(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１枚の金属系板材からなる筒胴部の一方の端面から他方の端面まで延びるスリットを少なくとも１本備えるスリット付筒形状体を形成する工程Ａと、
前記スリットの長さ方向全体が充填材で埋まるように、該充填材を前記スリットに充填せしめた充填部を備えた充填材付筒形状体を形成する工程Ｂと、
少なくとも前記充填部に、プローブ及びショルダ部を有する摩擦攪拌回転ツールのうち、少なくともプローブを挿入させ、ＦＳＰ（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ  Ｓｔｉｒ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）を施工することによって、前記充填材付筒形状体の少なくとも前記充填部を改質して、ＦＳＰ部を備えた金属系筒材を得る工程Ｃと、を有し、
前記工程Ｃでの改質は、前記摩擦攪拌回転ツールを回転させながら前記スリットの長さ方向に一方向に移動させているときに、前記充填部のうち前記ショルダ部及び前記プローブの周りの充填部から該充填部を挟んだ両側の前記金属系板材にはみ出した部分にわたって可塑性領域を形成し、該可塑性領域内の塑性流動体に前記摩擦攪拌回転ツールの回転方向の剪断力を与えて前記塑性流動体中に含まれる欠陥及び空隙を除去し、さらに前記摩擦攪拌回転ツールが通過し終えた後は、前記塑性流動体が冷却・固化されて固体状の前記ＦＳＰ部が得られることを特徴とする金属系筒材の製造方法。
【請求項２】
前記スリット付筒形状体が、１枚の金属系板材が筒状に丸められた形状を有し、かつ前記スリットが、間隔を開けて対向する前記金属系板材の端面間の隙間であるか、又は２枚以上の金属系板材が組み合わさって１つの筒状をなした形状を有し、かつ前記スリットが、間隔を開けて対向する隣り合う前記金属系板材の端面間の隙間であることを特徴とする請求項１に記載の金属系筒材の製造方法。
【請求項３】
前記スリット付筒形状体が、スリット付円筒形状体であり、かつ前記スリットの幅が０．２ｍｍ以上、０．４×（２ｄｏ−１）１／２ｍｍ未満（但し、ｄｏは前記スリット付円筒形状体の外径（単位：ｍｍ）を示す。）であるか、又は前記スリット付筒形状体が、スリット付楕円筒形状体であり、かつ前記スリットの幅が０．２ｍｍ以上、０．４×（２ｄｏ−１）１／２ｍｍ未満（但し、ｄｏは前記スリット付楕円筒形状体の短軸方向の外径（単位：ｍｍ）を示す。）であることを特徴とする請求項１又は２に記載の金属系筒材の製造方法。
【請求項４】
前記工程Ｂは、
ＭＩＧ又はＴＩＧ法によって、前記スリットに充填材を肉盛りする工程Ｂ１、
前記スリットに溶融体を流し込む工程Ｂ２、
前記金属系板材の肉厚以上の厚みを有するブロック材を前記スリットに嵌め込み、プローブを有さない摩擦攪拌回転ツールで押圧する工程Ｂ３、又は、
前記スリットにワイヤー、粒体及び粉体のうち少なくとも１種を設置し、ハンマー、プレス機、若しくはプローブを有さない摩擦攪拌回転ツールで押圧する工程Ｂ４、
のいずれか１つの工程であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の金属系筒材の製造方法。
【請求項５】
前記充填材の厚さが、前記金属系板材の肉厚よりも厚いことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の金属系筒材の製造方法。
【請求項６】
前記充填材の見掛けの体積が、前記スリットの容積よりも大きいことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の金属系筒材の製造方法。
【請求項７】
前記工程Ｂ１又は前記工程Ｂ２において、裏当て部を備える裏当て治具を前記スリット付筒形状体の内部に設置することを特徴とする請求項４〜６のいずれか１つに記載の金属系筒材の製造方法。
【請求項８】
前記工程Ｂ３において、裏当て部を備える裏当て治具を前記スリット付筒形状体の内部に設置し、前記スリット付筒形状体を把持し、前記裏当て部に向かって、前記プローブを有さない摩擦攪拌回転ツールで前記スリット付筒形状体を外周表面側から押圧するか、又は前記工程Ｂ４において、裏当て部を備える裏当て治具を前記スリット付筒形状体の内部に設置し、前記スリット付筒形状体を把持し、前記裏当て部に向かって、前記ハンマー、前記プレス機、若しくは前記プローブを有さない摩擦攪拌回転ツールで前記スリット付筒形状体を外周表面側から押圧することを特徴とする請求項４〜６のいずれか１つに記載の金属系筒材の製造方法。
【請求項９】
前記工程Ｃにおいて、前記金属系板材の肉厚をＴ１（単位：ｍｍ）とするとき、前記摩擦攪拌回転ツールのプローブ長さＱ１（単位：ｍｍ）が、０＜Ｑ１≦（Ｔ１−０．５）を満たすことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の金属系筒材の製造方法。
【請求項１０】
前記工程Ｃにおいて、裏当て部を備える裏当て治具を前記充填材付筒形状体の内部に設置し、前記充填材付筒形状体を把持し、前記裏当て部に向かって、前記摩擦攪拌回転ツールを前記充填材付筒形状体に外周表面側から挿入し、前記充填材付筒形状体の少なくとも前記充填部を改質することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の金属系筒材の製造方法。
【請求項１１】
前記金属系筒材のうち前記ＦＳＰ部以外の箇所の肉厚ＴＡが２ｍｍ以上２５ｍｍ以下であり、前記金属系筒材の長さＬ１が５００ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の金属系筒材の製造方法。
【請求項１２】
前記工程Ｃの後に、さらに、前記金属系筒材の少なくとも前記ＦＳＰ部に塑性加工を施す工程Ｄを有することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１つに記載の金属系筒材の製造方法。
【請求項１３】
前記工程Ｃと前記工程Ｄとの間、前記工程Ｄの後、又は前記工程Ｃと前記工程Ｄとの間及び前記工程Ｄの後の両方において、前記金属系板材の再結晶温度以上の温度で前記金属系筒材を熱処理する工程Ｅを有することを特徴とする請求項１２に記載の金属系筒材の製造方法。
【請求項１４】
前記金属系筒材がＡｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｕ基合金、Ａｇ基合金、Ａｌ基合金、Ｃｕ基合金、又はＺｎ基合金のいずれか１種からなることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１つに記載の金属系筒材の製造方法。
【請求項１５】
前記金属系筒材がスパッタリングターゲット、圧力容器用カプセル又は圧力容器用ライナーの全体又は一部であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１つに記載の金属系筒材の製造方法。
【請求項１６】
請求項７、８又は１０に記載の金属系筒材の製造方法に用いられる裏当て治具であって、
前記充填材付筒形状体の内部に設置可能であり、
前記裏当て部と、前記裏当て部の表面に対して後方側に位置する脚部とを備え、
前記充填材付筒形状体の内部に設置したとき、前記裏当て部の表面が前記充填部の内表面に対面し、前記脚部の表面が前記筒胴部の内表面に接し、
前記充填材付筒形状体が、充填材付円筒形状体であり、前記筒胴部が、円筒胴部であり、前記裏当て治具を前記充填材付円筒形状体の内部に設置した状態で、前記充填材付円筒形状体の軸を垂直に横断する横断面に現れる前記円筒胴部の内表面側の前記スリットの両端部を直線状に結ぶ仮線と、前記裏当て部の表面との最短距離Ｇ（単位：ｍｍ）が、０≦Ｇ≦０．１ｄｉを満たす（但し、ｄｉは前記充填材付円筒形状体の内径（単位：ｍｍ）を示す。）か、又は
前記充填材付筒形状体が、充填材付楕円筒形状体であり、前記筒胴部が、楕円筒胴部であり、前記裏当て治具を前記充填材付楕円筒形状体の内部に設置した状態で、前記充填材付楕円筒形状体の軸を垂直に横断する横断面に現れる前記楕円筒胴部の内表面側の前記スリットの両端部を直線状に結ぶ仮線と、前記裏当て部の表面との最短距離Ｇ（単位：ｍｍ）が、０≦Ｇ≦０．１ｄｉを満たす（但し、ｄｉは前記充填材付楕円筒形状体の短軸方向の内径（単位：ｍｍ）を示す。）ことを特徴とする裏当て治具。
【請求項１７】
請求項７、８又は１０に記載の金属系筒材の製造方法に用いられる裏当て治具であって、
前記裏当て部と、前記裏当て部の表面に対して後方側に位置する脚部と、前記裏当て部の表面と前記脚部の表面との相互間の長さを可変させる可変機構とを備えることを特徴とする裏当て治具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、摩擦攪拌プロセスを利用した金属系筒材の製造方法及びその製造方法に用いられる治具に関し、例えば、摩擦攪拌プロセスによる金属材料の改質を利用した大型の円筒型スパッタリングターゲットの製造方法及びその製造方法に用いられる裏当て治具に関する。
【背景技術】
【０００２】
円筒型スパッタリングターゲット（以下、円筒ターゲットという。）は、従来、主流であった平面型のスパッタリングターゲット（以下、板ターゲットという。）と比較して使用効率が高く、ランニングコストの低減化に大きく寄与することが知られている。加えて、カソード構造が円筒であり、冷却性能に優れ、磁力線の空間分布を自由に調節できることから、プラズマの最適化が容易となり、基板への熱負荷低減が重要な有機ＥＬディスプレイ用及び照明用反射膜の形成での使用ニーズが高まっている。この有機ＥＬディスプレイ用及び照明用反射膜として、Ａｌ系反射膜、又は高輝度、高効率に有利なＡｇ系反射膜が用いられている。
【０００３】
大型ディスプレイの需要から、円筒ターゲットも大型化しており、例えば、直径０．２ｍ及び長さ２ｍの大型の円筒ターゲットが使用され始めている。
【０００４】
ところで、円筒ターゲットの製造は、従来の板ターゲットの製造方法とは大きく異なる。例えば、円筒状基体の外周に粉末を充填し熱間等方圧プレス（ＨＩＰ）により円筒ターゲットを成型する方法が記載されている（例えば、特許文献１を参照。）。また、円筒状基体の外周面に溶射法によってターゲット層を形成する方法が記載されている（例えば、特許文献２を参照。）。
【０００５】
また、板ターゲットを接合により製造する手法が提案されている（例えば、特許文献３又は特許文献４を参照。）。特に、固相接合法の１種である摩擦攪拌接合（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ  Ｓｔｉｒ  Ｗｅｌｄｉｎｇ：以下、ＦＳＷという。）は結晶粒の大きさが接合部と母材部分とで溶融溶接に比べ同等であると主張されている（例えば、特許文献４を参照。）。加えて、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇなどの熱伝導性の高い材質において溶融溶接は非常に難しく、設備も大型化することから、ＦＳＷでの接合はより効果的で大型の設備も必要としない利点がある。
【０００６】
筒のＦＳＷに関して、アルミニウム板材を丸め、突き合わせ部を平坦化してからＦＳＷし、ＦＳＷ完了後、平坦化した突き合わせ部を円弧状に成形する製造方法が記載されている（例えば、特許文献５を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−２３０６４５号公報
【特許文献２】特開平５−８６４６２号公報
【特許文献３】特開２０１５−１２０９７５号公報
【特許文献４】国際公開第２００４／０９０１９４号
【特許文献５】特開２００３−９４１７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１に記載の製造方法では、円筒ターゲットが大型になるにつれて、ＨＩＰでの製造は装置大型化の制約を受ける。特許文献２に記載の製造方法では、溶射での製造は、Ａｌ、Ａｇなどの熱伝導性の高い材料となると、ターゲット層内に気孔が生じるという問題、またターゲット層が剥がれるという問題が生じる。さらには溶射で製造するとターゲット材の酸化が起こりやすいという問題が生じる。
【０００９】
もちろん、大型の設備を利用して、一体型での円筒ターゲットを製造する方法も存在する。方法としては、溶融によって円柱ビレットを準備し、深穴加工及びピアシングにより中空管を作製する。その後、引抜加工により、目的の寸法へ成型する。しかし、準備したビレットに対して製品重量は１／２〜１／３程度となってしまうため、歩留まりが悪く、その分製造コストが膨大となる。また、３０〜５０ｍｍ厚の円筒に強加工を入れるため、材質によっては割れが生じてしまい、ロットアウトなどの製造リスクも存在する。
【００１０】
また、特許文献５に記載の製造方法では、板材の両端部を同じ高さに揃え、かつ平坦に並べて突き合わせて突き合わせ部とすることが困難である。さらには、板厚は３ｍｍ程度と薄く、板幅も４００ｍｍ以下と非常に短い。
【００１１】
例えば、直径０．２ｍ、長さ２ｍ及び肉厚１０ｍｍの大型の円筒ターゲットの製造にＦＳＷを利用する場合、実はこの突き合わせ部の成形が非常に困難である。直方体の板材を丸めても、突き合わせ部は、内径の圧縮及び外径の引張により、Ｉ形開先とはならない。また、長さ２ｍと長尺がゆえに、スプリングバックの影響が顕著に表れ、長手方向の両端は内部応力が少ないため、容易に丸められるが、中央部は内部応力が大きいため、突合せ部が開いてしまう。多少の修正は可能であるが、突合せ部の板材の端面に食い違いが生じてしまう。丸め加工後に板材の端部を切削加工して、突き合わせ部をＩ形開先とする方法もあるが、形状が円筒であるため、突き合わせの状態を推定し、端部に開先加工を施す必要がある。従って、精度良く端部を突き合わせるのは非常に難しく、事前に加工するには、多くの費用と時間が必要である。
【００１２】
このように、円筒ターゲットは使用効率の高さと、基板への熱負荷低減に非常に魅力があるものの、良質な円筒ターゲットの製造法についての文献は少なく、現状、膨大な製造費及び製造不安定性に課題が残る。
【００１３】
本開示は、かかる事情を背景として為されたものであって、簡便に、より低コストで、品質に優れた金属系筒材を製造する方法を提供することを目的とする。より具体的には、金属系板材を用いて筒形状にする際に生じる内径の圧縮及び外径の引張による影響、筒形状の長手方向における加工難易度による影響、並びに突き合わせる金属系板材の端面の加工精度による影響を受けることなく、改質によって、一体型の良質な金属系筒材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、鋭意検討した結果、板材の端面を接触させず向かい合わせ、板材の端面の形状を調整することなく、端面間に存在する隙間であるスリットに充填材を充填し、摩擦攪拌技術を用いて充填部をＦＳＰ（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ  Ｓｔｉｒ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）によって改質することにより上記課題を解決することを見出し、本発明を完成させた。
【００１５】
本発明に係る金属系筒材の製造方法は、少なくとも１枚の金属系板材からなる筒胴部の一方の端面から他方の端面まで延びるスリットを少なくとも１本備えるスリット付筒形状体を形成する工程Ａと、前記スリットの長さ方向全体が充填材で埋まるように、該充填材を前記スリットに充填せしめた充填部を備えた充填材付筒形状体を形成する工程Ｂと、少なくとも前記充填部に、プローブ及びショルダ部を有する摩擦攪拌回転ツールのうち、少なくともプローブを挿入させ、ＦＳＰを施工することによって、前記充填材付筒形状体の少なくとも前記充填部を改質して、ＦＳＰ部を備えた金属系筒材を得る工程Ｃと、を有し、 前記工程Ｃでの改質は、前記摩擦攪拌回転ツールを回転させながら前記スリットの長さ方向に一方向に移動させているときに、前記充填部のうち前記ショルダ部及び前記プローブの周りの充填部から該充填部を挟んだ両側の前記金属系板材にはみ出した部分にわたって可塑性領域を形成し、該可塑性領域内の塑性流動体に前記摩擦攪拌回転ツールの回転方向の剪断力を与えて前記塑性流動体中に含まれる欠陥及び空隙を除去し、さらに前記摩擦攪拌回転ツールが通過し終えた後は、前記塑性流動体が冷却・固化されて固体状の前記ＦＳＰ部が得られることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る金属系筒材の製造方法では、前記スリット付筒形状体が、１枚の金属系板材が筒状に丸められた形状を有し、かつ前記スリットが、間隔を開けて対向する前記金属系板材の端面間の隙間であるか、又は２枚以上の金属系板材が組み合わさって１つの筒状をなした形状を有し、かつ前記スリットが、間隔を開けて対向する隣り合う前記金属系板材の端面間の隙間であってもよい。金属系板材が１枚でも複数枚でも、スリット付筒形状体を形成することができる。
【００１７】
本発明に係る金属系筒材の製造方法では、前記スリット付筒形状体が、スリット付円筒形状体であり、かつ前記スリットの幅が０．２ｍｍ以上、０．４×（２ｄｏ−１）１／２ｍｍ未満（但し、ｄｏは前記スリット付円筒形状体の外径（単位：ｍｍ）を示す。）であるか、又は前記スリット付筒形状体が、スリット付楕円筒形状体であり、かつ前記スリットの幅が０．２ｍｍ以上、０．４×（２ｄｏ−１）１／２ｍｍ未満（但し、ｄｏは前記スリット付楕円筒形状体の短軸方向の外径（単位：ｍｍ）を示す。）であることが好ましい。充填材をスリットに充填せしめやすくし、充填部の改質をより効率的に行うことができる。
【００１８】
本発明に係る金属系筒材の製造方法では、前記工程Ｂは、ＭＩＧ又はＴＩＧ法によって、前記スリットに充填材を肉盛りする工程Ｂ１、前記スリットに溶融体を流し込む工程Ｂ２、前記金属系板材の肉厚以上の厚みを有するブロック材を前記スリットに嵌め込み、プローブを有さない摩擦攪拌回転ツールで押圧する工程Ｂ３、又は、前記スリットにワイヤー、粒体及び粉体のうち少なくとも１種を設置し、ハンマー、プレス機、若しくはプローブを有さない摩擦攪拌回転ツールで押圧する工程Ｂ４、のいずれか１つの工程であることが好ましい。スリットに充填材を充填せしめることをより効率的に行うことができる。本発明に係る金属系筒材の製造方法では、前記充填材の厚さが、前記金属系板材の肉厚よりも厚いことが好ましい。本発明に係る金属系筒材の製造方法では、前記充填材の見掛けの体積が、前記スリットの容積よりも大きいことが好ましい。
【００１９】
本発明に係る金属系筒材の製造方法では、前記工程Ｂ１又は前記工程Ｂ２において、裏当て部を備える裏当て治具を前記スリット付筒形状体の内部に設置することが好ましい。充填材がスリット付筒形状体の内部にも肉盛りされること、又は溶融体がスリットから流れ落ちることを防ぐことができる。
【００２０】
本発明に係る金属系筒材の製造方法では、前記工程Ｂ３において、裏当て部を備える裏当て治具を前記スリット付筒形状体の内部に設置し、前記スリット付筒形状体を把持し、前記裏当て部に向かって、前記プローブを有さない摩擦攪拌回転ツールで前記スリット付筒形状体を外周表面側から押圧するか、又は前記工程Ｂ４において、裏当て部を備える裏当て治具を前記スリット付筒形状体の内部に設置し、前記スリット付筒形状体を把持し、前記裏当て部に向かって、前記ハンマー、前記プレス機、若しくは前記プローブを有さない摩擦攪拌回転ツールで前記スリット付筒形状体を外周表面側から押圧することが好ましい。スリットへ充填材をより密に充填せしめることができる。
【００２１】
本発明に係る金属系筒材の製造方法では、前記工程Ｃにおいて、前記金属系板材の肉厚をＴ１（単位：ｍｍ）とするとき、前記摩擦攪拌回転ツールのプローブ長さＱ１（単位：ｍｍ）が、０＜Ｑ１≦（Ｔ１−０．５）を満たすことが好ましい。摩擦攪拌回転ツールのプローブが充填部を貫通することを防ぐことができる。
【００２２】
本発明に係る金属系筒材の製造方法では、前記工程Ｃにおいて、裏当て部を備える裏当て治具を前記充填材付筒形状体の内部に設置し、前記充填材付筒形状体を把持し、前記裏当て部に向かって、前記摩擦攪拌回転ツールを前記充填材付筒形状体に外周表面側から挿入し、前記充填材付筒形状体の少なくとも前記充填部を改質することが好ましい。ＦＳＰ部の内部に空間や欠陥のないより良質な改質を達成できる。
【００２３】
本発明に係る金属系筒材の製造方法では、前記金属系筒材のうち前記ＦＳＰ部以外の箇所の肉厚ＴＡが２ｍｍ以上２５ｍｍ以下であり、前記金属系筒材の長さＬ１が５００ｍｍ以上であることが好ましい。金属系筒材が長尺であっても、大型設備を使用することなく製造することができる。
【００２４】
本発明に係る金属系筒材の製造方法では、前記工程Ｃの後に、さらに、前記金属系筒材の少なくとも前記ＦＳＰ部に塑性加工を施す工程Ｄを有することが好ましい。塑性加工による加工歪みを入れることで、結晶粒を調整し、ＦＳＰ部と筒胴部とにおいて、結晶粒の大きさの均一性を向上させることができるとともに、寸法精度が高い金属系筒材を製造することができる。
【００２５】
本発明に係る金属系筒材の製造方法では、前記工程Ｃと前記工程Ｄとの間、前記工程Ｄの後、又は前記工程Ｃと前記工程Ｄとの間及び前記工程Ｄの後の両方において、前記金属系板材の再結晶温度以上の温度で前記金属系筒材を熱処理する工程Ｅを有することが好ましい。金属系筒材の内部応力を減少させ、ＦＳＰ部と筒胴部とにおいて、結晶粒の大きさの均一性を向上させることができる。
【００２６】
本発明に係る金属系筒材の製造方法では、前記金属系筒材がＡｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｕ基合金、Ａｇ基合金、Ａｌ基合金、Ｃｕ基合金、又はＺｎ基合金のいずれか１種からなることが好ましい。熱伝導性の高い及び／又は酸化されやすい材質でも、金属系筒材を製造することができる。
【００２７】
本発明に係る金属系筒材の製造方法では、前記金属系筒材がスパッタリングターゲット、圧力容器用カプセル又は圧力容器用ライナーの全体又は一部であることが好ましい。これらの装置又は部品において、簡便性、低コスト及び高品質を実現することができる。
【００２８】
本発明に係る裏当て治具は、本発明に係る金属系筒材の製造方法に用いられる裏当て治具であって、前記充填材付筒形状体の内部に設置可能であり、前記裏当て部と、前記裏当て部の表面に対して後方側に位置する脚部とを備え、前記充填材付筒形状体の内部に設置したとき、前記裏当て部の表面が前記充填部の内表面に対面し、前記脚部の表面が前記筒胴部の内表面に接し、前記充填材付筒形状体が、充填材付円筒形状体であり、前記筒胴部が、円筒胴部であり、前記裏当て治具を前記充填材付円筒形状体の内部に設置した状態で、前記充填材付円筒形状体の軸を垂直に横断する横断面に現れる前記円筒胴部の内表面側の前記スリットの両端部を直線状に結ぶ仮線と、前記裏当て部の表面との最短距離Ｇ（単位：ｍｍ）が、０≦Ｇ≦０．１ｄｉを満たす（但し、ｄｉは前記充填材付円筒形状体の内径（単位：ｍｍ）を示す。）か、又は前記充填材付筒形状体が、充填材付楕円筒形状体であり、前記筒胴部が、楕円筒胴部であり、前記裏当て治具を前記充填材付楕円筒形状体の内部に設置した状態で、前記充填材付楕円筒形状体の軸を垂直に横断する横断面に現れる前記楕円筒胴部の内表面側の前記スリットの両端部を直線状に結ぶ仮線と、前記裏当て部の表面との最短距離Ｇ（単位：ｍｍ）が、０≦Ｇ≦０．１ｄｉを満たす（但し、ｄｉは前記充填材付楕円筒形状体の短軸方向の内径（単位：ｍｍ）を示す。）ことを特徴とする。
【００２９】
本発明に係る裏当て治具は、本発明に係る金属系筒材の製造方法に用いられる裏当て治具であって、前記裏当て部と、前記裏当て部の表面に対して後方側に位置する脚部と、前記裏当て部の表面と前記脚部の表面との相互間の長さを可変させる可変機構とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
本開示によれば、簡便に、より低コストで、品質に優れた金属系筒材を製造する方法を提供することができる。より具体的には、金属系板材を用いて筒形状にする際に生じる内径の圧縮及び外径の引張による影響、筒形状の長手方向における加工難易度による影響、並びに突き合わせる金属系板材の端面の加工精度による影響を受けることなく、改質によって、一体型の良質な金属系筒材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】工程Ａにおけるスリット付円筒形状体の第１の形態を示す斜視図である。
【図２】テーブルを省略したＡ‐Ａ線断面図である。
【図３】工程Ｂにおける充填材付円筒形状体の第１の形態を示す斜視図である。
【図４】テーブルを省略したＢ‐Ｂ線断面図である。
【図５】工程Ｃにおける金属系円筒材の形成途中の第１の形態を示す斜視図である。
【図６】テーブルを省略したＣ‐Ｃ線断面図である。
【図７】テーブルを省略したＤ‐Ｄ線断面図である。
【図８】工程Ｂ１において充填材を肉盛りした状態の一例を示す概略断面図である。
【図９】工程Ｂ３においてブロック材を嵌め込んだ状態の一例を示す概略断面図である。
【図１０】工程Ｂ４においてワイヤーを設置した状態の一例を示す概略断面図である。
【図１１】工程Ｂ４において粒体を設置した状態の一例を示す概略断面図である。
【図１２】粒体を摩擦攪拌回転ツールによって単に押圧する状態の一例を示す断面図である。
【図１３】粒体を摩擦攪拌回転ツールによって塑性流動体とする状態の一例を示す断面図である。
【図１４】工程Ｄにおいて塑性加工を施した金属系円筒材の一例を示す斜視図である。
【図１５】テーブルを省略したＥ‐Ｅ線断面図である。
【図１６】工程Ｂにおける充填材付円筒形状体の第２の形態を示す概略断面図である。
【図１７】円筒形状体の比較例を示す斜視図である。
【図１８】テーブルを省略したＦ‐Ｆ線断面図である。
【図１９】裏当て治具の第１の変形例を説明するための概略断面図である。
【図２０】裏当て治具の第２の変形例を説明するための概略断面図である。
【図２１】裏当て治具の第３の変形例を説明するための概略断面図である。
【図２２】充填材を充填せしめる前の裏当て治具の第４の変形例を説明するための概略断面図である。
【図２３】充填材を充填せしめた後の裏当て治具の第４の変形例を説明するための概略断面図である。
【図２４】充填材を充填せしめる前の裏当て治具の第５の変形例を説明するための概略断面図である。
【図２５】充填材を充填せしめた後の裏当て治具の第５の変形例を説明するための概略断面図である。
【図２６】充填材を充填せしめる前の裏当て治具の第６の変形例を説明するための概略断面図である。
【図２７】充填材を充填せしめた後の裏当て治具の第６の変形例を説明するための概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以降、本発明について図面を参照しながら実施形態を示して詳細に説明するが、本発明はこれらの記載に限定して解釈されない。本発明の効果を奏する限り、実施形態は種々の変形をしてもよい。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
【００３３】
［第１の形態］
まず、金属系筒材の製造方法について、スリット付筒形状体が、１枚の金属系板材が筒状に丸められた形状を有し、円柱体の裏当て治具を使用する第１の形態について詳細に説明する。
【００３４】
本実施形態に係る金属系筒材の製造方法は、図１〜図７に示すように、少なくとも１枚の金属系板材１からなる筒胴部の一方の端面１１ｃから他方の端面１１ｄまで延びるスリット１２を少なくとも１本備えるスリット付筒形状体を形成する工程Ａと、スリット１２の長さ方向ＵＳの全体が充填材２で埋まるように、充填材２をスリット１２に充填せしめた充填部２２を備えた充填材付筒形状体を形成する工程Ｂと、少なくとも充填部２２に、プローブ５３を有する摩擦攪拌回転ツール５０のうち、少なくともプローブ５３を挿入させ、ＦＳＰを施工することによって、充填材付筒形状体の少なくとも充填部２２を改質して、ＦＳＰ部３２を備えた金属系筒材を得る工程Ｃとを有する。
【００３５】
筒形状体には、例えば、円筒形状体又は楕円筒形状体がある。本実施形態では、円筒形状体を代表例として説明する。金属系筒材には、例えば、金属系円筒材又は金属系楕円筒材がある。本実施形態では、金属系円筒材を代表例として説明する。以降の説明では、特別に説明のない限り、筒形状体が楕円筒形状体である場合及び金属系筒材が金属系楕円筒材である場合にもそれぞれ当てはまる。
【００３６】
（工程Ａ）
工程Ａでは、図１に示すように、まず１枚の金属系板材１を準備する。金属系板材１は、例えば、板面の外観の形状が円柱の側面を展開した形状である金属又は合金製の板材である。金属系板材１の第１の端面１１ａと、角を共有しない第２の端面１１ｂは、仕上げ加工面であることが好ましいが、工程Ｃでの改質によって修正されるため、必ずしも仕上げ加工面である必要はない。
【００３７】
金属系板材１の組成は、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｚｎ又はこれらの金属を含む合金である。金属系板材１は、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｕ基合金、Ａｇ基合金、Ａｌ基合金、Ｃｕ基合金又はＺｎ基合金のいずれか１種からなることが好ましい。Ａｕ基合金の好ましい具体例としては、例えば、Ａｕ‐Ａｇ系合金、Ａｕ‐Ｐｄ系合金、Ａｕ‐Ａｌ系合金、Ａｕ‐Ｃｕ系合金、Ａｕ‐Ｚｎ系合金、Ａｕ‐Ｓｎ系合金、Ａｕ‐Ｎｉ系合金などがある。Ａｇ基合金の好ましい具体例としては、例えば、Ａｇ‐Ａｕ系合金、Ａｇ‐Ａｌ系合金、Ａｇ‐Ｃｕ系合金、Ａｇ‐Ｚｎ系合金、Ａｇ‐Ｐｄ系合金、Ａｇ‐Ｃｕ‐Ｐｄ系合金、Ａｇ‐Ｃｕ‐Ｐｄ‐Ｇｅ系合金、Ａｇ‐Ｉｎ系合金、Ａｇ‐Ｂｉ系合金などがある。Ａｌ基合金の好ましい具体例としては、例えば、Ａｌ‐Ａｕ系合金、Ａｌ‐Ａｇ系合金、Ａｌ‐Ｃｕ系合金、Ａｌ‐Ｚｎ系合金、Ａｌ‐Ｓｃ系合金、Ａｌ‐Ｔｉ系合金、Ａｌ‐Ｙ合金、Ａｌ‐Ｚｒ系合金、Ａｌ‐Ｈｆ系合金、Ａｌ‐Ｎｄ系合金、Ａｌ‐Ｓｉ系合金などがある。Ｃｕ基合金の好ましい具体例としては、Ｃｕ‐Ａｕ系合金、Ｃｕ‐Ａｇ系合金、Ｃｕ‐Ａｌ系合金、Ｃｕ‐Ｚｎ系合金、Ｃｕ‐Ｇａ系合金、Ｃｕ‐Ｔａ系合金、Ｃｕ‐Ｃｒ系合金などがある。Ｚｎ基合金の好ましい具体例としては、Ｚｎ‐Ａｕ系合金、Ｚｎ‐Ａｇ系合金、Ｚｎ‐Ａｌ系合金、Ｚｎ‐Ｃｕ系合金、Ｚｎ‐Ｆｅ系合金などがある。ここで、「Ｍ１−Ｍ２系合金」（但し、Ｍ１及びＭ２は金属元素を意味する。）と表記したとき、Ｍ１は主成分を意味し、Ｍ２は副成分を意味する。「系」とは、Ｍ２以外の副成分又は添加成分を含んでいてもよいという意味を示す。主成分とは、Ｍ１が合金中で最大原子％を有することを意味する。Ｍ２は、第１の副成分を示し、合金中でＭ１を除いて最大原子％を有することを意味する。添加成分とは、例えば１原子％以下の含有量の含有元素を意味する。なお、Ａｇ‐Ｃｕ‐Ｐｄ‐Ｇｅ系合金については、ＡｇがＭ１に相当し、Ｃｕ、Ｐｄ及びＧｅがＭ２に相当し、例えば、国際公開第２００５／０３１０１６号に開示の銀合金を含む。
【００３８】
金属系板材１の板面の形状は、円筒形状をなすために、好ましくは平行四辺形、菱形、長方形又は正方形であり、より好ましくは長方形又は正方形である。以下、断りのない限り、金属系板材１の板面の形状が長方形である場合を例にとって説明する。
【００３９】
金属系板材１の肉厚をＴ１（単位：ｍｍ）とするとき、Ｔ１は、２ｍｍ以上２５ｍｍ以下であることが好ましい。形成するスリット付円筒形状体１０の長さ及び直径に応じて、Ｔ１を調整することができる。
【００４０】
図１及び図２に示すように、第１の端面１１ａと、第２の端面１１ｂとが長さＷＳの間隔を開けて対向するまで、曲げ加工によって、金属系板材１全体が円筒形状の一部をなすように、金属系板材１を丸めることによって、スリット付円筒形状体１０を形成する。
【００４１】
間隔を開けるとは、第１の端面１１ａと第２の端面１１ｂとの突合せをしないことをいう。第１の端面１１ａと、第２の端面１１ｂとが間隔を開けて対向する際、第１の端面１１ａと、第２の端面１１ｂとは、互いに傾斜して向かい合ってもよいし、互いに真正面を向いてもよい。
【００４２】
第１の端面１１ａと第２の端面１１ｂとが互いに傾斜して向かい合う形態では、例えば、図１及び図２に示した金属系板材１は、円筒胴部１１をなしているが、丸める前においては、直方体をなしている。厚みのある金属系板材１を丸めると、スリット付円筒形状体１０の円筒胴部１１の内表面１１ｆとなる側が圧縮され、外周表面１１ｅとなる側が引張されることから、第１の端面１１ａと、第２の端面１１ｂとは、互いに傾斜して向かい合う。
【００４３】
このような形態における間隔の長さＷＳ（単位：ｍｍ）は、次のようにして求める。図２において、第１の端面１１ａ上の任意の点をＰ１とし、スリット付円筒形状体１０の中心をＣＨとする。また、スリット付円筒形状体１０の内径を（単位：ｍｍ）ｄｉとし、スリット付円筒形状体１０の外径をｄｏ（単位：ｍｍ）とする。さらに、第２の端面１１ｂ上にある点であって、ＣＨからの距離Ｘ２（ｄｉ／２≦Ｘ２≦ｄｏ／２）が線分Ｐ１ＣＨの長さＸ１と等しい点をＰ２とする。間隔の長さＷＳは、線分Ｐ１Ｐ２の長さである。ＷＳは、スリット付円筒形状体１０の内表面１１ｆに向かうにつれて小さくなる。上記では、スリット付筒形状体がスリット付円筒形状体である場合を説明したが、スリット付筒形状体がスリット付楕円筒形状体である場合、短軸と長軸との交点をＣＨとする。また、スリット付楕円筒形状体の軸を垂直に横断する横断面に現れる楕円筒胴部の内表面側のスリットの両端部（１３ａ，１３ｂ）を直線状に結ぶ仮線と、交点ＣＨとの最短距離の２倍をｄｉ（単位：ｍｍ）とする。さらに、スリット付楕円筒形状体の軸を垂直に横断する横断面に現れる楕円筒胴部の外周表面側のスリットの両端部（１３ｃ，１３ｄ）を直線状に結ぶ仮線と、交点ＣＨとの最短距離の２倍をｄｏ（単位：ｍｍ）とする。
【００４４】
第１の端面１１ａと第２の端面１１ｂとが互いに真正面を向く形態としては、例えば、金属系板材１を準備する際に、第１の端面１１ａ及び第２の端面１１ｂを傾斜面にした後、第１の端面１１ａと第２の端面１１ｂとが互いに真正面を向くように金属系板材１を丸める形態、又は金属系板材１を丸めた後に、第１の端面１１ａ及び第２の端面１１ｂを切削加工し、第１の端面１１ａと第２の端面１１ｂとが真正面を向くようにする形態がある。このとき、間隔の長さＷＳは、図２における点Ｐ１の位置に関わらず一定である。
【００４５】
間隔の長さＷＳは、０．２ｍｍ以上、０．４×（２ｄｏ−１）１／２ｍｍ未満であることが好ましい。充填材２をスリット１２に充填しやすくし、充填部２２の改質をより効率的に行うことができる。０．２ｍｍ未満であると、充填材２をスリット１２に充填しにくくなる可能性があり、０．４×（２ｄｏ−１）１／２ｍｍ以上であると、充填部２２の改質の手間が増大する可能性がある。上記では、スリット付筒形状体がスリット付円筒形状体である場合を説明したが、スリット付筒形状体がスリット付楕円筒形状体である場合、スリット付楕円筒形状体の短軸方向の外径をｄｏ（単位：ｍｍ）とする。
【００４６】
曲げ加工は、例えば、ベンダー加工、ロール曲げ加工、プレス加工又は絞り加工による曲げ加工である。
【００４７】
スリット付円筒形状体１０は、図１に示すように、１枚の金属系板材１からなる円筒胴部１１と、円筒胴部１１の一方の端面１１ｃから他方の端面１１ｄまで延びる少なくとも１本のスリット１２とを有する。スリット付円筒形状体１０は、スリット１２を有するため、完全な円筒形状ではない。円筒胴部１１の内表面１１ｆ及び外周表面１１ｅは、円弧面である。スリット１２が、間隔を開けて対向する金属系板材１の第１の端面１１ａと第２の端面１１ｂとの間の隙間である。スリット１２の幅は、間隔の長さＷＳである。
【００４８】
スリット１２の外観は、例えば、直線状又は曲線状であり、工程Ｂ及び工程Ｃでの操作の簡略化の観点から、好ましくは、図１に示すように直線状である。
【００４９】
スリット１２の長さ方向ＵＳは、円筒胴部１１の長さ方向ＵＨに対して角度をなしてもよいが、円筒胴部１１の長さ方向ＵＨと一致することが好ましい。工程Ｂ及び工程Ｃでの操作を容易にすることができる。図１では、方向ＵＳを方向ＵＨと一致させるために、曲げ加工をする際に、一方の端面１１ｃが一つの平面に接し、他方の端面１１ｄが当該平面に平行な他の平面に接するように、金属系板材１を曲げるが、金属系板材１が正方形であっても同様に曲げる。方向ＵＳが方向ＵＨに対して角度をなす場合、金属系板材１は、例えば、平行四辺形又は菱形である。
【００５０】
図１に示すように、スリット付円筒形状体１０の長さをＬ１０（単位：ｍｍ）とするとき、Ｌ１０は５００ｍｍ以上であることが好ましい。金属系円筒材３０の長さＬ１（単位：ｍｍ）を５００ｍｍ以上にすることができる。
【００５１】
図２に示すようなスリット付円筒形状体１０の外径ｄｏは、１００ｍｍ以上３００ｍｍ以下を満たすことが好ましい。スリット付円筒形状体１０の内径ｄｉは、５０ｍｍ以上２９６ｍｍ以下を満たすことが好ましい。上記では、スリット付筒形状体がスリット付円筒形状体である場合を説明したが、スリット付筒形状体がスリット付楕円筒形状体である場合、スリット付楕円筒形状体の短軸方向の外径ｄｏは、１００ｍｍ以上３００ｍｍ以下を満たすことが好ましい。また、スリット付楕円筒形状体の短軸方向の内径ｄｉは、５０ｍｍ以上２９６ｍｍ以下を満たすことが好ましい。
【００５２】
（工程Ｂ）
工程Ｂを始めるに当たり、図１及び図２に示すように、スリット付円筒形状体１０をテーブル６０に載置し、円柱体の裏当て治具４０をスリット付円筒形状体１０の内部１０ａに挿入して設置する。裏当て治具４０は、裏当て部４２と、裏当て部４２の表面４２ａに対して後方側に位置する脚部４３とを備える。表面４２ａは、裏当て治具４０の外周表面の一部をなす。裏当て治具４０は、鋼材からなるか、又は窒化珪素などのセラミック材料からなることが好ましい。上記では、スリット付筒形状体がスリット付円筒形状体である場合を説明したが、スリット付筒形状体がスリット付楕円筒形状体である場合、楕円柱体の裏当て治具を用いてもよい。
【００５３】
工程Ｂでは、図３及び図４に示すように、スリット１２の長さ方向ＵＳの全体が充填材２で埋まるように、充填材２をスリット１２に充填せしめて、充填材付円筒形状体２０を形成する。ここで、裏当て部４２の表面４２ａが充填部２２の内表面２２ｆに対面し、脚部４３の表面４３ａが円筒胴部１１の内表面１１ｆに接する。脚部４３の表面４３ａは、裏当て治具４０の外周表面の一部をなす。充填材付円筒形状体２０の内径をｄｉ（単位：ｍｍ）とするとき、裏当て部４２の表面４２ａと仮線２２ｇとの最短距離Ｇ（単位：ｍｍ）は、０≦Ｇ≦０．１ｄｉを満たす。ここで、仮線２２ｇは、充填材付円筒形状体２０の軸ＡＭを垂直に横断する図４のような横断面に現れる円筒胴部１１の内表面１１ｆの側のスリット１２の両端部１４ａ，１４ｂを直線状に結ぶ仮線である。上記では、充填材付筒形状体が充填材付円筒形状体である場合を説明したが、充填材付筒形状体が充填材付楕円筒形状体である場合、充填材付楕円筒形状体の短軸方向の内径をｄｉ（単位：ｍｍ）とするとき、０≦Ｇ≦０．１ｄｉを満たす。
【００５４】
充填材付円筒形状体２０は、金属系板材１と、充填部２２とを備える。
【００５５】
充填部２２は、充填材２とスリット１２とを有し、充填材２がスリット１２に固定されている。
【００５６】
スリット１２の長さ方向ＵＳの全体が充填材２で埋まるとは、図４に示すように、少なくとも幅方向ＵＷに渡って充填材２がスリット１２内に固定されている状態が、図３に示す円筒胴部１１の一方の端面１１ｃから他方の端面１１ｄまでに渡って形成されていることをいう。スリット１２における充填材２の割合は、スリット１２の幅方向ＵＷにおいて、９０〜１００％であることが好ましく、スリット１２の長さ方向ＵＳにおいて、９０〜１００％であることが好ましい。
【００５７】
充填材２をスリット１２に充填せしめたとは、図４に示すように、円筒胴部１１の外周表面１１ｅから、ＵＤ方向に沿って、例えば０．９５Ｔ１以上Ｔ１以下まで充填材２をスリット１２に埋まったことをいう。充填部２２において、充填材２の内部及び充填材２とスリット１２との間には、工程Ｃにて改質されるため、隙間及び欠陥が残ってもよい。
【００５８】
図１に示すスリット１２の容積をＶＳ（単位：ｍｍ３）とし、図３に示す充填部２２における充填材２の見掛けの体積をＶ２（単位：ｍｍ３）としたとき、０＜Ｖ２≦ＶＳでもよいが、隙間及び欠陥を考慮して、ＶＳ＜Ｖ２≦１．１ＶＳであることが好ましい。
【００５９】
充填材２は、例えば、金属系板材１の組成と同じ組成の溶接材料１０２（図８）、溶融金属（不図示）、ブロック材２０２（図９）、ワイヤー３０２（図１０）、粒体４０２（図１１）、又は粉体（不図示）とする。また、充填材２の形態としては、金属系板材１の組成と異なる組成の部材の組合せの形態としてもよい。例えば、ブロック材の形態としては、ブロック状の構成部材を組合せた複合ブロック材であって、金属系板材１の組成と異なる組成のブロック状の構成部材を含むが、当該複合ブロック材の平均組成が金属系板材１の組成と同じである複合ブロック材（不図示）でもよい。ワイヤーの形態としては、複数本のワイヤーを束ねたワイヤー束であって、金属系板材１の組成と異なる組成のワイヤーを含むが、当該ワイヤー束の平均組成が金属系板材１の組成と同じであるワイヤー束（不図示）でもよい。粒体の形態としては、粒体混合物であって、金属系板材１の組成と異なる組成の粒子を含むが、当該粒体混合物の平均組成が金属系板材１の組成と同じである粒体混合物（不図示）でもよい。粉体の形態としては、粉体混合物であって、金属系板材１の組成と異なる組成の粒子を含むが、当該粉体混合物の平均組成が金属系板材１の組成と同じである粉体混合物（不図示）でもよい。
【００６０】
工程Ｂは、次の工程Ｂ１〜Ｂ４のいずれか１つの工程であることが好ましい。スリット１２に充填せしめることをより効率的に行うことができる。
【００６１】
（工程Ｂ１）
工程Ｂは、図８に示すように、ＭＩＧ又はＴＩＧ法によって、スリット１２に、溶接材料１０２を肉盛りする工程Ｂ１であることが好ましい。スリット１２に溶接材料１０２を挿し込んで肉盛りするため、スリット付円筒形状体１０の外周表面１１ｅから、ＵＤ方向に沿って金属系板材１の肉厚Ｔ１まで溶接材料１０２がスリット１２に埋まることが容易となる。工程Ｂ１を始めるに当たり、裏当て部４２を備える裏当て治具４０をスリット付円筒形状体１０の内部１０ａに設置することが好ましい。スリット１２に溶接材料１０２を挿し込んで肉盛りする際に、裏当て部４２の表面４２ａがスリット１２の内底面となり、スリット付円筒形状体１０の内部１０ａに溶接材料１０２を過剰に肉盛りし、内表面１１ｆに溶接材料１０２が広がることを防止することができる。肉盛り完了後、溶接材料１０２が冷えて、スリット１２に固定されることによって、充填部２２が設けられて、充填材付円筒形状体２０が形成される。
【００６２】
（工程Ｂ２）
工程Ｂは、スリット１２に溶融体（不図示）を流し込む工程Ｂ２であることが好ましい。スリット１２に溶融体（不図示）を流し込んだ状態は、溶接材料１０２が溶融体（不図示）であること以外は図８に示された状態と同様である。工程Ｂ２を始めるに当たり、工程Ｂ１と同様に、裏当て治具４０を設置することが好ましい。裏当て部４２の表面４２ａがスリット１２の内底面となり、溶融体（不図示）がスリット１２からスリット付円筒形状体１０の内部１０ａに流れ落ちることを防ぐことができる。溶融体（不図示）の好適な組成及び流し込んだ後の過程については、Ｂ１と同様である。
【００６３】
（工程Ｂ３）
工程Ｂは、図９に示すように、金属系板材１の肉厚Ｔ１以上の厚みＴ２０２を有するブロック材２０２をスリット１２に嵌め込み、図１３に示すようにプローブを有さない摩擦攪拌回転ツール７０で押圧する工程Ｂ３であることが好ましい。押圧により、金属系板材１とブロック材２０２との隙間２３を埋めることができる。
【００６４】
工程Ｂ３では、裏当て治具４０をスリット付円筒形状体１０の内部に設置し、把持部材（不図示）を用いて、スリット１２を覆わないようにスリット付円筒形状体１０を把持し、円筒胴部１１の内表面１１ｆを裏当て部４２の表面に接触させ、テーブル６０に対してスリット付円筒形状体１０が動かないようにし、ブロック材２０２をスリット１２に嵌め込み、裏当て部４２に向かって、プローブを有さない摩擦攪拌回転ツール７０でスリット付円筒形状体１０を外周表面１１ｅの側から、図９に示すような方向ＵＤで押圧することが好ましい。裏当て部４２の表面４２ａがスリット１２の内底面となり、スリット１２へブロック材２０２をより密に充填せしめることができる。図２における間隔の長さＷＳは、円筒胴部１１の内表面１１ｆに向かうにつれて小さくなることが好ましい。ブロック材２０２をスリット１２に嵌め込む際、ブロック材２０２をスリットに嵌めこみやすく、摩擦攪拌回転ツール７０でブロック材２０２を押圧してもブロック材２０２が動かないようにすることができる。Ｔ１＝Ｔ２０２ならば、摩擦攪拌回転ツール７０でブロック材２０２と金属系板材１との境界部（不図示）を含めて押圧してもよい。押圧する際、スリット１２は、塑性変形されてもよい。
【００６５】
（工程Ｂ４）
図１０は、図２に示されるスリット付円筒形状体１０のスリット１２に、ワイヤー３０２を複数本束ねて設置した状態の図である。図１１は、図２に示されるスリット付円筒形状体１０のスリット１２に、粒体４０２をスリット１２に設置した状態の図である。
【００６６】
工程Ｂは、図１０に示すように、スリット１２にワイヤー３０２を設置するか、図１１に示すように、粒体４０２をスリット１２に設置するか、又は粉体をスリット１２に設置するか（不図示）の少なくともいずれかを行い、ハンマー（不図示）、プレス機（不図示）、又は、図１２に示すように、プローブを有さない摩擦攪拌回転ツール７０で押圧する工程Ｂ４であることが好ましい。工程Ｂ４では、工程Ｂ３と同様に、裏当て治具４０を設置し、スリット付円筒形状体１０を把持し、ワイヤー３０２、粒体４０２及び粉体（不図示）のうち少なくとも１種を設置し、工程Ｂ３と同様に、裏当て部４２に向かって、スリット付円筒形状体１０を外周表面１１ｅの側から押圧することが好ましい。工程Ｂ４において、ワイヤー３０２、粒体４０２及び粉体（不図示）のうち少なくとも１種を設置するとき、スリット１２の両側を押さえ治具８０で押さえて、円筒胴部１１の内表面１１ｆを裏当て治具４０の裏当て部４２の表面に密着させることが好ましい。図１１に示すように、押さえ治具８０は、例えば、平板形状を有する。スリット１２の両側をそれぞれ押さえ治具８０でスリット付円筒形状体１０の中心ＣＨに向かって、押圧力８４を加える。押圧力８４が加えられた円筒胴部１１の内表面１１ｆは、裏当て治具４０の裏当て部４２の表面に接触する。このとき、円筒胴部１１の内表面１１ｆと裏当て部４２の表面との隙間がなくなる。円筒胴部１１の内表面１１ｆと裏当て部４２の表面との隙間がないため、ワイヤー３０２、粒体４０２及び粉体（不図示）がこの隙間に入ることを防止することができる。上記では、スリット付筒形状体がスリット付円筒形状体である場合を説明したが、スリット付筒形状体がスリット付楕円筒形状体である場合、押圧力８４を加える方向は、短軸と長軸との交点ＣＨに向かう方向である。
【００６７】
充填材２の形態としては、ワイヤー３０２のみ（図１０）、粒体４０２のみ（図１１）、粉体のみ（不図示）、ワイヤー３０２と粒体４０２との組合せ（不図示）、ワイヤー３０２と粉体との組合せ（不図示）、粒体４０２と粉体との組合せ（不図示）又はワイヤー３０２と粒体４０２と粉体との組合せ（不図示）がある。
【００６８】
ワイヤー３０２は、図１に示すようなスリット付円筒形状体１０の長さＬ１０以上の長さを有する線状の金属又は合金製部材である。粒体４０２は、粒子径１０００μｍ以上１００００μｍ未満の粒子状の金属又は合金製部材である。粉体（不図示）は、粒子径１０μｍ以上１０００μｍ未満の粒子状の金属又は合金製部材である。
【００６９】
充填材２の形態がワイヤー３０２のみの形態である場合、ワイヤー３０２をスリット１２内に設置する。ここで、ワイヤー３０２が１本のみである場合（不図示）と、図１０に示すように、複数本のワイヤー３０２がワイヤー束に束ねられた場合とがある。設置後、例えば、ハンマー（不図示）又はプレス機（不図示）でワイヤー３０２を押圧して、ワイヤー３０２をスリット１２における内表面１１ｆの側に押し込み、ワイヤー３０２と金属系板材１との隙間２３を埋めていく。その後、摩擦攪拌回転ツール７０でワイヤー３０２を押圧して、金属系板材１とワイヤー３０２との隙間２３をさらに埋めてもよい。ワイヤー３０２の設置厚さＨ２とすると、Ｈ２≧Ｔ１であることが好ましい。Ｈ２＝Ｔ１ならば、ハンマー（不図示）又はプレス機（不図示）を使用せず、直接、摩擦攪拌回転ツール７０でワイヤー３０２を押圧して、金属系板材１とワイヤー３０２との隙間２３を埋めてもよい。また、ワイヤー３０２と金属系板材１との境界部（不図示）を含めて押圧してもよい。
【００７０】
充填材２の形態が粒体４０２のみの形態である場合、図１１に示すように、ワイヤー３０２を粒体４０２に変更した以外は、ワイヤー３０２の形態と同様である。充填材２の形態が粉体（不図示）のみの形態である場合、粒体４０２のみの形態と同様に工程Ｂ４を行う。充填材２の形態が組合せの形態である場合、粒体４０２のみである形態と同様に工程Ｂ４を行う。
【００７１】
摩擦攪拌回転ツール７０で押圧するとは、例えば図１１に示す粒体４０２を、図１２に示すように、単に押圧方向７６で押圧しつつ、図１３に示すように、摩擦攪拌回転ツール７０のショルダ部７２の回転によって粒体４０２を変形させて、可塑性領域３内に塑性流動体を生じさせ、図４に示すように、充填材付円筒形状体２０の形成後において、充填部２２における充填材２とスリット１２との隙間を少なくすることをいう。具体的には、図１２に示すように、摩擦攪拌回転ツール７０を回転方向７５で回転させ、摩擦攪拌回転ツール７０のショルダ部７２をゆっくりと粒体４０２に押圧方向７６で押し当てる。ショルダ部７２が粒体４０２に接触すると、回転による摩擦熱によって、接触した粒体４０２に高温の可塑性領域３が発生し、熱伝導により粒体４０２が加熱されて、図１３に示すように、可塑性領域３が拡がる。同時に摩擦攪拌回転ツール７０から与えられた回転力が可塑性領域３内の塑性流動体に回転方向７５のせん断力を与え、隙間２３が減少し、塑性流動体の外表面がさらにスリット１２の形状に追随するよう変形しながら、充填せしめられる。ブロック材２０２のみ、ワイヤー３０２のみ、粉体のみ（不図示）、組合せなどの充填材２の他の形態においても同様である。ここで、摩擦攪拌回転ツール７０は、例えば、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｗ、Ｉｒ及びそれらを基材とした合金の他、セラミックの材料からなる。摩擦攪拌回転ツール７０は、プローブを有さない摩擦攪拌回転ツールを用いることができる。摩擦攪拌回転ツール７０を押付ける押圧は、充填材２及び金属系板材１の肉厚などの寸法を都度、考慮して調整される。上記押圧によって、図１３に示すように、塑性流動が内表面１１ｆの側まで生じてもよい。ショルダ部７２は、例えば、平坦形状、丸みを帯びた形状又は凹凸を帯びた粗面であり、好ましくは平坦形状である。スリット付円筒形状体１０を把持し、粒体４０２上において、押圧しつつ摩擦攪拌回転ツール７０を動かすことが好ましい。また、スリット１２が押圧によって変形してもよい。図１２又は図１３において、図１１に示したように、押さえ治具８０でスリット１２の両端を押さえて、円筒胴部１１の内表面１１ｆを裏当て治具４０の裏当て部４２の表面に接触させることが好ましい。
【００７２】
（工程Ｃ）
工程Ｃを始めるに当たり、図５〜図７に示すように、円柱体の裏当て治具４０及びテーブル６０を引き続き使用する。工程Ｃでは、少なくとも充填部２２に、プローブ５３を有する摩擦攪拌回転ツール５０のうち、少なくともプローブ５３を挿入させて、ＦＳＰを施工して、充填材付円筒形状体２０の少なくとも充填部２２を改質して、ＦＳＰ部３２を備えた金属系円筒材３０を形成する。改質後、金属系円筒材３０から、裏当て治具４０を引き抜く。
【００７３】
摩擦攪拌回転ツール５０は、通常のＦＳＰで用いられる摩擦攪拌回転ツールを用いることができる。摩擦攪拌回転ツール５０は、図５及び図６に示すように、例えば円柱状の胴体部５１と、胴体部５１の一端に設けられたショルダ部５２と、ショルダ部５２に設けられたプローブ５３とを有する。摩擦攪拌回転ツール５０は、例えば、プローブを有さない摩擦攪拌回転ツール７０と同様の材料からなる。
【００７４】
摩擦攪拌回転ツール５０の挿入を始めるに当たって、図６に示すように、裏当て部４２を備える裏当て治具４０を充填材付円筒形状体２０の内部２０ａに設置し、その後、把持部材（不図示）を用いて、充填部２２を覆わないように充填材付円筒形状体２０を把持し、テーブル６０に対して充填材付円筒形状体２０が動かないようにし、裏当て部４２に向かって、摩擦攪拌回転ツール５０を挿入して改質を行うことが好ましい。裏当て部４２の表面４２ａが押圧による力を受ける支持面となり、ＦＳＰ部３２の内部に空間や欠陥のないより良質な改質を達成することができる。
【００７５】
ＦＳＰの原理について説明する。回転する摩擦攪拌回転ツール５０を、充填材付円筒形状体２０、例えば充填部２２に外周表面１１ｅの側から挿入する。このとき、摩擦攪拌回転ツール５０では、図５及び図６に示すように、プローブ５３が充填部２２内に埋没し、ショルダ部５２が充填部２２に押し当てられる。プローブ５３が充填部２２に挿入されると、回転による摩擦によって充填部２２が急速に加熱され、その結果、充填部２２の機械的強度が低下する。テーブル６０に対して充填材付円筒形状体２０を把持し、充填部２２上を通るように、進行方向５４に沿って摩擦攪拌回転ツール５０を動かす。摩擦攪拌回転ツール５０が挿入された部分では、摩擦攪拌回転ツール５０のショルダ部５２及びプローブ５３が充填部２２に当接しながら回転することによって発生した摩擦熱が、ショルダ部５２及びプローブ５３の周りの充填部２２に高温の可塑性領域４を形成する。同時に摩擦攪拌回転ツール５０から与えられた回転力が可塑性領域４内の塑性流動体に回転方向５５のせん断力を与え、塑性流動体中に含まれる欠陥及び空隙が除去されて改質が行われる。摩擦攪拌回転ツール５０が通過した後、塑性流動体は冷却されて、図５及び図７に示すように、固体状のＦＳＰ部３２となり、ＦＳＰ部３２を備えた金属系円筒材３０が形成される。これらの現象はすべて充填材付円筒形状体２０の融点よりも低い温度で生じる。
【００７６】
ＦＳＰの施工は、少なくとも充填部２２を含むように行う。少なくとも充填部２２を含むように行う形態としては、例えば、充填部２２のみに施工する形態、充填部２２のみならず、充填部２２を挟んだ両側の金属系板材１にはみ出して施工する形態、充填部２２のみならず、金属系板材１全体にも施工する形態がある。
【００７７】
図６に示すように、ショルダ部５２のショルダ径をＲＳ（単位：ｍｍ）とし、プローブ５３のプローブ径をＲＰ（単位：ｍｍ）とするとき、ショルダ径とプローブ径との比率ＲＰ／ＲＳは、例えば０．３以上０．５以下である。
【００７８】
ショルダ部５２は、例えば、凹形状、凸形状、平坦形状であり、好ましくは凹形状である。
【００７９】
ショルダ部５２が平坦形状である場合、図６に示すように、ショルダ部５２におけるプローブ５３の根元部分の表面が金属系板材１の仮想外周面５に接すると共に、さらに摩擦攪拌回転ツール５０が押し込まれて、ショルダ部５２の縁部Ｐ３，Ｐ４が仮想外周面５に接するように当接される。このとき、ショルダ部５２は、仮想外周面５から最大減肉分ＴＷが減肉した状態で、可塑性領域４内の塑性流動体に押し当てられている。最大減肉分ＴＷ（単位：ｍｍ）は、０≦ＴＷ≦０．５を満たすことが好ましい。
【００８０】
ショルダ径ＲＳの好適な上限値は、塑性流動体に対するショルダ部５２の押し当て幅の好適な上限値ＷＣでもある。好適な上限値ＷＣは、図６に示すように、仮想外周面５から最大０．５ｍｍ減肉した状態で、ショルダ部５２の縁部Ｐ３，Ｐ４が仮想外周面５に接するときのショルダ部５２の押し当て幅である。仮想外周面５の中心をＣＴとすると、この上限値ＷＣは、二等辺三角形Ｐ３ＣＴＰ４における底辺Ｐ３Ｐ４の長さである。図２に示されるスリット付円筒形状体１０の外径をｄｏ（単位：ｍｍ）とすると、底辺Ｐ３Ｐ４の長さ、すなわち好適な上限値ＷＣは、（２ｄｏ−１）１／２となる。上記では、スリット付筒形状体がスリット付円筒形状体である場合を説明したが、スリット付筒形状体がスリット付楕円筒形状体である場合、スリット付楕円筒形状体の短軸方向の外径をｄｏ（単位：ｍｍ）とする。
【００８１】
図２に示される工程Ａにおける間隔の長さＷＳと、図６に示されるプローブ径ＲＰの関係は、ＷＳ≦ＲＰであることが好ましい。このとき、好適な上限値ＷＣと、ショルダ径とプローブ径との比率ＲＰ／ＲＳとを考慮すると、ＷＳ＜０．４×（２ｄｏ−１）１／２であることが好ましい。金属系板材１と充填材２との一体化を容易にしつつ、摩擦攪拌回転ツール５０を移動させる労力を軽減することができる。上記では、スリット材付筒形状体がスリット付円筒形状体である場合を説明したが、スリット付筒形状体がスリット付楕円筒形状体である場合、スリット付楕円筒形状体の短軸方向の外径をｄｏ（単位：ｍｍ）とする。
【００８２】
図６に示すように、プローブ５３の長さＱ１（単位：ｍｍ）と、金属系板材１の肉厚Ｔ１（単位：ｍｍ）との関係は、０＜Ｑ１≦（Ｔ１−０．５）を満たすことが好ましい。Ｑ１は０でも攪拌することは可能であるが、Ｑ１＞０の方が攪拌能力は向上する。Ｑ１が（Ｔ１−０．５）を超えると、好適な減肉分ＴＷの範囲において、ショルダ部５２の縁部Ｐ３，Ｐ４が仮想外周面５に接するように押し当てた際に、プローブ５３が金属系板材１を貫通する場合がある。また、充填材付円筒形状体２０の内部２０ａに裏当て治具４０を設置したとき、金属系板材１を貫通したプローブ５３が裏当て部４２をこする場合がある。
【００８３】
金属系円筒材３０は、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｕ基合金、Ａｇ基合金、Ａｌ基合金、Ｃｕ基合金、又はＺｎ基合金のいずれか１種からなることが好ましい。熱伝導性の高い及び／又は酸化されやすい材質でも、金属系円筒材３０を製造することができる。
【００８４】
充填材２が、粒体混合物であって、金属系板材１の組成と異なる組成の粒子を含むが、当該粒体混合物の平均組成が金属系板材１の組成と同じである粒体混合物（不図示）である場合、充填部２２における充填材２には、組成成分の偏りが発生する可能性がある。ＦＳＰによって、可塑性領域４において攪拌が生じるため、充填部２２が改質されて、組成の偏りがなく、金属系板材１の組成と同じであるＦＳＰ部３２を備えた金属系円筒材３０が得られる。
【００８５】
（工程Ｄ）
工程Ｃの後に、さらに、金属系円筒材３０の少なくともＦＳＰ部３２に塑性加工を施す工程Ｄを有することが好ましい。塑性加工による加工歪みを入れることで、図５及び図７に示す金属系円筒材３０のＦＳＰ部３２と金属系板材１とにおける結晶粒を調整し、結晶粒の大きさの均一性を向上させることができる。また、図１４及び図１５に示すように、外観が美しく、円筒胴部５３１とＦＳＰ部５３２とが均一な肉厚になるように一体化された金属系円筒材５３０を製造することができる。例えば、工程Ｃ終了後、金属系板材１の肉厚Ｔ１＞ＦＳＰ部３２の肉厚Ｔ３２である場合、塑性加工を施すことが好ましい。少なくともＦＳＰ部３２に塑性加工を施す形態としては、例えば、ＦＳＰ部３２のみに施工する形態、ＦＳＰ部３２のみならず、ＦＳＰ部３２を挟んだ両側の金属系板材１にはみ出して施工する形態、ＦＳＰ部３２のみならず、金属系板材１全体にも施工する形態がある。塑性加工の形態としては、例えば、引抜加工、押出加工又は型鍛造がある。塑性加工によって得られる金属系筒材は金属系楕円筒材であってもよいが、金属系円筒材であることが好ましい。
【００８６】
（工程Ｅ）
工程Ｃと工程Ｄとの間、工程Ｄの後、又は工程Ｃと工程Ｄとの間及び工程Ｄの後の両方において、金属系板材１の再結晶温度以上の温度で金属系円筒材３０を熱処理する工程Ｅを有することが好ましい。金属系円筒材３０の内部応力を減少させることができ、ＦＳＰ部３２と金属系板材１とにおける結晶粒を調整し、結晶粒の大きさの均一性を向上させることができる。金属系板材１の再結晶温度をＳＲ（温度単位：Ｋ）としたとき、０．５ＳＲ以上０．９５ＳＲ以下の温度範囲で熱処理をすることが好ましい。より好ましくは、０．６５ＳＲ以上０．９０ＳＲ以下であり、特に好ましくは、０．７０ＳＲ以上０．８０ＳＲ以下である。熱処理温度が０．５ＳＲ未満では、内部応力を減少させることができない場合がある。また、ＦＳＰ部３２と金属系板材１の結晶粒の大きさの均一性を向上させることができない場合がある。熱処理温度が０．９５ＳＲを超えると、金属系円筒材３０が熱変形する場合がある。熱処理時間は、熱処理の開始後３０分以上であることが好ましく、６０分以上であることがより好ましく、１２０分以上であることが特に好ましい。熱処理時間が３０分未満では、金属系円筒材３０が十分に加熱されず、内部応力を減少させることができない場合がある。また、ＦＳＰ部３２と金属系板材１の結晶粒の大きさの均一性を向上させることができない場合がある。熱処理時間の上限は、１４４０分以下であることが好ましく、７２０分以下であることがより好ましい。内部応力は、硬さの測定などの一般的な方法で確認することができる。
【００８７】
金属系円筒材３０のうちＦＳＰ部３２以外の箇所の肉厚ＴＡは、２ｍｍ以上２５ｍｍ以下であり、金属系円筒材３０の長さＬ１は、５００ｍｍ以上であることが好ましい。より効率的に、長尺の金属系円筒材３０を製造することができる。ここで、金属系円筒材３０のうちＦＳＰ部３２以外の箇所の肉厚ＴＡは、金属系板材１の肉厚Ｔ１である。金属系円筒材３０の長さＬ１の上限は、例えば２００００ｍｍ以下であり、１００００ｍｍ以下であることが好ましく、４０００ｍｍ以下であることがより好ましい。
【００８８】
（用途）
金属系円筒材３０がスパッタリングターゲット、圧力容器用カプセル又は圧力容器用ライナーの全体又は一部であることが好ましい。金属系円筒材３０の形態としては、スパッタリングターゲットの全体、スパッタリングターゲットの一部、圧力容器用カプセルの全体、圧力容器用カプセルの一部、圧力容器用ライナーの全体、又は圧力容器用ライナーの一部である。これらの装置又は部品において、長尺でありかつ肉厚のバラツキの抑制を簡便に低コストで実現することができる。
【００８９】
［第２の形態］
次に、金属系筒材の製造方法の第２の形態について第１の形態との相違点を中心に詳細に説明する。第２の形態では、工程Ａにおいて２枚以上の金属系板材が組み合わさって１つの円筒状をなした形状を有し、かつスリットが、間隔を開けて対向する隣り合う金属系板材の端面間の隙間であるスリット付円筒形状体を用いる。第２の形態では、金属系板材が２枚ならば、スリットの本数は２本であり、以降金属系板材が１枚増えるごとに、スリットの本数が１本増える。代表例として、図１６に示すように、３枚の金属系板材１０１，２０１，３０１及び３本のスリット１１２，２１２，３１２の形態について説明する。充填材付円筒形状体２０は、３つの充填部１２２，２２２，３２２を備えている。
【００９０】
図１６に示す充填材付円筒形状体２０における金属系板材１０１，２０１，３０１を平面に展開して並べた板面の外観の形状は、第１の形態における図４に示す金属系板材１の場合と同様である。
【００９１】
（工程Ａ）
３枚の金属系板材１０１，２０１，３０１を組み合わせてスリット付円筒形状体（不図示）を形成する際に、把持部材（不図示）を用いて、スリット１１２，２１２，３１２を覆わないように、金属系板材１０１，２０１，３０１を円柱体の裏当て治具４０に括り付けることが好ましい。スリット付円筒形状体（不図示）の円筒形状を維持することができる。この裏当て治具４０は、工程Ｂ及び工程Ｃにおいて引き続き使用することができる。
【００９２】
スリット１１２，２１２，３１２は、互いに交差しないことが好ましい。工程Ｂ及び工程Ｃでの操作の簡略化の観点から、より好ましくは、スリット１１２，２１２，３１２は、互いに平行である。スリット１２の長さ方向ＵＳが、円筒胴部１１の長さ方向ＵＨに対して角度をなす場合、金属系板材１０１，２０１，３０１を平面に展開した板面の外観の形状は、平行四辺形、菱形の他に、三角形であってもよい。
【００９３】
（工程Ｂ及び工程Ｃ）
工程Ｂにおけるスリット１１２，２１２，３１２に充填材２を充填せしめる順序は限定されない。工程Ｂと工程Ｃとの順序の形態は、スリット１１２，２１２，３１２の全てにおいて工程Ｂが完了した後に工程Ｃを行う形態ＮＡが好ましい。工程Ｂと工程Ｃとの順序の形態はまた、スリット１１２，２１２，３１２のいずれかに対して工程Ｂを行った後、工程Ｃを行い、続いて残り２つのスリットのうちの１つに対して工程Ｂを行った後、工程Ｃを行い、最後に残りの１つのスリットに対して工程Ｂを行った後、工程Ｃを行う形態ＮＢが好ましい。工程Ｂが工程Ｂ３又は工程Ｂ４である場合、形態ＮＢを採用することが好ましい。未充填の他のスリットに充填材２を充填せしめやすくするために、スリット１１２，２１２，３１２の位置を移動させたとき、先に充填せしめられた充填材２がスリットからこぼれ落ちることを防ぐことができる。
【００９４】
［比較例：端面間の隙間をなくすようにして突合せをする技術］
図１７及び図１８は、１枚の金属系板材１を丸め、金属系板材１の一方の端面９１ａと他方の端面９１ｂとを突合せて形成した円筒形状体９１の内部９０ａに裏当て治具４０を設置した状態を示す図である。１枚の金属系板材１を丸めて、端面９１ａと端面９１ｂとを突合せて円筒形状体９１を形成する際、円筒形状体９１の一方の端面９１ｃの側及び他方の端面９１ｄの側では、端面９１ａと端面９１ｂとの突合せが容易であるが、円筒形状体９１の中央部では、端面９１ａと端面９１ｂとを突合せるまで曲げることが困難となる。円筒形状体９１の長さＬ９１が長くなるほど、円筒形状体９１の中央部における突合せは、さらに困難となる。端面９１ａと端面９１ｂとを突合せることができたとしても、端面９１ａ及び端面９１ｂは、面の粗さ及び金属系板材１を丸める過程での変形の影響を受けるため、開口した非連続部９２が生じる。非連続部９２にＦＳＷ（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ  Ｓｔｉｒ  Ｗｅｌｄｉｎｇ）を施工して、非連続部９２を接合することは困難である。
【００９５】
［第３〜第５の形態］
金属系筒材の製造方法の第３〜第５の形態について第１の形態との相違点を中心に詳細に説明する。第３〜第５の形態は、裏当て治具４０の変形例を用いた形態である。
【００９６】
本実施形態に係る裏当て治具４０は、本実施形態に係る金属系筒材の製造方法に用いられる裏当て治具であって、図１９〜図２１に示すように、充填材付円筒形状体２０の内部２０ａに設置可能であり、裏当て部４２と、裏当て部４２の表面４２ａに対して後方側に位置する脚部４３とを備え、充填材付円筒形状体２０の内部２０ａに設置したとき、裏当て部４２の表面４２ａが充填部２２の内表面２２ｆに対面し、脚部４３の表面４３ａが円筒胴部１１の内表面１１ｆに接し、裏当て治具４０を充填材付円筒形状体２０の内部２０ａに設置した状態で、充填材付円筒形状体２０の軸ＡＭを垂直に横断する図１９〜図２１に示すような横断面に現れる円筒胴部１１の内表面１１ｆの側のスリット１２の両端部１４ａ，１４ｂを直線状に結ぶ仮線２２ｇと、前記裏当て部４２の表面４２ａとの最短距離Ｇ（単位：ｍｍ）が、数１を満たす。
［数１］
０≦Ｇ≦０．１ｄｉ
〔式中、ｄｉは充填材付円筒形状体２０の内径（単位：ｍｍ）を示す。上記では、充填材付筒形状体が充填材付円筒形状体である場合を説明したが、充填材付筒形状体が充填材付楕円筒形状体である場合、充填材付楕円筒形状体の短軸方向の内径をｄｉ（単位：ｍｍ）とするとき、数１を満たす。〕
【００９７】
設置とは、充填部２２の下方に裏当て部４２が存在する状態で充填材付円筒形状体２０の内部２０ａに裏当て治具４０が挿入されていることをいう。なお、図３に示すような円柱体の裏当て治具４０の場合、裏当て部４２の位置合わせをする必要なく、挿入の時点で充填部２２の下方に裏当て部４２が存在する状態となる。
【００９８】
裏当て部４２は、充填材２が充填材付円筒形状体２０の内部２０ａに達しないようにするスリット１２の内底面、又は押圧による力を受ける支持面となる表面４２ａを有する。脚部４３は、円筒胴部１１の内表面１１ｆに接する表面４３ａを有する。表面４２ａは、平面でもよいが、内表面１１ｆの曲率に一致する曲面、又は内表面１１ｆの曲率よりも小さい曲率の曲面であることが好ましい。表面４３ａは、平面又は角を有する面でもよいが、内表面１１ｆの曲率に一致するまたは小さい曲面であることが好ましい。金属系板材が複数枚である場合、表面４３ａは、充填部２２をまたいで内表面１１ｆに接してもよい（不図示）。表面４３ａが内表面１１ｆに接するとき、表面４２ａと仮線２２ｇとの間には、間隔Ｇが存在する。
【００９９】
数１において、Ｇ＝０のとき、表面４２ａは、充填部２２をまたいで内表面１１ｆに対して接触する。Ｇ＞０．１ｄｉならば、表面４２ａは、スリット１２の内底面として機能しなくなるし、かつ力を受ける支持面として機能しなくなる。充填材付円筒形状体２０の長さをＬ２０とするとき、Ｌ２０が増加するにつれて、充填材付円筒形状体２０の反りの影響が大きくなり、裏当て治具４０を内部２０ａに挿入して設置することが困難となる。この反りを考慮すると、好ましい最短距離Ｇの範囲は、（１０ｄｉ＋Ｌ２０）／１０００≦Ｇ≦０．０９ｄｉであり、より好ましくは（１０ｄｉ＋Ｌ２０）／１０００≦Ｇ≦０．０８ｄｉである。
【０１００】
図１９は、図４に示す裏当て治具４０を、金属系筒材の製造方法の第３の形態における裏当て治具に置き換えた概略断面図である。図２０は、図４に示す裏当て治具４０を、金属系筒材の製造方法の第４の形態における裏当て治具に置き換えた概略断面図である。図１９又は図２０に示すような形状の裏当て治具４０が、円筒胴部１１の長さ方向ＵＨに渡って設置されている場合、脚部４３は、表面４２ａに対して真後ろに位置する。
【０１０１】
図２１は、図４に示す裏当て治具４０を、金属系筒材の製造方法の第５の形態における裏当て治具に置き換えた概略断面図である。図２１に示すような形状の裏当て治具４０が、円筒胴部１１の長さ方向ＵＨに渡って設置されている場合、表面４２ａに対して後方に支持部４４が位置する。支持部４４は、後方に分岐し、分岐した末端に脚部４３が位置する。したがって、脚部４３は、表面４２ａに対して後方に存在する。
【０１０２】
裏当て治具４０の設置方法の例として、工程Ｂを始めるに当たり、裏当て治具４０をスリット付円筒形状体１０の内部１０ａに設置する方法を説明する。表面４２ａがスリット１２をまたぐように、裏当て治具４０をスリット付円筒形状体１０の内部１０ａに挿入して、裏当て治具４０を内部１０ａに設置する。設置後、図１９〜図２１に示すように、充填材２をスリット１２に充填せしめて、充填材付円筒形状体２０の内部２０ａに裏当て治具４０が設置された状態で充填材付円筒形状体２０を形成する。工程Ｃを始めるに当たり、裏当て治具４０を充填材付円筒形状体２０の内部２０ａに設置する方法についても同様である。
［第６〜第８の形態］
金属系筒材の製造方法の第６〜第８の形態について、第１の形態との相違点を中心に詳細に説明する。第６〜第８の形態は、可変機構を用いた裏当て治具を採用した形態である。
【０１０３】
本実施形態に係る裏当て治具４０は、本実施形態に係る金属系筒材の製造方法に用いられる裏当て治具であって、図２２〜図２７に示すように、裏当て部４２と、裏当て部４２の表面４２ａに対して後方側に位置する脚部４３と、裏当て部４２の表面４２ａと脚部４３の表面４３ａとの相互間の長さを可変させる可変機構４５とを備える。
【０１０４】
第６の形態について説明する。第６の形態は、図２２及び図２３に示される。図２２及び図２３に示す裏当て治具４０は、図１９又は図２０に示す裏当て治具４０において支持部４４が可変機構４５に置き換わった形態の裏当て治具である。可変機構４５は、ジャッキ式の可変機構である。
【０１０５】
裏当て治具４０の設置方法の例として、工程Ｂを始めるに当たり、裏当て治具４０をスリット付円筒形状体１０の内部１０ａに設置する方法を説明する。図２２に示すように、ジャッキ式の可変機構４５を縮めて、裏当て治具４０をスリット付円筒形状体１０の内部１０ａに挿入する。挿入後、表面４２ａがスリット１２をまたぐように表面４２ａを内表面１１ｆに当接させ、ジャッキ式の可変機構４５を伸ばし、表面４３ａを内表面１１ｆに当接させて、裏当て治具４０を内部１０ａに設置する。設置後、図２３に示すように、充填材２をスリット１２に充填せしめて、充填材付円筒形状体２０を形成する。工程Ｃを始めるに当たり、裏当て治具４０を充填材付円筒形状体２０の内部２０ａに設置する方法についても同様である。裏当て治具４０は、ジャッキ式の可変機構４５によって、内径が異なる他の形態の充填材付円筒形状体（不図示）でも使用できる。
【０１０６】
第７の形態について説明する。第７の形態は、図２４及び図２５に示される。図２４に示す裏当て治具４０は、図２１に示す裏当て治具４０において支持部４４が可変機構４５に置き換わった形態の裏当て治具である。裏当て治具４０の設置方法は、第６の形態と同様である。
【０１０７】
第８の形態について説明する。第８の形態は、図２６及び図２７に示される。図２７に示す裏当て治具４０は、丸めた板材４６と、板材４６の端面４６ａと端面４６ｂとの間に挟まれた楔式の可変機構４５との組合せである。脚部４３は、丸めた板材４６における端面４６ａ及び端面４６ｂに沿った端部である。裏当て部４２は、丸めた板材４６における脚部４３同士の中間である。図２７では、楔式の可変機構４５をスリット１２に対して向かい合わせの位置に配置したが、楔式の可変機構４５を回転させてずらした位置に配置させてもよい。裏当て部４２は、表面４２ａを有する。表面４２ａは、スリット１２の内底面又は押圧による力を受ける支持面となる。脚部４３は、内表面１１ｆに接することが可能な表面４３ａを有する。表面４２ａ及び表面４３ａは、丸めた板材４６の外周表面の一部をなす。
【０１０８】
裏当て治具４０の設置方法の例として、工程Ｂを始めるに当たり、裏当て治具４０をスリット付円筒形状体１０の内部１０ａに設置する方法を説明する。図２６に示すように、端面４６ａと端面４６ｂとの間を縮めるように屈めながら、表面４２ａがスリット１２の下方に位置するように、丸めた板材４６をスリット付円筒形状体１０の内部１０ａに挿入する。丸めた板材４６の挿入後、端面４６ａと端面４６ｂとの間に、さらに楔式の可変機構４５を、端面４６ａ，４６ｂを押し分けながら挿入し、丸めた板材４６を広げて、表面４２ａがスリット１２をまたぐように表面４２ａを内表面１１ｆに当接させ、裏当て治具４０を内部１０ａに設置する。設置後、図２７に示すように、充填材２をスリット１２に充填せしめて、充填材付円筒形状体２０を形成する。工程Ｃを始めるに当たり、裏当て治具４０を充填材付円筒形状体２０の内部２０ａに設置する方法についても同様である。楔式の可変機構４５の幅方向の長さＷＪの変更によって、表面４２ａが内表面１１ｆに対して押圧する力を調整することができる。
【符号の説明】
【０１０９】
１  金属系板材
２  充填材
３  可塑性領域
４  可塑性領域
５  仮想外周面
１０  スリット付円筒形状体
１０ａ  スリット付円筒形状体の内部
１１  円筒胴部
１１ａ  金属系板材の第１の端面
１１ｂ  金属系板材の第２の端面
１１ｃ  円筒胴部の一方の端面
１１ｄ  円筒胴部の他方の端面
１１ｅ  円筒胴部の外周表面
１１ｆ  円筒胴部の内表面
１２  スリット
１３ａ  円筒胴部の内表面側のスリットの端部
１３ｂ  円筒胴部の内表面側のスリットの端部
１３ｃ  円筒胴部の外周表面側のスリットの端部
１３ｄ  円筒胴部の外周表面側のスリットの端部
１４ａ  円筒胴部の内表面側のスリットの端部
１４ｂ  円筒胴部の内表面側のスリットの端部
２０  充填材付円筒形状体
２０ａ  充填材付円筒形状体の内部
２２  充填部
２２ｆ  充填部の内表面
２２ｇ  仮線
２３  隙間
３０  金属系円筒材
３２  ＦＳＰ部
４０  裏当て治具
４２  裏当て部
４２ａ  裏当て部の表面
４３  脚部
４３ａ  脚部の表面
４４  支持部
４５  可変機構
４６  板材
４６ａ  板材の端面
４６ｂ  板材の端面
５０  プローブを有する摩擦攪拌回転ツール
５１  胴体部
５２  ショルダ部
５３  プローブ
５４  進行方向
５５  回転方向
６０  テーブル
７０  プローブを有さない摩擦攪拌回転ツール
７２  ショルダ部
７５  回転方向
７６  押圧方向
８０  押さえ治具
８４  押圧力
９０ａ  円筒形状体の内部
９１  円筒形状体
９１ａ  金属系板材の一方の端面
９１ｂ  金属系板材の他方の端面
９１ｃ  円筒形状体の一方の端面
９１ｄ  円筒形状体の他方の端面
９２  非連続部
１０１，２０１，３０１  金属系板材
１１２，２１２，３１２  スリット
１２２，２２２，３２２  充填部
１０２  溶接材料
２０２  ブロック材
３０２  ワイヤー
４０２  粒体
５３０  金属系円筒材
５３１  円筒胴部
５３２  ＦＳＰ部
【要約】
【課題】
本開示は、金属系板材を用いて筒形状にする際に生じる圧縮及び引張による影響、筒形状の加工難易度による影響、並びに金属系板材の端面の加工精度による影響を受けることなく、一体型の良質な金属系筒材を提供することを目的とする。
【解決手段】
本開示に係る金属系筒材の製造方法は、少なくとも１枚の金属系板材からなる筒胴部の一方の端面から他方の端面まで延びるスリットを少なくとも１本備えるスリット付筒形状体を形成する工程Ａと、スリットの長さ方向全体が充填材で埋まるように、該充填材をスリットに充填せしめた充填部を備えた充填材付筒形状体を形成する工程Ｂと、少なくとも充填部に、プローブを有する摩擦攪拌回転ツールのうち、少なくともプローブを挿入させ、ＦＳＰを施工することによって、充填材付筒形状体の少なくとも充填部を改質して、ＦＳＰ部を備えた金属系筒材を得る工程Ｃとを有する。
【選択図】図５【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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