JP6651068B2 - 構造体の製造方法、構造体、及び熱交換体 - Google Patents

Description

本発明は、複数の部材を重ね合わせて形成する構造体の縁部を摩擦攪拌接合により接合する構造体の製造方法に関する。

複数の部材を重ね合わせて接合する場合、近年、材料を溶融せずに軟化させて攪拌しながら接合する摩擦攪拌接合法が広く適用されつつある。例えば、アルミ製冷却器を製作する場合に、複数の部材を重ね合わせて摩擦攪拌接合により接合する方法が知られている（特許文献１）。

特開２０００−７３１６４号公報 特開２００８−２０７２３３号公報 国際公開第２０１５／１２２４４１号

ところで、摩擦攪拌接合では、接合に必要な熱量を供給するために摩擦攪拌接合用ツールを回転させてワークに押し付ける操作となる。従って、ワークには、接合の際に前記ツールにおけるツール先端のショルダーと呼ばれる部分が接触することにより、ショルダーの接触部分は、接合後にはショルダー径と略等しい線幅を有する接合線として残る。

前記アルミ製冷却器のサイズを小さくするためには、外周の縁部の幅はなるべく小さいことが望ましいが、上述のように、摩擦攪拌接合部にはツールのショルダーが接触する幅を必要とする。そのため、冷却器の外周の摩擦攪拌接合する縁部がツールのショルダー径と同等以上に大きくなってしまうという問題があった。また、冷却器の一つずつに摩擦攪拌接合しなければならないので、製作に時間や手間がかかり、製作コストも高くなっていた。なお、このような課題は、前記冷却器のような熱交換体に限らず、例えば、表示装置等の様々な装置等を形成する構造体に共通することである。

本発明は、以上の事情に鑑みてなされたものであり、摩擦攪拌接合における接合部の幅を小さく形成することを可能とし、且つ生産性に優れた構造体（熱交換体を含む。）の製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る構造体の製造方法は、
複数の部材を重ね合わせて形成する構造体の縁部を摩擦攪拌接合により接合する構造体の製造方法であって、
複数の部材を重ね合わせたワークの外周部全域に接合補助体を面一に突き合わせて配置する配置工程と、
ワークと接合補助体との突き合わせ部分を含むワークの重ね合わせ部分において構造体の縁部となる部分に、摩擦攪拌接合用ツールを回転させながら当接させてショルダー径と略等しい摩擦攪拌接合部を形成する接合工程と、
構造体の縁部の接合部を形成するように前記摩擦攪拌接合部を切断する切断工程とを有し、
二個以上の構造体を製造する、構造体の製造方法である。

本発明の製造方法によれば、配置工程、接合工程、切断工程を行うだけで、得られる複数の構造体における縁部の接合部は、摩擦攪拌接合用ツールのショルダー径よりも細幅に形成することができる。従って、少ない工数で構造体の縁部の幅を小さく形成することができ、その結果、構造体のサイズを小さくすることができる。

また、配置工程では、ワークの外周部全域に接合補助体を配置するので、接合工程により複数の構造体すべての縁部を接合することができる。さらには、その後の切断工程により複数の構造体における縁部のすべての接合部は、摩擦攪拌接合用ツールのショルダー径よりも細幅に形成することができる。従って、接合作業、切断作業を効率的に行うことができ、省力化することができる。よって、構造体の生産性が向上し、また、生産コストを低減することができる。

実施形態１の製造方法で製造した構造体（熱交換体）を示す図であり、同図（Ａ）は構造体の外観構成を示す斜視図、同図（Ｂ）は構造体の分解斜視図である。 構造体の製造方法を示す図であり、同図（Ａ）は複数のワークピースを面一に揃えて配置した状態を示す平面図、同図（Ｂ）はワークの外周部全域に接合補助体を面一に配置した状態を示す平面図、同図（Ｃ）はワークの外周部及びワークピース同士の突き合わせ部を摩擦攪拌接合した状態を示す平面図、同図（Ｃ−１）は突き合わせ部分を摩擦攪拌接合した状態の他の例を示す平面図、同図（Ｄ）は摩擦攪拌接合部を半分に切断した状態を示す平面図である。 構造体の製造方法を示す図であり、同図（Ａ）は各ワークピース及び接合補助体を面一に配置させようとする状態を示す断面図、同図（Ｂ）は摩擦攪拌接合を行っている状態を示す断面図、同図（Ｃ）は摩擦攪拌接合部を切断している状態を示す断面図、同図（Ｄ）は摩擦攪拌接合部を半分に切断した状態を示す模式図である。 ワークの外周部に配置する接合補助体の他の例を示す図であり、同図（Ａ）はＬ型形状の接合補助体を示す平面図、同図（Ｂ）はコ字型形状の接合補助体を示す平面図、同図（Ｃ）はロ字型形状の接合補助体を示す平面図である。 実施形態２として、複数のワークピースの配置形態の他の例を示す図であり、同図（Ａ）は３つのワークピースを一列に配置し且つワークの外周部にＩ型形状の接合補助体を配置した状態を示す平面図、同図（Ｂ）は３つのワークピースを一列に配置し且つワークの外周部にＬ型形状の接合補助体を配置した状態を示す平面図、同図（Ｃ）は３つのワークピースを一列に配置し且つワークの外周部にロ字型形状の接合補助体を配置した状態を示す平面図であり、同図（Ｄ）は実施形態２の変形例として７つのワークピースを適宜に配置し且つワークの外周部にＩ型形状の接合補助体を配置した状態を示す平面図である。 実施形態３として、基板及び蓋板が構造体を複数個取りする一部材で形成されたものを示す斜視図である。 実施形態４として、ワークを構成する複数の部材が３つ以上の場合を示す図であり、同図（Ａ）は３つの部材を重ね合わせたワークに対して摩擦攪拌接合している状態を示す断面図、同図（Ｂ）は３つ重ね合わせた部材のうちの真ん中の部材が薄板であり上下の部材よりも細幅であるワークに対して摩擦攪拌接合している状態を示す断面図、同図（Ｃ）は３つ重ね合わせた部材のうちの真ん中の部材が薄板であり、上下の部材よりもサイズが小さいワークに対して摩擦攪拌接合している状態を示す断面図、同図（Ｄ）は３つ重ね合わせた部材のうちの真ん中の部材が薄板であって上下の部材よりサイズが小さく、上下の部材が縁部に凸部を有するワークＷに対して摩擦攪拌接合している状態を示す断面図であり、同図（Ｅ）は３つ重ね合わせた部材のうちの真ん中の部材が薄板であって上下の部材よりサイズが小さく、上の部材が縁部に凸部を有するワークＷに対して摩擦攪拌接合している状態を示す断面図である。 実施形態５として、切断工程での切断位置を摩擦攪拌接合部の任意の位置に設定する場合を示す図であり、同図（Ａ）は切断位置の各例を示す断面図、同図（Ｂ）は切断位置が左寄りの位置の場合の断面図、同図（Ｃ）は切断位置が中央位置の場合の断面図、同図（Ｄ）は切断位置が右寄りの位置の場合の断面図である。 実施形態６として、接合工程で使用される摩擦攪拌接合用ツールの他の例を示す図であり、同図（Ａ）はプローブ無しの摩擦攪拌接合用ツールを用いてワークピース間の突き合わせ部を摩擦攪拌接合している状態を示す断面図、同図（Ｂ）はプローブ無しの摩擦攪拌接合用ツールを用いて複数の部材の各々が一部材で形成されているワークを摩擦攪拌接合している状態を示す断面図である。 実施形態６として、接合工程で使用される摩擦攪拌接合用ツールの他の例を示す図であり、ボビンツールを用いて摩擦攪拌接合している状態を示す断面図である。 実施形態７として、接合工程での摩擦攪拌接合方法の他の例を示す図であり、同図（Ａ）は摩擦攪拌点接合を行う方法を示す斜視図、同図（Ｂ）は点接合した摩擦攪拌接合部を切断する状態を示す斜視図、同図（Ｃ）は摩擦攪拌点接合した場合に得られる構造体を示す斜視図である。 実施形態８として、容器を第１の部材として製造した箱形の構造体を示す断面斜視図である。 実施形態８の箱形の構造体の製造方法を示す図であり、同図（Ａ）はワークピースを形成する容器と蓋板を示す斜視図、同図（Ｂ）はワークに摩擦攪拌接合を行った状態を示す断面図である。

（実施形態１）
実施形態１は、構造体の一例として熱交換体の場合を説明するが、本発明は、熱交換体に限られず、複数の部材を重ね合わせて縁部が接合される各種の構造体に適用される。
図１に示すように、熱交換体となる構造体１は、冷媒等の媒体の流路となる溝部４が表面に形成された基板２（第１の部材）と、基板２の表面に重ね合わせた蓋板３（第２の部材）との二つの部材を有し（図１（Ｂ）参照）、基板２と蓋板３とを重ね合わせた外周の縁部５を摩擦攪拌接合により接合した接合部６１とするものである（図１（Ａ）参照）。

基板２及び蓋板３は、同じサイズの四角形状に形成される。基板２及び蓋板３の材料には、アルミニウムが使用されるが、これに限らず、摩擦攪拌接合が可能な金属や樹脂等を使用することができ、また、基板２と蓋板３とが異なる材料であってもよい。蓋板３の板厚は、基板２よりも薄く形成されているが、基板２と同じ又は厚く形成されていてもよい。基板２の表面の溝部４は、ボールエンドミル等の機械加工により形成することができ、この溝部４の断面形状は、図示するＵ字形に限らず、角形等の各種の形状であってもよい。また、溝部４の平面形状は、基板２の略全面に広がった蛇行形状であるが、これに限らず、分岐・合流する形状等の各種の形状とすることができる。基板２及び蓋板３の外面には、耐腐食性や強度の向上のために、めっきや被膜の表面処理を施してあってもよい。

次に、構造体（熱交換体）１の製造方法の一例を説明する。この構造体の製造方法は、（I）配置工程、（II）接合工程、（III）切断工程を有する。以下の製造例では、９個の構造体１を製造する場合を説明するが、９個に限定されず、２個以上の複数個の構造体１を製造する方法として適用できる。

（I）配置工程
基板２と蓋板３とを重ね合わせたワークピースＰを９個用意する。基板２は、予め表面に溝部４を形成したものとする。各ワークピースＰは、各々の外周部同士を面一に突き合わせて複数列に縦横に平置きに配置して四角形をなす集合体とし、この集合体をワークＷとする（図２（Ａ）、図３（Ａ））。そして、このワークＷの外周部全域に接合補助体１０を面一に突き合わせて配置する（図２（Ｂ））。

接合補助体１０としては、Ｉ型形状（細長い長方形）の板材を４枚用いる。この接合補助体１０は、基板２と蓋板３と同じ材料であるアルミ板材で形成され、ワークＷと同じ厚さを有し、ワークＷの一辺よりも長く形成されている。そして、４枚の接合補助体１０をワークＷの四辺の各辺に対して１枚ずつ突き合わせて、各接合補助体１０の一端を突き合わせたワークＷの一辺の端に揃えてワークＷの外周部全域を囲うように配置する（図２（Ｂ））。接合補助体１０としてＩ型形状のものを用いることにより、ワークＷの各辺の長さが異なってもワークＷの外周部全域に確実に突き合わせて配置することができ、使用上便利であり、大小様々なサイズのワークＷにも使用することができ、また、接合補助体１０自体の作製も容易である。

接合補助体は、Ｉ型形状に限らず、Ｌ型形状の板材（１０ａ）を２枚用いてもよい（図４（Ａ））。この場合、この２枚のＬ型形状の接合補助体１０ａを四角形状に形成したワークＷの四辺の隣接する二辺に対して１枚ずつ突き合わせてワークＷの外周部全域を囲うように配置する。Ｌ型形状の接合補助体１０ａでは、Ｉ型形状のものと比べ、接合補助体１０ａの使用枚数を減らすことができ、ワークＷの外周部に迅速に配置させることができる。

また、接合補助体として、コ字型形状の板材（１０ｂ）を２枚用いてもよいし（図４（Ｂ））、さらには、真ん中をくり抜いてワークＷを配置するようにしたロ字型形状の板材（１０ｃ）を１枚用いてもよく（図４（Ｃ））、その他にも、様々な形状のものを用い、様々な配置形態とすることができる。

また、接合補助体１０は、薄板材を複数枚積み重ねてワークＷと同じ厚さとなるように積層したものを使用してもよい。この場合、薄板材の枚数を調整することにより、様々な厚さのワークＷに対して適切な厚さの接合補助体１０を容易に形成することができる。

（II）接合工程
配置工程の後、ワークＷと接合補助体１０との突き合わせ部分Ｒ、及びワークＷにおける各ワークピースＰ同士の突き合わせ部分Ｆに摩擦攪拌接合を行う。摩擦攪拌接合は、摩擦攪拌接合用ツール７を回転させながら接合補助板１０の上面側から進入して蓋板３の上面側から当接させて、突き合わせ部分Ｆ，Ｒに沿って相対的に移動させる（図３（Ｂ）、図２（Ｃ））。これにより、蓋板３と基板２との突き合わせ部が塑性流動化して接合され、摩擦攪拌接合用ツール７のショルダー径と略等しい接合線幅を有する摩擦攪拌接合部６が形成される。

実施形態１では、接合補助体１０をワークＷの外周部全域に配置することにより、接合工程を１度行うことでワークＷの内側部だけでなくワークＷの外周部にも摩擦攪拌接合部６を形成することができる。すなわち、この接合工程を１度行うだけで切断工程により切り出す複数の構造体１すべての縁部５に対して摩擦攪拌接合の接合部６１を形成することができ、接合作業が効率的であり省力化することができる。

摩擦攪拌接合の操作は、縦に延びる複数の突き合わせ部分と横に延びる複数の突き合わせ部分とを交互に摩擦攪拌接合するのではなく、好ましくは、先に縦に延びる複数の突き合わせ部分のすべてを摩擦攪拌接合し、その後に横に延びる複数の突き合わせ部分のすべてを摩擦攪拌接合する。なお、先に横に延びる複数の突き合わせ部分のすべてを摩擦攪拌接合し、その後に縦に延びる複数の突き合わせ部分のすべてを摩擦攪拌接合するようにしてもよい。これにより、摩擦攪拌接合用ツール７の往復移動に伴って摩擦攪拌接合を行うことができ、また、摩擦攪拌接合用ツール７の進行の向きを９０度変更させる操作も１回で済ませることができ、摩擦攪拌接合の作業を効率的に行うことができる。

また、摩擦攪拌接合の開始位置及び終了位置として、接合補助体１０の上面から摩擦攪拌接合用ツール７を進入させて接合開始し、対向側の接合補助体１０の上面から摩擦攪拌接合用ツール７を脱出させて接合終了させるのが好ましい（図２（Ｃ））。これにより、ワークＷの部分における摩擦攪拌接合部６には、摩擦攪拌接合用ツール７のプローブ跡となる穴が残らず綺麗な摩擦攪拌接合部６を形成することができる。なお、摩擦攪拌接合用ツールとして、図１０に示すボビンツール７Ｂを使用した場合には、摩擦攪拌接合の開始位置及び終了位置として、接合補助体１０の側面からボビンツール７Ｂを進入させて接合開始し、対向側の接合補助体１０の側面からボビンツール７Ｂを脱出させて接合終了させることができる（図２（Ｃ−１）参照）。

接合工程に用いられる摩擦攪拌接合用ツール７は、ツール先端の円柱状のショルダー７１と、ショルダー７１の中心部に突設するプローブ７２とを有するものが使用される（図３（Ｂ）参照）。この摩擦攪拌接合用ツール７の材質は、基板２及び蓋板３よりも硬いものが使用され、例えば、ＳＫＤ材等の合金工具鋼やＰＣＢＮ等の各種のものが使用される。摩擦攪拌接合用ツール７のサイズは、押し付け側となる蓋板３の厚さや材質等によって摩擦攪拌接合が可能なサイズに設定され、例えば、蓋板３の板厚が３〜６ｍｍであれば、ショルダー７１の直径（ショルダー径）が１２〜３６ｍｍ程度、プローブ７２の直径が４〜１２ｍｍ程度のものが好ましく使用される。プローブ７２の長さは、基板２に達するように蓋板３の厚さと同等又は蓋板３の厚さより長く設定され、例えば、「蓋板３の厚さと同等の長さ」〜「蓋板３の厚さより３ｍｍ程度長い長さ」の範囲に設定されているが、基板２と蓋板３の総和の厚さ、すなわちワークＷの厚さと同等であってもよい。接合条件として、摩擦攪拌接合用ツール７の回転速度や移動速度は、基板２及び蓋板３の材質、押し付け側とする蓋板３の板厚等により十分な接合強度が得られるように適性値に設定される。例えば、基板２及び蓋板３がアルミニウム製であり、蓋板３の厚さが３〜６ｍｍの場合、摩擦攪拌接合用ツール７の回転速度は４００〜１８００回転／分、移動速度は１００〜６００ｍｍ／分に設定することができる。

（III）切断工程
接合工程の後、摩擦攪拌接合部６のすべてを接合線の長さ方向に沿って接合線の略中央部分から二分するように切断する（図３（Ｃ）（Ｄ）、図２（Ｄ））。切断手段として、回転刃等の刃物８が用いられるが（図３（Ｃ））、これに限らず、レーザ等その他の任意の切断手段を用いることができる。この切断工程により、用意したワークピースＰの数に応じて複数（９個）の構造体１が切り出され、また、切断した摩擦攪拌接合部６が各構造体１の縁部５の接合部６１となる。

切断の際は、接合工程のときと同様に、先に縦に延びる複数の摩擦攪拌接合部６のすべてを切断し、その後に横に延びる複数の摩擦攪拌接合部６のすべてを切断するか、或いは、先に横に延びる複数の摩擦攪拌接合部６のすべてを切断し、その後に縦に延びる複数の摩擦攪拌接合部６のすべてを切断する。これにより、刃物８の進行の向きを９０度変更させる操作を１回で済ませることができ、切断作業を効率的に行うことができる。

ところで、ワークＷの外周部に接合補助体１０を配置しない場合では、ワークＷの外周部に沿って摩擦攪拌接合を行うと、この外周部にはツール７のショルダー径と同等以上の幅の摩擦攪拌接合部６が形成される（例えば、特開２００８−２０７２３３号公報の図８を参照）。そのため、切断して得られた各構造体（ワークＷの外周部の摩擦攪拌接合部６を切断しない場合）のうちのワークＷの外周に配置した構造体では、一辺又は隣接する二辺の縁部（ワークＷの外周部に位置していた部分）だけがツール７のショルダー径と同等以上の太い幅の接合部６１となってしまい、構造体のサイズを十分に小さくすることができない。

一方、特定の辺の縁部５が太幅の接合部６１とならないようにワークＷの外周部の太幅の摩擦攪拌接合部６を細幅に切断することも考えられる。しかし、この方法では、ワークＷの外周に配置するワークピースＰは、摩擦攪拌接合用ツール７のショルダー径以上の大きさを有する接合代としてワークＷの外周部に位置する部分を大きく形成したものとする必要があり、複数のワークピースＰを配置した集合体における配置場所に応じて異なるワークピースＰを用意する必要があり、しかも集合体として複数のワークピースＰを配置させる作業もパズルの組み合せの如く非常に手間のかかる作業となってしまう。

また、初回の接合工程ではワークＷの外周部には摩擦攪拌接合を行わず、切断工程の後に、各ワークＷを未接合の縁部５同士を突き合わせ、この突き合わせ部分を摩擦攪拌接合し、この摩擦攪拌接合部６１を切断するという各工程を繰り返す方法がある（国際公開第２０１５／１２２４４１号）。この方法は、上記ワークＷの外周部に配置するワークピースＰのみを大きく形成する必要のない優れた方法であるが、未接合部分を突き合わせる工程、その後の接合工程及び切断工程を繰り返す必要があるので、生産効率の向上はある程度限定される。

これに対して、実施形態１の製造方法によれば、配置換え工程、すなわち未接合部分を突き合わせる工程が不要になり、配置工程、接合工程、切断工程を１度ずつ行うだけで、得られる複数の構造体１における縁部５のすべての接合部６１は、摩擦攪拌接合用ツール７のショルダー径の約２分の１の細幅に形成することができる。従って、少ない工数で構造体１の縁部５の幅を小さく形成することができ、その結果、熱交換体１全体のサイズを小さくすることができる。

また、配置工程では、ワークＷの外周部全域に接合補助体１０を配置するので、一度の接合工程により複数の構造体１すべての縁部５を接合することができる。さらには、その後の一度の切断工程により複数の構造体１における縁部５のすべての接合部６１は、摩擦攪拌接合用ツール７のショルダー径の約２分の１の細幅に形成することができる。従って、接合作業、切断作業を効率的に行うことができ、省力化することができる。よって、構造体１の生産性が向上し、また、生産コストを低減することができる。

（実施形態２）
実施形態２は、配置工程においてワークＷを構成する集合体として、複数のワークピースＰを一列に並べて配置する場合の例を示すものである。例えば、図５に示すように、３つのワークピースＰを一列に並べて配置した集合体とし、この集合体をワークＷとする。この場合、ワークＷの外周部全域に配置する接合補助体は、例えば、長さが異なる２種類以上のＩ型形状のもの１０ｄ，１０ｅを２個ずつ使用したり（図５（Ａ））、同一形状のＬ型形状のもの１０ｆを２個使用したり（図５（Ｂ））、真ん中を抜いたロ字型形状のもの１０ｇを１個使用したり（図５（Ｃ））することができる。

この実施形態２によれば、例えば、ワークピースＰの数が３個や５個や７個等のように複数列に並べると四角形状に配置できない場合でも、各ワークピースＰを一列に並べて集合体とすることにより、接合工程及び切断工程を実施して細幅の縁部５を有する複数の構造体１を一度に製造することができる。
なお、ワークピースＰの数が３個や５個や７個等のように複数列に並べると四角形状に配置されない場合でも、例えば、図５（Ｄ）のように、各ワークピースＰを適宜に並べた集合体とし、さらに、長さが異なる複数のＩ型形状の接合補助体１０ｈ，１０ｊ，１０ｋ，１０ｌを用いたり、Ｉ型、Ｌ型等の形状が異なる複数の接合補助体を組み合せることにより、ワークＷの外周部全域に接合補助体１０を配置するようにしてもよい。

（実施形態３）
実施形態３は、配置工程において基板２及び蓋板３（複数の部材）の各々が構造体１を複数個取りできる大きさの一部材で形成されている場合の例を示すものである。すなわち、図６に点線で区切って示すように、複数個分（９個分）の構造体１の基板２が一体になっている一部材の基板２Ａと、複数個分（９個分）の構造体１の蓋板３が一体になっている一部材の蓋板３Ａとを重ね合わせたものをワークＷとする。接合工程及び切断工程は、図２に示したように、１つずつの構造体１に区画する列と行との境界線（図６中の点線）及びワークＷの外周に沿って実施する。

この実施形態３によれば、重ね合わせる複数の部材（基板２Ａ及び蓋板３Ａ）の各々を一部材で形成することにより、複数のワークピースＰを並べて配置する作業が無く、配置工程では接合補助体１０を配置するだけでよく、配置工程での工数を低減することができる。なお、基板２Ａに形成する溝部４Ａは、溝部形成工程において、行又は列の方向に並ぶ各ワークピースＰ部分の溝部４が連続的につながるように形成することにより、複数のワークピースＰ部分の溝部４を一度に形成することができ、各ワークピースＰの基板２毎に溝部加工を施す場合と比べて、溝部加工を効率的に行うことができる。この場合もワークＷの外周部全域に配置する接合補助体は、長さが異なる２種類以上のＩ型形状のもの、同一形状のＬ型形状のもの、真ん中を抜いたロ字型形状のものを使用することができる。

また、この実施形態３において、外周部に接合補助体を配置した大きさの基板２Ａ及び蓋板３Ａとしてもよい。接合補助体が不要になるからである。この場合、一部材の基板２Ａ及び蓋板３Ａは、外周部が接合補助体と同等の接合補助部を構成する。

（実施形態４）
実施形態４は、配置工程において上下に重ね合わせる部材の数として、二つに限らず、三つ以上の複数個とすることができる例を示すものである。すなわち、基板２と蓋板３との間に一つ又は二つ以上の別の部材を配置することができ、例えば、図７（Ａ）に示すように、三つの部材２，３，９を重ね合わせたワークＷを摩擦攪拌接合することができる。この場合に使用する摩擦攪拌接合用ツール７のプローブ７２は、ツール押し付け側に重ね合わされている部材２，９の厚さと同等又はこれより長く、且つ全ての部材２，３，９の積層厚さ以下となるプローブ長さを有するものとする。

また、ワークＷが三つ以上の部材を重ね合わせたものである場合、以下のような形態とすることもできる。
複数の部材は、各部材の一つ以上又は全部の厚さが異なる組み合わせであってもよい。例えば、図７（Ｂ）に示すように、三つの部材２，３，９を重ね合わせたワークＷにおいて真ん中の部材９を薄板とする組み合わせとすることができ、また、三つの部材２，３，９のうち上下二つ（２，９）が薄板とする組み合わせとすることもできる。

複数の部材は、一つ以上又は全部がサイズの異なる組み合わせであってもよい。例えば、図７（Ｂ）に示すように、三つの部材２，３，９を重ね合わせたワークＷにおいて真ん中の部材９が他の部材２，３よりも細幅サイズのものとすることができる。

複数の部材は、図７（Ｃ）に示すように、真ん中の部材９が他の部材２，３より小さくプローブ７２に接しないサイズのものとすることができる。この場合、上下の部材２，３は、真ん中の部材９の厚さ相当の空隙を介して摩擦攪拌接合用ツール７により摩擦攪拌接合される。

複数の部材は、図７（Ｄ）に示すように、上下の部材２，３が凸部２１，３１を有し、凸部２１，３１を当接させて上下の部材２，３を重ね合わせた際に凸部２１，３１により形成される空隙部９１の厚さ方向における幅が、真ん中の部材９の厚さとほぼ同じであってもよい。この場合、真ん中の部材９は、空隙部９１に配置して上下の部材２，３に挟み込まれるようにすることができる。真ん中の部材９が例えば耐熱性の低い半導体フィルムのような材料であれば、冷却装置９２を一方の部材２に接触させて熱影響を抑制するように真ん中の部材９を保護することができる。

また、複数の部材は、図７（Ｅ）に示すように、平面状の下の部材２の上に真ん中の部材９が配置され、上の部材３のみが凸部３１を有していてもよいし、これとは逆に、凸部２１を有する下の部材２（図５（Ｄ）参照）に真ん中の部材９が配置され、上の部材３が平面状であってもよい。

（実施形態５）
実施形態５は、切断工程における切断位置を摩擦攪拌接合部６の任意の位置に設定することができる例を示すものである。この場合、ワークＷを複数のワークピースＰの集合体で構成したものでも、接合工程によりワークピースＰ間の突き合わせ部を摩擦攪拌接合した摩擦攪拌接合部は、ワークＷ厚さの全体又は裏面近くまでの略全体が接合されるから、突き合わせ位置を切断位置とするだけでなく、突き合わせ位置からずれた任意の位置を切断位置とすることができる。

この実施形態５によれば、切断位置として、例えば、図８（Ａ）に示すように、摩擦攪拌接合部６の左寄り位置ａ１、中央位置ａ２、右寄り位置ａ３のいずれかの位置とすることができる。これにより、例えば、図８（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）に示すように、切断位置ａ１〜ａ３に応じて構造体１の縁部５の接合部６１の幅を必要に応じて調整することができる。

（実施形態６）
実施形態６は、接合工程において使用される摩擦攪拌接合用ツールとして、プローブ付きのツール７に限らず、様々なタイプのツールを使用することができる例を示すものである。

例えば、図９に示すように、ショルダー７１ａにプローブを具備しないプローブ無しのツール７Ａを使用することができる。プローブ無しツール７Ａは、例えば、ショルダー面が平滑なもの、ショルダー面に溝を設けたもの、ショルダー面を凸状又は凹状に湾曲面とするもの等のように、各種のツールを使用することができる。プローブ無しツール７Ａは、図９（Ａ）に示すように、ワークＷにおける二つのワークピースＰ，Ｗ間の突き合わせ部Ｆを摩擦攪拌接合する場合に限らず、図９（Ｂ）に示すように、構造体１を複数個取りする一部材を複数個重ね合わせたワークＷ（突き合わせ部無し）に対して境界線（図６に示す点線を参照）を摩擦攪拌接合する場合にも使用することができる。また、プローブ無しツール７Ａを用いる場合でも、図９（Ａ）（Ｂ）に示すような三つの部材２，３，９を重ね合わせたワークＷを摩擦攪拌接合する場合に限らず、二以上の複数個の部材を重ね合わせたワークＷを摩擦攪拌接合することができる。

また、図１０に示すように、摩擦攪拌接合用ツールは、複数の部材２，３を重ね合わせたワークＷを挟み込む一対の回転体（上部回転体７３、下部回転体７４）と、この一対の回転体７３，７４間に配設される攪拌軸７５とを具備するボビンツール７Ｂを使用することができる。図１０に示したボビンツール７Ｂは、攪拌軸７５にネジ溝を形成するが、ネジ溝を形成しない攪拌軸を具備するものでもよい。また、攪拌軸７５は、下部回転体７４又は上部回転体７５に一体に形成されたものであってもよいし、別々に形成されることにより上部回転体７３と下部回転体７４との回転方向を互いに逆方向とすることができるものでもよい。

（実施形態７）
実施形態７は、接合工程における摩擦攪拌接合方法として、各種の接合方法を適用することができる例を示すものである。すなわち、接合方法として、摩擦攪拌接合用ツール７を相対的に移動させて線接合する方法に限らず、摩擦攪拌接合用ツール７を相対的に移動させずに点接合する方法、また、線接合と点接合とを組み合わせた方法等とすることができる。

例えば、点接合する場合、図１１（Ａ）に示すように、構造体１ａの縁部５位置となるラインＬ上の所定間隔離れた各位置（図１１（Ａ）中の×印の位置等）において摩擦攪拌接合用ツール７を回転させながら下降させて一方側の部材３の表面側から当接させて、重ね合わせた複数の部材２，３を摩擦攪拌点接合する。なお、切断工程では、図１１（Ｂ）に示すように、刃物８等の切断手段で点接合した摩擦攪拌接合部６ａを含む所定の切断位置ＣＬに沿って切断する。このような点接合による場合の構造体１ａは、図１１（Ｃ）に示すように、外周の縁部５に任意の間隔で摩擦攪拌点接合による接合部６１ａが形成された仕上がり品となる。この点接合による構造体１ａの場合でも、各接合部６１ａは、摩擦攪拌接合用ツール７のショルダー径より細幅に形成される。

なお、摩擦攪拌接合の線接合した構造体１の縁部５の断面は、図１（Ａ）に示すように、熱影響を受けた摩擦攪拌接合の接合部６１の切断面６１ｘとそれ以外の切断部分５ｘが構造体１の縁部５に長さ方向に沿って平行に延びるように露出する。ただし、ツール７のプローブ長さがワークＷの厚さとほぼ同等であれば、熱影響を受けた摩擦攪拌接合部６１の切断面６１ｘのみが露出することとなる。

（実施形態８）
実施形態８は、構造体の形態として箱型に形成する場合の例を示すものである。 図１２に示すように、この構造体１ｂは、容器２（第１の部材）の上方の開放部分に蓋板３（第２の部材）を被せ、外周の４辺の縁部５を摩擦攪拌接合した接合部６１とする。すなわち、容器２と蓋体３とを重ね合わせた容器２の側壁の上端面に沿った縁部５には、摩擦攪拌接合及び切断により形成された接合部６１を有するものである。この箱型の構造体１ｂの製造方法としては、図１３（Ａ）（Ｂ）に示すように、容器２と蓋板３とを重ね合わせたワークピースＰを複数用意し、これら複数のワークピースＰを実施形態１で説明した要領で配置工程、接合工程、切断工程を経て複数の箱状の構造体１ｂを製造することができる。このように、構造体１ｂの構成部材として、外周を側壁で囲んだ容器形状の部材に対しても適用可能である。なお、この場合もワークＷの外周部全域に配置する接合補助体１０は、長さが異なる２種類以上のＩ型形状のもの、同一形状のＬ型形状のもの、真ん中を抜いたロ字型形状のものを使用することができる。また、この場合の接合補助体１０の厚さは、容器２と同じ高さにする必要はなく、接合部６１の深さに相当する厚さよりも多少大きな板厚を有する接合補助板１０を、接合補助板１０とワークＷが面一に突合せ面を形成するような高さを有する支持台の上に載置して、外側のワークピースＰと突き合わせるようにしてもよい。

なお、本発明は、以上の実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で変更することが可能である。
例えば、各実施形態を必要に応じて任意に組み合せた方法としてもよい。

複数の部材（２，３）は、すべて同じ材料でもよいし、その各部材の一つ以上又は全部が異なる材料の組み合わせであってもよい。例えば、複数の部材は、すべてが金属製等のようにすべて同じ材料とすることができるが、金属製の部材と樹脂製の部材の組み合わせのように各部材の一つ以上又は全部が異材（異なる材料）の組み合わせとすることができる。

複数の部材（２，３）は、すべて同じ材料の場合でも、各部材の一つ以上又は全部が材料の材質が異なる組み合わせでもよい。例えば、複数の部材は、アルミ製の部材と鉄製の部材の組み合わせのように金属での異材の組み合わせ、また樹脂での異材の組み合わせ等のように同一材料での異材（異なる材質）の組み合わせとすることができる。

複数の部材（２，３）は、すべて同じ材料の場合でも、各部材の一つ以上又は全部が材料の型番違いの組み合わせでもよい。例えば、複数の部材の全部がアルミ製の場合でも、各部材の一つ又は全部はアルミの型番が異なる組み合わせとすることができる。

ワークＷにおいて、複数の部材（２，３）を重ね合わせたワークピースＰ同士をさらに複数積層させたものを出発材料とすることができる。この場合、上下のワークＷ間にも摩擦攪拌接合されるから、最終的には上下のワークＷに分離するように縁部５の接合部６１を切断することとなる。

接合工程において、構造体１のすべての辺を摩擦攪拌接合する場合に限らず、構造体１の用途や目的によって、３辺だけ摩擦攪拌接合する等のように任意の辺だけを接合するようにしてもよいし、また、各辺の全長ではなく部分的に摩擦攪拌接合してもよい。

さらに、本発明は、構造体１の具体例として、熱交換体に限らず、通信端末装置、表示装置、積層型電池等の様々な装置や機器等において、一部、複数部分又は全部の縁部５を接合した様々な構造体１に適用することができる。

１ 構造体
２ 基板（第１の部材）
３ 蓋板（第２の部材）
４ 溝部
５ 縁部
６ 摩擦攪拌接合部
７ 摩擦攪拌接合用ツール
８ 刃物
９ 部材（第３の部材）
１０ 接合補助体
６１ 接合部
６１ｘ 切断面
７１ ショルダー
７２ プローブ
Ｆ ワークピース同士の突き合わせ部分
Ｐ ワークピース
Ｒ ワークと接合補助体との突き合わせ部分
Ｗ ワーク

Claims (9)

1. 複数の部材を重ね合わせて形成する構造体の縁部を摩擦攪拌接合により接合する構造体の製造方法であって、
   複数の部材を重ね合わせたワークの外周部全域に接合補助体を面一に突き合わせて配置する配置工程と、
   ワークと接合補助体との突き合わせ部分を含むワークの重ね合わせ部分において構造体の縁部となる部分に、摩擦攪拌接合用ツールを回転させながら当接させてショルダー径と略等しい摩擦攪拌接合部を形成する接合工程と、
   構造体の縁部の接合部を形成するように前記摩擦攪拌接合部を切断する切断工程とを有し、
   二個以上の構造体を製造する、構造体の製造方法。
2. 請求項１に記載の構造体の製造方法において、
   前記配置工程における前記接合補助体は、Ｉ型形状の板材、Ｌ型形状の板材、コ字型形状の板材、又は真ん中をくり抜いたロ字型形状の板材を使用する、構造体の製造方法。
3. 請求項１に記載の構造体の製造方法において、
   前記配置工程では、前記接合補助体としてＩ型形状の板材を４枚用い、この４枚の接合補助体を四角形状に形成したワークの四辺の各辺に対して１枚ずつ突き合わせ、各接合補助体の一端を突き合わせたワークの一辺の端に揃えてワークの外周部全域を囲うように配置する、構造体の製造方法。
4. 請求項１に記載の構造体の製造方法において、
   前記配置工程では、前記接合補助体としてＬ型形状の板材を２枚用い、この２枚の接合補助体を四角形状に形成したワークの四辺の隣接する二辺に対して１枚ずつ突き合わせてワークの外周部全域を囲うように配置する、構造体の製造方法。
5. 請求項１〜４いずれか１項に記載の構造体の製造方法において、
   前記配置工程における前記接合補助体は、薄板材を複数枚積み重ねてワークと同じ厚さとなるように積層したものを使用する、構造体の製造方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の構造体の製造方法において、
   前記配置工程における前記ワークは、一の構造体を形成するための複数の部材を重ね合わせたワークピースを各々の外周部同士を面一に突き合わせて配置した集合体により形成する、構造体の製造方法。
7. 請求項６に記載の構造体の製造方法において、
   前記集合体は、前記複数のワークピースを複数列又は一列に配置して形成する、構造体の製造方法。
8. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の構造体の製造方法において、
   前記配置工程における前記ワークを形成する複数の部材のうちの少なくとも一つ又は全部は、構造体を複数個取りする大きさの一部材である、構造体の製造方法。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の構造体の製造方法において、
   前記摩擦攪拌接合が、摩擦攪拌点接合である構造体の製造方法。

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