JP5258304B2 - 塑性変形ボルトを使用して少なくとも１つの部品を基本部品に取り外し不能に固定するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも１つの部品を基本部品に取り外し不能に固定するための請求項１の前段に記載の方法と、請求項７の前段に記載の１つの部品と基本部品との取り外し不能な接続部と、トルクコンバータのロックアップクラッチのピストンのガイドをトルクコンバータのカバーに固定するための請求項１２に記載の方法の利用とに関する。

製造技術において、基本部品に１つ以上の部品の端面を多くの箇所で固定する必要があるが、基本部品は構造上の理由から連続孔を有すべきでないので、ねじ込み又はリベット止めのような従来の方法は適用されない。

特許文献１は、ある部品、極部分が、ボルトによって、孔を有するハウジングに固定される方法を開示している。この場合、ボルトは孔を貫通してハウジングに差し込まれ、ボルトの端面は、電気溶接によって極部分に固定される。次の作業において、ボルトは、頭部を形成するように成形することによって塑性変形される。

しかし、この方法は、ハウジングの孔とボルトとがほぼ同一の直径を有するという欠点を有する。結果として、導電性材料から成るハウジングの場合、電気溶接中に分流が生じるが、この理由は、電流がボルトだけでなく、孔の近傍のハウジング自体にも導かれるからである。したがって、この方法は、ハウジング部が非導電性材料から成るそれらの事例においてのみ機能を果たす。

独国特許出願公開第３３１６０４７Ａ１号明細書

本発明の目的は、ボルトの端面を溶接しそれと同時にボルトを塑性変形させることによって、部品と基本部品とを取り外し不能に接続するための方法と、その方法によって形成される部品と基本部品との取り外し不能な接続部とを提供することであり、それにより任意の所望の材料から成る部分を互いに接続できる。

この目的は、本発明によれば、請求項１と７の特徴によって達成される。

したがって、頭部を有するボルトの軸部は、頭部の下側が部品の表面の領域に位置するまで据え込み加工される。本方法の１つの利点は、溶接及び塑性変形を１回の作業で行うことができ、したがって、時間とコストを節約できることである。さらに、ボルトは頭部を有するのでスパッタを収容することが可能である（請求項１）。

有利なことに、ボルトの軸部は、端面を溶接した後の短い時間間隔の後に印加される第２の電気パルスによって加熱され、それと同時に据え込み加工される。このようにして、スパッタの発生、及び接続箇所の近傍への大量の熱の伝達の両方を回避できる（請求項２）。

有利なことに、プロジェクション溶接方法が溶接のために用いられる。ボルトが先端を有する場合、この溶接方法は特に有利であることが証明されている（請求項３）。

本方法の有利な改良形態では、ボルトの軸部は、本方法の実施中に、孔を周方向領域において完全に埋めるように据え込み加工される。このようにして、部品の実際の接続に加えて、気密性を得ることもできる。さらに、冷却中に、ボルトが半径方向及び軸方向に収縮して、接続された部品の剛性が互いに向上するので、接続部の強度が高くなることが保証される（請求項４）。

有利な改良形態では、ボルトは、ボルトが強固にしかし取り外し可能に接続される溶接電極によって溶接電極と共に孔に差し込まれる。これにより、ボルトを孔に挿入する際の追加の工程ステップが省略され、したがって、本方法はより簡略化され、さらに費用効果的なものとなる。さらに、このようにして、孔に対する遊びを当然有するボルトを差し込むのと同時にそれをセンタリングし、次に、この位置に直接固定することが可能になる（請求項５）。

有利には、本方法は溶接プレス機で行われる。従って、連続製造時に本方法を行うために、商業的に入手可能な及び汎用の機械が使用され得る（請求項６）。

さらに、１つ以上の部品と基本部品との取り外し不能な接続部が提供される。この場合、ボルトは基本部品の反対側に頭部を有し、孔は、塑性変形前にその孔に配置されたボルトの軸部よりも大きい直径を有する。これによって、最大の電気抵抗がボルトの端面と基本部品との間に、すなわち正確には、溶接個所に生じる直接抵抗溶接方法を用いることができる（請求項７）。

さらに、有利なことに、基本部品の隣に配置された部品は、基本部品に面する表面において、孔の近傍に凹部を有する。一方では、この凹部は、溶接中に生じるビードを収容するように機能し、他方では、この凹部は、溶接中に生じる可能性があるスパッタも収容する（請求項８）。

有利なことに、孔は、基本部品から離れるにつれ大きくなる直径を有する円錐形状を有する。このような円錐孔は、ボルトの軸部の据え込み加工中に移動された材料を最適に収容できる（請求項９）。

別の有利な改良形態では、ボルトの頭部は、部品に面する表面に、一体成形された周囲シールリングを有する。その代わりに、基本部品の隣に配置された部品は、一体成形された周囲シールリングを表面に有する。このようにして、簡単な措置によって、接続部の気密性を得ることができる（請求項１０と１１）。

さらに、自動車のトルクコンバータのロックアップクラッチ用のピストンのガイドをトルクコンバータのカバーに取り外し不能に接続するための請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法の利用が提供される（請求項１２）。

発明の詳細な説明によって、本発明の別の改良形態及び利点を理解することが可能である。

図面中の２つ以上の典型的な実施形態を参照して、本発明についてより詳細に説明する。

図１は、図１にはまだ示されていない基本部品３に固定すべき部品１を示している。部品１は連続孔５を有する。さらに、軸部１３と頭部１５とを有するボルト７が示されている。この場合、孔５は軸部１３よりも大きい直径を有するので、組立位置において、ボルト７は、孔５に対する遊びを有する。典型的なこの実施形態では、頭部１５の反対側のボルト７の当該端面９は先端１６の形状に構成される。ボルト７は、例えば、高い強靭性を保証するために、炭素含有量が低い鋼から成る。さらに、部品１は、１つの表面２１に凹部２３を有する。この凹部の機能については以下にさらに説明する。凹部２３は、典型的なこの実施形態において円筒状であるが、他の形状を有してもよい。

図２は、部品１に加えて、ボルト７によって部品１を取り外し不能に固定する基本部品３を示している。このために、最初に、ボルト７が、この図には示されていない溶接電極によって孔５に差し込まれ、この溶接電極に、ボルト７の頭部１５が強固に、しかし取り外し可能に接続される。頭部１５と溶接電極とのこの接続は、例えば、真空によってなされる。その代わりに、機械的クランプによって、頭部１５を溶接電極に接続してもよい。

次に、ボルト７の端面９が基本部品３の表面１０に溶接される。このことは、本明細書において、例えば、抵抗溶接方法によって行われる。しかし、すべての電気溶接方法が適切である。抵抗溶接方法には、この場合、特に、プロジェクション溶接方法の利用が含まれる。このために、それに応じて、ボルト７の端面９は先端１６として成形される。溶接は、電気溶接パルスによって行われる。典型的なこの実施形態では、パルスは大きさとして３０〜６０ミリ秒の長さを有し、これは、ボルト７の端面抵抗溶接において通常の値である。図２は、さらに、ここで得られる溶接領域２０を示している。電気抵抗溶接の代替方法には、例えば、アークスタッド溶接がある。しかし、この方法では、アークが他の側に飛び越えるような望ましくないことが生じるので、この場合適切でない。

図３は、後続かつ最終ステップが行われた後の部品１と基本部品３との取り外し不能な接続部１８を示している。このステップでは、ボルト７は塑性変形される。この塑性変形は、第１の溶接パルスに短い時間間隔で続く、第２の電気パルスが印加される際に生じる。電流強度が低いこの第２のパルスは、第１の溶接パルスよりも著しく長い。上記第２のパルスは、例えば、１０００ミリ秒になり得る。ボルト７は、第２のパルスによって加熱されて軟化される。

それと同時に、力がボルト７の長手方向８に加えられて、ボルト７の軸部１３を据え込み加工した形態で塑性変形を生じさせる。据え込み力は、この場合、溶接力と同一の大きさを有するかあるいはこの溶接力よりも小さいか又は大きくてもよい。この据え込み移動は、ボルト７の頭部１５の下側１７の領域が、少なくとも、部品１の表面１１に位置するまで行われる。次に、据え込み加工中に側方に押し付けられる軸部１３の材料は、孔５を周方向領域において完全に埋める。ボルト７の端面９が基本部品３の表面１０に溶接されたときに発生するスパッタ、並びに据え込み加工中にこの領域に移動された材料が凹部２３に収容され、この結果、基本部品３と部品１との間には、清浄で平滑な接触面が存在することになる。

この方法では、溶接接続はボルト７と基本部品３との間でのみ行われるので、溶接不能な部品１、すなわち、例えば、アルミニウム、セラミック又はプラスチックから成る部品、及びこのような部品の複合材を基本部品３に連結することが可能である。ボルト７及び基本部品３のみが、溶接可能な材料から成る必要がある。

さらに、本方法が行われる前に、ボルト７は、孔５に対する遊びを有するので、部品１用の導電性材料を接続する場合でも、ボルト７の端面９を短絡なしに基本部品３に溶接できるが、この理由は、溶接電流が、ボルト７自体のみを通して導かれるからである。いずれにしても、溶接に必要な高い電気抵抗がボルト７の端面９と基本部品３の表面１０との間に生じる。

本方法が行われた後に、ボルト７は、先行する熱成形によって収縮する。これによって、接続部１８の剛性がさらに向上して、強度が高くなる。

さらに、溶接及びその後の塑性変形は、追加の変換措置又は取り替え措置を必要とすることなく、標準的な溶接プレス機で１回の作業で行われる。

溶接によって生じる可能性がある溶接領域２０の硬化は、塑性変形の枠内の引き続く加熱によって低減される。

図４は、詳細に上述されている接続方法の可能な１つの用途を示している。本図には、自動車用のトルクコンバータ３５の断面が詳細に示されている。このトルクコンバータ３５は、トルクをエンジンから変速機に伝達するか又はトルクを適切に適合させる機能を有する。駆動モード時にエンジンと変速機との間の油圧滑りを回避するために、したがって、エンジンのガソリンの消費を低減するために、トルクコンバータ３５はロックアップクラッチ３３を有する。このロックアップクラッチは２つの薄板積層体３９と４０から成り、これらの薄板積層体は、エンジン及び変速機の同一の回転速度を実現するために、油が周りに流れて移動されるピストン３０によって圧縮される。結果的に、共に押圧される薄板積層体３９と４０によって、直接的な機械的結合が、エンジンによって駆動されかつ外側薄板積層体３９に接続されるトルクコンバータのカバー３７と、内側薄板積層体４０に接続される変速機入力軸４２との間で実現される。これによって、トルクコンバータ３５の１００パーセントの効率が実現される。

ピストン３０は、Ｏリング４１によってピストンガイド３１に接続される。このピストンガイド３１を複数の位置でカバー３７に取り外し不能に接続しなければならない。この取り外し不能な接続部は、この場合、高い要件を満たす必要がある。一方では、接続部は、油がピストン３０の周囲全面にもまたピストンガイド３１の周囲全面にも流れるので気密でなければならない。他方では、接続方法に起因する、接続個所の周囲を流れる油の汚染が生じてはならない。ピストンガイド３１がカバー３７に接続された後、その領域はもはや外側からは進入不能であり、したがって、その後の段階において、もはや清浄にすることができない。さらに、接続の結果として、接続個所の近傍には、熱が全く導かれないか又はほとんど導かれないが、この理由は、感熱Ｏリング４１が直接隣接して配置されるからである。さらに、ピストンガイド３１は、例えばアルミニウムダイカストであり、従来の溶接方法に適切でない。

次に、図４は、上記方法が行われた後のボルト７を使用したピストンガイド３１とカバー３７との本発明による接続部１８を示している。上記説明に関連して、ピストンガイド３１は部品１に該当し、カバー３７は基本部品３に該当する。ボルト７は、その軸部１３が中間のピストンガイド３１の孔５を完全に埋め、前記ボルトの頭部１５がピストンガイド３１の表面１１に位置する程度に既に据え込み加工されている。この接続部１８は上記のすべての要件を満たす。さらに、複数の位置におけるピストンガイド３１とカバー３７との接続を１回の作業で同時に行うことができる。

トルクコンバータ３５の完全な取り付けは以下のステップで行われる。最初に、複数のボルト７は溶接電極に吸い付けられるか又は押し付けられ、次に、カバー３７は、例えば、前記電極の心棒によって明確に位置決めされる。その後、同時点火又は時間遅延点火の結果として、ピストンガイド３１は複数の位置でカバー３７に接続される。それに続いて、薄板積層体３９、４０の取り付けのような別の取り付けステップが行われる。

孔５の上記円筒形状に加えて、図５に示されているような円錐形状を設けることが可能である。円錐孔５は、例えば、鋳物が部品１として使用された場合に、円筒状孔よりも形成が簡単である。さらに、このような形状により、ピストンガイド３１のボルト７の自己センタリングが実現される。孔５の直径は、基本部品３からの距離が長くなるにつれて大きくなる。開口角は、この場合、変化することが可能であり、本実施例においては、開口角は約２５°になる。

図５は、本方法が行われた後の接続部１８を示している。軸部１３の据え込み加工中に移動された材料が、孔５の壁部に押し付けられ、したがって、孔５をほぼ完全に埋めることが理解できる。さらに、典型的なこの実施形態では、周囲シールリング２７はボルト７の頭部１５の下側１７に一体成形される。据え込み加工作業後に、このシールリング２７は、部品１の表面１１に位置し、さらに、接続部１８をシールする。その代わりに、同様の周囲シールリングを部品１の表面１１に設けてもよく、ここで、前記周囲シールリングは同一の機能を果たす。例えば鋳造中に、このようなシールリングを部品１に直接設けることが可能である。

上記の典型的な実施形態に示されているように、部品１と基本部品３との接続部１８に加えて、複数の部品を基本部品３に共に固定することも可能である。この場合、部品１は、互いに位置合わせされかつボルト７が差し込まれる孔５をすべて有する必要がある。本方法が行われた後、次に、ボルト７の頭部１５は、基本部品３から最も遠くに配置される当該部品１の表面１１の領域に位置する。これにより、異なる材料から成る複数の部品の複合材を共通の基本部品３に連結することもできる。

本発明は、例示されている典型的な実施形態に限定されない。

例えば、真空によって、ボルト７を溶接電極に固定することは絶対に必要ではない。さらに、例えば、磁気的又は機械的に、ボルト７を溶接電極に固定してもよい。

本方法を行う前の部品及びボルトの図面である。 最初のステップを行った後の部品、基本部品及びボルトの図面である。 本方法を行った後の取り外し不能な接続部の図面である。 ピストンガイドとトルクコンバータのハウジングとの接続部の図面である。 孔の代替形態を有する接続部の図面である。

Claims (11)

1. １つ以上の部品（１）の孔（５）を貫通して突出するボルト（７）によって、前記少なくとも１つの部品（１）を基本部品（３）に取り外し不能に固定するための方法であって、最初に、前記ボルト（７）の一方の端面（９）が前記基本部品（３）の表面（１０）に電気溶接され、それに続いて、前記ボルトが塑性変形される方法において、
   前記部品（１）が、前記基本部品（３）に面する表面（２１）において、前記孔（５）の近傍に前記ボルト（７）の前記端面（９）が前記基本部品（３）の前記表面（１０）に溶接されたときに発生するスパッタが収容される凹部（２３）を有するものであり、頭部（１５）を有する前記ボルト（７）の軸部（１３）は、前記頭部（１５）の下側（１７）が前記部品（１）の表面（１１）の領域に位置するまで据え込み加工されることを特徴とする方法。
2. 前記ボルト（７）の前記軸部（１３）が、前記端面（９）を溶接した後の短い時間間隔の後に印加される第２の電気パルスによって加熱され、それと同時に据え込み加工されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. プロジェクション溶接方法が溶接のために用いられることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記ボルト（７）の前記軸部（１３）が、前記孔（５）を周方向領域において完全に埋めるように据え込み加工されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記ボルト（７）が溶接電極と共に前記孔（５）に差し込まれ、前記溶接電極に、前記ボルトが強固に、しかし取り外し可能に接続されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記方法が溶接プレス機で行われることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. １つ以上の部品（１）と基本部品（３）との取り外し不能な接続部（１８）であって、前記１つ以上の部品（１）が、ボルト（７）が貫通して突出する孔（５）を有し、前記ボルトの端面（９）が前記基本部品（３）の表面（１０）に溶接され、前記ボルトが塑性変形される、取り外し不能な接続部（１８）において、
   前記部品（１）が、前記基本部品（３）に面する表面（２１）において、前記孔（５）の近傍に前記ボルト（７）の前記端面（９）が前記基本部品（３）の前記表面（１０）に溶接されたときに発生するスパッタが収容される凹部（２３）を有するものであり、前記ボルト（７）が、前記基本部品（３）の反対側に頭部（１５）を有し、前記孔（５）が、塑性変形前に前記ボルト（７）の軸部（１３）よりも大きい直径を有することを特徴とする取り外し不能な接続部（１８）。
8. 前記孔（５）が、前記基本部品（３）から離れるにつれ大きくなる直径を有する円錐形状を有することを特徴とする請求項７に記載の接続部。
9. 前記ボルト（７）の前記頭部（１５）が、前記部品（１）に面する下側（１７）に、一体成形された周囲シールリング（２７）を有することを特徴とする請求項７又は８に記載の接続部。
10. 前記基本部品（３）の隣に配置された前記部品（１）が、一体成形された周囲シールリングを前記表面（１１）に有することを特徴とする請求項７又は８に記載の接続部。
11. 自動車のトルクコンバータ（３５）のロックアップクラッチ（３３）用のピストン（３０）のガイド（３１）を前記トルクコンバータ（３５）のカバー（３７）に取り外し不能に接続するための請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法の利用。
    

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