JP5177059B2 - 伝熱板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、伝熱板の製造方法に関する。

金属部材同士を接合する方法として、摩擦攪拌接合（ＦＳＷ＝Friction Stir Welding）が知られている。摩擦攪拌接合とは、回転ツールを回転させつつ金属部材同士の突合部に沿って移動させ、回転ツールと金属部材との摩擦熱により突合部の金属を塑性流動させることで、金属部材同士を固相接合させるものである。

例えば、特許文献１に示すように、半導体製造装置において冷却用に使用されるヒートプレート（伝熱板）は、板状を呈する本体と、本体の表面に形成された凹部を封止する蓋部材とを摩擦攪拌接合により一体成形されている。

具体的には、本体は、本体の表面に凹設された第一凹部と、第一凹部の底面に凹設された第二凹部とを有する。蓋部材は、第一凹部に隙間無く配置される形状を呈している。伝熱板は、第一凹部の側壁と蓋部材の側面との突合部に対して摩擦攪拌接合を行うことにより一体成形されている。摩擦攪拌接合によれば、比較的容易にかつ水密性及び気密性の高い製品を製造することができる。

特開２００２−２５７４９０号公報

従来の伝熱板の製造方法では、第一凹部の側壁と蓋部材の側面との突合部のみを摩擦攪拌接合するだけであるため、例えば第一凹部の底面と蓋部材の裏面との間には微細な隙間が形成されている。かかる隙間は伝熱板の水密性及び気密性を低下させる要因になっていた。また、本体の表面側から摩擦攪拌を行うため、熱収縮によって塑性化領域が縮むと、伝熱板が反って撓んでしまうという問題があった。

本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであり、伝熱板の水密性及び気密性を高めるとともに、平坦性の高い伝熱板を製造することができる伝熱板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、表面に凹設された第一凹部と、この第一凹部の底面に凹設され熱発生体が発生する熱を外部に輸送する熱輸送流体が流れる第二凹部とを有する本体に、前記第二凹部を封止する蓋部材を摩擦攪拌接合によって固定して形成される伝熱板の製造方法であって、前記本体の前記第一凹部の側壁と前記蓋部材の側面との突合部に沿って回転ツールを移動させて少なくとも前記突合部の一部に対して摩擦攪拌接合を行う蓋部材固定工程と、前記第二凹部の開口周縁に沿って回転ツールを移動させて、前記第一凹部の底面と前記蓋部材の裏面との重ね合わせ部に対して摩擦攪拌接合を行う第二凹部密封工程と、前記伝熱板の裏面に対して回転ツールを移動させて摩擦攪拌を行う矯正工程と、を含むことを特徴とする。

かかる製造方法によれば、第一凹部の底面と蓋部材の裏面との重ね合わせ部に対して摩擦攪拌接合を行うことにより、第一凹部の底面と蓋部材の裏面との微細な隙間を塞ぐことができる。これにより、伝熱板の水密性及び気密性を高めることができる。また、矯正工程では、伝熱板の裏面側から摩擦攪拌を行うことにより、蓋部材固定工程及び第二凹部密封工程によって発生した反りを解消し、伝熱板の平坦性を高めることができる。

また、前記伝熱板の裏面側に形成される塑性化領域の体積量を、前記伝熱板の表面側に形成された塑性化領域の体積量よりも小さく設定することが好ましい。かかる製造方法によれば、製造された伝熱板の平坦性をより高めることができる。

また、前記矯正工程では、この矯正工程で形成される塑性化領域の平面形状を、前記伝熱板の中心に対して略点対称となるように設定することが好ましい。また、前記矯正工程では、この矯正工程で形成される塑性化領域の平面形状を、前記伝熱板の外縁の形状と略相似形状となるように設定することが好ましい。また、前記矯正工程では、この矯正工程で形成される塑性化領域の平面形状を、前記伝熱板の表面側に形成された塑性化領域の平面形状と略同等形状となるように設定することが好ましい。また、前記矯正工程では、この矯正工程で形成される塑性化領域の全長を、前記伝熱板の表面側に形成された塑性化領域の全長と略同等となるように設定することが好ましい。

かかる製造方法によれば、伝熱板の表面側と裏面側の反りをバランスよく解消することができ、伝熱板の平坦性を高めることができる。

また、前記矯正工程では、この矯正工程で用いる前記回転ツールの移動軌跡の全長を、前記伝熱板の表面側に形成された塑性化領域の全長よりも短くなるように設定することが好ましい。また、前記矯正工程で用いる回転ツールのショルダ部の外径を、前記第二凹部密封工程で用いる回転ツールのショルダ部の外径よりも小さく設定することが好ましい。また、前記矯正工程で用いる回転ツールの攪拌ピンの長さを、前記第二凹部密封工程で用いる前記回転ツールの攪拌ピンの長さよりも短く設定することが好ましい。

かかる製造方法によれば、矯正工程における塑性化領域の体積量を、伝熱板の表面側に形成された塑性化領域の体積量よりも小さく設定することができるため、製造された伝熱板の平坦性をより高めることができる。

また、前記本体の厚みを、前記第二凹部密封工程で用いる回転ツールのショルダ部の外径の１．５倍以上に設定することが好ましい。また、前記本体の厚みを、前記第二凹部密封工程で用いる回転ツールの攪拌ピンの長さの３倍以上に設定することが好ましい。

かかる製造方法によれば、回転ツールの各部位の大きさに対して本体が十分な厚みを備えているため、伝熱板の平坦性をより高めることができる。

また、前記本体が平面視多角形である場合、前記矯正工程では、前記伝熱板の隅部に対して回転ツールを用いて摩擦攪拌を行う隅部摩擦攪拌工程を含むことが好ましい。かかる製造方法によれば、本体の隅部において発生した反りを解消して伝熱板の平坦性を解消することができる。

また、矯正工程後に、前記伝熱板の裏面側を面削加工する面削工程を含み、前記面削加工の深さは、前記矯正工程で用いる回転ツールの攪拌ピンの長さよりも大きいことが好ましい。かかる製造方法によれば、伝熱板の裏面を平滑に形成することができる。

本発明によれば、水密性及び気密性が高く、かつ、平坦性の高い伝熱板を提供することができる。

第一実施形態に係る伝熱板を示した分解斜視図である。 （ａ）は、小型回転ツール、（ｂ）は、大型回転ツールを示した側面図である。 第一実施形態に係る蓋部材固定工程を示した図であって、（ａ）は、平面図、（ｂ）は、（ａ）のＸ１−Ｘ１断面図である。 第一実施形態に係る蓋部材固定工程を示した平面図である。 第一実施形態に係る第二凹部密封工程を示した図であって、（ａ）は、平面図、（ｂ）は、（ａ）のＸ２−Ｘ２断面図である。 第一実施形態に係る第二凹部密封工程を示した平面図である。 第一実施形態に係る伝熱板の製造方法において、第二凹部密封工程を行った後を示した図であって、（ａ）は、斜視図、（ｂ）は、地点ｃ及び地点ｆを結ぶ線の断面図である。 第一実施形態に係る伝熱板の製造方法において、（ａ）は、矯正工程を示した斜視図、（ｂ）は、矯正工程を示した平面図である。 第二実施形態に係る伝熱板を示した図であって、（ａ）は、分解斜視図、（ｂ）は断面図を示す。 第二実施形態に係る第二凹部密封工程を段階的に示した平面図である。 第二実施形態に係る伝熱板の製造方法において、第二凹部密封工程を行った後を示した図であって、（ａ）は、斜視図、（ｂ）は、地点ｃ及び地点ｆを結ぶ線の断面図である。 第二実施形態に係る伝熱板の製造方法の矯正工程を示した平面図である。 図１２のＸ３−Ｘ３断面図である。 第三実施形態に係る伝熱板を示した分解斜視図である。 第三実施形態に係る第二凹部密封工程を示した平面図である。 第三実施形態に係る伝熱板の製造方法において、矯正工程を示した平面図である。 第四実施形態に係る本体を示した斜視図である。 第四実施形態に係る第二凹部密封工程を示した図であって、（ａ）は、平面図、（ｂ）は、（ａ）Ｘ４−Ｘ４断面図である。 第四実施形態に係る伝熱板の製造方法において、矯正工程を示した平面図である。 仮接合工程を示した図であって、（ａ）は、平面図、（ｂ）は、（ａ）のＸ５−Ｘ５断面図である。 矯正工程の変形例を示した平面図である。 実施例における本体を示した図であって、（ａ）は、表面側の斜視図、（ｂ）は、裏面側の平面図である。

[第一実施形態]
本発明の第一実施形態に係る伝熱板の製造方法について図面を適宜参照して詳細に説明する。まず、本発明に係る伝熱板の製造方法によって形成される伝熱板１について説明する。

伝熱板１は、図１に示すように、本体１０に、蓋部材３０を摩擦攪拌接合によって固定して形成される。伝熱板１は、例えば、スパッタリング装置において、ターゲット材を冷却するために使用される。

本体１０は、略直方体の外観を呈し、本実施形態ではアルミニウム又はアルミニウム合金から形成されている。本体１０は、本体１０の表面（上面）１０ａに凹設された第一凹部１２と、第一凹部１２の内部に凹設された第二凹部１３，１３と、第二凹部１３に連通する貫通孔１６とを有する。本体１０は、例えば、ダイキャスト、鋳造、鍛造などによって作製される。

本体１０は、本実施形態ではアルミニウム又はアルミニウム合金から形成したが、他の金属部材で形成してもよい。また、本体１０は、本実施形態では外観視略直方体としたが、多角柱体、円柱体等であってもよい。

第一凹部１２は、蓋部材３０が配置される部位である。第一凹部１２は、本体１０の上面１０ａよりも一段下がった位置に形成されており、平面視矩形を呈する底面１２ａと、底面１２ａから垂直に立設する４つの側壁１２ｂとを有する。側壁１２ｂの高さは、蓋部材３０の厚みｔと略同等に形成されている。

第二凹部１３，１３は、熱輸送流体（本実施形態では冷却水）が流通する部分である。第二凹部１３，１３は、平面視矩形を呈し、それぞれ略同等の形状に形成されている。第二凹部１３，１３は、上方に開口しており、第一凹部１２の内部において所定の間隔をあけて設けられている。第二凹部１３，１３の周囲には前記した第一凹部１２の底面１２ａが拡がっている。つまり、第二凹部１３，１３は、第一凹部１２に包囲されている。第二凹部１３の形状や設置数は伝熱板１の用途に応じて適宜変更可能である。

貫通孔１６は、図１に示すように、本体１０の外部と第二凹部１３とを連通し、熱輸送流体（冷却水）を循環させる部分である。貫通孔１６は、第二凹部１３，１３に連通しつつ、本体１０の対向する側面１０ｂ，１０ｂ間を貫通して形成されている。貫通孔１６の形状、数及び形成位置は、冷却水の種類や流量に応じて適宜変更可能である。

蓋部材３０は、図１に示すように、本体１０と同等の材料からなる板状部材である。蓋部材３０の平面形状は、本体１０の第一凹部１２の平面形状と同等に形成されている。蓋部材３０は、第一凹部１２に配置された後に、摩擦攪拌接合されることで第二凹部１３の開口部を封止する。

次に、後記する摩擦攪拌接合によって用いる小型の回転ツール（以下、「小型回転ツールＦ」という。）及び小型回転ツールＦよりも大型の回転ツール（以下、「大型回転ツールＧ」という。）について図２を用いて説明する。

図２に示す小型回転ツールＦは、工具鋼など本体１０よりも硬質の金属材料からなり、円柱状を呈するショルダ部Ｆ１と、このショルダ部Ｆ１の下端面Ｆ１１に突設された攪拌ピン（プローブ）Ｆ２とを備えて構成されている。小型回転ツールＦの寸法・形状は、本体１０の材質や厚さ等に応じて設定すればよいが、少なくとも、大型回転ツールＧ（図２の（ｂ）参照）よりも小型にする。このようにすると、大型回転ツールＧを用いる場合よりも小さな負荷で摩擦攪拌接合を行うことが可能となるので、摩擦攪拌装置に掛かる負荷を低減することが可能となり、さらには、小型回転ツールＦの移動速度（送り速度）を大型回転ツールＧの移動速度よりも高速にすることも可能になるので、摩擦攪拌接合に要する作業時間やコストを低減することが可能となる。

ショルダ部Ｆ１の下端面Ｆ１１は、塑性流動化した金属を押えて周囲への飛散を防止する役割を担う部位であり、本実施形態では、凹面状に成形されている。ショルダ部Ｆ１の外径Ｘ_１の大きさに特に制限はないが、本実施形態では、大型回転ツールＧのショルダ部Ｇ１の外径Ｙ_１よりも小さくなっている。

攪拌ピンＦ２は、ショルダ部Ｆ１の下端面Ｆ１１の中央から垂下しており、本実施形態では、先細りの円錐台状に成形されている。また、攪拌ピンＦ２の周面には、螺旋状に刻設された攪拌翼が形成されている。攪拌ピンＦ２の外径の大きさに特に制限はないが、本実施形態では、最大外径（上端径）Ｘ_２が大型回転ツールＧの攪拌ピンＧ２の最大外径（上端径）Ｙ_２よりも小さく、かつ、最小外径（下端径）Ｘ_３が攪拌ピンＧ２の最小外径（下端径）Ｙ_３よりも小さくなっている。攪拌ピンＦ２の長さＬ_Ａは、蓋部材３０の厚みｔ（図１参照）よりも小さく形成されている。

図２の（ｂ）に示す大型回転ツールＧは、工具鋼など本体１０よりも硬質の金属材料からなり、円柱状を呈するショルダ部Ｇ１と、このショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１１に突設された攪拌ピン（プローブ）Ｇ２とを備えて構成されている。ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１１は、小型回転ツールＦと同様に、凹面状に成形されている。攪拌ピンＧ２は、ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１１の中央から垂下しており、本実施形態では、先細りの円錐台状に成形されている。攪拌ピンＧ２の長さＬ_Ｂは、蓋部材３０の厚みｔ（図１参照）よりも大きく形成されている。

なお、本体１０の厚みは、大型回転ツールＧのショルダ部Ｇ１の外径Ｙ_１の１．５倍以上に設定されている。また、本体１０の厚みは、大型回転ツールＧの攪拌ピンＧ２の長さＬ_Ｂの３倍以上に設定されている。

次に、伝熱板の製造方法について説明する。本実施形態に係る伝熱板の製造方法では、蓋部材固定工程と、第二凹部密封工程と、矯正工程を実行する。

まず、図３の（ａ）に示すように、蓋部材３０を、本体１０の第一凹部１２（図１参照）に配置する。第一凹部１２の側壁１２ｂと、蓋部材３０の側面３０ａとが突き合わされ、突合部４０が構成される。なお、図３の（ｂ）に示すように、第一凹部１２の底面１２ａと、蓋部材３０の裏面３０ｂとが重なり合う部分を、重ね合わせ部１８とする。

蓋部材固定工程では、突合部４０に摩擦攪拌接合を行って、本体１０に蓋部材３０を接合する。図３の（ａ）に示すように、小型回転ツールＦを右回転させつつ、本体１０の上面１０ａに設定した開始位置ｓ１に挿入した後、突合部４０に沿って移動させる。小型回転ツールＦの押込み量、送り速度等は適宜設定すればよい。このとき、本体１０の外周面に、本体１０を四方向から囲む治具（図示せず）を予め当てておくのが好ましい。これによれば、小型回転ツールＦ及び大型回転ツールＧの押圧力によって本体１０が変形しにくくなる。

小型回転ツールＦの移動について具体的に説明する。小型回転ツールＦを、開始位置ｓ１から突合部４０の真上位置（小型回転ツールＦの中心が突合部４０と重なる位置）まで回転させながら移動させる。そして、小型回転ツールＦの中心（軸芯）が突合部４０上を移動するように、突合部４０に沿って小型回転ツールＦを移動させる。このとき、突合部４０の周囲の本体１０と蓋部材３０は、一体的に塑性流動化されて表面側塑性化領域Ｗ１が形成される。「塑性化領域」とは、小型回転ツールＦの摩擦熱によって加熱されて現に塑性化している状態と、小型回転ツールＦが通り過ぎて常温に戻った状態の両方を含むこととする。なお、図３の（ａ）に示すように、表面側塑性化領域Ｗ１のうち、突合部４０上に最初に突入した部分を始端Ｗ１ａとする。

蓋部材固定工程では、図３の（ｂ）に示すように、攪拌ピンＦ２の長さが蓋部材３０の厚みｔよりも小さく、表面側塑性化領域Ｗ１が第一凹部１２の底面１２ａに接触しない程度に設定されている。摩擦攪拌接合を行うと、蓋部材３０のような比較的薄い部材は、熱収縮によって変形する可能性が高い。したがって、攪拌ピンＦ２の長さ及び小型回転ツールＦの押込み量を小さく設定することにより、蓋部材３０の変形を防ぐことができる。
なお、蓋部材固定工程では、小型回転ツールＦの攪拌ピンＦ２の長さを大きくしたり、小型回転ツールＦを深く押し込んだりして、表面側塑性化領域Ｗ１と底面１２ａとを接触させてもよい。

小型回転ツールＦの移動方向（図３（ａ）参照）と同じ方向に小型回転ツールＦが回動するシアー側（被接合部に対する小型回転ツールＦの外周の相対速さが、小型回転ツールＦの外周における接線速度の大きさに移動速度の大きさを加算した値となる側）が、本体１０上に位置するように、小型回転ツールＦを回転、移動させる。つまり、突合部４０における小型回転ツールＦの回転方向（自転方向）が、移動方向（公転方向）と同じ方向となるようにする。具体的には、本実施形態では、小型回転ツールＦを第二凹部１３に対して右回りに移動させているので、小型回転ツールＦも右回転させる。

なお、小型回転ツールＦを第二凹部１３に対して左回りに移動させるときは、小型回転ツールＦを左回転させることとなる。このようにすることによって、小型回転ツールＦのシアー側が厚肉の本体１０側に位置する。そして、薄肉の蓋部材３０側は、小型回転ツールＦのフロー側（被接合部に対する小型回転ツールＦの外周の相対速さが、小型回転ツールＦの外周における接線速度の大きさから移動速度の大きさを減算した値となる側）となる。このため、蓋部材３０側は、メタルの流動量が少なくなり、空洞欠陥が発生しにくくなる。そして、摩擦攪拌によって空洞欠陥が発生したとしても、本体１０側であって突合部４０よりも外側位置の離間した部分に発生することとなり、熱輸送流体が外部に漏れにくくなるので、接合部の密閉性能を低下させることはない。

小型回転ツールＦの回転及び移動を継続し、図４に示すように、小型回転ツールＦを、突合部４０に沿って一周させる。小型回転ツールＦが、表面側塑性化領域Ｗ１の始端Ｗ１ａ（図３の（ａ）参照）を通過したら、小型回転ツールＦを本体１０の上面１０ａ側に移動させて、終了位置ｅ１で小型回転ツールＦを離脱させる。なお、表面側塑性化領域Ｗ１のうち、突合部４０上に最後に形成される部分を終端Ｗ１ｂとする。

このように、表面側塑性化領域Ｗ１の始端Ｗ１ａ（図３（ａ）参照）を小型回転ツールＦが通り越すことにより、始端Ｗ１ａと終端Ｗ１ｂとが互いにオーバーラップするため、表面側塑性化領域Ｗ１の一部が重複するように構成される。

終了位置ｅ１は、突合部４０から外側に外れた位置となっているので、小型回転ツールＦの引抜跡が突合部４０に形成されることはなく、本体１０と蓋部材３０との接合性をさらに高めることができる。なお、引抜跡は補修するようにしてもよい。

第二凹部密封工程では、第一凹部１２の底面１２ａと、蓋部材３０の裏面３０ｂとが重なり合う重ね合わせ部１８に対して摩擦攪拌接合を行う。第二凹部密封工程では、図５の（ａ）に示すように、回転させた大型回転ツールＧを本体１０の上面１０ａに設定した開始位置ＳＭ１に挿入した後、第二凹部１３の開口周縁１４に沿って移動させ、終了位置ＥＭ１まで移動させる。

大型回転ツールＧの移動について具体的に説明する。本体１０の上面１０ａに設定した開始位置ＳＭ１に、大型回転ツールＧを右回転させつつ挿入した後、蓋部材３０側へ移動させる。大型回転ツールＧが表面側塑性化領域Ｗ１を横断したら、重ね合わせ部１８上において、第二凹部１３の回りに沿って移動させる。大型回転ツールＧを移動させることにより、第二凹部１３の周囲には、表面側塑性化領域Ｗ２が形成される。図５の（ｂ）に示すように、大型回転ツールＧの攪拌ピンＧ２の長さＬ_Ｂが、蓋部材３０の厚みｔよりも大きくなっているため、重ね合わせ部１８を確実に摩擦攪拌接合することができる。

本実施形態では、第二凹部１３の開口周縁１４から第一凹部１２の側壁１２ｂまでの距離Ｄ１は、大型回転ツールＧのショルダ部Ｇ１の外径Ｙ_１の２倍以上で形成されているため、重ね合わせ部１８の幅を十分に確保することができ確実に摩擦攪拌接合を行うことができる。なお、隣り合う第二凹部１３，１３の間の距離Ｄ２（図３の（ａ）参照）は、少なくとも大型回転ツールＧのショルダ部Ｇ１の外径Ｙ_１よりも大きくければよいが、本実施形態ではショルダ部Ｇ１の外径Ｙ_１の約３倍になっている。

また、図５の（ｂ）に示すように、本実施形態では、大型回転ツールＧの中心から第二凹部１３の開口周縁１４までの距離Ｅ１は、ショルダ部Ｇ１の外径Ｙ_１の半径よりも大きくなっている。このようにすれば、摩擦攪拌接合により塑性流動化された塑性流動材が第二凹部１３に流入するのを防ぐことができる。

また、本実施形態では、第二凹部１３の開口周縁１４から大型回転ツールＧの外周面までの距離Ｅ２は、４ｍｍよりも大きくすることが好ましい。距離Ｅ２が４ｍｍ以下であると、大型回転ツールＧと第二凹部１３との距離が近くなり、摩擦攪拌接合の際に第二凹部１３の内壁が変形する可能性がある。

大型回転ツールＧを第二凹部１３の回りに一周させたら、図５の（ａ）の矢印に示すように、表面側塑性化領域Ｗ２及び表面側塑性化領域Ｗ１を横断させて、本体１０の上面１０ａに設定した終了位置ＥＭ１まで移動させる。大型回転ツールＧが終了位置ＥＭ１に達したら、本体１０から大型回転ツールＧを離脱させる。なお、引抜跡は補修するようにしてもよい。

第二凹部密封工程では、大型回転ツールＧの移動方向と同じ方向に大型回転ツールＧが回動するシアー側（被接合部に対する大型回転ツールＧの外周の相対速さが、大型回転ツールＧの外周における接線速度の大きさに移動速度の大きさを加算した値となる側）が、本体１０上の第二凹部１３から離間した部位に位置するように、大型回転ツールＧを回転、移動させる。つまり、大型回転ツールＧの回転方向（自転方向）が、移動方向（公転方向）と同じ方向となるようにする。具体的には、本実施形態では、大型回転ツールＧを第二凹部１３に対して右回りに移動させているので、大型回転ツールＧも右回転させる。

なお、大型回転ツールＧを第二凹部１３に対して左回りに移動させるときは、大型回転ツールＧを左回転させる。かかる方法によれば、大型回転ツールＧのシアー側が本体１０の第二凹部１３から離間した部位に位置する。本体１０の第二凹部１３に近い部位は、大型回転ツールＧのフロー側（被接合部に対する大型回転ツールＧの外周の相対速さが、大型回転ツールＧの外周における接線速度の大きさから移動速度の大きさを減算した値となる側）となる。このため、本体１０の第二凹部１３に近い部位は、メタルの流動量が少なくなり、空洞欠陥が発生しにくくなる。そして、摩擦攪拌によって空洞欠陥が発生したとしても、第二凹部１３から離間した部分に発生することとなり、熱輸送流体が外部に漏れにくくなるので、接合部の密閉性能を低下させることはない。

次に、図６に示すように、他方の第二凹部１３の回りに形成された重ね合わせ部１８に対して、摩擦攪拌接合を行う。本体１０の上面１０ａに設定した開始位置ＳＭ２に大型回転ツールＧを挿入した後、蓋部材３０側へ移動させる。大型回転ツールＧが表面側塑性化領域Ｗ１を横断したら、重ね合わせ部１８上において、第二凹部１３回りに沿って移動させる。大型回転ツールＧを移動させることにより、第二凹部１３の周囲に表面側塑性化領域Ｗ２が形成される。大型回転ツールＧを第二凹部１３の回りに一周させたら、図６の矢印に示すように、表面側塑性化領域Ｗ２及び表面側塑性化領域Ｗ１を横断させて、本体１０の上面１０ａに設定された終了位置ＥＭ２まで移動させる。大型回転ツールＧが終了位置ＥＭ２に達したら、本体１０から大型回転ツールＧを離脱させる。以上の工程により、伝熱板１が形成される。

なお、第二凹部密封工程において、開始位置ＳＭ１，ＳＭ２及び終了位置ＥＭ１，ＥＭ２は、突合部４０よりも外側であれば、他の位置であっても構わない。

図７に示すように、蓋部材固定工程と、第二凹部密封工程を行った後、伝熱板１には、表面側塑性化領域Ｗ１，Ｗ２が形成される。表面側塑性化領域Ｗ１，Ｗ２は、熱収縮によって縮むため、伝熱板１の表面Ｚａ側において、本体１０の各隅部側から中心側に向かって圧縮応力が作用する。これにより、伝熱板１は表面Ｚａ側が凹となるように（裏面Ｚｂ側に凸となるように）、撓んでしまう可能性がある。特に、伝熱板１の表面Ｚａに示す地点ａ〜地点ｊのうち、伝熱板１の四隅に係る地点ａ，ｃ，ｆ，ｈにおいては、その反りの影響が顕著に現れる傾向がある。なお、地点ｊは、伝熱板１の中心地点を示し、地点ｂ，ｄ，ｅ，ｇは、本体１０の各辺の中間地点を示す。また、伝熱板１の表面Ｚａに示す地点ａ〜地点ｊに対応する裏面Ｚｂの各点を地点ａ’〜ｊ’とする。また、伝熱板１の地点ａから地点ｆ方向を縦方向、地点ａから地点ｃ方向を横方向とする。

矯正工程では、大型回転ツールＧを用いて本体１０の裏面Ｚｂから摩擦攪拌を行う。矯正工程は、前記した蓋部材固定工程及び第二凹部密封工程で発生した反り（歪み）を解消するために行う工程である。矯正工程は、タブ材を配置するタブ材配置工程と、本体１０の裏面Ｚｂに対して摩擦攪拌を行う矯正摩擦攪拌工程と、を含む。

タブ材配置工程では、図８に示すように、後記する矯正摩擦攪拌工程の開始位置及び終了位置を設定するタブ材３１を配置する。タブ材３１は、本実施形態では直方体を呈し、本体１０と同等の組成からなる。タブ材３１は、本体１０の側面１０ｂの一部を覆い隠すようにして、側面１０ｂ当接されている。また、タブ材３１は、タブ材３１の両側面と本体１０の側面１０ｂとを溶接によって仮接合されている。タブ材３１の表面は、本体１０の裏面Ｚｂと面一に形成することが好ましい。

矯正摩擦攪拌工程では、図８の（ａ）及び（ｂ）に示すように、大型回転ツールＧを用いて、本体１０の裏面Ｚｂに対して摩擦攪拌を行う。矯正摩擦攪拌工程では、前記した第二凹部密封工程と略同等の押込み量で摩擦攪拌を行う。矯正摩擦攪拌工程のルートは、本実施形態では、中心地点ｊ’を囲み、かつ、矯正摩擦攪拌工程によって形成される裏面側塑性化領域Ｗ３が中心地点ｊ’に対して放射状となるように設定する。

矯正摩擦攪拌工程では、図８の（ａ）に示すように、タブ材３１の表面に開始位置ＳＫ１を設定し、大型回転ツールＧの攪拌ピンをタブ材３１に押し込む（押圧する）。大型回転ツールＧのショルダ部の一部がタブ材３１に接触したら、本体１０に向かって大型回転ツールＧを相対移動させる。そして、本体１０の裏面Ｚｂにおける地点ｆ’、地点ａ’、地点ｃ’及び地点ｈ’付近で平面視凸状となるとともに、地点ｇ‘、地点ｄ’、地点ｂ’及び地点ｅ’付近で平面視凹状となるように大型回転ツールＧを相対移動させて摩擦攪拌を行う。図８の（ｂ）に示すように、本体１０の中心線（一点鎖線）に対して線対称となるように裏面側塑性化領域Ｗ３が形成される。本実施形態では、開始位置ＳＫ１と終了位置ＥＫ１をタブ材３１に設け、一筆書きの要領で摩擦攪拌を行う。これにより、摩擦攪拌を効率よく行うことができる。矯正摩擦攪拌工程が終了したら、タブ材３１を切除する。

なお、本実施形態では、大型回転ツールＧの軌跡、即ち、裏面側塑性化領域Ｗ３の形状が、中心地点ｊ’を囲み、かつ、中心地点ｊ’に対して略放射状となるように形成したが、これに限定されるものではない。大型回転ツールＧの軌跡のバリエーションについては後記する。

本実施形態では、裏面Ｚｂ側の大型回転ツールＧの軌跡の長さ（裏面側塑性化領域Ｗ３の長さ）は、表面Ｚａ側の小型回転ツールＦ及び大型回転ツールＧの軌跡の長さ（表面側塑性化領域Ｗ１及び表面側塑性化領域Ｗ２長さの和）よりも短くなるように設定している。即ち、矯正工程における加工度が、蓋部材固定工程及び第二凹部密封工程の加工度よりも小さくなるように設定している。これにより、伝熱板１の平坦性を高めることができる。この理由については実施例で説明する。ここで、加工度とは、摩擦攪拌によって形成された塑性化領域の体積量を示す。
また、本実施形態では矯正工程において、タブ材を配置したが、矯正摩擦攪拌工程における摩擦攪拌のルートによってはタブ材を設けずに、裏面Ｚｂ上に摩擦攪拌の開始位置及び終了位置を設けてもよい。

以上説明した伝熱板の製造方法によれば、突合部４０に対する摩擦攪拌接合に加えて、第二凹部１３の周囲において、重ね合わせ部１８に対して摩擦攪拌接合を行うことにより、第一凹部１２の底面１２ａと蓋部材３０の裏面３０ｂとの微細な隙間を塞ぐことができる。また、第二凹部１３の周囲において、本体１０と蓋部材３０とを密着させることができる。これにより、伝熱板１の水密性及び気密性を高めることができる。

また、蓋部材固定工程及び第二凹部密封工程による熱収縮によって、伝熱板１が歪んでしまったとしても、伝熱板１の裏面Ｚｂにも摩擦攪拌を行うことで、表面Ｚａに発生した反りを解消して伝熱板１の平坦性を容易に高めることができる。即ち、伝熱板１の裏面Ｚｂに形成された裏面側塑性化領域Ｗ３が、熱収縮により縮むため、伝熱板１の裏面Ｚｂ側において、本体１０の各隅部側から中心側に向かって圧縮応力が作用する。これにより、蓋部材固定工程及び第二凹部密封工程によって形成された反りが解消されて、伝熱板１の平坦性を高めることができる。

また、本実施形態における矯正工程では、この矯正工程で形成される裏面側塑性化領域Ｗ３の平面形状を、伝熱板１の中心地点ｊ’に対して略点対称となるように摩擦攪拌を行うため、バランスよく矯正することができる。

また、第一凹部１２内に第二凹部１３，１３を内包するように形成されているため、第二凹部１３が複数個形成される場合や第二凹部１３の形状が複雑になる場合であっても、容易に伝熱板１を製造することができる。従来は、例えば第二凹部が平面視蛇行状を呈する場合、その形状に合わせて平面視蛇行状に蓋部材の平面形状を成形していた。これにより、蓋部材の成形作業が煩雑になるとともに、本体と蓋部材とを精度よく配置するのが困難になるという問題があった。
しかし、本実施形態によれば、第二凹部１３が複数個ある場合であっても、第二凹部１３，１３を包囲するように平面視矩形の第一凹部１２を形成するとともに、第一凹部１２の形状に合わせて蓋部材３０を矩形に形成することで、蓋部材３０の形状を単純化することができる。これにより、蓋部材３０を容易に成形できるとともに、第一凹部１２に蓋部材３０を精度よく配置することができ、伝熱板１を容易に製造することができる。

また、本実施形態では、第二凹部密封工程の前に蓋部材固定工程を行うため、蓋部材３０を本体１０に固定した状態で第二凹部密封工程を行うことができるため、作業性を高めることができる。

また、本実施形態に係る第二凹部密封工程では、第二凹部１３の開口周縁１４に沿って大型回転ツールＧを一周させるとともに、表面側塑性化領域Ｗ２をオーバーラップさせて重複させることにより、第二凹部１３の周囲の重ね合わせ部１８の気密性及び水密性を高めることができる。

また、大型回転ツールＧを金属部材に挿入する際には、金属部材に大きな負荷が作用するため、摩擦攪拌の開始位置ＳＭ１，ＳＭ２を蓋部材３０上に設定すると、蓋部材３０が変形してしまう可能性がある。しかし、本実施形態に係る第二凹部密封工程では、摩擦攪拌の開始位置ＳＭ１，ＳＭ２を突合部４０の外側に設定したため、大型回転ツールＧの挿入時における蓋部材３０の変形を防ぐことができる。また、本実施形態では、摩擦攪拌の終了位置ＥＭ１，ＥＭ２を肉厚の本体１０側に設定したため、大型回転ツールＧの引抜跡の補修を容易に行うことができる。

また、本体１０の厚みは、大型回転ツールＧのショルダ部Ｇ１の外径Ｙ_１の１．５倍以上に設定されており、また、本体１０の厚みは、大型回転ツールＧの攪拌ピンＧ２の長さＬ_Ｂの３倍以上に設定されている。つまり、大型回転ツールＧに対して本体１０が薄いと、熱収縮による変形が大きくなる可能性があるが、本実施形態では、大型回転ツールＧの各部位の大きさに対して本体１０が十分な厚みを備えているため、伝熱板１の平坦性をより高めることができる。

[第二実施形態]
次に、本発明の第二実施形態について説明する。第二実施形態では、本体１０に形成された第二凹部５１の形状が、平面視矩形枠状を呈する点で第一実施形態と相違する。なお、第二実施形態の説明においては、第一実施形態と重複する部分については説明を省略する。

第二実施形態に係る伝熱板１０１は、図９の（ａ）に示すように、本体１０と、本体１０に摩擦攪拌接合される蓋部材３０とを備えている。
本体１０は、本体１０の上面１０ａに凹設された第一凹部１２と、第一凹部１２の中央に凹設された第二凹部５１と、第二凹部５１に連通する貫通孔１６とを有する。

第一凹部１２は、本体１０の上面１０ａよりも一段下がった位置に形成されており、蓋部材３０が配置される部位である。第一凹部１２は、平面視矩形を呈する底面１２ａと、底面１２ａから垂直に立設した４つの側壁１２ｂとを有する。本実施形態では、第二凹部５１を平面視矩形枠状に形成したため、底面１２ａが第二凹部５１の内側と外側の両方に形成されている。

第二凹部５１は、熱輸送流体（本実施形態では冷却水）が流通する部分である。第二凹部５１は、第一凹部１２内において、平面視矩形枠状に形成されており、上方に開口している。第二凹部５１の開口部には、開口周縁５３ａ，５３ｂがそれぞれ形成されている。

図９の（ｂ）に示すように、第一凹部１２に蓋部材３０を配置すると、第一凹部１２の側壁１２ｂと蓋部材３０の側面３０ａとで突合部４０が形成される。また、第一凹部１２の底面１２ａと蓋部材３０の裏面３０ｂとで重ね合わせ部１８が形成される。本実施形態では、重ね合わせ部１８は、第二凹部５１の内側と外側の両方に形成される。

次に、第二実施形態に係る伝熱板の製造方法について図８を用いて説明する。本実施形態に係る伝熱板の製造方法では、蓋部材固定工程と、第二凹部密封工程と、矯正工程と、面削工程を実行する。

蓋部材固定工程では、突合部４０に摩擦攪拌接合を行って、本体１０に蓋部材３０を接合する。蓋部材固定工程では、図１０の（ａ）に示すように、小型回転ツールＦを右回転させつつ、突合部４０上に設定した開始位置ｓ２に挿入し、突合部４０に沿って終了位置ｅ２まで摩擦攪拌接合を行う。第一実施形態では、突合部４０の全周に亘って摩擦攪拌接合を行ったが、本実施形態では、突合部４０を構成する各辺の中間部分のみに対して摩擦攪拌接合を行う。即ち、突合部４０を構成する各辺の一点に開始位置ｓ２及び終了位置ｅ２をそれぞれ設定し摩擦攪拌接合を行う。蓋部材固定工程では、突合部４０の一方の対辺の中間部分を摩擦攪拌接合した後に、他方の対辺の中間部分を摩擦攪拌接合することが好ましい。これにより、蓋部材３０をバランスよく固定することができ、蓋部材３０の本体１０に対する位置決め精度が向上する。蓋部材固定工程によって、表面側塑性化領域Ｗ１が形成される。

第二凹部密封工程では、図１０の（ａ）に示すように、第一凹部１２の底面１２ａと、蓋部材３０の裏面３０ｂとが重なり合う重ね合わせ部１８に対して摩擦攪拌接合を行う。第二凹部密封工程では本体１０の上面１０ａに設定した開始位置ＳＭ３に、大型回転ツールＧを左回転させつつ挿入した後、蓋部材３０側へ移動させる。大型回転ツールＧが突合部４０を横断したら、重ね合わせ部１８上において、第二凹部５１の開口周縁５３ａの外周に沿って大型回転ツールＧを移動させる。大型回転ツールＧを移動させることにより、第二凹部５１の周囲には、表面側塑性化領域Ｗ２が形成される。

大型回転ツールＧを第二凹部５１の回りに一周させたら、図１０の（ｂ）に示すように、表面側塑性化領域Ｗ２を横断させて、本体１０の上面１０ａに設定した終了位置ＥＭ３まで移動させる。大型回転ツールＧが終了位置ＥＭ３に達したら、本体１０から大型回転ツールＧを離脱させる。

次に、本実施形態に係る第二凹部密封工程では、第二凹部５１の内側の重ね合わせ部１８（図９の（ｂ）参照）に対しても摩擦攪拌接合を行う。図１０の（ｂ）に示すように、蓋部材３０の中央に摩擦攪拌の開始位置ＳＭ４を設定し、第二凹部５１の開口周縁５３ｂの内側に沿って大型回転ツールＧを移動して摩擦攪拌接合を行う。第二凹部５１の内側には、表面側塑性化領域Ｗ２が形成される。大型回転ツールＧが第二凹部５１の内側を一周したら、既存の表面側塑性化領域Ｗ２と重複させて、蓋部材３０の中央に設定した終了位置ＥＭ４まで大型回転ツールＧを移動させる。

図１１に示すように、蓋部材固定工程と、第二凹部密封工程を行った後、伝熱板１０１の表面Ｚａには、表面側塑性化領域Ｗ１，Ｗ２が形成される。表面側塑性化領域Ｗ１，Ｗ２は、熱収縮によって縮むため、伝熱板１０１の表面Ｚａ側において、本体１０の各隅部側から中心側に向かって圧縮応力が作用する。これにより、伝熱板１０１は表面Ｚａ側が凹となるように（裏面Ｚｂ側に凸となるように）、撓んでしまう可能性がある。特に、伝熱板１０１の表面Ｚａに示す地点ａ〜地点ｊのうち、伝熱板１０１の四隅に係る地点ａ，ｃ，ｆ，ｈにおいては、その反りの影響が顕著に現れる傾向がある。

矯正工程では、大型回転ツールＧを用いて伝熱板１０１の裏面Ｚｂから摩擦攪拌を行う。矯正工程は、前記した蓋部材固定工程及び第二凹部密封工程で発生した反り（歪み）を解消するために行う工程である。本実施形態に係る矯正工程は、伝熱板１０１の裏面Ｚｂに対して摩擦攪拌を行う矯正摩擦攪拌工程と、伝熱板１０１の裏面Ｚｂの隅部に摩擦攪拌を行う隅部摩擦攪拌工程を含む。

矯正摩擦攪拌工程では、図１２に示すように、大型回転ツールＧを用いて、伝熱板１０１の裏面Ｚｂに対して摩擦攪拌を行う。矯正摩擦攪拌工程では、前記した第二凹部密封工程と略同等の押込み量で摩擦攪拌を行う。矯正摩擦攪拌工程のルートは、本実施形態では、中心地点ｊ’を囲み、かつ、矯正摩擦攪拌工程によって形成される裏面側塑性化領域Ｗ３が伝熱板１０１の平面形状と相似形状となるように設定する。

具体的には矯正摩擦攪拌工程では、図１２に示すように、伝熱板１０１の裏面Ｚｂの任意の位置に大型回転ツールＧの攪拌ピンを押し込む（押圧する）。大型回転ツールＧのショルダ部の一部が裏面Ｚｂに接触したら、平面視矩形に大型回転ツールＧを相対移動させて摩擦攪拌を行う。本実施形態では、伝熱板１０１の外縁の平面形状と大型回転ツールＧの移動軌跡の平面形状とが相似形状となるように摩擦攪拌を行う。

隅部摩擦攪拌工程では、図１２に示すように、本体１０の地点ａ’、地点ｃ’、地点ｆ’及び地点ｈ’に係る各隅部において、重点的に摩擦攪拌を行う。即ち、地点ａ’に係る隅部を構成する一辺２ａ側に摩擦攪拌の開始位置Ｓ_Ｍを設定し、他辺２ｂ側に終了位置Ｅ_Ｍを設定する。そして、開始位置Ｓ_Ｍで大型回転ツールＧを押し込み、摩擦攪拌を行った後、終了位置Ｅ_Ｍで大型回転ツールＧを離脱させる。同様の工程を、地点ｃ’、地点ｆ’及び地点ｈ’の各隅部にも行う。隅部摩擦攪拌工程によれば、特に反りの大きい伝熱板１０１の隅部に重点的に摩擦攪拌を行うことができるため、より伝熱板１０１の平坦性をより高めることができる。

隅部摩擦攪拌工程は、本実施形態では、大型回転ツールＧの軌跡が各隅部において、対角線と直交するように形成されているが、これに限定されるものではない。隅部の反りの大きさを考慮して適宜摩擦攪拌のルートを設定すればよい。なお、隅部摩擦攪拌工程で形成される対向する裏面側塑性化領域Ｗ４，Ｗ４、裏面側塑性化領域Ｗ４，Ｗ４はそれぞれ中心地点ｊ’に対して対称となるように形成されることが好ましい。これにより、伝熱板１０１の表面Ｚａ側と裏面Ｚｂ側の反りをバランスよく解消して伝熱板１０１の平坦性を高めることができる。

また、本実施形態では、裏面Ｚｂ側の大型回転ツールＧの軌跡の長さ（裏面側塑性化領域Ｗ３及び裏面側塑性化領域Ｗ４の長さの和）は、表面Ｚａ側の小型回転ツールＦ及び大型回転ツールＧの軌跡の長さ（表面側塑性化領域Ｗ１及び表面側塑性化領域Ｗ２長さの和）よりも短くなるように設定している。即ち、矯正工程における加工度が、蓋部材固定工程及び第二凹部密封工程の加工度よりも小さくなるように設定している。これにより、伝熱板１０１の平坦性を高めることができる。この理由については実施例で説明する。加工度とは、摩擦攪拌によって形成された塑性化領域の体積量を示す。

面削工程では、公知のエンドミル等を用いて伝熱板１０１の裏面Ｚｂを面削する。図１３に示すように、伝熱板１０１の裏面Ｚｂには、各回転ツールの抜き穴（図示省略）や、各回転ツールを押し込むことによって発生する溝（図示省略）、バリ等が発生する。したがって、面削工程を行うことにより、伝熱板１０１の裏面Ｚｂを平滑に形成することができる。本実施形態では、図１３に示すように、面削加工の厚みＭａは、裏面塑性化領域Ｗ３の厚みＷａよりも大きく設定する。これにより、伝熱板１０１の裏面Ｚｂに形成される裏面側塑性化領域Ｗ３，Ｗ４が除去されるため、伝熱板１０１の性質の均一性を図ることができる。また、裏面Ｚｂに裏面側塑性化領域Ｗ３，Ｗ４等が露出しないため、意匠性等にも好適である。

なお、本実施形態では、面削加工の厚みは、裏面側塑性化領域の厚みよりも大きく設定したが、これに限定されるものではない。面削加工の厚みは、例えば、大型回転ツールＧの攪拌ピンＧ２の長さよりも大きく設定してもよい。
また、本実施形態では、大型回転ツールＧを用いて矯正工程を行ったが、攪拌ピンＧ２を備えない回転ツールを用いて矯正工程を行っても構わない。かかる回転ツールによれば、裏面側塑性化領域の深さを浅くすることができるため、面削する厚みを小さくすることができる。これにより、面削部分が少ないため本体１０のロスを小さくすることができ、コストを低減することができる。

以上説明した第二実施形態に係る伝熱板の製造方法によれば、突合部４０に対する摩擦攪拌接合に加えて、第二凹部５１の周囲において、重ね合わせ部１８に対して摩擦攪拌接合を行うことにより、第一凹部１２の底面１２ａと蓋部材３０の裏面３０ｂとの微細な隙間を塞ぐことができる。これにより、伝熱板１０１の水密性及び気密性を高めることができる。本実施形態では、第二凹部５１を平面視矩形枠状に形成したため、第二凹部５１の内側に形成された重ね合わせ部１８に対しても摩擦攪拌接合を行った。これにより、伝熱板１０１の水密性及び気密性をさらに高めることができる。

また、矯正工程を行うことにより、蓋部材固定工程及び第二凹部密封工程による熱収縮によって伝熱板１０１が歪んでしまったとしても、表面Ｚａに発生した反りを解消して伝熱板１０１の平坦性を容易に高めることができる。また、本実施形態における矯正工程では、大型回転ツールＧの移動軌跡が、伝熱板１０１の外縁の平面形状と相似となるように移動させるとともに、表面側塑性化領域Ｗ２と略同等の平面形状を呈するように移動させるため、バランスよく摩擦攪拌を行うことができる。

[第三実施形態]
次に、本発明の第三実施形態について説明する。第三実施形態では、本体１０に形成された第二凹部６１の形状が、平面視円形状を呈する点で第一実施形態と相違する。なお、第三実施形態の説明においては、第一実施形態と重複する部分については説明を省略する。

第三実施形態に係る伝熱板１０２は、図１４に示すように、本体１０と、本体１０に摩擦攪拌接合される蓋部材３０とを備えている。
本体１０は、本体１０の上面１０ａに凹設された第一凹部１２と、第一凹部１２に凹設された第二凹部６１と、第二凹部６１に連通する貫通孔１６とを有する。

第一凹部１２は、本体１０の上面１０ａよりも一段下がった位置に形成されており、蓋部材３０が配置される部位である。第一凹部１２は、平面視矩形を呈する底面１２ａと、底面１２ａから垂直に立設した４つの側壁１２ｂとを有する。

第二凹部６１は、熱輸送流体（本実施形態では冷却水）が流通する部分である。第二凹部６１は、第一凹部１２内において平面視円形状を呈し、上方に開口している。第二凹部６１の開口部には開口周縁６２が形成されている。

次に、第三実施形態に係る伝熱板の製造方法について図１５を用いて説明する。本実施形態に係る伝熱板の製造方法では、蓋部材固定工程と、第二凹部密封工程と、矯正工程を実行する。

蓋部材固定工程では、突合部４０に摩擦攪拌接合を行って、本体１０に蓋部材３０を接合する。蓋部材固定工程では、図１５に示すように、突合部４０の四隅に断続的に摩擦攪拌接合を行う。即ち、突合部４０の各四隅に設定された開始位置ｓ３から終了位置ｅ３まで小型回転ツールＦを右回転させて摩擦攪拌接合を行う。蓋部材固定工程では、突合部４０の一方の対角同士を先に摩擦攪拌接合した後に、他方の対角同士を摩擦攪拌することが好ましい。これにより、蓋部材３０をバランスよく固定することができ、蓋部材３０の本体１０に対する位置決め精度が向上する。

第二凹部密封工程では、第一凹部１２の底面１２ａ（図１４参照）と、蓋部材３０の裏面３０ｂとが重なり合う重ね合わせ部１８に対して摩擦攪拌接合を行う。第二凹部密封工程では、本体１０の上面１０ａに設定した開始位置ＳＭ５に、大型回転ツールＧを右回転させつつ挿入した後、蓋部材３０側へ移動させる。大型回転ツールＧが突合部４０を横断したら、重ね合わせ部１８上において、第二凹部６１の外周に沿って大型回転ツールＧを移動させる。大型回転ツールＧを移動させることにより、表面側塑性化領域Ｗ２が形成される。

大型回転ツールＧを第二凹部６１回りに一周させたら、図１５の矢印にしたがって、表面側塑性化領域Ｗ２を横断させ、本体１０の上面１０ａに設定した終了位置ＥＭ５まで移動させる。大型回転ツールＧが終了位置ＥＭ５に達したら、本体１０から大型回転ツールＧを離脱させる。

矯正工程では、図１６に示すように、中型回転ツールＨを用いて伝熱板１０２の裏面Ｚｂに対して摩擦攪拌を行う。矯正工程は、前記した蓋部材固定工程及び第二凹部密封工程で発生した反り（歪み）を解消するために行う工程である。本実施形態に係る矯正工程は、伝熱板１０２の裏面Ｚｂに対して摩擦攪拌を行う矯正摩擦攪拌工程と、伝熱板１０２の裏面Ｚｂの隅部に摩擦攪拌を行う隅部摩擦攪拌工程を含む。

本実施形態に係る矯正工程では、中型の回転ツール（以下、「中型回転ツールＨ」という。）を用いる。中型回転ツールＨは、具体的な図示はしないが、大型回転ツールＧと相似形状を呈し、大型回転ツールＧよりも小さく、かつ、小型回転ツールＦよりも大きい大きさからなる。つまり、中型回転ツールＨの攪拌ピンの長さは、大型回転ツールＧの攪拌ピンＧ２よりも小さく形成されている。また、中型回転ツールＨのショルダ部の外径は、大型回転ツールＧのショルダ部Ｇ１よりも小さく形成されている。

矯正摩擦攪拌工程では、伝熱板１０２の裏面Ｚｂの地点ｃ’付近に設定された開始位置ＳＫ２に、中型回転ツールＨを左回転させつつ挿入した後、第二凹部６１の外周に沿って右回りに中型回転ツールＨを移動させる。中型回転ツールＨを移動させることにより、裏面側塑性化領域Ｗ３が形成される。伝熱板１０２の裏面Ｚｂに形成された裏面側塑性化領域Ｗ３は、表面Ｚａに形成された表面側塑性化領域Ｗ２と同等の平面形状を呈し、表面側塑性化領域Ｗ２と裏面側塑性化領域Ｗ３とは同等の長さで形成されている。

隅部摩擦攪拌工程では、図１６に示すように、本体１０の地点ａ’、地点ｃ’、地点ｆ’及び地点ｈ’に係る各隅部において、重点的に摩擦攪拌を行う。即ち、地点ａ’に係る隅部を構成する一辺２ａ側に摩擦攪拌の開始位置ＳＫ３を設定し、他辺２ｂ側に終了位置ＥＫ３を設定する。そして、開始位置ＳＫ３で小型回転ツールＦを押し込み、摩擦攪拌を行った後、終了位置ＥＫ３で小型回転ツールＦを離脱させる。裏面側塑性化領域Ｗ４，Ｗ４，Ｗ４，Ｗ４は、伝熱板１０２の表面Ｚａに形成された表面側塑性化領域Ｗ１，Ｗ１，Ｗ１，Ｗ１と略同等の形状を呈する。また、各裏面側塑性化領域Ｗ４は、各表面側塑性化領域Ｗ１の真裏に位置するように形成される。

以上説明した第三実施形態に係る伝熱板の製造方法によれば、突合部４０に対する摩擦攪拌接合に加えて第二凹部６１の周囲において、重ね合わせ部１８に対して摩擦攪拌接合を行うことにより、第一凹部１２の底面１２ａと蓋部材３０の裏面３０ｂとの間の隙間を塞ぐことができる。これにより、伝熱板１０２の水密性及び気密性を高めることができる。

また、矯正工程では、蓋部材固定工程及び第二凹部密封工程による熱収縮によって伝熱板１０２が歪んでしまったとしても、表面Ｚａに発生した反りを解消して伝熱板１０２の平坦性を容易に高めることができる。本実施形態における矯正工程では、伝熱板１０２の表面Ｚａに形成される表面側塑性化領域Ｗ１，Ｗ２と、裏面Ｚｂに形成される塑性化領域Ｗ３，Ｗ４とが同等の平面形状を呈するように形成した。つまり、表面側塑性化領域Ｗ１，Ｗ２の長さの和と、裏面側塑性化領域Ｗ３，Ｗ４の長さの和が略同等の長さとなるように形成したが、伝熱板１０２の裏面Ｚｂにおいては、大型回転ツールＧよりも小さい中型回転ツールＨを用いたため、摩擦攪拌の加工度（塑性化領域の体積量）は裏面Ｚｂの方が小さい。これにより、伝熱板１０２の平坦性をより高めることができる。このように、伝熱板１０２の表裏で摩擦攪拌を行う回転ツールの大きさを変更することで加工度を変えてもよい。

また、本実施形態では、第二凹部６１を平面視円形状に形成しているが、第二凹部６１の周囲を包囲するように平面視矩形の第一凹部１２を形成し、第一凹部１２と同等の平面形状からなる蓋部材３０で封止している。つまり、第二凹部６１の形状が平面視円形であったとしても蓋部材３０の形状は平面視矩形のものを用いることができる。これにより、蓋部材３０の形状は平面視矩形の単純な形状のものを用いることができるため、蓋部材３０の成形を容易に行うことができるとともに、第一凹部１２に蓋部材３０を精度よく配置することができる。

また、本実施形態に係る蓋部材固定工程では、突合部４０の四隅のみに対して摩擦攪拌接合を行うため、作業手間を省略することができる。

[第四実施形態]
次に、本発明の第四実施形態について説明する。第四実施形態では、本体７０に形成された第二凹部７１の形状が、平面視Ｕ字状を呈する点で第一実施形態と相違する。なお、第四実施形態の説明においては、第一実施形態と重複する部分については説明を省略する。

第四実施形態に係る伝熱板１０３は、図１７及び図１８に示すように、本体７０と、本体７０に配置される蓋部材８０とを摩擦攪拌接合によって一体成形される。
本体７０は、直方体を呈し、平面視直方形を呈する。本体７０は、本体７０の上面７０ａに凹設された第一凹部１２と、第一凹部１２に凹設された第二凹部７１と、第二凹部７１に連通する貫通孔１６とを有する。蓋部材８０は、図１８に示すように、第一凹部１２と略同等の平面形状を呈する板状部材である。

第一凹部１２は、本体７０の上面７０ａよりも一段下がった位置に形成されており、蓋部材８０が配置される部位である。第一凹部１２は、平面視矩形を呈する底面１２ａと底面１２ａから垂直に立設した４つの側壁１２ｂとを有する。

第二凹部７１は、熱輸送流体（本実施形態では冷却水）が流通する部分である。第二凹部７１は、平面視Ｕ字状を呈し、上方に開口している。第二凹部７１の開口部には、開口周縁７２が形成されている。

次に、第四実施形態に係る伝熱板の製造方法について、図１８を用いて説明する。本実施形態に係る伝熱板の製造方法では、蓋部材固定工程と、第二凹部密封工程と、矯正工程を実行する。

蓋部材固定工程では、突合部４０に摩擦攪拌接合を行って、本体７０に蓋部材８０を接合する。蓋部材固定工程では、図１８の（ａ）に示すように、小型回転ツールＦを用いて突合部４０の四隅に断続的に摩擦攪拌接合を行うとともに、突合部４０を構成する各辺の中間部分に対して摩擦攪拌接合を行う。蓋部材固定工程によって表面側塑性化領域Ｗ１が形成される。

第二凹部密封工程では、図１８の（ａ）及び（ｂ）に示すように、第一凹部１２の底面１２ａと、蓋部材８０の裏面８０ｂとが重なり合う重ね合わせ部１８に対して摩擦攪拌接合を行う。第二凹部密封工程では、本体７０の上面７０ａに設定した開始位置ＳＭ６に、大型回転ツールＧを右回転させつつ挿入した後、蓋部材８０側へ移動させる。大型回転ツールＧが突合部４０を横断したら、重ね合わせ部１８上において、第二凹部７１の開口周縁７２の外周に沿って大型回転ツールＧを移動させる。大型回転ツールＧを移動させることにより、表面側塑性化領域Ｗ２が形成される。

大型回転ツールＧを第二凹部７１に沿って一周させたら、図１８の（ａ）の矢印にしたがって、表面側塑性化領域Ｗ２を横断させ、本体７０の上面７０ａに設定した終了位置ＥＭ６まで移動させる。大型回転ツールＧが終了位置ＥＭ６に達したら、本体７０から大型回転ツールＧを離脱させる。

矯正工程では、図１９に示すように、大型回転ツールＧを用いて、伝熱板１０３の裏面Ｚｂに対して摩擦攪拌を行う。矯正工程では、平面視長方形を呈するように、大型回転ツールＧを移動させる。伝熱板１０３の裏面Ｚｂには、裏面側塑性化領域Ｗ３が形成される。裏面側塑性化領域Ｗ３の長さは、表面側塑性化領域Ｗ１，Ｗ２の和よりも短く形成されている。

以上説明した第四実施形態に係る伝熱板の製造方法によれば、突合部４０に対する摩擦攪拌接合に加えて第二凹部７１の周囲において、重ね合わせ部１８に対して摩擦攪拌接合を行うことにより、第一凹部１２の底面１２ａと蓋部材８０の裏面８０ｂとの微細な隙間を塞ぐことができる。これにより、伝熱板１０３の水密性及び気密性を高めることができる。

また、矯正工程を行うことにより、蓋部材固定工程及び第二凹部密封工程による熱収縮によって伝熱板１０３が歪んでしまったとしても、表面Ｚａに発生した反りを解消して伝熱板１０３の平坦性を容易に高めることができる。

また、本実施形態では、第二凹部７１を平面視Ｕ字状に形成しているが、第二凹部７１の周囲を包囲するように平面視矩形の第一凹部１２を形成し、第一凹部１２と同等の平面形状からなる蓋部材８０で封止している。つまり、第二凹部７１の形状が平面視Ｕ字状のような複雑な形状であったとしても、蓋部材８０は、平面視矩形のものを用いることができる。これにより、蓋部材８０の形状は平面視矩形の単純な形状のものを用いることができるため、蓋部材８０の成形を容易に行うことができるとともに、第一凹部１２に蓋部材８０を精度よく配置することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨に反しない範囲において適宜設計変更が可能である。例えば、第四実施形態のように蓋部材８０が比較的大きい場合、蓋部材固定工程を行う前に、仮接合工程を行ってもよい。

仮接合工程では、図２０の（ａ）及び（ｂ）に示すように、突合部４０の内側であって、かつ、第二凹部７１の外側において、蓋部材８０の上方から回転した中型回転ツールＨを押し込んで、第一凹部１２の底面１２ａと、蓋部材８０の裏面８０ｂとが重ね合わされた重ね合わせ部１８に対して摩擦攪拌接合を行う。当該摩擦攪拌接合によって裏面側塑性化領域Ｗ５が形成される。

仮接合工程により、本体７０と蓋部材８０とが仮接合される。蓋部材８０が大きい場合、蓋部材固定工程を行うと、摩擦攪拌接合の熱収縮により蓋部材が反って蓋部材８０の中央部分と本体７０とが離間してしまい、第二凹部密封工程の作業が煩雑になる可能性がある。しかし、本実施形態の仮接合工程を行うことで、蓋部材８０の反りを抑制することができるため、第二凹部密封工程を好適に行うことができる。

仮接合工程は、重ね合わせ部１８において、連続的に摩擦攪拌接合を行ってもよいし、本実施形態のように断続的に行ってもよい。また、仮接合工程では、使用する回転ツールの大きさは、蓋部材３０の大きさに応じて適宜設定すればよい。

また、前記した実施形態では、第二凹部密封工程の前に、蓋部材固定工程を行ったが、第二凹部密封工程を行った後に、蓋部材固定工程を行ってもよい。

また、大型回転ツールＧを挿入する位置に、挿入時の摩擦抵抗を軽減するために、予め下穴を形成しておいてもよい。

また、本実施形態では、第一凹部及び蓋部材の平面形状は矩形としたが、これに限定されるものではなく、平面視円形、楕円系、又は角形であってもよい。第一凹部及び蓋部材の形状は、成形しやすく、かつ、精度良く配置可能な形状であることが好ましい。

また、矯正工程に係る摩擦攪拌のルートは、前記した形態に限定されるものではなく、以下の形態でもよい。図２１は、伝熱板の裏面側の平面図であって（ａ）は第一変形例、（ｂ）は第二変形例、（ｃ）は第三変形例、（ｄ）は第四変形例、（ｅ）は第五変形例、（ｆ）は第六変形例を示す。

図２１の（ａ）及び（ｂ）に示す第一変形例及び第二変形例の矯正用回転ツールの軌跡（裏面側塑性化領域Ｗ３）は、いずれも本体１０の中心地点ｊ’を囲むように形成されていることを特徴とする。また、第一変形例は、本体１０の外形形状に対して相似になるように形成されている。また、図２１の（ｂ）に示す第二変形例のように、格子状に形成してもよい。

図２１の（ｃ）及び（ｄ）に示す第三変形例及び第四変形例の矯正用回転ツールの軌跡（裏面側塑性化領域Ｗ３）は、いずれも本体１０の中心地点ｊ’を通過して放射状となるように形成されていることを特徴とする。図２１の（ｃ）に示す第三変形例は、中心地点ｊ’を始点・終点とするループを複数含み、中心地点ｊ’に対して点対称となるように形成されている。また、第三変形例は、一筆書きの要領で形成することができるため、作業効率を高めることができる。図２１の（ｄ）に示す第四変形例は、中心地点ｊ’を通過するとともに、本体１０の対角線に対して平行となるように形成されている。

図２１の（ｅ）及び（ｆ）に示す第五変形例及び第六変形例の矯正用回転ツールの軌跡（裏面側塑性化領域Ｗ３）は、中心地点ｊ’を通る直線で四分割した領域に、同形状の４つの軌跡がそれぞれ独立して形成されるとともに、中心地点ｊ’を挟んで斜めに対向する軌跡が点対称となるように形成されている。４つの軌跡の形状は、同形状であれば、どのような形状であっても構わない。

以上説明したように、矯正工程は、本体１０に行われる接合工程の摩擦攪拌の軌跡に応じて適宜摩擦攪拌のルートを設定して行えばよい。

次に、本発明の実施例について説明する。本発明に係る実施例は、図２２の（ａ）及び（ｂ）に示すように平面視正方形の本体１０の表面Ｚａ及び裏面Ｚｂにそれぞれ３つの円を描くように摩擦攪拌を行い、表面Ｚａ側で発生した反りの変形量と、裏面Ｚｂ側で発生した反りの変形量を測定した。即ち、表面Ｚａ側で発生した反りの変形量の値と、裏面Ｚｂ側で発生した反りの変形量の値とが近いほど、本体１０の平坦性が高いことを示す。

本体１０は、平面視５００ｍｍ×５００ｍｍの直方体であって、厚みが３０ｍｍ、６０ｍｍの二種類ものを用いてそれぞれ測定を行った。本体１０の素材は、ＪＩＳ規格の５０５２アルミニウム合金である。

摩擦攪拌の軌跡である３つの円は、本体１０の中心に設定した地点ｊ又は地点ｊ’を中心とし、表面Ｚａ及び裏面Ｚｂともに半径ｒ１＝１００ｍｍ（以下、小円ともいう）、ｒ２＝１５０ｍｍ（以下、中円ともいう）、ｒ３＝２００ｍｍ（以下、大円ともいう）に設定した。摩擦攪拌の順序は、小円、中円、大円の順番で行った。

回転ツールは、表面Ｚａ側及び裏面Ｚｂ側ともに同じ大きさの回転ツールを用いた。回転ツールのサイズは、ショルダ部の外径が２０ｍｍ、攪拌ピンの長さが１０ｍｍ、攪拌ピンの根元の大きさ（最大径）が９ｍｍ、攪拌ピンの先端の大きさ（最小径）が６ｍｍのものを用いた。回転ツールの回転数は、６００ｒｐｍ、送り速度は、３００ｍｍ／ｍｉｎに設定した。また、表面Ｚａ側及び裏面Ｚｂ側ともに回転ツールの押込み量は一定に設定した。図２２に示すように、表面Ｚａ側において形成された塑性化領域を小円から大円に向けてそれぞれ塑性化領域Ｗ２１乃至塑性化領域Ｗ２３とする。また、裏面Ｚｂ側において形成された塑性化領域を小円から大円に向けて塑性化領域Ｗ３１乃至Ｗ３３とする。当該実施例における各測定結果を以下の表１〜表４に示す。

表１は、本体の板厚が３０ｍｍであって、表面側から摩擦攪拌を行った場合の測定値を示した表である。「ＦＳＷ前」は、摩擦攪拌を行う前において、中心地点ｊ（基準ｊ）と各地点（地点ａ〜地点ｈ）との高低差を示している。「ＦＳＷ後」は、基準ｊをゼロとして、３つの円の摩擦攪拌を行った後において、基準ｊと各地点との高低差を示している。「表面側変形量」は、各地点における（ＦＳＷ後−ＦＳＷ前）の値を示している。「表面側変形量」の最下欄は、地点ａ〜地点ｈの平均値を示す。「ＦＳＷ前」及び「ＦＳＷ後」のマイナス値は、基準ｊよりも下方に位置していることを意味する。

表２は、本体の板厚が３０ｍｍであって、裏面側から摩擦攪拌を行った場合（矯正工程）の測定値を示した表である。「ＦＳＷ前」は、摩擦攪拌を行う前において、中心地点ｊ’（基準ｊ’）と各地点（ａ’〜ｈ’）との高低差を示している。
「ＦＳＷ１」は、図２２を参照するように、基準ｊ’をゼロとして、小円（半径ｒ１）の摩擦攪拌を行った後の、基準ｊ’と各地点との高低差を示している。「裏面側変形量１」は、各地点における（ＦＳＷ１−ＦＳＷ前）の値を示している。「裏面側変形量１」の最下欄は、地点ａ〜地点ｈの平均値を示す。
「ＦＳＷ２」は、基準ｊ’をゼロとして、小円（半径ｒ１）に加えてさらに、中円（半径ｒ２）の摩擦攪拌を行った後の、基準ｊ’と各地点との高低差を示している。「裏面側変形量２」は、各地点における（ＦＳＷ２−ＦＳＷ前）の値を示している。「裏面側変形量２」の最下欄は、地点ａ〜地点ｈの平均値を示す。
「ＦＳＷ３」は、基準ｊ’をゼロとして、小円（半径ｒ１）、中円（半径ｒ２）に加えてさらに、大円（半径ｒ３）の摩擦攪拌を行った後の、基準ｊ’と各地点との高低差を示している。「裏面側変形量３」は、各地点における（ＦＳＷ３−ＦＳＷ前）の値を示している。「裏面側変形量３」の最下欄は、地点ａ〜地点ｈの平均値を示す。

表３は、本体の板厚が６０ｍｍであって、表面側から摩擦攪拌を行った場合の測定値を示した表である。表３の各項目は、表１の各項目と略同等の意味を示す。

表４は、本体の板厚が６０ｍｍであって、裏面側から摩擦攪拌を行った場合の測定値を示した表である。表４の各項目は、表２の各項目と略同等の意味を示す。

表１の「表面側変形量」の平均値（1.61）と、表２の「裏面側変形量１」の平均値（2.04）とを比較すると、「裏面側変形量１」の値の方が大きい。同様に、「裏面側変形量２」の平均値（2.95）及び「裏面側変形量３」の平均値（3.53）も、「表面側変形量」の平均値（1.61）よりも大きな値となっている。つまり、本体の板厚が３０ｍｍの場合は、裏面側から小円の摩擦攪拌のみを行っただけでも、本体の反りが戻りすぎてしまう。したがって、本体３０ｍｍの場合は、表面側よりも低い加工度で本体１０の平坦性を高めることができる。

表３の「表面側変形量」の平均値（0.98）と、表４の「裏面側変形量２」の平均値（0.91）とを比較すると、両者の変形量が近似している。したがって、本体１０の板厚が６０ｍｍの場合は、裏面側から小円及び中円の摩擦攪拌を行ったときに、本体１０の平坦性が高いことが確認できた。つまり、板厚が６０ｍｍの場合は、表面側に比べて裏面側の加工度を低く設定すれば本体１０の平坦性を高めることができる。

１ 伝熱板
１０ 本体
１０ａ 上面
１２ 第一凹部
１２ａ 底面
１２ｂ 側壁
１３ 第二凹部
１４ 開口周縁
１６ 貫通孔
１８ 重ね合わせ部
３０ 蓋部材
３０ａ 側面
３０ｂ 裏面
４０ 突合部
Ｆ 小型回転ツール
Ｆ１ ショルダ部
Ｆ２ 攪拌ピン
Ｇ 大型回転ツール
Ｇ１ ショルダ部
Ｇ２ 攪拌ピン
ｓ１ 開始位置
ｅ１ 終了位置
ＳＭ１ 開始位置
ＥＭ１ 終了位置
Ｗ１〜Ｗ５ 塑性化領域

Claims (13)

1. 表面に凹設された第一凹部と、この第一凹部の底面に凹設され熱発生体が発生する熱を外部に輸送する熱輸送流体が流れる第二凹部とを有する本体に、前記第二凹部を封止する蓋部材を摩擦攪拌接合によって固定して形成される伝熱板の製造方法であって、
   前記本体の前記第一凹部の側壁と前記蓋部材の側面との突合部に沿って回転ツールを移動させて少なくとも前記突合部の一部に対して摩擦攪拌接合を行う蓋部材固定工程と、
   前記第二凹部の開口周縁に沿って回転ツールを移動させて、前記第一凹部の底面と前記蓋部材の裏面との重ね合わせ部に対して摩擦攪拌接合を行う第二凹部密封工程と、
   前記伝熱板の裏面に対して回転ツールを移動させて摩擦攪拌を行う矯正工程と、を含むことを特徴とする伝熱板の製造方法。
2. 前記伝熱板の裏面側に形成される塑性化領域の体積量を、前記伝熱板の表面側に形成された塑性化領域の体積量よりも小さく設定す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。
3. 前記矯正工程では、この矯正工程で形成される塑性化領域の平面形状を、前記伝熱板の中心に対して略点対称となるよう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。
4. 前記矯正工程では、この矯正工程で形成される塑性化領域の平面形状を、前記伝熱板の外縁の形状と略相似形状となるように設定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。
5. 前記矯正工程では、この矯正工程で形成される塑性化領域の平面形状を、前記伝熱板の表面側に形成された塑性化領域の平面形状と略同等形状となるように設定す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。
6. 前記矯正工程では、この矯正工程で形成される塑性化領域の全長を、前記伝熱板の表面側に形成された塑性化領域の全長と略同等となるように設定す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。
7. 前記矯正工程では、この矯正工程で用いる前記回転ツールの移動軌跡の全長を、前記伝熱板の表面側に形成された塑性化領域の全長よりも短くなるように設定す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。
8. 前記矯正工程で用いる回転ツールのショルダ部の外径を、前記第二凹部密封工程で用いる回転ツールのショルダ部の外径よりも小さく設定す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。
9. 前記矯正工程で用いる回転ツールの攪拌ピンの長さを、前記第二凹部密封工程で用いる前記回転ツールの攪拌ピンの長さよりも短く設定する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。
10. 前記本体の厚みを、前記第二凹部密封工程で用いる回転ツールのショルダ部の外径の１．５倍以上に設定することを特徴とする請求項1乃至請求項９のいずれか一項に記載の伝熱板の製造方法。
11. 前記本体の厚みを、前記第二凹部密封工程で用いる回転ツールの攪拌ピンの長さの３倍以上に設定することを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の伝熱板の製造方法。
12. 前記本体が平面視多角形である場合、前記矯正工程では、前記伝熱板の隅部に対して回転ツールを用いて摩擦攪拌を行う隅部摩擦攪拌工程を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に記載の伝熱板の製造方法。
13. 前記矯正工程後に、前記伝熱板の裏面側を面削加工する面削工程を含み、前記面削加工の深さは、前記矯正工程で用いる回転ツールの攪拌ピンの長さよりも大きいことを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか一項に記載の伝熱板の製造方法。
    
    

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