JP5177061B2 - 伝熱板の製造方法 - Google Patents
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Description
また、本発明は、金属部材からなるベース部材の表面側に開口する凹溝の周囲に形成された蓋溝に、金属部材からなる蓋板を配置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を行う接合工程と、を含む伝熱板の製造方法であって、前記蓋溝閉塞工程では、前記蓋板の表面が前記ベース部材の表面よりも低い位置になるように配置し、前記接合工程では、前記蓋板が前記接合用回転ツールの進行方向に対して右側に位置する場合、前記接合用回転ツールの回転方向を左回りに設定し、前記蓋板が前記接合用回転ツールの進行方向に対して左側に位置する場合、前記接合用回転ツールの回転方向を右回りに設定することを特徴とする。
本発明の第一実施形態に係る伝熱板及び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。
蓋溝形成工程では、具体的な図示はしないが、無酸素銅製の平板の表面に、公知のエンドミル等を用いて蓋溝11を凹設する。凹溝形成工程では、蓋溝11の底面11aの中央に凹溝12を凹設する。なお、凹溝12を凹設した後に、蓋溝11を凹設してもよい。
蓋溝閉塞工程では、図2に示すように、ベース部材2の表面2a側に開口する蓋溝11に蓋板3を配置する。蓋板3を配置すると、蓋溝11の側壁11b,11bと、蓋板3の側面3c,3dとで突合部V1が形成される。
接合工程では、突合部V1に対して摩擦攪拌接合を行う。接合工程では、図4に示すように、接合用回転ツールGを右回転させつつベース部材2の表面2aに設定した開始位置SM1に挿入した後、接合用回転ツールGの軸芯と突合部V1とを重ね合わせながら移動させる。接合用回転ツールGを移動させることにより、塑性化領域W1が形成される。
言い換えると、シアー側であるベース部材2の表面2aから接合用回転ツールGの先端までの距離は、フロー側である蓋板3の表面3bから接合用回転ツールGの先端までの距離よりも短くなるため、蓋板3側に比べてベース部材2側の方が攪拌される領域が小さい。これにより、ベース部材2側のメタルの接合温度は、蓋板3側のメタルの接合温度よりも低くなるとともに、ベース部材2側のメタルの流動性も、蓋板3側のメタルの流動性よりも低くなる。
次に、本発明の第二実施形態について説明する。第二実施形態は、蓋板3の表面3bの高さ位置が、ベース部材2の表面2aの高さ位置よりも低い点で第一実施形態と相違する。第二実施形態では、第一実施形態と共通する部分については同一の符号を付して詳細な説明は省略する
言い換えると、シアー側である蓋板3の表面3bから接合用回転ツールGの先端までの距離は、フロー側であるベース部材2の表面2aから接合用回転ツールGの先端までの距離よりも短くなるため、ベース部材2側に比べて蓋板3側の方が攪拌される領域が小さい。これにより、蓋板3側のメタルの接合温度は、ベース部材2側のメタルの接合温度よりも低くなるとともに、蓋板3側のメタルの流動性も、ベース部材2側のメタルの流動性よりも低くなる。
次に、本発明の第三実施形態について説明する。第三実施形態では、第一実施形態と同様に、蓋溝形成工程、凹溝形成工程、蓋溝閉塞工程、接合工程を含むとともに、伝熱板の熱収縮による反りを矯正する矯正工程をさらに含む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の製造方法は、矯正工程を含む点を除いては、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詳細な説明を省略する。
第一実施形態で示した接合工程が終了したら、摩擦攪拌で発生したバリを除去するとともに、図11に示すように、伝熱板1の裏面Zbが上方を向くように裏返し、裏面Zbの中心地点j’(図10の(b)参照)に板状の第一補助部材T1を配置する。さらに、伝熱板1の表面Za側の四隅に、板状の第二補助部材T2,T2及び第三補助部材T3,T3を配置する。即ち、第二補助部材T2、第三補助部材T3は、第一補助部材T1を挟んで両側に配置される。第一補助部材T1乃至第三補助部材T3は、プレス矯正を行う際の当て材又は台座となる部材であるとともに、伝熱板1が傷つかないようにするための部材である。第一補助部材T1乃至第三補助部材T3は、伝熱板1よりも軟質の材料であればよく、例えば、アルミニウム合金、硬質ゴム、プラスチック、木材を用いることができる。なお、第一補助部材T1乃至第三補助部材T3は、伝熱板1の力学特性や反りの曲率に応じて、反りとは反対側に撓ませて反りを矯正するのに十分な厚みで設定すればよい。
次に、衝打矯正について説明する。衝打矯正については、プレス矯正と近似するため、
具体的な図示は省略する。衝打矯正とは、例えばハンマーなどの衝打具を用いて伝熱板に発生した反りを矯正することをいう。衝打矯正は、プレス装置Pに替えてハンマー等の衝打具で伝熱板1を衝打する点を除いては、プレス矯正と略同等である。
次に、ロール矯正について説明する。図14の(a)に示すように、前記した接合工程が終了したら、摩擦攪拌で発生したバリを除去するとともに、伝熱板1の裏面Zbが上方を向くように裏返し、裏面Zbの中心地点j’を含んで縦方向と平行になるように長板形状の第一補助部材T1を配置する。さらに、伝熱板1の表面Za側の縁部において縦方向と平行になるように、長板形状の第二補助部材T2及び第三補助部材T3を配置する。即ち、第二補助部材T2、第三補助部材T3は、第一補助部材T1を挟んで両側に配置される。
次に、摩擦攪拌矯正について説明する。摩擦攪拌矯正では、回転ツール用いて伝熱板1(ベース部材2)の裏面Zbから摩擦攪拌を行う。本実施形態に係る摩擦攪拌矯正では、図15に示すように、小型回転ツールF(矯正用回転ツール)を用いて、伝熱板1の裏面Zbに対して摩擦攪拌を行う。当該摩擦攪拌によって、裏面Zbには、塑性化領域W2が形成される。摩擦攪拌矯正のルートは、伝熱板1の表面Zaに形成された塑性化領域W1と同等の形状となるように設定する。つまり、表面Zaに形成された塑性化領域W1と裏面Zbに形成される塑性化領域W2との長さは等しい。本実施形態では、表面Za側では接合用回転ツールGを用いており、裏面Zb側では小型回転ツールFを用いているため、矯正工程における加工度が、接合工程の加工度よりも小さくなる。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。
「FSW1」は、図17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。
2 ベース部材
3 蓋板
4 貫通孔
11 蓋溝
12 凹溝
F 小型回転ツール
F1 ショルダ部
F2 攪拌ピン
G 接合用回転ツール
G1 ショルダ部
G2 攪拌ピン
SM1 開始位置
EM1 終了位置
W1,W2 塑性化領域
Claims (13)
- 金属部材からなるベース部材の表面側に開口する凹溝の周囲に形成された蓋溝に、金属部材からなる蓋板を配置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を行う接合工程と、を含む伝熱板の製造方法において、
前記蓋溝閉塞工程では、前記蓋板の表面が前記ベース部材の表面よりも高い位置になるように配置し、
前記接合工程では、前記蓋板が前記接合用回転ツールの進行方向に対して右側に位置する場合、前記接合用回転ツールの回転方向を右回りに設定し、
前記蓋板が前記接合用回転ツールの進行方向に対して左側に位置する場合、前記接合用回転ツールの回転方向を左回りに設定することを特徴とする伝熱板の製造方法。 - 金属部材からなるベース部材の表面側に開口する凹溝の周囲に形成された蓋溝に、金属部材からなる蓋板を配置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を行う接合工程と、を含む伝熱板の製造方法であって、
前記蓋溝閉塞工程では、前記蓋板の表面が前記ベース部材の表面よりも低い位置になるように配置し、
前記接合工程では、前記蓋板が前記接合用回転ツールの進行方向に対して右側に位置する場合、前記接合用回転ツールの回転方向を左回りに設定し、
前記蓋板が前記接合用回転ツールの進行方向に対して左側に位置する場合、前記接合用回転ツールの回転方向を右回りに設定することを特徴とする伝熱板の製造方法。 - 前記接合工程では、前記接合用回転ツールの押込み量を、前記蓋板の表面と前記ベース部材の表面との高低差よりも大きく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。
- 前記接合工程では、前記接合用回転ツールの軌跡の始端と終端とをオーバーラップさせ、摩擦攪拌によって形成される塑性化領域の一部を重複させ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。
- 前記接合工程では、前記接合用回転ツールで前記蓋板の周囲を一周させて塑性化領域を形成した後、前記接合用回転ツールを前記突合部から前記ベース部材側に偏移させながら離間させ、前記蓋板の側面から離れた位置で前記接合用回転ツールの攪拌ピンを離脱させ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。
- 前記接合工程では、前記接合用回転ツールの攪拌ピンの長さを、前記蓋溝の側壁の高さの60%〜100%の範囲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。
- 前記接合工程では、前記接合用回転ツールよりも小型の回転ツールを用いて前記突合部に対して仮接合を行うことを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載の伝熱板の製造方法。
- 回転ツールを用いて前記ベース部材の裏面側から摩擦攪拌を行う矯正工程をさらに含む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。
- 前記矯正工程では、矯正工程によって形成される塑性化領域の体積量を、前記接合工程によって形成された塑性化領域の体積量よりも少なく設定することを特徴とする請求項8に記載の伝熱板の製造方法。
- 前記接合工程によって形成された前記ベース部材の裏面側に凸となる反りを、前記ベース部材の表面側に引張応力が発生するような曲げモーメントを作用させて矯正する矯正工程をさらに含む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。
- 前記矯正工程では、前記ベース部材をプレス矯正することにより前記反りを矯正することを特徴とする請求項10に記載の伝熱板の製造方法。
- 前記矯正工程では、前記ベース部材を衝打具で衝打することにより前記反りを矯正することを特徴とする請求項10に記載の伝熱板の製造方法。
- 前記矯正工程では、前記ベース部材をロール矯正することにより前記反りを矯正することを特徴とする請求項10に記載の伝熱板の製造方法。
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