JP5163419B2 - 伝熱板の製造方法 - 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斜視図である。図3の(a)は、第一実施形態に係る伝熱板を示した分解断面図であり、(b)は、第一実施形態に係る第一金属部材に熱媒体用管と第二金属部材を配置した断面図である。図4は、第一実施形態に係る伝熱板を示した断面図である。なお、説明における上下左右前後は、特に断りのない限り図1の矢印に従う。
準備工程は、第一金属部材2及び第二金属部材3を形成する切削工程と、第一金属部材2に形成された第一凹溝5に熱媒体用管4を挿入する挿入工程と、第一金属部材2に第二金属部材3を配置する配置工程とを含む。
また、切削工程では、公知の切削加工により、板厚部材に断面視矩形を呈する第二凹溝6形成する。これにより、下方に開口する第二凹溝6を備えた第二金属部材3が形成される。
なお、第一実施形態においては、第一金属部材2及び第二金属部材3を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5の(c)に示すように、仮組構造体Uのうち突合部V1が現れる面を上にした後、突合部V1沿って摩擦攪拌接合を行う。摩擦攪拌接合は、接合用回転ツール50(公知の回転ツール)を用いて行う。接合用回転ツール50は、例えば、工具鋼からなり、円柱形のツール本体51と、ツール本体51の底面52の中心部から同心軸で垂下するピン53とを有する。ピン53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53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。
流入攪拌工程では、図5の(d)、図6の(a)乃至(c)に示すように、第一金属部材2、熱媒体用管4及び第二金属部材3からなる仮組構造体Uの表面及び裏面から流入攪拌用回転ツール55を移動させて第一空隙部P1〜第四空隙部P4に塑性流動材Qを流入させる。本実施形態に係る流入攪拌工程は、第二金属部材3の表面3aで流入攪拌用回転ツール55を移動させて第一空隙部P1及び第二空隙部P2に塑性流動材Qを流入させる表面側流入攪拌工程と、第一金属部材2の裏面2bで流入攪拌用回転ツール55を移動させて第三空隙部P3及び第四空隙部P4に塑性流動材Qを流入させる裏面側流入攪拌工程を含むものである。
次に、本発明の第二実施形態について説明する。第二実施形態に係る伝熱板の製造方法は、裏面側流入攪拌工程を行っていない点などで第一実施形態と相違する。
準備工程は、第一金属部材12及び第二金属部材13を形成する切削工程と、第一金属部材12に形成された第一凹溝15に熱媒体用管4を挿入する挿入工程と、第一金属部材12に第二金属部材13を配置する配置工程を含む。
接合工程では、図9の(a)に示すように、第一金属部材12と第二金属部材13との突合せ部である突合部V1,V2(図8の(b)参照)に沿って接合用回転ツール50を用いて摩擦攪拌接合を行う。これにより、第一金属部材12と第二金属部材13とを接合することができる。
表面側流入攪拌工程では、図9の(b)及び(c)に示すように、第二金属部材13の表面13a側から第二凹溝16に沿って摩擦攪拌を行う。表面側流入攪拌工程は、本実施形態では、第一空隙部P1に塑性流動材Qを流入させる第一表面側流入攪拌工程と、第二空隙部P2に塑性流動材Qを流入させる第二表面側流入攪拌工程とを含む。
また、表面側流入攪拌工程により、熱媒体用管4の周囲に形成された第一空隙部P1及び第二空隙部P2に塑性流動材Qを流入させることで、当該空隙部を埋めることができるため、伝熱板の熱交換効率を高めることができる。
次に、本発明の第三実施形態について説明する。第三実施形態に係る伝熱板の製造方法は、第一凹溝25及び第二凹溝26が共に曲面で形成されている点で第一実施形態と相違する。図10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、(b)は、接合工程、(c)は、表面側流入攪拌工程を示す。なお、具体的な図示はしないが、熱媒体用管4は、第一実施形態と同様に平面視U字状を呈するものとする。
準備工程は、第一金属部材22及び第二金属部材23を形成する切削工程と、第一金属部材22に形成された第一凹溝25に熱媒体用管4を挿入する挿入工程と、第一金属部材22に第二金属部材23を配置する配置工程を含む。
また、同様に板厚部材に断面視矩形を呈する第二凹溝26を切り欠いて第二金属部材23を形成する。第二凹溝26は、下方に向けて開口しており、開口部の幅は、熱媒体用管4の外径と略同等に形成されている。また、第二凹溝26の天面26cの曲率は、熱媒体用管4の曲率よりも大きくなるように形成されている。
ここで、熱媒体用管4の周囲に形成される空隙部のうち、流動方向Y(図2参照)に対して左上側に形成される部分を第一空隙部P1とし、右上側に形成される部分を第二空隙部P2とする。
次に、図10の(b)に示すように、接合用回転ツール50(図5参照)を用いて突合部V1,V2に沿って摩擦攪拌接合を行う。これにより、第一金属部材22と第二金属部材23とを接合することができる。
次に、図10の(c)に示すように、第二金属部材23の表面23a側から第二凹溝26に沿って摩擦攪拌を行う。表面側流入攪拌工程は、本実施形態では、第一空隙部P1に塑性流動材Qを流入させる第一表面側流入攪拌工程と、第二空隙部P2に塑性流動材Qを流入させる第二表面側流入攪拌工程とを含む。
また、表面側流入攪拌工程により、熱媒体用管4の周囲に形成された第一空隙部P1及び第二空隙部P2に塑性流動材Qを流入させることで、当該空隙部を埋めることができるため、伝熱板の熱交換効率を高めることができる。
次に、本発明の第四実施形態について説明する。第四実施形態に係る伝熱板の製造方法は、第二金属部材に凹溝が形成されていない点で第一実施形態と相違する。
準備工程は、第一金属部材32及び第二金属部材33を形成する切削工程と、第一金属部材32に形成された第一凹溝35に熱媒体用管4を挿入する挿入工程と、第一金属部材32に第二金属部材33を配置する配置工程を含む。
接合工程では、図11の(b)及び(c)に示すように、突合部V1,V2に沿って接合用回転ツール50(図5参照)を用いて摩擦攪拌接合を行う。接合工程については、前記した第一実施形態の接合工程と同様であるため詳細な説明を省略する。
流入攪拌工程では、第一金属部材32、熱媒体用管4及び第二金属部材33からなる仮組構造体Uの表面及び裏面から流入攪拌用回転ツール55を移動させて第一空隙部P1〜第四空隙部P4に塑性流動材Qを流入させる。
流入攪拌工程については第一実施形態に係る流入攪拌工程と略同等であるため詳細な説明を省略する
2 第一金属部材
3 第二金属部材
4 熱媒体用管
5 第一凹溝
6 第二凹溝
50 接合用回転ツール
55 流入攪拌用回転ツール
K 空間部
L 最近接距離
P 空隙部
Q 塑性流動材
U 仮組構造体
V 突合部
W 塑性化領域
Claims (9)
- 凹溝が形成された第一金属部材と、凹溝が形成された第二金属部材とを前記凹溝同士で中空の空間部が形成されるように重ね合わるとともに、前記空間部に熱媒体用管を挿入する準備工程と、
前記準備工程で形成された仮組構造体の表面及び裏面の少なくとも一方の面から挿入した流入攪拌用回転ツールを前記空間部に沿って移動させ、前記熱媒体用管の周囲に形成された空隙部に摩擦熱によって流動化させた塑性流動材を流入させる流入攪拌工程と、を含み、
前記空間部の幅及び高さの少なくとも一方が、前記熱媒体用管の外径よりも大きいことを特徴とする伝熱板の製造方法。 - 凹溝が形成された第一金属部材と第二金属部材とを、前記凹溝と前記第二金属部材の裏面とで中空の空間部が形成されるように重ね合わせるとともに、前記空間部に熱媒体用管を挿入する準備工程と、
前記準備工程で形成された仮組構造体の表面及び裏面のうち少なくとも一方の面から挿入した流入攪拌用回転ツールを前記空間部に沿って移動させ、前記熱媒体用管の周囲に形成された空隙部に摩擦熱によって流動化させた塑性流動材を流入させる流入攪拌工程と、を含み、
前記空間部の幅及び高さの少なくとも一方が、前記熱媒体用管の外径よりも大きいことを特徴とする伝熱板の製造方法。 - 前記流入攪拌工程では、前記流入攪拌用回転ツールの先端と、前記熱媒体用管に接する仮想鉛直面との最近接距離を1〜3mmに設定す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。
- 前記流入攪拌工程では、前記流入攪拌用回転ツールの先端を、前記第一金属部材と前記第二金属部材とを突き合わせて形成された突合部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。
- 前記第一金属部材と前記第二金属部材とを突き合わせて形成された突合部に沿って摩擦攪拌接合を行う接合工程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。
- 前記接合工程では、前記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5に記載の伝熱板の製造方法。
- 前記流入攪拌用回転ツールよりも小型の回転ツールを用いて前記接合工程を行うことを特徴とする請求項5又は請求項6に記載の伝熱板の製造方法。
- 前記第一金属部材と前記第二金属部材とを突き合せて形成された突合部に沿って溶接を行う溶接工程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。
- 前記溶接工程では、前記突合部に沿って間欠的に溶接を行うことを特徴とする請求項8に記載の伝熱板の製造方法。
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