JP4958710B2 - 摩擦圧接方法 - Google Patents

Description

本発明は、摩擦圧接方法に関するものである。

２つの被加工物を当接させて摩擦圧接する際には、一方の被加工物と他方の被加工物との間の隙間管理を行うことが重要となっている。隙間管理が不十分であると、所望の接合強度が確保できない等の問題が生じるからである。従来、２つの被加工物の間の隙間管理を行う目的で、特許文献１記載のように、定盤に載置された２つの被加工物の間の隙間量をＣＣＤカメラによって検出する技術が知られている。
特開２００５−６６６０４号公報

しかしながら従来の技術では、端面間に生じた隙間を検出できないおそれがあった。通常、摩擦圧接では、２つの被加工物の端面同士を突き合わせることになる。互いの端面を突き合わせた時、端面の中心部同士が離間していても、端面の縁同士が当接していれば、外見上は被加工物同士が隙間なく接しているように見える。そのため、外部からの視認により隙間を検出する従来の技術では、内側に生じている隙間を検出できず、隙間管理を精度良く行うことが困難となっていた。

そこで本発明は、摩擦圧接時に隙間管理を精度良く行うことができる摩擦圧接方法を提供することを目的とする。

本発明の摩擦圧接方法は、第１の被加工物と、当該第１の被加工物と摩擦圧接される第２の被加工物との当接状態を監視する監視工程を有する摩擦圧接方法であって、監視工程では、第１の被加工物の当接予定面と第２の被加工物の当接予定面とを当接させた時に第１の被加工物内に生じた振動を、第１の被加工物に取り付けられた振動検出手段によって検出する振動検出工程と、振動検出工程にて検出された振動に基づいて、第１の被加工物の当接予定面と第２の被加工物の当接予定面との間の隙間量が正常か否かを判断する判断工程と、を含み、前記判断工程では、前記振動検出工程にて検出された振動の強度を時系列に沿って累積し、当該累積した値と予め取得した基準値とを比較することによって、前記第１の被加工物の当接予定面と前記第２の被加工物の当接予定面との間の隙間量が正常か否かを判断することを特徴とする。

この摩擦圧接方法では、第１の被加工物と第２の被加工物とを当接した時に生じた振動に基づいて、第１の被加工物の当接予定面と第２の被加工物の当接予定面との間の隙間量が正常か否かを判断する。このような手法によれば、隙間を外部から視認することによって隙間量が正常か否かを判断する場合とは異なり、隙間が外部に露出していない場合であっても判断が可能となる。したがって、隙間管理を精度良く行うことができ、隙間による接合強度の低下等を抑えられる。また、隙間量の判断に振動強度の累積値を用いるので、隙間量が正常か否かをより正確に判断することができる。

本発明の摩擦圧接方法は、第１の被加工物と、当該第１の被加工物と摩擦圧接される第２の被加工物との当接状態を監視する監視工程を有する摩擦圧接方法であって、監視工程では、第１の被加工物の当接予定面と第２の被加工物の当接予定面とを当接させた状態で第１の被加工物と第２の被加工物とを摩擦圧接している時に第１の被加工物内に生じた振動を、第１の被加工物に取り付けられた振動検出手段によって検出する振動検出工程と、振動検出工程にて検出された振動に基づいて、第１の被加工物の当接予定面と第２の被加工物の当接予定面との間の隙間量が正常か否かを判断する判断工程と、を含み、前記判断工程では、前記振動検出工程にて検出された振動の強度を時系列に沿って累積し、当該累積した値と予め取得した基準値とを比較することによって、前記第１の被加工物の当接予定面と前記第２の被加工物の当接予定面との間の隙間量が正常か否かを判断することを特徴とする。

この摩擦圧接方法では、第１の被加工物と第２の被加工物とを摩擦圧接している時に生じた振動に基づいて、第１の被加工物の当接予定面と第２の被加工物の当接予定面との間の隙間量が正常か否かを判断する。このような手法によれば、隙間を外部から視認することによって隙間量が正常か否かを判断する場合とは異なり、隙間が外部に露出していない場合であっても判断が可能となる。したがって、隙間管理を精度良く行うことができ、隙間による接合強度の低下等を抑えられる。また、隙間量の判断に振動強度の累積値を用いるので、隙間量が正常か否かをより正確に判断することができる。

本発明の摩擦圧接方法は、第１の被加工物と、当該第１の被加工物と摩擦圧接される第２の被加工物との当接状態を監視する監視工程を有する摩擦圧接方法であって、監視工程では、第１の被加工物の当接予定面と第２の被加工物の当接予定面とを当接させた状態で、第１及び第２の被加工物に対して振動発生手段から振動を付与した時に第１の被加工物内に生じた振動を、第１の被加工物に取り付けられた振動検出手段によって検出する振動検出工程と、振動検出工程にて検出された振動に基づいて、第１の被加工物の当接予定面と第２の被加工物の当接予定面との間の隙間量が正常か否かを判断する判断工程と、を含み、前記判断工程では、前記振動検出工程にて検出された振動の強度を時系列に沿って累積し、当該累積した値と予め取得した基準値とを比較することによって、前記第１の被加工物の当接予定面と前記第２の被加工物の当接予定面との間の隙間量が正常か否かを判断することを特徴とする。

この摩擦圧接方法では、第１及び第２の被加工物に対して振動発生手段から振動を付与した時に生じた振動に基づいて、第１の被加工物の当接予定面と第２の被加工物の当接予定面との間の隙間量が正常か否かを判断する。このような手法によれば、隙間を外部から視認することによって隙間量が正常か否かを判断する場合とは異なり、隙間が外部に露出していない場合であっても判断が可能となる。したがって、隙間管理を精度良く行うことができ、隙間による接合強度の低下等を抑えられる。また、隙間量の判断に振動強度の累積値を用いるので、隙間量が正常か否かをより正確に判断することができる。

また、本発明の摩擦圧接方法では、振動発生手段として所定周波数の弾性波を発生可能な発振器を用いることが好ましい。この場合、発振器によって安定した周波数の弾性波を第１及び第２の被加工物に付与することが可能となるので、隙間量が正常か否かの判断を精度良く行うことができる。

また、本発明の摩擦圧接方法では、第１の被加工物のうち当接予定面とは反対側の面に、振動発生手段および振動検出手段を配置することが好ましい。

この場合、振動発生手段及び振動検出手段を同じ面に置くことで、振動発生手段からの振動に応じて第１及び第２の被加工物で発生した反射波を、振動検出手段で検出することができる。例えば、振動発生手段及び振動検出手段を第１の被加工物側に配置した場合を考える。この場合、第１の被加工物と第２の被加工物との間に隙間がないならば、振動発生手段から付与された振動は、第１の被加工物内を伝搬し、第２の被加工物内に到達する。そして、第２の被加工物内で反射されて再び第１の被加工物内を伝搬し、振動検出手段にて検出される。もし第１の被加工物と第２の被加工物との間に隙間がある場合には、振動発生手段から付与された振動は、第２の被加工物には至らずに第１の被加工物内で反射され、振動検出手段にて検出される。よって、隙間がある場合には、隙間がない場合と比べて、第２の被加工物内を伝搬しない分だけ振動検出のタイミングが早まることになる。このように、振動発生手段及び振動検出手段を同じ面においた場合には、隙間の有無によって反射波の検出タイミングが異なるため、隙間量が正常か否かの判断をより確実に判断することが可能となる。

また、本発明の摩擦圧接方法では、基準値とは、第１の被加工物の当接予定面と第２の被加工物の当接予定面との間に隙間量が正常な場合に振動検出工程にて検出された振動の強度を、時系列に沿って累積した値であることが好ましい。この場合、隙間が正常な時の累積値と比較することになるため、隙間量が正常か否かをいっそう正確に判断することができる。

また、本発明の摩擦圧接方法では、第１の被加工物を位置固定して第２の被加工物を回転させることにより摩擦圧接を行うことが好ましい。位置固定される側に振動検出手段を設置するので、被加工物が激しく動くことにより振動検出手段が位置ずれしたり被加工物から外れる、ということが生じにくくなる。

本発明によれば、摩擦圧接時に隙間管理を精度良く行うことができる摩擦圧接方法を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
（第１実施形態）

図１は、本発明の第１実施形態に係る摩擦圧接方法を実現する摩擦圧接システムを示す構成図である。図１に示すように、摩擦圧接システム１は、所定方向に延びる２つのワークＥ１，Ｅ２を摩擦圧接するためのシステムとして構成されている。本実施形態において、ワークＥ１，Ｅ２は円柱状を呈した部材であり、ワークＥ１（第１の被加工物）の一端面（当接予定面）とワークＥ２（第２の被加工物）の一端面（当接予定面）とは、突き合わされた状態で摩擦圧接される。

摩擦圧接システム１は、発振器（振動発生手段）２と、振動検出センサ（振動検出手段）４と、異常検知装置６と、を備えている。摩擦圧接システム１は、これらの他に、ワークＥ１を位置固定する固定部（図示せず）と、ワークＥ２を矢印Ａ方向、すなわち位置固定されたワークＥ１に近づく方向に移動させる移動部（図示せず）と、ワークＥ２を回転させる回転部（図示せず）と、を備えている。

発振器２は、ワークＥ１の他端面に配置される。発振器２は、ワークＥ１に対して振動を付与する。より具体的には、発振器２は、超音波領域（数１０ｋＨｚ〜数ｋＨｚ）の周波数成分を有する弾性波を、ワークＥ１内に向けて出力する。

振動検出センサ４は、発振器２と同様に、一方のワークＥ１の他端面に配置される。振動検出センサ４は、弾性波を検出し、検出した弾性波の強度に対応する出力信号を、異常検知装置６に出力する。本実施形態における振動検出センサ４は、ＡＥ（Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）センサであって、ワークＥ１内を伝搬した弾性波を常に検出可能なように設定されている。

異常検知装置６は、発振器制御部１０と、判断部１２と、結果出力部１４と、を有している。

発振器制御部１０は、発振器２を制御し、発振器２に超音波領域（数１０ｋＨｚ〜数ｋＨｚ）の周波数成分を有する弾性波を出力させる。

判断部１２は、振動検出センサ４にて検出された振動に基づいて、ワークＥ１の一端面とワークＥ２の一端面との間の隙間量が正常か否かを判断する部分である。より具体的には、判断部１２は、振動検出センサ４から出力信号を受け取り、この出力信号の値と予め取得しておいた基準値とを用いて、ワークＥ１の一端面とワークＥ２の一端面との間に隙間量が正常か否かを判断する。本実施形態において、隙間量が正常とは、ワークＥ１の一端面とワークＥ２の一端面との間に隙間が無いことをいう。判断部１２は、判断結果を結果出力部１４に送る。なお、判断部１２の動作については後に詳しく述べる。

結果出力部１４は、判断部１２の判断結果を制御装置（図示せず）に出力する。制御装置は、固定部、移動部、及び回転部を制御するものであり、ワークＥ１の一端面とワークＥ２の一端面との間の隙間量が正常ではないことを示す判断結果を結果出力部１４から受け取った場合には、移動部や回転部に対して動作を停止するよう命令する。

次に、上述した構成を有する摩擦圧接システム１を用いた摩擦圧接方法について説明する。本実施形態における摩擦圧接方法は、ワークの当接状態を監視する監視工程を有しており、監視工程は、基準値決定工程と、ワークＥ１，Ｅ２の摩擦圧接工程と、を含む。基準値決定工程は、ワークＥ１，Ｅ２の摩擦圧接工程する前に行われる工程であり、ワークＥ１，Ｅ２の摩擦圧接工程で用いられる基準値を決定するものである。図２は、基準値の決定工程を示すフローチャートである。

まず、ワークＥ１，Ｅ２と同一材料及び同一形状のワークＥ３，Ｅ４（以下、基準ワークＥ３，Ｅ４と呼ぶ）を用意する。用意した基準ワークＥ３と基準ワークＥ４とを、それぞれの一端面が対向するようにセットする。セット後、固定部によって基準ワークＥ３を位置固定する（ステップＳ１）。基準ワークＥ３の他端面には、発振器２および振動検出センサ４が取り付けられる。

基準ワークＥ３を位置固定した後、移動部により基準ワークＥ４を移動させる（ステップＳ２）。基準ワークＥ４の移動により、基準ワークＥ３の一端面と基準ワークＥ４の一端面とが当接する（ステップＳ３）。基準ワークＥ３の一端面と基準ワークＥ４の一端面とは、隙間なく当接するものとする。

基準ワークＥ３，Ｅ４が隙間なく当接すると、発振器制御部１０の制御により、発振器２が基準ワークＥ３内に向けて弾性波を出力する（ステップＳ４）。図３は、発振器２から出力された弾性波の進行方向を説明するための図である。図３（ａ）に示すように、発振器２から出力された弾性波（矢印Ｂ１）は、基準ワークＥ３内を伝搬して、基準ワークＥ３と隙間なく接合している基準ワークＥ４内に到達する（矢印Ｂ２）。基準ワークＥ４内に到達した弾性波は、基準ワークＥ４の他端面で反射される（矢印Ｂ３）。基準ワークＥ４で生じた反射波は、基準ワークＥ４内と基準ワークＥ３内とを進行し、振動検出センサ４が設置された基準ワークＥ３の他端面に達する。

基準ワークＥ４の他端面で反射波が発生してから、かかる反射波を振動検出センサ４が検出するまでには、基準ワークＥ３，Ｅ４の長さに応じた時間がかかる。また、発振器２が弾性波を出力してから、基準ワークＥ４の他端面で反射波が発生するまでにも、基準ワークＥ３，Ｅ４の長さに応じた時間がかかる。したがって、発振器２が弾性波を出力してから、振動検出センサ４が反射波を検出するまでには、タイムラグが発生することとなる。

図４は、振動検出センサ４の出力信号値から得られた波形パターンを示す図である。図４に示す波形パターンは、出力信号値を時系列に並べることで得られる。図４に示す波形パターンのうち、波形パターン２０は、基準ワークＥ３，Ｅ４を隙間なく当接させたときのものである。なお、図４では、発振器２が弾性波を出力した時刻を時刻ゼロとしている。波形パターン２０によれば、時刻ゼロからある程度の時間が経ったのち、出力信号値に目立った変化が生じている。この変化は反射波によるものであって、変化が生じるまでに時間がかかっているのは上述した理由による。また、反射波は基準ワークＥ３，Ｅ４を進行するにつれて減衰するため、出力信号値の変化は比較的小さなものとなっている。

異常検知装置６の判断部１２には、振動検出センサ４から出力信号が常時送られる。判断部１２は、発振器２が弾性波を出力した時刻を時刻ゼロとして、出力信号値の累積二乗和の算出を開始する（ステップＳ５）。より具体的には、時刻ゼロに振動検出センサ４から受け取った出力信号値を二乗して、これを時刻ゼロにおける累積二乗和とする。時刻ｔｘに振動検出センサ４から出力信号値を受け取ると、この出力信号値を二乗して得られた値と、時刻ゼロから時刻ｔｘまでに受け取った各出力信号値を二乗して得られた値とを加算して、これを時刻ｔｘにおける累積二乗和とする。

また判断部１２は、累積二乗和の算出と平行して、かかる算出結果から波形パターンを生成する。この波形パターンは、累積二乗和を時系列に並べることによって得られる。図５は、累積二乗和から得た波形パターンを示す図である。図５に示す波形パターンのうち、波形パターン２４は、基準ワークＥ３，Ｅ４を隙間なく当接させたときのものである。

異常検知装置６の判断部１２は、時刻ｔ１になると、累積二乗和の算出および波形パターンの生成を終了する。そして、時刻ゼロ〜時刻ｔ１の累積二乗和を基準値として採用する（ステップＳ６）。なお、時刻ｔ１は、出力信号に変化が殆ど見られなくなる時刻である。判断部１２は、基準値を異常検知装置６の図示しない格納手段に格納する。また、判断部１２は、生成した波形パターンを、基準パターンとして異常検知装置６の格納手段に格納する。以上のステップを経て、基準値決定工程が終了する。

次に、ワークＥ１，Ｅ２の摩擦圧接工程を実行する。図６は、ワークＥ１，Ｅ２の摩擦圧接工程を示すフローチャートである。

まず、ワークＥ１，Ｅ２を用意する。用意したワークＥ１とワークＥ２とを、それぞれの一端面が対向するようにセットする。セット後、ワークＥ１を位置固定し（ステップＳ１１）、ワークＥ１に近づく方向にワークＥ２を移動させる（ステップＳ１２）。移動により、ワークＥ１の一端面とワークＥ２の一端面とが当接する（ステップＳ１３）。ワークＥ１の他端面には、発振器２および振動検出センサ４が取り付けられる。

ワークＥ１，Ｅ２が当接すると、発振器制御部１０の制御により、発振器２がワークＥ１内に向けて弾性波を出力する（ステップＳ１４）。

ここで、ワークＥ１の一端面とワークＥ２の一端面とが一部のみ当接している場合について説明する。図３（ｂ）は、発振器２から出力された弾性波の進行方向を説明するための図であって、ワークＥ１の一端面とワークＥ２の一端面とが一部のみ当接している場合を示す。この場合、発振器２から出力された弾性波は（矢印Ｂ４）、ワークＥ１内を伝搬してワークＥ１の一端面に到達する。弾性波のうち、一部はワークＥ１，Ｅ２の当接部分１８を介してワークＥ２内に到達し（矢印Ｂ５）、その他は当接部分１８を除くワークＥ１の一端面で反射される（矢印Ｂ６）。この反射波は、ワークＥ１内を伝搬して、振動検出センサ４が設置されたワークＥ１の他端面に到達する。

一方、ワークＥ２内に到達した弾性波は、ワークＥ２内を伝搬して、ワークＥ２の他端面にぶつかる。そして、ワークＥ２の他端面にて反射される（矢印Ｂ７）。かかる反射波は、ワークＥ２内からワークＥ１内に伝搬し、振動検出センサ４にて検出される（振動検出工程）。

ワークＥ１の一端面で生じた反射波は、ワークＥ２の他端面で生じた反射波と比べて、早い時間に発生し、また伝搬距離が短い。そのため、ワークＥ１の一端面で生じた反射波は、ワークＥ２の他端面で生じた反射波よりも先に振動検出センサ４にて検出される。また、ワークＥ１の一端面で生じた反射波は、ワークＥ２の他端面で生じた反射波と比べて、減衰が少ない。

図４に示す波形パターン２２は、振動検出センサ４の出力信号値から得られた波形パターンであって、ワークＥ１，Ｅ２が一部のみ当接している場合のものである。波形パターン２２では、時刻ゼロから比較的短い時間で、出力信号値に目立った変化が生じている。上述したように、ワークＥ１で生じた反射波は、ワークＥ２で生じた反射波よりも先に振動検出センサ４にて検出され、減衰が少ないことから、かかる波形パターン２２の変化は、ワークＥ１の一端面で生じた反射波によるものといえる。

図６に示すフローチャートの説明に戻る。異常検知装置６の判断部１２は、振動検出センサ４から出力された出力信号に基づいて、累積二乗和を算出する（ステップＳ１５）。判断部１２は、発振器２が弾性波を出力したタイミングで累積二乗和の算出を開始する。また、発振器２が弾性波を出力した時刻を時刻ゼロとする。

判断部１２は、累積二乗和の算出と平行して、かかる算出結果から波形パターンを生成する。この波形パターンは、累積二乗和を時系列に並べることで得られる。図５は、累積二乗和から得た波形パターンを示す図である。図５に示す波形パターン２６は、ワークＥ１，Ｅ２が図３（ｂ）に示す状態、すなわちワークＥ１，Ｅ２間に一部隙間があるときのものである。図５に示す波形パターン２４，２６からわかるように、ワークＥ１，Ｅ２間に隙間がある時とない時とでは、累積二乗和および波形パターンの形状が異なっている。

判断部１２は、時刻ｔ２になると、時刻ｔ２における累積二乗和と基準値とを比較し（ステップＳ１６）、更に、生成した波形パターンと基準パターンとを公知の波形解析手法を用いて比較する。そして比較結果から、ワークＥ１の一端面とワークＥ２の一端面との間に隙間があるか否かを判断する（判断工程、ステップＳ１７）。なお、時刻ｔ２は、時刻ゼロと先述した時刻ｔ１との間に位置する時刻であり、より正確な判断を行うという観点からすれば、できるだけ時刻ｔ１に近いほうが好ましい。判断部１２は、判断結果を結果出力部１４に送る。

結果出力部１４は、判断部１２の判断結果を制御装置に送る。判断結果が、ワークＥ１とワークＥ２との間に隙間がないことを示す場合には、制御装置の指示により移動部や回転部は動作を続行する（ステップＳ１８）。そのためワークＥ２が回転し、ワークＥ１とワークＥ２とが摩擦圧接される。判断結果が、ワークＥ１とワークＥ２との間に隙間量があることを示す場合には、制御装置の指示により、移動部や回転部は動作を中断する（ステップＳ１９）。以上のステップを経て、ワークＥ１，Ｅ２の摩擦圧接工程が終了する。

以上説明したように、第1実施形態にかかる摩擦圧接方法では、ワークＥ１の一端面とワークＥ２の一端面とが当接した状態で、ワークＥ１に対して発振器２から弾性波を付与する。これに応じてワークＥ１内に生じた弾性波に基づいて、ワークＥ１，Ｅ２間の隙間量が正常か否か（ワークＥ１，Ｅ２間に隙間があるか否か）を判断する。このような手法によれば、隙間の存在を外部からの視認によって判断する場合とは異なり、隙間が外部に露出していない場合であっても隙間を検出することができ、その結果、隙間量が正常か否かを正確に判断することが可能となる。

隙間量が正常か否かの判断に際しては、時系列に沿って出力信号の累積二乗和を算出し、この値と予め設定した基準値とを比較する。このように、判断に累積二乗和を用いるので、隙間量の異常をより正確に判断することができる。

基準値としては、予め取得された、ワーク間に隙間がない場合の出力信号の累積二乗和を用いる。この場合、ワーク間に隙間量が正常な場合の累積二乗和と比較することになるので、隙間量が正常か否かをいっそう正確に判断することができる。

また、隙間量が正常か否かの判断に際しては、累積二乗和を時系列に並べて波形パターンを生成し、この波形パターンと予め設定した基準パターンとを比較する。このようにパターン比較を行うことにより、ワークＥ１，Ｅ２間の隙間量に関する誤判断をより確実に抑止できる。また、隙間量が正常な時と正常ではない時との違いや隙間の程度を視覚的に把握することができる。

また、発振器２として、超音波領域（数１０ｋＨｚ〜数ｋＨｚ）の周波数成分を有する弾性波を出力するものを用いる。この場合、安定した周波数の弾性波をワークＥ１に付与することが可能となるので、ワークＥ１，Ｅ２間の隙間量が正常か否かを精度良く判断できる。

また、発振器２及び振動検出センサ４の位置に関しては、これらを共にワークＥ１の他端面に配する。発振器２及び振動検出センサ４を同じ面に置くことで、発振器２からの弾性波に応じてワークＥ１，Ｅ２で発生した反射波を、振動検出センサ４で検出することができる。反射波は、隙間がある場合と隙間がない場合とで、振動検出センサ４に到達するタイミング等が異なる。そのため、隙間量が正常か否かの判断を確実に判断することが可能となる。
（第２実施形態）

続いて、本発明の第２実施形態に係る摩擦圧接方法について説明する。第２実施形態に係る摩擦圧接方法は、第１実施形態に係る摩擦圧接方法と同様に、摩擦圧接システム１を用いることで実現される。

第１実施形態に係る摩擦圧接方法は、検出するワークＥ１，Ｅ２が当接した状態でワークＥ１に対して発振器２から弾性波を付与し、これに応じてワークＥ１内に生じた弾性波の強度に基づいて、隙間量が正常か否かの判断を判断した。これに対して本第２実施形態に係る摩擦圧接方法では、ワークＥ１とワークＥ２とを当接させた時にワークＥ１内に生じた弾性波の強度に基づいて、ワークＥ１，Ｅ２間の隙間量が正常か否かを判断する。なお本実施形態において、隙間量が正常とは、ワークＥ１の一端面とワークＥ２の一端面との間に隙間が無いことをいう。

本方法は、第１実施形態に係る摩擦圧接方法と同様に、基準値決定工程と、ワークＥ１，Ｅ２の摩擦圧接工程と、を含む。図７は、基準値決定工程を示すフローチャートである。

まず、基準ワークＥ３，Ｅ４を用意する。用意した基準ワークＥ３と基準ワークＥ４とを、それぞれの一端面が対向するようにセットする。このとき、基準ワークＥ３と基準ワークＥ４とは非接触となっている。セット後、基準ワークＥ３を位置固定し（ステップＳ２１）、基準ワークＥ３に近づく方向に基準ワークＥ４を移動させる（ステップＳ２２）。基準ワークＥ３の他端面には、発振器２および振動検出センサ４が取り付けられる。

基準ワークＥ４の移動により基準ワークＥ４の一端面と基準ワークＥ３の一端面とが当接すると（ステップＳ２３）、これによる衝撃で、比較的大きな強度を有する弾性波が基準ワークＥ３内に生じる。基準ワークＥ３内に生じた弾性波は、振動検出センサ４にて検出される。これにより、振動検出センサ４が出力する出力信号の値が大きく変化することとなる。

異常検知装置６の判断部１２には、振動検出センサ４から出力信号が常時送られる。判断部１２は、出力信号の値が大きく変化すると、これをトリガとして出力信号値の累積二乗和の算出を開始する（ステップＳ２４）。判断部１２は、累積二乗和の算出開始時刻を、時刻ゼロとして認識する。累積二乗和の算出と平行して、判断部１２は、累積二乗和を時系列に並べることにより波形パターンの生成を開始する。異常検知装置６の判断部１２は、時刻ｔ３になると、累積二乗和の算出および波形パターンの生成を終了する。なお、本実施形態では、出力信号値の変化をトリガとしたが、基準ワークＥ４の移動開始をトリガとしてもよい。また、時刻ｔ３は、出力信号に変化が殆ど見られなくなる時刻である。

基準ワークＥ３の一端面と基準ワークＥ４の一端面とが隙間なく当接したときの累積二乗和を得るべく、場合によっては複数の基準ワークＥ３，Ｅ４を用意し、ステップＳ１〜Ｓ３を実行する。そして、基準ワークＥ３，Ｅ４が隙間なく当接したときの、時刻ゼロ〜時刻ｔ３の累積二乗和を、基準値として採用する（ステップＳ２５）。判断部１２は、基準値を異常検知装置６の図示しない格納手段に格納する。また、累積二乗和から得た波形パターンも、基準パターンとして異常検知装置６の格納手段に格納する。以上のステップを経て、基準値の決定工程が終了する。

次に、ワークＥ１，Ｅ２の摩擦圧接工程を実行する。図８は、ワークＥ１，Ｅ２の摩擦圧接工程を示すフローチャートである。

まず、ワークＥ１，Ｅ２を用意する。用意したワークＥ１とワークＥ２とを、それぞれの一端面が対向するようにセットする。セット後、ワークＥ１を位置固定し（ステップＳ３１）、ワークＥ１に近づく方向にワークＥ２を移動させる（ステップＳ３２）。ワークＥ１の他端面には、発振器２および振動検出センサ４が取り付けられる。

移動したワークＥ２の一端面とワークＥ１の一端面とが当接すると（ステップＳ３３）、比較的大きな強度を有する弾性波が振動検出センサ４にて検出される。そのため、振動検出センサ４によって出力される出力信号の値が、大きく変化する。異常検知装置６の判断部１２は、出力信号の値が大きく変化すると、これをトリガとして出力信号値の累積二乗和の算出を開始する（ステップＳ３４）。判断部１２は、累積二乗和の算出開始時刻を時刻ゼロとして認識する。また判断部１２は、累積二乗和の算出と平行して、波形パターンの生成を開始する。波形パターンは、累積二乗和を時系列に並べることで生成される。

判断部１２は、時刻ｔ４になると、時刻ｔ４における累積二乗和と基準値とを比較し（ステップＳ３５）、更に、生成した波形パターンと基準パターンとを比較する。そして比較結果から、ワークＥ１の一端面とワークＥ２の一端面との間に隙間があるか否かを判断する（ステップＳ３６）。なお、時刻ｔ４は、時刻ゼロと先述した時刻ｔ３との間に位置する時刻であり、より正確な判断を行うという観点からすれば、できるだけ時刻ｔ３に近いほうが好ましい。判断部１２は、判断結果を結果出力部１４に送る。

結果出力部１４は、判断部１２の判断結果を図示しない制御装置に出力する。制御装置は、受け取った判断結果が、ワークＥ１とワークＥ２との間に隙間がないことを示す場合には、移動部や回転部の動作を続行させる（ステップＳ３７）。これによりワークＥ２が回転し、ワークＥ１とワークＥ２とが摩擦圧接される。制御装置は、受け取った判断結果が、ワークＥ１とワークＥ２との間に隙間があることを示す場合には、動作を中断するよう、移動部や回転部に対して指示を送る。これにより、処理が中断される（ステップＳ３８）。

以上のステップを経て、ワークＥ１，Ｅ２の摩擦圧接工程が終了する。

以上説明したように、第２実施形態にかかる摩擦圧接方法では、ワークＥ１の一端面とワークＥ２の一端面とを当接させた時にワークＥ１内に生じた弾性波を検出し、この弾性波に基づいて、ワークＥ１，Ｅ２間の隙間量が正常か否か（ワークＥ１，Ｅ２間に隙間があるか否か）を判断する。このような摩擦圧接方法においても、第１実施形態と同様に、ワークＥ１，Ｅ２間の隙間量が正常か否かを判断することが可能となる。
（第３実施形態）

続いて、本発明の第３実施形態に係る摩擦圧接方法について説明する。第３実施形態に係る摩擦圧接方法は、第１及び第２実施形態に係る摩擦圧接方法と同様に、摩擦圧接システム１を用いることで実現される。

第１実施形態に係る摩擦圧接方法は、検出するワークＥ１，Ｅ２が当接した状態でワークＥ１に対して発振器２から弾性波を付与し、これに応じてワークＥ１内に生じた弾性波の強度に基づいて、ワークＥ１，Ｅ２間の隙間量が正常か否かを判断した。これに対して本第３実施形態に係る摩擦圧接方法では、ワークＥ１とワークＥ２とを摩擦圧接している時にワークＥ１内に生じた弾性波の強度に基づいて、ワークＥ１，Ｅ２間の隙間量が正常か否かを判断する。なお本実施形態において、隙間量が正常とは、ワークＥ１の一端面とワークＥ２の一端面との間に隙間が無いことをいう。

本方法は、第１実施形態に係る摩擦圧接方法と同様に、基準値決定工程と、ワークＥ１，Ｅ２の摩擦圧接工程と、を含む。図９は、基準値決定工程を示すフローチャートである。

まず、基準ワークＥ３，Ｅ４を用意する。用意した基準ワークＥ３と基準ワークＥ４とを、それぞれの一端面が対向するようにセットする。このとき、基準ワークＥ３と基準ワークＥ４とは非接触となっている。セット後、基準ワークＥ３を位置固定し（ステップＳ４１）、基準ワークＥ３に近づく方向に基準ワークＥ４を移動させる（ステップＳ４２）。基準ワークＥ４の移動により、基準ワークＥ４の一端面と基準ワークＥ３の一端面とが当接する（ステップＳ４３）。基準ワークＥ３の一端面と基準ワークＥ４の一端面とは、隙間なく当接するものとする。なお、基準ワークＥ３の他端面には、発振器２および振動検出センサ４が取り付けられる。

基準ワークＥ３，Ｅ４の当接後、制御装置の指示に応じて、回転部が基準ワークＥ４を回転させる。これにより、基準ワークＥ３，Ｅ４の摩擦圧接が開始される（ステップＳ４４）。また、基準ワークＥ４が回転すると、比較的大きな強度を有する弾性波が基準ワークＥ３内に発生し、これが振動検出センサ４にて検出される。そのため、振動検出センサ４によって出力される出力信号の値が、大きく変化する。異常検知装置６の判断部１２は、出力信号の値が大きく変化すると、これをトリガとして出力信号値の累積二乗和の算出を開始する（ステップＳ４５）。判断部１２は、累積二乗和の算出開始時刻を時刻ゼロとして認識する。累積二乗和の算出と平行して、判断部１２は、累積二乗和を時系列に並べることにより波形パターンの生成を開始する。

異常検知装置６の判断部１２は、時刻ｔ５になると、累積二乗和の算出および波形パターンの生成を終了する。そして、時刻ゼロ〜時刻ｔ５の累積二乗和を基準値として採用する（ステップＳ４６）。なお、時刻ｔ５は、基準ワークＥ４の回転が終了し、出力信号に変化が殆ど見られなくなる時刻である。判断部１２は、基準値を異常検知装置６の図示しない格納手段に格納する。また、判断部１２は、生成した波形パターンを、基準パターンとして異常検知装置６の格納手段に格納する。以上のステップを経て、基準値の決定工程が終了する。

次に、ワークＥ１，Ｅ２の摩擦圧接工程を実行する。図１０は、ワークＥ１，Ｅ２の摩擦圧接工程を示すフローチャートである。

まず、ワークＥ１，Ｅ２を用意する。用意したワークＥ１とワークＥ２とを、それぞれの一端面が対向するようにセットする。セット後、ワークＥ１を位置固定し（ステップＳ５１）、ワークＥ１に近づく方向にワークＥ２を移動させる（ステップＳ５２）。移動により、ワークＥ１の一端面とワークＥ２の一端面とが当接する（ステップＳ５３）。ワークＥ１の他端面には、発振器２および振動検出センサ４が取り付けられる。

ワークＥ１，Ｅ２の当接後、制御装置の指示に応じて、回転部が基準ワークＥ４を回転させる。ワークＥ２の回転により、ワークＥ１，Ｅ２の摩擦圧接が開始される（ステップＳ５４）。また、ワークＥ２が回転すると、比較的大きな強度を有する弾性波が発生し、これがワークＥ１内を伝搬する。そのため、振動検出センサ４によって出力される出力信号の値が、大きく変化する。

異常検知装置６の判断部１２は、出力信号の値が大きく変化すると、これをトリガとして出力信号値の累積二乗和の算出を開始する（ステップＳ５５）。判断部１２は、累積二乗和の算出開始時刻を時刻ゼロとして認識する。累積二乗和の算出と平行して、判断部１２は、累積二乗和を時系列に並べることにより波形パターンの生成を開始する。

判断部１２は、所定の時間間隔で、算出した累積二乗和と基準値とを比較し（ステップＳ５６）、更に、生成した波形パターンと基準パターンとを比較する。そして比較結果から、ワークＥ１の一端面とワークＥ２の一端面との間に隙間があるか否かを判定する（ステップＳ５７）。判断部１２は、判断結果を結果出力部１４に送る。

結果出力部１４は、判断部１２の判断結果を図示しない制御装置に出力する。制御装置は、受け取った判断結果が、ワークＥ１とワークＥ２との間に隙間がないことを示す場合には、移動部や回転部の動作を続行させる（ステップＳ５８）。これによりワークＥ２が引き続き回転し、ワークＥ１，Ｅ２の摩擦圧接が進められる。制御装置は、受け取った判断結果が、ワークＥ１とワークＥ２との間に隙間があることを示す場合には、動作を中断するよう、移動部や回転部に対して指示を送る。これにより、回転部によるワークＥ２の回転が停止し、処理が中断される（ステップＳ５９）。

以上のステップを経て、ワークＥ１，Ｅ２の摩擦圧接工程が終了する。

以上説明したように、第３実施形態にかかる摩擦圧接方法では、ワークＥ１，Ｅ２を摩擦圧接している時にワークＥ１内に生じた弾性波の強度に基づいて、ワークＥ１，Ｅ２間の隙間量が正常か否か（ワークＥ１，Ｅ２間に隙間があるか否か）を判断する。このような摩擦圧接方法においても、第１実施形態と同様に、ワークＥ１，Ｅ２間の隙間量が正常か否かを判断することが可能となる。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されることなく、種々の変形が可能である。

例えば、第１実施形態では、発振器２及び振動検出センサ４を共にワークＥ１の他端面に配するとしたが、振動検出センサ４をワークＥ１の他端面に配し、発振器２をワークＥ２の他端面に配するとしてもよい。ワークＥ２の発振器２から出力された弾性波は、ワークＥ１，Ｅ２間に隙間がある場合には、一部のみがワークＥ２を通過してワークＥ１に到達することになる。そのため、ワークＥ１，Ｅ２間に隙間がある時とない時とで、振動検出センサ４が検出する弾性波の強度が異なり、その結果、出力信号値も異なることとなる。よって、発振器２及び振動検出センサ４を上述した位置に配置した場合にも、ワークＥ１，Ｅ２間の隙間量が正常か否かを判断することが可能となる。

また、第１〜第３実施形態では、ワークＥ１，Ｅ２について算出された累積二乗和と基準値とを比較し、更にワークＥ１，Ｅ２について生成された波形パターンと基準パターンとを比較するとした。これを、ワークＥ１，Ｅ２について算出された累積二乗和と基準値との比較のみを行うとしてもよい。ただし、ワークＥ１，Ｅ２間の隙間量の異常をより正確に判断する、という観点からすれば、第１〜第３実施形態のようにすることが好ましい。

また、第１〜第３実施形態では、隙間量が正常とは、ワークＥ１の一端面とワークＥ２の一端面との間に隙間が無い状態を指すとした。これを、隙間量が正常とは、ワークＥ１の一端面とワークＥ２の一端面との間に所定量以下の隙間がある状態を指すとしてもよい。この場合、基準値及び基準パターンを取得する際に、基準ワークＥ３の一端面と基準ワークＥ４の一端面との間に上述した所定量の隙間をあけるようにする。

また、第１〜第３実施形態では、振動検出センサとしてＡＥセンサを用いるとしたが、振動検出センサはこれに限られない。

第１実施形態に係る摩擦圧接方法を実現する摩擦圧接システムを示す構成図である。 第１実施形態に係る基準値決定工程を示すフローチャートである。 発振器から出力された弾性波の進行方向を説明するための図である。 振動検出センサの出力信号値から得られた波形パターンを示す図である。 累積二乗和から得た波形パターンを示す図である。 第１実施形態に係る摩擦圧接工程を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る基準値決定工程を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る摩擦圧接工程を示すフローチャートである。 第３実施形態に係る基準値決定工程を示すフローチャートである。 第３実施形態に係る摩擦圧接工程を示すフローチャートである。

符号の説明

１…摩擦圧接システム、２…発振器、４…振動検出センサ、６…異常検知装置、１０…発振器制御部、１２…判断部、１４…結果出力部、１８…当接部分、２０，２２，２４，２６…波形パターン、Ｅ１，Ｅ２…ワーク、Ｅ３，Ｅ４…基準ワーク。

Claims (7)

1. 第１の被加工物と、当該第１の被加工物と摩擦圧接される第２の被加工物との当接状態を監視する監視工程を有する摩擦圧接方法であって、
   前記監視工程では、
   前記第１の被加工物の当接予定面と前記第２の被加工物の当接予定面とを当接させた時に前記第１の被加工物内に生じた振動を、前記第１の被加工物に取り付けられた振動検出手段によって検出する振動検出工程と、
   前記振動検出工程にて検出された振動に基づいて、前記第１の被加工物の当接予定面と前記第２の被加工物の当接予定面との間の隙間量が正常か否かを判断する判断工程と、
   を含み、
   前記判断工程では、前記振動検出工程にて検出された振動の強度を時系列に沿って累積し、当該累積した値と予め取得した基準値とを比較することによって、前記第１の被加工物の当接予定面と前記第２の被加工物の当接予定面との間の隙間量が正常か否かを判断することを特徴とする摩擦圧接方法。
2. 第１の被加工物と、当該第１の被加工物と摩擦圧接される第２の被加工物との当接状態を監視する監視工程を有する摩擦圧接方法であって、
   前記監視工程では、
   前記第１の被加工物の当接予定面と前記第２の被加工物の当接予定面とを当接させた状態で前記第１の被加工物と前記第２の被加工物とを摩擦圧接している時に前記第１の被加工物内に生じた振動を、前記第１の被加工物に取り付けられた振動検出手段によって検出する振動検出工程と、
   前記振動検出工程にて検出された振動に基づいて、前記第１の被加工物の当接予定面と前記第２の被加工物の当接予定面との間の隙間量が正常か否かを判断する判断工程と、
   を含み、
   前記判断工程では、前記振動検出工程にて検出された振動の強度を時系列に沿って累積し、当該累積した値と予め取得した基準値とを比較することによって、前記第１の被加工物の当接予定面と前記第２の被加工物の当接予定面との間の隙間量が正常か否かを判断することを特徴とする摩擦圧接方法。
3. 第１の被加工物と、当該第１の被加工物と摩擦圧接される第２の被加工物との当接状態を監視する監視工程を有する摩擦圧接方法であって、
   前記監視工程では、
   前記第１の被加工物の当接予定面と前記第２の被加工物の当接予定面とを当接させた状態で、前記第１及び第２の被加工物に対して振動発生手段から振動を付与した時に前記第１の被加工物内に生じた振動を、前記第１の被加工物に取り付けられた振動検出手段によって検出する振動検出工程と、
   前記振動検出工程にて検出された振動に基づいて、前記第１の被加工物の当接予定面と前記第２の被加工物の当接予定面との間の隙間量が正常か否かを判断する判断工程と、
   を含み、
   前記判断工程では、前記振動検出工程にて検出された振動の強度を時系列に沿って累積し、当該累積した値と予め取得した基準値とを比較することによって、前記第１の被加工物の当接予定面と前記第２の被加工物の当接予定面との間の隙間量が正常か否かを判断することを特徴とする摩擦圧接方法。
4. 前記振動発生手段として所定周波数の弾性波を発生可能な発振器を用いることを特徴とする請求項３に記載の摩擦圧接方法。
5. 前記第１の被加工物のうち前記当接予定面とは反対側の面に、前記振動発生手段および前記振動検出手段を配置することを特徴とする請求項３又は４に記載の摩擦圧接方法。
6. 前記基準値とは、前記第１の被加工物の当接予定面と前記第２の被加工物の当接予定面との間の隙間量が正常な場合に前記振動検出工程にて検出された振動の強度を、時系列に沿って累積した値であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の摩擦圧接方法。
7. 前記第１の被加工物を位置固定して前記第２の被加工物を回転させることにより摩擦圧接を行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の摩擦圧接方法。
   

Images