(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
接続部材（１，２２，３５，３９）に設けられた環状部（５，１０，２３）が上側構成要素（２，２８，３２）の上に配置され、前記接続部材（１，２２，３５，３９）の先端部が下側構成要素（３）との間で摩擦溶接領域を形成し、前記摩擦溶接領域は前記接続部材（１，２２，３５，３９）の回転および圧力によって形成される、前記接続部材（１，２２，３５，３９）によって互いに保持された複数に重ねられた平坦な前記構成要素（２，３）の間に摩擦溶接接合を生成する方法であって、
第一段階として、前記摩擦溶接領域を形成し、前記第一段階の終わりに前記接続部材（１，２２，３５，３９）の回転が停止し、その後、第二段階として、前記環状部（５，１０，２３）が前記上側構成要素（２，２８，３２）と接触する前の前記接続部材（１，２２，３９）の回転が停止するときにおいて、加圧冶具によって圧力が前記接続部材（１，２２，３５，３９）に加えられ、
前記圧力は変形により前記上側構成要素（２，２８，３２）に対し前記環状部（５，１０，２３）を押し込み、
前記接続部材（１，２２，３５，３９）が、前記摩擦溶接領域が前記下側構成要素（３，２９，３３）に形成される前に前記上側構成要素（２，２８，３２）に設けられた貫通孔（７，３０，３４）によって案内され、
前記環状部（５，１０）は軸方向の柔軟性を有し、
前記環状部（５，１０）の軸方向の柔軟性によって、摩擦溶接操作終了時に提供される環状部（５，１０）の変形が上側構成要素（２，２８，３２）に適用され、上側構成要素（２，２８，３２）と接続部材（１，２２，３５，３９）との接続を行う、方法。
【請求項２】
前記変形後に、前記接触面の外縁部が前記上側構成要素（２）上に環状の様式で配置される、または内部へと貫通することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記摩擦溶接領域は前記接続部材（２２）の前面上において環状表面（３８）によって形成されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記摩擦溶接領域は前記接続部材（１）の前面上において土台部（９）の全断面領域によって形成されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記上側構成要素の反対側の領域において、前記接続部材（１）は駆動用の断面形状（１３，１５）を有し、前記駆動用の断面形状（１３，１５）は駆動用のチャックに適合することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記上側構成要素の反対側の領域において、前記接続部材は前記加圧冶具（１８）を受けるための内部円錐部を有することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記接続部材（３９）は雌螺子によって形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記接続部材（４１）は螺子式のスタッドによって形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記接続部材（４５）は周囲の切り込み（４６）を有するパイプ部によって形成されており、圧力が適用されると、周囲の前記切り込み（４６）が、環状部（４８）が上側構成要素（２）と完全に接触する程度まで圧縮されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記接続部材（４９）は所定の切断ポイント（５０）を介して前記加圧冶具（５１）に連結されており、摩擦溶接作業の最後において、増加した圧力が適用された結果、前記加圧冶具（５１）は所定の切断ポイント（５０）で前記接続部材（４９）を切断し分離することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記接続部材（８２）に設けられた環状部（８１）は環状のビード（８３）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記接続部材に設けられた前記環状のビードは硬化されていることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
接続部材（１，２２，３５，３９）に設けられた環状部（５，１０，２３）が上側構成要素（２，２８，３２）の上に配置され、前記接続部材（１，２２，３５，３９）の先端部が下側構成要素（３）との間で摩擦溶接領域を形成し、前記摩擦溶接領域は前記接続部材（１，２２，３５，３９）の回転および圧力によって形成される、前記接続部材（１，２２，３５，３９）によって互いに保持された、複数の重ねられた平坦な構成要素（２，３）の間に摩擦溶接接合であって、
前記環状部（５，１０）は軸方向の柔軟性を有し、
摩擦溶接領域の形成後、前記接続部材（１，２２，３５，３９）の回転が終了し、
上側構成要素（２，２８，３２）に対して、加圧治具によって圧力が前記接続部材（１，２２，３５，３９）に加えられ、
前記環状部（５，１０）は、その柔軟性のために、上側構成要素（２，２８，３２）に対して変形し、摩擦溶接動作の終了時に提供される環状部（５）の変形は、前記上側構成要素（２）に対して適用され、前記上側構成要素（２，２８，３２）と接続部材（１，２２，３９）とが接合される、摩擦溶接接合。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、接続部材によって互いに保持された複数に重ねられた平坦な構成要素に摩擦溶接による接合を生成する方法に関する発明であって、上側構成要素の上に接続部材の環状部が配置され、接続部材の先端部が下側構成要素とともに摩擦溶接領域を形成し、摩擦溶接領域が接続部材の回転と圧力によって設けられる方法に関する。
【０００２】
この発明はさらに、上記の方法によって複数に重ねられた平坦な構成要素に設けられた摩擦溶接接合に関する。
【背景技術】
【０００３】
接続部材によって互いに保持された複数の重ねられた平坦な構成要素間の摩擦溶接接合であって、上側構成要素の上に接続部材の環状部が配置され、且つ上側構成要素に接続装置を受けるための貫通孔が備えられている技術として、米国特許第３４７７１１５号公報が知られている。当該公報によって開示されている情報によると、摩擦溶接接合を設けるために用いられる当該方法においては、貫通孔が設けられている、または貫通孔が設けられていない上側構成要素が、先端が丸みを帯びた接続部材によって、下側構成要素に達するように貫通される。そして、接続部材が下側構成要素に圧接されることにより、接続部材と下側構成要素との間に摩擦溶接領域が形成される。そこで、二つの構成要素は結果として、接続部材によって接続部材の環状部と共に接合される。接続部材の環状部は上側構成要素の上に配置されており、且つ、摩擦溶接領域の上に配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第３４７７１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の接合は摩擦溶接領域の生成に大きく依存しており、摩擦溶接領域は特に、接続部材の先端部と下側構成要素との間に、この二つの構成要素が如何なる特定の保持する圧力を受けることなく形成される。なぜならば、溶接されることによって材料が軟らかくなるため、加えられた圧力が摩擦溶接中に減少するからである。そして、接合されるこれらの構成要素は、摩擦溶接領域における材料が後に凝固する位置に正確に保持される。したがって、当該公報において用いられている摩擦溶接方法においては、ある特定の保持力に従って接合することが不可能である。
【０００６】
本発明の目的は、上記のような摩擦溶接の方法を次のように設計することである。すなわち、摩擦溶接接合に加えて、上側構成要素が、摩擦溶接領域が凝固したときにおいても、直接に下側構成要素に向けて加えられる圧力を受けるようにする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の目的は、その終了時に接続部材の回転を停止する、第一段階として摩擦溶接領域を形成し、その後に、第二段階として、上側構成要素に環状部を押し当てる前の接続部材の回転の停止にあたって、圧力が加圧冶具によって接続部材に加えられることによって達成される。この圧力は、変形のために環状部を介して上側構成要素に対して加えられる圧力である。
【０００８】
上記の二段階にて摩擦溶接接合を生成する方法が設計されたことにより、以下のことが確証される。第一に、摩擦溶接作業の最後において接続部材の回転が実質停止するとともに摩擦溶接接合自体が形成される。そして、接続部材の環状部がいまだわずかに上側構成要素から離れている。すなわち、接続部材の環状部が上側構成要素に当接する前の位置に離れている。結果として、本発明による方法の第二の段階において、環状部に加えられた圧力によって、上側構成要素に一定の圧力が加えられることとなる。環状部はそれ故に変形され曲げられる。また、上記の一定の圧力は摩擦溶接接合の設計および最終状態とは完全に無関係である。
【０００９】
上記の方法によって設けられた摩擦溶接接合は本発明により上記のように設計されているため、環状部材は、接続部材に圧力が加えられることを通じて、摩擦溶接作業の最終段階において上側構成要素に適用される変形をともなう。当該変形は上側構成要素と接続部材との接合の安定をもたらす。したがって、環状部は変形が可能となるように設計され、当該変形は上側構成要素と接続部材との接合の安定をもたらす。結果として、上側構成要素は、常に変形した環状部材によって下側構成要素に対する圧力が加えられる。
【００１０】
本発明による方法は、上側構成要素それぞれに接続部材を受け入れるための貫通孔が備えられているか否かに関わらず用いられることが可能である。第一の場合、回転と圧力によって、接続部材の先端部がその領域において下側構成要素の材料を溶かす。これによって、下側構成要素に摩擦溶接領域が形成される。第二の場合、接続部材は、軟化の結果として上側構成要素を介して圧力が加えられ、摩擦溶接領域を形成するために下側構成要素と接触する。
【００１１】
好ましい実施形態として、環状部材は、上側構成要素に対して鈍角の円錐形状の接触表面を有する設計であってもよく、変形後に、当該接触表面の外縁が上側構成要素上において円環状となるか、その内部へと貫通してもよい。
【００１２】
代わりに、摩擦溶接接合の形成段階まで環状部材が形成されないことが可能である。すなわち、加圧冶具によって突出するように形成された環状部である場合、摩擦溶接接合の形成段階まで環状部材が形成されないことが可能である。当該突出部は、接続部材における上側構成要素の反対側の領域において、接続部材の外径の一部となっている。この環状部の設計は構造が単純であるため、工程の最初から接続部材に設けられている必要はない。環状部は接続部材の外径面から突出するように形成されていればよく、上側構成要素の貫通孔の内部円錐部へ押し込まれる。そして、環状部材が同様に上側構成要素と接続部材との接合を安定させる。好ましい実施形態として、摩擦溶接領域が、接続部材の先端面にある環状表面によって形成されてもよい。この実施形態においては、接続部材が回転されて圧力が加えられると、環状表面のある限られた領域が摩擦溶接領域となる。この設計は迅速な生産に対して特に好ましい。他の実施形態として、接続部材の先端面における全ての断面領域によって摩擦溶接領域が形成されることも可能である。この場合は、特に摩擦溶接領域が大きな領域となるために、高負荷に耐えられるものとなる。
【００１３】
有利な接続部材の回転と加圧の駆動の設計を達成するために、接続部材は、上側構成要素の反対側の領域において、駆動するチャックと適合する断面形状を有利に備える。たとえば当該断面形状は、六角形のチャックと適合するような六角形状であってもよい。また、当該断面形状は、マンドレル型であってもよく、その場合は、それに相当する開口を備えるチャックと適合する。他の実施形態として、接続部材は、マンドレル型の駆動チャックと適合するように内部が空洞となっている断面形状を備えていてもよい。
【００１４】
接続部材が内部に空洞を有する断面形状となるように設計された場合、当該断面形状は、加えて内部に円錐形状を有するように設計されることが可能である。そして、内部の円錐形状によって、加圧冶具を有利に受け入れることができる。この加圧冶具は内部の円錐形状に適合するような円錐型の外形を有していてもよい。この場合、内部の円錐形状が外側へ向けて相当に突出し，環状部が上側構成要素に対して圧力を加える程度まで変形することが可能である。
【００１５】
接続部材自体は、雌螺子部または螺子式スタッドの形状であってもよい。これにより、他の構成要素が接続部材上に、または接続部材へ取り付けることが可能となる。
【００１６】
環状部から発生する加圧力の形成が、周辺にＶ字状の切り込みを有するパイプ形状の接続部材によって促進されてもよい。その場合、圧力が加えられたときに、環状部が上側構成要素と完全に接触するまで、周辺のＶ字状の切り込みが圧縮される。
【００１７】
自動生産のためには、接続部材が自動生産における自動運搬を可能とする、または単純化するような設計を備えることが有利である。このことは、たとえば接続部材が所定の切断ポイントを介して加圧冶具に接続されることで達成される。この場合、摩擦溶接作業の最終段階において、加圧力が増加した結果として、当該加圧冶具が所定の切断ポイントにおいて切断する。このような設計は、それ自体が自動運搬に不適合な特に短い接続部材を用いる場合において、特に適している。しかしながら、加圧冶具によって引き伸ばされるとき、加圧冶具は接続部材に所定の切断ポイントで接続されているが、接続部材は、公知の運搬装置を用いて、溶接作業後に加圧冶具がライン上に存在することなく、容易に操作されることが可能である、なぜならば、接続部材は所定の切断ポイントによって切断されることが可能であり、必要であれば廃棄することも可能であるからである。
【００１８】
接続部材の環状部は構成要素と対向する環状のビードを備えていてもよい。この場合、当該環状のビードは、上側構成要素に圧力が加えられるときに、追加的に密閉性を提供する一方で、側方への変形を防ぐ。これは、特に、外部の物体、特に蒸気が摩擦溶接領域へ浸透することを防ぐ。環状のビードは、固ければ特に効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】上側構成要素に設けられた貫通孔に挿入された接続部材の断面図であって、当該接続部材は、駆動用の空洞を内部に含む断面形状と、上側構成要素と接触した溶接される前の環状表面とを有する。
【図２】類似した接続部材の断面図であって、接続部材の先端部の領域の全ての断面が摩擦溶接に用いられる。
【図３】図１に示した接続部材に類似した、駆動用の空洞が内部に設けられていない接続部材の断面図である。
【図４】図３に示した接続部材の外観図である。
【図５】図１に示した接続部材に類似した、駆動用の空洞を内部に含む断面形状と、環状表面とを有する接続部材の断面図である。
【図６】図１に類似した設計の接続部材の断面図であって、加圧冶具が配置され、摩擦溶接領域が形成された図である。
【図７】図６に相当する実施形態であって、加圧冶具によって圧力が加えられ、環状部が変形した後を示す断面図である。
【図８】その他の設計の加圧冶具を示す断面図である。
【図９】上側構成要素に挿入された、環状部なしで加圧する設計の接続装置を示す断面図である。
【図１０】図９に相当する断面図であって、加圧冶具によって圧力が加えられ、上側構成要素の内部に設けられた円錐部に押しつけられた接続部材に、外径方向に向けた円錐形の環状部が形成された設計を示す図である。
【図１１】図９に相当する断面図であって、加圧冶具によって圧力が加えられ、上側構成要素の内部に設けられた円錐部に押しつけられた接続部材に、外径方向に向けた円錐形の環状部が形成された設計を示す図である。
【図１２】図９に相当する断面図であって、加圧冶具によって圧力が加えられ、上側構成要素の内部に設けられた円錐部に押しつけられた接続部材に、外径方向に向けた円錐形の環状部が形成された設計を示す図である。
【図１３】雌螺子型の接続部材を示す断面図である。
【図１４】螺子式スタッド型の接続部材を示す断面図である。
【図１５】接続部材の圧縮を許容させる切り込みが設けられた接続部材の断面図である。
【図１６】圧縮された接続部材を示す断面図である。
【図１７】所定の切断ポイントを介して加圧冶具に接続されている接続部材を示す断面図である。
【図１８】加圧されて所定の切断ポイントにて切断された接続部材を示す断面図である。
【図１９】加圧された後に加圧冶具が取り除かれた状態の接続部材を示す断面図である。
【図２０】環状のビードが設けられた環状部を有する螺子式スタッド型の接続部材を示す断面図である。
【図２１】貫通孔が設けられていない上側構成要素上で位置調整され配置されている駆動装置に取り付けられた接続部材を示す断面図である。
【図２２】摩擦によって上側構成要素内に入れられ、上側構成要素の材料が内部穴に受け入れられている接続部材を示す断面図である。
【図２３】図２２に相当する実施形態であって、特定の加圧がされた後の接続装置を示す断面図である。
【図２４】内部に空洞を有する接続部材を示す断面図であって、接続部材は構成要素と対向する側において外径方向に向けた環状の切断エッジを備える。
【図２５】図２４に示した接続部材を上方から見た上面図である。
【図２６】図２４に示した接続部材の他の実施形態を示す断面図であって、接続部材は内径方向に向けた環状の切断エッジを備える。
【図２７】固形の内部を有し、鈍角の円錐形状の先端面を有する接続部材を示す断面図である。
【図２８】図２３に示す実施形態と類似した摩擦溶接接合された接続部材を示す断面図であって、接続部材は環状部に環状のビードを有する。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、この発明の実施の形態について図面に基づいて詳細に説明する。
【００２１】
図１は、接続部材１と、重ねられた二つの平坦な構成要素、すなわち上側構成要素２と下側構成要素３との組み合わせを示す。接続部材は内側部４から構成されており、環状部５が、内側部４から外径方向に向けて延びている。接続部材のさらなる詳細については後述する。環状部５は、円錐形状のディスクであって、内側部４に一体的に連結されている。環状部５の厚みは外径方向に向かうにつれて小さくなっている。その結果として、環状部５の外縁部に圧力が加えられたときに、環状部５は軸方向に対してある一定の柔軟性を示す。接続部材１は、内部に空洞を有するパイプ形状である。接続部材１は、内部に六角形状を備えており、当該六角形状は、接続部材１を回転させるために取り付けられるマンドレル型のような六角形状を有する装置が挿入可能である駆動断面形状を形成している。この構成のさらなる詳細については後述する。接続部材１は、上側構成要素２に設けられた貫通孔７に挿入されており、接続部材１と対向する下側構成要素３側の環状表面８に立脚している。環状表面８に摩擦溶接領域が後に形成される。これに関するさらなる詳細については後述する。
【００２２】
図２〜図５は、それぞれ接続部材の他の実施形態を示す。図２に示した断面図において、内側部４が設けられた接続部材は、内部が空洞となっており、底部に土台部９を備える。土台部９の先端面が摩擦溶接領域を形成するように設計されている。環状部１０は、内側部４から外側へ向けて延びており、環状部１０の断面形状は、図１にて示した環状部５と同様の設計である。
【００２３】
図３に示した断面図における接続部材１は、基本的に、空洞ではない固体の内側部１１から構成されており、下側構成要素上に配置される側に、環状表面１２を備える。環状表面１２において摩擦溶接領域が形成される。環状部１０は、内側部１１から外側へ向けて延びており、図２にて示した環状部１０と同様の設計である。
【００２４】
図４は、図３に示した接続部材１の外観図を示す。図４より、内側部１１は外側に六角部１３を含む形状であって、内部に六角形状を有する駆動装置に取り付けられることによって回転させることが可能となる。
【００２５】
図５は、図３および図４にて示した接続部材１からの他の実施形態の断面図を示す。内側部１４は、単に、内部に内部六角部１５の空間を形成するための連続した空洞を有する設計である。図３および図４における設計と同様に、図５に示した接続部材１は、摩擦溶接領域を形成するための環状表面を備えている。
【００２６】
図６は、加圧冶具１６が取り付けられた図１に相当する実施形態を示している。加圧冶具は、六角形状の加圧用のマンドレル１７とともに、接続部材１の内部六角部１９と係合する。外部円錐部１８は、加圧冶具１６による係合によって、接続部材１の上端を分離する。これにより、環状部５が上側構成要素２の方向へ向けて押し込まれる。さらに、内側部４の環状表面８は、内側部４と対向する下側構成要素３の表面と接触している。加圧冶具１６の回転と接続部材１に対する加圧に際し、図中における接触部の黒塗り部分は、この部分において、摩擦熱によって摩擦溶接領域が形成されることを示している。最終的に固形化するに当たって、この摩擦溶接領域が、下側構成要素３と接続部材１との確固たる接合を形成する。
【００２７】
図６は、摩擦溶接領域の形成のための本発明による方法の第一段階の効果を示す。当該摩擦溶接領域が形成された後、加圧冶具１６は回転を停止する。しかしながら、一方で、加圧冶具１６は接続装置１に対する加圧は維持し続ける。
【００２８】
加圧冶具１６の回転の停止は、ここで本発明による方法の第二段階を導入する。第二段階において、図７に示すように、加圧冶具１６は、接続部材１に対する増加された圧力とともに加圧される。そして、接続部材１の環状部５はより大きく反り返り、その結果、上側構成要素２の相当する表面に対して、大きな圧力が相当に加えられる。これにより、上側構成要素２および下側構成要素３が連結される。すなわち、接続部材１を介して上側構成要素２および下側構成要素３が連結される。すなわち、上側構成要素２および下側構成要素３は、一方側において、その環状表面８と、そこに形成された下側構成要素３への摩擦溶接領域とによって安定して連結される。また、僅かに反り返った環状部５によって下側構成要素３に向けて上側構成要素２上に圧力が加えられる。その結果、双方の構成要素は、接続部材１によって、それらの接合位置に安定して保持される。
【００２９】
図８は、加圧冶具の設計に関する変形例を示す。図８に示す加圧冶具２０は、基本的に平坦な径方向に広がる加圧表面２１を備え、図７における接続部材１に適用される動作と同様に、加圧表面２１で環状部５に対して、外側に向けて圧力を加える。当該環状部５には、上側構成要素の関連する表面に対する圧力が加えられる。さらに、図８に示したものは図７と同一のものであって、結果として、個々の部品の動作原則の説明のために、図７を参照することが可能である。
【００３０】
図９および図１０は、加圧冶具２４を用いての加圧作業によって環状部２３を形成する接続部材２２の設計を示す。図９は、内部六角部２５および環状表面２６を有する基本的に円筒形状の接続部材２２を示す。この場合においては、環状表面２６が、摩擦溶接領域を示すために図中において黒塗りされている。内部六角部２５は、加圧冶具２４の六角形状のマンドレル２７と係合する。上側構成要素２８は、接続部材２２を受け入れる貫通孔３０を内部に含み、上側構成要素２８における加圧冶具２４と対向する側に配置された内部円錐部３１を備える。当該内部円錐部３１は、接続部材２２が加圧冶具２４と係合したときに変位する材料を受けるための空間を提供する。図１０に示したように、当該材料は、接続部材２２の壁部から外径方向において、円錐状に形作られた環状部２３を形成する。
【００３１】
図１０は、図９に相当する図であって、加圧冶具２４が停止した第一段階の最後の後を示す。そして、本発明による方法の第二段階の結果として、加圧冶具２４から発生する軸方向の圧力によって、接続部材２２からの材料が外径方向に向け内部円錐部３１に入る程度にまで、接続部材２２の壁部が圧縮される。そしてそれにより、環状部２３が形成され、環状部２３により上側構成要素２８は下側構成要素２９に対して、半永久的に圧力を掛けることとなる。
【００３２】
図１１および図１２は、加圧冶具によって接続部材から環状部が形成される方法のその他の実施形態を示す。図１１および図１２において、二つの構成要素（上側構成要素３２および下側構成要素３３）が、他方の上にあって一体的となっており、上側構成要素３２は貫通孔３４を備える。接続部材３５が貫通孔３４に挿入されており、接続部材３５は、図９に示したものと同様に、内部六角部を備える。そして、接続部材３５は、加圧冶具３６によって相当する外部六角部を介して駆動される。駆動に関しては、図８および図９についての注釈を参照のこと。図１２において、加圧冶具３６による圧力が、加圧冶具３６と対向する側において非常に大きく接続部材３５を圧縮させるため、環状のビード３７が接続部材３５の外側へ向けて圧出される。当該環状のビード３７は環状部の役割を担い、このようにして、環状のビード３７により上側構成要素３２が下側構成要素３３に対して圧力を加えることとなる。上側構成要素３２は、環状表面３８を介し摩擦溶接領域（図中の黒塗り部に示される）によって下側構成要素３３に接合されている。環状のビード３７によって加えられる上側構成要素３２の相当する表面に対する圧力が、上側構成要素３２および下側構成要素３３を安定して連結することを確証する。
【００３３】
上記の図において示した接続部材は、雌螺子もしくは螺子式スタッドとして用いられてもよい。
【００３４】
図１３において、接続部材３９は連続した螺子穴４０を備える。その結果として、二つの構成要素２および３を連結する接続部材３９は、如何なる追加物５をも固定するために、螺子式スタッドを接続部材３９の螺子穴４０で受けるように用いられてもよい。
【００３５】
図１４は、螺子式スタッド４２の形状の接続部材４１を示しており、螺子式スタッド４２は安定して接続部材４１の土台機構に連結されている。接続部材３９および接続部材４１の上側構成要素２および下側構成要素３への接合は、それぞれ、例えば図６において説明した接合方法によってここで達成される。
【００３６】
図１３および図１４において示された設計は、例えば接地接触のような、様々な適用に用いられてもよい。さらなる接続部材の可能である変形が、図１５および図１６に示されている。図１５において、接続部材４５には、六角形状のマンドレル４４を備える加圧冶具４３によって、下側構成要素３に対する圧力が加えられている。切り込み４６は、接続部材４５の周囲にわたって延在しており、接続部材４５の変形を許容する。加圧作業の最後において、変形された接続部材４５は、図１６に示すような形状を有するが、図１５において確認できる切り込み４６は、変形して周囲に亘って延びる軸方向に狭いしわ部４７となる。接続部材４５上の環状部４８は、上側構成要素２と完全に当接しており、結果として、接続部材４５によって、二つの構成要素２および３は、安定して接合される。
【００３７】
さらなる特殊な設計が図１７から図１９に示されている。これらの設計の目的は、加圧冶具への取り付けを通したより拡張された形状を備えた接続部材を提供することである。当該形状は、特に小型の接続部材が、運搬や使用ポイントにおいて正確に使用されることが困難である自動供給システムに特に適している。接続部材の拡張形状は、実際の接続部材から構成されており、図１に示した接続部材と同一のものである。また、接続部材は、まず、確実に加圧冶具に取り付けられる。
【００３８】
図１７において、接続部材４９は、所定の切断ポイントを介して一体的に加圧冶具に連結されている。加圧冶具５１は、図６および図７の接合において説明したような、接続部材４９と対向する側において摩擦溶接作業中にのみ有効な円錐部５２を備える。加圧冶具５１は、マンドレル形状であって、後端部において、駆動装置と係合するための六角部５３が設けられている。接続部材４９に圧力が加えられ、続いて摩擦溶接作業が行われると（前述の図を参照して説明したように）、加圧冶具５１からの圧力が増加した結果、所定の切断ポイント５０において最終的に破断することとなる。結果として、加圧冶具５１における円錐部５２は、部分的に接続部材４９の内部へと貫通することが可能であり、接続部材４９の環状部５４を相当に変形させることが可能である（図１８を参照のこと）。これにより、接続部材４９は究極的に、摩擦溶接作業によって下側構成要素３に接合させた後、図７に示したものに相当する形状を備えることとなる。摩擦溶接作業が行われた後、加圧冶具５１は、そこで接続部材４９から取り除かれることが可能である（図１９参照のこと）。そのため、加圧冶具５１は、接続部材４９によって設けられた構成要素２および３の間の接合上に、もはや存在しなくなる。
【００３９】
図２０は、図１４に示したものと概して同一である摩擦溶接接合を示す。すなわちその結果として、図１４を参照することが可能である。接続部材５５は、環状部５６の外縁部に環状のビード５７を備えている。環状のビード５７は、基本的に上側構成要素５８の中に、環状のビード５７の高さが入り込むように圧力が加えられている。環状のビード５７と上側構成要素５８との連結は、上側構成要素５８に関する環状部５６の特殊な密閉となり、また、側方へ変位させる力に対して、接続部材５５を固定させることとなる。
【００４０】
図２１は、回転および加圧を加える加圧冶具５９と係合し、貫通孔が設けられていない上側構成要素６１の上に配置された接続部材６０を示す。図２２は、二つの構成要素６１および６２に接合された接続部材６０を追加的に示す。ここでは、摩擦溶接領域６３が、接続部材６０と下側構成要素６２との間に形成されている。上側構成要素６１が可朔化する間に移動した材料６５は、接続部材６０の内部空間６４内に浸透する。さらに、上側構成要素６１内へ浸透する過程において、可朔化された材料６６も、環状部６７の下方に堆積する。
【００４１】
図２３は、図２２に相当する図であって、接続部材６０に、続いて二つの構成要素６１および６２に対する圧力が加えられた後の状態を示す。そこでは、環状部６７が、僅かに反り返り、このため上側構成要素６１に弾性力による圧力を加えることが可能である。
【００４２】
基本的には図１および図５に示した接続部材と同一のものであるが、図２４に、内部に空洞を有する接続部材６８を示す。接続部材６８は、接合される構成要素と対向する先端部において、開口に向けて円錐状に拡がり、外方側に鈍角の刃先部７０を形成する開口部６９を終端に備える。このような設計は、貫通孔が設けられていない上側構成要素内に接続部材６８が貫通することを容易とし、且つ、移動した材料が内方へ流入することを容易とする。
【００４３】
図２５は、図２４に示した接続部材を上方から見た上面図を示す。図２５において、接続部材６８の後端部が、適当に形成された加圧冶具と係合することが可能な六角部７１の形状を有していることが追加的に示されている。
【００４４】
図２６は、さらに他の実施形態に係る接続部材７２を示す。接続部材７２は、図２４に示した接続部材と異なって、先端部において外側に外部円錐部７３を有し、内方側に刃先部７４を形成している。上記と同様に、当該刃先部は、貫通孔が設けられていない上側構成要素内に接続部材７２が貫通することを容易とし、且つ、移動した材料が外方へ流入することを容易とする。
【００４５】
図２７は、内側部がスタッド７６の形状となっている接続部材７５を示す。すなわち、この接続部材７５は、内部に穴が設けられていない設計である。
【００４６】
図２８は、元々貫通孔が設けられていない上側構成要素７７と下側構成要素７８との間の摩擦溶接接合を示す。図２２に示したのと同様に、材料８０が、接続部材８２の内部空洞７９内に流入している。当該材料８０は、上側構成要素７７における相当する部分が溶解することにより発生する。加えて、接続部材８２に設けられた環状部８１は、環状のビード８３を備えている。環状のビード８３は、上側構成要素７７の材料の内部にその高さが入り込む程に侵入している。これは、図２０に示した設計と同一程度のものである。
【００４７】
以上、図面を参照してこの発明の実施の形態を説明したが、この発明は、図示した実施の形態のものに限定されない。図示した実施の形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
この発明によれば、接続部材の回転を停止して摩擦溶接領域を形成する第１段階と、上側構成要素に環状部を押し当てる前の接続部材の回転の停止にあたって、圧力が加圧冶具によって接続部材に加えられる第２段階とで接続部材を用いて上下の構成要素を摩擦接合するため、摩擦接合方法として有利に使用される。
【符号の説明】
【００４９】
１，２２，３５，３９，４１，４５，４９，５５，６０，６８，７２，７５，８２  接続部材、２，２８，３２，５８，６１，７７  上側構成要素、３，２９，３３，６２，７８  下側構成要素、４，１１，１４  内側部、５，１０，２３，４８，５４，５６，６７，８１  環状部、７，３０，３４  貫通孔、８，１２，２６，３８  環状表面、９  土台部、１３  外部六角部、１５，１９，２５  内部六角部、１６，２０，２４，３６，４３，５１，５９  加圧冶具、１７，２７，４４  マンドレル、１８，７３  外部円錐部、２１  加圧表面、３１  内部円錐部、３７，５７，８３  環状のビード、４０  螺子穴、４２  螺子式スタッド、４６  切り込み、４７  しわ部、５０  切断ポイント、５２  円錐部、５３，７１  六角部、６３  摩擦溶接領域、６４  内部空間、６５，６６，８０  材料、６９  開口部、７０，７４  刃先部、７６  スタッド、７９  内部空洞。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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