蓋付容器の製造方法
【課題】蓋付容器の強度の不均衡を小さくすることができる蓋付容器の製造方法を提供することを課題とする。
【解決手段】底部１１とこの底部１１に立設された平面視矩形枠状の側壁部１２とを備えた本体部２と、本体部２の開口５を塞ぐ蓋部３と、を用意する準備工程と、側壁部１２の上面と蓋部３の下面とを突き合わせて平面視矩形枠状の突合部を形成する突合せ工程と、突合部の一辺に対して傾斜する基準線に沿って本体部２及び蓋部３を相対的かつ直線的に往復移動させて摩擦圧接する摩擦圧接工程と、を含むことを特徴とする。
【解決手段】底部１１とこの底部１１に立設された平面視矩形枠状の側壁部１２とを備えた本体部２と、本体部２の開口５を塞ぐ蓋部３と、を用意する準備工程と、側壁部１２の上面と蓋部３の下面とを突き合わせて平面視矩形枠状の突合部を形成する突合せ工程と、突合部の一辺に対して傾斜する基準線に沿って本体部２及び蓋部３を相対的かつ直線的に往復移動させて摩擦圧接する摩擦圧接工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓋付容器の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には円柱状を呈する金属部材同士を摩擦圧接によって接合する方法が開示されている。この接合方法では、一対の円柱状の金属部材の端面同士を互いに近接する方向に押圧しつつ中心軸周りに高速回転させることで、接合面に摩擦熱を発生させて両部材を接合する。従来の接合方法では、金属部材の端面同士が円形状を呈するため、中心軸周りに金属部材を回転させれば偏り無く摩擦熱を発生させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１０７００６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、図２５は課題を説明するための図であって、（ａ）は接合前の分解斜視図、（ｂ）は接合後の模式平面図である。ここでは、平面視長方形の本体部１０１と、平面視長方形の蓋部１０２とを摩擦圧接により接合して蓋付容器を製造する場合を例示する。本体部１０１は、底部１０３と、底部１０３の端部から立設された枠状の側壁部１０４とを有する。蓋部１０２は、本体部１０１の開口を覆う板状部材である。
【０００５】
平面視長方形の部材に対して摩擦圧接を行う際には、従来のように金属部材同士を回転せることはできない。そのため、側壁部１０４の上面と蓋部１０２の下面とを突き合せた後、例えば、図２５の（ｂ）に示すように、側壁部１０４の長辺の延長方向に対して平行に本体部１０１と蓋部１０２とを相対的に往復移動させて接合することが考えられる。
【０００６】
このようにして接合された蓋付容器のＭ点とＮ点における引張強度を測定すると、Ｍ点に対してＮ点の引張強度がかなり低いことが分かった。これは、Ｍ点とＮ点とでは摩擦圧接の際に発生する摩擦熱の差が大きく、接合強度にも影響を与えていると考えられた。
【０００７】
さらに、このようにして接合された蓋付容器の気密性を測定すると、気密性がかなり低いことが分かった。これは、Ｍ点とＮ点とでは摩擦圧接の際の摩耗粉移動距離の差が大きく、気密性にも影響を与えていると考えられた。
【０００８】
このような観点から、本発明は、蓋付容器の各接合部位における強度の不均衡を小さくすることができ、蓋付容器の水密性及び気密性を向上させることができる蓋付容器の製造方法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】
【０００９】
このような課題を解決するために本発明は、底部とこの底部に立設された平面視矩形枠状の側壁部とを備えた本体部と、前記本体部の開口を塞ぐ蓋部と、を用意する準備工程と、前記側壁部の上面と前記蓋部の下面とを突き合わせて平面視矩形枠状の突合部を形成する突合せ工程と、平面視した場合に、前記突合部の一辺に対して傾斜する基準線に沿って前記本体部及び前記蓋部を相対的かつ直線的に往復移動させて摩擦圧接する摩擦圧接工程と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
かかる製造方法によれば、摩擦圧接工程で部材同士を斜めに直線移動させることにより、各接合部位における摩擦熱の差を小さくすることができ、ひいては蓋付容器の各接合部における強度の不均衡を小さくすることができる。さらに、摩擦圧接工程で部材同士を斜めに直線移動させることにより、各接合部位における摩耗粉移動距離の差を小さくすることができ、ひいては蓋付容器の水密性及び気密性を向上させることができる。
【００１１】
また、前記摩擦圧接工程において前記突合部が正方形状を呈する場合、前記基準線を前記突合部の対角線に対して±３０°の範囲内に設定することが好ましい。
また、前記摩擦圧接工程において前記突合部が長方形状を呈する場合、前記基準線を前記突合部の対角線に対して±２０°の範囲内に設定することが好ましい。
また、前記摩擦圧接工程において、前記基準線を前記突合部の対角線と平行となるように設定することが好ましい。
【００１２】
かかる製造方法によれば、本体部と蓋とを摩擦圧接する際に、各接合部位に発生する摩擦熱の不均衡を小さくすることが可能となり、蓋付容器の各接合部位における強度の不均衡をより小さくすることができる。
【００１３】
また、前記摩擦圧接工程において、前記突合部の一辺と前記基準線とのなす角度を３５°〜５５°に設定することが好ましく、４０°〜５０°に設定することがより好ましく、４５°に設定することが最も好ましい。
【００１４】
かかる製造方法によれば、本体部と蓋とを摩擦圧接する際に、各接合部位における摩耗粉移動距離の不均衡を小さくすることが可能となり、蓋付容器の水密性及び気密性を向上させることができる。
【００１５】
また、前記側壁部の上面には、平面視矩形枠状に形成された本体凹溝部と、前記本体凹溝部の内側に形成された本体内周面と、前記本体凹溝部の外側に、前記本体内周面よりも低い位置に形成された本体外周面と、が形成されており、前記突合せ工程では、前記本体内周面と前記蓋部の下面とを突き合わせることが好ましい。
また、前記蓋部の下面には、平面視矩形枠状に形成された蓋凹溝部と、前記蓋凹溝部の内側に形成された蓋内周面と、前記蓋凹溝部の外側に、前記蓋内周面よりも高い位置に形成された蓋外周面と、が形成されており、前記突合せ工程では、前記側壁部の上面と前記蓋内周面とを突き合わせることが好ましい。
【００１６】
かかる製造方法によれば、摩擦圧接によって形成されたバリが凹溝部に収納されるため、バリを切削する手間を省略することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る蓋付容器の製造方法によれば、蓋付容器の各接合部位における強度の不均衡を小さくすることができ、蓋付容器の水密性及び気密性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第一実施形態に係る蓋付容器の分解斜視図である。
【図２】第一実施形態に係る本体部の断面図である。
【図３】第一実施形態に係る蓋部の斜視図である。
【図４】第一実施形態に係る蓋部の断面図である。
【図５】第一実施形態に係る突合せ工程を示す断面図である。
【図６】第一実施形態に係る摩擦圧接工程を示す平面図である。
【図７】第一実施形態に係る蓋付容器を示す断面図である。
【図８】第二実施形態に係る摩擦圧接工程を示す平面図である。
【図９】第一変形例を示す図であって、（ａ）は接合前、（ｂ）は接合後を示す。
【図１０】第二変形例を示す図であって、（ａ）は接合前、（ｂ）は接合後を示す。
【図１１】第三変形例を示す図であって、（ａ）は接合前、（ｂ）は接合後を示す。
【図１２】第三実施形態に係る蓋付容器の分解斜視図である。
【図１３】第三実施形態に係る蓋付容器の断面図である。
【図１４】（ａ）は第四実施形態に係る蓋付容器の平面図であり、（ｂ）は第四実施形態に係る蓋付容器の断面図を示す。
【図１５】実施例１を説明するための図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は摩擦角度と引張強度の関係を示したグラフである。
【図１６】実施例２を説明するための図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は摩擦角度と引張強度の関係を示したグラフである。
【図１７】実施例２の各条件における突合部の断面図である。
【図１８】実施例３の接合条件をまとめた表である。
【図１９】実施例３における摩擦角度と圧力低下率との関係を示すグラフであって、（ａ）は長方形試験体の結果を示し、（ｂ）は正方形試験体の結果を示す。
【図２０】間欠摩擦部の面積と摩擦角度との関係、摩耗粉移動距離と摩擦角度との関係を計算するための前提条件を示すテーブルである。
【図２１】間欠摩擦部を説明するための図であって、（ａ）は本体部と蓋部とを突き合せた状態の模式平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ部において本体部に対して蓋部を移動させた状態の拡大模式平面図である。
【図２２】（ａ）は長方形容器（長辺と短辺のアスペクト比は３：１）の本体部と蓋を摩擦圧接する場合の間欠摩擦部の面積と摩擦角度との関係を示すグラフであり、（ｂ）は正方形容器の本体部と蓋を摩擦圧接する場合の間欠摩擦部の面積と摩擦角度との関係を示すグラフである。
【図２３】摩耗粉移動距離を説明するための図であって、図２１の（ａ）のＡ部において本体部に対して蓋部を移動させた状態の拡大模式平面図である。
【図２４】（ａ）は長方形容器（長辺と短辺のアスペクト比は３：１）の本体部と蓋を摩擦圧接する場合の摩耗粉移動距離と摩擦角度との関係を示すグラフであり、（ｂ）は正方形容器の本体部と蓋を摩擦圧接する場合の摩耗粉移動距離と摩擦角度との関係を示すグラフである。
【図２５】課題を説明するための図であって、（ａ）は接合前の分解斜視図、（ｂ）は接合後の模式平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
［第一実施形態］
本発明の実施形態の蓋付容器の製造方法について、図面を参照して詳細に説明する。本実施形態に係る蓋付容器は、例えば、パーソナルコンピュータ等の電子機器に搭載される冷却システムの構成部品であってＣＰＵ（電子部品）等を冷却する部品である。蓋付容器の内部に冷却水を流すことにより、ＣＰＵの熱を低下させることができる。
【００２０】
蓋付容器１は、図１に示すように、本体部２と、蓋部３とを有する。本体部２及び蓋部３は、いずれもアルミニウム合金で形成されている。本体部２及び蓋部３は、摩擦圧接が可能な材料であればよく、他の金属材料や樹脂であってもよい。まず、製造する前の本体部２と蓋部３の構成について説明する。本体部２及び蓋部３は、例えば、ボールミルやエンドミル等を用いて切削加工によって成形されている。
【００２１】
本体部２は、図１に示すように、平面視長方形を呈する。本体部２は、箱状部材４と、箱状部材４に形成された開口５と、箱状部材４の内部に形成された複数のフィン６とを有する。箱状部材４は、底部１１と、底部１１に立設された枠状の側壁部１２とで構成されている。本体部２のアスペクト比（縦横比）は３：１になっている。
【００２２】
側壁部１２は、四つの側壁で構成されており、各側壁は同等の断面形状になっている。側壁部１２は、図２に示すように、内面１３と、外面１４と上面１５とを備えている。内面１３及び外面１４は、底部１１に対して垂直になっている。上面１５には、開口５の周囲に形成された本体内周面１６と、本体内周面１６の外側に形成された本体凹溝部１７と、本体凹溝部１７の外側に形成された本体外周面１８とが形成されている。
【００２３】
本体内周面１６は、開口５の周囲に平面視長方形の枠状に形成されている。本体内周面１６は水平面であって、一定の幅で形成されている。
【００２４】
本体凹溝部１７は、本体内周面１６の周囲に沿って平面視長方形の枠状に形成された溝である。本体凹溝部１７は断面視半円状に形成され、上方が開放されている。
【００２５】
本体外周面１８は、本体凹溝部１７の周囲に沿って平面視長方形の枠状に形成されている。本体外周面１８は水平面であって、一定の幅で形成されている。本体外周面１８は、本体内周面１６よりも一段低い位置に形成されている。
【００２６】
フィン６は、板状を呈し底部１１の上面に垂直に立設されている。フィン６は、本実施形態では６枚設けられており、間をあけて平行に並設されている。フィン６の枚数は限定されるものではない。
【００２７】
蓋部３は、図３及び図４に示すように、平面視長方形を呈し、本体部２と同じ大きさになっている。蓋部３は、板状を呈し、上面２１と、４つの側面２２と、下面２３とを有する。下面２３には、中央に形成された蓋中央面２４と、蓋中央面２４の周囲に形成された蓋内側凹溝部２５と、蓋内側凹溝部２５の周囲に形成された蓋内周面２６と、蓋内周面２６の周囲に形成された蓋外側凹溝部２７と、蓋外側凹溝部２７の周囲に形成された蓋外周面２８とが形成されている。
【００２８】
蓋中央面２４は、平面視矩形を呈し、蓋部３の中央に形成されている。蓋中央面２４は水平面になっている。蓋内側凹溝部２５は、蓋中央面２４の周囲に沿って枠状に形成された溝である。蓋内側凹溝部２５は、断面視半円形状に形成され下方が開放されている。
【００２９】
蓋内周面２６は、蓋内側凹溝部２５の周囲に沿って平面視長方形の枠状に形成されている。蓋内周面２６は水平面になっている。蓋内周面２６の形状及び幅は本体内周面１６と同一になっている。つまり、蓋内周面２６と本体内周面１６とは過不足無く面接触するようになっている。蓋内周面２６は、蓋中央面２４よりも一段低い位置に形成されている。
【００３０】
蓋外側凹溝部２７は、蓋内周面２６の周囲に沿って平面視長方形の枠状に形成された溝である。蓋外側凹溝部２７は、断面視半円形状に形成され下方が開放されている。
【００３１】
蓋外周面２８は、蓋外側凹溝部２７の周囲に沿って平面視長方形の枠状に形成されている。蓋外周面２８は水平面になっている。蓋外周面２８の形状及び幅は本体外周面１８と同一になっている。蓋外周面２８は、蓋中央面２４と同じ高さ位置に形成されている。
【００３２】
次に、具体的な接合方法について説明する。本実施形態に係る蓋付容器の製造方法は、準備工程と、突合せ工程と、摩擦圧接工程を行う。
【００３３】
準備工程では、金属部材を加工して前記した本体部２及び蓋部３を用意する。
【００３４】
突合せ工程では、図５に示すように、本体部２と蓋部３とをそれぞれ摩擦圧接装置（図示省略）に治具で固定した後、側壁部１２の本体内周面１６と、蓋部３の蓋内周面２６とを面接触させる。本体内周面１６と蓋内周面２６とが突き合された部位を「突合部Ｊ」とも言う。突合部Ｊは、平面視長方形の枠状を呈するとともに、本体部２及び蓋部３の外形と略相似になる。
【００３５】
摩擦圧接工程では、摩擦工程と圧接工程とを行う。摩擦工程では、図６に示すように、本体部２と蓋部３とを互いに近接する方向に押圧しつつ、平面視した場合に、突合部Ｊの一辺に対して傾斜する基準線Ｃ３に沿って本体部２及び蓋部３を相対的かつ直線的に往復移動させる。本実施形態では、基準線Ｃ３を突合部Ｊの対角線と平行になるように設定している。
【００３６】
また、本実施形態では、本体部２は移動させず、蓋部３のみを直線的に往復移動させている。摩擦工程における条件は適宜設定すればよいが、例えば、周波数５０Ｈｚ、振幅２．０ｍｍ、摩擦圧力４０ＭＰａ、に設定する。摩擦工程の時間は５〜１０秒程度に設定する。
【００３７】
なお、本実施形態では基準線Ｃ３を、突合部Ｊの対角線と平行となるように設定したが、これに限定されるものではない。ここで、図６に示すように、突合部Ｊの前後方向の中心を通る中心線Ｃ１の位置を０°、突合部Ｊの左右方向の中心を通る中心線Ｃ２の位置を９０°、中心線Ｃ１から基準線Ｃ３までの角度を摩擦角度αとする。摩擦工程における基準線Ｃ３は、摩擦角度αが０°又は９０°以外となるように設定すればよい。
【００３８】
つまり、突合部Ｊを構成する一辺に対して本体部２及び蓋部３のいずれか一方の移動方向が斜めになるように摩擦角度αを設定すればよい。基準線Ｃ３は、突合部Ｊが平面視長方形状である場合、突合部Ｊの対角線に対して±２０°の範囲内に設定することが好ましく、突合部Ｊの対角線に対して±１０°の範囲内に設定することがより好ましく、対角線と平行に設定することが最も好ましい。
【００３９】
圧接工程では、摩擦工程が終わった後に、本体部２及び蓋部３を相対移動させずに互いに近接する方向に押圧する。圧接工程における条件は適宜設定すればよいが、例えば、圧力を８０ＭＰａに設定する。圧接工程の時間は３〜５秒程度に設定する。
【００４０】
図７は、第一実施形態に係る蓋付容器を示した断面図である。図７に示すように、前記した摩擦工程によって突合部Ｊに摩擦熱が発生する。その後、振幅を停止させ、圧接工程によって加圧させることにより突合部Ｊに分子間引力が働き本体内周面１６と蓋内周面２６が結合する。摩擦工程の際には、本体内周面１６及び蓋内周面２６が擦り合わされることによってバリＰ１，Ｐ２が発生する。突合部Ｊよりも内側に発生したバリＰ１は、本体部２と蓋部３とが結合して形成された中空部に収納される。一方、突合部Ｊよりも外側に発生したバリＰ２は、本体凹溝部１７と蓋外側凹溝部２７で囲まれた空間に収納される。
【００４１】
本体内周面１６及び蓋内周面２６が擦り合わされた際に、バリＰ１，Ｐ２が発生するため、本体内周面１６及び蓋内周面２６の高さが若干小さくなる。そのため、蓋中央面２４とフィン６の上面とが接触するか、もしくは、微細な隙間をあけて近接する。また、本体外周面１８と蓋外周面２８とが接触するか、もしくは、微細な隙間をあけて近接する。本体内周面１６が本体外周面１８よりも上方に位置しており、蓋内周面２６が蓋外周面２８よりも下方に位置しているのは摩擦圧接工程における縮み代を確保するためである。以上の工程により蓋付容器１が形成される。
【００４２】
以上説明した蓋付容器の製造方法によれば、摩擦圧接工程で部材同士を斜めに往復移動させることにより、摩擦熱の温度の不均衡を小さくすることができ、ひいては蓋付容器の各接合部位における強度の不均衡を小さくすることができる。根拠については後記する。
【００４３】
また、摩擦圧接工程によって形成されたバリＰ２は、本体外周面１８と蓋外周面２８とが閉じられるとともに、本体凹溝部１７及び蓋外側凹溝部２７で囲まれた空間に収納されるためバリＰ２が外部に露出しない。このため、接合後にバリＰ２を除去する作業を省略することができる。
【００４４】
［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について説明する。第二実施形態に係る蓋付容器の製造方法では、図８に示すように、平面視正方形の蓋付容器１Ａを製造する点で第一実施形態と相違する。突合部Ｊ１は、平面視略正方形の枠状を呈する。蓋付容器１Ａの形状以外は第一実施形態と同等の構成であるため、重複する部分については同等の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４５】
本実施形態に係る蓋付容器の製造方法は、準備工程と、突合せ工程と、摩擦圧接工程を行う。準備工程及び突合せ工程は、第一実施形態と同等の要領で行う。
【００４６】
摩擦圧接工程では、図８に示すように、本体部２と蓋部３とが互いに近接する方向に押圧しつつ、平面視した場合に、突合部Ｊ１の一辺に対して傾斜する基準線Ｃ３に沿って本体部２及び蓋部３を相対的かつ直線的に往復移動させる。本実施形態では基準線Ｃ３を突合部Ｊ１の対角線と平行になるように設定する。本実施形態では、突合部Ｊ１が正方形状（隣り合う辺同士の長さの比が１：１）であるため摩擦角度は４５°になる。
【００４７】
このように、突合部Ｊ１を構成する辺のうち、隣り合う一辺の比が等しい場合であっても第一実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００４８】
なお、基準線Ｃ３は、突合部Ｊが平面視長方形状である場合、突合部Ｊの対角線に対して±３０°の範囲内に設定することが好ましく、突合部Ｊの対角線に対して±２０°の範囲内に設定することがより好ましく、対角線と平行に設定することが最も好ましい。
【００４９】
次に、本発明の変形例について説明する。本体部２と蓋部３の形状は第一実施形態に限定されるものではなく、例えば、変形例１〜３のようにしてもよい。
【００５０】
［変形例１］
図９の（ａ）に示すように、変形例１の本体部２は第一実施形態と同等であるが、蓋部３の下面２３が平滑である点で第一実施形態と相違する。図９の（ｂ）に示すように、摩擦圧接工程によって発生したバリＰ１は、本体部２と蓋部３とが結合して形成された中空部に収納され、バリＰ２は本体凹溝部１７に収納される。変形例１によれば、本体外周面１８と下面２３とが閉じられるとともに、本体凹溝部１７にバリＰ２が収納されるため、バリＰ２の切削作業を省略することができる。また、蓋部３の下面２３に凹溝部を形成する必要が無いため、作業手間を省略することができる。
【００５１】
［変形例２］
図１０の（ａ）に示すように、変形例２の蓋部３は第一実施形態と同等であるが、本体部２の側壁部１２の上面１５が平滑である点で第一実施形態と相違する。図１０の（ｂ）に示すように、摩擦圧接工程によって発生したバリＰ１は、本体部２と蓋部３とが結合して形成された中空部に収納される。また、バリＰ２は蓋外側凹溝部２７に収納される。変形例２によれば、上面１５と蓋外周面２８とが閉じられるとともに、蓋外側凹溝部２７にバリＰ２が収納されるため、バリの切削作業を省略することができる。また、側壁部１２の上面１５に凹溝部等を形成する必要が無いため、作業手間を省略することができる。
【００５２】
［変形例３］
図１１の（ａ）に示すように、変形例３の側壁部１２の上面１５が平滑であるとともに、蓋部３の下面２３も平滑である点で第一実施形態と相違する。図１１の（ｂ）に示すように、摩擦圧接工程によって発生したバリＰ１は、本体部２と蓋部３とが結合して形成された中空部に収納され、バリＰ２は側壁部１２の外面１４と蓋部３の側面２２の外部に露出される。バリＰ２については、摩擦圧接工程を行った後に切削する。変形例３によれば、側壁部１２の上面１５や、蓋部３の下面２３に凹溝部等を形成する必要が無いため、作業手間を省略することができる。
【００５３】
［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態について説明する。第三実施形態に係る蓋付容器１Ｂは、図１２に示すように、略同等の形状からなる本体部２と蓋部３とを接合して製造されている。まずは、本体部２と蓋部３の概略について説明する。
【００５４】
本体部２は、底部１１と、底部１１に立設された側壁部１２とで構成されている。側壁部１２は、平面視長方形枠状を呈する。側壁部１２の縦横比は特に制限されないが、本実施形態では３：１になっている。側壁部１２の壁厚みＴ１は４辺とも同一の寸法になっている。側壁部１２の４隅の外隅部には丸面取りされた面取り部３１が形成されている。面取り部３１は、高さ方向の全長に亘って形成されている。
【００５５】
蓋部３は、底部１１と、底部１１に立設された側壁部１２とで構成されている。側壁部１２は、平面視長方形枠状を呈する。蓋部３は、側壁部１２の高さが、本体部２の側壁部１２の高さの半分程度になっている点を除いては、本体部２と同等の形状になっている。
【００５６】
図１３に示すように、突合工程では、本体部２の側壁部１２の上面（端面）と、蓋部３の側壁部１２の下面（端面）とを突き合わせて、突合部Ｊ２を形成する。側壁部１２，１２同士の外面は面一になるようにする。突合部Ｊ２の平面形状は、側壁部１２の端面と同等の形状となる。
【００５７】
摩擦圧接工程では、第一実施形態と同様に、突合部Ｊ２の一辺に対して斜めに往復移動させる。第三実施形態に係る蓋付容器の製造方法によれば、第一実施形態と略同等の効果を得ることができる。また、本体部２だけではなく蓋部３にも凹部が形成されているため、より大きな中空部を備えた蓋付容器を製造することができる。
【００５８】
［第四実施形態］
次に、本発明の第四実施形態について説明する。第四実施形態に係る蓋付容器１Ｃは、図１４の（ａ）及び（ｂ）に示すように、平面形状が略正方形となる点で第三実施形態と相違する。
【００５９】
本体部２は、底部１１と、底部１１に立設された側壁部１２とで構成されている。側壁部１２は、平面視正方形枠状を呈する。側壁部１２の壁厚みＴ１は、４辺とも同一の寸法になっている。側壁部１２の４隅の外隅部には丸く面取りされた面取り部３１が形成されている。面取り部３１は、高さ方向の全長に亘って形成されている。
【００６０】
蓋部３は、底部１１と、底部１１に立設された側壁部１２とで構成されている。側壁部１２は、平面視正方形枠状を呈する。蓋部３は、側壁部１２の高さが、本体部２の側壁部１２の高さの半分程度になっている点を除いては、本体部２と同等の形状になっている。
【００６１】
図１４の（ｂ）に示すように、突合工程では、本体部２の側壁部１２の上面（端面）と、蓋部３の側壁部１２の下面（端面）とを突き合わせて、突合部Ｊ２を形成する。摩擦圧接工程では、第一実施形態と同様に、突合部Ｊ２の一辺に対して斜めに往復移動させる。
【００６２】
第四実施形態に係る蓋付容器の製造方法によれば、第一実施形態と略同等の効果を得ることができる。また、本体部２だけではなく蓋部３にも凹部が形成されているため、より大きな中空部を備えた蓋付容器を製造することができる。
【００６３】
なお、第三実施形態及び第四実施形態に係る蓋付容器１Ｂ，１Ｃでは、丸面取りの面取り部３１を設けているが、例えば４５°面取り等他の面取り加工を施してもよい。また、面取り部を設けなくてもよい。
【００６４】
また、第三実施形態及び第四実施形態の場合には、摩擦圧接工程後に側壁部１２，１２の外面にバリが不可避的に発生する。このバリについては、カッター装置等で切除してもよいが、例えば、バリを溶加材として外面同士を溶接してもよい。溶接することでバリが除去されるとともに、仕上がり面をきれいに成形することができる。また、仮に、摩擦圧接工程後に突合部Ｊ２に接合欠陥がある場合であっても、溶接によってその接合欠陥を補修することができる。溶接の種類は特に制限されないが、例えば、レーザー溶接を行うことが好ましい。
【実施例】
【００６５】
次に、本発明の実施例について説明する。実施例では、摩擦圧接工程における基準線Ｃ３の角度を変えて、蓋付容器１，１Ａを製造し、各突合部Ｊ，Ｊ１の一部を採取して引張試験を行った。
【００６６】
［実施例１］
実施例１では、図１５の（ａ）に示すように、平面視して長方形となる蓋付容器１について試験を行った。突合部Ｊのアスペクト比（縦横比）は、３：１になっている。実施例１では、本体部２をアルミニウム合金ＡＤＣ１２（ＪＩＳ）で形成した。ＪＩＳ：ＡＤＣ１２は、Ｃｕ；１．５〜３．５％、Ｓｉ；９．６〜１２．０％、Ｍｇ；０．３％以下、Ｚｎ；１．０％以下、Ｆｅ；１．３％以下、Ｍｎ；０．５％以下、Ｎｉ；０．５％以下、Ｔｉ；０．３％以下、Ｐｂ；０．２％以下、Ｓｎ；０．２％以下、Ａｌ；残部で構成されている。
【００６７】
実施例１では、蓋部３をアルミニウム合金Ａ５０５２（ＪＩＳ）で形成した。ＪＩＳ：Ａ５０５２は、Ｓｉ；０．２５％以下、Ｆｅ；０．４０％以下、Ｃｕ；０．１０％以下、Ｍｎ；０．１０％以下、Ｍｇ；２．２〜２．８％、Ｃｒ０．１５〜０．３５％、Ｚｎ；０．１０％以下、その他；０．１５％以下、Ａｌ；残部で構成されている。
【００６８】
実施例１では、４つの試験体を用意して、摩擦角度α（中心線Ｃ１から基準線Ｃ３までの角度）を０°、１５°、４５°、９０°に設定してそれぞれ摩擦圧接工程を行った。摩擦圧接工程を行った後の蓋付容器１の突合部Ｊにおいて、中心線Ｃ１を含む領域と、中心線Ｃ２を含む領域を採取して引張試験を行った。中心線Ｃ１を含む領域の試験片を第一試験片Ｘとし、中心線Ｃ２を含む領域の試験片を第二試験片Ｙとする。
【００６９】
図１５の（ｂ）は、実施例１において、摩擦角度と引張強度の関係を示したグラフである。摩擦角度αが０°の場合、第二試験片Ｙの強度が約７５Ｎ／ｍｍ２であるのに対し、第一試験片Ｘの強度が約０Ｎ／ｍｍ２であることがわかった。摩擦角度αを０°に設定した場合、つまり、突合部Ｊの短辺の延長方向と平行にした場合、蓋付容器１の突合部Ｊの位置によって引張強度が大きく異なっていることがわかった。また、第一試験片Ｘの引張強度は摩擦角度αが大きくなるにつれて徐々に大きくなるのに対し、第二試験片Ｙの引張強度は摩擦角度αが大きくなるにつれて徐々に小さくなることがわかった。
【００７０】
また、図１５の（ｂ）のグラフより、摩擦角度αを突合部Ｊの対角線に近い約７２°に設定すると、第一試験片Ｘ及び第二試験片Ｙの引張強度が最も近似し、摩擦角度αを７２°以上に設定すると第一試験片Ｘの引張強度が、第二試験片Ｙの引張強度を上回ることがわかった。また、摩擦角度αを７２°±２０°の範囲内に設定すれば、第一試験片Ｘ及び第二試験片Ｙの引張用度の不均衡が概ね小さくなることがわかった。
【００７１】
［実施例２］
実施例２では、図１６の（ａ）に示すように、平面視して正方形となる蓋付容器１Ａについて試験を行った。用いた材料は実施例１と同等である。突合部Ｊ１のアスペクト比（縦横比）は、１：１になっている。
【００７２】
実施例２では、５つの試験体を用意して、摩擦角度α（中心線Ｃ１から基準線Ｃ３までの角度）を０°、１５°、４５°、７５°、９０°に設定してそれぞれ摩擦圧接工程を行った。摩擦圧接工程を行った後の蓋付容器１Ａの突合部Ｊ１において、中心線Ｃ１を含む領域と、中心線Ｃ２を含む領域を採取して引張試験を行った。中心線Ｃ１を含む領域の試験片を第一試験片Ｘとし、中心線Ｃ２を含む領域の試験片を第二試験片Ｙとする。
【００７３】
図１６の（ｂ）は、実施例２において、摩擦角度と引張強度の関係を示したグラフである。摩擦角度αが０°の場合、第二試験片Ｙの強度が約８０Ｎ／ｍｍ２であるのに対し、第一試験片Ｘの強度が約０Ｎ／ｍｍ２であることがわかった。一方、摩擦角度αが９０°の場合、第一試験片Ｘの強度が約７８Ｎ／ｍｍ２であるのに対し、第二試験片Ｙの強度が約０Ｎ／ｍｍ２であることがわかった。つまり、摩擦角度αを０°又は９０°に設定する場合、つまり、基準線Ｃ３を突合部Ｊ１の一辺の延長方向と平行にした場合、蓋付容器１Ａの突合部Ｊ１の位置によって、引張強度が大きく異なることがわかった。また、第一試験片Ｘの引張強度は摩擦角度αが大きくなるにつれて徐々に大きくなるのに対し、第二試験片Ｙの引張強度は摩擦角度αが大きくなるにつれて徐々に小さくなることがわかった。
【００７４】
また、図１６の（ｂ）のグラフより、摩擦角度αを突合部Ｊ１の対角線と重なる４５°に設定すると、第一試験片Ｘと第二試験片Ｙの引張強度が最も近似することがわかった。また、摩擦角度αを４５°±３０°の範囲内に設定すれば、第一試験片Ｘと第二試験片Ｙの引張強度の不均衡が概ね小さいことがわかった。
【００７５】
図１７は、実施例２の各条件における突合部の断面図である。図１７に示すように、実施例２において摩擦角度が０°である場合、第一試験片Ｘ（摩擦方向と側壁部１２の延長方向が直交する部位）と第二試験片Ｙ（摩擦方向と側壁部１２の延長方向が平行する部位）とで、接合状態が異なることが分かった。これは、摩擦角度が０°である場合では、第一試験片Ｘよりも第二試験片Ｙで発生した摩擦熱の方が大きいからであると考えられる。一方、摩擦角度が４５度である場合、第一試験片Ｘと第二試験片Ｙとが略同等の接合状態であることがわかった。
【００７６】
［実施例３］
実施例３では、図１２及び図１３に示す第三実施形態に係る蓋付容器１Ｂと、図１４に示す第四実施形態に係る蓋付容器１Ｃを条件を変えて製造し、それらの圧力低下率を計測した。
【００７７】
実施例３では、図１８に示すように、条件の異なる試験体を６種類（試験体Ａ〜Ｆ）用意した。試験体Ａ〜Ｃは、図１２及び図１３に示すように、本体部２及び蓋部３の平面形状が平面視長方形を呈する。一方、試験体Ｄ〜Ｆは、図１４に示すように、本体部２及び蓋部３の平面形状が平面視正方形を呈する。壁厚みＴ１は、試験体Ａ〜Ｆともに１．５ｍｍに設定した。
【００７８】
試験体Ａ，Ｄは、面取り部３１の曲率半径Ｒを０．１ｍｍに設定した（糸面取り）。試験体Ａ，Ｄの壁厚みＴ１に対する曲率半径Ｒの比率は７％である。
【００７９】
試験体Ｂ，Ｅは、面取り部３１の曲率半径Ｒを３．０ｍｍに設定した。試験体Ｂ，Ｅの壁厚みＴ１に対する曲率半径Ｒの比率は２００％である。
【００８０】
試験体Ｃ，Ｆは、面取り部３１の曲率半径Ｒを５．０ｍｍに設定した。試験体Ｃ，Ｆの壁厚みＴ１に対する曲率半径Ｒの比率は３３３％である。
【００８１】
実施例３の試験体Ａ〜Ｆでは、本体部２をアルミニウム合金Ａ６０６３−Ｔ５（ＪＩＳ）で形成した。ＪＩＳ：Ａ６０６３は、Ｓｉ；０．２０〜０．６０％、Ｆｅ；０．３５％以下、Ｃｕ；０．１０％以下、Ｍｎ；０．１０％以下、Ｍｇ；０．４５〜０．９０％、Ｃｒ；０．１０％以下、Ｚｎ；０．１０％以下、Ｔｉ；０．１０％以下、Ａｌ；残部で構成されている。Ｔ５とは、熱処理において、高温加工から冷却後、人工時効したものである。
【００８２】
また、実施例３の試験体Ａ〜Ｆでは、蓋部３をアルミニウムＡ１０５０−Ｈ１１２（ＪＩＳ）で形成した。ＪＩＳ：Ａ１０５０は、Ｓｉ；０．２５％以下、Ｆｅ；０．４０％以下、Ｃｕ；０．０５％以下、Ｍｎ；０．０５％以下、Ｍｇ；０．０５％以下、Ｚｎ；０．０５％以下、Ｖ；０．０５％以下、Ｔｉ；０．０３％以下、Ａｌ；９９．５０％以上で構成されている。Ｈ１１２とは、積極的な加工硬化を加えずに、製造したままの状態で機械的性質の保証がされたものである。
【００８３】
試験体Ａ〜Ｃの摩擦撹拌工程の摩擦角度は、図１５の（ａ）を参照するように、突合部Ｊ２の短辺と平行な中心線Ｃ１を０°とし、摩擦角度の基準線を０°，１５°，４５°，７５°及び９０°に設定し、それぞれの摩擦角度で摩擦圧接を行った。
【００８４】
試験体Ｄ〜Ｆの摩擦圧接工程では、図１６の（ａ）を参照するように、突合部Ｊ２の一辺と平行な中心線Ｃ１を０°とし、摩擦角度の基準線を０°，１５°，４５°及び９０°となるように設定し、それぞれの摩擦角度で摩擦圧接を行った。
【００８５】
圧力低下率とは、製造された蓋付容器の一部に穿設した孔からエアーを供給し、エアーを遮断した段階からの減圧速度を意味するものである。本実施例では、蓋付容器の一部に孔を開け、その孔から５００ｋＰａでエアーを供給し、エアーの供給を遮断したときから蓋付容器の内圧が１００ｋＰａになるまでの時間を計測した。計測時間は最大６０秒までとし、６０秒を超えても内圧が１００ｋＰａに到達しない場合は、６０秒経過時の内圧を計測した。
【００８６】
圧力低下率（ｋＰａ／ｓｅｃ）は以下の式１で示される。
圧力低下率＝（Ｐ０−Ｐｍｉｎ）／ｔ （式１）
Ｐ０ ：初期圧力（５００ｋＰａ）
Ｐｍｉｎ：最低圧力
ｔ ：圧力供給遮断から最低圧力に達するまでの時間
要するに、圧力低下率が低い値であるほど、水密性及び気密性は高いことになる。
【００８７】
図１９の（ａ）に示すように、試験体Ａ〜Ｃでは、摩擦角度を０°に設定すると蓋付容器１Ｂの圧力低下率が最も高く、摩擦角度を大きくするにつれて圧力低下率が低くなり、摩擦角度が４５°になると圧力低下率が最も低くなる。また、摩擦角度を４５°より大きく設定するにつれて圧力低下率が高くなる。つまり、摩擦角度を４５°に近づけるほど水密性及び気密性が高くなることがわかった。したがって、摩擦角度（突合部Ｊ２の一辺と基準線とのなす角度）を３５°〜５５°に設定することが好ましく、４０°〜５０°に設定することがより好ましく、４５°に設定することが最も好ましい。
【００８８】
図１９の（ｂ）に示すように、試験体Ｄ〜Ｆにおいても、摩擦角度を４５°に近づけるほど蓋付容器１Ｃの水密性及び気密性が高くなり、摩擦角度を４５°に設定すると、水密性及び気密性が最も高いことがわかった。したがって、摩擦角度（突合部Ｊ２の一辺と基準線とのなす角度）を３５°〜５５°に設定することが好ましく、４０°〜５０°に設定することがより好ましく、４５°に設定することが最も好ましい。
【００８９】
また、図１９の（ａ）と（ｂ）の結果から、本体部２及び蓋部３の平面形状（平面視矩形形状のアスペクト比）に関わらず、摩擦角度を４５°に設定すると蓋付容器１Ｂ，１Ｃの圧力低下率が最も低くなる、つまり、水密性及び気密性が最も高くなることが分かる。これは、摩擦角度を４５°に設定することにより、摩擦圧接工程における突合部Ｊ２の各部位における密着度のバランスが良好になるからであると考えられる。また、面取り部３１の曲率半径Ｒの大きさは、圧力低下率に影響を及ぼさないことがわかった。
【００９０】
以上の結果から、接合強度と摩擦角度との関係、および水密性及び気密性と摩擦角度との関係について考察する。なお、以下の考察においては、図１２に示す蓋付容器１Ｂ（以下、「長方形容器」と言う）及び図１４に示す蓋付容器１Ｃ（以下、「正方形容器」と言う）を例示し、各容器の寸法や摩擦圧接の条件については、図２０に示す条件に基づくものとする。
【００９１】
＜接合強度と摩擦角度との関係＞
図２１の（ａ）に示すように、長方形容器において、基準線Ｃ３を平面視矩形断面の対角線と平行となるように設定し、基準線Ｃ３に沿って摩擦圧接する場合には、各接合部位における間欠摩擦部の面積が等しくなる。このような接合方法によれば、各接合部位で発生する摩擦熱は均一になるので、接合強度の不均衡が解消すると考えられる。ここで、間欠摩擦部とは、図２１の（ｂ）に示すように、部材同士の突合部のうち摩擦圧接の際に間欠的に大気に晒される部位のことであり、間欠摩擦部の面積が大きくなると、摩擦熱が小さくなる傾向にあり接合強度は低下する。図２１の（ｂ）では、ハッチで示す部位が間欠摩擦部である。
【００９２】
図２２の（ａ）に、長方形容器（長辺と短辺のアスペクト比は３：１）の本体部と蓋を摩擦圧接する場合の間欠摩擦部の面積と摩擦角度との関係を計算した結果を示す。この結果からも明らかなように、平面視矩形形状の対角線に相当する摩擦角度において、長辺における間欠摩擦部の面積Ｓ１（間欠摩擦部のうち長辺と平行となる領域の面積）と短辺における間欠摩擦部の面積Ｓ２（間欠摩擦部のうち短辺と平行となる領域の面積）とが等しくなる。つまり、平面視矩形形状の対角線に相当する摩擦角度において、各接合部位で発生する摩擦熱は均一になるので、接合強度の不均衡が解消すると考えられる。
【００９３】
また、図２２の（ｂ）に示すように、正方形容器であっても、長方形容器と同様に、平面視矩形形状の対角線に相当する摩擦角度において、一辺における間欠摩擦部の面積と前記一辺に垂直な他辺における間欠摩擦部の面積とが等しくなる。
【００９４】
＜水密性及び気密性と摩擦角度との関係＞
図２３に示すように、基準線Ｃ３を平面視矩形断面の対角線と平行となるように設定し、基準線Ｃ３に沿って摩擦圧接する場合には、各接合部位における摩耗粉移動距離は不均一になるので、水密性及び気密性は低下すると考えられる。つまり、図２３に示すａ部における摩耗粉移動距離Ｌ１と、ｂ部における摩耗粉移動距離Ｌ２とは距離が異なる。ここで、摩耗粉移動距離とは、ある摩擦角度及び壁厚みにおいて、摩擦圧接中に本体部２と蓋部３との界面において摩耗粉（金属屑）が移動し得る最大の距離のことである。例えば、図２５の（ｂ）を参照すると、摩擦方向が側壁部１０４の長辺と平行（摩擦角度＝９０°）に設定されているため、ｃ部における摩耗粉移動距離Ｌ３は側壁部１０４の壁厚みと同等の寸法となり、ｄ部における摩耗粉移動距離Ｌ４は側壁部１０４の長辺と同等の寸法になる。摩耗粉移動距離が長くなると、摩耗粉（金属屑）が接合面に残留する傾向にあり接合面の密閉性は低下する。
【００９５】
図２４の（ａ）に、長方形容器（長辺と短辺のアスペクト比は３：１）の本体部と蓋を摩擦圧接する場合の摩耗粉移動距離と摩擦角度との関係を計算した結果を示す。この結果からも明らかなように、平面視矩形形状のアスペクト比とは無関係に、摩擦角度４５°において、長辺における摩耗粉移動距離と短辺における摩耗粉移動距離とが等しくなる。つまり、摩擦角度４５°において、各接合部位における摩耗粉（金属屑）の排出性が均一になるので、接合面の密着度の不均衡が解消すると考えられる。
【００９６】
また、図２４の（ｂ）に示すように、正方形容器であっても、当然に、摩擦角度４５°において、一辺における摩耗粉移動距離と前記一辺に垂直な他辺における摩耗粉移動距離とが等しくなる。
【００９７】
以上のように、本発明によると、蓋付容器の各接合部位における強度の不均衡を小さくすることができ、蓋付容器の水密性及び気密性を向上させることができる蓋付容器の製造方法を提供することができる。
【符号の説明】
【００９８】
１ 蓋付容器
１Ａ 蓋付容器
２ 本体部
３ 蓋部
４ 箱状部材
５ 開口
６ フィン
１１ 底部
１２ 側壁部
１５ （側壁部の）上面
１６ 本体内周面
１７ 本体凹溝部
１８ 本体外周面
２３ （蓋部の）下面
２４ 蓋中央面
２５ 蓋内側凹溝部
２６ 蓋内周面
２７ 蓋外側凹溝部
２８ 蓋外周面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓋付容器の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には円柱状を呈する金属部材同士を摩擦圧接によって接合する方法が開示されている。この接合方法では、一対の円柱状の金属部材の端面同士を互いに近接する方向に押圧しつつ中心軸周りに高速回転させることで、接合面に摩擦熱を発生させて両部材を接合する。従来の接合方法では、金属部材の端面同士が円形状を呈するため、中心軸周りに金属部材を回転させれば偏り無く摩擦熱を発生させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１０７００６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、図２５は課題を説明するための図であって、（ａ）は接合前の分解斜視図、（ｂ）は接合後の模式平面図である。ここでは、平面視長方形の本体部１０１と、平面視長方形の蓋部１０２とを摩擦圧接により接合して蓋付容器を製造する場合を例示する。本体部１０１は、底部１０３と、底部１０３の端部から立設された枠状の側壁部１０４とを有する。蓋部１０２は、本体部１０１の開口を覆う板状部材である。
【０００５】
平面視長方形の部材に対して摩擦圧接を行う際には、従来のように金属部材同士を回転せることはできない。そのため、側壁部１０４の上面と蓋部１０２の下面とを突き合せた後、例えば、図２５の（ｂ）に示すように、側壁部１０４の長辺の延長方向に対して平行に本体部１０１と蓋部１０２とを相対的に往復移動させて接合することが考えられる。
【０００６】
このようにして接合された蓋付容器のＭ点とＮ点における引張強度を測定すると、Ｍ点に対してＮ点の引張強度がかなり低いことが分かった。これは、Ｍ点とＮ点とでは摩擦圧接の際に発生する摩擦熱の差が大きく、接合強度にも影響を与えていると考えられた。
【０００７】
さらに、このようにして接合された蓋付容器の気密性を測定すると、気密性がかなり低いことが分かった。これは、Ｍ点とＮ点とでは摩擦圧接の際の摩耗粉移動距離の差が大きく、気密性にも影響を与えていると考えられた。
【０００８】
このような観点から、本発明は、蓋付容器の各接合部位における強度の不均衡を小さくすることができ、蓋付容器の水密性及び気密性を向上させることができる蓋付容器の製造方法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】
【０００９】
このような課題を解決するために本発明は、底部とこの底部に立設された平面視矩形枠状の側壁部とを備えた本体部と、前記本体部の開口を塞ぐ蓋部と、を用意する準備工程と、前記側壁部の上面と前記蓋部の下面とを突き合わせて平面視矩形枠状の突合部を形成する突合せ工程と、平面視した場合に、前記突合部の一辺に対して傾斜する基準線に沿って前記本体部及び前記蓋部を相対的かつ直線的に往復移動させて摩擦圧接する摩擦圧接工程と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
かかる製造方法によれば、摩擦圧接工程で部材同士を斜めに直線移動させることにより、各接合部位における摩擦熱の差を小さくすることができ、ひいては蓋付容器の各接合部における強度の不均衡を小さくすることができる。さらに、摩擦圧接工程で部材同士を斜めに直線移動させることにより、各接合部位における摩耗粉移動距離の差を小さくすることができ、ひいては蓋付容器の水密性及び気密性を向上させることができる。
【００１１】
また、前記摩擦圧接工程において前記突合部が正方形状を呈する場合、前記基準線を前記突合部の対角線に対して±３０°の範囲内に設定することが好ましい。
また、前記摩擦圧接工程において前記突合部が長方形状を呈する場合、前記基準線を前記突合部の対角線に対して±２０°の範囲内に設定することが好ましい。
また、前記摩擦圧接工程において、前記基準線を前記突合部の対角線と平行となるように設定することが好ましい。
【００１２】
かかる製造方法によれば、本体部と蓋とを摩擦圧接する際に、各接合部位に発生する摩擦熱の不均衡を小さくすることが可能となり、蓋付容器の各接合部位における強度の不均衡をより小さくすることができる。
【００１３】
また、前記摩擦圧接工程において、前記突合部の一辺と前記基準線とのなす角度を３５°〜５５°に設定することが好ましく、４０°〜５０°に設定することがより好ましく、４５°に設定することが最も好ましい。
【００１４】
かかる製造方法によれば、本体部と蓋とを摩擦圧接する際に、各接合部位における摩耗粉移動距離の不均衡を小さくすることが可能となり、蓋付容器の水密性及び気密性を向上させることができる。
【００１５】
また、前記側壁部の上面には、平面視矩形枠状に形成された本体凹溝部と、前記本体凹溝部の内側に形成された本体内周面と、前記本体凹溝部の外側に、前記本体内周面よりも低い位置に形成された本体外周面と、が形成されており、前記突合せ工程では、前記本体内周面と前記蓋部の下面とを突き合わせることが好ましい。
また、前記蓋部の下面には、平面視矩形枠状に形成された蓋凹溝部と、前記蓋凹溝部の内側に形成された蓋内周面と、前記蓋凹溝部の外側に、前記蓋内周面よりも高い位置に形成された蓋外周面と、が形成されており、前記突合せ工程では、前記側壁部の上面と前記蓋内周面とを突き合わせることが好ましい。
【００１６】
かかる製造方法によれば、摩擦圧接によって形成されたバリが凹溝部に収納されるため、バリを切削する手間を省略することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る蓋付容器の製造方法によれば、蓋付容器の各接合部位における強度の不均衡を小さくすることができ、蓋付容器の水密性及び気密性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第一実施形態に係る蓋付容器の分解斜視図である。
【図２】第一実施形態に係る本体部の断面図である。
【図３】第一実施形態に係る蓋部の斜視図である。
【図４】第一実施形態に係る蓋部の断面図である。
【図５】第一実施形態に係る突合せ工程を示す断面図である。
【図６】第一実施形態に係る摩擦圧接工程を示す平面図である。
【図７】第一実施形態に係る蓋付容器を示す断面図である。
【図８】第二実施形態に係る摩擦圧接工程を示す平面図である。
【図９】第一変形例を示す図であって、（ａ）は接合前、（ｂ）は接合後を示す。
【図１０】第二変形例を示す図であって、（ａ）は接合前、（ｂ）は接合後を示す。
【図１１】第三変形例を示す図であって、（ａ）は接合前、（ｂ）は接合後を示す。
【図１２】第三実施形態に係る蓋付容器の分解斜視図である。
【図１３】第三実施形態に係る蓋付容器の断面図である。
【図１４】（ａ）は第四実施形態に係る蓋付容器の平面図であり、（ｂ）は第四実施形態に係る蓋付容器の断面図を示す。
【図１５】実施例１を説明するための図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は摩擦角度と引張強度の関係を示したグラフである。
【図１６】実施例２を説明するための図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は摩擦角度と引張強度の関係を示したグラフである。
【図１７】実施例２の各条件における突合部の断面図である。
【図１８】実施例３の接合条件をまとめた表である。
【図１９】実施例３における摩擦角度と圧力低下率との関係を示すグラフであって、（ａ）は長方形試験体の結果を示し、（ｂ）は正方形試験体の結果を示す。
【図２０】間欠摩擦部の面積と摩擦角度との関係、摩耗粉移動距離と摩擦角度との関係を計算するための前提条件を示すテーブルである。
【図２１】間欠摩擦部を説明するための図であって、（ａ）は本体部と蓋部とを突き合せた状態の模式平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ部において本体部に対して蓋部を移動させた状態の拡大模式平面図である。
【図２２】（ａ）は長方形容器（長辺と短辺のアスペクト比は３：１）の本体部と蓋を摩擦圧接する場合の間欠摩擦部の面積と摩擦角度との関係を示すグラフであり、（ｂ）は正方形容器の本体部と蓋を摩擦圧接する場合の間欠摩擦部の面積と摩擦角度との関係を示すグラフである。
【図２３】摩耗粉移動距離を説明するための図であって、図２１の（ａ）のＡ部において本体部に対して蓋部を移動させた状態の拡大模式平面図である。
【図２４】（ａ）は長方形容器（長辺と短辺のアスペクト比は３：１）の本体部と蓋を摩擦圧接する場合の摩耗粉移動距離と摩擦角度との関係を示すグラフであり、（ｂ）は正方形容器の本体部と蓋を摩擦圧接する場合の摩耗粉移動距離と摩擦角度との関係を示すグラフである。
【図２５】課題を説明するための図であって、（ａ）は接合前の分解斜視図、（ｂ）は接合後の模式平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
［第一実施形態］
本発明の実施形態の蓋付容器の製造方法について、図面を参照して詳細に説明する。本実施形態に係る蓋付容器は、例えば、パーソナルコンピュータ等の電子機器に搭載される冷却システムの構成部品であってＣＰＵ（電子部品）等を冷却する部品である。蓋付容器の内部に冷却水を流すことにより、ＣＰＵの熱を低下させることができる。
【００２０】
蓋付容器１は、図１に示すように、本体部２と、蓋部３とを有する。本体部２及び蓋部３は、いずれもアルミニウム合金で形成されている。本体部２及び蓋部３は、摩擦圧接が可能な材料であればよく、他の金属材料や樹脂であってもよい。まず、製造する前の本体部２と蓋部３の構成について説明する。本体部２及び蓋部３は、例えば、ボールミルやエンドミル等を用いて切削加工によって成形されている。
【００２１】
本体部２は、図１に示すように、平面視長方形を呈する。本体部２は、箱状部材４と、箱状部材４に形成された開口５と、箱状部材４の内部に形成された複数のフィン６とを有する。箱状部材４は、底部１１と、底部１１に立設された枠状の側壁部１２とで構成されている。本体部２のアスペクト比（縦横比）は３：１になっている。
【００２２】
側壁部１２は、四つの側壁で構成されており、各側壁は同等の断面形状になっている。側壁部１２は、図２に示すように、内面１３と、外面１４と上面１５とを備えている。内面１３及び外面１４は、底部１１に対して垂直になっている。上面１５には、開口５の周囲に形成された本体内周面１６と、本体内周面１６の外側に形成された本体凹溝部１７と、本体凹溝部１７の外側に形成された本体外周面１８とが形成されている。
【００２３】
本体内周面１６は、開口５の周囲に平面視長方形の枠状に形成されている。本体内周面１６は水平面であって、一定の幅で形成されている。
【００２４】
本体凹溝部１７は、本体内周面１６の周囲に沿って平面視長方形の枠状に形成された溝である。本体凹溝部１７は断面視半円状に形成され、上方が開放されている。
【００２５】
本体外周面１８は、本体凹溝部１７の周囲に沿って平面視長方形の枠状に形成されている。本体外周面１８は水平面であって、一定の幅で形成されている。本体外周面１８は、本体内周面１６よりも一段低い位置に形成されている。
【００２６】
フィン６は、板状を呈し底部１１の上面に垂直に立設されている。フィン６は、本実施形態では６枚設けられており、間をあけて平行に並設されている。フィン６の枚数は限定されるものではない。
【００２７】
蓋部３は、図３及び図４に示すように、平面視長方形を呈し、本体部２と同じ大きさになっている。蓋部３は、板状を呈し、上面２１と、４つの側面２２と、下面２３とを有する。下面２３には、中央に形成された蓋中央面２４と、蓋中央面２４の周囲に形成された蓋内側凹溝部２５と、蓋内側凹溝部２５の周囲に形成された蓋内周面２６と、蓋内周面２６の周囲に形成された蓋外側凹溝部２７と、蓋外側凹溝部２７の周囲に形成された蓋外周面２８とが形成されている。
【００２８】
蓋中央面２４は、平面視矩形を呈し、蓋部３の中央に形成されている。蓋中央面２４は水平面になっている。蓋内側凹溝部２５は、蓋中央面２４の周囲に沿って枠状に形成された溝である。蓋内側凹溝部２５は、断面視半円形状に形成され下方が開放されている。
【００２９】
蓋内周面２６は、蓋内側凹溝部２５の周囲に沿って平面視長方形の枠状に形成されている。蓋内周面２６は水平面になっている。蓋内周面２６の形状及び幅は本体内周面１６と同一になっている。つまり、蓋内周面２６と本体内周面１６とは過不足無く面接触するようになっている。蓋内周面２６は、蓋中央面２４よりも一段低い位置に形成されている。
【００３０】
蓋外側凹溝部２７は、蓋内周面２６の周囲に沿って平面視長方形の枠状に形成された溝である。蓋外側凹溝部２７は、断面視半円形状に形成され下方が開放されている。
【００３１】
蓋外周面２８は、蓋外側凹溝部２７の周囲に沿って平面視長方形の枠状に形成されている。蓋外周面２８は水平面になっている。蓋外周面２８の形状及び幅は本体外周面１８と同一になっている。蓋外周面２８は、蓋中央面２４と同じ高さ位置に形成されている。
【００３２】
次に、具体的な接合方法について説明する。本実施形態に係る蓋付容器の製造方法は、準備工程と、突合せ工程と、摩擦圧接工程を行う。
【００３３】
準備工程では、金属部材を加工して前記した本体部２及び蓋部３を用意する。
【００３４】
突合せ工程では、図５に示すように、本体部２と蓋部３とをそれぞれ摩擦圧接装置（図示省略）に治具で固定した後、側壁部１２の本体内周面１６と、蓋部３の蓋内周面２６とを面接触させる。本体内周面１６と蓋内周面２６とが突き合された部位を「突合部Ｊ」とも言う。突合部Ｊは、平面視長方形の枠状を呈するとともに、本体部２及び蓋部３の外形と略相似になる。
【００３５】
摩擦圧接工程では、摩擦工程と圧接工程とを行う。摩擦工程では、図６に示すように、本体部２と蓋部３とを互いに近接する方向に押圧しつつ、平面視した場合に、突合部Ｊの一辺に対して傾斜する基準線Ｃ３に沿って本体部２及び蓋部３を相対的かつ直線的に往復移動させる。本実施形態では、基準線Ｃ３を突合部Ｊの対角線と平行になるように設定している。
【００３６】
また、本実施形態では、本体部２は移動させず、蓋部３のみを直線的に往復移動させている。摩擦工程における条件は適宜設定すればよいが、例えば、周波数５０Ｈｚ、振幅２．０ｍｍ、摩擦圧力４０ＭＰａ、に設定する。摩擦工程の時間は５〜１０秒程度に設定する。
【００３７】
なお、本実施形態では基準線Ｃ３を、突合部Ｊの対角線と平行となるように設定したが、これに限定されるものではない。ここで、図６に示すように、突合部Ｊの前後方向の中心を通る中心線Ｃ１の位置を０°、突合部Ｊの左右方向の中心を通る中心線Ｃ２の位置を９０°、中心線Ｃ１から基準線Ｃ３までの角度を摩擦角度αとする。摩擦工程における基準線Ｃ３は、摩擦角度αが０°又は９０°以外となるように設定すればよい。
【００３８】
つまり、突合部Ｊを構成する一辺に対して本体部２及び蓋部３のいずれか一方の移動方向が斜めになるように摩擦角度αを設定すればよい。基準線Ｃ３は、突合部Ｊが平面視長方形状である場合、突合部Ｊの対角線に対して±２０°の範囲内に設定することが好ましく、突合部Ｊの対角線に対して±１０°の範囲内に設定することがより好ましく、対角線と平行に設定することが最も好ましい。
【００３９】
圧接工程では、摩擦工程が終わった後に、本体部２及び蓋部３を相対移動させずに互いに近接する方向に押圧する。圧接工程における条件は適宜設定すればよいが、例えば、圧力を８０ＭＰａに設定する。圧接工程の時間は３〜５秒程度に設定する。
【００４０】
図７は、第一実施形態に係る蓋付容器を示した断面図である。図７に示すように、前記した摩擦工程によって突合部Ｊに摩擦熱が発生する。その後、振幅を停止させ、圧接工程によって加圧させることにより突合部Ｊに分子間引力が働き本体内周面１６と蓋内周面２６が結合する。摩擦工程の際には、本体内周面１６及び蓋内周面２６が擦り合わされることによってバリＰ１，Ｐ２が発生する。突合部Ｊよりも内側に発生したバリＰ１は、本体部２と蓋部３とが結合して形成された中空部に収納される。一方、突合部Ｊよりも外側に発生したバリＰ２は、本体凹溝部１７と蓋外側凹溝部２７で囲まれた空間に収納される。
【００４１】
本体内周面１６及び蓋内周面２６が擦り合わされた際に、バリＰ１，Ｐ２が発生するため、本体内周面１６及び蓋内周面２６の高さが若干小さくなる。そのため、蓋中央面２４とフィン６の上面とが接触するか、もしくは、微細な隙間をあけて近接する。また、本体外周面１８と蓋外周面２８とが接触するか、もしくは、微細な隙間をあけて近接する。本体内周面１６が本体外周面１８よりも上方に位置しており、蓋内周面２６が蓋外周面２８よりも下方に位置しているのは摩擦圧接工程における縮み代を確保するためである。以上の工程により蓋付容器１が形成される。
【００４２】
以上説明した蓋付容器の製造方法によれば、摩擦圧接工程で部材同士を斜めに往復移動させることにより、摩擦熱の温度の不均衡を小さくすることができ、ひいては蓋付容器の各接合部位における強度の不均衡を小さくすることができる。根拠については後記する。
【００４３】
また、摩擦圧接工程によって形成されたバリＰ２は、本体外周面１８と蓋外周面２８とが閉じられるとともに、本体凹溝部１７及び蓋外側凹溝部２７で囲まれた空間に収納されるためバリＰ２が外部に露出しない。このため、接合後にバリＰ２を除去する作業を省略することができる。
【００４４】
［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について説明する。第二実施形態に係る蓋付容器の製造方法では、図８に示すように、平面視正方形の蓋付容器１Ａを製造する点で第一実施形態と相違する。突合部Ｊ１は、平面視略正方形の枠状を呈する。蓋付容器１Ａの形状以外は第一実施形態と同等の構成であるため、重複する部分については同等の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４５】
本実施形態に係る蓋付容器の製造方法は、準備工程と、突合せ工程と、摩擦圧接工程を行う。準備工程及び突合せ工程は、第一実施形態と同等の要領で行う。
【００４６】
摩擦圧接工程では、図８に示すように、本体部２と蓋部３とが互いに近接する方向に押圧しつつ、平面視した場合に、突合部Ｊ１の一辺に対して傾斜する基準線Ｃ３に沿って本体部２及び蓋部３を相対的かつ直線的に往復移動させる。本実施形態では基準線Ｃ３を突合部Ｊ１の対角線と平行になるように設定する。本実施形態では、突合部Ｊ１が正方形状（隣り合う辺同士の長さの比が１：１）であるため摩擦角度は４５°になる。
【００４７】
このように、突合部Ｊ１を構成する辺のうち、隣り合う一辺の比が等しい場合であっても第一実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００４８】
なお、基準線Ｃ３は、突合部Ｊが平面視長方形状である場合、突合部Ｊの対角線に対して±３０°の範囲内に設定することが好ましく、突合部Ｊの対角線に対して±２０°の範囲内に設定することがより好ましく、対角線と平行に設定することが最も好ましい。
【００４９】
次に、本発明の変形例について説明する。本体部２と蓋部３の形状は第一実施形態に限定されるものではなく、例えば、変形例１〜３のようにしてもよい。
【００５０】
［変形例１］
図９の（ａ）に示すように、変形例１の本体部２は第一実施形態と同等であるが、蓋部３の下面２３が平滑である点で第一実施形態と相違する。図９の（ｂ）に示すように、摩擦圧接工程によって発生したバリＰ１は、本体部２と蓋部３とが結合して形成された中空部に収納され、バリＰ２は本体凹溝部１７に収納される。変形例１によれば、本体外周面１８と下面２３とが閉じられるとともに、本体凹溝部１７にバリＰ２が収納されるため、バリＰ２の切削作業を省略することができる。また、蓋部３の下面２３に凹溝部を形成する必要が無いため、作業手間を省略することができる。
【００５１】
［変形例２］
図１０の（ａ）に示すように、変形例２の蓋部３は第一実施形態と同等であるが、本体部２の側壁部１２の上面１５が平滑である点で第一実施形態と相違する。図１０の（ｂ）に示すように、摩擦圧接工程によって発生したバリＰ１は、本体部２と蓋部３とが結合して形成された中空部に収納される。また、バリＰ２は蓋外側凹溝部２７に収納される。変形例２によれば、上面１５と蓋外周面２８とが閉じられるとともに、蓋外側凹溝部２７にバリＰ２が収納されるため、バリの切削作業を省略することができる。また、側壁部１２の上面１５に凹溝部等を形成する必要が無いため、作業手間を省略することができる。
【００５２】
［変形例３］
図１１の（ａ）に示すように、変形例３の側壁部１２の上面１５が平滑であるとともに、蓋部３の下面２３も平滑である点で第一実施形態と相違する。図１１の（ｂ）に示すように、摩擦圧接工程によって発生したバリＰ１は、本体部２と蓋部３とが結合して形成された中空部に収納され、バリＰ２は側壁部１２の外面１４と蓋部３の側面２２の外部に露出される。バリＰ２については、摩擦圧接工程を行った後に切削する。変形例３によれば、側壁部１２の上面１５や、蓋部３の下面２３に凹溝部等を形成する必要が無いため、作業手間を省略することができる。
【００５３】
［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態について説明する。第三実施形態に係る蓋付容器１Ｂは、図１２に示すように、略同等の形状からなる本体部２と蓋部３とを接合して製造されている。まずは、本体部２と蓋部３の概略について説明する。
【００５４】
本体部２は、底部１１と、底部１１に立設された側壁部１２とで構成されている。側壁部１２は、平面視長方形枠状を呈する。側壁部１２の縦横比は特に制限されないが、本実施形態では３：１になっている。側壁部１２の壁厚みＴ１は４辺とも同一の寸法になっている。側壁部１２の４隅の外隅部には丸面取りされた面取り部３１が形成されている。面取り部３１は、高さ方向の全長に亘って形成されている。
【００５５】
蓋部３は、底部１１と、底部１１に立設された側壁部１２とで構成されている。側壁部１２は、平面視長方形枠状を呈する。蓋部３は、側壁部１２の高さが、本体部２の側壁部１２の高さの半分程度になっている点を除いては、本体部２と同等の形状になっている。
【００５６】
図１３に示すように、突合工程では、本体部２の側壁部１２の上面（端面）と、蓋部３の側壁部１２の下面（端面）とを突き合わせて、突合部Ｊ２を形成する。側壁部１２，１２同士の外面は面一になるようにする。突合部Ｊ２の平面形状は、側壁部１２の端面と同等の形状となる。
【００５７】
摩擦圧接工程では、第一実施形態と同様に、突合部Ｊ２の一辺に対して斜めに往復移動させる。第三実施形態に係る蓋付容器の製造方法によれば、第一実施形態と略同等の効果を得ることができる。また、本体部２だけではなく蓋部３にも凹部が形成されているため、より大きな中空部を備えた蓋付容器を製造することができる。
【００５８】
［第四実施形態］
次に、本発明の第四実施形態について説明する。第四実施形態に係る蓋付容器１Ｃは、図１４の（ａ）及び（ｂ）に示すように、平面形状が略正方形となる点で第三実施形態と相違する。
【００５９】
本体部２は、底部１１と、底部１１に立設された側壁部１２とで構成されている。側壁部１２は、平面視正方形枠状を呈する。側壁部１２の壁厚みＴ１は、４辺とも同一の寸法になっている。側壁部１２の４隅の外隅部には丸く面取りされた面取り部３１が形成されている。面取り部３１は、高さ方向の全長に亘って形成されている。
【００６０】
蓋部３は、底部１１と、底部１１に立設された側壁部１２とで構成されている。側壁部１２は、平面視正方形枠状を呈する。蓋部３は、側壁部１２の高さが、本体部２の側壁部１２の高さの半分程度になっている点を除いては、本体部２と同等の形状になっている。
【００６１】
図１４の（ｂ）に示すように、突合工程では、本体部２の側壁部１２の上面（端面）と、蓋部３の側壁部１２の下面（端面）とを突き合わせて、突合部Ｊ２を形成する。摩擦圧接工程では、第一実施形態と同様に、突合部Ｊ２の一辺に対して斜めに往復移動させる。
【００６２】
第四実施形態に係る蓋付容器の製造方法によれば、第一実施形態と略同等の効果を得ることができる。また、本体部２だけではなく蓋部３にも凹部が形成されているため、より大きな中空部を備えた蓋付容器を製造することができる。
【００６３】
なお、第三実施形態及び第四実施形態に係る蓋付容器１Ｂ，１Ｃでは、丸面取りの面取り部３１を設けているが、例えば４５°面取り等他の面取り加工を施してもよい。また、面取り部を設けなくてもよい。
【００６４】
また、第三実施形態及び第四実施形態の場合には、摩擦圧接工程後に側壁部１２，１２の外面にバリが不可避的に発生する。このバリについては、カッター装置等で切除してもよいが、例えば、バリを溶加材として外面同士を溶接してもよい。溶接することでバリが除去されるとともに、仕上がり面をきれいに成形することができる。また、仮に、摩擦圧接工程後に突合部Ｊ２に接合欠陥がある場合であっても、溶接によってその接合欠陥を補修することができる。溶接の種類は特に制限されないが、例えば、レーザー溶接を行うことが好ましい。
【実施例】
【００６５】
次に、本発明の実施例について説明する。実施例では、摩擦圧接工程における基準線Ｃ３の角度を変えて、蓋付容器１，１Ａを製造し、各突合部Ｊ，Ｊ１の一部を採取して引張試験を行った。
【００６６】
［実施例１］
実施例１では、図１５の（ａ）に示すように、平面視して長方形となる蓋付容器１について試験を行った。突合部Ｊのアスペクト比（縦横比）は、３：１になっている。実施例１では、本体部２をアルミニウム合金ＡＤＣ１２（ＪＩＳ）で形成した。ＪＩＳ：ＡＤＣ１２は、Ｃｕ；１．５〜３．５％、Ｓｉ；９．６〜１２．０％、Ｍｇ；０．３％以下、Ｚｎ；１．０％以下、Ｆｅ；１．３％以下、Ｍｎ；０．５％以下、Ｎｉ；０．５％以下、Ｔｉ；０．３％以下、Ｐｂ；０．２％以下、Ｓｎ；０．２％以下、Ａｌ；残部で構成されている。
【００６７】
実施例１では、蓋部３をアルミニウム合金Ａ５０５２（ＪＩＳ）で形成した。ＪＩＳ：Ａ５０５２は、Ｓｉ；０．２５％以下、Ｆｅ；０．４０％以下、Ｃｕ；０．１０％以下、Ｍｎ；０．１０％以下、Ｍｇ；２．２〜２．８％、Ｃｒ０．１５〜０．３５％、Ｚｎ；０．１０％以下、その他；０．１５％以下、Ａｌ；残部で構成されている。
【００６８】
実施例１では、４つの試験体を用意して、摩擦角度α（中心線Ｃ１から基準線Ｃ３までの角度）を０°、１５°、４５°、９０°に設定してそれぞれ摩擦圧接工程を行った。摩擦圧接工程を行った後の蓋付容器１の突合部Ｊにおいて、中心線Ｃ１を含む領域と、中心線Ｃ２を含む領域を採取して引張試験を行った。中心線Ｃ１を含む領域の試験片を第一試験片Ｘとし、中心線Ｃ２を含む領域の試験片を第二試験片Ｙとする。
【００６９】
図１５の（ｂ）は、実施例１において、摩擦角度と引張強度の関係を示したグラフである。摩擦角度αが０°の場合、第二試験片Ｙの強度が約７５Ｎ／ｍｍ２であるのに対し、第一試験片Ｘの強度が約０Ｎ／ｍｍ２であることがわかった。摩擦角度αを０°に設定した場合、つまり、突合部Ｊの短辺の延長方向と平行にした場合、蓋付容器１の突合部Ｊの位置によって引張強度が大きく異なっていることがわかった。また、第一試験片Ｘの引張強度は摩擦角度αが大きくなるにつれて徐々に大きくなるのに対し、第二試験片Ｙの引張強度は摩擦角度αが大きくなるにつれて徐々に小さくなることがわかった。
【００７０】
また、図１５の（ｂ）のグラフより、摩擦角度αを突合部Ｊの対角線に近い約７２°に設定すると、第一試験片Ｘ及び第二試験片Ｙの引張強度が最も近似し、摩擦角度αを７２°以上に設定すると第一試験片Ｘの引張強度が、第二試験片Ｙの引張強度を上回ることがわかった。また、摩擦角度αを７２°±２０°の範囲内に設定すれば、第一試験片Ｘ及び第二試験片Ｙの引張用度の不均衡が概ね小さくなることがわかった。
【００７１】
［実施例２］
実施例２では、図１６の（ａ）に示すように、平面視して正方形となる蓋付容器１Ａについて試験を行った。用いた材料は実施例１と同等である。突合部Ｊ１のアスペクト比（縦横比）は、１：１になっている。
【００７２】
実施例２では、５つの試験体を用意して、摩擦角度α（中心線Ｃ１から基準線Ｃ３までの角度）を０°、１５°、４５°、７５°、９０°に設定してそれぞれ摩擦圧接工程を行った。摩擦圧接工程を行った後の蓋付容器１Ａの突合部Ｊ１において、中心線Ｃ１を含む領域と、中心線Ｃ２を含む領域を採取して引張試験を行った。中心線Ｃ１を含む領域の試験片を第一試験片Ｘとし、中心線Ｃ２を含む領域の試験片を第二試験片Ｙとする。
【００７３】
図１６の（ｂ）は、実施例２において、摩擦角度と引張強度の関係を示したグラフである。摩擦角度αが０°の場合、第二試験片Ｙの強度が約８０Ｎ／ｍｍ２であるのに対し、第一試験片Ｘの強度が約０Ｎ／ｍｍ２であることがわかった。一方、摩擦角度αが９０°の場合、第一試験片Ｘの強度が約７８Ｎ／ｍｍ２であるのに対し、第二試験片Ｙの強度が約０Ｎ／ｍｍ２であることがわかった。つまり、摩擦角度αを０°又は９０°に設定する場合、つまり、基準線Ｃ３を突合部Ｊ１の一辺の延長方向と平行にした場合、蓋付容器１Ａの突合部Ｊ１の位置によって、引張強度が大きく異なることがわかった。また、第一試験片Ｘの引張強度は摩擦角度αが大きくなるにつれて徐々に大きくなるのに対し、第二試験片Ｙの引張強度は摩擦角度αが大きくなるにつれて徐々に小さくなることがわかった。
【００７４】
また、図１６の（ｂ）のグラフより、摩擦角度αを突合部Ｊ１の対角線と重なる４５°に設定すると、第一試験片Ｘと第二試験片Ｙの引張強度が最も近似することがわかった。また、摩擦角度αを４５°±３０°の範囲内に設定すれば、第一試験片Ｘと第二試験片Ｙの引張強度の不均衡が概ね小さいことがわかった。
【００７５】
図１７は、実施例２の各条件における突合部の断面図である。図１７に示すように、実施例２において摩擦角度が０°である場合、第一試験片Ｘ（摩擦方向と側壁部１２の延長方向が直交する部位）と第二試験片Ｙ（摩擦方向と側壁部１２の延長方向が平行する部位）とで、接合状態が異なることが分かった。これは、摩擦角度が０°である場合では、第一試験片Ｘよりも第二試験片Ｙで発生した摩擦熱の方が大きいからであると考えられる。一方、摩擦角度が４５度である場合、第一試験片Ｘと第二試験片Ｙとが略同等の接合状態であることがわかった。
【００７６】
［実施例３］
実施例３では、図１２及び図１３に示す第三実施形態に係る蓋付容器１Ｂと、図１４に示す第四実施形態に係る蓋付容器１Ｃを条件を変えて製造し、それらの圧力低下率を計測した。
【００７７】
実施例３では、図１８に示すように、条件の異なる試験体を６種類（試験体Ａ〜Ｆ）用意した。試験体Ａ〜Ｃは、図１２及び図１３に示すように、本体部２及び蓋部３の平面形状が平面視長方形を呈する。一方、試験体Ｄ〜Ｆは、図１４に示すように、本体部２及び蓋部３の平面形状が平面視正方形を呈する。壁厚みＴ１は、試験体Ａ〜Ｆともに１．５ｍｍに設定した。
【００７８】
試験体Ａ，Ｄは、面取り部３１の曲率半径Ｒを０．１ｍｍに設定した（糸面取り）。試験体Ａ，Ｄの壁厚みＴ１に対する曲率半径Ｒの比率は７％である。
【００７９】
試験体Ｂ，Ｅは、面取り部３１の曲率半径Ｒを３．０ｍｍに設定した。試験体Ｂ，Ｅの壁厚みＴ１に対する曲率半径Ｒの比率は２００％である。
【００８０】
試験体Ｃ，Ｆは、面取り部３１の曲率半径Ｒを５．０ｍｍに設定した。試験体Ｃ，Ｆの壁厚みＴ１に対する曲率半径Ｒの比率は３３３％である。
【００８１】
実施例３の試験体Ａ〜Ｆでは、本体部２をアルミニウム合金Ａ６０６３−Ｔ５（ＪＩＳ）で形成した。ＪＩＳ：Ａ６０６３は、Ｓｉ；０．２０〜０．６０％、Ｆｅ；０．３５％以下、Ｃｕ；０．１０％以下、Ｍｎ；０．１０％以下、Ｍｇ；０．４５〜０．９０％、Ｃｒ；０．１０％以下、Ｚｎ；０．１０％以下、Ｔｉ；０．１０％以下、Ａｌ；残部で構成されている。Ｔ５とは、熱処理において、高温加工から冷却後、人工時効したものである。
【００８２】
また、実施例３の試験体Ａ〜Ｆでは、蓋部３をアルミニウムＡ１０５０−Ｈ１１２（ＪＩＳ）で形成した。ＪＩＳ：Ａ１０５０は、Ｓｉ；０．２５％以下、Ｆｅ；０．４０％以下、Ｃｕ；０．０５％以下、Ｍｎ；０．０５％以下、Ｍｇ；０．０５％以下、Ｚｎ；０．０５％以下、Ｖ；０．０５％以下、Ｔｉ；０．０３％以下、Ａｌ；９９．５０％以上で構成されている。Ｈ１１２とは、積極的な加工硬化を加えずに、製造したままの状態で機械的性質の保証がされたものである。
【００８３】
試験体Ａ〜Ｃの摩擦撹拌工程の摩擦角度は、図１５の（ａ）を参照するように、突合部Ｊ２の短辺と平行な中心線Ｃ１を０°とし、摩擦角度の基準線を０°，１５°，４５°，７５°及び９０°に設定し、それぞれの摩擦角度で摩擦圧接を行った。
【００８４】
試験体Ｄ〜Ｆの摩擦圧接工程では、図１６の（ａ）を参照するように、突合部Ｊ２の一辺と平行な中心線Ｃ１を０°とし、摩擦角度の基準線を０°，１５°，４５°及び９０°となるように設定し、それぞれの摩擦角度で摩擦圧接を行った。
【００８５】
圧力低下率とは、製造された蓋付容器の一部に穿設した孔からエアーを供給し、エアーを遮断した段階からの減圧速度を意味するものである。本実施例では、蓋付容器の一部に孔を開け、その孔から５００ｋＰａでエアーを供給し、エアーの供給を遮断したときから蓋付容器の内圧が１００ｋＰａになるまでの時間を計測した。計測時間は最大６０秒までとし、６０秒を超えても内圧が１００ｋＰａに到達しない場合は、６０秒経過時の内圧を計測した。
【００８６】
圧力低下率（ｋＰａ／ｓｅｃ）は以下の式１で示される。
圧力低下率＝（Ｐ０−Ｐｍｉｎ）／ｔ （式１）
Ｐ０ ：初期圧力（５００ｋＰａ）
Ｐｍｉｎ：最低圧力
ｔ ：圧力供給遮断から最低圧力に達するまでの時間
要するに、圧力低下率が低い値であるほど、水密性及び気密性は高いことになる。
【００８７】
図１９の（ａ）に示すように、試験体Ａ〜Ｃでは、摩擦角度を０°に設定すると蓋付容器１Ｂの圧力低下率が最も高く、摩擦角度を大きくするにつれて圧力低下率が低くなり、摩擦角度が４５°になると圧力低下率が最も低くなる。また、摩擦角度を４５°より大きく設定するにつれて圧力低下率が高くなる。つまり、摩擦角度を４５°に近づけるほど水密性及び気密性が高くなることがわかった。したがって、摩擦角度（突合部Ｊ２の一辺と基準線とのなす角度）を３５°〜５５°に設定することが好ましく、４０°〜５０°に設定することがより好ましく、４５°に設定することが最も好ましい。
【００８８】
図１９の（ｂ）に示すように、試験体Ｄ〜Ｆにおいても、摩擦角度を４５°に近づけるほど蓋付容器１Ｃの水密性及び気密性が高くなり、摩擦角度を４５°に設定すると、水密性及び気密性が最も高いことがわかった。したがって、摩擦角度（突合部Ｊ２の一辺と基準線とのなす角度）を３５°〜５５°に設定することが好ましく、４０°〜５０°に設定することがより好ましく、４５°に設定することが最も好ましい。
【００８９】
また、図１９の（ａ）と（ｂ）の結果から、本体部２及び蓋部３の平面形状（平面視矩形形状のアスペクト比）に関わらず、摩擦角度を４５°に設定すると蓋付容器１Ｂ，１Ｃの圧力低下率が最も低くなる、つまり、水密性及び気密性が最も高くなることが分かる。これは、摩擦角度を４５°に設定することにより、摩擦圧接工程における突合部Ｊ２の各部位における密着度のバランスが良好になるからであると考えられる。また、面取り部３１の曲率半径Ｒの大きさは、圧力低下率に影響を及ぼさないことがわかった。
【００９０】
以上の結果から、接合強度と摩擦角度との関係、および水密性及び気密性と摩擦角度との関係について考察する。なお、以下の考察においては、図１２に示す蓋付容器１Ｂ（以下、「長方形容器」と言う）及び図１４に示す蓋付容器１Ｃ（以下、「正方形容器」と言う）を例示し、各容器の寸法や摩擦圧接の条件については、図２０に示す条件に基づくものとする。
【００９１】
＜接合強度と摩擦角度との関係＞
図２１の（ａ）に示すように、長方形容器において、基準線Ｃ３を平面視矩形断面の対角線と平行となるように設定し、基準線Ｃ３に沿って摩擦圧接する場合には、各接合部位における間欠摩擦部の面積が等しくなる。このような接合方法によれば、各接合部位で発生する摩擦熱は均一になるので、接合強度の不均衡が解消すると考えられる。ここで、間欠摩擦部とは、図２１の（ｂ）に示すように、部材同士の突合部のうち摩擦圧接の際に間欠的に大気に晒される部位のことであり、間欠摩擦部の面積が大きくなると、摩擦熱が小さくなる傾向にあり接合強度は低下する。図２１の（ｂ）では、ハッチで示す部位が間欠摩擦部である。
【００９２】
図２２の（ａ）に、長方形容器（長辺と短辺のアスペクト比は３：１）の本体部と蓋を摩擦圧接する場合の間欠摩擦部の面積と摩擦角度との関係を計算した結果を示す。この結果からも明らかなように、平面視矩形形状の対角線に相当する摩擦角度において、長辺における間欠摩擦部の面積Ｓ１（間欠摩擦部のうち長辺と平行となる領域の面積）と短辺における間欠摩擦部の面積Ｓ２（間欠摩擦部のうち短辺と平行となる領域の面積）とが等しくなる。つまり、平面視矩形形状の対角線に相当する摩擦角度において、各接合部位で発生する摩擦熱は均一になるので、接合強度の不均衡が解消すると考えられる。
【００９３】
また、図２２の（ｂ）に示すように、正方形容器であっても、長方形容器と同様に、平面視矩形形状の対角線に相当する摩擦角度において、一辺における間欠摩擦部の面積と前記一辺に垂直な他辺における間欠摩擦部の面積とが等しくなる。
【００９４】
＜水密性及び気密性と摩擦角度との関係＞
図２３に示すように、基準線Ｃ３を平面視矩形断面の対角線と平行となるように設定し、基準線Ｃ３に沿って摩擦圧接する場合には、各接合部位における摩耗粉移動距離は不均一になるので、水密性及び気密性は低下すると考えられる。つまり、図２３に示すａ部における摩耗粉移動距離Ｌ１と、ｂ部における摩耗粉移動距離Ｌ２とは距離が異なる。ここで、摩耗粉移動距離とは、ある摩擦角度及び壁厚みにおいて、摩擦圧接中に本体部２と蓋部３との界面において摩耗粉（金属屑）が移動し得る最大の距離のことである。例えば、図２５の（ｂ）を参照すると、摩擦方向が側壁部１０４の長辺と平行（摩擦角度＝９０°）に設定されているため、ｃ部における摩耗粉移動距離Ｌ３は側壁部１０４の壁厚みと同等の寸法となり、ｄ部における摩耗粉移動距離Ｌ４は側壁部１０４の長辺と同等の寸法になる。摩耗粉移動距離が長くなると、摩耗粉（金属屑）が接合面に残留する傾向にあり接合面の密閉性は低下する。
【００９５】
図２４の（ａ）に、長方形容器（長辺と短辺のアスペクト比は３：１）の本体部と蓋を摩擦圧接する場合の摩耗粉移動距離と摩擦角度との関係を計算した結果を示す。この結果からも明らかなように、平面視矩形形状のアスペクト比とは無関係に、摩擦角度４５°において、長辺における摩耗粉移動距離と短辺における摩耗粉移動距離とが等しくなる。つまり、摩擦角度４５°において、各接合部位における摩耗粉（金属屑）の排出性が均一になるので、接合面の密着度の不均衡が解消すると考えられる。
【００９６】
また、図２４の（ｂ）に示すように、正方形容器であっても、当然に、摩擦角度４５°において、一辺における摩耗粉移動距離と前記一辺に垂直な他辺における摩耗粉移動距離とが等しくなる。
【００９７】
以上のように、本発明によると、蓋付容器の各接合部位における強度の不均衡を小さくすることができ、蓋付容器の水密性及び気密性を向上させることができる蓋付容器の製造方法を提供することができる。
【符号の説明】
【００９８】
１ 蓋付容器
１Ａ 蓋付容器
２ 本体部
３ 蓋部
４ 箱状部材
５ 開口
６ フィン
１１ 底部
１２ 側壁部
１５ （側壁部の）上面
１６ 本体内周面
１７ 本体凹溝部
１８ 本体外周面
２３ （蓋部の）下面
２４ 蓋中央面
２５ 蓋内側凹溝部
２６ 蓋内周面
２７ 蓋外側凹溝部
２８ 蓋外周面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
底部とこの底部に立設された平面視矩形枠状の側壁部とを備えた本体部と、前記本体部の開口を塞ぐ蓋部と、を用意する準備工程と、
前記側壁部の上面と前記蓋部の下面とを突き合わせて平面視矩形枠状の突合部を形成する突合せ工程と、
平面視した場合に、前記突合部の一辺に対して傾斜する基準線に沿って前記本体部及び前記蓋部を相対的かつ直線的に往復移動させて摩擦圧接する摩擦圧接工程と、を含むことを特徴とする蓋付容器の製造方法。
【請求項２】
前記摩擦圧接工程において前記突合部が正方形状を呈する場合、前記基準線を前記突合部の対角線に対して±３０°の範囲内に設定することを特徴とする請求項１に記載の蓋付容器の製造方法。
【請求項３】
前記摩擦圧接工程において前記突合部が長方形状を呈する場合、前記基準線を前記突合部の対角線に対して±２０°の範囲内に設定することを特徴とする請求項１に記載の蓋付容器の製造方法。
【請求項４】
前記摩擦圧接工程において、前記基準線を前記突合部の対角線と平行となるように設定することを特徴とする請求項１に記載の蓋付容器の製造方法。
【請求項５】
前記摩擦圧接工程において、前記突合部の一辺と前記基準線とのなす角度を３５°〜５５°に設定することを特徴とする請求項１に記載の蓋付容器の製造方法。
【請求項６】
前記摩擦圧接工程において、前記突合部の一辺と前記基準線とのなす角度を４０°〜５０°に設定することを特徴とする請求項１に記載の蓋付容器の製造方法。
【請求項７】
前記摩擦圧接工程において、前記突合部の一辺と前記基準線とのなす角度を４５°に設定することを特徴とする請求項１に記載の蓋付容器の製造方法。
【請求項８】
前記側壁部の上面には、
平面視矩形枠状に形成された本体凹溝部と、
前記本体凹溝部の内側に形成された本体内周面と、
前記本体凹溝部の外側に、前記本体内周面よりも低い位置に形成された本体外周面と、が形成されており、
前記突合せ工程では、前記本体内周面と前記蓋部の下面とを突き合わせることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の蓋付容器の製造方法。
【請求項９】
前記蓋部の下面には、
平面視矩形枠状に形成された蓋凹溝部と、
前記蓋凹溝部の内側に形成された蓋内周面と、
前記蓋凹溝部の外側に、前記蓋内周面よりも高い位置に形成された蓋外周面と、が形成されており、
前記突合せ工程では、前記側壁部の上面と前記蓋内周面とを突き合わせることを特徴とする請求項１乃至請求項８項のいずれか一項に記載の蓋付容器の製造方法。
【請求項１】
底部とこの底部に立設された平面視矩形枠状の側壁部とを備えた本体部と、前記本体部の開口を塞ぐ蓋部と、を用意する準備工程と、
前記側壁部の上面と前記蓋部の下面とを突き合わせて平面視矩形枠状の突合部を形成する突合せ工程と、
平面視した場合に、前記突合部の一辺に対して傾斜する基準線に沿って前記本体部及び前記蓋部を相対的かつ直線的に往復移動させて摩擦圧接する摩擦圧接工程と、を含むことを特徴とする蓋付容器の製造方法。
【請求項２】
前記摩擦圧接工程において前記突合部が正方形状を呈する場合、前記基準線を前記突合部の対角線に対して±３０°の範囲内に設定することを特徴とする請求項１に記載の蓋付容器の製造方法。
【請求項３】
前記摩擦圧接工程において前記突合部が長方形状を呈する場合、前記基準線を前記突合部の対角線に対して±２０°の範囲内に設定することを特徴とする請求項１に記載の蓋付容器の製造方法。
【請求項４】
前記摩擦圧接工程において、前記基準線を前記突合部の対角線と平行となるように設定することを特徴とする請求項１に記載の蓋付容器の製造方法。
【請求項５】
前記摩擦圧接工程において、前記突合部の一辺と前記基準線とのなす角度を３５°〜５５°に設定することを特徴とする請求項１に記載の蓋付容器の製造方法。
【請求項６】
前記摩擦圧接工程において、前記突合部の一辺と前記基準線とのなす角度を４０°〜５０°に設定することを特徴とする請求項１に記載の蓋付容器の製造方法。
【請求項７】
前記摩擦圧接工程において、前記突合部の一辺と前記基準線とのなす角度を４５°に設定することを特徴とする請求項１に記載の蓋付容器の製造方法。
【請求項８】
前記側壁部の上面には、
平面視矩形枠状に形成された本体凹溝部と、
前記本体凹溝部の内側に形成された本体内周面と、
前記本体凹溝部の外側に、前記本体内周面よりも低い位置に形成された本体外周面と、が形成されており、
前記突合せ工程では、前記本体内周面と前記蓋部の下面とを突き合わせることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の蓋付容器の製造方法。
【請求項９】
前記蓋部の下面には、
平面視矩形枠状に形成された蓋凹溝部と、
前記蓋凹溝部の内側に形成された蓋内周面と、
前記蓋凹溝部の外側に、前記蓋内周面よりも高い位置に形成された蓋外周面と、が形成されており、
前記突合せ工程では、前記側壁部の上面と前記蓋内周面とを突き合わせることを特徴とする請求項１乃至請求項８項のいずれか一項に記載の蓋付容器の製造方法。
【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１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図１７】
【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１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図１７】
【公開番号】特開２０１３−９９７７８（Ｐ２０１３−９９７７８Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１８６２３９（Ｐ２０１２−１８６２３９）
【出願日】平成２４年８月２７日（２０１２．８．２７）
【出願人】（０００００４７４３）日本軽金属株式会社 (627)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年８月２７日（２０１２．８．２７）
【出願人】（０００００４７４３）日本軽金属株式会社 (627)
【Ｆターム（参考）】
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