JP2015520051A - 熱可塑性材料を含む物品のための摩擦溶接継手 - Google Patents

熱可塑性材料を含む物品のための摩擦溶接継手 Download PDF

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Abstract

摩擦溶接継手は、物品の第１および第２のボディ部分を結合する。第１のボディ部分は、第１の通常の壁厚と、第１の継手面とを有する。第２のボディ部分は、第２の公称壁厚と、第２の継手面とを有する。合計ビード高さは、継手面の間に規定される。第１のビードは第１の継手面から延びており、第１のビード高さを規定している。第２のビードは第２の継手面から延びており、第１のビードに結合されている。最終的な第２のビード高さは、第１のビードと第２の継手面との間に規定される。最終的な第２のビード高さに対する第１のビード高さの比は、約０．４０〜約１．７０である。第１および第２の公称壁厚のうちの少なくとも一方に対する合計ビード高さの比は、６．００以下である。

Description

関連出願とのクロスリファレンス
本願は、２０１２年５月２３日に出願された米国仮特許出願第６１／６５０５６３号明細書に対する優先権およびその全ての利点を主張し、前記明細書の開示は引用により特に組み込まれる。
発明の背景
１．発明の分野
本発明は、熱可塑性材料から成る物品に関する。特に、本発明は、物品の２つのボディ部分を接合するために使用される摩擦溶接継手に関する。
発明の背景
１．発明の分野
本発明は、熱可塑性材料から成る物品に関する。特に、本発明は、物品の２つのボディ部分を接合するために使用される摩擦溶接継手に関する。
２．関連技術の説明
物品の第１および第２のボディ部分を結合するための摩擦溶接継手の使用は、従来公知である。典型的な摩擦溶接継手は、第１のボディ部分から延びた第１のビードと、第２のボディ部分から延びた第２のビードとを有する。典型的な摩擦溶接継手の第１および第２のビードのそれぞれは、接触面を有する。第１および第２のビードの接触面は、互いに接触して配置され、第１および第２のビードの接触面において摩擦を発生するように第１のボディ部分に力が加えられる。第１および第２のビードは、熱可塑性材料から形成されており、摩擦は、熱可塑性材料のより高い温度を生ぜしめる。熱可塑性材料のより高い温度の結果、第１および第２のビードは互いに嵌合する。その後、熱可塑性材料を冷却させるために第１のボディ部分から力が除去され、これにより、第１および第２のビードの融合を生ぜしめる。
典型的な摩擦溶接継手は、故障なしに典型的な摩擦溶接継手に作用する曲げ、引張りおよび圧縮荷重などの応力に抵抗できなければならない。物品が内燃機関の吸気マニホルドである場合、典型的な摩擦溶接継手に作用する応力は、吸気マニホルドの中空内部に生じる圧力の結果である。当該技術分野においては、依然として摩擦溶接継手を使用しながら吸気マニホルドの中空内部の圧力を高めることが望まれる。吸気マニホルドおよび摩擦溶接継手自体のサイズの技術的制限もある。このように、依然としてサイズの技術的制限を満たしつつ、増大した圧力に曝されたときに故障に抵抗するという要求を満たす改良された摩擦溶接継手を提供する必要がある。
発明の概要および利点
摩擦溶接継手は、熱可塑性材料を含む物品の第１および第２のボディ部分を結合する。第１のボディ部分は、第１の公称壁厚と、第１の継手面とを有する。第２のボディ部分は、第２の公称壁厚と、実質的に第１の継手面に対して平行な第２の継手面とを有する。摩擦溶接継手の合計ビード高さは、第１および第２の継手面の間に規定される。摩擦溶接継手は第１のビードを有する。第１のビードは、第１の継手面に結合されており、この第１の継手面から軸方向に延びており、第１のビード高さを規定している。第２のビードは、第２の継手面に結合されており、第２の継手面から軸方向に延びている。第２のビードは、第１および第２のボディ部分を互いに結合するために第１のビードにも結合されている。最終的な第２のビード高さは、第１のビードと第２の継手面との間に規定される。第２のビード高さに対する第１のビード高さの比は、約０．４０〜約１．７０である。第１および第２の公称壁厚のうちの少なくとも一方に対する合計ビード高さの比は、６．００以下である。最終的な第２のビード高さと等しいかまたはそれよりも大きな第１のビード高さを有し、かつ６．００以下の、第１および第２の公称壁厚のうちの少なくとも一方に対する合計ビード高さの比を有することは、摩擦溶接継手への、第１および第２のボディ部分に作用する応力の伝達を減じる。したがって、従来の溶接継手と比較して、摩擦溶接継手は、摩擦溶接継手故障を生じることなく、第１および第２のボディ部分に作用するより大きな応力に抵抗することができる。
図面の簡単な説明
本発明のその他の利点は容易に認められるであろう。なぜならば、本発明は、添付の図面に関連して考慮されたときに、以下の詳細な説明を参照することによりさらによく理解されるからである。
内燃機関用のエアインテークマニホルドとして使用するための物品の斜視図である。 図１の線２−２に沿って見た物品の断面図である。 摩擦溶接継手を示す、図２の一部分の断面図である。 摩擦溶接継手を有する複数の試験物品のうちの１つの斜視図である。
典型的な実施の形態の詳細な説明
図面を参照すると、同じ参照符号は複数の図面を通じて対応する部材を示しており、物品１２のための摩擦溶接継手１０が概して示されている。図１および図２に示したように、物品１２は、内燃機関用の吸気マニホルドとして形成されてもよい。しかしながら、物品１２は、吸気マニホルド以外のあらゆるもの、例えば自動車用フロントおよびリアテールランプハウジング、燃料タンク、または２つの構成部材が振動溶接加工を用いて接合されるあらゆる用途に形成されてもよいことが理解されるべきであり、これは依然として開示の範囲に含まれる。
概して、物品１２は熱可塑性材料から成る。熱可塑性材料は、ニートの、すなわちバージンの、合成されていない樹脂であってよいか、または熱可塑性材料は、樹脂が、他の成分、例えば何からの物理的特性を高めるための選択的な添加物と合成されている工業製品であってよいことが認められるべきである。加えて、熱可塑性材料は、約５〜２５％の粉砕再生成分を有してもよい。一般的に、熱可塑性材料は、ポリプロピレン、塩化ポリビニル、ポリスチレン、アクリロニトリルブタジエンスチレン、スチレンブタジエン、アクリリックスチレンアクリロニトリル、ポリメチルメタクリレート、ポリアセタール、ポリフェニレンオキシド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリフェニレンスルフィド、酢酸セルロース、ポリスルホン、ポリブチレンテレフタレート、ポリアミド、およびそれらの組合せのグループから選択される。より一般的には、熱可塑性材料は、ナイロン６、ナイロン６／６、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリアセタール、アクリルスチレンアクリロニトリル、およびそれらの組合せのグループから選択されたポリアミドである。しかしながら、物品１２を製造するためにその他の熱可塑性材料が使用されてもよいことが理解されるべきである。加えて、熱可塑性材料は、上記で列挙した材料のうちの２つ以上の混合物であってもよい。例えば、熱可塑性材料は、ポリアミド配合物、ポリプロピレンおよびエチレンプロピレンジエンモノマー配合物、ポリフェニレンオキシド配合物、ポリカーボネートおよびアクリロニトリルブタジエンスチレンポリマー配合物、およびポリカーボネートおよびポリブチレンテレフタレート配合物のグループから選択されてよい。
必要ではないが、熱可塑性材料は、一般的に、５〜６５％が繊維によって充填されており、より好適には、熱可塑性材料は、３０％が繊維によって充填されている。繊維は短い、長い、および／または連続的であってもよいことが認められるべきである。繊維はガラス繊維および／またはカーボンであってもよいことが認められるべきである。適切な熱可塑性材料の例は、BASF社から市販されているUltramid（登録商標）、ポリアミド、Ultradur（登録商標）、Ultraform（登録商標）、Ultrason（登録商標）、Luran（登録商標）およびTerluran（登録商標）グレードを含むが、これらに限定されない。
図３を参照すると、物品１２は、第１のボディ部分１４および第２のボディ部分１６を有する。第１および第２のボディ部分１４，１６は、物品１２を形成するために摩擦溶接継手１０によって結合されるように構成されている。言い換えれば、第１および第２のボディ部分１４，１６が結合されると、第１および第２のボディ部分１４，１６は物品１２を形成する。第１のボディ部分１４は、第１の公称壁厚Ｔ１を有し、第２のボディ部分１６は、第２の公称壁厚Ｔ２を有する。第１および第２の公称壁厚Ｔ１，Ｔ２は、一般的に、第１および／または第２のボディ部分１４，１６の壁部の断面厚さによって規定される。より具体的には、第１のボディ部分１４は、第１のボディ部分１４の第１の公称壁厚Ｔ１を規定する第１の壁部１８を有する。同様に、第２のボディ部分１６は、第２のボディ部分１６の第２の公称壁厚Ｔ２を規定する第２の壁部２０を有する。第１および第２の公称壁厚Ｔ１，Ｔ２は互いに同じであっても、異なってもよいことが認められる。一般的に、第１および第２の公称壁厚Ｔ１，Ｔ２は、約１．５０〜約５．００、より一般的には約２．００〜約４．００、さらにより一般的には約２．８０〜約３．２０ｍｍである。
加えて、第１および第２のボディ部分１４，１６のそれぞれは、継手面を有する。言い換えれば、第１のボディ部分１４は、第１の継手面２２を有し、第２のボディ部分１６は、第２の継手面２４を有する。第２の継手面２４は、第１の継手面２２に対して実質的に平行である。第１のボディ部分１４は、第１の壁部１８から延びた第１のフランジ２６を有してもよく、第１の継手面２２は第１のフランジ２６に配置されている。概して、存在する場合、第１の壁部１８および第１のフランジ２６は、その断面がＬ字形の構成を有する。同様に、第２のボディ部分１６は、第２の壁部２０から延びた第２のフランジ２８を有してもよく、第２の継手面２４は第２のフランジ２８に配置されている。概して、存在する場合、第２の壁部２０および第２のフランジ２８は、その断面がＬ字形の構成を有する。
摩擦溶接継手１０は、第１および第２の継手面２２，２４の間に配置されている。摩擦溶接継手１０は、物品１２を形成するために第１および第２のボディ部分１４，１６を結合する。摩擦溶接継手１０は、第１および第２の継手面２２，２４の間に規定された合計ビード高さＨＴを有する。合計ビード高さＨＴは、一般的に約６．５〜約９．５、より一般的には約７．００〜約９．００、さらにより一般的には約８．００〜約９．００ｍｍである。一般的に、第１および第２の公称壁厚Ｔ１，Ｔ２のうちの一方に対する合計ビード高さＨＴの比は、６．００以下、より一般的には約１．６０〜約５．５０、さらにより一般的には約２．５０〜約３．００である。
摩擦溶接継手１０は、第１の継手面２２に結合されかつ第１の継手面２２から軸方向に延びた第１のビード３０を有する。第１のビード３０は、第１の継手面２２から中心線３２に沿って軸方向に延びている。第１のビード３０は、第１の継手面２２から延びており、第１の接触面３４において終わっており、これにより、第１のビード高さＨ１を規定している。一般的に、第１のビード高さＨ１は、約２．００〜約５．００、より一般的には約２．５０〜約４．５０、さらにより一般的には約４．００〜約４．５０ｍｍである。加えて、第１のビード３０は、第１のビード３０の断面厚さによって規定された厚さＴ３を有する。概して、第１のビード３０の厚さＴ３は、第１の継手面２２と、第１のビード３０の接触面との間で均一である。一般的に、第１のビード３０の厚さＴ３は、約３．００〜約８．００、より一般的には約４．００〜約７．００、さらにより一般的には約６．００〜約７．００ｍｍである。一般的に、第１のビード３０の厚さＴ３は、第１のフランジ２６の断面厚さよりも小さい。
摩擦溶接継手１０は、第２の継手面２４に結合されかつ第２の継手面２４から軸方向に延びた第２のビード３６を有する。第２のビード３６は、第２の継手面２４から中心線３８に沿って軸方向に延びている。第２のビード３６は、第２の継手面２４から延びており、第２の接触面４０において終わっており、これにより、初期の第２のビード高さＨ２を規定している。一般的に、初期の第２のビード高さＨ２は、約４．００〜約６．５０、より一般的には約４．６０〜約６．００、さらにより一般的には約５．５０〜約６．００ｍｍである。加えて、第２のビード３６は、第２のビード３６の断面厚さによって規定された厚さＴ４を有する。概して、第２のビード３６の厚さＴ４は、第２の継手面２４と、第２のビード３６の第２の接触面４０との間で均一である。一般的に、第２のビード３６の厚さＴ４は、約１．５０〜約７．００、より一般的には約３．００〜約６．００、最も一般的には約４．００〜約５．００ｍｍである。一般的に、第２のビード３６の厚さＴ４は、第２のフランジ２８の断面厚さよりも小さい。
第１および第２のビード３０，３６はあらゆる適切な断面構成を有してよいことが認められるべきである。例えば、第１および第２のビード３０，３６のそれぞれは、矩形の断面、または円形の断面を有してよい。第１のビード３０は、第２のビード３６と比較して異なる断面を有してもよいことが認められるべきである。例えば、第１のビード３０が矩形の断面を有し、第２のビード３６が円形の横断面を有してもよい。
一般的に、第１および第２のビード３０，３６は、物品１２の熱可塑性材料から成る。例えば、第１および第２のビード３０，３６は、無充填のおよび／またはガラス充填ナイロン、ナイロン６／６、塩化ポリビニル、ポリブチレンテレフタレート、ポリアセタール、およびそれらの組合せから成ってよい。第１および第２のビード３０，３６は、第１および第２のボディ部分１４，１６の熱可塑性材料と比較して異なる熱可塑性材料から成ってもよい。
第１および第２のボディ部分１４，１６を結合する前に、第２のビード３６は第１のビード３０から間隔を置かれている。第１および第２のビード３０，３６を互いに結合するために、第１および第２のビード３０，３６は、互いに接触して配置される。特に、第１および第２のビード３０，３６のそれぞれの接触面３４，４０は、互いに接触して配置される。概して、第１および第２のビード３０，３６の中心線３２，３８は、第１および第２のビード３０，３６を互いに結合する前に互いに整列させられる。第１および第２のボディ部分１４，１６を一緒に一時的に保持するために、第１および第２のボディ部分１４，１６に締付け圧力が加えられてもよい。締付け圧力は、一般的に、約１．０〜約７．０、より一般的には約１．２〜約４．０、さらに一般的には約１．５〜約２．５Ｍｐａである。
第１および第２のビード３０，３６の間に摩擦を発生するために、物品１２の第１または第２のボディ部分１４，１６に力が加えられる。力の提供は、第１および第２のビード３０，３６の接触面の間に摩擦を発生させる。摩擦は、熱を発生し、この熱は、通常温度から、熱可塑性材料の融解温度に向かって、第１および第２のビード３０，３６の熱可塑性材料の加熱を生ずる。力の提供は、さらに、第１および第２のビード３０，３６を摩擦溶接することと定義されてよく、これにより、第１または第２のボディ部分１４，１６のうちの一方は、第１および第２のビード３０，３６のうちの他方に対して低い周波数で往復運動する。一般的に、摩擦溶接において使用される低い周波数は、約１００〜約３００、より一般的には約１５０〜約２４０、さらにより一般的には約１８０〜２２０ヘルツである。加えて、力の提供は、さらに、第１および第２のビード３０，３６を超音波溶接することと定義されてよく、これにより、第１または第２のボディ部分１４，１６のうちの一方は、第１および第２のビード３０，３６のうちの他方に対して高い周波数で往復運動することが認められるべきである。超音波溶接において使用される高い周波数は、一般的に約１５０００〜約７２０００、より一般的には約１５０００〜約６００００、さらにより一般的には約１５０００〜４００００ヘルツである。
第１および第２のビード３０，３６の加熱により、第１または第２のビード３０，３６は第１および第２のビード３０，３６のうちの他方へ埋没する。言い換えれば、第１および第２のビード３０，３６の熱可塑性材料が熱可塑性材料の融解温度に近づくと、第１または第２のビード３０，３６の少なくとも一方が他方に埋没する。第１および第２のビード３０，３６を一緒に保持する圧力は、第１または第２のビード３０，３６を第１および第２のビード３０，３６のうちの他方に埋没させることを助けるために、力を加えるステップの間、存在してもよいことが認められるべきである。
第１および第２のビード３０，３６を融合させて、物品１２の第１のボディ部分１４および第２のボディ部分１６を結合するために、力が除去される。概して、力が除去されると、摩擦によって発生されていた熱が急速に散逸し、第１および第２のビード３０，３６の熱可塑性材料は、第１および第２のビード３０，３６の通常温度に達した時に融合する。言い換えれば、力が除去されると、第１および第２のビード３０，３６は、物品１２の第１および第２のボディ部分１４，１６を接合するように互いに結合される。前記第１および第２のボディ部分１４，１６を互いに結合するために、第２のビード３６が第１のビード３０に結合されてもよいし、第１のビード３０が第２のビード３６に結合されてもよいし、第１および第２のビード３０，３６が互いに結合されてもよいことが認められる。
一般的に、図３に示したように、第２のビード３６を第１のビード３０に埋没させるために第１のボディ部分１４に力が加えられる。このような実施の形態において、第１のボディ部分１４から力が除去された後、第２のビード３６は少なくとも部分的に第１のビード３０内に配置されている。第２のビード３６は、距離Ｄ１だけ第１のビード３０に埋没する。この距離Ｄ１は、約０．２５〜約２．２０ｍｍ、より一般的には約１．００〜約２．００ｍｍ、さらにより一般的には約１．５０〜約１．８０ｍｍである。しかしながら、第２のビード３６は、第２のビード３６が第１のビード３０によって完全に覆われるように第１のビード３０に埋没してもよいことが認められるべきである。加えて、第１のボディ１４の代わりに第２のボディ部分１６に力が加えられるならば、第１のビード３０が、上述の第２のビード３６と同様の形式で第２のビード３６に埋没することが認められるであろう。
第２のビード３６が第１のビード３０に埋没すると、第２のビード３６は、第１のビード３０と第２の継手面２４との間に規定された最終的な第２のビード高さＨ３を有する。一般的に、最終的な第２のビード高さＨ３に対する第１のビード高さＨ１の比は、約０．４０〜約１．７０、より一般的には約０．５０〜約１．２５、さらにより一般的には約０．９８〜約１．０である。一般的に、最終的な第２のビード高さＨ３は、約２．５０〜約５．００、より一般的には約３．００〜約４．５０、さらにより一般的には約４．００〜約４．５０ｍｍである。第２のビード３６の最終的な第２のビード高さＨ３は、第１のビード高さＨ１と等しいかまたはそれよりも大きくてよいことが認められるであろう。
概して、物品１２は、第１および第２のボディ部分１４，１６によって形成された内側チャンバを有する。摩擦溶接継手１０は、内側チャンバの周囲に配置されている。物品１２の通常使用中、チャンバは圧力増大を生じることがある。例えば、物品１２が吸気マニホルドである場合には、吸気マニホルド内の圧力が増大する。圧力上昇により、モーメント力が摩擦溶接継手１０に作用する。モーメント力は、摩擦溶接継手１０に作用する曲げ荷重、引張荷重、および圧縮荷重の組合せを生じる。この場合、摩擦溶接継手１０は、故障することなく曲げ、引張りおよび圧縮荷重などにより摩擦溶接継手１０に加えられる応力に耐えることができなければならない。
理論によって縛られることを望むことなく、上述の第１のビード高さＨ１に対する最終的な第２のビード高さＨ３の間の比を有する摩擦溶接継手１０を提供し、上述のような第１および第２の公称壁厚Ｔ１，Ｔ２のうちの少なくとも一方に対する合計ビード高さＨＴの比を有することは、摩擦溶接継手１０に作用する応力を減じ、その結果、第１および第２のボディ部分１４，１６に作用する応力が減じられると考えられる。第１および第２のボディ部分１４，１６に作用する応力の一例は、物品１２の内側チャンバ４１内の上昇した圧力である。摩擦溶接継手１０の強度は高められるとともに、摩擦溶接継手１０に伝達される応力が減じられる。したがって、物品１２は、上述の比要求を満たさない別の溶接継手と比較して、摩擦溶接継手１０の故障なしに、より大きな圧力に耐えることができる。この場合、第１のビード高さＨ１に対する最終的なビード高さＨ３の比および合計ビード高さＨＴのための比は、チャンバ内の圧力が増大するときに摩擦溶接継手１０に作用する曲げ、引張りおよび圧縮荷重から生じる応力を減じる。チャンバ内の増大した圧力から生じる摩擦溶接継手１０に作用する応力を制限することは、摩擦溶接継手１０の破裂強さを高める。
第１および第２のビード３０，３６の加熱は、バリの発生をも生じる。したがって、第２のボディ部分１６は、第１のバリダムおよび第２のバリダムをそれぞれ有してもよい。各バリダムは第２の継手面２４から延びている。バリダムは互いに間隔を置いて配置されており、第２のビード３６は、バリダムから間隔を置いて、バリダムの間に配置されている。バリが発生されたときにバリを捕集するために、各バリダムと第２のビード３６との間にキャビティ４４が形成されている。キャビティ４４は、摩擦溶接継手１０内にバリを捕集し、これにより、バリが物品１２内で散らばることを防止する。美観の観点からもバリを捕捉することが望ましく、このことは、物品１２が吸気マニホルドである場合に中心的な適用要求でもある。バリダムの厚さの増大が摩擦溶接継手１０の破裂強さを高めることも観察された。しかしながら、バリダムの厚さは大きくなりすぎることはできず、さもないとバリを捕捉するためのキャビティが存在しなくなる。一般的に、バリダムは、約０．５０〜約４．００、より一般的には約０．８０〜約３．２５、さらにより一般的には約２．５０〜約３．００ｍｍの厚さを有する。
加えて、第１のビード３０および／または第２のビード３６が内側および外側のステムに分割されてもよいことも認められるであろう。さらに、第１のビード３０または第２のビード３６が内側および外側のステムに分割されている場合、第１のビード３０の中心線３２は第２のビード３６の中心線３８からずれていてもよいことが認められるであろう。第１および／または第２のビード３０，３６を内側および外側のステムに分割し、中心線３２，３８をずらすことは、チャンバ内の圧力が増大したときに摩擦溶接継手１０に作用する曲げ、引張りおよび圧縮荷重から生じる応力を減じると考えられる。チャンバ内の増大した圧力から生じる摩擦溶接継手１０に作用する応力を制限することは、摩擦溶接継手１０の破裂強さを高める。
上記説明は、物品１２の第１および第２のボディ部分１４，１６を結合することに関して説明されているが、摩擦溶接継手１０を、複数の物品１２を含むあらゆる熱可塑性ボディを結合するために使用することができることが認められるであろう。
複数の試験物品４２が製造される。試験物品４２の一例が図４に示されている。試験物品４２は、継手によって接合された第１および第２のボディ部分１４，１６を有する。しかしながら、各試験物品４２の合計ビード高さＨＴは異なっている。合計ビード高さＨＴの変化は、それぞれ第１および第２のビード３０，３６の第１のビード高さＨ１または最終的な第２のビード高さＨ３のうちの少なくとも一方を調節することによって提供される。第１のビード３０は６．００ｍｍの厚さを有し、第２のビード３６は４．００ｍｍの厚さを有する。試験物品４２の第１および第２のボディ部分１４，１６の公称壁厚は、約３．００ｍｍである。継手は、全ての試験物品４２に対して同じ締付圧力を用いて上述のように形成される。第１圧力故障試験は、試験物品４２が故障するまで試験物品４２内の圧力を増大することによって行われる。その結果が以下の表１に示されている。
Figure 2015520051
表１に示したように、最終的な第２のビード高さＨ３に対する第１のビード高さＨ１の比が１以下である試験物品４２は、最終的な第２のビード高さＨ３に対する第１のビード高さＨ１の比が１よりも大きい試験物品４２よりも強い。例えば、表の試験物品７および８を参照すると、試験物品８の最終的な第２のビード高さＨ３に対する第１のビード高さＨ１の比が１未満であるので、試験物品７よりも試験物品８の強度のほうが高い。
加えて、合計ビード高さＨＴを増大すること、ひいては公称壁厚に対する合計ビード高さＨＴの比を増大することも、より強い継手を生じた。例えば、試験物品４２の１０および１１に対して試験物品８を比較すると、最終的な第２のビード高さＨ３に対する第１のビード高さＨ１の比は一定であるが、公称壁厚に対する合計ビード高さＨＴの比を増大することが、より強い継手を生じたことを証明している。第１および第２のビード３０，３６の間の接触面積は一定のままであるから、合計ビード高さＨＴを単に増大することは継手の強度には影響しないと予測される。しかしながら、表１の結果において証明されているように、合計ビード高さＨＴの増大は、継手の強度に対して望ましい影響を与えていた。
第２の圧力故障試験は、バリダムの厚さを調節することの効果を決定するために行われる。付加的な試験物品４２は上述のように形成される。次いで、試験物品４２が故障するまで試験物品４２内の圧力が増大された。その結果が以下の表２に示されている。
Figure 2015520051
表２に示したように、バリダムの厚さの増大は、継手の増大した強度を生じる。例えば、試験物品番号１２および１３に対する表１の試験物品番号１０の比較は、最終的な第２のビード高さＨ３に対する第１のビード高さＨ１の比、および公称壁厚に対する合計ビード高さＨＴの比が一定のままであるが、バリダムの厚さの増大が増大した強度を生じたことを証明している。概して、バリを捕捉するためのキャビティの体積を減少させるのでバリダムの厚さを増大させることは望ましくないと付言することは重要である。しかしながら、合計ビード高さＨＴが増大されているので、キャビティの体積に不利に影響しつつも、バリダムの厚さを増大させることができる。したがって、合計ビード高さＨＴを増大することにより、バリダムの厚さが増大され、その結果、試験物品４２は、故障前に、より高い圧力に耐える。
典型的な実施の形態を参照して発明を説明したが、発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更が加えられてよく、前記実施の形態の要素の代わりに均等物が代用されてよいことが理解されるであろう。加えて、発明の基本的な範囲から逸脱することなく、特定の状況または材料を発明の開示に適応させるために、多くの変更がなされてよい。従って、本発明を実施するために考えられた最良の形態として開示された特定の実施の形態に発明は限定されない。したがって、本発明を実施するために考えられた最良の形態として開示された特定の実施の形態に発明は限定されないが、本発明は、添付の請求広範囲に該当する全ての実施の形態を含む。

Claims (24)

  1. 熱可塑性材料を含む物品であって、該物品は、
    第１の公称壁厚および第１の継手面を有する第１のボディ部分と、
    第２の公称壁厚、および前記第１の継手面に対して実質的に平行な第２の継手面を有する第２のボディ部分と、
    前記第１の継手面と前記第２の継手面との間に配置された摩擦溶接継手であって、前記第１の継手面と前記第２の継手面との間に規定された合計ビード高さを有する、摩擦溶接継手と、を備え、
    該摩擦溶接継手は、
    第１のビード高さを規定する、前記第１の継手面に結合されかつ該第１の継手面から軸方向に延びる第１のビードと、
    前記第２の継手面に結合されかつ該第２の継手面から軸方向に延び、前記第１のボディ部分および前記第２のボディ部分を結合するための前記第１のビードに結合され、前記第１のビードと前記第２の継手面との間に規定された最終的な第２のビード高さを有する、第２のビードと、を有し、
    前記最終的な第２のビード高さに対する前記第１のビード高さの比は、約０．４０〜約１．７０であり、
    前記第１の公称壁厚および前記第２の公称壁厚のうちの少なくとも一方に対する前記合計ビード高さの比は、６．００以下であることを特徴とする、熱可塑性材料を含む物品。
  2. 前記最終的な第２のビード高さに対する前記第１のビード高さの前記比は、１．００以下である、請求項１記載の物品。
  3. 前記第１のビード高さは、約２．００〜約５．００ｍｍである、請求項２記載の物品。
  4. 前記最終的な第２のビード高さは、約２．５０〜約５．００ｍｍである、請求項３記載の物品。
  5. 前記第１の公称壁厚および前記第２の公称壁厚のうちの少なくとも一方に対する前記孔径ビード高さの前記比は、約１．６０〜約５．５０である、請求項１記載の物品。
  6. 前記合計ビード高さは、約６．５〜約９．５ｍｍである、請求項５記載の物品。
  7. 前記第１の公称壁厚および前記第２の公称壁厚は、約１．５０〜約５．００ｍｍである、請求項６記載の物品。
  8. 前記第１のボディ部分は、該第１のボディ部分の前記公称壁厚を規定する第１の壁部を有し、前記第２のボディ部分は、該第２のボディ部分の前記公称壁厚を規定する第２の壁部を有する、請求項１記載の物品。
  9. 前記第１のボディ部分は、前記第１の壁部から延びる第１のフランジを有しており、前記第１の継手面は前記第１のフランジに配置されている、請求項８記載の物品。
  10. 前記第２のボディ部分は、前記第２の壁部から延びる第２のフランジを有しており、前記第２の継手面は前記第２のフランジに配置されている、請求項９記載の物品。
  11. 前記第２のボディ部分は、それぞれ前記第２の継手面から延びる第１のバリダムおよび第２のバリダムを有しており、前記第２のバリダムは前記第１のバリダムから間隔を置いて配置されており、前記第２のビードは、前記バリダムから間隔を置いて、該バリダムの間に配置されている、請求項１記載の物品。
  12. 前記バリダムは、約０．５０〜約４．００ｍｍの厚さを有する、請求項１１記載の物品。
  13. 前記第１のビードおよび前記第２のビードはそれぞれ、前記第１のフランジおよび前記第２のフランジの断面厚さよりも小さい厚さを有する、請求項１０記載の物品。
  14. 前記第１のビードおよび前記第２のビードは、ナイロン６、ナイロン６／６、塩化ポリビニル、ポリブチレンテレフタレート、ポリアセタール、およびそれらの組合せのグループから選択された材料を含む、請求項１記載の物品。
  15. 物品の第１のボディ部分と第２のボディ部分とを結合するための摩擦溶接継手であって、
    前記物品は熱可塑性材料を含み、前記第１のボディ部分は第１の公称壁厚および第１の継手面を有し、前記第２のボディ部分は第２の公称壁厚、および前記第１の継手面に対して実質的に平行な第２の継手面を有し、
    前記摩擦溶接継手は、
    第１のビード高さを規定する、前記第１の継手面に結合されかつ該第１の継手面から軸方向に延びる第１のビードと、
    前記第２の継手面に結合されかつ該第２の継手面から軸方向に延び、前記第１のボディ部分および前記第２のボディ部分を結合するために前記第１のビードに結合され、前記第１のビードと前記第２の継手面との間に規定された最終的な第２のビード高さを有する、第２のビードと、を有し、
    前記最終的な第２のビード高さに対する前記第１のビード高さの比は、約０．４０〜約１．７０であり、
    前記第１の継手面と前記第２の継手面との間に合計ビード高さが規定されており、
    前記第１の公称壁厚および前記第２の公称壁厚のうちの少なくとも一方に対する前記合計ビード高さの比は、４．５以下であることを特徴とする、物品の第１のボディ部分と第２のボディ部分とを結合するための摩擦溶接継手。
  16. 前記最終的な第２のビード高さに対する前記第１のビード高さの前記比は、１．００以下である、請求項１３記載の摩擦溶接継手。
  17. 前記第１のビード高さは、約２．００〜約５．００ｍｍである、請求項１３記載の摩擦溶接継手。
  18. 前記最終的な第２のビード高さは、約２．５０〜約５．００ｍｍである、請求項１５記載の摩擦溶接継手。
  19. 前記第１および第２のボディ部分のうちの少なくとも一方の前記公称壁厚に対する前記合計ビード高さの前記比は、約１．６０〜約５．５０である、請求項１３記載の摩擦溶接継手。
  20. 前記公称壁厚は、約１．５０〜約５．００ｍｍである、請求項１３記載の摩擦溶接継手。
  21. 前記合計ビード高さは、約６．５〜約９．５ｍｍである、請求項１３記載の摩擦溶接継手。
  22. 前記第２のボディ部分は、それぞれ前記第２の継手面から延びる第１のバリダムおよび第２のバリダムを有しており、前記第２のバリダムは前記第１のバリダムから間隔を置いて配置されており、前記第２のビードは、前記バリダムから間隔を置いて、該バリダムの間に配置されている、請求項１３記載の物品。
  23. 前記バリダムは、約０．５０〜約４．００ｍｍの厚さを有する、請求項２２記載の物品。
  24. 前記第１のビードおよび前記第２のビードは、ナイロン６、ナイロン６／６、塩化ポリビニル、ポリブチレンテレフタレート、ポリアセタール、およびそれらの組合せのグループから選択された材料を含む、請求項１３記載の摩擦溶接継手。
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