接合品質判定方法およびその装置
【課題】 リングマッシュ接合による接合部の接合品質判定方法及びその装置において、非破壊方法により接合品質を確実に評価する。
【解決手段】 開口部を有する第１被接合物と該開口部の内周縁部に所定の重ね代を有して外周縁部を重ね合わせた第２被接合物とを第１電極と第２電極とで加圧した状態で、前記両電極間に前記第１、第２被接合物の重ね合せ部を経由して接合電流を流すことにより、前記第１被接合物の開口部内に前記第２被接合物を押し込んで両被接合物を接合するリングマッシュ接合において、その接合部の良否判定を行う接合品質判定方法であって、一方の電極に接して押し込まれる該被接合物を他方の電極の近傍に設けられた位置決め部材に当接させることにより位置決めするときに、この当接により発生した振動の特性を振動特性検出手段で検出し、この振動特性により接合部の良否判定を行う（ステップＳ９）。
【解決手段】 開口部を有する第１被接合物と該開口部の内周縁部に所定の重ね代を有して外周縁部を重ね合わせた第２被接合物とを第１電極と第２電極とで加圧した状態で、前記両電極間に前記第１、第２被接合物の重ね合せ部を経由して接合電流を流すことにより、前記第１被接合物の開口部内に前記第２被接合物を押し込んで両被接合物を接合するリングマッシュ接合において、その接合部の良否判定を行う接合品質判定方法であって、一方の電極に接して押し込まれる該被接合物を他方の電極の近傍に設けられた位置決め部材に当接させることにより位置決めするときに、この当接により発生した振動の特性を振動特性検出手段で検出し、この振動特性により接合部の良否判定を行う（ステップＳ９）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リングマッシュ接合による接合部の接合品質判定方法及びその装置に関し、接合技術の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属材の端部を重ね合わせ、この部分を加圧しつつ通電することで両金属材を接合するマッシュシーム接合が知られている。そして、このマッシュシーム接合の改良技術として、特許文献１に記載のようなリングマッシュ接合がある。
【０００３】
このリングマッシュ接合は、円形等の開口部を有する第１被接合物と、該開口部の内周縁部に所定の重ね代を有して外周縁部を重ね合せた第２被接合物とを第１電極と第２電極とで加圧した状態で、前記両電極間に前記第１、第２被接合物の重ね合せ部を経由して接合電流を流すことにより、両被接合物の重ね合せ部が軟化（塑性流動）し、第２被接合物が第１被接合物の開口部に押し込まれて両被接合物が接合されるものである。このようなリングマッシュ接合によれば、瞬時に接合が行われるので、接合時間が短縮されると共に接合電流が低減され、生産性の向上が図られる。
【特許文献１】特開２００４−１７０４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、前記リングマッシュ接合においては、加圧力、接合電流、第１、第２被接合物の重ね代の幅、第１被接合物の開口部の内周縁部と第２被接合物の外周縁部の重ね合せ部とに設けられた面取り形状等のばらつきにより、第２被接合物が第１被接合物の開口部に適正に押し込まれず、また、接合による両被接合物の結合強度が一定しないことがある。この結果、良好に接合されていない不良品が発生し、このような不良品が製品として外部に流出するおそれがある。
【０００５】
そのため、このような不良品の流出を未然に防止するために接合品質を評価する方法が要望されるが、一旦接合されたものを対象として評価する場合には、超音波、Ｘ線、赤外線などを用いた非破壊方法により評価しなければならない。しかしながら、前記リングマッシュ接合による接合部は両被接合物が塑性流動して密接に密着したものであるから、前記非破壊方法による検査結果に差異が生じ難く、適正な評価を行うことは困難である。
【０００６】
これに対して、従来では、接合条件を管理し、接合電流のピーク電流、ピーク電流に至るまでの通電時間、接合中の電極移動量等の監視により接合品質の評価を行うことが考えられているが、電流測定器（ウェルドチェッカー）が不具合を生じた際などには、完全に不良品の流出を防止できるとは言い難い。
【０００７】
そこで、本発明は、リングマッシュ接合による接合部の接合品質判定方法及びその装置において、非破壊方法により接合品質を確実に評価することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するため、本発明は次のように構成したことを特徴とする。
【０００９】
まず、本願の請求項１に記載の発明は、開口部を有する第１被接合物と該開口部の内周縁部に所定の重ね代を有して外周縁部を重ね合わせた第２被接合物とを第１電極と第２電極とで加圧した状態で、前記両電極間に前記第１、第２被接合物の重ね合せ部を経由して接合電流を流すことにより、前記第１被接合物の開口部内に前記第２被接合物を押し込んで両被接合物を接合するリングマッシュ接合において、その接合部の良否判定を行う接合品質判定方法であって、一方の電極に接して押し込まれる該被接合物を他方の電極の近傍に設けられた位置決め部材に当接させることにより位置決めするときに、この当接により発生した振動の特性を振動特性検出手段で検出し、この振動特性により接合部の良否判定を行うことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載の接合品質判定方法において、前記位置決め部材は導電性を有し、一方の電極に押し込まれた被接合物に当接した際に第１、第２被接合物の重ね合せ部を流れる接合電流の一部を分流させることを特徴とする。
【００１１】
そして、請求項３に記載の発明は、開口部を有する第１被接合物と該開口部の内周縁部に所定の重ね代を有して外周縁部を重ね合わせた第２被接合物のうちの一方の被接合物の重ね代近傍に当接する第１電極と、他方の被接合物の重ね代近傍に当接する第２電極と、前記第１、第２被接合物を前記第１、第２電極により加圧した状態で該電極間に前記第１、第２被接合物の重ね合せ部を経由して接合電流を流す接合電流供給手段と、一方の電極に接して押し込まれる被接合物を当接させて位置決めする他方の電極の近傍に設けられた位置決め部材とを有する接合装置において、接合部の良否判定を行う接合品質判定装置であって、一方の電極に接して押し込まれる被接合物と位置決め部材とが当接したときに発生する振動の特性を検出する振動特性検出手段と、該振動特性検出手段により検出された振動特性により接合部の良否判定を行う判定手段とが備えられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
まず、請求項１に記載の発明によれば、リングマッシュ接合において、開口部を有する第１被接合物と該開口部の内周縁部に所定の重ね代を有して外周縁部を重ね合わせた第２被接合物とを第１電極と第２電極とで加圧した状態で、前記電極間に前記第１、第２被接合物の重ね合せ部を経由して接合電流を流すことにより、第１、第２被接合物の重ね合せ部が発熱して軟化し、第１被接合物の開口部内に前記第２被接合物を押し込まれ、両被接合物が接合されることになる。そして、このようなリングマッシュ接合において、一方の電極に接して被接合物が押し込まれたときに、該被接合物が他方の電極の近傍に設けられた位置決め部材に当接することにより位置決めされるようになっており、この位置決めの際に発生した振動の特性が振動特性検出手段によって検出され、この振動特性に基づいて接合部の良否判定が行われる。
【００１３】
この良否判定は、例えば、一方の電極に加圧された被接合物が位置決め部材に当接したときの衝撃力などに応じて振動特性が異なることに着目し、良好な接合がなされたときの振動特性と比較して同様の特性が得られたときに良品として処理されると共に、比較して異なる特性が得られたときに不良品として処理される。このような方法によれば、接合時に衝撃が発生するリングマッシュ接合特有の現象を利用して、接合部の接合品質を非破壊で判定可能である。
【００１４】
この判定では、重ね代幅、加圧力、接合電流のばらつき、加圧に対して接合電流を流すタイミングなどに応じて振動特性に差異が生じることに着目し、これらの接合条件が安定しない場合に、振動特性に応じて異常が検出され、不良品を看過することが防止される。
【００１５】
さらに、何らかの突発的異常により良好な接合部が得られず、結合箇所と被接合箇所が混在する接合部が形成された場合の振動特性は、良好に接合された（冶金的に一体化した）接合部の振動特性とは異なるため、このような接合部の内部組織に問題がある不良品についても評価することができる。
【００１６】
ところで、前記接合電流は金属材料を軟化させるために比較的大電流とされる。そのため、接合後にもこのような大電流が流されると、接合部の金属粒子が飛散するスパッタリングが生じ、接合品質が悪化する問題がある。
【００１７】
これに対して、請求項２に記載の発明によれば、前記位置決め部材は導電性を有しているため、一方の電極に押し込まれた被接合物に当接した際に第１、第２被接合物の重ね合せ部を流れる接合電流の一部が分流される。従って、接合後に接合部に過大な電流が流れることが防止され、接合品質が確保される。
【００１８】
そして、請求項３に記載の発明は、前記請求項１に記載の発明に対応する接合品質判定装置の発明であって、前記請求項１に記載の発明と同様の作用効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００２０】
図１は、本実施の形態に係る接合装置の全体図である。この接合装置１は、リングマッシュ接合を行う装置であり、設置台２，２上に形成されたフレーム体３と、該フレーム体３の内部に設けられた接合台４と、その接合台４上で左右方向に延びるスライドレール５と、スライドレール５上でそれぞれ左右に移動可能な一対の下部プラテン６，６に支持された２つの下部電極７，７（図１には１つのみ図示）と、前記下部電極７，７の周囲を囲う円筒状の位置決め電極８，８と、下部電極７，７の上方に設けられて上下方向に移動可能な上部電極９と、上部プラテン１０を介して前記上部電極９をロッド１１ａ先端で支持する加圧シリンダ１１と、前記上部プラテン１０を介して上部電極９に電流を送る配線ケーブル１２と、前記下部電極７，７からの電流を下部プラテン６，６を介して流す配線ケーブル１３，１３と、作業者により各種情報が入力される操作盤１４とを有している。
【００２１】
図２に示すように、前記下部電極７及び上部電極９は、共に円筒形状の導電体で構成され、下部電極７の上面が上部電極９の下面に対向する状態で、前記加圧シリンダ１１が制御されて上部電極９が下降、上昇することにより、該上部電極９は下部電極７に対して近接、離間するようになっている。
【００２２】
また、前記位置決め電極８は、クロム銅、ベリリウム銅等の導電体からなり、下部電極７の外周面を囲う円筒状に形成されている。
【００２３】
一方、上部プラテン１０の側部には、ステー２０が装着されている。該ステーは、Ｌ字状の支持部材２１がケース２２内に配設されたスプリングを介して上部プラテン１０に接続された構成であり、前記支持部材の下面には反射板２３が装着されている。そして、前記フレーム体３には非接触型の第１レーザー変位センサ３１が支持され、このセンサ３１は前記反射板２３に対して下方からレーザー光を照射すると共に、反射板２３から反射されたレーザー光を検出することにより上部プラテン１０の上下方向の変位量を検出するようになっている。なお、前記ステー２０により、上部プラテン１０の振動が増幅される。
【００２４】
また、このような振動を検出する構成として、フレーム体３に第２レーザー変位センサ３２が支持され、このセンサ３２により後述する第１ワーク１１０の外周壁に装着された反射板２４にレーザー光を照射し、その反射光を検出することにより第１ワーク１１０の上下方向の変位量を検出するものであってもよい。さらに、フレーム体３に第３レーザー変位センサ３３が支持され、このセンサ３３により位置決め電極８の外周面に装着された反射板２５にレーザー光を照射し、その反射光を検出することにより位置決め電極８の上下方向の変位量を検出するものであってもよい。なお、前記反射板２４，２５は、前述のステー２０を介して第１ワーク又は位置決め電極８に装着してもよい。
【００２５】
一方、前記接合装置１には、前記各電極７〜９に対して通電を行う通電回路４０とコントローラ４１とが備えられている。コントローラ４１は、通電回路４０に信号を出力して、接合時に上部電極９と下部電極７との間に接合電流を流すと共に、接合後に前記電極７，９を介して焼き戻し電流を流すようになっている。また、コントローラ４１は、前記第１〜第３レーザー変位センサ３１〜３３の信号を入力する。
【００２６】
一方、図３に示すように、前記接合装置１は、第１ワーク１１０と第２ワーク１２０とを接合する。第１ワーク１１０は、例えば自動変速機部品であるクラッチハブであり、その一端部内周側にフランジ部１１１が形成され、このフランジ部１１１の内側に開口部１１２が形成されている。また、第２ワーク１２０は、例えば自動変速機部品である筒状のスリーブであって、その一端部外周側にフランジ部１２１が形成されている。このフランジ部１２１の外径は、前記第１ワーク１１０の内径よりも若干大きく形成されている。
【００２７】
そして、前記第１ワーク１１０と第２ワーク１２０とが下部電極７にセットされたときに、第２ワーク１２０のフランジ部１２１の下面が下部電極７の上面に支持されると共に、該第２ワーク１２０の上方から第１ワーク１１０が重ね合わせられる。このとき、第１ワーク１１０の開口部１１２の内周縁部１１２ａと第２ワーク１２０のフランジ部１２１の外周縁部１２１ａとが所定の重ね代（重ね代幅Ｗ、図４参照）を有する状態となる。また、図４に示すように、前記開口部１１２の内周縁部１１２ａの下部には面取り部１１３が形成されていると共に、前記フランジ部１２１の外周縁部の１２１ａ上部には面取り部１２３が形成され、ワーク１１０，１２０がセットされたときには、これらの面取り部１１３，１２３が対接するようになっている。
【００２８】
これらのワーク１１０，１２０の少なくとも一方は、高炭素鋼で形成され、例えば第１ワーク１１０は０．１０重量％程度の炭素を含有する鋼、第２ワーク１２０は０．３５％程度の炭素を含有する鋼からなっている。
【００２９】
一方、下部電極７の上面は第２ワーク１２０のフランジ部１２１の外周縁部１２１ａ近傍に当接すると共に、上部電極９が下降したときに、上部電極９の下面が第１ワーク１１０のフランジ１１１の内周縁部１２１ａ近傍に当接するようになっている。
【００３０】
なお、図１に示した構成では、作業性向上のため二つの下部電極７，７を交互に使用可能な構成になっている。つまり、一方の下部電極７にワーク１１０，１２０をセットし、その下部電極７をスライドレール５上の中央に位置させた状態で、接合とその後の焼戻しとの処理を行う一方、これらの処理中に他方の下部電極７から処理後のワーク１１０，１２０の取外し、新たなワーク１１０，１２０のセットを行うことができる。なお、このような構成に限らず、下部電極７は一つだけであってもよい。
【００３１】
また、前記下部電極７及び上部電極９は請求項１に記載の接合品質判定方法または請求項３に記載の接合品質判定装置における第１電極と第２電極とのいずれかに相当し、前記位置決め電極８は同じく位置決め部材に相当し、前記第１〜第３レーザー変位センサ３１〜３３は同じく振動特性検出手段に相当し、前記第１ワーク１１０及び第２ワーク１２０は同じく第１被接合物と第２被接合物とに相当する。さらに、前記通電回路４０は請求項３に記載の接合品質判定装置における接合電流供給手段に相当し、前記コントローラ４１は同じく判定手段に相当する。
【００３２】
次に、前記接合装置１による第１、第２ワーク１１０，１２０のリングマッシュ接合及び接合部の評価のプロセスを、図５のフローチャートを用いて説明する。
【００３３】
まず、ステップＳ１で、第１ワーク１１０と第２ワーク１２０とが下部電極７にセットされた状態で、作業者により操作盤１４の起動スイッチがＯＮ操作されると、ステップＳ２で、加圧シリンダ１１に信号を出力して自重により上部電極９を降下させる。
【００３４】
次に、ステップＳ３で、一旦上部電極９が第１ワーク１１０の上面に当接した状態で待機させる。このとき、図６に示すように、上部電極９の自重による圧力が第１ワーク１１０に対して上方から作用するが、この圧力では第１ワーク１１０の開口部１１２内に第２ワーク１２０が押し込まれることはなく、第１ワーク１１０の下面は位置決め電極８の上面に対して所定の間隔Ｖをあけて対向した状態となる。
【００３５】
次に、ステップＳ４で、加圧シリンダ１１に信号を出力して上部電極９の下方への加圧を開始し、ステップＳ５で、前記第１レーザー変位センサ３１からの信号に基づいて上部電極９の変位があるか否かの判定を行う。この判定で、上部電極９の変位があると判定された場合には、ステップＳ１１に進み、設備にＮＧ信号を出力する。つまり、加圧した段階（後述する通電のない状態）で変位が生じた場合には、第１ワーク１１０の内径、第２ワーク１２０の外径などのばらつきにより、重ね代幅Ｗがゼロか、ほとんど無いことが推測されるため、当該ワーク１１０，１２０では十分な接合ができないと判断して、ＮＧ信号を出力するのである。
【００３６】
一方、ステップＳ５で、変位がないと判定されたときは、ステップＳ６に進み、接合電流の通電を開始する。この通電により、第１ワーク１１０の開口部１１２の内周縁部１１２ａと第２ワーク１２０のフランジ部１２１の外周縁部１２１ａとの当接部が発熱し、これによって当接部が軟化し、第１ワーク１１０の開口部１１２内に第２ワーク１１０のフランジ部１１１が押し込み易くなる。そして、図７に示すように、この状態で上部電極９により加圧された結果、第１ワーク１１０の開口部１１２内に第２ワーク１２０のフランジ部１２１が押し込まれて、図８に拡大して表すような接合部Ｘが形成されることになる。この接合部Ｘは、ワーク１１０，１２０が塑性流動して固相接合により一体化したものである。
【００３７】
次に、ステップＳ７で、前記第１レーザー変位センサ３１からの信号に基づいて通電開始から規定時間内で上部電極９の変位が完了しているか否かについての判定を行う。この判定で規定時間内に上部電極９の変位が完了していないと判定されたときは、ステップＳ１１に進み、設備にＮＧ信号を出力する。このように、規定時間内に上部電極９の変位が完了していない場合には、重ね代幅Ｗが大きすぎて押し込みが十分になされていないことが推測されるため、この場合も当該ワーク１１０，１２０では適切な接合ができないと判断して、ＮＧ信号を出力するのである。
【００３８】
また、前記ステップＳ７で、規定時間内に変位が完了していると判定されたときは、ステップＳ８に進み、前記第１レーザー変位センサ３１からの信号に基づいて通電開始から上部電極９の変位完了までの変位時間が規定値内であるか否かの判定を行う。この判定で、規定値外であると判定された場合には、十分な接合ができないと判断して、ステップＳ１１に進み、設備にＮＧ信号を出力する。変位時間が規定値内でない例として、極端に短い時間で変位が生じた場合に、重ね代の幅Ｗが十分でなかったものと推測されるため、ワーク１１０，１２０の接合が不十分であると判断して、ＮＧ信号を出力するのである。
【００３９】
一方、変位時間が規定値内であると判定されたときは、ステップＳ９で、前記第１レーザー変位センサ３１により検出された上部プラテン１０の上下方向の変位量、つまり接合後の上部プラテン１０の振動特性に基づいて接合部Ｘの良否判定を行う。このときの判定では、上部プラテン１０の振動特性がマスター波形に対して許容範囲内にあるか否かを判定する。
【００４０】
コントローラ４１には、予め良好な接合時に得られたマスタ波形が記憶されており、このマスタ波形に対して振幅、位相等の許容範囲が設定されている。例えば図９に、重ね代幅がＬ１、Ｌ２、Ｌ３ｍｍ（Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３）のときのマスタ波形を示す。重ね代幅Ｌ１、Ｌ２のマスタ波形は振幅、位相共に類似した波形となっているが、重ね代幅Ｌ３のマスタ波形は重ね代幅Ｌ１、Ｌ２の波形と比較すると、位相にずれがあり、振幅も小さなものとなっている。そして、各マスタ波形において、振幅、位相、周期の許容範囲量（ΔＡ、Δθ、ΔＴ）が設定されており、実際の接合処理において第１レーザー変位センサ３１により検出された実測の波形とマスタ波形とを比較し、振幅、位相、周期が許容範囲から逸脱するか否かに応じてＯＫ／ＮＧの判定を行うようになっている。
【００４１】
前記ステップＳ９で、前記振動特性がマスタ波形の振幅、位相等に対し、許容範囲内にあるときは、ステップＳ１０に進み、設備にＯＫ信号を出力する。
【００４２】
このとき、例えば重ね代幅がＬ１に設定されているときの判定では、図１０に示すように、マスタ波形は、時刻ｔ０で接合電流の通電が開始されて、時刻ｔ１で第１ワーク１１０と位置決め電極８とが当接した結果、図１１に示すような、振幅Ａと、当接後に最初に極小値となる時刻ｔ２に基づいて算出された周期Ｔとを有するものとなっている。
【００４３】
一方、実際に行われた接合処理において、重ね代幅がＬ１となるべき第１、第２ワーク１１０，１２０が用いられたときの振動特性を測定した結果、重ね代幅Ｌ２のマスタ波形に近い波形が得られた場合を図１０、１１に示す。ここでは、図１０に示すように、接合電流が時刻ｔ０で流されると共に、図１１に示すように、時刻ｔ１′で第１ワーク１１０と位置決め電極８とが当接し、当接後の振動特性として振幅Ａ′と、当接後に極小値となる時刻ｔ２′に基づいて周期Ｔ′とが検出される。
【００４４】
このとき、マスタ波形と実測の振動特性との振幅差ΔＡ′（＜ΔＡ）、周期Ｔ、Ｔ′の差ΔＴ′（＜ΔＴ）、及び第１ワーク１１０と位置決め電極８とが当接した時刻の差（ｔ１とｔ１′との差）に応じた位相差Δθ′（＜Δθ）とが算出され、これらの値が予め設定された許容範囲内にあるからＯＫ判定されるのである。
【００４５】
一方、ステップＳ９で前記振動特性がマスタ波形の振幅、位相等に対し、許容範囲を逸脱する場合には、何らかの原因により良好な接合が行われていないと判断されるため、ステップＳ１１に進み、設備にＮＧ信号を出力するようになっている。
【００４６】
例えば実際に行われた接合処理において、重ね代幅がＬ１となるべき第１、第２ワーク１１０，１２０が用いられたときの振動特性を測定した結果、重ね代幅Ｌ３のマスタ波形に近い波形が得られた場合を図１２、１３に示す。ここでは、図１２に示すように、接合電流が時刻ｔ０で流されると共に、図１３に示すように、時刻ｔ１″で第１ワーク１１０と位置決め電極８とが当接し、当接後の振動特性として振幅Ａ″と、当接後に最初に極小値となる時刻ｔ２″に基づいて周期Ｔ″とが検出される。
【００４７】
このとき、マスタ波形と実測の振動特性との振幅差ΔＡ″（＞ΔＡ）、周期Ｔ、Ｔ″の差ΔＴ″（＞ΔＴ）、及び第１ワーク１１０と位置決め電極８とが当接した時刻の差（ｔ１とｔ″との差）に応じた位相差Δθ″（＞Δθ）とが算出され、これらの値が予め設定された許容範囲から逸脱するからＮＧ判定されるのである。なお、振幅、周期、位相のいずれか１つでも許容範囲から逸脱する場合にＮＧ判定されるようにしてもよい。
【００４８】
一方、振動特性の差異が生じる原因として第１ワーク１１０と位置決め電極８とが当接する際の衝撃力の違いがあり、重ね代幅Ｗが小さいとき、又は加圧力が大きいときは第１ワーク１１０の開口部１１２内に第２ワーク１２０が勢い良く入り易いので衝撃力が大きくなり、重ね代幅Ｗが大きいとき、又は加圧力が小さいときは第１ワーク１１０の開口部１１２内に第２ワーク１２０が入り難いので衝撃力が小さくなる。また、接合電流が大きいときは、発熱による接合部Ｘの軟化が促進されるので第１ワーク１１０の開口部１１２内に第２ワーク１２０が勢い良く入り易くなって衝撃力が大きくなり、接合電流が小さいときは、接合部Ｘの軟化度合いが小さいので第１ワーク１１０の開口部１１２内に第２ワーク１２０が入り難くなって衝撃力が小さくなる。これらの衝撃力に応じて、主に振動特性の振幅に違いが生じることになる。
【００４９】
また、何らかの突発的異常により良好な結合部Ｘが得られず、結合箇所と被接合箇所が混在する接合部Ｘの振動特性は、良好に接合された（冶金的に一体化した）接合部Ｘの振動特性とは固有振動数などが異なるため、このような接合部Ｘの内部組織に問題がある不良品についても評価することができる。
【００５０】
以上のように、前記ステップＳ５、Ｓ７〜Ｓ９の処理により４段階の接合部Ｘの良否判定が行われるため、不良品の流出が確実に防止されることになる。特に、前記ステップＳ９の評価によれば、接合時に衝撃が発生するリングマッシュ接合特有の現象を利用して、接合部Ｘの接合品質を非破壊で評価可能である。この評価では、重ね代幅、加圧力、接合電流のばらつき、加圧に対して接合電流を流すタイミングなどに応じて振動特性に差異が生じることに着目し、これらの接合条件が安定しない場合に、振動特性に応じて異常が検出され、不良品が看過されることが防止される。
【００５１】
なお、ここでは第１レーザー変位センサ３１により振動特性を検出するようになっているが、前記第２、第３レーザー変位センサ３２，３３により検出した振動特性により判定を行うようにしてもよい。
【００５２】
一方、図１４に示すように、第１ワーク１１０が上部電極９で押し下げられて、ワーク１１０，１２０が相対移動する際には、上部電極９から流れる接合電流Ｉは接合部Ｘを通って下部電極７に流れることになる。そして、図１５に示すように、接合が完了すると、下部電極７に隣接して位置する位置決め電極８の上面に第１ワーク１１０が当接する。これにより、両ワーク１１０，１２０の相対移動方向の位置決めがなされると共に、接合電流Ｉのうちの一部の電流Ｉ２が第１ワーク１１０から位置決め電極８へ分流され、両ワーク１１０，１２０の接合部Ｘに流れる電流がＩ１に減少する。このため、接合後に接合部Ｘに過大な電流が流れることが回避され、スパッタリングの発生等による接合品質の悪化が防止される。
【００５３】
また、前記位置決め電極８の変形例として、下部電極７に対して径方向外方の離間した位置へ移動し得るように複数に分割されて形成された位置決め電極８′がある。図１６に示すように、前記位置決め電極８′の各部８０，８０は、円筒が軸方向に沿って半分に分割されたものであり、それぞれエアシリンダ８１，８１のロッド８１ａ，８１ａの先端に絶縁体８２，８２を介して接続されている。コントローラ４１は、前記エアシリンダ８１，８１による位置決め電極８′の各部８０，８０の駆動の制御を行い、接合終了後に、図１７に示すように、前記両ワーク１１０，１２０から離間した位置に移動させるようになっている。
【００５４】
そして、位置決め電極８′の各部８０，８０が離間した状態で、焼き戻しのための通電が行われ、この電流がワーク１１０，１２０の接合部Ｘに流されることになる。このような構成においても、接合時の第１ワーク１１０と位置決め電極８′との当接により発生する振動特性を検出することにより精度良く不良品の検出が行われると共に、位置決め電極８′の各部８０，８０を導電性のもので構成することにより、第１ワーク１１０が位置決め電極８′の各部８０，８０に当接したときに接合電流の一部が該位置決め電極８′の各部８０，８０に分流されることになって、接合部Ｘのスパッタリングの発生が回避される。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、リングマッシュ接合における接合部の良否判定が非破壊で精度良く行われるので、接合・溶接産業に広く好適に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施の形態に係る接合装置の全体図である。
【図２】接合装置の要部拡大図である。
【図３】第１、第２ワークの説明図である。
【図４】図３の領域Ａの拡大図である。
【図５】リングマッシュ接合及び接合部の評価のフローチャートである。
【図６】加圧前の状態を示す第１、第２ワークの重ね合せ部分の拡大図である。
【図７】加圧後の状態を示す要部拡大図である。
【図８】図７の領域Ｂの拡大図である。
【図９】マスタ波形の説明図である。
【図１０】マスタ波形と良品の実測波形との比較説明図である
【図１１】図１０の領域アの拡大図である
【図１２】マスタ波形と不良品の実測波形との比較説明図である。
【図１３】図１２の領域イの拡大図である。
【図１４】接合中の接合電流の経路の説明図である。
【図１５】接合後の接合電流の経路の説明図である。
【図１６】位置決め電極の変形例の説明図である。
【図１７】同動作図である。
【符号の説明】
【００５７】
１ 接合装置
７ 下部電極
８ 位置決め電極
９ 上部電極
３１ 第１レーザー変位センサ
４０ 通電回路
４１ コントローラ
１１０ 第１ワーク
１１２ 開口部
１１２ａ 内周縁部
１２０ 第２ワーク
１２１ａ 外周縁部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リングマッシュ接合による接合部の接合品質判定方法及びその装置に関し、接合技術の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属材の端部を重ね合わせ、この部分を加圧しつつ通電することで両金属材を接合するマッシュシーム接合が知られている。そして、このマッシュシーム接合の改良技術として、特許文献１に記載のようなリングマッシュ接合がある。
【０００３】
このリングマッシュ接合は、円形等の開口部を有する第１被接合物と、該開口部の内周縁部に所定の重ね代を有して外周縁部を重ね合せた第２被接合物とを第１電極と第２電極とで加圧した状態で、前記両電極間に前記第１、第２被接合物の重ね合せ部を経由して接合電流を流すことにより、両被接合物の重ね合せ部が軟化（塑性流動）し、第２被接合物が第１被接合物の開口部に押し込まれて両被接合物が接合されるものである。このようなリングマッシュ接合によれば、瞬時に接合が行われるので、接合時間が短縮されると共に接合電流が低減され、生産性の向上が図られる。
【特許文献１】特開２００４−１７０４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、前記リングマッシュ接合においては、加圧力、接合電流、第１、第２被接合物の重ね代の幅、第１被接合物の開口部の内周縁部と第２被接合物の外周縁部の重ね合せ部とに設けられた面取り形状等のばらつきにより、第２被接合物が第１被接合物の開口部に適正に押し込まれず、また、接合による両被接合物の結合強度が一定しないことがある。この結果、良好に接合されていない不良品が発生し、このような不良品が製品として外部に流出するおそれがある。
【０００５】
そのため、このような不良品の流出を未然に防止するために接合品質を評価する方法が要望されるが、一旦接合されたものを対象として評価する場合には、超音波、Ｘ線、赤外線などを用いた非破壊方法により評価しなければならない。しかしながら、前記リングマッシュ接合による接合部は両被接合物が塑性流動して密接に密着したものであるから、前記非破壊方法による検査結果に差異が生じ難く、適正な評価を行うことは困難である。
【０００６】
これに対して、従来では、接合条件を管理し、接合電流のピーク電流、ピーク電流に至るまでの通電時間、接合中の電極移動量等の監視により接合品質の評価を行うことが考えられているが、電流測定器（ウェルドチェッカー）が不具合を生じた際などには、完全に不良品の流出を防止できるとは言い難い。
【０００７】
そこで、本発明は、リングマッシュ接合による接合部の接合品質判定方法及びその装置において、非破壊方法により接合品質を確実に評価することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するため、本発明は次のように構成したことを特徴とする。
【０００９】
まず、本願の請求項１に記載の発明は、開口部を有する第１被接合物と該開口部の内周縁部に所定の重ね代を有して外周縁部を重ね合わせた第２被接合物とを第１電極と第２電極とで加圧した状態で、前記両電極間に前記第１、第２被接合物の重ね合せ部を経由して接合電流を流すことにより、前記第１被接合物の開口部内に前記第２被接合物を押し込んで両被接合物を接合するリングマッシュ接合において、その接合部の良否判定を行う接合品質判定方法であって、一方の電極に接して押し込まれる該被接合物を他方の電極の近傍に設けられた位置決め部材に当接させることにより位置決めするときに、この当接により発生した振動の特性を振動特性検出手段で検出し、この振動特性により接合部の良否判定を行うことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載の接合品質判定方法において、前記位置決め部材は導電性を有し、一方の電極に押し込まれた被接合物に当接した際に第１、第２被接合物の重ね合せ部を流れる接合電流の一部を分流させることを特徴とする。
【００１１】
そして、請求項３に記載の発明は、開口部を有する第１被接合物と該開口部の内周縁部に所定の重ね代を有して外周縁部を重ね合わせた第２被接合物のうちの一方の被接合物の重ね代近傍に当接する第１電極と、他方の被接合物の重ね代近傍に当接する第２電極と、前記第１、第２被接合物を前記第１、第２電極により加圧した状態で該電極間に前記第１、第２被接合物の重ね合せ部を経由して接合電流を流す接合電流供給手段と、一方の電極に接して押し込まれる被接合物を当接させて位置決めする他方の電極の近傍に設けられた位置決め部材とを有する接合装置において、接合部の良否判定を行う接合品質判定装置であって、一方の電極に接して押し込まれる被接合物と位置決め部材とが当接したときに発生する振動の特性を検出する振動特性検出手段と、該振動特性検出手段により検出された振動特性により接合部の良否判定を行う判定手段とが備えられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
まず、請求項１に記載の発明によれば、リングマッシュ接合において、開口部を有する第１被接合物と該開口部の内周縁部に所定の重ね代を有して外周縁部を重ね合わせた第２被接合物とを第１電極と第２電極とで加圧した状態で、前記電極間に前記第１、第２被接合物の重ね合せ部を経由して接合電流を流すことにより、第１、第２被接合物の重ね合せ部が発熱して軟化し、第１被接合物の開口部内に前記第２被接合物を押し込まれ、両被接合物が接合されることになる。そして、このようなリングマッシュ接合において、一方の電極に接して被接合物が押し込まれたときに、該被接合物が他方の電極の近傍に設けられた位置決め部材に当接することにより位置決めされるようになっており、この位置決めの際に発生した振動の特性が振動特性検出手段によって検出され、この振動特性に基づいて接合部の良否判定が行われる。
【００１３】
この良否判定は、例えば、一方の電極に加圧された被接合物が位置決め部材に当接したときの衝撃力などに応じて振動特性が異なることに着目し、良好な接合がなされたときの振動特性と比較して同様の特性が得られたときに良品として処理されると共に、比較して異なる特性が得られたときに不良品として処理される。このような方法によれば、接合時に衝撃が発生するリングマッシュ接合特有の現象を利用して、接合部の接合品質を非破壊で判定可能である。
【００１４】
この判定では、重ね代幅、加圧力、接合電流のばらつき、加圧に対して接合電流を流すタイミングなどに応じて振動特性に差異が生じることに着目し、これらの接合条件が安定しない場合に、振動特性に応じて異常が検出され、不良品を看過することが防止される。
【００１５】
さらに、何らかの突発的異常により良好な接合部が得られず、結合箇所と被接合箇所が混在する接合部が形成された場合の振動特性は、良好に接合された（冶金的に一体化した）接合部の振動特性とは異なるため、このような接合部の内部組織に問題がある不良品についても評価することができる。
【００１６】
ところで、前記接合電流は金属材料を軟化させるために比較的大電流とされる。そのため、接合後にもこのような大電流が流されると、接合部の金属粒子が飛散するスパッタリングが生じ、接合品質が悪化する問題がある。
【００１７】
これに対して、請求項２に記載の発明によれば、前記位置決め部材は導電性を有しているため、一方の電極に押し込まれた被接合物に当接した際に第１、第２被接合物の重ね合せ部を流れる接合電流の一部が分流される。従って、接合後に接合部に過大な電流が流れることが防止され、接合品質が確保される。
【００１８】
そして、請求項３に記載の発明は、前記請求項１に記載の発明に対応する接合品質判定装置の発明であって、前記請求項１に記載の発明と同様の作用効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００２０】
図１は、本実施の形態に係る接合装置の全体図である。この接合装置１は、リングマッシュ接合を行う装置であり、設置台２，２上に形成されたフレーム体３と、該フレーム体３の内部に設けられた接合台４と、その接合台４上で左右方向に延びるスライドレール５と、スライドレール５上でそれぞれ左右に移動可能な一対の下部プラテン６，６に支持された２つの下部電極７，７（図１には１つのみ図示）と、前記下部電極７，７の周囲を囲う円筒状の位置決め電極８，８と、下部電極７，７の上方に設けられて上下方向に移動可能な上部電極９と、上部プラテン１０を介して前記上部電極９をロッド１１ａ先端で支持する加圧シリンダ１１と、前記上部プラテン１０を介して上部電極９に電流を送る配線ケーブル１２と、前記下部電極７，７からの電流を下部プラテン６，６を介して流す配線ケーブル１３，１３と、作業者により各種情報が入力される操作盤１４とを有している。
【００２１】
図２に示すように、前記下部電極７及び上部電極９は、共に円筒形状の導電体で構成され、下部電極７の上面が上部電極９の下面に対向する状態で、前記加圧シリンダ１１が制御されて上部電極９が下降、上昇することにより、該上部電極９は下部電極７に対して近接、離間するようになっている。
【００２２】
また、前記位置決め電極８は、クロム銅、ベリリウム銅等の導電体からなり、下部電極７の外周面を囲う円筒状に形成されている。
【００２３】
一方、上部プラテン１０の側部には、ステー２０が装着されている。該ステーは、Ｌ字状の支持部材２１がケース２２内に配設されたスプリングを介して上部プラテン１０に接続された構成であり、前記支持部材の下面には反射板２３が装着されている。そして、前記フレーム体３には非接触型の第１レーザー変位センサ３１が支持され、このセンサ３１は前記反射板２３に対して下方からレーザー光を照射すると共に、反射板２３から反射されたレーザー光を検出することにより上部プラテン１０の上下方向の変位量を検出するようになっている。なお、前記ステー２０により、上部プラテン１０の振動が増幅される。
【００２４】
また、このような振動を検出する構成として、フレーム体３に第２レーザー変位センサ３２が支持され、このセンサ３２により後述する第１ワーク１１０の外周壁に装着された反射板２４にレーザー光を照射し、その反射光を検出することにより第１ワーク１１０の上下方向の変位量を検出するものであってもよい。さらに、フレーム体３に第３レーザー変位センサ３３が支持され、このセンサ３３により位置決め電極８の外周面に装着された反射板２５にレーザー光を照射し、その反射光を検出することにより位置決め電極８の上下方向の変位量を検出するものであってもよい。なお、前記反射板２４，２５は、前述のステー２０を介して第１ワーク又は位置決め電極８に装着してもよい。
【００２５】
一方、前記接合装置１には、前記各電極７〜９に対して通電を行う通電回路４０とコントローラ４１とが備えられている。コントローラ４１は、通電回路４０に信号を出力して、接合時に上部電極９と下部電極７との間に接合電流を流すと共に、接合後に前記電極７，９を介して焼き戻し電流を流すようになっている。また、コントローラ４１は、前記第１〜第３レーザー変位センサ３１〜３３の信号を入力する。
【００２６】
一方、図３に示すように、前記接合装置１は、第１ワーク１１０と第２ワーク１２０とを接合する。第１ワーク１１０は、例えば自動変速機部品であるクラッチハブであり、その一端部内周側にフランジ部１１１が形成され、このフランジ部１１１の内側に開口部１１２が形成されている。また、第２ワーク１２０は、例えば自動変速機部品である筒状のスリーブであって、その一端部外周側にフランジ部１２１が形成されている。このフランジ部１２１の外径は、前記第１ワーク１１０の内径よりも若干大きく形成されている。
【００２７】
そして、前記第１ワーク１１０と第２ワーク１２０とが下部電極７にセットされたときに、第２ワーク１２０のフランジ部１２１の下面が下部電極７の上面に支持されると共に、該第２ワーク１２０の上方から第１ワーク１１０が重ね合わせられる。このとき、第１ワーク１１０の開口部１１２の内周縁部１１２ａと第２ワーク１２０のフランジ部１２１の外周縁部１２１ａとが所定の重ね代（重ね代幅Ｗ、図４参照）を有する状態となる。また、図４に示すように、前記開口部１１２の内周縁部１１２ａの下部には面取り部１１３が形成されていると共に、前記フランジ部１２１の外周縁部の１２１ａ上部には面取り部１２３が形成され、ワーク１１０，１２０がセットされたときには、これらの面取り部１１３，１２３が対接するようになっている。
【００２８】
これらのワーク１１０，１２０の少なくとも一方は、高炭素鋼で形成され、例えば第１ワーク１１０は０．１０重量％程度の炭素を含有する鋼、第２ワーク１２０は０．３５％程度の炭素を含有する鋼からなっている。
【００２９】
一方、下部電極７の上面は第２ワーク１２０のフランジ部１２１の外周縁部１２１ａ近傍に当接すると共に、上部電極９が下降したときに、上部電極９の下面が第１ワーク１１０のフランジ１１１の内周縁部１２１ａ近傍に当接するようになっている。
【００３０】
なお、図１に示した構成では、作業性向上のため二つの下部電極７，７を交互に使用可能な構成になっている。つまり、一方の下部電極７にワーク１１０，１２０をセットし、その下部電極７をスライドレール５上の中央に位置させた状態で、接合とその後の焼戻しとの処理を行う一方、これらの処理中に他方の下部電極７から処理後のワーク１１０，１２０の取外し、新たなワーク１１０，１２０のセットを行うことができる。なお、このような構成に限らず、下部電極７は一つだけであってもよい。
【００３１】
また、前記下部電極７及び上部電極９は請求項１に記載の接合品質判定方法または請求項３に記載の接合品質判定装置における第１電極と第２電極とのいずれかに相当し、前記位置決め電極８は同じく位置決め部材に相当し、前記第１〜第３レーザー変位センサ３１〜３３は同じく振動特性検出手段に相当し、前記第１ワーク１１０及び第２ワーク１２０は同じく第１被接合物と第２被接合物とに相当する。さらに、前記通電回路４０は請求項３に記載の接合品質判定装置における接合電流供給手段に相当し、前記コントローラ４１は同じく判定手段に相当する。
【００３２】
次に、前記接合装置１による第１、第２ワーク１１０，１２０のリングマッシュ接合及び接合部の評価のプロセスを、図５のフローチャートを用いて説明する。
【００３３】
まず、ステップＳ１で、第１ワーク１１０と第２ワーク１２０とが下部電極７にセットされた状態で、作業者により操作盤１４の起動スイッチがＯＮ操作されると、ステップＳ２で、加圧シリンダ１１に信号を出力して自重により上部電極９を降下させる。
【００３４】
次に、ステップＳ３で、一旦上部電極９が第１ワーク１１０の上面に当接した状態で待機させる。このとき、図６に示すように、上部電極９の自重による圧力が第１ワーク１１０に対して上方から作用するが、この圧力では第１ワーク１１０の開口部１１２内に第２ワーク１２０が押し込まれることはなく、第１ワーク１１０の下面は位置決め電極８の上面に対して所定の間隔Ｖをあけて対向した状態となる。
【００３５】
次に、ステップＳ４で、加圧シリンダ１１に信号を出力して上部電極９の下方への加圧を開始し、ステップＳ５で、前記第１レーザー変位センサ３１からの信号に基づいて上部電極９の変位があるか否かの判定を行う。この判定で、上部電極９の変位があると判定された場合には、ステップＳ１１に進み、設備にＮＧ信号を出力する。つまり、加圧した段階（後述する通電のない状態）で変位が生じた場合には、第１ワーク１１０の内径、第２ワーク１２０の外径などのばらつきにより、重ね代幅Ｗがゼロか、ほとんど無いことが推測されるため、当該ワーク１１０，１２０では十分な接合ができないと判断して、ＮＧ信号を出力するのである。
【００３６】
一方、ステップＳ５で、変位がないと判定されたときは、ステップＳ６に進み、接合電流の通電を開始する。この通電により、第１ワーク１１０の開口部１１２の内周縁部１１２ａと第２ワーク１２０のフランジ部１２１の外周縁部１２１ａとの当接部が発熱し、これによって当接部が軟化し、第１ワーク１１０の開口部１１２内に第２ワーク１１０のフランジ部１１１が押し込み易くなる。そして、図７に示すように、この状態で上部電極９により加圧された結果、第１ワーク１１０の開口部１１２内に第２ワーク１２０のフランジ部１２１が押し込まれて、図８に拡大して表すような接合部Ｘが形成されることになる。この接合部Ｘは、ワーク１１０，１２０が塑性流動して固相接合により一体化したものである。
【００３７】
次に、ステップＳ７で、前記第１レーザー変位センサ３１からの信号に基づいて通電開始から規定時間内で上部電極９の変位が完了しているか否かについての判定を行う。この判定で規定時間内に上部電極９の変位が完了していないと判定されたときは、ステップＳ１１に進み、設備にＮＧ信号を出力する。このように、規定時間内に上部電極９の変位が完了していない場合には、重ね代幅Ｗが大きすぎて押し込みが十分になされていないことが推測されるため、この場合も当該ワーク１１０，１２０では適切な接合ができないと判断して、ＮＧ信号を出力するのである。
【００３８】
また、前記ステップＳ７で、規定時間内に変位が完了していると判定されたときは、ステップＳ８に進み、前記第１レーザー変位センサ３１からの信号に基づいて通電開始から上部電極９の変位完了までの変位時間が規定値内であるか否かの判定を行う。この判定で、規定値外であると判定された場合には、十分な接合ができないと判断して、ステップＳ１１に進み、設備にＮＧ信号を出力する。変位時間が規定値内でない例として、極端に短い時間で変位が生じた場合に、重ね代の幅Ｗが十分でなかったものと推測されるため、ワーク１１０，１２０の接合が不十分であると判断して、ＮＧ信号を出力するのである。
【００３９】
一方、変位時間が規定値内であると判定されたときは、ステップＳ９で、前記第１レーザー変位センサ３１により検出された上部プラテン１０の上下方向の変位量、つまり接合後の上部プラテン１０の振動特性に基づいて接合部Ｘの良否判定を行う。このときの判定では、上部プラテン１０の振動特性がマスター波形に対して許容範囲内にあるか否かを判定する。
【００４０】
コントローラ４１には、予め良好な接合時に得られたマスタ波形が記憶されており、このマスタ波形に対して振幅、位相等の許容範囲が設定されている。例えば図９に、重ね代幅がＬ１、Ｌ２、Ｌ３ｍｍ（Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３）のときのマスタ波形を示す。重ね代幅Ｌ１、Ｌ２のマスタ波形は振幅、位相共に類似した波形となっているが、重ね代幅Ｌ３のマスタ波形は重ね代幅Ｌ１、Ｌ２の波形と比較すると、位相にずれがあり、振幅も小さなものとなっている。そして、各マスタ波形において、振幅、位相、周期の許容範囲量（ΔＡ、Δθ、ΔＴ）が設定されており、実際の接合処理において第１レーザー変位センサ３１により検出された実測の波形とマスタ波形とを比較し、振幅、位相、周期が許容範囲から逸脱するか否かに応じてＯＫ／ＮＧの判定を行うようになっている。
【００４１】
前記ステップＳ９で、前記振動特性がマスタ波形の振幅、位相等に対し、許容範囲内にあるときは、ステップＳ１０に進み、設備にＯＫ信号を出力する。
【００４２】
このとき、例えば重ね代幅がＬ１に設定されているときの判定では、図１０に示すように、マスタ波形は、時刻ｔ０で接合電流の通電が開始されて、時刻ｔ１で第１ワーク１１０と位置決め電極８とが当接した結果、図１１に示すような、振幅Ａと、当接後に最初に極小値となる時刻ｔ２に基づいて算出された周期Ｔとを有するものとなっている。
【００４３】
一方、実際に行われた接合処理において、重ね代幅がＬ１となるべき第１、第２ワーク１１０，１２０が用いられたときの振動特性を測定した結果、重ね代幅Ｌ２のマスタ波形に近い波形が得られた場合を図１０、１１に示す。ここでは、図１０に示すように、接合電流が時刻ｔ０で流されると共に、図１１に示すように、時刻ｔ１′で第１ワーク１１０と位置決め電極８とが当接し、当接後の振動特性として振幅Ａ′と、当接後に極小値となる時刻ｔ２′に基づいて周期Ｔ′とが検出される。
【００４４】
このとき、マスタ波形と実測の振動特性との振幅差ΔＡ′（＜ΔＡ）、周期Ｔ、Ｔ′の差ΔＴ′（＜ΔＴ）、及び第１ワーク１１０と位置決め電極８とが当接した時刻の差（ｔ１とｔ１′との差）に応じた位相差Δθ′（＜Δθ）とが算出され、これらの値が予め設定された許容範囲内にあるからＯＫ判定されるのである。
【００４５】
一方、ステップＳ９で前記振動特性がマスタ波形の振幅、位相等に対し、許容範囲を逸脱する場合には、何らかの原因により良好な接合が行われていないと判断されるため、ステップＳ１１に進み、設備にＮＧ信号を出力するようになっている。
【００４６】
例えば実際に行われた接合処理において、重ね代幅がＬ１となるべき第１、第２ワーク１１０，１２０が用いられたときの振動特性を測定した結果、重ね代幅Ｌ３のマスタ波形に近い波形が得られた場合を図１２、１３に示す。ここでは、図１２に示すように、接合電流が時刻ｔ０で流されると共に、図１３に示すように、時刻ｔ１″で第１ワーク１１０と位置決め電極８とが当接し、当接後の振動特性として振幅Ａ″と、当接後に最初に極小値となる時刻ｔ２″に基づいて周期Ｔ″とが検出される。
【００４７】
このとき、マスタ波形と実測の振動特性との振幅差ΔＡ″（＞ΔＡ）、周期Ｔ、Ｔ″の差ΔＴ″（＞ΔＴ）、及び第１ワーク１１０と位置決め電極８とが当接した時刻の差（ｔ１とｔ″との差）に応じた位相差Δθ″（＞Δθ）とが算出され、これらの値が予め設定された許容範囲から逸脱するからＮＧ判定されるのである。なお、振幅、周期、位相のいずれか１つでも許容範囲から逸脱する場合にＮＧ判定されるようにしてもよい。
【００４８】
一方、振動特性の差異が生じる原因として第１ワーク１１０と位置決め電極８とが当接する際の衝撃力の違いがあり、重ね代幅Ｗが小さいとき、又は加圧力が大きいときは第１ワーク１１０の開口部１１２内に第２ワーク１２０が勢い良く入り易いので衝撃力が大きくなり、重ね代幅Ｗが大きいとき、又は加圧力が小さいときは第１ワーク１１０の開口部１１２内に第２ワーク１２０が入り難いので衝撃力が小さくなる。また、接合電流が大きいときは、発熱による接合部Ｘの軟化が促進されるので第１ワーク１１０の開口部１１２内に第２ワーク１２０が勢い良く入り易くなって衝撃力が大きくなり、接合電流が小さいときは、接合部Ｘの軟化度合いが小さいので第１ワーク１１０の開口部１１２内に第２ワーク１２０が入り難くなって衝撃力が小さくなる。これらの衝撃力に応じて、主に振動特性の振幅に違いが生じることになる。
【００４９】
また、何らかの突発的異常により良好な結合部Ｘが得られず、結合箇所と被接合箇所が混在する接合部Ｘの振動特性は、良好に接合された（冶金的に一体化した）接合部Ｘの振動特性とは固有振動数などが異なるため、このような接合部Ｘの内部組織に問題がある不良品についても評価することができる。
【００５０】
以上のように、前記ステップＳ５、Ｓ７〜Ｓ９の処理により４段階の接合部Ｘの良否判定が行われるため、不良品の流出が確実に防止されることになる。特に、前記ステップＳ９の評価によれば、接合時に衝撃が発生するリングマッシュ接合特有の現象を利用して、接合部Ｘの接合品質を非破壊で評価可能である。この評価では、重ね代幅、加圧力、接合電流のばらつき、加圧に対して接合電流を流すタイミングなどに応じて振動特性に差異が生じることに着目し、これらの接合条件が安定しない場合に、振動特性に応じて異常が検出され、不良品が看過されることが防止される。
【００５１】
なお、ここでは第１レーザー変位センサ３１により振動特性を検出するようになっているが、前記第２、第３レーザー変位センサ３２，３３により検出した振動特性により判定を行うようにしてもよい。
【００５２】
一方、図１４に示すように、第１ワーク１１０が上部電極９で押し下げられて、ワーク１１０，１２０が相対移動する際には、上部電極９から流れる接合電流Ｉは接合部Ｘを通って下部電極７に流れることになる。そして、図１５に示すように、接合が完了すると、下部電極７に隣接して位置する位置決め電極８の上面に第１ワーク１１０が当接する。これにより、両ワーク１１０，１２０の相対移動方向の位置決めがなされると共に、接合電流Ｉのうちの一部の電流Ｉ２が第１ワーク１１０から位置決め電極８へ分流され、両ワーク１１０，１２０の接合部Ｘに流れる電流がＩ１に減少する。このため、接合後に接合部Ｘに過大な電流が流れることが回避され、スパッタリングの発生等による接合品質の悪化が防止される。
【００５３】
また、前記位置決め電極８の変形例として、下部電極７に対して径方向外方の離間した位置へ移動し得るように複数に分割されて形成された位置決め電極８′がある。図１６に示すように、前記位置決め電極８′の各部８０，８０は、円筒が軸方向に沿って半分に分割されたものであり、それぞれエアシリンダ８１，８１のロッド８１ａ，８１ａの先端に絶縁体８２，８２を介して接続されている。コントローラ４１は、前記エアシリンダ８１，８１による位置決め電極８′の各部８０，８０の駆動の制御を行い、接合終了後に、図１７に示すように、前記両ワーク１１０，１２０から離間した位置に移動させるようになっている。
【００５４】
そして、位置決め電極８′の各部８０，８０が離間した状態で、焼き戻しのための通電が行われ、この電流がワーク１１０，１２０の接合部Ｘに流されることになる。このような構成においても、接合時の第１ワーク１１０と位置決め電極８′との当接により発生する振動特性を検出することにより精度良く不良品の検出が行われると共に、位置決め電極８′の各部８０，８０を導電性のもので構成することにより、第１ワーク１１０が位置決め電極８′の各部８０，８０に当接したときに接合電流の一部が該位置決め電極８′の各部８０，８０に分流されることになって、接合部Ｘのスパッタリングの発生が回避される。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、リングマッシュ接合における接合部の良否判定が非破壊で精度良く行われるので、接合・溶接産業に広く好適に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施の形態に係る接合装置の全体図である。
【図２】接合装置の要部拡大図である。
【図３】第１、第２ワークの説明図である。
【図４】図３の領域Ａの拡大図である。
【図５】リングマッシュ接合及び接合部の評価のフローチャートである。
【図６】加圧前の状態を示す第１、第２ワークの重ね合せ部分の拡大図である。
【図７】加圧後の状態を示す要部拡大図である。
【図８】図７の領域Ｂの拡大図である。
【図９】マスタ波形の説明図である。
【図１０】マスタ波形と良品の実測波形との比較説明図である
【図１１】図１０の領域アの拡大図である
【図１２】マスタ波形と不良品の実測波形との比較説明図である。
【図１３】図１２の領域イの拡大図である。
【図１４】接合中の接合電流の経路の説明図である。
【図１５】接合後の接合電流の経路の説明図である。
【図１６】位置決め電極の変形例の説明図である。
【図１７】同動作図である。
【符号の説明】
【００５７】
１ 接合装置
７ 下部電極
８ 位置決め電極
９ 上部電極
３１ 第１レーザー変位センサ
４０ 通電回路
４１ コントローラ
１１０ 第１ワーク
１１２ 開口部
１１２ａ 内周縁部
１２０ 第２ワーク
１２１ａ 外周縁部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部を有する第１被接合物と該開口部の内周縁部に所定の重ね代を有して外周縁部を重ね合わせた第２被接合物とを第１電極と第２電極とで加圧した状態で、前記両電極間に前記第１、第２被接合物の重ね合せ部を経由して接合電流を流すことにより、前記第１被接合物の開口部内に前記第２被接合物を押し込んで両被接合物を接合するリングマッシュ接合において、その接合部の良否判定を行う接合品質判定方法であって、
一方の電極に接して押し込まれる該被接合物を他方の電極の近傍に設けられた位置決め部材に当接させることにより位置決めするときに、この当接により発生した振動の特性を振動特性検出手段で検出し、この振動特性により接合部の良否判定を行うことを特徴とする接合品質判定方法。
【請求項２】
前記請求項１に記載の接合品質判定方法において、
前記位置決め部材は導電性を有し、一方の電極に押し込まれた被接合物に当接した際に第１、第２被接合物の重ね合せ部を流れる接合電流の一部を分流させることを特徴とする接合品質判定方法。
【請求項３】
開口部を有する第１被接合物と該開口部の内周縁部に所定の重ね代を有して外周縁部を重ね合わせた第２被接合物のうちの一方の被接合物の重ね代近傍に当接する第１電極と、他方の被接合物の重ね代近傍に当接する第２電極と、前記第１、第２被接合物を前記第１、第２電極により加圧した状態で該電極間に前記第１、第２被接合物の重ね合せ部を経由して接合電流を流す接合電流供給手段と、一方の電極に接して押し込まれる被接合物を当接させて位置決めする他方の電極の近傍に設けられた位置決め部材とを有する接合装置において、接合部の良否判定を行う接合品質判定装置であって、
一方の電極に接して押し込まれる被接合物と位置決め部材とが当接したときに発生する振動の特性を検出する振動特性検出手段と、
該振動特性検出手段により検出された振動特性により接合部の良否判定を行う判定手段とが備えられていることを特徴とする接合品質判定装置。
【請求項１】
開口部を有する第１被接合物と該開口部の内周縁部に所定の重ね代を有して外周縁部を重ね合わせた第２被接合物とを第１電極と第２電極とで加圧した状態で、前記両電極間に前記第１、第２被接合物の重ね合せ部を経由して接合電流を流すことにより、前記第１被接合物の開口部内に前記第２被接合物を押し込んで両被接合物を接合するリングマッシュ接合において、その接合部の良否判定を行う接合品質判定方法であって、
一方の電極に接して押し込まれる該被接合物を他方の電極の近傍に設けられた位置決め部材に当接させることにより位置決めするときに、この当接により発生した振動の特性を振動特性検出手段で検出し、この振動特性により接合部の良否判定を行うことを特徴とする接合品質判定方法。
【請求項２】
前記請求項１に記載の接合品質判定方法において、
前記位置決め部材は導電性を有し、一方の電極に押し込まれた被接合物に当接した際に第１、第２被接合物の重ね合せ部を流れる接合電流の一部を分流させることを特徴とする接合品質判定方法。
【請求項３】
開口部を有する第１被接合物と該開口部の内周縁部に所定の重ね代を有して外周縁部を重ね合わせた第２被接合物のうちの一方の被接合物の重ね代近傍に当接する第１電極と、他方の被接合物の重ね代近傍に当接する第２電極と、前記第１、第２被接合物を前記第１、第２電極により加圧した状態で該電極間に前記第１、第２被接合物の重ね合せ部を経由して接合電流を流す接合電流供給手段と、一方の電極に接して押し込まれる被接合物を当接させて位置決めする他方の電極の近傍に設けられた位置決め部材とを有する接合装置において、接合部の良否判定を行う接合品質判定装置であって、
一方の電極に接して押し込まれる被接合物と位置決め部材とが当接したときに発生する振動の特性を検出する振動特性検出手段と、
該振動特性検出手段により検出された振動特性により接合部の良否判定を行う判定手段とが備えられていることを特徴とする接合品質判定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００７−２１００１６（Ｐ２００７−２１００１６Ａ）
【公開日】平成１９年８月２３日（２００７．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３３３１２（Ｐ２００６−３３３１２）
【出願日】平成１８年２月１０日（２００６．２．１０）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月２３日（２００７．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月１０日（２００６．２．１０）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
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