JP6409404B2 - 伝熱板の製造方法及び伝熱板 - Google Patents

Description

本発明は、伝熱板の製造方法及び伝熱板に関する。

例えば、特許文献１には、ベース部材と蓋板と熱媒体用管とで構成された伝熱板が開示されている。ベース部材は、蓋板が配置される蓋溝と、当該蓋溝の底面に形成されるとともに熱媒体用管が挿入される凹溝とを有している。

従来の伝熱板の製造方法では、ベース部材の凹溝に熱媒体用管を挿入する熱媒体用管挿入工程と、蓋溝に蓋板を配置する蓋板配置工程と、蓋溝の側壁と蓋板の側面とを摩擦攪拌する蓋板接合工程とを行っている。また、従来の伝熱板の製造方法では、ベース部材に幅の異なる二つの蓋溝を形成するとともに、各蓋溝に蓋板を配設して伝熱板を形成している。これにより、ベース部材の深い位置に熱媒体用管を設けることができる。

特開２００８−２８４６０６号公報

従来の伝熱板の製造方法では、ベース部材に蓋溝を形成するとともに当該蓋溝に蓋板を配置する工程を行わなければならず作業手間が増えるという問題がある。また、ベース部材の他に蓋板を用意しなければならないため、製造コストが増加するという問題がある。また、ベース部材の深い位置に熱媒体用管を設ける場合には、少なくとも二つの蓋溝と二つの蓋板を用意しなければならず作業手間や製造コストが増えるという問題がある。

また、ベース部材の裏側にフィンを備えた伝熱板を製造する場合、ベース部材とフィンとをロウ付けにより接合することが考えられるが、ロウ付け作業が煩雑になるとともに、ロウ材が介設されるため熱伝導性が低くなり、そのため放熱性が低下するという問題がある。

そこで、本発明は、作業手間を少なくすることができるとともに製造コストを低減することができ、さらには放熱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及び伝熱板を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明は、被切削ブロック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、前記凹溝の両側壁に対して回転ツールをそれぞれ相対移動させて摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工程と、複数枚の円盤カッターが並設されたマルチカッターで前記被切削ブロックの裏側に複数のフィンを形成する切削工程と、を含み、前記摩擦攪拌工程では、前記熱媒体用管を露出させた状態で、前記熱媒体用管と前記凹溝とで形成される空間部に、摩擦熱によって流動化された塑性流動材を流入させ、前記切削工程では、前記摩擦攪拌工程後の熱収縮に伴う引張応力が前記被切削ブロックの裏面に作用した状態で切削し、前記摩擦攪拌工程では、前記熱媒体用管の上端に接する仮想水平面よりも深い位置に前記回転ツールの先端を挿入することを特徴とする。

また、本発明は、基板部と前記基板部の裏面に凸設されたブロック部とを有する被切削ブロックから伝熱板を製造する方法であって、前記基板部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、前記凹溝の両側壁に対して回転ツールをそれぞれ相対移動させて摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工程と、複数枚の円盤カッターが並設されたマルチカッターで前記被切削ブロックの裏側に複数のフィンを形成する切削工程と、を含み、前記摩擦攪拌工程では、前記熱媒体用管を露出させた状態で、前記熱媒体用管と前記凹溝とで形成される空間部に、摩擦熱によって流動化された塑性流動材を流入させ、前記切削工程では、前記摩擦攪拌工程後の熱収縮に伴う引張応力が前記被切削ブロックの裏面に作用した状態で切削し、前記摩擦攪拌工程では、前記熱媒体用管の上端に接する仮想水平面よりも深い位置に前記回転ツールの先端を挿入することを特徴とする。

かかる製造方法によれば、空間部に塑性流動材を流入させることで熱媒体用管の上方を覆うことができる。これにより、従来のようにベース部材に蓋溝を形成する手間や蓋溝に蓋板を配置する手間を省くことができるか、又は減らすことができる。また、蓋板の削減に伴い、材料コストを削減することができる。また、かかる製造方法によれば、空間部に塑性流動材を確実に流入させることができるとともに、熱媒体用管の上方を確実に覆うことができる。

また、マルチカッターで被切削ブロックを切削してフィンを形成するため、フィンを容易に形成することができる。また、切削工程によってベース部材とフィンとが一体形成されるため、放熱性を高めることができる。さらに、被切削ブロックの裏面に引張応力が作用した状態で切削工程を行うため、被切削ブロックと円盤カッターとの摩擦が軽減されて切削作業をスムーズに行うことができる。

また、前記被切削ブロックのバリを切除するバリ切除工程を含むことが好ましい。かかる製造方法によれば、伝熱板をきれいに仕上げることができる。

また、前記摩擦攪拌工程では、前記熱媒体用管の側端に接する仮想鉛直面から前記回転ツールの先端までの距離を０〜３ｍｍに設定することが好ましい。

かかる製造方法によれば、空間部に塑性流動材を確実に流入させることができるとともに、熱媒体用管の上方を確実に覆うことができる。

また、前記摩擦攪拌工程では、前記回転ツールの回転方向を右回転に設定する場合には、前記回転ツールの進行方向左側の前記側壁に摩擦攪拌を行い、前記回転ツールの回転方向を左回転に設定する場合には、前記回転ツールの進行方向右側の前記側壁に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、空間部に塑性流動材が流れやすくなるため、空間部に塑性流動材をより確実に流入させることができる。

また、前記被切削ブロックの表面において、前記回転ツールの移動ルート上に予め凸部を設けておくことが好ましい。かかる製造方法によれば、前記空間部に流入する塑性流動材が不足するのを防ぐことができる。

また、本発明は、被切削ブロック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、前記凹溝の両側壁に対して回転ツールをそれぞれ相対移動させて摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工程と、複数枚の円盤カッターが並設されたマルチカッターで前記被切削ブロックの裏側に複数のフィンを形成する切削工程と、前記摩擦攪拌工程後に、前記凹溝よりも前記被切削ブロックの表面側において、前記凹溝よりも幅広に形成された蓋溝に蓋板を配置する蓋板配置工程と、前記蓋溝の側壁と前記蓋板の側面との突合せ部に沿って回転ツールを移動させて摩擦攪拌を行う蓋板接合工程と、を含み、前記摩擦攪拌工程では、前記熱媒体用管を露出させた状態で、前記熱媒体用管と前記凹溝とで形成される空間部に、摩擦熱によって流動化された塑性流動材を流入させ、前記切削工程では、前記摩擦攪拌工程後の熱収縮に伴う引張応力が前記被切削ブロックの裏面に作用した状態で切削することを特徴とする。

かかる製造方法によれば、空間部に塑性流動材を流入させることで熱媒体用管の上方を覆うことができる。これにより、従来のようにベース部材に蓋溝を形成する手間や蓋溝に蓋板を配置する手間を省くことができるか、又は減らすことができる。また、蓋板の削減に伴い、材料コストを削減することができる。
また、マルチカッターで被切削ブロックを切削してフィンを形成するため、フィンを容易に形成することができる。また、切削工程によってベース部材とフィンとが一体形成されるため、放熱性を高めることができる。さらに、被切削ブロックの裏面に引張応力が作用した状態で切削工程を行うため、被切削ブロックと円盤カッターとの摩擦が軽減されて切削作業をスムーズに行うことができる。
また、かかる製造方法によれば、蓋溝及び蓋板を設けることで熱媒体用管をベース部材の深い位置に設けることができる。

また、本発明は、表面に凹溝を有するベース部材と、前記ベース部材の裏側に前記ベース部材と一体形成された複数のフィンと、前記凹溝に挿入された熱媒体用管と、を有し、前記凹溝の両側壁に対して前記熱媒体用管を露出させた状態でそれぞれ摩擦攪拌を行うことにより、前記熱媒体用管と前記凹溝とで形成される空間部に摩擦熱によって流動化された塑性流動材が流入され、前記塑性流動材と前記熱媒体用管とが接触しており、前記ベース部材は、前記凹溝よりも前記ベース部材の表面側において、前記凹溝よりも幅広に形成された蓋溝をさらに備え、前記蓋溝に配置される蓋板を有し、前記蓋溝の側壁と前記蓋板の側面との突合せ部に沿って摩擦攪拌が施されていることを特徴とする。

かかる構成によれば、空間部に塑性流動材を流入させることで熱媒体用管の上方を覆うことができる。これにより、従来のようにベース部材に蓋溝を形成する手間や蓋溝に蓋板を配置する手間を省くことができるか、又は減らすことができる。また、蓋板の削減に伴い、材料コストを削減することができる。また、ベース部材とフィンとが一体形成されているため、放熱性を高めることができる。

かかる構成によれば、蓋溝及び蓋板を設けることで熱媒体用管をベース部材の深い位置に設けることができる。

本発明に係る伝熱板の製造方法及び伝熱板によれば、作業手間を少なくすることができるとともに製造コストを低減することができ、放熱性の高い伝熱板を製造することができる。

本発明の第一実施形態に係る伝熱板を示す斜視図である。 図１のＩ−Ｉ断面図である。 第一実施形態の熱媒体用管挿入工程を示す断面図であって、（ａ）は挿入前を示し、（ｂ）は挿入後を示す。 第一実施形態の熱媒体用管挿入工程後を示す平面図である。 （ａ）は第一実施形態の第一摩擦攪拌工程を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のII−II断面図である。 （ａ）は第一実施形態の第二摩擦攪拌工程を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のIII−III断面図である。 第一実施形態の第二摩擦攪拌工程後を示す斜視図である。 （ａ）は第一実施形態の切削工程前を示す断面図であり、（ｂ）は切削工程を示す側面図である。 第一実施形態の変形例を示す図であって、（ａ）は熱媒体用管挿入工程を示し、（ｂ）は第一摩擦攪拌工程を示す。 本発明の第二実施形態に係る伝熱板を示す斜視図である。 図１０のIV−IV断面図である。 （ａ）は第二実施形態の熱媒体用管挿入工程を示す断面図であり、（ｂ）は第二摩擦攪拌工程を示す断面図である。 第二実施形態の蓋板接合工程を示す断面図である。 本発明の第三実施形態に係る伝熱板を裏側から見た斜視図である。 （ａ）は第三実施形態の準備工程を示す斜視図であり、（ｂ）は第一摩擦攪拌工程及び第二摩擦攪拌工程後を示す断面図である。 （ａ）は第三実施形態の切削工程を示す側面図であり、（ｂ）は第三実施形態の伝熱板を示す断面図である。 本発明の第四実施形態に係る伝熱板を示す断面図である。

［第一実施形態］
本発明の第一実施形態に係る伝熱板及び伝熱板の製造方法について図面を参照して詳細に説明する。図１に示すように、第一実施形態に係る伝熱板１は、ベース部材２と、複数のフィン３と、熱媒体用管４とで構成されている。伝熱板１の表側には、例えば、電子機器等の発熱体が設置される。伝熱板１は、熱媒体用管４に熱媒体を流通させることで発熱体と熱交換を行うことができる。なお、以下の説明における伝熱板１の「上下」、「左右」、「前後」については図１の矢印に従う。

ベース部材２は、金属製の板状部材である。ベース部材２には上方に開放する凹溝１０が形成されている。凹溝１０は、断面視Ｕ字状を呈するとともに、平面視Ｕ字状を呈する。凹溝１０の幅は、熱媒体用管４の外径と略同等になっている。また、凹溝１０の深さは、熱媒体用管４の外径よりも大きくなっている。なお、凹溝１０の平面形状及び断面形状は、前記した形状に限定されるものではなく、適宜設定すればよい。

フィン３は、ベース部材２の裏側において、ベース部材２と一体形成されている。フィン３は、板状を呈し等間隔で複数枚形成されている。フィン３は、ベース部材２の前面２ｃから後面２ｄまで連続して形成されている。

熱媒体用管４は、金属製の管状部材である。熱媒体用管４の材料は、伝熱性の高い金属であれば特に制限されないが、本実施形態では銅製になっている。熱媒体用管４は本実施形態では円筒状になっているが、角筒状であってもよい。熱媒体用管４は、凹溝１０に挿入可能な形状になっている。

図２に示すように、熱媒体用管４の上方は、一方側塑性化領域Ｗ１と、他方側塑性化領域Ｗ２とで覆われている。つまり、熱媒体用管４と一方側塑性化領域Ｗ１及び他方側塑性化領域Ｗ２とが接触している。図２では、一方側塑性化領域Ｗ１は熱媒体用管４の左上に形成されており、他方側塑性化領域Ｗ２は熱媒体用管４の右上に形成されている。一方側塑性化領域Ｗ１及び他方側塑性化領域Ｗ２は、ベース部材２において熱媒体用管４の延長方向に亘って形成されている。

図２において、一方側塑性化領域Ｗ１は、凹溝１０の左側に形成される基端部Ｗ１ａと、基端部Ｗ１ａに連続し基端部Ｗ１ａの右側（凹溝１０の幅方向中央側）に延設される先端部Ｗ１ｂとで構成されている。

図２において、他方側塑性化領域Ｗ２は、凹溝１０の右側に形成される基端部Ｗ２ａと、基端部Ｗ２ａに連続し基端部Ｗ２ａの左側（凹溝１０の幅方向中央側）に延設される先端部Ｗ２ｂとで構成されている。

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、準備工程と、熱媒体用管挿入工程と、第一摩擦攪拌工程と、第二摩擦攪拌工程と、切削工程と、バリ切除工程とを行う。

準備工程は、被切削ブロック２０に凹溝１０を形成する工程である。被切削ブロック２０は、加工後にベース部材２及びフィン３となる部材である。被切削ブロック２０は、金属製であり直方体を呈する。被切削ブロック２０の材料は、摩擦攪拌可能な金属であれば特に制限されないが、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、マグネシウム合金等から適宜選択すればよい。

図３の（ａ）に示すように、準備工程では、例えばエンドミル等を用いて被切削ブロック２０の表面２０ａを切削して凹溝１０を形成する。凹溝１０は、曲面で構成された底部１０ａと、底部１０ａに連続し外側（図３では左側）の壁を構成する第一側壁１０ｂと、底部１０ａに連続し内側（図３では右側）の壁を構成する第二側壁１０ｃとで構成されている。

底部１０ａの曲率半径は、熱媒体用管４の曲率半径と同等になっている。凹溝１０の幅は、熱媒体用管４の外径と略同等になっている。なお、被切削ブロック２０は、本実施形態では切削加工で形成したが、ダイキャストにより凹溝１０が形成された被切削ブロック２０を用いてもよい。

熱媒体用管挿入工程は、被切削ブロック２０の凹溝１０に熱媒体用管４を挿入する工程である。図３の（ｂ）に示すように、凹溝１０に熱媒体用管４を挿入すると、底部１０ａに熱媒体用管４の外周面が面接触する。また、凹溝１０に熱媒体用管４を挿入すると、熱媒体用管４の外周面と凹溝１０（第一側壁１０ｂ及び第二側壁１０ｃ）とで空間部Ｘが形成される。

図４に示すように、第一摩擦攪拌工程では、回転ツールＧ（図５参照）の挿入位置ＳＰ１を被切削ブロック２０の前面２０ｃ及び左側面２０ｅの近傍に設定する。また、第一摩擦攪拌工程では、回転ツールＧの離脱位置ＥＰ１を被切削ブロック２０の前面２０ｃ及び右側面２０ｆの近傍に設定する。

第一摩擦攪拌工程（摩擦攪拌工程）は、被切削ブロック２０のうち凹溝１０の外側を摩擦攪拌する工程である。図５の（ａ）及び（ｂ）に示すように、第一摩擦攪拌工程では、回転ツールＧを用いる。回転ツールＧは、ショルダ部Ｇ１と、攪拌ピンＧ２とで構成されている。ショルダ部Ｇ１は、円柱状を呈する。攪拌ピンＧ２は、ショルダ部Ｇ１の下端面から垂下している。攪拌ピンＧ２は先細りになっており、円錐台形状を呈する。攪拌ピンＧ２の外周面には、螺旋溝が形成されている。

第一摩擦攪拌工程では、図５の（ａ）に示すように、右回転させた回転ツールＧを挿入位置ＳＰ１に挿入し、第一側壁１０ｂに沿って回転ツールＧを相対移動させる。

図５の（ｂ）に示すように、第一摩擦攪拌工程では、平面視して熱媒体用管４が露出した状態（蓋板が配置されない状態）で、凹溝１０の第一側壁１０ｂに対して摩擦攪拌を行う。第一摩擦攪拌工程では、回転する回転ツールＧと被切削ブロック２０との摩擦熱によって凹溝１０の外側の被切削ブロック２０が塑性流動化し、硬化することで基端部Ｗ１ａが形成される。また、摩擦熱によって流動化した塑性流動材が空間部Ｘに流入することにより先端部Ｗ１ｂが形成される。より詳しくは、先端部Ｗ１ｂは、第一側壁１０ｂと熱媒体用管４の外周面とで構成される空間に塑性流動材が流入した後、硬化することで形成される。回転ツールＧを離脱位置ＥＰ１（図４参照）まで相対移動させたら被切削ブロック２０から回転ツールＧを離脱させる。

第二摩擦攪拌工程（摩擦攪拌工程）は、被切削ブロック２０のうち凹溝１０の内側を摩擦攪拌する工程である。図４に示すように、第二摩擦攪拌工程では、回転ツールＧの挿入位置ＳＰ２を、凹溝１０を挟んで離脱位置ＥＰ１と反対側に設定する。また、第二摩擦攪拌工程では、回転ツールＧの離脱位置ＥＰ２を、凹溝１０を挟んで挿入位置ＳＰ１と反対側に設定する。

第二摩擦攪拌工程では、右回転させた回転ツールＧを挿入位置ＳＰ２に挿入し、第二側壁１０ｃに沿って回転ツールＧを相対移動させる。

図６の（ａ）及び（ｂ）に示すように、第二摩擦攪拌工程では、平面視して熱媒体用管４が露出した状態（蓋板が配置されない状態）で、凹溝１０の第二側壁１０ｃに対して摩擦攪拌を行う。第二摩擦攪拌工程では、回転する回転ツールＧとベース部材２との摩擦熱によって凹溝１０の内側のベース部材２が塑性流動化し、硬化することで基端部Ｗ２ａが形成される。また、摩擦熱によって流動化した塑性流動材が空間部Ｘに流入することにより先端部Ｗ２ｂが形成される。より詳しくは、先端部Ｗ２ｂは、第二側壁１０ｃと熱媒体用管４の外周面とで構成される空間に塑性流動材が流入した後、硬化することで形成される。回転ツールＧを離脱位置ＥＰ２まで相対移動させたら被切削ブロック２０から回転ツールＧを離脱させる。

図５の（ｂ）を参照するように、本実施形態では第一摩擦攪拌工程及び第二摩擦攪拌工程とも、ショルダ部Ｇ１の下端面を被切削ブロック２０の表面２０ａよりも数ミリ程度押し込んで摩擦攪拌を行う。また、本実施形態の回転ツールＧ（攪拌ピンＧ２）の挿入深さは、熱媒体用管４の上端に接する仮想水平面Ｐ１よりも深い位置に設定している。

また、図５の（ｂ）を参照するように、本実施形態では第一摩擦攪拌工程及び第二摩擦攪拌工程とも、攪拌ピンＧ２の先端から熱媒体用管４の側端に接する仮想鉛直面Ｐ２までの距離Ｌを０〜３ｍｍに設定している。

本実施形態では、前記したように回転ツールＧの挿入深さや挿入位置（回転ツールＧから熱媒体用管４までの距離Ｌ）を設定したが、これに限定されるものではない。第一摩擦攪拌工程及び第二摩擦攪拌工程における回転ツールＧの挿入深さや挿入位置は、少なくとも摩擦熱によって塑性流動化した塑性流動材が空間部Ｘに流入するように適宜設定すればよい。

また、第一摩擦攪拌工程及び第二摩擦攪拌工程では、回転ツールＧの挿入深さ及び挿入位置を、一方側塑性化領域Ｗ１及び他方側塑性化領域Ｗ２で熱媒体用管４の上方がバランスよく覆われるように設定することが好ましい。これにより、熱媒体用管４の両側の熱伝導性を均一にすることができる。また、第一摩擦攪拌工程及び第二摩擦攪拌工程では、回転ツールＧの挿入深さ及び挿入位置を、先端部Ｗ１ｂ，Ｗ２ｂが互いに接触するように設定することが好ましい。これにより、伝熱板１の表面に隙間が発生するのを防ぐことができる。

なお、離脱位置ＥＰ１，ＥＰ２で回転ツールＧを引き抜くことにより被切削ブロック２０の表面２０ａに攪拌ピンＧ２の抜き穴が形成されるが、例えば肉盛溶接を行うことで当該抜き穴を補修してもよい。

図７に示すように、第一摩擦攪拌工程及び第二摩擦攪拌工程を行った後、被切削ブロック２０を固定する架台Ｋのクランプを解除して、被切削ブロック２０をそのまま存置すると、一方側塑性化領域Ｗ１及び他方側塑性化領域Ｗ２において熱収縮が発生し、被切削ブロック２０の表面２０ａが凹状となるように変形する。すなわち、被切削ブロック２０が裏面２０ｂ側に凸状となるように反り、表面２０ａ側に圧縮応力が発生し、裏面２０ｂ側に引張応力が発生する。本実施形態では、被切削ブロック２０の稜線２０ｉ，２０ｊは凹状となり、稜線２０ｋ，２０ｍは直線のままとなるように変形する。

図８（ａ）に示すように、切削工程は、マルチカッターＭを用いて被切削ブロック２０を切削してフィンを形成する工程である。まず、被切削ブロック２０の表裏をひっくり返し、架台Ｋと表面２０ａとを対向させてクランプを介して被切削ブロック２０を固定する。被切削ブロック２０の稜線２０ｋ，２０ｍは架台Ｋの設置面に線接触する。切削工程中は、裏面２０ｂに引張応力が作用し、表面２０ａに圧縮応力が作用するようにクランプする。

マルチカッターＭは、回転軸Ｍａと、回転軸Ｍａに並設された複数の円盤カッターＭｂとで構成されている。円盤カッターＭｂは、円板状を呈し、周縁部に刃が形成されている。円盤カッターＭｂは、回転軸Ｍａに対して垂直に配置されている。円盤カッターＭｂの厚さは、形成されるフィン３，３同士の隙間と同等になる。円盤カッターＭｂ，Ｍｂの隙間は、形成されるフィン３の厚さと同等になる。

切削工程では、回転軸Ｍａの中心軸を法線とする平面と、架台Ｋの設置面とが垂直となるようにマルチカッターＭを配置した後、架台Ｋに対してマルチカッターＭを相対移動させる。被切削ブロック２０に対するマルチカッターＭの移動方向は、回転軸Ｍａを含む鉛直面で被切削ブロック２０を切断した場合の仮想切断面（図８の（ａ）の符号２０ｎ）が、上方に凸状となるように設定する。つまり、本実施形態では、マルチカッターＭを前側から後側に相対移動させる。

より詳しくは、図８の（ｂ）に示すように、切削工程では、回転軸Ｍａの中心軸を、被切削ブロック２０の上側の稜線２０ｇを通る鉛直線上に配置した後、マルチカッターＭを稜線２０ｇに向けて所定の深さまで下降させる。

そして、所定の深さを維持した状態で、稜線２０ｈまで被切削ブロック２０とマルチカッターＭとを相対移動させる。本実施形態では、上方に凸状となる稜線２０ｇから、同じく上方に凸状となる稜線２０ｈに向けてマルチカッターＭを移動させる。マルチカッターＭの移動軌跡は、架台Ｋの設置面と平行となる。

被切削ブロック２０の上側の稜線２０ｈを通る鉛直線と回転軸Ｍａの中心軸とが重なる位置まで移動させたら、マルチカッターＭを上方に移動させて被切削ブロック２０から離間させる。

なお、第一摩擦攪拌工程及び第二摩擦攪拌工程後に、被切削ブロック２０の稜線２０ｋ，２０ｍも凹状となるように変形した場合（つまり、架台Ｋの設置面と被切削ブロック２０の裏面２０ｂとが４点で接触する場合）は、被切削ブロック２０の裏面２０ｂの曲面に沿うようにマルチカッターＭを移動させてもよい。つまり、マルチカッターＭの移動軌跡が円弧状となるように移動させてもよい。このように設定することで、フィン３の長さを一定にすることができる。

バリ切除工程は、第一摩擦攪拌工程、第二摩擦攪拌工程及び切削工程で発生したバリを切除する工程である。

以上説明した本実施形態に係る伝熱板の製造方法によれば、空間部Ｘに塑性流動材を流入させて一方側塑性化領域Ｗ１及び他方側塑性化領域Ｗ２を形成することで熱媒体用管４の上方を覆うことができる。言い換えると、熱媒体用管４は、蓋板で覆われることなく、凹溝１０及び先端部Ｗ１ｂ，Ｗ２ｂで覆われる。つまり、本実施形態に係る伝熱板の製造法方法では、蓋板を設ける必要がないため、従来のようにベース部材２（被切削ブロック２０）に蓋溝を形成する手間や蓋溝に蓋板を配置する手間を省くことができる。また、蓋板を設けない分、材料コストを削減することができる。

また、マルチカッターＭで被切削ブロック２０を切削してフィン３を形成するため、フィン３を容易に形成することができる。また、切削工程によって、ベース部材２とフィン３とが一体形成されるため、放熱性を高めることができる。

ここで、被切削ブロック２０にマルチカッターＭを挿入して相対移動させる際に、形成されたフィン３，３に円盤カッターＭｂが挟まれて作業性が低下するおそれがある。しかし、本実施形態では、被切削ブロック２０の裏面２０ｂに引張応力が作用した状態で切削工程を行うため、フィン３，３（被切削ブロック２０）と円盤カッターＭｂとの摩擦が軽減されて切削作業をスムーズに行うことができる。また、切削工程によって、被切削ブロック２０の裏側にも摩擦熱が発生し熱収縮する。これにより、被切削ブロック２０の表面２０ａ側に凹状となる反りが解消されて、伝熱板１を平坦にすることができる。

また、第一摩擦攪拌工程及び第二摩擦攪拌工程では、熱媒体用管４の上端に接する仮想水平面Ｐ１よりも深い位置に回転ツールＧ（攪拌ピンＧ２）の先端を挿入することで、空間部Ｘに塑性流動材を確実に流入させることができる。

また、第一摩擦攪拌工程及び第二摩擦攪拌工程では、熱媒体用管４の側端に接する仮想鉛直面Ｐ２から回転ツールＧ（攪拌ピンＧ２）の先端までの距離を０〜３ｍｍに設定することで、空間部Ｘに塑性流動材を確実に流入させることができる。当該距離が３ｍｍを超えると、空間部Ｘに塑性流動材が流入しないおそれがある。

また、回転ツールＧの回転方向及び進行方向は適宜設定すればよいが、本実施形態のように、回転ツールＧを右回転させる場合は、回転ツールＧの進行方向左側に位置する側壁に摩擦攪拌を行うことが好ましい。これにより、塑性流動材が母材側から空間部Ｘに流れやすくなるため、空間部Ｘに塑性流動材をより確実に流入させることができる。なお、回転ツールＧを左回転させる場合は、回転ツールＧの進行方向右側に位置する側壁に摩擦攪拌を行うことが好ましい。

また、バリ切除工程を行うことで伝熱板をきれいに仕上げることができる。

以上本発明の第一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。図９は、第一実施形態の変形例を示す図であって、（ａ）は熱媒体用管挿入工程を示し、（ｂ）は第一摩擦攪拌工程を示す。

図９の（ａ）に示すように、変形例では、被切削ブロック２０の表面２０ａ上であり、かつ、凹溝１０の両脇に凸部３０を設ける。凸部３０は、凹溝１０の延長方向に亘って断面矩形状で形成されている。凸部３０は、回転ツールＧによって摩擦攪拌される位置、つまり、回転ツールＧの移動ルート上に形成されている。凸部３０は、回転ツールＧの移動ルート上であれば凹溝１０から離間していてもよい。また、凸部３０の形状については特に限定されるものではない。

図９の（ｂ）に示すように、第一摩擦攪拌工程では、凸部３０の上から回転ツールＧを挿入しつつ、第一実施形態の第一摩擦攪拌工程と同じ要領で摩擦攪拌を行う。具体的な図示は省略するが第二摩擦攪拌工程も、当該変形例の第一摩擦攪拌工程と同じ要領で摩擦攪拌を行う。

以上説明した変形例によれば、凸部３０を設けることで摩擦熱によって塑性流動化される金属量を増やすことができる。これにより、塑性流動材が不足するのを防ぐことができるとともに、空間部Ｘにより確実に塑性流動材を流入させることができる。

［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。第二実施形態に係る伝熱板１Ａは、第一実施形態よりも深い位置に熱媒体用管４を埋設できる点で第一実施形態と相違する。第二実施形態では、第一実施形態と相違する部分を中心に説明する。

図１０に示すように、伝熱板１Ａは、ベース部材２Ａと、複数のフィン３と、熱媒体用管４と、蓋板５とで構成されている。ベース部材２Ａには、蓋溝４０と、蓋溝４０の底面４０ａに形成された凹溝１０とが形成されている。凹溝１０には熱媒体用管４が配設され、蓋溝４０には蓋板５が配設されている。ベース部材２Ａの裏側には、複数のフィン３が形成されている。

図１１に示すように、熱媒体用管４の上方は、一方側塑性化領域Ｗ１と他方側塑性化領域Ｗ２とで覆われている。つまり、熱媒体用管４と一方側塑性化領域Ｗ１及び他方側塑性化領域Ｗ２とが接触している。図１１では、一方側塑性化領域Ｗ１は熱媒体用管４の左上に形成されており、他方側塑性化領域Ｗ２は熱媒体用管４の右上に形成されている。一方側塑性化領域Ｗ１及び他方側塑性化領域Ｗ２は、ベース部材２Ａにおいて熱媒体用管４の延長方向に沿って形成されている。

図１１において、一方側塑性化領域Ｗ１は、凹溝１０の左側に形成される基端部Ｗ１ａと、基端部Ｗ１ａに連続し基端部Ｗ１ａの右側（凹溝１０の幅方向中央側）に延設される先端部Ｗ１ｂとで構成されている。

図１１において、他方側塑性化領域Ｗ２は、凹溝１０の右側に形成される基端部Ｗ２ａと、基端部Ｗ２ａに連続し基端部Ｗ２ａの左側（凹溝１０の幅方向中央側）に延設される先端部Ｗ２ｂとで構成されている。

蓋板５の側面と蓋溝４０の側壁との突合せ部Ｊ３，Ｊ４は、摩擦攪拌によって接合されている。突合せ部Ｊ３，Ｊ４には塑性化領域Ｗ３，Ｗ４がそれぞれ形成されている。

次に、第二実施形態に係る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、準備工程と、熱媒体用管挿入工程と、第一摩擦攪拌工程と、第二摩擦攪拌工程と、蓋板配置工程と、蓋板接合工程と、切削工程と、バリ切除工程とを行う。

図１２の（ａ）に示すように、準備工程は、被切削ブロック２０に蓋溝４０と、凹溝１０とを形成する工程である。準備工程では、例えばエンドミル等を用いて被切削ブロック２０の表面２０ａを切削して蓋溝４０を形成するとともに、蓋溝４０に凹溝１０を形成する。蓋溝４０は、底面４０ａと、底面４０ａから立ち上がる側壁４０ｂ，４０ｃとで構成されている。蓋溝４０は断面矩形状であり、平面視Ｕ字状に形成する。蓋溝４０の幅は、蓋板５の幅と略同等になっている。また、蓋溝４０の深さは、蓋板５の高さと略同等になっている。

凹溝１０は、蓋溝４０の底面４０ａに形成する。凹溝１０の幅は、蓋溝４０の幅よりも小さくなっている。凹溝１０は、曲面で構成された底部１０ａと、底部１０ａに連続し外側（図１２では左側）の壁を構成する第一側壁１０ｂと、底部１０ａに連続し内側（図１２では右側）の壁を構成する第二側壁１０ｃとで構成されている。

蓋板５は、断面矩形状を呈する板状部材である。蓋板５の材料は特に制限されないが、本実施形態では被切削ブロック２０と同等の材料を用いている。蓋板５は蓋溝４０に隙間なく配置される形状で形成されている。

図１２の（ｂ）に示すように、熱媒体用管挿入工程、第一摩擦攪拌工程及び第二摩擦攪拌工程は、第一実施形態と同等であるため説明を省略する。第二摩擦攪拌工程を行ったら、底面４０ａと一方側塑性化領域Ｗ１の表面及び他方側塑性化領域Ｗ２の表面とが面一になるように表面切削工程を行う。

蓋板配置工程は、蓋溝４０に蓋板５を配置する工程である。図１２の（ｂ）及び図１３に示すように、蓋溝４０に蓋板５を配置すると蓋板５の側面５ｃと蓋溝４０の側壁４０ｂとが突き合わされて突合せ部Ｊ３が形成される。また、蓋板５の側面５ｄと蓋溝４０の側壁４０ｃとが突き合わされて突合せ部Ｊ４が形成される。表面切削工程を行っているため、蓋板５の下面５ｂは、表面切削工程後の底面４０ａ、一方側塑性化領域Ｗ１の表面及び他方側塑性化領域Ｗ２の表面と面接触する。

蓋板接合工程は、被切削ブロック２０と蓋板５とを摩擦攪拌で接合する工程である。図１３に示すように、蓋板接合工程では、突合せ部Ｊ３，Ｊ４に沿って回転する回転ツールＧを相対移動させて摩擦攪拌接合を行う。回転ツールＧの移動軌跡にはそれぞれ塑性化領域Ｗ３，Ｗ４が形成される。回転ツールＧの挿入深さは適宜設定すればよいが、本実施形態のように突合せ部Ｊ３，Ｊ４の深さ方向の全体が摩擦攪拌されるように設定することが好ましい。

第一摩擦攪拌工程、第二摩擦攪拌工程及び蓋板接合工程を行った後、被切削ブロック２０を固定する架台のクランプを解除して、被切削ブロック２０をそのまま存置すると、一方側塑性化領域Ｗ１、他方側塑性化領域Ｗ２、塑性化領域Ｗ３，Ｗ４において熱収縮が発生し、被切削ブロック２０の表面２０ａが凹状となるように変形する。すなわち、被切削ブロック２０が裏面２０ｂ側に凸状となるように反り、表面２０ａ側に圧縮応力が発生し、裏面２０ｂ側に引張応力が発生する。本実施形態では、第一実施形態と略同じ形状にベース部材２Ａが変形する。

切削工程は、第一実施形態と同等であるため、説明を省略する。バリ切除工程は、蓋板接合工程及びバリ切除工程で発生したバリを切除する工程である。以上により、図１０に示す伝熱板１Ａが形成される。

以上説明した第二実施形態に係る伝熱板１Ａであっても、第一実施形態と略同等の効果を奏することができる。また、蓋板５及び蓋溝４０を設けることで熱媒体用管４を第一実施形態よりも深い位置に設けることができる。熱媒体用管４をベース部材２Ａの深い位置に設ける場合、従来では２つ以上の蓋溝及び蓋板を用意する必要があったが、本実施形態によれば、蓋溝及び蓋板の数を減らすことができる。

また、第二摩擦攪拌工程後に表面切削工程を行うことで蓋板５の下面５ｂと、蓋溝４０の底面４０ａ、一方側塑性化領域Ｗ１の表面及び他方側塑性化領域Ｗ２の表面とを面接触させることができる。これにより、水密性及び気密性を高めることができる。

［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。第三実施形態に係る伝熱板１Ｂは、ベース部材２の裏面２ｂにおいてフィン３，３の周囲に露出部が形成されている点で第一実施形態と相違する。第三実施形態では、第一実施形態と相違する部分を中心に説明する。

図１４に示すように、伝熱板１Ｂは、ベース部材２と、複数のフィン３と、熱媒体用管４とで構成されている。ベース部材２の裏面２ｂには、フィン３が形成されていない部位、つまり、露出部Ｒが形成されている。

次に、第三実施形態の伝熱板の製造方法について説明する。第三実施形態の伝熱板の製造方法では、準備工程と、熱媒体用管挿入工程と、第一摩擦攪拌工程と、第二摩擦攪拌工程と、切削工程と、バリ切除工程とを行う。

準備工程は、図１５の（ａ）に示すように、被切削ブロック５０を用意するとともに、凹溝１０を形成する工程である。被切削ブロック５０は、基板部５１と、ブロック部５２とで構成されている。被切削ブロック５０は、摩擦攪拌可能な金属で形成されている。基板部５１及びブロック部５２は、直方体を呈する。ブロック部５２は、基板部５１の裏面５１ｂに凸設されるとともに基板部５１と一体形成されている。ブロック部５２は、基板部５１よりも一回り小さくなっているため、基板部５１の裏面５１ｂには露出部Ｒが形成されている。露出部Ｒは、平面視矩形枠状を呈する。凹溝１０は、基板部５１の表面５１ａに形成する。凹溝１０は、第一実施形態と同等の形状になっている。

熱媒体用管挿入工程、第一摩擦攪拌工程及び第二摩擦攪拌工程は、第一実施形態と同等であるため説明を省略する。図１５の（ｂ）に示すように、第一摩擦攪拌工程及び第二摩擦攪拌工程を行った後、被切削ブロック５０を固定する架台のクランプを解除して、被切削ブロック５０をそのまま存置すると、一方側塑性化領域Ｗ１、他方側塑性化領域Ｗ２において熱収縮が発生し、基板部５１の表面５１ａが凹状となるように変形する。すなわち、ブロック部５２が裏面５２ｂ側に凸状となるように反り、基板部５１の表面５１ａ側に圧縮応力が発生し、裏面５２ｂ（つまり、被切削ブロック５０の裏面）側に引張応力が発生する。

切削工程は、図１６に示すように、被切削ブロック５０の裏側、つまり、ブロック部５２を切削してフィンを形成する工程である。切削工程は、ブロック部５２を切削することを除いては第一実施形態と同等である。切削工程では、回転軸Ｍａの中心軸を、ブロック部５２の上側の稜線５２ｇを通る鉛直線上に配置した後、マルチカッターＭを稜線５２ｇに向けて所定の深さまで下降させる。本実施形態では、ブロック部５２のみを切削するようにマルチカッターＭの深さを調節したが、基板部５１及びブロック部５２の両方を切削するように深さを調節してもよい。

そして、所定の深さを維持した状態で、稜線５２ｈまで被切削ブロック５０とマルチカッターＭとを相対移動させる。本実施形態では、上方に凸状となる稜線５２ｇから、同じく上方に凸状となる稜線５２ｈに向けてマルチカッターＭを移動させる。マルチカッターＭの移動軌跡は、架台Ｋの設置面と平行となる。

被切削ブロック５０の上側の稜線５２ｈを通る鉛直線と回転軸Ｍａの中心軸とが重なる位置まで移動させたら、マルチカッターＭを上方に移動させて被切削ブロック５０から離間させる。

バリ切除工程は、第一摩擦攪拌工程、第二摩擦攪拌工程及び切削工程で発生したバリを切除する工程である。

以上説明した伝熱板の製造方法によっても、第一実施形態と略同等の効果を奏することができる。また、図１６の（ｂ）に示すように、ブロック部５２を切削する際に、ブロック部５２に摩擦熱が発生するため、基板部５１の表面５１ａに凹状となっていた反りが解消されて、伝熱板１Ｂを平坦にすることができる。

また、フィン３の周りに露出部Ｒが形成されるため、露出部Ｒを他の部品との接合スペース等として利用することができる。

［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。第四実施形態に係る伝熱板１Ｃは、第三実施形態よりも深い位置に熱媒体用管４を埋設できる点で第三実施形態と相違する。第四実施形態では、第三実施形態と相違する部分を中心に説明する。

伝熱板１Ｃは、ベース部材２Ａと、複数のフィン３と、熱媒体用管４と、蓋板５とで構成されている。ベース部材２Ａには、蓋溝４０と、蓋溝４０の底面４０ａに形成された凹溝１０とが形成されている。凹溝１０には熱媒体用管４が配設され、蓋溝４０には蓋板５が配設されている。ベース部材２Ａの裏側には、複数のフィン３が形成されている。

図１７に示すように、熱媒体用管４の上方は、一方側塑性化領域Ｗ１と他方側塑性化領域Ｗ２とで覆われている。一方側塑性化領域Ｗ１及び他方側塑性化領域Ｗ２は、ベース部材２Ａにおいて熱媒体用管４の延長方向に沿って形成されている。一方側塑性化領域Ｗ１及び他方側塑性化領域Ｗ２は、第三実施形態と同等である。

蓋板５の側面と蓋溝４０の側壁との突合せ部Ｊ３，Ｊ４は、摩擦攪拌によって接合されている。突合せ部Ｊ３，Ｊ４には塑性化領域Ｗ３，Ｗ４がそれぞれ形成されている。

次に、第四実施形態に係る伝熱板の製造方法について説明する。本実施形態に係る伝熱板の製造方法では、準備工程と、熱媒体用管挿入工程と、第一摩擦攪拌工程と、第二摩擦攪拌工程と、蓋板配置工程と、蓋板接合工程と、切削工程と、バリ切除工程とを行う。

準備工程では、第三実施形態の被切削ブロック５０の表面に蓋溝４０及び凹溝１０を形成する。熱媒体用管挿入工程、第一摩擦攪拌工程及び第二摩擦攪拌工程については、第三実施形態と略同等である。また、蓋板配置工程及び蓋板接合工程は、第二実施形態と略同等である。切削工程及びバリ切除工程は、第三実施形態と略同等である。

図１７に示す第四実施形態に係る伝熱板１Ｃであっても、第三実施形態と略同等の効果を奏することができる。また、蓋板５及び蓋溝４０を設けることで熱媒体用管４を第三実施形態よりも深い位置に設けることができる。熱媒体用管４をベース部材２Ａの深い位置に設ける場合、従来では２つ以上の蓋溝及び蓋板を用意する必要があったが、本実施形態によれば、蓋溝及び蓋板の数を減らすことができる。

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、第一摩擦攪拌工程、第二摩擦攪拌工程及び蓋板接合工程では、タブ材を用いて行ってもよい。タブ材を用いることで摩擦攪拌の挿入位置（開始位置）及び離脱位置（終了位置）を容易に設定することができる。また、摩擦攪拌後にタブ材を切除することで伝熱板の側面をきれいに仕上げることができる。また、第三実施形態及び第四実施形態において、図９に示すようにベース部材に凸部３０を設けてもよい。

１ 伝熱板
２ ベース部材
２Ａ ベース部材
３ フィン
４ 熱媒体用管
５ 蓋板
１０ 凹溝
１０ａ 底部
１０ｂ 第一側壁（側壁）
１０ｃ 第二側壁（側壁）
２０ 被切削ブロック
３０ 凸部
５０ 被切削ブロック
５１ 基板部
５２ ブロック部
Ｇ 回転ツール
Ｗ１ 一方側塑性化領域
Ｗ２ 他方側塑性化領域

Claims (8)

1. 被切削ブロック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、
   前記凹溝の両側壁に対して回転ツールをそれぞれ相対移動させて摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工程と、
   複数枚の円盤カッターが並設されたマルチカッターで前記被切削ブロックの裏側に複数のフィンを形成する切削工程と、を含み、
   前記摩擦攪拌工程では、前記熱媒体用管を露出させた状態で、前記熱媒体用管と前記凹溝とで形成される空間部に、摩擦熱によって流動化された塑性流動材を流入させ、
   前記切削工程では、前記摩擦攪拌工程後の熱収縮に伴う引張応力が前記被切削ブロックの裏面に作用した状態で切削し、
   前記摩擦攪拌工程では、前記熱媒体用管の上端に接する仮想水平面よりも深い位置に前記回転ツールの先端を挿入することを特徴とする伝熱板の製造方法。
2. 基板部と前記基板部の裏面に凸設されたブロック部とを有する被切削ブロックから伝熱板を製造する方法であって、
   前記基板部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、
   前記凹溝の両側壁に対して回転ツールをそれぞれ相対移動させて摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工程と、
   複数枚の円盤カッターが並設されたマルチカッターで前記被切削ブロックの裏側に複数のフィンを形成する切削工程と、を含み、
   前記摩擦攪拌工程では、前記熱媒体用管を露出させた状態で、前記熱媒体用管と前記凹溝とで形成される空間部に、摩擦熱によって流動化された塑性流動材を流入させ、
   前記切削工程では、前記摩擦攪拌工程後の熱収縮に伴う引張応力が前記被切削ブロックの裏面に作用した状態で切削し、
   前記摩擦攪拌工程では、前記熱媒体用管の上端に接する仮想水平面よりも深い位置に前記回転ツールの先端を挿入することを特徴とする伝熱板の製造方法。
3. 前記被切削ブロックのバリを切除するバリ切除工程を含む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. 前記摩擦攪拌工程では、前記熱媒体用管の側端に接する仮想鉛直面から前記回転ツールの先端までの距離を０〜３ｍｍ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. 前記摩擦攪拌工程では、
   前記回転ツールの回転方向を右回転に設定する場合には、
   前記回転ツールの進行方向左側の前記側壁に摩擦攪拌を行い、
   前記回転ツールの回転方向を左回転に設定する場合には、
   前記回転ツールの進行方向右側の前記側壁に摩擦攪拌を行う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. 前記被切削ブロックの表面において、前記回転ツールの移動ルート上に予め凸部を設けておく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. 被切削ブロック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、
   前記凹溝の両側壁に対して回転ツールをそれぞれ相対移動させて摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工程と、
   複数枚の円盤カッターが並設されたマルチカッターで前記被切削ブロックの裏側に複数のフィンを形成する切削工程と、
   前記摩擦攪拌工程後に、
   前記凹溝よりも前記被切削ブロックの表面側において、前記凹溝よりも幅広に形成された蓋溝に蓋板を配置する蓋板配置工程と、
   前記蓋溝の側壁と前記蓋板の側面との突合せ部に沿って回転ツールを移動させて摩擦攪拌を行う蓋板接合工程と、を含み、
   前記摩擦攪拌工程では、前記熱媒体用管を露出させた状態で、前記熱媒体用管と前記凹溝とで形成される空間部に、摩擦熱によって流動化された塑性流動材を流入させ、
   前記切削工程では、前記摩擦攪拌工程後の熱収縮に伴う引張応力が前記被切削ブロックの裏面に作用した状態で切削することを特徴とする伝熱板の製造方法。
8. 表面に凹溝を有するベース部材と、
   前記ベース部材の裏側に前記ベース部材と一体形成された複数のフィンと、
   前記凹溝に挿入された熱媒体用管と、を有し、
   前記凹溝の両側壁に対して前記熱媒体用管を露出させた状態でそれぞれ摩擦攪拌を行うことにより、前記熱媒体用管と前記凹溝とで形成される空間部に摩擦熱によって流動化された塑性流動材が流入され、前記塑性流動材と前記熱媒体用管とが接触しており、
   前記ベース部材は、前記凹溝よりも前記ベース部材の表面側において、前記凹溝よりも幅広に形成された蓋溝をさらに備え、
   前記蓋溝に配置される蓋板を有し、
   前記蓋溝の側壁と前記蓋板の側面との突合せ部に沿って摩擦攪拌が施されていることを特徴とする伝熱板。

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