JP2016163909A - 伝熱板の製造方法及び摩擦攪拌接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】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水密性及び気密性の高め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２ａに開口する凹溝３の周囲に形成された蓋溝４に、蓋板５を挿入する蓋溝閉塞工程と、蓋溝４の側壁と蓋板５の側面との突合部Ｊに沿って攪拌ピンＦ２を備えた本接合用回転ツールＦを相対移動させて摩擦攪拌を行う本接合工程と、を含み、本接合工程において、回転した攪拌ピンＦ２を突合部Ｊに挿入し、攪拌ピンＦ２のみをベース部材２および蓋板５に接触させて摩擦熱を発生させつつ、攪拌ピンＦ２の基端部を露出させた状態で摩擦攪拌を行うことを特徴とする。
【選択図】図６

Description

本発明は、伝熱板の製造方法及び摩擦攪拌接合方法に関する。

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部の深い位置まで挿入している。突合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。

特開２００２−２５７４９０号公報

例えば、伝熱板の流路をベース部材の深い位置に設ける場合、蓋溝の深さを大きくするとともに、蓋板の厚さを大きくする必要がある。このような場合には、摩擦攪拌接合で用いる回転ツールの攪拌ピンの長さ及び外径を大きくする必要があり、さらには、この攪拌ピンの大型化に伴って、ショルダ部の外径も大きくする必要がある。ところが、ショルダ部の外径を大きくすると、ベース部材及び蓋板とショルダ部との摩擦が大きくなるため、摩擦攪拌装置にかかる負荷が大きくなるという問題がある。これにより、伝熱板の深い位置に流路を形成することが困難になっていた。

また、例えば、板状の金属部材同士を重ね合わせて形成された重合部に対して、金属部材の表面から垂直に回転ツールを挿入し、金属部材同士を摩擦攪拌接合する場合がある。このような場合であっても、金属部材の板厚が大きく重合部が深い位置にある場合、摩擦攪拌接合が困難になるという問題がある。

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水密性及び気密性の高め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、本発明は、重ね合わせた金属部材の重合部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摩擦攪拌接合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部に沿って、攪拌ピンを備えるとともに摩擦攪拌装置の回転軸に連結され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、前記本接合工程の終了後、前記本接合工程における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と、を含み、前記攪拌ピンの外周面には螺旋溝が刻設されており、前記螺旋溝を上から下に向かうにつれて左回りに形成する場合は、前記回転ツールを右回転させ、前記螺旋溝を上から下に向かうにつれて右回りに形成する場合は、前記回転ツールを左回転させ、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部に挿入し、前記摩擦攪拌装置及び前記回転ツールのうち前記回転ツールの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て摩擦熱を発生させつつ、前記攪拌ピンの基端部を露出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部に沿って、攪拌ピンを備えるとともに摩擦攪拌装置の回転軸に連結され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、前記本接合工程の終了後、前記本接合工程における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と、を含み、前記攪拌ピンの外周面には螺旋溝が刻設されており、前記螺旋溝を上から下に向かうにつれて左回りに形成する場合は、前記回転ツールを右回転させ、前記螺旋溝を上から下に向かうにつれて右回りに形成する場合は、前記回転ツールを左回転させ、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部に挿入し、前記摩擦攪拌装置及び前記回転ツールのうち前記回転ツールの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て摩擦熱を発生させつつ、前記攪拌ピンの基端部を露出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ことになるので、従来の製造方法に比べて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、前記本接合工程の前に、前記突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、本接合工程の際の突合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又は凹部を覆うように、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、攪拌ピンを備えるとともに摩擦攪拌装置の回転軸に連結され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、前記本接合工程の終了後、前記本接合工程における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と、を含み、前記攪拌ピンの外周面には螺旋溝が刻設されており、前記螺旋溝を上から下に向かうにつれて左回りに形成する場合は、前記回転ツールを右回転させ、前記螺旋溝を上から下に向かうにつれて右回りに形成する場合は、前記回転ツールを左回転させ、前記本接合工程では、前記摩擦攪拌装置及び前記回転ツールのうち前記回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記ベース部材と前記蓋板の両方、又は、前記蓋板のみに接触させて摩擦熱を発生させつつ、前記攪拌ピンの基端部を露出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又は凹部を覆うように、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、攪拌ピンを備えるとともに摩擦攪拌装置の回転軸に連結され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、前記本接合工程の終了後、前記本接合工程における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と、を含み、前記攪拌ピンの外周面には螺旋溝が刻設されており、前記螺旋溝を上から下に向かうにつれて左回りに形成する場合は、前記回転ツールを右回転させ、前記螺旋溝を上から下に向かうにつれて右回りに形成する場合は、前記回転ツールを左回転させ、前記本接合工程では、前記摩擦攪拌装置及び前記回転ツールのうち前記回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記ベース部材と前記蓋板の両方、又は、前記ベース部材のみに接触させて摩擦熱を発生させつつ、前記攪拌ピンの基端部を露出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もしくは蓋板、又は、ベース部材と蓋板の両方に接触することになるので、従来の製造方法に比べて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、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。また、前記攪拌ピンは上から下に向かうにつれて先細りになっていることが好ましい。

また、本発明は、攪拌ピンを備えるとともに摩擦攪拌装置の回転軸に連結された回転ツールを用いて二つの金属部材を接合する摩擦攪拌接合方法であって、一方の前記金属部材の表面と他方の前記金属部材の裏面とを重ね合わせて重合部を形成する重合部形成工程と、他方の前記金属部材の表面から回転した前記攪拌ピンを挿入し、前記摩擦攪拌装置及び前記回転ツールのうち前記回転ツールの前記攪拌ピンのみを一方の前記金属部材と他方の前記金属部材の両方、又は、他方の前記金属部材のみに接触させて摩擦熱を発生させつつ、前記攪拌ピンの基端部を露出させた状態で前記重合部の摩擦攪拌を行う本接合工程と、
前記本接合工程の終了後、前記本接合工程における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と、を含み、前記攪拌ピンの外周面には螺旋溝が刻設されており、前記螺旋溝を上から下に向かうにつれて左回りに形成する場合は、前記回転ツールを右回転させ、前記螺旋溝を上から下に向かうにつれて右回りに形成する場合は、前記回転ツールを左回転させることを特徴とする。

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金属部材の両方又は片方に接触することになるので、従来の製造方法に比べて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。

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、前記攪拌ピンは上から下に向かうにつれて先細りになっていることが好ましい。

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及び気密性を高めることができる。また、本発明に係る摩擦攪拌接合方法によれば、重ね合わせた金属部材の重合部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。

（ａ）は本実施形態の本接合用回転ツールを示した側面図であり、（ｂ）は本接合用回転ツールの接合形態を示した模式断面図である。 （ａ）は本実施形態の仮接合用回転ツールを示した側面図であり、（ｂ）は仮接合用回転ツールの接合形態を示した模式断面図である。 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を示す断面図であって、（ａ）は準備工程を示し、（ｂ）は蓋溝閉塞工程を示す。 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を示す断面図であって、（ａ）は仮接合工程を示し、（ｂ）は本接合工程を示す。 本発明の第二実施形態に係る伝熱板の製造方法を示す断面図であって、（ａ）は準備工程を示し、（ｂ）は蓋溝閉塞工程を示す。 （ａ）は第二実施形態に係る本接合工程を示す断面図であり、（ｂ）は変形例を示す拡大断面図である。 本発明の第三実施形態に係る伝熱板の製造方法を示す断面図であって、（ａ）は仮接合工程を示し、（ｂ）は本接合工程を示す。 本発明の第四実施形態に係る伝熱板の製造方法を示す断面図であって、（ａ）は仮接合工程を示し、（ｂ）は本接合工程を示す。 （ａ）は本発明の第五実施形態に係る摩擦攪拌接合方法を示す断面図であって、（ｂ）は第五実施形の変形例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ついて、図面を参照して詳細に説明する。まずは、本実施形態で用いる本接合用回転ツール及び仮接合用回転ツールについて説明する。

本接合用回転ツールＦは、図１の（ａ）に示すように、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、特許請求の範囲の「回転ツール」に相当する。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、図１の（ｂ）に示す摩擦攪拌装置の回転軸Ｄ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Ｂ，Ｂ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。攪拌ピンＦ２の外周面には螺旋溝Ｆ３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Ｆ３は、上から下に向かうにつれ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Ｆ３を上から下に向かうにつれて右回りに形成することが好ましい。螺旋溝Ｆ３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Ｆ３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（後記するベース部材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。

図１の（ｂ）に示すように、本接合用回転ツールＦを用いて摩擦攪拌接合をする際には、被接合金属部材に回転した攪拌ピンＦ２のみを挿入し、被接合金属部材と連結部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接合を行う。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。

仮接合用回転ツールＧは、図２の（ａ）に示すように、ショルダ部Ｇ１と、攪拌ピンＧ２とで構成されている。仮接合用回転ツールＧは、例えば工具鋼で形成されている。ショルダ部Ｇ１は、図２の（ｂ）に示すように、摩擦攪拌装置の回転軸Ｄに連結される部位であるとともに、塑性流動化した金属を押える部位である。ショルダ部Ｇ１は円柱状を呈する。ショルダ部Ｇ１の下端面は、流動化した金属が外部へ流出するのを防ぐために凹状になっている。

攪拌ピンＧ２は、ショルダ部Ｇ１から垂下しており、ショルダ部Ｇ１と同軸になっている。攪拌ピンＧ２はショルダ部Ｇ１から離間するにつれて先細りになっている。攪拌ピンＧ２の外周面には螺旋溝Ｇ３が刻設されている。

図２の（ｂ）に示すように、仮接合用回転ツールＧを用いて摩擦攪拌接合をする際には、回転した攪拌ピンＧ２とショルダ部Ｇ１の下端を被接合金属部材に挿入しつつ移動させる。仮接合用回転ツールＧ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Ｗ１が形成される。

次に、本実施形態の伝熱板について説明する。図３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。

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部Ｊ，Ｊが形成される。突合部Ｊ，Ｊ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４の（ａ）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４の（ｂ）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部Ｊ，Ｊが形成される。蓋板５の上面と表面２ａとは面一になる。

図５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、突合部Ｊ，Ｊ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６の（ａ）に示すように、仮接合工程は、仮接合用回転ツールＧを用いて突合部Ｊ，Ｊ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、ベース部材２及びタブ材１０の表面上であれば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、一方の突合部Ｊ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、他方の突合部Ｊ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６の（ｂ）に示すように、本接合工程は、本接合用回転ツールＦを用いて突合部Ｊ，Ｊ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。本接合工程では、本接合用回転ツールＦの先端が、蓋溝４の底面に達するように本接合用回転ツールＦを挿入することが好ましい。攪拌ピンＦ２は、蓋溝４の深さよりも長くなっているため、攪拌ピンＦ２の先端が蓋溝４の底面に達しても、連結部Ｆ１がベース部材２及び蓋板５に当接しない。つまり、本接合工程では、連結部Ｆ１の下面でベース部材２及び蓋板５の表面を押えない。

本接合用回転ツールＦの移動軌跡には、塑性化領域Ｗが形成される。突合部Ｊと凹溝３との距離は、本接合工程を行った際に、凹溝３に塑性流動材が流入しないように設定することが好ましい。本接合工程が終了したら、タブ材１０をベース部材２から切除する。

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、従来の製造方法に比べてベース部材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、必ずしも突合部Ｊ，Ｊ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部Ｊ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、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。また、仮接合工程及び本接合工程では、摩擦攪拌の途中で仮接合用回転ツールＧ及び本接合用回転ツールＦをベース部材２から離脱させず、一筆書きの要領で各回転ツールを移動させるため、作業手間を少なくすることができる。

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、溶接によって突合部Ｊ，Ｊ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７の（ａ）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７の（ｂ）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部Ｊ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の上面とは面一になる。

仮接合工程は、突合部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、第一実施形態と同じ要領で行う。

図８に示すように、本接合工程は、本接合用回転ツールＦを用いて突合部Ｊ，Ｊ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、突合部Ｊ，Ｊ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８の（ｂ）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９の（ａ）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Ｊ１が形成される。

仮接合工程は、重合部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、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Ｊ１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９の（ｂ）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Ｊ１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から垂直に挿入し、本接合用回転ツールＦの攪拌ピンＦ２の先端をベース部材２に入り込ませる。また、本接合工程では、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。これにより、伝熱板１Ａ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に板厚の大きい蓋板５を載置する形態であっても、伝熱板１Ａ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、蓋板５の板厚が大きく、重合部Ｊ１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、従来の製造方法に比べてベース部材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１Ａの流路を深い位置に容易に形成することができる。

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Ｊ１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、本実施形態では、攪拌ピンＦ２の先端が、ベース部材２に達する位置まで押し込むように設定したが、ベース部材２に達しないように設定する、つまり、攪拌ピンＦ２と蓋板５のみとが接触する位置まで押し込み、重合部Ｊ１を摩擦攪拌するように設定してもよい。このような場合は、攪拌ピンＦ２と蓋板５との接触によって生じた摩擦熱で、ベース部材２及び蓋板５が塑性流動化されることにより、重合部Ｊ１が接合される。

また、本実施形態では、蓋板５の表面５ａから本接合用回転ツールＦを挿入したが、ベース部材２の裏面２ｂから本接合用回転ツールＦを挿入して、重合部Ｊ１を摩擦攪拌するようにしてもよい。このような場合であっても、攪拌ピンＦ２は、ベース部材２及び蓋板５の両方と接触する位置まで押し込んでもよいし、ベース部材２のみと接触する位置まで押し込んで、摩擦攪拌するように設定してもよい。

〔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、閉塞工程と、仮接合工程と、本接合工程とを行う。

図１０の（ａ）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Ｊ１が形成される。図１０の（ｂ）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１Ｂ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１Ｂを容易に形成することができる。

なお、本実施形態では、攪拌ピンＦ２の先端が、ベース部材２に達する位置まで押し込むように設定したが、ベース部材２に達しないように設定する、つまり、攪拌ピンＦ２と蓋板５のみとが接触する位置まで押し込み、重合部Ｊ１を摩擦攪拌するように設定してもよい。このような場合は、攪拌ピンＦ２と蓋板５との接触によって生じた摩擦熱で、ベース部材２及び蓋板５が塑性流動化されることにより、重合部Ｊ１が接合される。

また、本実施形態では、蓋板５の表面５ａから本接合用回転ツールＦを挿入したが、ベース部材２の裏面２ｂから本接合用回転ツールＦを挿入して、重合部Ｊ１を摩擦攪拌するようにしてもよい。この場合であっても、攪拌ピンＦ２は、ベース部材２及び蓋板５の両方と接触する位置まで押し込んでもよいし、ベース部材２のみと接触する位置まで押し込んで、摩擦攪拌するように設定してもよい。

〔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１１の（ａ）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Ｊ１を形成する。

仮接合工程は、重合部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、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Ｊ１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Ｊ１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を挿入し、攪拌ピンＦ２の先端が金属部材３１に入り込むように設定する。また、本接合工程では、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。これにより、複合板１Ｃ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１Ｃ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Ｊ１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、従来の製造方法に比べて金属部材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Ｊ１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。

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Ｊ１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、図１１の（ｂ）に示すように、本接合工程を行う際に、攪拌ピンＦ２の先端が金属部材３１に達しないようにする、つまり、攪拌ピンＦ２が金属部材３２のみと接触するように設定して摩擦攪拌を行ってもよい。このような場合は、塑性化領域Ｗと重合部Ｊ１とを接触させることで、金属部材３１，３２同士を接合することができる。つまり、攪拌ピンＦ２と金属部材３２との接触によって生じた摩擦熱で、金属部材３１，３２が塑性流動化されることにより、重合部Ｊ１を接合することができる。

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）
Ｆ１ 攪拌ピン
Ｇ 仮接合用回転ツール
Ｊ 突合部
Ｊ１ 重合部
Ｗ 塑性化領域

Claims (10)

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部に沿って、攪拌ピンを備えるとともに摩擦攪拌装置の回転軸に連結され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、
   前記本接合工程の終了後、前記本接合工程における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と、を含み、
   前記攪拌ピンの外周面には螺旋溝が刻設されており、
   前記螺旋溝を上から下に向かうにつれて左回りに形成する場合は、前記回転ツールを右回転させ、
   前記螺旋溝を上から下に向かうにつれて右回りに形成する場合は、前記回転ツールを左回転させ、
   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部に挿入し、前記摩擦攪拌装置及び前記回転ツールのうち前記回転ツールの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て摩擦熱を発生させつつ、前記攪拌ピンの基端部を露出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部に沿って、攪拌ピンを備えるとともに摩擦攪拌装置の回転軸に連結され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、
   前記本接合工程の終了後、前記本接合工程における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と、を含み、
   前記攪拌ピンの外周面には螺旋溝が刻設されており、
   前記螺旋溝を上から下に向かうにつれて左回りに形成する場合は、前記回転ツールを右回転させ、
   前記螺旋溝を上から下に向かうにつれて右回りに形成する場合は、前記回転ツールを左回転させ、
   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部に挿入し、前記摩擦攪拌装置及び前記回転ツールのうち前記回転ツールの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て摩擦熱を発生させつつ、前記攪拌ピンの基端部を露出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又は凹部を覆うように、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、攪拌ピンを備えるとともに摩擦攪拌装置の回転軸に連結され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、
   前記本接合工程の終了後、前記本接合工程における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と、を含み、
   前記攪拌ピンの外周面には螺旋溝が刻設されており、
   前記螺旋溝を上から下に向かうにつれて左回りに形成する場合は、前記回転ツールを右回転させ、
   前記螺旋溝を上から下に向かうにつれて右回りに形成する場合は、前記回転ツールを左回転させ、
   前記本接合工程では、前記摩擦攪拌装置及び前記回転ツールのうち前記回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記ベース部材と前記蓋板の両方、又は、前記蓋板のみに接触させて摩擦熱を発生させつつ、前記攪拌ピンの基端部を露出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又は凹部を覆うように、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、攪拌ピンを備えるとともに摩擦攪拌装置の回転軸に連結され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、
   前記本接合工程の終了後、前記本接合工程における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と、を含み、
   前記攪拌ピンの外周面には螺旋溝が刻設されており、
   前記螺旋溝を上から下に向かうにつれて左回りに形成する場合は、前記回転ツールを右回転させ、
   前記螺旋溝を上から下に向かうにつれて右回りに形成する場合は、前記回転ツールを左回転させ、
   前記本接合工程では、前記摩擦攪拌装置及び前記回転ツールのうち前記回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記ベース部材と前記蓋板の両方、又は、前記ベース部材のみに接触させて摩擦熱を発生させつつ、前記攪拌ピンの基端部を露出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. 前記攪拌ピンは上から下に向かうにつれて先細りになっていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の伝熱板の製造方法。
8. 攪拌ピンを備えるとともに摩擦攪拌装置の回転軸に連結された回転ツールを用いて二つの金属部材を接合する摩擦攪拌接合方法であって、
   一方の前記金属部材の表面と他方の前記金属部材の裏面とを重ね合わせて重合部を形成する重合部形成工程と、
   他方の前記金属部材の表面から回転した前記攪拌ピンを挿入し、前記摩擦攪拌装置及び前記回転ツールのうち前記回転ツールの前記攪拌ピンのみを一方の前記金属部材と他方の前記金属部材の両方、又は、他方の前記金属部材のみに接触させて摩擦熱を発生させつつ、前記攪拌ピンの基端部を露出させた状態で前記重合部の摩擦攪拌を行う本接合工程と、
   前記本接合工程の終了後、前記本接合工程における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と、を含み、
   前記攪拌ピンの外周面には螺旋溝が刻設されており、
   前記螺旋溝を上から下に向かうにつれて左回りに形成する場合は、前記回転ツールを右回転させ、
   前記螺旋溝を上から下に向かうにつれて右回りに形成する場合は、前記回転ツールを左回転させることを特徴とする摩擦攪拌接合方法。
9. 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８に記載の摩擦攪拌接合方法。
10. 前記攪拌ピンは上から下に向かうにつれて先細りになっていることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の摩擦攪拌接合方法。

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