JP2009297761A - 伝熱板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】摩擦攪拌接合により製造される伝熱板において、熱伝導効率が高く、突合部の接合を容易に行うことができる伝熱板の製造方法を提供する。
【解決手段】伝熱板の製造方法であって、ベース部材２の表面３側に開口する蓋溝６の底面５ｃに形成された凹溝８に、熱媒体用管１６を挿入する挿入工程と、蓋溝６に蓋板１０を配置する蓋溝閉塞工程と、蓋溝６の側壁５ａ，５ｂと蓋板１０の側面１３ａ，１３ｂとの突合部Ｖ_１，Ｖ_２に沿って、円柱状を呈するピン無し回転ツール２０を押し当てて、摩擦熱によりベース部材２と蓋板１０との仮接合を行う仮接合工程と、蓋板１０の表面で、凹溝８に沿って流入攪拌用回転ツール２５を移動させて熱媒体用管１６の周囲に形成された空隙部Ｐに、摩擦熱によって流動化させた塑性流動材Ｑを流入させる流入攪拌工程と、を有することを特徴とする。
【選択図】図６

Description

本発明は、例えば熱交換器や加熱機器あるいは冷却機器などに用いられる伝熱板の製造方法に関する。

熱交換、加熱あるいは冷却すべき対象物に接触し又は近接して配置される伝熱板は、その本体であるベース部材に例えば高温液や冷却水などの熱媒体を循環させる熱媒体用管を挿通させて形成されている。
かかる伝熱板の製造方法としては、例えば、特許文献１に記載された方法が知られている。図１０は、従来の伝熱板を示した図であって、（ａ）は、斜視図、（ｂ）は断面図である。図１０に示すように、従来の伝熱板１００は、表面に開口する断面視矩形の蓋溝１０６と蓋溝１０６の底面に開口する凹溝１０８とを有するベース材１０２と、凹溝１０８に挿入される熱媒体用管１１６と、蓋溝１０６に嵌合される蓋板１１０と、を備え、蓋溝１０６における両側壁１０５，１０５と蓋板１１０の両側面１１３，１１４とのそれぞれの突合部Ｖ_０，Ｖ_０に沿って摩擦攪拌接合（本接合）を施すことにより、塑性化領域Ｗ_０，Ｗ_０が形成されている。なお、本接合をよりよい環境下で作業を行うために、本接合で用いる回転ツールよりも小さい回転ツールを用いて、突合部Ｖ_０，Ｖ_０に対して仮接合を行う場合がある。

特開２００４−３１４１１５号公報

図１０の（ｂ）に示すように、伝熱板１００には、凹溝１０８と熱媒体用管１１６の外側面と蓋板１１０の下面とによって空隙部１２０が形成されているが、伝熱板１００の内部に空隙部１２０が存在していると、熱媒体用管１１６から放熱された熱が蓋板１１０に伝わりにくくなるため、伝熱板１００の熱伝導効率が低下するという問題があった。

また、伝熱板１００の蓋板１１０が比較的薄い場合、回転ツールの下端に攪拌ピンの付いた回転ツールで仮接合を行うと、突合部に応力が集中するため蓋板１１０が変形しやすくなるという問題があった。蓋板１１０が変形すると、本接合の作業が煩雑になるとともに、製品の質が低下するという問題があった。

このような観点から、本発明は、摩擦攪拌接合により製造される伝熱板において、熱伝導効率が高く、突合部の接合を容易に行うことができる伝熱板の製造方法を提供することを課題とする。

このような課題を解決するために本発明は、ベース部材の表面側に開口する蓋溝の底面に形成された凹溝に、熱媒体用管を挿入する挿入工程と、前記蓋溝に蓋板を配置する蓋溝閉塞工程と、ピン無し回転ツールを前記蓋溝の側壁と前記蓋板の側面との突合部に押し当てて、前記突合部に沿って相対移動させて摩擦熱により仮接合を行う仮接合工程と、前記蓋板の表面で、前記凹溝に沿って流入攪拌用回転ツールを相対移動させて前記熱媒体用管の周囲に形成された空隙部に、摩擦熱によって流動化させた塑性流動材を流入させる流入攪拌工程と、を有することを特徴とする。

かかる製造方法によれば、空隙部に塑性流動材を流入させることで、空隙部を埋めることができるため、熱媒体用管とその周囲のベース部材及び蓋板との間で、熱を効率よく伝達することができる。これにより、熱伝導効率の高い伝熱板を製造することができ、例えば、熱媒体用管に冷却水を通して伝熱板及び冷却対象物を効率的に冷却できる。また、ピン無し回転ツールを突合部に押し当てて移動させることで、蓋板の変形を抑制しつつ、摩擦熱によって蓋板とベース部材とを接合することができる。これにより、よりよい環境下で流入攪拌工程を行うことができる。

また、前記仮接合工程では、円周方向に回転する前記ピン無し回転ツールの端面を前記突合部に押し当てて前記突合部に沿って相対移動させて仮接合を行うことが好ましい。また、前記ピン無し回転ツールの端面に、渦巻状の突状体が突設されていることが好ましい。かかる製造方法によれば、仮接合工程をより好適に行うことができる。

また、本発明は、ベース部材の表面側に開口する蓋溝の底面に形成された凹溝に、熱媒体用管を挿入する挿入工程と、前記蓋溝に蓋板を配置する蓋溝閉塞工程と、円板状を呈する円板状回転ツールを円周方向に回転させて、前記円板状回転ツールの円周面を前記蓋溝の側壁と前記蓋板の側面との突合部に押し当てて、前記突合部に沿って相対移動させて摩擦熱により仮接合を行う仮接合工程と、前記蓋板の表面で、前記凹溝に沿って流入攪拌用回転ツールを相対移動させて前記熱媒体用管の周囲に形成された空隙部に、摩擦熱によって流動化させた塑性流動材を流入させる流入攪拌工程と、を有することを特徴とする。

かかる製造方法によれば、空隙部に塑性流動材を流入させることで、空隙部を埋めることができるため、熱媒体用管とその周囲のベース部材及び蓋板との間で、熱を効率よく伝達することができる。これにより、熱伝導効率の高い伝熱板を製造することができ、例えば、熱媒体用管に冷却水を通して伝熱板及び冷却対象物を効率的に冷却できる。また、円板状回転ツールの円周面を突合部に押し当てて移動させることで、蓋板の変形を抑制しつつ、摩擦熱によって蓋板とベース部材とを接合することができる。これにより、よりよい環境下で流入攪拌工程を行うことができる。

また、前記円板状回転ツールの円周面に、凹溝が凹設されていることが好ましい。かかる製造方法によれば、仮接合工程をより好適に行うことができる。

また、前記仮接合工程前に、前記ベース部材及び前記蓋板を脱脂する脱脂工程を行うことが好ましい。かかる製造方法によれば、ベース部材と蓋板の突合せ面の油や水分を取り除くことができるため、各部材同士をより密接させることができ、塑性化領域に有機物の残渣や分解ガスが混入するのを防止することができる。

また、前記仮接合工程前に、前記蓋溝の側壁及び前記蓋板の側面のいずれか一方に対して、前記ベース部材及び前記蓋板よりも低融点の金属でメッキしてメッキ層を設けるメッキ工程を含むことが好ましい。

かかる製造方法によれば、回転するツールを突合部に押し当てるだけで、摩擦熱によりメッキ層が容易に溶融し、２つの金属部材を密着した状態で良好に接合することができる。また、加圧していることにより、空気層が形成されにくい。したがって、熱伝導効率の高い接合部を得ることができる。
また、メッキ層は低融点の金属から形成され、容易に溶融するため、回転ツールを押し当てる力を弱くしたり、回転ツールの移動速度を遅くしたりしても、良好に接合することができる。これにより、蓋板の変形をより抑制することができる。

また、前記仮接合工程において、前記突合部に沿って間欠的に前記ピン無し回転ツール又は円板状回転ツールを押し当てて摩擦熱により仮接合を行うことが好ましい。かかる製造方法によれば、接合工程に要する手間と時間を低減しつつ、蓋板を確実に固定した状態で流入攪拌工程を行うことができる。

また、前記流入攪拌工程では、前記流入攪拌用回転ツールの先端を、前記蓋溝の底面よりも深く挿入することが好ましい。かかる製造方法によれば、蓋板とベース部材とをより確実に接合するとともに、空隙部に塑性流動材を容易に流入させることができる。

また、前記流入攪拌工程では、前記仮接合工程で形成された塑性化領域を前記流入攪拌用回転ツールによって攪拌することが好ましい。かかる製造方法によれば、蓋板を確実に固定した状態で流入攪拌工程を行うことができるとともに、伝熱板の表面に露出される塑性化領域を流入攪拌用回転ツールによるものだけとすることができる。

また、前記流入攪拌工程後に、前記ベース部材の前記蓋溝よりも表面側に、前記蓋溝よりも幅広に形成された上蓋溝に前記蓋板を覆う上蓋板を配置する上蓋溝閉塞工程と、前記上蓋溝の側壁と、前記上蓋板の側面との突合部に沿って接合用回転ツールを相対移動させて前記ベース部材と前記上蓋板との摩擦攪拌を行う上蓋接合工程を含むことが好ましい。

かかる製造方法によれば、伝熱板の表面側において、蓋板よりも幅広の上蓋板を用いてさらに摩擦攪拌接合を施すため、伝熱板のより深い位置に熱媒体用管を配置させることができる。

本発明に係る伝熱板の製造方法によれば、突合部の接合を容易に行うことができるとともに、熱伝導効率が高い製品を製造することができる。

［第一実施形態］
本発明の最良の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、第一実施形態に係る伝熱板を示した斜視図である。図２は、第一実施形態に係る伝熱板を示した分解断面図である。図３は、第一実施形態に係る伝熱板を示した断面図である。

第一実施形態に係る伝熱板１は、図１乃至図３に示すように、表面３及び裏面４を有する厚板形状のベース部材２と、ベース部材２の表面３に開口した蓋溝６に配置される蓋板１０と、蓋溝６の底面５ｃに開口する凹溝８に挿入される熱媒体用管１６とを主に備えている。ベース部材２と蓋板１０は、摩擦攪拌接合により形成された塑性化領域Ｗ_３，Ｗ_４によって一体形成されている。

ベース部材２は、例えば、アルミニウム合金（ＪＩＳ：Ａ６０６１）で形成されている。ベース部材２は、熱媒体用管１６に流れる熱媒体の熱を外部に伝達させる役割、あるいは、外部の熱を熱媒体用管１６に流れる熱媒体に伝達させる役割を果たすものであって、図２に示すように、熱媒体用管１６を内部に収容する。ベース部材２の表面３には、蓋溝６が凹設されており、蓋溝６の底面５ｃの中央には、蓋溝６よりも幅狭の凹溝８が凹設されている。蓋溝６は、熱媒体用管１６を覆う蓋板１０が配置される部分であって、ベース部材２の長手方向に亘って連続して形成されている。蓋溝６は、断面視矩形を呈しており、蓋溝６の底面５ｃから垂直に立ち上がる側壁５ａ，５ｂを備えている。

凹溝８は、熱媒体用管１６が挿入される部分であって、ベース部材２の長手方向に亘って連続して形成されている。凹溝８は、上方が開口した断面視Ｕ字状の溝であって、下端には熱媒体用管１６の外周と同等の曲率半径を有する半円形の曲面７が形成されている。凹溝８の開口部分は、熱媒体用管１６の外径と略同等の幅で形成されている。

蓋板１０は、図２及び図３に示すように、ベース部材２と同様のアルミニウム合金からなり、ベース部材２の蓋溝６の断面と略同じ矩形断面を形成する上面（表面）１１、下面１２、側面１３ａ及び側面１３ｂを有する。蓋板１０は、蓋溝６に挿入されて配置されている。蓋板１０の側面１３ａ，１３ｂは、蓋溝６の側壁５ａ，５ｂと面接触するか又は微細な隙間をあけて対向する。ここで、図３に示すように、側面１３ａと側壁５ａとの突合せ面を以下、突合部Ｖ_１とし、側面１３ｂと側壁５ｂとの突合せ面を以下、突合部Ｖ_２とする。

なお、本実施形態では、図２に示すように、蓋板１０の側面１３ａ，１３ｂにベース部材２及び蓋板１０よりも低融点の金属でメッキされたメッキ層ｍ，ｍを設けている。蓋板１０とベース部材２の間にメッキ層ｍを設けることで、摩擦熱によりメッキ層ｍが比較的低い温度で溶融するため、ベース部材２と蓋板１０とを密着した状態で良好に接合することができる。なお、メッキ層ｍは、蓋溝６の側壁５ａ，５ｂに形成してもよい。メッキ層ｍの詳細な説明については後記する。

熱媒体用管１６は、例えば、銅管にて構成されており、図２に示すように、断面視円形の中空部１８を有する円筒管である。熱媒体用管１６の外径は、凹溝８の幅と略同等に形成されており、図３に示すように、熱媒体用管１６の下半部と凹溝８の曲面７とが面接触する。熱媒体用管１６の上端は、蓋板１０の下面１２と線接触する。熱媒体用管１６は、中空部１８に、例えば高温液、高温ガスなどの熱媒体を循環させて、ベース部材２及び蓋板１０に熱を伝達させる部材、あるいは中空部１８に、例えば冷却水、冷却ガスなどの熱媒体を循環させて、ベース部材２及び蓋板１０から熱を伝達される部材である。また、熱媒体用管１６の中空部１８に、例えばヒーターを通して、ヒーターから発生する熱をベース部材２及び蓋板１０に伝達させる部材として利用してもよい。

なお、本実施形態においては、凹溝８と熱媒体用管１６の下半部を面接触させ、かつ、熱媒体用管１６の上端と蓋板１０の下面１２とを線接触させたが、これに限定されるものではない。例えば、凹溝８の深さを、熱媒体用管１６の外径と同等か、あるいはその１．２倍までの範囲となるようにしてもよい。また、凹溝８の幅を、熱媒体用管１６の外径と同等か、あるいはその１．１倍までの範囲となるようにしてもよい。

熱媒体用管１６の周囲に形成される空隙部Ｐ_１，Ｐ_２は、図２に示すように、熱媒体用管１６と凹溝８と蓋板１０の下面１２とにより囲まれた空間である。本実施形態においては、熱媒体用管１６の上端と蓋板１０の下面１２とが接触しているので、接触部分を境界として、二つの空隙部Ｐ_１，Ｐ_２が形成されている。なお、空隙部Ｐ_１，Ｐ_２は、凹溝８、熱媒体用管１６の形状等に基づいて適宜決定されるものであり、前記した形態に限定されるものではない。

塑性化領域Ｗ_１，Ｗ_２は、図１及び図３に示すように、突合部Ｖ_１，Ｖ_２に対して後記する仮接合工程を行った際に、ベース部材２及び蓋板１０の一部が塑性流動して一体化された領域である。なお、塑性化領域とは、回転ツールの摩擦熱によって加熱されて現に塑性化している状態と、回転ツールが通り過ぎて常温に戻った状態の両方を含むこととする。塑性化領域Ｗ_１，Ｗ_２は、図３においては、黒く塗りつぶした部分で示す。即ち、突合部Ｖ_１，Ｖ_２に沿って、後記するピン無し回転ツール２０を用いて仮接合工程を行うと、突合部Ｖ_１，Ｖ_２の周辺にかかるベース部材２、蓋板１０及びメッキ層ｍの金属材料が、ピン無し用回転ツール２０の摩擦熱により流動化した後、再び固まって一体化される。

塑性化領域Ｗ_３，Ｗ_４は、図１及び図３に示すように、塑性化領域Ｗ_１，Ｗ_２を含み、凹溝８に沿って後記する流入攪拌用回転ツール２５（図４参照）を移動させることで生成されている。塑性化領域Ｗ_３，Ｗ_４は、流入攪拌用回転ツール２５の回転による摩擦熱によって流動化させた塑性流動材Ｑ（塑性化領域Ｗ_３，Ｗ_４の一部）を熱媒体用管１６の周囲に形成された空隙部Ｐに流入させる際に生成される部分である。すなわち、塑性化領域Ｗ_３，Ｗ_４は、ベース部材２及び蓋板１０の一部が塑性流動して、空隙部Ｐに流入して一体化する領域であって、熱媒体用管１６と接触する。塑性化領域Ｗ_３，Ｗ_４は、図３においては、ハッチング部分で示す。

摩擦攪拌接合を行う際には、空隙部Ｐの形状や大きさ等に基づいて、流入攪拌用回転ツール２５の押込み量及び挿入位置等を設定することにより、空隙部Ｐに塑性流動材Ｑを好適に流入させることができる。つまり、熱媒体用管１６がつぶれない程度に、流入攪拌用回転ツール２５を近づけて、空隙部Ｐに塑性流動材Ｑを隙間なく流入させることが好ましい。

次に、伝熱板１の製造方法について説明する。
図４は、第一実施形態に係る回転ツールを示した図であって、（ａ）は、ピン無し回転ツールを示した斜視図、（ｂ）は、流入攪拌用回転ツールを示した側面図である。図５は、伝熱板の製造方法を示した断面図であって、（ａ）は、切削工程を示した図であり、（ｂ）は、熱媒体用管を挿入した挿入工程を示した図であり、（ｃ）は、蓋溝閉塞工程を示した図である。図６は、伝熱板の製造方法を示した断面図であって、（ａ）は、仮接合工程を示した図であり、（ｂ）は、流入攪拌工程を示した図である。

第一実施形態に係る伝熱板の製造方法は、ベース部材２を形成する切削工程と、ベース部材２及び蓋板１０を脱脂する脱脂工程と、蓋板１０にメッキ層ｍを形成するメッキ工程と、ベース部材２に形成された凹溝８に熱媒体用管１６を挿入する挿入工程と、蓋溝６に蓋板１０を配置する蓋溝閉塞工程と、突合部Ｖ_１，Ｖ_２に沿ってピン無し回転ツール２０を移動させて仮接合を行う仮接合工程と、蓋板１０の表面１１で、凹溝８に沿って流入攪拌用回転ツール２５を移動させて熱媒体用管１６の周囲に形成された空隙部Ｐに、摩擦熱によって流動化させた塑性流動材Ｑを流入させる流入攪拌工程と、を含むものである。

ここで、図４を用いて、ピン無し回転ツール２０と流入攪拌用回転ツール２５について詳細に説明する。
ピン無し回転ツール２０は、図４の（ａ）に示すように、例えば、工具鋼からなり、円柱形のツール本体２１と、その底面２２（下端面）の中心から放射状に延設された複数の突状体２３，２３・・・とを有する。即ち、ピン無し回転ツール２０は、図４の（ｂ)に相当するピン２８（攪拌ピン）を備えていない点を特徴とする。突状体２３は、放射状に配置されており、所定の曲率で弧を描くように形成されている。突状体２３の形状、個数は、特に限定されるものではないが、ピン無し回転ツール２０を突合部Ｖ_１，Ｖ_２に押し当てたときに、バランスよく塑性化される形態であることが好ましい。

流入攪拌用回転ツール２５は、図４の（ｂ）に示すように、例えば、工具鋼からなり、円柱形のツール本体２６と、その底面２７の中心部から同心軸で垂下するピン２８とを有する。ピン２８は、先端に向けて幅狭となるテーパ状に形成されている。なお、ピン２８の周面には、その軸方向に沿って図示しない複数の小溝や径方向に沿ったネジ溝が形成されていてもよい。

流入攪拌用回転ツール２５は、ピン無し回転ツール２０よりも大型のものが使用されている。具体的には、流入攪拌用回転ツール２５を蓋板１０の上面１１に押し込んで摩擦攪拌接合を施す際に、ピン２８の下端部（流入攪拌用回転ツール２５の先端）が、蓋溝６の底面５ｃよりも低くなる大きさのものが採用されている。

（切削工程）
まず、図５の（ａ）に示すように、公知のエンドミル加工により、厚板部材に蓋溝６を形成する。さらに、蓋溝６の底面５ｃに、エンドミル加工により半円形断面を備えた凹溝８を形成する。これにより、蓋溝６と、蓋溝６の底面５ｃに開口された凹溝８を備えたベース部材２が形成される。凹溝８は、下半部に断面半円形の曲面７を備えており、曲面７の上端から一定の幅で上方に向けて開口されている。なお、第一実施形態においては、ベース部材２をエンドミル加工により形成したが、アルミニウム合金製の押出形材や鋳造品を用いてもよい。
（脱脂工程）
次に、ベース部材２及び蓋板１０に対して脱脂工程を行う。脱脂工程では、ベース部材２及び蓋板１０を、図示せぬ脱脂用処理槽内のアルコールやアセトン等の脱脂処理液に浸けて、表面に付着した加工油等の油脂分や汚れを取り除く。これによって、ベース部材２及び蓋板１０の油等の有機物や水分を取り除くことができるので、摩擦攪拌によって形成される塑性化領域に有機物の残渣や分解ガスが混入するのを防止することができ、摩擦攪拌の接合性を高めることができる。

（挿入工程）
次に、図５の（ｂ）に示すように、凹溝８に熱媒体用管１６を挿入する。このとき、熱媒体用管１６の下半部は、凹溝８の下半分を形成する曲面７と面接触する。

（メッキ工程）
次に、図５の（ｃ）に示すように、蓋板１０の側面１３ａ，１３ｂに対して所定の金属を用いてメッキ処理を行ってメッキ層ｍ，ｍを形成する。本実施形態では、蓋板１０の側面１３ａ，１３ｂにメッキ層ｍを設けているが、蓋溝６の側壁５ａ，５ｂ及び蓋板１０の側面１３ａ，１３ｂ少なくともいずれか一方に設ければよい。メッキする金属の種類は、接合対象であるベース部材２及び蓋板１０を形成する金属よりも低融点の金属が選択される。また、メッキする金属は、ベース部材２及び蓋板１０に係る金属と共晶反応または包晶反応する金属であることが好ましい。

メッキ層ｍ，ｍの厚みは特に限定されるものではないが、１〜３０μｍであることが好ましい。これは、メッキ層ｍが、１μｍ未満であると、ベース部材２と蓋板１０とが好適に密着して接合しないためである。一方、メッキ層ｍが３０μｍより厚いと、接合後の熱伝導度が大きく低下してしまう。

メッキする方法は、特に限定されないが、例えば、電気メッキ方法や、所謂ドブづけ方法などを採用できる。このうち、電気メッキ方法を採用した場合、電流密度やメッキ時間を制御することによって、メッキ層ｍの厚さを精密に制御し、薄層状のメッキ層ｍを形成することもできる。したがって、接合後に熱伝導度がばらつくことがない。
なお、メッキ層ｍは、必ずしも必要なものではなく、必要に応じて適宜設ければよい。

（蓋溝閉塞工程）
次に、図５の（ｃ）に示すように、ベース部材２の蓋溝６内に、蓋板１０を配置する。このとき、蓋板１０の下面１２と熱媒体用管１６の上端が線接触すると共に、蓋板１０の上面１１が、ベース部材２の表面３と面一なる。また、蓋溝６の側壁５ａ，５ｂ（図５の（ｂ）参照）と、蓋板１０の側面１３ａ，１３ｂとによって突合部Ｖ_１，Ｖ_２が形成される。

（仮接合工程）
次に、図６の（ａ）に示すように、ピン無し回転ツール２０を用いて突合部Ｖ_１，Ｖ_２に対して仮接合を行う。仮接合工程では、突合部Ｖ_１，Ｖ_２に、ピン無し回転ツール２０を押し当てつつ、突合部Ｖ_１，Ｖ_２に沿ってピン無し回転ツール２０を相対移動させる。ピン無し回転ツール２０の移動軌跡には、摩擦熱により流動化した後に冷却された塑性化領域Ｗ_１，Ｗ_２が形成されている。
なお、本実施形態では、突合部Ｖ_１，Ｖ_２に沿って連続して仮接合工程を行うが、間欠的に仮接合工程を行ってもよい。これにより、仮接合の作業を省力化することができる。

（流入攪拌工程）
次に、図６の（ｂ）に示すように、蓋板１０の上面（表面）１１で、下方の凹溝８に沿って、摩擦攪拌接合を施す。流入攪拌工程は、熱媒体用管１６の周囲に形成された空隙部Ｐ（図２参照）に、摩擦攪拌接合によって流動化させた塑性流動材Ｑを流入させる工程であって、その摩擦攪拌接合は、流入攪拌用回転ツール２５を用いて行う。本実施形態では、流入攪拌用回転ツール２５を蓋板１０の上面１１に押し込んで摩擦攪拌接合を施す際に、ピン２８の下端部（流入攪拌用回転ツール２５の先端）が、蓋溝６の底面５ｃよりも低くなる大きさのものが採用されている。

流入攪拌工程における摩擦攪拌接合は、蓋板１０の上面（表面）１１で、高速回転する流入攪拌用回転ツール２５を押し込み、下方の凹溝８に沿って流入攪拌用回転ツール２５を移動させる。流入攪拌用回転ツール２５は、ツール本体２６の底面２７（ショルダ）の投影部分の一部が熱媒体用管１６の空隙部Ｐと重なるように配置される。このとき、流入攪拌用回転ツール２５の先端が、蓋溝６の底面５ｃよりも深く挿入され、高速回転するピン２８により、その周囲の蓋板１０及びベース部材２のアルミニウム合金材料は、摩擦熱によって加熱され流動化される。流入攪拌用回転ツール２５は、ツール本体２６の底面２７が、蓋板１０の上面１１よりも低くなるように押し込まれる。その押込み量（長さ）は、ツール本体２６が押し退ける蓋板１０の金属の体積が、熱媒体用管１６の周囲の一方の空隙部Ｐに充填される塑性流動化されたアルミニウム合金材料の体積及び塑性化領域Ｗ_３（Ｗ_４）の幅方向両側に発生するバリの体積との和と同等になるような長さとなっている。そして、流動化された塑性流動材Ｑは、流入攪拌用回転ツール２５のツール本体２６の底面２７の押込み力によって、空隙部Ｐへと押し出されて流入される。流入攪拌工程における摩擦攪拌接合の後に、塑性化領域Ｗ_３，Ｗ_４の幅方向両側に発生したバリを取り除く。前記の摩擦攪拌接合は、凹溝８の幅方向両側でそれぞれ施されて、熱媒体用管１６の上側に位置する一対の空隙部Ｐ_１，Ｐ_２に塑性流動材Ｑが流入される。

以上、本実施形態に係る伝熱板の製造方法について説明したが、前記した工程順に限定されるものではなく、挿入工程の後にメッキ工程を行ってもよい。

以上のようにして形成された伝熱板１によれば、ベース部材２と蓋板１０とが塑性化領域Ｗ_３，Ｗ_４において一体化されるとともに、流動化された塑性流動材Ｑが空隙部Ｐに流入されている。これにより、ベース部材２と蓋板１０とを接合するとともに、空隙部Ｐを埋めることができる。また、熱媒体用管１６は、流入攪拌工程の際に、塑性流動材Ｑを介して、流入攪拌用回転ツール２５のツール本体２６の底面２７（ショルダ）によって加圧されるので、凹溝８の曲面７と確実に面接触させることができる。これにより、例えば、熱媒体用管１６中を循環する熱媒体からの熱を、効率よく伝達することができる。

また、仮接合工程では、ピンを備えていないピン無し回転ツール２０を用いて、仮接合を行うため、蓋板１０の変形を抑制することができる。即ち、例えば、比較的薄い蓋板１０を用いた場合、仮接合工程でピンを有する回転ツールで摩擦攪拌を行うと、突合部Ｖ_１，Ｖ_２に応力が集中するため、蓋板１０が撓んで変形する。これにより、仮接合工程及び流入攪拌工程の作業が煩雑になるばかりでなく、伝熱板１の表面が平坦にならず製品の質が低下する可能性があった。しかし、本実施形態によれば、ピン無し回転ツール２０を押し当てることで比較的浅い領域で塑性化させるため、蓋板１０の変形を抑制することができる。

また、本実施形態によれば、流入攪拌工程に先だって仮接合を行って蓋板１０をベース部材２に予め接合しているので、流入攪拌工程では、蓋板１０が固定された状態で摩擦攪拌接合を施すことができる。したがって、比較的大きい流入攪拌用回転ツール２５を用いて大きい押込み力がかかる摩擦攪拌接合を、安定した状態で行うことができる。

なお、蓋溝６及び蓋板１０の幅が大きい場合には、仮接合工程によって形成された塑性化領域Ｗ_１，Ｗ_２は、塑性化領域Ｗ_３，Ｗ_４の外に形成されることもあるが、好ましくは、本実施形態のように、塑性化領域Ｗ_１，Ｗ_２が、塑性化領域Ｗ_３，Ｗ_４の内部に含まれることが好ましい。これにより、塑性化領域Ｗ_１，Ｗ_２が外部に露出するのを防ぐことができるとともに、流入攪拌工程では、塑性化領域Ｗ_１，Ｗ_２を目印として流入攪拌用回転ツール２５を移動させればよいため、作業性を高めることができる。

［第二実施形態］
次に、第二実施形態に係る伝熱板について説明する。図７の（ａ）は、第二実施形態に係る伝熱板を示した分解断面図であり、（ｂ）は、第二実施形態に係る伝熱板を示した断面図である。

第二実施形態に係る伝熱板６１は、前記した伝熱板１と略同等の構造を内包し、蓋板１０の表面側にさらに上蓋板７０を配置して、摩擦攪拌接合を施して接合した点で第一実施形態と相違する。

なお、前記した伝熱板１と同等の構造を以下、下蓋部Ｍともいう。また、第一実施形態に係る伝熱板１と重複する部材については、同等の符号を付し、重複する説明は省略する。

伝熱板６１は、ベース部材６２と、凹溝８に挿入された熱媒体用管１６と、蓋板１０と、蓋板１０の表面側に配置された上蓋板７０とを有し、塑性化領域Ｗ_１〜Ｗ_６で摩擦攪拌接合により一体化されている。

ベース部材６２は、図７の（ａ）及び（ｂ）に示すように、例えばアルミニウム合金からなり、ベース部材６２の表面６３に、長手方向に亘って形成された上蓋溝６５と、上蓋溝６５の底面６５ｃに長手方向に亘って連続して形成された蓋溝６と、蓋溝６の底面に長手方向に亘って形成された凹溝８とを有する。上蓋溝６５は、断面視矩形を呈し、底面から垂直に立ち上がる側壁６５ａ，６５ｂを備えている。上蓋溝６５の幅は、蓋溝６の幅よりも大きく形成されている。上蓋溝６５の底面６５ｃは、塑性化領域Ｗ_３，Ｗ_４の生成後に、面削加工されて、塑性化領域Ｗ_３，Ｗ_４の表面と面一となっている。

ベース部材６２の下部に形成された凹溝８には、熱媒体用管１６が挿入されており、蓋板１０によって閉塞された後、塑性化領域Ｗ_１，Ｗ_２で仮接合され、さらに蓋板１０の表面から、蓋溝６の底面の下側まで塑性化領域Ｗ_３，Ｗ_４が形成されて熱媒体用管１６の周囲の空隙部Ｐ_１，Ｐ_２に塑性流動材Ｑが流入されている。即ち、ベース部材６２の内部に形成された下蓋部Ｍは、第一実施形態に係る伝熱板１と面削された部分を除いて略同等に形成されている。

上蓋板７０は、図７の（ａ）及び（ｂ）に示すように、例えば、アルミニウム合金からなり、上蓋溝６５の断面と略同じ矩形断面を形成し、上面７１と、下面７２と、この下面７２から垂直に形成された側面７３ａ及び側面７３ｂとを有する。上蓋板７０は、上蓋溝６５に嵌合される。即ち、上蓋板７０の側面７３ａ，７３ｂは、上蓋溝６５の側壁６５ａ，６５ｂと面接触されるか又は微細な隙間をあけて配置されている。ここで、側面７３ａと側壁６５ａとの突合せ面を以下、上側突合部Ｖ_５とし、側面７３ｂと側壁６５ｂとの突合せ面を以下、上側突合部Ｖ_６とする。上側突合部Ｖ_５，Ｖ_６は、摩擦攪拌接合により、塑性化領域Ｗ_５，Ｗ_６で一体化されている。

伝熱板６１の製造方法は、伝熱板１と同等の製造方法により、ベース部材６２の下部に下蓋部Ｍを形成した後、上蓋板７０を配置する上蓋溝閉塞工程と、上側突合部Ｖ_５，Ｖ_６に沿って摩擦攪拌接合を施す上蓋接合工程を含むものである。

（上蓋溝閉塞工程）
上蓋溝閉塞工程は、下蓋部Ｍを形成した後、上蓋溝６５に上蓋板７０を配置する。この際、上蓋溝６５の底面６５ｃ、蓋板１０及び塑性化領域Ｗ_３，Ｗ_４の上面は、前記した流入攪拌工程により平面状でない（凹凸がある）ので、上蓋溝６５の底面６５ｃ、蓋板１０及び塑性化領域Ｗ_３，Ｗ_４の上面を削って平坦にする面削加工を施す。

（上蓋接合工程）
上蓋接合工程は、上側突合部Ｖ_５，Ｖ_６に沿って接合用回転ツール（図示せず）を移動させて摩擦攪拌接合を施す。当該接合用回転ツールは、前記した流入攪拌用回転ツール２５と同様に、ピンを有する回転ツールであることが好ましい。上蓋接合工程における接合用回転ツールの押し込み深さは、ピンの長さ及び上蓋板７０の厚み等の各種条件によって、適宜設定すればよい。

実施形態に係る伝熱板６１によれば、下蓋部Ｍの上方にさらに上蓋板７０を配置して、摩擦攪拌接合を施すことにより、より深い位置に熱媒体用管１６を配置させることができる。
［第三実施形態］
次に、第三実施形態に係る伝熱板の製造方法について説明する。図８の（ａ）は、第三実施形態に係る円板状回転ツールを示した側面図であり、（ｂ）は、第三実施形態に係る仮接合工程を示した側面図である。
第三実施形態では、仮接合工程において、突合部Ｖ_１，Ｖ_２に対して円板状回転ツールの円周面を接触させる点で第一実施形態と相違する。

図８の（ａ）に示すように、円板状回転ツール４０は、軸の円周方向に回転する軸部４１と、軸部４１の先端に取り付けられ円柱状を呈する本体部４２とを有する。軸部４１の一端側は、図示しない駆動源と連結されており、軸部４１の円周方向に回転するように形成されている。本体部４２の円周面（円筒面）には、全面に亘って鉛直線に対して傾斜するように凹溝４３が所定の深さで凹設されている。

仮接合工程では、図８の（ｂ）に示すように、突合部Ｖ_１，Ｖ_２に対して、回転させた円板状回転ツール４０の円周面を押し当てて仮接合を行う。これにより、摩擦熱によってベース部材２と蓋板１０とを仮接合することができる。

なお、円板状回転ツール４０の円周面に形成された凹溝４３は、本実施形態の形状に限定されるものではない。例えば、鉛直線と平行に凹溝を形成してもよい。

以上、本発明に係る実施形態について説明したが、これに限定されるものではなく本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、適宜変更が可能である。例えば、図９は、ピン無し回転ツールの他の形態を示した斜視図である。図９に示すピン無し回転ツール２００のように、ツールの端面２２０に渦巻状の突状体２３０を設けてもよい。このような形態であっても、好適に仮接合工程を行うことができる。

第一実施形態に係る伝熱板を示した斜視図である。 第一実施形態に係る伝熱板を示した分解断面図である。 第一実施形態に係る伝熱板を示した断面図である。 第一実施形態に係る回転ツールを示した図であって、（ａ）は、ピン無し回転ツールを示した斜視図、（ｂ）は、流入攪拌用回転ツールを示した側面図である。 第一実施形態に係る伝熱板の製造方法を示した断面図であって、（ａ）は、切削工程を示した図であり、（ｂ）は、熱媒体用管を挿入した挿入工程を示した図であり、（ｃ）は、蓋溝閉塞工程を示した図である。 第一実施形態に係る伝熱板の製造方法を示した断面図であって、（ａ）は、仮接合工程を示した図であり、（ｂ）は、流入攪拌工程を示した図である。 （ａ）は、第二実施形態に係る伝熱板を示した分解断面図であり、（ｂ）は、第二実施形態に係る伝熱板を示した断面図である。 （ａ）は、第三実施形態に係る円板状回転ツールを示した側面図であり、（ｂ）は、第三実施形態に係る仮接合工程を示した側面図である。 ピン無し回転ツールの他の形態を示した斜視図である。 従来の伝熱板を示した図であって、（ａ）は、斜視図、（ｂ）は断面図である。

符号の説明

１ 伝熱板
２ ベース部材
５ａ （蓋溝の）側壁
５ｂ （蓋溝の）側壁
５ｃ （蓋溝の）底面
６ 蓋溝
８ 凹溝
１０ 蓋板
１１ （蓋板の）上面（表面）
１３ａ （蓋板の）側面
１３ｂ （蓋板の）側面
１６ 熱媒体用管
２０ ピン無し回転ツール
２５ 流入攪拌用回転ツール
４０ 円板状回転ツール
４３ 凹溝
６１ 伝熱板
６２ ベース部材
６５ 上蓋溝
６５ａ （上蓋溝の）側壁
６５ｂ （上蓋溝の）側壁
７０ 上蓋板
７３ａ （上蓋板の）側面
７３ｂ （上蓋板の）側面
Ｐ 空隙部
Ｑ 塑性流動材
Ｖ 突合部
Ｗ 塑性化領域

Claims (11)

1. ベース部材の表面側に開口する蓋溝の底面に形成された凹溝に、熱媒体用管を挿入する挿入工程と、
   前記蓋溝に蓋板を配置する蓋溝閉塞工程と、
   ピン無し回転ツールを前記蓋溝の側壁と前記蓋板の側面との突合部に押し当てて、前記突合部に沿って相対移動させて摩擦熱により仮接合を行う仮接合工程と、
   前記蓋板の表面で、前記凹溝に沿って流入攪拌用回転ツールを相対移動させて前記熱媒体用管の周囲に形成された空隙部に、摩擦熱によって流動化させた塑性流動材を流入させる流入攪拌工程と、を有することを特徴とする伝熱板の製造方法。
2. 前記仮接合工程では、円周方向に回転する前記ピン無し回転ツールの端面を前記突合部に押し当てて前記突合部に沿って相対移動させて仮接合を行うことを特徴とする請求項１に記載の伝熱板の製造方法。
3. 前記ピン無し回転ツールの端面に、渦巻状の突状体が突設されていることを特徴とする請求項２に記載の伝熱板の製造方法。
4. ベース部材の表面側に開口する蓋溝の底面に形成された凹溝に、熱媒体用管を挿入する挿入工程と、
   前記蓋溝に蓋板を配置する蓋溝閉塞工程と、
   円板状を呈する円板状回転ツールを円周方向に回転させて、前記円板状回転ツールの円周面を前記蓋溝の側壁と前記蓋板の側面との突合部に押し当てて、前記突合部に沿って相対移動させて摩擦熱により仮接合を行う仮接合工程と、
   前記蓋板の表面で、前記凹溝に沿って流入攪拌用回転ツールを相対移動させて前記熱媒体用管の周囲に形成された空隙部に、摩擦熱によって流動化させた塑性流動材を流入させる流入攪拌工程と、を有することを特徴とする伝熱板の製造方法。
5. 前記円板状回転ツールの円周面に、凹溝が凹設されていることを特徴とする請求項４に記載の伝熱板の製造方法。
6. 前記仮接合工程前に、前記ベース部材及び前記蓋板を脱脂する脱脂工程を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の伝熱板の製造方法。
7. 前記仮接合工程前に、前記蓋溝の側壁及び前記蓋板の側面のいずれか一方に対して、前記ベース部材及び前記蓋板よりも低融点の金属でメッキしてメッキ層を設けるメッキ工程を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の伝熱板の製造方法。
8. 前記仮接合工程において、前記突合部に沿って間欠的に前記ピン無し回転ツール又は円板状回転ツールを押し当てて摩擦熱により仮接合を行う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伝熱板の製造方法。
9. 前記流入攪拌工程では、前記流入攪拌用回転ツールの先端を、前記蓋溝の底面よりも深く挿入することを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の伝熱板の製造方法。
10. 前記流入攪拌工程では、前記仮接合工程で形成された塑性化領域を前記流入攪拌用回転ツールによって攪拌することを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の伝熱板の製造方法。
11. 前記流入攪拌工程後に、前記ベース部材の前記蓋溝よりも表面側に、前記蓋溝よりも幅広に形成された上蓋溝に前記蓋板を覆う上蓋板を配置する上蓋溝閉塞工程と、前記上蓋溝の側壁と、前記上蓋板の側面との突合部に沿って接合用回転ツールを相対移動させて、前記ベース部材と前記上蓋板との摩擦攪拌を行う上蓋接合工程を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の伝熱板の製造方法。

Images