JP2022154579A - Fastening body and joint structure and joint method using the same - Google Patents

Fastening body and joint structure and joint method using the same Download PDF

Info

Publication number
JP2022154579A
JP2022154579A JP2021057683A JP2021057683A JP2022154579A JP 2022154579 A JP2022154579 A JP 2022154579A JP 2021057683 A JP2021057683 A JP 2021057683A JP 2021057683 A JP2021057683 A JP 2021057683A JP 2022154579 A JP2022154579 A JP 2022154579A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
press
friction
fastening body
rivet
shaft portion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2021057683A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
俊祐 春名
Shunsuke Haruna
慎太郎 深田
Shintaro Fukada
良司 大橋
Ryoji Ohashi
遼一 波多野
Ryoichi Hatano
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kawasaki Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kawasaki Heavy Industries Ltd filed Critical Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority to JP2021057683A priority Critical patent/JP2022154579A/en
Priority to PCT/JP2022/014918 priority patent/WO2022210510A1/en
Publication of JP2022154579A publication Critical patent/JP2022154579A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21JFORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J15/00Riveting
    • B21J15/10Riveting machines
    • B21J15/28Control devices specially adapted to riveting machines not restricted to one of the preceding subgroups
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16BDEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B19/00Bolts without screw-thread; Pins, including deformable elements; Rivets
    • F16B19/04Rivets; Spigots or the like fastened by riveting
    • F16B19/08Hollow rivets; Multi-part rivets
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16BDEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B5/00Joining sheets or plates, e.g. panels, to one another or to strips or bars parallel to them
    • F16B5/04Joining sheets or plates, e.g. panels, to one another or to strips or bars parallel to them by means of riveting

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Insertion Pins And Rivets (AREA)
  • Connection Of Plates (AREA)

Abstract

To provide a fastening body which may easily deform into a desired shape when press-fitting into a friction stirring part to improve joint strength of a joint structure using the fastening body.SOLUTION: A fastening body (1) is press-fitted from the first member 41 side into a friction stirring part 50 formed at an overlapping part 45 between a first member 41 and a second member 42. The fastening body (1) includes: a head part 11 disposed on a surface of the friction stirring part 50; and a cylindrical shaft part 42 extending from the head part 11 to the second member 42 side. The shaft part 12 has a facilitation part (15) which facilitates expansion of a diameter of a tip part 12a of the shaft part 12 during the press-fitting.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、摩擦撹拌部を介して接合される第1部材および第2部材における前記摩擦撹拌部に前記第1部材側から圧入される締結体、並びに当該締結体を用いた接合構造体および接合方法に関する。 The present invention provides a fastening body that is press-fitted from the first member side into the friction stirring part in the first member and the second member that are joined via the friction stirring part, and a joined structure and joining using the fastening body Regarding the method.

航空機、鉄道車両、または自動車などの構造物の製造時に、金属または樹脂等からなる二以上の部材を重ね合わせて接合する作業が必要になる場合がある。この接合の一方法として、リベット(締結体)を用いた接合が知られている。 2. Description of the Related Art When manufacturing a structure such as an aircraft, a railroad vehicle, or an automobile, it may be necessary to superimpose and join two or more members made of metal, resin, or the like. Joining using a rivet (fastening body) is known as one method of joining.

例えば、下記特許文献1には、リベットと熱溶融とを併用した方法で二以上の樹脂部材を接合することが開示されている。具体的に、特許文献1では、熱可塑性の2つの樹脂部材を上下に重ねるとともに両者の間に導電性の金属板を配置するステップと、配置された金属板を通電、加熱することにより各樹脂部材と金属板とを融着させるステップと、上側の樹脂部材と金属板とを貫通するようにリベットを打設(圧入)するステップとを含む方法により、前記両樹脂部材が接合される。 For example, Patent Literature 1 below discloses joining two or more resin members by a method that uses both rivets and thermal fusion. Specifically, in Patent Document 1, a step of stacking two thermoplastic resin members vertically and placing a conductive metal plate between them, and energizing and heating the placed metal plate to each resin Both resin members are joined by a method including the steps of: fusing the member and the metal plate; and driving (pressing) a rivet so as to penetrate the upper resin member and the metal plate.

特開2013-002505号公報JP 2013-002505 A

前記特許文献1の接合方法は、樹脂部材の間に導電性の金属板を別途配置する必要があるため、重量および製造コストの増大を招き易いという問題がある。そこで、当該問題を解決し得る代替の方法として、摩擦撹拌接合を採用することが提案される。なお、摩擦撹拌接合とは、回転ツールを接合対象に圧入する摩擦撹拌により二以上の部材を接合する方法のことである。この摩擦撹拌接合とリベットとを併用した接合方法によれば、導電性金属板が必須要素でなくなるため、重量および製造コストを抑制することが可能になる。 The joining method of Patent Literature 1 has the problem that it tends to increase the weight and the manufacturing cost because it is necessary to separately dispose a conductive metal plate between the resin members. Therefore, it is proposed to adopt friction stir welding as an alternative method that can solve the problem. Friction stir welding is a method of joining two or more members by friction stirring in which a rotating tool is pressed into an object to be welded. According to this joining method using both friction stir welding and riveting, the conductive metal plate is no longer an essential element, so it is possible to reduce the weight and manufacturing cost.

上述した接合方法による場合、リベットは、摩擦撹拌された領域である摩擦撹拌部に圧入されることになる。ただしこの場合、圧入時にリベットの先端部が期待通りに拡径せず、求められる接合強度が得られない可能性がある。 According to the joining method described above, the rivet is press-fitted into the friction-stirred region, which is the friction-stirred region. However, in this case, there is a possibility that the tip of the rivet will not expand as expected during press-fitting, and the required joint strength will not be obtained.

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、摩擦撹拌部への圧入時に所望の形状に容易に変形可能な締結体を提供し、もって当該締結体を用いた接合構造体の接合強度を向上させることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a fastening body that can be easily deformed into a desired shape when it is press-fitted into a friction stirrer, thereby providing a joint structure using the fastening body. The purpose is to improve the bonding strength of

前記課題を解決するためのものとして、本発明の一局面に係る締結体は、第1部材と第2部材との重なり部に前記第1部材側からの回転ツールの圧入により形成される摩擦撹拌部に、前記第1部材側から圧入される締結体であって、前記摩擦撹拌部の表面に配置される頭部と、前記頭部から前記第2部材側に延びる筒状の軸部とを備え、前記軸部は、圧入時に当該軸部の先端部が拡径するのを促進する促進部を有するものである。 In order to solve the above problems, a fastening body according to one aspect of the present invention is a friction stirrer formed by press-fitting a rotating tool from the first member side into an overlapping portion of a first member and a second member. A fastening body press-fitted from the first member side into the portion, the fastening body having a head portion arranged on the surface of the friction stirring portion, and a tubular shaft portion extending from the head portion toward the second member side. In addition, the shaft portion has a promoting portion that promotes the diameter expansion of the distal end portion of the shaft portion during press-fitting.

本発明の他の局面に係る接合構造体は、前記第1部材および前記第2部材と、前記第1部材と前記第2部材との重なり部に形成された前記摩擦撹拌部と、前記摩擦撹拌部に圧入された前記締結体とを備えるものである。 A joined structure according to another aspect of the present invention includes the first member and the second member, the friction stir portion formed in an overlapping portion of the first member and the second member, and the friction stir and the fastening body press-fitted into the part.

本発明のさらに他の局面に係る接合方法は、前記締結体を用いて前記第1部材と前記第2部材とを接合する方法であって、前記第1部材と前記第2部材との重なり部に前記第1部材側から前記回転ツールを圧入する摩擦撹拌を行うことにより前記重なり部に前記摩擦撹拌部を形成する摩擦撹拌ステップと、前記第1部材側から前記摩擦撹拌部に前記締結体を圧入する締結ステップとを含むものである。 A joining method according to still another aspect of the present invention is a method of joining the first member and the second member using the fastening body, wherein the overlapping portion of the first member and the second member a friction stirring step of forming the friction stirring portion in the overlapping portion by performing friction stirring in which the rotating tool is press-fitted from the first member side to the friction stirring portion; and a fastening step of press-fitting.

以上説明したように、本発明によれば、摩擦撹拌部への圧入時に所望の形状に容易に変形可能な締結体を提供することができ、当該締結体を用いた接合構造体の接合強度を向上させることができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a fastening body that can be easily deformed into a desired shape when it is press-fitted into a friction stirring part, and the bonding strength of a bonded structure using the fastening body can be increased. can be improved.

本発明の一実施形態に係るリベットを単体で示す断面図である。It is a sectional view showing the rivet concerning one embodiment of the present invention alone. 前記リベットを接合対象に打設(圧入)した状態を示す図であり、当該リベットの打設により得られる接合構造体の構造を示す断面図である。FIG. 10 is a diagram showing a state in which the rivet is driven (press-fitted) into the object to be joined, and is a cross-sectional view showing the structure of a joint structure obtained by driving the rivet. 前記接合構造体の製造時に使用される摩擦撹拌接合装置の全体構成を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the overall configuration of a friction stir welding apparatus used when manufacturing the joined structure; 前記接合構造体を製造する第1の過程(準備工程)を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 1st process (preparatory process) which manufactures the said joining structure. 前記接合構造体を製造する第2の過程(位置決め工程)を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 2nd process (positioning process) which manufactures the said joining structure. 前記接合構造体を製造する第3の過程(摩擦撹拌工程)を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a third process (friction stirring process) of manufacturing the joined structure; 前記接合構造体を製造する第4の過程(打設工程)を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 4th process (placement process) which manufactures the said joining structure. 接合品質の合否を判定する手順を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing a procedure for judging pass/fail of bonding quality; 前記実施形態の変形例を示す図1相当図である。It is a figure equivalent to FIG. 1 which shows the modification of the said embodiment.

[リベットの構造]
図1は、本発明の一実施形態に係るリベット1を単体で示す断面図である。本図に示すように、リベット1は、円板状の頭部11と、頭部11から同心状に延びる円筒状の軸部12とを備えた締結体である。リベット1は、本実施形態では、下穴をもたない材料に非貫通で打設されるセルフピアスリベットである。なお、以下では、リベット1の軸方向のうち頭部11の側を「上」、軸部12の側を「下」というが、これは説明の便宜のためであり、リベット1の使用姿勢を限定する趣旨ではない。
[Rivet structure]
FIG. 1 is a sectional view showing a single rivet 1 according to one embodiment of the present invention. As shown in this figure, the rivet 1 is a fastening body that includes a disk-shaped head portion 11 and a cylindrical shaft portion 12 that extends concentrically from the head portion 11 . In this embodiment, the rivet 1 is a self-piercing rivet that is non-penetratingly driven into a material that does not have a pilot hole. In the following description, the head 11 side of the rivet 1 in the axial direction is referred to as "upper", and the shaft 12 side is referred to as "lower". It is not intended to be limiting.

頭部11は、軸部12の上端の開口を閉塞する中実の円板状に形成されている。頭部11の外径をR1、軸部12の外径をR2とすると、外径R1は外径R2よりも大きい値に設定される。これにより、頭部11は、軸部12の上端に対し径方向外側に突出する部分を有する円板状に形成される。 The head 11 is formed in the shape of a solid disc that closes the opening at the upper end of the shaft 12 . Assuming that the outer diameter of the head portion 11 is R1 and the outer diameter of the shaft portion 12 is R2, the outer diameter R1 is set to a value larger than the outer diameter R2. Thereby, the head portion 11 is formed in a disc shape having a portion protruding radially outward from the upper end of the shaft portion 12 .

軸部12は、頭部11と同一の軸心に沿って上下方向に延びるように形成されている。軸部12は、頭部11よりも小さい一定の外径をもってストレート状に延びる円筒体であり、頭部11と反対側(下端側)に開放された中空部を内部に有している。軸部12および頭部11を含んだリベット1の軸方向の全体長さ(全長)をLとすると、この全長Lは、頭部11の厚さ(軸方向長さ)よりも十分に大きい値に設定される。 Shaft portion 12 is formed to extend vertically along the same axis as head portion 11 . The shaft portion 12 is a cylindrical body extending straight with a constant outer diameter smaller than that of the head portion 11, and has a hollow portion inside which is open on the side opposite to the head portion 11 (lower end side). Assuming that the total axial length (total length) of the rivet 1 including the shaft portion 12 and the head portion 11 is L, the total length L is a value sufficiently larger than the thickness (axial length) of the head portion 11. is set to

軸部12における頭部11と反対側の端部(下端部)つまり先端部12aは、先鋭状に形成されている。すなわち、軸部12の先端部12aは、先端側ほど(頭部11から遠ざかるほど)内径が大きくなるテーパ状の内周面12sを有している。当該内周面12sを含む先端部12aは、軸部12の先端(下端)の開口縁でもある。 An end portion (lower end portion) of the shaft portion 12 opposite to the head portion 11, that is, a tip portion 12a is formed in a sharp shape. That is, the distal end portion 12a of the shaft portion 12 has a tapered inner peripheral surface 12s in which the inner diameter increases toward the distal end side (farther away from the head portion 11). The tip portion 12 a including the inner peripheral surface 12 s is also the opening edge of the tip (lower end) of the shaft portion 12 .

軸部12の外周面における軸方向(上下方向)の途中部には、凹溝15が形成されている。凹溝15は、軸部12の外周壁を局所的に減肉して得られる溝であり、断面視でU字状またはV字状等の所定の凹形状を有している。凹溝15は、軸部12の外周面において周方向に連続して延びるように形成されている。凹溝15の溝中心から軸部12の最先端位置12tまでの軸方向の距離をGとすると、この距離Gは、後述するリベット1の打設時に拡径する軸部12の拡径後の形状を左右するパラメータとなる。 A concave groove 15 is formed in the middle portion of the outer peripheral surface of the shaft portion 12 in the axial direction (vertical direction). The concave groove 15 is a groove obtained by locally thinning the outer peripheral wall of the shaft portion 12, and has a predetermined concave shape such as a U-shape or a V-shape in a cross-sectional view. The groove 15 is formed on the outer peripheral surface of the shaft portion 12 so as to extend continuously in the circumferential direction. Assuming that the axial distance from the groove center of the groove 15 to the tip end position 12t of the shaft portion 12 is G, this distance G is the distance after the diameter of the shaft portion 12 is expanded when the rivet 1 is driven, which will be described later. It becomes a parameter that influences the shape.

リベット1の材質は、接合対象に打設可能な強度を有するものであればよく、適宜の材料から選択可能である。例えば、チタンや高張力鋼等の金属材、もしくは熱可塑性樹脂や熱可塑性複合材等の樹脂材を、リベット1の材質として用いることができる。なお、本実施形態のように繊維強化樹脂材の接合のためにチタン製のリベット1を用いる場合は、例えばTi-6AL-4V等のチタン合金製のリベットが好適である。 The material of the rivet 1 can be selected from appropriate materials as long as it has a strength that allows it to be driven into the object to be joined. For example, a metal material such as titanium or high-strength steel, or a resin material such as thermoplastic resin or thermoplastic composite material can be used as the material of the rivet 1 . Note that when using the titanium rivet 1 for joining fiber-reinforced resin materials as in the present embodiment, a titanium alloy rivet such as Ti-6AL-4V is suitable.

[接合構造体の構造]
図2は、リベット1を接合対象に打設(圧入)した状態を示す図であり、当該リベット1の打設により得られる接合構造体30の構造を示す断面図である。本図に示すように、接合構造体30は、互いに重なり合った第1部材41および第2部材42と、両部材41,42の重なり部45に形成された摩擦撹拌部50と、摩擦撹拌部50に打設された上述のリベット1とを備える。接合構造体30は、例えば、航空機、鉄道車両、または自動車などの構造物に使用され得る。
[Structure of joined structure]
FIG. 2 is a diagram showing a state in which the rivet 1 is driven (press-fitted) into an object to be joined, and is a sectional view showing the structure of a joint structure 30 obtained by driving the rivet 1. FIG. As shown in this figure, the joint structure 30 includes a first member 41 and a second member 42 that overlap each other, a friction stirrer 50 formed in an overlapping portion 45 of the members 41 and 42, and a friction stirrer 50 and the above-mentioned rivet 1 driven in. Bonded structure 30 may be used, for example, in structures such as aircraft, rail vehicles, or automobiles.

第1部材41および第2部材42は、いずれも板状の部材であり、第1部材41が上に(第2部材42が下に)なる姿勢で互いに上下方向に重なり合っている。重なり合った第1部材41および第2部材42は、摩擦撹拌部50が形成される予定の位置に重なり部45を形成する。 The first member 41 and the second member 42 are both plate-shaped members, and are vertically stacked with the first member 41 facing upward (the second member 42 facing downward). The overlapping first member 41 and second member 42 form an overlapping portion 45 at a position where the frictional stirring portion 50 is to be formed.

第1部材41および第2部材42は、いずれも熱可塑性複合材により構成されている。具体的に、第1部材41および第2部材42は、熱可塑性樹脂からなる基材と当該基材に含浸された多数の強化繊維とを含む繊維強化熱可塑性樹脂により構成されている。第2部材42の厚さは、第1部材41の厚さと同一でもよいし、異なっていてもよい。 Both the first member 41 and the second member 42 are made of a thermoplastic composite material. Specifically, the first member 41 and the second member 42 are made of a fiber-reinforced thermoplastic resin including a thermoplastic resin base material and a large number of reinforcing fibers impregnated in the base material. The thickness of the second member 42 may be the same as or different from the thickness of the first member 41 .

第1部材41および第2部材42の基材として用いることが可能な熱可塑性樹脂としては、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ポリアミド(PA)、ポリスチレン(PS)、ポリアリールエーテルケトン(PEAK)、ポリアセタール(POM)、ポリカーボネート(PC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ABS樹脂、熱可塑性のエポキシ樹脂などを例示することができる。また、当該基材に含浸される強化繊維としては、例えば炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、金属繊維、もしくは有機繊維を例示することができる。 Thermoplastic resins that can be used as base materials for the first member 41 and the second member 42 include polypropylene (PP), polyethylene (PE), polyamide (PA), polystyrene (PS), polyaryletherketone (PEAK), ), polyacetal (POM), polycarbonate (PC), polyethylene terephthalate (PET), polyetheretherketone (PEEK), polyphenylene sulfide (PPS), ABS resin, and thermoplastic epoxy resin. Examples of reinforcing fibers impregnated into the base material include carbon fibers, glass fibers, ceramic fibers, metal fibers, and organic fibers.

摩擦撹拌部50は、重なり部45において摩擦撹拌された材料が硬化することで形成された接合部である。摩擦撹拌部50は、後述する回転ツール101が圧入された領域に対応する円柱状に形成される。すなわち、摩擦撹拌部50は、円形の上面50aおよび底面50bと、円筒状の側周面50cとを有する。上面50aは、第1部材41の上面41aと略面一になる高さ位置に形成される。底面50bは、摩擦撹拌部50とその下側の非摩擦撹拌部(母材領域)との境界に相当する位置に形成される。側周面50cは、摩擦撹拌部50とその外周側の非摩擦撹拌部(母材領域)との境界に相当する位置に形成される。摩擦撹拌部50は、必ずしも下側の第2部材42まで達している必要はないが、本実施形態では、摩擦撹拌部50が第2部材42まで達するように、その深さが第1部材41の厚さよりも大きい値に設定されている。 The friction-stirred portion 50 is a joint portion formed by hardening the material frictionally-stirred in the overlapping portion 45 . The friction stirrer 50 is formed in a columnar shape corresponding to a region into which a rotary tool 101 (to be described later) is press-fitted. That is, the friction stirrer 50 has a circular upper surface 50a and a circular bottom surface 50b, and a cylindrical side peripheral surface 50c. The upper surface 50 a is formed at a height position substantially flush with the upper surface 41 a of the first member 41 . The bottom surface 50b is formed at a position corresponding to the boundary between the frictional stirring portion 50 and the non-frictional stirring portion (base material region) below it. The side peripheral surface 50c is formed at a position corresponding to the boundary between the frictional stirring portion 50 and the non-frictional stirring portion (base material region) on the outer peripheral side thereof. The friction stirrer 50 does not necessarily have to reach the second member 42 on the lower side, but in this embodiment, the depth of the friction stirrer 50 reaches the second member 42 . is set to a value greater than the thickness of the

リベット1は、第1部材41と第2部材42とを機械的に接合するように摩擦撹拌部50に打設(圧入)される。すなわち、リベット1は、後述する回転ツール101による重なり部45の摩擦撹拌後に、当該重なり部45(摩擦撹拌部50)に打設されることにより、第1部材41と第2部材42とを機械的に接合する。この打設後の状態において、リベット1の頭部11は、摩擦撹拌部50の上面50a(表面)に当接する。また、前記打設により、リベット1の軸部12は、その先端部12aの外径が拡大した先拡がり状の形状に変化する。具体的に、前記打設後の軸部12は、第1部材41を貫通しかつ第2部材42の厚さ方向の途中まで延びるように配置され、かつ、先端側ほど(頭部11から遠ざかるほど)外径が拡大するように形成される。この状態における軸部12の先端部12aは、摩擦撹拌部50の外側まで突出し、第1部材41と第2部材42とを締結するインターロック部として機能する。すなわち、第1部材41と第2部材42とは、摩擦撹拌部50の外側まで突出する先端部12aからなるインターロック部と、摩擦撹拌部50の上面50aに配置される頭部11との間に挟まれることにより、互いに固定される。 The rivet 1 is driven (press-fitted) into the friction stirrer 50 so as to mechanically join the first member 41 and the second member 42 . That is, the rivet 1 mechanically joins the first member 41 and the second member 42 by being driven into the overlapping portion 45 (frictional stirring portion 50) after the overlapping portion 45 has been frictionally stirred by a rotary tool 101, which will be described later. joints effectively. In this state after driving, the head 11 of the rivet 1 contacts the upper surface 50 a (surface) of the friction stirrer 50 . Further, by the driving, the shank 12 of the rivet 1 is changed into a tapered shape in which the outer diameter of the tip portion 12a is enlarged. Specifically, the shaft portion 12 after driving is arranged so as to pass through the first member 41 and extend halfway in the thickness direction of the second member 42, and the tip side (farther from the head portion 11) It is formed so that the outer diameter increases as much as possible). The distal end portion 12a of the shaft portion 12 in this state protrudes to the outside of the friction stirring portion 50 and functions as an interlock portion that fastens the first member 41 and the second member 42 together. That is, the first member 41 and the second member 42 are located between the interlock portion composed of the tip portion 12a projecting to the outside of the friction stirring portion 50 and the head portion 11 arranged on the upper surface 50a of the friction stirring portion 50. are fixed to each other by being sandwiched between the

[摩擦撹拌接合装置]
上述したリベット1および摩擦撹拌部50を含む接合構造体30は、図3に示される摩擦撹拌接合装置Mを用いて製造される。本図に示すように、摩擦撹拌接合装置Mは、複動式の回転ツール101と、回転ツール101を回転および昇降駆動するツール駆動部102と、ツール駆動部102の動作を制御するコントローラCとを含む。なお、図3には「上」「下」の方向表示を付しているが、これは説明の便宜のためであり、実際の回転ツール101の使用姿勢を限定する趣旨ではない。
[Friction stir welding equipment]
The joint structure 30 including the rivet 1 and the friction stir welding part 50 described above is manufactured using the friction stir welding apparatus M shown in FIG. As shown in the figure, the friction stir welding apparatus M includes a double-acting rotating tool 101, a tool driving unit 102 that drives the rotating tool 101 to rotate and move up and down, and a controller C that controls the operation of the tool driving unit 102. including. Note that FIG. 3 shows directions of “up” and “down”, but this is for convenience of explanation and is not meant to limit the actual usage posture of the rotating tool 101 .

回転ツール101は、図略のツール固定部によって支持される。このツール固定部は、例えば多関節ロボットの先端部とすることができる。回転ツール101の下端面に対向して、バックアップ部材115が配置されている。回転ツール101とバックアップ部材115との間には、接合対象である第1部材41および第2部材42が配置される。 The rotating tool 101 is supported by a tool fixing portion (not shown). This tool fixing part can be, for example, the tip part of an articulated robot. A backup member 115 is arranged facing the lower end surface of the rotary tool 101 . A first member 41 and a second member 42 to be joined are arranged between the rotary tool 101 and the backup member 115 .

回転ツール101は、ピン部材111と、ショルダ部材112と、クランプ部材113と、スプリング114とを備える。ピン部材111は円柱状に形成された部材であり、その軸線が上下方向に延びるように配置されている。ピン部材111は、前記軸線を回転軸Rとして回転することが可能であり、かつ、回転軸Rに沿って上下方向に昇降(進退移動)することが可能である。 Rotary tool 101 comprises pin member 111 , shoulder member 112 , clamp member 113 and spring 114 . The pin member 111 is a columnar member, and is arranged so that its axis extends in the vertical direction. The pin member 111 can rotate about the axis R as the rotation axis R, and can move up and down (advance and retreat) along the rotation axis R in the vertical direction.

ショルダ部材112は、ピン部材111の外周を覆うように配置されている。すなわち、ショルダ部材112は、ピン部材111が内挿される中空部を備えた円筒状の部材である。ショルダ部材112の軸線は、ピン部材111の軸線(回転軸R)と同軸上にある。ショルダ部材112は、ピン部材111と同一の回転軸R回りに回転し、かつ回転軸Rに沿って上下方向に昇降(進退移動)することが可能である。このように、ショルダ部材112とその中空部に内挿されたピン部材111とは、いずれも回転軸R回りに回転しかつ当該回転軸Rに沿って相対移動することが可能である。すなわち、ピン部材111およびショルダ部材112は、回転軸Rに沿って同時に昇降するだけでなく、一方が下降し他方が上昇するという独立移動が可能である。 Shoulder member 112 is arranged to cover the outer periphery of pin member 111 . That is, the shoulder member 112 is a cylindrical member having a hollow portion into which the pin member 111 is inserted. The axis of the shoulder member 112 is coaxial with the axis of the pin member 111 (rotational axis R). The shoulder member 112 rotates around the same rotation axis R as the pin member 111 and can move vertically along the rotation axis R (movement back and forth). Thus, both the shoulder member 112 and the pin member 111 inserted in the hollow portion thereof can rotate about the rotation axis R and relatively move along the rotation axis R. That is, the pin member 111 and the shoulder member 112 can move not only up and down simultaneously along the rotation axis R, but also move independently such that one moves down and the other moves up.

クランプ部材113は、ショルダ部材112の外周を覆うように配置されている。すなわち、クランプ部材113は、ショルダ部材112が内挿される中空部を備えた円筒状の部材である。クランプ部材113の軸線も、回転軸Rと同軸上にある。クランプ部材113は、軸回りに回転はしないが、回転軸Rに沿って上下方向に昇降(進退)することが可能である。クランプ部材113は、ピン部材111またはショルダ部材112が摩擦撹拌を行う際に、これらの外周を囲う役目を果たす。クランプ部材113の囲いによって、摩擦撹拌材料を四散させず、摩擦撹拌部を平滑に仕上げることができる。 The clamp member 113 is arranged so as to cover the outer circumference of the shoulder member 112 . That is, the clamp member 113 is a cylindrical member having a hollow portion into which the shoulder member 112 is inserted. The axis of the clamp member 113 is also coaxial with the rotation axis R. The clamp member 113 does not rotate about its axis, but can move up and down (advance and retreat) along the rotation axis R. As shown in FIG. The clamp member 113 serves to surround the outer periphery of the pin member 111 or the shoulder member 112 when performing friction stirring. The enclosure of the clamp member 113 prevents the frictional stirring material from scattering and allows the frictional stirring portion to be smoothly finished.

スプリング114は、クランプ部材113の上端側に取り付けられ、クランプ部材113を接合対象に向かう方向(下方)に付勢している。クランプ部材113は、スプリング114を介して、前記ツール固定部に取り付けられている。 A spring 114 is attached to the upper end side of the clamp member 113 and biases the clamp member 113 in a direction (downward) toward the object to be joined. A clamp member 113 is attached to the tool fixing portion via a spring 114 .

バックアップ部材115は、接合対象の下面に当接する上面(支持面)を備える。すなわち、バックアップ部材115は、ピン部材111またはショルダ部材112が接合対象に圧入される際に、当該接合対象を支持する裏当て部材である。スプリング114で付勢されたクランプ部材113は、接合対象をバックアップ部材115に押し当てる。 The backup member 115 has an upper surface (support surface) that contacts the lower surface of the object to be joined. That is, the backup member 115 is a backing member that supports the object to be welded when the pin member 111 or the shoulder member 112 is press-fitted into the object to be welded. A clamp member 113 biased by a spring 114 presses the object to be joined against a backup member 115 .

ツール駆動部102は、回転駆動部121、ピン駆動部122、ショルダ駆動部123およびクランプ駆動部124を含む。回転駆動部121は、ピン部材111およびショルダ部材112を回転軸R回りに回転駆動する機構である。ピン駆動部122は、回転軸Rに沿ってピン部材111を進退移動(昇降)させる機構である。ピン駆動部122は、ピン部材111の接合対象への圧入並びに接合対象からの退避を行うように、ピン部材111を駆動する。ショルダ駆動部123は、回転軸Rに沿ってショルダ部材112を進退移動させる機構であって、ショルダ部材112の接合対象への圧入並びに退避を行わせる。クランプ駆動部124は、回転軸Rに沿ってクランプ部材113を進退移動させる機構である。クランプ駆動部124は、クランプ部材113を接合対象に向けて移動させ、接合対象をバックアップ部材115に押圧させる。この際、スプリング114の付勢力が作用する。各駆動部121~124は、それぞれサーボモータおよび伝達ギア等を含み、当該サーボモータの回転に応じてそれぞれの駆動対象に所望の動作を行わせる。 Tool drive 102 includes rotary drive 121 , pin drive 122 , shoulder drive 123 and clamp drive 124 . The rotation drive unit 121 is a mechanism that rotates the pin member 111 and the shoulder member 112 around the rotation axis R. As shown in FIG. The pin drive unit 122 is a mechanism that advances and retreats (lifts) the pin member 111 along the rotation axis R. As shown in FIG. The pin drive unit 122 drives the pin member 111 so as to press-fit the pin member 111 into the object to be joined and retract from the object to be joined. The shoulder drive unit 123 is a mechanism that advances and retreats the shoulder member 112 along the rotation axis R, and causes the shoulder member 112 to be press-fitted into and retracted from the object to be joined. The clamp drive unit 124 is a mechanism that advances and retreats the clamp member 113 along the rotation axis R. As shown in FIG. The clamp drive unit 124 moves the clamp member 113 toward the object to be welded and presses the object to be welded against the backup member 115 . At this time, the biasing force of the spring 114 acts. Each drive unit 121 to 124 includes a servomotor, a transmission gear, and the like, and causes each driven object to perform a desired operation according to the rotation of the servomotor.

コントローラCは、マイクロコンピュータ等からなり、所定の制御プログラムを実行することでツール駆動部102の各部の動作を制御する。具体的に、コントローラCは、回転駆動部121を制御して、ピン部材111およびショルダ部材112に所要の回転動作を行わせる。また、コントローラCは、ピン駆動部122、ショルダ駆動部123、およびクランプ駆動部124を制御して、ピン部材111、ショルダ部材112、およびクランプ部材113に所要の進退移動動作を行わせる。 The controller C is composed of a microcomputer or the like, and controls the operation of each part of the tool driving section 102 by executing a predetermined control program. Specifically, the controller C controls the rotation driving section 121 to cause the pin member 111 and the shoulder member 112 to perform required rotation operations. In addition, the controller C controls the pin driving section 122, the shoulder driving section 123, and the clamp driving section 124 to cause the pin member 111, the shoulder member 112, and the clamp member 113 to move forward and backward as required.

以上のような構造の摩擦撹拌接合装置Mは、通常、二以上の部材を摩擦撹拌接合により接合するために使用される。この摩擦撹拌接合装置Mを用いた摩擦撹拌接合は、ショルダ先行プロセスによる接合方法と、ピン先行プロセスによる接合方法とに大別することができる。 The friction stir welding apparatus M having the structure described above is usually used for joining two or more members by friction stir welding. Friction stir welding using this friction stir welding apparatus M can be broadly classified into a welding method by a shoulder-first process and a welding method by a pin-first process.

ショルダ先行プロセスによる接合方法では、前記二以上の部材の重なり部に対し回転ツール101のショルダ部材112を先行して圧入させて摩擦撹拌を行うとともに、ピン部材111を前記重なり部から退避させる。その後、ショルダ部材112を退避(上昇)させつつピン部材111を下降させることにより、前記重なり部の上面を平滑化する。これに対し、ピン先行プロセスによる接合方法では、前記重なり部に対し回転ツール101のピン部材111を先行して圧入させて摩擦撹拌を行うとともに、ショルダ部材112を前記重なり部から退避させる。その後、ピン部材111を退避(上昇)させつつショルダ部材112を下降させることにより、前記重なり部の上面を平滑化する。 In the shoulder-preceding process joining method, the shoulder member 112 of the rotating tool 101 is first press-fitted into the overlapped portion of the two or more members to perform friction stirring, and the pin member 111 is retracted from the overlapped portion. Thereafter, the pin member 111 is lowered while retracting (raising) the shoulder member 112, thereby smoothing the upper surface of the overlapping portion. On the other hand, in the joining method by the pin precedence process, the pin member 111 of the rotary tool 101 is first press-fitted into the overlapping portion to perform friction stirring, and the shoulder member 112 is retracted from the overlapping portion. After that, the shoulder member 112 is lowered while the pin member 111 is retracted (raised), thereby smoothing the upper surface of the overlapping portion.

[接合方法]
次に、上述した摩擦撹拌接合装置Mを用いて第1部材41および第2部材42を接合する方法について詳しく説明する。本実施形態において第1部材41および第2部材42を接合する際には、リベット1の打設と摩擦撹拌接合とを組み合わせたリベット併用摩擦撹拌接合が用いられる。リベット併用摩擦撹拌接合は、接合手段としてリベットが追加される点で通常の摩擦撹拌接合とは異なるが、本実施形態では上述したショルダ先行プロセスを応用することにより、図3に示した摩擦撹拌接合装置Mのみを用いて(リベット1を打設するための別の装置を追加することなく)リベット併用摩擦撹拌接合を実現することが可能である。すなわち、第1部材41および第2部材42の接合時には、両者の重なり部45に対し回転ツール101のショルダ部材112が圧入されて摩擦撹拌が実行されるとともに、当該摩擦撹拌後の重なり部45(摩擦撹拌部50)にピン部材111を用いてリベット1が打設される。これにより、第1部材41と第2部材42とが接合されてなる接合構造体30が製造される。詳しくは、第1・第2部材41,42の接合方法には、下記の4つの工程P1~P4が含まれる。
[Joining method]
Next, a method for joining the first member 41 and the second member 42 using the friction stir welding apparatus M described above will be described in detail. When joining the first member 41 and the second member 42 in the present embodiment, riveted friction stir welding combining driving of the rivets 1 and friction stir welding is used. Friction stir welding combined with rivets differs from normal friction stir welding in that rivets are added as a joining means. It is possible to realize friction stir welding with riveting using only the device M (without adding another device for driving the rivet 1). That is, when the first member 41 and the second member 42 are joined together, the shoulder member 112 of the rotary tool 101 is press-fitted into the overlapped portion 45 of both to perform friction stirring, and the overlapped portion 45 ( A rivet 1 is driven into the friction stirrer 50) using a pin member 111. As shown in FIG. Thereby, the joined structure 30 is manufactured by joining the first member 41 and the second member 42 . Specifically, the joining method of the first and second members 41 and 42 includes the following four steps P1 to P4.

工程P1は、図4に示すように、リベット1を回転ツール101に装着する準備工程である。この準備工程P1において回転ツール101に装着されるリベット1は、重なり部45に打設される前のリベット1であり、その軸部12は未だ拡径していない。すなわち、準備工程P1で用いられるリベット1は、頭部11と、当該頭部11からストレート状に延びる円筒形の軸部12とを備えている。 Process P1 is a preparatory process for mounting the rivet 1 on the rotary tool 101, as shown in FIG. The rivet 1 attached to the rotary tool 101 in this preparation step P1 is the rivet 1 before being driven into the overlapping portion 45, and the shaft portion 12 has not yet been expanded. That is, the rivet 1 used in the preparation step P1 has a head portion 11 and a cylindrical shaft portion 12 extending straight from the head portion 11 .

リベット1を回転ツール101に装着するため、コントローラC(図3)は、ピン駆動部122を駆動してピン部材111を上昇させ、ショルダ部材112の内部にリベット1の収容空間Vを創出する。すなわち、コントローラCは、ピン部材111の先端(下端)111aを、リベット1の全長L(図1)以上のストロークだけショルダ部材112の先端(下端)112aに対し上昇させることにより、ショルダ部材112の下端開口に連なる収容空間Vを形成する。この収容空間Vにリベット1を収容可能とするため、リベット1としては、ショルダ部材112の内径よりもわずかに小さい外径を有するものが選択される。 In order to mount the rivet 1 on the rotary tool 101 , the controller C ( FIG. 3 ) drives the pin driving section 122 to raise the pin member 111 and create a receiving space V for the rivet 1 inside the shoulder member 112 . That is, the controller C lifts the tip (lower end) 111a of the pin member 111 with respect to the tip (lower end) 112a of the shoulder member 112 by a stroke equal to or greater than the total length L (FIG. 1) of the rivet 1, thereby lifting the shoulder member 112. A housing space V is formed that continues to the lower end opening. In order to accommodate the rivet 1 in the accommodation space V, the rivet 1 is selected to have an outer diameter slightly smaller than the inner diameter of the shoulder member 112 .

工程P2は、図5に示すように、第1部材41と第2部材42とが上から順に重ねられた重なり部45に対し、リベット1が装着された回転ツール101を位置決めする位置決め工程である。この位置決め工程P2において、コントローラCは、バックアップ部材115上に支持された重なり部45の中心に回転ツール101の回転軸R(図3)が一致するように位置決めした上で、ショルダ部材112およびクランプ部材113の各先端112a,113aが第1部材41の上面41aに当接するようにショルダ駆動部123およびクランプ駆動部124を制御する。また、コントローラCは、ピン部材111の先端111aと第1部材41の上面41aとの間にリベット1が収容されるように、ピン部材111とショルダ部材112との軸方向の相対位置関係(ピン先端111aがショルダ先端112aに対し所定量上方に退避した状態)を保持する。 Step P2 is a positioning step of positioning the rotating tool 101 with the rivet 1 attached to the overlapping portion 45 in which the first member 41 and the second member 42 are stacked in order from above, as shown in FIG. . In this positioning step P2, the controller C positions the rotation axis R (FIG. 3) of the rotary tool 101 so that it coincides with the center of the overlapping portion 45 supported on the backup member 115, and then the shoulder member 112 and the clamp. The shoulder driving portion 123 and the clamp driving portion 124 are controlled so that the tips 112 a and 113 a of the member 113 come into contact with the upper surface 41 a of the first member 41 . Further, the controller C controls the axial relative positional relationship between the pin member 111 and the shoulder member 112 (pin The tip 111a is retracted upward by a predetermined amount with respect to the shoulder tip 112a).

工程P3は、図6に示すように、ショルダ部材112を回転させつつ圧入する摩擦撹拌工程である。この摩擦撹拌工程P3において、コントローラCは、回転駆動部121を制御してピン部材111およびショルダ部材112を高速回転させつつ、ショルダ駆動部123を制御してショルダ部材112を下降させ、当該ショルダ部材112を重なり部45に圧入する。また、コントローラCは、ピン駆動部122を制御してピン部材111を上昇させる。この動作により、重なり部45が摩擦撹拌されて、材料の軟化および塑性流動が生じ、軟化した材料Q1がショルダ部材112の圧入領域から溢れ出す。溢れ出した軟化材料Q1は、ピン部材111の上昇(退避)により生じたショルダ部材112内の中空空間に逃がされる(矢印b1参照)。なお、摩擦撹拌工程P3の開始時において、既に収容空間V(図4)が形成されるほどピン部材111は上方に退避しているので、前記のピン部材111の退避動作は省いてもよい。 Process P3 is a friction stirring process in which the shoulder member 112 is press-fitted while being rotated, as shown in FIG. In this friction stirring step P3, the controller C controls the rotation drive unit 121 to rotate the pin member 111 and the shoulder member 112 at high speed, while controlling the shoulder drive unit 123 to lower the shoulder member 112 and 112 is press-fitted into the overlapping portion 45 . Further, the controller C controls the pin drive section 122 to raise the pin member 111 . Due to this operation, the overlapping portion 45 is frictionally agitated, softening and plastic flow of the material occur, and the softened material Q1 overflows the press-fit region of the shoulder member 112 . The overflowed softened material Q1 is released into the hollow space inside the shoulder member 112 created by the upward movement (retraction) of the pin member 111 (see arrow b1). At the start of the friction stirring step P3, the pin members 111 are already retracted upward to the extent that the accommodation space V (FIG. 4) is formed, so the retracting operation of the pin members 111 may be omitted.

ショルダ部材112の圧入深さをh1とすると、この圧入深さh1は、ショルダ部材112が少なくとも上側の第1部材41を貫通するような値に設定される。本実施形態では、ショルダ部材112が上側の第1部材41を貫通しかつ下側の第2部材42を貫通しないような値に圧入深さh1を設定した例が示される。言い換えると、本実施形態における圧入深さh1は、第1部材41の厚さt1よりも大きく、かつ、当該厚さt1と第2部材42の厚さt2との合計(t1+t2)よりも小さい値に設定されている。 Assuming that the press-fitting depth of the shoulder member 112 is h1, the press-fitting depth h1 is set to a value such that the shoulder member 112 penetrates at least the upper first member 41 . In this embodiment, an example is shown in which the press-fit depth h1 is set to a value such that the shoulder member 112 penetrates the first member 41 on the upper side and does not penetrate the second member 42 on the lower side. In other words, the press-fit depth h1 in this embodiment is larger than the thickness t1 of the first member 41 and smaller than the sum (t1+t2) of the thickness t1 and the thickness t2 of the second member 42. is set to

本実施形態において、第1部材41および第2部材42は熱可塑性複合材であるから、前記摩擦撹拌により軟化した材料Q1には強化繊維が含まれている。ただし、この軟化材料Q1中の強化繊維は、摩擦撹拌によって細かく切断されている。このことは、後続するリベット1の打設を容易とする。 In this embodiment, since the first member 41 and the second member 42 are thermoplastic composite materials, the material Q1 softened by the friction stirring contains reinforcing fibers. However, the reinforcing fibers in this softening material Q1 are finely cut by friction stirring. This facilitates subsequent setting of the rivet 1 .

工程P4は、図7(a)(b)に示すように、リベット1を重なり部45に打設する打設工程である。この打設工程P4において、コントローラCは、回転駆動部121を制御してピン部材111およびショルダ部材112を高速回転させつつ、ショルダ駆動部123を制御してショルダ部材112を上昇させる。また、このショルダ部材112の上昇に続けて、コントローラCは、ピン駆動部122を制御してピン部材111を下降させる。この動作により、重なり部45に円柱状の摩擦撹拌部50が形成されるとともに、この摩擦撹拌部50を含む領域にリベット1が打設される。以下、摩擦撹拌部50の形成およびリベット1の打設について詳しく説明する。 Step P4 is a step of driving the rivet 1 into the overlapping portion 45, as shown in FIGS. 7(a) and 7(b). In this placing step P4, the controller C controls the rotation drive section 121 to rotate the pin member 111 and the shoulder member 112 at high speed, and controls the shoulder drive section 123 to raise the shoulder member 112 . Further, following the rise of the shoulder member 112, the controller C controls the pin drive section 122 to lower the pin member 111. As shown in FIG. By this operation, a columnar frictional stirrer 50 is formed in the overlapped portion 45 and the rivet 1 is driven in a region including the frictional stirrer 50 . Formation of the friction stirrer 50 and driving of the rivet 1 will be described in detail below.

まず、打設工程P4による摩擦撹拌部50の形成について説明する。打設工程P4では、ショルダ部材112が上昇しかつピン部材111が下降することにより、前記中空空間に逃がされていた軟化材料Q1(図6)が、ショルダ部材112が圧入されていた領域へと移動し、材料の埋め戻しが行われる。埋め戻された材料は、前記中空空間に存在していた材料と共に、重なり部45に摩擦撹拌部50を形成する。摩擦撹拌部50は、重なり部45において摩擦撹拌を経験した材料により構成され、ショルダ部材112の外径ds(図7(b))に略一致する外径Srと、ショルダ部材112の圧入深さh1(図6)に略一致する高さSdとを有した円柱状に形成される。すなわち、摩擦撹拌部50は、高さSd(≒h1)の円筒形の側周面50cと、外径Sr(≒ds)の円形の上面50aおよび底面50bとを有する。摩擦撹拌部50では材料が軟化している一方で、摩擦撹拌部50の周囲の母材領域では、第1部材41および第2部材42の本来の硬度が維持され、強化繊維による補強構造も維持されている。 First, the formation of the friction stirrer 50 by the placing step P4 will be described. In the placing step P4, the shoulder member 112 is raised and the pin member 111 is lowered, so that the softened material Q1 (FIG. 6) released into the hollow space is moved to the area where the shoulder member 112 was press-fitted. and material backfilling. The backfilled material forms a friction stirrer 50 in the overlapping portion 45 together with the material that was present in the hollow space. The friction stirrer 50 is made of a material that has undergone friction stirrer in the overlapping portion 45, and has an outer diameter Sr that substantially matches the outer diameter ds (FIG. 7B) of the shoulder member 112 and the press-fit depth of the shoulder member 112. It is formed in a columnar shape with a height Sd substantially matching h1 (FIG. 6). That is, the friction stirrer 50 has a cylindrical side peripheral surface 50c with a height Sd (≈h1) and circular top and bottom surfaces 50a and 50b with an outer diameter Sr (≈ds). While the material is softened in the friction stirrer 50, in the base material region around the friction stirrer 50, the original hardness of the first member 41 and the second member 42 is maintained, and the reinforcing structure by the reinforcing fibers is also maintained. It is

次に、打設工程P4によるリベット1の打設について説明する。打設工程P4では、ピン部材111の下降に応じてリベット1が下方に押圧され、押圧されたリベット1が重なり部45に押し込まれる。言い換えると、打設工程P4では、回転ツール101に備わる既存の部品(ピン部材111)を用いてリベット1が打設される。このため、本実施形態では、リベット1を打設する工具を別途準備することなく、リベット1および摩擦撹拌部50の組合せからなる接合部を重なり部45に形成することが可能である。 Next, driving of the rivet 1 in the driving step P4 will be described. In the driving step P<b>4 , the rivet 1 is pressed downward as the pin member 111 descends, and the pressed rivet 1 is pushed into the overlapping portion 45 . In other words, in the driving step P4, the rivet 1 is driven using an existing part (the pin member 111) of the rotary tool 101. As shown in FIG. Therefore, in the present embodiment, it is possible to form a joint formed by a combination of the rivet 1 and the friction stirrer 50 in the overlapping portion 45 without separately preparing a tool for driving the rivet 1 .

具体的に、打設工程P4では、ピン駆動部122がピン部材111を下降させてリベット1の頭部11に押圧力を与え、リベット1を重なり部45へ押し込む(図7(a)参照)。リベット1は、ピン部材111の先端111aに頭部11の頂面が対向するように、予め収容空間V(図4)に装填されている。したがって、ピン部材111が下降すると、リベット1も下降し、その軸部12が先端側から摩擦撹拌部50の内部へ進入してゆく。このようなリベット1の進入(ピン部材111の押下)が進行すると、やがて軸部12の先端部12aが摩擦撹拌部50の底面50bに到達する。 Specifically, in the driving step P4, the pin driving portion 122 lowers the pin member 111 to apply a pressing force to the head portion 11 of the rivet 1, thereby pushing the rivet 1 into the overlapping portion 45 (see FIG. 7(a)). . The rivet 1 is previously loaded in the housing space V (FIG. 4) so that the top surface of the head 11 faces the tip 111a of the pin member 111. As shown in FIG. Therefore, when the pin member 111 descends, the rivet 1 also descends, and the shaft portion 12 enters into the frictional stirring portion 50 from the tip side. As the rivet 1 advances (presses down the pin member 111 ), the tip 12 a of the shaft portion 12 eventually reaches the bottom surface 50 b of the friction stirrer 50 .

ここで、底面50bよりも下方の領域は未軟化の母材領域であるから、先端部12aが底面50bに到達すると、軸部12に作用する軸方向の抵抗力が増大する。したがって、少なくとも先端部12aが底面50bに到達した状態において、軸部12には、その先端部12aを拡径させる力が作用する。このような拡径力の発生は、先端部12aに形成されたテーパ状の内周面12sによって助長される。すなわち、先端部12aが底面50bに到達することによる抵抗力の増大と、先端部12aの内周面12sのテーパ形状との相乗効果により、軸部12の先端部12aを拡径させる大きな力が作用する。この拡径力を受けた軸部12は、その外周面に形成された凹溝15を起点に座屈変形し、これによって図7(b)に示すように、軸部12が先拡がり状に変形して、先端部12aの外径が拡大する。言い換えると、凹溝15は、軸部12の圧入時(リベット1の打設時)に当該軸部12の先端部12aが拡径するのを促進する促進部として機能する。 Here, since the area below the bottom surface 50b is an unsoftened base material area, when the tip portion 12a reaches the bottom surface 50b, the axial resistance acting on the shaft portion 12 increases. Therefore, at least when the tip portion 12a reaches the bottom surface 50b, a force acts on the shaft portion 12 to expand the diameter of the tip portion 12a. The generation of such a diameter-expanding force is facilitated by the tapered inner peripheral surface 12s formed on the distal end portion 12a. That is, due to the synergistic effect of the increased resistance due to the tip portion 12a reaching the bottom surface 50b and the tapered shape of the inner peripheral surface 12s of the tip portion 12a, a large force for expanding the diameter of the tip portion 12a of the shaft portion 12 is generated. works. The shaft portion 12 that receives this diameter-expanding force undergoes buckling deformation starting from the concave groove 15 formed on the outer peripheral surface of the shaft portion 12. As a result, the shaft portion 12 expands forward as shown in FIG. It deforms and the outer diameter of the tip portion 12a expands. In other words, the concave groove 15 functions as an acceleration portion that promotes the diameter expansion of the tip portion 12a of the shaft portion 12 when the shaft portion 12 is press-fitted (when the rivet 1 is driven).

図7(b)は、リベット1の頭部11が重なり部45の上面(摩擦撹拌部50の上面50a)に到達した状態、つまりリベット1の打設が完了した状態を示している。本図に示すように、リベット1の打設完了時、その軸部12の先端部12aは、摩擦撹拌部50の底面50bを越えてその下方の前記母材領域へ圧入されるだけでなく、摩擦撹拌部50の側周面50cを越えてその外側の母材領域へも圧入されるようになる。このように摩擦撹拌部50の外側に圧入された先端部12aは、第1部材41と第2部材42とを引き剥がす力に抗するアンカー効果を発揮する。すなわち、先端部12aは、第1部材41と第2部材42とを締結するインターロック部として機能する。 FIG. 7(b) shows a state in which the head 11 of the rivet 1 has reached the upper surface of the overlapping portion 45 (the upper surface 50a of the friction stirrer 50), that is, the state in which the driving of the rivet 1 is completed. As shown in this figure, when the driving of the rivet 1 is completed, the tip portion 12a of the shaft portion 12 is not only press-fitted beyond the bottom surface 50b of the friction stirrer 50 into the base material region below it, The friction stirrer 50 is also press-fitted beyond the side peripheral surface 50c into the outer base material region. The tip portion 12a press-fitted to the outside of the friction stirrer 50 in this way exerts an anchoring effect against the force separating the first member 41 and the second member 42 from each other. That is, the distal end portion 12a functions as an interlock portion that fastens the first member 41 and the second member 42 together.

以上の工程P1~P4により、重なり部45に摩擦撹拌部50が形成されかつリベット1が打設される。リベット1および摩擦撹拌部50の組合せは、第1部材41と第2部材42とを重なり部45において比較的強固に接合する。 Through the steps P1 to P4 described above, the frictional stirring portion 50 is formed in the overlapping portion 45 and the rivet 1 is driven. The combination of the rivet 1 and the friction stirrer 50 joins the first member 41 and the second member 42 relatively firmly at the overlapping portion 45 .

[合否判定]
次に、上述した接合方法による第1・第2部材41,42の接合時にリベット1が適切に打設されたか否かを確認する方法、つまりリベット1による接合品質の合否を判定する方法について説明する。図8は、この合否判定の具体的手順を示すフローチャートである。本図に示す制御は、図4~図7に示したリベット併用摩擦撹拌接合の本制御と並行してコントローラCにより実行される。図8の制御がスタートすると、コントローラCは、リベット1の各部の寸法を取得する(ステップS1)。具体的に、コントローラCは、図1に示したリベット1の全長L、軸部12の外径R2、および凹溝15の軸方向位置を表す距離Gを、それぞれ取得する。これらの寸法は、コントローラCに内蔵された記憶部に予め格納されている。
[Admission decision]
Next, a method for confirming whether or not the rivet 1 has been properly set when the first and second members 41 and 42 are joined by the above-described joining method, that is, a method for judging whether or not the joining quality of the rivet 1 is acceptable will be described. do. FIG. 8 is a flow chart showing a specific procedure for this acceptance/rejection determination. The control shown in this figure is executed by the controller C in parallel with the main control of friction stir welding with riveting shown in FIGS. When the control in FIG. 8 starts, the controller C acquires the dimensions of each part of the rivet 1 (step S1). Specifically, the controller C acquires the total length L of the rivet 1 shown in FIG. 1, the outer diameter R2 of the shaft portion 12, and the distance G representing the axial position of the groove 15, respectively. These dimensions are stored in advance in a storage unit built in the controller C. FIG.

次いで、コントローラCは、回転ツール101を重なり部45に圧入する摩擦撹拌を実行する(ステップS2)。すなわち、コントローラCは、ショルダ部材112を高速回転させつつ重なり部45に圧入し(図6参照)、その後ショルダ部材112を上昇(退避)させることにより、重なり部45に摩擦撹拌部50(図7(a))を形成する。 Next, the controller C performs friction stirring for press-fitting the rotating tool 101 into the overlapping portion 45 (step S2). That is, the controller C rotates the shoulder member 112 at high speed and press-fits it into the overlapping portion 45 (see FIG. 6), and then raises (retracts) the shoulder member 112 so that the frictional stirring portion 50 (see FIG. (a)) is formed.

次いで、コントローラCは、摩擦撹拌部50の外径Sr(図7(b))を取得する(ステップS3)。以下、摩擦撹拌部50の外径Srのことを摩擦撹拌径Srと略称する。摩擦撹拌径Srは、ショルダ部材112の外径dsに略一致する値として予め前記記憶部に記憶されている。 Next, the controller C obtains the outer diameter Sr (FIG. 7(b)) of the friction stirrer 50 (step S3). Hereinafter, the outer diameter Sr of the friction stirrer 50 is abbreviated as the friction stirrer diameter Sr. The friction stirring diameter Sr is stored in advance in the storage section as a value substantially matching the outer diameter ds of the shoulder member 112 .

次いで、コントローラCは、摩擦撹拌部50の高さSdを算出する(ステップS4)。以下、摩擦撹拌部50の高さSdのことを摩擦撹拌深さSdと略称する。摩擦撹拌深さSdは、例えば、ショルダ駆動部123のサーボモータに内蔵されるエンコーダからの出力値に基づき算出することができる。すなわち、コントローラCは、摩擦撹拌を開始したときのショルダ部材112の軸値(上下方向の座標)と、摩擦撹拌中にショルダ部材112が最も下降したときの軸値とを前記エンコーダの出力値からそれぞれ特定し、特定した両軸値の差分、つまりショルダ部材112の重なり部45への圧入深さを、摩擦撹拌深さSdとして算出する。 Next, the controller C calculates the height Sd of the friction stirrer 50 (step S4). Hereinafter, the height Sd of the friction stirrer 50 is abbreviated as the friction stirrer depth Sd. The frictional agitation depth Sd can be calculated, for example, based on an output value from an encoder built into the servomotor of the shoulder driving section 123 . That is, the controller C calculates the axis value (vertical coordinate) of the shoulder member 112 when friction stirring is started and the axis value when the shoulder member 112 descends most during friction stirring from the output value of the encoder. The difference between the specified axial values, that is, the depth of press-fitting of the shoulder member 112 into the overlapping portion 45 is calculated as the frictional stirring depth Sd.

次いで、コントローラCは、摩擦撹拌部50にリベット1を打設する(ステップS5)。すなわち、コントローラCは、ピン部材111を下降させてリベット1を押し下げることにより、リベット1の軸部12を摩擦撹拌部50に圧入する(図7(b)参照)。 Next, the controller C drives the rivet 1 into the friction stirrer 50 (step S5). That is, the controller C lowers the pin member 111 to push down the rivet 1, thereby press-fitting the shaft portion 12 of the rivet 1 into the friction stirrer 50 (see FIG. 7(b)).

次いで、コントローラCは、摩擦撹拌部50の上面50aからの頭部11の突出量Hを算出する(ステップS6)。例えば、コントローラCは、ピン駆動部122およびショルダ駆動部123に内蔵されるエンコーダからの出力値から、ピン部材111の下降が完了した図7(b)の時点におけるピン部材111の軸値とショルダ部材112の軸値とをそれぞれ特定し、特定した両軸値の差分を頭部11の突出量Hとして算出する。 Next, the controller C calculates the protrusion amount H of the head 11 from the upper surface 50a of the friction stirrer 50 (step S6). For example, the controller C determines the shaft value and the shoulder value of the pin member 111 at the point in time in FIG. The axial value of the member 112 is specified, and the difference between the specified axial values is calculated as the protrusion amount H of the head 11 .

次いで、コントローラCは、軸部12の先端部12aの外径である先端径Rdを推定する(ステップS7)。具体的に、コントローラCは、前記ステップS1で取得されたリベット1の寸法(リベット1の全長L、軸部12の外径R2、凹溝15の軸方向位置を表す距離G)と、前記ステップS4で算出された摩擦撹拌深さSdと、前記ステップS6で算出された頭部11の突出量Hとに基づいて、軸部12の先端径Rdを推定する。すなわち、リベット1の打設後の軸部12の先端径Rdは、軸部12が摩擦撹拌部50に圧入される過程で生じる当該軸部12の拡径、特に当該軸部12が凹溝15を起点に座屈することで生じる拡径がもたらす寸法であるから、このような先端径Rdは、リベット1の大きさ(全長Lおよび外径R2)と、凹溝15の軸方向位置(距離G)と、摩擦撹拌深さSdとによってそれぞれ変化する。また、頭部11の突出量Hは、リベット1が適切に打設されたか否かによって変化し、打設が不十分な場合には突出量Hが頭部11の厚さよりも大きくなる。不十分な打設はやはり上述の先端径Rdを狂わせるので、その意味において先端径Rdは突出量Hによっても変化する。以上の事情から、ステップS7では、上述の各パラメータL,R2,G,Sd,Hに基づき先端径Rdが推定される。この推定にあたっては、例えば、実験等により予め定められたモデル演算式を用いることができる。 Next, the controller C estimates the tip diameter Rd, which is the outer diameter of the tip portion 12a of the shaft portion 12 (step S7). Specifically, the controller C determines the dimensions of the rivet 1 acquired in step S1 (the total length L of the rivet 1, the outer diameter R2 of the shaft portion 12, the distance G representing the axial position of the groove 15), and the step The tip diameter Rd of the shaft portion 12 is estimated based on the friction stirring depth Sd calculated in S4 and the protrusion amount H of the head portion 11 calculated in step S6. That is, the tip diameter Rd of the shaft portion 12 after driving the rivet 1 is the diameter expansion of the shaft portion 12 caused in the process of the shaft portion 12 being press-fitted into the friction stirrer 50, particularly , the tip diameter Rd is determined by the size of the rivet 1 (overall length L and outer diameter R2) and the axial position of the groove 15 (distance G ) and the friction stirring depth Sd. Also, the amount of protrusion H of the head 11 changes depending on whether the rivet 1 has been driven properly. Insufficient driving also deviates the tip diameter Rd described above. From the above circumstances, in step S7, the tip diameter Rd is estimated based on the parameters L, R2, G, Sd, and H described above. For this estimation, for example, a model calculation formula predetermined by experiments or the like can be used.

次いで、コントローラCは、前記ステップS7で推定された軸部12の先端径Rdが、前記ステップS3で取得された摩擦撹拌径Srよりも大きいか否かを判定する(ステップS8)。 Next, the controller C determines whether or not the tip diameter Rd of the shaft portion 12 estimated in step S7 is larger than the friction stirring diameter Sr obtained in step S3 (step S8).

前記ステップS8でYESと判定されて先端径Rdが摩擦撹拌径Srよりも大きいことが確認された場合、コントローラCは、リベット1の打設(圧入)が適切に行われたものと判定し、その判定(OK判定)の結果を作業者に提供するなどの所定の処理を行う(ステップS9)。すなわち、先端径Rdが摩擦撹拌径Srよりも大きいということ(Rd>Sr)は、軸部12の先端部12aが摩擦撹拌部50の外側の母材領域まで食い込んでいること、つまりインターロック部が適切に形成されたことを意味する。このようなインターロック部の形成は、リベット1による接合品質が良好であることを示唆している。そこで、コントローラCは、ステップS9においてOK判定を提示する。 If the determination in step S8 is YES and it is confirmed that the tip diameter Rd is larger than the friction stirring diameter Sr, the controller C determines that the driving (press-fitting) of the rivet 1 has been properly performed, Predetermined processing such as providing the result of the determination (OK determination) to the operator is performed (step S9). That is, the fact that the tip diameter Rd is larger than the friction stirring diameter Sr (Rd>Sr) means that the tip portion 12a of the shaft portion 12 bites into the base material region outside the friction stirring portion 50, that is, the interlock portion is properly formed. Formation of such an interlock portion suggests that the quality of joining by the rivet 1 is good. Therefore, the controller C presents an OK determination in step S9.

一方、前記ステップS8でNOと判定されて先端径Rdが摩擦撹拌径Sr以下であることが確認された場合、コントローラCは、リベット1の打設(圧入)が適切に行われなかったものと判定し、その判定(NG判定)の結果を作業者に提供するなどの所定の処理を行う(ステップS10)。すなわち、先端径Rdが摩擦撹拌径Sr以下ということ(Rd≦Sr)は、軸部12の先端部12aが摩擦撹拌部50の外側の母材領域まで食い込んでいないこと、つまりインターロック部の形成が未達であることを意味する。このようなインターロック部の非形成は、リベット1による接合品質が不良であることを示唆している。そこで、コントローラCは、ステップS10においてNG判定を提示する。 On the other hand, if the determination in step S8 is NO and it is confirmed that the tip diameter Rd is equal to or smaller than the friction stirring diameter Sr, the controller C assumes that the rivet 1 was not properly driven (press-fitted). Then, predetermined processing such as providing the result of the determination (NG determination) to the operator is performed (step S10). That is, the fact that the tip diameter Rd is equal to or less than the friction stirring diameter Sr (Rd≦Sr) means that the tip portion 12a of the shaft portion 12 does not bite into the outer base material region of the friction stirring portion 50, that is, the formation of the interlock portion. is not achieved. The non-formation of such an interlock portion suggests that the joint quality by the rivet 1 is poor. Therefore, the controller C presents an NG judgment in step S10.

[作用効果]
以上説明したように、本実施形態では、第1部材41と第2部材42との接合時に、両者の重なり部45が回転ツール101により摩擦撹拌されるとともに、それによって形成された摩擦撹拌部50に対しさらにリベット1が圧入されるので、摩擦撹拌部50とリベット1との組合せにより、第1部材41と第2部材42とを十分な強度で接合することができる。
[Effect]
As described above, in the present embodiment, when the first member 41 and the second member 42 are joined together, the overlapping portion 45 of both is friction-stirred by the rotating tool 101, and the friction-stirring portion 50 formed thereby Since the rivet 1 is further press-fitted to the joint, the first member 41 and the second member 42 can be joined with sufficient strength by the combination of the friction stirrer 50 and the rivet 1 .

特に、本実施形態において用いられるリベット1は、周方向に延びる凹溝15が外周面に形成された軸部12を含むので、当該リベット1の摩擦撹拌部50への圧入時に、凹溝15を起点に軸部12を座屈させて当該軸部12の先端部12aを容易に拡径させることができる。これにより、摩擦撹拌部50の外側の母材領域まで軸部12の先端部12aが食い込んだ状態を高い確率で得ることができ、当該母材領域に食い込んだ先端部12aからなるインターロック部の機能により第1部材41と第2部材42とを機械的に適切に接合することができる。このことは、摩擦撹拌部50による接合との組合せにより、第1部材41と第2部材42とを十分な強度で接合することを可能にし、接合品質を向上させることができる。 In particular, since the rivet 1 used in the present embodiment includes the shaft portion 12 in which the groove 15 extending in the circumferential direction is formed on the outer peripheral surface, the groove 15 is formed when the rivet 1 is press-fitted into the friction stirrer 50. The tip portion 12a of the shaft portion 12 can be easily expanded in diameter by buckling the shaft portion 12 at the starting point. As a result, it is possible to obtain with a high probability a state in which the tip portion 12a of the shaft portion 12 bites into the base material region outside the friction stirrer 50, and the interlock portion formed by the tip portion 12a that has bitten into the base material region can be obtained. The function allows the first member 41 and the second member 42 to be mechanically properly joined. This enables the first member 41 and the second member 42 to be joined with sufficient strength in combination with the joining by the friction stirrer 50, thereby improving the joining quality.

ここで、本実施形態では、軸部12の拡径を促進するための手段(促進部)として、軸部12の外周壁が局所的に減肉されてなる凹溝15が用いられるため、この凹溝15の深さによってはリベット1自体の耐荷重が有意に低下するおそれがある。すなわち、凹溝15の深さをむやみに大きくすると、前記インターロック部は確実に得られたとしても、接合強度の向上代が限定的になるおそれがある。このことから、凹溝15の深さは、前記インターロック部の形成に必要な程度に前記拡径を促進する効果が得られる範囲においてできるだけ小さくすることが望ましい。言い換えると、凹溝15の深さは、軸部12の拡径促進とリベット1の耐荷重(もしくは接合強度)とを良好にバランスし得る値に決定することが望ましい。 Here, in the present embodiment, as means (promoting portion) for promoting diameter expansion of the shaft portion 12, the concave groove 15 formed by locally thinning the outer peripheral wall of the shaft portion 12 is used. Depending on the depth of the recessed groove 15, the load capacity of the rivet 1 itself may be significantly reduced. In other words, if the depth of the recessed groove 15 is excessively increased, even if the interlock portion can be reliably obtained, there is a possibility that the amount of improvement in the bonding strength will be limited. For this reason, it is desirable to make the depth of the groove 15 as small as possible within the range where the effect of promoting the diameter expansion to the extent necessary for forming the interlock portion can be obtained. In other words, it is desirable to determine the depth of the groove 15 to a value that allows the promotion of diameter expansion of the shaft portion 12 and the withstand load (or joint strength) of the rivet 1 to be well balanced.

また、本実施形態では、軸部12の先端部12aにテーパ状の(先端側ほど内径が大きくなる)内周面12sが形成されるので、リベット1の圧入時に軸部12に作用する抵抗力を、テーパ状の内周面12sを介して拡径力に変換することができる。このことは、上述した凹溝15の作用との相乗効果により、先端部12aの拡径を十分に促進することにつながる。これにより、前記インターロック部が形成される確率をより高めることができ、接合品質を十分に向上させることができる。 Further, in the present embodiment, since the tapered inner peripheral surface 12s (the inner diameter increases toward the tip end) is formed at the distal end portion 12a of the shaft portion 12, the resistance force acting on the shaft portion 12 when the rivet 1 is press-fitted is formed. can be converted into a diameter-expanding force via the tapered inner peripheral surface 12s. This leads to a synergistic effect with the action of the recessed groove 15 described above, thereby sufficiently promoting the expansion of the diameter of the distal end portion 12a. Thereby, the probability that the interlock portion is formed can be increased, and the joining quality can be sufficiently improved.

また、本実施形態では、リベット1の圧入前の各寸法(図1のL,R2,G)と、摩擦撹拌部50の深さである摩擦撹拌深さSdと、摩擦撹拌部50の上面50aに対するリベット1の頭部11の突出量Hとに基づいて、圧入後の軸部12の先端径Rdが推定されるとともに、推定された先端径Rdと所定の閾値(ここでは摩擦撹拌部50の外径である摩擦撹拌径Sr)との比較に基づいて接合品質の合否が判定される。このような構成によれば、特殊な検査装置(例えばX線やサーモグラフィ等を用いた検査装置)を必要としない簡便な方法で、リベット1による接合品質を保障することができる。 Further, in the present embodiment, each dimension (L, R2, G in FIG. 1) of the rivet 1 before press-fitting, the friction stirring depth Sd which is the depth of the friction stirring portion 50, and the upper surface 50a of the friction stirring portion 50 The tip diameter Rd of the shaft portion 12 after press-fitting is estimated based on the projection amount H of the head portion 11 of the rivet 1 relative to the rivet 1, and the estimated tip diameter Rd and a predetermined threshold value (here, the friction stirrer 50 The acceptance or rejection of the joining quality is determined based on a comparison with the friction stirring diameter (Sr), which is the outer diameter. With such a configuration, it is possible to ensure the joining quality of the rivet 1 by a simple method that does not require a special inspection device (for example, an inspection device using X-rays, thermography, etc.).

特に、本実施形態では、軸部12の先端径Rdを推定するための寸法パラメータの1つとして、凹溝15の軸方向の位置を表す距離G(図1)が用いられるので、凹溝15を起点に軸部12が座屈する現象を考慮した適切な先端径Rdの推定値を得ることができ、当該先端径Rdの推定精度を高めることができる。 In particular, in this embodiment, as one of the dimensional parameters for estimating the tip diameter Rd of the shaft portion 12, the distance G (FIG. 1) representing the axial position of the groove 15 is used. An appropriate estimated value of the tip diameter Rd can be obtained in consideration of the phenomenon in which the shaft portion 12 buckles starting from , and the estimation accuracy of the tip diameter Rd can be improved.

[変形例]
前記実施形態では、リベット1の軸部12の先端部12aが拡径するのを促進する手段つまり促進部として、軸部12の外周面に凹溝15を形成したが、促進部は、先端部12aの拡径を促進し得るものであればよく、凹溝15に限定されない。例えば、図9に示すように、内周壁および外周壁の双方を減肉させてなる減肉部65を軸部12の途中部に設け、当該減肉部65を促進部として機能させることも可能である。また、図示を省略するが、軸部12を軸方向に並ぶ第1部分と第2部分とに2分割し、当該第1部分および第2部分を相対的に強度の低い溶着金属等を用いて同軸に接合するようにしてもよい。このようにすれば、前記第1部分と前記第2部分との接合部(溶着部)を促進部として機能させることができる。
[Modification]
In the above-described embodiment, the concave groove 15 is formed in the outer peripheral surface of the shaft portion 12 as a means for promoting the diameter expansion of the tip portion 12a of the shaft portion 12 of the rivet 1, that is, as a promotion portion. It is not limited to the concave groove 15 as long as it can promote the expansion of the diameter of the groove 12a. For example, as shown in FIG. 9, it is possible to provide a reduced thickness portion 65 formed by reducing the thickness of both the inner peripheral wall and the outer peripheral wall in the middle of the shaft portion 12 so that the reduced thickness portion 65 functions as a promotion portion. is. Although not shown in the drawings, the shaft portion 12 is divided into a first portion and a second portion arranged in the axial direction, and the first portion and the second portion are formed by using a relatively low-strength welding metal or the like. You may make it join coaxially. With this configuration, the joint portion (welded portion) between the first portion and the second portion can function as an facilitating portion.

前記実施形態では、第1部材41と第2部材42とを直接重ね合わせて接合したが、第1部材41と第2部材42との間に一以上の他の部材を介在させた状態で第1部材41と第2部材42とを接合してもよい。 In the above-described embodiment, the first member 41 and the second member 42 are directly overlapped and joined together, but the first member 41 and the second member 42 are joined together with one or more other members interposed therebetween. The first member 41 and the second member 42 may be joined together.

前記実施形態では、第1部材41および第2部材42の双方を、熱可塑性樹脂製の基材と当該基材に含浸された多数の強化繊維とを含む熱可塑性複合材によって構成したが、第1部材41および第2部材42の材質は互いに異なるものであってもよい。例えば、第1部材41および第2部材42の一方が熱可塑性樹脂の成形体で、他方が繊維強化複合材の成形体であってもよい。あるいは、第1部材41および第2部材42の一方が金属の成形体で、他方がこれとは異質の金属または熱可塑性樹脂の成形体であってもよい。 In the above embodiment, both the first member 41 and the second member 42 are made of a thermoplastic composite material that includes a thermoplastic resin base material and a large number of reinforcing fibers impregnated in the base material. The materials of the first member 41 and the second member 42 may be different from each other. For example, one of the first member 41 and the second member 42 may be a thermoplastic resin molding, and the other may be a fiber-reinforced composite molding. Alternatively, one of the first member 41 and the second member 42 may be a molded body of metal and the other may be a molded body of a different metal or thermoplastic resin.

[まとめ]
上述した実施形態およびその変形例には主に以下の発明が含まれている。
[summary]
The above-described embodiments and modifications thereof mainly include the following inventions.

本発明の一局面に係る締結体は、第1部材と第2部材との重なり部に前記第1部材側からの回転ツールの圧入により形成される摩擦撹拌部に、前記第1部材側から圧入される締結体であって、前記摩擦撹拌部の表面に配置される頭部と、前記頭部から前記第2部材側に延びる筒状の軸部とを備え、前記軸部は、圧入時に当該軸部の先端部が拡径するのを促進する促進部を有するものである。 A fastening body according to one aspect of the present invention is press-fitted from the first member side into a friction stirrer portion formed by press-fitting a rotating tool from the first member side into the overlapped portion of the first member and the second member. The fastening body includes a head arranged on the surface of the friction stirrer, and a tubular shaft extending from the head toward the second member, and the shaft is press-fitted. It has a promoting portion that promotes the diameter expansion of the distal end portion of the shaft portion.

本発明によれば、締結体を摩擦撹拌部に圧入する際に、締結体の軸部を促進部を起点に座屈させて当該軸部の先端部を容易に拡径させることができる。これにより、摩擦撹拌部の外側の母材領域まで軸部の先端部が食い込んだ状態を高い確率で得ることができ、当該母材領域に食い込んだ先端部からなるインターロック部の機能により接合対象を機械的に適切に接合することができる。このことは、摩擦撹拌部による接合との組合せにより、接合対象を十分な強度で接合することを可能にし、接合品質を向上させることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when press-fitting a fastening body to a friction stirring part, the axial part of the fastening body can be buckled from the promotion|promotion part as a starting point, and the front-end|tip part of the said axial part can be expanded easily. As a result, it is possible to obtain a state with a high probability that the tip of the shaft part has bitten into the base material area outside the friction stirrer, and the interlock part made up of the tip part that has bitten into the base material area can be used to weld the object. can be properly joined mechanically. This, in combination with the welding by the friction stirrer, makes it possible to weld the objects to be welded with sufficient strength and improve the welding quality.

前記促進部は、例えば、前記軸部の外周面に形成された周方向に延びる凹溝とすることができる。 The facilitating portion may be, for example, a concave groove extending in the circumferential direction formed on the outer peripheral surface of the shaft portion.

この構成によれば、軸部の外周面に凹溝を設けるだけの簡単な構成で、軸部の先端部の拡径を促進することができる。また、凹溝の深さを調整することにより、軸部の拡径促進と締結体の耐荷重(もしくは接合強度)とを良好にバランスさせることができる。 According to this configuration, it is possible to facilitate the expansion of the diameter of the distal end portion of the shaft portion with a simple configuration in which the groove is provided on the outer peripheral surface of the shaft portion. Further, by adjusting the depth of the concave groove, it is possible to achieve a good balance between acceleration of diameter expansion of the shaft portion and load resistance (or joint strength) of the fastening body.

好ましくは、前記軸部の先端部は、先端側ほど内径が拡大するテーパ状の内周面を有する。 Preferably, the distal end portion of the shaft portion has a tapered inner peripheral surface whose inner diameter increases toward the distal end side.

この構成によれば、締結体の圧入時にその軸部に作用する抵抗力が、テーパ状の内周面を介して拡径力に変換されるので、上述した促進部の作用との相乗効果により、先端部の拡径を十分に促進することができる。これにより、前記インターロック部が形成される確率をより高めることができ、接合品質を十分に向上させることができる。 According to this configuration, the resistance force acting on the shaft portion when the fastening body is press-fitted is converted into a diameter-expanding force via the tapered inner peripheral surface. , the diameter expansion of the tip portion can be sufficiently promoted. Thereby, the probability that the interlock portion is formed can be increased, and the joining quality can be sufficiently improved.

本発明の他の局面に係る接合構造体は、前記第1部材および前記第2部材と、前記第1部材と前記第2部材との重なり部に形成された前記摩擦撹拌部と、前記摩擦撹拌部に圧入された前記締結体とを備えるものである。 A joined structure according to another aspect of the present invention includes the first member and the second member, the friction stir portion formed in an overlapping portion of the first member and the second member, and the friction stir and the fastening body press-fitted into the part.

本発明の接合構造体は、前記締結体と前記摩擦撹拌部との組合せに基づく十分な接合強度を有する。 The joint structure of the present invention has sufficient joint strength based on the combination of the fastening body and the friction stirrer.

本発明のさらに他の局面に係る接合方法は、前記締結体を用いて前記第1部材と前記第2部材とを接合する方法であって、前記第1部材と前記第2部材との重なり部に前記第1部材側から前記回転ツールを圧入する摩擦撹拌を行うことにより前記重なり部に前記摩擦撹拌部を形成する摩擦撹拌ステップと、前記第1部材側から前記摩擦撹拌部に前記締結体を圧入する締結ステップとを含むものである。 A joining method according to still another aspect of the present invention is a method of joining the first member and the second member using the fastening body, wherein the overlapping portion of the first member and the second member a friction stirring step of forming the friction stirring portion in the overlapping portion by performing friction stirring in which the rotating tool is press-fitted from the first member side to the friction stirring portion; and a fastening step of press-fitting.

本発明の接合方法によれば、前記締結体と前記摩擦撹拌部との組合せに基づく十分な接合強度をもった接合構造体を得ることができる。 According to the joining method of the present invention, it is possible to obtain a joined structure having sufficient joining strength based on the combination of the fastening body and the friction stir portion.

前記接合方法は、好ましくは、前記締結体の圧入前の寸法と、前記摩擦撹拌ステップでの摩擦撹拌深さと、前記締結ステップ後における前記摩擦撹拌部の上面からの前記頭部の突出量とに基づいて、前記締結ステップ後の前記軸部の先端径を推定し、推定した当該先端径が所定の閾値よりも大きい場合に良好な接合が行われたと判定する判定ステップをさらに含む。 The joining method preferably has a dimension before press-fitting of the fastening body, a friction stirring depth in the friction stirring step, and a protrusion amount of the head from the upper surface of the friction stirring part after the fastening step. estimating the tip diameter of the shaft portion after the fastening step based on the above, and determining that good joining has been performed when the estimated tip diameter is larger than a predetermined threshold.

この構成によれば、特殊な検査装置(例えばX線やサーモグラフィ等を用いた検査装置)を必要としない簡便な方法で、締結体による接合品質を保障することができる。 According to this configuration, it is possible to ensure the joint quality of the fastening body by a simple method that does not require a special inspection device (for example, an inspection device using X-rays, thermography, etc.).

前記圧入前の寸法には、例えば、前記締結体の軸方向長さと、前記軸部の外径と、前記促進部の軸方向の位置を表す距離とが含まれ得る。 The dimensions before press fitting may include, for example, the axial length of the fastener, the outer diameter of the shank, and the distance representing the axial position of the facilitating portion.

この構成によれば、促進部を起点に軸部が座屈する現象を考慮した適切な先端径の推定値を得ることができ、当該先端径の推定精度を高めることができる。 According to this configuration, it is possible to obtain an appropriate tip diameter estimation value in consideration of the phenomenon in which the shaft portion buckles starting from the promoting portion, and it is possible to improve the estimation accuracy of the tip diameter.

1 :リベット(締結体)
11 :頭部
12 :軸部
12a :(軸部の)先端部
12s :(テーパ状の)内周面
15 :凹溝(促進部)
30 :接合構造体
41 :第1部材
42 :第2部材
45 :重なり部
50 :摩擦撹拌部
50a :(摩擦撹拌部の)上面
65 :減肉部(促進部)
L :(リベットの)全長
R2 :(軸部の)外径
G :(凹溝の軸方向の位置を表す)距離
H :(頭部の)突出量
Sd :摩擦撹拌深さ
Sr :摩擦撹拌径(閾値)
Rd :(軸部の)先端径
1: Rivet (fastening body)
Reference Signs List 11: Head 12: Shaft 12a: Tip (of shaft) 12s: (Tapered) inner peripheral surface 15: Groove (promoting portion)
30: Joined structure 41: First member 42: Second member 45: Overlapping portion 50: Friction stirrer 50a: Upper surface (of friction stirrer) 65: Thinned portion (promoting portion)
L: Total length (of the rivet) R2: Outer diameter (of the shank) G: Distance (indicating the axial position of the concave groove) H: Projection amount (of the head) Sd: Friction stir depth Sr: Friction stir diameter (threshold)
Rd: Tip diameter (of shaft)

Claims (7)

第1部材と第2部材との重なり部に前記第1部材側からの回転ツールの圧入により形成される摩擦撹拌部に、前記第1部材側から圧入される締結体であって、
前記摩擦撹拌部の表面に配置される頭部と、
前記頭部から前記第2部材側に延びる筒状の軸部とを備え、
前記軸部は、圧入時に当該軸部の先端部が拡径するのを促進する促進部を有する、締結体。
A fastening body press-fitted from the first member side into a friction stirrer portion formed by press-fitting a rotating tool from the first member side into an overlapping portion of the first member and the second member,
a head arranged on the surface of the friction stirrer;
a cylindrical shaft extending from the head toward the second member;
The fastening body, wherein the shaft portion has a promoting portion that promotes diameter expansion of the tip portion of the shaft portion during press-fitting.
請求項1に記載の締結体において、
前記促進部は、前記軸部の外周面に形成された周方向に延びる凹溝である、締結体。
In the fastening body according to claim 1,
The fastening body, wherein the facilitating portion is a groove extending in the circumferential direction formed on the outer peripheral surface of the shaft portion.
請求項1または2に記載の締結体において、
前記軸部の先端部は、先端側ほど内径が拡大するテーパ状の内周面を有する、締結体。
In the fastening body according to claim 1 or 2,
A fastening body, wherein a distal end portion of the shaft portion has a tapered inner peripheral surface whose inner diameter increases toward the distal end side.
前記第1部材および前記第2部材と、
前記第1部材と前記第2部材との重なり部に形成された前記摩擦撹拌部と、
前記摩擦撹拌部に圧入された請求項1~3のいずれか1項に記載の締結体とを備えた、接合構造体。
the first member and the second member;
the friction stirrer formed in an overlapping portion of the first member and the second member;
A joined structure comprising the fastening body according to any one of claims 1 to 3 press-fitted into the friction stirrer.
請求項1~3のいずれか1項に記載の締結体を用いて前記第1部材と前記第2部材とを接合する方法であって、
前記第1部材と前記第2部材との重なり部に前記第1部材側から前記回転ツールを圧入する摩擦撹拌を行うことにより前記重なり部に前記摩擦撹拌部を形成する摩擦撹拌ステップと、
前記第1部材側から前記摩擦撹拌部に前記締結体を圧入する締結ステップとを含む、接合方法。
A method for joining the first member and the second member using the fastening body according to any one of claims 1 to 3,
A friction stirring step of forming the friction stirring portion in the overlapping portion by performing friction stirring by press-fitting the rotating tool into the overlapping portion of the first member and the second member from the first member side;
and a fastening step of press-fitting the fastening body into the friction stirrer from the side of the first member.
請求項5に記載の接合方法において、
前記締結体の圧入前の寸法と、前記摩擦撹拌ステップでの摩擦撹拌深さと、前記締結ステップ後における前記摩擦撹拌部の上面からの前記頭部の突出量とに基づいて、前記締結ステップ後の前記軸部の先端径を推定し、推定した当該先端径が所定の閾値よりも大きい場合に良好な接合が行われたと判定する判定ステップをさらに含む、接合方法。
In the joining method according to claim 5,
Based on the dimensions before press-fitting of the fastening body, the depth of friction stirring in the friction stirring step, and the amount of protrusion of the head from the upper surface of the friction stirring part after the fastening step, after the fastening step The joining method further includes a determination step of estimating a tip diameter of the shaft portion and determining that good joining has been performed when the estimated tip diameter is larger than a predetermined threshold.
請求項6に記載の接合方法において、
前記圧入前の寸法には、前記締結体の軸方向長さと、前記軸部の外径と、前記促進部の軸方向の位置を表す距離とが含まれる、接合方法。
In the joining method according to claim 6,
The joining method, wherein the dimensions before press-fitting include the axial length of the fastening body, the outer diameter of the shaft portion, and the distance representing the axial position of the facilitating portion.
JP2021057683A 2021-03-30 2021-03-30 Fastening body and joint structure and joint method using the same Pending JP2022154579A (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021057683A JP2022154579A (en) 2021-03-30 2021-03-30 Fastening body and joint structure and joint method using the same
PCT/JP2022/014918 WO2022210510A1 (en) 2021-03-30 2022-03-28 Fastening body, joining structure using same, and joining method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021057683A JP2022154579A (en) 2021-03-30 2021-03-30 Fastening body and joint structure and joint method using the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2022154579A true JP2022154579A (en) 2022-10-13

Family

ID=83456304

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021057683A Pending JP2022154579A (en) 2021-03-30 2021-03-30 Fastening body and joint structure and joint method using the same

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2022154579A (en)
WO (1) WO2022210510A1 (en)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2587421B1 (en) * 1985-09-18 1987-11-20 Garonne Ets Auriol & Cie SEMI-TUBULAR RIVET
JP2006349051A (en) * 2005-06-16 2006-12-28 Nissan Motor Co Ltd Rivet and joining method by use of this rivet
JP2008215464A (en) * 2007-03-02 2008-09-18 Toyota Motor Corp Rivet structure and vehicular body structure
DE102013214331A1 (en) * 2013-07-23 2015-01-29 Robert Bosch Gmbh Rivet for connecting at least two workpieces
EP3094443B1 (en) * 2014-01-16 2022-07-13 Atlas Copco IAS UK Limited Spot-joining apparatus and method

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022210510A1 (en) 2022-10-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3401055B1 (en) Rivet for friction self-piercing riveting and friction self-piercing riveting connection system
US7909229B2 (en) Method for joining material
US8540134B2 (en) Reinforcement of friction plug welds
US8567032B2 (en) Method for joining metal and plastic workpieces
US9297405B2 (en) Bolt element and a method for the attachment of a bolt element to a component of a composite material
AU2006338414B2 (en) Bolt for projection welding and method of welding the same
US20150121679A1 (en) Punch-riveting die and punch-riveting method
JP2004058135A (en) Junction method and junction tool
US7367487B2 (en) Method for friction stir welding, jig therefor, member with friction stir-welded portion, and tool for friction stir welding
US8317079B2 (en) Clinching method and tool for performing the same
JP7498704B2 (en) Connection element, part and connection method thereof
US20230191710A1 (en) Friction stir spot welding method and welded assembly utilizing same
WO2022210510A1 (en) Fastening body, joining structure using same, and joining method
CN114211144B (en) Friction stir double-rivet welding method for dissimilar alloy
JP2007054885A (en) Joining tool, and friction stir joining method
WO2022210506A1 (en) Joint structure and joining method
US20240316873A1 (en) Joining method, joined body, and joining device
JP7573471B2 (en) Bonding method, bonded body, and bonding device
US20230241708A1 (en) Friction stir spot welding method and welded assembly using same
JP4953419B2 (en) Machine element joining method
JP2008221947A (en) Vehicle body joining method and its joining structure
CN116710216A (en) Bonding method, bonded body, and bonding device
KR102720064B1 (en) Connecting elements, connecting elements and their creation methods
KR20240092698A (en) Method for assembling members using flow drilling screw joint and assembly with flow drilling screw joint
KR20210066084A (en) Self drilling rivet joining method for joining dissimilar materials

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20240226

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240903