JP5267381B2 - 伝熱板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば熱交換器や加熱機器あるいは冷却機器などに用いられる伝熱板の製造方法に関する。

伝熱板の製造方法として、例えば、特許文献１に記載された方法が知られている。図２７は、特許文献１に係る伝熱板の製造方法によって形成された伝熱板を示した断面図である。特許文献１に係る伝熱板１００は、表面に開口する断面視矩形の蓋溝１０６と、蓋溝１０６の底面に開口する凹溝１０８を有するベース部材１０２と、凹溝１０８に挿入される熱媒体用管１１６と、蓋溝１０６に挿入される蓋板１１０と、を備えている。伝熱板１００は、蓋溝１０６における両側壁と蓋板１１０の両側面とが突き合わされたそれぞれの突合部Ｊ，Ｊに沿って回転ツールを移動させることにより、摩擦攪拌接合によって一体形成されている。これにより、伝熱板１００の突合部Ｊ，Ｊには、塑性化領域Ｗ，Ｗがそれぞれ形成されている。伝熱板１００は、熱媒体用管１１６に、例えば高温液や冷却水などの熱媒体を循環させて使用する。なお、伝熱板１００に熱媒体用管１１６を設けずに、凹溝１０８に直接熱媒体を循環させる技術も従来知られている。

前記した伝熱板の製造方法によって形成された伝熱板１００は、ベース部材１０２の表面側のみから摩擦攪拌を行うため、熱収縮によって塑性化領域Ｗ，Ｗが縮むと、伝熱板１００が反って撓んでしまうという問題があった。そこで、伝熱板１００の裏面にも、表面と略同等の条件で摩擦攪拌を行うことで、伝熱板１００の裏面にも熱収縮を発生させて伝熱板１００の平坦性を高めることも考えられる。

特開２００４−３１４１１５号公報

ここで、伝熱板１００の表面側から行う摩擦攪拌接合時においては、ベース部材１０２とベース部材１０２が載置されたテーブルとが面接触しているため、回転ツールによって加えられた熱の一部は、ベース部材１０２の裏面全体からテーブルに放出される（抜熱）。しかし、伝熱板１００の表裏を逆にして、伝熱板１００（ベース部材１０２）の裏面側から摩擦攪拌を行う場合には、伝熱板１００が熱収縮により反っているため、伝熱板１００とテーブルとの間に隙間が形成された状態で摩擦攪拌を行うことになる。これにより、伝熱板１００の裏面側から行う摩擦攪拌では、熱が放出される経路が少なくなるため表面側から行う摩擦攪拌接合に比べて抜熱量が少なくなる。

よって、伝熱板１００の表裏で略同条件で摩擦攪拌を行うと、伝熱板１００の裏面側から行う摩擦攪拌では、表面側から行う摩擦攪拌接合に比べて、伝熱板１００に残存する熱量が多くなるため反りが戻り過ぎてしまい、伝熱板１００の裏面は結局凹状に変形する。つまり、伝熱板１００の表裏に対して同等の条件で摩擦攪拌を行っても、伝熱板１００に残存する熱量が不均衡となるため、伝熱板１００が歪んでしまうという問題があった。

このような観点から、本発明は、摩擦攪拌接合によって形成される伝熱板の平坦性を高め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。

このような課題を解決する本発明に係る伝熱板の製造方法は、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、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前記ベース部材の表面側から摩擦攪拌接合を行う接合工程と、矯正用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と、を含み、前記矯正工程における前記ベース部材への入熱量を、前記接合工程における前記ベース部材への入熱量よりも少なく設定することを特徴とする。
また、本発明は、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熱媒体用管挿入工程と、前記蓋溝に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前記ベース部材の表面側から摩擦攪拌接合を行う接合工程と、矯正用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と、を含み、前記矯正工程における前記ベース部材への入熱量を、前記接合工程における前記ベース部材への入熱量よりも少なく設定することを特徴とする。

要するに、摩擦攪拌接合された金属部材に残存する熱量は、残存熱量（Ｊ）＝入熱量−抜熱量で現され、ベース部材の表面側から行う摩擦攪拌と裏面側から行う摩擦攪拌の残存熱量が等しくなれば伝熱板が平坦になると考えられる。
かかる製造方法によれば、ベース部材の裏面側における入熱量が、表面側における入熱量よりも少なくなるため、伝熱板内に残存する熱量の不均衡を是正することができる。これにより、伝熱板の反りを防止して伝熱板の平坦性を高めることができる。

また、前記蓋板の底面には、前記凹溝に挿入される凸部が形成されていることが好ましい。かかる製造方法によれば、熱媒体用管の周囲の空隙を凸部で塞ぐことができるため、伝熱板の熱交換効率を高めることができる。

また、前記接合工程では、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れた塑性流動材を流入させることが好ましい。かかる製造方法によれば、熱媒体用管の周囲の空隙を塑性流動材で塞ぐことができるため、伝熱板の熱交換効率を高めることができる。

また、本発明は、ベース部材の表面側に開口する凹溝に蓋板を挿入する蓋板挿入工程と、前記凹溝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の表面側から前記ベース部材と前記蓋板の摩擦攪拌接合を行う接合工程と、矯正用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と、を含み、前記矯正工程における前記ベース部材への入熱量を、前記接合工程における前記ベース部材への入熱量よりも少なく設定することを特徴とする。
また、本発明は、ベース部材の表面側に開口する凹溝に熱媒体用管を挿入する熱媒体用管挿入工程と、前記凹溝に蓋板を挿入する蓋板挿入工程と、前記凹溝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の表面側から前記ベース部材と前記蓋板の摩擦攪拌接合を行う接合工程と、矯正用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と、を含み、前記矯正工程における前記ベース部材への入熱量を、前記接合工程における前記ベース部材への入熱量よりも少なく設定することを特徴とする。

要するに、摩擦攪拌接合された金属部材に残存する熱量は、残存熱量（Ｊ）＝入熱量−抜熱量で現され、ベース部材の表面側から行う摩擦攪拌と裏面側から行う摩擦攪拌の残存熱量が等しくなれば伝熱板が平坦になると考えられる。
かかる製造方法によれば、ベース部材の裏面側における入熱量が、表面側における入熱量よりも少なくなるため、伝熱板内に残存する熱量の不均衡を是正することができる。これにより、伝熱板の反りを防止して伝熱板の平坦性を高めることができる。

また、前記接合工程では、前記接合用回転ツールの押圧力によって前記蓋板が前記熱媒体用管の上部を押圧するとともに、前記蓋板の少なくとも上部と前記ベース部材とを塑性流動化することが好ましい。

かかる製造方法によれば、熱媒体用管の上部を蓋板で押し込みながら摩擦攪拌するため、熱媒体用管の周辺の空隙を減少させることができ、ひいては、熱交換効率を高めることができる。

また、前記ベース部材を固定治具によってテーブルに固定した状態で前記接合工程及び前記矯正工程を行うことが好ましい。かかる製造方法によれば、ベース部材を拘束した状態で摩擦攪拌を行うため作業性を高めることができる。

また、前記矯正工程において、前記矯正用回転ツールの軌跡の形状が、前記ベース部材の中心に対して略点対称であることが好ましい。また、前記矯正工程において、前記矯正用回転ツールの軌跡の形状が、前記ベース部材の外縁の形状と略相似形状であることが好ましい。また、前記矯正工程において、前記矯正用回転ツールの軌跡の形状が、前記ベース部材の表面側に形成される前記接合用回転ツールの軌跡の形状と略同一であることが好ましい。また、前記矯正工程において、前記矯正用回転ツールの軌跡の全長が、前記ベース部材の表面側に形成される前記接合用回転ツールの軌跡の全長と略同一であることが好ましい。かかる製造方法によれば、伝熱板をバランスよく矯正することにより、伝熱板の平坦性をより高めることができる。

また、前記矯正工程において、前記矯正用回転ツールの軌跡の全長が、前記ベース部材の表面側に形成される前記接合用回転ツールの軌跡の全長よりも短いことが好ましい。また、前記矯正工程で用いる前記矯正用回転ツールのショルダ部の外径が、前記接合工程で用いる前記接合用回転ツールのショルダ部の外径よりも小さいことが好ましい。また、前記矯正工程で用いる前記矯正用回転ツールのピンの長さが、前記接合工程で用いる前記接合用回転ツールのピンの長さよりも短いことが好ましい。また、前記矯正工程では、前記接合工程における前記接合用回転ツールの送り速度よりも速い送り速度で前記矯正用回転ツールによって摩擦攪拌を行うことが好ましい。かかる製造方法によれば、矯正工程による入熱量を接合工程による入熱量よりも低く設定できる。

また、前記ベース部材の厚みが、前記接合用回転ツールのショルダ部の外径の１．５倍以上であることが好ましい。また、前記ベース部材の厚みが前記接合用回転ツールのピンの長さの３倍以上であることが好ましい。かかる製造方法によれば、接合用回転ツールの各部位の大きさに対してベース部材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、前記ベース部材が平面視多角形である場合、前記矯正工程において、前記ベース部材の隅部に対して前記矯正用回転ツールにより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、ベース部材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、前記熱媒体用管の内部にヒーターを備える場合、前記矯正工程後に前記ヒーターに通電して、前記伝熱板を焼鈍する焼鈍工程を含むことが好ましい。かかる製造方法によれば、塑性化領域に残留する内部応力を除去して伝熱板の反りを解消することができる。

また、前記矯正工程後に、前記ベース部材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、前記矯正用回転ツールの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。

本発明に係る伝熱板の製造方法によれば、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図であって、（ａ）は、斜視図、（ｂ）は、（ａ）のＩ−Ｉ線断面図である。 第一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、分解断面図である。 第一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、溝形成工程、（ｂ）は、熱媒体用管挿入工程、（ｃ）は、蓋溝閉塞工程を示す。 （ａ）は、接合用回転ツールを示した側面図であり、（ｂ）は、矯正用回転ツールを示した側面図である。 第一実施形態に係る伝熱板の製造方法において、接合工程を行う前を示した斜視図である。 第一実施形態に係る伝熱板の製造方法において、接合工程を段階的に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、接合工程を示した模式断面図である。 第一実施形態に係る伝熱板の製造方法において、接合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。 第一実施形態に係る伝熱板の製造方法において、矯正工程を示した模式断面図である。 第一変形例の接合工程を示した模式断面図である。 第一変形例の接合工程後を示した模式断面図である。 第二変形例を示した図であって、（ａ）は、接合工程前を示した分解断面図、（ｂ）は、接合工程を示した断面図である。 第二実施形態に係る伝熱板を示した斜視図である。 第二実施形態に係る伝熱板を示した分解斜視図である。 第二実施形態に係る伝熱板を示した分解断面図である。 第二実施形態に係る伝熱板の製造方法において、（ａ）は、接合工程を示した斜視図、（ｂ）は、（ａ）のII-II線断面図である。 第二実施形態に係る伝熱板の製造方法において、接合工程を示した模式断面図である。 第二実施形態に係る伝熱板の製造方法において、接合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において、（ａ）は、矯正摩擦攪拌工程を示した平面図、（ｂ）は、隅部摩擦攪拌工程を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、矯正工程を示した模式断面図である。 図２０のIII-III線断面において、第二実施形態に係る伝熱板の製造方法の面削工程を示した図である。 第四変形例に係る伝熱板の表面側の一部破断平面図である。 第四変形例に係る伝熱板の裏面側の平面図である。 伝熱板の裏面側の平面図であって（ａ）は第六変形例、（ｂ）は第七変形例、（ｃ）は第八変形例、（ｄ）は第九変形例、（ｅ）は第十変形例、（ｆ）は第十一変形例を示す。 実施例におけるベース部材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。 従来の伝熱板を示した断面図である。

［第一実施形態］
本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。まず、第一実施形態に係る製造方法によって製造された伝熱板１について説明する。本実施形態においては、伝熱板１をヒートプレートとして用いる場合を例にして説明する。

伝熱板１は、図１の（ａ）及び（ｂ）に示すように、平面視矩形の板厚のベース部材２と、ベース部材２の内部に埋設される熱媒体用管２０と、ベース部材２に凹設された溝に配置された蓋板１０と、を主に備えている。ベース部材２と蓋板１０との突合部Ｊ１，Ｊ２は、それぞれ摩擦攪拌によって接合されている。かかる伝熱板１は、熱媒体用管２０に挿通された図示しないマイクロヒーター等で加熱して使用される。

ベース部材２は、熱媒体用管２０内の熱媒体の熱を外部に伝達させる役割、あるいは、外部の熱を熱媒体用管２０内の熱媒体に伝達させる役割を果たすものである。ベース部材２は、図２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、平面視正方形を呈する直方体であって、本実施形態では、厚みが３０ｍｍ〜１２０ｍｍのものを用いる。ベース部材２は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、チタン、チタン合金、マグネシウム、マグネシウム合金など摩擦攪拌可能な金属材料からなる。ベース部材２の平面視した形状は、本実施形態では正方形としたが、他の多角形状、円形、楕円形でもよい。ベース部材２の表面２ａには、蓋溝６が凹設されており、蓋溝６の底面６ｃの中央には、蓋溝６よりも幅狭の凹溝８が凹設されている。

蓋溝６は、蓋板１０が配置される部分であって、平面視略馬蹄状に一定の幅及び深さで連続して形成されている。蓋溝６は、断面視矩形を呈し、蓋溝６の底面６ｃから垂直に立ち上がる側壁６ａ，６ｂを備えている。

凹溝８は、熱媒体用管２０が挿入される部分であって、蓋溝６の底面６ｃの中央部分において、蓋溝６の全長に亘って形成されている。凹溝８は、上方が開口した断面視Ｕ字状の溝であって、下端には半円形の底面７が形成されている。底面７の半径は、熱媒体用管２０の半径と同等に形成されている。また、凹溝８の深さ及び開口部分の幅は、熱媒体用管２０と同等に形成されている。蓋溝６の深さ及び幅は、蓋板１０の高さ及び幅と略同等に形成されている。

熱媒体用管２０は、図２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、断面視円形の中空部１８を有する円筒管である。熱媒体用管２０は、本実施形態では銅からなり、平面視馬蹄状を呈する。凹溝８に熱媒体用管２０を配置するとともに、蓋溝６に蓋板１０を配置すると、熱媒体用管２０の下半部と凹溝８の底面７とが面接触するとともに、熱媒体用管２０の上端と蓋板１０の下面１２とが接触する。

熱媒体用管２０には、本実施形態においては、マイクロヒーターを挿通するが、他にも例えば、冷却水、冷却ガス、高温液、あるいは高温ガスなどの熱媒体を循環させて、熱媒体の熱をベース部材２及び蓋板１０に、あるいは、ベース部材２及び蓋板１０の熱を熱媒体に伝達させてもよい。

なお、本実施形態においては、熱媒体用管２０は、断面視円形としたが、断面視角形であってもよい。また、熱媒体用管２０は、本実施形態においては、銅管を用いているが、他の材料の管を用いてもよい。

蓋板１０は、図２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、ベース部材２の蓋溝６の断面と略同じ矩形断面を形成する上面１１、下面１２、側面１３ａ及び側面１３ｂを有し、平面視略馬蹄状で形成されている。蓋板１０は、本実施形態では、ベース部材２と同様の組成で形成されている。蓋板１０の幅は、蓋溝６の溝幅と略同等に形成されているため、蓋板１０を蓋溝６に配置すると、蓋板１０の側面１３ａは、蓋溝６の側壁６ａと面接触するか又は微細な隙間をあけて対向する。また、蓋板１０の側面１３ｂは、蓋溝６の側壁６ｂと面接触するか又は微細な隙間をあけて対向する。

前記したように、本実施形態においては、凹溝８と熱媒体用管２０の下半部を面接触させ、かつ、熱媒体用管２０の上端と蓋板１０の下面１２とを接触させて各部材を配置したが、これに限定されるものではない。例えば、熱媒体用管２０の外径よりも凹溝８の深さを大きく形成して、熱媒体用管２０の上端と蓋板１０の下面１２とを離間させてもよい。また、熱媒体用管２０の外径よりも凹溝８の幅を大きく形成してもよい。また、蓋溝６、凹溝８、蓋板１０及び熱媒体用管２０は、本実施形態では、平面視馬蹄状を呈するように形成したがこれに限定されるものではなく、伝熱板１の用途に応じて適宜設計すればよい。

次に、伝熱板１の製造方法について説明する。
本実施形態に係る伝熱板１の製造方法は、（１）溝形成工程、（２）熱媒体用管挿入工程、（３）蓋溝閉塞工程、（４）接合工程、（５）矯正工程、（６）焼鈍工程を含むものである。

（１）溝形成工程
溝形成工程では、図３の（ａ）に示すように、ベース部材２の表面２ａに、所定の幅及び深さで蓋溝６及び凹溝８を形成する。溝形成工程は、例えば、公知のエンドミル等を用いて、切削加工により行う。

（２）熱媒体用管挿入工程
熱媒体用管挿入工程では、図３の（ｂ）に示すように、溝形成工程で形成された凹溝８に熱媒体用管２０を挿入する。

（３）蓋溝閉塞工程
蓋溝閉塞工程では、図３の（ｃ）に示すように、蓋溝６に蓋板１０を配置して、蓋溝６を閉塞する。ここで、蓋溝６と蓋板１０との突き合わせ部分において、蓋溝６と蓋板１０の内縁とで突き合わされた部分を突合部Ｊ１とし、蓋溝６と蓋板１０の外縁とで突き合わされた部分を突合部Ｊ２とする。

（４）接合工程
接合工程では、突合部Ｊ１，Ｊ２に沿って、接合用回転ツールＦを用いて摩擦攪拌を行う。接合工程は、本実施形態では、ベース部材２を移動不能に固定する固定工程、突合部Ｊ１を摩擦攪拌する第一接合工程と、突合部Ｊ２を摩擦攪拌する第二接合工程とを含む。

ここで、本実施形態における接合工程の際に用いる接合用回転ツールＦ及び後記する矯正工程の際に用いる矯正用回転ツールＧについて詳細に説明する。
接合用回転ツールＦは、図４の（ａ）に示すように、工具鋼などベース部材２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。接合用回転ツールＦの寸法・形状は、ベース部材２の材質や厚さ等に応じて設定すればよいが、少なくとも、後記する矯正工程で用いる矯正用回転ツールＧ（図４の（ｂ）参照）よりも大型にする。

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、矯正用回転ツールＧのショルダ部Ｇ１の外径Ｙ_１よりも大きくなっている。

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が矯正用回転ツールＧの攪拌ピンＧ２の最大外径（上端径）Ｙ_２よりも大きく、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よりも大きい。攪拌ピンＦ２の長さＬ_Ａは、矯正用回転ツールＧの攪拌ピンＧ２の長さＬ_Ｂ（図４の（ｂ）参照）よりも大きく成形されている。

ここで、図４の（ａ）に示すベース部材２の厚みｔは、攪拌ピンＦ２の長さＬ_Ａの３倍以上であることが好ましい。また、ベース部材２の厚みｔは、ショルダ部Ｆ１の外径Ｘ_１の１．５倍以上であることが好ましい。かかる設定によれば、接合用回転ツールＦの大きさに対して、ベース部材２の厚みを十分に確保することができるため、摩擦攪拌を行う際に発生する反りを低減することができる。

図４の（ｂ）に示す矯正用回転ツールＧは、工具鋼などベース部材２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、接合用回転ツール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。また、攪拌ピンＧ２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。

固定工程では、図５に示すように、摩擦攪拌装置（図示省略）のテーブルＴに固定治具１５を用いてベース部材２を移動不能に拘束する。固定治具１５は、ベース部材２の表面２ａに当接する当て金具１５ａと、当て金具１５ａに挿通されるボルト１５ｂと、ボルト１５ｂが螺入するネジ孔１５ｃとを有する。固定治具１５は、ベース部材２をテーブルＴに固定できる形態であれば他の形態であってもよい。また、本実施形態では４つの固定治具１５を用いたが、数量を限定するものではない。

第一接合工程では、図６の（ａ）及び（ｂ）に示すように、ベース部材２と蓋板１０との突合部Ｊ１に沿って摩擦攪拌接合を行う。
まず、ベース部材２の表面２ａの任意の位置に開始位置Ｓ_Ｍ１を設定し、接合用回転ツールＦの攪拌ピンＦ２をベース部材２に押し込む（押圧する）。開始位置Ｓ_Ｍ１は、本実施形態では、ベース部材２の外縁の近傍であり、かつ、突合部Ｊ１の近傍に設定する。接合用回転ツールＦのショルダ部Ｆ１の一部がベース部材２の表面２ａに接触したら、突合部Ｊ１の始点ｓ１に向かって接合用回転ツールＦを相対移動させる。そして、図６の（ａ）に示すように、始点ｓ１に達したら、接合用回転ツールＦを離脱させずに、そのまま突合部Ｊ１に沿って移動させる。

接合用回転ツールＦが突合部Ｊ１の終点ｅ１に達したら、接合用回転ツールＦをそのまま開始位置Ｓ_Ｍ１側に移動させて、任意の位置に設定した終了位置Ｅ_Ｍ１で接合用回転ツールＦを離脱させる。
なお、開始位置Ｓ_Ｍ１、始点ｓ１、終了位置Ｅ_Ｍ１及び終点ｅ１は、本実施形態の位置に限定するものではないが、ベース部材２の外縁の近傍であり、かつ、突合部Ｊ１の近傍であることが好ましい。

次に、第二接合工程では、図６の（ｂ）及び（ｃ）に示すように、ベース部材２と蓋板１０との突合部Ｊ２に沿って摩擦攪拌接合を行う。
まず、ベース部材２の表面２ａの任意の地点ｈに開始位置Ｓ_Ｍ２を設定し、接合用回転ツールＦの攪拌ピンＦ２をベース部材２に押し込む（押圧する）。接合用回転ツールＦのショルダ部Ｆ１の一部がベース部材２の表面２ａに接触したら、突合部Ｊ２の始点ｓ２に向かって接合用回転ツールＦを相対移動させる。そして、始点ｓ２に達したら、接合用回転ツールＦを離脱させずに、そのまま突合部Ｊ２に沿って移動させる。

接合用回転ツールＦが突合部Ｊ２の終点ｅ２に達したら、接合用回転ツールＦをそのまま地点ｆ側に移動させて、地点ｆに設定した終了位置Ｅ_Ｍ２で接合用回転ツールＦを離脱させる。
なお、開始位置Ｓ_Ｍ２及び終了位置Ｅ_Ｍ２は、本実施形態の位置に限定するものではないが、ベース部材２の外縁の隅部であることが好ましい。これにより、終了位置Ｅ_Ｍ２に抜け穴が残存する場合は、隅部を切削加工して除去することができる。

図６の（ｃ）に示すように、接合工程によって、突合部Ｊ１及び突合部Ｊ２に沿って表面塑性化領域Ｗ１（Ｗ１ａ，Ｗ１ｂ）が形成される。これにより、熱媒体用管２０がベース部材２及び蓋板１０によって密閉される。また、図１の（ｂ）に示すように、本実施形態では、表面塑性化領域Ｗ１の深さが、蓋溝６の側壁６ａ，６ｂ（図２の（ｂ）参照）の高さと略同等に形成されているため、突合部Ｊ１及び突合部Ｊ２の深さ方向の全体を摩擦攪拌することができる。これにより、伝熱板１の気密性を高めることができる。

なお、本実施形態では、接合用回転ツールＦを左回転させつつ、進行方向左側に蓋板１０が位置するように摩擦攪拌接合を行った。接合用回転ツールＦを左回転させると、進行方向右側は、シアー側（被接合部に対する回転ツールの外周の相対速さが、回転ツール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）となるためメタルが強く攪拌されて高温軟化し、バリとなって排出され易いと考えられる。このため、進行方向右側はメタルが不足するので、トンネル状空洞欠陥が形成される可能性がある。一方、進行方向左側は、フロー側となるため、比較的緻密な塑性化領域が形成される。かかるトンネル状空洞欠陥などの接合欠陥が形成される可能性のある部分を熱媒体用管２０及び凹溝８から離間する位置に配置することで、伝熱板１の気密性及び水密性をより高めることができる。
ちなみに、進行方向右側に蓋板１０が位置するように設定した場合は、接合用回転ツールＦを右回転させて摩擦攪拌接合を行うことが好ましい。

図７に示すように、高速回転した接合用回転ツールＦがベース部材２及び蓋板１０に挿入されると、ベース部材２及び蓋板１０に摩擦熱が伝達される（入熱）。ベース部材２がテーブルＴに面接触しているため、摩擦熱の一部は、矢印Ｎに示すようにベース部材２の裏面２ｂ全体からテーブルＴ側に放出（抜熱）される。

ここで、図８は、第一実施形態に係る伝熱板の製造方法において、接合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。ベース部材２及び蓋板１０には、接合工程によって表面塑性化領域Ｗ１が形成される。表面塑性化領域Ｗ１は、熱収縮によって縮むため、ベース部材２の表面２ａ側において、ベース部材２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、ベース部材２及び蓋板１０は表面２ａ側が凹となるように、撓んでしまう可能性がある。特に、ベース部材の表面２ａに示す地点ａ〜地点ｊのうち、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、ベース部材２の中心地点を示す。

（５）矯正工程
矯正工程では、矯正用回転ツールＧを用いてベース部材２の裏面２ｂから摩擦攪拌を行う。矯正工程は、前記した接合工程で発生した反り（撓み）を解消するために行う工程である。矯正工程は、本実施形態では、タブ材を配置するタブ材配置工程と、ベース部材２を固定する固定工程と、ベース部材２の裏面２ｂ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９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、ベース部材２と同等の組成からなる。タブ材３１は、ベース部材２の側面２ｃの一部を覆い隠すようにして、側面２ｃに当接されている。また、タブ材３１は、タブ材３１の両側面とベース部材２の側面２ｃとを溶接によって仮接合されている。タブ材３１の表面は、ベース部材２の裏面２ｂと面一に形成することが好ましい。

固定工程では、図９に示すように、ベース部材２の裏面２ｂが上方を向くようにして、摩擦攪拌装置（図示省略）のテーブルに前記した固定治具１５を用いてベース部材２を移動不能に拘束する。

矯正摩擦攪拌工程では、図９の（ａ）及び（ｂ）に示すように、矯正用回転ツールＧを用いて、ベース部材２の裏面２ｂに対して摩擦攪拌を行う。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塑性化領域Ｗ２が中心地点ｊ’に対して放射状となるように設定する。なお、地点ａ’，地点ｂ’・・・は、ベース部材２の表面２ａ側の地点ａ，地点ｂ・・・（図８参照）のそれぞれ裏面２ｂ側に対応する地点をいう。

矯正摩擦攪拌工程では、図８の（ａ）に示すように、まず、タブ材３１の表面に開始位置Ｓ_Ｍ３を設定し、矯正用回転ツールＧの攪拌ピンＧ２をタブ材３１に押し込む（押圧する）。矯正用回転ツールＧのショルダ部Ｇ１の一部がタブ材３１に接触したら、ベース部材２に向かって矯正用回転ツールＧを相対移動させる。そして、ベース部材２の裏面２ｂ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矯正用回転ツールＧを相対移動させて摩擦攪拌を行う。つまり、図９の（ｂ）に示すように、ベース部材２の中心線（一点鎖線）に対して線対称となるように裏面塑性化領域Ｗ２が形成される。本実施形態では、開始位置Ｓ_Ｍ３と終了位置Ｅ_Ｍ３とをタブ材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。

本実施形態では、矯正用回転ツールＧの軌跡、即ち、裏面塑性化領域Ｗ２の形状が、中心地点ｊに対して略点対称となるように設定した。これにより、バランスよくベース部材２の反りを矯正することができる。なお、矯正用回転ツールＧの軌跡は、これに限定されるものではない。矯正用回転ツールＧの軌跡のバリエーションについては、後記する。

また、本実施形態では、矯正用回転ツールＧの軌跡の長さ（裏面塑性化領域Ｗ２の長さ）は、接合用回転ツールＦの軌跡の長さ（表面塑性化領域Ｗ１の長さの和）よりも短くなるように設定している。また、矯正用回転ツールＧのショルダ部Ｇ１の外径は、接合用回転ツールＦのショルダ部Ｆ１の外径よりも小さく設定している。また、矯正用回転ツールＧの攪拌ピンＧ２の長さは、接合用回転ツールＦの攪拌ピンＦ２の長さよりも短く設定している。さらに、矯正用回転ツールＦの送り速度は、接合用回転ツールＧの送り速度より速く設定している。これにより、矯正工程における摩擦攪拌による入熱量を、接合工程における摩擦攪拌による入熱量よりも少なく設定している。

なお、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、タブ材を設けなくてもいい。

（６）焼鈍工程
焼鈍工程では、ベース部材２及び蓋板１０を焼鈍することにより、ベース部材２及び蓋板１０の内部応力を除去する。本実施形態では、熱媒体用管２０に、例えば、マイクロヒーターを通電させて焼鈍を行う。これにより、伝熱板１の内部応力を除去することができ、伝熱板１の使用時の変形を防止することができる。

以上説明した本実施形態に係る製造方法によれば、接合工程による熱収縮によって、ベース部材２及び蓋板１０が撓んでしまったとしても、ベース部材２の裏面２ｂにも摩擦攪拌を行うことで、表面２ａに発生した反りを解消して伝熱板１の平坦性を高めることができる。つまり、ベース部材２の裏面２ｂに形成された裏面塑性化領域Ｗ２が、熱収縮により縮むため、ベース部材２の裏面２ｂ側において、ベース部材２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、接合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。

ここで、図１０は、第一実施形態に係る伝熱板の製造方法において、矯正工程を示した模式断面図である。図１０に示すように、矯正工程において、高速回転した矯正用回転ツールＧがベース部材２の裏面２ｂに挿入されると、ベース部材２内に摩擦熱が伝達される（入熱）。矯正工程では、ベース部材２が接合工程によって反っているため、ベース部材２の表面２ａとテーブルＴの間に隙間があいている。摩擦熱の一部は、矢印Ｎに示すようにベース部材２の表面２ａ側の縁部Ｕ，ＵからテーブルＴに放出（抜熱）される。そのため、矯正工程では、接合工程に比べて熱が放出される経路が少なく、ベース部材２内に熱がこもりやすくなる。つまり、ベース部材２の表裏で同等の入熱量で摩擦攪拌を行うと、裏面側から摩擦攪拌を行う方が、残存熱量が大きくなるため反りが戻りすぎてしまう。

そこで、本実施形態では、矯正工程にかかる摩擦攪拌での入熱量を、接合工程にかかる入熱量よりも少なく設定することで、ベース部材２の表裏に対する残存熱量の均衡を図った。つまり、矯正工程では、接合工程に比べて抜熱量が少なくなるが、接合工程よりも入熱量を少なく設定することで、接合工程と矯正工程とでベース部材２及び蓋板１０に残存する熱量が略同等となるようにした。これにより、伝熱板１の反りを解消して平坦性を高めることができる。

本実施形態では、矯正工程において、矯正用回転ツールＧを接合用回転ツールＦよりも小さく設定したり、矯正用回転ツールＧの送り速度を接合用回転ツールＧの送り速度よりも速く設定したりして入熱量を少なくしたが、他の方法を用いて入熱量の調整をしてもよい。また、第一実施形態に係る熱媒体用管２０の形状、凹溝８の形状等は、あくまで例示であって他の形態であってもよい。

［第一変形例］
第一実施形態においては、図１に示すように、接合工程を行うと、熱媒体用管２０の周囲に空隙部が形成されてしまう。そこで、図１１及び図１２に示す第一変形例のように、熱媒体用管２０の周囲に形成された空隙部に塑性流動材を流入させて、当該空隙部を埋めてもよい。

第一変形例では、図１１に示すように、蓋溝６及び蓋板１０の幅を前記した第一実施形態よりも小さく設定して、熱媒体用管２０の近傍に突合部Ｊ１及び突合部Ｊ２が位置するように形成する。そして、接合用回転ツールＦを所定の深さで押し込んで摩擦攪拌を行うことにより、熱媒体用管２０の周囲に形成された空隙部Ｐ，Ｐに塑性流動材を流入させることができる。これにより、図１２に示すように、熱媒体用管２０の周囲が塑性化された金属で密閉されるため、熱交換効率の高い伝熱板１を形成することができる。
なお、空隙部Ｐに塑性流動材をどの程度流動させるかは、接合用回転ツールＦの大きさや押込み量、蓋溝６及び蓋板１０の形状に応じて適宜設定すればよい。

［第二変形例］
第二変形例では、図１３の（ａ）に示すように、蓋板１０の下面１２に凸部１６を形成する点で第一実施形態と相違する。蓋板１０の下面１２の中央には、凸部１６が形成されている。凸部１６の下面１６ａは、凹面状に形成されている。下面１６ａの曲率半径は、熱媒体用管２０の半径と同等に形成されている。図１３の（ｂ）に示すように、ベース部材２に熱媒体用管２０及び蓋板１０を載置すると、蓋板１０の凸部１６がベース部材２の凹溝８に挿入される。これにより、熱媒体用管２０の周囲の空隙を塞ぐことができるため、伝熱板の熱交換効率を高めることができる。

なお、第二変形例においても、蓋板１０の凸部１６と熱媒体用管２０との間に微細な隙間ができる可能性がある。このような場合は、第一変形例のように、当該隙間に塑性流動材を流入させて塞いでもよい。

［第三変形例］
第三変形例では、具体的な図示はしないが、第一実施形態に係る伝熱板１において、熱媒体用管２０を設けない構成としてもよい。熱媒体用管２０は必ずしも設ける必要はなく、凹溝８に直接熱媒体を流入させて伝熱板を構成してもよい。

［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。第二実施形態の説明においては、第一実施形態と重複する点は、簡単に説明する。前記した第一実施形態においては、蓋板１０の両側面に沿ってそれぞれ摩擦攪拌を行うことで、表面塑性化領域Ｗ１，Ｗ１のように、二条の塑性化領域が形成されるようにして伝熱板を形成したが、第二実施形態のように、蓋板の幅を小さく設定して、一条の塑性化領域のみが形成されるようにして伝熱板を形成してもよい。

第二実施形態によって製造された伝熱板４１は、図１４及び図１５に示すように、平面視正方形の板厚のベース部材２と、ベース部材２に凹設された溝に挿入された熱媒体用管２１と、ベース部材２に凹設された溝に挿入された蓋板４２と、を主に備えている。蓋板４２の上面は、摩擦攪拌によって接合される。

図１４及び図１５に示すように、ベース部材２の表面２ａには、ベース部材２の一方の側面２ｃから対向する他方の側面２ｄまで連続して形成された凹溝４３が形成されている。凹溝４３は、熱媒体用管２１及び蓋板４２が挿入される部分である。凹溝４３は、断面視Ｕ字状、平面視蛇行状を呈するように形成されている。図１６に示すように、凹溝４３の側壁４３ａ，４３ｂ間の幅は、熱媒体用管２０の外径と略同等に形成されている。また、凹溝４３の幅は、接合用回転ツールＦのショルダ部Ｆ１の外径Ｘ_１よりも小さく形成されている。凹溝４３の深さは、熱媒体用管２１の外径と同じ深さで形成されている。

熱媒体用管２１は、凹溝４３に挿入される管であって、ベース部材２の一方の側面２ｃから他方の側面２ｄまで貫通して形成されている。熱媒体用管２１は、平面視蛇行状を呈し、凹溝４３の平面視形状と略同等の形状を呈する。

蓋板４２は、断面視矩形、平面視蛇行状を呈する部材であって凹溝４３に挿入される部材である。蓋板４２は、側面４２ａ，４２ｂ及び上面４２ｃ、下面４２ｄを備えている。蓋板４２を凹溝４３に挿入すると、上面４２ｃとベース部材２の表面２ａとが面一になるとともに、蓋板４２の側面４２ａ，４２ｂは、凹溝４３の側壁４３ａ，４３ｂとそれぞれ面接触するか又は微細な隙間をあけて対向する。

次に、第二実施形態に係る製造方法について説明する。
第二実施形態に係る伝熱板の製造方法は、（１）溝形成工程、（２）熱媒体用管挿入工程、（３）蓋板挿入工程、（４）接合工程、（５）矯正工程、（６）面削工程を含むものである。

（１）溝形成工程
溝形成工程では、図１５及び図１６に示すように、ベース部材２の表面２ａに所定の幅及び深さで凹溝４３を形成する。溝形成工程は、例えば、公知のエンドミル等を用いて行う。

（２）熱媒体用管挿入工程
熱媒体用管挿入工程では、図１５及び図１６に示すように、溝形成工程で形成された凹溝４３に熱媒体用管２１を挿入する。

（３）蓋板挿入工程
蓋板挿入工程は、図１５及び図１６に示すように、凹溝４３に蓋板４２を挿入して凹溝４３を閉塞する。ここで、凹溝４３と蓋板４２との突き合わせ部分において、凹溝４３の一方の側壁４３ａと、蓋板４２の一方の側面４２ａとで突き合わされた部分を突合部Ｊ３とし、凹溝４３の他方の側壁４３ｂと、蓋板４２の他方の側面４２ｂとで突き合わされた部分を突合部Ｊ４とする。

（４）接合工程
接合工程では、蓋板４２（凹溝４３）に沿って接合用回転ツールＦを用いて摩擦攪拌接合を行う。接合工程は、本実施形態ではタブ材を配置するタブ材配置工程と、ベース部材
２を固定する固定工程と、摩擦攪拌を行う接合工程とを含む。

タブ材配置工程では、図１７の（ａ）に示すように、ベース部材２の一方の側面２ｃ及び他方の側面２ｄに一対のタブ材３３，３４をそれぞれ配置する。タブ材３３，３４の両側面とベース部材２とは溶接によって仮接合する。

固定工程では、図１７の（ａ）に示すように、ベース部材２を固定治具１５を介して摩擦攪拌装置のテーブルＴに固定する。

接合工程では、図１７の（ａ）及び（ｂ）に示すように、蓋板４２（凹溝４３）に沿って摩擦攪拌接合を行う。タブ材３３に設定した開始位置Ｓ_Ｍ４に接合用回転ツールＦを押し込んで、ショルダ部Ｆ１がベース部材２に接触したら、蓋板４２に沿って接合用回転ツールＦを相対移動させ、タブ材３４に設定した終了位置Ｅ_Ｍ４まで連続して摩擦攪拌を行う。図１７の（ｂ）に示すように、接合用回転ツールＦのショルダ部Ｆ１の外径Ｘ_１は、凹溝４３の幅よりも大きく設定しているため、蓋板４２の中心に沿って接合用回転ツールＦを移動させると、突合部Ｊ３，Ｊ４が塑性化される。このように、本実施形態によれば、一のルートを設定するだけで、突合部Ｊ３，Ｊ４を摩擦攪拌することができるため、第一実施形態に比べて作業手間を大幅に省略することができる。また、摩擦攪拌を行う際に、接合用回転ツールＦが蓋板４２を押し込むため、熱媒体用管２１も押圧されて若干変形する。これにより、熱媒体用管２１の周囲に形成されている空隙部Ｐを低減することができるため、伝熱板４１の熱交換効率を高めることができる。なお、接合工程が終了したら、ベース部材２からタブ材を切除する。

図１８に示すように、接合工程において、高速回転した接合用回転ツールＦがベース部材２及び蓋板４２に挿入されると、ベース部材２及び蓋板４２に摩擦熱が伝達される（入熱）。ベース部材２がテーブルＴに面接触しているため、摩擦熱の一部は、矢印Ｎに示すように、ベース部材２の裏面２ｂの全体からテーブルＴに放出（抜熱）される。

ここで図１９は、第二実施形態に係る伝熱板の製造方法において、接合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。ベース部材２及び蓋板４２は、接合工程によって、表面塑性化領域Ｗ３が形成される。表面塑性化領域Ｗ３は、熱収縮によって縮むため、ベース部材２が表面２ａ側に凹状となるように反って撓んでしまう可能性がある。特に、ベース部材２の表面２ａに示す地点ａ〜地点ｊのうち、ベース部材２の四隅に係る地点ａ，ｃ，ｆ，ｈに関しては、その反りが顕著に見られる傾向がある。なお、地点ｊは、ベース部材２の中心地点を示す。

（５）矯正工程
矯正工程では、矯正用回転ツールＧを用いてベース部材２の裏面２ｂから摩擦攪拌を行う。矯正工程は、前記した接合工程で発生した反りを解消するために行う工程である。矯正工程は、本実施形態では、ベース部材２を固定する固定工程と、放射線状に摩擦攪拌を行う矯正摩擦攪拌工程と、ベース部材２の隅部に対して摩擦攪拌を行う隅部摩擦攪拌工程とを含むものである。

矯正摩擦攪拌工程では、図２０の（ａ）に示すように、中心地点ｊ’を通って放射状に塑性化領域が形成されるように摩擦攪拌を行う。即ち、地点ａ’と地点ｈ’とを結ぶ直線上、地点ｄ’と地点ｅ’とを結ぶ直線上、地点ｆ’と地点ｃ’とを結ぶ直線上、地点ｇ’と地点ｂ’とを結ぶ直線上にそれぞれ摩擦攪拌の開始位置（Ｓ_Ｍ５，Ｓ_Ｍ６，Ｓ_Ｍ７，Ｓ_Ｍ８）及び終了位置（Ｅ_Ｍ５，Ｅ_Ｍ６，Ｅ_Ｍ７，Ｅ_Ｍ８）を設定するとともに、各開始位置から中心地点ｊ’までの距離と、中心地点ｊ’から各終了位置までの距離とが同等となるように摩擦攪拌のルートを設定する。
矯正摩擦攪拌工程の摩擦攪拌のルートを設定したら、各開始位置に矯正用回転ツールＧを押し込み、各ルート（直線）に沿って矯正用回転ツールＧを移動させる。図２０の（ｂ）に示すように、矯正摩擦攪拌工程によって形成された裏面塑性化領域Ｗ４１〜Ｗ４４は、中心地点ｊ’に対して八方向に放射状に広がるように形成される。

隅部摩擦攪拌工程では、図２０の（ｂ）に示すように、ベース部材２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４５ａ側に摩擦攪拌の開始位置Ｓ_Ｍ９及び終了位置Ｅ_Ｍ９を設定し、他辺４５ｂ側に折返し位置Ｓ_Ｒ９を設定する。そして、開始位置Ｓ_Ｍ９に矯正用回転ツールＧを押し込み、折返し位置Ｓ_Ｒ９に向けて移動させた後、折返し位置Ｓ_Ｒ９で折り返し、終了位置Ｅ_Ｍ９で矯正用回転ツール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、特に反りの大きいベース部材２の隅部に重点的に矯正工程を行うことができるため、より伝熱板４１の平坦性を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、矯正用回転ツール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裏面塑性化領域Ｗ４５と裏面塑性化領域Ｗ４７、裏面塑性化領域４６と裏面塑性化領域Ｗ４８はそれぞれ中心地点ｊ’に対して点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、バランスよく反りを解消して伝熱板４１の平坦性を高めることができる。

図２１は、第二実施形態に係る伝熱板の製造方法において、矯正工程を示した模式断面図である。図２１に示すように、矯正工程で高速回転した矯正用回転ツールＧがベース部材２の裏面２ｂに挿入されると、ベース部材２内に摩擦熱が伝達される（入熱）。矯正工程では、ベース部材２が接合工程によって反っているため、ベース部材２の表面２ａとテーブルＴの間に隙間があいている。摩擦熱の一部は、矢印Ｎに示すようにベース部材２の表面２ａ側の縁部Ｕ，ＵからテーブルＴに放出（抜熱）される。そのため、矯正工程では、接合工程に比べて熱が放出される経路が少なく、ベース部材２内に熱がこもりやすくなる。つまり、ベース部材２の表裏で同等の入熱量で摩擦攪拌を行うと、裏面側から摩擦攪拌を行う方が、残存熱量が大きくなるため反りが戻りすぎてしまう。

そこで、本実施形態では、矯正工程にかかる摩擦攪拌での入熱量を少なく設定することで、ベース部材２に対する残存熱量の均衡を図った。つまり、接合工程で用いる接合用回転ツールＦよりも小型の矯正用回転ツールＧを用いて摩擦攪拌を行うことで、表面側よりも裏面側からの入熱量を少なく設定した。

（６）面削工程
面削工程では、公知のエンドミル等を用いてベース部材２の裏面２ｂを面削する。図２０の（ｂ）に示すように、ベース部材２の裏面２ｂには、矯正用回転ツールＧ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、ベース部材２の裏面２ｂを平滑に形成することができる。本実施形態では、図２２に示すように、面削加工の厚みＭａは、裏面塑性化領域Ｗ４２の厚みＷａよりも大きく設定する。これにより、ベース部材２の裏面２ｂに形成される裏面塑性化領域Ｗ４１〜Ｗ４８が除去されるため、ベース部材２の性質の均一性を図ることができる。また、裏面２ｂに裏面塑性化領域Ｗ４２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、矯正用回転ツール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、攪拌ピンＧ２を備えた矯正用回転ツールＧを用いて矯正工程を行ったが、攪拌ピンＧ２を備えない矯正用回転ツールＧ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ベース部材２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よれば、蓋板４２と凹溝４３との突合部Ｊ３，Ｊ４を接合用回転ツールＦの一回の移動で摩擦攪拌することができるため、第一実施形態に比べて作業手間を大幅に省略することができる。また、矯正工程では、接合工程よりも回転ツールによる入熱量を少なく設定することで、伝熱板４１の平坦性を高めることができる。また、ベース部材２の裏面２ｂに対して、隅部摩擦攪拌工程を行うため、特に反りの大きい隅部に対して重点的に矯正を行って、伝熱板４１の平坦性を高めることができる。

以上本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されずに本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
例えば、矯正工程は、前記した第一実施形態及び第二実施形態の摩擦攪拌のルートに限定されずに様々なルートを設定することができる。以下に、矯正工程に係る摩擦攪拌のルートの他の形態について説明する。

［第四変形例］
例えば、図２３及び図２４に示す第四変形例のように、伝熱板の表面側及び裏面側に形成される塑性化領域が、略同等の形状を呈するように矯正工程に係る摩擦攪拌のルートを設定してもよい。なお、第四変形例においては、第一実施形態及び第二実施形態と重複する点は説明を省略する。

図２３に示す伝熱板５１は、中央に開口部５２を備えたベース部材２と、ベース部材２に切り欠かれた凹溝（図示省略）に埋設された熱媒体用管５３と、凹溝を塞ぐ蓋板５４とを主に有している。

熱媒体用管５３は、平面視中抜きの十字状を呈するように、ベース部材２の内部に埋設されている。熱媒体用管５３の一端と他端は、ベース部材２の開口部５２に露出している。開口部５２に現れる熱媒体用管５３の一端から熱を供給し、他端から熱を排出してベース部材２に熱が伝達される。

蓋板５４とベース部材２との突合部は、接合用回転ツールＦによって第二実施形態にかかる接合方法と略同等の工程によって、摩擦攪拌により接合されている。これにより、ベース部材２の表面２ａには、平面視略中抜き十字状を呈するように、表面塑性化領域Ｗ５０が形成されている。

一方、図２４に示すように、伝熱板５１の裏面２ｂは、表面２ａと同様に、平面視中抜き十字状を呈するように裏面塑性化領域Ｗ５１が形成されている。当該矯正工程における摩擦攪拌の開始位置及び終了位置は、ベース部材２の任意の一点に設定されている。また、裏面塑性化領域Ｗ５１は、矯正用回転ツールＧを用いて一筆書きの要領で摩擦攪拌されている。矯正工程における矯正用回転ツールＧの押込み量と、接合工程における接合用回転ツールＦの押込み量は同等に設定している。

第四変形例のように、伝熱板５１の表面２ａ及び裏面２ｂにそれぞれ形成された表面塑性化領域Ｗ５０及び裏面塑性化領域Ｗ５１が略同等の形状を呈するように矯正工程に係る摩擦攪拌のルートを設定してもよい。かかる接合工程及び矯正工程によれば、伝熱板５１の表面２ａ側及び裏面２ｂ側に形成される塑性化領域の形状が略同等となるため、伝熱板１の反りをバランスよく解消して平坦性を高めることができる。
なお、第四変形例によれば、ベース部材２の表面２ａ側に行う摩擦攪拌の軌跡の長さと、裏面２ｂ側に行う摩擦攪拌の軌跡の長さが略同等となるが、矯正用回転ツールＧは、接合用回転ツールＦよりも小さく形成されているため、矯正工程における入熱量は、接合用工程における入熱量に比べて小さくなる。これにより、伝熱板５１の平坦性を高めることができる。

［第五変形例］
第五変形例では、具体的な図示はしないが、第二実施形態に係る伝熱板４１において、熱媒体用管２１を設けない構成としてもよい。熱媒体用管２１は、必ずしも設ける必要はなく、凹溝４３に直接熱媒体を流入させて伝熱板を構成してもよい。

［第六〜第十一変形例］
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２５は、伝熱板の裏面側の平面図であって（ａ）は第六変形例、（ｂ）は第七変形例、（ｃ）は第八変形例、（ｄ）は第九変形例、（ｅ）は第十変形例、（ｆ）は第十一変形例を示す。

図２５の（ａ）及び（ｂ）に示す第六変形例及び第七変形例の矯正用回転ツールの軌跡（裏面塑性化領域Ｗ２）は、いずれもベース部材２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、第六変形例は、ベース部材２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２５の（ｂ）に示す第七変形例のように、格子状に形成してもよい。

図２５の（ｃ）及び（ｄ）に示す第八変形例及び第九変形例の矯正用回転ツールの軌跡（裏面塑性化領域Ｗ２）は、いずれもベース部材２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２５の（ｃ）に示す第九変形例は、中心地点ｊを始点及び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、第九変形例は、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２５の（ｄ）に示す第九変形例は、中心地点ｊ’を通過するとともに、ベース部材２の対角線に対して平行となるように形成されている。

図２５の（ｅ）及び（ｆ）に示す第十変形例及び第十一変形例の矯正用回転ツールの軌跡（裏面塑性化領域Ｗ２）は、中心地点ｊ’を通る直線で区分けした領域に、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、ベース部材２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。第六変形例〜第十一変形例のように、矯正工程の矯正用回転ツールＧの軌跡を適宜設定することでバランスよく反りを解消することができる。

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２６の（ａ）及び（ｂ）に示すように平面視正方形のベース部材２の表面２ａ及び裏面２ｂにそれぞれ３つの円を描くように摩擦攪拌を行い、表面２ａ側で発生した反りの変形量と、裏面２ｂ側で発生した反りの変形量を測定した。表面２ａ側で発生した反りの変形量の値と、裏面２ｂ側で発生した反りの変形量の値が近いほど、ベース部材２００の平坦性が高いことを示す。

ベース部材２は、平面視５００ｍｍ×５００ｍｍの直方体であって、厚みが３０ｍｍ、６０ｍｍの二種類の部材を用いてそれぞれ測定を行った。ベース部材２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、ベース部材２の中心に設定した地点ｊ又は地点ｊ’を中心とし、表面２ａ及び裏面２ｂ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２ａ側及び裏面２ｂ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２ａ側及び裏面２ｂ側ともに回転ツールの押込み量は一定に設定した。図２６に示すように、表面２ａ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２ｂ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、ベース部材２の板厚が３０ｍｍであって、表面２ａ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、ベース部材２の板厚が３０ｍｍであって、表面側から小円、中円、大円の摩擦攪拌をいった後、反って（歪んで）しまったベース部材２に対して、裏面側からも小円、中円、大円のそれぞれの摩擦攪拌を行った場合のベース部材２の各地点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２６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、ベース部材２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、ベース部材２の板厚が６０ｍｍであって、表面側から小円、中円、大円の摩擦攪拌を行った後、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、ベース部材２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、ベース部材２の反りが戻りすぎてしまう。したがって、ベース部材２が３０ｍｍの場合は、小さい回転ツールを用いるなどして表面側よりも裏面側の入熱量を少なくすれば、ベース部材２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、ベース部材２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、ベース部材２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、小さい回転ツールを用いるなどして表面側よりも裏面側の入熱量を少なくすれば、ベース部材２の平坦性を高めることができる。

１ 伝熱板
２ ベース部材
２ａ 表面
２ｂ 裏面
６ 蓋溝
８ 凹溝
１０ 蓋板
２０ 熱媒体用管
Ｆ 接合用回転ツール
Ｇ 矯正用回転ツール
Ｊ 突合部
Ｐ 空隙部
Ｗ 塑性化領域

Claims (21)

1. 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、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前記ベース部材の表面側から摩擦攪拌接合を行う接合工程と、
   矯正用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と、を含み、
   前記矯正工程における前記ベース部材への入熱量を、前記接合工程における前記ベース部材への入熱量よりも少なく設定することを特徴とする伝熱板の製造方法。
2. 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熱媒体用管挿入工程と、
   前記蓋溝に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前記ベース部材の表面側から摩擦攪拌接合を行う接合工程と、
   矯正用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と、を含み、
   前記矯正工程における前記ベース部材への入熱量を、前記接合工程における前記ベース部材への入熱量よりも少なく設定することを特徴とする伝熱板の製造方法。
3. 前記蓋板の底面には、前記凹溝に挿入される凸部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の伝熱板の製造方法。
4. 前記接合工程では、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れた塑性流動材を流入させることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の伝熱板の製造方法。
5. ベース部材の表面側に開口する凹溝に蓋板を挿入する蓋板挿入工程と、
   前記凹溝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の表面側から前記ベース部材と前記蓋板の摩擦攪拌接合を行う接合工程と、
   矯正用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と、を含み、
   前記矯正工程における前記ベース部材への入熱量を、前記接合工程における前記ベース部材への入熱量よりも少なく設定することを特徴とする伝熱板の製造方法。
6. ベース部材の表面側に開口する凹溝に熱媒体用管を挿入する熱媒体用管挿入工程と、
   前記凹溝に蓋板を挿入する蓋板挿入工程と、
   前記凹溝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の表面側から前記ベース部材と前記蓋板の摩擦攪拌接合を行う接合工程と、
   矯正用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と、を含み、
   前記矯正工程における前記ベース部材への入熱量を、前記接合工程における前記ベース部材への入熱量よりも少なく設定することを特徴とする伝熱板の製造方法。
7. 前記接合工程では、前記接合用回転ツールの押圧力によって前記蓋板が前記熱媒体用管の上部を押圧するとともに、前記蓋板の少なくとも上部と前記ベース部材とを塑性流動化することを特徴とする請求項６に記載の伝熱板の製造方法。
8. 前記ベース部材を固定治具によってテーブルに固定した状態で前記接合工程及び前記矯正工程を行う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. 前記矯正工程において、前記矯正用回転ツールの軌跡の形状が、前記ベース部材の中心に対して略点対称であ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. 前記矯正工程において、前記矯正用回転ツールの軌跡の形状が、前記ベース部材の外縁の形状と略相似形状であ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. 前記矯正工程において、前記矯正用回転ツールの軌跡の形状が、前記ベース部材の表面側に形成される前記接合用回転ツールの軌跡の形状と略同一であ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. 前記矯正工程において、前記矯正用回転ツールの軌跡の全長が、前記ベース部材の表面側に形成される前記接合用回転ツールの軌跡の全長と略同一である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. 前記矯正工程において、前記矯正用回転ツールの軌跡の全長が、前記ベース部材の表面側に形成される前記接合用回転ツールの軌跡の全長よりも短い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。
14. 前記矯正工程で用いる前記矯正用回転ツールのショルダ部の外径が、前記接合工程で用いる前記接合用回転ツールのショルダ部の外径よりも小さいことを特徴とする請求項１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。
15. 前記矯正工程で用いる前記矯正用回転ツールのピンの長さが、前記接合工程で用いる前記接合用回転ツールのピンの長さよりも短いことを特徴とする請求項１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。
16. 前記矯正工程では、前記接合工程における前記接合用回転ツールの送り速度よりも速い送り速度で前記矯正用回転ツールによって摩擦攪拌を行う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。
17. 前記ベース部材の厚みが、前記接合用回転ツールのショルダ部の外径の１．５倍以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項１６のいずれか一項に記載の伝熱板の製造方法。
18. 前記ベース部材の厚みが前記接合用回転ツールのピンの長さの３倍以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項１７のいずれか一項に記載の伝熱板の製造方法。
19. 前記ベース部材が平面視多角形である場合、前記矯正工程において、前記ベース部材の隅部に対して前記矯正用回転ツールにより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７のいずれか一項に記載の伝熱板の製造方法。
20. 前記熱媒体用管の内部にヒーターを備える場合、前記矯正工程後に前記ヒーターに通電して、前記伝熱板を焼鈍する焼鈍工程を含むことを特徴とする請求項２又は請求項６に記載の伝熱板の製造方法。
21. 前記矯正工程後に、前記ベース部材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、前記矯正用回転ツールの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２０のいずれか一項に記載の伝熱板の製造方法。
    

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