JP2014088857A - 一体型翼車におけるブレードの摩擦圧接方法、摩擦圧接装置及び一体型翼車 - Google Patents

Abstract

【課題】ディスクの外周に列設された各ブレード基部とブレードとの接合面を、隣接するブレード配置に関わらず常に等しく且つ適切な到達温度及び温度分布で予備加熱でき、もって理想的な条件で摩擦圧接法により接合できる一体型翼車におけるブレードの摩擦圧接方法を提供する。
【解決手段】ディスクＤの外周上に列設された各ブレード基部Ｄａに対して、一側方より順にブレードＢを加熱コイル７により予備加熱して線形摩擦圧接法により接合する。各ブレードＢの予備加熱時において隣接するブレード基部ＤａにブレードＢが接合されていない場合には、そのブレード基部Ｄａにダミー部材Ｂｄを配置した上で予備加熱を実施する。これによりブレードＢがある場合と同様にダミー部材Ｂｄに磁束による渦電流を発生させる。
【選択図】図２

Description

本発明は一体型翼車（ブリスク、ブリング）におけるブレードの摩擦圧接方法、摩擦圧接装置及び一体型翼車に係り、詳しくはディスクの外周上に間隔をおいて列設された複数の接合部位に対して一側方より順にブレードを加熱コイルにより予備加熱して摩擦圧接法により接合する一体型翼車の摩擦圧接方法、摩擦圧接装置及び当該摩擦圧接方法により製造された一体型翼車に関する。

摩擦圧接法は、接合対象物である一対の接合部材を突き合わせて押圧力（アプセット圧力、フォージ圧力）を作用させながら相対運動を起こさせ、このとき発生する摩擦熱によって接合面を昇温して固相状態のまま接合する方法である。例えば特許文献１の技術では、航空機エンジンの圧縮機又はタービンのロータとして適用される一体型翼車（ブリスク）を修理するために摩擦圧接法を用いている。この種の一体型翼車は、ディスクの外周に多数のブレードを一体的に列設して構成されている。何れかのブレードが損傷したときには、破損したブレードを基部（以下、ブレード基部という）から切除した上で、切除後のブレード基部に補修用のブレードを接合することで修理している。
補修用ブレードの接合には線形摩擦圧接法（ＬＦＷ:Linear Friction Welding）が用いられ、ブレード基部に対して補修用ブレードを突き合わせて押圧力を作用させながら、直線上で往復動させてブレード基部との間に摩擦熱を発生させて接合している。このような線形摩擦圧接法は一体型翼車の修理のみならず一体型翼車を製造するときにも利用され、ディスクの外周に列設された多数のブレード基部に対して順にブレードを線形摩擦圧接法により接合している。

以上の摩擦圧接法は他の溶接法に比較して、接合部材の温度上昇を抑制できるため接合部材への熱影響が少なく、また接合箇所の酸化物等が摩擦により余盛として押し出されるので欠陥が発生し難いという長所を有する。その反面、摩擦熱により接合部材の接合箇所を軟化させるには強力な押圧力が必要なため、必然的に堅牢且つ機構的に大掛かりな装置を要して製造コストが嵩むという問題がある。

このような問題の解決策として、事前に接合部材の両方又は一方を予備的に加熱し（以下、予備加熱という）、その後に摩擦圧接法を実施する手法が提案されている。例えば特許文献２には、回転摩擦圧接法を用いた技術が開示されている。当該技術では、一対の棒状をなす接合部材を突き合わせて周囲を包囲するように加熱コイルを配設し、加熱コイルの電磁誘導作用により両接合部材の接合部位を予備加熱した後に、両接合部材を相対回転させて接合している。この予備加熱により回転摩擦圧接法の際に要求される押圧力を軽減し、装置の規模の縮小を図っている。

このような予備加熱は、線形摩擦圧接法を用いた接合、例えば前記ディスクに対するブレードの接合等にも応用できる。ブレード基部にブレードを突き合わせた状態では、加熱コイルを配置するスペースの確保が困難である。そこで、まずブレード基部に対してブレードを離間配置し、両部材の間に加熱コイルを挿入して相対向する接合面を予備加熱する。次いで、両部材の間から加熱コイルを離脱させた後に、ブレードをブレード基部に突き合わせて線形摩擦圧接法を実施する手順を採ることが考えられる。

特開２００９−３９７４６号公報 特開平５−１３１２８０号公報

周知のように電磁誘導作用を利用した予備加熱では、加熱コイルに高周波電流を流すことにより接合部材との間、及び接合部材内に磁束を生起させ、接合部材内の磁束を妨げる渦電流の発生により接合部材の接合面を昇温している。ところが、高周波電流による磁束は、接合部材のみならず近接に位置する導電性の部材にも生起して渦電流を発生させ、その分だけ接合部材の渦電流が弱まって昇温が妨げられてしまう。

前記した一体型翼車では各ブレードの間隔が狭いため、今回の接合作業によって接合するブレードのみならず隣接する既に接合済みのブレードにも渦電流が発生する。ブレードの接合は、ディスクの外周に列設された各ブレード基部に一側方より順に実施されるため、最初のブレードは両側に接合済みのブレードが位置しない状態で予備加熱される。これに対して２枚目以降のブレード（最後のブレードを除く）は一側に接合済みのブレードが位置する状態で予備加熱され、最後のブレードは両側に接合済みのブレードが位置する状態で予備加熱される。

このため同一条件の予備加熱（同一の電流値及び通電時間等）によれば、最初のブレード、２枚目以降の多数のブレード、最後のブレードの順で、相対向する接合面に発生する渦電流が弱まり、それに伴って到達温度が低くなってしまう。

例えば、以上の３種の隣接するブレード配置に対応して予め３種の予備加熱条件を設定する対策が考えられる。又、それに加えてブレード配置に応じて異なる仕様の加熱コイルを用いる対策も考えられる。しかしながら、前者の対策では調整可能な要件が少ないため、接合面の到達温度を十分に均等化することは困難であるし、各接合面の温度分布を等しくすることもできない。また、後者の対策についても同様である上に、一連の各ブレードの接合作業を自動化した場合には、隣接するブレード配置毎に加熱コイルを交換する新たな作業が発生するため現実的な対策とは言い難い。

よって、ブレード配置に応じて接合面の到達温度や温度分布に誤差が生じることから、その後の摩擦圧接法を理想的な条件で実施できなくなり、この点で今一つ改良の余地があった。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ディスクの外周に列設された各ブレード基部とブレードとの接合面を、隣接するブレード配置に関わらず常に等しく且つ適切な到達温度及び温度分布で予備加熱でき、もって理想的な条件で摩擦圧接法により接合することができる一体型翼車におけるブレードの摩擦圧接方法、摩擦圧接装置及び一体型翼車を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、ディスクの外周上に間隔をおいて列設された複数の接合部位に対して順次ブレードを加熱コイルにより予備加熱して摩擦圧接法により接合する一体型翼車の摩擦圧接方法において、今回接合作業が施される接合部位に対して隣接する接合部位にブレードが接合されていない場合に、隣接する接合部位にブレードと導電率が近似するダミー部材を配置するダミー部材配置工程と、ダミー部材の配置後に、加熱コイルによる予備加熱を実施する予備加熱工程と、予備加熱後に、隣接する接合部位からダミー部材を離脱させてブレードを摩擦圧接法により接合部位に接合する摩擦圧接工程とを具備したことを特徴とする。

請求項２発明は、ディスクの外周上に間隔をおいて列設された複数の接合部位に対して順次ブレードを加熱コイルにより予備加熱して摩擦圧接法により接合する一体型翼車の摩擦圧接方法において、最初に前記ブレードを接合する接合部位を除く全ての接合部位に、ブレードと導電率が近似するダミー部材をそれぞれ配置するダミー部材配置工程と、ダミー部材の配置後に、最初の接合部位に対して加熱コイルによる予備加熱を実施する第１の予備加熱工程と、第１の予備加熱工程による予備加熱後に、最初の接合部位にブレードを摩擦圧接法により接合する第１の摩擦圧接工程と、最初の接合部位へのブレードの接合後に、次にブレードを接合する接合部位に配置されているダミー部材を除去するダミー部材除去工程と、ダミー部材の除去後に、次の接合部位に対して加熱コイルによる予備加熱を実施する第２の予備加熱工程と、第２の予備加熱工程による予備加熱後に、次の接合部位にブレードを摩擦圧接法により接合する第２の摩擦圧接工程とを具備したことを特徴とする。

請求項３の発明は、ダミー部材としてブレードが適用されていることを特徴とする。
請求項４の発明は、ダミー部材がブレードの形状を簡略化した形状をなすことを特徴とする。
請求項５の発明は、ダミー部材配置工程が、ディスクの接合部位に対してダミー部材を接触させた状態で配置することを特徴とする。

請求項６の発明は、ダミー部材配置工程が、今回接合作業が施される接合部位に対して隣接する両側の接合部位を撮像して、撮像画像に基づき両側の接合部位にブレードが接合されているか否かを判定し、ブレードが接合されていない接合部位にダミー部材を配置することを特徴とする。
請求項７の発明は、外周上に間隔をおいて複数の接合部位が列設されたディスクを支持しながら、ディスクを寸動的に回転させて各接合部位を順番に摩擦圧接位置に送るディスク駆動手段と、摩擦圧接位置に送られたディスクの接合部位に対し摩擦圧接法によりブレードを接合する摩擦圧接手段と、摩擦圧接手段によるブレードの接合に先立って、ブレードを加熱コイルにより予備加熱する予備加熱手段と、予備加熱手段によるブレードの予備加熱時に、摩擦圧接位置に隣接する接合部位にブレードが接合されていない場合に、隣接する接合部位にブレードと導電率が近似するダミー部材を配置するダミー部材配置手段とを具備したことを特徴とする。
請求項８の発明は、請求項１乃至請求項６の何れか記載のブレードの摩擦圧接方法、または請求項７に記載のブレードの摩擦圧接装置により製造された一体型翼車を特徴とする。

以上説明したように本発明の一体型翼車におけるブレードの摩擦圧接方法、摩擦圧接装置及び一体型翼車によれば、ディスクの外周上に列設された複数の接合部位に対して一側方より順にブレードを予備加熱して摩擦圧接法により接合する一体型翼車の摩擦圧接方法において、今回接合作業が施される接合部位に対して隣接する接合部位にブレードが接合されていない場合にダミー部材を配置し、ダミー部材の配置後に予備加熱を実施し、予備加熱後に隣接する接合部位からダミー部材を離脱させてブレードを接合部位に接合することにより一体型翼車を製造するようにした。

従って、隣接する接合部位にブレードが接合されている場合には予備加熱時の磁束による渦電流が接合済みブレードに発生し、隣接する接合部位にブレードが接合されていない場合には磁束による渦電流が接合済みブレードに代えてダミー部材に発生する。このため何れの場合でも予備加熱を常に等しい条件で実施でき、ディスクの各接合部位とブレードとの接合面を常に適切に予備加熱して、その後の線形摩擦圧接法を理想的な条件で実施することができる。

本発明の一体型翼車におけるブレードの摩擦圧接方法を実施するための摩擦圧接装置を示す全体構成図である。 ディスクのブレード基部に対するブレード、加熱コイル及びダミー部材の配置状態を示す部分斜視図である。 （ａ）〜（ｄ）最初のブレードを接合する各工程を示す図である。 （ａ）〜（ｄ）２枚目以降のブレードを接合する各工程を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）最後のブレードを接合する各工程を示す図である。 予備加熱によるブレード側の接合面の到達温度を実施形態と従来技術とで比較した試験結果を示す図である。 （ａ）〜（ｆ）別例の摩擦圧接方法によりブレードを接合する各工程を示す図である。

以下、本発明を具体化した一体型翼車におけるブレードの摩擦圧接方法及び摩擦圧接装置の一実施形態を説明する。
一体型翼車は、その本体であるディスクＤと、ディスクＤの外周に接合される多数のブレードＢからなり、チタン合金又はニッケル合金により製作されている。ディスクＤの外周には間隔をおいて多数のブレード基部Ｄａ（接合部位）が列設されている。各ブレード基部ＤａはブレードＢと対応する翼状断面をなし、それらのブレード基部Ｄａに対して各ブレードＢが本発明の線形摩擦圧接法を用いて接合されることにより一体型翼車が完成する。
但し、一体型翼車の形状はこれに限るものではない。例えばディスクＤの外周にブレード基部Ｄａを設けることなく、その外周面に直接ブレードＢを接合するようにしてもよい。

図１は本発明の一体型翼車におけるブレードの摩擦圧接方法を実施するための摩擦圧接装置を示す全体構成図、図２はブレード基部Ｄａに対するブレードＢ、加熱コイル及びダミー部材の配置状態を示す部分斜視図である。以下、説明の便宜上、図１の上下方向を上下、図１の左右方向を前後、図１の紙面と直交する方向を左右として規定する。

全体として線形摩擦圧接装置は、ディスクＤを支持しながら寸動的な回転により各ブレード基部Ｄａを順番に摩擦圧接位置Ｓ（ディスクＤの上部に設定）に送るディスク駆動部１（ディスク駆動手段）、摩擦圧接位置Ｓの上方でブレードＢを把持して摩擦圧接位置Ｓに送られたブレード基部Ｄａに対してブレードＢを接合する摩擦圧接部２（摩擦圧接手段）、ブレードＢの接合に先立って加熱コイル７により予備加熱を実施する予備加熱部３（予備加熱手段）、予備加熱時に隣接するブレード基部Ｄａに必要に応じてダミー部材Ｂｄを配置するダミー部材操作部４（ダミー部材配置手段）、及びこれらの各機構部１〜４の動作を統合制御する制御部５とから構成されており、線形摩擦圧接装置のベース６上にそれぞれ配置されている。

ディスク駆動部１の駆動機構８には、前記一体型翼車のディスクＤが脱着可能に固定されている。ディスクＤは一側面を後方に面した姿勢で支持されると共に、駆動機構８により後方から見て反時計回りに寸動的に回転駆動される。ディスクＤの回転駆動のピッチは各ブレード基部Ｄａの間隔に相当し、これにより各ブレード基部Ｄａが摩擦圧接位置Ｓに順次送られるようになっている。
摩擦圧接部２の把持部９は摩擦圧接位置Ｓの上方に配設され、把持部９にはブレードＢが脱着可能に把持されている。尚、本実施形態ではブレード基部ＤａへのブレードＢの接合が完了する毎に、作業者が新たなブレードＢを把持部９に把持させているが、これに限ることはなく、当該作業を自動化してもよい。

把持部９は油圧機構１０に支持されており、線形摩擦圧接法によるブレードＢの接合のために油圧機構１０により把持部９が上下方向及び前後方向に駆動されるようになっている。線形摩擦圧接法を実施する際には、把持部９を図１に二点鎖線で示す位置から下降させて、摩擦圧接位置ＳにあるディスクＤのブレード基部ＤａにブレードＢを突き合わせて両接合面に押圧力を作用させる。そして、この状態で把持部９と共にブレードＢを前後方向に往復動させることにより、両接合面に摩擦熱を発生させて接合する。

前記予備加熱部３はディスク駆動部１の後方位置に配置されている。ベース６上には予備加熱部３の直動ステージ１１が設置され、この直動ステージ１１上に給電ボックス１２が配置されて前後方向に移送されるようになっている。給電ボックス１２からは前方に向けて水平に支持アーム１３が延設され、支持アーム１３の先端に加熱コイル７が支持されている。
給電ボックス１２と共に加熱コイル７は前後方向に移送され、前側のストローク端では、図１に仮想線で示すように摩擦圧接位置Ｓのブレード基部ＤａとブレードＢとの間に挿入され（以下、挿入位置という）、後側のストローク端では、実線で示すようにブレード基部ＤａとブレードＢとの間から後方に離脱するようになっている（以下、退避位置という）。

図示はしないが給電ボックス１２内には高周波誘導加熱回路が収容され、この高周波誘導加熱回路は電力線１４を介して高周波電源１５に接続されると共に、支持アーム１３に内蔵された図示しないブスバーを介して前記加熱コイル７と電気的に接続されている。高周波誘導加熱回路は高周波電源１５からの電力供給によりブスバーを通じて加熱コイル７に高周波電流を流す。その結果、加熱コイル７とブレード基部Ｄａ及びブレードＢとの間、及びブレード基部ＤａとブレードＢとの内部に磁束が生起される。このため、ブレード基部Ｄａ及びブレードＢ内に磁束を妨げる渦電流が発生し、これらのブレード基部Ｄａ及びブレードＢの接合面がそれぞれ加熱されるようになっている。

前記ダミー部材操作部４は、予備加熱部３の左右両側にそれぞれ配置されている。図１では右側のダミー部材操作部４を省略し、左側のダミー部材操作部４のみを示しているが、左右のダミー部材操作部４は同一構成のため、以下、左側のダミー部材操作部４について述べる。前記予備加熱部３の給電ボックス１２と同様に、ダミー部材操作部４の移送台１６はダミー直動ステージ１７上に配設されて前後方向に移送されるようになっている。移送台１６からは前方に向けて水平にダミー支持アーム１８が延設され、ダミー支持アーム１８の先端にダミー部材Ｂｄが支持されている。

本実施形態では、ダミー部材Ｂｄとして接合対象であるブレードＢ自体を流用している。例えばディスクＤへの接合のために製造された多数のブレードＢの中から選出したブレードＢ、或いは一体型翼車の稼働中に折損して廃棄されたブレードＢ等が用いられ、これらのブレードＢがダミー部材Ｂｄとしてダミー支持アーム１８の先端に固定されている。
移送台１６と共にダミー部材Ｂｄはダミー直動ステージ１７に沿って移送され、前側のストローク端では、図２に示すように摩擦圧接位置Ｓの左側に隣接するブレード基部Ｄａの直上に配置され（以下、挿入位置という）、後側のストローク端では、ブレード基部Ｄａの直上から離脱するようになっている（以下、退避位置という）。このようにダミー直動ステージ１７により挿入位置のダミー部材Ｂｄを退避位置に切り換えるときの操作を「離脱」と定義する。

挿入位置においてダミー部材Ｂｄは、ブレード基部Ｄａに接合された場合のブレードＢと同様の姿勢、即ちディスクＤの中心を指向する正規姿勢に保持され、且つ円滑なダミー部材Ｂｄの移送のためにディスクＤのブレード基部Ｄａに対してダミー部材Ｂｄは僅かに離間している。
但し、ダミー部材ＢｄとしてブレードＢを流用する場合に限るものではないし、挿入位置でのダミー部材Ｂｄの姿勢についても前記に限ることはない。例えばブレードＢの材料であるチタン合金やニッケル合金は高価なため、同系統の合金の中で導電率が近似するより安価な材料を選択し、その材料でダミー部材Ｂｄを製作してもよいし、ブレードＢを流用することなく、翼状断面を簡略化した平板状のダミー部材Ｂｄを使用してもよい。又、挿入位置でのダミー部材Ｂｄの姿勢を前記から変更したり、ディスクＤのブレード基部Ｄａに対してダミー部材Ｂｄを接触させたりしてもよい。

以下に述べるように予備加熱時のダミー部材Ｂｄは挿入位置で加熱コイル７の磁束により渦電流を発生させる。本実施形態ではダミー部材ＢｄとしてブレードＢを流用するため、このときダミー部材Ｂｄに発生する渦電流は、本来のブレードＢ（詳しくは、摩擦圧接位置Ｓの左側にあるブレード基部Ｄａに接合済みのブレードＢ）に生じる渦電流と同様の発生状況となる。

左側のダミー部材操作部４は以上のように構成されており、右側のダミー部材操作部４も同一構成である、但し、右側のダミー部材操作部４ではダミー部材Ｂｄを挿入位置に移送したときに、摩擦圧接位置Ｓの右側に隣接するブレード基部Ｄａの直上にダミー部材Ｂｄが配置されるようになっている。
前記制御部５には、前記ディスク駆動部１の駆動機構８、摩擦圧接部２の油圧機構１０、予備加熱部３の給電ボックス１２、及びダミー部材操作部４の移送台１６が電気的に接続されている。制御部５からの指令に基づきこれらの機構部１〜４が作動し、以下に述べる一連の作業手順でディスクＤの各ブレード基部Ｄａに順次ブレードＢが接合されるようになっている。

又、制御部５には撮像装置１９が備えられ、撮像装置１９により摩擦圧接位置Ｓを含む周辺の領域Ｅが前方より撮像されて、その撮像画像が制御部５に入力される。制御部５では撮像画像の解析結果に基づき摩擦圧接位置Ｓの両側に位置するブレード基部Ｄａに接合済みのブレードＢが位置しているか否かが判定される。そして、その判定結果に応じて予備加熱時には、移送台１６が駆動制御されてダミー部材Ｂｄが適宜挿入位置に移送されるようになっている。

次に、以上のように構成された摩擦圧接装置により実施されるブレードＢの接合作業を図３に従って説明する。特に述べないが、以下の全ての作業手順は制御部５からの指令に基づくものである。尚、図３（ａ）〜（ｄ）は摩擦圧接位置Ｓの周辺を後方より見た図であり、ブレード基部Ｄａの送りのためにディスクＤは反時計回りに回転駆動され、紙面の奥方向から撮像装置１９により領域Ｅが撮像される。
全体としての作業は、摩擦圧接位置Ｓに位置するディスクＤのブレード基部ＤａにブレードＢを線形摩擦圧接方法により接合し、ディスクＤを寸動的に回転駆動して新たなブレード基部Ｄａを順番に摩擦圧接位置Ｓに送りながらブレードＢの接合を繰り返すことで実施される。これによりディスクＤの各ブレード基部Ｄａには一側方より周方向に沿って順にブレードＢが接合され、最終的に全てのブレード基部ＤａにブレードＢが接合されて作業が完了する。以下、最初のブレードＢの接合から最後のブレードＢの接合までの手順を順次説明する。

作業開始以前の初期状態では、駆動機構８に固定されたディスクＤの全てのブレード基部ＤａにはブレードＢが接合されておらず、何れかのブレード基部Ｄａが摩擦圧接位置Ｓに位置している。又、ブレードＢは把持部９に把持されて図１に実線で示す上方に位置しており、加熱コイル７及びダミー部材Ｂｄは退避位置に切り換えられている。

まず、制御部５は把持部９と共にブレードＢを下降させて、ブレードＢの接合面と摩擦圧接位置Ｓに位置するブレード基部Ｄａの接合面とを予め設定した間隔とする。そして、領域Ｅの撮像画像に基づき摩擦圧接位置Ｓの左右両側のブレードＢの有無を判定する。
図３（ａ）に示すように、この時点では両側の何れのブレード基部ＤａにもブレードＢが接合されていない。このため、左右の移送台１６を共に前方に移送してそれぞれのダミー部材Ｂｄを挿入位置に切り換える（ダミー部材配置工程）。これと並行して給電ボックス１２を前方に移送し、加熱コイル７を挿入位置に切り換える。

結果として図３（ｂ）に示すように、摩擦圧接位置Ｓのブレード基部ＤａとブレードＢとの間に加熱コイル７が挿入されると共に、その左右両側のブレード基部Ｄａ上にそれぞれダミー部材Ｂｄが配置される。この状態で高周波誘導加熱回路により加熱コイル７に高周波電流を流し、ブレード基部ＤａとブレードＢとの接合面を予備加熱する（予備加熱工程）。
予備加熱時の電流値及び通電時間等の諸条件は、予め試験により求められている。本実施形態では、摩擦圧接位置Ｓの左右両側に共に接合済みのブレードＢを位置させて、予備加熱時の磁束により左右のブレードＢに渦電流を発生させた状態で試験を実施している。このような試験により求められた諸条件に基づき、前記した予備加熱工程で加熱コイル７を通電制御する。この点は以下の２枚目以降の全てのブレードＢに対しても全く同様であり、最初のブレードＢと同一条件で予備加熱が実施される。

予備加熱を完了すると、直動ステージ１１により給電ボックス１２を後方に移送して加熱コイル７を退避位置に切り換える。その後に図３（ｃ）に示すように、把持部９と共にブレードＢを下降させて接合面をブレード基部Ｄａの接合面に突き合わせ、押圧力を作用させながらブレードＢを前後方向に往復動させて摩擦熱により両接合面を接合する（摩擦圧接工程）。
その後に、図３（ｄ）に示すように把持部９を上昇させると共に、左右の移送台１６を後方に移送してダミー部材Ｂｄを退避位置に切り換える。以上で最初のブレードＢの接合が完了し、次のブレードＢの接合のためにディスクＤをブレード基部Ｄａの間隔相当のピッチで回転駆動して、隣接する右側のブレード基部Ｄａを摩擦圧接位置Ｓに送る。

尚、作業手順は前記に限ることはなく、作業に支障が生じない範囲で任意に変更可能である。例えば前記した順序では、摩擦圧接位置ＳにブレードＢを配置した後に撮像画像に基づきブレードＢの有無を判定したが、双方の順序を逆転させてもよい。同様に、ブレード基部Ｄａに対してブレードＢを接合した後にダミー部材Ｂｄを離脱させたが、これらの順序も逆転可能である。
２枚目以降のブレードＢでも基本的には最初のブレードＢの接合と同様の手順が採られるが、ダミー部材Ｂｄの操作状況のみが相違する。即ち、作業者により次のブレードＢが把持部９に把持された後に、制御部５が把持部９と共にブレードＢを下降させ、撮像画像から摩擦圧接位置Ｓの両側のブレードＢの有無を判定する。
今回の接合作業では図４（ａ）に示すように、左側のブレード基部Ｄａに接合済みのブレードＢが位置している。このため図４（ｂ）に示すように、右側のダミー部材Ｂｄのみを挿入位置に切り換え（ダミー部材配置工程）、並行して加熱コイル７を挿入位置に切り換える。

次いで、加熱コイル７に高周波電流を流して予備加熱を実施し（予備加熱工程）、完了後に加熱コイル７を退避位置に切り換える。そして、図４（ｃ）に示すように、ブレードＢを下降させて線形摩擦圧接方法によりブレード基部Ｄａに接合した後に（摩擦圧接工程）、図４（ｄ）に示すようにダミー部材Ｂｄを退避位置に切り換える。以上で２枚目のブレードＢの接合が完了し、ディスクＤを回転駆動して隣接する右側のブレード基部Ｄａを摩擦圧接位置Ｓに送る。

以上の２枚目のブレードＢと同じく、３枚目以降のブレードＢを接合する際にも摩擦圧接位置Ｓの左側には接合済みのブレードＢが位置する。このため予備加熱時には右側のダミー部材Ｂｄのみを挿入位置に切り換え、重複する説明は省略するが、２枚目のブレードＢと全く同様の図４（ａ）〜（ｄ）の手順に従って作業を実施する。

そして、最後のブレードＢを接合する際には、図５（ａ）に示すように、摩擦圧接位置Ｓの左右のブレード基部Ｄａの何れにも接合済みのブレードＢが位置している。このため図５（ｂ）に示すように、左右のダミー部材Ｂｄを退避位置に保持したまま、加熱コイル７を挿入位置に切り換えて予備加熱を実施する（予備加熱工程）。
その後に加熱コイル７を退避位置に切り換えた上で、図５（ｃ）に示すようにブレード基部ＤａにブレードＢを接合すれば（摩擦圧接工程）、一連の各ブレードＢの接合作業が全て完了する。

次に、以上のようにして実施される各ブレードＢに対する予備加熱の実施状況を比較する。
最初のブレードＢに対する予備加熱では、摩擦圧接位置Ｓの左右両側の何れにも接合済みのブレードＢが位置していないが、図３（ｂ）に示すように、これらのブレードＢに代えてダミー部材Ｂｄが配置される。２枚目以降のブレードＢ（最後のブレードＢを除く）に対する予備加熱では、摩擦圧接位置Ｓの右側に接合済みのブレードＢが位置していないが、図４（ｂ）に示すように、この右側のブレードＢに代えてダミー部材Ｂｄが配置される。又、最後のブレードＢに対する予備加熱では、図５（ａ）に示すように、摩擦圧接位置Ｓの左右両側の何れにも接合済みのブレードＢが位置している。

従って、何れのブレードＢを予備加熱する場合でも、その左右両側には接合済みのブレードＢ或いはダミー部材Ｂｄの何れかが必ず配置され、これらのブレードＢやダミー部材Ｂｄに対して磁束による渦電流を発生させながら予備加熱が実施される。特に本実施形態ではダミー部材ＢｄとしてブレードＢ自体が用いられているため、磁束を受けたときのダミー部材Ｂｄは、接合済みのブレードＢの場合とほとんど変わらない渦電流の発生状況となる。結果として、摩擦圧接位置Ｓの両側或いは右側に接合済みのブレードＢが位置しない場合であってもダミー部材Ｂｄが渦電流を発生させるため、全てのブレードＢの予備加熱が常に等しい条件で行われることになる。

そして、前記のように予備加熱の諸条件（電流値や通電時間等）は、両側に接合済みのブレードＢを配置した試験に基づき設定されているため、全てのブレードＢに対する予備加熱を適切に実施できる。結果として隣接するブレード配置に関わらず、各ブレード基部ＤａとブレードＢとの接合面を常に等しく且つ適切な到達温度で予備加熱できる。

図６は予備加熱によるブレードＢ側の接合面の到達温度を本実施形態と従来技術とで比較した試験結果を示す図である。尚、到達温度は接合面の中心部温度として計測している。この図に示すように、従来技術では、両側に接合済みのブレードＢがない場合（図中の単翼）、一側に接合済みのブレードＢが位置する場合（図中の片翼あり）、両側に接合済みのブレードＢが位置する場合（図中の両翼あり）の順に中心部温度が低下している。これに対して本実施形態では、単翼、片翼、両翼の何れの場合でも従来技術の両翼に相当する中心部温度が得られており、ブレード配置の相違による温度格差を解消できることが判る。

又、予備加熱が常に等しい条件で行われることは、到達温度の格差解消だけでなく接合面の温度分布を均一化することにもつながる。よって、本実施形態によれば、隣接するブレード配置に関わらず、各ブレード基部ＤａとブレードＢとの接合面を常に等しく且つ適切な到達温度で予備加熱でき、もって、その後の線形摩擦圧接法を理想的な条件で実施して各ブレード基部ＤａにブレードＢを良好に接合することができる。
加えて、［発明が解決しようとする課題］で述べたような隣接するブレード配置に対応して加熱コイル７を交換する対策を必要としないため、当該対策による作業工程の複雑化を未然に防止できるという効果も得られる。

又、摩擦圧接位置Ｓの左右両側に接合済みのブレードＢが位置しているか否かを、撮像装置１９で撮像された画像に基づき判定している。このため接合済みのブレードＢの有無を制御部５で正確に判定でき、ブレードＢが位置しない場合にはこれに代えてダミー部材Ｂｄを確実に配置することができる。よって、接合済みのブレードＢが位置していないにも拘わらず当該位置にダミー部材Ｂｄが配置されない事態を未然に防止でき、もって常に予備加熱を適切に実施することができる。

但し、本発明は撮像画像からブレードＢの有無を判定する手法に限定されるものではない。例えば制御部５では作業開始からのディスクＤの寸動的な駆動回数を認識しているため、この駆動回数から今回の接合作業によって接合するブレードＢが何枚目のものであるかを判定できる。よって、その判定結果に応じてダミー部材Ｂｄの切換を実行してもよい。
更に、前記したようにダミー部材ＢｄとしてブレードＢ自体を流用せずに導電率が近似する安価な材料を用いることもできるし、翼状断面を簡略化した平板状のダミー部材Ｂｄ等の使用も可能である。これらの場合にはダミー部材Ｂｄの材料費や加工費を節減できるため、ひいては摩擦圧接装置全体の製造コストを低減できるという別の効果が得られる。

一方、前記したように挿入位置ではダミー部材ＢｄをディスクＤのブレード基部Ｄａから僅かに離間させているため、ブレード基部Ｄａに接触することなく円滑にダミー部材Ｂｄを移送できるという効果が得られる。但し、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばダミー部材Ｂｄを挿入位置でブレード基部Ｄａに接触させるようにしてもよい。

前記した説明から明らかなように、右側のダミー部材Ｂｄは、作業開始から各ブレードＢの予備加熱毎に挿入位置に移送されて渦電流を発生させて温度上昇する。予備加熱が終了する毎に右側のダミー部材Ｂｄは自然冷却されるが、十分に温度低下する以前に次の予備加熱で温度上昇する。このため、右側のダミー部材Ｂｄは次第に蓄熱し、最後から２枚目のブレードＢの予備加熱時にはかなり高温に達する。そして、最後のブレードＢの予備加熱時には摩擦圧接位置Ｓの右側にも接合済みのブレードＢが位置するため、右側のダミー部材Ｂｄが使用されないが、この接合済みのブレードＢは最初に接合されたブレードＢであるため十分に温度低下している。

従って、例えば最後から２枚目のブレードＢと最後のブレードＢとを比較すると、予備加熱時に右側に位置する部材（接合済みのブレードＢ又はダミー部材Ｂｄ）の温度が大幅に異なり、この温度差に起因して渦電流の発生状況にも無視できない格差が生じて予備加熱の条件が相違してしまう可能性がある。
挿入位置においてダミー部材Ｂｄをブレード基部Ｄａに接触させるとダミー部材Ｂｄの熱の一部がディスクＤ側に逃がされるため、ダミー部材Ｂｄの温度上昇を抑制できる。このため前記した温度差に起因する渦電流の格差を縮小でき、ひいては予備加熱を一層均等な条件で実施することができる。

ところで、本実施形態では、各ブレードＢの予備加熱毎に隣接するブレード基部Ｄａに対し必要に応じてダミー部材Ｂｄを配置したが、これに限ることはなく、事前にディスクＤの各ブレード基部Ｄａにダミー部材Ｂｄをそれぞれ配置するようにしてもよい。以下、この別例のブレードＢの接合作業を図７に従って説明する。
尚、この別例のブレードＢの接合作業には、図１に示す実施形態で述べた摩擦圧接装置を用いればよい。但し、ダミー部材操作部４及び撮像装置１９は不要であるため、当該機構を省略してもよい。

まず、ディスク駆動部１の駆動機構８に一体型翼車のディスクＤを固定し、一箇所のブレード基部Ｄａを除く全てのブレード基部Ｄａに対しそれぞれダミー部材Ｂｄを配置する（ダミー部材配置工程）。以下に述べるように配置したブレードＢは作業の進行に応じて順次取り除かれるため、簡単に取り除くことができるようにダミー部材Ｂｄの固定方法は簡易的なものが望ましい。例えば、点付け溶接等によりダミー部材Ｂｄをブレード基部Ｄａに固定しておく。以下、このようにブレード基部Ｄａに配置したダミー部材Ｂｄを取り除く操作を「除去」と定義する。
各ブレードＢの配置が完了すると、駆動機構８によりディスクＤを回転駆動してダミー部材Ｂｄが配置されていないブレード基部Ｄａを摩擦圧接位置Ｓに移送する。図７（ａ）に示すように、当該ブレード基部Ｄａが最初にブレードＢを接合するブレード基部Ｄａとなる。尚、各ブレード基部Ｄａへのダミー部材Ｂｄの配置はディスクＤ単体の状態で実施し、その後にディスクＤをディスク駆動部１の駆動機構８に固定する手順を採ってもよい。

次いで、ブレードＢを下降させると共に、加熱コイル７を挿入位置に切り換える。図７（ｂ）に示すように、摩擦圧接位置Ｓのブレード基部Ｄａの両側には既にダミー部材Ｂｄが配置されているため、この状態で予備加熱を実施する（第１の予備加熱工程）。
予備加熱の完了後に加熱コイル７を退避位置に切り換え、図７（ｃ）に示すように、線形摩擦圧接法によりブレード基部ＤａにブレードＢを接合する（第１の摩擦圧接工程）。

その後に把持部９を上昇させると最初のブレードＢの接合が完了し、次のブレードＢの接合のためにディスクＤを回転駆動して、隣接する右側のブレード基部Ｄａを摩擦圧接位置Ｓに送る。次に接合するディスクＤのブレード基部Ｄａにはダミー部材Ｂｄが配置されているため、図７（ｄ）に示すように、このダミー部材Ｂｄを除去する（ダミー部材除去工程）。例えば上記点付け溶接の場合には、溶接部を切除することによりブレード基部Ｄａからダミー部材Ｂｄを分離する。

次いで、次のブレードＢを把持部９に把持して下降させ、図７（ｅ）に示すように、加熱コイル７を挿入位置に切り換えて再び予備加熱を実施する（第２の予備加熱工程）。その後に加熱コイル７を退避位置に切り換えた上で、図７（ｆ）に示すように、ブレードＢを下降させてブレード基部Ｄａに接合する（第２の摩擦圧接工程）。以上で２枚目のブレードＢの接合が完了し、ディスクＤを回転駆動して隣接する右側のブレード基部Ｄａを摩擦圧接位置Ｓに送る。

２枚目のブレードＢと同じく、３枚目以降のブレードＢを接合する際にもブレード基部Ｄａにダミー部材Ｂｄが配置されている。このためブレードＢの接合毎に図７（ｄ）〜（ｆ）の手順に従って、まずダミー部材Ｂｄを除去した上で、予備加熱及び摩擦圧接の作業をそれぞれ実施し、最終的にディスクＤの外周の全てのブレード基部ＤａにブレードＢを接合する。

この別例のブレードＢの接合作業では、図７（ａ）に示すように、最初のブレードＢに対する予備加熱では、摩擦圧接位置Ｓの左右両側の何れにもダミー部材Ｂｄが配置されている。２枚目以降のブレードＢ（最後のブレードＢを除く）に対する予備加熱では、図７（ｄ）に示すように、摩擦圧接位置Ｓの左側には接合済みのブレードＢが位置し、右側にはダミー部材Ｂｄが配置されている。最後のブレードＢに対する予備加熱では、摩擦圧接位置Ｓの左右両側の何れにも接合済みのブレードＢが位置している。
従って、何れのブレードＢを予備加熱する場合でも、その左右両側には接合済みのブレードＢ或いはダミー部材Ｂｄの何れかが必ず配置される。よって、重複する説明はしないが、この別例においても上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、ディスクＤの外周上に列設した各ブレード基部Ｄａに一側方から順にブレードＢを接合したが、これに限ることはなく、異なる順序に従って各ブレード基部ＤａにブレードＢを接合するようにしてもよい。
又、上記実施形態では、ディスクＤの外周上に列設された各ブレード基部Ｄａに対し線形摩擦圧接法によりブレードＢを順次接合したが、このような環状の接合対象物だけでなく、直線状の接合対象物に対しても応用できる。即ち、この場合には、接合対象物に間隔をおいて直線状に列設された各接合部位（ブレード基部Ｄａに相当）に対して、一側方より順に線形摩擦圧接法で接合部材を接合していく。最初の接合部材ではその両側に接合済みの接合部材が位置していないのに対し、２つめ以降の接合部材では一側に接合済みの接合部材が位置する。よって、最初の接合部材を接合する際に、その一側にダミー部材を配置すれば、上記実施形態と同様に、全ての接合部材の予備加熱を等しい条件で行うことができる。

又、上記実施形態では、把持部９にブレードＢを把持させる作業以外の全ての作業を摩擦圧接装置により自動化したが、これに限ることはない。例えば摩擦圧接位置Ｓに隣接するブレード基部ＤａにブレードＢが位置するか否かを作業者が目視で確認し、その結果に応じて作業者がダミー部材Ｂｄを手動で挿入及び離脱操作するようにしてもよい。加熱コイル７の挿入及び離脱操作に付いても同様であり、作業者が手動で実施するようにしてもよい。又、一連の作業手順を制御部５からの指令に基づくことなく、作業者によるスイッチ操作に応じて各機構部１〜４を作動させるようにしてもよい。

１ ディスク駆動部（ディスク駆動手段）
２ 摩擦圧接部（摩擦圧接手段）
３ 予備加熱部（予備加熱手段）
４ ダミー部材操作部（ダミー部材配置手段）
７ 加熱コイル
Ｄ ディスク
Ｄａ ブレード基部
Ｂ ブレード
Ｂｄ ダミー部材

Claims (8)

1. ディスクの外周上に間隔をおいて列設された複数の接合部位に対して順次ブレードを加熱コイルにより予備加熱して摩擦圧接法により接合する一体型翼車の摩擦圧接方法において、
   今回接合作業が施される接合部位に対して隣接する接合部位に前記ブレードが接合されていない場合に、該隣接する接合部位に前記ブレードと導電率が近似するダミー部材を配置するダミー部材配置工程と、
   前記ダミー部材の配置後に、前記加熱コイルによる予備加熱を実施する予備加熱工程と、
   前記予備加熱後に、前記隣接する接合部位から前記ダミー部材を離脱させて前記ブレードを摩擦圧接法により前記接合部位に接合する摩擦圧接工程と
   を具備したことを特徴とする一体型翼車におけるブレードの摩擦圧接方法。
2. ディスクの外周上に間隔をおいて列設された複数の接合部位に対して順次ブレードを加熱コイルにより予備加熱して摩擦圧接法により接合する一体型翼車の摩擦圧接方法において、
   最初に前記ブレードを接合する接合部位を除く全ての接合部位に、前記ブレードと導電率が近似するダミー部材をそれぞれ配置するダミー部材配置工程と、
   前記ダミー部材の配置後に、前記最初の接合部位に対して前記加熱コイルによる予備加熱を実施する第１の予備加熱工程と、
   前記第１の予備加熱工程による予備加熱後に、前記最初の接合部位に前記ブレードを摩擦圧接法により接合する第１の摩擦圧接工程と、
   前記最初の接合部位へのブレードの接合後に、次に前記ブレードを接合する接合部位に配置されているダミー部材を除去するダミー部材除去工程と、
   前記ダミー部材の除去後に、前記次の接合部位に対して前記加熱コイルによる予備加熱を実施する第２の予備加熱工程と、
   前記第２の予備加熱工程による予備加熱後に、前記次の接合部位に前記ブレードを摩擦圧接法により接合する第２の摩擦圧接工程と
   を具備したことを特徴とする一体型翼車におけるブレードの摩擦圧接方法。
3. 前記ダミー部材として前記ブレードが適用されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の一体型翼車におけるブレードの摩擦圧接方法。
4. 前記ダミー部材は、前記ブレードの形状を簡略化した形状をなすことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の一体型翼車におけるブレードの摩擦圧接方法。
5. 前記ダミー部材配置工程は、前記ディスクの接合部位に対して前記ダミー部材を接触させた状態で配置することを特徴とする請求項１、３、４の何れかに記載の一体型翼車におけるブレードの摩擦圧接方法。
6. 前記ダミー部材配置工程は、今回接合作業が施される接合部位に対して隣接する両側の接合部位を撮像して、該撮像画像に基づき両側の接合部位に前記ブレードが接合されているか否かを判定し、該ブレードが接合されていない接合部位に前記ダミー部材を配置することを特徴とする請求項１、３、４の何れかに記載の一体型翼車におけるブレードの摩擦圧接方法。
7. 外周上に間隔をおいて複数の接合部位が列設されたディスクを支持しながら、該ディスクを寸動的に回転させて各接合部位を順番に摩擦圧接位置に送るディスク駆動手段と、
   前記摩擦圧接位置に送られた前記ディスクの接合部位に対し摩擦圧接法によりブレードを接合する摩擦圧接手段と、
   前記摩擦圧接手段による前記ブレードの接合に先立って、該ブレードを加熱コイルにより予備加熱する予備加熱手段と、
   前記予備加熱手段による前記ブレードの予備加熱時に、前記摩擦圧接位置に隣接する接合部位に前記ブレードが接合されていない場合に、該隣接する接合部位に前記ブレードと導電率が近似するダミー部材を配置するダミー部材配置手段と
   を具備したことを特徴とする一体型翼車におけるブレードの摩擦圧接装置。
8. 請求項１乃至請求項６の何れかに記載のブレードの摩擦圧接方法、または請求項７に記載のブレードの摩擦圧接装置により製造されたことを特徴とする一体型翼車。

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