JP2013091103A - 伝熱板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】摩擦攪拌によって形成され平坦性の高い伝熱板を製造する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。
【解決手段】ベース部材2の表面Za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20を挿入する熱媒体用管挿入工程と、蓋溝に蓋板10を挿入する蓋溝閉塞工程と、蓋溝の側壁と蓋板10の側面との突合部に沿って摩擦攪拌を行う接合工程と、ベース部材2の裏面Zb側に凸となる反りを、ベース部材2の表面Za側に引張応力が発生するような曲げモーメントを作用させることで矯正する矯正工程と、を含み、矯正工程では、ベース部材2の裏面側の中央付近に当接する第一補助部材を配置するとともに、ベース部材2の表面側の周縁付近に当接する第二補助部材及び第三補助部材を、第一補助部材を挟んで両側に配置した状態で、ベース部材2をロール矯正することにより前記反りを矯正する。
【選択図】図1
Description
このような観点から、本発明は、平坦性の高い伝熱板を製造する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。
また、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部に沿って接合用回転ツールを相対移動させて摩擦攪拌を行う接合工程と、前記接合工程により形成された前記ベース部材の裏面側に凸となる反りを、前記ベース部材の表面側に引張応力が発生するような曲げモーメントを作用させることで矯正する矯正工程と、を含み、前記矯正工程では、前記ベース部材の裏面側の中央付近に当接する第一補助部材を配置するとともに、前記ベース部材の表面側の周縁付近に当接する第二補助部材及び第三補助部材を、前記第一補助部材を挟んで両側に配置した状態で、前記ベース部材をロール矯正することにより前記反りを矯正することを特徴とする。
また、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、前記凹溝に蓋板を挿入する蓋板挿入工程と、前記凹溝に沿って接合用回転ツールを相対移動させて摩擦攪拌を行う接合工程と、前記接合工程により形成された前記ベース部材の裏面側に凸となる反りを、前記ベース部材の表面側に引張応力が発生するような曲げモーメントを作用させることで矯正する矯正工程と、を含み、前記矯正工程では、前記ベース部材の裏面側の中央付近に当接する第一補助部材を配置するとともに、前記ベース部材の表面側の周縁付近に当接する第二補助部材及び第三補助部材を、前記第一補助部材を挟んで両側に配置した状態で、前記ベース部材をロール矯正することにより前記反りを矯正することを特徴とする。
本発明の第一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。まず、本実施形態に係る製造方法によって製造された伝熱板1について説明する。本実施形態においては、伝熱板1をヒートプレートとして用いる場合を例にして説明する。
熱媒体用管20には、本実施形態においては、マイクロヒーターを挿通するが、他にも例えば、冷却水、冷却ガス、高温液、あるいは高温ガスなどの熱媒体を循環させて、熱媒体の熱をベース部材2及び蓋板10に、あるいは、ベース部材2及び蓋板10の熱を熱媒体に伝達させてもよい。
本実施形態に係る伝熱板1の製造方法は、(1)溝形成工程、(2)熱媒体用管挿入工程、(3)蓋溝閉塞工程、(4)接合工程、(5)矯正工程、(6)焼鈍工程を含むものである。
溝形成工程では、図3の(a)に示すように、ベース部材2の表面Zaに、所定の幅及び深さで蓋溝6及び凹溝8を形成する。溝形成工程は、例えば、公知のエンドミル等を用いて、切削加工により行う。
熱媒体用管挿入工程では、図3の(b)に示すように、溝形成工程で形成された凹溝8に熱媒体用管20を挿入する。
蓋溝閉塞工程では、図3の(c)に示すように、蓋溝6に蓋板10を配置して、蓋溝6を閉塞する。ここで、蓋溝6と蓋板10との突き合わせ面において、蓋溝6と蓋板10の内縁とで突き合わされた部分を突合部J1とし、蓋溝6と蓋板10の外縁とで突き合わされた部分を突合部J2とする。
接合工程では、突合部J1,J2に沿って、接合用回転ツールFを用いて摩擦攪拌を行う。接合工程は、本実施形態では、突合部J1を摩擦攪拌する第一接合工程と、突合部J2を摩擦攪拌する第二接合工程とを含む。
接合用回転ツールFは、図4に示すように、工具鋼などベース部材2よりも硬質の金属材料からなり、円柱状を呈するショルダ部F1と、このショルダ部F1の下端面F11に突設された攪拌ピン(プローブ)F2とを備えて構成されている。接合用回転ツールFの寸法・形状は、ベース部材2の材質や厚さ等に応じて設定すればよい。
まず、ベース部材2の表面Zaの任意の位置に開始位置SM1を設定し、接合用回転ツールFの攪拌ピンF2をベース部材2に押し込む(押圧する)。開始位置SM1は、本実施形態では、ベース部材2の外縁の近傍であり、かつ、突合部J1の近傍に設定する。接合用回転ツールFのショルダ部F1の一部がベース部材2の表面Zaに接触したら、突合部J1の始点s1に向かって接合用回転ツールFを相対移動させる。そして、図6の(a)に示すように、始点s1に達したら、接合用回転ツールFを離脱させずに、そのまま突合部J1に沿って移動させる。
なお、開始位置SM1、始点s1、終了位置EM1及び終点e1は、本実施形態の位置に限定するものではないが、ベース部材2の外縁の近傍であり、かつ、突合部J1の近傍であることが好ましい。
まず、ベース部材2の表面Zaの任意の地点hに開始位置SM2を設定し、接合用回転ツールFの攪拌ピンF2をベース部材2に押し込む(押圧する)。接合用回転ツールFのショルダ部F1の一部がベース部材2の表面Zaに接触したら、突合部J2の始点s2に向かって接合用回転ツールFを相対移動させる。そして、始点s2に達したら、接合用回転ツールFを離脱させずに、そのまま突合部J2に沿って移動させる。
なお、開始位置SM2及び終了位置EM2は、本実施形態の位置に限定するものではないが、ベース部材2の外縁の隅部であることが好ましい。これにより、終了位置EM2に抜け穴が残存する場合は、隅部を切削加工して除去することができる。
矯正工程では、伝熱板1(ベース部材2)の裏面Zbから、ベース部材2の表面Za側に引張応力が発生するような曲げモーメントを作用させて、前記した接合工程により形成された伝熱板1の反りを矯正する。矯正工程では、以下に記すプレス矯正、衝打矯正及びロール矯正の三種類の方法からいずれか一以上の方法を選択して行えばよい。まず、プレス矯正について説明する。
前記した接合工程が終了したら、摩擦攪拌で発生したバリを除去するとともに、図8に示すように、伝熱板1の裏面Zbが上方を向くように裏返し、裏面Zbの中心地点j’(図7の(b)参照)に板状の第一補助部材T1を配置する。さらに、伝熱板1の表面Za側の四隅に、板状の第二補助部材T2,T2及び第三補助部材T3,T3を配置する。即ち、第二補助部材T2、第三補助部材T3は、第一補助部材T1を挟んで両側に配置される。第一補助部材T1乃至第三補助部材T3は、プレス矯正を行う際の当て材又は台座となる部材であるとともに、伝熱板1が傷つかないようにするための部材である。第一補助部材T1乃至第三補助部材T3は、伝熱板1よりも軟質の材料であればよく、例えば、アルミニウム合金、硬質ゴム、プラスチック、木材を用いることができる。なお、第一補助部材T1乃至第三補助部材T3は、伝熱板1の力学特性や反りの曲率に応じて、反りとは反対側に撓ませて反りを矯正するのに十分な厚みで設定すればよい。
次に、衝打矯正について説明する。衝打矯正については、プレス矯正と近似するため、
具体的な図示は省略する。衝打矯正とは、例えばハンマーなどの衝打具を用いて伝熱板に発生した反りを矯正することをいう。衝打矯正は、プレス装置Pに替えてハンマーなどの衝打具で伝熱板1を衝打する点を除いては、プレス矯正と略同等である。
次に、ロール矯正について説明する。前記した接合工程が終了したら、摩擦攪拌で発生したバリを除去するとともに、伝熱板1の裏面Zbが上方を向くように裏返し、裏面Zbの中心地点j’を含んで縦方向と平行になるように長板形状の第一補助部材T1を配置する。さらに、伝熱板1の表面Za側の縁部において縦方向と平行になるように、長板形状の第二補助部材T2及び第三補助部材T3を配置する。即ち、第二補助部材T2、第三補助部材T3は、第一補助部材T1を挟んで両側に配置される。
焼鈍工程では、伝熱板1を焼鈍することにより、伝熱板1の内部応力を除去する。本実施形態では、熱媒体用管20に、例えば、マイクロヒーターを通電させて焼鈍を行う。これにより、伝熱板1の内部応力を除去することができ、伝熱板1の使用時の変形を防止することができる。
第二実施形態に係る伝熱板の製造方法は、図12に示すように、伝熱板21において、熱媒体用管20の周囲に形成される空隙部22に塑性流動材が流入されている点で第一実施形態と相違する。即ち、図1の(b)に示すように、第一実施形態においては、接合工程で摩擦攪拌を行ったとしても、熱媒体用管20の周囲に空隙が形成されてしまう。そこで、第二実施形態に示すように、熱媒体用管20の周囲に形成された空隙部22に塑性流動材を流入させて、当該空隙部22を埋めてもよい。なお、第一実施形態と共通する部分は説明を省略する。
第三実施形態に係る伝熱板の製造方法は、図13に示すように、伝熱板31において、熱媒体用管が挿入されていない点で第一実施形態と相違する。このように、熱媒体用管を設けなくても、凹溝8に直接熱媒体を流入させてもよい。
このようにして形成された伝熱板31に対しても、前記したようにプレス矯正、衝打矯正又はロール矯正を行うことにより、伝熱板31に生じる反りを矯正することができる。
次に、本発明の第四実施形態について説明する。前記した第一実施形態においては、蓋板10の両側面に沿ってそれぞれ摩擦攪拌を行うことで、表面塑性化領域W1,W1のように、二条の塑性化領域が形成されるようにして伝熱板を形成したが、第四実施形態のように、蓋板の幅を小さく設定して、一条の塑性化領域のみが形成されるようにして伝熱板を形成してもよい。
第四実施形態に係る伝熱板の製造方法は、(1)溝形成工程、(2)熱媒体用管挿入工程、(3)蓋板挿入工程、(4)接合工程、(5)矯正工程、(6)焼鈍工程を含むものである。
溝形成工程では、図15及び図16に示すように、ベース部材2の表面Zaに所定の幅及び深さで凹溝43を形成する。溝形成工程は、例えば、公知のエンドミル等を用いて行う。
熱媒体用管挿入工程では、図15及び図16に示すように、溝形成工程で形成された凹溝43に熱媒体用管20を挿入する。
蓋板挿入工程では、図15及び図16に示すように、凹溝43に蓋板42を挿入して凹溝43を閉塞する。ここで、凹溝43と蓋板42との突き合わせ面において、凹溝43の一方の側壁43aと、蓋板42の一方の側面42aとで突き合わされた部分を突合部J3とし、凹溝43の他方の側壁43bと、蓋板42の他方の側面42bとで突き合わされた部分を突合部J4とする。
接合工程では、蓋板42(凹溝43)に沿って接合用回転ツールFを用いて摩擦攪拌を行う。接合工程は、本実施形態ではタブ材を配置するタブ材配置工程と、摩擦攪拌を行う接合工程とを含む。
矯正工程は、前記した接合工程で発生した反りを解消するために行う工程である。矯正工程は、第一実施形態で示したプレス矯正、衝打矯正又はロール矯正のいずれかを行えばよいため、説明を省略する。
焼鈍工程では、伝熱板41を焼鈍することにより、伝熱板41の内部応力を除去する。本実施形態では、熱媒体用管20に、例えば、マイクロヒーターを通電させて焼鈍を行う。これにより、伝熱板41の内部応力を除去することができ、伝熱板41の使用時の変形を防止することができる。
第五実施形態は、第四実施形態の変形例である。第五実施形態に係る伝熱板の製造方法は、図19に示すように、熱媒体用管を有さない点で第四実施形態と相違する。即ち、第四実施形態において、熱媒体用管を用いずに、凹溝43に直接熱媒体を流動させてもよい。
このようにして形成された伝熱板51に対しても前記した矯正工程を行うことで伝熱板51の平坦性を高めることができる。
2 ベース部材
6 蓋溝
8 凹溝
10 蓋板
20 熱媒体用管
22 空隙部
F 接合用回転ツール
J 突合部
P プレス装置
R1 ロール
R2 ロール
T1 第一補助部材
T2 第二補助部材
T3 第三補助部材
W 塑性化領域
Za 表面
Zb 裏面
Claims (7)
- ベース部材の表面側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部に沿って接合用回転ツールを相対移動させて摩擦攪拌を行う接合工程と、
前記接合工程により形成された前記ベース部材の裏面側に凸となる反りを、前記ベース部材の表面側に引張応力が発生するような曲げモーメントを作用させることで矯正する矯正工程と、を含み、
前記矯正工程では、前記ベース部材の裏面側の中央付近に当接する第一補助部材を配置するとともに、前記ベース部材の表面側の周縁付近に当接する第二補助部材及び第三補助部材を、前記第一補助部材を挟んで両側に配置した状態で、前記ベース部材をロール矯正することにより前記反りを矯正することを特徴とする伝熱板の製造方法。 - 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部に沿って接合用回転ツールを相対移動させて摩擦攪拌を行う接合工程と、
前記接合工程により形成された前記ベース部材の裏面側に凸となる反りを、前記ベース部材の表面側に引張応力が発生するような曲げモーメントを作用させることで矯正する矯正工程と、を含み、
前記矯正工程では、前記ベース部材の裏面側の中央付近に当接する第一補助部材を配置するとともに、前記ベース部材の表面側の周縁付近に当接する第二補助部材及び第三補助部材を、前記第一補助部材を挟んで両側に配置した状態で、前記ベース部材をロール矯正することにより前記反りを矯正することを特徴とする伝熱板の製造方法。 - 前記接合工程において、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れた塑性流動材を流入させ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。
- ベース部材の表面側に開口する凹溝に蓋板を挿入する蓋板挿入工程と、
前記凹溝に沿って接合用回転ツールを相対移動させて摩擦攪拌を行う接合工程と、
前記接合工程により形成された前記ベース部材の裏面側に凸となる反りを、前記ベース部材の表面側に引張応力が発生するような曲げモーメントを作用させることで矯正する矯正工程と、を含み、
前記矯正工程では、前記ベース部材の裏面側の中央付近に当接する第一補助部材を配置するとともに、前記ベース部材の表面側の周縁付近に当接する第二補助部材及び第三補助部材を、前記第一補助部材を挟んで両側に配置した状態で、前記ベース部材をロール矯正することにより前記反りを矯正することを特徴とする伝熱板の製造方法。 - ベース部材の表面側に開口する凹溝に、熱媒体用管を挿入する熱媒体用管挿入工程と、
前記凹溝に蓋板を挿入する蓋板挿入工程と、
前記凹溝に沿って接合用回転ツールを相対移動させて摩擦攪拌を行う接合工程と、
前記接合工程により形成された前記ベース部材の裏面側に凸となる反りを、前記ベース部材の表面側に引張応力が発生するような曲げモーメントを作用させることで矯正する矯正工程と、を含み、
前記矯正工程では、前記ベース部材の裏面側の中央付近に当接する第一補助部材を配置するとともに、前記ベース部材の表面側の周縁付近に当接する第二補助部材及び第三補助部材を、前記第一補助部材を挟んで両側に配置した状態で、前記ベース部材をロール矯正することにより前記反りを矯正することを特徴とする伝熱板の製造方法。 - 前記接合工程では、前記接合用回転ツールの押圧力によって前記蓋板が前記熱媒体用管の上部を押圧するとともに、前記蓋板の少なくとも上部と前記ベース部材とを摩擦攪拌することを特徴とする請求項5に記載の伝熱板の製造方法。
- 前記各補助部材は、前記ベース部材よりも硬度が低い材料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。
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