JP2014121731A - 摩擦溶接部材 - Google Patents

Abstract

【課題】摩擦溶接接合の確実な封止を確保する摩擦溶接部材を提供する。
【解決手段】本発明は、部材（１８，２０，５０）に接続するために、摩擦溶接構造（１４，１５）と、駆動構造（１６，３４）を有する頭部（１２，２４，３２，４２）と、を備え、摩擦溶接プロセスの間に熱が発生する摩擦溶接部材（１０，３０，４０）に関する。頭部（１２，２４，３２，４２）で、頭部に最接近して配置される部材（１８，２０，５０）の表面に接触することで、摩擦溶接プロセスによって産生される熱を用いて、少なくとも部分的に融解する材料（２２，２６，３６，４４）が設けられる。該材料は、冷却中に凝固し、それによって、摩擦溶接部材（１０，３０，４０）から頭部に最接近して配置される部材（１８，２０，５０）への移行領域が、封止される。
【選択図】図３

Description

本発明は、少なくとも一つの部材に接続するための摩擦溶接部材に関する。

本質的に公知の問題において、接合目的のための摩擦溶接部材は、摩擦溶接構造、とりわけ、棘状部、及び駆動構造を備える頭部を備える。摩擦溶接部材は、その摩擦溶接構造を用いて、少なくとも一つの部材に溶接される。それによって、二つの、とりわけ、板状部材の接合が、達成されることができ、それによって、頭部に最接近して配置される上側部材が、下側部材に接合される摩擦溶接部材によって、下側部材と一緒に保持される。別の方法として、摩擦溶接部材自体のみが、隣接する部材にその頭部で接合され得るか、それによって、さらなる部材のための接合部位を提供することができる。

摩擦溶接プロセスにおいて、軸力の影響下で摩擦溶接部材の回転によって、熱が産生される。摩擦溶接部材は、それぞれ、摩擦溶接構造又は摩擦棘状部の部分融解の間、部材に接合される。

最先端の技術によれば、摩擦溶接部材に又は摩擦溶接部材によって接合される部材と、摩擦溶接部材との間の移行領域は、確実に封止されず、それによって、部材組立体は、腐食する傾向にある。

摩擦溶接接合の確実な封止を確保する摩擦溶接部材を提供することが、本発明の目的である。

その目的は、その前文の特徴に関連する請求項１の特徴的な特性を通して達成される。従属請求項は、本発明の有利なさらなる発展である。

それ自体公知の態様において、部材に接続するための摩擦溶接部材は、摩擦溶接構造、とりわけ、棘状部、頭部及びそれに接合される駆動構造を備える。該駆動構造及び頭部は、一体的に組み立てられてもよい。

摩擦溶接プロセスの間、軸力の影響下で摩擦溶接部材の回転によって、熱が発生する。このようにして、下側及び上側部材は、摩擦溶接構造を融解している間に接合されてもよい。

本発明によれば、材料であって、頭部に最接近して配置される部材の表面に接触することで、摩擦溶接プロセス中に産生される熱によって融解されるとともに、冷却することで凝固される材料が、頭部上に設けられている。摩擦溶接プロセスは、摩擦段階及び圧縮段階に分割されることができる。熱は、摩擦段階中及び／又は圧縮段階中に、材料に移動されることができる。それによって、材料は、摩擦溶接プロセス中に融解されるとともに、摩擦溶接プロセスの終了後に硬化する。摩擦溶接部材と部材との間の移行領域は、封止される。この封止によって、湿気の侵入が避けられ、腐食が可能な限り回避される。

摩擦溶接プロセスに続く封止プロセスは、本発明の解決手段によって余分となるため、摩擦熱が接合部位を封止するために相乗的に使用されるといった、極めて有利なかつ時間節約の解決手段が、提供される。

プラスチック材料、とりわけ、熱可塑性プラスチック材料の使用は、特に有利であることが証明されてきた。プラスチック材料は、それらが、エアロゾル等に対する良好な密封性を備えるのみならず、それらの電気絶縁性に起因する腐食の低下に付加的に寄与するといった利点を有する。また、ブレーシング部材は、本発明の観点における材料であると考えられている。

第一の有利な実施形態によれば、摩擦溶接部材は、材料が、駆動構造を備える頭部の径方向外側に形成されるように配置される。材料、とりわけ、プラスチック材料の環状構造によって、摩擦溶接部材の頭部の周縁において、材料は、摩擦及び圧縮段階が互いに次に続く摩擦溶接プロセスにおいて、特に使用されることができる。

摩擦段階において、軸圧力下における摩擦溶接部材の回転によって、熱が産生される。この熱は、上側部材の上面に移動される。摩擦段階の完了後、摩擦溶接部材は、それによって、熱せられた上側部材内に圧縮及び押圧される。それによって、側方円周方向に配置される材料は、上側部材の熱せられた表面と接触し、融解する。これにより、材料は、押圧された摩擦溶接部材で、接合部位を円周方向に封止する。接合部位の冷却後、融解された部分は硬化し、接合部位の封止を永続的に提供する。

さらなる実施形態によれば、材料は、頭部の少なくとも下縁を覆ってもよく、この下縁は、上側部材上に頭部の支持面を提供する。

頭部の下縁が材料で覆われているため、材料は、下側部材の表面に頭部を押圧する間に融解される。この融解プロセスは、純粋の圧縮段階中か、或いは、摩擦及び圧縮段階からの複合動作において生じてもよい。圧縮及び摩擦段階を組み合わせる複合動作の場合、材料は、上側部材の表面の温度に加えて、上側部材上での頭部の回転摩擦から発生する熱を、付加的に吸収するかもしれない。

材料は、頭部と上側部材との間で融解されるため、貫入する頭部は、その下に融解物を移動させ得る。それによって、融解物は、頭部と上側部材との間の微小な起伏を埋め得る。

頭部から上側部材への移行領域で材料を適用するための簡単な方法は、ディスクとして材料を形成することであり、その外径は、少なくとも頭部の外径に一致し、少なくとも摩擦棘状部の開口径を有する同心開口部を備える。ディスクと摩擦溶接部材との組み合わせにおいて、棘状部はディスクを通って延びる。

材料の融解温度は、摩擦溶接部材の融解温度より低いことが好ましい。プラスチック材料、とりわけ、熱可塑性プラスチック材料は、特に有利であることが証明されており、該材料は、２５０度と４００度との間の融解温度を有する。このことは、一方で、簡単な処理を保証するとともに、他方で、摩擦プロセスの間に発生する温度での確実な融解を保証する。

さらなる実施形態において、駆動構造を含む摩擦溶接部材の全体としての頭部は、プラスチック材料でインサート成形されてもよい。頭部の下縁の下及び頭部の下縁の側面に位置される部分は、上述のように成形され、それによって、接合部位の封止を形成する。同時に、駆動構造を取り囲むプラスチック材料の部分は、元の状態のままであり、完全な摩擦溶接接合は、外的影響に対して保護される。さらに、回転ツールを適用する際に生じ得る駆動構造に対する損傷は、無視され得る。

本発明のさらなる発展の結果、摩擦溶接部材の駆動構造は、材料、とりわけ、プラスチック材料によって形成される。本実施形態において、駆動構造は、好ましくは、特に金属から形成され、棘状部と結合する頭部との回転に対して固定される鋸歯状の縁によって係合されてもよい。

本発明のさらなる利点、特徴及び利用可能性は、図面中に示される実施形態と併せて、以下の明細書から集積され得る。

明細書、特許請求の範囲及び図面を通じて、それらの用語及び関連する参照符号は、参照符号の一覧表から明らかなものとして使用されるだろう。

それに形成されるマスボルトを有する摩擦溶接部材の断面図を示す。 摩擦爪と組み合わせた適用部位を示す。 金属から一体的に形成される摩擦溶接部材を示す。 摩擦溶接部材のさらなる実施形態を示す。

図１は、頭部１２と、摩擦溶接構造１５と、を備える摩擦溶接部材１０の断面図を示す。頭部１２は、駆動構造１６を備える。

本発明に従って、摩擦溶接部材１０は、板状部材５０に接続するために使用される。

摩擦溶接接合は、板状部材５０の表面で生じ、該板状部材５０の表面は、摩擦プロセスの間に加熱される。回転運動の間に軸力を付与すると、摩擦溶接構造１５は融解し、摩擦溶接部材と板状部材５０とを一体的に結合する。

図１において、その頭部の辺縁に成形されたプラスチックリング２２が、加熱された接合部位ですでに融解された状態の摩擦溶接部材１０を示す。接合部位は、硬化された融解物によって封止されている。それによって、接合部位の腐食が回避される。その結果、付加的なフリッター等が腐食の傾向をさらに低減するプラスチックリング２２によって覆われるといった有利な態様がもたらされる。

摩擦溶接部材１０は、図１に示されるように、摩擦溶接構造から離れたその端部にマスボルト１７を有する。別の方法として、また、スクリュー軸又は他の接合手段が考えられる。

図２は、摩擦爪２０と組み合わせた本発明のさらなる適用分野を示す。本実施形態において、一体的な金属製摩擦爪２０がプラスチックディスク２６を通って延びる状態の摩擦爪２０の断面図を示す。プラスチックディスク２６は、上側部材と摩擦爪２０の頭部２８との間に位置決めされている。摩擦爪２０を部材の組み合わせに固定することによって、プラスチックディスク２６は、上側部材で融解され、このような方法で接合部位を封止する。融解は、摩擦段階の間及び独立した圧縮段階の間、生じ得る。

図３は、金属からワンピースで形成され、駆動構造３４を有する金属頭部３２が、その境界領域でプラスチックリング３６とともに射出成形される摩擦溶接部材３０を示す。また、本実施形態において、プラスチックリング３６は、上側部材と接触することによって、融解される。融解されたプラスチック材料は、それによって、接合部位を封止する。このようにして、接合部位は、摩擦溶接接合プロセスの単一の作業工程において円周方向に封止される。

軸力及び回転運動の影響下で、摩擦溶接部材３０は、上側部材１８を通って駆動される。摩擦溶接接合が、下側部材２０で生じ、また、上側部材１８の表面は、摩擦プロセス中に加熱される。図３において、摩擦溶接部材３０は、それが、上側部材１８内にその頭部３２を用いて貫通し、頭部３２の辺縁に配置されたプラスチック材料３６が融解されたように示されている。それによって、接合部位が封止される。その結果、フリッター等がプラスチック材料３６によって覆われるといった有利な態様がもたらされる。

図４は、摩擦溶接部材４０のさらなる実施形態を示す。該摩擦溶接部材４０は、先端から離れたその端部でその頭部４２上に歯部を備え、プラスチック材料４４からの駆動構造が係合される所謂摩擦ブランク４２を備える。プラスチック材料４４からの駆動構造は、摩擦溶接プロセスのために必要な回転運動を、摩擦棘状部に移行させる。本実施形態において、完全な頭部は、プラスチック材料４４からの駆動構造によって覆われている。

本実施形態は、接合部位に加えて、また、完全な頭部が、プラスチック材料によって覆われ、それによって、摩擦溶接部材及び接合された部材１８，２０の腐食が回避されるといったさらなる利点を有する。

１０ 摩擦溶接部材、１２ 頭部、１４ 棘状部、１５ 摩擦溶接構造、１６ 駆動構造、１８ 上側部材、２０ 下側部材、２２ プラスチック材料、２４ 頭部、２６ プラスチックディスク、３０ 摩擦溶接部材、３２ 金属頭部、３４ 駆動構造、３６プラスチックリング、４０ 摩擦溶接部材、４２ 摩擦ブランク／頭部、４４ プラスチック材料、５０ 板状部材

Claims (11)

1. 部材（１８，２０，５０）に接続するために、摩擦溶接構造（１４，１５）と、駆動構造（１６，３４）を有する頭部（１２，２４，３２，４２）と、を備え、摩擦溶接プロセスの間に熱が発生する摩擦溶接部材（１０，３０，４０）であって、前記頭部（１２，２４，３２，４２）で、前記頭部に最接近して配置される前記部材（１８，２０，５０）の表面に接触することで、前記摩擦溶接プロセスによって産生される前記熱を用いて、少なくとも部分的に融解する材料（２２，２６，３６，４４）が設けられ、該材料は、冷却中に凝固し、それによって、前記摩擦溶接部材（１０，３０，４０）から前記頭部に最接近して配置される前記部材（１８，２０，５０）への移行領域が、封止されることを特徴とする、摩擦溶接部材（１０，３０，４０）。
2. 前記頭部に最接近して配置される前記部材は、前記摩擦溶接部材（１０）に接合される部材（１８）であることを特徴とする、請求項１に記載の摩擦溶接部材（１０，３０，４０）。
3. 前記頭部に最接近して配置される前記部材は、部材の組み合わせにおける上側部材（５０）であり、それによって、前記摩擦溶接部材（３０，４０）が、前記部材の前記組み合わせの下側部材（２０）に接合されることを特徴とする、請求項１に記載の摩擦溶接部材（１０，３０，４０）。
4. 前記材料は、プラスチック材料であることを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載の摩擦溶接部材（１０，３０，４０）。
5. 前記材料は、前記頭部（１２）の少なくとも径方向外側に形成されるとともに、プラスチックリング（３６）を備えることを特徴とする、請求項１〜４の何れかに記載の摩擦溶接部材（１０，３０，４０）。
6. 前記材料は、前記頭部（１２）の少なくとも下縁を覆い、それによって、該下縁は、前記部材（１８，５０）の表面上に前記頭部（１２）の支持面を形成することを特徴とする、請求項１〜５の何れかに記載の摩擦溶接部材（１０，３０，４０）。
7. 前記材料は、ディスクとして形成され、該ディスクは、棘状部（１４）が突出する凹部を備えることを特徴とする、請求項６に記載の摩擦溶接部材（１０，３０，４０）。
8. 前記材料の融解温度は、２５０度と４００度との間であることを特徴とする、請求項１〜７の何れかに記載の摩擦溶接部材（１０，３０，４０）。
9. 前記駆動構造（３４）は、前記材料から形成され、回転に対して固定されて係合する前記頭部（４２）の上に適用されることを特徴とする、請求項１〜８の何れかに記載の摩擦溶接部材（１０，３０，４０）。
10. 前記材料は、前記摩擦溶接プロセスの間に生成される隆起又はフリッターが、前記材料の融解物中に吸収されるように配置及び形成されることを特徴とする、請求項１〜９の何れかに記載の摩擦溶接部材（１０，３０，４０）。
11. 前記材料は、それが、圧縮段階及び／又は摩擦段階の間に融解されるように設けられることを特徴とする、請求項１〜１０の何れかに記載の摩擦溶接部材（１０，３０，４０）。

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