KR20160050082A - 전열판의 제조 방법 및 접합 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 평탄한 전열판을 제조할 수 있음과 함께, 회전 툴의 조작성이 양호하고, 또한 설계의 자유도가 높은 전열판의 제조 방법을 제공하기 위한 것으로, 베이스 부재(2)의 표면(2a)에 개구되는 오목 홈(10)의 주위에 형성된 덮개 홈(11)에, 덮개판(3)을 삽입하면서, 베이스 부재(2) 및 덮개판(3)의 표면측이 볼록해지도록 테이블(K)에 고정하는 준비 공정과, 덮개 홈(11)의 측벽(11b, 11b)과 덮개판(3)의 측면(3c, 3c)과의 맞댐부(J1)를 따라 교반 핀(F2)을 구비한 본접합용 회전 툴(F)을 상대 이동시켜서 마찰 교반을 행하는 본접합 공정을 포함하고, 본접합 공정에 있어서, 교반 핀(F2)을 맞댐부(J1)에 삽입하고, 교반 핀(F2)만을 베이스 부재(2) 및 덮개판(3)에 접촉시킨 상태에서 마찰 교반을 행하는 것을 특징으로 한다.

Description

전열판의 제조 방법 및 접합 방법{METHOD FOR MANUFACTURING HEAT TRANSFER PLATE AND JOINING METHOD}
본 발명은 전열판의 제조 방법 및 접합 방법에 관한 것이다.
한 쌍의 금속 부재끼리를 접합하는 방법으로서, 마찰 교반 접합(FSW=Friction Stir Welding)이 알려져 있다. 마찰 교반 접합은, 회전시킨 회전 툴을 금속 부재끼리의 맞댐부를 따라 이동시키고, 회전 툴과 금속 부재와의 마찰열에 의해 맞댐부의 금속을 소성 유동시킴으로써, 금속 부재끼리를 고상 접합하는 것이다. 또한, 회전 툴은, 원기둥 형상을 나타내는 숄더의 하단부면에 교반 핀(프로브)을 돌출 설치하여 이루어지는 것이 일반적이다.
예를 들어, 특허문헌 1에는, 베이스 부재와 덮개판을 마찰 교반에 의해 접합해서 전열판을 형성하는 발명이 기재되어 있다. 도 29의 (a)에 도시하는 바와 같이, 베이스 부재(301)는, 덮개 홈(302)과, 덮개 홈(302)의 저면에 형성된 오목 홈(303)을 갖고 있다. 덮개판(310)은 오목 홈(303)을 덮도록 덮개 홈(302)에 배치된다. 특허문헌 1에 관한 발명에서는, 덮개 홈(302)과 덮개판(310)과의 맞댐부를 따라 회전하는 회전 툴 N을 이동시켜서 마찰 교반 접합을 행한다. 회전 툴 N은, 숄더 N1과, 숄더 N1의 하단부면에 형성된 교반 핀 N2를 구비하고 있다. 회전 툴 N의 이동 궤적에는 소성화 영역 W가 형성된다.
상기와 같이 마찰 교반 접합을 행하면, 열 수축에 의해 베이스 부재(301)의 표면(301A)이 오목 형상이 되게 휘어 버린다. 그로 인해, 특허문헌 1에 관한 발명에서는, 도 29의 (b)에 도시하는 바와 같이, 베이스 부재(301)의 이면(301B)에 대하여 회전 툴 N에 의해 마찰 교반을 행하는 기술이 개시되어 있다. 이러한 공정을 행하면, 이면(301B)에도 열 수축이 발생하기 때문에, 전열판의 평탄성을 높일 수 있다.
한편, 예를 들어 특허문헌 2에는, 숄더부와, 그 숄더부의 하단부면으로부터 돌출되는 교반 핀으로 구성된 회전 툴을 사용하여, 금속 부재끼리의 맞댐부에 대하여 마찰 교반 접합을 행하는 기술이 개시되어 있다.
한편, 예를 들어 특허문헌 3에는, 판상의 금속 부재끼리를 겹쳐서 겹침부를 형성한 후, 상측에 배치된 금속 부재의 표면으로부터 회전 툴을 삽입해서 겹침부에 대하여 마찰 교반을 행하는 기술이 개시되어 있다. 특허문헌 2, 3에 관한 마찰 교반 접합에서는, 모두 회전 툴의 숄더부의 하단부면을 금속 부재의 표면에 몇밀리 정도 압입해서 마찰 교반을 행하고 있다.
일본 특허 공개 제2009-195940호 공보 일본 특허 공개 제2008-290092호 공보 일본 특허 공개 제2002-79383호 공보
도 29의 (a)에 도시하는 바와 같이, 특허문헌 1에 관한 발명에서는, 숄더 N1의 하단부면을 베이스 부재(301)의 표면(301A)에 압입해서 마찰 교반 접합을 행한다. 숄더 N1을 압입하면, 소성 유동화한 금속이 회전 툴 N의 주위로부터 넘쳐나오는 것을 방지할 수 있다. 그러나, 숄더 N1의 하단부면에 의해 베이스 부재(301)에 큰 가압력이 작용하기 때문에, 오목 홈(303)에 소성 유동재가 유입될 가능성이 있다. 한편, 오목 홈(303)에 소성 유동재가 유입되지 않도록 마찰 교반의 위치를 설정하면, 전열판의 설계의 자유도가 제한된다는 문제가 있다.
또한, 도 29의 (b)에 도시하는 바와 같이, 베이스 부재(301)가 이면(301B)으로 볼록 형상이 되게 휘어져 있기 때문에, E1 방향으로 회전 툴 N을 이동시킬 때에는, 숄더 N1의 하단부면 중 진행 방향 전방측이 이면(301B)에 접촉한다. 또한, E2 방향으로 회전 툴을 이동시킬 때에는, 숄더 N1의 하단부면 중 진행 방향 후방측이 이면(301B)에 접촉한다. 이에 의해, 회전 툴 N의 조작성이 저하한다는 문제가 있다.
또한, 경사면이나 곡면을 구비한 금속 부재끼리를 맞대면 맞댐부의 높이가 변화되게 된다. 또한, 경사면이나 곡면을 구비한 판상의 금속 부재끼리를 겹치면, 겹침부의 높이가 변화되게 된다. 이러한 경우에, 종래의 회전 툴로 마찰 교반 접합을 행하면, 회전 툴의 숄더부가 경사면 등에 접촉하기 때문에, 회전 툴의 이동이 곤란해진다는 문제가 있다. 또한, 경사면 등으로 구성된 맞댐부 및 겹침부를 접합할 때 그 맞댐부의 깊은 위치에 교반 핀을 삽입하는 것이 곤란해지기 때문에, 접합 불량이 되는 경우가 있다.
한편, 일정한 판 두께로 이루어지는 한쪽의 금속 부재의 표면에, 표면의 높이가 변화되는 다른 쪽의 금속 부재의 이면을 겹쳐서 형성된 겹침부에 대하여 마찰 교반을 행하는 경우도 생각된다. 이 경우도, 회전 툴을 삽입하는 측의 금속 부재, 즉, 다른 쪽의 금속 부재의 표면 높이가 변화되기 때문에, 종래의 회전 툴에서는 회전 툴의 이동이 곤란해지거나, 접합 불량이 발생하거나 한다는 문제가 있다.
그래서, 본 발명은 평탄한 전열판을 제조할 수 있음과 함께, 회전 툴의 조작성이 양호하고, 또한 설계의 자유도가 높은 전열판의 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
또한, 본 발명은 맞댐부 또는 겹침부의 높이가 변화되는 경우에 있어서, 회전 툴의 조작성을 높임과 함께 확실하게 접합할 수 있는 접합 방법을 제공하는 것을 과제로 한다. 또한, 본 발명은 회전 툴을 삽입하는 측의 금속 부재의 표면 높이가 변화되는 경우에 있어서, 회전 툴의 조작성을 높임과 함께 확실하게 접합할 수 있는 접합 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 베이스 부재의 표면에 개구되는 오목 홈의 주위에 형성된 덮개 홈에, 덮개판을 삽입하면서, 상기 베이스 부재 및 상기 덮개판의 표면측이 볼록해지도록 테이블에 고정하는 준비 공정과, 상기 덮개 홈의 측벽과 상기 덮개판의 측면과의 맞댐부를 따라 교반 핀을 구비한 회전 툴을 상대 이동시켜서 마찰 교반을 행하는 본접합 공정을 포함하고, 상기 본접합 공정에 있어서, 상기 교반 핀을 상기 맞댐부에 삽입하고, 상기 교반 핀만을 상기 베이스 부재 및 상기 덮개판에 접촉시킨 상태에서 마찰 교반을 행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 베이스 부재의 표면에 개구되는 덮개 홈의 저면에 형성된 오목 홈에, 열 매체용 관을 삽입하면서 상기 덮개 홈에 덮개판을 삽입하고, 상기 베이스 부재 및 상기 덮개판의 표면측이 볼록해지도록 테이블에 고정하는 준비 공정과, 상기 덮개 홈의 측벽과 상기 덮개판의 측면과의 맞댐부를 따라 교반 핀을 구비한 회전 툴을 상대 이동시켜서 마찰 교반을 행하는 본접합 공정을 포함하고, 상기 본접합 공정에 있어서, 상기 교반 핀을 상기 맞댐부에 삽입하고, 상기 교반 핀만을 상기 베이스 부재 및 상기 덮개판에 접촉시킨 상태에서 마찰 교반을 행하는 것을 특징으로 한다.
이러한 제조 방법에 의하면, 준비 공정에 있어서 미리 베이스 부재 및 덮개판의 표면측이 볼록해지도록 고정한 상태에서 본접합 공정을 행하기 때문에, 본접합 공정에 의해 발생하는 열 수축에 의해 전열판을 평탄하게 할 수 있다. 또한, 회전 툴 중 교반 핀만이 베이스 부재 및 덮개판에 접촉하게 되므로, 베이스 부재 및 덮개판의 표면이 볼록 형상으로 휘어졌다고 해도, 종래의 제조 방법과 같이 숄더가 베이스 부재 및 덮개판에 닿지 않기 때문에 회전 툴의 조작성이 양호해진다.
또한, 종래의 제조 방법과 같이 숄더가 베이스 부재 및 덮개판과 접촉하지 않기 때문에, 베이스 부재 및 덮개판에 대한 가압력이 작아짐과 함께, 종래의 제조 방법에 비하여, 소성화 영역의 폭이 작아진다. 이에 의해, 종래의 제조 방법보다도 회전 툴을 오목 홈에 근접시키는 것이 가능해져, 전열판의 설계의 자유도가 향상된다. 또한, 종래의 제조 방법에 비하여, 접합하는 베이스 부재 및 덮개판과 회전 툴과의 마찰을 경감할 수 있고, 마찰 교반 장치에 가해지는 부하를 작게 할 수 있다. 이에 의해, 맞댐부의 깊은 위치까지 용이하게 마찰 교반 접합할 수 있다.
또한, 상기 본접합 공정 전에, 상기 맞댐부를 가접합하는 가접합 공정을 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 제조 방법에 의하면, 본접합 공정 시의 맞댐부의 틈이 생김을 방지할 수 있다.
또한, 상기 가접합 공정에서는, 상기 회전 툴의 교반 핀만을 상기 맞댐부에 삽입해서 가접합하는 것이 바람직하다. 이러한 제조 방법에 의하면, 본접합 공정과 가접합 공정에서 동일한 회전 툴을 사용할 수 있기 때문에, 제조 사이클의 단축화를 도모할 수 있다.
또한, 상기 베이스 부재 및 상기 덮개판 중 적어도 한쪽의 변형량을 계측하고, 상기 본접합 공정에 있어서, 상기 교반 핀의 삽입 깊이를 상기 변형량에 맞추어 조절하면서 마찰 교반을 행하는 것이 바람직하다.
이러한 제조 방법에 의하면, 베이스 부재 및 덮개판에 대한 교반 핀의 깊이 위치를 일정하게 유지할 수 있다.
또한, 본 발명은 베이스 부재의 표면에 개구되는 오목 홈 또는 오목부를 덮도록, 상기 베이스 부재의 표면에 덮개판을 겹치면서, 상기 베이스 부재 및 상기 덮개판의 표면측이 볼록해지도록 테이블에 고정하는 준비 공정과, 상기 덮개판의 표면으로부터 교반 핀을 구비한 회전 툴을 삽입하고, 상기 베이스 부재의 표면과 상기 덮개판의 이면과의 겹침부를 따라 상기 회전 툴을 상대 이동시키는 본접합 공정을 포함하고, 상기 본접합 공정에서는, 상기 교반 핀만을 상기 베이스 부재와 상기 덮개판의 양쪽 또는 상기 덮개판에만 접촉시킨 상태에서 상기 겹침부의 마찰 교반을 행하는 것을 특징으로 한다.
이러한 제조 방법에 의하면, 준비 공정에 있어서 미리 베이스 부재 및 덮개판의 표면측이 볼록해지도록 고정한 상태에서 본접합 공정을 행하기 때문에, 본접합 공정에 의해 발생하는 열 수축에 의해 전열판을 평탄하게 할 수 있다. 또한, 회전 툴 중 교반 핀만이 덮개판에 접촉하게 되므로, 덮개판의 표면이 볼록 형상으로 휘어졌다고 해도, 종래의 제조 방법과 같이 숄더가 덮개판에 닿지 않기 때문에 회전 툴의 조작성이 양호해진다.
또한, 종래의 제조 방법과 같이 숄더가 덮개판과 접촉하지 않기 때문에, 덮개판에 대한 가압력이 작아짐과 함께, 종래의 제조 방법에 비하여, 소성화 영역의 폭이 작아진다. 이에 의해, 종래의 제조 방법보다도 회전 툴을 오목 홈 또는 오목부에 근접시키는 것이 가능해져, 전열판의 설계의 자유도가 향상된다. 또한, 종래의 제조 방법에 비하여, 접합하는 베이스 부재 및 덮개판과 회전 툴과의 마찰을 경감할 수 있고, 마찰 교반 장치에 가해지는 부하를 작게 할 수 있다. 이에 의해, 맞댐부의 깊은 위치까지 용이하게 마찰 교반 접합할 수 있다.
또한, 상기 본접합 공정 전에, 상기 겹침부를 가접합하는 가접합 공정을 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 제조 방법에 의하면, 본접합 공정 시의 겹침부의 틈이 생김을 방지할 수 있다.
또한, 상기 베이스 부재 및 상기 덮개판 중 적어도 한쪽의 변형량을 계측하고, 상기 본접합 공정에 있어서, 상기 교반 핀의 삽입 깊이를 상기 변형량에 맞추어 조절하면서 마찰 교반을 행하는 것이 바람직하다. 또한, 이 경우, 상기 베이스 부재의 변형량은, 전열판의 이면측으로부터 계측해 두고, 전열판의 표면측에 있어서의 변형량으로 환산해도 된다.
이러한 제조 방법에 의하면, 베이스 부재 및 덮개판에 대한 교반 핀의 깊이 위치를 일정하게 유지할 수 있다.
또한, 상기 본접합 공정의 종료 후, 상기 회전 툴의 마찰 교반에 의해 발생한 버를 절제하는 버 절제 공정을 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 제조 방법에 의하면, 전열판의 표면을 평탄하게 할 수 있다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 베이스 부재 및 덮개판의 표면측에 인장 응력을 작용시켜서, 그 표면측이 볼록해지도록 상기 베이스 부재 및 상기 덮개판을 변형시키는 변형 공정과, 상기 베이스 부재의 표면에 개구되는 오목 홈의 주위에 형성된 덮개 홈에, 상기 덮개판을 삽입하는 덮개 홈 폐색 공정과, 상기 덮개 홈의 측벽과 상기 덮개판의 측면과의 맞댐부를 따라 교반 핀을 구비한 회전 툴을 상대 이동시켜서 마찰 교반을 행하는 본접합 공정을 포함하고, 상기 본접합 공정에 있어서, 상기 교반 핀을 상기 맞댐부에 삽입하고, 상기 교반 핀만을 상기 베이스 부재 및 상기 덮개판에 접촉시킨 상태에서 마찰 교반을 행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 베이스 부재 및 덮개판의 표면측에 인장 응력을 작용시켜서, 그 표면측이 볼록해지도록 상기 베이스 부재 및 상기 덮개판을 변형시키는 변형 공정과, 상기 베이스 부재의 표면에 개구되는 덮개 홈의 저면에 형성된 오목 홈에, 열 매체용 관을 삽입하는 열 매체용 관 삽입 공정과, 상기 덮개 홈에 덮개판을 삽입하는 덮개판 삽입 공정과, 상기 덮개 홈의 측벽과 상기 덮개판의 측면과의 맞댐부를 따라 교반 핀을 구비한 회전 툴을 상대 이동시켜서 마찰 교반을 행하는 본접합 공정을 포함하고, 상기 본접합 공정에 있어서, 상기 교반 핀을 상기 맞댐부에 삽입하고, 상기 교반 핀만을 상기 베이스 부재 및 상기 덮개판에 접촉시킨 상태에서 마찰 교반을 행하는 것을 특징으로 한다.
이러한 제조 방법에 의하면, 미리 베이스 부재 및 덮개판의 표면측에 인장 응력이 작용하도록 변형시킨 후에 본접합 공정을 행하기 때문에, 본접합 공정에 의해 발생하는 열 수축에 의해 전열판을 평탄하게 할 수 있다. 또한, 회전 툴 중 교반 핀만이 베이스 부재 및 덮개판에 접촉하므로, 베이스 부재 및 덮개판의 표면이 볼록 형상으로 휘어졌다고 해도, 종래의 제조 방법과 같이 숄더가 베이스 부재 및 덮개판에 닿지 않기 때문에 회전 툴의 조작성이 양호해진다.
또한, 종래의 제조 방법과 같이 숄더가 베이스 부재 및 덮개판과 접촉하지 않기 때문에, 베이스 부재 및 덮개판에 대한 가압력이 작아짐과 함께, 종래의 제조 방법과 비교해서 소성화 영역의 폭이 작아진다. 이에 의해, 종래의 제조 방법보다도 회전 툴을 오목 홈에 근접시키는 것이 가능해져, 전열판의 설계의 자유도가 향상된다. 또한, 종래의 제조 방법에 비교해서 접합하는 베이스 부재 및 덮개판과 회전 툴과의 마찰을 경감할 수 있고, 마찰 교반 장치에 가해지는 부하를 작게 할 수 있다. 이에 의해, 맞댐부의 깊은 위치까지 용이하게 마찰 교반 접합할 수 있다.
또한, 상기 본접합 공정 전에, 상기 맞댐부를 가접합하는 가접합 공정을 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 제조 방법에 의하면, 본접합 공정 시의 맞댐부의 틈이 생김을 방지할 수 있다.
또한, 상기 가접합 공정에서는, 상기 회전 툴의 교반 핀만을 상기 맞댐부에 삽입해서 가접합하는 것이 바람직하다. 이러한 제조 방법에 의하면, 본접합 공정과 가접합 공정에서 동일한 회전 툴을 사용할 수 있기 때문에, 제조 사이클의 단축화를 도모할 수 있다.
또한, 상기 베이스 부재 및 상기 덮개판 중 적어도 어느 한쪽의 변형량을 계측하고, 상기 본접합 공정에 있어서, 상기 교반 핀의 삽입 깊이를 상기 변형량에 맞추어 조절하면서 마찰 교반을 행하는 것이 바람직하다.
이러한 제조 방법에 의하면, 전열판에 대한 교반 핀의 깊이 위치를 일정하게 유지할 수 있다.
또한, 본 발명은 베이스 부재 및 덮개판의 표면측에 인장 응력을 작용시켜서, 그 표면측이 볼록해지도록 상기 베이스 부재 및 상기 덮개판을 변형시키는 변형 공정과, 상기 베이스 부재의 표면에 개구되는 오목 홈 또는 오목부를 덮도록, 상기 베이스 부재의 표면에 상기 덮개판을 겹치는 폐색 공정과, 상기 베이스 부재와 상기 덮개판과의 겹침부를 가접합하는 가접합 공정과, 상기 덮개판의 표면으로부터 교반 핀을 구비한 회전 툴을 삽입하고, 상기 베이스 부재의 표면과 상기 덮개판의 이면과의 겹침부를 따라 상기 회전 툴을 상대 이동시키는 본접합 공정을 포함하고, 상기 본접합 공정에서는, 상기 교반 핀만을 상기 베이스 부재와 상기 덮개판의 양쪽 또는 상기 덮개판에만 접촉시킨 상태에서 상기 겹침부의 마찰 교반을 행하는 것을 특징으로 한다.
이러한 제조 방법에 의하면, 미리 베이스 부재 및 덮개판의 표면측에 인장 응력이 작용하도록 변형시킨 후에 본접합 공정을 행하기 때문에, 본접합 공정에 의해 발생하는 열 수축에 의해 전열판을 평탄하게 할 수 있다. 또한, 회전 툴 중 교반 핀만이 덮개판에 접촉하므로, 덮개판의 표면이 볼록 형상으로 휘어졌다고 해도, 종래의 제조 방법과 같이 숄더가 덮개판에 닿지 않기 때문에 회전 툴의 조작성이 양호해진다.
또한, 종래의 제조 방법과 같이 숄더가 덮개판과 접촉하지 않기 때문에, 덮개판에 대한 가압력이 작아짐과 함께, 종래의 제조 방법과 비교해서 소성화 영역의 폭이 작아진다. 이에 의해, 종래의 제조 방법보다도 회전 툴을 오목 홈 또는 오목부에 근접시키는 것이 가능해져, 전열판의 설계의 자유도가 향상된다. 또한, 종래의 제조 방법에 비교해서 접합하는 베이스 부재 및 덮개판과 회전 툴과의 마찰을 경감할 수 있고, 마찰 교반 장치에 가해지는 부하를 작게 할 수 있다. 이에 의해, 맞댐부의 깊은 위치까지 용이하게 마찰 교반 접합할 수 있다.
또한, 상기 베이스 부재 및 상기 덮개판 중 적어도 어느 한쪽의 변형량을 계측하고, 상기 본접합 공정에 있어서, 상기 교반 핀의 삽입 깊이를 상기 변형량에 맞추어 조절하면서 마찰 교반을 행하는 것이 바람직하다.
이러한 제조 방법에 의하면, 전열판에 대한 교반 핀의 깊이 위치를 일정하게 유지할 수 있다.
또한, 상기 본접합 공정의 종료 후, 상기 회전 툴의 마찰 교반에 의해 발생한 버를 절제하는 버 절제 공정을 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 제조 방법에 의하면, 전열판의 표면을 평탄하게 할 수 있다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 표면의 높이가 변화되는 금속 부재끼리를 맞대서 높이가 변화되는 맞댐부를 형성하는 맞댐 공정과, 높이가 변화되는 상기 맞댐부에 대하여 회전 툴의 교반 핀만을 상기 금속 부재에 접촉시킨 상태에서 마찰 교반을 행하는 접합 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
종래는 마찰 교반 시에 금속 부재에 숄더부가 접촉하였지만, 이러한 접합 방법에 의하면, 금속 부재에 숄더부가 접촉하는 일이 없기 때문에, 교반 핀을 충분한 깊이에 삽입하면서, 맞댐부의 높이의 변화에 따라서 회전 툴이 상대적인 높이 위치를 용이하게 조절할 수 있다. 또한, 높이가 변화되는 맞댐부에 있어서도, 교반 핀을 맞댐부의 깊은 위치까지 용이하게 삽입할 수 있기 때문에, 맞댐부를 확실하게 접합할 수 있다. 또한, 교반 핀만을 금속 부재에 접촉시킨 상태에서 마찰 교반을 행하기 때문에, 마찰 교반 장치에 작용하는 부하를 경감할 수 있다. 이에 의해, 마찰 교반 장치에 큰 부하가 걸리지 않는 상태에서, 맞댐부의 깊은 위치를 마찰 교반할 수 있다.
또한, 상기 접합 공정에서는, 높이가 변화되는 상기 맞댐부에 대한 상기 교반 핀의 삽입 깊이를 대략 일정하게 유지하면서 마찰 교반을 행하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 접합 공정에서는, 마찰 교반에 의해 형성되는 소성화 영역의 깊이가 대략 일정해지도록, 높이가 변화되는 상기 맞댐부에 대한 상기 교반 핀의 삽입 깊이를 조절하는 것이 바람직하다.
이러한 접합 방법에 의하면, 접합부의 접합 강도를 대략 일정하게 유지할 수 있다.
또한, 본 발명은 적어도 표면의 높이가 변화되는 한쪽의 금속 부재의 표면에, 적어도 이면의 높이가 변화되는 다른 쪽의 금속 부재의 이면을 겹쳐서 높이가 변화되는 겹침부를 형성하는 겹침 공정과, 다른 쪽의 상기 금속 부재의 표면으로부터 회전 툴을 삽입하고, 한쪽의 상기 금속 부재와 다른 쪽의 상기 금속 부재의 양쪽 또는 다른 쪽의 상기 금속 부재에만 회전 툴의 교반 핀만을 접촉시킨 상태에서 상기 겹침부에 마찰 교반을 행하는 접합 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
종래는 마찰 교반 시에 금속 부재에 숄더부가 접촉하였지만, 이러한 접합 방법에 의하면, 금속 부재에 숄더부가 접촉하는 일이 없기 때문에, 교반 핀을 충분한 깊이에 삽입하면서, 겹침부의 높이의 변화에 따라서 회전 툴이 상대적인 높이 위치를 용이하게 조절할 수 있다. 또한, 깊은 위치에 있는 겹침부까지 교반 핀을 용이하게 삽입할 수 있기 때문에, 겹침부를 확실하게 접합할 수 있다. 또한, 교반 핀만을 금속 부재에 접촉시킨 상태에서 마찰 교반을 행하기 때문에, 마찰 교반 장치에 작용하는 부하를 경감할 수 있다. 이에 의해, 마찰 교반 장치에 큰 부하가 걸리지 않는 상태에서, 깊은 위치에 있는 겹침부를 마찰 교반할 수 있다.
또한, 상기 접합 공정에서는, 높이가 변화되는 상기 겹침부에 대한 상기 교반 핀의 삽입 깊이를 대략 일정하게 유지하면서 마찰 교반을 행하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 접합 공정에서는, 마찰 교반에 의해 형성되는 소성화 영역의 깊이가 대략 일정해지도록, 높이가 변화되는 상기 겹침부에 대한 상기 교반 핀의 삽입 깊이를 조절하는 것이 바람직하다.
이러한 접합 방법에 의하면, 접합부의 접합 강도를 대략 일정하게 유지할 수 있다.
또한, 본 발명은 한쪽의 금속 부재의 표면에, 표면의 높이가 변화되는 다른 쪽의 금속 부재의 이면을 겹쳐서 겹침부를 형성하는 겹침 공정과, 다른 쪽의 상기 금속 부재의 표면으로부터 회전 툴을 삽입하고, 한쪽의 상기 금속 부재와 다른 쪽의 상기 금속 부재의 양쪽 또는 다른 쪽의 상기 금속 부재에만 회전 툴의 교반 핀만을 접촉시킨 상태에서 상기 겹침부에 마찰 교반을 행하는 접합 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
종래는 마찰 교반 시에 금속 부재에 숄더부가 접촉하였지만, 이러한 접합 방법에 의하면, 금속 부재에 숄더부가 접촉하는 일이 없기 때문에, 다른 쪽의 금속 부재의 표면 높이가 변화되는 경우에도, 교반 핀을 겹침부까지 용이하게 삽입할 수 있다. 이에 의해, 겹침부를 확실하게 접합할 수 있다. 또한, 깊은 위치에 있는 겹침부까지 교반 핀을 용이하게 삽입할 수 있기 때문에, 겹침부를 확실하게 접합할 수 있다. 또한, 교반 핀만을 금속 부재에 접촉시킨 상태에서 마찰 교반을 행하기 때문에, 마찰 교반 장치에 작용하는 부하를 경감할 수 있다. 이에 의해, 마찰 교반 장치에 큰 부하가 걸리지 않는 상태에서, 깊은 위치에 있는 겹침부를 마찰 교반할 수 있다.
또한, 상기 교반 핀의 둘레면에 나선 홈이 각설되어 있고, 상기 회전 툴을 우 회전시키는 경우에는, 상기 나선 홈을 상기 교반 핀의 기단부측으로부터 선단측을 향해서 좌측 방향으로 각설되고, 상기 회전 툴을 좌회전시키는 경우에는, 상기 나선 홈을 상기 교반 핀의 기단부측으로부터 선단측을 향해서 우측 방향으로 각설하는 것이 바람직하다.
이러한 접합 방법에 의하면, 소성 유동화한 금속 재료가 나선 홈으로 유도되어 교반 핀의 선단측으로 이동하기 때문에, 금속 부재의 외부로 넘쳐나오는 금속의 양을 적게 할 수 있다.
본 발명에 따른 전열판의 제조 방법에 의하면, 평탄한 전열판을 제조할 수 있음과 함께, 회전 툴의 조작성이 양호하고, 또한 설계의 자유도가 높다.
또한, 본 발명에 따른 접합 방법에 의하면, 맞댐부 또는 겹침부의 높이가 변화되는 경우에 있어서, 회전 툴의 조작성을 높임과 함께 확실하게 접합할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 접합 방법에 의하면, 회전 툴을 삽입하는 측의 금속 부재의 표면 높이가 변화되는 경우에 있어서, 회전 툴의 조작성을 높임과 함께 확실하게 접합할 수 있다.
도 1의 (a)는 본 실시 형태의 본접합용 회전 툴을 도시한 측면도이며, (b)는 본접합용 회전 툴의 접합 형태를 도시한 모식 단면도.
도 2의 (a)는 본 실시 형태의 가접합용 회전 툴을 도시한 측면도이며, (b)는 가접합용 회전 툴의 접합 형태를 도시한 모식 단면도.
도 3의 (a)는 본 발명의 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에 관한 전열판을 도시하는 분해 사시도이고, (b)는 (a)의 주요부 측면도.
도 4는 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에 관한 전열판을 도시하는 사시도.
도 5는 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에 관한 전열판의 제조 방법에 있어서의 가접합 공정을 도시하는 사시도.
도 6의 (a)는 테이블을 도시하는 사시도이며, (b)는 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에 관한 전열판의 제조 방법에 있어서의 준비 공정을 도시하는 사시도.
도 7의 (a)는 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에 관한 전열판의 제조 방법에 있어서의 준비 공정을 도시하는 측면도이며, (b)는 본접합 공정을 도시하는 단면도.
도 8은 제1 실시 형태에 관한 전열판의 변형예를 도시하는 사시도.
도 9는 제2 실시 형태에 관한 전열판의 제조 방법에 있어서의 변형 공정을 도시하는 사시도.
도 10은 제2 실시 형태에 관한 제1 변형예를 도시하는 사시도.
도 11은 제2 실시 형태에 관한 제2 변형예를 도시하는 사시도이며, (a)는 변형 공정을 도시하는 도면이고, (b)는 변형 공정 후를 도시하는 도면.
도 12는 본 발명의 제3 실시 형태 및 제4 실시 형태에 관한 전열판을 도시하는 분해 사시도.
도 13은 제3 실시 형태 및 제4 실시 형태에 관한 본접합 공정을 도시하는 단면도.
도 14는 본 발명의 제5 실시 형태 및 제6 실시 형태에 관한 전열판을 도시하는 분해 사시도.
도 15는 제5 실시 형태 및 제6 실시 형태에 관한 전열판의 제조 방법에 있어서, (a)는 가접합 공정을 도시하는 사시도이며, (b)는 준비 공정을 도시하는 사시도.
도 16은 제5 실시 형태 및 제6 실시 형태에 관한 전열판의 제조 방법에 있어서의 본접합 공정을 도시하는 단면도.
도 17의 (a)는 본 발명의 제7 실시 형태 및 제8 실시 형태에 관한 전열판의 분해 사시도이며, (b)는 본 발명의 제7 실시 형태 및 제8 실시 형태의 본접합 공정을 도시하는 단면도.
도 18의 (a)는 본 발명의 제9 실시 형태에 관한 접합 방법의 금속 부재를 도시하는 사시도이며, (b)는 제9 실시 형태에 관한 접합 방법의 맞댐 공정을 도시하는 사시도.
도 19는 제9 실시 형태에 관한 접합 방법의 접합 공정을 도시하는 도면이며, (a)는 사시도이고, (b)는 (a)의 I-I 단면도.
도 20의 (a)는 제9 실시 형태의 제1 변형예에 관한 접합 방법을 도시하는 종단면도이며, (b)는 제9 실시 형태의 제2 변형예에 관한 접합 방법을 도시하는 종단면도.
도 21은 제9 실시 형태의 제3 변형예에 관한 접합 방법을 도시하는 종단면도.
도 22는 본 발명의 제10 실시 형태에 관한 접합 방법을 도시하는 사시도.
도 23은 제10 실시 형태에 관한 접합 방법을 도시하는 종단면도.
도 24의 (a)는 제10 실시 형태의 제1 변형예에 관한 접합 방법을 도시하는 종단면도이며, (b)는 제10 실시 형태의 제2 변형예에 관한 접합 방법을 도시하는 종단면도.
도 25의 (a)는 제10 실시 형태의 제3 변형예에 관한 금속 부재를 도시하는 종단면도이며, (b)는 제10 실시 형태의 제3 변형예에 관한 접합 방법을 도시하는 종단면도.
도 26은 제10 실시 형태의 제4 변형예에 관한 접합 방법을 도시하는 종단면도.
도 27은 제10 실시 형태의 제5 변형예에 관한 접합 방법을 도시하는 종단면도.
도 28은 본 발명의 제11 실시 형태에 관한 접합 방법을 도시하는 종단면도.
도 29는 종래의 전열판의 제조 방법을 도시하는 도면이며, (a)는 횡단면도이고, (b)는 종단면도.
〔제1 실시 형태〕
본 발명의 제1 실시 형태에 관한 전열판 및 전열판의 제조 방법에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 우선은, 본 실시 형태에서 사용하는 본접합용 회전 툴 및 가접합용 회전 툴에 대해서 설명한다.
도 1의 (a)에 도시하는 바와 같이, 본접합용 회전 툴 F는, 연결부 F1과, 교반 핀 F2를 포함하고 있다. 본접합용 회전 툴 F는, 특허 청구 범위의 「회전 툴」에 상당한다. 본접합용 회전 툴 F는, 예를 들어 공구강으로 형성되어 있다. 연결부 F1은, 도 1의 (b)에 도시하는 마찰 교반 장치의 회전축 D에 연결되는 부위이다. 연결부 F1은 원기둥 형상을 나타내고, 볼트가 체결되는 나사 구멍 B, B가 형성되어 있다.
교반 핀 F2는, 연결부 F1로부터 늘어뜨려져 있고, 연결부 F1과 동축으로 되어 있다. 교반 핀 F2는 연결부 F1로부터 이격됨에 따라서 선단이 가늘어져 있다. 교반 핀 F2의 외주면에는 나선 홈 F3이 각설되어 있다. 본 실시 형태에서는, 본접합용 회전 툴 F를 우회전시키기 때문에, 나선 홈 F3은, 기단부로부터 선단을 향함에 따라서 좌측 방향으로 형성되어 있다. 바꾸어 말하면, 나선 홈 F3은, 나선 홈 F3을 기단부로부터 선단을 향해서 따라가면 위에서 보았을 때 좌측 방향으로 형성되어 있다.
또한, 본접합용 회전 툴 F를 좌회전시키는 경우에는, 나선 홈 F3을 기단부로부터 선단을 향함에 따라서 우측 방향으로 형성하는 것이 바람직하다. 바꾸어 말하면, 이 경우의 나선 홈 F3은, 나선 홈 F3을 기단부로부터 선단을 향해서 따라가면 위에서 보았을 때 우측 방향으로 형성되어 있다. 나선 홈 F3을 이렇게 설정함으로써, 마찰 교반 시에 소성 유동화한 금속이 나선 홈 F3에 의해 교반 핀 F2의 선단측으로 유도된다. 이에 의해, 피 접합 금속 부재(후술하는 베이스 부재(2) 및 덮개판(3))의 외부로 넘쳐나오는 금속의 양을 적게 할 수 있다.
도 1의 (b)에 도시하는 바와 같이, 본접합용 회전 툴 F를 사용해서 마찰 교반 접합을 할 때에는, 피 접합 금속 부재에 회전시킨 교반 핀 F2만을 삽입하고, 피 접합 금속 부재와 연결부 F1과는 이격시키면서 이동시킨다. 바꾸어 말하면, 교반 핀 F2의 기단부는 노출시킨 상태에서 마찰 교반 접합을 행한다. 본접합용 회전 툴 F의 이동 궤적에는 마찰 교반된 금속이 경화됨으로써 소성화 영역 W가 형성된다.
가접합용 회전 툴 G는, 도 2의 (a)에 도시하는 바와 같이, 숄더 G1과, 교반 핀 G2를 포함한다. 가접합용 회전 툴 G는, 예를 들어 공구강으로 형성되어 있다. 숄더 G1은, 도 2의 (b)에 도시하는 바와 같이, 마찰 교반 장치의 회전축 D에 연결되는 부위임과 함께, 소성 유동화한 금속을 억제하는 부위이다. 숄더 G1은 원기둥 형상을 나타낸다. 숄더 G1의 하단부면은, 유동화한 금속이 외부로 유출되는 것을 방지하기 위해서 오목 형상으로 되어 있다. 교반 핀 G2는, 숄더 G1로부터 늘어뜨려져 있고, 숄더 G1과 동축으로 되어 있다. 교반 핀 G2는 숄더 G1로부터 이격됨에 따라서 선단이 가늘어져 있다. 교반 핀 G2의 외주면에는 나선 홈 G3이 각설되어 있다.
도 2의 (b)에 도시하는 바와 같이, 가접합용 회전 툴 G를 사용해서 마찰 교반 접합을 할 때에는, 회전시킨 교반 핀 G2와 숄더 G1의 하단부면을 피 접합 금속 부재에 삽입하면서 이동시킨다. 가접합용 회전 툴 G의 이동 궤적에는 마찰 교반된 금속이 경화됨으로써 소성화 영역 W1이 형성된다.
이어서, 본 실시 형태의 전열판에 대해서 설명한다. 도 3의 (a)에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 전열판(1)은, 베이스 부재(2)와, 덮개판(3)을 주로 포함한다. 베이스 부재(2)는 평탄한 판상 부재이다. 베이스 부재(2)에는, 오목 홈(10)과, 덮개 홈(11)이 형성되어 있다. 베이스 부재(2)의 재료는 마찰 교반 가능하면 특별히 제한되지 않지만, 본 실시 형태에서는 알루미늄 합금이다.
오목 홈(10)은 베이스 부재(2)의 표면(2a)에 있어서 평면에서 보아 사행 형상으로 형성되어 있다. 도 3의 (b)에 도시하는 바와 같이, 오목 홈(10)은, 덮개 홈(11)의 저면(11a)에 오목 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 오목 홈(10)은 직사각형 단면으로 되어 있지만 다른 형상이어도 된다. 오목 홈(10)의 개구는, 베이스 부재(2)의 표면(2a) 측으로 개방되어 있다. 오목 홈(10)의 평면 형상은 용도에 따라서 적절히 설정하면 된다.
덮개 홈(11)은 오목 홈(10)보다도 폭이 넓어져 있고, 오목 홈(10)의 표면(2a) 측에 있어서 오목 홈(10)에 연속해서 형성되어 있다. 덮개 홈(11)은 단면에서 보아 직사각형을 나타내고, 표면(2a) 측으로 개방되어 있다.
덮개판(3)은 덮개 홈(11)에 삽입되는 평탄한 판상 부재이다. 덮개판(3)은 본 실시 형태에서는, 베이스 부재(2)와 동등한 재료인 알루미늄 합금으로 형성되어 있다. 덮개판(3)은 덮개 홈(11)에 삽입되도록, 덮개 홈(11)의 중공부와 대략 동일 형상으로 되어 있다.
도 3, 도 4에 도시하는 바와 같이, 덮개 홈(11)의 측벽(11b, 11b)과 덮개판(3)의 측면(3c, 3c)이 각각 맞대져서 맞댐부(J1, J1)가 형성된다. 맞댐부(J1, J1)는, 깊이 방향의 전체 길이에 걸쳐서 마찰 교반에 의해 접합된다. 전열판(1)의 오목 홈(10)과 덮개판(3)의 이면(3b)으로 둘러싸인 공간이 유체의 유로가 된다.
이어서, 제1 실시 형태에 관한 전열판의 제조 방법에 대해서 설명한다. 전열판의 제조 방법에서는, 준비 공정과, 본접합 공정과, 버 절제 공정을 행한다.
준비 공정에서는, 삽입 공정과, 가접합 공정과, 고정 공정을 행한다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 삽입 공정에서는, 베이스 부재(2)의 덮개 홈(11)에 덮개판(3)을 삽입하여, 덮개 홈(11)의 측벽(11b, 11b)과, 덮개판(3)의 측면(3c, 3c)을 각각 맞댄다. 이에 의해, 도 5에 도시하는 바와 같이, 맞댐부(J1, J1)가 형성된다. 덮개판(3)의 표면(3a)과 베이스 부재(2)의 표면(2a)은 편평하게 된다.
가접합 공정에서는, 베이스 부재(2)와 덮개판(3)을 가접합한다. 도 5에 도시하는 바와 같이, 가접합 공정에서는, 가접합용 회전 툴 G를 사용해서 맞댐부(J1, J1)에 대하여 마찰 교반 접합을 행한다. 가접합용 회전 툴 G의 이동 궤적에는, 소성화 영역 W1이 형성된다. 가접합은 연속적으로 행해도 되고, 도 5에 도시하는 바와 같이 단속적으로 행해도 된다. 가접합용 회전 툴 G는 소형이기 때문에, 그 가접합에 있어서의 베이스 부재(2) 및 덮개판(3)의 열변형량은 작아져 있다.
도 6에 도시하는 바와 같이, 고정 공정에서는, 가접합된 베이스 부재(2) 및 덮개판(3)을 테이블 K에 고정한다. 도 6의 (a)에 도시하는 바와 같이, 테이블 K는, 상면이 평탄하게 형성된 기판 K1과, 기판 K1의 중앙에 배치된 스페이서 K2와, 기판 K1의 네 코너에 각각 형성된 4개의 클램프 K3을 포함한다. 스페이서 K2는, 본 실시 형태에서는 원기둥 형상을 나타낸다. 스페이서 K2의 높이는, 본접합 공정의 입열량 등의 조건에 따라서 적절히 설정하면 된다.
도 6의 (b)에 도시하는 바와 같이, 고정 공정에서는, 스페이서 K2 위에 가접합된 베이스 부재(2) 및 덮개판(3)을 표면(2a) 측이 볼록해지도록 만곡시켜서 배치하고, 네 코너를 클램프 K3으로 고정한다. 이에 의해, 도 7의 (a)에도 도시하는 바와 같이, 베이스 부재(2) 및 덮개판(3)의 표면(2a, 3a)에는 인장 응력이 작용한 상태로 된다.
도 7의 (b)에 도시하는 바와 같이, 본접합 공정은, 본접합용 회전 툴 F를 사용해서 맞댐부(J1, J1)에 대하여 마찰 교반 접합을 행하는 공정이다. 본접합 공정에서는, 가접합 공정에서 형성된 소성화 영역 W1 및 맞댐부 J1을 따라가도록 해서 마찰 교반 접합을 행한다. 본접합 공정에서는, 본접합용 회전 툴 F의 선단이, 덮개 홈(11)의 저면(11a)에 도달하도록 본접합용 회전 툴 F를 삽입하는 것이 바람직하다.
교반 핀 F2는, 덮개 홈(11)의 깊이 보다도 길게 되어 있기 때문에, 교반 핀 F2의 선단이 덮개 홈(11)의 저면(11a)에 도달해도, 연결부 F1이 베이스 부재(2) 및 덮개판(3)에 접촉하지 않는다. 즉, 본접합 공정에서는, 연결부 F1의 하단부면이 베이스 부재(2) 및 덮개판(3)의 표면(2a, 3a)에 접촉하지 않는다. 본접합용 회전 툴 F의 이동 궤적에는, 소성화 영역 W가 형성된다. 또한, 본 실시 형태에서는, 맞댐부 J1과 오목 홈(10)과의 거리는, 본접합 공정을 행했을 때 오목 홈(10)에 소성 유동재가 유입되지 않도록 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 본접합 공정 전에, 테이블 K에 고정된 베이스 부재(2)의 높이 방향의 변형량을 계측해 두고, 본접합 공정에 있어서 상기 변형량에 맞춰서 교반 핀 F2의 삽입 깊이를 조절하면서 마찰 교반을 행하는 것이 바람직하다. 즉, 베이스 부재(2) 및 덮개판(3)의 표면(2a, 3a)의 곡면을 따라 본접합용 회전 툴 F의 이동 궤적이 곡선이 되게 이동시킨다. 이렇게 함으로써, 소성화 영역 W의 깊이 및 폭을 일정하게 할 수 있다.
또한, 베이스 부재(2) 및 덮개판(3)의 변형량의 계측에 대해서는, 공지된 높이 검지 장치를 사용하면 된다. 또한, 예를 들어 테이블 K로부터 베이스 부재(2)의 표면(2a) 및 덮개판(3)의 표면(3a) 중 적어도 어느 한쪽까지의 높이를 검지하는 검지 장치가 장비된 마찰 교반 장치를 사용하여, 베이스 부재(2) 또는 덮개판(3)의 변형량을 검지하면서 본접합 공정을 행해도 된다.
본접합 공정이 종료되면, 베이스 부재(2) 및 덮개판(3)을 클램프 K3으로부터 이탈시켜서 정치한다. 본접합 공정에 의해 형성된 소성화 영역 W가 열 수축하기 때문에, 베이스 부재(2) 및 덮개판(3)이 표면(2a, 3a) 측으로 오목 형상이 되는 방향으로 변형된다. 이에 의해, 결과적으로 베이스 부재(2) 및 덮개판(3)이 평탄해진다.
버 절제 공정은, 본접합 공정 후에 베이스 부재(2) 및 덮개판(3)에 발생한 버를 제거하는 공정이다. 이상에 의해, 도 4에 도시하는 전열판(1)이 완성된다. 이상 설명한 본 실시 형태에 관한 전열판의 제조 방법에 의하면, 준비 공정에 있어서 미리 베이스 부재(2) 및 덮개판(3)의 표면(2a, 3a) 측이 볼록해지도록 고정한 상태에서 본접합 공정을 행하기 때문에, 본접합 공정에 의해 발생하는 열 수축에 의해 전열판(1)을 평탄하게 할 수 있다.
또한, 본접합용 회전 툴 F 중 교반 핀 F2만이 베이스 부재(2) 및 덮개판(3)에 접촉하게 되므로, 베이스 부재(2) 및 덮개판(3)의 표면(2a, 3a)이 볼록 형상으로 휘어졌다고 해도, 연결부 F1이 베이스 부재(2) 및 덮개판(3)에 맞닿는 일이 없어 본접합용 회전 툴 F의 조작성이 양호해진다.
또한, 본접합용 회전 툴 F의 연결부 F1이 베이스 부재(2) 및 덮개판(3)의 표면(2a, 3a)과 접촉하지 않기 때문에, 베이스 부재(2) 및 덮개판(3)에 대한 가압력이 작아짐과 함께, 종래의 제조 방법에 비하여, 소성화 영역 W의 폭이 작아진다. 이에 의해, 종래보다도 본접합용 회전 툴 F를 오목 홈(10)에 근접시키는 것이 가능해져, 전열판의 설계의 자유도가 향상된다. 또한, 종래의 제조 방법에 비하여, 접합하는 베이스 부재(2) 및 덮개판(3)과 본접합용 회전 툴 F와의 마찰을 경감할 수 있고, 마찰 교반 장치에 가해지는 부하를 작게 할 수 있다. 이에 의해, 맞댐부 J1의 깊은 위치까지 용이하게 마찰 교반 접합할 수 있다. 또한, 반드시 맞댐부 J1의 깊이 방향의 전체에 걸쳐 마찰 교반을 할 필요는 없지만, 맞댐부 J1의 깊이 방향 전체에 걸쳐 마찰 교반을 함으로써, 전열판(1)의 수밀성 및 기밀성을 향상시킬 수 있다.
또한, 가접합 공정을 행함으로써, 본접합 공정을 행할 때, 베이스 부재(2)와 덮개판(3)과의 틈이 생김을 방지할 수 있다. 또한, 버 절제 공정을 행함으로써, 전열판(1)을 깔끔하게 마무리할 수 있다.
또한, 본접합 공정을 행하기 전에, 탭재를 배치하는 탭재 배치 공정을 행해도 된다. 구체적인 도시는 생략하지만, 탭재 배치 공정에서는, 베이스 부재(2)의 측면에 하나 또는 복수의 탭재를 부착한다. 본접합 공정에서는, 그 탭재에 개시 위치 및 종료 위치를 설정해서 마찰 교반 접합을 행할 수 있다. 본접합 공정이 종료되면, 베이스 부재(2)로부터 탭재를 절제하면 된다. 탭재를 사용함으로써, 전열판(1) 내에 펀치 홀이 잔존하는 것을 방지할 수 있음과 함께 전열판(1)의 측면을 깔끔하게 마무리할 수 있다. 또한, 본접합 공정의 작업성을 높일 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 베이스 부재(2) 및 덮개판(3)의 변형량에 따라서 테이블 K에 대한 본접합용 회전 툴 F의 높이 위치를 변경하도록 했지만, 테이블 K에 대한 본접합용 회전 툴 F의 높이 위치를 일정하게 해서 본접합 공정을 행해도 된다.
또한, 테이블 K의 기판 K1과 스페이서 K2는 일체여도 된다. 또한, 스페이서 K2 대신에, 기판 K1의 표면을 상방으로 볼록해지는 곡면으로 형성해도 된다. 즉, 테이블 K는, 베이스 부재(2) 및 덮개판(3)을 상방으로 볼록해지도록 유지할 수 있는 구성이면 된다.
또한, 가접합 공정에서는, 본 실시 형태에서는 가접합용 회전 툴 G를 사용했지만, 본접합용 회전 툴 F를 사용해서 가접합을 행해도 된다. 이 경우에는, 본접합용 회전 툴 F의 교반 핀 F2의 선단만을 맞댐부 J1에 삽입해서 마찰 교반을 행한다. 본접합용 회전 툴 F를 사용해서 가접합을 행하면, 회전 툴을 교환할 필요가 없기 때문에 제조 사이클을 단축할 수 있다.
또한, 도 6의 (b)에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태의 고정 공정에서는, 베이스 부재(2) 및 덮개판(3)의 표면(2a, 3a)이 대략 구면이 되게 만곡시켰다. 즉, 고정 공정에 있어서, 베이스 부재(2)의 대향하는 한쪽의 변(2c, 2c) 및 대향하는 다른 쪽의 변(2d, 2d)의 양쪽이 상방으로 볼록해지도록 만곡시켰지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 베이스 부재(2)의 대향하는 한쪽의 변(2c, 2c)은, 직선 상태 그대로이고, 다른 쪽의 변(2d, 2d)이 상방으로 볼록해지도록 만곡시켜도 된다. 또는, 다른 쪽의 변(2d, 2d)은 직선 상태 그대로이고, 한쪽의 변(2c, 2c)이 상방으로 볼록해지도록 만곡시켜도 된다.
또한, 본접합 공정 후에, 마찰 교반에 의해 형성되는 홈이 커진 경우에는, 그 홈에 육성 용접을 행해서 보수해도 된다. 또는, 그 홈에 덮개 부재를 배치하고, 그 덮개 부재와 베이스 부재(2)를 마찰 교반 등에 의해 접합해서 보수해도 된다.
〔변형예〕
이어서, 제1 실시 형태에 관한 전열판의 제조 방법의 변형예에 대해서 설명한다. 도 8에 도시하는 바와 같이, 그 변형예에서는, 베이스 부재(2A) 및 덮개판(3A)의 형상이 제1 실시 형태와 상이하다. 제1 실시 형태에 관한 베이스 부재(2) 및 덮개판(3)은 삽입 공정 전에 있어서 모두 평탄한 부재이었지만, 변형예에서는 삽입 공정 전에 있어서 베이스 부재(2A) 및 덮개판(3A)이 표면(2a, 3a) 측으로 볼록해지게 변형되어 있다.
그 변형예에서는, 다이캐스트에 의해 미리 표면(2a, 3a) 측으로 볼록해지는 베이스 부재(2A) 및 덮개판(3A)을 성형한다. 베이스 부재(2A) 및 덮개판(3A)의 곡률은, 본접합 공정의 입열량 등의 조건에 따라서 적절히 설정하면 된다. 특허 청구 범위의 「상기 베이스 부재 및 상기 덮개판의 표면측이 볼록해지도록」이란, 상기한 실시 형태와 같이 베이스 부재(2) 및 덮개판(3)이 볼록해져서 표면(2a, 3a)에 인장 응력이 작용한 상태 외에, 그 변형예와 같이 베이스 부재(2) 및 덮개판(3)이 볼록해져 있지만, 표면(2a, 3a)에 인장 응력이 작용하지 않은 상태도 포함할 수 있다.
변형예에 관한 전열판의 제조 방법에서는, 준비 공정과, 본접합 공정과, 버 절제 공정을 행한다. 이 공정은, 제1 실시 형태와 대략 동등이기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.
그 변형예에 의해서도, 제1 실시 형태와 대략 동등한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 베이스 부재(2A) 및 덮개판(3A)이 미리 볼록 형상으로 변형되어 있기 때문에, 베이스 부재(2A)를 클램프하는 고정 공정을 용이하게 행할 수 있다. 또한, 변형예에서는, 다이캐스트에 의해 베이스 부재(2A) 및 덮개판(3A)을 준비했지만, 평탄한 부재를 각각 성형한 후, 원하는 곡률이 되게 변형시켜도 된다.
〔제2 실시 형태〕
본 발명의 제2 실시 형태에 관한 전열판 및 전열판의 제조 방법에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 제2 실시 형태에서는, 도 3, 도 4에 도시하는 제1 실시 형태와 마찬가지의 전열판(1)을 제조한다. 제2 실시 형태에 관한 전열판의 제조 방법에 대해서 설명한다. 제2 실시 형태에 관한 전열판의 제조 방법에서는, 준비 공정과, 본접합 공정과, 버 절제 공정을 행한다.
준비 공정에서는, 삽입 공정과, 가접합 공정과, 변형 공정과, 고정 공정을 행한다. 제2 실시 형태에서는, 주로 변형 공정을 행한다는 점에서 상기한 제1 실시 형태와 상이하다. 삽입 공정 및 가접합 공정은, 제1 실시 형태와 동등하다.
변형 공정에서는, 가접합된 베이스 부재(2) 및 덮개판(3)에 대하여 표면(2a, 3a) 측이 볼록해지게 변형시킨다. 도 9에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 프레스 성형형 M을 사용해서 변형 공정을 행한다. 프레스 성형형 M은, 하형 M1과, 상형 M2를 포함한다. 하형 M1은, 베이스 부재(2)보다도 크게 형성되어 있고, 본 실시 형태에서는 상면이 오목 형상의 구면으로 되어 있다. 상형 M2는, 베이스 부재(2)보다도 크게 형성되어 있고, 본 실시 형태에서는 하면이 볼록 형상의 구면으로 되어 있다.
변형 공정에서는, 가접합된 베이스 부재(2) 및 덮개판(3)을 하형 M1에 배치한 후, 상형 M2를 강하시켜서, 베이스 부재(2) 및 덮개판(3)을 변형시킨다. 이에 의해, 베이스 부재(2) 및 덮개판(3)의 표면(2a, 3a) 측에 인장 응력을 작용시켜서, 표면(2a, 3a) 측이 볼록 형상이 되도록 소성 변형시킨다.
도 6에 도시하는 바와 같이, 고정 공정에서는, 변형 공정으로 변형된 베이스 부재(2) 및 덮개판(3)을 테이블 K에 고정한다. 도 6의 (b)에 도시하는 바와 같이, 고정 공정에서는, 스페이서 K2 상에 변형 공정으로 변형시킨 베이스 부재(2) 및 덮개판(3)을 배치하고, 네 코너를 클램프 K3으로 고정한다. 도 7의 (a)에 도시하는 바와 같이, 고정 공정에 의해, 베이스 부재(2) 및 덮개판(3)의 표면(2a, 3a)이 볼록해지게 배치된다.
도 7의 (b)에 도시하는 바와 같이, 본접합 공정은, 본접합용 회전 툴 F를 사용해서 맞댐부(J1, J1)에 대하여 마찰 교반 접합을 행하는 공정이다. 본접합 공정은, 상기한 제1 실시 형태와 대략 동등하다.
버 절제 공정은, 본접합 공정 후에 베이스 부재(2) 및 덮개판(3)에 발생한 버를 제거하는 공정이다. 이상에 의해, 도 4에 도시하는 전열판(1)이 완성된다.
이상 설명한 본 실시 형태에 관한 전열판의 제조 방법에 의하면, 베이스 부재(2) 및 덮개판(3)의 표면(2a, 3a) 측에 인장 응력을 작용시켜서, 표면(2a, 3a) 측이 볼록 형상이 되도록 소정 변형시킨 후에 테이블 K에 고정하고, 표면(2a, 3a) 측으로 볼록 형상이 된 상태에서 본접합 공정을 행하기 때문에, 본접합 공정에 의해 발생하는 열 수축에 의해 전열판(1)을 평탄하게 할 수 있다. 즉, 본 실시 형태에 의해서도, 제1 실시 형태와 대략 동등한 효과를 발휘할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 가접합 공정을 행한 후에, 변형 공정을 행했지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 삽입 공정을 행하기 전에, 베이스 부재(2) 및 덮개판(3)에 대하여 각각 변형 공정을 행한 후, 삽입 공정, 가접합 공정 및 고정 공정의 순서로 행해도 된다.
또한, 도 6에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태의 변형 공정에서는, 베이스 부재(2) 및 덮개판(3)의 표면(2a, 3a)이 대략 구면이 되게 만곡시켰다. 즉, 변형 공정에 있어서, 베이스 부재(2)의 대향하는 한쪽의 변(2c, 2c) 및 대향하는 다른 쪽의 변(2d, 2d)의 양쪽이 하방으로 볼록해지도록 만곡시켰지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 하형 M1로서 상면이 오목 형상인 원통면을 구비하는 것, 상형 M2로서 하면이 볼록 형상의 원통면을 구비하는 것을 사용하여, 베이스 부재(2)의 대향하는 한쪽의 변(2c, 2c)은 직선 상태 그대로이고, 다른 쪽의 변(2d, 2d)이 하방으로 볼록해지도록 만곡시켜도 된다. 또는, 다른 쪽의 변(2d, 2d)은 직선 상태 그대로이고, 한쪽의 변(2c, 2c)이 하방으로 볼록해지도록 만곡시켜도 된다.
〔제1 변형예〕
이어서, 제2 실시 형태에 관한 전열판의 제조 방법의 제1 변형예에 대해서 설명한다. 도 10에 도시하는 바와 같이, 제1 변형예에서는, 변형 공정이 상기한 제2 실시 형태와 상이하다. 제1 변형예에서는, 제2 실시 형태와 상이한 부분을 중심으로 설명한다.
도 10에 도시하는 바와 같이, 제1 변형예에 관한 변형 공정에서는, 프레스 장치 H를 사용해서 베이스 부재(2) 및 덮개판(3)을 변형시킨다. 프레스 장치 H는, 평탄면을 구비한 가대 H1과, 가대 H1의 네 코너에 배치된 스페이서 H2와, 베이스 부재(2)의 이면(2b)의 중앙에 배치된 보조 부재 H3과, 펀치 H4를 주로 포함한다.
변형 공정에서는, 가접합된 베이스 부재(2) 및 덮개판(3)을 베이스 부재(2)의 이면(2b)이 위를 향하도록 배치하여, 이면(2b)의 중앙에 보조 부재 H3을 배치한다. 그리고, 펀치 H4를 하강시켜서, 베이스 부재(2) 및 덮개판(3)의 표면(2a, 3a) 측에 인장 응력을 작용시켜서, 표면(2a, 3a) 측이 볼록 형상이 되도록 소성 변형시킨다. 이에 의해, 베이스 부재(2) 및 덮개판(3)의 표면(2a, 3a) 측이 볼록 형상이 되게 변형된다.
상기한 제2 실시 형태에서는, 프레스 성형형 M을 사용해서 베이스 부재(2) 및 덮개판(3)을 변형시켰지만, 제1 변형예와 같이, 프레스 장치 H를 사용해서 변형시켜도 된다. 스페이서 H2 및 보조 부재 H3을 사용함으로써, 베이스 부재(2) 및 덮개판(3)에 흠집이 나는 것을 방지할 수 있다.
〔제2 변형예〕
이어서, 제2 실시 형태에 관한 전열판의 제조 방법의 제2 변형예에 대해서 설명한다. 도 11에 도시하는 바와 같이, 제2 변형예에서는, 변형 공정이 상기한 제2 실시 형태와 상이하다. 제2 변형예에서는, 제2 실시 형태와 상이한 부분을 중심으로 설명한다.
도 11의 (a)에 도시하는 바와 같이, 제2 변형예에 관한 변형 공정에서는, 마찰 교반을 행해서 베이스 부재(2) 및 덮개판(3)을 변형시킨다. 제2 변형예에 관한 변형 공정에서는, 본접합용 회전 툴 F를 사용해서 베이스 부재(2)의 이면(2b)에 대하여 마찰 교반을 행한다. 그 마찰 교반에서는, 본접합용 회전 툴 F의 교반 핀 F2만을 베이스 부재(2) 및 덮개판(3)에 접촉시킨 상태에서, 맞댐부(J1, J1)와 동일한 경로가 되도록 본접합용 회전 툴 F를 이동시킨다. 교반 핀 F2의 삽입 깊이는, 후에 행하는 본접합 공정 시의 교반 핀 F2의 삽입 깊이보다도 커지도록 설정한다.
제2 변형예에 관한 변형 공정에 의하면, 본접합용 회전 툴 F의 마찰 교반에 의해, 2조의 소성화 영역 W가 형성된다. 이에 의해, 도 11의 (b)에 도시하는 바와 같이, 열 수축이 발생하고, 베이스 부재(2)의 이면(2b) 측이 오목 형상이 되고, 베이스 부재(2) 및 덮개판(3)의 표면(2a, 3a)이 볼록해지게 변형된다. 고정 공정 및 본접합 공정은, 제2 실시 형태와 마찬가지로 행한다.
상기한 제2 실시 형태에서는, 프레스 성형형 M을 사용해서 베이스 부재(2) 및 덮개판(3)을 변형시켰지만, 제2 변형예와 같이, 마찰 교반에 의해 발생하는 열 수축에 의해 변형시켜도 된다. 제2 변형예에서는, 변형 공정과 본접합 공정에서 동일한 본접합용 회전 툴 F를 사용하기 때문에, 작업 수고를 적게 할 수 있다.
또한, 제2 변형예에 관한 변형 공정의 본접합용 회전 툴 F의 이동 궤적은, 상기한 궤적에 한정되지 않고, 본접합 공정에 있어서의 본접합용 회전 툴 F의 이동 궤적에 따라서 적절히 설정하면 된다. 또한, 그 변형 공정에 있어서의 회전 툴의 종류는 열 수축이 발생해서 베이스 부재(2) 및 덮개판(3)이 오목 형상으로 변형되도록 적절히 설정하면 된다.
이때, 변형 공정에서는, 본접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 입열량보다도 커지도록 설정하는 것이 바람직하다. 도 7의 (b)에 도시하는 바와 같이, 본접합 공정에서는 베이스 부재(2)의 네 코너와 중앙 이외는 테이블 K로부터 이격되어 있기 때문에, 본접합 공정에서 발생한 열이 테이블 K로부터 외부로 발열되기 어렵게 되어 있다. 이로 인해, 본접합 공정 시의 입열량을, 변형 공정 시의 입열량보다도 작게 설정하면, 열 수축의 균형이 잡혀서 전열판이 평탄해지기 쉬워진다.
또한, 구체적인 도시는 생략하지만, 제2 실시 형태의 변형 공정에서는 다른 방법으로 베이스 부재(2) 및 덮개판(3)의 표면(2a, 3a) 측이 볼록해지게 변형시켜도 된다. 예를 들어, 해머 등의 공구를 사용해서 베이스 부재(2)의 이면(2b)을 두드려서 변형시켜도 된다. 또한, 복수의 원기둥관이나 보조 부재를 사용한 롤 변형으로 베이스 부재(2) 및 덮개판(3)을 변형시켜도 된다.
〔제3 실시 형태〕
이어서, 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 전열판 및 전열판의 제조 방법에 대해서 설명한다. 도 12에 도시하는 바와 같이, 제3 실시 형태에 관한 전열판(1B)은 열 매체용 관(4)을 사용한다는 점에서 제1 실시 형태와 상이하다. 전열판(1B)는 베이스 부재(2)와, 덮개판(3)과, 열 매체용 관(4)을 포함한다.
베이스 부재(2)는 오목 홈(10)과, 덮개 홈(11)을 구비하고 있다. 오목 홈(10)의 저면은, 열 매체용 관(4)이 면 접촉하게 곡면으로 되어 있다. 또한, 오목 홈(10)의 폭 및 높이는, 열 매체용 관(4)의 외경과 대략 동등하게 되어 있다. 열 매체용 관(4)은 오목 홈(10)에 삽입되는 중공 관이다. 열 매체용 관(4)은 내부에 열 매체가 유통되는 부재이다.
제3 실시 형태에 관한 전열판의 제조 방법에서는, 준비 공정과, 본접합 공정과, 버 절제 공정을 행한다. 제3 실시 형태에 관한 전열판의 제조 방법은, 준비 공정에 있어서, 오목 홈(10)에 열 매체용 관(4)을 삽입하는 것을 제외하고는, 제1 실시 형태와 대략 동등하다. 제3 실시 형태에 관한 전열판의 제조 방법에 의하면, 열 매체용 관(4)을 구비한 전열판을 제조할 수 있음과 함께, 제1 실시 형태와 대략 동등한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 제3 실시 형태에 있어서도, 상기한 제1 실시 형태의 변형예와 같이, 삽입 공정 전에 베이스 부재(2), 덮개판(3) 및 열 매체용 관(4)을 미리 볼록 형상으로 변형시켜 두어도 된다.
또한, 도 13에 도시하는 바와 같이, 제3 실시 형태에 관한 전열판 제조 방법의 본접합 공정에 있어서는, 열 매체용 관(4) 주위의 공극부 Q에 소성 유동재가 유입되도록 해도 된다. 덮개판(3), 열 매체용 관(4) 및 오목 홈(10)으로 둘러싸인 공극부 Q에 소성 유동재를 유입시킴으로써, 전열판의 수밀성 및 기밀성을 향상시킬 수 있다.
〔제4 실시 형태〕
이어서, 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 전열판 및 전열판 제조 방법에 대해서 설명한다. 제4 실시 형태에서는, 도 12에 도시하는 전열판(1B)을 제조한다.
제4 실시 형태에 관한 전열판의 제조 방법에서는, 준비 공정과, 본접합 공정과, 버 절제 공정을 행한다. 준비 공정에서는, 삽입 공정(덮개판 삽입 공정)과, 가접합 공정과, 변형 공정과, 고정 공정을 행한다. 제4 실시 형태에서는, 주로 변형 공정을 행한다는 점에서 상기한 제3 실시 형태와 상이하다. 제4 실시 형태에서는, 제3 실시 형태와 상이한 점을 중심으로 설명한다.
제4 실시 형태의 변형 공정에서는, 가접합됨과 함께 열 매체용 관(4)이 매설된 베이스 부재(2) 및 덮개판(3)에 대하여 표면(2a, 3a) 측이 볼록해지게 변형시킨다. 변형예 공정은, 예를 들어 도 9에 도시하는 바와 같이, 제2 실시 형태에서 설명한 프레스 성형형 M을 사용해서 행한다. 또한, 변형 공정은, 예를 들어 도 10에 도시하는 바와 같이, 제2 실시 형태의 제1 변형예에서 설명한 프레스 장치 H를 사용해서 행한다. 또한, 변형 공정은, 예를 들어 도 11에 도시하는 바와 같이, 제2 실시 형태의 제2 변형예에서 설명한 마찰 교반에 의해 행한다.
또한, 제4 실시 형태의 변형 공정에서는 다른 방법으로 베이스 부재(2) 및 덮개판(3)의 표면(2a, 3a) 측이 볼록해지게 변형시켜도 된다. 예를 들어, 해머 등의 공구를 사용해서 베이스 부재(2)의 이면(2b)을 두드려서 변형시켜도 된다. 또한, 복수의 원기둥관이나 보조 부재를 사용한 롤 변형으로 베이스 부재(2) 및 덮개판(3)을 변형시켜도 된다.
제4 실시 형태에 관한 전열판 및 전열판 제조 방법에 의해서도, 제3 실시 형태와 대략 동등한 효과를 발휘할 수 있다.
〔제5 실시 형태〕
이어서, 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 전열판 제조 방법에 대해서 설명한다. 도 14에 도시하는 바와 같이, 제5 실시 형태에 관한 전열판의 제조 방법에서는, 베이스 부재(22)와 덮개판(23)을 사용해서 전열판을 제조한다.
베이스 부재(22)는 평탄한 판상 부재이다. 베이스 부재(22)의 표면(22a)에는, 오목 홈(30)이 형성되어 있다. 오목 홈(30)은 상방으로 개방되어 있고, 평면에서 보아 사행 형상을 나타낸다. 오목 홈(30)의 평면 형상은 용도에 따라서 적절히 설정하면 된다.
덮개판(23)은 평탄한 판상 부재이다. 덮개판(23)은 본 실시 형태에서는 베이스 부재(22)와 대략 동등한 형상으로 되어 있지만, 적어도 오목 홈(30)의 전체를 막는 부재이면 된다.
제5 실시 형태에 관한 전열판의 제조 방법에서는, 준비 공정과, 본접합 공정과, 버 절제 공정을 행한다. 준비 공정에서는, 오목 홈 폐색 공정과, 베이스 부재(22)와 덮개판(23)을 가접합하는 가접합 공정과, 베이스 부재(22) 및 덮개판(23)의 표면(22a, 23a) 측이 볼록해지도록 테이블 K에 고정하는 고정 공정을 행한다.
도 14 및 도 15의 (a)에 도시하는 바와 같이, 오목 홈 폐색 공정은, 베이스 부재(22)의 표면(22a)에 덮개판(23)을 적재해서 오목 홈(30)의 상방을 덮는 공정이다. 오목 홈 폐색 공정에서는, 베이스 부재(22)의 표면(22a)과 덮개판(23)의 이면(23b)이 겹쳐져 겹침부 J2가 형성된다.
도 15의 (a)에 도시하는 바와 같이, 가접합 공정에서는, 베이스 부재(22)와 덮개판(23)을 용접에 의해 가접합한다. 가접합은, 베이스 부재(22)와 덮개판(23)과의 겹침부 J2를 따라 단속적 또는 연속적으로 행한다. 용접 대신에, 가접합용 회전 툴 G를 사용해서 겹침부 J2에 가접합을 행해도 된다.
도 15의 (b)에 도시하는 바와 같이, 고정 공정에서는, 가접합된 베이스 부재(22) 및 덮개판(23)을 표면(22a, 23a) 측이 볼록해지도록 배치하고, 네 코너를 클램프 K3으로 고정한다. 이에 의해, 베이스 부재(22) 및 덮개판(23)의 표면(22a, 23a)에는 인장 응력이 작용한 상태로 된다.
도 16에 도시하는 바와 같이, 본접합 공정은, 본접합용 회전 툴 F를 덮개판(23)의 표면(23a)으로부터 삽입하고, 덮개판(23) 위에서 이동시켜서 겹침부 J2에 대하여 마찰 교반 접합을 행하는 공정이다. 본접합 공정에서는, 본접합용 회전 툴 F의 선단이, 베이스 부재(22)에 도달하게 본접합용 회전 툴 F를 삽입하는 것이 바람직하다. 본접합용 회전 툴 F의 이동 궤적에는, 소성화 영역 W가 형성된다. 소성화 영역 W와 오목 홈(30)과의 거리는, 본접합 공정을 행했을 때, 오목 홈(30)에 소성 유동재가 유입되지 않도록 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 본접합 공정 전에, 테이블 K에 고정된 베이스 부재(22) 및 덮개판(23)의 높이 방향의 변형량을 계측해 두고, 본접합 공정에 있어서, 그 변형량에 맞춰서 교반 핀 F2의 삽입 깊이를 조절하면서 마찰 교반을 행하는 것이 바람직하다. 즉, 덮개판(23)의 표면(23a)의 곡면을 따라 본접합용 회전 툴 F의 이동 궤적이 곡선이 되게 이동시킨다. 이렇게 함으로써, 소성화 영역 W의 깊이 및 폭을 일정하게 할 수 있다.
또한, 베이스 부재(22) 및 덮개판(23)의 변형량의 계측에 대해서는, 예를 들어 테이블 K로부터 덮개판(23)의 표면(23a)까지의 높이를 검지하는 검지 장치가 장비된 마찰 교반 장치를 사용하여, 베이스 부재(22) 및 덮개판(23)의 변형량을 검지하면서 본접합 공정을 행해도 된다. 본 실시 형태에 있어서는, 베이스 부재(22) 및 덮개판(23) 중 적어도 어느 한쪽의 변형량을 계측하기만 해도 된다. 또한, 본 실시 형태의 경우, 베이스 부재(22)의 변형량은, 전열판(21)의 이면측으로부터 계측해 두고, 전열판(21)의 표면측에 있어서의 변형량으로 환산해도 된다.
본접합 공정이 종료되면, 베이스 부재(22) 및 덮개판(23)을 클램프 K3으로부터 이탈시켜서 정치한다. 이에 의해, 본접합 공정에 의해 형성된 소성화 영역 W가 열 수축되기 때문에, 베이스 부재(22) 및 덮개판(23)이, 표면(22a, 23a) 측으로 오목 형상이 되는 방향으로 변형된다. 이에 의해, 결과적으로 베이스 부재(22) 및 덮개판(23)이 평탄해진다.
버 절제 공정에서는, 본접합 공정 후에 베이스 부재(22) 및 덮개판(23)에 발생한 버를 제거하는 공정이다.
이상에 의해, 전열판(21)이 완성된다. 이상 설명한 본 실시 형태에 관한 전열판의 제조 방법에 의하면, 준비 공정에 있어서 미리 베이스 부재(22) 및 덮개판(23)의 표면(22a, 23a) 측이 볼록해지도록 고정한 상태에서 본접합 공정을 행하기 때문에, 본접합 공정에 의해 발생하는 열 수축에 의해 전열판(21)을 평탄하게 할 수 있다.
또한, 본접합용 회전 툴 F 중 교반 핀 F2만이 덮개판(23)의 표면(23a)에 접촉하게 되므로, 덮개판(23)의 표면(23a)이 볼록 형상으로 휘어졌다고 해도, 연결부 F1이 덮개판(23)의 표면(23a)에 접촉하는 일이 없기 때문에 본접합용 회전 툴 F의 조작성이 양호해진다.
또한, 본접합용 회전 툴 F의 연결부 F1이 덮개판(23)의 표면(23a)과 접촉하지 않기 때문에, 덮개판(23)에 대한 가압력이 작아짐과 함께, 종래의 제조 방법에 비하여 소성화 영역 W의 폭이 작아진다. 이에 의해, 종래의 제조 방법보다도 본접합용 회전 툴 F를 오목 홈(30)에 근접시키는 것이 가능해져, 전열판의 설계의 자유도가 향상된다. 또한, 종래의 제조 방법에 비하여, 덮개판(23)과 본접합용 회전 툴 F와의 마찰을 경감할 수 있고, 마찰 교반 장치에 가해지는 부하를 작게 할 수 있다. 이에 의해, 깊은 위치에 겹침부 J2가 존재하는 경우에도, 용이하게 마찰 교반 접합할 수 있다.
또한, 가접합 공정을 행함으로써, 본접합 공정을 행할 때, 베이스 부재(22)와 덮개판(23)과의 틈이 생김을 방지할 수 있다. 또한, 버 절제 공정을 행함으로써, 전열판(21)을 깔끔하게 마무리할 수 있다.
또한, 제5 실시 형태에 있어서도, 상기한 제1 실시 형태의 변형예와 같이, 베이스 부재(22)와 덮개판(23)을 겹칠 때, 베이스 부재(22) 및 덮개판(23)을 미리 볼록 형상으로 변형시켜 두어도 된다.
〔제6 실시 형태〕
이어서, 본 발명의 제6 실시 형태에 관한 전열판 및 전열판의 제조 방법에 대해서 설명한다. 제6 실시 형태에 관한 전열판의 제조 방법에서는, 도 15, 도 16에 도시하는 전열판(21)을 제조한다.
제6 실시 형태에 관한 전열판의 제조 방법에서는, 준비 공정과, 본접합 공정과, 버 절제 공정을 행한다. 준비 공정에서는, 오목 홈 폐색 공정과, 베이스 부재(22)와 덮개판(23)을 가접합하는 가접합 공정과, 변형 공정과, 고정 공정을 행한다. 제6 실시 형태에서는, 주로 변형 공정을 행한다는 점에서 상기한 제5 실시 형태와 상이하다. 제6 실시 형태에서는, 제5 실시 형태와 상이한 점을 중심으로 설명한다.
제6 실시 형태의 변형 공정에서는, 가접합된 베이스 부재(22) 및 덮개판(23)에 대하여 표면(22a, 23a) 측이 볼록해지게 변형시킨다. 변형 공정에서는, 예를 들어 도 9에 도시하는 바와 같이, 제2 실시 형태에서 설명한 프레스 성형형 M을 사용해서 행한다. 또한, 변형 공정은, 예를 들어 도 10에 도시하는 바와 같이, 제2 실시 형태의 제1 변형예에서 설명한 프레스 장치 H를 사용해서 행한다. 또한, 변형 공정은, 예를 들어 도 11에 도시하는 바와 같이, 제2 실시 형태의 제2 변형예에서 설명한 마찰 교반에 의해 행한다.
또한, 제6 실시 형태의 변형 공정에서는 다른 방법으로 베이스 부재(22) 및 덮개판(23)의 표면(22a, 23a) 측이 볼록해지게 변형시켜도 된다. 예를 들어, 해머 등의 공구를 사용해서 베이스 부재(22)의 이면(22b)을 두드려서 변형시켜도 된다. 또한, 복수의 원기둥관이나 보조 부재를 사용한 롤 변형으로 베이스 부재(22) 및 덮개판(23)을 변형시켜도 된다.
제6 실시 형태에 관한 전열판 및 전열판의 제조 방법에 의해서도, 제5 실시 형태와 대략 동등한 효과를 발휘할 수 있다.
〔제7 실시 형태〕
이어서, 제7 실시 형태에 관한 전열판의 제조 방법에 대해서 설명한다. 도 17에 도시하는 바와 같이, 그 실시 형태에서는, 베이스 부재(22A)의 형상이 제5 실시 형태와 상이하다. 그 실시 형태의 베이스 부재(22A)의 표면(22Aa)에는 오목부(31)가 형성되어 있다. 오목부(31)는 상방으로 개방되고, 직육면체를 나타내는 중공부로 되어 있다.
본 실시 형태에 관한 전열판의 제조 방법에서는, 준비 공정과, 본접합 공정과, 버 절제 공정을 행한다. 준비 공정 및 버 절제 공정은, 제5 실시 형태와 대략 동등하기 때문에 상세한 설명은 생략한다. 도 17의 (b)에 도시하는 바와 같이, 본접합 공정에서는, 덮개판(23)의 표면(23a)으로부터 본접합용 회전 툴 F를 삽입하여, 오목부(31)의 둘레를 따라 일주시키면서, 겹침부 J2에 대하여 마찰 교반 접합을 행한다. 이에 의해, 전열판(21A)을 제조할 수 있다. 본 실시 형태에 따르면, 제5 실시 형태와 대략 동등한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 제7 실시 형태에 있어서도, 상기한 제1 실시 형태의 변형예와 같이, 베이스 부재(22A)와 덮개판(23)을 겹칠 때, 베이스 부재(22A) 및 덮개판(23)을 미리 볼록 형상으로 변형시켜 두어도 된다.
〔제8 실시 형태〕
이어서, 제8 실시 형태에 관한 전열판의 제조 방법에 대해서 설명한다. 제8 실시 형태에 관한 전열판의 제조 방법에서는, 도 17에 도시하는 전열판(21A)을 제조한다.
제8 실시 형태에 관한 전열판의 제조 방법에서는, 준비 공정과, 본접합 공정과, 버 절제 공정을 행한다. 준비 공정에서는, 폐색 공정과, 베이스 부재(22A)와 덮개판(23)을 가접합하는 가접합 공정과, 변형 공정과, 고정 공정을 행한다. 제8 실시 형태에서는, 주로 변형 공정을 행한다는 점에서 상기한 제7 실시 형태와 상이하다. 제8 실시 형태에서는, 제7 실시 형태와 상이한 점을 중심으로 설명한다.
제8 실시 형태의 변형 공정에서는, 가접합된 베이스 부재(22A) 및 덮개판(23)에 대하여 표면(22Aa, 23a) 측이 볼록해지게 변형시킨다. 변형 공정에서는, 예를 들어 도 9에 도시하는 바와 같이, 제2 실시 형태에서 설명한 프레스 성형형 M을 사용해서 행한다. 또한, 변형 공정은, 예를 들어 도 10에 도시하는 바와 같이, 제2 실시 형태의 제1 변형예에서 설명한 프레스 장치 H를 사용해서 행한다. 또한, 변형 공정은, 예를 들어 도 11에 도시하는 바와 같이, 제2 실시 형태의 제2 변형예에서 설명한 마찰 교반에 의해 행한다.
또한, 제8 실시 형태의 변형 공정에서는 다른 방법으로 베이스 부재(22A) 및 덮개판(23)의 표면(22Aa, 23a) 측이 볼록해지게 변형시켜도 된다. 예를 들어, 해머 등의 공구를 사용해서 베이스 부재(22A)의 이면(22Ab)을 두드려서 변형시켜도 된다. 또한, 복수의 원기둥관이나 보조 부재를 사용한 롤 변형으로 베이스 부재(22A) 및 덮개판(23)을 변형시켜도 된다.
제8 실시 형태에 관한 전열판 및 전열판의 제조 방법에 의해서도, 제7 실시 형태와 대략 동등한 효과를 발휘할 수 있다.
또한, 제5 실시 형태 내지 제8 실시 형태에서는, 교반 핀 F2의 선단이, 베이스 부재(22, 22A)에 도달하는 위치까지 압입하게 설정했지만, 베이스 부재(22, 22A)에 도달하지 않게 설정하는, 즉, 교반 핀 F2와 덮개판(23)만이 접촉하는 위치까지 압입하고, 겹침부 J2를 마찰 교반하게 설정해도 된다. 이러한 경우에는, 교반 핀 F2와 덮개판(23)과의 접촉에 의해 발생한 마찰열로, 베이스 부재(22, 22A) 및 덮개판(23)이 소성유동화됨으로써, 겹침부 J2가 접합된다.
또한, 제5 실시 형태 내지 제8 실시 형태에서는, 덮개판(23)의 표면(23a)으로부터 본접합용 회전 툴 F를 삽입했지만, 베이스 부재(22, 22A)의 이면(22b, 22Ab)으로부터 본접합용 회전 툴 F를 삽입하여, 겹침부 J2를 마찰 교반하도록 해도 된다. 이 경우에도, 교반 핀 F2는, 베이스 부재(22, 22A) 및 덮개판(23)의 양쪽과 접촉하는 위치까지 압입해도 되고, 베이스 부재(22, 22A)하고만 접촉하는 위치까지 압입하고, 마찰 교반하게 설정해도 된다.
또한, 제5 실시 형태 내지 제8 실시 형태에서는, 오목 홈(30) 또는 오목부(31)가 있는 형태를 예시했지만, 오목 홈(30) 또는 오목부(31)가 없는 베이스 부재를 사용해도 된다. 즉, 직육면체를 나타내는 베이스 부재 및 직육면체를 나타내는 덮개판을 접합해서 전열판을 제조해도 된다.
〔제9 실시 형태〕
이어서, 제9 실시 형태에 관한 접합 방법에 대해서 설명한다. 도 18에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 금속 부재(101, 101)의 단부면(101a, 101a)끼리를 맞대서 형성된 맞댐부 J10을 마찰 교반에 의해 접합한다. 금속 부재(101)는 금속제의 부재이며, 맞대지는 부분이 동등한 형상으로 되어 있다. 또한, 금속 부재(101, 101)는 동등한 재료로 형성되어 있다. 금속 부재(101)의 재료는, 마찰 교반 가능한 금속이면 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금, 티타늄, 티타늄 합금, 마그네슘, 마그네슘 합금 등으로부터 적절히 선택하면 된다.
도 18의 (a)에 도시하는 바와 같이, 금속 부재(101)는 직육면체를 나타내는 본체부(102)와, 본체부(102) 상에 형성되어 단면 사다리꼴 형상을 나타내는 볼록부(103)를 포함한다. 볼록부(103)의 표면(103a)은, 본체부(102)의 표면(102a, 102b)보다도 상방에 위치하고 있다. 볼록부(103)의 제1 표면(103b)은, 경사져 있고 본체부(102)의 표면(102a)과 볼록부(103)의 표면(103a)을 연결되어 있다. 또한, 볼록부(103)의 제2 표면(103c)은, 경사져 있고 본체부(102)의 표면(102b)과 볼록부(103)의 표면(103a)을 연결하고 있다.
본 실시 형태에 관한 접합 방법에서는, 맞댐 공정과, 접합 공정을 행한다. 도 18의 (a)에 도시하는 바와 같이, 맞댐 공정은, 금속 부재(101, 101)의 단부면(101a, 101a)을 맞대는 공정이다. 맞댐 공정에서는, 금속 부재(101, 101)의 각 표면끼리가 편평하게 되도록 맞댄다.
도 18의 (b)에 도시하는 바와 같이, 맞댐 공정에 의해 단부면(101a, 101a)이 면 접촉해서 맞댐부 J10이 형성된다. 맞댐부 J10은 그 높이 위치가 변화되게 형성된다. 즉, 맞댐부 J10은, 마찰 교반의 시점(삽입 위치)의 높이(표고)를 기준 높이로 하면, 시점부터 종점에 이르기까지 기준 높이와 높이가 상이한 구간이 존재하고 있다. 본 실시 형태에서는, 맞댐부 J10은, 제1 편평부 Ja와, 제1 경사부 Jb와, 제2 편평부 Jc와, 제2 경사부 Jd와, 제3 편평부 Je를 포함한다.
도 19의 (a)에 도시하는 바와 같이, 접합 공정은, 본접합용 회전 툴 F를 사용해서 맞댐부 J10에 대하여 마찰 교반 접합을 행하는 공정이다. 접합 공정에서는, 맞댐부 J10의 제1 편평부 Ja의 단부에 회전시킨 본접합용 회전 툴 F의 교반 핀 F2를 삽입하고, 맞댐부 J10을 따라 본접합용 회전 툴 F를 상대 이동시킨다. 본 실시 형태에서는, 본접합용 회전 툴 F의 회전 중심축이, 항상 연직축과 평행이 되는 상태에서 마찰 교반을 행한다. 접합 공정에 의해 교반 핀 F2의 주위 금속 부재(101, 101)가 마찰 교반되고 금속 부재(101, 101)가 접합된다. 본접합용 회전 툴 F의 이동 궤적에는, 소성화 영역 W가 형성된다.
도 19의 (b)에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 접합 공정에서는, 맞댐부 J10에 대한 교반 핀 F2의 삽입 깊이를 대략 일정하게 유지하면서, 교반 핀 F2만을 금속 부재(101, 101)에 접촉시킨 상태에서 마찰 교반을 행한다. 본 실시 형태에 관한 접합 공정에서는, 금속 부재(101, 101)가 고정된 가대(도시 생략)에 대하여 본접합용 회전 툴 F를 상하 이동시킴으로써 마찰 교반을 행한다.
이에 의해, 제1 편평부 Ja의 소성화 영역 W의 깊이 Za, 제1 경사부 Jb의 소성화 영역 W의 깊이 Zb(제1 표면(103b)과 직교하는 선 위에 있어서의 소성화 영역 W의 깊이) 및 제2 편평부 Jc의 소성화 영역 W의 깊이 Zc를 대략 동등하게 할 수 있다. 교반 핀 F2의 「삽입 깊이」란, 본접합용 회전 툴 F의 회전 중심축 상에 있어서의 금속 부재(101)의 표면으로부터 교반 핀 F2의 선단까지의 거리를 의미한다.
또한, 본 실시 형태에 관한 접합 공정에서는, 가대(도시 생략)에 대하여 본접합용 회전 툴 F를 상하 이동시켰지만, 본접합용 회전 툴 F의 높이 위치를 고정하여, 가대를 상하 이동시킴으로써 마찰 교반을 행해도 된다.
이상 설명한 본 실시 형태에 관한 접합 방법에 의하면, 금속 부재(101, 101)에 숄더부가 접촉하는 일이 없기 때문에, 교반 핀 F2를 충분한 깊이에 삽입하면서, 맞댐부 J10의 높이 변화에 따라서 본접합용 회전 툴 F의 상대적인 높이 위치를 용이하게 조절할 수 있다. 또한, 높이가 변화되는 맞댐부 J10에 있어서도, 교반 핀 F2를 맞댐부 J10의 깊은 위치까지 용이하게 삽입할 수 있기 때문에, 맞댐부 J10을 확실하게 접합할 수 있다. 즉, 금속 부재(101, 101)의 맞댐부 J10에 상향 경사(상향 구배) 또는 하향 경사(하향 구배)가 있었던 경우에도, 본접합용 회전 툴 F의 조작성을 높일 수 있다.
또한, 소성화 영역 W의 깊이를 일정하게 할 수 있기 때문에, 맞댐부 J10의 높이가 변화되어도 접합부의 접합 강도를 일정하게 할 수 있다.
또한, 교반 핀 F2만을 금속 부재(101, 101)에 접촉시킨 상태에서 마찰 교반을 행하기 때문에, 마찰 교반 장치에 작용하는 부하를 경감할 수 있다. 이에 의해, 마찰 교반 장치에 큰 부하가 걸리지 않는 상태에서, 맞댐부 J10이 깊은 위치를 마찰 교반할 수 있다.
또한, 맞댐부 J10의 높이의 변화점이나 경사면(제1 경사부 Jb, 제2 경사부 Jd)에 있어서는, 교반 핀 F2의 삽입 깊이를 일정하게 해도 소성화 영역 W의 깊이를 일정하게 하는 것이 곤란해지는 경우가 있다. 그러한 경우에는, 소성화 영역 W의 깊이가 대략 일정해지도록, 맞댐부 J10에 대한 본접합용 회전 툴 F의 교반 핀 F2의 삽입 깊이를 적절히 조절하는 것이 바람직하다.
〔제1 변형예〕
이어서, 제9 실시 형태의 제1 변형예에 대해서 설명한다. 도 20의 (a)는 제9 실시 형태에 관한 접합 방법의 제1 변형예에 있어서의 맞댐부의 종단면도이며, (b)는 제2 변형예에 있어서의 맞댐부의 종단면도이다. 도 20의 (a)에 도시하는 제1 변형예에서는, 맞댐부 J11의 높이가 변화됨과 함께 금속 부재(101, 101)의 표면이 곡면으로 되어 있다는 점에서 상기한 제9 실시 형태와 상이하다.
제1 변형예의 접합 공정은, 본접합용 회전 툴 F를 사용해서 맞댐부 J11에 대하여 마찰 교반 접합을 행하는 공정이다. 제1 변형예에 관한 접합 공정에서는, 맞댐부 J11에 대한 교반 핀 F2의 삽입 깊이를 대략 일정하게 유지하면서, 교반 핀 F2만을 금속 부재(101, 101)에 접촉시킨 상태에서 마찰 교반을 행한다.
〔제2 변형예〕
도 20의 (b)에 도시하는 제9 실시 형태의 제2 변형예에서는, 맞댐부 J12의 높이가 변화됨과 함께, 상향 경사(상향 구배)와 하향 경사(하향 구배)가 교대로 연속된다는 점에서 상기한 제9 실시 형태와 상이하다. 제2 변형예의 접합 공정은, 본접합용 회전 툴 F를 사용해서 맞댐부 J12에 대하여 마찰 교반 접합을 행하는 공정이다. 제2 변형예에 관한 접합 공정에서는, 맞댐부 J12에 대한 교반 핀 F2의 삽입 깊이를 대략 일정하게 유지하면서, 교반 핀 F2만을 금속 부재(101, 101)에 접촉시킨 상태에서 마찰 교반을 행한다.
제1 변형예 및 제2 변형예에 관한 접합 방법과 같이, 금속 부재(101, 101)의 표면이 곡면인 경우나, 상향 경사와 하향 경사가 연속되는 경우에 있어서도, 상기한 제9 실시 형태와 대략 동등한 효과를 발휘할 수 있다.
〔제3 변형예〕
도 21은, 제9 실시 형태의 제3 변형예에 관한 접합 방법을 도시하는 종단면도이다. 제3 변형예에서는, 본접합용 회전 툴 F를 접합면에 대하여 수직으로 한 상태에서 마찰 교반을 행한다는 점에서 제9 실시 형태와 상이하다.
도 21에 도시하는 바와 같이, 제9 실시 형태의 제3 변형예에서는, 접합 공정을 행할 때, 본접합용 회전 툴 F를 접합면에 대하여 수직으로 삽입하면서 마찰 교반을 행한다. 제3 변형예의 접합 공정에서는, 제1 편평부 Ja, 제2 편평부 Jc 및 제3 편평부 Je에 있어서는, 제9 실시 형태와 마찬가지로 본접합용 회전 툴 F의 회전 중심축을 연직축과 평행하게 한 상태에서 마찰 교반을 행한다. 한편, 제1 경사부 Jb 및 제2 경사부 Jd에 있어서는, 본접합용 회전 툴 F를 연직축에 대하여 경사지게 하여, 제1 경사부 Jb 및 제2경사부 Jd의 접합면(제1 표면(103b), 제2 표면(103c))에 대하여 본접합용 회전 툴 F의 회전 중심축을 수직으로 한 상태에서 마찰 교반을 행한다.
제3 변형예를 행하는 경우에는, 예를 들어 선단에 스핀들 유닛 등의 회전 구동 수단을 구비한 로봇 암에 본접합용 회전 툴 F를 부착해서 마찰 교반을 행할 수 있다. 이러한 마찰 교반 장치에 의하면, 연직축에 대한 본접합용 회전 툴 F의 회전 중심축의 각도를 용이하게 변경할 수 있다. 이에 의해, 맞댐부 J10의 높이가 변화되는 경우에 있어서도, 마찰 교반 중에 연직축에 대한 본접합용 회전 툴 F의 회전 중심축의 각도를 변경함으로써, 접합면에 대하여 본접합용 회전 툴 F를 항상 수직으로 한 상태에서 연속해서 마찰 교반을 행할 수 있다.
그 제3 변형예이어도, 제9 실시 형태와 대략 동등한 효과를 발휘할 수 있다. 또한, 본접합용 회전 툴 F를 각 접합면에 대하여 수직으로 삽입할 수 있기 때문에, 경사면이어도 맞댐부 J10의 깊은 위치까지 마찰 교반을 행할 수 있다. 또한, 접합면이 곡면인 경우에는, 그 접합면의 법선과 본접합용 회전 툴 F의 회전 중심축을 겹쳐서 마찰 교반을 행하면 된다.
이상 본 발명의 제9 실시 형태 및 제1 변형예 내지 제3 변형예에 대해서 설명했지만, 본 발명의 취지에 어긋나지 않는 범위에서 적절히 설계 변경이 가능하다. 예를 들어, 접합 공정을 행하기 전에, 소형의 회전 툴을 사용해서 마찰 교반을 행하거나, 또는 용접에 의해 가접합 공정을 행해도 된다. 이에 의해, 접합 공정을 행할 때의 맞댐부의 틈이 생김을 방지할 수 있다.
또한, 접합 공정을 행할 때, 맞댐부의 양단에 탭재를 배치해도 된다. 그 탭재의 각각의 표면에 마찰 교반의 개시 위치 및 종료 위치를 설정할 수 있다. 접합 공정이 종료되면 탭재는 절제하면 된다. 이에 의해, 접합 공정의 작업성을 높일 수 있다. 또한, 금속 부재(101, 101)의 측면을 깔끔하게 마무리할 수 있다.
〔제10 실시 형태〕
이어서, 본 발명의 제10 실시 형태에 관한 접합 방법에 대해서 설명한다. 도 22에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 금속 부재(201, 201)끼리를 겹쳐서 형성된 겹침부 J21을 마찰 교반에 의해 접합한다. 금속 부재(201, 201)는 금속제의 판상 부재이며, 동등한 형상으로 되어 있다.
금속 부재(201, 201)는 동등한 재료로 형성되어 있다. 금속 부재(201)의 재료는, 마찰 교반 가능한 금속이면 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금, 티타늄, 티타늄 합금, 마그네슘, 마그네슘 합금 등으로부터 적절히 선택하면 된다.
도 22에 도시하는 바와 같이, 금속 부재(201)는, 제1 평탄부(202)와, 경사부(203)와, 제2 평탄부(204)를 포함한다. 제1 평탄부(202), 경사부(203) 및 제2 평탄부(204)는 일정한 두께로 되어 있고, 모두 판상을 나타낸다. 제2 평탄부(204)는, 제1 평탄부(202)보다도 높은 위치에 형성되어 있다. 경사부(203)는, 제1 평탄부(202)의 일단부측과 제2 평탄부(204)의 타단부측을 연결하고 있다.
금속 부재(201, 201)는, 본 실시 형태에서는, 일정한 두께로 되어 있고, 표면(201a) 및 이면(201b) 모두에 높이가 변화되도록 형성되어 있지만, 하측에 배치되는 금속 부재(201)의 적어도 표면(201a) 및 상측에 배치되는 금속 부재(201)의 적어도 이면(201b)의 높이가 상이하도록 형성되어 있고, 또한 양자가 면 접촉하게 형성되어 있으면 된다.
본 실시 형태에 관한 접합 방법에서는, 겹침 공정과, 접합 공정을 행한다. 도 22에 도시하는 바와 같이, 겹침 공정은, 하측의 금속 부재(201)의 표면(201a)에, 상측의 금속 부재(201)의 이면(201b)을 겹치는 공정이다. 본 실시 형태에서는, 하측의 금속 부재(201)의 표면(201a)과, 상측의 금속 부재(201)의 이면(201b)이 동일한 형상이기 때문에, 겹침 공정에 의해 하측의 금속 부재(201)의 표면(201a)과 상측의 금속 부재(201)의 이면(201b)이 면 접촉해서 겹침부 J21이 형성된다.
겹침부 J21(금속 부재(201, 201)의 경계면)은 그 높이 위치가 변화되게 형성된다. 즉, 겹침부 J21에 있어서의 마찰 교반의 시점(삽입 위치)의 높이(표고)를 기준 높이라고 하면, 시점부터 종점에 이르기까지 기준 높이와 높이가 상이한 구간이 존재하였다. 본 실시 형태에서는, 겹침부 J21은, 제1 편평 겹침부 J22와, 경사 겹침부 J23과, 제2 편평 겹침부 J24를 포함한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 상측의 금속 부재(201)는 동등한 판 두께로 되어 있기 때문에, 겹침부 J21 및 상측의 금속 부재(201)의 표면(201a)의 높이가 모두 변화된다.
도 23에 도시하는 바와 같이, 접합 공정은, 본접합용 회전 툴 F를 사용해서 겹침부 J21에 대하여 마찰 교반 접합을 행하는 공정이다. 접합 공정에서는, 상측의 금속 부재(201)의 표면(201a)으로부터 우회전시킨 본접합용 회전 툴 F의 교반 핀 F2를 삽입하고, 상측의 금속 부재(201)의 표면(201a) 위에서 본접합용 회전 툴 F를 상대 이동시킨다. 접합 공정에 의해 겹침부 J21의 주위 금속이 마찰 교반되고 금속 부재(201, 201)가 접합된다. 본접합용 회전 툴 F의 이동 궤적에는, 소성화 영역 W가 형성된다. 접합 공정에서는, 본접합용 회전 툴 F의 회전 중심축이, 항상 연직축과 평행하게 되는 상태에서 마찰 교반을 행한다.
교반 핀 F2의 삽입 깊이는, 적어도 마찰 교반에 의해 형성되는 소성화 영역 W가 겹침부 J21에 도달하게 설정하면 되지만, 본 실시 형태에서는, 교반 핀 F2의 선단이, 하측의 금속 부재(201)에 접촉할 정도로 설정하고 있다.
도 23에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 접합 공정에서는, 겹침부 J21에 대한 교반 핀 F2의 삽입 깊이를 대략 일정하게 유지하면서, 교반 핀 F2만을 금속 부재(201, 201)에 접촉시킨 상태에서 마찰 교반을 행한다. 본 실시 형태에 관한 접합 공정에서는, 금속 부재(201, 201)가 고정된 가대(도시 생략)에 대하여 본접합용 회전 툴 F를 상하 이동시킴으로써 마찰 교반을 행한다.
이에 의해, 제1 편평 겹침부 J22의 소성화 영역 W의 깊이 Za, 경사 겹침부 J23의 소성화 영역 W의 깊이 Zb(경사부(203)와 직교하는 선 위에 있어서의 소성화 영역 W의 깊이) 및 제2 편평 겹침부 J24의 소성화 영역 W의 깊이 Zc를 대략 동등하게 할 수 있다. 교반 핀 F2의 「삽입 깊이」란, 본접합용 회전 툴 F의 회전 중심축 상에 있어서의 금속 부재(201)의 표면(201a)으로부터 교반 핀 F2의 선단까지의 거리를 의미한다.
또한, 본 실시 형태에 관한 접합 공정에서는, 가대(도시 생략)에 대하여 본접합용 회전 툴 F를 상하 이동시켰지만, 본접합용 회전 툴 F의 높이 위치를 고정하여, 가대를 상하 이동시킴으로써 마찰 교반을 행해도 된다.
이상 설명한 본 실시 형태에 관한 접합 방법에 의하면, 상측의 금속 부재(201)에 숄더부가 접촉하는 일이 없기 때문에, 교반 핀 F2를 충분한 깊이에 삽입하면서, 겹침부 J21의 높이 변화에 따라서 본접합용 회전 툴 F의 상대적인 높이 위치를 용이하게 조절할 수 있다. 또한, 높이가 변화되는 겹침부 J21에 있어서도, 교반 핀 F2를 깊은 위치에 있는 겹침부 J21까지 용이하게 삽입할 수 있기 때문에, 겹침부 J21을 확실하게 접합할 수 있다. 즉, 금속 부재(201, 201)의 겹침부 J21에 상향 경사(상향 구배) 또는 하향 경사(하향 구배)가 있었던 경우에도, 본접합용 회전 툴 F의 조작성을 높일 수 있다.
또한, 소성화 영역 W의 깊이를 일정하게 할 수 있기 때문에, 겹침부 J21의 높이가 변화되어도 접합부의 접합 강도를 일정하게 할 수 있다.
또한, 교반 핀 F2만을 금속 부재(201, 201)에 접촉시킨 상태에서 마찰 교반을 행하기 때문에, 마찰 교반 장치에 작용하는 부하를 경감할 수 있다. 이에 의해, 마찰 교반 장치에 큰 부하가 걸리지 않는 상태에서, 깊은 위치에 있는 겹침부 J21을 마찰 교반할 수 있다.
또한, 접합 공정에 있어서, 교반 핀 F2의 선단을 하측의 금속 부재(201)에 접촉시켜서(인입시켜서) 마찰 교반을 행함으로써, 겹침부 J21을 보다 확실하게 접합할 수 있다.
또한, 겹침부 J21의 높이 변화점이나 경사면(경사 겹침부 J23)에 있어서는, 교반 핀 F2의 삽입 깊이를 일정하게 해도 소성화 영역 W의 깊이를 일정하게 하는 것이 곤란해지는 경우가 있다. 그러한 경우에는, 소성화 영역 W의 깊이가 대략 일정해지도록, 겹침부 J21에 대한 본접합용 회전 툴 F의 교반 핀 F2의 삽입 깊이를 적절히 조절하는 것이 바람직하다.
〔제1 변형예〕
이어서, 제10 실시 형태의 제1 변형예에 대해서 설명한다. 도 24의 (a)는 제10 실시 형태의 제1 변형예에 관한 접합 방법을 도시하는 종단면도이며, (b)는 제10 실시 형태의 제2 변형예에 관한 접합 방법을 도시하는 종단면도이다. 도 24의 (a)에 도시하는 제10 실시 형태의 제1 변형예에서는, 겹침부 J21이 상향 경사(상향 구배)와 하향 경사(하향 구배)가 교대로 연속된다는 점에서 상기한 실시 형태와 상이하다.
제10 실시 형태의 제1 변형예의 접합 공정은, 본접합용 회전 툴 F를 사용해서 겹침부 J21에 대하여 마찰 교반 접합을 행하는 공정이다. 제1 변형예에 관한 접합 공정에서는, 겹침부 J21에 대한 교반 핀 F2의 삽입 깊이를 대략 일정하게 유지하면서, 교반 핀 F2만을 금속 부재(201, 201)에 접촉시킨 상태에서 마찰 교반을 행한다.
〔제2 변형예〕
도 24의 (b)에 도시하는 제10 실시 형태의 제2 변형예에서는, 겹침부 J21의 높이가 변화됨과 함께 금속 부재(201, 201)가 상하 방향으로 만곡되어 있는 점에서 상기한 실시 형태와 상이하다.
제10 실시 형태의 제2 변형예의 접합 공정은, 본접합용 회전 툴 F를 사용해서 겹침부 J21에 대하여 마찰 교반 접합을 행하는 공정이다. 제2 변형예에 관한 접합 공정에서는, 겹침부 J21에 대한 교반 핀 F2의 삽입 깊이를 대략 일정하게 유지하면서, 교반 핀 F2만을 금속 부재(201, 201)에 접촉시킨 상태에서 마찰 교반을 행한다.
제1 변형예 및 제2 변형예에 관한 접합 방법과 같이, 금속 부재(201)의 표면(201a)이 상향 경사와 하향 경사가 연속되는 경우나, 표면(201a)이 곡면인 경우에 있어서도, 상기한 제10 실시 형태와 대략 동등한 효과를 발휘할 수 있다.
〔제3 변형예〕
도 25의 (a) 및 (b)에 도시하는 제10 실시 형태의 제3 변형예에서는, 본접합용 회전 툴 F를 삽입하는 측의 금속 부재(211, 211)의 표면(211a)이 평탄하지만, 겹침부 J21의 높이가 변화된다는 점에서 제10 실시 형태와 상이하다.
하측의 금속 부재(211)는, 상이한 두께로 형성된 판상 부재이다. 하측의 금속 부재(211)는, 박육부(212)와, 박육부(212)보다도 두껍게 형성된 후육부(214)와, 박육부(212)와 후육부(214) 사이에 형성된 경사부(213)를 포함한다. 경사부(213)는, 단면 사다리꼴 형상을 나타낸다. 경사부(213)의 표면은, 박육부(212)의 표면 및 후육부(214)의 표면에 연속되어 있고, 박육부(212)로부터 후육부(214)를 향해서 상향 경사로 되어 있다. 이에 의해, 하측의 금속 부재(211)의 표면(211a)은, 높이가 변화되게 형성되어 있다. 하측의 금속 부재(211)의 이면(211b)은, 높이 변화가 없이 평탄하게 되어 있다.
상측의 금속 부재(211)는 하측의 금속 부재(211)와 동등한 형상으로 되어 있다. 상측의 금속 부재(211)는, 하측의 금속 부재(211)에 대하여 점대칭이 되게 배치된다. 이에 의해, 상측의 금속 부재(211)의 표면(211a)은, 높이 변화가 없이 평탄해진다. 또한, 상측의 금속 부재(211)의 이면(211b)은 높이가 변화되게 된다.
겹침 공정에서는, 하측의 금속 부재(211)의 표면(211a)과 상측의 금속 부재(211)의 이면(211b)을 겹친다. 도 25의 (b)에 도시하는 바와 같이, 겹침 공정에 의해 겹침부 J21이 형성된다. 겹침부 J21은, 그 높이 위치가 변화되게 형성된다. 즉, 겹침부 J21은, 제1 편평 겹침부 J22와, 경사 겹침부 J23과, 제2 편평 겹침부 J24를 포함한다.
도 25의 (b)에 도시하는 바와 같이, 접합 공정에서는, 본접합용 회전 툴 F를 사용해서 겹침부 J21에 대하여 마찰 교반 접합을 행하는 공정이다. 접합 공정에서는, 상측의 금속 부재(211)의 표면(211a)으로부터 우회전시킨 본접합용 회전 툴 F의 교반 핀 F2를 삽입하고, 상측의 금속 부재(211)의 표면(211a) 위에서 본접합용 회전 툴 F를 상대 이동시킨다. 접합 공정에 의해 겹침부 J21의 주위 금속이 마찰 교반되고 금속 부재(211, 211)가 접합된다. 본접합용 회전 툴 F의 이동 궤적에는, 소성화 영역 W가 형성된다. 접합 공정에서는, 본접합용 회전 툴 F의 회전 중심축이, 연직축과 평행하게 되는 상태에서 마찰 교반을 행한다.
제3 변형예에 관한 접합 공정에서는, 금속 부재(211, 211)가 고정된 가대(도시 생략)에 대하여 본접합용 회전 툴 F를 상하 이동시킴으로써 마찰 교반을 행한다. 교반 핀 F2의 삽입 깊이는, 적어도 마찰 교반에 의해 형성되는 소성화 영역 W가 겹침부 J21에 도달하게 설정하면 되지만, 본 변형예에서는, 겹침부 J21의 높이 변화에 따라 교반 핀 F2의 선단이, 하측의 금속 부재(211)에 접촉할 정도로 설정하고 있다.
또한, 제3 변형예에 관한 접합 공정에서는, 가대(도시 생략)에 대하여 본접합용 회전 툴 F를 상하 이동시켰지만, 본접합용 회전 툴 F의 높이 위치를 고정하여, 가대를 상하 이동시킴으로써 마찰 교반을 행해도 된다.
제3 변형예와 같이, 본접합용 회전 툴 F를 삽입하는 상측의 금속 부재(211)의 표면(211a)이 평탄하지만, 겹침부 J21의 높이가 변화되는 경우에도, 제10 실시 형태와 대략 동등한 효과를 발휘할 수 있다. 이와 같이, 접합되는 금속 부재끼리는, 하측에 배치되는 금속 부재의 적어도 표면과, 상측에 배치되는 금속 부재의 적어도 이면이 면 접촉하는 형상이면 된다.
〔제4 변형예〕
도 26은, 제10 실시 형태의 제4 변형예에 있어서의 접합 방법을 도시하는 종단면도이다. 도 26에 도시하는 바와 같이, 제4 변형예에서는, 교반 핀 F2를 상측의 금속 부재(201)에만 접촉시키는 점에서 상기한 제10 실시 형태와 상이하다. 제4 변형예의 접합 공정에서는, 교반 핀 F2를 상측의 금속 부재(201)에만 접촉시키면서, 마찰 교반에 의해 형성된 소성화 영역 W가 하측의 금속 부재(201)에 도달할 정도로 교반 핀 F2의 삽입 깊이를 설정한다.
제10 실시 형태의 제4 변형예의 접합 공정에 있어서도, 높이가 변화되는 겹침부 J21(상측의 금속 부재(201))에 대한 교반 핀 F2의 삽입 깊이를 대략 일정하게 유지하면서 마찰 교반을 행한다. 이러한 경우에는, 교반 핀 F2와 상측의 금속 부재(201)와의 마찰에 의해 발생한 마찰열로, 금속 부재(201, 201)가 소성 유동화됨으로써, 겹침부 J21이 접합된다.
또한, 상기한 제10 실시 형태 및 제10 실시 형태의 제1 변형예 내지 제3 변형예에 있어서도, 제4 변형예와 같이 본접합용 회전 툴 F를 상측의 금속 부재에만 접촉시킨 상태에서 접합 공정을 행해도 된다.
〔제5 변형예〕
도 27은, 제10 실시 형태의 제5 변형예에 관한 접합 방법을 도시하는 종단면도이다. 제5형 예에서는, 본접합용 회전 툴 F를 접합면에 대하여 수직으로 한 상태에서 마찰 교반을 행한다는 점에서 제10 실시 형태와 상이하다.
도 27에 도시하는 바와 같이, 제5 변형예의 겹침 공정에서는, 하측의 금속 부재(211)의 표면(211a)에, 상측의 금속 부재(201)의 이면(201b)을 겹쳐서 겹침부 J21을 형성한다. 접합 공정에서는, 제1 편평 겹침부 J22 및 제2 편평 겹침부 J24에 있어서는, 제10 실시 형태와 마찬가지로 본접합용 회전 툴 F의 회전 중심축을 연직축과 평행하게 한 상태에서 마찰 교반을 행한다. 한편, 경사 겹침부 J23에 있어서는, 본접합용 회전 툴 F를 연직축에 대하여 경사지게 하여, 경사 겹침부 J23의 접합면에 대하여 본접합용 회전 툴 F의 회전 중심축을 수직으로 한 상태에서 마찰 교반을 행한다.
제10 실시 형태의 제5 변형예를 행하는 경우에는, 예를 들어 선단에 스핀들 유닛 등의 회전 구동 수단을 구비한 로봇 암에 본접합용 회전 툴 F를 부착해서 마찰 교반을 행할 수 있다. 이러한 마찰 교반 장치에 의하면, 연직축에 대한 본접합용 회전 툴 F의 회전 중심축의 각도를 용이하게 변경할 수 있다. 이에 의해, 겹침부 J21의 높이가 변화되는 경우에 있어서도, 마찰 교반 중에 연직축에 대한 본접합용 회전 툴 F의 회전 중심축의 각도를 변경함으로써, 겹침부 J21(경계면)에 대하여 본접합용 회전 툴 F를 항상 수직으로 한 상태에서 연속해서 마찰 교반을 행할 수 있다.
제5 변형예이어도, 제10 실시 형태와 대략 동등한 효과를 발휘할 수 있다. 또한, 연직축에 대한 본접합용 회전 툴 F의 회전 중심축의 각도를 변경할 수 있기 때문에, 경사면이어도 깊은 위치에 있는 겹침부 J21(경계면)에 대하여 마찰 교반을 행할 수 있다. 또한, 접합면이 곡면인 경우에는, 그 접합면의 법선과 본접합용 회전 툴 F의 회전 중심축을 겹쳐서 마찰 교반을 행하면 된다.
〔제11 실시 형태〕
이어서, 본 발명의 제11 실시 형태에 관한 접합 방법에 대해서 설명한다. 도 28에 도시하는 바와 같이, 제11 실시 형태에서는, 본접합용 회전 툴 F를 삽입하는 측의 금속 부재(211)의 표면(211a)만의 높이가 변화된다는 점에서 제10 실시 형태와 상이하다.
도 28에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 금속 부재(210)와 금속 부재(211)를 겹쳐서 형성된 겹침부 J25를 마찰 교반으로 접합한다. 금속 부재(210)는 일정한 두께로 형성된 판상 부재이다.
한편, 금속 부재(211)는 상기한 제10 실시 형태의 제3 변형예에 관한 하측의 금속 부재(211)와 동등하다. 금속 부재(211)의 표면(211a)은 높이가 변화되게 형성되어 있다. 금속 부재(211)의 이면(211b)은 평탄하게 되어 있다.
본 실시 형태에 관한 접합 방법에서는, 겹침 공정과, 접합 공정을 행한다. 겹침 공정은, 하측의 금속 부재(210)의 표면(210a)과, 상측의 금속 부재(211)의 이면(211b)을 겹치는 공정이다. 하측의 금속 부재(210)의 표면(210a)과 상측의 금속 부재(211)의 이면(211b)이 면 접촉해서 겹침부 J25가 형성된다. 겹침부 J25는, 그 높이 위치가 일정하게 되어 있다.
접합 공정은, 본접합용 회전 툴 F를 사용해서 겹침부 J25에 대하여 마찰 교반을 행하는 공정이다. 접합 공정에서는, 상측의 금속 부재(211)의 표면(211a)으로부터 우회전시킨 본접합용 회전 툴 F의 교반 핀 F2를 삽입하고, 금속 부재(211)의 표면(211a) 위에서 본접합용 회전 툴 F를 상대 이동시킨다. 접합 공정에 의해 겹침부 J25의 주위 금속이 마찰 교반되고 금속 부재(210, 211)가 접합된다. 본접합용 회전 툴 F의 이동 궤적에는, 소성화 영역 W가 형성된다.
교반 핀 F2의 삽입 깊이는, 적어도 마찰 교반에 의해 형성되는 소성화 영역 W가 겹침부 J25에 도달하게 설정하면 되지만, 본 실시 형태에서는, 교반 핀 F2의 선단이, 하측의 금속 부재(210)에 접촉할 정도로 설정하였다.
본 실시 형태에 관한 접합 공정에서는, 겹침부 J25(금속 부재(210))에 대한 교반 핀 F2의 삽입 깊이를 대략 일정하게 유지하면서, 교반 핀 F2만을 금속 부재(210, 211)에 접촉시킨 상태에서 마찰 교반을 행한다.
이상 설명한 본 실시 형태에 관한 접합 방법에 의하면, 상측의 금속 부재(211)에 숄더부가 접촉하는 일이 없기 때문에, 금속 부재(211)의 표면(211a)의 높이가 변화되는 경우에도, 교반 핀 F2를 겹침부 J25까지 용이하게 삽입할 수 있다. 이에 의해, 겹침부 J25를 확실하게 접합할 수 있다. 즉, 본접합용 회전 툴 F를 삽입하는 측의 금속 부재(211)의 표면(211a)에 상향 경사(상향 구배) 또는 하향 경사(하향 구배)가 있었던 경우에도, 본접합용 회전 툴 F의 조작성을 높일 수 있다.
또한, 교반 핀 F2만을 금속 부재(210, 211)에 접촉시킨 상태에서 마찰 교반을 행하기 때문에, 마찰 교반 장치에 작용하는 부하를 경감할 수 있다. 이에 의해, 마찰 교반 장치에 큰 부하가 걸리지 않는 상태에서, 깊은 위치에 있는 겹침부 J25를 마찰 교반할 수 있다.
또한, 접합 공정에 있어서, 교반 핀 F2의 선단을 하측의 금속 부재(210)에 접촉시켜서(인입시켜서) 마찰 교반을 행함으로써, 겹침부 J25를 보다 확실하게 접합할 수 있다.
또한, 상기한 실시 형태에서는, 금속 부재(210, 211)의 양쪽에 교반 핀 F2를 접촉시켜서 마찰 교반을 행했지만, 본접합용 회전 툴 F를 삽입하는 측의 금속 부재(211)에만 교반 핀 F2를 접촉시켜서 접합 공정을 행해도 된다. 이 경우에는, 교반 핀 F2와 상측의 금속 부재(211)와의 마찰에 의해 발생한 마찰열로, 금속 부재(210, 211)가 소성유동화됨으로써, 겹침부 J25가 접합된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 상측의 금속 부재(211)의 표면(211a)의 일부(경사부(213))는 경사면으로 되어 있지만, 곡면일 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다. 또한, 상측의 금속 부재에 경사면이나 곡면이 연속되는 경우에 있어서도, 본 발명을 적용할 수 있다.
이상 본 발명의 제10 실시 형태, 제11 실시 형태 및 변형예에 대해서 설명했지만, 본 발명의 취지에 어긋나지 않는 범위에서 적절히 설계 변경이 가능하다. 예를 들어, 접합 공정을 행하기 전에, 소형의 회전 툴을 사용해서 금속 부재끼리의 측방으로부터 마찰 교반을 행하거나, 또는 용접에 의해 가접합 공정을 행해도 된다. 이에 의해, 접합 공정을 행할 때의 겹침부 J21, J25의 틈이 생김을 방지할 수 있다.
또한, 접합 공정을 행할 때, 겹침부의 양단에 탭재를 배치해도 된다. 그 탭재의 각각의 표면에 마찰 교반의 개시 위치 및 종료 위치를 설정할 수 있다. 접합 공정이 종료되면 탭재는 절제하면 된다. 이에 의해, 접합 공정의 작업성을 높일 수 있다. 또한, 탭재를 설치해서 접합 공정을 행함으로써 금속 부재끼리의 측면을 깔끔하게 마무리할 수 있다.
1 : 전열판
2 : 베이스 부재
3 : 덮개판
4 : 열 매체용 관
10 : 오목 홈
11 : 덮개 홈
101 : 금속 부재
210 : 금속 부재
211 : 금속 부재
F : 본접합용 회전 툴(회전 툴)
F1 : 교반 핀
G : 가접합용 회전 툴
J10 : 맞댐부
J21 : 겹침부
J25 : 겹침부
W : 소성화 영역

Claims (25)

  1. 베이스 부재의 표면에 개구되는 오목 홈의 주위에 형성된 덮개 홈에, 덮개판을 삽입하면서, 상기 베이스 부재 및 상기 덮개판의 표면측이 볼록해지도록 테이블에 고정하는 준비 공정과,
    상기 덮개 홈의 측벽과 상기 덮개판의 측면과의 맞댐부를 따라 교반 핀을 구비한 회전 툴을 상대 이동시켜서 마찰 교반을 행하는 본접합 공정을 포함하고,
    상기 본접합 공정에 있어서, 상기 교반 핀을 상기 맞댐부에 삽입하고, 상기 교반 핀만을 상기 베이스 부재 및 상기 덮개판에 접촉시킨 상태에서 마찰 교반을 행하는 것을 특징으로 하는, 전열판의 제조 방법.
  2. 베이스 부재의 표면에 개구되는 덮개 홈의 저면에 형성된 오목 홈에, 열 매체용 관을 삽입하면서 상기 덮개 홈에 덮개판을 삽입하고, 상기 베이스 부재 및 상기 덮개판의 표면측이 볼록해지도록 테이블에 고정하는 준비 공정과,
    상기 덮개 홈의 측벽과 상기 덮개판의 측면과의 맞댐부를 따라 교반 핀을 구비한 회전 툴을 상대 이동시켜서 마찰 교반을 행하는 본접합 공정을 포함하고,
    상기 본접합 공정에 있어서, 상기 교반 핀을 상기 맞댐부에 삽입하고, 상기 교반 핀만을 상기 베이스 부재 및 상기 덮개판에 접촉시킨 상태에서 마찰 교반을 행하는 것을 특징으로 하는, 전열판의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 본접합 공정 전에, 상기 맞댐부를 가접합하는 가접합 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전열판의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가접합 공정에서는, 상기 회전 툴의 교반 핀만을 상기 맞댐부에 삽입해서 가접합하는 것을 특징으로 하는, 전열판의 제조 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 베이스 부재 및 상기 덮개판 중 적어도 한쪽의 변형량을 계측하고, 상기 본접합 공정에 있어서, 상기 교반 핀의 삽입 깊이를 상기 변형량에 맞추어 조절하면서 마찰 교반을 행하는 것을 특징으로 하는, 전열판의 제조 방법.
  6. 베이스 부재의 표면에 개구되는 오목 홈 또는 오목부를 덮도록, 상기 베이스 부재의 표면에 덮개판을 겹치면서, 상기 베이스 부재 및 상기 덮개판의 표면측이 볼록해지도록 테이블에 고정하는 준비 공정과,
    상기 덮개판의 표면으로부터 교반 핀을 구비한 회전 툴을 삽입하고, 상기 베이스 부재의 표면과 상기 덮개판의 이면과의 겹침부를 따라 상기 회전 툴을 상대 이동시키는 본접합 공정을 포함하고,
    상기 본접합 공정에서는, 상기 교반 핀만을 상기 베이스 부재와 상기 덮개판의 양쪽 또는 상기 덮개판에만 접촉시킨 상태에서 상기 겹침부의 마찰 교반을 행하는 것을 특징으로 하는, 전열판의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 본접합 공정 전에, 상기 겹침부를 가접합하는 가접합 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전열판의 제조 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 베이스 부재 및 상기 덮개판 중 적어도 한쪽의 변형량을 계측하고, 상기 본접합 공정에 있어서, 상기 교반 핀의 삽입 깊이를 상기 변형량에 맞추어 조절하면서 마찰 교반을 행하는 것을 특징으로 하는, 전열판의 제조 방법.
  9. 제1항, 제2항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 본접합 공정의 종료 후, 상기 회전 툴의 마찰 교반에 의해 발생한 버를 절제하는 버 절제 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전열판의 제조 방법.
  10. 베이스 부재 및 덮개판의 표면측에 인장 응력을 작용시켜서, 그 표면측이 볼록해지도록 상기 베이스 부재 및 상기 덮개판을 변형시키는 변형 공정과,
    상기 베이스 부재의 표면에 개구되는 오목 홈의 주위에 형성된 덮개 홈에, 상기 덮개판을 삽입하는 덮개 홈 폐색 공정과,
    상기 덮개 홈의 측벽과 상기 덮개판의 측면과의 맞댐부를 따라 교반 핀을 구비한 회전 툴을 상대 이동시켜서 마찰 교반을 행하는 본접합 공정을 포함하고,
    상기 본접합 공정에 있어서, 상기 교반 핀을 상기 맞댐부에 삽입하고, 상기 교반 핀만을 상기 베이스 부재 및 상기 덮개판에 접촉시킨 상태에서 마찰 교반을 행하는 것을 특징으로 하는, 전열판의 제조 방법.
  11. 베이스 부재 및 덮개판의 표면측에 인장 응력을 작용시켜서, 그 표면측이 볼록해지도록 상기 베이스 부재 및 상기 덮개판을 변형시키는 변형 공정과,
    상기 베이스 부재의 표면에 개구되는 덮개 홈의 저면에 형성된 오목 홈에, 열 매체용 관을 삽입하는 열 매체용 관 삽입 공정과,
    상기 덮개 홈에 덮개판을 삽입하는 덮개판 삽입 공정과,
    상기 덮개 홈의 측벽과 상기 덮개판의 측면과의 맞댐부를 따라 교반 핀을 구비한 회전 툴을 상대 이동시켜서 마찰 교반을 행하는 본접합 공정을 포함하고,
    상기 본접합 공정에 있어서, 상기 교반 핀을 상기 맞댐부에 삽입하고, 상기 교반 핀만을 상기 베이스 부재 및 상기 덮개판에 접촉시킨 상태에서 마찰 교반을 행하는 것을 특징으로 하는, 전열판의 제조 방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 본접합 공정 전에, 상기 맞댐부를 가접합하는 가접합 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전열판의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 가접합 공정에서는, 상기 회전 툴의 교반 핀만을 상기 맞댐부에 삽입해서 가접합하는 것을 특징으로 하는, 전열판의 제조 방법.
  14. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 베이스 부재 및 상기 덮개판 중 적어도 어느 한쪽의 변형량을 계측하고, 상기 본접합 공정에 있어서, 상기 교반 핀의 삽입 깊이를 상기 변형량에 맞추어 조절하면서 마찰 교반을 행하는 것을 특징으로 하는, 전열판의 제조 방법.
  15. 베이스 부재 및 덮개판의 표면측에 인장 응력을 작용시켜서, 그 표면측이 볼록해지도록 상기 베이스 부재 및 상기 덮개판을 변형시키는 변형 공정과,
    상기 베이스 부재의 표면에 개구되는 오목 홈 또는 오목부를 덮도록, 상기 베이스 부재의 표면에 상기 덮개판을 겹치는 폐색 공정과,
    상기 베이스 부재와 상기 덮개판과의 겹침부를 가접합하는 가접합 공정과,
    상기 덮개판의 표면으로부터 교반 핀을 구비한 회전 툴을 삽입하고, 상기 베이스 부재의 표면과 상기 덮개판의 이면과의 겹침부를 따라 상기 회전 툴을 상대 이동시키는 본접합 공정을 포함하고,
    상기 본접합 공정에서는, 상기 교반 핀만을 상기 베이스 부재와 상기 덮개판의 양쪽 또는 상기 덮개판에만 접촉시킨 상태에서 상기 겹침부의 마찰 교반을 행하는 것을 특징으로 하는, 전열판의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 베이스 부재 및 상기 덮개판 중 적어도 어느 한쪽의 변형량을 계측하고, 상기 본접합 공정에 있어서, 상기 교반 핀의 삽입 깊이를 상기 변형량에 맞추어 조절하면서 마찰 교반을 행하는 것을 특징으로 하는, 전열판의 제조 방법.
  17. 제10항, 제11항 및 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 본접합 공정의 종료 후, 상기 회전 툴의 마찰 교반에 의해 발생한 버를 절제하는 버 절제 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전열판의 제조 방법.
  18. 표면의 높이가 변화되는 금속 부재끼리를 맞대서 높이가 변화되는 맞댐부를 형성하는 맞댐 공정과,
    높이가 변화되는 상기 맞댐부에 대하여 회전 툴의 교반 핀만을 상기 금속 부재에 접촉시킨 상태에서 마찰 교반을 행하는 접합 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 접합 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 접합 공정에서는, 높이가 변화되는 상기 맞댐부에 대한 상기 교반 핀의 삽입 깊이를 대략 일정하게 유지하면서 마찰 교반을 행하는 것을 특징으로 하는, 접합 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 접합 공정에서는, 마찰 교반에 의해 형성되는 소성화 영역의 깊이가 대략 일정해지도록, 높이가 변화되는 상기 맞댐부에 대한 상기 교반 핀의 삽입 깊이를 조절하는 것을 특징으로 하는, 접합 방법.
  21. 적어도 표면의 높이가 변화되는 한쪽의 금속 부재의 표면에, 적어도 이면의 높이가 변화되는 다른 쪽의 금속 부재의 이면을 겹쳐서 높이가 변화되는 겹침부를 형성하는 겹침 공정과,
    다른 쪽의 상기 금속 부재의 표면으로부터 회전 툴을 삽입하고, 한쪽의 상기 금속 부재와 다른 쪽의 상기 금속 부재의 양쪽 또는 다른 쪽의 상기 금속 부재에만 회전 툴의 교반 핀만을 접촉시킨 상태에서 상기 겹침부에 마찰 교반을 행하는 접합 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 접합 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 접합 공정에서는, 높이가 변화되는 상기 겹침부에 대한 상기 교반 핀의 삽입 깊이를 대략 일정하게 유지하면서 마찰 교반을 행하는 것을 특징으로 하는, 접합 방법.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 접합 공정에서는, 마찰 교반에 의해 형성되는 소성화 영역의 깊이가 대략 일정해지도록, 높이가 변화되는 상기 겹침부에 대한 상기 교반 핀의 삽입 깊이를 조절하는 것을 특징으로 하는, 접합 방법.
  24. 한쪽의 금속 부재의 표면에, 표면의 높이가 변화되는 다른 쪽의 금속 부재의 이면을 겹쳐서 겹침부를 형성하는 겹침 공정과,
    다른 쪽의 상기 금속 부재의 표면으로부터 회전 툴을 삽입하고, 한쪽의 상기 금속 부재와 다른 쪽의 상기 금속 부재의 양쪽 또는 다른 쪽의 상기 금속 부재에만 회전 툴의 교반 핀만을 접촉시킨 상태에서 상기 겹침부에 마찰 교반을 행하는 접합 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 접합 방법.
  25. 제18항, 제21항 및 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 교반 핀의 둘레면에 나선 홈이 각설되어 있고,
    상기 회전 툴을 우회전시키는 경우에는, 상기 나선 홈을 상기 교반 핀의 기단부측으로부터 선단측을 향해서 좌측 방향으로 각설하고,
    상기 회전 툴을 좌회전시키는 경우에는, 상기 나선 홈을 상기 교반 핀의 기단부측으로부터 선단측을 향해서 우측 방향으로 각설하는 것을 특징으로 하는, 접합 방법.
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