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特開2024-171562突出部の形成方法、成形体の製造方法、成形体の製造装置、成形体、及び成形型
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024171562
(43)【公開日】2024-12-12
(54)【発明の名称】突出部の形成方法、成形体の製造方法、成形体の製造装置、成形体、及び成形型
(51)【国際特許分類】
B21J 5/06 20060101AFI20241205BHJP
B21K 1/76 20060101ALI20241205BHJP
B23K 20/12 20060101ALN20241205BHJP
【ＦＩ】
B21J5/06 B
B21K1/76 Z
B23K20/12 344
【審査請求】未請求
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023088632
(22)【出願日】2023-05-30
(71)【出願人】
【識別番号】000004743
【氏名又は名称】日本軽金属株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】502444733
【氏名又は名称】日軽金アクト株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001807
【氏名又は名称】弁理士法人磯野国際特許商標事務所
(72)【発明者】
【氏名】堀 久司
(72)【発明者】
【氏名】朴 玉丹
【テーマコード（参考）】
4E087
4E167
【Ｆターム（参考）】
4E087AA10
4E087CA22
4E087EC17
4E087HA93
4E167AA06
4E167BG06
4E167BG12
4E167BG13
4E167BG15
4E167BG29
4E167DB00
(57)【要約】
【課題】突出部のサイズ、ピッチ、高さ等を揃えたり、あるいは部分的に変更したりすることができる突出部の形成方法を提供する。
【解決手段】基体、及び基体から立設される突出部を備える金属製の成形体について、成形型１１を用いて突出部を形成する。成形型１１は、表面に開口する開口部と、開口部に連通して成形型の内部に存在する内部空間とからなる形成孔を有する形成部２１を備える。成形型１１の開口部上に金属材料１０１の一方の面１０２を当接させた状態で配置する。金属材料１０１の一方の面１０２とは異なる他方の面１０３に回転する回転ツール４１を押し当てながら回転ツール４１を移動させることで、内部空間に流入した塑性流動材の硬化によって、形成孔内に突出部を形成する。突出部の形成後に、突出部を形成孔から離脱させる。
【選択図】図１０
【解決手段】基体、及び基体から立設される突出部を備える金属製の成形体について、成形型１１を用いて突出部を形成する。成形型１１は、表面に開口する開口部と、開口部に連通して成形型の内部に存在する内部空間とからなる形成孔を有する形成部２１を備える。成形型１１の開口部上に金属材料１０１の一方の面１０２を当接させた状態で配置する。金属材料１０１の一方の面１０２とは異なる他方の面１０３に回転する回転ツール４１を押し当てながら回転ツール４１を移動させることで、内部空間に流入した塑性流動材の硬化によって、形成孔内に突出部を形成する。突出部の形成後に、突出部を形成孔から離脱させる。
【選択図】図１０
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基体、及び前記基体から立設される突出部を備える金属製の成形体において、成形型を用いて前記突出部を形成する突出部の形成方法であって、
前記成形型は、前記成形型の表面に開口する開口部と、前記開口部に連通して前記成形型の内部に存在する内部空間とからなる形成孔を有する形成部を備え、
前記成形型の前記開口部上に金属材料の一方の面を当接させた状態で配置する配置工程と、
前記金属材料の前記一方の面とは異なる他方の面に回転する回転ツールを押し当てながら前記回転ツールを移動させることで、前記内部空間に流入した塑性流動材の硬化によって、前記形成孔内に前記突出部を形成する形成工程と、
前記突出部の形成後に、前記突出部を前記形成孔から離脱させる離脱工程と、を備える、
ことを特徴とする突出部の形成方法。
前記成形型は、前記成形型の表面に開口する開口部と、前記開口部に連通して前記成形型の内部に存在する内部空間とからなる形成孔を有する形成部を備え、
前記成形型の前記開口部上に金属材料の一方の面を当接させた状態で配置する配置工程と、
前記金属材料の前記一方の面とは異なる他方の面に回転する回転ツールを押し当てながら前記回転ツールを移動させることで、前記内部空間に流入した塑性流動材の硬化によって、前記形成孔内に前記突出部を形成する形成工程と、
前記突出部の形成後に、前記突出部を前記形成孔から離脱させる離脱工程と、を備える、
ことを特徴とする突出部の形成方法。
【請求項2】
前記形成孔は、前記開口部から前記成形型の内部に向けて真っ直ぐに伸びており、
前記形成孔の高さは前記開口部の径よりも大きい、
請求項１に記載の突出部の形成方法。
前記形成孔の高さは前記開口部の径よりも大きい、
請求項１に記載の突出部の形成方法。
【請求項3】
前記形成孔は、前記開口部よりも奥側の断面形状が、前記開口部側の断面形状よりも大きい、
請求項１に記載の突出部の形成方法。
請求項１に記載の突出部の形成方法。
【請求項4】
前記形成孔は、前記開口部よりも奥側の断面形状が、前記開口部の断面形状の外接円形状と同じ形状か、前記開口部の断面形状の外接円形状よりも大きい形状となっている、
請求項１に記載の突出部の形成方法。
請求項１に記載の突出部の形成方法。
【請求項5】
前記回転ツールは、基部、及び前記基部に連続する円錐形状の先端部を備え、
前記先端部の表面に螺旋溝が設けられており、
前記形成工程において、前記先端部を前記金属材料に接触させる、
請求項１に記載の突出部の形成方法。
前記先端部の表面に螺旋溝が設けられており、
前記形成工程において、前記先端部を前記金属材料に接触させる、
請求項１に記載の突出部の形成方法。
【請求項6】
前記先端部は、前記回転ツールの回転軸を中心とするテーパー状の側面部を側面に有するとともに、前記回転ツールの回転軸と直交する先端面部を先端に有する円錐台形状である、
請求項５に記載の突出部の形成方法。
請求項５に記載の突出部の形成方法。
【請求項7】
前記螺旋溝は、前記回転ツールの回転軸と略平行な方向に延びる段差側面と、前記回転軸と略垂直な方向に向いた段差底面とからなる段差部を有し、
前記段差部が螺旋状に周回しながら、前記段差部の前記段差底面が、前記先端部の外周側に位置する前記段差部の前記段差側面と隣接し、前記段差部の前記段差側面が、前記先端部の内周側に位置する前記段差部の前記段差底面と隣接して、繰り返し形成されており、
前記段差底面には、前記回転軸の方向に凹んだ凹部が設けられている、
請求項５に記載の突出部の形成方法。
前記段差部が螺旋状に周回しながら、前記段差部の前記段差底面が、前記先端部の外周側に位置する前記段差部の前記段差側面と隣接し、前記段差部の前記段差側面が、前記先端部の内周側に位置する前記段差部の前記段差底面と隣接して、繰り返し形成されており、
前記段差底面には、前記回転軸の方向に凹んだ凹部が設けられている、
請求項５に記載の突出部の形成方法。
【請求項8】
前記螺旋溝の深さが、０．１～１．０ｍｍである、
請求項５に記載の突出部の形成方法。
請求項５に記載の突出部の形成方法。
【請求項9】
前記先端部のテーパー角度が、１００～１７５°である、
請求項５に記載の突出部の形成方法。
請求項５に記載の突出部の形成方法。
【請求項10】
前記突出部が、ピンフィンであり、
前記成形体が、前記突出部として前記ピンフィンを備えるヒートシンクである、
請求項１に記載の突出部の形成方法。
前記成形体が、前記突出部として前記ピンフィンを備えるヒートシンクである、
請求項１に記載の突出部の形成方法。
【請求項11】
請求項１に記載の突出部の形成方法によって前記突出部を形成して、前記成形体を得る、
ことを特徴とする成形体の製造方法。
ことを特徴とする成形体の製造方法。
【請求項12】
前記成形体が、前記突出部としてピンフィンを有するヒートシンクである、
請求項１１に記載の成形体の製造方法。
請求項１１に記載の成形体の製造方法。
【請求項13】
基体、及び前記基体から立設される突出部を備える金属製の成形体において、成形型を用いて前記突出部を形成して前記成形体を得る、成形体の製造装置であって、
前記製造装置は、
前記成形型の表面に開口する開口部と、前記開口部に連通して前記成形型の内部に存在する内部空間とからなる形成孔を有する形成部を備える成形型、及び
前記成形型の前記開口部上に一方の面を当接させた状態で配置された金属材料の前記一方の面とは異なる他方の面に回転して押し当てられる回転ツールを備え、
前記回転ツールを前記金属材料に押し当てながら前記回転ツールを移動させることで、前記内部空間に流入した塑性流動材の硬化によって、前記形成孔内に前記突出部を形成する、
ことを特徴とする成形体の製造装置。
前記製造装置は、
前記成形型の表面に開口する開口部と、前記開口部に連通して前記成形型の内部に存在する内部空間とからなる形成孔を有する形成部を備える成形型、及び
前記成形型の前記開口部上に一方の面を当接させた状態で配置された金属材料の前記一方の面とは異なる他方の面に回転して押し当てられる回転ツールを備え、
前記回転ツールを前記金属材料に押し当てながら前記回転ツールを移動させることで、前記内部空間に流入した塑性流動材の硬化によって、前記形成孔内に前記突出部を形成する、
ことを特徴とする成形体の製造装置。
【請求項14】
基体、及び前記基体から立設される突出部を備える金属製の成形体であって、
前記基体及び前記突出部は、同一の金属材料によって一体形成されており、
前記突出部は、前記金属材料の塑性化領域のみからなるとともに、前記基体から漸次的に変形しながら形成されており、さらに、前記基体からまっすぐに伸びている、
ことを特徴とする成形体。
前記基体及び前記突出部は、同一の金属材料によって一体形成されており、
前記突出部は、前記金属材料の塑性化領域のみからなるとともに、前記基体から漸次的に変形しながら形成されており、さらに、前記基体からまっすぐに伸びている、
ことを特徴とする成形体。
【請求項15】
基体、及び前記基体から立設される突出部を備える金属製の成形体において、前記突出部を形成する成形型であって、
表面に開口する開口部と、前記開口部に連通して内部に存在する内部空間とからなる形成孔を有する形成部を備え、
前記開口部上に金属材料の一方の面を当接させた状態で配置し、前記金属材料の前記一方の面とは異なる他方の面に回転する回転ツールを押し当てながら前記回転ツールを移動させることで、前記内部空間に流入した塑性流動材の硬化によって、前記形成孔内に前記突出部を形成した後は、ノックピンを前記形成孔側から前記金属材料の一方の面に押し当てて前記突出部を前記形成孔内から型抜きする、
ことを特徴とする成形型。
表面に開口する開口部と、前記開口部に連通して内部に存在する内部空間とからなる形成孔を有する形成部を備え、
前記開口部上に金属材料の一方の面を当接させた状態で配置し、前記金属材料の前記一方の面とは異なる他方の面に回転する回転ツールを押し当てながら前記回転ツールを移動させることで、前記内部空間に流入した塑性流動材の硬化によって、前記形成孔内に前記突出部を形成した後は、ノックピンを前記形成孔側から前記金属材料の一方の面に押し当てて前記突出部を前記形成孔内から型抜きする、
ことを特徴とする成形型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、突出部の形成方法、成形体の製造方法、成形体の製造装置、成形体、及び成形型に関する。
【背景技術】
【0002】
環境対応車で使用されているインバータ、コンバータ等を冷却する冷却部品にはヒートシンクが多く使用されている。これらのヒートシンクとしては、鍛造によって塑性変形を受けた金属材料を金型に設けられたフィン成形孔内に流入させることでピンフィンを形成する、鍛造工法によって製造されているものが知られている。この鍛造工法では、ピンフィンの高さが不揃いとなることが課題であった。
このような鍛造工法の課題に対して、特許文献１においては、フィン成形孔内に背圧付与ピンをセットして、背圧付与ピンによって背圧を付与することでピンフィンの高さを揃える、背圧鍛造法について記載されている。
このような鍛造工法の課題に対して、特許文献１においては、フィン成形孔内に背圧付与ピンをセットして、背圧付与ピンによって背圧を付与することでピンフィンの高さを揃える、背圧鍛造法について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特許第５９４１０３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、特許文献１の技術では、複数のフィン成形孔上に配置された金属材料を全体的に加圧するため、部分的にピンフィンのサイズを変化させたり、部分的にピンフィンのピッチを変えたり、部分的にピンフィンの高さを変えたり、等の変化を与えることが困難であった。
このような観点から、本発明は、突出部のサイズ、ピッチ、高さ等を揃えたり、あるいは部分的に変更したりすることができる突出部の形成方法、成形体の製造方法、成形体の製造装置、及び成形型を提供することを課題とする。
このような観点から、本発明は、突出部のサイズ、ピッチ、高さ等を揃えたり、あるいは部分的に変更したりすることができる突出部の形成方法、成形体の製造方法、成形体の製造装置、及び成形型を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
このような課題を解決するために第一の発明は、基体、及び前記基体から立設される突出部を備える金属製の成形体において、成形型を用いて前記突出部を形成する突出部の形成方法であって、前記成形型は、前記成形型の表面に開口する開口部と、前記開口部に連通して前記成形型の内部に存在する内部空間とからなる形成孔を有する形成部を備え、前記成形型の前記開口部上に金属材料の一方の面を当接させた状態で配置する配置工程と、前記金属材料の前記一方の面とは異なる他方の面に回転する回転ツールを押し当てながら前記回転ツールを移動させることで、前記内部空間に流入した塑性流動材の硬化によって、前記形成孔内に前記突出部を形成する形成工程と、前記突出部の形成後に、前記突出部を前記形成孔から離脱させる離脱工程と、を備える、ことを特徴とする。
【0006】
前記形成孔は、前記開口部から前記成形型の内部に向けて真っ直ぐに伸びており、前記形成孔の高さは前記開口部の径よりも大きい、ことが好ましい。
【0007】
前記形成孔は、前記開口部よりも奥側の断面形状が、前記開口部側の断面形状よりも大きい、ことが好ましい。
【0008】
ことが好ましい。
【0009】
前記回転ツールは、基部、及び前記基部に連続する円錐形状の先端部を備え、前記先端部の表面に螺旋溝が設けられており、前記形成工程において、前記先端部を前記金属材料に接触させる、ことが好ましい。
【0010】
前記先端部は、前記回転ツールの回転軸を中心とするテーパー状の側面部を側面に有するとともに、前記回転ツールの回転軸と直交する先端面部を先端に有する円錐台形状である、ことが好ましい。
【0011】
前記螺旋溝は、前記回転ツールの回転軸と略平行な方向に延びる段差側面と、前記回転軸と略垂直な方向に向いた段差底面とからなる段差部を有し、前記段差部が螺旋状に周回しながら、前記段差部の前記段差底面が、前記先端部の外周側に位置する前記段差部の前記段差側面と隣接し、前記段差部の前記段差側面が、前記先端部の内周側に位置する前記段差部の前記段差底面と隣接して、繰り返し形成されており、前記段差底面には、前記回転軸の方向に凹んだ凹部が設けられている、ことが好ましい。
【0012】
前記螺旋溝の深さが、０．１～１．０ｍｍである、ことが好ましい。
【0013】
前記先端部のテーパー角度が、１００～１７５°である、ことが好ましい。
【0014】
前記突出部が、ピンフィンであり、前記成形体が、前記突出部として前記ピンフィンを備えるヒートシンクである、ことが好ましい。
【0015】
第二の発明は、前記の突出部の形成方法によって前記突出部を形成して、前記成形体を得る、ことを特徴とする。
【0016】
前記成形体が、前記突出部としてピンフィンを有するヒートシンクである、ことが好ましい。
【0017】
第三の発明は、基体、及び前記基体から立設される突出部を備える金属製の成形体において、成形型を用いて前記突出部を形成して前記成形体を得る、成形体の製造装置であって、前記製造装置は、前記成形型の表面に開口する開口部と、前記開口部に連通して前記成形型の内部に存在する内部空間とからなる形成孔を有する形成部を備える成形型、及び前記成形型の前記開口部上に一方の面を当接させた状態で配置された金属材料の前記一方の面とは異なる他方の面に回転して押し当てられる回転ツールを備え、前記回転ツールを前記金属材料に押し当てながら前記回転ツールを移動させることで、前記内部空間に流入した塑性流動材の硬化によって、前記形成孔内に前記突出部を形成する、ことを特徴とする。
【0018】
第四の発明は、基体、及び前記基体から立設される突出部を備える金属製の成形体であって、前記基体及び前記突出部は、同一の金属材料によって一体形成されており、前記突出部は、前記金属材料の塑性化領域のみからなるとともに、前記基体から漸次的に変形しながら形成されており、さらに、前記基体からまっすぐに伸びている、ことを特徴とする。
【0019】
第五の発明は、基体、及び前記基体から立設される突出部を備える金属製の成形体において、前記突出部を形成する成形型であって、表面に開口する開口部と、前記開口部に連通して内部に存在する内部空間とからなる形成孔を有する形成部を備え、前記開口部上に金属材料の一方の面を当接させた状態で配置し、前記金属材料の前記一方の面とは異なる他方の面に回転する回転ツールを押し当てながら前記回転ツールを移動させることで、前記内部空間に流入した塑性流動材の硬化によって、前記形成孔内に前記突出部を形成した後は、ノックピンを前記形成孔側から前記金属材料の一方の面に押し当てて前記突出部を前記形成孔内から型抜きする、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【0020】
本発明によれば、突出部のサイズ、ピッチ、高さ等を揃えたり、あるいは部分的に変更したりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】本発明の実施形態に係る成形体の斜視図である。
【図2】本発明の実施形態に係る成形型を上側から視た斜視図である。
【図3】本発明の実施形態に係る成形型を下側から視た斜視図である。
【図6】本発明の実施形態に係る回転ツールの正面図である。
【図7】本発明の実施形態に係る回転ツールの先端部の底面図である。
【図8】本発明の実施形態に係る回転ツールの螺旋溝の拡大縦断面図である。
【図9】本発明の実施形態に係る突出部の形成方法における配置工程を説明する縦断面図である。
【図10】本発明の実施形態に係る突出部の形成方法における形成工程を説明する縦断面図である。
【図11】本発明の実施形態に係る突出部の形成方法における形成工程を説明する平面図である。
【図12】本発明の実施形態に係る突出部の形成方法における形成工程を説明する拡大縦断面図である。
【図13】本発明の実施形態に係る突出部の形成方法における離脱工程（離脱前）を説明する縦断面図である。
【図14】本発明の実施形態に係る突出部の形成方法における離脱工程（離脱後）を説明する縦断面図である。
【図15】本発明の実施形態に係る成形体における突出部の他の形状（矩形状）の例を示す平面図である。
【図16】本発明の実施形態に係る成形体における突出部の他の形状（向きが異なる矩形状）の例を示す平面図である。
【図17】本発明の実施形態に係る成形体における突出部の他の形状（三角形状）の例を示す平面図である。
【図18】本発明の実施形態に係る成形型における開口部の形状（矩形状）の例を示す平面図である。
【図19】本発明の実施形態に係る成形型における開口部の形状（水滴形状）の例を示す平面図である。
【図20】本発明の実施形態に係る成形型における開口部の形状（扁平形状）の例を示す平面図である。
【図21】比較例１として使用するショルダーレスタイプの摩擦攪拌接合用の回転ツールの先端部分の正面図である。
【図22】比較例２に使用する摩擦攪拌接合用の回転ツールの先端部の正面図となる図面代用写真である。
【図23】本発明の実施例２を説明する図であり、（ａ）は、回転ツールの移動軌跡と押込み量を示す平面図であり、（ｂ）は、回転ツールを移動させた後の金属材料の平面図である図面代用写真であり、（ｃ）は、成形後の突出部の平面図である図面代用写真である。
【図24】本発明の実施例３を説明する図であり、（ａ）は、回転ツールの移動軌跡と押込み量を示す平面図であり、（ｂ）は、回転ツールを移動させた後の金属材料の平面図である図面代用写真であり、（ｃ）は、成形後の突出部の平面図である図面代用写真である。
【図25】本発明の実施例４を説明する図であり、（ａ）は、回転ツールの移動軌跡と押込み量を示す平面図であり、（ｂ）は、回転ツールを移動させた後の金属材料の平面図である図面代用写真であり、（ｃ）は、成形後の突出部の平面図である図面代用写真である。
【図26】本発明の実施例５を説明する図であり、（ａ）は、回転ツールの移動軌跡と押込み量を示す平面図であり、（ｂ）は、回転ツールを移動させた後の金属材料の平面図である図面代用写真であり、（ｃ）は、成形後の突出部の平面図である図面代用写真である。
【図27】本発明の実施例６を説明する図であり、（ａ）は、回転ツールの移動軌跡と押込み量を示す平面図であり、（ｂ）は、回転ツールを移動させた後の金属材料の平面図である図面代用写真であり、（ｃ）は、成形後の突出部の平面図である図面代用写真である。
【図28】本発明の実施例７を説明する図であり、（ａ）は、回転ツールの移動軌跡と押込み量を示す平面図であり、（ｂ）は、回転ツールを移動させた後の金属材料の平面図である図面代用写真であり、（ｃ）は、成形後の突出部の平面図である図面代用写真である。
【図29】本発明の実施例８を説明する図であり、（ａ）は、回転ツールの移動軌跡と押込み量を示す平面図であり、（ｂ）は、回転ツールを移動させた後の金属材料の平面図である図面代用写真であり、（ｃ）は、成形後の突出部の平面図である図面代用写真である。
【図30】本発明の実施例９を説明する図であり、（ａ）は、回転ツールの移動軌跡と押込み量を示す平面図であり、（ｂ）は、回転ツールを移動させた後の金属材料の平面図である図面代用写真であり、（ｃ）は、成形後の突出部の平面図である図面代用写真である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら説明する。本発明は以下の実施形態のみに限定されるものではない。また、実施形態における構成要素は、一部又は全部を適宜組み合わせることができる。さらに、図面は、本発明を概念的に説明するためのものであり、表された各構成要素の寸法やそれらの比は実際のものとは異なる場合もある。
【0023】
［１．成形体］
図１は、本発明の実施形態である成形体の斜視図である。この成形体１は、例えば板形状の基体２と、基体２の一方の面から１又は複数本の突出部３が立設している金属製の部材である。本例では、基体２は平面視で矩形形状である。本例では、成形体１は、基体２から突出部３であるピンフィンが立設したヒートシンクであり、インバータ、コンバータ等を冷却する冷却部品として使用される。
図１は、本発明の実施形態である成形体の斜視図である。この成形体１は、例えば板形状の基体２と、基体２の一方の面から１又は複数本の突出部３が立設している金属製の部材である。本例では、基体２は平面視で矩形形状である。本例では、成形体１は、基体２から突出部３であるピンフィンが立設したヒートシンクであり、インバータ、コンバータ等を冷却する冷却部品として使用される。
【0024】
基体２及び突出部３は、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金等の同一の金属材料、本例ではアルミニウム合金によって一体形成されている。基体２は、上述した金属材料を含む展伸材によって形成することができる。突出部３は、金属の塑性化領域のみからなるとともに、基体２から漸次的に変形しながら形成されており、さらに、基体２からまっすぐに伸びている。
【0025】
各突出部３の形状は、本実施形態では、円形、三角形、四角形等の径方向断面形状を有する柱状（棒状）になっている。突出部３の断面形状は、その他にも、半円形、部分円形、楕円形、五角形以上の多角形、星形、涙滴状（水滴形状）、二つの部分円弧を合体させた形状（扁平形状）、小波型、不定形等、あるいはこれらの形状を組み合わせた形状であってもよい。さらに突出部３の形状は、板状（壁状、山脈状）、であってもよい。突出部３は、中実（軸状）であってもよく、中空（管状、枠状）であってもよい。複数の突出部３の形状は、同じであってもよく、それぞれ異なっていてもよい。また、複数の突出部３のサイズ（高さ、径）は、同じであってもよく、それぞれ異なっていてもよい。
【0026】
複数の突出部３は、本実施形態では、各突出部３が間隔を開けて六角格子状に規則配置されている。突出部３の配置は、成形体１に求められる特性に応じて適宜変更することができる。突出部３の配置は、例えば、六角格子状、正方格子状、矩形格子状、平行体格子状の規則配置であってもよく、ランダムな不規則配置であってもよい。また、複数の突出部３が配置される間隔も、一定にしてもよく、変化させるようにしてもよい。
【0027】
突出部３が円形であれば突出部３の向きは問題とはならないが、突出部３が円形以外の場合には、各突出部３が配置されている向きは、成形体１に求められる特性に応じて適宜変更することができる。各突出部３が配置されている向きは、同一の向きに揃うように配置してもよく、交互に互い違いの向きに配置してもよく、ランダムな不規則な向きに配置してもよい。
【0028】
［２．成形型］
前記した成形体１の製造には、成形体の製造装置を使用する。この成形体の製造装置は、成形型と回転ツールとを備えている。以下では、まず、成形型の構成について説明し、次に回転ツールの構成について説明する。
前記した成形体１の製造には、成形体の製造装置を使用する。この成形体の製造装置は、成形型と回転ツールとを備えている。以下では、まず、成形型の構成について説明し、次に回転ツールの構成について説明する。
【0029】
図２は、本発明の実施形態に係る成形型１１を上側から視た斜視図であり、図３は、同下側から視た斜視図であり、図４は、図２のＡ－Ａ断面図である。成形型１１は、成形体１を成形して製造するための金型である。成形型１１は、工具鋼で形成されている。この成形型１１は、外観が略直方体形状の下型１２と、下型１２の上に載置され、下型１２の厚みよりも薄い板状の上型１３とを備えている。下型１２と上型１３とは、上面視した形状が同一（矩形状）になっている。成形型１１は、下型１２の下部から出し入れ自在の補助プレート１５と、上型１３、下型１２、補助プレート１５を上下に貫通して抜き差し自在な本例で４本のノックピン１６（図１４参照）とを備えている。
【0030】
上型１３及び下型１２の上面視で中央部には、突出部３を形成する形成部２１が設けられている。形成部２１においては、上型１３から下型１２にかけて上下に貫通する形成孔２２が複数本形成されている。下型１２の形成部２１の直下は、下型１２の下面から開口した空間である補助プレート収納部２３が形成されている。補助プレート収納部２３は、下型１２の下面側から例えば直方体形状の補助プレート１５を収納することができる空間となる。補助プレート収納部２３に補助プレート１４を収納すると、補助プレート１５の上面は、下型１２側の形成部２１の下面まで達する。また、このとき、補助プレート収納部２３内の補助プレート１５の側面は、上面視で形成部２１の領域の外縁の外側にまで達している。つまり、補助プレート１５の大きさは、形成部２１よりも十分に大きくなっており、全ての形成孔２２の下部が補助プレート１５で塞がれる。補助プレート１５は、突出部３を形成する際に、伸びてきた流入金属１２１（図１２，１３参照）と接触しないか、わずかに接触する位置関係になっている。
【0031】
本例で、形成部２１の４隅の外側には、それぞれ上型１３、下型１２、補助プレート１５を貫く孔が貫通している。この各孔は、上型１３における上型ノックピン用孔２５、下型１２における下型ノックピン用孔２６、補助プレート１４における補助プレートノックピン用孔２７である。上型１３、下型１２、補助プレート１５を図２～図４に示すように組み合わせた状態では、上型１３側から、上型ノックピン用孔２５、下型ノックピン用孔２６、補助プレートノックピン用孔２７を刺し貫くようにノックピン１６（図１４参照）を挿入することができる。
【0032】
図１４に示すように、ノックピン１６は、例えば円柱状の軸状部材であり、上端部だけ径外方向にフランジ状に張り出したフランジ部２８を備えている。そして、上型１３の上型ノックピン用孔２５の上側部分の形状は段差形状の段差部２９をなしていて、段差部２９とフランジ部２８とが係合することができる。そのため、上型ノックピン用孔２５、下型ノックピン用孔２６及び補助プレートノックピン用孔２７（図４参照）を貫いてノックピン１６を挿入すると、段差部２９とフランジ部２８とが係合する。ノックピン１６は、下型１２の下方に飛び出ない長さに設定されている。また、ノックピン１６の上端面は、上型１３の上面からはみ出さないように設定されている。
【0033】
図５は、形成部２１に設けられた形成孔２２の拡大縦断面図である（図４のＢ部分の拡大図）。形成孔２２は、成形型１１の上型１３の表面に開口する開口部３１と、開口部３１に連通して成形型１１（上型１３，下型１２）の内部（奥側）に存在する内部空間３２とを備えている。内部空間３２は、上型１３に形成された上部孔３３と、下型１２に形成された下部孔３４とからなる。上部孔３３は上型１３を貫通し、下部孔３４は下型１２を貫通している。このように本実施形態では、形成孔２２は成形型１１を上下に貫通した孔だが、必ずしも貫通孔でなくともよい。しかし、貫通孔とした方がガス、空気等が抜けやすいので好ましい。
【0034】
形成孔２２は、開口部３１から成形型１１の内部に向けて真っ直ぐに伸びている。形成孔２２は、その高さＨ１が、開口部３１の径Φ１よりも大きい、縦長の形状となっている。形成孔２２は、円柱状、角柱状等の形状である。開口部３１及び上部孔３３の断面形状は、長さ方向で同一になっている。形成孔２２は、真っ直ぐに伸びていれば、先細りの錘形状でもよく、途中に段差があってもよい。形成孔２２は、折れ曲がっていたり、カーブしていたり、螺旋形状だったりすると、後記する型抜きができなくなるので、適切ではない。ここで、「真っ直ぐ」とは「曲がらないで」の意味である。つまり、形成孔２２は、成形型１１の（上型１３の）上面から垂直に伸びていなくてもよい。よって形成孔２２は、真っ直ぐであれば、開口部３１から成形型１１の内部に向けて斜めに伸びていてもよい。ただし、形成孔２２が成形型１１の内部に斜めに伸びている場合には、形成孔２２も成形型１１の内部に斜めに伸びて、形成孔２２とノックピン１６とが平行に形成される。
【0035】
形成孔２２は、開口部３１よりも奥側の断面形状が、開口部３１側の断面形状よりも大きい。具体的には、上型１３に形成された上部孔３３の断面形状よりも、下型１２に形成された下部孔３４の断面形状の方が大きい。
【0036】
形成孔２２は、開口部３１よりも奥側の下部孔３４の断面形状が、開口部３１及び上部孔３３の断面形状の外接円形状と同じ形状か、外接円形状よりも大きい形状となっている。例えば、突出部３が三角柱状の場合、形成孔２２の開口部３１及び上部孔３３の断面形状が三角形であり、奥側の下部孔３４の断面形状が、開口部３１及び上部孔３３の三角形の外接円形状と同じ形状か、開口部３１及び上部孔３３の三角形の外接円よりも大きくなっている。つまり、奥側の下部孔３４の断面形状が、開口部３１及び上部孔３３の断面形状の外接円と同一であるか、よりも大きくなっているのであれば、開口部３１の断面形状と、下部孔３４の断面形状とは異なっていてもよい。
【0037】
前記のとおり形成部２１に形成孔２２は複数形成されており、この複数の形成孔２２は、同じ方向に同じ角度で伸びている。
形成孔２２の形状、サイズ、配置、向きは、製造しようとする成形体１に設けられる突出部３の形状、サイズ、配置、向きに合わせて、適宜設定することができる。
形成孔２２の形状、サイズ、配置、向きは、製造しようとする成形体１に設けられる突出部３の形状、サイズ、配置、向きに合わせて、適宜設定することができる。
【0038】
［３．回転ツール］
図６は、本発明の実施形態に係る回転ツールの正面図である。図７は同回転ツールの先端部の底面図である。回転ツール４１は、回転しながら金属材料に押し当てることにより金属材料を軟化させる器具である。回転ツール４１は、工具鋼で形成されている。この回転ツール４１は、柱状又は錘台状を呈する基部４２、及び基部４２に連続する円錐形状の先端部４３を備えている。先端部４３の表面には螺旋溝４７が設けられている。回転ツール４１は、後記するように周方向に回転させながら金属材料に先端部４３を接触させる。
図６は、本発明の実施形態に係る回転ツールの正面図である。図７は同回転ツールの先端部の底面図である。回転ツール４１は、回転しながら金属材料に押し当てることにより金属材料を軟化させる器具である。回転ツール４１は、工具鋼で形成されている。この回転ツール４１は、柱状又は錘台状を呈する基部４２、及び基部４２に連続する円錐形状の先端部４３を備えている。先端部４３の表面には螺旋溝４７が設けられている。回転ツール４１は、後記するように周方向に回転させながら金属材料に先端部４３を接触させる。
【0039】
基部４２は、例えば円柱形状であり、その基端部側には外周側に張り出したフランジ部４４が形成され、フランジ部４４のさらに基端部側には基部４２よりさらに径サイズが小さい例えば円柱形状の基端部９１が設けられている。回転ツール４１は、基端部９１を介してマシンニングセンタ等の装置に取り付けられて使用される。
【0040】
先端部４３は、回転ツール４１の回転軸Ｃを中心とするテーパー状の側面部４５を側面に有するとともに、側面部４５よりも先端側に連続して設けられ、回転ツール４１の回転軸Ｃと直交する面形状の先端面部４６を先端に有する円錐台形状である。先端面部４６の面形状は、平面でも、曲面（凸部、凹部）でもよい。回転ツール４１は、先端部４３において、螺旋溝４７が設けられている側面部４５に連続して先端面部４６が設けられており、先端部４３の先端にピン状の突起部が設けられていない。
【0041】
先端部４３のテーパー角度θ１は、１００～１７５°である。テーパー角度θ１は、より好ましくは１１５～１６５°であり、さらに好ましくは１３０～１５５°であり、特に好ましくは１４０～１４５°である。
【0042】
螺旋溝４７は、回転ツール４１の中心側から螺旋状に周回しながら外周方向に広がるように設けられている。螺旋溝４７の周回回数は、好ましくは１周以上、より好ましくは２周以上、さらに好ましくは３周以上、特に好ましくは５周以上である。螺旋溝４７は、１本の螺旋溝が周回することによって形成されていてもよく、２本以上の螺旋溝が互いに並行しながら周回することによって形成されていてもよい。
【0043】
図８は、螺旋溝４７の拡大縦断面図である。螺旋溝４７は、回転ツール４１の回転軸Ｃ（図５）と略平行な方向に延びる段差側面５１と、回転軸Ｃと略垂直な方向に向いた段差底面５２とからなる段差部５３を有している。回転ツール４１を回転軸を通る平面で断面視した場合、段差部５３は側面部４５を螺旋状に周回しながら、周回違いの段差部５３の段差側面５１と段差底面５２とが隣接して、繰り返し形成されている。具体的には、段差部５３が螺旋状に周回することで、外周側から、第一段差側面５１ａと第一段差底面５２ａとからなる第一段差部５３ａ、第二段差側面５１ｂと第二段差底面５２ｂとからなる第二段差部５３ｂ、第三段差側面５１ｃと第三段差底面５２ｃとからなる第三段差部５３ｃがこの順で形成されているとする。この場合、第二段差部５３ｂの第二段差底面５２ｂが、先端部４３の外周側に位置する第一段差部５３ａの第一段差側面５１ａと隣接している。また、第二段差部５３ｂの第二段差側面５１ｂが、先端部４３の内周側に位置する第三段差部５３ｃの第三段差底面５２ｃと隣接している。このように、段差部５３は、側面部４５において螺旋状に周回しながら隣接して繰り返し形成されており、隣接する段差部５３の間には、テーパー状の先端部４３のテーパー角度で形成されるテーパー面が存在しないようになっている。
【0044】
段差底面５２には、回転軸Ｃの方向に凹んだ凹部５４が設けられている。段差底面５２と凹部５４によって、段差底部５５を構成している。すなわち、段差部５３は側面部４５を螺旋状に周回しながら、第二段差部５３ｂの第二段差底部５５ｂが外周に位置する第一段差部５３ａの第一段差側面５１ａと隣接し、第二段差部５３ｂの第二段差側面５１ｂが内周に位置する第三段差部５３ｃの第三段差底部５５ｃと隣接して繰り返し形成されている。段差底面５２の外周側に位置する段差側面５１と、当該段差底面５２に設けられている凹部５４とによって、ツールの先端側に向けて回転軸Ｃの方向に張り出した張出部５６が形成される。このように螺旋溝４７の形状は、ステップ状（段差形状）ではなく、ネジ形状でもない。
【0045】
螺旋溝４７に設けられた凹部５４の断面形状は、本実施形態では円弧状になっているが、楕円状、長方形状、三角形状等であってもよい。凹部５４への金属材料が貯まってしまうことを抑制する観点からは、凹部５４の断面形状は、円弧状であることが好ましい。
【0046】
凹部５４は、段差底面５２の全体に設けられていてもよく、段差底面５２の内周側の端部又は外周側の端部との間隔をあけて設けられることで段差底面５２の一部に設けられていてもよい。段差底面５２の内周側の端部との間隔をあけて凹部５４が設けられることで、内周側段差底面５７が形成される。段差底面５２の外周側の端部との間隔をあけて凹部５４が設けられることで、外周側段差底面５８が形成される。段差底面５２の外周側の端部に凹部５４が設けられることで、張出部５６は、ツールの先端側に向けて尖った形状となる。段差底面５２の外周側の端部に凹部５４が設けられている場合には、張出部５６が尖っていることで摩耗を受けやすくなる。このため、凹部５４は、段差底面５２の外周側の端部との間隔をあけて、外周側段差底面５８が形成されていることが好ましい。本実施形態では、段差底面５２において。凹部５４が設けられているその両側には、凹部５４が形成されていない平坦な部分である、内周側段差底面５７及び外周側段差底面５８が残っている。
【0047】
凹部５４は、当該凹部５４が設けられている段差底面５２の外周側に位置する段差底面５２の高さよりも低い（浅い）ことが好ましい。また、凹部は、当該凹部５４が設けられている段差底面５２の外周側に位置する段差部５３に形成される張出部５６の高さよりも低い（浅い）ことが好ましい。また、凹部５４が設けられている段差底部５５において、凹部５４の深さは、段差側面５１の高さよりも低い（小さい）ことが好ましい。これにより、凹部５４に金属材料が溜まってしまうことを抑制することができ、先端部４３によって金属材料を均一に押し出しやすくなる。
【0048】
螺旋溝４７の深さＨ２は、０．２ｍｍ～１．５ｍｍである。深さＨ２は、回転ツール４１の回転軸Ｃの方向において、段差底面５２に設けられた凹部５４の最も凹んだ部分と、当該段差底面５２の内周側で隣接している段差側面５１の張出部５６の最も張り出した部分との間の長さを意味する。深さＨ２は、より好ましくは０．３～１．３ｍｍであり、さらに好ましくは０．５～１．２ｍｍである。螺旋溝４７の深さＨ２は、先端部４３の高さの５～３０％とするのが好ましく、８～２７％とするのがより好ましく、１１～２５％とするのがさらに好ましい。
【0049】
螺旋溝４７のピッチ（間隔）Ｐ１は、０．５～２．５ｍｍである。ピッチＰ１は、回転ツール４１の回転軸Ｃに垂直な面において、回転軸Ｃの中心側から螺旋状に周回して外側に広がりながら形成されている螺旋溝４７の平均間隔を意味する。ピッチＰ１は、より好ましくは０．７～２．０ｍｍであり、さらに好ましくは１．０～１．８ｍｍである。螺旋溝４７のピッチは、先端部４３の直径の２～１５％とするのが好ましく、４～１０％とするのがより好ましく、５～９％とするのがさらに好ましい。
【0050】
［４．突出部の形成方法］
次に、成形型１１及び回転ツール４１を用いて成形体１を製造する突出部の形成方法（成形体の製造方法）について順を追って説明する。
次に、成形型１１及び回転ツール４１を用いて成形体１を製造する突出部の形成方法（成形体の製造方法）について順を追って説明する。
【0051】
（配置工程）
図９は、本実施形態の突出部の形成方法における配置工程を説明する縦断面図である。まず、図２～図４に示すような状態に成形型１１を組み合わせる。すなわち、上型１３を下型１２の上に位置合わせして載置し、補助プレート収納部２３に補助プレート１５を挿入して、これらを上下に貫通するように前記のとおり４本のノックピン１６を差し入れる。そして、上型１３の上面１４の形成部２１の全域（図４）、及び全ノックピン１６の範囲をカバーできるように、例えば板状の金属材料１０１をその一方の面１０２を上面１４に当接させた状態で配置する。そして、この状態で各部が位置ずれしないように所定の治具（図面不図示）で固定する。金属材料１０１としては、前記のとおりアルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金などを使用できるが、本実施形態ではアルミニウム合金の展伸材を用いている。
図９は、本実施形態の突出部の形成方法における配置工程を説明する縦断面図である。まず、図２～図４に示すような状態に成形型１１を組み合わせる。すなわち、上型１３を下型１２の上に位置合わせして載置し、補助プレート収納部２３に補助プレート１５を挿入して、これらを上下に貫通するように前記のとおり４本のノックピン１６を差し入れる。そして、上型１３の上面１４の形成部２１の全域（図４）、及び全ノックピン１６の範囲をカバーできるように、例えば板状の金属材料１０１をその一方の面１０２を上面１４に当接させた状態で配置する。そして、この状態で各部が位置ずれしないように所定の治具（図面不図示）で固定する。金属材料１０１としては、前記のとおりアルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金などを使用できるが、本実施形態ではアルミニウム合金の展伸材を用いている。
【0052】
（形成工程）
配置工程の後、形成工程を実施する。図１０は、本実施形態の突出部の形成方法における形成工程を説明する縦断面図である。金属材料１０１の一方の面１０２とは異なる他方の面１０３（上面）に回転軸Ｃを中心に回転する（黒線矢印）回転ツール４１を押し当てながら、回転ツール４１を金属材料１０１上で金属材料１０１の他方の面１０３と平行な方向に移動させる（白抜き矢印）。なお、本実施形態では、一方の面１０２と他方の面１０３とは対向する位置関係にあるが、金属材料１０１に後記する塑性流動を適切に生じさせることができれば、これらの面の配置関係は変更してもよい。
配置工程の後、形成工程を実施する。図１０は、本実施形態の突出部の形成方法における形成工程を説明する縦断面図である。金属材料１０１の一方の面１０２とは異なる他方の面１０３（上面）に回転軸Ｃを中心に回転する（黒線矢印）回転ツール４１を押し当てながら、回転ツール４１を金属材料１０１上で金属材料１０１の他方の面１０３と平行な方向に移動させる（白抜き矢印）。なお、本実施形態では、一方の面１０２と他方の面１０３とは対向する位置関係にあるが、金属材料１０１に後記する塑性流動を適切に生じさせることができれば、これらの面の配置関係は変更してもよい。
【0053】
図１１は、本実施形態の突出部の形成方法における形成工程を説明する平面図である。回転ツール４１の金属材料１０１上での移動始点１１１は、上型１３の形成部２１（図２、図４）が形成されている領域の中央部である。そして、移動始点１１１から始まる回転ツール４１の金属材料１０１上での移動軌跡１１２は、本例では中央部から始まる渦巻状である。回転ツール４１の移動によって形成された塑性化領域を所定のピッチ（数ミリ程度）で重複させながら、徐々に外側に向けて移動させて行く。すなわち、移動軌跡１１２は、軌跡が交差しないように中央部の周囲を移動する曲線となっている。本実施形態では、移動軌跡１１２は、中央部の周囲を移動しながら中央部からの距離が漸増する円形状の渦巻曲線となっているが、長円形状、または楕円形状の渦巻曲線であってもよい。この移動軌跡１１２はあくまでも一例であり、様々な形状の移動軌跡を実施することができる。例えば、移動軌跡１１２は、直線状に設定してもよく、移動方向を変更しながら中央部の周囲を移動する直線として設定してもよい。また、移動軌跡１１２の移動始点を外側に設定して、移動終点を型１３の形成部２１が形成されている領域の中央部に設定してもよい。この移動軌跡１１２の終点は、例えば、少なくとも全ての形成孔２２（図２、図４、図５）の直上又はその近傍を回転ツール４１が通過した後の位置である。摩擦鍛造は、移動軌跡１１２の始点から終点まで連続的に行うことが好ましい。ここで回転ツール４１の移動軌跡１１２が左回りの軌跡の場合、回転ツール４１を右回転させて、回転ツール４１の移動軌跡１１２が右回りの軌跡の場合、回転ツール４１を左回転させる。図１１の例では後者である。
【0054】
図１２は、本実施形態の突出部の形成方法における形成工程を説明する拡大縦断面図である。回転する回転ツール４１の先端部４３が金属材料１０１に押し当てられることにより、金属材料１０１は回転ツール４１により摩擦されて塑性流動を起こして軟化する。形成工程では、先端部４３が金属材料１０１の他方の面１０３と当接するように、回転ツール４１の押し込み量を設定する。このとき、先端部４３の全体が金属材料１０１の他方の面１０３よりも深く挿入されずに、先端部４３と基部４２との境界位置が金属材料１０１の他方の面１０３と同程度の高さとなるか、または、先端部４３と基部４２との境界位置が金属材料１０１の他方の面１０３よりも浅く、先端部４３の基部４２側が露出した状態となるように押し込み量を設定することが好ましい。軟化した金属材料（塑性流動材）１０１は、形成孔２２に流入し、この流入した流入金属１２１は開口部３１及び上部孔３３により断面形状が成形された状態で、内部空間３２の奥側に伸びる。このとき、下部孔３４の断面形状は開口部３１及び上部孔３３の断面形状よりも大きく、下部孔３４の径は開口部３１の径Φ１（図５）と一部同一であるかより大きくなっているので、内部空間３２の奥側に伸びた流入金属１２１の外周面と下部孔３４の内周面との間に隙間が生じる。
【0055】
このように、金属材料１０１を軟化させてその一部を形成孔２２に流入させた後、所定時間が経過すると、軟化していた金属材料１０１が冷却固化する。すると、流入金属１２１は突出部３となり、成形型１１上に残存した金属材料１０１は基体２となって、基体２から突出部３が突出した前記の成形体１を一体形成することができる。
【0056】
回転ツール４１を金属材料１０１に押し当て移動するときの諸条件は目的等に応じて様々に設定することができる。このような条件としては、回転ツール４１の回転速度、回転ツール４１の移動速度、隣り合う塑性化領域同士のピッチ、回転ツール４１の金属材料１０１に対する押込み量、押し込み荷重等があげられる。特に、回転ツール４１の押込み量を制御することによって、複数の突出部３の高さを揃えたり、異ならせたりすることが可能となる。
【0057】
突出部３を形成する際に、伸びてきた流入金属１２１は、補助プレート１４と接触しない程度の高さまで形成することが望ましい。言い換えれば、流入金属１２１は、下部孔３４の全長に達しない程度の高さまで形成することが好ましい。流入金属１２１が補助プレート１５と接触しないことで、流入金属１２１と補助プレート１５との接触によって起こる、流入金属１２１及び突出部３が折れ曲がったり潰れたりといった変形を防ぐことができる。ただし、複数の突出部３の高さを揃える観点からは、流入金属１２１を補助プレート１５にわずかに接触させるようにしてもよい。
【0058】
（離脱工程）
形成工程の後、離脱工程を実施する。図１３、図１４は、本実施形態の突出部の形成方法における離脱工程を説明する縦断面図である。図１３に示すように、まず、補助プレート収納部２３から補助プレート１４を除去して、補助プレート１５を除去した成形型１１を上下逆転して、成形型１１の両側から張り出している支持部７１を台座部７２の上に支持させて、成形型１１を上下逆転した状態で支持させる。そして、補助プレート１５を除去したことでノックピン１６の先端側がむき出しとなっている補助プレート収納部２３内に、補助プレート１５と同寸法であって、前記の補助プレートノックピン用孔２７のような孔の形成されていない補助用治具７３を差し込んでいく。この場合、補助用治具７３を必要に応じてハンマー等で上から叩いてもよい。
形成工程の後、離脱工程を実施する。図１３、図１４は、本実施形態の突出部の形成方法における離脱工程を説明する縦断面図である。図１３に示すように、まず、補助プレート収納部２３から補助プレート１４を除去して、補助プレート１５を除去した成形型１１を上下逆転して、成形型１１の両側から張り出している支持部７１を台座部７２の上に支持させて、成形型１１を上下逆転した状態で支持させる。そして、補助プレート１５を除去したことでノックピン１６の先端側がむき出しとなっている補助プレート収納部２３内に、補助プレート１５と同寸法であって、前記の補助プレートノックピン用孔２７のような孔の形成されていない補助用治具７３を差し込んでいく。この場合、補助用治具７３を必要に応じてハンマー等で上から叩いてもよい。
【0059】
図１４に示すように、補助プレート収納部２３内に補助用治具７３に差し込んでいくことで、補助用治具７３によりノックピン１６が押し込まれる。これにより、ノックピン１６の先端を形成孔２２側から金属材料１０１の一方の面１０２に押し当てて、金属材料１０１を成形型１１から剥がし、突出部３を型抜きする。こうして完成した成形体１を成形型１１から型抜きすることができる。
【0060】
以上のようにして成形体１を製造することができる。図１の例では、成形体１の突出部３の形状は断面が円形状のものを例示した。図１５～図１７は、いずれも突出部の他の形状の例を示す平面図である。図１５は、突出部３の形状が矩形状であり、複数の突出部３が六角格子状に配置されて、六角格子を形成する互いに交差しない三辺のうちの一辺に対して矩形の向きが平行になっている例である。図１６は、突出部３の形状が図１５と同じ矩形状であり、六角格子状に配置されているが、その矩形の向きが図１５とは異なっており、六角格子を形成する互いに交差しない三辺のいずれとも矩形の向きが平行になっておらず傾いている例である。図１７は、突出部３の形状が三角形状であり、複数の突出部３が六角格子状に配置されて、六角格子を形成する互いに交差しない三辺のうちの一辺では三角形の向きが揃っているが、平行な一辺ごとに三角形の向きが交互に入れ替わっている例である。
【0061】
これらの形状は、成形型１１の開口部３１の形状を所望のものとすることで制御することができる。図１８～２０は、開口部の形状の例を示す平面図である。図１８は、矩形状の開口部３１の例である。図１９は、略水滴形状の開口部３１の例である。図２０は、両端部を鋭くした略楕円形状（扁平形状）の開口部３１の例である。このように、開口部３１の形状を変えることで、所望の断面形状の突出部３を形成することができる。
【0062】
［５．作用効果］
以上説明した本実施形態の突出部の形成方法（成形体の製造方法）によれば、次のような作用効果を奏することができる。
前記特許文献１の鍛造工法では加工すべき金属材料の全体を加圧していた。これに対して、本実施形態では、回転する回転ツール４１を用いた摩擦鍛造により、金属材料１０１を部分的に加圧することができる。また、本実施形態によれば、回転ツール４１の回転速度、回転ツール４１の移動速度、隣り合う移動軌跡１１２間のピッチ、回転ツール４１の金属材料１０１に対する押込み量等の条件の制御と、成形型１１の設計によって、突出部３のサイズ、ピッチ、又は高さを部分的に変化させることができる。また、成形型１１に設けられる形成孔２２の個数、形状、サイズ、配置等を変化させることができる。従って、本実施形態によれば、これらの摩擦鍛造の条件と成形型１１に応じて、各突出部３の高さを揃えた成形体１を製造することができる。また、本実施形態によれば、摩擦鍛造の条件と成形型１１に応じて、所望の部位の突出部３の形状、サイズ、ピッチ、又は高さを部分的に他の部分と異ならせた成形体１を製造することもできる。
以上説明した本実施形態の突出部の形成方法（成形体の製造方法）によれば、次のような作用効果を奏することができる。
前記特許文献１の鍛造工法では加工すべき金属材料の全体を加圧していた。これに対して、本実施形態では、回転する回転ツール４１を用いた摩擦鍛造により、金属材料１０１を部分的に加圧することができる。また、本実施形態によれば、回転ツール４１の回転速度、回転ツール４１の移動速度、隣り合う移動軌跡１１２間のピッチ、回転ツール４１の金属材料１０１に対する押込み量等の条件の制御と、成形型１１の設計によって、突出部３のサイズ、ピッチ、又は高さを部分的に変化させることができる。また、成形型１１に設けられる形成孔２２の個数、形状、サイズ、配置等を変化させることができる。従って、本実施形態によれば、これらの摩擦鍛造の条件と成形型１１に応じて、各突出部３の高さを揃えた成形体１を製造することができる。また、本実施形態によれば、摩擦鍛造の条件と成形型１１に応じて、所望の部位の突出部３の形状、サイズ、ピッチ、又は高さを部分的に他の部分と異ならせた成形体１を製造することもできる。
【0063】
前記の特許文献１の鍛造工法では、大きな鍛造機と複雑な鍛造型が必要であったのに対して、本実施形態によれば、形成孔２２を有する簡単な成形型１１と通常のマシニングセンタを利用して突出部３を形成することができる。従って、本実施形態によれば、突出部３を有する成形体１を低製造コストで製造することができる。
【0064】
形成孔２２は、開口部３１から成形型１１の内部に向けて真っ直ぐに伸びている。そして、形成孔２２は、その高さＨ１が、開口部３１の径Φ１よりも大きい。そのため、金属材料１０１から生じた塑性流動材の形成孔２２内への流動をスムーズに行わせて、開口部３１の形状に合った突出部３を真っ直ぐに形成することができる。これにより、突出部３を形成孔２２内から離脱させる作業をスムーズに行うことができる。
【0065】
ここで、例えば、形成孔２２の内部空間の形状が、径が一定の柱状や先細りのテーパー状等であった場合は、突出部３が形成孔２２の奥側の内壁面と接触するため型抜きしにくくなるという問題がある。また、形成孔が先細り形状だと、突出部３の形成時に突出部３に対する圧力が上がり、突出部３の形成が困難になるという問題がある。
これに対し本実施形態の形成孔２２は、開口部３１よりも奥側の断面形状が、開口部３１側の断面形状よりも大きい。具体的には、上型１３に形成された上部孔３３の断面形状よりも、下型１２に形成された下部孔３４の断面形状の方が大きい。これにより、下部孔３４内では突出部３との間に空間ができるので成形後の突出部３の型抜きが行い易い。また、成形段階においても塑性流動材が下部孔３４に接触しないため、成形精度を高めることができる。
これに対し本実施形態の形成孔２２は、開口部３１よりも奥側の断面形状が、開口部３１側の断面形状よりも大きい。具体的には、上型１３に形成された上部孔３３の断面形状よりも、下型１２に形成された下部孔３４の断面形状の方が大きい。これにより、下部孔３４内では突出部３との間に空間ができるので成形後の突出部３の型抜きが行い易い。また、成形段階においても塑性流動材が下部孔３４に接触しないため、成形精度を高めることができる。
【0066】
形成孔２２は、開口部３１よりも奥側の下部孔３４の断面形状が、開口部３１の断面形状の外接円形状と同じ形状か、開口部３１の断面形状の外接円形状よりも大きい形状となっている。よって、成形後の突出部３の型抜きが行い易い。
【0067】
成形型１１は、下型１２と上型１３とが別体として構成されており、上型１３に開口部３１及び上部孔３３を設け、下型１２に下部孔３４を設けている。これにより、例えば、突出部３の断面形状を変更したい場合は、下型１２はそのままで、所望の形状の開口部３１及び上部孔３３を備えた上型１３を取り換えるだけでよい。つまり、成形型１１によれば、様々な断面形状を備えた突出部３を容易に成形することができる。
【0068】
また、例えば、下型１２の下部孔３４をエンドミル加工によって断面丸形状に作製して、上型１３の上部孔３３をワイヤーカットによって断面三角形状に作製することができる。このように、下型１２と上型１３とが別体として構成されていることで、下型１２と上型１３とが一体として構成されている場合に比して、開口部３１及び上部孔３３と、下部孔３４とを、それぞれ加工方法を使い分けることで形状が異ならせることができる。これにより、成形型１１の形状の自由度が増している。
【0069】
また、流入金属１２１が上部孔３３に付着することを避けるためには上型１３の厚さが過度に厚くならないようにする必要がある。一方、上型１３が薄い場合には、形成工程において回転ツール４１からの荷重を受けた上型１３が撓み、突出部３が変形を受けたり、突出部３が上型１３から抜けなくなったりすることがある。下型１２と上型１３とが別体として構成されており、回転ツール４１からの荷重を上型１３で受けながら、下型１２で回転ツール４１と反対側から荷重を支えるようにすることで、上型１３の変形を抑えることができる。
【0070】
また、回転ツール４１からの荷重を受ける上型１３は、比較的に下型１２よりも摩耗や損傷を受けやすい。下型１２と上型１３とが別体として構成されていることで、上型１３が摩耗や損傷を受けた場合であっても、上型１３のみを交換することで、成形型１１の修理費を引き下げることができる。
【0071】
形成部２１に形成孔２２は複数形成されており、この複数の形成孔２２は、同じ方向に同じ角度で伸びている。そのため、形成孔２２が複数存在しても、形成孔２２から突出部３を容易に型抜きすることができる。
【0072】
ここで、例えば、回転ツール４１の先端部４３の形状が、段差形状（ステップ形状）が螺旋状に設けられているような場合や、あるいは、ネジ形状であった場合には、塑性材料の巻き込みが不足するとともに、形成孔２２側に流入させるための押圧力も小さくなるというおそれがある。これに対し、本実施形態の回転ツール４１は、柱状又は錘台状を呈する基部４２、及び基部４２に連続する円錐形状の先端部４３を備えている。そして先端部４３の表面には螺旋溝４７が設けられている。そのため、螺旋溝４７が設けられた先端部４３を金属材料１０１に接触させることで、螺旋溝４７より塑性材料を掻き込んで形成孔２２に流入させやすくすることができる。
【0073】
例えば、回転ツールの先端が、先細った形状である場合は、回転ツールの先端から回転軸Ｃの向きに押す金属材料の量が減ってしまうおそれがある。これに対し、本実施形態では、先端部４３が、回転ツール４１の回転軸Ｃを中心とするテーパー状の側面部４５を側面に有するとともに、回転ツール４１の回転軸Ｃと直交する先端面部４６を先端に有する円錐台形状である。すなわち、側面部４５によって導かれた塑性流動材を、回転ツール４１の先端面部４６で形成孔２２方向に押し込むことができるため、突出部３を安定して形成することができる。また、本実施形態の回転ツール４１は円錐台形状であることにより、回転ツールの先端が先細った形状である場合に比して、回転ツール４１を離脱させた際の抜き穴が残りにくくなっている。これにより、成形体１の設計自由度を向上させることができる。また、抜き穴を取り除くための切削加工といった後加工を省略することで、生産性を向上させることができる。
【0074】
螺旋溝４７は、回転ツール４１の回転軸Ｃと略平行な方向に延びる段差側面５１と、回転軸Ｃと略垂直な方向に向いた段差底面５２とからなる段差部５３を有している。この段差部５３は側面部４５を螺旋状に周回しながら、段差部５３ｂの段差底面５２ｂが、先端部４３の外周側に位置する段差部５３ａの段差側面５１ａと隣接し、段差部５３ｂの段差側面５１ｂが、先端部４３の内周側に位置する段差部５３ｃの段差底面５２ｃと隣接して、繰り返し形成されている。段差底面５２には、回転軸Ｃの方向に凹んだ凹部５４が設けられている。このような螺旋溝４７の形状により、金属材料１０１を掻き込んで、回転ツール４１の先端側に導く性能を高めることができる。
【0075】
螺旋溝４７の深さＨ２は、０．１～１．０ｍｍである。これにより、螺旋溝４７を介して塑性材料を先端部４３の先端側に導いて、突出部３を形成しやすくすることができる。
先端部４３のテーパー角度θ１は、１００～１７５°である。これにより、先端部４３と金属材料１０１との接触面積が増加することで、塑性材料を先端部４３の先端側に導いて、突出部３を形成しやすくすることができる。
先端部４３のテーパー角度θ１は、１００～１７５°である。これにより、先端部４３と金属材料１０１との接触面積が増加することで、塑性材料を先端部４３の先端側に導いて、突出部３を形成しやすくすることができる。
【0076】
形成工程においては、回転ツール４１の移動軌跡１１２が左回りの軌跡の場合、回転ツール４１を右回転させて、回転ツール４１の移動軌跡１１２が右回りの軌跡の場合、回転ツール４１を左回転させる。これにより、回転ツール４１の回転（自転）に伴って、塑性流動を引き起こしていない部分の金属材料１０１を、回転ツール４１の移動軌跡１１２の内周側に引き込むことができる。
【0077】
形成工程においては、回転ツール４１の押込み量を制御することによって、複数の突出部３の高さを揃えることが可能となる。当該根拠については、実施例にて説明する。
【0078】
［６．その他］
以上本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨に反しない範囲において適宜設計変更が可能である。
以上本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨に反しない範囲において適宜設計変更が可能である。
【0079】
上述した実施形態では、成形体１がヒートシンクである場合を例示して説明した。成形体１及び成形体１の製造方法は、基体２及び突出部３を備える物及びその製造方法として利用することができる。例えば、成形体１として、突出部３を足場として利用する支持台が上げられる、また、成形体１として、突出部３を壁状に形成した筐体（ケース）が挙げられる。
【0080】
上述した実施形態では、成形型１１は、下型１２と上型１３とが別体として構成されている場合を例示して説明した。成形型１１は、下型１２と上型１３とが一体として構成されていてもよい。
【0081】
上述した実施形態では、回転ツール４１は、基部４２に円錐形状の先端部４３を備えている場合を例示して説明した。回転ツール４１は、塑性材料を形成孔２２に流入させることができるものであれば限定されない。例えば、回転ツール４１は、基部４２の先端に位置する底面部に平坦面または凹曲面を有する円柱形状であってもよい。ただしこの場合、塑性材料を掻き込んで形成孔２２に流入させやすくする観点から、基部４２の底面部に渦巻状の溝を有することが好ましい。
【実施例0082】
以下では、本発明の実施例を中心に様々な実験データの内容について説明する。
＜実験データ１＞
次のような内容の実施例１と比較例１，２とで比較を行った。以下の各実施例、比較例で使用した成形型１１では、断面が円形の突出部３を形成する場合は、開口部３１の径が２．０ｍｍで、下部孔３４の径が２．２ｍｍである。
＜実験データ１＞
次のような内容の実施例１と比較例１，２とで比較を行った。以下の各実施例、比較例で使用した成形型１１では、断面が円形の突出部３を形成する場合は、開口部３１の径が２．０ｍｍで、下部孔３４の径が２．２ｍｍである。
【0083】
（実施例１）
図６～８を参照して説明した回転ツール４１であって、テーパー角度等が異なる２種類の回転ツール４１をそれぞれ用意して、前記した成形体１の製造を行った。２種類の回転ツール４１はともに、基部４２の径サイズが２０ｍｍ、先端面部４６の径サイズが３ｍｍであり、螺旋溝４７のピッチが１．５ｍｍである。第一の回転ツール４１は、先端部４３のテーパー角度θ１が１２０°であり、先端部４３の高さが５．８ｍｍであり、螺旋溝４７の深さＨ２が０．８７ｍｍである。第二の回転ツール４１は、先端部４３のテーパー角度θ１が１３５°であり、螺旋溝４７の深さＨ２が０．６２ｍｍであり、先端部４３の高さが４．１ｍｍである。なお、使用する金属材料１０１は以下の全てのデータにおいてアルミニウム合金Ａ１０５０からなる、厚さ６ｍｍの板材である。回転ツール４１の駆動条件は、回転数が３０００ｒｐｍ、移動速度が５００ｍｍ／ｍｉｎ、金属材料１０１への押込み量を３．６ｍｍとした。回転ツール４１の移動始点１１１を形成部２１が形成されている領域の中央部とした。また、回転ツール４１の移動軌跡１１２は、中央部から始まり外側に向けて回転しながら広がる、ピッチが３ｍｍの渦巻状とした。押込み量は、金属材料１０１の他方の面１０３から先端面部４６までの距離である。
図６～８を参照して説明した回転ツール４１であって、テーパー角度等が異なる２種類の回転ツール４１をそれぞれ用意して、前記した成形体１の製造を行った。２種類の回転ツール４１はともに、基部４２の径サイズが２０ｍｍ、先端面部４６の径サイズが３ｍｍであり、螺旋溝４７のピッチが１．５ｍｍである。第一の回転ツール４１は、先端部４３のテーパー角度θ１が１２０°であり、先端部４３の高さが５．８ｍｍであり、螺旋溝４７の深さＨ２が０．８７ｍｍである。第二の回転ツール４１は、先端部４３のテーパー角度θ１が１３５°であり、螺旋溝４７の深さＨ２が０．６２ｍｍであり、先端部４３の高さが４．１ｍｍである。なお、使用する金属材料１０１は以下の全てのデータにおいてアルミニウム合金Ａ１０５０からなる、厚さ６ｍｍの板材である。回転ツール４１の駆動条件は、回転数が３０００ｒｐｍ、移動速度が５００ｍｍ／ｍｉｎ、金属材料１０１への押込み量を３．６ｍｍとした。回転ツール４１の移動始点１１１を形成部２１が形成されている領域の中央部とした。また、回転ツール４１の移動軌跡１１２は、中央部から始まり外側に向けて回転しながら広がる、ピッチが３ｍｍの渦巻状とした。押込み量は、金属材料１０１の他方の面１０３から先端面部４６までの距離である。
【0084】
その結果、具体的な図示は省略するが、テーパー角度θ１が１２０°の第一の回転ツール４１を用いた場合は、突出部３の平均高さが約６ｍｍの成形体１を製造できた。
テーパー角度θ１が１３５°の第二の回転ツール４１を用いた場合は、突出部３の平均高さが約８ｍｍの成形体１を製造できた。
テーパー角度θ１が１３５°の第二の回転ツール４１を用いた場合は、突出部３の平均高さが約８ｍｍの成形体１を製造できた。
【0085】
（比較例１）
図２１は、比較例１として使用するショルダーレスタイプの摩擦攪拌接合用の回転ツールの先端部分の正面図である。この回転ツール２０１は、回転ツール４１の代わりに使用するもので、円柱状の基部２０２と、基部２０２に連続する円錐形状の先端部２０３を備えている。先端部２０３は、テーパー状の側面部２０４を側面に有するとともに、先端に先端面部２０５を有する円錐台形状である。本比較例１では、先端部２０３のテーパー角度θ２が１０５°のものと１２０°のものとを用意した。回転ツール２０１が回転ツール４１の構成と大きく異なるのは、回転ツール４１が前記したような螺旋溝４７を形成しているのに対して、回転ツール２０１では、螺旋溝ではなく、回転ツール２０１の回転軸と略平行な方向に延びる段差側面と、回転軸と略垂直な方向に向いた段差底面とからなる、階段状の段差（図面不図示）を側面部２０４に形成している点である。基部２０２の径サイズが１４ｍｍ、先端面部２０５の径サイズが１．５ｍｍであり、段差のピッチが０．７５ｍｍであり、先端部２０３のテーパー角度θ２が１０５°と１２０°である２種類の回転ツール２０１をそれぞれ用意した。
図２１は、比較例１として使用するショルダーレスタイプの摩擦攪拌接合用の回転ツールの先端部分の正面図である。この回転ツール２０１は、回転ツール４１の代わりに使用するもので、円柱状の基部２０２と、基部２０２に連続する円錐形状の先端部２０３を備えている。先端部２０３は、テーパー状の側面部２０４を側面に有するとともに、先端に先端面部２０５を有する円錐台形状である。本比較例１では、先端部２０３のテーパー角度θ２が１０５°のものと１２０°のものとを用意した。回転ツール２０１が回転ツール４１の構成と大きく異なるのは、回転ツール４１が前記したような螺旋溝４７を形成しているのに対して、回転ツール２０１では、螺旋溝ではなく、回転ツール２０１の回転軸と略平行な方向に延びる段差側面と、回転軸と略垂直な方向に向いた段差底面とからなる、階段状の段差（図面不図示）を側面部２０４に形成している点である。基部２０２の径サイズが１４ｍｍ、先端面部２０５の径サイズが１．５ｍｍであり、段差のピッチが０．７５ｍｍであり、先端部２０３のテーパー角度θ２が１０５°と１２０°である２種類の回転ツール２０１をそれぞれ用意した。
【0086】
回転ツール２０１の駆動条件は、回転数が３０００ｒｐｍ、移動速度が５００ｍｍ／ｍｉｎ、金属材料１０１への押込み量を３．８ｍｍとした。回転ツール２０１の移動始点１１１を形成部２１が形成されている領域の中央部とした。また、回転ツール２０１の移動軌跡は、中央部から始まり外側に向けて回転しながら広がる、ピッチが３ｍｍの渦巻状とした。このような条件で回転ツール４１に代えて回転ツール２０１を用い、前記の成形型１１を用いて前記実施形態と同様の工程で成形体１を製造した。
その結果、テーパー角度θ２が１０５°の回転ツール２０１を使用した場合は、製造した成形体１の突出部３の平均高さは約１ｍｍとなった。
その結果、テーパー角度θ２が１０５°の回転ツール２０１を使用した場合は、製造した成形体１の突出部３の平均高さは約１ｍｍとなった。
【0087】
テーパー角度θ２が１２０°の回転ツール２０１を使用した場合は、製造した成形体１の突出部３の平均高さは約２ｍｍとなった。
【0088】
（比較例２）
図２２は、比較例２に使用する摩擦攪拌接合用の回転ツールの先端部の正面図となる図面代用写真である。この回転ツール２１１は、ロート型のツールである。回転ツール２１１の先端部２１２は、テーパー状の基端部２１３と、基端部２１３に連続するテーパー状の先端部２１４とを備えている。基端部２１３のテーパー角度は１５０°であり、先端部２１４のテーパー角度は６０°である。基端部２１３のテーパー角度は、先端部２１４のテーパー角度よりも大きくなっている。基端部２１３には階段状の段差が形成され、先端部２１４にはねじ状の溝が形成されている。回転ツール２１１は、基部の径サイズ、すなわち基端部２１３の根元部分の径が２０ｍｍであり、先端部２１４の根元部分の径が６ｍｍであり、先端部２１４の先端に設けられた先端面部の径サイズが２ｍｍである。
図２２は、比較例２に使用する摩擦攪拌接合用の回転ツールの先端部の正面図となる図面代用写真である。この回転ツール２１１は、ロート型のツールである。回転ツール２１１の先端部２１２は、テーパー状の基端部２１３と、基端部２１３に連続するテーパー状の先端部２１４とを備えている。基端部２１３のテーパー角度は１５０°であり、先端部２１４のテーパー角度は６０°である。基端部２１３のテーパー角度は、先端部２１４のテーパー角度よりも大きくなっている。基端部２１３には階段状の段差が形成され、先端部２１４にはねじ状の溝が形成されている。回転ツール２１１は、基部の径サイズ、すなわち基端部２１３の根元部分の径が２０ｍｍであり、先端部２１４の根元部分の径が６ｍｍであり、先端部２１４の先端に設けられた先端面部の径サイズが２ｍｍである。
【0089】
回転ツール２１１の駆動条件は、回転数が３０００ｒｐｍ、移動速度が５００ｍｍ／ｍｉｎ、金属材料１０１への押込み量を３．８ｍｍとした。回転ツール２１１の移動始点１１１を形成部２１が形成されている領域の中央部とした。また、回転ツール２１１の移動軌跡は、中央部から始まり外側に向けて回転しながら広がる、ピッチが３ｍｍの渦巻状とした。このような条件で回転ツール４１に代えて回転ツール２１１を用い、前記の成形型１１を用いて実施形態と同様の工程で成形体１を製造した。
その結果、製造した成形体１の突出部３の平均高さは約０～０．５ｍｍ程度であり、ほとんど突出部３を形成することができなかった。
その結果、製造した成形体１の突出部３の平均高さは約０～０．５ｍｍ程度であり、ほとんど突出部３を形成することができなかった。
【0090】
（評価）
前記の実施例１と比較例１，２の結果を比較すると、実施例１では、充分な高さの突出部３を形成できたが、比較例１，２では、十分な高さの突出部３を形成できないか、ほとんど突出部３を形成できなかった。よって、回転ツール４１を用いた実施例１の方が比較例１，２よりも良好な結果を得ることができた。
前記の実施例１と比較例１，２の結果を比較すると、実施例１では、充分な高さの突出部３を形成できたが、比較例１，２では、十分な高さの突出部３を形成できないか、ほとんど突出部３を形成できなかった。よって、回転ツール４１を用いた実施例１の方が比較例１，２よりも良好な結果を得ることができた。
【0091】
＜実験データ２＞
回転ツール４１の押込み量を回転ツール４１の移動軌跡１１２の途上で様々に変化させ、回転ツール４１のその他の駆動条件も様々に設定して成形体１を製造する実験を行った。以下の実施例２～９では、テーパー角度θ１が１３５°の第二の回転ツール４１を用いた。
回転ツール４１の押込み量を回転ツール４１の移動軌跡１１２の途上で様々に変化させ、回転ツール４１のその他の駆動条件も様々に設定して成形体１を製造する実験を行った。以下の実施例２～９では、テーパー角度θ１が１３５°の第二の回転ツール４１を用いた。
【0092】
図２３～３０は各図が個別の実施例の内容を示している。各図において、（ａ）は、回転ツール４１における中心から始まる渦巻状の移動軌跡１１２を示し、付記されている各数字は、回転ツール４１の金属材料１０１への押込み量を示している。例えば、図２３（ａ）では、押込み量を最初に２．６ｍｍに設定し、約半周後に２．８ｍｍに設定し、約一周後に３．２ｍｍに設定する。さらに約半周ごとに３．０ｍｍ、３．４ｍｍ、３．６ｍｍに設定する。回転ツール４１の移動始点１１１を形成部２１が形成されている領域の中央部とした。また、回転ツール４１の移動軌跡１１２は、中央部から始まり外側に向けて回転しながら広がる、ピッチが３ｍｍの渦巻状とした。
【0093】
また、各図において（ｂ）は、回転ツール４１を移動させた後の金属材料１０１の平面図である図面代用写真であり、（ｃ）は、回転ツール４１の駆動により成形後の突出部の平面図である図面代用写真である。
以下の各実施例では、条件を様々に設定して各突出部３の高さを１０ｍｍに揃えることを目標として実験を行った。
以下の各実施例では、条件を様々に設定して各突出部３の高さを１０ｍｍに揃えることを目標として実験を行った。
【0094】
（実施例２）
図２３（ａ）（ｂ）（ｃ）は、実施例２の実験の内容を示す図である。実施例２では、回転ツール４１の駆動条件は、回転数が３０００ｒｐｍ、移動速度が１０００ｍｍ／ｍｉｎ、金属材料１０１への押込み量は図２３（ａ）のとおり、２．６～３．６ｍｍである。
結果としては、突出部３の高さ目標１０ｍｍに対して全体に１～３．５ｍｍ程度短くなった。突出部３の高さにはばらつきが生じた。図２３（ｃ）において破線で示す部位では他の部位に比べて突出部３の高さが大きくなった。
図２３（ａ）（ｂ）（ｃ）は、実施例２の実験の内容を示す図である。実施例２では、回転ツール４１の駆動条件は、回転数が３０００ｒｐｍ、移動速度が１０００ｍｍ／ｍｉｎ、金属材料１０１への押込み量は図２３（ａ）のとおり、２．６～３．６ｍｍである。
結果としては、突出部３の高さ目標１０ｍｍに対して全体に１～３．５ｍｍ程度短くなった。突出部３の高さにはばらつきが生じた。図２３（ｃ）において破線で示す部位では他の部位に比べて突出部３の高さが大きくなった。
【0095】
（実施例３）
図２４（ａ）（ｂ）（ｃ）は、実施例３の実験の内容を示す図である。実施例３では、回転ツール４１の駆動条件は、回転数が３０００ｒｐｍ、移動速度が１０００ｍｍ／ｍｉｎ、金属材料１０１への押込み量は図２４（ａ）のとおり、３．２～３．８ｍｍである。図２４（ａ）を図２３（ａ）と比較して明らかなように、実施例３では実施例２の場合よりも回転ツール４１の金属材料１０１への押込み量を大きくした。
図２４（ａ）（ｂ）（ｃ）は、実施例３の実験の内容を示す図である。実施例３では、回転ツール４１の駆動条件は、回転数が３０００ｒｐｍ、移動速度が１０００ｍｍ／ｍｉｎ、金属材料１０１への押込み量は図２４（ａ）のとおり、３．２～３．８ｍｍである。図２４（ａ）を図２３（ａ）と比較して明らかなように、実施例３では実施例２の場合よりも回転ツール４１の金属材料１０１への押込み量を大きくした。
【0096】
結果としては、実施例２例と比較すれば、形成された突出部３の高さは大きくなったが、それでも目標としている１０ｍｍに対して１～２ｍｍ程度短い結果となった。突出部３の高さのばらつきも残った。図２４（ｃ）において破線で示す部位では他の部位に比べて突出部３の高さが大きくなった。
【0097】
（実施例４）
図２５（ａ）（ｂ）（ｃ）は、実施例４の実験の内容を示す図である。実施例４では、回転ツール４１の駆動条件は、回転数が３０００ｒｐｍ、移動速度が７５０ｍｍ／ｍｉｎ、金属材料１０１への押込み量は図２５（ａ）のとおり、３．４～４．０ｍｍである。図２５（ａ）を図２４（ａ）と比較して明らかなように、実施例４では実施例３の場合よりも回転ツール４１の金属材料１０１への押込み量を大きくした。
図２５（ａ）（ｂ）（ｃ）は、実施例４の実験の内容を示す図である。実施例４では、回転ツール４１の駆動条件は、回転数が３０００ｒｐｍ、移動速度が７５０ｍｍ／ｍｉｎ、金属材料１０１への押込み量は図２５（ａ）のとおり、３．４～４．０ｍｍである。図２５（ａ）を図２４（ａ）と比較して明らかなように、実施例４では実施例３の場合よりも回転ツール４１の金属材料１０１への押込み量を大きくした。
【0098】
結果としては、回転ツール４１の金属材料１０１への押込み量を大きくしたことにより、突出部３の高さが実施例３よりも大きくなった。突出部３群の中央部では突出部３の目標高さである１０ｍｍを達成できたが、その外周部では突出部３の高さは小さく目標を達成できなかった。
【0099】
（実施例５）
図２６（ａ）（ｂ）（ｃ）は、実施例５の実験の内容を示す図である。実施例５では、回転ツール４１の駆動条件は、回転数が３０００ｒｐｍ、移動速度が５００ｍｍ／ｍｉｎ、金属材料１０１への押込み量は図２６（ａ）のとおりで、実施例４と同じである。実施例５では回転ツール４１の移動速度を実施例２～４よりも下げて、これにより回転ツール４１から金属材料１０１への入熱量の増加を意図した。
図２６（ａ）（ｂ）（ｃ）は、実施例５の実験の内容を示す図である。実施例５では、回転ツール４１の駆動条件は、回転数が３０００ｒｐｍ、移動速度が５００ｍｍ／ｍｉｎ、金属材料１０１への押込み量は図２６（ａ）のとおりで、実施例４と同じである。実施例５では回転ツール４１の移動速度を実施例２～４よりも下げて、これにより回転ツール４１から金属材料１０１への入熱量の増加を意図した。
【0100】
結果としては、実施例４で十分な高さにならなかった外周部の並びの突出部３の高さを大きくさせることができた。つまり、突出部３の目標高さである１０ｍｍを概ね達成できた。
【0101】
（実施例６）
図２７（ａ）（ｂ）（ｃ）は、実施例６の実験の内容を示す図である。実施例６では、回転ツール４１の駆動条件は、回転数が３０００ｒｐｍ、移動速度が７５０ｍｍ／ｍｉｎ、金属材料１０１への押込み量は図２７（ａ）のとおりであり実施例５と同様である。前記の各実施例では、断面が円形状の突出部３を形成していたが、本実施例６では、それよりも断面積が小さい断面形状が三角形状の突出部３を形成した。
結果としては、形成する突出部３の断面積の減少により、突出部３の高さを高めることができて、突出部３の高さは目標とする１０ｍｍをほぼ達成することができた。突出部３の高さのばらつきも少なかった。
図２７（ａ）（ｂ）（ｃ）は、実施例６の実験の内容を示す図である。実施例６では、回転ツール４１の駆動条件は、回転数が３０００ｒｐｍ、移動速度が７５０ｍｍ／ｍｉｎ、金属材料１０１への押込み量は図２７（ａ）のとおりであり実施例５と同様である。前記の各実施例では、断面が円形状の突出部３を形成していたが、本実施例６では、それよりも断面積が小さい断面形状が三角形状の突出部３を形成した。
結果としては、形成する突出部３の断面積の減少により、突出部３の高さを高めることができて、突出部３の高さは目標とする１０ｍｍをほぼ達成することができた。突出部３の高さのばらつきも少なかった。
【0102】
（実施例７）
図２８（ａ）（ｂ）（ｃ）は、実施例７の実験の内容を示す図である。実施例７では、回転ツール４１の駆動条件は、回転数が３０００ｒｐｍ、移動速度が７５０ｍｍ／ｍｉｎ、金属材料１０１への押込み量は図２８（ａ）のとおりであり実施例５と同様である。前記実施例４までは、断面が円形状の突出部３を形成していたが、本実施例７では、それよりも断面積が小さい断面形状が矩形状の突出部３を形成した。
図２８（ａ）（ｂ）（ｃ）は、実施例７の実験の内容を示す図である。実施例７では、回転ツール４１の駆動条件は、回転数が３０００ｒｐｍ、移動速度が７５０ｍｍ／ｍｉｎ、金属材料１０１への押込み量は図２８（ａ）のとおりであり実施例５と同様である。前記実施例４までは、断面が円形状の突出部３を形成していたが、本実施例７では、それよりも断面積が小さい断面形状が矩形状の突出部３を形成した。
【0103】
結果としては、形成する突出部３の断面積の減少により、突出部３の高さを高めることができて、突出部３の高さは目標とする１０ｍｍをほぼ達成することができた。突出部３の高さのばらつきも少なかった。
【0104】
（実施例８）
図２９（ａ）（ｂ）（ｃ）は、実施例８の実験の内容を示す図である。実施例８では、回転ツール４１の駆動条件は、回転数が３０００ｒｐｍ、移動速度が１２５０ｍｍ／ｍｉｎ、金属材料１０１への押込み量は図２９（ａ）のとおりであり、実施例５と同様である。本実施例８でも実施例６と同様の断面が三角形状の突出部３を形成した。回転ツール４１の移動速度は前記の各実施例のどれよりも速く設定した。
図２９（ａ）（ｂ）（ｃ）は、実施例８の実験の内容を示す図である。実施例８では、回転ツール４１の駆動条件は、回転数が３０００ｒｐｍ、移動速度が１２５０ｍｍ／ｍｉｎ、金属材料１０１への押込み量は図２９（ａ）のとおりであり、実施例５と同様である。本実施例８でも実施例６と同様の断面が三角形状の突出部３を形成した。回転ツール４１の移動速度は前記の各実施例のどれよりも速く設定した。
【0105】
結果としては、複数本突出している突出部３の並びの中で外周部に位置する各突出部３の高さが十分に高くならないという結果になった。これは、回転ツール４１の移動速度が速かったため、回転ツール４１から金属材料１０１への熱拡散不足が生じたからではないかと推察される。
【0106】
（実施例９）
図３０（ａ）（ｂ）（ｃ）は、実施例９の実験の内容を示す図である。実施例９では、回転ツール４１の駆動条件は、回転数が３０００ｒｐｍ、移動速度が１０００ｍｍ／ｍｉｎ、金属材料１０１への押込み量は図２９（ａ）のとおりであり実施例５と同様である。本実施例９でも実施例６と同様の断面が三角形状の突出部３を形成した。回転ツール４１の移動速度は実施例８よりは遅く設定した。
図３０（ａ）（ｂ）（ｃ）は、実施例９の実験の内容を示す図である。実施例９では、回転ツール４１の駆動条件は、回転数が３０００ｒｐｍ、移動速度が１０００ｍｍ／ｍｉｎ、金属材料１０１への押込み量は図２９（ａ）のとおりであり実施例５と同様である。本実施例９でも実施例６と同様の断面が三角形状の突出部３を形成した。回転ツール４１の移動速度は実施例８よりは遅く設定した。
【0107】
結果としては、複数本突出している突出部３の並びの中で外周部に位置する各突出部３の高さが十分に高くならないという結果になった。しかし、実施例８より回転ツール４１の移動速度を低速にしたため、実施例８の場合よりは改善した。
【0108】
（評価）
実験データ２では、突出部３の高さを１０ｍｍに揃えた成形体１を製造するという目標を立てて、様々な条件を変更して複数の実験を行った。その目的に最も合致するという点では、実施例６，７において最も適切な結果を得られた。
実験データ２の結果からは、諸条件を変更することで、成形体１から複数本突出している突出部３の高さを部位によって変更できることが明らかになった。よって、諸条件を変更することで、突出部３の高さが部位によって異なる成形体１が製造できることも示された。例えば、本発明によれば、突出部３の並びの中央部と外周部とで突出部３の高さを変えることができる。また、本発明によれば、成形型１１の設計によって、突出部３のサイズ、ピッチ等も部分的に変更することができる。
実験データ２では、突出部３の高さを１０ｍｍに揃えた成形体１を製造するという目標を立てて、様々な条件を変更して複数の実験を行った。その目的に最も合致するという点では、実施例６，７において最も適切な結果を得られた。
実験データ２の結果からは、諸条件を変更することで、成形体１から複数本突出している突出部３の高さを部位によって変更できることが明らかになった。よって、諸条件を変更することで、突出部３の高さが部位によって異なる成形体１が製造できることも示された。例えば、本発明によれば、突出部３の並びの中央部と外周部とで突出部３の高さを変えることができる。また、本発明によれば、成形型１１の設計によって、突出部３のサイズ、ピッチ等も部分的に変更することができる。
【符号の説明】
【0109】
１ 成形体（ヒートシンク）
２ 基体
３ 突出部（ピンフィン）
１１ 成形型（成形体の製造装置）
１６ ノックピン
２１ 形成部
２２ 形成孔
３１ 開口部
３２ 内部空間
４１ 回転ツール（成形体の製造装置）
４２ 基部
４３ 先端部
４５ 側面部
４６ 先端面部
４７ 螺旋溝
５１ 段差側面
５２ 段差底面
５３ 段差部
５４ 凹部
１０１ 金属材料
１０２ 一方の面
１０３ 他方の面
Ｃ 回転軸
２ 基体
３ 突出部（ピンフィン）
１１ 成形型（成形体の製造装置）
１６ ノックピン
２１ 形成部
２２ 形成孔
３１ 開口部
３２ 内部空間
４１ 回転ツール（成形体の製造装置）
４２ 基部
４３ 先端部
４５ 側面部
４６ 先端面部
４７ 螺旋溝
５１ 段差側面
５２ 段差底面
５３ 段差部
５４ 凹部
１０１ 金属材料
１０２ 一方の面
１０３ 他方の面
Ｃ 回転軸
【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】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
