特許 5953060 被加工部材の加工方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5953060

(24)【登録日】2016年6月17日

(45)【発行日】2016年7月13日

(54)【発明の名称】被加工部材の加工方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 20/12 20060101AFI20160630BHJP

【ＦＩ】

   B23K20/12 310

   B23K20/12 360

【請求項の数】8

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2012-25742(P2012-25742)

(22)【出願日】2012年2月9日

(65)【公開番号】特開2013-158831(P2013-158831A)

(43)【公開日】2013年8月19日

【審査請求日】2014年12月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】000107538

【氏名又は名称】株式会社ＵＡＣＪ

(74)【代理人】

【識別番号】100155572

【弁理士】

【氏名又は名称】湯本 恵視

(72)【発明者】

【氏名】岡田俊哉

(72)【発明者】

【氏名】境利郎

【審査官】 豊島 唯

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−１１４２３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１３６２５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２６３８５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３３４９７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０８９１０２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ２０／１２

Ｈ０５Ｂ ３／００ − ３／８６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アルミニウム又はアルミニウム合金の押出材からなる被加工部材において、表面から内部に向かう溝部と、当該溝部の両側又は片側に沿って前記表面から突出する凸部とを設け、当該凸部と溝部が一体となっており、前記溝部内に埋設部材を配置し、前記凸部を塑性流動化して溝部に流入させ溝部の内壁と一体化させることにより溝部の蓋部を形成することを特徴とする被加工部材の加工方法。

【請求項2】

前記加工方法がショルダーとプローブとを備える回転接合ツールを用いた摩擦攪拌加工方法であり、前記溝部の両側又は片側に沿って設けた凸部に前記ショルダーを押付けつつ回転接合ツールを回転させることによって前記凸部を塑性流動化して溝部に流入させ、流入した凸部と溝部の内壁とを前記プローブにより攪拌混合して一体化する、請求項１に記載の被加工部材の加工方法。

【請求項3】

前記溝部の両側又は片側に沿って設けた凸部の体積が、当該凸部が塑性流動化して溝部へ流入する体積以上である、請求項２に記載の被加工部材の加工方法。

【請求項4】

前記凸部の高さをｈとし、ショルダーの直径をＤとして、接合方向の反対側に向かって傾斜する回転接合ツールの前進角θが下記式を満たす、請求項２又は３に記載の被加工部材の加工方法。
θ≧ｓｉｎ^−１（ｈ／Ｄ）

【請求項5】

前記凸部の幅はショルダーの半径より小さく、かつ、前記溝部の幅はプローブの直径以下である、請求項２〜４のいずれか一項に記載の被加工部材の加工方法。

【請求項6】

前記埋設部材が熱媒体用管、ヒーター、導電部材又は補強部材である、請求項２〜５のいずれか一項に記載の被加工部材の加工方法。

【請求項7】

前記埋設部材が中空形状を有し、中空部に内圧を加えながら加工する、請求項２〜６のいずれか一項に記載の被加工部材の加工方法。

【請求項8】

前記埋設部材の上端とプローブの先端との最接近距離が０．５〜１．０ｍｍである、請求項２〜７のいずれか一項に記載の被加工部材の加工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は塑性流動を利用した被加工部材の加工方法に関し、詳細には、アルミニウム素材などへの熱媒体用管やヒーター等の埋設部材の固定加工や充填加工を、別部材を用いずに蓋をすることによって可能とする被加工部材の加工方法に関する。

【背景技術】

【0002】

水冷プレートや液晶半導体装置等の伝熱プレート製品はアルミニウム板材に熱媒体用管やヒーターを設置しているが、従来の製造方法は蓋部材と本体部材をそれぞれ別個に用意し、これらを接合する加工方法が一般的に行われていた。このような加工方法としては、例えば特許文献１〜１１に記載されるような摩擦攪拌接合、接着、溶接、プレス加工等が挙げられる。

【0003】

アルミニウム材の固相接合の一つであり、熱歪みや変形が少ないといわれている新しい接合方法として、摩擦撹拌接合法（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｓｔｉｒ Ｗｅｌｄｉｎｇ、以下「ＦＳＷ」と記す）が挙げられる。特許文献１には、ＦＳＷを用いて積層板の端部を封止する技術が記載されている。具体的には、融点の異なる金属板を交互に３枚以上積層し、更に、低融点の金属板を高融点金属板より突出させた状態に配置し、その突出部分をＦＳＷの回転工具であるプローブ部の壁面で押圧して、低融点金属板のみを固相接合させ外周を封止するものである。この方法は、封止技術ではあるが蓋加工や充填加工とは異なるものである。

【0004】

特許文献２には、ＦＳＷではないが摩擦圧接を利用した塑性流動化によって積層板の端部を固定する技術が記載されている。しかしながら、塑性流動化を利用しているものの蓋加工や充填加工とは異なるものである。

【0005】

特許文献３、４には、隙間が生じている製品における接合や鋳物製品の表面に発生した穴状欠陥の補修にＦＳＷを用いた技術が記載されている。隙間が生じている製品における接合では、製品の色むら防止策として仮付けもＦＳＷを用いたものであり隙間に充填材を配置する場合もあるが蓋加工ではない。また、鋳物製品の表面補修では充填材に別部材を用いており、蓋加工とは異なるものである。

【0006】

特許文献５〜７には、ＦＳＷを用いた蓋加工、或いは、蓋加工に充填加工を組み合わせた技術が記載されている。これらの技術は、塑性流動化により埋設部材である内包物の密着も行える。しかしながら、いずれも蓋部材には別部材を用いており、別部材を用いずに蓋加工を行う本発明とは異なる。また、蓋部材の両脇を接合する必要があるため、工数が多くなって製造コストが増加する。

【0007】

特許文献８、９には、鍛造を利用して埋設部材である内包物を密着させて蓋加工する方法が記載されている。この方法では、鍛造を用いており、更に蓋部材も別部材を用いている点で本発明とは異なる。また、一度に鍛造成型を行う必要があるため、被加工部材の大きさが制限される。

【0008】

特許文献１０、１１には、別部材としての蓋部材を用いることなく、溝加工を施したベース材に埋設部材である内包物を固定する技術が記載されている。しかしながら、加工法としてプレス加工によるかしめを用いており、更に内包物が露出する点で本発明とは異なる。

【0009】

このように従来の加工方法では、蓋と本体部材をそれぞれ別個に用意する必要があり、部材点数や工程数が多く、その結果、歩留低下や製造コスト増加が避けられない問題があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特開２００８−２０７２３３号公報

【特許文献2】特許第４７５６９２１号公報

【特許文献3】特開２００５−３３４９７０号公報

【特許文献4】特開２００７−２２９７９１号公報

【特許文献5】特許第４８０８９４９号公報

【特許文献6】特開２０１０−８９１０２号公報

【特許文献7】特開２００９−９０２９５号公報

【特許文献8】特許第４８０５４６６号公報

【特許文献9】特許第４８０６１７９号公報

【特許文献10】特許第４４３５５２４号公報

【特許文献11】特許第３０１０１８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

本発明は上記従来技術の問題を解決するためになされたものであり、アルミニウム素材などの被加工部材への流路管やヒーター管等の埋設部材の固定加工や充填加工を別部材を用いずに蓋加工することで可能とする、塑性流動化を利用した安価な加工方法の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明は請求項１において、アルミニウム又はアルミニウム合金の押出材からなる被加工部材において、表面から内部に向かう溝部と、当該溝部の両側又は片側に沿って前記表面から突出する凸部とを設け、当該凸部と溝部が一体となっており、前記溝部内に埋設部材を配置し、前記凸部を塑性流動化して溝部に流入させ溝部の内壁と一体化させることにより溝部の蓋部を形成することを特徴とする被加工部材の加工方法とした。

【0013】

本発明は請求項２では請求項１において、前記加工方法がショルダーとプローブとを備える回転接合ツールを用いた摩擦攪拌加工方法であり、前記溝部の両側又は片側に沿って設けた凸部に前記ショルダーを押付けつつ回転接合ツールを回転させることによって前記凸部を塑性流動化して溝部に流入させ、流入した凸部と溝部の内壁とを前記プローブにより攪拌混合して一体化するものとした。

【0014】

本発明は請求項３では請求項２において、前記溝部の両側又は片側に沿って設けた凸部の体積を、当該凸部が塑性流動化して溝部へ流入する体積以上とした。

【0015】

本発明は請求項４では請求項２又は３において、前記凸部の高さをｈとし、ショルダーの直径をＤとして、接合方向の反対側に向かって傾斜する回転接合ツールの前進角θが、θ≧ｓｉｎ^−１（ｈ／Ｄ）を満たすものとした。

【0016】

本発明は請求項５では請求項２〜４のいずれか一項において、前記凸部の幅をショルダーの半径より小さくし、かつ、前記溝部の幅をプローブの直径以下とした。

【0017】

本発明は請求項６では請求項２〜５のいずれか一項において、前記埋設部材を熱媒体用管、ヒーター、導電部材又は補強部材とした。

【0018】

本発明は請求項７では請求項２〜６のいずれか一項において、前記埋設部材が中空形状を有するものとし、中空部に内圧を加えながら加工するものとした。

【0019】

本発明は請求項８では請求項２〜７のいずれか一項において、前記埋設部材の上端とプローブの先端との最接近距離を０．５〜１．０ｍｍとした。

【発明の効果】

【0021】

本発明係る被加工部材の加工方法によって、アルミニウム素材などからなる被加工部材中への埋設部材の固定加工や充填加工を、別部材を用いずに蓋加工により安価に提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の第１実施態様に係る加工方法において用いる被加工部材と内部に配置した埋設部材を示す断面図である。

【図2】本発明の第１実施態様に係る加工方法において用いる被加工部材の蓋部と凸部の体積を示す説明図である。

【図3】本発明の第１実施態様に係る加工方法において用いる回転接合ツールの正面図とショルダー側の底面図である。

【図4】本発明の第１実施態様に係る加工方法において用いる別の回転接合ツールの断面図とショルダー側の底面図である。

【図5】本発明の第１実施態様に係る加工方法における、被加工部材と回転接合ツールを示す断面図である。

【図6】本発明の第１実施態様に係る加工方法における、被加工部材と回転接合ツールを示す側面側の断面図である。

【図7】本発明の第２実施態様に係る加工方法において用いる被加工部材と内部に配置した埋設部材を示す断面図である。

【図8】本発明の第２実施態様に係る加工方法において用いる被加工部材の蓋部と凸部の体積を示す説明図である。

【図9】本発明の第２実施態様に係る加工方法における、被加工部材と回転接合ツールを示す断面図である。

【図10】本発明の第２実施態様に係る加工方法における、被加工部材と回転接合ツールを示す側面側の断面図である。

【図11】本発明の実施例１の加工方法における被加工部材と内部に配置した埋設部材を示す断面図である。

【図12】本発明の実施例２の加工方法における被加工部材と内部に配置した埋設部材を示す断面図である。

【図13】本発明の実施例３の加工方法における被加工部材と内部に配置した埋設部材を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

本発明は、被加工部材において、表面から内部に向かう溝部と、当該溝部の両側又は片側に沿って前記表面から突出する凸部とを設け、前記溝部内に埋設部材を配置し、前記凸部を塑性流動化して溝部に流入させ溝部の内壁と一体化させることにより溝部の蓋部を形成する被加工部材の加工方法である。詳細には、この加工方法とは、ショルダーとプローブとを備える回転接合ツールを用いた摩擦攪拌加工方法である。そして、溝部の両側又は片側に沿って設けた凸部にショルダーを押付けつつ回転接合ツールを回転させることによって凸部を塑性流動化して溝部に流入させ、流入した凸部と溝部の内壁とをプローブにより攪拌混合して一体化するものである。本発明に係る被加工部材の加工方法は、第１及び第２の実施態様を含む。以下に、これら実施態様について説明する。

【0024】

１．第１実施態様
１−１．被加工部材及び回転接合ツールについて
まず、本発明の第１実施態様について図面を用いて詳細に説明する。図１に示すように、本実施態様において用いる被加工部材１には、内部に埋設する部材２を配置する溝部Ｇが表面から内方に向けて設けられ、溝部Ｇの両側に沿って表面より突出する凸部Ｔ１、Ｔ２が設けられている。凸部Ｔ１とＴ２の高さｈ、すなわち、被加工部材１の表面から突出する長さは同じである。図２に示すように、凸部Ｔ１、Ｔ２の合計の体積Ｖｇは加工後に形成される蓋部Ｃの体積Ｖｃ以上となるよう設定される。

【0025】

なお、溝部Ｇの底面の形状は、埋設部材２のものと相補的な形状であるのが好ましい。両底面形状が相補的であれば埋設部材２と蓋部Ｃの間に隙間が発生せず、部材２の配置が容易となり、かつ、配置状態が安定に維持される。溝部Ｇの底辺形状は摩擦攪拌加工中に変形させることはできないので、部材２の底面形状に相補的な底面を溝部Ｇに予め設けておくのが好ましい。なお、通常、埋設部材２の上端と、後述のプローブＰの先端との最接近距離は０．５〜１．０ｍｍとするのが好ましい。

【0026】

図３に示すように、本実施態様で使用する回転接合ツール３は円柱状であり、その先端に略平坦部Ｓとその中心に突起Ｐを設けた形状を成す。平坦部Ｓは、一般にショルダーと呼ばれる部分であり、突起部Ｐは、一般にピン又はプローブと呼ばれている。以下においては、「ショルダー」、「プローブ」とそれぞれ記す。

【0027】

図３に示すように、本実施態様で使用する回転接合ツール３のショルダーＳには、加工時の回転方向Ｒに対して中心へと向う渦状の溝４（図中の黒抜き部分）や、これに代わって直線状の溝、へリングボーン状の溝が形成されているのが好ましい。摩擦攪拌加工中に可塑流動化した凸部Ｔ１、Ｔ２が溝内に流入し、外部へバリとして排出されるのが防止される。このような効果を有効に発揮するには、溝の深さを０．３ｍｍ以上とするのが好ましい。また、図４に示すように、ショルダーＳに溝を形成せずにショルダーＳの面を凹形状としてもよい。

【0028】

図３、４に示すように、プローブＰは円柱状であり、その表面には、加工時の回転方向に対して下降する方向の螺旋溝５を設けるのが好ましい。螺旋溝に代えて、断続的な傾斜溝とすることもでき両方の溝を併存させてもよい。このような溝によって、塑性流動化した凸部Ｔ１、Ｔ２を攪拌することができる。円柱状のプローブに代えて、先端に向うほど径が小さくなるテーパ形状のプローブを用いてもよい。また、図３、４に示すような中心線に直交する断面形状が略円形のプローブに代えて、側面を３〜６面程度に面取りした多平面としたプローブを用いてもよい。

【0029】

ショルダーＳの直径Ｄは下記式（１）を満足するように設定される。
Ｄ≧Ａ（Ｗｇ＋Ｗ１＋Ｗ２） （１）
ここで、Ｗｇは溝部Ｇの幅、Ｗ１、Ｗ２はそれぞれ凸部Ｔ１、Ｔ２の幅である（図１参照）。Ａは定数であり、１．０〜１．５とするのが好ましい。Ａが１．５を超えても支障はないが、加工時の負荷トルク及び接合方向への負荷が大きくなるため、加工装置が大型化し加工時間も長期化する。一方、Ａを１．０未満とした場合は、ショルダーと接触しない凸部Ｔ１、Ｔ２の部分が増大するためバリと接合方向への負荷が増大することがあり、更に、溝部Ｇ内に流入する可塑流動化した凸部Ｔ１、Ｔ２の量が不足し十分な蓋が得られないことがある。なお、Ｗ１とＷ２とは同一でも異なっていてもよいが、Ｗ１とＷ２のいずれもが、（Ｄ／２）すなわちショルダーＳの半径より小さいのが好ましい。

【0030】

プローブＰの直径ｄは、溝部Ｇの幅Ｗｇに対して１．０〜１．５倍程度に設定するのが好ましい。１．５倍を超えると、加工時の負荷トルク及び接合方向への負荷が大きくなるため、加工装置が大型化し加工時間も長期化する。一方、ｄを１．０倍未満とした場合は、プローブＰと溝部Ｇの側壁が接触しないため蓋部Ｃと前記側壁の接合不良が生じ、密閉性に劣る。また、ショルダー直径Ｄ：プローブ直径ｄの比は、３：１〜２：１程度が好ましい。すなわち、ショルダー直径Ｄに対してプローブ直径ｄを１／３〜１／２とするのが好ましい。１／２を超えると入熱量が不足し、１／３未満では入熱過大となる。

【0031】

１−２．摩擦攪拌加工方法
上記回転接合ツールを用いて摩擦撹拌接合により、被加工部材の溝部に加工を施す。まず、被加工部材と、その溝部内に埋設される部材とをクランプなどの冶具を用いて固定する。この際、溝部底面と埋設部材の間に隙間が無いことが好ましい。

【0032】

図５に示すように、被加工部材１の溝部Ｇの幅中心線ＧＬと回転接合ツール３のプローブＰの中心線ＰＬ（軸心）を一致させつつ、ショルダーＳを凸部Ｔ１、Ｔ２（不図示）に押付ける。この状態で、回転接合ツール３を回転方向Ｒに回転させながら接合方向Ｆ（図６）に移動させることにより蓋加工を行なう。図６は図５の図中右側からの側面図であり、図６の右側から左側に加工が進行する。回転接合ツール３は、下記式（２）を満足するように接合方向Ｆの反対側に向かって角度θ（前進角）をもって傾斜されている。
θ≧ｓｉｎ^−１（ｈ／Ｄ） （２）
ここで、ｈとＤは前述するように、凸部Ｔ１、Ｔ２の高さと、ショルダーＳの直径をそれぞれ表わす。なお、凸部Ｔ１、Ｔ２の形状については特に制約はない。方形、台形のような上辺が平坦でもよく、上部がＲ形状でもよい。凸部Ｔ１、Ｔ２の合計体積Ｖｇが加工後に形成される蓋部Ｃの体積Ｖｃ以上であればよい。図１に示すように、凸部Ｔ１、Ｔ２の高さｈとは被加工部材１の表面から突出している最大高さを指す。

【0033】

前進角θを設定することで、凸部Ｔ１及びＴ２の全体をショルダーＳ表面に接触させることができ、その結果、可塑流動化した凸部Ｔ１、Ｔ２を効率的に溝部Ｇへと流入させることが可能となる。ショルダーＳ表面の摩擦により可塑流動化した凸部Ｔ１、Ｔ２の溝部Ｇへの流入作用を高めるために、回転接合ツール中心へと向う渦状の溝、直線状の溝又はリングボーン状の溝を設け、或いは、凹形状をショルダーＳ表面に設けるのが好ましい。

【0034】

上記のような表面を有するショルダーにより可塑流動化した凸部Ｔ１、Ｔ２は、渦状の溝を経てショルダーＳ中心に集められる。次いで、集められたものはプローブＰへと流動し、更に、プローブＰ表面において回転方向に対して下降する方向に設けられた螺旋溝などの溝に沿って下降し、最終的に溝部Ｇ内へ流入して埋設部材２と溝部Ｇの隙間を充填する。プローブＰは、回転しながら溝部Ｇの内壁と接触することで内壁表面の酸化膜を破壊しつつ、内壁と流入する凸部Ｔ１、Ｔ２とを撹拌混合することで両者を一体化する。

【0035】

以上のようにして、可塑流動化した凸部Ｔ１、Ｔ２が溝部Ｇへ充填され溝部Ｇの内壁と一体化されることで、埋設部材と隙間なく蓋部が形成される。

【0036】

２．第２実施態様
２−１．被加工部材及び回転接合ツールについて
次に、本発明の第２実施態様について図面を用いて詳細に説明する。図７に示すように、本実施態様において用いる被加工部材１には、内部に埋設する部材２を配置する溝部Ｇが表面から内方に向けて設けられ、溝部Ｇの片側に沿って表面より突出している凸部Ｔが設けられている。図８に示すように、凸部Ｔの体積Ｖｇは加工後に形成される蓋部Ｃの体積Ｖｃ以上となるよう設定される。

【0037】

なお、溝部Ｇの底面の形状は、埋設部材２のものと相補的な形状であるのが好ましい。両底面形状が相補的であれば部材２と蓋部Ｃの間に隙間が発生せず、部材２の配置が容易となり、かつ、配置状態が安定に維持される。溝部Ｇの底辺形状は摩擦攪拌加工中に変形させることはできないので、部材２の底面形状に相補的な底面を溝部Ｇに予め設けておくのが好ましい。

【0038】

本実施態様に係る凸部Ｔは、溝部Ｇの片側に沿ってのみに設けられる。片側とは、図５、６を参照すれば、回転接合ツール３の回転方向Ｒと接合方向Ｆが一致する側（図５において溝部Ｇの右側であり、以下、「前進側」という）、或いは、回転接合ツール３の回転方向と接合方向Ｆが反対となる側（図５において溝部Ｇの左側であり、以下、「後退側」という）のいずれでもよい。加工の安定性の観点からは、後退側に凸部Ｔを設けるのが好ましい、凸部Ｔを後退側に設けた場合には、加工時にバリとして飛散する可塑流動化した凸部Ｔの量が少なく安定した加工が可能となる。このような効果は、図１０に示すように前進角θが設けられているためであり、前進側では回転接合ツールの回転方向が上方側に向いているのに対して、後退側では回転接合ツールの回転方向が下方側に向いているためである。

【0039】

なお、本実施態様で使用する回転接合ツールは第１の実施態様のものと同様であり、同様のショルダー及びプローブを有する。ショルダーＳの直径Ｄは下記式（３）を満足するように設定される。
Ｄ≧２Ａ（０．５Ｗｇ＋Ｗ） （３）
ここで、Ｗｇは溝部Ｇの幅、Ｗは凸部Ｔの幅である（図７参照）。Ａは定数であり、１．０〜１．５とするのが好ましい。Ａが１．５を超えても支障はないが、加工時の負荷トルク及び接合方向への負荷が大きくなるため、加工装置が大型化し加工時間も長期化する。一方、Ａを１．０未満とした場合は、ショルダーＳと接触しない凸部Ｔの部分が増大するためバリと接合方向への負荷が増大することがあり、更に、溝部Ｇ内に流入する可塑流動化した凸部Ｔの量が不足し十分な蓋が得られないことがある。

【0040】

プローブＰの直径ｄは、溝部Ｇの幅Ｗｇに対して１．０〜１．５倍程度に設定するのが好ましい。１．５倍を超えると、加工時の負荷トルク及び接合方向への負荷が大きくなるため、加工装置が大型化し加工時間も長期化する。一方、ｄを１．０倍未満とした場合は、プローブＰと溝部Ｇの側壁が接触しないため蓋部Ｃと前記側壁の接合不良が生じ、密閉性に劣る。また、ショルダー直径Ｄ：プローブ直径ｄの比は、３：１〜２：１程度が好ましい。すなわち、ショルダー直径Ｄに対してプローブ直径ｄを１／３〜１／２とするのが好ましい。１／２を超えると入熱量が不足し、１／３未満では入熱過大となる。

【0041】

２−２．摩擦攪拌加工方法
上記回転接合ツールを用いて摩擦撹拌接合により、被加工部材の溝部に加工を施す。まず、被加工部材と、その溝内に埋設される部材とをクランプなどの冶具を用いて固定する。この際、溝部底面と埋設部材の間に隙間が無いことが好ましい。

【0042】

図９に示すように、被加工部材１の溝部Ｇの幅中心線ＧＬと回転接合ツール３のプローブＰの中心線ＰＬ（軸心）を両者が接する箇所で交差させつつ、ショルダーＳを凸部Ｔに押付ける。この状態で、回転接合ツール３を回転方向Ｒに回転させながら接合方向Ｆ（図１０）に移動させることにより蓋加工を行なう。図１０は図９の図中右側からの側面図であり、図１０の右側から左側に加工が進行する。回転接合ツール３は、下記式（４）を満足するように接合方向Ｆの反対側に向かって角度θ（前進角）をもって傾斜されている。
θ≧ｓｉｎ^−１（ｈ／Ｄ） （４）
ここで、ｈとＤは前述するように、凸部Ｔの高さと、ショルダーＳの直径をそれぞれ表わす。なお、凸部Ｔの形状については特に制約はない。方形、台形のような上辺が平坦でもよく、上部がＲ形状でもよい。凸部Ｔの体積Ｖｇが加工後に形成される蓋部Ｃの体積Ｖｃ以上であればよい。図７に示すように、凸部Ｔの高さとは被加工部材１の表面から突出している最大高さを指す。

【0043】

また、前進角θと共に、図９に示すワーク角ψを設けてもよい。ワーク角ψとは、溝部Ｇの幅中心線ＧＬから凸部が設けられている側への回転接合ツール３の傾斜角である。ワーク角ψを設けることにより溝方向への荷重が発生するため、溝部Ｇへ凸部が塑性流動し易くなる。なお、ワーク角は０〜３°の範囲内が好ましい。ワーク角が大きくなると、一方の入熱量が不足しがちになる為、蓋に欠陥が発生しやすくなる。

【0044】

前進角θ及びワーク角ψを設定することで、凸部Ｔの全体をショルダーＳ表面に接触させることができ、その結果、可塑流動化した凸部Ｔを効率的に溝部Ｇへと流入させることが可能となる。ショルダーＳ表面の摩擦により可塑化した凸部Ｔ１、Ｔ２の溝部Ｇへの流入作用を高めるために、回転接合ツール中心へと向う渦状の溝、直線状の溝又はリングボーン状の溝を設け、或いは、凹形状をショルダーＳ表面に設けるのが好ましい。

【0045】

上記のような表面を有するショルダーにより可塑流動化した凸部Ｔは、渦状の溝を経てショルダーＳ中心に集められる。次いで、集められたものはプローブＰへと流動し、更に、プローブＰ表面において回転方向に対して下降する方向に設けられた螺旋溝などの溝に沿って下降し、最終的に溝部Ｇ内へ流入して埋設部材２と溝部Ｇの隙間を充填する。プローブＰは、回転しながら溝部Ｇの内壁と接触することで内壁表面の酸化膜を破壊しつつ、内壁と流入する凸部Ｔとを撹拌混合することで両者を一体化する。

【0046】

以上のようにして、可塑流動化した凸部Ｔが溝部Ｇへ充填され溝部Ｇの内壁と一体化されることで、埋設部材と隙間なく蓋部が形成される。

【0047】

本発明において、被加工部材の溝部に埋設する部材としては、熱媒体用管、ヒーター、導電部材及び補強部材などを用いることができる。なお、図１に示すように、一つの被加工部材に一つの溝部を設け、そこに一つの埋設部材を埋設するだけでなく、そこに複数の同種又は異種の埋設部材を埋設してもよい。更には、一つの被加工部材に複数の溝部を設け、各溝部に一つ以上の埋設部材をそれぞれ埋設してもよい。また、埋設部材が熱媒体用管のような中空形状を有する場合には、中空部に内圧を加えながら加工することにより中空部材の形状を保持しながら埋設することができる。

【0048】

本発明で用いる被加工部材には、通常、アルミニウム、銅合金、マグネシウム合金などの金属が用いられ、アルミニウムが好適に用いられる。アルミニウムとしては、純アルミニウムの他にアルミニウム合金も用いられ、Ａ３００３、Ａ３００４、Ａ５０５２、Ａ６０６１、Ａ６０６３などが好適に用いられる。

【実施例】

【0049】

以下に実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

【0050】

（実施例１）
図１１に示すように、本実施例は上記第１実施態様に係るものである。
被加工部材１は、板厚６．０ｍｍ、幅３００ｍｍ、長さ５００ｍｍを有するＡ６０６３-Ｔ５の板状押出材である。溝部Ｇの幅は４．０ｍｍ、底部はＲ２．０（ｍｍ）の半円形状、溝部Ｇの深さは５ｍｍである。溝部Ｇの両側に沿って被加工部材１の表面から突出している凸部Ｔ１、Ｔ２が設けられている。これらの凸部形状は、高さ０．７５ｍｍ、幅４．０ｍｍ、長さ５００ｍｍである。
被加工部材１の内部には、熱媒体用管（冷却管）となるφ４．０ｍｍの銅パイプを埋設部材２として配置した。

【0051】

このように溝部Ｇの底面に埋設部材２を配置したものに摩擦攪拌加工を施して、蓋部を形成した。摩擦撹拌加工には、図３に示す渦状溝を有するショルダーを備えた回転接合ツールを用いた。ショルダー直径Ｄ（ｍｍ）は、（１）式においてＡ＝１．０としたＤ≧１２を満足するφ１２ｍｍとした。プローブには、図３に示すような溝部Ｇの幅と同じ直径ｄ（ｍｍ）を有するＭ４のネジを用いた。摩擦撹拌加工の条件は、ショルダーの回転速度を２５００ｒｐｍとし、前進角は式（２）を満足する４．０°とし、ショルダーを凸部Ｔ１、Ｔ２に０．７８ｍｍ押込み、送り（加工）速度２００ｍｍ/ｍｉｎとした。

【0052】

加工後における被加工部材１の表面をカラーチェクしたところ、未接合部、亀裂及び空孔などの支障はなかった。また、接合方向に直交する断面によって蓋部の内部を観察したところ、内部欠陥等がなく、蓋部と埋設部材２の間に隙間が無いことを確認した。このように、良好な摩擦撹拌加工が達成できた。

【0053】

（参考例２）
図１２に示すように、本実施例は上記第２実施態様に係るものである。
被加工部材１は、板厚３０ｍｍ、幅４００ｍｍ、長さ８００ｍｍを有し、Ａ６０６１-Ｔ６を切削加工した板材である。溝部Ｇの幅は９．０ｍｍ、底部はＲ４．５（ｍｍ）の半円形状、溝部Ｇの深さは１９、５ｍｍである。図１２に示すように、溝部Ｇの片側（図中右側）に沿って被加工部材１の表面から突出している凸部Ｔが設けられている。これらの凸部形状は、高さ７．０ｍｍ、幅１５ｍｍ、長さ８００ｍｍである。
被加工部材１の内部には、φ９．０ｍｍのヒーターを埋設部材２として配置した。

【0054】

このように溝部Ｇの底面に埋設部材２を配置したものに摩擦攪拌加工を施して、蓋部を形成した。摩擦撹拌加工には、図３に示す渦状溝を有するショルダーを備えた回転接合ツールを用いた。ショルダー直径Ｄ（ｍｍ）は、（３）式においてＡ＝１．０５としたＤ≧４０．９５を満足するφ４１ｍｍとした。プローブには、基端の直径がφ１９ｍｍで、先端の直径がφ１０ｍｍのテーパ形状であって、側面は１２０°毎の３平面に面取りされており、これら平面には加工時の回転方向に対して下降する方向の螺旋溝が設けられている。

【0055】

摩擦撹拌加工の条件は、ショルダーの回転速度を８００ｒｐｍとし、前進角は式（２）を満足する１１．５°とし、ショルダーを凸部Ｔに７．１４ｍｍ押込み、送り（加工）速度２００ｍｍ/ｍｉｎとした。また、回転接合ツールの回転方向と接合方向が反対になる側である後退側に、凸部Ｔが配置されるようにした（図１２）。

【0056】

加工後における被加工部材１の表面をカラーチェクしたところ、未接合部、亀裂及び空孔などの支障はなかった。また、接合方向に直交する断面によって蓋部の内部を観察したところ、内部欠陥等がなく、蓋部と埋設部材２の間に隙間が無いことを確認した。このように、良好な摩擦撹拌加工が達成できた。

【0057】

（実施例３）
図１３に示すように、本実施例は上記第１実施態様に係るものである。
被加工部材１は、高さ２２．５ｍｍ、幅１５ｍｍを有する略コの字状の６０６３-Ｔ６の押出材である。溝部Ｇの幅は１０ｍｍ、底部はＲ５．０（ｍｍ）の半円形状、溝部Ｇの深さは２０ｍｍである。図１３に示すように、溝部Ｇの両側は、被加工部材１の突出壁としての凸部Ｔ１、Ｔ２となっている。
被加工部材１の内部には、φ１０ｍｍのＣｕ撚り線からなる導電部材を埋設部材２として配置した。

【0058】

このように溝部Ｇの底面に埋設部材２を配置したものに摩擦攪拌加工を施して、蓋部を形成した。摩擦撹拌加工には、図３に示す渦状溝を有するショルダーを備えた回転接合ツールを用いた。ショルダー直径Ｄ（ｍｍ）は、（１）式においてＡ＝１．０としたＤ≧１５を満足するφ１５ｍｍとした。プローブには、溝部Ｇの幅と同じ直径ｄ（ｍｍ）を有するＭ１０のネジを用いた。摩擦撹拌加工の条件は、ショルダーの回転速度を２５００ｒｐｍとし、前進角は式（２）を満足する９．６°とし、ショルダーを凸部Ｔ１、Ｔ２に２．５ｍｍ押込み、送り（加工）速度２００ｍｍ/ｍｉｎとした。

【0059】

加工後における被加工部材１の表面をカラーチェクしたところ、未接合部、亀裂及び空孔などの支障はなかった。また、接合方向に直交する断面によって蓋部の内部を観察したところ、内部欠陥等がなく、蓋部と埋設部材２の間に隙間が無いことを確認した。このように、良好な摩擦撹拌加工が達成できた。

【産業上の利用可能性】

【0060】

本発明により、アルミニウム素材などからなる被加工部材中への埋設部材の固定加工や充填加工を、別部材を用いずに蓋加工により安価に提供することが可能となる。

【符号の説明】

【0061】

１・・・被加工部材
２・・・埋設部材
３・・・回転接合ツール
４・・・渦状の溝
５・・・螺旋溝
Ｃ・・・蓋部
ｄ・・・プローブ直径
Ｄ・・・ショルダー直径
Ｆ・・・接合方向
Ｇ・・・溝部
ＧＬ・・・Ｇの幅中心線
Ｐ・・・プローブ
ＰＬ・・・Ｐの中心線
Ｒ・・・回転接合ツールの回転方向
Ｓ・・・ショルダー
Ｔ・・・凸部
Ｔ１・・・凸部
Ｔ２・・・凸部
Ｖｃ・・・蓋部の体積
Ｖｇ・・・Ｔ１とＴ２の総体積、或いは、Ｔの体積
Ｗｇ・・・Ｇの幅
Ｗ・・・Ｔの幅
Ｗ１・・・Ｔ１の幅
Ｗ２・・・Ｔ２の幅
θ・・・前進角
ψ・・・ワーク角

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】