特許 7524122 接合構造体および接合方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-19

(45)【発行日】2024-07-29

(54)【発明の名称】接合構造体および接合方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 20/12 20060101AFI20240722BHJP

   B21J 15/00 20060101ALI20240722BHJP

   B21J 15/10 20060101ALI20240722BHJP

   B29C 65/06 20060101ALI20240722BHJP

   B29C 65/60 20060101ALI20240722BHJP

【ＦＩ】

B23K20/12 330

B23K20/12 364

B21J15/00 U

B21J15/10 C

B29C65/06

B29C65/60

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021057682

(22)【出願日】2021-03-30

(65)【公開番号】P2022154578

(43)【公開日】2022-10-13

【審査請求日】2024-02-26

(73)【特許権者】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100115381

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 昌崇

(74)【代理人】

【識別番号】100133916

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 興

(72)【発明者】

【氏名】春名 俊祐

(72)【発明者】

【氏名】深田 慎太郎

(72)【発明者】

【氏名】大橋 良司

(72)【発明者】

【氏名】波多野 遼一

【審査官】齋藤 健児

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１１４０５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１５９４８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１５９４８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１５９４８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１０－５２７８４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２３９０２９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２０／１２

Ｂ２１Ｊ １５／００

Ｂ２１Ｊ １５／１０

Ｂ２９Ｃ ６５／０６

Ｂ２９Ｃ ６５／６０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１部材と、当該第１部材と厚さ方向に対向する対向部を含む第２部材と、前記第１部材および前記第２部材の接合のために前記対向部に沿って設けられた複数の接合部とを備えた接合構造体であって、
複数の前記接合部は、
前記対向部の両端部に位置する一対の端部接合部と、
一対の前記端部接合部の間に位置しかつ当該端部接合部よりも接合強度の低い中間接合部とを備え、
前記端部接合部は、前記第１部材と前記第２部材とを機械的に接合する締結体を含み、
前記中間接合部は、前記第１部材と前記第２部材とを摩擦撹拌により接合する摩擦撹拌部を含む、接合構造体。

【請求項2】

請求項１に記載の接合構造体において、
前記端部接合部は、前記締結体に加えて、前記第１部材と前記第２部材とを摩擦撹拌により接合する摩擦撹拌部とを含み、
前記中間接合部は、前記摩擦撹拌部を含みかつ締結体を含まない、接合構造体。

【請求項3】

請求項２に記載の接合構造体において、
前記摩擦撹拌部は、前記第２部材を厚さ方向に貫通しかつ前記第１部材の厚さ方向の途中まで達するように形成される、接合構造体。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１項に記載の接合構造体において、
前記第２部材は、独立した２つ以上の前記対向部を含み、
一対の前記端部接合部および前記中間接合部は、前記各対向部の少なくとも１つに適用される、接合構造体。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか１項に記載の接合構造体において、
前記第１部材および前記第２部材は、熱可塑性樹脂、または熱可塑性樹脂に強化繊維が含浸された熱可塑性複合材により構成される、接合構造体。

【請求項6】

請求項１～５のいずれか１項に記載の接合構造体において、
前記第１部材は、構造物の外板を構成する板状の部材であり、
前記第２部材は、前記第１部材の裏面に沿って特定方向に延びる非平板状の骨格材である、接合構造体。

【請求項7】

第１部材と、当該第１部材と厚さ方向に対向する対向部を含む第２部材とを接合する方法であって、
前記対向部の両端部に位置する一対の端部接合部を形成する端部接合ステップと、
一対の前記端部接合部の間に、当該端部接合部よりも接合強度の低い中間接合部を形成する中間接合ステップとを含み、
前記端部接合ステップでは、前記端部接合部として、前記第１部材と前記第２部材とを機械的に接合する締結体と、前記第１部材と前記第２部材とを摩擦撹拌により接合する摩擦撹拌部とを含む接合部を形成し、
前記中間接合ステップでは、前記中間接合部として、前記第１部材と前記第２部材とを摩擦撹拌により接合する摩擦撹拌部を含みかつ締結体を含まない接合部を形成し、
前記端部接合ステップおよび前記中間接合ステップを同一の摩擦撹拌接合装置を用いて行う、接合方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、第１部材と第２部材とが複数の接合部を介して接合された接合構造体、および当該接合構造体を得るための接合方法に関する。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

例えば、下記特許文献１には、リベットと溶接とを組み合わせた方法で２枚の板材（上板および下板）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、上板を貫通するようにリベットが打設された上で、当該リベットの頭部から溶接用のレーザが照射されることにより、リベットを貫通する溶融金属が形成される。これにより、溶融金属およびリベットを介して上板と下板とが接合される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１４－２２６６９８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

前記特許文献１では、上述したリベットと溶接との組み合わせが、車体のルーフパネルにおける複数の接合部に適用される。これにより、ルーフパネルの接合強度が十分に確保されるものと期待される。しかしながら、全ての接合部においてリベットの打設および溶接を行うことが求められるため、製造コストおよび工数が増大する等のデメリットが懸念される。

【0006】

本発明は、前記のような事情に鑑みてなされたものであり、十分な接合強度を有しながら比較的安価に製造することが可能な接合構造体を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

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接合構造体は、第１部材と、当該第１部材と厚さ方向に対向する対向部を含む第２部材と、前記第１部材および前記第２部材の接合のために前記対向部に沿って設けられた複数の接合部とを備えた接合構造体であって、複数の前記接合部は、前記対向部の両端部に位置する一対の端部接合部と、一対の前記端部接合部の間に位置しかつ当該端部接合部よりも接合強度の低い中間接合部とを備え、前記端部接合部は、前記第１部材と前記第２部材とを機械的に接合する締結体を含み、前記中間接合部は、前記第１部材と前記第２部材とを摩擦撹拌により接合する摩擦撹拌部を含むものである。

【0008】

本発明の他の局面に係る接合方法は、第１部材と、当該第１部材と厚さ方向に対向する対向部を含む第２部材とを接合する方法であって、前記対向部の両端部に位置する一対の端部接合部を形成する端部接合ステップと、一対の前記端部接合部の間に、当該端部接合部よりも接合強度の低い中間接合部を形成する中間接合ステップとを含み、前記端部接合ステップでは、前記端部接合部として、前記第１部材と前記第２部材とを機械的に接合する締結体と、前記第１部材と前記第２部材とを摩擦撹拌により接合する摩擦撹拌部とを含む接合部を形成し、前記中間接合ステップでは、前記中間接合部として、前記第１部材と前記第２部材とを摩擦撹拌により接合する摩擦撹拌部を含みかつ締結体を含まない接合部を形成し、前記端部接合ステップおよび前記中間接合ステップを同一の摩擦撹拌接合装置を用いて行うものである。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、十分な接合強度を有する接合構造体を比較的安価に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の一実施形態に係る接合構造体を示す斜視図である。

【図2】端部接合部の構造を示す断面図である。

【図3】中間接合部の構造を示す断面図である。

【図4】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。

【図5】前記端部接合部を形成する第１の過程（準備工程）を示す断面図である。

【図6】前記端部接合部を形成する第２の過程（位置決め工程）を示す断面図である。

【図7】前記端部接合部を形成する第３の過程（圧入工程）を示す断面図である。

【図8】前記端部接合部を形成する第４の過程（打設工程）を示す断面図である。

【図9】前記中間接合部を形成する過程をまとめて示す概略断面図である。

【図10】前記実施形態の第１の変形例を示す斜視図である。

【図11】前記実施形態の第２の変形例を示す斜視図である。

【図12】前記実施形態の第３の変形例を示す斜視図である。

【図13】前記実施形態の第４の変形例を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

［接合構造体］
図１は、本発明の一実施形態に係る接合構造体１を示す斜視図である。本図に示すように、接合構造体１は、第１部材１１と、第２部材１２と、第１部材１１と第２部材１２とを接合する複数の接合部１３とを備える。接合構造体１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。

【0012】

第１部材１１は、前記構造物の外板を構成する部材であり、一定の厚さを有する平板状に形成されている。第１部材１１は、前記外板の外側の面となる表面２１と、当該表面２１の反対側の裏面２２とを有する。

【0013】

第２部材１２は、本体部３１とフランジ部３２とを含む断面Ｌ字状の骨格材である。以下、本体部３１とフランジ部３２とが交わる稜線の方向を前後方向、当該前後方向と直交する方向を左右方向とする。本体部３１は、第１部材１１の裏面２２からその面直方向に立設された板状体であり、裏面２２に沿って前後方向に延びるように形成されている。フランジ部３２は、本体部３１における第１部材１１側の端部から左右いずれか一方（図では右方）に張り出すように設けられ、第１部材１１の裏面２２に当接する。言い換えると、フランジ部３２は、第１部材１１と層状に重なるように第１部材１１と厚さ方向に対向している。第２部材１２（本体部３１およびフランジ部３２）の厚さは、第１部材１１の厚さと同一でもよいし、異なっていてもよい。なお、フランジ部３２は、本発明における「対向部」に相当する。

【0014】

本体部３１とフランジ部３２との境界は、略９０度の角度をもって折れ曲がる折曲部３３とされる。言い換えると、第２部材１２は、１つの折曲部３３を含むことで断面Ｌ字状に形成された骨格材である。

【0015】

フランジ部３２は、前後方向に延びる長辺と左右方向に延びる短辺とを有する長方形状に形成されている。言い換えると、フランジ部３２は、前端Ｅ１と後端Ｅ２とを有する有端かつ帯状の部材である。このフランジ部３２における第１部材１１側の面は、第１部材１１の裏面２２に当接する当接面３２ａとして機能する。

【0016】

第１部材１１および第２部材１２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１１および第２部材１２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。

【0017】

第１部材１１および第２部材１２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。

【0018】

複数の接合部１３は、フランジ部３２に沿って前後方向に一直線状に並ぶように配置されている。具体的に、複数の接合部１３は、前後一対の端部接合部１３Ａと、当該一対の端部接合部１３Ａの間に位置する複数の（ここでは３つの）中間接合部１３Ｂとを有する。端部接合部１３Ａは、フランジ部３２の前端部または後端部、つまりフランジ部３２の前端Ｅ１または後端Ｅ２の近傍にあたる部分を第１部材１１に接合する接合部である。中間接合部１３Ｂは、フランジ部３２の前後方向の中間部（前端部および後端部を除く部分）を第１部材１１に接合する接合部である。以下に説明するとおり、これら端部接合部１３Ａおよび中間接合部１３Ｂは、端部接合部１３Ａの方が中間接合部１３Ｂよりも接合強度が高くなるように、互いに異なる接合構造を有する。

【0019】

［各接合部の構造］
図２は、端部接合部１３Ａの構造を示す断面図である。本図に示すように、端部接合部１３Ａは、第２部材１２のフランジ部３２の端部（前端部または後端部）と第１部材１１とが重なる重なり部１５を接合する接合部であり、リベット４０と摩擦撹拌部５０とを含む。言い換えると、端部接合部１３Ａは、リベット４０および摩擦撹拌部５０の組合せにより重なり部１５を比較的強固に接合する接合部である。なお、以下では、第１部材１１から第２部材１２に向かう側を「上」、その逆を「下」というが、これは説明の便宜のためであり、接合構造体１の姿勢を限定する趣旨ではない。

【0020】

摩擦撹拌部５０は、重なり部１５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。摩擦撹拌部５０は、必ずしも下側の第１部材１１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１部材１１まで達するように、その深さが第２部材１２（フランジ部３２）の厚さよりも大きい値に設定されている。摩擦撹拌部５０は、当該摩擦撹拌部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、円筒状の側周面５０ａを有する。また、摩擦撹拌部５０は、当該摩擦撹拌部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、円形の底面５０ｂを有する。

【0021】

リベット４０は、第１部材１１と第２部材１２とを機械的に接合するように重なり部１５に打設された締結体である。本実施形態では、リベット４０として、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が用いられる。リベット４０の材質は、重なり部１５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４０の材質として用いることができる。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４０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。

【0022】

リベット４０は、後述する回転ツール１０１の圧入後（重なり部１５の摩擦撹拌後）に、当該重なり部１５に打設される。この打設後の状態において、リベット４０は、第２部材１２のフランジ部３２の上面に圧接された円板状の頭部４１と、頭部４１の下面から先拡がり状に拡径しつつ延びる中空の軸部４２とを備える。軸部４２は、第２部材１２（フランジ部３２）を貫通しかつ第１部材１１の厚さ方向の途中まで延びるように配置される。軸部４２は、頭部４１から離れるほど拡径することにより、摩擦撹拌部５０の外側まで突出する先端部４２ａを有する。この先端部４２ａは、第１部材１１と第２部材１２（フランジ部３２）とを圧接状態で固定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１１と第２部材１２とは、摩擦撹拌部５０の外側まで突出する先端部４２ａからなるインターロック部と、第２部材１２の上面に配置される頭部４１との間に挟まれることにより、互いに圧接状態で固定される。

【0023】

図３は、中間接合部１３Ｂの構造を示す断面図である。本図に示すように、中間接合部１３Ｂは、第２部材１２のフランジ部３２の前後方向中間部と第１部材１１とが重なる重なり部１６を接合する接合部であり、摩擦撹拌部５１を含む。端部接合部１３Ａとは異なり、中間接合部１３Ｂはリベット４０（図２）を含まない。中間接合部１３Ｂにリベット４０が用いられないことから、中間接合部１３Ｂの接合強度は端部接合部１３Ａのそれよりも低くなる。

【0024】

中間接合部１３Ｂにおける摩擦撹拌部５１は、上述した端部接合部１３Ａにおける摩擦撹拌部５０と同様に、重なり部１６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り、第２部材１２（フランジ部３２）の厚さよりも大きい深さを有する円柱状に形成される。摩擦撹拌部５１は、当該摩擦撹拌部５１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、円筒状の側周面５１ａを有する。また、摩擦撹拌部５１は、当該摩擦撹拌部５１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部位に、円形の底面５１ｂを有する。

【0025】

［摩擦撹拌接合装置］
上述した端部接合部１３Ａおよび中間接合部１３Ｂを含む接合構造体１は、図４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４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。

【0026】

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１１および第２部材１２が配置される。なお、図４には、端部接合部１３Ａを形成する場合における各部材の配置例を示している。つまり、図４に例示される接合対象は、第１部材１１と第２部材１２のフランジ部３２とが前後方向の端部において重なる重なり部１５である。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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、モーターおよび駆動ギア等を含み、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。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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

［接合構造体の製造］
ここで、本実施形態において接合構造体１を製造する際には、上述した通常の摩擦撹拌接合（ショルダ先行プロセスまたはピン先行プロセスによる接合方法）だけでなく、リベット４０（図２）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、本実施形態ではショルダ先行プロセスを応用することにより、図４に示した同一の摩擦撹拌接合装置Ｍを用いて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（その詳細は後述する）。すなわち、本実施形態の接合構造体１は、同一の摩擦撹拌接合装置Ｍを用いたリベット併用摩擦撹拌接合と通常の摩擦撹拌接合とを組み合わせて製造される。例えば、接合構造体１は概略的に次のような手順で製造することができる。

【0037】

まず、第１部材１１と第２部材１２とを、第１部材１１の裏面２２に第２部材１２のフランジ部３２の当接面３２ａが当接する状態に配置する。

【0038】

次に、同一の摩擦撹拌接合装置Ｍを用いてフランジ部３２の複数箇所と第１部材１１とを接合し、フランジ部３２に沿って複数の接合部１３を形成する。この接合に際しては、フランジ部３２の接合箇所に応じてリベット併用摩擦撹拌接合と通常の摩擦撹拌接合とを使い分ける。具体的には、フランジ部３２の前端部および後端部をリベット併用摩擦撹拌接合により第１部材１１と接合することにより、前後一対の端部接合部１３Ａを形成するとともに、フランジ部３２の中間部の複数箇所を通常の摩擦撹拌接合により第１部材１１と接合することにより、複数の（図１では３つの）中間接合部１３Ｂを形成する。これにより、第１部材１１と第２部材１２のフランジ部３２とが複数の接合部１３（一対の端部接合部１３Ａおよび複数の中間接合部１３Ｂ）により接合された接合構造体１が製造される。なお、上述したリベット併用摩擦撹拌接合による端部接合部１３Ａの形成は、本発明における端部接合ステップに相当し、上述した通常の摩擦撹拌接合による中間接合部１３Ｂの形成は、本発明における中間接合ステップに相当する。

【0039】

複数の接合部１３を形成する順番は任意に設定可能である。例えば、一対の端部接合部１３Ａを形成した後に複数の中間接合部１３Ｂを形成してもよいし、複数の中間接合部１３Ｂを形成した後に一対の端部接合部１３Ａを形成してもよい。

【0040】

［端部接合部の形成方法］
次に、摩擦撹拌接合装置Ｍを用いて端部接合部１３Ａを形成する方法について詳しく説明する。端部接合部１３Ａは、上述したリベット併用摩擦撹拌接合により形成される。すなわち、第１部材１１と第２部材１２のフランジ部３２との重なり部１５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１５にリベット４０が打設されることにより、端部接合部１３Ａが形成される。詳しくは、当該端部接合部１３Ａの形成方法には、下記の４つの工程Ｐ１１～Ｐ１４が含まれる。

【0041】

工程Ｐ１１は、図５に示すように、リベット４０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Ｐ１１において回転ツール１０１に装着されるリベット４０は、重なり部１５に打設される前のリベット４０であり、その軸部４２は未だ拡径していない。すなわち、準備工程Ｐ１１で用いられるリベット４０は、頭部４１と、当該頭部４１からストレート状に延びる円筒形の軸部４２とを備えている。軸部４２の下端の開口縁である先端部４２ａは、先端側ほど肉厚が減少する（先鋭化する）ように内周面がテーパ加工されている。

【0042】

リベット４０を回転ツール１０１に装着するため、コントローラＣ（図４）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４０の収容空間Ｈ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４０の全高さ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Ｈを形成する。この収容空間Ｈにリベット４０を収容可能とするため、リベット４０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。

【0043】

工程Ｐ１２は、図６に示すように、リベット４０が装着された回転ツール１０１を重なり部１５に位置決めする位置決め工程である。この位置決め工程Ｐ１２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１５の中心に回転ツール１０１の回転軸Ｒ（図４）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２部材１２（フランジ部３２）の上面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２部材１２（フランジ部３２）の上面との間にリベット４０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。

【0044】

工程Ｐ１３は、図７に示すように、ショルダ部材１１２を圧入する圧入工程である。この圧入工程Ｐ１３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１５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１５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、圧入工程Ｐ１３の開始時において、既に収容空間Ｈ（図５）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。

【0045】

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が上側の第２部材１２を貫通しかつ下側の第１部材１１を貫通しないような値に設定されることが好ましい。言い換えると、圧入深さｈ１は、第２部材１２のフランジ部３２の厚さｔ２よりも大きく、かつ、当該厚さｔ２と第１部材１１の厚さｔ１との合計（ｔ１＋ｔ２）よりも小さい値に設定されることが好ましい。この場合、後述する打設工程Ｐ１４の後に形成される摩擦撹拌部５０（図８参照）は、第２部材１２（フランジ部３２）を厚さ方向に貫通しかつ第１部材１１の厚さ方向の途中（第１部材１１の表面２１と裏面２２との間）まで達するものとなる。

【0046】

本実施形態において、第１部材１１および第２部材１２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４０の打設を容易とする。

【0047】

工程Ｐ１４は、図８（ａ）（ｂ）に示すように、リベット４０を重なり部１５に打設する打設工程である。この打設工程Ｐ１４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１５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４０が打設される。以下、摩擦撹拌部５０の形成およびリベット４０の打設について詳しく説明する。

【0048】

まず、打設工程Ｐ１４による摩擦撹拌部５０の形成について説明する。打設工程Ｐ１４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７）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１５に摩擦撹拌部５０を形成する。摩擦撹拌部５０は、重なり部１５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８（ｂ））に略一致する外径と、ショルダ部材１１２の圧入深さｈ１（図７）に略一致する高さ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ｈ１の円筒形の側周面５０ａと、外径ｄｓの円形の底面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１１および第２部材１２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。

【0049】

次に、打設工程Ｐ１４によるリベット４０の打設について説明する。打設工程Ｐ１４では、ピン部材１１１の下降に応じてリベット４０が下方に押圧され、押圧されたリベット４０が重なり部１５に押し込まれる。言い換えると、打設工程Ｐ１４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４０が打設される。このため、本実施形態では、リベット４０を打設する工具を別途準備することなく、リベット４０と摩擦撹拌部５０とを含む端部接合部１３Ａを形成することが可能である。

【0050】

具体的に、打設工程Ｐ１４では、ピン駆動部１２２がピン部材１１１を下降させてリベット４０の頭部４１に押圧力を与え、リベット４０を重なり部１５へ押し込む（図８（ａ）参照）。リベット４０は、ピン部材１１１の先端１１１ａに頭部４１の頂面が対向するように、予め収容空間Ｈ（図５）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４０も下降し、その軸部４２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４０の進入（ピン部材１１１の押下）が進行すると、やがて軸部４２の先端部４２ａが摩擦撹拌部５０の底面５０ｂに到達する。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４２ａが底面５０ｂに到達すると、軸部４２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４２ａが底面５０ｂに到達した状態において、軸部４２には、その先端部４２ａ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４２ａの内周面に付されたテーパ形状によって助長される。すなわち、先端部４２ａが底面５０ｂに到達することによる抵抗力の増大と、先端部４２ａのテーパ形状との相乗効果により、図８（ｂ）に示すように、リベット４０の軸部４２が先拡がり状（ベル型）に変形させられる。

【0051】

図８（ｂ）は、リベット４０の頭部４１が重なり部１５の上面（第２部材１２のフランジ部３２の上面）に到達した状態、つまりリベット４０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４０の打設完了時、その軸部４２の先端部４２ａ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５０ａ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４２ａは、第１部材１１と第２部材１２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４２ａは、第１部材１１と第２部材１２（フランジ部３２）とを固定するインターロック部として機能する。

【0052】

以上の工程Ｐ１１～Ｐ１４により、重なり部１５に摩擦撹拌部５０が形成されかつリベット４０が打設される。リベット４０および摩擦撹拌部５０は、第１部材１１と第２部材１２のフランジ部３２とを重なり部１５において接合する端部接合部１３Ａを構築する。すなわち、リベット４０と摩擦撹拌部５０とを含む端部接合部１３Ａが重なり部１５に形成されることにより、第２部材１２のフランジ部３２がその前後方向の端部において第１部材１１と接合される。

【0053】

［中間接合部の形成方法］
次に、摩擦撹拌接合装置Ｍを用いて中間接合部１３Ｂを形成する方法について詳しく説明する。中間接合部１３Ｂは、上述した通常の摩擦撹拌接合により形成される。通常の摩擦撹拌接合には、既に説明したショルダ先行プロセスとピン先行プロセスとがあり、いずれの方法によっても中間接合部１３Ｂを形成することが可能であるが、本実施形態では、ショルダ先行プロセスにより中間接合部１３Ｂを形成する場合について説明する。この場合、中間接合部１３Ｂは、図９に示す４つの工程Ｐ２１～Ｐ２４によって形成される。

【0054】

工程Ｐ２１は、回転ツール１０１を重なり部１６に位置決めする位置決め工程である。この位置決め工程Ｐ２１において、コントローラＣ（図４）は、バックアップ部材１１５上に支持された重なり部１６の中心に回転ツール１０１の回転軸Ｒ（図４）が一致するように位置決めした上で、ピン部材１１１、ショルダ部材１１２、およびクランプ部材１１３の各先端１１１ａ～１１３ａが第２部材１２のフランジ部３２の上面に当接するようにツール駆動部１０２を制御する。

【0055】

工程Ｐ２２は、ショルダ部材１１２を圧入する圧入工程である。この圧入工程Ｐ２２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１６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１６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Ｑ２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Ｑ２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ｂ２参照）。ショルダ部材１１２の圧入深さｈ２は、ショルダ部材１１２が少なくとも上側の第２部材１２を貫通するような値に設定される。なお、図９には、ショルダ部材１１２が下側の第１部材１１の厚さ方向の途中まで圧入される例が示されている。この場合、後述するならし工程Ｐ２４後に形成される摩擦撹拌部５１は、第２部材１２（フランジ部３２）を厚さ方向に貫通しかつ第１部材１１の厚さ方向の途中まで達するものとなる。

【0056】

工程Ｐ２３は、溢れ出した軟化材料Ｑ２を埋め戻す埋め戻し工程である。この埋め戻し工程Ｐ２３において、コントローラＣは、ピン部材１１１およびショルダ部材１１２を高速回転させつつ、ショルダ部材１１２が上昇（退避）しかつピン部材１１１が下降するようにショルダ駆動部１２３およびピン駆動部１２２を制御する。この動作により、矢印ｂ３で示すように、前記中空空間に逃がされていた軟化材料Ｑ２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１６に摩擦撹拌部５１を形成する（次の工程Ｐ２４の図参照）。摩擦撹拌部５１は、重なり部１６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に略一致する外径と、ショルダ部材１１２の圧入深さｈ２に略一致する高さとを有した円柱状に形成される。すなわち、摩擦撹拌部５１は、高さｈ２の円筒形の側周面５１ａと、外径ｄｓの円形の底面５１ｂとを有する。

【0057】

工程Ｐ２４は、摩擦撹拌部５１を整形するならし工程である。このならし工程Ｐ２４において、コントローラＣは、ピン部材１１１およびショルダ部材１１２の各先端１１１ａ，１１２ａを第２部材１２のフランジ部３２の上面の高さ位置に復帰させた状態で、回転駆動部１２１を駆動してピン部材１１１およびショルダ部材１１２を所定の回転数で回転させる。この動作により、摩擦撹拌部５１の上面が整形され、ほとんど凹凸が生じない程度に平滑化される。

【0058】

以上の工程Ｐ２１～Ｐ２４により、上面が平滑な摩擦撹拌部５１が重なり部１６に形成される。摩擦撹拌部５１は、第１部材１１と第２部材１２のフランジ部３２とを重なり部１６において接合する中間接合部１３Ｂを構築する。すなわち、摩擦撹拌部５１からなる中間接合部１３Ｂが重なり部１６に形成されることにより、第２部材１２のフランジ部３２がその前後方向中間部において第１部材１１と接合される。中間接合部１３Ｂには上述したリベット４０が含まれないため、この中間接合部１３Ｂの接合強度は、リベット４０を含む端部接合部１３Ａの接合強度よりも低い。

【0059】

［作用効果］
以上説明したように、本実施形態の接合構造体１では、第１部材１１とこれに当接する第２部材１２のフランジ部３２とが、リベット４０および摩擦撹拌部５０を含む前後一対の端部接合部１３Ａと、摩擦撹拌部５１を含みかつリベット４０を含まない中間接合部１３Ｂとにより接合されるので、十分な強度を有する接合構造体１を比較的安価に製造できるという利点がある。

【0060】

摩擦撹拌部は、摩擦撹拌により軟化した材料が融着して得られる接合部であるから、その接合強度（耐荷重）は、機械的な接合手段であるリベット４０を用いた接合の強度に比べれば低くなり易い。これに対し、本実施形態における端部接合部１３Ａには、摩擦撹拌部５０に加えてリベット４０が含まれるので、端部接合部１３Ａは必然的に高い接合強度を有する。言い換えると、本実施形態では、摩擦撹拌部５０とリベット４０とを含む端部接合部１３Ａの接合強度を、摩擦撹拌部５１のみを含む（リベット４０を含まない）中間接合部１３Ｂの接合強度よりも十分に高くすることができる。しかも、接合強度の高い端部接合部１３Ａは、曲げやせん断などの外力が加わった場合に高い応力が発生し易いフランジ部３２の端部に適用されるので、前記の外力により端部接合部１３Ａが破断等に至るのを効果的に抑止でき、接合構造体１の接合強度を全体として十分に確保することができる。

【0061】

一方で、一対の端部接合部１３Ａの間に位置する中間接合部１３Ｂについては、摩擦撹拌部５１を含みかつリベット４０を含まないので、副資材としてのリベット４０を中間接合部１３Ｂにおいて省略することができる。これにより、リベット４０の所要数が削減されるので、接合構造体１の製造コストおよび当該製造にかかる工数を抑制することができる。また、リベット４０の追加による接合構造体１の重量増加を抑制できるという利点もある。

【0062】

特に、本実施形態では、端部接合部１３Ａの形成時に、摩擦撹拌接合装置Ｍに備わる既存のピン部材１１１を用いてリベット４０が打設されるので、リベット４０を打設するための専用の装置を用意することが不要になる。これにより、端部接合部１３Ａおよび中間接合部１３Ｂを同一の摩擦撹拌接合装置Ｍを用いて形成することができ、接合構造体１の製造効率を効果的に向上させることができる。

【0063】

［変形例］
前記実施形態では、端部接合部１３Ａおよび中間接合部１３Ｂを形成する際に、第１部材１１と第２部材１２（フランジ部３２）との重なり部１５，１６に対し第２部材１２の側から回転ツール１０１を圧入するようにしたが、これとは反対に第１部材１１の側から回転ツール１０１を圧入してもよい。

【0064】

前記実施形態では、第１部材１１と第２部材１２とを重ね合わせた（互いに当接させた）状態で接合したが、第１部材１１および第２部材１２に対し一以上の他の部材をさらに重ね合わせた状態でこれらの部材を接合してもよい。すなわち、本発明の接合構造体は、少なくとも２つの部材が複数の接合部（一対の端部接合部および中間接合部）により接合されたものであればよく、３つ以上の部材が複数の接合部により接合されたものであってもよい。

【0065】

前記実施形態では、第１部材１１および第２部材１２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１１および第２部材１２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１１および第２部材１２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１１および第２部材１２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。

【0066】

前記実施形態では、一対の端部接合部１３Ａの間に３つの中間接合部１３Ｂを設けたが、中間接合部１３Ｂの数はフランジ部３２の長さ等に応じて適宜変更し得る。例えば、中間接合部１３Ｂの数は１つでもよいし、２つあるいは３つ以上でもよい。

【0067】

前記実施形態では、第１部材１１と第２部材１２のフランジ部３２とを前後方向に１列に並ぶ複数の接合部１３によって接合したが、複数列に並ぶ接合部によって両者を接合することも可能である。その一例を図１０に示す。本図に示される接合構造体１Ａは、前記実施形態と同様の第１部材１１と、比較的幅広なフランジ部６３と本体部６２とを含む第２部材６１とを備える。フランジ部６３は、前後方向に２列に並ぶ複数の接合部１３によって第１部材１１と接合されている。図１０に示すラインＬ１に沿って並ぶ接合部１３の列を第１列、当該ラインＬ１と平行なラインＬ２に沿って並ぶ接合部１３の列を第２列とした場合、これら第１列および第２列の各接合部は、それぞれ、前後一対の端部接合部１３Ａと、その間に位置する複数の（３つの）中間接合部１３Ｂとを含む。各端部接合部１３Ａは、リベット４０および摩擦撹拌部５０（図２）を含み、各中間接合部１３Ｂは、摩擦撹拌部５１（図３）のみを含む。ただし、このような２種類の接合部の混合構造（リベット４０を含む端部接合部１３Ａとリベット４０を含まない中間接合部１３Ｂとを混合した構造）を第１列および第２列の双方に適用する必要はなく、少なくとも一方の列に当該混合構造が適用されていればよい。例えば、第１列および第２列の一方にのみ前記混合構造を適用した場合、他方の列の接合部１３については全てリベット４０を含まない構造（中間接合部１３Ｂと同様の構造）としてもよい。このことは、３列以上の接合部の列を設ける場合でも同様である。

【0068】

図１０の接合構造体１Ａでは、比較的幅広のフランジ部６３内で接合部１３を複数列に並ぶように配置したが、これに代えて図１１に示す接合構造体１Ｂのように、接合部１３を千鳥状に並ぶように配置してもよい。この場合、フランジ部６３における最も前側または後側の接合部１３が、リベット４０および摩擦撹拌部５０を含む端部接合部１３Ａとされ、それ以外の接合部１３が、摩擦撹拌部５１を含む中間接合部１３Ｂとされる。

【0069】

前記実施形態では、平板状の第１部材１１と断面Ｌ字状の第２部材１２とが接合された接合構造体１に本発明を適用した例について説明したが、本発明は、二以上の部材が接合されてなる接合構造体に広く適用可能であり、上記実施形態の例に限定されない。

【0070】

例えば、図１２に示される接合構造体１Ｃに本発明を適用することが可能である。図１２の接合構造体１Ｃは、前記実施形態と同様の平板状の第１部材１１と、断面ハット状に形成された第２部材７１とを備える。第２部材７１は、逆Ｕ字状の断面をもって前後方向に延びる本体部７２と、本体部７２の両側辺部からそれぞれ左右に張り出すように設けられた一対のフランジ部７３とを備えた骨格材である。各フランジ部７３は、その第１部材１１側の面に、それぞれ独立した当接面７３ａを有する。各フランジ部７３は、それぞれ前後方向に並ぶ複数の接合部１３によって第１部材１１と接合されている。このような接合構造体１Ｃにおいて、少なくとも一方（図１２では右側）のフランジ部７３には、前記実施形態と同様の接合構造が適用されている。すなわち、少なくとも一方のフランジ部７３には、前後一対の端部接合部１３Ａと、その間に位置する複数の（３つの）中間接合部１３Ｂとが設けられている。各端部接合部１３Ａは、リベット４０および摩擦撹拌部５０（図２）を含み、各中間接合部１３Ｂは、摩擦撹拌部５１（図３）のみを含む。なお、他方（図１２では左側）のフランジ部７３の接合構造は特に問わないが、前記一方のフランジ部７３と同様に、端部接合部１３Ａおよび中間接合部１３Ｂを混合した構造としてもよい。

【0071】

さらに別の変形例として、板状の第１部材に断面Ｚ字状の骨格材を接合した接合構造体に本発明を適用することも可能である。このように、本発明は、板状部材（第１部材）とこれに接合される非平板状の骨格材（第２部材）とを接合した接合構造体に好適に適用可能である。

【0072】

前記実施形態では、第２部材１２（フランジ部３２）を厚さ方向に貫通しかつ第１部材１１の厚さ方向の途中まで達する摩擦撹拌部５０を端部接合部１３Ａに形成したが、摩擦撹拌部５０の深さは種々変更可能である。例えば、第２部材１２を過不足なく貫通する（第１部材１１には達しない）摩擦撹拌部を端部接合部１３Ａに形成してもよい。さらに、図１３に示すように、第２部材１２を貫通しない摩擦撹拌部５０’、換言すれば第２部材１２の厚さ方向の途中まで達する摩擦撹拌部５０’を端部接合部１３Ａに形成してもよい。

【0073】

前記実施形態では、フランジ部３２における最も前側または後側に位置する接合部１３をリベット４０および摩擦撹拌部５０を含む端部接合部１３Ａとし、それ以外の接合部を摩擦撹拌部５１のみを含む（リベット４０を含まない）中間接合部１３Ｂとしたが、端部接合部１３Ａには少なくともリベットが含まれていればよく、中間接合部１３Ｂには少なくとも摩擦撹拌部が含まれていればよい。例えば、端部接合部をリベットのみを含む構造とすること、つまり端部接合部から摩擦撹拌部を省略することも可能である。また、中間接合部についても、端部接合部よりも接合強度が低くかつ摩擦撹拌部を含む限りにおいて種々の変更が可能である。

【0074】

［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。

【0075】

本発明の一局面に係る接合構造体は、第１部材と、当該第１部材と厚さ方向に対向する対向部を含む第２部材と、前記第１部材および前記第２部材の接合のために前記対向部に沿って設けられた複数の接合部とを備えた接合構造体であって、複数の前記接合部は、前記対向部の両端部に位置する一対の端部接合部と、一対の前記端部接合部の間に位置しかつ当該端部接合部よりも接合強度の低い中間接合部とを備え、前記端部接合部は、前記第１部材と前記第２部材とを機械的に接合する締結体を含み、前記中間接合部は、前記第１部材と前記第２部材とを摩擦撹拌により接合する摩擦撹拌部を含むものである。

【0076】

摩擦撹拌部は、摩擦撹拌により軟化した材料が融着して得られる接合部であるから、その接合強度（耐荷重）は、機械的な接合手段である締結体を用いた接合の強度に比べれば低くなり易い。このことは、締結体を含む端部接合部の接合強度を、摩擦撹拌部を含む中間接合部のよりも十分に高くできることを意味する。しかも、接合強度の高い端部接合部は、曲げやせん断などの外力が加わった場合に高い応力が発生し易い対向部の端部に適用されるので、前記の外力により端部接合部が破断等に至るのを効果的に抑止でき、接合構造体の接合強度を全体として十分に確保することができる。

【0077】

一方で、一対の端部接合部の間に位置する中間接合部は、摩擦撹拌部を含む構造であればよく、副資材としての締結体を中間接合部において省略することができる。これにより、締結体の所要数が削減されるので、接合構造体の製造コストおよび当該製造にかかる工数を抑制することができる。また、締結体の追加による接合構造体の重量増加を抑制できるという利点もある。

【0078】

好ましくは、前記端部接合部は、前記締結体に加えて、前記第１部材と前記第２部材とを摩擦撹拌により接合する摩擦撹拌部とを含み、前記中間接合部は、前記摩擦撹拌部を含みかつ締結体を含まない。

【0079】

この構成によれば、締結体と摩擦撹拌部とが組み合わされた端部接合部の接合強度を、摩擦撹拌部のみを含む中間接合部の接合強度よりも十分に高くすることができる。

【0080】

前記摩擦撹拌部は、例えば、前記第２部材を厚さ方向に貫通しかつ前記第１部材の厚さ方向の途中まで達するように形成することができる。

【0081】

この構成によれば、第１部材と第２部材とを摩擦撹拌部によって適切に接合することができる。

【0082】

前記第２部材は、独立した２つ以上の前記対向部を含むものであってもよい。この場合、一対の前記端部接合部および前記中間接合部は、前記各対向部の少なくとも１つに適用されていればよい。

【0083】

前記第１部材および前記第２部材の材質は特に問わないが、好適例として、前記第１部材および前記第２部材は、熱可塑性樹脂、または熱可塑性樹脂に強化繊維が含浸された熱可塑性複合材である。

【0084】

この構成によれば、熱可塑性樹脂または熱可塑性複合材製の部材どうしを所望の強度で接合しつつその製造コスト等を抑制することができる。

【0085】

前第１部材および前記第２部材の形状および用途は特に問わないが、好適例として、前記第１部材は、構造物の外板を構成する板状の部材であり、前記第２部材は、前記第１部材の裏面に沿って特定方向に延びる非平板状の骨格材である。

【0086】

この構成によれば、板材と骨格材とを所望の強度で接合しつつその製造コスト等を抑制することができる。

【0087】

本発明の他の局面に係る接合方法は、第１部材と、当該第１部材と厚さ方向に対向する対向部を含む第２部材とを接合する方法であって、前記対向部の両端部に位置する一対の端部接合部を形成する端部接合ステップと、一対の前記端部接合部の間に、当該端部接合部よりも接合強度の低い中間接合部を形成する中間接合ステップとを含み、前記端部接合ステップでは、前記端部接合部として、前記第１部材と前記第２部材とを機械的に接合する締結体と、前記第１部材と前記第２部材とを摩擦撹拌により接合する摩擦撹拌部とを含む接合部を形成し、前記中間接合ステップでは、前記中間接合部として、前記第１部材と前記第２部材とを摩擦撹拌により接合する摩擦撹拌部を含みかつ締結体を含まない接合部を形成し、前記端部接合ステップおよび前記中間接合ステップを同一の摩擦撹拌接合装置を用いて行うものである。

【0088】

本発明によれば、締結体を打設するための専用の装置が不要になるので、端部接合部および中間接合部を同一の摩擦接合装置を用いて形成することができ、接合構造体の製造効率を効果的に向上させることができる。

【符号の説明】

【0089】

１ ：接合構造体
１１ ：第１部材
１２ ：第２部材
１３ ：接合部
１３Ａ ：端部接合部
１３Ｂ ：中間接合部
３２ ：フランジ部（対向部）
４０ ：リベット（締結体）
５０ ：摩擦撹拌部
５１ ：摩擦撹拌部
Ｍ ：摩擦撹拌接合装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】