JP2004114107A - 金属部材の接合状態検査方法及び装置 - Google Patents
金属部材の接合状態検査方法及び装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】実物を用いて接合後の後加工と接合状態の検査とを同時に行う。
【解決手段】接合後の切削加工が開始されると、コンピュータは、ステップＳ１で工具軸の軸トルクや電力波形、送り速度などの加工負荷をモニタリングし、ステップＳ２ではモニタリングの結果得られた変動幅が正常値よりも大きいか否かを判定する。ステップＳ２で変動幅が大きい場合には、ステップＳ５で接合不良によりバルブシート部材が脱落した不良品と判定し、変動幅が小さい場合にはステップＳ３で正常に接合された良品と判定する。
【選択図】 図８
【解決手段】接合後の切削加工が開始されると、コンピュータは、ステップＳ１で工具軸の軸トルクや電力波形、送り速度などの加工負荷をモニタリングし、ステップＳ２ではモニタリングの結果得られた変動幅が正常値よりも大きいか否かを判定する。ステップＳ２で変動幅が大きい場合には、ステップＳ５で接合不良によりバルブシート部材が脱落した不良品と判定し、変動幅が小さい場合にはステップＳ３で正常に接合された良品と判定する。
【選択図】 図８
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、自動車用エンジンおけるシリンダヘッドの給排気ポート部に接合される環状バルブシート部材の接合状態を検査する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車用エンジンにおけるシリンダヘッドの給排気ポート部にろう材が被覆された環状バルブシート部材を電気抵抗による発熱を用いて埋設して接合する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２６３２４３号公報（図６）
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記バルブシート部材とシリンダヘッドとの接合界面の欠陥を超音波やＸ線、赤外線などを用いて検出するには、欠陥の大きさ（ギャップ）が最低でも５μｍ以上である必要があり、それ以下の小さな欠陥を非破壊で検査することは不可能である。
【０００４】
また、バルブシート部材にろう材を被覆してシリンダヘッドに接合する場合、バルブシート部材の接合界面とシリンダヘッドとの間に素材の塑性流動が起こり、これにより、バルブシート部材がシリンダヘッドに埋め込まれ、当該両金属部材が冶金学的に接合されるため、バルブシート部材とシリンダヘッドとは密接に密着し、欠陥の大きさは限りなくゼロに近いものとなる。このため、超音波などを用いた非破壊検査では接合界面の接合状態（良品／不良品）を検査することは極めて難しいと考えられる。
【０００５】
更に、実物を用いた検査の代りに、テストピースの剥離荷重を測定し、この測定値を用いて接合状態を仮想評価することも可能であるが、テストピースの剛性不足や曲げ応力、応力集中の発生などの様々な外乱要素が生じ、測定値のバラツキが非常に大きくなって適正な検査ができないという事情もある。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされ、その目的は、実物を用いて接合後の後加工と接合状態の検査とを同時に行うことができる金属部材の接合状態検査方法及び装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決し、目的を達成するために、本発明の金属部材の接合状態検査方法は、電極部による通電及び押圧により第１金属部材を当該第１金属部材より融点の低い第２金属部材に接合する接合工程と、前記接合後の後加工時の工具の加工変動値に基づいて、前記第１金属部材の接合状態の良否を判定する判定工程とを備える。
【０００８】
好ましくは、上記方法において、前記後加工は前記工具によるバリ除去加工であり、前記判定工程では、前記接合工程における前記第１金属部材への押圧方向とは反対方向に加工負荷を作用させて前記第１金属部材の接合状態の良否を判定する。
【０００９】
好ましくは、上記方法において、前記判定工程では、前記加工変動値として前記後加工時の工具の加工負荷の変動値に基づいて、前記第１金属部材の接合状態の良否を判定する。
【００１０】
また、本発明の金属部材の接合状態検査方法は、環状の第１金属部材の非接合端面に当接する当接部と、当該当接部が前記非接合端面に当接した状態で前記第１金属部材の接合端面から突出し、当該第１金属部材の内周部に所定の隙間を持って係合されて当該第１金属部材を位置決めする突出部とを有する電極部による通電と前記当接部による押圧により前記第１金属部材を当該第１金属部材より融点の低い第２金属部材に冷却液中において接合する接合工程と、前記接合時に発生するバリが前記所定の隙間に充填された状態で前記電極部を引き抜くことにより、前記第１金属部材の接合状態の良否を判定する判定工程とを備える。
【００１１】
好ましくは、上記方法において、前記第１金属部材は鉄系のバルブシート部材であり、前記第２金属部材はアルミニウム合金製のシリンダヘッドである。
【００１２】
また、本発明の金属部材の接合状態検査装置は、電極部による通電及び押圧により第１金属部材を当該第１金属部材より融点の低い第２金属部材に接合する接合手段と、前記接合後の後加工時の工具の加工負荷の変動値に基づいて、前記第１金属部材の接合状態の良否を判定する判定手段とを備える。
【００１３】
また、本発明の金属部材の接合状態検査装置は、環状の第１金属部材の非接合端面に当接する当接部と、当該当接部が前記非接合端面に当接した状態で前記第１金属部材の接合端面から突出し、当該第１金属部材の内周部に所定の隙間を持って係合されて当該バルブシートを位置決めする突出部とを有する電極部を備え、当該電極部による通電と前記当接部による押圧により前記第１金属部材を当該第１金属部材より融点の低い第２金属部材に冷却液中において接合する接合手段と、前記接合時に発生するバリが前記所定の隙間に充填された状態で前記電極部を引き抜くことにより、前記第１金属部材の接合状態の良否を判定する判定手段とを備える。
【００１４】
好ましくは、上記装置において、前記第１金属部材は鉄系のバルブシート部材であり、前記第２金属部材はアルミニウム合金製のシリンダヘッドである。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明のように、請求項１及び６の発明によれば、電極部による通電及び押圧により第１金属部材を当該第１金属部材より融点の低い第２金属部材に接合し、接合後の後加工時の工具の加工変動値に基づいて、第１金属部材の接合状態の良否を判定することにより、実物を用いて接合後の後加工と接合状態の検査とを同時に行うことができ、検査工程の増加がなく、生産ラインにおいて全数検査が可能となる。
【００１６】
更に、実物に対して剛性不足や曲げ応力、応力集中の発生などの様々な外乱要素による測定値のバラツキがなく、適正な検査ができる。
【００１７】
請求項２の発明によれば、後加工は工具によるバリ除去加工であり、接合時における第１金属部材への押圧方向とは反対方向に加工負荷を作用させて第１金属部材の接合状態の良否を判定することにより、接合後の切削によるバリ除去加工においてバルブシート部材の接合状態の良否や脱落の有無を検査することができる。
【００１８】
請求項３の発明によれば、加工変動値として後加工時の工具の加工負荷の変動値に基づいて、第１金属部材の接合状態の良否を判定することにより、接合後の切削やバリ除去加工において、工具の切削抵抗により変動する工具軸の軸トルクや電力波形、送り速度などの加工負荷を常にモニタリングし、それらの値の変動特性を用いてバルブシート部材２０の接合状態の良否や脱落の有無を検査することができる。
【００１９】
請求項４及び７の発明によれば、環状の第１金属部材の非接合端面に当接する当接部と、当該当接部が前記非接合端面に当接した状態で前記第１金属部材の接合端面から突出し、当該第１金属部材の内周部に所定の隙間を持って係合されて当該バルブシートを位置決めする突出部とを有する電極部による通電と前記当接部による押圧により前記第１金属部材を当該第１金属部材より融点の低い第２金属部材に冷却液中において接合し、接合時に発生するバリが所定の隙間に充填された状態で電極部を引き抜くことで第１金属部材の接合状態の良否を判定することにより、電極部の突出部の突出長さをバルブシート部材の非接合端面とは反対側の接合端面より長く形成し、テーパ角度を所望の接合強度に合わせて調整するだけで、バルブシート部材が所望の接合強度を持つか否かを接合直後の電極部の引き抜きと同時に判定できる。
【００２０】
また、接合終了と同時にＣＣＤカメラなどでバルブシート部材の接合界面又は電極チップを撮像することで剥離や脱落などが発生した不良品か否かを接合直後の電極部の引き抜きと同時に判定できる。
【００２１】
また、上記いずれかの発明において、第１金属部材は鉄系のバルブシート部材であり、前記第２金属部材はアルミニウム合金製のシリンダヘッドであることにより、生産ラインにおけるシリンダヘッドの全数検査が可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２３】
尚、以下に説明する実施の形態は、本発明の実現手段としての一例であり、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で下記実施形態を修正又は変形したものに適用可能である。
【００２４】
［金属部材の接合装置］
図１は、本発明に係る実施形態の金属部材の接合装置（以下、接合装置という）の全体構成を示す図である。図２は、図１の接合装置の電極部の構成を示す断面図である。図３は、図１の接合装置により接合されるバルブシート部材とシリンダヘッドとの位置関係を示す断面図である。
【００２５】
図１において、接合装置１は、ベース１１上に設けられた変圧器としてのトランス１２と、トランス１２の側方のベース１１上に２次元方向に移動可能に設けられたステージ１３とを備え、このステージ１３上に保持された冷却液３３で満たされた水槽１４内部にシリンダヘッド１５が配置される。
【００２６】
また、トランス１２の側方であってシリンダヘッド１５の上方には、トランス１２に対して電気的に接続された電気抵抗溶接ユニット１６が設けられ、このユニット１６の下部には加圧シリンダ１７及びプラテン１８を介して電極部１９が取り付けられている。
【００２７】
電極部１９の下端部には、図２に示すように、環状のバルブシート部材２０が図示しない磁石の磁力により着脱自在に保持される。上記シリンダヘッド１５は、例えば導電性材料であるアルミニウム合金からなり、バルブシート部材は、例えば導電性材料である鉄系材料からなる焼結材である。
【００２８】
図３に示すように、バルブシート部材２０は非接合端面である上端面２０ａお及び内周部２０ｂと、接合端面である２つのテーパ部２０ｃ，２０ｄが形成された外周部とを有しており、上記水槽１４内の冷却液３３中でテーパ部２０ｃを電極部１９による押圧によりシリンダヘッド１５のポート部１５ａの開口縁部１５ｂに当接させ、且つ通電により発熱を集中させることによりシリンダヘッド素材を塑性流動させながら押し込む。
【００２９】
図２に示すように、電極部１９は、プラテン１８の下部にボルト２１ａなどにより固定された筒状の電極チップホルダ２１と、電極チップホルダ２１の下端部に凸部螺合により固定された電極チップ２２と、電極チップホルダ２１の外周面に設けられた筒状のカーテン部材２３とを備える。
【００３０】
電極チップホルダ２１はクロム銅などの導電性材料から構成され、電極チップ２２もクロムなどの導電性材料から構成されている。カーテン部材２３は、電極チップホルダ２１の外周面との間に下方に開口するカーテン通路２３ａを形成している。
【００３１】
電極チップホルダ２１の内部には、外部から導入された冷却液（工場水）をホルダの軸方向に流通させるための冷却液通路２４と、電極チップホルダ２１の外周面から冷却液通路２４に冷却液を導入するための導入通路２５と、この冷却液通路２４から分岐して電極チップホルダ２１の外周面とカーテン部材２３との間のカーテン通路２３ａに連通する分岐通路２６とが形成されている。
【００３２】
また、電極チップ２２の内部にも、電極チップホルダ２１に装着された状態で冷却液通路２４に連通するチップ内通路２７が形成されている。
【００３３】
冷却液通路２４及びチップ内通路２７には導入通路２５から５気圧程度の冷却液が導入されて電極チップ２２を冷却する。また、分岐通路２６からカーテン通路２３ａに流入する冷却液は電極チップ２２の外周部にカーテン状に吐き出され、冷却液３３中で接合界面からバルブシート部材２０の非接合端面又は電極チップ２２の外周部に排出されるろう材及びシリンダヘッド素材からなるバリＢ１の成長を抑制し、接合性の向上と後処理の省略化との両立を図ることができる。
【００３４】
電極チップ２２は、バルブシート部材２０の非接合端面である上端面２０ａに当接する当接部２８と、この当接部２８がバルブシート部材２０の上端面２０ａに当接した状態で、バルブシート部材２０の内周部２０ｂの非接合端面側に隙間なく嵌合し、かつその接合端面側に向けてテーパ状に縮径して内周部２０ｂとの間に隙間を形成する突出部２９とを有する。
【００３５】
この突出部２９は、バルブシート部材２０の内周部２０ｂの非接合端面側に隙間なく嵌合することによりバルブシート部材２０を電極チップ２２に対して位置決めする。また、突出部２９は、当接部２８がバルブシート部材２０の上端面２０ａに当接した状態で、バルブシート部材２０の非接合端面とは反対側の接合端面から突出する突出長さに形成され、後述するように接合時に下方に出ていたバリＢ２をせき止めてバルブシート部材２０の内周部２０ｂと突出部２９の外周部との間の隙間に流れ込ませ、バルブシート部材２０の内周部２０ｂと突出部２９の外周部とを嵌合状態とする。
【００３６】
図４は、シリンダヘッドとバルブシート部材との接合工程を説明する図である。
【００３７】
この接合工程における接合条件は、例えば、押圧力３．０トン、電流９０ｋＡ、通電時間０．３〜０．５秒とされ、接合工程においては、先ず、電極部１９の電極チップ２２で保持したバルブシート部材２０をシリンダヘッド１５のポート開口縁部１５ｂに移動させ、予めろう材が被覆されたバルブシート２０を、図４（ａ）に示す如く当接させる。
【００３８】
次に、図４（ｂ）に示す如く、電極チップ２２の当接部２８によりバルブシート部材２０をポート開口縁部１５ｂに対して押圧すると同時に通電させる。シリンダヘッド１５のポート開口縁部１５ｂとバルブシート部材２０のテーパ部２０ｃとの接合面には電気的な抵抗が存在するため、電極チップ２２による押圧及び（パルス）通電によって当該接合面が加熱される。そして、この加圧と加熱とが継続されることにより、シリンダヘッド１５のポート開口縁部１５ｂの素材が塑性流動するので、バルブシート部材２０は図４（ｂ）の状態を経て図４（ｃ）のようにシリンダヘッド１５のポート部１５ａに埋没し、溶融拡散接合される。
【００３９】
［金属部材の接合状態検査装置］
本実施形態の金属部材の接合状態検査装置は、上記接合後の後加工（仕上げ加工やバリ除去加工）を行う切削加工装置を兼ね備えている。
【００４０】
図５は、バルブシート部材が接合されたシリンダヘッドに仕上げの切削加工を行う切削加工装置を示す図である。
【００４１】
図５において、切削加工装置は、ベース５１上に設けられた２次元方向に移動可能なＸＹテーブル５２と、このＸＹテーブル５２の上方に設けられた上下方向（Ｚ方向）に移動可能で且つＺ方向の軸を中心として回転及び軸まわりに回転（公転）可能な工具軸５３とを備え、このＸＹテーブル５２に治具などを介してバルブシート部材２０が接合されたシリンダヘッド１５が配置される。
【００４２】
工具軸５３の先端部には切削工具としてのエンドミル５４が取り付けられ、ＸＹテーブル５２の移動、並びに工具軸５３の移動及び回転は、制御部５５の指令により動作するサーボ機構により数値制御される。また、制御部５５はコンピュータ５６に通信可能に接続され、コンピュータ５６は、サーボ機構に出力した指令に対するＸＹテーブル５２の移動量、工具軸５３の移動量及び回転数、並びに切削抵抗により変動する工具軸の軸トルクや電力波形、送り速度などの加工負荷をモニタリングし、それらの変動特性を用いてバルブシート部材２０の接合状態の良否や脱落の有無を検査する。
【００４３】
上記切削加工は、図６に示すように、バルブシート部材２０の内周部２０ｂの切削及び接合時に発生したバリを除去するために行われ、エンドミル５４が回転しながらバルブシート部材２０をシリンダヘッド１５に接合する際の押圧方向とは反対方向（下方から上方）に移動されるコンタリング加工である。このように、バルブシート部材２０をシリンダヘッド１５に接合する際の押圧方向とは反対方向（下方から上方）にエンドミル５４を移動させるコンタリング加工とすることにより、接合後の切削加工において接合状態の検査を行うことができる。
【００４４】
図７は、切削加工時における軸トルクの変動特性を例示し、（ａ）は問題なく接合された状態、（ｂ）は接合不良の状態を夫々示している。
【００４５】
図７（ａ）に比して、図７（ｂ）では切削開始後の３０数秒付近で軸トルクが急激に低下しており、バルブシート部材２０の接合不良により切削開始後の３０数秒付近でシリンダヘッド１５から脱落している。
【００４６】
このように、接合後の切削やバリ除去加工において、工具の切削抵抗により変動する工具軸の軸トルクや電力波形、送り速度などの加工負荷を常にモニタリングし、それらの値の変動特性を用いてバルブシート部材２０の接合状態の良否や脱落の有無を検査することができる。
【００４７】
尚、工具の送り速度などの加工条件は、正常に接合された接合強度の十分なバルブシート部材は脱落しないが、正常に接合されていない接合強度の低いバルブシート部材は脱落してしまうような加工負荷（例えば、切削抵抗が６００〜１２００Ｎｃｍ）に設定すればよい。
【００４８】
また、上記加工負荷以外に、切削中の異常音や異常信号などを利用して良否を判定してもよい。
【００４９】
更に、検査精度を上げるために加工条件を厳しくする（例えば、送り速度を上げる）と、切削後の表面粗さが悪化するため、この場合には、送り速度を連続的に変化させる（例えば、加工途中より加工終了付近での送り速度を低下させる）ことにより対処すればよい。
【００５０】
図８は、第１の実施形態の金属部材の接合状態検査工程を示す図である。
【００５１】
図８において、接合後の切削及びバリ除去加工が開始されると、切削加工装置の制御部５５に接続されたコンピュータ５６は、ステップＳ１で工具軸５３の軸トルクや電力波形、送り速度などの加工負荷をモニタリングし、ステップＳ２ではモニタリングの結果得られた変動幅が正常値よりも大きいか否かを判定する。
【００５２】
ステップＳ２で変動幅が大きい場合には接合不良によりバルブシート部材が脱落した不良品と判定し（Ｓ５）、切削加工を停止すると共に、その旨をディスプレイなどに警告する（Ｓ６）。
【００５３】
また、変動幅が小さい場合には正常に接合された良品と判定し（Ｓ３）、切削加工が終了するまで上記Ｓ１，Ｓ２の処理を繰り返し実行する。
【００５４】
尚、上記正常値は、予め実験などにより測定しておき、切削加工を行う装置のメモリ内に格納されている。
【００５５】
上記実施形態によれば、実物を用いて接合後の切削加工と接合状態の検査とを同時に行うことができ、検査工程の増加がなく、生産ラインにおいて全数検査が可能となる。
【００５６】
更に、実物に対して剛性不足や曲げ応力、応力集中の発生などの様々な外乱要素による測定値のバラツキがなく、適正な検査ができる。
【００５７】
［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態の金属部材の接合状態検査方法及び装置について説明する。
【００５８】
図９は従来の金属部材の接合工程を説明する図であり、図１０は第２の実施形態の金属部材の接合状態検査方法を説明する図である。
【００５９】
図９において、従来の接合では、電極部１９’の押圧と通電によりバルブシート部材２０がシリンダヘッド１５のポート開口縁部１５ｂに埋設されていくにつれて、接合界面からバルブシート部材２０の非接合端面又は電極チップ２２’の外周部にはろう材及びシリンダヘッド素材からなるバリＢ１が排出され、接合界面からバルブシート部材２０の接合端面又はポート内周部にはろう材及びシリンダヘッド素材からなるバリＢ２が排出される。
【００６０】
これに対して、第２の実施形態では、図１０に示すように、電極チップ２２の突出部２９の突出長さｔを、当接部２８がバルブシート部材２０の上端面２０ａに当接した状態で、バルブシート部材２０の非接合端面とは反対側の接合端面（バルブシート部材２０の下面）より１０ｍｍ程度長く形成し、接合時に下方に出ていたバリＢ２をせき止めてバルブシート部材２０の内周部２０ｂと突出部２９の外周部との間の隙間に流れ込ませ、バルブシート部材２０の内周部２０ｂと突出部２９の外周部とを嵌合状態とする。
【００６１】
そして、接合後にバリＢ２によりバルブシート部材２０の内周部２０ｂと突出部２９の外周部とが所定の嵌合力で嵌合された状態で電極部１９を上方に引き抜くときに、上記嵌合力が接合強度を上回るとバルブシート部材２０はシリンダヘッド１５から剥離、脱落することになり、接合強度が上記嵌合力より上回ると剥離や脱落がなく引き抜かれることになるため、上記嵌合力を所望の接合強度に合わせて設定しておくことで接合後の電極部１９の引き抜きと同時にバルブシート部材２０の剥離や脱落の有無を判定できることになる。
【００６２】
図１１は、第２の実施形態の金属部材の接合状態検査方法を実現するための電極部の寸法と接合状態の検査結果を従来例と比較して示す図である。
【００６３】
図１１において、バルブシート部材２０の内周部２０ｂと突出部２９の外周部との嵌合力は電極チップ２２の突出長さｔと突出部のテーパ角度θにより決定され、接合強度が８ｋＮ以下のものを不良品と判定する場合には（実施例１）、突出長さを１０ｍｍ，テーパ角度θを３°、接合強度が２ｋＮ以下のものを不良品と判定する場合には（実施例２）、突出長さを１０ｍｍ，テーパ角度θを５°とする。
【００６４】
図１２は、第２の実施形態の金属部材の接合状態検査装置を示す正面図である。
【００６５】
図１２において、第２の実施形態の金属部材の接合状態検査装置は、図１に示す金属部材の接合装置において電極部１９の突出部２９の突出長さｔとテーパ角度θを上記実施例１又は２に例示するように所望の接合強度に設定された構成とされ、図１の接合装置にＣＣＤカメラ３１が設けられている。
【００６６】
ＣＣＤカメラ３１は電極部近傍に配置されており、接合後のバルブシート部材の接合界面又は電極チップ２２を撮像する。撮像された画像は、データ処理部３４に送られて画像処理が施された後、接合状態の判定に用いられる。その他の構成は、図１の接合装置と同一であるので説明を省略する。尚、ＣＣＤカメラの代りに光電管などを用いてもよい。
【００６７】
図１３は、第２の実施形態の金属部材の接合状態検査方法を説明するフローチャートである。
【００６８】
図１３において、ステップＳ１１，Ｓ１２で接合終了により電極部１９を引き抜いた後、ステップＳ１３ではＣＣＤカメラ３１でバルブシート部材の接合界面又は電極チップ２２を撮像する。次に、ステップＳ１４，Ｓ１５では、撮像された画像からデジタル画像データを生成し、スムージング処理などの画像処理により特徴部分が抽出された画像データを得る。
【００６９】
そして、ステップＳ１６では、この得られた画像データにおいてバルブシート部材が剥離している場合や完全に離脱して電極チップ２２に嵌合している場合（図１４（ｂ）参照）には正常な接合状態の画像データと相違する形状が存在するため、ステップＳ１９で不良品と判定して、ステップＳ２０で警告を発すると共に、接合装置を停止する。
【００７０】
また、ステップＳ１６で、この得られた画像データにおいてバルブシート部材が剥離していない場合や電極チップ２２に嵌合していない場合（図１４（ａ）参照）には正常な接合状態の画像データと相違する形状が存在しないため、ステップＳ１７で良品と判定して、ステップＳ１８で次の接合を開始する。
【００７１】
この実施形態によれば、電極部１９の突出部２９の突出長さｔをバルブシート部材２０の非接合端面とは反対側の接合端面（バルブシート部材の下面）より長く形成し、テーパ角度を所望の接合強度に合わせて調整するだけで、バルブシート部材２０が所望の接合強度を持つか否かを接合直後の電極部１９の引き抜きと同時に判定できる。
【００７２】
また、接合終了と同時にＣＣＤカメラ３１でバルブシート部材２０の接合界面又は電極チップ２２を撮像することで剥離や脱落などが発生した不良品か否かを接合直後の電極部１９の引き抜きと同時に判定できる。
【００７３】
尚、検査精度をより向上させるために、上記第１の実施形態による接合後の切削時における接合状態の検査と、第２の実施形態による接合と同時の接合状態の検査とを組み合わせ実行することも可能である。
【００７４】
また、シリンダヘッドに接合されるバルブシート部材の他、バルブ本体の傘部の外縁部に接合されるシート部材にも適用可能である。
【００７５】
また、図８や図１３に示す接合状態検査工程を切削加工装置や接合装置を制御するコンピュータにより実行するためのプログラムや当該プログラムコードが格納された記憶媒体を、コンピュータに供給して、当該コンピュータが記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して、上記実施形態の接合状態の判定を実行するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施形態の金属部材の接合装置の全体構成を示す図である。
【図２】図１の接合装置の電極部の構成を示す断面図である。
【図３】図１の接合装置により接合されるバルブシート部材とシリンダヘッドとの位置関係を示す断面図である。
【図４】シリンダヘッドとバルブシート部材との接合工程を説明する図である。
【図５】バルブシート部材が接合されたシリンダヘッドに仕上げの切削加工を行う切削加工装置を示す図である。
【図６】図５の切削加工装置による切削加工形態を示す図である。
【図７】切削加工時における軸トルクの変動特性を例示し、（ａ）は問題なく接合された状態、（ｂ）は接合不良の状態を夫々示す図である。
【図８】第１の実施形態の金属部材の接合状態検査工程を示す図である。
【図９】従来の金属部材の接合工程を説明する図である。
【図１０】第２の実施形態の金属部材の接合状態検査方法を説明する図である。
【図１１】第２の実施形態の金属部材の接合状態検査方法を実現するための電極部の寸法と接合状態の検査結果を従来例と比較して示す図である。
【図１２】第２の実施形態の金属部材の接合状態検査装置を示す正面図である。
【図１３】第２の実施形態の金属部材の接合状態検査方法を説明するフローチャートである。
【図１４】第２の実施形態の金属部材の接合状態を示す図である。
【符号の説明】
１２ トランス
１５ シリンダヘッド
１８ プラテン
１９ 電極部
２０ バルブシート部材
２１ 電極チップホルダ
２２ 電極チップ
２３ カーテン部材
２３ａ カーテン通路
２４ 冷却液通路
２５ 導入通路
２６ 分岐通路
２８ 当接部
２９ 突出部
３１ ＣＣＤカメラ
３２ 水槽
３３ 冷却液
３４ データ処理部
５３ 工具軸
５４ エンドミル
５５ 制御部
５６ コンピュータ
Ｂ１，Ｂ２ バリ
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、自動車用エンジンおけるシリンダヘッドの給排気ポート部に接合される環状バルブシート部材の接合状態を検査する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車用エンジンにおけるシリンダヘッドの給排気ポート部にろう材が被覆された環状バルブシート部材を電気抵抗による発熱を用いて埋設して接合する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２６３２４３号公報（図６）
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記バルブシート部材とシリンダヘッドとの接合界面の欠陥を超音波やＸ線、赤外線などを用いて検出するには、欠陥の大きさ（ギャップ）が最低でも５μｍ以上である必要があり、それ以下の小さな欠陥を非破壊で検査することは不可能である。
【０００４】
また、バルブシート部材にろう材を被覆してシリンダヘッドに接合する場合、バルブシート部材の接合界面とシリンダヘッドとの間に素材の塑性流動が起こり、これにより、バルブシート部材がシリンダヘッドに埋め込まれ、当該両金属部材が冶金学的に接合されるため、バルブシート部材とシリンダヘッドとは密接に密着し、欠陥の大きさは限りなくゼロに近いものとなる。このため、超音波などを用いた非破壊検査では接合界面の接合状態（良品／不良品）を検査することは極めて難しいと考えられる。
【０００５】
更に、実物を用いた検査の代りに、テストピースの剥離荷重を測定し、この測定値を用いて接合状態を仮想評価することも可能であるが、テストピースの剛性不足や曲げ応力、応力集中の発生などの様々な外乱要素が生じ、測定値のバラツキが非常に大きくなって適正な検査ができないという事情もある。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされ、その目的は、実物を用いて接合後の後加工と接合状態の検査とを同時に行うことができる金属部材の接合状態検査方法及び装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決し、目的を達成するために、本発明の金属部材の接合状態検査方法は、電極部による通電及び押圧により第１金属部材を当該第１金属部材より融点の低い第２金属部材に接合する接合工程と、前記接合後の後加工時の工具の加工変動値に基づいて、前記第１金属部材の接合状態の良否を判定する判定工程とを備える。
【０００８】
好ましくは、上記方法において、前記後加工は前記工具によるバリ除去加工であり、前記判定工程では、前記接合工程における前記第１金属部材への押圧方向とは反対方向に加工負荷を作用させて前記第１金属部材の接合状態の良否を判定する。
【０００９】
好ましくは、上記方法において、前記判定工程では、前記加工変動値として前記後加工時の工具の加工負荷の変動値に基づいて、前記第１金属部材の接合状態の良否を判定する。
【００１０】
また、本発明の金属部材の接合状態検査方法は、環状の第１金属部材の非接合端面に当接する当接部と、当該当接部が前記非接合端面に当接した状態で前記第１金属部材の接合端面から突出し、当該第１金属部材の内周部に所定の隙間を持って係合されて当該第１金属部材を位置決めする突出部とを有する電極部による通電と前記当接部による押圧により前記第１金属部材を当該第１金属部材より融点の低い第２金属部材に冷却液中において接合する接合工程と、前記接合時に発生するバリが前記所定の隙間に充填された状態で前記電極部を引き抜くことにより、前記第１金属部材の接合状態の良否を判定する判定工程とを備える。
【００１１】
好ましくは、上記方法において、前記第１金属部材は鉄系のバルブシート部材であり、前記第２金属部材はアルミニウム合金製のシリンダヘッドである。
【００１２】
また、本発明の金属部材の接合状態検査装置は、電極部による通電及び押圧により第１金属部材を当該第１金属部材より融点の低い第２金属部材に接合する接合手段と、前記接合後の後加工時の工具の加工負荷の変動値に基づいて、前記第１金属部材の接合状態の良否を判定する判定手段とを備える。
【００１３】
また、本発明の金属部材の接合状態検査装置は、環状の第１金属部材の非接合端面に当接する当接部と、当該当接部が前記非接合端面に当接した状態で前記第１金属部材の接合端面から突出し、当該第１金属部材の内周部に所定の隙間を持って係合されて当該バルブシートを位置決めする突出部とを有する電極部を備え、当該電極部による通電と前記当接部による押圧により前記第１金属部材を当該第１金属部材より融点の低い第２金属部材に冷却液中において接合する接合手段と、前記接合時に発生するバリが前記所定の隙間に充填された状態で前記電極部を引き抜くことにより、前記第１金属部材の接合状態の良否を判定する判定手段とを備える。
【００１４】
好ましくは、上記装置において、前記第１金属部材は鉄系のバルブシート部材であり、前記第２金属部材はアルミニウム合金製のシリンダヘッドである。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明のように、請求項１及び６の発明によれば、電極部による通電及び押圧により第１金属部材を当該第１金属部材より融点の低い第２金属部材に接合し、接合後の後加工時の工具の加工変動値に基づいて、第１金属部材の接合状態の良否を判定することにより、実物を用いて接合後の後加工と接合状態の検査とを同時に行うことができ、検査工程の増加がなく、生産ラインにおいて全数検査が可能となる。
【００１６】
更に、実物に対して剛性不足や曲げ応力、応力集中の発生などの様々な外乱要素による測定値のバラツキがなく、適正な検査ができる。
【００１７】
請求項２の発明によれば、後加工は工具によるバリ除去加工であり、接合時における第１金属部材への押圧方向とは反対方向に加工負荷を作用させて第１金属部材の接合状態の良否を判定することにより、接合後の切削によるバリ除去加工においてバルブシート部材の接合状態の良否や脱落の有無を検査することができる。
【００１８】
請求項３の発明によれば、加工変動値として後加工時の工具の加工負荷の変動値に基づいて、第１金属部材の接合状態の良否を判定することにより、接合後の切削やバリ除去加工において、工具の切削抵抗により変動する工具軸の軸トルクや電力波形、送り速度などの加工負荷を常にモニタリングし、それらの値の変動特性を用いてバルブシート部材２０の接合状態の良否や脱落の有無を検査することができる。
【００１９】
請求項４及び７の発明によれば、環状の第１金属部材の非接合端面に当接する当接部と、当該当接部が前記非接合端面に当接した状態で前記第１金属部材の接合端面から突出し、当該第１金属部材の内周部に所定の隙間を持って係合されて当該バルブシートを位置決めする突出部とを有する電極部による通電と前記当接部による押圧により前記第１金属部材を当該第１金属部材より融点の低い第２金属部材に冷却液中において接合し、接合時に発生するバリが所定の隙間に充填された状態で電極部を引き抜くことで第１金属部材の接合状態の良否を判定することにより、電極部の突出部の突出長さをバルブシート部材の非接合端面とは反対側の接合端面より長く形成し、テーパ角度を所望の接合強度に合わせて調整するだけで、バルブシート部材が所望の接合強度を持つか否かを接合直後の電極部の引き抜きと同時に判定できる。
【００２０】
また、接合終了と同時にＣＣＤカメラなどでバルブシート部材の接合界面又は電極チップを撮像することで剥離や脱落などが発生した不良品か否かを接合直後の電極部の引き抜きと同時に判定できる。
【００２１】
また、上記いずれかの発明において、第１金属部材は鉄系のバルブシート部材であり、前記第２金属部材はアルミニウム合金製のシリンダヘッドであることにより、生産ラインにおけるシリンダヘッドの全数検査が可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２３】
尚、以下に説明する実施の形態は、本発明の実現手段としての一例であり、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で下記実施形態を修正又は変形したものに適用可能である。
【００２４】
［金属部材の接合装置］
図１は、本発明に係る実施形態の金属部材の接合装置（以下、接合装置という）の全体構成を示す図である。図２は、図１の接合装置の電極部の構成を示す断面図である。図３は、図１の接合装置により接合されるバルブシート部材とシリンダヘッドとの位置関係を示す断面図である。
【００２５】
図１において、接合装置１は、ベース１１上に設けられた変圧器としてのトランス１２と、トランス１２の側方のベース１１上に２次元方向に移動可能に設けられたステージ１３とを備え、このステージ１３上に保持された冷却液３３で満たされた水槽１４内部にシリンダヘッド１５が配置される。
【００２６】
また、トランス１２の側方であってシリンダヘッド１５の上方には、トランス１２に対して電気的に接続された電気抵抗溶接ユニット１６が設けられ、このユニット１６の下部には加圧シリンダ１７及びプラテン１８を介して電極部１９が取り付けられている。
【００２７】
電極部１９の下端部には、図２に示すように、環状のバルブシート部材２０が図示しない磁石の磁力により着脱自在に保持される。上記シリンダヘッド１５は、例えば導電性材料であるアルミニウム合金からなり、バルブシート部材は、例えば導電性材料である鉄系材料からなる焼結材である。
【００２８】
図３に示すように、バルブシート部材２０は非接合端面である上端面２０ａお及び内周部２０ｂと、接合端面である２つのテーパ部２０ｃ，２０ｄが形成された外周部とを有しており、上記水槽１４内の冷却液３３中でテーパ部２０ｃを電極部１９による押圧によりシリンダヘッド１５のポート部１５ａの開口縁部１５ｂに当接させ、且つ通電により発熱を集中させることによりシリンダヘッド素材を塑性流動させながら押し込む。
【００２９】
図２に示すように、電極部１９は、プラテン１８の下部にボルト２１ａなどにより固定された筒状の電極チップホルダ２１と、電極チップホルダ２１の下端部に凸部螺合により固定された電極チップ２２と、電極チップホルダ２１の外周面に設けられた筒状のカーテン部材２３とを備える。
【００３０】
電極チップホルダ２１はクロム銅などの導電性材料から構成され、電極チップ２２もクロムなどの導電性材料から構成されている。カーテン部材２３は、電極チップホルダ２１の外周面との間に下方に開口するカーテン通路２３ａを形成している。
【００３１】
電極チップホルダ２１の内部には、外部から導入された冷却液（工場水）をホルダの軸方向に流通させるための冷却液通路２４と、電極チップホルダ２１の外周面から冷却液通路２４に冷却液を導入するための導入通路２５と、この冷却液通路２４から分岐して電極チップホルダ２１の外周面とカーテン部材２３との間のカーテン通路２３ａに連通する分岐通路２６とが形成されている。
【００３２】
また、電極チップ２２の内部にも、電極チップホルダ２１に装着された状態で冷却液通路２４に連通するチップ内通路２７が形成されている。
【００３３】
冷却液通路２４及びチップ内通路２７には導入通路２５から５気圧程度の冷却液が導入されて電極チップ２２を冷却する。また、分岐通路２６からカーテン通路２３ａに流入する冷却液は電極チップ２２の外周部にカーテン状に吐き出され、冷却液３３中で接合界面からバルブシート部材２０の非接合端面又は電極チップ２２の外周部に排出されるろう材及びシリンダヘッド素材からなるバリＢ１の成長を抑制し、接合性の向上と後処理の省略化との両立を図ることができる。
【００３４】
電極チップ２２は、バルブシート部材２０の非接合端面である上端面２０ａに当接する当接部２８と、この当接部２８がバルブシート部材２０の上端面２０ａに当接した状態で、バルブシート部材２０の内周部２０ｂの非接合端面側に隙間なく嵌合し、かつその接合端面側に向けてテーパ状に縮径して内周部２０ｂとの間に隙間を形成する突出部２９とを有する。
【００３５】
この突出部２９は、バルブシート部材２０の内周部２０ｂの非接合端面側に隙間なく嵌合することによりバルブシート部材２０を電極チップ２２に対して位置決めする。また、突出部２９は、当接部２８がバルブシート部材２０の上端面２０ａに当接した状態で、バルブシート部材２０の非接合端面とは反対側の接合端面から突出する突出長さに形成され、後述するように接合時に下方に出ていたバリＢ２をせき止めてバルブシート部材２０の内周部２０ｂと突出部２９の外周部との間の隙間に流れ込ませ、バルブシート部材２０の内周部２０ｂと突出部２９の外周部とを嵌合状態とする。
【００３６】
図４は、シリンダヘッドとバルブシート部材との接合工程を説明する図である。
【００３７】
この接合工程における接合条件は、例えば、押圧力３．０トン、電流９０ｋＡ、通電時間０．３〜０．５秒とされ、接合工程においては、先ず、電極部１９の電極チップ２２で保持したバルブシート部材２０をシリンダヘッド１５のポート開口縁部１５ｂに移動させ、予めろう材が被覆されたバルブシート２０を、図４（ａ）に示す如く当接させる。
【００３８】
次に、図４（ｂ）に示す如く、電極チップ２２の当接部２８によりバルブシート部材２０をポート開口縁部１５ｂに対して押圧すると同時に通電させる。シリンダヘッド１５のポート開口縁部１５ｂとバルブシート部材２０のテーパ部２０ｃとの接合面には電気的な抵抗が存在するため、電極チップ２２による押圧及び（パルス）通電によって当該接合面が加熱される。そして、この加圧と加熱とが継続されることにより、シリンダヘッド１５のポート開口縁部１５ｂの素材が塑性流動するので、バルブシート部材２０は図４（ｂ）の状態を経て図４（ｃ）のようにシリンダヘッド１５のポート部１５ａに埋没し、溶融拡散接合される。
【００３９】
［金属部材の接合状態検査装置］
本実施形態の金属部材の接合状態検査装置は、上記接合後の後加工（仕上げ加工やバリ除去加工）を行う切削加工装置を兼ね備えている。
【００４０】
図５は、バルブシート部材が接合されたシリンダヘッドに仕上げの切削加工を行う切削加工装置を示す図である。
【００４１】
図５において、切削加工装置は、ベース５１上に設けられた２次元方向に移動可能なＸＹテーブル５２と、このＸＹテーブル５２の上方に設けられた上下方向（Ｚ方向）に移動可能で且つＺ方向の軸を中心として回転及び軸まわりに回転（公転）可能な工具軸５３とを備え、このＸＹテーブル５２に治具などを介してバルブシート部材２０が接合されたシリンダヘッド１５が配置される。
【００４２】
工具軸５３の先端部には切削工具としてのエンドミル５４が取り付けられ、ＸＹテーブル５２の移動、並びに工具軸５３の移動及び回転は、制御部５５の指令により動作するサーボ機構により数値制御される。また、制御部５５はコンピュータ５６に通信可能に接続され、コンピュータ５６は、サーボ機構に出力した指令に対するＸＹテーブル５２の移動量、工具軸５３の移動量及び回転数、並びに切削抵抗により変動する工具軸の軸トルクや電力波形、送り速度などの加工負荷をモニタリングし、それらの変動特性を用いてバルブシート部材２０の接合状態の良否や脱落の有無を検査する。
【００４３】
上記切削加工は、図６に示すように、バルブシート部材２０の内周部２０ｂの切削及び接合時に発生したバリを除去するために行われ、エンドミル５４が回転しながらバルブシート部材２０をシリンダヘッド１５に接合する際の押圧方向とは反対方向（下方から上方）に移動されるコンタリング加工である。このように、バルブシート部材２０をシリンダヘッド１５に接合する際の押圧方向とは反対方向（下方から上方）にエンドミル５４を移動させるコンタリング加工とすることにより、接合後の切削加工において接合状態の検査を行うことができる。
【００４４】
図７は、切削加工時における軸トルクの変動特性を例示し、（ａ）は問題なく接合された状態、（ｂ）は接合不良の状態を夫々示している。
【００４５】
図７（ａ）に比して、図７（ｂ）では切削開始後の３０数秒付近で軸トルクが急激に低下しており、バルブシート部材２０の接合不良により切削開始後の３０数秒付近でシリンダヘッド１５から脱落している。
【００４６】
このように、接合後の切削やバリ除去加工において、工具の切削抵抗により変動する工具軸の軸トルクや電力波形、送り速度などの加工負荷を常にモニタリングし、それらの値の変動特性を用いてバルブシート部材２０の接合状態の良否や脱落の有無を検査することができる。
【００４７】
尚、工具の送り速度などの加工条件は、正常に接合された接合強度の十分なバルブシート部材は脱落しないが、正常に接合されていない接合強度の低いバルブシート部材は脱落してしまうような加工負荷（例えば、切削抵抗が６００〜１２００Ｎｃｍ）に設定すればよい。
【００４８】
また、上記加工負荷以外に、切削中の異常音や異常信号などを利用して良否を判定してもよい。
【００４９】
更に、検査精度を上げるために加工条件を厳しくする（例えば、送り速度を上げる）と、切削後の表面粗さが悪化するため、この場合には、送り速度を連続的に変化させる（例えば、加工途中より加工終了付近での送り速度を低下させる）ことにより対処すればよい。
【００５０】
図８は、第１の実施形態の金属部材の接合状態検査工程を示す図である。
【００５１】
図８において、接合後の切削及びバリ除去加工が開始されると、切削加工装置の制御部５５に接続されたコンピュータ５６は、ステップＳ１で工具軸５３の軸トルクや電力波形、送り速度などの加工負荷をモニタリングし、ステップＳ２ではモニタリングの結果得られた変動幅が正常値よりも大きいか否かを判定する。
【００５２】
ステップＳ２で変動幅が大きい場合には接合不良によりバルブシート部材が脱落した不良品と判定し（Ｓ５）、切削加工を停止すると共に、その旨をディスプレイなどに警告する（Ｓ６）。
【００５３】
また、変動幅が小さい場合には正常に接合された良品と判定し（Ｓ３）、切削加工が終了するまで上記Ｓ１，Ｓ２の処理を繰り返し実行する。
【００５４】
尚、上記正常値は、予め実験などにより測定しておき、切削加工を行う装置のメモリ内に格納されている。
【００５５】
上記実施形態によれば、実物を用いて接合後の切削加工と接合状態の検査とを同時に行うことができ、検査工程の増加がなく、生産ラインにおいて全数検査が可能となる。
【００５６】
更に、実物に対して剛性不足や曲げ応力、応力集中の発生などの様々な外乱要素による測定値のバラツキがなく、適正な検査ができる。
【００５７】
［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態の金属部材の接合状態検査方法及び装置について説明する。
【００５８】
図９は従来の金属部材の接合工程を説明する図であり、図１０は第２の実施形態の金属部材の接合状態検査方法を説明する図である。
【００５９】
図９において、従来の接合では、電極部１９’の押圧と通電によりバルブシート部材２０がシリンダヘッド１５のポート開口縁部１５ｂに埋設されていくにつれて、接合界面からバルブシート部材２０の非接合端面又は電極チップ２２’の外周部にはろう材及びシリンダヘッド素材からなるバリＢ１が排出され、接合界面からバルブシート部材２０の接合端面又はポート内周部にはろう材及びシリンダヘッド素材からなるバリＢ２が排出される。
【００６０】
これに対して、第２の実施形態では、図１０に示すように、電極チップ２２の突出部２９の突出長さｔを、当接部２８がバルブシート部材２０の上端面２０ａに当接した状態で、バルブシート部材２０の非接合端面とは反対側の接合端面（バルブシート部材２０の下面）より１０ｍｍ程度長く形成し、接合時に下方に出ていたバリＢ２をせき止めてバルブシート部材２０の内周部２０ｂと突出部２９の外周部との間の隙間に流れ込ませ、バルブシート部材２０の内周部２０ｂと突出部２９の外周部とを嵌合状態とする。
【００６１】
そして、接合後にバリＢ２によりバルブシート部材２０の内周部２０ｂと突出部２９の外周部とが所定の嵌合力で嵌合された状態で電極部１９を上方に引き抜くときに、上記嵌合力が接合強度を上回るとバルブシート部材２０はシリンダヘッド１５から剥離、脱落することになり、接合強度が上記嵌合力より上回ると剥離や脱落がなく引き抜かれることになるため、上記嵌合力を所望の接合強度に合わせて設定しておくことで接合後の電極部１９の引き抜きと同時にバルブシート部材２０の剥離や脱落の有無を判定できることになる。
【００６２】
図１１は、第２の実施形態の金属部材の接合状態検査方法を実現するための電極部の寸法と接合状態の検査結果を従来例と比較して示す図である。
【００６３】
図１１において、バルブシート部材２０の内周部２０ｂと突出部２９の外周部との嵌合力は電極チップ２２の突出長さｔと突出部のテーパ角度θにより決定され、接合強度が８ｋＮ以下のものを不良品と判定する場合には（実施例１）、突出長さを１０ｍｍ，テーパ角度θを３°、接合強度が２ｋＮ以下のものを不良品と判定する場合には（実施例２）、突出長さを１０ｍｍ，テーパ角度θを５°とする。
【００６４】
図１２は、第２の実施形態の金属部材の接合状態検査装置を示す正面図である。
【００６５】
図１２において、第２の実施形態の金属部材の接合状態検査装置は、図１に示す金属部材の接合装置において電極部１９の突出部２９の突出長さｔとテーパ角度θを上記実施例１又は２に例示するように所望の接合強度に設定された構成とされ、図１の接合装置にＣＣＤカメラ３１が設けられている。
【００６６】
ＣＣＤカメラ３１は電極部近傍に配置されており、接合後のバルブシート部材の接合界面又は電極チップ２２を撮像する。撮像された画像は、データ処理部３４に送られて画像処理が施された後、接合状態の判定に用いられる。その他の構成は、図１の接合装置と同一であるので説明を省略する。尚、ＣＣＤカメラの代りに光電管などを用いてもよい。
【００６７】
図１３は、第２の実施形態の金属部材の接合状態検査方法を説明するフローチャートである。
【００６８】
図１３において、ステップＳ１１，Ｓ１２で接合終了により電極部１９を引き抜いた後、ステップＳ１３ではＣＣＤカメラ３１でバルブシート部材の接合界面又は電極チップ２２を撮像する。次に、ステップＳ１４，Ｓ１５では、撮像された画像からデジタル画像データを生成し、スムージング処理などの画像処理により特徴部分が抽出された画像データを得る。
【００６９】
そして、ステップＳ１６では、この得られた画像データにおいてバルブシート部材が剥離している場合や完全に離脱して電極チップ２２に嵌合している場合（図１４（ｂ）参照）には正常な接合状態の画像データと相違する形状が存在するため、ステップＳ１９で不良品と判定して、ステップＳ２０で警告を発すると共に、接合装置を停止する。
【００７０】
また、ステップＳ１６で、この得られた画像データにおいてバルブシート部材が剥離していない場合や電極チップ２２に嵌合していない場合（図１４（ａ）参照）には正常な接合状態の画像データと相違する形状が存在しないため、ステップＳ１７で良品と判定して、ステップＳ１８で次の接合を開始する。
【００７１】
この実施形態によれば、電極部１９の突出部２９の突出長さｔをバルブシート部材２０の非接合端面とは反対側の接合端面（バルブシート部材の下面）より長く形成し、テーパ角度を所望の接合強度に合わせて調整するだけで、バルブシート部材２０が所望の接合強度を持つか否かを接合直後の電極部１９の引き抜きと同時に判定できる。
【００７２】
また、接合終了と同時にＣＣＤカメラ３１でバルブシート部材２０の接合界面又は電極チップ２２を撮像することで剥離や脱落などが発生した不良品か否かを接合直後の電極部１９の引き抜きと同時に判定できる。
【００７３】
尚、検査精度をより向上させるために、上記第１の実施形態による接合後の切削時における接合状態の検査と、第２の実施形態による接合と同時の接合状態の検査とを組み合わせ実行することも可能である。
【００７４】
また、シリンダヘッドに接合されるバルブシート部材の他、バルブ本体の傘部の外縁部に接合されるシート部材にも適用可能である。
【００７５】
また、図８や図１３に示す接合状態検査工程を切削加工装置や接合装置を制御するコンピュータにより実行するためのプログラムや当該プログラムコードが格納された記憶媒体を、コンピュータに供給して、当該コンピュータが記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して、上記実施形態の接合状態の判定を実行するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施形態の金属部材の接合装置の全体構成を示す図である。
【図２】図１の接合装置の電極部の構成を示す断面図である。
【図３】図１の接合装置により接合されるバルブシート部材とシリンダヘッドとの位置関係を示す断面図である。
【図４】シリンダヘッドとバルブシート部材との接合工程を説明する図である。
【図５】バルブシート部材が接合されたシリンダヘッドに仕上げの切削加工を行う切削加工装置を示す図である。
【図６】図５の切削加工装置による切削加工形態を示す図である。
【図７】切削加工時における軸トルクの変動特性を例示し、（ａ）は問題なく接合された状態、（ｂ）は接合不良の状態を夫々示す図である。
【図８】第１の実施形態の金属部材の接合状態検査工程を示す図である。
【図９】従来の金属部材の接合工程を説明する図である。
【図１０】第２の実施形態の金属部材の接合状態検査方法を説明する図である。
【図１１】第２の実施形態の金属部材の接合状態検査方法を実現するための電極部の寸法と接合状態の検査結果を従来例と比較して示す図である。
【図１２】第２の実施形態の金属部材の接合状態検査装置を示す正面図である。
【図１３】第２の実施形態の金属部材の接合状態検査方法を説明するフローチャートである。
【図１４】第２の実施形態の金属部材の接合状態を示す図である。
【符号の説明】
１２ トランス
１５ シリンダヘッド
１８ プラテン
１９ 電極部
２０ バルブシート部材
２１ 電極チップホルダ
２２ 電極チップ
２３ カーテン部材
２３ａ カーテン通路
２４ 冷却液通路
２５ 導入通路
２６ 分岐通路
２８ 当接部
２９ 突出部
３１ ＣＣＤカメラ
３２ 水槽
３３ 冷却液
３４ データ処理部
５３ 工具軸
５４ エンドミル
５５ 制御部
５６ コンピュータ
Ｂ１，Ｂ２ バリ
Claims (8)
- 電極部による通電及び押圧により第１金属部材を当該第１金属部材より融点の低い第２金属部材に接合する接合工程と、
前記接合後の後加工時の工具の加工変動値に基づいて、前記第１金属部材の接合状態の良否を判定する判定工程とを備えることを特徴とする金属部材の接合状態検査方法。 - 前記後加工は前記工具によるバリ除去加工であり、前記判定工程では、前記接合工程における前記第１金属部材への押圧方向とは反対方向に加工負荷を作用させて前記第１金属部材の接合状態の良否を判定することを特徴とする請求項１に記載の金属部材の接合状態検査方法。
- 前記判定工程では、前記加工変動値として前記後加工時の工具の加工負荷の変動値に基づいて、前記第１金属部材の接合状態の良否を判定することを特徴とする請求項１に記載の金属部材の接合状態検査方法。
- 環状の第１金属部材の非接合端面に当接する当接部と、当該当接部が前記非接合端面に当接した状態で前記第１金属部材の接合端面から突出し、当該第１金属部材の内周部に所定の隙間を持って係合されて当該第１金属部材を位置決めする突出部とを有する電極部による通電と前記当接部による押圧により前記第１金属部材を当該第１金属部材より融点の低い第２金属部材に冷却液中において接合する接合工程と、
前記接合時に発生するバリが前記所定の隙間に充填された状態で前記電極部を引き抜くことにより、前記第１金属部材の接合状態の良否を判定する判定工程とを備えることを特徴とする金属部材の接合状態検査方法。 - 前記第１金属部材は鉄系のバルブシート部材であり、前記第２金属部材はアルミニウム合金製のシリンダヘッドであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の金属部材の接合状態検査方法。
- 電極部による通電及び押圧により第１金属部材を当該第１金属部材より融点の低い第２金属部材に接合する接合手段と、
前記接合後の後加工時の工具の加工負荷の変動値に基づいて、前記第１金属部材の接合状態の良否を判定する判定手段とを備えることを特徴とする金属部材の接合状態検査装置。 - 環状の第１金属部材の非接合端面に当接する当接部と、当該当接部が前記非接合端面に当接した状態で前記第１金属部材の接合端面から突出し、当該第１金属部材の内周部に所定の隙間を持って係合されて当該バルブシートを位置決めする突出部とを有する電極部を備え、当該電極部による通電と前記当接部による押圧により前記第１金属部材を当該第１金属部材より融点の低い第２金属部材に冷却液中において接合する接合手段と、
前記接合時に発生するバリが前記所定の隙間に充填された状態で前記電極部を引き抜くことにより、前記第１金属部材の接合状態の良否を判定する判定手段とを備えることを特徴とする金属部材の接合状態検査装置。 - 前記第１金属部材は鉄系のバルブシート部材であり、前記第２金属部材はアルミニウム合金製のシリンダヘッドであることを特徴とする請求項６又は７に記載の金属部材の接合状態検査装置。
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