(57)【要約】      （修正有）【課題】摩擦撹拌接合工程中の材料の流入・摩擦撹拌・塑性流動の各過程を正確に反映させて当該接合の良否を正確に判定することが可能な良否判定方法を提供する。【解決手段】摩擦撹拌接合を行う工具ピンを回転駆動する駆動モータへの交流供給電流を検出し、検出された交流供給電流の等価正弦波からモーメント曲線を得、振幅モーメント量の平均値を連ねた流入エネルギー平均曲線を直線化してこれを第１基準直線として、当該第１基準直線に対して前記各摩擦撹拌点を再配置し、再配置された前記各摩擦撹拌点を連ねた曲線の極大点を流入対応負荷点としてこれらの平均曲線を流入対応負荷曲線とするとともに、前記極小点を塑性流動負荷点としてこれらの平均曲線を塑性流動負荷曲線とし、流入対応負荷曲線と前記塑性流動負荷曲線の非対称性の頻度およびその程度から摩擦撹拌接合の良否を判定する。【選択図】図２
2018051592.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
摩擦撹拌接合を行う工具ピンを回転駆動する駆動モータへの交流供給電流を検出し、
検出された交流供給電流の等価正弦波を算出し
前記等価正弦波の所定サイクル内における前記交流供給電流の振幅モーメント量を算出してモーメント曲線を得、
前記モーメント曲線の極小点を得て、これら極小点を摩擦撹拌点とし、
前記モーメント曲線のうちで、各摩擦撹拌点に対してその直前の摩擦撹拌点と当該直前の摩擦撹拌点から前記各摩擦撹拌点の間に存在する各点の振幅モーメント量の平均値を連ねた流入エネルギー平均曲線を得、
前記流入エネルギー平均曲線を直線化してこれを第１基準直線として、当該第１基準直線に対して前記各摩擦撹拌点を再配置し、
再配置された前記各摩擦撹拌点を連ねた曲線から極大点と極小点を得て、前記極大点を流入対応負荷点としてこれらの平均曲線を流入対応負荷曲線とするとともに、前記極小点を塑性流動負荷点としてこれらの平均曲線を塑性流動負荷曲線とし、
前記摩擦撹拌点の上昇方向変化終点の分布中央位置を流入分岐点としてこれら流入分岐点の平均曲線を流入分岐線とし、
前記摩擦撹拌点の下降方向変化終点の分布中央位置を塑性流動分岐点としてこれら塑性流動分岐点の平均曲線を塑性流動分岐線とし、
前記流入分岐線と塑性流動分岐線の両者の中央値を連ねた中央値曲線を得、
前記中央値曲線を直線化してこれを第２基準直線として、当該第２基準直線に対して前記流入対応負荷曲線と塑性流動負荷曲線を再配置し、
前記流入対応負荷曲線と前記塑性流動負荷曲線の前記第２基準直線に対する非対称性の頻度および／又はその程度から摩擦撹拌接合の良否を判定する
ことを特徴とする摩擦撹拌接合の良否判定方法。
【請求項２】
摩擦撹拌接合を行う工具ピンを回転駆動する駆動モータへの交流供給電流を検出し、
検出された交流供給電流の等価正弦波を算出し
前記等価正弦波の各点における交流供給電流の振幅モーメント量を算出してモーメント曲線を得、
前記モーメント曲線の極小点を得て、これら極小点を摩擦撹拌点とし、
前記モーメント曲線のうちで、各摩擦撹拌点に対してその直前の摩擦撹拌点と当該直前の摩擦撹拌点から前記各摩擦撹拌点の間に存在する各点の振幅モーメント量の平均値を連ねた流入エネルギー平均曲線を得、
前記流入エネルギー平均曲線を直線化してこれを第１基準直線として、当該第１基準直線に対して前記各摩擦撹拌点を再配置し、
再配置された前記各摩擦撹拌点を連ねた曲線から得られる極大点のうち、その直後の摩擦撹拌点が当該極大点から所定量以上下降した位置にある極小点となりかつさらに当該極小点の直後の摩擦撹拌点が極大点となっているものを鋭敏反応点として、所定時間内に当該鋭敏反応点が現れる頻度から摩擦撹拌接合の良否を判定する
ことを特徴とする摩擦撹拌接合の良否判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は摩擦撹拌接合の良否判定方法に関し、特に当該接合に使用する工具ピンの駆動モータへの供給電流変化によって良否を判定する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
摩擦撹拌接合は工具ピンを駆動モータで回転させつつ、当該工具ピンの、ネジ部を形成した先端プローブを対象材の接合端面間に進入させて材料の流入、その摩擦撹拌および塑性流動を生じさせて対象材を接合するもので、溶接歪が小さく高温割れ等を生じることなくアルミニウム合金の接合や異材の接合や容易に行えるという特徴を有している。
【０００３】
摩擦撹拌接合においては工具ピンの先端プローブが上述のように材料の流入・摩擦撹拌・塑性流動を生じさせ、先端プローブに続く大径のショルダ部が塑性流動する材料の外部への漏出を抑えている。
【０００４】
ところで、摩擦撹拌接合を行う際には工具ピンを対象材の表面に常に安定に接触させることが必要で、安定な接触を欠くと、撹拌不足によるキッシングボンドや裏面空洞欠陥、撹拌過多による表面空洞欠陥、あるいは工具ピン荷重の不足による切断欠陥等を生じる。
【０００５】
そこで、例えば特許文献１には、摩擦撹拌接合中の回転ツールの主軸部の振動加速度を検出してその出力信号波形の度数分布より接合の良否を判定する方法が示されている。また、特許文献２には、工具ピンと対象材の間に電圧を印加して、両者が接触したときに流れる電流を検出して接合の良否を判定する方法が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−１５５９２９
【特許文献２】特開２００２−２３９７５４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記従来方法のいずれも摩擦撹拌接合の良否を未だ十分な精度で判定することはできなかった。
【０００８】
本発明はこのような課題を解決するもので、摩擦撹拌接合工程中の材料の流入・摩擦撹拌・塑性流動の各過程を正確に反映させて当該接合の良否を正確に判定することが可能な摩擦撹拌接合の良否判定方法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】
【０００９】
上記目的を達成するために本第１発明では、
摩擦撹拌接合を行う工具ピンを回転駆動する駆動モータへの交流供給電流を検出し、
検出された交流供給電流の等価正弦波を算出し、
前記等価正弦波の所定サイクル内における前記交流供給電流の振幅モーメント量を算出してモーメント曲線を得、
前記モーメント曲線の極小点を得て、これら極小点を摩擦撹拌点とし、
前記モーメント曲線のうちで、各摩擦撹拌点に対してその直前の摩擦撹拌点と当該直前の摩擦撹拌点から前記各摩擦撹拌点の間に存在する各点の振幅モーメント量の平均値を連ねた流入エネルギー平均曲線を得、
前記流入エネルギー平均曲線を直線化してこれを第１基準直線として、当該第１基準直線に対して前記各摩擦撹拌点を再配置し、
再配置された前記各摩擦撹拌点を連ねた曲線から極大点と極小点を得て、前記極大点を流入対応負荷点としてこれらの平均曲線を流入対応負荷曲線とするとともに、前記極小点を塑性流動負荷点としてこれらの平均曲線を塑性流動負荷曲線とし、
前記摩擦撹拌点の上昇方向変化終点の分布中央位置を流入分岐点としてこれら流入分岐点の平均曲線を流入分岐線とし、
前記摩擦撹拌点の下降方向変化終点の分布中央位置を塑性流動分岐点としてこれら塑性流動分岐点の平均曲線を塑性流動分岐線とし、
前記流入分岐線と塑性流動分岐線の両者の中央値を連ねた中央値曲線を得、
前記中央値曲線を直線化してこれを第２基準直線として、当該第２基準直線に対して前記流入対応負荷曲線と塑性流動負荷曲線を再配置し、
前記流入対応負荷曲線と前記塑性流動負荷曲線の前記第２基準直線に対する非対称性の頻度およびその程度から摩擦撹拌接合の良否を判定する。
本第１発明において、「所定サイクル」は例えば前半の１/４サイクルであり、「振幅モーメント量」は、交流供給電流の各点における振幅モーメント値を積算して得られる。振幅モーメント値は、等価正弦波の振幅値（絶対値）と、これと交流供給電流の振幅値（絶対値）の差を乗じたものである。この場合、上記振幅モーメント値を、交流供給電流の振幅値が等価正弦波の振幅値よりも大きくなっている点のみで算出するようにしても良い。
【００１０】
本第１発明においては、摩擦撹拌接合工程中の材料の流入・摩擦撹拌・塑性流動の各過程を正確に反映する流入対応負荷曲線と前記塑性流動負荷曲線の非対称性の頻度およびその程度から摩擦撹拌接合の良否を正確に判定することができる。
【００１１】
本第２発明では、
摩擦撹拌接合を行う工具ピンを回転駆動する駆動モータへの交流供給電流を検出し、
検出された交流供給電流の等価正弦波を算出し
前記等価正弦波の各点における交流供給電流のモーメント量を算出してモーメント曲線を得、
前記モーメント曲線の極小点を得て、これら極小点を摩擦撹拌点とし、
前記モーメント曲線のうちで、各摩擦撹拌点に対してその直前の摩擦撹拌点と当該直前の摩擦撹拌点から前記各摩擦撹拌点の間に存在する各点の振幅モーメント量の平均値を連ねた流入エネルギー平均曲線を得、
前記流入エネルギー平均曲線を直線化してこれを第１基準直線として、当該第１基準直線に対して前記各摩擦撹拌点を再配置し、
再配置された前記各摩擦撹拌点を連ねた曲線から得られる極大点のうちから鋭敏反応点を抽出して、所定時間内に前記鋭敏反応点が現れる頻度から摩擦撹拌接合の良否を判定する。
【００１２】
本第２発明においては、鋭敏反応点は、対象材の流入・摩擦撹拌・塑性流動という摩擦撹拌接合の工程が十分に行われず全体として撹拌不足の点を示しているから、鋭敏反応点が現れる頻度によって摩擦撹拌接合の良否を正確に判定することができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように本発明の摩擦撹拌接合の良否判定方法によれば、摩擦撹拌接合工程中の材料の流入・摩擦撹拌・塑性流動の各過程を正確に反映させて当該接合の良否を正確に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態を示す、本発明方法を実施する装置の構成を示す図である。
【図２】駆動モータの交流供給電流の波形の一例を示す図である。
【図３】図２のＥ部拡大図である。
【図４】振幅モーメント値の算出方法を示す交流供給電流の波形拡大図である。
【図５】交流供給電流波形の半サイクル毎に算出された振幅モーメント量の時間変化の一例を示す図である。
【図６】振幅モーメント量を連ねた振幅モーメント曲線（折れ線）を示す図で、図５のＦ部拡大図である。
【図７】図６の一部を拡大した図である。
【図８】摩擦撹拌点の分布と流入エネルギー平均曲線を示す図である。
【図９】流入エネルギー平均曲線を直線化した第１基準直線に対して各摩擦撹拌点を再配置した図である。
【図１０】再配置された各摩擦撹拌点を連ねた曲線（折れ線）の流入対応負荷点と塑性流動負荷点を示す図である。
【図１１】流入対応負荷曲線と塑性流動負荷曲線を示す図である。
【図１２】流入分岐線と塑性流動分岐線を示す図である。
【図１３】流入分岐線と塑性流動分岐線の中央値を連ねた中央値曲線を直線化した第２基準直線に対して流入対応負荷曲線と塑性流動負荷曲線を再配置した図である。
【図１４】本発明の第２実施形態における、摩擦撹拌点を連ねた曲線（折れ線）のうちの鋭敏反応点を示す図である。
【図１５】鋭敏反応点が現れる割合の時間変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
なお、以下に説明する実施形態はあくまで一例であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が行う種々の設計的改良も本発明の範囲に含まれる。
【００１６】
（第１実施形態）
摩擦撹拌接合は図１に示すように、工具ピン１を駆動モータ２で回転させつつ、左右の対象材Ｍ１，Ｍ２の接合端面の境界Ｂに工具ピン１の小径の先端プローブ１１を進入させ、続いて先端プルーブ１１に続く大径のショルダ部１２端面を対象材Ｍ１，Ｍ２の表面に圧接嵌入させる。そして、対象材Ｍ１，Ｍ２の流入・摩擦撹拌・塑性流動を生じさせ、この状態で上記境界Ｂに沿って工具ピン１を移動させることで対象材Ｍ１，Ｍ２同士を接合する。駆動モータ２への交流供給電流はクランプメータ２１によって検出され、Ａ／Ｄ変換回路２２を経てコンピュータ３に入力している。そして、以下に説明する各処理がコンピュータ３内で行われる。
【００１７】
図２には上記交流供給電流Ｉsの波形の一例を示す。図２は駆動モータ２をインバータサーボ速度制御している場合の電流波形であり、上記モータ２の回転速度を決定する所定周波数の交流波形に細かい振動波形が重畳している。発明者はこの振動波形に、材料の流入・摩擦撹拌・塑性流動に伴う負荷変動の情報が含まれているものと考えた。
【００１８】
そこで、交流供給電流波形Ｉsの半サイクル毎に、図３に示すように当該電流波形Ｉsに大きく移動平均をかけてその近似線Ｉsaを得る。そして、近似線Ｉsaが零を横切る二点Ｐ01,Ｐ02を確定し、続いて、この二点Ｐ01,Ｐ02に対しこれらを通る上記交流供給電流波形Ｉsの等価正弦波Ｉseを得る。
【００１９】
そしてさらに図４に示すように、交流供給電流波形Ｉsの各半サイクルのうち、前半の１／４サイクル（すなわち零点から頂点に上昇する間）について各点（コンピュータのサンプル点）における振幅モーメント値Ｍａを算出する。振幅モーメント値Ｍａは、１／４サイクルの間の各点における等価正弦波Ｉseの振幅値（絶対値）Ａseと、当該各点における交流供給電流波形Ｉsの振幅値（絶対値）と等価正弦波Ｉseの振幅値（絶対値）の差Ａsdとを乗じたものである。この場合、振幅モーメント値Ｍa（＝Ａse・Ａsd）は、交流供給電流波形Ｉsの振幅値が等価正弦波Ｉseの振幅値Ａseよりも大きくなっている各点のみについて算出する。このように、振幅モーメント値Ｍaの算出を上記１／４サイクル内で所定の範囲でのみ行うのは、この範囲の振幅モーメント値Ｍaが、加工に寄与する程度が大きいと考えられるからである。
【００２０】
続いて、算出された上記各振幅モーメント値Ｍaを積算して、この積算値Ｍamを、交流供給電流波形Ｉsの当該半サイクルにおける振幅モーメント量とする。図５に、交流供給電流波形の半サイクル毎に算出された振幅モーメント量Ｍamの時間変化の一例を示す。図５中のＡ領域は工具ピンの先端プローブが対象材の接合端面境界に進入していく過程、Ｂ領域は工具ピンのショルダ部が対象材表面に圧接嵌入していく過程、Ｃ領域は工具ピンが一定位置に留まって回転している過程、Ｄ領域は工具ピンが対象材の接合端面境界に沿って移動して両対象材の接合を行っている過程をそれぞれ示している。
【００２１】
図６は振幅モーメント量Ｍamの変化を、時間軸を拡大して示したもので、図５のＢ部拡大図である。振幅モーメント量Ｍamは図６に示すように、本実施形態では交流供給電流波形Ｉsの半サイクル毎の離散的な値として得られるから、各振幅モーメント量Ｍamを連ねた振幅モーメント曲線Ｌamは折れ線となる。発明者はこの振幅モーメント曲線（折れ線）Ｌamの極小点に注目した。すなわち、振幅モーメント量Ｍamは工具ピン１の回転負荷に対応していると考えられ、振幅モーメント曲線Ｌamの極小点は、摩擦撹拌の結果、工具ピン１の回転負荷が一時的に小さくなった点（摩擦撹拌点）Ｐfsであるとした。なお、振幅モーメント曲線Ｌamの極小点を連ねた曲線（折れ線）を得た後、さらに当該曲線の極小点を得て、これを摩擦撹拌点Ｐfsとしても良い。
【００２２】
図７は図６の一部を拡大したものである。図７において、各摩擦撹拌点Ｐfsに対してその直前の摩擦撹拌点Ｐfs-1と当該直前の摩擦撹拌点Ｐfs-1から上記各摩擦撹拌点Ｐfsの間に存在する各点Ｐm1，Ｐm2の振幅モーメント量は、各摩擦撹拌点Ｐfsに達するための流入エネルギーに対応するものと考えられる。そこで、各摩擦撹拌点Ｐfsについて、当該摩擦撹拌点Ｐfsに達するための各点Ｐfs-1，Ｐm1，Ｐm2の振幅モーメント量の平均値Ｍamaを算出し、これを連ねて流入エネルギー平均曲線（折れ線）Ｌieaとする。
【００２３】
図８には時間軸を図５と同様に縮小した場合の、各摩擦撹拌点Ｐfsの分布と流入エネルギー平均曲線Ｌieaを示す。図５中のＡ領域〜Ｄ領域は上述したものと同様の領域である。以下の各図においても同様である。続いて、流入エネルギー平均曲線Ｌieaを直線化してこれを第１基準直線とし（図９）、当該第１基準直線Ｌieaに対して上記各摩擦撹拌点Ｐfsを再配置する。これにより、各摩擦撹拌点Ｐfsの振幅モーメント量が単位流入エネルギーに対応するものとなり、異なる接合条件下で共通した接合加工の評価が可能となる。
【００２４】
次に、再配置された各摩擦撹拌点Ｐfsを連ねた曲線（折れ線）を得て、当該曲線の極大点を流入対応負荷点（図１０）Ｐfsiとするとともに、上記曲線の極小点を塑性流動負荷点Ｐfspとする（同図）。なお、再配置された各摩擦撹拌点Ｐfsを連ねた曲線（折れ線）の極大点をさらに連ねた曲線（折れ線）の極大点を流入対応負荷点Ｐfsiとし、上記曲線（折れ線）の極小点をさらに連ねた曲線（折れ線）の極小点を塑性流動負荷点Ｐfspとしても良い。
【００２５】
そして、図１１に示すように、上記流入対応負荷点Ｐfsiの平均曲線を得て、これを流入対応負荷曲線Ｌfsiとするとともに、上記塑性流動負荷点Ｐfspの平均曲線を得て、これを塑性流動負荷曲線Ｌfspとする。なお、流入対応負荷点Ｐfsiは材料の流入と摩擦撹拌能力が平衡する点でかつこれ以降摩擦撹拌能力が上回って工具ピン１の回転負荷が減少する（駆動モータ２の回転速度を維持するための交流供給電流Ｉsが減少する）点であると考えられる。また、塑性流動負荷点Ｐfspは材料の流入と摩擦撹拌能力が平衡する点でかつこれ以降材料の流入が上回って工具ピン１の回転負荷が増大する（駆動モータ２の回転速度を維持するための交流供給電流Ｉsが増大する）点であると考えられる。
【００２６】
続いて、上記再配置された摩擦撹拌点Ｐfsを連ねた曲線（折れ線）において、上昇方向へ向かう線部分の変化終点を所定数づつ連続して抽出してこれら変化終点の分布中央位置を流入分岐点とし、さらにこれら流入分岐点の平均曲線（折れ線）を得てこれを図１２に示す流入分岐線Ｌicとする。同様に、上記摩擦撹拌点を連ねた曲線（折れ線）において、下降方向へ向かう線部分の変化終点を所定数づつ連続して抽出してこれら変化終点の分布中央位置を塑性流動分岐点とし、さらに、これら塑性流動分岐点の平均曲線（折れ線）を得てこれを図１２に示す塑性流動分岐線Ｌpcとする。
【００２７】
次に、流入分岐線Ｌicと塑性流動分岐線Ｌpcの中央値を連ねた中央値曲線Ｌccを得て（図１２）、この中央値曲線Ｌccを直線化してこれを第２基準直線とし、当該第２基準直線に対して上記流入分岐線Ｌicと塑性流動分岐線Ｌpc、および上記流入対応負荷曲線Ｌfsiと塑性流動負荷曲線Ｌfspを再配置する（図１３）。
【００２８】
流入対応負荷曲線Ｌfsiと塑性流動負荷曲線Ｌfspは、摩擦撹拌接合において材料の流入と塑性流動のバランスが良好である場合は第２基準直線Ｌccに対して対称形状になる。そこで、接合工程のＡ領域〜Ｄ領域の中で上記両曲線が非対称となる部分では接合が良好に行われていないおそれがある。特に、図１３中のＸ部やＹ部では流入対応負荷曲線Ｌfsiの絶対値が塑性流動負荷曲線Ｌfspのそれよりも小さく両者の形状が第２基準直線Ｌccに対して非対称になっている。この非対称の程度や頻度によって接合加工がどうなるかを実験的に予め確認しておくことで、上記Ａ領域〜Ｄ領域の各時間帯において現れる、流入対応負荷曲線Ｌfsiと塑性流動負荷曲線Ｌfspの形状の非対称性の程度や頻度から接合加工の良否を確実に判定することができる。
【００２９】
（第２実施形態）
第１実施形態と同様の手順で第１基準直線Ｌieaに対して再配置された各摩擦撹拌点Ｐfsを得て（図９参照）、これら摩擦撹拌点Ｐfsを連ねた曲線（折れ線）の一例を図１４に示す。発明者はこのような摩擦撹拌点のうち、急激な変化を示す以下の条件（１）〜（３）を満足する摩擦撹拌点（鋭敏反応点）Ｐfssに注目した。すなわち、（１）鋭敏反応点Ｐfssは上記曲線の極大点である（２）鋭敏反応点Ｐfssに続く次の摩擦撹拌点Ｐfs+1が極小点であり、かつ鋭敏反応点Ｐfssから次の摩擦撹拌点Ｐfs+1に向けて所定量ｄ以上下降している（３）次の摩擦撹拌点Ｐfs+1に続くさらに次の摩擦撹拌点Ｐfs+2が極大点である。以上の条件を満たす鋭敏反応点Ｐfssでは、対象材の流入・摩擦撹拌・塑性流動という摩擦撹拌接合の工程が十分に行われず全体として撹拌不足であると考えられる。
【００３０】
そこで、鋭敏反応点Ｐfssが一定時間帯毎にどの程度の割合（％）で現れるかによって、接合の良否を判定することができる。図１５は鋭敏反応点Ｐfssが現れる割合（％）の時間変化曲線（折れ線）Ｌfssの一例を示すものである。なお、割合は下方が増加方向である。
【００３１】
Ａ領域では、工具ピン１の先端プローブ１１のみが対象材Ｍ１，Ｍ２の接合端面境界Ｂに進入しているから、対象材Ｍ１，Ｍ２の材料の流入は次第に増加するものの摩擦撹拌機能は未だ十分に発揮されておらず、不安定領域であって、鋭敏反応点Ｐfssの出現割合は漸次増加している。Ｂ領域では、工具ピン１のショルダ部１２が対象材Ｍ１，Ｍ２表面に圧接嵌入していくに従って摩擦撹拌能力が確保されていくため、鋭敏反応点Ｐfssの割合は急激に低下する。
【００３２】
Ｃ領域では、工具ピン１が一定位置に留まって回転しているため材料の流入が無く不安定で摩擦撹拌機能が発揮されず、鋭敏反応点Ｐfssの割合が増大する。Ｄ領域は工具ピン１が対象材Ｍ１，Ｍ２の接合端面境界Ｂに沿って移動して両対象材Ｍ１，Ｍ２の接合を行う通常の加工領域であり、対象材Ｍ１，Ｍ２の流入・摩擦撹拌・塑性流動の過程が安定して繰り返される。したがって、この領域Ｄでは鋭敏反応点Ｐfssの割合は低く維持される。したがって、Ｄ領域で鋭敏反応点の割合が急増する場合は、接合が良好に行われていないおそれがある。また本実施形態では特に、Ｂ領域、Ｃ領域において、工具ピン１のショルダ部１２が対象材Ｍ１，Ｍ２表面に適正に接触し嵌入しているか否かを、これら領域Ｂ，Ｃにおける鋭敏反応点Ｐfssの割合を監視することによって判定することもできる。
【符号の説明】
【００３３】
１…工具ピン、１１…先端プローブ、１２…ショルダ部、２…駆動モータ、２１…クランプメータ、２２…Ａ／Ｄ変換回路、３…コンピュータ、Ｂ…境界、Ｍ１，Ｍ２…対象材。
【図１】
2018051592.tif 000003
【図２】
2018051592.tif 000004
【図３】
2018051592.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2018051592.tif 000009
【図８】
2018051592.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2018051592.tif 000012
【図１１】
2018051592.tif 000013
【図１２】
2018051592.tif 000014
【図１３】
2018051592.tif 000015
【図１４】
2018051592.tif 000016
【図１５】
2018051592.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成28年12月12日(2016.12.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
摩擦撹拌接合を行う工具ピンを回転駆動する駆動モータへの交流供給電流を検出し、
検出された交流供給電流の等価正弦波を算出し、
前記等価正弦波の所定サイクル内における前記交流供給電流の振幅モーメント量を算出して振幅モーメント曲線を得、
前記振幅モーメント曲線の極小点を得て、これら極小点を摩擦撹拌点とし、
前記振幅モーメント曲線のうちで、各摩擦撹拌点に対してその直前の摩擦撹拌点と当該直前の摩擦撹拌点から前記各摩擦撹拌点の間に存在する各点の振幅モーメント量の平均値を連ねた流入エネルギー平均曲線を得、
前記流入エネルギー平均曲線を直線化してこれを第１基準直線として、当該第１基準直線に対して前記各摩擦撹拌点を再配置し、
再配置された前記各摩擦撹拌点を連ねた曲線から極大点と極小点を得て、前記極大点を流入対応負荷点としてこれらの平均曲線を流入対応負荷曲線とするとともに、前記極小点を塑性流動負荷点としてこれらの平均曲線を塑性流動負荷曲線とし、
前記摩擦撹拌点の上昇方向変化終点の分布中央位置を流入分岐点としてこれら流入分岐点の平均曲線を流入分岐線とし、
前記摩擦撹拌点の下降方向変化終点の分布中央位置を塑性流動分岐点としてこれら塑性流動分岐点の平均曲線を塑性流動分岐線とし、
前記流入分岐線と塑性流動分岐線の両者の中央値を連ねた中央値曲線を得、
前記中央値曲線を直線化してこれを第２基準直線として、当該第２基準直線に対して前記流入対応負荷曲線と塑性流動負荷曲線を再配置し、
前記流入対応負荷曲線と前記塑性流動負荷曲線の前記第２基準直線に対する非対称性の頻度および／又はその程度から摩擦撹拌接合の良否を判定する
ことを特徴とする摩擦撹拌接合の良否判定方法。
【請求項２】
摩擦撹拌接合を行う工具ピンを回転駆動する駆動モータへの交流供給電流を検出し、
検出された交流供給電流の等価正弦波を算出し、
前記等価正弦波の所定サイクル内における前記交流供給電流の振幅モーメント量を算出して振幅モーメント曲線を得、
前記振幅モーメント曲線の極小点を得て、これら極小点を摩擦撹拌点とし、
前記振幅モーメント曲線のうちで、各摩擦撹拌点に対してその直前の摩擦撹拌点と当該直前の摩擦撹拌点から前記各摩擦撹拌点の間に存在する各点の振幅モーメント量の平均値を連ねた流入エネルギー平均曲線を得、
前記流入エネルギー平均曲線を直線化してこれを第１基準直線として、当該第１基準直線に対して前記各摩擦撹拌点を再配置し、
再配置された前記各摩擦撹拌点を連ねた曲線から得られる極大点のうち、その直後の摩擦撹拌点が当該極大点から所定量以上下降した位置にある極小点となりかつさらに当該極小点の直後の摩擦撹拌点が極大点となっているものを鋭敏反応点として、所定時間内に当該鋭敏反応点が現れる頻度から摩擦撹拌接合の良否を判定する
ことを特徴とする摩擦撹拌接合の良否判定方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
上記目的を達成するために本第１発明では、
摩擦撹拌接合を行う工具ピンを回転駆動する駆動モータへの交流供給電流を検出し、
検出された交流供給電流の等価正弦波を算出し、
前記等価正弦波の所定サイクル内における前記交流供給電流の振幅モーメント量を算出して振幅モーメント曲線を得、
前記振幅モーメント曲線の極小点を得て、これら極小点を摩擦撹拌点とし、
前記振幅モーメント曲線のうちで、各摩擦撹拌点に対してその直前の摩擦撹拌点と当該直前の摩擦撹拌点から前記各摩擦撹拌点の間に存在する各点の振幅モーメント量の平均値を連ねた流入エネルギー平均曲線を得、
前記流入エネルギー平均曲線を直線化してこれを第１基準直線として、当該第１基準直線に対して前記各摩擦撹拌点を再配置し、
再配置された前記各摩擦撹拌点を連ねた曲線から極大点と極小点を得て、前記極大点を流入対応負荷点としてこれらの平均曲線を流入対応負荷曲線とするとともに、前記極小点を塑性流動負荷点としてこれらの平均曲線を塑性流動負荷曲線とし、
前記摩擦撹拌点の上昇方向変化終点の分布中央位置を流入分岐点としてこれら流入分岐点の平均曲線を流入分岐線とし、
前記摩擦撹拌点の下降方向変化終点の分布中央位置を塑性流動分岐点としてこれら塑性流動分岐点の平均曲線を塑性流動分岐線とし、
前記流入分岐線と塑性流動分岐線の両者の中央値を連ねた中央値曲線を得、
前記中央値曲線を直線化してこれを第２基準直線として、当該第２基準直線に対して前記流入対応負荷曲線と塑性流動負荷曲線を再配置し、
前記流入対応負荷曲線と前記塑性流動負荷曲線の前記第２基準直線に対する非対称性の頻度およびその程度から摩擦撹拌接合の良否を判定する。
本第１発明において、「所定サイクル」は例えば前半の１/４サイクルであり、「振幅モーメント量」は、交流供給電流の各点における振幅モーメント値を積算して得られる。振幅モーメント値は、等価正弦波の振幅値（絶対値）と、これと交流供給電流の振幅値（絶対値）の差を乗じたものである。この場合、上記振幅モーメント値を、交流供給電流の振幅値が等価正弦波の振幅値よりも大きくなっている点のみで算出するようにしても良い。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本第２発明では、
摩擦撹拌接合を行う工具ピンを回転駆動する駆動モータへの交流供給電流を検出し、
検出された交流供給電流の等価正弦波を算出し
前記等価正弦波の所定サイクル内における前記交流供給電流のモーメント量を算出して振幅モーメント曲線を得、
前記振幅モーメント曲線の極小点を得て、これら極小点を摩擦撹拌点とし、
前記振幅モーメント曲線のうちで、各摩擦撹拌点に対してその直前の摩擦撹拌点と当該直前の摩擦撹拌点から前記各摩擦撹拌点の間に存在する各点の振幅モーメント量の平均値を連ねた流入エネルギー平均曲線を得、
前記流入エネルギー平均曲線を直線化してこれを第１基準直線として、当該第１基準直線に対して前記各摩擦撹拌点を再配置し、
再配置された前記各摩擦撹拌点を連ねた曲線から得られる極大点のうちから鋭敏反応点を抽出して、所定時間内に前記鋭敏反応点が現れる頻度から摩擦撹拌接合の良否を判定する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
図６は振幅モーメント量Ｍamの変化を、時間軸を拡大して示したもので、図５のＦ部拡大図である。振幅モーメント量Ｍamは図６に示すように、本実施形態では交流供給電流波形Ｉsの半サイクル毎の離散的な値として得られるから、各振幅モーメント量Ｍamを連ねた振幅モーメント曲線Ｌamは折れ線となる。発明者はこの振幅モーメント曲線（折れ線）Ｌamの極小点に注目した。すなわち、振幅モーメント量Ｍamは工具ピン１の回転負荷に対応していると考えられ、振幅モーメント曲線Ｌamの極小点は、摩擦撹拌の結果、工具ピン１の回転負荷が一時的に小さくなった点（摩擦撹拌点）Ｐfsであるとした。なお、振幅モーメント曲線Ｌamの極小点を連ねた曲線（折れ線）を得た後、さらに当該曲線の極小点を得て、これを摩擦撹拌点Ｐfsとしても良い。