摩擦接合方法及び接合構造体
【課題】一対の金属部品Ｗ，Ｔの強度又は剛性が十分に高くなくても、一対の金属部品Ｗ，Ｔを接合すること。
【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一対の金属部品Ｗ，Ｔの各接合面Ｗａ，Ｔａの温度は、金属部品Ｗ，Ｔの材料の融点の２０％以上、好ましく４０％以上になっており、加熱工程の処理により第１接合工程の開始時における一対の金属部品Ｗ，Ｔの加熱深さｈは、１．０ｍｍ以上になっていること。
【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一対の金属部品Ｗ，Ｔの各接合面Ｗａ，Ｔａの温度は、金属部品Ｗ，Ｔの材料の融点の２０％以上、好ましく４０％以上になっており、加熱工程の処理により第１接合工程の開始時における一対の金属部品Ｗ，Ｔの加熱深さｈは、１．０ｍｍ以上になっていること。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一対の金属部品（エンジン部品を含む）の各接合面に発生した摩擦熱を利用して、一対の金属部品の各接合面を接合する摩擦接合方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ガスタービンエンジンにおける圧縮機又はタービンのロータであって、ディスクと動翼を一体型構造にした一体型翼車（ブリスク）を製造する場合には、削り出し加工に比べて、材料コストの削減化及び加工時間の短縮化を図ることができる摩擦接合を用いることがある。そして、一般的な摩擦接合について簡単に説明すると、次のようになる。
【０００３】
一体型翼車等の接合構造体を構成するための一対の金属部品の各接合面を対向させた状態で、一方の金属部品を他方の金属部品側へ相対的に移動させることにより、一対の金属部品の各接合面を接触させる。そして、一対の金属部品の各接合面を対向接触させた状態で、一方の金属部品を対向方向に直交する方向へ他方の金属部品に対して相対的に往復移動させつつ、一対の金属部品の寄り量（変位量）が目標の寄り量（変位量）になるまで、一方の金属部品を他方の金属部品側へ相対的に押圧する。これにより、一対の金属部品の各接合面から酸化物又は汚れ等をバリとして排出しつつ、摩擦熱によって一対の金属部品の各接合面を軟化させて接合することができる。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２９７７８８号公報
【特許文献２】特開２００５−１９９３５５号公報
【特許文献３】特許第３０７２２３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、一対の金属部品の接合強度を十分に確保するには、一方の金属部品を他方の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、一対の金属部品の各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、一対の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、一対の金属部品を接合することは非常に困難である。また、一方の金属部品を他方の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、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。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
図６（ａ）（ｂ）に示すように、接合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２．０ｍｍ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往復振幅と接合品の往復周波数との積によって規定される熱量のことをいい、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。
【００１０】
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。
【００１１】
図６（ａ）（ｂ）に示すように、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。
【００１２】
２つ目の非定常熱弾塑性解析結果によれば、図８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。
【００１３】
続いて、本発明の特徴について説明する。
【００１４】
本発明の第１の特徴は、一対の金属部品の各接合面に発生した摩擦熱を利用して、一対の前記金属部品の各接合面を接合する摩擦接合方法において、一対の前記金属部品のうち少なくともいずれかの前記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、一対の前記金属部品の各接合面を対向させた状態で、一方の前記金属部品を他方の前記金属部品側へ相対的に移動させることにより、一対の前記金属部品の各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、一対の前記金属部品の各接合面を対向接触させた状態で、一方の前記金属部品を対向方向に直交する方向へ他方の前記金属部品に対して相対的に往復移動させつつ、一対の前記金属部品の寄り量（変位量）が目標の寄り量になるまで、一方の前記金属部品を他方の前記金属部品側へ相対的に押圧することにより、摩擦熱によって一対の前記金属部品の各接合面を軟化させて接合する接合工程と、を具備し、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いずれかの前記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。
【００１５】
ここで、本願の明細書及び特許請求の範囲において、「金属部品」には、ガスタービンエンジン等のエンジンに用いられるエンジン部品の他に、種々の金属製の機械部品を含む意である。また、「対向方向」とは、一対の金属部品の各接合面が対向する方向のことをいう。なお、融点は、摂氏を単位にしている。
【００１６】
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いずれかの前記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、一方の前記金属部品を他方の前記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、一対の前記金属部品の各接合面の軟化を速めて、一対の前記金属部品の各接合面から生じるバリの排出性を高めることができる。
【００１７】
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いずれかの前記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。
【００１８】
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いずれかの前記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、一方の前記金属部品を他方の前記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。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、前記接合工程中に、一方の前記金属部品を他方の前記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、バリの排出性を高めることができるため、一対の前記金属部品の強度又は剛性が十分に高くなくても、一対の前記金属部品を接合することができると共に、一方の前記金属部品を他方の前記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、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。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】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】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】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】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】図５は、時間と接合荷重及び一対の金属部品の寄り量との関係を示す図である。
【図６】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】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】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。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
本発明の実施形態に係る摩擦接合装置１は、矩形板状の一対の金属部品Ｗ，Ｔの各接合面Ｗａ，Ｔａ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。
【００２４】
ベッド３の前部には、一方の金属部品Ｗを保持する第１保持ヘッド（第１保持具）７が第１ガイド部材９を介して前後方向へ移動可能に設けられている。また、ベッド３の適宜位置５ａには、第１保持ヘッド７を前後方向へ移動させる油圧シリンダ等の第１アクチュエータ１１が設けられている。ここで、一方の金属部品Ｗを第１保持ヘッド７に取付けた状態（保持させた状態）で、第１アクチュエータ１１を駆動させると、一方の金属部品Ｗを前後方向へ第１保持ヘッド７と一体的に移動させるようになっている。
【００２５】
コラム５の前側には、他方の金属部品Ｔを保持する第２保持ヘッド（第２保持具）１３が第２ガイド部材１５を介して上下方向へ移動可能に設けられており、この第２保持ヘッド１３は、その基準の高さ位置に位置したときに、第１保持ヘッド７と同心状に位置するようになっている。また、コラム５の適宜位置には、第２保持ヘッド１３を基準の高さ位置を中心として上下方向へ往復移動させる電動モータ等の第２アクチュエータ１７が設けられている。ここで、他方の金属部品Ｔを第２保持ヘッド１３に取付けた状態（保持させた状態）で、第２アクチュエータ１７を駆動させると、他方の金属部品Ｔを基準の高さ位置を中心として上下方向へ第２保持ヘッド１３と一体的に往復移動させるようになっている。
【００２６】
ベッド３の上部には、支持フレーム１９が設けられており、この支持フレーム１９には、スライダ２１が第３ガイド部材２３を介して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１９の適宜位置１９ａには、スライダ２１を上下方向へ移動させる電動モータ等の第３アクチュエータ２５が設けられている。更に、スライダ２１には、一対の金属部品Ｗ，Ｔの各接合面Ｗａ，Ｔａを高周波によって加熱する加熱コイル２７が支持棒２９を介して設けられており、この加熱コイル２７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。ここで、加熱コイル２７は、第３アクチュエータ２５の駆動によりスライダ２１を上下方向へ移動させることによって、一対の金属部品Ｗ，Ｔの各接合面Ｗａ，Ｔａの間の領域に進退可能になっている。
【００２７】
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。
【００２８】
本発明の実施形態に係る摩擦接合方法は、一対の金属部品Ｗ，Ｔの各接合面Ｗａ，Ｔａに発生した摩擦熱を利用して、一対の金属部品Ｗ，Ｔの各接合面Ｗａ，Ｔａ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、第２接合工程、及びバリ除去工程を具備している。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、一対の金属部品Ｗ，Ｔ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。
【００２９】
(i)加熱工程
図１（ａ）に示すように、一方の金属部品Ｗを第１保持ヘッド７に、他方の金属部品Ｔを第２保持ヘッド１３にそれぞれ取付けて、一対の金属部品Ｗ，Ｔの各接合面Ｗａ，Ｔａを対向させる。次に、第３アクチュエータ２５の駆動によりスライダ２１を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２７を一対の金属部品Ｗ，Ｔの各接合面Ｗａ，Ｔａ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２７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２７によって一対の金属部品Ｗ，Ｔの各接合面Ｗａ，Ｔａを加熱する（図５参照）。ここで、一対の金属部品Ｗ，Ｔの劣化を防止するために、一対の金属部品Ｗ，Ｔの各接合面Ｗａ，Ｔａの温度が金属部品Ｗ，Ｔ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。
【００３０】
なお、図中に、一対の金属部品Ｗ，Ｔに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。
【００３１】
(ii)接触工程
加熱工程の終了後に、第３アクチュエータ２５の駆動によりスライダ２１を上方向へ移動させることにより、図２（ａ）に示すように、加熱コイル２７を一対の金属部品Ｗ，Ｔの各接合面Ｗａ，Ｔａの間の領域から退避させる。そして、一対の金属部品Ｗ，Ｔの各接合面Ｗａ，Ｔａを対向させた状態で、第１アクチュエータ１１の駆動により一方の金属部品Ｗを他方の金属部品Ｔ側（後方向）へ第１保持ヘッド７と一体的に移動させることにより、一対の金属部品Ｗ，Ｔの各接合面Ｗａ，Ｔａを接触させる（図４参照）。
【００３２】
(iii)第１接合工程
接触工程の終了後に、図２（ｂ）に示すように、一対の金属部品Ｗ，Ｔの各接合面Ｗａ，Ｔａを対向接触させた状態で、第２アクチュエータ１７の駆動により他方の金属部品Ｔを前記基準の高さ位置を中心として上下方向（対向方向に直交する方向）へ第２保持ヘッド１３と一体的に往復移動（往復振幅α）、換言すれば、一方の金属部品Ｗを上下方向へ他方の金属部品Ｔに対して相対的に往復移動させつつ、第１アクチュエータ１１の駆動により一方の金属部品Ｗを他方の金属部品Ｔ側へ押圧する。これにより、図２（ｃ）に示すように、一対の金属部品Ｗ，Ｔの各接合面Ｗａ，Ｔａから酸化物又は汚れ等をバリＢとして排出しつつ、摩擦熱によって一対の金属部品Ｗ，Ｔの各接合面Ｗａ，Ｔａを軟化させることができる。そして、一対の金属部品Ｗ，Ｔの寄り量（変位量）ｍが目標の寄り量ｔ1（図５参照）よりも小さく設定した目標前の寄り量ｔ2（図５参照）になると、第２アクチュエータ１７の駆動を停止して他方の金属部品Ｔの往復移動を停止する（図５参照）。
【００３３】
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）における一対の金属部品Ｗ，Ｔの各接合面Ｗａ，Ｔａの温度は、金属部品Ｗ，Ｔの材料の融点の２０％以上になっている。具体的には、一対の金属部品Ｗ，Ｔ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一対の金属部品Ｗ，Ｔの各接合面Ｗａ，Ｔａ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一対の金属部品Ｗ，Ｔの各接合面Ｗａ，Ｔａの温度を金属部品Ｗ，Ｔ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。
【００３４】
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一対の金属部品Ｗ，Ｔ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、一対の金属部品Ｗ，Ｔの加熱深さｈは、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２７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一対の金属部品Ｗ，Ｔ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。
【００３５】
(iv)第２接合工程
第１接合工程の終了後に、図３（ａ）に示すように、一対の金属部品Ｗ，Ｔの寄り量ｍが目標の寄り量ｔ1になるまで、第１アクチュエータ１１の駆動による一方の金属部品Ｗの押圧動作を継続して、一対の金属部品Ｗ，Ｔの各接合面Ｗａ，Ｔａを据え込む（図５参照）。これにより、図３（ｂ）に示すように、一対の金属部品Ｗ，Ｔの各接合面Ｗａ，ＴａからバリＢとして排出しつつ、一対の金属部品Ｗ，Ｔの各接合面Ｗａ，Ｔａを接合することができる。換言すれば、一対の金属部品Ｗ，Ｔからなる接合構造体ＪＳを製造することができる。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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一対の金属部品Ｗ，Ｔの各接合面Ｗａ，Ｔａの温度が金属部品Ｗ，Ｔ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、一方の金属部品Ｗを他方の金属部品Ｔ側へ押圧する接合荷重（押圧荷重）を大きくしなくても、一対の金属部品Ｗ，Ｔの各接合面Ｗａ，Ｔａ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一対の金属部品Ｗ，Ｔの各接合面Ｗａ，Ｔａ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、一対の金属部品Ｗ，Ｔの各接合面Ｗａ，Ｔａ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。
【００３９】
なお、一対の金属部品Ｗ，Ｔの摩擦接合試験を行った結果、本発明の実施形態に係る摩擦接合方法による場合、加熱工程を具備してない場合（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）。
【００４０】
従って、本発明の実施形態によれば、一対の金属部品Ｗ，Ｔの強度又は剛性が十分に高くなくても、一対の金属部品Ｗ，Ｔを接合することができると共に、一方の金属部品Ｗを他方の金属部品Ｔ側へ押圧する第１アクチュエータ１１（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。
【００４１】
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。
【００４２】
即ち、加熱工程において、一対の金属部品Ｗ，Ｔの各接合面Ｗａ，Ｔａを均一に加熱する代わりに、一対の金属部品Ｗ，Ｔのうちのいずれかの金属部品Ｗ（又はＴ）の接合面Ｗａ（又はＴａ）を均一に加熱するようにしたり、加熱コイル２７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、一般的な金属部品Ｗ，Ｔを接合対象にしているが、一般的な金属部品Ｗ，Ｔの代わりに、ガスタービンエンジンに用いられるエンジン部品（金属部品の一例）を接合対象にしても構わない。
【００４３】
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、前述の実施形態に限定されないものである。
【符号の説明】
【００４４】
Ｂ バリ
ＪＳ 接合構造体
Ｗ 一方の金属部品
Ｗａ 一方の金属部品の接合面
Ｔ 他方の金属部品
Ｔａ 他方の金属部品の接合面
１ 摩擦接合装置
３ ベッド
５ コラム
７ 第１保持ヘッド
１１ 第１アクチュエータ
１３ 第２保持ヘッド
１７ 第２アクチュエータ
１９ 支持フレーム
２１ スライダ
２５ 第３アクチュエータ
２７ 加熱コイル
２９ 支持棒
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一対の金属部品（エンジン部品を含む）の各接合面に発生した摩擦熱を利用して、一対の金属部品の各接合面を接合する摩擦接合方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ガスタービンエンジンにおける圧縮機又はタービンのロータであって、ディスクと動翼を一体型構造にした一体型翼車（ブリスク）を製造する場合には、削り出し加工に比べて、材料コストの削減化及び加工時間の短縮化を図ることができる摩擦接合を用いることがある。そして、一般的な摩擦接合について簡単に説明すると、次のようになる。
【０００３】
一体型翼車等の接合構造体を構成するための一対の金属部品の各接合面を対向させた状態で、一方の金属部品を他方の金属部品側へ相対的に移動させることにより、一対の金属部品の各接合面を接触させる。そして、一対の金属部品の各接合面を対向接触させた状態で、一方の金属部品を対向方向に直交する方向へ他方の金属部品に対して相対的に往復移動させつつ、一対の金属部品の寄り量（変位量）が目標の寄り量（変位量）になるまで、一方の金属部品を他方の金属部品側へ相対的に押圧する。これにより、一対の金属部品の各接合面から酸化物又は汚れ等をバリとして排出しつつ、摩擦熱によって一対の金属部品の各接合面を軟化させて接合することができる。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２９７７８８号公報
【特許文献２】特開２００５−１９９３５５号公報
【特許文献３】特許第３０７２２３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、一対の金属部品の接合強度を十分に確保するには、一方の金属部品を他方の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、一対の金属部品の各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、一対の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、一対の金属部品を接合することは非常に困難である。また、一方の金属部品を他方の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、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。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
図６（ａ）（ｂ）に示すように、接合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２．０ｍｍ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往復振幅と接合品の往復周波数との積によって規定される熱量のことをいい、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。
【００１０】
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。
【００１１】
図６（ａ）（ｂ）に示すように、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。
【００１２】
２つ目の非定常熱弾塑性解析結果によれば、図８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。
【００１３】
続いて、本発明の特徴について説明する。
【００１４】
本発明の第１の特徴は、一対の金属部品の各接合面に発生した摩擦熱を利用して、一対の前記金属部品の各接合面を接合する摩擦接合方法において、一対の前記金属部品のうち少なくともいずれかの前記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、一対の前記金属部品の各接合面を対向させた状態で、一方の前記金属部品を他方の前記金属部品側へ相対的に移動させることにより、一対の前記金属部品の各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、一対の前記金属部品の各接合面を対向接触させた状態で、一方の前記金属部品を対向方向に直交する方向へ他方の前記金属部品に対して相対的に往復移動させつつ、一対の前記金属部品の寄り量（変位量）が目標の寄り量になるまで、一方の前記金属部品を他方の前記金属部品側へ相対的に押圧することにより、摩擦熱によって一対の前記金属部品の各接合面を軟化させて接合する接合工程と、を具備し、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いずれかの前記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。
【００１５】
ここで、本願の明細書及び特許請求の範囲において、「金属部品」には、ガスタービンエンジン等のエンジンに用いられるエンジン部品の他に、種々の金属製の機械部品を含む意である。また、「対向方向」とは、一対の金属部品の各接合面が対向する方向のことをいう。なお、融点は、摂氏を単位にしている。
【００１６】
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いずれかの前記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、一方の前記金属部品を他方の前記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、一対の前記金属部品の各接合面の軟化を速めて、一対の前記金属部品の各接合面から生じるバリの排出性を高めることができる。
【００１７】
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いずれかの前記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。
【００１８】
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いずれかの前記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、一方の前記金属部品を他方の前記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。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、前記接合工程中に、一方の前記金属部品を他方の前記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、バリの排出性を高めることができるため、一対の前記金属部品の強度又は剛性が十分に高くなくても、一対の前記金属部品を接合することができると共に、一方の前記金属部品を他方の前記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、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。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】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】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】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】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】図５は、時間と接合荷重及び一対の金属部品の寄り量との関係を示す図である。
【図６】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】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】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。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
本発明の実施形態に係る摩擦接合装置１は、矩形板状の一対の金属部品Ｗ，Ｔの各接合面Ｗａ，Ｔａ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。
【００２４】
ベッド３の前部には、一方の金属部品Ｗを保持する第１保持ヘッド（第１保持具）７が第１ガイド部材９を介して前後方向へ移動可能に設けられている。また、ベッド３の適宜位置５ａには、第１保持ヘッド７を前後方向へ移動させる油圧シリンダ等の第１アクチュエータ１１が設けられている。ここで、一方の金属部品Ｗを第１保持ヘッド７に取付けた状態（保持させた状態）で、第１アクチュエータ１１を駆動させると、一方の金属部品Ｗを前後方向へ第１保持ヘッド７と一体的に移動させるようになっている。
【００２５】
コラム５の前側には、他方の金属部品Ｔを保持する第２保持ヘッド（第２保持具）１３が第２ガイド部材１５を介して上下方向へ移動可能に設けられており、この第２保持ヘッド１３は、その基準の高さ位置に位置したときに、第１保持ヘッド７と同心状に位置するようになっている。また、コラム５の適宜位置には、第２保持ヘッド１３を基準の高さ位置を中心として上下方向へ往復移動させる電動モータ等の第２アクチュエータ１７が設けられている。ここで、他方の金属部品Ｔを第２保持ヘッド１３に取付けた状態（保持させた状態）で、第２アクチュエータ１７を駆動させると、他方の金属部品Ｔを基準の高さ位置を中心として上下方向へ第２保持ヘッド１３と一体的に往復移動させるようになっている。
【００２６】
ベッド３の上部には、支持フレーム１９が設けられており、この支持フレーム１９には、スライダ２１が第３ガイド部材２３を介して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１９の適宜位置１９ａには、スライダ２１を上下方向へ移動させる電動モータ等の第３アクチュエータ２５が設けられている。更に、スライダ２１には、一対の金属部品Ｗ，Ｔの各接合面Ｗａ，Ｔａを高周波によって加熱する加熱コイル２７が支持棒２９を介して設けられており、この加熱コイル２７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。ここで、加熱コイル２７は、第３アクチュエータ２５の駆動によりスライダ２１を上下方向へ移動させることによって、一対の金属部品Ｗ，Ｔの各接合面Ｗａ，Ｔａの間の領域に進退可能になっている。
【００２７】
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。
【００２８】
本発明の実施形態に係る摩擦接合方法は、一対の金属部品Ｗ，Ｔの各接合面Ｗａ，Ｔａに発生した摩擦熱を利用して、一対の金属部品Ｗ，Ｔの各接合面Ｗａ，Ｔａ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、第２接合工程、及びバリ除去工程を具備している。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、一対の金属部品Ｗ，Ｔ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。
【００２９】
(i)加熱工程
図１（ａ）に示すように、一方の金属部品Ｗを第１保持ヘッド７に、他方の金属部品Ｔを第２保持ヘッド１３にそれぞれ取付けて、一対の金属部品Ｗ，Ｔの各接合面Ｗａ，Ｔａを対向させる。次に、第３アクチュエータ２５の駆動によりスライダ２１を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２７を一対の金属部品Ｗ，Ｔの各接合面Ｗａ，Ｔａ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２７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２７によって一対の金属部品Ｗ，Ｔの各接合面Ｗａ，Ｔａを加熱する（図５参照）。ここで、一対の金属部品Ｗ，Ｔの劣化を防止するために、一対の金属部品Ｗ，Ｔの各接合面Ｗａ，Ｔａの温度が金属部品Ｗ，Ｔ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。
【００３０】
なお、図中に、一対の金属部品Ｗ，Ｔに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。
【００３１】
(ii)接触工程
加熱工程の終了後に、第３アクチュエータ２５の駆動によりスライダ２１を上方向へ移動させることにより、図２（ａ）に示すように、加熱コイル２７を一対の金属部品Ｗ，Ｔの各接合面Ｗａ，Ｔａの間の領域から退避させる。そして、一対の金属部品Ｗ，Ｔの各接合面Ｗａ，Ｔａを対向させた状態で、第１アクチュエータ１１の駆動により一方の金属部品Ｗを他方の金属部品Ｔ側（後方向）へ第１保持ヘッド７と一体的に移動させることにより、一対の金属部品Ｗ，Ｔの各接合面Ｗａ，Ｔａを接触させる（図４参照）。
【００３２】
(iii)第１接合工程
接触工程の終了後に、図２（ｂ）に示すように、一対の金属部品Ｗ，Ｔの各接合面Ｗａ，Ｔａを対向接触させた状態で、第２アクチュエータ１７の駆動により他方の金属部品Ｔを前記基準の高さ位置を中心として上下方向（対向方向に直交する方向）へ第２保持ヘッド１３と一体的に往復移動（往復振幅α）、換言すれば、一方の金属部品Ｗを上下方向へ他方の金属部品Ｔに対して相対的に往復移動させつつ、第１アクチュエータ１１の駆動により一方の金属部品Ｗを他方の金属部品Ｔ側へ押圧する。これにより、図２（ｃ）に示すように、一対の金属部品Ｗ，Ｔの各接合面Ｗａ，Ｔａから酸化物又は汚れ等をバリＢとして排出しつつ、摩擦熱によって一対の金属部品Ｗ，Ｔの各接合面Ｗａ，Ｔａを軟化させることができる。そして、一対の金属部品Ｗ，Ｔの寄り量（変位量）ｍが目標の寄り量ｔ1（図５参照）よりも小さく設定した目標前の寄り量ｔ2（図５参照）になると、第２アクチュエータ１７の駆動を停止して他方の金属部品Ｔの往復移動を停止する（図５参照）。
【００３３】
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）における一対の金属部品Ｗ，Ｔの各接合面Ｗａ，Ｔａの温度は、金属部品Ｗ，Ｔの材料の融点の２０％以上になっている。具体的には、一対の金属部品Ｗ，Ｔ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一対の金属部品Ｗ，Ｔの各接合面Ｗａ，Ｔａ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一対の金属部品Ｗ，Ｔの各接合面Ｗａ，Ｔａの温度を金属部品Ｗ，Ｔ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。
【００３４】
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一対の金属部品Ｗ，Ｔ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、一対の金属部品Ｗ，Ｔの加熱深さｈは、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２７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一対の金属部品Ｗ，Ｔ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。
【００３５】
(iv)第２接合工程
第１接合工程の終了後に、図３（ａ）に示すように、一対の金属部品Ｗ，Ｔの寄り量ｍが目標の寄り量ｔ1になるまで、第１アクチュエータ１１の駆動による一方の金属部品Ｗの押圧動作を継続して、一対の金属部品Ｗ，Ｔの各接合面Ｗａ，Ｔａを据え込む（図５参照）。これにより、図３（ｂ）に示すように、一対の金属部品Ｗ，Ｔの各接合面Ｗａ，ＴａからバリＢとして排出しつつ、一対の金属部品Ｗ，Ｔの各接合面Ｗａ，Ｔａを接合することができる。換言すれば、一対の金属部品Ｗ，Ｔからなる接合構造体ＪＳを製造することができる。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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一対の金属部品Ｗ，Ｔの各接合面Ｗａ，Ｔａの温度が金属部品Ｗ，Ｔ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、一方の金属部品Ｗを他方の金属部品Ｔ側へ押圧する接合荷重（押圧荷重）を大きくしなくても、一対の金属部品Ｗ，Ｔの各接合面Ｗａ，Ｔａ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一対の金属部品Ｗ，Ｔの各接合面Ｗａ，Ｔａ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、一対の金属部品Ｗ，Ｔの各接合面Ｗａ，Ｔａ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。
【００３９】
なお、一対の金属部品Ｗ，Ｔの摩擦接合試験を行った結果、本発明の実施形態に係る摩擦接合方法による場合、加熱工程を具備してない場合（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）。
【００４０】
従って、本発明の実施形態によれば、一対の金属部品Ｗ，Ｔの強度又は剛性が十分に高くなくても、一対の金属部品Ｗ，Ｔを接合することができると共に、一方の金属部品Ｗを他方の金属部品Ｔ側へ押圧する第１アクチュエータ１１（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。
【００４１】
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。
【００４２】
即ち、加熱工程において、一対の金属部品Ｗ，Ｔの各接合面Ｗａ，Ｔａを均一に加熱する代わりに、一対の金属部品Ｗ，Ｔのうちのいずれかの金属部品Ｗ（又はＴ）の接合面Ｗａ（又はＴａ）を均一に加熱するようにしたり、加熱コイル２７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、一般的な金属部品Ｗ，Ｔを接合対象にしているが、一般的な金属部品Ｗ，Ｔの代わりに、ガスタービンエンジンに用いられるエンジン部品（金属部品の一例）を接合対象にしても構わない。
【００４３】
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、前述の実施形態に限定されないものである。
【符号の説明】
【００４４】
Ｂ バリ
ＪＳ 接合構造体
Ｗ 一方の金属部品
Ｗａ 一方の金属部品の接合面
Ｔ 他方の金属部品
Ｔａ 他方の金属部品の接合面
１ 摩擦接合装置
３ ベッド
５ コラム
７ 第１保持ヘッド
１１ 第１アクチュエータ
１３ 第２保持ヘッド
１７ 第２アクチュエータ
１９ 支持フレーム
２１ スライダ
２５ 第３アクチュエータ
２７ 加熱コイル
２９ 支持棒
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の金属部品の各接合面に発生した摩擦熱を利用して、一対の前記金属部品の各接合面を接合する摩擦接合方法において、
一対の前記金属部品のうち少なくともいずれかの前記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、一対の前記金属部品の各接合面を対向させた状態で、一方の前記金属部品を他方の前記金属部品側へ相対的に移動させることにより、一対の前記金属部品の各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、一対の前記金属部品の各接合面を対向接触させた状態で、一方の前記金属部品を対向方向に直交する方向へ他方の前記金属部品に対して相対的に往復移動させつつ、一対の前記金属部品の寄り量が目標の寄り量になるまで、一方の前記金属部品を他方の前記金属部品側へ相対的に押圧することにより、摩擦熱によって一対の前記金属部品の各接合面を軟化させて接合する接合工程と、を具備し、
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いずれかの前記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。
【請求項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いずれかの前記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。
【請求項３】
前記加熱工程中に、一対の前記金属部品の各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。
【請求項４】
前記接合工程は、
前記接触工程の終了後に、一対の前記金属部品の各接合面を対向接触させた状態で、一方の前記金属部品を前記直交する方向へ他方の前記金属部品に対して相対的に往復移動させつつ、一方の前記金属部品を他方の前記金属部品側へ相対的に押圧することにより、摩擦熱によって一対の前記金属部品の各接合面を軟化させて、一対の前記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、一方の前記金属部品の相対的な往復移動を停止する第１接合工程と、
前記第１接合工程の終了後に、一対の前記金属部品の寄り量が目標の寄り量になるまで、一方の前記金属部品の相対的な押圧動作を継続して、一対の前記金属部品の各接合面を据え込むことにより、一対の前記金属部品の各接合面を接合する第２接合工程と、を備えてい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。
【請求項５】
前記金属部品は、ガスタービンエンジンに用いられるエンジン部品であることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれかの請求項に記載の摩擦接合方法。
【請求項６】
請求項１から請求項５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。
【請求項１】
一対の金属部品の各接合面に発生した摩擦熱を利用して、一対の前記金属部品の各接合面を接合する摩擦接合方法において、
一対の前記金属部品のうち少なくともいずれかの前記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、一対の前記金属部品の各接合面を対向させた状態で、一方の前記金属部品を他方の前記金属部品側へ相対的に移動させることにより、一対の前記金属部品の各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、一対の前記金属部品の各接合面を対向接触させた状態で、一方の前記金属部品を対向方向に直交する方向へ他方の前記金属部品に対して相対的に往復移動させつつ、一対の前記金属部品の寄り量が目標の寄り量になるまで、一方の前記金属部品を他方の前記金属部品側へ相対的に押圧することにより、摩擦熱によって一対の前記金属部品の各接合面を軟化させて接合する接合工程と、を具備し、
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いずれかの前記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。
【請求項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いずれかの前記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。
【請求項３】
前記加熱工程中に、一対の前記金属部品の各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。
【請求項４】
前記接合工程は、
前記接触工程の終了後に、一対の前記金属部品の各接合面を対向接触させた状態で、一方の前記金属部品を前記直交する方向へ他方の前記金属部品に対して相対的に往復移動させつつ、一方の前記金属部品を他方の前記金属部品側へ相対的に押圧することにより、摩擦熱によって一対の前記金属部品の各接合面を軟化させて、一対の前記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、一方の前記金属部品の相対的な往復移動を停止する第１接合工程と、
前記第１接合工程の終了後に、一対の前記金属部品の寄り量が目標の寄り量になるまで、一方の前記金属部品の相対的な押圧動作を継続して、一対の前記金属部品の各接合面を据え込むことにより、一対の前記金属部品の各接合面を接合する第２接合工程と、を備えてい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。
【請求項５】
前記金属部品は、ガスタービンエンジンに用いられるエンジン部品であることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれかの請求項に記載の摩擦接合方法。
【請求項６】
請求項１から請求項５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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２２８７０３（Ｐ２０１２−２２８７０３Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９７４５６（Ｐ２０１１−９７４５６）
【出願日】平成２３年４月２５日（２０１１．４．２５）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２５日（２０１１．４．２５）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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