(57)【要約】摩擦溶接を用いて中空構造体を接合する方法が開示される。本発明は、円錐接触面（６２）を有する第１の中空構造体（１１）を楕円形状の接触オリフィスを有した第２の中空構造体に、前記円錐面を前記接触オリフィス内に配置し、前記構造体の一方を回転子、互いに押圧して溶接部を形成することによって接合する方法を提供する。本発明は、更に、本発明の方法を用いて形成されるエアバッグインフレータを開示する。
2006522689.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の中空構造体を第２の中空構造体に接合する方法において、
対称軸をなす第１の軸線と円錐接触面とを有した第１の中空構造体を準備する段階と、
接触オリフィスを有した第２の中空構造体を準備する段階と、
第１の中空構造体の円錐接触面を前記接触オリフィス内に配置する段階と、
前記第１の軸線を中心として前記中空構造体の一方を回転する段階と、
前記第１の中空構造体を前記第２の中空構造体へ押圧して、溶接部を形成するのに十分な摩擦と熱とを発生させる段階とを含んで成る方法。
【請求項２】
前記第１の中空構造体の円錐接触面は挟角によって規定される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記挟角は約３０°〜約９０°である請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記挟角は約６０°〜約９０°である請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の中空構造体の円錐接触面は、第１と第２の挟角によって規定される請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の挟角は前記第２の挟角よりも大くなっている請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第１と第２の挟角は約３０°〜約１１０°である請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の挟角は前記第２の挟角よりも小さくなっている請求項５に記載の方法。
【請求項９】
前記第１と第２の挟角は約３０°〜約１１０°である請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２の中空構造体の接触オリフィスは楕円形状を呈している請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記楕円形状の出口オリフィスは、長径と短径によって規定される請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第２の中空構造体の楕円形状の出口オリフィスの長径と短径は、前記第１の中空構造体を所望の高さに配置して、前記第２の中空構造体の側部と端部とに前記第１の中空構造体を投影することによって決定される請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記接触オリフィスは、前記第２の中空構造体の平坦領域に配置されており、従って、前記第２の中空構造体の平坦領域では一定の半径を有し、前記第２の中空構造体のその他の領域では半径が変化する請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２の中空構造体の平坦領域は、前記第１の中空構造体の円錐接触面の直径以下の幅を有する請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２の中空構造体の接触オリフィスの形状は、前記第１の中空構造体を所望の高さに配置して、前記第２の中空構造体の側部と端部とに前記第１の中空構造体を投影することによって決定される請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の軸線と中心として前記中空構造体の一方を回転する段階は、前記第１の軸線を中心として前記第１の中空構造体を回転することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の軸線と中心として前記中空構造体の一方を回転する段階は、前記第２の中空構造体を固定された所定位置に保持することを含む請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１の軸線と中心として前記中空構造体の一方を回転する段階は、前記中空構造体を約6500rpm〜約11000rpmで回転することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１の軸線と中心として前記中空構造体の一方を回転する段階は、前記中空構造体を約7500rpm〜約10000rpmで回転することを含む請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１の中空構造体を前記第２の中空構造体へ押圧する段階は、約6.2MPa〜約8.3MPa(約900psi〜約1200psi)で前記第１の中空構造体を前記第２の中空構造体へ押圧することを含む請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１の中空構造体を前記第２の中空構造体へ押圧した後に、前記中空構造体の双方を正しい位置に保持して溶接部を硬化させる段階を更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記中空構造体の双方を正しい位置に保持して溶接部を硬化させる段階は、少なくとも約０．５秒間継続される請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１の軸線と中心として前記中空構造体の一方を回転する段階は、前記中空構造体を約6350rpm〜約9925rpmで回転することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１の軸線と中心として前記中空構造体の一方を回転する段階は、前記中空構造体を約7350rpm〜約8925rpmで回転することを含む請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記第１の中空構造体を前記第２の中空構造体へ押圧する段階は、約6.2MPa〜約8.3MPa(約900psi〜約1200psi)で前記第１の中空構造体を前記第２の中空構造体へ押圧することを含む請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記第１の中空構造体を前記第２の中空構造体に対して押圧する段階の後に、回転する中空構造体の回転速度を低減する段階と、前記第２の中空構造体に対する前記第１の中空構造体の圧力を増加する段階とを含む請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記回転する中空構造体の回転速度は、約6000rpm〜約9500rpmの範囲に低減される請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記回転する中空構造体の回転速度は、約7000rpm〜約8500rpmの範囲に低減される請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記第２の中空構造体への前記第１の中空構造体の圧力は、約6.9MPa〜約8.3MPa(約1000psi〜約1200psi)の範囲に増加される請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
請求項１に記載の方法により製造された物品。
【請求項３１】
中空部材の側部に円錐部材を融着する方法において、
対称軸線と、長径および短径を有する楕円オリフィスとを有した中空部材を準備する段階と、
対称中心軸線と円錐接触領域とを有し前記中空部材に接合すべき円錐部材であって、前記円錐接触領域が、少なくとも前記楕円孔の長径と同等の上部直径から、少なくとも前記楕円孔の短径と同等の下部直径まで変化する直径を有して成る円錐部材を準備する段階と、
前記円錐部材を所定の速度で回転する段階と、
前記回転する円錐部材を所定の圧力で前記中空部材の楕円オリフィスへ送り溶接部を形成する段階とを含んで成る方法。
【請求項３２】
前記円錐部材を前記対称軸線を中心として回転させる間、前記中空部材を正しい位置に保持するようにした請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記円錐部材を所定の速度で回転させる段階は、前記円錐部材を約6500rpm〜約11000rpmで回転することを含む請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記円錐部材を所定の速度で回転させる段階は、前記円錐部材を約7500rpm〜約10000rpmで回転することを含む請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記回転する円錐部材を所定の圧力で前記中空部材の楕円孔へ送る段階は約6.2MPa〜約8.3MPa(約900psi〜約1200psi)の圧力で行われる請求項３１に記載の方法。
【請求項３６】
回転する円錐部材を所定の圧力で前記中空部材の楕円孔へ送る段階の後に、前記円錐部材と中空部材の双方を固定した関係で少なくとも約０．５秒間保持することを更に含む請求項３１に記載の方法。
【請求項３７】
前記円錐部材を所定の速度で回転させる段階は、前記円錐部材を約6350rpm〜約9925rpmで回転することを含む請求項３１に記載の方法。
【請求項３８】
前記円錐部材を所定の速度で回転させる段階は、前記円錐部材を約7350rpm〜約8925rpmで回転することを含む請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記回転する円錐部材を所定の圧力で前記中空部材の楕円孔へ送る段階は、約6.2MPa〜約8.3MPa(約900psi〜約1200psi)で前記回転する円錐部材を前記中空部材の楕円孔に送ることを含む請求項３１に記載の方法。
【請求項４０】
前記回転する円錐部材を所定の圧力で前記中空部材の楕円孔へ送る段階の後に、前記回転する円錐部材の回転速度を低減する段階と、前記中空部材の楕円孔への前記円錐部材の圧力を増加する段階とを含む請求項３１に記載の方法。
【請求項４１】
前記回転する円錐部材の回転速度は、約6000rpm〜約9500rpmの範囲に低減される請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記回転する円錐部材の回転速度は、約7000rpm〜約8500rpmの範囲に低減される請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記中空部材の楕円孔への前記円錐部材の圧力は、約6.9MPa〜約8.3MPa(約1000psi〜約1200psi)の範囲に増加される請求項４０に記載の方法。
【請求項４４】
請求項３１に記載の方法により製造された物品。
【請求項４５】
中空部材の側部に円錐部材を融着する方法において、
対称軸線と、平坦領域と、該平坦領域に配設されたオリフィスとを有した中空部材を準備する段階と、
対称中心軸線と円錐接触領域とを有し前記中空部材に接合すべき円錐部材であって、該円錐部材の直径が、前記中空部材の平坦領域の幅に等しいか或いは大きくなっている円錐部材を準備する段階と、
前記円錐部材を所定の速度で回転する段階と、
前記回転する円錐部材を所定の圧力で前記中空部材のオリフィスへ送り溶接部を形成する段階とを含んで成る方法。
【請求項４６】
前記円錐部材を前記対称軸線を中心として回転させる間、前記中空部材を正しい位置に保持するようにした請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記円錐部材を所定の速度で回転させる段階は、前記円錐部材を約6500rpm〜約11000rpmで回転することを含む請求項４５に記載の方法。
【請求項４８】
前記円錐部材を所定の速度で回転させる段階は、前記円錐部材を約7500rpm〜約10000rpmで回転することを含む請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
前記回転する円錐部材を所定の圧力で前記中空部材のオリフィスへ送る段階は約6.2MPa〜約8.3MPa(約900psi〜約1200psi)の圧力で行われる請求項４５に記載の方法。
【請求項５０】
回転する円錐部材を所定の圧力で前記中空部材のオリフィスへ送る段階の後に、前記円錐部材と中空部材の双方を固定した関係で少なくとも約０．５秒間保持することを更に含む請求項４５に記載の方法。
【請求項５１】
前記円錐部材を所定の速度で回転させる段階は、前記円錐部材を約6350rpm〜約9925rpmで回転することを含む請求項４５に記載の方法。
【請求項５２】
前記円錐部材を所定の速度で回転させる段階は、前記円錐部材を約7350rpm〜約8925rpmで回転することを含む請求項５１に記載の方法。
【請求項５３】
前記回転する円錐部材を所定の圧力で前記中空部材のオリフィスへ送る段階は、約6.2MPa〜約8.3MPa(約900psi〜約1200psi)で前記回転する円錐部材を前記中空部材のオリフィスに送ることを含む請求項４５に記載の方法。
【請求項５４】
前記回転する円錐部材を所定の圧力で前記中空部材のオリフィスへ送る段階の後に、前記回転する円錐部材の回転速度を低減する段階と、前記中空部材のオリフィスへの前記円錐部材の圧力を増加する段階とを含む請求項４５に記載の方法。
【請求項５５】
前記回転する円錐部材の回転速度は、約6000rpm〜約9500rpmの範囲に低減される請求項５４に記載の方法。
【請求項５６】
前記回転する円錐部材の回転速度は、約7000rpm〜約8500rpmの範囲に低減される請求項５５に記載の方法。
【請求項５７】
前記中空部材のオリフィスへの前記円錐部材の圧力は、約6.9MPa〜約8.3MPa(約1000psi〜約1200psi)の範囲に増加される請求項５４に記載の方法。
【請求項５８】
請求項４５に記載の方法により製造された物品。
【請求項５９】
エアバッグインフレータの側壁に出口ポートを融着する方法において、
実質的に中空の側壁と、対称軸線とを有したエアバッグインフレータを準備する段階と、
前記インフレータ本体の中空側壁に楕円オリフィスを形成する段階と、
対称軸線と、挟角によって規定され大径および小径を有する円錐接触面とを有した出口ポートを準備する段階と、
前記出口ポートを所定の速度で回転する段階と、
前記回転する出口ポートを所定の圧力で前記エアバッグインフレータの楕円オリフィスへ送り溶接部を形成する段階とを含んで成る方法。
【請求項６０】
前記出口ポートを前記対称軸線を中心として回転させるようにした請求項５９に記載の方法。
【請求項６１】
前記出口ポートを前記対称軸線を中心として回転させる間、前記エアバッグインフレータを正しい位置に保持するようにした請求項５９に記載の方法。
【請求項６２】
前記出口ポートを所定の速度で回転させる段階は、前記出口ポートを約6500rpm〜約11000rpmで回転することを含む請求項５９に記載の方法。
【請求項６３】
前記出口ポートを所定の速度で回転させる段階は、前記出口ポートを約7500rpm〜約10000rpmで回転することを含む請求項６２に記載の方法。
【請求項６４】
前記回転する出口ポートを所定の圧力で前記エアバッグインフレータの楕円オリフィスへ送る段階は約6.2MPa〜約8.3MPa(約900psi〜約1200psi)の圧力で行われる請求項５９に記載の方法。
【請求項６５】
回転する出口ポートを所定の圧力で前記エアバッグインフレータの楕円オリフィスへ送る段階の後に、前記出口ポートとエアバッグインフレータの双方を固定した関係で少なくとも約０．５秒間保持し溶接部を十分に硬化させることを更に含む請求項５９に記載の方法。
【請求項６６】
前記出口ポートを所定の速度で回転させる段階は、前記出口ポートを約6350rpm〜約9925rpmで回転することを含む請求項５９に記載の方法。
【請求項６７】
前記出口ポートを所定の速度で回転させる段階は、前記出口ポートを約7350rpm〜約8925rpmで回転することを含む請求項６６に記載の方法。
【請求項６８】
前記回転する出口ポートを所定の圧力で前記エアバッグインフレータの楕円オリフィスへ送る段階は、約6.2MPa〜約8.3MPa(約900psi〜約1200psi)で前記回転する出口ポートを前記エアバッグインフレータの楕円オリフィスに送ることを含む請求項５９に記載の方法。
【請求項６９】
前記回転する出口ポートを所定の圧力で前記エアバッグインフレータの楕円オリフィスへ送る段階の後に、前記回転する出口ポートの回転速度を低減する段階と、前記エアバッグインフレータの楕円オリフィスへの前記出口ポートの圧力を増加する段階とを含む請求項５９に記載の方法。
【請求項７０】
前記回転する出口ポートの回転速度は、約6000rpm〜約9500rpmの範囲に低減される請求項６９に記載の方法。
【請求項７１】
前記回転する出口ポートの回転速度は、約7000rpm〜約8500rpmの範囲に低減される請求項７０に記載の方法。
【請求項７２】
前記中空部材の楕円オリフィスへの前記円錐部材の圧力は、約6.9MPa〜約8.3MPa(約1000psi〜約1200psi)の範囲に増加される請求項６９に記載の方法。
【請求項７３】
前記インフレータの中空側壁に楕円オリフィスを形成する段階は、機械加工(machining)、ポンチ加工(punching)、打抜き加工(stamping)から成る群から選択される方法を用いて行われる請求項５９に記載の方法。
【請求項７４】
請求項５９に記載の方法により製造された物品。
【請求項７５】
エアバッグインフレータにおいて、
実質的に筒状の形状と、楕円形状の取着オリフィスとを有したガス室と、
対称軸線と、円錐取着面とを有し、摩擦溶接によって前記室の楕円形状の取着オリフィスに取着するようにした出口ポートであって、前記ポートはインフレータが活性化したときに膨張ガスを解放するように形成された出口ポートと、
前記インフレータを活性化する起爆剤とを具備するエアバッグインフレータ。
【請求項７６】
前記摩擦溶接は、前記出口ポートを所定の速度で回転し、該回転する出口ポートを前記ガス室の楕円形状の取着オリフィスへ送ることによりなされる請求項７５に記載のエアバッグインフレータ。
【請求項７７】
前記出口ポートを前記対称軸線を中心として回転させる間、前記ガス室を正しい位置に保持するようにした請求項７６に記載の方法。
【請求項７８】
前記出口ポートを所定の速度で回転させる段階は、前記出口ポートを約6500rpm〜約11000rpmで回転することを含む請求項７６に記載の方法。
【請求項７９】
前記出口ポートを所定の速度で回転させる段階は、前記出口ポートを約7500rpm〜約10000rpmで回転することを含む請求項７８に記載の方法。
【請求項８０】
前記回転する出口ポートを所定の圧力で前記ガス室の楕円形状の取着オリフィスへ送る段階は約6.2MPa〜約8.3MPa(約900psi〜約1200psi)の圧力で行われる請求項７６に記載の方法。
【請求項８１】
回転する出口ポートを所定の圧力で前記ガス室の楕円形状の取着オリフィスへ送る段階の後に、少なくとも約０．５秒間回転を停止し溶接部を十分に硬化させることを更に含む請求項７６に記載の方法。
【請求項８２】
前記出口ポートを所定の速度で回転させる段階は、前記出口ポートを約6350rpm〜約9925rpmで回転することを含む請求項７６に記載の方法。
【請求項８３】
前記出口ポートを所定の速度で回転させる段階は、前記出口ポートを約7350rpm〜約8925rpmで回転することを含む請求項８２に記載の方法。
【請求項８４】
前記回転する出口ポートを所定の圧力で前記ガス室の楕円形状の取着オリフィスへ送る段階は、約6.2MPa〜約8.3MPa(約900psi〜約1200psi)で前記回転する出口ポートを前記インフレータの楕円形状の取着オリフィスに送ることを含む請求項７６に記載の方法。
【請求項８５】
前記回転する出口ポートを所定の圧力で前記ガス室の楕円形状の取着オリフィスへ送る段階の後に、前記回転する出口ポートの回転速度を低減する段階と、前記ガス室の楕円形状の取着オリフィスへの前記出口ポートの圧力を増加する段階とを含む請求項７６に記載の方法。
【請求項８６】
前記回転する出口ポートの回転速度は、約6000rpm〜約9500rpmの範囲に低減される請求項８５に記載の方法。
【請求項８７】
前記回転する出口ポートの回転速度は、約7000rpm〜約8500rpmの範囲に低減される請求項８６に記載の方法。
【請求項８８】
前記ガス室の楕円形状の取着オリフィスへの前記円錐部材の圧力は、約6.9MPa〜約8.3MPa(約1000psi〜約1200psi)の範囲に増加される請求項８５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は慣性溶接(inertial welding)の方法に関する。より詳細には、本発明は円錐部材をパイプまたはチューブの側部に取付けるための慣性溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
摩擦溶接は、金属その他の熱可塑性部材を部材間の摩擦によって発生した熱を用いて接合するために用いられる技術である。この技術は、チューブ、中実棒そのたの対称形状の目的物を他の部材に接合するためによく用いられる。一般的に、必要となる部材の摩擦は、静止するよう保持した一方の部材に他方の部材を押圧しながら回転することによって得られる。その結果生じる摩擦によって発生した熱によって部材の材料が軟化し、軟化した材料を互いに押しつけ硬化させることによって、安定した溶接がなされる。
【０００３】
この一般的な方法は、チューブまたは棒部材を平坦面に溶接するためや、２つの棒部材またはチューブを端部で溶接するため、或いは、突き合わせ溶接を行うために用いられている。摩擦溶接では、回転側部材は一般的に概ね対称形状であり、その対称軸を中心として回転させられる。これによって、部材を安定的に回転させることができる。更に、回転側部材の面および他方部材の受承面は、一般的に平坦面となっており、接触させたときに、回転側部材と、該部材が取着される表面との間は一定した境界面となる。回転側部材は金属棒などの中実部材であったり、金属パイプまたはチューブなどの中空部材とすることができる。こうした形状は安定的に回転させることができ、また回転側部材と溶接面との間に一定した境界面を提供することができる。
【０００４】
２つの棒部材またはチューブを端部で接合する場合のように、実質的に対称形状の部材を溶接すべき静止側部材もまた対称形状とすることができる。代替的に、非対称であってもよい。例えば、受承側部材が単に平坦面を有しており、該平坦面に回転側部材が接合される。代替的に受承側部材が開口部を有し、該開口部に回転側部材が押圧されることもある。多くの場合、受承側部材の表面が相対的に平坦であり、従って、溶接すべき部材の表面に実質的に平行に配置できるようにすることが重要である。これによって、更に、回転側部材と受承側部材との間に一定した境界面が提供され、従って、しっかりとした溶接の形成が促進される。
【０００５】
適正な溶接を得るために十分な熱を発生させるために、回転側部材に重要な回転速度および回転側部材を静止側部材に押しつける圧力を決定するために用いられる数学モデルが開発されている。こうしたモデルは、種々の溶接例や状況に対して開発されている。モータを組み込んだ装置を用いて回転側部材を回転させ所定の速度および圧力を得るようにした摩擦溶接方法もある。他の摩擦溶接方法では、特定の速度で回転する所定サイズのフライホイールに回転側部材を取り付け、所定の圧力で静止側部材に押圧するようになっている。こうした一連の方法は、慣性溶接と称される。これら方法の双方では、実質的に同じ原理を用いて操作している。
【０００６】
これら方法では、溶接すべき部材の接合面が実質的に平行となるように位置決めされる。次いで、回転側部材が所定速度で回転され、所定圧力で対向面に押圧される。部材を接触させて回転することにより、その境界面において部材の材料を軟化するのに十分な熱が発生する。静止側部材および回転側部材の材料が軟化し始めると、回転によって２つの部材の境界面で材料が外方へ押し出される。この作用によって、面の有害な特徴が除去され最適ではない境界面が補償される。これによって、また、溶接を脆弱化するような境界面の酸化物や不純物が除去される。境界面から押し出された材料は、溶接部の周囲に積み重なり冷却され、２つの部材間の境界面の周囲に所謂「バリ」と称される構造が形成される。このバリは、接合部を中心として望ましく一様に分布し、溶接部における円滑で美観上許容できる表面を提供する。
【０００７】
摩擦溶接は比較的パラメータを自由にとることができ、またそのプロセスによって仕上がりが美しいために、金属部材を接合するためによく用いられる有効な技術となっている。既述したように、この技術は、然しながら、突き合わせ接合、チューブや棒部材の同軸融着、平坦面へのチューブや棒部材の融着を必要とする応用例で用いられ成功している。概ね垂直に配向された２つの中空部材を溶融するためには、第１の中空部材をを他方の中空部材の丸い側面に溶融するための設計が必要となる。その１つの例は、チューブを他のチューブの側面に取着してＴ継手を形成するめに必要な場合である。この種の溶接では、従来の摩擦溶接方法は適用できない。と言うのは、受承側部材の表面が平坦ではなく、接触、発熱および軟化が不均一となるからである。
【０００８】
従って、こうした構造に要求される目的物は、一般的に高価で製造時間がかかり、目的物の製造が難しい他の鋳造方法や機械加工方法を用いて作らなければならない。こうした代替的方法は、更に、製造時間が長くなりコスト高となりそして一層複雑である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の方法は、この技術分野の現状、特に、近時の慣性溶接方法では完全に解決されていないこの技術の問題およびニーズに応えて開発された。従って、本発明は、パイプまたはチューブの側壁に形成された楕円形状の孔に円錐部材を溶接するための方法を提供する。また、本発明は、中空状のエアバッグインフレータ本体に出口ポートを溶接してエアバッグインフレータを形成する方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の方法の第１の段階は、円錐接触面を有した第１の中空構造体を準備する。１つの実施形態では、前記中空構造体はエアバッグインフレータの出口ポートである。この第１の中空構造体は概ね対称形状であり、回転の中心となる対称軸を有する。
【００１１】
本発明の方法の第２の段階は、前記第１の中空構造体を受承する接触オリフィスを有した第２の中空構造体を準備する。本発明の実施形態では、第２の中空構造体はエアバッグインフレータ本体または他の同様の中空構造体である。
【００１２】
前記第２の中空構造体の接触オリフィスは、同第２の中空構造体の丸い外表面に配置される。その結果、接触オリフィスは概ね楕円形状を呈し、長径と短径とにより規定される。前記第２の中空構造体の楕円形状の接触オリフィスの長径は、前記第２の中空構造体の表面に沿う単一の平面内に配置される。第２の中空構造体が細長い対称形状のチューブの場合には、前記長径は対称軸に実質的に平行に配置される。前記短径は、前記長径に対して実質的に垂直に配置される。その結果、長径のように厳密に中空構造体の表面に沿うことなく、中空構造体の内部を貫通するよう延設される。本発明の代替実施形態では、接触オリフィスは第２の中空構造体の平坦部に配置される。その結果、平坦領域が出口ポートと同様の幅またはそれより広い幅を有する場合には、接触オリフィスは円形となり、平坦領域が出口ポートよりも狭い場合には、接触オリフィスは部分的に円形で部分的に楕円形となる。
【００１３】
これらの部材を準備した後に、該方法の次の段階では、第１の中空構造体の円錐接触面が、前記第２の中空構造体の楕円形状の接触オリフィス内に位置決めされる。これにより前記２つの構造体は概ね垂直関係に配置され、両者を合わせたときに、円錐接触面は楕円形状の接触オリフィスに接触する。
【００１４】
上記２つの構造体が正しく位置決めされた後に、第１の中空構造体が前記対称軸を中心として回転させられる。回転速度は、回転部分が軟化して溶接部を形成するのに十分な摩擦を発生させる十分なエネルギを回転部分に提供するように選択される。回転部分は、次いで、静止状態に保持されている前記第２の中空構造体へ押圧される。圧力により、摩擦の発生および軟化した後の溶接部の形成が促進される。第１と第２の中空構造体の接触面で発生した摩擦によって発熱して接触面が軟化する。次いで、軟化した表面が溶接部を形成して第１と第２の中空構造体が一体化される。
【００１５】
回転と圧力とを１つに組み合わせて用いて溶接部を形成するようにした実施形態もある。こうした実施形態では、前記第１の中空構造体は約6500rpm〜約11000rpmで回転させられる。第１の中空構造体は、約6.2MPa〜約8.3MPa(約900psi〜約1200psi)の圧力で前記第２の中空構造体へ押圧される。代替的に、二段階法を用いた本発明の方法もある。この方法では、先ず、第１の中空構造体を開始速度で回転し、開始圧力で第２の中空構造体へ接触させる。所定時間の経過後、回転速度を溶接速度へ変化させ、圧力を溶接圧力へ変化させる。こうした実施形態では、回転の開始速度は約6350rpm〜約9925rpmで変化する。開始圧力は概ね約2.1MPa〜約2.5MPa(約300psi〜360psi)である。こうした実施形態で第２の段階では、溶接回転速度は約6000rpm〜約9500rpmとなる。第２の段階における溶接圧力は約6.9MPa〜約8.3MPa(約1000psi〜約1200psi)である。
【００１６】
本発明では、最終段階は２つの構造体を正しい位置に保持して溶接部を硬化させるようにした実施形態もある。この段階は、上記構造体を少なくとも０．５秒間正しい位置に保持することを含む。この段階は、約０．５秒〜約２秒間継続する。
【００１７】
本発明は、更に、本発明の方法を用いて製造されるエアバッグインフレータを含む。本発明の該エアバッグインフレータは、本発明の溶接技術により接合された出口ポートと、中空状のインフレータ本体とを有したインフレータを含む。
【００１８】
本発明のこれらおよび他の特徴および利点は、以下の記載および特許請求の範囲の記載または本発明の実施から明らかとなろう。
【００１９】
本発明の上述したおよび他の特徴および利点が得られる方法が容易に理解できるように、以上で簡単に説明された本発明についてのより詳細な説明が、添付の図面に図示されている本発明の特定の実施形態を参照して行われる。
【００２０】
これらの図面は本発明の典型的な実施形態を示しているに過ぎず、したがってその範囲を限定するものと考えるべきではないことを理解すべきであり、本発明は添付図面の使用を通して追加的な特定及び詳細について記述及び説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明するが、図面において同様の構成要素には同じ参照番号が付されている。ここで概略的に記載され、図面に示されている本発明の構成要素が異なる複数の形態に構成及び設計できることは容易に理解されるであろう。したがって、図１Ａ〜図３に図示したような本発明の方法および装置の実施形態についての以下の詳細な説明は、特許請求の範囲に記載する本発明の範囲を限定するものではなく、単に現時点で本発明の好ましい実施形態を示すものである。
【００２２】
摩擦溶接は、高品質の溶接を一般的に提供し、流れ作業による製造で使用することができる。更に、本発明のような摩擦溶接方法は、美観上好ましく円滑なバリを提供し、従って、溶接後に必要な付加的な段階が必要なくなる。
【００２３】
ここで、「摩擦溶接」との語は、金属または熱可塑性の対象物の間に摩擦を生じさせて熱を発生させ、対象物を溶接するために十分に軟化して、該対象物を接合するプロセスを示すために用いる。一方の対象物を他方の対象物に対して回転させて両者を押圧して摩擦を発生させるようにした例がある。また「慣性溶接」との語は、フライホイールまたは他の装置を用いて２つの熱可塑性部材を溶接するための運動エネルギを提供するようにした摩擦溶接方法を説明するために用いる。
【００２４】
本発明は、円錐状の接触面を有した中空構造体を第２の中空構造体に設けられたオリフィスに摩擦溶接するための方法を提供する。該方法は、第１の中空構造体を回転することと、該第１の中空構造体を第２の中空構造体のオリフィス内に押圧して溶接することを含んでいる。本発明の方法では、オリフィスは楕円形状を呈している例がある。他の例では、オリフィスは、第２の中空構造体の平坦領域に配置され、オリフィスは一定の半径を有し、従って、楕円領域に加えて円形となる領域もある。
【００２５】
本発明の方法は多くの場合に有用である。例えば本発明の方法は、出口ポート等の部材をエアバックインフレータに融着するのに有用である。本発明は更に、本発明の方法を使用して構成されたエアバックインフレータを含む。最終的には本発明は更に、本明細書で開示されている摩擦溶接方法を使用してエアバックインフレータを構成する方法を含む。
【００２６】
他の多くの例でも有用であるが、本発明の方法を用いて形成されたエアバッグのインフレータを参照して本発明の方法をする。先ず、図１Ａを参照すると、本発明の摩擦溶接方法を用いて組み立てることのできるエアバッグインフレータ１０の斜視図が示されている。図１において、エアバッグインフレータ１０は、インフレータ本体１１に当接するように配設された出口ポート５０を有している。これが、本発明の方法を用いて溶接する前の部材１１、５０の配置である。インフレータ１０はインフレータ本体１１を具備している。インフレータ本体は、中央室１８によって連結され、エンドキャップ１２ａ、１２ｂにより閉止されたガス室１６ａ、１６ｂを有している。インフレータ本体１１は、更に、楕円形状の出口オリフィス２０を有し、該オリフィス内に出口ポート５０が本発明の方法を用いて溶接される。この溶接は、外部のバリとして目視可能である。インフレータ１０は、加圧された気体、気体の混合物、生成ガス、その他の生成物や膨張するエアバッグ（図示せず）のための膨張ガスを提供する装置を保持するように形成されている。更に、インフレータ１０は、エアバッグを膨張させるために、上記膨張ガスを制御下において解放することができる。
【００２７】
出口ポート５０は、出口オリフィス５４を具備する出口ハウジング５２を有している。出口ハウジング５２は、ディフューザ５６を包囲するようにしてもよい。ハウジング５２は、円錐状の接触面を有したポート本体６０に取着されている。出口ポート５０の円錐状の接触面６２は、本発明の溶接プロセスの間、インフレータ本体１１の楕円形状の出口オリフィス２０に接触する。
【００２８】
図１Ｂは、図１Ａにおいて矢視線２Ａ−２Ａに沿った図１Ａのインフレータ１０の横断面図である。図１Ｂは、出口ポートのインフレータ本体１１への取着に先立って溶接するために配置されるように、出口ポート５０はインフレータ本体１１に当接させて配置されている。図１Ｂは、本発明の溶接方法を受ける前の構成要素の配置を示している。
【００２９】
図１Ｂにおいて、出口ポート５０は断面にて示されている。出口ポート５０はポート本体６０を具備しており、該ポート本体は実質的に剛性部材であり円錐状の接触面６２を有している。ポート本体６０は、概略的に中空部材であり、気体をインフレータ本体１１から出口ポート５０へ流通させる出口通路５８を有している。出口通路５８は、ポート本体６０に取着されている出口ポート５０の出口ハウジング５２に連通している。出口ハウジング５２は、出口通路５８からの気体を外部へ解放するための少なくとも１つの出口オリフィス５４を有する点を特徴としている。出口ポート５０は、更に、排気される気体の流れを調整するためのディフューザ５６を含んでいてもよい。
【００３０】
出口ポート５０は、楕円形状の出口オリフィス２０においてインフレータ本体１１に取着されるように形成されている。特に、出口ポートは、楕円形状の出口オリフィス２０と接する円錐状の接触面６２を有するように図示されている。この円錐状の接触面６２は挟角６７を有している。挟角６７を大きくすると比較的扁平な円錐状の接触面６２が形成され、小さくすると非常に尖った円錐状の接触面６２が形成される。本発明の実施形態では、挟角６７は３０°〜９０°とすることができる。現時点で好ましい実施形態では、前記挟角は６０°〜９０°である。
【００３１】
円錐接触面６２は、高さ方向に直径が変化する。詳細には、円錐接触面６２は大径６４から小径６６の間で変化する直径６３を有している。円錐接触面６２は、接触面部６８の範囲に亘ってインフレータ本体１１の楕円形状の出口オリフィス２０に接触する。
【００３２】
接触面部６８は、出口ポート５０がインフレータ本体１１に嵌合したときに、楕円形状の出口オリフィス２０の縁部に接触する領域である。静止状態では、接触面部は、円錐接触面６２の実質的に直線的な領域である。回転状態では、接触面部６８は、円錐接触面６２を中心として配置された帯である。この領域は、本発明の方法の間溶接部３２を形成する。
【００３３】
図１Ｂは、更に、出口ポート５０に取着されたインフレータ本体１１を示している。インフレータ本体１１は、細く形成された中央室１８に配置された楕円形状の出口オリフィスと、エンドキャップ１２ａにより閉止、シールされているガス室１６ａとを含む。細く形成した中央室１８によって、小さな楕円形状の出口オリフィス２０を用いることができ、溶接部３２は小さな領域に形成される。インフレータ本体１１は、代替的に細く形成した中央室１８を設けることなく一様な寸法にて形成してもよい。図１Ｂは、また、楕円形状の出口オリフィス２０の形状をしめしている。より詳細には、図１Ｂは、楕円形状の出口オリフィス２０の短径２４を示している。この短径２４は、出口ポート５０をインフレータ本体１１に対して所望の高さに配置することによって得られる。得られた短径２４は、接触面部６８の概ね下端となる小径６６に概ね一致している。
【００３４】
図１Ｃを参照すると、図１のインフレータ１０の他の図が示されている。特に、図１Ｃは、図１Ａにおいて矢視線１Ｃ−１Ｃに沿うインフレータ１０の長手方向断面が示されている。図１Ｃにおいて、出口ポート５０はインフレータ本体１１から離反した状態で示されている。既述したように、インフレータ１０は、インフレータ本体１１および出口ポート５０を具備する。
【００３５】
インフレータ１０のインフレータ本体１１は、図示するように、細く形成した中央室１８によって連結されたガス室１６ａ、１６ｂを有している。上記と同様に、インフレータ本体１１は更に出口ポート５０を受承する楕円形状の出口オリフィス２０を含んでいる。図１Ｃには、楕円形状の出口オリフィス２０の形状が明示されている。特に、図１Ｃには、楕円形状の出口オリフィス２０の長径２２が示されている。この長径２２は、出口ポート５０をインフレータ本体１１に対して所望の高さに配置して投影することによって得られる。得られた長径２２は、また、接触面部６８の概ね上端となる大径６８に概ね一致している。
【００３６】
既述したように、インフレータ１０は出口ポート５０を含む。出口ポートは、インフレータ本体１１に取着されたときに、インフレータ本体１１の内部に連通する出口通路５８を有している。出口通路５８は、出口ハウジング５２までポート本体６０を貫通している。出口通路５８を流通する気体は、出口オリフィス５４から排気される。出口ポート５０は、また、ディフューザ５６を含んでいてもよく、気体は出口オリフィス５４から排気される前にディフューザ５６を通過する。出口ポート５０は、また、インフレータ本体１１の楕円形状の出口オリフィス２０と接する円錐接触面６２を含む。既述したように、円錐接触面６２は、大径６４から小径６６まで変化する直径６３を有している。
【００３７】
図２Ａを参照すると、本発明の方法を用いて形成されたインフレータ１１０の第２の実施形態が示されている。上記と同様に、インフレータ１１０はインフレータ本体１１１および出口ポート１５０を具備する。本実施形態では、インフレータ本体１１１は実質的に一定の直径１１３を有した中空部材であって、エンドキャップ１１２ａ、１１２ｂによって端部がシールされている。インフレータ本体１１１は、ガス室１１６ａ、１１６ｂおよび連結室１１８を含むことができる。これらの室１１６ａ、１１６ｂ、１１８は、仕切られていても或いは互いに連通していてもよい。図１Ａ〜図１Ｃに示したように、インフレータ本体１１１は、また、インフレータ本体１１１の外表面に設けられた楕円形状の出口オリフィス１２０を有している。オリフィス１２０は、切断、機械加工、パンチ加工その他の方法によって、インフレータ本体１１１に形成される。
【００３８】
図２Ａに示す出口ポート１５０は、図１Ａ〜１Ｃに示した出口ポート５０よりも広く形成されている。出口ポート１５０は、出口オリフィス１５２を備えた出口ポートハウジング１５２を有している。出口ポート１５０は、更に、ディフューザ１５６を含んでいてもよい。出口ポート１５０は円錐接触面１６２を具備している。本実施形態において、該円錐接触面は、図１Ａ〜図１Ｃの挟角６７よりも大きな挟角１６７（図２Ｃ）により規定されている。出口ポート１５０は、また、大径１６４と小径１６６を有して、図１Ａ〜図１Ｃの出口ポート５０よりも広く形成されている。出口ポート１５０は、インフレータ本体１１１内に低くセットされるように形成されている。これを容易にするために、インフレータ本体１１１は、図１Ａ〜図１Ｃの楕円形状の出口オリフィス２０よりも広い楕円形状の出口オリフィス１２０を含んでいる。楕円形状の出口オリフィス１２０は、図２Ｂに示す小径１２４および図２Ｃに示す大径１２２を有する。これらの径は、出口ポート１５０をインフレータ本体１１１に近接して所望の高さに配置し、出口ポート１５０をインフレータ本体１１１対して投影することによって得られる。上記ポート１５０のインフレータ本体１１１との交差点間の距離が径である。
【００３９】
図２Ｂは、本発明の溶接方法を用いて形成された図２Ａのインフレータ１１０の端面図である。図２は、図２Ａの矢視線２Ｂ−２Ｂに沿う断面図である。図２Ｂおよび図２Ｃは、ポート１５０およびインフレータ本体１１１を保持する溶接部１３２の特徴を示している。具体的には、図２Ｂおよび図２Ｃの両方において、インフレータ１１０は溶接部１３２を含んで示されている。溶接部１３２は、上記出口ポート１５０と楕円形状の出口オリフィス１２０の接触縁部（図示せず、図２Ｃの２６と同様）との間の境界から出た熱可塑性材料から成る外部のバリ１２８と内部のバリ１３０を有している。
【００４０】
溶接部１３２は楕円形状の出口オリフィス１２０の接触縁部（図示せず）と上記出口ポート１５０の円錐接触面１６２との間の境界に形成される。図２Ｃに示すように、円錐接触面１６２は実質的に円滑面であり、本発明の溶接方法の間、楕円形状の出口オリフィス１２０の接触縁部（図示せず）に接触するように配置される。円錐接触面１６２は挟角１６７により規定される。円錐接触面１６２の挟角１６７は、本発明の範囲内で広げてもよい。本発明の実施形態において、挟角１６７は、約３０°〜約９０°である。他の実施形態では挟角１６７は、約６０°〜約９０°としてもよい。
【００４１】
図２Ｃにおいて、インフレータ１１０は、図２Ｂの矢視線２Ｃ−２Ｃに沿う長手の断面にて示されている。図２Ａ、２Ｂに示したように、インフレータ１１０は、ガス室１１６ａ、１１６ｂおよび連結室１１８を有したインフレータ本体１１１と、出口ポート１５０とを具備している。インフレータ本体１１１は、起爆集成体１１４ａ、１１４ｂを含むエンドキャップ１１２ａ、１１２ｂによりシールされている。インフレータ本体１１１は、該インフレータ本体１１１の外表面に設けられた楕円形状の出口オリフィス１２０を有している。図２Ｃは、出口オリフィス１２０の長径１２２を示している。上記と同様に、出口ポート１５０は、出口オリフィス１２０と円錐接触面１６２との間の溶接部１３２によりインフレータ本体１１１に取着されている。
【００４２】
本発明の実施形態では、出口ポート１５０の円錐接触面１６２は、挟角１６７により規定される。代替実施形態では、出口ポート１５０の円錐接触面１６２は複数の挟角によって規定するようにしてもよい。図２Ｄに、こうした出口ポート２５０の第１の実施形態が示されている。図１Ａ−１Ｃおよび図２Ａ−２Ｃに示した本発明の出口ポート５０、１５０と同様に、出口ポート２５０は、出口ハウジング２５２とポート本体２６０とを具備している。出口ハウジング２５２は、出口オリフィス２５４を含み、ポート本体２６０に取着されている。ポート本体２６０は、出口通路２５８と、円錐接触面２６２とを有している。円錐接触面２６２は大径２６４と小径２６６とを有する。出口ポート２５０の円錐接触面２６２は、本実施形態では、第１の挟角２６７ａと第２の挟角２６７ｂとにより規定される。ここで、円錐接触面２６２は、接触面２６２の接触面部２６８に概ね配置されている遷移部２６９を含み、ここで、挟角２６７ａ、２６７ｂが切り替わる。
【００４３】
図２Ｄの出口ポート２５０では、接触面２６２は広い挟角２６７ａから狭い挟角２６７ｂへ遷移する。本実施形態では、これにより、円錐接触面２６２において第１の挟角２６７ａにより規定される第１の部分と、第２の挟角２６７ｂにより規定される第２の部分が遷移部２６９により結合される。本実施形態では、円錐接触面２６２において、第１の挟角２６７ａにより規定される部分はゆるやかに傾斜する。遷移部２６９から、然しながら、円錐接触面２６２は、第２の挟角２６７ｂにより規定される部分において一層急峻に傾斜する。
【００４４】
図２Ｅには、複数の挟角３６７ａ、２６７ｂにより規定される円錐接触面３６２を有した出口ポート３５０が示されている。図１Ａ−１Ｃおよび図２Ａ−２Ｄに示した本発明の出口ポート５０、１５０、２５０と同様に、出口ポート３５０は、出口ハウジング３５２とポート本体３６０とを具備している。出口ハウジング３５２は、出口オリフィス３５４を含み、ポート本体３６０に取着されている。ポート本体３６０は、出口通路３５８と、円錐接触面３６２とを有している。円錐接触面３６２は大径３６４と小径３６６とを有する。出口ポート３５０の円錐接触面３６２は、本実施形態では、第１の挟角３６７ａと第２の挟角３６７ｂとにより規定される。ここで、円錐接触面３６２は、接触面３６２の接触面部３６８に概ね配置されている遷移部３６９を含み、ここで、挟角３６７ａ、３６７ｂが切り替わる。
【００４５】
図２Ｅの出口ポート３５０では、接触面２６２は狭い挟角３６７ａから著しく広い挟角３６７ｂへ遷移する。本実施形態では、これにより、円錐接触面３６２において第１の挟角３６７ａにより規定される第１の部分と、第２の挟角３６７ｂにより規定される第２の部分が遷移部３６９により結合される。本実施形態では、円錐接触面３６２において、第１の挟角３６７ａにより規定される部分は急峻に傾斜する。遷移部３６９から、然しながら、円錐接触面３６２は、第２の挟角３６７ｂにより規定される部分において一層緩やかに傾斜する。
【００４６】
本発明の溶接方法は、図１Ａに示すように、溶接部３０により出口ポート５０をインフレータ１０のインフレータ本体１１に取着するために採用することができる。より詳細には、図１Ａ、１Ｂ、１Ｃのインフレータ１０は、第１の構造体、ここでは出口ポート５０を第２の構造体、ここではインフレータ本体１１に接合する本発明の方法を用いて溶接される。この方法の各段階を以下説明する。
【００４７】
本発明の摩擦溶接方法は、一般的に、第２の部材の中空領域に配置された楕円形状のオリフィスを有した第２の部材に溶接すべき円錐面を有した第１の部材を準備する段階を含む。本発明の方法の本実施形態では、円錐接触面６２を有した出口ポート５０が第１の部材である。打鍵形状の接触オリフィス２０を有したインフレータ本体１１が第２の部材である。本発明の方法によれば、オリフィス２０は、パンチ加工またはスタンプ加工により形成される。
【００４８】
出口ポート部材５０は、一般的に、図１Ａ−１Ｃに示す対称軸７０をなす第１の軸線を有する。出口ポート５０は、軸線７０を中心として回転される。図１Ａ、１Ｂ、１Ｃを参照すると、出口ポート５０はポート部材５０の中心を通過する対称軸７０を有する。この対称軸７０は、以下の本発明の方法の段階を実行する間、出口ポート５０ための安定した回転軸を提供する。
【００４９】
インフレータ本体１１１は、概ね中空構造を呈し、かつ、楕円形状の接触オリフィス２０を有している。楕円形状の接触オリフィス２０は、図１Ｂ、１Ｃに示す短径２４および長径２２により概ね規定される。インフレータ本体１１１は対称形状である必要はない。
【００５０】
本発明の方法には、出口ポート５０の円錐接触面６２が図１Ｃに示す直径６３を有するものがあり、該直径は、少なくとも楕円形状の接触オリフィス２０の短径２４と同等の大きさとなっているが、少なくとも楕円形状の接触オリフィス２０の長径２２と同等の最大寸法６４から、短径２４よりも小さな最小寸法６６まで変化する。本発明の方法によれば、インフレータ本体１１の楕円形状の接触オリフィス２０の長径２２および短径２４は、出口ポート５０を所望の高さに配置して、インフレータ本体１１の端部においてその側面に対して投影することにより決定することができる。
【００５１】
本発明の方法による溶接のために２つの部材５０、１１を安定させた後、次の段階において、出口ポート５０を楕円形状の接触オリフィス２０内に配置して円錐接触面６２を楕円形状の接触オリフィス２０の縁部２６に接触させるように、第１と第２の部材、ここでは出口ポート５０とインフレータ本体１１とを位置決めする。この位置において、出口ポート５０の対称軸７０は、楕円形状の接触オリフィス２０の長径２２に対して垂直となる。
【００５２】
位置決め段階に続いて、２つの部材５０、１１のい法を出口ポート５０の対称軸７０を中心として回転させ、インフレータ本体１１に対して出口ポート５０を前進させて図２Ａに示す溶接部１３２を形成する。図１Ａ−１Ｃを参照すると、出口ポート５０は、概ね対称軸７０を中心として回転させられ、インフレータ本体１１に対して押圧される。図２Ａの溶接部１３２のような溶接部が形成されると、部材１１、５０の回転を停止して、構造体１１、５０を正しい位置を保持して溶接部１３２を硬化させる。
【００５３】
出口ポート５０の対称軸７０を中心として部材５０、１１の一方を回転させる段階は、対称軸７０を中心とした出口ポート５０の回転を含む実施形態がある。該方法は、一般的に更に、出口ポート５０を回転させる間、インフレータ本体１１を固定された所定位置に保持する段階を含んでいる。中空部材６０、１１の一方を出口ポート５０の対称軸７０を中心として回転する段階を含む該方法では、回転速度は約6500rpm〜11000rpmとすることができる。代替的に、回転速度は7500rpm〜10000rpmとしてもよい。更に、インフレータ本体１１に対する出口ポート５０を押圧する段階では、出口ポート５０は、約6.2MPa〜約8.3MPa(約900psi〜約1200psi)の圧力で押圧される。更に、本発明の方法では、中空部材５０、１１の双方を正しい位置に保持して溶接部１３２を効果させる段階は少なくとも約０．５秒間継続させることができる。
【００５４】
出口ポート５０の対称軸７０を中心として部材５０、１１の一方を回転させる段階の間に必要となるパラメータを表現するために、溶接エネルギと力とを代替的に用いてもよい。特に、ある状況では、本発明で用いる回転速度および圧力を溶接エネルギと力とによって表現することには利点がある。既述した回転速度は、以下の式にてエネルギに変換される。
エネルギ＝０．０００１１０２(rpm)2
【００５５】
こうして、上述した適切な回転速度の広い範囲が、約６３１２．６２Ｎ・ｍ〜約１８０７８Ｎ・ｍ（約４６５５．９５foot-pounds〜約１３３３４foot-poundsと表現される。
【００５６】
更に、上述した圧力は、以下の式にて力に変換される。
圧力（psi）×（４．９１  in2)＝力
【００５７】
こうして、上述した適切な圧力の広い範囲が、約４４１９〜約５８９２と表現される。
【００５８】
本発明の代替的方法では、溶接部１３２は、第１の速度および圧力で回転させる段階と、低減した回転速度および増加させた圧力で回転させる段階の２つの独立した段階により形成される。こうした方法では、第１の速度および圧力で回転させる段階は、対称軸７０を中心として中空部材５０、１１の一方を約6350rpm〜約9925rpmで回転させることを含む。代替的に、こうした方法では、第１の速度および圧力で回転させる段階は、対称軸７０を中心として中空部材５０、１１の一方を約7350rpm〜約8925rpmで回転させることを含む。更に、第１の速度および圧力で回転させる段階の間、出口ポート５０をインフレータ本体１１に押圧する段階は、約6.2MPa〜約8.3MPa(約900psi〜約1200psi)で出口ポート５０をインフレータ本体１１に押圧することを含む。
【００５９】
減少した速度及び増加した圧力において回転させる段階を含むこれらの方法においては、出口ポート５０をインフレータ本体１１に押圧する段階の後に、回転させられている中空部材の回転速度を減少し、インフレータ本体１１に対する出口ポート５０の圧力を増加する段階がある。具体的には、回転させられている中空部材５０、１１の回転速度は約6000rpm〜約9500rpmへ減少され得る。あるいは、回転させられている中空部材５０、１１の回転速度は約7000rpm〜約8500rpmへ減少され得る。更に、インフレータ本体１１に対する出口ポート５０の圧力は約6.9MPa〜約8.3MPa(約1000psi〜約1200psi)へ増加され得る。
【００６０】
更に、本発明の他の実施形態では、摩擦溶接方法は、円錐接触面を備えた中空構造体を第２の中空構造体の側面に設けられたオリフィスに接合するために提供される。本発明のこの方法では、第２の中空構造体は、孔が設けられた平坦領域を有している。この方法を図３の方法を用いて形成されたエアバッグインフレータを参照しつつ説明する。
【００６１】
図３を参照すると、この方法により形成されたエアバッグインフレータ４１０が図示されている。エアバッグインフレータ４１０は、インフレータ本体４１１に溶接された出口ポート４５０を備える。上記と同様に、インフレータ本体４１１は、中央室４１８により連結されエンドキャップ４１２ａ、４１２ｂにより閉じられたガス室４１６ａ、４１６ｂを有している。本発明の方法の本実施形態では、概ね丸いインフレータ本体４１１は平坦領域４１５を含んでいる。本発明の該方法では、平坦領域４１５は、少なくとも出口ポート４５０の直径、詳細には、平坦領域４１５が出口ポート４５０と接触する高さにおける直径と同等の或いは等しい幅４１７を有する。該方法の範囲内で、平坦領域４１５の幅４１７は、少なくとも出口ポート４５０の直径と同等か或いは等しく、かつ、該直径よりも小さくすることができ、０（零）まで低減すると、該方法は、上述した本発明の方法と等価となる。
【００６２】
本発明の方法の本実施形態では、インフレータ本体４１１のオリフィス４２０は、上述した本発明の方法のように楕円形状を呈していない。インフレータ本体４１１において上記と同じように円筒となった部分では、オリフィス４２０は概ね楕円形状を呈している。然しながら、インフレータ本体４１１の平坦領域４１５では、オリフィス４２０は丸い形状を呈している。従って、この方法における平坦領域４１５の幅４１７が出口ポート４５０の直径と等しいか大きい実施形態では、オリフィス４２０は丸い円形状を有している。然しながら、平坦領域４１５の幅４１７が出口ポート４５０の直径と小さければ、オリフィス４２０が平坦領域４１５にある部分では、オリフィス４２０は一定の半径を有し従って円弧形状を呈し、そしてその他の部分では楕円形状となる。
【００６３】
こうして、本発明は、第２の中空部材の側部に第１の中空部材を溶接する方法を提供する。この方法では、第１の中空構造体は円錐状の接触面を備え、第２の中空部材は前記円錐状の接触面を受承する楕円形状オリフィスを備えている。上記部材は、双方を互いに押圧しながら、その一方を第１の中空構造体の対称軸を中心として回転させることにより、互いに摩擦溶接される。
【００６４】
本発明の１つの特定の方法は、出口ポートをインフレータ本体に溶接してエアバッグインフレータを形成することである。この方法では、出口ポートは、対称軸を有し、該対称軸を中心として回転させられる。出口ポートは、更に、円錐接触面を有している。インフレータ本体は、前記出口ポートの円錐接触面を受承する大きさの楕円形状の出口オリフィスを有する。本発明の方法によれば、先ず、インフレータ本体の楕円形状の出口オリフィス内に挿入することにより、出口ポートの円錐接触面が位置決めされる。この位置決め段階の次に、前記２つの部材を互いに押圧しながら、前記部材の一方が出口ポートの対称軸を中心として回転させられる。２つの部材の材料を軟化し溶接部を形成するために両部材の境界に十分なエネルギを提供するよう、回転速度と圧力が選択される。
【００６５】
本発明の方法は、摩擦溶接を用いて中空部材の側部に円錐部材を好適に接合するための手段を提供する。特定の応用例では、本発明はエアバッグインフレータのインフレータ本体に出口ポートを摩擦溶接する方法を提供する。これにより、容易かつ迅速に組み立て可能としながら、こうしたエアバッグインフレータの組立コストが低減される。
【００６６】
本発明は、特許請求の範囲に記載された構成、方法その他の特徴から逸脱することなく、他の特定の形態に実施することができる。上述した実施形態は、単なる例示であって本発明を制限するものではない。本発明の範囲は、従って、上述した実施形態ではなく、特許請求の範囲に示されている。各請求項の記載された意味内での変更または請求項の記載と等価物は、本発明の範囲に包含されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１Ａ】本発明の摩擦溶接方法を用いて組み立てることのできるエアバッグインフレータの第１の実施形態の斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ａにおいて矢視線１Ｂ−１Ｂに沿う図１Ａのエアバッグインフレータの横断面図である。
【図１Ｃ】図１Ａにおいて矢視線１Ｃ−１Ｃに沿う図１Ａのエアバッグインフレータの縦断面図であり、出口ポートをインフレータ本体から分離して示す図である。
【図２Ａ】本発明の摩擦溶接方法を用いて組み立てることのできるエアバッグインフレータの第２の実施形態の斜視図である。
【図２Ｂ】組み立てられた図２Ａのエアバッグインフレータの端面図である。
【図２Ｃ】図２Ｂにおいて矢視線２Ｃ−２Ｃに沿う組み立てられた図２Ａのエアバッグインフレータの縦断面図である。
【図２Ｄ】図２Ａのエアバッグインフレータの出口ポートの代替実施形態を示す断面図である。
【図２Ｅ】図２Ａのエアバッグインフレータの出口ポートの代替実施形態を示す断面図である。
【図３】本発明の摩擦溶接方法を用いて組み立てられたエアバッグインフレータの他の侍史形態を示す斜視図である。
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【図３】
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【国際調査報告】
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