(57)【要約】【課題】  高い強度及び成形性を有するリベットの製造方法を提供する。【解決手段】  改善された成形性を有するリベットが提供されている。このリベットは、一端部に頭部をもつ軸部を有している。該軸部及び頭部は、微細な結晶粒組織を有する。該リベットは、微細な結晶粒組織を有する領域を加工物中に先ず形成し、次にリベットを形成することにより、微細な結晶粒組織を有する加工物の領域から製造される。この微細な結晶粒組織は、成形性、強度、靭性、延性、耐食性、及び耐疲労性のような機械的特性を向上させる結果となる。リベットの成形性の向上は、リベットの製造及び取付中における割れの形成及び伝播を減少させる。
2005519770.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細な結晶粒組織を有する少なくとも１つの領域を画成する加工物を用意するステップと、
微細な結晶粒組織を有する前記加工物の前記少なくとも１つの領域から半完成品を取り出すステップと、
前記半完成品をリベットに形成するステップと
を含む、リベットを製造する方法。
【請求項２】
前記取り出すステップは、微細な結晶粒組織を有する前記加工物の前記少なくとも１つの領域から前記半完成品を打ち抜くことを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記用意するステップは、
前記リベットの寸法を決めることと、
前記リベットの前記寸法に基づいて前記加工物を選択することと、
微細な結晶粒組織を有する前記少なくとも１つの領域を形成するため前記加工物の一部を摩擦攪拌溶接することと
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記用意するステップは、微細な結晶粒組織を有する前記少なくとも１つの領域を形成するために前記加工物に回転する摩擦攪拌溶接プローブを挿入することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記回転する摩擦攪拌溶接プローブを所定通路に沿って前記加工物中で移動させることを更に含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記形成するステップは、前記半完成品をダイに通して押出し成形することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記形成するステップは、パンチで前記半完成品を打ち抜くことを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
微細化されていない結晶粒組織を有する前記加工物の少なくとも１つの領域を取り除くため、前記形成するステップの前に前記加工物を機械加工することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記取り出すステップ及び前記形成するステップを繰り返すことを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
加工物を用意するステップと、
前記加工物に微細な結晶粒組織を有する少なくとも１つの領域を形成するステップと、
第１の形成するステップに続いて、微細な結晶粒組織を有する前記少なくとも１つの領域からリベットを形成するステップと
を含む、リベットを製造する方法。
【請求項１１】
前記第１の形成するステップは、回転する摩擦攪拌溶接プローブを前記加工物に挿入することを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記回転する摩擦攪拌溶接プローブを所定通路に沿って移動させることを更に含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
第２の形成するステップは、
微細な結晶粒組織を有する前記加工物の前記少なくとも１つの領域から半完成品を取り出すステップと、
前記半完成品をリベットに形成するステップと
を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記取り出すステップは、微細な結晶粒組織を有する前記加工物の前記少なくとも１つの領域から前記半完成品を打ち抜くことを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
第３の形成するステップは、前記半完成品をダイに通して押出し成形することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記第３の形成するステップは、パンチで前記半完成品を打ち抜くことを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
微細化されていない結晶粒組織を有する前記加工物の少なくとも１つの領域を取り除くため、前記第２の形成するステップの前に前記加工物を機械加工することを更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１８】
前記第２の形成するステップを繰り返すことを更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１９】
一端部に頭部を有する軸部を備え、
前記軸部及び前記頭部は、約５ミクロンよりも小さい粒径を有する結晶粒組織で形成されている、リベット。
【請求項２０】
前記軸部及び前記頭部は、アルミニウム、アルミ合金、チタニウム、及びチタン合金からなるグループから選択された材料で形成されている、請求項１９に記載のリベット。
【請求項２１】
前記頭部とは反対側の前記軸部の端部は、第２の頭部を形成するためアプセットされるようになっている、請求項１９に記載のリベット。
【請求項２２】
第１の構造部材と、
前記第１の構造部材の近くに配置され、それにより前記第１の構造部材との間に境界面を画成する第２の構造部材と、
前記境界面に沿って前記第１の構造部材及び前記第２の構造部材を少なくとも部分的に結合する少なくとも１つのリベットと
を備え、
前記少なくとも１つのリベットは、約５ミクロンよりも小さい粒径を有する微細な結晶粒組織から実質的に構成されている構造組立品。
【請求項２３】
前記第１の構造部材及び前記第２の構造部材は、非類似の材料で形成されている、請求項２２に記載の構造組立品。
【請求項２４】
前記第１及び第２の構造部材は同一材料で形成されている、請求項２２に記載の構造組立品。
【請求項２５】
前記少なくとも１つのリベットは、アルミニウム、アルミ合金、チタニウム、及びチタン合金からなるグループから選択された材料で形成されている、請求項２２に記載の構造組立品。
【請求項２６】
前記第１及び第２の構造部材の少なくとも一方は、アルミニウム、アルミ合金、チタニウム、及びチタン合金からなるグループから選択された材料で形成されている、請求項２２に記載の構造組立品。
【請求項２７】
少なくとも部分的に前記境界面に沿って前記第１の構造部材及び前記第２の構造部材を結合する細長い溶接継手を更に備えている、請求項２２に記載の構造組立品。
【請求項２８】
前記細長い溶接継手は、前記少なくとも１つのリベットのうちの少なくとも１つを少なくとも部分的になくなしている、請求項２７に記載の構造組立品。
【請求項２９】
前記細長い溶接継手は、アーク溶接継手、抵抗溶接継手、ガス溶接継手、及び摩擦攪拌溶接継手からなるグループから選択した溶接継手で構成されている、請求項２７に記載の構造組立品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リベットに関し、特に、高い強度及び成形性を有するリベットの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
構造組立品は，通常、リベットのような締結具を使用して２つ以上の構造部材を結合することにより形成されている。航空宇宙産業では、重量及び強度が臨界的に重要であるため、構造組立品の接合部は、同組立品の全寿命にわたり、繰り返される剪断、圧縮及び引張応力の循環にさらされることになる。その結果、リベットは、構造組立品の全重量に悪影響を与えることなく良好な機械的強度及び耐疲労性を有していなければならない。また、構造組立品は、湿分接触(moisture exposure)及び温度変動(temperature fluctuation)を含め、周囲環境にさらされることになるので、構造組立品の接合部は、良好な耐食性及び耐熱応力性を有するリベットで固定されねばならない。強度及び重量の要件に取り組むため、従来のリベットは、冷温（常温）加工又は析出硬化により硬化されたアルミニウムまたはアルミ合金のような高い比強度を有する材料で形成されている。軽量であり、また比較的に高い耐疲労性及び耐食性を有する多くの高強度アルミ合金を利用可能であることが有利である。残念ながら、硬化状態にある場合、高強度アルミ合金はリベットの製造及び取付中に必要である成形性に欠ける傾向があり、リベットがくびれ、割れ又は裂けにより損傷することがある。
【０００３】
成形性の悪さに関連した諸問題を解決するために、リベットの製造プロセスに対する改良が提案されてきた。このような改良の１つとしては、軟質状態にあるアルミ合金からリベットを形成し、その後、析出硬化によりリベットを熱処理することが挙げられており、それにより、取付及び使用の前にリベットを硬化させている。軟質状態におけるアルミ合金は、リベットの製造中に、このリベットがくびれ、割れ又は裂けることにより損傷する可能性を減少させており、これにより成形性の向上が図られている。しかしながら、熱処理はリベットの成形性を低下させ、この成形性の低下は、上述したように、取付中にリベットを破損させることがある。また、熱処理は、製造中に追加の工程を増やすことにもなり、これは、リベット並びに構造組立品の製造コストを増大させることになる。
【０００４】
従って、リベットを製造するための改良方法が必要になっている。この方法は、リベットの製造及び取付中におけるくびれ、割れ又は裂けの可能性を減じるため、高い成形性を有するリベットを提供しなければならない。また、この方法は、リベット並びに結果の構造組立品の製造コストに悪影響を与えないように費用対効果が高くなければならない。更に、リベットは、高い比強度を有すると共に、高い耐疲労性及び耐食性はもちろんのこと、高い耐熱応力性を示す材料によって形成することができなければならない。
【発明の概要】
【０００５】
本発明は、リベットの製造方法を提供する。本発明の一実施形態によると、この方法は、微細な結晶粒組織を有する少なくとも１つの領域を画成する加工物を用意することを含んでいる。一実施形態において、この用意するステップは、前記リベットの寸法を決めること、前記リベットの寸法に基づいて前記加工物を選択すること、及び微細な結晶粒組織を有する前記少なくとも１つの領域を形成するため前記加工物の一部を摩擦攪拌溶接することを含んでいる。別の実施形態において、この用意するステップは、微細な結晶粒組織を有する前記少なくとも１つの領域を形成するため前記加工物に回転する摩擦攪拌溶接プローブを挿入することを含んでいる。回転する摩擦攪拌溶接プローブは、微細な結晶粒組織を有する細長い領域を形成するため所定通路に沿って前記加工物を通り移動することができる。その後、微細な結晶粒組織を有する前記加工物の前記少なくとも１つの領域から半完成品(a blank)が取り出されることになる。一実施形態において、この取り出すステップは、微細な結晶粒組織を有する前記加工物の前記少なくとも１つの領域から前記半完成品を打ち抜くことを含んでいる。その後、この半完成品はリベットに形成される。一実施形態において、加工物は、微細化されていない結晶粒組織を有する前記加工物の少なくとも１つの領域を取り除くため前記形成するステップの前に機械加工される。別の実施形態において、この形成するステップは、前記半完成品をダイに通して押出し成形することを含む。更に別の実施形態において、この形成するステップは、パンチで前記半完成品を打ち抜くことを含む。更なる別の実施形態において、取り出すステップ及び形成するステップは繰り返される。
【０００６】
本発明の別の実施形態において、リベットを製造する方法は、加工物を用意することを含んでいる。その後、この加工物に、微細な結晶粒組織を有する少なくとも１つの領域が形成される。一実施形態において、この少なくとも１つの領域は、回転する摩擦攪拌溶接プローブを加工物に挿入することによって形成される。この回転する摩擦攪拌溶接プローブは、微細な結晶粒組織を有する細長い領域を形成するため所定通路に沿って移動することができる。第１の形成するステップに続いて、微細な結晶粒組織を有する前記少なくとも１つの領域からリベットが形成される。一実施形態において、第２の形成するステップは、微細な結晶粒組織を有する前記加工物の前記少なくとも１つの領域から半完成品を取り出すステップと、該半完成品をリベットに形成するステップとを含んでいる。この取り出すステップは、微細な結晶粒組織を有する前記加工物の前記少なくとも１つの領域から半完成品を打ち抜くことを含みうる。別の実施形態において、半完成品は、パンチで半完成品を打ち抜くことによりリベットに形成される。更に別の実施形態において、この方法は、微細化されていない結晶粒組織を有する前記加工物の少なくとも１つの領域を取り除くためリベットを形成する前に前記加工物を機械加工することを含んでいる。別の実施形態において、この方法は、第２の形成するステップを繰り返すことを含んでいる。
【０００７】
本発明はまた、改善された成形性を有するリベットを提供する。このリベットは、一端部に頭部を有する軸部を含む。前記軸部及び前記頭部は、約５ミクロンよりも小さい粒径を有する結晶粒組織から実質的に構成されている。一実施形態において、前記軸部及び前記頭部は、アルミニウム、アルミ合金、チタニウム、又はチタン合金から構成される。別の実施形態において、前記頭部とは反対側の前記軸部の端部は、第２の頭部を形成するためアプセットされるようになっている。
【０００８】
本発明はまた、第１の構造部材と、該第１の構造部材の近くに配置され、それにより該第１の構造部材との間に境界面を画成する第２の構造部材とを含む構造組立品を提供している。この構造組立品は、前記境界面に沿って前記第１及び第２の構造部材を少なくとも部分的に結合する少なくとも１つのリベットを含んでいる。このリベットは、約５ミクロンよりも小さい粒径を有する微細な結晶粒組織から構成されている、第１及び第２の構造部材は、同一又は非類似の材料から構成することができる。一実施形態において、第１及び第２の構造部材は、アルミニウム、アルミ合金、チタニウム、又はチタン合金から構成されている。別の実施形態において、リベットは、アルミニウム、アルミ合金、チタニウム、又はチタン合金から構成されている。更なる別の実施形態において、構造組立品は、前記境界面に沿って前記第１及び第２の構造部材を少なくとも部分的に結合する細長い溶接継手を含む。一実施形態において、前記細長い溶接継手は、前記少なくとも１つのリベットのうちの少なくとも１つを少なくとも部分的になくしている。別の実施形態において、前記細長い溶接継手は、アーク溶接継手、抵抗溶接継手、ガス溶接継手、又は摩擦攪拌溶接継手である。
【０００９】
従って、改善された成形性を有するリベット、並びにこのリベットを製造する関連の方法が提供された。この製造方法は、航空宇宙用途のための構造組立品を含め、構造組立品を形成するためのリベットの費用対効果の高い製造を可能にしている。該リベットは、リベットの製造及び取付中におけるくびれ、割れ、又は裂けを減じる改善された成形性を有している。その上、リベットは、高い比強度を有すると共に、高い耐熱応力性はもちろんのこと、高い耐疲労性及び耐食性を示す材料から形成することができる。
【００１０】
本発明の前述の利点、特徴及びその他の利点、特徴、並びにそれらが実現される方法は、好適且つ模範的な実施形態を例示する、必ずしも一定の縮尺で描かれていない添付図面に関してなされている本発明についての以下の詳細な説明を考慮することにより一層容易に明らかとなろう。
【発明の詳細な説明】
【００１１】
本発明の全実施形態ではないが、その幾つかを示す添付図面を参照し、本発明について以下により詳しく説明する。実際に、本発明は、種々の異なる形態で実施可能であり、ここに示された実施形態に限定されるものと解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、その開示内容が徹底しており且つ完全であり、そして本発明の範囲を当業者に十分に伝達するように提示されている。同様の数字は、終始、同様の要素を指している。
【００１２】
図面、特に図１及び図２を参照すると、本発明の一実施形態による構造組立品１が例示されている。この構造組立品１は、第１の構造部材２と、該第１の構造部材２の近くに配置され、間に境界面６を画成するようになっている第２の構造部材３とを備えている。該構造組立品１は、第１及び第２の構造部材２，３を互いに結合する１つ以上のリベット４で取り付けられている。また、構造組立品１は、第１及び第２の構造部材２，３を貫通すると共に対応のリベット４を受けるように構成された開口５を画成している。２つの構造部材が示されているが、本発明に従って互いに取り付けることができる構造部材の数は２つに限定されず、１つの構造部材又は３つ以上の構造部材を設けることができる。例えば、一実施形態（図示せず）によると、単一構造部材の両端を互いに取り付けることができる。
【００１３】
各構造部材２，３は、既知の製造装置により、単一の加工物を機械加工して、結果の構造組立品１の特定設計荷重及び仕様が要求する所定の形状及び厚さにすることができる。例えば、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）のフライス盤を使用することができ、このフライス盤によって必要に応じて各構造部材２，３を機械加工している。構造部材２，３は、限定ではなく単なる実例のためであるが、プレート、ブロック、管状部材及び曲線部材を含め、種々の形状に製造することができる。同様に、構造部材２，３は、構造組立品１の特定設計荷重及び仕様の要件に応じて、種々の材料から形成することができる。構造部材２，３は、限定ではなく単に実例のためであるが、アルミニウム、アルミ合金、チタン、チタン合金、又は合金鋼を含む、高い比強度を有する材料から形成するのが好ましい。図１３に例示したように、構造部材２，３は、対応するリベット４を受けるようにそれぞれ構成されている複数の開口５を形成するため、例えば穿孔もしくはドリル明け或いは打抜きもしくはパンチングのような既知の製造方法を使用して予め機械加工されている。各開口５の寸法及び形状は、対応するリベット４の寸法及び形状に準じている。
【００１４】
図３〜図５を参照すると、各リベット４は、頭部１１と、そこから延びる軸部１０とを備えている。図１４に例示したように、各リベット４の軸部１０は、第１及び第２の構造部材２，３により画成された対応の開口５を貫いて延びるように構成されている。リベット４の頭部１１は、軸部１０が貫通する第１の構造部材２の開口５よりも大きな直径を備えている。頭部１１とは反対側にある軸部１０の端部１４は、第１及び第２の構造部材２，３により画成された対応の開口５に挿通されるように構成されると共に、図５及び図１８に例示するように、第２の頭部１２を形成すべくアップセット（据込み、upset)するように構成された凹部１３を画成しており、それにより第１及び第２の構造部材を少なくとも部分的に互いに取り付けている。構造部材を取り付けるのに使用するリベット４の数は、構造組立品１の特定設計荷重及び仕様によって決まるであろう。３つ以上の構造部材を有する構造組立品１については、各リベット４が２つ以上の構造部材を取り付けることができる。
【００１５】
リベット４は、リベットが微細な粒状組織、好ましくは、約０.０００２ｉｎ(略５ミクロン）未満の結晶粒径をもつ微細な結晶粒組織を有するような金属又は合金金属で形成されている。より好ましくは、リベット４は、等軸形状(equiaxed shape)を有する結晶粒径をもつ微細な結晶粒組織で構成された金属又は合金金属で形成され、この結晶粒径の大きさ順で略０.０００１インチから略０.０００２インチ（略３〜５ミクロン）までに及んでいる。図６に例示するように、微細な結晶粒組織は、加工物２０の少なくとも一部を非消耗性の回転摩擦攪拌溶接プローブ１９で溶解又は攪拌することによって形成されている。加工物２０は、この加工物２０から形成されるべきリベット４の数及び寸法に基づいて、また、リベットの材料特性要件に基づいて選択される材料のストックピース（stock piece)とすることができる。リベット４、従って加工物２０は、特定の設計荷重、環境条件、及び結果の構造組立品１の仕様による要件に応じて、種々の材料から形成することができる。
【００１６】
加工物２０の溶解(混合、mixing)を行うために、加工物２０は、まず通常のクランプ（図示せず）により摩擦攪拌溶接機の加工テーブルに固定される。摩擦攪拌溶接プローブ１９は、擦攪拌溶接機の回転可能なスピンドル１８に取り付けられる。擦攪拌溶接機はドリル又はフライス盤（図示せず）のような装置で構成することができ、これらの装置はスピンドル１８を回転させ、それにより例えば矢印２４で指示した方向にプローブ１９を回転させている。回転可能なスピンドル１８は、プローブ１９を加工物２０の表面と平行に、例えば、矢印２５により指示した方向に移動させるのに適応していることが好ましい。摩擦攪拌溶接プローブ１９が加工物２０の外表面を押し分けて進むときに、プローブ１９と加工物２０との間に摩擦が発生する。回転するプローブ１９を受け入れるための開口が加工物２０の外表面に予め穿孔されるか或いはあけられることができるが、好ましいのは、回転するプローブ１９を加工物の外表面中に直接に押し入れることである。この摩擦は、プローブ１９に最も近い加工物２０の諸部分を可塑化するのに十分な熱エネルギを発生させる。更に具体的に言うと、回転するプローブ１９は、加工物２０に一旦挿入されると、加工物２０の外表面と平行な剪断作用によりプローブ１９の肩部１９ａの下方で溶解を行う。また、回転するプローブ１９は、プローブ軸線と平行なプローブ１９のねじ部の周囲でも溶解を行う。摩擦攪拌溶接の総括的説明についてはトーマス(Thomas)等に対する米国特許第５,４６０,３１７号に開示されており、その全内容は参照によりここに組み込まれる。プローブ１９は、加工物２０の全体にわたりランダムに、或いは加工物２０の単数又は複数のある領域２１を摩擦攪拌溶接又は溶解するように選択された所定通路に沿って移動することができる。冷却すると、回転するプローブ１９により溶解された加工物２０の単数又は複数の該領域２１は、向上した強度、強靭性、延性、耐疲労性及び耐食性をもつ微細な結晶粒組織を有することになり、材料は、割れの形成及び伝播に抗するであろう。こうして、加工物２０には、微細な結晶粒組織を有する加工物２０の少なくとも１つの領域２１が形成される。
【００１７】
上述したように、回転するプローブ１９は、加工物２０の単数又は複数のある領域２１を摩擦攪拌溶接又は溶解するのに使用することができ、或いは別の実施形態（図示せず）において、回転するプローブ１９は、加工物２０の全て又は実質的に全てを摩擦攪拌溶接又は溶解するのに使用することができる。例えば、本出願人の譲受人は本出願と共に同時に出願された「微細な結晶粒組織を形成するための方法及び装置(Method and Apparatus For Producing a Refined Grain Structure)」と題する同一出願人の米国特許出願に開示されたように、加工物の結晶粒組織を微細化するための方法及び装置を開発してきており、その全開示内容は参照によりここに組み込まれる。
【００１８】
図７及び図８に例示したように、微細化されていない結晶粒組織を有する加工物２０の単数又は複数の領域２２は、例えば加工物２０を機械加工することによって加工物２０から取り除くことができ、それにより微細化された結晶粒組織を有する加工物２０の単数又は複数の領域２１から実質的に構成された半完成品(a blank)２３を形成する。この半完成品２３は、また、微細化された結晶粒組織を有する加工物２０の単数又は複数の領域２１から同半完成品をパンチングすることによっても形成することができる。リベット４は、技術的に既知であるように、加工物２０又は半完成品２３から打ち抜いたり、穿孔したり、押し出し成形したり、或いはミル加工したりすることができる。例えば、リベット４は、ダイにより半完成品２３を押し出し成形するか、或いはパンチで半完成品２３を打ち抜くことにより形成することができる。高い費用対効果でリベット４を製造できるように、１つの半完成品２３を使用して多数のリベット４を形成するのが好ましい。
【００１９】
図１１及び図１２は、リベット４の微細な結晶粒組織をそれぞれ１００倍及び５００倍の倍率で例示しており、このリベット４は、ＡＡ２１９５−Ｔ６系アルミ合金によって本発明に基づいて形成されている。対照的に、図９及び図１０は、ＡＡ２０１７−Ｔ４系アルミ合金から形成された従来のリベット４の結晶粒組織をそれぞれ１００倍及び５００倍の倍率で例示している。本発明に基づいて形成されたリベット４は、割れの形成及び伝播に耐え、従って、製造及び取付中のくびれ、割れ又は裂けに耐えるように改善された成形性をもつ微細な結晶粒組織を有する利点がある。特別な理論に拘束されるのを意味しているのではないが、本発明に基づいてリベット４を形成する微細な結晶粒組織又は細粒材料は、従来のリベットを形成するのに使用された微細化されていない結晶粒組織もしくは粗粒材料よりも成形性がよいが、何故なら前者は、転位動作を妨げるより大きな結晶粒界面積を有しているからである。これは、冷間加工に起因する粒度及び成形性間の従来の関係とは反対である、即ち、冷間加工は強度を高めると共に粒度を微細化するが、成形性を低下させる。
【００２０】
図１３〜図１８を参照すると、構造組立品１は、構造部材２，３がそれらの間に境界面６を画成するように第１の構造部材２を第２の構造部材３に関して位置決めして構成されている。孔もしくは開口５は、図１３に例示されているように、例えば穿孔によって構造部材２，３に形成されている。開口５は、構造部材２，３を互いに関して位置決めする前に又は後に形成することができる。構造部材２，３に形成される開口５の数は、構造部材２，３を結合するのに使用しようと思うリベット４の数によって決まる。図１４に例示したように、各リベット４の軸部１０は、凹部１３を画成する軸部１０の端部１４が第２の構造部材３の開口から延在するように、構造部材２，３により画成された対応の開口５に挿入及び挿通される。
【００２１】
凹部１３を画成する軸部１０の端部１４は、「アプセット」として知られるプロセスで変形されている。アプセットの一つの方法において、軸部１０の端部１４は、圧縮力を軸部１０に加えることにより変形させられる。例えば、図１５〜図１８において矢印１６ａ，１６ｂで例示されているように、プレス１５を使用して圧縮力を軸部１０の端部１４及びリベット４の頭部１１に加えることができる。図１６及び図１７に示すように、プレス１５によって加えられた力は、軸部１０の端部１４とそこに画成された凹部とを圧縮すると共に変形させる、即ち、アプセットする。軸部１０の端部１４の変形により、端部１４の直径が大きくなって、図１８に示すように、第２の頭部１２が形成される。第２の頭部１２の直径は、第２の構造部材３にある対応の開口５の直径よりも大きいので、リベット４は第１及び第２の構造部材２，３を結合し、こうして構造組立品１を形成する。他の実施形態（図示せず）においては、リベット４の軸部１０の端部１４をアプセットするために他の方法及び装置を使用しうる。例えば、リベット４は、通常のリベット打ち機（図示せず）を使用して取り付けることができる。
【００２２】
上述したその他の利点に加えて、本発明のリベット４はまた、構造部材２，３を結合する他の既知の方法とも両立しうる。例えば、図１９に示すように、構造部材２，３を少なくとも部分的に結合して構造組立品１を形成するために、細長い溶接継手２５を形成することができる。この溶接継手２５は、アーク溶接、抵抗溶接及び摩擦溶接を含む種々の方法により形成することができる。図１９に示すように、細長い溶接継手２５は、１つ以上のリベット４の使用をなくすことができる。
【００２３】
細長い溶接継手２５が摩擦攪拌溶接継手である場合、構造部材２，３は、類似又は非類似の金属から形成することができる。構造部材２，３は摩擦攪拌溶接及びリベット４により結合されるので、構造部材２，３は、有利にも、通常の融接技術(fusion welding technique)によっては結合することが不経済であるか或いは溶接することができない非類似の金属から形成することができる。溶接することができない材料は、通常の融接技術によって結合された場合、溶接固化中に割れる傾向のある比較的に脆弱な溶接継手となってしまう。このような材料には、アルミニウムや、特にＡＡ２０００系及び７０００系合金のようなアルミ合金がある。摩擦攪拌溶接及びリベット４の使用は、溶接することができない材料で形成された構造部材２，３がしっかり結合されるのを可能にする。また、摩擦攪拌溶接及びリベット４は、溶接可能な材料を他の溶接可能な材料に及び溶接することができない材料にしっかり結合するためにも使用することができる。例えば、構造部材２，３の一方又は双方はアルミニウム、アルミ合金、チタニウム、又はチタン合金から形成することができる。従って、本発明のこの実施形態によると、構造部材２，３を形成する材料は、広範囲の軽量・高強度金属及び合金から選択することができ、それにより、航空宇宙産業において重大な問題である結果の構造組立品１の総重量を減少させることを容易にする。
【００２４】
図２０を参照すると、本発明の一実施形態に従って、リベットを製造するために実施される諸工程が例示されている。この方法は、微細な結晶粒組織を有する少なくとも１つの領域を画成する加工物を用意することを含んでいる（ブロック３０参照）。一実施形態において、この用意するステップは、リベットの寸法を決定すること、リベットの該寸法に基づいて加工物を選択すること、微細な結晶粒組織を有する少なくとも１つの領域を形成するために該加工物の一部を摩擦攪拌溶接することを含んでいる（ブロック３１，３２及び３３参照）。別の実施形態において、この用意するステップは、微細な結晶粒組織を有する少なくとも１つの領域を画成するために回転する摩擦攪拌溶接プローブを加工物に挿入することを含んでいる（ブロック３４参照）。この回転する摩擦攪拌溶接プローブは、所定の通路に沿って加工物の中を移動することができる（ブロック３５参照）。この方法は、微細な結晶粒組織を有する加工物の少なくとも１つの領域から半完成品を取り出すことを含んでいる（ブロック３６参照）。一実施形態において、加工物は、微細化されていない結晶粒組織を有する加工物の少なくとも１つの領域を除去するために機械加工される（ブロック３７参照）。別の実施形態において、半完成品は、微細な結晶粒組織を有する加工物の少なくとも１つの領域から型抜きされている（ブロック３８参照）。その後、この半完成品は、リベットとして形成される（ブロック３９参照）。一実施形態において、この形成するステップは、ダイにより半完成品を押し出し成形することを含んでいる（ブロック４０参照）。別の実施形態において、この形成するステップは、パンチで半完成品を打抜き加工することを含んでいる（ブロック４１参照）。更に別の実施形態において、除去するステップ及び形成するステップは繰り返されて更なるリベットを形成する（ブロック４２参照）。
【００２５】
次に図２１を参照すると、本発明の別の実施形態に従って、リベットを製造するために実施される諸工程が例示されている。この方法は、加工物を用意することを含んでいる（ブロック５０参照）。微細な結晶粒組織を有する少なくとも１つの領域が加工物に形成される（ブロック５１参照）。一実施形態において、形成するステップは、摩擦攪拌溶接プローブを加工物に挿入することを含んでいる（ブロック５２参照）。この方法はまた、回転する摩擦攪拌溶接プローブを所定通路に沿って移動させることを含んでいる（ブロック５３参照）。別の実施形態において、微細化されていない結晶粒組織を有する加工物の少なくとも１つの領域を除去するために機械加工される（ブロック５４参照）。リベットは、微細な結晶粒組織を有する少なくとも１つの領域から形成される（ブロック５５参照）。一実施形態において、リベットを形成するステップは、微細な結晶粒組織を有する加工物の少なくとも１つの領域から半完成品を取り出すことを含んでいる（ブロック５６参照）。この取り出すステップは、微細な結晶粒組織を有する加工物の少なくとも１つの領域から半完成品を打ち抜くことを含んでいる（ブロック５７参照）。この半完成品はその後リベットとして形成される（ブロック５８参照）。一実施形態において、リベットは、半完成品をダイに通して押し出し成形することにより形成されている（ブロック５９参照）。別の実施形態において、リベットは、パンチで半完成品を打抜き加工することによって形成される（ブロック６０参照）。リベットの形成は繰り返され、更なるリベットを形成することができる（ブロック６１参照）。
【００２６】
本発明についての多くの変形例及びその他の実施形態は、前述の説明及び添付の図面に提示された教示内容の利点を有して、本発明が関係する技術に習熟した者に想到されるであろう。従って、言うまでもなく、本発明は、開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、また、上述の変形例及びその他の実施形態は、特許請求の範囲に含まれるべきものと考えられる。この明細書では特定の用語が用いられているが、それらは、単に一般的且つ説明的意味であり、限定のために使用されているのではない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態に基づく、リベットにより結合された第１及び第２の構造部材を含む構造組立品を例示する立面図である。
【図２】図１の構造組立品を例示する平面図である。
【図３】本発明の一実施形態によるリベットを例示する立面図である。
【図４】図３のリベットを例示する平面図である。
【図５】本発明の一実施形態による、リベット端部がアプセットされた後のリベットを例示する立面図である。
【図６】本発明の一実施形態による、微細な結晶粒組織を有する領域を形成するため加工物を摩擦攪拌溶接するのに使用される摩擦攪拌溶接プローブを例示する斜視図である。
【図７】本発明の一実施形態による、微細な結晶粒組織を有する加工物を例示する斜視図である。
【図８】本発明の一実施形態による、少なくとも一部が微細な結晶粒組織を有している半完成品を例示する斜視図である。
【図９】先行技術において既知であるような、ＡＡ２０１７−Ｔ４系アルミ合金から形成されたリベットの結晶粒組織をほぼ１００倍の倍率で例示する白黒写真である。
【図１０】先行技術において既知であるような、ＡＡ２０１７−Ｔ４系アルミ合金から形成されたリベットの結晶粒組織をほぼ５００倍の倍率で例示する白黒写真である。
【図１１】本発明の一実施形態による、ＡＡ２１９５−Ｔ６アルミ合金から形成されたリベットの微細な結晶粒組織をほぼ１００倍の倍率で例示する白黒写真である。
【図１２】本発明の一実施形態による、ＡＡ２１９５−Ｔ６アルミ合金から形成されたリベットの微細な結晶粒組織をほぼ５００倍の倍率で例示する白黒写真である。
【図１３】本発明の一実施形態による、結合のため位置決めされると共にリベットを受け入れるため開口を画成している、１対の構造部材を例示する立面図である。
【図１４】本発明の一実施形態による、図１３の構造部材により画成された開口に挿入されたリベットを例示する立面図である。
【図１５】本発明の一実施形態による、プレス内に配置された図１４のリベットを例示する立面図である。
【図１６】本発明の一実施形態による、プレスにより部分的にアプセットされた図１５のリベットの端部を例示する立面図である。
【図１７】本発明の一実施形態による、プレスにより更にアプセットされた図１６のリベットの端部を例示する立面図である。
【図１８】本発明の一実施形態による、図１７のリベットを使用する構造部材の結合により形成された構造組立品を例示する立面図である。
【図１９】本発明の一実施形態による、少なくとも１つのリベットを少なくとも部分的になくす細長い溶接継手により結合された構造組立品を例示する平面図である。
【図２０】本発明の一実施形態による、リベットを製造するための諸ステップを例示するフローチャートである。
【図２１】本発明の別の実施形態による、リベットを製造するための諸ステップを例示するフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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