JP4305273B2 - 熱交換板の製造方法、および、熱交換器の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、熱交換板の製造方法、および、熱交換器の製造方法に関する。
従来より、金属部材同士を接合する一方法として、はんだによるはんだ接合方法が知られている。その他、本願出願人により、周方向に回転するツールの周面をベース板に押し当てることにより、ベース板とフィンとを接合する「部材接合方法」が提案されている（特許文献１参照）。
特開２００３−２７５８７５号公報（段落００３４〜００６８、図１等）
しかしながら、前記はんだ接合方法では、接合後に、金属部材間の接合部に気泡が混入し、この気泡が集合してなる空気層が形成されてしまい、熱伝導度、電気伝導度が低下するという問題があった。特に、金属部材の面と面を接合するとき、この空気層が顕著に形成されてしまい、熱伝導度などが低下した。また、はんだの厚さを所定に制御することは難しく、その結果として、熱伝導度および電気伝導度にばらつきが生じていた。
そこで、本発明は、前記問題を解決すべく、金属部材同士を、空気層が形成されにくく、密着して接合できる金属部材の接合方法を利用した熱交換板の製造方法、熱交換器の製造方法を提供することを課題とする。
前記課題を解決するための手段として、本発明は、２つの金属部材を接合する金属部材の接合方法であって、前記２つの金属部材うち、少なくとも一方の金属部材の接合側を、前記２つの金属部材を形成する金属より低融点の金属でめっきし、めっき層を設けるめっき工程と、前記２つの金属部材を重ね合わせ、回転するツールを前記金属部材に押し当てて摩擦熱により、前記２つの金属部材を接合する接合工程と、を有することを特徴とする金属部材の接合方法である。
このような金属部材の接合方法によれば、回転するツールを金属部材に押し当てて加圧するだけで、摩擦熱によりめっき層が容易に溶融し、２つの金属部材を密着した状態で良好に接合することができる。また、加圧していることにより、空気層が形成されにくい。したがって、熱伝導度、電気伝導度の高い接合部を得ることができる。
また、めっき層は低融点の金属から形成され、容易に溶融するため、ツールを押し当てる力（加圧力）を低くしたり、接合速度（例えば、ツールを移動させる場合は、ツールの移動速度）を増加したり、ツールを押し当てる金属が厚くても接合することができる。
さらに、めっき層は、例えば、電気めっき方法などで形成可能であり、この場合においては電流密度、めっき時間を制御することによってめっき層の厚さを精密に制御し、薄層状のめっき層を形成することもできる。したがって、接合後に熱伝導度、電気伝導度がばらつくこともない。
また、めっき層は低融点の金属から形成され、容易に溶融するため、ツールを押し当てる力（加圧力）を低くしたり、接合速度（例えば、ツールを移動させる場合は、ツールの移動速度）を増加したり、ツールを押し当てる金属が厚くても接合することができる。
さらに、めっき層は、例えば、電気めっき方法などで形成可能であり、この場合においては電流密度、めっき時間を制御することによってめっき層の厚さを精密に制御し、薄層状のめっき層を形成することもできる。したがって、接合後に熱伝導度、電気伝導度がばらつくこともない。
ここで、めっきする金属は、接合する金属部材を形成する金属と、共晶反応または包晶反応する金属であることが好ましい。
また、本明細書における金属とは、不純物を含まない純金属だけでなく、合金も含む。すなわち、例えば、金属部材を形成する金属や、低融点の金属は、純金属、合金のどちらでもよい。
また、本明細書における金属とは、不純物を含まない純金属だけでなく、合金も含む。すなわち、例えば、金属部材を形成する金属や、低融点の金属は、純金属、合金のどちらでもよい。
また、前記金属部材の接合方法において、前記めっき層の厚さは、１〜３０μｍであることを特徴とする。
このような金属部材の接合方法によれば、めっき層の厚さを１〜３０μｍとすることで、金属部材をより良好に接合することができる。
また、板状の第１金属部材と板状の第２金属部材とが接合されてなり、内部に流体が流通する流路を有する熱交換板の製造方法であって、前記第１金属部材の片面に、前記第１金属部材を形成する金属および前記第２金属部材を形成する金属よりも低融点の金属でめっきし、めっき層を設けるめっき工程と、前記片面側から、前記めっき層の一部を取り除きながら、前記第１金属部材に前記流路となる溝を形成する溝形成工程と、当該溝に蓋をするように、前記第２金属部材を重ね合わせ、前記第１金属部材および前記第２金属部材の少なくとも一方に、回転するツールを押し当てて摩擦熱により、前記第１金属部材と前記第２金属部材とを接合する接合工程と、を有することを特徴とする熱交換板の製造方法である。
このような熱交換板の製造方法によれば、回転するツールを第１金属部材および第２金属部材の少なくとも一方に、押し当てて加圧するだけで、第１金属部材と第２部材とが密着した状態で良好に接合してなる熱交換板を得ることができる。また、加圧していることにより、空気層が形成されにくい。
また、一方の面側に溝を有する金属ベース板と、当該溝に嵌合すると共に前記金属ベース板に接合した金属パイプ部材とを具備し、当該金属パイプ部材の中空部に流体が流通する熱交換板の製造方法であって、前記金属ベース板および前記金属パイプ部材の少なくとも一方の接合面に、前記金属ベース板を形成する金属および前記金属パイプ部材を形成する金属よりも低融点の金属でめっきし、めっき層を設けるめっき工程と、前記金属ベース板の前記溝に、前記金属パイプ部材を嵌合する嵌合工程と、前記金属ベース板の他方の面に、回転するツールを押し当てて摩擦熱により、前記金属ベース板と前記金属パイプ部材とを接合する接合工程と、を有することを特徴とする熱交換板の製造方法である。
このような熱交換板の製造方法によれば、回転するツールを金属ベース板に押し当てて加圧するだけで、金属ベース板と金属パイプ部材とが密着した状態で良好に接合してなる熱交換板を得ることができる。また、加圧していることにより、空気層が形成されにくい。
また、前記熱交換板の製造方法において、前記めっき層の厚さは、１〜３０μｍであることを特徴とする。
このような熱交換板の製造方法によれば、めっき層の厚さを１〜３０μｍとすることで、第１金属部材と第２金属部材、または、金属ベース板と金属パイプ部材を、好適に接合することができる。
そして、このようにして製造された熱交換板によれば、第１金属部材と第２金属部材、または、金属ベース板と金属パイプ部材とが、それぞれ密着した状態で接合されているため、第１金部材と第２金属部材との間、または金属ベース板と金属パイプ部材との間における熱伝導度、電気伝導度は極めて高い。したがって、第１金属部材の溝、または、金属パイプ部材の中空部に、高温または低温の流体を流通させることによって、この流体と熱交換板との間において好適に熱交換することができる。
また、第１金属ベース板の一方の面に、複数のフィンを接合するフィン接合工程と、めっき層を前記第１金属ベース板側に有する第２金属ベース板を、前記第１金属ベース板の他方の面に重ね合わせる重ね合わせ工程と、前記第２金属ベース板に回転するツールを押し当てて摩擦熱により、前記第１金属ベース板と前記第２金属ベース板とを接合する接合工程と、を有する熱交換器の製造方法であって、前記めっき層は、前記第１金属ベース板を形成する金属および前記第２金属ベース板を形成する金属よりも低融点の金属からなることを特徴とする熱交換器の製造方法である。
このような熱交換器の製造方法によれば、第１金属ベース板と第２金属ベース板とが密着した状態で接合されてなるベース板を有する熱交換器を得ることができる。したがって、熱交換器を、例えば、ＣＰＵなどの発熱体の熱を放熱させる放熱器（放熱部材）として使用し、ＣＰＵをベース板のフィンと反対側に取り付けた場合、ＣＰＵの熱は第２金属ベース板、第１金属ベース板、フィンの順に良好に伝導し、放熱される。
また、このような熱交換器の製造方法によれば、フィン接合工程において、第２金属ベース板より厚さの薄い第１金属ベース板を使用し、この薄い第１金属ベース板に摩擦振動接合方法などにより、フィンを良好に接合した後、接合工程において、第２金属ベース板を接合することによって、熱交換器のベース板を部分的に厚くすることもできる。このようにベース板を厚くすると、前記したように熱交換器をＣＰＵなどの発熱体の放熱器として使用する場合、発熱体の熱は厚いベース中を好適に伝導し、フィンから放熱される。
また、前記熱交換器の製造方法において、前記めっき層の厚さは、１〜３０μｍであることを特徴とする。
このような熱交換器の製造方法によれば、めっき層の厚さを１〜３０μｍとすることで、第１金属ベース板と第２金属ベース板とを、より好適に接合することができる。
そして、このようにして製造された熱交換器によれば、例えば、ＣＰＵなどの発熱体の放熱器として使用された場合、発熱体の熱を好適に放熱することができる。
本発明によれば、金属部材同士を、空気層が形成されにくく、密着して接合できる金属部材の接合方法を利用した熱交換板の製造方法、熱交換器の製造方法を提供することができる。
以下、本発明の実施形態について、図面を適宜参照して詳細に説明する。
≪第１実施形態：熱交換板≫
まず、第１実施形態に係る熱交換板の製造方法および熱交換板について、図１および図２を参照して説明する。参照する図面において、図１は、第１実施形態に係る熱交換板の製造方法を段階的に示す工程図であり、図１（ａ）は第１金属部材の断面図であり、図１（ｂ）はめっきした段階を示し、図１（ｃ）は流路となる溝を形成した段階を示し、図１（ｄ）は第２金属部材を重ね合わせる段階を示し、図１（ｅ）はツールによる接合段階を示し、図１（ｆ）は製造された熱交換板を示す。図２は、図１（ｅ）に示す接合段階において使用するツールの一例を示す斜視図である。
なお、第１実施形態に係る熱交換板の製造方法は、本発明である金属部材の接合方法を利用した方法であり、併せて適宜に説明する。また、後記する第２実施形態に係る熱交換板の製造方法、第３実施形態に係る放熱器の製造方法も、本発明である金属部材の接合方法を利用した方法である。
まず、第１実施形態に係る熱交換板の製造方法および熱交換板について、図１および図２を参照して説明する。参照する図面において、図１は、第１実施形態に係る熱交換板の製造方法を段階的に示す工程図であり、図１（ａ）は第１金属部材の断面図であり、図１（ｂ）はめっきした段階を示し、図１（ｃ）は流路となる溝を形成した段階を示し、図１（ｄ）は第２金属部材を重ね合わせる段階を示し、図１（ｅ）はツールによる接合段階を示し、図１（ｆ）は製造された熱交換板を示す。図２は、図１（ｅ）に示す接合段階において使用するツールの一例を示す斜視図である。
なお、第１実施形態に係る熱交換板の製造方法は、本発明である金属部材の接合方法を利用した方法であり、併せて適宜に説明する。また、後記する第２実施形態に係る熱交換板の製造方法、第３実施形態に係る放熱器の製造方法も、本発明である金属部材の接合方法を利用した方法である。
＜熱交換板の製造方法＞
図１に示すように、第１実施形態に係る熱交換板１０の製造方法は、板状の第１金属部材１１（２つの金属部材の少なくとも一方）の接合側である上面１１ａ（片面）に、第１金属部材１１を形成する金属、および、第２金属部材１２を形成する金属、に対して低融点の金属でめっきし、めっき層１３を形成するめっき工程と、上面１１ａ側から、第１金属部材１１に流路１０ａとなる溝１４を形成する溝形成工程と、溝１４に蓋をするように、第２金属部材１２を重ね合わせ、第２金属部材１２（第１金属部材および第２金属部材の少なくとも一方）の上面側から、第２金属部材１２に回転するツールＴ１を押し当てて摩擦熱により、第１金属部材１１と第２金属部材１２とを接合する接合工程と、を有している。
図１に示すように、第１実施形態に係る熱交換板１０の製造方法は、板状の第１金属部材１１（２つの金属部材の少なくとも一方）の接合側である上面１１ａ（片面）に、第１金属部材１１を形成する金属、および、第２金属部材１２を形成する金属、に対して低融点の金属でめっきし、めっき層１３を形成するめっき工程と、上面１１ａ側から、第１金属部材１１に流路１０ａとなる溝１４を形成する溝形成工程と、溝１４に蓋をするように、第２金属部材１２を重ね合わせ、第２金属部材１２（第１金属部材および第２金属部材の少なくとも一方）の上面側から、第２金属部材１２に回転するツールＴ１を押し当てて摩擦熱により、第１金属部材１１と第２金属部材１２とを接合する接合工程と、を有している。
第１金属部材１１および第２金属部材１２を形成する金属としては、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金などが挙げられる。また、第１金属部材１１を形成する金属と、第２金属部材１２を形成する金属とは、同種、異種のどちらでもよい。
［めっき工程］
図１（ａ）に示す第１金属部材１１の上面１１ａに、図１（ｂ）に示すように、所定金属により所定厚さでめっきし、めっき層１３を形成する。なお、一般にはめっき後に、錆を防止するためにクロメート処理を施して被膜を形成するが、本実施形態では、前記被膜により接合不良が発生するため、クロメート処理は実施しないことにより、接合不良を発生させず、熱伝導度、電気伝導度が低下することを防止する。
図１（ａ）に示す第１金属部材１１の上面１１ａに、図１（ｂ）に示すように、所定金属により所定厚さでめっきし、めっき層１３を形成する。なお、一般にはめっき後に、錆を防止するためにクロメート処理を施して被膜を形成するが、本実施形態では、前記被膜により接合不良が発生するため、クロメート処理は実施しないことにより、接合不良を発生させず、熱伝導度、電気伝導度が低下することを防止する。
めっきする金属の種類は、接合対象である第１金属部材１１および第２金属部材１２を形成する金属よりも低融点の金属が選択される。また、めっきする金属は、第１金属部材１１および第２金属部材１２に係る金属と、共晶反応または包晶反応する金属であることが好ましい。
具体的には、例えば、第１金属部材１１および第２金属部材１２が、銅（融点：１０８４．５℃）または銅合金から形成された場合、めっきする金属は、Ｓｎ（融点：２３１．９７℃）、Ｚｎ（融点：４１９．６℃）、Ｍｇ（融点：６４９℃）、Ａｌ（融点：６６０．３７℃）などから選択される。このうち、ＳｎはＣｕと共晶反応し、Ｓｎリッチ組成における共晶温度が２２７℃、ＺｎはＣｕと包晶反応し、Ｚｎリッチ組成における包晶温度が４２４℃と低いため、めっきする金属として、Ｓｎ、Ｚｎを選択することが好ましい。
めっき層１３の厚さは、１〜３０μｍであることが好ましい。これは、めっき層１３が１μｍ未満であると、第１金属部材１１と第２金属部材１２とが好適に密着して接合しないからである。一方、めっき層１３が３０μｍより厚いと、接合後の熱伝導度が大きく低下してしまうからである。
めっきする方法は、本発明では特に限定されず、例えば、電気めっき方法や、所謂ドブづけ方法などを採用できる。このうち、電気めっき方法を採用した場合、電流密度、めっき時間を制御することによって、めっき層１３の厚さを精密に制御し、薄層状のめっき層１３を形成することもできる。したがって、接合後に熱伝導度、電気伝導度がばらつくこともない。
［溝形成工程］
次に、図１（ｃ）に示すように、適宜な切削方法により、第１金属部材１１の上面１１ａ側から、所定形状の溝１４を所定深さにて形成する。なお、この溝１４は、製造後に水などの流体が流通する流路１０ａとなる（図１（ｆ）参照）。
このように、めっきした後に、溝１４を形成することによって、溝１４に対応するめっき層１３は部分的に取り除かれる。これにより、製造後の熱交換板１０において、流路１０ａを取り囲む内面にめっき層１３が露出することはない。したがって、流路１０ａを流通する水などの流体は、めっき層１３と接触せず、この流体にめっき層１３を形成する金属が溶出することを防止できる。
次に、図１（ｃ）に示すように、適宜な切削方法により、第１金属部材１１の上面１１ａ側から、所定形状の溝１４を所定深さにて形成する。なお、この溝１４は、製造後に水などの流体が流通する流路１０ａとなる（図１（ｆ）参照）。
このように、めっきした後に、溝１４を形成することによって、溝１４に対応するめっき層１３は部分的に取り除かれる。これにより、製造後の熱交換板１０において、流路１０ａを取り囲む内面にめっき層１３が露出することはない。したがって、流路１０ａを流通する水などの流体は、めっき層１３と接触せず、この流体にめっき層１３を形成する金属が溶出することを防止できる。
［接合工程］
次に、図１（ｄ）に示すように、上面１１ａ側から前記溝１４に蓋をするように、板状の第２金属部材１２を重ね合わせ、所定治具などを使用して、重ね合わせた状態を保持する。
次に、図１（ｄ）に示すように、上面１１ａ側から前記溝１４に蓋をするように、板状の第２金属部材１２を重ね合わせ、所定治具などを使用して、重ね合わせた状態を保持する。
次いで、図１（ｅ）に示すように、第２金属部材１２を第１金属部材１１に重ね合わせた状態で、第２金属部材の上面側から回転するツールＴ１を、第２金属部材１２に所定の圧力で押し当てながら所定に移動させる。そうすると、回転するツールＴ１と第２金属部材１２との間で摩擦熱が発生する。この摩擦熱は、第２金属部材中を伝導し、めっき層１３と、第１金属部材１１の一部および第２金属部材１２の一部とを溶融する。ツールＴ１が移動した後、前記溶融した金属の温度は低下し、第１金属部材１１と第２金属部材１２との間に、これらの金属が合金化してなる接合部１６（図１（ｆ）参照）が形成され、第１金属部材１１と第２金属部材１２とが接合される。
ここで、前記したように、めっき層１３を形成する金属は、第１金属部材１１および第２金属部材１２を形成する金属より低融点であるため、例えば、ツールＴ１を押し当てる圧力が小さい、ツールＴ１の移動速度（接合速度）が速い、ツールＴ１の回転速度が低いなどの理由により発生する摩擦熱量が少なくても、また、ツールＴ１を押し当てる第２金属部材１２が厚いために伝導する摩擦熱量が少なくても、めっき層１３は容易に溶融する。したがって、第１金属部材１１と第２金属部材１２を密着状態で好適に接合できる。
また、めっき層１３を形成する金属として、第１金属部材１１および第２金属部材１２に係る金属と、共晶反応または包晶反応する金属を選択した場合には、第１金属部材１１と第２金属部材１２とはさらに密着して接合し、接合後の熱伝導度、電気伝導度は高まる。
また、めっき層１３を形成する金属として、第１金属部材１１および第２金属部材１２に係る金属と、共晶反応または包晶反応する金属を選択した場合には、第１金属部材１１と第２金属部材１２とはさらに密着して接合し、接合後の熱伝導度、電気伝導度は高まる。
さらに、このようにツールＴ１を所定圧力にて押し当てて接合し、また、前記したように、めっき層１３の厚さは均一であるため、接合部１６に気泡が混入しにくい。すなわち、接合後に空気層が形成されにくくなり、熱伝導度、電気伝導度が低下すること防止できる。
接合工程において使用するツールＴ１は、ツールＴ１を第２金属部材１２に押し当てることにより、第２金属部材１２に摩擦熱を発生可能であれば特に限定されないが、例えば、図２に示すようなツールＴ１を使用することができる。
図２に示すように、ツールＴ１は、例えば、床面の所定位置に配置された工作機械（ＮＣマシニングセンタ）の先端に取り付けられる略円柱状の工具であって、その下側が第２金属部材に押し当てられる。ツールＴ１の下面には、第２金属部材に好適に摩擦熱を発生させるため、渦巻き状の突部Ｔ１ａが形成されている。なお、このツールＴ１の姿勢、水平方向および鉛直方向の位置、回転速度などは、前記工作機械により精密に制御可能となっている。
ただし、前記接合工程において使用するツールは、図２に示すツールＴ１に限定されず、その他、摩擦振動接合において使用される（特許文献１参照）、回転するツールの周面を第２金属部材１２に押し当てることによって、摩擦熱を発生させてもよい。この場合においては、ツールの周面に溝や複数の突起を形成することで、効率的に摩擦熱を発生させることができる。
ただし、前記接合工程において使用するツールは、図２に示すツールＴ１に限定されず、その他、摩擦振動接合において使用される（特許文献１参照）、回転するツールの周面を第２金属部材１２に押し当てることによって、摩擦熱を発生させてもよい。この場合においては、ツールの周面に溝や複数の突起を形成することで、効率的に摩擦熱を発生させることができる。
このようにして、図１（ｆ）に示すように、第１金属部材１１と第２金属部材１２が、接合部１６を介して接合されてなる熱交換板１０を製造することができる。
＜熱交換板＞
次に、このように製造された熱交換板１０について、図１（ｆ）を参照して簡単に説明する。
図１（ｆ）に示すように、熱交換板１０は、板状の第１金属部材１１と板状の第２金属部材１２とが接合されてなり、内部に流体が流通する流路１０ａを有している。この流路１０ａを流通する流体は、熱交換板１０の使用形態に応じて適宜選択されるものであり、液体、気体を問わない。
次に、このように製造された熱交換板１０について、図１（ｆ）を参照して簡単に説明する。
図１（ｆ）に示すように、熱交換板１０は、板状の第１金属部材１１と板状の第２金属部材１２とが接合されてなり、内部に流体が流通する流路１０ａを有している。この流路１０ａを流通する流体は、熱交換板１０の使用形態に応じて適宜選択されるものであり、液体、気体を問わない。
熱交換板１０の使用の一形態としては、例えば、熱交換板１０と、この熱交換板１０の下面１０ｂ（一方の面）に立設された複数のフィン９１とで放熱器を構成し、さらに前記複数のフィン９１に送風するファンを備えて、ＣＰＵ９２などの熱を放熱させるヒートシンクを構成してもよい。この場合において、熱交換板１０はヒートシンク板とも称され、その流路１０ａに冷媒として水などの流体が流通される。なお、前記ＣＰＵ９２は一般に熱交換板１０の上面１０ｃ（他方の面）に配置される。
第１金属部材１１と第２金属部材１２とは、密着した状態で接合しているため、第１金属部材１１と第２金属部材１２との間の熱伝導度（Ｗ／Ｋ）、電気伝導度は極めて高い。したがって、熱交換板１０の上面１０ｃに配置されたＣＰＵ９２から発生する熱は、熱交換板１０全体に亘って好適に伝導すると共に、熱交換板１０と水との間で熱交換され、その結果として熱交換板１０の温度は良好に低下する。熱交換板１０の全体に亘って好適に伝導した熱の一部は複数のフィン９１に伝達し、フィン９１に伝達した熱は、フィン９１から放熱されると共に、ファンにより冷却される。
なお、接合部１６を介しての、第１金属部材１１と第２金属部材１２との間の熱伝導度は、例えば、レーザフラッシュ法にて熱拡散率を測定することにより求められる。
なお、接合部１６を介しての、第１金属部材１１と第２金属部材１２との間の熱伝導度は、例えば、レーザフラッシュ法にて熱拡散率を測定することにより求められる。
したがって、このような熱交換板１０によれば、熱交換板１０と流路１０ａを流通する水（流体）との間で、好適に熱交換することができる。
≪第２実施形態：熱交換板≫
次に、第２実施形態に係る熱交換板の製造方法および熱交換板について、図３を参照して説明する。参照する図３は、第２実施形態に係る熱交換板の製造方法を段階的に示す工程図であり、図３（ａ）は金属ベース板の溝に、金属パイプ部材が嵌められた段階を示し、図３（ｂ）はツールによる接合段階を示し、図３（ｃ）は製造された熱交換板の断面図である。
次に、第２実施形態に係る熱交換板の製造方法および熱交換板について、図３を参照して説明する。参照する図３は、第２実施形態に係る熱交換板の製造方法を段階的に示す工程図であり、図３（ａ）は金属ベース板の溝に、金属パイプ部材が嵌められた段階を示し、図３（ｂ）はツールによる接合段階を示し、図３（ｃ）は製造された熱交換板の断面図である。
＜熱交換板の製造方法＞
図３に示すように、第２実施形態に係る熱交換板２０の製造方法は、第１実施形態に対して、金属ベース板２１の下面（一方の面）側の溝２１ａに、金属パイプ部材２２を接合する点が主として異なる。そして、製造される熱交換板２０においては、金属パイプ部材２２の中空部２２ａに流体が流通する。
第２実施形態に係る熱交換板２０の製造方法は、金属パイプ部材２２の周面（金属ベース板および金属パイプ部材の少なくとも一方の接合面）を、金属ベース板２１を形成する金属、および、金属パイプ部材２２を形成する金属、に対して低融点の金属でめっきし、めっき層２３を形成するめっき工程と、金属ベース板２１の溝２１ａに金属パイプ部材２２を嵌合する嵌合工程と、金属ベース板２１の上面（他方の面）に、回転するツールＴ１を押し当てて摩擦熱により、金属ベース板２１と金属パイプ部材２２とを接合する接合工程と、を有している。
なお、金属ベース板２１および金属パイプ部材２２を形成する金属としては、第１実施形態と同様に、例えば、銅、銅合金などが挙げられるが、本発明を限定するものではない。
図３に示すように、第２実施形態に係る熱交換板２０の製造方法は、第１実施形態に対して、金属ベース板２１の下面（一方の面）側の溝２１ａに、金属パイプ部材２２を接合する点が主として異なる。そして、製造される熱交換板２０においては、金属パイプ部材２２の中空部２２ａに流体が流通する。
第２実施形態に係る熱交換板２０の製造方法は、金属パイプ部材２２の周面（金属ベース板および金属パイプ部材の少なくとも一方の接合面）を、金属ベース板２１を形成する金属、および、金属パイプ部材２２を形成する金属、に対して低融点の金属でめっきし、めっき層２３を形成するめっき工程と、金属ベース板２１の溝２１ａに金属パイプ部材２２を嵌合する嵌合工程と、金属ベース板２１の上面（他方の面）に、回転するツールＴ１を押し当てて摩擦熱により、金属ベース板２１と金属パイプ部材２２とを接合する接合工程と、を有している。
なお、金属ベース板２１および金属パイプ部材２２を形成する金属としては、第１実施形態と同様に、例えば、銅、銅合金などが挙げられるが、本発明を限定するものではない。
［めっき工程］
金属パイプ部材２２の全周面をめっきし、めっき層２３を形成する（図３（ａ）参照）。なお、第２実施形態においても、クロメート処理は施さない。また、めっきする金属の種類は、第１実施形態と同様に相対的に選択され、接合対象である金属ベース板２１および金属パイプ部材２２を形成する金属よりも低融点の金属が選択され、共晶反応または包晶反応する金属であることが好ましい。めっき層２３の厚さ、めっきする方法は、第１実施形態と同様であるため、ここでの説明は省略する。
金属パイプ部材２２の断面形状は、第１実施形態では、図３（ａ）に示すように、円形としたが、本発明ではこれに限定されず、角形などであってもよい。
金属パイプ部材２２の全周面をめっきし、めっき層２３を形成する（図３（ａ）参照）。なお、第２実施形態においても、クロメート処理は施さない。また、めっきする金属の種類は、第１実施形態と同様に相対的に選択され、接合対象である金属ベース板２１および金属パイプ部材２２を形成する金属よりも低融点の金属が選択され、共晶反応または包晶反応する金属であることが好ましい。めっき層２３の厚さ、めっきする方法は、第１実施形態と同様であるため、ここでの説明は省略する。
金属パイプ部材２２の断面形状は、第１実施形態では、図３（ａ）に示すように、円形としたが、本発明ではこれに限定されず、角形などであってもよい。
［嵌合工程］
そして、図３（ａ）に示すように、めっきされた金属パイプ部材２２の半分を、金属ベース板２１の溝２１ａに嵌め込むように嵌合する。なお、金属ベース板２１には、めっきされた金属パイプ部材２２に対応した形状の溝２１ａが形成されている。また、金属パイプ部材２２を溝２１ａに嵌めこむ程度は半分に限らず、全部であってもよい。
そして、図３（ａ）に示すように、めっきされた金属パイプ部材２２の半分を、金属ベース板２１の溝２１ａに嵌め込むように嵌合する。なお、金属ベース板２１には、めっきされた金属パイプ部材２２に対応した形状の溝２１ａが形成されている。また、金属パイプ部材２２を溝２１ａに嵌めこむ程度は半分に限らず、全部であってもよい。
［接合工程］
次いで、図３（ｂ）に示すように、金属パイプ部材２２が嵌合された金属ベース板２１を、所定の台（図示しない）に配置し、金属ベース板２１の上面側に回転するツールＴ１を押し当てながら所定に移動させる。そうすると、第１実施形態と同様に、回転するツールＴ１と金属ベース板２１との間で摩擦熱が発生する。この摩擦熱は、めっき層２３の一部と、金属ベース板２１の一部と金属パイプ部材２２の一部とを溶融する。ツールＴ１が移動した後、前記溶融した金属の温度は低下し、金属ベース板２１と金属パイプ部材２２との間に、これらの金属が合金化してなる接合部２６（図３（ｃ）参照）が形成され、金属ベース板２１と金属パイプ部材２２とが接合される。
ここで、第１実施形態と同様に、めっき層２３を形成する金属は、金属ベース板２１および金属パイプ部材２２を形成する金属より低融点であるため、金属ベース板２１と金属パイプ部材２２とは良好に接合する。
なお、使用するツールＴ１については、第１実施形態と同様であるため、ここでの説明は省略する。
次いで、図３（ｂ）に示すように、金属パイプ部材２２が嵌合された金属ベース板２１を、所定の台（図示しない）に配置し、金属ベース板２１の上面側に回転するツールＴ１を押し当てながら所定に移動させる。そうすると、第１実施形態と同様に、回転するツールＴ１と金属ベース板２１との間で摩擦熱が発生する。この摩擦熱は、めっき層２３の一部と、金属ベース板２１の一部と金属パイプ部材２２の一部とを溶融する。ツールＴ１が移動した後、前記溶融した金属の温度は低下し、金属ベース板２１と金属パイプ部材２２との間に、これらの金属が合金化してなる接合部２６（図３（ｃ）参照）が形成され、金属ベース板２１と金属パイプ部材２２とが接合される。
ここで、第１実施形態と同様に、めっき層２３を形成する金属は、金属ベース板２１および金属パイプ部材２２を形成する金属より低融点であるため、金属ベース板２１と金属パイプ部材２２とは良好に接合する。
なお、使用するツールＴ１については、第１実施形態と同様であるため、ここでの説明は省略する。
このようにして図３（ｃ）に示すように、金属ベース板２１と金属パイプ部材２２とが、接合部２６を介して接合されてなる熱交換板２０を製造することができる。
＜熱交換板＞
次に、このように製造された熱交換板２０について、図３（ｃ）を参照して簡単に説明する。
図３（ｃ）に示すように、熱交換板２０は、金属ベース板２１と金属パイプ部材２２とが接合されてなり、金属パイプ部材２２の中空部２２ａが流体の流通する流路２０ａとなっている。すなわち、第２実施形態に係る熱交換板２０は、金属パイプ部材２２の中空部２２ａが流路２０ａとなるため、流体が漏れるおそれが全くない。なお、流体としては、第１実施形態と同様、熱交換板２０の使用形態に応じて適宜選択される。
次に、このように製造された熱交換板２０について、図３（ｃ）を参照して簡単に説明する。
図３（ｃ）に示すように、熱交換板２０は、金属ベース板２１と金属パイプ部材２２とが接合されてなり、金属パイプ部材２２の中空部２２ａが流体の流通する流路２０ａとなっている。すなわち、第２実施形態に係る熱交換板２０は、金属パイプ部材２２の中空部２２ａが流路２０ａとなるため、流体が漏れるおそれが全くない。なお、流体としては、第１実施形態と同様、熱交換板２０の使用形態に応じて適宜選択される。
≪第３実施形態：熱交換器≫
次に、第３実施形態に係る熱交換器（放熱器）の製造方法について、図４を参照して説明する。図４は第３実施形態に係る熱交換器の製造方法を段階的に示す工程図であり、図４（ａ）はスペーサ治具にフィンを配置する段階を示し、図４（ｂ）は第１金属ベース板を配置した段階を示し、図４（ｃ）は第１金属ベース板にツールを押し当てて摩擦振動接合により第１金属ベース板とフィンとを接合する段階を示し、図４（ｄ）は第１金属ベース板に、めっきされた第２金属ベース板を重ね合わせる段階を示し、図４（ｅ）は回転するツールにより第１金属ベース板と第２金属ベース板とを接合する段階を示し、図４（ｆ）はスペーサ治具から熱交換器を脱型した段階を示す。
次に、第３実施形態に係る熱交換器（放熱器）の製造方法について、図４を参照して説明する。図４は第３実施形態に係る熱交換器の製造方法を段階的に示す工程図であり、図４（ａ）はスペーサ治具にフィンを配置する段階を示し、図４（ｂ）は第１金属ベース板を配置した段階を示し、図４（ｃ）は第１金属ベース板にツールを押し当てて摩擦振動接合により第１金属ベース板とフィンとを接合する段階を示し、図４（ｄ）は第１金属ベース板に、めっきされた第２金属ベース板を重ね合わせる段階を示し、図４（ｅ）は回転するツールにより第１金属ベース板と第２金属ベース板とを接合する段階を示し、図４（ｆ）はスペーサ治具から熱交換器を脱型した段階を示す。
＜熱交換器の製造方法＞
図４に示すように、第３実施形態に係る熱交換器３０の製造方法は、第１金属ベース板３１Ａおよび第２金属ベース板３１Ｂが接合されてなる金属ベース板３１と、第１金属ベース板３１Ａに立設された複数のフィン３２とを備える熱交換器３０（図４（ｆ）参照）を製造する方法である。
熱交換器３０の製造方法は、第１金属ベース板３１Ａの下面（一方の面）に、複数のフィン３２を接合するフィン接合工程と、めっき層３３を第１金属ベース板３１Ａ側に有する第２金属ベース板３１Ｂを、第１金属ベース板３１Ａの上面（他方の面）に重ね合わせる重ね合わせ工程と、第２金属ベース板３１Ｂに回転するツールＴ１を押し当てて摩擦熱により、第１金属ベース板３１Ａと第２金属ベース板３１Ｂとを接合する接合工程とを有している。なお、めっき層３３は、第１金属ベース板３１Ａを形成する金属および第２金属ベース板３１Ｂを形成する金属よりも低融点の金属からなる。
図４に示すように、第３実施形態に係る熱交換器３０の製造方法は、第１金属ベース板３１Ａおよび第２金属ベース板３１Ｂが接合されてなる金属ベース板３１と、第１金属ベース板３１Ａに立設された複数のフィン３２とを備える熱交換器３０（図４（ｆ）参照）を製造する方法である。
熱交換器３０の製造方法は、第１金属ベース板３１Ａの下面（一方の面）に、複数のフィン３２を接合するフィン接合工程と、めっき層３３を第１金属ベース板３１Ａ側に有する第２金属ベース板３１Ｂを、第１金属ベース板３１Ａの上面（他方の面）に重ね合わせる重ね合わせ工程と、第２金属ベース板３１Ｂに回転するツールＴ１を押し当てて摩擦熱により、第１金属ベース板３１Ａと第２金属ベース板３１Ｂとを接合する接合工程とを有している。なお、めっき層３３は、第１金属ベース板３１Ａを形成する金属および第２金属ベース板３１Ｂを形成する金属よりも低融点の金属からなる。
［フィン接合工程］
まず、図４（ａ）に示すように、所定間隔で配置されたスペーサＪ１を有するスペーサ治具Ｊの隣り合うスペーサＪ１の間に、複数のフィン３２を挿し込む。
まず、図４（ａ）に示すように、所定間隔で配置されたスペーサＪ１を有するスペーサ治具Ｊの隣り合うスペーサＪ１の間に、複数のフィン３２を挿し込む。
そして、図４（ｂ）に示すように、配置された複数のフィン３２の上側の所定位置に、第１金属ベース板３１Ａを配置する。
次いで、図４（ｃ）に示すように、第１金属ベース板３１Ａの上面に、周方向に回転するツールＴ２の周面を所定圧力で押し当てながら、前記上面に沿って所定方向に移動させる。そうすると、摩擦振動接合により、第１金属ベース板３１Ａと複数のフィン３２とが接合される。
［重ね合わせ工程、接合工程］
その後、図４（ｄ）に示すように、第１金属ベース板３１Ａの上面に、下面側にめっき層３３を有する第２金属ベース板３１Ｂを重ね合わせ、所定位置に保持する。
その後、図４（ｄ）に示すように、第１金属ベース板３１Ａの上面に、下面側にめっき層３３を有する第２金属ベース板３１Ｂを重ね合わせ、所定位置に保持する。
次いで、図４（ｅ）に示すように、第２金属ベース板３１Ｂの上面に、回転するツールＴ１を所定圧力にて押し当てながら所定方向に移動させる。そうすると、第１実施形態、第２実施形態と同様に、めっき層３３と、第１金属ベース板３１Ａの一部および第２金属ベース板３１Ｂの一部が溶融した後、これらが合金化してなる接合部３６が形成され、第１金属ベース板３１Ａと第２金属ベース板３１Ｂとが接合される。
このようにして、図４（ｆ）に示すように、第１金属ベース板３１Ａと第２金属ベース板３１Ｂとを、接合部３６を介して接合し、金属ベース板３１を構成すると共に、金属ベース板３１に立設状態で接合された複数のフィン３２とを備える熱交換器３０を製造することができる。
このように、第３実施形態に係る熱交換器３０の製造方法は、複数のフィン３２を第１金属ベース板３１Ａに一旦接合した後に、第２金属ベース板３１Ｂを接合するため、フィン接合工程において、第２金属ベース板３１Ｂより厚さの薄い第１金属ベース板３１Ａを使用し、この薄い第１金属ベース板３１Ａに摩擦振動接合方法などにより、フィン３２を良好に接合した後、接合工程において、第２金属ベース板３１Ｂを接合することによって、熱交換器３０の金属ベース板３１を容易に厚くすることができる。
また、第１金属ベース板３１Ａと第２金属ベース板３１Ｂの大きさは、同一に限らず、第２金属ベース板３１Ｂを小さくして、金属ベース板を部分的に厚くすることも容易である。すなわち、例えば、熱交換器３０が、ＣＰＵなどの放熱器として使用される場合、ＣＰＵの取り付け位置付近のみを厚くすることもできる。
また、第１金属ベース板３１Ａと第２金属ベース板３１Ｂの大きさは、同一に限らず、第２金属ベース板３１Ｂを小さくして、金属ベース板を部分的に厚くすることも容易である。すなわち、例えば、熱交換器３０が、ＣＰＵなどの放熱器として使用される場合、ＣＰＵの取り付け位置付近のみを厚くすることもできる。
＜熱交換器＞
次に、このように製造された熱交換器３０について、図４（ｆ）を参照して簡単に説明する。
図４（ｆ）に示すように、熱交換器３０は、主として、金属ベース板３１と、この金属ベース板３１に所定間隔でかつ立設状態で接合された複数のフィン３２とを備えて構成されている。金属ベース板３１は、第１金属ベース板３１Ａと第２金属ベース板３１Ｂとが接合されて構成されており、複数のフィン３２は、第１金属ベース板３１Ａに接合されている。
次に、このように製造された熱交換器３０について、図４（ｆ）を参照して簡単に説明する。
図４（ｆ）に示すように、熱交換器３０は、主として、金属ベース板３１と、この金属ベース板３１に所定間隔でかつ立設状態で接合された複数のフィン３２とを備えて構成されている。金属ベース板３１は、第１金属ベース板３１Ａと第２金属ベース板３１Ｂとが接合されて構成されており、複数のフィン３２は、第１金属ベース板３１Ａに接合されている。
第１金属ベース板３１Ａと第２金属ベース板３１Ｂとは、前記した接合方法により密着して接合されているため、第１金属ベース板３１Ａと第２金属ベース板３１Ｂとの間の熱伝導度、電気伝導度は極めて高い。また、第１金属ベース板３１Ａと複数のフィン３２とは、薄い第１金属ベース板３１Ａを使用することで良好に接合されている。
したがって、例えば、熱交換器３０をＣＰＵの放熱器として使用し、ＣＰＵを金属ベース板３１の上面、つまり、第２金属ベース板３１Ｂの上面に配置した場合、ＣＰＵから発生する熱は、第２金属ベース板３１Ｂ、第１金属ベース板３１Ａ、フィン３２の順に伝導し、好適に放熱する。
したがって、例えば、熱交換器３０をＣＰＵの放熱器として使用し、ＣＰＵを金属ベース板３１の上面、つまり、第２金属ベース板３１Ｂの上面に配置した場合、ＣＰＵから発生する熱は、第２金属ベース板３１Ｂ、第１金属ベース板３１Ａ、フィン３２の順に伝導し、好適に放熱する。
以上、本発明の好適な各実施形態について説明したが、本発明は前記各実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、各実施形態を適宜組み合わせたり、例えば以下のような変更が可能である。
前記した第１実施形態では、図１（ｂ）に示すように、第１金属部材１１の上面１１ａ側にめっき層１３を形成したが、第２金属部材１２の下面側（第１金属部材１１側）にめっき層を形成してもよい。
前記した第１実施形態では、本発明をわかりやすくするため、板状の第１金属部材１１と、板状の第２金属部材１２とを接合する場合について説明したが、例えば、第１金属部材１１には、第３実施形態で説明した複数のフィン３２が接合されていてもよい。この場合、第１金属部材１１と第２金属部材１２とが接合されると、熱交換板が製造されると同時に、熱交換器が製造されることになるが、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。また、このように接合する２つの金属部材は板状に限らない。
前記した第１実施形態では、めっきした第２金属部材１２にツールＴ１を押し当てて、第１金属部材１１と第２金属部材１２とを接合したが、ツールＴ１を第１金属部材１１に、または、第１金属部材１１と第２金属部材１２の両方に押し当ててもよい。
前記した第２実施形態では、図３（ａ）に示すように、金属パイプ部材２２の全周面にめっき層２３を形成したが、めっき層は少なくとも、金属ベース板２１と金属パイプ部材とが接合される接合面に形成すればよい。例えば、適宜にマスキングを施し、金属ベース板２１の溝２１ａの内面のみや、金属パイプ部材２２の周面のうち溝２１ａに嵌合する部分（図３（ａ）の場合、金属パイプ部材２２の上半分周面）のみに、めっき層を形成してもよい。このようにめっき層を減少させると、めっきに使用する金属を少なくできる。
前記した第１実施形態では、図１に示すように、略同じ大きさの第１金属部材１１と第２金属部材１２とを接合したが、本発明において接合対象の大きさ、形状はこれに限定されず、適宜変更自由である。
例えば、図５に示すように、凹部を有する第１金属部材４１に、めっき層を有する第２金属部材４２を嵌合し、ツールＴ１を使用して、接合部４３を介して接合させて、流路４０ａ…を有する熱交換板４０を作製してもよい。この場合においては、さらに、第１金属部材４１と第２金属部材４２との境界を、摩擦撹拌接合に一般に使用される、ピンＴ３ａ付きのツールＴ３にて、摩擦撹拌接合することにより、前記境界においても第１金属部材４１と第２金属部材４２とが良好に接合する。このように接合すると、熱交換板４０内の流路４０ａ…を流通する流体が漏れることを確実に防止できる（図示参照）。
その他、位置決め容易とするため、第２金属部材４２に形成した段違い連通孔４２ａに、端部のフランジにめっき層４６ａを有するパイプ部材４６嵌合し、このフランジにツールＴ１を押し当てて、パイプ部材４６と第２金属部材４２とを接合し、流路４０ａ…を流通する流体の出入り口を形成してもよい（図示参照）。なお、この場合において、連通孔４２ａは段違いでなくてもよい。
その他、位置決め容易とするため、第２金属部材４２に形成した段違い連通孔４２ａに、端部のフランジにめっき層４６ａを有するパイプ部材４６嵌合し、このフランジにツールＴ１を押し当てて、パイプ部材４６と第２金属部材４２とを接合し、流路４０ａ…を流通する流体の出入り口を形成してもよい（図示参照）。なお、この場合において、連通孔４２ａは段違いでなくてもよい。
前記した第２実施形態に係る熱交換板２０の製造方法によって得られた熱交換板２０（図２（ｃ）参照）に、図６に示すように、他の金属板５１を接合し、金属パイプ部材２２が金属板５１と金属ベース板２１とで挟持されてなる熱交換板５０を製造してもよい。
この熱交換板５０の製造方法について、簡単に説明すると、図６（ａ）に示すように、熱交換板２０に、めっきされた金属パイプ部材２２が嵌合する溝５１ａを有する、他の金属板５１を重ねる。そして、図６（ｂ）に示すように、金属板５１に回転するツールＴ１を押し当てて、めっき層２３を溶融させて、金属板５１と金属パイプ部材２２とを接合する。
そうすると、図６（ｃ）に示すように、金属パイプ部材２２が金属ベース板２１と金属板５１とで挟持され、内部に流路５０ａを有する熱交換板５０が得られる。
この熱交換板５０の製造方法について、簡単に説明すると、図６（ａ）に示すように、熱交換板２０に、めっきされた金属パイプ部材２２が嵌合する溝５１ａを有する、他の金属板５１を重ねる。そして、図６（ｂ）に示すように、金属板５１に回転するツールＴ１を押し当てて、めっき層２３を溶融させて、金属板５１と金属パイプ部材２２とを接合する。
そうすると、図６（ｃ）に示すように、金属パイプ部材２２が金属ベース板２１と金属板５１とで挟持され、内部に流路５０ａを有する熱交換板５０が得られる。
このような熱交換板５０によれば、金属パイプ部材２２が、金属ベース板２１と金属板５１とに、密着して接合しているため、流路５０ａを流通する流体と、金属ベース板２１および金属板５１との間で良好に熱交換し、第２実施形態に係る熱交換板２０に対して、熱交換板５０の熱交換容量は大きくなる。
以下、実施例に基づいて、本発明をさらに具体的に説明する。実施例では、めっきする金属の種類の検討、めっき層の厚さの検討、接合する金属部材の厚さの検討を行った。
（１）めっきする金属の種類の検討
（１−１）実施例１
金属部材として、板厚３ｍｍ、幅５０ｍｍ、長さ１００ｍｍの銅合金板（Ｃ０１２０）を２枚使用した。このうち、一方の銅合金板の片面に、錫（Ｓｎ）を主成分とするＳｎめっき層を厚さ１０μｍにて形成した。そして、このＳｎめっき層を形成した銅合金板を、他方の銅合金板に重ね合わせ、回転するツールを押し当てて、２枚の銅合金板同士を接合した。ツールとしては、図２に示すように、直径２０ｍｍの円柱状のツールを使用した。なお、このツールには、２．５ｍｍピッチで、高さ１ｍｍの渦巻状の突部（羽）が形成されている。また、接合中、銅合金板に発生する温度が約５００℃となるように、ツール回転速度を５００ｒｐｍ、ツールの移動速度を３００ｍｍ／ｍｉｎに設定した。
（１−１）実施例１
金属部材として、板厚３ｍｍ、幅５０ｍｍ、長さ１００ｍｍの銅合金板（Ｃ０１２０）を２枚使用した。このうち、一方の銅合金板の片面に、錫（Ｓｎ）を主成分とするＳｎめっき層を厚さ１０μｍにて形成した。そして、このＳｎめっき層を形成した銅合金板を、他方の銅合金板に重ね合わせ、回転するツールを押し当てて、２枚の銅合金板同士を接合した。ツールとしては、図２に示すように、直径２０ｍｍの円柱状のツールを使用した。なお、このツールには、２．５ｍｍピッチで、高さ１ｍｍの渦巻状の突部（羽）が形成されている。また、接合中、銅合金板に発生する温度が約５００℃となるように、ツール回転速度を５００ｒｐｍ、ツールの移動速度を３００ｍｍ／ｍｉｎに設定した。
そして、接合後、レーザフラッシュ法により、接合された２枚の銅合金板間の熱伝導度を測定した。また、接合された２枚の銅合金板を切断し、その断面組織から接合部の品質の評価を行った。評価結果を次の表１に示す。なお、表１の接合品質の欄において、「○」は良好に接合、「×」は接合されなかったことを示す。この記載は、後記する表２、表３についても同様であり、表２に示す「△」は一部に隙間が形成されたことを示す。
（１−２）実施例２、比較例１
実施例１に対し、亜鉛（Ｚｎ）主成分とするＺｎめっき層を形成したものを実施例２、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とするＮｉめっき層を形成したものを比較例１とした。そして、実施例１と同じ条件で接合し、評価を行った。評価結果を表１に示す。
実施例１に対し、亜鉛（Ｚｎ）主成分とするＺｎめっき層を形成したものを実施例２、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とするＮｉめっき層を形成したものを比較例１とした。そして、実施例１と同じ条件で接合し、評価を行った。評価結果を表１に示す。
（１−３）評価
表１から明らかなように、接合対象が銅合金から形成される場合、Ｓｎ（実施例１）、Ｚｎ（実施例２）でめっき層を形成することにより、良好に接合されることが確認された。一方、Ｎｉ（比較例１）でめっき層を形成した場合、接合されないことが確認された。
詳細には、ＳｎはＣｕとＳｎリッチ組成において２２７℃の共晶温度で共晶反応し（実施例１）、ＺｎはＣｕとＺｎリッチ組成において４２４℃と低い包晶温度で包晶反応したため（実施例２）、接合できた。一方、ＮｉとＣｕとは共晶反応または包晶反応しないため接合できなかった。すなわち、銅合金から形成される金属部材同士を接合するには、金属部材を形成する銅合金と共晶反応または包晶反応する低融点の金属でめっき層を形成することが好ましいことがわかった。
表１から明らかなように、接合対象が銅合金から形成される場合、Ｓｎ（実施例１）、Ｚｎ（実施例２）でめっき層を形成することにより、良好に接合されることが確認された。一方、Ｎｉ（比較例１）でめっき層を形成した場合、接合されないことが確認された。
詳細には、ＳｎはＣｕとＳｎリッチ組成において２２７℃の共晶温度で共晶反応し（実施例１）、ＺｎはＣｕとＺｎリッチ組成において４２４℃と低い包晶温度で包晶反応したため（実施例２）、接合できた。一方、ＮｉとＣｕとは共晶反応または包晶反応しないため接合できなかった。すなわち、銅合金から形成される金属部材同士を接合するには、金属部材を形成する銅合金と共晶反応または包晶反応する低融点の金属でめっき層を形成することが好ましいことがわかった。
（２）めっきの厚さの検討−クロメート処理の有無の検討
（２−１）実施例３〜５、比較例２〜３
次に、めっき層の厚さについて検討した。この検討おいては、実施例１と同じ２枚の銅合金板を使用した。また、めっき層として、Ｚｎを主成分とするＺｎめっき層を形成した。Ｚｎめっき層の厚さは、次の表２に示すように、１μｍとした場合を実施例３、１０μｍとした場合を実施例４、３０μｍとした場合を実施例５、５０μｍとした場合を比較例２とした。さらに、１０μｍのＺｎめっき層を形成した後、クロメート処理を施したものを比較例３とした。つまり、実施例３〜５、比較例２についてはクロメート処理を施していない。
そして、実施例１と同じ方法でそれぞれ接合を行い、それぞれ評価を行った。評価結果を表２に示す。
（２−１）実施例３〜５、比較例２〜３
次に、めっき層の厚さについて検討した。この検討おいては、実施例１と同じ２枚の銅合金板を使用した。また、めっき層として、Ｚｎを主成分とするＺｎめっき層を形成した。Ｚｎめっき層の厚さは、次の表２に示すように、１μｍとした場合を実施例３、１０μｍとした場合を実施例４、３０μｍとした場合を実施例５、５０μｍとした場合を比較例２とした。さらに、１０μｍのＺｎめっき層を形成した後、クロメート処理を施したものを比較例３とした。つまり、実施例３〜５、比較例２についてはクロメート処理を施していない。
そして、実施例１と同じ方法でそれぞれ接合を行い、それぞれ評価を行った。評価結果を表２に示す。
（２−２）評価結果
表２から明らかなように、Ｚｎめっき層が厚くなるにともなって（実施例３〜５、比較例２）、熱伝導度が低下することがわかった。これは、Ｚｎめっき層が厚くなるにともない、接合後に形成される接合部が厚くなるためである。このうち、５０μｍのＺｎめっき層では、熱伝導度が２００Ｗ／ｍＫを下回り、従来のはんだ接合と同程度になってしまうことが確認された。
また、Ｚｎめっき層の厚さが１〜３０μｍの範囲（実施例３〜５）では、良好な接合部の品質を得ると共に、良好な熱伝導度を得ることができた。
さらに、クロメート処理を施した比較例３では、実施例４に対し、接合部に隙間つまり空気層が形成され、接合不良が発生した。これは、クロメート処理を施した比較例３では、接合時の摩擦熱により、ガスが発生したためと考えられる。
表２から明らかなように、Ｚｎめっき層が厚くなるにともなって（実施例３〜５、比較例２）、熱伝導度が低下することがわかった。これは、Ｚｎめっき層が厚くなるにともない、接合後に形成される接合部が厚くなるためである。このうち、５０μｍのＺｎめっき層では、熱伝導度が２００Ｗ／ｍＫを下回り、従来のはんだ接合と同程度になってしまうことが確認された。
また、Ｚｎめっき層の厚さが１〜３０μｍの範囲（実施例３〜５）では、良好な接合部の品質を得ると共に、良好な熱伝導度を得ることができた。
さらに、クロメート処理を施した比較例３では、実施例４に対し、接合部に隙間つまり空気層が形成され、接合不良が発生した。これは、クロメート処理を施した比較例３では、接合時の摩擦熱により、ガスが発生したためと考えられる。
（３）金属部材の厚さおよびめっきの有無の検討
（３−１）実施例６〜８、比較例４〜６
次に、実施例１における板厚３ｍｍの２枚の銅合金板のうち、Ｓｎめっき層を形成する銅合金板の厚さを、６ｍｍ（実施例６）、８ｍｍ（実施例７）、１０ｍｍ（実施例８）に変化させた。これに対応して、Ｓｎめっき層を形成しない銅合金板６ｍｍ（比較例４）、８ｍｍ（比較例５）、１０ｍｍ（比較例６）について接合を行った。
そして、実施例１と同様に接合し、評価を行った。評価結果を表３に示す。なお、表１には、実施例１も合わせて示す。
（３−１）実施例６〜８、比較例４〜６
次に、実施例１における板厚３ｍｍの２枚の銅合金板のうち、Ｓｎめっき層を形成する銅合金板の厚さを、６ｍｍ（実施例６）、８ｍｍ（実施例７）、１０ｍｍ（実施例８）に変化させた。これに対応して、Ｓｎめっき層を形成しない銅合金板６ｍｍ（比較例４）、８ｍｍ（比較例５）、１０ｍｍ（比較例６）について接合を行った。
そして、実施例１と同様に接合し、評価を行った。評価結果を表３に示す。なお、表１には、実施例１も合わせて示す。
（３−２）評価結果
表３より明らかなように、Ｓｎめっき層を形成しない比較例４〜６では接合されなかったのに対し、Ｓｎめっき層を形成した実施例１、６〜８では、良好に接合された。これにより、Ｓｎめっき層を形成することにより、接合対象である銅合金板が厚くても接合できることが確認された。
表３より明らかなように、Ｓｎめっき層を形成しない比較例４〜６では接合されなかったのに対し、Ｓｎめっき層を形成した実施例１、６〜８では、良好に接合された。これにより、Ｓｎめっき層を形成することにより、接合対象である銅合金板が厚くても接合できることが確認された。
１０、２０、４０、５０ 熱交換板
１０ａ、２０ａ、５０ａ 流路
１１、４１ 第１金属部材
１１ａ 上面
１２、４２ 第２金属部材
１３、２３、３３、４６ めっき層
１４ 溝
１６、２６、３６、４３ 接合部
２１ 金属ベース板
２２ 金属パイプ部材
３０ 熱交換器
３１ 金属ベース板
３１Ａ 第１金属ベース板
３１Ｂ 第２金属ベース板
３２ フィン
５１ 金属板
５１ａ 溝
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３ ツール
１０ａ、２０ａ、５０ａ 流路
１１、４１ 第１金属部材
１１ａ 上面
１２、４２ 第２金属部材
１３、２３、３３、４６ めっき層
１４ 溝
１６、２６、３６、４３ 接合部
２１ 金属ベース板
２２ 金属パイプ部材
３０ 熱交換器
３１ 金属ベース板
３１Ａ 第１金属ベース板
３１Ｂ 第２金属ベース板
３２ フィン
５１ 金属板
５１ａ 溝
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３ ツール
Claims (5)
- 板状の第１金属部材と板状の第２金属部材とが接合されてなり、内部に流体が流通する流路を有する熱交換板の製造方法であって、
前記第１金属部材の片面に、前記第１金属部材を形成する金属および前記第２金属部材を形成する金属よりも低融点の金属でめっきし、めっき層を設けるめっき工程と、
前記片面側から、前記めっき層の一部を取り除きながら、前記第１金属部材に前記流路となる溝を形成する溝形成工程と、
当該溝に蓋をするように、前記第２金属部材を重ね合わせ、前記第１金属部材および前記第２金属部材の少なくとも一方に、回転するツールを押し当てて摩擦熱により、前記第１金属部材と前記第２金属部材とを接合する接合工程と、
を有することを特徴とする熱交換板の製造方法。 - 一方の面側に溝を有する金属ベース板と、当該溝に嵌合すると共に前記金属ベース板に接合した金属パイプ部材とを具備し、当該金属パイプ部材の中空部に流体が流通する熱交換板の製造方法であって、
前記金属ベース板および前記金属パイプ部材の少なくとも一方の接合面に、前記金属ベース板を形成する金属および前記金属パイプ部材を形成する金属よりも低融点の金属でめっきし、めっき層を設けるめっき工程と、
前記金属ベース板の前記溝に、前記金属パイプ部材を嵌合する嵌合工程と、
前記金属ベース板の他方の面に、回転するツールを押し当てて摩擦熱により、前記金属ベース板と前記金属パイプ部材とを接合する接合工程と、
を有することを特徴とする熱交換板の製造方法。 - 前記めっき層の厚さは、１〜３０μｍであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱交換板の製造方法。
- 第１金属ベース板の一方の面に、複数のフィンを接合するフィン接合工程と、
めっき層を前記第１金属ベース板側に有する第２金属ベース板を、前記第１金属ベース板の他方の面に重ね合わせる重ね合わせ工程と、
前記第２金属ベース板に回転するツールを押し当てて摩擦熱により、前記第１金属ベース板と前記第２金属ベース板とを接合する接合工程と、
を有する熱交換器の製造方法であって、
前記めっき層は、前記第１金属ベース板を形成する金属および前記第２金属ベース板を形成する金属よりも低融点の金属からなることを特徴とする熱交換器の製造方法。 - 前記めっき層の厚さは、１〜３０μｍであることを特徴とする請求項４に記載の熱交換器の製造方法。
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