(57)【要約】本発明は、キャリア（２）が導電的に接続されたはんだ材料（３）を支持するキャリア（２）を有する金属締結要素（１）を金属加工物（５）に接合する方法に関する。この方法は、次の段階、すなわち、はんだ材料（３）がキャリア（２）の凹部（８）内に導入され、該はんだ材料（３）に、はんだ付けされるべき加工物（５）の方向に向いている凸状の輪郭（４）が与えられ、締結要素（１）と加工物（５）との間に電圧が加えられ、はんだ材料（３）と加工物（５）との間の電気アーク（６）により、はんだ材料（３）が加工物（５）に選択的に溶融され、締結要素（１）が加工物（５）に押し付けられる段階を有する。はんだ付けされるべき加工物（５）の方向に向いているはんだ材料（３）の輪郭（４）を有する、この方法のために適切に設計された方法及び締結要素（１）が、はんだ材料（３）を局所的かつ選択的に溶融させ、これにより、周囲の領域が不必要な熱応力に曝されることを防止する。このことは、締結要素（１）と加工物（５）との間に特に強いはんだ結合を実現させる。
2005501735.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
はんだ材料（３）を支持するキャリア（２）を含む金属締結要素（１）の前記キャリア（２）を導電的に結合することにより、該締結要素を金属加工物（５）に結合する方法であって、
ａ．前記はんだ材料（３）を前記キャリア（２）内の陥凹部（８）に導入して、はんだ付けされるべき前記加工物（５）の方向に向けられた凸状の輪郭が該はんだ材料（３）に与えられるようにし、
ｂ．前記締結要素（１）と前記加工物（５）との間に電圧を加えて、はんだ材料（３）と加工物（５）との間の電気アーク（６）により、前記はんだ材料（３）を選択的に溶融させ、
ｃ．前記締結要素（１）を前記加工物（５）に押し付ける、
段階を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
最初に前記はんだ材料（３）と前記加工物（５）とが電気的に短絡され、次に前記締結要素（１）と該加工物（５）との間に電圧が加えられ、最後に該締結要素（１）と該加工物（５）とが互いから離れるように移動させられて、前記アーク（６）が同時に形成されることにより、アーク形成が行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記はんだ材料（３）が溶融された後、初めに前記加工物（５）と前記締結要素（１）の間の電圧が切断され、次に該締結要素（１）が該加工物（５）に押し付けられることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記加工物（５）に対する前記締結要素（１）の距離が、４ｍｍより小さく、特に２ｍより小さく、好ましくは１ｍｍより小さいことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記アーク（６）によって、はんだ材料（３）の滴（９）が形成され、前記滴（９）が前記締結要素（１）及び前記加工物（５）を濡らし、次に、前記短絡中、前記はんだ材料（３）がさらに加熱されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
はんだ付けされる、含む端部（１０）を備えたキャリア（２）を有し、該端部にははんだ材料（３）で充填された陥凹部（８）を備え、前記はんだ材料（３）が凸状の形状で、はんだ付けされるべき加工物（５）の方向に向けられるための輪郭（４）を有することを特徴とする加工物（５）上にはんだ付けされる締結要素（１）。
【請求項７】
前記締結要素（１）がスタッドであることを特徴とする請求項６に記載の締結要素（１）。
【請求項８】
前記締結要素（１）がナットであることを特徴とする請求項６に記載の締結要素（１）。
【請求項９】
前記陥凹部（８）が環状又は円筒状あることを特徴とする請求項６乃至請求項８のいずれか１項に記載の締結要素（１）。
【請求項１０】
前記輪郭（４）が、ピラミッド状に突出していることを特徴とする請求項６乃至請求項９のいずれか１項に記載の締結要素（１）。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項による前記方法を行うために、締結要素（１）、特定的には請求項６乃至請求項１０のいずれか１項による締結要素（１）にはんだを付ける方法であって、はんだ付けされるべき前記キャリア（２）の端部（１０）に、流動はんだ付け技術を用いてはんだが付けられることを特徴とする方法。
【請求項１２】
はんだが付けられた前記端部（１０）が、次に冷間加工され、前記はんだ材料（３）に、はんだ付けされるべき前記加工物（５）の方向に向けられるための凸状の輪郭が与えられることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、はんだ材料を支持するキャリアを含む金属締結要素のキャリアを導電的に結合することにより、該締結要素を金属加工物に結合する方法に関する。
【０００２】
（背景技術）
原則として、はんだ接合部は、これに匹敵する溶接接合部より強いことが知られている。この理由は、溶接方法を用いる場合、はんだ付け方法を用いるよりもずっと高い温度が生じ、硬化された接合領域がもたらされるためである。この高温が、合金の個々の構成要素の分離、隔離、及び材料混合物の望ましくない物理的及び／又は化学的相をもたらすことになる。
ＤＥ４０３９７８７は、対向する金属面の少なくとも１つが凸状の湾曲形状にされることにより、はんだの溶融中に該対向する面の自己整合が改善されるようになった、２つの金属面を結合する方法を開示する。
【０００３】
周知の方法の欠点は、はんだの溶融中、接合されるべき加工物の広範囲にわたる部分を加熱しなければならず、このことにより、こうした領域の温度が予め設定された最大温度を超えてはならない場合には、はんだ付け方法の使用の範囲が制限されることである。さらに、加熱すべき領域が大きくなると、加熱及び／又ははんだ付けを行うのにかかる時間が長くなる。
したがって、本発明の目的は、周知の方法の説明された欠点を克服し、簡便かつ安価な方法で、最小の熱負荷により金属締結要素を金属加工物に結合できる、金属締結要素を金属加工物に結合する方法を示すことである。
【０００４】
（発明の開示）
上記の目的は、請求項１による特徴を有する方法により、本発明に従って達成される。個別に又は組み合わせて生じ得るさらに有利な展開及び特徴は、従属項の主題である。
はんだ材料を支持するキャリアを含む金属締結要素のキャリアを導電的に結合することにより、該締結要素を金属加工物に結合する本発明による方法が、次の段階、すなわち、はんだ材料をキャリア内の陥凹部に導入して、はんだ付けされるべき加工物の方向に向けられた凸状の輪郭が該はんだ材料に与えられるようにし、締結要素と加工物との間に電圧を加え、該はんだ材料と該加工物との間の電気アークによりはんだ材料を選択的に溶融させ、該締結要素を該加工物に押し付ける段階を含む。
【０００５】
本発明による方法によって、金属締結要素が金属加工物にはんだ付けされ、該加工物及び／又は該締結要素上にかかる熱負荷が最小に抑えられる。この加熱は、アークにより、予め定められた小さな領域で局所的にのみ行われる。はんだ付けされるべき加工物の方向に向けられた凸状の輪郭を有するはんだ材料によって、アークが生成され、アークは、該はんだ材料に、すなわち加熱が必要とされる場所に直接保持される。締結要素及び／又は加工物の溶融温度より下の溶融温度を用いて、はんだ材料を適切に選択することによって、選択的な溶融が達成される。
選択性及び／又は局所性によって、締結要素及びキャリアの熱負荷が最小に抑えられる。例えば、低い熱負荷によって、締結要素を非常に薄い金属板上に締結することが可能になる。
【０００６】
一方、キャリア内の陥凹部によって達成される効果は、はんだ付けプロセスのために適切な量のはんだ材料が利用可能なことである。他方、隆起部とは対照的に、陥凹部は、はんだ付け点の外側領域に特に薄いはんだ層が生じるという効果を有する。薄いはんだ層によって、はんだ接続部の特に高い安定性が達成される。はんだ接触面の外側領域の高い安定性によって、吸収されるべき負荷及びトルクに対する、締結要素の特に高い安定性が達成される。
【０００７】
締結要素を加工物に押し付ける結果、該締結要素と該加工物との間に、高品質のはんだ接合部をもたらす特に密接な接触、すなわち薄いはんだ層が達成される。はんだ付け作業中に十分なはんだ材料を利用できるが、他方、該陥凹部の領域における締結要素と加工物との間のはんだ層ができるだけ薄くなるように、はんだ材料のための陥凹部を選択すべきである。このように、特に薄いはんだ層の機械的利点の他に、はんだの消費も最小に抑えられる。
本発明による方法の発展において、最初にはんだ材料と加工物とが電気的に短絡され、次に該締結要素と該加工物との間に電圧が加えられ、最後に該締結要素と該加工物が互いから遠ざかるように移動させられてアークが同時形成されることにより、アーク形成が行われる。
【０００８】
短絡、及びそれに続いてはんだ材料を加工物から離すことによって、明確なアークが簡便な方法で生成される。流れる電流、及び締結要素からの加工物の距離を適切に適合させることによって、局所的かつ選択的なはんだ材料の溶融が行われる。必要とされるはんだ量より外側の領域は、締結要素及び／又はキャリアの不必要な熱負荷は存在しない。
本発明による方法のさらに別の発展により、はんだ材料が溶融された後、最初に加工物と締結要素との間の電圧が切断され、次に締結要素が加工物に押し付けられる。
【０００９】
電圧の切断の結果として、締結要素と加工物との間の電流の流れが中断され、これにより、電流の上昇が防止され、よって加工物を締結要素に押し付ける間の短期の温度上昇が防止される。上記の方法において、はんだ材料の温度の時間特性を、正確に定めることができる。
本発明の特別な発展において、加熱中、加工物に対する締結要素の距離は、４ｍｍより小さく、特定的には２ｍｍより小さく、好ましくは１ｍｍより小さい。
【００１０】
はんだの溶融は、短絡中、或いは非常に短い距離において生じる。溶融中、滴が形成され結合されるべき面上に広がることは有利である。上記の滴の広がりは、加工物に対する締結要素の短い上昇運動によって達成することができる。締結要素及び／又は加工物の良好な濡れを達成するために、ここで、毛管力及び／又は加工物及び／又は締結要素へのはんだの接着力を利用することは有利である。
【００１１】
本発明による方法の特別の発展によると、アークにより、はんだ材料の滴が形成され、この滴が締結要素及び／又は加工物を濡らし、次に、短絡中、はんだ材料がさらに加熱される。滴の形成が生じることによって、互いに結合されるべき面を濡らすことが行われ、このことは、短絡中引き続いて起こる抵抗熱によって特に一様に行われる。
加工物にはんだ付けされるべき本発明による締結要素は、はんだ付けされるべき端部を有するキャリアを含み、はんだ材料で充填された陥凹部を有し、そこで、該はんだ材料は、凸状であり、はんだ付けされるべき加工物の方向に向けられた輪郭を有する。
【００１２】
陥凹部は、はんだ材料を受けるための容器の機能を有する。この陥凹部は、はんだ付け作業のために十分な量のはんだ材料を保持するのに十分なスペースを提供する。加工物の方向に向けられたはんだ材料の凸状の輪郭によって、はんだ付け作業中に生成されるアークが、直接はんだ材料に当ることが保証される。はんだ材料においてアークを局所化することによって、はんだ材料の局所化された加熱が達成される。その結果、必要とされない、領域内の加工物及び／又は締結要素の不必要な熱負荷が回避される。陥凹部及び／又は輪郭の両方をそれぞれ、先が尖った構成、又は先の丸い構成としてもよい。はんだ材料の突出部分におけるアークの確実な局所化を保証するために、はんだ材料が締結要素を超えて十分遠くに延びるように、輪郭の凸状構成が形成される。しかしながら、必要とされるはんだの量を最小にし、過度に厚いはんだ層を回避するために、突出しすぎないようにすべきである。
【００１３】
本発明の特別な発展において、締結要素はスタッドである。本発明のさらに別の特別な発展において、締結要素はナットである。締結要素の陥凹部は、例えば、中心に設けられたトラフ、又は複数の小さなトラフ、或いは溝によって生成することができる。本発明による締結要素の特に特別な発展において、陥凹部は、環状の構成又は円筒形の構成である。
本発明の特別な発展において、輪郭はピラミッド状に突出している。陥凹部と同様に、例えば、単一の隆起部、又は複数の小さな隆起部、或いは直線的に交差するウェブ又は湾曲したウェブによって、輪郭を形成することができる。適切な方法において、はんだによって結合されるべき面をできるだけ一様に濡らすことが保証されるように、輪郭を選択する。
【００１４】
締結要素にはんだ付けする本発明による方法は、流動はんだ付け技術によって、キャリアのはんだ付けされるべき端部にはんだが付けられることを特徴とする。流動はんだ付け技術によって、締結要素上のはんだ材料を受けるためのキャリアに、はんだが付けられることになる。
本発明による方法の有利な発展において、次に、はんだ付けされた端部が冷間加工され、該はんだ材料に、はんだ付けされるべき加工物の方向に向けられるための凸状の輪郭が与えられる。引き続きはんだ付けされた端部に冷間加工されることによって、如何なる形状の凸状の輪郭も、特に隆起部又は複数の隆起部の形成も達成することが可能である。この隆起部は、ウェブ又は複数のウェブの形状、及び／又は交差する、湾曲した、及び／又は円形のウェブの形状を取ることができる。
【００１５】
さらに別の特徴及び／又は有利な発展は、添付の図面を参照して説明される。図面は、本発明の主題を限定するように意図されるのではなく、単に例として本発明を例証するように意図される。
【００１６】
（発明を実施するための最良の形態）
図１は、陥凹部８を含む端部１０を備えたキャリア２を有するスタッドの形態の、本発明による締結要素１の特に好ましい実施形態を示す。はんだ材料３が、流動はんだ付け技術を用いて陥凹部８に導入される。上記の場合には、はんだ材料３は、加工物５に対して凸状に形成された輪郭４を有するように配置される。したがって、はんだ材料３は、キャリア２を超えて延びる。その結果、締結要素１の一部としてのはんだ材料３は、加工物５から最も近い距離にある。
図２は、はんだ付けにより取付け可能であり、加工物５の方向に延びる輪郭４が与えられた、はんだ材料３を受けるための陥凹部８を含むキャリア２を備えるナットの形態の、本発明による締結要素１を示す。はんだ材料３は、加工物５の最も近くに配置された、締結要素の一部である。キャリア２は、他の部分へのねじ接続を確立するためのねじ７を有する。
【００１７】
図３ａ乃至図３ｃは、金属締結要素を金属加工物に結合する本発明による方法を示す。上記の場合には、締結要素１は、加工物５の方向に向けられた凸状の輪郭４を有し、はんだ材料３で充填された陥凹部８を有するキャリア２によって、該加工物と接触する状態にされるので、該はんだ材料３はその輪郭４により該加工物５上に置かれるようになる。締結要素１と加工物５の間に電圧を加えることによって、短絡が生じ、互いに接合されるべき面を通る電流の流れをもたらす。図３ｂによると、次に、締結要素１が加工物５から遠ざかるように移動させられ、そこで、電圧及び電流の流れのため、はんだ材料３と加工物５の間にアーク６が形成される。このアーク６が凸状の輪郭４に当り、はんだ材料３を溶融温度以上に加熱する。締結要素１は、加工物５から距離Ｈのところに保持される。距離Ｈは、処理パラメータによる時間の関数として変わる。図３ｃは、はんだ材料３を一様に加熱した後、加工物５に押し付けられた締結要素１を示す。陥凹部８及び輪郭４の両方が、環状の構成でできている。
【００１８】
図４ａ乃至図４ｃは、ねじ７とはんだ材料３で充填された陥凹部８を備えるキャリア２とを含むナットである締結要素１を結合する本発明による方法を示す。図４ａによるはんだ材料３は、加工物の方向に向けられ、該加工物５の方向にピラミッド状に延びる凸状の輪郭４を有する。キャリア２と加工物５との間に電圧を加えることによって、はんだ材料３、特にピラミッドの頂点と該加工物５との間にアーク６が当る。アーク６は、はんだ材料３を局所的に加熱する。はんだ材料３の溶融温度を上回るとき、滴の形成を生じ、この滴が加工物を図４ｂに示される方法で濡らすことになる。１ｍｍの短い距離Ｈの場合には、滴９は、加工物５及び締結要素１の両方を同時に濡らし、このことは、高品質のはんだ接合部のために有利である。滴９が加工物５及び締結要素１の両方を濡らすと、はんだ材料３は、電流の流れ及び／又はこれと関連した抵抗熱によって加熱される。電圧の値及び／又は電流の値、距離及び時間の長さが、はんだ材料３の温度、すなわち、はんだ材料３の溶融温度より上であるが、キャリア２の溶融温度及び／又は加工物５の溶融温度より低い温度を定める。図４ｃにおいて、溶融されたはんだ材料を有するキャリア２は、加工物５上に押し付けられ、電流のスイッチが切られる。
【００１９】
金属加工物５を締結要素１に結合する本発明による方法は、加工物５の方向に向けられた凸状の輪郭４を有するはんだ材料３によって、アーク６が該はんだ材料３に直接局所的に生成され、該はんだ材料３の選択的溶融をもたらすという事実のために注目に値するものであり、ここで、隣接する領域にある加工物５及び／又は締結要素１が熱により損なわれることが回避される。したがって、締結要素１と加工物５との間に特に安定したはんだ接合が達成される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】スタッドの形態の、本発明による好ましい締結要素である。
【図２】ナットの形態の、本発明による締結要素である。
【図３ａ】締結要素を加工物に締結するための本発明による方法のシーケンスを示す。
【図３ｂ】締結要素を加工物に締結するための本発明による方法のシーケンスを示す。
【図３ｃ】締結要素を加工物に締結するための本発明による方法のシーケンスを示す。
【図４ａ】締結要素を加工物に結合するための本発明による方法の別の実施形態である。
【図４ｂ】締結要素を加工物に結合するための本発明による方法の別の実施形態である。
【図４ｃ】締結要素を加工物に結合するための本発明による方法の別の実施形態である。
【符号の説明】
【００２１】
１：締結要素
２：キャリア
３：はんだ材料
４：輪郭
５：加工物
６：アーク
７：ねじ
８：陥凹部
９：滴
１０：端部
Ｈ：行程
【国際公開パンフレット】
2005501735.tif 000003
2005501735.tif 000004
2005501735.tif 000005
2005501735.tif 000006
2005501735.tif 000007
2005501735.tif 000008
2005501735.tif 000009
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2005501735.tif 000011
2005501735.tif 000012
2005501735.tif 000013
2005501735.tif 000014
2005501735.tif 000015
2005501735.tif 000016
2005501735.tif 000017
2005501735.tif 000018
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2005501735.tif 000019
2005501735.tif 000020
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2005501735.tif 000021
【国際調査報告】
2005501735.tif 000022
2005501735.tif 000023
2005501735.tif 000024
2005501735.tif 000025
2005501735.tif 000026
2005501735.tif 000027
2005501735.tif 000028
2005501735.tif 000029