JP2009514681A - 摩擦圧接継手のための固定要素 - Google Patents

Abstract

この発明は、平坦な構成要素との摩擦圧接継手のための、軸方向に芯出しされた丸みを帯びた先端部を有する回転対称の固定要素に関する。先端部は円錐の側面と隣接しており、上記円錐の側面は、摩擦圧接中に融解する材料を受けるための溝に移行する。先端部は肩部と隣接しており、上記肩部は、溝を取囲み、先端部に対して軸方向に窪んでおり、摩擦圧接継手に移行する。

Description

この発明は、平坦な構成要素との摩擦圧接継手のための、軸方向に芯出しされた丸みを帯びた先端部を有する回転対称の固定要素に関する。

このような固定要素は、ＥＰ １ ２５０ ２１０ Ｂ１号の図６ｄに提示される。固定要素は円錐形に先細りになった端部を有するピンからなっており、その先端部は丸みを帯びている。摩擦圧接のために、丸みを帯びた先端部は、発生する摩擦熱のためにピンの材料および該当する場合には構成要素の材料も融解するまで、平坦な構成要素の上に押付けられる。その後、ピンを保持し、続いて摩擦圧接箇所を冷却することによって、その後凝固する圧接継手がもたらされる。丸みを帯びた先端部から融解する材料は、平坦な構成要素におけるカップ状の凹部によって集められ、その凹部の中で先端部は、摩擦圧接継手を達成するために、強い圧力で構成要素に回転して押付けられる。

摩擦圧接のために用いられる固定要素のさらなる実施例はＵＳ−ＰＳ ６，２２７，４３３ Ｂ１号の図１および図２に開示され、ＵＳ−ＰＳ ６，２２７，４３３ Ｂ１号は特に鈍角の先端部に関し、この鈍角の先端部は、摩擦圧接作業のために、平坦な構成要素の中に下げられ、恐らく上記構成要素に穴を開け、さらなる構成要素に貫通し、これによって両方の構成要素間に継手がもたらされる。固定要素から融解する材料を受けるために特定の場所が設けられることはない。

さらに、加えてＤＥ １９６ ２０ ８１４ Ａ１号を参照することができ、ＤＥ １９６ ２０ ８１４ Ａ１号では、上述のＵＳ−ＰＳ ６，２２７，４３３号における固定要素に類似しておりかつ特に鈍角の円錐角を有する固定要素は、平坦な構成要素と係合される。固定要素を回転させた結果としての摩擦圧接によって、後者は最終的には平坦な構成要素に穴を開け、それによって、下に横たわる平坦な構成要素と接触し、この結果、上述のＵＳ−ＰＳ ６，２２７，４３３号に開示されるのと同様の態様で両方の構成要素が共に圧接される。また、ＤＥ １９６ ２０ ８１４ Ａ１号の主題において、融解した材料を受けるために特別の場所が設けられることはない。

鈍角の先端部を備えるピンは、ＵＳ−ＰＳ ４，８５０，７７２号の図９に開示される。この先端部は、ピンの端面に対して極僅かに上昇しており、その結果、摩擦圧接作業中に、先端部はすぐに平坦な構成要素に貫通し、その後固定要素の前端部における径方向の面に広範囲に亘って摩擦圧接作業を引継ぐ。この径方向の面は先端部よりも相当に大きい。

この発明の目的は、平坦な構成要素との摩擦圧接継手のための固定要素を作ることであり、この発明では、摩擦圧接作業中に移動および融解するいずれの材料も或る場所に留まることができる一方で、同時に、固定要素に認められる移動の可能性が軸方向のみに制限される。これによって、固定要素が平坦な構成要素にあまり深く貫通できないことが確実になる。この発明の目的は、先端部に隣接する円錐の側面によって達成され、上記円錐の側面は、摩擦圧接中に融解する材料を受けるための溝に移行する。この発明の目的は、肩部によって達成され、上記肩部は、溝を取囲み、先端部に対して軸方向に窪んでおり、摩擦圧接継手に移行する。

摩擦圧接作業の最後に凝固する際に、溝に集まる融解した材料は、先端部の残りの部分を取囲む接合手段を形成し、溝を同心状に取囲む肩部によって、先端部が平坦な構成要素にあまり深く貫通できないことが確実になる。すなわち、肩部が平坦な構成要素によって受けられる間は、先端部は平坦な構成要素に穴を開けることができない。これは多くの用途にとって特に重要である。摩擦圧接作業中の固定要素の移動が肩部によって制限されることに関して、肩部も摩擦圧接作業に含まれ、摩擦圧接作業のために肩部は先端部の融解によって予め加熱される。摩擦圧接作業に肩部を含めることによって、摩擦圧接継手が対応して強化され、先端部は摩擦圧接作業の自動的な芯出しを確実にする。これは、固定要素が係合され回転されるときのいずれのずれも防止する。したがって、その結果として、先端部から肩部までの領域に亘って延在し、かつ、対応して大きな安定性を有する圧接継手がもたらされる。

肩部の構成に関しては種々の可能性がある。肩部の形状は湾曲していてもよく、代替的に、肩部の形状は平坦であってもよい。

摩擦圧接継手を径方向に外に向かって強化するために、溝と肩部との間に環状突起を有利に配置してもよく、上記環状突起の断面は凸状である。固定要素が係合され回転されると、上記環状突起は特にすぐに加熱され、したがって、上記の領域において固定要素からおよびそれぞれの構成要素からも融解した材料を供給する。これによって、摩擦圧接継手が径方向に外に向かって強化される。環状突起と肩部との間には、同心状に円形の溝が有利に配置される。上記溝は次いで、融解した材料を環状突起から受け、摩擦圧接継手のために上記材料を保持する。

構成要素への固定要素の先端部の貫通は、先端部を取囲みかつ溝に向かって先細りになった円錐の側面が、軸方向の上昇の中央領域に同心の波形の段を備えているという点で、容易になり得る。先端部に面する波形の段の側は、先端部の領域においてより細長い円錐角につながり、これによって構成要素への先端部の貫通に対する抵抗が対応して弱くなる。

固定要素は、ボルトまたはナットの形状をしていてもよい。両方の構成は、固定要素を平坦な構成要素に取付けることに関して実際には非常に重要である。

固定要素がボルトの形状をしている場合、溝を有する先端部、環状突起および肩部はボルトのシャンクから突出する径方向の突起の一部であり、これによって、低コストで標準化されたユニットを生産することが可能になる。

先端部を直接取囲む溝が設けられるという点で先端部の領域において円錐をより細長くする特定の可能性があり、上記溝の環状の外壁は円錐の側面に移行する。これは特に細長い先端部をもたらし、したがって構成要素に容易に挿入することができる。

構成要素と固定要素との間の過剰な摩擦を防止するために、円錐の側面が複数の軸方向に延在する端縁を備えることが可能である。この結果、ある種の多角形の円錐の側面の領域になり、この領域は、軸方向に延在する端縁により、少数の箇所でしか構成要素に形成されている穴と接触しない。これによって生じるそれぞれの構成要素の熱負荷は、摩擦圧接作業中の摩擦が低減されるために、対応して低くなる。

この発明の例示的な実施例を図面に提示する。
図１は、シャンク２を有するボルトの形状をした回転対称の固定要素１を提示する。シャンク２は径方向のフランジ３に隣接しており、径方向のフランジ３は、外側領域では平
坦な肩部４を形成し、中心には丸みを帯びた先端部５を備えている。

円錐の側面６が先端部５から出ており、円錐の側面６はくぼみ溝７に移行する。その結果、くぼみ溝７は円錐の側面６の外端と肩部４との間に位置する。くぼみ溝７は、摩擦圧接作業中に融解する材料を受ける役割を果たし、これについては図８に関連してより詳細に記載する。

摩擦圧接のために、シャンク２は、好適なツールで締められ、回転されている間に固定要素１を平坦な構成要素に押付け、それによって上記平坦な構成要素は最初に丸みを帯びた先端部５と接触する。丸みを帯びた先端部５は加熱によって公知の態様で融解が引起され、これは摩擦圧接作業の始まりとなる。摩擦圧接作業については図８に関連してより詳細に記載する。

図２は、図１からの固定要素と大部分は同一である固定要素８を提示する。唯一の違いは、固定要素８の肩部が異なった構成を有している、すなわち湾曲した肩部９の形状をしていることである。

図３は、くぼみ溝１４が径方向に外に向かって環状突起１２と隣接しており、続いて外に向かう方向に、同心状に円形の切込み溝１５がある固定要素１０を提示する。外に向かう方向に、切込み溝１５は次に平坦な肩部１３と境を接する。内に向かう方向に、くぼみ溝１４は円錐の側面１１を介して先端部５に移行する。

固定要素１０が平坦な構成要素と係合されると、環状突起１２が構成要素にぶつかるまで先端部５がまず第一に融解され、それによって、フランジ３の外側領域において固定要素１０から材料が融解し、この材料は次いで、凝固の際に摩擦圧接継手の適切に大きな広がりをもたらすために、くぼみ溝１４および切込み溝１５にも集まることができる。

図４に提示される固定要素１６には、先端部５を同心状に取囲む、先端部５とくぼみ溝７との間の円錐の側面の領域に特定の特徴、すなわち、波形の段１７がある。この段１７によって、先端部５の直接にそばに、その場所における円錐の側面１８の対応してより急峻な勾配、したがってより細長い先端部５がもたらされる。これは、特定の用途において、特に固定要素１６が係合され回転されるときに明確な自動芯出し力が特別に必要とされる場合に、有利である。

図５は、再度先端部５がより細長い構成を有する固定要素１９を提示する。先端部５に接近して隣接しており、続いて外に向かう方向に、円錐の側面２１およびくぼみ溝７がある溝２０が、先端部５の周りに配置されている。図５に提示される実施例では、溝２０は、先端部５をより細長くする役割を果たしているだけでなく、先端部５を接近して取囲む領域において、溝２０の形状の、融解した材料のための貯蔵部を作る役割も果たしている。

図６は、図１からの線ＶＩ−ＶＩに沿った径方向の断面で固定要素１を示し、上記固定要素１は、円錐の側面（２４）の領域に４つの丸みを帯びた端縁２３を備えている。端縁が円錐の側面２４の上に軸方向に延在するために、固定要素１が係合され回転されるときに、摩擦が小さくなり、したがってそれぞれの構成要素の熱負荷が低減される。

図７は、ナット２５の形状の固定要素を示す。端部のうちの１つにおいて、上記ナット２５は図１に提示されるものと完全に同一の構成を有し、その結果、その点で図１を参照することができる。ナットは、分かるように、雌ねじ２６を備えている。

図８は、パネル２７に圧接された、図２からの固定要素８を提示する。分かるように、固定要素８の端面全体に広がる（斜交平行線模様によって表わされる）摩擦圧接継手２８が形成されている。その先端部５の領域における固定要素８の一部は融解してなくなっている。摩擦圧接継手２８はパネル２７の側面２９に穴を開けていないが、パネル２７と固定要素８との間に、固定要素８のフランジ３の端面全体に広がる、負荷に対して耐性のある、強い摩擦圧接継手２８が形成されている。

くぼみ溝を有しかつ平坦な肩部に隣接する固定要素を示す。 湾曲した肩部を有する同様の固定要素を示す。 くぼみ溝と肩部との間に設けられた環状突起を有する固定要素を示す。 円錐の側面の領域に波形の段を有する固定要素を示す。 先端部を直接取囲む溝を有する固定要素を示す。 円錐の側面において軸方向に延在する端縁を有する、図１からの構成に関する変形例を断面で示す。 ナットの形状の固定要素を示す。 パネルの形状の平坦な構成要素に圧接された、図２からの固定要素を示す。

Claims (11)

1. 平坦な構成要素（２７）との摩擦圧接継手のための、軸方向に芯出しされた丸みを帯びた先端部（５）を有する回転対称の固定要素（１，８，１０，１６，１９，２５）であって、先端部（５）に隣接する円錐の側面（６，１１，１８）によって特徴付けられ、前記円錐の側面（６，１１，１８）は、摩擦圧接中に融解する材料を受けるための溝（７，１４，１５，２０）に移行し、前記固定要素はさらに、肩部（４，９，１３）によって特徴付けられ、前記肩部（４，９，１３）は、溝（７，１４，１５，２０）を取囲み、先端部（５）に対して軸方向に窪んでおり、摩擦圧接継手に移行する、固定要素。
2. 肩部（９）の形状が湾曲していることを特徴とする、請求項１に記載の固定要素。
3. 肩部（４）の形状が平坦であることを特徴とする、請求項１に記載の固定要素。
4. 環状突起（１２）が溝（１４）と肩部（１３）との間に配置され、前記環状突起（１２）の断面は凸状であることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の固定要素。
5. 同心状に円形の溝（１５）が環状突起（１２）と肩部（１３）との間に配置されることを特徴とする、請求項４に記載の固定要素。
6. 先端部（５）を取囲み、溝（７）に向かって先細りになった円錐の側面（１８）が、軸方向の上昇の中央領域に同心の波形の段（１７）を備えることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の固定要素。
7. 先端部（５）を直接取囲む溝（２０）によって特徴付けられ、前記溝（２０）の環状の外壁は円錐の側面（２１）に移行する、請求項１から６のいずれかに記載の固定要素。
8. 円錐の側面（６，１１，１８，２１，２４）が複数の軸方向に延在する端縁（２３）を有することを特徴とする、請求項１から１７のいずれかに記載の固定要素。
9. ボルト（１，８，１０，１６，１９）の形状をしていることによって特徴付けられる、請求項１から８のいずれかに記載の固定要素。
10. ナット（２５）の形状をしていることによって特徴付けられる、請求項１から８のいずれかに記載の固定要素。
11. 溝（７）を有する先端部（５）、環状突起（２２）および肩部（４）は、ボルトのシャンク（２）から突出する径方向のフランジ（３）の構成部分であることを特徴とする、請求項９に記載の固定要素。

Images