特表 2024-540744 留め付け方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-11-01

(54)【発明の名称】留め付け方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/20 20060101AFI20241025BHJP

【ＦＩ】

B23K9/20 D

B23K9/20 Z

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024527145

(86)(22)【出願日】2022-11-17

(85)【翻訳文提出日】2024-05-08

(86)【国際出願番号】 EP2022082239

(87)【国際公開番号】W WO2023099228

(87)【国際公開日】2023-06-08

(31)【優先権主張番号】21211284.1

(32)【優先日】2021-11-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】591010170

【氏名又は名称】ヒルティ アクチエンゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】Ｈｉｌｔｉ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ

【住所又は居所原語表記】Ｆｅｌｄｋｉｒｃｈｅｒｓｔｒａｓｓｅ １００， ９４９４ Ｓｃｈａａｎ， Ｌｉｅｃｈｔｅｎｓｔｅｉｎ

(74)【代理人】

【識別番号】100123342

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 承平

(72)【発明者】

【氏名】エリック シュルテ スードホフ

(72)【発明者】

【氏名】ウーヴェ ポップ

(72)【発明者】

【氏名】パトリック グラード

(72)【発明者】

【氏名】シュテファン ヴォルフスグリューバー

(72)【発明者】

【氏名】フィリップ ドェルナー

(57)【要約】

溶接軸に沿って溶接スタッドを下地表面に溶接方向に溶接するための溶接装置であって、溶接方向に向いた端面であって、残りの溶接装置を越えて溶接方向に突出した端面を備えたシールド要素１５０を含み、端面は、溶接方向に対して横方向に端面直径Ｄｓを有し、溶接装置は、溶接作業中に溶接スタッドをシールド要素内に保持するための保持装置１６０を更に含み、保持装置は、内径Ｄｉを備えたスタッド受け部を有し、端面の端面直径Ｄｓは、内径Ｄｉの最大３倍である、溶接装置。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶接軸に沿って溶接スタッドを基板に溶接方向に溶接するための溶接装置、特に溶接ガンであって、前記溶接方向に向いた端面であって、前記溶接装置の残り部分を越えて前記溶接方向に突出した前記端面を備えたシールド要素を含み、前記端面は、前記溶接方向に対して横方向に端面直径を有し、前記溶接装置は、溶接作業中に前記溶接スタッドを前記シールド要素内に保持するための保持装置を更に含み、前記保持装置は、内径を備えたスタッド受け部を有し、前記端面の前記端面直径は、前記内径の最大３倍に達する、溶接装置。

【請求項2】

前記端面の前記端面直径は、前記内径の最大２倍に達する、請求項１に記載の溶接装置。

【請求項3】

前記端面の前記端面直径は、前記内径の最大１．５倍に達する、請求項２に記載の溶接装置。

【請求項4】

前記シールド要素は、前記端面直径よりも大きい外径を有する、請求項１～３のいずれか一項に記載の溶接装置。

【請求項5】

前記シールド要素は、前記溶接軸に対して、前記シールド要素を径方向外方に貫通して前記周囲に通じる不活性ガス出口を有する、請求項１～４のいずれか一項に記載の溶接装置。

【請求項6】

前記不活性ガス出口の口部と前記溶接軸との間隔は、前記端面直径よりも大きい、請求項５に記載の溶接装置。

【請求項7】

前記端面は、前記溶接軸を環状に取り囲む、請求項１～６のいずれか一項に記載の溶接装置。

【請求項8】

前記端面は円形である、請求項１～７のいずれか一項に記載の溶接装置。

【請求項9】

前記シールド要素の外周は円形である、請求項１～８のいずれか一項に記載の溶接装置。

【請求項10】

表面層を有する基板にスタッドを留め付ける方法であって、
ａ）端面側にスタッド直径を有するスタッドを用意するステップと、
ｂ）表面直径を有する定められた表面領域において、特に機械加工によって、前記表面層を除去することによって前記基板に凹部を形成するステップであって、前記表面直径は前記スタッド直径よりも大きい、前記形成するステップと、
ｃ）前記凹部内で前記端面側及び／又は前記基板を液化させるステップと、
ｄ）前記端面側又は前記基板が凹部内で固化することを可能にするステップと、
ｅ）前記固化中に、前記凹部内で前記端面側を前記基板に接触させるステップと、
ｆ）前記液化中に、前記凹部を取り囲む前記表面層と前記スタッドとの間にシールド要素を配置するステップと
を含む方法。

【請求項11】

前記シールド要素は、前記表面直径よりも小さい端面直径を備えた端面を有する、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記凹部は盲孔である、請求項１０又は１１に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、一般的には、スタッドを基板に留め付けるための装置及び方法、並びにそのようなスタッドに関する。

【背景技術】

【0002】

様々な用途において、様々なスタッドを基板に留め付ける多くの既知の装置及び方法が存在する。例えば、スタッドを基板に接触させて、そこに電流が印加される。スタッドと基板との間を電流が流れると直ちに、スタッドは、基板からリフトオフされてアークを形成する。放出されるエネルギーにより、スタッド及び基板の材料が部分的に液化される。次いで、電流がオフに切り替えられ、スタッドは、液化された材料に浸漬され、この材料が冷却されて固体になる。その後、スタッドは、一体的に接合された状態で基板に接続される。

【0003】

スタッド及び基板の材料を十分短い時間で液化するのに必要なエネルギーを提供するために、非常に高い電流強度の電流を生成し、対応する定格の電気ケーブルを使用して電流をスタッドに供給する装置が知られている。液化された材料の酸化を避けるため、スタッドと基板との間の接触領域を不活性ガスで取り囲むことが知られている。

【0004】

例えば、建造物又は造船における用途の場合、部材（被留め付け材）を基板に留め付けるために、部材がねじ込まれるねじ山を有する様々な大きさのスタッドが使用される。例えば、電流の持続時間及び電力などの、留め付け方法のいくつかのパラメータは、ユーザが装置に設定するべきであり、使用されるスタッドに適合させる。ユーザは、最終的に、目視検査によってスタッドと基板との間の接続品質を評価する。それゆえ、接続品質もまた、ユーザの経験及び能力に依存する。

【0005】

基板が、例えば被覆層、腐食防止層又は汚層などの表面層を有する場合、この表面層は通例、スタッドを留め付ける前に広い面積にわたって研削される。スタッドを留め付けた後に、研削領域が洗浄され、及び／又は研削領域に新たな被覆層又は腐食防止層が設けられるが、これには時間がかかる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の目的は、スタッドの基板への留め付けがより容易にされ、及び／又は改善される装置及び／又は方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記目的は、溶接軸に沿って溶接スタッドを基板に溶接方向に溶接するための溶接装置であって、溶接方向に向いた端面であって、溶接装置の残り部分を越えて溶接方向に突出した端面を備えたシールド要素を含み、端面は、溶接方向に対して横方向に端面直径を有し、溶接装置は、溶接作業中に溶接スタッドをシールド要素内に保持するための保持装置を更に含み、保持装置は、内径を備えたスタッド受け部を有し、端面の端面直径は、内径の最大３倍に達する、溶接装置を用いて達成される。溶接装置は、溶接ガンとして形成されることが好ましい。端面の端面直径は、好ましくは内径の最大２倍、特に好ましくは内径の最大１．５倍である。端面の小さな寸法のため、被覆された基板の場合でも、端面が、被覆上にではなく、溶接される基板材料上に位置することが保証される。

【0008】

本発明の好ましい態様は、シールド要素が端面直径よりも大きい外径を有することを特徴とする。

【0009】

更に好ましい態様は、シールド要素が、溶接軸に対して、シールド要素を径方向外方に貫通して周囲に通じる不活性ガス出口を有することを特徴とする。不活性ガス出口の口部と溶接軸との間隔は、端面直径よりも大きいことが好ましい。

【0010】

好ましい態様は、端面が溶接軸を環状に取り囲むことを特徴とする。更に好ましい態様は、シールド要素の端面又は外周が円形であることを特徴とする。

【0011】

本目的は、表面層を有する基板にスタッドを留め付ける方法であって、
－端面側にスタッド直径を有するスタッドを用意するステップと、
－表面直径を有する定められた表面領域において、特に機械加工によって、表面層を除去することによって基板に凹部を形成するステップであって、前記表面直径はスタッド直径よりも大きい、ステップと、
－凹部内で端面側及び／又は基板を液化させるステップと、
－端面側又は基板が凹部内で固化することを可能にするステップと、
－固化中に、凹部内で端面側を前記基板に接触させるステップと、そして
－液化中に、凹部を取り囲む表面層とスタッドとの間にシールド要素を配置するステップと
を含む、方法を用いて同様に達成される。

【0012】

シールド要素は、表面直径よりも小さい端面直径を備えた端面を有することが好ましい。更なる好ましい態様は、凹部が盲孔であることを特徴とする。

【0013】

以下では、図面を参照して、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】溶接装置を概略的に示す図である。

【図2】溶接装置の詳細を示す縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

図１では、溶接スタッド２０を基板３０に溶接するための溶接装置１０が概略的に示されている。溶接スタッド２０の材料及び基板３０の材料は、導電性であり、特に金属である。溶接装置１０は、押しボタンスイッチとして形成されたトリガスイッチ４１を有する溶接ガン４０、溶接ユニット５０、第１の電気ケーブル６１、接続端子６３を有する第２の電気ケーブル６２、例えば電力ケーブルとして形成された電気供給ケーブル６４、電気通信ライン６５、ガスシリンダとして形成されたガス貯蔵部７０、管状ガス供給ライン７１、及びガスホース７２を含む。

【0016】

第１のケーブル６１は、溶接ユニット５０を介して溶接スタッド２０に電流を供給するのに役立つ。第２のケーブル６２は、接続端子６３が基板３０にクランプされたときに、基板３０を溶接ユニット５０に電気的に接続するのに役立つ。溶接スタッド２０が基板３０と接触すると、回路が閉じ、それにより、例えば直流又は交流の形態の溶接電流が溶接ユニット５０により溶接スタッド２０に印加され得る。このために、溶接ガン４０は、図１に示されていない溶接電流接点要素を含む。溶接ユニット５０は、供給ケーブル６４からの電流を溶接電流に変換するための図示されていない装置を含み、この装置は、所望の電圧及び電流強度で溶接電流を提供するために、例えば電気コンデンサ、サイリスタ、絶縁ゲート電極を有するバイポーラトランジスタ、又はパワーエレクトロニクスからの他の構成要素、及びマイクロプロセッサを有する関連する制御ユニットも含む。

【0017】

ガス供給ライン７１及びガスホース７２は、溶接作業中に周囲領域からの酸素による酸化から接触領域を保護するために、溶接スタッド２０と基板３０との間の接触領域にガス貯蔵部７０からの不活性ガスを供給する役割を果たす。接触領域へのガスの流れを制御するために、ガス貯蔵部７０、ガス供給ライン７１、溶接ユニット５０、ガスホース７２又は溶接ガン４０は、バルブ（図示せず）、特に可制御バルブを含む。

【0018】

溶接ユニット５０は、作動要素５２を有する入力装置５１と、視覚表示要素５４及び無線送信ユニットを有する出力装置５３とを有する。入力装置５１は、例えば、電圧、電流強度、溶接電流の電力及び持続時間、スタッドの位置及び速度など、溶接装置１０のユーザにより、溶接装置１０で実行される溶接方法のパラメータを入力するのに役立つ。出力装置５３は、例えば、溶接方法のパラメータに関する情報、溶接方法又は他の変数の検出された放射に関する情報、溶接作業の品質に関する情報、溶接作業を改善するための手段に関する情報、溶接スタッドの検出された特性に関する情報、若しくは前述の変数から導出される情報、並びに／又は溶接装置１０、特に溶接ガン４０を洗浄及び／若しくは維持するための推奨事項若しくは指示である情報をユーザに出力するのに役立つ。

【0019】

通信ライン６５は、溶接ガン４０、特に溶接ガン４０の（図１に示されていない）制御装置と、溶接ユニット５０、特に制御ユニット並びに／又は入力装置５１及び／若しくは出力装置５３との間の通信に役立つ。例えば、この通信により、例えば溶接電流の溶接スタッド２０の移動との同期を達成又は促進するために、溶接作業のパラメータに関する情報の交換が達成される。図示されていない実施例においては、溶接ガンと溶接ユニットとの間の通信は、無線で、無線通信により又は溶接電流を搬送する第１の電気ケーブルにより行われる。

【0020】

溶接ガン４０は、口部４６を備えた筐体４２を有し、この筐体４２から、トリガスイッチ４１を備えたハンドル４３が突出している。溶接ガン４０は、溶接作業中に溶接スタッド２０が保持されるスタッドホルダ４４も有する。このために、スタッドホルダは、例えば、２つ、３つ、４つ又はそれを超える弾性アーム（詳細に図示せず）を含み、それらの間に溶接スタッド２０がクランプされることによって挿入及び保持される。溶接スタッド２０に溶接電流を印加するために、溶接ガン４０は、溶接電流接点要素も有し、これは、例えば、１つ以上の弾性アームの形態でスタッドホルダ４４に統合される。

【0021】

溶接ガン４０は、溶接ガン及び溶接ユニット５０の様々な構成要素及び装置を制御するための制御装置９９も有する。制御装置９９は、溶接作業の１つ以上のパラメータを制御することを意図している。このために、制御装置９９は、様々な電子構成要素、例えば１つ以上のマイクロプロセッサ、１つ以上の一時的又は恒久的なデータメモリなどを含む。

【0022】

溶接ガン４０は、第１のリフト磁石であるスタッドリフト装置も有し、このスタッドリフト装置が作動すると、口部４６から後方への（図１では上向きの）力がスタッドホルダ４４にかかる。制御装置９９は、スタッドリフト装置を制御し、特にそれを作動及び作動停止させるために、（図示せず）信号線を介してスタッドリフト装置と通信する。

【0023】

溶接ガン４０は、ばね要素又は第２のリフト磁石であるスタッド浸漬装置も有し、スタッド浸漬装置が作動すると、前方に口部４６に向かう（図１では下向きの）力がスタッドホルダ４４にかかる。制御装置９９は、スタッド浸漬装置を制御し、特にそれを作動及び作動停止させるために、（図示せず）信号線を介してスタッド浸漬装置と通信する。スタッド浸漬装置がばね要素として形成される場合、スタッドホルダがスタッドリフト装置によって後方に移動すると、好ましくは、このばね要素は、張力をかけられ、その結果、スタッドリフト装置が作動停止すると直ちに、ばね要素がスタッドホルダを前方に移動させる。

【0024】

溶接装置１０を用いた溶接方法では、最初に、基板３０及びスタッド２０が提供される。更なるステップでは、例えば、後に続く溶接作業の所望のパラメータに関する情報が入力装置を介してユーザによって入力される。更なるステップでは、溶接スタッド２０と基板３０との間の溶接電流は、第１のケーブル６１及び第２のケーブル６２を用いて、溶接ユニット５０によって溶接スタッド２０に印加される。更なるステップでは、溶接スタッド２０は、溶接スタッド２０と基板３０との間に流れる溶接電流を維持しながら、スタッドリフト装置によって基板からリフトオフされ、溶接スタッド２０と基板３０との間にアークを形成する。特にアークによって生成される熱のため、溶接スタッド２０及び／又は基板３０の材料は、次いで、部分的に液化される。更なるステップでは、溶接スタッド２０は、スタッド浸漬装置により、溶接スタッド２０又は基板３０の液化された材料に浸漬される。次に、溶接スタッド２０又は基板３０の液化された材料が固化し、その結果、溶接スタッド２０が、一体的に接合された状態で基板３０に接続される。

【0025】

図２は、溶接作業中に溶接軸１１０に沿って溶接スタッド１２０を基板１３０に溶接方向１１１に溶接するための溶接ガンである溶接装置１００を示す。基板１３０は、例えば、特に腐食に抗する１つ以上の保護層、酸化物層、特に金属酸化物層、又は汚層を含む表面層１４０を有する。溶接スタッド１２０は、溶接スタッドの端面側１２１に、例えば８ｍｍのスタッド直径１２２を有し、その端面側１２１は凸状であり、平坦な円錐側面の形状を有し、及び／又は円形断面積を有する。基板１３０は、表面直径を有する定められた円形表面領域に、盲孔深さを有する盲孔である凹部１３３を有する。表面直径は、例えば２０ｍｍであり、スタッド直径１２２よりも大きい。

【0026】

凹部１３３は、少なくとも径方向外縁領域に一定の深さを有し、この深さは、表面層１４０の厚さｄに等しい。凹部１３３を形成するために、表面層１４０は、穿孔工具を用いた穿孔によって機械加工されることによって、定められた表面領域において、除去されている。穿孔工具は、段付きドリルの穿孔先端からの軸方向距離が所望の盲孔深さに等しい外周段部を有する段付きドリルであることが好ましい。

【0027】

溶接装置１００は、溶接方向１１１に向いた端面１５５であって、溶接装置の残り部分を越えて溶接方向１１１に突出した端面１５５を備えたシールド要素１５０を有する。端面１５５は円形であり、溶接軸１１０を環状に取り囲む。端面１５５は、溶接方向１１１に対して横方向に、端面直径Ｄ_ｓを有する。

【0028】

溶接装置１００は保持装置１６０を更に有し、その保持装置１６０は溶接作業中に溶接スタッド１２０をシールド要素１５０内に保持する。保持装置１６０は、内径Ｄ_ｉを備えたスタッド受け部１６５を有する。端面１５５の端面直径Ｄ_ｓは、内径Ｄ_ｉのおよそ１．４倍である。対照的に、シールド要素１５０の外径Ｄ_ａは、端面直径Ｄ_ｓよりも大きい。

【0029】

シールド要素１５０は、溶接軸１１０に対して、シールド要素１５０を径方向外方に貫通して周囲に通じる不活性ガス出口１７０を有する。不活性ガス出口１７０の口部１７５と溶接軸１１０との間隔は、端面直径Ｄ_ｓよりも大きい。シールド要素１５０の外周が円形の場合、前記間隔は、いくつかの状況下ではシールド要素１５０の外径の半分である。

【0030】

溶接作業中に、特に溶接スタッド１２０及び基板１３０の材料の液化中に、シールド要素１５０は、凹部を取り囲む表面層１４０と溶接スタッド１２０との間に配置される。このようにして、表面層１４０は、溶接箇所から遮断され、燃焼ガスの形成による、溶接品質を損ねる可能性のある燃焼事例から保護される。更に、端面１５５は、表面層１４０上にではなく、溶接される基板材料上に位置する。このように、不均一な厚さの表面層１４０の場合でも、溶接作業開始時の溶接スタッド１２０と基板１３０との間隔が表面層１４０の厚さに依存しないことが保証される。

【0031】

本発明は、第１の物品を第２の物品に留め付けるための装置及びかかる装置における方法の例に基づいて記載されている。ここで記載された実施例の特徴は、単一の留め付け装置又は単一の方法において必要に応じて互いに組み合わせることもできる。本発明による装置及び本発明による方法は、他の目的に適していることにも留意されたい。

【図1】

【図2】

【国際調査報告】