JP2022154726A - 摩擦攪拌接合部の検査方法及び接合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】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してなる摩擦攪拌接合部の検査を的確に行う。
【解決手段】摩擦攪拌接合部は、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とを含む重なり部３０に、第２部材３２側を裏当て材１５で支持した状態で、第１部材３２側から摩擦攪拌点接合用のツール１を圧入して摩擦攪拌部４を形成すると共に、当該摩擦攪拌部４に第１部材３１側からリベット５を圧入して形成される。このような摩擦攪拌接合部の検査方法は、リベット５の下端部５２２が裏当て材１５に当接したか否かを検出するステップを含む。ピン通電部２５からピン部材１１に直流電圧を印加したときに、ピン部材１１と裏当て材１５との間に電流が流れたか否かにより、リベット５が重なり部３０を貫通する貫通エラーが発生したか否かを検出する。
【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してなる摩擦攪拌接合部の検査方法、及び前記重なり部の接合装置に関する。

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、ブラインドリベットを用いた接合方法が開示されている。この接合方法では、二つの部材の重なり部に、その表面側から鍔部付きブラインドリベットを打設して当該重なり部を貫通させる。その後、重なり部の背面側においてブラインドリベットの前記貫通した部分を膨出変形させることで、その膨出部と前記鍔部とで前記重なり部を挟持する態様の接合部が形成される。

特許第５２５０４２９号公報

特許文献１の方法で作製された接合部は、前記膨出部及び前記鍔部が外部に露呈する態様となる。このため、前記接合部が正常に施行されているか否かの検査は、目視若しくは画像処理にて比較的容易に行うことができる。しかし、締結体が重なり部を貫通しない態様で打設して形成される接合部について、当該締結体が正常な形状で前記重なり部へ圧入されているか否かを検査することは難しい。

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してなる摩擦攪拌接合部の検査を的確に行うことができる検査方法、及び前記検査方法を実行可能な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摩擦攪拌接合部の検査方法は、第１部材と、前記第１部材の下層に配置される第２部材とを含む重なり部に、前記第２部材側を裏当て材で支持した状態で前記第１部材から摩擦攪拌ツールを圧入して摩擦攪拌部を形成すると共に、当該摩擦攪拌部に前記第１部材側から締結体を圧入して形成された摩擦攪拌接合部の検査方法であって、前記締結体の一部が前記裏当て材に当接したか否かを検出する。

この検査方法によれば、締結体が摩擦攪拌部及び第２部材を貫通して裏当て材に当接したことを検出できる。つまり、前記締結体が、例えば第２部材の母材に対してインターロック部を形成するような、当該締結体に予定されている変形を為すことなく、前記摩擦攪拌部を貫通してしまった不良施行を検出することができる。従って、重なり部を貫通しない態様で締結体が打設される摩擦攪拌接合部の検査を的確に行わせることができる。

本発明の他の局面に係る接合装置は、第１部材と、前記第１部材の下層に配置される第２部材とを含む重なり部を接合する接合装置であって、前記第１部材側から前記重なり部に圧入され、当該重なり部に摩擦攪拌部を形成する摩擦攪拌ツールと、前記摩擦攪拌部に前記第１部材から締結体を圧入する圧入ツールと、前記重なり部を前記第２部材側から支持する裏当て材と、前記締結体の一部が前記裏当て材に当接したか否かを検出する検出手段と、を備える。

この接合装置によれば、摩擦攪拌部に締結体を圧入して摩擦攪拌接合部を形成する一連の工程において、締結体の一部が前記裏当て材に当接したか否かを検出することが可能となる。すなわち、前記締結体が、予定されている変形を為すことなく、前記摩擦攪拌部を貫通してしまった不良施行を、摩擦攪拌接合部の形成工程において検出することができる。従って、品質保証が為された接合部を形成する接合装置を提供することができる。

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用いて接合してなる摩擦攪拌接合部の検査を的確に行うことができる検査方法、及び前記検査方法を実行可能な接合装置を提供することができる。

図１は、本発明に係る摩擦攪拌接合部の検査方法を実行可能な、複動式の摩擦攪拌点接合装置の構成を示す模式図である。 図２（Ａ）は、第１部材と第２部材との重なり部を示す断面図、図２（Ｂ）は、リベット（締結体）の一部破断側面図、図２（Ｃ）は、摩擦攪拌とリベットとを併用して接合された接合体の断面図である。 図３は、摩擦攪拌点接合装置の電気的構成を示すブロック図である。 図４は、リベット併用摩擦攪拌接合の準備状況を示す断面図である。 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６は、本実施形態に係るリベット併用摩擦攪拌接合部の検査方法の工程チャートを示す図である。 図７は、リベットの貫通エラーの検査工程の一例を示す模式図である。 図８は、リベットの貫通エラーの検査工程の他の例を示す模式図である。 図９は、リベットのヘッド部の浮き検査工程の一例を示す模式図である。 図１０（Ａ）は、ヘッド部の浮きが生じていない接合部を、図１０（Ｂ）は、ヘッド部に浮きが生じている接合部を各々示す断面図である。 図１１は、リベットの筒体部の拡開度合いの検査工程の一例を示す模式図である。 図１２は、リベットの筒体部の拡開度合いの検査工程の他の例を示す模式図である。 図１３は、リベットの外部加熱の実施状況を示す断面図である。

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。本発明において検査対象となる摩擦攪拌接合部は、例えば、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接合部である。この摩擦攪拌接合部を備えた接合体は、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。

［摩擦攪拌点接合装置の構成］
図１は、本発明に係る摩擦攪拌接合部の検査方法を実行可能な、複動式の摩擦攪拌点接合装置Ｍ（接合装置）の構成を示す模式図である。摩擦攪拌点接合装置Ｍは、例えば６軸の可動関節軸を有するロボットアームを備えた多関節ロボットのアーム先端に取り付けられる。なお、１軸に沿って昇降だけを行う機械装置に摩擦攪拌点接合装置Ｍが取り付けられていても良い。さらに、単動式の摩擦攪拌点接合装置を用いることもできる。

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１をワークに対して固定するツール固定部１７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。本実施形態では前記ワークは、第１部材３１と第２部材３２とが上下方向に重ね合わされてなる重なり部３０であって、摩擦攪拌点接合によって最終的に接合体３を構成する。本実施形態のツール１は、摩擦攪拌を行うツールと、締結体（後述のリベット５）を摩擦攪拌部へ圧入するツールとを兼ねるツールである。

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、その軸線の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に沿って矢印Ｚ１で示す上下方向に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ように、ツール１が重なり部３０に固定される。

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沿って矢印Ｚ２で示す上下方向に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に沿って矢印Ｚ３で示す上下方向に進退移動が可能である。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の上端部１３１に、上方へ延び出すように取り付けられている。スプリング１４は、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。

ツール固定部１７は、回転ツール固定器１７１と、クランプ固定器１７２とを含む。回転ツール固定器１７１は、ピン部材１１が内挿されたショルダ部材１２の上方に配置され、ピン部材１１及びショルダ部材１２を支持している。クランプ固定器１７２は、スプリング１４を介してクランプ部材１３を支持している。また、クランプ固定器１７２は、後述の回転駆動部２３を介して、回転ツール固定器１７１を支持している。

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。裏当て材１５は、接合対象のワーク（重なり部３０）の下面側に当接する支持平面１５１を備える。裏当て材１５は、ピン部材１１又はショルダ部材１２、並びに後述のリベット５が重なり部３０に圧入される際に、当該重なり部３０を裏面から支持する部材である。裏当て材１５は、Ｃ型フレーム１６の先端部１６１にて保持されている。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。これにより、ツール１は重なり部３０に固定される。なお、Ｃ型フレーム１６は、例えば前記ロボットアームの先端に取り付けられるフレームである。

ツール駆動部２は、ピン駆動部２１、ショルダ駆動部２２及び回転駆動部２３を含む。ピン駆動部２１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２１により、ピン部材１１の下端部１１Ｔが重なり部３０へ向かうよう下降する、若しくは、重なり部３０に対して上昇するように駆動される。ピン駆動部２１としては、例えば直動アクチュエータを用いることができる。直動アクチュエータとしては、サーボモータ及びラック／ピニオンで構成されるアクチュエータ、或いは、サーボモータ及びボールねじで構成されるアクチュエータ等を用いることができる。

ショルダ駆動部２２は、回転軸Ｒに沿ってショルダ部材１２を進退移動（昇降）させる機構である。ショルダ駆動部２２により、ショルダ部材１２の下端部１２Ｔが重なり部３０への圧入及び退避を行うように駆動される。ショルダ駆動部２２としては、上記の同様な直動アクチュエータを用いることができる。本実施形態のショルダ駆動部２２は、ピン部材１１、ショルダ部材１２及びクランプ部材１３を支持するツール固定部１７自体を昇降させる機構とされている。このため、図１に示している、ピン部材１１、ショルダ部材１２及びクランプ部材１３の矢印Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３方向の移動は、全てショルダ駆動部２２の駆動によって実現可能である。

但し、ピン部材１１については、ピン駆動部２１で駆動されることによって、ショルダ部材１２及びクランプ部材１３とは独立して進退移動が可能である。例えば、ショルダ駆動部２２によりショルダ部材１２が下降駆動されている状況でも、ピン駆動部２１によりピン部材１１が上昇駆動されることが可能である。また、クランプ部材１３には、ショルダ駆動部２２によって下降され、その下端部１３Ｔが重なり部３０に当接した状態では、スプリング１４の付勢力も作用する。前記付勢力により、クランプ部材１３は重なり部３０を裏当て材１５に押圧し、重なり部３０に対してツール１を固定する。

回転駆動部２３は、サーボモータ及び駆動ギア等を含み、クランプ固定器１７２に保持されている。回転駆動部２３は、回転ツール固定器１７１を回転駆動する。この回転駆動により、回転ツール固定器１７１に支持されているピン部材１１及びショルダ部材１２は、回転軸Ｒ回りに回転する。

［摩擦攪拌接合部の概要］
本発明に係る検査方法は、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してなる摩擦攪拌接合部を検査対象とする。この摩擦攪拌接合部の概要を説明しておく。図２（Ａ）は、摩擦攪拌が行われる前の第１部材３１と第２部材３２との重なり部３０を示す図である。図２（Ｂ）は、摩擦攪拌部４に圧入されるリベット５（締結体）の一部破断側面図、図２（Ｃ）は、摩擦攪拌とリベット５とを併用して接合された接合体３（摩擦攪拌接合部）の断面図である。

図２（Ａ）では、第１部材３１及び第２部材３２が、複数枚の薄層シート３３の積重体で構成されている例を示している。薄層シート３３としては、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、それぞれ一枚の繊維強化熱可塑性樹脂の成形体で構成された部材でも良いし、金属や、繊維強化材を含まない熱可塑性樹脂部材でも良い。図２（Ａ）では、第１部材３１と第２部材３２とが同一の厚さを有する例を示しているが、両者は摩擦攪拌接合が可能な厚さを有する限りにおいて、異なる厚さであっても良い。

重なり部３０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）とが直接接触する合わせ面ＢＤを有している。重なり部３０は、このような二層構造に限定されない。第１部材３１と、この第１部材３１の下層に配置される第２部材３２とを含み、両者の間に一層以上の他の層が介在されていても良い。重なり部３０に対し、上述のツール１が第１部材３１側から圧入され、所定の点接合位置Ｗを軸心として摩擦攪拌が行われ、摩擦攪拌部４が形成される。さらに、摩擦攪拌部４に第１部材３１側からリベット５が圧入されることで、接合体３の施工が完了する。

図２（Ｂ）を参照して、リベット５は、例えばＴｉ－６Ａｌ－４Ｖ等の導電性チタン合金からなり、円筒型のヘッド部５１と、このヘッド部５１の下方に連設された円筒型の筒体部５２とを含む。ヘッド部５１は、筒体部５２よりも大径であり、その大径部分が鍔部５４とされている。ヘッド部５１は充実体からなり、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とを含む。筒体部５２は、易変形性を具備させるため、その内部に円柱型の中空領域５２３を備えている。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。

上記のリベット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。なお、セルフピアスリベットに代えて、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。

図２（Ｃ）に示すように、リベット５は、摩擦攪拌部４において重なり部３０へ圧入されている。摩擦攪拌部４は、第１部材３１側から第２部材３２の一部へ至る深さに形成され、側周面４１及び底面４２を有する。本実施形態では、筒体部５２の全長が摩擦攪拌部４（重なり部３０）へ圧入され、ヘッド部５１の下端面が摩擦攪拌部４に接面することが予定されている。摩擦攪拌部４への圧入後、筒体部５２の下端部５２２はベル型に拡開変形し、第２部材３２における摩擦攪拌部４の周囲の母材部分にも圧入される。すなわち、下端部５２２は、摩擦攪拌部４の底面４２よりも下方且つ側周面４１より径方向外側の前記母材部分にも進入することによって、インターロック部５３を形成している。インターロック部５３単体の係止効果、並びにインターロック部５３と鍔部５４とによる挟持効果によって、接合体３の接合強度を高めることができる。

本実施形態では、筒体部５２の全長が重なり部３０へ圧入される例を示しているが、筒体部５２の所定長が重なり部３０へ圧入される態様としても良い。この場合、重なり部３０の上面３０Ｕとヘッド部５１の下端面との間に所定長の隙間が形成されることになる。また、ヘッド部５１と筒体部５２とが同径のリベット５、或いは、ヘッド部５１が筒体部５２よりも径小のリベット５を用いても良い。さらに、リベット５の圧入後に、ヘッド部５１を摩擦攪拌部４よりも径大となるように圧延しても良い。

［摩擦攪拌点接合装置の制御構成］
図３は、摩擦攪拌点接合装置Ｍの制御構成を示すブロック図である。摩擦攪拌点接合装置Ｍは、制御構成として、コントローラ６１（制御部）、入力部６２及び検査部６３を備えている。また、摩擦攪拌点接合装置Ｍは、図１では図示を省略したハード構成として、電流計２６、ストロークセンサ２７及び温度検出部２８を備えている。

コントローラ６１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、並びに検査部６３の動作を統括的に制御する。具体的にはコントローラ６１は、ピン駆動部２１を制御して、ピン部材１１を独立的に進退移動させる。また、コントローラ６１は、ショルダ駆動部２２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、所要の進退移動を行わせる。これら進退移動により、重なり部３０へのツール１の固定、重なり部３０へのピン部材１１又はショルダ部材１２の圧入動作などが実行される。さらに、コントローラ６１は回転駆動部２３を制御して、前記進退移動の適宜の期間にピン部材１１及びショルダ部材１２を回転軸Ｒ回りに回転させ、重なり部３０の点接合位置Ｗにおいて摩擦攪拌を実行させる。

上述した複動式の摩擦攪拌点接合用のツール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。ピン先行プロセスにて摩擦攪拌を行わせる場合、コントローラ６１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にて摩擦攪拌を行わせる場合、コントローラ６１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。後述する実施形態（図５）では、ショルダ先行プロセスにて摩擦攪拌が行われる例を詳述する。

入力部６２は、キーボードやタッチパネル等からなり、コントローラ６１に対する所要のデータ入力を受け付ける。入力されるデータは、例えば、摩擦攪拌接合の制御に関する各種パラメータ、ワークの厚み、材質、ツール１の圧入深さ、点接合位置Ｗの座標データなどである。

ツール駆動部２は、上述のピン駆動部２１、ショルダ駆動部２２及び回転駆動部２３に加え、エンコーダ２４（計測手段）及びピン通電部２５（検出手段）を含む。本実施形態では、ピン駆動部２１、ショルダ駆動部２２及び回転駆動部２３の駆動源として、それぞれ電動モーターが用いられるものとする。エンコーダ２４は、ピン駆動部２１及びショルダ駆動部２２の電動モーターに各々付設され、ピン部材１１の下端部１１Ｔ及びショルダ部材１２の下端部１２Ｔの高さ位置の特定に繋がる電気信号を出力する。

ピン通電部２５は、直流電圧の発生源を含み、後述するリベット５の貫通エラー検査時に、ピン部材１１に直流電圧を印加する。電流計２６（検出手段）は、前記貫通エラー検査時に、ピン部材１１（ツール１）と裏当て材１５との間に流れる電流を検出する。

ストロークセンサ２７（計測手段）は、ショルダ部材１２とクランプ部材１３との相対位置を検出するセンサである。クランプ部材１３が重なり部３０をクランプしている状態で、ストロークセンサ２７がショルダ部材１２とクランプ部材１３とが同位置にあることを検出した場合、ショルダ部材１２の下端部１２Ｔが重なり部３０の上面３０Ｕに当接していることになる。

温度検出部２８（形状推定手段）は、接合中、若しくは接合後の摩擦攪拌接合部（重なり部３０／接合体３）の温度を計測する。温度検出部２８としては、各種の非接触型又は接触型の温度計測装置を用いることができる。前者としてはサーモグラフィーを、後者としては熱電対を、好ましい温度計測装置として例示することができる。

検査部６３は、摩擦攪拌部４とリベット５とを併用した接合体３に対して、各種の検査動作を行う。検査部６３は、機能的に、当接電流検出部６４（検出手段）、モーター電流検出部６５（検出手段）、ツール位置検出部６６（計測手段）、隙間算出部６７（計測手段）、形状推定部６８（形状推定手段）及び判定部６９（形状推定手段）を備えている。これら機能部については、図６乃至図１３に基づいて検査工程を説明する際に動作と共に詳述するので、ここでは概要を説明するに止める。

当接電流検出部６４は、電流計２６が計測した電流値に基づいて、ピン部材１１と裏当て材１５との間に流れる電流が所定の閾値を超過したか否かを判定する。また、当接電流検出部６４は、前記電流が前記所定の閾値を超過した場合、リベット５の下端部５２２が裏当て材１５が当接したと判定する。

モーター電流検出部６５は、ピン駆動部２１の駆動源の電動モーターのモーター電流、若しくは、ショルダ駆動部２２の駆動源の電動モーターのモーター電流を検出する。また、モーター電流検出部６５は、前記モーター電流が所定の閾値を超過した場合、リベット５の下端部５２２が裏当て材１５が当接したと判定する。なお、当接電流検出部６４及びモーター電流検出部６５の検査機能は実質的に同一であるので、両者のうちのいずれか一方を省いても良い。

ツール位置検出部６６は、エンコーダ２４の出力値に基づいて、ピン部材１１及びショルダ部材１２の下降位置、すなわち、これらの下端部１１Ｔ、下端部１２Ｔの高さ位置を算出する。なお、ショルダ部材１２の下端部１２Ｔの高さ位置は、ストロークセンサ２７の出力値に基づいて、ツール位置検出部６６に算出させるようにしても良い。

隙間算出部６７は、ツール位置検出部６６の前記高さ位置の算出結果に基づいて、リベット５のヘッド部５１の下端と、重なり部３０の上面３０Ｕ（第１部材３１の上面）との間隔を求める。この際、隙間算出部６７は、予め入力部６２から与えられているヘッド部５１の厚さ情報を参照する。

形状推定部６８は、温度検出部２８が検出する摩擦攪拌接合部の温度情報に基づいて、リベット５の筒体部５２の拡開度合い（変形度合い）を推定する処理を行う。判定部６９は、形状推定部６８が推定した筒体部５２の拡開形状と、予め記憶されたテンプレートとを比較する等して、当該拡開形状が所要の拡開度合いを満たしているか否かを判定する。

［リベットを併用した摩擦攪拌接合方法］
続いて、摩擦攪拌点接合用のツール１を用いて、重なり部３０にリベット５を併用した摩擦攪拌接合部を形成する方法の具体例を、図４及び図５を参照して説明する。本実施形態では、ショルダ先行プロセスにてツール１に重なり部３０の摩擦攪拌を行わせる例を示す。また、前記摩擦攪拌工程及びリベット５の摩擦攪拌部４への圧入工程の双方を、ツール１にて行わせる例を示す。リベット５の圧入工程を、ツール１とは別個の圧入ツールに行わせても良い。

図４は、リベットを併用する摩擦攪拌接合の準備工程を示す断面図である。準備工程では、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では、第１部材３１がツール側（上側）、第２部材３２が裏当て材１５側（下側）に配置される例を示している。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。

準備工程では、打設するリベット５を予めツール１に装填する動作も行われる。具体的には、コントローラ６１（図３）がピン駆動部２１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を設ける。しかる後、リベット５が収容空間に装填される。続いて、ツール１の重なり部３０へのクランプ動作が行われる。この際、ツール１の回転軸Ｒ（図１）は、重なり部３０における点接合位置Ｗに位置合わせされる。この状態で、クランプ部材１３は、スプリング１４の付勢力を伴って、下端部１３Ｔにて重なり部３０を裏当て材１５に押圧する。ショルダ部材１２の下端部１２Ｔも、上面３０Ｕに接面した状態とされる。

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を重なり部３０へ圧入して摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工程を示している。コントローラ６１は、ショルダ駆動部２２及び回転駆動部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６１はピン駆動部２１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、プレプリグ薄層シート３３の積層体にて第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では薄層シート３３の連続繊維は分断され、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、先の摩擦攪拌工程で重なり部３０から溢れ出した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２２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。

図５（Ｃ）は、リベット５の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２１がピン部材１１を下降させてヘッド部５１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、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５３を形成する工程を示す図である。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。

その後、ツール１が重なり部３０から取り外され、一つの接合箇所における施工が完了する。施工完了後の状態は、図２（Ｃ）に示す接合体３の通りである。必要に応じて、リベット５のヘッド部５１を圧潰する工程が追加実行される。例えば圧潰工程では、ヘッド部５１の径が摩擦攪拌部４よりも径大となるように、ヘッド部５１がプレスされる。以上説明した接合方法によれば、ツール１による摩擦攪拌部４とリベット５との併用により、重なり部３０を優れた接合強度で接合することができる。

［リベット併用摩擦攪拌接合部の検査フロー］
リベット５を併用した摩擦攪拌接合部の品質保証のため、摩擦攪拌部４にリベット５が正常に打設されているか否かを検査する必要がある。本実施形態のリベット５は、重なり部３０を貫通しない態様で打設されるため、目視や画像処理による外観検査での良否判定は困難である。そこで本実施形態では、外観検査に依らない手法で、リベット併用摩擦攪拌接合部の検査を行う。

図６は、本実施形態に係るリベット併用摩擦攪拌接合部の検査方法の工程チャートを示す図である。最初に実行される検査工程は、リベット５の貫通エラー検査である（ステップＳ１）。貫通エラーとは、摩擦攪拌部４に打ち込まれたリベット５の筒体部５２が、重なり部３０を貫通した状態を言う。貫通が生じたということは、筒体部５２が予定されている拡開変形が為されず、結果としてインターロック部５３が形成されていないことに繋がる。この場合、リベット５は重なり部３０の係止効果を発揮しない。

重なり部３０は裏当て材１５で支持されているので、貫通エラーが生じた場合、筒体部５２の下端部５２２（締結体の一部）が裏当て材１５に当接することになる。本実施形態では、この当接を、リベット５を押圧するピン部材１１と裏当て材１５との間の通電状態に基づいて検査する（図７）、或いは、ピン駆動部２１又は回転駆動部２３の駆動源である電動モーターのモーター電流の変動に基づいて検査する（図８）。これらの検査の結果、リベット５の裏当て材１５への当接が検知された場合（ステップＳ２でＮＯ）、当該接合部は不良と判定される（ステップＳ８）。一方、リベット５が裏当て材１５へ非当接である場合（ステップＳ２でＹＥＳ）、続いてステップＳ３の検査が実行される。

ステップＳ３では、リベット５のヘッド部５１の浮き検査が実行される。ヘッド部５１の浮きとは、ヘッド部５１の下端部５２２が重なり部３０の上面３０Ｕ（摩擦攪拌部４の上面）に当接せずに、両者間に隙間が生じている状態を言う。ヘッド部５１の浮きが生じている場合、所定の圧入深さｄまで筒体部５２が摩擦攪拌部４に圧入されていないことに繋がる。この場合、不十分な圧入に起因して、リベット５が十分に係止効果を発揮しないことが想定される。

ヘッド部５１は、ピン部材１１の下端部１１Ｔにて押圧される。従って、ヘッド部５１の厚さが既知であれば、下端部１１Ｔの下降位置と、重なり部３０の上面３０Ｕの位置との差を求めれば、ヘッド部５１の下端部５２２と上面３０Ｕとの間隔を求めることができる。なお、上面３０Ｕの位置は、当該上面３０Ｕに当接しているショルダ部材１２の下端部１２Ｔの高さ位置から求めることができる。本実施形態では、下端部１１Ｔ、１２Ｔの高さ位置を、ピン駆動部２１及びショルダ駆動部２２の駆動源の電動モーターに付設されているエンコーダ２４の出力値に基づいて算出する（図９）。ヘッド部５１の浮きに相当する隙間が存在する場合（ステップＳ４でＮＯ）、当該接合部は不良と判定される（ステップＳ８）。一方、前記隙間が存在しない場合（ステップＳ４でＹＥＳ）、続いてステップＳ５の検査が実行される。

ステップＳ５では、リベット５の筒体部５２の拡開度合い検査が実行される。筒体部５２の拡開度合いとは、円筒型を有する筒体部５２がベル型に変形することで、下端部５２２の径が元の径に比べてどの程度増大しているかを示す指標である。リベット５が重なり部３０を貫通せず、ヘッド部５１に浮きが検出されなかったとしても、筒体部５２が所期の通りに拡開変形していないケースが想定される。筒体部５２が拡開不足である場合、或いは歪な拡開形状である場合、十分な係止効果を発揮するインターロック部５３が形成されないことが想定される。

一般に、重なり部３０を形成する第１部材３１及び第２部材３２とリベット５とは、異なる材質であることが多い。先の例示では、前者は繊維強化熱可塑性樹脂、後者はチタン合金であり、両者は熱伝導率を異にする。従って、リベット５が打設された摩擦攪拌接合部の温度を計測すれば、当該リベット５とその周囲との温度差に基づき、筒体部５２の拡開形状を推定することが可能となる。本実施形態では、前記温度計測をサーモグラフィー２８１にて行う場合（図１１）と、裏当て材１５に埋め込まれた熱電対２８２を用いる場合（図１２）とを例示する。筒体部５２の拡開度合いが異常である場合（ステップＳ６でＮＯ）、当該接合部は不良と判定される（ステップＳ８）。一方、筒体部５２の拡開度合いが正常である場合（ステップＳ６でＹＥＳ）、当該接合部は合格と判定される（ステップＳ７）。

［各検査の詳細］
以下、上記ステップＳ１の貫通エラー検査、ステップＳ３のヘッド部５１の浮き検査、及びステップＳ５の筒体部５２の拡開度合い検査の各具体例を、図７～図１３を参照して詳細に説明する。

＜貫通エラー検査＞
図７は、リベット５の貫通エラーの検査工程の一例を示す模式図である。図７には、リベット５が拡開変形せず、重なり部３０を貫通して下端部５２２が裏当て材１５に当接した状態（貫通エラー）が示されている。本検査例では、ピン部材１１と裏当て材１５との間に導電経路が形成されたか否かに基づき、下端部５２２が裏当て材１５に当接したか否か、つまり、貫通エラーが生じたか否かを検出する。従って本検査例では、ピン部材１１、リベット５及び裏当て材１５として導電性の部材が、重なり部３０を形成する第１部材３１及び第２部材３２として非導電性の材料が、それぞれ用いられていることが前提である。

ピン部材１１は、ピン通電部２５と電気的に接続され、ピン通電部２５が備える直流電源から直流電圧が印加可能とされている。一方、裏当て材１５の接地経路には、電流計２６が組み入れられている。電流計２６が計測した電流値は、検査部６３（図３）の当接電流検出部６４に送信される。

リベット５の貫通エラーが生じている状態では、図７に示す通り、リベット５の頂面５１Ｈがピン部材１１の下端部１１Ｔに当接すると共に、下端部５２２が裏当て材１５に当接する。このため、ピン部材１１と裏当て材１５とがリベット５で電気的に短絡された状態となる。この状態では、ピン部材１１に直流電圧が印加されていると、貫通エラーの発生と同時に裏当て材１５の接地経路には電流が流れる。従って、直流電圧が印加されているピン部材１１にてリベット５を打ち込むと、貫通エラーが発生した場合に、電流計２６は大きな電流を検出することになる。

当接電流検出部６４は、電流計２６が計測した電流値が所定の閾値を超過した場合に、リベット５の下端部５２２が裏当て材１５に当接したと判定する。つまり、貫通エラーが発生したと判定する。貫通エラーが発生していない場合、電流計２６が計測する電流値はゼロに等しい。従って、前記所定の閾値は、電流のＯＮ－ＯＦＦを識別できる程度の値とすれば良い。本検査例によれば、シンプルな電気機器の付設により、貫通エラーを電気的に簡易に検出することができる。

図８は、リベット５の貫通エラーの検査工程の他の例を示す模式図である。図８にも、リベット５の貫通エラーが発生している状態が示されている。本検査例では、ピン駆動部２１又は回転駆動部２３の駆動源である電動モーターのモーター電流に基づいて、リベット５の下端部５２２が裏当て材１５に当接したか否かを検知する。前記モーター電流は、モーター電流検出部６５によってモニターされる。

リベット５は、ピン部材１１の下降によって摩擦攪拌部４に打ち込まれる。ピン駆動部２１の電動モーターには、ピン部材１１の下降負荷に応じたモーター電流が流れる。貫通エラーが発生して下端部５２２が裏当て材１５に当接した場合、前記下降負荷は急激に増大する。このため、前記モーター電流も急激に上昇することになる。モーター電流検出部６５には、予め貫通エラーの判定基準となるモーター電流の閾値が与えられる。モーター電流検出部６５は、前記閾値を超過するモーター電流を検出した場合に、リベット５の下端部５２２が裏当て材１５に当接したと判定する。

リベット５は、その軸回りに回転させながら打設される場合がある。この場合、ピン部材１１とリベット５とを係合させる係合部が、下端部１１Ｔ及び頂面５１Ｈに各々設けられる。リベット５の圧入の際、回転駆動部２３はピン部材１１を回転させる。この際、回転駆動部２３の電動モーターには、ピン部材１１の回転負荷に応じたモーター電流が流れる。

このようなリベット５の回転打設が行われる場合において、貫通エラーが発生すると、回転する下端部５２２が裏当て材１５に突き当たることになる。この突き当たりにより、下端部５２２の回転摩擦抵抗が急激に増大し、前記モーター電流も急激に上昇することになる。モーター電流検出部６５は、回転駆動部２３のモーター電流が、前記閾値を超過した場合に、リベット５の下端部５２２が裏当て材１５に当接したと判定する。

ピン駆動部２１又は回転駆動部２３のモーター電流は、摩擦攪拌点接合時において、ツール１の重なり部３０に対する圧入量制御等の目的で、モニターされることが多い。つまり、モーター電流検出部６５に相当する機能部を、摩擦攪拌点接合装置Ｍが本来的に具備している場合が多い。図８の検査例によれば、摩擦攪拌点接合装置Ｍの本来の制御において必要な機能部を利用して、貫通エラーを検出することができる。

＜ヘッド部の浮き検査＞
図９は、リベット５のヘッド部５１の浮き検査工程の一例を示す模式図である。図９には、リベット５の筒体部５２の圧入が不十分で、ヘッド部５１の下端面５１Ｂが重なり部３０の上面３０Ｕから浮き上がっている例を示している。これに対し。図１０（Ａ）は、ヘッド部５１の浮きが生じていない正常な重なり部３０を示している。下端面５１Ｂは上面３０Ｕに接面し、筒体部５２の全長が摩擦攪拌部４に圧入されている。一方、図１０（Ｂ）は、図９の浮き不良が生じている重なり部３０から、ツール１を取り外した状態を示している。下端面５１Ｂと上面３０Ｕとの間には、間隔ｈ２が生じている。

本検査例では、下端面５１Ｂと上面３０Ｕとの間隔ｈ２を求める処理を行うことで、ヘッド部５１の浮きを検出する。具体的には、リベット５を押し込む圧入ツールであるピン部材１１の下降位置と、ヘッド部５１の厚さｈ１とから、間隔ｈ２を算出する。既述の通り、前記算出に際しては、エンコーダ２４の出力値が用いられる。

ピン駆動部２１の電動モーターには、第１エンコーダ２４１が付設されている。ショルダ駆動部２２の電動モーターには、第２エンコーダ２４２が付設されている。第１、第２エンコーダ２４１、２４２の出力値は、ツール位置検出部６６に送信される。図９に示す状態では、ピン部材１１の下端部１１Ｔは、ヘッド部５１の頂面５１Ｈに当接している。このため、第１エンコーダ２４１の出力値は、下端部１１Ｔの下降位置、つまり頂面５１Ｈの高さ位置に相当する情報となる。また、ショルダ部材１２の下端部１２Ｔは、重なり部３０の上面３０Ｕに接面している。このため、第２エンコーダ２４２の出力値は、上面３０Ｕの高さ位置に相当する情報となる。ツール位置検出部６６は、これらの情報に基づいて下端部１１Ｔ及び上面３０Ｕの高さ位置を特定し、その位置データを隙間算出部６７に送信する。

隙間算出部６７には、予めヘッド部５１の厚さ情報であるヘッド部５１の厚さｈ１のデータが与えられている。隙間算出部６７は、下端部１１Ｔ及び上面３０Ｕの高さ位置と、ヘッド部厚さｈ１とから、ヘッド部５１の下端面５１Ｂと上面３０Ｕとの間の距離である間隔ｈ２を算出する。隙間算出部６７は、算出された間隔ｈ２に基づいて、ヘッド部５１の浮き不良が発生しているか否かを判定する。筒体部５２の全長が摩擦攪拌部４に圧入されることが予定されている場合は、間隔ｈ２の許容値はゼロ又はゼロ近傍である。筒体部５２の全長の圧入が予定されておらず、ある程度のヘッド部５１の浮きが許容されている場合は、それに応じて間隔ｈ２の許容値が設定される。

上面３０Ｕの高さ位置を、ストロークセンサ２７の出力値から取得するようにしても良い。接合時には、クランプ部材１３が重なり部３０をクランプする。このため、クランプ部材１３の下端部１３Ｔは上面３０Ｕに確実に当接している。一方、ストロークセンサ２７は、ショルダ部材１２とクランプ部材１３との相対位置を検出する。従って、ピン部材１１とショルダ部材１２との原点合わせが行われている場合には、第１エンコーダ２４１の出力値と、ストロークセンサ２７の出力値とから、上面３０Ｕと下端部１１Ｔとの高低差を知見することができる。

なお、ヘッド部５１が筒体部５２よりも径小のリベット５が用いられることがある。この場合、間隔ｈ２は、ヘッド部５１と筒体部５２との境界線（ヘッド部の下端）と、上面３０Ｕとの間隔となる。また、リベット５の押し込みに、ツール１（ピン部材１１）とは別個の圧入ツールを用いる場合は、その圧入ツールの下降位置に基づいて、ヘッド部５１の頂面５１Ｈの高さ位置を知見することができる。

本検査例では、第１、第２エンコーダ２４１、２４２の出力値を利用する。一般に、ピン部材１１の位置制御等を目的として、ピン駆動部２１及びショルダ駆動部２２の電動モーターにはエンコーダが標準装備されている。従って、本検査例によれば、新たな計測装置を付加することなく、ヘッド部５１の浮き検査を行うことができる。

＜筒体部の拡開度合い検査＞
本実施形態では、リベット５が打設された摩擦攪拌接合部の温度を計測することで、筒体部５２の拡開度合いを推定する形状推定手段を設け、前記拡開度合いの合否判定を行う。すなわち、インターロック部５３（筒体部の一部）が摩擦攪拌部４の周囲の第２部材３２に入り込むように、筒体部５２が拡開しているか否かを判定する。

図１１は、リベット５の筒体部５２の拡開度合いの検査工程の一例を示す模式図である。図１１では、前記形状推定手段として、サーモグラフィー２８１と、上述の形状推定部６８及び判定部６９とが用いられる例を示している。サーモグラフィー２８１は、物体から放射される赤外線を感知して前記物体の熱分布を検出することが可能な非接触型温度計測器である。図１１では、サーモグラフィー２８１は、リベット５が打設された重なり部３０の下方に配置されている例を示す。この例では、重なり部３０の下面側の二次元温度分布が、サーモグラフィー２８１によって計測されることになる。

サーモグラフィー２８１は、裏当て材１５と並列にＣ型フレーム１６に搭載することができる。この場合、クランプ部材１３による重なり部３０のクランプを解除した後、ロボットアームを移動させる等して、リベット５の打設位置にサーモグラフィー２８１を対向させる。もちろん、サーモグラフィー２８１を、別個の保持部材に保持させるようにしても良い。また、裏当て材１５が赤外線透過性の材質であれば、裏当て材１５の下方に配置しても良い。さらに、接合後の別工程で温度計測を行う場合は、サーモグラフィー２８１を、重なり部３０の上方側又は下方側の何れに配置しても良い。

リベット５は、重なり部３０への圧入時に熱を帯びる。具体的には、摩擦攪拌されて高熱化している摩擦攪拌部４からの伝熱や、高速回転するピン部材１１に接触することによる摩擦熱又は圧入自体による摩擦熱などが高温化の要因である。摩擦攪拌部４からの伝熱の場合、リベット５と第２部材３２との熱伝導率が異なるため、リベット５（筒体部５２）が存在している領域と、それ以外の領域とには明らかな温度差が生じる。摩擦熱の場合はリベット５自体が発熱するので、やはり第２部材３２との温度差が生じる。従って、摩擦攪拌接合部の形成時又は形成直後であって、リベット５が第２部材３２よりも高熱を保持している段階でサーモグラフィー２８１に温度計測を行われば、前記温度差に基づく温度分布を明確に検出することができる。

図１１のうちの上図のグラフは、サーモグラフィー２８１が検出する温度分布を、図示されている重なり部３０の断面形状にマッチするように温度勾配ＴＰを表示したグラフである。温度勾配ＴＰは、位置Ｌ１及びＬ２で急激に上昇するカーブを有している。ここでは、位置Ｌ１及びＬ２が、筒体部５２の最拡開部、つまりインターロック部５３に対応する場合を例示している。重なり部３０の下面側からの温度分布では、インターロック部５３がリベット５と第２部材３２との熱境界となって表出する。

筒体部５２が正常に拡開されている場合、インターロック部５３は、摩擦攪拌部４の側周面４１よりも径方向外側へ延出する。従って、温度勾配ＴＰの位置Ｌ１及びＬ２は、予定されている摩擦攪拌部４の外縁（側周面４１）よりも径方向外側に表れる。一方、筒体部５２が拡開不調である場合、位置Ｌ１及びＬ２は、側周面４１と略同じ位置か、側周面４１よりも径方向内側に表れることになる。

図１１に例示したグラフは、位置Ｌ１及びＬ２がインターロック部５３に対応する場合を想定している。実際には、第２部材３２及びリベット５の構成材料の熱伝導率、第２部材３２の厚さ、リベット５の圧入の程度等によっては、位置Ｌ１及びＬ２とインターロック部５３の位置とにズレが生じる場合がある。この場合、予め実験等でそのズレ量を把握して補正値を設定しておくことで、位置Ｌ１及びＬ２とインターロック部５３とを対応付けることができる。

形状推定部６８は、サーモグラフィー２８１が計測するリベット５の圧入後における重なり部３０の温度分布に基づき、筒体部５２の拡開形状を推定する。例えば形状推定部６８は、温度勾配ＴＰの変化率が予め定めた閾値を超過するポイントを探知することで、上述の位置Ｌ１及びＬ２を特定する。判定部６９は、既述の通り、形状推定部６８により推定された拡開形状と基準のテンプレート等とを比較することで、筒体部５２の拡開度合いが正常か否かを判定する。本検査例によれば、リベット５と第２部材３２との熱伝導率の相違を利用して、非破壊で筒体部５２の拡開度合いを検査することができる。

上掲の例では、非接触型の温度計測器であるサーモグラフィー２８１を使用する例を示した。続いて、接触型の温度計測器を利用する例を示す。図１２は、筒体部５２の拡開度合いの検査工程の他の例を示す模式図である。裏当て材１５には、接触型の温度計測器として、熱電対２８２が組み込まれている。裏当て材１５には、接合時に重なり部３０の下面が当接する。つまり、重なり部３０の熱が、そのまま裏当て材１５に伝熱される。従って、裏当て材１５に熱電対２８２を埋設しておくことで、重なり部３０の下面の温度状態を検知することができる。

熱電対２８２の感温部は、裏当て材１５の表面付近であって、筒体部５２が正常に拡開したときのインターロック部５３の想定位置に対して、上下方向に対向する位置に配置される。筒体部５２が正常に拡開されている場合、熱電対２８２は高温度を検出する。これは、インターロック部５３に対して熱電対２８２が正対する状態となるため、インターロック部５３から発せられる熱を熱電対２８２が検出するからである。一方、筒体部５２が拡開不良である場合、熱電対２８２は比較的低温度を検出する。これは、インターロック部５３に対して熱電対２８２が正対せず、第２部材３２の温度を検出することによる。このように、インターロック部５３が重なり部３０において所定の位置に存在しているか否かを、熱電対２８２が検出する温度に基づいて知見することができる。

なお、熱電対２８２を裏当て材１５に多数個組み込んで、重なり部３０の下面の温度分布を検出するようにしても良い。この場合、同心円パターンを描くように、多数個の熱電対２８２を裏当て材１５に配列することが望ましい。また、裏当て材１５とは別の検温部材に熱電対２８２を組み込み、摩擦攪拌接合部の形成直後に重なり部３０の下面に当接させても良い。さらに、熱電対２８２以外の他の接触型温度測定エレメントを用いるようにしても良い。

摩擦攪拌接合部の形成時又は形成直後であれば、リベット５と第２部材３２との温度差に基づき、図１１又は図１２の検査例を実行できる。しかし、接合部の形成から経時してリベット５が常温化すると、上掲の検査例は適用できなくなる。例えば、摩擦攪拌接合部の形成工程と検査工程とが時間をおいて別工程で行われる場合は、前記温度差が消失するので、重なり部３０に温度分布が表れなくなる。このような場合、検査の前にリベット５に対して外部から熱を与える。

図１３は、リベット５の外部加熱の実施状況を示す断面図である。図１３には、リベット５のヘッド部５１に対し、加熱源２８３から熱Ｈが与えられている状況が示されている。加熱源２８３としては、例えば加熱棒などを用いた接触型加熱源、熱風を発する非接触型加熱源等を用いることができる。また、ヘッド部５１を一対の電極で把持し、リベット自体を抵抗加熱しても良いし、リベット５が磁性体である場合はＩＨ加熱源を用いても良い。さらに、重なり部３０の下面側から、第２部材３２を介して間接的にリベット５に熱Ｈを与えるようにしても良い。加熱源２８３からリベット５に熱Ｈを与えた上で、サーモグラフィー２８１又は熱電対２８２で温度計測を行うことで、上述した重なり部３０の下面の温度分布を確実に検出することができる。

［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。

（１）上記実施形態では、リベット５の貫通エラー検査（図６のステップＳ１）、ヘッド部５１の浮き検査（ステップＳ３）及び筒体部５２の拡開度合い検査（ステップＳ５）の三種の検査を行う例を示した。これに代えて、前記浮き検査及び前記拡開度合い検査のいずれか一方、若しくは双方を省くようにしても良い。また、前記三種の検査の実行順は任意であり、前記浮き検査又は前記拡開度合い検査を最先に実行するようにしても良い。

（２）上記実施形態では、リベット５の貫通エラー検査を、ピン部材１１－裏当て材１５間の通電検知（図７）又はモーター電流検知（図８）により行う例を示した。前記貫通エラーは、リベット５の下端部５２２が裏当て材１５に衝突した際の衝突音を検出する音波センサ、衝突時の裏当て材１５の振動又は圧力変動を検出する振動センサ又はロードセル等によっても検出することができる。

（３）上記実施形態では、ヘッド部５１の浮きを、ピン駆動部２１及びショルダ駆動部２２の駆動源となる電動モーターのエンコーダ値に基づいて検出する例（図９）を示した。これに代えて、画像処理によりヘッド部５１の浮きを検出しても良い。例えば、重なり部３０へリベット５を打設した後に、上面３０Ｕ側に配置したカメラにてヘッド部５１の斜視画像を撮像する。ヘッド部５１の頂面５１Ｈと側周面とでは画像濃度に差異が生じるため、両者を識別することができる。ヘッド部５１に浮きが生じている場合、撮像された斜視画像において前記側周面の面積が増加する。従って、画像上で頂面５１Ｈと前記側周面との面積比を求めることで、ヘッド部５１の浮きを知見することができる。

（４）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、摩擦攪拌の線接合用のツール、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るようにしても良い。また、複動式の摩擦攪拌点接合用のツール１を用いる場合において、ピン先行プロセスにて摩擦攪拌を行わせても良い。

以上説明した通り、本発明に係る摩擦攪拌接合部の検査方法は、リベット５の下端部５２２が裏当て材１５に当接したか否かを検出するステップを含む。従って、リベット５が摩擦攪拌部４及び第２部材３２を貫通して裏当て材１５に当接したことを検出できる。つまり、リベット５が予定された変形、すなわち摩擦攪拌部４の周囲の第２部材３２に対してインターロック部５３を形成するような変形を為すことなく、摩擦攪拌部４を貫通してしまった不良施行を検出することができる。従って、重なり部３０を貫通しない態様でリベット５が打設される摩擦攪拌接合部の検査を的確に行わせることができる。

［上記実施形態に含まれる発明］
以上説明した実施形態には、さらに以下に示す発明が含まれている。

一の実施形態に係る摩擦攪拌接合部の検査方法は、第１部材と、前記第１部材の下層に配置される第２部材とを含む重なり部に、前記第２部材側を裏当て材で支持した状態で前記第１部材側から摩擦攪拌ツールを圧入して摩擦攪拌部を形成すると共に、当該摩擦攪拌部に前記第１部材側から締結体を圧入して形成された摩擦攪拌接合部において、
前記締結体として、ヘッド部と、前記ヘッド部に連設された筒体部とを備え、前記筒体部の所定長が前記重なり部へ圧入される締結体が用いられる摩擦攪拌接合部の検査方法であって、
前記ヘッド部の下端と前記第１部材の上面との間隔を求める。

一の実施形態に係る接合装置は、第１部材と、前記第１部材の下層に配置される第２部材とを含む重なり部を接合する接合装置であって、
前記第１部材側から前記重なり部に圧入され、当該重なり部に摩擦攪拌部を形成する摩擦攪拌ツールと、
ヘッド部と、前記ヘッド部に連設された筒体部とを備え、前記筒体部の所定長が前記重なり部へ圧入される締結体を、前記摩擦攪拌部に前記第１部材側から圧入する圧入ツールと、
前記重なり部を前記第２部材側から支持する裏当て材と、
前記ヘッド部の下端と前記第１部材の上面との間隔を求める計測手段と、を備える。

上記の検査方法若しくは接合装置によれば、計測手段の計測結果に基づき、締結体のヘッド部の下端と前記第１部材の上面との間隔が適正であるか否かを検査することができる。つまり、前記間隔の計測により、締結体の筒体部が規定された圧入深さだけ摩擦攪拌部に圧入されているか否かを検査することができる。例えば、前記筒体部に座屈が生じる等して圧入深さが不足している場合、ヘッド部の下端と第１部材の上面との間には、予め定められた規定値以上の間隔が開くことになる。より具体的には、正常な締結体の圧入が行われると、ヘッド部の下端と第１部材の上面とが密着することが予定されている場合には、圧入不足が生じると両者間に隙間が検出されることになる。従って、重なり部を貫通しない態様で締結体が打設される摩擦攪拌接合部の検査を的確に行わせることができる。

他の実施形態に係る摩擦攪拌接合部の検査方法は、第１部材と、前記第１部材の下層に配置される第２部材とを含む重なり部に、前記第２部材側を裏当て材で支持した状態で前記第１部材側から摩擦攪拌ツールを圧入して摩擦攪拌部を形成すると共に、当該摩擦攪拌部に前記第１部材側から締結体を圧入して形成された摩擦攪拌接合部において、
前記締結体として、前記摩擦攪拌部の周囲の前記第２部材に少なくとも一部が入り込むように変形する筒体部を含む締結体が用いられる摩擦攪拌接合部の検査方法であって、
前記摩擦攪拌接合部の温度計測により、前記筒体部の変形度合いを検出する。

一の実施形態に係る接合装置は、第１部材と、前記第１部材の下層に配置される第２部材とを含む重なり部を接合する接合装置であって、
前記第１部材側から前記重なり部に圧入され、当該重なり部に摩擦攪拌部を形成する摩擦攪拌ツールと、
前記摩擦攪拌部の周囲の前記第２部材に少なくとも一部が入り込むように変形する筒体部を含む締結体を、前記摩擦攪拌部に前記第１部材側から圧入する圧入ツールと、
前記重なり部を前記第２部材側から支持する裏当て材と、
前記摩擦攪拌接合部の温度を計測することで、前記筒体部の変形度合いを推定する形状推定手段と、を備える。

上記の検査方法若しくは接合装置によれば、摩擦攪拌接合部の温度計測により、第１部材及び第２部材と締結体との温度差に基づき、締結体（筒体部）の重なり部の内部における形状を推定できる。そして、推定された筒体部の変形度合いに基づき、当該筒体部の変形状態が適正であるか否かを検査することができる。つまり、前記筒体部が正常に変形し、前記摩擦攪拌部の周囲の前記第２部材に当該筒体部の一部が入り込んでいるか否かを検査することができる。前記筒体部の変形が不十分である場合、前記筒体部の一部は前記摩擦攪拌部の周囲に存在する第２部材に入り込めず、十分なインターロック効果を発揮できない。従って、重なり部を貫通しない態様で締結体が打設される摩擦攪拌接合部の検査を的確に行わせることができる。

１ ツール
１１ ピン部材（圧入ツール）
１２ ショルダ部材
１５ 裏当て材
２１ ピン駆動部（電動モーター）
２２ ショルダ駆動部（電動モーター）
２３ 回転駆動部（電動モーター）
２４ エンコーダ（計測手段）
２５ ピン通電部（検出手段）
２６ 電流計（検出手段）
２７ ストロークセンサ（計測手段）
２８ 温度検出部（形状推定手段）
２８１ サーモグラフィー
２８２ 熱電対（裏当て材に組み込んだ温度計）
２８３ 加熱源
３ 接合体（摩擦攪拌接合部）
３０ 重なり部
３０Ｕ 上面（第１部材の上面）
３１ 第１部材
３２ 第２部材
４ 摩擦攪拌部
５ リベット（締結体）
５１ ヘッド部
５２ 軸部
５２２ 下端部（下端）
５３ インターロック部（締結体の一部）
６１ コントローラ（制御部）
６３ 検査部
６４ 当接電流検出部（検出手段）
６５ モーター電流検出部（検出手段）
６６ ツール位置検出部（計測手段）
６７ 隙間算出部（計測手段）
６８ 形状推定部（形状推定手段）
６９ 判定部（形状推定手段）
Ｍ 摩擦攪拌点接合装置

Claims (15)

1. 第１部材と、前記第１部材の下層に配置される第２部材とを含む重なり部に、前記第２部材を裏当て材で支持した状態で前記第１部材側から摩擦攪拌ツールを圧入して摩擦攪拌部を形成すると共に、当該摩擦攪拌部に前記第１部材側から締結体を圧入して形成された摩擦攪拌接合部の検査方法であって、
   前記締結体の一部が前記裏当て材に当接したか否かを検出する、
   摩擦攪拌接合部の検査方法。
2. 請求項１に記載の摩擦攪拌接合部の検査方法において、
   前記摩擦攪拌ツール、前記締結体及び前記裏当て材として導電性の部材を用い、前記第１部材及び前記第２部材として非導電性の材料を用い、
   前記摩擦攪拌ツールと前記裏当て材との間に流れる電流が所定の閾値を超過した場合に、前記締結体の一部が前記裏当て材に当接したと判定する、摩擦攪拌接合部の検査方法。
3. 請求項１に記載の摩擦攪拌接合部の検査方法において、
   前記摩擦攪拌ツールの駆動源として電動モーターを用い、
   前記電動モーターを駆動するモーター電流が所定の閾値を超過した場合に、前記締結体の一部が前記裏当て材に当接したと判定する、摩擦攪拌接合部の検査方法。
4. 請求項１に記載の摩擦攪拌接合部の検査方法において、
   前記締結体として、ヘッド部と、前記ヘッド部に連設された筒体部とを備え、前記筒体部の所定長が前記重なり部へ圧入される締結体を用い、
   前記ヘッド部の下端と前記第１部材の上面との間隔を求める、摩擦攪拌接合部の検査方法。
5. 請求項４に記載の摩擦攪拌接合部の検査方法において、
   前記締結体の前記重なり部への圧入を、圧入ツールの下降による前記締結体の押し込みにより行い、
   前記圧入ツールの下降位置と、前記ヘッド部の厚さとから、前記ヘッド部の下端と前記第１部材の上面との間隔を求める、摩擦攪拌接合部の検査方法。
6. 請求項５に記載の摩擦攪拌接合部の検査方法において、
   前記圧入ツールとして前記摩擦攪拌ツールを用い、
   前記摩擦攪拌ツールを駆動する電動モーターに付設されたエンコーダの出力値に基づいて、前記摩擦攪拌ツールの下降位置を算出する、摩擦攪拌接合部の検査方法。
7. 請求項１に記載の摩擦攪拌接合部の検査方法において、
   前記締結体は、前記摩擦攪拌部周囲の前記第２部材に少なくとも一部が入り込むように変形する筒体部を含み、
   前記摩擦攪拌接合部の温度計測により、前記筒体部の変形度合いを検出するステップを含む、摩擦攪拌接合部の検査方法。
8. 請求項７に記載の摩擦攪拌接合部の検査方法において、
   前記締結体の圧入後の前記摩擦攪拌接合部の温度分布を計測し、前記温度分布に基づいて前記筒体部の変形形状を推定することで、前記筒体部の変形度合いを検出する、摩擦攪拌接合部の検査方法。
9. 請求項７に記載の摩擦攪拌接合部の検査方法において、
   前記摩擦攪拌接合部の温度計測を、前記裏当て材に組み込んだ温度計で行う、摩擦攪拌接合部の検査方法。
10. 請求項７～９のいずれか１項に記載の摩擦攪拌接合部の検査方法において、
    前記摩擦攪拌接合部の形成後に、前記締結体に熱を与えて前記摩擦攪拌接合部の温度計測を行う、摩擦攪拌接合部の検査方法。
11. 請求項７～９のいずれか１項に記載の摩擦攪拌接合部の検査方法において、
    前記摩擦攪拌接合部の形成時又は形成直後であって、前記締結体が前記第２部材よりも高熱を保持している段階で、前記摩擦攪拌接合部の温度計測を行う、摩擦攪拌接合部の検査方法。
12. 第１部材と、前記第１部材の下層に配置される第２部材とを含む重なり部を接合する接合装置であって、
    前記第１部材から前記重なり部に圧入され、当該重なり部に摩擦攪拌部を形成する摩擦攪拌ツールと、
    前記摩擦攪拌部に前記第１部材側から締結体を圧入する圧入ツールと、
    前記重なり部を前記第２部材側から支持する裏当て材と、
    前記締結体の一部が前記裏当て材に当接したか否かを検出する検出手段と、
    を備える接合装置。
13. 請求項１２に記載の接合装置において、
    前記摩擦攪拌ツール及び前記圧入ツールを兼ねるツールとして、
    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と、
    前記ツールの制御部と、を備え、
    前記制御部は、
    前記摩擦攪拌部の形成に際しては、前記ピン部材又は前記ショルダ部材を前記重なり部に圧入させて摩擦攪拌動作を実行させ、
    前記締結体の圧入に際しては、当該締結体を前記重なり部に押し込むよう前記ピン部材又は前記ショルダ部材を下降させる、接合装置。
14. 請求項１２又は１３に記載の接合装置において、
    前記締結体として、ヘッド部と、前記ヘッド部に連設された筒体部とを備え、前記筒体部の所定長が前記重なり部へ圧入される締結体が用いられ、
    前記ヘッド部の下端と前記第１部材の上面との間隔を求める計測手段をさらに備える、接合装置。
15. 請求項１２又は１３に記載の接合装置において、
    前記締結体は、前記摩擦攪拌部の周囲の前記第２部材に一部が入り込むように変形する筒体部を含み、
    前記摩擦攪拌接合部の温度を計測することで、前記筒体部の変形度合いを推定する形状推定手段をさらに備える、接合装置。
    

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