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技術 固相押出接合工具

出願人 ハイボンドアクティーゼルスカブ
発明者 グロン,ヨイスタインオーケネス,ウルフロアルアウスティガルド,トールグンナル
出願日 2017年5月15日 (2年11ヶ月経過) 出願番号 2018-559762
公開日 2019年8月8日 (8ヶ月経過) 公開番号 2019-521853
状態 不明
技術分野
  • -
主要キーワード シールリム ハイブリッド金属 変形基 剪断力τ 押出チャンバ 両面接合 金属押出材 変形部品
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (20)

課題・解決手段

押出材を押し出して押出材を基材接合するためのハイブリッド金属押出接合プロセスを実施するための押出接合工具が提供される。工具は、本体と、押出材が押し出される回転ダイとを含むことができ、回転ダイは工具の本体に対して移動し、押出材は使用時に工具の回転軸周り円周方向経路あたりの異なり得る位置で回転ダイを通って押し出される。工具は、押出チャンバと押出材が押出チャンバと関連して押し出される複数のダイとを備えており、工具は、使用時に押出材が押出チャンバ内に受け取られて、ダイの1つを通って基材上に押し出される前に押出チャンバ内で可塑化されるように構成されている。

概要

背景

2つの材料を一緒接合するために使用される多数の技術が知られている。これらの技術としては、レーザ溶接電子ビーム溶接、金属不活性ガスMIG)溶接、またはタングステン不活性ガス(TIG)溶接、摩擦溶接などの溶接、または摩擦攪拌溶接FSW)として知られる変形、蝋付けリベット締め接着接合が挙げられる。しかし、これらの接合方法には、接合部の品質を低下させるかまたは接合プロセスを困難にするなど、種々の問題がある。

構造用途のためにアルミニウム(または他の軽金属部品を接合するのに適した、例えば特許文献1に記載されているような、部品を接合するための代替固相法が知られている。この方法は、充填材を接合すべき表面の間の隙間に押し出して2つの表面を互いに接合する直前に、接合すべき表面から酸化物を除去する工程を含む。この方法は、ハイブリッド金属押出接合(HYB)プロセスと呼ぶことができる。この方法は、充填材/接合材の押出しの原理に基づいており、その目的は、FSW法に関連する過度の加熱および/または溶接に通常必要とされるシールドガスの使用により作成される接合部の他の気孔率などの先行技術の方法の欠点を低減または排除することである。

HYBプロセスの背後にある基本的な考え方は、弱い/軟質溶接部(従来の溶接およびFSWで熱影響部HAZ)として知られていることがある)を形成することなく、アルミニウムプレートなどのプレートと充填材添加を使用するプロファイルとの固相接合を可能にすることである。

概要

押出材を押し出して押出材を基材に接合するためのハイブリッド金属押出接合プロセスを実施するための押出接合工具が提供される。工具は、本体と、押出材が押し出される回転ダイとを含むことができ、回転ダイは工具の本体に対して移動し、押出材は使用時に工具の回転軸周り円周方向経路あたりの異なり得る位置で回転ダイを通って押し出される。工具は、押出チャンバと押出材が押出チャンバと関連して押し出される複数のダイとを備えており、工具は、使用時に押出材が押出チャンバ内に受け取られて、ダイの1つを通って基材上に押し出される前に押出チャンバ内で可塑化されるように構成されている。

目的

この方法は、充填材/接合材の押出しの原理に基づいており、その目的は、FSW法に関連する過度の加熱および/または溶接に通常必要とされるシールドガスの使用により作成される接合部の他の気孔率などの先行技術の方法の欠点を低減または排除することである

効果

実績

技術文献被引用数
- 件
牽制数
- 件

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請求項1

金属押出材押出して前記押出材金属基材接合するための固相ハイブリッド金属押出接合プロセスを実施するための押出接合工具であって、本体と、前記押出材が押し出される回転ダイであって前記回転ダイが前記工具の本体に対して移動する回転ダイと、を備え、前記押出材料が、使用時に、前記回転ダイを通って前記工具の回転軸周り周方向経路のあたりで変わる位置で押し出される、工具。

請求項2

前記工具が、押出チャンバを含み、そして一部の押出材が、前記押出チャンバ内にあるときに、それが前記押出チャンバに入る点から前記回転ダイと接触し、前記押出材が前記押出しチャンバの周りをある距離移動して前記押出チャンバ内の圧力が押出圧力閾値を超えて増大すると前記移動ダイを通って押し出される、請求項1に記載の工具。

請求項3

前記工具が、回転可能スピンドルを備えている、請求項1または2に記載の工具。

請求項4

前記回転可能スピンドルが、使用時に前記基材と接触して変形させるように構成されている、請求項3に記載の工具。

請求項5

前記回転スピンドルが、前記回転ダイを備えている、請求項3または4に記載の工具。

請求項6

前記工具が、前記押出材を押し出すための複数のダイを備えている、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の工具。

請求項7

前記工具が、固定ダイを備えている、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の工具。

請求項8

前記工具が、押出材が前記移動ダイを通って押し出されるときにそれが前記工具の中心軸に向けて導かれるように構成されている、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の工具。

請求項9

ガイドを備えており、前記ガイドが、使用時にそれが押し出された方向とは異なる方向に誘導されるように構成されている、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の工具。

請求項10

前記工具が、複数のガイドを備えており、前記ガイドの少なくとも2つが、互いに異なる方向に押出材を誘導する、請求項9に記載の工具。

請求項11

前記工具が、前記回転可能スピンドルを囲む押出機ハウジングを備えており、前記押出機ハウジングが、前記スピンドルと一緒に前記押出チャンバを形成する、請求項1乃至10のいずれか一項に記載の工具。

請求項12

前記押出機ハウジングが、固定ダイを形成する、請求項11に記載の工具。

請求項13

前記押出機ハウジングが、前記回転可能スピンドルと前記ハウジングとの間に漏れが生じるときに形成される押出材フラッシュの除去を可能にするスロットを備えている、請求項10乃至12のいずれか一項に記載の工具。

請求項14

前記工具が、前記工具が使用時に互いに接触する前記回転可能スピンドルおよび前記押出機ハウジングの表面上にコーティングを含み、および/または使用中に基材と接触する工具の表面上にコーティングを含む、請求項11乃至13のいずれか一項に記載の工具。

請求項15

前記コーティングが、高耐摩耗性下地層と低摩擦表面層とを有する二重コーティングである、請求項14に記載の工具。

請求項16

前記工具が、使用中に前記押出機ハウジングおよび/または押出物の冷却を行うことができるように構成されている、請求項1乃至15のいずれか一項に記載の器具

請求項17

前記工具が、2つの基材を一緒に接合するためのものであり、前記工具が、使用時に前記スピンドルの先端が前記2つの基材の間の隙間に受け取られ、互いに面する2つの基材の少なくとも一方の表面の少なくとも一部を変形させるように構成されている、請求項1乃至16のいずれか一項に記載の工具。

請求項18

前記工具が、各々異なる用途のために設計されている複数の互換性のある押出機ヘッドを備えている、請求項1乃至17のいずれか一項に記載の工具。

請求項19

前記工具が、2つの基材を突合せ接合するための突合せ接合押出機ヘッドと、2つの基材を隅肉接合するための隅肉接合押出機ヘッドとのうちの1つ以上を備えている、請求項18に記載の工具。

請求項20

金属押出材料を押し出して押出材を金属基材に接合するためのハイブリッド金属押出接合プロセスを実施するための押出接合工具であって、押出チャンバと、押出材が前記押出チャンバと関連して押し出される複数のダイと、を備えており、前記工具が、使用時に前記押出材が押出チャンバ内に受け取られてダイの一方を通って基材上に押出される前に前記押出チャンバ内で可塑化されるように構成されている工具。

請求項21

前記工具が、使用時に前記基材と接触して変形させるように構成されている回転可能スピンドルを備えている、請求項20に記載の工具。

請求項22

前記回転可能スピンドルが、使用時に前記工具の本体に対して移動する移動ダイを備えている、請求項21に記載の工具。

請求項23

前記工具が、使用時に前記工具の本体に対して移動する移動ダイを備えており、前記工具が、前記押出材が移動ダイを通って押し出されるときに前記工具の中心軸に向けて導かれるように構成されている、請求項20乃至22のいずれか一項に記載の工具。

請求項24

ガイドを備えており、前記ガイドが、使用時に、押し出された押出材が、前記押出物が押し出された方向とは異なる方向に誘導されるように構成されている、請求項20乃至23のいずれか一項に記載の工具。

請求項25

前記工具が複数のガイドを備えており、前記ガイドの少なくとも2つが互いに異なる方向に押出材を誘導する、請求項24に記載の工具。

請求項26

前記工具が、回転可能スピンドルと前記回転可能スピンドルを囲む押出機ハウジングとを備えており、前記押出機ハウジングが前記スピンドルと一緒に押出チャンバを形成する、請求項21乃至25のいずれか一項に記載の工具。

請求項27

前記押出機ハウジングが、固定ダイを形成する、請求項26に記載の工具。

請求項28

前記押出機ハウジングが、前記回転可能スピンドルと前記ハウジングとの間に漏れが生じるときに形成される押出材フラッシュの除去を可能にするスロットを備えている、請求項26または27に記載の工具。

請求項29

前記工具が、使用時に互いに接触する前記回転可能スピンドルおよび前記押出機ハウジングの表面上にコーティングを含み、および/または使用中に基材と接触する工具の表面上にコーティングを含む、請求項21乃至28のいずれか一項に記載の工具。

請求項30

前記コーティングが、高耐摩耗性の下地層と低摩擦表面層とを有する二重コーティングである、請求項29に記載の工具。

請求項31

前記工具が、使用中に前記工具および/または押出物の冷却を行うことができるように構成されている、請求項20乃至30のいずれか一項に記載の工具。

請求項32

前記工具が、2つの基材を一緒に接合するためのものであり、前記工具が、使用時に、回転可能スピンドルの先端が前記2つの基材間の隙間に受け取られて互いに面する前記2つの基材の表面の少なくとも一部と接触して変形させるように構成されている、請求項20乃至31のいずれか一項に記載の工具。

請求項33

前記工具が、各々異なる用途のために設計されている複数の互換性のある押出機ヘッドを備えている、請求項20乃至32のいずれか一項に記載の工具。

請求項34

前記工具が、2つの基材を突合せ接合するための突合せ接合押出機ヘッドと、2つの基材を隅肉接合するための隅肉接合押出機ヘッドとのうちの1つ以上を備えている、請求項33に記載の工具。

請求項35

金属押出材を押し出して金属押出材を基材に接合する固相法であって、請求項1乃至34のいずれか一項に記載の工具を使用する工程を含む方法。

請求項36

複数のダイを通して前記押出材を押し出す工程を含む、請求項35に記載の方法。

請求項37

回転ダイを通して前記押出材を押し出す工程を含む、請求項35または36に記載の方法。

技術分野

0001

本発明は、押出接合工具、押出接合工具用の押出機ヘッド接合押出工具を形成するための部品キット、および接合押出工具の使用方法に関する。特に、本発明は、金属を押し出す工程とそれを金属基材に接合する工程を含む固相金属加工を実施するための工具に関する。

背景技術

0002

2つの材料を一緒に接合するために使用される多数の技術が知られている。これらの技術としては、レーザ溶接電子ビーム溶接、金属不活性ガスMIG)溶接、またはタングステン不活性ガス(TIG)溶接、摩擦溶接などの溶接、または摩擦攪拌溶接FSW)として知られる変形、蝋付けリベット締め接着接合が挙げられる。しかし、これらの接合方法には、接合部の品質を低下させるかまたは接合プロセスを困難にするなど、種々の問題がある。

0003

構造用途のためにアルミニウム(または他の軽金属部品を接合するのに適した、例えば特許文献1に記載されているような、部品を接合するための代替固相法が知られている。この方法は、充填材を接合すべき表面の間の隙間に押し出して2つの表面を互いに接合する直前に、接合すべき表面から酸化物を除去する工程を含む。この方法は、ハイブリッド金属押出接合(HYB)プロセスと呼ぶことができる。この方法は、充填材/接合材の押出しの原理に基づいており、その目的は、FSW法に関連する過度の加熱および/または溶接に通常必要とされるシールドガスの使用により作成される接合部の他の気孔率などの先行技術の方法の欠点を低減または排除することである。

0004

HYBプロセスの背後にある基本的な考え方は、弱い/軟質溶接部(従来の溶接およびFSWで熱影響部HAZ)として知られていることがある)を形成することなく、アルミニウムプレートなどのプレートと充填材添加を使用するプロファイルとの固相接合を可能にすることである。

先行技術

0005

国際公開第2003/043775号
国際公開第2013/095160号

発明が解決しようとする課題

0006

特許文献2には、ハイブリッド金属押出接合(HYB)プロセスを実施するためのデバイスが開示されている。しかし、このデバイスは、商業規模で使用する能力を妨げる可撓性および堅牢性欠如などの制限があることが分かった。したがって、ハイブリッド金属押出接合プロセスを実施するための別のデバイスに対する要望がある。

課題を解決するための手段

0007

その最も広い態様では、本発明は、押出材を押し出して押出材を基材に接合するための押出接合工具を提供する。

0008

押出接合工具は、固相ハイブリッド金属押出接合プロセスを実施するためのものであり、本工具は、金属押出材を押し出して押出材を金属基材に接合するためのものである。

0009

押出材および基材は、金属製であってもよい。押出材および基材は、工具が使用されるときに固体状態であってもよい。押出材および基材は、工具によって実施されている押出接合プロセス中に溶融されていなくてもよい。例えば、押出材は固体状態で押し出されてもよく、押出材は押出チャンバ内で変形および/または可塑化されてもよい。

0010

押出材および/または基材は、塑性変形可能および/または固体状態で加工可能な金属製であってもよい。押出材および/または基材は、アルミニウム製であってもよい。

0011

工具は、押出材を押し出して押し出された押出材が基材に接合するように、基材上にそれを堆積させるように構成することができる。

0012

接合押出工具は、ハイブリッド金属押出接合(HYB)プロセスを実施するための工具であってもよい。

0013

本発明はまた、接合押出工具を使用する方法を含むことができる。本方法は、工具を使用して押出材(例えば、固相押出材)を押し出して押し出された押出材を基材に接合する工程を含むことができる。これは、押出材および基材が両方とも固体状態にあるときに実施されてもよい。

0014

接合押出工具(単に工具と呼ぶことができる)は、以下の任意の1つ以上のオプションの特徴を含むことができる。

0015

工具は、回転する、すなわち回転可能なスピンドルを備えることができる。回転スピンドルは、使用時に回転する/回転されるスピンドルである。スピンドルは、回転スピンドルまたは回転可能スピンドルと呼ぶことができる。回転可能スピンドルは、使用中に基材と接触して変形させるように構成することができる。

0016

本発明は、押出材を押し出して押出材を基材に接合するための押出接合工具を提供することができ、本工具は回転可能スピンドルを備え、回転スピンドルは、使用時に基材と接触して変形させるように構成される。

0017

第1の態様では、本発明は、固相ハイブリッド金属押出接合プロセスを実施するための押出接合工具を提供することができ、本工具は、金属押出材を押し出して押出材を金属基材に接合するためのものであり、工具は、押出チャンバと、使用時に、押出材が押出チャンバ内に受け取られ、ダイを通って変形基材上に押し出される前に押出チャンバ内で可塑化されるように構成されている回転可能スピンドルとを備えている。工具が、使用時に基材と接触して変形させるスピンドルを備える場合に、回転スピンドルは、基材と押し出された押出材(押出物と呼ぶことができる)との間の接合(例えば、金属接合)を促進するために基材を変形させることができる。

0018

スピンドルは、基材を塑性変形させ、および/または基材から表面酸化物などの表層を除去するように構成することができる。これは、酸化物分散および/または剪断変形により、押出材と基材との間の金属接合を促進することができる。

0019

回転スピンドルは、基材内に完全に沈められていない(すなわち、その全周が囲まれていない)が、むしろスピンドルのエッジ部のみが基材の表面を変形させるために使用されてもよい。したがって、工具は、変形部品が基材内に沈められ、接合すべき表面近くバルク部品の一部を通って移動する摩擦攪拌溶接のための工具でなくてもよい。代わりに、本発明は、接合を容易にするように、基材の表層を変形/除去するためにスピンドルのほんの一部分を使用することに関する。

0020

また、摩擦攪拌溶接とは対照的に、工具を用いて2つの部品を一緒に接合する場合、2つの部品の間に隙間が存在し得る。さらに、押出材は、充填材を含む典型的な摩擦攪拌溶接のように、基材との接触によって可塑化されるのではなく、むしろ基材と接触する前に工具内で可塑化されてもよい。

0021

回転可能スピンドル(存在する場合)は、100〜900rpm、200〜600rpm、300〜500rpm、または約400rpmの速度で回転させることができる。正確な速度は、工具の進歩速度または材料特性などの多数の要因に依存することがある。

0022

これらの特徴の1つ以上(およびオプションで本工具および本方法の他の特徴)は、工具と接合される材料の温度が、摩擦攪拌溶接よりも低い温度に(接合品質が改良され得るように)維持され得ることを意味し得る。また、工具および/または回転スピンドルによって加えられる力は、より小さくてもよい。

0023

スピンドルは、例えば、使用中に接触している基材を変形させる切削(すなわち、変形)表面を含むことができる。切削面は、例えば使用時に基材と接触するスピンドルの一部の粗面および/または溝を彫られた表面であってもよい。切削/変形面は、例えば、基材に対して回転されるなど移動するときに基材を変形させるように粗く構成されていてもよい。

0024

切削面はスピンドルの先端に設けられていてもよい。

0025

使用時には、スピンドルは、基材の表面に対して回転して基材を変形させることができる。

0026

押出材の押出しを引き起こすためにも使用され得る回転スピンドルはまた、押し出された材料と基材との間の接合を促進するために基材を都合よく変形させることができる。したがって、工具は、複数の動作(例えば、基材の準備および押出物の押出し)を行う単一の移動部品(すなわち、スピンドル)を備えることができる。

0027

使用時にスピンドルは基材を変形させて押出チャンバの少なくとも一部を形成することができる。スピンドルの回転は、基材の変形および押出材の押出しを引き起こすことができる。したがって、スピンドルは、押出物の押出しおよび基材の変形を引き起こす二重機能を有することができる。これらの2つのステップは同時に生じることがある。

0028

スピンドルは、使用時に(押出材の押出しを引き起こしながら)基材を変形させ、次いで押出物を変形基材上に堆積させるように構成されてもよい。

0029

スピンドルは、回転すると基材を変形させて押出材を押し出すことができるように構成されてもよい。

0030

スピンドルの回転は、押出材を押出チャンバ内に移動させ、押出材を押出チャンバを通って移動させ、および/または押出材を工具のダイを通って押し出させることができる。

0031

押出物は、スピンドルの周りに押し出されてもよい。これは工具本体内にあり得る。押出物は、工具を出て、それが接合されている基材と接触する前に押し出されてもよい。

0032

使用時に、工具は、基材上に押出物の一片を堆積させるような方向に移動させることができる。その方向は、移動方向と呼ぶことができる。

0033

工具は、デバイスを保持し所望の方向にデバイスを移動させることができる支持体を備えることができる。工具は、ほぼ一定の速度で移動するように構成され得る。

0034

工具が移動方向に移動するにつれて、工具は最初に基材を変形させ、次いで押し出された材料を基材上に堆積させることができる。したがって、本方法は、スピンドルを回転させる工程と、工具を移動させる工程と、回転スピンドルを使用して基材を変形させる工程と、押し出された押出物を変形基材上に堆積させる工程とを含むことができる。

0035

工具は、スピンドルによって既に変形された表面上に押出物が押し出されるように構成されてもよい。

0036

押出材がその上にまさに堆積される工具の前方の方向は、前方方向と呼ぶことができ、押出材が堆積したばかりの工具の後方の方向は、後方方向と呼ぶことができる。使用時に工具を後方から前方に移動させることができる。スピンドルは、押出材が押し出される位置、例えばダイまたは押し出された材料が誘導される場所の前方にあってもよい。したがって、使用時にスピンドルは押し出された材料の前方に配置されてもよい。

0037

押出物は、スピンドルの後方、すなわち工具の移動方向に対してスピンドルの後方の位置で基材上に堆積させることができる。

0038

使用時に、スピンドル(例えば、その回転軸)は、工具の移動方向に対して直角または実質的に直角であってもよいし、直角から15度以内であってもよい。使用時に、工具は、押出物の一片(例えば、ビーズストリング)を基材上に堆積させることができる。スピンドル(例えば、その回転軸)は、堆積した押出物が延びている方向および/または堆積した押出物の上面に対して、直角または実質的に直角に、または直角から15度以内であってもよい。

0039

使用時に、スピンドル(例えば、その回転軸)は、基材の表面と平行でない方向に延びることができる。

0040

基材が水平面内に延びていると考えられる場合、スピンドルは垂直、実質的に垂直、または垂直から45度以内であってもよい。

0041

スピンドルは、使用時に基材と接触して変形させるように構成されているスピンドル先端を含むことができる。スピンドル先端は、その少なくとも一部に切削面を有することができる。

0042

スピンドル先端は、スピンドルの一端の、または一端に向かうスピンドル部分であってもよい。すなわち、スピンドル先端は必ずしもまさに端面ではなく、スピンドルの端面を包囲するスピンドル端部の嵩である。

0043

例えば、スピンドルは、スピンドル本体とスピンドル先端とを備えていてもよく、スピンドル本体とスピンドル先端とで構成されていてもよい。

0044

スピンドル本体は、スピンドルを回転させるために使用される駆動機構係合し、駆動され得る。

0045

スピンドルは動作中に連続的に回転することができる。これは、変形が連続的に生じ、押出物の押出しが連続的であるようにスピンドルの変形面の回転が連続的であるようにするためである。

0046

工具は、駆動機構を備えていてもよい。駆動機構はスピンドルを回転させるように構成することができる。

0047

スピンドル先端は、スピンドルの一端、すなわちスピンドル本体の一端に設けられていてもよい。スピンドル先端は、使用時に基材と接触するスピンドルの唯一の部分であってもよい。

0048

スピンドル先端は、スピンドル本体の直径よりも小さな直径を有していてもよい。

0049

スピンドル先端は、テーパ付きおよび/または円錐形であってもよい。

0050

スピンドルは、使用時にその中心軸の周りを回転する細長い部材であってもよい。スピンドルは、その直径よりも大きな長さを有することができる。

0051

工具は、押出チャンバを備えていてもよい。工具は、押出材を受け取り、押出材を押し出して基材(押出物が基材上に堆積する前に回転スピンドルによって変形され得る)上に押し出された押出材を堆積させるように構成することができる。例えばワイヤの形態であってもよい押出材は、押出チャンバ内に受け取られ、押出チャンバ内で可塑化されてから、ダイを通って基材上に押し出されてもよい。

0052

押出材は押し出されるときに固体状態にあり得る。押出材は、押出チャンバ内で塑性変形(すなわち可塑化)されてもよく、および/または、しかし実際は押出チャンバからダイを通って押し出される。したがって、押出材が押し出されるときに押出材が塑性変形するように工具を構成することができる。これは、押出材の表面(例えば、表面酸化物)の変形をもたらし得る。したがって、これは、押出物の表層の除去/分散/変形をもたらし得る。これは、押出物と変形基材との間の金属接合を促進するのに役立ち得る。

0053

したがって、スピンドルの回転は、基材も押出材も表層の分散または変形を引き起こし得る。

0054

回転スピンドルは、押出チャンバの少なくとも一部を形成することができる。例えば、回転スピンドルは、押出チャンバの少なくとも2つの、または少なくとも3つの壁を形成することができる。

0055

押出チャンバは、スピンドルの表面上の溝によって形成されてもよい。溝は、スピンドルの全周に延びていてもよい。

0056

溝は、スピンドルの外面に溝を機械加工することによって形成されることができる。

0057

あるいは、押出チャンバは、スピンドルに取り付けられたおよび/または固定された部品によって少なくとも部分的に形成されてもよい。

0058

スピンドルは、より大きな直径の部分(ダイ部分であってもよい)を含むことができる。これは、押出チャンバの底面を形成し得る。

0059

スピンドル上に取り付けられたおよび/または固定された部品は、押出チャンバの溝を形成するために、より大きな直径部分から間隔を空けられてもよい。

0060

スピンドルに取り付けられたおよび/または固定された部品は、スピンドルの周りに延びている環状部材であってもよく、スピンドルリングと呼ぶことができる。

0061

スピンドルリングは、工具の組立、特に押出チャンバの簡素化を可能にするために、スピンドルの本体から分離した部品であってもよい。

0062

押出チャンバは、3つの側面(回転スピンドルによって設けられ得る)上の移動壁と、第4の側面上の固定壁とを有していてもよい。複数の(例えば3つの)移動壁を有する押出チャンバは、回転中(少なくとも1つの壁が固定しており、その動き抵抗することができる一方で)に入ってくる固相押出材(例えば、アルミニウムフィラーワイヤ)に摩擦抵抗を及ぼし得ることを意味し、スピンドルが動き出すと、押出材は押出チャンバすなわち固定橋台の端部に向けて、1つ以上のダイ開口部(例えば、押出機スピンドルヘッドおよび/または固定鋼製ハウジング内にあってもよい)の1つを通って流される。

0063

押出チャンバは、スピンドルの円周の少なくとも一部の周りに延びているチャネルであってもよい。例えば、押出チャンバは、スピンドルの少なくとも270度の周りに延びることができる。押出チャンバは、押出材の入口点と押出材をチャンバから押し出す橋台との間に延びているスピンドル上の溝の部分であってもよい。

0064

スピンドルは、押出チャンバ部分を含むことができる。この部分は、スピンドル本体とスピンドル先端との間にあってもよい。

0065

スピンドルはまた、押出材の押出しのための1つ以上のダイの少なくとも一部を提供するダイ部分を備えることができる。スピンドル内のダイは、開いたダイおよび/または閉じたダイを含むことができる。

0066

開いたダイは、存在する場合、スピンドルの表面、ダイ部分および/またはスピンドル先端の溝の形態であってもよい。閉じたダイは、存在する場合、スピンドルのダイ部分および/またはスピンドルの先端などのスピンドルを貫通する穴の形態であってもよい。

0067

したがって、使用時に基材と接触する端部からの方向には、スピンドルは、スピンドル先端(変形部または切削部と呼ぶことができる)、ダイ部分(押出材用の1つ以上のダイを提供する)、押出チャンバ部分およびスピンドル本体を含むことができる。

0068

スピンドルが回転すると押出材が押出チャンバ内に移動(例えば、引っ張られる)するように工具を構成することができる。工具は、スピンドルの回転が押出チャンバを通って押出材を移動させるように構成されてもよい。スピンドルの回転は、ダイを通って押出材を押し出すことができる。

0069

固相金属押出材は、押出チャンバ内に移動して押出チャンバを通って移動するときに、および/または押出チャンバからダイを通って押し出されるときに、変形され得る。

0070

工具は、押出機ハウジングを含むことができる。押出機ハウジングは、スピンドルの少なくとも一部を囲んでもよく、またはその周りに延びていてもよい。押出機ハウジング、または押出機ハウジングの少なくとも一部は、スピンドルと一緒に押出チャンバを形成することができる。押出機ハウジングはスピンドルの押出部の上下のスピンドルと接触して押出チャンバを作成することができる。

0071

押出機ハウジングは単一部品であってもよい。あるいは、押出機ハウジングは、例えば押出チャンバ拘束部(押出チャンバの1つの壁を形成する)および外側ハウジングを含むことができる複数の部品を含むことができる。

0072

押出機ハウジングはスピンドルのダイ部分でスピンドルと接触してもよい。押出機ハウジングは、スピンドルと一緒に押出材が押し出される1つ以上のダイを形成することができる。

0073

押出機ハウジングおよびスピンドルは、一緒に押出チャンバおよび1つ以上の押出ダイを含む押出機ヘッドを形成することができる。

0074

押出機ハウジングとスピンドルとが噛み合って押出チャンバを形成してもよい一方、含まれる大きな力のために、固定ハウジングと回転スピンドルとの間のシールを通る押出材の漏れがある。この観点から、ハウジングにはそれを通るスロットが設けられていてもよい。スロットは、このような漏れが生じるときに形成される押出材フラッシュの除去を可能にすることができる。スロットは、押出材のフラッシュを除去することができる機械加工工具が挿入されるように形作られていてもよい。このようなスロットは、押出機ハウジングの機械完全性に著しく影響を及ぼすことなく押出材の漏れ問題を解決することを可能にすることができる。

0075

工具は、押出チャンバを少なくとも部分的に塞ぐ橋台を備えることができる。橋台は、固定橋台であってもよく、すなわち、使用中にハウジングに対して固定されていてもよい。橋台は、押出ダイを通ってチャンバから押出材を誘導および/または押し出すことができる。

0076

橋台は、押出ハウジングの一部であってもよい。あるいは、橋台は、押出ハウジングに取り付けられ得るか、または固定され得る別の部品であってもよい。例えば、橋台は、機械的インターロックデバイスによって押出機ハウジングに固定されてもよい。橋台を別の部品として有する利点は、橋台が経時的に摩耗するかまたは破損する場合に容易に交換できることである。

0077

スピンドルは、押出ハウジングから突出していてもよい。スピンドルはハウジングから軸方向に突出していてもよい。

0078

スピンドルは、使用時にスピンドルが基材と接触するように、ハウジングから突出していてもよい。

0079

ハウジングは、使用時に基材と接触する表面を含むことができる。表面は、支持/シール面であってもよい。しかし、押出機ハウジングの支持面は、基材を変形させるように構成されていなくてもよい。代わりに、支持面は基材と接触し、基材上の工具を支持し、基材上にシールを作成することができる。工具は、支持面が基材と接触しているときにスピンドルが基材と接触して変形させるような位置にあるように構成されていてもよい。

0080

押出機ハウジングの支持面は、使用時に、押出ヘッドと基材との間にシールを形成するように構成することもできる。したがって、この場合の支持面は、シール面と呼ぶこともできる。

0081

接合押出工具は、2つの基材を一緒に接合するためのものであってもよい。工具は、2つの基材を一緒に接合するために使用することができる。本方法は、2つの基材を接合する工程を含むことができる。2つの基材は各々金属製であってもよい。これは同じ金属であってもよく、または2つの基材が異なる金属であってもよい。例えば、2つの基材は両方ともアルミニウム(同じ組成または異なる組成のいずれか)であってもよい。1つの基材がアルミニウム製であり、1つの基材が鋼製であってもよい。

0082

2つの基材を接合するために工具を使用する場合、基材は、隙間によって互いに分離された互いに面する面を有するように配置することができる。使用時には、工具は、基材の一方または両方の隙間に接するこの表面と接触して変形させ、押し出された押出材を用いて隙間を充填して2つの基材を一緒に接合するように押し出された押出材を互いに面する表面上に堆積させることができる。

0083

例えば、工具が2つのアルミニウム部品を接合するためのものである場合、スピンドルは、使用中に両方の基材と接触して変形させることができる。工具が鋼部品をアルミニウム部品と接合するためのものである場合、回転スピンドルはアルミニウム部品のみを変形させることができる。スピンドルは使用中の鋼部品と接触しないことがある。したがって、スピンドルは、2つの基材が一緒に接合される場合にのみ、1つの基材を変形させることができる。

0084

隅肉溶接の場合、隙間は、実際には、互いに対してある角度をなして延びている2つの基材が互いと接触する点の近くの裂け目であってもよい。

0085

工具を使用して2つの基材を接合する場合、スピンドルの先端は2つの基材の間の隙間に受け取られ得る。したがって、使用時に、スピンドルが2つの基材間の隙間(または裂け目)内に延びるように、工具を構成することができる。

0086

基材は、各々、部品の表面であってもよい。基材は、工具によって接合される部品に面する部品の1つの面であってもよい。

0087

工具は、使用時に、2つの基材と接触して変形させて2つの部品を一緒に接合するように押し出された押出材を2つの変形した基材の間に堆積させることができる。2つの部品は、押出物が部品各々の基材に接合されている(すなわち、金属結合されている)という事実によって接合され得る。

0088

工具は、2つの基材の間に溶接部/接合部を形成することができる。この溶接部は、2つの部品の間の隙間を完全に貫通することができる。溶接部は、キャップ層を含んでもよい。これは、接合される部品の上面の上方に延びている溶接部の一部であってもよい。これは、加工中の押出材の強度の可能な損失および/または押出物が接合される部品よりも弱いという事実を補うことができる。

0089

工具は、押出機ハウジングが基材の一方または両方の外面(すなわち、使用中に工具の本体に面する表面)と接触し、スピンドルの先端が2つの基材の間に受け取られるように構成されていてもよい。

0090

スピンドル先端が使用時に互いに面する2つの基材の一方または両方の表面の少なくとも一部と接触して変形させるように、工具を構成することができる。

0091

スピンドル先端は、使用時に、2つの基材の間の隙間に受け取られる、すなわち沈むため、沈んだ先端と呼ぶことができる。

0092

本方法は、2つの基材(例えば、プレートなどの部品)を、接合すべき基材の面が互いに面し、その間に隙間を形成する距離離れるように配置する工程を含むことができる。隙間の幅は、スピンドルの先端の直径よりも小さくてもよく、例えば、そのように、スピンドル先端は、使用中に基材と接触して変形させることができる。あるいは、この隙間は、スピンドルの先端の直径よりも大きくてもよい。例えば、スピンドル先端のみが表面の1つと接触している。

0093

押出機ハウジングの支持面は、基材(変形されて押し出された材料に接合される表面とは異なる表面であってもよい)の各々の表面と接触させることができる。スピンドル先端は、2つの基材の間の隙間に受け取られてもよい。スピンドルは、スピンドルと接触している基材の表面が変形して表面がスピンドルの回転によって変形された後に押出材が押出ヘッドから隙間に押し出されるように回転されてもよい。工具は、変形された表面によって基材間に連続接合部が形成されるように隙間に沿って移動され、次いで各々押し出された(すなわち変形された固体の)押出材に接合され得る。

0094

工具は、基材の表面上に材料(すなわち押出物)の層を堆積させるために使用されてもよい。これは、基材を第2の基材に接合する目的のためではなく、むしろ、例えばビードオンプレート堆積または添加剤層製造(付加製造または3Dプリンティングとも呼ばれる)のために、ちょうどそのように追加の材料が基材上に堆積される。

0095

押出機ハウジングは、工具の固定部分であってもよい。例えば、押出機ハウジングは、回転しなくてもよい。スピンドルは、押出機ハウジングに対して回転することができる。

0096

工具は、押出材が押し出されるダイを含むことができる。工具は、複数のダイ(すなわち、押出ダイ)を含むことができる。

0097

複数のダイは、(必ずしも方向ではなくて時間に関して)押出チャンバからの材料の押出しを平行に可能にすることができる。言い換えれば、工具は、単一の押出チャンバ内の材料を同時に押し出すことができる複数のダイを含むことができる。

0098

複数のダイの存在は、工具からのアルミニウムの流れを制御することができることを意味する。例えば、押出物は、シングルパスなどの工具の動作中に複数の方向に押し出されてもよい。これにより、押出物を回転スピンドルと接触させて、押出物が接合される部品との混合/接合を促進することができる。

0099

押出材は、接線方向/円周方向で工具に入ることができ、軸方向、半径方向および/または斜め方向の1つ以上で(すなわち、軸方向および半径方向に対してある角度で)押し出されおよび/または誘導され得る。

0100

複数のダイの存在は、押出材を押し出す押出圧力が、単一のダイを有するデバイスよりも低いことを意味する。これにより、このように工具の破損および/または過度の押出材のフラッシュ形成のリスクを低減させることができる。また、ダイ内およびダイの下(例えば、2つの部品が接合されている場合の隙間内)に減少した圧力降下(1つの固定ダイのみを有することと比較して)があり得る。これは、(例えば、押出材が向けられる隙間の頂部と比較して)充填材の浸透深さを増大させることを可能にする。

0101

複数のダイはすべて単一の押出チャンバと連通していてもよい。

0102

複数のダイの各々は、押出物を基材上に押し出すためのものであってもよい。

0103

押出チャンバは、押出材用の単一の注入口/入口と、押出チャンバからの押出材用の複数の出口(すなわちダイ)とを有してもよい。

0104

本発明は、押出材を押し出して押出材を基材に接合させるための押出接合工具を提供することができ、本工具は複数のダイを含む。

0105

別の態様では、本発明は、金属押出材を押し出して金属基材に接合するためのハイブリッド金属押出接合プロセスを実施するための押出接合工具を含むことができ、本工具は、押出チャンバと、押出チャンバと関連して押出材が押し出される複数のダイとを備え、使用中に押出材が押出チャンバ内に受け取られ、押出チャンバ内で可塑化されてから押出材がダイを通って基材上に押し出されるように構成されている。

0106

複数のダイは、単一の押出チャンバと関連していてもよい。したがって、押出チャンバを通って、かつ複数の押出ダイの1つを通って押し出された押出材の単一の供給源が存在し得る。

0107

工具は、1つ以上の固定/固定ダイを備えてもよく、および/または1つ以上の移動ダイを備えてもよい。

0108

本発明は、押出材を押し出して押出材を基材に接合する押出接合工具を提供することができ、本工具は、押出材が押し出される移動ダイを含む。

0109

別の態様では、本発明は、固相ハイブリッド金属押出接合プロセスを実施するための押出接合工具を提供することができ、本工具は、金属押出材を押し出して押出材を金属基材に接合するためのものであり、押出材が押し出される本体と回転ダイとを備え、回転ダイは工具の本体に対して移動し、押出材は、使用時に、工具の回転軸の周りの円周方向の経路の周りで変わり得る位置で回転ダイを通って押し出される。

0110

工具が押出チャンバを備える場合、一部の押出材は、押出チャンバ内では、押出チャンバに入る点から移動ダイと接触してもよく、押出材が押出チャンバの周りをある距離移動して押出チャンバ内の圧力が押出圧力閾値を超えて増大すると移動ダイを通って押し出され得る。

0111

別の態様では、本発明は、金属押出材を押し出して押出材を金属基材に接合するための、ハイブリッド金属押出接合プロセスを実施するための押出接合工具を提供し、本工具は、押出チャンバと押出材が押し出される移動ダイとを含み、一部の押出材は、押出チャンバ内では、押出チャンバに入る点から移動ダイと接触してもよく、押出材が押出チャンバの周りをある距離移動して押出チャンバ内の圧力が押出圧力閾値を超えて増大すると移動ダイを通って押し出され得る。

0112

1つ以上の移動ダイの存在は、押出材をダイから押し出すのに必要な押出圧力をより低くすることを可能にし得る。したがって、これにより、工具の破損および/または過度の押出材のフラッシュ形成のリスクを低減させることができる。また、ダイ内およびダイの下(例えば、2つの部品が接合されている場合の隙間内)に減少した圧力降下(1つの固定ダイのみを有することと比較して)があり得る。これは、(例えば、押出材が向けられる隙間の頂部と比較して)充填材料の浸透深さを増大させることを可能にする。

0113

工具が押出ハウジングを含む場合、1つ以上のダイが押出ハウジングに設けられてもよい。これらは各々固定ダイであってもよい。

0114

工具がスピンドルを含む場合、1つ以上のダイがスピンドルに設けられてもよい。これらは各々移動ダイであってもよい。したがって、回転可能スピンドルは、押出材の押出しのためのダイを形成する(すなわち、そのための開口部を設ける)ことができる。

0115

したがって、工具は、1つ以上の固定ダイおよび/または1つ以上の移動ダイを含むことができる。

0116

移動ダイは、工具の本体および/または外側ハウジングに対して移動するダイであってもよい。例えば、移動ダイは回転してもよい。したがって、移動ダイは、回転ダイと呼ぶことができる。移動ダイは、押出材が、工具の本体および/または外側ハウジングに対して変わり得る位置でダイを通って押し出されるダイであり得る。例えば、移動ダイが回転ダイである場合、押出材は、例えばスピンドルの回転軸の周りの円周方向の経路の周りで変わり得る位置でダイを通って押し出されてもよい。

0117

移動ダイ(すなわち、押出チャンバからの出口)は、押出チャンバへの入口に対して移動してもよい。

0118

例えば、押出チャンバは、回転スピンドルの一部の周りに延びることができる。押出材は、円周方向および/または半径方向の押出チャンバ入口で押出チャンバに入ることができる。入口の位置は、工具本体に対して固定されていてもよい。移動ダイはスピンドル上に配置されてもよく、押出チャンバに対して回転してもよく、したがって押出チャンバ入口に対して円周方向に移動してもよい。

0119

押出材は、移動ダイを通って押し出される前に、移動ダイを通って非固定の(すなわち可変の)距離を移動させることができる。この距離は、押出チャンバ内の圧力および押し出される材料の特性などの要因に依存し得る。

0120

移動ダイは、工具の押出しおよび/または動作中に移動することがある。

0121

1つ以上の移動ダイおよび/またはガイドは、螺旋形状の開放溝の形態であってもよい。これは、回転スピンドル内/上にあってもよい。これにより、工具からのアルミニウムの流れを制御することができる。例えば、回転スピンドルを配置することができる工具の中心に向けて押出物を内側に誘導することができる。

0122

螺旋形のダイおよび/またはガイドは、部品すなわちそれが位置するスピンドルなどの回転中に「アルキメデス螺旋」として作用し得る。これは、螺旋形のダイおよび/またはガイドを通過する押出物の浸透深さを増大させ得る。

0123

各ダイ(移動または固定)は、押出チャンバと連通していてもよく、ダイの位置の押出チャンバ内の圧力が圧力閾値よりも高い場合、移動ダイを通して押出材を押し出すことができる。ある実施形態では、工具は、押出機ハウジング内の単一の固定ダイと、回転スピンドル内の複数の移動ダイとを含むことができる。

0124

使用時には、押出材を押出チャンバに引き込み、回転スピンドルの周りの経路に押し出すことができる。押出材は、押出チャンバ内では、押出チャンバに入る点から移動ダイと接触してもよく、押出材が押出チャンバの周りをある距離移動して押出チャンバ内の圧力が圧力閾値を超えて増大すると移動ダイを通って押し出され得る。

0125

工具は、使用時に、スピンドル先端の後方の位置で移動ダイを通って押し出されるように構成されてもよい。

0126

しかし、押出材は、スピンドルの前方の位置で1つ以上の移動ダイを通って押し出されてもよい。

0127

押出材は、スピンドルの前方および/または側方(すなわち後方ではない)位置で移動ダイを通って押し出され始め得る。この場合、押出材は、ダイからスピンドルの後方の位置に堆積または誘導されてもよい。

0128

1つ以上の固定ダイは、スピンドルの前方および/または後方に位置していてもよい。

0129

押出チャンバの端部には、橋台が存在し得る。押出チャンバ内の押出材は、橋台に達し得、次いで固定および/または移動ダイを通って押し出され得る。

0130

工具は、1つ以上のガイド(押出ガイドと呼ぶことができる)を含むことができる。ガイドは、ダイを通過した後に押し出された押出材を誘導することができる。

0131

ガイドの存在は、工具からのアルミニウムの流れを制御できることを意味する。これにより、押出物が接合される部品との混合/接合を促進することができるように押出物を回転スピンドルと接触させることを可能にすることができる。

0132

工具は、ダイを通って押し出される方向とは異なる方向に押出物を誘導するように構成することができる。

0133

例えば、押出材は、軸方向または実質的に軸方向に押し出されてもよく、非軸方向(斜めまたは半径方向など)に誘導されてもよい。

0134

工具は、使用時に、ダイを通って押し出された押出材が工具の中心軸に向かう方向に誘導されるように構成されているガイドを含むことができる。

0135

工具は、使用時に、ダイを通って押し出された押出材が工具の後方に誘導されるように構成されているガイド(例えば、チャネル)を備えていてもよい。これは、スピンドルに対する半径方向であってもよく、スピンドルから離れる方向であってもよい。この方向は、工具の中心軸と実質的に直角であってもよい。

0136

本発明は、押出材を押し出して押出材を基材に接合するための押出接合工具を提供することができ、本工具はダイを備え、工具は、使用時にダイを通って押し出された押出材が、押出物が押し出された方向とは異なる方向に導かれるように構成されている。

0137

別の態様では、本発明は、押出材を押し出して押出材を基材に接合するための押出接合工具を提供することができ、本工具はダイを備え、工具は、使用時にダイを通って押し出された押出材が工具の中心軸に向けられるように構成されている。

0138

別の態様では、本発明は、金属押出材を押し出して押出材を金属基材に接合するための、固相ハイブリッド金属押出接合プロセスを実施するための押出接合工具を提供することができ、本工具はダイおよびガイドを備え、ガイドは、使用時に、ダイを通って押し出された押出材が、押出物がダイを通って押し出され、および/または工具の中心軸に向けて誘導された方向とは異なる方向に工具によって導かれ/誘導されるように構成されている。

0139

本発明は、押出材を押し出して押出材を基材に接合するための押出接合工具を提供することができ、本工具はダイおよびガイドを備え、ガイドは、使用時にダイを通って押し出された押出材が工具の中心軸から離れる方向に誘導されるように構成されている。

0140

工具が回転スピンドルを含む場合、ガイドは、使用時にダイを通って押し出された押出材が回転スピンドルの中心軸に向かう方向に誘導されるように構成されてもよい。

0141

ガイドは、ダイの一部であってもよく、および/またはダイからの(押出物の移動方向に対して)下流に位置するチャネル、溝または穴であってもよい。

0142

ガイドは、スピンドル上の1つ以上の溝であってもよい。

0143

ガイドは、押出機ハウジング内のチャネルであってもよい。

0144

別の態様では、本発明は、押出材を押し出して押出材を基材に接合するための押出接合工具を提供することができ、本工具は、回転可能スピンドルとダイとガイドとを備え、ガイドは、使用時にダイを通って押し出された押出材が、回転可能スピンドルの中心軸に向かう方向に誘導されるように構成されている。

0145

工具は、複数のガイドを備えることができる。各ガイドは、ダイに関して提供されてもよい。各ガイドは、それぞれのダイから押し出された押出物を導くことができる。

0146

工具が複数のガイドを備える場合、少なくとも2つのガイドまたは各ガイドは、異なる方向に押出物を誘導することができる。これらは非平行方向であってもよい。例えば、1つのダイからの押出物は、工具の中心軸/スピンドルの回転軸に平行な方向に誘導することができ、別の(または複数のダイ)からの押出物は、工具の中心軸/スピンドルの回転軸に対してある角度をなす方向に誘導することができる。工具の中心軸/スピンドルの回転軸に対してある角度をなす方向は、押出物が工具の中心軸/スピンドルの回転軸に向かう(または離れる)角度に向けられるようなものであってもよく、および/または押出物が少なくとも部分的に円周方向に向けられるように押出物がスピンドルの周りのある角度に向けられるようなものであってもよい。

0147

ガイドは、使用中の少なくとも一部(例えば、スピンドル先端の側面)が基材と接触するスピンドルの先端に向けて押出物を導くことができる。さらにまたはあるいは、ガイドはスピンドルの後方に押出物を導くことができる。

0148

固定ダイからの押出物は、移動ダイからの押出物とは異なる方向に誘導され得る。工具は、工具/スピンドルの軸と平行な(または実質的に平行な)方向に固定ダイから押出物を誘導するガイドを備えることができ、および/または工具/スピンドルの中心軸に向かう方向に押出物を誘導するガイドを備えることができる。

0149

工具は、使用時に、押出物が回転スピンドルによって変形された後に基材の表面に誘導されるように構成することができる。

0150

工具は、押出材を連続的に押し出すことができる。これは、スピンドルを連続的に回転させることによって達成することができる。

0151

工具は、押出物の一片が基材に接合されるように、使用時に、押出物の一片が変形基材上に堆積されるように移動され得るように構成されてもよい。

0152

基材は、金属、例えば、アルミニウム(アルミニウム合金を含む)などの軽金属であってもよい。

0153

2つの基材を一緒に接合するために工具を使用する場合、2つの基材は同じ材料であってもよい。あるいは、2つの基材は異なる材料であってもよい。例えば、一方の基材はアルミニウムのような軽金属であってもよく、他方の基材は鋼のような非軽金属であってもよい。

0154

スピンドルは、1〜20mm、1〜10、2〜7mmまたは約5mmの半径(例えば、スピンドルの本体)を有してもよい。

0155

スピンドルは、適切な耐熱性耐摩耗性の、鋼などの高強度材料製であってもよい。

0156

押出ハウジングは、適切な耐熱性耐摩耗性の、鋼などの高強度材料製であってもよい。

0157

その小さな半径のために、スピンドルは剪断破壊を受けやすいことがある。したがって、工具は、押出接合中に回転スピンドルに作用する剪断力を最小化するように設計されてもよい。例えば、スピンドルは、鋼製であってもよい。スピンドルは、700MPaよりも大きな、800MPaよりも大きな、または850MPa以上の剪断強度を有する鋼などの材料製であってもよい。

0158

工具は、スピンドルと押出ハウジングとの間の摩擦を最小化するように設計されてもよい。例えば、これらの2つの部品間の接触面積を最小化することができる。

0159

工具が使用されているときの押出機ハウジングと基材との間の接触面積は、最小化することができる。これは、ハウジングおよび/または基材を破損し得る摩擦を減少させ、より良いシールを作成し、所望の堆積位置から押し出された押出材の漏れを最小化するように、接触圧力を所定の力に対してより高くすることができる。工具が使用されているときの押出機ハウジングと基材との間の接触面積を横切る圧力は、堆積される押出材料流動応力までであり得る。

0160

工具は、工具が組み立てられ使用されるときに互いと接触するスピンドルおよび押出機ハウジングの表面上にコーティングを含むことができる。これらのコーティングは、互いに対して移動するこれらの2つの部品の間の摩擦を減少させる目的のためのものであってもよい。したがって、これらのコーティングは、低摩擦コーティングであってもよい。

0161

工具はまた、使用中に基材と接触する工具の表面上にコーティングを含むことができる。これは、押出接合が生じているときに基材に対して密封する押出ハウジングおよびシール突起などの工具の部品を含むことができる。

0162

押出材を押出チャンバから誘導する橋台は、使用時に押出材と接触する表面上のコーティングを含むことができる。

0163

コーティングは、高耐摩耗性コーティングおよび/または低摩擦コーティングを含むことができる。

0164

コーティングは、下地層であり得る高耐摩耗層と、表面層であり得る低摩擦コーティングとを有する二重コーティングであってもよい。

0165

高耐摩耗層は、AlTiNタイプのコーティングであってもよい。低摩擦コーティングは、W−DLCタイプ・コーティングなどのダイヤモンドライク炭素コーティングであってもよい。

0166

押出チャンバ、または少なくとも押出チャンバの移動壁は、コーティングされていなくてもよく、または少なくとも低摩擦コーティングを備えていなくてもよい。したがって、押出チャンバは、少なくとも部分的にコーティングされていなくてもよい。これは、押出材と押出チャンバとの間に十分な粘着摩擦が存在し、押出しが生じることを可能にするために入ってくる押出材に十分高い抵抗力を得ることを保証するためである。

0167

工具は、室温で動作するか、動作するように設計されていてもよい。工具は任意の加熱手段を備えていなくてもよい。工具は、ダイ開口部およびスピンドル先端を通る押出チャンバから押出材が堆積される基材までの熱伝導を制御するように設計されていてもよい。

0168

接合中の押出材の過度の加工硬化を避けるために、押出機から下にある基材への熱の供給が十分であることが望ましいことがあるが、それでもやはり、熱は押出機ヘッドの下の限られた量の基材にのみ供給されることが望ましい。

0169

熱は、押出物を介して、および押出機ハウジングの伝導および機械加工および/または基材と接触する回転スピンドル先端を通って供給することができる。

0170

工具、基材および/または堆積した押出物は、使用中に冷却されてもよい。例えば、工具は、使用中に押出機ハウジング、基材および/または堆積した押出物の冷却(例えば水冷)を行うことができるように構成されてもよい。

0171

工具は、水冷手段を含むことができる。冷却手段は、水以外の流体を使用してもよい。例えば、冷却手段は、CO2またはヘリウムであってもよい。

0172

冷却流体は、例えば、工具および/または押し出された材料に対して向けられてもよい。CO2の場合、流体は工具内で液体であってもよく、次いで冷却すべき部品(例えば、工具自体または接合される材料)に衝突する直前、同時または後にガスに変わってもよい。

0173

押出材は、2つの基材の間の隙間を充填する充填材であってもよい。押出材は、2つの材料を一緒に接合することができる。これは、両方の基材に接合する押し出された材料によって達成することができる。

0174

押出材は、フィラーワイヤなどの充填材であってもよい。

0175

押出材は、アルミニウム(アルミニウム合金を含む)であってもよい。押出材は、基材(または押出材が2つの部品を一緒に接合するために使用される場合には基材の少なくとも1つ)と同じ材料であってもよい。押出材は、基材の材料と異なっていてもよい。工具は、基材の材料と異なる基材の表面上に材料を堆積させるために使用されてもよい。例えば、工具は、鋼板上にアルミニウム押出材を堆積させるために使用されてもよい。

0176

押出材は使用中に変わってもよい。例えば、工具は、最初に1つの材料を堆積させ、次いで異なる材料を堆積させることができる。押出材は、工具が何に依存して使用されているかによって変わってもよい。

0177

工具は、押出材が押出機ハウジングを通って押出チャンバに供給されるように(例えば、押出機ハウジングへの注入口を介して)構成されてもよい。押出材は、接線方向に押出チャンバに供給されてもよい。

0178

接合押出工具が2つの基材を一緒に接合するためのものである場合、回転スピンドルは両方の基材と接触して変形させることができる。あるいは、回転スピンドルは、基材の一方のみを変形させることができる。例えば、鋼およびアルミニウム基材などの異なる材料で形成された2つの基材が接合されている場合、回転スピンドルは、アルミニウムなどのより軟質の基材のみと接触して変形させることができる。

0179

あるいは、回転スピンドルはいずれの表面も変形させることができず、代わりに、基材の表面変形は、追加のスクレーパなどの何らかの他の手段によって、または2つの基材の間の押出材の幅を2つの基材の間の隙間よりも広く押し出すことによって引き起こされるような押し出された材料の堆積力によって達成されてもよい。

0180

基材の変形は、押出材を押し出す力によって引き起こされる剪断変形によって達成されてもよい。

0181

接合押出工具は、基材上に材料の層を堆積させてその上に追加の層を形成するためのものであってもよい。工具は、基材の表面上に追加の層を形成するためのものであってもよい。

0182

例えば、基材がプレートである場合、工具は、押し出された押出材をプレートの頂部の平面表面上に堆積させて接合させることができる。

0183

工具は、複数の異なる用途に使用することができる。例えば、工具は、2つの基材(例えば、プレートまたは部品)の間に押出材を押し出して2つの基材を一緒に接合するために使用することができ、工具は、基材の表面(例えば、プレートまたは部品の表面)に材料を堆積させるために使用することができる。

0184

工具は、2つの部品を突合せ接合すること、2つの部品を隅肉接合すること(T接合、すみ接合および重ね接合包含する)、2つの部品をマルチパス接合すること、部品の表面にストリンガービーズを堆積させること、基材上に層を堆積させること、両面接合および/または追加層の製造のためであってもよい。

0185

工具が複数の異なる用途に使用される場合、工具は、接合押出工具が使用される用途に応じて互換性のある部品を含むことができる。

0186

例えば、工具は、工具が使用されることが意図されている用途に応じて変更可能な押出ヘッドを含むことができる。したがって、複数の押出機ヘッドを設けることができる。各押出機ヘッドは、異なる接合押出用途のものであってもよい。各押出機ヘッドは、工具が使用される用途に適した特定の形状を有することができる。

0187

各押出機ヘッドは、移動ダイおよび/または固定ダイを有してもよく、用途に基づいて選択される多数の(例えば、1つ以上の)ダイを有してもよい。

0188

例えば、突合せ接合用に設計された押出機ヘッド、隅肉接合用に設計された押出機ヘッド、ビードオンプレート堆積用に設計された押出機ヘッド、および/または添加剤層製造用に設計された押出機ヘッドを各々設けることができる。

0189

したがって、工具は、各々異なる用途のために設計された複数の互換性のある押出機ヘッドを備えていてもよい。各々異なる用途は、押出材を押し出してそれを基材に接合することを含む。

0190

あるいは、工具は、単一の用途のために使用されてもよく、その用途のために設計された押出機ヘッドを有してもよい。

0191

工具は、複数の異なる用途(突合せ接合、隅肉接合、マルチパス接合、両面接合、ビードオンプレート堆積、および/または添加剤層製造が挙げられる)に使用することができるため、これらの異なる技術の組み合わせを必要とする用途で使用することができる。例えば、工具は、基材上に分離されたビーズを堆積させ、次いで隣接する堆積ビーズを一緒に突合せ接合することによって行われ得るプレートサーフェシングのために使用され得る。工具は、隅肉接合、ビーズの隅肉接合部への堆積、および接合される基材の両側に堆積ビーズを突合せ接合することを含むマルチパス接合に使用することができる。

0192

各押出機ヘッドは、回転スピンドルおよび押出機ハウジングを含むことができる。

0193

工具は、押出機ヘッドまたは各押出機ヘッドと係合可能な駆動機構を備えていてもよい。駆動機構および押出機ヘッドは、一緒に接合押出工具を形成することができる。

0194

スピンドルは、スピンドルを駆動機構と係合させるためのロック機構を備えていてもよい。スピンドルリングは、ロック機構を提供することができる。

0195

したがって、別の態様では、本発明は、固相ハイブリッド金属押出接合プロセスを実施する接合押出工具のための部品キットを提供することができ、本工具は、押出材を押し出して押出材を基材に接合するためのものであり、部品キットは、駆動機構と複数の押出機ヘッドとを含み、各押出機ヘッドは、駆動機構によって駆動され得、駆動機構と押出機ヘッドの1つが一緒に接合押出工具を形成する。

0196

駆動機構は、使用時に、回転スピンドルと係合し、スピンドルを押出機ハウジング内で回転させることができる。

0197

押出機ヘッドは、駆動機構がスピンドルと係合するように工具に取り付けられてもよい。

0198

部品キットは、駆動機構とヘッドの単一品が工具を形成するために使用されるように構成することができる。駆動機構およびヘッドの単一品が係合して工具を形成するとき、工具のヘッドが変更されることが望ましい場合に(例えば、実行される接合プロセスが変更される場合に)、他のヘッドを別々に配置して使用する準備ができていてもよい。

0199

押出機ヘッドは、使用時に基材と接触して変形させるように押出機ハウジングから突出するスピンドル先端を含むことができる。例えば、工具が2つの基材を接合するために使用される場合(例えば、突合せ接合または隅肉接合によって)、スピンドルは、接合される2つの基材間の隙間(または裂け目)に受け取られるように設計されてもよい。

0200

押出機ハウジングが支持面を含む場合、変形される表面は、例えば2つの実質的に平行な基材が一緒に接合される場合、支持面が載る面とは異なる面であってもよい。

0201

回転スピンドルが使用時に基材を変形させるように構成されている場合、回転スピンドルは、基材の異なる表面と接触し支持面が受け取られる表面に変形させることができる。

0202

本発明は、2つの基材を突合せ接合するように設計される押出ヘッドを提供することができる。このような押出機ヘッドは、突合せ接合押出機ヘッドと呼ぶことができる。

0203

突合せ接合押出機ヘッドは、互いに実質的に同一平面上にあり、隙間によって互いに分離された2つの基材を接合するように設計されてもよい。基材は各々、使用中に工具の本体に面する表面である上面を有することができる。基材は、各々互いに面する2つの基材の間の隙間に接合される接合面を有してもよい。接合面は、互いに平行であってもよいし、互いに対してある角度で延びていてもよい。2つの基材の各々の上面および接合面は、互いに対して45°と90°との間など、互いにある角度であってもよい。

0204

突合せ接合押出機ヘッドは、使用時に、基材、例えば基材の上面(すなわち、工具本体と面する面)と接触して密封する支持/シール面を含むことができる。シール面は、接合中に基材の表面上での押出機材料のフラッシュ形成を低減させることができる。スピンドルは、使用時に2つの基材の接合面と接触するように、押出ハウジングから突出することができる。スピンドルは変形部を含むことができる。変形部は、ダイ部分、押出チャンバ部分、またはスピンドルの本体よりも小さな直径を有することができる。変形部は、使用時に、2つのプレートの間の隙間に受け取られ、変形を引き起こすように接合面の一方または両方と接触してもよい。

0205

シール面は平面であってもよい。シール面は、回転可能スピンドルの周りに少なくともU字形に延びることができる。シール面は、スピンドルの後方側に延び、スピンドルの前方側に開いていてもよい。押出機ハウジングは、後方側のシール面を通って延びている固定ダイ開口部を備えることができる。押出機ハウジングは、スピンドルの後方側に配置され得る固定ダイ開口部を備えることができる。

0206

スピンドルは、その中に複数の移動ダイを備えたダイ部分を備えることができる。

0207

突合せ接合用押出機ヘッドは、シール突起(スカートと呼ぶことができる)を含むことができる。シール突起は、押出機ハウジング(押出機ハウジングの必須部分または所望により取り付けられ得および交換され得る部品のいずれかとして)に設けられてもよい。シール突起は、使用中に接合すべき2つの基材の間の隙間に受け取られるように設計されてもよい。シール突起は、使用時に2つの基材の隙間に受け取られて基材と接触して変形させるスピンドルの変形部の直径よりも小さな直径を有することができる。シール突起は、2つの基材の間の隙間と同じかまたはそれよりも小さな直径を有することができる。

0208

シール突起は、スピンドルの前方側に配置されていてもよい。シール突起は、押出物が押出接合中にスピンドルの前方側で逃げないように妨げるように構成されてもよい。さらにまたはあるいは、シール突起は、回転スピンドルの切削面(すなわち先端)によって機械加工されている基材材料が隙間の内側で再循環され、接合部の一体化した部分になるように構成されてもよい。

0209

押出ヘッドは、スピンドルと押出機ハウジングとの間に形成された押出チャンバを閉じるように押出機ヘッドに受け取られてロックされる交換可能な橋台を備えていてもよい。橋台は、使用時に、固定ダイを通って押出材を押し出すように配置することができる。橋台はまた、使用中に、それらが橋台に近づくときに移動ダイを通って押出材を押し出すことができる。

0210

本発明は、2つの基材を隅肉接合するように設計される押出機ヘッドを提供することができる。そのような押出機ヘッドは、隅肉接合押出機ヘッドと呼ぶことができる。

0211

隅肉接合押出機ヘッドは、互いに対してある角度で延びている2つの基材を接合するように設計されてもよい。基材は各々、使用中に工具本体に面する表面である第1の表面を有することができる。2つの基材の第1の表面は、互いにある角度を成していてもよい。基材は、各々、他の基材の近くに/近接して位置する接合部分を有することができる。接触するときに接合すべき2つの部品の間に隙間または隙間が形成されてもよい。

0212

隅肉接合押出機ヘッドは、使用時に2つの基材と接触して密封する支持/シール面を含むことができる。シール面は、接合中に基材の表面上での押出材のフラッシュ形成を低減させることができる。

0213

シール面は、使用時に2つの基材のうちの第1に対して密封する第1シール部分と、使用時に2つの基材の他方(すなわち第2)を密封する第2シール部分とを含むことができる。

0214

第1のシール部分と第2のシール部分とは、互いの間にある角度で延びている表面を有してもよい。第1および第2のシール部分の表面の平面間の角度は、接合される2つの基材の第1の表面間の角度と類似(10度以内など)または同じであり得る。

0215

スピンドルは、使用時に2つの基材の第1の面と、それらが互いと接触する点またはその近くで接触し、そして接合部近くの裂け目/隙間の表面と接触するように、押出ハウジングから突出することができる。スピンドルは、使用時に基材の一方または両方と接触して変形させる変形部を含むことができる。変形部は、円錐形および/またはテーパ状とすることができ、すなわち、スピンドルの先端をテーパ付きにすることができる。これは、変形部が、隅肉接合される基材が接合する場所と近い位置で基材と接触して変形させることができるようにするためである。

0216

押出機ハウジングは、シール面を通って後方側に延びている固定ダイ開口部を含むことができる。押出機ハウジングは、使用時に、スピンドルの後方側に位置する固定ダイ開口部を含むことができる。

0217

スピンドルは、その中に複数の移動ダイを備えたダイ部分を含むことができる。隅肉接合押出機ヘッドは、シール突起(ノーズと呼ぶことができる)を含むことができる。シール突起は、押出機ハウジング(押出機ハウジングの必須部分または所望により取り付けられ得および交換され得る部品のいずれかとして)に設けられてもよい。シール突起は、スピンドルの前方側の第1シール面と第2シール面との間に配置されてもよい。シール突起は、押出物が押出接合中にスピンドルの前方側で逃げることを妨げるように構成されてもよい。さらにまたはあるいは、シール突起は、回転スピンドルの切削面(すなわち先端)によって機械加工される基材材料が隙間の内側で再循環され、接合部の一体化した部分になるように構成されてもよい。

0218

押出ヘッドは、スピンドルと押出機ハウジングとの間に形成された押出チャンバを閉じるように押出機ヘッドに受け取られてロックされる交換可能な橋台を備えてもよい。橋台は、使用時に、固定ダイを通って押出材を押し出すように配置することができる。橋台はまた、使用中に、それらが橋台に近づくときに移動ダイを通って押出材が押し出されるように構成されてもよい。

0219

本発明は、ビードオンプレート堆積のために設計されるビードオンプレート堆積押出機ヘッドを提供することができる。このような押出機ヘッドは、ビードオンプレート押出機ヘッドと呼ぶことができる。

0220

ビードオンプレート押出機ヘッドは、互いに対してある角度で延びている2つの機材を接合するように設計されていてもよい。基材は、使用中に工具本体に面する表面である堆積面と、押し出された押出材が堆積される表面とを有することができる。

0221

ビードオンプレート押出機ヘッド、例えば押出機ハウジングは、使用時に堆積面と接触して密封する支持/シール面を含むことができる。シール面は、堆積面上の押出機材料のフラッシュ形成を低減させることができる。

0222

シール面は、堆積面の形状と一致する形状を有していてもよい。基材がプレートであり、堆積面が平面である場合、押出機ヘッドのシール面は平面であり得る。

0223

シール面は、それを通るチャネルを含むことができる。チャネルは、スピンドル/工具の後方側に配置されてもよい。このチャネルは、使用中に押出物がそこを通って流れてビーズが基材上に形成されることを可能にすることができる。

0224

チャネルは、後方および/または半径方向に延びることができる。チャネルは、堆積面の表面に平行な方向に延びることができる。

0225

押出機ハウジングは、使用時に基材に面する表面上に凹部を含むことができる。凹部は、既に工具によって堆積したビーズまたはビーズの少なくとも一部を収容するように設計することができる。これは、工具が隣接するビーズに衝突することなくビーズを一緒に近接して堆積させることを可能にすることができる。

0226

その近くで接触し、そして接合部の近くで裂け目/隙間の表面と接触するように、押出ハウジングから突出していてもよい。スピンドルは、使用時に基材の一方または両方と接触して変形させる変形部を含むことができる。変形部は、円錐形および/またはテーパ状であり得、すなわちスピンドルの先端はテーパ付きであり得る。これは、変形部が、隅肉接合される基材が接合する場所に近い位置で基材に接触して変形させることができるためである。

0227

押出機ハウジングは、シール面を通って後方側に延びている固定ダイ開口部を含むことができる。押出機ハウジングは、使用時にスピンドルの後方側に位置する固定ダイ開口部を含むことができる。

0228

スピンドルは、その中に複数の移動ダイを備えたダイ部分を含むことができる。隅肉接合押出機ヘッドは、シール突起(ノーズと呼ぶことができる)を含むことができる。シール突起は、(押出機ハウジングの必須部分または所望により取り付けおよび交換され得る部品のいずれかとして)押出機ハウジングに設けることができる。シール突起は、スピンドルの前方側で第1および第2のシール面の間に構成することができる。シール突起は、押出接合中に、押出物がスピンドルの前方側で逃げるのを妨げるように構成されてもよい。さらにまたはあるいは、シール突起は、回転スピンドルの切削面(すなわち先端)によって機械加工されている基材材料が間隙の内側で再循環されて接合部の一体した部分になることができるように構成されてもよい。

0229

押出ヘッドは、スピンドルと押出機ハウジングとの間に形成された押出チャンバを閉じるように押出機ヘッド内に受け取られてロックされる交換可能な橋台を含むことができる。橋台は、使用時に押出材が固定ダイを通って押し出されるように配置することができる。橋台はまた、使用中に、押出材が橋台に近づくにつれて移動ダイを通って押し出されるようにしてもよい。

0230

本発明は、ビードオンプレート堆積用に設計された押出機ヘッドを提供することができる。このような押出機ヘッドは、ビードオンプレート押出機ヘッドと呼ぶことができる。

0231

ビードオンプレート押出機ヘッドは、押出物のビーズを基材の表面上に堆積させるように設計することができる。基材は、使用中に工具の本体に面する表面である堆積面と押し出された押出材が堆積される表面とを有することができる。

0232

ビードオンプレート押出機ヘッド、例えば押出機ハウジングは、使用時に堆積面と接触して密封する支持/シール面を含むことができる。シール面は、堆積面上の押出機材料のフラッシュ形成を低減することができる。

0233

シール面は、堆積面の形状と一致する形状を有していてもよい。基材がプレートであり、堆積面が平面である場合、押出機ヘッドのシール面は平面であり得る。

0234

シール面は、それを通るチャネルを含むことができる。チャネルは、スピンドル/工具の後方側に配置されてもよい。このチャネルは、使用中に押出物がそこを通って流れてビーズが基材上に形成されることを可能にすることができる。

0235

チャネルは、後方および/または半径方向に延びることができる。チャネルは、堆積面の表面に平行な方向に延びることができる。

0236

押出機ハウジングは、使用時に基材に面する表面上に凹部を含むことができる。凹部は、既に工具によって堆積ビーズまたはビーズの少なくとも一部を収容するように設計することができる。これは、工具が隣接するビーズに衝突することなくビーズを一緒に近接して堆積させることを可能にすることができる。

0237

凹部は、チャネルと同じ高さ、またはチャネルよりも大きな高さを有することができる。これは、凹部の高さが堆積ビーズと同じ高さ、または堆積ビーズよりも大きな高さを有するようにするためである。これは、さらなるビーズの堆積を損なうことなく、ビーズがチャネル内に収容できるようにするためである。

0238

チャネルと凹部との間の突起の幅は、工具によって堆積した2つのビーズ間最小距離を決定することができる。

0239

スピンドルは、使用時に、シール面が堆積面と接触しているときに、堆積面と接触して変形させるように押出ハウジングから突出することができる。スピンドルは、使用時に基材と接触して変形させる端部に変形面を含むことができる。変形面は、チャネルと同じ幅であってもよく、またはチャネルよりも幅広くてもよい。これは、スピンドルによってすべて変形される基材の領域にビーズが堆積されるようにするためである。

0240

押出機ハウジングは、シール面を通ってチャネル内に延びている固定ダイ開口部を含むことができる。押出機ハウジングは、使用時に、スピンドルの後方側に位置する固定ダイ開口部を含むことができる。

0241

スピンドルはその中に移動ダイを有していなくてもよい。したがって、唯一のダイは、押出機ハウジング内の固定ダイであってもよい。したがって、スピンドルは、押出機材料の軸方向後方への漏れを防止するように設計することができる。

0242

ある実施形態では、スピンドルは移動ダイを含むことができる。

0243

押出ヘッドは、スピンドルと押出機ハウジングとの間に形成される押出チャンバを閉じるように押出機ヘッドに受け取られてロックされる交換可能な橋台を備えていてもよい。橋台は、使用時に、固定ダイを通して押出材を押し出させるように配置することができる。

0244

本発明は、添加剤層製造のために設計される押出機ヘッドを提供することができる。このような押出機ヘッドは、添加剤層製造押出機ヘッドと呼ぶことができる。

0245

添加剤層製造押出機ヘッドは、既に基材上に堆積したビーズ上に押出物のビーズを堆積させるように設計されてもよい。したがって、工具が堆積させる基材は、既に堆積したビーズであってもよい。

0246

ビーズは、使用中に工具の本体に面する表面である堆積面と、押し出された押出材が堆積される表面とを有することができる。

0247

添加剤層製造押出機ヘッドは、使用時に、堆積面と接触して密封する支持/シール面を含むことができる。シール面は、堆積面上の押出機材料のフラッシュ形成を低減させることができる。

0248

シール面は、そこを通るチャネルを含むことができる。チャネルは、スピンドル/工具の後方側に配置されてもよい。チャネルは、半径方向に延びることができる。このチャネルは、使用中に押出物がそこを流れてビーズが形成されることを可能にすることができる。

0249

チャネルは、押出物が堆積されるビーズと同じ幅であってもよく、またはビーズよりも狭くてもよい。

0250

添加剤層製造押出機ヘッドは、チャネルの両側で工具の本体から離れるように延びているシールリムを含むことができる。シールリムは、使用時に、新たなビーズが堆積されているビーズの側面を下って延びているように設けられてもよい。これは、押出物が既存のビーズ上に正確に堆積されることを保証するのに役立ち、工具を誘導して押出物が既存のビーズ上に正確に堆積されることを保証させるのに役立つことがある。

0251

スピンドルは、使用時に、シール面が堆積面と接触しているときに、堆積面と接触して変形させるように押出ハウジングから突出することができる。スピンドルは、使用時に基材と接触して変形させる端部上に変形面を含むことができる。変形面は、押出物が堆積されるビーズと同じ幅であってもよく、またはビーズよりも幅広くてもよい。これは、基材の上面(すなわち、既存のビーズ)がすべてスピンドルによって変形されるようにするためである。

0252

押出機ハウジングは、シール面を通るチャネル内に延びている固定ダイ開口部を含むことができる。押出機ハウジングは、使用時に、スピンドルの後方側に位置する固定ダイ開口部を含むことができる。

0253

スピンドルはその中に移動ダイを有していなくてもよい。したがって、唯一のダイは、押出機ハウジング内の固定ダイであってもよい。

0254

ある実施形態では、スピンドルは移動ダイを含むことができる。

0255

押出ヘッドは、スピンドルと押出機ハウジングとの間に形成された押出チャンバを閉じるように押出機ヘッドに受け取られてロックされる交換可能な橋台を備えてもよい。橋台は、使用時に、固定ダイを通って押出材を押し出させるように配置することができる。

0256

本発明は、押出接合工具と基材とを含む装置を提供することができる。基材は、一緒に接合すべき2つの基材を含んでもよく、これらの2つの基材は、実質的に平行(突合せ接合の場合)または非平行(隅肉接合の場合)、プレート(ビードオンプレート堆積の場合)またはビーズ(添加剤層製造の場合)の表面であってもよい。

0257

本発明の上記の態様の各々は、他の態様の特徴とは独立して特許性があり得る。また、オプションの特徴を含む上記特徴の任意の1つ以上を本発明の任意の態様と組み合わせることができ、本発明の任意の態様を組み合わせることができる。

0258

本発明のある好ましい実施形態を、添付の図面を参照して例としてのみ以下に説明する。

図面の簡単な説明

0259

接合押出工具である。
第1の押出機ヘッドの部品である。
分断面図の第1の押出機ヘッドである。
押出機ヘッドである。
押出機ヘッドの模式的なスピンドル先端である。
使用されている第1の押出機ヘッドである。
突合せ接合部である。
第2の押出機ヘッドの部品である。
部分断面図の第2の押出機ヘッドである。
使用されている第2の押出機ヘッドである。
隅肉接合部である。
第3の押出機ヘッドの部品である。
部分断面図の第2の押出機ヘッドである。
使用されている第3の押出機ヘッドである。
部分断面図の使用されている第3の押出機ヘッドである。
第4の押出機ヘッドの部品である。
部分断面図の第4の押出機ヘッドである。
使用されている第4の押出機ヘッドである。
使用されている第4の押出機ヘッドの別の図である。
プレート堆積のために使用されている工具である。
マルチパス接合の第1段階に使用されている工具である。
部分横断面のマルチパス接合の第1段階のための押出機ヘッドである。
マルチパス接合の第2段階で使用されている工具である。
部分横断面のマルチパス接合の第2段階に使用されている工具である。
部分横断面のマルチパス接合の第2段階のための押出機ヘッドである。
マルチパス接合の第3段階に使用されている工具である。
部分横断面のマルチパス接合の第3段階のための押出機ヘッドである。
完了したマルチパス接合である。
両面マルチパス接合である。

実施例

0260

図1は、金属押出材を押し出して押出材を金属基材に接合するための固相ハイブリッド金属押出接合プロセスを実施するための押出接合工具1を示す。工具は、駆動機構3に取り付けられ、駆動機構3によって駆動される押出ヘッド2を備える。

0261

図2aおよび図2bに示すように、押出機ヘッド2は、回転可能スピンドル6を円周方向に囲む固定押出機ハウジング4を備える。スピンドル6および押出ハウジング4は、スピンドル6の周りに延びている押出チャンバ8を一緒に形成する。

0262

スピンドル6およびハウジング4は、両方とも鋼製であってもよい。

0263

押出チャンバ8は、回転可能スピンドル6上の溝によって形成された3つの壁と押出ハウジング4によって形成された固定壁とを有する。

0264

押出チャンバ8の3つの壁を形成する回転可能スピンドル6上の溝は、スピンドルの大径ダイセクション10とスピンドルリング12との間に形成される。スピンドルリング12は、スピンドル6に取り付けられ、工具1の組立を容易にするために設けられている。スピンドルリング12は、スピンドル6が前記駆動機構3と係合することを可能にするロック面14を有する。

0265

スピンドルのダイセクション10は、その上に形成された複数の移動ダイ16を有する。移動ダイ16は、押出チャンバ8を押出ヘッド2の外側の環境に接続するスピンドル6のダイセクション10の表面の溝である。

0266

押出ハウジング4は、押出チャンバ8と連通もしている固定ダイであるダイ18を含む。

0267

押出チャンバ8内には、橋台20が配置されている。橋台20は、押出チャンバ8を塞ぐ。使用時には、橋台20は、押出チャンバ8内の押出材をダイ16および18から押し出させる。

0268

スピンドル6は、押出物が堆積される基材と使用時に接触して塑性変形させる変形部22を有する。

0269

移動ダイ16および変形部22は、押出材がダイ16を通って押し出されるときに押出物がスピンドルの回転軸に向けて誘導されるように構成されている。

0270

押出機ヘッド2はまた、シール突起24を含む。使用時には、このシール突起24は、基材に対して密封して工具の前での押出物の漏れを防止する。

0271

回転可能スピンドル6が回転されて押出材が押出チャンバ8内に供給される。押出材は押出チャンバ8を通ってその入口点から橋台20に向けて引っ張られる。押出材が橋台20に達すると、押出チャンバ8内の圧力が上昇し、押出材が押出機ハウジング4の固定ダイ18およびスピンドル6の移動ダイ16を通って押出チャンバ8から押し出される。

0272

使用時にスピンドルの変形部22は基材(図1または図2a、bには図示せず)と接触している。これは、押し出された押出材が基材上に堆積される直前に、基材を塑性変形させる。

0273

使用時に工具はx方向に移動して、下にある変形した基材に接合する押出材の一片を作成する。

0274

図2aは、押出機ヘッド2の別の構成部品(異なる視点から2度示されているハウジング4を含む)を示す。図の上部のハウジング4の図は、ハウジング4の下面を示し、特にシール面34(明確にするために陰影のついた灰色)を示す。使用時にこのシール面34は基材の上面(または、2つの基材が一緒に接合されている場合は基材)と接触してそれに密封する。押出材は、シール面34を通って固定ダイ18から押し出される。

0275

図1および図2a、bに示す押出機ヘッド2は、2つのプレートを一緒に突合せ接合するために特別に設計されている。

0276

図4は、スピンドル6の先端の概略図を示す。図の上部の矢印は、スピンドル6の回転方向を示す。この概略図は、押出材が押出チャンバに入る方向を矢印26によって示す。押出材はスピンドル6の周りに引っ張られ、ハウジング4内の固定ダイ18で押出チャンバから押し出されて矢印28によって示す方向に誘導されるか、またはスピンドル6内の移動ダイ16の一方で押出チャンバから押し出されて矢印30によって示す方向に誘導される。

0277

図3に示すように、ハウジング4は、それを通るスロット32を有することができる。押出機ハウジング4およびスピンドル6は一緒に噛み合って押出チャンバ8を形成することができるが、含まれる大きな力のために、固定ハウジング4と回転スピンドル6との間のシールを通って押出材が漏れることがある。この観点から、ハウジング4にはそれを通るスロット32が設けられていてもよい。スロット32は、このような漏れが生じるときに形成される押出材フラッシュの除去を可能にする。スロット32は、押出材フラッシュの除去をすることができる機械加工工具の挿入を可能にするように形作られている。このようなスロット32は、押出機ハウジング4の機械的完全性に著しく影響を及ぼすことなく押出材の漏れ問題の解決を可能にする。

0278

工具1は、スピンドルに対する力を最小化するように特別に設計されている。

0279

回転スピンドルの剪断破壊は、動作中の最大剪断力τがスピンドルの材料の剪断強度τ0を超える場合に生じる。

0280

0281

そこから最大許容トルクMtを計算することができる。

0282

0283

したがって、スピンドルが850MPaの剪断強度を有する鋼製であり、5mmの半径を有する場合、最大許容トルクは167Nmである。

0284

力を最小化するために、工具は、工具が組み立てられて使用されるときに互いと接触するスピンドル6および押出機ハウジング4の表面上に低摩擦コーティングを含むことができる。これらのコーティングは、互いに対して移動するこれらの2つの部品4と6との間の摩擦を低減させる目的のためであってもよい。

0285

工具1はまた、使用中に基材と接触する工具の表面上にコーティングを含むことができる。これは、押出ハウジング4および押出接合が生じているときに基材に対して密封するシール突起24などの工具の部品を含むことができる。

0286

押出チャンバ8から押出材を導く橋台20は、使用時に押出材と接触する表面上にコーティングを含むことができる。

0287

コーティングは、高耐摩耗性の下地層と低摩擦のコーティング表層とを有する二重コーティングであってもよい。

0288

高耐摩耗層は、AlTiNタイプのコーティングであってもよい。低摩擦コーティングは、W−DLCタイプのコーティングなどのダイヤモンドライク炭素コーティングであってもよい。

0289

押出チャンバ8、または少なくとも押出チャンバ8の移動壁は、コーティングされていなくてもよく、または少なくとも低摩擦コーティングを含んでいなくてもよい。これは、押出しを生じさせるように入ってくる押出材に対する十分高い抵抗力を得るために押出材と押出チャンバ8との間に十分な粘着摩擦が存在することを保証するためである。

0290

図5は、2つのプレート36と38とを接合する使用時に2つのプレートを突合せ接合するための押出機ヘッド2を示す。

0291

図6に最も明瞭に示すように、工具は、2つの平行なプレート36と38とを接合するために使用される。プレート36と38とは、2つのプレートの間の隙間40を備えた装置中に配置される。スピンドル6の変形部22は、2つのプレート36と38との間の隙間40に受け取られる(図5参照)。隙間40の幅は、スピンドル6の変形部22の直径よりも小さくてもよい。これは、スピンドル6が回転すると、変形部22が2つのプレート36と38とを塑性変形するようにするためである。

0292

押出機ハウジング4のシール面34は、プレート36および38の各々の上面と接触してそれに密封することができる。

0293

シール突起24は、隙間40内に受け取られて2つの基材に対して両側に密封してもよい。

0294

2つのプレート36と38とを接合するために、変形部22およびシール突起24は、シール面34が2つのプレート36、38の上面と接触して密封するまで隙間40内に下げられる。スピンドル6は、基材36、38を塑性変形させるように回転され、押出材は押出チャンバ8に供給されてダイ16、18の1つ以上を通ってスピンドル6によって変形されたばかりの隙間40内に押し出される。工具1はx方向に移動して、2つのプレート36、38の間の接合部に沿って連続的接合42を形成する。

0295

工具1はまた、前記突合せ接合に加えて、隅肉接合(図7〜9参照)、ビードオンプレート堆積(図10〜12参照)、添加剤層製造(図13〜15参照)、表面めっき図16参照)および/またはマルチパス接合(図17〜22を参照)のために使用されてもよい。

0296

工具1は、突合せ接合(図1および図4参照)、隅肉接合(図7aおよびb参照)、ビードオンプレート堆積(図10aおよびb参照)および添加剤層製造(図13aおよびb参照)のために、それぞれ異なる互換性のある押出機ヘッド2、102、202および302を有することができる。これらのヘッドは、複数の異なる用途を達成するために、ある場合には一緒に順に使用することができる。

0297

押出機ヘッドの各々について、突合せ接合押出機ヘッドに対する類似の特徴および部品は一般に説明されないが、むしろ、説明は、押出機ヘッドが設計される特定の用途に特別に適合する主な相違点および特徴に焦点を当てる。

0298

隅肉接合押出機ヘッド102は、接合部140の周りに互いに対してある角度をなして延びている2つのプレート136と138とを接合するために使用される。隅肉接合押出機ヘッド102のスピンドル6は、接合部140の近くのプレート136、138の両方と接触して変形させるように設計されているテーパ付き/円錐形の変形部22を含む。

0299

押出機ハウジング4の底部は、使用時にプレート138の1つに対して密封する第1シール面134aと、使用時にプレート136の他方に対して密封する第2シール面134bとを有する。第1シール面134aと第2シール面との表面間の角度は、2つのプレート136と138との間の角度と実質的に同じであってもよい。

0300

シール突起24の代わりに、押出機ヘッド102は、スピンドル6の変形部122の前に2つのプレート136と138とに対して密封するように設計されているノーズ124を含む。

0301

2つのプレート136と138とを接合するために、変形部122とシールノーズ124とが、シール面134aと134bとが裂け目140の周りの2つのプレート136、138の表面と接触して密封するまで2つのプレート136と138との間の裂け目/隙間140に挿入される。接合部140の周りの基材136、138を塑性変形させるようにスピンドル6を回転させて、押出材を押出チャンバ8内に供給してスピンドル6によって変形されたばかりの裂け目140の中にダイ16、18の1つ以上を通って押し出させる。工具1はx方向に移動して、2つのプレート136、138の間の接合部140に沿って連続的隅肉接合142を形成する。

0302

ビードオンプレート押出機ヘッド202は、押し出された材料のビーズをプレート236の表面上に接合するために使用される。ビードオンプレート押出機ヘッド202のスピンドル6は、押出物が堆積されるプレート23の表面と接触して変形させるように設計されている平坦な変形部222を含む。

0303

押出機ハウジング4の底部は、使用時にプレート236の表面に対して密封するシール面234を有する。シール面234は、スピンドル6の前面の周りに延びている。

0304

スピンドル6は、移動ダイを含まず、代わりにスピンドル6の変形部222の上面によって押出チャンバ8の底壁が形成される。

0305

押出ハウジング4内の固定ダイ18は、押出物をスピンドル6から離れる後方方向にかつプレート236の表面と平行な方向に導くチャネル219内に開口してプレート上にビーズ242を形成する。

0306

ハウジング4の底面は、図11に示すように、ビーズ242を近接して一緒に堆積させる凹部235を含む。

0307

ビーズ242をプレート236上に堆積させて接合するために、変形部222およびシール面234をプレート236の表面と接触させる。押出物のビーズがまさに堆積される位置の変形部222の下のプレート236を塑性変形させるようにスピンドル6を回転させる。押出材は、押出チャンバ8内に供給されてダイ18を通って押し出され、押出物がビーズ242内のプレート236に接合するようにチャネル219によって連続ビーズ内の変形表面上に誘導される。工具1はx方向に移動して、プレート236の表面上に連続ビーズ242を形成する。このプロセスは、何回も繰り返されて、プレート236の表面上に複数のビーズ242を形成することができる。凹部235は、設定された距離離れてビーズを形成するために使用することができる。これは、既にプレート236上に形成されたビーズ242を凹部235に収容することによって達成することができる。その結果、各ビーズ242は、押出機ヘッド202上の凹部235とチャネル219との間の距離と等しい距離によって分離される。

0308

例えば、図16に示すように、工具1は、プレート236上に層を形成するために使用することができる。これは、図12に示すように、ビードオンプレート押出機ヘッド202を使用してプレート236上に複数のビーズ242を形成し、次いで突合せ接合押出機ヘッド2を使用して隣接するビーズ242間に突合せ接合部42を形成することによって達成することができる。

0309

添加剤層製造押出機ヘッド302は、押し出された材料のビーズを既に堆積した材料のビーズ(基材ビーズ)343上に接合するために使用される。添加剤層製造押出機ヘッド302のスピンドル6は、押出物が堆積される既に堆積したビーズ343の表面と接触して変形させるように設計されている平坦な変形部322を含む。

0310

押出機ハウジング4の底部は、既に堆積したビーズ343の上面に対して使用時に密封するシール面334を有する。シール面334は、スピンドル6の前面の周りに延びている。

0311

スピンドル6は、移動ダイを含まず、代わりにスピンドル6の変形部322の上面によって押出チャンバ8の底壁が形成される。

0312

押出ハウジング4内の固定ダイ18は、押出物をスピンドル6から離れる後方方向にかつ既に堆積したビーズ343の表面と平行な方向に導くチャネル319内に開口して既に堆積したビーズ343上にビーズ342を形成する。

0313

ハウジング4の底面は、シール面334が既に堆積したビーズ343の表面と接触しているとき、ビーズ343の側面を下って延びているシールリム337を備える。これは、工具1を誘導してビーズ342が先に堆積したビーズ343の頂部上に堆積されることを保証するために使用される。

0314

ビーズ342を基材ビーズ343上に堆積させて接合するために、変形部322とシール面334とを基材ビーズ343の表面と接触させる。押出物のビーズがまさに堆積される変形部322の下のビーズ343を塑性変形させるようにスピンドル6を回転させる。押出材は、押出チャンバ8に供給されてダイ18を通って押し出され、押出物が新たに堆積したビーズ342内の基材ビーズ343と接合するようにチャネル319によって連続ビーズ内の変形ビーズ表面上に誘導される。

0315

工具1は移動して、部品上のより背が高い材料のビーズを作成する基材ビーズ343上に連続ビーズ342を形成する。このプロセスは、何回も繰り返されて、互いの頂部上に複数のビーズ342を形成することができる。

0316

工具1を使用して、その間に傾斜した隙間440を有する2つのプレート436と438との間にマルチパス接合部400を形成することができる。これは、隅肉接合押出機ヘッド102を使用して傾斜した隙間440の底部内の2つのプレート436および438の各々に接合される押出物の第1パスを押し出すことによって達成され得る(例えば、図17aおよび17b参照)。

0317

次に(図18、19aおよび19bに示すように)、ビードオンプレート押出機ヘッド202を使用して、2つのプレート436と438との間の隙間440内の隅肉接合部142上にビーズ242を形成することができる。マルチパス接合のために特別に設計されたビードオンプレート押出機ヘッド202は、図19aに示され、2つの部品436、438の間の隙間に嵌合できるように傾斜した側面を有する。

0318

次に、堆積したビーズ242の両側に突合せ接合押出機ヘッド2(図20bに示すように)を使用して、中央ビーズ242とプレート438の一方との間の突合せ接合部42および中央ビーズ242と2つのプレート436の他方との間の第2の突合せ接合部42を形成し、図21に示すようにマルチパス接合部400を形成する。

0319

マルチパス接合部を使用して、シングルパスによって接合できない厚いプレートを接合することができる。

0320

さらに厚いプレートについては、図22に示すように、両面マルチパス接合部402を形成することができる。この場合、マルチパス接合部400は、接合部の両側(すなわち、2つのプレートの対面上)に、単一のマルチパス接合部のための上記方法で形成される。

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