JP4222108B2 - 金属部材接合方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属部材同士を互いに重ね合わせて接合する方法に関する。また本発明は、複数枚の金属製板材を金属製のベース板に立設させて接合する方法、さらに該方法を応用して、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の放熱器を製造する方法にも関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１に開示された従来の放熱器の製造方法は、図１９（ａ）に示すように、銅合金からなるベース板１０２の表面１０２ａに、アルミニウム合金からなる薄板を折り曲げて基端部１０４ａと放熱面１０４ｂと先端部１０４ｃとで連続する凹凸断面形状に形成されたフィン１０４をその基端部１０４ａ，１０４ａ，…が面接触するように配置しておき、図１９（ｂ），（ｃ）に示すように、円周方向に回転する円板状の接合ツール１０３のツール本体１０３ａの周面を、フィン１０４の基端部１０４ａの表面に押し込みつつ該基端部１０４ａの表面に沿って移動させることにより、フィン１０４をベース板１０２に接合するものである。かかる接合方法は摩擦振動接合（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｂｏｎｄｉｎｇ）と呼ばれている。
【０００３】
摩擦振動接合用の接合ツールとしては、ツール本体１０３ａの周面が平坦な接合ツール１０３（図２０（ａ））、ツール本体１０３ａの周面に、ツール本体１０３ａの厚み方向に平行な多数の細条１０３ｂ，１０３ｂ，…が形成された接合ツール１０３Ｂ（図２０（ｂ））、ツール本体１０３ａの周面に、ツール本体１０３ａの径方向に突出する多数の四角錘形状の突起１０３ｃ，１０３ｃ，…が千鳥状に配置形成された接合ツール１０３Ｃ（図２０（ｃ））、ツール本体１０３ａの周面に、ツール本体１０３ａの径方向に突出する多数の円弧形状の突起１０３ｄ，１０３ｄ，…が千鳥状に配置形成された接合ツール１０３Ｄ（図２０（ｄ））などを用いることができる。図２０（ｂ）〜（ｄ）の接合ツール１０３Ｂ，１０３Ｃ，１０３Ｄは、図２０（ａ）の接合ツール１０３に比べて、フィン１０４の基端部１０４ａとの接触面積を大きくして、より効率よくフィン１０４とベース板１０２とを摩擦振動接合するためのものである。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００３−１４２６３９号公報
（［００１５］−［００１８］，図２−３，５）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる従来の放熱器の製造方法には、以下のような問題がある。
（１）ベース板１０２を構成する銅合金よりも溶融点の低いアルミニウム合金からなるフィン１０４側から接合ツール１０３を押し込んで摩擦振動接合を行うので、フィン１０４との境界面近傍のベース板１０２が接合に必要な温度（共晶温度＝５４８℃）に達する前にフィン１０４の基端部１０４ａが高温化してその変形抵抗が小さくなってしまう。したがって、接合ツール１０３による押圧力をベース板１０２とフィン１０４の基端部１０４ａとの境界面に充分に伝達できず、接合不良又は接合不能となることがある。さらに、フィン１０４の基端部１０４ａが薄い（たとえば厚さ０．５ｍｍ以下の）場合には、フィン１０４の基端部１０４ａが溶断されてしまう欠点がある。
【０００６】
（２）フィン１０４側から接合ツール１０３を押し込むがゆえに、フィン１０４の構成として基端部１０４ａを省略することができず、放熱器の形状や構造が限定されてしまう。
【０００７】
（３）フィン１０４側から接合ツール１０３を押し込むがゆえに、放熱面１０４ｂの真下では基端部１０４ａとベース板１０２とが未接合のまま残ってしまうので、放熱器の放熱性能やフィンの接合強度が不充分なことがある。
【０００８】
（４）高速回転する接合ツール１０３を、間隔の小さなフィン１０４の放熱面１０４ｂ，１０４ｂ間から注意深く基端部１０４ａに押し込む必要があり、しかも接合ツール１０３を放熱面１０４ｂ，１０４ｂに接触しないように保持しながら移動させなければならないので、接合作業が煩雑かつ困難である。このことは特に、放熱器の放熱性能を高めるべくトング比（フィン高さ／フィン間隔）を大きくした場合（放熱面１０４ｂ，１０４ｂ，…の立設間隔を小さくしたり、放熱面１０４ｂの高さを大きくした場合）に顕著である。
【０００９】
なお、以上の問題は、放熱器を製造する場合だけでなく、一般的に複数枚の金属製板材を金属製ベース板に立設させて接合する場合について広く当てはまる。さらに（１）〜（３）は、一般的に金属部材同士を互いに重ね合わせて接合する場合についても当てはまる。
【００１０】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、まず、金属部材同士を互いに重ね合わせて簡易かつ確実に接合する方法を提案するものである。また本発明は、複数枚の金属製板材を金属製ベース板に立設させて簡易かつ確実に接合する方法、さらには該方法を応用して、複数枚のフィンをベース板に強固に立設接合した放熱器を簡易に製造する方法も提案するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
まず、本発明は、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、重ね合わせ部を前記金属部材のうち最も溶融点の高い金属部材の表面側から加熱及び加圧することにより、前記複数の金属部材を互いに接合することを特徴とする金属部材接合方法である。
【００１２】
かかる金属部材接合方法は、複数の金属部材を互いに重ね合わせて配置しておき、重ね合わせ部を最外側の金属部材側から加熱及び加圧することにより、重ね合わせ部における隙間をなくしつつ、境界面に存在する酸化皮膜を分断破壊するとともに、熱によって重ね合わせ部のメタル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。
ここで、複数の金属部材は溶融点の高い順に重ね合わせて配置され、最も溶融点の高い金属部材側から加熱及び加圧されるので、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、加熱及び加圧される側の金属部材ほどその変形抵抗を高く保ってその圧力が境界面に対して効率よく伝達され、金属部材間に隙間のない高強度の接合が可能となる。たとえば、銅部材とアルミニウム部材とを重ね合わせたときには、銅部材側から重ね合わせ部を加熱及び加圧することになる。
なお、加熱及び加圧の方法は特に限定されるものではなく、最も溶融点の高い金属部材の表面に何らかのツールを接触させ、該ツールによって重ね合わせ部に摩擦熱と押圧力を伝達するような接触方式でもよいし、電磁誘導を利用するような非接触方式でもよい。
【００１８】
このような金属部材接合方法は、円周方向に回転する円板状の接合ツールの周面を、最も溶融点の高い金属部材の表面に押し込みつつ該金属部材の表面に沿って移動させることにより、重ね合わせ部の加熱及び加圧を行うものであるから、簡易な装置により確実な接合が期待できる。
ここで、接合ツールの周面には凹溝が形成されているので、接合ツールの周面と金属部材の表面との接触面積がより大きくなり、効率よく摩擦熱を発生させて効率よく複数の金属部材を互いに接合することができる。
さらに、接合ツールの周面の凹溝は、回転方向に対して僅かに傾斜した向きで連続するように、つまり接合ツールの回転軸のまわりで接合ツールの周面に沿った螺旋形の軌跡を描くように形成されている。したがって、接合ツールの回転・移動に伴って、凹溝内部に溜まった可塑化したメタルが接合ツールの幅方向に順次送り出されるので、接合後に金属部材の表面に残る凹み量を最小限に抑えることができる。
【００１９】
本発明は、前記金属部材接合方法において、前記凹溝間のフラット部の幅ｗ１（ｍｍ）及び前記凹溝の幅ｗ２（ｍｍ）について、１≦ｗ１≦５、かつ、１≦ｗ２≦３、かつ、０．６７≦ｗ１／ｗ２≦５．００が成立することを特徴とする。
【００２０】
このような金属部材接合方法に関して、接合ツールの周面における凹溝間のフラット部の幅ｗ１（ｍｍ）及び凹溝の幅ｗ２（ｍｍ）並びに凹溝の幅ｗ２に対するフラット部の幅ｗ１の比率について発明者らが実験を繰り返したところ、ｗ１／ｗ２が小さすぎると、金属部材の表面を接合ツールで切削しているのに近い状況となるので、接合ツールによる摩擦熱の発生量を比較的大きくできるが、接合後に金属部材の表面に残る凹み量が大きくなってしまうこと、一方ｗ１／ｗ２が大きすぎると、周面がフラットな接合ツールによる接合に近い状況となるので、接合ツールによる摩擦熱の発生量が小さくなってしまって、金属部材の表面への接合ツールの押込量を大きくしなければならず、機械負荷も大きくなってしまうこと、そして、１≦ｗ１≦５、かつ、１≦ｗ２≦３、かつ、０．６７≦ｗ１／ｗ２≦５．００が成立する場合には、金属部材の表面への接合ツールの押込量を抑えつつ、接合ツールによる摩擦熱の発生量を大きくして、効率的な接合が可能となることが判明した。
【００２１】
本発明は、前記金属部材接合方法において、前記凹溝は、前記回転方向に対して０．５〜２．０°傾斜しており、前記接合ツールの全周にわたって二本以上形成されていることを特徴とする。
【００２２】
このような金属部材接合方法に関して、接合ツールの周面における凹溝の傾斜角度について発明者らが実験を繰り返したところ、凹溝の傾斜角度が０．５°より小さい場合には、凹溝内部に溜まった可塑化したメタルが接合ツールの幅方向にうまく送り出されず、接合ツールの通過後に金属部材の表面にバリが残存すること、一方凹溝の傾斜角度が２．０°より大きい場合には、切粉の排出量が大きく金属部材の表面に残る凹みが大きくなるとともに、機械負荷も大きくなってしまうこと、そして、凹溝の傾斜角度が０．５〜２．０°の場合には、このような弊害がないことが判明した。なお、接合ツールの幅を考慮すると、凹溝は接合ツールの全周にわたって二本以上形成されていることが望ましい。
【００２３】
本発明は、前記金属部材接合方法において、前記凹溝の深さが０．３〜１．２ｍｍであることを特徴とする。
【００２４】
このような金属部材接合方法に関して、接合ツールの周面における凹溝の深さについて発明者らが実験を繰り返したところ、凹溝の深さが０．３ｍｍより小さい場合には、可塑化したメタルが凹溝内部に詰まってしまい、接合ツールによる摩擦熱の発生量が減少して充分な接合ができないこと、一方凹溝の深さが１．２ｍｍより大きい場合には、金属部材の表面を接合ツールで切削しているのに近い状況となるので、接合ツールによる摩擦熱の発生量を大きくできるが、接合後に金属部材の表面に残る凹み量が大きくなってしまうこと、そして、凹溝の深さが０．３〜１．２ｍｍである場合には、このような弊害がないことが判明した。
【００２５】
【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。
【００２６】
＜金属部材接合方法−１＞
本発明に係る金属部材接合方法の第一実施形態は、金属部材同士を重ね合わせて摩擦振動接合するものである。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同士の境界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境界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。
【００２７】
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、本発明に係る金属部材接合方法の第一実施形態としての、金属部材の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。本実施形態ではまず、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これらを互いに重ね合わせて配置し、図示しない治具で固定する。
【００２８】
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。
【００２９】
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（境界面）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（境界面）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部材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。
【００３０】
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（境界面）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。
【００３１】
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（境界面）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（境界面）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（境界面）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（境界面）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。
【００３２】
ところで、図３（ａ）に示すように、接合ツール３のツール本体３ａの周面には回転方向に略沿った向きで凹溝３ｃが形成されている。したがって、接合ツール３の周面と銅部材２の表面２ａとの接触面積がより大きくなり、効率よく摩擦熱を発生させて効率よく銅部材２とアルミニウム部材１とを接合することができる。
また、凹溝３ｃは、回転方向に対して僅かに傾斜して連続するように、つまり接合ツール３の回転軸３ｂのまわりでツール本体３ａの周面に沿った螺旋形の軌跡を描くように形成されている。したがって、ツール本体３ａの回転・移動に伴って、凹溝３ｃの内部に溜まった可塑化したメタルがツール本体３ａの幅方向に順次送り出されるので、接合後に銅部材２の表面２ａに残る凹み量（段部２ｂの高さ）を最小限に抑えることができる。
【００３３】
ここで、接合ツール３のツール本体３ａの周面の凹溝３ｃ，３ｃ間のフラット部３ｄの幅ｗ1（ｍｍ）及び凹溝３ｃの幅ｗ2（ｍｍ）は、１≦ｗ1≦５、かつ、１≦ｗ2≦３、かつ、０．６７≦ｗ1／ｗ2≦５．００が成立するように設定されている。フラット部３ｄ及び凹溝３ｃがこのように設定されていることにより、銅部材２の表面２ａへの接合ツール３のツール本体３ａの押込量を抑えつつ、接合ツール３のツール本体３ａによる摩擦熱の発生量を大きくして、効率的な接合が可能となる。
【００３４】
また、接合ツール３のツール本体３ａの周面の凹溝３ｃは、ツール本体３ａの回転方向に対して傾斜して形成されており、傾斜角θは０．５〜２．０°に設定されている。図３（ａ）において、Ｘは回転方向に平行な線を示す。そして凹溝３ｃは、ツール本体３ａの周面の全周にわたって幅方向に二本以上形成されている。凹溝３ｃの傾斜角θ及び本数がこのように設定されていることにより、接合ツール３のツール本体３ａの回転・移動に伴って、凹溝３ｃ内部に溜まった可塑化した銅部材２のメタルがツール本体３ａの幅方向にうまく連続的に送り出され、ツール本体３ａの通過後に銅部材２の表面２ａにバリや凹みがほとんど残存しなくなり、機械負荷も小さくなる。
【００３５】
さらに、接合ツール３のツール本体３ａの周面の凹溝３ｃの深さは０．３〜１．２ｍｍに設定されている。凹溝３ｃの深さがこのように設定されていることにより、可塑化した銅部材２のメタルが凹溝３ｃの内部に詰まらず、接合後に銅部材２の表面２ａに残る凹み量も小さくなり、効率的な接合が可能となる。
【００３６】
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（境界面）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（境界面）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。
【００３７】
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。
０．０３×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の表面２ａへの押込量αが０．０３ｔ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（境界面）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（境界面）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の表面２ａへの押込量αを０．０３ｔ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（境界面）に隙間を発生させずに接合することができ、銅部材２の表面２ａの凹みも小さくできるのである。
【００３８】
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２ａに沿って移動させることが望ましい。
０．１≦Ｖ≦Ｒ／（５．０×１０6×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（境界面）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／（５．０×１０6×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。
【００３９】
なお、ツール本体３ａが回転軸３ｂの先端部に固定された、いわゆる片持式の接合ツール３においては、ツール本体３ａの幅は５〜２５ｍｍに設定されるが、これ以上ツール本体３ａの幅を大きくする場合には、ツール本体３ａが回転軸３ｂの中間部に固定された、いわゆる両持式の接合ツール３とすることが望ましい。ツール本体３ａの幅が大きいと、接合ツール３に作用する圧力で回転軸３ｂが撓んでしまって、ツール本体３ａの周面を銅部材２の表面２ａに対して垂直に押し込むことが難しくなってくるからである。
【００４０】
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４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（境界面）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。
【００４１】
＜金属部材接合方法−２＞
本発明に係る金属部材接合方法の第二実施形態は、複数枚の金属製板材を金属製のベース板に立設させて摩擦振動接合することにより、放熱器を製造するというものである。
図５及び図６は、本発明に係る金属部材接合方法の第二実施形態としての放熱器の製造方法を説明するための図であって、図５（ａ），（ｂ）は部材配置工程を表す正面断面図、図６（ａ）は接合工程を表す正面断面図、図６（ｂ）はスペーサ離脱工程を表す正面断面図である。また、図７は、放熱器製造用治具の一実施形態を表す分解斜視図である。
【００４２】
本実施形態ではまず、図５（ａ）に示すように、アルミニウム製の板材であるフィン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治具１０の部材セット部１２に立設配置する。
放熱器製造用治具１０は、図７に示すように、上面が開放した箱形の治具本体１１と、この治具本体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と直交する向きで治具本体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治具本体１１の壁体の外側に位置する締付ボルト１４と、押圧板１３に平行な向きで治具本体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の両端を治具本体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。
【００４３】
続いて、図５（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から治具本体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４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５（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５（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。
【００４４】
次に、図６（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。ツール本体３ａの周面には、第一実施形態と同様の凹溝３ｃが形成されている。
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。
【００４５】
最後に、放熱器製造用治具１０の締付ボルト１６を緩めてベース固定板１５を治具本体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６（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，…は放熱器製造用治具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８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。
【００４６】
このような方法によれば、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、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、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、本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。
【００４７】
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９（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（ツール本体３ａ）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９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９（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９（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、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。
【００４８】
また、接合工程を簡素化するために、接合ツール３に代えて、図１０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’を用いて接合するようにしてもよい。この場合、一度に多数箇所を接合できるので、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。
【００４９】
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１１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’を接合した放熱器Ｈ’を製造するようにしてもよい。
【００５０】
同図に示した放熱器Ｈ’の製造手順の第一パターンは、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１２（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１２（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。
【００５１】
放熱器Ｈ’の製造手順の第三パターンは、図１３（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１３（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１３（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１３（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接合する。次に、図１３（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１３（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１３（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。
【００５２】
＜金属部材接合方法−３＞
本発明に係る金属部材接合方法の第三実施形態は、上記第二実施形態と略同様であるが、放熱器製造用治具１０を使用せず、これに代えてスペーサ治具２０を使用する点において異なる。
スペーサ治具２０は、図１４（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治具である。そして、部材配置工程では、このスペーサ治具２０のスペーサ５，５，…を上に向けて固定した後で、図１４（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１４（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１４（ｂ），（ｃ）の手順を逆にすること、つまりスペーサ治具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。
続く接合工程では、図１４（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，…を接合する。
最後のスペーサ離脱工程では、図１４（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、スペーサ治具２０を取り外す。
本実施形態のようにスペーサ治具２０を用いれば、放熱器製造用治具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。
【００５３】
＜金属部材接合方法−４＞
本発明に係る金属部材接合方法の第四実施形態は、上記第二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１５（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治具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。
【００５４】
続くベース板配置工程では、図１５（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１５（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。
【００５５】
次に、図１６（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、第二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。
【００５６】
最後に、図１６（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，…は放熱器製造用治具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。
【００５７】
＜放熱器の製造方法＞
次に、本発明に係る放熱器の製造方法の実施形態について説明する。本実施形態は、上記金属部材接合方法の第二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。
まず、最初の部材配置工程では、図１７（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１７（ｂ）に示すように、断面凹字形のフィン構成材作成治具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１７（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。
【００５８】
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１７（ｄ）に示すように、これらを放熱器製造用治具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。
【００５９】
その後、図１７（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１７（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１７（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。
【００６０】
続く接合工程では、図１８（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。
【００６１】
最後に、図１８（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，…は放熱器製造用治具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。
【００６２】
＜その他＞
なお、以上の実施形態では、接合ツール３を用いたいわゆる摩擦振動接合を例示してきたが、本発明はこれらに限定されるものではない。たとえば、加熱及び加圧の方法としては、回転する接合ツール３を溶融点の高い金属部材側に押し込んで、これにより発生する摩擦熱と押圧力を金属部材間の境界面に伝達するような接触方式に限定されるものではなく、電磁誘導を利用して溶融点の高い金属部材側から金属部材間の境界面を加熱及び加圧するような非接触方式でもよい。
【００６３】
【実施例】
図１、図２に示すように、銅製の板材（銅板）とアルミニウム合金（Ａ１０５０）製の板材（アルミ板）とを重ね合わせて、高速回転する接合ツールの周面を銅板の表面に押し当てつつ移動させる摩擦振動接合を実際に行った。銅板は板厚４ｍｍ、幅７０ｍｍ、長さ１００ｍｍとし、アルミ板は板厚０．５ｍｍ、幅７０ｍｍ、長さ１００ｍｍとした。接合ツールは直径１２０ｍｍ、幅２４ｍｍとし、接合ツールの回転数は２０００ｒｐｍ（周速度≒１５０７ｍ／min）、送り速度は０．７５ｍ／minとした。
【００６４】
＜実施例１＞
接合ツールの周面のフラット部の幅ｗ1（ｍｍ）、溝幅ｗ2（ｍｍ）、溝幅に対するフラット部の幅の比率ｗ1／ｗ2を様々に設定して、接合品質、外観、機械負荷について調べた結果を表１に示す。
【００６５】
【表１】
【００６６】
表１から、ｗ1／ｗ2が小さすぎると（比較例１−２）、銅板の表面を接合ツールで切削しているのに近い状況となるので、接合ツールによる摩擦熱の発生量を比較的大きくでき機械負荷は小さくなるものの、接合後に銅板の表面に残る凹み量が大きくなって外観が悪く、接合品質も悪かった。一方、ｗ1／ｗ2が大きすぎると（比較例１−１）、周面がフラットな接合ツールによる接合に近い状況となって、接合ツールによる摩擦熱の発生量が小さいので、銅板表面への接合ツールの押込量を大きくしなければならず外観が悪くなり、機械負荷も過大であった。
そして、１≦ｗ1≦５、かつ、１≦ｗ2≦３、かつ、０．６７≦ｗ1／ｗ2≦５．００が成立する場合（実施例１−１〜１−７）には、銅板表面への接合ツールの押込量を抑えつつ、接合ツールによる摩擦熱の発生量を大きく機械負荷を小さくして、効率的な接合が可能となることが判明した。
【００６７】
＜実施例２＞
接合ツールの周面の溝の回転方向に対する傾斜角度と溝数を様々に設定して、接合品質、外観、機械負荷について調べた結果を表２に示す。なお、比較例２−２の場合だけ、接合ツールの幅を１０ｍｍに設定した。
【００６８】
【表２】
【００６９】
表２から、凹溝の傾斜角度が０．５°より小さい場合（比較例２−２）には、機械負荷は小さいものの、凹溝内部に溜まった可塑化したメタルが接合ツールの幅方向にうまく送り出されないため、接合ツールの通過後に銅板の表面にバリが残存し、外観不良となった。一方、凹溝の傾斜角度が２．０°より大きい場合（比較例２−１）には、切粉の排出量が大きく外観不良であるとともに、金属部材の表面に残る凹みが大きく機械負荷が過大であった。
そして、凹溝の傾斜角度が０．５〜２．０°の場合（実施例２−１〜２−３）には、このような弊害がなく、良好な接合が可能であった。
なお、接合ツールの幅を考慮すると、接合ツールの全周にわたって形成されている凹溝の本数は幅方向に二以上である。比較例２−２において、溝数が０本となっているのは、接合ツールの回転方向に傾斜した凹溝がないということを示している。
【００７０】
＜実施例３＞
接合ツールの周面の溝の深さを様々に設定して、接合品質、外観、機械負荷について調べた結果を表３に示す。
【００７１】
【表３】
【００７２】
表３から、凹溝の深さが０．３ｍｍより小さい場合（比較例３−１）には、可塑化したメタルが凹溝内部に詰まってしまい、接合ツールによる摩擦熱の発生量が減少して充分な接合ができなかった。一方、凹溝の深さが１．２ｍｍより大きい場合（比較例３−２）には、銅板の表面を接合ツールで切削しているのに近い状況となるので、接合ツールによる摩擦熱の発生量を大きくでき機械負荷が小さいが、接合ツールの押込量が大きくなってしまい、その結果、外観不良であった。さらに、溝が全くない場合（比較例３−３）には、接合ツールによる摩擦熱の発生量が小さいので、銅板表面への接合ツールの押込量を大きくしなければならず外観が悪くなり、機械負荷も過大であった。
そして、凹溝の深さが０．３〜１．２ｍｍである場合には、このような弊害がなく、良好な接合が可能であった。
【００７３】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る金属部材接合方法によれば、金属部材同士を互いに重ね合わせて簡易かつ確実に接合でき、また、複数枚の金属製板材を金属製ベース板に立設させて簡易かつ確実に接合できる。さらに本発明に係る放熱器の製造方法によれば、複数枚のフィンをベース板に強固に立設接合した放熱器を簡易に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ），（ｂ）は本発明に係る金属部材接合方法の第一実施形態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】（ａ）は図１の接合ツールの部分拡大図であり、（ｂ）〜（ｄ）は接合ツールの周面の凹溝の別例を表す部分断面図である。
【図４】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５】本発明に係る金属部材接合方法の第二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６】図５に続く工程を説明するための図であって、（ａ）は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７】放熱器製造用治具の一実施形態を表す分解斜視図である。
【図８】放熱器の一実施形態を表す斜視図である。
【図９】図６（ａ）に示した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１０】図６（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１１】放熱器の他の実施形態を表す正面断面図である。
【図１２】図１１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１３】図１１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１４】本発明に係る金属部材接合方法の第三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１５】本発明に係る部材接合方法の第四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（ｃ）の部分拡大図である。
【図１６】図１５に続く工程を説明するための図であって、（ａ）は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１７】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）〜（ｅ）は部材配置工程を表す正面断面図である。
【図１８】図１７に続く工程を説明するための図であって、（ａ）は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１９】（ａ），（ｂ）は特許文献１に開示された摩擦振動接合の手順を表す正面断面図であり、（ｃ）は（ｂ）の側面図である。
【図２０】（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、特許文献１に開示された接合ツールの部分斜視図である。
【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
３ｃ … 凹溝
３ｄ … フラット部
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 … 放熱器製造用治具
１１ … 治具本体
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 … スペーサ治具
３０ … フィン構成材
３１ … 板材
４０ … フィン構成材作成治具
Ｈ … 放熱器
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属部材同士を互いに重ね合わせて接合する方法に関する。また本発明は、複数枚の金属製板材を金属製のベース板に立設させて接合する方法、さらに該方法を応用して、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の放熱器を製造する方法にも関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１に開示された従来の放熱器の製造方法は、図１９（ａ）に示すように、銅合金からなるベース板１０２の表面１０２ａに、アルミニウム合金からなる薄板を折り曲げて基端部１０４ａと放熱面１０４ｂと先端部１０４ｃとで連続する凹凸断面形状に形成されたフィン１０４をその基端部１０４ａ，１０４ａ，…が面接触するように配置しておき、図１９（ｂ），（ｃ）に示すように、円周方向に回転する円板状の接合ツール１０３のツール本体１０３ａの周面を、フィン１０４の基端部１０４ａの表面に押し込みつつ該基端部１０４ａの表面に沿って移動させることにより、フィン１０４をベース板１０２に接合するものである。かかる接合方法は摩擦振動接合（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｂｏｎｄｉｎｇ）と呼ばれている。
【０００３】
摩擦振動接合用の接合ツールとしては、ツール本体１０３ａの周面が平坦な接合ツール１０３（図２０（ａ））、ツール本体１０３ａの周面に、ツール本体１０３ａの厚み方向に平行な多数の細条１０３ｂ，１０３ｂ，…が形成された接合ツール１０３Ｂ（図２０（ｂ））、ツール本体１０３ａの周面に、ツール本体１０３ａの径方向に突出する多数の四角錘形状の突起１０３ｃ，１０３ｃ，…が千鳥状に配置形成された接合ツール１０３Ｃ（図２０（ｃ））、ツール本体１０３ａの周面に、ツール本体１０３ａの径方向に突出する多数の円弧形状の突起１０３ｄ，１０３ｄ，…が千鳥状に配置形成された接合ツール１０３Ｄ（図２０（ｄ））などを用いることができる。図２０（ｂ）〜（ｄ）の接合ツール１０３Ｂ，１０３Ｃ，１０３Ｄは、図２０（ａ）の接合ツール１０３に比べて、フィン１０４の基端部１０４ａとの接触面積を大きくして、より効率よくフィン１０４とベース板１０２とを摩擦振動接合するためのものである。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００３−１４２６３９号公報
（［００１５］−［００１８］，図２−３，５）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる従来の放熱器の製造方法には、以下のような問題がある。
（１）ベース板１０２を構成する銅合金よりも溶融点の低いアルミニウム合金からなるフィン１０４側から接合ツール１０３を押し込んで摩擦振動接合を行うので、フィン１０４との境界面近傍のベース板１０２が接合に必要な温度（共晶温度＝５４８℃）に達する前にフィン１０４の基端部１０４ａが高温化してその変形抵抗が小さくなってしまう。したがって、接合ツール１０３による押圧力をベース板１０２とフィン１０４の基端部１０４ａとの境界面に充分に伝達できず、接合不良又は接合不能となることがある。さらに、フィン１０４の基端部１０４ａが薄い（たとえば厚さ０．５ｍｍ以下の）場合には、フィン１０４の基端部１０４ａが溶断されてしまう欠点がある。
【０００６】
（２）フィン１０４側から接合ツール１０３を押し込むがゆえに、フィン１０４の構成として基端部１０４ａを省略することができず、放熱器の形状や構造が限定されてしまう。
【０００７】
（３）フィン１０４側から接合ツール１０３を押し込むがゆえに、放熱面１０４ｂの真下では基端部１０４ａとベース板１０２とが未接合のまま残ってしまうので、放熱器の放熱性能やフィンの接合強度が不充分なことがある。
【０００８】
（４）高速回転する接合ツール１０３を、間隔の小さなフィン１０４の放熱面１０４ｂ，１０４ｂ間から注意深く基端部１０４ａに押し込む必要があり、しかも接合ツール１０３を放熱面１０４ｂ，１０４ｂに接触しないように保持しながら移動させなければならないので、接合作業が煩雑かつ困難である。このことは特に、放熱器の放熱性能を高めるべくトング比（フィン高さ／フィン間隔）を大きくした場合（放熱面１０４ｂ，１０４ｂ，…の立設間隔を小さくしたり、放熱面１０４ｂの高さを大きくした場合）に顕著である。
【０００９】
なお、以上の問題は、放熱器を製造する場合だけでなく、一般的に複数枚の金属製板材を金属製ベース板に立設させて接合する場合について広く当てはまる。さらに（１）〜（３）は、一般的に金属部材同士を互いに重ね合わせて接合する場合についても当てはまる。
【００１０】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、まず、金属部材同士を互いに重ね合わせて簡易かつ確実に接合する方法を提案するものである。また本発明は、複数枚の金属製板材を金属製ベース板に立設させて簡易かつ確実に接合する方法、さらには該方法を応用して、複数枚のフィンをベース板に強固に立設接合した放熱器を簡易に製造する方法も提案するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
まず、本発明は、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、重ね合わせ部を前記金属部材のうち最も溶融点の高い金属部材の表面側から加熱及び加圧することにより、前記複数の金属部材を互いに接合することを特徴とする金属部材接合方法である。
【００１２】
かかる金属部材接合方法は、複数の金属部材を互いに重ね合わせて配置しておき、重ね合わせ部を最外側の金属部材側から加熱及び加圧することにより、重ね合わせ部における隙間をなくしつつ、境界面に存在する酸化皮膜を分断破壊するとともに、熱によって重ね合わせ部のメタル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。
ここで、複数の金属部材は溶融点の高い順に重ね合わせて配置され、最も溶融点の高い金属部材側から加熱及び加圧されるので、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、加熱及び加圧される側の金属部材ほどその変形抵抗を高く保ってその圧力が境界面に対して効率よく伝達され、金属部材間に隙間のない高強度の接合が可能となる。たとえば、銅部材とアルミニウム部材とを重ね合わせたときには、銅部材側から重ね合わせ部を加熱及び加圧することになる。
なお、加熱及び加圧の方法は特に限定されるものではなく、最も溶融点の高い金属部材の表面に何らかのツールを接触させ、該ツールによって重ね合わせ部に摩擦熱と押圧力を伝達するような接触方式でもよいし、電磁誘導を利用するような非接触方式でもよい。
【００１８】
このような金属部材接合方法は、円周方向に回転する円板状の接合ツールの周面を、最も溶融点の高い金属部材の表面に押し込みつつ該金属部材の表面に沿って移動させることにより、重ね合わせ部の加熱及び加圧を行うものであるから、簡易な装置により確実な接合が期待できる。
ここで、接合ツールの周面には凹溝が形成されているので、接合ツールの周面と金属部材の表面との接触面積がより大きくなり、効率よく摩擦熱を発生させて効率よく複数の金属部材を互いに接合することができる。
さらに、接合ツールの周面の凹溝は、回転方向に対して僅かに傾斜した向きで連続するように、つまり接合ツールの回転軸のまわりで接合ツールの周面に沿った螺旋形の軌跡を描くように形成されている。したがって、接合ツールの回転・移動に伴って、凹溝内部に溜まった可塑化したメタルが接合ツールの幅方向に順次送り出されるので、接合後に金属部材の表面に残る凹み量を最小限に抑えることができる。
【００１９】
本発明は、前記金属部材接合方法において、前記凹溝間のフラット部の幅ｗ１（ｍｍ）及び前記凹溝の幅ｗ２（ｍｍ）について、１≦ｗ１≦５、かつ、１≦ｗ２≦３、かつ、０．６７≦ｗ１／ｗ２≦５．００が成立することを特徴とする。
【００２０】
このような金属部材接合方法に関して、接合ツールの周面における凹溝間のフラット部の幅ｗ１（ｍｍ）及び凹溝の幅ｗ２（ｍｍ）並びに凹溝の幅ｗ２に対するフラット部の幅ｗ１の比率について発明者らが実験を繰り返したところ、ｗ１／ｗ２が小さすぎると、金属部材の表面を接合ツールで切削しているのに近い状況となるので、接合ツールによる摩擦熱の発生量を比較的大きくできるが、接合後に金属部材の表面に残る凹み量が大きくなってしまうこと、一方ｗ１／ｗ２が大きすぎると、周面がフラットな接合ツールによる接合に近い状況となるので、接合ツールによる摩擦熱の発生量が小さくなってしまって、金属部材の表面への接合ツールの押込量を大きくしなければならず、機械負荷も大きくなってしまうこと、そして、１≦ｗ１≦５、かつ、１≦ｗ２≦３、かつ、０．６７≦ｗ１／ｗ２≦５．００が成立する場合には、金属部材の表面への接合ツールの押込量を抑えつつ、接合ツールによる摩擦熱の発生量を大きくして、効率的な接合が可能となることが判明した。
【００２１】
本発明は、前記金属部材接合方法において、前記凹溝は、前記回転方向に対して０．５〜２．０°傾斜しており、前記接合ツールの全周にわたって二本以上形成されていることを特徴とする。
【００２２】
このような金属部材接合方法に関して、接合ツールの周面における凹溝の傾斜角度について発明者らが実験を繰り返したところ、凹溝の傾斜角度が０．５°より小さい場合には、凹溝内部に溜まった可塑化したメタルが接合ツールの幅方向にうまく送り出されず、接合ツールの通過後に金属部材の表面にバリが残存すること、一方凹溝の傾斜角度が２．０°より大きい場合には、切粉の排出量が大きく金属部材の表面に残る凹みが大きくなるとともに、機械負荷も大きくなってしまうこと、そして、凹溝の傾斜角度が０．５〜２．０°の場合には、このような弊害がないことが判明した。なお、接合ツールの幅を考慮すると、凹溝は接合ツールの全周にわたって二本以上形成されていることが望ましい。
【００２３】
本発明は、前記金属部材接合方法において、前記凹溝の深さが０．３〜１．２ｍｍであることを特徴とする。
【００２４】
このような金属部材接合方法に関して、接合ツールの周面における凹溝の深さについて発明者らが実験を繰り返したところ、凹溝の深さが０．３ｍｍより小さい場合には、可塑化したメタルが凹溝内部に詰まってしまい、接合ツールによる摩擦熱の発生量が減少して充分な接合ができないこと、一方凹溝の深さが１．２ｍｍより大きい場合には、金属部材の表面を接合ツールで切削しているのに近い状況となるので、接合ツールによる摩擦熱の発生量を大きくできるが、接合後に金属部材の表面に残る凹み量が大きくなってしまうこと、そして、凹溝の深さが０．３〜１．２ｍｍである場合には、このような弊害がないことが判明した。
【００２５】
【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。
【００２６】
＜金属部材接合方法−１＞
本発明に係る金属部材接合方法の第一実施形態は、金属部材同士を重ね合わせて摩擦振動接合するものである。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同士の境界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境界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。
【００２７】
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、本発明に係る金属部材接合方法の第一実施形態としての、金属部材の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。本実施形態ではまず、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これらを互いに重ね合わせて配置し、図示しない治具で固定する。
【００２８】
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。
【００２９】
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（境界面）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（境界面）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部材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。
【００３０】
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（境界面）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。
【００３１】
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（境界面）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（境界面）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（境界面）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（境界面）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。
【００３２】
ところで、図３（ａ）に示すように、接合ツール３のツール本体３ａの周面には回転方向に略沿った向きで凹溝３ｃが形成されている。したがって、接合ツール３の周面と銅部材２の表面２ａとの接触面積がより大きくなり、効率よく摩擦熱を発生させて効率よく銅部材２とアルミニウム部材１とを接合することができる。
また、凹溝３ｃは、回転方向に対して僅かに傾斜して連続するように、つまり接合ツール３の回転軸３ｂのまわりでツール本体３ａの周面に沿った螺旋形の軌跡を描くように形成されている。したがって、ツール本体３ａの回転・移動に伴って、凹溝３ｃの内部に溜まった可塑化したメタルがツール本体３ａの幅方向に順次送り出されるので、接合後に銅部材２の表面２ａに残る凹み量（段部２ｂの高さ）を最小限に抑えることができる。
【００３３】
ここで、接合ツール３のツール本体３ａの周面の凹溝３ｃ，３ｃ間のフラット部３ｄの幅ｗ1（ｍｍ）及び凹溝３ｃの幅ｗ2（ｍｍ）は、１≦ｗ1≦５、かつ、１≦ｗ2≦３、かつ、０．６７≦ｗ1／ｗ2≦５．００が成立するように設定されている。フラット部３ｄ及び凹溝３ｃがこのように設定されていることにより、銅部材２の表面２ａへの接合ツール３のツール本体３ａの押込量を抑えつつ、接合ツール３のツール本体３ａによる摩擦熱の発生量を大きくして、効率的な接合が可能となる。
【００３４】
また、接合ツール３のツール本体３ａの周面の凹溝３ｃは、ツール本体３ａの回転方向に対して傾斜して形成されており、傾斜角θは０．５〜２．０°に設定されている。図３（ａ）において、Ｘは回転方向に平行な線を示す。そして凹溝３ｃは、ツール本体３ａの周面の全周にわたって幅方向に二本以上形成されている。凹溝３ｃの傾斜角θ及び本数がこのように設定されていることにより、接合ツール３のツール本体３ａの回転・移動に伴って、凹溝３ｃ内部に溜まった可塑化した銅部材２のメタルがツール本体３ａの幅方向にうまく連続的に送り出され、ツール本体３ａの通過後に銅部材２の表面２ａにバリや凹みがほとんど残存しなくなり、機械負荷も小さくなる。
【００３５】
さらに、接合ツール３のツール本体３ａの周面の凹溝３ｃの深さは０．３〜１．２ｍｍに設定されている。凹溝３ｃの深さがこのように設定されていることにより、可塑化した銅部材２のメタルが凹溝３ｃの内部に詰まらず、接合後に銅部材２の表面２ａに残る凹み量も小さくなり、効率的な接合が可能となる。
【００３６】
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（境界面）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（境界面）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。
【００３７】
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。
０．０３×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の表面２ａへの押込量αが０．０３ｔ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（境界面）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（境界面）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の表面２ａへの押込量αを０．０３ｔ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（境界面）に隙間を発生させずに接合することができ、銅部材２の表面２ａの凹みも小さくできるのである。
【００３８】
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２ａに沿って移動させることが望ましい。
０．１≦Ｖ≦Ｒ／（５．０×１０6×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（境界面）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／（５．０×１０6×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。
【００３９】
なお、ツール本体３ａが回転軸３ｂの先端部に固定された、いわゆる片持式の接合ツール３においては、ツール本体３ａの幅は５〜２５ｍｍに設定されるが、これ以上ツール本体３ａの幅を大きくする場合には、ツール本体３ａが回転軸３ｂの中間部に固定された、いわゆる両持式の接合ツール３とすることが望ましい。ツール本体３ａの幅が大きいと、接合ツール３に作用する圧力で回転軸３ｂが撓んでしまって、ツール本体３ａの周面を銅部材２の表面２ａに対して垂直に押し込むことが難しくなってくるからである。
【００４０】
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４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（境界面）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。
【００４１】
＜金属部材接合方法−２＞
本発明に係る金属部材接合方法の第二実施形態は、複数枚の金属製板材を金属製のベース板に立設させて摩擦振動接合することにより、放熱器を製造するというものである。
図５及び図６は、本発明に係る金属部材接合方法の第二実施形態としての放熱器の製造方法を説明するための図であって、図５（ａ），（ｂ）は部材配置工程を表す正面断面図、図６（ａ）は接合工程を表す正面断面図、図６（ｂ）はスペーサ離脱工程を表す正面断面図である。また、図７は、放熱器製造用治具の一実施形態を表す分解斜視図である。
【００４２】
本実施形態ではまず、図５（ａ）に示すように、アルミニウム製の板材であるフィン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治具１０の部材セット部１２に立設配置する。
放熱器製造用治具１０は、図７に示すように、上面が開放した箱形の治具本体１１と、この治具本体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と直交する向きで治具本体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治具本体１１の壁体の外側に位置する締付ボルト１４と、押圧板１３に平行な向きで治具本体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の両端を治具本体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。
【００４３】
続いて、図５（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から治具本体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４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５（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５（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。
【００４４】
次に、図６（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。ツール本体３ａの周面には、第一実施形態と同様の凹溝３ｃが形成されている。
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。
【００４５】
最後に、放熱器製造用治具１０の締付ボルト１６を緩めてベース固定板１５を治具本体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６（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，…は放熱器製造用治具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８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。
【００４６】
このような方法によれば、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、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、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、本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。
【００４７】
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９（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（ツール本体３ａ）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９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９（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９（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、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。
【００４８】
また、接合工程を簡素化するために、接合ツール３に代えて、図１０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’を用いて接合するようにしてもよい。この場合、一度に多数箇所を接合できるので、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。
【００４９】
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１１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’を接合した放熱器Ｈ’を製造するようにしてもよい。
【００５０】
同図に示した放熱器Ｈ’の製造手順の第一パターンは、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１２（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１２（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。
【００５１】
放熱器Ｈ’の製造手順の第三パターンは、図１３（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１３（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１３（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１３（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接合する。次に、図１３（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１３（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１３（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。
【００５２】
＜金属部材接合方法−３＞
本発明に係る金属部材接合方法の第三実施形態は、上記第二実施形態と略同様であるが、放熱器製造用治具１０を使用せず、これに代えてスペーサ治具２０を使用する点において異なる。
スペーサ治具２０は、図１４（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治具である。そして、部材配置工程では、このスペーサ治具２０のスペーサ５，５，…を上に向けて固定した後で、図１４（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１４（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１４（ｂ），（ｃ）の手順を逆にすること、つまりスペーサ治具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。
続く接合工程では、図１４（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，…を接合する。
最後のスペーサ離脱工程では、図１４（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、スペーサ治具２０を取り外す。
本実施形態のようにスペーサ治具２０を用いれば、放熱器製造用治具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。
【００５３】
＜金属部材接合方法−４＞
本発明に係る金属部材接合方法の第四実施形態は、上記第二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１５（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治具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。
【００５４】
続くベース板配置工程では、図１５（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１５（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。
【００５５】
次に、図１６（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、第二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。
【００５６】
最後に、図１６（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，…は放熱器製造用治具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。
【００５７】
＜放熱器の製造方法＞
次に、本発明に係る放熱器の製造方法の実施形態について説明する。本実施形態は、上記金属部材接合方法の第二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。
まず、最初の部材配置工程では、図１７（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１７（ｂ）に示すように、断面凹字形のフィン構成材作成治具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１７（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。
【００５８】
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１７（ｄ）に示すように、これらを放熱器製造用治具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。
【００５９】
その後、図１７（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１７（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１７（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。
【００６０】
続く接合工程では、図１８（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。
【００６１】
最後に、図１８（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，…は放熱器製造用治具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。
【００６２】
＜その他＞
なお、以上の実施形態では、接合ツール３を用いたいわゆる摩擦振動接合を例示してきたが、本発明はこれらに限定されるものではない。たとえば、加熱及び加圧の方法としては、回転する接合ツール３を溶融点の高い金属部材側に押し込んで、これにより発生する摩擦熱と押圧力を金属部材間の境界面に伝達するような接触方式に限定されるものではなく、電磁誘導を利用して溶融点の高い金属部材側から金属部材間の境界面を加熱及び加圧するような非接触方式でもよい。
【００６３】
【実施例】
図１、図２に示すように、銅製の板材（銅板）とアルミニウム合金（Ａ１０５０）製の板材（アルミ板）とを重ね合わせて、高速回転する接合ツールの周面を銅板の表面に押し当てつつ移動させる摩擦振動接合を実際に行った。銅板は板厚４ｍｍ、幅７０ｍｍ、長さ１００ｍｍとし、アルミ板は板厚０．５ｍｍ、幅７０ｍｍ、長さ１００ｍｍとした。接合ツールは直径１２０ｍｍ、幅２４ｍｍとし、接合ツールの回転数は２０００ｒｐｍ（周速度≒１５０７ｍ／min）、送り速度は０．７５ｍ／minとした。
【００６４】
＜実施例１＞
接合ツールの周面のフラット部の幅ｗ1（ｍｍ）、溝幅ｗ2（ｍｍ）、溝幅に対するフラット部の幅の比率ｗ1／ｗ2を様々に設定して、接合品質、外観、機械負荷について調べた結果を表１に示す。
【００６５】
【表１】
表１から、ｗ1／ｗ2が小さすぎると（比較例１−２）、銅板の表面を接合ツールで切削しているのに近い状況となるので、接合ツールによる摩擦熱の発生量を比較的大きくでき機械負荷は小さくなるものの、接合後に銅板の表面に残る凹み量が大きくなって外観が悪く、接合品質も悪かった。一方、ｗ1／ｗ2が大きすぎると（比較例１−１）、周面がフラットな接合ツールによる接合に近い状況となって、接合ツールによる摩擦熱の発生量が小さいので、銅板表面への接合ツールの押込量を大きくしなければならず外観が悪くなり、機械負荷も過大であった。
そして、１≦ｗ1≦５、かつ、１≦ｗ2≦３、かつ、０．６７≦ｗ1／ｗ2≦５．００が成立する場合（実施例１−１〜１−７）には、銅板表面への接合ツールの押込量を抑えつつ、接合ツールによる摩擦熱の発生量を大きく機械負荷を小さくして、効率的な接合が可能となることが判明した。
【００６７】
＜実施例２＞
接合ツールの周面の溝の回転方向に対する傾斜角度と溝数を様々に設定して、接合品質、外観、機械負荷について調べた結果を表２に示す。なお、比較例２−２の場合だけ、接合ツールの幅を１０ｍｍに設定した。
【００６８】
【表２】
表２から、凹溝の傾斜角度が０．５°より小さい場合（比較例２−２）には、機械負荷は小さいものの、凹溝内部に溜まった可塑化したメタルが接合ツールの幅方向にうまく送り出されないため、接合ツールの通過後に銅板の表面にバリが残存し、外観不良となった。一方、凹溝の傾斜角度が２．０°より大きい場合（比較例２−１）には、切粉の排出量が大きく外観不良であるとともに、金属部材の表面に残る凹みが大きく機械負荷が過大であった。
そして、凹溝の傾斜角度が０．５〜２．０°の場合（実施例２−１〜２−３）には、このような弊害がなく、良好な接合が可能であった。
なお、接合ツールの幅を考慮すると、接合ツールの全周にわたって形成されている凹溝の本数は幅方向に二以上である。比較例２−２において、溝数が０本となっているのは、接合ツールの回転方向に傾斜した凹溝がないということを示している。
【００７０】
＜実施例３＞
接合ツールの周面の溝の深さを様々に設定して、接合品質、外観、機械負荷について調べた結果を表３に示す。
【００７１】
【表３】
表３から、凹溝の深さが０．３ｍｍより小さい場合（比較例３−１）には、可塑化したメタルが凹溝内部に詰まってしまい、接合ツールによる摩擦熱の発生量が減少して充分な接合ができなかった。一方、凹溝の深さが１．２ｍｍより大きい場合（比較例３−２）には、銅板の表面を接合ツールで切削しているのに近い状況となるので、接合ツールによる摩擦熱の発生量を大きくでき機械負荷が小さいが、接合ツールの押込量が大きくなってしまい、その結果、外観不良であった。さらに、溝が全くない場合（比較例３−３）には、接合ツールによる摩擦熱の発生量が小さいので、銅板表面への接合ツールの押込量を大きくしなければならず外観が悪くなり、機械負荷も過大であった。
そして、凹溝の深さが０．３〜１．２ｍｍである場合には、このような弊害がなく、良好な接合が可能であった。
【００７３】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る金属部材接合方法によれば、金属部材同士を互いに重ね合わせて簡易かつ確実に接合でき、また、複数枚の金属製板材を金属製ベース板に立設させて簡易かつ確実に接合できる。さらに本発明に係る放熱器の製造方法によれば、複数枚のフィンをベース板に強固に立設接合した放熱器を簡易に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ），（ｂ）は本発明に係る金属部材接合方法の第一実施形態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】（ａ）は図１の接合ツールの部分拡大図であり、（ｂ）〜（ｄ）は接合ツールの周面の凹溝の別例を表す部分断面図である。
【図４】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５】本発明に係る金属部材接合方法の第二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６】図５に続く工程を説明するための図であって、（ａ）は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７】放熱器製造用治具の一実施形態を表す分解斜視図である。
【図８】放熱器の一実施形態を表す斜視図である。
【図９】図６（ａ）に示した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１０】図６（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１１】放熱器の他の実施形態を表す正面断面図である。
【図１２】図１１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１３】図１１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１４】本発明に係る金属部材接合方法の第三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１５】本発明に係る部材接合方法の第四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（ｃ）の部分拡大図である。
【図１６】図１５に続く工程を説明するための図であって、（ａ）は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１７】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）〜（ｅ）は部材配置工程を表す正面断面図である。
【図１８】図１７に続く工程を説明するための図であって、（ａ）は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１９】（ａ），（ｂ）は特許文献１に開示された摩擦振動接合の手順を表す正面断面図であり、（ｃ）は（ｂ）の側面図である。
【図２０】（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、特許文献１に開示された接合ツールの部分斜視図である。
【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
３ｃ … 凹溝
３ｄ … フラット部
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 … 放熱器製造用治具
１１ … 治具本体
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 … スペーサ治具
３０ … フィン構成材
３１ … 板材
４０ … フィン構成材作成治具
Ｈ … 放熱器
Claims (4)
- 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、
円周方向に回転する円板状の接合ツールの周面を、重ね合わせ部において前記金属部材のうち最も溶融点の高い金属部材の表面に押し込みつつ該金属部材の表面に沿って移動させることにより、前記複数の金属部材を互いに接合する金属部材接合方法であって、
前記接合ツールには前記周面に沿うように螺旋形の凹溝が形成されていることを特徴とする金属部材接合方法。 - 前記凹溝間のフラット部の幅ｗ１（ｍｍ）及び前記凹溝の幅ｗ２（ｍｍ）について、１≦ｗ１≦５、かつ、１≦ｗ２≦３、かつ、０．６７≦ｗ１／ｗ２≦５．００が成立することを特徴とする請求項１に記載の金属部材接合方法。
- 前記螺旋形の軌跡が前記接合ツールの回転方向に対して傾斜角０．５〜２．０°で傾斜しており、この螺旋形の凹溝が前記接合ツールの全周にわたって二本以上形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の金属部材接合方法。
- 前記凹溝の深さが０．３〜１．２ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の金属部材接合方法。
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