圧力容器及びその製造方法
【課題】複数の板部材が摩擦攪拌接合法によって接合されてなる圧力容器において、容器の寸法精度を大幅に低下させることなく、高い気密性を実現することができる構成を得る。
【解決手段】複数の板部材１１，１１には、それぞれ、板部材同士が接合された状態で壁部１２の側面外方側に凹溝部１ａを構成する切り欠き溝部１１ａを形成する。この切り欠き溝部１１ａにおいて、横断面視で少なくとも一つの角部分にＲ部１１ｂを形成する。上記凹溝部１１ａ内に該凹溝部１１ａの内壁面に密着するように形成された柱状のスペーサ部材１２，１３を配置した状態で、上記板部材１１，１１同士の境界部分と該板部材１１及びスペーサ部材１２，１３の境界部分とを、該板部材１１の側面外方側及び上下面側で上記摩擦攪拌接合法によって接合する。
【解決手段】複数の板部材１１，１１には、それぞれ、板部材同士が接合された状態で壁部１２の側面外方側に凹溝部１ａを構成する切り欠き溝部１１ａを形成する。この切り欠き溝部１１ａにおいて、横断面視で少なくとも一つの角部分にＲ部１１ｂを形成する。上記凹溝部１１ａ内に該凹溝部１１ａの内壁面に密着するように形成された柱状のスペーサ部材１２，１３を配置した状態で、上記板部材１１，１１同士の境界部分と該板部材１１及びスペーサ部材１２，１３の境界部分とを、該板部材１１の側面外方側及び上下面側で上記摩擦攪拌接合法によって接合する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の板部材によって壁部を構成するように該板部材を摩擦攪拌接合法によって接合することにより、内部に減圧若しくは加圧のための圧力空間が形成される圧力容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、複数の板部材によって壁部を構成するように該板部材を接続することにより、内部に減圧若しくは加圧のための圧力空間が形成される圧力容器が知られている。このような圧力容器は、例えば、ＰＶＤ（物理気相成長法）やＣＶＤ（化学気相成長法）などの薄膜形成を行う装置に用いられている。
【０００３】
上記圧力容器は、例えば特許文献１に開示されているように、壁部を構成する複数の板部材を互いに接合することによって形成される。この接合方法としては、溶接やボルト締結等の方法以外に、上記特許文献１に開示されるような摩擦攪拌接合法などが知られている。この摩擦攪拌接合法とは、接合する部材に対してピンを回転させながら押し付けて、該ピンの先端で部材内に塑性流動を生じさせることにより部材同士を接合する方法であり、別部材を溶かして部材同士を接合する溶接などに比べて、高い接合強度が得られる。
【０００４】
一方、上記摩擦攪拌接合法は、上述のとおり、ピンを回転させることによって、部材内に塑性流動を生じさせる方法であるため、厚い部材同士の場合には、部材内を十分に攪拌することができず、部材同士の十分な接合強度が得られない可能性がある。そのため、圧力容器などのように、比較的、肉厚の厚い部材同士を接合して構造体を形成する場合には、上記特許文献１に開示されているように、別部材を用いて、接合する部分の肉厚ができるだけ薄くなるようにしている。
【０００５】
詳しくは、上記特許文献１の容器（真空容器）の製造方法は、接合する板部材の接合部分に、該板部材が接合された状態で断面視階段状の凹溝部となるような切り欠き溝部を形成し、該凹溝部の底部を容器の壁部の側面外方側から摩擦攪拌接合法によって接合する。そして、上記凹溝部内に直方体状の第１スペーサ部材（挿入板）を配置して、該第１スペーサ部材の全体を、容器の壁部の側面外方側から摩擦攪拌接合法によって、上記凹溝部の内周面に接合する。その後、上記凹溝部内に別の直方体状の第２スペーサ部材（挿入板）を配置し、該第２スペーサ部材もその全体を、容器の壁部の側面外方側から摩擦攪拌接合法によって、上記第１スペーサ部材及び板部材に接合する。
【特許文献１】特開２００５−１３１６６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記特許文献１のような構成の場合には、比較的薄い部材同士しか接合できない摩擦攪拌接合法を用いて、圧力容器などの厚い壁部を形成できる反面、上記スペーサ部材の全体に摩擦攪拌接合法によって塑性流動を生じさせて、板部材に接合することになるため、該スペーサ部材及び板部材の歪みが大きくなり、容器の寸法精度が大幅に低下するという問題が生じる。
【０００７】
これに対し、上記摩擦攪拌接合法によって接合する部分を減らすことにより、上記スペーサ部材及び板部材の歪みを抑えることが考えられるが、単に接合部分を減らすと、スペーサ部材と板部材との間に隙間が生じ、圧力容器で最も重要な気密性を確保できなくなる可能性がある。
【０００８】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、複数の板部材が摩擦攪拌接合法によって接合されてなる圧力容器において、容器の寸法精度を大幅に低下させることなく、高い気密性を実現することができる構成を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係る圧力容器では、板部材同士を接合した状態で壁部の側面外方側に構成される凹溝部内に、柱状のスペーサ部材を配置した状態で、該板部材同士の境界部分や該板部材とスペーサ部材との境界部分を、板部材の側面外方側及び上下面側で、摩擦攪拌接合法によって接合することで、接合部分をできるだけ少なくしつつ、該接合部分の気密性を確保できるようにした。
【００１０】
具体的には、第１の発明では、複数の板部材がそれぞれ壁部を構成するように、該板部材を互いに摩擦攪拌接合法によって接合してなる圧力容器を対象とする。
【００１１】
そして、上記複数の板部材には、それぞれ、板部材同士が接合された状態で上記壁部の側面外方側に凹溝部を構成する切り欠き溝部が形成されていて、上記切り欠き溝部は、横断面視で少なくとも一つの角部分にＲ部が形成されており、上記凹溝部内に該凹溝部の内壁面に密着するように形成された柱状のスペーサ部材を配置した状態で、上記板部材同士の境界部分と該板部材及びスペーサ部材の境界部分とが、該板部材の側面外方側及び上下面側で上記摩擦攪拌接合法によって接合されてなるものとする。
【００１２】
以上の構成により、接合される板部材の切り欠き溝部によって構成される凹溝部内に、スペーサ部材が配置された状態で、上記板部材同士の境界部分と該板部材及びスペーサ部材の境界部分とが、該板部材の側面外方側及び上下面側で摩擦攪拌接合法によって接合され、上記境界部分全体を完全に接合することができる。したがって、従来のように、上記スペーサ部材全体を摩擦攪拌接合法によって潰さなくても、接合強度を確保しつつ、気密性を確保することができる。
【００１３】
しかも、上記切り欠き溝部は、横断面視で少なくとも一つの角部分にＲ部が形成されているため、上述のように、上記境界部分を板部材の上下面側で摩擦攪拌接合法によって接合する場合、上記Ｒ部に沿ってピンを連続的に移動させることができ、連続して摩擦攪拌接合を行うことができる。したがって、上記境界部分の角部で摩擦攪拌接合を中断する必要がなくなるため、作業性の向上を図れる。
【００１４】
上述の構成において、上記Ｒ部は、上記板部材の切り欠き溝部において、上記スペーサ部材が該板部材の側面側で摩擦攪拌接合法によって該板部材と接合されない角部分に形成されているのが好ましい（第２の発明）。
【００１５】
これにより、上記Ｒ部の形成された角部分では、板部材の切り欠き溝部によって構成される凹溝部の内壁面とスペーサ部材とがより密着するため、該内壁面とスペーサ部材との間の気密性を向上することができる。しかも、上記Ｒ部を、スペーサ部材が板部材の側面側で摩擦攪拌接合法によって該板部材と接合されない角部分に形成することで、当該角部分を板部材の上下面側で連続して摩擦攪拌接合を行うことができ、作業性の向上を図れる。
【００１６】
また、上記凹溝部は、横断面視で略階段状に形成されており、上記スペーサ部材は、複数の部材によって構成されていて、それぞれの部材と上記板部材との境界部分が上記板部材の側面外方側及び上下面側で上記摩擦攪拌接合法によって接合されているものとする（第３の発明）。
【００１７】
このように、接合する板部材同士の間に形成される凹溝部を、横断面視で階段状に形成し、該凹溝部内に、複数の部材からなるスペーサ部材を配置して接合することで、該スペーサ部材と板部材との接合箇所を増やすことができ、接合強度及び気密性の向上を図れる。しかも、上述のような階段形状にすることで、板部材の凹溝部の内壁面に対して密着するスペーサ部材の面の数を増やすことができるため、圧力容器の壁部の接合部分の気密性を高めることができる。
【００１８】
また、上記スペーサ部材を構成する複数の部材同士は、その境界部分が上記板部材の上下面側で上記摩擦攪拌接合法によって接合されているのが好ましい（第４の発明）。こうすることで、スペーサ部材を構成する複数の部材同士も、摩擦攪拌接合法によって強固に接合することができるため、圧力容器の壁部の接合強度及び該圧力容器の気密性の向上をより確実に図れる。
【００１９】
また、上記スペーサ部材を構成する複数の部材は、上記凹溝内に板部材の厚み方向に積層するように配置されていて、上記複数の部材同士が上面視で幅方向略中央部分で上記壁部の側面外方側から摩擦攪拌接合法によって接合されているのが好ましい（第５の発明）。
【００２０】
これにより、スペーサ部材を構成する複数の部材が、上面視で幅方向に長い場合でも、その幅方向略中央部分で摩擦攪拌接合法によって互いに接合されるため、圧力容器の壁部の接合強度及び該圧力容器の気密性の向上をさらに確実に図れる。
【００２１】
また、上記スペーサ部材を構成する複数の部材同士の間には、流体が流れるための流路が形成されているのが好ましい（第６の発明）。このように、スペーサ部材を構成する複数の部材同士の間に、流体が流れるための流路を設けることで、該流体の流路を別に設ける必要がなくなるので、その分の配管が不要になって、コスト低減を図れるとともに、配管スペースも不要になって、容器周辺の構成のコンパクト化を図れる。
【００２２】
第７の発明は、圧力容器の製造方法に関するものである。この第７の発明によれば、上記第１の発明のような構成の圧力容器を得ることができる。
【００２３】
具体的には、複数の板部材がそれぞれ壁部を構成するように該板部材を互いに摩擦攪拌接合法によって接合してなる圧力容器の製造方法を対象とする。
【００２４】
そして、上記複数の板部材同士の接合部分に、それぞれ、該板部材同士を接合した状態で凹溝部を構成し且つ少なくとも一つの角部分にＲ部を有する切り欠き溝部を形成する切り欠き溝形成工程と、上記板部材同士を組み合わせた状態で上記切り欠き溝部の底部同士を上記壁部の側面外方側から摩擦攪拌接合法により接合する板部材接合工程と、上記凹溝部内にスペーサ部材を配置して、該スペーサ部材と上記板部材との境界部分を、該板部材の側面外方側及び上下面側で摩擦攪拌接合法により接合するスペーサ部材接合工程と、を備えているものとする。
【００２５】
以上の方法により、接合される板部材の切り欠き溝部によって構成される凹溝部内に、スペーサ部材を配置した状態で、該スペーサ部材と板部材との境界部分が、該板部材の側面外方側及び上下面側で摩擦攪拌接合法によって接合されるため、該境界部分を強固に且つシールするように接合することができる。したがって、従来構成のように、スペーサ部材の全体を摩擦攪拌接合で潰すことなく、十分な接合強度及び気密性を得ることができる。したがって、容器全体の寸法精度を低下させることなく、容器の気密性を確保することができる。
【発明の効果】
【００２６】
以上説明したように、本発明に係る圧力容器によれば、板部材に横断面視で少なくとも一つの角部分にＲ部を有する切り欠き溝部を形成して、板部材同士を接合した状態で該切り欠き溝部によって構成される凹溝部内にスペーサ部材を配置した状態で、板部材同士の境界部分と該板部材とスペーサ部材との境界部分とを、該板部材の側面外方側及び上下面側で摩擦攪拌接合法によって接合することで、容器の寸法精度を大幅に低下させることなく、該容器の接合強度及び気密性を確保することができる。
【００２７】
また、第２の発明によれば、上記Ｒ部は、上記スペーサ部材が板部材の側面外方側で該板部材と接合されない角部分に形成されているため、容器の気密性の向上を図れるとともに、上記境界部分の板部材の上下面側を摩擦攪拌接合法によって接合する際の作業性の向上を図れる。
【００２８】
また、第３の発明によれば、上記凹溝部は、横断面視で略階段状に形成されていて、上記スペーサ部材を構成する複数の部材は、上記板部材との境界部分が、該板部材の側面外方側及び上下面側で摩擦攪拌接合法によって接合されているため、容器の壁部の接合強度及び気密性の向上を図れる。
【００２９】
また、第４の発明によれば、上記スペーサ部材を構成する複数の部材同士は、境界部分が板部材の上下面側で摩擦攪拌接合法によって接合されているため、容器の壁部の接合強度及び気密性の向上をより確実に図れる。
【００３０】
また、第５の発明によれば、上記スペーサ部材を構成する複数の部材は、上記凹溝部内で厚み方向に積層され、該部材同士が上面視で幅方向中央部分で壁部の側面外方側から摩擦攪拌接合法によって接合されているため、容器の壁部の接合強度及び気密性の向上をさらに確実に図れる。
【００３１】
さらに、第６の発明によれば、上記スペーサ部材を構成する複数の部材同士の間には、流体が流れるための流路が形成されているため、圧力容器周辺の構成を低コスト且つコンパクトな構成にすることができる。
【００３２】
第７の発明に係る圧力容器の製造方法によれば、複数の板部材の接合部分に、少なくとも一つの角部分にＲ部が設けられた切り欠き溝部を形成し、該板部材同士を組み合わせた状態で上記切り欠き溝部の底部同士を壁部の側面外方側から摩擦攪拌接合法によって接合した後、該切り欠き溝部によって構成される凹溝部内にスペーサ部材を配置して該スペーサ部材と板部材との境界部分を該板部材の側面外方側及び上下面側で摩擦攪拌接合法により接合することで、上記第１の発明の圧力容器を得ることができ、該第１の発明と同様の効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００３４】
《実施形態１》
図１に本発明の実施形態１に係る圧力容器１の概略構成を示す。この圧力容器１は、例えばＰＶＤやＣＶＤなどによって薄膜を形成する際に真空室を形成するために用いられるもので、該容器１の各壁部２，２，…を構成する厚肉の板部材１１，１１，…によって形成されている。なお、上記図１において、上記圧力容器１の上面壁及び底面壁は、説明の都合上、記載が省略されている。
【００３５】
上記圧力容器１の側壁を構成する板部材１１，１１同士は、第１及び第２スペーサ部材１２，１３を介して接続されている。すなわち、上記板部材１１，１１の接合部分には、それぞれ、該板部材１１，１１同士を接合した状態で容器１の上下方向に延び且つ上面視で該容器１の側面外方に向かって２段階で幅広になる凹溝部１ａを構成するように、段状の切り欠き溝部１１ａ，１１ａが設けられている。そして、図２にも示すように、この凹溝部１ａの底部において上記板部材１１，１１の切り欠き溝部１１ａ，１１ａ同士が、上記壁部２の側面外方側（凹溝部１ａの底面側）で摩擦攪拌接合法によって接合されているとともに、該凹溝部１ａ内に上記スペーサ部材１２，１３が配置された状態で、これらのスペーサ部材１２，１３と板部材１１，１１とが上記壁部２の側面外方側及び上下面側で摩擦攪拌接合法によって接合されている。
【００３６】
また、図４に示すように、上記板部材１１，１１の切り欠き溝部１１ａ，１１ａでは、後述する摩擦攪拌接合法における治具１０３が板部材１１，１１とスペーサ部材１２，１３との境界部分に沿って連続して移動できるように、角部にＲ部１１ｂが形成されている。具体的には、このＲ部１１ｂは、上記切り欠き溝部１１ａのうち、板部材１１の内方に窪んでいて、且つ、後述するように上記スペーサ部材１２，１３が板部材１１と上記壁部２の側面側で摩擦攪拌接合法によって接合されない角部に設けられている。このように、スペーサ部材１２，１３と板部材１１とが上記壁部２の側面側で摩擦攪拌接合法によって接合されていない角部にＲ部１１ｂを設けることで、該スペーサ部材１２，１３と上記凹溝部１ａの内壁面との密着性を向上することができる。これにより、上記圧力容器１の接合部分での気密性の向上を図れる。
【００３７】
ここで、上記摩擦攪拌接合法とは、図３に示すように、被接合部材１０１，１０２の接合箇所において、円柱状の治具１０３の先端に設けられたピン１０４を食い込ませて回転させることにより、該ピン１０４との摩擦熱によって上記被接合部材１０１，１０２に塑性流動を生じさせるとともに、上記治具１０３をさらに押し込むことにより、該治具１０３のショルダー部１０５によっても摩擦熱を生じさせて上記被接合部材１０１，１０２の塑性流動をより広範囲で生じさせることで、該被接合部材１０１，１０２同士を接合する方法である。
【００３８】
上記スペーサ部材１２，１３は、アルミ合金からなるもので、図１、図２及び図４に示すように、それぞれ、断面略蒲鉾形状を有する柱状に形成されている。すなわち、上記スペーサ部材１２，１３は、直方体の部材において、上記板部材１１の切り欠き溝部１１ａに形成されたＲ部１１ｂに対応するように、同じ側の２つの角部にＲ部を形成してなる。また、上記第１スペーサ部材１２は、幅方向寸法が上記凹溝部１ａの底部側の段部の幅とほぼ同じで、且つ厚み寸法が該凹溝部１ａの底部側の段部の高さとほぼ同じ寸法になるように形成されている。一方、上記第２スペーサ部材１３は、幅方向寸法が上記凹溝部１ａの上段側の段部の幅とほぼ同じで、且つ厚み寸法が該凹溝部１ａの上段側の段部の高さとほぼ同じ寸法になるように形成されている。
【００３９】
これにより、上記スペーサ部材１２，１３を階段状の上記凹溝部１ａ内に配置すると、該スペーサ部材１２，１３によって凹溝部１ａの内部をほぼ埋めることができる。
【００４０】
上記スペーサ部材１２，１３は、上記凹溝部１ａ内に配置された状態で、該スペーサ部材１２，１３と板部材１１，１１との境界部分を、上記壁部２の側面外方側で容器１の上下方向に亘って上記摩擦攪拌接合法により接合される。すなわち、上記凹溝部１ａの底部側に配置される第１スペーサ部材１２は、その幅方向両端部で上記板部材１１，１１と摩擦攪拌接合法により接合され、上記凹溝部１ａの上段側に配置される第２スペーサ部材１３も、その幅方向両端部で上記板部材１１，１１と摩擦攪拌接合法により接合される。これらの接合箇所を、上記図１、図２及び図４に符号１４で示す。
【００４１】
また、上記スペーサ部材１２，１３は、上述のように上記板部材１１，１１と壁部２の側面外方側で接合された後、該壁部２の上下面側で該板部材１１，１１との境界部分を摩擦攪拌接合法によって接合される。この接合箇所を、上記図１、図２及び図４に符号１５で示す。
【００４２】
−接合方法−
上記板部材１１，１１及びスペーサ部材１２，１３の接合方法について、上記図４に基づいて以下で説明する。
【００４３】
まず、板部材１１，１１に、それぞれ段状の切り欠き溝部１１ａ，１１ａを形成する。そして、上記切り欠き溝部１１ａ，１１ａが凹溝部１ａを構成するように上記板部材１１，１１を組み合わせて、図４（Ａ）に示すように、該凹溝部１ａの底面部に位置する切り欠き溝部１１ａ，１１ａの境界部分（接合箇所１４）を摩擦攪拌接合法によって接合する。次に、図４（Ｂ）に示すように、上記凹溝部１ａの底部側に、第１スペーサ部材１２を配置して、該第１スペーサ部材１２と板部材１１，１１との境界部分（接合箇所１４）を、容器１の壁部２の側面外方側で上下方向全体に亘って摩擦攪拌接合法によって接合する。
【００４４】
そして、図４（Ｃ）に示すように、上記凹溝部１ａの上段側に、第２スペーサ部材１３を配置して、該第２スペーサ部材１３と板部材１１，１１との境界部分（接合箇所１４）を、容器１の壁部２の側面外方側で上下方向全体に亘って摩擦攪拌接合法によって接合する。その後、図４（Ｄ）に示すように、上記スペーサ部材１２，１３と板部材１１，１１との境界部分（接合箇所１５）を、容器１の壁部２の上下面側のほぼ全体に亘って摩擦攪拌接合法によって接合する。
【００４５】
なお、上記図４（Ｄ）では、スペーサ部材１２，１３同士の境界部分は、接合していないが、この限りではなく、該境界部分を容器１の壁部２の上下面側で摩擦攪拌接合により接合してもよい。この場合には、まず、上記第２スペーサ部材１３の外周に沿って摩擦攪拌接合法により上記板部材１１，１１及び第１スペーサ部材１２と接合した後、該第１スペーサ部材１２の外周に沿って摩擦攪拌接合法により上記板部材１１，１１と接合すればよい。
【００４６】
ここで、上記板部材１１，１１に、それぞれ、段状の切り欠き溝部１１ａ，１１ａを形成する工程が切り欠き溝形成工程に、該切り欠き溝部１１ａ，１１ａの境界部分同士を摩擦攪拌接合法によって接合する工程が板部材接合工程に、上記切り欠き溝部１１ａ，１１ａによって構成された凹溝部１ａ内にスペーサ部材１２，１３を配置して、該スペーサ部材１２，１３と板部材１１，１１との境界部分を摩擦攪拌接合法によって接合する工程がスペーサ接合工程に、それぞれ対応している。
【００４７】
−実施形態１の効果−
以上より、この実施形態によれば、上記スペーサ部材１２，１３の板部材１１，１１との境界部分（接合箇所１４，１５）のみを摩擦攪拌接合法によって接合することで、該スペーサ部材１２，１３の全体を摩擦攪拌接合する場合に比べて、接合部分を低減することができ、その分、該摩擦攪拌接合に起因する歪みが小さくなり、上記容器１の寸法精度が大幅に低下するのを防止できる。
【００４８】
しかも、上記スペーサ部材１２，１３と板部材１１，１１との境界部分は、上記壁部２の側面外方側及び上下面側の全体が摩擦攪拌接合法によって接合されているため、上記スペーサ部材１２，１３と板部材１１，１１とを確実に接合し且つ両者間の隙間を確実にシールすることができる。したがって、上記圧力容器１の接合部分の強度及び気密性を十分に確保することができる。
【００４９】
また、上記板部材１１，１１の切り欠き溝部１１ａ，１１ａにおいて、上記スペーサ部材１２，１３が該板部材１１，１１の側面側で摩擦攪拌接合法によって該板部材１１，１１と接合されない角部分にＲ部１１ｂを形成したため、該Ｒ部１１ｂの形成された角部分では、凹溝部１ａの内壁面とスペーサ部材１２，１３とがより密着するため、該内壁面とスペーサ部材１２，１３との間の気密性を向上することができる。しかも、上記角部分にＲ部１１ｂを形成することで、当該角部分を板部材１１，１１の上下面側で連続して摩擦攪拌接合を行うことができ、作業性の向上を図れる。
【００５０】
−実施形態１の変形例１−
図５に上記実施形態１の変形例１を示す。この変形例１では、スペーサ部材２２，２３の形状が上記実施形態１とは異なる。
【００５１】
具体的には、凹溝部１ａの底部側に配置される第１スペーサ部材２２は、本体部２２ａに、その一側の側面の幅方向中央部分から突出する突条部２２ｂが設けられていて、全体として断面略Ｔ字状に形成されている。また，上記凹溝部１ａの上段側に配置される第２スペーサ部材２３は、上記第１スペーサ部材２２の突条部２２ｂに対応して一側の側面の幅方向中央部分に溝部２３ａが設けられていて、全体として断面略コの字状に形成されている。
【００５２】
そして、上記スペーサ部材２２，２３は、上記実施形態１のように、上記凹溝部１ａ内で板部材１１，１１と境界部分で接合された状態で、容器１の壁部２の側面外方側から上記第２スペーサ部材２３の幅方向中央部分で摩擦攪拌接合法により接合される。すなわち、上記第１スペーサ部材２２の突条部２２ｂの先端部が上記第２スペーサ部材２３の溝部２３ａの内部で接合される。
【００５３】
これにより、上記第２スペーサ部材２３が幅方向に長い部材の場合でも、その幅方向中央部分で上記第１スペーサ部材２２と接合されるため、該第２スペーサ部材２３と第１スペーサ部材２２とをより強固に接合することができ、圧力容器１の壁部２の接合強度の向上を図れる。
【００５４】
《実施形態２》
図６及び図７に、実施形態２に係る圧力容器３１の概略構成を示す。この実施形態２では、凹溝部及びスペーサ部材の形状が実施形態１と異なるだけなので、異なる部分についてのみ以下で説明する。
【００５５】
具体的には、圧力容器３１の壁部３２を構成する各板部材４１には、接合された状態で３段の階段状の凹溝部３１ａを構成するように、段状の切り欠き溝部４１ａが形成されている。この切り欠き溝部４１ａは、スペーサ部材４２，４３と板部材４１，４１との境界部分で上記壁部３２の側面外方側から摩擦攪拌接合法によって接合されない角部に、Ｒ部４１ｂが形成されている。上記実施形態１と同様、上記板部材４１，４１を組み合わせて、凹溝部３１ａの底面部に位置する切り欠き溝部４１ａ，４１ａの境界部分（接合箇所４４）を摩擦攪拌接合法によって接合する
上記凹溝部３１ａの底部側及び２段目に配置される第１スペーサ部材４２は、断面視略十字状に形成された柱状のアルミ合金製の部材からなる。また、上記凹溝部３１ａの３段目に配置される第２スペーサ部材４３は、断面視で概略コの字状に形成された柱状のアルミ合金製の部材からなる。
【００５６】
上記第１スペーサ部材４２は、上記階段状に形成された凹溝部３１ａの底部側に配置された状態で、該凹溝部３１ａの底部側及び２段目を埋めるような形状に形成されている。すなわち、上記第１スペーサ部材４２は、９０度の間隔で突出する４つの突出部４２ａ，４２ａ，…を有していて、該４つの突出部４２ａ，４２ａ，…のうち一つの突出部１２ａが上記凹溝部３１ａの底部に配置されるとともに、該突出部４２ａに対して直交するように突出する突出部４２ａ，４２ａが上記凹溝部３１ａの底部側の２段目に配置されている。なお、上記第１スペーサ部材４２は、上記凹溝部３１ａの角部に形成されたＲ部４１ｂに対応して、上記突出部４２ａ，４２ａ，…によって形成される各角部にもＲ部が形成されている。
【００５７】
そして、上述のように上記凹溝部３１ａ内に第１スペーサ部材４２を配置した状態で、該第１スペーサ部材４２は、上記凹溝部３１ａの底部側の２段目に配置された突出部４２ａ，４２ａの先端側が該凹溝部３１ａの内壁面に対し摩擦攪拌接合法によって接合されている。
【００５８】
上記第２スペーサ部材４３は、上記第１スペーサ部材４２の容器外方側を覆うように上記凹溝部３１ａ内に配置される。すなわち、上記断面概略コの字状の第２スペーサ部材４３は、２段の階段状の開口を有していて、その開口の底部側に、上記第１スペーサ部材４２の容器外方に向かって突出する突出部４２ａが位置付けられるとともに、該開口側を形成する２つの突出部４３ａ，４３ａが上記凹溝部３１ａの３段目に配置されている。また、上記第２スペーサ部材４３は、上記凹溝部３１ａ内に配置された状態で、開口側とは反対側の平面状の背面が上記圧力容器１の外面と略面一になるように形成されている。この状態で、上記第２スペーサ部材４３は、背面側の幅方向両端部が圧力容器の外面と摩擦攪拌接合法によって接合され、背面側の幅方向中央部が上記第１スペーサ部材４２の突出部４２ａと摩擦攪拌接合法によって接合されている。
【００５９】
また、上記第１スペーサ部材４２及び第２スペーサ部材４３と板部材４１との境界部分は、容器３１の壁部３２の上下面側のほぼ全体に亘って摩擦攪拌接合法によって接合されている。
【００６０】
なお、上記図６及び図７において、上記第１スペーサ部材４２及び第２スペーサ部材４３と板部材４１との境界部分を、容器３１の側面外方側から摩擦攪拌接合法によって接合した箇所を符号４４で示すとともに、上記境界部分を容器３１の上下面側から摩擦攪拌接合法によって接合した箇所を符号４５で示す。
【００６１】
これにより、上記第１スペーサ部材４２及び第２スペーサ部材４３によって上記凹溝部３１ａの容器外方側を塞ぐことができるとともに、該スペーサ部材４２，４３の突出部４２ａ，４３ａの外表面を上記階段状の凹溝部３１ａの内壁面に密着させて、シールすることができる。しかも、上記第２スペーサ部材４３を、上記第１スペーサ部材４２の容器外方を覆うように配置して、圧力容器３１の壁部３２を構成する板部材４１及び上記第１スペーサ部材４２に接合することで、該第１スペーサ部材４２を上記凹溝部３１ａ内に確実且つ強固に保持することができる。
【００６２】
また、上述のように、上記凹溝部３１ａ内に、上記スペーサ部材４２，４３を配置して、上記板部材１１，１１に接合することで、該スペーサ部材４２，４３同士の間に、貫通孔３１ｂ，３１ｂが形成される。この貫通孔３１ｂは、例えば、流体を流すために利用することができる。このように、上記スペーサ部材４２，４３間に、流体を流すための貫通孔３１ｂを形成することで、配管を別途、設ける必要がなくなり、圧力容器３１の周辺構成のコスト低減及びコンパクト化を図れる。
【００６３】
−実施形態２の効果−
以上より、この実施形態によれば、板部材４１に、接合した状態で３段の階段状の凹溝部３１ａが構成されるように、段状の切り欠き溝部４１ａを設けるとともに、該凹溝部３１ａの各段を埋めるようにスペーサ部材４２，４３を配置して該スペーサ部材４２，４３と上記板部材４１，４１とを摩擦攪拌接合法によって接合したため、上記板部材４１，４１同士をより強固に接合することができ、圧力容器３１の壁部３２の接合強度の向上を図れる。さらに、上述の構成に加えて、上記切り欠き溝部４１ａにおいて、上記スペーサ部材４２，４３と板部材４１，４１との境界部分で容器３１の壁部３２の側面外方側から摩擦攪拌接合法で接合されていない角部に、Ｒ部４１ｂを形成することで、上記スペーサ部材４２，４３と板部材４１，４１とのシール性を向上することができ、圧力容器３１の気密性の向上を図れる。
【００６４】
しかも、上記スペーサ部材４２，４３間に貫通孔３１ｂを形成することで、該貫通孔３１ｂ内に流体を流すことができ、別に配管を設ける必要が無くなる分だけ、圧力容器３１の周辺構成のコスト低減及びコンパクト化を図れる。
【００６５】
《その他の実施形態》
本発明の構成は、上記各実施形態に限定されるものではなく、それ以外の種々の構成を包含するものである。すなわち、上記各実施形態では、複数の段を有する階段状の凹溝部１ａ，３１ａを形成しているが、この限りではなく、図８に示すように、一段の溝状の凹溝部５１ａを形成してもよい。この場合には、略長方形状のスペーサ部材５２を、該凹溝部５１ａ内に配置して、摩擦攪拌接合法によって板部材６１，６１と接合することで、圧力容器５１を形成すればよい。
【００６６】
また、上記各実施形態では、２段や３段の階段状の凹溝部１ａ，３１ａを形成しているが、この限りではなく、それ以上の段数の凹溝部を形成してもよい。さらに、上記各実施形態では、凹溝部１ａ，３１ａ内にスペーサ部材を２つ配置しているが、この限りではなく、３つ以上のスペーサ部材を配置してもよい。なお、当然のことながら、スペーサ部材の形状は、上記各実施形態のような形状に限らず、凹溝部を埋めて板部材同士を接続できるような形状であれば、どのような形状であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、複数の板部材を摩擦攪拌接合法で接合してなる圧力容器に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施形態１に係る圧力容器の壁部の概略構成を示す斜視図である。
【図２】壁部の接合部分の構造を示す上面図である。
【図３】摩擦攪拌接合法を模式的に示す模式図である。
【図４】壁部の接合の各段階を（Ａ）から（Ｄ）で示す上面図である。
【図５】変形例１に係る図２相当図である。
【図６】実施形態２に係る圧力容器の図１相当図である。
【図７】壁部の接合部分の構造を示す図２相当図である。
【図８】その他の実施形態に係る圧力容器の図２相当図である。
【符号の説明】
【００６９】
１，３１ 圧力容器
１ａ，３１ａ，５１ａ 凹溝部
２，３２ 壁部
１１，４１，６１ 板部材
１１ａ，４１ａ 切り欠き溝部
１１ｂ，４１ｂ Ｒ部
１２，２２，４２ 第１スペーサ部材（スペーサ部材）
１３，２３，４３ 第２スペーサ部材（スペーサ部材）
３１ｂ 貫通孔（流路）
５２ スペーサ部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の板部材によって壁部を構成するように該板部材を摩擦攪拌接合法によって接合することにより、内部に減圧若しくは加圧のための圧力空間が形成される圧力容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、複数の板部材によって壁部を構成するように該板部材を接続することにより、内部に減圧若しくは加圧のための圧力空間が形成される圧力容器が知られている。このような圧力容器は、例えば、ＰＶＤ（物理気相成長法）やＣＶＤ（化学気相成長法）などの薄膜形成を行う装置に用いられている。
【０００３】
上記圧力容器は、例えば特許文献１に開示されているように、壁部を構成する複数の板部材を互いに接合することによって形成される。この接合方法としては、溶接やボルト締結等の方法以外に、上記特許文献１に開示されるような摩擦攪拌接合法などが知られている。この摩擦攪拌接合法とは、接合する部材に対してピンを回転させながら押し付けて、該ピンの先端で部材内に塑性流動を生じさせることにより部材同士を接合する方法であり、別部材を溶かして部材同士を接合する溶接などに比べて、高い接合強度が得られる。
【０００４】
一方、上記摩擦攪拌接合法は、上述のとおり、ピンを回転させることによって、部材内に塑性流動を生じさせる方法であるため、厚い部材同士の場合には、部材内を十分に攪拌することができず、部材同士の十分な接合強度が得られない可能性がある。そのため、圧力容器などのように、比較的、肉厚の厚い部材同士を接合して構造体を形成する場合には、上記特許文献１に開示されているように、別部材を用いて、接合する部分の肉厚ができるだけ薄くなるようにしている。
【０００５】
詳しくは、上記特許文献１の容器（真空容器）の製造方法は、接合する板部材の接合部分に、該板部材が接合された状態で断面視階段状の凹溝部となるような切り欠き溝部を形成し、該凹溝部の底部を容器の壁部の側面外方側から摩擦攪拌接合法によって接合する。そして、上記凹溝部内に直方体状の第１スペーサ部材（挿入板）を配置して、該第１スペーサ部材の全体を、容器の壁部の側面外方側から摩擦攪拌接合法によって、上記凹溝部の内周面に接合する。その後、上記凹溝部内に別の直方体状の第２スペーサ部材（挿入板）を配置し、該第２スペーサ部材もその全体を、容器の壁部の側面外方側から摩擦攪拌接合法によって、上記第１スペーサ部材及び板部材に接合する。
【特許文献１】特開２００５−１３１６６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記特許文献１のような構成の場合には、比較的薄い部材同士しか接合できない摩擦攪拌接合法を用いて、圧力容器などの厚い壁部を形成できる反面、上記スペーサ部材の全体に摩擦攪拌接合法によって塑性流動を生じさせて、板部材に接合することになるため、該スペーサ部材及び板部材の歪みが大きくなり、容器の寸法精度が大幅に低下するという問題が生じる。
【０００７】
これに対し、上記摩擦攪拌接合法によって接合する部分を減らすことにより、上記スペーサ部材及び板部材の歪みを抑えることが考えられるが、単に接合部分を減らすと、スペーサ部材と板部材との間に隙間が生じ、圧力容器で最も重要な気密性を確保できなくなる可能性がある。
【０００８】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、複数の板部材が摩擦攪拌接合法によって接合されてなる圧力容器において、容器の寸法精度を大幅に低下させることなく、高い気密性を実現することができる構成を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係る圧力容器では、板部材同士を接合した状態で壁部の側面外方側に構成される凹溝部内に、柱状のスペーサ部材を配置した状態で、該板部材同士の境界部分や該板部材とスペーサ部材との境界部分を、板部材の側面外方側及び上下面側で、摩擦攪拌接合法によって接合することで、接合部分をできるだけ少なくしつつ、該接合部分の気密性を確保できるようにした。
【００１０】
具体的には、第１の発明では、複数の板部材がそれぞれ壁部を構成するように、該板部材を互いに摩擦攪拌接合法によって接合してなる圧力容器を対象とする。
【００１１】
そして、上記複数の板部材には、それぞれ、板部材同士が接合された状態で上記壁部の側面外方側に凹溝部を構成する切り欠き溝部が形成されていて、上記切り欠き溝部は、横断面視で少なくとも一つの角部分にＲ部が形成されており、上記凹溝部内に該凹溝部の内壁面に密着するように形成された柱状のスペーサ部材を配置した状態で、上記板部材同士の境界部分と該板部材及びスペーサ部材の境界部分とが、該板部材の側面外方側及び上下面側で上記摩擦攪拌接合法によって接合されてなるものとする。
【００１２】
以上の構成により、接合される板部材の切り欠き溝部によって構成される凹溝部内に、スペーサ部材が配置された状態で、上記板部材同士の境界部分と該板部材及びスペーサ部材の境界部分とが、該板部材の側面外方側及び上下面側で摩擦攪拌接合法によって接合され、上記境界部分全体を完全に接合することができる。したがって、従来のように、上記スペーサ部材全体を摩擦攪拌接合法によって潰さなくても、接合強度を確保しつつ、気密性を確保することができる。
【００１３】
しかも、上記切り欠き溝部は、横断面視で少なくとも一つの角部分にＲ部が形成されているため、上述のように、上記境界部分を板部材の上下面側で摩擦攪拌接合法によって接合する場合、上記Ｒ部に沿ってピンを連続的に移動させることができ、連続して摩擦攪拌接合を行うことができる。したがって、上記境界部分の角部で摩擦攪拌接合を中断する必要がなくなるため、作業性の向上を図れる。
【００１４】
上述の構成において、上記Ｒ部は、上記板部材の切り欠き溝部において、上記スペーサ部材が該板部材の側面側で摩擦攪拌接合法によって該板部材と接合されない角部分に形成されているのが好ましい（第２の発明）。
【００１５】
これにより、上記Ｒ部の形成された角部分では、板部材の切り欠き溝部によって構成される凹溝部の内壁面とスペーサ部材とがより密着するため、該内壁面とスペーサ部材との間の気密性を向上することができる。しかも、上記Ｒ部を、スペーサ部材が板部材の側面側で摩擦攪拌接合法によって該板部材と接合されない角部分に形成することで、当該角部分を板部材の上下面側で連続して摩擦攪拌接合を行うことができ、作業性の向上を図れる。
【００１６】
また、上記凹溝部は、横断面視で略階段状に形成されており、上記スペーサ部材は、複数の部材によって構成されていて、それぞれの部材と上記板部材との境界部分が上記板部材の側面外方側及び上下面側で上記摩擦攪拌接合法によって接合されているものとする（第３の発明）。
【００１７】
このように、接合する板部材同士の間に形成される凹溝部を、横断面視で階段状に形成し、該凹溝部内に、複数の部材からなるスペーサ部材を配置して接合することで、該スペーサ部材と板部材との接合箇所を増やすことができ、接合強度及び気密性の向上を図れる。しかも、上述のような階段形状にすることで、板部材の凹溝部の内壁面に対して密着するスペーサ部材の面の数を増やすことができるため、圧力容器の壁部の接合部分の気密性を高めることができる。
【００１８】
また、上記スペーサ部材を構成する複数の部材同士は、その境界部分が上記板部材の上下面側で上記摩擦攪拌接合法によって接合されているのが好ましい（第４の発明）。こうすることで、スペーサ部材を構成する複数の部材同士も、摩擦攪拌接合法によって強固に接合することができるため、圧力容器の壁部の接合強度及び該圧力容器の気密性の向上をより確実に図れる。
【００１９】
また、上記スペーサ部材を構成する複数の部材は、上記凹溝内に板部材の厚み方向に積層するように配置されていて、上記複数の部材同士が上面視で幅方向略中央部分で上記壁部の側面外方側から摩擦攪拌接合法によって接合されているのが好ましい（第５の発明）。
【００２０】
これにより、スペーサ部材を構成する複数の部材が、上面視で幅方向に長い場合でも、その幅方向略中央部分で摩擦攪拌接合法によって互いに接合されるため、圧力容器の壁部の接合強度及び該圧力容器の気密性の向上をさらに確実に図れる。
【００２１】
また、上記スペーサ部材を構成する複数の部材同士の間には、流体が流れるための流路が形成されているのが好ましい（第６の発明）。このように、スペーサ部材を構成する複数の部材同士の間に、流体が流れるための流路を設けることで、該流体の流路を別に設ける必要がなくなるので、その分の配管が不要になって、コスト低減を図れるとともに、配管スペースも不要になって、容器周辺の構成のコンパクト化を図れる。
【００２２】
第７の発明は、圧力容器の製造方法に関するものである。この第７の発明によれば、上記第１の発明のような構成の圧力容器を得ることができる。
【００２３】
具体的には、複数の板部材がそれぞれ壁部を構成するように該板部材を互いに摩擦攪拌接合法によって接合してなる圧力容器の製造方法を対象とする。
【００２４】
そして、上記複数の板部材同士の接合部分に、それぞれ、該板部材同士を接合した状態で凹溝部を構成し且つ少なくとも一つの角部分にＲ部を有する切り欠き溝部を形成する切り欠き溝形成工程と、上記板部材同士を組み合わせた状態で上記切り欠き溝部の底部同士を上記壁部の側面外方側から摩擦攪拌接合法により接合する板部材接合工程と、上記凹溝部内にスペーサ部材を配置して、該スペーサ部材と上記板部材との境界部分を、該板部材の側面外方側及び上下面側で摩擦攪拌接合法により接合するスペーサ部材接合工程と、を備えているものとする。
【００２５】
以上の方法により、接合される板部材の切り欠き溝部によって構成される凹溝部内に、スペーサ部材を配置した状態で、該スペーサ部材と板部材との境界部分が、該板部材の側面外方側及び上下面側で摩擦攪拌接合法によって接合されるため、該境界部分を強固に且つシールするように接合することができる。したがって、従来構成のように、スペーサ部材の全体を摩擦攪拌接合で潰すことなく、十分な接合強度及び気密性を得ることができる。したがって、容器全体の寸法精度を低下させることなく、容器の気密性を確保することができる。
【発明の効果】
【００２６】
以上説明したように、本発明に係る圧力容器によれば、板部材に横断面視で少なくとも一つの角部分にＲ部を有する切り欠き溝部を形成して、板部材同士を接合した状態で該切り欠き溝部によって構成される凹溝部内にスペーサ部材を配置した状態で、板部材同士の境界部分と該板部材とスペーサ部材との境界部分とを、該板部材の側面外方側及び上下面側で摩擦攪拌接合法によって接合することで、容器の寸法精度を大幅に低下させることなく、該容器の接合強度及び気密性を確保することができる。
【００２７】
また、第２の発明によれば、上記Ｒ部は、上記スペーサ部材が板部材の側面外方側で該板部材と接合されない角部分に形成されているため、容器の気密性の向上を図れるとともに、上記境界部分の板部材の上下面側を摩擦攪拌接合法によって接合する際の作業性の向上を図れる。
【００２８】
また、第３の発明によれば、上記凹溝部は、横断面視で略階段状に形成されていて、上記スペーサ部材を構成する複数の部材は、上記板部材との境界部分が、該板部材の側面外方側及び上下面側で摩擦攪拌接合法によって接合されているため、容器の壁部の接合強度及び気密性の向上を図れる。
【００２９】
また、第４の発明によれば、上記スペーサ部材を構成する複数の部材同士は、境界部分が板部材の上下面側で摩擦攪拌接合法によって接合されているため、容器の壁部の接合強度及び気密性の向上をより確実に図れる。
【００３０】
また、第５の発明によれば、上記スペーサ部材を構成する複数の部材は、上記凹溝部内で厚み方向に積層され、該部材同士が上面視で幅方向中央部分で壁部の側面外方側から摩擦攪拌接合法によって接合されているため、容器の壁部の接合強度及び気密性の向上をさらに確実に図れる。
【００３１】
さらに、第６の発明によれば、上記スペーサ部材を構成する複数の部材同士の間には、流体が流れるための流路が形成されているため、圧力容器周辺の構成を低コスト且つコンパクトな構成にすることができる。
【００３２】
第７の発明に係る圧力容器の製造方法によれば、複数の板部材の接合部分に、少なくとも一つの角部分にＲ部が設けられた切り欠き溝部を形成し、該板部材同士を組み合わせた状態で上記切り欠き溝部の底部同士を壁部の側面外方側から摩擦攪拌接合法によって接合した後、該切り欠き溝部によって構成される凹溝部内にスペーサ部材を配置して該スペーサ部材と板部材との境界部分を該板部材の側面外方側及び上下面側で摩擦攪拌接合法により接合することで、上記第１の発明の圧力容器を得ることができ、該第１の発明と同様の効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００３４】
《実施形態１》
図１に本発明の実施形態１に係る圧力容器１の概略構成を示す。この圧力容器１は、例えばＰＶＤやＣＶＤなどによって薄膜を形成する際に真空室を形成するために用いられるもので、該容器１の各壁部２，２，…を構成する厚肉の板部材１１，１１，…によって形成されている。なお、上記図１において、上記圧力容器１の上面壁及び底面壁は、説明の都合上、記載が省略されている。
【００３５】
上記圧力容器１の側壁を構成する板部材１１，１１同士は、第１及び第２スペーサ部材１２，１３を介して接続されている。すなわち、上記板部材１１，１１の接合部分には、それぞれ、該板部材１１，１１同士を接合した状態で容器１の上下方向に延び且つ上面視で該容器１の側面外方に向かって２段階で幅広になる凹溝部１ａを構成するように、段状の切り欠き溝部１１ａ，１１ａが設けられている。そして、図２にも示すように、この凹溝部１ａの底部において上記板部材１１，１１の切り欠き溝部１１ａ，１１ａ同士が、上記壁部２の側面外方側（凹溝部１ａの底面側）で摩擦攪拌接合法によって接合されているとともに、該凹溝部１ａ内に上記スペーサ部材１２，１３が配置された状態で、これらのスペーサ部材１２，１３と板部材１１，１１とが上記壁部２の側面外方側及び上下面側で摩擦攪拌接合法によって接合されている。
【００３６】
また、図４に示すように、上記板部材１１，１１の切り欠き溝部１１ａ，１１ａでは、後述する摩擦攪拌接合法における治具１０３が板部材１１，１１とスペーサ部材１２，１３との境界部分に沿って連続して移動できるように、角部にＲ部１１ｂが形成されている。具体的には、このＲ部１１ｂは、上記切り欠き溝部１１ａのうち、板部材１１の内方に窪んでいて、且つ、後述するように上記スペーサ部材１２，１３が板部材１１と上記壁部２の側面側で摩擦攪拌接合法によって接合されない角部に設けられている。このように、スペーサ部材１２，１３と板部材１１とが上記壁部２の側面側で摩擦攪拌接合法によって接合されていない角部にＲ部１１ｂを設けることで、該スペーサ部材１２，１３と上記凹溝部１ａの内壁面との密着性を向上することができる。これにより、上記圧力容器１の接合部分での気密性の向上を図れる。
【００３７】
ここで、上記摩擦攪拌接合法とは、図３に示すように、被接合部材１０１，１０２の接合箇所において、円柱状の治具１０３の先端に設けられたピン１０４を食い込ませて回転させることにより、該ピン１０４との摩擦熱によって上記被接合部材１０１，１０２に塑性流動を生じさせるとともに、上記治具１０３をさらに押し込むことにより、該治具１０３のショルダー部１０５によっても摩擦熱を生じさせて上記被接合部材１０１，１０２の塑性流動をより広範囲で生じさせることで、該被接合部材１０１，１０２同士を接合する方法である。
【００３８】
上記スペーサ部材１２，１３は、アルミ合金からなるもので、図１、図２及び図４に示すように、それぞれ、断面略蒲鉾形状を有する柱状に形成されている。すなわち、上記スペーサ部材１２，１３は、直方体の部材において、上記板部材１１の切り欠き溝部１１ａに形成されたＲ部１１ｂに対応するように、同じ側の２つの角部にＲ部を形成してなる。また、上記第１スペーサ部材１２は、幅方向寸法が上記凹溝部１ａの底部側の段部の幅とほぼ同じで、且つ厚み寸法が該凹溝部１ａの底部側の段部の高さとほぼ同じ寸法になるように形成されている。一方、上記第２スペーサ部材１３は、幅方向寸法が上記凹溝部１ａの上段側の段部の幅とほぼ同じで、且つ厚み寸法が該凹溝部１ａの上段側の段部の高さとほぼ同じ寸法になるように形成されている。
【００３９】
これにより、上記スペーサ部材１２，１３を階段状の上記凹溝部１ａ内に配置すると、該スペーサ部材１２，１３によって凹溝部１ａの内部をほぼ埋めることができる。
【００４０】
上記スペーサ部材１２，１３は、上記凹溝部１ａ内に配置された状態で、該スペーサ部材１２，１３と板部材１１，１１との境界部分を、上記壁部２の側面外方側で容器１の上下方向に亘って上記摩擦攪拌接合法により接合される。すなわち、上記凹溝部１ａの底部側に配置される第１スペーサ部材１２は、その幅方向両端部で上記板部材１１，１１と摩擦攪拌接合法により接合され、上記凹溝部１ａの上段側に配置される第２スペーサ部材１３も、その幅方向両端部で上記板部材１１，１１と摩擦攪拌接合法により接合される。これらの接合箇所を、上記図１、図２及び図４に符号１４で示す。
【００４１】
また、上記スペーサ部材１２，１３は、上述のように上記板部材１１，１１と壁部２の側面外方側で接合された後、該壁部２の上下面側で該板部材１１，１１との境界部分を摩擦攪拌接合法によって接合される。この接合箇所を、上記図１、図２及び図４に符号１５で示す。
【００４２】
−接合方法−
上記板部材１１，１１及びスペーサ部材１２，１３の接合方法について、上記図４に基づいて以下で説明する。
【００４３】
まず、板部材１１，１１に、それぞれ段状の切り欠き溝部１１ａ，１１ａを形成する。そして、上記切り欠き溝部１１ａ，１１ａが凹溝部１ａを構成するように上記板部材１１，１１を組み合わせて、図４（Ａ）に示すように、該凹溝部１ａの底面部に位置する切り欠き溝部１１ａ，１１ａの境界部分（接合箇所１４）を摩擦攪拌接合法によって接合する。次に、図４（Ｂ）に示すように、上記凹溝部１ａの底部側に、第１スペーサ部材１２を配置して、該第１スペーサ部材１２と板部材１１，１１との境界部分（接合箇所１４）を、容器１の壁部２の側面外方側で上下方向全体に亘って摩擦攪拌接合法によって接合する。
【００４４】
そして、図４（Ｃ）に示すように、上記凹溝部１ａの上段側に、第２スペーサ部材１３を配置して、該第２スペーサ部材１３と板部材１１，１１との境界部分（接合箇所１４）を、容器１の壁部２の側面外方側で上下方向全体に亘って摩擦攪拌接合法によって接合する。その後、図４（Ｄ）に示すように、上記スペーサ部材１２，１３と板部材１１，１１との境界部分（接合箇所１５）を、容器１の壁部２の上下面側のほぼ全体に亘って摩擦攪拌接合法によって接合する。
【００４５】
なお、上記図４（Ｄ）では、スペーサ部材１２，１３同士の境界部分は、接合していないが、この限りではなく、該境界部分を容器１の壁部２の上下面側で摩擦攪拌接合により接合してもよい。この場合には、まず、上記第２スペーサ部材１３の外周に沿って摩擦攪拌接合法により上記板部材１１，１１及び第１スペーサ部材１２と接合した後、該第１スペーサ部材１２の外周に沿って摩擦攪拌接合法により上記板部材１１，１１と接合すればよい。
【００４６】
ここで、上記板部材１１，１１に、それぞれ、段状の切り欠き溝部１１ａ，１１ａを形成する工程が切り欠き溝形成工程に、該切り欠き溝部１１ａ，１１ａの境界部分同士を摩擦攪拌接合法によって接合する工程が板部材接合工程に、上記切り欠き溝部１１ａ，１１ａによって構成された凹溝部１ａ内にスペーサ部材１２，１３を配置して、該スペーサ部材１２，１３と板部材１１，１１との境界部分を摩擦攪拌接合法によって接合する工程がスペーサ接合工程に、それぞれ対応している。
【００４７】
−実施形態１の効果−
以上より、この実施形態によれば、上記スペーサ部材１２，１３の板部材１１，１１との境界部分（接合箇所１４，１５）のみを摩擦攪拌接合法によって接合することで、該スペーサ部材１２，１３の全体を摩擦攪拌接合する場合に比べて、接合部分を低減することができ、その分、該摩擦攪拌接合に起因する歪みが小さくなり、上記容器１の寸法精度が大幅に低下するのを防止できる。
【００４８】
しかも、上記スペーサ部材１２，１３と板部材１１，１１との境界部分は、上記壁部２の側面外方側及び上下面側の全体が摩擦攪拌接合法によって接合されているため、上記スペーサ部材１２，１３と板部材１１，１１とを確実に接合し且つ両者間の隙間を確実にシールすることができる。したがって、上記圧力容器１の接合部分の強度及び気密性を十分に確保することができる。
【００４９】
また、上記板部材１１，１１の切り欠き溝部１１ａ，１１ａにおいて、上記スペーサ部材１２，１３が該板部材１１，１１の側面側で摩擦攪拌接合法によって該板部材１１，１１と接合されない角部分にＲ部１１ｂを形成したため、該Ｒ部１１ｂの形成された角部分では、凹溝部１ａの内壁面とスペーサ部材１２，１３とがより密着するため、該内壁面とスペーサ部材１２，１３との間の気密性を向上することができる。しかも、上記角部分にＲ部１１ｂを形成することで、当該角部分を板部材１１，１１の上下面側で連続して摩擦攪拌接合を行うことができ、作業性の向上を図れる。
【００５０】
−実施形態１の変形例１−
図５に上記実施形態１の変形例１を示す。この変形例１では、スペーサ部材２２，２３の形状が上記実施形態１とは異なる。
【００５１】
具体的には、凹溝部１ａの底部側に配置される第１スペーサ部材２２は、本体部２２ａに、その一側の側面の幅方向中央部分から突出する突条部２２ｂが設けられていて、全体として断面略Ｔ字状に形成されている。また，上記凹溝部１ａの上段側に配置される第２スペーサ部材２３は、上記第１スペーサ部材２２の突条部２２ｂに対応して一側の側面の幅方向中央部分に溝部２３ａが設けられていて、全体として断面略コの字状に形成されている。
【００５２】
そして、上記スペーサ部材２２，２３は、上記実施形態１のように、上記凹溝部１ａ内で板部材１１，１１と境界部分で接合された状態で、容器１の壁部２の側面外方側から上記第２スペーサ部材２３の幅方向中央部分で摩擦攪拌接合法により接合される。すなわち、上記第１スペーサ部材２２の突条部２２ｂの先端部が上記第２スペーサ部材２３の溝部２３ａの内部で接合される。
【００５３】
これにより、上記第２スペーサ部材２３が幅方向に長い部材の場合でも、その幅方向中央部分で上記第１スペーサ部材２２と接合されるため、該第２スペーサ部材２３と第１スペーサ部材２２とをより強固に接合することができ、圧力容器１の壁部２の接合強度の向上を図れる。
【００５４】
《実施形態２》
図６及び図７に、実施形態２に係る圧力容器３１の概略構成を示す。この実施形態２では、凹溝部及びスペーサ部材の形状が実施形態１と異なるだけなので、異なる部分についてのみ以下で説明する。
【００５５】
具体的には、圧力容器３１の壁部３２を構成する各板部材４１には、接合された状態で３段の階段状の凹溝部３１ａを構成するように、段状の切り欠き溝部４１ａが形成されている。この切り欠き溝部４１ａは、スペーサ部材４２，４３と板部材４１，４１との境界部分で上記壁部３２の側面外方側から摩擦攪拌接合法によって接合されない角部に、Ｒ部４１ｂが形成されている。上記実施形態１と同様、上記板部材４１，４１を組み合わせて、凹溝部３１ａの底面部に位置する切り欠き溝部４１ａ，４１ａの境界部分（接合箇所４４）を摩擦攪拌接合法によって接合する
上記凹溝部３１ａの底部側及び２段目に配置される第１スペーサ部材４２は、断面視略十字状に形成された柱状のアルミ合金製の部材からなる。また、上記凹溝部３１ａの３段目に配置される第２スペーサ部材４３は、断面視で概略コの字状に形成された柱状のアルミ合金製の部材からなる。
【００５６】
上記第１スペーサ部材４２は、上記階段状に形成された凹溝部３１ａの底部側に配置された状態で、該凹溝部３１ａの底部側及び２段目を埋めるような形状に形成されている。すなわち、上記第１スペーサ部材４２は、９０度の間隔で突出する４つの突出部４２ａ，４２ａ，…を有していて、該４つの突出部４２ａ，４２ａ，…のうち一つの突出部１２ａが上記凹溝部３１ａの底部に配置されるとともに、該突出部４２ａに対して直交するように突出する突出部４２ａ，４２ａが上記凹溝部３１ａの底部側の２段目に配置されている。なお、上記第１スペーサ部材４２は、上記凹溝部３１ａの角部に形成されたＲ部４１ｂに対応して、上記突出部４２ａ，４２ａ，…によって形成される各角部にもＲ部が形成されている。
【００５７】
そして、上述のように上記凹溝部３１ａ内に第１スペーサ部材４２を配置した状態で、該第１スペーサ部材４２は、上記凹溝部３１ａの底部側の２段目に配置された突出部４２ａ，４２ａの先端側が該凹溝部３１ａの内壁面に対し摩擦攪拌接合法によって接合されている。
【００５８】
上記第２スペーサ部材４３は、上記第１スペーサ部材４２の容器外方側を覆うように上記凹溝部３１ａ内に配置される。すなわち、上記断面概略コの字状の第２スペーサ部材４３は、２段の階段状の開口を有していて、その開口の底部側に、上記第１スペーサ部材４２の容器外方に向かって突出する突出部４２ａが位置付けられるとともに、該開口側を形成する２つの突出部４３ａ，４３ａが上記凹溝部３１ａの３段目に配置されている。また、上記第２スペーサ部材４３は、上記凹溝部３１ａ内に配置された状態で、開口側とは反対側の平面状の背面が上記圧力容器１の外面と略面一になるように形成されている。この状態で、上記第２スペーサ部材４３は、背面側の幅方向両端部が圧力容器の外面と摩擦攪拌接合法によって接合され、背面側の幅方向中央部が上記第１スペーサ部材４２の突出部４２ａと摩擦攪拌接合法によって接合されている。
【００５９】
また、上記第１スペーサ部材４２及び第２スペーサ部材４３と板部材４１との境界部分は、容器３１の壁部３２の上下面側のほぼ全体に亘って摩擦攪拌接合法によって接合されている。
【００６０】
なお、上記図６及び図７において、上記第１スペーサ部材４２及び第２スペーサ部材４３と板部材４１との境界部分を、容器３１の側面外方側から摩擦攪拌接合法によって接合した箇所を符号４４で示すとともに、上記境界部分を容器３１の上下面側から摩擦攪拌接合法によって接合した箇所を符号４５で示す。
【００６１】
これにより、上記第１スペーサ部材４２及び第２スペーサ部材４３によって上記凹溝部３１ａの容器外方側を塞ぐことができるとともに、該スペーサ部材４２，４３の突出部４２ａ，４３ａの外表面を上記階段状の凹溝部３１ａの内壁面に密着させて、シールすることができる。しかも、上記第２スペーサ部材４３を、上記第１スペーサ部材４２の容器外方を覆うように配置して、圧力容器３１の壁部３２を構成する板部材４１及び上記第１スペーサ部材４２に接合することで、該第１スペーサ部材４２を上記凹溝部３１ａ内に確実且つ強固に保持することができる。
【００６２】
また、上述のように、上記凹溝部３１ａ内に、上記スペーサ部材４２，４３を配置して、上記板部材１１，１１に接合することで、該スペーサ部材４２，４３同士の間に、貫通孔３１ｂ，３１ｂが形成される。この貫通孔３１ｂは、例えば、流体を流すために利用することができる。このように、上記スペーサ部材４２，４３間に、流体を流すための貫通孔３１ｂを形成することで、配管を別途、設ける必要がなくなり、圧力容器３１の周辺構成のコスト低減及びコンパクト化を図れる。
【００６３】
−実施形態２の効果−
以上より、この実施形態によれば、板部材４１に、接合した状態で３段の階段状の凹溝部３１ａが構成されるように、段状の切り欠き溝部４１ａを設けるとともに、該凹溝部３１ａの各段を埋めるようにスペーサ部材４２，４３を配置して該スペーサ部材４２，４３と上記板部材４１，４１とを摩擦攪拌接合法によって接合したため、上記板部材４１，４１同士をより強固に接合することができ、圧力容器３１の壁部３２の接合強度の向上を図れる。さらに、上述の構成に加えて、上記切り欠き溝部４１ａにおいて、上記スペーサ部材４２，４３と板部材４１，４１との境界部分で容器３１の壁部３２の側面外方側から摩擦攪拌接合法で接合されていない角部に、Ｒ部４１ｂを形成することで、上記スペーサ部材４２，４３と板部材４１，４１とのシール性を向上することができ、圧力容器３１の気密性の向上を図れる。
【００６４】
しかも、上記スペーサ部材４２，４３間に貫通孔３１ｂを形成することで、該貫通孔３１ｂ内に流体を流すことができ、別に配管を設ける必要が無くなる分だけ、圧力容器３１の周辺構成のコスト低減及びコンパクト化を図れる。
【００６５】
《その他の実施形態》
本発明の構成は、上記各実施形態に限定されるものではなく、それ以外の種々の構成を包含するものである。すなわち、上記各実施形態では、複数の段を有する階段状の凹溝部１ａ，３１ａを形成しているが、この限りではなく、図８に示すように、一段の溝状の凹溝部５１ａを形成してもよい。この場合には、略長方形状のスペーサ部材５２を、該凹溝部５１ａ内に配置して、摩擦攪拌接合法によって板部材６１，６１と接合することで、圧力容器５１を形成すればよい。
【００６６】
また、上記各実施形態では、２段や３段の階段状の凹溝部１ａ，３１ａを形成しているが、この限りではなく、それ以上の段数の凹溝部を形成してもよい。さらに、上記各実施形態では、凹溝部１ａ，３１ａ内にスペーサ部材を２つ配置しているが、この限りではなく、３つ以上のスペーサ部材を配置してもよい。なお、当然のことながら、スペーサ部材の形状は、上記各実施形態のような形状に限らず、凹溝部を埋めて板部材同士を接続できるような形状であれば、どのような形状であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、複数の板部材を摩擦攪拌接合法で接合してなる圧力容器に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施形態１に係る圧力容器の壁部の概略構成を示す斜視図である。
【図２】壁部の接合部分の構造を示す上面図である。
【図３】摩擦攪拌接合法を模式的に示す模式図である。
【図４】壁部の接合の各段階を（Ａ）から（Ｄ）で示す上面図である。
【図５】変形例１に係る図２相当図である。
【図６】実施形態２に係る圧力容器の図１相当図である。
【図７】壁部の接合部分の構造を示す図２相当図である。
【図８】その他の実施形態に係る圧力容器の図２相当図である。
【符号の説明】
【００６９】
１，３１ 圧力容器
１ａ，３１ａ，５１ａ 凹溝部
２，３２ 壁部
１１，４１，６１ 板部材
１１ａ，４１ａ 切り欠き溝部
１１ｂ，４１ｂ Ｒ部
１２，２２，４２ 第１スペーサ部材（スペーサ部材）
１３，２３，４３ 第２スペーサ部材（スペーサ部材）
３１ｂ 貫通孔（流路）
５２ スペーサ部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の板部材がそれぞれ壁部を構成するように、該板部材を互いに摩擦攪拌接合法によって接合してなる圧力容器であって、
上記複数の板部材には、それぞれ、板部材同士が接合された状態で上記壁部の側面外方側に凹溝部を構成する切り欠き溝部が形成されていて、
上記切り欠き溝部は、横断面視で少なくとも一つの角部分にＲ部が形成されており、
上記凹溝部内に該凹溝部の内壁面に密着するように形成された柱状のスペーサ部材を配置した状態で、上記板部材同士の境界部分と該板部材及びスペーサ部材の境界部分とが、該板部材の側面外方側及び上下面側で上記摩擦攪拌接合法によって接合されてなることを特徴とする圧力容器。
【請求項２】
請求項１において、
上記Ｒ部は、上記板部材の切り欠き溝部において、上記スペーサ部材が該板部材の側面側で摩擦攪拌接合法によって該板部材と接合されない角部分に形成されていることを特徴とする圧力容器。
【請求項３】
請求項１または２において、
上記凹溝部は、横断面視で略階段状に形成されており、
上記スペーサ部材は、複数の部材によって構成されていて、それぞれの部材と上記板部材との境界部分が上記板部材の側面外方側及び上下面側で上記摩擦攪拌接合法によって接合されていることを特徴とする圧力容器。
【請求項４】
請求項３において、
上記スペーサ部材を構成する複数の部材同士は、その境界部分が上記板部材の上下面側で上記摩擦攪拌接合法によって接合されていることを特徴とする圧力容器。
【請求項５】
請求項３または４において、
上記スペーサ部材を構成する複数の部材は、上記凹溝部内に板部材の厚み方向に積層するように配置されていて、上記複数の部材同士が上面視で幅方向中央部分で上記壁部の側面外方側から摩擦攪拌接合法によって接合されていることを特徴とする圧力容器。
【請求項６】
請求項３から５のいずれか一つにおいて、
上記スペーサ部材を構成する複数の部材同士の間には、流体が流れるための流路が形成されていることを特徴とする圧力容器。
【請求項７】
複数の板部材がそれぞれ壁部を構成するように該板部材を互いに摩擦攪拌接合法によって接合してなる圧力容器の製造方法であって、
上記複数の板部材同士の接合部分に、それぞれ、該板部材同士を接合した状態で凹溝部を構成し且つ少なくとも一つの角部分にＲ部を有する切り欠き溝部を形成する切り欠き溝形成工程と、
上記板部材同士を組み合わせた状態で上記切り欠き溝部の底部同士を上記壁部の側面外方側から摩擦攪拌接合法により接合する板部材接合工程と、
上記凹溝部内にスペーサ部材を配置して、該スペーサ部材と上記板部材との境界部分を、該板部材の側面外方側及び上下面側で摩擦攪拌接合法により接合するスペーサ部材接合工程と、を備えていることを特徴とする圧力容器の製造方法。
【請求項１】
複数の板部材がそれぞれ壁部を構成するように、該板部材を互いに摩擦攪拌接合法によって接合してなる圧力容器であって、
上記複数の板部材には、それぞれ、板部材同士が接合された状態で上記壁部の側面外方側に凹溝部を構成する切り欠き溝部が形成されていて、
上記切り欠き溝部は、横断面視で少なくとも一つの角部分にＲ部が形成されており、
上記凹溝部内に該凹溝部の内壁面に密着するように形成された柱状のスペーサ部材を配置した状態で、上記板部材同士の境界部分と該板部材及びスペーサ部材の境界部分とが、該板部材の側面外方側及び上下面側で上記摩擦攪拌接合法によって接合されてなることを特徴とする圧力容器。
【請求項２】
請求項１において、
上記Ｒ部は、上記板部材の切り欠き溝部において、上記スペーサ部材が該板部材の側面側で摩擦攪拌接合法によって該板部材と接合されない角部分に形成されていることを特徴とする圧力容器。
【請求項３】
請求項１または２において、
上記凹溝部は、横断面視で略階段状に形成されており、
上記スペーサ部材は、複数の部材によって構成されていて、それぞれの部材と上記板部材との境界部分が上記板部材の側面外方側及び上下面側で上記摩擦攪拌接合法によって接合されていることを特徴とする圧力容器。
【請求項４】
請求項３において、
上記スペーサ部材を構成する複数の部材同士は、その境界部分が上記板部材の上下面側で上記摩擦攪拌接合法によって接合されていることを特徴とする圧力容器。
【請求項５】
請求項３または４において、
上記スペーサ部材を構成する複数の部材は、上記凹溝部内に板部材の厚み方向に積層するように配置されていて、上記複数の部材同士が上面視で幅方向中央部分で上記壁部の側面外方側から摩擦攪拌接合法によって接合されていることを特徴とする圧力容器。
【請求項６】
請求項３から５のいずれか一つにおいて、
上記スペーサ部材を構成する複数の部材同士の間には、流体が流れるための流路が形成されていることを特徴とする圧力容器。
【請求項７】
複数の板部材がそれぞれ壁部を構成するように該板部材を互いに摩擦攪拌接合法によって接合してなる圧力容器の製造方法であって、
上記複数の板部材同士の接合部分に、それぞれ、該板部材同士を接合した状態で凹溝部を構成し且つ少なくとも一つの角部分にＲ部を有する切り欠き溝部を形成する切り欠き溝形成工程と、
上記板部材同士を組み合わせた状態で上記切り欠き溝部の底部同士を上記壁部の側面外方側から摩擦攪拌接合法により接合する板部材接合工程と、
上記凹溝部内にスペーサ部材を配置して、該スペーサ部材と上記板部材との境界部分を、該板部材の側面外方側及び上下面側で摩擦攪拌接合法により接合するスペーサ部材接合工程と、を備えていることを特徴とする圧力容器の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−１０６８７２（Ｐ２０１０−１０６８７２Ａ）
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２７６７６１（Ｐ２００８−２７６７６１）
【出願日】平成２０年１０月２８日（２００８．１０．２８）
【出願人】（５０８３２３３１１）タイム株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月２８日（２００８．１０．２８）
【出願人】（５０８３２３３１１）タイム株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
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