(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに接合された２つの金属体の接合の可否を判定する接合判定装置であって、
互いの間に前記２つの金属体を配置するコイル及び固定具と、
前記コイルに交流電流を流す電源供給回路と、
前記２つの金属体を互いに接続する導体と、
前記コイルに交流電流を流したときに前記２つの金属体に誘導される誘導電流波形を検出する波形検出手段と、
を備えたことを特徴とする接合判定装置。
【請求項２】
前記波形検出手段により検出された誘導電流波形の周期と前記コイルに流れる交流電流の周期とを比較して、前記２つの金属体の接合の可否を判定する判定手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の接合判定装置。
【請求項３】
互いの間に２つの金属体を配置するコイル及び固定具と、前記コイルに交流電流を流す電源供給回路と、を備え、前記コイルに電流を流すことで前記２つの金属体を接合させる電磁圧接装置において、
前記２つの金属体を互いに接続する導体と、
前記コイルに交流電流を流したときに前記２つの金属体に誘導される誘導電流波形を検出する波形検出手段と、
を備えたことを特徴とする電磁圧接装置。
【請求項４】
互いに接合された２つの金属体の接合の可否を判定する接合判定方法であって、
コイルと固定具との間に互いに接合された２つの金属体を配置した状態で前記コイルに交流電流を流す工程と、
前記コイルに交流電流を流したときに導体により互いに接続された前記２つの金属体に誘導される誘導電流波形を検出する工程と、
を順次行うことを特徴とする接合判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接合判定装置、電磁圧接装置、及び、接合判定方法に係り、特に、互いに接合された２つの金属体の接合の可否を判定する接合判定装置、電磁圧接装置、及び、接合判定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、２つの金属体を互いに接合する方法として、固定具とコイルとの間に互いに重ねられた２つの金属体を配置して、コイルに電流を流し磁界を発生させることにより２つの金属同士を接合する電磁溶接方法が知られている。また、アンビルとホーンとの間に互いに重ねられた２つの金属体を挟んで、ホーンを超音波振動させることにより２つの金属体同士を接合する超音波溶接方法も知られている。このように、電磁溶接方法や超音波溶接方法などを用いて接合された２つの金属体については、確実に接合されているか否かの接合可否を判定する必要がある。
【０００３】
従来では、接合可否を判定するために、２つの金属体を切断してその断面を確認する抜き取り検査などが行われていた。しかしながら、このような方法では、抜き取り検査が行われた２つの金属体については、その接合部が切断され破壊されてしまう、という問題があった。
【０００４】
また、超音波溶接方法を用いて２つの金属体を接合する接合装置において、アンビルへの超音波漏れ振動を検出することにより、超音波溶接の良否を判別する可否判定機能を付加したものが提案されている（特許文献１）。しかしながら、アンビルへの超音波漏れ振動は、２つの金属体の接合の影響だけでなく、アンビル自体の影響を受ける。従って、上述したようにアンビルを介して間接的に２つの金属体の良否判定を行う方法では、正確に良否判定を行うことができない、という問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１１５９８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、２つの金属体を破壊することなく正確に接合可否の判定を行うことができる接合判定装置、電磁圧接装置、及び、接合判定方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するための請求項１記載の発明は、互いに接合された２つの金属体の接合の可否を判定する接合判定装置であって、互いの間に前記２つの金属体を配置するコイル及び固定具と、前記コイルに交流電流を流す電源供給回路と、前記２つの金属体を互いに接続する導体と、前記コイルに交流電流を流したときに前記２つの金属体に誘導される誘導電流波形を検出する波形検出手段と、を備えたことを特徴とする接合判定装置に存する。
【０００８】
請求項２記載の発明は、前記波形検出手段により検出された誘導電流波形の周期と前記コイルに流れる交流電流の周期とを比較して、前記２つの金属体の接合の可否を判定する判定手段と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の接合判定装置に存する。
【０００９】
請求項３記載の発明は、互いの間に２つの金属体を配置するコイル及び固定具と、前記コイルに交流電流を流す電源供給回路と、を備え、前記コイルに電流を流すことで前記２つの金属体を接合させる電磁圧接装置において、前記２つの金属体を互いに接続する導体と、前記コイルに交流電流を流したときに前記２つの金属体に誘導される誘導電流波形を検出する波形検出手段と、を備えたことを特徴とする電磁圧接装置に存する。
【００１０】
請求項４記載の発明は、互いに接合された２つの金属体の接合の可否を判定する接合判定方法であって、コイルと固定具との間に互いに接合された２つの金属体を配置した状態で前記コイルに交流電流を流す工程と、前記コイルに交流電流を流したときに導体により互いに接続された前記２つの金属体に誘導される誘導電流波形を検出する工程と、を順次行うことを特徴とする接合判定方法に存する。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように請求項１記載の発明によれば、２つの金属体が接合されていれば２つの金属体とこの２つの金属体を互いに接続する導体とから成る回路が常時閉じて、コイルに交流電流を流したときに２つの金属体に誘導電流が流れ続ける。一方、２つの金属体が接合されていなければ２つの金属体同士がくっついたり離れたりして、２つの金属体とこの２つの金属体を互いに接続する導体とから成る回路が閉じたり開いたりするため、コイルに交流電流を流したときに２つの金属体に流れる誘導電流が乱れる。以上のことに着目し、波形検出手段がコイルに交流電流を流したときに２つの金属体に誘導される誘導電流波形を検出するので、この２つの金属体に流れる誘導電流波形（即ち２つの金属体から直接得られる情報）に基づいて接合可否を判定ができる。よって、２つの金属体を破壊することなく正確に接合可否の判定を行うことができる。
【００１２】
請求項２記載の発明によれば、判定手段が、波形検出手段により検出された誘導電流波形の周期とコイルに流れる交流電流の周期とを比較して、２つの金属体の接合の可否を判定するので、判定員が表示手段に表示された誘導電流波形を見なくても判定手段により接合可否を判定でき、コストダウンを図ることができる。
【００１３】
請求項３記載の発明によれば、波形検出手段がコイルに交流電流を流したときに２つの金属体に誘導される誘導電流波形を検出するので、この２つの金属体に流れる誘導電流波形に基づい接合可否を行うことができる。よって、２つの金属体を破壊することなく正確に接合可否の判定を行うことができる。しかも、電磁圧接装置に波形検出手段を設けることにより、２つの金属体を電磁圧接装置で接合する際に簡単に接合可否を行うことができる。
【００１４】
請求項４記載の発明によれば、コイルに交流電流を流したときに導体により互いに接続された２つの金属体に誘導される誘導電流波形を検出するので、この２つの金属体に流れる誘導電流波形に基づい接合可否を行うことができる。よって、２つの金属体を破壊することなく正確に接合可否の判定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態における本発明の接合判定装置が組み込まれた電磁圧接装置の一実施形態を示す構成図である。
【図２】図１に示す電磁圧接装置のコイル及び固定具間に２つの金属体を配置した状態を一部断面で示す説明図である。
【図３】図１に示す電磁圧接装置を用いた接合判定方法について説明するための説明図である。
【図４】コイルに流れる電流波形と２つの金属体が接合しているときに２つの金属体間に流れる電流波形とを示すグラフである。
【図５】コイルに流れる電流波形と２つの金属体が接合していないときに２つの金属体に流れる電流波形とを示すグラフである。
【図６】第２実施形態における本発明の接合判定装置が組み込まれた電磁圧接装置の一実施形態を示す構成図である。
【図７】図６に示す電磁圧接装置のコイル及び固定具間に２つの金属体を配置した状態を一部断面で示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
第１実施形態
以下、本発明の第１実施形態を、図１〜図５に基づいて説明する。図１及び図２に示すように、電磁圧接装置１０は、コイル１１と、固定具１２と、樹脂台１３と、電源供給回路１４と、万力１５と、導体としての一対のケーブル１６と、導体、波形検出手段としてのオシロスコープ１７と、を備えている。
【００１７】
上記コイル１１は、導電性を有する金属で構成され、平板状に形成されている（即ち、金属板で構成されている）。コイル１１は、図１に示すように、一対の幅広部１１Ａと、幅狭部１１Ｂと、を一体に備えている。一対の幅広部１１Ａは、互いに間隔をあけて配置されている。幅広部１１Ａの平面形状は、例えば矩形状である。一対の幅広部１１Ａの後述の電流が流れる方向（図１中の矢印Ｋで示す）に直交する方向の幅は、互いに等しいとともに、該電流が十分に流れやすい幅となっている。
【００１８】
幅狭部１１Ｂは、一対の幅広部１１Ａ間に配されて、両端が一対の幅広部１１Ａに連なっている。幅狭部１１Ｂの平面形状は、例えば矩形状である。幅狭部１１Ｂの長手方向は、前述した電流が流れる方向Ｋと平行である。幅狭部１１Ｂの電流が流れる方向Ｋに対し直交する方向の幅は、幅広部１１Ａの前述した幅より狭いとともに、前述した電流を集中して流す幅となっている。
【００１９】
前述したコイル１１は、電流が流れると磁界を発生して、その厚みと幅を二等分する軸芯Ｐを中心とした磁束（図２中の矢印Ｇで示す）を発生する。また、コイル１１は、表面上に２つの金属体２１、２２を置くことが可能である。
【００２０】
なお、本明細書に記したコイル１１とは、電流が流れると磁界を発生させるものである。即ち、本明細書に記したコイル１１とは、導線をコイル状（螺旋状）に巻いた所謂コイルや、直線状に形成された導線や、平板状の金属板などの如何なる形状の物品であっても良い。また、コイル１１の幅広部１１Ａ、幅狭部１１Ｂの断面形状は、本実施形態では矩形状であるが、これに限ったものではなく、例えばかまぼこ状や円状など他の形状であってもよい。
【００２１】
上記固定具１２は、四角柱状に形成され、その端面が前記コイル１１の表面と間隔をあけて相対する。固定具１２は、コイル１１との間に２つの金属体２１、２２を挟むことが可能である。勿論、このとき、固定具１２の端面が、前記２つの金属体２１、２２などに重ねられる。
【００２２】
上記樹脂台１３は、絶縁性を有する樹脂で構成され、平板状に形成されている。この樹脂台１３は、表面上にコイル１１が置かれている。上記電源供給回路１４は、コンデンサ１４Ａと、直流電源１４Ｂと、スイッチ１４Ｃと、を備えている。コンデンサ１４Ａ及び直流電源１４Ｂの一端はそれぞれ、前述したコイル１１の一対の幅広部１１Ａのうち一方の幅広部１１Ａに接続している。また、コンデンサ１４Ａ及び直流電源１４Ｂの他端はそれぞれ、スイッチ１４Ｃを介して前述したコイル１１の一対の幅広部１１Ａのうち他方の幅広部１１Ａに接続している。
【００２３】
上記スイッチ１４Ｃの一つの端子Ｔ1は、前述したコイル１１の一対の幅広部１１Ａのうち他方の幅広部１１Ａに接続している。スイッチ１４Ｃの他の一つの端子Ｔ2は、直流電源１４Ｂの他端に接続し、残りの一つの端子Ｔ3は、コンデンサ１４Ａの他端に接続している。
【００２４】
スイッチ１４Ｃの接点Ｐは、端子Ｔ3に設けられていて、端子Ｔ2側に接続されて直流電源１４Ｂからの電気エネルギーをコンデンサ１４Ａに供給する状態と、端子Ｔ1側に接続されてコンデンサ１４Ａに蓄積された電気エネルギーをコイル１１に供給する状態と、端子Ｔ1及び端子Ｔ2の何れにも接続されずに直流電源１４Ｂからの電気エネルギーをコンデンサ１４Ａに供給しないと共にコンデンサ１４Ａに蓄積された電気エネルギーをコイル１１に供給しない状態とが、切り替え自在となっている。
【００２５】
コンデンサ１４Ａは、スイッチ１４Ｃの接点Ｐが端子Ｔ1側に接続されてコイル１１に接続されると、蓄積した電気エネルギーをスイッチ１４Ｃを介してコイル１１に供給する。このため、コンデンサＣは、瞬間的に大電流（直流電源１４Ｂからの電流より大きな電流）をコイル１１に流す。
【００２６】
上記コンデンサ１４Ａからの電気エネルギーは、一部がコイル１１などの抵抗成分により消費され、一部が磁気エネルギーとしてコイル１１に蓄えられる。そして、コンデンサ１４Ａに蓄積された電気エネルギーをコイル１１に供給した結果、コンデンサ１４Ａに蓄積された電気エネルギーがなくなると、今度は逆にコイル１１に蓄えられた磁気エネルギーが電気エネルギーに変換されてコンデンサ１４Ａに供給される。
【００２７】
そして、コイル１１に蓄積された磁気エネルギーを電気エネルギーに変換してコンデンサ１４Ａに供給した結果、コイル１１に蓄積された磁気エネルギーがなくなると、コンデンサ１４Ａに蓄えられた電気エネルギーがコイル１１に供給される。これが電気エネルギーがなくなるまで繰り返される。結果、図４及び図５の点線に示すように、電源供給回路１４は、その振幅が時間経過に応じて減衰する減衰交流電流をコイル１１に流す。上記万力１５は、図２に示すように、上述したコイル１１、固定具１２及び樹脂台１３などを挟んで固定する。なお、ここでは、万力１５を用いているが、コイル１１、固定具１２及び樹脂台１３などを挟んで固定するものであれば万力１５でなくてもよい。
【００２８】
上記一対のケーブル１６及びオシロスコープ１７は、２つの金属体２１、２２の接合可否を判定するために設けられている。上記一対のケーブル１６は、図２に示すように、２つの金属体２１、２２の各々と後述するオシロスコープ１７とをそれぞれ接続する。詳しくは、図３（Ｂ）に示すように、２つの金属体２１、２２が互いに接合しているときに閉回路Ｃが形成され、図３（Ａ）に示すように、２つの金属体２１、２２が離れているときに開回路が形成されるように、一対のケーブル１６が金属体２１、２２にそれぞれ接続されている。
【００２９】
このケーブル１６及びオシロスコープ１７内の電気回路が請求項中の導体に相当する。上記オシロスコープ１７は、上述したように２つの金属体２１、２２に接続されていて、２つの金属体２１、２２に流れる電流を高速に測定して、その表示手段としての表示器１７Ａに横軸を時間、縦軸を金属体２１、２２に流れる電流とした電流波形を表示する装置である。
【００３０】
次に、上述した構成の電磁圧接装置１０を用いた電磁圧接手順及び接合可否判定手順について説明する。まず、前述したコイル１１と固定具１２との間に、図２に示すように、互いに重ねられた２つの金属体２１、２２を挟み込む。この金属体２１、２２としては、例えば車両に配索される電線としてのＦＰＣ（フレキシブル・プリント・サーキット）、ＦＦＣ（フレキシブル・フラット・ケーブル）の芯線などが考えられる。このとき、コイル１１と２つの金属体２１、２２のうちコイル１１側の金属体２１との間に絶縁シートを配置する。また、金属体２１、２２間の縁部に絶縁シート１９を挟んで、金属体２１、２２が互いに間隔を空けた状態で重ねられるようにする。
【００３１】
これにより、樹脂台１３の上には、コイル１１、絶縁シート１８、金属体２１、絶縁シート１９、金属体２２及び固定具１２がこの順に重ねられる。そして、万力１５によって互いに重ねられた樹脂台１３、コイル１１、絶縁シート１８、金属体２１、絶縁シート１９、金属体２２及び固定具１２を挟んで固定する。その後、一端がオシロスコープ１７に接続された一対のケーブル１６の他端を金属体２１、２２にそれぞれ接続する。
【００３２】
この状態で、スイッチ１４Ｃの接点Ｐを端子Ｔ2側に接続して、直流電源１４Ｂからの電荷をコンデンサ１４Ａに蓄積する。その後、スイッチ１４Ｃの接点Ｐを端子Ｔ3側に接続して、コンデンサ１４Ａから瞬間的に大電流をコイル１１に流す。コイル１１は、電流が流れると磁界が発生して、図２中の矢印Ｇで示す磁束を発生する。そして、コイル１１上の２つの金属体２１、２２に磁束を作用させると、その２つの金属体２１、２２双方に渦電流を流して、これら２つの金属体２１、２２を加熱する。さらに、上述した渦電流と磁界とによって、２つの金属体２１、２２には、瞬間的に互いを近づける（衝突させる）電磁力が発生して、図２中の点線で示すように金属体２１の中央が金属体２２に向かって飛翔する。こうして電磁圧接装置１０は、加熱した２つの金属体２１、２２同士を電磁力によって瞬間的に衝突させて、これらの金属体２１、２２同士を接合する。
【００３３】
判定員は、このようにコイル１１を流して金属体２１、２２を接合するときにオシロスコープ１７の表示器１７Ａに表示される波形を見て、金属体２１、２２の接合可否の判定を行う。次に、この判定について詳しく説明する。上述したように金属体２１、２２は、一対のケーブル１６及びオシロスコープ１７により互いに接続されている。よって、図３（Ｂ）に示すように、電磁圧接により金属体２１、２２が接合していれば、金属体２１、２２、ケーブル１６及びオシロスコープ１７からなる回路が閉じて常時、閉回路Ｃが形成される。
【００３４】
このように金属体２１、２２同士が接合されて常時、閉回路Ｃが形成されていれば、金属体２１、２２を接合する際にコイル１１に図４の点線で示すような交流電流を流すと、その間、閉回路Ｃに誘導電流Ｉが流れ続ける。よって、金属体２１、２２間に流れる電流は、図４中の実線に示すように、コイル１１に流れる交流電流と同様に減衰交流波形となる。そして、図４の実線に示すような減衰交流波形がオシロスコープ１７の表示器１７Ａに表示される。
【００３５】
一方、２つの金属体２１、２２が衝突しただけで接合されていない場合、金属体２１、２２を接合する際にコイル１１に交流電流を流すと上述したように２つの金属体２１、２２に大きな衝突力が加わるため、コイル１１と固定具１２との間で２つの金属体２１、２２が振動し、この振動に応じて２つの金属体２１、２２がくっついたり離れたりして、金属体２１、２２、ケーブル１６及びオシロスコープ１７からなる回路が閉じたり開いたりする。
【００３６】
結果、回路が開くと金属体２１、２２間に流れる電流が遮断されてしまうため、図５に示すように、波形に乱れが生じ、減衰交流波形ではなくなる。そして、図５の実線に示すような崩れた波形がオシロスコープ１７の表示器１７Ａに表示される。判定員は、このオシロスコープ１７により表示された波形を見て、接合の可否を判断することができる。
【００３７】
上述した第１実施形態の電磁圧接装置１０によれば、オシロスコープ１７がコイル１１に交流電流を流したときに２つの金属体２１、２２に誘導される誘導電流波形を検出して、その検出した誘導電流波形を表示器１７Ａに表示するので、この２つの金属体２１、２２に流れる誘導電流波形（即ち２つの金属体２１、２２から直接得られる情報）に基づいて金属体２１、２２の接合可否を判定できる。よって、２つの金属体２１、２２を破壊することなく正確に接合可否の判定を行うことができる。しかも、電磁圧接装置１０にオシロスコープ１７を設けることにより、２つの金属体２１、２２を電磁圧接装置１０で接合する際に簡単に接合可否を行うことができる。
【００３８】
第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態を、図６及び図７に基づいて説明する。なお、図６及び図７においては、図１及び図２について上述した第１実施形態で既に説明した電磁圧接装置１０を同等の部分については同一符号を付してその詳細な説明を省略する。第１実施形態と第２実施形態とで大きく異なる点は、電磁圧接装置１０が、サーチコイル２４と、マイクロコンピュータ（μＣＯＭ）２５と、表示器２６と、をさらに備えた点である。
【００３９】
上記サーチコイル２４は、コイル１１及び電源供給回路１４から成る放電回路周辺に配置されている。よって、コイル１１に交流電流が流れると、この交流電流により磁界が発生する。そして、この磁界の変化によりサーチコイル２４には、コイル１１に流れる交流電流に応じた誘導電流が流れる。このサーチコイル２４は、オシロスコープ１７に接続されている。オシロスコープ１７は、サーチコイル２４に流れる電流を高速に測定して、電流波形を検出する。即ち、サーチコイル２４及びオシロスコープ１７とが、コイル１１に流れる交流電流波形を検出する。
【００４０】
上記オシロスコープ１７は、検出した図５及び図６の点線で示すコイル１１に流れる交流電流の波形と、図５及び図６の実線で示す２つの金属体２１、２２に誘導される誘導電流波形と、をμＣＯＭ２５に対して供給する。上記μＣＯＭ２５は、オシロスコープ１７から供給されたコイル１１に流れる交流電流波形と２つの金属体２１、２２に誘導される誘導電流波形とを比較して、接合可否を判別して、その判定結果を表示器２６に対して出力する。
【００４１】
接合可否の判別について詳しく説明すると、まず、μＣＯＭ２５は、オシロスコープ１７から上記交流電流波形及び誘導電流波形が供給されると、供給された交流電流波形及び誘導電流波形の周期を求める。周期を求める一例としては、交流電流波形のピークとピークとの間の時間から求めることが考えられる。
【００４２】
その後、μＣＯＭ２５は、コイル１１に流れる交流電流波形の周期と２つの金属体２１、２２に誘導される誘導電流波形の周期とを比較して、その周期の差が閾値以下であれば、コイル１１に流れる交流電流波形の周期と２つの金属体２１、２２に誘導される誘導電流波形の周期とがほぼ等しく、２つの金属体２１、２２が接合していると判定する。
【００４３】
これに対して、上記周期の差が閾値を超えてれば、２つの金属体２１、２２に誘導される誘導電流波形が乱れて、コイル１１に流れる交流電流波形の周期と２つの金属体２１、２２に誘導される誘導電流波形の周期とが一致せずに、２つの金属体２１、２２が接合していないと判定する。μＣＯＭ２５は、この判定結果を表示器２６に対して出力する。これにより表示器２６に判定結果が表示される。
【００４４】
上述したようにμＣＯＭ２５が、オシロスコープ１７により検出された金属体２１、２２に流れる誘導電流波形の周期とコイルに流れる交流電流波形の周期とを比較して、２つの金属体２１、２２の接合の可否を判定するので、判定員が表示器１７Ａに表示された誘導電流波形を見なくてもμＣＯＭ２５により接合可否を判定でき、コストダウンを図ることができる。
【００４５】
なお、上述した第１及び第２実施形態では、電磁圧接装置１０に接合された２つの金属体２１、２２の接合可否を判別していたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、超音波溶接により接合された２つの金属体２１、２２をコイル１１と固定具１２との間に挟んでコイル１１に交流電流を流してその接合の可否を検出するようにしてもよい。
【００４６】
また、上述した第２実施形態では、オシロスコープ１７から入力した交流電流波形からその周期を求めていたが本発明はこれに限ったものではない。例えば、実験などにより予めコイル１１に流れる交流電流の周期を測定して、μＣＯＭ２５のメモリに記録させ、そのメモリに記録した周期を用いるようにしてもよい。
【００４７】
また、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１０    電磁圧接装置
１１    コイル
１２    固定具
１４    電源供給回路
１６    ケーブル（導体）
１７    オシロスコープ（導体、波形検出手段）
１７Ａ  表示器（表示手段）
２５    μＣＯＭ（判定手段）
２１    金属体
２２    金属体
【図１】
0005555506.tif 000002
【図２】
0005555506.tif 000003
【図３】
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【図４】
0005555506.tif 000005
【図５】
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【図６】
0005555506.tif 000007
【図７】
0005555506.tif 000008