JP2001340977A - 摩擦撹拌接合における異常停止制御方法 - Google Patents
摩擦撹拌接合における異常停止制御方法Info
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】摩擦撹拌接合工具が疲労破壊した瞬間に運転を
停止して、工具の疲労破壊に伴って生じる不良接合部が
可及的に小さくなるようにする。 【解決手段】摩擦撹拌接合工具の回転駆動モータの電流
値を基準値と比較し、電流値が基準値の８０％以下にな
ったときに、運転を停止（回転駆動モータ及び前進駆動
モータの停止、または接合工具の引上げ、あるいは前進
動作の停止など）することであり、他の解決手段は、摩
擦撹拌接合工具の前進駆動モータの電流値を基準値を比
較し、電流値が基準値の８０％以下になったときに、運
転を停止（前進駆動モータ及び前進駆動モータを停止）
する。
停止して、工具の疲労破壊に伴って生じる不良接合部が
可及的に小さくなるようにする。 【解決手段】摩擦撹拌接合工具の回転駆動モータの電流
値を基準値と比較し、電流値が基準値の８０％以下にな
ったときに、運転を停止（回転駆動モータ及び前進駆動
モータの停止、または接合工具の引上げ、あるいは前進
動作の停止など）することであり、他の解決手段は、摩
擦撹拌接合工具の前進駆動モータの電流値を基準値を比
較し、電流値が基準値の８０％以下になったときに、運
転を停止（前進駆動モータ及び前進駆動モータを停止）
する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は摩擦撹拌接合における
異常停止制御方法に関し、摩擦撹拌接合中に接合工具が
破損したときに、これを瞬時に検知して運転を停止し、
工具破損に伴う不良接合長さを可及的に短くして、接合
継手の修復作業を迅速に行えるようにするものである。
異常停止制御方法に関し、摩擦撹拌接合中に接合工具が
破損したときに、これを瞬時に検知して運転を停止し、
工具破損に伴う不良接合長さを可及的に短くして、接合
継手の修復作業を迅速に行えるようにするものである。
【０００２】
【従来の技術】アルミ金属板の接合方法として摩擦撹拌
接合が用いられているが、鉄道車両の床板、側板などに
使用されるアルミ型材等の接合継手の長さは極めて長
い。他方、板材Ｐの摩擦撹拌接合は、図１、図２に示す
ように板材Ｐを支持板４上で突き合わせた状態で行わ
れ、突合面が接合される一方で、接合部の表面が工具本
体の下端面で深さ０．１ｍｍ（図２のＬ）程度削り取ら
れた状態になる。接合工具Ｔは硬質金属部材であり、そ
の先端に突設された比較的細いピン１が前進方向の強い
抵抗を受けながら高速で回転するものであるので、ピン
１の根元で比較的早期に疲労破壊することが避けられな
い。接合途中において工具Ｔが疲労破壊すると、接合が
なされない状態で、接合部の表面だけが工具Ｔの本体２
の型部３で削られてしまうことになる。接合途中で接合
工具が疲労破壊すると、破損して後に工具Ｔが前進した
部分は接合されないので、この部分を再度接合する必要
がある。このように再接合された接合部は不良接合部で
あり（表面が工具本体２の形部３で２回削られるなどが
原因）、補修を要することになる。他方、１本の工具が
疲労破壊するまでの接合長さは予測されるので、予測の
範囲では工具を交換することで、接合中に工具が疲労破
壊することが予め回避されるが、疲労強度の限度は個々
の工具によってばらつきがあり、予測の接合長さに達す
る前に破損することもままある。接合中に工具が破損す
ると、作業者が駆動モーターの音の変化などを感知して
速やかに運転を停止するが、それでもそれまでの間に工
具は前進するので、接合不良部分がある程度の長さにな
ることは避けられず、摩擦撹拌接合作業を自動化し、摩
擦撹拌接合機複数台を一人の作業員で監視する場合など
は、このことが一層顕著になり、この接合不良部分を補
修するのに多大の工数がかかる。
接合が用いられているが、鉄道車両の床板、側板などに
使用されるアルミ型材等の接合継手の長さは極めて長
い。他方、板材Ｐの摩擦撹拌接合は、図１、図２に示す
ように板材Ｐを支持板４上で突き合わせた状態で行わ
れ、突合面が接合される一方で、接合部の表面が工具本
体の下端面で深さ０．１ｍｍ（図２のＬ）程度削り取ら
れた状態になる。接合工具Ｔは硬質金属部材であり、そ
の先端に突設された比較的細いピン１が前進方向の強い
抵抗を受けながら高速で回転するものであるので、ピン
１の根元で比較的早期に疲労破壊することが避けられな
い。接合途中において工具Ｔが疲労破壊すると、接合が
なされない状態で、接合部の表面だけが工具Ｔの本体２
の型部３で削られてしまうことになる。接合途中で接合
工具が疲労破壊すると、破損して後に工具Ｔが前進した
部分は接合されないので、この部分を再度接合する必要
がある。このように再接合された接合部は不良接合部で
あり（表面が工具本体２の形部３で２回削られるなどが
原因）、補修を要することになる。他方、１本の工具が
疲労破壊するまでの接合長さは予測されるので、予測の
範囲では工具を交換することで、接合中に工具が疲労破
壊することが予め回避されるが、疲労強度の限度は個々
の工具によってばらつきがあり、予測の接合長さに達す
る前に破損することもままある。接合中に工具が破損す
ると、作業者が駆動モーターの音の変化などを感知して
速やかに運転を停止するが、それでもそれまでの間に工
具は前進するので、接合不良部分がある程度の長さにな
ることは避けられず、摩擦撹拌接合作業を自動化し、摩
擦撹拌接合機複数台を一人の作業員で監視する場合など
は、このことが一層顕著になり、この接合不良部分を補
修するのに多大の工数がかかる。
【０００３】
【解決しようとする課題】この発明は、摩擦撹拌接合工
具の破損に伴う上記問題を可及的に解消することを目的
とするものであり、摩擦撹拌接合工具が疲労破壊した瞬
間に運転を停止して、工具の疲労破壊に伴って生じる不
良接合部が可及的に小さくなるように、異常停止制御方
法を工夫することをその課題とするものである。
具の破損に伴う上記問題を可及的に解消することを目的
とするものであり、摩擦撹拌接合工具が疲労破壊した瞬
間に運転を停止して、工具の疲労破壊に伴って生じる不
良接合部が可及的に小さくなるように、異常停止制御方
法を工夫することをその課題とするものである。
【０００４】
【課題を解決するために講じた手段】上記課題解決のた
めに講じた手段は、摩擦撹拌接合工具の回転駆動モータ
の電流値を基準値と比較し、電流値が基準値の８０％以
下になったときに、運転を停止（回転駆動モータ及び前
進駆動モータの停止、または接合工具の引上げ、あるい
は前進動作の停止など）することであり、他の解決手段
は、摩擦撹拌接合工具の前進駆動モータの電流値を基準
値を比較し、電流値が基準値の８０％以下になったとき
に、運転を停止（前進駆動モータ及び前進駆動モータを
停止）することである。
めに講じた手段は、摩擦撹拌接合工具の回転駆動モータ
の電流値を基準値と比較し、電流値が基準値の８０％以
下になったときに、運転を停止（回転駆動モータ及び前
進駆動モータの停止、または接合工具の引上げ、あるい
は前進動作の停止など）することであり、他の解決手段
は、摩擦撹拌接合工具の前進駆動モータの電流値を基準
値を比較し、電流値が基準値の８０％以下になったとき
に、運転を停止（前進駆動モータ及び前進駆動モータを
停止）することである。
【０００５】
【作用】摩擦撹拌接合工具は接合する板厚によってその
サイズが適宜選択され、当該工具の大きさによって回転
駆動モータにかかる負荷はほぼ一定で、その平均駆動電
流値はほぼ一定であって、正常な接合中の当該電流の変
動幅は大きめに見ても±１０％未満であるから、基準電
流値（正常時の平均的な駆動電流値）の８０％以下にな
ったときは接合異常と見做される。接合中に接合工具の
ピンが疲労破壊した場合は、８０％以下に瞬時に低下す
るから、８０％以下になったときに運転を停止すること
によって、確実に、工具の疲労破壊と同時に運転が停止
される。また、接合中は前進駆動モータの電流は２．３
Ａでほぼ一定であって、正常な接合中の当該電流の変動
幅は大きめに見ても±１０％未満であるから、基準電流
の８０％以下になったときは接合異常と見做される。接
合中に接合工具のピンが疲労破壊した場合は、基準電流
値の８０％以下に瞬時に低下するから、基準電流値の８
０％以下になったときに運転を停止することによって、
確実に、工具の疲労破壊と同時に運転が停止される。な
お、上記基準電流値は接合する板の厚さに応じて予め設
定してもよく、運転中の直近の平均電流値（例えば直近
１秒間の平均値）であってもよい。また、接合開始時の
回転モータ、前進駆動モータの電流値は小さいので、電
流値が高から低に低下したことと、計測データが基準値
の８０％以下であることとのアンド条件で停止信号を発
するようにすることで、接合中において「基準値の８０
％以下になったとき」だけ運転が停止されるようにする
ことができる。また、工具が疲労破壊したときの駆動電
流値の減少率は、他の要因による場合に比して顕著であ
るから、基準電流値を設定してこれを計測データと比較
するのに換えて、電流値の減少率を演算し、その減少率
が設定した減少率よりも大きいときに停止信号を発する
ようにすることもできる。
サイズが適宜選択され、当該工具の大きさによって回転
駆動モータにかかる負荷はほぼ一定で、その平均駆動電
流値はほぼ一定であって、正常な接合中の当該電流の変
動幅は大きめに見ても±１０％未満であるから、基準電
流値（正常時の平均的な駆動電流値）の８０％以下にな
ったときは接合異常と見做される。接合中に接合工具の
ピンが疲労破壊した場合は、８０％以下に瞬時に低下す
るから、８０％以下になったときに運転を停止すること
によって、確実に、工具の疲労破壊と同時に運転が停止
される。また、接合中は前進駆動モータの電流は２．３
Ａでほぼ一定であって、正常な接合中の当該電流の変動
幅は大きめに見ても±１０％未満であるから、基準電流
の８０％以下になったときは接合異常と見做される。接
合中に接合工具のピンが疲労破壊した場合は、基準電流
値の８０％以下に瞬時に低下するから、基準電流値の８
０％以下になったときに運転を停止することによって、
確実に、工具の疲労破壊と同時に運転が停止される。な
お、上記基準電流値は接合する板の厚さに応じて予め設
定してもよく、運転中の直近の平均電流値（例えば直近
１秒間の平均値）であってもよい。また、接合開始時の
回転モータ、前進駆動モータの電流値は小さいので、電
流値が高から低に低下したことと、計測データが基準値
の８０％以下であることとのアンド条件で停止信号を発
するようにすることで、接合中において「基準値の８０
％以下になったとき」だけ運転が停止されるようにする
ことができる。また、工具が疲労破壊したときの駆動電
流値の減少率は、他の要因による場合に比して顕著であ
るから、基準電流値を設定してこれを計測データと比較
するのに換えて、電流値の減少率を演算し、その減少率
が設定した減少率よりも大きいときに停止信号を発する
ようにすることもできる。
【０００６】
【実施の形態】次いで図面を参照して実施の形態を説明
する。この実施の形態は、厚さ４．５ｍｍのアルミ板を
接合するものであり、接合工具のピン１の直径５ｍｍ、
回転速度１７５０ｒｐｍ、前進速度６００ｍｍ／分で接
合するものである。この実施の形態において長さ８ｍを
摩擦撹拌接合する間の回転駆動モータＭ１の平均電流値
は１１．４Ａで、最大電流値は１２．０Ａ，最小電流値
は１１．０Ａであり、他方、前進駆動モータＭ２の平均
電流値は２．３Ａで、最大電流値は２．３３Ａ，最小電
流値は２．２８Ａである（摩擦撹拌接合装置が違うと、
これらの具体的な電流値は異なる）。回転駆動モータＭ
１の電流計測データをセンサー１０からＣＰＵ１２に伝
送しており、また、前進駆動モータＭ２の電流計測デー
タをセンサー１１からＣＰＵ１２に伝送している。この
実施の形態においては基準メモリ１３に回転駆動モータ
の基準電流値１１．４Ａ、前進駆動モータの基準電流値
２．３Ａを設定してある。ＣＰＵ１２は０．５秒間隔で
センサー１０，１１の計測データを繰り返し呼出して、
上記基準値と比較し、そのいずれかが基準値の８０％を
下回った時、コントローラ１４に停止信号を発して、回
転駆動モータＭ１及び前進駆動モータＭ２を同時に停止
させるようにプログラムされている。２本の接合工具に
ついて試験を行った結果、１本目は接合長さ５ｍで破損
し、その時の回転駆動電流は９．１Ａまで低下し、前進
駆動モータの電流値は１．８Ａまで低下した。また、２
本目は接合長さ４．５ｍで破損し、その時の回転駆動電
流は９．０Ａまで低下し、前進駆動モータの電流値は
１．６Ａまで低下した。いずれの場合も接合工具の破損
と同時に電流値が基準値×０．８Ａ（平均電流値の８０
％）以下に低下し、電流値が基準値以下に低下してから
０．５秒以内に摩擦撹拌接合機の前進動作は停止する。
この間の接合工具の前進距離は５ｍｍ以下である。した
がって、工具のピンが疲労破壊するとほぼ同時に前進動
作は停止され、工具破損に伴う不良接合部分の長さは、
ほぼ工具の本体部分の半径相当に止まる。
する。この実施の形態は、厚さ４．５ｍｍのアルミ板を
接合するものであり、接合工具のピン１の直径５ｍｍ、
回転速度１７５０ｒｐｍ、前進速度６００ｍｍ／分で接
合するものである。この実施の形態において長さ８ｍを
摩擦撹拌接合する間の回転駆動モータＭ１の平均電流値
は１１．４Ａで、最大電流値は１２．０Ａ，最小電流値
は１１．０Ａであり、他方、前進駆動モータＭ２の平均
電流値は２．３Ａで、最大電流値は２．３３Ａ，最小電
流値は２．２８Ａである（摩擦撹拌接合装置が違うと、
これらの具体的な電流値は異なる）。回転駆動モータＭ
１の電流計測データをセンサー１０からＣＰＵ１２に伝
送しており、また、前進駆動モータＭ２の電流計測デー
タをセンサー１１からＣＰＵ１２に伝送している。この
実施の形態においては基準メモリ１３に回転駆動モータ
の基準電流値１１．４Ａ、前進駆動モータの基準電流値
２．３Ａを設定してある。ＣＰＵ１２は０．５秒間隔で
センサー１０，１１の計測データを繰り返し呼出して、
上記基準値と比較し、そのいずれかが基準値の８０％を
下回った時、コントローラ１４に停止信号を発して、回
転駆動モータＭ１及び前進駆動モータＭ２を同時に停止
させるようにプログラムされている。２本の接合工具に
ついて試験を行った結果、１本目は接合長さ５ｍで破損
し、その時の回転駆動電流は９．１Ａまで低下し、前進
駆動モータの電流値は１．８Ａまで低下した。また、２
本目は接合長さ４．５ｍで破損し、その時の回転駆動電
流は９．０Ａまで低下し、前進駆動モータの電流値は
１．６Ａまで低下した。いずれの場合も接合工具の破損
と同時に電流値が基準値×０．８Ａ（平均電流値の８０
％）以下に低下し、電流値が基準値以下に低下してから
０．５秒以内に摩擦撹拌接合機の前進動作は停止する。
この間の接合工具の前進距離は５ｍｍ以下である。した
がって、工具のピンが疲労破壊するとほぼ同時に前進動
作は停止され、工具破損に伴う不良接合部分の長さは、
ほぼ工具の本体部分の半径相当に止まる。
【０００７】
【発明の効果】以上述べたとおり、この発明は、接合工
具の疲労破壊に伴って生じる音の変化、振動の変化など
の様々な変化のうち、工具の回転駆動モータ、前進駆動
モータの電流値の変化によって接合工具の疲労破壊を感
知し、基準値と比較して基準値の８０％以下になったと
き、ただちに回転駆動モータ及び前進駆動モータを停止
させるものであるから、ほとんどピンの破損と同時に運
転が停止され、ピン破損してから工具の回転、前進動作
が継続されることによる不良接合部の発生を完全にかつ
確実に防止することができる。また、上記の音の変化や
振動の変化などを感知して接合動作を停止する場合に比
して、駆動電流の電流変化を検知するものであるから検
知手段、制御システムを簡単にすることができる。ま
た、接合する板の厚さ、または、接合工具のサイズによ
ってその駆動電流は理論的にはほぼ一定であるが、接合
条件の違いなど（接合面の隙間の変化、工具の押し付け
力の変化など）によって駆動電流は若干の変動する。し
かし、その平均値を基準値とし、その８０％を敷居値と
することによって、接合条件の違いないどによる平均駆
動電流の定常変動を考慮することなく、確実に接合工具
の疲労破壊を検知することができる。
具の疲労破壊に伴って生じる音の変化、振動の変化など
の様々な変化のうち、工具の回転駆動モータ、前進駆動
モータの電流値の変化によって接合工具の疲労破壊を感
知し、基準値と比較して基準値の８０％以下になったと
き、ただちに回転駆動モータ及び前進駆動モータを停止
させるものであるから、ほとんどピンの破損と同時に運
転が停止され、ピン破損してから工具の回転、前進動作
が継続されることによる不良接合部の発生を完全にかつ
確実に防止することができる。また、上記の音の変化や
振動の変化などを感知して接合動作を停止する場合に比
して、駆動電流の電流変化を検知するものであるから検
知手段、制御システムを簡単にすることができる。ま
た、接合する板の厚さ、または、接合工具のサイズによ
ってその駆動電流は理論的にはほぼ一定であるが、接合
条件の違いなど（接合面の隙間の変化、工具の押し付け
力の変化など）によって駆動電流は若干の変動する。し
かし、その平均値を基準値とし、その８０％を敷居値と
することによって、接合条件の違いないどによる平均駆
動電流の定常変動を考慮することなく、確実に接合工具
の疲労破壊を検知することができる。
【図１】は摩擦撹拌接合装置の斜視図である。
【図２】は図１のＹ−Ｙ断面図である。
【図３】は実施の形態の模式図である。
Ｐ：アルミ板材 Ｔ：摩擦撹拌接合工具 １：摩擦撹拌接合工具のピン ２：摩擦撹拌接合工具の本体 ３：摩擦撹拌接合工具の肩部 １０：回転駆動電流のセンサー １１：前進駆動電流のセンサー １２：ＣＰＵ １３：基準メモリー １４：コントローラ Ｍ１：回転駆動モータ Ｍ２：前進駆動モータ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１２年６月２１日（２０００．６．２
１）
１）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 摩擦撹拌接合における異常停止制
御方法
御方法
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は摩擦撹拌接合における
異常停止制御方法に関し、摩擦撹拌接合中に接合工具が
破損したときに、これを瞬時に検知して運転を停止し、
工具破損に伴う不良接合長さを可及的に短くして、接合
継手の修復作業を迅速に行えるようにするものである。
異常停止制御方法に関し、摩擦撹拌接合中に接合工具が
破損したときに、これを瞬時に検知して運転を停止し、
工具破損に伴う不良接合長さを可及的に短くして、接合
継手の修復作業を迅速に行えるようにするものである。
【０００２】
【従来の技術】アルミ金属板の接合方法として摩擦撹拌
接合が用いられているが、鉄道車両の床板、側板などに
使用されるアルミ型材等の接合継手の長さは極めて長
い。他方、板材Ｐの摩擦撹拌接合は、図１、図２に示す
ように板材Ｐを支持板４上で突き合わせた状態で行わ
れ、突合面が接合される一方で、接合部の表面が工具本
体の下端面で深さ０．１ｍｍ（図２のＬ）程度削り取ら
れた状態になる。接合工具Ｔは硬質金属部材であり、そ
の先端に突設された比較的細いピン１が前進方向の強い
抵抗を受けながら高速で回転するものであるので、ピン
１の根元で比較的早期に疲労破壊することが避けられな
い。接合途中において工具Ｔが疲労破壊すると、接合が
なされない状態で、接合部の表面だけが工具Ｔの本体２
の型部３で削られてしまうことになる。接合途中で接合
工具が疲労破壊すると、破損して後に工具Ｔが前進した
部分は接合されないので、この部分を再度接合する必要
がある。他方、１本の工具が疲労破壊するまでの接合長
さは予測されるので、予測の範囲では工具を交換するこ
とで、接合中に工具が疲労破壊することが予め回避され
るが、疲労強度の限度は個々の工具によってばらつきが
あり、予測の接合長さに達する前に破損することもまま
ある。接合中に工具が破損すると、作業者が駆動モータ
の音の変化などを感知して速やかに運転を停止するが、
それでもそれまでの間に工具は前進するので、接合不良
部分がある程度の長さになることは避けられず、摩擦撹
拌接合作業を自動化し、摩擦撹拌接合機複数台を一人の
作業員で監視する場合などは、このことが一層顕著にな
り、この接合不良部分を補修するのに多大の工数がかか
る。
接合が用いられているが、鉄道車両の床板、側板などに
使用されるアルミ型材等の接合継手の長さは極めて長
い。他方、板材Ｐの摩擦撹拌接合は、図１、図２に示す
ように板材Ｐを支持板４上で突き合わせた状態で行わ
れ、突合面が接合される一方で、接合部の表面が工具本
体の下端面で深さ０．１ｍｍ（図２のＬ）程度削り取ら
れた状態になる。接合工具Ｔは硬質金属部材であり、そ
の先端に突設された比較的細いピン１が前進方向の強い
抵抗を受けながら高速で回転するものであるので、ピン
１の根元で比較的早期に疲労破壊することが避けられな
い。接合途中において工具Ｔが疲労破壊すると、接合が
なされない状態で、接合部の表面だけが工具Ｔの本体２
の型部３で削られてしまうことになる。接合途中で接合
工具が疲労破壊すると、破損して後に工具Ｔが前進した
部分は接合されないので、この部分を再度接合する必要
がある。他方、１本の工具が疲労破壊するまでの接合長
さは予測されるので、予測の範囲では工具を交換するこ
とで、接合中に工具が疲労破壊することが予め回避され
るが、疲労強度の限度は個々の工具によってばらつきが
あり、予測の接合長さに達する前に破損することもまま
ある。接合中に工具が破損すると、作業者が駆動モータ
の音の変化などを感知して速やかに運転を停止するが、
それでもそれまでの間に工具は前進するので、接合不良
部分がある程度の長さになることは避けられず、摩擦撹
拌接合作業を自動化し、摩擦撹拌接合機複数台を一人の
作業員で監視する場合などは、このことが一層顕著にな
り、この接合不良部分を補修するのに多大の工数がかか
る。
【０００３】
【解決しようとする課題】この発明は、摩擦撹拌接合工
具の破損に伴う上記問題を可及的に解消することを目的
とするものであり、摩擦撹拌接合工具が疲労破壊した瞬
間に運転を停止して、工具の疲労破壊に伴って生じる不
良接合部が可及的に小さくなるように、異常停止制御方
法を工夫することをその課題とするものである。
具の破損に伴う上記問題を可及的に解消することを目的
とするものであり、摩擦撹拌接合工具が疲労破壊した瞬
間に運転を停止して、工具の疲労破壊に伴って生じる不
良接合部が可及的に小さくなるように、異常停止制御方
法を工夫することをその課題とするものである。
【０００４】
【課題を解決するために講じた手段】上記課題解決のた
めに講じた手段は、摩擦撹拌接合工具の回転駆動モータ
の電流値を基準値と比較し、電流値が基準値の８０％以
下になったときに、運転を停止（回転駆動モータ及び前
進駆動モータの停止、または接合工具の引上げ、あるい
は前進動作の停止など）することであり、他の解決手段
は、摩擦撹拌接合工具の前進駆動モータの電流値を基準
値を比較し、電流値が基準値の８０％以下になったとき
に、運転を停止（前進駆動モータ及び前進駆動モータを
停止）することである。
めに講じた手段は、摩擦撹拌接合工具の回転駆動モータ
の電流値を基準値と比較し、電流値が基準値の８０％以
下になったときに、運転を停止（回転駆動モータ及び前
進駆動モータの停止、または接合工具の引上げ、あるい
は前進動作の停止など）することであり、他の解決手段
は、摩擦撹拌接合工具の前進駆動モータの電流値を基準
値を比較し、電流値が基準値の８０％以下になったとき
に、運転を停止（前進駆動モータ及び前進駆動モータを
停止）することである。
【０００５】
【作用】摩擦撹拌接合工具は接合する板厚によってその
サイズが適宜選択され、当該工具の大きさによって回転
駆動モータにかかる負荷はほぼ一定で、その平均駆動電
流値はほぼ一定であって、正常な接合中の当該電流の変
動幅は大きめに見ても±１０％未満であるから、基準電
流値（正常時の平均的な駆動電流値）の８０％以下にな
ったときは接合異常と見做される。接合中に接合工具の
ピンが疲労破壊した場合は、８０％以下に瞬時に低下す
るから、８０％以下になったときに運転を停止すること
によって、確実に、工具の疲労破壊と同時に運転が停止
される。また、接合中は前進駆動モータの電流は２．３
Ａでほぼ一定であって、正常な接合中の当該電流の変動
幅は大きめに見ても±１０％未満であるから、基準電流
の８０％以下になったときは接合異常と見做される。接
合中に接合工具のピンが疲労破壊した場合は、基準電流
値の８０％以下に瞬時に低下するから、基準電流値の８
０％以下になったときに運転を停止することによって、
確実に、工具の疲労破壊と同時に運転が停止される。な
お、上記基準電流値は接合する板の厚さに応じて予め設
定してもよく、運転中の直近の平均電流値（例えば直近
１秒間の平均値）であってもよい。また、接合開始時の
回転モータ、前進駆動モータの電流値は小さいので、電
流値が高から低に低下したことと、計測データが基準値
の８０％以下であることとのアンド条件で停止信号を発
するようにすることで、接合中において「基準値の８０
％以下になったとき」だけ運転が停止されるようにする
ことができる。また、工具が疲労破壊したときの駆動電
流値の減少率は、他の要因による場合に比して顕著であ
るから、基準電流値を設定してこれを計測データと比較
するのに換えて、電流値の減少率を演算し、その減少率
が設定した減少率よりも大きいときに停止信号を発する
ようにすることもできる。
サイズが適宜選択され、当該工具の大きさによって回転
駆動モータにかかる負荷はほぼ一定で、その平均駆動電
流値はほぼ一定であって、正常な接合中の当該電流の変
動幅は大きめに見ても±１０％未満であるから、基準電
流値（正常時の平均的な駆動電流値）の８０％以下にな
ったときは接合異常と見做される。接合中に接合工具の
ピンが疲労破壊した場合は、８０％以下に瞬時に低下す
るから、８０％以下になったときに運転を停止すること
によって、確実に、工具の疲労破壊と同時に運転が停止
される。また、接合中は前進駆動モータの電流は２．３
Ａでほぼ一定であって、正常な接合中の当該電流の変動
幅は大きめに見ても±１０％未満であるから、基準電流
の８０％以下になったときは接合異常と見做される。接
合中に接合工具のピンが疲労破壊した場合は、基準電流
値の８０％以下に瞬時に低下するから、基準電流値の８
０％以下になったときに運転を停止することによって、
確実に、工具の疲労破壊と同時に運転が停止される。な
お、上記基準電流値は接合する板の厚さに応じて予め設
定してもよく、運転中の直近の平均電流値（例えば直近
１秒間の平均値）であってもよい。また、接合開始時の
回転モータ、前進駆動モータの電流値は小さいので、電
流値が高から低に低下したことと、計測データが基準値
の８０％以下であることとのアンド条件で停止信号を発
するようにすることで、接合中において「基準値の８０
％以下になったとき」だけ運転が停止されるようにする
ことができる。また、工具が疲労破壊したときの駆動電
流値の減少率は、他の要因による場合に比して顕著であ
るから、基準電流値を設定してこれを計測データと比較
するのに換えて、電流値の減少率を演算し、その減少率
が設定した減少率よりも大きいときに停止信号を発する
ようにすることもできる。
【０００６】
【実施の形態】次いで図面を参照して実施の形態を説明
する。この実施の形態は、厚さ４．５ｍｍのアルミ板を
接合するものであり、接合工具のピン１の直径５ｍｍ、
回転速度１７５０ｒｐｍ、前進速度６００ｍｍ／分で接
合するものである。この実施の形態において長さ８ｍを
摩擦撹拌接合する間の回転駆動モータＭ１の平均電流値
は１１．４Ａで、最大電流値は１２．０Ａ，最小電流値
は１１．０Ａであり、他方、前進駆動モータＭ２の平均
電流値は２．３Ａで、最大電流値は２．３３Ａ，最小電
流値は２．２８Ａである（摩擦撹拌接合装置が違うと、
これらの具体的な電流値は異なる）。回転駆動モータＭ
１の電流計測データをセンサー１０からＣＰＵ１２に伝
送しており、また、前進駆動モータＭ２の電流計測デー
タをセンサー１１からＣＰＵ１２に伝送している。この
実施の形態においては基準メモリ１３に回転駆動モータ
の基準電流値１１．４Ａ、前進駆動モータの基準電流値
２．３Ａを設定してある。ＣＰＵ１２は０．５秒間隔で
センサー１０，１１の計測データを繰り返し呼出して、
上記基準値と比較し、そのいずれかが基準値の８０％を
下回った時、コントローラ１４に停止信号を発して、回
転駆動モータＭ１及び前進駆動モータＭ２を同時に停止
させるようにプログラムされている。２本の接合工具に
ついて試験を行った結果、１本目は接合長さ５ｍで破損
し、その時の回転駆動電流は９．１Ａまで低下し、前進
駆動モータの電流値は１．８Ａまで低下した。また、２
本目は接合長さ４．５ｍで破損し、その時の回転駆動電
流は９．０Ａまで低下し、前進駆動モータの電流値は
１．６Ａまで低下した。いずれの場合も接合工具の破損
と同時に電流値が基準値×０．８Ａ（平均電流値の８０
％）以下に低下し、電流値が基準値以下に低下してから
０．５秒以内に摩擦撹拌接合機の前進動作は停止する。
この間の接合工具の前進距離は５ｍｍ以下である。した
がって、工具のピンが疲労破壊するとほぼ同時に前進動
作は停止され、工具破損に伴う不良接合部分の長さは、
ほぼ工具の本体部分の半径相当に止まる。
する。この実施の形態は、厚さ４．５ｍｍのアルミ板を
接合するものであり、接合工具のピン１の直径５ｍｍ、
回転速度１７５０ｒｐｍ、前進速度６００ｍｍ／分で接
合するものである。この実施の形態において長さ８ｍを
摩擦撹拌接合する間の回転駆動モータＭ１の平均電流値
は１１．４Ａで、最大電流値は１２．０Ａ，最小電流値
は１１．０Ａであり、他方、前進駆動モータＭ２の平均
電流値は２．３Ａで、最大電流値は２．３３Ａ，最小電
流値は２．２８Ａである（摩擦撹拌接合装置が違うと、
これらの具体的な電流値は異なる）。回転駆動モータＭ
１の電流計測データをセンサー１０からＣＰＵ１２に伝
送しており、また、前進駆動モータＭ２の電流計測デー
タをセンサー１１からＣＰＵ１２に伝送している。この
実施の形態においては基準メモリ１３に回転駆動モータ
の基準電流値１１．４Ａ、前進駆動モータの基準電流値
２．３Ａを設定してある。ＣＰＵ１２は０．５秒間隔で
センサー１０，１１の計測データを繰り返し呼出して、
上記基準値と比較し、そのいずれかが基準値の８０％を
下回った時、コントローラ１４に停止信号を発して、回
転駆動モータＭ１及び前進駆動モータＭ２を同時に停止
させるようにプログラムされている。２本の接合工具に
ついて試験を行った結果、１本目は接合長さ５ｍで破損
し、その時の回転駆動電流は９．１Ａまで低下し、前進
駆動モータの電流値は１．８Ａまで低下した。また、２
本目は接合長さ４．５ｍで破損し、その時の回転駆動電
流は９．０Ａまで低下し、前進駆動モータの電流値は
１．６Ａまで低下した。いずれの場合も接合工具の破損
と同時に電流値が基準値×０．８Ａ（平均電流値の８０
％）以下に低下し、電流値が基準値以下に低下してから
０．５秒以内に摩擦撹拌接合機の前進動作は停止する。
この間の接合工具の前進距離は５ｍｍ以下である。した
がって、工具のピンが疲労破壊するとほぼ同時に前進動
作は停止され、工具破損に伴う不良接合部分の長さは、
ほぼ工具の本体部分の半径相当に止まる。
【０００７】
【発明の効果】以上述べたとおり、この発明は、接合工
具の疲労破壊に伴って生じる音の変化、振動の変化など
の様々な変化のうち、工具の回転駆動モータ、前進駆動
モータの電流値の変化によって接合工具の疲労破壊を感
知し、基準値と比較して基準値の８０％以下になったと
き、ただちに回転駆動モータ及び前進駆動モータを停止
させるものであるから、ほとんどピンの破損と同時に運
転が停止され、ピン破損してから工具の回転、前進動作
が継続されることによる不良接合部の発生を完全にかつ
確実に防止することができる。また、上記の音の変化や
振動の変化などを感知して接合動作を停止する場合に比
して、駆動電流の電流変化を検知するものであるから検
知手段、制御システムを簡単にすることができる。ま
た、接合する板の厚さ、または、接合工具のサイズによ
ってその駆動電流は理論的にはほぼ一定であるが、接合
条件の違いなど（接合面の隙間の変化、工具の押し付け
力の変化など）によって駆動電流は若干変動する。しか
し、その平均値を基準値とし、その８０％を敷居値とす
ることによって、接合条件の違いないどによる平均駆動
電流の定常変動を考慮することなく、確実に接合工具の
疲労破壊を検知することができる。
具の疲労破壊に伴って生じる音の変化、振動の変化など
の様々な変化のうち、工具の回転駆動モータ、前進駆動
モータの電流値の変化によって接合工具の疲労破壊を感
知し、基準値と比較して基準値の８０％以下になったと
き、ただちに回転駆動モータ及び前進駆動モータを停止
させるものであるから、ほとんどピンの破損と同時に運
転が停止され、ピン破損してから工具の回転、前進動作
が継続されることによる不良接合部の発生を完全にかつ
確実に防止することができる。また、上記の音の変化や
振動の変化などを感知して接合動作を停止する場合に比
して、駆動電流の電流変化を検知するものであるから検
知手段、制御システムを簡単にすることができる。ま
た、接合する板の厚さ、または、接合工具のサイズによ
ってその駆動電流は理論的にはほぼ一定であるが、接合
条件の違いなど（接合面の隙間の変化、工具の押し付け
力の変化など）によって駆動電流は若干変動する。しか
し、その平均値を基準値とし、その８０％を敷居値とす
ることによって、接合条件の違いないどによる平均駆動
電流の定常変動を考慮することなく、確実に接合工具の
疲労破壊を検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】は摩擦撹拌接合装置の斜視図である。
【図２】は図１のＹ−Ｙ断面図である。
【図３】は実施の形態の模式図である。
【符号の説明】 Ｐ：アルミ板材 Ｔ：摩擦撹拌接合工具 １：摩擦撹拌接合工具のピン ２：摩擦撹拌接合工具の本体 ３：摩擦撹拌接合工具の肩部 １０：回転駆動電流のセンサー １１：前進駆動電流のセンサー １２：ＣＰＵ １３：基準メモリー １４：コントローラ Ｍ１：回転駆動モータ Ｍ２：前進駆動モータ
Claims (3)
- 【請求項１】摩擦撹拌接合工具の回転駆動モータ又は前
進駆動モータの電流値の変化によって接合工具の破損を
感知し、直ちに運転を停止するようにした摩擦撹拌接合
における異常停止制御方法。 - 【請求項２】摩擦撹拌接合工具の回転駆動モータの電流
値を基準値と比較し、電流値が基準値の８０％以下にな
ったときに、運転を停止する摩擦撹拌接合における異常
停止制御方法。 - 【請求項３】摩擦撹拌接合工具の前進駆動モータの電流
値を基準値と比較し、電流値が基準値の８０％以下にな
ったときに、運転を停止する摩擦撹拌接合における異常
停止制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000167053A JP3290977B2 (ja) | 2000-06-05 | 2000-06-05 | 摩擦撹拌接合における異常停止制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000167053A JP3290977B2 (ja) | 2000-06-05 | 2000-06-05 | 摩擦撹拌接合における異常停止制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001340977A true JP2001340977A (ja) | 2001-12-11 |
| JP3290977B2 JP3290977B2 (ja) | 2002-06-10 |
Family
ID=18670264
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000167053A Expired - Fee Related JP3290977B2 (ja) | 2000-06-05 | 2000-06-05 | 摩擦撹拌接合における異常停止制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3290977B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005021204A1 (ja) * | 2003-08-29 | 2005-03-10 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 摩擦攪拌接合方法及び摩擦攪拌接合装置 |
| US7149601B2 (en) | 2002-11-01 | 2006-12-12 | Mazda Motor Corporation | Method and apparatus for friction agitation processing |
| JP2009082949A (ja) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Tokyu Car Corp | 摩擦攪拌接合システム及び摩擦攪拌接合方法 |
| JP2009082950A (ja) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Tokyu Car Corp | 摩擦攪拌接合システム及び摩擦攪拌接合方法 |
| JP2014155929A (ja) * | 2013-02-14 | 2014-08-28 | Japan Transport Engineering Co Ltd | 摩擦撹拌接合方法及び摩擦撹拌接合装置 |
| CN115338530A (zh) * | 2022-08-04 | 2022-11-15 | 北京九天行歌航天科技有限公司 | 一种基于力位扭矩的搅拌工具断针监测装置及方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61142053A (ja) * | 1984-12-11 | 1986-06-28 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 工具折損検出装置 |
| JPH07505090A (ja) * | 1991-12-06 | 1995-06-08 | ザ ウェルディング インスティテュート | 摩擦溶接方法 |
-
2000
- 2000-06-05 JP JP2000167053A patent/JP3290977B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPS61142053A (ja) * | 1984-12-11 | 1986-06-28 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 工具折損検出装置 |
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| EP1415754B1 (en) * | 2002-11-01 | 2007-02-28 | Mazda Motor Corporation | Method and apparatus for friction stir welding with emergency procedure |
| WO2005021204A1 (ja) * | 2003-08-29 | 2005-03-10 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 摩擦攪拌接合方法及び摩擦攪拌接合装置 |
| JP2009082949A (ja) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Tokyu Car Corp | 摩擦攪拌接合システム及び摩擦攪拌接合方法 |
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| CN115338530A (zh) * | 2022-08-04 | 2022-11-15 | 北京九天行歌航天科技有限公司 | 一种基于力位扭矩的搅拌工具断针监测装置及方法 |
| CN115338530B (zh) * | 2022-08-04 | 2024-04-30 | 北京九天行歌航天科技有限公司 | 一种基于力位扭矩的搅拌工具断针监测装置及方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3290977B2 (ja) | 2002-06-10 |
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