摩擦圧接接合システム及び摩擦圧接接合方法
【課題】簡単な構成で、接合状態の可否を精度良く判断することができる摩擦圧接接合システム及び摩擦圧接接合方法を提供する
【解決手段】摩擦圧接接合システム１では、電力検出センサ１０４から取得した測定用の出力信号Ｓのうち、回転体である一方の金属材２の端面２ａが他方の金属材３の端面３ａに圧接したときに対応するＳ２部分と、金属材２，３がアップセット加圧されたときに対応するＳ４部分とを抽出し、これらを上管理限界値及び下管理限界値を用いてモニタリングする。このように、摩擦圧接接合システム１では、単一の物理量である有効電力をモニタリングし、かつ摩擦圧接接合の開始から完了までの期間のうち、システムに供給される有効電力の変動が顕著な部分を抽出して異常の有無を判断しているので、処理負担を軽減しつつ、接合部Ｗの接合状態の可否を精度良く判断することができる。
【解決手段】摩擦圧接接合システム１では、電力検出センサ１０４から取得した測定用の出力信号Ｓのうち、回転体である一方の金属材２の端面２ａが他方の金属材３の端面３ａに圧接したときに対応するＳ２部分と、金属材２，３がアップセット加圧されたときに対応するＳ４部分とを抽出し、これらを上管理限界値及び下管理限界値を用いてモニタリングする。このように、摩擦圧接接合システム１では、単一の物理量である有効電力をモニタリングし、かつ摩擦圧接接合の開始から完了までの期間のうち、システムに供給される有効電力の変動が顕著な部分を抽出して異常の有無を判断しているので、処理負担を軽減しつつ、接合部Ｗの接合状態の可否を精度良く判断することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦圧接接合システム及び摩擦圧接接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属材を接合する方法として、摩擦圧接接合が知られている。摩擦圧接接合は、例えば棒状の金属材同士の接合に用いられる。この接合では、例えば一方の金属材を軸周りに回転させながら他方の金属材に押し当て、摩擦熱によって金属材の端面を加熱溶融させる。その後、金属材の端面が十分に溶融してから、一方の金属材の回転を停止させつつアップセット圧力を加え、金属材の端面に接合部を形成する。
【０００３】
このような摩擦圧接接合方法においては、接合状態の可否を判断するための種々の制御技術の開発がなされている。例えば特許文献１に記載の摩擦圧接方法では、圧接の際における圧力の単位時間当たりの変化量をモニタリングし、この変化量に基づいて圧接を行う毎の圧力を制御している。
【特許文献１】特開２００６−２５５７４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
接合状態の可否を精度良く判断するために、上述した圧接時の荷重のほか、ツール荷重、加工点温度、雰囲気温度、歪み量、振動といった複数の物理量をモニタリングすることが考えられる。しかしながら、モニタリングする物理量が多くなると、センサの数が増加し、解析ルーチンも複雑化してしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、簡単な構成で、接合状態の可否を精度良く判断することができる摩擦圧接接合システム及び摩擦圧接接合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】
【０００６】
上記課題の解決のため、本願発明者は、鋭意研究を重ねる過程で、接合を行う際に摩擦圧接接合システムで消費されるエネルギーの変動量に着目した。その結果、摩擦圧接接合システムで消費されるエネルギー量は、システムにかかる負荷に依存しており、摩擦圧接接合の開始時、すなわち、回転する一方の金属材が他方の金属材に当接する際に急峻なピークが生じ、摩擦圧接接合中はほぼ一定のレベルを保つことが分かった。また、摩擦圧接接合が終了する間際のアップセット加圧の際に再び急峻なピークが生じ、その後摩擦圧接開始前のレベルに戻ることが分かった。
【０００７】
そこで、本願発明者は、摩擦圧接の開始から完了までの期間のうち、エネルギー量の変動が顕著な部分について異常の有無を判断すれば、摩擦圧接接合の全期間にわたって複数の物理量を処理せずとも接合状態の可否を精度良く判断することができるとの知見を得て本発明を想到するに至った。
【０００８】
本発明に係る摩擦圧接接合システムは、金属材の端面同士の突き合わせ部分に、回転体の圧接によって発生する摩擦熱を用いて接合部を形成する摩擦圧接接合システムであって、摩擦圧接接合の開始から完了までの間、システムに供給されるエネルギー量に関する物理量の変化を検出する物理量検出手段と、物理量検出手段から取得した測定用の出力信号のうち、回転体が金属材に圧接したときに対応する第１の部分と、金属材がアップセット加圧されたときに対応する第２の部分とをそれぞれ抽出する出力信号抽出手段と、出力信号抽出手段によって抽出された第１の部分が、予め設定した基準用の出力信号の第１の部分の上管理限界値と下管理限界値との間に収まっているか否かに基づいて、測定用の出力信号における第１の部分の異常の有無を判断する第１出力信号判断手段と、出力信号抽出手段によって抽出された第２の部分が、予め設定した基準用の出力信号の第２の部分の上管理限界値と下管理限界値との間に収まっているか否かに基づいて、測定用の出力信号における第２の部分の異常の有無を判断する第２出力信号判断手段と、第１出力信号判断手段及び第２出力信号判断手段による判断結果に基づいて、接合部の接合状態の可否を判断する接合状態判断手段と、を備えたことを特徴としている。
【０００９】
この摩擦圧接接合システムでは、摩擦圧接接合の開始から完了までの間、システムに供給されるエネルギー量に関する物理量の変化を物理量検出手段によって検出する。そして、物理量検出手段から取得した測定用の出力信号のうち、回転体が金属材に圧接したときに対応する第１の部分と、金属材がアップセット加圧されたときに対応する第２の部分とを抽出し、これらを上管理限界値及び下管理限界値を用いてモニタリングする。上管理限界値及び下管理限界値とは、基準用の出力信号の出力値の標準偏差を算出した上で、その標準偏差を整数倍して得られる正規化値を基準用の出力信号の出力値に加算及び減算してそれぞれ得られる値である。したがって、上管理限界値と下管理限界値とは、基準用の出力信号の立ち上がり部分の波形に沿って一定の数値幅を持って設定されることとなり、急峻なピークが生じる測定用の出力信号における第１の部分及び第２の部分の異常の有無を容易に判断できる。モニタリングにあたっては、システムに供給されるエネルギー量に関する単一の物理量を扱うのみであり、構成の複雑化も回避される。
【００１０】
また、第１出力信号判断手段によって測定用の出力信号の第１の部分に異常があると判断された場合に、回転体の回転を停止させる停止手段を更に備えたことが好ましい。摩擦圧接接合の開始時点でシステムの異常が認められた場合に、その場で摩擦圧接接合を中断することで、異常の要因が把握し易くなる。また、二次的な異常の発生を防止できる。
【００１１】
また、本発明に係る摩擦圧接接合方法は、金属材の端面同士の突き合わせ部分に、回転体の圧接によって発生する摩擦熱を用いて接合部を形成する摩擦圧接接合方法であって、摩擦圧接接合の開始から完了までの間、システムに供給されるエネルギー量に関する物理量の変化を物理量検出手段によって検出する物理量検出ステップと、物理量検出手段から取得した測定用の出力信号のうち、回転体が金属材に圧接したときに対応する第１の部分と、金属材がアップセット加圧されたときに対応する第２の部分とをそれぞれ抽出する出力信号抽出ステップと、出力信号抽出ステップにおいて抽出された第１の部分が、予め設定した基準用の出力信号の第１の部分の上管理限界値と下管理限界値との間に収まっているか否かに基づいて、測定用の出力信号における第１の部分の異常の有無を判断する第１出力信号判断ステップと、出力信号抽出手段において抽出された第２の部分が、予め設定した基準用の出力信号の第２の部分の上管理限界値と下管理限界値との間に収まっているか否かに基づいて、測定用の出力信号における第２の部分の異常の有無を判断する第２出力信号判断ステップと、第１出力信号判断ステップ及び第２出力信号判断ステップにおける判断結果に基づいて、接合部の接合状態の可否を判断する接合状態判断ステップと、を備えたことを特徴としている。
【００１２】
この摩擦圧接接合方法では、摩擦圧接接合の開始から完了までの間、システムに供給されるエネルギー量に関する物理量の変化を物理量検出手段によって検出する。そして、物理量検出手段から取得した測定用の出力信号のうち、回転体が金属材に圧接したときに対応する第１の部分と、金属材がアップセット加圧されたときに対応する第２の部分とを抽出し、これらを上管理限界値及び下管理限界値を用いてモニタリングする。上管理限界値及び下管理限界値とは、基準用の出力信号の出力値の標準偏差を算出した上で、その標準偏差を整数倍して得られる正規化値を基準用の出力信号の出力値に加算及び減算してそれぞれ得られる値である。したがって、上管理限界値と下管理限界値とは、基準用の出力信号の立ち上がり部分の波形に沿って一定の数値幅を持って設定されることとなり、急峻なピークが生じる測定用の出力信号における第１の部分及び第２の部分の異常の有無を容易に判断できる。モニタリングにあたっては、システムに供給されるエネルギー量に関する単一の物理量を扱うのみであり、構成の複雑化も回避される。
【００１３】
また、第１出力信号判断ステップにおいて測定用の出力信号の第１の部分に異常があると判断された場合に、回転体の回転を停止させる停止ステップを更に備えたことが好ましい。摩擦圧接接合の開始時点でシステムの異常が認められた場合に、その場で摩擦圧接接合を中断することで、異常の要因が把握し易くなる。また、二次的な異常の発生を防止できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る摩擦圧接接合システム及び摩擦圧接接合方法によれば、簡単な構成で、接合状態の可否を精度良く判断することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら、本発明に係る摩擦圧接接合システム及び摩擦圧接接合方法の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係る摩擦圧接接合システムによる金属材の摩擦圧接接合の概要を示した図である。図１に示すように、摩擦圧接接合システム１は、例えば金属材２，３の端面２ａ，３ａ同士を接合するシステムとして構成されている。金属材２，３は、例えば炭素鋼、クロム−モリブデン鋼、ステンレス鋼、及びアルミ合金等であり、直径５０〜２００ｍｍ程度、長さ５００ｍｍ〜１５００程度の棒状をなしている。
【００１７】
摩擦圧接接合システム１は、接合にあたり、まず、図１（ａ）に示すように、一方の金属材２を軸周りに回転させる。次に、図１（ｂ）に示すように、回転する金属材２の端面２ａを他方の金属材３の端面３ａに接触させ、摩擦熱によって金属材２，３の端面２ａ，３ａを加熱溶融する。端面２ａ，３ａを十分に溶融させた後、図１（ｃ）に示すように、金属材２，３をアップセット加圧し、接合部Ｗを形成する。摩擦接合システム１は、形成した接合部Ｗの接合状態の可否を判断し、その判断結果を金属材２，３ごとに記憶する。
【００１８】
このような摩擦接合システム１は、図２に示すように、機能的な構成要素として、システム電源１０１と、駆動モータ（駆動手段）１０２と、送り装置１０３と、電力検出センサ（物理量検出手段）１０４と、出力信号抽出部（出力信号抽出手段）１０５と、出力信号判断部（第１出力信号判断手段、第２出力信号判断手段）１０６と、接合状態判断部（可否判断手段）１０７と、判断結果格納部１０８と、停止制御部（停止手段）１０９とを備えている。
【００１９】
システム電源１０１は、外部電源２０１から供給される電力を、駆動モータ１０２や送り装置１０３等に分配する部分である。駆動モータ１０２は、図示しない連結手段によって一方の金属材２に連結され、金属材２に軸周りの回転力を付加する部分である。駆動モータ１０２は、例えば週速度６．０〜９．０ｍ／ｓで金属材２を回転させることにより、接続対象となる一方の金属材２自体を回転体として機能させる。
【００２０】
電力検出センサ１０４は、システム電源がオン状態となってから摩擦圧接接合が完了するまでの間、外部電源２０１からシステム電源１０１に供給される有効電力を検出する部分である。電力検出センサ１０４は、検出した有効電力に対応する出力信号を出力信号抽出部１０５に順次出力する。
【００２１】
図３は、電力検出センサ１０４からの測定用の出力信号の波形パターンの一例を示す図である。電力検出センサ１０４によって検出される有効電力は、摩擦圧接接合システム１にかかる負荷に比例して増減するものであり、摩擦圧接接合が正常な状態でなされたか否かを示す指標として用いられる。図３に示す例では、測定用の出力信号Ｓは、時刻ｔ０においてシステム電源１０１がオン状態となり、駆動モータ１０２による金属材２の回転が開始すると、一定のレベルに上昇する（Ｓ１部分）。
【００２２】
次に、測定用の出力信号Ｓは、時刻ｔ１において回転する金属材２の端面２ａが他方の金属材３の端面３ａに接触する瞬間に急峻なピークが生じ（Ｓ２部分）、その後、時刻ｔ２から時刻ｔ３にかけて金属材２，３の端面２ａ，３ａが加熱溶融されている間、Ｓ１部分よりも高いレベルでほぼ一定に維持される（Ｓ３部分）。時刻ｔ３において駆動モータ１０２による金属材２の回転が停止され、これとほぼ同時に送り装置１０３によって金属材２，３がアップセット加圧されると、測定用の出力信号Ｓは、再び急峻なピークが生じた後、Ｓ１部分とほぼ同等のレベルまで減少する（Ｓ４部分）。その後、システム電源１０１がオフ状態となると、ほぼ０レベルになる（Ｓ５部分）。
【００２３】
出力信号抽出部１０５は、電力検出センサ１０４から取得した測定用の出力信号Ｓの波形パターンのうち、一方の金属材２の端面２ａが金属材３の端面３ａに圧接したときに対応するＳ２部分（第１の部分）と、金属材２，３がアップセット加圧されたときに対応するＳ４部分（第２の部分）とをそれぞれ抽出する部分である。出力信号抽出部１０５は、抽出した波形パターンを出力信号判断部１０６に出力する。
【００２４】
出力信号判断部１０６は、出力信号抽出部１０５から出力される出力信号の波形をモニタリングし、その異常の有無を判断する部分である。より具体的には、出力信号判断部１０６は、まず、測定用の出力信号ＳのＳ２部分について、管理限界を用いた波形解析を行う。この波形解析にあたっては、予め基準用の金属材（図示せず）を摩擦圧接接合し、その際に電力検出センサ１０４から出力される基準用の出力信号の波形パターンを取得しておく。
【００２５】
次に、基準用の出力信号の波形パターンにおけるＳ２部分の出力値の移動平均を求め、移動平均化後の波形パターンに含まれる各出力値を、その標準偏差σに基づいて正規化する。そして、図４に示すように、標準偏差σを３倍して得られる正規化値を移動平均値に加算したもの（＋３σ）を上管理限界とし、正規化値を移動平均値から減算したもの（−３σ）を下管理限界とする。上管理限界の波形パターンＡ１と、下管理限界の波形パターンＡ２との間には、所定の数値幅をもって許容領域が設定される。
【００２６】
出力信号判断部１０６は、図５（ａ）に示すように、測定用の出力信号ＳのＳ２部分が、上管理限界の波形パターンＡ１と下管理限界の波形パターンＡ２との間に収まっている場合には、Ｓ２部分に異常が無いと判断する。また、出力信号判断部１０６は、図５（ｂ）に示すように、測定用の出力信号ＳのＳ２部分が、上管理限界の波形パターンＡ１と下管理限界の波形パターンＡ２との間に収まっていない場合には、Ｓ２部分に異常があると判断する。
【００２７】
また、出力信号判断部１０６は、測定用の出力信号ＳのＳ４部分について、Ｓ２部分と同様に、管理限界を用いた波形解析を行う。出力信号判断部１０６には、図６に示すように、基準用の出力信号の波形パターンにおけるＳ４部分から算出した上管理限界の波形パターンＢ１と、下管理限界の波形パターンＢ２とが予め設定されている。
【００２８】
出力信号判断部１０６は、図７（ａ）に示すように、測定用の出力信号ＳのＳ４部分が、上管理限界の波形パターンＢ１と下管理限界の波形パターンＢ２との間に収まっている場合には、Ｓ４部分に異常が無いと判断する。また、出力信号判断部１０６は、図７（ｂ）に示すように、測定用の出力信号ＳのＳ４部分が、上管理限界の波形パターンＢ１と下管理限界の波形パターンＢ２との間に収まっていない場合には、Ｓ４部分に異常があると判断する。
【００２９】
出力信号判断部１０６は、判断結果を示す判断結果情報を生成し、接合状態判断部１０７に出力する。出力信号判断部１０６は、Ｓ２部分に異常がある旨の判断結果情報を生成した場合には、その判断結果情報を停止制御部１０９にも併せて出力する。
【００３０】
接合状態判断部１０７は、出力信号判断部１０６による判断結果に基づいて、金属材２，３における接合部Ｗの接合状態の可否を判断する部分である。接合状態判断部１０７は、測定用の出力信号ＳのＳ２部分及びＳ４部分の双方について、異常が無い旨の判断結果を受け取った場合には、接合部Ｗの接合状態が可である旨の判断結果情報を判断結果格納部１０８に出力する。一方、接合状態判断部１０７は、測定用の出力信号ＳのＳ２部分及びＳ４部分の少なくとも一方に異常がある旨の判断結果受け取った場合には、接合部Ｗの接合状態が不可である旨の判断結果情報を判断結果格納部１０８に出力する。
【００３１】
判断結果格納部１０８は、接合部Ｗの接合状態についての判断結果を格納する部分である。図８は、判断結果格納部１０８に格納される情報の一例を示す図である。図８に示す例では、金属材２ａ，２ｂの接合体の製品Ｎｏ．「００００１」、「００００２」等と関連付けて、接合状態の判断結果情報「ＯＫ」「ＮＧ」が格納されている。
【００３２】
停止制御部１０９は、摩擦圧接接合システム１の緊急停止に関する制御を行う部分である。停止制御部１０９は、測定用の出力信号ＳのＳ２部分に異常がある旨の判断結果情報を出力信号判断部１０６から受け取った場合に、送り装置１０３及び駆動モータ１０２を直ちに停止させる。
【００３３】
続いて、摩擦圧接接合システム１の動作について説明する。図９は、摩擦圧接接合システム１の動作を示すフローチャートである。
【００３４】
図９に示すように、摩擦圧接接合システム１のシステム電源１０１がオン状態となり、ユーザによる所定の操作がなされると、駆動モータ１０２による金属材２の回転が開始される（ステップＳ０１）。次に、送り装置１０３によって金属材２が他方の金属材３側に送られ、駆動モータ１０２によって回転する金属材２の端面２ａと、他方の金属材３の端面３ａとが接触して摩擦圧接接合が開始される（ステップＳ０２）。
【００３５】
金属材２の端面２ａと金属材３の端面３ａとの接触の際、測定用の出力信号ＳのＳ２部分について、異常の有無が判断される（ステップＳ０３）。ステップＳ０３において、測定用の出力信号ＳのＳ２部分に異常があると判断された場合、送り装置１０３及び駆動モータ１０２が直ちに停止される（ステップＳ１０）。測定用の出力信号ＳのＳ２部分に異常が無いと判断された場合、そのまま摩擦圧接接合が継続される（ステップＳ０４）。
【００３６】
その後、金属材２，３の端面２ａ，３ａが十分に加熱溶融すると、金属材２の回転が停止され（ステップＳ０５）、これとほぼ同時に送り装置１０３によって金属材２，３へのアップセット加圧（図１（ｃ）参照）がなされる（ステップＳ０６）。アップセット加圧の際、測定用の出力信号ＳのＳ４部分について、異常の有無が判断される（ステップＳ０７）。
【００３７】
ステップＳ０７の後、測定用の出力信号ＳのＳ２部分及びＳ４部分についての異常の有無の判断結果から、金属材２，３の接合部Ｗの接合状態の可否が判断される（ステップＳ０８）。判断結果は、金属材２，３の接合体の製品Ｎｏ．と関連付けられて格納される（ステップＳ９）。
【００３８】
以上説明したように、摩擦圧接接合システム１では、摩擦圧接接合の開始から完了までの間、システムに供給される有効電力の変化を電力検出センサ１０４によって検出する。そして、電力検出センサ１０４から取得した測定用の出力信号Ｓのうち、回転体である一方の金属材２の端面２ａが他方の金属材３の端面３ａに圧接したときに対応するＳ２部分と、金属材２，３がアップセット加圧されたときに対応するＳ４部分とを抽出し、これらを上管理限界値及び下管理限界値を用いてモニタリングする。このように、摩擦圧接接合システム１では、単一の物理量である有効電力をモニタリングし、かつ摩擦圧接接合の開始から完了までの期間のうち、システムに供給される有効電力の変動が顕著な部分を抽出して異常の有無を判断しているので、処理負担を軽減しつつ、接合部Ｗの接合状態の可否を精度良く判断することができる。
【００３９】
また、閾値として用いる上管理限界値及び下管理限界値は、基準用の出力信号の立ち上がり部分の波形に沿って一定の数値幅を持って設定される。このため、急峻なピークが生じる測定用の出力信号ＳのＳ２部分及びＳ４部分の異常の有無を容易に判断できる。
【００４０】
また、摩擦圧接接合システム１では、出力信号判断部１０６によって測定用の出力信号ＳのＳ２部分に異常があると判断された場合に、停止制御部１０９によって送り装置１０３及び駆動モータ１０２が直ちに停止するようになっている。摩擦圧接接合の開始時点で摩擦圧接接合システム１の異常が認められた場合に、その場で摩擦圧接接合を中断することで、異常の要因が把握し易くなる。また、送り装置１０３や駆動モータ１０２の軸折れなど、異常がある状態で摩擦圧接接合を継続することによって発生し得る二次的な異常を防止できる。
【００４１】
さらに、摩擦圧接接合システム１では、接合部Ｗの接合状態の判断結果を、金属材２，３の接合体の製品Ｎｏ．と関連付けて格納している。これにより、金属材２，３を用いた製品のトレーサビリティ（追跡可能性）を確立することが可能となる。
【００４２】
本発明は上記実施形態に限られるものではない。例えば上記実施形態では、接合対象である一方の金属材２を駆動モータ１０２と連結し、金属材２を回転体として機能させているが、本発明は、図１０に示すように、円板状のインサート部材１０を用いた摩擦圧接接合に適用することもできる。この場合、駆動モータ１０２によって軸周りに回転するインサート部材１０の一方面１０ａに金属材２の端面２ａを接触させ、インサート部材１０の他方面１０ｂに金属材３の端面３ａを接触させる。このような摩擦圧接接合においても、測定用の出力信号ＳのＳ２部分及びＳ４部分の異常の有無を判断することにより、上述した実施形態と同様の作用効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施形態に係る摩擦圧接接合システムによる金属材の摩擦圧接接合の概要を示した図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る摩擦圧接接合システムの機能的な構成要素を示した図である。
【図３】電力検出センサからの測定用の出力信号の波形パターンの一例を示した図である。
【図４】基準用の出力信号の波形パターンのＳ２部分から算出した上管理限界及び下管理限界の波形パターンの一例を示した図である。
【図５】測定用の出力信号Ｓ２部分における異常の有無の判断の一例を示した図である。
【図６】基準用の出力信号の波形パターンのＳ４部分から算出した上管理限界及び下管理限界の波形パターンの一例を示した図である。
【図７】測定用の出力信号Ｓ４部分における異常の有無の判断の一例を示した図である。
【図８】判断結果格納部に格納される情報の一例を示した図である。
【図９】図２に示した摩擦圧接接合システムの動作を示したフローチャートである。
【図１０】変形例に係る摩擦圧接接合の概要を示した図である。
【符号の説明】
【００４４】
１…摩擦圧接接合システム、２…金属材（回転体）、３…金属材、１０…インサート部材（回転体）、１０４…電力検出センサ（物理量検出手段）、１０５…出力信号抽出部（出力信号抽出手段）、１０６…出力信号判断部（第１出力信号判断手段、第２出力信号異常判断手段）、１０７…接合状態判断部（接合状態判断手段）、１０９…停止制御部（停止手段）、Ｓ…測定用の出力信号、Ｗ…接合部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦圧接接合システム及び摩擦圧接接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属材を接合する方法として、摩擦圧接接合が知られている。摩擦圧接接合は、例えば棒状の金属材同士の接合に用いられる。この接合では、例えば一方の金属材を軸周りに回転させながら他方の金属材に押し当て、摩擦熱によって金属材の端面を加熱溶融させる。その後、金属材の端面が十分に溶融してから、一方の金属材の回転を停止させつつアップセット圧力を加え、金属材の端面に接合部を形成する。
【０００３】
このような摩擦圧接接合方法においては、接合状態の可否を判断するための種々の制御技術の開発がなされている。例えば特許文献１に記載の摩擦圧接方法では、圧接の際における圧力の単位時間当たりの変化量をモニタリングし、この変化量に基づいて圧接を行う毎の圧力を制御している。
【特許文献１】特開２００６−２５５７４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
接合状態の可否を精度良く判断するために、上述した圧接時の荷重のほか、ツール荷重、加工点温度、雰囲気温度、歪み量、振動といった複数の物理量をモニタリングすることが考えられる。しかしながら、モニタリングする物理量が多くなると、センサの数が増加し、解析ルーチンも複雑化してしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、簡単な構成で、接合状態の可否を精度良く判断することができる摩擦圧接接合システム及び摩擦圧接接合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】
【０００６】
上記課題の解決のため、本願発明者は、鋭意研究を重ねる過程で、接合を行う際に摩擦圧接接合システムで消費されるエネルギーの変動量に着目した。その結果、摩擦圧接接合システムで消費されるエネルギー量は、システムにかかる負荷に依存しており、摩擦圧接接合の開始時、すなわち、回転する一方の金属材が他方の金属材に当接する際に急峻なピークが生じ、摩擦圧接接合中はほぼ一定のレベルを保つことが分かった。また、摩擦圧接接合が終了する間際のアップセット加圧の際に再び急峻なピークが生じ、その後摩擦圧接開始前のレベルに戻ることが分かった。
【０００７】
そこで、本願発明者は、摩擦圧接の開始から完了までの期間のうち、エネルギー量の変動が顕著な部分について異常の有無を判断すれば、摩擦圧接接合の全期間にわたって複数の物理量を処理せずとも接合状態の可否を精度良く判断することができるとの知見を得て本発明を想到するに至った。
【０００８】
本発明に係る摩擦圧接接合システムは、金属材の端面同士の突き合わせ部分に、回転体の圧接によって発生する摩擦熱を用いて接合部を形成する摩擦圧接接合システムであって、摩擦圧接接合の開始から完了までの間、システムに供給されるエネルギー量に関する物理量の変化を検出する物理量検出手段と、物理量検出手段から取得した測定用の出力信号のうち、回転体が金属材に圧接したときに対応する第１の部分と、金属材がアップセット加圧されたときに対応する第２の部分とをそれぞれ抽出する出力信号抽出手段と、出力信号抽出手段によって抽出された第１の部分が、予め設定した基準用の出力信号の第１の部分の上管理限界値と下管理限界値との間に収まっているか否かに基づいて、測定用の出力信号における第１の部分の異常の有無を判断する第１出力信号判断手段と、出力信号抽出手段によって抽出された第２の部分が、予め設定した基準用の出力信号の第２の部分の上管理限界値と下管理限界値との間に収まっているか否かに基づいて、測定用の出力信号における第２の部分の異常の有無を判断する第２出力信号判断手段と、第１出力信号判断手段及び第２出力信号判断手段による判断結果に基づいて、接合部の接合状態の可否を判断する接合状態判断手段と、を備えたことを特徴としている。
【０００９】
この摩擦圧接接合システムでは、摩擦圧接接合の開始から完了までの間、システムに供給されるエネルギー量に関する物理量の変化を物理量検出手段によって検出する。そして、物理量検出手段から取得した測定用の出力信号のうち、回転体が金属材に圧接したときに対応する第１の部分と、金属材がアップセット加圧されたときに対応する第２の部分とを抽出し、これらを上管理限界値及び下管理限界値を用いてモニタリングする。上管理限界値及び下管理限界値とは、基準用の出力信号の出力値の標準偏差を算出した上で、その標準偏差を整数倍して得られる正規化値を基準用の出力信号の出力値に加算及び減算してそれぞれ得られる値である。したがって、上管理限界値と下管理限界値とは、基準用の出力信号の立ち上がり部分の波形に沿って一定の数値幅を持って設定されることとなり、急峻なピークが生じる測定用の出力信号における第１の部分及び第２の部分の異常の有無を容易に判断できる。モニタリングにあたっては、システムに供給されるエネルギー量に関する単一の物理量を扱うのみであり、構成の複雑化も回避される。
【００１０】
また、第１出力信号判断手段によって測定用の出力信号の第１の部分に異常があると判断された場合に、回転体の回転を停止させる停止手段を更に備えたことが好ましい。摩擦圧接接合の開始時点でシステムの異常が認められた場合に、その場で摩擦圧接接合を中断することで、異常の要因が把握し易くなる。また、二次的な異常の発生を防止できる。
【００１１】
また、本発明に係る摩擦圧接接合方法は、金属材の端面同士の突き合わせ部分に、回転体の圧接によって発生する摩擦熱を用いて接合部を形成する摩擦圧接接合方法であって、摩擦圧接接合の開始から完了までの間、システムに供給されるエネルギー量に関する物理量の変化を物理量検出手段によって検出する物理量検出ステップと、物理量検出手段から取得した測定用の出力信号のうち、回転体が金属材に圧接したときに対応する第１の部分と、金属材がアップセット加圧されたときに対応する第２の部分とをそれぞれ抽出する出力信号抽出ステップと、出力信号抽出ステップにおいて抽出された第１の部分が、予め設定した基準用の出力信号の第１の部分の上管理限界値と下管理限界値との間に収まっているか否かに基づいて、測定用の出力信号における第１の部分の異常の有無を判断する第１出力信号判断ステップと、出力信号抽出手段において抽出された第２の部分が、予め設定した基準用の出力信号の第２の部分の上管理限界値と下管理限界値との間に収まっているか否かに基づいて、測定用の出力信号における第２の部分の異常の有無を判断する第２出力信号判断ステップと、第１出力信号判断ステップ及び第２出力信号判断ステップにおける判断結果に基づいて、接合部の接合状態の可否を判断する接合状態判断ステップと、を備えたことを特徴としている。
【００１２】
この摩擦圧接接合方法では、摩擦圧接接合の開始から完了までの間、システムに供給されるエネルギー量に関する物理量の変化を物理量検出手段によって検出する。そして、物理量検出手段から取得した測定用の出力信号のうち、回転体が金属材に圧接したときに対応する第１の部分と、金属材がアップセット加圧されたときに対応する第２の部分とを抽出し、これらを上管理限界値及び下管理限界値を用いてモニタリングする。上管理限界値及び下管理限界値とは、基準用の出力信号の出力値の標準偏差を算出した上で、その標準偏差を整数倍して得られる正規化値を基準用の出力信号の出力値に加算及び減算してそれぞれ得られる値である。したがって、上管理限界値と下管理限界値とは、基準用の出力信号の立ち上がり部分の波形に沿って一定の数値幅を持って設定されることとなり、急峻なピークが生じる測定用の出力信号における第１の部分及び第２の部分の異常の有無を容易に判断できる。モニタリングにあたっては、システムに供給されるエネルギー量に関する単一の物理量を扱うのみであり、構成の複雑化も回避される。
【００１３】
また、第１出力信号判断ステップにおいて測定用の出力信号の第１の部分に異常があると判断された場合に、回転体の回転を停止させる停止ステップを更に備えたことが好ましい。摩擦圧接接合の開始時点でシステムの異常が認められた場合に、その場で摩擦圧接接合を中断することで、異常の要因が把握し易くなる。また、二次的な異常の発生を防止できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る摩擦圧接接合システム及び摩擦圧接接合方法によれば、簡単な構成で、接合状態の可否を精度良く判断することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら、本発明に係る摩擦圧接接合システム及び摩擦圧接接合方法の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係る摩擦圧接接合システムによる金属材の摩擦圧接接合の概要を示した図である。図１に示すように、摩擦圧接接合システム１は、例えば金属材２，３の端面２ａ，３ａ同士を接合するシステムとして構成されている。金属材２，３は、例えば炭素鋼、クロム−モリブデン鋼、ステンレス鋼、及びアルミ合金等であり、直径５０〜２００ｍｍ程度、長さ５００ｍｍ〜１５００程度の棒状をなしている。
【００１７】
摩擦圧接接合システム１は、接合にあたり、まず、図１（ａ）に示すように、一方の金属材２を軸周りに回転させる。次に、図１（ｂ）に示すように、回転する金属材２の端面２ａを他方の金属材３の端面３ａに接触させ、摩擦熱によって金属材２，３の端面２ａ，３ａを加熱溶融する。端面２ａ，３ａを十分に溶融させた後、図１（ｃ）に示すように、金属材２，３をアップセット加圧し、接合部Ｗを形成する。摩擦接合システム１は、形成した接合部Ｗの接合状態の可否を判断し、その判断結果を金属材２，３ごとに記憶する。
【００１８】
このような摩擦接合システム１は、図２に示すように、機能的な構成要素として、システム電源１０１と、駆動モータ（駆動手段）１０２と、送り装置１０３と、電力検出センサ（物理量検出手段）１０４と、出力信号抽出部（出力信号抽出手段）１０５と、出力信号判断部（第１出力信号判断手段、第２出力信号判断手段）１０６と、接合状態判断部（可否判断手段）１０７と、判断結果格納部１０８と、停止制御部（停止手段）１０９とを備えている。
【００１９】
システム電源１０１は、外部電源２０１から供給される電力を、駆動モータ１０２や送り装置１０３等に分配する部分である。駆動モータ１０２は、図示しない連結手段によって一方の金属材２に連結され、金属材２に軸周りの回転力を付加する部分である。駆動モータ１０２は、例えば週速度６．０〜９．０ｍ／ｓで金属材２を回転させることにより、接続対象となる一方の金属材２自体を回転体として機能させる。
【００２０】
電力検出センサ１０４は、システム電源がオン状態となってから摩擦圧接接合が完了するまでの間、外部電源２０１からシステム電源１０１に供給される有効電力を検出する部分である。電力検出センサ１０４は、検出した有効電力に対応する出力信号を出力信号抽出部１０５に順次出力する。
【００２１】
図３は、電力検出センサ１０４からの測定用の出力信号の波形パターンの一例を示す図である。電力検出センサ１０４によって検出される有効電力は、摩擦圧接接合システム１にかかる負荷に比例して増減するものであり、摩擦圧接接合が正常な状態でなされたか否かを示す指標として用いられる。図３に示す例では、測定用の出力信号Ｓは、時刻ｔ０においてシステム電源１０１がオン状態となり、駆動モータ１０２による金属材２の回転が開始すると、一定のレベルに上昇する（Ｓ１部分）。
【００２２】
次に、測定用の出力信号Ｓは、時刻ｔ１において回転する金属材２の端面２ａが他方の金属材３の端面３ａに接触する瞬間に急峻なピークが生じ（Ｓ２部分）、その後、時刻ｔ２から時刻ｔ３にかけて金属材２，３の端面２ａ，３ａが加熱溶融されている間、Ｓ１部分よりも高いレベルでほぼ一定に維持される（Ｓ３部分）。時刻ｔ３において駆動モータ１０２による金属材２の回転が停止され、これとほぼ同時に送り装置１０３によって金属材２，３がアップセット加圧されると、測定用の出力信号Ｓは、再び急峻なピークが生じた後、Ｓ１部分とほぼ同等のレベルまで減少する（Ｓ４部分）。その後、システム電源１０１がオフ状態となると、ほぼ０レベルになる（Ｓ５部分）。
【００２３】
出力信号抽出部１０５は、電力検出センサ１０４から取得した測定用の出力信号Ｓの波形パターンのうち、一方の金属材２の端面２ａが金属材３の端面３ａに圧接したときに対応するＳ２部分（第１の部分）と、金属材２，３がアップセット加圧されたときに対応するＳ４部分（第２の部分）とをそれぞれ抽出する部分である。出力信号抽出部１０５は、抽出した波形パターンを出力信号判断部１０６に出力する。
【００２４】
出力信号判断部１０６は、出力信号抽出部１０５から出力される出力信号の波形をモニタリングし、その異常の有無を判断する部分である。より具体的には、出力信号判断部１０６は、まず、測定用の出力信号ＳのＳ２部分について、管理限界を用いた波形解析を行う。この波形解析にあたっては、予め基準用の金属材（図示せず）を摩擦圧接接合し、その際に電力検出センサ１０４から出力される基準用の出力信号の波形パターンを取得しておく。
【００２５】
次に、基準用の出力信号の波形パターンにおけるＳ２部分の出力値の移動平均を求め、移動平均化後の波形パターンに含まれる各出力値を、その標準偏差σに基づいて正規化する。そして、図４に示すように、標準偏差σを３倍して得られる正規化値を移動平均値に加算したもの（＋３σ）を上管理限界とし、正規化値を移動平均値から減算したもの（−３σ）を下管理限界とする。上管理限界の波形パターンＡ１と、下管理限界の波形パターンＡ２との間には、所定の数値幅をもって許容領域が設定される。
【００２６】
出力信号判断部１０６は、図５（ａ）に示すように、測定用の出力信号ＳのＳ２部分が、上管理限界の波形パターンＡ１と下管理限界の波形パターンＡ２との間に収まっている場合には、Ｓ２部分に異常が無いと判断する。また、出力信号判断部１０６は、図５（ｂ）に示すように、測定用の出力信号ＳのＳ２部分が、上管理限界の波形パターンＡ１と下管理限界の波形パターンＡ２との間に収まっていない場合には、Ｓ２部分に異常があると判断する。
【００２７】
また、出力信号判断部１０６は、測定用の出力信号ＳのＳ４部分について、Ｓ２部分と同様に、管理限界を用いた波形解析を行う。出力信号判断部１０６には、図６に示すように、基準用の出力信号の波形パターンにおけるＳ４部分から算出した上管理限界の波形パターンＢ１と、下管理限界の波形パターンＢ２とが予め設定されている。
【００２８】
出力信号判断部１０６は、図７（ａ）に示すように、測定用の出力信号ＳのＳ４部分が、上管理限界の波形パターンＢ１と下管理限界の波形パターンＢ２との間に収まっている場合には、Ｓ４部分に異常が無いと判断する。また、出力信号判断部１０６は、図７（ｂ）に示すように、測定用の出力信号ＳのＳ４部分が、上管理限界の波形パターンＢ１と下管理限界の波形パターンＢ２との間に収まっていない場合には、Ｓ４部分に異常があると判断する。
【００２９】
出力信号判断部１０６は、判断結果を示す判断結果情報を生成し、接合状態判断部１０７に出力する。出力信号判断部１０６は、Ｓ２部分に異常がある旨の判断結果情報を生成した場合には、その判断結果情報を停止制御部１０９にも併せて出力する。
【００３０】
接合状態判断部１０７は、出力信号判断部１０６による判断結果に基づいて、金属材２，３における接合部Ｗの接合状態の可否を判断する部分である。接合状態判断部１０７は、測定用の出力信号ＳのＳ２部分及びＳ４部分の双方について、異常が無い旨の判断結果を受け取った場合には、接合部Ｗの接合状態が可である旨の判断結果情報を判断結果格納部１０８に出力する。一方、接合状態判断部１０７は、測定用の出力信号ＳのＳ２部分及びＳ４部分の少なくとも一方に異常がある旨の判断結果受け取った場合には、接合部Ｗの接合状態が不可である旨の判断結果情報を判断結果格納部１０８に出力する。
【００３１】
判断結果格納部１０８は、接合部Ｗの接合状態についての判断結果を格納する部分である。図８は、判断結果格納部１０８に格納される情報の一例を示す図である。図８に示す例では、金属材２ａ，２ｂの接合体の製品Ｎｏ．「００００１」、「００００２」等と関連付けて、接合状態の判断結果情報「ＯＫ」「ＮＧ」が格納されている。
【００３２】
停止制御部１０９は、摩擦圧接接合システム１の緊急停止に関する制御を行う部分である。停止制御部１０９は、測定用の出力信号ＳのＳ２部分に異常がある旨の判断結果情報を出力信号判断部１０６から受け取った場合に、送り装置１０３及び駆動モータ１０２を直ちに停止させる。
【００３３】
続いて、摩擦圧接接合システム１の動作について説明する。図９は、摩擦圧接接合システム１の動作を示すフローチャートである。
【００３４】
図９に示すように、摩擦圧接接合システム１のシステム電源１０１がオン状態となり、ユーザによる所定の操作がなされると、駆動モータ１０２による金属材２の回転が開始される（ステップＳ０１）。次に、送り装置１０３によって金属材２が他方の金属材３側に送られ、駆動モータ１０２によって回転する金属材２の端面２ａと、他方の金属材３の端面３ａとが接触して摩擦圧接接合が開始される（ステップＳ０２）。
【００３５】
金属材２の端面２ａと金属材３の端面３ａとの接触の際、測定用の出力信号ＳのＳ２部分について、異常の有無が判断される（ステップＳ０３）。ステップＳ０３において、測定用の出力信号ＳのＳ２部分に異常があると判断された場合、送り装置１０３及び駆動モータ１０２が直ちに停止される（ステップＳ１０）。測定用の出力信号ＳのＳ２部分に異常が無いと判断された場合、そのまま摩擦圧接接合が継続される（ステップＳ０４）。
【００３６】
その後、金属材２，３の端面２ａ，３ａが十分に加熱溶融すると、金属材２の回転が停止され（ステップＳ０５）、これとほぼ同時に送り装置１０３によって金属材２，３へのアップセット加圧（図１（ｃ）参照）がなされる（ステップＳ０６）。アップセット加圧の際、測定用の出力信号ＳのＳ４部分について、異常の有無が判断される（ステップＳ０７）。
【００３７】
ステップＳ０７の後、測定用の出力信号ＳのＳ２部分及びＳ４部分についての異常の有無の判断結果から、金属材２，３の接合部Ｗの接合状態の可否が判断される（ステップＳ０８）。判断結果は、金属材２，３の接合体の製品Ｎｏ．と関連付けられて格納される（ステップＳ９）。
【００３８】
以上説明したように、摩擦圧接接合システム１では、摩擦圧接接合の開始から完了までの間、システムに供給される有効電力の変化を電力検出センサ１０４によって検出する。そして、電力検出センサ１０４から取得した測定用の出力信号Ｓのうち、回転体である一方の金属材２の端面２ａが他方の金属材３の端面３ａに圧接したときに対応するＳ２部分と、金属材２，３がアップセット加圧されたときに対応するＳ４部分とを抽出し、これらを上管理限界値及び下管理限界値を用いてモニタリングする。このように、摩擦圧接接合システム１では、単一の物理量である有効電力をモニタリングし、かつ摩擦圧接接合の開始から完了までの期間のうち、システムに供給される有効電力の変動が顕著な部分を抽出して異常の有無を判断しているので、処理負担を軽減しつつ、接合部Ｗの接合状態の可否を精度良く判断することができる。
【００３９】
また、閾値として用いる上管理限界値及び下管理限界値は、基準用の出力信号の立ち上がり部分の波形に沿って一定の数値幅を持って設定される。このため、急峻なピークが生じる測定用の出力信号ＳのＳ２部分及びＳ４部分の異常の有無を容易に判断できる。
【００４０】
また、摩擦圧接接合システム１では、出力信号判断部１０６によって測定用の出力信号ＳのＳ２部分に異常があると判断された場合に、停止制御部１０９によって送り装置１０３及び駆動モータ１０２が直ちに停止するようになっている。摩擦圧接接合の開始時点で摩擦圧接接合システム１の異常が認められた場合に、その場で摩擦圧接接合を中断することで、異常の要因が把握し易くなる。また、送り装置１０３や駆動モータ１０２の軸折れなど、異常がある状態で摩擦圧接接合を継続することによって発生し得る二次的な異常を防止できる。
【００４１】
さらに、摩擦圧接接合システム１では、接合部Ｗの接合状態の判断結果を、金属材２，３の接合体の製品Ｎｏ．と関連付けて格納している。これにより、金属材２，３を用いた製品のトレーサビリティ（追跡可能性）を確立することが可能となる。
【００４２】
本発明は上記実施形態に限られるものではない。例えば上記実施形態では、接合対象である一方の金属材２を駆動モータ１０２と連結し、金属材２を回転体として機能させているが、本発明は、図１０に示すように、円板状のインサート部材１０を用いた摩擦圧接接合に適用することもできる。この場合、駆動モータ１０２によって軸周りに回転するインサート部材１０の一方面１０ａに金属材２の端面２ａを接触させ、インサート部材１０の他方面１０ｂに金属材３の端面３ａを接触させる。このような摩擦圧接接合においても、測定用の出力信号ＳのＳ２部分及びＳ４部分の異常の有無を判断することにより、上述した実施形態と同様の作用効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施形態に係る摩擦圧接接合システムによる金属材の摩擦圧接接合の概要を示した図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る摩擦圧接接合システムの機能的な構成要素を示した図である。
【図３】電力検出センサからの測定用の出力信号の波形パターンの一例を示した図である。
【図４】基準用の出力信号の波形パターンのＳ２部分から算出した上管理限界及び下管理限界の波形パターンの一例を示した図である。
【図５】測定用の出力信号Ｓ２部分における異常の有無の判断の一例を示した図である。
【図６】基準用の出力信号の波形パターンのＳ４部分から算出した上管理限界及び下管理限界の波形パターンの一例を示した図である。
【図７】測定用の出力信号Ｓ４部分における異常の有無の判断の一例を示した図である。
【図８】判断結果格納部に格納される情報の一例を示した図である。
【図９】図２に示した摩擦圧接接合システムの動作を示したフローチャートである。
【図１０】変形例に係る摩擦圧接接合の概要を示した図である。
【符号の説明】
【００４４】
１…摩擦圧接接合システム、２…金属材（回転体）、３…金属材、１０…インサート部材（回転体）、１０４…電力検出センサ（物理量検出手段）、１０５…出力信号抽出部（出力信号抽出手段）、１０６…出力信号判断部（第１出力信号判断手段、第２出力信号異常判断手段）、１０７…接合状態判断部（接合状態判断手段）、１０９…停止制御部（停止手段）、Ｓ…測定用の出力信号、Ｗ…接合部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材の端面同士の突き合わせ部分に、回転体の圧接によって発生する摩擦熱を用いて接合部を形成する摩擦圧接接合システムであって、
前記摩擦圧接接合の開始から完了までの間、システムに供給されるエネルギー量に関する物理量の変化を検出する物理量検出手段と、
前記物理量検出手段から取得した測定用の出力信号のうち、前記回転体が前記金属材に圧接したときに対応する第１の部分と、前記金属材がアップセット加圧されたときに対応する第２の部分とをそれぞれ抽出する出力信号抽出手段と、
前記出力信号抽出手段によって抽出された前記第１の部分が、予め設定した基準用の出力信号の第１の部分の上管理限界値と下管理限界値との間に収まっているか否かに基づいて、前記測定用の出力信号における前記第１の部分の異常の有無を判断する第１出力信号判断手段と、
前記出力信号抽出手段によって抽出された前記第２の部分が、予め設定した基準用の出力信号の第２の部分の上管理限界値と下管理限界値との間に収まっているか否かに基づいて、前記測定用の出力信号における前記第２の部分の異常の有無を判断する第２出力信号判断手段と、
前記第１出力信号判断手段及び前記第２出力信号判断手段による判断結果に基づいて、前記接合部の接合状態の可否を判断する接合状態判断手段と、
を備えたことを特徴とする摩擦圧接接合システム。
【請求項２】
前記第１出力信号判断手段によって前記測定用の出力信号の前記第１の部分に異常があると判断された場合に、前記回転体の回転を停止させる停止手段を更に備えたことを特徴とする請求項１記載の摩擦圧接システム。
【請求項３】
金属材の端面同士の突き合わせ部分に、回転体の圧接によって発生する摩擦熱を用いて接合部を形成する摩擦圧接接合方法であって、
前記摩擦圧接接合の開始から完了までの間、システムに供給されるエネルギー量に関する物理量の変化を物理量検出手段によって検出する物理量検出ステップと、
前記物理量検出手段から取得した測定用の出力信号のうち、前記回転体が前記金属材に圧接したときに対応する第１の部分と、前記金属材がアップセット加圧されたときに対応する第２の部分とをそれぞれ抽出する出力信号抽出ステップと、
前記出力信号抽出ステップにおいて抽出された前記第１の部分が、予め設定した基準用の出力信号の第１の部分の上管理限界値と下管理限界値との間に収まっているか否かに基づいて、前記測定用の出力信号における前記第１の部分の異常の有無を判断する第１出力信号判断ステップと、
前記出力信号抽出手段において抽出された前記第２の部分が、予め設定した基準用の出力信号の第２の部分の上管理限界値と下管理限界値との間に収まっているか否かに基づいて、前記測定用の出力信号における前記第２の部分の異常の有無を判断する第２出力信号判断ステップと、
前記第１出力信号判断ステップ及び前記第２出力信号判断ステップにおける判断結果に基づいて、前記接合部の接合状態の可否を判断する接合状態判断ステップと、
を備えたことを特徴とする摩擦圧接接合方法。
【請求項４】
前記第１出力信号判断ステップにおいて前記測定用の出力信号の前記第１の部分に異常があると判断された場合に、前記回転体の回転を停止させる停止ステップを更に備えたことを特徴とする請求項３記載の摩擦圧接接合方法。
【請求項１】
金属材の端面同士の突き合わせ部分に、回転体の圧接によって発生する摩擦熱を用いて接合部を形成する摩擦圧接接合システムであって、
前記摩擦圧接接合の開始から完了までの間、システムに供給されるエネルギー量に関する物理量の変化を検出する物理量検出手段と、
前記物理量検出手段から取得した測定用の出力信号のうち、前記回転体が前記金属材に圧接したときに対応する第１の部分と、前記金属材がアップセット加圧されたときに対応する第２の部分とをそれぞれ抽出する出力信号抽出手段と、
前記出力信号抽出手段によって抽出された前記第１の部分が、予め設定した基準用の出力信号の第１の部分の上管理限界値と下管理限界値との間に収まっているか否かに基づいて、前記測定用の出力信号における前記第１の部分の異常の有無を判断する第１出力信号判断手段と、
前記出力信号抽出手段によって抽出された前記第２の部分が、予め設定した基準用の出力信号の第２の部分の上管理限界値と下管理限界値との間に収まっているか否かに基づいて、前記測定用の出力信号における前記第２の部分の異常の有無を判断する第２出力信号判断手段と、
前記第１出力信号判断手段及び前記第２出力信号判断手段による判断結果に基づいて、前記接合部の接合状態の可否を判断する接合状態判断手段と、
を備えたことを特徴とする摩擦圧接接合システム。
【請求項２】
前記第１出力信号判断手段によって前記測定用の出力信号の前記第１の部分に異常があると判断された場合に、前記回転体の回転を停止させる停止手段を更に備えたことを特徴とする請求項１記載の摩擦圧接システム。
【請求項３】
金属材の端面同士の突き合わせ部分に、回転体の圧接によって発生する摩擦熱を用いて接合部を形成する摩擦圧接接合方法であって、
前記摩擦圧接接合の開始から完了までの間、システムに供給されるエネルギー量に関する物理量の変化を物理量検出手段によって検出する物理量検出ステップと、
前記物理量検出手段から取得した測定用の出力信号のうち、前記回転体が前記金属材に圧接したときに対応する第１の部分と、前記金属材がアップセット加圧されたときに対応する第２の部分とをそれぞれ抽出する出力信号抽出ステップと、
前記出力信号抽出ステップにおいて抽出された前記第１の部分が、予め設定した基準用の出力信号の第１の部分の上管理限界値と下管理限界値との間に収まっているか否かに基づいて、前記測定用の出力信号における前記第１の部分の異常の有無を判断する第１出力信号判断ステップと、
前記出力信号抽出手段において抽出された前記第２の部分が、予め設定した基準用の出力信号の第２の部分の上管理限界値と下管理限界値との間に収まっているか否かに基づいて、前記測定用の出力信号における前記第２の部分の異常の有無を判断する第２出力信号判断ステップと、
前記第１出力信号判断ステップ及び前記第２出力信号判断ステップにおける判断結果に基づいて、前記接合部の接合状態の可否を判断する接合状態判断ステップと、
を備えたことを特徴とする摩擦圧接接合方法。
【請求項４】
前記第１出力信号判断ステップにおいて前記測定用の出力信号の前記第１の部分に異常があると判断された場合に、前記回転体の回転を停止させる停止ステップを更に備えたことを特徴とする請求項３記載の摩擦圧接接合方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−８２９５３（Ｐ２００９−８２９５３Ａ）
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２５４９０９（Ｐ２００７−２５４９０９）
【出願日】平成１９年９月２８日（２００７．９．２８）
【出願人】（０００００３３７７）東急車輛製造株式会社 (332)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月２８日（２００７．９．２８）
【出願人】（０００００３３７７）東急車輛製造株式会社 (332)
【Ｆターム（参考）】
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