JP4835152B2

JP4835152B2 - 接合部品質の判定方法及び接合部焼戻し処理装置

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Publication number: JP4835152B2
Application number: JP2005369138A
Authority: JP
Inventors: 真司山本; 信弥奥村; 晃橋本
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2005-12-22
Filing date: 2005-12-22
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2025-12-22
Also published as: JP2007167903A

Description

本発明は、２つの被接合材をリングマッシュ接合後にその接合部に焼戻し用電流を流して焼戻し処理した焼戻し状態を判定する接合部品質の判定方法と、その焼戻し処理する接合部焼戻し処理装置に関する。

従来、金属部材同士を接合する方法として、２つの金属部材の端部を所定の重ね合わせ代だけ重なるように重ね合わせて、その重ね合わせ代に沿ってローラ状の電極を加圧・通電しながら移動させることで２つの金属部材を接合するマッシュシーム接合が公知である。更に、このマッシュシーム接合を改良した技術として、リングマッシュ接合が特許文献１に開示されている。

特許文献１に記載のリングマッシュ接合においては、第１被接合材の開口部に所定の重ね合わせ代だけ重なるように第２被接合材を上方から重ね合わせて、上部電極と下部電極により第１，第２被接合材を加圧した状態で通電することで、第１被接合材の開口部に第２被接合材を押し込んで瞬時に接合するため、マッシュシーム接合と比較して接合時間の短縮を実現している。

ところで、少なくとも一方の被接合材が高炭素鋼である場合にリングマッシュ接合を行うと、接合後に急冷状態となって焼入れ状態となるため、接合部の靭性が低下して脆性が高まり、静的接合強度や耐衝撃性や疲労強度が低下するという問題がある。このような場合に、接合部の靭性を向上させるために、接合後に接合部に焼戻し用電流を流して焼戻し処理を行うことが特許文献１に開示されている。
特開２００４−１７０４８号公報

少なくとも一方の被接合材が高炭素鋼からなる被接合材同士をリングマッシュ接合後焼戻し処理した場合に、焼戻し処理が十分に行われたか否かを正確に判定することが重要である。しかし、従来、接合部の焼戻し状態の良否を判定するには、強度測定、断面の硬度測定、ミクロ組織観察等を破壊検査で行なわなければならなかったため、焼戻し処理した全数のワークについて上記のような破壊検査を行うことは不可能であった。
しかも、焼戻し処理とほぼ並行的に焼戻し処理の品質を判定する技術も何ら知られていないので、自動車部品のような、品質と量産性の要求が厳しい部品の製作にリングマッシュ接合を採用することは困難であった。

本発明の目的は、接合部の焼戻し状態の良否の判定を非破壊的に行なえる方法を提供すること、焼戻し処理とほぼ並行的に焼戻し処理の品質を判定可能な方法を提供すること、焼戻し状態を非破壊的に且つ焼戻し処理とほぼ並行的に判定可能な接合部焼戻し処理装置を提供すること、などである。

請求項１の接合部品質の判定方法は、開口部を有する第１被接合材と、前記開口部の外周近傍部に所定の重ね合わせ代だけ重なるように第１被接合材に上方又は下方から重ね合わせた第２被接合材とを、上部電極と下部電極で加圧した状態で両電極間に接合用電流を流し、第１被接合材の開口部に第２被接合材を押し込んで第１，第２被接合材を接合し、その接合部に焼戻し用電流を流して焼戻し処理を行う方法において、一方の被接合材に下部電極を当接させ、他方の被接合材に上部電極を当接させて加圧状態で焼戻し用電流を流して焼戻し処理するとき、前記他方の被接合材の上下方向の変位を変位計測手段で計測し、前記変位計測手段で計測した変位に基づいて前記接合部の少なくとも焼戻し状態の良否を判定することを特徴とする。

この接合部品質の判定方法では、一方の被接合材を他方の被接合材の開口部の外周近傍部に所定の重ね合わせ代だけ重なるように重ね合わせ、上部電極と下部電極で加圧した状態で両電極間に接合用電流を流して両接合材を接合し、その接合後に前記加圧状態で上部電極と下部電極間に焼戻し用電流を流して焼戻し処理を行う。この焼戻し処理後、他方の被接合材の上下方向の変位を変位計測手段で計測し、この変位に基づいて接合部の焼戻し状態の良否を判定する。即ち、接合部の焼戻し処理時には、最初は熱膨張するものの、焼戻し変態に起因する体積膨張が残留し、この体積膨張が他方の被接合材の上下変位となって現れるため、被接合材の上下変位から焼戻し状態の良否を判定することができる。このように、焼戻し処理の際に他方の被接合材の上下方向の変位を計測することで、接合部の焼戻し状態の良否を焼戻し処理とほぼ並行的に且つ非破壊的に判定でき、焼戻し処理を行った全ての被接合材について判定することができる。

請求項２の接合部品質の判定方法は、請求項１の発明において、前記他方の被接合材を非導電性のストッパー部材で受け止めた状態で前記焼戻し用電流を流し、前記変位計測手段で計測した他方の被接合材の上方への変位に基づいて前記接合部の焼戻し状態の良否を判定することを特徴とするものである。他方の被接合材を非導電性のストッパー部材で受け止めた状態で、焼戻し処理するため、焼戻し変態に起因して他方の被接合材の上方への変位が残るため、その上方への変位を計測することで、焼戻し状態の良否を判定できる。

請求項３の接合部品質の判定方法は、請求項１の発明において、前記他方の被接合材をストッパー部材で受け止めない状態で前記焼戻し用電流を流し、前記変位計測手段で計測した他方の被接合材の下方向への変位に基づいて前記接合部の焼戻し状態の良否を判定することを特徴とするものである。他方の被接合材をストッパー部材で受け止めない状態で、焼戻し処理するため、焼戻し変態に起因して他方の被接合材の下方への変位が残るため、その下方への変位を計測することで、焼戻し状態の良否を判定できる。

請求項４の接合部焼戻し処理装置は、開口部を有する第１被接合材と、前記開口部の外周近傍部に所定の重ね合わせ代だけ重なるように第１被接合材に上方又は下方から重ね合わせた第２被接合材とを、上部電極と下部電極で加圧した状態で接合用電流を流し、第１被接合材の開口部に第２被接合材を押し込んで第１，第２被接合材を接合し、その接合部に焼戻し用電流を流して焼戻し処理を行う装置において、一方の被接合材に当接する下部電極と、前記一方の被接合材に重ね合わせた他方の被接合材に当接可能な上部電極と、接合時に上下の両電極に接合用電流を流し、接合後に両電極を介して両被接合材の接合部に焼戻し用電流を流す通電制御手段と、少なくとも焼戻し処理の際に他方の被接合材の上下方向の変位量を計測する変位計測手段と、前記変位計測手段で計測された変位量に基づいて前記接合部の少なくとも焼戻し状態の良否を判定する判定手段とを備えたことを特徴とする。この接合部焼戻し処理装置では、接合部の焼戻し状態の良否判定については請求項１と同様の作用を奏する。

請求項５の接合部焼戻し処理装置は、請求項４の発明において、前記変位計測手段は、他方の被接合材と当接する上部電極の変位を計測することを特徴とする。
請求項６の接合部焼戻し処理装置は、請求項５の発明において、焼戻し処理時に、前記他方の被接合材の下面を受ける非導電性のストッパー部材と、前記ストッパー部材を前記他方の被接合材の下面を受ける受け位置と退避位置とに亙って移動させる駆動手段とを有することを特徴とする。焼戻し処理時に他方の被接合材を非導電性のストッパー部材で受け止めないで、焼戻し処理すると接合部の品質が低下する虞があるので、ストッパー部材で受け止めた状態で焼戻し処理する。

請求項１の発明によれば、第１，第２被接合部材をリングマッシュ接合で接合後、一方の被接合材に下部電極を当接させ、他方の被接合材に上部電極を当接させて加圧状態で焼戻し用電流を流して焼戻し処理するとき、他方の被接合材の上下方向の変位量を変位計測手段で計測し、変位計測手段で計測した変位に基づいて接合部の少なくとも焼戻し状態の良否を判定するので、焼戻し処理の際に他方の被接合材の上下方向の変位を計測することで、接合部の焼戻し状態の良否の判定を非破壊的に行うことができ、焼戻し処理とほぼ並行的に行うことができるため、第１，第２被接合部材から部品を製作する際の量産性を確保でき、リングマッシュ接合により製作する全数の製品について焼戻し状態の良否の判定を行うことができる。

請求項２の発明によれば、他方の被接合材を非導電性のストッパー部材で受け止めた状態で焼戻し用電流を流し、変位計測手段で計測した他方の被接合材の上方への変位に基づいて接合部の焼戻し状態の良否を判定するので、接合部の焼戻し状態の良否を簡単な方法で判定することができる。

請求項３の発明によれば、他方の被接合材をストッパー部材で受け止めない状態で焼戻し用電流を流し、変位計測手段で計測した他方の被接合材の下方向への変位に基づいて接合部の焼戻し状態の良否を判定するので、ストッパー部材を省略でき、接合部の焼戻し状態の良否を簡単に判定することができる。

請求項４の発明によれば、下部電極と、上部電極と、接合時に上下の両電極に接合用電流を流し、接合後に焼戻し用電流を流す通電制御手段と、焼戻し処理の際に他方の被接合材の上下方向の変位を計測する変位計測手段と、この変位に基づいて接合部の焼戻し状態の良否を判定する判定手段とを備えているので、焼戻し処理時の他方の被接合材の上下方向の変位を計測することで、接合部の焼戻し状態の良否の判定を非破壊的に行うことができるため、焼戻し処理と並行的に判定を行うことができ、量産に適し、簡単な構成で実現できる。

請求項５の発明によれば、変位計測手段は、他方の被接合材と当接する上部電極の変位を計測するので、変位計測手段の構成が簡単になる。

請求項６の発明によれば、焼戻し処理時に、他方の被接合材の下面を受ける非導電性のストッパー部材と、ストッパー部材を受け位置と退避位置とに移動させる駆動手段とを有するので、焼戻し処理時にストッパー部材で受け止めることで他方の被接合材が下方に変位するのを防止して、接合部の品質低下を防止しつつ、焼戻し状態の良否判定の信頼性を高めることができる。

本発明の接合部品質の判定方法は、第１，第２被接合材を部分的に重ね合せ、上部電極と下部電極とで加圧した状態で通電することでリングマッシュ接合後、上部電極と下部電極とで加圧した状態で焼戻し用電流を流して焼戻し処理するとき、第２被接合材の上下方向の変位を変位計測手段で計測し、変位計測手段で計測した変位に基づいて接合部の少なくとも焼戻し状態の良否を判定するものである。

本発明の接合部焼戻し処理装置は、第１被接合材に当接する下部電極と、第１被接合材に重ね合わせた第２被接合材に当接可能な上部電極と、接合時に上下の両電極に接合用電流を流し、接合後に両電極を介して両被接合材の接合部に焼戻し用電流を流す通電制御手段と、少なくとも焼戻し処理の際に第２被接合材の上下方向の変位を計測する変位計測手段と、この変位に基づいて接合部の少なくとも焼戻し状態の良否を判定する判定手段とを備えたものである。

以下、本発明の実施例について図面に基づいて説明する。
図１、図２に示すように、リングマッシュ接合装置１は、円形の開口部３０ｂを有する第１被接合材としての第１ワーク３０と、開口部３０ｂの外周近傍部に所定の重ね合わせ代だけ重なるように第１ワーク３０に上方から重ね合わせた第２被接合材としての第２ワーク３１とを、上部電極７と下部電極６で加圧した状態で両電極６，７間に接合用電流を流し、第１ワーク３０の開口部３０ｂに第２ワーク３１を押し込んで第１，第２ワーク３０，３１をリングマッシュ接合し、その接合後に接合部３２（図６参照）に焼戻し用電流を流して焼戻し処理を行う装置である。

図１、図２に示すように、リングマッシュ接合装置１の設置台２上には、接合装置１の前部で上下方向に延びる左右１対のフレーム体３と、接合装置１の内部に設けられた接合台４と、接合台４に固定された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上で左右に夫々移動する２組の下部電極６と、その上方に設けられ上下方向に昇降可能な上部電極７と、上部電極７に加圧力を付与する加圧シリンダ８と、上部電極７に対し通電回路２２からの接合用電流や焼戻し用電流を送給する配線ケーブル９と、上部電極７の上下方向の変位を計測する非接触レーザ変位計２０と、下部電極６の外側に配置され第２ワーク３１の下面を受け止めるストッパー機構１０と、前記の接合装置１の操作の為の操作盤２１と、両電極６，７間に接合用電流や焼戻し用電流を流す通電回路２２と、制御装置２３とを備えている。前記通電回路２２は、交流を直流に変換する直流電源回路と、大容量の電解コンデンサーと、インバータ回路と、トランス（変圧器）を有し、接合時にも焼戻し処理時にもパルス的な大電流を通電可能になっている。

図２に示すように、上部電極７と下部電極６は円筒状の導電体で構成され、上部電極７の下方に何れか一方の下部電極６を位置させた状態で上部電極７を下降、上昇させることにより、上部電極７が下部電極６に対して接近、離隔するようになっている。

２組の下部電極６は位置を切り換えて交互に使用されるが、一方の下部電極６に第１，第２ワーク３０，３１をセットしてからその下部電極６を中央位置に移動させて、下部電極６と上部電極７で第１，第２ワーク３０，３１を加圧した状態でリングマッシュ接合と焼戻し処理及びこれらの処理と並行的になされる接合部品質の判定処理を行ない、これらの処理中に他方の下部電極６に新たな第１，第２ワーク３０，３１をセットしておくことで、２つの下部電極６が交互に使用される。

第１ワーク３０は、例えば自動変速機部品である円筒状のクラッチハブであり、その下端部内周側にフランジ部３０ａを有し、このフランジ部３０ａの内側に開口部３０ｂを有する。第２ワーク３１は、例えば自動変速機部品である筒状のハブスリーブであり、その上端部外周側にフランジ部３１ａを有し、このフランジ部３１ａの外径は第１ワーク３０の開口部３０ｂの内径よりも僅かに大きく形成されている。そのため、第２ワーク３１に第１ワーク３０を上方から重ね合わせた状態で、第２ワーク３１のフランジ部３１ａの外周部が第１ワーク３０のフランジ部３０ａの開口部３０ｂの外周近傍部に所定の重ね合わせ代だけ下方から重なるようになっている。

図５−２、図９−２に示すように、第１ワーク３０のフランジ部３０ａの開口部３０ｂの周面の下部には全周に亙るテーパ面３０ｃ（上方程大径化するテーパ面）が形成され、第２ワーク３１のフランジ部３１ａの外周面の上部にも全周に亙るテーパ面３１ｃ（下方程大径化するテーパ面）が形成され、所定の重ね合わせ代が設けられている。第２ワーク３１に第１ワーク３０を重ね合わせる際に、テーパ面３０ｃをテーパ面３１ｃに係合させて位置できるため、位置決めし易く、接合時に第２ワーク３１に第１ワーク３０を押込み易く、その押込み時にテーパ面３０ｃ，３１ｃ間に強力な圧接力を発生可能になっており、接合後は第１ワーク３０のフランジ部３０ａの開口部３０ｂの周面と第２ワーク３１のフランジ部３１ａの外周面とが接合して接合部３２となる。

第１，第２ワーク３０，３１のうち少なくとも一方は高炭素鋼で構成され、例えば第１ワーク３０は、０．１０重量％程度の炭素を含有する鋼、第２ワーク３１は、０．３５重量％程度の炭素を含有する高炭素鋼からなる。接合する際に下部電極６が第２ワーク３１に当接するように下部電極６の上面に第２ワーク３１のフランジ部３１ａが載置されると共に、開口部３０ｂの外周近傍部に所定の重ね合わせ代だけ重なるように、第２ワーク３１の上方から第１ワーク３０が重ね合わされた状態で、第１，第２ワーク３０，３１が下部電極６上にセットされる。この状態で上部電極７が第２ワーク３１に重ね合わせた第１ワーク３０のフランジ部３０ｂに当接するように上部電極７が押し当てられる。

非接触レーザ変位計２０は、上部電極７の上端部が固定された電極支持部材７ａの上側に取付けられ、電極支持部材７ａの上面にレーザ光を投射してその反射レーザを検出することにより電極支持部材７ａ、つまり上部電極７の上下変位を検出する。
接合時には第１，第２ワーク３０，３１の接合部３２に焼入れ変態による体積収縮が生じ、焼戻し時には接合部３２の焼き戻変態による体積膨張が生じるため、それらの体積収縮や体積膨張が上部電極７の上下方向の変位に表れるので、非接触レーザ変位計２０により計測することができる。非接触レーザ変位計２０により計測された変位を示す電圧信号が制御装置２３に供給されて、そこで体積変化前後における上部電極７の変位が演算され、その変位に基づいて接合部の品質の良否や焼戻し品質の良否が判定される。尚、非接触レーザ変位計２０と制御装置２３が変位計測手段に相当する。

図２、図３に示すように、ストッパー機構１０は、１対の導電性のストッパー電極１１、１対の非導電性のストッパー部材１２、ストッパー電極１１及びストッパー部材１２を受け位置と退避位置とに移動させる駆動手段としてのエアシリンダ１３，１４等を有する。ストッパー電極１１とストッパー部材１２は、夫々円筒体を４分割した形状を有し、１対のストッパー電極１１が下部電極６を挟んで対向状に配設され、１対のストッパー部材１２が１対のストッパー電極１１を平面視にて９０度位相を異ならせた位置に下部電極６を挟んで対向状に配設されている。

これらストッパー電極１１とストッパー部材１２は、夫々エアシリンダ１３，１４から出没可能なロッド１３ａ，１４ａの先端に絶縁用兼フローティング支持用のラバー１３ｂ，１４ｂを介して連結され、エアシリンダ１３，１４により下部電極６の外側で第１ワーク３０の下面を受ける受け位置と、この受け位置から外方へ退いた退避位置へ移動可能に構成されている。ストッパー電極１１とストッパー部材１２が受け位置に位置するとき、これらストッパー電極１１とストッパー部材１２の上端面は下部電極６の上端面より僅かに上方に位置し、第１ワーク３０のフランジ部３０ａに当接可能になっている。

２つのストッパー電極１１は、クロム銅、ベリリウム銅等の導電体からなり、接合時に第１ワーク３０の下面を受ける受け位置に切り換えられ、焼戻し処理時に退避位置に切り換えられる。ストッパー部材１２は、鋼に例えば、約１ｍｍ程度の厚さのセラミックコーティングされた絶縁体からなり、接合時に退避位置に切り換えられ、焼戻し処理時に第２ワーク３１の下面を受ける受け位置に切り換えられる。

制御装置２３は、ＣＰＵとＲＯＭとＲＡＭとハードディスクを含むマイクロコンピュータ、入力インターフェース、出力インターフェース等を有し、前記のＲＯＭ又はハードディスクには、接合時に上下の両電極６，７に接合用電流を通電する制御と、接合部の接合状態の良否を判定する制御（制御用マップやテーブルを含む）と、接合後に両電極６，７を介して第１，第２ワーク３０，３１の接合部３２に焼戻し用電流を通電する制御と、エアシリンダ１３，１４によるストッパー電極１１とストッパー部材１２の位置切り換え制御と、接合部３２の焼戻し状態を判定する制御（制御用マップやテーブルを含む）などの制御を行う制御プログラムが予め格納されている。
尚、制御装置２３が通電制御手段に相当する。

次に、前記リングマッシュ接合装置１を用いて行なう接合と、接合部の品質の良否判定と、焼戻し処理と、焼戻し状態の良否判定の全体について、図４のフローチャートと、図５−１〜図１１に基づいて説明し、その後、図１２、図１３に基づいて接合部の品質の良否判定について補足説明し、その後、図１４〜図１７に基づいて焼戻し状態の良否判定について補足説明する。

図４のフローチャートに基づいて説明するが、図４の図中Ｓｉ（ｉ＝１，２・・・）は各ステップを示す。最初に、図５−１に示すように、下部電極６の上面に第２ワーク３１を載置し、第２ワーク３１のフランジ部３１ａの外周部が開口部３０ｂの外周近傍部に所定の重ね合わせ代だけ重なるように、第２ワーク３１の上方から第１ワーク３０が重ね合わされた状態で、第１，第２ワーク３０，３１を下部電極６上にセットする。

次に、操作盤２１の起動スイッチをオンすると（Ｓ１）、エアシリンダ１３が駆動されストッパー電極１１が受け位置へ切り換えられると共に、ストッパー部材１２が退避位置へ切り換えられる（Ｓ２）。加圧シリンダ８により上部電極７を下降させ（Ｓ３）、図５−１に示すように、上部電極７が第１ワーク３０に当接したとき下降を停止させ、所定時間待機させる（Ｓ４）。次に、前記の待機後図６に示すように、所定の加圧力でもって上部電極７による加圧を開始し（Ｓ５）、上部電極７と下部電極６で加圧した状態で両電極６，７間にパルス的に大きな接合用電流を流して接合させる（Ｓ６）。

大きな接合用電流が第１，第２ワーク３０，３１内を流れるときに第１，第２ワーク３０，３１の接触部に電気抵抗によるジュール熱が発生し、上部電極７の加圧によって第１ワーク３０の開口部３０ｂに第２ワーク３１が押し込められるときに摩擦熱も発生し、重ね合わせ部が軟化溶融し、第１ワーク３０の開口部３０ｂに第２ワーク３１のフランジ部３１ａが押し込められて接合される。

その接合最終段階において、第１ワーク３０のフランジ部３０ａがストッパー電極１１に当接すると、上部電極７と下部電極６間に流れていた電流の大部分が上部電極７からストッパー電極１１間へ流れるようになり、接合部３２には大きな電流が流れなくなって接合が終了する。この接合用電流の通電の前後において、第１ワーク３０と上部電極７が下降するため、上部電極７の下降変位を測定することにより、接合部３２の接合品質の良否を判定することができる。そこで、Ｓ７おいては、通電前後の上部電極７の変位Ｖが適正範囲内か否か判定することで、接合部３２の品質の良否が判定される。

ここで、図１０は、パルス的な接合用電流と、接合前後の上部電極７の上下方向の変位Ｖ（測定電圧）の適正領域Ａ１（図１０の斜線領域）を示すマップであり、実験的に予め求めて制御装置２３のＲＯＭやハードディスクに格納されたものである。接合通電の前後において、非接触レーザ変位計２０により上部電極７の変位が連続的に計測され、接合通電の前後における変位Ｖが図１０の適正領域Ａ１に入っているか否かにより接合部３２の接合状態の良否が判定され（Ｓ７）、変位Ｖが適正領域Ａ１に入っている場合に接合良好と判定され、変位Ｖが適正領域Ａ１に入っていない場合に接合不良と判定される。尚、接合通電時間は約４０〜５０ｍｓｅｃである。

Ｓ７の判定がＮｏの場合は、Ｓ１５へ移行し、Ｓ７の判定がＹｅｓの場合はＳ８へ移行する。次に、Ｓ８では、図７に示すように、上部電極７が上昇駆動されて加圧が開放される。次に、図８、図９−１に示すように、ストッパー電極１１を退避位置へ後退させると共にストッパー部材１２を受け位置へ前進させる（Ｓ９）。図９−１に示すように、所定の加圧力でもって上部電極７による加圧を開始させて（Ｓ１０）、第２ワーク３１に下部電極を当接させ、第１ワーク３０に上部電極を当接させ、第１ワーク３０をストッパー部材１２で受け止めた状態で両電極６，７を介して接合部３２にパルス的に大きな焼戻し用電流（図１１参照）を流して焼戻し通電を行う（Ｓ１１）。尚、接合通電を開始してから焼戻し通電を開始するまでの間隔は約５〜６ｓｅｃであり、焼戻し通電時間は約４０〜５０ｍｓｅｃである。

ここで、図１１は、パルス的な焼戻し用電流と、焼戻し前後の上部電極７の上下方向の変位Ｖ（測定電圧）の適正領域Ａ２（図１１の斜線領域）を示すマップであり、実験的に予め求めて制御装置２３のＲＯＭやハードディスクに格納されたものである。
焼戻し用電流が通電されると、接合部３２の電気抵抗によるジュール熱が発生し、一時的に熱膨張するが、温度低下した後にも、焼戻し変態による体積膨張が残る。このとき、第１ワーク３０の下面をストッパー部材１２で受け止めているため、上記の体積膨張は、上部電極７の上方への変位量ΔＶ（図１１参照）として残留する。

焼戻し処理前後の上部電極７の上下変位を測定するため、焼戻し処理前後において連続的に、非接触レーザ変位計２０により上部電極７の変位Ｖが計測され、焼戻し処理前後における上部電極７の変位Ｖが、図１１の適正領域Ａ２に入っているか否かにより焼戻し状態の良否が判定される（Ｓ１２）。即ち、上部電極７の変位Ｖが適正領域Ａ２に入っていない場合は、焼戻し状態が不良であるとしてＳ１５へ移行し、上部電極７の変位が適正領域Ａ２に入っている場合は、焼戻し状態が良好であるとしてＳ１３へ移行する。
次に、Ｓ１３では加圧シリンダ８による上部電極７の加圧が開放され、Ｓ１４では、加圧シリンダ８により上部電極７が上昇され、その後Ｓ１へリターンする。接合部３２の焼戻し状態が不良であると判定された場合には、Ｓ１５においてＮＧ信号が制御装置２３に出力され、Ｓ１３に移行する。尚、図４のフローチャートのＳ１２と制御装置２３が、焼戻し状態の良否を判定する判定手段に相当する。

次に、図１０のマップを設定した背景について、図１２、図１３に基づいて補足説明する。図１２は、重ね合わせ代を種々異ならせて接合した場合の上部電極７の変位を測定した実験結果であり、重ね合わせ代がＡ〜Ｅである場合に、許容上限ラインと許容下限ラインの間の適正領域Ａ１（図１０参照）に入ることが実験的に確認されている。
図１３は、重ね合わせ代を一定値とし、接合通電の電圧の変化を種々異ならせて接合した場合の上部電極７の変位の実験結果であり、接合通電電圧が２６０〜３２５Ｖ（ボルト）のとき、許容上限ラインと許容下限ラインの間の適正領域Ａ１（図１０参照）に入ることが実験的に確認されている。

次に、図１１のマップを設定した背景について、図１４〜図１７に基づいて補足説明する。図１４は、焼戻し通電電圧を種々異ならせて、上部電極７の上方への変位差（測定電圧差）を測定した実験結果を示すものであり、焼戻し通電電圧が２２５Ｖ以上では、通電電圧が増す程変位差（ΔＶ）が比例的に大きくなる。図１５は、焼戻し通電電圧を種々異ならせて、接合部３２の抜き強度を測定した実験結果であり、焼戻し通電電圧が約２８０〜３４０Ｖの範囲で、焼戻し処理の効果が現れている。

図１６は、２種類のワークの接合部３２に対して、焼戻し処理した場合の上部電極７の変位Ｖを測定した実験結果であり、ラインＡは適正な重ね合わせ代をもって接合した場合の変位Ｖであり、ラインＢは過小な重ね合わせ代をもって接合した場合の変位Ｖである。変位差ΔＶ１，ΔＶ２は、［０〜５０ｍｓｅｃの平均変位−３５０〜４００ｍｓｅｃの平均変位］の形で演算する関係上、ラインＡではΔＶ１＜０で、上方へ適正量だけ変位したことを示し、ラインＢではΔＶ２＞０で下方へ異常に変位したことを示す。

図１７は、変位量ΔＶを正負の範囲で種々異ならせて接合部の抜き強度の測定した実験結果であり、接合部３２の変位量ΔＶ＜０で、焼戻し処理時に接合部３２が体積膨張した場合に十分な抜き強度が得られることが分かる。

次に、以上説明したリングマッシュ接合装置１と接合部品質の判定方法の作用効果について説明する。
第１ワーク３０のフランジ部３０ａの開口部３０ｂの周面の下部に全周に亙るテーパ面３０ｃが形成され、第２ワーク３１のフランジ部３１ａの外周面の上部にも全周に亙るテーパ面３１ｃが形成され、所定の重ね合わせ代が設けられているので、第２ワーク３１に第１ワーク３０を重ね合わせる際に、正確に簡単に位置決めすることができるうえ、接合時における第２ワーク３１に第１ワーク３０を押込む際の押込み性が向上し、重ね合わせ代を大きくできるので、接合部品質を向上させることができる。

更に、制御装置２３に、予め接合用電流と接合前後の上部電極７の上下方向の変位Ｖの適正領域Ａ１を示すマップを格納しているので、接合通電の前後における非接触レーザ変位計２０で計測した変位を上記マップに適用することで、接合部３２の接合品質の良否を簡単に、高い信頼性で判定することができる。この場合、接合とほぼ並行的に自動的に判定することができるので、リングマッシュ接合により製作する全数の製品について能率的に判定することができ、製品の量産に適する。

更に、制御装置２３に、予め焼戻し用電流と接合前後の上部電極７の上下方向の変位Ｖの適正領域Ａ２を示すマップを格納しているので、焼戻し通電の前後における非接触レーザ変位計２０で計測した変位を上記マップに適用することで、接合部３２の焼戻し状態の良否を簡単に、高い信頼性で判定することができる。この場合、焼戻し処理とほぼ並行的に自動的に判定することができるので、リングマッシュ接合により製作する全数の製品について能率的に判定することができ、製品の量産に適する。

また、焼戻し変態に伴う体積膨張により上部電極７が上下方向に変位することに着目し、焼戻し処理の前後に亙る上部電極７の上下方向変位から焼戻し状態の良否を判定するので、簡単な装置でもって確実に自動的に判定することができる。この場合、焼戻し処理とほぼ並行的に判定することができるので、リングマッシュ接合により製作する全数の製品について能率的に判定することができ、製品の量産に適する。

次に、前記実施例を部分的に変更した変更例について説明する。
１］上記実施例において、図１８に示すように、下部電極６Ａの上面に第１ワーク３０を載置し、開口部３０ｂの外周近傍部に所定の重ね合わせ代だけ重なるように、第１ワーク３０の上方から第２ワーク３１が重ね合わされた状態で、第１，第２ワーク３０，３１を下部電極６Ａ上にセットして接合及び焼戻しを行ってもよい。この場合、下部電極６Ａの内周側にストッパー電極１１Ａが設けられ、上部電極７により加圧された第２ワーク３１の下面を受け止める。

２］上記実施例において、第１ワーク３０の下面をストッパー部材１２で受け止めない状態で焼戻し処理を行ってもよい。この場合、接合部３２が下方に膨張するので第１ワーク３０の下方向への変位量に基づいて接合部３２の焼戻し状態の良否を判定することができるので、ストッパー部材１２を省略でき、接合部３２の焼戻し状態の良否を簡単に判定することができる。

３］上記実施例において、［焼戻し通電前の所定時間内の平均変位−焼戻し通電後の所定時間内の平均変位］の形で演算される残留変位差ΔＶが、設定値以上のときに接合部３２の焼戻し状態が良好であると判定してもよい。

４］上記実施例において、第１，第２ワーク３０，３１は夫々直方体状など種々の形状であってもよいし、第１ワーク３０の開口部３０ｂは矩形状など種々の形状であってもよい。
５〕その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能で、本発明はそのような変更形態も包含するものである。

本発明の実施例に係るリングマッシュ接合装置の正面図である。リングマッシュ接合装置の要部の断面図である。ストッパー機構と下部電極の平面図である。接合と、焼戻し処理と、接合部品質の判定処理の全体の制御のフローチャートである。接合時に上部電極による加圧を開始する直前のリングマッシュ接合装置の要部の断面図である。図５−１における要部の拡大断面図である。接合直後のリングマッシュ接合装置の要部の断面図である。接合後に上部電極による加圧を解放した状態のリングマッシュ接合装置の要部の断面図である。ストッパー電極を退避位置に移動させてストッパー部材を受け位置に移動させた状態のリングマッシュ接合装置の要部の断面図である。焼戻し処理時に上部電極による加圧を開始する直前のリングマッシュ接合装置の要部の断面図である。図９−１における要部の拡大断面図である。接合用電流と接合前後の上部電極の上下方向の変位の適正領域を示すマップである。焼戻し用電流と焼戻し前後の上部電極の上下方向の変位の適正領域を示すマップである。重ね合わせ代を種々異ならせて接合した場合における上部電極の変位を示す線図である。接合通電電圧を種々異ならせて接合した場合における上部電極の変位を示す線図である。焼戻し通電電圧を種々異ならせて焼戻しした場合における上部電極の上方への変位差を示す線図である。焼戻し通電電圧を種々異ならせて焼戻しした場合における接合部の抜き強度を示す線図である。２種類のワークの接合部に対して、焼戻し処理した場合の上部電極の変位を示す線図である。変位差を正負の範囲で種々異ならせた場合における接合部の抜き強度を示す線図である。変形例におけるリングマッシュ接合装置の要部の断面図である。

符号の説明

１リングマッシュ接合装置
６，６Ａ下部電極
７上部電極
１０非接触レーザ変位計
１１，１１Ａストッパー電極
１２ストッパー部材
１３，１４エアシリンダ
２３制御装置
３０第１ワーク
３０ｂ開口部
３１第２ワーク
３２接合部

Claims

開口部を有する第１被接合材と、前記開口部の外周近傍部に所定の重ね合わせ代だけ重なるように第１被接合材に上方又は下方から重ね合わせた第２被接合材とを、上部電極と下部電極で加圧した状態で両電極間に接合用電流を流し、第１被接合材の開口部に第２被接合材を押し込んで第１，第２被接合材を接合し、その接合部に焼戻し用電流を流して焼戻し処理を行う方法において、
一方の被接合材に下部電極を当接させ、他方の被接合材に上部電極を当接させて加圧状態で焼戻し用電流を流して焼戻し処理するとき、前記他方の被接合材の上下方向の変位を変位計測手段で計測し、前記変位計測手段で計測した変位に基づいて前記接合部の少なくとも焼戻し状態の良否を判定することを特徴とする接合部品質の判定方法。
前記他方の被接合材を非導電性のストッパー部材で受け止めた状態で前記焼戻し用電流を流し、前記変位計測手段で計測した他方の被接合材の上方への変位に基づいて前記接合部の焼戻し状態の良否を判定することを特徴とする請求項１に記載の接合部品質の判定方法。
前記他方の被接合材をストッパー部材で受け止めない状態で前記焼戻し用電流を流し、前記変位計測手段で計測した他方の被接合材の下方向への変位に基づいて前記接合部の焼戻し状態の良否を判定することを特徴とする請求項１に記載の接合部品質の判定方法。
開口部を有する第１被接合材と、前記開口部の外周近傍部に所定の重ね合わせ代だけ重なるように第１被接合材に上方又は下方から重ね合わせた第２被接合材とを、上部電極と下部電極で加圧した状態で接合用電流を流し、第１被接合材の開口部に第２被接合材を押し込んで第１，第２被接合材を接合し、その接合部に焼戻し用電流を流して焼戻し処理を行う装置において、
一方の被接合材に当接する下部電極と、
前記一方の被接合材に重ね合わせた他方の被接合材に当接可能な上部電極と、
接合時に上下の両電極に接合用電流を流し、接合後に両電極を介して両被接合材の接合部に焼戻し用電流を流す通電制御手段と、
少なくとも焼戻し処理の際に他方の被接合材の上下方向の変位を計測する変位計測手段と、
前記変位計測手段で計測された変位に基づいて前記接合部の少なくとも焼戻し状態の良否を判定する判定手段と、
を備えたことを特徴とする接合部焼戻し処理装置。
前記変位計測手段は、他方の被接合材と当接する上部電極の変位を計測することを特徴とする請求項４に記載の接合部焼戻し処理装置。
焼戻し処理時に、前記他方の被接合材の下面を受ける非導電性のストッパー部材と、前記ストッパー部材を前記他方の被接合材の下面を受ける受け位置と退避位置とに亙って移動させる駆動手段とを有することを特徴とする請求項５に記載の接合部焼戻し処理装置。