JP5894592B2 - 少なくとも２枚の板状部品を接続するための摩擦溶接用の接続要素 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも２枚の板状部品を接続するための摩擦溶接用の接続要素に関するものである。
この接続要素は、１以上の上側の板状部品を貫くように該１以上の上側の板状部品の厚さに合わせられた長さを有するとともに回転しつつ加圧されるマンドレルを備えている。
このマンドレルは、丸みを帯びた複数の角領域を有する多角形の非円形の外形を有している。

このような接続要素は、ＤＥ１０２００９００６７７５Ａ１の図５Ａおよび図５Ｂに示されている。
関連する説明文にて説明されているとおり、非円形の外形が、削りくずおよび摩耗粉を排出するための空間を形成している。

さらに、金属に打ち込まれる固定用の投射体が、英国特許明細書第７３２２０３号で知られている。
この投射体は、金属に打ち込まれるマンドレルを有している。
該マンドレルは、投射体がきわめて強固な態様で金属に固定されるのを保証するために、互いに密に隣接して位置するとともに、比較的短くてわずかに傾斜したリブを有している。

本発明は、少なくとも２枚の板状部品を接続するための摩擦溶接用の接続要素に関するものである。
本発明の目的は、摩擦溶接プロセスにおいて押し出される材料が、接続要素に加えられる力の作用に支援されつつ流出するための空間を形成することである。

この目的は、本発明によれば、マンドレルに沿って延びている角領域が、ねじ山の完全な一巻きよりも小さい度合いの捩れを有するように、マンドレルの非円形の外形がねじ状に形成されることで達成される。

非円形の外形のねじ状の形状ゆえに、角領域の間に位置する複数の空洞は、押し出された材料が摩擦溶接が行われている領域から排出されるように延びている。
これにより、押し出された材料が、接続要素の回転時に、空洞により螺旋状に案内されて、溶融部位から吸い出される。
このため、過度の溶融材料の蓄積、および／または、過度の溶融材料に起因する詰まりが防止され、接続要素と最下部の板状部品との間の接続がきわめて確実な方法で達成される。

非円形の外形の捩れを、右ねじまたは左ねじの形態のいずれかとして形成することができる。これは、摩擦溶接の際の接続要素の回転の方向に依存している。
好ましくは、捩れの方向が、摩擦溶接の際の回転の方向にしたがって選択される。

図面には、本発明の実施例が示されている。

カラーからなる頭部と、摩擦溶接部を形成するために頭部に結合されているマンドレルとを有する接続要素の図であり、このマンドレルが、線によって示された丸みを帯びた角領域を有している。 図１の接続要素、ならびに、２枚の板状の上側部品および１枚の板状の下側部品の図であり、接続要素が、溶融のプロセスによって２枚の上側部品をすでに貫いている。 同じ接続要素の図であり、マンドレルが２枚の上側部品（上側プレート）をすでに完全に貫き、板状の下側部品に部分的に入り込んで下側部品との摩擦溶接を確立している。 図１のＩＶ−ＩＶ線断面図であり、マンドレルの材料の断面と、丸みを帯びた角領域の間の、円周を示す想像線に対して凹んでいる複数の空洞とを示している。 図１と基本的に同じ図であり、角領域の捩れが反対方向に延びている。

図１は、マンドレル２と、このマンドレル２に結合されているカラー３とからなる接続要素１を示している。
マンドレル２は、カラー３から離れた側において、摩擦溶接プロセスにおいて確実な心出し作用を発揮する切頭円錐４を端部としている。しかしながら、マンドレル２が平坦な端面を備えることも可能である。
マンドレル２に沿って斜めに延びている２本の線５ａ、５ｂは、丸みを帯びた角領域を示している。
そして、これらの丸みを帯びた角領域５ａ、５ｂの間には、図４に関してさらに詳しく説明される作用および形状を有する空間１５が形成されている。
角領域５ａ、５ｂは、接続要素１の縦軸に対して斜めに延びており、ここでは、小さい量のオフセット（Versatz）を有して延びるねじ山の形状を呈している。
すなわち、マンドレル２の長さに沿った（または、全長に亘る）角領域５ａ、５ｂのオフセットは、ねじ山の完全な一巻きよりも小さい。
したがって、角領域５ａ、５ｂのそれぞれは、ねじ山の完全な一巻きよりも小さい捩れ（Steigung）を有する。

図１には、角領域のオフセットが概略的に示されており、すなわち、各角領域５ａ、５ｂの両端部から延びている点線の間隔６によって、オフセットが直接的に示されている。

図２には、接続要素１が、２枚の上側プレート７、８および１つのベースプレート９とともに示されている。
ここでは、上側プレート７、８は、例えば、アルミニウム板であり、ベースプレート９は、例えば、鋼板である。
この図において、接続要素１のマンドレル２が、プレートの溶融を生じさせる圧力および回転によって、２枚の上側プレート７、８を完全に貫いている。
図２には、切頭円錐４がベースプレート９に当接し、この地点において回転および圧力の作用のもとで切頭円錐４の材料の溶融が生じている状態のマンドレル２を示している。
ベースプレート９の材料に応じて、ベースプレート９もある程度の溶融を生じ、結果として摩擦溶接が生じる。

図３には、接続要素１が公知の方法でベースプレート９との摩擦溶接部１０を形成した最終段階での、図２に示したプロセスが示されている。
結果として、３枚のプレート７、８、９が、互いに堅固に接続され、すなわち、ベースプレート９から接続要素１の全体を経て接続要素１のカラー３まで、堅固に接続されている。
換言すると、これらのすべての板状部品の堅固な接続が達成されている。
接続されて得られる最終的な構成に応じて、２枚の上側プレート７、８の代わりに、１枚の上側プレートだけを使用することも可能である。

図４は、図１のＩＶ−ＩＶ線断面図であり、マンドレル２の形状を示している。
非円形の外形の実施例をより明確に示すために、図４には、円１４が鎖線で描かれている。
この円１４の内側に、マンドレル２の外形を表す図１のＩＶ−ＩＶ線での断面が含まれている。
図４に示されるように、マンドレル２は、丸みを帯びた角領域を５つ有しており、そのうちの２つが符号「５ａ」および「５ｂ」で示されている。
図４に示される非円形の外形は、これらの角領域５ａ、５ｂの間に、マンドレル２が図２に示される上側プレート７、８の材料に入り込んでいるときに形成される空洞１５を示している。
これらの空洞１５を通って、上側プレート７、８、ならびに、ベースプレート９での摩擦溶接部１０の材料が流出する。

図５は、カラー１２およびマンドレル１３からなり、マンドレル１３が外面に概略的に図示された角領域１４ａ、１４ｂを有している、図１の接続要素１に類似した接続要素１１の概略図である。
図５に示されるように、角領域１４ａ、１４ｂは、図１の角領域５ａ、５ｂの捩れとは反対向きの捩れとなって延びている。
それぞれの捩れの方向は、摩擦溶接プロセスにおけるそれぞれの接続要素１，１１の回転の方向に基づいて選択される。
つまり、捩れの方向は、螺旋ドリルの場合のようにそれぞれのマンドレル２またはマンドレル１３の回転の方向に合わせられる。
すなわち、図１による接続要素１は、その回転方向が右回りなる一方で、図５に示される接続要素１１が使用される場合は、摩擦溶接プロセスにおける回転方向が反対になり、すなわち、左回りになる。

１ ・・・ 接続要素
２ ・・・ マンドレル
３ ・・・ マンドレルに組み合わせられたカラー
４ ・・・ 先端が断ち落とされた円すい
５ａ・・・ 丸みを帯びた角領域
５ｂ・・・ 丸みを帯びた角領域
６ ・・・ 距離
７ ・・・ 上側プレート
８ ・・・ 上側プレート
９ ・・・ ベースプレート
１０ ・・・ 摩擦溶接接続部
１１ ・・・ 接続要素
１２ ・・・ カラー
１３ ・・・ マンドレル
１４ａ・・・ 丸みを帯びた角領域
１４ｂ・・・ 丸みを帯びた角領域
１５ ・・・ 空洞

Claims (3)

1. 少なくとも２枚の板状部品（８、９）を接続するための摩擦溶接用の接続要素（１，１１）であり、１以上の上側の板状部品（７、８）を貫くべく前記１以上の上側の板状部品（７、８）の厚さに合わせた長さを有するとともに回転しつつ加圧されるマンドレル（２、１３）を備え、該マンドレル（２、１３）が、丸みを帯びた複数の角領域（５ａ、５ｂ，１４ａ、１４ｂ）を有する多角形の非円形の外形を有する接続要素（１，１１）であって、
   前記非円形の外形が、前記マンドレル（２、１３）の全長に沿って延びている角領域（５ａ、５ｂ，１４ａ、１４ｂ）がオフセットを有するように、ねじ状に形成されており、
   前記マンドレル（２、１３）の全長に沿って延びている角領域（５ａ、５ｂ，１４ａ、１４ｂ）のオフセットが、ねじ山の完全な一巻きよりも小さく、
   前記角領域（５ａ、５ｂ，１４ａ、１４ｂ）の間に位置する複数の空洞（１５）が、摩擦溶接プロセスで押し出された材料を摩擦溶接が行われている領域から排出するように延びていることを特徴とする接続要素（１，１１）。
2. 前記角領域（５ａ、５ｂ）の捩れが、右ねじの形態で延びていることを特徴とする請求項１記載の接続要素（１）。
3. 前記角領域（１４ａ、１４ｂ）の捩れが、左ねじの形態で延びていることを特徴とする請求項１記載の接続要素（１１）。
   
   

Images