TWI769723B - 金屬構造體之製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明之課題在於提供一種可抑制乃至防止製造步驟之繁瑣化或製造裝置之複雜化，且抑制乃至防止於接合部位產生缺陷、與摩擦攪拌接合之工具之破損的金屬構造體之製造方法。 本發明之金屬構造體之製造方法中，金屬構造體包含在於垂直方向相互重合之狀態下藉由摩擦攪拌接合而接合之2個金屬構件，2個金屬構件構成為藉由於垂直方向相互重合而形成於2個金屬構件之間具有內部空間之組裝體，該製造方法具有以下步驟：準備步驟，其準備2個金屬構件；組裝步驟，其藉由將2個金屬構件於垂直方向重合而形成組裝體；固定步驟，其藉由於沿垂直方向觀察組裝體時不與內部空間重合之位置，將至少1個金屬製固定構件於垂直方向至少局部地插入至2個金屬構件，而將2個金屬構件於垂直方向相互固定；及接合步驟，其令用於摩擦攪拌接合之工具一面旋轉一面插入至組裝體之上表面，藉由使工具如下移動而接合2個金屬構件：使工具通過金屬製固定構件之固定位置，且於固定位置，金屬製固定構件之至少一部分與2個金屬構件各者之一部分一起包含於摩擦攪拌接合之範圍內。

Description

金屬構造體之製造方法

本發明係關於一種金屬構造體之製造方法。

作為先前之金屬構造體，有具備本體部與蓋部之金屬構造體。於本體部，形成有蓋槽。於本體部之蓋槽之底面，進而形成有凹槽。蓋部可嵌合於蓋槽。於蓋槽周邊，本體部與蓋部接合。藉此，由凹槽與蓋部包圍之空間成為內部空間，可用作流體之流路。此種金屬構造體可用作傳熱用金屬構造體。傳熱用金屬構造體例如以接觸或接近於應熱交換、加熱或冷卻之對象物之方式配置。例如，於熱量自對象物逸散之情形時，藉由使該流路上流動冷卻媒體，使熱量自對象物向金屬本體部及冷卻媒體傳遞，可釋放對象物之熱量。

專利文獻1就金屬構造體，揭示了一種藉由摩擦攪拌接合而於蓋槽周邊接合本體部與蓋部之技術。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2014-240706號公報

[發明所欲解決之問題]

本發明提供一種可抑制乃至防止製造步驟之繁瑣化或製造裝置之複雜化，且抑制乃至防止於接合部位產生缺陷、與摩擦攪拌接合工具之破損的金屬構造體之製造方法。 [解決問題之技術手段]

本發明者對金屬構造體之製造方法進行研討。

參照圖1(a)及(b)，對金屬構造體之製造方法之一例進行說明。圖1之組裝體110a包含本體部101、與蓋部102。藉由對組裝體110a之本體部101與蓋部102進行摩擦攪拌接合，而製造金屬構造體。圖1(a)及(b)顯示該製造方法之接合步驟。

1個本體部101係矩形板狀體。本體部101於上表面101s具有凹部101r。凹部101r具有矩形狀。1個蓋部102係矩形板狀體。蓋部102以於垂直方向W嵌合於凹部101r之方式構成。藉由將蓋部102嵌合於凹部101r，而形成組裝體110a。

圖中雖未顯示，但於凹部101r之底面，進而形成有複數個槽。複數個槽相互平行且相互獨立，具有於方向P延伸之形狀。方向P係槽延伸之方向。因此，藉由將蓋部102嵌合於凹部101r，複數個槽成為複數個內部空間。各內部空間例如可用作氣體或液體等流體之流路。即，可藉由將1個蓋部102組合於1個本體部101，而形成並列之複數個內部空間。

複數個(例如4個)固定治具111各自位於蓋部102之各角。沿方向P，設置有2個固定治具111。複數個固定治具111以相互空出間隔而自上方按壓蓋部102之方式固定。於該狀態下，將摩擦攪拌接合之工具105插入於本體部101之上表面101s。且，藉由使其朝方向P水平移動，而接合本體部101與蓋部102。工具105具有以貫通本體部101到達至蓋部102之方式插入之前端部105a。工具105具有圓柱狀。前端部105a設置於工具105之前端，具有直徑小於工具105之圓錐梯形形狀。摩擦攪拌接合之接合範圍117如圖1(b)所示，於蓋部102之位置，貫通本體部101而到達蓋部102。

1個蓋部102具有可形成相互並列且相互獨立之複數個內部空間之大小，且有方向P之固定治具111間之距離Z較長之情形、產生如圖1(b)所示之現象之情形。即，將工具105插入至蓋部102並使之於水平方向行進時，有因工具105之摩擦熱使蓋部102產生朝使蓋部102上浮之方向變形之應力K之情形。於該情形時，於蓋部102與本體部101之間產生間隙L。其結果，不僅前端部105a，工具105亦與蓋部102接觸。摩擦熱不易傳導至本體部101。其結果，有於接合部位產生缺陷，或工具105破損之虞。

另一方面，若為了縮短距離Z，而增加於方向P排列之固定治具111之數量，則亦有使製造裝置複雜化，或使製造步驟繁瑣化之虞。

因此，本發明者研討以下方法作為金屬構造體之製造方法。

參照圖2～圖4，對金屬構造體之製造方法之另一例進行說明。組裝體110a(本體部101及蓋部102)具有與圖1所示之組裝體110a同樣之構成。但，圖2(b)、圖3(b)及圖4(b)中，顯示有內部空間103(103A～103D)。具體而言，於凹部101r之底面，形成有複數個(4個)槽。複數個槽相互平行且相互獨立，具有於方向P延伸之形狀。藉由將蓋部102嵌合於凹部101r，複數個槽成為複數個內部空間103(103A～103D)。於各內部空間103(103A～103D)之兩側，凹部101r之底部因存在內部空間103，而成為凸部104(104A～104E)。凸部104A、104B位於內部空間103A之兩側。凸部104B、104C位於內部空間103B之兩側。凸部104C、104D位於內部空間103C之兩側。凸部104D、104E位於內部空間103D之兩側。

如圖2(a)所示，工具105沿方向P直線狀移動之路徑通過凸部104C(參照圖2(a))。方向P亦為工具105移動之方向。於凸部104C兩側，在與凸部104C相鄰之凸部104B、104D之上方，以按壓蓋部102之方式設置長根固定桿113。2根長條狀固定桿113與方向P平行或實質性平行地配置。各長條狀固定桿113藉由複數個(例如3個)固定治具111固定。複數個固定治具111於方向P相互空出間隔配置。於該狀態下，工具105以接合凸部104C與蓋部102之方式沿方向P移動。

根據上述之接合方法，於方向P上，遍及凹部101r之全域配置長條狀固定桿113。因此，不易產生如圖1(b)所示之方向P上之間隙L。然而，即使藉由固定治具111經由長條狀固定桿113將蓋部102固定於本體部101，亦有因工具105之摩擦熱而於與方向P正交之方向上產生朝使蓋部102上浮之方向變形之力之情形。於該情形時，如圖2(b)所示，於蓋部102與本體部101之間，產生間隙M。具體而言，於凸部104D與蓋部102之間產生間隙M，且於凸部104B與蓋部102之間產生間隙M。

該接合方法中，如圖2(b)所示，凸部104C與蓋部102接合。接合範圍117如圖3(b)所示，自蓋部102到達凸部104C。接著，如圖3(a)及(b)所示，進行凸部104D與蓋部102之接合。此時，於凸部104D兩側，在與凸部104D相鄰之凸部104C、104E之上方，以按壓蓋部102之方式設置長條狀固定桿113。然而，仍留有間隙M。於該狀態下，工具105以接合凸部104D與蓋部102之方式沿方向P移動。

其結果，如圖4(b)所示，凸部104D與蓋部102以具有間隙M之狀態接合。接著，如圖4(a)及(b)所示，進行凸部104B與蓋部102之接合。此時，於凸部104B兩側，在與凸部104B相鄰之凸部104A、104C之上方，以按壓蓋部102之方式設置長條狀固定桿113。然而，仍留有間隙M。於該狀態下，工具105以接合凸部104B與蓋部102之方式沿方向P移動。其結果，凸部104B與蓋部102亦以具有間隙M之狀態接合。其後，雖未圖示，但進行凸部104A與蓋部102之接合。接著，進行凸部104E與蓋部102之接合。藉此，各內部空間103兩側之凸部104與蓋部102之接合完成。此外，以密封方向P上之內部空間103(103A～103D)之兩端之方式，使工具105沿與方向P垂直之方向移動。藉由以上，各內部空間103(103A～103D)周圍之凸部104與蓋部102接合完成。

上述方法中，與圖1所示之方法相同，於工具105之路徑中，包含具有本體部101與蓋部102之間隙(間隙M)之部分。因此，於接合時，不僅前端部105a，工具105亦與蓋部102接觸。摩擦熱不易傳導至本體部101。其結果，有於接合部位產生缺陷，或工具105破損之虞。然而，於藉由使用固定治具111按壓蓋部102而固定本體部101與蓋部102之方法中，不易抑制乃至防止間隙M之產生。可由固定治具111按壓之區域面積之擴大或該力之增強，皆有招致製造步驟之繁瑣化或製造裝置之複雜化之虞。

本發明係基於上述見解而完成之發明。本發明例如可採用如下之構成。

(1)一種金屬構造體之製造方法， 上述金屬構造體包含在於垂直方向相互重合之狀態下藉由摩擦攪拌接合而接合之2個金屬構件，上述2個金屬構件構成為藉由於上述垂直方向相互重合而形成於上述2個金屬構件之間具有內部空間之組裝體， 上述製造方法具有以下步驟： 準備步驟，其準備上述2個金屬構件； 組裝步驟，其藉由將上述2個金屬構件於上述垂直方向重合而形成上述組裝體； 固定步驟，其藉由於沿上述垂直方向觀察上述組裝體時不與上述內部空間重合之位置，將至少1個金屬製固定構件於上述垂直方向至少局部地插入至上述2個金屬構件，而將上述2個金屬構件於上述垂直方向相互固定；及 接合步驟，其令用於上述摩擦攪拌接合之工具一面旋轉一面插入至上述組裝體之上表面，藉由使上述工具如下移動，而接合上述2個金屬構件：使上述工具通過上述金屬製固定構件之固定位置，且於上述固定位置，上述金屬製固定構件之至少一部分與上述2個金屬構件各者之一部分一起包含於上述摩擦攪拌接合之範圍內。

根據(1)之製造方法，於固定步驟中，藉由於沿垂直方向觀察組裝體時不與內部空間重合之位置，將至少1個金屬製固定構件於垂直方向至少局部地插入至2個金屬構件(例如，本體部及蓋部)，而將2個金屬構件於垂直方向相互固定。於接合步驟中，令用於摩擦攪拌接合之工具一面旋轉一面插入組裝體之上表面，藉由使工具如下移動而接合2個金屬構件：使工具通過金屬製固定構件之固定位置，且於固定位置，金屬製固定構件之至少一部分與2個金屬構件各者之一部分一起包含於摩擦攪拌接合之範圍內。使用金屬製固定構件之固定與使用固定治具按壓之固定不同，可抑制乃至防止如金屬構件上浮之變形。因此，可抑制乃至防止於接合部位產生缺陷、及摩擦攪拌接合之工具之破損。另外，金屬製固定構件之設置本身相對容易且簡便，可抑制乃至防止製造步驟之繁瑣化或製造裝置之複雜化。

金屬製固定構件例如具有可於垂直方向插入2個金屬構件之形狀。垂直方向係2個金屬構件重合之方向。金屬製固定構件例如係桿形狀之構件。作為金屬製固定構件，例如列舉螺栓、銷等。金屬製固定構件可插入至預先設置於2個金屬構件上之孔，亦可於在2個金屬構件上未設置孔之狀態下插入。金屬製固定構件可包含與2個金屬構件之材料相同之材料，亦可包含與其不同之材料。較佳為金屬製固定構件於插入至2個金屬構件之部分之外周形成螺紋槽。金屬製固定構件可具有不插入至2個金屬構件之部分，亦可構成為全體插入至2個金屬構件。

(2)如(1)之製造方法，其中 於上述接合步驟中，上述摩擦攪拌接合以上述金屬製固定構件之直徑包含於上述摩擦攪拌接合之範圍內之方式實施。

根據(2)之製造方法，金屬製固定構件之直徑包含於摩擦攪拌接合之範圍內。因此，可抑制乃至防止於接合範圍產生氣隙。可更有效地防止於接合部位產生缺陷。

(3)如(1)或(2)之製造方法，其中 上述金屬製固定構件具有：主體部，其於上述垂直方向插入至上述2個金屬構件；及頭部，其設置於上述主體部之一端部，具有大於上述主體部之直徑，且於將上述主體部插入至上述2個金屬構件時，以按壓上述2個金屬構件之方式發揮作用。

根據(3)之製造方法，可藉由金屬製固定構件更牢固地固定2個金屬構件。因此，可更有效地抑制乃至防止接合時金屬構件之變形。可更有效地抑制乃至防止於接合部位產生缺陷、與摩擦攪拌接合之工具之破損。另，頭部可以頭部之至少一部分插入至金屬構件(例如蓋部)之方式插入至2個金屬構件。主體部可於外周設置有螺紋槽。主體部之另一端(即前端部)無特別限定，例如可為平坦(所謂平坦端)，亦可為尖頭(所謂錐頂端)。

(4)如(1)～(3)中任一項之製造方法，其中 於上述固定步驟中，複數個上述金屬製固定構件設置成於沿上述垂直方向觀察上述組裝體時不與上述內部空間重合之位置，相互空出間隔排列形成至少1行， 於上述接合步驟中，以通過上述複數個上述金屬製固定構件之複數個上述固定位置各者之方式，使上述工具沿上述至少1行移動，藉此接合上述2個金屬構件。

根據(4)之製造方法，可更有效地抑制乃至防止製造步驟之繁瑣化或製造裝置之複雜化，且可更有效地抑制乃至防止於接合部位產生缺陷、與摩擦攪拌接合之工具之破損。

(5)如(4)之製造方法，其中 上述金屬構造體以上述內部空間具有沿上述行延伸之形狀之方式構成。

根據(5)之製造方法，可效率較佳地形成直線狀之內部空間。可更有效地抑制乃至防止製造步驟之繁瑣化或製造裝置之複雜化。

(6)如(1)～(5)中任一項之製造方法，其中 上述2個金屬構件構成為藉由於上述垂直方向相互重合而形成於上述2個金屬構件之間具有相互獨立且相互平行延伸之形狀之複數個內部空間的組裝體， 於上述固定步驟中，複數個金屬製固定構件以於相鄰之2個內部空間之間排列形成1行之方式設置。

根據(6)之製造方法，可效率良好地形成相互獨立且相互平行延伸之複數個直線狀之內部空間。可更有效地抑制乃至防止製造步驟之繁瑣化或製造裝置之複雜化。

(7)如(1)～(6)中任一項之製造方法，其中 上述金屬構造體係以接觸或接近於應熱交換、加熱或冷卻之對象物之方式設置之傳熱用金屬構造體。

根據(7)之製造方法，可抑制乃至防止製造步驟之瑣雜化或製造裝置之複雜化，且抑制乃至防止於接合部位產生缺陷、與摩擦攪拌結合之工具之破損。藉由將內部空間作為流體之流路，例如可實現將流體之密閉性優異之流路緊密配置之金屬構造體。即，藉由較高之密閉性，而可實現具有優異之傳熱性之金屬構造體。即，根據(7)之製造方法，可抑制乃至防止製造方法之繁瑣化或製造裝置之複雜化，且製造較適宜作為傳熱用之金屬構造體。

(8)如(1)～(6)中任一項之金屬構造體，其中 上述金屬構造體係可於上述內部空間為空洞之狀態下使用之中空金屬構造體。

根據(8)之製造方法，可抑制乃至防止製造步驟之繁瑣化或製造裝置之複雜化，且抑制乃至防止於接合部位產生缺陷、與摩擦攪拌結合之工具之破損。藉由將內部空間設為空洞，例如可實現將空洞緊密配置之金屬構造體。即，可製造抑制乃至防止製造方法之繁瑣化或製造裝置之複雜化，且與構造體之機械強度、重量及尺寸之組合相關之設計自由度較高之中空金屬構造體。 [發明之效果]

根據本發明，可提供一種能抑制乃至防止製造步驟之繁瑣化或製造裝置之複雜化，且抑制乃至防止於接合部位產生缺陷、與摩擦攪拌接合之工具之破損的金屬構造體之製造方法。

以下對實施形態之金屬構造體之製造方法進行說明。實施形態之金屬構造體包含蓋部2與本體部1作為2個金屬構件。

首先，參照圖5(a)～(b)對實施形態之蓋部進行說明。

蓋部2係金屬製之板狀體。蓋部2如圖5(a)所示，俯視下具有矩形狀。蓋部2如圖5(b)所示，剖視下具有矩形狀。蓋部2係銅制。若構成蓋部2之金屬係因藉由摩擦攪拌之摩擦熱軟化而可塑性流動之金屬材料，則無特別限定。作為該金屬，例如列舉銅、鋁、或包含該等之至少1種之合金。於蓋部2，形成有複數個安裝孔16。更具體而言，形成有安裝孔16之上側部16b。對於安裝孔16之形狀稍後敘述。於蓋部2之上表面，如圖5(a)所示，複數個安裝孔16以形成沿方向P之複數行18A～18C之方式形成。方向P如稍後所述，與工具5移動之方向平行或實質平行。於各行18A～18C，複數個安裝孔16以沿方向P相互空出間隔之方式配置。另，雖圖中未顯示，但亦可於蓋部2，形成用作冷卻介質等流體對稍後敘述之內部空間3之注入口或排出口之貫通孔。貫通孔係例如沿方向W貫通蓋部2之孔。安裝孔16雖因摩擦攪拌接合而部分或全體消失，但貫通孔並非摩擦攪拌結合之對象。

接著，參照圖6(a)～(b)對實施形態之本體部進行說明。

本體部1係金屬製之板狀體。若構成本體部1之金屬係因藉由摩擦攪拌之摩擦熱軟化而可塑性流動之金屬材料，則無特別限定。作為該金屬，例如列舉銅、鋁、或包含該等之至少1種之合金。本體部1與蓋部2可由相同之金屬構成，亦可由不同之金屬構成。本體部1如圖6(a)所示，俯視下具有矩形狀。又，於本體部1之上表面，形成有矩形狀之凹部7。凹部7具有可將蓋部2嵌合於凹部7之形狀及大小。俯視下，凹部7之外緣形狀係矩形狀。凹部7之深度與蓋部2之厚度相同或實質相同。於本體部1之凹部7之底面，形成有複數個安裝孔16。更具體而言，形成有安裝孔16之下側部16a。對於安裝孔16之形狀稍後敘述。於凹部7之底面，如圖6(a)所示，複數個安裝孔16以形成沿方向P之複數行18A～18C之方式形成。於各行18A～18C，複數個安裝孔16以沿方向P相互空出間隔之方式配置。上述之貫通孔可形成於本體部1，但較佳不形成於本體部1。本體部1可較適宜地用作接觸或接近於應熱交換、加熱或冷卻之對象物之傳熱面。

如圖6(b)所示，於凹部7之底面，形成有複數個內部空間3。內部空間3未於圖6(a)中顯示。內部空間3具有沿方向P延伸之槽形狀。內部空間之形狀無特別限定。內部空間可為U字狀，亦可為Z形狀。1個金屬構造體之內部空間之數量無特別限定，為1個或複數個。內部空間3由本體部1及蓋部2劃分。如圖6(b)所示，於與方向P正交之方向上，安裝孔16位於彼此相鄰之內部空間3之間。於安裝孔16之下側部16a之外周，形成有螺紋槽。較佳對所有安裝孔16進行摩擦攪拌接合，結果，內部空間3除上述之貫通孔以外皆被密閉。

接著，參照圖7(a)～(c)對實施形態之組裝體進行說明。

組裝體10a如圖7(a)所示，包含本體部1與蓋部2。組裝體10a係藉由將本體部1與蓋部2於方向W重合而形成。藉由將蓋部2嵌合於本體部1之凹部7，而形成組裝體10a。

組裝體10a如圖7(b)所示，具有複數個內部空間3。複數個內部空間3具有以沿方向P相互平行之方式延伸之形狀。於組裝體10a中，如圖7(b)所示，藉由使上側部16b、與下側部16a連通，而形成安裝孔16。複數個安裝孔16如圖7(a)所示，以沿方向P相互空出間隔之方式配置，且形成行18A～18C。各行18A～18C位於相鄰之內部空間3之間。因此，即使沿方向P觀察組裝體10a，安裝孔16亦不與內部空間重合。另，本實施形態中，如圖7(b)所示，於相鄰之內部空間3之間配置有安裝孔16，但於最外側之內部空間3之外側未配置安裝孔16。亦可於最外側之內部空間3之外側配置安裝孔16。

如圖7(c)所示，將金屬製固定構件15插入至各安裝孔16。金屬製固定構件15包含主體部15a、與頭部15b。於主體部15a之外周，形成有螺紋槽。頭部15b之直徑大於主體部15a之直徑。本實施形態中，如圖7(b)所示，頭部15b之一端(下端)與主體部15a連續。頭部15b包含具有圓板形狀之部分、與具有隨著接近圖中下方所描繪之主體部15a直徑變小之圓錐梯形形狀之部分。安裝孔16具有與金屬製固定構件15對應之形狀。即，安裝孔16之上側部16b如圖7(b)所示，具有小徑部16bS、與大徑部16bL。小徑部16bS具有與頭部15b之直徑相同之大小之直徑。小徑部16bS與下側部16a連通，與下側部16a一起收容主體部15a。大徑部16bL具有大於小徑部16bS之直徑的直徑。大徑部16bL包含具有隨著接近圖中下方所描繪之小徑部16bS直徑變小之圓錐梯形形狀之部分。大徑部16bL與小徑部16bS連通。大徑部16bL之具有圓錐梯形形狀之部分之頂部(下端部)與小徑部16bS連通。大徑部16bL收容頭部15b之至少一部分。

於下側部16a之外周，形成有螺紋槽。因此，若將金屬製固定構件15以螺固之方式插入，則金屬製固定構件15之主體部15a被插入至安裝孔16之下側部16a。藉此，頭部15b由大徑部16bL收容。若主體部15a更深地插入至下側部16a，則頭部15b與蓋部2在方向P上接觸。其結果，將頭部15b與蓋部2於方向P上卡合。如以上般，藉由對安裝孔16插入金屬製固定構件15，而固定本體部1與蓋部2。如此，於本體部1與蓋部2藉由金屬製固定構件15固定之狀態下，設置金屬製固定構件15之位置係「固定位置」。

接著，參照圖8(a)～(d)對實施形態之金屬製固定構件進行說明。

金屬製固定構件15之形狀不限定於上述之例。作為金屬製固定構件15之形狀，並無特別限定，例如列舉圖8(a)～(c)所示之形狀。

圖8(a)所示之例中，主體部15a係柱狀體。頭部15b係具有大於主體部15a之直徑的直徑之圓板狀體，與主體部15a一體設置於主體部15a之一端(圖中上端)。頭部15b之一部分由安裝孔16收容。

於圖8(b)所示之例中，主體部15a係柱狀體。頭部15b與圖8(a)同樣係圓板狀體。圖8(b)所示之主體部15a較圖8(a)所示之主體部15a長。頭部15b未完全由安裝孔16收容。換言之，安裝孔16不具有用於收容頭部15b之部分。安裝孔16不具有相當於上述之大徑部16bL之部分。

圖8(c)所示之例中，主體部15a係柱狀體。頭部15b與圖7(c)所示之例同樣，包含具有圓板形狀之部分、與具有隨著接近圖中下方所描繪之主體部15a直徑變小之圓錐梯形形狀之部分。但，具有圓錐梯形形狀之部分之側面以朝圖中下方膨出之方式彎曲。

於圖7及圖8(a)～(c)中之任一例中，較佳為，以將金屬製固定構件15設置於2個金屬構件(本體部1及蓋部2)時，於金屬製固定構件15與2個金屬構件之間不產生空隙或實質性之空隙之方式，使金屬製固定構件15與2個金屬構件面接觸。可抑制乃至防止因摩擦攪拌接合而於金屬構件內產生氣隙，或產生與金屬構造體之外部及/或內部空間3連通之空隙。又，於任一例中，金屬製固定構件15皆如下般設置於本體部1及蓋部2：於方向W上將蓋部2夾於頭部15b之外周部與本體部1之間，且將主體部15a與本體部1固定。

圖8(d)係顯示將摩擦攪拌接合之工具5之前端部5a插入至金屬製固定構件15之固定位置時之狀況之剖視圖。較佳為，於與方向P正交之方向(圖中橫方向)上，摩擦攪拌接合之接合範圍17之寬度至少於金屬製固定構件15之頭部15b之高度處，較頭部15b之直徑寬。較佳為，接合範圍17包含金屬製固定構件15之頭部15b之外周。較佳為接合範圍17之寬度至少於金屬製固定構件15之高度處，較主體部15a之直徑寬。較佳為，接合範圍17包含金屬製固定構件15之主體部15a之外周。較佳為以接合範圍17包含三構件邊界之整周之方式實施摩擦攪拌接合。三構件邊界係組裝體10a中之本體部1、蓋部2及金屬製固定構件15之邊界，且包圍金屬製固定構件15之外周整周。藉此，可抑制乃至防止產生氣隙或空隙。

接合範圍17之深度大於蓋部2之厚度。接合範圍17之深度小於本體部1及蓋部2之厚度之合計。即，於方向W上，接合範圍17雖跨越蓋部2到達至本體部1，但不貫通本體部1。雖較佳以於方向W上，接合範圍17完全包含金屬製固定構件15之直徑之方式實施摩擦攪拌接合，但亦可以局部包含之方式實施。雖較佳以於金屬製固定構件15之徑向上，接合範圍17完全包含金屬製固定構件15之直徑之方式實施摩擦攪拌接合，但亦可以局部包含之方式實施。如圖8(d)所示，較佳為摩擦攪拌接合之接合範圍17包含金屬製固定構件15全體。可抑制乃至防止產生如上所述之氣隙或空隙。

接著，對實施形態之金屬構造體之製造方法進行說明。

＜準備步驟＞ 首先，於準備步驟中，準備本體部1(參照圖6(a)及(b))，且準備蓋部2(參照圖5(a)及(b))。本體部1及蓋部2分別相當於「金屬構件」。於準備步驟中，可準備形成有安裝孔16之本體部1及蓋部2。又，於準備步驟中，亦可準備未形成安裝孔16之本體部1及蓋部2，且於本體部1及蓋部2各者形成安裝孔16。亦可於準備步驟中，準備未形成安裝孔16之本體部1及蓋部2，而於稍後敘述之組裝步驟中，組裝本體部1及蓋部2，且於本體部1及蓋部2形成安裝孔16。安裝孔16形成於沿垂直方向W觀察組裝體10a(參照圖7(a)～(c))時不與內部空間3重合之位置。

＜組裝步驟＞ 於組裝步驟中，本體部1與蓋部2於垂直方向W上重合。以將蓋部2嵌合於本體部1之凹部7之方式，將蓋部2載置於本體部1上。藉此，形成具有內部空間3之組裝體10a。組裝體10a中，於垂直方向W上，本體部1位於下方，蓋部2位於上方(參照圖7(a)～(c))。

＜固定步驟＞ 於固定步驟中，藉由將至少1個金屬製固定構件15於垂直方向W至少局部地插入至本體部1及蓋部2，而將本體部1與蓋部2於垂直方向W上相互固定。金屬製固定構件15局部或全體插入至安裝孔16。於本實施形態，將用於安裝金屬製固定構件15之安裝孔16形成於蓋部2及本體部1，但安裝孔16亦可僅形成於蓋部2。安裝孔16並非必要之構成。即，亦可不形成安裝孔16。例如，亦可使金屬製固定構件15為螺釘，而於固定步驟中，將金屬製固定構件15直接螺入至蓋部2及本體部1。

＜接合步驟＞ 參照圖9～圖12對接合步驟進行說明。接合步驟係對組裝體10a進行。例如，本體部1之周邊可由固定治具11按壓。藉此，本體部1被固定。於接合步驟中，藉由摩擦攪拌接合而接合本體部1與蓋部2。摩擦攪拌用裝置(未圖示)之工具5使用於該接合步驟。工具5係由耐熱性及耐磨耗性較高之材料形成。工具5係於前端具有尖細之前端部5a之圓柱狀體。藉由摩擦攪拌用裝置具備之驅動裝置控制工具5，以使其一面旋轉一面移動。具體而言，工具5可一面旋轉一面進行相對於本體部1及蓋部2之相對升降移動、與相對於本體部1及蓋部2之相對平行移動。升降移動係朝垂直方向W之移動。平行移動係例如朝方向P之移動。於工具5之前端部5a之外周面設置有螺旋狀之螺紋槽(無圖示)。

上述固定步驟中設置之複數個金屬製固定構件15形成行18A～18C。於接合步驟中，首先如圖9(a)及(b)所示，藉由使摩擦攪拌接合之工具5沿中央之行18B移動，而對行18B進行摩擦攪拌接合。於接合步驟中，使工具5一面旋轉，一面插入至組裝體10a。工具5自組裝體10a之上表面插入。工具5以使摩擦攪拌接合到達至本體部1之方式插入。

接著，如圖10(a)及(b)所示，對行18C進行摩擦攪拌接合。接著，如圖11(a)及(b)所示，對行18A進行摩擦攪拌接合。如此，在對於左右方向排列之複數行(三行以上)金屬製固定構件15依序進行摩擦攪拌接合之情形時，例如其順序較佳如下決定。即，以儘可能增加保留於左右兩側之未處理之行數之方式選擇接下來要進行摩擦攪拌接合之行。於三行之情形時，中央行成為第一行。於七行之情形時，中央行成為第一行。於該情形時，保留於左右兩側之未處理之行分別係三行。因此，接下來要進行摩擦攪拌接合之行為該三行中之中央行。藉此，可防止乃至抑制因摩擦攪拌接合引起之變形或間隙之產生。

藉由上述之製造方法製造之金屬構造體之用途並無特別限定。金屬構造體例如可為能在內部空間3係空洞之狀態下使用之中空金屬構造體。又，金屬構造體亦可為以接觸或接近於應熱交換、加熱或冷卻之對象物之方式設置之傳熱用金屬構造體。金屬構造體具有密閉性優異之內部空間3。相互接合之本體部1及蓋部2可阻斷內部空間3、與金屬構造體外部之間之流體之出入。可以使內部空間3作為流體之流路或貯存部發揮功能之方式較適宜地使用金屬構造體。該流體係例如氣體或液體。於使用金屬構造體作為傳熱用金屬構造體之情形時，流體係例如冷卻介質等傳熱用流體。

另，金屬構造體之製造方法可具有準備步驟、組裝步驟、固定步驟及接合步驟以外之步驟。例如，金屬構造體之製造方法亦可於固定步驟與接合步驟之間，具有本體部1與蓋部2之臨時接合步驟。臨時接合步驟係虛線狀進行摩擦攪拌接合之步驟。固定步驟係藉由金屬製固定構件15，於複數個點固定本體部1與蓋部2之步驟。接合步驟係藉由摩擦攪拌接合，線狀固定本體部1與蓋部2之步驟。如此，藉由在複數個點之固定、與線狀之固定之間，進行虛線狀之固定，而可更有效地防止乃至抑制變形。另外，於接合步驟之後，可進行用以去除因接合步驟產生之毛刺之平坦處理。再者，於接合步驟中，亦可使工具5傾斜。

又，上述實施形態及實施例中列舉之數值、材料、構造、形狀等僅為例示，亦可根據需要，使用與該等不同之數值、材料、構造、形狀等。

1:本體部 1r:凹部 1s:上表面 2:蓋部 3:內部空間 5:工具 5a:前端部 7:凹部 10a:組裝體 11:固定治具 13:長條固定桿 15:金屬製固定構件 15a:主體部 15b:頭部 16:安裝孔 16a:下側部 16b:上側部 16bL:大徑部 16bS:小徑部 17:(摩擦攪拌接合之)接合範圍 18A~18C:(安裝孔16之)行 101:本體部 101r:凹部 101s:上表面 102:蓋部 103A:內部空間 103B:內部空間 103C:內部空間 103D:內部空間 104A:凸部 104B:凸部 104C:凸部 104D:凸部 104E:凸部 105:工具 105a:前端部 110a:組裝體 111:固定治具 113:長條狀固定桿 117:接合範圍 K:應力 L:間隙 M:間隙 P:方向 W:方向 Z:距離

圖1(a)係用於說明第一參考例之金屬構造體之製造方法之接合步驟之立體圖，圖1(b)係模式性顯示圖1(a)之A-A線剖面之說明圖。 圖2(a)係模式性顯示於第二參考例之金屬構造體之製造方法之接合步驟中對中央行進行之摩擦攪拌接合之狀況之立體圖，圖2(b)係模式性顯示圖2(a)之B-B線剖面之說明圖。 圖3(a)係模式性顯示於第二參考例之金屬構造體之製造方法之接合步驟中對右行進行之摩擦攪拌接合之狀況之立體圖，圖3(b)係模式性顯示圖3(a)之B-B線剖面之說明圖。 圖4(a)係模式性顯示於第二參考例之金屬構造體之製造方法之接合步驟中對左行進行之摩擦攪拌接合之狀況之立體圖，圖4(b)係模式性顯示圖4(a)之B-B線剖面之說明圖。 圖5(a)係模式性顯示一實施形態之蓋部之立體圖，圖5(b)係模式性顯示圖5(a)之C-C線剖面之說明圖。 圖6(a)係模式性顯示一實施形態之本體部之立體圖，圖6(b)係模式性顯示圖6(a)之D-D線剖面之說明圖。 圖7(a)係模式性顯示一實施形態之組裝體之立體圖，圖7(b)係模式性顯示圖7(a)之E-E線剖面之說明圖，圖7(c)係模式性顯示於圖7(b)所示之剖面中設置金屬製固定構件之狀況之說明圖。 圖8(a)～(c)分別係模式性顯示金屬製固定構件之一例之剖視圖，圖8(d)係模式性顯示固定位置處之摩擦攪拌接合之狀況之剖視圖。 圖9(a)係模式性顯示一實施形態之製造方法之接合步驟之一部分之立體圖，圖9(b)係模式性顯示圖9(a)之F-F線剖面之說明圖。 圖10(a)係模式性顯示一實施形態之製造方法之接合步驟之一部分之立體圖，圖10(b)係模式性顯示圖10(a)之F-F線剖面之說明圖。 圖11(a)係模式性顯示一實施形態之製造方法之接合步驟之一部分之立體圖，圖11(b)係模式性顯示圖11(a)之F-F線剖面之說明圖。

1:本體部

2:蓋部

5:工具

11:固定治具

15:金屬製固定構件

17:(摩擦攪拌接合之)接合範圍

18A~18C:(安裝孔16之)行

P:方向

W:方向

Claims (8)

1. 一種金屬構造體之製造方法，上述金屬構造體包含在於垂直方向相互重合之狀態下藉由摩擦攪拌接合而接合之2個金屬構件，上述2個金屬構件構成為藉由於上述垂直方向相互重合而形成於上述2個金屬構件之間具有內部空間之組裝體，且上述製造方法具有以下步驟：準備步驟，其準備上述2個金屬構件；組裝步驟，其藉由將上述2個金屬構件於上述垂直方向重合而形成上述組裝體；固定步驟，其藉由於沿上述垂直方向觀察上述組裝體時不與上述內部空間重合之位置，將至少1個金屬製固定構件於上述垂直方向至少局部地插入至上述2個金屬構件，而將上述2個金屬構件於上述垂直方向相互固定；及接合步驟，其令用於上述摩擦攪拌接合之工具一面旋轉一面插入至上述組裝體之上表面，藉由使上述工具如下移動而接合上述2個金屬構件：使上述工具通過上述金屬製固定構件之固定位置，且於上述固定位置，使上述金屬製固定構件之至少一部分與上述2個金屬構件各者之一部分一起包含於上述摩擦攪拌接合之範圍內。
2. 如請求項1之製造方法，其中於上述接合步驟中，上述摩擦攪拌接合係以使上述金屬製固定構件之直徑包含於上述摩擦攪拌接合之範圍內之方式實施。
3. 如請求項1或2之製造方法，其中上述金屬製固定構件具有：主體部，其於上述垂直方向插入至上述2個金屬構件；及頭部，其設置於上述主體部之一端部，具有大於上述主體部之直徑，且於將上述主體部插入至上述2個金屬構件時，可以按壓上述2個金屬構件之方式發揮作用。
4. 如請求項1或2之製造方法，其中上述固定步驟中，複數個上述金屬製固定構件設置成於沿上述垂直方向觀察上述組裝體時不與上述內部空間重合之位置，相互空出間隔排列形成至少1行，上述接合步驟中，以通過上述複數個上述金屬製固定構件之複數個上述固定位置各者之方式，使上述工具沿上述至少1行移動，藉此接合上述2個金屬構件。
5. 如請求項4之製造方法，其中上述金屬構造體以上述內部空間具有沿上述行延伸之形狀之方式構成。
6. 如請求項1或2之製造方法，其中上述2個金屬構件藉由於上述垂直方向相互重合，而形成於上述2個金屬構件之間具有相互獨立且相互平行延伸之形狀之複數個內部空間的組裝體， 上述固定步驟中，複數個金屬製固定構件以於相鄰之2個內部空間之間排列形成1行之方式設置。
7. 如請求項1或2之製造方法，其中上述金屬構造體係以接觸或接近於應熱交換、加熱或冷卻之對象物之方式設置之傳熱用金屬構造體。
8. 如請求項1或2之製造方法，其中上述金屬構造體係可於上述內部空間為空洞之狀態下使用之中空金屬構造體。

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