JP2011519727A - 溶接リベット接合 - Google Patents

Abstract

本発明は、１つ又は複数の構成部品（６）と基礎構成部品（７）との溶接リベット接合（２）に関し、１つ又は複数の構成部品（６）が穴（８）を有し、この穴から、ヘッド（３）を有する溶接リベット（１）の軸（４）が貫通しており、この軸の正面部分（９）が基礎構成部品（７）の表面と溶接され、塑性変形される。本発明の要点は、溶接リベット（１）が、ヘッド直径に比べ短い軸（４）を有し、ヘッド（３）と軸（４）との移行部分に環状の凹部（５）が設けられており、この凹部は、リベット留めの際に押し出される材料を受けるため、及び／又は許容誤差調整のために形成されていることである。
【選択図】図５ａ

Description

本発明は、請求項１の前提部分に基づく、基礎構成部品と１つ又は複数の構成部品とを接合する溶接リベット接合に関する。本発明は、その他に、請求項３、５、７、１２及び１３の前提部分に基づく溶接リベット接合に関する。

いわゆる溶接リベット接合の場合、作業工程においては、リベット作業の間に溶接接合とプラスチック変形を行うことによって、２つ又はそれ以上の構成部品が互いに接合される。溶接リベット接合により、特に、基礎構成部品を貫通する穴をドリルであける必要なしに、基礎構成部品の前面に１つ又は複数の構成部品を固定することが可能である。

溶接リベット接合で接合するには、溶接リベットが、１つ又は複数の構成部品に設けられている穴に入れられ、挿入方向の前方にある溶接リベットの正面部分が基礎構成部品に接するまで押し込まれる。この後、溶接リベットの正面部分が、基礎構成部品の表面に溶接され、これは、通常、抵抗溶接法によって行われる。次に、最後の工程で、第１の電気パルスから短時間おいて第２の電気パルスを加えることにより、この溶接リベットが塑性変形される。この電気パルスにより、溶接リベットが加熱され、軟化し、溶接リベットの長手方向に加えられる力によって塑性変形される。この時、塑性変形によって溶接リベットの軸が圧迫され、固定する構成部品の穴の中に溶接リベットが挟まる。前もって加熱が行われているため、溶接リベットは工程終了後に収縮し、このことによって溶接リベット接合がさらに引き締められ、結果として高い強度が得られる。

特許文献１から、業界標準の溶接リベット接合が知られており、これは、１つの作業工程で行われるため、溶接リベットの溶接と塑性変形が連続して行われる。溶接リベットにヘッドを設けることにより、特に、非金属の構成部品と金属製の基礎構成部品とを接合することも可能である。

独国特許第１０２００５００６２５３Ｂ４明細書

本発明は、業界標準の方法による溶接リベット接合の代替でありながら、これと同等の実施形態を提供するという課題に基づく。

この課題は、本発明に基づき、独立請求項の対象によって解決される。好ましい実施形態は、従属請求項の対象である。

本発明は、溶接リベット接合の第１の溶接リベットにおいて、ヘッドと軸との移行部分に環状の凹部を設けるという考え方に基づいており、その凹部は、リベット留めの際に押し出される材料を受容するため、及び／又は許容誤差調整のために形成されている。この場合、この溶接リベットは、基礎構成部品と１つ又は複数の構成部品とを接合する、本発明に基づく溶接リベット接合の部品であり、１つ又は複数の構成部品には穴があけられており、この穴からヘッドを有する溶接リベットの軸が貫通している。この場合、この溶接リベットは、軸の長さがヘッド直径に比べ短いため、例えばシートプレートなど薄い構成部品の接合に特に適している。この溶接リベットの軸の正面部分が基礎構成部品の表面に接触し、第１の作業工程において、この部分が基礎構成部品に接合される。次に、この溶接リベットは、第２の電気パルスによって加熱され、軟化し、高い圧力により圧迫される。この時、溶接リベットの全長に対する凹部の軸方向の長さの割合により、溶接リベットの軸方向の初期緊張に直接影響を与えることができる。この場合、例えば、溶接用に設けられている正面部分に隣接して凹部が配置されると、溶接リベットが第２の電気パルスによって再度加熱される次のリベット工程を介して生じる、溶接に有利なアニーリング効果にとっては有効である。さらに、リベット工程の間に行われる二度目の加熱の際、凹部の深さによって、溶接リベットの加熱温度が影響を受け、この加熱温度の側では、そのように加熱された部分における溶接リベットの変形に影響を及ぼす。

本発明に基づく解決方法のもう１つの実施形態では、基礎構成部品が、少なくとも溶接リベットの正面部分と軸部分とを受ける窪みを有している。このことによって、溶接リベットの使用可能な収縮長さが、窪みの中に突き出た部分だけ延長されるため、とりわけ高い初期緊張力による溶接リベット接合を達成することができる。

本発明に基づく解決方法のもう１つの有利な実施形態では、溶接リベットの軸の正面部分が円錐形に形成されている。溶接リベットの直径が次第に増えることにより、全断面積を平面的に溶接することが難しくなるが、このことは、特に、溶接リベットの断面に電流及び力が不均質に配分されることによる。溶接リベットの軸の正面部分が円錐形に形成されていることにより、工程信頼性のある溶接可能な環状突起を作成することができ、この環状突起は溶接の間に消滅するが、この環状突起により、極めて正確に再現できる溶接クオリティが実現可能となる。この場合、特に、基礎構成部品とこれに接合される構成部品の素材が異なっている場合、及び溶接リベットの直径が大きい場合、実際の溶接工程と次のリベット工程とが互いに分離される、つまり、異なる作業工程及び必要に応じて異なる機械で実施されることも考えられる。例えば、溶接リベットをコンデンサ放電溶接によって溶接し、別の工程において従来の抵抗溶接機で溶接することは有利であり得る。

本発明に基づく解決方法のもう１つの代替の実施形態では、溶接リベットがチューブリベットとして形成されており、軸の正面側又はヘッド側に塞がれていない止まり穴開口部を有している。これによって、僅かな熱量と少ないリベット力を備えるとりわけ軽い溶接リベットを製造することができ、軸の正面部分が環状に形成されている場合は、この止まり穴開口部によって溶接スパッタの受けスペースができるため、スパッタがあちらこちらに飛散することによって溶接リベット接合のクオリティが損なわれることを防止する。

本発明のその他の重要な特徴及び利点は、従属請求項、図、及びそれらの図に基づく関連する説明によって生じる。

前述した特徴及び以下に説明する特徴は、それぞれに示された特徴の組合せだけではなく、本発明の範囲から出ることなく、その他の組合せ又は単独でも適用可能であることは自明である。

本発明の有利な実施例がそれらの図の中に簡単に示されており、以下の説明においてその実施例を詳細に述べる。この場合、同一又は同様の構成部品又は機能の同じ構成部品には同一の記号が付されている。

本発明に基づく溶接リベットの外観及び断面図である。 ａ）は本発明に基づく溶接リベット接合の個々の構成部品の図である。ｂ）は溶接後の溶接リベット接合図である。ｃは完成した溶接リベット接合図である。 ａ）は図２ａ）の別の実施形態による図である。ｂ）はａ）の後、構成部品との溶接接合が完成した図である。 ａ）、ｂ）は展開図及び皿頭を有する溶接リベットによる完成した溶接リベット接合図である。 図４と別の実施形態による図である。 ａ）は本発明に基づく溶接リベット接合の展開図である。ｂ）は完成した溶接リベット接合図である。 ａ）は本発明に基づく溶接リベット接合の展開図である。ｂ）は完成した溶接リベット接合図である。 ａ）は本発明に基づく溶接リベット接合の展開図である。ｂ）は完成した溶接リベット接合図である。 ａ）は本発明に基づく溶接リベット接合の展開図である。ｂ）は完成した溶接リベット接合図である。 形成されたスタッドボルトによる溶接リベット図である。 ａ）はヘッドのない溶接リベットを用いた、本発明に基づく溶接リベット接合の別の実施形態図である。ｂ）はａ）の構成部品によって行われた、溶接後の溶接リベット接合図である。ｃ）はヘッドが据え込み加工されている、完成した各溶接リベット接合図である。 ａ）はヘッドのない溶接リベットを用いた、本発明に基づく溶接リベット接合の別の実施形態図である。ｂ）はａ）の構成部品によって行われた、溶接後の溶接リベット接合図である。ｃ）はヘッドが据え込み加工されている、完成した各溶接リベット接合図である。 様々な形に仕上げられた溶接リベット接合リベットの正面図である。 多角形の軸又は多角形のヘッドを備える各溶接リベットの図である。 タービンホイールとシャフトとの、本発明に基づく溶接リベット接合図である。

図１に従って、例えば図２ｂ及びｃに図示されている溶接リベット接合２の溶接リベット１はヘッド３及び軸４を有している。この場合、溶接リベット１は、シャフト４の部分に環状の凹部５を有しており、この凹部は、図１及び２による溶接リベット１の場合、リベット留めの際に押し出される材料を受けるための、及び／又は許容誤差調整のためのヘッド３が追加的に取り付けられている。この場合、一般的に、本発明による溶接リベット接合２によって、基礎構成部品７と１つ又は複数の構成部品６（図２ａを参照）とが接合され、１つ又は複数の構成部品６には穴８があけられており、この穴から溶接リベット１の軸４が貫通している。図１及び２に示された実施形態は、この場合、特に、薄い構成部品６を接合するために形成されている。

実際の溶接リベット工程は、次のように行われる。

まず、溶接リベット１の軸４が、基礎構成部品７に固定する少なくとも１つの構成部品６の穴８に入れられ、溶接リベットの正面部分９が基礎構成部品７に接するまで挿入される。続いて、電流パルスが流され、図２ｂに図示されているように、溶接リベット１の正面部分９が熱せられ、溶接によって正面部分９と基礎構成部品７とが接合される。軸４と基礎構成部品７との溶接接合が行われた後、もう一度電流パルスが送られ、このパルスにより溶接リベット１の軸４が加熱され、軸４が軟化するため、溶接リベット１に圧力が加わり、固定する構成部品６に溶接リベットのヘッド３がしっかりと当てられる。次に溶接リベット１が冷却されると、その前に熱膨張が行われていたために溶接リベット１は収縮し、それによって、極めて硬く、安定した溶接リベット接合２が生じる。この接合を用いることにより、特に、極めて厚みの少ない構成部品６を基礎構成部品７に固定することができる。さらに、このような溶接リベット接合２の場合、非金属の構成部品６を溶接リベット接合２によって基礎構成部品７に固定することも可能である。この場合、図示されている全ての溶接リベット接合２で、とりわけ重要な利点は、この溶接リベット接合２が片側のみ実施又は接続されることから、例えばネジ又はボルトを取り付けるための貫通穴を基礎構成部品７にあける必要がないことである。一般的には、この溶接接合は摩擦又は抵抗溶接を用いて行われる。

本発明に基づく溶接リベット接合２により、特に、様々な材料（例えば、プラスチック、繊維強化プラスチック、マグネシウム、ニッケル、クロム・ニッケル、銅など）からなる構成部品６を接合することも可能である。その場合はもちろん、溶接リベット１の構成材料は、発生する熱負荷及び／又は機械的負荷に適合している。さらに、実際の溶接工程は、従来の溶接ガンを用いて実施することができるため、既存の製造手段を使用することもできる。

図３ａ及び３ｂに従って、基礎構成部品７は、少なくとも溶接リベット１の正面部分９と軸４の部分とを受ける窪み１０を有している。この窪みは、図３ａに示されているように、例えば溶接リベット１の軸４と同じく、円筒形又は少なくとも部分的に円錐形に形成されている。図３ａ及び３ｂによる溶接リベット接合２の実施形態を用いて、とりわけ高い初期緊張力を達成することができ、それは、溶接リベット１の軸４がより長くなっているために、溶接リベット１の冷却時に起こる熱収縮により、一層大きな変形が生じるためである。

図４ａ及び４ｂに従って、円筒形の軸４と円錐形のヘッド３とを備える溶接リベット１が示されており、これは、溶接リベット接合２が完全に接合された場合、例えば図４ｂに示されているように、好ましくは据え込まれて配置されているため、構成部品６の表面が面一にそろっている。図４ａ及び４ｂに従って示されている溶接リベット接合２の穴８は、ここでは円錐形に形成されており、基礎構成部品７側の端部に受けスペース（例えばビード形チャンバ１６）を有し、この中に溶接時に発生する溶接材料を受けることができるため、構成部品６と基礎構成部品７間の中間スペースに溶接材料が到達することがなく、従って質の高い溶接リベット接合２ができる。続くリベット留めでは、溶接リベット１にパルスの形で電流が流され、それによって溶接リベット１が軟化され、円錐形の穴８の中に押し込まれ、好ましくは穴の内壁に接触する。溶接リベット接合２が冷却すると、同様に極めて強い接合になる。

穴８を円筒形に形成することは常には可能ではないため、図５ａ及び５ｂに示されているように、溶接リベット１のセンタリングを、いわゆるセンタリング部分１１及び１１´を介して行うこともでき、これらのセンタリング部分は、凹部５に軸方向に隣接して配置することができる。図５ｂによる溶接リベット１のリベット留めでは、溶接リベット１が凹部５の部分で強く加熱されるため、リベット変形の際には、この部分がとりわけ強く変形する。この場合、原則的に、凹部５の部分における軸４の直径によって、溶接リベット１の呼び径が決定するようになっている。全長に対する凹部５の軸方向の長さの割合により、溶接リベット１の軸方向の初期緊張に影響を与えることができる。さらに、凹部５の位置（例えば溶接の近く）により、次のリベット工程によって、有利な溶接のアニーリング効果を生じさせることも可能である。この場合、もちろん、必要な許容誤差調整を考慮して、容積の設計を行わなければならない。

特に、大きな軸直径を備える溶接リベット１で溶接リベット接合２を行う場合、正面部分９の全断面積を平面的に溶接することが難しくなる可能性があり、このことは、特に、電流及び力が断面に不均質に配分されることによる。この理由から、溶接リベット１の正面部分９を、例えば円錐形に形成するか、又は溶接リベット１自体をチューブリベットとして形成し、ここで軸４の正面部分９が開口端部であるように準備する。この端部は、止まり穴開口部の形に形成することができる。このようなチューブリベットは、例えば図６〜８に示されている。特に、図６ｂ〜８ｂから、ここではリング面として形成されている軸４の正面部分９と基礎構成部品７との実際の溶接接合が明らかに小さくなっているのが分かる。この場合、凹部５は、全バリエーションにおいて、例えば切削加工（特に回転による）又は機械的収縮により作成することができる。切削加工の例は特に図５ａ及び６ａに示され、収縮加工された凹部５の例は図７ａ及び８ａに示されている。ここでは、溶接リベット１の軸４が円筒体として形成され、この端部にヘッド３が配置されている。凹部５の形態に応じて、変形された溶接リベット１は、図６ｂ〜８ｂに示されているように、溶接リベット接合２が完成した後では異なって見える。さらに凹部５は、押出しプレス加工によっても作成することができる。

図９ａ、９ｂによる溶接リベットでは、同様に塞がれていない端部が止まり穴開口部の形で設けられているが、この場合はヘッド３側の端部にその開口部があけられている。

図１０には、本発明に基づく溶接リベット１の断面図及び斜視図が示されており、この溶接リベットには、ヘッド３の軸４とは反対側の面にスタッドボルト１２が取り付けられているため、ここに別の構成部品を固定することができる。

もちろん、例えば図１１ａ及び１２ａに示されているように、溶接リベット１が最初からヘッド３を有していないようにすることもでき、この場合、溶接リベット接合２を安定化するヘッド３は、リベット工程の間に作成される。このようにして作成されたヘッド３は、例えば図１１ｃに示されている。もちろん、もともとヘッドのない溶接リベット１の軸４全体を変形して、例えば図１２ｃに示されているようなヘッド３が形成できるようにすることも考えられる。

図１３ａ、ｂ及びｃには、様々に形成された溶接リベット１の軸４の正面部分９が図示されており、図１３ａに従って円錐形に形成された正面部分９は、特に抵抗溶接又はスタッド溶接のために考案され、図１３ｂに従って形成されている正面部分９の場合、正面部分９に取り付けられている斜角面１３は、後にビード形チャンバ１６を形成することができる。このようなビード形チャンバ１６は、図１３ｃに示されているように、例えば窪み１０´によっても作成することができる。

図１４ａ〜ｄに従って、溶接リベット１は、その軸部分又はヘッド部分に多角形の断面を有し、これによって同時に、構成部品６に対して基礎構成部品７の位置がずれることを防止している。

図１５ａ〜ｃに従って、１つ又は複数の構成部品６と基礎構成部品７との各溶接リベット接合２が示されており、同様に構成部品６にも穴８が設けられている。基礎構成部品７は、この実施形態ではシャフト１５の軸方向付属部品１４として形成され、穴８の中にはめ込まれる。これに対応して、構成部品６は、ロータ又はタービンホイールとして形成することができる。このような固定は、例えば、スチール又はＩｎｃｏｎｅｌ（登録商標）から製造されたシャフト１５にチタンアルミニウム製のタービンホイールを接合する場合に考えられる。このような固定では、溶接リベット１がニッケルをベースとした合金鋼から形成され、シャフト１５はスチールから形成されている。この場合、図１５ａによる溶接リベット１は、リベットヘッド３としてのみ形成されることができ、シャフト１５の軸方向付属部品１４の正面に対向するビード形チャンバ１６と共に形成されることができる。穴８は、この場合、図１５ａ〜１５ｃの全てにおいて円錐形の部分を有しており、このことによって、溶接リベット接合２の接合力をとりわけ強くすることができる。

図１５ｂに従って、溶接リベット１はフルリベットとして形成されており、その正面部分９が、軸方向付属部品１４の対応する正面と溶接される。続いて、通常の方法で、溶接リベット接合２の圧迫が行われる。これに対して、図１５ｃによる溶接リベット１は、少なくとも部分的にチューブリベットとして実施されており、従って環状の正面部分９を有し、溶接リベットは、この環状の正面を介して、シャフト１５の軸方向付属部品１４の対応する正面に溶接される。ここでは、一般的に、構成部品６の内部、例えばタービンホイールの内部にあって、溶接リベット１とシャフト１５間の接合部分となる場所が、溶接リベット接合２を低コストで行うことができ、作動時の熱に耐性であるように選択されるのが有利である。

通常、本発明に基づく溶接リベット接合２によって、例えばボルト接合などの従来の接合の代替として用いることが可能であり、このことは、機械製造及び自動車製造、特にエンジン及びボディ製造において非常に有利である。

Claims (18)

1. １つ又は複数の構成部品（６）と基礎構成部品（７）との溶接リベット接合（２）であって、
   該構成部品（６）が穴（８）を有し、該穴からヘッド（３）を有する溶接リベット（１）の軸（４）が貫通しており、該軸の正面部分（９）が前記基礎構成部品（７）の表面と溶接され、塑性変形される、溶接リベット接合（２）において、
   前記溶接リベット（１）は、ヘッド直径に比べ短い軸（４）を有し、前記ヘッド（３）と前記軸（４）との移行部分に環状の凹部（５）が設けられており、該凹部は、リベット留めの際に押し出される材料を受けるため、及び／又は許容誤差調整のために形成されていることを特徴とする溶接リベット接合。
2. 環状の前記凹部（５）が、回転又は機械的圧迫の機械加工により作成されていることを特徴とする、請求項１に記載の溶接リベット接合。
3. 環状の前記凹部（５）が、押出し加工によって作成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の溶接リベット接合。
4. １つ又は複数の構成部品（６）と基礎構成部品（７）との溶接リベット接合（２）であって、
   該構成部品（６）が穴（８）を有し、該穴からヘッド（３）を有する溶接リベット（１）の軸（４）が貫通しており、該軸の正面部分（９）が前記基礎構成部品（７）の表面と溶接され、塑性変形される、溶接リベット接合（２）において、
   前記基礎構成部品（７）は、少なくとも前記溶接リベット（１）の前記正面部分（９）と前記軸（４）部分とを受ける窪み（１０）を有していることを特徴とする溶接リベット接合。
5. 前記窪み（１０）が、円錐形に形成されていることを特徴とする、請求項４に記載の溶接リベット接合。
6. １つ又は複数の構成部品（６）と基礎構成部品（７）との溶接リベット接合（２）であって、
   該構成部品（６）が穴（８）を有し、該穴から溶接リベット（１）の軸（４）が貫通しており、該軸の正面部分（９）が前記基礎構成部品（７）の表面と溶接され、塑性変形される、溶接リベット接合（２）において、
   前記溶接リベット（１）が、前記１つ又は複数の構成部品（６）の中に据え込み可能なヘッド（３）を有し、
   前記溶接リベット（１）の前記ヘッド（３）を据え込んだ配置が、前記溶接リベット接合（２）の完成後に可能であるように、前記穴（８）が前記１つ／複数の構成部品の中に形成されていることを特徴とする溶接リベット接合。
7. 前記穴（８）が、少なくとも部分的に円錐形に形成されていることを特徴とする、請求項６に記載の溶接リベット接合。
8. １つ又は複数の構成部品（６）と基礎構成部品（７）との溶接リベット接合（２）であって、
   該構成部品（６）が穴（８）を有し、該穴から溶接リベット（１）の軸（４）が貫通しており、該軸の正面部分（９）が前記基礎構成部品（７）の表面と溶接され、塑性変形される、溶接リベット接合（２）において、
   前記溶接リベット（１）は、ヘッド直径に比べ長い軸（４）を有し、前記溶接リベットの軸部分に環状の凹部（５）を有していることを特徴とする溶接リベット接合。
9. 前記軸（４）の前記正面部分（９）が、円錐形に形成されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の溶接リベット接合。
10. 前記溶接リベット（１）が、チューブリベットとして形成されており、前記軸（４）の前記正面部分（９）側又は前記ヘッド（３）側のいずれかに塞がれていない止まり穴開口部を有していることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の溶接リベット接合。
11. 前記溶接リベット（１）の前記軸（４）が、円筒体として形成されていることを特徴とする、請求項１０に記載の溶接リベット接合。
12. 前記溶接リベット（１）の前記ヘッド（３）の前記軸（４）とは反対側の面にスタッドボルト（１２）が配置されていることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の溶接リベット接合。
13. １つ又は複数の構成部品（６）と基礎構成部品（７）との溶接リベット接合（２）であって、
    該構成部品（６）が穴（８）を有し、該穴から溶接リベット（１）の軸（４）が貫通しており、該軸の正面部分（９）が前記基礎構成部品（７）の表面と溶接され、塑性変形される、溶接リベット接合（２）において、
    前記溶接リベット（１）が、ヘッドのない円筒形ボルトとして形成されており、前記溶接リベット（１）の前記ヘッド（３）は、相応に形成された穴（８）の中にリベット留めを行う際の塑性変形によって作成されることを特徴とする溶接リベット接合。
14. タービンホイールと該タービンホイールを支持するシャフト（１５）との溶接リベット接合（２）であって、前記タービンホイールが穴（８）を有し、該穴から前記シャフト（１５）の軸方向付属部品（１４）が少なくとも部分的に貫通しており、溶接リベット（１）の正面部分（９）が前記軸方向付属部品（１４）の正面と溶接され、塑性変形されている溶接リベット接合。
15. 前記溶接リベット（１）が、前記シャフト（１５）の前記軸方向付属部品（１４）の前記正面部分に対向するビード形チャンバ（１６）を備えるリベットヘッド（３）として形成されていることを特徴とする、請求項１４に記載の溶接リベット接合。
16. 前記溶接リベット（１）が、チューブリベット又はフルリベットとして形成されており、前記溶接リベット（１）の前記正面部分（９）が、前記軸方向付属部品（１４）の正面と溶接されることを特徴とする、請求項１４又は１５に記載の溶接リベット接合。
17. 前記シャフト（１５）が、前記溶接リベット（１）とは違う材料からなる、及び／又は前記シャフト（１５）がスチールからなり、前記溶接リベット（１）がニッケルをベースとした合金鋼からなることを特徴とする、請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の溶接リベット接合。
18. 前記溶接リベット（１）の前記シャフト（４）が、多角形の断面を有していることを特徴とする、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の溶接リベット接合。

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