KR102489986B1

KR102489986B1 - 금속 구조체의 제조 방법

Info

Publication number: KR102489986B1
Application number: KR1020210028217A
Authority: KR
Inventors: 잇페이 사토
Original assignee: 케이힌 람테크 가부시키가이샤
Priority date: 2020-03-03
Filing date: 2021-03-03
Publication date: 2023-01-17
Also published as: TW202134589A; JP7377533B2; CN113351983B; JP2021137830A; KR20210111710A; TWI769723B; CN113351983A

Abstract

[해결하려고 하는 과제] 제조 공정의 번잡화나 제조 장치의 복잡화를 억제 내지 방지하면서, 접합 부위에서의 결함의 발생과, 마찰 교반 접합의 툴의 파손을 억제 내지 방지할 수 있는 금속 구조체의 제조 방법을 제공하는 것.
[해결 수단] 금속 구조체의 제조 방법으로서, 금속 구조체는, 서로 수직 방향으로 중첩된 상태에서 마찰 교반 접합에 의해 접합되는 2개의 금속 부재를 포함하고, 2개의 금속 부재는, 서로 수직 방향으로 중첩되는 것에 의해 2개의 금속 부재 사이에 내부 공간을 가지는 조립체를 형성하도록 구성되며, 제조 방법은, 2개의 금속 부재를 준비하는 준비 공정과, 2개의 금속 부재를 수직 방향으로 중첩하는 것에 의해 조립체를 형성하는 조립 공정과, 조립체를 수직 방향으로 보았을 때 내부 공간과 겹치지 않는 위치에 있어서, 적어도 1개의 금속제 고정 부재를 적어도 부분적으로 2개의 금속 부재에 대하여 수직 방향으로 삽입하는 것에 의해, 2개의 금속 부재를 서로 수직 방향에 고정하는 고정 공정과, 마찰 교반 접합을 위한 툴을 회전시키면서 조립체의 상면에 삽입하고, 툴이, 금속제 고정 부재에 의한 고정 위치를 통하고, 또한 고정 위치에 있어서 2개의 금속 부재의 각각의 일부와 함께 금속제 고정 부재의 적어도 일부가 마찰 교반 접합의 범위에 포함되도록, 툴을 이동시키는 것에 의해, 2개의 금속 부재를 접합하는 접합 공정을 포함한다.

Description

금속 구조체의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING A METAL STRUCTURE}

본 발명은, 금속 구조체의 제조 방법에 관한 것이다.

종래의 금속 구조체로서, 본체부와 덮개부를 구비하는 금속 구조체가 있다. 본체부에는, 덮개홈이 형성된다. 본체부의 덮개홈의 바닥면에는, 오목홈이 더 형성된다. 덮개홈에는, 덮개부가 끼워맞추어진다. 덮개홈 주변에서의 본체부와 덮개부가 접합된다. 이에 의해, 오목홈과 덮개부에 의해 둘러싸인 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 근접하도록 배치된다. 예를 들면, 대상물로부터 열을 방출하는 경우에는, 해당 유로에 냉각 매체를 흐르게 하고, 대상물로부터 금속 본체부 및 냉각 매체에 열을 전달시킴으로써, 대상물의 열을 방출시킬 수 있다.

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

일본공개특허 제2014-240706호 공보

본 발명은, 제조 공정의 번잡화나 제조 장치의 복잡화를 억제 내지 방지하면서, 접합 부위에서의 결함의 발생과, 마찰 교반 접합의 툴의 파손을 억제 내지 방지할 수 있는 금속 구조체의 제조 방법을 제공한다.

본 발명자는, 금속 구조체의 제조 방법에 대하여 검토했다.

도 1의 (a) 및 (b)를 참조하여, 금속 구조체의 제조 방법의 일례에 대하여 설명한다. 도 1에 관한 조립체(110a)는, 본체부(101)와 덮개부(102)를 포함한다. 조립체(110a)에서의 본체부(101)와 덮개부(102)가 마찰 교반 접합되는 것에 의해, 금속 구조체가 제조된다. 도 1의 (a) 및 (b)는, 해당 제조 방법에서의 접합 공정을 나타내고 있다.

1개의 본체부(101)는 직사각형 판형체이다. 본체부(101)는, 오목부(101r)를 상면(101s)에 가진다. 오목부(101r)는 직사각형을 가지고 있다. 1개의 덮개부(102)는 직사각형 판형체이다. 덮개부(102)는, 오목부(101r)에 대하여 연직 방향 W에 끼워맞추어지도록 구성되어 있다. 덮개부(102)가 오목부(101r)에 끼워맞추어지는 것에 의해, 조립체(110a)가 형성된다.

도면 중에서는 나타내어져 있지 않지만, 오목부(101r)의 바닥면에는, 또한 복수의 홈이 형성되어 있다. 복수의 홈은, 서로 평행하고 또한 서로 독립되어 있고, 방향 P로 연장되는 형상을 가진다. 방향 P는, 홈이 연장되는 방향이다. 따라서, 덮개부(102)가 오목부(101r)에 끼워맞추어지는 것에 의해, 복수의 홈이 복수의 내부 공간으로 된다. 각 내부 공간은, 예를 들면, 기체(氣體) 또는 액체 등의 유체의 유로로서 사용될 수 있다. 즉, 1개의 덮개부(102)를 1개의 본체부(101)에 조합하는 것에 의해, 병렬한 복수의 내부 공간을 형성할 수 있다.

복수(예를 들면, 4개)의 고정 지그(jig)(111)는 각각, 덮개부(102)의 각 모서리에 위치한다. 방향 P를 따라, 2개의 고정 지그(111)가 설치되어 있다. 복수의 고정 지그(111)는 서로 간극을 두고, 위쪽으로부터 덮개부(102)를 누르도록 고정된다. 이 상태에서, 마찰 교반 접합의 툴(105)을 본체부(101)의 상면(101s)에 삽입한다. 그리고, 수평으로 방향 P를 향하여 이동시키는 것에 의해, 본체부(101)와 덮개부(102)를 접합한다. 툴(105)은, 본체부(101)를 관통하여 덮개부(102)에 도달하도록 삽입되는 선단부(105a)를 가진다. 툴(105)은 원기둥형을 가진다. 선단부(105a)는, 툴(105)의 선단에 설치되고, 툴(105)보다 작은 직경의 원뿔대 형상을 가진다. 마찰 교반 접합의 접합 범위(117)는, 도 1의 (b)에 나타내는 바와 같이, 덮개부(102)의 위치에 있어서, 본체부(101)를 관통하여 덮개부(102)에 이른다.

1개의 덮개부(102)가, 서로 병렬하고 동시에 서로 독립된 복수의 내부 공간을 형성 가능한 크기를 가지고, 또한 방향 P에서의 고정 지그(111) 사이의 거리 Z가 긴 경우, 도 1의 (b)에 나타내는 바와 같은 현상이 발생하는 경우가 있다. 즉, 덮개부(102)에 대하여 툴(105)을 삽입하여 수평 방향으로 주행시킬 때는, 툴(105)의 마찰열에 의해, 덮개부(102)에, 덮개부(102)를 떠오르게 하는 방향으로 변형시키는 응력 K가 발생하는 경우가 있다. 그 경우, 덮개부(102)와 본체부(101) 사이에, 간극 L이 발생한다. 그 결과, 선단부(105a)뿐만 아니라, 툴(105)도 덮개부(102)와 접촉해 버린다. 마찰열이 본체부(101)에 전달되기 어려워진다. 그 결과, 접합 부위에 있어서 결함이 생기거나, 툴(105)이 파손되거나 할 우려가 생긴다.

그 반면에, 거리 Z를 짧게 하기 위하여, 방향 P로 배열되는 고정 지그(111)의 수를 증가시키면, 제조 장치가 복잡화되거나, 제조 공정이 번잡화되거나할 우려도 있다.

이에, 본 발명자는, 금속 구조체의 제조 방법으로서, 이하의 방법을 검토했다.

도 2∼도 4를 참조하여, 금속 구조체의 제조 방법의 다른 일례에 대하여 설명한다. 조립체(110a)(본체부(101) 및 덮개부(102))는, 도 1에 나타내는 조립체(110a)와 동일한 구성을 가지고 있다. 다만, 도 2의 (b), 도 3의 (b) 및 도 4의 (b)에서는, 내부 공간(103)(103A∼103D)이 나타내어져 있다. 구체적으로, 오목부(101r)의 바닥면에는, 복수(4개의)의 홈이 형성되어 있다. 복수의 홈은, 서로 평행하고 또한 서로 독립되어 있고, 방향 P로 연장되는 형상을 가진다. 덮개부(102)가 오목부(101r)에 끼워맞추어지는 것에 의해, 복수의 홈이 복수의 내부 공간(103)(103A∼103D)으로 된다. 각 내부 공간(103)(103A∼103D)의 양쪽에서는, 오목부(101r)의 바닥부가, 내부 공간(103)의 존재에 의해, 볼록부(104)(104A∼104E)로 되어 있다. 내부 공간(103A)의 양측에 볼록부(104A, 104B)가 위치한다. 내부 공간(103B)의 양측에 볼록부(104B, 104C)가 위치한다. 내부 공간(103C)의 양측에 볼록부(104C, 104D)가 위치한다. 내부 공간(103D)의 양측에 볼록부(104D, 104E)가 위치한다.

도 2의 (a)에 나타내는 바와 같이, 툴(105)이 방향 P를 따라 직선형으로 이동하는 경로는, 볼록부(104C)(도 2의 (a) 참조)를 통한다. 방향 P는, 툴(105)이 이동하는 방향이기도 하다. 볼록부(104C)의 양측에 있어서 볼록부(104C)와 이웃하는 볼록부(104B, 104D)의 위쪽에 있어서, 덮개부(102)를 누르도록, 장척(長尺) 고정 바(113)가 설치된다. 2개의 장척 고정 바(113)는, 방향 P와 평행 내지 실질적으로 평행하게 설치된다. 각 장척 고정 바(113)는, 복수(예를 들면, 3개)의 고정 지그(111)에 의해 고정된다. 복수의 고정 지그(111)는, 방향 P에 있어서 서로 간극을 두고 배치된다. 이 상태에서, 툴(105)이, 볼록부(104C)와 덮개부(102)를 접합하도록 방향 P를 따라 이동한다.

전술한 접합 방법에 의하면, 방향 P에 있어서는, 오목부(101r)의 전역에 걸쳐, 장척 고정 바(113)가 배치된다. 그러므로, 도 1의 (b)에 나타내는 바와 같은 방향 P에서의 간극 L은 생기기 어렵다. 그러나, 고정 지그(111)에 의해 장척 고정 바(113)를 통하여 덮개부(102)를 본체부(101)에 고정하고 있어도, 툴(105)의 마찰열에 의해, 방향 P와 직교하는 방향에 있어서, 덮개부(102)를 떠오르게 하는 방향으로 변형시키는 힘이 발생하는 경우가 있다. 그 경우, 도 2의 (b)에 나타내는 바와 같이, 덮개부(102)와 본체부(101) 사이에, 간극 M이 발생한다. 구체적으로, 볼록부(104D)와 덮개부(102) 사이에 간극 M이 발생하고, 또한 볼록부(104B)와 덮개부(102) 사이에 간극 M이 발생한다.

해당 접합 방법에서는, 도 2의 (b)에 나타내는 바와 같이, 볼록부(104C)와 덮개부(102)가 접합된다. 접합 범위(117)는 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이, 덮개부(102)로부터 볼록부(104C)에 이른다. 다음으로, 도 3의 (a) 및 (b)에 나타내는 바와 같이, 볼록부(104D)와 덮개부(102)의 접합이 행해진다. 이 때, 볼록부(104D)의 양측에 있어서 볼록부(104D)와 이웃하는 볼록부(104C, 104E)의 위쪽에 있어서, 덮개부(102)를 누르도록, 장척 고정 바(113)가 설치된다. 그러나, 간극 M은 계속해서 남아 버린다. 이 상태에서, 툴(105)이, 볼록부(104D)와 덮개부(102)를 접합하도록 방향 P를 따라 이동한다.

그 결과, 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이, 볼록부(104D)와 덮개부(102)는, 간극 M을 가진 상태로 접합된다. 다음으로, 도 4 (a) 및 (b)에 나타내는 바와 같이, 볼록부(104B)와 덮개부(102)의 접합이 행해진다. 이 때, 볼록부(104B)의 양측에 있어서 볼록부(104B)와 이웃하는 볼록부(104A, 104C)의 위쪽에 있어서, 덮개부(102)를 누르도록, 장척 고정 바(113)가 설치된다. 그러나, 간극 M은 계속해서 남아 버린다. 이 상태에서, 툴(105)이, 볼록부(104B)와 덮개부(102)를 접합하도록 방향 P를 따라 이동한다. 그 결과, 볼록부(104B)와 덮개부(102) 모두, 간극 M을 가진 상태로 접합된다. 그 후, 도시하지 않지만, 볼록부(104A)와 덮개부(102)의 접합이 행해진다. 계속해서, 볼록부(104E)와 덮개부(102)의 접합이 행해진다. 이에 의해, 각 내부 공간(103)의 양측에서의 볼록부(104)와 덮개부(102)의 접합이 완료된다. 게다가, 방향 P에서의 내부 공간(103)(103A∼103D)의 양단을 봉지(封止)하도록, 방향 P와 수직한 방향으로 툴(105)을 이동시킨다. 이에 의해, 각 내부 공간(103)(103A∼103D)의 주위에서의 볼록부(104)와 덮개부(102)의 접합이 완료된다.

전술한 방법에 있어서도, 도 1에 나타낸 방법과 마찬가지로, 툴(105)의 경로 중에, 본체부(101)와 덮개부(102)의 간극(간극 M)을 가지는 부분이 포함된다. 그러므로, 접합 시에, 선단부(105a)뿐만 아니라, 툴(105)도 덮개부(102)와 접촉해 버린다. 마찰열이 본체부(101)에 전달되기 어려워진다. 그 결과, 접합 부위에 있어서 결함이 생기거나, 툴(105)이 파손되거나 할 우려가 있다. 그러나, 고정 지그(111)를 이용하여 덮개부(102)를 압압(押壓)하는 것에 의해 본체부(101)와 덮개부(102)를 고정시키는 방법에서는, 간극 M의 발생을 억제 내지 방지하는 것은 용이하지 않다. 고정 지그(111)에 의해 눌리는 영역의 면적의 확대나 그 힘의 증강은, 제조 공정의 번잡화나 제조 장치의 복잡화를 초래할 우려가 있다.

본 발명은, 전술한 지견에 기초하여 완성된 발명이다. 본 발명은, 예를 들면 다음과 같은 구성을 채용할 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 중첩되는 것에 의해 상기 2개의 금속 부재 사이에 내부 공간을 가지는 조립체를 형성하도록 구성되며,

상기 제조 방법은,

상기 2개의 금속 부재를 준비하는 준비 공정과,

상기 2개의 금속 부재를 상기 수직 방향으로 중첩하는 것에 의해 상기 조립체를 형성하는 조립 공정과,

상기 조립체를 상기 수직 방향으로 보았을 때 상기 내부 공간과 겹치지 않는 위치에 있어서, 적어도 1개의 금속제 고정 부재를 적어도 부분적으로 상기 2개의 금속 부재에 대하여 상기 수직 방향으로 삽입하는 것에 의해, 상기 2개의 금속 부재를 서로 상기 수직 방향에 고정하는 고정 공정과,

상기 마찰 교반 접합을 위한 툴을 회전시키면서 상기 조립체의 상면에 삽입하고, 상기 툴이, 상기 금속제 고정 부재에 의한 고정 위치를 통하고, 또한 상기 고정 위치에 있어서 상기 2개의 금속 부재의 각각의 일부와 함께 상기 금속제 고정 부재의 적어도 일부가 상기 마찰 교반 접합의 범위에 포함되도록, 상기 툴을 이동시키는 것에 의해, 상기 2개의 금속 부재를 접합하는 접합 공정을 포함한다.

(1)의 제조 방법에 의하면, 고정 공정에서는, 조립체를 수직 방향으로 보았을 때 내부 공간과 겹치지 않는 위치에 있어서, 적어도 1개의 금속제 고정 부재를 적어도 부분적으로 2개의 금속 부재(예를 들면, 본체부 및 덮개부)에 대하여 수직 방향으로 삽입하는 것에 의해, 2개의 금속 부재를 서로 수직 방향에 고정한다. 접합 공정에서는, 마찰 교반 접합을 위한 툴을 회전시키면서 조립체의 상면에 삽입하고, 툴이, 금속제 고정 부재에 의한 고정 위치를 통하고, 또한 고정 위치에 있어서 2개의 금속 부재의 각각의 일부와 함께 금속제 고정 부재의 적어도 일부가 마찰 교반 접합의 범위에 포함되도록, 툴을 이동시키는 것에 의해, 2개의 금속 부재를 접합한다. 금속제 고정 부재를 사용한 고정은, 고정 지그를 이용하여 누르는 고정과 상이하고, 금속 부재가 떠오르는 것 같은 변형을 억제 내지 방지할 수 있다. 따라서, 접합 부위에서의 결함의 발생, 및 마찰 교반 접합의 툴의 파손을, 억제 내지 방지할 수 있다. 또한, 금속제 고정 부재의 설치 자체는, 비교적 용이하고 또한 간편하며, 제조 공정의 번잡화나 제조 장치의 복잡화를 억제 내지 방지할 수 있다.

금속제 고정 부재는, 예를 들면 2개의 금속 부재에 대하여 수직 방향으로 삽입될 수 있는 형상을 가지고 있다. 수직 방향은, 2개의 금속 부재가 중첩되는 방향이다. 금속제 고정 부재는, 예를 들면 막대 형상의 부재이다. 금속제 고정 부재로서는, 예를 들면 볼트, 핀 등을 들 수 있다. 금속제 고정 부재는, 미리 2개의 금속 부재에 형성된 구멍에 삽입되어도 되고, 2개의 금속 부재에 구멍이 형성되어 있지 않은 상태로 삽입되어도 된다. 금속제 고정 부재는, 2개의 금속 부재의 재료와 동일한 재료로 되어도 되고, 상이한 재료로 되어도 된다. 금속제 고체 부재는, 2개의 금속 부재에 삽입되는 부분에 있어서 외주(外周)에 나사 홈이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 금속제 고정 부재는, 2개의 금속 부재에 삽입되지 않는 부분을 가지고 있어도 되고, 전체적으로 2개의 금속 부재에 삽입되도록 구성되어 있어도 된다.

(2) (1)의 제조 방법으로서,

상기 접합 공정에 있어서, 상기 마찰 교반 접합은, 상기 금속제 고정 부재의 직경이 상기 마찰 교반 접합의 범위 내에 포함되도록 실시된다.

(2)의 제조 방법에 의하면, 금속제 고정 부재의 직경이 마찰 교반 접합의 범위 내에 포함된다. 그러므로, 접합 범위에서의 보이드의 발생이 억제 내지 방지될 수 있다. 접합 부위에서의 결함의 발생이 보다 효과적으로 방지될 수 있다.

(3) (1) 또는 (2)의 제조 방법으로서,

상기 금속제 고정 부재는, 상기 2개의 금속 부재에 대하여 상기 수직 방향으로 삽입되는 몸통부와, 상기 몸통부의 일단부(一端部)에 설치되고, 상기 몸통부보다 큰 직경을 가지고, 상기 몸통부가 상기 2개의 금속 부재에 대하여 삽입되었을 때 상기 2개의 금속 부재를 내리누르도록 작용하는 두부(頭部)를 가진다.

(3)의 제조 방법에 의하면, 금속제 고정 부재에 의해 2개의 금속 부재를 보다 강하게 고정할 수 있다. 따라서, 접합 시에서의 금속 부재의 변형을 보다 효과적으로 억제 내지 방지할 수 있다. 접합 부위에서의 결함의 발생과, 마찰 교반 접합의 툴의 파손을 보다 효과적으로 억제 내지 방지할 수 있다. 그리고, 두부는, 두부의 적어도 일부가 금속 부재(예를 들면, 덮개부)에 삽입되도록 2개의 금속 부재에 삽입되어도 된다. 몸통부는, 외주에 나사 홈이 형성되어 있어도 된다. 몸통부의 타단부(他端部)(즉 선단부)는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 평탄해도 되고(소위 넓적 끝(flat point)), 뾰족해도 된다(이른바 뾰족 끝(cone point)).

(4) (1)∼(3) 중 어느 한 항의 제조 방법으로서,

상기 고정 공정에서는, 복수의 상기 금속제 고정 부재가, 상기 조립체를 상기 수직 방향으로 보았을 때 상기 내부 공간과 겹치지 않는 위치에 있어서, 서로 간극을 두고, 적어도 하나의 열(列)을 이루어 배열되도록 설치되고,

상기 접합 공정에서는, 상기 복수의 상기 금속제 고정 부재에 의한 복수의 상기 고정 위치의 각각을 통하도록, 상기 툴을 상기 적어도 하나의 열을 따라 이동시키는 것에 의해, 상기 2개의 금속 부재를 접합한다.

(4)의 제조 방법에 의하면, 제조 공정의 번잡화나 제조 장치의 복잡화를 보다 효과적으로 억제 내지 방지할 수 있고, 또한 접합 부위에서의 결함의 발생과, 마찰 교반 접합의 툴의 파손을 보다 효과적으로 억제 내지 방지할 수 있다.

(5) (4)의 제조 방법으로서,

상기 금속 구조체는, 상기 내부 공간이 상기 열을 따라 연장되는 형상을 가지도록 구성된다.

(5)의 제조 방법에 의하면, 직선형의 내부 공간을 효율적으로 형성할 수 있다. 제조 공정의 번잡화나 제조 장치의 복잡화를 보다 효과적으로 억제 내지 방지할 수 있다.

(6) (1)∼(5) 중 어느 한 항의 제조 방법으로서,

상기 2개의 금속 부재는, 서로 상기 수직 방향으로 중첩되는 것에 의해 상기 2개의 금속 부재 사이에, 서로 독립하고 또한 서로 평행하게 연장되는 형상을 가지는 복수의 내부 공간을 가지는 조립체를 형성하도록 구성되며,

상기 고정 공정에서는, 복수의 금속제 고정 부재가, 이웃하는 2개의 내부 공간 사이에서 하나의 열을 이루어 배열되도록 설치된다.

(6)의 제조 방법에 의하면, 서로 독립하고 또한 서로 평행하게 연장되는 복수의 직선형의 내부 공간을 효율적으로 형성할 수 있다. 제조 공정의 번잡화나 제조 장치의 복잡화를 보다 효과적으로 억제 내지 방지할 수 있다.

(7) (1)∼(6) 중 어느 한 항의 제조 방법으로서,

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

(7)의 제조 방법에 의하면, 제조 공정의 번잡화나 제조 장치의 복잡화를 억제 내지 방지하면서, 접합 부위에서의 결함의 발생과, 마찰 교반 접합의 툴의 파손을 억제 내지 방지할 수 있다. 내부 공간을 유체의 유로로 하는 것에 의해, 예를 들면, 유체의 밀폐성이 우수한 유로가 조밀하게 배치된 금속 구조체를 실현할 수 있다. 즉, 높은 밀폐성에 의해, 우수한 전열성을 가지는 금속 구조체를 실현할 수 있다. 즉, (7)의 제조 방법에 의하면, 제조 방법의 번잡화나 제조 장치의 복잡화를 억제 내지 방지하면서, 전열용으로서 바람직한 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(中空) 금속 구조체이다.

(8)의 제조 방법에 의하면, 제조 공정의 번잡화나 제조 장치의 복잡화를 억제 내지 방지하면서, 접합 부위에서의 결함의 발생과, 마찰 교반 접합의 툴의 파손을 억제 내지 방지할 수 있다. 내부 공간을 공동으로 하는 것에 의해, 예를 들면, 공동이 조밀하게 배치된 금속 구조체를 실현할 수 있다. 즉, 제조 방법의 번잡화나 제조 장치의 복잡화를 억제 내지 방지하면서, 구조체의 기계적 강도, 중량 및 사이즈의 조합에 관한 설계 자유도가 높은 중공 금속 구조체를 제조할 수 있다.

본 발명에 의하면, 제조 공정의 번잡화나 제조 장치의 복잡화를 억제 내지 방지하면서, 접합 부위에서의 결함의 발생과, 마찰 교반 접합의 툴의 파손을 억제 내지 방지할 수 있는 금속 구조체의 제조 방법을 제공한다.

[도 1] 도 1의 (a)는, 제1 참고예에 관한 금속 구조체의 제조 방법에서의 접합 공정을 설명하기 위한 사시도이며, 도 1의 (b)는, 도 1의 (a)의 A-A선 단면(斷面)을 모식적으로 나타내는 설명도이다.
[도 2] 도 2의 (a)는, 제2 참고예에 관한 금속 구조체의 제조 방법에서의 접합 공정에 있어서 중앙 열에 대하여 행해지는 마찰 교반 접합의 모양을 모식적으로 나타내는 사시도이며, 도 2의 (b)는, 도 2의 (a)의 B-B선 단면을 모식적으로 나타내는 설명도이다.
[도 3] 도 3의 (a)는, 제2 참고예에 관한 금속 구조체의 제조 방법에서의 접합 공정에 있어서 우열(右列)에 대하여 행해지는 마찰 교반 접합의 모양을 모식적으로 나타내는 사시도이며, 도 3의 (b)는, 도 3의 (a)의 B-B선 단면을 모식적으로 나타내는 설명도이다.
[도 4] 도 4 (a)는, 제2 참고예에 관한 금속 구조체의 제조 방법에서의 접합 공정에 있어서 좌열(左列)에 대하여 행해지는 마찰 교반 접합의 모양을 모식적으로 나타내는 사시도이며, 도 4의 (b)는, 도 4 (a)의 B-B선 단면을 모식적으로 나타내는 설명도이다.
[도 5] 도 5의 (a)는, 일 실시형태에 관한 덮개부를 모식적으로 나타내는 사시도이며, 도 5의 (b)는, 도 5의 (a)의 C-C선 단면을 모식적으로 나타내는 설명도이다.
[도 6] 도 6의 (a)는, 일 실시형태에 관한 본체부를 모식적으로 나타내는 사시도이며, 도 6의 (b)는, 도 6의 (a)의 D-D선 단면을 모식적으로 나타내는 설명도이다.
[도 7] 도 7의 (a)는, 일 실시형태에 관한 조립체를 모식적으로 나타내는 사시도이며, 도 7의 (b)는, 도 7의 (a)의 E-E선 단면을 모식적으로 나타내는 설명도이며, 도 7의 (c)는, 도 7의 (b)에 나타내는 단면에 있어서 금속제 고정 부재를 설치하는 모양을 모식적으로 나타내는 설명도이다.
[도 8] 도 8의 (a)∼(c)는 각각, 금속제 고정 부재의 일례를 모식적으로 나타내는 단면도(斷面圖)이며, 도 8의 (d)는, 고정 위치에서의 마찰 교반 접합의 모양을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
[도 9] 도 9의 (a)는, 일 실시형태에 관한 제조 방법의 접합 공정의 일부를 모식적으로 나타내는 사시도이며, 도 9의 (b)는, 도 9의 (a)의 F-F선 단면을 모식적으로 나타내는 설명도이다.
[도 10] 도 10의 (a)는, 일 실시형태에 관한 제조 방법의 접합 공정의 일부를 모식적으로 나타내는 사시도이며, 도 10의 (b)는, 도 10의 (a)의 F-F선 단면을 모식적으로 나타내는 설명도이다.
[도 11] 도 11의 (a)는, 일 실시형태에 관한 제조 방법의 접합 공정의 일부를 모식적으로 나타내는 사시도이며, 도 11의 (b)는, 도 11의 (a)의 F-F선 단면을 모식적으로 나타내는 설명도이다.

실시형태에 관한 금속 구조체의 제조 방법에 대하여, 이하에 설명한다. 실시형태에 관한 금속 구조체는, 2개의 금속 부재로서, 덮개부(2)와 본체부(1)를 포함한다.

먼저, 실시형태에 관한 덮개부에 대하여, 도 5의 (a)∼(b)를 참조하여 설명한다.

덮개부(2)는 금속제의 판형체이다. 덮개부(2)는 도 5의 (a)에 나타내는 바와 같이, 평면에서 볼 때, 직사각형상을 가진다. 덮개부(2)는 도 5의 (b)에 나타내는 바와 같이, 단면에서 볼 때 직사각형상을 가진다. 덮개부(2)는 구리제이다. 덮개부(2)를 구성하는 금속은, 마찰 교반의 마찰열에 의해 연화(軟化)되는 것에 의해 소성(塑性) 유동 가능한 금속 재료라면, 특별히 한정되지 않는다. 해당 금속으로서는, 예를 들면 구리, 알루미늄, 또는 이들 중 적어도 1종을 포함하는 합금을 들 수 있다. 덮개부(2)에는, 복수의 장착공(16)이 형성되어 있다. 보다 구체적으로는, 장착공(16)의 상측부(16b)가 형성되어 있다. 장착공(16)의 형상에 대해서는 후술한다. 복수의 장착공(16)은, 덮개부(2)의 상면에 있어서, 도 5의 (a)에 나타내는 바와 같이, 방향 P를 따르는 복수의 열(18A∼18C)을 이루도록 형성되어 있다. 방향 P는 후술하는 바와 같이, 툴(5)이 이동하는 방향과 평행 또는 실질적으로 평행하다. 각각의 열(18A∼18C)에서는, 복수의 장착공(16)은 방향 P를 따라 서로 간격을 두도록 배치되어 있다. 그리고, 도면 중에는 나타내어져 있지 않지만, 덮개부(2)에는, 후술하는 내부 공간(3)에 대한 냉매 등의 유체의 주입구 또는 배출구로서 사용되는 관통공이 형성되어 있어도 된다. 관통공은 예를 들면 방향 W를 따라 덮개부(2)를 관통하는 구멍이다. 장착공(16)은, 마찰 교반 접합에 의해 부분적 또는 전체적으로 소멸하지만, 관통공은 마찰 교반 접합의 대상이 아니다.

다음으로, 실시형태에 관한 본체부에 대하여, 도 6의 (a)∼(b)를 참조하여 설명한다.

본체부(1)는 금속제의 판형체이다. 본체부(1)를 구성하는 금속은, 마찰 교반의 마찰열에 의해 연화되는 것에 의해 소성 유동 가능한 금속 재료라면, 특별히 한정되지 않는다. 해당 금속으로서는, 예를 들면 구리, 알루미늄, 또는 이들 중 적어도 1종을 포함하는 합금을 들 수 있다. 본체부(1)와 덮개부(2)는, 동일한 금속으로 구성되어도 되고, 상이한 금속으로 구성되어도 된다. 본체부(1)는 도 6의 (a)에 나타내는 바와 같이, 평면에서 볼 때, 직사각형상을 가진다. 또한, 본체부(1)의 상면에는, 직사각형상의 오목부(7)가 형성되어 있다. 오목부(7)는, 덮개부(2)가 오목부(7)에 끼워맞추어질 수 있는 형상 및 크기를 가지고 있다. 평면에서 볼 때, 오목부(7)의 외측 에지의 형상은 직사각형상이다. 오목부(7)의 깊이는, 덮개부(2)의 두께와 같거나 또는 실질적으로 같다. 본체부(1)의 오목부(7)의 바닥면에는, 복수의 장착공(16)이 형성되어 있다. 보다 구체적으로는, 장착공(16)의 하측부(16a)가 형성되어 있다. 장착공(16)의 형상에 대해서는 후술한다. 복수의 장착공(16)은, 오목부(7)의 바닥면에 있어서, 도 6의 (a)에 나타내는 바와 같이, 방향 P를 따르는 복수의 열(18A∼18C)을 이루도록 형성되어 있다. 각각의 열(18A∼18C)에서는, 복수의 장착공(16)은, 방향 P를 따라 서로 간격을 두도록 배치되어 있다. 전술한 관통공은, 본체부(1)에 형성되어도 되지만, 본체부(1)에 형성되지 않는 것이 바람직하다. 본체부(1)는 열교환, 가열 또는 냉각해야 할 대상물에 대하여 접촉 또는 근접하는 전열면으로서 바람직하게 이용될 수 있다.

도 6의 (b)에 나타내는 바와 같이, 오목부(7)의 바닥면에는, 복수의 내부 공간(3)이 형성되어 있다. 내부 공간(3)은 도 6의 (a)에는 나타내어져 있지 않다. 내부 공간(3)은, 방향 P를 따라 연장되는 홈 형상을 가지고 있다. 내부 공간의 형상은 특별히 한정되지 않는다. 내부 공간은 U자형이어도 되고, 지그재그 형상라도 된다. 1개의 금속 구조체에서의 내부 공간의 수는 특별히 한정되지 않고, 1개 또는 복수이다. 내부 공간(3)은 본체부(1) 및 덮개부(2)에 의해 구획된다. 도 6의 (b)에 나타내는 바와 같이, 방향 P와 직교하는 방향에 있어서, 서로 이웃하는 내부 공간(3)의 사이에, 장착공(16)이 위치한다. 장착공(16)의 하측부(16a)의 외주에는, 나사 홈이 형성되어 있다. 모든 장착공(16)에 대하여 마찰 교반 접합이 행해진 결과, 내부 공간(3)은 전술한 관통공를 제외하고, 밀폐되어 있는 것이 바람직하다.

다음으로, 실시형태에 관한 조립체에 대하여, 도 7의 (a)∼(c)를 참조하여 설명한다.

조립체(10a)는 도 7의 (a)에 나타내는 바와 같이, 본체부(1)와 덮개부(2)를 포함한다. 조립체(10a)는, 본체부(1)와 덮개부(2)가 방향 W으로 중첩됨으로써 형성된다. 덮개부(2)가 본체부(1)의 오목부(7)에 끼워맞추어지는 것에 의해, 조립체(10a)가 형성되어 있다.

조립체(10a)는 도 7의 (b)에 나타내는 바와 같이, 복수의 내부 공간(3)을 가지고 있다. 복수의 내부 공간(3)은, 방향 P를 따라 서로 평행을 이루도록 연장되는 형상을 가지고 있다. 조립체(10a)에 있어서는, 도 7의 (b)에 나타내는 바와 같이, 상측부(16b)와 하측부(16a)가 연통(連通)하는 것에 의해, 장착공(16)이 형성되어 있다. 복수의 장착공(16)은 도 7의 (a)에 나타내는 바와 같이, 방향 P를 따라 서로 간격을 두도록 배치되고, 열(18A∼18C)을 이루고 있다. 각각의 열(18A∼18C)은, 이웃하는 내부 공간(3)의 사이에 위치한다. 따라서, 조립체(10a)를 방향 P를 따라 볼 때도, 장착공(16)은 내부 공간과 겹치지 않는다. 그리고, 본 실시형태에서는, 도 7의 (b)에 나타내는 바와 같이, 이웃하는 내부 공간(3)의 사이에는, 장착공(16)이 배치되어 있지만, 가장 외측의 내부 공간(3)의 외측에는, 장착공(16)이 배치되어 있지 않다. 가장 외측의 내부 공간(3)의 외측에도, 장착공(16)이 배치되어 있어도 된다.

도 7의 (c)에 나타내는 바와 같이, 각 장착공(16)에 금속제 고정 부재(15)가 삽입된다. 금속제 고정 부재(15)는 몸통부(15a)와 두부(15b)로 이루어진다. 몸통부(15a)의 외주에는, 나사 홈이 형성되어 있다. 두부(15b)의 직경은 몸통부(15a)의 직경보다 크다. 본 실시형태에 있어서는, 도 7의 (b)에 나타내는 바와 같이, 두부(15b)의 일단(하단)은, 몸통부(15a)와 연속되어 있다. 두부(15b)는, 원판 형상을 가지는 부분과, 도면 중에서 아래쪽에 그려진 몸통부(15a)에 가까워짐에 따라서 직경이 작아지는 원뿔대 형상을 가지는 부분으로 이루어진다. 장착공(16)은, 금속제 고정 부재(15)와 대응하는 형상을 가진다. 즉, 장착공(16)의 상측부(16b)는 도 7의 (b)에 나타내는 바와 같이, 소경부(小徑部)(16bS)와, 대경부(大徑部)(16bL)를 가진다. 소경부(16bS)는, 두부(15b)의 직경과 같은 크기의 직경을 가진다. 소경부(16bS)는 하측부(16a)와 연통하고 있고, 하측부(16a)와 함께, 몸통부(15a)를 받아들인다. 대경부(16bL)는, 소경부(16bS)의 직경보다 큰 직경을 가진다. 대경부(16bL)는, 도면 중에서 아래쪽에 그려진 소경부(16bS)에 가까워짐에 따라서 직경이 작아지는 원뿔대 형상을 가지는 부분을 포함하고 있다. 대경부(16bL)는 소경부(16bS)와 연통하고 있다. 대경부(16bL)의 원뿔대 형상을 가지는 부분의 정상부(頂部)(하단부)가, 소경부(16bS)와 연통하고 있다. 대경부(16bL)는 두부(15b)의 적어도 일부를 받아들인다.

하측부(16a)의 외주에는, 나사 홈이 형성되어 있다. 그러므로, 금속제 고정 부재(15)를 나사 체결하도록 삽입하면, 금속제 고정 부재(15)의 몸통부(15a)는, 장착공(16)의 하측부(16a)에 삽입되어 간다. 이에 의해, 두부(15b)는 대경부(16bL)에 받아들여진다. 몸통부(15a)가 하측부(16a)에 더 깊게 삽입되면, 두부(15b)가 덮개부(2)와 방향 P에 접촉한다. 그 결과, 두부(15b)가 덮개부(2)와 방향 P에 있어서 걸어맞추어진다. 이상과 같이, 장착공(16)으로의 금속제 고정 부재(15)의 삽입에 의해, 본체부(1)와 덮개부(2)가 고정된다. 이와 같이 본체부(1)와 덮개부(2)가 금속제 고정 부재(15)에 의해 고정된 상태에 있어서, 금속제 고정 부재(15)가 설치된 위치가 「고정 위치」이다.

다음으로, 실시형태에 관한 금속제 고정 부재에 대하여, 도 8의 (a)∼(d)를 참조하여 설명한다.

금속제 고정 부재(15)의 형상은 전술한 예에 한정되지 않는다. 금속제 고정 부재(15)의 형상으로서는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 도 8의 (a)∼(c)에 나타내는 형상을 들 수 있다.

도 8의 (a)에 나타내는 예에서는, 몸통부(15a)는 기둥형체이다. 두부(15b)는, 몸통부(15a)의 직경보다 큰 직경을 가지는 원판형체이며, 몸통부(15a)의 일단(도면 중 상단)에 몸통부(15a)와 일체로 설치되어 있다. 두부(15b)의 일부가, 장착공(16)에 받아들여져 있다.

도 8의 (b)에 나타내는 예에서는, 몸통부(15a)는 기둥형체이다. 두부(15b)는 도 8의 (a)와 마찬가지로 원판형체이다. 도 8의 (b)에 나타내는 몸통부(15a)는, 도 8의 (a)에 나타내는 몸통부(15a)보다 길다. 두부(15b)는, 장착공(16)에 완전히 받아들여지고 있지 않다. 바꾸어 말하면, 장착공(16)은, 두부(15b)를 받아들이기 위한 부분을 가지고 있지 않다. 장착공(16)은, 전술한 대경부(16bL)에 상당하는 부분을 가지고 있지 않다.

도 8의 (c)에 나타내는 예에서는, 몸통부(15a)는 기둥형체이다. 두부(15b)는, 도 7의 (c)에 나타내는 예와 마찬가지로, 원판 형상을 가지는 부분과, 도면 중에서 아래쪽에 그려진 몸통부(15a)에 가까워짐에 따라서 직경이 작아지는 원뿔대 형상을 가지는 부분으로 이루어진다. 다만, 원뿔대 형상을 가지는 부분의 측면이, 도면 중 아래쪽으로 팽창하도록 만곡되어 있다.

도 7 및 도 8의 (a)∼(c) 중 어느 예에 있어서도, 금속제 고정 부재(15)가 2개의 금속 부재(본체부(1) 및 덮개부(2))에 설치되었을 때 금속제 고정 부재(15)와 2개의 금속 부재 사이에 공극(空隙) 또는 실질적인 공극이 생기지 않도록 금속제 고정 부재(15)와 2개의 금속 부재가 면접촉하는 것이 바람직하다. 마찰 교반 접합에 의해 금속 부재 내에 보이드가 생기거나, 금속 구조체의 외부 및/또는 내부 공간(3)과 연통하는 공극이 생기거나 하는 것이 억제 내지 방지될 수 있다. 또한, 어느 예에 있어서도, 금속제 고정 부재(15)는, 방향 W에 있어서 두부(15b)의 외주부와 본체부(1) 사이에 덮개부(2)가 끼워져 있고, 또한 몸통부(15a)가 본체부(1)와 고정되도록, 본체부(1) 및 덮개부(2)에 설치된다.

도 8의 (d)는, 마찰 교반 접합의 툴(5)의 선단부(5a)가, 금속제 고정 부재(15)에 의한 고정 위치에 삽입되었을 때의 모양을 나타내는 단면도이다. 방향 P와 직교하는 방향(도면 중 가로 방향)에 있어서, 마찰 교반 접합의 접합 범위(17)의 폭은, 적어도 금속제 고정 부재(15)의 두부(15b)의 높이에 있어서, 두부(15b)의 직경보다 넓은 것이 바람직하다. 접합 범위(17)는, 금속제 고정 부재(15)의 두부(15b)의 외주를 포함하는 것이 바람직하다. 접합 범위(17)의 폭은, 적어도 금속제 고정 부재(15)의 높이에 있어서, 몸통부(15a)의 직경보다 넓은 것이 바람직하다. 접합 범위(17)는, 금속제 고정 부재(15)의 몸통부(15a)의 외주를 포함하는 것이 바람직하다. 마찰 교반 접합은, 접합 범위(17)가 3부재 경계의 전체 주위를 포함하도록 실시되는 것이 바람직하다. 3부재 경계는, 조립체(10a)에서의 본체부(1)와 덮개부(2)와 금속제 고정 부재(15)의 경계이며, 금속제 고정 부재(15)의 외주의 전체 주위를 둘러싼다. 이에 의해, 보이드나 공극이 발생하는 경우가 억제 내지 방지될 수 있다.

접합 범위(17)의 깊이는 덮개부(2)의 두께보다 크다. 접합 범위(17)의 깊이는, 본체부(1) 및 덮개부(2)의 두께의 합계보다 작다. 즉, 방향 W에 있어서, 접합 범위(17)는, 덮개부(2)를 넘어서 본체부(1)에 도달하지만, 본체부(1)를 관통하지 않는다. 마찰 교반 접합은, 방향 W에 있어서, 접합 범위(17)가, 금속제 고정 부재(15)의 직경을 모두 포함하도록 실시되는 것이 바람직하지만, 부분적으로 포함하도록 실시되어도 된다. 마찰 교반 접합은, 금속제 고정 부재(15)의 직경 방향에 있어서, 접합 범위(17)가, 금속제 고정 부재(15)의 직경을 모두 포함하도록 실시되는 것이 바람직하지만, 부분적으로 포함하도록 실시되어도 된다. 도 8의 (d)에 나타내는 바와 같이, 마찰 교반 접합의 접합 범위(17)는, 금속제 고정 부재(15)의 전체를 포함하는 것이 바람직하다. 전술한 바와 같은 보이드나 공극이 발생하는 경우가 억제 내지 방지될 수 있다.

다음으로, 실시형태에 관한 금속 구조체의 제조 방법에 대하여 설명한다.

<준비 공정>

먼저, 준비 공정에서는, 본체부(1)(도 6의 (a) 및 (b) 참조)가 준비되고, 또한 덮개부(2)(도 5의 (a) 및 (b) 참조)가 준비된다. 본체부(1) 및 덮개부(2)는 각각 「금속 부재」에 상당한다. 준비 공정에 있어서는, 장착공(16)이 형성된 본체부(1) 및 덮개부(2)가 준비되어도 된다. 또한, 준비 공정에 있어서, 장착공(16)이 형성되어 있지 않은 본체부(1) 및 덮개부(2)가 준비되고, 또한 본체부(1) 및 덮개부(2)의 각각에 장착공(16)이 형성되어도 된다. 준비 공정에 있어서, 장착공(16)이 형성되어 있지 않은 본체부(1) 및 덮개부(2)가 준비되고, 후술하는 조립 공정에 있어서, 본체부(1) 및 덮개부(2)가 조립되고, 또한 본체부(1) 및 덮개부(2)에 장착공(16)이 형성되어도 된다. 장착공(16)은, 조립체(10a)(도 7의 (a)∼(c) 참조)를 수직 방향 W로 보았을 때 내부 공간(3)과 겹치지 않는 위치에 형성된다.

<조립 공정>

조립 공정에서는, 본체부(1)와 덮개부(2)가 수직 방향 W로 중첩된다. 덮개부(2)가 본체부(1)의 오목부(7)에 끼워맞추어지도록, 덮개부(2)가 본체부(1) 상에 탑재된다. 이에 의해, 내부 공간(3)을 가지는 조립체(10a)가 형성된다. 조립체(10a)에서는, 수직 방향 W에 있어서, 본체부(1)가 아래에 위치하고, 덮개부(2)가 위에 위치한다(도 7의 (a)∼(c) 참조).

<고정 공정>

고정 공정에서는, 적어도 1개의 금속제 고정 부재(15)를, 적어도 부분적으로, 본체부(1) 및 덮개부(2)에 대하여 수직 방향 W로 삽입함으로써, 본체부(1)와 덮개부(2)를 서로 수직 방향 W로 고정한다. 금속제 고정 부재(15)는, 부분적으로 또는 전체적으로 장착공(16)에 삽입된다. 본 실시형태에서는, 금속제 고정 부재(15)를 장착하기 위한 장착공(16)이 덮개부(2) 및 본체부(1)에 형성되어 있지만, 장착공(16)은 덮개부(2)에만 형성되어 있어도 된다. 장착공(16)은 필수의 구성이 아니다. 즉, 장착공(16)은 형성되어 있지 않아도 된다. 예를 들면, 금속제 고정 부재(15)가 나사이며, 고정 공정에 있어서, 금속제 고정 부재(15)가, 덮개부(2) 및 본체부(1)에 직접 나사고정되어도 된다.

<접합 공정>

접합 공정에 대하여, 도 9∼도 12를 참조하여 설명한다. 접합 공정은, 조립체(10a)에 대하여 행해진다. 예를 들면 본체부(1)의 주변은, 고정 지그(11)에 의해 눌려 있다. 이에 의해, 본체부(1)는 고정되어 있다. 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 가는 선단부(5a)를 가지는 원기둥형체이다. 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 W로의 이동이다. 평행 이동은 예를 들면 방향 P로의 이동이다. 툴(5)의 선단부(5a)에는, 외주면에 나선형의 나사 홈(도시하지 않음)이 형성되어 있다.

전술한 고정 공정에서 설치된 복수의 금속제 고정 부재(15)는, 열(18A∼18C)을 이루고 있다. 접합 공정에서는, 먼저 도 9의 (a) 및 (b)에 나타내는 바와 같이, 마찰 교반 접합의 툴(5)이 중앙의 열(18B)을 따라 이동하는 것에 의해, 열(18B)에 대하여 마찰 교반 접합이 행해진다. 접합 공정에서는, 툴(5)을 회전시키면서, 조립체(10a)에 삽입한다. 툴(5)은 조립체(10a)의 상면으로부터 삽입된다. 툴(5)은, 마찰 교반 접합이 본체부(1)에 도달하도록 삽입된다.

다음으로, 도 10의 (a) 및 (b)에 나타내는 바와 같이, 열(18C)에 대하여 마찰 교반 접합이 행해진다. 다음으로, 도 11의 (a) 및 (b)에 나타내는 바와 같이, 열(18A)에 대하여 마찰 교반 접합이 행해진다. 이와 같이, 좌우 방향으로 배열되는 복수 열(3열 이상)의 금속제 고정 부재(15)에 대하여 순서대로 마찰 교반 접합을 행하는 경우, 그 순번은, 예를 들면 다음과 같이 정해지는 것이 바람직하다. 즉, 다음으로 마찰 교반 접합이 행해지는 열은, 좌우 양측에 남은 미처리된 열의 수가 될 수 있는 한 많아지도록 선택된다. 3열의 경우, 중앙의 열이 제1 열이 된다. 7열의 경우, 중앙의 열이 제1 열이 된다. 이 경우, 좌우 양측에 남은 미처리된 열은 각각, 3열이다. 그러므로, 다음으로 마찰 교반 접합이 행해지는 열은, 해당 3열에서의 중앙의 열이 된다. 이에 의해, 마찰 교반 접합에 기인하는 변형이나 간극의 발생을 방지 내지 억제할 수 있다.

전술한 제조 방법에 의해 제조된 금속 구조체의 용도는 특별히 한정되지 않는다. 금속 구조체는, 예를 들면 내부 공간(3)이 공동인 상태로 사용되는 중공 금속 구조체라도 된다. 또한, 금속 구조체는 열교환, 가열 또는 냉각해야 할 대상물에 대하여 접촉 또는 근접하도록 설치되는 전열용 금속 구조체라도 된다. 금속 구조체는, 밀폐성이 우수한 내부 공간(3)을 가진다. 서로 접합된 본체부(1) 및 덮개부(2)는 내부 공간(3)과, 금속 구조체의 외부 사이에서의 유체의 출입을 차단할 수 있다. 금속 구조체는, 내부 공간(3)이 유체의 유로 또는 저류부(貯留部)로서 기능하도록 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 유체는, 예를 들면 기체 또는 액체이다. 금속 구조체가 전열용 금속 구조체로서 사용되는 경우, 유체는, 예를 들면 냉매 등의 전열용 유체이다.

그리고, 금속 구조체의 제조 방법은 준비 공정, 조립 공정, 고정 공정 및 접합 공정 이외의 공정을 포함하고 있어도 된다. 예를 들면, 금속 구조체의 제조 방법은, 고정 공정과 접합 공정 사이에, 본체부(1)와 덮개부(2)의 가접합(假接合) 공정을 포함하고 있어도 된다. 가접합 공정은, 파선형으로 마찰 교반 접합을 행하는 공정이다. 고정 공정은, 금속제 고정 부재(15)에 의해, 복수의 점에서, 본체부(1)와 덮개부(2)를 고정하는 공정이다. 접합 공정은, 마찰 교반 접합에 의해, 선형으로 본체부(1)와 덮개부(2)를 고정하는 공정이다. 이와 같이, 복수의 점에서의 고정과, 선형으로의 고정 사이에, 파선형으로의 고정을 행함으로써, 변형이 보다 효과적으로 방지 내지 억제될 수 있다. 또한, 접합 공정 후에, 접합 공정에 의해 발생한 버(burr)를 제거하기 위한 평탄 처리가 행해져도 된다. 또한, 접합 공정에 있어서, 툴(5)을 경사지게 해도 된다.

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

1 : 본체부
1r : 오목부
1s : 상면
2 : 덮개부
3 : 내부 공간
5 : 툴
5a : 선단부
7 : 오목부
10a : 조립체
11 : 고정 지그
13 : 장척 고정 바
15 : 금속제 고정 부재
15a : 몸통부
15b : 두부
16 : 장착공
16a : 하측부
16b : 상측부
17 : (마찰 교반 접합에 의한) 접합 범위
18A∼18C : (장착공(16)의) 열

Claims

금속 구조체는, 서로 수직 방향으로 중첩된 상태에서 마찰 교반 접합에 의해 접합되는 2개의 금속 부재를 포함하고, 상기 2개의 금속 부재는, 서로 상기 수직 방향으로 중첩되는 것에 의해 상기 2개의 금속 부재 사이에 내부 공간을 가지는 조립체를 형성하도록 구성되며,
상기 2개의 금속 부재를 준비하는 준비 공정;
상기 2개의 금속 부재를 상기 수직 방향으로 중첩하는 것에 의해 상기 조립체를 형성하는 조립 공정;
상기 조립체를 상기 수직 방향으로 보았을 때 상기 내부 공간과 겹치지 않는 위치에 있어서, 적어도 1개의 금속제 고정 부재를 적어도 부분적으로 상기 2개의 금속 부재에 대하여 상기 수직 방향으로 삽입하는 것에 의해, 상기 2개의 금속 부재를 서로 상기 수직 방향에 고정하는 고정 공정; 및
상기 마찰 교반 접합을 위한 툴을 회전시키면서 상기 조립체의 상면에 삽입하고, 상기 툴이, 상기 금속제 고정 부재에 의한 고정 위치를 통하며, 또한 상기 고정 위치에 있어서 상기 2개의 금속 부재의 각각의 일부와 함께 상기 금속제 고정 부재의 적어도 일부가 상기 마찰 교반 접합의 범위에 포함되도록, 상기 툴을 이동시키는 것에 의해, 상기 2개의 금속 부재를 접합하는 접합 공정
을 포함하는, 금속 구조체의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 접합 공정에 있어서, 상기 마찰 교반 접합은, 상기 금속제 고정 부재의 직경이 상기 마찰 교반 접합의 범위 내에 포함되도록 실시되는, 금속 구조체의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 금속제 고정 부재는, 상기 2개의 금속 부재에 대하여 상기 수직 방향으로 삽입되는 몸통부와, 상기 몸통부의 일단부(一端部)에 설치되고, 상기 몸통부 보다 큰 직경을 가지고, 상기 몸통부가 상기 2개의 금속 부재에 대하여 삽입되었을 때 상기 2개의 금속 부재를 내리누르도록 작용하는 두부(頭部)를 가지는, 금속 구조체의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 고정 공정에서는, 복수의 상기 금속제 고정 부재가, 상기 조립체를 상기 수직 방향으로 보았을 때 상기 내부 공간과 겹치지 않는 위치에 있어서, 서로 간극을 두고, 적어도 하나의 열(列)을 이루어 배열되도록 설치되고,
상기 접합 공정에서는, 상기 복수의 상기 금속제 고정 부재에 의한 복수의 상기 고정 위치의 각각을 통하도록, 상기 툴을 상기 적어도 하나의 열을 따라 이동시키는 것에 의해, 상기 2개의 금속 부재를 접합하는, 금속 구조체의 제조 방법.
제4항에 있어서,
상기 금속 구조체는, 상기 내부 공간이 상기 열을 따라 연장되는 형상을 가지도록 구성되는, 금속 구조체의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 2개의 금속 부재는, 서로 상기 수직 방향으로 중첩되는 것에 의해 상기 2개의 금속 부재 사이에, 서로 독립하고 또한 서로 평행하게 연장되는 형상을 가지는 복수의 내부 공간을 가지는 조립체를 형성하도록 구성되며,
상기 고정 공정에서는, 복수의 금속제 고정 부재가, 이웃하는 2개의 내부 공간 사이에서 하나의 열을 이루어 배열되도록 설치되는, 금속 구조체의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 금속 구조체는, 열교환, 가열 또는 냉각해야 할 대상물에 대하여 접촉 또는 근접하도록 설치되는 전열용 금속 구조체인, 금속 구조체의 제조 방법.
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.