JP5071249B2 - 伝熱板の製造方法および伝熱板 - Google Patents
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Description
また、請求項3に係る伝熱板の製造方法において、前記接合工程後に、前記ベース部材の表面側に、前記蓋溝の幅よりも幅広に形成された上蓋溝の底面に上蓋部材を当接させる上蓋部材挿入工程と、前記上蓋溝の側壁と前記上蓋部材の側面との突合部に沿って回転ツールを相対的に移動させて摩擦攪拌を行う上蓋部材接合工程と、を含むことが好ましい。
次に、本発明の第一実施形態について適宜図面を参照して詳細に説明する。
図1は、第一実施形態に係る伝熱板を示した図であって、(a)は、斜視図、(b)は、(a)のX1−X1線断面図である。図2の(a)は、第一実施形態に係る回転ツールの側面図及び伝熱板の分解側面図であり、(b)は、第一実施形態に係る伝熱板の模式配置図である。なお、本説明における上下左右前後は、図1の矢印にしたがう。
なお、蓋部材10の上面11はベース部材2の表面3から必ずしも突出させる必要はなく、凹溝8に蓋部材10を挿入にした際に、蓋部材10の上面11とベース部材2の表面3とが面一となるように形成してもよい。
まず、図2の(a)を参照するように、例えばエンドミル加工により、厚板部材に凹溝8を形成する。これにより、表面3に開口する凹溝8を備えたベース部材2が形成される。凹溝8は、下部に曲面からなる底部7を備えており、底部7から一定の幅で上方に向けて開口されている。
なお、ベース部材2を本実施形態においては切削加工により形成したが、アルミニウム合金の押出形材を用いてもよい。
次に、図3の(a)に示すように、凹溝8に熱媒体用管16を挿入する。熱媒体用管16の下端は、凹溝8の底部7と接触する。
次に、図3の(b)に示すように、ベース部材2の凹溝8内に、蓋部材10を挿入する。この際、蓋部材10の下面12が熱媒体用管16の上端に当接すると共に、蓋部材10の上面11が、ベース部材2の表面3から突出する。また、凹溝8の側壁8a,8bと蓋部材10の側面13a,13bによって突合部V1,V2が形成される。
次に、図3の(c)に示すように、突合部V(突合部V1,V2)に対して接合用回転ツール20を用いて摩擦攪拌を行う。即ち、接合用回転ツール20の中心と、凹溝8の幅方向の中心とを合わせた後、接合用回転ツール20のショルダ部22の下面24をベース部材2の表面3に所定の深さで押し込み、突合部Vに沿って相対移動させる。本実施形態では、接合用回転ツール20の回転数は、例えば50〜1500rpm、送り速度は、0.05〜2m/分であり、接合用回転ツール20の軸方向に加える押し込み力は、1kN〜20kNに設定した。
また、本実施形態では、熱媒体用管16の中心を通る鉛直線上に、蓋部材10及び接合用回転ツール20の中心が位置するため、接合用回転ツール20の押圧力をより効率よく熱媒体用管16に伝達することができるとともに、熱媒体用管16をバランスよく塑性変形させることができる。
図4の(a)に示すように、蓋部材挿入工程時においては、凹溝8の底部7、側壁8a、側壁8b及び蓋部材10の下面12で囲まれた領域の内周長N2(太線部分の長さ)は、熱媒体用管16の外周長N1よりも大きく形成されている。
これにより、熱媒体用管16が内側に凹となるように変形し、熱媒体用管16と蓋部材10の下面12との間に空間部P2が形成される可能性がある。このように、熱媒体用管16と、凹溝8及び蓋部材10の下面12との間に空隙があると、伝熱板1の伝熱効率が低下するため、好ましくない。
次に、本発明の第二実施形態に係る伝熱板及び伝熱板の製造方法について説明する。
図5の(a)は、第二実施形態に係る回転ツールの側面図及び伝熱板の分解側面図であり、(b)は、第二実施形態に係る模式配置図である。図6は、第二実施形態に係る伝熱板の製造方法を示した側断面図であって、(a)は、接合工程、(b)は、完成図を示す。図7は、第二実施形態の完成時を示した模式断面図である。
まず、伝熱板91(図6の(b)参照)の構成について説明する。第一実施形態と共通する部分は説明を省略する。
第二実施形態に係る伝熱板の製造方法は、ベース部材82を形成する準備工程と、ベース部材82に形成された凹溝70に熱媒体用管16を挿入する熱媒体用管挿入工程と、凹溝70に蓋部材60を挿入する蓋部材挿入工程と、突合部Vに沿って接合用回転ツール20を移動させて摩擦攪拌接合を施す接合工程とを含むものである。なお、準備工程は第一実施形態と略同等であるため省略する。
熱媒体用管挿入工程では、図5の(a)及び(b)に示すように、凹溝70の幅狭凹溝部73に熱媒体用管16を挿入する。熱媒体用管16の下端は、幅狭凹溝部73の底部74と接触する。
次に、図5の(b)に示すように、ベース部材82の凹溝70内に、蓋部材60を挿入する。この際、蓋部材60の幅狭部62の下面65が熱媒体用管16の上端に当接すると共に、蓋部材60の上面63が、ベース部材82の表面83から突出する。
次に、図6の(b)に示すように、突合部V(突合部V3,V4)に対して接合用回転ツール20を用いて摩擦攪拌を行う。即ち、接合用回転ツール20の中心と、凹溝70の幅方向の中心とを合わせた後、接合用回転ツール20のショルダ部22の下面24をベース部材82の表面83に所定の深さで押し込み、突合部Vに沿って相対移動させる。
また、本実施形態では、熱媒体用管16の中心を通る鉛直線上に、蓋部材60及び接合用回転ツール20の中心が位置するため、接合用回転ツール20の押圧力をより効率よく熱媒体用管16に伝達することができるとともに、熱媒体用管16をバランスよく塑性変形させることができる。
次に、本発明の第三実施形態に係る伝熱板及び伝熱板の製造方法ついて説明する。
図8の(a)は、第三実施形態に係る回転ツールの側面図及び伝熱板の分解側面図であり、(b)は、第三実施形態に係る模式配置図である。図9は、第三実施形態に係る伝熱板の製造方法を示した側断面図であって、(a)は、熱媒体用管を挿入した熱媒体用管挿入工程を示し、(b)は、蓋部材挿入工程を示し、(c)は、接合工程を示し、(d)は、完成図を示す。図10は、第三実施形態の完成時を示した模式断面図である。
なお、蓋部材130の上面131はベース部材142の表面143から必ずしも突出させる必要はなく、蓋溝146に蓋部材130を挿入した際に、蓋部材130の上面131とベース部材142の表面143とが面一になるように形成してもよい。
第三実施形態に係る伝熱板の製造方法は、ベース部材142を形成する準備工程と、ベース部材142に形成された凹溝148に熱媒体用管16を挿入する熱媒体用管挿入工程と、蓋溝146に蓋部材130を挿入する蓋部材挿入工程と、突合部Vに沿って接合用回転ツール20を移動させて摩擦攪拌接合を施す接合工程とを含むものである。
まず、図9の(a)を参照するように、例えばエンドミル加工により、厚板部材に蓋溝146を形成した後、蓋溝146の底面146aの中央に凹溝148を形成する。
なお、ベース部材142を本実施形態においては切削加工により形成したが、アルミニウム合金の押出形材を用いてもよい。
次に、図9の(a)に示すように、凹溝148に熱媒体用管16を挿入する。熱媒体用管16の下端は、凹溝148の底部147と接触する。
次に、図9の(b)に示すように、ベース部材142の蓋溝146に、蓋部材130を挿入する。この際、蓋部材130の下面132が熱媒体用管16の上端に当接すると共に、蓋部材130の上面131が、ベース部材142の表面143から突出する。また、蓋溝146の側壁145a,145bと蓋部材130の側面133a,133bによって突合部V5,V6が形成される。
次に、図9の(c)に示すように、突合部V(突合部V1,V2)に対して接合用回転ツール20を用いて摩擦攪拌を行う。即ち、接合用回転ツール20の中心と、蓋溝146の幅方向の中心とを合わせた後、接合用回転ツール20のショルダ部22の下面24をベース部材142の表面143に所定の深さで押し込み、突合部Vに沿って相対移動させる。なお、本実施形態に係る接合用回転ツール20の攪拌ピン26の長さLBは、ショルダ部22の外径X1の約1/5に形成されている。ショルダ部22の外径X1に対して攪拌ピン26の長さLBを小さく形成することで、接合用回転ツール20の押圧力を蓋部材130に効率よく伝達させることができる。
また、本実施形態では、熱媒体用管16の中心を通る鉛直線上に、蓋部材130及び接合用回転ツール20の中心が位置するため、接合用回転ツール20の押圧力をより効率よく熱媒体用管16に伝達することができるとともに、熱媒体用管16をバランスよく塑性変形させることができる。
次に、第四実施形態に係る伝熱板について説明する。図11の(a)は、第四実施形態に係る伝熱板を示した分解側断面図であり、(b)は、第四実施形態に係る伝熱板を示した側断面図である。
図11に示す第四実施形態に係る伝熱板201は、第一実施形態に係る伝熱板1(図1参照)と略同等の構造を内包し、蓋部材10の上方にさらに上蓋部材210を配置して、摩擦攪拌接合を施して接合した点で第一実施形態と相違する。
なお、前記した伝熱板1と同等の構造を以下、下蓋部Mともいう。また、第一実施形態に係る伝熱板1と重複する部材については、同等の符号を付し、重複する説明は省略する。
面削工程では、上蓋溝206の底面206cに形成された段差(溝)やバリを切削除去して、底面206cを平滑にする。
上蓋部材挿入工程では、面削工程をした後、上蓋溝206の底面に上蓋部材210を配置する。面削工程を行ったことにより、上蓋部材210の下面212と、上蓋溝206の底面とを隙間なく配置することができる。
上蓋部材接合工程は、上側突合部V7,V8に沿って接合用回転ツール(図示省略)を移動させて摩擦攪拌接合を施す。上蓋部材接合工程における接合用回転ツールの押し込み量は、当該接合用回転ツールの攪拌ピンの長さ及び上蓋部材210の厚さを考慮して適宜設定すればよい。上蓋部材接合工程では、第一実施形態で使用する接合用回転ツール20を用いてもよい。
次に、第五実施形態に係る伝熱板について説明する。図12の(a)は、第五実施形態に係る伝熱板を示した分解側断面図であり、(b)は、第五実施形態に係る伝熱板を示した側断面図である。
図12に示す第五実施形態に係る伝熱板301は、第三実施形態に係る伝熱板151(図9の(d)参照)と略同等の構造を内包し、蓋部材130の表面側にさらに上蓋部材310を配置して、摩擦攪拌接合を施して接合した点で第一実施形態と相違する。
なお、前記した伝熱板151と同等の構造を以下、下蓋部M’ともいう。また、第一実施形態に係る伝熱板151と重複する部材については、同等の符号を付し、重複する説明は省略する。
2 ベース部材
8 凹溝
8a 凹溝の側壁
8b 凹溝の側壁
10 蓋部材
13a 側面
13b 側面
16 熱媒体用管
20 接合用回転ツール
60 蓋部材
61 幅広部
62 幅狭部
70 凹溝
71 幅広凹溝部
72 幅狭凹溝部
130 蓋部材
146 蓋溝
148 凹溝
V 突合部
W 塑性化領域
Claims (24)
- 表面側に開口し熱媒体用管の鉛直方向高さよりも深い凹溝を備えたベース部材と、前記凹溝に挿入された前記熱媒体用管と、前記熱媒体用管を覆う蓋部材と、を有する伝熱板の製造方法であって、
前記凹溝に前記熱媒体用管を挿入する熱媒体用管挿入工程と、
前記熱媒体用管の上に前記蓋部材を挿入する蓋部材挿入工程と、
前記凹溝の側壁と前記蓋部材の側面とが対向する突合部に対して回転ツールを相対的に移動させて摩擦攪拌を行う接合工程と、を含み、
前記回転ツールのショルダ部の外径は、前記凹溝の開口部の幅以上であり、
前記接合工程では、前記蓋部材を介して前記回転ツールの押圧力を前記熱媒体用管に伝達させ、前記熱媒体用管が塑性変形している状態で、前記凹溝の一方の側壁と前記蓋部材の一方の側面との突合部、及び、前記蓋溝の他方の側壁と前記蓋部材の他方の側面との突合部に対して同時に摩擦攪拌を行うことを特徴とする伝熱板の製造方法。 - 前記凹溝は、幅狭に形成され前記熱媒体用管が挿入される幅狭凹溝部と、この幅狭凹溝部よりも幅広に形成された幅広凹溝部とを有し、
前記蓋部材は、前記幅狭凹溝部に挿入される幅狭部と、この幅狭部よりも幅広に形成され前記幅広凹溝部に挿入される幅広部とを有し、
前記接合工程では、前記幅広凹溝部の底面と、前記蓋部材の前記幅広部とを当接させることを特徴とする請求項1に記載の伝熱板の製造方法。 - 表面側に開口する蓋溝とこの蓋溝の底面に開口し熱媒体用管の鉛直方向高さよりも浅い凹溝とを備えたベース部材と、前記凹溝に挿入された前記熱媒体用管と、前記熱媒体用管を覆う蓋部材と、を有する伝熱板の製造方法であって、
前記凹溝に前記熱媒体用管を挿入する熱媒体用管挿入工程と、
前記熱媒体用管の上に前記蓋部材を挿入する蓋部材挿入工程と、
前記蓋溝の側壁と前記蓋部材の側面とが対向する突合部に対して回転ツールを相対的に移動させて摩擦攪拌を行う接合工程と、を含み、
前記回転ツールのショルダ部の外径は、前記蓋溝の開口部の幅以上であり、
前記接合工程では、前記蓋部材を介して前記回転ツールの押圧力を前記熱媒体用管に伝達させ、前記熱媒体用管が塑性変形している状態で、前記蓋溝の一方の側壁と前記蓋部材の一方の側面との突合部、及び、前記蓋溝の他方の側壁と前記蓋部材の他方の側面との突合部に対して同時に摩擦攪拌を行うことを特徴とする伝熱板の製造方法。 - 前記接合工程では、前記蓋部材の下部と、前記蓋溝の底面とを当接させることを特徴とする請求項3に記載の伝熱板の製造方法。
- 前記接合工程後の前記凹溝と、前記蓋部材とで囲まれた領域の鉛直断面の内周長は、前記熱媒体用管の外周長以上に形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の伝熱板の製造方法。
- 前記接合工程後の前記熱媒体用管の高さは、前記接合工程前の前記熱媒体用管の高さの70%以上であることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の伝熱板の製造方法。
- 前記接合工程後の前記熱媒体用管の高さは、前記接合工程前の前記熱媒体用管の高さの80%以上であることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の伝熱板の製造方法。
- 前記蓋部材の下部は、前記熱媒体用管の形状に沿って形成されており、前記熱媒体用管と接していることを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載の伝熱板の製造方法。
- 前記蓋部材挿入工程前に、前記凹溝と、前記熱媒体用管の外周面とで囲まれた空間に熱伝導性物質を充填する充填工程を含むことを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載の伝熱板の製造方法。
- 前記熱伝導性物質は、金属粉末、金属粉末ペースト又は金属シートであることを特徴とする請求項9に記載の伝熱板の製造方法。
- 前記熱伝導性物質は、低融点ろう材であることを特徴とする請求項9又は請求項10に記載の伝熱板の製造方法。
- 前記回転ツールの攪拌ピンの最大径は、前記凹溝の幅以上であることを特徴とする請求項1に記載の伝熱板の製造方法。
- 前記回転ツールの攪拌ピンの最小径は、前記凹溝の幅以上であることを特徴とする請求項1に記載の伝熱板の製造方法。
- 前記回転ツールの攪拌ピンの最大径は、前記蓋溝の幅以上であることを特徴とする請求項3に記載の伝熱板の製造方法。
- 前記回転ツールの攪拌ピンの最小径は、前記蓋溝の幅以上であることを特徴とする請求項3に記載の伝熱板の製造方法。
- 前記接合工程では、摩擦攪拌によって形成される塑性化領域の最深部が、前記蓋部材の上面から前記蓋部材の厚さ寸法の2/3以上下がった位置に達することを特徴とする請求項1乃至請求項15のいずれか一項に記載の伝熱板の製造方法。
- 前記接合工程では、摩擦攪拌によって形成される塑性化領域の最深部が、前記蓋部材の上面から前記蓋部材の厚さ寸法の1/2以上下がった位置に達することを特徴とする請求項1乃至請求項15のいずれか一項に記載の伝熱板の製造方法。
- 前記接合工程では、摩擦攪拌によって形成される塑性化領域の最深部が、前記蓋部材の上面から前記蓋部材の厚さ寸法の1/3以上下がった位置に達することを特徴とする請求項1乃至請求項15のいずれか一項に記載の伝熱板の製造方法。
- 前記接合工程後に、
前記ベース部材の表面側に、前記凹溝の幅よりも幅広に形成された上蓋溝の底面に上蓋部材を当接させる上蓋部材挿入工程と、
前記上蓋溝の側壁と前記上蓋部材の側面との突合部に沿って回転ツールを相対的に移動させて摩擦攪拌を行う上蓋部材接合工程と、を含むことを特徴とする請求項1に記載の伝熱板の製造方法。 - 前記接合工程後に、
前記ベース部材の表面側に、前記蓋溝の幅よりも幅広に形成された上蓋溝の底面に上蓋部材を当接させる上蓋部材挿入工程と、
前記上蓋溝の側壁と前記上蓋部材の側面との突合部に沿って回転ツールを相対的に移動させて摩擦攪拌を行う上蓋部材接合工程と、を含むことを特徴とする請求項3に記載の伝熱板の製造方法。 - 表面側に開口し熱媒体用管の鉛直方向高さよりも深い凹溝を有するベース部材と、
前記凹溝の底部に挿入された前記熱媒体用管と、
前記凹溝内の前記熱媒体用管を覆う蓋部材と、を有し、前記ベース部材と前記蓋部材とが摩擦攪拌接合されるとともに前記熱媒体用管が塑性変形している伝熱板であって、
前記蓋溝の一方の側壁と前記蓋部材の一方の側面との突合部、及び、前記蓋溝の他方の側壁と前記蓋部材の他方の側面との突合部に対して形成された一条の塑性化領域の幅は、前記凹溝の幅以上に形成されていることを特徴とする伝熱板。 - 前記ベース部材の表面側に、前記凹溝よりも幅広に形成された上蓋溝を備えた前記ベース部材と、前記上蓋溝に挿入された上蓋部材と、を有し、
前記上蓋溝の側壁と前記上蓋部材の側面との突合部に沿って摩擦攪拌が施されていることを特徴とする請求項21に記載の伝熱板。 - 表面側に開口する蓋溝の底面に開口し熱媒体用管の鉛直方向高さよりも浅い凹溝を有するベース部材と、
前記凹溝に挿入された前記熱媒体用管と、
前記凹溝内の前記熱媒体用管を覆う蓋部材と、を有し、前記ベース部材と前記蓋部材とが摩擦攪拌接合されるとともに前記熱媒体用管が塑性変形している伝熱板であって、
前記蓋溝の一方の側壁と前記蓋部材の一方の側面との突合部、及び、前記蓋溝の他方の側壁と前記蓋部材の他方の側面との突合部に対して形成された一条の塑性化領域の幅は、前記蓋溝の幅以上に形成されていることを特徴とする伝熱板。 - 前記ベース部材の表面側に、前記蓋溝よりも幅広に形成された上蓋溝を備えた前記ベース部材と、前記上蓋溝に挿入された上蓋部材と、を有し、
前記上蓋溝の側壁と前記蓋溝部材の側面との突合部に沿って摩擦攪拌が施されていることを特徴とする請求項23に記載の伝熱板。
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