KR20220000352A - 금속 구조체의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

[해결하려고 하는 과제] 우수한 밀봉성을 가지는 밀봉 공간을 효율적으로 형성 가능하고, 또한 밀봉 공간의 설계 자유도를 향상시킬 수 있는 금속 구조체의 제조 방법을 제공하는 것.
[해결 수단] 적어도 하나의 밀봉 공간을 내부에 가지는 금속 구조체의 제조 방법으로서, 제조 방법은, 2개의 금속 부재의 준비 공정과, 2개의 금속 부재의 조립 공정과, 2개의 금속 부재 사이에 적어도 하나의 밀봉 공간이 형성되도록, 2개의 금속 부재를 접합하는 접합부를 툴의 이동 경로를 따라 형성하는 밀봉 공정과, 툴을 조립체의 상면에서의 발취 위치로부터 빼내기 전에, 툴이 발취 위치에 도달한 경우에 형성되는 종단 접합부를 확장하도록 접합부를 형성하기 위해 툴을 이동시키는 확장 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

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 주변에 있어서, 본체부와 덮개부가 접합된다. 이에 의해, 오목홈과 덮개부에 의해 둘러싸인 공간이, 밀봉 공간으로 된다. 밀봉 공간은, 유체(流體)의 유로로서 사용 가능하게 된다. 이와 같은 금속 구조체는, 전열(傳熱)용 금속 구조체로서 사용될 수 있다. 전열용 금속 구조체는 예를 들면, 열 교환, 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 매체로 열을 전달시킨다.

특허문헌 1은, 금속 구조체에 관하여, 마찰 교반 접합에 의해, 덮개홈 주변에서의 본체부와 덮개부를 접합하는 것에 의해, 내부 공간을 형성하는 기술을 개시하고 있다. 내부 공간은 밀봉 공간으로서 사용 가능하다.

일본공개특허 제2014-240706호 공보

본 발명의 목적은, 우수한 밀봉성을 가지는 밀봉 공간을 효율적으로 형성 가능하고, 또한 밀봉 공간의 설계 자유도를 향상시킬 수 있는 금속 구조체의 제조 방법을 제공하는 것이다.

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

일반적으로, 마찰 교반 접합에 있어서, 툴에 의한 접합 작업이 종료되었을 때, 툴은, 회전한 상태에서 위쪽으로 이동하는 것에 의해, 재료의 표면(상면)으로부터 빼내어진다. 이 때, 발취(拔取) 위치에, 툴의 발취에 기인하는 오목부가 형성되는 경우가 있다. 이 오목부는 뜻하지 않게 형성되어 버린다. 오목부의 형상은 일정하지 않다. 그러므로, 마찰 교반 접합에 의해 밀봉 공간을 가지는 금속 구조체를 제조하는 경우에는, 오목부의 형상에 따라서는, 오목부와 내부 공간이 연통(連通)하여 버릴 우려가 있다. 이 방법에 의해, 안정적으로 밀봉 공간을 형성하는 것은 곤란하다.

이 과제에 대해서는, 툴을 수평 방향으로 조립체의 측면까지 이동시키고, 조립체의 측면으로부터 빼내는 방법이 채용 가능하다. 이 방법에 의하면, 툴이 재료의 표면(상면)으로부터 빼내어질 일이 없으므로, 오목부가 형성되지 않는다. 그러나, 조립체의 측면으로부터 툴을 빼내기 위해서는, 툴은 밀봉 공간을 피하면서, 측면까지 수평 이동하지 않으면 안된다. 이를 위한 경로를 확보할 필요가 있다. 결과로서, 금속 구조체에서의 밀봉 공간의 레이아웃이 제약을 받아 버린다. 밀봉 공간의 설계 자유도가 저하되어 버린다. 예를 들면, 전열용 금속 구조체에 있어서는, 밀봉 공간의 형상은, 열 교환의 효율에 영향을 끼치는 중요한 팩터이다. 그러므로, 밀봉 공간의 설계 자유도는 확보되는 것이 바람직하다. 또한, 툴의 경로가 길면, 제조에 필요로 하는 시간이 길어져 버리고, 제조 효율이 저하된다.

따라서, 우수한 밀봉성을 가지는 밀봉 공간을 효율적으로 형성 가능하게 하고, 또한 밀봉 공간의 설계 자유도를 향상시키기 위해서는, 발취를 위한 툴의 이동을 될 수 있는 한 짧게 하면서, 밀봉성을 확보하도록, 툴을 어떻게 위쪽으로 빼내는지가 중요하게 된다.

본 발명은, 전술한 지견에 기초하여 완성한 발명이며, 이하의 구성을 채용할 수 있다.

(1) 적어도 하나의 밀봉 공간을 내부에 가지는 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 상기 적어도 하나의 밀봉 공간으로 되기 위한 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 마찰 교반 접합을 위한 툴을 회전시키면서 상기 조립체의 상면에 삽입하고, 상기 툴을 이동시키는 것에 의해, 상기 2개의 금속 부재 사이에 상기 적어도 하나의 상기 밀봉 공간이 형성되도록, 상기 2개의 금속 부재를 상기 수직 방향으로 접합하는 접합부를 상기 툴의 이동 경로를 따라 형성하는 밀봉 공정과,

상기 툴을 상기 조립체의 상기 상면에서의 발취 위치로부터 빼내기 전에, 상기 툴이 상기 발취 위치에 도달한 경우에 형성되는 종단(終端) 접합부를 확장하도록 상기 접합부를 형성하기 위해 상기 툴을 이동시키는 확장 공정

을 포함하는 것을 특징으로 한다.

(1)의 제조 방법에 의하면, 종단 접합부가 확장되도록 접합부가 형성된다. 종단 접합부는, 종단 접합부의 직경 방향 외측으로 확장된다. 따라서, 툴이 발취 위치로부터 위쪽으로 빼내어지는 것에 의해 발취 위치에 오목부가 형성되어도, 오목부의 주위에 접합부를 잔존시킬 수 있다. 잔존한 접합부에 의해, 오목부를 통하여 금속 구조체의 외부와 내부(예를 들면, 밀봉 공간)가 연통하는 것을 방지 또는 억제할 수 있다. 따라서, 높은 밀봉성이 얻어진다. 또한, 이에 의해, 툴을 위쪽으로 빼내는 것이 가능해지므로, 툴을 측면까지 이동시키기 위한 경로의 확보가 불필요해진다. 따라서, 밀봉 공간의 설계 자유도를 향상시킬 수 있다.

하나의 실시형태로서, 이하의 태양(態樣)이 채용될 수 있다.

(2) (1)의 제조 방법으로서,

상기 확장 공정에서는, 상기 종단 접합부의 외측 에지 전체 주위에 상기 접합부가 중첩하도록 상기 툴을 이동시키는 것에 의해, 상기 종단 접합부를 확장한다.

(2)의 제조 방법에 의하면, 종단 접합부는, 외주(外周) 전체 주위에 접합부가 중첩하도록 확장되어 있다. 그러므로, 툴 발취 시에 오목부와 내부 공간을 보다 확실하게 분리할 수 있다. 보다 높은 밀봉성이 얻어지고, 또한 밀봉 공간의 설계 자유도를 보다 향상시킬 수 있다.

하나의 실시형태로서, 이하의 태양이 채용될 수 있다.

(3) (1) 또는 (2)의 제조 방법으로서,

상기 확장 공정에서는, 상기 발취 위치를 둘러싸는 환(環)을 그리도록 상기 툴을 이동시키는 것에 의해, 상기 종단 접합부를 확장한다.

(3)의 제조 방법에 의하면, 높은 밀봉성을 가지는 밀봉 공간을 보다 효율적으로 형성할 수 있고, 또한 밀봉 공간의 설계 자유도를 보다 향상시킬 수 있다.

하나의 실시형태로서, 이하의 태양이 채용될 수 있다.

(4) (1)∼(3) 중 어느 하나의 제조 방법으로서,

상기 제조 방법은,

확장된 상기 종단 접합부의 내측에 위치하는 상기 발취 위치에 상기 툴을 이동시키고, 상기 발취 위치로부터 상기 툴을 빼내는 발취 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

(4)의 제조 방법에 의하면, 보다 높은 밀봉성이 얻어지고, 또한 밀봉 공간의 설계 자유도를 보다 향상시킬 수 있다.

하나의 실시형태로서, 이하의 태양이 채용될 수 있다.

(5) (1)∼(4) 중 어느 하나의 제조 방법으로서,

상기 2개의 금속 부재는, 서로 상기 수직 방향으로 중첩된 경우에, 상기 수직 방향으로 서로 면접촉하는 부분을 가지고,

상기 확장 공정에서는, 상기 툴은, 상기 수직 방향으로 서로 면접촉하는 부분을 통과한다.

(5)의 제조 방법에 있어서는, 조립 공정에 있어서 2개의 금속 부재가 서로 수직 방향으로 중첩된 경우에 수직 방향으로 서로 면접촉하는 부분은, 예를 들면, 중력 및/또는 지그에 의해 서로 수직 방향으로 맞닿으므로, 간극의 발생이 억제 또는 방지될 수 있다. 확장 공정에서는, 툴이, 상기 수직 방향으로 서로 면접촉하는 부분을 통과한다. 그 결과, 확장된 종단 접합부는, 수직 방향으로 서로 면접촉하는 부분을 포함한다. 그러므로, 확장된 종단 접합부에서의 보이드의 발생이 억제 또는 방지될 수 있다. 보다 높은 밀봉성이 얻어지고, 또한 밀봉 공간의 설계 자유도를 보다 향상시킬 수 있다.

하나의 실시형태로서, 이하의 태양이 채용될 수 있다.

(6) (1)∼(5) 중 어느 하나의 제조 방법으로서,

상기 확장 공정에서는, 상기 툴은, 확장된 상기 종단 접합부가 평면에서 볼 때 상기 밀봉 공간과의 사이에 거리를 가지도록 이동한다.

(6)의 제조 방법에 의하면, 확장된 상기 종단 접합부가 평면에서 볼 때 밀봉 공간과 겹치지 않는다. 종단 접합부와 밀봉 공간 사이에 거리가 확보되는 것에 의해, 보다 높은 밀봉성이 얻어지고, 또한 밀봉 공간의 설계 자유도를 보다 향상시킬 수 있다.

하나의 실시형태로서, 이하의 태양이 채용될 수 있다.

(7) (1)∼(6) 중 어느 하나의 제조 방법으로서,

상기 밀봉 공간은, 내부와 외부 사이에서의 유체의 출입을 방지하도록 구성되어 있다.

(7)의 제조 방법에 의하면, 높은 밀봉성이 얻어지고, 또한 밀봉 공간의 설계 자유도를 향상시킬 수 있다. 밀봉 공간의 내부와 외부에서 유체의 출입을 효과적으로 방지할 수 있다.

하나의 실시형태로서, 이하의 태양이 채용될 수 있다.

(8) (1)∼(7) 중 어느 하나의 제조 방법으로서,

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

(8)의 제조 방법에 의하면, 높은 밀봉성이 얻어지고, 또한 밀봉 공간의 설계 자유도를 향상시킬 수 있다. 밀봉 공간을 유체의 유로로 하는 것에 의해, 예를 들면, 유체의 밀봉성이 우수한 유로가 조밀하게 배치된 금속 구조체를 실현된다. 즉, 높은 밀봉성에 의해, 우수한 전열성을 가지는 금속 구조체를 실현할 수 있다. 즉, (8)의 제조 방법에 의하면, 효율적이며, 전열용으로서 바람직한 금속 구조체를 제조할 수 있다.

본 발명에 의하면, 우수한 밀봉성을 가지는 밀봉 공간을 효율적으로 형성 가능하고, 또한 밀봉 공간의 설계 자유도를 향상시킬 수 있다.

[도 1] 도 1의 (a)는, 준비 공정을 설명하기 위한 모식적인 단면도(斷面圖)이고, 도 1의 (b)는, 조립 공정을 설명하기 위한 모식적인 단면도이며, 도 1의 (c)는, 밀봉 공정을 설명하기 위한 모식적인 단면도이다.
[도 2] 도 2의 (a)∼(c)는, 밀봉 공정을 설명하기 위한 모식적인 평면도이다.
[도 3] 도 3의 (a)는, 밀봉 공정에 있어서 툴이 발취 위치에 도달했을 때의 모양을 모식적으로 나타내는 평면도이며, 도 3의 (b)는, 그의 단면도이다.
[도 4] 도 4의 (a)는, 확장 공정을 모식적으로 나타내는 평면도이며, 도 4의 (b)는, 그의 단면도이다.
[도 5] 도 5의 (a)는, 확장 공정을 모식적으로 나타내는 평면도이며, 도 5의 (b)는, 그의 단면도이다.
[도 6] 도 6의 (a)는, 발취 공정을 모식적으로 나타내는 평면도이며, 도 6의 (b)는, 그의 단면도이다.

실시형태에 관한 금속 구조체의 제조 방법에 대하여, 이하에 설명한다. 실시형태에 관한 금속 구조체는, 2개의 금속 부재로서, 덮개부(2)와 본체부(1)를 포함한다. 본체부(1) 및 덮개부(2)는 금속 부재의 일례이다. 그리고, 도면 중, 수직 방향 W는, 2개의 금속 부재(본체부(1) 및 덮개부(2))가 중첩되는 방향이고, 2개의 금속 부재가 접합되는 방향이며, 툴(5)이 삽입되는 방향이다. 폭 방향 P는, 직사각형의 밀봉 공간(3)의 폭 방향에 상당한다. 길이 방향 Q는, 직사각형의 밀봉 공간(3)의 길이 방향에 상당한다. 폭 방향 P 및 길이 방향 Q는, 수직 방향 W와 직교하는 방향, 즉 수평 방향이다.

<준비 공정>

먼저, 도 1의 (a)에 나타내는 바와 같이, 준비 공정에서는, 본체부(1) 및 덮개부(2)가 준비된다.

본체부(1)는 단면(斷面)에서 볼 때 직사각형의 판형체이다. 본체부(1)는 금속제다. 본체부(1)를 구성하는 금속은, 마찰 교반의 마찰 열에 의해 연화(軟化)되는 것에 의해 소성(塑性) 유동 가능한 금속 재료이다. 해당 금속으로서는 예를 들면, 구리, 알루미늄, 또는 이들 중 적어도 1종을 포함하는 합금을 들 수 있다.

본체부(1)는 상면(1u)에 오목부(1r)를 가지고 있다. 오목부(1r)는, 단면에서 볼 때 직사각형의 공간을 가진다. 오목부(1r)는, 덮개부(2)가 끼워맞추어지는 것에 의해 오목부(1r) 내에 덮개부(2)를 받아들이도록 구성되어 있다.

오목부(1r)의 바닥면(1V)에는, 밀봉 공간(3)이 형성되어 있다. 그리고, 밀봉 공간(3)은 본체부(1)와 덮개부(2)가 접합되는 것에 의해, 액밀(液密)하도록 밀봉된다. 본체부(1)와 덮개부(2)가 접합된 후, 금속 구조체는, 후술하는 관통공(3a)에, 유체의 주입관 또는 배출관이 접속되는 것에 의해, 밀봉 공간(3)에 유체가 공급되도록 구성된다. 따라서, 본 실시형태에서의 액밀이란, 유체의 주입구 또는 배출구를 제외하고, 액밀인 것을 의미한다. 따라서, 주입구 및 배출구에 있어서는, 금속 구조체의 외부와 밀봉 공간 사이의 유체의 출입이 가능하지만, 주입구 또는 배출구이외의 위치에서는, 금속 구조체의 외부와 밀봉 공간 사이의 유체의 출입은 행해지지 않는다.

금속 구조체는, 밀봉 공간과 접속된 주입구 및/또는 배출구를 가지고 있어도 되고, 가지고 있지 않아도 된다. 금속 구조체는 예를 들면, 주입구 및/또는 배출구에 배관 등이 접속된 상태로 사용되어도 된다. 금속 구조체는 예를 들면, 주입구 및/또는 배출구에 봉지(封止) 부재(마개 등)가 설치된 상태로 사용되어도 된다. 밀봉 공간은 예를 들면, 액밀 또는 기밀이어도 된다. 도 1의 (a)에서는, 밀봉 공간(3)으로서, 접합 후에 밀봉 공간(3)이 되는 공간이 나타내어져 있다. 밀봉 공간(3)은, 길이 방향 Q로 연장되는 직사각형의 공간이다.

덮개부(2)는 단면에서 볼 때 직사각형의 판형체이다. 덮개부(2)는 금속제다. 덮개부(2)를 구성하는 금속은, 마찰 교반의 마찰 열에 의해 연화되는 것에 의해 소성 유동 가능한 금속 재료이다. 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. 덮개부(2)의 두께는, 오목부(1r)의 깊이와 같거나 또는 실질적으로 같다.

<조립 공정>

조립 공정에서는, 도 1의 (b)에 나타내는 바와 같이, 본체부(1)와 덮개부(2)가 수직 방향 W로 중첩된다. 덮개부(2)가, 본체부(1)의 오목부(1r)에 끼워맞추어지도록, 덮개부(2)가 본체부(1) 위에 탑재된다. 이에 의해, 밀봉 공간(3)을 가지는 조립체(10a)가 형성된다. 조립체(10a)는, 서로 조합되고 또한 접합되어 있지 않은 2개의 금속 부재(본체부(1) 및 덮개부(2))를 포함한다. 금속 구조체는 예를 들면, 적어도 1개의 밀봉 공간(3)을 내부에 가지도록 서로 접합된 적어도 2개의 금속 부재(본체부(1) 및 덮개부(2))로 이루어진다.

이 때, 본체부(1)의 상면(1u)과 덮개부(2)의 상면(2u) 사이에는, 경계(6)가 생긴다. 또한, 덮개부(2)의 바닥면(2b)이, 오목부(1r)의 바닥면(1V)과 수직 방향 W로 면접촉한다. 이 부분은 「수직 방향으로 서로 면접촉하는 부분」(11)이다. 바닥면(1V) 및 바닥면(2b)은, 적어도 「수직 방향으로 서로 면접촉하는 부분」(11)에 있어서, 수평 방향과 평행하다.

그리고, 오목부(1r)는 반드시 형성되어 있지 않아도 된다. 밀봉 공간(3)이 되는 공간이 형성되고 또한 오목부(1r)가 형성되어 있지 않은 본체부(1)의 상면에, 판형의 덮개부(2)가 탑재되는 것에 의해, 조립체(10a)가 구성되어도 된다. 이 경우에도, 2개의 금속 부재 사이에는, 수직으로 서로 면접촉하는 부분이 생긴다.

<밀봉 공정>

밀봉 공정은 도 1의 (c)에 나타내는 바와 같이, 조립체(10a)에 대하여 행해진다. 밀봉 공정에서는, 본체부(1)와 덮개부(2)가 마찰 교반 접합에 의해 접합된다. 마찰 교반용 장치(도시하지 않음)의 툴(5)이, 해당 밀봉 공정에서 사용된다. 툴(5)은 내열성 및 내마모성이 높은 재료에 의해 형성되어 있다. 툴(5)은, 선단에 끝이 뾰족한 선단부(5a)를 가지는 원기둥형체다. 툴(5)은 회전하면서 이동하도록, 마찰 교반용 장치가 구비하는 구동 장치에 의해 제어된다.

마찰 교반용 장치로서는, 종래 공지의 장치가 채용 가능하다. 구체적으로, 툴(5)은 회전하면서, 본체부(1) 및 덮개부(2)에 대한 상대적인 승강 이동과, 본체부(1) 및 덮개부(2)에 대한 상대적인 수평 이동을 행하는 것이 가능하다. 승강 이동은 수직 방향 W로의 이동이다. 수평 이동은 예를 들면 폭 방향 P 또는 길이 방향 Q로의 이동이다. 툴(5)의 선단부(5a)에는, 외주면에 나선형의 나사홈(도시하지 않음)이 형성되어 있다. 그리고, 조립체(10a)는, 지그(도시하지 않음)에 의해, 이동하지 않도록 고정된다. 덮개부(2)는 지그(도시하지 않음)에 의해, 본체부(1)에 대하여 고정된다.

밀봉 공정에서는, 툴(5)이 회전되면서, 조립체(10a)의 상면에 삽입된다. 툴(5)의 삽입 방향은 특별히 한정되지 않는다. 툴(5) 중, 예를 들면 선단부(5a)가 조립체(10a) 내에 삽입된다. 회전하는 툴(5)의 선단부(5a)가 조립체(10a)에 삽입된 경우, 도 1의 (c)에 나타내는 바와 같이, 선단부(5a)가 삽입된 영역에 더하여, 그 영역의 주위에도, 접합부(7)가 형성된다. 따라서, 접합부(7)의 깊이는, 선단부(5a)가 삽입된 깊이보다 크다. 접합부(7)의 폭은 선단부(5a)의 직경보다 크다. 선단부(5a)는, 접합부(7)가 적어도 바닥면(1V)에 도달하도록 삽입된다.

선단부(5a)는 바닥면(1V)에 도달하도록 삽입된다. 접합부(7)의 깊이는 덮개부(2)의 두께보다 크다. 접합부(7)의 깊이는 본체부(1) 및 덮개부(2)의 두께의 합계보다 작다. 즉, 접합부(7)는 바닥면(1V)에 도달하지만, 본체부(1)를 관통하지 않는다. 그 결과, 툴(5)이 통과한 위치에서는, 접합부(7)가 형성되므로, 본체부(1)와 덮개부(2)가 접합된다.

다음으로, 밀봉 공정에서의 툴(5)의 수평 방향으로의 동작에 대하여, 도 2의 (a)∼(c)를 참조하여 설명한다. 먼저, 평면에서 볼 때의 각 구성에 대하여 설명한다. 도 2의 (a)에 나타내는 바와 같이, 본체부(1)는 평면에서 볼 때, 직사각형을 가진다. 보다 구체적으로, 본체부(1)는 도면 중 세로 방향을 길이 방향으로 하는 직사각형을 가진다.

본체부(1)의 상면(1u)에는 1개의 오목부(1r)가 형성되어 있다. 오목부(1r)는 평면에서 볼 때, 길이 방향 Q가 폭 방향 P보다 둥근 모서리의 긴 직사각형(타원(oval)형)이다. 덮개부(2)도 평면에서 볼 때, 둥근 모서리의 직사각형이다. 덮개부(2)는, 덮개부(2)가 오목부(1r)에 끼워맞추어질 수 있는 형상 및 크기를 가지고 있다. 본체부(1) 및 덮개부(2)가 수직 방향 W로 중첩되는 것에 의해, 수직 방향 W로 서로 면접촉하는 부분(11)이, 밀봉 공간(3)의 외측 에지 전체 주위를 둘러싸도록 형성된다.

덮개부(2)에는 복수의 관통공(3a)이 형성되어 있다. 관통공(3a)의 수는 예를 들면 2이다. 관통공(3a)은, 후술하는 밀봉 공간(3)에 대한 냉매 등의 유체의 주입구 또는 배출구로서 이용할 수 있다. 관통공(3a)은, 금속 구조체의 외부와 밀봉 공간(3)을 연통한다. 관통공은, 수직 방향 W에 임하는 금속 구조체(조립체(10a))의 2개의 면(상면(1u 및 2u), 및 그 반대측의 면) 중, 어느 하나의 면에 형성되어도 되고, 양면에 형성되어도 된다. 관통공은 형성되지 않아도 된다.

관통공은, 툴이 삽입되지 않는 면(상면(1u 및 2u))에는 형성되지 않는 것이 바람직하다. 툴이 삽입되지 않는 면의 밀봉 공간에 대한 밀봉성이 유지된다. 이에 의해, 본체부(1)는 열 교환, 가열 또는 냉각해야 할 대상물에 대하여 접촉 또는 근접하는 전열면으로서 바람직하게 이용될 수 있다.

도 2의 (a)는, 툴(5)(도시하지 않음)이 조립체(10a)의 삽입 위치(4)에 삽입된 상태를 나타낸다. 툴(5)은 경계(6)의 위치로부터 조립체(10a)에 삽입되어 있다. 툴(5)이 삽입된 위치에, 접합부(7)가 형성되어 있다. 툴(5)은, 밀봉 공간(3)이 되는 공간을 둘러싸도록, 경계(6)를 따라 수평 방향으로 이동한다. 도 2의 (b)는, 툴(5)이 경계(6)를 따라 이동하고 있을 때의 조립체(10a)를 나타내고 있다. 도 2의 (c)는, 툴(5)이 발취 위치(9)에 도달했을 때의 조립체(10a)를 나타내고 있다. 도 2의 (b) 및 도 2의 (c)에 있어서, 굵은 화살표는, 툴(5)의 이동 경로를 모식적으로 나타내고 있다.

밀봉 공정에 있어서 툴(5)이 수평 이동할 때의 이동 경로는, 예를 들면 도 2의 (a)∼도 2의 (c)에 나타내는 바와 같이, 밀봉 공간(3)이 되는 공간을 둘러싸는 평면에서 볼 때 환형 경로를 포함한다. 해당 이동 경로를 따라 접합부(7)를 형성하는 것에 의해, 밀봉 공간(3)이 형성될 수 있다. 밀봉 공정에서의 툴(5)의 이동 경로는, 예를 들면 삽입 위치(4)와 발취 위치(9) 사이에, 밀봉 공간(3)의 주위를 둘러싸는 평면에서 볼 때 환형 경로를 포함한다.

툴(5)의 이동 경로는, 밀봉 공간(3)의 외측 에지 전체 주위를 둘러싸는 「수직 방향으로 서로 면접촉하는 부분」(11)을 전체 주위에 걸쳐 통과한다. 「수직 방향으로 서로 면접촉하는 부분」(11)에서는, 수직 방향에서의 간극의 발생이 억제 또는 방지될 수 있다. 「수직 방향으로 서로 면접촉하는 부분」(11)을 더듬어 가면서 밀봉 공간(3)의 외주 전체 주위를 둘러싸도록 툴(5)이 이동한다. 밀봉 공간(3)의 외측 에지 전체 주위에 있어서, 「수직 방향으로 서로 면접촉하는 부분」(11)은, 적어도 부분적으로 접합된다. 그 결과, 「수직 방향으로 서로 면접촉하는 부분」(11) 중에서 2개의 금속 부재(본체부(1) 및 덮개부(2))가 수직 방향으로 접합된 부분이, 밀봉 공간(3)의 외측 에지 전체 주위에 위치한다. 이에 의해, 보다 높은 밀봉성이 얻어진다.

도 3의 (a)는, 툴(5)이 발취 위치(9)에 도달했을 때의 모양을 모식적으로 나타내는 평면도이며, 도 3의 (b)는, 그의 단면도이다. 도면 중, 발취 위치(9)는, 툴(5)이 위쪽으로 빼내어질 때의 툴(5)의 선단부(5a)의 평면에서 볼 때 중심 위치를 나타내고 있다. 발취 위치(9)에 위치하는 툴(5)의 선단부(5a)의 회전에 의해, 종단 접합부(8)가 형성되어 있다.

종단 접합부(8)는, 툴(5)이 발취 위치(9)에 위치할 때의 툴(5)의 회전에 의해 형성되는 접합부를 가리킨다. 도 3의 (a) 및 도 3의 (b)에 나타내어지는 종단 접합부(8)는 아직 확장되어 있지 않다. 종단 접합부(8)의 기본 외측 에지(8or)는, 확장되어 있지 않은 상태의 외측 에지를 나타내고 있다. 즉, 기본 외측 에지(8or)는, 툴(5)이 발취 위치(9)에 위치할 때의 툴(5)의 회전에 의해 형성되는 접합부의 외측 에지에 상당한다. 종단 접합부(8)의 기본 외측 에지(8or)는, 발취 위치(9)에 위치하는 툴(5)의 선단부(5a)의 주위를 둘러싸도록 위치하고 있다.

도 3의 (a)에 있어서, 종단 접합부(8)의 기본 외측 에지(8or)의 위쪽에 그려진 접합부(7)는, 삽입 위치(4)로부터 툴(5)이 이동하기 시작했을 때 형성되어 있다(도 2의 (a) 참조). 한편, 발취 위치(9)의 아래쪽에 그려진 접합부(7)는, 툴(5)이 발취 위치(9)에 도달하기 직전에 형성되어 있다(도 2의 (b) 및 도 2의 (c)). 즉, 도 3의 (a) 및 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이 툴(5)이 발취 위치(9)에 도달함으로써, 도 2의 (c)에 나타낸 바와 같은 평면에서 볼 때 환형의 접합부(7)가, 밀봉 공간(3)을 둘러싸도록 형성된다.

다음으로, 확장 공정을 실시한다. 확장 공정은, 이와 같이, 예를 들면 접합부(7)가 밀봉 공간(3)을 둘러싸도록 형성된 후에 실시된다. 본 실시형태의 확장 공정에서는, 먼저, 툴(5)이 발취 위치로부터 거리 R 이동하고, 그 후, 발취 위치(9)를 중심으로 한 반경 R의 원을 그리도록 이동한다(도 4의 (a), 도 4의 (b), 도 5의 (a) 및 도 5의 (b) 참조).

발취 위치(9)를 중심으로 한 반경 R의 원은, 발취 위치를 둘러싸는 환의 일례이다. 환으로서는, 예를 들면 진원(眞圓), 타원, 다각환 등, 임의의 환 형상을 들 수 있다. 본 실시형태에 있어서, 거리 R(반경 R)은, 종단 접합부(8)의 기본 외측 에지(8or)의 직경 이하이다. 이와 같이, 본 실시형태의 확장 공정에서는, 종단 접합부(8)의 기본 외측 에지(8or)의 전체 주위에 접합부가 중첩하도록, 툴(5)을 이동시키는 것에 의해, 종단 접합부(8)가 확장된다. 확장된 종단 접합부(8)는, 「수직 방향으로 서로 면접촉하는 부분」(11)을 포함한다. 기본 외측 에지(8or)와 확장 외측 에지(8ex) 사이는, 환형의 영역으로 된다. 이 영역은, 「수직 방향으로 서로 면접촉하는 부분」(11)을 포함한다. 이에 의해, 밀봉성을 보다 향상시킬 수 있다.

도 5의 (a)에 나타내는 바와 같이, 종단 접합부(8)의 확장 외측 에지(8ex)는, 평면에서 볼 때 환형이다. 종단 접합부(8)의 기본 외측 에지(8or)도, 평면에서 볼 때 환형이다. 확장 외측 에지(8ex)는, 전체 주위에 있어서 기본 외측 에지(8or)로부터 직경 방향으로 확장되어 있다. 확장 외측 에지(8ex)는, 환형의 기본 외측 에지(or)로부터 직경 방향 외측으로 이격된 위치에 위치한다.

본 실시형태의 확장 공정은, 툴(5)이 발취 위치(9)를 중심으로 한 반경 R의 원을 1주 그린 시점에서 종료한다. 주회(周回)수는 특별히 한정되지 않고, 복수 주라도 된다. 도 5의 (a) 및 도 5의 (b)는, 확장 공정이 종료한 시점의 모양을 나타내고 있다.

다음으로, 발취 공정을 실시한다. 본 실시형태의 발취 공정에서는, 툴(5)이 먼저 발취 위치(9)로 되돌려진다. 계속해서, 툴(5)이 발취 위치(9)로부터 위쪽으로 이동하는 것에 의해, 툴(5)은 조립체(10a)(금속 구조체)로부터 빼내어진다.

본 실시형태의 제조 방법에 의하면, 종단 접합부(8)가 확장되도록 접합부(7)가 형성되어 있으므로, 툴(5)이 발취 위치(9)로부터 위쪽으로 빼내어지는 것에 의해 발취 위치(9)에 오목부(도시하지 않음)가 형성되어도, 오목부의 주위에 접합부(7)(구체적으로는, 확장된 종단 접합부(8))를 잔존시킬 수 있다.

잔존한 접합부(7)에 의해, 오목부를 통하여, 조립체(10a)(금속 구조체)의 외부와 내부(예를 들면, 밀봉 공간(3))가 연통하는 것을 방지 또는 억제할 수 있다. 따라서, 높은 밀봉성이 얻어진다. 또한, 이에 의해, 툴(5)을 위쪽으로 빼내는 것이 가능해진다. 그러므로, 툴(5)을 조립체(10a)(금속 구조체)의 측면까지 이동시키기 위한 경로의 확보가 불필요해진다. 따라서, 밀봉 공간(3)의 설계 자유도를 향상시킬 수 있다.

본 발명은, 전술한 실시형태에 한정되지 않는다. 실시형태로서, 이하의 형태가 채용될 수 있다.

본 실시형태에서는, 밀봉 공정에 있어서 밀봉 공간을 형성하도록 툴을 삽입 위치로부터 발취 위치까지 이동한 후에, 확장 공정을 행함으로써, 종단 접합부를 확장하고, 이어서, 툴을 발취 위치로 되돌리고, 툴을 발취 위치로부터 위쪽으로 빼낸다. 그러나, 이들 조작의 순서는, 본 실시형태에 한정되지 않는다. 툴이 발취 위치로부터 위쪽으로 빼내어지기 전에 종단 접합부가 확장되어 있는 것이 필요하게 되지만, 그 이외의 조작의 순서는 특별히 한정되지 않는다.

예를 들면, 삽입 위치와 발취 위치가 동일한 경우에, 먼저, 삽입 위치에 있어서 삽입 위치(발취 위치)를 둘러싸는 환을 그리도록 툴이 이동하는 것에 의해, 확장된 종단 접합부를 사전에 형성하여 두고, 그 후에, 밀봉 공간을 형성하도록 툴을 발취 위치까지 이동하고, 발취 위치로부터 툴을 빼내도 된다.

이 경우, 툴이 발취 위치에 도달했을 때에는, 이미, 확장된 종단 접합부가 형성되어 있는 것으로 된다. 즉, 툴이 일단 발취 위치에 도달하고 나서, 확장 공정 및 발취 공정을, 확장 공정, 발취 공정의 순으로 행해도 되고, 툴이 발취 위치에 도달하기 전에 확장 공정을 행하고 있어도 된다. 즉, 밀봉 공정 및 확장 공정의 순서에 대해서는, 밀봉 공정 또는 확장 공정 중 어느 것이 먼저라도 된다. 밀봉 공정과 확장 공정과 발취 공정은, 툴의 삽입이 유지된 상태로 행해지고, 도중에 툴의 발취는 행해지지 않는다.

밀봉 공정과 확장 공정과 발취 공정을 1세트의 공정으로 한 경우, 1세트의 공정에 의해, 1개 또는 복수의 밀봉 공간을 형성할 수 있다. 한편, 복수 세트의 공정에 의해, 1개의 밀봉 공간을 형성할 수도 있다.

확장 공정은 밀봉 공정과 연속하여 행해지고, 확장 공정에서의 툴 삽입 깊이는, 밀봉 공정에서의 툴 삽입 깊이와 같거나 또는 실질적으로 같은 것이 바람직하다. 여기에서 말하는 실질적이란, 툴의 회전 및 이동에 기인하는 어긋남이 허용되는 것을 의미한다. 밀봉 공정에 있어서, 툴의 이동 경로가, 밀봉 공간의 외측 에지 전체 주위에 있어서 「수직 방향으로 서로 면접촉하는 부분」을 포함하고, 또한 확장 공정에 있어서, 확장되는 종단 접합부가, 「수직 방향으로 서로 면접촉하는 부분」을 포함하는 것이 바람직하다. 밀봉 공간의 밀봉성을 높일 수 있다.

본 실시형태에서는, 발취 위치(9)는 삽입 위치(4)와 동일하다. 그러나, 발취 위치는 반드시 삽입 위치와 동일할 필요는 없다. 본 실시형태에서는, 밀봉 공간(3)을 형성하기 위해 밀봉 공간(3)을 둘러싸도록 설정되는 평면에서 볼 때 환형 경로는, 삽입 위치(4) 및 발취 위치(9)의 양쪽을 포함한다. 그러나, 평면에서 볼 때 환형 경로는, 반드시 삽입 위치 또는 발취 위치를 포함할 필요는 없다.

발취 위치는, 평면에서 볼 때 환형 경로의 외측, 즉 평면에서 볼 때 환형 경로보다 밀폐 공간으로부터 이격된 위치라도 된다. 그 경우, 툴은 예를 들면, 밀봉 공간을 밀봉하도록 평면에서 볼 때 환형 경로를 따라 이동한 후에, 평면에서 볼 때 환형 경로의 외측에 위치하는 발취 위치까지 이동하고, 발취 위치에 있어서 확장 공정을 실시해도 된다. 발취 위치가 평면에서 볼 때 환형 경로의 외측에 위치하므로, 평면에서 볼 때에 있어서, 평면에서 볼 때의 환형 경로와 밀봉 공간과 거리가 비교적 짧은 경우라도, 종단 접합부를 확장시킬 수 있다.

전술한 제조 방법에 의해 제조된 금속 구조체의 용도는 특별히 한정되지 않는다. 금속 구조체는 예를 들면, 밀봉 공간(3)이 공동(空洞)인 상태로 사용되는 중공형 금속 구조체라도 된다. 금속 구조체는, 열 교환, 가열 또는 냉각해야 할 대상물에 대하여 접촉 또는 근접하도록 설치되는 전열용 금속 구조체로서 바람직하게 사용 가능하다. 금속 구조체는, 밀봉 공간(3)이 유체의 유로 또는 저류부(貯留部)로서 기능하도록 바람직하게 사용 가능하다. 해당 유체는 예를 들면 기체 또는 액체이다.

금속 구조체가 전열용 금속 구조체로서 사용되는 경우, 유체는 예를 들면, 냉매 등의 전열용 유체이다. 금속 구조체는 예를 들면, 차량에 탑재되는 차량용 부재로서는 사용할 수 없다. 금속 구조체는 예를 들면, 비(非耐振) 용도로 사용된다. 금속 구조체는 예를 들면, 엔진이나 차량 주행에 기인하는 진동을 받는 환경 하에서는 사용되지 않는다.

금속 구조체는 예를 들면 진공에 있어서 사용된다. 그리고, 진공이란, 대기압보다 낮은 압력의 기체로 가득 찬 공간의 상태를 말한다. 금속 구조체는 예를 들면, 500℃ 이상의 냉각 대상물에 대하여 접촉 또는 근접하도록 설치된다. 금속 구조체는 예를 들면, 500℃ 이상의 분위기 하에서 사용된다. 금속 구조체는, 500℃ 이상에 있어서도 밀봉 공간으로부터의 유체의 누출을 방지할 수 있는 밀봉성을 가진다. 따라서, 금속 구조체는, 전술한 바와 같이 고온이면서 또한 진공의 환경 하에 있어서, 전열용 금속 구조체로서 바람직하게 사용될 수 있다. 금속 구조체는 예를 들면, 백킹 플레이트(backing plate)로서 바람직하게 사용될 수 있다. 이 경우, 냉각 대상물로서는 예를 들면 스퍼터링 타겟을 들 수 있다.

그리고, 금속 구조체의 제조 방법은, 이하의 공정을 더 가지고 있어도 된다. 예를 들면, 금속 구조체의 제조 방법은, 조립 공정과 밀봉 공정 사이에, 본체부(1)와 덮개부(2)의 가(假)접합 공정을 가지고 있어도 된다. 가접합 공정은 점형 및/또는 파선형으로 마찰 교반 접합을 행하는 공정이다. 가접합 공정 전에서는, 본체부(1)와 덮개부(2)는 접합되어 있지 않다. 밀봉 공정에서는, 본체부(1)와 덮개부(2)가 선형으로 접합된다. 이와 같이, 비접합 상태와, 선형으로의 접합 상태 사이에, 점형 및/또는 파선형으로의 접합을 행하는 것에 의해, 변형이 보다 효과적으로 방지 또는 억제될 수 있다. 또한, 밀봉 공정 후에, 밀봉 공정에 의해 생긴 버(burr)를 제거하기 위한 평탄 처리가 행해져도 된다. 또한, 밀봉 공정에 있어서, 툴(5)을 경사지게 해도 된다. 또한, 본 발명과 동일한 방향에서, 발취 위치 밑에 기둥형의 돌기를 남겨 두고, 확장 공정 및 발취 공정을 실시하는 것에 의해, 리크 대책으로 하는 것도 가능하다.

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

1 : 본체부
1r : 오목부
1u : 상면
1V : 바닥면
2 : 덮개부
2b : 바닥면
2u : 상면
3 : 밀봉 공간
3a : 관통공
4 : 삽입 위치
5 : 툴
5a : 선단부
6 : 경계
7 : 접합부
8 : 종단 접합부
8or : 기본 외측 에지
8ex : 확장 외측 에지
9 : 발취 위치
10a : 조립체
11 : 수직 방향으로 서로 면접촉하는 부분

Claims (8)

1. 적어도 하나의 밀봉 공간을 내부에 가지는 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 상기 적어도 하나의 밀봉 공간으로 되기 위한 내부 공간을 가지는 조립체를 형성하도록 구성되며,
   상기 제조 방법은,
   상기 2개의 금속 부재를 준비하는 준비 공정;
   상기 2개의 금속 부재를 상기 수직 방향으로 중첩하는 것에 의해 상기 조립체를 형성하는 조립 공정;
   상기 마찰 교반 접합을 위한 툴을 회전시키면서 상기 조립체의 상면에 삽입하고, 상기 툴을 이동시키는 것에 의해, 상기 2개의 금속 부재 사이에 상기 적어도 하나의 상기 밀봉 공간이 형성되도록, 상기 2개의 금속 부재를 상기 수직 방향으로 접합하는 접합부를 상기 툴의 이동 경로를 따라 형성하는 밀봉 공정; 및
   상기 툴을 상기 조립체의 상기 상면에서의 발취(拔取) 위치로부터 빼내기 전에, 상기 툴이 상기 발취 위치에 도달한 경우에 형성되는 종단(終端) 접합부를 확장하도록 상기 접합부를 형성하기 위해 상기 툴을 이동시키는 확장 공정
   을 포함하는, 금속 구조체의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 확장 공정에서는, 상기 종단 접합부의 외측 에지 전체 주위에 상기 접합부가 중첩하도록 상기 툴을 이동시키는 것에 의해, 상기 종단 접합부를 확장하는, 금속 구조체의 제조 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 확장 공정에서는, 상기 발취 위치를 둘러싸는 환(環)을 그리도록 상기 툴을 이동시키는 것에 의해, 상기 종단 접합부를 확장하는, 금속 구조체의 제조 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제조 방법은,
   확장된 상기 종단 접합부의 내측에 위치하는 상기 발취 위치에 상기 툴을 이동시키고, 상기 발취 위치로부터 상기 툴을 빼내는 발취 공정을 포함하는, 금속 구조체의 제조 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 2개의 금속 부재는, 서로 상기 수직 방향으로 중첩된 경우에, 상기 수직 방향으로 서로 면접촉하는 부분을 가지고,
   상기 확장 공정에서는, 상기 툴은, 상기 수직 방향으로 서로 면접촉하는 부분을 통과하는, 금속 구조체의 제조 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 확장 공정에서는, 상기 툴은, 확장된 상기 종단 접합부가 평면에서 볼 때 상기 밀봉 공간과의 사이에 거리를 가지도록 이동하는, 금속 구조체의 제조 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 밀봉 공간은, 내부와 외부 사이에서의 유체(流體)의 출입을 방지하도록 구성되어 있는, 금속 구조체의 제조 방법.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 금속 구조체는, 열 교환, 가열 또는 냉각해야 할 대상물에 대하여 접촉 또는 근접하도록 설치되는 전열(傳熱)용 금속 구조체인, 금속 구조체의 제조 방법.

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