JP2009279594A - 伝熱板の製造方法及び伝熱板 - Google Patents

Abstract

【課題】作業工程の少ない伝熱板の製造方法及び伝熱板を提供することを課題とする。
【解決手段】ベース部材２の表面側に開口する蓋溝６の底面に形成された凹溝８に、熱媒体用管１６を挿入する熱媒体用管挿入工程と、蓋溝６に蓋部材１０を挿入し、蓋溝６の底面に蓋部材１０を当接させる蓋部材挿入工程と、蓋溝６の両側壁と蓋部材の両側面とがそれぞれ対向する一対の突合部Ｖ_１，Ｖ_２に対して回転ツールを相対的に移動させて摩擦攪拌を行う接合工程と、を含み、前記回転ツールのショルダ部の外径は、蓋溝６の開口部の幅以上であり、前記接合工程では、熱媒体用管１６が塑性変形しない状態で、前記回転ツールを一回移動させて一対の突合部Ｖ_１，Ｖ_２に対して同時に摩擦攪拌を行うことを特徴とする。
【選択図】図１

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及び伝熱板に関する。

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。

図１０は、従来の伝熱板を示した図であって、（ａ）は、斜視図、（ｂ）は側面図である。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を有するベース部材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せ面に沿って摩擦攪拌接合を施すことにより、塑性化領域Ｗ_１，Ｗ_２が形成されている。

特開２００４−３１４１１５号公報

しかしながら、従来の伝熱板１００は、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せ面に対して少なくとも二条の摩擦攪拌を行うため、作業工程が多くなるという問題があった。
このような観点から、本発明は、作業工程の少ない伝熱板の製造方法及び伝熱板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本発明に係る伝熱板の製造方法は、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熱媒体用管挿入工程と、前記蓋溝に蓋部材を挿入し、前記蓋溝の底面に前記蓋部材を当接させる蓋部材挿入工程と、前記蓋溝の側壁と前記蓋部材の側面とが対向する突合部に対して回転ツールを相対的に移動させて摩擦攪拌を行う接合工程と、を含み、前記回転ツールのショルダ部の外径は、前記蓋溝の開口部の幅以上であり、前記接合工程では、前記熱媒体用管が塑性変形しない状態で、前記回転ツールを一回移動させて、前記蓋溝の一方の側壁と前記蓋部材の一方の側面との突合部、及び、前記蓋溝の他方の側壁と前記蓋部材の他方の側面との突合部に対して同時に摩擦攪拌を行うことを特徴とする。

かかる製造方法によれば、回転ツールのショルダ部の外径を蓋溝の開口部の幅以上に設定することで、一対の突合部に対して回転ツールを一度移動させるだけで摩擦攪拌を行うことができる。これにより、接合工程の作業工程を少なくすることができる。

また、前記凹溝の底部から前記蓋部材の下部までの距離は、前記熱媒体用管の鉛直方向高さよりも大きいことが好ましい。

かかる製造方法によれば、蓋部材と熱媒体用管とが離間しているため、摩擦攪拌の際に熱媒体用管の塑性変形を確実に防止することができる。

また、前記蓋部材の下部は、前記熱媒体用管の形状に沿って形成されており、前記熱媒体用管と接していることが好ましい。かかる接合方法によれば、熱媒体用管の周辺に形成される空洞を少なくすることができるため、伝熱板の熱伝導効率を高めることができる。

また、前記蓋部材挿入工程前に、前記凹溝と、前記熱媒体用管の周囲とで囲まれた空間に熱伝導性物質を充填する充填工程を含むことが好ましい。また、前記熱伝導性物質は、金属粉末、金属粉末ペースト又は金属シートであることが好ましい。また、前記熱伝導性物質は、低融点ろう材であることが好ましい。

かかる接合方法によれば、熱媒体用管の周辺に形成される空洞の発生を抑制することができるとともに、熱伝導性物質を介して効率よく熱を伝達させることができる。

また、前記回転ツールの撹拌ピンの最大径は、前記蓋溝の幅以上であることが好ましい。また、前記回転ツールの撹拌ピンの最小径は、前記蓋溝の幅以上であることが好ましい。

かかる接合方法によれば、蓋溝の開口部の幅よりも大きくなるように撹拌ピンの大きさを設定することで、一対の突合部に対して回転ツールを一度移動させるだけで確実に摩擦攪拌を行うことができる。

また、前記接合工程では、塑性流動化させる範囲（深さ）に制限はないが、蓋部材とベース部材をより強固に接合するためには、塑性化領域の最深部が、前記蓋部材の上部１／３の深さ位置に達することが好ましい。より好ましくは、塑性化領域の最深部が、前記蓋部材の上部１／２の深さ位置に達することが好ましい。より一層好ましくは、塑性化領域の最深部が、前記蓋部材の上部２／３の深さ位置に達することが好ましい。

また、前記接合工程後に、前記ベース部材の表面側に、前記蓋溝の幅よりも幅広に形成された上蓋溝の底面に上蓋部材を当接させる上蓋部材挿入工程と、前記上蓋溝の側壁と前記上蓋部材の側面との上側突合部に沿って回転ツールを相対的に移動させて摩擦攪拌を行う上蓋部材接合工程と、を含むことが好ましい。

かかる接合方法によれば、蓋部材の上にさらに上蓋部材を配置することにより、熱媒体用管をより深い位置に形成することができる。

また、本発明は、表面側に開口する蓋溝の底面に形成された凹溝を有するベース部材と、前記凹溝に挿入された熱媒体用管と、前記蓋溝に挿入された蓋部材と、を有し、回転ツールを用いて摩擦攪拌接合されるとともに前記熱媒体用管が塑性変形していない伝熱板であって、前記蓋溝の一方の側壁と前記蓋部材の一方の側面との突合部、及び、前記蓋溝の他方の側壁と前記蓋部材の他方の側面との突合部に対して形成された一条の塑性化領域の幅は、前記蓋溝の幅以上に形成されていることを特徴とする。

かかる構成によれば、回転ツールのショルダ部の外径を蓋溝の開口部の幅以上に設定することで、一対の突合部に対して回転ツールを一度移動させるだけで摩擦攪拌を行うことができる。これにより、少ない作業工程で伝熱板を製造することができる。

また、前記ベース部材の表面側に、前記蓋溝よりも幅広に形成された上蓋溝を備えた前記ベース部材と、前記上蓋溝に挿入された上蓋部材と、を有し、前記上蓋溝の側壁と前記上蓋部材の側面との上側突合部に沿って摩擦攪拌が施されていることが好ましい。

かかる構成によれば、蓋部材の上にさらに上蓋部材を配置することにより、熱媒体用管をより深い位置に形成することができる。

本発明に係る伝熱板の製造方法によれば、少ない作業工程で伝熱板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の（ａ）は、第一実施形態に係る回転ツールの側面図及び伝熱板の分解側面図であり、（ｂ）は、第一実施形態に係る伝熱板の模式配置図である。

第一実施形態に係る伝熱板１は、図１及び図２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に配置される蓋部材１０と、蓋溝６の底面６ａ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、摩擦攪拌接合により形成された塑性化領域Ｗ_１によって一体形成されている。ここで、「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。

ベース部材２は、図２に示すように、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６ａ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、蓋部材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、蓋溝６の底面６ａ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、下端には断面視半円形状を呈する底部７が形成されている。凹溝８の開口部分の幅Ａは、熱媒体用管１６の外径Ｂと略同等に形成されており、凹溝８の深さＣは、熱媒体用管１６の外径Ｂよりも大きく形成されている。また、蓋溝６の幅Ｅは、凹溝８の幅Ａよりも大きく形成されており、蓋溝６の深さＪは、後記する蓋部材１０の厚さＦと略同等に形成されている。なお、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。

蓋部材１０は、図１及び図２に示すように、ベース部材２と同種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し、上面１１、下面１２、側面１３ａ及び側面１３ｂを有する。また、蓋部材１０の厚さＦは、蓋溝６の深さＪと略同等に形成されており、蓋部材１０の幅Ｇは、蓋溝６の幅Ｅと略同等に形成されている。

図２の（ｂ）に示すように、蓋溝６に蓋部材１０を挿入すると、蓋部材１０の下面１２（下部）が、蓋溝６の底面６ａに当接する。蓋部材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、蓋部材１０の一方の側面１３ａと蓋溝６の一方の側壁５ａとの突合せ面を以下、突合部Ｖ_１とする。また、蓋部材１０の他方の側面１３ｂと蓋溝６の他方の側壁５ｂとの突合せ面を以下、突合部Ｖ_２とする。また、突合部Ｖ_１及び突合部Ｖ_２を単に突合部Ｖともいう。

熱媒体用管１６は、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Ｂは、凹溝８の幅Ａと略同等に形成されており、図１に示すように、熱媒体用管１６の下半部と凹溝８の底部７とが面接触する。

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及び蓋部材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及び蓋部材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及び蓋部材１０に伝達させる部材として利用してもよい。

なお、第一実施形態においては、熱媒体用管１６は、断面視円形としたが、断面視角形であってもよい。また、熱媒体用管１６は、第一実施形態においては、銅管を用いたが、他の材料の管を用いてもよい。

また、第一実施形態においては、凹溝８の底部７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の上端と蓋部材１０の下面１２とを離間させたが、これに限定されるものではない。例えば、凹溝８の深さＣと外径Ｂとを、Ｂ≦Ｃ＜１．２Ｂの範囲で形成してもよい。また、凹溝８の幅Ａと熱媒体用管１６の外径Ｂとを、Ｂ≦Ａ＜１．１Ｂの範囲で形成してもよい。

ここで、図２の（ｂ）に示すように、蓋部材１０の下面１２は、蓋溝６の底面６ａに当接するとともに、凹溝８の深さＣは、熱媒体用管１６の外径Ｂよりも大きく形成されている。したがって、ベース部材２の凹溝８に熱媒体用管１６を挿入した後に、蓋溝６に蓋部材１０を挿入すると、凹溝８と熱媒体用管１６の外周と蓋部材１０の下面１２とで囲まれた空隙部Ｐが形成される。空隙部Ｐには、後記する熱伝導性物質が充填される。

塑性化領域Ｗ_１は、図１に示すように、突合部Ｖ_１，Ｖ_２に摩擦攪拌接合を施した際に、ベース部材２及び蓋部材１０の一部が塑性流動して一体化された領域である。本実施形態では、塑性化領域Ｗ_１の最大幅Ｗａ（表面３における幅）は、蓋溝６の幅Ｅ（図２の（ａ）参照）よりも大きくなるように形成されている。

本実施形態では、塑性化領域Ｗ_１の最深部が、蓋部材１０の略中央に達するように設定したが、塑性化領域Ｗ_１の大きさは、蓋部材１０の大きさや後記する回転ツールの大きさに基づいて適宜設定すればよく、例えば、塑性化領域Ｗ_１の最深部が、蓋部材１０の上側約２／３〜１／３の位置に達するように設定すればよい。

次に、伝熱板１の製造方法について、図３を用いて説明する。図３は、第一実施形態に係る伝熱板の製造方法を示した側面図であって、（ａ）は、熱媒体用管を挿入した熱媒体用管挿入工程を示し、（ｂ）は、蓋部材挿入工程を示し、（ｃ）は、接合工程を示し、（ｄ）は、完成図を示す。

第一実施形態に係る伝熱板の製造方法は、ベース部材２を形成する準備工程と、ベース部材２に形成された凹溝８に熱媒体用管１６を挿入する熱媒体用管挿入工程と、凹溝８及び熱媒体用管１６の上に熱伝導性物質２５を充填する充填工程と、蓋溝６に蓋部材１０を挿入する蓋部材挿入工程と、突合部Ｖに沿って接合用回転ツール２０を移動させて摩擦攪拌接合を施す接合工程とを含むものである。

まず、接合工程の摩擦攪拌で用いる回転ツールについて図２の（ａ）を用いて説明する。本実施形態で用いる接合用回転ツール２０は、例えば、工具鋼からなり、円柱形のショルダ部２２と、その下面２４の中心部から同心軸で垂下する撹拌ピン２６とを有する。撹拌ピン２６は、先端に向けて幅狭となるテーパ状を呈し、長さＬ_Ａで形成されている。なお、撹拌ピン２６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。

本実施形態では、ショルダ部２２の外径Ｘ_１は、蓋溝６の幅Ｅ以上の大きさに形成されている。これにより、蓋部材１０（蓋溝６）に沿って接合用回転ツール２０を一回通り移動させることで、突合部Ｖ_１，Ｖ_２に対して同時に摩擦攪拌を行うことができる。
なお、本実施形態では、接合用回転ツール２０を前記したように設定したが、例えば、撹拌ピン２６の基端部（最大外径Ｘ_２）を、蓋溝６の幅Ｅ以上に設定してもよい。また、例えば、撹拌ピン２６の先端部（最小外径Ｘ_３）を、蓋溝６の幅Ｅ以上に設定してもよい。このように、幅Ｅに対して、接合用回転ツール２０の大きさを大きく設定することで、突合部Ｖ_１，Ｖ_２を一回の移動でより確実に摩擦攪拌を行うことができる。

（準備工程）
まず、図２の（ａ）を参照するように、例えばフラットエンドミル加工により、厚板部材に蓋溝６を形成する。そして、蓋溝６の底面６ａに、例えばボール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６ａ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底部７を備えており、底部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、ベース部材２を本実施形態においては切削加工により形成したが、アルミニウム合金の押出形材を用いてもよい。

（熱媒体用管挿入工程）
次に、図３の（ａ）に示すように、凹溝８に熱媒体用管１６を挿入する。熱媒体用管１６の下半部は、凹溝８の下半分を形成する底部７と面接触する。

（充填工程）
次に、図３の（ａ）に示すように、凹溝８と熱媒体用管１６によって囲まれた部分に熱伝導性物質２５を充填する。充填工程では、熱伝導性物質２５の上面と、蓋溝６の底面６ａとが面一になるまで充填する。熱伝導性物質２５は、空隙部Ｐ（図２の（ｂ）参照）に充填されることで、空隙部Ｐを埋めて伝熱板１の熱伝導効率を高めるとともに、水密性及び気密性を高める役割を果たす。熱伝導性物質２５は、本実施形態では、公知の金属粉末の低融点ろう材を用いる。なお、熱伝導性物質２５は、伝熱板１の空隙部Ｐを埋めて、伝熱効率を高める材料であればよく金属粉末ペースト及び金属シートなどであってもよい。

（蓋部材挿入工程）
次に、図３の（ｂ）に示すように、ベース部材２の蓋溝６内に、蓋部材１０を挿入する。この際、蓋部材１０の下面１２が蓋溝６の底面６ａに当接すると共に、蓋部材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と蓋部材１０の側面１３ａ，１３ｂによって突合部Ｖ_１，Ｖ_２が形成される。

（接合工程）
次に、図３の（ｃ）に示すように、突合部Ｖ（突合部Ｖ_１，Ｖ_２）に対して接合用回転ツール２０を用いて摩擦攪拌を行う。即ち、接合用回転ツール２０の中心と、蓋溝６の幅方向の中心とを合わせた後、接合用回転ツール２０のショルダ部２２の下面２４をベース部材２の表面３に所定の深さで押し込み、突合部Ｖに沿って相対移動させる。

本実施形態では、接合用回転ツール２０の回転数は、例えば５０〜１５００ｒｐｍ、送り速度は、０．０５〜２ｍ／分であり、接合用回転ツール２０の軸方向に加える押し込み力は、１ｋＮ〜２０ｋＮである。
図３の（ｄ）に示すように、接合工程によってベース部材２の表面３に塑性化領域Ｗ_１が形成される。塑性化領域Ｗ_１の最深部は、本実施形態では、蓋部材１０の略中央に達するように撹拌ピン２６の長さ及び接合用回転ツール２０の押込み量等を設定している。また、突合部Ｖ_１，Ｖ_２における塑性化領域Ｗ_１の深さＷｂは、蓋部材１０の厚さの１／４程度となるように設定している。突合部Ｖ_１，Ｖ_２における塑性化領域Ｗ_１の深さＷｂを大きく設定することにより、ベース部材２と蓋部材１０との接合力を高めることができる。
なお、塑性化領域Ｗ_１の大きさ（深さ）、接合用回転ツール２０の形状や回転数又は押込み量等はあくまで例示であって、限定されるものではなく、ベース部材２及び蓋部材１０の材料等を加味して適宜設定すればよい。

以上のように本実施形態に係る伝熱板の製造方法によれば、接合用回転ツール２０のショルダ部２２の外径Ｘ_１を、蓋溝６の幅Ｅよりも大きく設定しているため、蓋部材１０の幅方向の中央に沿って接合用回転ツール２０を一回移動させるだけで、突合部Ｖ_１，Ｖ_２を同時に摩擦攪拌することができ、ベース部材２と蓋部材１０とを摩擦攪拌によって一体化することができる。

また、蓋部材１０の下面１２が蓋溝６の底面６ａに当接して熱媒体用管１６と蓋部材１０とが離間しているため、蓋部材１０の上面１１から接合用回転ツール２０を押し込んでも熱媒体用管１６が潰れることがない。これにより、熱媒体用管１６の流路を確実に確保することができる。また、蓋溝６及び蓋部材１０の上下方向の高さを大きくすることで、ベース部材２の深い位置に熱媒体用管１６を配設することができる。

また、熱媒体用管１６の周囲に形成された空隙部Ｐ（図２の（ｂ）参照）に熱伝導性物質２５を充填させることで、熱媒体からの熱を効率よく伝達することができる。また、伝熱板１の内部に形成される可能性のある空隙部Ｐを埋めることで、伝熱板１の気密性及び水密性を高めることができる。

なお、本実施形態では、熱媒体用管１６と蓋部材１０とを離間させた状態で接合工程を行ったが、これに限定されるものではなく、熱媒体用管１６と蓋部材１０とを接触させた状態で接合工程を行ってもよい。この場合は、熱媒体用管１６が塑性変形しない程度に接合用回転ツール２０の大きさや押込み量を設定すればよい。

[第二実施形態]
次に、本発明の第二実施形態に係る伝熱板の製造方法について説明する。
第二実施形態に係る伝熱板の製造方法は、図４に示すように、蓋部材３０が断面視略Ｔ字状を呈することを特徴とする。なお、第一実施形態と重複する部分については説明を省略する。

図４の（ａ）に示すように、ベース部材３２の表面３３には、蓋溝３６が凹設されており、蓋溝３６の底面３６ａの中央には、蓋溝３６よりも幅狭の凹溝３８が凹設されている。蓋溝３６は、蓋部材３０が配置される部分であって、ベース部材３２の長手方向に亘って連続して形成されている。蓋溝３６は、断面視矩形を呈し、蓋溝３６の底面３６ａから垂直に立ち上がる側壁３５ａ，３５ｂを備えている。蓋溝３６の幅ｅは、後記する蓋部材３０の幅ｇ_１と略同等に形成されており、蓋溝３６の深さｊは、蓋部材３０の深さｆ_１と略同等に形成されている。

凹溝３８は、熱媒体用管１６及び蓋部材３０が挿入される部分であって、ベース部材３２の長手方向に亘って連続して形成されている。凹溝３８は、上方が開口した断面視Ｕ字状の溝であって、下端には断面視半円形状を呈する底部３７が形成されている。凹溝３８の幅Ａは、熱媒体用管１６の外径Ｂと略同等に形成されている。

蓋部材３０は、図４の（ａ）に示すように、ベース部材３２の蓋溝３６と、凹溝３８に挿入される部材であって、幅広に形成された幅広部４１と、幅広部４１よりも幅狭に形成された幅狭部４２とを有する。幅広部４１は、上面４３、下面４４、側面４３ａ，４３ｂを有する。幅広部４１の幅ｇ_１は、蓋溝３６の幅ｅと略同等に形成されており、厚さｆ_１は、蓋溝３６の深さｊと略同等に形成されている。
幅狭部４２は、幅広部４１の下面４４の中央から下方に延設されている。幅狭部４２の幅ｇ_２は、凹溝３８の幅Ａと略同等に形成されている。

図４の（ｂ）に示すように、蓋溝３６に蓋部材３０を挿入すると、蓋部材３０の幅広部４１の下面４４が、蓋溝３６の底面３６ａに当接する。幅広部４１の側面４３ａ，４３ｂは、蓋溝３６の側壁３５ａ，３５ｂ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、蓋部材３０の一方の側面４３ａと蓋溝３６の一方の側壁３５ａとの突き合せ面を以下、突合部Ｖ_３とする。また、蓋部材３０の他方の側面４３ｂと蓋溝３６の他方の側壁３５ｂとの突き合せ面を以下、突合部Ｖ_４とする。また、突合部Ｖ_３及び突合部Ｖ_４を単に突合部Ｖともいう。

また、蓋溝３６に蓋部材３０を挿入すると、蓋部材３０の幅狭部４２の両側面は、凹溝３８の両側面と面接触するか又は微細な隙間をあけて対向する。幅狭部４２の厚さｆ_２と熱媒体用管１６の外径Ｂとの和は、凹溝３８の深さｃよりも小さく形成されている。言い換えると、図２の（ｂ）に示すように、凹溝３８の底部３７から蓋部材３０の幅狭部４２の下面（下部）４５までの距離は、熱媒体用管１６の外径Ｂよりも大きい。したがって、図４の（ｂ）に示すように、蓋溝３６に蓋部材３０を挿入すると、熱媒体用管１６の上端は、幅狭部４２の下面４５と所定の間隔をあけて離間する。

これにより、ベース部材３２の凹溝３８に熱媒体用管１６を挿入した後に、蓋溝３６に蓋部材３０を挿入すると、凹溝３８と熱媒体用管１６の外周と蓋部材３０の下面４５で形成された空隙部Ｐ１が形成される。空隙部Ｐ１には、熱伝導性物質が充填される。

次に、第二実施形態に係る伝熱板４９の製造方法について、図５を用いて説明する。図５の（ａ）は、第二実施形態に係る接合工程を示した図であり、（ｂ）は、第二実施形態に係る完成図を示す。

第二実施形態に係る伝熱板の製造方法は、ベース部材３２を形成する準備工程と、ベース部材３２に形成された凹溝３８に熱媒体用管１６を挿入する熱媒体用管挿入工程と、凹溝３８及び熱媒体用管１６の上に熱伝導性物質２５を充填する充填工程と、蓋溝３６に蓋部材３０を挿入する蓋部材挿入工程と、突合部Ｖに沿って接合用回転ツール２０を移動させて摩擦攪拌接合を施す接合工程とを含むものである。
なお、第二実施形態に係る伝熱板の製造方法の準備工程、熱媒体用管挿入工程は、第一実施形態と略同等であるため、説明を省略する。

（充填工程）
図５の（ａ）を参照するように、凹溝８と熱媒体用管１６によって囲まれた部分に熱伝導性物質２５を充填する。本実施形態では、熱媒体用管１６、凹溝３８及び蓋部材３０の下面４５で囲まれる部分に所定の厚さで熱伝導性物質２５を充填する。

（蓋部材挿入工程）
蓋部材挿入工程では、図４を参照するように、ベース部材３２の蓋溝３６内に、蓋部材３０を挿入する。この際、蓋部材３０の幅広部４１の下面４４が、蓋溝３６の底面３６ａに当接するとともに、幅広部４１の上面４３がベース部材３２の表面３と面一になる。また、幅狭部４２の下面４５は、熱伝導性物質２５に当接する。

（接合工程）
接合工程では、図５の（ａ）及び（ｂ）に示すように、突合部Ｖ_１，Ｖ_２に対して接合用回転ツール２０を用いて摩擦攪拌を行う。即ち、接合用回転ツール２０の中心と、蓋溝３６の中心を合わせた後、接合用回転ツール２０のショルダ部２２の下面２４をベース部材３２の表面３に所定の深さで押し込み、突合部Ｖに沿って相対移動させる。

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、接合用回転ツール２０のショルダ部２２の外径Ｘ_１を、蓋溝３６の幅ｅよりも大きく設定しているため、蓋部材３０の幅方向の中央に沿って接合用回転ツール２０を一回移動させるだけで、突合部Ｖ_３，Ｖ_４を同時に摩擦攪拌することができ、ベース部材３２と蓋部材３０とを摩擦攪拌によって一体化することができる。即ち、接合工程によって形成される、塑性化領域Ｗ_２の最大幅は、蓋溝３６の幅ｅよりも大きく形成される。

また、蓋部材３０の幅広部４１の下面４４が、蓋溝３６の底面３６ａに当接して幅狭部４２の下面４５と熱媒体用管１６とが離間しているため、蓋部材３０の上面４３から接合用回転ツール２０を押し込んでも熱媒体用管１６が潰れることがない。これにより、熱媒体用管１６の流路を確実に確保することができる。また、蓋部材３０の幅狭部４２及び凹溝３８の長さ（深さ）を長く設定することで、熱媒体用管１６を深い位置に配設することができる。

[第三実施形態]
次に、本発明の第三実施形態に係る伝熱板の製造方法について説明する。
第三実施形態に係る伝熱板の製造方法は、図６の（ａ）に示すように、蓋部材５０の下部が熱媒体用管１６の形状に沿って形成されている点で第一実施形態と相違する。なお、第一実施形態と重複する部分については説明を省略する。

第三実施形態に係る蓋部材５０は、図６の（ａ）に示すように、ベース部材２の蓋溝６と、凹溝８の一部に挿入される部材であって、幅広に形成された幅広部５１と、幅広部５１よりも幅狭に形成された幅狭部５２とを有する。幅広部５１は、上面５３、下面５５、側面５４ａ，５４ｂを有する。幅広部５１の幅Ｇは、蓋溝６の幅Ｅと略同等に形成されており、厚さＦは、蓋溝６の深さＪと略同等に形成されている。幅狭部５２は、幅広部５１の下面５５の中央から下方に延設されている。幅狭部５２の下部には、熱媒体用管１６の外径Ｂと同じ曲率を備えた曲部５６が形成されている。幅狭部５２の幅Ｇ１は、凹溝８の幅Ａと略同等に形成されている。

図６の（ｂ）に示すように、蓋溝６に蓋部材５０を挿入すると、蓋部材５０の幅広部５１の下面５５が蓋溝６の底面６ａに当接するとともに、幅狭部５２の曲部５６が熱媒体用管１６と当接する。即ち、図２の（ｂ）に示すように、蓋部材１０の下面１２が平坦であると、空隙部Ｐが形成されるが、第三実施形態のように蓋部材１０の下端が熱媒体用管１６の外径Ｂに倣って形成されることで、熱媒体用管１６の周囲を密閉することができる。

なお、第三実施形態に係る伝熱板の製造方法は、充填工程を含まないことを除いては、第一実施形態と同一であるため、詳細な説明は省略する。

第三実施形態に係る伝熱板の製造方法によれば、図７に示すように、蓋部材５０の幅広部５１の下面５５が蓋溝６の底面６ａに当接するため、蓋部材５０の上面５３から接合用回転ツール２０を押し込んで摩擦攪拌を行ったとしても熱媒体用管１６が潰れることがない。また、蓋部材５０の下部が熱媒体用管１６の外周の形状に沿って形成されているため、空隙の発生を防止することができる。これにより、伝熱板６１の熱伝導効率を高めることができる。

なお、本実施形態では、幅狭部５２の下部の断面形状は熱媒体用管１６の外周の形状に倣って円弧に形成されているが、熱媒体用管の断面形状が他の形状である場合には、その形状に倣って幅狭部５２の形状を形成すればよい。

[第四実施形態]
次に、第四実施形態に係る伝熱板について説明する。図８は、第四実施形態に係る伝熱板を示した分解側面図である。図９は、第四実施形態に係る伝熱板を示した側面図である。
図８に示す第四実施形態に係る伝熱板８１は、第一実施形態に係る伝熱板１（図１参照）と略同等の構造を内包し、蓋部材１０の表面側にさらに上蓋部材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８１は、図８及び図９に示すように、ベース部材６２と、凹溝８に挿入された熱媒体用管１６と、蓋部材１０と、蓋部材１０の表面側に配置された上蓋部材７０とを有し、塑性化領域Ｗ_１、塑性化領域Ｗ_４，Ｗ_５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８及び図９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６４と、上蓋溝６４の底面６６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６４は、断面視矩形を呈し、底面６６から垂直に立ち上がる側壁６５ａ，６５ｂを備えている。上蓋溝６４の幅は、蓋溝６の幅よりも大きく形成されている。

図８に示すように、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、蓋部材１０によって閉塞され、摩擦攪拌接合により塑性化領域Ｗ_１で接合されている。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と略同等に形成されている。

なお、上蓋溝６４の底面６６には、摩擦攪拌接合を行ったことにより、段差（溝）やバリが発生している可能性がある。したがって、例えば塑性化領域Ｗ_１の表面を基準に、上蓋溝６４の底面６６に面削加工を施して平滑に形成することが好ましい。これにより、上蓋部材７０の下面７２と、面削後の上蓋溝６４の底面６６とを隙間なく配置することができる。

上蓋部材７０は、図８及び図９に示すように、例えば、アルミニウム合金からなり、上蓋溝６４の断面と略同じ矩形断面を形成し、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。上蓋部材７０は、上蓋溝６４に挿入される。即ち、上蓋部材７０の側面７３ａ，７３ｂは、上蓋溝６４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、一方の側面７３ａと一方の側壁６５ａとの突合せ面を以下、上側突合部Ｖ_５とする。また、他方の側面７３ｂと他方の側壁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_４，Ｗ_５で一体化されている。

伝熱板８１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、上蓋溝６４の底面６６を面削する面削工程と、上蓋部材７０を配置する上蓋部材挿入工程と、上側突合部Ｖ_５，Ｖ_６に沿って摩擦攪拌接合を施す上蓋部材接合工程を含むものである。

（面削工程）
面削工程では、上蓋溝６４の底面６６に形成された段差（溝）やバリを切削除去して、底面６６を平滑にする。

（上蓋部材挿入工程）
上蓋部材挿入工程では、面削工程をした後、上蓋溝６４の底面に上蓋部材７０を配置する。面削工程を行ったことにより、上蓋部材７０の下面７２と、上蓋溝６４の底面とを隙間なく配置することができる。

（上蓋部材接合工程）
上蓋部材接合工程は、上側突合部Ｖ_５，Ｖ_６に沿って接合用回転ツール（図示省略）を移動させて摩擦攪拌接合を施す。上蓋部材接合工程における接合用回転ツールの押し込み量は、当該接合用回転ツールの撹拌ピンの長さ及び上蓋部材７０の厚さＦ’を考慮して適宜設定すればよい。なお、上蓋部材接合工程では、第一実施形態で使用する接合用回転ツール２０を用いてもよい。

実施形態に係る伝熱板８１によれば、下蓋部Ｍの上方にさらに上蓋部材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。

なお、第四実施形態においては、上蓋部材７０の両側面を摩擦攪拌して二条の塑性化領域Ｗ_４，Ｗ_５が形成されるようにしたが、これに限定されるものではない。例えば、上蓋溝６４の溝幅を、接合用回転ツール２０（図４の（ａ）参照）のショルダ部２２の外径Ｘ_１よりも小さく形成して、接合用回転ツール２０を用いて上蓋部材７０を一条の摩擦攪拌で行ってもよい。これにより、接合工程を削減することができる。

第一実施形態に係る伝熱板を示した斜視図である。 （ａ）は、第一実施形態に係る回転ツールの側面図及び伝熱板の分解側面図であり、（ｂ）は、第一実施形態に係る伝熱板の模式配置図である。 第一実施形態に係る伝熱板の製造方法を示した側面図であって、（ａ）は、熱媒体用管を挿入した熱媒体用管挿入工程を示し、（ｂ）は、蓋部材挿入工程を示し、（ｃ）は、接合工程を示し、（ｄ）は、完成図を示す。 （ａ）は、第二実施形態に係る回転ツールの側面図及び伝熱板の分解側面図であり、（ｂ）は、第二実施形態に係る伝熱板の模式配置図である。 第二実施形態に係る伝熱板の製造方法を示した側面図であって、（ａ）は、接合工程を示し、（ｂ）は、完成図を示す。 （ａ）は、第三実施形態に係る回転ツールの側面図及び伝熱板の分解側面図であり、（ｂ）は、第三実施形態に係る伝熱板の模式配置図である。 第三実施形態に係る伝熱板を示した側面図である。 第四実施形態に係る伝熱板の分解側面図である。 第四実施形態に係る伝熱板を示した側面図である。 従来の伝熱板を示した図であって、（ａ）は、斜視図、（ｂ）は側面図である。

符号の説明

１ 伝熱板
２ ベース部材
５ａ 側壁
５ｂ 側壁
６ 蓋溝
６ａ 底面
８ 凹溝
１０ 蓋部材
１３ａ 側面
１３ｂ 側面
１６ 熱媒体用管
２０ 接合用回転ツール
Ｖ 突合部
Ｗ 塑性化領域

Claims (14)

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熱媒体用管挿入工程と、
   前記蓋溝に蓋部材を挿入し、前記蓋溝の底面に前記蓋部材を当接させる蓋部材挿入工程と、
   前記蓋溝の側壁と前記蓋部材の側面とが対向する突合部に対して回転ツールを相対的に移動させて摩擦攪拌を行う接合工程と、を含み、
   前記回転ツールのショルダ部の外径は、前記蓋溝の開口部の幅以上であり、
   前記接合工程では、前記熱媒体用管が塑性変形しない状態で、前記回転ツールを一回移動させて、前記蓋溝の一方の側壁と前記蓋部材の一方の側面との突合部、及び、前記蓋溝の他方の側壁と前記蓋部材の他方の側面との突合部に対して同時に摩擦攪拌を行うことを特徴とする伝熱板の製造方法。
2. 前記凹溝の底部から前記蓋部材の下部までの距離は、前記熱媒体用管の鉛直方向高さよりも大きい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. 前記蓋部材の下部は、前記熱媒体用管の形状に沿って形成されており、前記熱媒体用管と接している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. 前記蓋部材挿入工程前に、前記凹溝と、前記熱媒体用管の周囲とで囲まれた空間に熱伝導性物質を充填する充填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。
5. 前記熱伝導性物質は、金属粉末、金属粉末ペースト又は金属シートであ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. 前記熱伝導性物質は、低融点ろう材である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. 前記回転ツールの撹拌ピンの最大径は、前記蓋溝の幅以上である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. 前記回転ツールの撹拌ピンの最小径は、前記蓋溝の幅以上である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。
9. 前記接合工程では、摩擦攪拌によって形成される塑性化領域の最深部が、前記蓋部材の上部２／３の深さ位置に達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. 前記接合工程では、摩擦攪拌によって形成される塑性化領域の最深部が、前記蓋部材の上部１／２の深さ位置に達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。
11. 前記接合工程では、摩擦攪拌によって形成される塑性化領域の最深部が、前記蓋部材の上部１／３の深さ位置に達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。
12. 前記接合工程後に、
    前記ベース部材の表面側に、前記蓋溝の幅よりも幅広に形成された上蓋溝の底面に上蓋部材を当接させる上蓋部材挿入工程と、
    前記上蓋溝の側壁と前記上蓋部材の側面との上側突合部に沿って回転ツールを相対的に移動させて摩擦攪拌を行う上蓋部材接合工程と、を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に記載の伝熱板の製造方法。
13. 表面側に開口する蓋溝の底面に形成された凹溝を有するベース部材と、
    前記凹溝に挿入された熱媒体用管と、
    前記蓋溝に挿入された蓋部材と、を有し、回転ツールを用いて摩擦攪拌接合されるとともに前記熱媒体用管が塑性変形していない伝熱板であって、
    前記蓋溝の一方の側壁と前記蓋部材の一方の側面との突合部、及び、前記蓋溝の他方の側壁と前記蓋部材の他方の側面との突合部に対して形成された一条の塑性化領域の幅は、前記蓋溝の幅以上に形成されていることを特徴とする伝熱板。
14. 前記ベース部材の表面側に、前記蓋溝よりも幅広に形成された上蓋溝を備えた前記ベース部材と、前記上蓋溝に挿入された上蓋部材と、を有し、
    前記上蓋溝の側壁と前記上蓋部材の側面との上側突合部に沿って摩擦攪拌が施されていることを特徴とする請求項１３に記載の伝熱板。

Images