４：スペーサ要素

Claims (15)

1. 熱処理によって活性化することが可能な接合材料（１６）が事前塗工された塗工領域（１４）を有する接合面（１２）を有する接合構成要素（１０）であって、前記塗工領域（１４）は、材料アンダーカット（２６）を形成する***部（２０）を備える保持表面構造を有し、前記接合材料（１６）は、少なくとも部分的に前記塗工領域（１４）を覆い且つ前記材料アンダーカット（２６）内に導入されることを特徴とする、接合構成要素（１０）。
2. 前記接合構成要素（１０）は、中心軸線（２８）に沿って延びたシャンク（３０）と、それに対して横方向に延びたフランジ（３２）とを有するスタッドであることを特徴とする、請求項１に記載の接合構成要素。
3. 前記接合面（１２）は、前記フランジ（３２）の、前記シャンク（３０）とは反対側に面した上側に配置されることを特徴とする、請求項２に記載の接合構成要素。
4. 前記塗工領域（１４）の直径（Ｄ_A）は、前記接合面（１２）の直径（Ｄ_F）よりも小さいことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の接合構成要素。
5. 前記塗工領域（１４）の前記直径（Ｄ_A）は、前記接合面（１２）の前記直径（Ｄ_F）よりも少なくとも８ｍｍ小さいことを特徴とする、請求項４に記載の接合構成要素。
6. 前記事前塗工された接合材料（１６）は、熱処理によって液化し且つ化学的架橋することが可能な、化学的に非架橋の又は完全には化学的架橋していない接着剤を含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の接合構成要素。
7. 特にガラスから成る、複数の寸法安定性スペーサ要素（３４）が前記接合材料（１６）内に埋設されたことを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の接合構成要素。
8. 前記材料アンダーカット（２６）を形成する前記***部（２０）は、前記接合面（１２）に対して上向きに保持部の高さ（ｈ_R）で突出し、前記スペーサ要素（３４）の直径は、前記保持部の高さ（ｈ_R）より大きいことを特徴とする、請求項７に記載の接合構成要素。
9. 前記スペーサ要素（３４）の前記直径は、２００μｍ未満であり、前記保持部の高さ（ｈ_R）は、６０μｍ未満であることを特徴とする、請求項８に記載の接合構成要素。
10. 前記材料アンダーカット（２６）を形成する前記***部（２０）は、前記塗工領域（１４）内に格子状に配置されることを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の接合構成要素。
11. 前記材料アンダーカット（２６）を形成する前記***部（２０）は、不規則な表面構造を作り出すことを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の接合構成要素。
12. 前記接合面（１２）は金属で作られ、前記保持表面構造は、前記金属をレーザビーム、イオンビーム又は電子ビームによって溶融することによって作り出されることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載の接合構成要素。
13. 特に請求項１に記載の接合構成要素（１０）を製造する方法であって、
    塗工領域（１４）を有する接合面（１２）を伴う接合構成要素（１０）を準備するステップであって、前記塗工領域（１４）は、材料アンダーカット（２６）を形成する***部（２０）を伴う保持表面構造を有する、準備するステップと、
    加熱された接合材料（１６）を前記塗工領域（１４）に塗工するステップであって、前記接合材料（１６）が少なくとも部分的に前記塗工領域（１４）を覆い且つ前記材料アンダーカット（２６）に流れ込むように塗工するステップと、
    前記接合材料（１６）が前記塗工領域（１４）上に係留保持されるように前記接合材料（１６）を冷却するステップであって、前記接合構成要素（１０）は、輸送することが可能になり、前記接合材料（１６）は、前記接合構成要素（１０）を被加工物に取り付けるために後の時点で熱処理によって活性化することが可能になる、冷却するステップと、
    を含むことを特徴とする、方法。
14. 前記接合構成要素（１０）の準備は、
    前記接合構成要素（１０）の半完成品を冷間成形によって製造するステップと、
    前記接合面（１２）の前記塗工領域（１４）をレーザビーム、イオンビーム又は電子ビームにより溶融することによって、前記保持表面構造を作り出すステップと、
    を含むことを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
15. 保持表面構造の作製中又は作製前に、
    前記接合面（１２）の前記塗工領域（１４）内の有機、結晶性及び／又は鉱物性の汚染を放射線ベースのクリーニングによって蒸発させるステップ
    を実行することを特徴とする、請求項１４に記載の方法。

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