JP6716667B2

JP6716667B2 - 摩擦攪拌接合プラグを設置する方法

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Publication number: JP6716667B2
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Inventors: マイク・ピー・マトラック; エイミー・エム・ヘルヴェイ; ランディ・エー・カード
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Priority date: 2013-10-01
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Publication date: 2020-07-01
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Description

摩擦攪拌接合により部品が接合される場合、交差接合が実施されることが多い。各接合に関して、開口部は、接合工具が母材から外れる箇所に形成される。接合出口開口部は、特に後続の接合が開口部を横切る場合、一般に望ましくない。具体的には、開口部に重なる接合により、接合ナゲット内に間隙が生じ、それにより、接合強度が低減されるとともに、接合部における体積的な材料不足に起因した表面欠陥がもたらされる可能性がある。接合出口開口部を埋める種々の手法が提案されている。例えば、ポンチ及びハンマーを用いて、多角形断面を有する楔を開口部に打ち込んでもよい。しかしながら、このプロセスは、時間がかかるとともに、楔を母材中に設置するときに楔の多角形断面形状により空隙が生じるので僅かに効果的であるに過ぎない。更に、打ち込まれた楔は、その後の接合の際に開口部から取り出される場合がある。あるいは、開口部を広げること及び円筒部材を開口部内に圧入することは製造サイクル時間を増加させるので好ましくない。

よって、上記特定した懸念事項に対処するように意図された、被接合物の開口部を埋める物品及び方法が有用であると分かるであろう。

本開示の一例は、被接合物の開口部を埋める物品に関する。物品は、本体と、第１のフランジと、第２のフランジとを有するプラグを含む。第１のフランジは、本体に接触した状態であり、本体から離れる方向に延伸する。第２のフランジは、第１のフランジに接触した状態であり、第１のフランジ及び本体から離れる方向に延伸する。第２のフランジは、プラグを開口部内に設置するときに、本体側に変形するように構成される。この第２のフランジの変形により、プラグが回転方向及び並進方向に固定され、プラグが開口部内に一体化される。

本開示の一例は、被接合物を摩擦攪拌接合する方法に関する。方法は、出口を有する第１の接合経路に沿って第１の摩擦攪拌接合を実施するステップであって、出口において開口部が被接合物に形成された、第１の摩擦攪拌接合を実施するステップを含む。方法はまた、プラグを開口部内に設置するステップを含む。プラグは、設置時に、開口部内に一体化され、開口部内に回転方向及び並進方向に固定される。方法はまた、プラグが内部に設置された開口部を横切る第２の接合経路に沿って第２の摩擦攪拌接合を実施するステップを含む。プラグは、第２の摩擦攪拌接合部内で少なくとも部分的に消費される。

本開示の一例は、プラグを被接合物の開口部内に設置する方法に関する。方法は、本体と、第１のフランジと、第２のフランジとを有するプラグを用意するステップを含む。第１のフランジは、本体に接触した状態であり、本体から離れる方向に延伸する。第２のフランジは、第１のフランジに接触した状態であり、第１のフランジ及び本体から離れる方向に延伸する。方法はまた、プラグを開口部内に一体化して、プラグを開口部内に回転方向及び並進方向に固定するように、プラグを開口部内に設置するステップを含む。

上述のように、本開示の例を一般的な用語で説明してきたが、必ずしも一定の縮尺で描かれておらず、また、類似の参照符号が複数の図面にわたって同一又は同様の部分を示す、添付の図面をここで参照する。

被接合物の開口部を埋める物品のブロック図である。図１の物品の側面図である。図２Ａの物品の一部の断面図である。図２Ａの物品の一部の断面図である。被接合物の開口部を埋める方法、又は被接合物の開口部を埋め且つ被接合物を摩擦攪拌接合する方法に対応するプロセスフロー図である。第１の摩擦攪拌接合により被接合物に形成された開口部を図示する概略上面図である。図１のプラグが開口部内に設置された、図４Ａに示す被接合物の概略上面図である。プラグを用いて第２の摩擦攪拌接合を実施した後の図４Ｂに示す被接合物の概略上面図である。プラグを被接合物の開口部内に設置する前の図２Ａに示す物品の一部の断面図である。被接合物の仮想的な外形上に重ね合わされた、図５Ａに示すプラグの断面図である。プラグが図５Ａの開口部内に設置され、プラグの第２のフランジがプラグの本体側に変形した、図１の物品の断面図である。開口部内に設置され、シャフトがプラグから切り離された、図５Ｃに示すプラグの断面図である。開口部内に設置され、プラグの後端部が摩擦攪拌接合工具と係合した、図５Ｄに示すプラグの断面図である。プラグが第２の摩擦攪拌接合部内で消費された、図５Ｅに示す被接合物の断面図である。２つの被接合物が互いに摩擦攪拌接合されるときに形成された開口部内に設置された、図２Ａに示すプラグの断面斜視図である。摩擦攪拌接合工具により作成された開口部の断面の写真である。各交差点が消費されたプラグを含む、２組の交差する摩擦攪拌接合部を有する被接合物の上面の写真である。消費されたプラグを図示する図７Ａの被接合物の断面の写真である。消費されたプラグを図示する図７Ａの被接合物の断面の写真である。航空機の生産及び保守点検方法のフロー図である。航空機のブロック図である。

上記したブロック図（単数又は複数）において、種々の要素及び／又は構成要素を結ぶ実線は、機械的結合、電気的結合、流体結合、光学的結合、電磁的結合及び他の結合並びに／又はそれらの組み合わせを表し得る。本明細書で使用する場合、「結合される」は、直接的且つ間接的に結合すること意味する。例えば、部材Ａを、部材Ｂと直接的に結合してもよく、又は別の部材Ｃなどを介して、部材Ｂに間接的に結合してもよい。ブロック図（単数又は複数）に描かれたもの以外の結合が存在してもよい。種々の要素及び／又は構成要素を結ぶ破線は、ある場合には、実線で示すものと機能及び目的が同様の結合を表すが、破線で表す結合は、本開示の代替又は任意選択の態様に選択的に与えられるか又はそれらの態様に関するかのいずれかである。同じように、破線で表す任意の要素及び／又は構成要素は、本開示の代替又は任意選択の態様を示す。環境要素は、ある場合には、点線で表される。

以下の説明では、提示する概念の完全な理解のために、数多くの具体的な詳細が記載されている。提示する概念は、これらの具体的な詳細の一部又は全てがなくとも実践することができる。他の例では、説明する概念を不必要に曖昧にしないために、周知のプロセス動作は詳細に説明しない。いくつかの概念を具体的な例と併せて説明するが、これらの例は限定的なものとは意図されていないことを理解されたい。

例えば、図１、図２Ａ、図２Ｂ及び図５Ａを参照すると、本開示の一例は、被接合物４００の開口部４０４（図５Ａ）を埋める物品１００に関する。物品１００は、本体１１２と、第１のフランジ１２２と、第２のフランジ１２３とを有するプラグ１０６を含む。図示のように、例えば図２Ｂにおいて、第１のフランジ１２２は、本体１１２に接触した状態であり、本体１１２から離れる方向に延伸する。第２のフランジ１２３は、第１のフランジ１２２に接触した状態であり、第１のフランジ１２２及び本体１１２から離れる方向に延伸する。第２のフランジ１２３は、プラグ１０６を開口部４０４内に設置するときに、本体１１２側に変形するように構成される。この第２のフランジ１２３の変形により、プラグ１０６が開口部４０４内に回転方向及び並進方向に固定され、プラグ１０６が開口部４０４内に一体化される。第２のフランジ１２３の変形について、例えば図５Ａから図５Ｃを参照して以下に述べる。いくつかの例において、第１のフランジ１２２は、第２のフランジ１２３が変形する際にほぼ元の形を保ち得る。第１のフランジ１２２及び本体１１２は、第２のフランジ１２３が変形する際に第２のフランジ１２３を収容する間隙１１３の少なくとも一部を画定し得る。

図２Ａなどを参照すると、前述及び／又は以下の例及び態様のいずれかの主題の少なくとも一部を含み得る、本開示の一態様において、物品１００はまた、プラグ１０６に壊れ易く結合されたシャフト１０２を含む。シャフト１０２は、図５Ｃ及び図５Ｄを参照して以下に更に説明するように、プラグ１０６を開口部４０４内に設置する際にプラグ１０６から切り離される。例えば、シャフト１０２は、シャフト１０２をプラグ１０６に連結する幅狭の首部１０４を含み得る。

図２Ｂを参照すると、前述及び／又は以下の例及び態様のいずれかの主題の少なくとも一部を含み得る、本開示の一態様において、プラグ１０６は後端部１０８を含む。後端部１０８の一部は、プラグ１０６が開口部４０４（図５Ａ）内に設置されたときに、被接合物４００の表面４０１（図５Ｄ）よりも上方に突出するように構成される。具体的には、図５Ｄは、後端部１０８の一部、より具体的には、後端面１１０の一部が被接合物４００の表面４０１よりも上方に延伸する状態で、開口部４０４内に設置されたプラグ１０６を図示している。

図２Ｂを再び参照すると、前述及び／又は以下の例及び態様のいずれかの主題の少なくとも一部を含み得る、本開示の一態様において、物品１００はまた、第３のフランジ１２４と第４のフランジ１２５とを含む。第３のフランジ１２４は、本体１１２に接触した状態であり、本体１１２から離れる方向に延伸する。第４のフランジ１２５は、第３のフランジ１２４に接触した状態であり、第３のフランジ１２４及び本体１１２から離れる方向に延伸する。第４のフランジ１２５は、例えば図５Ｃに示すように、プラグ１０６を開口部４０４内に設置するときに、本体１１２側及び第１のフランジ１２２側に変形するように構成される。第２のフランジ１２３の変形と同様に、第４のフランジ１２５の変形により、プラグ１０６が開口部４０４内に回転方向及び並進方向に固定され、プラグ１０６が開口部４０４内に一体化される。第１のフランジ１２２と第３のフランジ１２４との間の間隙１１３は、プラグ１０６を開口部４０４内に設置する際の間隙内への第４のフランジ１２５の変形に対応するように、大きさ（例えば、体積）が第４のフランジ１２５の大きさ（例えば、体積）と同じであってもよい。設置後にも、第３のフランジ１２４は、第１のフランジ１２２と同様に、ほぼ元の形を保ち得る。

プラグ１０６の第１のフランジ１２２及び第２のフランジ１２３は、フランジの配列を形成する。上で説明した（第３のフランジ１２４及び第４のフランジ１２５などの）フランジの追加の配列が存在する場合、配列の各々における一方のフランジを、第２のフランジ１２３及び第４のフランジ１２５と同様の方法で、対応する間隙１１３内に収容することができる。プラグ１０６は、例えば、フランジの１つ、２つ、３つ、４つ、５つの配列を含み得る。例えば、図２Ｂは、本体１１２に沿って配置されたそのような３つの配列を有するプラグ１０６を図示している。第１の配列は、第１のフランジ１２２と第２のフランジ１２３により形成され、第２の配列は、第３のフランジ１２４と第４のフランジ１２５により形成され、第３の配列は、第５のフランジ１２６と第６のフランジ１２７により形成される。本体１１２に接触した状態の隣接するフランジ（第１のフランジ１２２及び第３のフランジ１２４など）は、例えば、プラグ１０６を開口部４０４内に設置することに起因して第４のフランジ１２５が変形する際に第４のフランジ１２５を収容する間隙１１３の少なくとも一部を画定し得る。フランジの各追加の配列は更に、プラグ１０６を開口部４０４内に回転方向及び並進方向に固定する。フランジの多数の配列は、プラグ１０６の長さに沿って分配することができ、異なる箇所での被接合物４００との摩擦干渉をもたらす。更に、（開口部４０４の深さにほぼ対応する）プラグ１０６の所定の長さに対して、フランジの配列の数を増加させることにより、より変形させ易いより小さなフランジの使用が可能となる。

前述及び／又は以下の例及び態様のいずれかの主題の少なくとも一部を含み得る、本開示の一態様において、本体１１２は、円錐台形状であり得る。更に、内側フランジ（本体１１２に接触した状態である第１のフランジ１２２、第３のフランジ１２４及び任意の他のフランジなど）の全体的なテーパは、開口部のテーパと実質的に同じであってもよい。前述及び／又は以下の例及び態様のいずれかの主題の少なくとも一部を含み得る、本開示の一態様において、第４のフランジ１２５は、直径が第２のフランジ１２３よりも小さい。第２のフランジ１２３が第４のフランジ１２５よりもプラグ１０６の後端部１０８側に配置されることに留意すべきである。このタイプのプラグ１０６は、テーパ孔に使用することができる。一般に、各外側フランジ（本体１１２に直接接触した状態ではない第２のフランジ１２３、第４のフランジ１２５及び任意の他のフランジ）の体積は、それらのフランジを収容するように構成された対応する間隙１１３の体積と一致し得る、より具体的には、対応する間隙１１３の体積と実質的に同等であり得る。この体積の一致により、プラグが一旦開口部に挿入された時点で、プラグ１０６を開口部４０４内に完全に一体化することが達成可能となる。更に、プラグ１０６を開口部４０４内に一体化する際にフランジが間隙に嵌合するのを確実にするために、フランジの長さとも称される、各外側フランジの外側半径と内側半径との差は、かかるフランジを収容するように構成された対応する間隙の高さを超えない程度としてもよい。例えば、外側フランジの長さが間隙の高さよりも大きい場合、外側フランジは、間隙内に嵌合するのではなく、間隙を塞いでもよい。

前述及び／又は以下の例及び態様のいずれかの主題の少なくとも一部を含み得る、本開示の一態様において、本体１１２、第１のフランジ１２２、及び第２のフランジ１２３は、モノリシック構造を形成する。例えば、本体１１２、第１のフランジ１２２、及び第２のフランジ１２３は、単一の母材片から機械加工してもよい。

前述及び／又は以下の例及び態様のいずれかの主題の少なくとも一部を含み得る、本開示の一態様において、本体１１２、第１のフランジ１２２、及び第２のフランジ１２３を、別個の構成要素として作製し、その後、互いに組み合わせてもよい。例えば、第１のフランジ１２２は、位置決め締り嵌めなどで本体１１２に取り外し可能に取り付けてもよい。第２のフランジ１２３は、同様の方法で第１のフランジ１２２に取り外し可能に取り付けてもよい。いくつかの態様において、プラグ１０６の組立は、所定の大きさの開口部４０４内へのプラグ１０６の設置に対応するように実施され、フランジは、開口部４０４の大きさに基づいて選択される。換言すれば、物品１００を多数の構成要素の再構成可能なキットとして用意してもよい。一態様において、物品１００は、異なる大きさの開口部に対応するように、大きさの異なる多数の第１のフランジ及び／又は大きさの異なる多数の第２のフランジを備えてもよい。

前述及び／又は以下の例及び態様のいずれかの主題の少なくとも一部を含み得る、本開示の一態様において、本体１１２、第１のフランジ１２２、及び第２のフランジ１２３は、同じ材料で作られる。例えば、本体１１２、第１のフランジ１２２、及び第２のフランジ１２３は全て、アルミニウム、チタン、鋼、青銅、銅、鉛、プラスチック、又は摩擦攪拌接合に適した任意の他の材料で作ることができる。いくつかの態様において、本体１１２、第１のフランジ１２２、及び第２のフランジ１２３に使用する材料は、プラグ１０６を収容する開口部４０４を含む被接合物４００の材料と同じである。

あるいは、前述及び／又は以下の例及び態様のいずれかの主題の少なくとも一部を含み得る、本開示の一態様において、第２のフランジ１２３は、第１のフランジ１２２と異なる材料で作ることができる。例えば、第２のフランジ１２３は、第１のフランジ１２２の材料よりも柔らかい材料から作ることができ、それにより、第１のフランジ１２２の構造を実質的に元の形に維持したままでの第２のフランジ１２３の変形が可能となる。同様に、本体１１２は、第１のフランジ１２２及び／又は第２のフランジ１２３と異なる材料で作ることができる。

図２Ｂを再び参照すると、前述及び／又は以下の例及び態様のいずれかの主題の少なくとも一部を含み得る、本開示の一態様において、第２のフランジ１２３は、第２のフランジ１２３の後端外側角部１３８に形成されたスリップ機構１４０を含む。スリップ機構は、第２のフランジ１２３の後端外側角部１３８と（プラグ１０６の表面などの）他の表面との間の摩擦を低減することにより、プラグ１０６を開口部４０４内に設置する際に第２のフランジ１２３が間隙１１３内に一体化されるのを促進する。例えば、図５Ａに図示するように、プラグ１０６を開口部４０４内に設置する際に、後端外側角部１３８は、プラグの後端部１０８の前端面１３９に接触してもよい。一態様において、スリップ機構１４０は、後端外側角部１３８の丸み部及び後端外側角部１３８の面取り部として実現してもよい。

前述及び／又は以下の例及び態様のいずれかの主題の少なくとも一部を含み得る、本開示の一態様において、第２のフランジ１２３は、第２のフランジ１２３の前端外側角部１３４に形成されたアンカー機構１３６を含む。アンカー機構１３６は、プラグ１０６を開口部４０４内に挿入する際に開口部４０４の内壁（図５Ａ）の表面に係合するように構成される。アンカー機構１３６は、一旦開口部４０４の表面と係合すると、プラグ１０６を開口部４０４に挿入する方向から離れる方向への及びプラグの本体１１２側へ間隙１１３内への第２のフランジ１２３の変形を促進する。一態様において、アンカー機構は、第２のフランジ１２３の２つの交差する表面により形成された尖端縁部であってもよい。

図１及び図２Ｃなどに示すように、第４のフランジ１２５は、第４のフランジ１２５の後端外側角部１２５ｃに形成されたスリップ機構１２５ｄを含み得る。第４のフランジ１２５はまた、第４のフランジ１２５の前端外側角部１２５ａに形成されたアンカー機構１２５ｂを含み得る。同様に、第６のフランジ１２７は、第６のフランジ１２７の後端外側角部１２７ｃに形成されたスリップ機構１２７ｄを含み得る。第６のフランジ１２７はまた、第６のフランジ１２７の前端外側角部１２７ａに形成されたアンカー機構１２７ｂを含み得る。同じように、第２のフランジ１２３などの任意の他の外側フランジは、その後端外側角部に形成されたスリップ機構及び／又はその前端外側角部に形成されたアンカー機構を含み得る。

前述及び／又は以下の例及び態様のいずれかの主題の少なくとも一部を含み得る、本開示の一態様において、第１のフランジ１２２及び第２のフランジ１２３などのフランジは、環状形状又は螺旋形状である。図２Ｂは、環状形状である第１のフランジ１２２及び第２のフランジ１２３を図示している。具体的には、第１のフランジ１２２及び第２のフランジ１２３は、開口部４０４の長手方向軸線（図５Ａ）に対して対称である。プラグ１０６を開口部４０４内に押し付ける（直進及び／又は回転させる）ことにより、環状のフランジを有するプラグ１０６を開口部４０４（図５Ａ）内に設置してもよい。プラグ１０６を開口部４０４内に直進させることにより、及び／又はプラグ１０６を開口部４０４の長手方向軸線を中心に回転させることにより、螺旋状のフランジを有するプラグ１０６を開口部４０４内に設置してもよい。例えば、プラグ１０６は、接合部の出口孔内の螺旋状のねじ山に対応する螺旋状のフランジを有し得る。

本明細書に記載の方法（単数又は複数）の動作を説明する本開示及び図面（単数又は複数）は、動作が実施されるべき順序を必然的に決定するものとして解釈すべきではない。むしろ、１つの例示的な順番を示しているが、適切であれば、動作の順序を変更できることを理解されたい。追加的に、本開示のいくつかの態様では、本明細書で説明する全ての動作を実施する必要があるとは限らない。

図３に示すように、本開示の一例は、プラグ１０６を被接合物４００の開口部４０４（図５Ａ）内に設置する方法に関する。プラグ１０６を設置する方法は、以下に説明する被接合物４００を摩擦攪拌接合する方法の一部であってもよく、又は以下に説明する摩擦攪拌接合作業の１つ又は両方を含まない単独の方法であってもよい。プラグ１０６を設置する方法は、本体１１２と、第１のフランジ１２２と、第２のフランジ１２３とを有するプラグ１０６を用意するステップ（動作３０４）を含み得る。上で説明したように、第１のフランジ１２２は、本体１１２に接触した状態であり、本体１１２から離れる方向に延伸する。第２のフランジ１２３は、第１のフランジ１２２に接触した状態であり、第１のフランジ１２２及び本体１１２から離れる方向に延伸する。方法は、プラグ１０６を開口部４０４内に一体化して、プラグ１０６を開口部４０４内に回転方向及び並進方向に固定するように、プラグ１０６を開口部４０４内に設置するステップ（動作３０６）を含む。プラグ１０６を開口部４０４内に設置するステップは、プラグ１０６を開口部４０４内に押し付け、それにより、第２のフランジ１２３を本体１１２側に変形させるステップ（動作３１０）を含む。

前述及び／又は以下の例及び態様のいずれかの主題の少なくとも一部を含み得る、本開示の一態様において、第２のフランジ１２３は、第２のフランジ１２３の前端外側角部１３４にアンカー機構１３６を含む。プラグ１０６が開口部４０４内に押し付けられると、アンカー機構１３６は、開口部４０４の壁４０５を把持し、第２のフランジ１２３を本体１１２側に変形させる。アンカー機構１３６の種々の態様は上で説明されている。

前述及び／又は以下の例及び態様のいずれかの主題の少なくとも一部を含み得る、本開示の一態様において、第２のフランジ１２３は、第２のフランジ１２３の後端外側角部１３８にスリップ機構１４０を含む。プラグ１０６が開口部４０４内に押し付けられると、スリップ機構１４０は、第２のフランジ１２３とプラグ１０６の他の要素との間の摩擦を低減することにより、第２のフランジ１２３が本体１１２側に変形することを可能にする。スリップ機構１４０の種々の態様は上で説明されている。

上述したように、プラグ１０６を開口部４０４内に一体化することは、第２のフランジ１２３を本体１１２側に変形させることを含み得る。いくつかの態様では、１つ又は複数の追加の外側フランジを動作３０６中に変形させてもよい。プラグ１０６は、開口部４０４を実質的に完全に埋めることができ、好ましくは、プラグ１０６が開口部４０４内に設置された後に開口部４０４内に空隙を実質的に残さない。図５Ｄには、開口部４０４内に設置されたプラグ１０６の断面図が示されている。開口部４０４は、図４Ａから図４Ｃを参照して以下に更に説明するように、例えば、摩擦攪拌接合作業中に作成することができる。

図５Ａは、プラグ１０６を開口部４０４内に設置する前のプラグ１０６及び被接合物４００を図示している。図５Ｂを参照すると、第２のフランジ１２３などの１つ又は複数の外側フランジの径方向寸法が開口部４０４の対応する部分（単数又は複数）の径方向寸法を超えることは明らかである。本技術分野の当業者であれば、図５Ｂがプラグ１０６の外側フランジ（第２のフランジ１２３など）と仮想上の被接合物輪郭５１０との重なり部分の仮想断面図であることを認識するであろう。

よって、動作３１０中にプラグ１０６を開口部４０４内に挿入することにより、１つ又は複数の外側フランジ（第２のフランジ１２３など）を変形させ、プラグ１０６を開口部４０４内に完全に挿入できるようにする。図５Ｃに図示するように、外側フランジ（単数又は複数）を利用可能な間隙（単数又は複数）内に変形させる。例えば、第２のフランジ１２３は、第１のフランジ１２２と後端部１０８との間の間隙内に一体化されてもよい。同様に、第４のフランジ１２５は、第１のフランジ１２２と第３のフランジ１２４との間の間隙内に一体化されてもよい。追加の外側フランジは、対応する隣接する内側フランジ間に形成された間隙内に変形させてもよい。被接合物４００、内側フランジ（フランジ１２２、１２４及び１２６など）並びに本体１１２の多少の変形も、プラグ１０６を開口部４０４内に設置する際に生じ得る。

図３を全体的に参照すると、本開示の一例は、被接合物４００（図５Ｅ）を摩擦攪拌接合する方法に関する。方法は、出口４０３を有する第１の接合経路に沿って第１の摩擦攪拌接合４０２（図４Ａ）を実施するステップ（動作３０２）を含む。第１の摩擦攪拌接合４０２により、接合経路の出口４０３において被接合物４００に開口部４０４が形成される。方法はまた、プラグ１０６（図４Ｂ）を開口部４０４内に設置するステップ（動作３０６）を含む。プラグ１０６は、設置時に、開口部４０４内に一体化され、開口部４０４内に回転方向及び並進方向に固定される。方法はまた、プラグ１０６が内部に設置された開口部４０４を横切る第２の接合経路に沿って第２の摩擦攪拌接合４２２（図４Ｃ）を実施するステップ（動作３１６）を含む。設置されたプラグ１０６は、第２の摩擦攪拌接合部４２２内で少なくとも部分的に消費される。

ここで、これらの動作の各々についてより詳細に説明する。図４Ａは、第１の摩擦攪拌接合部４０２及び開口部４０４を図示する被接合物４００の上面概略図である。開口部４０４は、接合工具が被接合物４００から外れるときに、第１の摩擦攪拌接合部４０２の末端に形成される。図５Ａでは、開口部４０４の断面図が提供されている。一般的に、開口部４０４は、接合工具の設計並びに接合部の厚さ及びタイプによって、大きさ及び輪郭が異なってもよい。例えば、接合工具は、開口部４０４の側壁に凹凸を生じさせるテーパねじを有してもよい。しかしながら、全ての接合工具がこの形状を有するとは限らない。

図４Ｂは、開口部４０４内に設置されたプラグ１０６を図示する被接合物４００の上面概略図である。図５Ｄには、開口部４０４内に設置されたプラグ１０６の断面図が描かれている。図５Ｇには、開口部４０４内に設置されたプラグ１０６の別の図が示されている。具体的には、図５Ｇは、互いに摩擦攪拌接合されて接合部５２４により接合され、プラグ１０６が接合部５２４で作成された開口部４０４内に設置された、２つの被接合物５２０及び５２２の断面斜視図である。被接合物５２０及び５２２は、同じ又は異なる材料から作ることができる。接合部５２４は、被接合物５２０と５２２両方の可塑化された材料を混ぜ合わせる（混合する）ことにより形成される。

図４Ｃは、（要素４２４として表す）プラグ１０６が内部に少なくとも部分的に消費された、例示的な第２の摩擦攪拌接合部４２２を示す被接合物４００の上面概略図である。図５Ｆは、（要素４２４として表す）プラグ１０６が内部に少なくとも部分的に消費された摩擦攪拌接合部４２２の断面図である。好ましくは、プラグ１０６は、摩擦攪拌接合部４２２に実質的に完全に組み込まれる。

前述及び／又は以下の例及び態様のいずれかの主題の少なくとも一部を含み得る、本開示の一態様において、プラグ１０６を開口部４０４内に設置するステップは、動作３１０中にプラグ１０６を開口部４０４内に押し付けるステップを含む。

前述及び／又は以下の例及び態様のいずれかの主題の少なくとも一部を含み得る、本開示の一態様において、プラグ１０６を開口部４０４内に押し付けるステップは、プラグ１０６に衝撃を加えるステップ（図３のブロック３１２）及び／又はプラグ１０６にトルクを加えるステップ（図３のブロック３１４）を含む。プラグ１０６に壊れ易く結合されたシャフト１０２に衝撃を加えてもよい。この衝撃により、例えば図５Ｃに示すように、シャフト１０２をプラグ１０６から切り離してもよい。同じように、プラグ１０６に加えられたトルクにより、シャフト１０２をプラグ１０６から切り離してもよい。図５Ｄは、シャフト１０２のない状態のプラグ１０６を図示している。

前述及び／又は以下の例及び態様のいずれかの主題の少なくとも一部を含み得る、本開示の一態様では、プラグ１０６のフランジ１２３をプラグ１０６の本体１１２側に変形させることにより、プラグ１０６を開口部４０４内に一体化してもよい。例えば、フランジ１２３は、プラグ１０６を開口部４０４（動作３１０）内に押し付けることにより変形させてもよい。上述したように、プラグ１０６は、第２のフランジ１２３などの、１つ又は複数の外側フランジを含み得る。

前述及び／又は以下の例及び態様のいずれかの主題の少なくとも一部を含み得る、本開示の一態様において、プラグ１０６は、実質的に空隙なく、開口部４０４内に一体化される。１つ又は複数の外側フランジがプラグ１０６の本体側に変形することにより、内側フランジ間の間隙１１３（図２Ｂ）が埋められる。このように、プラグ１０６が一旦被接合物４００の開口部４０４内に設置されると、プラグ１０６と被接合物４００との間に空隙は実質的に存在しない。

前述及び／又は以下の例及び態様のいずれかの主題の少なくとも一部を含み得る、本開示の一態様において、プラグ１０６は後端部１０８を備える。後端部１０８の少なくとも一部は、例えば、図５Ｄ及び図５Ｅに示すように、プラグ１０６が開口部４０４内に設置されたときに、開口部４０４から被接合物４００の表面４０１よりも上方に突出する。摩擦攪拌接合工具５１２と係合した後端部１０８の後端面１１０を図示する設置されたプラグ１０６の断面図である、例えば、図５Ｅに示すように、後端部１０８は、第２の摩擦攪拌接合４２２中に摩擦攪拌接合工具５１２により開口部４０４内に押し付けられる。この係合を通じて、プラグ１０６が開口部４０４内に押し付けられ、これにより、プラグの可塑化が促進され、プラグが被接合物４００の母材と混合される。後端面１１０のテーパ形状は、摩擦攪拌接合工具５１２とのプラグ１０６の後端部１０８の初期係合を容易にする。いくつかの態様では、摩擦攪拌接合工具とのプラグの後端部１０８の円滑な初期係合を確実にするために、後端面１１０の一部が被接合物４００の表面４０１よりも下方に突出していてもよい。

実験結果
図６は、摩擦攪拌接合により作成された、被接合物６００内の開口部６０６の断面の写真である。参考までに、被接合物６００の上面は要素６０２として特定され、その一方で、開口部６０６を規定する側壁は要素６０４として特定される。テーパを有する開口部６０６が示されている。開口部６０６はまた、側壁６０４に螺旋状に配列されたリブを有し、これらのリブは、接合工具が被接合物６００から取り外される間に、接合工具の回転により作成され得る。

図７Ａは、重なり部分７０８及び７１８の各々が消費されたプラグを含む、２組の重ね接合部７０２及び７１２を有する被接合物７００の上面の写真である。重なり部分７０８がＹ方向に切断されており、その結果が図７Ｂに提示されている。重なり部分７１８がＸ方向に切断されており、その結果が図７Ｃに提示されている。図７Ｂ及び７Ｃは、重なり部分７０８及び７１８が完全に埋められており、これらの領域内に空隙がないことを図示している。

航空機関連の例
ここで、本明細書で提示するプロセス及びシステムの種々の特徴をより良く解説するために、図８に示す航空機の製造及び保守点検方法８００並びに図９に示す航空機９００について説明する。本生産の前では、航空機の製造及び保守点検方法８００は、航空機の仕様及び設計８０２と、材料調達８０４とを含み得る。生産段階は、航空機の構成要素及び部分組立品の製造８０６と、航空機のシステム統合８０８とを含む。その後、航空機は認証及び搬送８１０を経て就航中８１２にされる。顧客による就航中、航空機には日常的な整備及び保守点検８１４（改良、再構成、改修などを含み得る）が予定される。本明細書で説明した例は一般に民間航空機の保守点検に関するが、これらの例を航空機の製造及び保守点検方法８００の他の段階で実践してもよい。

航空機の製造及び保守点検方法８００の各プロセスは、システムインテグレータ、第三者、及び／又はオペレータ（例えば、顧客）により実施又は実行することができる。この説明の目的で、システムインテグレータは、例えば、非限定的に、任意の数の航空機製造業者及び主要システムの下請業者を含み得、第三者は、非限定的に、任意の数の納入業者、下請業者、及び供給業者を含み得、オペレータは、航空会社、リース会社、軍事団体、サービス組織などであり得る。

図９に示すように、航空機の製造及び保守点検方法８００により生産された航空機９００は、機体９０２と、内部９０６と、複数のシステム９０４とを含み得る。システム９０４の例には、推進システム９０８、電気システム９１０、油圧システム９１２、及び環境システム９１４のうちの１つ又は複数が含まれる。この例では、任意の数の他のシステムを含むことができる。航空機の例を示しているが、本開示の原理を自動車産業などの他の産業に適用してもよい。

本明細書に具現化された装置及び方法は、航空機の製造及び保守点検方法８００の任意の１つ又は複数の段階で利用することができる。例えば、非限定的に、構成要素及び部分組立品の製造８０６に対応する構成要素又は部分組立品は、航空機の就航中に生産される構成要素又は部分組立品と同様の方法で作製又は生産することができる。

また、本明細書で説明した種々の特徴は、構成要素及び部分組立品の製造８０６の際及び／又はシステム統合８０８の際に利用することができ、これにより、航空機の組立又はコスト低減を円滑に行うことができる。いくつかの例において、これらの特徴は、航空機が就航中である間、例えば、航空機の整備及び保守点検８１４の際に利用することができる。

様々な構成要素、特徴、及び機能性を含む、装置及び方法の異なる例及び態様が本明細書に開示されている。本明細書に開示した装置及び方法の様々な例及び態様が、本明細書に開示した装置及び方法の他の例及び態様のいずれかの構成要素、特徴、及び機能性のいずれかを任意の組み合わせで含み得、且つこのような可能性の全てが本開示の精神及び範囲内にあるように意図されることを理解すべきである。

前述の説明及びそれに関連する図面に提示した教示の利益を得ることで、この開示が属する技術分野の当業者には、開示した主題の多くの変更が明らかになるであろう。それゆえ、本開示は提供した具体的な例及び態様に限定されるものではなく、それらの変更が添付の特許請求の範囲の範囲内にあるように意図されることを理解されたい。その上、前述の開示及びそれに関連する図面では、要素及び／又は機能の特定の例示的な組み合わせが説明されているが、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、要素及び／又は機能の異なる組み合わせを実現できることを認識されたい。

１００物品
１０２シャフト
１０４首部
１０６プラグ
１０８後端部
１１０後端面
１１２本体
１１３間隙
１２２第１のフランジ
１２３第２のフランジ
１２４第３のフランジ
１２５第４のフランジ
１２５ａ前端外側角部
１２５ｂアンカー機構
１２５ｃ後端外側角部
１２５ｄスリップ機構
１２６第５のフランジ
１２７第６のフランジ
１２７ａ前端外側角部
１２７ｂアンカー機構
１２７ｃ後端外側角部
１２７ｄスリップ機構
１３４前端外側角部
１３６アンカー機構
１３８後端外側角部
１３９前端面
１４０スリップ機構
４００被接合物
４０１表面
４０２摩擦攪拌接合部
４０３出口
４０４開口部
４０５壁
４２２摩擦攪拌接合部
４２４要素
５１０被接合物輪郭
５１２摩擦攪拌接合工具
５２０被接合物
５２４接合部
６００被接合物
６０２要素
６０４側壁
６０６開口部
７００被接合物
７０２接合部
７０８重なり部分
７１８重なり部分
９００航空機
９０２機体
９０４システム
９０６内部
９０８推進システム
９１０電気システム
９１２油圧システム
９１４環境システム
Ａ〜Ｃ部材

Claims

プラグを対象物の開口部内に設置する方法であって、前記方法は、
本体と、第１のフランジと、第２のフランジと、間隙とを備えるプラグを用意するステップであって、
前記第１のフランジは、前記本体に接触した状態であり、かつ前記本体から離れる方向に延伸し、
前記第２のフランジは、前記第１のフランジに接触した状態であり、かつ前記第１のフランジおよび本体から離れる方向に延伸し、
前記第１のフランジは、前記第２のフランジおよび前記本体の間に配置され、前記第２のフランジおよび前記本体を分離し、
前記第１のフランジと前記本体は、前記間隙の少なくとも一部を画定する、ステップと、
前記プラグを前記開口部内に一体化して、前記プラグを前記開口部内に回転方向および並進方向に固定するように、前記プラグを前記開口部内に設置するステップであって、
設置の際に、前記第２のフランジは、前記第１のフランジから変形して、前記本体に向かって前記間隙内と一体化して、前記本体と接触する、ステップと、
を含む方法。
設置の際に、前記第２のフランジが前記間隙を略空隙なく埋める、請求項１に記載の方法。
前記間隙の体積と前記第２のフランジの体積が略同じである、請求項１に記載の方法。
前記プラグを前記開口部内に設置するステップが前記プラグを前記開口部内に押し付けるステップを含む、請求項１に記載の方法。
前記第２のフランジが、前記第２のフランジの前端外側角部にアンカー機構を備え、前記プラグが前記開口部内に押し付けられると、前記アンカー機構が前記開口部の壁を把持し、前記第２のフランジを前記本体側に変形させる、請求項４に記載の方法。
前記第２のフランジが、前記第２のフランジの後端外側角部にスリップ機構を備え、
前記プラグが前記開口部内に押し付けられると、前記スリップ機構は、前記第２のフランジと前記プラグの他の要素との間の摩擦を低減することにより、前記第２のフランジが前記本体側に変形することを可能にする、請求項４に記載の方法。
前記プラグを前記開口部内に押し付けるステップが、プラグに衝撃を加えるステップを含む、請求項４に記載の方法。
前記衝撃が、前記プラグに壊れ易く結合されたシャフトに加えられ、前記衝撃により、前記シャフトが前記プラグから切り離される、請求項７に記載の方法。
前記プラグを前記開口部内に押し付けるステップが、前記プラグにトルクを加えるステップを含む、請求項４に記載の方法。
前記第２のフランジを前記プラグの前記本体側に変形させるように、前記プラグを前記開口部内に押し付けることによって、前記プラグが前記開口部内に一体化される、請求項１に記載の方法。
前記本体が円錐台形状である、請求項１に記載の方法。
前記プラグが後端部を備え、前記後端部の少なくとも一部は、前記プラグが前記開口部内に設置された場合に、前記開口部から前記対象物の表面よりも上方に突出する、請求項１に記載の方法。
前記プラグを前記開口部内に押し付ける際に、前記第１のフランジは、元の形を保つ、請求項１に記載の方法。
前記本体、前記第１のフランジ、および前記第２のフランジが、モノリシック構造を形成する、請求項１に記載の方法。
前記第２のフランジが、前記第１のフランジに取り外し可能に取り付けられる、請求項１に記載の方法。
前記第１のフランジおよび前記第２のフランジが異なる材料から作られる、請求項１に記載の方法。
前記第１のフランジおよび前記第２のフランジが環状フランジである、請求項１に記載の方法。
前記第１のフランジおよび前記第２のフランジが螺旋状フランジである、請求項１に記載の方法。