(57)【要約】【課題】内バリの発生を抑制することができる金属中空部材の摩擦圧接方法および発電設備用部材を提供する。【解決手段】実施形態の金属中空部材の摩擦圧接方法では、配管１０と配管２０とを摩擦圧接によって接合する。この摩擦圧接方法は、配管１０および配管２０の少なくとも一方の接合端部側の内周に周方向に亘って切欠き部１１、２１を形成する工程と、配管１０および配管２０を同軸上に保持する工程と、配管１０および配管２０の接合端面１２、２２どうしを突き合わせ、軸方向に加圧しながら、配管１０または配管２０を回転させて摩擦接合する工程とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の金属中空部材と第２の金属中空部材とを摩擦圧接によって接合する金属中空部材の摩擦圧接方法において、
前記第１の金属中空部材および前記第２の金属中空部材の少なくとも一方の接合端部側の内周に周方向に亘って切欠き部を形成する工程と、
前記第１の金属中空部材および前記第２の金属中空部材を同軸上に保持する工程と、
前記第１の金属中空部材および前記第２の金属中空部材の接合端面どうしを突き合わせ、軸方向に加圧しながら、前記第１の金属中空部材または前記第２の金属中空部材を回転させて摩擦接合する工程と
を具備することを特徴する金属中空部材の摩擦圧接方法。
【請求項２】
前記切欠き部が、前記第１の金属中空部材および前記第２の金属中空部材の双方に形成される場合、
前記第１の金属中空部材および前記第２の金属中空部材の中心軸を含む軸方向断面において、前記第１の金属中空部材における一つの前記切欠き部の面積と前記第２の金属中空部材における一つの前記切欠き部の面積とを合計した面積Ａが、次の式の関係を満たすことを特徴する請求項１記載の金属中空部材の摩擦圧接方法。
１／６×Ｌ×Ｔ≦Ａ≦１／２×Ｌ×Ｔ  
ここで、Ｌは、摩擦圧接前における前記第１の金属中空部材と前記第２の金属中空部材の軸方向の長さの合計から、摩擦圧接後における前記第１の金属中空部材と前記第２の金属中空部材とからなる接合体の軸方向の長さを減じた長さであり、Ｔは、前記第１の金属中空部材および前記第２の金属中空部材の肉厚である。
【請求項３】
前記第１の金属中空部材の前記切欠き部の面積と、前記第２の金属中空部材の前記切欠き部の面積とが等しいことを特徴する請求項２記載の金属中空部材の摩擦圧接方法。
【請求項４】
前記第１の金属中空部材の前記切欠き部の面積と、前記第２の金属中空部材の前記切欠き部の面積とが異なることを特徴する請求項２記載の金属中空部材の摩擦圧接方法。
【請求項５】
前記切欠き部が、前記第１の金属中空部材または前記第２の金属中空部材に形成される場合、
前記第１の金属中空部材および前記第２の金属中空部材の中心軸を含む軸方向断面において、一つの前記切欠き部の面積Ａが、次の式の関係を満たすことを特徴する請求項１記載の金属中空部材の摩擦圧接方法。
１／６×Ｌ×Ｔ≦Ａ≦１／２×Ｌ×Ｔ
ここで、Ｌは、摩擦圧接前における前記第１の金属中空部材と前記第２の金属中空部材の軸方向の長さの合計から、摩擦圧接後における前記第１の金属中空部材と前記第２の金属中空部材とからなる接合体の軸方向の長さを減じた長さであり、Ｔは、前記第１の金属中空部材および前記第２の金属中空部材の肉厚である。
【請求項６】
第１の金属中空部材と第２の金属中空部材とを摩擦圧接によって接合する金属中空部材の摩擦圧接方法において、
前記第１の金属中空部材および前記第２の金属中空部材の少なくとも一方の接合端面に溝部を形成する工程と、
前記第１の金属中空部材および前記第２の金属中空部材を同軸上に保持する工程と、
前記第１の金属中空部材および前記第２の金属中空部材の接合端面どうしを突き合わせ、軸方向に加圧しながら、前記第１の金属中空部材または前記第２の金属中空部材を回転させて摩擦接合する工程と
を具備することを特徴する金属中空部材の摩擦圧接方法。
【請求項７】
前記溝部が、前記第１の金属中空部材および前記第２の金属中空部材の双方に形成される場合、
前記第１の金属中空部材の溝部の体積と、前記第２の金属中空部材の溝部の体積とを合計した体積Ｖが、次の式の関係を満たすことを特徴する請求項６記載の金属中空部材の摩擦圧接方法。
１／６×Ｌ×Ｓ≦Ｖ≦１／２×Ｌ×Ｓ  
ここで、Ｌは、摩擦圧接前における前記第１の金属中空部材と前記第２の金属中空部材の軸方向の長さの合計から、摩擦圧接後における前記第１の金属中空部材と前記第２の金属中空部材とからなる接合体の軸方向の長さを減じた長さであり、Ｓは、前記第１の金属中空部材および前記第２の金属中空部材の、前記溝部を含む接合端面のそれぞれの面積である。
【請求項８】
前記第１の金属中空部材の前記溝部の体積と、前記第２の金属中空部材の前記溝部の体積とが等しいことを特徴する請求項７記載の金属中空部材の摩擦圧接方法。
【請求項９】
前記第１の金属中空部材の前記溝部の体積と、前記第２の金属中空部材の前記溝部の体積とが異なることを特徴する請求項７記載の金属中空部材の摩擦圧接方法。
【請求項１０】
前記溝部が、前記第１の金属中空部材または前記第２の金属中空部材に形成される場合、
前記溝部の体積Ｖが、次の式の関係を満たすことを特徴する請求項６記載の金属中空部材の摩擦圧接方法。
１／６×Ｌ×Ｓ≦Ｖ≦１／２×Ｌ×Ｓ  
ここで、Ｌは、摩擦圧接前における前記第１の金属中空部材と前記第２の金属中空部材の軸方向の長さの合計から、摩擦圧接後における前記第１の金属中空部材と前記第２の金属中空部材とからなる接合体の軸方向の長さを減じた長さであり、Ｓは、前記溝部が形成された前記第１の金属中空部材または前記第２の金属中空部材の、前記溝部を含む接合端面の面積である。
【請求項１１】
前記溝部が、前記接合端面を含む端面の中心を中心として放射状に形成された複数の溝であることを特徴する請求項６乃至１０のいずれか１項記載の金属中空部材の摩擦圧接方法。
【請求項１２】
前記溝部が、前記接合端面の外縁と内縁との間に、周方向に亘って形成されたリング状の溝であることを特徴する請求項６乃至１０のいずれか１項記載の金属中空部材の摩擦圧接方法。
【請求項１３】
第１の金属中空部材と第２の金属中空部材とを摩擦圧接によって接合する金属中空部材の摩擦圧接方法において、
第１の金属中空部材および第２の金属中空部材を同軸上に保持する工程と、
第１の金属中空部材および第２の金属中空部材の接合端面側の端部を外周側から非接触加熱する工程と、
前記第１の金属中空部材および前記第２の金属中空部材の接合端面どうしを突き合わせ、軸方向に加圧しながら、前記第１の金属中空部材または前記第２の金属中空部材を回転させて摩擦接合する工程と、
前記摩擦接合の際、第１の金属中空部材と第２の金属中空部材接合部との接合部を内周側から冷却する工程と
を具備することを特徴する金属中空部材の摩擦圧接方法。
【請求項１４】
第１の金属中空部材と第２の金属中空部材とを摩擦圧接によって接合する金属中空部材の摩擦圧接方法において、
第１の金属中空部材および第２の金属中空部材を同軸上に保持する工程と、
第１の金属中空部材および第２の金属中空部材のそれぞれの接合端面から、軸方向に第１の金属中空部材および第２の金属中空部材の肉厚Ｔの１／２〜３倍の長さの範囲を外周側から非接触加熱する工程と、
前記非接触加熱の際、前記非接触加熱する範囲の軸方向外側を外周側から冷却する工程と、
前記第１の金属中空部材および前記第２の金属中空部材の接合端面どうしを突き合わせ、軸方向に加圧しながら、前記第１の金属中空部材または前記第２の金属中空部材を回転させて摩擦接合する工程と
を具備することを特徴する金属中空部材の摩擦圧接方法。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のいずれか１項記載の金属中空部材の摩擦圧接方法によって接合されたことを特徴する発電設備用部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、金属中空部材の摩擦圧接方法および発電設備用部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、大型の金属構造物である発電設備用の配管やタービンロータ構造物は、主としてアーク溶接によって接合されている。しかしながら、溶接接合においては、施工に時間がかかることや、熟練した溶接士が必要である。また、溶融プロセスを経る溶接では、接合する材料の組み合わせによっては、継手強度の低下が生じたり、接合そのものができないこともある。
【０００３】
このような溶接接合以外に、金属材料の接合手法の一つとして摩擦圧接がある。摩擦圧接では、例えば一対の円筒管を同軸上に配置し、片側を回転させながらもう片側を押付けることによって生じる摩擦熱により接合部を加熱し、接合する。この際、接合部では、円筒管の内側と外側に押し出された材料がバリとして排出される。
【０００４】
従来の金属中空構造物の摩擦圧接方法については、疲労破壊の起点となるバリ隅部のエッジの発生を抑制することで、接合部の信頼性の向上を図った摩擦圧接方法が開示されている。また、外部からの非接触加熱などを適用することで、タービンロータ構造物などの大型の構造物を接合する接合方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１４１９３３号公報
【特許文献２】特開２０１２−１１５８８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記したように、従来の摩擦圧接法において金属中空構造物を接合する場合、接合部の内径側と外径側に、本来不必要なバリが生じる。内径側に発生するバリ（以下、内バリと称する。）については、外径側のバリ（以下、外バリと称する。）に比べ、切削が困難である。そして、内バリは、構造上除去できないことが多い。
【０００７】
また、内バリは、応力集中部として破壊の起点となったり、金属中空構造物内を流れる流体の抵抗になることがある。このようなことから、摩擦圧接の適用範囲が限られていた。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、内バリの発生を抑制することができる金属中空部材の摩擦圧接方法および発電設備用部材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態の金属中空部材の摩擦圧接方法では、第１の金属中空部材と第２の金属中空部材とを摩擦圧接によって接合する。この摩擦圧接方法は、前記第１の金属中空部材および前記第２の金属中空部材の少なくとも一方の接合端部側の内周に周方向に亘って切欠き部を形成する工程と、前記第１の金属中空部材および前記第２の金属中空部材を同軸上に保持する工程と、前記第１の金属中空部材および前記第２の金属中空部材の接合端面どうしを突き合わせ、軸方向に加圧しながら、前記第１の金属中空部材または前記第２の金属中空部材を回転させて摩擦接合する工程とを備える。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法によって接合される配管の、中心軸を含む断面を示す図である。
【図２】図１のＸ部の拡大図である。
【図３】第１の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法によって接合された配管の、中心軸を含む断面を示す図である。
【図４】第１の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法の工程を説明するための流れ図である。
【図５】第１の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法の工程を説明するための、配管が保持された状態の側面図である。
【図６】第１の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法の工程を説明するための、配管の、中心軸を含む断面を示す図である。
【図７】第１の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法によって摩擦圧接される配管の他の構成の切欠き部を示す、図１のＸ部に相当する拡大図である。
【図８】第１の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法によって摩擦圧接される配管の他の構成の切欠き部を示す、図１のＸ部に相当する拡大図である。
【図９】第１の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法によって摩擦圧接される配管の他の構成の切欠き部を示す、図１のＸ部に相当する拡大図である。
【図１０】第１の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法によって摩擦圧接される配管の他の構成の切欠き部を示す、図１のＸ部に相当する拡大図である。
【図１１】第２の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法によって接合される配管の、中心軸を含む断面を示す図である。
【図１２】第２の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法によって接合される一方の配管の接合端面を示す斜視図である。
【図１３】第２の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法の工程を説明するための流れ図である。
【図１４】第２の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法によって接合された配管の、中心軸を含む断面を示す図である。
【図１５】第２の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法によって接合される配管の他の構成の接合端面を示す斜視図である。
【図１６】第２の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法によって接合される一方の配管の他の構成の接合端面を正面から見た平面図である。
【図１７】第２の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法によって接合される他方の配管の他の構成の接合端面を正面から見た平面図である。
【図１８】第３の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法によって接合される配管の、中心軸を含む断面を示す図である。
【図１９】第３の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法の工程を説明するための流れ図である。
【図２０】第３の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法の摩擦圧接工程における配管の、中心軸を含む断面を示す図である。
【図２１】第３の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法の摩擦圧接工程における他の構成の配管の、中心軸を含む断面を示す図である。
【図２２】第４の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法によって接合される配管の、中心軸を含む断面を示す図である。
【図２３】第４の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法において、加熱手段および冷却手段を備えた場合における内バリの様子を示した配管の、中心軸を含む断面を示す図である。
【図２４】第４の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法の工程を説明するための流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１２】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法によって接合される配管１０、２０の、中心軸を含む断面を示す図である。図２は、図１のＸ部の拡大図である。図１および図２には、配管１０、２０が同軸上に保持された状態が示されている。図３は、第１の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法によって接合された配管１０、２０の、中心軸を含む断面を示す図である。また、以下に示す実施の形態において、同一の構成部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略または簡略する。
【００１３】
ここでは、金属中空部材として配管１０、２０を例示して説明する。なお、配管１０は、第１の金属中空部材として、配管２０は、第２の金属中空部材として機能する。
【００１４】
まず、摩擦圧接される配管１０、２０の構成について説明する。
【００１５】
配管１０、２０は、例えば、円筒形の金属材料で構成される。配管１０、２０の外径は、特に限定されるものではないが、例えば、３０ｍｍ〜５００ｍｍ程度のものが例示できる。配管１０、２０の中央には、例えば、軸方向に貫通する中空部１０ａ、２０ａが形成されている。金属材料としては、例えば、炭素鋼、耐熱鋼、ステンレス鋼、Ｎｉ基合金などが使用される。また、配管１０と配管２０は、同じ材料で構成されていてもよいし、異種材料で構成されていてもよい。
【００１６】
図１および図２に示すように、配管１０、２０の接合端部側の内周に周方向に亘って切欠き部１１、２１が形成されている。切欠き部１１、２１の切欠き面１１ａ、２１ａは、接合端面１２、２２から配管１０、２０の軸方向に行くに伴って中心軸側に直線状に傾斜している。すなわち、切欠き部１１、２１は、接合端面１２、２２から配管１０、２０の軸方向に行くに伴って断面積が減少する環状の空間である。換言すると、切欠き部１１、２１は、中空部１０ａ、２０ａの部分が抜けた円錐台状の空間である。なお、接合端面１２、２２は、例えば、軸方向に対して垂直な平面で構成されている。
【００１７】
図１に示すように、例えば、配管１０、２０の双方に切欠き部１１、２１が形成される場合、配管１０、２０の中心軸を含む軸方向断面において、配管１０における一つの切欠き部１１の面積Ａ１と配管２０における一つの切欠き部２１の面積Ａ２とを合計した面積Ａが、次の式（１）の関係を満たすことが好ましい。
１／６×Ｌ×Ｔ  ≦  Ａ  ≦  １／２×Ｌ×Ｔ  …式（１）
【００１８】
ここで、図１および図３に示すように、配管１０、２０の長さは、摩擦圧接前後で変化する。式（１）におけるＬは、摩擦圧接前における、配管１０と配管２０の軸方向の長さの合計（Ｌ１＋Ｌ２）から、摩擦圧接後における配管１０と配管２０とからなる接合体の軸方向の長さＬ３を減じた長さ（Ｌ１＋Ｌ２−Ｌ３）である。すなわち、Ｌは、配管１０と配管２０において摩擦圧接によって減少した軸方向の長さである。Ｔは、配管１０および配管２０の肉厚である。なお、配管１０の肉厚と配管２０の肉厚とは等しい。
【００１９】
なお、図１には、面積Ａ１と面積Ａ２が等しい構成を例示している。例えば、配管１０と配管２０とが同じ材料で構成される場合、それぞれから出る内バリの量は、ほぼ同じである。そのため、面積Ａ１と面積Ａ２が等しい構成は、例えば、配管１０と配管２０とが同じ材料で構成されるときに好適である。
【００２０】
配管１０と配管２０とを摩擦圧接した際、配管１０、２０の接合部の内周側にはみ出す内バリを抑制するためには、十分な大きさの切欠き部１１、２１を形成する必要がある。しかしながら、切欠き部１１、２１が大き過ぎる（切欠き部１１、２１の空間が広過ぎる）と、切欠き部１１、２１を埋める内バリが相対的に小さくなり、摩擦圧接後も接合部３０の近傍に切欠き部１１、２１による大きな空間が残存する。これによって、応力集中部の形成や接合部３０の近傍の肉厚不足などの問題が生じる。一方、切欠き部１１、２１が小さ過ぎる（切欠き部１１、２１の空間が狭過ぎる）と、切欠き部１１、２１に収容可能な内バリの量が制限される。そのため、接合部３０の内周側にはみ出す内バリを抑制することができない。
【００２１】
そのため、切欠き部１１、２１の大きさは、バリの発生量を考慮した適切な大きさにする必要がある。そこで、面積Ａを「１／６×Ｌ×Ｔ」以上とすることで、内バリを確実に切欠き部１１、２１に収容することができる。また、面積Ａを「１／２×Ｌ×Ｔ」以下とすることで、切欠き部１１、２１による接合部３０の近傍の大きな空間の残存を防止し、応力集中部の形成や接合部３０の近傍の肉厚不足などが防止される。
【００２２】
なお、切欠き部１１、２１の具体的な形状は、例えば、予め摩擦圧接する配管と相似形状の小型のモデルによる予備試験や数値計算などの結果に基づいて、設定されることが好ましい。
【００２３】
また、接合端面１２、２２の厚さＨは、次の式（２）の関係を満たすことが好ましい。
１／５×Ｔ  ≦  Ｈ  ≦  ４／５×Ｔ  …式（２）
【００２４】
なお、Ｔは前述したように、配管１０および配管２０の肉厚である。Ｈを「１／５×Ｔ」以上とすることで、適切な接合端面１２、２２を確保することができる。Ｈを「４／５×Ｔ」以下とすることで、内バリを収容する切欠き部１１、２１を、接合部３０の近傍の適正な範囲に形成することができる。
【００２５】
次に、金属中空部材の摩擦圧接方法の工程について説明する。
【００２６】
図４は、第１の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法の工程を説明するための流れ図である。図５は、第１の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法の工程を説明するための、配管１０、２０が保持された状態の側面図である。図６は、第１の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法の工程を説明するための、配管１０、２０の、中心軸を含む断面を示す図である。
【００２７】
まず、配管１０、２０の接合端部側の内周に周方向に亘って切欠き部１１、２１を形成する（切欠き部形成工程：ステップＳ１）。切欠き部１１、２１は、軸受などに回転可能に支持された状態で、配管１０、２０の接合端部側の内周を、例えば、旋盤加工機などを用いて切削することで形成される。なお、形成される切欠き部１１、２１の構成は、前述したとおりである。
【００２８】
続いて、配管１０および配管２０を同軸上に保持する（配管保持工程：ステップＳ２）。配管１０の接合端面１２側とは異なる側の他端部は、例えば、固定部材（図示しない）によってチャッキングされ、配管１０は、回転しないように固定されている。一方、配管２０の接合端面２２側とは異なる側の他端部は、回転可能な固定部材（図示しない）によってチャッキングされ、配管２０は、回転可能に固定されている。
【００２９】
ここで、図５に示すように、配管１０は、軸受４０に支持されることが好ましい。また、配管２０も、軸受４１に支持されることが好ましい。軸受４０、４１は、例えば、転がり軸受やすべり軸受などで構成される。このように、回転する配管２０に軸受４１を備えることで、自重による撓みや、回転時の回転振動を抑制することができる。一方、静止側の配管１０においては、軸受４０を備えることで、自重による撓みを抑制することができる。また、軸受４０、４１を備えることで、配管１０および配管２０を、確実に同軸上に保持して、摩擦圧接を行うことができる。
【００３０】
続いて、配管１０の接合端面１２と、配管２０の接合端面２２とを突き合わせる。そして、図６に示すように、軸方向の加圧を加えながら、配管２０を回転させて、配管１０と配管２０とを摩擦圧接によって接合する（摩擦圧接工程：ステップＳ３）。摩擦圧接の際、図３に示すように、内バリは、切欠き部１１、２１に収容される。そのため、接合部３０の内側からの内バリのはみ出しは抑制される。なお、ここでは、配管２０を回転させて摩擦圧接を行う一例を示したが、配管２０を固定し、配管１０を回転させてもよい。
【００３１】
摩擦圧接後には、図３に示す接合体が得られる。なお、図３には示していないが、摩擦圧接後には、外バリが発生することがある。この外バリは、例えば、グラインダーなどによって周囲から容易に除去することができる。
【００３２】
なお、摩擦圧接工程において、摩擦圧接を、例えば、不活性ガス雰囲気下において行ってもよい。これによって、接合中における接合部３０の酸化を防止することができる。不活性ガスとしては、例えば、アルゴン（Ａｒ）などを使用することができる。
【００３３】
ここで、配管１０、２０としては、例えば、蒸気タービン設備に使用される配管などが挙げられる。配管１０、２０として、具体的には、主蒸気管、再熱蒸気管、抽気管、クロスオーバ管などを構成する配管が挙げられる。また、金属中空部材として配管以外にも、例えば、タービンロータを構成するタービンロータ構造物などが挙げられる。これらの金属中空部材は、発電設備用部材として機能する。
【００３４】
上記したように、第１の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法によれば、配管１０、２０の接合端部側の内周に切欠き部１１、２１を備えることで、接合部３０の内側からの内バリのはみ出しを抑制することができる。これによって、接合部３０の信頼性を向上させることができる。
【００３５】
ここで、切欠き部１１、２１の構成は、前述した構成に限られるものではない。図７〜図１０は、第１の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法によって摩擦圧接される配管１０、２０の他の構成の切欠き部１１、２１を示す、図１のＸ部に相当する拡大図である。
【００３６】
図７に示すように、この断面において、切欠き部１１、２１の切欠き面１１ａ、２１ａは、接合端面１２、２２から配管１０、２０の軸方向に行くに伴って中心軸側に傾斜する２つの直線で構成されてもよい。すなわち、切欠き部１１、２１は、接合端面１２、２２から配管１０、２０の軸方向に行くに伴って断面積が減少する、傾斜角の異なる２つの環状の空間で構成される。図７に示された断面において、切欠き部１１の面積は、切欠き部２１の面積と等しい。
【００３７】
なお、ここでは、図７に示された断面において、切欠き面１１ａ、２１ａが２つの直線で構成される一例を示したが、３つ以上の直線で構成されてもよい。さらには、切欠き面１１ａ、２１ａが外側に凸状の曲面や内側に凸状の曲面などで構成されてもよい。
【００３８】
また、図８に示すように、切欠き部１１、２１を、円柱の中央が抜けた環状の空間で構成してもよい。すなわち、切欠き部１１、２１を、中空部１０ａ、２０ａの部分が抜けた円柱状の空間で構成してもよい。
【００３９】
上記した図７および図８に示した切欠き部１１、２１においても、前述した式（１）および式（２）で示した関係が成立する。
【００４０】
さらに、図９に示すように、切欠き部１１の形状と切欠き部２１の形状とが異なるように構成してもよい。この場合、図９に示す断面において、切欠き部１１の面積Ａ１は、切欠き部２１の面積Ａ２と異なる。ここでは、切欠き部１１、２１が中空部１０ａ、２０ａの部分が抜けた円錐台状の空間となる一例を示しているが、図７〜図８に示した構成にも適用できる。
【００４１】
このように切欠き部１１の形状と切欠き部２１の形状とが異なる構成は、例えば、配管１０と配管２０とが異材で構成されるときに好適である。例えば、切欠き部１１の面積Ａ１が切欠き部２１の面積Ａ２よりも大きい場合、配管１０は、例えば、配管２０よりも軟化温度の低い材料で構成されることが好ましい。このように、図９に示す構成は、例えば、配管１０と配管２０とが軟化挙動の異なる材料組み合わせに好適である。
【００４２】
図９に示した切欠き部１１、２１においても、前述した式（１）の関係を満たす。なお、この場合には、面積Ａ１と面積Ａ２とは異なる。図９に示す、配管１０の接合端面１２の厚さＨ１、および配管２０の接合端面２２の厚さＨ２は、それぞれ、前述した式（２）の関係を満たす。なお、配管１０の肉厚Ｔと配管２０の肉厚Ｔは等しい。
【００４３】
また、図１０に示すように、配管１０または配管２０の接合端部側の内周に周方向に亘って切欠き部を形成してもよい。なお、図１０においては、配管１０に切欠き部１１を備えた一例を示している。切欠き部１１は、図２に示した切欠き部１１と同様に、接合端面１２から配管１０の軸方向に行くに伴って断面積が減少する環状の空間である。一方、配管２０の接合端面２２は、配管２０の肉厚Ｔに亘って軸方向に対して垂直な平面で構成されている。なお、切欠き部１１の形状は、図７または図８に示した形状であってもよい。
【００４４】
このように配管１０にのみ切欠き部１１を備えた構成の場合おいても、前述した式（１）の関係を満たす。なお、この場合、配管２０の面積Ａ２は、「０」となる。また、切欠き部１１を有する配管１０における配管１０の接合端面１２の厚さＨ１においては、前述した式（２）の関係を満たす。なお、ここでは、配管１０のみに切欠き部１１を備えた一例を示しているが、配管２０のみに切欠き部を備えてもよい。
【００４５】
上記した図７〜図１０に示した配管１０、２０を摩擦圧接する場合においても、前述した金属中空部材の摩擦圧接方法の工程と同様の工程を経て、配管１０と配管２０とが摩擦圧接される。そして、配管１０、２０の接合端部側の内周に切欠き部１１、２１を備えること、または配管１０または配管２０の接合端部側の内周に切欠き部を備えることで、接合部３０の内側からの内バリのはみ出しを抑制することができる。これによって、接合部３０の信頼性を向上させることができる。
【００４６】
（第２の実施の形態）
図１１は、第２の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法によって接合される配管１０、２０の、中心軸を含む断面を示す図である。図１２は、第２の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法によって接合される一方の配管１０の接合端面１２を示す斜視図である。
【００４７】
なお、第２の実施の形態においても、金属中空部材として配管１０、２０を例示して説明する。配管１０は、第１の金属中空部材として、配管２０は、第２の金属中空部材として機能する。
【００４８】
図１１および図１２に示すように、配管１０、２０の接合端面１２、２２は、配管１０、２０の肉厚Ｔに亘って軸方向に対して垂直な平面で構成されている。その接合端面１２、２２に溝部５０、６０を備えている。
【００４９】
溝部５０、６０は、例えば、図１２に示すように、接合端面１２、２２を含む端面の中心を中心として放射状に形成された複数の溝５１、６１で構成されている。すなわち、溝部５０、６０は、接合端面１２、２２に周方向に亘って等間隔に形成された複数の溝５１、６１で構成されている。なお、配管２０における接合端面２２の溝部６０の構成も図１２に示す構成と同じである。
【００５０】
図１１に示すように、配管１０、２０の双方に溝部５０、６０を備える場合、配管１０の接合端面１２における溝部５０の体積Ｖ１と、配管２０の接合端面２２における溝部６０の体積Ｖ２とを合計した体積Ｖが、次の式（３）の関係を満たすことが好ましい。なお、溝部５０の体積Ｖ１は、溝５１の体積を合計したものであり、溝部６０の体積Ｖ２は、溝６１の体積を合計したものである。
１／６×Ｌ×Ｓ≦Ｖ≦１／２×Ｌ×Ｓ  …式（３）
【００５１】
ここで、Ｓは、配管１０および配管２０の、溝部５０、６０を含む接合端面１２、２２のそれぞれの面積である。すなわち、図１１および図１２に示した溝部５０、６０においては、接合端面１２の面積と溝部５０の底面の面積を合計した面積がＳであり、接合端面２２の面積と溝部６０の底面の面積を合計した面積がＳである。なお、Ｌは前述したとおりである。
【００５２】
図１１には、体積Ｖ１と体積Ｖ２が等しい構成を例示している。例えば、配管１０と配管２０とが同じ材料で構成される場合、それぞれから出るバリの量は、ほぼ同じである。そのため、体積Ｖ１と体積Ｖ２が等しい構成は、例えば、配管１０と配管２０とが同じ材料で構成されるときに好適である。
【００５３】
配管１０と配管２０とを摩擦圧接した際、配管１０、２０の接合部３０に発生する、内バリや外バリなどのバリを溝部５０、６０に収容するためには、バリの発生量を考慮した最適な溝部５０、６０の体積が必要となる。そこで、体積Ｖを「１／６×Ｌ×Ｓ」以上とすることで、バリを確実に溝部５０、６０に収容することができる。また、体積Ｖを「１／２×Ｌ×Ｓ」以下とすることで、溝部５０、６０に生じる空隙を抑制し、接合部３０の強度の低下を防止することができる。なお、溝部５０、６０における溝５１、６１の幅、深さ、数、形状などは、例えば、予め摩擦圧接する配管と相似形状の小型のモデルによる予備試験や数値計算などの結果に基づいて設定されることが好ましい。
【００５４】
次に、金属中空部材の摩擦圧接方法の工程について説明する。
【００５５】
図１３は、第２の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法の工程を説明するための流れ図である。図１４は、第２の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法によって接合された配管１０、２０の、中心軸を含む断面を示す図である。
【００５６】
まず、配管１０、２０の接合端面１２、２２に溝部５０、６０を形成する（溝部形成工程：ステップＳ１０）。すなわち、接合端面１２、２２に溝５１、６１を形成する。溝部５０、６０は、例えば、軸受などに回転可能に支持された状態で、配管１０、２０の接合端部側の内周をフライス盤などを用いて切削することで形成される。
【００５７】
なお、（配管保持工程：ステップＳ１１）および（摩擦圧接工程：ステップＳ１２）は、それぞれ第１の実施の形態における（配管保持工程：ステップＳ２）および（摩擦圧接工程：ステップＳ３）と同様である。
【００５８】
ここで、摩擦圧接工程において、図１４に示すように、バリは、溝５１、６１に収容される。そのため、接合部３０の内側や外側へのバリのはみ出しは抑制される。
【００５９】
上記したように、第２の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法によれば、配管１０、２０の接合端面１２、２２に溝部５０、６０を備えることで、接合部３０の内側や外側へのバリのはみ出しを抑制することができる。これによって、接合部３０の信頼性を向上させることができる。
【００６０】
ここで、溝部５０、６０の構成は、前述した構成に限られるものではない。
【００６１】
図１５は、第２の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法によって接合される配管１０、２０の他の構成の接合端面１２、２２を示す斜視図である。なお、接合端面２２の溝部６０の構成も、接合端面１２の溝部５０の構成と同じであるので、図１５には、双方の符号を付している。
【００６２】
図１５に示すように、配管１０、２０の接合端面１２、２２に形成される溝部５０、６０は、リング状の溝５２、６２である。この溝５２、６２は、接合端面１２、２２の外縁と内縁との間に、周方向に亘って形成されている。なお、ここでいう外縁と内縁との間には、外縁と内縁は含まない。そのため、配管１０、２０の中心軸を含む断面における溝部５０、６０の形状は、コ字状となる。このような溝部５０、６０を設けることで、バリは、溝５２、６２に収容される。そのため、接合部３０の内側や外側へのバリのはみ出し量は削減される。図１５に示した溝部５０、６０においても、前述した式（３）の関係を満たす。
【００６３】
図１６は、第２の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法によって接合される一方の配管１０の他の構成の接合端面１２を正面から見た平面図である。図１７は、第２の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法によって接合される他方の配管２０の他の構成の接合端面２２を正面から見た平面図である。
【００６４】
図１６および図１７に示すように、溝部５０の構成と溝部６０の構成は、異なっていてもよい。この場合、溝部５０の体積Ｖ１と溝部６０の体積Ｖ２とは異なる。なお、ここでは、溝部５０の溝５１と溝部６０の溝６１の形状（溝の幅、深さ、半径方向長さ）は同じである。なお、この異なる溝部５０、６０の構成は、図１５に示した構成にも適用できる。
【００６５】
このような溝部５０の体積Ｖ１と、溝部６０の体積Ｖ２とが異なる構成は、例えば、配管１０と配管２０とが異材で構成されるときに好適である。例えば、溝部５０の体積Ｖ１が溝部６０の体積Ｖ２よりも大きい場合、配管１０は、例えば、配管２０よりも軟化温度の低い材料で構成されることが好ましい。図１６および図１７に示した溝部５０、６０においても、前述した式（３）の関係を満たす。
【００６６】
また、配管１０または配管２０の接合端面に溝部を備えてもよい。すなわち、一方の配管の接合端面は、溝部を備え、他方の配管の接合端面は、配管の肉厚Ｔに亘って軸方向に対して垂直な平面で構成される。溝部の形状は、図１２に示すような放射状に形成された複数の溝で構成されても、図１５に示すようなリング状の溝であってもよい。このように一方の配管にのみ溝部を備える場合おいても、前述した式（３）の関係を満たす。なお、この場合、他方の配管の溝部の体積は、「０」となる。
【００６７】
上記した他の構成の接合端面を備える配管１０、２０を摩擦圧接する場合においても、図１３を参照して説明した金属中空部材の摩擦圧接方法の工程と同様の工程を経て、配管１０と配管２０とが摩擦圧接される。そして、配管１０、２０の接合端面１２、２２に溝部５０、６０を備えること、または配管１０または配管２０の接合端面に溝部を備えることで、接合部３０の内側や外側へのバリのはみ出しを抑制することができる。これによって、接合部３０の信頼性を向上させることができる。
【００６８】
（第３の実施の形態）
図１８は、第３の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法によって接合される配管１０、２０の、中心軸を含む断面を示す図である。なお、第３の実施の形態においても、金属中空部材として配管１０、２０を例示して説明する。配管１０は、第１の金属中空部材として、配管２０は、第２の金属中空部材として機能する。
【００６９】
図１８に示すように、配管１０、２０の接合端面１２、２２は、軸方向に対して垂直な平面で構成されている。
【００７０】
配管１０、２０の接合端面１２、２２側の端部の周囲には、配管１０、２０の外側面と所定の間隔をあけて、加熱手段７０、８０が設けられている。この加熱手段７０、８０は、端部を非接触で外周側から加熱するものである。加熱手段７０、８０としては、端部を非接触で外周側から加熱するものであればよく、例えば、高周波誘導加熱用のコイル、レーザ光などが挙げられる。加熱手段７０、８０は、例えば、周方向に亘って複数設けられている。また、加熱手段７０、８０は、配管１０と配管２０とを突き合わせる際、その動作に対応して、突き合わせ方向に移動可能に設けられている。
【００７１】
配管１０、２０の中空部１０ａ、２０ａには、接合部３０を内周側から冷却する冷却手段９０が設けられている。冷却手段９０は、例えば、冷却媒体を噴出する噴出部９１を備えている。この噴出部９１は、例えば、接合部３０に対向する周面に複数の孔９１ａを有する。そして、噴出部９１は、供給管９２によって供給された冷媒を接合部３０に噴出する。
【００７２】
なお、噴出部９１の構成は、上記した構成に限るものではない。例えば、接合部３０に対向する１つ以上の孔９１ａを有する噴出部９１を、供給管９２の中心軸を回転軸として回転させて、冷媒を接合部３０に噴出してもよい。冷媒としては、例えば、圧縮空気、アルゴン（Ａｒ）ガスなどが挙げられるが、特に限定されるものではない。
【００７３】
上記した加熱手段７０、８０および冷却手段９０によって、接合部３０の半径方向の温度分布を制御することができる。例えば、加熱手段７０、８０および冷却手段９０を備えることで、接合端面１２、２２の外周側の温度を内周側の温度に比べ意図的に高く調整することができる。このように調整することで、外周側の軟化は促進され、内周側の軟化は抑制される。これによって、摩擦圧接中に発生するバリは、外バリとしての排出量が多くなる。そのため、結果的に内バリの排出量を少なくすることができる。
【００７４】
なお、加熱手段７０、８０による加熱量や冷却手段９０によって噴出される冷媒の流量は、例えば、予め摩擦圧接する配管と相似形状の小型のモデルによる予備試験や数値計算などの結果に基づいて設定されることが好ましい。
【００７５】
次に、金属中空部材の摩擦圧接方法の工程について説明する。
【００７６】
図１９は、第３の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法の工程を説明するための流れ図である。図２０は、第３の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法の摩擦圧接工程における配管１０、２０の、中心軸を含む断面を示す図である。
【００７７】
まず、配管１０および配管２０を同軸上に保持する（配管保持工程：ステップＳ２０）。なお、（配管保持工程：ステップＳ２０）は、第１の実施の形態における（配管保持工程：ステップＳ２）と同様である。
【００７８】
続いて、配管１０および配管２０の接合端面１２、２２側の端部を外周側から非接触加熱する（非接触加熱工程：ステップＳ２１）。
【００７９】
ここで、配管１０および配管２０が同じ材料で構成されている場合には、例えば、加熱手段７０、８０によって同じ条件で加熱される。配管１０および配管２０が異種材料で構成される場合には、加熱手段７０と加熱手段８０とをそれぞれ異なる条件で作動してもよい。例えば、配管１０の軟化温度が配管２０の軟化温度よりも高い場合には、加熱手段７０の出力を加熱手段８０の出力よりも高めてもよい。これによって、バリを均一に発生させることができるとともに、バリの排出量を低減することができる。
【００８０】
なお、配管１０、２０の材料や形状（接合端面１２、２２の面積、配管１０、２０の寸法など）、回転させる配管の回転する速度、摩擦接合する際の、配管１０と配管２０との押し付け圧力などに基づく数値計算などによって、例えば、加熱手段７０、８０の出力と配管１０、２０の加熱部の温度との関係など算出しておくことが好ましい。そして、その算出されたデータベースに基づいて、加熱手段７０、８０の出力や加熱時間などを設定して、配管１０、２０の加熱部を所定の温度まで加熱する。ここで、所定の温度とは、適正な摩擦圧接接合を行うために、摩擦熱だけでは不十分な熱量を供給可能な温度である。
【００８１】
続いて、配管１０、２０の加熱部が、所定の温度に達した後、配管１０の接合端面１２と、配管２０の接合端面２２とを突き合わせる。そして、図２０に示すように、軸方向の加圧を加えながら、配管２０を回転させて、配管１０と配管２０とを摩擦圧接によって接合する（摩擦圧接工程：ステップＳ２２）。
【００８２】
なお、ここでは、配管２０を回転させて摩擦圧接を行う一例を示したが、配管２０を固定し、配管１０を回転させてもよい。また、配管１０と配管２０とを突き合わせる際、加熱手段７０、８０もその動作に対応して、突き合わせ方向に移動する。また、摩擦圧接工程において、加熱手段７０、８０による加熱は継続されている。
【００８３】
この摩擦圧接工程の際、摩擦圧接を行うとともに、配管１０と配管２０との接合部３０を内周側から冷却する（冷却工程：ステップＳ２３）。この冷却工程では、内周側から接合部３０に冷媒を吹き付ける。このように、配管１０、２０の接合端面１２、２２側の端部を外周側から加熱し、内周側から接合部３０を冷却することで、前述したように、内バリの排出量を少なくすることができる。
【００８４】
摩擦圧接工程および冷却工程の後には、接合体が得られる。なお、接合体には、外バリが発生することがある。この外バリは、例えば、グラインダーなどによって周囲から容易に除去することができる。
【００８５】
上記したように、第３の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法によれば、配管１０、２０の接合端面１２、２２側の端部を外周側から加熱し、内周側から接合部３０を冷却することで、接合部３０の内側へのバリのはみ出しを抑制することができる。これによって、接合部３０の信頼性を向上させることができる。
【００８６】
ここで、冷却工程において使用される冷却手段９０は、上記した構成に限られるものではない。図２１は、第３の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法の摩擦圧接工程における他の構成の配管１０、２０の、中心軸を含む断面を示す図である。
【００８７】
図２１に示すように、冷却手段９０は、例えば、配管１０、２０の中空部１０ａ、２０ａの内径よりも僅かに小径な円柱状の冷却管１００で構成されてもよい。冷却管１００は、例えば、外管１０１と、この外管１０１内に収容された内管１０２からなる２重管構造を有している。図２１に示すように、内管１０２の一端部１０２ａは、外管１０１の一端部１０１ａから離間して配置されている。これによって、図２１に矢印で示すように、内管１０２を流れてきた冷媒を、内管１０２と外管１０１との間の環状の通路に導くことができる。環状の通路に導かれた冷媒は、外管１０１に接触した内バリを冷却し、冷却管１００の外部に排出される。
【００８８】
冷却管１００は、配管１０、２０の中空部１０ａ、２０ａ内に挿入される。そして、摩擦圧接工程の際、摩擦圧接を行うとともに、冷却管１００内に冷媒を流し、配管１０と配管２０との接合部３０を内周側から冷却する（冷却工程：ステップＳ２３）。なお、冷却管１００の先端は、少なくとも接合部３０を通過するまで挿入される。冷媒としては、例えば、水などの液体、圧縮空気、アルゴンガスなどの気体を使用することができる。
【００８９】
この冷却手段９０を使用した場合、発生した内バリは、冷却管１００と接触して冷却される。これによって、接合端面１２、２２の外周側の温度を内周側の温度に比べ意図的に高く調整することができる。このように調整することで、外周側の軟化は促進され、内周側の軟化は抑制される。これによって、摩擦圧接中に発生するバリは、外バリとしての排出量が多くなる。そのため、結果的に内バリの排出量を少なくすることができる。さらに、内バリの突出を冷却管１００によって抑制することができる。
【００９０】
なお、第３の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法において、例えば、摩擦圧接において発生する熱量で十分に軟化する材料で配管１０、２０が構成される場合には、加熱手段による非接触加熱工程を備えなくてもよい。この場合、摩擦圧接工程の際、接合部３０の冷却のみが行われる。この場合においても、内バリの排出量を少なくすることができる。
【００９１】
（第４の実施の形態）
図２２は、第４の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法によって接合される配管１０、２０の、中心軸を含む断面を示す図である。なお、第４の実施の形態においても、金属中空部材として配管１０、２０を例示して説明する。配管１０は、第１の金属中空部材として、配管２０は、第２の金属中空部材として機能する。
【００９２】
図２２に示すように、配管１０、２０の接合端面１２、２２は、軸方向に対して垂直な平面で構成されている。
【００９３】
配管１０、２０の接合端面１２、２２側の端部の周囲には、配管１０、２０の外側面と所定の間隔をあけて、端部を非接触で外周側から加熱する加熱手段７０、８０が設けられている。加熱手段７０、８０は、図２２に示すように、配管１０および配管２０のそれぞれの接合端面１２、２２から、軸方向に配管１０および配管２０の肉厚Ｔの１／２〜３倍の長さＮの範囲を加熱することが好ましい。なお、配管１０と配管２０との肉厚Ｔは等しい。
【００９４】
ここで、加熱手段７０、８０が設けられる軸方向の長さＮを、配管１０、２０の肉厚Ｔの１／２以上とすることで、内バリの突出を抑制することができる。加熱手段７０、８０が設けられる軸方向の長さＮを配管１０、２０の肉厚Ｔの３倍より大きくしても、内バリの突出を抑制する効果はほとんど変わらない。そのため、加熱手段７０、８０が設けられる軸方向の長さＮを、配管１０、２０の肉厚Ｔの３倍以下とした。
【００９５】
なお、上記した範囲を加熱する加熱手段７０、８０は、例えば、周方向に亘って複数設けられている。なお、加熱手段７０、８０の例示は、前述したとおりである。
【００９６】
また、上記した加熱手段７０、８０が設けられた軸方向外側には、配管１０、２０を外周側から冷却する冷却手段１１０、１２０が設けられている。この冷却手段１１０、１２０は、配管１０、２０の外周面に向けて冷媒を噴出する。これによって、加熱手段７０、８０が設けられた軸方向外側が冷却される。冷却手段１１０、１２０は、例えば、加熱手段７０、８０に対応して、周方向に亘って複数設けられている。
【００９７】
冷媒としては、例えば、圧縮空気、アルゴン（Ａｒ）ガスなどが挙げられるが、特に限定されるものではない。冷却手段１１０、１２０は、例えば、噴射ノズルなどで構成される。なお、冷却手段１１０、１２０は、配管１０と配管２０とを突き合わせる際、その動作に対応して、突き合わせ方向に移動可能に設けられている。
【００９８】
上記した加熱手段７０、８０および冷却手段１１０、１２０によって、配管１０、２０の接合端面１２、２２側の端部の軸方向の温度分布を制御することができる。例えば、加熱手段７０、８０および冷却手段１１０、１２０を備えることで、接合端面１２、２２から軸方向の所定長さの部位のみを予め加熱することができる。これによって、摩擦圧接の際に変形する領域は、加熱を施さない場合に比べ、軸方向に増大する。
【００９９】
ここで、図２３は、第４の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法において、加熱手段７０、８０および冷却手段１１０、１２０を備えた場合における内バリの様子を示した、配管１０、２０の、中心軸を含む断面を示す図である。なお、図２３では、加熱手段７０、８０によって上記した所定の範囲を加熱し、冷却手段１１０、１２０によって加熱手段７０、８０が設けられた軸方向外側を外周側から冷却している。
【０１００】
図２３に示すように、加熱手段７０、８０および冷却手段１１０、１２０を備えることで、配管１０、２０の接合端面１２、２２側の端部において、最適な軸方向の温度分布が得られる。これによって、接合部３０の内周に局所的に内バリが突出することなく、加熱手段７０、８０が設けられる軸方向の長さＮに亘ってほぼ均一に平坦な内バリがわずかに生じる。そのため、接合部３０の内周に突出する内バリを抑制することができる。
【０１０１】
なお、加熱手段７０、８０による加熱量や冷却手段１１０、１２０によって噴出される冷媒の流量は、例えば、予め摩擦圧接する配管と相似形状の小型のモデルによる予備試験や数値計算などの結果に基づいて設定されることが好ましい。
【０１０２】
次に、金属中空部材の摩擦圧接方法の工程について説明する。
【０１０３】
図２４は、第４の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法の工程を説明するための流れ図である。
【０１０４】
まず、配管１０および配管２０を同軸上に保持する（配管保持工程：ステップＳ３０）。なお、（配管保持工程：ステップＳ３０）は、第１の実施の形態における（配管保持工程：ステップＳ２）と同様である。
【０１０５】
続いて、配管１０および配管２０のそれぞれの接合端面１２、２２から、軸方向に所定の範囲の配管１０、２０を外周側から非接触加熱する（非接触加熱工程：ステップＳ３１）。
【０１０６】
ここで、配管１０および配管２０が同じ材料で構成されている場合には、例えば、加熱手段７０、８０によって同じ条件で加熱される。配管１０および配管２０が異種材料で構成される場合には、加熱手段７０と加熱手段８０とをそれぞれ異なる条件で作動してもよい。例えば、配管１０の軟化温度が配管２０の軟化温度よりも高い場合には、加熱手段７０の出力を加熱手段８０の出力よりも高めてもよい。これによって、軸方向に亘ってバリを均一に発生させることができるとともに、接合部３０の内周に突出する内バリを抑制することができる。
【０１０７】
なお、配管１０、２０の材料や形状（接合端面１２、２２の面積、配管１０、２０の寸法など）、回転させる配管の回転する速度、摩擦接合する際の、配管１０と配管２０との押し付け圧力などに基づく数値計算などによって、例えば、加熱手段７０、８０の出力と配管１０、２０の加熱部の温度との関係など算出しておくことが好ましい。そして、その算出されたデータベースに基づいて、加熱手段７０、８０の出力や加熱時間などを設定して、配管１０、２０の加熱部を所定の温度まで加熱する。ここで、所定の温度とは、適正な摩擦圧接接合を行うために、摩擦熱だけでは不十分な熱量を供給可能な温度である。
【０１０８】
また、非接触加熱をする際、配管１０、２０の上記範囲を非接触加熱するとともに、この非接触加熱する範囲の軸方向外側を外周側から冷却する（冷却工程：ステップＳ３２）。この冷却工程では、配管１０、２０の非接触加熱する範囲の軸方向外側に冷媒を吹き付ける。
【０１０９】
続いて、配管１０、２０の加熱部が、所定の温度に達した後、配管１０の接合端面１２と、配管２０の接合端面２２とを突き合わせる。そして、図２３に示すように、軸方向の加圧を加えながら、配管２０を回転させて、配管１０と配管２０とを摩擦圧接によって接合する（摩擦圧接工程：ステップＳ３３）。
【０１１０】
なお、ここでは、配管２０を回転させて摩擦圧接を行う一例を示したが、配管２０を固定し、配管１０を回転させてもよい。また、配管１０と配管２０とを突き合わせる際、加熱手段７０、８０および冷却手段１１０、１２０もその動作に対応して、突き合わせ方向に移動する。また、摩擦圧接工程において、加熱手段７０、８０による加熱および冷却手段１１０、１２０による冷却は継続されている。
【０１１１】
非接触加熱工程および冷却工程において、接合部３０の内周に局所的に内バリが突出することなく、加熱手段７０、８０が設けられる軸方向の長さＮに亘ってほぼ均一に平坦な内バリがわずかに生じる。
【０１１２】
摩擦圧接工程の後には、例えば、図２３に示すような接合体が得られる。なお、接合体には、外バリが発生することがある。この外バリは、例えば、グラインダーなどによって周囲から容易に除去することができる。
【０１１３】
上記したように、第４の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法によれば、接合端面１２、２２から、軸方向に所定の範囲の配管１０、２０を外周側から加熱し、この加熱する範囲の軸方向外側を外周側から冷却することで、接合部３０の内周に局所的に突出する内バリの発生を抑制することができる。これによって、接合部３０の信頼性を向上させることができる。
【０１１４】
なお、第４の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法において、例えば、配管１０、２０の材料や寸法、摩擦圧接の施工条件によっては、上記した所定の範囲の配管１０、２０を外周側から加熱することのみで、配管１０、２０の接合端面１２、２２側の端部において、最適な軸方向の温度分布が得られることがある。この場合には、冷却手段１１０、１２０、すなわち冷却工程を備えなくてもよい。この場合においても、接合部３０の内周に局所的に突出する内バリの発生を抑制することができる。
【０１１５】
以上説明した実施形態によれば、内バリの発生を抑制することが可能となる。
【０１１６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１１７】
１０，２０…配管、１０ａ，２０ａ…中空部、１１，２１…切欠き部、１１ａ，２１ａ…切欠き面、１２，２２…接合端面、３０…接合部、４０，４１…軸受、５０，６０…溝部、５１，５２，６１…溝、７０，８０…加熱手段、９０，１１０，１２０…冷却手段、９１…噴出部、９２…供給管、１００…冷却管、１０１…外管、１０１ａ，１０２ａ…一端部、１０２…内管。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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