JP4134580B2 - Member joining method, radiator manufacturing method and radiator manufacturing jig - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、互いに間隔をあけた複数枚の板材をベース板の一方の面に立設させて接合する部材接合方法に関する。また、この方法を利用して、ＩＣ用放熱器、ペルチェ素子用放熱器、モーター用放熱器、電子制御部品用放熱器等として使用される放熱器を製造する方法に関し、さらに、該方法を用いて製造された放熱器及び該方法に用いられる放熱器製造用冶具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
互いに間隔をあけた複数枚のフィンをベース板の一方の面に立設してなる放熱器の製造方法としては、たとえば放熱器全体をアルミニウムの押出により一体成形するものがある（特開２００１−３８４１６公報参照）。また、棒状部と該棒状部の上面に立設されたフィンとで断面Ｌ字形又は断面凸字形に押出成形されたアルミニウム製の放熱器構成部材を複数個並列状に配置し、棒状部同士を互いにろう接することによってアルミニウム製の放熱器を製造するものもある（特開平６−１７７２８９号公報参照）。さらに、放熱性能を高めるために熱伝導性の高い銅を用い、銅製のベース板の一方の面に複数枚のアルミニウム製のフィンをろう接するものもある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、放熱器全体をアルミニウムの押出により一体成形する場合、トング比（フィン高さ／フィン間隔）による製造限界がある。つまり、トング比の高い（ハイトング比の）放熱器ほど放熱性能が高いのであるが、アルミニウムの押出成形では、トング比２０を超えるものを製造できず放熱器の放熱性能向上に限界がある。
また、ろう接による場合は、真空炉中などで所定時間にわたり加熱保持する工程が必要であり、製造コストが高いという問題がある。
【０００４】
そして、このような従来技術の問題は、放熱器の製造方法だけでなく、互いに間隔をあけた複数枚の板材をベース板の一方の面に立設させて接合する場合について広く当てはまるものである。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑み、まず、板厚が薄く高さの大きな複数枚の板材を、ベース板の一方の面に短ピッチで簡単に立設させて接合することができる部材接合方法を提案するものである。さらに本発明は、ハイトング比の放熱器を低コストで製造できる放熱器の製造方法を提案し、併せて、該方法によって製造された放熱性能の高い放熱器及び該方法に用いられる放熱器製造用冶具を提案するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、互いに間隔をあけた複数枚の板材をベース板の一方の面に立設させて接合する方法であって、互いに間隔をあけて並べられた複数枚の板材と、これらの板材の間にそれぞれ挟み込まれたスペーサと、一方の面に前記各板材が立設されたベース板と、を配置する部材配置工程と、円周方向に回転する円板状の接合ツールの周面を、前記ベース板の他方の面に押し当てつつその表面に沿って移動させることにより、前記ベース板に前記各板材を接合する摩擦振動接合工程と、前記各スペーサを取り外すスペーサ離脱工程と、を含むことを特徴とする部材接合方法である。
【０００７】
かかる部材接合方法では、まず部材配置工程で板材とベース板とスペーサを所定の位置にセットする。これらの部材の材質は特に限定されるものではなく、板材同士、スペーサ同士、板材とスペーサ、はそれぞれ同種材料からなるものとしてもよいし、それぞれ数種の異種材料からなるものとしてもよい。スペーサの形状も特に限定されるものではなく、スペーサ同士が相互に連結されていてもよい。
このとき、各板材相互間にそれぞれスペーサを挟み込むので、板材相互の間隔を正確に保ちつつ簡単に位置決めすることができ、しかもスペーサによって板材が補強されるので、板材の厚さをかなり薄くすることも可能である。また、スペーサの厚さを変更するだけで板材の配置間隔を任意に変更でき、さらに板材の高さを併せて変更することによって、特に板厚が薄く高さの大きな複数枚の板材を、ベース板の一方の面に短ピッチで立設接合することができる。なお、本工程でベース板の一方の面に各板材を立設配置した状態では、各スペーサはベース板の該一方の面に当接していなくてもよいが、次工程で接合ツールの押圧力によって板材に曲げ応力が作用することを考慮すれば、スペーサによる板材の補強効果を高めるため、各スペーサもベース板の該一方の面に当接させることが望ましい。また、続く摩擦振動接合工程では、ベース板の他方の面に接合ツールを押し当てつつ各板材とベース板とを摩擦振動接合する。したがって、ろう接のように真空炉中などで所定時間にわたり加熱保持する必要がなく、接合コストを削減することができる。なお、ベース板と板材との接合強度を高めるためには、各板材の基端面全面を辿るようにベース板の裏面（ベース板の他方の面）において接合ツールを移動させることによって、各板材をベース板に完全に接合することが望ましいが、接合コストの削減を重視するのであれば、各板材の基端面の一部だけを辿るように接合ツールを移動させればよい。また、ベース板と各板材とを摩擦振動接合するときにベース板と各スペーサとを接合してしまってもよいが、次工程でスペーサを取り外すことを考慮すれば、ベース板と各スペーサとが接合されないような軌跡で接合ツールを移動させることが望ましい。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の部材接合方法において、スペーサが、板材及びベース板よりも溶融点の高い材料からなる、ことを特徴とする。
【０００９】
かかる部材接合方法では、スペーサの溶融点が板材及びベース板の溶融点よりも高くなっているので、接合ツールの回転数や送り速度を所定の範囲に設定することによって、スペーサが板材やベース板に接合されないようにして、ベース板と板材だけを接合することが簡単にできるようになる。
また、この場合、摩擦振動接合工程を完了した段階でスペーサが板材やベース板に接合されていないので、最後のスペーサ離脱工程では手間をかけずにスペーサを取り外すことができる。たとえば板材及びスペーサを下にしてベース板を上に持ち上げれば、スペーサを残したまま板材だけがベース板と一体に持ち上がるので、簡単にスペーサを取り外して、複数枚の板材をベース板の一方の面に立設接合した状態とすることができる。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載の部材接合方法において、ベース板が、板材よりも溶融点の高い材料からなる、ことを特徴とする。
【００１１】
かかる部材接合方法では、板材とベース板との境界面を両者の接合に必要な温度まで上昇させたときにベース板の変形抵抗を高く保つことができるので、接合ツールの押圧力を境界面に効率よく伝達しながら板材とベース板の間に隙間のない高強度の接合を行うことができる。
【００１２】
請求項４に係る発明は、互いに間隔をあけた複数枚の金属製のフィンを金属製のベース板の一方の面に立設してなる放熱器を製造する方法であって、互いに間隔をあけて並べられた複数枚のフィンと、これらのフィンの間にそれぞれ挟み込まれたスペーサと、一方の面に前記各フィンが立設されたベース板と、を前記各スペーサの基端面を前記ベース板の一方の面に当接させた状態で配置する部材配置工程と、円周方向に回転する円板状の接合ツールの周面を、前記ベース板の他方の面に押し当てつつその表面に沿って移動させることにより、前記ベース板に前記各フィンを接合する摩擦振動接合工程と、前記各スペーサを取り外すスペーサ離脱工程と、を含むことを特徴とする放熱器の製造方法である。
【００１３】
かかる放熱器の製造方法では、まず部材配置工程でフィンとベース板とスペーサを所定の位置にセットする。スペーサの材質や形状は特に限定されるものではない。このとき、各フィン相互間にそれぞれスペーサを挟み込むので、フィン相互の間隔を正確に保ちつつ簡単に位置決めすることができ、しかもスペーサによってフィンが補強されるので、フィンの厚さをかなり薄くすることも可能である。また、スペーサの厚さを変更するだけでフィンの配置間隔を任意に変更でき、さらにフィンの高さを併せて変更することによって、特にハイトング比の放熱器を簡単に製造することができる。なお、本工程でベース板の一方の面に各フィンを立設配置した状態では、次工程で接合ツールの押圧力によってフィンに曲げ応力が作用することを考慮し、スペーサによるフィンの補強効果を高めるため、各スペーサもベース板の該一方の面に当接させる。また、続く摩擦振動接合工程では、ベース板の他方の面に接合ツールを押し当てつつ各フィンとベース板とを摩擦振動接合する。したがって、ろう接のように真空炉中などで所定時間にわたり加熱保持する必要がなく、製造コストを削減することができる。なお、ベース板とフィンとの接合強度を高めるためには、各フィンの基端面全面を辿るようにベース板の裏面（ベース板の他方の面）において接合ツールを移動させることによって、各フィンをベース板に完全に接合することが望ましいが、製造コストの削減を重視するのであれば、各フィンの基端面の一部だけを辿るように接合ツールを移動させればよい。また、ベース板と各フィンとを摩擦振動接合するときにベース板と各スペーサとを接合してしまってもよいが、次工程でスペーサを取り外すことを考慮すれば、ベース板と各スペーサとが接合されないような軌跡で接合ツールを移動させることが望ましい。
【００１４】
請求項５に係る発明は、互いに間隔をあけた複数枚の金属製のフィンを金属製のベース板の一方の面に立設してなる放熱器を製造する方法であって、互いに間隔をあけて並べられた複数枚のフィンと、基端面がそれ自体の厚さ以内で前記各フィンの基端面よりも埋没するように該各フィンの間にそれぞれ挟み込まれたスペーサと、を配置するフィン配置工程と、ベース板を、その一方の面に前記各フィンが立設するように、前記各スペーサの基端面よりも突出する前記各フィンの基端部を折り曲げつつ配置するベース板配置工程と、円周方向に回転する円板状の接合ツールの周面を、前記ベース板の他方の面に押し当てつつその表面に沿って移動させることにより、前記ベース板に前記各フィンの基端部を接合する摩擦振動接合工程と、前記各スペーサを取り外すスペーサ離脱工程と、を含むことを特徴とする放熱器の製造方法である。
【００１５】
かかる放熱器の製造方法は、請求項４に記載の放熱器の製造方法と略同様であるが、フィン（及びスペーサ）を配置する工程とベース板を配置する工程とを分け、まずフィン配置工程で、各フィンの基端面（ベース板側の端面）よりも各スペーサの基端面が埋没するように（フィンの基端面がスペーサの基端面よりも突出するように）配置しておき、続くベース板配置工程で、ベース板をフィンに押し付けることによって、フィンの基端部（スペーサよりも突出している部分）を折り曲げる。なお、スペーサの基端面からのフィンの基端部の突出長さはスペーサの厚さ以内となっているので、各フィンの基端部を折り曲げてもこれらが相互に重複することはない。このようにすれば、フィンの厚さがかなり薄い場合であっても、フィンの基端部がベース板に重ね合わされた状態で接触するので、フィンとベース板との接触面積を大きくして両者を確実に接合することができる。
【００１６】
請求項６に係る発明は、請求項４又は請求項５に記載の放熱器の製造方法において、スペーサが、フィン及びベース板よりも溶融点の高い材料からなる、ことを特徴とする。
【００１７】
かかる放熱器の製造方法では、スペーサの溶融点がフィン及びベース板の溶融点よりも高くなっているので、接合ツールの回転数や送り速度を所定の範囲に設定することによって、スペーサがフィンやベース板に接合されないようにして、ベース板とフィンだけを接合することが簡単にできるようになる。
また、この場合、摩擦振動接合工程を完了した段階でスペーサがフィンやベース板に接合されていないので、最後のスペーサ離脱工程では手間をかけずにスペーサを取り外すことができる。たとえばフィン及びスペーサを下にしてベース板を上に持ち上げれば、スペーサを残したままフィンだけがベース板と一体に持ち上がるので、簡単にスペーサを取り外して放熱器を完成させることができる。
【００１８】
請求項７に係る発明は、請求項４乃至請求項６のいずれか一項に記載の放熱器の製造方法において、ベース板が、フィンよりも溶融点の高い材料からなる、ことを特徴とする。
【００１９】
かかる放熱器の製造方法では、フィンとベース板との境界面を両者の接合に必要な温度まで上昇させたときにベース板の変形抵抗を高く保つことができるので、接合ツールの押圧力を境界面に効率よく伝達しながらフィンとベース板の間に隙間のない高強度の接合を行うことができる。
【００２０】
請求項８に係る発明は、請求項７に記載の放熱器の製造方法において、フィンがアルミニウム合金からなり、ベース板が銅からなる、ことを特徴とする。
【００２１】
かかる放熱器の製造方法によれば、銅の熱伝導性の高さを活かした放熱性能の高い放熱器を製造することができる。
【００２２】
請求項９に係る発明は、互いに間隔をあけた複数個の金属製のフィン構成材を金属製のベース板の一方の面に立設してなる放熱器を製造する方法であって、互いに間隔をあけて並べられ、それぞれが左右一対のフィンとこれらの端部を連結する基端部とで断面凹字形に形成された複数個のフィン構成材と、前記各フィン構成材相互間に挟み込まれたスペーサと、前記各フィン構成材の左右のフィンの間に挟み込まれたスペーサと、一方の面に前記各フィン構成材の基端部が当接するように該フィン構成材が立設されたベース板と、を配置する部材配置工程と、円周方向に回転する円板状の接合ツールの周面を、前記ベース板の他方の面に押し当てつつその表面に沿って移動させることにより、前記ベース板に前記各フィン構成材の基端部を接合する摩擦振動接合工程と、前記各スペーサを取り外すスペーサ離脱工程と、を含むことを特徴とする放熱器の製造方法である。
【００２３】
かかる放熱器の製造方法は、請求項４に記載の放熱器の製造方法と略同様であるが、フィンに代えて断面凹字形のフィン構成材を用いる。もちろん、フィン構成材相互間及びフィン構成材の左右のフィンの間には、同種又は別種のスペーサを挟み込む。このようにすれば、フィン構成材の左右のフィンの厚さがかなり薄い場合であっても、フィン構成材の基端部がベース板に重ね合わされた状態で接触するので、フィンをベース板に対して確実に接合することができる。なお、フィン構成材は、一枚の薄い金属板の中央部にスペーサを挟んで断面凹字形に折り曲げることによって簡単に作成することができる。
【００２４】
請求項１０に係る発明は、請求項９に記載の放熱器の製造方法において、スペーサが、フィン構成材及びベース板よりも溶融点の高い材料からなる、ことを特徴とする。
【００２５】
かかる放熱器の製造方法では、スペーサの溶融点がフィン構成材及びベース板の溶融点よりも高くなっているので、接合ツールの回転数や送り速度を所定の範囲に設定することによって、スペーサがフィン構成材やベース板に接合されないようにして、ベース板とフィン構成材だけを接合することが簡単にできるようになる。
また、この場合、摩擦振動接合工程を完了した段階でスペーサがフィン構成材やベース板に接合されていないので、最後のスペーサ離脱工程では手間をかけずにスペーサを取り外すことができる。たとえばフィン構成材及びスペーサを下にしてベース板を上に持ち上げれば、スペーサを残したままフィンだけがベース板と一体に持ち上がるので、簡単にスペーサを取り外して放熱器を完成させることができる。
【００２６】
請求項１１に係る発明は、請求項９又は請求項１０に記載の放熱器の製造方法において、ベース板が、フィン構成材よりも溶融点の高い材料からなる、ことを特徴とする。
【００２７】
かかる放熱器の製造方法では、フィン構成材とベース板との境界面を両者の接合に必要な温度まで上昇させたときにベース板の変形抵抗を高く保つことができるので、接合ツールの押圧力を境界面に効率よく伝達しながらフィン構成材とベース板の間に隙間のない高強度の接合を行うことができる。
【００２８】
請求項１２に係る発明は、請求項１１に記載の放熱器の製造方法において、フィン構成材がアルミニウム合金からなり、ベース板が銅からなる、ことを特徴とする。
【００２９】
かかる放熱器の製造方法によれば、銅の熱伝導性の高さを活かした放熱性能の高い放熱器を製造することができる。
【００３２】
請求項１３に係る発明は、フィン又はフィン構成材とスペーサとを交互に重ね合わせた状態でこれらを拘束するフィン拘束部と、ベース板の一方の面を前記フィン又はフィン構成材の基端部に当接させて拘束するベース板拘束部と、を備えることを特徴とする放熱器製造用冶具である。
【００３３】
かかる放熱器製造用冶具は、これまで説明した方法の使用に特に適したものであり、摩擦振動接合時にフィン又はフィン構成材、スペーサ、ベース板を確実に拘束することができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、説明において、同一要素には同一の符号を用い、重複する説明は省略するものとする。
【００３５】
まず、本題に入る前に、前提となる金属部材の摩擦振動接合の基本メカニズムを説明する。
金属部材の摩擦振動接合とは、接合ツールの押圧力によって金属部材の重ね合わせ部における隙間をなくしつつ、回転する接合ツールと金属部材との接触により生ずる振動によって金属部材の重ね合わせ面に存在する酸化皮膜を分断破壊するとともに、摩擦熱によって重ね合わせ部を高温化して塑性変形させることにより、金属部材同士の接触面積と拡散速度を増大させながら重ね合わせ部を接合する方法である。
そして特に、複数の金属部材を、溶融点の高い順に互いに重ね合わせて配置しておき、最も溶融点の高い金属部材側から接合ツールを押し当てつつ接合するようにすれば、金属部材同士の重ね合わせ部が接合に必要な温度まで上昇したときに、接合ツールに近い側の金属部材ほどその変形抵抗を高く保って接合ツールの押圧力を重ね合わせ面に対して効率よく伝達できるので、金属部材間に隙間のない高強度の接合が可能となるのである。
【００３６】
ここで、金属部材の一例としてアルミニウム部材とこれよりも溶融点の高い銅部材とを挙げ、より具体的に説明する。図１（ａ），（ｂ）は、摩擦振動接合の各手順を表す正面断面図であり、図１（ｃ）は図１（ｂ）の側面図である。摩擦振動接合では、まず、図１（ａ）に示すようにアルミニウム部材１と銅部材２とが面接触するように互いに重ね合わせて配置し、図示しない冶具で固定する。
【００３７】
次に、図１（ｂ），（ｃ）に示すように、回転軸３ｂを中心として円周方向に周速度Ｒで高速回転する接合ツール３のツール本体３ａの周面を銅部材２の表面２ａに垂直に押し当てつつ、接合ツール３を銅部材２の表面２ａに沿って送り速度Ｖで移動させることによって、アルミニウム部材１と銅部材２とを重ね合わせて接合する。接合ツール３は回転軸３ｂの先端部に円板状のツール本体３ａを固定してなるものであり、ツール本体３ａはＪＩＳ：ＳＫＤ６１などの工具鋼からなる。ツール本体３ａは、銅部材２の表面２ａを押さえ込みつつ進行方向後方に送り込むような向きで回転軸３ｂのまわりに回転する。
【００３８】
ツール本体３ａは、図２（ａ）に示すように、その周面が銅部材２の表面２ａに一定量αだけ押し込まれた状態で円周方向に高速回転しつつ、銅部材２の表面２ａに沿って移動する。そして、このようなツール本体３ａの銅部材２への押し込みによってアルミニウム部材１と銅部材２の重ね合わせ面の隙間をなくしつつ、高速回転するツール本体３ａと銅部材２との接触により生ずる振動によってアルミニウム部材１と銅部材２の重ね合わせ面の酸化皮膜を分断破壊するとともに、図２（ｂ）に示すように、ツール本体３ａと接触する銅部材２の所定領域及びその近傍領域と、これらの領域に隣接するアルミニウム合金１の所定領域とを、ツール本体３ａと銅部材２との摩擦接触により発生した熱で高温化し、それぞれ固相状態のまま可塑化（流動化）させる。その結果、銅部材２とアルミニウム部材１は、互いの境界面においても塑性流動し、それぞれ当初の表面から塑性変形する。
【００３９】
接合ツール３のツール本体３ａが通過した跡は、図２（ｃ）に示すように、ツール本体３ａの押圧力によって銅部材２の表面２ａに一対の浅い段部２ｂ，２ｂが形成される。また、アルミニウム部材１と銅部材２の重ね合わせ面は、塑性変形したアルミニウム部材１及び銅部材２が互いに噛み合うように断面凹凸形で固化した接合面Ｓとなり、この接合面Ｓを介して銅部材２とアルミニウム部材１とが確実に接合される。
【００４０】
ここで、接合ツール３をアルミニウム部材１側から押し当てることも考えられるが、アルミニウム部材１の溶融点は銅部材２の溶融点よりも低く、アルミニウム部材１と銅部材２の重ね合わせ面が接合に必要な温度（共晶温度：５４８℃）以上に達したときにアルミニウム部材１の変形抵抗が比較的小さくなってしまうので、接合ツール３による押圧力がアルミニウム部材１と銅部材２の重ね合わせ面に充分に伝達されず、接合不良となりやすい。一方、接合ツール３をアルミニウム部材１よりも溶融点の高い銅部材２側から押し当てるようにすれば、アルミニウム部材１と銅部材２の重ね合わせ面が接合に必要な温度（共晶温度）以上に達したときに銅部材２の変形抵抗を比較的大きく保持して、接合ツール３の押圧力をアルミニウム部材１と銅部材２の重ね合わせ面に充分に伝達できるので、両部材間の隙間をなくした高強度の接合を行うことができる。
【００４１】
なお、このようにしてアルミニウム部材１と銅部材２とを重ね合わせて摩擦振動接合する場合には、接合時の接合ツール３（ツール本体３ａ）を、次式（Ａ）で求められる周速度Ｒ（ｍ／min）で回転させることが望ましい。
２５０≦Ｒ≦２０００ … （Ａ）
これは、接合時の接合ツール３の周速度が２５０ｍ／minより小さいと、接合ツール３と銅部材２との摩擦接触によって発生する熱量が小さすぎて、銅部材２とアルミニウム部材１との重ね合わせ面の温度が低く、接合不良となってしまい、一方、接合時の接合ツール３の周速度が２０００ｍ／minより大きいと、接合ツール３と銅部材２との摩擦接触によって発生する熱量が必要以上に大きくなって、接合ツール３の駆動エネルギーロスが大きいだけでなく、接合ツール３と接触している銅部材２の温度が局所的に大きくなりすぎて当該部分が塑性変形してしまい、接合ツール３の押圧力が重ね合わせ面に充分に伝達されず、両部材間に隙間が生じてしまうおそれがあるからである。したがって、接合時の接合ツール３を周速度２５０〜２０００ｍ／minで回転させれば、接合ツール３と銅部材２との摩擦接触によって発生する熱量が適正な値となって、良好な接合を行うことができるのである。
【００４２】
また、アルミニウム部材１と銅部材２とを重ね合わせて摩擦振動接合する場合には、接合時の接合ツール３（ツール本体３ａ）を、次式（Ｂ）で求められる押込量α（ｍ）だけ銅部材２の表面２ａに押し込むことが望ましい。
０．１×ｔ≦α≦０．３×ｔ … （Ｂ）
ｔ：重ね合わせ部における銅部材の厚さ（ｍ）
これは、接合時の接合ツール３の銅部材２表面への押込量αが０．１ｔよりも小さいと、銅部材２とアルミニウム部材１との重ね合わせ面に隙間が残って接合不良となり、一方、押込量αが０．３ｔよりも大きいと、銅部材２とアルミニウム部材１との重ね合わせ面に隙間は残らないが、接合ツール３の押し込み過大によって銅部材２表面に凹みが顕著に残ってしまい、部材ロスが発生するからである。したがって、接合時の接合ツール３の銅部材２表面への押込量αを０．１ｔ以上０．３ｔ以下とすれば、接合ツール３の押圧力が適正な値となって、銅部材２とアルミニウム部材１との重ね合わせ面に隙間を発生させずに接合することができ、銅部材２表面の凹みも小さくできるのである。
【００４３】
さらに、アルミニウム部材１と銅部材２とを重ね合わせて摩擦振動接合する場合には、接合時の接合ツール３（ツール本体３ａ）を、次式（Ｃ）によって求められる送り速度Ｖ（ｍ／min）で銅部材２の表面に沿って移動させることが望ましい。
０．１≦Ｖ≦Ｒ／（５．０×１０7×ｔ2） … （Ｃ）
Ｒ：接合時の接合ツールの周速度（ｍ／min）
ｔ：重ね合わせ部における銅部材の厚さ（ｍ）
これは、接合時の接合ツール３の周速度が大きくなれば、接合ツール３と銅部材２との摩擦接触によって発生する熱量が大きくなるので、接合ツール３の送り速度Ｖを大きくしても、重ね合わせ部の温度を一定以上に保つことができるが、銅部材２の厚さが厚くなると、重ね合わせ面が一定温度以上に達するまでの時間がかかるので、接合ツール３の送り速度を大きくしすぎると、重ね合わせ部が一定温度以上に達する前に接合ツール３が通過してしまい、接合不良となってしまうからである。つまり、良好な摩擦振動接合を行うには、接合ツール３の送り速度Ｖ、周速度Ｒ、銅部材の厚さｔを相互に調節する必要があり、実験の結果、Ｖ≦Ｒ／（５．０×１０7×ｔ2）を満足するときに良好な接合が可能であることが確認されている。一方、接合ツール３の周速度Ｖが小さすぎると、接合効率が低下するという観点から、０．１≦Ｖを満足するときに接合効率がよいことも実験によって確認されている。
【００４４】
なお、金属部材の摩擦振動接合は、アルミニウム部材と銅部材との重ね合わせ接合に限定されるわけではなく、金属部材同士の重ね合わせ接合に広く適用することができる。そして、そのような金属部材の形状は、互いに重ね合わせて接合ツールを押し当てることができるものであればよい。さらに、金属部材の重ね合わせ数も二つに限定されるわけではなく、三つ以上としてもよい。
たとえば、図３では、三つの金属部材（５０００系アルミニウム部材１、１０００系アルミニウム部材１’、銅部材２）を互いに重ね合わせて配置し、三つの金属部材のうち最も溶融点の高い銅部材２側から接合ツール３のツール本体３ａを押し当てて摩擦振動接合するものである。ここで、接合時に金属部材同士の重ね合わせ部が所定温度以上になることと、そのときの各金属部材の変形抵抗が金属部材同士の重ね合わせ面への接合ツールによる押圧力の伝達効率に影響することを考慮すると、三つの金属部材を溶融点の高い順（ここでは銅部材２、１０００系アルミニウム部材１’、５０００系アルミニウム部材１の順）に重ね合わせて配置し、最も溶融点の高い金属部材（ここでは銅部材２）の表面から接合ツール３を押し当てて摩擦振動接合することが望ましい。この他、三つの金属部材を銅、アルミニウム、マグネシウムとした場合には、銅部材、アルミニウム部材、マグネシウム部材の順に重ね合わせ、銅部材側から接合ツールを押し当てて摩擦振動接合すればよい。
【００４５】
以上、金属部材の摩擦振動接合の基本メカニズムについて説明したが、続いて、これを応用した本発明に係る放熱器の製造方法について説明する。
図４及び図５は、本発明に係る放熱器の製造方法の第一実施形態を説明するための図であって、図４（ａ），（ｂ）は部材配置工程を表す正面断面図、図５（ａ）は摩擦振動接合工程を表す正面断面図、図５（ｂ）はスペーサ離脱工程を表す正面断面図である。また、図６は、本発明に係る放熱器製造用冶具の一実施形態を表す分解斜視図である。
【００４６】
本実施形態ではまず、図４（ａ）に示すように、アルミニウム製の板状部材であるフィン４，４，…と、鉄製の板状部材であるスペーサ５，５，…とを交互に並べながら、これらを放熱器製造用冶具１０の部材セット部１２に立設配置する。
放熱器製造用冶具１０は、図６に示すように、上面が開放した箱形の冶具本体１１と、この冶具本体１１の内部に形成された凹部である部材セット部１２においてスライド可能に配置された押圧板１３と、この押圧板１３と直交する向きで冶具本体１１の壁体を貫通しつつ、先端部が押圧板１３の背面に固着され頭部が冶具本体１１の壁体の外側に位置する締付ボルト１４と、押圧板１３に平行な向きで冶具本体１１の壁体上部に架け渡されるベース固定板１５と、このベース固定板１５の両端を冶具本体１１の壁体上部に螺着するための締付ボルト１６と、で構成されている。
そして、ここでは、フィン４，４，…とスペーサ５，５，…とを、これらが交互に立設するように部材セット部１２に並べた上で、締付ボルト１４をねじ込んで押圧板１３をこれらに押し付けることによってこれらを互いに密着した状態で拘束する。このとき、フィン４とスペーサ５は全て高さが等しいので、立設されたフィン４，４，…の上面（基端面）とスペーサ５，５，…の上面（基端面）とで水平面が形成されるようになっている。
【００４７】
続いて、図４（ｂ）に示すように、部材セット部１２に立設配置されたフィン４，４，…及びスペーサ５，５，…の上面に、銅製の板状部材であるベース板６、さらにその上にベース固定板１５を載せ、ベース固定板１５の下面に形成されている切欠１５ａにフィン４，４，…及びスペーサ５，５，…の上部（基端部）を嵌め込むことによって、フィン４，４，…及びスペーサ５，５，…を長さ方向（紙面直交方向）に移動しないように拘束する。さらに、この状態でベース固定板１５の両端のボルト孔１５ｂから冶具本体１１の壁体上面のボルト孔１１ａに締付ボルト１６をねじ込むことによって、ベース板６をフィン４及びスペーサ５の上部に固定する。また図示していないが、必要に応じて、ベース板６が幅方向（紙面左右方向）に移動しないように拘束する。これで、フィン４及びスペーサ５の基端面がベース板６の下面（一方の面）に当接するように、フィン及びスペーサ５をベース板６に立設配置する工程が完了する。
なお、図４（ａ），（ｂ）に示した部材配置工程は、必ずしもこのとおりでなくても、フィン４，４，…とスペーサ５，５，…とベース板６とが最終的に図４（ｂ）のように所定の位置に配置されるのであれば、手順を問わない。したがって、たとえば、互いに間隔をあけてフィン４，４，…（又はスペーサ５，５，…）を配置しておき、それらの基端面にベース板６を固定した後、最後にフィン４，４，…（又はスペーサ５，５，…）の間にそれぞれスペーサ５，５，…（又はフィン４，４，…）を挿入するようにしてもよい。
【００４８】
次に、図５（ａ）に示すように、回転軸３ｂを中心として円周方向に高速回転する接合ツール３のツール本体３ａの周面をベース板６の他方の面の表面６ａに垂直に押し当てつつ、接合ツール３をベース板６の表面６ａに沿って移動させることによって、ベース板６にフィン４，４，…を接合する。
このとき、ベース板６を構成する銅の溶融点がフィン４を構成するアルミニウムの溶融点よりも高いので、フィン４とベース板６との境界面を両者の接合に必要な温度（共晶温度：５４８℃）まで上昇させたときにベース板６の変形抵抗を高く保つことができ、接合ツール３の押圧力を境界面に効率よく伝達しながらフィン４とベース板６の間に隙間のない高強度の接合を行うことができる。
また、スペーサ５を構成する鉄の溶融点がフィン４を構成するアルミニウム及びベース板６を構成する銅の溶融点よりも高いので、接合ツール３の周速度や送り速度を所定の範囲に設定することによって、スペーサ５がフィン４やベース板６に接合されないように、ベース板６とフィン４だけを容易に接合することができる。
【００４９】
最後に、放熱器製造用冶具１０の締付ボルト１６を緩めてベース固定板１５を冶具本体１１から取り外すとともに、締付ボルト１４を緩めて押圧板１３によるフィン４及びスペーサ５の拘束を解除した上で、図５（ｂ）に示すように、ベース板６を上に持ち上げる。すると、ベース板６に接合されたフィン４，４，…だけが一緒に持ち上がり、スペーサ５，５，…は放熱器製造用冶具１０の部材セット部１２に取り残される。このようにしてスペーサ離脱工程において簡単にスペーサ５，５，…を取り外すことによって、図７に示すような、複数枚のアルミニウム製のフィン４，４，…が互いに間隔をあけて銅製のベース板６の一方の面に立設接合された放熱器Ｈを製造することができる。
【００５０】
以上のような放熱器の製造方法によれば、フィン４，４，…の間にそれぞれスペーサ５，５，…を挟み込むので、フィン４相互の間隔を正確に保ちつつ、互いに所定間隔をあけた状態でフィン４，４，…を並べて位置決めすることができる。また、スペーサ５によってフィン４が補強されるので、摩擦振動接合工程においてフィン４に曲げ応力が作用するにもかかわらず、フィン４の厚さをかなり薄くすることが可能である。また、スペーサ５の厚さを変更するだけでフィン４の配置間隔を任意に変更でき、さらにフィン４の高さを併せて変更することによって、特に板厚が薄く高さの大きなフィン４，４，…を、ベース板６の一方の面に短ピッチで立設接合して、ハイトング比の（たとえばトング比２０を超える）放熱器Ｈを製造することができる。もちろん、スペーサ５は金属製に限定されるわけではなく、強度や加工性等を考慮してセラミックその他の任意の材質とすることができ、またスペーサ５の形状も適宜定めればよい。なお、部材配置工程でベース板６の一方の面にフィン４，４，…を立設配置したときに、スペーサ５，５，…の基端面はベース板６の該一方の面に当接していなくてもよいが、摩擦振動接合工程で接合ツール３の押圧力によってフィン４に曲げ応力が作用することを考慮すれば、スペーサ５によるフィン４の補強効果を高めるため、上記実施形態のようにスペーサ５，５，…をフィン４，４，…と同じ高さに揃えることによって、スペーサ５，５，…の基端面をベース板６の該一方の面に当接させることが望ましい。
【００５１】
また、以上のような放熱器の製造方法によれば、ろう接のように真空炉中などで所定時間にわたり加熱保持することなく、フィン４，４，…とベース板６とを接合できるので、製造コストを削減することができる。なお、ベース板６とフィン４，４，…との接合強度を高めるとともに、放熱器Ｈの放熱性能を高めるためには、図８（ａ）に示すように、各フィン４の基端面全面を辿るようにベース板６の裏面（ベース板６の他方の面）において接合ツール３を移動させることによって、フィン４，４，…をベース板６に完全に接合することが望ましい（図８において斜線を付した領域は、接合ツール３の移動跡を示している。）。一方、接合コストの削減を重視するのであれば、たとえば図８（ｂ）に示すように、各フィン４の基端面の全面ではなく一部だけを辿るように接合ツール３を移動させればよい。また、ベース板６とフィン４，４，…とを摩擦振動接合するときに同時にベース板６とスペーサ５，５，…とを接合しておき、スペーサ離脱工程では何らかの方法によってベース板６やフィン４からスペーサ５，５，…を取り外すようにしてもよいが、接合ツール３のツール本体３ａの幅をフィン４の厚さ以下としておき、図８（ｃ）に示すようにベース板６とスペーサ５，５，…とが接合されないような軌跡で（図示の場合、フィン４，４，…の直上領域だけで）接合ツール３を移動させるか、又は、ベース板６にフィン４，４，…のみを当接させ、ベース板６とスペーサ５，５，…が当接しないように配置して接合するか、あるいは、上記実施形態のようにスペーサ５の溶融点をフィン４及びベース板６の溶融点よりも高くすることによって、接合ツール３の移動軌跡にかかわらずスペーサ５，５，…がベース板６やフィン４に接合されないようにしておけば、摩擦振動接合後もスペーサ５，５，…がベース板６やフィン４に接合されないので、スペーサ離脱工程での手間を省いて製造コストを削減することができる。また、接合ツール３の押込力によってベース板６の他方の面の表面６ａに残った凹みが大きい場合には、ベース板６の表面６ａを一定厚さで切削することによって、外観美麗な放熱部材Ｈとすることができる。
【００５２】
また、摩擦振動接合工程を簡素化するために、接合ツール３に代えて、図９に示すように、回転軸３ｂのまわりに所定間隔でツール本体３ａ，３ａ，…が固定された接合ツール３’を用いて摩擦振動接合するようにしてもよい。この場合、一度に多数箇所を摩擦振動接合できるので、接合に要する時間を短縮でき、さらに接合効率が向上する。
【００５３】
なお、このようにして製造された放熱器Ｈのフィン４，４，…の先端面にさらに別のベース板６’を接合することにより、図１０に示すような、互いに間隔をあけたフィン４，４，…の両端面にそれぞれベース板６，６’を摩擦振動接合した放熱器Ｈ’を製造するようにしてもよい。
【００５４】
同図に示した放熱器Ｈ’の製造手順の第一パターンは、図１１（ａ）に示すように、互いに間隔をあけたフィン４，４，…の間にそれぞれスペーサ５，５，…を挟み込み、フィン４，４，…の両端（図示上下端）にそれぞれベース板６，６’を配置した上で、ベース板６の背面（図示上面）及びベース板６’の背面（図示下面）から接合ツール３，３を押し当てて同時に摩擦振動接合する。そして最後に、スペーサ５，５，…を側方から（紙面直交方向に）抜き取る。
放熱器Ｈ’の製造手順の第二パターンは、図１１（ｂ）に示すように、互いに間隔をあけたフィン４，４，…の間にそれぞれスペーサ５，５，…を挟み込み、フィン４，４，…の両端（図示上下端）にそれぞれベース板６，６’を配置した上で、一方のベース板６の背面（図示上面）から接合ツール３を下向きに押し当てて摩擦振動接合する。その後、各部材の配置関係を保持したままフィン４、スペーサ５、ベース板６，６’を上下反転した上で、図１１（ｃ）に示すように、他方のベース板６’の背面（図示上面）から接合ツール３を下向きに押し当てて摩擦振動接合する。そして最後に、スペーサ５，５，…を側方から（紙面直交方向に）抜き取る。
【００５５】
放熱器Ｈ’の製造手順の第三パターンは、図１２（ａ）に示すように、互いに間隔をあけたフィン４，４，…の間にそれぞれスペーサ５，５，…を挟み込み、フィン４，４，…の一端（図示上端）だけにベース板６を配置した上で、ベース板６の背面（図示上面）から接合ツール３を下向きに押し当てて摩擦振動接合する。その後、各部材の配置関係を保持したままフィン４、スペーサ５、ベース板６を上下反転した上で、図１２（ｂ）に示すように、フィン４，４，…の他端（図示上端）にベース板６’を配置し、さらに図１２（ｃ）に示すように、ベース板６’の背面（図示上面）から接合ツール３を下向きに押し当てて摩擦振動接合する。そして最後に、スペーサ５，５，…を側方から（紙面直交方向に）抜き取る。
放熱器Ｈ’の製造手順の第四パターンは、図１２（ｄ）に示すように、互いに間隔をあけたフィン４，４，…の間にそれぞれスペーサ５，５，…を挟み込み、フィン４，４，…の一端（図示上端）だけにベース板６を配置した上で、ベース板６の背面（図示上面）から接合ツール３を下向きに押し当てて摩擦振動接合する。次に、図１２（ｅ）に示すように、ベース板６及びフィン４を上に持ち上げる等してスペーサ５を取り外し、一旦放熱器Ｈを完成させる。その後、放熱器Ｈを上下反転した上で、図１２（ｆ）に示すように、フィン４，４，…の間にそれぞれスペーサ５，５，…を挟み込み、フィン４，４，…の他端（図示上端）にベース板６’を配置する。さらに、図１２（ｇ）に示すように、ベース板６’の背面（図示上面）から接合ツール３を下向きに押し当てて摩擦振動接合する。そして最後に、スペーサ５，５，…を側方から（紙面直交方向に）抜き取る。
【００５６】
次に、本発明に係る放熱器の製造方法の第二実施形態について説明する。本実施形態は、上記第一実施形態と略同様であるが、放熱器製造用冶具１０を使用せず、これに代えてスペーサ冶具２０を使用する点において異なる。
スペーサ冶具２０は、図１３（ａ）に示すように、スペーサ５，５，…の先端部（図示下端部）が相互に連結された断面櫛形状の冶具である。そして、部材配置工程では、このスペーサ冶具２０のスペーサ５，５，…を上に向けて固定した後で、図１３（ｂ）に示すように、スペーサ５，５，…の間にそれぞれフィン４，４，…を挿入し、さらに図１３（ｃ）に示すように、フィン４，４，…の上面（基端面）にベース板６の下面（一方の面）が当接するように、ベース板６を固定する。なお、図１３（ｂ），（ｃ）の手順を逆にすること、つまりスペーサ冶具２０の上面にベース板６を固定した後で、側方（紙面直交方向）からスペーサ５，５，…を挿入することも可能である。
続く摩擦振動接合工程では、図１３（ｄ）に示すように、ベース板６の上面（他方の面）から接合ツール３を押し当てつつ、ベース板６にフィン４，４，…を摩擦振動接合する。
最後のスペーサ離脱工程では、図１３（ｅ）に示すように、ベース板６及びこれに接合されたフィン４，４，…を持ち上げることにより、スペーサ冶具２０を取り外す。
本実施形態のようにスペーサ冶具２０を用いれば、放熱器製造用冶具１０が不要となり、しかもスペーサ５，５，…の配置の手間も省けるという利点がある。
【００５７】
次に、本発明に係る放熱器の製造方法の第三実施形態について説明する。本実施形態は、上記第一実施形態と略同様であるが、部材配置工程がフィン配置工程とその後のベース板配置工程とに分かれている。
そして、最初のフィン配置工程では、図１４（ａ）に示すように、フィン４，４，…とスペーサ５，５，…とを交互に並べながら、これらを放熱器製造用冶具１０の部材セット部１２に立設配置する。このとき、スペーサ５，５，…の高さはスペーサ５の厚さの範囲内でフィン４，４，…の高さよりも小さくなっており、スペーサ５，５，…の基端面（図示上端面）がフィン４，４，…の基端面（図示上端面）よりもスペーサ５の厚さ以内で埋没している。換言すれば、フィン４，４，…の高さはスペーサ５の厚さの範囲内でスペーサ５，５，…の高さよりも大きくなっており、フィン４，４，…の基端面がスペーサ５，５，…の基端面よりもスペーサ５の厚さ以内で突出している。
【００５８】
続くベース板配置工程では、図１４（ｂ）に示すように、部材セット部１２に立設配置されたフィン４，４，…の基端面（上面）にベース板６を載せる。そして、図１４（ｃ），（ｄ）に示すように、フィン４に向かう下向きの押圧力をベース板６に作用させることによって、フィン４，４，…の基端部（スペーサ５，５，…よりも突出している部分）４ａを折り曲げ、フィン４，４，…を断面Ｌ字形に形成した状態で固定する。このとき、フィン４の基端部４ａの高さはスペーサ５の厚さ以内であるので、折り曲げられたフィン４の基端部４ａは相互に重複せず、ベース板６の一方の面（図示下面）に沿う面を形成する。
【００５９】
次に、図１５（ａ）に示すように、回転軸３ｂを中心として円周方向に高速回転する接合ツール３のツール本体３ａの周面をベース板６の他方の面の表面６ａに垂直に押し当てつつ、接合ツール３をベース板６の表面６ａに沿って移動させることによって、ベース板６にフィン４，４，…の基端部４ａを接合する。
このとき、直角に折り曲げられたフィン４の基端部４ａがベース板６の一方の面に沿う面を形成しているので、第一実施形態に比べてベース板６とフィン４との接触面積が大きくなっており、両者を確実に接合することができる。つまり、本実施形態によれば、フィン４の厚さがかなり薄い場合であっても、ベース板６にフィン４，４，…が確実に立設接合された放熱器Ｈを製造することができる。
【００６０】
最後に、図１５（ｂ）に示すように、ベース板６を上に持ち上げれば、ベース板６に接合されたフィン４，４，…だけが一緒に持ち上がり、スペーサ５，５，…は放熱器製造用冶具１０の部材セット部１２に取り残されるので、複数枚のフィン４，４，…がそれぞれの折り曲げられた基端部４ａを介してベース板６の一方の面に立設接合された放熱器Ｈを製造することができる。
【００６１】
次に、本発明に係る放熱器の製造方法の第四実施形態について説明する。本実施形態も、上記第一実施形態と略同様であるが、フィン４に代えて断面凹字形のフィン構成材３０を用いる。
つまり、最初の部材配置工程では、まず図１６（ａ）に示すように、全体が逆Ｔ字形になるように、一枚の薄いアルミニウム合金製の板材３１の中央部にスペーサ５を直交配置し、図１６（ｂ）に示すように、断面凹字形のフィン構成材作成冶具４０の中央部の溝内に、板材３１を折り曲げつつその中央部を押し込みながらスペーサ５を挿入していくことによって、図１６（ｃ）に示すような、中央部の溝にスペーサ５が挟み込まれた断面凹字形のフィン構成材３０を作成する。フィン構成材３０は、左右一対のフィン４，４とこれらの端部を連結する基端部４ａとで断面凹字形に形成されている。
【００６２】
そして、このように左右一対のフィン４，４の間にスペーサ５が挟み込まれたフィン構成材３０を複数個用意し、これらのフィン構成材３０，３０，…とスペーサ５’，５’，…とを交互に並べながら、図１６（ｄ）に示すように、これらを放熱器製造用冶具１０の部材セット部１２に立設配置する。このときフィン構成材３０は、左右一対のフィン４，４の間にスペーサ５を挟み込んだ状態で、かつ、基端部４ａを上に向けた状態とする。また、フィン構成材３０，３０，…相互間に挟み込まれるように配置されたスペーサ５’，５’，…の高さを、フィン構成材３０の左右一対のフィン４，４の間に挟み込まれたスペーサ５の高さよりも、フィン構成材３０の基端部４ａの厚さ分だけ大きくすることによって、フィン構成材３０の基端部４ａとスペーサ５’の基端部とで水平な上面を形成することが望ましい。
【００６３】
その後、図１６（ｅ）に示すように、部材セット部１２に立設配置されたフィン構成材３０，３０，…及びスペーサ５’，５’，…の上面にベース板６を載せて固定する。これで、ベース板６の一方の面（図示下面）にフィン構成材３０の基端部４ａ及びスペーサ５’の基端面が当接した状態となって、部材配置工程が完了する。
なお、図１６（ａ）〜（ｅ）に示した部材配置工程は、必ずしもこのとおりでなくても、フィン構成材３０，３０，…とスペーサ５，５，…とスペーサ５’，５’，…とが最終的に図１６（ｅ）のように所定の位置に配置されるのであれば、手順を問わない。したがって、たとえば、予め断面凹字形に形成したフィン構成材３０，３０，…を互いに間隔をあけて並べておき、各フィン構成材３０の左右一対のフィン４，４の間にそれぞれスペーサ５，５，…を挿入するとともに、フィン構成材３０，３０，…相互間にスペーサ５’，５’，…を挿入し、最後にベース板６を配置するようにしてもよいし、あるいは、予め断面凹字形に形成したフィン構成材３０，３０，…を互いに間隔をあけて並べておき、次にベース板６を配置し、最後に、各フィン構成材３０の左右一対のフィン４，４の間にそれぞれスペーサ５，５，…を挿入するとともに、フィン構成材３０，３０，…相互間にスペーサ５’，５’，…を挿入するようにしてもよい。
【００６４】
続く摩擦振動接合工程では、図１７（ａ）に示すように、回転軸３ｂを中心として円周方向に高速回転する接合ツール３のツール本体３ａの周面をベース板６の他方の面の表面６ａに垂直に押し当てつつ、接合ツール３をベース板６の表面６ａに沿って移動させることによって、ベース板６にフィン構成材３０，３０，…の基端部４ａを接合する。
このとき、フィン構成材３０の基端部４ａがベース板６の一方の面に沿う面を形成しているので、第一実施形態に比べてベース板６とフィン４との接触面積が大きくなっており、両者を確実に接合することができる。つまり、本実施形態によれば、フィン４の厚さがかなり薄い場合であっても、ベース板６にフィン４，４，…が確実に立設接合された放熱器Ｈを製造することができる。
【００６５】
最後に、図１７（ｂ）に示すように、ベース板６を上に持ち上げれば、ベース板６に接合されたフィン構成材３０，３０，…だけが一緒に持ち上がり、スペーサ５’，５’，…及びスペーサ５，５，…は放熱器製造用冶具１０の部材セット部１２に取り残されるので、複数枚のフィン４，４，…がフィン構成材３０の基端部４ａを介してベース板６の一方の面に立設接合された放熱器Ｈを製造することができる。
【００６６】
これまで、放熱器の製造方法、該方法によって製造された放熱器、該方法に用いられる放熱器製造用冶具の実施形態を説明してきたが、本発明はこれらに限定されるものではなく、発明の趣旨に応じた適宜の変更が可能であることは言うまでもない。
たとえば放熱器に関していえば、図１８（ａ）に示すように、長さ方向中央部の高さが小さくなった複数枚のフィン４’，４’，…を、そうでない複数枚のフィン４，４，…と一緒に互いに間隔をあけてベース板６に立設接合させた放熱器Ｈ１としてもよいし、図１８（ｂ）に示すように、高さが長さ方向に凸凹をもって形成された複数枚の櫛形状のフィン４”，４”，…を互いに間隔をあけてベース板６に立設接合した放熱器Ｈ２としてもよい。なお、特にこの放熱器Ｈ２は、図７に示した放熱器Ｈに比べてフィンの表面積が格段に大きくなっているので、より放熱性能の高いものとなる。
また、放熱器のフィンは平板状に限定されるものではなく、たとえば図１９（ａ）に示すように、径の異なる複数個の薄肉円筒形状のフィン４Ａ，４Ａ，…を互いに間隔をあけて同心円状に並べ、円板状のベース板６Ａの一方の面に立設接合した放熱器Ｈ３としてもよいし、図１９（ｂ）に示すように、複数枚の平面視波形のフィン４Ｂ，４Ｂ，…を互いに間隔をあけて並べ、これらをベース板６の一方の面に立設接合した放熱器Ｈ４としてもよい。
さらにまた、放熱器のベース板も平板状に限定されるわけではなく、図１９（ｃ）に示すように、縦断面円弧状の半割円筒からなるベース板６Ｂの外周面に、互いに間隔をあけてフィン４，４，…を立設接合した放熱器Ｈ５としてもよい。もちろん、これらの放熱器Ｈ１〜Ｈ５はいずれも、これまでに説明した放熱器の製造方法によって製造されるものである。
【００６７】
なお、以上に説明してきた放熱器の製造方法は、金属部材の摩擦振動接合を応用したものであるが、接合対象物を金属部材に限定しない部材接合方法とすることも可能である。つまり、たとえば放熱器のフィン４又はベース板６のうちの一方又は双方について、一部又は全部を金属製以外のセラミック製部材等とすれば、本発明は、互いに間隔をあけた複数枚の板材をベース板の一方の面に立設させて接合する部材接合方法となる。
【００６８】
【実施例】
図１４、図１５に示した放熱器の製造方法を実際に使用して、フィン４とベース板６との接合部の組織を観察した。
ここで、フィン４として板厚１mm（＝１．０×１０-3ｍ）、高さ２６mm（＝２．６×１０-2ｍ）、長さ６０mm（＝６．０×１０-2ｍ）のＡ１０５０アルミニウム合金を、スペーサ５として板厚１mm（＝１．０×１０-3ｍ）、高さ２５mm（＝２．５×１０-2ｍ）、長さ５７mm（＝５．７×１０-2ｍ）の軟鋼を、ベース板６として板厚２mm（＝２．０×１０-3ｍ）、幅５７mm（＝５．７×１０-2ｍ）、長さ６０mm（＝６．０×１０-2ｍ）の無酸素銅を、それぞれ使用した。このときのトング比は２６である。また、摩擦振動接合時の接合ツール３のツール本体３ａの直径を８０mm（＝８．０×１０-2ｍ）、幅を５mm（＝５．０×１０-3ｍ）、回転数を３０００rpm、送り速度Ｖを４０００mm／min（＝４．０ｍ／min）、ベース板６の表面６ａへの押込量αを０．３mm（＝３．０×１０-4ｍ）に設定した。摩擦振動接合後にスペーサ５を取り外し、フィン４とベース板６との接合部の組織を観察した。図２０（ａ）に示すように、ベース板６に若干の変形はあるものの、フィン４には折れや曲がり等の変形は見られなかった。フィン４とベース板６とはＣｕＡｌ2からなる反応層７を介して接合されているが、図２０（ａ）を更に拡大した図２０（ｂ）に示すように、反応層７の大部分は摩擦振動接合時の接合ツールの押圧力によってフィン４の外側に掃出されており、フィン４の基端部領域の反応層７の厚さは３０μm（＝３．０×１０-5ｍ）以下で、亀裂や隙間等も見られなかった。なお、反応層７はベース板６からフィン４への熱伝導の妨げになるので、反応層７が極薄であることによって、放熱性能の高い放熱器となっている。
【００６９】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る部材接合方法によれば、部材の材質を問わず、ベース板の一方の面に、互いに間隔をあけた複数枚の板材を容易に立設接合することができ、特に厚さが薄く高さが大きい板材を、ベース板に短ピッチで強固に立設接合することができる。
【００７０】
また、本発明に係る放熱部材の製造方法によれば、互いに間隔をあけた複数枚のフィンをベース板の一方の面に対して立設接合した放熱器を、低コストで容易に製造することができ、特にハイトング比で放熱性能の高い放熱器を低コストで容易に製造することができる。このとき本発明に係る放熱部材製造用冶具を用いれば、摩擦振動接合時にフィン又はフィン構成材、スペーサ、ベース板を確実に拘束することができる。
【００７１】
さらに、本発明に係る放熱部材は、放熱性能が高く、製造コストが安い。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ），（ｂ）は摩擦振動接合の各手順を表す正面断面図であり、（ｃ）は（ｂ）の側面図である。
【図２】図１におけるアルミニウム部材と銅部材との重ね合わせ面の塑性変形の様子を時系列的に表す断面図である。
【図３】金属部材の摩擦振動接合の別の例を表す正面断面図である。
【図４】本発明に係る放熱器の製造方法の第一実施形態を説明するための図であって、（ａ），（ｂ）は部材配置工程を表す正面断面図である。
【図５】図４に続く工程を説明するための図であって、（ａ）は摩擦振動接合工程を表す正面断面図、（ｂ）はスペーサ離脱工程を表す正面断面図である。
【図６】本発明に係る放熱器製造用冶具の一実施形態を表す分解斜視図である。
【図７】本発明に係る放熱器の一実施形態を表す斜視図である。
【図８】図５（ａ）に示した摩擦振動接合工程における接合ツールの移動軌跡の各例を表す斜視図である。
【図９】図５（ａ）に示した摩擦振動接合工程の他の例を表す正面断面図である。
【図１０】本発明に係る放熱器の他の実施形態を表す正面断面図である。
【図１１】図１０に示した放熱器を製造する手順を説明するための正面断面図であって、（ａ）が第一のパターン、（ｂ），（ｃ）が第二のパターンを表す。
【図１２】図１０に示した放熱器を製造する手順を説明するための正面断面図であって、（ａ）〜（ｃ）が第三のパターン、（ｄ）〜（ｇ）が第四のパターンを表す。
【図１３】本発明に係る放熱器の製造方法の第二実施形態を説明するための図であって、（ａ）〜（ｃ）は部材配置工程を表す正面断面図、（ｄ）は摩擦振動接合工程を表す正面断面図、（ｅ）はスペーサ離脱工程を表す正面断面図である。
【図１４】本発明に係る放熱器の製造方法の第三実施形態を説明するための図であって、（ａ）はフィン配置工程を表す正面断面図、（ｂ），（ｃ）はベース板配置工程を表す正面断面図、（ｄ）は（ｄ）の部分拡大図である。
【図１５】図１４に続く工程を説明するための図であって、（ａ）は摩擦振動接合工程を表す正面断面図、（ｂ）はスペーサ離脱工程を表す正面断面図である。
【図１６】本発明に係る放熱器の製造方法の第四実施形態を説明するための図であって、（ａ）〜（ｅ）は部材配置工程を表す正面断面図である。
【図１７】図１６に続く工程を説明するための図であって、（ａ）は摩擦振動接合工程を表す正面断面図、（ｂ）はスペーサ離脱工程を表す正面断面図である。
【図１８】本発明に係る放熱器の他の実施形態を表す斜視図である。
【図１９】本発明に係る放熱器の他の実施形態を表す斜視図である。
【図２０】（ａ）は実際に製造された放熱器のフィンとベース板との接合部を表す部分拡大断面図であり、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図である。
【符号の説明】
１ … アルミニウム部材
２ … 銅部材
２ａ … 表面
２ｂ … 段部
３ … 接合ツール
３ａ … ツール本体
３ｂ … 回転軸
４ … フィン
４ａ … 基端部
５ … スペーサ
６ … ベース板
６ａ … 表面
７ … 反応層
１０ … 放熱器製造用冶具
１１ … 冶具本体
１１ａ … ボルト孔
１２ … 部材セット部
１３ … 押圧板
１４ … 締付ボルト
１５ … ベース固定板
１５ａ … 切欠
１５ｂ … ボルト孔
１６ … 締付ボルト
２０ … スペーサ冶具
３０ … フィン構成材
３１ … 板材
４０ … フィン構成材作成冶具
Ｈ … 放熱器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a member joining method for joining a plurality of plate members spaced apart from each other while standing on one surface of a base plate. In addition, the present invention relates to a method of manufacturing a radiator used as a radiator for an IC, a radiator for a Peltier element, a radiator for a motor, a radiator for an electronic control component, and the like. And a radiator manufacturing jig used in the method.
[0002]
[Prior art]
As a method of manufacturing a radiator in which a plurality of fins spaced apart from each other are erected on one surface of a base plate, for example, the entire radiator is integrally formed by extrusion of aluminum (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-2001). 38416). Also, a plurality of aluminum radiator components extruded into a L-shaped section or a convex section with a rod-like portion and fins standing on the upper surface of the rod-like portion are arranged in parallel, and the rod-like portions are connected to each other. Some radiators are manufactured by brazing each other (see Japanese Patent Laid-Open No. 6-177289). Furthermore, in order to improve heat dissipation performance, copper having high thermal conductivity is used, and a plurality of aluminum fins are brazed to one surface of a copper base plate.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the entire radiator is integrally formed by extrusion of aluminum, there is a manufacturing limit due to the tong ratio (fin height / fin interval). In other words, a heat sink with a higher tong ratio (high tong ratio) has a higher heat dissipation performance. However, aluminum extrusion cannot produce a product with a tong ratio of more than 20, and there is a limit to improving the heat dissipation performance of the radiator.
Further, in the case of brazing, there is a problem that a process of heating and holding for a predetermined time in a vacuum furnace or the like is necessary, and the manufacturing cost is high.
[0004]
Such problems of the prior art are widely applied not only to the manufacturing method of the radiator, but also to the case where a plurality of plate members spaced apart from each other are erected on one surface of the base plate and joined. .
[0005]
SUMMARY OF THE INVENTION In view of such circumstances, the present invention is a member joining method capable of joining a plurality of plate materials having a small thickness and a large height by simply standing on one surface of a base plate at a short pitch. This is a proposal. Furthermore, the present invention proposes a method of manufacturing a radiator capable of manufacturing a heat sink having a high tong ratio at low cost. In addition, a radiator having high heat dissipation performance manufactured by the method and a radiator manufacturing method used in the method are disclosed. Propose a jig.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 is a method of joining a plurality of plate members spaced apart from each other by standing on one surface of the base plate, and a plurality of plate members arranged at intervals from each other; A member disposing step of disposing a spacer sandwiched between these plate members, and a base plate on which one of the plate members is erected, and a disc-shaped joining tool that rotates in a circumferential direction A frictional vibration joining step for joining the plate members to the base plate by moving the peripheral surface along the surface while pressing against the other surface of the base plate, and a spacer detaching step for removing the spacers The member joining method characterized by including these.
[0007]
In such a member joining method, first, a plate material, a base plate, and a spacer are set at predetermined positions in a member arranging step. The material of these members is not particularly limited, and the plate members, the spacers, the plate member and the spacer may be made of the same kind of material, or may be made of several kinds of different materials. The shape of the spacer is not particularly limited, and the spacers may be connected to each other.
At this time, the spacers are sandwiched between the respective plate materials, so that the distance between the plate materials can be easily maintained while being accurately positioned, and the plate materials are reinforced by the spacers, so that the thickness of the plate material is considerably reduced. Is also possible. In addition, by changing the spacer thickness, the arrangement interval of the plate material can be changed arbitrarily, and by changing the height of the plate material together, a plurality of plate materials with particularly thin and large plate thickness can be used as the base. It can be erected and joined to one side of the plate at a short pitch. In addition, in the state where each plate material is erected and arranged on one surface of the base plate in this step, each spacer may not be in contact with the one surface of the base plate. In view of the fact that the bending stress acts on the plate material, it is desirable that each spacer is also brought into contact with the one surface of the base plate in order to enhance the reinforcing effect of the plate material by the spacer. Further, in the subsequent frictional vibration joining process, the respective plate members and the base plate are subjected to frictional vibration joining while pressing the joining tool against the other surface of the base plate. Therefore, it is not necessary to heat and hold for a predetermined time in a vacuum furnace or the like unlike brazing, and the joining cost can be reduced. In order to increase the bonding strength between the base plate and the plate material, each plate material is moved by moving the bonding tool on the back surface of the base plate (the other surface of the base plate) so as to follow the entire base end surface of each plate material. Although it is desirable to completely join the base plate, if it is important to reduce the joining cost, the joining tool may be moved so as to follow only a part of the base end face of each plate member. In addition, the base plate and each spacer may be joined when the base plate and each plate material are friction-vibrated, but if considering the removal of the spacer in the next step, the base plate and each spacer are It is desirable to move the joining tool along a trajectory that prevents joining.
[0008]
The invention according to claim 2 is the member joining method according to claim 1, wherein the spacer is made of a material having a melting point higher than that of the plate material and the base plate.
[0009]
In such a member joining method, the melting point of the spacer is higher than the melting point of the plate material and the base plate. Therefore, by setting the number of rotations and feed speed of the joining tool within a predetermined range, the spacer becomes the plate material and the base plate. It is possible to easily join only the base plate and the plate material.
Further, in this case, since the spacer is not joined to the plate material or the base plate when the frictional vibration joining process is completed, the spacer can be removed without taking time and effort in the final spacer removing process. For example, if the base plate is lifted up with the plate material and spacer down, only the plate material is lifted together with the base plate with the spacer remaining, so the spacer is easily removed, and multiple plate materials are attached to one of the base plates. It can be set in a state of being erected on the surface.
[0010]
The invention according to claim 3 is the member joining method according to claim 1 or 2, wherein the base plate is made of a material having a melting point higher than that of the plate material.
[0011]
In such a member joining method, since the deformation resistance of the base plate can be kept high when the boundary surface between the plate material and the base plate is raised to a temperature necessary for joining them, the pressing force of the joining tool is applied to the boundary surface. High-strength bonding without gaps can be performed between the plate material and the base plate while efficiently transmitting.
[0012]
The invention according to claim 4 is a method of manufacturing a radiator in which a plurality of metal fins spaced apart from each other are erected on one surface of a metal base plate, and spaced apart from each other. A plurality of fins arranged side by side, spacers sandwiched between these fins, and a base plate in which each fin is erected on one surface, In a state where the base end surface of each spacer is in contact with one surface of the base plate The member arranging step to be arranged and the circumferential surface of the disk-shaped joining tool rotating in the circumferential direction are moved along the surface of the base plate while pressing against the other surface of the base plate. It is a manufacturing method of a radiator characterized by including a friction vibration joining process which joins each fin, and a spacer separation process which removes each said spacer.
[0013]
In such a radiator manufacturing method, first, the fin, the base plate, and the spacer are set at predetermined positions in the member arranging step. The material and shape of the spacer are not particularly limited. At this time, since the spacers are sandwiched between the fins, the fins can be easily positioned while keeping the distance between the fins accurate, and the fins are reinforced by the spacers. Is also possible. Further, the fin arrangement interval can be arbitrarily changed simply by changing the thickness of the spacer. Furthermore, by changing the height of the fins together, a radiator having a particularly high tong ratio can be easily manufactured. In addition, in the state where each fin is installed upright on one side of the base plate in this process ,Next Considering bending stress acting on the fin due to the pressing force of the welding tool in the process Shi In order to enhance the fin reinforcing effect of the spacer, each spacer is also brought into contact with the one surface of the base plate. The In the subsequent frictional vibration joining process, the fins and the base plate are joined by frictional vibration welding while pressing a welding tool against the other surface of the base plate. Therefore, it is not necessary to heat and hold in a vacuum furnace or the like for a predetermined time as in brazing, and the manufacturing cost can be reduced. In order to increase the bonding strength between the base plate and the fin, each fin is moved by moving the bonding tool on the back surface of the base plate (the other surface of the base plate) so as to follow the entire base end surface of each fin. Although it is desirable to completely join the base plate, if it is important to reduce the manufacturing cost, the joining tool may be moved so as to follow only a part of the base end face of each fin. The base plate and each spacer may be joined when the base plate and each fin are friction-vibrated, but if the removal of the spacer is considered in the next step, the base plate and each spacer are It is desirable to move the joining tool along a trajectory that prevents joining.
[0014]
The invention according to claim 5 is a method of manufacturing a radiator in which a plurality of metal fins spaced apart from each other are erected on one surface of a metal base plate, and spaced apart from each other. Fin arrangement in which a plurality of fins arranged in parallel and a spacer sandwiched between the fins are arranged so that the base end face is buried within the thickness of the fins than the base end face of the fins. A base plate placement step of placing the base plate while bending the base end portion of each fin protruding from the base end surface of each spacer so that the fins stand upright on one side of the base plate; The base end of each fin is moved to the base plate by moving the peripheral surface of the disk-shaped welding tool rotating in the circumferential direction along the surface while pressing the other peripheral surface of the base plate. A friction vibration joining process for joining, A spacer leaving step of removing the spacer is a radiator of the manufacturing method, which comprises a.
[0015]
The method of manufacturing the radiator is substantially the same as the method of manufacturing the radiator according to claim 4, but the step of arranging the fins (and spacers) and the step of arranging the base plate are divided into the fin arranging step. Then, it is arranged so that the base end face of each spacer is buried more than the base end face (end face on the base plate side) of each fin (the base end face of the fin protrudes from the base end face of the spacer), and then the base In the plate arrangement step, the base end portion of the fin (the portion protruding from the spacer) is bent by pressing the base plate against the fin. In addition, since the protrusion length of the base end part of the fin from the base end surface of the spacer is within the thickness of the spacer, even if the base end part of each fin is bent, they do not overlap each other. In this way, even if the fin is very thin, the base end of the fin contacts with the base plate so that the contact area between the fin and the base plate is increased. Can be reliably joined.
[0016]
The invention according to claim 6 is the method of manufacturing a radiator according to claim 4 or 5, wherein the spacer is made of a material having a melting point higher than that of the fin and the base plate.
[0017]
In such a method of manufacturing a radiator, the melting point of the spacer is higher than the melting point of the fin and the base plate. Therefore, by setting the rotation speed and feed rate of the joining tool within a predetermined range, the spacer Only the base plate and the fins can be easily joined without being joined to the base plate.
In this case, since the spacer is not joined to the fin or the base plate when the frictional vibration joining process is completed, the spacer can be removed without taking time and effort in the final spacer removing process. For example, if the base plate is lifted with the fins and spacers down, only the fins are lifted together with the base plate while leaving the spacers, so that the radiator can be completed simply by removing the spacers.
[0018]
The invention according to claim 7 is the method of manufacturing a radiator according to any one of claims 4 to 6, wherein the base plate is made of a material having a melting point higher than that of the fin. .
[0019]
In such a heatsink manufacturing method, the deformation resistance of the base plate can be kept high when the boundary surface between the fin and the base plate is raised to a temperature required for joining them, so that the pressing force of the welding tool is limited to the boundary. It is possible to perform high-strength bonding without a gap between the fin and the base plate while efficiently transmitting to the surface.
[0020]
The invention according to claim 8 is the method of manufacturing a radiator according to claim 7, wherein the fin is made of an aluminum alloy and the base plate is made of copper.
[0021]
According to such a method for manufacturing a radiator, it is possible to manufacture a radiator with high heat dissipation performance utilizing the high thermal conductivity of copper.
[0022]
The invention according to claim 9 is a method of manufacturing a radiator in which a plurality of metal fin components spaced apart from each other are erected on one surface of a metal base plate, the space being mutually spaced. And a plurality of fin components each having a concave cross section formed by a pair of left and right fins and a base end portion connecting these ends, and sandwiched between the fin components. A spacer sandwiched between the left and right fins of each fin component, and a base on which the fin component is erected so that the base end portion of each fin component is in contact with one surface By moving the circumferential surface of the disk-shaped joining tool rotating in the circumferential direction along the surface while pressing against the other surface of the base plate. Connect the base end of each fin component to the base plate A friction vibration bonding step of the a radiator manufacturing method characterized by comprising a spacer leaving step of removing the respective spacer, the.
[0023]
The manufacturing method of such a radiator is substantially the same as the manufacturing method of the radiator according to claim 4, but a fin component having a concave cross section is used instead of the fin. Of course, the same type or different types of spacers are sandwiched between the fin components and between the left and right fins of the fin components. In this way, even if the thickness of the left and right fins of the fin component material is considerably thin, the base end of the fin component material is in contact with the base plate so that the fin is attached to the base plate. On the other hand, it can be reliably joined. In addition, a fin component can be easily created by bending a spacer in the center of a thin metal plate and bending it into a concave cross section.
[0024]
The invention according to claim 10 is characterized in that, in the radiator manufacturing method according to claim 9, the spacer is made of a material having a higher melting point than the fin constituent material and the base plate.
[0025]
In such a radiator manufacturing method, since the melting point of the spacer is higher than the melting point of the fin component and the base plate, by setting the rotation speed and feed rate of the joining tool within a predetermined range, Only the base plate and the fin component can be easily joined without being joined to the fin component or the base plate.
Further, in this case, since the spacer is not joined to the fin component or the base plate when the frictional vibration joining process is completed, the spacer can be removed without taking time and effort in the final spacer removing process. For example, if the base plate is lifted up with the fin components and spacers down, only the fins are lifted together with the base plate while leaving the spacers, so that the radiator can be completed simply by removing the spacers.
[0026]
The invention according to claim 11 is the method of manufacturing a radiator according to claim 9 or 10, wherein the base plate is made of a material having a melting point higher than that of the fin constituent material.
[0027]
In such a heatsink manufacturing method, the deformation resistance of the base plate can be kept high when the boundary surface between the fin component and the base plate is raised to a temperature necessary for joining them. It is possible to perform a high-strength bonding without a gap between the fin component and the base plate while efficiently transmitting to the boundary surface.
[0028]
According to a twelfth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a radiator according to the eleventh aspect, the fin constituent material is made of an aluminum alloy and the base plate is made of copper.
[0029]
According to such a method for manufacturing a radiator, it is possible to manufacture a radiator with high heat dissipation performance utilizing the high thermal conductivity of copper.
[0032]
Claim 13 In the invention according to the present invention, the fin or fin component and the spacer are alternately overlapped with each other, the fin restraint portion that restrains them, and one surface of the base plate abuts on the base end of the fin or fin component And a base plate restraining portion that restrains the base plate.
[0033]
Such a radiator manufacturing jig is particularly suitable for the use of the method described so far, and can reliably restrain the fins or the fin component, the spacer, and the base plate at the time of frictional vibration joining.
[0034]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description, the same reference numerals are used for the same elements, and duplicate descriptions are omitted.
[0035]
First, before entering the main topic, the basic mechanism of frictional vibration joining of metal members, which is a prerequisite, will be described.
Friction vibration bonding of metal members is present on the overlapping surface of metal members by vibration generated by contact between the rotating bonding tool and the metal member while eliminating a gap in the overlapping portion of the metal member by the pressing force of the bonding tool. This is a method of joining the overlapping portions while increasing the contact area and the diffusion rate between the metal members by breaking the oxide film and increasing the temperature of the overlapping portions by frictional heat to cause plastic deformation.
In particular, if a plurality of metal members are arranged so as to overlap each other in the descending order of the melting point and are joined while pressing the joining tool from the metal member side having the highest melting point, the metal members overlap each other. When the mating part rises to the temperature required for joining, the metal member closer to the joining tool can keep its deformation resistance higher and transmit the pressing force of the joining tool to the overlapping surface more efficiently. This makes it possible to perform high-strength bonding without a gap.
[0036]
Here, as an example of the metal member, an aluminum member and a copper member having a melting point higher than that of the aluminum member will be described and described more specifically. 1 (a) and 1 (b) are front sectional views showing procedures of frictional vibration welding, and FIG. 1 (c) is a side view of FIG. 1 (b). In the frictional vibration welding, first, as shown in FIG. 1A, the aluminum member 1 and the copper member 2 are arranged so as to be in surface contact with each other and fixed with a jig (not shown).
[0037]
Next, as shown in FIGS. 1B and 1C, the peripheral surface of the tool body 3 a of the welding tool 3 that rotates at a peripheral speed R in the circumferential direction around the rotation shaft 3 b is the surface of the copper member 2. The aluminum member 1 and the copper member 2 are overlapped and joined by moving the joining tool 3 along the surface 2a of the copper member 2 at a feed speed V while pressing it perpendicularly to 2a. The joining tool 3 is formed by fixing a disk-shaped tool body 3a to the tip of the rotating shaft 3b. The tool body 3a is made of tool steel such as JIS: SKD61. The tool body 3a rotates around the rotating shaft 3b in such a direction as to feed the rearward in the traveling direction while pressing the surface 2a of the copper member 2.
[0038]
As shown in FIG. 2 (a), the tool body 3a rotates at a high speed in the circumferential direction with its peripheral surface pushed into the surface 2a of the copper member 2 by a certain amount α, and the surface 2a of the copper member 2 Move along. Then, by pressing the tool body 3a into the copper member 2, the gap between the overlapping surfaces of the aluminum member 1 and the copper member 2 is eliminated, and vibration caused by contact between the tool body 3a and the copper member 2 that rotates at high speed. As shown in FIG. 2 (b), the oxide film on the overlapping surface of the aluminum member 1 and the copper member 2 is broken, and as shown in FIG. A predetermined region of the aluminum alloy 1 adjacent to the region is heated by heat generated by frictional contact between the tool body 3a and the copper member 2, and plasticized (fluidized) in a solid state. As a result, the copper member 2 and the aluminum member 1 also plastically flow at the boundary surfaces of each other, and plastically deform from the original surface.
[0039]
As shown in FIG. 2 (c), a pair of shallow steps 2b and 2b are formed on the surface 2a of the copper member 2 by the pressing force of the tool main body 3a. Moreover, the overlapping surface of the aluminum member 1 and the copper member 2 becomes a joint surface S solidified in a concavo-convex shape so that the plastically deformed aluminum member 1 and the copper member 2 mesh with each other, and the copper member is interposed through the joint surface S. 2 and the aluminum member 1 are reliably joined.
[0040]
Here, it is conceivable to press the joining tool 3 from the aluminum member 1 side, but the melting point of the aluminum member 1 is lower than the melting point of the copper member 2, and the overlapping surface of the aluminum member 1 and the copper member 2 is joined. Since the deformation resistance of the aluminum member 1 becomes relatively small when the temperature required for the welding (eutectic temperature: 548 ° C.) or higher is reached, the pressing force by the joining tool 3 is superimposed on the aluminum member 1 and the copper member 2. Not sufficiently transmitted to the surface, which tends to cause poor bonding. On the other hand, if the joining tool 3 is pressed from the side of the copper member 2 having a melting point higher than that of the aluminum member 1, the overlapping surface of the aluminum member 1 and the copper member 2 is equal to or higher than the temperature necessary for joining (eutectic temperature). Since the deformation resistance of the copper member 2 can be kept relatively large and the pressing force of the welding tool 3 can be sufficiently transmitted to the overlapping surface of the aluminum member 1 and the copper member 2, the gap between the two members can be reduced. Lost high strength bonding can be performed.
[0041]
When the aluminum member 1 and the copper member 2 are overlapped and friction-vibrated and joined in this way, the joining tool 3 (tool main body 3a) at the time of joining is determined as a peripheral speed R obtained by the following equation (A). It is desirable to rotate at (m / min).
250 ≦ R ≦ 2000 (A)
This is because when the peripheral speed of the joining tool 3 during joining is less than 250 m / min, the amount of heat generated by frictional contact between the joining tool 3 and the copper member 2 is too small, and the copper member 2 and the aluminum member 1 are overlapped. If the temperature of the mating surfaces is low and bonding is poor, on the other hand, if the peripheral speed of the bonding tool 3 during bonding is greater than 2000 m / min, the amount of heat generated by frictional contact between the bonding tool 3 and the copper member 2 is required. Not only does the driving energy loss of the welding tool 3 increase, but the temperature of the copper member 2 that is in contact with the welding tool 3 becomes locally too high and the portion is plastically deformed. This is because the pressing force of the tool 3 is not sufficiently transmitted to the overlapping surface, and a gap may be generated between both members. Therefore, if the joining tool 3 at the time of joining is rotated at a peripheral speed of 250 to 2000 m / min, the amount of heat generated by frictional contact between the joining tool 3 and the copper member 2 becomes an appropriate value, and good joining is performed. It can be done.
[0042]
In addition, when the aluminum member 1 and the copper member 2 are overlapped and friction-vibrated and joined, the joining tool 3 (tool main body 3a) at the time of joining is pushed by the pushing amount α (m) obtained by the following equation (B). It is desirable to push into the surface 2 a of the copper member 2.
0.1 × t ≦ α ≦ 0.3 × t (B)
t: Thickness (m) of the copper member at the overlapping portion
This is because when the amount of pressing α of the bonding tool 3 to the surface of the copper member 2 during bonding is smaller than 0.1 t, a gap remains on the overlapping surface of the copper member 2 and the aluminum member 1, resulting in poor bonding. When the pushing amount α is larger than 0.3 t, no gap is left on the overlapping surface of the copper member 2 and the aluminum member 1, but due to excessive pushing of the joining tool 3, a dent remains significantly on the surface of the copper member 2. This is because member loss occurs. Therefore, if the amount of pushing α of the joining tool 3 to the surface of the copper member 2 during joining is 0.1 t or more and 0.3 t or less, the pressing force of the joining tool 3 becomes an appropriate value, and the copper member 2 and aluminum Bonding can be performed without generating a gap on the overlapping surface with the member 1, and the dent on the surface of the copper member 2 can be reduced.
[0043]
Furthermore, when the aluminum member 1 and the copper member 2 are overlapped and frictional vibration bonded, the bonding tool 3 (tool body 3a) at the time of bonding is fed by a feed speed V (m / min) obtained by the following equation (C). It is desirable to move along the surface of the copper member 2 by the above.
0.1 ≦ V ≦ R / (5.0 × 10 7 Xt 2 (C)
R: Peripheral speed of welding tool during welding (m / min)
t: Thickness (m) of the copper member at the overlapping portion
This is because if the peripheral speed of the joining tool 3 during joining increases, the amount of heat generated by frictional contact between the joining tool 3 and the copper member 2 increases, so even if the feed speed V of the joining tool 3 is increased, Although the temperature of the overlapping portion can be kept above a certain level, if the thickness of the copper member 2 increases, it takes time for the overlapping surface to reach a certain temperature or more, so the feeding speed of the welding tool 3 is increased. If it is too large, the joining tool 3 passes before the overlapped portion reaches a certain temperature or more, resulting in poor bonding. In other words, in order to perform satisfactory frictional vibration welding, it is necessary to mutually adjust the feed speed V, the circumferential speed R, and the thickness t of the copper member of the welding tool 3, and as a result of the experiment, V ≦ R / (5. 0x10 7 Xt 2 It is confirmed that good bonding is possible when On the other hand, it has also been confirmed by experiments that the joining efficiency is good when 0.1 ≦ V is satisfied from the viewpoint that if the peripheral speed V of the joining tool 3 is too small, the joining efficiency is lowered.
[0044]
In addition, the friction vibration joining of a metal member is not necessarily limited to the superposition joining of an aluminum member and a copper member, and can be widely applied to the superposition joining of metal members. And the shape of such a metal member should just be a thing which can mutually overlap and can press a joining tool. Furthermore, the number of overlapping metal members is not limited to two, and may be three or more.
For example, in FIG. 3, three metal members (5000 series aluminum member 1, 1000 series aluminum member 1 ′, copper member 2) are arranged so as to overlap each other, and among the three metal members, copper member 2 having the highest melting point. The tool main body 3a of the welding tool 3 is pressed from the side to perform frictional vibration welding. Here, at the time of joining, the overlapping portion of the metal members reaches a predetermined temperature or more, and the deformation resistance of each metal member at that time affects the transmission efficiency of the pressing force by the joining tool to the overlapping surface of the metal members. In consideration of this, the three metal members are arranged in the order of high melting point (here, copper member 2, 1000 series aluminum member 1 ′, 5000 series aluminum member 1 in this order), and the melting point is the highest. It is desirable to press the welding tool 3 from the surface of a metal member (here, the copper member 2) to perform frictional vibration welding. In addition, when the three metal members are copper, aluminum, and magnesium, the copper member, the aluminum member, and the magnesium member may be stacked in this order, and the frictional vibration bonding may be performed by pressing the bonding tool from the copper member side.
[0045]
The basic mechanism of the frictional vibration joining of the metal members has been described above. Next, a method for manufacturing a radiator according to the present invention to which this mechanism is applied will be described.
4 and 5 are views for explaining a first embodiment of a radiator manufacturing method according to the present invention, and FIGS. 4A and 4B are front sectional views showing a member arranging step. FIG. 5A is a front sectional view showing the frictional vibration joining process, and FIG. 5B is a front sectional view showing the spacer removing process. FIG. 6 is an exploded perspective view showing an embodiment of a radiator manufacturing jig according to the present invention.
[0046]
In this embodiment, first, as shown in FIG. 4A, fins 4, 4,... That are aluminum plate-like members and spacers 5, 5,. However, these are arranged upright on the member setting portion 12 of the radiator manufacturing jig 10.
As shown in FIG. 6, the radiator manufacturing jig 10 is slidably arranged in a box-shaped jig main body 11 having an open upper surface and a member set portion 12 which is a recess formed in the jig main body 11. The front plate is fixed to the back surface of the pressing plate 13 and the head is positioned outside the wall of the jig main body 11 while penetrating the pressing plate 13 and the wall of the jig main body 11 in a direction orthogonal to the pressing plate 13. A fastening bolt 14 to be fixed, a base fixing plate 15 spanning the upper portion of the wall of the jig main body 11 in a direction parallel to the pressing plate 13, and both ends of the base fixing plate 15 are screwed to the upper portion of the wall of the jig main body 11. And fastening bolts 16 for the purpose.
Here, the fins 4, 4,... And the spacers 5, 5,... Are arranged on the member set portion 12 so as to be alternately erected, and then the tightening bolt 14 is screwed into the pressing plate 13. By pressing them against them, they are restrained in close contact with each other. At this time, since the fins 4 and the spacers 5 are all equal in height, a horizontal plane is formed by the upper surfaces (base end surfaces) of the standing fins 4, 4,... And the upper surfaces (base end surfaces) of the spacers 5, 5,. It has come to be.
[0047]
Subsequently, as shown in FIG. 4B, a base plate 6 which is a copper plate member is provided on the upper surfaces of the fins 4, 4,... And the spacers 5, 5,. Further, the base fixing plate 15 is placed thereon, and the upper portions (base end portions) of the fins 4, 4,... And the spacers 5, 5, ... are fitted into the notches 15a formed on the lower surface of the base fixing plate 15. Are restrained so as not to move the fins 4, 4,... And the spacers 5, 5,. Further, in this state, the base plate 6 is fixed to the upper portions of the fins 4 and the spacers 5 by screwing the fastening bolts 16 into the bolt holes 11 a on the upper surface of the wall of the jig body 11 from the bolt holes 15 b at both ends of the base fixing plate 15. To do. Although not shown, the base plate 6 is constrained so as not to move in the width direction (left and right direction on the paper surface) as necessary. This completes the step of standing the fins and spacers 5 on the base plate 6 so that the base end surfaces of the fins 4 and the spacers 5 are in contact with the lower surface (one surface) of the base plate 6.
4 (a) and 4 (b) are not necessarily the same, the fins 4, 4,..., The spacers 5, 5,. The procedure is not limited as long as it is arranged at a predetermined position as shown in 4 (b). Therefore, for example, the fins 4, 4,... (Or the spacers 5, 5,...) Are arranged at a distance from each other, the base plate 6 is fixed to the base end surfaces thereof, and finally the fins 4, 4,. .. (Or spacers 5, 5,...) May be inserted between the spacers 5, 5,.
[0048]
Next, as shown in FIG. 5A, the peripheral surface of the tool main body 3a of the welding tool 3 that rotates at high speed in the circumferential direction around the rotation shaft 3b is perpendicular to the surface 6a of the other surface of the base plate 6. The fins 4, 4,... Are joined to the base plate 6 by moving the joining tool 3 along the surface 6a of the base plate 6 while pressing.
At this time, since the melting point of copper constituting the base plate 6 is higher than the melting point of aluminum constituting the fin 4, the boundary surface between the fin 4 and the base plate 6 is a temperature necessary for joining them (eutectic temperature). : 548 ° C.), the deformation resistance of the base plate 6 can be kept high, and there is no gap between the fin 4 and the base plate 6 while efficiently transmitting the pressing force of the welding tool 3 to the boundary surface. High strength bonding can be performed.
Moreover, since the melting point of the iron which comprises the spacer 5 is higher than the melting point of the aluminum which comprises the fin 4, and the copper which comprises the base board 6, the peripheral speed and feed rate of the joining tool 3 are set to a predetermined range. Thus, only the base plate 6 and the fin 4 can be easily joined so that the spacer 5 is not joined to the fin 4 or the base plate 6.
[0049]
Finally, the fastening bolts 16 of the radiator manufacturing jig 10 are loosened to remove the base fixing plate 15 from the jig body 11, and the fastening bolts 14 are loosened to release the restraint of the fins 4 and the spacers 5 by the pressing plate 13. Then, as shown in FIG. 5B, the base plate 6 is lifted up. Then, only the fins 4, 4, etc. joined to the base plate 6 are lifted together, and the spacers 5, 5,... Are left in the member setting portion 12 of the radiator manufacturing jig 10. In this way, by simply removing the spacers 5, 5,... In the spacer detaching step, a plurality of aluminum fins 4, 4,. The heat radiator H standingly joined to one surface of 6 can be manufactured.
[0050]
According to the above radiator manufacturing method, the spacers 5, 5,... Are sandwiched between the fins 4, 4,..., Respectively. In this state, the fins 4, 4,. In addition, since the fins 4 are reinforced by the spacers 5, the thickness of the fins 4 can be considerably reduced despite bending stress acting on the fins 4 in the frictional vibration joining process. Further, the arrangement interval of the fins 4 can be arbitrarily changed only by changing the thickness of the spacer 5, and the fins 4, 4 having a particularly small thickness and a large height can be obtained by changing the height of the fins 4. ,... Can be erected and joined to one surface of the base plate 6 at a short pitch to manufacture a radiator H having a high tongue ratio (for example, exceeding a tongue ratio of 20). Of course, the spacer 5 is not limited to metal, and can be made of any other material such as ceramic in consideration of strength, workability, and the like, and the shape of the spacer 5 may be appropriately determined. When the fins 4, 4,... Are arranged upright on one surface of the base plate 6 in the member arranging step, the base end surfaces of the spacers 5, 5,. Although not necessary, in consideration of the fact that bending stress acts on the fin 4 due to the pressing force of the welding tool 3 in the frictional vibration welding process, the reinforcing effect of the fin 4 by the spacer 5 is enhanced, as in the above embodiment. It is desirable that the base end surfaces of the spacers 5, 5,... Be brought into contact with the one surface of the base plate 6 by aligning the spacers 5, 5,.
[0051]
Further, according to the method of manufacturing a radiator as described above, the fins 4, 4,... And the base plate 6 can be joined without being heated and held for a predetermined time in a vacuum furnace or the like like brazing. Manufacturing costs can be reduced. In order to increase the bonding strength between the base plate 6 and the fins 4, 4,... And improve the heat dissipation performance of the radiator H, as shown in FIG. It is desirable to completely join the fins 4, 4,... To the base plate 6 by moving the joining tool 3 on the back surface of the base plate 6 (the other surface of the base plate 6) so as to follow (oblique line in FIG. 8). The area marked with indicates the movement trace of the welding tool 3). On the other hand, if it is important to reduce the bonding cost, for example, as shown in FIG. 8B, the bonding tool 3 may be moved so as to follow only a part of the base end surface of each fin 4 instead of the entire surface. . When the base plate 6 and the fins 4, 4,... Are friction-vibrated and joined, the base plate 6 and the spacers 5, 5,. 4 may be removed from the spacer 4, but the width of the tool body 3a of the joining tool 3 is set to be equal to or smaller than the thickness of the fin 4, and the base plate 6 and the spacer are removed as shown in FIG. , 5 is moved along the trajectory (only in the region immediately above the fins 4, 4,...), Or the fins 4, 4,. Or the base plate 6 and the spacers 5, 5,... Are not in contact with each other, or the melting points of the spacers 5 are changed between the fins 4 and the base plate 6 as in the above embodiment. By making it higher than the melting point If the spacers 5, 5,... Are not joined to the base plate 6 or the fins 4 regardless of the movement trajectory of the joining tool 3, the spacers 5, 5,. Therefore, the manufacturing cost can be reduced by omitting the labor in the spacer detachment process. In addition, when the dent remaining on the surface 6a of the other surface of the base plate 6 is large due to the pressing force of the joining tool 3, the surface 6a of the base plate 6 is cut to a constant thickness, so that the heat radiating member has a beautiful appearance. H.
[0052]
Further, in order to simplify the frictional vibration joining process, instead of the joining tool 3, as shown in FIG. 9, a joining tool 3 in which tool bodies 3a, 3a,... Are fixed around the rotating shaft 3b at predetermined intervals. 'May be used for frictional vibration welding. In this case, since many locations can be friction-vibrated at a time, the time required for joining can be shortened, and the joining efficiency is further improved.
[0053]
Further, by joining another base plate 6 'to the front end surfaces of the fins 4, 4,... Of the radiator H manufactured as described above, the fins 4 spaced apart from each other as shown in FIG. , 4,... May be manufactured in which the base plates 6 and 6 ′ are friction-vibrated and joined to both end faces.
[0054]
As shown in FIG. 11A, the first pattern of the manufacturing procedure of the radiator H ′ shown in FIG. 11 is to place spacers 5, 5,... Between the fins 4, 4,. The base plates 6 and 6 'are disposed at both ends (upper and lower ends in the drawing) of the fins 4, 4,... The welding tools 3 and 3 are pressed and friction vibration welding is performed simultaneously. Finally, the spacers 5, 5,... Are extracted from the side (in the direction perpendicular to the paper surface).
As shown in FIG. 11 (b), the second pattern of the manufacturing procedure of the radiator H ′ is such that spacers 5, 5,... Are sandwiched between fins 4, 4,. After the base plates 6 and 6 'are disposed at both ends (upper and lower ends in the figure) of 4, respectively, the welding tool 3 is pressed downward from the back surface (upper surface in the figure) of one base plate 6 to perform frictional vibration joining. Thereafter, the fins 4, the spacers 5, and the base plates 6 and 6 'are turned upside down while maintaining the arrangement relationship of the members, and as shown in FIG. 11 (c), the back surface of the other base plate 6' (shown) The welding tool 3 is pressed downward from the upper surface) to perform frictional vibration welding. Finally, the spacers 5, 5,... Are extracted from the side (in the direction perpendicular to the paper surface).
[0055]
As shown in FIG. 12 (a), the third pattern of the manufacturing procedure of the radiator H ′ is to insert spacers 5, 5,... Between the fins 4, 4,. After the base plate 6 is disposed only at one end (illustrated upper end) of 4,..., The joining tool 3 is pressed downward from the back surface (illustrated upper surface) of the base plate 6 to perform frictional vibration joining. Thereafter, the fin 4, the spacer 5, and the base plate 6 are turned upside down while maintaining the arrangement relationship of the members, and the other ends (upper ends in the figure) of the fins 4, 4,... As shown in FIG. Further, as shown in FIG. 12C, the welding tool 3 is pressed downward from the back surface (illustrated upper surface) of the base plate 6 'to perform frictional vibration welding. Finally, the spacers 5, 5,... Are extracted from the side (in the direction perpendicular to the paper surface).
As shown in FIG. 12 (d), the fourth pattern of the manufacturing procedure of the radiator H ′ is such that the spacers 5, 5,... Are sandwiched between the fins 4, 4,. After the base plate 6 is disposed only at one end (illustrated upper end) of 4,..., The joining tool 3 is pressed downward from the back surface (illustrated upper surface) of the base plate 6 to perform frictional vibration joining. Next, as shown in FIG. 12E, the spacer 5 is removed by lifting up the base plate 6 and the fins 4 to complete the radiator H once. Thereafter, the radiator H is turned upside down, and spacers 5, 5,... Are sandwiched between the fins 4, 4,. A base plate 6 ′ is arranged (on the upper end in the figure). Further, as shown in FIG. 12G, the welding tool 3 is pressed downward from the back surface (the upper surface in the drawing) of the base plate 6 'to perform frictional vibration welding. Finally, the spacers 5, 5,... Are extracted from the side (in the direction perpendicular to the paper surface).
[0056]
Next, 2nd embodiment of the manufacturing method of the heat radiator which concerns on this invention is described. This embodiment is substantially the same as the first embodiment described above, but differs in that the radiator jig 10 is not used, and the spacer jig 20 is used instead.
As shown in FIG. 13A, the spacer jig 20 is a jig having a cross-sectional comb shape in which the end portions (lower end portions in the drawing) of the spacers 5, 5,. In the member arranging step, after the spacers 5, 5,... Of the spacer jig 20 are fixed upward, as shown in FIG. , 4,... Are further inserted, and as shown in FIG. 13C, the base plate 6 is brought into contact with the lower surface (one surface) of the base plate 6 against the upper surfaces (base end surfaces) of the fins 4, 4,. 6 is fixed. 13B and 13C are reversed, that is, after the base plate 6 is fixed to the upper surface of the spacer jig 20, the spacers 5, 5,. It is also possible to insert.
In the subsequent frictional vibration joining step, as shown in FIG. 13 (d), the fins 4, 4,... Are frictionally joined to the base plate 6 while pressing the welding tool 3 from the upper surface (the other surface) of the base plate 6. To do.
In the final spacer removing step, as shown in FIG. 13E, the spacer jig 20 is removed by lifting the base plate 6 and the fins 4, 4,.
When the spacer jig 20 is used as in the present embodiment, there is an advantage that the radiator manufacturing jig 10 is not required and the labor for arranging the spacers 5, 5,.
[0057]
Next, 3rd embodiment of the manufacturing method of the heat radiator which concerns on this invention is described. This embodiment is substantially the same as the first embodiment, but the member arranging step is divided into a fin arranging step and a subsequent base plate arranging step.
Then, in the first fin arrangement step, as shown in FIG. 14A, the fins 4, 4,... And the spacers 5, 5,. The unit 12 is arranged upright. At this time, the height of the spacers 5, 5,... Is smaller than the height of the fins 4, 4,. ) Are buried within the thickness of the spacer 5 from the base end face (upper end face in the figure) of the fins 4, 4,. In other words, the height of the fins 4, 4,... Is larger than the height of the spacers 5, 5,... Within the thickness range of the spacer 5, and the base end surfaces of the fins 4, 4,. , 5... Protrudes within the thickness of the spacer 5 from the base end face.
[0058]
In the subsequent base plate arranging step, the base plate 6 is placed on the base end surfaces (upper surfaces) of the fins 4, 4,... 14 (c) and 14 (d), a downward pressing force directed toward the fin 4 is applied to the base plate 6, thereby causing the base end portions of the fins 4, 4,. ... 4a are bent and the fins 4, 4,... Are fixed in a L-shaped cross section. At this time, since the height of the base end portion 4a of the fin 4 is within the thickness of the spacer 5, the base end portions 4a of the folded fins 4 do not overlap each other, and one surface of the base plate 6 (illustrated) A surface along the lower surface is formed.
[0059]
Next, as shown in FIG. 15A, the peripheral surface of the tool body 3 a of the welding tool 3 that rotates at high speed in the circumferential direction around the rotation shaft 3 b is perpendicular to the surface 6 a of the other surface of the base plate 6. The base end portions 4a of the fins 4, 4,... Are joined to the base plate 6 by moving the joining tool 3 along the surface 6a of the base plate 6 while pressing.
At this time, since the base end portion 4a of the fin 4 bent at a right angle forms a surface along one surface of the base plate 6, the contact area between the base plate 6 and the fin 4 compared to the first embodiment. Is large, and both can be reliably bonded. That is, according to the present embodiment, even if the fin 4 is quite thin, it is possible to manufacture the radiator H in which the fins 4, 4,. .
[0060]
Finally, as shown in FIG. 15B, when the base plate 6 is lifted upward, only the fins 4, 4,... Joined to the base plate 6 are lifted together, and the spacers 5, 5,. Is left in the member setting portion 12 of the jig 10 for manufacturing a container, and thus a plurality of fins 4, 4,... Are erected and joined to one surface of the base plate 6 via the bent base end portions 4a. The heat radiator H can be manufactured.
[0061]
Next, 4th embodiment of the manufacturing method of the heat radiator which concerns on this invention is described. This embodiment is also substantially the same as the first embodiment, but uses a fin component 30 having a concave cross section instead of the fins 4.
That is, in the first member arranging step, first, as shown in FIG. 16A, the spacer 5 is arranged orthogonally at the center of one thin aluminum alloy plate 31 so that the whole becomes an inverted T-shape. As shown in FIG. 16 (b), by inserting the spacer 5 into the groove in the central portion of the fin component material making jig 40 having a concave cross section while pushing the central portion while bending the plate material 31, As shown in FIG. 16C, a fin component 30 having a concave cross section in which the spacer 5 is sandwiched in the groove at the center is formed. The fin component 30 is formed in a cross-sectional concave shape by a pair of left and right fins 4, 4 and a base end portion 4 a connecting these end portions.
[0062]
Then, a plurality of fin components 30 in which the spacer 5 is sandwiched between the pair of left and right fins 4 and 4 are prepared, and these fin components 30, 30,... And spacers 5 ′, 5 ′,. Are arranged upright on the member set portion 12 of the radiator manufacturing jig 10 as shown in FIG. At this time, the fin component 30 is in a state in which the spacer 5 is sandwiched between the pair of left and right fins 4 and 4 and the base end portion 4a is directed upward. Further, the height of the spacers 5 ′, 5 ′,... Arranged so as to be sandwiched between the fin components 30, 30,... Is sandwiched between the pair of left and right fins 4, 4 of the fin components 30. By making the thickness of the base end portion 4a of the fin component 30 larger than the height of the spacer 5, the horizontal upper surface of the base end portion 4a of the fin component 30 and the base end portion of the spacer 5 'is increased. It is desirable to form.
[0063]
After that, as shown in FIG. 16 (e), the base plate 6 is placed and fixed on the upper surfaces of the fin constituent members 30, 30,... And the spacers 5 ', 5',. . Thus, the base end portion 4a of the fin component 30 and the base end surface of the spacer 5 ′ are brought into contact with one surface (the lower surface in the drawing) of the base plate 6, and the member arranging step is completed.
16 (a) to 16 (e) are not necessarily the same, the fin constituent members 30, 30,..., The spacers 5, 5,... And the spacers 5 ′, 5 ′, Is finally arranged at a predetermined position as shown in FIG. 16 (e), the procedure is not limited. Therefore, for example, the fin constituent members 30, 30,... Previously formed in a concave cross section are arranged at intervals, and the spacers 5, 5 are respectively interposed between the pair of left and right fins 4, 4 of each fin constituent member 30. Are inserted, and spacers 5 ', 5', ... are inserted between the fin components 30, 30, ..., and the base plate 6 may be disposed at the end. Are arranged at intervals from each other, then the base plate 6 is disposed, and finally, a spacer is provided between the pair of left and right fins 4 and 4 of each fin component 30. Are inserted, and spacers 5 ', 5',... May be inserted between the fin components 30, 30,.
[0064]
In the subsequent frictional vibration joining step, as shown in FIG. 17A, the peripheral surface of the tool body 3a of the welding tool 3 that rotates at high speed in the circumferential direction around the rotation shaft 3b is used as the surface of the other surface of the base plate 6. The base end portion 4a of the fin constituent members 30, 30,... Is joined to the base plate 6 by moving the joining tool 3 along the surface 6a of the base plate 6 while pressing it perpendicularly to 6a.
At this time, since the base end portion 4a of the fin component 30 forms a surface along one surface of the base plate 6, the contact area between the base plate 6 and the fin 4 is larger than in the first embodiment. Both can be reliably joined. That is, according to the present embodiment, even if the fin 4 is quite thin, it is possible to manufacture the radiator H in which the fins 4, 4,. .
[0065]
Finally, as shown in FIG. 17B, when the base plate 6 is lifted up, only the fin components 30, 30,... Joined to the base plate 6 are lifted together, and the spacers 5 ′, 5 ′. ,... And spacers 5, 5,... Are left behind in the member setting portion 12 of the radiator manufacturing jig 10, so that a plurality of fins 4, 4,. The heat radiator H standingly joined to one surface of 6 can be manufactured.
[0066]
So far, the embodiment of the radiator manufacturing method, the radiator manufactured by the method, and the radiator manufacturing jig used in the method has been described, but the present invention is not limited to these, and the invention Needless to say, appropriate changes can be made in accordance with the purpose.
For example, with respect to a radiator, as shown in FIG. 18A, a plurality of fins 4 ′, 4 ′,. 4,... May be used as a radiator H1 that is vertically installed on the base plate 6 with a space therebetween, and as shown in FIG. 18 (b), the height is formed with irregularities in the length direction. A plurality of comb-shaped fins 4 ″, 4 ″,... May be configured as a radiator H2 in which the fins 4 ″, 4 ″,. In particular, the heat radiator H2 has a higher heat radiation performance because the surface area of the fins is significantly larger than that of the heat radiator H shown in FIG.
Further, the fins of the radiator are not limited to a flat plate shape. For example, as shown in FIG. 19A, a plurality of thin cylindrical fins 4A, 4A,. It is good also as the heat radiator H3 arranged in concentric form, and standingly joined to one surface of the disk-shaped base board 6A, or as shown in FIG.19 (b), several fin 4B, 4B of the planar view waveform is shown. ,... May be arranged as spaced apart from each other, and a radiator H4 in which these are erected on one surface of the base plate 6 may be used.
Furthermore, the base plate of the radiator is not limited to a flat plate shape, and as shown in FIG. 19 (c), the outer peripheral surface of the base plate 6B made of a half cylinder with a circular arc cross section is spaced from each other. It is good also as the heat radiator H5 which opened and fin-bonded fins 4, 4, .... Of course, all of these radiators H1 to H5 are manufactured by the radiator manufacturing method described so far.
[0067]
In addition, although the manufacturing method of the heat radiator demonstrated above applies the friction vibration joining of a metal member, it is also possible to set it as the member joining method which does not limit a joining target object to a metal member. That is, for example, if one or both of the fins 4 and the base plate 6 of the radiator are partly or entirely made of a ceramic member other than metal, the present invention can provide a plurality of plate members spaced apart from each other. This is a member joining method in which the base plate is erected on one surface of the base plate and joined.
[0068]
【Example】
The structure of the joint portion between the fin 4 and the base plate 6 was observed by actually using the manufacturing method of the radiator shown in FIGS.
Here, the fin 4 has a plate thickness of 1 mm (= 1.0 × 10 -3 m), height 26 mm (= 2.6 × 10 -2 m), length 60 mm (= 6.0 × 10 -2 m) A1050 aluminum alloy as a spacer 5 with a plate thickness of 1 mm (= 1.0 × 10 -3 m), height 25 mm (= 2.5 × 10 -2 m), length 57 mm (= 5.7 × 10 -2 m) mild steel as the base plate 6 with a thickness of 2 mm (= 2.0 × 10 -3 m), width 57 mm (= 5.7 × 10 -2 m), length 60 mm (= 6.0 × 10 -2 m) oxygen-free copper was used. The tong ratio at this time is 26. Further, the diameter of the tool body 3a of the welding tool 3 at the time of frictional vibration welding is set to 80 mm (= 8.0 × 10 -2 m), width 5 mm (= 5.0 × 10 -3 m), the rotational speed is 3000 rpm, the feed speed V is 4000 mm / min (= 4.0 m / min), and the pushing amount α to the surface 6 a of the base plate 6 is 0.3 mm (= 3.0 × 10). -Four m). After the frictional vibration bonding, the spacer 5 was removed, and the structure of the bonded portion between the fin 4 and the base plate 6 was observed. As shown in FIG. 20A, the base plate 6 was slightly deformed, but the fin 4 was not deformed such as bending or bending. Fin 4 and base plate 6 are CuAl 2 As shown in FIG. 20B, which is an enlarged view of FIG. 20A, most of the reaction layer 7 is pressed by the welding tool during frictional vibration welding. The thickness of the reaction layer 7 in the base end region of the fin 4 is 30 μm (= 3.0 × 10 10). -Five m) Below, no cracks or gaps were observed. Since the reaction layer 7 hinders heat conduction from the base plate 6 to the fins 4, the reaction layer 7 is extremely thin, so that the heat radiator has high heat dissipation performance.
[0069]
【The invention's effect】
As described above, according to the member joining method according to the present invention, a plurality of plate members spaced apart from each other can be easily erected and joined to one surface of the base plate regardless of the material of the member. In particular, a plate material having a small thickness and a large height can be firmly erected and joined to the base plate at a short pitch.
[0070]
Moreover, according to the manufacturing method of the heat radiating member according to the present invention, it is possible to easily manufacture a radiator in which a plurality of fins spaced apart from each other are erected and joined to one surface of the base plate at a low cost. In particular, it is possible to easily manufacture a radiator having a high heat dissipation performance with a high tong ratio at a low cost. At this time, if the jig for manufacturing a heat dissipating member according to the present invention is used, the fin or the fin component, the spacer, and the base plate can be reliably restrained at the time of frictional vibration joining.
[0071]
Furthermore, the heat dissipation member according to the present invention has high heat dissipation performance and low manufacturing cost.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are front sectional views showing procedures of frictional vibration welding, and FIG. 1C is a side view of FIG.
2 is a cross-sectional view showing a state of plastic deformation of an overlapping surface of an aluminum member and a copper member in FIG. 1 in time series.
FIG. 3 is a front sectional view showing another example of frictional vibration welding of metal members.
FIGS. 4A and 4B are diagrams for explaining a first embodiment of a method of manufacturing a radiator according to the present invention, and FIGS. 4A and 4B are front sectional views showing a member arranging step. FIGS.
5A and 5B are diagrams for explaining a process following FIG. 4, in which FIG. 5A is a front sectional view showing a frictional vibration joining process, and FIG. 5B is a front sectional view showing a spacer detaching process.
FIG. 6 is an exploded perspective view showing an embodiment of a radiator manufacturing jig according to the present invention.
FIG. 7 is a perspective view showing an embodiment of a radiator according to the present invention.
FIG. 8 is a perspective view showing each example of the movement trajectory of the welding tool in the frictional vibration welding process shown in FIG.
9 is a front sectional view showing another example of the frictional vibration joining process shown in FIG. 5 (a). FIG.
FIG. 10 is a front cross-sectional view showing another embodiment of a radiator according to the present invention.
11 is a front sectional view for explaining a procedure for manufacturing the radiator shown in FIG. 10, wherein (a) represents a first pattern, and (b) and (c) represent a second pattern. .
12 is a front sectional view for explaining a procedure for manufacturing the radiator shown in FIG. 10, wherein (a) to (c) are a third pattern, and (d) to (g) are fourth. Represents the pattern.
FIGS. 13A and 13B are views for explaining a second embodiment of a method of manufacturing a radiator according to the present invention, wherein FIGS. 13A to 13C are front sectional views showing a member arranging step, and FIG. Front sectional drawing showing a vibration joining process, (e) is a front sectional view showing a spacer separation process.
FIGS. 14A and 14B are views for explaining a third embodiment of a method of manufacturing a radiator according to the present invention, in which FIG. 14A is a front sectional view showing a fin placement step, and FIGS. Front sectional drawing showing a board arrangement | positioning process, (d) is the elements on larger scale of (d).
FIGS. 15A and 15B are diagrams for explaining a process following FIG. 14, wherein FIG. 15A is a front sectional view showing a frictional vibration joining process, and FIG. 15B is a front sectional view showing a spacer removing process;
FIGS. 16A and 16B are views for explaining a fourth embodiment of a method for manufacturing a radiator according to the present invention, and FIGS. 16A to 16E are front sectional views showing a member arranging step. FIGS.
FIGS. 17A and 17B are diagrams for explaining the process following FIG. 16, in which FIG. 17A is a front sectional view showing a frictional vibration joining process, and FIG. 17B is a front sectional view showing a spacer removing process;
FIG. 18 is a perspective view showing another embodiment of a radiator according to the present invention.
FIG. 19 is a perspective view showing another embodiment of a radiator according to the present invention.
20 (a) is a partially enlarged cross-sectional view showing a joint portion between a fin and a base plate of an actually manufactured radiator, and FIG. 20 (b) is a partially enlarged view of (a).
[Explanation of symbols]
1 ... Aluminum member
2 ... Copper member
2a ... surface
2b ... Step
3 ... Joining tool
3a ... Tool body
3b Rotating shaft
4 ... Fins
4a: Base end
5 ... Spacer
6 ... Base plate
6a ... surface
7… Reaction layer
10 ... Jig for manufacturing radiator
11 ... Jig body
11a ... Bolt hole
12 ... Member set part
13 ... Pressing plate
14… Tightening bolt
15 ... Base fixing plate
15a ... Notch
15b ... Bolt hole
16… Tightening bolt
20 ... Spacer jig
30 ... Fin component
31 ... Board material
40 ... Fin component material making jig
H… radiator

Claims (13)

互いに間隔をあけた複数枚の板材をベース板の一方の面に立設させて接合する方法であって、
互いに間隔をあけて並べられた複数枚の板材と、これらの板材の間にそれぞれ挟み込まれたスペーサと、一方の面に前記各板材が立設されたベース板と、を配置する部材配置工程と、
円周方向に回転する円板状の接合ツールの周面を、前記ベース板の他方の面に押し当てつつその表面に沿って移動させることにより、前記ベース板に前記各板材を接合する摩擦振動接合工程と、
前記各スペーサを取り外すスペーサ離脱工程と、
を含むことを特徴とする部材接合方法。A method of joining a plurality of plate materials spaced apart from each other by standing on one side of a base plate,
A member arranging step of arranging a plurality of plate members arranged at intervals, a spacer sandwiched between these plate members, and a base plate in which each plate member is erected on one surface; ,
Friction vibration that joins each plate member to the base plate by moving the circumferential surface of a disk-shaped joining tool rotating in the circumferential direction along the surface while pressing against the other surface of the base plate Joining process;
A spacer removal step of removing the spacers;
A member joining method comprising: 前記スペーサが、前記板材及びベース板よりも溶融点の高い材料からなる、
ことを特徴とする請求項１に記載の部材接合方法。The spacer is made of a material having a higher melting point than the plate and the base plate.
The member joining method according to claim 1. 前記ベース板が、前記板材よりも溶融点の高い材料からなる、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の部材接合方法。The base plate is made of a material having a higher melting point than the plate material,
The member joining method according to claim 1, wherein the member is joined. 互いに間隔をあけた複数枚の金属製のフィンを金属製のベース板の一方の面に立設してなる放熱器を製造する方法であって、
互いに間隔をあけて並べられた複数枚のフィンと、これらのフィンの間にそれぞれ挟み込まれたスペーサと、一方の面に前記各フィンが立設されたベース板と、を前記各スペーサの基端面を前記ベース板の一方の面に当接させた状態で配置する部材配置工程と、
円周方向に回転する円板状の接合ツールの周面を、前記ベース板の他方の面に押し当てつつその表面に沿って移動させることにより、前記ベース板に前記各フィンを接合する摩擦振動接合工程と、
前記各スペーサを取り外すスペーサ離脱工程と、
を含むことを特徴とする放熱器の製造方法。A method of manufacturing a radiator in which a plurality of metal fins spaced apart from each other are erected on one surface of a metal base plate,
A plurality of fins arranged at a distance from each other, a spacer sandwiched between these fins, and a base plate on which one of the fins is erected, and a base end surface of each spacer A member disposing step of disposing the base plate in contact with one surface of the base plate ;
Friction vibration that joins the fins to the base plate by moving the circumferential surface of the disc-shaped joining tool rotating in the circumferential direction along the surface while pressing against the other surface of the base plate Joining process;
A spacer removal step of removing the spacers;
The manufacturing method of the heat radiator characterized by including. 互いに間隔をあけた複数枚の金属製のフィンを金属製のベース板の一方の面に立設してなる放熱器を製造する方法であって、
互いに間隔をあけて並べられた複数枚のフィンと、基端面がそれ自体の厚さ以内で前記各フィンの基端面よりも埋没するように該各フィンの間にそれぞれ挟み込まれたスペーサと、を配置するフィン配置工程と、
ベース板を、その一方の面に前記各フィンが立設するように、前記各スペーサの基端面よりも突出する前記各フィンの基端部を折り曲げつつ配置するベース板配置工程と、
円周方向に回転する円板状の接合ツールの周面を、前記ベース板の他方の面に押し当てつつその表面に沿って移動させることにより、前記ベース板に前記各フィンの基端部を接合する摩擦振動接合工程と、
前記各スペーサを取り外すスペーサ離脱工程と、
を含むことを特徴とする放熱器の製造方法。A method of manufacturing a radiator in which a plurality of metal fins spaced apart from each other are erected on one surface of a metal base plate,
A plurality of fins arranged at a distance from each other, and spacers sandwiched between the fins so that the base end surface is buried within the thickness of the fins than the base end surfaces of the fins. A fin placement step to be placed;
A base plate placement step of placing the base plate while bending the base end portion of each fin protruding from the base end surface of each spacer such that the fins stand upright on one surface thereof;
The base end of each fin is moved to the base plate by moving the peripheral surface of the disk-shaped welding tool rotating in the circumferential direction along the surface while pressing the other peripheral surface of the base plate. A friction vibration joining process for joining;
A spacer removal step of removing the spacers;
The manufacturing method of the heat radiator characterized by including. 前記スペーサが、前記フィン及びベース板よりも溶融点の高い材料からなる、
ことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の放熱器の製造方法。The spacer is made of a material having a higher melting point than the fins and the base plate.
The manufacturing method of the heat radiator of Claim 4 or Claim 5 characterized by the above-mentioned. 前記ベース板が、前記フィンよりも溶融点の高い材料からなる、
ことを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれか一項に記載の放熱器の製造方法。The base plate is made of a material having a higher melting point than the fins.
The manufacturing method of the heat radiator as described in any one of Claims 4 thru | or 6 characterized by the above-mentioned. 前記フィンがアルミニウム合金からなり、前記ベース板が銅からなる、
ことを特徴とする請求項７に記載の放熱器の製造方法。The fin is made of an aluminum alloy, and the base plate is made of copper;
The manufacturing method of the heat radiator of Claim 7 characterized by the above-mentioned. 互いに間隔をあけた複数個の金属製のフィン構成材を金属製のベース板の一方の面に立設してなる放熱器を製造する方法であって、
互いに間隔をあけて並べられ、それぞれが左右一対のフィンとこれらの端部を連結する基端部とで断面凹字形に形成された複数個のフィン構成材と、前記各フィン構成材相互間に挟み込まれたスペーサと、前記各フィン構成材の左右のフィンの間に挟み込まれたスペーサと、一方の面に前記各フィン構成材の基端部が当接するように該フィン構成材が立設されたベース板と、を配置する部材配置工程と、
円周方向に回転する円板状の接合ツールの周面を、前記ベース板の他方の面に押し当てつつその表面に沿って移動させることにより、前記ベース板に前記各フィン構成材の基端部を接合する摩擦振動接合工程と、
前記各スペーサを取り外すスペーサ離脱工程と、
を含むことを特徴とする放熱器の製造方法。A method of manufacturing a radiator in which a plurality of metal fin components spaced apart from each other are erected on one surface of a metal base plate,
A plurality of fin components formed in a cross-sectional shape with a pair of left and right fins and a base end portion connecting these ends, and between the fin components. The fin component is erected so that the spacer is sandwiched between the left and right fins of each fin component, and the base end portion of each fin component is in contact with one surface. A base plate, and a member arranging step of arranging the base plate,
The base surface of each fin component is moved to the base plate by moving the peripheral surface of the disk-shaped joining tool rotating in the circumferential direction along the surface while pressing the other surface of the base plate against the other surface of the base plate. Frictional vibration joining process to join the parts,
A spacer removal step of removing the spacers;
The manufacturing method of the heat radiator characterized by including. 前記スペーサが、前記フィン構成材及びベース板よりも溶融点の高い材料からなる、
ことを特徴とする請求項９に記載の放熱器の製造方法。The spacer is made of a material having a higher melting point than the fin component and the base plate.
The manufacturing method of the heat radiator of Claim 9 characterized by the above-mentioned. 前記ベース板が、前記フィン構成材よりも溶融点の高い材料からなる、
ことを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の放熱器の製造方法。The base plate is made of a material having a higher melting point than the fin component.
The manufacturing method of the heat radiator of Claim 9 or Claim 10 characterized by the above-mentioned. 前記フィン構成材がアルミニウム合金からなり、前記ベース板が銅からなる、ことを特徴とする請求項１１に記載の放熱器の製造方法。  The method for manufacturing a radiator according to claim 11, wherein the fin component is made of an aluminum alloy, and the base plate is made of copper. フィン又はフィン構成材とスペーサとを交互に重ね合わせた状態でこれらを拘束するフィン拘束部と、
ベース板の一方の面を前記フィン又はフィン構成材の基端部に当接させて拘束するベース板拘束部と、
を備えることを特徴とする放熱器製造用冶具。A fin restraint portion that restrains the fins or fin constituent materials and spacers in an overlapping state, and
A base plate restraining portion that restrains one surface of the base plate by abutting against a base end portion of the fin or the fin component;
A jig for manufacturing a radiator.
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