JP5071274B2 - 伝熱板の製造方法及び伝熱板 - Google Patents
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Description
本発明の最良の実施形態について、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斜視図である。図2は、第一実施形態に係る伝熱板を示した分解側面図である。図3は、第一実施形態に係る伝熱板を示した拡大側面図である。
まず、図4の(a)に示すように、公知のエンドミル加工により、厚板部材に蓋溝6を形成する。そして、蓋溝6の底面に、エンドミル加工等により半円形断面を備えた凹溝8を形成する。これにより、蓋溝6と、蓋溝6の底面に開口された凹溝8を備えたベース部材2が形成される。凹溝8は、断面半円形の底部7を備えており、底部7の上端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を第一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4の(b)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の下半部は、凹溝8の下半分を形成する底部7と面接触する。
次に、図4の(c)に示すように、ベース部材2の蓋溝6内に、アルミニウム合金からなる蓋板10を配置する。この際、蓋板10の凸部15が、凹溝8に挿入されるとともに、蓋板10の上面11が、ベース部材2の表面3と面一なる。また、蓋溝6の側壁5a,5b(図4の(a)参照)と蓋板10の側面13a,13bによって突合部V1,V2が形成される。
次に、図4の(d)に示すように、突合部V1,V2に沿って、摩擦攪拌接合を行う。摩擦攪拌接合は、公知の接合用回転ツール20を用いて行う。
接合用回転ツール20は、例えば、工具鋼からなり、円柱形のツール本体22と、その底面24の中心部から同心軸で垂下するピン26とを有する。ピン26は、先端に向けて幅狭となるテーパ状に形成されている。なお、ピン26の周面には、その軸方向に沿って図示しない複数の小溝や径方向に沿ったネジ溝が形成されていてもよい。
伝熱板1は、例えば、図6に示すように、複数の伝熱板1を連結して伝熱ユニット90を形成して使用される。伝熱ユニット90は、複数の伝熱板1をベース部材2の短手方向に並設し、各ベース部材2の長手方向の両端から突出した熱媒体用管16を平面視U字状の連結パイプ91で連結して形成される。このような、伝熱ユニット90によれば、一の連通した熱媒体用管96が形成されているため、熱媒体用管96に熱媒体を流通させることにより、ベース部材2及び蓋板10に接触又は近接する図示しない対象物を迅速に冷却又は加熱することができる。
次に、第二実施形態に係る伝熱板について説明する。図7は、第二実施形態に係る伝熱板を示した分解断面図である。図8は、第二実施形態に係る伝熱板を示した断面図である。
図8に示す第二実施形態に係る伝熱板31は、前記した伝熱板1と略同等の構造を内包し、蓋板10の表面側にさらに上蓋板40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。
ベース部材32は、図7及び図8に示すように、例えばアルミニウム合金からなり、ベース部材32の表面33に、長手方向に亘って形成された上蓋溝36と、上蓋溝36の底面35cに長手方向に亘って連続して形成された蓋溝6と、蓋溝6の底面に長手方向に亘って形成された凹溝8とを有する。上蓋溝36は、断面視矩形を呈し、底面35cから垂直に立ち上がる側壁35a,35bを備えている。上蓋溝36の幅は、蓋溝6の幅よりも大きく形成されている。
面削工程では、上蓋溝36の底面35cに形成された段差(溝)やバリを切削除去して、底面35cを平滑にする。
上蓋溝閉塞工程では、面削工程をした後、上蓋溝36の底面に上蓋板40を配置する。面削工程を行ったことにより、上蓋板40の下面42と、上蓋溝36の底面とを隙間なく配置することができる。
上蓋本接合工程では、上側突合部V3,V4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。接合用回転ツールは、本実施形態では、接合用回転ツール20よりも小型の回転ツールである。上蓋本接合工程における接合用回転ツールの埋設深さは、当該接合用回転ツールのピンの長さ及び上蓋板40の厚みを考慮して適宜設定すればよい。なお、上蓋本接合工程では、接合用回転ツール20を用いて摩擦攪拌接合を行ってもよい。
本発明の第三実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図9は、第三実施形態に係る伝熱板を示した斜視図である。図10は、第三実施形態に係る伝熱板を示した分解断面図である。図11は、第三実施形態に係る伝熱板を示した断面図である。
第三実施形態に係る伝熱板1Aは、蓋板10の幅が第一実施形態に係る蓋板10に比べて幅広に形成されている点及び四箇所の塑性化領域が形成されている点で第一実施形態と相違する。なお、第三実施形態に係る伝熱板1Aは、蓋板10の寸法と、塑性化領域の形成位置を除いては第一実施形態と同等であるため、重複する部分については説明を省略する。
図12は、第三実施形態に係る伝熱板の製造方法を示した断面図であって、(a)は、切削工程を示した図であり、(b)は、熱媒体用管を挿入した挿入工程を示した図であり、(c)は、蓋溝閉塞工程を示した図であり、(d)は、接合工程を示した図であり、(e)は、攪拌工程を示した図であり、(f)は、完成図である。図13は、第三実施形態に係る伝熱板を用いた伝熱ユニットを示した平面図である。図14は、第三実施形態に係る伝熱板を用いた伝熱ユニットを示した断面図である。
まず、図12の(a)に示すように、公知のエンドミル加工により、厚板部材に蓋溝6を形成する。そして、蓋溝6の底面に、切削加工等により半円形断面を備えた凹溝8を形成する。これにより、蓋溝6と、蓋溝6の底面に開口された凹溝8を備えたベース部材2が形成される。凹溝8は、下半部に断面半円形の底部7を備えており、底部7の上端から一定の幅で上方に向けて開口されている。なお、第三実施形態においては、ベース部材2をエンドミル加工及び切削加工により形成したが、アルミニウム合金製の押出形材や鋳造品を用いてもよい。
次に、図12の(b)に示すように、凹溝8に熱媒体用管16を挿入する。このとき、熱媒体用管16の下半部は、凹溝8の下半分を形成する底部7と面接触する。
次に、図12の(c)に示すように、ベース部材2の蓋溝6内に、アルミニウム合金からなる蓋板10を配置する。この際、蓋板10の凸部15が、凹溝8に挿入されるとともに、蓋板10の上面11が、ベース部材2の表面3と面一なる。また、蓋溝6の側壁5a,5b(図12の(a)参照)と蓋板10の側面13a,13bによって突合部V5,V6が形成される。
次に、図12の(d)に示すように、突合部V5,V6に沿って、摩擦攪拌接合を施す。摩擦攪拌接合は、接合用回転ツール200(公知の回転ツール)を用いて行う。接合用回転ツール200は、例えば、工具鋼からなり、円柱形のツール本体210と、その底面220の中心部から同心軸で垂下するピン230とを有する。ピン230は、先端に向けて幅狭となるテーパ状に形成されている。なお、ピン230の周面には、その軸方向に沿って図示しない複数の小溝や径方向に沿ったネジ溝が形成されていてもよい。
次に、図12の(e)に示すように、蓋板10の上面(表面)11で、下方の凹溝8の長手方向に沿って摩擦攪拌接合を行う。即ち、熱媒体用管16の斜め上方で摩擦攪拌を行う。攪拌工程では、接合用回転ツール200よりも大きく形成された攪拌用回転ツール250を用いて摩擦攪拌を行う。
伝熱板1Aは、例えば、図13に示すように、複数の伝熱板1Aを連結して伝熱ユニット900を形成して使用される。伝熱ユニット900は、複数の伝熱板1Aをベース部材2の短手方向に並設し、各ベース部材2の長手方向の両端から突出した熱媒体用管16を平面視U字状の連結パイプ910で連結して形成される。このような、伝熱ユニット900によれば、一の連通した熱媒体用管960が形成されているため、熱媒体用管960に熱媒体を流通させることにより、ベース部材2及び蓋板10に接触又は近接する図示しない対象物を迅速に冷却又は加熱することができる。
次に、第四実施形態に係る伝熱板について説明する。図15は、第四実施形態に係る伝熱板を示した斜視図である。図16は、第四実施形態に係る伝熱板の製造方法を示した側面図であって、(a)は、攪拌工程の攪拌用回転ツールの押込み前の状態を示した図、(b)は、攪拌工程の攪拌用回転ツールの押込み中の状態を示した図である。第四実施形態に係る伝熱板1Bは、塑性化領域W7,W8の内部に、接合工程で形成される塑性化領域W9,W10が含まれている点で第三実施形態と相違する。
次に、第五実施形態に係る伝熱板について説明する。図17の(a)は、第五実施形態に係る伝熱板を示した分解側面図で、(b)は、第五実施形態に係る伝熱板を示した側面図である。
上蓋溝閉塞工程では、下蓋部M’を形成した後、上蓋溝64に上蓋板80を配置する。この際、上蓋溝64の底面65c、蓋板10及び塑性化領域W5〜W8の上面は、前記した接合工程により平面状でない(凹凸がある)ので、上蓋溝64の底面65c、蓋板10及び塑性化領域W5〜W8の上面を削って平坦にする面削加工を施す。
上蓋接合工程では、上側突合部V11,V12に沿って接合用回転ツール(図示せず)を移動させて摩擦攪拌接合を施す。上蓋接合工程における接合用回転ツールの埋設深さは、ピンの長さ及び上蓋板80の厚み等の各種条件によって、適宜設定すればよい。
次に、第六実施形態に係る伝熱板について説明する。図18は、第六実施形態に係る伝熱板を示した断面図である。第六実施形態に係る伝熱板1Dは、熱媒体用管16と塑性化領域W1,W2との重複面積が第一実施形態の伝熱板1よりも大きい点で相違する。なお、第六実施形態に係る伝熱板1Dの説明においては、第一実施形態と重複する点は説明を省略する。
次に、第七実施形態に係る伝熱板について説明する。図19は、第七実施形態の製造方法を示した図であって、(a)は、蓋溝閉塞工程を示した断面図であり、(b)は、本接合工程を示した断面図である。第七実施形態に係る伝熱板は、蓋板400を蓋溝6に配置すると、空隙部P1,P2が形成される点で第一実施形態と相違する。なお、伝熱板1Eの説明においては、第一実施形態と重複する点は説明を省略する。
次に、第八実施形態に係る伝熱板について説明する。図20は、第八実施形態に係る伝熱板を示した断面図である。第八実施形態に係る伝熱板1Fは、蓋板10及びベース部材2の形状は第一実施形態と同等であるが、蓋板10の凸部15を摩擦攪拌しない点で第一実施形態と相違する。なお、第八実施形態に係る伝熱板1Fの説明においては、第一実施形態と重複する点は説明を省略する。
2 ベース部材
5a (蓋溝の)側壁
5b (蓋溝の)側壁
6 蓋溝
8 凹溝
10 蓋板
13a (蓋板の)側面
13b (蓋板の)側面
15 凸部
15a 底面
16 熱媒体用管
20 接合用回転ツール
31 伝熱板
36 上蓋溝
35a 側壁
35b 側壁
40 上蓋板
43a 側面
43b 側面
1B 伝熱板
52 蓋板
53 (蓋板の)側面
54 ベース部材
55 蓋溝
56 (蓋溝の)側壁
1C 伝熱板
62 ベース部材
64 上蓋溝
65a (上蓋溝の)側壁
65b (上蓋溝の)側壁
80 上蓋板
83a (上蓋板の)側面
83b (上蓋板の)側面
200 接合用回転ツール
250 攪拌用回転ツール
P 空隙部
Q 塑性流動材
V 突合部
W 塑性化領域
Claims (16)
- ベース部材の表面側に開口する蓋溝の底面に形成された凹溝に、熱媒体用管を挿入する挿入工程と、
前記蓋溝に挿入される本体部とこの本体部の底面に凸設され前記凹溝に挿入される凸部とを有する蓋板を、前記蓋溝に挿入する蓋溝閉塞工程と、
前記蓋溝の側壁と前記蓋板の側面との突合部に沿って接合用回転ツールを相対移動させて摩擦攪拌接合を行う本接合工程と、を含むことを特徴とする伝熱板の製造方法。 - 前記本接合工程では、前記凸部の少なくとも一部に対して摩擦攪拌を行い、摩擦熱により塑性化した塑性流動材と前記熱媒体用管とを接触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。
- 前記蓋板の前記凸部の底面は、前記熱媒体用管の形状に沿う形状に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に記載の伝熱板の製造方法。
- 前記本接合工程では、前記接合用回転ツールの先端を、前記蓋溝の底面よりも深く挿入す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伝熱板の製造方法。
- 前記本接合工程後に、
前記蓋溝よりも表面側に、前記蓋溝よりも幅広に形成された上蓋溝に上蓋板を挿入する上蓋溝閉塞工程と、
前記上蓋溝の側壁と前記上蓋板の側面との突合部に沿って接合用回転ツールを相対移動させて摩擦攪拌接合を行う上蓋接合工程と、を含む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。 - 表面側に開口する蓋溝とこの蓋溝の底面に開口する凹溝とを有するベース部材と、
前記凹溝に挿入された熱媒体用管と、
前記蓋溝に挿入される本体部とこの本体部の底面に凸設され前記凹溝に挿入される凸部とを有する蓋板と、を有し、
前記蓋溝の側壁と前記蓋板の側面との突合部に沿って、摩擦攪拌接合によって形成された塑性化領域が形成されていることを特徴とする伝熱板。 - 前記塑性化領域と前記熱媒体用管とが接触していることを特徴とする請求項6に記載の伝熱板。
- 前記蓋溝よりも表面側に、前記蓋溝よりも幅広に形成された上蓋溝を備えたベース部材と、前記上蓋溝に配置される上蓋板と、を有し、
前記上蓋溝の側壁と前記上蓋板の側面との突合部に沿って、摩擦攪拌接合によって形成された塑性化領域が形成されていることを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の伝熱板。 - ベース部材の表面側に開口する蓋溝の底面に形成された凹溝に、熱媒体用管を挿入する挿入工程と、
前記蓋溝に挿入される本体部とこの本体部の底面に凸設され前記凹溝に挿入される凸部とを有する蓋板を、前記蓋溝に挿入する蓋溝閉塞工程と、
前記蓋板の表面で、前記凹溝に沿って攪拌用回転ツールを移動させて、前記凸部の少なくとも一部に対して摩擦攪拌を行い、摩擦熱により塑性化した塑性流動材と前記熱媒体用管とを接触させる攪拌工程と、を含むことを特徴とする伝熱板の製造方法。 - 前記蓋板の前記凸部の底面は、前記熱媒体用管の形状に沿う形状に形成されてい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。
- 前記攪拌工程前に、前記蓋溝の側壁と前記蓋板の側面との突合部に沿って接合用回転ツールを相対移動させて、前記ベース部材と前記蓋板との摩擦攪拌接合を行う接合工程をさらに含む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。
- 前記接合工程では、前記蓋溝の側壁と前記蓋板の側面との突合部に沿って間欠的に摩擦攪拌接合を行うことを特徴とする請求項11に記載の伝熱板の製造方法。
- 前記攪拌用回転ツールは、前記接合用回転ツールよりも大きいことを特徴とする請求項11又は請求項12に記載の伝熱板の製造方法。
- 前記攪拌工程では、前記攪拌用回転ツールの先端を、前記蓋溝の底面よりも深く挿入することを特徴とする請求項9乃至請求項13のいずれか一項に記載の伝熱板の製造方法。
- 前記攪拌工程では、前記接合工程にて形成された塑性化領域を、前記攪拌用回転ツールによって再度攪拌することを特徴とする請求項11乃至請求項14のいずれか一項に記載の伝熱板の製造方法。
- 前記攪拌工程後に、前記ベース部材の前記蓋溝よりも表面側に、前記蓋溝よりも幅広に形成された上蓋溝に前記蓋板を覆う上蓋板を配置する上蓋溝閉塞工程と、
前記上蓋溝の側壁と前記上蓋板の側面との突合部に沿って接合用回転ツールを移動させて前記ベース部材と前記上蓋板との摩擦攪拌接合を行う上蓋接合工程と、をさらに有することを特徴とする請求項9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。
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