KR102453212B1 - 금속 구조체의 제조 방법, 및 금속 구조체 - Google Patents

Abstract

[해결하려고 하는 과제] 접합 부위에서의 결함의 발생 및 제조 공정의 번잡화를 억제 내지 방지하면서, 설계 자유도를 확보할 수 있는 금속 구조체의 제조 방법을 제공하는 것이다.
[해결 수단] 금속 구조체의 제조 방법으로서, 금속 구조체는, 서로 수직 방향으로 중첩된 상태로 마찰 교반 접합에 의해 접합되는 2개의 금속 부재를 포함하고, 2개의 금속 부재는, 서로 수직 방향으로 중첩되므로, 2개의 금속 부재의 사이에 내부 공간을 가지는 조립체를 형성하도록 구성되며, 조립체는, 조립체 내부의 내부 공간에 노출되는 위치에 있어서, 2개의 금속 부재가 서로 접합되지 않고 접촉 내지 근접함으로써 2개의 금속 부재가 비연속이도록 구성된 비연속부와, 조립체 내부의 내부 공간에 노출되지 않는 위치에 있어서, 2개의 금속 부재가 서로 접합되지 않고 접촉 내지 근접함으로써 2개의 금속 부재가 서로의 경계를 가지도록 구성되며, 비연속부와 물리적으로 연속하는 비접합부를 가지고, 비접합부는, 조립체를 수직 방향으로 보았을 때, 조립체의 상면을 기준으로 하여, 비연속부보다 얕은 위치에 있어서 2개의 금속 부재가 서로 접합되지 않고 수직 방향으로 접촉 내지 근접하는 상측 부분을 포함하고, 비연속부 및 상측 부분의 각각은, 조립체를 수직 방향으로 보았을 때, 내부 공간을 둘러싸도록 형성되고, 제조 방법은, 2개의 금속 부재를 준비하는 준비 공정과, 2개의 금속 부재를 수직 방향으로 중첩시킴으로써 조립체를 형성하는 조립 공정과, 마찰 교반 접합을 위한 툴을 회전시키면서 조립체의 상면으로부터 접합 심도까지 삽입하고, 수직 방향으로 볼 때 상측 부분에 따라 이동시킴으로써, 2개의 금속 부재가 접합된 접합부를 형성하고, 접합부는, 비접합부를, 비연속부를 통하여 내부 공간과 연통하는 내측 위치에 잔존시키도록 형성되는, 접합 공정을 가지고, 접합 심도는, 마찰 교반 접합이 상측 부분까지 도달하지만 비연속부의 깊이로 도달하지 않는 깊이이다.

Description

금속 구조체의 제조 방법, 및 금속 구조체{METHOD FOR MANUFACTURING A METAL STRUCTURE AND THE METAL STRUCTURE}

본 발명은, 금속 구조체의 제조 방법, 및 금속 구조체에 관한 것이다.

종래의 금속 구조체로서, 본체부와 덮개부를 구비하는 금속 구조체가 있다. 본체부에는 덮개 홈이 형성된다. 본체부의 덮개 홈의 바닥면에는, 더욱 오목한 홈이 형성된다. 덮개 홈에는, 덮개부가 끼워맞추어진다. 덮개 홈 주변에서의 본체부와 덮개부가 접합된다. 이에 의해, 오목한 홈과 덮개부에 의해 둘러싸이는 공간이, 내부 공간이 되고, 유체의 유로로서 사용 가능하게 된다. 이와 같은 금속 구조체는, 전열용 금속 구조체로서 사용될 수 있다. 전열용 금속 구조체는, 예를 들면 열교환, 가열 또는 냉각해야 할 대상물에 접촉 또는 근접하게 배치된다. 예를 들면, 대상물로부터 열을 빼내는 경우에는, 해당 유로에 냉각 매체를 흐르게 하고, 대상물로부터 금속 본체부 및 냉각 매체에 열을 전달시킴으로써, 대상물의 열을 빼낼 수 있다.

특허문헌 1은, 금속 구조체에 관하여, 마찰 교반 접합에 의해, 덮개 홈 주변에서의 본체부와 덮개부를 접합하는 기술을 개시하고 있다.

일본공개특허 제2014-240706호 공보

본 발명은, 접합 부위에서의 결함의 발생 및 제조 공정의 번잡화를 억제 내지 방지하면서, 설계 자유도를 확보할 수 있는 금속 구조체의 제조 방법, 및 금속 구조체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자는, 전술한 과제에 대하여 검토를 행하고,이하의 지견을 얻었다.

도 1의 (a), (b)는, 마찰 교반 접합에 의한 본체부(101)와 덮개부(102)의 접합의 모양을 모식적으로 나타내는 횡단면도이다. 그리고, 여기서 횡단면도는, 유체의 유로로서의 내부 공간(103)이 연장되는 방향과 직교하는 평면에 의해 얻어진 단면도(斷面圖)를 말한다.

도 1의 (a)에 나타낸 바와 같이, 본체부(101)와 덮개부(102)의 접합 부위 (툴(105)의 선단부(105a)의 통과 위치)와 내부 공간(103)의 수평 방향에서의 거리 GD는, 비교적 크게 확보된다. 도 1의 (b)에 나타낸 바와 같이, 거리 GD가 짧으면, 마찰 교반 접합 시에, 내부 공간(103) 내에 금속 모재(103a)가 들어가 버려, 접합 부위에 결함이 생길 우려가 있기 때문이다. 그러므로, 하기 (i) 또는 (ii) 중 어느 하나가 필요하게 된다.

(i) 거리 GD가 충분히 확보되도록 금속 구조체가 설계된다.

(ii) 거리 GD가 확보 곤란한 부위에 대하여 마찰 교반 접합 이외의 접합 방법이 채용된다.

상기 (i)과 같이, 거리 GD를 충분히 확보하는 설계가 행해진 경우, 예를 들면, 내부 공간(103)을 조밀하게 배치하는 것이 곤란이며, 금속 구조체의 설계 자유도가 제한되는 문제가 생긴다. 한편, 상기 (ii)와 같이, 마찰 교반 접합과, 그 이외의 접합 방법을 조합한 경우, 제조 공정이 번잡화한다는 문제가 있다.

도 2의 (a), (b)는, 마찰 교반 접합에 의한 본체부(101)와 덮개부(102)의 접합의 모양을 모식적으로 나타내는 종단면도이다. 그리고, 여기서 말하는 종단면도는, 유체의 유로로서의 내부 공간(103)이 연장되는 방향으로 평행한 평면에 의해 얻어진 단면도를 말한다. 다만, 도 2의 (a), (b)는, 툴(105)의 통과 위치를 기준으로 한 종단면도이므로, 내부 공간(103)을 나타내고 있지 않다.

도 2의 (a)에서는, 본체부(101)에 형성된 덮개 홈(도시하지 않음)에, 덮개부(102)가 끼워 넣어져 있다. 마찰 교반용 장치(도시하지 않음)의 툴(105)은, 원기둥 형상을 가지고, 또한 선단부(105a)를 가진다. 툴(105)은, 선단부(105a)가 툴(105)의 진행 방향에 있어서, 보다 앞에 위치하도록, 연직 방향 VD에 대하여 경사져 있다. 해당 경사각 D(전진 각)은, 예를 들면, 0도 초과이면서 5도 이하인 것이 바람직하고, 1도 이상 4도 이하인 것이 보다 바람직하다. 그런데, 툴(105)이 경사각 D를 가지는 상태에서, 툴(105)을 진행 방향 PD로 이동시키면, 진행 방향 PD의 전방에 있어서, 덮개부(102)에, 도 2의 (b)에 나타낸 바와 같이 부상하는 것 같은 변형이 생기는 경우가 있다. 이와 같은 변형의 용이함이나 변형량은, 툴(105)의 크기(즉 하중)에 대하여 비례하도록 증대한다. 그러므로, 덮개부(102)의 두께가 큰 경우에는, 마찰 교반 접합 시에, 덮개부(102)가 변형되기 쉽고, 마찰 교반용 장치의 툴(105)이 파손되기 쉽다는 문제가 있었다. 그러므로, 두께가 큰 덮개부(102)를 채용하기 어렵고, 금속 구조체의 설계 자유도가 제한되는 경우가 있었다. 또한, 두께가 큰 덮개부(102)를 채용하는 경우, 툴(105)의 기계적 강도를 확보하기 위해 툴(105)을 대형화하면, 접합 부위를 보다 크게 확보해야 하므로, 금속 구조체의 설계 자유도가 더욱 제한된다. 또한, 덮개부(102)의 변형을 방지 내지 억제하기 위한 조치가 필요하므로, 제조 공정이 번잡화된다는 문제가 생긴다.

본 발명자는 이상의 지견에 기초하여 본 발명을 완성시켰다. 본 발명의 실시형태에서는, 이하와 같은 구성이 채용될 수 있다.

(1) 금속 구조체의 제조 방법으로서,

상기 금속 구조체는, 서로 수직 방향으로 중첩된 상태에서 마찰 교반 접합에 의해 접합되는 2개의 금속 부재를 포함하고,

상기 2개의 금속 부재는, 서로 상기 수직 방향으로 중첩됨으로써 상기 2개의 금속 부재 사이에 내부 공간을 가지는 조립체를 형성하도록 구성되며, 상기 조립체는, 상기 조립체 내부의 상기 내부 공간에 노출되는 위치에 있어서, 상기 2개의 금속 부재가 서로 접합되지 않고 접촉 내지 근접함으로써 상기 2개의 금속 부재가 비연속이도록 구성된 비연속부와, 상기 조립체 내부의 상기 내부 공간에 노출되지 않는 위치에 있어서, 상기 2개의 금속 부재가 서로 접합되지 않고 접촉 내지 근접함으로써 상기 2개의 금속 부재가 서로의 경계를 가지도록 구성되며, 상기 비연속부와 물리적으로 연속하는 비접합부를 가지고, 상기 비접합부는, 상기 조립체를 상기 수직 방향으로 보았을 때, 상기 조립체의 상면(上面)을 기준으로 하여, 상기 비연속부보다 얕은 위치에 있어서 상기 2개의 금속 부재가 서로 접합되지 않고 상기 수직 방향으로 접촉 내지 근접하는 상측 부분을 포함하고, 상기 비연속부 및 상기 상측 부분의 각각은, 상기 조립체를 상기 수직 방향으로 보았을 때, 상기 내부 공간을 둘러싸도록 형성되고,

상기 제조 방법은,

상기 2개의 금속 부재를 준비하는 준비 공정과,

상기 2개의 금속 부재를 상기 수직 방향으로 중첩시킴으로써 상기 조립체를 형성하는 조립 공정과,

상기 마찰 교반 접합을 위한 툴을 회전시키면서 상기 조립체의 상면으로부터 접합 심도까지 삽입하고, 상기 수직 방향으로 볼 때 상기 상측 부분을 따라 이동시킴으로써, 상기 2개의 금속 부재가 접합된 접합부를 형성하고, 상기 접합부는, 상기 비접합부를, 상기 비연속부를 통하여 상기 내부 공간과 연통(連通)하는 내측 위치에 잔존시키도록 형성되는, 접합 공정을 가지고,

상기 접합 심도는, 상기 마찰 교반 접합이 상기 상측 부분까지 도달하지만 상기 비연속부의 깊이에 도달하지 않는 깊이이다.

(1)의 제조 방법에 의하면, 접합 공정에 있어서, 마찰 교반 접합이 상측 부분까지 도달하지만 비연속부에 도달하지 않도록 툴이 조립체에 삽입된다. 상측 부분은, 비연속부보다 얕은 위치에 위치한다. 접합부의 형성이 얕은 위치에서 행해지므로, 툴이 깊은 위치까지 삽입되지 않는다. 접합 시에 금속 구조체에 가해지는 하중을 저감할 수 있고, 또한 마찰 교반 접합을 위한 툴 대형화를 억제 내지 방지할 수 있다. 금속 부재의 변형이 억제 내지 방지될 수 있다. 두께가 큰 금속 부재의 채용이 가능하게 된다. 툴의 삽입 위치와 내부 공간의 거리를 확보할 수 있으므로, 마찰 교반 접합에 의해 금속 모재가 내부 공간에 유입된다는 사태의 발생을 억제 내지 방지할 수 있다. 덧붙여, 마찰 교반 접합이, 2개의 금속 부재가 수직 방향으로 중첩되는 상측 부분에 대하여 행해지는 것에 의해, 접합부가 형성된다. 그러므로, 해당 접합부에서의 결함의 발생이 방지될 수 있다.

이상에 의해, (1)의 제조 방법에 의하면, 결함의 발생을 방지하면서, 금속 구조체의 설계 자유도를 높일 수 있다. 또한, (1)의 제조 방법에 의하면, 얕은 위치에서의 접합이 가능하게 되므로, 마찰 교반 접합을 채용하기 쉽다. 마찰 교반 접합과 그 이외의 접합 방법을 조합할 필요가 없고, 마찰 교반 접합에 의해서만 접합 가능한 구성이 채용 가능하게 된다. 다만, (1)의 금속 구조체에서의 2개의 금속 부재의 접합은, 반드시 마찰 교반 접합에만 한정되지 않는다. 마찰 교반 접합과 함께, 마찰 교반 접합 이외의 접합 방법도 이용되어도 된다. (1)의 제조 방법의 채용에 의해, 설계 자유도가 향상되고, 2개의 금속 부재의 접합이 용이한 구조를 채용 가능하며, 접합 방법의 조합에 의한 단점은 저감될 수 있다.

(2) (1)의 제조 방법으로서,

상기 접합 공정에 있어서, 상기 접합부는, 상기 비접합부가 상기 내측 위치에 있어서 상기 수직 방향으로 연장되는 부분을 가지도록 형성된다.

(2)의 제조 방법에 의하면, 비접합부가 내측 위치에 있어서 수직 방향으로 연장되는 부분을 가지므로, 비연속부와 접합부의 거리가 수직 방향으로 확보될 수 있다. 따라서, 예를 들면, 비연속부와 접합부의 수평 방향의 거리를 충분히 확보하지 않아도, 비연속부와 접합부의 거리를 확보할 수 있다. 그 결과, 예를 들면, 내부 공간을 보다 조밀하게 배치할 수 있다. 결함의 발생을 억제하고, 또한 제조 공정의 복잡화를 억제 내지 방지하면서, 설계 자유도를 향상시킬 수 있다.

(3) (1) 또는 (2)의 제조 방법으로서,

상기 접합 공정에 있어서, 상기 접합부는 상기 비접합부를, 상기 내측 위치에 더하여, 상기 내부 공간과 연통하지 않는 외측 위치에도 잔존시키도록 형성된다.

(3)의 제조 방법에 의하면, 비접합부가 접합부의 양측(즉 내측 위치 및 외측 위치의 양쪽)에 잔존하도록 접합부가 형성된다. 접합부에서의 보이드의 발생이 억제 내지 방지될 수 있다. 그 결과, 금속 구조체의 결함, 특히 내부 공간의 결함 발생을 방지하면서, 제조 공정의 번잡화를 피하고, 또한 금속 구조체의 설계 자유도를 향상시키는 것이 가능해진다.

그리고, 외측 비접합부(외측 위치에 잔존하는 비접합부)와, 해당 내부 공간의 사이에는 접합부가 존재하므로, 외측 비접합부는 해당 내부 공간과 연통하지 않는다. 그러나, 해당 금속 구조체가 다른 내부 공간을 가지는 경우, 상기 외측 비접합부는, 해당 다른 내부 공간과 연통하고 있어도 된다. 해당 외측 비접합부는, 해당 다른 내부 공간을 기준으로 하여 본 경우에는, 내측 비접합부에 상당한다. 또한, 해당 외측 비접합부는, 금속 구조체의 외부와 연통하고 있어도 된다.

(4) (1)∼(3) 중 어느 한 항의 제조 방법으로서,

상기 상측 부분은, 상기 조립체를 상기 수직 방향으로 보았을 때, 상기 내부 공간과 중첩되지 않는 위치에 있어서 상기 내부 공간을 둘러싸도록 형성되고,

상기 비연속부는, 상기 조립체를 상기 수직 방향으로 보았을 때, 상기 내부 공간의 외주 에지에 따라 상기 내부 공간을 둘러싸도록 형성된다.

(4)의 제조 방법에 의하면, 금속 구조체의 결함, 특히 내부 공간의 결함 발생을 방지하면서, 제조 공정의 번잡화를 피하고, 또한 금속 구조체의 설계 자유도를 향상시키는 것이 가능해진다.

(5) (1)∼(4) 중 어느 한 항의 제조 방법으로서,

상기 2개의 금속 부재는 본체부 및 덮개부이며,

상기 본체부는, 상기 수직 방향으로 보았을 때 상기 상측 부분과 대응하는 위치에 있어서, 상기 조립체의 상기 상면을 향하여 돌출되도록 형성된 견부(肩部)를 가지고,

상기 덮개부는, 상기 덮개부가 상기 본체부에 중첩되었을 때 상기 견부를 받아들이도록 형성된 바닥이 있는 홈을 가지고,

상기 접합 심도는, 상기 마찰 교반 접합이 상기 견부까지 도달하지만 상기 비연속부의 깊이까지 도달하지 않는 깊이이다.

(5)의 제조 방법에 의하면, 금속 구조체의 결함, 특히 내부 공간의 결함 발생을 방지하면서, 제조 공정의 번잡화를 피하고, 또한 금속 구조체의 설계 자유도를 향상시키는 것이 가능해진다.

(6) (5)의 제조 방법으로서,

상기 본체부는 표면에, 상기 덮개부가 끼워맞추어지기 위한 덮개 홈을 가지고, 상기 견부는, 상기 덮개 홈의 바닥면으로부터 상기 조립체의 상기 상면을 향하여 돌출하도록 형성되고,

상기 덮개부는, 상기 덮개 홈에 끼워맞추어지는 것이 가능한 형상을 가지고, 상기 덮개부가 상기 덮개 홈에 끼워맞추어졌을 때 상기 견부가 상기 바닥이 있는 홈에 받아들여지도록 구성된다.

(6)의 제조 방법에 의하면, 금속 구조체의 결함, 특히 내부 공간의 결함 발생을 방지하면서, 제조 공정의 번잡화를 피하고, 또한 금속 구조체의 설계 자유도를 향상시키는 것이 가능해진다.

(7) (1)∼(6) 중 어느 한 항의 제조 방법으로서,

상기 금속 구조체는, 열교환, 가열 또는 냉각해야 할 대상물에 대하여 접촉 또는 근접하게 설치되는 전열용 금속 구조체이다.

상기 (7)의 제조 방법에 의하면, 결함의 발생을 방지하면서, 금속 구조체의 설계 자유도, 특히 내부 공간의 설계 자유도를 향상시킬 수 있다. 내부 공간을 유체의 유로로 함으로써, 예를 들면, 유체의 밀폐성이 우수한 유로가 조밀하게 배치된 금속 구조체를 실현할 수 있다. 즉, 높은 밀폐성과 설계 자유도에 의해, 우수한 전열성을 가지는 금속 구조체를 실현할 수 있다. 즉, (7)의 제조 방법에 의하면, 전열용으로서 호적한 금속 구조체를 제조할 수 있다.

(8) (1)∼(6) 중 어느 한 항의 금속 구조체로서,

상기 금속 구조체는, 상기 내부 공간이 공동(空洞)인 상태로 사용되는 중공 금속 구조체이다.

상기 (8)의 제조 방법에 의하면, 결함의 발생을 방지하면서, 금속 구조체의 설계 자유도, 특히 내부 공간의 설계 자유도를 향상시킬 수 있다. 내부 공간을 공동으로 함으로써, 예를 들면, 공동이 조밀하게 배치된 금속 구조체를 실현할 수 있다. 즉, 구조체의 기계적 강도, 중량 및 사이즈의 조합에 관한 설계 자유도가 높은 중공 금속 구조체를 실현할 수 있다.

(9) 금속 구조체로서,

상기 금속 구조체는,

상기 금속 구조체 내부에 형성된 내부 공간과,

상기 내부 공간을 구획하는 금속 벽부를 구성하는 2개의 금속 부분이 상기 내부 공간에 노출되는 위치에 있어서, 서로 접합되지 않고 접촉 내지 근접함으로써, 상기 2개의 금속 부분이 비연속이도록 구성되는 비연속부와,

상기 금속 구조체 내부의 상기 내부 공간에 노출되지 않는 위치에 있어서, 상기 2개의 금속 부분이 서로 접합되지 않고 접촉 내지 근접함으로써 상기 2개의 금속 부분이 경계를 가지도록 구성되며, 상기 비연속부를 통하여 상기 내부 공간과 연통하는 내측 위치에 형성되는 내측 비접합부와,

상기 금속 구조체 내부의 상기 내부 공간에 노출되지 않는 위치에 있어서, 상기 2개의 금속 부분의 경계가 식별 불가 내지 식별 곤란하도록 상기 내측 비접합부의 일단(一端)을 닫는 접합부를 가지고,

상기 접합부는, 하나 또는 실질적으로 하나의 평면 내에 위치하고, 상기 평면에 대하여 수직 또는 실질적으로 수직인 수직 방향으로 보았을 때, 상기 내부 공간을 둘러싸도록 형성되고,

상기 비연속부는, 상기 수직 방향으로 보았을 때, 상기 내부 공간을 둘러싸도록 형성되고,

상기 내측 비접합부는, 상기 비연속부와 상기 접합부가 상기 수직 방향에 있어서 상이한 높이에 위치하도록 상기 수직 방향으로 연장되는 부분을 가진다.

(9)의 금속 구조체에 의하면, 금속 구조체의 결함, 특히 내부 공간의 결함 발생을 방지하면서, 제조 공정의 번잡화를 피하고, 또한 금속 구조체의 설계 자유도를 향상시킬 수 있다.

(10) (9)의 금속 구조체로서,

상기 금속 구조체는, 또한,

상기 금속 구조체 내부의 상기 내부 공간에 노출되지 않는 위치에 있어서, 상기 2개의 금속 부분이 서로 접합되지 않고 접촉 내지 근접함으로써 상기 2개의 금속 부분이 경계를 가지도록 구성되며, 상기 내부 공간과 연통하지 않는 외측 위치에 위치하고, 상기 접합부에 의해 일단이 닫히는 외측 비접합부를 가진다.

상기 (10)의 금속 구조체는, 내측 비접합부와 외측 비접합부가 접합부의 양측에 위치하도록 제조되고 있다. 제조 시에 접합부에서의 보이드의 발생이 억제 내지 방지될 수 있다.

(11) (9) 또는 (10)의 금속 구조체로서,

상기 금속 구조체는, 열교환, 가열 또는 냉각해야 할 대상물에 대하여 접촉 또는 근접하게 설치되는 전열용 금속 구조체이다.

상기 (11)의 금속 구조체에 의하면, 결함의 발생을 방지하면서, 금속 구조체의 설계 자유도, 특히 내부 공간의 설계 자유도를 향상시킬 수 있다. 내부 공간을 유체의 유로로 함으로써, 예를 들면, 유체의 밀폐성이 우수한 유로가 조밀하게 배치된 금속 구조체를 실현할 수 있다. 즉, 높은 밀폐성과 설계 자유도에 의해, 우수한 전열성을 가지는 금속 구조체를 실현할 수 있다. 즉, (11)의 금속 구조체는 전열용으로서 호적하다.

(12) (9) 또는 (10)의 금속 구조체로서,

상기 금속 구조체는, 상기 내부 공간이 공동인 상태에서 사용되는 중공 금속 구조체이다.

상기 (12)의 제조 방법에 의하면, 결함의 발생을 방지하면서, 금속 구조체의 설계 자유도, 특히 내부 공간의 설계 자유도를 향상시킬 수 있다. 내부 공간을 공동으로 함으로써, 예를 들면, 공동이 조밀하게 배치된 금속 구조체를 실현할 수 있다. 즉, 구조체의 기계적 강도, 중량 및 사이즈의 조합에 관한 설계 자유도가 높은 중공 금속 구조체를 실현할 수 있다.

본 발명에 의하면, 접합 부위에서의 결함의 발생 및 제조 공정의 번잡화를 억제 내지 방지하면서, 설계 자유도를 확보할 수 있다.

[도 1] 도 1의 (a), (b)는, 마찰 교반 접합에 의한 본체부와 덮개부의 접합의 모양을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
[도 2] 도 2의 (a), (b)는, 마찰 교반 접합에 의한 본체부와 덮개부의 접합의 모양을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
[도 3] 도 3의 (a)는, 금속 구조체를 모식적으로 나타낸 평면도이며, 도 3의 (b)는, 도 3의 (a)의 A-A선 단면도이다.
[도 4] 도 4의 (a)∼(c)는, 실시형태에 관한 금속 구조체의 제조 공정을 나타내는 단면도이다.
[도 5] 접합 중의 본체부 및 덮개부를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
[도 6] 도 6의 (a)는, 다른 실시형태에 관한 금속 구조체를 모식적으로 나타내는 평면도이며, 도 6의 (b)∼(e)는, 그 제조 공정을 나타내는 단면도이며, 도 6의 (a)의 B-B선 단면도에 상당한다.
[도 7] 도 7의 (a)는, 종래의 금속 구조체에 관한 접합 중의 본체부 및 덮개부를 모식적으로 나타내는 단면도이며, 도 7의 (b)는, 실시형태에 관한 접합 중의 본체부 및 덮개부를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
[도 8] 도 8의 (a) 및 도 8의 (b)는, 종래의 금속 구조체를 모식적으로 나타내는 단면도이며, 도 8의 (c) 및 도 8의 (d)은, 실시형태에 관한 금속 구조체를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
[도 9] 다른 실시형태에 관한 금속 구조체를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
[도 10] 다른 실시형태에 관한 금속 구조체의 제조 방법을 모식적으로 나타내는 단면도이다.

<<일 실시형태에 관한 금속 구조체>>

먼저, 일 실시형태에 관한 금속 구조체(10)에 대하여 설명한다. 도 3의 (a)는, 금속 구조체(10)를 모식적으로 나타내는 평면도이다. 도 3의 (b)는, 도 3의 (a)의 A-A선 단면도이다.

금속 구조체(10)는 내부 공간(3)과, 비연속부(3c)와, 내측 비접합부(3d)와, 접합부(3f)와, 외측 비접합부(3h)를 가진다.

금속 구조체(10)는 판형체이다. 금속 구조체(10)는 도 3의 (a)에 나타낸 바와 같이, 평면에서 볼 때, 길이 방향(도 3의 (a)에서의 상하 방향)으로 연장되는 직사각형을 가진다. 금속 구조체(10)는 도 3의 (b)에 나타낸 바와 같이, 단면에서 볼 때 직사각형을 가진다. 금속 구조체(10)는 금속 부분(1a) 및 금속 부분(2a)를 포함하도록 구성되어 있다. 금속 부분(1a)과 금속 부분(2a)은 접합부(3f)에 있어서 서로 접합되어 있다. 금속 구조체(10)는 동제(銅製)이다. 즉, 금속 부분(1a) 및 금속 부분(2a)은 구리로 이루어진다. 금속 구조체(10)를 구성하는 금속은 특별히 한정되지 않는다. 상기 금속으로서는, 예를 들면 구리, 알루미늄, 또는 이들 중 적어도 1종을 포함하는 합금을 들 수 있다. 또한, 금속 부분(1a) 및 금속 부분(2a)은, 서로 동일한 금속에 의해 구성되어도 되고, 다른 금속에 의해 구성되어 있어도 된다.

내부 공간(3)은 금속 구조체(10)의 내부에 형성된다. 내부 공간(3)은, 평면에서 볼 때, 길이 방향(도 3의 (a)에서의 상하 방향)으로 연장되는 형상을 가진다. 내부 공간의 형상은 특별히 한정되지 않는다. 내부 공간은 U자형이어도 되고, 지그재그 형상이어도 된다. 1개의 금속 구조체에서의 내부 공간의 수는 특별히 한정되지 않고, 1개 또는 복수이다. 내부 공간(3)은 금속 벽부(3b)에 의해 구획된다. 금속 벽부(3b)는 금속 구조체(10) 중, 내부 공간(3)에 노출되는 부분에 의해 구성된다. 금속 벽부(3b)는, 금속 부분(1a)에 의해 구성되는 부분과, 금속 부분(2a)에 의해 구성되는 부분으로 이루어진다. 금속 부분(1a)는 후술하는 본체부(1)에 상당한다. 금속 부분(2a)는 후술하는 덮개부(2)에 상당한다. 금속 부분(1a)과 금속 부분(2a)은, 접합부(3f)에 있어서 접합되는 것에 의해 일체화되고 있다.

비연속부(3c)는, 금속 부분(1a) 및 금속 부분(2a)가 내부 공간(3)에 노출되는 위치에 있어서, 서로 접합되지 않고 접촉 내지 근접함으로써, 금속 부분(1a) 및 금속 부분(2a)가 비연속이도록 구성된 부분이다. 비연속부(3c)는 수직 방향 X로 보았을 때, 내부 공간(3)을 둘러싸이도록 형성되어 있다.

내측 비접합부(3d)는, 금속 구조체(10)의 내부 공간(3)에 노출되지 않는 위치에 있어서, 금속 부분(1a) 및 금속 부분(2a)가 서로 접합되지 않고 접촉 내지 근접함으로써 금속 부분(1a) 및 금속 부분(2a)가 경계를 가지도록 구성된 부분이며, 비연속부(3c)를 통하여 내부 공간(3)과 연통하는 내측 위치에 형성된다. 즉, 내측 비접합부(3d)의 일단(3e)은 접합부(3f)에 의해 닫혀 있고, 비연속부(3c)가 내측 비접합부(3d)의 타단(他端)에 상당한다. 내측 비접합부(3d)는, 비연속부(3c)와 접합부(3f)가 수직 방향 X에 있어서 다른 높이에 위치하도록 수직 방향 X로 연장되는 부분을 가진다. 내측 비접합부(3d)는 접합부(3f)의 내측 위치에 위치한다. 그리고, 접합부(3f)의 내측 위치는, 내부 공간(3)에 상대적으로 가까운 위치에 있고, 비연속부(3c)를 통하여 내측 공간(3)과 연통하는 위치를 가리킨다. 한편, 접합부(3f)의 외측 위치는, 내부 공간(3)으로부터 상대적으로 먼 위치에 있고, 내측 공간(3)과 연통하지 않는 위치를 가리킨다.

접합부(3f)는, 금속 구조체(10)의 내부 공간(3)에 노출되지 않는 위치에 있어서, 금속 부분(1a) 및 금속 부분(2a)의 경계가 식별 불가 내지 식별 곤란하도록 내측 비접합부(3d)의 일단(3e)를 닫는 부분이다. 그리고, 경계가 식별 불가인지 또는 식별 곤란인지는 엄밀하게 구별될 필요는 없다. 접합부(3f)의 내측 위치와 외측 위치 사이에는 유체의 출입이 차단될 수 있다. 접합부(3f)는, 하나의 평면 S 중에 위치한다. 평면 S는 가상적인 평면이다. 수직 방향 X는, 평면 S와 수직 또는 실질적으로 수직으로 교차하는 방향을 가리킨다. 즉, 접합부(3f)는 수직 방향 X에 있어서, 동일 또는 실질적으로 동일한 높이(깊이)에 위치한다. 평면 S는, 수직 방향 X로 폭을 가지고 있어도 된다. 접합부(3f)를 포함하는 평면 S는, 금속 부분(2a)에 포함되어 있다. 바꾸어 말하면, 접합부(3f)는 금속 부분(2a)에 형성되어 있다. 또한, 접합부(3f)는, 수직 방향 X로 보았을 때, 도 3의 (a)에 나타낸 바와 같이, 내부 공간(3)을 둘러싸도록 형성되어 있다.

외측 비접합부(3h)는, 금속 구조체(10)의 내부 공간(3)에 노출되지 않는 위치에 있어서, 금속 부분(1a) 및 금속 부분(2a)가 서로 접합되지 않고 접촉 내지 근접함으로써 금속 부분(1a) 및 금속 부분(2a)가 경계를 가지도록 구성되는 부분이며, 외측 위치에 위치하고, 접합부(3f)에 의해 일단(3g)이 닫힌다. 외측 비접합부(3h)의 타단은, 금속 구조체(10)의 외부와 연통하고 있어도 된다. 금속 구조체(10)가 다른 내부 공간(3)을 가지는 경우에는, 외측 비접합부(3h)의 타단은, 다른 내부 공간(3)과 연통해도 된다. 그리고, 금속 구조체의 구조에 따라서는, 외측 위치에 외측 비접합부가 존재하지 않는 경우도 있다.

내부 공간(3)은, 금속 부분(2a)에 형성된 관통공(3a)를 통하여 금속 구조체(10)의 외부와 연통하고 있다. 금속 부분(2a)에는 도 3의 (a)에 나타낸 바와 같이, 2개의 관통공(3a)이 형성되어 있다. 관통공(3a)은 예를 들면, 냉매 등의 유체의 주입구 또는 배출구로서 이용된다. 그리고, 관통공(3a)의 수는 특별히 한정되지 않는다. 관통공(3a)은 1개라도 되고, 복수 개라도 된다. 관통공(3a)은, 금속 부분(2a)에만 형성되어 있지만, 금속 부분(1a)에만 형성되어도 되고, 금속 부분(1a) 및 금속 부분(2a)의 양쪽에 형성되어 있어도 된다.

관통공(3a)은 금속 부분(2a)에 형성되어 있다. 전술한 바와 같이, 접합부(3f)도 금속 부분(2a)에 형성되어 있다. 이와 같이, 관통공(3a) 및 접합부(3f)는 하나의 금속 부분(2a)에 형성되고, 또 하나의 금속 부분(1a)에 형성되어 있지 않은 것이 바람직하다. 이에 의해, 금속 부분(1a)를 통하여, 내부 공간(3)과 금속 구조체(10)의 외부의 유체의 유통이 방지된다. 예를 들면, 내부 공간(3)에 냉매 등의 유체를 흐르게 한 경우에 금속 부분(1a)으로부터의 유체의 누설이 방지된다. 따라서, 금속 부분(1a)는, 열교환, 가열 또는 냉각해야 할 대상물에 대하여 접촉 또는 근접하는 전열면으로서 호적하게 이용될 수 있다. 본 실시형태에서는, 금속 부분(1a)이 전열면을 가지고 있지만, 금속 부분(2a)이 전열면을 가지고 있어도 된다. 또한, 내부 공간(3)은 도 3의 (a)에 나타낸 바와 같이, 접합부(3f)가 내부 공간(3)의 외주의 전주(全周)에 걸쳐 형성되어 있는 것에 의해, 관통공(3a)을 제외하고, 밀폐되어 있는 것이 바람직하다. 그리고, 관통공(3a)은 필수적인 구성이 아니다.

금속 구조체(10)의 용도는 특별히 한정되지 않는다. 금속 구조체(10)는 예를 들면, 내부 공간(3)이 공동인 상태에서 사용되는 중공 금속 구조체라도 된다. 또한, 금속 구조체(10)는, 열교환, 가열 또는 냉각해야 할 대상물에 대하여 접촉 또는 근접하게 설치되는 전열용 금속 구조체라도 된다. 금속 구조체(10)는 밀폐성이 우수한 내부 공간(3)을 가진다. 즉, 접합부(3f)에 있어서 서로 접합된 본체부(1) 및 덮개부(2)는 내부 공간(3)과, 금속 구조체(10)의 외부 사이에서의 유체의 출입을 차단할 수 있다. 금속 구조체(10)는, 내부 공간(3)이 유체의 유로 또는 저류부(貯留部)로서 기능하도록 호적하게 사용될 수 있다. 해당 유체는 예를 들면, 기체(氣體) 또는 액체이다. 금속 구조체(10)가 전열용 금속 구조체로서 사용되는 경우, 유체는 예를 들면 냉매 등의 전열용 유체이다.

<<일 실시형태에 관한 금속 구조체의 제조 방법>>

다음으로, 일 실시형태에 관한 금속 구조체(10)의 제조 방법에 대하여, 도 4의 (a)∼(c) 및 도 5를 참조하여 설명한다.

<준비 공정>

먼저, 준비 공정에서는 도 4의 (a)에 나타낸 바와 같이, 본체부(1)가 준비되고, 또한 도 4의 (b)에 나타낸 바와 같이, 덮개부(2)가 준비된다. 본체부(1) 및 덮개부(2)는, 각각 「금속 부재」에 상당한다.

본체부(1)는, 금속 재료로 이루어진다. 해당 금속 재료는, 마찰 교반의 마찰 열에 의해 연화하는 것에 의해 소성(塑性) 유동 가능한 금속 재료라면, 특별히 한정되지 않는다. 상기 금속 재료로서는 예를 들면, 구리, 알루미늄, 또는 이들 중 적어도 1종을 포함하는 합금을 들 수 있다. 본체부(1)는 판형체이다. 본체부(1)는 장척형의 판형체이다. 본체부(1)의 형상은 판형체에 한정되지 않는다.

본체부(1)는 도 4의 (a)에 나타낸 바와 같이, 내부 공간(3)을 구획하기 위한 제1 구획면(1d)를 가진다. 본 실시형태에 있어서, 내부 공간(3)은, 본체부(1)에 형성된 홈 내의 공간에 상당한다. 제1 구획면(1d)은, 본체부(1)에 형성된 홈의 표면에 상당한다. 본체부(1)의 제1 구획면(1d)과, 도 4의 (b)에 나타낸 덮개부(2)의 제2 구획면(2d)에 의해, 내부 공간(3)이 구획된다. 제1 구획면(1d)의 외측에는, 도 4의 (a)에 나타낸 바와 같이 견부(4)가 형성되어 있다.

덮개부(2)는 금속 재료로 이루어진다. 해당 금속 재료는, 마찰 교반의 마찰 열에 의해 연화하는 것에 의해 소성 유동 가능한 재료라면, 특별히 한정되지 않는다. 해당 금속 재료로서는 예를 들면, 구리, 알루미늄, 또는 이들 중 적어도 1종을 포함하는 합금을 들 수 있다. 덮개부(2)의 재료는, 본체부(1)의 재료와 같거나 또는 실질적으로 같아도 되고, 본체부(1)의 재료와 상이해도 된다.

덮개부(2)는 도 4의 (b)에 나타낸 바와 같이, 제1 구획면(1d)과 함께 내부 공간(3)을 구획하는 제2 구획면(2d)을 가진다. 덮개부(2)는 도 4의 (b)에 나타낸 바와 같이, 덮개부(2)가 본체부(1)에 탑재될 때에 본체부(1)의 외측 표면(1b)과 맞닿는 접촉면(2b)를 가진다. 접촉면(2b)에는, 견부(4)를 받아들이기 위한 바닥이 있는 홈(6)이 형성되어 있다. 바닥이 있는 홈(6)은 바닥이 있는 홈이다. 바닥이 있는 홈(6)의 단면 형상은 직사각형이다. 그리고, 본 실시형태에서는, 제1 구획면(1d)이 오목부를 이루고, 제2 구획면(2d)이 평탄면이다. 그러나, 제1 구획면(1d)이 평탄면이며, 제2 구획면(2d)이 오목부를 이루어도 된다. 또한, 제1 구획면(1d) 및 제2 구획면(2d)의 양쪽이 오목부를 가지고 있어도 된다.

<조립 공정>

조립 공정에서는, 도 4의 (c)에 나타낸 바와 같이, 본체부(1)의 견부(4)가 덮개부(2)의 바닥이 있는 홈(6)에 받아들여지도록, 덮개부(2)가 본체부(1) 상에 탑재된다. 이에 의해, 내부 공간(3)을 가지는 조립체(10a)가 형성된다. 조립체(10a)에서는, 수직 방향에 있어서, 본체부(1)가 아래에 위치하고, 덮개부(2)가 위에 위치한다. 조립체(10a)는 비연속부(3c)와 비접합부(3n)를 가진다. 비연속부(3c)는, 조립체(10a)의 내부 공간(3)에 노출되는 위치에 있어서, 본체부(1)와 덮개부(2)가 서로 접합되지 않고 접촉 내지 근접함으로써 본체부(1)와 덮개부(2)가 서로의 경계를 가지도록 구성된 부분이다. 비접합부(3n)는, 조립체(10)의 내부 공간에 노출되지 않는 위치에 있어서, 본체부(1) 및 덮개부(2)가 서로 접합되지 않고 접촉 내지 근접하는 것에 의해 본체부(1) 및 덮개부(2)가 서로의 경계를 가지도록 구성된다. 비접합부(3n)는, 본체부(1)와 덮개부(2)의 경계이다. 비접합부(3n)는, 마찬가지로 본체부(1)와 덮개부(2)의 경계인 비연속부(3c)와 물리적으로 연통한다. 조립체(10a)에 있어서, 비접합부(3n)는 상측 부분(8)을 포함한다. 상측 부분(8)은, 조립체(10a)를 수직 방향 X로 보았을 때, 조립체(10a)의 상면(2c)을 기준으로 하여, 비연속부(3c)보다 얕은 위치에 있어서, 본체부(1)와 덮개부(2)가 서로 접합되지 않고 수직 방향 X로 접촉 내지 근접하는 부분이다. 상측 부분(8)은, 견부(4)와 바닥이 있는 홈(6)이 수직 방향 X로 서로 중첩되는 부분이다. 비연속부(3c) 및 상측 부분(8)은, 조립체(10a)를 수직 방향 X로 보았을 때, 내부 공간(3)을 둘러싸도록 형성된다(도 3의 (a) 참조).

<접합 공정>

접합 공정은 도 5에 나타낸 바와 같이, 조립체(10a)에 대하여 행해진다. 접합 공정에서는, 본체부(1)와 덮개부(2)가 마찰 교반 접합에 의해 접합된다. 마찰 교반용 장치(도시하지 않음)의 툴(5)이, 해당 접합 공정에서 사용된다. 툴(5)은 내열성 및 내마모성이 높은 재료에 의해 형성되어 있다. 툴(5)은, 선단에 끝이 가늘어지는 선단부(5a)를 가지는 원기둥형체다. 툴(5)은 회전하면서 이동하도록, 마찰 교반용 장치가 구비하는 구동 장치에 의해 제어된다. 구체적으로, 툴(5)은 회전하면서, 본체부(1) 및 덮개부(2)에 대한 상대적인 승강 이동과, 본체부(1) 및 덮개부(2)에 대한 상대적인 평행 이동을 행하는 것이 가능하다. 승강 이동은, 수직 방향 X로의 이동이다. 평행 이동은 수직 방향 X와 수직한 방향으로의 이동이다. 툴(5)의 선단부(5a)에는, 외주면에 나선형의 나사 홈(도시하지 않음)이 형성되어 있다.

접합 공정에서는 툴(5)을 회전시키면서, 조립체(10a)의 상면(2c)으로부터, 덮개부(2) 내의 접합 심도까지 삽입한다. 조립체(10a)의 상면(2c)은, 덮개부(2)에서의 접촉면(2b)과 반대측의 면에 상당한다. 도 5는, 툴(5)이 회전하면서 접합 심도까지 삽입된 상태를 나타내고 있다. 접합 심도는, 마찰 교반 접합의 깊이 WD가, 바닥이 있는 홈(6)에 받아들여진 견부(4)에 도달하지만, 외측 표면(1b)(비연속부(3c))에 도달하지 않는 깊이이다. 바꾸어 말하면, 접합 심도는, 마찰 교반 접합의 깊이 WD가 깊이 SD≤WD<깊이 OD를 만족시키도록 설정된다. 그리고, 도 5에 나타낸 바와 같이, 깊이 SD는, 덮개부(2)의 상면(2c)으로부터 견부(4)까지의 깊이이다. 깊이 OD는, 덮개부(2)의 상면(2c)으로부터 외측 표면(1b)(비연속부(3c))까지의 깊이이다. 이 때, 접합부(3f)는 비접합부(3n)를, 비연속부(3c)를 통하여 내부 공간(3)과 연통하는 내측 위치에 잔존시키도록 형성된다. 그 결과, 비접합부(3n)는 내측 비접합부(3d)(도 3의 (b) 참조)로서 잔존한다. 또한, 비접합부(3n)는, 외측 비접합부(3h)(도 3의 (b) 참조)로서도 잔존한다. 그리고, 견부(4)(상측 부분(8))의 폭은 특별히 한정되지 않고, 툴(5)의 선단(5a)의 폭 이상이어도 되고, 당해 폭 이하라도 된다. 견부(4)는, 외측 표면(1b)으로부터 위쪽으로 돌출하지만, 본체부(1)의 표면(1s)에 도달하지 않는 높이를 가진다.

이와 같이 툴(5)이 회전하면서 접합 심도 WD까지 삽입된 상태에서, 툴(5)을 평면에서 볼 때 견부(4)(도 3의 (a) 참조)를 따르도록 이동시킨다. 견부(4)의 정상부(頂部) 정부와 바닥이 있는 홈(6)의 바닥부의 금속 재료가, 마찰 열에 의해 고상(固相) 상태로 유동화하면서 교반되어 일체화된다. 이에 의해, 견부(4)의 정상부와 바닥이 있는 홈(6)의 바닥부가 접합된다. 그 결과, 본체부(1)와 덮개부(2)가 접합된다. 이에 의해, 본체부(1)와 덮개부(2)가 마찰 교반 접합됨으로써 구성된 금속 구조체(10)가 제조된다. 본 실시형태에서는, 툴(5)이 내부 공간(3)의 깊이까지 도달하지 않으므로, 상측 부분(8)(툴(5)의 선단부(5c)의 통과 위치)과 내부 공간(3)의 수평 방향에서의 거리 GD를 짧게 할 수 있다. 본 실시형태에서의 거리 GD는, 도 1의 (a)에서의 거리 GD보다 짧다.

그리고, 금속 구조체(10)의 제조 방법은 준비 공정, 조립 공정 및 접합 공정 이외의 공정을 가지고 있어도 된다. 예를 들면, 금속 구조체(10)의 제조 방법은, 조립 공정과 접합 공정 사이에, 본체부(1)와 덮개부(2)의 위치 결정을 위한 공정을 가지고 있어도 된다. 위치 결정은, 클램프 수단 등의 기계적 수단에 의해 행해져도 된다. 위치 결정은, 마찰 교반 접합에 의한 복수의 접합부를 서로 간격을 두고 형성함으로써 행해져도 된다. 접합부는 점형이라도 되고, 소정의 길이를 가지는 선형이라도 된다. 또한, 위치 결정 공정에서는, 복수의 점형 접합부가 형성된 후에, 복수의 선형 접합부가 형성되어도 된다. 또한, 접합 공정 후에, 접합 공정에 의해 발생한 버(burr)를 제거하기 위한 평탄 처리가 행해져도 된다. 또한, 도 2를 이용하여 설명한 바와 같이, 접합 공정에 있어서, 툴(5)을 경사지게 해도 된다.

<<다른 실시형태>>

다음으로, 다른 실시형태에 대해서도 설명한다. 도 6의 (a)는, 다른 실시형태에 관한 금속 구조체(10)를 모식적으로 나타내는 평면도이며, 도 6의 (b)∼(e)는, 그 제조 공정을 나타내는 단면도이며, 도 6의 (a)의 B-B선 단면도에 상당한다. 도 3∼도 5의 실시형태에 포함되는 구성과 동일한 구성에 대해서는, 동일한 부호가 붙여 있다.

도 6의 (a)에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태에 관한 금속 구조체(10)에서는, 1개의 본체부(1)에 대하여, 2개의 덮개부(2)가 형성된다. 1개의 본체부(1) 및 2개의 덮개부(2)는, 「금속 부재」에 상당한다. 이와 같이, 금속 구조체는, 3개 이상의 금속 부재를 포함하도록 구성되어 있어도 된다. 또한, 본 실시형태에 관한 금속 구조체(10)는, 한쪽의 덮개부(2)와 1개의 본체부(1)가, 「서로 수직 방향으로 중첩된 상태에서 마찰 교반 접합에 의해 접합되는 2개의 금속 부재」에 상당하고, 다른 쪽의 덮개부(2)와 1개의 본체부(1)도, 「서로 수직 방향으로 중첩된 상태에서 마찰 교반 접합에 의해 접합되는 2개의 금속 부재」에 상당한다. 이와 같이, 금속 구조체는, 「2개의 금속 부재」에 상당하는 조합을 복수 가지고 있어도 된다.

도 6의 (a)에 나타낸 바와 같이, 금속 구조체(10)는, 길이 방향(도면 중 상하 방향)으로 연장되는 직사각형 판형체이다. 금속 구조체(10)는 복수(2개)의 내부 공간(3)을 가진다. 각 내부 공간(3)은 각각 독립되어 있다. 각 내부 공간(3)은, 길이 방향으로 연장되는 형상을 가지고 있다. 각 내부 공간(3)은 서로 평행하다.

상기 실시형태의 제조 방법에 대하여, 도 6의 (a)∼(e)를 이용하여 설명한다.

먼저, 준비 공정에서는, 도 6의 (a) 및 (b)에 나타낸 바와 같이, 1개의 본체부(1)와, 2개의 덮개부(2)를 준비한다.

본체부(1)는 본체부(1)의 표면(1s)에 2개의 덮개 홈(7)을 가진다. 덮개 홈(7)은 도 6의 (a)에 나타낸 바와 같이, 길이 방향으로 연장되는 형상을 가진다. 덮개 홈(7)의 바닥면이 도 6의 (b)에 나타낸 바와 같이, 외측 표면(1b)에 상당한다. 외측 표면(1b)에는, 견부(4)가 형성되어 있다. 견부(4)는, 도 6의 (a) 및 (b)에 나타낸 바와 같이, 오목한 홈(내부 공간(3))의 사이드 에지를 따르고 또한 덮개 홈(7)의 표면(외부 표면(1b))으로부터 돌출되도록 형성되어 있다. 오목한 홈의 바닥면이, 제1 구획면(1d)에 상당한다.

2개의 덮개부(2)는 각각, 도 6(c)에 나타낸 바와 같이, 전체로서, 덮개 홈(7)에 끼워맞추어지는 것이 가능한 형상을 가진다. 덮개부(2)는, 접촉면(2b)에 바닥이 있는 홈(6)을 가진다. 접촉면(2b)은, 덮개부(2)가 덮개 홈(7)에 끼워맞추어졌을 때 본체부(1)와 접촉하는 덮개부(2)의 면을 가리킨다. 바닥이 있는 홈(6)은, 견부(4)를 받아들이는 것이 가능한 형상을 가진다. 바닥이 있는 홈(6)은, 견부(4)를 받아들였을 때 간극이 생기지 않도록 형성되어 있는 것이 바람직하다.

다음으로, 조립 공정에서는, 도 6의 (d)에 나타낸 바와 같이, 각 덮개부(2)가 본체부(1)의 덮개 홈(7)에 각각 끼워맞추어지도록 본체부(1)에 탑재된다. 1개의 본체부(1) 및 2개의 덮개부(2)에 의해, 복수(2개)의 내부 공간(3)이 구획된다. 덮개부(2)마다 1개의 내부 공간(3)이 구획된다. 본체부(1), 덮개부(2) 및 내부 공간(3)의 수적 관계는 이들의 예에 한정되지 않고, 적절히 설정될 수 있다. 그 결과, 본체부(1)와 덮개부(2) 사이에는, 견부(4)와 바닥이 있는 홈(6)이 수직 방향 X로 중첩되는 상측 부분(8)이 생긴다. 상측 부분(8)은 수직 방향 X에 있어서, 비연속부(3c)보다 얕은 위치에 존재하고 있다.

다음으로, 접합 공정에서는, 도 6의 (e)에 나타낸 바와 같이, 상측 부분(8)에 대하여 마찰 교반 접합이 행해지는 것에 의해, 접합부(3f)가 형성된다. 마찰 교반 접합은, 상측 부분(8)까지 도달하지만 비연속부(3c)까지 도달하지 않는다.

이상의 공정을 경과하여, 2개의 내부 공간(3)을 가지는 금속 구조체(10)가 제조된다.

본 실시형태에 의하면, 서로 독립하고 또한 조밀하게 배치된 복수의 내부 공간을 금속 구조체 내에 형성할 수 있고, 설계 자유도를 넓게 확보할 수 있다. 또한, 본 실시형태에 의하면, 덮개부(2)로서 두께가 큰 판형체가 채용되는 경우에 있어서도, 설계 자유도를 넓게 확보할 수 있다. 그 점에 대하여, 도 7의 (a) 및 도 7의 (b)를 참조하여 설명한다.

도 7의 (a) 및 (b)에서는, 덮개부(2)의 두께 OD가 크다. 구체적으로는, 두께 OD는 본체부(1)의 두께 T보다 크다.

도 7의 (a)는, 종래의 금속 구조체에 관한 접합 중의 본체부(1) 및 덮개부(2)를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 툴(5)의 선단(5a)이 삽입되는 깊이, 즉 접합 심도는, 마찰 교반 접합의 깊이 WD가, WD≥깊이 OD를 만족시키도록 설정된다. 툴(5)의 선단(5a)이 깊게까지 삽입되므로, 덮개부(2)에 큰 변형이 생길 우려가 있다. 또한, 그와 같은 변형에 의한 내부 공간(3)의 기밀성 저하를 억제 내지 방지하기 위하여, 수평 방향에서의 툴(5)의 선단(5a)와 내부 공간(3)의 거리 GD가 넓게 확보될 필요가 있다.

도 7의 (b)는, 실시형태에 관한 접합 중의 본체부 및 덮개부를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 접합 심도는, 마찰 교반 접합의 깊이 WD가, 깊이 SD≤WD <깊이 OD를 만족시키도록 설정된다. 툴(5)의 선단(5a)이 깊게까지 삽입되지 않으므로, 덮개부(2)에 큰 변형이 생길 우려가 저감 내지 방지될 수 있다. 그 결과, 거리 GD가 좁게 설정될 수 있다. 내부 공간의 설계 자유도와 함께, 금속 부재의 두께에 대해서도, 설계 자유도가 넓게 확보될 수 있다.

다음으로, 비접합부의 형상에 대하여, 도 8의 (a)∼(d)를 이용하여 설명한다.

도 8의 (a)는, 종래의 금속 구조체의 제조 방법에 관한 설명도이다. 도 8의 (b)는, 종래의 금속 구조체에 관한 설명도이다. 도 8의 (a)에 나타낸 바와 같이, 조립체(110a)에서는, 본체부(101)와 덮개부(102)의 접촉면은 평탄하다. 툴(105)의 선단(105a)은 덮개부(102)에 삽입되고, 본체부(101)에 도달하고 있다. 접합 후에 있어서는 도 8의 (b)에 나타낸 바와 같이, 비연속부(103c), 내측 비접합부(103d), 접합부(103f) 및 외측 비접합부(103h)가, 같은 높이에 위치한다.

도 8의 (c)는, 실시형태에 관한 금속 구조체의 제조 방법에 관한 설명도이다. 도 8의 (d)는, 실시형태에 관한 금속 구조체에 관한 설명도이다. 도 8의 (c)에 나타낸 바와 같이, 조립체(10a)에서는, 본체부(1)는 견부(4)를 가진다. 덮개부(2)는, 견부(4)를 받아들이기 위한 바닥이 있는 홈(6)을 가진다. 그러므로, 견부(4)와 바닥이 있는 홈(6)이 수직 방향으로 중첩되는 상측 부분(8)이, 수직 방향 X에 있어서, 비연속부(3c)보다 높은 위치에 위치한다. 접합 후에 있어서는, 도 8의 (d)에 나타낸 바와 같이, 내측 비접합부(3d) 및 외측 비접합부(3h)가 수직 방향으로 연장되는 부분을 가지고 있다. 이에 의해, 접합부(3f)가 비연속부(3c)보다 높은 위치에 위치한다. 그 결과, 도 8의 (d)에서의 접합부(3f)와 내부 공간(3)의 수평 방향 거리는, 도 8의 (b)에서의 접합부(103f)와 내부 공간(103)의 수평 방향 거리보다 짧다.

도 9는, 다른 실시형태에 관한 금속 구조체(10)를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 도 9에 나타내는 금속 구조체(10)는 복수의 내부 공간(3)을 가진다. 본체부(1)는 복수의 견부(4)를 가진다. 견부(4)는, 인접하는 내부 공간(3)을 사이에 두도록 구성되어 있다. 덮개부(2)는 복수의 바닥이 있는 홈(6)을 가진다. 각 바닥이 있는 홈(6)은, 견부(4)를 받아들이도록 구성되어 있다.

도 9에 나타내는 금속 구조체(10)에 있어서는, 중앙의 내부 공간(3)을 기준으로 하면, 우측 상단의 비연속부(3c)로부터 순서대로, 내측 비접합부(3d), 접합부(3f) 및 외측 비접합부(3h)가 연결되어 있고, 외측 비접합부(3h)는, 우측의 내부 공간(3)의 좌측 상단에 위치하는 비연속부(3c)와 연통되어 있다. 여기에서, 외측 비접합부(3h)는, 중앙의 내부 공간(3)과 연통되어 있지 않다.

한편, 우측의 내부 공간(3)을 기준으로 한 경우에는, 좌측 상단의 비연속부(3c)로부터 순서대로, 내측 비접합부(3d), 접합부(3f) 및 외측 비접합부(3h)가 연결되어 있고, 외측 비접합부(3h)는, 중앙의 내부 공간(3)의 우측 상단에 위치하는 비연속부(3c)와 연통되어 있다. 여기에서, 외측 비접합부(3h)는, 우측의 내부 공간(3)과 연통되어 있지 않다.

이와 같이, 한쪽의 내부 공간(3)을 기준으로 하여 본 경우의 외측 비접합부(3h)가, 인접하는 내부 공간(3)을 기준으로 하여 본 경우의 내측 비접합부(3d)에 상당해도 된다.

도 9에 나타내는 금속 구조체(10)는, 견부(4)에 의해서만, 인접하는 내부 공간(3)을 사이에 두도록 구성되어 있다. 이에 의해, 금속 구조체(10)는, 보다 조밀하게 배치된 복수의 내부 공간(3)을 가질 수 있다. 보다 높은 설계 자유도가 실현될 수 있다.

도 10은, 다른 실시형태에 관한 금속 구조체(10)의 제조 방법을 모식적으로 나타내는 단면도이다. 도 10에 나타내는 조립체(10a)에 있어서는, 상측 부분(8)이, 수직 방향 X에 있어서, 비연속부(3c)보다 높은 위치에 위치한다. 상측 부분(8)은, 본체부(1)와 덮개부(2)가 수직 방향으로 중첩되는 부분이다. 상측 부분(8)의 내측 위치에 있어서, 비접합부(3n)는 아래쪽으로 연장되고, 비연속부(3c)를 통하여, 내부 공간(3)과 연통한다. 한편, 상측 부분(8)의 외측 위치에 있어서, 비접합부(3n)는 위쪽으로 연장되고, 조립체(3c)의 외부와 연통한다. 이와 같이, 상측 부분(8)은 단(段)을 이루고 있다.

도 10에 나타내는 예에서는, 상측 부분(8)과 함께, 위쪽으로 연장되는 비접합부(3n)에 대하여, 툴(5)의 선단(5a)이 삽입됨으로써, 마찰 교반 접합이 실행된다. 그러므로, 도 10에 나타낸 예에서는, 외측 비접합부가 생성되지 않는다. 이와 같이, 외측 비접합부는 반드시 생성되지 않아도 된다. 단을 이루는 상측 부분(8)에 대하여 마찰 교반 접합이 실행되는 것에 의해, 기밀성을 높일 수 있다. 또한, 도 10에 나타낸 바와 같이 위쪽으로 연장되는 비접합부가 존재하는 경우에는, 적어도 해당 비접합부를 외측 비접합부로서 남기도록, 마찰 교반 접합을 행하는 것에 의해, 기밀성을 보다 높일 수 있다.

또한, 전술한 실시형태 및 실시예에 있어서 예로 든 수치, 재료, 구조, 형상 등은 어디까지나 예에 지나치지 않고, 필요에 따라, 이들과 다른 수치, 재료, 구조, 형상 등을 사용해도 된다.

1 : 본체부
1a : 금속 부분
1b : 외측 표면
1d : 제1 구획면
2 : 덮개부
2a : 금속 부분
2b : 접촉면
2c : 상면
2d : 제2 구획면
3 : 내부 공간(오목부)
3a : 관통공
3b : 금속 벽부
3c : 비연속부
3d : 내측 비접합부
3e : (내측 비접합부의) 일단
3f : 접합부
3g : (외측 비접합부의) 일단
3h : 외측 비접합부
3n : 비접합부
4 : 견부
5 : 툴
5a : 선단부
6 : 바닥이 있는 홈
7 : 덮개 홈
10 : 금속 구조체
10a : 조립체

Claims (12)

1. 금속 구조체(10)는, 판형체이며, 서로 수직 방향으로 중첩된 상태에서 마찰 교반 접합에 의해 접합되는 2개의 금속 부재(1a, 2a)를 포함하고,
   상기 2개의 금속 부재는, 판형의 본체부와, 판형의 덮개부이며, 서로 상기 수직 방향으로 중첩됨으로써 상기 2개의 금속 부재의 사이에 내부 공간(3)을 가지는 조립체를 형성하도록 구성되고, 상기 조립체는, 상기 조립체 내부의 상기 내부 공간(3)에 노출되는 위치에 있어서, 상기 2개의 금속 부재가 서로 접합되지 않고 접촉 내지 근접함으로써 상기 2개의 금속 부재가 비연속이도록 구성된 비연속부(3c)와, 상기 조립체 내부의 상기 내부 공간에 노출되지 않는 위치에 있어서, 상기 2개의 금속 부재가 서로 접합되지 않고 접촉 내지 근접함으로써 상기 2개의 금속 부재가 서로의 경계를 가지도록 구성되며, 상기 비연속부(3c)와 물리적으로 연속하는 비접합부(3d)를 가지고, 상기 비접합부(3d)는, 상기 조립체를 상기 수직 방향(X)으로 보았을 때, 상기 조립체의 상면(上面)을 기준으로 하여, 상기 비연속부(3c)보다 얕은 위치에 있어서 상기 2개의 금속 부재가 서로 접합되지 않고 상기 수직 방향으로 접촉 내지 근접하는 상측 부분(8)을 포함하고, 상기 비연속부 및 상기 상측 부분의 각각은, 상기 조립체를 상기 수직 방향으로 보았을 때, 상기 내부 공간(3)을 둘러싸도록 형성되고,
   상기 2개의 금속 부재(1a, 2a)를 준비하는 준비 공정;
   상기 2개의 금속 부재(1a, 2a)를 상기 수직 방향(X)으로 중첩시킴으로써 상기 조립체(10a)를 형성하는 조립 공정; 및
   상기 마찰 교반 접합을 위한 툴(5)을 회전시키면서 상기 조립체의 상면으로부터 접합 심도(WD)까지 삽입하고, 상기 수직 방향(X)으로 볼 때 상기 상측 부분(8)을 따라 이동시킴으로써, 상기 2개의 금속 부재가 접합된 접합부(3f)를 형성하고, 상기 접합부(3f)는, 상기 비접합부(3d)를, 상기 비연속부(3c)를 통하여 상기 내부 공간(3)과 연통(連通)하는 내측 위치에 잔존시키도록 형성되는 접합 공정;
   을 포함하고,
   상기 접합 심도(WD)는, 상기 마찰 교반 접합이 상기 상측 부분(8)까지 도달하지만 상기 비연속부(3c)의 깊이 또는 상기 내부 공간의 깊이 어디에도 도달하지 않는 깊이인,
   금속 구조체의 제조 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 접합 공정에 있어서, 상기 접합부는, 상기 비접합부가 상기 내측 위치에 있어서 상기 수직 방향으로 연장되는 부분을 가지도록 형성되는, 금속 구조체의 제조 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 접합 공정에 있어서, 상기 접합부는, 상기 비접합부를, 상기 내측 위치에 더하여, 상기 내부 공간과 연통하지 않는 외측 위치에도 잔존시키도록 형성되는, 금속 구조체의 제조 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 상측 부분은, 상기 조립체를 상기 수직 방향으로 보았을 때, 상기 내부 공간과 중첩되지 않는 위치에 있어서 상기 내부 공간을 둘러싸도록 형성되고,
   상기 비연속부는, 상기 조립체를 상기 수직 방향으로 보았을 때, 상기 내부 공간의 외주 에지를 따라 상기 내부 공간을 둘러싸도록 형성되는, 금속 구조체의 제조 방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 본체부는, 상기 수직 방향으로 보았을 때 상기 상측 부분과 대응하는 위치에 있어서, 상기 조립체의 상기 상면을 향하여 돌출되도록 형성된 견부(肩部)를 가지고,
   상기 덮개부는, 상기 덮개부가 상기 본체부에 중첩되었을 때 상기 견부를 받아들이도록 형성된 바닥이 있는 홈을 가지고,
   상기 접합 심도는, 상기 마찰 교반 접합이 상기 견부까지 도달하지만 상기 비연속부의 깊이까지 도달하지 않는 깊이인, 금속 구조체의 제조 방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 본체부는, 표면에, 상기 덮개부가 끼워맞추어지기 위한 덮개 홈을 가지고, 상기 견부는, 상기 덮개 홈의 바닥면으로부터 상기 조립체의 상기 상면을 향하여 돌출하도록 형성되고,
   상기 덮개부는, 상기 덮개 홈에 끼워맞추어지는 것이 가능한 형상을 가지고, 상기 덮개부가 상기 덮개 홈에 끼워맞추어졌을 때 상기 견부가 상기 바닥이 있는 홈에 받아들여지도록 구성되는, 금속 구조체의 제조 방법.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 금속 구조체는, 열교환, 가열 또는 냉각해야 할 대상물에 대하여 접촉 또는 근접하게 설치되는 전열용 금속 구조체인, 금속 구조체의 제조 방법.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 금속 구조체는, 상기 내부 공간이 공동(空洞)인 상태로 사용되는 중공(中空) 금속 구조체인, 금속 구조체의 제조 방법.
9. 금속 구조체(10)는, 판형체이며,
   상기 금속 구조체(10) 내부에 형성된 내부 공간(3);
   상기 내부 공간을 구획하는 금속 벽부를 구성하는 2개의 금속 부분(1a, 2a)이 상기 내부 공간에 노출되는 위치에 있어서, 서로 접합되지 않고 접촉 내지 근접함으로써, 상기 2개의 금속 부분이 비연속이도록 구성되는 비연속부(3c);
   상기 금속 구조체 내부의 상기 내부 공간(3)에 노출되지 않는 위치에 있어서, 상기 2개의 금속 부분이 서로 접합되지 않고 접촉 내지 근접함으로써 상기 2개의 금속 부분이 경계를 가지도록 구성되며, 상기 비연속부(3c)를 통하여 상기 내부 공간과 연통하는 내측 위치에 형성되는 내측 비접합부(3d); 및
   상기 금속 구조체(10) 내부의 상기 내부 공간(3)에 노출되지 않는 위치에 있어서, 상기 2개의 금속 부분의 경계가 식별 불가 내지 식별 곤란하도록 상기 내측 비접합부의 일단(一端)을 닫는 접합부(3f);
   를 가지고,
   상기 2개의 금속 부분(1a, 2a)은, 판형의 본체부와, 판형의 덮개부이며,
   상기 접합부(3f)는, 하나 또는 실질적으로 하나의 평면 내에 위치하고, 상기 평면에 대하여 수직 또는 실질적으로 수직인 수직 방향으로 보았을 때, 상기 내부 공간(3)을 둘러싸도록 형성되고,
   상기 비연속부(3c)는, 상기 수직 방향으로 보았을 때, 상기 내부 공간(3)을 둘러싸도록 형성되고,
   상기 내측 비접합부(3d)는, 상기 비연속부(3c)와 상기 접합부(3f)가 상기 수직 방향에 있어서 상이한 높이에 위치하도록 상기 수직 방향으로 연장되는 부분을 가지고, 상기 접합부는 상기 비연속부(3c)의 깊이 또는 상기 내부 공간의 깊이 어디에도 도달하지 않는 깊이인,
   금속 구조체.
10. 제9항에 있어서,
    상기 금속 구조체는,
    상기 금속 구조체 내부의 상기 내부 공간에 노출되지 않는 위치에 있어서, 상기 2개의 금속 부분이 서로 접합되지 않고 접촉 내지 근접함으로써 상기 2개의 금속 부분이 경계를 가지도록 구성되며, 상기 내부 공간과 연통하지 않는 외측 위치에 위치하고, 상기 접합부에 의해 일단이 닫히는 외측 비접합부를 더 가지는,
    금속 구조체.
11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 금속 구조체는, 열교환, 가열 또는 냉각해야 할 대상물에 대하여 접촉 또는 근접하게 설치되는 전열용 금속 구조체인, 금속 구조체.
12. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 금속 구조체는, 상기 내부 공간이 공동인 상태에서 사용되는 중공 금속 구조체인, 금속 구조체.

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