JP2022154727A - 接合方法、接合体及び接合装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】二以上の部材の重なり部を強固に接合する。
【解決手段】摩擦攪拌接合用のツール1とリベット5とを用いて、ツール1側の第1部材31と、第1部材31の下層に配置される第2部材32とを含んで形成される重なり部30を接合する。接合方法は、ツール1を、第1部材31側から重なり部30へ圧入して摩擦攪拌を行うことで、重なり部30に摩擦攪拌部4を形成する工程と、圧入方向から見たサイズが摩擦攪拌部4よりも小さいリベット5を用い、当該リベット5のヘッド部51を押圧することで、下端部522を第1部材31側から摩擦攪拌部4に圧入する工程と、ヘッド部51を、摩擦攪拌部4及び第1部材31の表面に接する部分を含むように変形させる工程とを備える。
【選択図】図7
【解決手段】摩擦攪拌接合用のツール1とリベット5とを用いて、ツール1側の第1部材31と、第1部材31の下層に配置される第2部材32とを含んで形成される重なり部30を接合する。接合方法は、ツール1を、第1部材31側から重なり部30へ圧入して摩擦攪拌を行うことで、重なり部30に摩擦攪拌部4を形成する工程と、圧入方向から見たサイズが摩擦攪拌部4よりも小さいリベット5を用い、当該リベット5のヘッド部51を押圧することで、下端部522を第1部材31側から摩擦攪拌部4に圧入する工程と、ヘッド部51を、摩擦攪拌部4及び第1部材31の表面に接する部分を含むように変形させる工程とを備える。
【選択図】図7
Description
本発明は、二以上の部材の重なり部を、摩擦攪拌と締結体とを用いて接合する接合方法、及びこれを用いた接合体、並びに前記接合方法に用いる接合装置に関する。
航空機、鉄道車両又は自動車などの構造物の構成部材として、金属部材、樹脂部材、繊維強化材が混合された熱可塑性樹脂部材などが用いられている。前記構造物の製造に際しては、二以上の部材を重ね合わせての接合が必要となる場合がある。この接合の手法として、リベットのような締結体を用いた接合や、摩擦攪拌を用いた接合が知られている。
特許文献1には、セルフピアスリベットを用いた繊維強化熱可塑性樹脂部材の接合方法が開示されている。この接合方法では、樹脂部材を加熱して軟化させることが可能な特殊な下型を使用し、軟化させた箇所にセルフピアスリベットを打設する。この打設は、セルフピアスリベットのヘッド部が接合体の表面と面一となるように行われる。
しかしながら、二以上の部材の重なり部を接合するに際し、セルフピアスリベットを単純に打設する手法では、層間剥離等が生じて十分な接合強度や継手品質を得られない場合があった。また、摩擦攪拌接合だけに依存した接合方法の場合、接合強度は樹脂の性質に依存しやすいことから、十分な引き剥がし強度が得られない場合があった。
本発明は、二以上の部材の重なり部を従前以上に強固に接合することができる接合方法、及びこれを用いた接合体、並びに前記接合方法に用いる接合装置を提供することを目的とする。
本発明の一の局面に係る接合方法は、摩擦攪拌接合用のツールと締結体とを用いて、前記ツール側の第1部材と、前記第1部材の下層に配置される第2部材とを含んで形成される重なり部を接合する接合方法であって、前記ツールを、前記第1部材側から前記重なり部へ圧入して摩擦攪拌を行うことで、前記重なり部に摩擦攪拌部を形成し、圧入方向から見たサイズが前記摩擦攪拌部よりも小さい締結体を用い、当該締結体の一端側を押圧することで、当該締結体の他端側を前記第1部材側から前記摩擦攪拌部に圧入し、前記締結体の一端側に、前記摩擦攪拌部よりも大きいサイズを有するヘッド部を形成することを特徴とする。
この接合方法によれば、摩擦攪拌と締結体との併用により、優れた強度を有する接合体を得ることができる。すなわち、重なり部には、後に締結体が圧入される摩擦攪拌部が形成される。この摩擦攪拌部では、摩擦攪拌により前記重なり部の構成材が混練されると共に、前記構成材が軟化した状態となる。このような摩擦攪拌部に対して、前記締結体を容易に圧入させることができる。従って、前記締結体が備える締結効果を発揮させ易くなる。さらに、前記締結体の一端側には、前記摩擦攪拌部よりも大きいサイズを有するヘッド部が形成される。つまり、ヘッド部が、前記摩擦攪拌部と前記第1部材及び前記第2部材の母材との境界部分を覆う仕上がりとなる。このようなヘッド部の係止効果により、前記境界部分に沿った破断を抑制することができる。
本発明の他の局面に係る接合体は、第1部材及び第2部材を含んで形成される重なり部の接合体であって、前記第1部材が重なり方向の一端側に、前記第2部材が重なり方向の他端側に配置されるように重なり合う重なり部と、前記重なり部に設けられた摩擦攪拌部と、前記摩擦攪拌部に圧入された締結体と、を備え、前記締結体は、前記第2部材に当該締結体の一部が入り込んだインターロック部と、前記摩擦攪拌部の上面、及び、前記摩擦攪拌部の周縁の前記第1部材の上面に当接するフランジ部と、を備える。
この接合体によれば、重なり部に形成される前記摩擦攪拌部と、摩擦攪拌部に圧入される締結体とによって、重なり部に接合力が与えられる。すなわち、摩擦攪拌接合だけに依存せず、前記締結体の締結効果によって第1部材及び第2部材を強固に接合させることができる。さらに、前記締結体のインターロック部とフランジ部とにより、前記摩擦攪拌部が挟持される態様となる。従って、前記摩擦攪拌部と前記第1部材及び前記第2部材の母材との境界部分に沿った破断は抑制され、優れた接合強度を有する接合体を構築できる。
本発明のさらに他の局面に係る接合装置は、第1部材及び第2部材を含んで形成される重なり部を、摩擦攪拌と締結体とを用いて接合する接合装置であって、軸線方向に進退移動可能な円柱状のピン部材と、前記ピン部材の外周を覆うように位置し、当該ピン部材と同一の軸線回りに回転すると共に前記軸線方向に進退移動が可能な円筒状のショルダ部材と、前記ピン部材により押圧される一端側と、前記押圧によって前記重なり部に形成される摩擦攪拌部へ圧入される他端側とを有し、前記ピン部材の上昇により創出される収容空間に装填される締結体と、前記締結体の一端側に、前記摩擦攪拌部よりも大きいサイズを有するヘッド部を形成する後処理部と、を備える。
この接合装置を用いれば、前記重なり部に対する摩擦攪拌から締結体の圧入、並びにヘッド部の形成の工程を、流れ作業でスムースに実行させることができる。
本発明によれば、二以上の部材の重なり部を、摩擦攪拌と締結体とを併用して強固に接合することができる。
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態を詳細に説明する。本発明に係る接合方法は、金属、熱可塑性樹脂、熱可塑性複合材等からなるプレート、フレーム、外装材或いは柱状材等の構造部材を、二つ以上重ね合わせて点接合してなる各種接合体の製造に適用することができる。前記熱可塑性複合材は、例えば炭素繊維等の繊維補強体を含む複合材である。製造される接合体は、例えば、航空機、鉄道車両又は自動車などの構造物の構成部材となる。
[複動式の摩擦攪拌点接合装置の構成]
先ず、図1を参照して、本発明の実施形態に係る接合方法を実行可能な、複動式の摩擦攪拌点接合装置Mの構成例を説明する。摩擦攪拌点接合装置Mは、複動式の摩擦攪拌点接合用のツール1と、ツール1を回転及び昇降駆動するツール駆動部2と、ツール駆動部2の動作を制御するコントローラCと、所要の加熱動作を実行可能な加熱装置61(後処理部)とを含む。なお、図1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、実際のツール1の使用方向を限定する意図ではない。
先ず、図1を参照して、本発明の実施形態に係る接合方法を実行可能な、複動式の摩擦攪拌点接合装置Mの構成例を説明する。摩擦攪拌点接合装置Mは、複動式の摩擦攪拌点接合用のツール1と、ツール1を回転及び昇降駆動するツール駆動部2と、ツール駆動部2の動作を制御するコントローラCと、所要の加熱動作を実行可能な加熱装置61(後処理部)とを含む。なお、図1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、実際のツール1の使用方向を限定する意図ではない。
ツール1は、図略のツール支持部材によって支持される。前記ツール支持部材は、例えば多関節ロボットの先端部に取り付けられたC型フレーム等の支持フレームとすることができる。ツール1の下端面に対向して、裏当て材15が配置されている。ツール1と裏当て材15との間には、接合対象となる少なくとも二つの部材が配置される。図1では、平板プレートからなる第1部材31の一部と、同じく平板プレートからなる第2部材32の一部とが上下方向に重なり合った重なり部30が、ツール1と裏当て材15との間に配置されている例を示している。このような重なり部30が、摩擦攪拌とリベット5(締結体)とを併用する接合法によって接合されることで、第1部材31と第2部材32との接合体3が形成される。重なり部30は、第1部材31と第2部材32との間に、一つ又は複数の部材がさらに介在されたものであっても良い。
ツール1は、ピン部材11、ショルダ部材12、クランプ部材13及びスプリング14を含む。ピン部材11は円柱状に形成された部材であり、その軸線方向が上下方向に延びるように配置されている。ピン部材11は、前記軸線を回転軸Rとして回転が可能であり、且つ、回転軸Rに沿って上下方向に昇降(進退移動)が可能である。なお、ツール1の使用時には、回転軸Rと重なり部30における点接合位置Wとが位置合わせされる。
ショルダ部材12は、ピン部材11の外周を覆うように位置している。ショルダ部材12は、ピン部材11が内挿される中空部を備え、円筒状に形成された部材である。ショルダ部材12の軸心は、ピン部材11の軸線(回転軸R)と同軸上にある。ショルダ部材12は、ピン部材11と同一の回転軸R回りに回転が可能であり、且つ、回転軸Rに沿って上下方向に昇降(進退移動)が可能である。ショルダ部材12と、前記中空部に内挿されたピン部材11とは、共に回転軸Rの軸回りに回転しつつ、回転軸R方向に相対移動が可能である。すなわち、ピン部材11及びショルダ部材12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。
クランプ部材13は、ショルダ部材12が内挿される中空部を備え、円筒状に形成された部材である。クランプ部材13の軸心も、回転軸Rと同軸上にある。クランプ部材13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)可能である。クランプ部材13は、ピン部材11又はショルダ部材12が摩擦攪拌を行う際に、これらの外周を囲う役目を果たす。クランプ部材13の囲いによって、摩擦攪拌材料を四散させず、摩擦攪拌点接合部分を平滑に仕上げることができる。
スプリング14は、クランプ部材13の上端側に取り付けられ、クランプ部材13を重なり部30に向かう方向(下方)に付勢している。クランプ部材13は、スプリング14を介して、前記ツール支持部に取り付けられている。裏当て材15は、接合対象(重なり部30)の下面側に当接する平面を備える。裏当て材15は、ピン部材11又はショルダ部材12が重なり部30に圧入される際に、当該重なり部30を支持する裏当て部材である。スプリング14で付勢されたクランプ部材13は、重なり部30を裏当て材15に押し当てる。
ツール駆動部2は、回転駆動部21、ピン駆動部22、ショルダ駆動部23及びクランプ駆動部24を含む。回転駆動部21は、モーター及び駆動ギア等を含み、ピン部材11及びショルダ部材12を回転軸R回りに回転駆動する。ピン駆動部22は、回転軸Rに沿ってピン部材11を進退移動(昇降)させる機構である。ピン駆動部22は、ピン部材11の重なり部30への圧入並びに重なり部30からの退避を行うように、ピン部材11を駆動する。ショルダ駆動部23は、回転軸Rに沿ってショルダ部材12を進退移動させる機構であって、ショルダ部材12の重なり部30への圧入並びに退避を行わせる。クランプ駆動部24は、回転軸Rに沿ってクランプ部材13を進退移動させる機構である。クランプ駆動部24は、クランプ部材13を重なり部30に向けて移動させ、重なり部30を裏当て材15に押圧させる。この際、スプリング14の付勢力が作用する。
加熱装置61は、リベット5を外部加熱する際に用いられる装置である。具体的には加熱装置61は、リベット5のヘッド部51(図6参照)を圧延加工する際に、当該ヘッド部51を加熱して前記圧延加工を容易化する。加熱装置61としては、輻射加熱装置、抵抗加熱装置、誘導加熱装置、レーザ加熱装置、加熱バーナ等を用いることができる。加熱装置61は、例えばツール1と共に前記ツール支持部に支持させても良いし、別途の支持部材に支持させても良い。加熱制御部62は、加熱装置61の動作を制御することで、リベット5へ与える入熱量を制御する。
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2の各部の動作を制御する。具体的にはコントローラCは、回転駆動部21を制御して、ピン部材11及びショルダ部材12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22、ショルダ駆動部23及びクランプ駆動部24を制御して、ピン部材11、ショルダ部材12及びクランプ部材13に、所要の進退移動動作を行わせる。また、コントローラCは、加熱制御部62に加熱指示を与え、加熱装置61を企図する通りに動作させる。
上述した複動式の摩擦攪拌点接合用ツール1の使用方法としては、ピン先行プロセスと、ショルダ先行プロセスとがある。ピン先行プロセスの摩擦攪拌工程では、ツール1のピン部材11を先行して重なり部30へ圧入させて摩擦攪拌を実行させる一方、ショルダ部材12を上昇(退避)させる。その後の埋め戻し工程では、ピン部材11を上昇させて退避させる一方で、ショルダ部材12を下降させる。一方、ショルダ先行プロセスの摩擦攪拌工程では、ツール1のショルダ部材12を先行して重なり部30へ圧入させて摩擦攪拌を実行させる一方、ピン部材11を上昇(退避)させる。その後の埋め戻し工程では、ショルダ部材12を上昇させて退避させる一方で、ピン部材11を下降させる。
[接合対象の部材]
図2は、本実施形態の接合方法にて接合される重なり部30の構成を示す図である。第1部材31と第2部材32とが上下方向に重ね合わされ、重なり部30が形成されている。第1部材31は、重ね合わせ方向に厚さt1を有している。第2部材32は、厚さt1と同一の厚さt2(t1=t2)を有している。t1及びt2は、摩擦攪拌接合が可能な厚さであればよく、t1とt2とが異なる厚さであっても良い。
図2は、本実施形態の接合方法にて接合される重なり部30の構成を示す図である。第1部材31と第2部材32とが上下方向に重ね合わされ、重なり部30が形成されている。第1部材31は、重ね合わせ方向に厚さt1を有している。第2部材32は、厚さt1と同一の厚さt2(t1=t2)を有している。t1及びt2は、摩擦攪拌接合が可能な厚さであればよく、t1とt2とが異なる厚さであっても良い。
既述の通り、本発明において接合対象となる部材には特に制限はなく、金属、熱可塑性樹脂、熱可塑性複合材等からなる部材を選択することができる。これらの中で、第1部材31及び第2部材32の双方が、繊維強化熱可塑性樹脂からなる成形体であることが望ましい。繊維強化熱可塑性樹脂の成形体としては、例えば繊維強化材としての短繊維又は長繊維を熱可塑性樹脂に混合した成形体、連続繊維を所定方向に配列した繊維配列体若しくは連続繊維の織布に熱可塑性樹脂を含浸してなる成形体を例示することができる。
第1部材31及び第2部材32の構成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。繊維強化材としては、例えば炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、金属繊維或いは有機繊維を用いることができる。
第1部材31及び第2部材32は、それぞれ一つの繊維強化熱可塑性樹脂の成形体で構成されていても良いが、複数枚の薄層シートの積重体で構成されていることが望ましい。図2では、連続繊維の配列体に熱可塑性樹脂を含浸したシート(プリプレグ)を多層に積層してなる成形体が、第1部材31及び第2部材32として用いられる例を示す。
図2には、第1部材31を構成しているシート積重体33の一部が示されている。シート積重体33は、それぞれ連続繊維の配列体に熱可塑性樹脂を含浸したシートからなる第1シート層33A、第2シート層33B及び第3シート層33Cを含む。第1シート層33Aは、連続繊維34の多数本が所定の配列方向に配列され、その配列体に熱可塑性樹脂を含浸して一体化した、厚さ0.1mm~0.5mm程度のシートである。第2シート層33B及び第3シート層33Cも上記と同様なシートであるが、連続繊維34の配列方向が相互に異なる方向とされている。このように、例えば連続繊維34の配列方向を互いに異なる3軸方向とした3種のシートを多層に積層することで、第1部材31は疑似等方性を備えている。第2部材32も、第1部材31と同様なシートの多層積層体からなるプレートである。
連続繊維34としては、例えば炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、金属繊維或いは有機繊維を用いることができる。図2では、連続繊維34を一方向に配列したシートを例示しているが、連続繊維を縦糸及び横糸として織布を形成した後に熱可塑性樹脂を含浸させるファブリック型のシートを用いても良い。また、連続繊維34に代えて、長さが2mm~20mm程度の長繊維、若しくは短繊維を熱可塑性樹脂に混合させたシート又はプレートを用いることもできる。
第1部材31と第2部材32とは、上述の例の通り同一材質の部材であっても良いが、互いに異なるからなる部材であっても良い。例えば、第1部材31及び第2部材32の一方が熱可塑性樹脂の成形体で、他方が繊維強化熱可塑性樹脂の成形体であっても良い。この場合、ツール1のピン部材11又はショルダ部材12が最後に圧入される側に位置する第2部材32として、繊維強化熱可塑性樹脂の成形体、乃至は、連続繊維に熱可塑性樹脂を含浸させた成形体を用いることが望ましい。或いは、第1部材31及び第2部材32の一方が特定の熱可塑性樹脂又は金属の成形体で、他方がこれとは異質の熱可塑性樹脂又は金属の成形体であっても良い。
締結体の一例として図1に例示しているリベット5としては、例えばセルフピアスリベットを用いることができる。リベット5は、重なり部30に対して打設されることで一部が変形し、第1部材31と第2部材32とを一体化する係合力を発生する。後記で詳述するが、本実施形態ではリベット5は、重なり部30においてツール1で摩擦攪拌された領域に打設され、その一部が摩擦攪拌されていない母材部分に入り込むことによって前記係合力を発生する。リベット5の材質には特に制限は無く、チタンなどの金属、熱可塑性樹脂、熱可塑性複合材からなるリベットを用いることができる。セルフピアスリベットに代えて、例えば単純な円筒型リベット等、その一部が変形可能な各種の接合部材を前記締結体として用いても良い。
[摩擦攪拌とリベットとを併用した接合方法]
図3は、本実施形態に係る接合方法の工程チャートを示す図である。本実施形態の接合方法は、第1部材31と第2部材32とを含む重なり部30の接合方法であって、次の工程S1~S6を含む。
・工程S1:打設するリベット5を予めツール1に装填する準備工程。
・工程S2:第1部材31及び第2部材32を含む重なり部30を形成する重なり部の形成工程。
・工程S3:ツール1のショルダ部材12を重なり部30へ圧入して摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工程。
・工程S4:ツール1のピン部材11で、第1部材31側から摩擦攪拌部にリベット5を圧入するリベット打設工程。
・工程S5:打設したリベット5の一部を変形させてインターロック部を形成する工程。
・工程S6:リベット5のヘッド部51の形成工程。
図3は、本実施形態に係る接合方法の工程チャートを示す図である。本実施形態の接合方法は、第1部材31と第2部材32とを含む重なり部30の接合方法であって、次の工程S1~S6を含む。
・工程S1:打設するリベット5を予めツール1に装填する準備工程。
・工程S2:第1部材31及び第2部材32を含む重なり部30を形成する重なり部の形成工程。
・工程S3:ツール1のショルダ部材12を重なり部30へ圧入して摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工程。
・工程S4:ツール1のピン部材11で、第1部材31側から摩擦攪拌部にリベット5を圧入するリベット打設工程。
・工程S5:打設したリベット5の一部を変形させてインターロック部を形成する工程。
・工程S6:リベット5のヘッド部51の形成工程。
以下、上記の工程S1~S6の各々について具体的に説明する。図4(A)は、上記工程S1の準備工程を示す断面図である。図4(A)には、リベット5の縦断面が示されている。リベット5は、例えばTi-6Al-4V等のチタン合金からなり、ヘッド部51(一端側)と、このヘッド部51の下方に連なる筒体部52(他端側)とを含む。ヘッド部51は円柱体からなり、ツール1から圧入力を受ける頂面51Hを有する。筒体部52は、ヘッド部51よりもやや径小の円筒体からなる。筒体部52は、ヘッド部51に一体的に繋がる上端部521と、重なり部30への打設時に先端部となる下端部522と、内部の中空領域523とを備えている。中空領域523を備えることで、筒体部52は易変形性を有する。下端部522は、中空領域523の開口縁でもあり、環状の端縁形状を有している。
ツール1側では、リベット5の装填のための動作が行われる。具体的には、コントローラC(図1)がピン駆動部22を動作させてピン部材11を上昇させ、ショルダ部材12の中空部内にリベット5の収容空間Hを創出する。つまり、ピン部材11の下端部11Tをショルダ部材12の下端部12Tに対して、リベット5の高さ以上相対的に上昇させて、ショルダ部材12の下端開口付近に収容空間Hを設ける。しかる後、リベット5が収容空間Hに装填される。なお、以上の準備工程は、ショルダ先行プロセスを適用して摩擦攪拌を行うことを前提としている。
収容空間Hへの事前装填が必要となるので、リベット5としては、ショルダ部材12の中空部の内径よりも小さい外径を有するものが選択される。このため、加工前のヘッド部51は、リベット5の圧入方向から見たサイズが、ツール1により形成される摩擦攪拌部4(図6(A)参照)よりも小さくならざるを得ない。このため、本実施形態では、後述の工程S6において、ヘッド部51が摩擦攪拌部4よりも径大となるように加工を施す。
図4(B)は、工程S2の重なり部30の形成工程の実施状況を示す断面図である。工程S2では、第1部材31と第2部材32とを、両者の少なくとも一部が互いに当接した状態で重なり合う重なり部30が形成される。図4(B)では、第1部材31がツール側(上側)、第2部材32が第1部材31の下層側であって裏当て材15側(下側)に配置される例を示している。第1部材31はツール1が最初に圧入され、第2部材32はツール1が最後に圧入されることになる。重なり部30の下面30Bは裏当て材15で支持され、上面30Uにはツール1の下端面が当接している。なお、第1部材31と第2部材32との間に、1以上の他の部材を介在させて形成される重なり部30であっても良い。
図2も参照して、重なり部30には、第1部材31の接合面31A(下面)と、第2部材32の接合面32A(上面)とが直接接触した合わせ面BDが形成されている。このような二層の重なり部30において、ツール1によって、所要の点接合位置Wを軸心として摩擦攪拌が行われ、且つ、リベット5の圧入が行われる。クランプ部材13は、ツール1の回転軸R(図1)が点接合位置Wに位置合わせされた状態で、ツール1の下端面が第1部材31の上面に当接するよう、ツール1を重なり部30へクランプする。図4(B)では、ショルダ部材12の下端部12T及びクランプ部材13の下端部13Tが、重なり部30の上面30Uに接面している状態を示している。クランプ部材13は、スプリング14の付勢力を伴って、重なり部30を裏当て材15に押圧している。
図5(A)~(D)は、リベット併用摩擦攪拌接合の実施状況を順次示す断面図である。図5(A)は、ツール1のショルダ部材12を第1部材31側から重なり部30へ圧入して摩擦攪拌を行う、工程S3の摩擦攪拌工程を示している。コントローラCは、回転駆動部21及びショルダ駆動部23を制御して、ショルダ部材12を軸回りに高速回転させながら下降させ、当該ショルダ部材12の重なり部30への圧入を開始する。一方、前記圧入で溢れた樹脂材料を逃がすように、コントローラCはピン駆動部22を制御して、ピン部材11を上方へ退避させる。クランプ部材13は不動である。これにより、点接合位置Wを中心とする摩擦攪拌が実行される。なお、リベット5の収容のためピン部材11は上方に移動されているので、上記のピン部材11の退避動作は省いても良い。
高速回転しているショルダ部材12が重なり部30に圧入されると、当該ショルダ部材12の圧入領域において重なり部30の材料は摩擦攪拌される。ショルダ部材12の圧入によって重なり部30から溢れ出した材料は、ショルダ部材12内の中空部に逃がされる。当該摩擦攪拌によって、前記圧入領域の材料は軟化し、重なり部30に摩擦攪拌部4が形成される。例えば、プレプリグのシート積重体33にて第1部材31及び第2部材32が形成されている場合、摩擦攪拌部4では各シート層33A、33B、33Cの連続繊維34は分断され、粉砕された状態となる。このことは、後続するリベット5の打設並びに変形を容易とする。
図5(B)は、工程S3の摩擦攪拌工程における溢れ出し材料の埋め戻し工程を示す図である。埋め戻し工程では、ショルダ駆動部23がショルダ部材12を上昇させる。ピン部材11を上昇させていた場合は、これを下降させる。この動作により、摩擦攪拌部4において、ショルダ部材12の下端部12T付近が占有していた領域に、軟化している材料が流れ込む。従って、重なり部30から溢れ出した材料も前記圧入領域に埋め戻される。以上の工程の実行により、重なり部30には、深さdの円筒型の側周面41と、円板型の底面42とを備える摩擦攪拌部4が形成される。一方、摩擦攪拌部4の周囲の母材部分では、第1部材31及び第2部材32の本来の硬度が維持され、連続繊維34による補強構造も維持されている。
図5(C)は、工程S4のリベット打設工程の実施状況を示す図である。打設工程では、第1部材31側から摩擦攪拌部4にリベット5を圧入する。具体的には、ピン駆動部22がピン部材11を下降させてヘッド部51(締結体の一端側)に押圧力を与え、リベット5を重なり部30へ押し込む。リベット5は、予めピン部材11の下端部11Tにヘッド部51の頂面51Hが対向するように、前記収容空間に装填されている。従って、ピン部材11が下降すると、リベット5も下降し、下端部522の側(締結体の他端側)から摩擦攪拌部4の内部へ進入してゆく。本実施形態では、リベット5を圧入する工具として摩擦攪拌点接合用のツール1を利用するので、リベット5を打設する圧入ツールを別途準備する必要がない。
図5(D)は、工程S5のインターロック部53の形成工程の実施状況を示す断面図である。この工程では、第2部材32にリベット5が到達した後、当該リベット5を変形させることで、第2部材32における摩擦攪拌部4の周囲の母材部分にリベット5の一部を入り込ませてインターロック部53を形成する。本実施形態では、円筒型を呈している筒体部52を、下端部522が拡径したベル型に変形させ、その拡径した下端部522を前記母材部分に圧入させることによって、インターロック部53が形成される。
図5(C)の状態からピン部材11によるリベット5の押下が進行すると、やがてリベット5の下端部522が摩擦攪拌部4の底面42に到達する。底面42より下方は母材部分であって軟化されていない。また、裏当て材15によって重なり部30が、底面42の真下の位置において支持されている。このため、底面42に到達後に、さらにピン部材11によるリベット5の押下が継続されると、図5(D)に示すように、筒体部52がベル型に変形される。
つまり、下端部522は、底面42を越えて摩擦攪拌部4の下方の前記母材部分へ圧入されるだけでなく、径方向へ拡径して側周面41を越えて摩擦攪拌部4の側方の前記母材部分へも圧入されるようになる。このうち、側周面41を越えて前記母材部分へ圧入された部分が、第1部材31と第2部材32との引き剥がし方向(上下方向)に対してアンカー効果を発揮するインターロック部53となる。なお、リベット5の筒体部52の変形は、第2部材32に到達する前に生じていても良い。例えば、摩擦攪拌部4に圧入後に第1部材31の領域で徐々に筒体部52の拡開変形が始まり、底面42に到達後にさらに拡開変形するという変形態様であっても良い。
図6(A)は、工程S5が完了した接合体3を示す断面図である。工程S1~S5の間、ヘッド部51はショルダ部材12内の中空部内に収容され、その外周面が拘束された状態にある。このため、ヘッド部51は拡径変形せず、打設前の形状を維持している。一方、摩擦攪拌部4はショルダ部材12の重なり部30への圧入によって形成される。従って、ヘッド部51の径は摩擦攪拌部4よりも径小である。ヘッド部51は、摩擦攪拌部4の上面と係合する鍔部54(フランジ部)を有しているが、重なり部30の上面30Uとは係合していない。このような接合体3であると、摩擦攪拌部4の側周面41において破断が生じる懸念がある。このため、続いて工程S6のヘッド部51の形成工程が行われる。
工程S6では、リベット5の上端側に、摩擦攪拌部4よりも大きいサイズを有するヘッド部5を形成する。換言すると、リベット5の上端側に、摩擦攪拌部4及び第1部材31の表面(上面30U)に接する部分を含むヘッド部51を形成する。なお、前記の「表面に接する」とは、実際にヘッド部51が前記表面に接触している状態だけでなく、両者間に僅かな隙間が介在しているものの実質的に接触しているに等しいと扱える場合も含む。図6(B)は、工程S6が完了した接合体3を示す断面図である。ここに示すヘッド部51は、図6(A)に示したものよりも径大に加工されている。ヘッド部51が備える鍔部54Aは、摩擦攪拌部4の上面に当接すると共に、当該摩擦攪拌部4の周縁の第1部材31の上面にも当接するサイズを有している。このような鍔部54Aを有する接合体3によれば、第2部材32の母材部分に入り込んだインターロック部53と、第1部材31の母材部分の上面と係合する鍔部54Aとで、摩擦攪拌部4が挟み込まれる態様となる。従って、摩擦攪拌部4の重なり部30への定着性を高め、安定性に優れた接合体3とすることができる。以下、ヘッド部51の形成工程の具体例を説明する。
[第1実施形態に係るヘッド部の形成工程]
図7(A)及び(B)は、第1実施形態に係るヘッド部51の形成工程(工程S6)を示す断面図である。第1実施形態では、上述の工程S5が完了した後、ヘッド部51(締結体の一端側)を、摩擦攪拌部4から第1部材31の表面(上面30U)に至るように変形させる例を示す。具体的には、後処理部としての加熱装置61とツール1とを用いて、ヘッド部51を加熱及び加圧する。
図7(A)及び(B)は、第1実施形態に係るヘッド部51の形成工程(工程S6)を示す断面図である。第1実施形態では、上述の工程S5が完了した後、ヘッド部51(締結体の一端側)を、摩擦攪拌部4から第1部材31の表面(上面30U)に至るように変形させる例を示す。具体的には、後処理部としての加熱装置61とツール1とを用いて、ヘッド部51を加熱及び加圧する。
図5(D)に示す工程S5の実行後、コントローラCは、図7(A)に示すように、クランプ部材13を含めてツール1を重なり部30の上面30Uから一旦離間させる。さらに、コントローラCは、ピン部材11、ショルダ部材12及びクランプ部材13の各下端部11T、12T、13Tが面一となるように、ピン駆動部22、ショルダ駆動部23及びクランプ駆動部24を動作させる。この動作により、ヘッド部51が上面30Uにおいて露出する。加熱装置61は、ターゲットとするヘッド部51へ熱HEを放射可能な位置に配置される。加熱装置61が誘導加熱装置である場合は、ヘッド部51との間で磁気回路が形成される位置に、IHコイルが配置される。
次にコントローラCは、加熱制御部62にターゲットのヘッド部51の加熱温度及び加熱時間を含む加熱の設定情報を与える。加熱制御部62は、前記設定情報に基づいて、加熱装置61を動作させる。加熱装置61は、外部からヘッド部51に熱HEを与えて軟化させる。同時にコントローラCは、ツール1を全体的に下降させ、ヘッド部51の頂面51Hに加圧力Pを加える。なお、図示は省略しているが、接合体3の裏面は裏当て材15にて支持されている。
図7(B)は、加熱軟化されたヘッド部51がツール1によって加圧され、当該ヘッド部51が圧延されている状態を示している。面一とされたピン部材11、ショルダ部材12及びクランプ部材13の各下端部11T、12T、13Tが、ヘッド部51の頂面51Hを押圧している。この押圧により、ヘッド部51は摩擦攪拌部4よりも径大に圧延されている。圧延後の鍔部54Aは、摩擦攪拌部4の側周面41を超えて径方向外側に延出し、摩擦攪拌されていない第1部材31の上面を覆っている。
クランプ部材13は必ずしも下降させなくても良い。しかし、ピン部材11及びショルダ部材12の下端部11T、12Tで押圧できる範囲は、摩擦攪拌部4の上面に相当する範囲に止まる。クランプ部材13も併せて下降させた場合、押圧範囲を拡大することができる。すなわち、クランプ部材13の下端部13Tにて、鍔部54Aを第1部材31の上面に押し付け、両者を密着状態とすることができる。インターロック部53と鍔部54Aとによる摩擦攪拌部4の挟持効果を一層高めることができる。
なお、上記実施形態ではツール1の加圧だけを行わせる例を示したが、ヘッド部51の加熱もツール1に行わせるようにしても良い。この場合、面一とされたピン部材11、ショルダ部材12及びクランプ部材13の各下端部11T、12T、13Tを、ヘッド部51の頂面51Hに接面させた状態で、ツール1を回転軸R回りに高速回転させる。これにより、摩擦熱によってヘッド部51を加熱軟化させる。同時に、ツール1を下降させることで、ヘッド部51を圧延する。
以上説明した第1実施形態によれば、複動式の摩擦攪拌点接合用のツール1のピン部材11で打設する故、摩擦攪拌部4よりも径大とはできないヘッド部51自体を、摩擦攪拌部4から第1部材31の表面に至るように変形させる。このため、他の係止部材等を追加的に用いることなく、リベット5による接合強度を高めることができる。また、ヘッド部51を加熱すると共に加圧するので、ヘッド部51を容易に変形させることができる。さらに、少なくともヘッド部51の加圧には、摩擦攪拌部4を形成するツール1を用いるので、ヘッド部51の加圧用のツールを別途準備する必要がない。
[第2実施形態に係るヘッド部の形成工程]
第2実施形態では、上述の工程S5が完了した後、ヘッド部51(締結体の一端側)に、リベット5とは別体の部材であって、摩擦攪拌部4よりも径大のヘッド部を形成するためのヘッド片55(ヘッド部用部材)を接合させる例を示す。図8(A)は、第2実施形態に係るヘッド部の形成工程で用いられるリベット5A及びヘッド片55を示す図である。図8(B)は、リベット5Aとヘッド片55とが接合された状態を示す側面図である。
第2実施形態では、上述の工程S5が完了した後、ヘッド部51(締結体の一端側)に、リベット5とは別体の部材であって、摩擦攪拌部4よりも径大のヘッド部を形成するためのヘッド片55(ヘッド部用部材)を接合させる例を示す。図8(A)は、第2実施形態に係るヘッド部の形成工程で用いられるリベット5A及びヘッド片55を示す図である。図8(B)は、リベット5Aとヘッド片55とが接合された状態を示す側面図である。
リベット5Aは、第1実施形態のリベット5と同様に、ヘッド部51A及び筒体部52を備えているが、ヘッド部51Aは比較的薄肉である。ヘッド片55は、リベット5Aと同種の金属、若しくはリベット5Aと接合可能な異種金属からなる円板状の部材である。ヘッド片55の外径は、ヘッド部51Aよりも大きく、且つ、摩擦攪拌部4の口径よりも大きい。ヘッド片55の上面には、回転トルク伝達のための一対の係合孔551が備えられている。係合孔551に代えて、突起部をヘッド片55の上面に突設しても良い。ヘッド片55は、リベット5Aに対して相対的に回転させながらヘッド部51Aに圧接する摩擦圧接接合によって、図8(B)に示す通り接合一体化される。
図9(A)及び(B)は、第2実施形態に係るヘッド部の形成工程を示す断面図である。図9(A)は、リベット5Aの摩擦攪拌部4への打設が完了した状態、すなわち、上述した工程S5のインターロック部53の形成工程を終えた状態を示している。インターロック部53は、摩擦攪拌部4の側周面41を越えて、第2部材32へ進入している。一方、ヘッド部51Aは、摩擦攪拌部4よりも径小の状態である。
図9(B)は、ヘッド片55の摩擦圧接接合の状況を示す。本実施形態では、前記摩擦圧接接合のための摩擦圧接ツール63が後処理部として用いられ、図1に例示した加熱装置61は用いない。摩擦圧接ツール63は、円柱状のツールであて、図略の回転駆動機構により回転軸R回りに回転可能であると共に、図略の昇降駆動機構により回転軸Rに沿って昇降が可能である。摩擦圧接ツール63の下端面には、ヘッド片55の係合孔551に嵌合する突起が備えられている。
ヘッド片55は、摩擦圧接ツール63の前記突起に係合孔551が嵌合された状態で、リベット5Aのヘッド部51Aの上にセッティングされる。その後、摩擦圧接ツール63は、前記回転駆動機構により高速回転されると共に、前記昇降駆動機構により下降される。この動作により、ヘッド片55の下面55Aとヘッド部51Aの頂面51Hは当接すると共に、ヘッド片55が高速回転する。ヘッド片55の前記高速回転による摩擦熱と、ヘッド片55の下降による加圧力とがヘッド部51に与えられる。これら摩擦熱及び加圧力により、ヘッド部51Aとヘッド片55とは摩擦圧接接合される。
図10は、第2実施形態に係る接合方法で接合された接合体3の断面図である。図9(A)と比較して明らかな通り、ヘッド片55の接合によってヘッド部51Aは径大化している。ヘッド片55の下面55Aは、摩擦攪拌部4の上面に当接すると共に、当該摩擦攪拌部4の周縁の第1部材31の上面にも当接している。このような下面55Aを有する接合体3によれば、インターロック部53と第1部材31の上面と係合するヘッド片55とで、摩擦攪拌部4が挟み込まれる態様となる。従って、摩擦攪拌部4の重なり部30への定着性を高め、安定性に優れた接合体3とすることができる。
以上説明した第2実施形態によれば、ヘッド片55のサイズや厚み、材質を選択することで、多様なヘッド部をリベット5Aに後付けすることができる。また、リベット5Aの加熱等を要しないので、施工設備を簡素化することができる。なお、摩擦圧接ツール63に代えて、摩擦攪拌点接合用のツール1のピン部材11を用いるようにしても良い。
[第3実施形態に係るヘッド部の形成工程]
第3実施形態では、上述の工程S5が完了した後、ヘッド部51Aに、リベット5とは別体の部材であって、摩擦攪拌部4よりも径大のヘッド部を形成するためのハット型ヘッド片56(ヘッド部用部材)を、抵抗溶接する例を示す。
第3実施形態では、上述の工程S5が完了した後、ヘッド部51Aに、リベット5とは別体の部材であって、摩擦攪拌部4よりも径大のヘッド部を形成するためのハット型ヘッド片56(ヘッド部用部材)を、抵抗溶接する例を示す。
図11(A)は、ハット型ヘッド片56の下面視の平面図、図11(B)は、ハット型ヘッド片56の側面図である。ハット型ヘッド片56は、リベット5Aと同種の金属、若しくはリベット5Aとの溶接が可能な異種金属からなる部材である。ハット型ヘッド片56は、本体部561、キャビティ562及び側面開口563を備える。本体部561は、上面視で円弧状の短辺と、直線状の長辺とを備えた略四角形状の部材である。前記短辺はリベット5Aのヘッド部51Aの径よりも短く、前記長辺は摩擦攪拌部4の口径よりも長いサイズを有している。
キャビティ562は、本体部561の下面を凹没させた空間であり、ヘッド部51Aを収容できる容積を備える。側面開口563は、本体部561の前記長辺の側面に設けられた開口である。図11(A)に点線で示すように、ヘッド部51Aがキャビティ562に収容された状態で、当該ヘッド部51Aの側周面の一部が側面開口563から突出する。
図11(C)は、第3実施形態に係るヘッド部の形成工程を示す断面図である。当該工程の実行に際し、ハット型ヘッド片56はヘッド部51Aに嵌め込まれる。本実施形態では、ヘッド部51Aとハット型ヘッド片56とを抵抗溶接して一体化する抵抗溶接装置64が後処理部として用いられる。抵抗溶接装置64は、第1電極641、第2電極642、加圧片643、トランス644及び電源645を含む。第1電極641は、ヘッド部51Aと同程度の径を有する円板電極であり、ハット型ヘッド片56の上面に接触している。第2電極642は、側面開口563から露呈しているヘッド部51Aの側周面に接触している。加圧片643は、ハット型ヘッド片56をヘッド部51Aに押し付ける押圧力を発生する。トランス644及び電源645は、第1電極641及び第2電極642に対し、前記抵抗溶接に必要な電圧を供給する。
図12は、第3実施形態に係る接合方法で接合された接合体3の断面図である。リベット5Aとハット型ヘッド片56とは、キャビティ562にヘッド部51Aに収容される態様で、溶着部56Aにより一体化している。ハット型ヘッド片56の溶接によってヘッド部51Aは径大化している。ハット型ヘッド片56は、摩擦攪拌部4の上面及び当該摩擦攪拌部4の周縁の第1部材31の上面に当接している。従って、インターロック部53と第1部材31の上面と係合するハット型ヘッド片56とで、摩擦攪拌部4が挟み込まれる態様の接合体3を形成することができる。
第3実施形態において、第2部材32の内部にリベット5Aへの導電経路を確保できる導電層が存在する場合は、その導電層を利用して抵抗溶接のための通電を行っても良い。図13は、第3実施形態の変形例に係る接合方法を示す断面図である。第2部材32の下端付近には導電層32Bが備えられている。導電層32Bは、リベット5Aのインターロック部53と接触している。ヘッド部51Aには、ハット型ヘッド片56が嵌め込まれている。なお、本変形例ではハット型ヘッド片56として、側面開口563を具備しない、上面視で円形の部材を用いることができる。
ハット型ヘッド片56には、第1電極641が当接されると共に、加圧片643にて加圧力が与えられる。導電層32Bは、上述の例における第2電極642として利用される。抵抗溶接装置64は、トランス644を介して電源645から、第1電極641及び導電層32Bに対し、抵抗溶接に必要な電圧を供給する。これにより、リベット5Aとハット型ヘッド片56とは、溶着部56Aにより一体化される。
[その他の変形例]
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、次に示すような変形実施形態を取ることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、次に示すような変形実施形態を取ることができる。
(1)上記実施形態では、摩擦攪拌部4を形成するツールとして、複動式の摩擦攪拌点接合用のツール1が用いられる例を示した。これに代えて、前記ツールとして、単動式の摩擦攪拌点接合用のツール、その他の摩擦攪拌接合用のツールを用いても良い。この場合、リベット5を摩擦攪拌部4へ圧入するツールとして、単動式の摩擦攪拌点接合用ツール自体、若しくは、別途の圧入ツールを用いることができる。
(2)上記実施形態では、複動式の摩擦攪拌点接合用のツール1を、ショルダ先行プロセスで用いて摩擦攪拌部4を形成する例を示した。これに代えて、ツール1を、ピン先行プロセスで用いて摩擦攪拌部4を形成しても良い。
(3)上記実施形態では、リベット5の筒体部52にインターロック部53が形成される例を示した。このインターロック部53を積極的に形成しない態様の接合体3としても良い。また、インターロック部53が摩擦攪拌部4よりも径大である例を示した。つまり、筒体部52の下端部522が、摩擦攪拌部4の側周面41よりも径方向外側へ拡開される例を示した。インターロック部53は、第2部材32の母材部分に対するアンカー効果を発揮していれば良く、底面42の下方の母材部分へ進入する態様でも良い。
以上説明した本発明に係る接合方法によれば、摩擦攪拌とリベット5との併用により、優れた強度を有する接合体3を得ることができる。重なり部30には、後にリベット5が圧入される摩擦攪拌部4が形成される。この摩擦攪拌部4では、摩擦攪拌により重なり部30を構成する第1部材31及び第2部材32が混練され、これらが軟化した状態となる。このような摩擦攪拌部4であるので、リベット5を容易に圧入させることができる。従って、リベット5が備える締結効果を発揮させ易くなる。さらに、リベット5の上端側には、摩擦攪拌部4よりも大きいサイズを有するヘッド部51、すなわち摩擦攪拌部4及び第1部材31の表面に接する部分を含むヘッド部51が形成される。つまり、ヘッド部51が、摩擦攪拌部4と第1部材31及び第2部材32の母材との境界部分である側周面41上を覆う仕上がりとなる。このようなヘッド部51の係止効果により、側周面41に沿った破断を抑制することができる。
また、本発明に係る接合体3によれば、重なり部30に形成される摩擦攪拌部4と、摩擦攪拌部4に圧入されるリベット5とによって、重なり部30に接合力が与えられる。すなわち、摩擦攪拌接合だけに依存せず、リベット5の締結効果によって第1部材31及び第2部材32を強固に接合させることができる。さらに、リベット5のインターロック部53とヘッド部51の鍔部54とにより、摩擦攪拌部4が挟持される態様となる。従って、側周面41に沿った破断は一層抑制され、優れた接合強度を有する接合体3を構築できる。
1 ツール
11 ピン部材
12 ショルダ部材
3 接合体
30 重なり部
31 第1部材
32 第2部材
4 摩擦攪拌部
5、5A リベット(締結体)
51、51A ヘッド部(一端側)
52 筒体部(他端側)
53 インターロック部(締結体の一部)
54、54A 鍔部(フランジ部)
55 ヘッド片(ヘッド部用部材)
61 加熱装置(後処理部)
63 摩擦圧接ツール(後処理部)
64 抵抗溶接装置(後処理部)
M 摩擦攪拌点接合装置
H 収容空間
11 ピン部材
12 ショルダ部材
3 接合体
30 重なり部
31 第1部材
32 第2部材
4 摩擦攪拌部
5、5A リベット(締結体)
51、51A ヘッド部(一端側)
52 筒体部(他端側)
53 インターロック部(締結体の一部)
54、54A 鍔部(フランジ部)
55 ヘッド片(ヘッド部用部材)
61 加熱装置(後処理部)
63 摩擦圧接ツール(後処理部)
64 抵抗溶接装置(後処理部)
M 摩擦攪拌点接合装置
H 収容空間
Claims (12)
- 摩擦攪拌接合用のツールと締結体とを用いて、前記ツール側の第1部材と、前記第1部材の下層に配置される第2部材とを含んで形成される重なり部を接合する接合方法であって、
前記ツールを、前記第1部材側から前記重なり部へ圧入して摩擦攪拌を行うことで、前記重なり部に摩擦攪拌部を形成し、
圧入方向から見たサイズが前記摩擦攪拌部よりも小さい締結体を用い、当該締結体の一端側を押圧することで、当該締結体の他端側を前記第1部材側から前記摩擦攪拌部に圧入し、
前記締結体の一端側に、前記摩擦攪拌部よりも大きいサイズを有するヘッド部を形成する、
接合方法。 - 請求項1に記載の接合方法において、
前記締結体の圧入の後、前記第2部材に前記締結体の他端側を入り込ませてインターロック部を形成する、接合方法。 - 請求項1又は2に記載の接合方法において、
前記締結体の一端側を、前記摩擦攪拌部から前記第1部材の表面に至るように変形させることで、前記ヘッド部を形成する、接合方法。 - 請求項3に記載の接合方法において、
前記締結体の一端側を、加熱及び加圧することで変形させる、接合方法。 - 請求項4に記載の接合方法において、
前記加熱及び加圧のうちの少なくとも加圧を、前記ツールによる前記締結体の一端側の押圧により行う、接合方法。 - 請求項1又は2に記載の接合方法において、
前記締結体の一端側に、当該締結体とは別体の部材であって前記ヘッド部に対応するヘッド部用部材を接合する、接合方法。 - 請求項6に記載の接合方法において、
前記締結体と前記ヘッド部用部材とを、相対的に回転させながら圧接させることで、両者を接合する、接合方法。 - 請求項1~7のいずれか1項に記載の接合方法において、
前記ツールとして、
軸線回りに回転し、当該軸線方向に進退移動可能な円柱状のピン部材と、
前記ピン部材の外周を覆うように位置し、当該ピン部材と同一の軸線回りに回転すると共に前記軸線方向に進退移動が可能な円筒状のショルダ部材と、を含む、複動式の摩擦攪拌点接合用のツールを用い、
前記ピン部材又は前記ショルダ部材の下降動作により、前記締結体を前記摩擦攪拌部に圧入する、接合方法。 - 請求項8に記載の接合方法において、
前記ピン部材を上昇させて前記ショルダ部材内に収容空間を創出すると共に、当該収容空間に予め前記締結体を装填し、
前記ショルダ部材を前記重なり部へ圧入させて前記摩擦攪拌を行い、
前記ピン部材を下降させて前記締結体の圧入を行う、接合方法。 - 第1部材及び第2部材を含んで形成される重なり部の接合体であって、
前記第1部材が重なり方向の一端側に、前記第2部材が重なり方向の他端側に配置されるように重なり合う重なり部と、
前記重なり部に設けられた摩擦攪拌部と、
前記摩擦攪拌部に圧入された締結体と、を備え、
前記締結体は、
前記第2部材に当該締結体の一部が入り込んだインターロック部と、
前記摩擦攪拌部の上面、及び、前記摩擦攪拌部の周縁の前記第1部材の上面に当接するフランジ部と、を備える接合体。 - 請求項10に記載の接合体において、
前記第2部材、又は、前記第1部材及び前記第2部材の双方が、繊維強化熱可塑性樹脂からなる、接合体。 - 第1部材及び第2部材を含んで形成される重なり部を、摩擦攪拌と締結体とを用いて接合する接合装置であって、
軸線方向に進退移動可能な円柱状のピン部材と、
前記ピン部材の外周を覆うように位置し、当該ピン部材と同一の軸線回りに回転すると共に前記軸線方向に進退移動が可能な円筒状のショルダ部材と、
前記ピン部材により押圧される一端側と、前記押圧によって前記重なり部に形成される摩擦攪拌部へ圧入される他端側とを有し、前記ピン部材の上昇により創出される収容空間に装填される締結体と、
前記締結体の一端側に、前記摩擦攪拌部よりも大きいサイズを有するヘッド部を形成する後処理部と、
を備える接合装置。
Priority Applications (2)
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JP2021057901A JP2022154727A (ja) | 2021-03-30 | 2021-03-30 | 接合方法、接合体及び接合装置 |
PCT/JP2022/013910 WO2022210250A1 (ja) | 2021-03-30 | 2022-03-24 | 接合方法、接合体及び接合装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2021057901A JP2022154727A (ja) | 2021-03-30 | 2021-03-30 | 接合方法、接合体及び接合装置 |
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JP2022154727A true JP2022154727A (ja) | 2022-10-13 |
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2021
- 2021-03-30 JP JP2021057901A patent/JP2022154727A/ja active Pending
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2022
- 2022-03-24 WO PCT/JP2022/013910 patent/WO2022210250A1/ja active Application Filing
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WO2022210250A1 (ja) | 2022-10-06 |
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