JP2024054831A - 接合方法、接合体及び接合システム - Google Patents

Abstract

【課題】被接合部材に対して、液体の流路を構成するための接合部材を容易に接合することができ、高い水密性を保持することができる接合方法を提供する。【解決手段】まず、一対の主面を有する板材（被接合部材）１１に対して、第１穴１２を設ける。次に、軸部２２と、軸部２２から円周方向外方に延出するフランジ部２１と、軸部２２に軸方向に貫通する第２穴２３と、を有するリベット（接合部材）２０を、第１穴１２と第２穴２３との位置を合わせるように、フランジ部２１と板材１１を接触させて配置する。その後、接合用ツール３０を用いて、フランジ部２１を板材１１の一方の主面に押し付けるとともに、接合用ツール３０とフランジ部２１との間に摩擦熱を発生させ、リベット２０と板材１１とを接合する。接合する工程において、リベット２０と板材１１とが接触している領域のうち、第１穴１２を囲むように接合部５０を形成する。【選択図】図１

Description

特許法第３０条第２項適用申請有り 一般社団法人溶接学会 ２０２３年度秋季全国大会 業界セッション「自動車（ＦＳＳＷ／ＦＳＷ）」の講演概要、掲載年月日：２０２３年８月１４日、ウェブサイトのアドレス：ｈｔｔｐｓ：／／ｊｗｅｌｄ．ｊｐ／ｔｏｕｒｎａｍｅｎｔ／ ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｊｓｔａｇｅ．ｊｓｔ．ｇｏ．ｊｐ／ｂｒｏｗｓｅ／ｊｗｓｔａｉｋａｉ／ｌｉｓｔ／－ｃｈａｒ／ｊａ

本発明は、摩擦熱により接合部材を被接合部材に接合する接合方法、該接合方法により得られる接合体、及び該接合方法により接合部材と被接合部材とを接合するための接合システムに関する。

一般的に、２つの部材を接合する方法としては、溶接による接合、機械的締結による接合、接着による接合の他に、摩擦攪拌接合（ＦＳＷ：Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｓｔｉｒ Ｗｅｌｄｉｎｇ）が挙げられる。摩擦撹拌接合法には、回転する攪拌ピンを平面状に移動させて、線状の接合部を形成する方法と、回転する攪拌ピンの移動を上下方向のみとして、重ねた材料に挿入した後、抜去して、点状の接合部を形成する方法がある。点状の接合部を形成する方法は、一般的に、ＦＳＪ（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｓｐｏｔ Ｊｏｉｎｉｎｇ）、ＦＳＳＷ（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｓｔｉｒ Ｓｐｏｔ Ｗｅｌｄｉｎｇ）とよばれる。線状及び点状のいずれの接合部を形成する方法においても、ツールと部材間の摩擦および材料の塑性流動による入熱と攪拌により、部材同士が接合される。

また、摩擦熱を利用する他の接合方法として、摩擦圧接法も挙げられる。摩擦圧接法を利用した技術として、例えば、特許文献１には、回転摩擦圧接によって第１の物体と第２の物体とを接合物体を介して接合する接合方法が提案されている。

自動車や電車等の輸送機の分野においても、種々の接合方法により接合された接合部材が搭載されている。このような接合部材について、燃費改善及びそれに伴うＣＯ_２削減効果や、操舵性の向上などを目的として、軽量化に対する要求がより一層高まっている。上記特許文献１に記載の回転摩擦圧接による接合方法は、高強度の接合を得ることができるが、大規模な鋼材の接合に適用されるものであり、軽量化を目的とした部材の溶接に使用することは困難である。

そこで、接合部材の軽量化を実現するための手段として、薄い金属シートやパネルを使用して部材を製造するための方法が検討されている。例えば、非特許文献１には、エレメントとベースプレートとの間の回転摩擦によって接合部が塑性変形し、これにより、エレメントヘッドとベースプレートの間にカバープレートを固定する方法が記載されている。

また、特許文献２には、高いトルク抵抗及び引き抜き抵抗を有し、変形可能な金属シートに取り付けることができるピアスナットが提案されている。さらに、特許文献３には、被取付部材に簡単に締結することができるブラインドナットも開示されている。ブラインドナットとは、薄板に対してねじ穴を設けることができるナットであるため、ブラインドナットを利用することにより、接合部材の薄肉化を実現することができる。

特開２０１８－１１１１２８号公報 特表２００９－５３４６１２号公報 特開２００３－３０１８２８号公報

"ＥＪＯＴ－Ｍｕｌｔｉ－ｍａｔｅｒｉａｌ－ａｎｄ－ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ－ｄｅｓｉｇｎ－Ｂｒｏｃｈｕｒｅ－０７．１８"、［ｏｎｌｉｎｅ］、ＥＪＯＴ Ｇｍｂｈ ＆ Ｃｏ．ＫＧ、［令和４年１０月５日検索］、インターネット＜ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｅｊｏｔ．ｃｏ．ｊｐ／ｍｅｄｉａｓ／ｓｙｓ＿ｍａｓｔｅｒ／Ｉｎｄｕｓｔｒｙ＿Ｆｌｙｅｒ／Ｉｎｄｕｓｔｒｙ＿Ｆｌｙｅｒ／ｈ２４／ｈ２３／９０５１７３８９３１２３０／ＥＪＯＴ－Ｍｕｌｔｉ－ｍａｔｅｒｉａｌ－ａｎｄ－ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ－ｄｅｓｉｇｎ－Ｂｒｏｃｈｕｒｅ－０７．１８．ｐｄｆ＞

ところで、電気自動車（ＥＶ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）の分野においても、軽量化が進められており、例えば、電気自動車に搭載される電池パックを冷却させるための冷却流路についても、薄肉化するための種々の検討がなされている。

しかしながら、薄板に冷却流路を構成するための管状部材を接合する場合に、薄板と管状部材との水密性が低いと、冷却液が漏出して電池の短絡等を引き起こす可能性がある。上記非特許文献１に記載の接合方法は、２枚のプレート状の部材を接合することができるが、管状部材の接合に適用することが困難である。
また、上記特許文献２に記載のピアスナット、及び特許文献３に記載のブラインドナットを利用すると、薄板に管状部材を接合することはできるが、高い水密性を得ることができない。

さらに、ピアスナットを使用した接合方法は、板厚が薄くなると、板厚に対するかしめ深さの割合が大きくなることにより、強度が低下しやすい。また、ゴム付きのブラインドナットを使用すると、水密性が保持されるが、ゴムの劣化によって冷却液が漏出するおそれがある。さらに、ゴムのように、配管や板材と異なる材料が使用された場合に、リサイクルの際に異なる材料を分解することは労力を要するため、リサイクル性が悪くなる。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、被接合部材に対して、液体の流路を構成するための接合部材を容易に接合することができ、高い水密性を保持することができる接合方法、該接合方法により得られる接合体、及び該接合方法により接合するための接合システムを提供することを目的とする。

本発明の上記目的は、接合方法に係る下記（１）の構成により達成される。

（１） 一対の主面を有する被接合部材に対して、上記一対の主面を貫通する第１穴を設ける工程と、
軸部と、上記軸部から円周方向外方に延出するフランジ部と、上記軸部に軸方向に貫通する第２穴と、を有する接合部材を、上記第１穴の位置と上記第２穴の位置とを合わせるように、上記フランジ部と上記被接合部材の一方の主面とを接触させて配置する配置工程と、
接合用ツールを用いて、上記フランジ部を上記被接合部材の上記一方の主面に押し付けるとともに、上記接合用ツールと上記フランジ部との間に摩擦熱を発生させ、上記接合部材と上記被接合部材とを接合する接合工程と、を有し、
上記接合工程において、上記接合部材と上記被接合部材とが接触している領域のうち、上記第１穴を囲むように接合部を形成することを特徴とする、接合方法。

また、接合方法に係る本発明の好ましい実施形態は、以下の（２）～（１１）に関する。

（２） 上記配置工程において、上記軸部を上記第１穴に挿入する工程を有することを特徴とする、（１）に記載の接合方法。

（３） 上記接合工程において、さらに、上記接合部材と上記被接合部材との間に摩擦熱を発生させることを特徴とする、（１）又は（２）に記載の接合方法。

（４） 上記接合用ツールは、軸を中心として円周方向に回転する回転部を有し、上記接合工程において、上記回転部を回転させつつ、上記フランジ部から上記被接合部材の方向に向けて押し付けることを特徴とする、（１）～（３）のいずれか１つに記載の接合方法。

（５） 上記配置工程は、空洞部を有する支持台を使用し、上記支持台の上記空洞部と、上記被接合部材の第１穴と、上記接合部材の第２穴と、の位置を合わせて、上記被接合部材及び上記接合部材を上記支持台で支持する支持工程を有し、
上記支持台における上記空洞部を構成する内壁面は、上記接合部材の上記軸部を挿入可能な内径を有し、
上記支持工程において、上記内壁面のうち、上記被接合部材側における領域と、上記接合部材の軸部との間に、周方向に空隙部が形成されるように、上記軸部を、上記第１穴を介して上記空洞部に挿入することを特徴とする、（１）～（４）のいずれか１つに記載の接合方法。

（６） 上記支持台の上記内壁面は、上記支持台と上記被接合部材との接触面から離隔するにつれて内径が小さくなるテーパ形状の切欠きを有することを特徴とする、（５）に記載の接合方法。

（７） 上記配置工程は、空洞部を有する支持台と、上記空洞部内に配置され、上記軸部の位置を制御する位置制御部材とを使用し、上記支持台の上記空洞部と、上記被接合部材の第１穴と、上記接合部材の第２穴と、の位置を合わせて、上記被接合部材及び上記接合部材を上記支持台で支持する支持工程を有し、
上記支持工程において、上記空洞部内に上記軸部の位置を制御する位置制御部材を配置した後に、上記軸部を、上記第１穴を介して上記空洞部に挿入し、
上記接合工程において、上記位置制御部材により、上記軸部が上記フランジ部側に押圧されることを特徴とする、（１）～（６）のいずれか１つに記載の接合方法。

（８） 上記位置制御部材は、上記接合工程において、上記フランジ部を上記被接合部材の上記一方の主面に押し付けるとともに、上記接合用ツールと上記フランジ部との間に摩擦熱を発生させ、上記軸部が上記空洞部の内部に向かって移動した場合に、上記軸部に対して上記フランジ部側に反発力を与えるものであることを特徴とする、（７）に記載の接合方法。

（９） 上記位置制御部材は、ばねであることを特徴とする、（８）に記載の接合方法。

（１０） 上記接合用ツールの上記回転部は、円柱形状の円柱部と、上記円柱部の先端面に設けられ、上記円柱部と同一の軸中心を有する突起部と、を有し、
上記突起部は、上記第２穴に嵌合する外径を有するものであり、
上記接合工程において、上記接合部材の上記第２穴に上記突起部を挿入しつつ、上記接合用ツールを用いて、上記フランジ部を上記被接合部材の上記一方の主面に押し付けることを特徴とする、（４）に記載の接合方法。

（１１） 上記接合用ツールの上記回転部は、円柱形状の円柱部と、上記円柱部の先端面に設けられ、上記円柱部と同一の軸中心を有する突起部と、を有し、
上記突起部の先端側の外径は、上記接合部材の上記第２穴の内径よりも小さく、上記突起部の上記円柱部側の外径は、上記接合部材の上記第２穴の内径と等しいか又は上記第２穴の内径よりも大きいものであり、
上記接合工程において、上記接合部材の上記第２穴に上記突起部を挿入しつつ、上記接合用ツールを用いて、上記フランジ部を上記被接合部材の上記一方の主面に押し付けることを特徴とする、（４）に記載の接合方法。

また、本発明の上記目的は、接合体に係る下記（１２）の構成により達成される。

（１２） 一対の主面と、上記一対の主面を貫通する第１穴と、を有する被接合部材と、
軸部と、上記軸部から円周方向外方に延出するフランジ部と、上記軸部に軸方向に貫通する第２穴と、を有する接合部材と、が接合されてなる接合体であって、
上記第２穴、又は、上記第１穴及び上記第２穴により構成された貫通穴を有し、
上記軸部は、上記一対の主面のうち、少なくとも一方の主面から突出し、
上記接合部材と上記被接合部材とが接触している領域のうち、上記第１穴を囲むように、接合部が形成されており、上記接合部は、上記接合部材と上記被接合部材とが攪拌されることにより形成されたものであることを特徴とする、接合体。

また、接合体に係る本発明の好ましい実施形態は、以下の（１３）～（１９）に関する。

（１３） 上記フランジ部は、上記接合部によって、上記一対の主面のうち一方の主面に接合されていることを特徴とする、（１２）に記載の接合体。

（１４） 上記被接合部材は、上記フランジ部側の主面と上記第１穴を構成する内側面とにより構成される角部を有し、上記接合部材は、上記フランジ部と上記軸部との間に隅部を有するものであり、
上記軸部が上記第１穴に挿入されており、
上記角部と上記隅部とが上記接合部によって接合されていることを特徴とする、（１２）又は（１３）に記載の接合体。

（１５） 上記被接合部材における上記フランジ部側に対して反対側の主面と、上記軸部の外周面との間に、上記軸部の周方向に沿って形成された傾斜面を有することを特徴とする、（１４）に記載の接合体。

（１６） 上記被接合部材は、金属製又は樹脂製であることを特徴とする、（１２）～（１５）のいずれか１つに記載の接合体。

（１７） 上記接合部材と上記被接合部材とは、同一の材料又は互いに異なる材料により構成されることを特徴とする、（１２）～（１６）のいずれか１つに記載の接合体。

（１８） 上記被接合部材は、板材及び中空型材のいずれか一方であることを特徴とする、（１２）～（１７）のいずれか１つに記載の接合体。

（１９） 上記接合部材は、リベット及び配管のいずれか一方であることを特徴とする、（１２）～（１８）のいずれか１つに記載の接合体。

また、本発明の上記目的は、接合システムに係る下記（２０）の構成により達成される。

（２０） 一対の主面と、上記一対の主面を貫通する第１穴と、を有する被接合部材と、
軸部と、上記軸部から円周方向外方に延出するフランジ部と、上記軸部に軸方向に貫通する第２穴と、を有する接合部材と、を、
上記第１穴の位置と上記第２穴の位置とを合わせるように、上記フランジ部と上記被接合部材の一方の主面とを接触させて配置し、摩擦熱により接合するための接合システムであって、
上記フランジ部を上記被接合部材の上記一方の主面に押し付けるとともに、上記接合部材との間に摩擦熱を発生させる接合用ツールと、
少なくとも上記接合用ツールにより上記フランジ部を上記一方の主面に押し付ける領域に対して、上記被接合部材の他方の主面側から支持する支持台と、
を有し、
上記接合用ツールは、軸を中心として円周方向に回転する回転部を有し、上記回転部を回転させつつ、上記フランジ部から上記被接合部材の方向に向けて押し付けることにより上記摩擦熱を発生させて、上記接合部材と上記被接合部材とを接合するものであることを特徴とする、接合システム。

また、接合システムに係る本発明の好ましい実施形態は、以下の（２１）～（２７）に関する。

（２１） 上記支持台は空洞部を有し、
上記空洞部を構成する内壁面のうち、上記被接合部材側における領域と、上記接合部材の軸部との間に、周方向に空隙部が形成されるように、上記軸部を、上記第１穴を介して上記空洞部に挿入した後に、摩擦熱により、上記接合部材と上記被接合部材とを接合することを特徴とする、（２０）に記載の接合システム。

（２２） 上記支持台の上記内壁面は、上記支持台と上記被接合部材との接触面から離隔するにつれて内径が小さくなるテーパ形状の切欠きを有することを特徴とする、（２１）に記載の接合システム。

（２３） 上記支持台は、空洞部と、上記空洞部内に配置され、上記軸部の位置を制御する位置制御部材とを有し、
上記軸部を、上記第１穴を介して上記空洞部に挿入した後に、上記接合用ツールによって、上記フランジ部を上記被接合部材の方向に向けて押し付けた際に、上記位置制御部材により、上記軸部が上記フランジ部側に押圧されることを特徴とする、（２０）～（２２）のいずれか１つに記載の接合システム。

（２４） 上記位置制御部材は、上記軸部が上記空洞部の内部に向かって移動した場合に、上記軸部に対して上記フランジ部側に反発力を与えるものであることを特徴とする、（２３）に記載の接合システム。

（２５） 上記位置制御部材は、ばねであることを特徴とする、（２４）に記載の接合システム。

（２６） 上記接合用ツールの上記回転部は、円柱形状の円柱部と、上記円柱部の先端面に設けられ、上記円柱部と同一の軸中心を有する突起部と、を有し、上記突起部は、上記接合部材の上記第２穴に嵌合する外径を有することを特徴とする、（２０）～（２５）のいずれか１つに記載の接合システム。

（２７） 上記接合用ツールの上記回転部は、円柱形状の円柱部と、上記円柱部の先端面に設けられ、上記円柱部と同一の軸中心を有する突起部と、を有し、
上記突起部の先端側の外径は、上記接合部材の上記第２穴の内径よりも小さく、上記突起部の上記円柱部側の外径は、上記接合部材の上記第２穴の内径と等しいか又は上記第２穴の内径よりも大きいことを特徴とする、（２０）～（２５）のいずれか１つに記載の接合システム。

本発明によれば、被接合部材に対して、液体の流路を構成するための接合部材を容易に接合することができ、高い水密性を保持することができる接合方法を提供することができる。また、本発明によれば、上記接合方法により得られ、高い水密性を有する接合体を提供することができる。さらに、本発明によれば、上記接合方法により被接合部材と接合部材とを接合し、高い水密性を有する接合体を得るための接合システムを提供することができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る接合方法を工程順に示す断面図である。 図２は、本発明の第２実施形態に係る接合方法において使用した支持台を示す斜視図である。 図３は、第２実施形態に係る接合方法において、図１に示すＳｔｅｐ４を示す模式的断面図である。 図４は、第２実施形態に係る接合方法において、図１に示すＳｔｅｐ６を示す模式的断面図である。 図５は、本発明の第３実施形態に係る接合方法において使用した支持台及び位置制御部材を示す斜視図である。 図６は、第３実施形態に係る接合方法において、図１に示すＳｔｅｐ６を示す模式的断面図である。 図７は、接合用ツールの突起部の外径が、リベットの第２穴の内径よりも小さい場合の接合時の様子について示す模式的断面図である。 図８Ａは、本発明の第４実施形態に係る接合方法を示す模式的断面図である。 図８Ｂは、図８Ａに示す第４実施形態に係る接合方法の変形例を示す模式的断面図である。 図９は、図８Ｂに示す接合方法を使用した場合の、第２穴の形状を示す模式的断面図である。 図１０Ａは、本発明の第１実施形態に係る接合体を裏面側から示す斜視図である。 図１０Ｂは、本発明の第１実施形態に係る接合体を上面側から示す斜視図である。 図１１Ａは、リベットの代わりに配管を用いた接合体の例を示す斜視図である。 図１１Ｂは、板材の代わりに中空型材を用いた接合体の例を示す斜視図である。 図１１Ｃは、接合部材としてねじ付きリベットを用いた接合体の例を示す図である。 図１２は、水密性の評価方法を説明するための図である。 図１３は、接合体Ｎｏ．１の断面を示す図面代用写真である。 図１４は、接合体Ｎｏ．２の断面を示す図面代用写真である。 図１５は、接合体Ｎｏ．３の断面を示す図面代用写真である。

以下、本発明の実施形態に係る接合方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下で説明する実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、任意に変更して実施することができる。

［接合方法］
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る接合方法を工程順に示す断面図である。

（Ｓｔｅｐ１）
まず、板材（被接合部材）１１と、後述するリベット（接合部材）２０とを準備する。板材１１は、板厚に直交する一対の主面１１ａ、１１ｂを有するものである。また、リベット２０は、軸部２２と、この軸部２２の一端部から円周方向外方に延出するフランジ部２１と、軸部２２に軸方向に貫通する第２穴２３と、を有する。さらに、リベット２０は、フランジ部２１と軸部２２との間に、隅部２０ａが形成されている（（Ｓｔｅｐ３）参照）。

（Ｓｔｅｐ２）
次に、板材１１に、主面１１ａ、１１ｂを貫通するように第１穴１２を設ける。これにより、板材１１には、一方の主面１１ａと第１穴１２を構成する内側面とにより角部１１ｃが形成される。なお、第１穴１２の直径は、リベット２０の軸部２２の外径よりも大きく、リベット２０のフランジ部２１の外径よりも小さくなるように設計する。

（Ｓｔｅｐ３）
その後、第１穴１２の位置と第２穴２３の位置とを合わせるように、板材１１にリベット２０を配置する。具体的には、板材１１の一方の主面１１ａ側から、リベット２０の軸部２２を第１穴１２に挿入する（配置工程）。第１実施形態においては、板材１１の第１穴１２の直径を、軸部２２の外径に整合するように設計しているため、フランジ部２１が板材１１の一方の主面１１ａに接触するまで軸部２２を第１穴１２に挿入すると、板材１１の角部１１ｃと、リベット２０の隅部２０ａとが接触する。

（Ｓｔｅｐ４）
その後、板材１１の下に支持台４０を配置し、板材１１の他方の主面１１ｂ側を支持する。支持台４０の配置は、Ｓｔｅｐ３のリベット２０を配置する工程の前に実施してもよい。その後、接合用ツール３０をフランジ部２１の上部から板材１１の一方の主面１１ａに向かって押し付ける。接合用ツール３０は、軸を中心として円周方向に回転する円柱形状の円柱部３１を有する。第１実施形態においては、接合用ツール３０として摩擦撹拌接合用のツールを使用しているため、円柱部３１の先端面には、円柱部３１と同一の軸中心を有する突起部３２が設けられており、円柱部３１及び突起部３２により回転部を構成している。なお、突起部３２の直径は、リベット２０の第２穴２３よりも小さいため、突起部３２をリベット２０の第２穴２３に挿入することにより、円柱部３１における円環状の先端面を、ずれることなくフランジ部２１に押し付けることができる。

その後、接合用ツール３０の回転部を回転させることにより、接合用ツール３０の円柱部３１とフランジ部２１の上面との間に摩擦熱を発生させる。なお、回転の初期においては、円柱部３１の回転に伴って、リベット２０も回転することがある。この場合に、リベット２０と板材１１の一方の主面１１ａとの間にも摩擦熱が発生する。なお、第１実施形態においては、板材１１の第１穴１２と同程度の径を有する空洞部４１が形成された支持台４０を使用し、空洞部４１にリベット２０の軸部２２が挿入されるように支持台４０を配置しているが、支持台４０の形状は特に限定されない。少なくとも接合用ツール３０によってフランジ部２１を一方の主面１１ａ側に押し付ける領域に対して、板材１１の他方の主面１１ｂ側から支持するように支持台４０を配置すれば、板材１１を変形させることなく、効率よく摩擦熱を発生させることができる。

（Ｓｔｅｐ５）
引き続き、接合用ツール３０の回転部を回転させつつ、フランジ部２１に向けて押し付けると、Ｓｔｅｐ４において発生した摩擦熱により、フランジ部２１が高温となって軟化し、その厚さが薄くなるとともに、外径が拡がる。また、フランジ部２１は高温となるため、板材１１の一方の主面１１ａの一部も高温となって軟化し、フランジ部２１と板材１１との接合部５０が形成される（接合工程）。

（Ｓｔｅｐ６）
リベット２０と板材１１の一方の主面１１ａとが接触している領域のうち、第１穴１２を囲む円環状の領域に接合部５０が確実に形成された後、接合用ツール３０の回転部の回転を停止する。

（Ｓｔｅｐ７）
その後、接合用ツール３０及び支持台４０を取り外す。このようにして、接合体１０が製造される。

第１実施形態に係る接合方法においては、フランジ部２１を有するリベット２０を使用して、フランジ部２１側から摩擦熱を発生させる接合用ツール３０を押し付けることにより、リベット２０と板材１１とを接合し、接合部５０を形成する。接合部５０は、リベット２０と板材１１の表面とが撹拌されることにより形成されたものであるとともに、第１穴１２を囲む円環状の領域に形成されるため、リベット２０と板材１１との間において、高い水密性を保持することができる。また、かしめ等の機械的な力を付与しないため、板材１１が薄板であっても強度の低下を防止することができる。さらに、水密性を確保するためのゴム等の異素材を使用する必要がないため、リサイクル性を高めることができる。

本発明においては、接合用ツール３０として、摩擦撹拌接合用ツールを使用する必要はなく、接合用ツール３０と接合部材（リベット２０）との間に摩擦熱を発生させることができる種々のツールを使用することができる。例えば、回転する軸（円柱部）のみを有するツールや、振動により摩擦熱を発生させるツールを用いてもよい。この場合に、回転または振動する軸をフランジ部２１に押当て、フランジ部２１の任意の１箇所において摩擦熱を発生させて、ツールそのものをフランジ部２１に沿って周方向に移動させると、板材１１の第１穴１２を囲むように円環状の接合部５０を形成することができる。

また、上記Ｓｔｅｐ３の配置工程において、第１穴１２とリベット２０の第２穴２３との位置を合わせるために、リベット２０の軸部２２を第１穴１２に挿入したが、本発明において、リベット２０を配置する向きは特に限定されない。リベット２０の軸部２２を板材１１側とは反対側の方向に向けて、第１穴１２とリベット２０の第２穴２３との位置を合わせるように配置してもよい。このような場合に、例えば回転する軸のみを有するツールを使用すると、図１で示す第１実施形態と同様に、板材１１とリベット２０とを高い水密性で接合することができる。

なお、リベット２０を、その軸部２２を上方に向けて、板材１１上に配置する場合に、板材１１の第１穴１２の内径は、フランジ部２１の外径よりも小さければよく、軸部２２を挿入できる大きさである必要はない。ただし、第１穴１２の内径がフランジ部２１の外径に近づくにしたがって、接合部５０を形成可能な領域が減少して、接合が困難となる。また、第１穴１２が小さすぎると、板材１１とリベット２０とを接合することにより得られる貫通穴が小さくなり、冷媒等の流路が狭くなってしまう。したがって、板材１１の第１穴１２の大きさは、リベット２０のサイズを考慮して適切に設計することが好ましい。

さらに、接合工程において、接合用ツール３０の回転部の回転に伴って、リベット２０も回転すると、リベット２０と板材１１の一方の主面１１ａとの間にも摩擦熱が発生するため、接合部５０が形成されるまでの時間が短縮化される。ただし、後述するように、本発明においては、接合部材としてリベット２０以外の部材も使用することができ、接合部材が回転されない場合もある。このような場合であっても、接合用ツール３０とフランジ部２１との間のみに摩擦熱を発生させることにより、接合部材と被接合部材とを接合することができる。

＜第２実施形態＞
次に、第１実施形態と異なる形状を有する支持台４０を用いた場合の接合方法について、第２実施形態として以下に説明する。図２は、本発明の第２実施形態に係る接合方法において使用した支持台を示す斜視図である。図３は、第２実施形態に係る接合方法において、図１に示すＳｔｅｐ４を示す模式的断面図であり、図４は、図１に示すＳｔｅｐ６を示す模式的断面図である。図２～図４に示す第２実施形態において、図１に示すものと同一物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略又は簡略化する。なお、図４において、接合用ツール３０の記載を省略している。

図２及び図３に示すように、第２実施形態において使用する支持台４０は、第１実施形態と同様に、軸方向に延びる空洞部４１が形成されており、空洞部４１を構成する内壁面４０ｂは、リベット２０の軸部２２を挿入可能な内径を有している。また、支持台４０の内壁面４０ｂには、支持台４０と板材１１との接触面から離隔するにつれて内径が小さくなるテーパ形状の切欠き４０ａが形成されている。（Ｓｔｅｐ４）においては、支持台４０の空洞部４１と、板材１１の第１穴１２と、リベット２０の第２穴２３と、の位置を合わせて、板材１１及びリベット２０を支持台４０で支持する（支持工程）。具体的には、リベット２０の軸部２２を、板材１１の第１穴１２と、支持台４０の空洞部４１に挿入する。なお、この支持工程は、第１実施形態における配置工程に含まれる。

上記のとおり、第２実施形態においては、支持台４０の内壁面４０ｂに切欠き４０ａが形成されている。したがって、上記支持工程において、リベット２０の軸部２２を、第１穴１２と空洞部４１に挿入した際に、空洞部４１を構成する支持台４０の内壁面と、リベット２０の軸部２２の外壁面との間に、周方向に空隙部４３が形成される。

その後、（Ｓｔｅｐ５）として、図４に示すように、接合用ツール３０の回転部を回転させつつ、フランジ部２１に向けて押し付ける接合工程を実施する。ここで、第１実施形態に示すように、支持台４０に切欠きが設けられていない場合に、接合用ツール３０によってリベット２０のフランジ部２１が押し付けられることにより、第１穴１２の周縁部は径方向の内方に延出しようとする。その結果、第１穴１２の周縁部が、リベット２０の軸部２２の外周面の上方を押圧し、軸部２２の肉厚が部分的に薄くなることがある。

図４に示すように、第２実施形態においては、板材１１の第１穴１２の周縁部が、支持台４０の切欠き４０ａに沿って湾曲するため、リベット２０の軸部２２の外周面への押圧力が低減する。したがって、軸部２２の肉厚が減少することを抑制することができる。このため、特に軸部２２の強度が要求される接合体を製造する場合に、第２実施形態に係る接合方法を好適に利用することができる。

なお、接合用ツール３０をリベット２０側に押し付ける力や、フランジ部２１及び板材１１の厚さ等によって、第１穴１２の周縁部が、リベット２０の軸部２２を押圧する力も変化する。したがって、切欠き４０ａの角度や大きさ等は、その他の種々の条件によって調整することが好ましい。

図２～図４に示す第２実施形態においては、支持台４０と板材１１との接触面から離隔するにつれて内径が小さくなるテーパ形状の切欠き４０ａを有する支持台４０を用いる例について説明したが、支持台４０の形状はこれに限定されない。接合工程において、板材１１の第１穴１２の周縁部が、リベット２０の軸部２２の外周面に対して押圧する力を低減できるような構造であればよい。すなわち、軸部２２を、第１穴１２を介して支持台４０の空洞部４１に挿入した際に、支持台４０の内壁面４０ｂのうち、板材１１側（板材１１の近傍）における領域と、リベット２０の軸部２２との間に、周方向に空隙部４３が形成されていればよい。

＜第３実施形態＞
次に、支持台４０と、リベット２０の位置を制御する位置制御部材とを使用した接合方法について、第３実施形態として以下に説明する。図５は、本発明の第３実施形態に係る接合方法において使用した支持台及び位置制御部材を示す斜視図である。図６は、第３実施形態に係る接合方法において、図１に示すＳｔｅｐ６を示す模式的断面図である。図５及び図６に示す第３実施形態において、図１に示すものと同一物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略又は簡略化する。なお、図６において、接合用ツール３０の記載を省略している。

第３実施形態においては、第２実施形態と同様に、支持台４０の空洞部４１と、板材１１の第１穴１２と、リベット２０の第２穴２３と、の位置を合わせて、板材１１及びリベット２０を支持台４０で支持する支持工程を有する。ただし、本実施形態では、支持台４０の空洞部４１にばね（位置制御部材）４２を配置する。本実施形態においては、有底円筒形状の支持台４０を使用し、底部にばね４２を配置した後に、リベット２０の軸部２２を、板材１１の第１穴１２を介して、空洞部４１に挿入する。

その後、（Ｓｔｅｐ５）として、接合用ツール３０の回転部を回転させつつ、リベット２０のフランジ部２１に向けて押し付ける接合工程を実施する。このとき、リベット２０は、接合用ツール３０によって、空洞部４１の内部に向かって下方に押圧される。しかし、空洞部４１の底部にはばね４２が配置されており、このばね４２が軸部２２に対してフランジ部２１側に反発力を与える。したがって、リベット２０は所定の位置から下がることがないように構成されている。

上記のように構成された第３実施形態においては、リベット２０のフランジ部２１及び軸部２２の一部が、接合用ツール３０の回転部の回転によって軟化している状態で、リベット２０がばね４２によって上方に持ち上げられる。したがって、板材１１における第１穴１２の周縁部とリベット２０との間の隙間に、軟化した部分が入り込むため、軸部２２の肉厚が薄くなることを抑制することができる。また、第２実施形態に示すように、支持台４０の空洞部４１を構成する内壁面４０ｂに切欠き４０ａを設けるとともに、支持台４０の空洞部４１にばね４２等を配置する構成とすると、軸部の肉厚の減少をより一層防止することができ、軸部の強度を向上させることができる。

なお、本発明において、リベット２０の位置を制御する方法として、必ずしもばねを使用する必要はなく、リベット２０が空洞部４１内の所定の位置よりも内部に押圧されることを抑制することができればよい。すなわち、何らかの位置制御部材によって、軸部２２がフランジ部２１側に押圧されればよく、例えば、空洞部４１の内部に形成された段差のようなものでもよい。また、軸部２２が空洞部４１の内部に向かって移動した場合に、軸部２２に対して、フランジ部２１側に反発力を与えるものを使用することが好ましく、例えば、金属製のばね４２のように、耐熱性及び弾性を有するものであることが好ましい。

＜第４実施形態＞
次に、リベット２０の第２穴２３に冷媒等の液体を流通させる場合に好適である接合体を製造するための接合方法について、第４実施形態として以下に説明する。図７は、接合用ツール３０の突起部３２の外径が、リベット２０の第２穴２３の内径よりも小さい場合の接合時の様子について示す模式的断面図である。図８Ａは、本発明の第４実施形態に係る接合方法を示す模式的断面図であり、図８Ｂは、図８Ａに示す第４実施形態に係る接合方法の変形例を示す模式的断面図である。さらに、図９は、図８Ｂに示す接合方法を使用した場合の、第２穴２３の形状を示す模式的断面図である。図７～図９において、図１に示すものと同一物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略又は簡略化する。

図７に示すように、突起部３２の外径が、リベット２０の第２穴２３の内径よりも小さい場合に、円柱部３１によって押し付けられたフランジ部２１の一部が軟化すると、その一部がリベット２０の軸中心方向に流れることがある。このとき、突起部３２の外径が、第２穴２３の外径よりも小さいと、軟化した材料は、突起部３２の周囲を埋めるように移動する。その結果、接合用ツール３０を取り除いた際に、リベット２０の上部には突起部３２の外径と同じ大きさ、すなわち、第２穴２３よりも小さい穴３４が形成される。したがって、得られた接合体のリベット２０の部分を液体等の流路として使用する場合に、穴３４によって流量が低下するおそれがある。

図８Ａに示すように、接合用ツール３０の回転部は、円柱形状の円柱部３１と、円柱部３１の先端面に設けられ、円柱部３１と同一の軸中心を有する突起部３２ａと、を有する。第４実施形態において、突起部３２ａは、第２穴２３に嵌合する外径を有する。具体的には、突起部３２ａは、リベット２０の第２穴２３とほぼ同じ大きさであるか、わずかに小さい大きさであり、突起部３２ａが第２穴２３にちょうど嵌るように形成されている。そして、接合工程において、リベット２０の第２穴２３に突起部３２ａを挿入しつつ、接合用ツール３０を用いて、フランジ部２１を板材１１の一方の主面に押し付ける。

また、変形例として、図８Ｂに示すように、接合用ツール３０の回転部が、円柱部３１と、上記突起部３２ａとは異なる形状を有する突起部３２ｂを有していてもよい。この場合に、突起部３２ｂの先端側の外径Ｗｆは、リベット２０の第２穴２３の内径Ｗｓよりも小さく、突起部３２ｂの円柱部３１側の外径Ｗｂは、リベット２０の第２穴２３の内径Ｗｓと等しいか又は第２穴２３の内径Ｗｓよりも大きくする。

上記第４実施形態に係る接合方法によると、突起部３２ａ又は突起部３２ｂが存在することによって、軟化したフランジ部２１を構成する材料の一部が、リベット２０の軸中心方向に流れることを抑制することができる。したがって、図９に示すように、リベット２０のフランジ部２１側の開口部２９が広く形成され、流量が低下することを防止することができる。

［接合体］
＜第１実施形態＞
次に、本発明の実施形態に係る接合体について、図面を参照して具体的に説明する。図１０Ａは、本発明の第１実施形態に係る接合体を裏面側から示す斜視図であり、図１０Ｂは、本発明の第１実施形態に係る接合体を上面側から示す斜視図である。図１０Ａ及び図１０Ｂにおいて、図１に示すものと同一物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略又は簡略化する。

図１の（Ｓｔｅｐ７）、並びに図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、本実施形態に係る接合体１０は、一対の主面１１ａ、１１ｂを有する板材（被接合部材）１１に、リベット２０が接合されることにより形成されたものである。本実施形態においては、板材１１の第１穴１２にリベット２０の軸部２２が挿入され、リベット２０と板材１１とが接触している領域のうち、第１穴１２を囲むように、撹拌による接合部５０が形成されている。また、軸部２２は、他方の主面１１ｂから突出している。さらに、接合体１０には、リベット２０の第２穴２３により、接合体１０の上面側から下面側に貫通する貫通穴１８が構成されている。

なお、板材（被接合部材）１１が金属製である場合に、接合部５０の平均結晶粒度は、撹拌により、板材１１の平均結晶粒度よりも小さくなる。平均結晶粒度は、例えば、ＪＩＳ Ｇ ０５５１：２０１３の鋼－結晶粒度の顕微鏡試験方法に準拠して測定することができる。

上記のように構成された接合体１０においては、第１穴１２を囲むように、撹拌によって生じた摩擦熱による接合部５０が形成されているため、貫通穴１８に冷却液等の液体を流通させた場合に、接合部５０から外部に液体が漏出することを防止することができる。したがって、本実施形態に係る接合体１０は、貫通穴１８を液体の流路として好適に利用することができる。

なお、本発明においては、板材１１の少なくとも一方の主面から軸部２２が突出しており、接合体１０が貫通穴１８を有していれば、板材１１の第１穴１２にリベット２０の軸部２２が挿入されている必要はない。例えば、上記接合方法の欄で説明したように、リベット２０の軸部２２を、板材１１側とは反対側の方向に向けて、板材１１とリベット２０のフランジ部２１とが接合されていてもよい。このような場合に、接合体には、板材１１の第１穴１２及びリベット２０の第２穴２３により貫通穴が形成される。

接合部５０が形成される領域は特に限定されず、接合部材であるリベット２０と、被接合部材である板材１１とが接触している領域のうち、板材１１に形成された第１穴１２を囲むように形成されれば、優れた水密性を得ることができる。具体的に、リベット２０のフランジ部２１が、接合部５０によって板材１１のいずれか一方の主面に接合されていてもよい。また、図１の（Ｓｔｅｐ３）で示すように、板材１１が角部１１ｃを有し、リベット２０が隅部２０ａを有する場合に、角部１１ｃと隅部２０ａとが接合部５０によって接合されていてもよい。さらに、リベット２０のフランジ部２１及び隅部２０ａが、それぞれ板材１１の一方の主面１１ａ及び角部１１ｃに接合されていてもよい。

本発明において、接合部材としては、被接合部材に接合するためのフランジ部と、液体用の配管やホース等への接続を容易にするための軸部と、接合体の貫通穴を構成し、液体を通流させる第２穴を有していれば、詳細な形状等は限定されない。また、被接合部材の形状も限定されず、種々の形状のものを採用することができる。接合部材及び被接合部材の変形例について、図面を参照して以下に説明する。

（変形例１）
図１１Ａは、リベットの代わりに配管を用いた接合体の例を示す斜視図である。接合体１５は、被接合部材となる板材１１と、接合部材となる配管２５とが接合されたものである。配管２５は、軸部２４と、軸部２４の一方の端部に形成されたフランジ部２１とを有する。配管２５の軸部２４は、任意の位置で屈曲し、リベット２０よりも長い形状とすることができる。このように、接合部材として、フランジ部２１を有する配管２５を用いた場合であっても、上記図１０Ａ及び図１０Ｂに示す接合体１０と同様に、優れた水密性を得ることができる。

（変形例２）
図１１Ｂは、板材１１の代わりに中空型材を用いた接合体の例を示す斜視図である。接合体１６は、被接合部材となる中空型材１３と、接合部材となるリベット２０とが接合されたものである。中空型材１３は、断面が矩形の中空材である。また、リベット２０を取り付ける所望の領域において一方の主面１３ａ及び他方の主面１３ｂを有し、一方の主面１３ａから他方の主面１３ｂに向けて貫通する不図示の第１穴が設けられている。このように、被接合部材として中空型材１３を使用した場合であっても、上記図１０Ａ及び図１０Ｂに示す接合体１０と同様に、優れた水密性を得ることができる。

（変形例３）
図１１Ｃは、接合部材としてねじ付きリベットを用いた接合体の例を示す図である。ねじ付きリベット２６は、フランジ部２１と軸部２２とを有し、軸部２２を貫通するように形成された第２穴２７の内壁面には、雌ねじ加工が施されている。そして、接合体１０と同様に、板材１１には、ねじ付きリベット２６が接合されている。ただし、本実施形態においては、板材１１の上に、第２穴２７と同程度のサイズの穴を有する他の板材６３を、穴同士の位置が合うように重ね、板材６３の上から第２穴２７にボルト６０を挿入している。ボルト６０は外周面に雄ねじ加工が施されたねじ軸部６２と頭部６１とを有しており、ねじ軸部６２が第２穴２７に挿入されて螺合されることにより、板材１１と他の板材６３とがボルト６０により締結された接合体１７が形成されている。

上記接合体１０、１５、１６はいずれも、撹拌により形成される接合部が、被接合部材に設けられた第１穴を囲むように形成されているため、接合部材を利用して液体の流路を構成した場合に、優れた水密性を得ることができる。ただし、変形例３で示すように、必ずしも接合部材を利用して液体の流路を形成する必要はなく、板材１１が薄板であってもフランジ部２１を利用して高い接合強度が得られるため、他の部材と被接合部材とが高強度で接合された接合体１７を形成することができる。

接合部材の形状としては、上記変形例１～変形例３に示す形状の他に、軸部の軸方向両端部の間にフランジ部を有する接合部材も使用することができる。このような形状の接合部材を使用した場合に、得られる接合体は、被接合部材の一方の主面側及び他方の主面側から軸部が突出した形状となる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る接合体について、図４を参照して説明する。第２実施形態に係る接合体は、上記第２実施形態に係る接合方法により得られるものである。図４に示すように、接合体５１は、板材１１におけるフランジ部２１と反対側の主面１１ｂと、軸部２２の外周面との間に、軸部２２の周方向に沿って形成された傾斜面５１ａを有する。

上述のとおり、接合体５１は、内壁部に切欠き４０ａを有する支持台４０を使用して作成されたものであり、切欠き４０ａの表面に沿って、傾斜面５１ａが形成されている。このように、傾斜面５１ａが形成されていると、軸部２２の上方における最も肉厚が薄くなる可能性が高い領域において、軸部２２の肉厚を確保することができ、第１実施形態と比較して、軸部２２の強度を向上させることができる。

なお、接合部材としては、接合用ツールとの溶着等を考慮して、金属製のものを使用することができる。一方、被接合部材を構成する材料は特に限定されず、金属製であっても樹脂製であってもよい。必要とされる性能に応じて、種々の材料を選択することができる。また、接合部材は、上記被接合部材と同一の材料により構成されていても、接合部材と被接合部材とが互いに異なる材料により構成されていてもよい。

［接合システム］
さらに、本発明の実施形態に係る接合システムについて、具体的に説明する。本実施形態は、上記接合方法を用いて被接合部材と接合部材とを接合する接合システムであるため、図１を参照して、本実施形態に係る接合システムを説明する。なお、図１に記載された各部材については、詳細な説明を省略する。

本実施形態に係る接合システムは、リベット（接合部材）２０と板材（被接合部材）１１とを摩擦熱により接合するためのものであり、接合用ツール３０と支持台４０とを有する。接合用ツール３０は、軸を中心として円周方向に回転する円柱部（回転部）３１を有し、円柱部３１を回転させつつ、リベット２０のフランジ部２１側から板材１１の方向に向けて押し付けることにより摩擦熱を発生させて、リベット２０と板材１１とを接合するものである。

本実施形態に係る接合システムを使用し、上記本実施形態に係る接合方法でリベット２０と板材１１とを接合することにより、高い水密性を有する接合体を得ることができる。

図２～図４を用いて、上記第２実施形態に係る接合方法の欄で説明したように、支持台４０は空洞部４１を有し、空洞部４１を構成する内壁面４０ｂと、リベット２０の軸部２２との間に、周方向に空隙部４３が形成されることが好ましい。したがって、本実施形態に係る接合システムは、上記空隙部４３が形成されるように、軸部２２を、第１穴１２を介して空洞部４１に挿入した後に、摩擦熱により、リベット２０と板材１１とを接合するものであることが好ましい。

さらに、上記接合システムで使用する支持台４０において、空洞部４１を構成する内壁面４０ｂは、支持台４０とリベット２０との接触面から離隔するにつれて内径が小さくなるテーパ形状の切欠き４０ａを有することが好ましい。

また、図５及び図６を用いて、上記第３実施形態に係る接合方法の欄で説明したように、支持台４０は、空洞部４１と、この空洞部４１内に配置され、軸部２２の位置を制御する位置制御部材（ばね４２）とを有することが好ましい。そして、本実施形態に係る接合システムは、軸部２２を、第１穴１２を介して空洞部４１に挿入した後に、接合用ツール３０によって、フランジ部２１を板材１１の方向に向けて押し付けた際に、位置制御部材により、軸部２２がフランジ部２１に押圧されることが好ましい。

さらに、位置制御部材（ばね４２）は、軸部２２が空洞部４１の内部に向かって移動した場合に、軸部２２に対してフランジ部２１側に反発力を与えるものであることが好ましい。

さらにまた、図８Ａ及び図８Ｂを用いて、上記第４実施形態に係る接合方法の欄で説明したように、接合用ツール３０の回転部は、円柱形状の円柱部３１と、円柱部３１の先端面に設けられ、円柱部３１と同一の軸中心を有する突起部３２と、を有し、突起部３２は、リベット２０の第２穴２３に嵌合する外径を有することが好ましい。また、突起部３２の先端側の外径Ｗｆは、リベット２０の第２穴２３の内径Ｗｓよりも小さく、突起部３２の円柱部３１側の外径Ｗｂは、リベット２０の第２穴２３の内径Ｗｓと等しいか、又は第２穴２３の内径Ｗｓよりも大きいことが好ましい。

＜第１実施例＞
以下、本発明に係る接合方法を使用して接合体を形成し、水密性の評価を実施した。図１２は、水密性の評価方法を説明するための図である。

（接合体の製造）
まず、アルミニウム製の板材１１に設けた不図示の第１穴に、アルミニウム製のリベット２０の軸部２２を挿入し、リベット２０のフランジ部２１と板材１１の一方の主面１１ａとを接触させて配置した。その後、接合用ツールを用いて、フランジ部２１を板材１１の一方の主面１１ａに押し付け、接合用ツールとフランジ部２１との間に摩擦熱を発生させた。接合用ツールとしては、摩擦撹拌接合用ツールを利用した。このようにして、リベット２０と板材１１とが接触している領域のうち、第１穴を囲むように接合部を形成することにより、リベット２０と板材被接合部材とを接合した。

（水密性評価用装置への接合体の設置）
下板６５の上に、円環状のゴムパッキン６６を配置し、ゴムパッキン６６の上に、リベット２０の軸部２２を上方に向けて接合体を配置した。次に、板材１１の他方の主面１１ｂ上に、軸部２２の外径よりも大きい穴を有する上板６４を配置して、上板６４の穴を介して軸部２２を上方に突出させた。下板６５及び上板６４には、それぞれ４角付近にボルト穴６５ａ、ボルト穴６４ａが形成されており、ボルト穴６５ａとボルト穴６４ａに不図示のボルトを螺合し、上板６４と下板６５とを締結することにより、板材１１、ゴムパッキン６６及び下板６５に囲まれた空洞部６７を形成した。

（水密性評価試験）
軸部２２の上方の開放端面に、水を送出する不図示のノズルを接続して、ノズルから矢印Ａの方向に水を注入し、０．５ＭＰａの水圧で１分間保持した。そして、このときの様子を観察することにより、水密性を評価した

（評価結果）
上記水密性評価試験により、軸部２２の第２穴２３及び空洞部６７の内部には水が充填され、０．５ＭＰａの水圧が印加された状態で保持されたが、板材１１とリベット２０との間の接合部からの水の漏出は観察されなかった。したがって、本発明によると、水密性が優れた接合体を得ることができた。

＜第２実施例＞
次に、種々の接合方法を使用して、アルミニウム製の板材１１とアルミニウム製のリベット２０を接合した接合体を製造し、断面写真を撮影して断面を観察するとともに、フランジ部２１の近傍の軸部２２の肉厚を測定した。図１３は、接合体Ｎｏ．１の断面を示す図面代用写真である。図１４は、接合体Ｎｏ．２の断面を示す図面代用写真である。図１５は、接合体Ｎｏ．３の断面を示す図面代用写真である。なお、図１３～図１５は、それぞれの接合体の一部を拡大して示している。

接合体Ｎｏ．１は、図８Ｂに示す台形状の突起部３２ｂを有する接合用ツール３０を用いて、板材１１とリベット２０とを接合した接合体であり、切欠きを形成していない支持台４０を用いている。図１３において、破線３５は、突起部３２ｂが存在した位置を表している。接合体Ｎｏ．２は、図８Ｂに示す台形状の突起部３２ｂを有する接合用ツール３０と、図２～図４に示す切欠き４０ａを有する支持台４０を用いて、板材１１とリベット２０とを接合した接合体である。接合体Ｎｏ．３は、図８Ｂに示す台形状の突起部３２ｂを有する接合用ツール３０と、図２～図４に示す切欠き４０ａを有する支持台４０を使用し、支持台４０の空洞部４１内にばね４２を配置して、板材１１とリベット２０とを接合した接合体である。図１４及び図１５において、破線３５は、突起部３２ｂの表面の位置を表し、破線３６は、切欠き４０ａを有する支持台４０が存在した位置を表している。なお、接合用ツール３０の突起部３２ｂは、全て同一の形状としている。

図１３～図１５に示すように、接合体Ｎｏ．１～接合体Ｎｏ．３についてはいずれも、板材１１の第１穴１２の周縁部、リベット２０のフランジ部２１、及び軸部２２の上方において、金属の結晶粒が微細化していた。このことから、接合用ツール３０の回転部の回転により発生した摩擦熱によって、アルミニウム製の板材１１とリベット２０とが軟化し、摩擦撹拌圧接されていることがわかる。

また、図１３に示すように、接合体Ｎｏ．１においては、リベット２０の軸部２２の肉厚Ｔ０は、８．９０ｍｍであるのに対し、板材１１の第１穴１２の周縁部近傍における軸部２２の肉厚Ｔ１は、８．４９ｍｍであった。これは、板材１１の第１穴１２の周縁部が、軸部２２を押圧したため、接合部分以外の通常部の肉厚Ｔ０と比較して、肉厚Ｔ１が薄くなったと考えられる。これに対して、図１４に示すように、接合体Ｎｏ．２においては、リベット２０の軸部２２の肉厚Ｔ０は、接合体Ｎｏ．１と同様に、８．９０ｍｍであり、板材１１の第１穴１２の周縁部近傍における軸部２２の肉厚Ｔ２は、８．８７ｍｍとなった。このように、接合体Ｎｏ．２において、軸部２２の肉厚の低減を抑制することができた理由としては、板材１１の第１穴１２の周縁部が、支持台４０の切欠き４０ａに沿って湾曲し、軸部２２に対する押圧力が低減したためであると考えられる。

さらに、図１５に示すように、接合体Ｎｏ．３においては、リベット２０の軸部２２の肉厚Ｔ０は、接合体Ｎｏ．１と同様に、８．９０ｍｍであり、板材１１の第１穴１２の周縁部近傍における軸部２２の肉厚Ｔ３は、９．３０ｍｍとなった。接合体Ｎｏ．３においては、ばね４２によってリベット２０が持ち上げられており、肉厚が薄くなった領域を軟化したアルミニウムで充填するように作用している。したがって、接合体Ｎｏ．２と比較して、より一層軸部２２の肉厚の低減を抑制することができた。

１０，１５，１６，１７，５１ 接合体
１１ 板材（被接合部材）
１１ｃ 角部
１２ 第１穴
１３ 中空型材
１８ 貫通穴
２０ リベット（接合部材）
２０ａ 隅部
２１ フランジ部
２２，２４ 軸部
２３，２７ 第２穴
２５ 配管
２６ ねじ付きリベット
３０ 接合用ツール
３１ 円柱部
３２，３２ａ，３２ｂ 突起部
４０ 支持台
４０ａ 切欠き
４１ 空洞部
４２ ばね
４３ 空隙部
５０ 接合部
５１ａ 傾斜面

Claims (27)

1. 一対の主面を有する被接合部材に対して、前記一対の主面を貫通する第１穴を設ける工程と、
   軸部と、前記軸部から円周方向外方に延出するフランジ部と、前記軸部に軸方向に貫通する第２穴と、を有する接合部材を、前記第１穴の位置と前記第２穴の位置とを合わせるように、前記フランジ部と前記被接合部材の一方の主面とを接触させて配置する配置工程と、
   接合用ツールを用いて、前記フランジ部を前記被接合部材の前記一方の主面に押し付けるとともに、前記接合用ツールと前記フランジ部との間に摩擦熱を発生させ、前記接合部材と前記被接合部材とを接合する接合工程と、を有し、
   前記接合工程において、前記接合部材と前記被接合部材とが接触している領域のうち、前記第１穴を囲むように接合部を形成することを特徴とする、接合方法。
2. 前記配置工程において、前記軸部を前記第１穴に挿入する工程を有することを特徴とする、請求項１に記載の接合方法。
3. 前記接合工程において、さらに、前記接合部材と前記被接合部材との間に摩擦熱を発生させることを特徴とする、請求項１又は２に記載の接合方法。
4. 前記接合用ツールは、軸を中心として円周方向に回転する回転部を有し、前記接合工程において、前記回転部を回転させつつ、前記フランジ部から前記被接合部材の方向に向けて押し付けることを特徴とする、請求項１又は２に記載の接合方法。
5. 前記配置工程は、空洞部を有する支持台を使用し、前記支持台の前記空洞部と、前記被接合部材の第１穴と、前記接合部材の第２穴と、の位置を合わせて、前記被接合部材及び前記接合部材を前記支持台で支持する支持工程を有し、
   前記支持台における前記空洞部を構成する内壁面は、前記接合部材の前記軸部を挿入可能な内径を有し、
   前記支持工程において、前記内壁面のうち、前記被接合部材側における領域と、前記接合部材の軸部との間に、周方向に空隙部が形成されるように、前記軸部を、前記第１穴を介して前記空洞部に挿入することを特徴とする、請求項１に記載の接合方法。
6. 前記支持台の前記内壁面は、前記支持台と前記被接合部材との接触面から離隔するにつれて内径が小さくなるテーパ形状の切欠きを有することを特徴とする、請求項５に記載の接合方法。
7. 前記配置工程は、空洞部を有する支持台と、前記空洞部内に配置され、前記軸部の位置を制御する位置制御部材とを使用し、前記支持台の前記空洞部と、前記被接合部材の第１穴と、前記接合部材の第２穴と、の位置を合わせて、前記被接合部材及び前記接合部材を前記支持台で支持する支持工程を有し、
   前記支持工程において、前記空洞部内に前記軸部の位置を制御する位置制御部材を配置した後に、前記軸部を、前記第１穴を介して前記空洞部に挿入し、
   前記接合工程において、前記位置制御部材により、前記軸部が前記フランジ部側に押圧されることを特徴とする、請求項１に記載の接合方法。
8. 前記位置制御部材は、前記接合工程において、前記フランジ部を前記被接合部材の前記一方の主面に押し付けるとともに、前記接合用ツールと前記フランジ部との間に摩擦熱を発生させ、前記軸部が前記空洞部の内部に向かって移動した場合に、前記軸部に対して前記フランジ部側に反発力を与えるものであることを特徴とする、請求項７に記載の接合方法。
9. 前記位置制御部材は、ばねであることを特徴とする、請求項８に記載の接合方法。
10. 前記接合用ツールの前記回転部は、円柱形状の円柱部と、前記円柱部の先端面に設けられ、前記円柱部と同一の軸中心を有する突起部と、を有し、
    前記突起部は、前記第２穴に嵌合する外径を有するものであり、
    前記接合工程において、前記接合部材の前記第２穴に前記突起部を挿入しつつ、前記接合用ツールを用いて、前記フランジ部を前記被接合部材の前記一方の主面に押し付けることを特徴とする、請求項４に記載の接合方法。
11. 前記接合用ツールの前記回転部は、円柱形状の円柱部と、前記円柱部の先端面に設けられ、前記円柱部と同一の軸中心を有する突起部と、を有し、
    前記突起部の先端側の外径は、前記接合部材の前記第２穴の内径よりも小さく、前記突起部の前記円柱部側の外径は、前記接合部材の前記第２穴の内径と等しいか又は前記第２穴の内径よりも大きいものであり、
    前記接合工程において、前記接合部材の前記第２穴に前記突起部を挿入しつつ、前記接合用ツールを用いて、前記フランジ部を前記被接合部材の前記一方の主面に押し付けることを特徴とする、請求項４に記載の接合方法。
12. 一対の主面と、前記一対の主面を貫通する第１穴と、を有する被接合部材と、
    軸部と、前記軸部から円周方向外方に延出するフランジ部と、前記軸部に軸方向に貫通する第２穴と、を有する接合部材と、が接合されてなる接合体であって、
    前記第２穴、又は、前記第１穴及び前記第２穴により構成された貫通穴を有し、
    前記軸部は、前記一対の主面のうち、少なくとも一方の主面から突出し、
    前記接合部材と前記被接合部材とが接触している領域のうち、前記第１穴を囲むように接合部が形成されており、前記接合部は、前記接合部材と前記被接合部材とが攪拌されることにより形成されたものであることを特徴とする、接合体。
13. 前記フランジ部は、前記接合部によって、前記一対の主面のうち一方の主面に接合されていることを特徴とする、請求項１２に記載の接合体。
14. 前記被接合部材は、前記フランジ部側の主面と前記第１穴を構成する内側面とにより構成される角部を有し、前記接合部材は、前記フランジ部と前記軸部との間に隅部を有するものであり、
    前記軸部が前記第１穴に挿入されており、
    前記角部と前記隅部とが前記接合部によって接合されていることを特徴とする、請求項１３に記載の接合体。
15. 前記被接合部材における前記フランジ部側に対して反対側の主面と、前記軸部の外周面との間に、前記軸部の周方向に沿って形成された傾斜面を有することを特徴とする、請求項１４に記載の接合体。
16. 前記被接合部材は、金属製又は樹脂製であることを特徴とする、請求項１２～１５のいずれか１項に記載の接合体。
17. 前記接合部材と前記被接合部材とは、同一の材料又は互いに異なる材料により構成されることを特徴とする、請求項１２～１５のいずれか１項に記載の接合体。
18. 前記被接合部材は、板材及び中空型材のいずれか一方であることを特徴とする、請求項１２～１５のいずれか１項に記載の接合体。
19. 前記接合部材は、リベット及び配管のいずれか一方であることを特徴とする、請求項１２～１５のいずれか１項に記載の接合体。
20. 一対の主面と、前記一対の主面を貫通する第１穴と、を有する被接合部材と、
    軸部と、前記軸部から円周方向外方に延出するフランジ部と、前記軸部に軸方向に貫通する第２穴と、を有する接合部材と、を、
    前記第１穴の位置と前記第２穴の位置とを合わせるように、前記フランジ部と前記被接合部材の一方の主面とを接触させて配置し、摩擦熱により接合するための接合システムであって、
    前記フランジ部を前記被接合部材の前記一方の主面に押し付けるとともに、前記接合部材との間に摩擦熱を発生させる接合用ツールと、
    少なくとも前記接合用ツールにより前記フランジ部を前記一方の主面に押し付ける領域に対して、前記被接合部材の他方の主面側から支持する支持台と、
    を有し、
    前記接合用ツールは、軸を中心として円周方向に回転する回転部を有し、前記回転部を回転させつつ、前記フランジ部から前記被接合部材の方向に向けて押し付けることにより前記摩擦熱を発生させて、前記接合部材と前記被接合部材とを接合するものであることを特徴とする、接合システム。
21. 前記支持台は空洞部を有し、
    前記空洞部を構成する内壁面のうち、前記被接合部材側における領域と、前記接合部材の軸部との間に、周方向に空隙部が形成されるように、前記軸部を、前記第１穴を介して前記空洞部に挿入した後に、摩擦熱により、前記接合部材と前記被接合部材とを接合することを特徴とする、請求項２０に記載の接合システム。
22. 前記支持台の前記内壁面は、前記支持台と前記被接合部材との接触面から離隔するにつれて内径が小さくなるテーパ形状の切欠きを有することを特徴とする、請求項２１に記載の接合システム。
23. 前記支持台は、空洞部と、前記空洞部内に配置され、前記軸部の位置を制御する位置制御部材とを有し、
    前記軸部を、前記第１穴を介して前記空洞部に挿入した後に、前記接合用ツールによって、前記フランジ部を前記被接合部材の方向に向けて押し付けた際に、前記位置制御部材により、前記軸部が前記フランジ部側に押圧されることを特徴とする、請求項２０に記載の接合システム。
24. 前記位置制御部材は、前記軸部が前記空洞部の内部に向かって移動した場合に、前記軸部に対して前記フランジ部側に反発力を与えるものであることを特徴とする、請求項２３に記載の接合システム。
25. 前記位置制御部材は、ばねであることを特徴とする、請求項２４に記載の接合システム。
26. 前記接合用ツールの前記回転部は、円柱形状の円柱部と、前記円柱部の先端面に設けられ、前記円柱部と同一の軸中心を有する突起部と、を有し、前記突起部は、前記接合部材の前記第２穴に嵌合する外径を有することを特徴とする、請求項２０に記載の接合システム。
27. 前記接合用ツールの前記回転部は、円柱形状の円柱部と、前記円柱部の先端面に設けられ、前記円柱部と同一の軸中心を有する突起部と、を有し、
    前記突起部の先端側の外径は、前記接合部材の前記第２穴の内径よりも小さく、前記突起部の前記円柱部側の外径は、前記接合部材の前記第２穴の内径と等しいか又は前記第２穴の内径よりも大きいことを特徴とする、請求項２０に記載の接合システム。

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