(57)【要約】【課題】摩擦接合において、破壊検査を用いず、実際の接合状態に基づいて、精度良く判定することができる接合強度の良否判定方法を提供する。【解決手段】良否判定方法であって、摩擦接合時に、接合部材同士の接合強度の良否を判定し、摩擦接合時の入熱速度を用いて判定する工程１と、摩擦寄り速度を用いて判定する工程２と、全寄り代を用いて判定する工程３と、を有し、工程１に工程２と工程３の少なくとも一つを加えて判定する。【選択図】図２
2019089085.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
良否判定方法であって、摩擦接合時に、接合部材同士の接合強度の良否を判定し、
摩擦接合時の入熱速度を用いて判定する工程１と、
摩擦寄り速度を用いて判定する工程２と、
全寄り代を用いて判定する工程３と、
を有し、
前記工程１に前記工程２と前記工程３の少なくとも一つを加えて判定する、接合強度の良否判定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の接合強度の良否判定方法において、
前記入熱速度が、（入熱量／接合面の断面積）／入熱時間で算定される接合強度の良否判定方法。
【請求項３】
請求項２に記載の接合強度の良否判定方法において、
前記入熱量が、摩擦工程のモーター動力値から算定される接合強度の良否判定方法。
【請求項４】
請求項１に記載の接合強度の良否判定方法において、
前記入熱速度の算定値があらかじめ決められた基準範囲値内に入っており、且つ摩擦寄り速度と全寄り代の算定値のうち少なくともひとつがあらかじめ決められた基準範囲値内に入っている場合に良品と判定する接合強度の良否判定方法。
【請求項５】
請求項１に記載の接合強度の良否判定方法において、
接合強度の良否結果を摩擦接合装置近傍で表示させて、接合強度の良否を即時判定させる接合強度の良否判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦接合における接合強度の良否判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に摩擦接合は、摩擦工程と、アプセット工程によって接合が行われる。
摩擦工程では、まず一方の接合部材を回転させ、他方の接合部材を回転させずに接触させる。このとき、押圧手段により両接合部材の接触面に予熱圧力を加える。そして、所定期間が経過した所定のタイミングで押圧手段により両接合部材の接触面に摩擦圧力を加えると、接合界面は摩擦熱により温度が上昇し、高温層が形成される。
つまり、接合部材間の接合界面が軟化するため、あるタイミングで寄り代が発生する。
アプセット工程では、摩擦工程後、回転を急停止させつつアプセット圧力を加える。すると、寄り代の変化量が増加し、そのまま一定時間保持させると、接合部材は高温・高圧のもとで固相接合が行われる。
このような接合による接合部分に対する接合強度の良否判定方法としては、一例として、特許文献１が開示されている。特許文献１は、接合中の主軸のトルクと回転数から、摩擦発熱量を算出し、接合良品の摩擦発熱量を基準値として比較し、判定するようになされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平３−３２４８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の判定方法では、接合部の発熱量を、主軸のトルクと回転数を用いて算定しており、発熱量を良品の基準値と比較し、また寄り代を良品の基準値と比較して良品判定を行っている。
ところで、一般的に、摩擦接合では接合部材へ発熱量が入熱される入熱時間を考慮する必要があり、同じ発熱量であっても、入熱時間（摩擦工程にかかる時間）が異なれば、接合強度の良否判定が異なってくる。
【０００５】
それゆえ、従来の判定方法では、実際の接合状態に沿った接合強度の判定を、精度良くできない場合があった。すなわち、接合強度が十分に出ていない接合物を、良品と判定してしまう恐れがあった。
【０００６】
また、接合強度を判定するには、接合後に破壊検査を実施し、接合強度を測定する方法もあるが、これでは抜き取り検査として接合強度の判定はできるが、接合物全品の接合状態に沿った判定を精度良くできない恐れがあった。
【０００７】
さらに、昨今では加工品に対する接合強度の確実性を高める要求があり、摩擦接合の加工現場では破壊検査を用いず高精度な接合強度の良否判定を行うことが求められている。
【０００８】
したがって、本発明は摩擦接合において、破壊検査を用いず、実際の接合状態に基づいて、精度良く判定することができる接合強度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】
本発明によれば、良否判定方法であって、摩擦接合時に、接合部材同士の接合強度の良否を判定し、摩擦接合時の入熱速度を用いて判定する工程１と、摩擦寄り速度を用いて判定する工程２と、全寄り代を用いて判定する工程３と、を有し、工程１に工程２と工程３の少なくとも一つを加えて判定する、接合強度の良否判定方法が提供される。
【００１０】
以下、本発明の種々の実施形態を例示する。以下に示す実施形態は互いに組み合わせ可能である。
【００１１】
好ましくは、入熱速度が、（入熱量／接合面の断面積）／入熱時間で算定される。
好ましくは、入熱量が、摩擦工程のモーター動力値から算定される。
好ましくは、入熱速度の算定値があらかじめ決められた基準範囲値内に入っており、且つ摩擦寄り速度と全寄り代の算定値のうち少なくともひとつがあらかじめ決められた基準範囲値内に入っている場合に良品と判定する。
好ましくは、接合強度の良否結果を摩擦接合装置近傍で表示させて、接合強度の良否を即時判定させる。  
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、本発明は摩擦接合において、破壊検査を用いず、実際の接合状態に基づいて、精度良く判定することができる接合強度の良否判定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態における摩擦接合方法に使用する摩擦接合装置の概要を示した図である。
【図２】接合強度の良否判定方法を説明したフローチャートである。
【図３】入熱速度、摩擦寄り速度及び接合強度の具体例を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態における摩擦接合方法に使用する摩擦接合装置の概要を示した図である。なお、ここで示す摩擦接合装置は、一例にすぎず、本実施形態における摩擦接合方法を実行できるものであれば、その構成は特に限定されない。
【００１６】
図１に示すように、摩擦接合装置１は、モーター２により回転可能な主軸３が設けられている。この主軸３には、接合部材Ａを把持する把持具４が備えられている。
【００１７】
また、主軸３と対向して設置される接合部材Ｂを把持する把持具４が固定される台座５が設けられ、この台座５は主軸３と同軸方向に摺動可能になされ、押圧手段６で押されることにより、回転する接合部材Ａへ固定された接合部材Ｂが押し付けられるように設けられている。
【００１８】
尚、本実施形態では、接合部材Ａ、Ｂは中空円筒形状としているが、接合部材の形状はこれに限らず、中実円柱形や、異形断面の部材等の形状での接合部材でも、摩擦接合が可能なものであれば良い。
【００１９】
モーター２は、図示しない電流検出器と回転検出器が設けられ、モーター２の電流値、回転速度および回転方向などが検出可能になされている。また、主軸３の回転や台座５の摺動等の摩擦接合装置１の動作を制御する制御装置７が設けられている。
【００２０】
制御装置７は、モーター２と押圧手段６の駆動制御を行う指令手段と、接合条件や接合中の測定値のデータを保存する記憶手段と、記憶手段で保存されたデータを基に予め決められた算定式を用いて算定値を求める算定手段と、保存されたデータと算定値から接合強度の良否判定を行う判定手段を有している。
【００２１】
摩擦接合を行う際には、後述する接合条件をあらかじめ設定し、その条件に沿って接合を行う。
本実施形態では、その接合条件として、接合部材の形状（接合面の断面積、材質等）、主軸３の回転速度、摩擦圧力、摩擦時間、摩擦寄り代、アプセット圧力、及びアプセット時間を用いる。尚、これに限らず、接合対象に合わせて、接合条件を適宜選択しても良い。
【００２２】
ここで、摩擦圧力は摩擦工程時に加える力、摩擦時間は摩擦工程の時間、摩擦寄り代は摩擦工程での寄り代、アプセット圧力は回転停止後に加える力、アプセット時間は、アプセット工程の時間である。
【００２３】
これより、本発明における摩擦接合を実施する際の手順を説明する。
まず、事前に複数回の摩擦接合を行い、接合条件下での、摩擦工程時からアプセット工程時までの単位時間当たりのモーター２の電流値、摩擦寄り代、入熱時間、摩擦寄り速度、及び全寄り代のそれぞれの実測値を接合データとして記憶手段へ保存しておく。
ここで、全寄り代は、アプセット工程終了時の寄り代、摩擦寄り速度は、全寄り代を入熱時間で割ったものである。
【００２４】
また、摩擦接合後に破壊検査を行って接合強度を測定しておき、接合強度データとして記憶手段に保存する。
【００２５】
これら接合データ及び接合強度データを用いて、入熱速度と、摩擦寄り速度のそれぞれの数値における接合強度を確認する。
そして、接合部品に要求される接合強度として必要強度を設定し、設定した必要強度以上となる要件を満たす接合強度となるものを良品とし、この良品となる場合の入熱速度と、摩擦寄り速度の基準範囲値を規定し、それぞれの良品となる基準範囲値として設定しておく。この入熱速度は入熱量が入熱される入熱時間を考慮して算定するものである。
【００２６】
これを具体的にグラフにしたものが図３となる。
図３は、入熱速度、摩擦寄り速度及び接合強度の具体例を示したグラフである。
【００２７】
このグラフは、入熱速度を縦軸に、摩擦寄り速度を横軸にし、データをプロットしたグラフである。このプロットが必要強度以上か否か、つまりは良品か不良品か、をグラフ上に表している。
図３においては、プロットを良品の場合は◇、不良品の場合は◆で記している。
【００２８】
これを元に、入熱速度と摩擦寄り速度のそれぞれの良品となる基準範囲値を以下のように設定した。
《入熱速度の基準範囲値》
１４≦入熱速度≦１７．５
《摩擦寄り速度の基準範囲値》
０．２≦摩擦寄り速度≦１．０
【００２９】
また、全寄り代の測定値が良品か不良品かを確認するため、全寄り代が良品となる基準範囲値を設定する。これは、接合後の接合品の全長の寸法が、要求されている寸法の許容範囲に収まっているかを確認するものである。要求されている寸法の良品となる基準範囲値をあらかじめ設定しておき、接合後の全寄り代の測定値と寸法の良品となる基準範囲値を比較して良品か不良品かを判定する。
【００３０】
これらの準備をあらかじめ行った後に、摩擦接合を実施する。摩擦工程時からアプセット工程時までの単位時間当たりの間のモーター２の電流値と、寄り代を計測し、データを記憶手段へ保存しながら接合を行う。
【００３１】
摩擦接合の接合強度の良否判定を行う際には、接合完了後に、記憶手段に保存したあらかじめ測定しておいた接合部材の接合面の断面積と、モーター２の電流値の推移と、入熱時間と、寄り代から、算定手段を用いて入熱速度と、摩擦寄り速度と、全寄り代を算定する。
【００３２】
本発明において、入熱速度は、入熱量／接合部材の接合面の断面積／入熱時間で求められる。また、摩擦寄り速度は、全寄り代／入熱時間で求められる。
入熱量は、摩擦工程の接合面へ加えられる熱量であり、本発明では、摩擦工程のモーター動力値から算定する。
【００３３】
以下に実際の算定式を示す。
（１）入熱速度＝ΣＩ×Ｖ×δｔ／Ｓ／ｔ
（Ｉ：モーター電流値、Ｖ：モーター電圧値、δｔ：サンプリング周期、Ｓ：接合部材の接合面の断面積、ｔ：入熱時間）
【００３４】
（２）摩擦寄り速度＝Ｌ／ｔ
（Ｌ：全寄り代、t：入熱時間）
【００３５】
接合強度の良否判定は、算定手段により算定したこれら入熱速度と、摩擦寄り速度と、全寄り代を用いて接合強度の良否判定を行う。
次に、図２を示したフローチャートを参照しながら、本実施形態における接合強度の良否判定方法を説明する。
【００３６】
判定手段により、まず、入熱速度の良否判定が行われる（ステップＳ１）。次に、摩擦寄り速度の良否判定が行われる（ステップＳ２）。最後に、全寄り代の良否判定が行われる（ステップＳ３）。その際、３つの要素に対して、それぞれ良否判定を実施する。
【００３７】
ステップＳ１では、算定手段により算定した入熱速度の算定値が、あらかじめ設定された入熱速度の良品となる基準範囲値内に入っているかを確認する。
判定手段を用いて、入熱速度の算定値が、あらかじめ設定された入熱速度の良品となる基準範囲値内に入っていれば、ステップＳ２へ進み、入っていなければ不良品と判定する（ステップＳ５）。
【００３８】
次のステップＳ２では、算定手段により算定した摩擦寄り速度の算定値が、あらかじめ設定された摩擦寄り速度の良品となる基準範囲値内に入っているかを確認する。
判定手段を用いて、摩擦寄り速度の算定値が、あらかじめ設定された摩擦寄り速度の良品となる基準範囲値内に入っていれば、ステップＳ３へ進み、入っていなければ不良品と判定する（ステップＳ５）。
【００３９】
ステップＳ３では、測定した全寄り代の測定値が、あらかじめ設定された全寄り代の良品となる基準範囲値内に入っているかを確認する。
判定手段を用いて、全寄り代の測定値が、あらかじめ設定された全寄り代の良品となる基準範囲値内に入っていれば、良品と判定し（ステップＳ４）、入っていなければ不良品と判定する（ステップＳ５）。
以上で、良否判定が終了する。
【００４０】
すなわち、３つの要素である入熱速度、摩擦寄り速度、及び全寄り代の全てがそれぞれの基準範囲値内に入っている場合を良品と判定しており、一番精度の良い判定方法である。
【００４１】
しかしながら、お客様要望などによって判定方法は、種々変更可能であるが、最低限の接合強度の精度をクリアする判定は、ステップＳ１にステップＳ２とステップＳ３の少なくともどちらか一方を加えると良い。
【００４２】
例えば、ステップＳ１とステップＳ２の入熱速度と摩擦寄り速度がそれぞれ基準範囲値内に入っていれば、良品と判定しても良いし、ステップＳ１とステップＳ３の入熱速度と全寄り代がそれぞれ基準範囲値内に入っていれば、良品と判定しても良い。
【００４３】
以上のように、本発明は、接合強度の良否判定に際し、入熱量と合わせて入熱量が入熱される入熱時間を判定における要素として着目し、この入熱量と入熱時間に基づき算定される入熱速度を用いて良否判定を行っている。
【００４４】
このように摩擦接合のプロセスのうち重要なファクターである入熱量と入熱時間を接合強度の良否判定に用いるため、その判定は実際の接合状態に沿っており、精度良く判定できるものとなる。
【００４５】
したがって、摩擦接合において、不良品を製品として出荷してしまうといったことを高確率で防ぐことができ、製品の信頼性向上にも貢献できる。
【００４６】
また、摩擦接合装置１近傍に良否判定の結果を表示する表示手段８を設けることで、判定結果を作業者に知らせるようにしても良い。それにより、作業者は、早期に良品、不良品を見分けができる。この表示手段８は、例えば、数値や不良品警告などを表示させるモニタや、不良品発生時に作業者へ知らせるランプまたはブザー等でも良い。
【００４７】
尚、“近傍”とは、摩擦接合装置１に組み込んであっても良いし、摩擦接合装置１から少し離れたところに設置可能な場所のことをいう。
【００４８】
本発明の実施形態を説明したが、これは、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４９】
１    摩擦接合装置
２    モーター
３    主軸
４    把持具
５    台座
６    押圧手段
７    制御装置
８    表示手段
Ａ、Ｂ    接合部材
【図１】
2019089085.tif 000003
【図２】
2019089085.tif 000004
【図３】
2019089085.tif 000005