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課題・解決手段

コネクタ(4,5)を第1の物体(1,2)に機械的に接続する方法を開示する。当該方法は、開口部を有する第1の物体(1,2)を設けるステップと、第1のコネクタ要素(4)、第2のコネクタ要素(5)および固体状態熱可塑性材料(8)を設けるステップと、第1のコネクタ要素(4)および第2のコネクタ要素(5)を開口部に相対的に配置するステップと、熱可塑性材料のうち少なくとも流動部分流動可能になって、第1のコネクタ要素(4)および第2のコネクタ要素(5)と直接接触するまで第1のコネクタ要素(4)および第2のコネクタ要素(8)に対して相対的に流れるようになるまで、エネルギを熱可塑性材料(8)に衝突させるステップと、(たとえば、熱可塑性材料(8)を室温にまで冷却することによって)熱可塑性材料(8)を再凝固させるステップとを含み、再凝固した熱可塑性材料(8)が、第1のコネクタ要素(4)と第2のコネクタ要素(5)とを互いに相対的にロックして、第1のコネクタ要素(4)、第2のコネクタ要素(5)および熱可塑性材料(8)を含むコネクタアセンブリをもたらし、コネクタアセンブリは、熱可塑性材料(8)によって、または第1のコネクタ要素(4)および第2のコネクタ要素(5)をロックすることによって、またはこれら両方によって、開口部において係止される。

概要

背景

発明の背景
自動車産業航空機産業および他の産業においては、鉄骨構造を用いる代わりに、軽量素材、たとえば、アルミニウムもしくはマグネシウム製金属板、またはダイカスト部品、または炭素繊維強化ポリマーなどを用いる傾向があった。

新しい材料は、これらの材料からなる要素同士を接着する際に、特に(パネルまたはボードなどの)やや平ら物体同士を一緒に接着するかまたはやや平らな物体を他の物体に接着する際に、新たな難題を引起こしている。

特に、異なる材料からなる物体(鋼、アルミニウム/マグネシウム合金または繊維強化ポリマーを含む群のうち2つの材料など)同士が接続される場合に、問題が生じる。金属製リベットでの従来のリベット接続の場合、第1に、これらの材料のうちのいくつかの電気化学ポテンシャルが数ボルトに相当する差分だけ大きく異なっているため、実質的なガルバニック腐食が発生し得るという欠点がある。また、繊維強化ポリマーからなる平坦な物体同士を接続する場合も、これらの材料の面外ヤング率が非常に低く、リベット頭部とリベット脚部との間における物体の圧縮から生じる摩擦力が接続の機械的安定性に実質的に寄与しないという付加的な欠点がある。(この文面においては、概して、変形処理のためにリベットにアクセスする起点となる端部における広がり部分が「頭部」と称されるのに対して、他方の遠位端における広がり部分は「脚部」と称されている。)文献においては、しばしば、リベットの両端が「頭部」と称されている。

加えて、金属製リベットは、変形力がなくなった後に発生する弾性的な「跳ね返り(spring-back)」変形を補償するために過度押圧される必要があるという問題を特徴とする。

コネクタ電気的に絶縁するために金属製リベット上にラッカーを用いることが提案されてきた。しかしながら、特に振動によって長期間にわたり機械的摩耗被ると、ラッカーは時間の経過とともに脆くなる可能性があるか、または、溶解してしまう可能性がある。

熱可塑性物体同士を接続するために、リベット軸を、接合されるべきこれら物体のうち一方の物体の一部分として形作り、超音波変形によって他方の物体に相対的に位置決めした後にリベット頭部を形成することがさらに提案されてきた。しかしながら、このタイプの接続は、熱可塑性材料の接着に制限されており、上述の問題を解決するのには適していない。

これらの問題を解決するために、自動車産業、航空機産業および他の産業では、接着剤の大量使用が開始された。接着剤は軽量かつ強固であり得るが、以下のような不利点を被る可能性もある。すなわち、たとえば脆化した接着剤のせいで劣化した接着剤は接着部を全体的に緩めなければ検出することがほぼ不可能であるため、長期にわたって信頼性を管理することができないという不利点である。

概要

コネクタ(4,5)を第1の物体(1,2)に機械的に接続する方法を開示する。当該方法は、開口部を有する第1の物体(1,2)を設けるステップと、第1のコネクタ要素(4)、第2のコネクタ要素(5)および固体状態の熱可塑性材料(8)を設けるステップと、第1のコネクタ要素(4)および第2のコネクタ要素(5)を開口部に相対的に配置するステップと、熱可塑性材料のうち少なくとも流動部分流動可能になって、第1のコネクタ要素(4)および第2のコネクタ要素(5)と直接接触するまで第1のコネクタ要素(4)および第2のコネクタ要素(8)に対して相対的に流れるようになるまで、エネルギを熱可塑性材料(8)に衝突させるステップと、(たとえば、熱可塑性材料(8)を室温にまで冷却することによって)熱可塑性材料(8)を再凝固させるステップとを含み、再凝固した熱可塑性材料(8)が、第1のコネクタ要素(4)と第2のコネクタ要素(5)とを互いに相対的にロックして、第1のコネクタ要素(4)、第2のコネクタ要素(5)および熱可塑性材料(8)を含むコネクタアセンブリをもたらし、コネクタアセンブリは、熱可塑性材料(8)によって、または第1のコネクタ要素(4)および第2のコネクタ要素(5)をロックすることによって、またはこれら両方によって、開口部において係止される。

目的

本発明の目的は、コネクタを第1の物体に機械的に接続する方法であって、先行技術の方法についての欠点を克服する方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

コネクタを第1の物体機械的に接続する方法であって、−開口部を有する第1の物体を設けるステップと、−第1のコネクタ要素、第2のコネクタ要素および固体状態熱可塑性材料を設けるステップと、−前記第1のコネクタ要素および前記第2のコネクタ要素を前記開口部に相対的に配置するステップと、−前記熱可塑性材料の少なくとも流動部分流動可能になって、前記第1のコネクタ要素および前記第2のコネクタ要素と直接接触するまで前記第1のコネクタ要素および前記第2のコネクタ要素に対して相対的に流れるようになるまで、エネルギを前記熱可塑性材料に衝突させるステップと、−前記熱可塑性材料を再凝固させるステップとを含み、−再凝固した前記熱可塑性材料が、前記第1のコネクタ要素と前記第2のコネクタ要素とを互いに相対的にロックして、前記第1のコネクタ要素、前記第2のコネクタ要素および前記熱可塑性材料を含むコネクタアセンブリをもたらし、−前記コネクタアセンブリは、前記熱可塑性材料によって、または前記第1のコネクタ要素および前記第2のコネクタ要素をロックすることによって、またはこれら両方によって、前記開口部において係止される、方法。

請求項2

エネルギを衝突させる前記ステップは、前記流動部分を、前記第1のコネクタ要素の構造および前記第2のコネクタ要素の構造に流れ込ませるステップを含み、再凝固した前記熱可塑性材料は、前記第1のコネクタ要素および前記第2のコネクタ要素を確実に嵌合する態様で互いに相対的にロックする、請求項1に記載の方法。

請求項3

前記構造は、少なくとも1つの溝もしくは隆起、窪みもしくは盛上りパターン巨視的な開放気孔率、またはこれらの組合せを含む、請求項2に記載の方法。

請求項4

エネルギを衝突させる前記ステップにおいて、前記第1のコネクタ要素および前記第2のコネクタ要素のいずれの材料も液化されない、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。

請求項5

前記第1のコネクタ要素および前記第2のコネクタ要素はともに金属製である、請求項4に記載の方法。

請求項6

前記第1の物体における前記開口部は貫通開口部であり、前記開口部において係止されている前記コネクタアセンブリは、前記開口部の全長にわたって貫通している、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。

請求項7

前記第1の物体に機械的に接続されていることに加えて、前記コネクタは、第2の物体にも機械的に接続されている、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。

請求項8

前記コネクタ要素のうち一方のコネクタ要素は頭部を含み、前記コネクタ要素のうち他方のコネクタ要素は脚部を含み、前記第1のコネクタ要素および前記第2のコネクタ要素を前記開口部に対して相対的に配置するステップであって、前記頭部を備えた前記一方のコネクタ要素は近位側から配置されており、このため、一部が前記開口部内に到達しているが前記頭部がその近位側に留まっており、前記他方のコネクタ要素は遠位側から配置されており、このため、一部が前記開口部内に到達しているが前記脚部はそこから遠位側に留まっている、請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。

請求項9

前記第2のコネクタ要素は外管部分を含み、配置する前記ステップにおいて、前記第2のコネクタ要素は、前記外管部分が前記第1のコネクタ要素の区域を取り囲むように、前記第1のコネクタ要素に対して相対的に配置されている、請求項1から8のいずれか一項に記載の方法。

請求項10

前記流動部分は、前記外管部分の内面および前記取り囲まれた区域の外面に密着するまで流動する材料を含む、請求項9に記載の方法。

請求項11

前記第1のコネクタ要素はシャフト部分を含み、前記第1のコネクタ要素および前記第2のコネクタ要素を配置する前記ステップの後、前記シャフト部分は、前記外管部分によって少なくとも部分的に取り囲まれており、これにより、前記取り囲まれた区域を構成する、請求項9または10に記載の方法。

請求項12

前記第1のコネクタ要素および前記第2のコネクタ要素を配置する前記ステップは、前記外管部分と前記取り囲まれた区域との間に熱可塑性管要素を配置するステップを含み、エネルギを衝突させる前記ステップにおいて、前記熱可塑性管要素を、その軸方向延在部が小さくなるまで少なくとも部分的に流動可能にし、前記熱可塑性材料は、少なくとも、前記外管部分の内面と前記取り囲まれた区域の外面とに密着している、請求項9から11のいずれか一項に記載の方法。

請求項13

前記第1のコネクタ要素および前記第2のコネクタ要素を配置する前記ステップは、前記外管要素を取り囲む外側の熱可塑性管要素を配置するステップを含み、エネルギを衝突させる前記ステップにおいて、前記外側の熱可塑性管要素を、その軸方向延在部が小さくなるまで少なくとも部分的に流動可能にし、前記熱可塑性材料は、少なくとも、前記外管部分の外面と前記開口部の内面と密着している、請求項9から12のいずれか一項に記載の方法。

請求項14

前記第1のコネクタ要素は内管部分を含み、前記内管部分には窓がある、請求項1から13のいずれか一項に記載の方法。

請求項15

前記内管部分は遠位側の停止面を含み、エネルギを衝突させる前記ステップは、熱可塑性要素の少なくとも一部が流動可能になって前記窓を介して外側に押されるまで、前記エネルギを衝突させながら、前記熱可塑性材料を含む前記熱可塑性要素を前記遠位側の停止面に押し当てるステップを含み得る、請求項14に記載の方法。

請求項16

前記第2のコネクタ要素は、前記内管部分を少なくとも部分的に取り囲んでいる外管部分を含む、請求項14または15に記載の方法。

請求項17

前記外管部分には窓がある、請求項16に記載の方法。

請求項18

前記エネルギは機械振動エネルギである、請求項1から17のいずれか一項に記載の方法。

請求項19

前記エネルギを衝突させる前記ステップにおいて、ソノトロードを用いて、同時に押圧力を加え、前記振動を前記熱可塑性要素に直接的または間接的に結合する、請求項18に記載の方法。

請求項20

前記エネルギを衝突させる前記ステップにおいて、前記振動は、少なくともいくらかの期間にわたって近位側および遠位側に同時に加えられる、請求項18または19に記載の方法。

請求項21

接着剤を流動可能な状態で、前記第1の物体および前記コネクタ要素に相対的に配置するステップと、前記接着剤を固化させるステップとを付加的に含む、請求項1から20のいずれか一項に記載の方法。

請求項22

前記接着剤は、−前記第1の物体と前記コネクタ要素のうち少なくとも1つのコネクタ要素との間、−前記コネクタ要素間、および/または、−第2の物体と前記コネクタ要素のうち少なくとも1つのコネクタ要素との間、にあるときに固化させられる、請求項21に記載の方法。

請求項23

前記接着剤は硬化可能な樹脂である、請求項21または22に記載の方法。

請求項24

前記接着剤を固化させる前記ステップは、前記熱可塑性材料に前記エネルギを衝突させる作用によって前記接着剤を固化させるステップを含む、請求項21から23のいずれか一項に記載の方法。

請求項25

配置する前記ステップは、前記開口部に対して相対的に前記コネクタ要素を配置するステップよりも前に、注入装置によって前記接着剤を分配するステップを含む、請求項21から24のいずれか一項に記載の方法。

請求項26

配置する前記ステップは、前記接着剤を含むクッションを設けるステップと、前記クッションを前記第1の物体および前記コネクタ要素に相対的に配置するステップとを含む、請求項21から25のいずれか一項に記載の方法。

請求項27

第1の物体の開口部に接続させるためのコネクタ装置であって、前記装置は、第1のコネクタ要素および第2のコネクタ要素を含み、前記第1のコネクタ要素および前記第2のコネクタ要素は互いに相対的に移動可能であり、前記第2のコネクタ要素は外管部分を含み、前記第1のコネクタ要素は取り囲まれた区域を含み、前記取り囲まれた区域は、前記外管部分によって取り囲まれるように前記外管部分に挿入されるように形作られており、前記装置はさらに、前記第1のコネクタ要素および前記第2のコネクタ要素に相対的に配置することができる熱可塑性材料を含み、前記熱可塑性材料は、再凝固の後、前記外管部分と前記取り囲まれた区域とを確実な嵌合接続によって互いに相対的にロックさせるために、流動部分が流動可能になって前記第1のコネクタ要素および前記第2のコネクタ要素に直接接触するまで前記第1のコネクタ要素および前記第2のコネクタ要素に対して相対的に流れるようになるまで、エネルギの衝撃によって液化される、装置。

請求項28

前記熱可塑性材料の少なくとも一部を含む管形状の熱可塑性要素を含み、熱可塑性管要素は、前記外管部分と前記取り囲まれた区域との間に配置されるように形作られている、請求項27に記載の装置。

請求項29

前記第1のコネクタ要素は、窓のある内管部分を含み、前記装置は、前記熱可塑性材料の少なくとも一部を含む熱可塑性要素を含み、前記熱可塑性要素は、前記内管部分の内部に挿入されるように形作られており、前記熱可塑性要素のうち少なくとも一部が流動可能になって前記窓を通って外側に押されるまで、前記エネルギを衝突させながら停止面に押当てることができる、請求項27または28に記載の装置。

請求項30

前記第1のコネクタ要素または前記第2のコネクタ要素は、前記開口部の幅を上回る横幅を有する脚部を含む、請求項27から29のいずれか一項に記載の装置。

請求項31

前記第1のコネクタ要素または前記第2のコネクタ要素は、前記開口部の幅を上回る横幅を有する頭部を含む、請求項27から30のいずれか一項に記載の装置。

技術分野

0001

発明の分野
本発明は、機械工学および構造の分野に関し、特に、機械的構造、たとえば、自動車工学航空機建造造船機械建造、おもちゃ構造などの分野に関する。

背景技術

0002

発明の背景
自動車産業航空機産業および他の産業においては、鉄骨構造を用いる代わりに、軽量素材、たとえば、アルミニウムもしくはマグネシウム製金属板、またはダイカスト部品、または炭素繊維強化ポリマーなどを用いる傾向があった。

0003

新しい材料は、これらの材料からなる要素同士を接着する際に、特に(パネルまたはボードなどの)やや平ら物体同士を一緒に接着するかまたはやや平らな物体を他の物体に接着する際に、新たな難題を引起こしている。

0004

特に、異なる材料からなる物体(鋼、アルミニウム/マグネシウム合金または繊維強化ポリマーを含む群のうち2つの材料など)同士が接続される場合に、問題が生じる。金属製リベットでの従来のリベット接続の場合、第1に、これらの材料のうちのいくつかの電気化学ポテンシャルが数ボルトに相当する差分だけ大きく異なっているため、実質的なガルバニック腐食が発生し得るという欠点がある。また、繊維強化ポリマーからなる平坦な物体同士を接続する場合も、これらの材料の面外ヤング率が非常に低く、リベット頭部とリベット脚部との間における物体の圧縮から生じる摩擦力が接続の機械的安定性に実質的に寄与しないという付加的な欠点がある。(この文面においては、概して、変形処理のためにリベットにアクセスする起点となる端部における広がり部分が「頭部」と称されるのに対して、他方の遠位端における広がり部分は「脚部」と称されている。)文献においては、しばしば、リベットの両端が「頭部」と称されている。

0005

加えて、金属製リベットは、変形力がなくなった後に発生する弾性的な「跳ね返り(spring-back)」変形を補償するために過度押圧される必要があるという問題を特徴とする。

0006

コネクタ電気的に絶縁するために金属製リベット上にラッカーを用いることが提案されてきた。しかしながら、特に振動によって長期間にわたり機械的摩耗被ると、ラッカーは時間の経過とともに脆くなる可能性があるか、または、溶解してしまう可能性がある。

0007

熱可塑性物体同士を接続するために、リベット軸を、接合されるべきこれら物体のうち一方の物体の一部分として形作り、超音波変形によって他方の物体に相対的に位置決めした後にリベット頭部を形成することがさらに提案されてきた。しかしながら、このタイプの接続は、熱可塑性材料の接着に制限されており、上述の問題を解決するのには適していない。

0008

これらの問題を解決するために、自動車産業、航空機産業および他の産業では、接着剤の大量使用が開始された。接着剤は軽量かつ強固であり得るが、以下のような不利点を被る可能性もある。すなわち、たとえば脆化した接着剤のせいで劣化した接着剤は接着部を全体的に緩めなければ検出することがほぼ不可能であるため、長期にわたって信頼性を管理することができないという不利点である。

課題を解決するための手段

0009

発明の概要
本発明の目的は、コネクタを第1の物体に機械的に接続する方法であって、先行技術の方法についての欠点を克服する方法を提供することである。さらなる目的は、当該方法を実行するための機器を提供することである。

0010

本発明の一局面に従うと、コネクタを第1の物体に機械的に接続する方法は、
− 開口部を有する第1の物体を設けるステップと、
− 第1のコネクタ要素、第2のコネクタ要素および固体状態の熱可塑性材料を設けるステップと、
− 第1のコネクタ要素および第2のコネクタ要素を開口部に対し相対的に配置するステップと、
− 熱可塑性材料に対して、少なくともその流動部分流動可能になり、第1のコネクタ要素および第2のコネクタ要素の両方に直に(密に)接触するまで第1のコネクタ要素および第2のコネクタ要素に相対的に流れるようになるまで、エネルギ衝突させるステップと、
− (たとえば、熱可塑性材料を室温にまで冷却させることによって)熱可塑性材料を再凝固させるステップとを含む。

0011

− これにより、再凝固された熱可塑性材料は、第1のコネクタ要素と第2のコネクタ要素とを互いに対してロックして、第1のコネクタ要素、第2のコネクタ要素および熱可塑性材料を含むコネクタアセンブリをもたらし、
− これにより、コネクタアセンブリは、熱可塑性材料によって、または第1のコネクタ要素および第2のコネクタ要素をロックすることによって、またはこれら両方によって、開口部において係止される。

0012

本発明に従ったこの方策は、第1の接続要素と第2の接続要素とをその場で(開口部に対して配置された後に)接合することによって、リベットなどの予め製造されたコネクタと比べて、機能が追加される可能性がある、という概念に基づき得る。これは以下のために用いられてもよい:
− 強度(たとえば、プロセス後、結果として得られるコネクタは、以下にさらにより詳細に説明されるように、予め製造された頭部および予め製造された脚部をともに含み得る)。このような予め製造された頭部または脚部は、如何にしても物体全体を破壊し得ないような力によっては変形することができないほど十分に大きな強度を有し得る。(さらなる要素を接続するためのねじなどの)結合構造が適切に配置されていれば、コネクタの係止は、たとえば、ほぼ任意の大きさである引張り力または他の力に耐えることができる。

0013

− 対を成している材料を含む別々の材料を接合することにより、通常の環境下で実質的な腐食がもたらされる。

0014

トルクに対する減衰または隔離または安定化などのさらなる機能の追加。
− 材料の流動による熱膨張適合:これは、第1の物体およびコネクタ(ならびに、場合によっては、さらなる第2の物体(以下を参照))を含むアセンブリが、この明細書中に記載される方法を使用した後、温度変化を伴うプロセス(たとえば、高温の槽内で行なわれる電着プロセス)の対象となる。同様に、アセンブリの使用中、温度変化が起こる可能性もある。このような状況では、熱膨張率が異なっているせいで、実質的な力/変形が生じる可能性がある。熱可塑性材料が変形する可能性があるため、特にそのガラス転移温度よりも高い場合、このようなさまざまな熱膨張は材料の変形によって補償され得る。このため、実施形態においては、このようなプロセスにおける温度(たとえば、工業用の製造プロセスにおいて頻繁に用いられるカチオン電着の場合には、180℃)よりも低いガラス転移温度、但し、このプロセス温度よりも高い液化温度、を有するような熱可塑性材料が選択される。

0015

この目的のために、以下の概念のうちの1つまたはそれらの組合せが実現され得る。
− 第1のコネクタ要素および第2のコネクタ要素は、異なる形状および/または寸法が適合されるような態様で接合される。たとえば、第1のコネクタ要素は内側区域を含み得るとともに、第2のコネクタ要素は開口部内で少なくとも1つの軸方向深さで内側区域を取り囲む(特に管部分としての)外側区域を含み得る。内側区域および外側区域の断面形状は異なっている。熱可塑性材料は、内側区域と外側区域との間の空間を満たしていてもよく、これにより、これら内側区域と外側区域とを互いにロックして、異なる形状/寸法を補償し得る。一例においては、内側区域および外側区域のうちの一方が本質的に円形断面を有し得るのに対して、他方の区域多角形の断面を有する。この方策により、製造公差も補償され得る。

0016

同様に、当該方策はまた、開口部とコネクタ要素との間で異なる形状および/または寸法および/または製造公差を補償し得る。

0017

より概略的には、第1のコネクタ要素および第2のコネクタ要素は、開口部において少なくとも1つの軸方向深さで、間に空間を空けて、互いに部分的に重なっている。(開口部の内部にある)この空間が熱可塑性材料によって満たされていることで、コネクタ要素の部分的に重なり合う部分(区域)が互いに対してロックされている。この部分的な重なりの深さは、実質的には、特に開口部の軸方向延在部の少なくとも30%または少なくとも50%または70%であり、本質的に開口部の軸方向延在部全体に対応していてもよい。

0018

−熱可塑性材料は、電気絶縁体および/または熱絶縁体であってもよく、コネクタ要素同士を(たとえば、熱可塑性材料がそれらの間の如何なる直接的な接触をも妨げているので)互いから分離するように配置され得る。

0019

− 同様に、加えて、または代替例として、熱可塑性材料はコネクタ要素を、当該コネクタ要素が係止されている物体または複数の物体から分離するために配置されてもよい。この場合、この目的のために、プロセスは、コネクタの熱可塑性材料がコネクタ要素同士を互いに対してロックするために液化されるだけではなく、上記周囲壁コーティングして、これらを密着させ、第1の物体および/もしくは第2の物体の起こり得るでこぼこ/構造、または第1の物体と第2の物体との間の隙間を塞ぐために液化され得るような態様で行なわれてもよい。このようにして、腐食または他の影響から接続を保護する封止が形成される。応用例によっては、この封止がその機能を果たすために、壁の領域すべてがこのステップにおいてコーティングされる必要はないが、周囲壁が少なくとも円周全体に沿ってコーティングされることがしばしば必要となる。

0020

実施形態においては、エネルギを熱可塑性材料に対して、少なくともその流動部分が流動可能になるまで衝突させるステップにおいて、当該ステップは、流動部分を第1のコネクタ要素および第2のコネクタ要素の構造に流れ込ませるステップを含み得る。これにより、再凝固した熱可塑性材料によって、第1のコネクタ要素および第2のコネクタ要素が互いに対して確実に嵌合する態様でロックされる。

0021

当該構造は、確実な嵌合が、軸方向の動き(開口部の軸に対して平行な動き)に対する確実な嵌合となるように構成され得る。

0022

このような構造は、(平滑な表面を持つ極微細な構造とは異なる)巨視的構造である。このような構造は、少なくとも1つの凹みまたは突起、たとえば少なくとも1つの溝または隆起など、特に、たとえば複数の周方向の溝および/もしくは隆起、または、傾斜方向に延在する溝および/もしくは隆起を含み得る。他のパターンの溝/隆起、窪みまたは盛上り、巨視的な開放気孔率など、またはこれらの任意の組合せが実現可能である。

0023

熱可塑性材料は、熱可塑性要素として、または複数の熱可塑性要素によって存在し得る。要素(複数の要素)は、初めは分離していてもよく、または、要素(もしくはこれらの要素のうち少なくとも1つの要素)は第1のコネクタ要素および/もしくは第2のコネクタ要素に取付けられていてもよい。

0024

熱可塑性材料は、たとえば、ピン要素および/または管要素を含み得る。
熱可塑性材料が2つ以上の熱可塑性要素に属する場合、異なる熱可塑性要素が同じ材料でできていてもよく、互いに溶接することができる異なる熱可塑性材料からできていてもよく、または、互いに溶接することができない異なる熱可塑性材料からできていてもよい。後者の場合を除いては、材料部分が流動可能である間に互いに流れ込むことによって熱可塑性要素同士の間にもたらされる溶接はロックに寄与し得る。

0025

一群の実施形態においては、当該方法は、接着剤を流動可能な状態で、第1の物体およびコネクタ要素に相対的に配置するステップと、接着剤を、
− 第1の物体とコネクタ要素のうち少なくとも1つのコネクタ要素との間、
− コネクタ要素同士の間、および/または、
− 第2の物体(以下を参照;適宜)とコネクタ要素のうち少なくとも1つのコネクタ要素との間、
にある間に固化させるステップとを付加的に含む。

0026

接着剤は、樹脂(すなわち流動可能な物体(概して粘性液体)であってもよく、樹脂の分子間、および/または、樹脂の分子と他の物質との間に生じた共有結合によって、永久的に固化させることができる。たとえば、このような樹脂は、モノマーまたは複数のモノマーまたはプリポリマーを、硬化させることによって不可逆的に高分子網目に変化させることができる流動可能な状態で含む組成物であってもよい。

0027

接着剤を固化させるステップは、特に、熱可塑性材料に衝突させるように構成に結合されるエネルギ(たとえば、機械振動エネルギ)の作用によって、このような樹脂を硬化させるステップを含み得る。このエネルギを吸収することにより、硬化プロセス加速させる局所的加熱が引起こされる可能性があるか、または、衝突するエネルギの種類および接着剤の組成物に応じて、直接、硬化プロセスが開始される可能性がある。

0028

接着剤は、たとえば、コネクタ要素を開口部に相対的に配置するステップよりも前に、注入装置によって、第1の物体/第2の物体上、および/または、コネクタ要素のうち少なくとも1つのコネクタ要素上に分配されてもよい。一例においては、接着剤は、開口部の口部のまわりにおいて第1の物体および/または(適用可能であれば)第2の物体上に分配されてもよい。

0029

加えて、または代替例として、接着剤は、接着装置(たとえば、接着剤を覆っている膜であってプロセス中に破裂させることができる膜の付いたクッション)の形状で提供されてもよい。この方策により、必要に応じて、開口部において比較的深い位置に接着剤を容易に配置することができる。

0030

接着剤の作用は、固化した後に、構成の全体的な機械的安定性に寄与し得ること、および/または、封止作用に寄与し得ることである。たとえば、接着剤と熱可塑性材料との間において、これらを流動可能な状態で、エネルギにより化学反応を誘発させるかまたは加速させることによって、相乗効果を用いることもできる。

0031

第1のコネクタ要素および第2のコネクタ要素は液化不可能な材料でできている。この文脈においては、「液化不可能」とは、当該方法の際中に存在する条件下では液化可能ではないことを意味している。すなわち、まったく液化可能でないか、または、熱可塑性材料よりも実質的に高い温度でのみ液化可能であることを意味している。特に、第1のコネクタ要素、第2のコネクタ要素またはこれらはともに、アルミニウムもしくはアルミニウム合金、または鋼などの金属でできていてもよい。

0032

代替的には、第1のコネクタ要素および/または第2のコネクタ要素は、セラミック、(強化されているかもしくは強化されていない)非熱可塑性ポリマー、または、(強化されているかもしくは強化されていない)熱可塑性材料よりも実質的に(たとえば、少なくとも50度)だけ高い液化温度を有する熱可塑性ポリマーでできていてもよい。

0033

実施形態においては、コネクタ要素を互いに対してロックする実現可能で確実な嵌合接続に加えて、またはその代替例として、液化されて再凝固した熱可塑性材料は、接続要素を確実に嵌合する態様で物体に対して係止する。たとえば、熱可塑性材料の一部は、再凝固の後にリベットと同じ様に軸方向に移動するのを防ぐために、開口部の口部に沿って外側に向かって流れさせてもよい。付加的に、または代替的には、開口部の内周面は、確実な嵌合接続を可能にする凹み、孔隙率波形ねじ山などの構造を含んでもよい。加えて、またはさらに別の代替例として、第1の物体に加えて、第2の物体も存在する場合、コネクタは、第1の物体および第2の物体の位置合わせされた開口部に係止されており、第1の物体と第2の物体との間の隙間に熱可塑性材料を流れ込ませることができる。

0034

付加的に、または代替的には、コネクタの係止に寄与するように溶接が用いられてもよい。一例においては、第1の物体と第2の物体との間に熱可塑性箔が存在していてもよく、この箔は熱可塑性材料に溶接されていてもよい。

0035

第1のコネクタ要素および第2のコネクタ要素はともに、配置するステップにおいて、開口部内に到達する部分、場合によっては開口部を貫通する部分を含み得る。

0036

第1の物体における開口部は貫通開口部であってもよく、開口部において係止されているコネクタアセンブリは開口部の全長(物体の総厚さに対応)内を通って貫通している。特に、コネクタアセンブリは、少なくとも熱可塑性材料が再凝固した後、物体の両側(すなわち頭部、脚部)における開口部の幅を上回る横幅を有する部分を備える。

0037

一群の実施形態においては、コネクタは、第1の物体だけではなく第2の物体にも機械的に接続されている。この場合、少なくとも第1の物体の開口部は貫通開口部であって、第2の物体も開口部を含み、第1の物体と第2の物体とは位置合わせされている。この群の実施形態においては、特に、コネクタ要素のうち少なくとも1つのコネクタ要素、特にコネクタ要素両方、の各々の一部は、配置するステップにおいて、両方の開口部内に到達するか両方の開口部内を貫通するように配置されてもよく、このため、物体間剪断面を第1のコネクタ要素および第2のコネクタ要素がともに横断する。

0038

この群の実施形態うちいくつかの実施形態においては、第2の物体における開口部も貫通開口部であり、開口部において係止されているコネクタアセンブリが位置合わせされた第1の開口部と第2の開口部との全長(第1の物体と第2の物体と、それらの間にあるさらなる要素との累積厚さに対応)内を貫通することが可能である。特に、これらの実施形態においても、コネクタアセンブリは、少なくとも熱可塑性材料が再凝固した後、物体の両側(すなわち頭部および脚部)における開口部の口部の幅を上回る横幅を備えた部分を有する。

0039

この群の実施形態においては、コネクタは、特に、第1の物体と第2の物体とを互いに機械的に固定するための役割を果たし得る。この場合、当該コネクタはリベットの機能を有してもよい。しかしながら、先行技術における純金属製のリベットとは対照的に、本発明に従った方策は有意な利点を有する。流れた熱可塑性材料を(再凝固させるために)「凍結させる」方策により、コネクタは、その形状のままで、再設定するための力なしでも、緩められた状態で物体に適合される。

0040

これは、たとえば、金属製リベットとは対照的であり、このような金属製リベットによれば、いずれの変形箇所にも弾性部分が存在しており、変形力が止まると直ちに、変形した部品(リベット部品)は、当該変形した部品が押当てられる物体からわずかに遠ざかろうとする(跳ね返り作用)傾向があるだろう。金属の物体に金属リベットを接続する際に、これは、変形したリベット部品をそれが接続される金属に過度に押当てることによって解決されるものであり、結果として、リベットおよび/またはシート材料においてさらなる接続および相当な残留応力がもたらされることとなる。しかしながら、これは、たとえば、非金属物体に対する選択肢ではない。ここで説明された本発明の実施形態に従った方策により、この問題は解決され、結果として、物体の材料特性とは無関係に、物体とコネクタとの間が密に接続されることとなる。コネクタの金属体による如何なる再設定力も、単にコネクタ内に作用するだけであって、接続に如何なる影響も及ぼさない。

0041

また、加えられる力は先行技術の金属製リベットよりもはるかに小さい。なぜなら、変形が溶融相において達成されるからである。これにより、内部応力が小さくなり、はるかに適切なプロセス制御が可能となる。これは、いくつかある理由の中でも特に、先行技術の方法で用いられる工具よりも剛性の低い工具を用いることができるからである。

0042

実施形態(これは、1つの物体の係止に係る実施形態および2つの物体の係止に係る実施形態の両方に関する)においては、コネクタ要素のうち一方のコネクタ要素が頭部を含んでもよく、および/または、他方のコネクタ要素が脚部を含んでもよい。次いで、第1のコネクタ要素および第2のコネクタ要素を開口部に相対的に配置するステップにおいては、頭部を備えた一方のコネクタ要素は、近位側から差込まれ、他方のコネクタ要素は遠位側から差込まれる。

0043

コネクタが、少なくとも再凝固の後に頭部および/または脚部を含んでいる実施形態においては、以下が適用され得る:頭部および脚部は、コネクタをその位置において、第1の物体および、適用可能であれば、第2の物体に対して相対的に維持するように形作られている。特に、これら頭部および脚部はコネクタを軸方向に逃げていかないように固定する。脚部は、第2の物体のうち遠位側に面する表面に寄り掛かっていることにより、コネクタを近位方向に移動しないように固定するのに対して、頭部は、第1の物体の近位側に面する表面部分に寄り掛かっていることにより、コネクタを遠位方向に移動しないように固定している。

0044

このために、頭部および/または脚部の横方向寸法(開口部の軸に対して垂直な方向における寸法)は、開口部の口部の、少なくとも1つの方向における対応する寸法よりも大きくてもよい。特に、断面積がより大きくてもよく、または、頭部/脚部は星形状を有していてもよい。

0045

コネクタが2つの物体において係止されている場合、この配置により、コネクタはリベットの機能を果たす。これにより、以下の機構のうち1つ以上によって第1の物体と第2の物体とをともに固定することができる:
− 頭部と脚部との間において物体間の剪断面を横切っている部分が、物体をせん断運動しないように固定している。

0046

− 頭部および脚部は、第1の物体と第2の物体とを互いに寄り掛からせるようにしている。

0047

− 選択された材料に応じて、頭部および脚部は何らかの応力を受けてともに固定され得るので、第1の物体と第2の物体とが締まり嵌めされることとなり、結果として、せん断運動に対抗するさらなる抵抗がもたらされることとなる。

0048

− 実施形態においては、第1の開口部および第2の開口部とシャフト部分とは、円形とは異なる断面を有し得る。さらに、コネクタも回転運動しないように固定されている。

0049

(コネクタが第1の物体においてのみ係止される場合には)第1の物体または(コネクタが第1の物体および第2の物体において係止される場合には)第2の物体における開口部は、貫通開口部である必要はなく、めくら開口であってもよく、特に、プロセス後に脚部が存在することとなるアンダーカットが施されためくら開口であってもよい。

0050

この本文中に記載されている実施形態のコネクタ要素の大部分が頭部および脚部を形成しているのに対して、これら頭部および脚部のうち1つだけ、たとえば(特に、最初に近位方向への引張力予想される場合には)脚部だけ、または(特に、最初にコネクタ要素に対する遠位方向への負荷が予想される場合には)頭部だけを備えることも可能であるだろう。

0051

実施形態においては、第2のコネクタ要素は外管部分を含んでおり、配置するステップにおいて、第2のコネクタ要素は、外管部分が第1のコネクタ要素の区域を取り囲むように、第1のコネクタ要素に相対的に配置される。第1のコネクタ要素のこの区域は、たとえば、シャフト部分または内管部分であってもよい。

0052

実施形態においては、第1のコネクタ要素および第2のコネクタ要素を配置するステップにおいて、熱可塑性材料を含む要素、すなわち熱可塑性管要素は、外管部分と第1のコネクタ要素の取り囲まれた区域との間に配置されてもよい。次いで、エネルギを衝突させるステップにおいて、熱可塑性要素は、その軸方向延在部が小さくなり、当該熱可塑性材料が、少なくとも外管部分の内面および取り囲まれた区域の外面と密着するまで、少なくとも部分的に流動可能にされる。

0053

加えて、または代替例として、取り囲まれた区域が内管部分である場合、内管部分には窓が設けられていてもよく、遠位側の停止面が設けられていてもよい。次いで、エネルギを衝突させるステップは、熱可塑性要素の少なくとも一部が流動可能になって、内管部分と外管部分との間の空間における窓を通じておよび/または外管部分の窓内に押込まれるまで、エネルギを衝突させながら、熱可塑性材料を含む熱可塑性要素を遠位側の停止面に対して押当てるステップを含み得る。この場合、熱可塑性要素は、たとえば、熱可塑性のピンであってもよい。

0054

外管部分と取り囲まれた区域との間の熱可塑性管要素、および/または、内管部分に押込まれた熱可塑性要素に加えて、またはその代替例として、構成一式はまた、外管部分を取り囲むとともに外管部分と開口部の周囲壁との間の空間に配置されている外側の熱可塑性管要素を含んでもよい。また、この熱可塑性管要素の少なくともいくつかの部分はプロセス中に流動可能にされてもよい。

0055

熱可塑性材料が2つ以上の要素(内管部分に押込まれるべき熱可塑性要素などであって、その要素は管状に形作られていてもよく、ならびに/または外管部分と第1のコネクタ要素および/もしくは外管要素の取り囲まれた区域との間の熱可塑性管要素であってもよい)の形状で設けられている実施形態においては、熱可塑性要素は、同じ材料でできていてもよく、または互いに溶接させることのできる異なる熱可塑性材料でできていてもよい。エネルギを衝突させるステップの間、またはその直後に、上記要素のうちの別々の要素から得られる熱可塑性材料のうちいくつかの部分を合流箇所において互いに流れ込ませて、再凝固の後、溶接させてもよい。

0056

代替的には、これらの要素は、溶接することができない熱可塑性材料でできていてもよい。

0057

異なる熱可塑性材料が用いられている場合、これら熱可塑性材料は異なる特性を有するように選択され得る。たとえば、実施形態においては、(内側の窓付き管部分に差込まれた熱可塑性要素または内管要素から延在している)「内側の」ポリマー部分は、かなりの強度を有するとともに少なくとも0.5のGPaの弾性率を有する材料でできていてもよく、これにより、コネクタ要素を十分な強度でロックできるようにし得る。「外側の」ポリマー部分(特に外側のポリマー管要素から延在する部分)は、対照的に、最適化された流動特性減衰特性および/もしくは封止特性を有するように選択されてもよい。特に、この場合、これらの部分はエラストマーであってもよく、または逆の場合も同様に可能であり得る。

0058

実施形態においては、構成一式は、熱可塑性材料を再凝固させるステップの後、熱可塑性材料(および/もしくは、適用可能な場合、対応する実施形態においては接着剤)により、第1のコネクタ要素と第2のコネクタ要素との間の如何なる直接的な接触も防止され、ならびに/または、熱可塑性材料(および/もしくは、適用可能な場合、対応する実施形態においては接着剤)により、第1のコネクタ要素および/もしくは第2のコネクタ要素と物体(もしくは複数の物体)との間の如何なる接触も防止される。

0059

コネクタが第1の物体および第2の物体において係止されている実施形態においては、第1の物体および第2の物体に対して、以下の条件のうち1つ以上が適用されてもよい。

0060

− 第1の物体および第2の物体が異なる材料でできている;
− 第1の部品および第2の物体のうち少なくとも1つは、繊維強化複合材料を含む。

0061

すべてのカテゴリおよびすべての群の実施形態においては、開口部およびコネクタ要素は、確実な嵌合接続および/もしくは窓のための構造を例外とする可能性もあるが、軸を中心とした回転対称であってもよい。代替的には、コネクタおよび/または(適用可能な場合には)本体および/または開口部もしくは開口部のうちの1つは、回転対称から外れた形状を有することもできる。これにより、せん断運動および軸方向の相対運動が起こらないように固定することに加えて、接続によって、回転相対運動しないように固定することもできるだろう。

0062

概して、熱可塑性材料を液化させるステップにおいては、液化は液化材料が液化前に有していた形状の記憶を失うような程度にまで、すなわち単なる可塑化の範囲を越える程度にまで、進められる可能性がある。

0063

熱可塑性材料に衝突させるエネルギは、機械振動エネルギなどの機械的エネルギを含み得る。特に、エネルギは、熱可塑性材料に(直接的または間接的に)押圧力を結合するソノトロードから、熱可塑性材料を含む要素(または複数の要素)に直接的または間接的に結合される機械振動エネルギであってもよい。

0064

加えて、または代替例として、エネルギは、(熱可塑性材料によって吸収されるレーザ放射エネルギなどの放射エネルギを含んでもよい。抵抗加熱または誘導加熱などのさらなるエネルギ源も除外されない。

0065

エネルギが機械振動エネルギである場合、「前方(forward)」構成においては、機械的振動は、振動源に結合されているソノトロードの遠位側に面する面が押付けられる近位側の結合面からコネクタに結合されてもよい。こうして、機械的振動は、コネクタを介して、主にコネクタ自体によって伝達される。

0066

他の「後方(rearward)」構成においては、コネクタの熱可塑性材料に振動を加えるために用いられるソノトロードが引張力を受ける。この目的のために、ソノトロードは熱可塑性コネクタ材料を通りすぎるかまたは熱可塑性のコネクタ材料内を貫通するシャフトを含むだろう。この場合、遠位側の近位方向に面する分離面が、熱可塑性コネクタ材料のうち遠位方向に面する遠位結合面に接触している。このようなソノトロードは、振動を加えるステップの後、取外されてもよく、または代替的には、コネクタの(熱可塑性ではない)部分として機能してもよい。たとえば、第1のコネクタ要素または第2のコネクタ要素はソノトロードとしての役割を果たし得る。

0067

さらなる実施形態においては、開口部が貫通開口部である場合、または第1の開口部および第2の開口部がともに貫通開口部である場合、機械的振動がたとえば同時に両側から加えられる。

0068

本発明はまた、第1のコネクタ要素および第2のコネクタ要素を含むコネクタ装置に関する。第1のコネクタ要素および第2のコネクタ要素は、(初めは)互いに相対的に移動可能である。第2のコネクタ要素は外管部分を含み、第1のコネクタ要素は取り囲まれた区域を含み、取り囲まれた区域は、外管部分によって取り囲まれるように外管部分に挿入されるような形状である。当該装置はさらに、第1のコネクタ要素および第2のコネクタ要素に相対的に配置することができる熱可塑性材料を含む。この熱可塑性材料は、流動部分が流動可能になり、再凝固の後、外管部分と取り囲まれた区域とを確実な嵌合接続によって互いにロックさせるために、第1のコネクタ要素および第2のコネクタ要素の両方(多くの実施形態においては、特に外管部分および取り囲まれた区域の両方)に直接接触するまで第1のコネクタ要素および第2のコネクタ要素に対して相対的に流動するまで、エネルギの衝撃によって液化可能である。この目的のために、外管部分および取り囲まれた区域は、対応する構造、たとえば、窓、ならびに/または、凹みおよび/もしくは突起のパターンなどを含んでいてもよい。

0069

外管部分および取り囲まれた区域の対応する構造は、少なくとも部分的に互いに面していてもよく、すなわち、たとえば、凹み/突起は、外管区域の内壁表面、および取り囲まれた区域の外面に凹み/突起を含んでもよい。窓の場合、その構造は、本質的に、対応する他の部分に面しており、任意には、外管部分および取り囲まれた区域の両方が窓付きである場合、対応する穴は、任意には、互いに対して位置合わせされていてもよい。

0070

熱可塑性材料は、1つの熱可塑性要素または複数の熱可塑性要素として存在し得る。
実施形態においては、装置は、当該方法を参照するこの本文中に記載された特徴のいずれかの組合せを含み得る。

0071

当該方法が自動的に実行される実施形態においては、たとえば、ロボットアームによって誘導される振動発生ツールによって振動が加えられてもよい。加えて、または代替例として、2つの側に振動を加えるツールがクランプ状構成で配置されてもよい。

0072

また、装置は、位置合わせされた開口部にコネクタを自動的に配置するための手段を含み得る。たとえば、振動源を保持するロボットアームまたは他のツールには、コネクタのための自動送り部が設けられてもよい。たとえば、送り部は、コネクタのためのマガジンと、複数のコネクタを順々に他の配置箇所に送るための分離およびフィーダユニットとを備えてもよい。

0073

したがって、本発明はまた、請求項において規定された方法を自動的に実行するように構成された手段を有する装置に関する。

0074

本発明の局面に従った方法および装置に適した機械的振動または発振は、好ましくは、2kHz〜200kHzの間(さらにより好ましくは、遠位端における液化のために10kHz〜100kHz、または、遠位端に関する限りでは15kHz〜30kHzの間、液化のために近位端(頭部形成)においては15kH〜70kHz)の周波数を有し、さらに、活性面の1平方ミリメートルごとに0.2W〜20Wの振動エネルギを有する。たとえば、このような振動は、たとえば超音波溶接から公知であるような超音波装置によって発生させられる。振動要素(ツール、たとえばソノトロード)は、たとえば、その接触面が主に要素軸方向に振動する(縦振動)ように設計されており、振幅は、1μm〜100μm、好ましくは約10μm〜30μmである。回転または放射振動も実現可能である。

0075

熱可塑性材料が機械的振動によって液化されることにより、プロセスが非常に高速になる可能性があるという利点が得られる。テストにより、上述の条件の下では、約1sほどの短時間、または0.5sほどのさらなる短時間であっても十分であり得ることが明らかになった。

0076

液化の開始は、超音波溶接から公知であるように、エネルギディレクタ形状の幾何学的構造によってさらに制御されてもよい。エネルギディレクタ(またはエネルギ集中構造)は、熱可塑性材料または熱可塑性材料と接触する表面のいずれかからなるリブまたは盛上りのような形状を有してもいてもよい。概して、エネルギディレクタは、界面において同等に小さな界面区域をもたらすように形作られるだろう。この界面においては、液化がこの小さい区域に振動エネルギを集中させるように設定されているため、単位面積当りエネルギ吸収がより高くなり、これにより、より強い加熱がもたらされるだろう。これらの位置における温度がガラス転移温度を上回ると直ちに、内部摩擦が高められ、これにより、エネルギ吸収および液化がさらに促進されることとなる。

0077

液化が開始される箇所を制御するために任意に用いられ得るさらなるパラメータは、その初期温度である。局所温度がガラス転移温度よりも高い場合にのみ内部摩擦が高くなることにより、この温度がいずれかの箇所において達成される場合に限り、(先行技術の超音波溶接におけるのと全く同様に)液化ステップの効率が高くなる。これよりも前であれば、材料を局所的にガラス転移温度よりも高くする必要のあるエネルギ吸収の効率は、比較的低くなる。この事実を用いてさらなる制御を行なってもよい。より特定的には、当該方法は任意には、
−熱可塑性材料の一部を、熱可塑性材料の他の部分がガラス転移温度よりも低く維持されたままで、局所的な直接加熱または間接加熱によってガラス転移温度よりも高くするステップを含み得る。

0078

この場合、直接加熱は、たとえば、(幾何学構成が可能である場合には)配置するステップの直前またはその後に、所望の位置において、レーザ(たとえば、赤外線または赤)による照射などの方向付けされた照射によって達成されてもよい。

0079

間接加熱は、たとえば、開口部のまわりで第2の物体を局所的に加熱することなどによって、コネクタが接触する物体の領域を加熱することによって達成され得る。

0080

加熱するステップは、少なくとも加えるステップよりも前に、またはそのステップ中に行なわれる。これは、たとえば、加熱するステップも、上記加えるステップの前に開始されて、振動が加えられている間にいくらかの期間にわたって継続され得ることを示唆している。

0081

この明細書において、「熱可塑性材料をたとえば機械的振動によって流動可能にすることができる」または端的には「液化可能な熱可塑性材料」もしくは「液化可能な材料」もしくは「熱可塑性」という表現は、少なくとも1つの熱可塑性成分を含む材料を記載するために用いられており、この材料が液状(流動可能)になるのは、加熱された時であって、特に摩擦によって加熱された時であり、すなわち、互いに接触しているとともに振動または回転によって互いに相対的に移動する1対の表面(接触面)のうちの1つに配置された時である。この場合、振動の周波数は、上述の特性を有する。いくつかの状況においては、材料が0.5GPaよりも高い弾力性係数を有する場合、特に液化不可能な本体が用いられていない場合に、有利である。

0082

コネクタの熱可塑性材料のために、特に、以下の3つの条件のうち少なくとも1つが満たされてもよい:
− 熱可塑性材料が室温でガラス転移温度未満となるように、ガラス転移温度は室温よりも高い。より一般的には、ガラス転移温度は所期用途の温度よりも高くなるように選択されてもよい。

0083

−熱可塑性材料は高結晶質である。
− 熱可塑性材料自体は強化された繊維である。

0084

これらの如何なる組合せも実現可能である。
熱可塑性材料は自動車産業および航空機産業において周知である。本発明に従った方法を目的として、特に、これらの産業界における応用例として公知である熱可塑性材料が用いられてもよい。

0085

材料の具体的な実施形態は、ポリエーテルケトン(Polyetherketone:PEEK)、ポリエーテルイミドポリアミド、たとえば、ポリアミド12、ポリアミド11、ポリアミド6またはポリアミド66、ポリメチルメタクリレート(Polymethylmethacrylate:PMMA)、ポリオキシメチレン、またはポリカーボネートウレタンポリカーボネート、もしくはポリエステルカーボネート、または、アクリロニトリルブタジエンスチレン(acrylonitrile butadiene styrene:ABS)、アクリル酸エステルスチロールアクリルニトリル(Acrylester-Styrol-Acrylnitril:ASA)、スチレン・アクリロニトリル、ポリ塩化ビニルポリエチレンポリプロピレンおよびポリスチレン、または、これらのコポリマーもしくはこれらの混合物である。

0086

熱可塑性ポリマーに加えて、熱可塑性材料はまた、適切な充填剤、たとえば、補強繊維、たとえばガラス繊維および/もしくは炭素繊維などを含んでもよい。繊維は短繊維であってもよい。長繊維または連続繊維が、特に非流動部分のために用いられてもよい。

0087

繊維材料(いくらかあった場合)は、繊維強化材として公知の如何なる材料であってもよく、特に炭素ガラスケブラー(Kevlar)、セラミック、たとえば、ムライト炭化ケイ素もしくは窒化ケイ素、高強度ポリエチレン(Dyneema)などであってもよい。

0088

繊維の形状を持たない他の充填剤、たとえば粉末粒子も実現可能である。
この明細書においては、「近位」および「遠位」という語は方向および位置を指すために用いられている。すなわち、「近位」は、オペレータまたは機械がそこから機械的振動を加える接続部側であるのに対して、遠位は反対側である。この本文において、近位側におけるコネクタの広がり部分は「頭部」と称されるのに対し、遠位側における広がり部分は「脚部」と称される。

0089

図面の簡単な説明
以下において、本発明および実施形態を実行するための方法を、添付の図面を参照して説明する。添付の図面は概略的である。添付の図面においては、同じ参照番号は同じまたは同様の要素を指している。

図面の簡単な説明

0090

プロセスの始めにおける本発明の実施形態の基本的構成を縦断面で示す図である。
プロセスの終わりにおける本発明の実施形態の基本的構成を縦断面で示す図である。
凹みのパターンを示す図である。
代替的な構成を縦断面で示す図である。
さらなる構成を縦断面で示す図である。
さらに別の構成を縦断面で示す図である。
第1のコネクタ要素の内側区域および第2のコネクタ要素の外側区域についての異なる断面形状を示す概略図である。
さらなる構成を縦断面で示す図である。
接着剤付きの構成の一例の部分的な縦断面を示す図である。
流動制限部を有するコネクタ要素を詳細に示す図である。
流動制限部を有するコネクタ要素を詳細に示す図である。
接着剤が開口部の口部のまわりに施されている第1の物体を近位側から見た図である。
接着剤付きの構成のさらなる一例の部分的な縦断面を示す図である。
接着剤付きの構成のさらなる一例の部分的な縦断面を示す図である。
非円形の開口部に適合された断面を示す概略図である。
非円形の開口部に適合された断面を示す概略図である。

実施例

0091

好ましい実施例の説明
図1aは、本発明の実施形態の基本的な構成一式を示す。図示される実施形態においては、第1の物体1に加えて、コネクタは第2の物体2にも接続されることとなっており、これにより、第1の物体1と第2の物体2とを互いにリベットのような態様で接続することとなる。

0092

第1の物体1および第2の物体2は各々、貫通開口部を有しており、貫通開口部は互いに位置合わせされている。

0093

第1の物体1および第2の物体2は各々、たとえば盤または板であって、たとえば、金属または繊維強化複合材でできていてもよく、または、発泡体で満たされた炭素繊維強化サンドイッチ要素材料でできていてもよい。第2の物体は、第1の物体と同じ材料組成、または第1の物体とは異なる材料でできていてもよい。

0094

第1のコネクタ要素4は、金属、たとえばアルミニウムまたはアルミニウム合金、または鋼などでできており、一体型であり、近位側の頭部41およびシャフト部分42を有する。

0095

第2のコネクタ要素5は、同様に金属でできており、たとえば第1のコネクタ要素と同じ材料でできている。第2のコネクタ要素も1片の要素である。第2のコネクタ要素は、遠位側脚部51と、当該遠位側脚部から近位方向に突出る管部分52とを有する。

0096

アセンブリはさらに、第1の熱可塑性要素8および第2の熱可塑性要素9を含む。第1の熱可塑性要素8および第2の熱可塑性要素9はともに管形状である。第1の熱可塑性要素8は、第1のコネクタ要素のシャフト部分42の外径よりも大きな内径を有しており、図1aにおいて示されている予め組立てられた状態では、少なくとも部分的にシャフト部分を囲んでいる。第1の熱可塑性要素8の外径は管部分52の内径よりも小さく、予め組立てられた状態では、第1の熱可塑性要素は、管部分52によって少なくとも部分的に囲まれている。

0097

第2の熱可塑性要素9は、物体1および物体2の貫通開口部よりも小さな外径を有する。その内径は、管部分52の外径よりも大きく、管部分52を囲んでいる。

0098

図1aにおいては、管状の熱可塑性要素と第1のコネクタとの間の空間、第2のコネクタおよび開口部は、例示の目的で、いくらか誇張して図示されている。実際には、このような空間は、熱可塑性要素の厚み寸法と比べて小さい可能性があり、シャフト部分、熱可塑性要素および管部分が互いに摺動嵌合するように、これらの寸法が互いに対して適合されている可能性もある。

0099

シャフト部分42の外面と管部分52の内面とは滑らかではなく、巨視的な構造を備えている。特に、シャフト部分の円周外面にはシャフト部分の凹み46が設けられており、管部分の内面には内管部分の凹み56が設けられている。それぞれの凹み46および56は、周方向の溝、傾斜方向に延びる溝、溝のパターン、たとえば、図2に例示されるパターン、窪み、巨視的な開放気孔率など、またはこれらの任意の組合せなどを含み得る。凹みのための実現可能な1つの条件として、再凝固した熱可塑性材料によって充填された時に、これら凹みにより、確実に嵌合するような態様で第1のコネクタ要素と第2のコネクタ要素との軸方向の相対的運動が妨げられる。言いかえれば、凹みは軸方向に対してアンダーカットを形成している。

0100

図示された実施形態においては、内面に加えて、管部分の外面にも凹み(すなわち外側の管部分の凹み57)が設けられている。また、これらは、たとえば軸方向に対してアンダーカットを形成していてもよい。

0101

図1aに示される要素、すなわち、コネクタ要素4、5、熱可塑性要素8、9、および物体1、2における貫通開口部は、本質的に、軸方向(軸20)を中心とした回転に対して対称的であってもよい。

0102

しかしながら、これは必要条件ではない。むしろ、全体的な形状は必要条件に応じて選択されてもよい。たとえば、物体に相対的なコネクタの係止および/または互いに相対的な物体の接続が、相対的なねじりモーメントに抵抗する場合、全体的な形状が円対称から逸脱する可能性もある。いずれの場合にも、列挙された要素のために、丸みのある端縁ローブ形、星形楕円形などの端縁を備える可能性のある長方形三角形五角形六角形などを含む如何なる形状も実現可能である。

0103

これはこの本文に記載されたすべての実施形態に関するものであるが、円対称はオプションであり、必要条件ではない。図14は、内側部分(ここではシャフト部分42)および外側部分(ここでは管部分52)の(図1aの実施形態の例としての)断面の幾何学的形状を極めて概略的に示しており、その幾何学的形状は、スロット穴の形状を有する開口部に適している。コネクタが、たとえば図15に概略的に描写されるような角部接続を固定するために用いられるものとして、角度の付いた開口部に適合される可能性もある。

0104

また、要素自体が軸20を中心とした回転に対して本質的に円対称である場合であっても、上述の凹みは、円対称から外れる態様で配置され得る。

0105

非振動支持部7が第2のコネクタ要素5を支持している間、ソノトロード6を用いて第1のコネクタ要素4を遠位側に向かって押し込む。同時に、機械的振動はソノトロードから第1のコネクタ要素に結合され、その近位側(図1aにおける上方)端面が機械的振動のための結合面としての役割を果たしている。結果として、振動は第1のコネクタ要素から熱可塑性要素に結合される。押圧力および機械的振動の連体的効果によって、熱可塑性材料の少なくとも一部が液化し始め、それらのまわりの空いた空間に流れ込む。

0106

図1bは、熱可塑性材料が流れて再凝固した後に結果として得られるアセンブリを部分的な断面図で示す。熱可塑性材料は凹み46、56、57を満たしており、これにより、相対的な軸方向運動に対してコネクタ要素4とコネクタ要素5とを互いにロックする。また、熱可塑性材料は、外管部分の凹み57を満たすことにより、開口部におけるアセンブリの係止に寄与し得る。図示された構成においては、熱可塑性材料が第1のコネクタ要素と第2のコネクタ要素との間、さらには、コネクタ要素と物体1、2との間において完全な分離をもたらすように、寸法が選択されている。特に、熱可塑性材料は、コネクタ要素の頭部41および脚部51のそれぞれの表面部分と、開口部の口部のまわりにおける物体表面部分との間に層91を形成する。また、熱可塑性材料は、シャフト部分42の遠位端面と脚部51との間に層81を形成するとともに、管部分82の遠位端と頭部41との間に層82を形成する。

0107

第1の熱可塑性要素8および第2の熱可塑性要素9の材料は同じであってもよい。次いで、それぞれの流動部分が互いに流れ込んでいる位置において、溶接が形成されてもよい。これは、熱可塑性要素の熱可塑性材料が同じではなく、ともに溶接可能である場合に当てはまり得る。溶接を形成する代替例として、熱可塑性材料はまた、精密に規定する必要のない界面において合流してもよい。

0108

図示される構成においては、コネクタは、従来の金属リベットコネクタの不利点なしで、リベットのような態様で第1の物体と第2の物体とを互いに接続する。特に、熱可塑性材料がコネクタ要素を物体から分離しているので、腐食問題は起こらないものと予想される。

0109

第1の物体と第2の物体とを互いに固定することに加えてまたはその代わりに、コネクタはまた、さらなる部分を物体に接続するための役割を果たし得る。この目的のために、第1のコネクタ要素および/または第2のコネクタ要素はさらなる部分に結合するための対応する結合構造(図1a/1bには図示せず)を含み得る。

0110

特に、このようなさらなる部分への接続が実質的な引張力を受けると予測され得る場合、コネクタには、コネクタ要素間の結合に負荷を加えることなく、このような引張力を吸収するための手段が設けられてもよい。たとえば、図1aおよび図1bに示されるような構成においては、第2のコネクタ要素に(ダッシュ記号で示された箱21によって示される場所において)脚部を貫通する中央開口部が設けられている場合、かつ、第2のコネクタ要素に結合構造が設けられている場合、頭部41が第1の物体の近位面に載っており、それらの間に(減衰する)熱可塑性樹脂層91が配置されていることにより、遠位方向から(すなわち、図示された向きでは下から)作用する引張力が第1のコネクタ要素に直接結合されて吸収され得る。この目的のために、シャフト部分は、任意には、図示される構成におけるよりも長くなって遠位側にさらに突出るように形作られてもよい。(プロセス中に液化しないプラスチックシェルなどの)好適な手段を用いることにより、液化可能な材料が中央開口部を通って出ていくのが防止され得る。

0111

好適な結合構造は、たとえば、ねじ山、またはバヨネット合構造であり得る。
代替的な構成一式が図3に示される。図3の構成は、以下の特徴によって、図1aおよび図1bに示される構成とは異なっている。

0112

−コネクタは、貫通開口部で、2つの物体にではなく単一の物体1に接続されている。

0113

−コネクタアセンブリは外側の熱可塑性要素を含まない。むしろ、コネクタ要素4および5は、物体1と直接接触できるようにされている。

0114

− 第1(内側)のコネクタ要素4はシャフト部分42に加えて(遠位側の)脚部41を含み、第2(外側)のコネクタ要素5はシャフト部分52に加えて頭部51を含む。

0115

− 第1のコネクタ要素4のシャフト部分42は近位側における物体の近位面よりも上に突出ている。図示される実施形態ではねじ山43を含むことが例示されている。

0116

−ソノトロード6は、熱可塑性要素8に機械的振動を直接加えるリングソノトロードである。

0117

リングソノトロードを用いることにより、第1のコネクタのシャフト42の軸方向延在部から独立して、振動を加えることが可能となる。これとは別に、これらの指定された特徴は、互いから独立しているとともに、代替的な実施形態は、これらのうちいくつかだけを如何なる組合せで含んでもよい。たとえば、この明細書中に記載または説明されているいずれの構成も、開口部が位置合わせされた状態で、図示されたコネクタを単一の物体1または2つの物体1、2に接続するために用いられてもよい。また、図3の構成は、第2の外側の熱可塑性要素を含み得る(この目的のために、たとえば、プロセスの終わりの方では、リングソノトロードが振動を第2のコネクタ要素に直接結合してもよく、第2の熱可塑性要素は頭部51と脚部41との間などで圧縮されている)。

0118

リングソノトロードを用いる代わりに、図6に示されるような構成一式においては、第1のコネクタ要素4を振動源に結合すること、さらには、振動が遠位(後方)側から熱可塑性要素に結合されている間に張力(引張り力)を受けるソノトロードとして第1のコネクタ要素を用いることも可能であるだろう。カウンタ要素は、近位側から熱可塑性要素に対する必要な対抗力を加えるために用いられてもよい。

0119

図4の実施形態は、「内側から外側(inside-out)」の構成一式についての第1の例であり、この場合、コネクタ要素のうち少なくとも1つのコネクタ要素の管部分が、窓(すなわち、流動可能な熱可塑性材料が流れ出し、再凝固の後、管部分を他のコネクタ要素および/または物体にロックするための複数の穴)を備える。これらの実施形態においては、熱可塑性材料が管部分のそれぞれの内部空間に挿入され、遠位面に押当てられており、この間、機械的振動がソノトロード6からその内部に直接的、または場合によっては間接的に結合されている。これは、熱可塑性材料のうち少なくともいくつかの部分を液化し、それを穴48および58内に押込む作用がある。これらの実施形態においては、(第1の)熱可塑性要素8は、任意には、図4に示されるようにピン形状であってもよい。

0120

図4においては、第1のコネクタ要素および第2のコネクタ要素はそれぞれ管部分42および52を含む。第2のコネクタ要素の(外側)管部分52は第1のコネクタ要素の(内側)管部分42を取り囲んでおり、各々の管部分には窓があり、すなわち、複数の穴48および58によって穿孔されている。熱可塑性材料は、矢印によって示されるように、穴48および58に流れ込み、管部分42と52との間の空間内にも流れ込み、さらに、外側管部分52(第2のコネクタ要素の管部分)と物体1との間に流れ込む。

0121

第1のコネクタ要素と第2のコネクタ要素との互いに対するロックと、物体への接続とは、穴48、58における再凝固された熱可塑性材料によってもたらされるとともに、任意には、上述の実施形態について説明されたのと同じメカニズムによってもたらされる。後者の目的のために、コネクタ要素はそれぞれ、凹み46および56などの構造を含む。

0122

図5の実施形態は、「内側から外側」の構成一式についての別の一例であり、コネクタ要素のうち少なくとも1つのコネクタ要素の管部分は窓を含む。この窓を通り、流動可能な熱可塑性材料がプロセス中に流れ出して、再凝固の後に管部分をロックする。

0123

図4の実施形態とは対照的に、第1のコネクタ要素は頭部41を含む。
− さらに、当該構成一式はまた第2の外側の熱可塑性要素9を含む。第2の外側の熱可塑性要素9は、第2(外側)のコネクタの管部分52と物体1および2における開口部の内壁との間における管要素である。任意には、第2の熱可塑性要素は、開口部のまわりに、当初は物体1および2の累積厚さよりも大きい軸方向寸法を有してもよい。さらに、機械振動エネルギをアセンブリに結合するプロセスは、第1の熱可塑性要素8を遠位方向に向かって押すことにより、液化された部分を、その遠位端面が第1のコネクタ要素の遠位端面と同一平面上になるまで、外側方向に流れ込ませるステップを含み得る。機械振動エネルギをアセンブリに結合するプロセスはさらに、第2の熱可塑性要素の材料も流動可能になるまで、振動ソノトロード6を遠位方向とは逆に押圧し続けて第1のコネクタ要素に振動を結合するステップを含み得る。図1aおよび図1bを参照して記載された実施形態と同様に、当該プロセスは、任意には、結果として、熱可塑性要素8および9からの材料を溶接することとなり得る。

0124

これらの2つの特徴は互いから独立しており、個々にまたは組合せて実現することができる。

0125

図1aおよび図1bの実施形態と同様に、アセンブリは、コネクタ要素と物体との間が直接接触しないように構成されてもよい。

0126

当該方法の実施形態において用いられるソノトロード6は、コネクタの近位端面の形状または所望形状に適合された遠位端面を有する。任意には、ソノトロード6は、プロセス中にソノトロードを案内するコネクタの対応する特徴、たとえば凹みなど、と協働する案内用突起などの案内用特徴を有してもよい。

0127

図6はさらに、第1のコネクタ要素4の内側区域および第2のコネクタ要素5の外側区域についての異なる断面形状(軸に対して垂直な断面)の概要を極めて概略的に示す。当該構成は内側から外側のタイプであると想定され、第1のコネクタ要素が、窓を通る内管部分を有しており、この窓から、流動可能な状態の熱可塑性材料が(矢印によって示されているように)押し出される。これにより、(ダッシュで示されている)内管部分と外管部分との間の空間はポリマーによって満たされている。

0128

この場合における内管部分は断面が円形であると想定されるのに対して、外管部分は多角形(六角形)である。ポリマー材料は、機械的なロック特性および/または他の所望特性(隔離/減衰など)を提供することに加えて、異なる形状が補償されることを確実にする。

0129

また、(液化された再凝固済みの熱可塑性材料によって対応する穴が満たされている)窓とともに、外管要素の非円形形状は、開口部の好適に適合された断面形状とともに、2つの物体のコネクタまたは接続をねじり荷重に対してロックすることに寄与し得る。

0130

図7に示される実施形態は「後方」構成の一例である。第1のコネクタ要素4は振動発生装置61に結合されており(図においては、第1のコネクタ要素4のねじ山43に結合された継手構成のみが示されている)、ソノトロードとして役割を果たしており、このソノトロードに機械振動エネルギを結合するプロセス中に、引張力がこのソノトロードに結合される。カウンタ要素62は、熱可塑性要素8に対抗力を結合するために用いられる。

0131

第1のコネクタ要素に結合される機械的振動と引張力との連帯的作用により、熱可塑性要素8の熱可塑性材料のうち流動部分が、たとえば、熱可塑性要素の遠位側(下方)端部から流動可能になる。

0132

示される構成においては、ソノトロードとして役割を果たす第1のコネクタ要素4は、液化プロセス中、近位側に向かって移動するように引張られるのに対して、カウンタ要素は、第2のコネクタ要素5の上面に接した状態で保持される。しかしながら、ソノトロードを依然として保持し、プロセス中にカウンタ要素を移動させるかまたは組合された動きを実行することも可能であるだろう。カウンタ要素は、本質的には図示されるような板状ではなく、他の形状を有していてもよく、場合によっては、プロセス中に外管部分52内に到達するように形作られる可能性も含み得る。

0133

「後方」配置であることとは別に、図7に示される配置は、図3のうちの1つの配置と同様である。しかしながら、エネルギを遠位(後方)側から熱可塑性材料内に結合する原理は、単に1つの物体において係止するための、または2つの物体を接続するための他の実施形態についてのオプションでもある。たとえば、図4の実施形態も、後方構成に容易に適合されてもよく、第1のコネクタ要素4はソノトロードとして機能し得るとともに、ソノトロード6はカウンタ要素と置換えられ得る。

0134

図8から図13の実施形態を参照して、さらなる任意の特徴および概念の組合せについて説明する。図8図13に示される構成は、図1aおよび図1bの構成に基づいており、これらの図の説明は、以下において再度明示的に言及されない要素を説明するために参照されている。しかしながら、特徴および概念は、図1aおよび図1bの実施形態に単に適用可能であるだけではなく、1つの物体において単に係止すること、前方構成および後方構成、「内側から外側」構成(図4図6)、および本発明の範囲内にある他のいずれかの構成に基づいた実施形態を含むすべての種類の実施形態についての、場合によっては任意に有利な図である。

0135

図8に示されるように、熱可塑性材料に加えて、接着剤70も設けられてもよい。接着剤70は、プロセスにおけるコネクタ要素が互いに相対的に動かされた時に適切に分配されるように流動可能な状態で配置され得る(図8における矢印によって示される可能な流路を参照)。この場合における第1のコネクタ要素および/または第2のコネクタ要素の実現可能な閉じ込め部分49および59(図9および図10を参照)ならびに/または流路(図示せず)が接着剤の流れを方向付けてもよい。接着剤が硬化可能な樹脂である場合、機械的振動の吸収とこの機械的振動によって生じた加熱作用とにより固化プロセス支援され得る。

0136

このような接着剤は、以下の目的のうち1つ以上を有し得る:
− 第1のコネクタ要素、第2のコネクタ要素、第1の物体および/または(適用可能であれば)第2の物体に接着させることにより、接着剤は、固化後、組立てられた構成の全体的な機械的安定性に寄与し得る。

0137

−接着剤は、任意には、同等に低い粘着性を有し、これにより、要素/物体に対して十分に相対的に流動し、これにより、接着剤は、封止作用に寄与し得るか、または、さらに優れた封止材になり得る。

0138

−接着剤は、熱可塑性材料と化学的に反応して、その特性を変える可能性がある。
接着剤70は、図8および図11に示されるように、オプションに従って、第1の物体1(および/または、適用可能であれば、第2の物体)における開口部75の口部のまわりに分配されてもよい。

0139

代替的には、力の作用および振動の作用によって、プロセス中に破裂する膜71によって囲まれているクッションに接着剤材料を供給することができるだろう。このタイプのクッションは容易に製造され得るとともに、用いられる樹脂組成に応じて、これらクッションは、たとえば、適温保管されることによって、イニシエータ橋架を実施することを必要とする組成物を備えることによって(そのイニシエータはクッションには存在しておらず、たとえば酸素であるか、または、クッション内における分離したチャンバに存在しており)、クッションにおける2つの別個のチャンバに2つの成分樹脂を供給することによって、プロセス中にクッションから放出されるまで、樹脂が実質的に架橋しない態様で保管することができる。

0140

このようなクッションまたは複数のクッションは、材料が表面よりも下の比較的深い位置を含むいずれかの所望の位置に配置され得るとともに最初に所望の通りに配布され得る、という実現可能な利点を特徴とする。

0141

図12が示す第1の例においては、樹脂70のクッションは、図1aの実施形態と比べて、第2の熱可塑性要素と置換えられるものであり、これにより、少なくとも開口部内における或る程度の深さにおいてコネクタ要素と第1の物体/第2の物体との間におけるロックと、所望の場合、幾何学的形状に応じて、分離とを確実にする。

0142

図13が示す第2の例においては、樹脂クッションが、第2の熱可塑性要素9と開口部の周囲壁との間の隙間に配置されている。

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