JP2014083564A - 摩擦接合方法及び接合構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】第２金属部品Ｗ２を第１金属部品Ｗ１側へ押圧する接合荷を大きくしなくても、第１金属部品Ｗ１と第２金属部品Ｗ２を確実に接合すること。
【解決手段】加熱工程の処理により第１接合工程の開始時における第１金属部品Ｗ１の接合面Ｗ１ａ及び第２金属部品Ｗ２の接合面Ｗ２ａの温度が第１金属部品Ｗ１及び第２金属部品Ｗ２の材料の融点の２０％以上になってあって、加熱工程の処理により第１接合工程の開始時における第１金属部品Ｗ１の接合面Ｗ１ａ及び第２金属部品Ｗ２の接合面Ｗ２ａからの加熱深さｍが１．０ｍｍ以上になっていること。
【選択図】 図１

Description

本発明は、円筒状又は円柱状の第１金属部品の接合面と第２金属部品に発生した摩擦熱を利用して、第１金属部品と第２金属部品を接合する摩擦接合方法等に関する。

ガスタービンエンジン又は過給機等には、円筒状又は円柱状の第１金属部品であるロータ軸（例えばタービン軸）と第２金属部品であるロータ（例えばタービンインペラ）を一体構造にした接合構造体としてのロータアセンブリが組み込まれており、このロータアセンブリを製造する場合には摩擦接合を用いることがある。そして、この摩擦接合の内容について簡単に説明すると、次のようになる。

円筒状又は円柱状の第１金属部品の接合面と第２金属部品の接合面を対向させた状態で、第１金属部品をその軸心周りに回転（回転運動）させつつ、第２金属部品を第１金属部品側へ相対的に移動させることにより、第１金属部品の接合面と第２金属部品の接合面を接触させる。そして、第１金属部品の接合面と第２金属部品の接合面を対向接触させた状態で、第１金属部品をその軸心周りに回転させつつ、第１金属部品と第２金属部品の寄り量（変位量）が目標の寄り量（目標の変位量）になるまで、第２金属部品を第１金属部品側へ相対的に押圧する。これにより、第１金属部品の接合面及び第２金属部品の接合面から酸化物又は汚れ等をバリとして排出しつつ、摩擦熱によって第１金属部品の接合面と第２金属部品の接合面を軟化させて接合することができる。

なお、本発明に関連する先行技術として特許文献１から特許文献３に示すものがある。

特開２００２−３２３４９４号公報 特開平６−２６９９６２号公報 特開平３−１８４６８３号公報

ところで、第１金属部品と第２金属部品の接合強度を十分に確保するには、第２金属部品を第１金属部品側へ相対的に押圧する接合荷重（押圧荷重）を大きくして、バリの排出性を高めて、第１金属部品の接合面と第２金属部品の接合面を活性化させた状態で接合する必要がある。そのため、第１金属部品及び第２金属部品の強度又は剛性が十分に高くないと、接合荷重を大きくすることができず、第１金属部品と第２金属部品を接合することは非常に困難である。また、第２金属部品を第１金属部品側へ相対的に押圧するアクチュエータ（押圧機構の一例）等が大型化して、第１金属部品と第２金属部品を接合するための装置（摩擦接合装置）全体が大掛かりなものになるという問題がある。

そこで、本発明は、前述の問題を解決することができる、新規な構成の摩擦接合方法等を提供することを目的とする。

本願の発明者は、前述の問題を解決するために試行錯誤を繰り返して、２つの新規な知見を見出し、これらの新規な知見に基づいて本発明を完成するに至った。本発明の特徴を説明する前に、これらの新規な知見を見出すまでの経緯について説明する。

図６（ａ）（ｂ）に示すように、円筒状の接合品（金属部品）の接合面と対称面（相手側の接合品の接合面）を対向接触させて、単位体積当たりの摩擦入力熱量を接合品の接合面に付与することにより、接合品の接合面と対称面を接合することを想定した場合に、接合開始時における接合品の接合面の温度（加熱温度）と接合品の寄り開始時間及び寄り速度との関係について有限要素法による非定常熱弾塑性解析（１つ目の非定常熱弾塑性解析）を行い、この非定常熱弾塑性解析結果をまとめると、図７（ａ）（ｂ）に示すようになる。また、１つ目の非定常熱弾塑性解析においては、接合開始時における接合品の加熱深さを５．０ｍｍに設定した。ここで、単位体積当たりの摩擦入力熱量とは、接合荷重と接合品の回転数（回転速度）と接合品の半径との積によって規定される熱量のことをいい、単位体積当たりの摩擦入力熱量は、接合品の外周に近づくにしたがって大きくなっている。寄り開始時間とは、接合品の接合面に単位体積当たりの摩擦入力熱量を付与してから接合品の対向方向（押圧方向）の変位を開始するまでの時間のことをいい、寄り速度とは、接合品の対向方向の変位を開始してから目標の寄り量（目標の変位量）になるまでの接合品の対向方向の変位速度のことをいい、加熱深さ（加熱長さ）とは、温度が接合面の温度の９０〜１００％になる対向方向の長さのことをいう。なお、図７（ａ）（ｂ）において、加熱温度は、接合品の融点に対する割合で表しており、寄り時間開始時間及び寄り速度は、無次元化して表している。

１つ目の非定常熱弾塑性解析結果によれば、図７（ａ）に示すように、接合開始時における接合品の接合面の温度がその接合品の材料の融点の２０％以上であれば、接合品の寄り開始時間を短くして、換言すれば、接合品の接合面の軟化を速めて、接合品の接合面から生じるバリの排出性（排出速度）を高めることができることが判明した。特に、図７（ｂ）に示すように、接合開始時における接合品の接合面の温度がその接合品の材料の融点の４０％以上であれば、接合品の寄り速度を高めて、換言すれば、接合品の接合面の軟化を速めて、バリの排出性を更に高めることができることが判明した。これにより、本願の発明者は、接合開始時における接合品（金属部品）の接合面の温度がその接合品の材料の融点の２０％以上、好ましくは４０％以上になるように予め接合品の接合面を加熱しておくことにより、接合品を対称面側へ押圧する接合荷重（押圧荷重）を大きくしなくても、接合品の接合面の軟化を速めて、バリの排出性を高めることができるという、第１の新規な知見を得ることができた。

図６（ａ）（ｂ）に示すように、円筒状の接合品の接合面と対称面を対向接触させて、単位体積当たりの摩擦入力熱量を接合品の接合面に付与することにより、接合品の接合面と対称面を接合することを想定した場合に、接合開始時における接合品の加熱深さと接合品の寄り開始時間及び寄り速度との関係について有限要素法による２つ目の非定常熱弾塑性解析を行い、この非定常熱弾塑性解析結果をまとめると、図８（ａ）（ｂ）に示すようになる。また、２つ目の非定常熱弾塑性解析において、接合開始時における接合品の接合面の温度は接合品の材料の融点の４４％に設定した。なお、図８（ａ）（ｂ）において、寄り時間開始時間及び寄り速度は、無次元化して表している。

２つ目の非定常熱弾塑性解析結果によれば、図８（ａ）に示すように、接合開始時における接合品の加熱深さが１．０ｍｍ以上であれば、接合品の寄り開始時間を短くして、バリの排出性を高めることができることが判明した。特に、図８（ｂ）に示すように、接合開始時における接合品の加熱深さが２．０ｍｍ以上であれば、接合品の寄り速度を高めて、換言すれば、接合品の接合面の軟化を速めて、バリの排出性を更に高めることができることが判明した。これにより、本願の発明者は、接合開始時における接合品（金属部品）の加熱深さが１．０ｍｍ以上、好ましくは２．０ｍｍ以上になるように予め接合品の接合面を加熱しておくことにより、接合品を対称面側へ押圧する接合荷重を大きくしなくても、接合品の接合面の軟化を速めて、バリの排出性をより高めることができるという、第２の新規な知見を得ることができた。

続いて、前述の新規な知見に基づいて完成した本発明の特徴について説明する。

本発明の第１の特徴は、円筒状又は円柱状の第１金属部品の接合面と第２金属部品の接合面に発生した摩擦熱を利用して、前記第１金属部品と前記第２金属部品を接合する摩擦接合方法において、前記第１金属部品と前記第２金属部品のうちの少なくともいずれかの金属部品の接合面を加熱する加熱工程と、前記加熱工程の終了後に、前記第１金属部品の接合面と前記第２金属部品の接合面を対向させた状態で、前記第１金属部品をその軸心（前記第１金属部品の軸心）周りに回転させつつ、前記第２金属部品を前記第１金属部品側へ相対的に移動させることにより、前記第１金属部品の接合面と前記第２金属部品の接合面を接触させる接触工程と、前記接触工程の終了後に、前記第１金属部品の接合面と前記第２金属部品の接合面を対向接触させた状態で、前記第１金属部品をその軸心周りに回転させつつ、前記第１金属部品と前記第２金属部品の寄り量（変位量）が目標の寄り量（目標の変位量）になるまで、前記第２金属部品を前記第１金属部品側へ相対的に押圧することにより、摩擦熱によって前記第１金属部品の接合面と前記第２金属部品の接合面を軟化させて接合する接合工程と、を備え、前記加熱工程の処理により前記接合工程の開始時における前記いずれかの金属部品の接合面の温度がその前記金属部品の材料の融点の２０％以上になっていることを要旨とする。

ここで、本願の明細書及び特許請求の範囲において、前記第１金属部品及び前記第２金属部品には、ガスタービンエンジンに用いられる第１エンジン部品及び第２エンジン部品、過給機に用いられる第１過給機部品及び第２過給機部品等、種々の２つの金属部品が含まれる。また、前記第２金属部品は、円筒状又は円柱状を呈していなくても構わなく、前記第２金属部品は、前記第１金属部品と同種材料により構成されていなくても構わない。更に、対向方向とは、前記第１金属部品の接合面と前記第２金属部品の接合面が対向する方向のことをいい、前記第１金属部品の軸方向と同じである。なお、融点は、摂氏を単位にしている。

第１の特徴によると、摩擦接合方法は前記加熱工程を前記接触工程の前工程（前記接合工程の前工程）として備えており、前記加熱工程の処理により前記接合工程の開始時における前記いずれかの金属部品の接合面の温度がその前記金属部品の材料の融点の２０％以上になっているため、前述の第１の新規な知見を適用すると、前記接合工程中に、前記第２金属部品を前記第１金属部品側へ相対的に押圧する接合荷重（押圧荷重）を大きくしなくても、前記第１金属部品の接合面及び前記第２金属部品の接合面の軟化を速めて、前記第１金属部品の接合面及び前記第２金属部品の接合面から生じるバリの排出性を高めることができる。

本発明の第２の特徴は、第１の特徴に加えて、前記加熱工程の処理により前記接合工程の開始時における前記いずれかの金属部品の加熱深さ（温度が接合面の温度の９０〜１００％になる対向方向の長さ）が１．０ｍｍ以上になっていることを要旨とする。

第２の特徴によると、前記加熱工程の処理により前記接合工程の開始時における前記いずれかの金属部品の接合面からの加熱深さが１．０ｍｍ以上になっているため、前述の第２の新規な知見を適用すると、前記接合工程中に、前記第２金属部品を前記第１金属部品側へ相対的に押圧する接合荷重を大きくしなくても、一対の前記金属部品の各接合面の軟化を速めて、バリの排出性をより高めることができる。

本発明によれば、前記接合工程中に、前記第２金属部品を前記第１金属部品側へ相対的に押圧する接合荷重を大きくしなくても、前記第１金属部品の前記接合面及び前記第２金属部品の前記接合面の軟化を速めて、バリの排出性を高めることができるため、前記第１金属品及び前記第２金属部品の強度又は剛性が十分に高くなくても、前記第１金属部品と前記第２金属部品を確実に接合することができると共に、前記第２金属部品を前記第１金属部品側へ相対的に押圧する押圧機構等の大型化を抑えて、前記第１金属部品と前記第２金属部品を接合するための装置（摩擦接合装置）全体のコンパクト化を図ることができる。

図１（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明の実施形態に係る摩擦接合方法における加熱工程を説明する模式図である。 図２（ａ）は、本発明の実施形態に係る摩擦接合方法における接触工程を説明する模式図、図２（ｂ）（ｃ）は、本発明の実施形態に係る摩擦接合方法における第１接合工程を説明する模式図である。 図３（ａ）は、本発明の実施形態に係る摩擦接合方法における第２接合工程を説明する模式図、図３（ｂ）は、本発明の実施形態に係る摩擦接合方法によって接合された接合構造体を示す模式図である。 図４は、本発明の実施形態に係る摩擦接合装置を説明する模式図である。 図５は、時間と接合荷重と寄り量（第１金属部品と第２金属部品の寄り量）との関係を示す図である。 図６（ａ）は、単位体積当たりの摩擦入力熱量を接合品の接合面に付与した状態を示す模式図、図６（ｂ）は、接合品の接合面と対称面を摩擦接合させた状態を示す模式図である。 図７（ａ）は、接合開始時における接合品の接合面の温度と接合品の寄り開始時間との関係を示す図、図７（ｂ）は、接合開始時における接合品の接合面の温度と接合品の寄り速度との関係を示す図である。 図８（ａ）は、接合開始時における接合品の加熱深さと接合品の寄り開始時間との関係を示す図、図８（ｂ）は、接合開始時における接合品の加熱深さと接合品の寄り速度との関係を示す図である。

本発明の実施形態について図１から図５を参照して説明する。なお、説明中、「設けられ」とは、直接的に設けられたことの他に、間接的に設けられたことを含む意であって、図面中、「ＦＦ」は、前方向を、「ＦＲ」は、後方向をそれぞれ指してある。

本発明の実施形態に係る摩擦接合方法について説明する前に、図４を参照して、本発明の実施形態に係る摩擦接合方法の実施に用いられる摩擦接合装置１について簡単に説明する。

図４に示すように、本発明の実施形態に係る摩擦接合装置１は、円筒状又は円柱状の第１金属部品Ｗ１と円筒状又は円柱状の第２金属部品Ｗ２を接合するための装置であって、前後方向へ延びたベッド３と、このベッド３の後部に立設されたコラム５とをベースとして備えている。

コラム５の前側には、スピンドル７が回転可能に設けられており、このスピンドル７は、先端側（前端側）に、第１金属部品Ｗ１を保持（把持を含む）する第１チャック９を有している。また、コラム５の適宜位置には、スピンドル７をその軸心（スピンドル７の軸心）周りに回転させる回転モータ等の回転アクチュエータ１１が設けられている。ここで、第１チャック９に第１金属部品Ｗ１を取付けた状態（保持させた状態）で、回転アクチュエータ１１を駆動させると、第１金属部品Ｗ１がその軸心（第１金属部品Ｗ１の軸心）周りにスピンドル７と一体的に回転するようになっている。

ベッド３の前部には、スライド１３がガイドレール１５を介して前後方向へ移動可能に設けられており、このスライド１３は、後側に、第２金属部品Ｗ２を保持する第２チャック１７を有している。また、ベッド３の適宜位置には、スライド１３を前後方向へ移動させる移動シリンダ等の移動アクチュエータ１９が設けられている。ここで、第２チャック１７により第２金属部品Ｗ２を取付けた状態で、移動アクチュエータ１９を駆動させると、第２金属部品Ｗ２が前後方向へスライド１３と一体的に移動したり、第１金属部品Ｗ１側へ押圧されたりするようになっている。

ベッド３の上部には、支持フレーム２１が設けられており、この支持フレーム２１には、昇降体２３がガイドレール２５を介して昇降可能（上下方向へ移動可能）に設けられている。また、支持フレーム２１の適宜位置には、昇降体２３を昇降させる昇降モータ等の昇降アクチュエータ２７が設けられている。更に、昇降体２３には、第１金属部品Ｗ１の接合面Ｗ１ａと第２金属部品Ｗ２の接合面Ｗ２ａを高周波によって加熱する加熱コイル２９が支持棒３１を介して設けられており、この加熱コイル２９は、高周波電流を供給可能な高周波電源（図示省略）に接続されている。

続いて、本発明の実施形態に係る摩擦接合方法について説明する。

本発明の実施形態に係る摩擦接合方法は、円筒状又は円柱状の第１金属部品Ｗ１の接合面Ｗ１ａと円筒状又は円柱状の第２金属部品Ｗ２の接合面Ｗ２ａに発生した摩擦熱を利用して、第１金属部品Ｗ１と第２金属部品Ｗ２を接合する方法であって、加熱工程、接触工程、第１接合工程、及び第２接合工程を備えている。そして、各工程の具体的な内容は、次のようになる。なお、本発明の実施形態にあっては、第１金属部品Ｗ１及び第２金属部品Ｗ２は、同種類の材料により構成されているが、異種材料により構成されても構わない。

(i)加熱工程
図１（ａ）及び図４に示すように、第１金属部品Ｗ１を第１チャック９に、第２金属部品Ｗ２を第２チャック１７にそれぞれ取付けて、第１金属部品Ｗ１の接合面Ｗ１ａと第２金属部品Ｗ２の接合面Ｗ２ａを対向させる。次に、昇降アクチュエータ２７の駆動により昇降体２３を下降（下方向へ移動）させることにより、図１（ｂ）に示すように、加熱コイル２９を第１金属部品Ｗ１の接合面Ｗ１ａと第２金属部品Ｗ２の接合面Ｗ２ａの間の領域に進入させる。そして、高周波電源から加熱コイル２９に高周波電流を供給することにより、図１（ｃ）に示すように、加熱コイル２９によって第１金属部品Ｗ１の接合面Ｗ１ａ及び第２金属部品Ｗ２の接合面Ｗ２ａを加熱する（図５参照）。ここで、第１金属部品Ｗ１及び第２金属部品Ｗ２の劣化を防止するために、第１金属部品Ｗ１の接合面Ｗ１ａ及び第２金属部品Ｗ２の接合面Ｗ２ａの温度が第１金属部品Ｗ１及び第２金属部品Ｗ２の材料の結晶成長温度又は変態温度等を超えないようにしておく。

なお、図中に、第１金属部品Ｗ１及び第２金属部品Ｗ２に点ハッチングを施した部位は、高温になっている部位である。

(ii)接触工程
加熱工程の終了後に、図２（ａ）及び図４に示すように、昇降アクチュエータ２７の駆動により昇降体２３を上昇（上方向へ移動）させることにより、加熱コイル２９を第１金属部品Ｗ１の接合面Ｗ１ａと第２金属部品Ｗ２の接合面Ｗ２ａの間の領域から退避させる。そして、第１金属部品Ｗ１の接合面Ｗ１ａと第２金属部品Ｗ２の接合面Ｗ２ａを対向させた状態で、回転アクチュエータ１１の駆動により第１金属部品Ｗ１をその軸心周りにスピンドル７と一体的に回転させつつ、移動アクチュエータ１９の駆動により第２金属部品Ｗ２を第１金属部品Ｗ１側（後方向）へスライド１３と一体的に移動させる。これにより、第１金属部品Ｗ１の接合面Ｗ１ａと第２金属部品Ｗ２の接合面Ｗ２ａを接触させる。

(iii)第１接合工程
接触工程の終了後に、図２（ｂ）及び図４に示すように、第１金属部品Ｗ１の接合面Ｗ１ａと第２金属部品Ｗ２の接合面Ｗ２ａを対向接触させた状態で、回転アクチュエータ１１の駆動により第１金属部品Ｗ１をその軸心周りにスピンドル７と一体的に回転させつつ、移動アクチュエータ１９の駆動により第２金属部品Ｗ２を第１金属部品Ｗ１側へ押圧する。これにより、図２（ｃ）に示すように、第１金属部品Ｗ１の接合面Ｗ１ａ及び第２金属部品Ｗ２の接合面Ｗ２ａから酸化物又は汚れ等をバリＢとして排出しつつ、摩擦熱によって第１金属部品Ｗ１の接合面Ｗ１ａ及び第２金属部品Ｗ２の接合面Ｗ２ａを軟化させることができる。そして、第１金属部品Ｗ１と第２金属部品Ｗ２の寄り量（変位量）ｍが目標の寄り量（目標の変位量）ｔ1（図５参照）よりも小さく設定した目標前の寄り量（目標前の変位量）ｔ2（図５参照）になると、回転アクチュエータ１１の駆動を停止して第１金属部品Ｗ１の回転（回転運動）を停止する（図５参照）。

ここで、加熱工程の処理により第１接合工程の開始時（接合開始時）における第１金属部品Ｗ１の接合面Ｗ１ａ及び第２金属部品Ｗ２の接合面Ｗ２ａの温度は、第１金属部品Ｗ１及び第２金属部品Ｗ２の材料の融点の２０％以上になっている。具体的には、第１金属部品Ｗ１及び第２金属部品Ｗ２がチタン合金により構成される場合に、第１接合工程の開始時における第１金属部品Ｗ１の接合面Ｗ１ａ及び第２金属部品Ｗ２の接合面Ｗ２ａの温度（摂氏温度）は、３２０〜４００℃になっている。第１接合工程の開始時における第１金属部品Ｗ１の接合面Ｗ１ａ及び第２金属部品Ｗ２の接合面Ｗ２ａの温度を第１金属部品Ｗ１及び第２金属部品Ｗ２の材料の融点の２０％以上としたのは、前述の１つ目の新規な知見を適用するためである。

また、加熱工程の処理により第１接合工程の開始時における第１金属部品Ｗ１及び第２金属部品Ｗ２の加熱深さｈは、１．０ｍｍ以上、好ましくは２．０ｍｍ以上になっている。具体的には、第１金属部品Ｗ１及び第２金属部品Ｗ２の加熱深さｈを１．０ｍｍ以上になるようにするため、加熱工程において加熱コイル２９に供給する高周波電流又は供給時間を制御したり、加熱工程の終了後から第１接合工程の開始までの時間を制御したりしている。第１接合工程の開始時における第１金属部品Ｗ１及び第２金属部品Ｗ２の加熱深さｈを１．０ｍｍ以上としたのは、前述の２つ目の新規な知見を適用するためである。

(iv)第２接合工程
第１接合工程の終了後に、図３（ａ）及び図４に示すように、第１金属部品Ｗ１と第２金属部品Ｗ２の寄り量ｍが目標の寄り量ｔ1になるまで、移動アクチュエータ１９の駆動による第２金属部品Ｗ２の押圧動作を継続して、第１金属部品Ｗ１の接合面Ｗ１ａと第２金属部品Ｗ２の接合面Ｗ２ａを据え込む（図５参照）。これにより、図３（ｂ）に示すように、第１金属部品Ｗ１の接合面Ｗ１ａ及び第２金属部品Ｗ２の接合面Ｗ２ａからバリＢとして排出しつつ、第１金属部品Ｗ１の接合面Ｗ１ａと第２金属部品Ｗ２の接合面Ｗ２ａを接合することができる。換言すれば、第１金属部品Ｗ１と第２金属部品Ｗ２からなる接合構造体ＪＳを製造することができる。

以上により、本発明の実施形態に係る摩擦接合方法の実施が終了する。

続いて、本発明の実施形態の作用及び効果について説明する。

本発明の実施形態に係る摩擦接合方法は加熱工程を接触工程の前工程（第１接合工程の前工程）として備えており、加熱工程の処理により第１接合工程の開始時における第１金属部品Ｗ１の接合面Ｗ１ａ及び第２金属部品Ｗ２の接合面Ｗ２ａの温度が第１金属部品Ｗ１及び第２金属部品Ｗ２の材料の融点の２０％以上になっているため、前述の第１の新規な知見を適用すると、第１接合工程及び第２接合工程中に、第２金属部品Ｗ２を第１金属部品Ｗ１側へ押圧する接合荷重（押圧荷重）を大きくしなくても、第１金属部品Ｗ１の接合面Ｗ１ａ及び第２金属部品Ｗ２の接合面Ｗ２ａから生じるバリＢの排出性を高めることができる。特に、加熱工程の処理により第１接合工程の開始時における第１金属部品Ｗ１の接合面Ｗ１ａ及び第２金属部品Ｗ２の接合面Ｗ２ａからの加熱深さｍが１．０ｍｍ以上になっているため、前述の第２の新規な知見を適用すると、第１金属部品Ｗ１の接合面Ｗ１ａ及び第２金属部品Ｗ２の接合面Ｗ２ａの軟化を速めて、バリの排出性をより高めることができる。

なお、第１金属部品Ｗ１及び第２金属部品Ｗ２の摩擦接合試験を行った結果、加熱工程を備えることにより、加熱工程を備えていない場合（非加熱の場合）に比べて、接合荷重を大幅に低減できることが確認された（図５参照）。

従って、本発明の実施形態によれば、第１金属部品Ｗ１及び第２金属部品Ｗ２の強度又は剛性が十分に高くなくても、第１金属部品Ｗ１と第２金属部品Ｗ２を確実に接合することができると共に、第２金属部品Ｗ２を第１金属部品Ｗ１側へ押圧する移動アクチュエータ１９（押圧機構の一例）等の大型化を抑えて、接合するための摩擦接合装置１全体のコンパクト化を図ることができる。

なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、次のように適宜の変更を行うことにより、種々の態様で実施可能である。

即ち、加熱工程において、第１金属部品Ｗ１の接合面Ｗ１ａと第２金属部品Ｗ２の接合面Ｗ２ａを均一に加熱する代わりに、いずれかの金属部品Ｗ１（又はＷ２）の接合面Ｗ１ａ（又はＷ２ａ）を均一に加熱するようにしたり、加熱コイル２９により高周波によって加熱する代わりに、レーザの照射等によって加熱したりしても構わない。また、本発明の実施形態に係る摩擦接合方法は、一般的な第１金属部品Ｗ１及び第２金属部品Ｗ２を接合対象にしているが、一般的な第１金属部品Ｗ１及び第２金属部品Ｗ２の代わりに、ガスタービンエンジンに用いられる第１エンジン部品（図示省略）及び第２エンジン部品（図示省略）を接合対象にしたり、過給機に用いられる第１過給機部品（図示省略）及び第２過給機部品（図示省略）を接合対象にしたりしても構わない。

本発明の実施形態に摩擦接合方法は、接合構造体ＪＳを製造する製造方法として捉えることもできる。また、本発明に包含される権利範囲は、本発明の実施形態に係る接合方法によって接合された接合構造体ＪＳにも及ぶものである。

Ｂ バリ
ＪＳ 接合構造体
Ｗ１ 第１金属部品
Ｗ１ａ 第１金属部品の接合面
Ｗ２ 第２金属部品
Ｗ２ａ 第２金属部品の接合面
１ 摩擦接合装置
３ ベッド
５ コラム
７ スピンドル
９ 第１チャック
１１ 回転アクチュエータ
１３ スライド
１５ ガイドレール
１７ 第２チャック
１９ 移動アクチュエータ
２１ 支持フレーム
２３ 昇降体
２５ ガイドレール
２７ 昇降アクチュエータ
２９ 加熱コイル
３１ 支持棒

Claims (5)

1. 円筒状又は円柱状の第１金属部品の接合面と第２金属部品の接合面に発生した摩擦熱を利用して、前記第１金属部品と前記第２金属部品を接合する摩擦接合方法において、
   前記第１金属部品と前記第２金属部品のうちの少なくともいずれかの金属部品の接合面を加熱する加熱工程と、
   前記加熱工程の終了後に、前記第１金属部品の接合面と前記第２金属部品の接合面を対向させた状態で、前記第１金属部品をその軸心周りに回転させつつ、前記第２金属部品を前記第１金属部品側へ相対的に移動させることにより、前記第１金属部品の接合面と前記第２金属部品の接合面を接触させる接触工程と、
   前記接触工程の終了後に、前記第１金属部品の接合面と前記第２金属部品の接合面を対向接触させた状態で、前記第１金属部品をその軸心周りに回転させつつ、前記第１金属部品と前記第２金属部品の寄り量が目標の寄り量になるまで、前記第２金属部品を前記第１金属部品側へ相対的に押圧することにより、摩擦熱によって前記第１金属部品の接合面と前記第２金属部品の接合面を軟化させて接合する接合工程と、を備え、
   前記加熱工程の処理により前記接合工程の開始時における前記いずれかの金属部品の接合面の温度がその前記金属部品の材料の融点の２０％以上になっていることを特徴とする摩擦接合方法。
2. 前記加熱工程の処理により前記接合工程の開始時における前記いずれかの金属部品の加熱深さが１．０ｍｍ以上になっていることを特徴とする請求項１に記載の摩擦接合方法。
3. 前記加熱工程中に、前記第１金属部品の接合面及び前記第２金属部品の接合面を加熱することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の摩擦接合方法。
4. 前記接合工程は、
   前記接触工程の終了後に、前記第１金属部品の接合面と前記第２金属部品の接合面を対向接触させた状態で、前記第１金属部品をその軸心周りに回転させつつ、前記第２金属部品を前記第１金属部品側へ相対的に押圧することにより、摩擦熱によって前記第１金属部品の接合面と前記第２金属部品の接合面を軟化させて、前記第１金属部品と前記第２金属部品の寄り量が前記目標の寄り量よりも小さく設定した目標前の寄り量になると、前記第１金属部品の回転を停止する第１接合工程と、
   前記第１接合工程の終了後に、前記第１金属部品と前記第２金属部品の寄り量が前記目標の寄り量になるまで、前記第２金属部品の相対的な押圧動作を継続して、前記第１金属部品の接合面と前記第２金属部品の接合面を据え込むことにより、前記第１金属部品の接合面と前記第２金属部品の接合面を接合する第２接合工程と、からなることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれかの請求項に記載の摩擦接合方法。
5. 請求項１から請求項４に記載の摩擦接合方法によって接合されたことを特徴とする接合構造体。

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