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JP6927130B2 - 伝熱板の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、伝熱板の製造方法に関する。
特許文献1には、ベース部材の内部に形成された流路に流体を流通させて熱交換等を行う伝熱板の製造方法が記載されている。ベース部材には、表面に開口する蓋溝と、この蓋溝の底面に形成された凹溝とが形成されている。伝熱板を製造する際には、蓋溝に蓋板を配置して、この蓋板の側面と蓋溝の側壁とで形成された突合せ部に対して摩擦攪拌接合を行っている。摩擦攪拌接合を行う際には、回転ツールのショルダの底面をベース部材及び蓋板に接触させつつ、回転ツールの攪拌ピンを突合せ部の深い位置まで挿入している。突合せ部の深い位置まで摩擦攪拌することにより、伝熱板の水密性及び気密性を向上させることができる。
一方、特許文献2には、攪拌ピンのみをベース部材及び蓋板に接触させた状態で、摩擦攪拌接合を行う伝熱板の製造方法が開示されている。
特開2002−257490号公報 特開2014−94409号公報
当該分野においては、より接合強度の高い伝熱板の製造方法が望まれている。
このような観点から、本発明は、伝熱板の深い位置を容易に摩擦攪拌接合することができるとともに接合強度の高い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、ベース部材の表面に開口する凹溝の周囲に形成された蓋溝に、蓋板を挿入する蓋溝閉塞工程と、前記蓋溝の側壁と前記蓋板の側面との突合せ部に沿って攪拌ピンを備えた回転ツールを相対移動させて摩擦攪拌を行う本接合工程と、を含み、摩擦攪拌で用いる回転ツールの攪拌ピンの外周面は先細りとなるように傾斜しており、前記攪拌ピンの先端側には平坦面が形成されるとともに、前記平坦面に突出する突起部が形成されており、前記本接合工程において、回転した前記攪拌ピンを前記突合せ部に挿入し、前記攪拌ピンのみを前記ベース部材及び前記蓋板に接触させるとともに、前記平坦面を前記ベース部材及び前記蓋板に接触させ、かつ、前記突起部の先端面をベース部材のみに接触させた状態で摩擦攪拌を行うことを特徴とする。
また、本発明は、ベース部材の表面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熱媒体用管挿入工程と、前記蓋溝に蓋板を挿入する蓋板挿入工程と、前記蓋溝の側壁と前記蓋板の側面との突合せ部に沿って攪拌ピンを備えた回転ツールを相対移動させて摩擦攪拌を行う本接合工程と、を含み、摩擦攪拌で用いる回転ツールの攪拌ピン
の外周面は先細りとなるように傾斜しており、前記攪拌ピンの先端側には平坦面が形成されるとともに、前記平坦面に突出する突起部が形成されており、前記本接合工程において、回転した前記攪拌ピンを前記突合せ部に挿入し、前記攪拌ピンのみを前記ベース部材及び前記蓋板に接触させるとともに、前記平坦面を前記ベース部材及び前記蓋板に接触させ、かつ、前記突起部の先端面をベース部材のみに接触させた状態で摩擦攪拌を行うことを特徴とする。
かかる方法によれば、回転ツールのうちの攪拌ピンのみがベース部材及び蓋板に接触するので、接合するベース部材及び蓋板と回転ツールとの摩擦を軽減することができ、摩擦攪拌装置にかかる負荷を小さくすることができる。すなわち、本発明によれば、摩擦攪拌装置への負荷を小さくすることができるため、突合せ部の深い位置を容易に摩擦攪拌接合することができる。これにより、伝熱板の深い位置に流路を容易に形成することができる。また、突合せ部の深い位置まで摩擦攪拌できるため、伝熱板の水密性及び気密性を高めることができる。また、攪拌ピンの先端側には平坦面が形成されるとともに、この平坦面に突出する突起部が形成されているので、突起部に沿って摩擦攪拌されて突起部に巻き上げられた塑性流動材は平坦面で押えられる。これにより、突起部周りをより確実に摩擦攪拌することができるとともに蓋溝の底面と蓋板の裏面と間の酸化被膜が確実に分断されるので、接合強度を高めることができる。
また、前記本接合工程の前に、前記突合せ部を仮接合する仮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、本接合工程の際の突合せ部の目開きを防止することができる。
また、本発明は、ベース部材の表面に開口する凹溝を覆うように、ベース部材の表面に蓋板を重ね合わせる閉塞工程と、前記蓋板の表面から攪拌ピンを備えた回転ツールを挿入し、前記ベース部材の表面と前記蓋板の裏面との重合部に沿って前記回転ツールを相対移動させる本接合工程と、を含み、摩擦攪拌で用いる回転ツールの攪拌ピンの外周面は先細りとなるように傾斜しており、前記攪拌ピンの先端側には平坦面が形成されるとともに、前記平坦面に突出する突起部が形成されており、前記本接合工程では、前記攪拌ピンのみを前記ベース部材と前記蓋板の両方に接触させるとともに、前記平坦面を前記蓋板のみに接触させ、かつ、前記突起部の先端面を前記ベース部材のみに接触させた状態で前記重合部の摩擦攪拌を行うことを特徴とする。
また、本発明は、ベース部材の表面に開口する凹溝を覆うように、ベース部材の表面に蓋板を重ね合わせる閉塞工程と、前記ベース部材の裏面から攪拌ピンを備えた回転ツールを挿入し、前記ベース部材の表面と前記蓋板の裏面との重合部に沿って前記回転ツールを相対移動させる本接合工程と、を含み、摩擦攪拌で用いる回転ツールの攪拌ピンの外周面は先細りとなるように傾斜しており、前記攪拌ピンの先端側には平坦面が形成されるとともに、前記平坦面に突出する突起部が形成されており、前記本接合工程では、前記攪拌ピンのみを前記ベース部材と前記蓋板の両方に接触させるとともに、前記平坦面を前記ベース部材のみに接触させ、かつ、前記突起部の先端面を前記蓋板のみに接触させた状態で前記重合部の摩擦攪拌を行うことを特徴とする。
かかる方法によれば、回転ツールのうちの攪拌ピンのみがベース部材と蓋板の両方に接触することになるので、回転ツールとの摩擦を軽減することができ、摩擦攪拌装置にかかる負荷を小さくすることができる。すなわち、本発明によれば、摩擦攪拌装置への負荷を小さくすることができるため、深い位置にある重合部を容易に摩擦攪拌接合することができる。これにより、伝熱板の深い位置にも容易に流路を形成することができる。また、攪拌ピンの先端側には平坦面が形成されるとともに、この平坦面に突出する突起部が形成されているので、突起部に沿って摩擦攪拌されて突起部に巻き上げられた塑性流動材は平坦
面で押えられる。これにより、突起部周りをより確実に摩擦攪拌することができるとともにベース部材と蓋板の間の酸化被膜が確実に分断されるので、接合強度を高めることができる。
また、前記本接合工程の前に、前記重合部を仮接合する仮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、本接合工程の際の重合部の目開きを防止することができる。
また、前記本接合工程の終了後、前記回転ツールの摩擦攪拌によって生じたバリを切除するバリ切除工程を含むことが好ましい。かかる製造方法によれば、ベース部材又は蓋板をきれいに成形することができる。
本発明に係る伝熱板の製造方法によれば、深い位置にある突合せ部を容易に摩擦攪拌接合することができるとともに水密性、気密性及び接合強度を高めることができる。
本発明の第一実施形態に係る伝熱板を示す斜視図である。 第一実施形態に係る伝熱板の製造方法の準備工程を示す断面図である。 第一実施形態に係る伝熱板の製造方法の蓋溝閉塞工程を示す断面図である。 第一実施形態に係る伝熱板の製造方法のタブ材配置工程を示す平面図である。 第一実施形態に係る伝熱板の製造方法の仮接合工程を示す断面図である。 第一実施形態に係る伝熱板の製造方法の本接合工程を示す断面図である。 本発明の第二実施形態に係る伝熱板の製造方法の準備工程を示す断面図である。 第二実施形態に係る伝熱板の製造方法の蓋溝閉塞工程を示す断面図である。 第二実施形態に係る伝熱板の製造方法の本接合工程を示す断面図である。 本発明の第三実施形態に係る伝熱板の製造方法の仮接合工程を示す断面図である。 第三実施形態に係る伝熱板の製造方法の本接合工程を示す断面図である。 本発明の第四実施形態に係る伝熱板の製造方法の仮接合工程を示す断面図である。 第四実施形態に係る伝熱板の製造方法の本接合工程を示す断面図である。 本発明の第五実施形態に係る摩擦攪拌接合方法の本接合工程を示す断面図である。
〔第一実施形態〕
本発明の第一実施形態に係る伝熱板について説明する。図1に示すように、本実施形態に係る伝熱板1は、ベース部材2と、蓋板5とで主に構成されている。ベース部材2は、略直方体を呈する。ベース部材2には、凹溝3と、蓋溝4とが形成されている。ベース部材2の材料は摩擦攪拌可能であれば特に制限されないが、本実施形態ではアルミニウム合金である。本実施形態における「表面」とは「裏面」の反対側の面という意味である。
凹溝3は、ベース部材2の中央において、一方の側面から他方の側面に向けて貫通している。凹溝3は、蓋溝4の底面に凹設されている。凹溝3の底部は、円弧状になっている。凹溝3の開口は、ベース部材2の表面2a側に開放されている。
蓋溝4は、凹溝3よりも幅広になっており、凹溝3の表面2a側において凹溝3に連続して形成されている。蓋溝4は、断面視矩形を呈し、表面2a側に開放されている。
蓋板5は、蓋溝4に挿入される板状部材である。蓋板5は、本実施形態では、ベース部材2と同等の材料であるアルミニウム合金で形成されている。蓋板5は、蓋溝4に隙間無く挿入されるように、蓋溝4の中空部と同じ形状になっている。
蓋溝4の一対の側壁と蓋板5の一対の側面とが突き合わされて突合せ部J1,J1が形成される。突合せ部J1,J1は、深さ方向の全長に亘って摩擦攪拌により接合されている。伝熱板1の凹溝3と蓋板5の下面とで囲まれた空間が、流体が流通する流路となる。
次に、第一実施形態に係る伝熱板の製造方法について説明する。伝熱板の製造方法では、準備工程と、蓋溝閉塞工程と、タブ材配置工程と、仮接合工程と、本接合工程とを行う。
図2Aに示すように、準備工程は、ベース部材2を用意する工程である。まず、クランプ(図示省略)を介して架台Kにベース部材2を固定する。そして、エンドミル等を用いて凹溝3及び蓋溝4を切削加工により形成する。なお、ダイキャスト又は押し出し成形等
によって予め凹溝3及び蓋溝4が形成されたベース部材2を用いてもよい。
図2Bに示すように、蓋溝閉塞工程は、蓋溝4に蓋板5を挿入する工程である。蓋溝4の側壁と、蓋板5の側面とがそれぞれ突き合わされて突合せ部J1,J1が形成される。また、蓋溝4の底面4aと、蓋板5の裏面5bとが突き合わされて突合せ部J2が形成される。蓋板5の表面5aとベース部材2の表面2aとは面一になる。
図3に示すように、タブ材配置工程は、ベース部材2の側面にタブ材10,10を配置する工程である。タブ材10は、後記する摩擦攪拌の開始位置及び終了位置を設定する部材である。タブ材10は、ベース部材2の対向する側面に面接触されるとともに、突合せ部J1,J1の延長線上に配置される。タブ材10は、本実施形態では、ベース部材2と同等の材料であるアルミニウム合金で形成されている。タブ材10は、タブ材10とベース部材2との入り隅部を溶接することにより接合される。
図4Aに示すように、仮接合工程は、仮接合用回転ツールGを用いて突合せ部J1,J1に対して予備的に摩擦攪拌接合を行う工程である。仮接合工程の開始位置及び終了位置は、特に制限されないが、本実施形態では、タブ材10の表面に設定している。
具体的には、仮接合工程の開始位置を一方のタブ材10の表面に設定し、一方の突合せ部J1の全長に摩擦攪拌接合を行う。仮接合用回転ツールGの移動軌跡には、塑性化領域W1が形成される。他方のタブ材10まで仮接合用回転ツールを移動させたら、そのままタブ材10の表面で折り返させ、他方の突合せ部J1の全長に摩擦攪拌接合を行う。仮接合用回転ツールGを一方のタブ材10まで移動させたら、タブ材10から仮接合用回転ツールGを離脱させる。
図4Bに示すように、本接合工程は、本接合用回転ツール(回転ツール)Fを用いて突合せ部J1,J1に対して摩擦攪拌接合を行う工程である。本接合工程の開始位置及び終了位置は、タブ材10の表面に設定することが好ましい。本接合用回転ツールFをタブ材10に挿入する際には、仮接合用回転ツールGの抜き孔を利用してもよいし、タブ材10に別途下穴を設けて、当該下穴から本接合用回転ツールFを挿入してもよい。
本接合用回転ツールFは、連結部F1と、攪拌ピンF2とで構成されている。本接合用回転ツールFは、例えば工具鋼で形成されている。連結部F1は、摩擦攪拌装置(図示省略)の回転軸に連結される部位である。連結部F1は円柱状を呈し、ボルトが締結されるネジ孔(図示省略)が形成されている。
攪拌ピンF2は、連結部F1から垂下しており、連結部F1と同軸になっている。攪拌ピンF2は連結部F1から離間するにつれて先細りになっている。図4Bに示すように、攪拌ピンF2の先端には、回転中心軸Cに対して垂直であり、かつ、平坦な平坦面F3が形成されている。さらに平坦面F3には下方に突出する突起部F4が形成されている。突起部F4は、平坦面F3の中心部から下方に突出する部位である。突起部F4の形状は特に制限されないが、本実施形態では、円柱状になっている。
突起部F4の側面と、平坦面F3とで段差部が形成されている。つまり、攪拌ピンF2の外面は、先細りとなる外周面F10と、先端に形成された平坦面F3と、突起部F4の外周面および先端面F5とで構成されている。攪拌ピンF2の外周面F10には螺旋溝が刻設されている。本実施形態では、本接合用回転ツールFを右回転させるため、螺旋溝は、基端から先端に向かうにつれて左回りに形成されている。言い換えると、螺旋溝は、螺旋溝を基端から先端に向けてなぞると上から見て左回りに形成されている。
なお、本接合用回転ツールFを左回転させる場合は、螺旋溝を基端から先端に向かうにつれて右回りに形成することが好ましい。言い換えると、この場合の螺旋溝は、螺旋溝を基端から先端に向けてなぞると上から見て右回りに形成されている。螺旋溝をこのように設定することで、摩擦攪拌の際に塑性流動化した金属が螺旋溝によって攪拌ピンF2の先端側に導かれる。これにより、被接合金属部材(ベース部材2及び蓋板5)の外部に溢れ出る金属の量を少なくすることができる。なお、突起部F4の側面に螺旋溝を刻設してもよい。
本接合工程では、仮接合工程で形成された塑性化領域W1をなぞるようにして摩擦攪拌接合を行う。本接合用回転ツールFを用いて摩擦攪拌を行う際には、蓋板5に右回転した攪拌ピンF2のみを挿入し、ベース部材2及び蓋板5と連結部F1とは離間させつつ移動させる。言い換えると、攪拌ピンF2の基端部は露出させた状態で摩擦攪拌を行う。本接合用回転ツールFの移動軌跡には摩擦攪拌された金属が硬化することにより塑性化領域Wが形成される。
図4Bに示すように、本接合工程では、攪拌ピンF2の平坦面F3をベース部材2と蓋板5の両方に接触させるとともに、突起部F4の先端面F5をベース部材2のみに接触させた状態で摩擦攪拌を行う。言い換えると、本接合工程では、突起部F4の側面が突合せ部J2に位置するように攪拌ピンF2の挿入深さを設定する。
なお、本接合工程の終了後、摩擦攪拌によって生じたバリを切除するバリ切除工程を行ってもよい。バリ切除工程を行うことで、ベース部材2及び蓋板5の表面を平滑にすることができる。
以上説明した本実施形態に係る伝熱板の製造方法によれば、本接合工程の際に、本接合用回転ツールFのうちの攪拌ピンF2のみがベース部材2及び蓋板5に接触することになるので、ベース部材2及び蓋板5と本接合用回転ツールFとの摩擦を軽減することができ、摩擦攪拌装置にかかる負荷を小さくすることができる。すなわち、本実施形態によれば、深い位置を摩擦攪拌しても摩擦攪拌装置への負荷を小さくすることができるため、伝熱板1の流路を深い位置に容易に形成することができる。
また、本接合工程では、必ずしも突合せ部J1,J1の深さ方向の全長に亘って摩擦攪拌を行う必要は無いが、本実施形態のように突合せ部J1の深さの全長に亘って摩擦攪拌することで、伝熱板1の水密性及び気密性を高めることができる。
また、攪拌ピンF2の先端側の平坦面F3に突起部F4が形成されているので、突起部F4に沿って摩擦攪拌されて突起部F4に巻き上げられた塑性流動材は平坦面F3で押えられる。これにより、突起部F4周りをより確実に摩擦攪拌することができるとともに突合せ部J2の酸化被膜が確実に分断されるので、突合せ部J2の接合強度を高めることができる。
また、仮接合工程を行うことで、本接合工程を行う際に、ベース部材2と蓋板5との目開きを防ぐことができる
なお、仮接合工程では、仮接合用回転ツールGによる塑性化領域W1が断続的に形成されるように不連続に摩擦攪拌を行ってもよい。また、仮接合工程では、溶接によって突合せ部J1,J1を接合してもよい。また、タブ材10とベース部材2とを仮接合用回転ツールGを用いて仮接合してもよい。
〔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伝熱板は、熱媒体用管6を備えている点で第一実施形態と相違する。熱媒体用管6は、その内部に流体が流通する部材である。
第二実施形態に係る伝熱板の製造方法では、準備工程と、熱媒体用管挿入工程と、蓋溝閉塞工程と、仮接合工程と、本接合工程とを行う。
図5Aに示すように、準備工程は、ベース部材2を用意する工程である。
図5Bに示すように、熱媒体用管挿入工程は、凹溝3に熱媒体用管6を挿入する工程である。凹溝3及び熱媒体用管6の大きさ等は適宜設定すればよいが、本実施形態では、熱媒体用管6の外径と、凹溝3の幅及び深さは略同等になっている。
蓋溝閉塞工程(蓋板挿入工程)は、蓋溝4に蓋板5を挿入する工程である。蓋溝4の側壁と蓋板5の側面とが突き合わされて突合せ部J1が形成される。蓋溝4に蓋板5を挿入すると、熱媒体用管6と蓋板5とが接触するとともに、ベース部材2の表面2aと蓋板5の表面5aとは面一になる。
仮接合工程は、突合せ部J1に対して予備的に接合を行う工程である。仮接合工程は、第一実施形態と同じ要領で行う。
図6に示すように、本接合工程は、本接合用回転ツールFを用いて突合せ部J1,J1に対して摩擦攪拌接合を行う工程である。本接合工程は、第一実施形態と同じ要領で行う。本接合用回転ツールFの移動軌跡には、塑性化領域W,Wが形成される。塑性化領域Wは、突合せ部J1,J1の深さ方向の全長に亘って形成される。
第二実施形態に係る伝熱板の製造方法によっても第一実施形態と略同等の効果を奏することができる。また、熱媒体用管6を備えた伝熱板1Aを容易に製造することができる。
また、例えば、第一実施形態及び第二実施形態に係る凹溝3、蓋溝4、蓋板5及び熱媒体用管6の形状は、あくまで例示であって、他の形状であってもよい。また、本接合工程後に、ベース部材2の表面2aと塑性化領域Wの表面との間に段差が生じた場合は、当該段差を埋めるように肉盛り溶接を行ってもよい。もしくは、塑性化領域Wの表面に金属部材を配置し、当該金属部材とベース部材2とを回転ツールで摩擦攪拌接合してもよい。
また、本実施形態では、蓋溝4を設ける場合を例示したが、蓋溝4を設けず、凹溝3に直接蓋板5を挿入するようにしてもよい。
また、図6に示すように、熱媒体用管6の周囲に空隙部Qが形成されている場合、本接合工程によって、この空隙部Qを埋めてもよい。蓋溝閉塞工程において、蓋溝4に蓋板5を挿入すると、凹溝3、蓋板5の下面及び熱媒体用管6によって空隙部Qが形成される。本接合工程では、本接合用回転ツールFによって形成された塑性流動材を空隙部Qに流入させる。これにより、熱媒体用管6の周囲の空隙部Qが金属で充填されるため、水密性及び気密性をより高めることができる。
〔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伝熱板の製造方法は、ベース部材2に蓋溝4が形成されておらず、ベース部材2の表面2aに蓋板5を載置する点で第一実施形態と相違する。
第三実施形態に係る伝熱板の製造方法では、準備工程と、凹溝閉塞工程と、仮接合工程と、本接合工程とを行う。
図7Aに示すように、準備工程は、ベース部材2を用意する工程である。ベース部材2の表面2aに凹溝3を形成する。
凹溝閉塞工程(閉塞工程)は、ベース部材2の表面2aに蓋板5を載置して凹溝3の上方を覆う工程である。凹溝閉塞工程では、ベース部材2の表面2aと蓋板5の裏面5bとが重ね合わされて重合部Jが形成される。
仮接合工程は、重合部Jに対して予備的に接合を行う工程である。仮接合工程は、本実施形態では、ベース部材2及び蓋板5の側面から仮接合用回転ツールGを挿入し、重合部Jに対して摩擦攪拌接合を行う。仮接合工程後には、ベース部材2及び蓋板5の側面には、塑性化領域W1が形成される。
図7Bに示すように、本接合工程は、本接合用回転ツールFを用いて重合部Jに対して摩擦攪拌接合を行う工程である。本実施形態では、蓋板5の表面5aから攪拌ピンF2のみを垂直に挿入し、連結部F1を蓋板5に接触させない状態で摩擦攪拌を行う。また、本接合工程では、攪拌ピンF2の平坦面F3を蓋板5のみに接触させるとともに、突起部F4の先端面F5をベース部材2のみに接触させた状態で摩擦攪拌を行う。言い換えると、本接合工程では、突起部F4の側面が重合部Jに位置するように攪拌ピンF2の挿入深さを設定する。ベース部材2と蓋板5が接合されることにより、伝熱板1Bが形成される。
第三実施形態に係る伝熱板の製造方法のように、蓋溝4を設けず、ベース部材2の表面2aに蓋板5を載置する形態であっても、伝熱板1Bを容易に製造することができる。つまり、第三実施形態では、重合部Jが深い位置に位置しているが、攪拌ピンF2のみがベース部材2及び蓋板5に接触するようにしたため、ベース部材2及び蓋板5と本接合用回転ツールFとの摩擦を軽減することができ、摩擦攪拌装置にかかる負荷を小さくすることができる。すなわち、本実施形態によれば、深い位置を摩擦攪拌しても摩擦攪拌装置への負荷を小さくすることができるため、伝熱板1Bの流路を深い位置に容易に形成することができる。
また、攪拌ピンF2の先端側の平坦面F3に突起部F4が形成されているので、突起部F4に沿って摩擦攪拌されて突起部F4に巻き上げられた塑性流動材は平坦面F3で押えられる。これにより、突起部F4周りをより確実に摩擦攪拌することができるとともに重合部Jの酸化被膜が確実に分断されるので、重合部Jの接合強度を高めることができる。また、仮接合工程を行うことで、本接合工程を行う際に、ベース部材2と蓋板5との目開きを防ぐことができる。
なお、仮接合工程では、仮接合用回転ツールGによる塑性化領域W1が断続的に形成されるように不連続に摩擦攪拌を行ってもよい。また、仮接合工程では、溶接によって重合部Jを接合してもよい。また、第一実施形態のようにタブ材を用いて仮接合工程及び本接合工程を行ってもよい。また、本接合工程では、ベース部材2の裏面2bから本接合用回転ツールFを挿入し、当該実施形態と同じ要領で重合部Jを摩擦攪拌接合してもよい。この場合の本接合工程においては、平坦面F3をベース部材2のみに接触させつつ、突起部F4の先端面F5を蓋板5に接触させて重合部Jに対して摩擦攪拌を行う。
〔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伝熱板の製造方法は、大きな窪みを備えた凹部20が形成されている点で第三実施形態と相違する。
第四実施形態に係る伝熱板の製造方法は、準備工程と、凹部閉塞工程と、仮接合工程と、本接合工程とを行う。
図8Aに示すように、準備工程は、ベース部材2を用意する工程である。ベース部材2の表面2aに凹部20を形成する。凹部20は、凹溝3よりも十分に広い窪みとなっている。
凹部閉塞工程(閉塞工程)は、ベース部材2の表面2aに蓋板5を載置して凹部20の上方を覆う工程である。凹部閉塞工程では、ベース部材2の表面2aと蓋板5の裏面5bとが重ね合わされて重合部Jが形成される。図8Bに示すように、仮接合工程及び本接合工程は、第三実施形態と同等であるため、詳細な説明は省略する。これにより、伝熱板1Cが形成される。
第四実施形態に係る伝熱板の製造方法では、第三実施形態と略同等の効果を奏することができる。また、第四実施形態によれば、凹溝3よりも大きな凹部20を備えるとともに板厚の大きい蓋板5を載置する場合であっても、伝熱板1Cを容易に形成することができる。また、本接合工程では、ベース部材2の裏面2bから本接合用回転ツールFを挿入し、当該実施形態と同じ要領で重合部Jを摩擦攪拌接合してもよい。
〔第五実施形態〕
次に、本発明の第五実施形態に係る摩擦攪拌接合方法について説明する。第五実施形態では、凹溝3や凹部20等の流路を備えていない金属部材同士を接合する点で他の実施形態と相違する。
第五実施形態に係る摩擦攪拌接合方法では、準備工程と、重ね合わせ工程と、仮接合工程と、本接合工程とを行う。
図9に示すように、準備工程は、金属部材31,32を用意する工程である。金属部材31,32は、板状の金属部材である。金属部材31,32の種類は、摩擦攪拌可能な金属から適宜選択すればよい。
重ね合わせ工程は、金属部材31,32を重ね合わせる工程である。重ね合わせ工程では、金属部材31の表面31aに、金属部材32の裏面32bを重ね合わせて、重合部Jを形成する。
仮接合工程は、重合部Jに対して予備的に接合を行う工程である。仮接合工程は、本実施形態では、金属部材31,32の側面から仮接合用回転ツールGを挿入し、重合部Jに対して摩擦攪拌接合を行う。仮接合工程後には、金属部材31,32の側面には、塑性化領域W1が形成される。
本接合工程は、本接合用回転ツールFを用いて重合部Jに対して摩擦攪拌接合を行う工程である。本実施形態では、金属部材32の表面32aから垂直に本接合用回転ツールFの攪拌ピンのみを挿入し、連結部F1を金属部材32に接触させない状態で摩擦攪拌を行う。また、本接合工程では、攪拌ピンF2の平坦面F3を金属部材32のみに接触させるとともに、突起部F4の先端面F5を金属部材31のみに接触させた状態で摩擦攪拌を行う。言い換えると、本接合工程では、突起部F4の側面が重合部Jに位置するように攪拌ピンF2の挿入深さを設定する。金属部材31,32が接合されることにより、複合板1Dが形成される。
第五実施形態に係る伝熱板の製造方法によれば、内部に流路を設けない複合板1Dが容易に形成される。特に、金属部材32の板厚が大きく、重合部Jが深い位置に位置している場合であっても、攪拌ピンF2のみが金属部材31,32に接触するようにしたため、金属部材31,32と本接合用回転ツールFとの摩擦を軽減することができ、摩擦攪拌装置にかかる負荷を小さくすることができる。これにより、重合部Jが深い位置にある場合であっても、容易に摩擦攪拌接合することができる。
攪拌ピンF2の先端側の平坦面F3に突起部F4が形成されているので、突起部F4に沿って摩擦攪拌されて突起部F4に巻き上げられた塑性流動材は平坦面F3で押えられる。これにより、突起部F4周りをより確実に摩擦攪拌することができるとともに重合部Jの酸化被膜が確実に分断されるので、重合部Jの接合強度を高めることができる。
また、仮接合工程を行うことで、本接合工程を行う際に、金属部材31,32間の目開きを防ぐことができる。
なお、仮接合工程では、仮接合用回転ツールGによる塑性化領域W1が断続的に形成されるように不連続に摩擦攪拌を行ってもよい。また、仮接合工程では、溶接によって重合部Jを接合してもよい。また、第一実施形態のようにタブ材を用いて仮接合工程及び本接合工程を行ってもよい。また、本接合工程では金属部材31の裏面31bから本接合用回転ツールFを挿入し、当該実施形態と同じ要領で重合部Jを摩擦攪拌接合してもよい。この場合の本接合工程においては、平坦面F3を金属部材31のみに接触させつつ、突起部F4の先端面F5を金属部材32に接触させて重合部Jに対して摩擦攪拌を行う。また、第二実施形態〜第五実施形態においても、摩擦攪拌によって生じたバリを切除するバリ切除工程を行ってもよい。
1 伝熱板
2 ベース部材
3 凹溝
4 蓋溝
5 蓋板
6 熱媒体用管
10 タブ材
20 凹部
31 金属部材
32 金属部材
F 本接合用回転ツール(回転ツール)
F2 攪拌ピン
G 仮接合用回転ツール
J1 突合せ部
J2 突合せ部
J 重合部
W 塑性化領域

Claims (7)

  1. ベース部材の表面に開口する凹溝の周囲に形成された蓋溝に、蓋板を挿入する蓋溝閉塞工程と、
    前記蓋溝の側壁と前記蓋板の側面との突合せ部に沿って攪拌ピンを備えた回転ツールを相対移動させて摩擦攪拌を行う本接合工程と、を含み、
    摩擦攪拌で用いる回転ツールの攪拌ピンの外周面は先細りとなるように傾斜しており、
    前記攪拌ピンの先端側には平坦面が形成されるとともに、前記平坦面に突出する突起部が形成されており、
    前記本接合工程において、回転した前記攪拌ピンを前記突合せ部に挿入し、前記攪拌ピンのみを前記ベース部材及び前記蓋板に接触させるとともに、前記平坦面を前記ベース部材及び前記蓋板に接触させ、かつ、前記突起部の先端面をベース部材のみに接触させた状態で摩擦攪拌を行うことを特徴とする伝熱板の製造方法。
  2. ベース部材の表面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熱媒体用管挿入工程と、
    前記蓋溝に蓋板を挿入する蓋板挿入工程と、
    前記蓋溝の側壁と前記蓋板の側面との突合せ部に沿って攪拌ピンを備えた回転ツールを相対移動させて摩擦攪拌を行う本接合工程と、を含み、
    摩擦攪拌で用いる回転ツールの攪拌ピンの外周面は先細りとなるように傾斜しており、
    前記攪拌ピンの先端側には平坦面が形成されるとともに、前記平坦面に突出する突起部が形成されており、
    前記本接合工程において、回転した前記攪拌ピンを前記突合せ部に挿入し、前記攪拌ピンのみを前記ベース部材及び前記蓋板に接触させるとともに、前記平坦面を前記ベース部材及び前記蓋板に接触させ、かつ、前記突起部の先端面をベース部材のみに接触させた状態で摩擦攪拌を行うことを特徴とする伝熱板の製造方法。
  3. 前記本接合工程の前に、前記突合せ部を仮接合する仮接合工程を含むことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の伝熱板の製造方法。
  4. ベース部材の表面に開口する凹溝を覆うように、ベース部材の表面に蓋板を重ね合わせる閉塞工程と、
    前記蓋板の表面から攪拌ピンを備えた回転ツールを挿入し、前記ベース部材の表面と前記蓋板の裏面との重合部に沿って前記回転ツールを相対移動させる本接合工程と、を含み、
    摩擦攪拌で用いる回転ツールの攪拌ピンの外周面は先細りとなるように傾斜しており、
    前記攪拌ピンの先端側には平坦面が形成されるとともに、前記平坦面に突出する突起部が形成されており、
    前記本接合工程では、前記攪拌ピンのみを前記ベース部材と前記蓋板の両方に接触させるとともに、前記平坦面を前記蓋板のみに接触させ、かつ、前記突起部の先端面を前記ベース部材のみに接触させた状態で前記重合部の摩擦攪拌を行うことを特徴とする伝熱板の製造方法。
  5. ベース部材の表面に開口する凹溝を覆うように、ベース部材の表面に蓋板を重ね合わせる閉塞工程と、
    前記ベース部材の裏面から攪拌ピンを備えた回転ツールを挿入し、前記ベース部材の表面と前記蓋板の裏面との重合部に沿って前記回転ツールを相対移動させる本接合工程と、を含み、
    摩擦攪拌で用いる回転ツールの攪拌ピンの外周面は先細りとなるように傾斜しており、
    前記攪拌ピンの先端側には平坦面が形成されるとともに、前記平坦面に突出する突起部が形成されており、
    前記本接合工程では、前記攪拌ピンのみを前記ベース部材と前記蓋板の両方に接触させるとともに、前記平坦面を前記ベース部材のみに接触させ、かつ、前記突起部の先端面を前記蓋板のみに接触させた状態で前記重合部の摩擦攪拌を行うことを特徴とする伝熱板の製造方法。
  6. 前記本接合工程の前に、前記重合部を仮接合する仮接合工程を含むことを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の伝熱板の製造方法。
  7. 前記本接合工程の終了後、前記回転ツールの摩擦攪拌によって生じたバリを切除するバリ切除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。
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