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技術 部品を互いに接続するための方法

出願人 ウッドウェルディング・アクチェンゲゼルシャフト
発明者 メイヤー,ヨルクレーマン,マリオベンガー,アンドレアス
出願日 2018年7月19日 (2年6ヶ月経過) 出願番号 2018-135703
公開日 2018年11月22日 (2年2ヶ月経過) 公開番号 2018-184005
状態 特許登録済
技術分野 プラスチック等のライニング、接合
主要キーワード 圧力ダイカスト 固化ステップ 補助要素 機械的振動エネルギ 機能形状 開放多孔性 ピストン要素 多孔性要素
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2018年11月22日)のものです。
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図面 (20)

課題

部品を互いに接続する方法の提供。

解決手段

開口部(1.1)を含む第1の部品(1)を設けるステップと、固体状態熱可塑性材料を含む第2の部品(2)を設けるステップと、アンダーカット(1.2)を有する体積が開口部(1.1)内に規定されながら、第2の部品(2)が開口部(1.1)の内部に達するように、第1の部品(1)および第2の部品(2)を互いに配置するステップと、熱可塑性材料の少なくとも一部が液化して体積(1.2)を充填するまで、第2の部品(2)に機械的圧力および機械的エネルギを作用させるステップと、熱可塑性材料を再凝固させ、それによって第2の部品(2)を第1の部品(1)の内部にアンカー固定するステップとを含む方法。

概要

背景

発明の背景
工学および構造においては、部品を互いに固着することに対して依然として改善の余地がある。たとえば、自動車航空機造船および機械構造産業においては、異なる技術によって製造される金属またはセラミック部品を互いに接続しなければならない。たとえば、自動車産業では、梁および圧力ダイカスト部品のスペースフレーム接続が自動車のフレームの安定性に非常に重要である。

公知のコネクタは、ボルト、ねじおよびリベットである。これらは十分に確立されている。しかし、たとえばねじ接続によって接続部品内に引起こされる応力は大きい。また、製造品(たとえば自動車または航空機)の使用時、振動によって引起こされる接続の緩みが潜在的な問題となり得る。最後に、製造コストを最小限に抑える場合は組立時間が問題である。

したがって、部品を互いに固着するための改良された方法および装置が必要である。

概要

部品を互いに接続する方法の提供。開口部(1.1)を含む第1の部品(1)を設けるステップと、固体状態熱可塑性材料を含む第2の部品(2)を設けるステップと、アンダーカット(1.2)を有する体積が開口部(1.1)内に規定されながら、第2の部品(2)が開口部(1.1)の内部に達するように、第1の部品(1)および第2の部品(2)を互いに配置するステップと、熱可塑性材料の少なくとも一部が液化して体積(1.2)を充填するまで、第2の部品(2)に機械的圧力および機械的エネルギを作用させるステップと、熱可塑性材料を再凝固させ、それによって第2の部品(2)を第1の部品(1)の内部にアンカー固定するステップとを含む方法。a

目的

本発明の目的は、先行技術の方法の欠点を克服する、部品を互いに接続するための方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

部品を互いに接続する方法であって、前記方法は、−開口部を含む第1の部品を設けるステップと、−固体状態熱可塑性材料を含む第2の部品を設けるステップと、−アンダーカットを有するキャビティおよび明確に規定されたキャビティ体積が規定されながら、前記第2の部品が前記開口部の内部に達するように、前記第1の部品および前記第2の部品を互いに配置するステップと、前記熱可塑性材料の少なくとも一部が液化して前記キャビティを充填するまで、前記第2の部品にエネルギを作用させるステップと、前記熱可塑性材料を再凝固させ、それによって前記第2の部品を前記第1の部品の内部にアンカー固定するステップとを備える、方法。

請求項2

前記エネルギは機械的エネルギである、請求項1に記載の方法。

請求項3

前記機械的エネルギは超音波振動エネルギである、請求項2に記載の方法。

請求項4

前記振動エネルギは、前記第2の要素の内部結合面(coupling-in face)に押付けられる外部結合面(coupling-out face)を有するソノトロードから前記第2の要素の内部に結合される、請求項3に記載の方法。

請求項5

前記第1の部品とともに組立てられる第3の部品を設けるさらなるステップを備え、前記エネルギは前記第1の部品または前記第3の部品を介して前記第2の要素の内部に結合され、前記熱可塑性材料を再凝固させるステップの後、前記熱可塑性材料は、前記第1の部品および前記第3の部品の共通のキャビティである前記キャビティを少なくとも部分的に充填する、請求項1から4のいずれか1項に記載の方法。

請求項6

前記共通のキャビティは閉じたキャビティである、請求項5に記載の方法。

請求項7

前記第2の部品の体積は、前記キャビティの体積に対応するように選択される、請求項6に記載の方法。

請求項8

前記第2の部品にエネルギを作用させるステップの間、前記第2の部品に機械的圧力を作用させる、請求項1から7のいずれか1項に記載の方法。

請求項9

前記圧力は、前記エネルギが作用するのが停止した後、しばらく維持される、請求項8に記載の方法。

請求項10

前記第2の部品は、前記第1の部品にさらなる部品を接続可能であるように構成される、請求項1から9のいずれか1項に記載の方法。

請求項11

前記第2の部品は、コア材料、または前記熱可塑性材料とは異なる材料の組合せからなるコアを有し、当該コア材料/材料の組合せは、前記熱可塑性材料を液化するステップの間、固体であり続ける、請求項1から10のいずれか1項に記載の方法。

請求項12

前記第1の部品はダイカスト品である、請求項1から11のいずれか1項に記載の方法。

請求項13

前記開口部は近位側に向かって開口しており、前記第2の要素は前記近位側から挿入され、前記第2の部品にエネルギを作用させるステップの間、前記第2の部品は遠位側に向かって押される、請求項1から12のいずれか1項に記載の方法。

請求項14

前記押すステップの間、前記第2の部品は、前記開口部の地面に、または前記第1の部品の遠位の補助要素に押付けられ、前記第1の部品に一時的に固定される、請求項13に記載の方法。

請求項15

前記第2の部品は、前記熱可塑性材料を再凝固させるステップの後、前記第1の部品に装着されるさらなる部品の開口部の縁または前記開口部の縁に接して静止する近位頭部またはフランジ部を有する、請求項13または14に記載の方法。

請求項16

前記熱可塑性材料を再凝固させるステップの後、前記第2の部品は前記開口部を完全に充填する、請求項13から15のいずれか1項に記載の方法。

請求項17

前記熱可塑性材料は繊維強化ポリマーである、請求項1から16のいずれか1項に記載の方法。

請求項18

充填剤体積率は15%から60%である、請求項17に記載の方法。

技術分野

0001

発明の分野
本発明は機械工学および構造、特に、たとえば自動車工学航空機構造造船機械構造玩具構造等の機械的構造の分野にある。

背景技術

0002

発明の背景
工学および構造においては、部品を互いに固着することに対して依然として改善の余地がある。たとえば、自動車航空機、造船および機械構造産業においては、異なる技術によって製造される金属またはセラミック部品を互いに接続しなければならない。たとえば、自動車産業では、梁および圧力ダイカスト部品のスペースフレーム接続が自動車のフレームの安定性に非常に重要である。

0003

公知のコネクタは、ボルト、ねじおよびリベットである。これらは十分に確立されている。しかし、たとえばねじ接続によって接続部品内に引起こされる応力は大きい。また、製造品(たとえば自動車または航空機)の使用時、振動によって引起こされる接続の緩みが潜在的な問題となり得る。最後に、製造コストを最小限に抑える場合は組立時間が問題である。

0004

したがって、部品を互いに固着するための改良された方法および装置が必要である。

発明が解決しようとする課題

0005

発明の概要
したがって、本発明の目的は、先行技術の方法の欠点を克服する、部品を互いに接続するための方法を提供することである。

課題を解決するための手段

0006

本発明の局面に従うと、部品を互いに接続する方法が提供され、上記方法は、
−開口部を含む第1の部品を設けるステップと、
固体状態熱可塑性材料を含む第2の部品を設けるステップと、
アンダーカットを有するキャビティおよび明確に規定されたキャビティ体積が規定されながら、上記第2の部品が上記開口部の内部に達するように、上記第1の部品および上記第2の部品を互いに配置するステップと、
−上記熱可塑性材料の少なくとも一部が液化して上記キャビティを充填するまで、上記第2の部品にエネルギを作用させるステップと、
−上記熱可塑性材料を再凝固させ、それによって上記第2の部品を上記第1の部品の内部にアンカー固定するステップとを含む。

0007

キャビティが明確に規定された体積を有するという事実は、たとえば、キャビティ壁が体積の境界を定め、静水圧下に置かれたとしても熱可塑性材料が当該壁を浸透不可能であることを意味する。これは特に、キャビティ壁が開放セル開放多孔性)材料、またはそのような孔が静水圧によって生成される材料からなることを除外する。しかし、これは、キャビティの境界が可動ピストンなどのユーザ調節可能手段によって定められるという可能性を除外しない。

0008

ゆえに、処理時、キャビティは熱可塑性材料によってたとえば完全に充填される。キャ
ビティはゆえに、鋳型の機能を有する。これによって、規定されたポリマー体積、および場合によっては規定された固化条件の使用が可能になる。

0009

キャビティは、以下のうちの1つまたは組合わせで形成され得る。
−開口部は、アンダーカットを有する止まり穴、たとえば周囲の部分および/または複数の径方向特徴によって構成される広がりであり、その場合キャビティは当該穴の少なくとも一部によって形成される。

0010

−開口部は、近位側から見るとアンダーカットを形成し、かつ、遠端において補助要素などのさらなる要素によって閉じられた貫通孔であり、そのような補助要素は、キャスティング処理のためにたとえば従来のコネクタによって第1の要素に一時的に固着され得る。

0011

−第1の部品と、第1の部品とともに組立てられる第3の部品との間に形成されるキャビティであり、第1の部品の開口部がキャビティの一部を形成する。

0012

固体の、まだ液化していない第2の部品の内部に最初に結合されるエネルギは、機械的エネルギであり得る。一例として、機械的エネルギは機械振動エネルギ、特に超音波振動エネルギであり得る。

0013

次に液化するため、たとえば機械的エネルギに加えて、さらに機械的圧力を第2の部品に作用させ、たとえばエネルギが第2の部品に作用する間、たとえば第2の部品を第1の部品の表面部分押付けてもよい。

0014

ゆえに、一例では、
−上記熱可塑性材料の少なくとも一部が液化して上記キャビティを充填するまで、上記第2の部品にエネルギを作用させるステップ
は、
−上記熱可塑性材料の少なくとも一部が液化して上記キャビティを充填するまで、機械的圧力および機械的エネルギを上記第2の部品に作用させるステップ
を含む。

0015

代案として、エネルギは、この場合少なくとも部分的に透明な第2の部品の内部に結合されるたとえば放射エネルギであってもよい。そして、第2の部品ならびに/または第2の部品と接触するアセンブリの第1の部品および/もしくは他の部品は、放射を吸収して放射を熱に変換する部分を含む。特に、ある実施形態では、レーザ放射などの放射が第2の部品の内部に結合され、第2の部品を通って第1の要素との界面まで伝播し、その表面で放射が吸収される。第1の要素の表面でこのように生成される熱によって、第2の要素は、加熱面と接触する場所で溶融し、この処理は、キャビティが第2の部品の溶融材料によって充填されるまで行われる。

0016

さらなる代案として、エネルギは、熱伝導によって、またはたとえばアセンブリの第2もしくは第1の部品もしくは他の部品で生成された電流によって供給されてもよい。

0017

組合せも可能である。
第2の部品は、さらなる部品を第1の部品に接続できるように構成され得る。たとえば、第2の部品は、さらなる部品を第1の部品にクランプ留めし得るねじ状の頭部を含み得る。付加的にまたは代替的に、第2の部品は、熱可塑性材料を液化するのに十分な条件下で液化しない材料からなるコア(このコア材料はたとえば、金属、セラミック、または強力な繊維強化複合物製であり得る)を含んでもよく、このコアに対してさらなる部品が、
たとえばねじ接続もしくは他の従来の機械的接続によって従来の態様で、またはさらに本発明に従って接続され得る。

0018

第1の部品は、たとえば金属製であるか、または場合によってはセラミックもしくは硬質プラスチック材料製であり得、他の材料も除外されない。特に、第1の部品は、たとえばアルミニウムまたはマグネシウム製ダイカスト金属部品であり得る。内部にアンダーカットを有する開口部は、熱可塑性材料用の鋳型と見なすことができる。従来の成形方法とは対照的に、熱可塑性材料は当初の固体状態で挿入され、たとえば機械的エネルギによってその場で液化される。

0019

当該処理は一次的な成形処理を構成するが、先行技術の成形処理と比較して、固体状態における材料の移動が少なく、ゆえに押出し成形機またはノズル等を必要としない。これによって、当該処理を高度に充填された熱可塑性材料とともに使用することも可能になる。射出成形などの先行技術の成形方法に対するさらなる利点として、1つのアクセス(またはごく少数のアクセス)が利用可能であるだけでなく、第2の部品の配置後にエネルギのみを供給すればよいので、さまざまな場所または方向からのアクセスが可能である。

0020

アンダーカットを有する開口部は一種鍵穴として作用すると見なすことができ、この鍵は当該処理によってその場で鍵穴の内部にキャスティングされる。ここにおいて、その形状は、一自由度(たとえば引抜に逆らう)以上から最大で全自由度までロック固定するようなものであってもよい。

0021

実施形態では、液化後の熱可塑性材料は、特にそれぞれ第1の部品および/または体積を規定する他の部品の界面においても、静水圧下に置かれる。冷却時の静水圧プロファイルによって液化部品の固化条件を制御することができ、これによって、熱収縮補償するか、または冷却溶融物内の孔形成を抑制することができる。

0022

たとえば多孔性要素内の液化可能材料によるアンカー固定とは対照的に、本発明の局面におけるキャビティは、第1の部品と、場合によってはさらなる要素とによって規定される。換言すれば、キャスティングのための規定された鋳型体積が提供され、この規定された体積は、まだ固体状態にあるときに開口部の内部に達するように配置される固体の第2の部品の液化を用いて、かつ第2の部品の少なくとも一部を液化するエネルギを用いて充填される。これによって、キャスティング処理時の材料の流れを完全に制御することができ、最終的に充填される体積が完全に予測可能である。

0023

キャビティは、巨視的な、予め規定されたアンダーカットを規定する。アンダーカットは特に、第1の部品および/または場合によっては他の要素がそれらの製造処理時に内部に形成/キャスティングされる形状によって規定され得る。

0024

すべての実施形態において、随意に、熱可塑性材料(およびハードコアなどの第2の部品の可能なさらなる要素)の体積は、余分な材料が存在せず、体積が正確に充填されるように、キャビティの体積に適合され得る。

0025

実施形態において、開口部は、シャフト部(またはダクト部)およびその遠位の少なくとも1つの広がり部を含む。シャフト部は軸に沿って一定の断面を有し得、当該断面は、たとえば円形矩形三角形、T字状、二重T字状、楕円形等、ほぼ任意に選択可能である。広がり部は異なる断面を有し、少なくとも一方向における径方向延長部はシャフト部の断面よりも大きく、アンダーカットを生じる。特に、広がり部の断面積は、(特に導入軸である軸に対して垂直な断面において)シャフト部の断面積よりも大きくてもよい。

0026

第2の部品は、シャフト部の断面に対応する断面を有し得る。たとえば、第2の部品は、開口部のシャフト部にほぼ嵌合するように成形された部分を含み得る。

0027

1組の実施形態では、第2の部品は、処理時に存在する条件下で(かつたとえば特に450℃または350℃未満または250℃未満の温度で)液化不可能な材料からなるコアを有し、コアの周りの熱可塑性材料をさらに有する。これらの実施形態では、熱可塑性材料の配置およびキャスティング時の条件は、処理後にコアと第1の部品との間に直接的な物理的接触がないように選択され得る。熱可塑性材料は、コアと第1の部品との間の障壁を形成する。この障壁には、それぞれコアまたは第1の部品に関して第1の部品またはコアに作用するいずれの機械的衝撃および/または振動も減衰させる可能性を有するという可能な利点がある。また、障壁は腐食を予防する障壁の役割を果たし得る。

0028

減衰に加えて、熱可塑性材料はさらに、接続が機械的負荷を受けた場合に応力の均一分布保証する。応力計算によって、従来のねじと比較して、第2の材料に対する応力および第2の材料の結果的な歪みは、熱可塑性材料で覆われたコアを用いることによって最大で75%から90%減少され得ることがわかっている。

0029

これらの実施形態におけるコアは、形状はシャフト部断面に対応するがより小さい断面を有し得る。

0030

1つのコアの代わりに、第2の部品は複数のコアを含んでもよい。
実施形態に係るエネルギは、機械的振動、特に超音波振動の形態で供給され得る。

0031

そのような振動は、近位側から第2の部品の内部に結合され得る。このため、第2の部品の近位側は、たとえば平坦面、または遠位面を有する工具ソノトロード)の形状に他の方法で適合された表面などの、内部結合面(incoupling surface)を含み得、これを介して振動が第2の部品の内部に結合される。コアを有する第2の部品を有するある実施形態では、コアは内部結合面を形成し得、すなわち近位側ではコアは熱可塑性材料で覆われていない。他の実施形態では、コアは全体的に、すべての表面において、熱可塑性材料で覆われていてもよい。

0032

また、他の形態のエネルギが近位側から第2の部品の内部に結合されてもよい。特に、そのような実施形態では、キャビティは、止まり穴であるか、または近位側からアクセス可能であり、さらなる要素によって遠位側で閉じられている開口部によって形成され得る。

0033

代替的に、振動は、第1の部品および/または第1の部品とともに組立てられる第3の部品を介して第2の部品の内部に間接的に結合されてもよい。これは、キャビティが第1の部品と第3の部品との間に形成される実施形態に特に好適である。

0034

本発明の局面に係る装置および方法に好適な機械的振動または発振は好ましくは、2から200kHz(さらにより好ましくは10から100kHz、または20から40kHz)の周波数と、活性表面平方ミリメートル当たり0.2から20Wの振動エネルギとを有する。振動要素(工具、たとえばソノトロード)は、たとえば、その接触面が、要素軸の方向(縦方向の振動)において、1から100μm、好ましくは約10から30μmの振幅で主に発振するように設計される。回転発振または径方向の発振も可能である。

0035

装置の特定の実施形態については、機械的振動の代わりに、アンカー固定材料の液化に必要な摩擦熱を発生するために回転運動を用いることも可能である。そのような回転運動の速度は、好ましくは10,000から100,000rpmの範囲内にある。

0036

熱可塑性材料がたとえば振動などの機械的エネルギによって液化するという事実によって、処理が非常に速い可能性があるという利点がもたらされる。試験によって、上述の条件下で、わずか1sの時間がキャスティング処理に十分であり得ることが明らかになった。

0037

本明細書では、「たとえば機械的振動によって流動可能になることができる熱可塑性材料」または短縮して「液化可能な熱可塑性材料」または「液化可能材料」または「熱可塑性」という表現は、少なくとも1つの熱可塑性構成要素を含む材料を述べるために使用され、当該材料は、加熱されると、特に摩擦によって加熱されると、すなわち互いに接触している一対の表面(接触面)の一方に配置されて振動または回転によって互いに動かされると液体(流動可能)になり、振動の周波数は2kHzから200kHz、好ましくは20から40kHzであり、振幅は1μmから100μm、好ましくは約10から30μmである。そのような振動はたとえば、たとえば超音波溶接から公知であるような超音波装置によって生成される。特に液化不可能コアが使用されない場合は、当該材料は0.5GPaよりも高い弾性率を有すると有利であることが多い。

0038

材料の具体的な実施形態は、ポリエーテルケトン(PEEK)、ポリエーテルイミドポリアミド、たとえばポリアミド12、ポリアミド11、ポリアミド6、もしくはポリアミド66、ポリメチルメタクリレートPMMA)、ポリオキシメチレン、またはポリカーボネートウレタンポリカーボネートもしくはポリエステルカーボネート、またはさらにアクリルニトリルブタジエンスチレン(ABS)、アクリルエステルスチレンアクニトリル(ASA)、スチレン−アクリロニトリルポリ塩化ビニルポリエチレンポリプロピレン、およびポリスチレン、またはこれらの共重合体もしくは混合物である。

0039

熱可塑性ポリマーに加えて、熱可塑性材料はさらに、好適な充填剤、たとえばガラスおよび/または炭素繊維などの強化繊維を含み得る。当該繊維は、短繊維長繊維、または連続繊維であり得る。

0040

繊維材料(存在する場合)は、繊維強化材に公知の任意の材料、特に炭素、ガラス、ケブラー、セラミック、たとえばムライト炭化ケイ素または窒化ケイ素、高強度ポリエチレン(ダイニーマ)等であり得る。

0041

繊維の形状を有しない他の充填剤、たとえば粉末粒子も可能である。
特に、射出成形などの先行技術の成形方法とは対照的に、本発明の局面に係る方法は、充填程度がたとえば30%よりも高く、最大で55%(押出成形機で製造される材料について)またはさらには最大で60%または最大で65%(引抜成形によって製造される熱可塑性材料)の高度に充填された熱可塑性物質の使用に特に好適であり、一般に、充填率は0%から65%であり得、本段落におけるすべてのパーセンテージは体積%の値である。

0042

コアを有する実施形態の代替の実施形態に従うと、第2の部品は、熱可塑性材料、純ポリマーで、または充填剤を用いて構成され得る。

0043

特に、熱可塑性材料が充填剤を有するポリマー、たとえば繊維強化プラスチックである実施形態−しかしこれらの実施形態には限定されない−では、熱可塑性材料を液化するステップの後に固化ステップが行なわれ得る。このため、第2の部品に対する圧力は、エネルギ源のスイッチが切られた後、かつ熱可塑性材料の再凝固が起こる間、維持される。明確に規定された体積のため、圧力をずっと維持することができ、これを用いて、キャスティング後の繊維充填剤固有剛性(および/または収縮処理等)による変形を防ぐこと
ができる。

0044

以下に、図面を参照して本発明および実施形態を実行するための方法を説明する。図面は概略的である。図面では、同一の参照番号は同一または類似の要素を指す。

図面の簡単な説明

0045

本発明に係る方法の実施形態によってなされる接続の実施形態の図である。
本発明に係る方法の実施形態によってなされる接続の実施形態の図である。
本発明に係る方法の実施形態によってなされる接続の実施形態の図である。
本発明に係る方法の実施形態によってなされる接続の実施形態の図である。
本発明に係る方法の実施形態によってなされる接続の実施形態の図である。
本発明に係る方法の実施形態によってなされる接続の実施形態の図である。
本発明に係る方法の実施形態によってなされる接続の実施形態の図である。
本発明に係る方法の実施形態によってなされる接続の実施形態の図である。
本発明に係る方法の実施形態によってなされる接続の実施形態の図である。
本発明に係る方法の実施形態によってなされる接続の実施形態の図である。
本発明に係る方法の実施形態によってなされる接続の実施形態の図である。
本発明に係る方法の実施形態によってなされる接続の実施形態の図である。
本発明に係る方法の実施形態によってなされる接続の実施形態の図である。
本発明に係る方法の実施形態によってなされる接続の実施形態の図である。
本発明に係る方法の実施形態によってなされる接続の実施形態の図である。
本発明に係る方法の実施形態によってなされる接続の実施形態の図である。
本発明に係る方法の実施形態によってなされる接続の実施形態の図である。
本発明に係る方法の実施形態によってなされる接続の実施形態の図である。
本発明に係る方法の実施形態によってなされる接続の実施形態の図である。
本発明に係る方法の実施形態によってなされる接続の実施形態の図である。
本発明に係る方法の実施形態によってなされる接続の実施形態の図である。
本発明に係る方法の実施形態によってなされる接続の実施形態の図である。
本発明に係る方法の実施形態によってなされる接続の実施形態の図である。
本発明に係る方法の実施形態によってなされる接続の実施形態の図である。
本発明に係る方法の実施形態によってなされる接続の実施形態の図である。
本発明に係る方法の実施形態によってなされる接続の実施形態の図である。
本発明に係る方法の実施形態によってなされる接続の実施形態の図である。
本発明に係る方法の実施形態によってなされる接続の実施形態の図である。
開口部の形状の図である。
開口部の形状の図である。
開口部の形状の図である。
開口部の形状の図である。
開口部の形状の図である。
開口部の形状の図である。
開口部の形状の図である。
開口部の形状の図である。
開口部の形状の図である。
開口部の形状の図である。
開口部の形状の図である。
開口部の形状の図である。
開口部の形状の図である。
開口部の形状の図である。
開口部の形状の図である。
開口部の形状の図である。
本発明の実施形態に係る方法によってなされる接続の他の実施形態の図である。
本発明の実施形態に係る方法によってなされる接続の他の実施形態の図である。
本発明の実施形態に係る方法によってなされる接続の他の実施形態の図である。
本発明の実施形態に係る方法によってなされる接続の他の実施形態の図である。
第1の部品を製造するためのダイカスト処理で使用する可能性のある工具の図である。
第1の部品を製造するためのダイカスト処理で使用する可能性のある工具の図である。
第1の部品を製造するためのダイカスト処理で使用する可能性のある工具の図である。

実施例

0046

好ましい実施形態の説明
図1aは、シャフト部1.1と、アンダーカットを規定する広がり部1.2とを有する開口部を含む第1の部品を有する基本的構成を示す。示される構成における第2の部品2は、熱可塑性材料で構成される。第2の部品は、シャフト部2.1と、案内圧痕2.5を有する近位頭部2.4とを有する。ソノトロード(またはホーン)6は、頭部の形状に適合した形状を有する。第1の部品1に接続されるさらなる要素11が、貫通孔とともに示されている。

0047

当初の頭部2.4は随意である。そのような頭部を有する第2の部品の代わりに、そのような部分は、ソノトロード6に近接して熱可塑性材料の液化後にキャスティング処理で成形されてもよい。また、さらなる代案も存在する。

0048

キャスティング処理のため、ソノトロード6は第2の部品2を開口部に押込み、第2の部品の内部に振動を結合し、これによって遠端面が開口部の底部に押付けられる。外部および内部摩擦によって吸収されるエネルギのため、熱可塑性材料は加熱されて軟化し始め、それによって流動可能になり、その後、開口部を充填し始める。開口部が完全に充填された後、キャスティングされた熱可塑性材料が冷却のために少なくとも表面で凝固するまで、圧力を維持しながら振動源(超音波装置)のスイッチを切る。

0049

図1bおよび図1cには、キャスティング処理後の図1aの構成(ソノトロード6なし)が示される。キャスティング処理における第2の部品の熱可塑性材料は溶融しており、開口部によって規定される体積を充填しており、その後、再凝固している。さらなる要素11は、第2の部品2によって第1の部品1にクランプ留めされる。

0050

後の実施形態の説明では、上述の実施形態との相違点についてのみ述べる。
図2は、熱可塑性材料21に加えて、たとえば鋼鉄製の金属コア22をさらに含む第2の部品2の実施形態を示す。近位部22.1は、さらなる要素を自身に接続するためのねじ山などの特徴を含み得る。コアは遠位の広がり22.3を有し、広がり22.3は開口部のシャフト部の径よりも小さいがコア22のシャフト部よりも広い径を有し、付着によってだけでなく、確実な嵌合(positive-fit)によっても、再凝固した熱可塑性材料の内部にコアをアンカー固定する。

0051

この実施形態およびすべての他の実施形態において、引抜に逆らって固定する確実な嵌合接続を生じさせる図示されるアンダーカットに加えて、コア(適用される場合)および/または第1の部品の開口部は、回転運動に逆らってさらに固定するための(図2では垂直の軸の周りの)円形対称から逸脱する特徴を含み得る。

0052

図3aおよび図3bは、リング対称性を有する第2の部品2によってさらなる要素が第1の部品に固定される実施形態を示す。この実施形態は、第1の部品が比較的大きい孔(または同様の特徴)を有し、さらなる要素がこの孔の周りで第1の部品に固定される場合に有利であり得る。

0053

図4a図4cは、開口部が遠位の広がりを有して全体的にスリット形状である実施形態を示す。第2の部品はこれに対応して成形され、たとえば板状を有する。キャスティング処理後の(さらに随意にその前の)熱可塑性材料21の内部の堅固なアンカー固定のために、コア22は図4cに示されるように、熱可塑性材料21によって互いに貫通し合う複数の孔22.5を有してもよく、引張力に逆らう確実な嵌合接続を規定する他の構造も可能である。

0054

図5aおよび図5bの実施形態では、コアは、図2の実施形態と比較して、任意の非円形断面形状の代表としての二重Tバーの形状を有する。そのような非円形断面形状、特に二重Tバー形状によって、最適化された負荷分布、および屈曲に逆らう特定の剛性がもたらされ得る。ゆえに、特に、二重Tバー形状には、特に機械的に安定しているという利点がある。図5c(上面上の上面図を示す)の変形に従うと、開口部のシャフト部1.1−およびその結果、キャスティング後の熱可塑性材料−は、接続が回転にも逆らって固定され、かつ熱可塑性材料がほぼ均一の厚みを有するような対応の形状を有し、この特徴は、接続に機械的負荷がかけられたときに負荷を均一に分布させる役割を果たす。図5d図5hは、開口部が二重T十字断面を有し、熱可塑性材料がほぼ均一の厚みを有する他の変
形を示す。ここにおいて、図5e図5dの面A−Aを通る断面を示し、図5fは面B−Bを通る断面を示す。図5cとは対照的に、開口部の遠位の広がり−およびそれに対応してキャスティング後の第2の部品の「足」部−は、二重T字状の代わりに円盤形状を有する。

0055

図6a図7cを参照して、第2の部品によって第3の部品31を第1の部品に接続する第1の組の例が示されている。

0056

図6aは、第1の部品の開口部1.10および第3の部品の開口部31.10によって規定される共通のキャビティが存在するように互いに保持および位置合わせされた第1および第2の部品を示す。第1の部品の開口部はアクセス部1.11をさらに含み、これを介して第2の部品2が導入される。エネルギはたとえば、ソノトロード6によって、固体の、まだ液化していない第2の部品の内部に結合される機械的振動エネルギの形態で作用する。代替的に、光ガイドレーザ光源を用いて放射エネルギを第2の部品の内部に結合し、第2の部品2の遠端と第1の部品との間の界面が吸収してもよい。さらなる代案として、配置全体が加熱可能であってもよい。両方の代替実施形態において、ピストン要素が、その遠端で溶融することによって消費されながら、第2の部品2をアクセス部内により深く押込むために使用されてもよい。

0057

図6bは、処理後の配置を示す。第2の部品の熱可塑性材料は、共通のキャビティを充填する。示される構成では、アクセス部1.11は処理後に空であるが、少なくとも部分的に充填されてもよい。

0058

図7a図7cの実施形態は、第2の部品2に加えて、かつ第2の部品2によって、第1の部品1を第3の部品31に接続するためのさらなる例である。この実施形態では、体積は第1の部品および第3の部品31によってともに規定される。第2の部品2は熱可塑性材料で構成される。

0059

処理のため、まず第1の部品および第3の部品を互いに位置決めする。第3の部品31および/または第1の部品1の外側の軸方向の溝のため、体積はシャフト部を含む。さらに、体積は、第3の部品を囲む深いリング部を含む。第1の部品および第3の部品を互いに位置決めした後、第2の部品を、超音波振動が第2の部品の内部に結合されつつ近位側から作用する圧力によって開口部および体積に押込む。第2の部品2の熱可塑性材料は液化し、流れることによって体積を充填し、それによってリング部2.8およびシャフト部を形成する。図7bはっきりと見ることができるように、リング部は確実な嵌合接続によって第3の部品31を第1の部品1に固定する。

0060

図8a図8cに示される変形では、第1の部品1に固定されるさらなる要素11は、示される実施形態では非円形断面を有する管である。第2の要素2および開口部はリング形状であり、図1と同様に確実な嵌合によってさらなる要素を固定する。

0061

図8a図8cの構成と同じ構成は、熱可塑性材料が第1の部品に固定されるべきさらなる要素に属する場合、すなわちこの場合は、さらなる要素11が第2の部品に属し、図2と同様のハードコア22である場合に生じる。

0062

図9の変形は、たとえば先の図で示された実施形態のような他の実施形態において、組合せて、または下位に組合せて、または個別に実現され得る以下の特徴を有する(すなわちこれらの特徴は互いを必要としない)。

0063

−第2の部品2の熱可塑性材料21は、開口部の地面と接触している遠端における液化
の開始を促進する遠位先端21.4または他のエネルギ誘導構造を有する。

0064

−開口部は、開口部の遠位の地面にないアンダーカットを規定する広がり1.2を有する。

0065

−開口部は、1つよりも多い広がり1.2,1.4(2つの広がり)を有する。
−開口部は、等しい断面を有しない2つのシャフト部1.1,1.3を有する。第2の部品は対応する段差形状図9には図示せず)を有し得る。

0066

−第2の部品は、開口部内への導入が停止すべき位置を規定するように示される、(たとえばコアを液化しない材料からなる停止特徴22.6を有する。停止特徴22.6の位置は、熱可塑性材料が体積を充填してそれによって使い尽くされるように、開口部の、および停止特徴の遠位の第2の要素の部分の体積に適合され得る。

0067

−先の実施形態と同様に、コアは、接着力に加えてコアを熱可塑性材料に固定する広がり特徴22.5を有する。

0068

図10aおよび図10bは、本明細書で説明されるすべての実施形態にとって随意の特徴を示す。開口部は、その形状が第2の要素からの引抜を阻止するだけでなく、さらなる移動自由度も阻止するように成形される。示される実施形態では、開口部はこのために回転対称ではないが、遠位の広がりの領域(図10b図10aの線B−Bに沿った断面を示す)において、ここでは径方向外向きに突出する4枚の葉の形態の径方向特徴を有し、シャフト部の断面(断面A−A、図示せず)において断面は回転対称であってもよい。また、組合せ(両断面における非対称形状)または代案(遠部においてのみ回転対称)も可能である。

0069

図11aおよび図11b図12aおよび図12b図13aおよび図13b図14aおよび図14b図15aおよび図15b図16aおよび図16b図17aおよび図17b図18aおよび図18bは、それぞれ上面図および側面図において、キャスティング処理後の第2の部品のキャスティング形状に対応する開口部の異なる可能性のある形状を示す。なお、それぞれのb図では、向きは、先の図に示される向きと比較して上下反対である。

0070

第2の部品2によって第3の部品31を第1の部品1に接続する第2の組の例が示される。

0071

図19aは、エネルギが第2の部品2の内部に結合される前の配置を示す。第2の部品は、第1の部品1の開口部1.1,1.2、および第3の部品31の開口部31.1,31.2(シャフト部31.1およびアンダーカットを形成する広がり部31.2をさらに有する)の両方の内部に突出する。そして、第1および第3の部品が互いに押付けられながら、エネルギが第1の部品および/または第3の部品を介して第2の部品の内部に間接的に結合される。たとえば、第1および第3の部品はこのために加熱され得る。代替的に、機械的振動が第1および/または第3の部品の内部に結合されてもよい。図19bは、熱可塑性材料の再凝固後の配置を示す。第2の部品2の体積は、共通のキャビティの体積に対応する。

0072

依然として存在し得る空気は、任意の残りの空気の体積が小さいように、液化の最終段階でのみ閉じられるように位置決めされる随意の軸方向の隆起または溝等を介して逃げることができる。また、たとえば射出成形と比較して、前面速度が実質的に小さいため、燃焼等のリスクが実質的に減少する。さらに、随意に、空気が第1および第3の部品の分離
面に沿って逃げるための小さなチャネル等が、そうでなければ残りの体積が高くなりすぎる場合に、存在してもよい。

0073

図20は、キャスティング処理後の第2の部品2が第1の部品1および第3の部品31によって形成される組立品の内部にある他の変形をさらに示す。この処理のため、圧力および振動は第1の部品、第3の部品または両方の内部に結合される。たとえば、第1および第3の部品は2つのソノトロード同士の間で圧縮され、第2の部品はそれぞれの部品の位置合わせされた開口部(ここでは開口部は互いに対称である)に挿入されてもよい。

0074

図21は、貫通孔を有する第1の部品を示す。キャスティング処理のための体積を規定するために、遠位側に向かって体積を閉じる(クランプ62を固定する)ための補助要素61が第1の部品1に一時的に鋲留めされる。キャスティング処理のため、第2の部品2はソノトロードによって補助要素に押付けられる。

0075

より一般的に、補助要素は任意の所望の形状を有し、処理後に取出される成形要素として作用し得る。特に、補助要素は機能形状をキャスティングするように成形され得る。

0076

最後に、図22a図22bおよび図22cは、上述の種類の第1の部品のダイカスト処理におけるアンダーカットを規定する開口部を形成するために使用され得る工具51を示す。工具は、たとえば近位側(すなわち図21の下側)から挿入された補助ボルトによって円筒部51.1の外に押出され得る径方向に変位可能なスライダ51.2を含む。ダイカスト処理の後、スライダ51.2は後退し、工具51はキャスト形状から取出され得る。

0077

本発明の範囲および思想から逸脱することなくさまざまな他の実施形態が想定され得る。

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