JPH09155477A - 塑性流動結合方法及び塑性流動結合強度の検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】塑性流動により結合加工しながら、加工中に非
破壊で結合力も測定し評価できる塑性流動結合方法を提
案する。 【解決手段】被結合材を加圧するラムとこのラムを駆動
する駆動手段を具備した塑性流動結合装置により、対向
する結合面を有する第１の部材と第２の部材とを結合す
る塑性流動結合方法において、第１の部材の結合面と、
第２の部材の結合面のそれぞれ相対向する箇所に１個以
上の凹部もしくは１対以上の凹部と凸部を設け、凹部も
しくは凹凸部に塑性変形する材料から成る結合部材を挿
入し、ラムを移動させて結合部材を加圧することによ
り、結合部材を凹部もしくは凹凸部内で塑性変形させて
前記の部材と第２の部材を結合するとともに、ラムの移
動量ほΔＤとラムに作用する力Ｆｚを基に塑性変形によ
る結合強度Ｆｃを演算し、結合強度の適否の判定を行
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、塑性流動を用いた
２部材の結合方法、及び被結合材の結合強度の検査装置
に係わる。特に、結合過程で全数の結合強度の検査が可
能な結合方法及び検査装置、及び塑性流動法を用いてす
でに生成された加工物の結合強度について非破壊の検査
が可能な検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の平板等の２個の部材を結合する方
法として、結合する平板の端部の全周或いは数点で溶接
する溶接、第１の平板にボルトを通す座グリ穴と突き抜
け穴を設け、第２の平板にネジ穴を通しボルトによって
結合するボルト結合、ボルトの代わりにリベットを用い
るリベット締め、両結合面ロウ材をいれ加熱することで
結合するロウ付け、第１の平板自体の中心をボルト状に
加工しねじり込むねじ込み締め、第１の平板と第２の平
板の結合部を凹凸状の形状にし加熱して組み合わせるこ
とで結合する焼きばめ等がある。

【０００３】また塑性流動結合法として、結合部材また
は被結合材自体をポンチ等で加圧する方法が知られてい
る。たとえば特公昭６２−５２６４７号公報に記載のよ
うに、第１の平板と第２の平板の相対する位置に貫通穴
を設け、貫通穴の端部に座グリ部を設け、さらにその座
グリ部に円周溝を設け、結合材をポンチ等治具で加圧す
ることにより円周溝に結合材を流し込み、平板を結合す
るものである。

【０００４】塑性流動結合による他の結合方法として、
特開平７−１５８７５５号公報に記載された方法も知ら
れている。この方法は、孔を有する２つの部材を、孔を
一致させて孔の軸方向に並べて結合する方法であり、２
つの部材の各孔の対向部に凹所を形成し、この凹所にリ
ング部材を配置し、２つの部材に押し付け力を加えてリ
ング部材に塑性変形を起こし、リング部材を介して２つ
の部材を結合するものである。

【０００５】一方、従来の塑性加工における被加工物の
状態を測定する方法としては、例えば特開平３−２９７
６０００号公報に記載のように、プレスの際に被加工物
にラムを接触させ、その弾性圧縮状態まで予圧を加え、
下死点までのラムの移動量を変形量とし、この変形量を
被加工物の加工状態として評価していた。

【０００６】また従来の塑性流動結合法の結合強度を評
価する方法は、実際に引き抜きあるいはねじり試験を行
い、その破壊した強度を測定していた。この方法では新
しい方法，構造や、プレス条件の変更などの場合、その
塑性流動結合を用いて結合した部材間の結合強度はいち
いち引き抜きあるいはねじり試験機にかけその強度を測
定しなければならない。

【０００７】図１５は引き抜き試験の例を示した例であ
り、図中５１は装置本体でこの本体５１に加圧部５２、
及び加圧部５２に推力を供給する油圧モータ５３と油圧
モータの動力により回転し加圧部を上下に駆動する駆動
ネジ５４とガイド５８、加圧部５２の力を検出するロー
ドセル５５とこれをコントロールする制御部５６からな
り、本体５１上においた結合部品９を治具５７を用いて
荷重を加え、破断する事によって結合力を検出する。部
品が変更されれば治具５７、加圧部５２を変更すること
で対応できる場合もあるが、装置本体の改造、変更が必
要となる場合もある。

【０００８】塑性流動結合では結合方法によっては数ト
ンの結合力を持つことがあり、装置は大がかりな物が必
要となる。さらに結合強度を増すためにこの結合を並列
で行っている結合方法もあり、例えば図１６のような結
合部品では、被結合部６１と６２を５個の結合用部材ロ
ッド６３で結合しているため、結合力は１本の塑性流動
結合の５倍となり、５倍以上大きな推力を持った装置が
必要となる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の特開平
３−２９７６０００号記載の測定方法では、被結合材
（素材）の寸法誤差に対して配慮がなされていない。こ
れは塑性流動結合の結合強度管理に関しても全く同じこ
とがいえる。塑性流動結合では図１６の様に複数個の結
合を同時に行うこともあり、この場合ラムの軸に対し垂
直方向の寸法のばらつきだけでなく軸方向の寸法誤差も
大きな問題となり、従来技術でのラム移動距離管理では
結合強度を管理できない。さらには定量的に結合力を把
握できず、結合力を知るためには結局破壊試験を行わな
くてはならない。

【００１０】また塑性流動結合による結合強度を測定す
る上記従来技術では、破壊検査以外にその結合強度を測
定できない。この破壊検査用の試験装置ではそれぞれの
形状、結合力に合わせた専用の治具、装置が必要となり
そのため試験治具、或いは試験装置そのものを製作、開
発する必要となる。そのため検査までの時間、装置開発
のコストが大きくなる問題点があった。また破壊試験で
あるために全品検査を行う事はできずまた高価な加工物
ではたとえ１品の引き抜き検査であっても破壊試験を行
うことはコスト的、また効率の点からも問題があった。
さらに加工時に強度を把握できないため、上記の検査工
程を別途行わなければならないため生産効率が悪くなる
不具合点があった。

【００１１】上記課題に鑑み、本発明の目的は、塑性流
動により結合加工しながら、加工中に非破壊で結合力も
測定し評価できる塑性流動結合方法を提案することにあ
る。

【００１２】本発明の他の目的は、塑性流動により結合
加工しながら、加工中に非破壊で結合力も測定し評価で
きる塑性流動結合強度の検査装置を提案することにあ
る。

【００１３】本発明の他の目的は、塑性流動により結合
された部材の結合力を非破壊で測定できる、加工物の非
破壊検査装置を提案することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的は、被結合材を
加圧するラムと該ラムを駆動する駆動手段を具備した塑
性流動結合装置により、対向する結合面を有する第１の
部材と第２の部材とを結合する塑性流動結合方法におい
て、前記第１の部材の結合面と、前記第２の部材の結合
面のそれぞれ相対向する箇所に１個以上の凹部もしくは
１対以上の凹部と凸部を設け、該凹部もしくは凹凸部に
塑性変形する材料から成る結合部材を挿入し、前記ラム
を移動させて前記結合部材を加圧することにより、該結
合部材を前記凹部もしくは凹凸部内で塑性変形させて前
記第１の部材と第２の部材を結合するとともに、前記ラ
ムの移動量と該ラムに作用する力を基に前記塑性変形に
よる結合強度を演算し、該結合強度の適否の判定を行う
ことで達成できる。

【００１５】上記他の目的は、被結合材を加圧するラム
とこのラムを駆動する駆動手段を具備し、前記被結合材
を塑性流動結合する加圧装置の強度検査装置において、
被結合材加圧時に前記ラムが被結合材から受ける力を検
出するラム力検出手段と、前記ラムの位置を検出し、該
検出位置から加圧時における前記ラムの移動量を検出す
るラム移動量検出手段と、前記ラムに作用する力と前記
ラムの移動量とを基に塑性流動結合の強度を演算し、該
結合強度の適否の判定を行う結合強度演算手段とを備え
たことで達成できる。

【００１６】塑性流動結合では、被結合部材と対抗する
被結合部材に設けられた結合部に結合部材を挿入し、結
合用部材を圧縮する。結合用部材は加圧を受けた方向に
沈み込み、同時に加圧を受けた方向に対し垂直方向に広
がる。結合部位に十分広がった結合部材はさらに加圧す
ることで結合部位の加圧力方向の垂直方向に施された溝
に流れ込み被結合部材どうしが結合される。

【００１７】結合強度と加圧力は１次の関数で近似でき
るため、最大加圧力が分かれば、結合力を求めることが
できる。

【００１８】なお、前記塑性変形による結合強度の演算
は、前記ラムの移動に伴う被結合材からの反力として前
記ラムに作用する力が予め定めた所定の値を越えたと
き、前記ラムの位置を基準位置として求め、この基準位
置と加圧終了時における前記ラムの位置から前記ラムの
移動量を求め、該ラムの移動量と、前記被結合部材の材
質及び結合部寸法、結合部分の材質及び形状、及び予め
与えられた加圧力と結合力との関係を表す関数により、
前記結合強度を求めることができる。

【００１９】結合用部材と被結合材の結合部位のクリア
ランスが大きい場合、結合部材が結合部位に充満するま
で小さな加圧力によって変形、沈み込むが溝内に充満し
た後は圧力を増加しなければ結合部位の軸方向に対し垂
直方向に施された溝に流れ込まない。材質、形状被結合
材の溝数溝形状が決まれば、結合強度は結合用部材の長
さ変化または加圧力による１次の関数で近似でき、また
クリアランスは沈み込み量のオフセットとなるため、加
圧終了時の力、或いは結合部位に結合部材が充満した時
の沈み込み量と加圧終了時沈み込み量の差、すなわち結
合部材の結合のための変形に用いたラムの変位量を測定
することで、結合強度を求めることができる。

【００２０】結合部材が結合部位に充満する沈み込み量
は、加圧力が沈み込み量に対し急激に増加を始める点で
あり、この位置は加圧機が予め設定した加圧力に達した
時の沈み込み量から所定の値を引いた値が結合開始位置
となり、ここから加圧終了までの沈み込み量と上記の関
数によって結合強度を求めることができる。

【００２１】結合部材がｎ個の場合は沈み込み量が１／
ｎとなり１個の場合と全く同じように結合力を求めるこ
とができる。

【００２２】さらに、上記他の目的は、被結合材を加圧
するラムとこのラムを駆動する駆動手段を具備し、前記
被結合材を塑性流動結合する加圧装置において、加圧時
の前記ラムの荷重を検出する荷重検出手段と、加圧時の
ラムの位置を検出するラム位置検出手段と、該ラムの位
置偏差と荷重偏差から結合部材の弾性限界を求め、該弾
性限界から結合時の加圧力を求め、該加圧力からすでに
塑性流動結合された前記被加工物の結合強度を演算する
結合強度演算手段とを備えたことで達成することができ
る。

【００２３】結合用部材は結合時に大きな加圧力を受け
るため塑性変形しているが、ここに再度付加をかけた場
合、結合時の最大加圧力までは弾性域となりそれ以降は
塑性域となるため、この変極点を検出することで最大加
圧力を推定でき、これからすでに塑性流動結合された前
記被加工物の結合力を演算することができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施例を図
１ないし図８によって説明する。図１は本発明の第１の
実施例になる塑性流動結合装置の正面図であり、支持台
１上に一対の被結合部材９を置き、ラム２によって加圧
する。ラムは支柱３のガイドと上部の支持台１に固定さ
れている加圧用シリンダ４によって支えられており、加
圧用シリンダ４に圧力が作用すると降下し、被結合部材
９を加圧し結合する。加圧終了後引き上げ用シリンダ５
によってラム２は元の位置まで戻される。加圧中にラム
２に作用する力は力検出器６によって、またラムの位置
は位置検出器７によって検出され、コントローラ８に送
られ、ここで結合力を演算する。

【００２５】なお、力検出器６は力センサでもよく、シ
リンダに作用する油圧の圧力を測定する圧力センサでも
構わない。また位置検出器７はシリンダのストロークを
測定するストロークセンサでもよく、回転型のガイドを
用いる場合はエンコーダ、ポテンショ等の回転を測定す
るセンサでも構わない。さらに本装置はラム２の上下に
それぞれ別々のシリンダを用いたが、１つのシリンダを
用いクランクを利用してラムを上下させる方法でも構わ
ない。

【００２６】コントローラ８のブロック図を図２に示
す。力検出器６及び位置検出器７から送られてきた信号
は、Ａ／Ｄ変換器８４を介してＣＰＵ８１に入力され
る。力デーダと位置データはＲＯＭ８３に記憶されてい
るプログラムの演算手順に従って処理され、塑性流動に
よる結合強度の演算、検査が行われる。演算及び検査の
結果はＲＡＭ８２に保存されるとともに、インターフェ
ースのＩ／Ｏ８５を介してＣＲＴ８６に出力される。Ｃ
ＰＵ８１、ＲＡＭ８２、ＲＯＭ８３、Ａ／Ｄ８４、Ｉ／
Ｏ８５はコントローラ上で共通バス８０によって接続さ
れている。

【００２７】このプログラムによる演算及び検査の手順
を、図３のフローチャート及び図４の被結合部材と結合
部材の変形を示す図により説明する。

【００２８】図４の（ａ）示すように、被結合部材９０
と９１にはそれぞれ座ぐり穴９０１、９１１を設け、さ
らに座ぐり穴９０１、９１１には円周溝９３を設けてい
る。座ぐり穴９０１1、９１１の径はｄｈであり、ここ
にｄｒの径を持つ結合部材９２を挿入している。

【００２９】まず加圧開始後、ステップ１で、ラムに作
用する荷重Ｆｚ検出する。図４に被結合部材と結合部材
の変形とラムに作用する荷重を示している。座ぐり穴の
径はｄｈであり、ここにｄｒの径を持つ結合部材を挿入
しているため、結合部材９２と被結合部材９０、９１と
の座ぐり穴とには片側についてΔＣの隙間ができる。こ
こで図４の（ｂ）に示すように、被結合部材９０、９１
をプレスで加圧すると結合部材９２はクリアランスによ
り生じた隙間に塑性変形する。

【００３０】図３のステップ２において、検出した力Ｆ
ｚを設定値Ｆｓと比較する。Ｆｓは予め実験で求めた値
を用いる。力Ｆｚが設定値Ｆｓを超えたらステップ３に
移り、そのラムの位置を測定しＰｓとして記憶する。

【００３１】プレスで被結合部材９０、９１を加圧しな
がら、ステップ４で加圧終了を判定し、加圧が終了した
場合には、ステップ５に移りラムの位置をＰｅとして記
憶する。このとき結合部材９２は、図４の（ｃ）の様に
変形し円周溝９３には応力に応じて結合部材９２の塑性
流動が生じ、被結合部材９１と９０が結合される。

【００３２】次にステップ６において、ステップ３で求
めたラムの位置Ｐｓとステップ５で求めたラムの位置Ｐ
ｅとの差Ｐｅ−Ｐｓから、結合部材が座ぐり穴に充満し
てから加圧が終わるまでのラムの変位ΔＤを求める。

【００３３】そして、この変位ΔＤを基にステップ７
で、結合力Ｆｃを演算で求める。さらに、ステップ８
で、結合力Ｆｃが所定の適正結合力Ｆｃs以上あるか否
かを判定し、ステップ９で、結合力の正常、異常を判定
する。

【００３４】次に図５を用いて、ステップ２の設定値Ｆ
ｓの決め方、及びステップ７の結合力Ｆｃの演算方法を
説明する。図５の実線の例は、図４に示したモデルの
プレス力とラム移動量、及び結合力の関係を示したもの
で、加圧力Ｐすなわちラムに作用する力を増加するとラ
ムの位置は（ａ）に示すようにＰｓまで大きな傾きで増
加し、その後増加の傾きは小さくなる。それぞれの関係
は１次関数で近似できる。図３のステップ２において設
定したＦｓは、この変曲点を予め実験により求めたもの
である。

【００３５】最大加圧力Ｆｅが作用したとき、ラムの位
置Ｐｅが得られる。図５の（ａ）におけるこのラム移動
量ｙと結合力Ｆｃの関係は、図５の（ｂ）に示す様に１
次近似できるため、ラムの位置から求めた移動量ｙを基
に結合力Ｆｃを演算することができる。

【００３６】実際の結合では、図４（ａ）に示すクリア
ランスΔＣがばらつくが、クリアランスがばらついた場
合図５の（ａ)、(ｂ）の特性は、図中の実線、細線
で示すようにオフセットを生じる。実線の例はクリア
ランスΔＣが大きく、細線はクリアランスΔＣが小さ
い場合である。

【００３７】オフセットの生じた状態で、移動距離ｙを
基に結合力Ｆｃを演算すれば結合力が大きくずれてく
る。そこで結合力Ｆｃが生じ始める力Ｆｓからプレス終
了時の力Ｆｅに対応するラム移動量ｙだけを基準に結合
力Ｆｃを演算すれば、クリアランスΔＣの大小により生
じるオフセットの誤差を排除し、定量的に結合力Ｆｃを
求めることができる。すなわち、図５の(ａ)、（ｂ）か
ら求めた(ｃ）により明らかなように、クリアランスΔ
Ｃの大小にかかわらず、結合力Ｆｃは加圧力Ｐだけに対
応して決まる。

【００３８】結合力Ｆｃは、リング材特性を（μm、τm、
Ｅm、νm）とし、リングと座ぐり穴のクリアランスを０と
したとき、以下の関係がある。 Ｆｃ＝２πｒσz{ｃ（Ｌ−ｎｌ）μm＋a₁nτm} ……(1) ただし、ｒ：結合リング外径 Ｌ：座ぐり深さ ｌ：円周溝開溝部長さ ｎ：溝数 σz：加圧応力｛プレス力Ｆ＝（ｒ₁−ｒ₂）²πσz｝ σr：リング半径方向応力 μm：リング、ブロック間摩擦係数 τm：リングの最大剪断応力 Ｅm：リングのヤング率 νm：リングポアソン比 ｂ ：摩擦流動した金属の剪断巾 ｃ，a₁:実験値 ラムの移動量ｙは、加圧応力 σz と以下の関係にあ
る。 ｙ＝ｇ（σz，Ｅm，νm）＝ａ₂（σz＋ａ₃ｄ） ……(2) ただし、ａ₂：Ｅm，νmによって決まる定数 ｄ ：リングと座ぐり穴のクリアランス ａ₃ :Ｅm，νmによって決まる定数 式(１)，(２)から、ラムの移動量ｙと結合力Ｆｃが一定
の関係に有ることが明らかである。この関係は、図５の
（ｂ）に示されている。

【００３９】以上の関係以外に、例えば、リングの肉厚
がパラメータになったときは結合強度に肉厚の影響項 f
(ｂ₁) が加わり、次式のようになる。 Ｆｃ＝２πｒσz{ｃ（Ｌ−ｎｌ）μm、＋(a₁n−f(ｂ₁))τm} ……(3) ただし、f（ｂ₁）はリング外径、肉厚と被結合材に作用
させた力、材料特性によってかわる関数である。

【００４０】図５の（ａ)、(ｂ）の関係は、結合部材材
質、結合部材直径が変化した場合は傾きと切片が変わり
溝形状、溝本数でも溝数に比例して傾きが変わり、これ
らの条件での関係を求めておく必要があるが、一般的に
製品を作るときは、上記の条件は一定になるため、この
条件を一定とし、加圧力とラムの移動量、ラムの移動量
と結合力の関係を実験から把握しておけばよい。

【００４１】次に第２の実施例について、図６のフロー
を用いて説明する。図５の(ｃ）の関係は(ａ)、（ｂ）
との関係から明らかなように、結合力Ｆｃは加圧力Ｐだ
けで決まることを示している。またクリアランスに差異
があった場合でも加圧力と結合力な関係にはほとんどオ
フセットが生じない。この方法を基に、図６の実施例
は、加圧力だけで結合力を演算するものである。まずス
テップ１で加圧が終了したかを判定する。加圧が終了し
たらステップ２においてラムの荷重Ｆｅを測定する。次
にステップでラムの荷重Ｆｅを基に結合力Ｆｃを演算す
る。

【００４２】この方法は、第１の実施例に比べてフロー
が簡単であるが、加圧終了時のラムの荷重を検出しなけ
ればならず、高剛性、広レンジ、高分解能、高精度のセ
ンサが必要になってくる。またクランク型の下死点の位
置を決めるようなプレス機では、結合部材の寸法が大き
過ぎる場合、非常に大きな力がセンサ、プレス機本体に
も作用するという問題はある。

【００４３】本発明による結合力の測定は、塑性流動結
合の加工中に、非破壊で行うことができる。

【００４４】図７、図８は、本発明の結合力測定方法で
結合力の適否を判定して得られた、塑性流動結合によ
る、２種類の材料から成る複合部材の例を示すものであ
る。被結合部材９０、９１は、溶接では接合できない、
鉄と銅の組み合わせになっている。また、複数の円柱状
の結合部材９２は、被結合部材９０、９１よりも塑性変
形し易い材料からなっている。第１の平板９０の材料は
例えば鉄製であり、第２の平板９１の材料は例えば銅、
アルミニウム、あるいはセラミックスである。第１の平
板９０と第２の平板９１の対向する結合平面に予め孔
（凹部９０１と凹部９１１）を設ける。第１の平板及び
第２の平板の孔内には、結合方向に対し垂直方向に円周
溝９３が施されている。この孔に塑性変形を起こす材料
から成る中空円筒（リング状）の結合部材９２を挿入
し、更にその中にマンドレル９６を挿入し、プレスのテ
ーブル１上に設置し、プレスで第１の平板９０を加圧す
る。マンドレル９６は加圧により加圧方向に圧縮されな
いようになっている。そのため加圧力Ｆpで加圧する
と、第１の平板の凹部９０１と第２の平板の凹部９１１
に挿入された結合部材９２は、加圧軸方向に圧縮され、
円周方向に膨らむ。さらに加圧することにより、結合部
材９２が塑性変形しそれぞれの凹部に設けられた円周溝
９３に流入し、図に示すように２つの平板は結合部材９
２を介して強固に結合される。塑性流動による結合強度
の演算、検査の方法は先に述べたものと同じである。

【００４５】この結合力は円周溝内に流れ込んだ結合部
材の量と緊迫力によって決まるが、第１の平板９０と第
２の平板９１とが横にずれる力、すなわち剪断力に対し
てはマンドレル９６の剛性によって強くなる。

【００４６】図９は、本発明の結合力測定方法で結合力
の適否を判定しながら結合する方法の他の例を示し、図
１０は塑性流動結合された２部材の縦断面図を示すもの
である。２種類の材料から成る複合部材の、第１の平板
９０の材料は例えば鉄製であり、第２の平板９１の材料
は例えばセラミックスである。第１の実施例と異なり、
第１の平板９０と第２の平板９１の対向する結合平面に
は予め環状の凹部９０１と凹部９１１を設ける。この凹
部には、結合方向に対し垂直方向に円周溝９３が施され
ている。この凹部に塑性変形を起こす材料から成る一個
の円筒状結合材９２を挿入し、プレスのテーブル１上に
設置し、プレスで第１の平板９０を加圧する。加圧力Ｆ
pで加圧すると、第１の平板の凹部９０１と第２の平板
の凹部９１１に挿入された結合材９２は、それぞれの凹
部の底面により加圧軸方向に圧縮され、円周方向に膨ら
む。さらに加圧することにより、結合部材９２は塑性変
形しそれぞれの凹部に設けられた円周溝９３に流入し、
鉄とセラミックスからなる２つの平板は、結合部材９２
を介して強固に結合され一体化される。これによって、
２つの平板９０、９１は、引き抜き方向に対して円周溝
９３に流れ込んだ結合部材９２の剪断力と凹部壁面を押
す緊迫力によって発生する摩擦力によって結合される。
塑性流動による結合強度の演算、検査の方法は先に述べ
たものと同じである。

【００４７】図１１は、本発明の結合力測定方法を他の
塑性流動結合法に適用した例を示すものである。第１の
部材９０と第２の部材９１はリング状間隙を介して相対
向する同心円状の結合面を有している。結合部材９２は
一個の塑性変形する材料から成るリング状の部材であ
る。結合面の少なくとも一方に凹凸部９３を設け、リン
グ状間隙に結合部材９２を挿入し、ポンチ（ラム）１３
０を移動させて結合部材９２を結合方向と直角な方向に
加圧することにより、結合部材を凹凸部９３内において
塑性変形させて、第１の部材９０と第２の部材９１を結
合するとともに、ポンチ（ラム）の移動量ΔＤ（＝Ｐe
−Ｐs）とこのラムに作用する力Ｆs,Ｆeを基に塑性変形
による結合強度を演算し、この結合強度の適否の判定を
行う。

【００４８】この時の移動量と結合力の関係は、先に述
べた（１）〜（３）式と全く同じにはならないが、実験
式から加圧力、ラム移動量、結合力の関係を予め求めて
おけば良い。

【００４９】本発明によれば、結合力の適否を判定しな
がら加工を行うので、全品検査による信頼性向上や検査
時間、コストの低減を図ることができる。

【００５０】本発明は、塑性流動結合された製品につい
て、非破壊で結合力を測定することができる。またその
結合品の寸法、強度によって検査装置を変更することな
く測定できる。

【００５１】以上述べたように、本発明は、塑性流動結
合の加工中に、非破壊で結合力を測定することができ
る。またその結合品の寸法、強度によって検査装置を変
更することなく測定できる。したがって、全品検査によ
る信頼性向上や検査時間の短縮、コストの低減を図るこ
とができる。また、破壊検査できない高価な製品の検査
も可能となる。

【００５２】本発明を用いて、塑性流動結合された製品
について、非破壊で結合力を測定する他の実施例につい
て、図１２のフローチャート、図１３の塑性流動結合
例、および図１４の塑性結合の特性線図によって説明す
る。なお、塑性流動結合装置及びコントローラの構成
は、本発明の第１の実施例と同じである。

【００５３】図１２において、まず加圧を開始し、ステ
ップ１で計算のためのカウンタｉを１にセットする。次
にステップ２で力検出手段と位置検出手段の検出器をリ
セットし０点設定を行う。次にステップ３でラムに作用
する荷重Ｆｉを、ステップ４でラムの位置Ｐｉを検出す
る。検出した力Ｆと位置Ｐｉからステップ５で傾きの変
化率すなわち２階微分値を求める。すなわち次式のよう
になる。

【００５４】 ｄ²Ｆi＝ Ｆi−Ｆ(-1) ｄＰi² {Ｐi−Ｐ(i-1)}² ……（４） 次にステップ６で、前回の値と比較し最も大きい値が得
られるまでステップ３〜５を繰り返す。

【００５５】図１３に塑性流動結合の結合部材の変形と
ラムに作用する荷重の例を示す。まず、（ａ）で結合部
材９２を挿入し、被結合部材９２をプレスで加圧すると
（ｂ）のように結合部材９２は塑性変形し円周溝９３に
塑性流動により結合部材が流れ込み、被結合部材９１と
９０は結合される。加圧終了後、図１３の（ｂ）に示す
ｅの範囲は、円周溝９３の拘束を受けず弾性ひずみ分が
解放される。

【００５６】この関係を図１４の（ａ）に示す。力を受
けた結合部材金属は弾性限界のａまでは荷重に対しリニ
アに変化する。しかし弾性域を越えると図のように直線
性はなくなり指数関数的に変形する。ここでｂ点まで加
圧しその後加圧を取り去ると弾性域の直線とほぼ同じ傾
きを持ってｃ点まで変形が戻る。前記ｅの範囲はこの挙
動を示すことになる。この結合部材に再荷重を加えた場
合、戻った経路をそのまま通りｂ点までが弾性域となり
ｂ点からは従来の曲線上を推移しｄ点に移行するため、
このｂ点を検出すればそのときの加圧力Ｆｅが分かる。

【００５７】図１２のステップ６で得られた２階微分の
最大値のときのラム荷重Ｆｉが、図１４の（ａ）のＦｅ
に対応し、塑性流動結合時の荷重とほぼ等しくなる。

【００５８】次に図１２のステップで、この荷重Ｆｉを
基に結合力を演算する。図１４（ｂ）にラムの荷重と結
合力の関係を示す。関係は１次関数で近似できるため簡
単に結合力Ｆｃを演算することができる。この関係は結
合部材材質、結合部材直径が変化した場合は傾きと切片
が変わり溝形状、溝本数でも溝数に比例して傾きが変わ
るため、これらの条件での関係を求めておく必要があ
る。

【００５９】この実施例によれば、塑性流動結合を行っ
た結合部品の結合強度を結合時に非破壊で測定でき、ま
たその結合品の寸法、強度によって検査装置を変更する
ことなく測定できるので、全品検査による信頼性向上、
また検査時間の短縮、コストの低減、破壊検査できない
高価な製品の検査が可能などの効果がある。

【００６０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、結
合力の適否を判定しながら塑性流動による結合加工を行
うことができる。また、その結合品の寸法、強度によっ
て検査装置を変更することなく結合力を測定できる。し
たがって、全品検査による信頼性向上や検査時間の短
縮、コストの低減を図ることができる。

【００６１】さらに、本発明の他の特徴によれば、塑性
流動結合された製品について、非破壊で結合力を測定す
ることができるため、破壊検査できない高価な製品の検
査が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例になる塑性流動結合装置
の正面図である。

【図２】図１のコントローラのブロック図である。

【図３】第１の実施例の動作を示すフローチャート図で
ある。

【図４】塑性流動による結合原理を示す概略図である。

【図５】結合特性線図である。

【図６】本発明の第２の実施例のフローチャート図であ
る。

【図７】本発明を適用した塑性流動結合法の一例を示
す、被結合部材、結合部材及び結合装置の要部縦断面図
である。

【図８】図７の方法で結合された複合部材の縦断面図で
ある。

【図９】本発明の結合方法を他の塑性流動結合法に適用
した例を示す、被結合部材、結合部材及び結合装置の要
部縦断面図である。

【図１０】図９の方法で結合された複合部材の縦断面図
である。

【図１１】本発明の結合方法を他の塑性流動結合法に適
用した例を示す、被結合部材、結合部材の要部縦断面図
である。

【図１２】本発明の結合力測定方法を他の塑性流動結合
法に適用した例のフローチャートである。

【図１３】図１２の実施例による塑性流動結合例を示す
図である。

【図１４】図１２の実施例による塑性結合の特性線図で
ある。

【図１５】従来例における引き抜き試験の例を示した図
である。

【図１６】従来例における、被結合部とを５個の結合用
部材ロッドで結合した例を示した図である。

【符号の説明】

１…支持台、２…ラム、４…加圧用シリンダ、７…位置
検出器、８…コントローラ、９…被結合部材、９０、９
１…被結合部材、９２…結合部材、９３…円周溝、９０
１、９１１…座ぐり穴

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被結合材を加圧するラムと該ラムを駆動す
   る駆動手段を具備した塑性流動結合装置により、対向す
   る結合面を有する第１の部材と第２の部材とを結合する
   塑性流動結合方法において、 前記第１の部材の結合面と、前記第２の部材の結合面の
   それぞれ相対向する箇所に１個以上の凹部もしくは１対
   以上の凹部と凸部を設け、 該凹部もしくは凹凸部に塑性変形する材料から成る結合
   部材を挿入し、 前記ラムを移動させて前記結合部材を加圧することによ
   り、該結合部材を前記凹部もしくは凹凸部内で塑性変形
   させて前記第１の部材と第２の部材を結合するととも
   に、 前記ラムの移動量と該ラムに作用する力を基に前記塑性
   変形による結合強度を演算し、該結合強度の適否の判定
   を行うことを特徴とする塑性流動結合方法。
2. 【請求項２】被結合材を加圧するラムと該ラムを駆動す
   る駆動手段を具備した塑性流動結合装置により、一対の
   対向する結合面を有する第１の部材と第２の部材とを結
   合する塑性流動結合方法において、 前記第１の部材の結合面と、前記第２の部材の結合面の
   それぞれ相対向する箇所に１個以上の凹部もしくは１対
   以上の凹部と凸部を設け、 該凹部もしくは凹凸部に塑性変形する材料から成る結合
   部材を挿入し、 前記ラムを移動させて前記第１の部材と第２の部材を介
   して前記結合部材を結合方向に加圧することにより、該
   結合部材を前記凹部もしくは凹凸部内で塑性変形させて
   前記第１の部材と第２の部材を結合するとともに、 前記ラムの移動量と該ラムに作用する力を基に前記塑性
   変形による結合強度を演算し、該結合強度の適否の判定
   を行うことを特徴とする塑性流動結合方法。
3. 【請求項３】被結合材を加圧するラムと該ラムを駆動す
   る駆動手段を具備した塑性流動結合装置により、リング
   状間隙を介して相対向する同心円状の結合面を有する第
   １の部材と第２の部材とを結合する塑性流動結合方法に
   おいて、 前記第１の部材の結合面と前記第２の部材の結合面のそ
   れぞれ対向する箇所の少なくとも一方に凹部を設け、 前記リング状間隙に塑性変形する材料から成る結合部材
   を挿入し、 前記ラムを移動させて前記結合部材を結合方向と直角な
   方向に加圧することにより、前記結合部材を前記凹凸部
   内において塑性変形させて、前記第１の部材と第２の部
   材を結合するとともに、 前記ラムの移動量と該ラムに作用する力を基に前記塑性
   変形による結合強度を演算し、該結合強度の適否の判定
   を行うことを特徴とする塑性流動結合方法。
4. 【請求項４】請求項１ないし３のいずれか１項におい
   て、前記塑性変形による結合強度の演算は、 前記ラムの移動に伴う被結合材からの反力として前記ラ
   ムに作用する力が予め定めた所定の値を越えたとき、前
   記ラムの位置を基準位置として求め、この基準位置と加
   圧終了時における前記ラムの位置から前記ラムの移動量
   を求め、 該ラムの移動量と、前記被結合部材の材質及び結合部寸
   法、結合部分の材質及び形状、及び予め与えられた加圧
   力と結合力との関係を表す関数により、前記結合強度を
   演算するものであることを特徴とする塑性流動結合方
   法。
5. 【請求項５】被結合材を加圧するラムとこのラムを駆動
   する駆動手段を具備し、前記被結合材を塑性流動結合す
   る加圧装置の強度検査装置において、 被結合材加圧時に前記ラムが被結合材から受ける力を検
   出するラム力検出手段と、前記ラムの位置を検出し、該
   検出位置から加圧時における前記ラムの移動量を検出す
   るラム移動量検出手段と、前記ラムに作用する力と前記
   ラムの移動量とを基に塑性流動結合の強度を演算し、該
   結合強度の適否の判定を行う結合強度演算手段とを備え
   たことを特徴とする加圧装置の強度検査装置。
6. 【請求項６】請求項５において、前記結合強度演算手段
   は、 前記ラムの荷重検出手段が、結合のための加圧開始後、
   被結合材からの予め定めた所定の反力を検出したときの
   ラムの位置を前記位置検出手段により求めて基準位置と
   し、該基準位置と加圧終了時点での前記ラムの位置から
   前記移動量検出手段によりラムの移動量を求め、 該ラムの移動量と、前記結合用部材の材質と寸法、前記
   被結合部材の材質と結合部寸法と形状、及び予め与えら
   れた加圧力と結合力との関係を表す関数により、前記結
   合強度を演算することを特徴とする塑性流動結合の強度
   検査装置。
7. 【請求項７】請求項５において、前記結合強度演算手段
   は、 前記ラムの荷重検出手段により加圧終了時に該ラムが被
   結合材から受ける力を検出し、該ラムへの力と、前記結
   合用部材の材質と寸法、前記被結合部材の材質、結合部
   寸法及び結合部分の形状、及び予め与えられた加圧力と
   結合力との関係を表す関数により、前記結合強度を演算
   することを特徴とする塑性流動結合の強度検査装置。
8. 【請求項８】請求項６において、前記結合強度演算手段
   は、 前記予め定めた被結合材からの所定の反力として、加圧
   力のラムの移動量に対する変化率の最大値か編曲点を基
   に定めるか、もしくは予め実験により求めた反力を用い
   ることを特徴とする塑性流動結合強度の検査装置。
9. 【請求項９】被結合材を加圧するラムとこのラムを駆動
   する駆動手段を具備し、前記被結合材を塑性流動結合す
   る加圧装置において、 加圧時の前記ラムの荷重を検出する荷重検出手段と、加
   圧時のラムの位置を検出するラム位置検出手段と、該ラ
   ムの位置偏差と荷重偏差から結合部材の弾性限界を求
   め、該弾性限界から結合時の加圧力を求め、該加圧力か
   らすでに塑性流動結合された前記被加工物の結合強度を
   演算する結合強度演算手段とを備えたことを特徴とする
   塑性流動結合強度の検査装置。