(57)【要約】【課題】熱交換効率の高い伝熱板を製造でき、金属部材の表面の段差凹溝を小さくすることができるとともに接合表面粗さを小さくすることができる伝熱板の製造方法を提供することを課題とする。【解決手段】凹溝３に熱媒体用管６を挿入する熱媒体用管挿入工程と、蓋溝４に蓋板５を挿入する蓋板挿入工程と、蓋溝４の側壁と蓋板５の側面との突合せ部Ｊに沿って基端側ピンＦ２と先端側ピンＦ３とを備えた本接合用回転ツールＦを移動させて摩擦攪拌を行う接合工程と、を含み、接合工程において、回転した本接合用回転ツールＦの先端側ピンＦ３を突合せ部Ｊに挿入し、基端側ピンＦ２の外周面をベース部材２及び蓋板５に接触させた状態で摩擦攪拌を行うとともに、熱媒体用管６の周囲に形成された空隙部Ｐに摩擦熱によって流動化させた塑性流動材Ｑを流入させることを特徴とする。【選択図】図１０
2020032429.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース部材の表面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、
前記蓋溝に蓋板を挿入する蓋板挿入工程と、
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基端側ピンと先端側ピンとを備えた回転ツールを移動させて摩擦攪拌を行う接合工程と、を含み、
前記回転ツールの前記基端側ピンのテーパー角度は、前記先端側ピンのテーパー角度よりも大きくなっており、
前記基端側ピンの外周面には、階段状の段差部が形成されており、
前記接合工程において、回転した前記回転ツールの前記先端側ピンを前記突合せ部に挿入し、前記基端側ピンの外周面を前記ベース部材及び前記蓋板に接触させた状態で摩擦攪拌を行うとともに、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せた塑性流動材を流入させることを特徴とする伝熱板の製造方法。
【請求項２】
前記接合工程において、前記先端側ピンの先端を、前記蓋溝の底面よりも深く挿入することを特徴とする請求項１に記載の伝熱板の製造方法。
【請求項３】
前記接合工程において、前記先端側ピンの先端と、前記熱媒体用管に接触する仮想鉛直面との最近接距離が１〜３ｍｍであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の伝熱板の製造方法。
【請求項４】
前記接合工程後に、
前記蓋溝よりも表面側に、前記蓋溝よりも幅広に形成された上蓋溝に上蓋板を挿入する上蓋板挿入工程と、
前記上蓋溝の側壁と前記上蓋板の側面との上側突合せ部に沿って前記基端側ピンと前記先端側ピンとを備えた前記回転ツールを移動させて摩擦攪拌を行う上蓋接合工程と、
を含み、
前記上蓋接合工程において、回転した前記回転ツールの前記先端側ピンを前記上側突合せ部に挿入し、前記基端側ピンの外周面を前記ベース部材及び前記上蓋板に接触させた状態で摩擦攪拌を行う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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伝熱板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ベース部材の内部に形成された流路に流体を流通させて熱交換等を行う伝熱板の製造方法が記載されている。ベース部材には、表面に開口する蓋溝と、この蓋溝の底面に形成された凹溝とが形成されている。伝熱板を製造する際には、凹溝に熱媒体用管を挿入するとともに蓋溝に蓋板を挿入して、この蓋板の側面と蓋溝の側壁とで形成された突合せ部に対して摩擦攪拌接合を行っている。
【０００３】
当該摩擦攪拌接合に用いる回転ツールとしては、特許文献２に記載のものが知られている。特許文献２の回転ツールは、ショルダ部と、ショルダ部から垂下する攪拌ピンとを備えている。ショルダ部及び攪拌ピンの外周面には、それぞれテーパー面が形成されている。ショルダ部のテーパー面には、平面視渦巻き状の溝が形成されている。当該溝の断面形状は、半円状になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３１４１１５号公報
【特許文献２】特許第４２１０１４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の従来技術であると、凹溝、蓋板の下面及び熱媒体用管によって空隙部が形成されているため、熱媒体用管から放熱された熱が蓋板に伝わりにくくなり、伝熱板の熱交換効率が低下するという問題がある。
【０００６】
また、特許文献２の従来技術であると、塑性流動材がテーパー面の溝の内部に入り込んでしまうため、溝が機能しなくなるという問題がある。また、当該溝に塑性流動材が入り込むと、塑性流動材が溝に付着した状態で摩擦攪拌されるため、被接合金属部材と付着物とが擦れ合って接合品質が低下するという問題がある。さらに、被接合金属部材の表面が粗くなり、バリが多くなるとともに、金属部材の表面の段差凹溝も大きくなるという問題がある。
【０００７】
このような観点から、本発明は、熱交換効率の高い伝熱板の製造方法を提供することを課題とする。また、本発明は、金属部材の表面の段差凹溝を小さくすることができるとともに、接合表面粗さを小さくすることができる伝熱板の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような課題を解決するために本発明は、ベース部材の表面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、前記蓋溝に蓋板を挿入する蓋板挿入工程と、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基端側ピンと先端側ピンとを備えた回転ツールを移動させて摩擦攪拌を行う接合工程と、を含み、前記回転ツールの前記基端側ピンのテーパー角度は、前記先端側ピンのテーパー角度よりも大きくなっており、前記基端側ピンの外周面には、階段状の段差部が形成されており、前記接合工程において、回転した前記回転ツールの前記先端側ピンを前記突合せ部に挿入し、前記基端側ピンの外周面を前記ベース部材及び前記蓋板に接触させた状態で摩擦攪拌を行うとともに、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せた塑性流動材を流入させることを特徴とする。
【０００９】
かかる方法によれば、テーパー角度の大きい基端側ピンの外周面でベース部材及び蓋板を押えることができるため、接合表面の段差凹溝を小さくすることができるとともに、段差凹溝の脇に形成される膨出部を無くすか若しくは小さくすることができる。階段状の段差部は浅く、かつ、出口が広いため、基端側ピンで金属部材を押えても基端側ピンの外周面に塑性流動材が付着し難い。このため、接合表面粗さを小さくすることができるとともに、接合品質を好適に安定させることができる。また、先端側ピンを備えることにより深い位置まで容易に挿入することができる。また、空隙部に塑性流動材を流入させることで、空隙部を埋めることができるため、熱媒体用管とその周囲のベース部材及び蓋板との間で熱を効率よく伝達することができる。これにより、熱交換効率の高い伝熱板を製造することができ、例えば、熱媒体用管から放熱される熱を効率よく周囲のベース部材及び蓋板に伝達することができる。
【００１０】
また、前記接合工程において、前記先端側ピンの先端を、前記蓋溝の底面よりも深く挿入することが好ましい。また、前記接合工程において、前記先端側ピンの先端と、前記熱媒体用管に接触する仮想鉛直面との最近接距離が１〜３ｍｍであることが好ましい。かかる方法によれば、空隙部に塑性流動材をより確実に流入させることができる。
【００１１】
また、前記接合工程後に、前記蓋溝よりも表面側に、前記蓋溝よりも幅広に形成された上蓋溝に上蓋板を挿入する上蓋板挿入工程と、前記上蓋溝の側壁と前記上蓋板の側面との上側突合せ部に沿って前記基端側ピンと前記先端側ピンとを備えた前記回転ツールを移動させて摩擦攪拌を行う上蓋接合工程と、を含み、前記上蓋接合工程において、回転した前記回転ツールの前記先端側ピンを前記上側突合せ部に挿入し、前記基端側ピンの外周面を前記ベース部材及び前記上蓋板に接触させた状態で摩擦攪拌を行うことが好ましい。かかる方法によれば、伝熱板の蓋板の表面側において、蓋板よりも幅広の上蓋板を用いてさらに摩擦攪拌を行うため、より深い位置に熱媒体用管を配置させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る伝熱板の製造方法によれば、熱交換効率の高い伝熱板を製造することができる。また、本発明に係る伝熱板の製造方法によれば、金属部材の表面の段差凹溝を小さくすることができるとともに、接合表面粗さを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る接合方法に用いる本接合用回転ツールを示す側面図である。
【図２】本接合用回転ツールの拡大断面図である。
【図３】本接合用回転ツールの第一変形例を示す断面図である。
【図４】本接合用回転ツールの第二変形例を示す断面図である。
【図５】本接合用回転ツールの第三変形例を示す断面図である。
【図６】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７】本発明の第一実施形態に係る伝熱板を示す拡大断面図である。
【図８Ａ】第一実施形態に係る伝熱板の製造方法の準備工程を示す断面図である。
【図８Ｂ】第一実施形態に係る伝熱板の製造方法の熱媒体用管挿入工程及び蓋板挿入工程を示す断面図である。
【図９Ａ】第一実施形態に係る伝熱板の製造方法を示す断面図であって仮接合工程を示す。
【図９Ｂ】第一実施形態に係る伝熱板の製造方法を示す断面図であって本接合工程を示す。
【図１０】第一実施形態に係る伝熱板と本接合用回転ツールとの位置関係を示す拡大断面図である。
【図１１Ａ】従来の回転ツールを示す概念図である。
【図１１Ｂ】従来の回転ツールを示す概念図である。
【図１２】本発明の第二実施形態に係る伝熱板の製造方法を示す分解断面図であって本接合工程後を示す。
【図１３】本発明の第二実施形態に係る伝熱板の製造方法を示す断面図であって上蓋接合工程を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら説明する。まずは、本実施形態に係る接合方法で用いる本接合用回転ツール（回転ツール）について説明する。本接合用回転ツールは、摩擦攪拌接合に用いられるツールである。図１に示すように、本接合用回転ツールＦは、例えば工具鋼で形成されており、基軸部Ｆ１と、基端側ピンＦ２と、先端側ピンＦ３とで主に構成されている。基軸部Ｆ１は、円柱状を呈し、摩擦攪拌装置の主軸に接続される部位である。
【００１５】
基端側ピンＦ２は、基軸部Ｆ１に連続し、先端に向けて先細りになっている。基端側ピンＦ２は、円錐台形状を呈する。基端側ピンＦ２のテーパー角度Ａは適宜設定すればよいが、例えば、１３５〜１６０°になっている。テーパー角度Ａが１３５°未満であるか、又は、１６０°を超えると摩擦攪拌後の接合表面粗さが大きくなる。テーパー角度Ａは、後記する先端側ピンＦ３のテーパー角度Ｂよりも大きくなっている。図２に示すように、基端側ピンＦ２の外周面には、階段状の段差部Ｆ２１が高さ方向の全体に亘って形成されている。段差部Ｆ２１は、右回り又は左回りで螺旋状に形成されている。つまり、段差部Ｆ２１は、平面視して螺旋状であり、側面視すると階段状になっている。本実施形態では、本接合用回転ツールＦを右回転させるため、段差部Ｆ２１は基端側から先端側に向けて左回りに設定している。
【００１６】
なお、本接合用回転ツールＦを左回転させる場合は、段差部Ｆ２１を基端側から先端側に向けて右回りに設定することが好ましい。これにより、段差部Ｆ２１によって塑性流動材が先端側に導かれるため、被接合金属部材の外部に溢れ出る金属を低減することができる。段差部Ｆ２１は、段差底面Ｆ２１ａと、段差側面Ｆ２１ｂとで構成されている。隣り合う段差部Ｆ２１の各頂点Ｆ２１ｃ，Ｆ２１ｃの距離Ｘ１（水平方向距離）は、後記する段差角度Ｃ及び段差側面Ｆ２１ｂの高さＹ１に応じて適宜設定される。
【００１７】
段差側面Ｆ２１ｂの高さＹ１は適宜設定すればよいが、例えば、０．１〜０．４ｍｍで設定されている。高さＹ１が０．１ｍｍ未満であると接合表面粗さが大きくなる。一方、高さＹ１が０．４ｍｍを超えると接合表面粗さが大きくなる傾向があるとともに、有効段差部数（被接合金属部材と接触している段差部Ｆ２１の数）も減少する。
【００１８】
段差底面Ｆ２１ａと段差側面Ｆ２１ｂとでなす段差角度Ｃは適宜設定すればよいが、例えば、８５〜１２０°で設定されている。段差底面Ｆ２１ａは、本実施形態では水平面と平行になっている。段差底面Ｆ２１ａは、ツールの回転軸から外周方向に向かって水平面に対して−５°〜１５°内の範囲で傾斜していてもよい（マイナスは水平面に対して下方、プラスは水平面に対して上方）。距離Ｘ１、段差側面Ｆ２１ｂの高さＹ１、段差角度Ｃ及び水平面に対する段差底面Ｆ２１ａの角度は、摩擦攪拌を行う際に、塑性流動材が段差部Ｆ２１の内部に滞留して付着することなく外部に抜けるとともに、段差底面Ｆ２１ａで塑性流動材を押えて接合表面粗さを小さくすることができるように適宜設定する。
【００１９】
図１に示すように、先端側ピンＦ３は、基端側ピンＦ２に連続して形成されている。先端側ピンＦ３は円錐台形状を呈する。先端側ピンＦ３の先端は平坦面になっている。先端側ピンＦ３のテーパー角度Ｂは、基端側ピンＦ２のテーパー角度Ａよりも小さくなっている。図２に示すように、先端側ピンＦ３の外周面には、螺旋溝Ｆ３１が刻設されている。螺旋溝Ｆ３１は、右回り、左回りのどちらでもよいが、本実施形態では本接合用回転ツールＦを右回転させるため、基端側から先端側に向けて左回りに刻設されている。
【００２０】
なお、本接合用回転ツールＦを左回転させる場合は、螺旋溝Ｆ３１を基端側から先端側に向けて右回りに設定することが好ましい。これにより、螺旋溝Ｆ３１によって塑性流動材が先端側に導かれるため、被接合金属部材の外部に溢れ出る金属を低減することができる。螺旋溝Ｆ３１は、螺旋底面Ｆ３１ａと、螺旋側面Ｆ３１ｂとで構成されている。隣り合う螺旋溝Ｆ３１の頂点Ｆ３１ｃ，Ｆ３１ｃの距離（水平方向距離）を長さＸ２とする。螺旋側面Ｆ３１ｂの高さを高さＹ２とする。螺旋底面Ｆ３１ａと、螺旋側面Ｆ３１ｂとで構成される螺旋角度Ｄは例えば、４５〜９０°で形成されている。螺旋溝Ｆ３１は、被接合金属部材と接触することにより摩擦熱を上昇させるとともに、塑性流動材を先端側に導く役割を備えている。
【００２１】
本接合用回転ツールＦは、適宜設計変更が可能である。図３は、本発明の回転ツールの第一変形例を示す側面図である。図３に示すように、第一変形例に係る本接合用回転ツールＦＡでは、段差部Ｆ２１の段差底面Ｆ２１ａと段差側面Ｆ２１ｂとのなす段差角度Ｃが８５°になっている。段差底面Ｆ２１ａは、水平面と平行である。このように、段差底面Ｆ２１ａは水平面と平行であるとともに、段差角度Ｃは、摩擦攪拌中に段差部Ｆ２１内に塑性流動材が滞留して付着することなく外部に抜ける範囲で鋭角としてもよい。
【００２２】
図４は、本発明の本接合用回転ツールの第二変形例を示す側面図である。図４に示すように、第二変形例に係る本接合用回転ツールＦＢでは、段差部Ｆ２１の段差角度Ｃが１１５°になっている。段差底面Ｆ２１ａは水平面と平行になっている。このように、段差底面Ｆ２１ａは水平面と平行であるとともに、段差部Ｆ２１として機能する範囲で段差角度Ｃが鈍角となってもよい。
【００２３】
図５は、本発明の本接合用回転ツールの第三変形例を示す側面図である。図５に示すように、第三変形例に係る本接合用回転ツールＦＣでは、段差底面Ｆ２１ａがツールの回転軸から外周方向に向かって水平面に対して１０°上方に傾斜している。段差側面Ｆ２１ｂは、鉛直面と平行になっている。このように、摩擦攪拌中に塑性流動材を押さえることができる範囲で、段差底面Ｆ２１ａがツールの回転軸から外周方向に向かって水平面よりも上方に傾斜するように形成されていてもよい。上記の本接合用回転ツールの第一〜第三変形例によっても、下記の実施形態と同等の効果を奏することができる。
【００２４】
［第一実施形態］
次に、本実施形態の伝熱板について説明する。以下の説明における「表面」とは、「裏面」の反対側の面を意味する。図６に示すように、本実施形態に係る伝熱板１は、ベース部材２と、蓋板５と、熱媒体用管６とで主に構成されている。ベース部材２は、略直方体を呈する。ベース部材２には、凹溝３と、蓋溝４とが形成されている。ベース部材２及び蓋板５の材料は摩擦攪拌可能であれば特に制限されないが、本実施形態ではアルミニウム合金である。ベース部材２は、例えば、蓋板５よりも硬度の高い材種で形成されている。
【００２５】
凹溝３は、ベース部材２の中央において、一方の側面から他方の側面に向けて貫通している。凹溝３は、蓋溝４の底面に凹設されている。凹溝３の底部は、円弧状になっている。凹溝３の開口は、ベース部材２の表面２ａ側に開放されている。
【００２６】
蓋溝４は、凹溝３よりも幅広になっており、凹溝３の表面２ａ側において凹溝３に連続して形成されている。蓋溝４は、断面視矩形を呈し、表面２ａ側に開放されている。
【００２７】
蓋板５は、蓋溝４に挿入される板状部材である。蓋板５は、蓋溝４に隙間無く挿入されるように、蓋溝４の中空部と同じ形状になっている。
【００２８】
蓋溝４の一対の側壁と蓋板５の一対の側面とが突き合わされて突合せ部Ｊ，Ｊが形成される。突合せ部Ｊ，Ｊは、深さ方向に亘って摩擦攪拌により接合されている。
【００２９】
熱媒体用管６は、凹溝３に挿入される円筒状部材である。熱媒体用管６の内部は、流体が流通する流路となる。凹溝３及び熱媒体用管６の大きさ等は適宜設定すればよいが、本実施形態では、熱媒体用管６の外径と、凹溝３の幅及び深さは略同等になっている。
【００３０】
図７に示すように、後記する本接合工程を行う前、熱媒体用管６の周囲には、空隙部Ｐが形成されている。空隙部Ｐは、凹溝３、蓋板５の下面及び熱媒体用管６によって形成されている。空隙部Ｐの形態は凹溝３、蓋板５及び熱媒体用管６の形状等に基づいて適宜決定されるが、本実施形態では熱媒体用管６の上端と蓋板５の下面との接触部を隔てて左右に一つずつ（合計二つ）形成されている。空隙部Ｐは、本接合用回転ツールＦの摩擦熱によって形成された塑性流動材Ｑで充填されている。
【００３１】
次に、第一実施形態に係る伝熱板の製造方法について説明する。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、蓋板挿入工程と、仮接合工程と、本接合工程とを行う。
【００３２】
図８Ａに示すように、準備工程は、ベース部材２を用意する工程である。まず、クランプ（図示省略）を介して架台Ｋにベース部材２を固定する。そして、エンドミル等を用いて凹溝３及び蓋溝４を切削加工により形成する。なお、ダイキャスト又は押し出し成形等によって予め凹溝３及び蓋溝４が形成されたベース部材２を用いてもよい。
【００３３】
図８Ｂに示すように、熱媒体用管挿入工程は、凹溝３に熱媒体用管６を挿入する工程である。
【００３４】
図８Ｂに示すように、蓋板挿入工程は、蓋溝４に蓋板５を挿入する工程である。蓋溝４の側壁と、蓋板５の側面とがそれぞれ突き合わされて突合せ部Ｊ，Ｊが形成される。蓋板５の上面と表面２ａとは面一になる。突合せ部Ｊの延長線上に位置するベース部材２の両側面にタブ材（図示省略）をそれぞれ配置し、当該タブ材に後記する摩擦攪拌の開始位置及び終了位置を設定してもよい。
【００３５】
図９Ａに示すように、仮接合工程は、仮接合用回転ツールＧを用いて突合せ部Ｊ，Ｊに対して予備的に摩擦攪拌接合を行う工程である。仮接合工程の開始位置及び終了位置は、ベース部材２及びタブ材の表面上であれば特に制限されないが、タブ材の表面に設定することが好ましい。仮接合用回転ツールＧの移動軌跡には、塑性化領域Ｗ１が形成される。
【００３６】
図９Ｂに示すように、本接合工程は、本接合用回転ツールＦを用いて突合せ部Ｊ，Ｊに対して摩擦攪拌接合を行う工程である。本接合工程の開始位置及び終了位置は、タブ材の表面に設定することが好ましい。本接合用回転ツールＦをタブ材に挿入する際には、仮接合用回転ツールＧの抜き孔を利用してもよいし、タブ材に別途下穴を設けて、当該下穴から本接合用回転ツールＦを挿入してもよい。
【００３７】
本接合工程では、基端側ピンＦ２と先端側ピンＦ３とをベース部材２及び蓋板５に接触させた状態で摩擦攪拌接合を行う。回転する本接合用回転ツールＦの先端側ピンＦ３を突合せ部Ｊに挿入しつつ、基端側ピンＦ２の外周面でベース部材２及び蓋板５を押さえながら摩擦攪拌接合を行う。本接合用回転ツールＦは、突合せ部Ｊに沿って相対移動させる。基端側ピンＦ２及び先端側ピンＦ３の挿入深さは、基端側ピンＦ２の外周面がベース部材２及び蓋板５を押さえることが可能な範囲で適宜設定すればよい。例えば、基端側ピンＦ２及び先端側ピンＦ３の挿入深さは、基端側ピンＦ２の外周面がベース部材２及び蓋板５を押さえることが可能な範囲であり、かつ、先端側ピンＦ３が蓋溝４の底面に達するように設定してもよい。本実施形態では、基端側ピンＦ２の外周面の高さ方向の中央部あたりがベース部材２の表面２ａ及び蓋板５の表面５ａに接触するように設定している。
【００３８】
図１０に示すように、本接合工程では、本接合用回転ツールＦの摩擦熱によって形成された塑性流動材Ｑを空隙部Ｐに流入させる。すなわち、塑性流動材Ｑは、本接合用回転ツールＦの基端側ピンＦ２の外周面の押し込み力によって、空隙部Ｐへと押し出されて流入する。本接合工程を行う際には、空隙部Ｐの形状や大きさ等に基づいて、本接合用回転ツールＦの押し込み量及び挿入位置等を適宜設定することにより、空隙部Ｐに塑性流動材Ｑを好適に流入させることができる。
【００３９】
本接合用回転ツールＦの押し込み量（押し込み長）は、基端側ピンＦ２が押し退ける蓋板５の金属の体積が、熱媒体用管６の周囲の一方の空隙部Ｐの体積および塑性化領域Ｗ，Ｗの幅方向両側に発生するバリの体積との和と同等になるように設定することが好ましい。本接合用回転ツールＦ（突合せ部Ｊ，Ｊの位置）は、熱媒体用管６が潰れない程度に、熱媒体用管６に近接させればよい。例えば、熱媒体用管６の外周面と接触する仮想鉛直面と先端側ピンＦ３の先端までの最近接距離をオフセット量Ｉとすると、当該オフセット量Ｉは１〜３ｍｍであることが好ましい。先端側ピンＦ３の挿入深さは、空隙部Ｐに塑性流動材Ｑを流入させることが可能な範囲で適宜設定すればよい。本実施形態では、先端側ピンＦ３の先端を蓋溝４の底面よりも深く挿入するように設定している。本接合用回転ツールＦの移動軌跡には、塑性化領域Ｗが形成される。
【００４０】
なお、本接合工程の終了後、摩擦攪拌によって生じたバリを切除するバリ切除工程を行ってもよい。バリ切除工程を行うことで、ベース部材２及び蓋板５の表面をきれいに仕上げることができる。
【００４１】
ここで、例えば、図１１Ａに示すように、従来の回転ツール２００であると、ショルダ部で被接合金属部材２１０の表面を押えないため段差凹溝（被接合金属部材の表面と塑性化領域の表面とで構成される段差凹溝）が大きくなるとともに、接合表面粗さが大きくなるという問題がある。また、段差凹溝の脇に膨出部（接合前に比べて被接合金属部材の表面が膨らむ部位）が形成されるという問題がある。一方、図１１Ｂの回転ツール２０１のように、回転ツール２０１のテーパー角度βを回転ツール２００のテーパー角度αよりも大きくすると、回転ツール２００に比べて被接合金属部材２１０の表面を押えることはできるため、段差凹溝は小さくなり、膨出部も小さくなる。しかし、下向きの塑性流動が強くなるため、塑性化領域の下部にキッシングボンドが形成されやすくなる。
【００４２】
これに対し、本実施形態の本接合用回転ツールＦは、基端側ピンＦ２と、基端側ピンＦ２のテーパー角度Ａよりもテーパー角度が小さい先端側ピンＦ３を備えた構成になっている。これにより、突合せ部Ｊに本接合用回転ツールＦを挿入しやすくなる。また、先端側ピンＦ３のテーパー角度Ｂが小さいため、突合せ部Ｊの深い位置まで本接合用回転ツールＦを容易に挿入することができる。また、先端側ピンＦ３のテーパー角度Ｂが小さいため、回転ツール２０１に比べて下向きの塑性流動を抑えることができる。このため、塑性化領域Ｗの下部にキッシングボンドが形成されるのを防ぐことができる。一方、基端側ピンＦ２のテーパー角度Ａは大きいため、従来の回転ツールに比べ、被接合金属部材の厚さや接合の高さ位置が変化しても安定して接合することができる。
【００４３】
また、基端側ピンＦ２の外周面で塑性流動材を押えることができるため、接合表面に形成される段差凹溝を小さくすることができるとともに、段差凹溝の脇に形成される膨出部を無くすか若しくは小さくすることができる。また、階段状の段差部Ｆ２１は浅く、かつ、出口が広いため、塑性流動材を段差底面Ｆ２１ａで押さえつつ塑性流動材が段差部Ｆ２１の外部に抜けやすくなっている。そのため、基端側ピンＦ２で塑性流動材を押えても基端側ピンＦ２の外周面に塑性流動材が付着し難い。よって、接合表面粗さを小さくすることができるとともに、接合品質を好適に安定させることができる。
【００４４】
また、空隙部Ｐに塑性流動材Ｑを流入させることで、空隙部Ｐを埋めることができるため、熱媒体用管６とその周囲のベース部材２及び蓋板５との間で熱を効率よく伝達することができる。これにより、熱交換効率の高い伝熱板１を製造することができる。
【００４５】
また、本接合工程において、先端側ピンＦ３の先端を蓋溝４の底面よりも深く挿入することで、空隙部Ｐに塑性流動材Ｑをより確実に流入させることができる。
【００４６】
また、本接合工程において、先端側ピンＦ３の先端と、熱媒体用管６の外周面に接触する仮想鉛直面との最近接距離が１〜３ｍｍであるため、空隙部Ｐに塑性流動材Ｑをより確実に流入させることができる。
【００４７】
また、本接合工程では、必ずしも突合せ部Ｊ，Ｊの深さ方向の全長に亘って摩擦攪拌を行う必要は無いが、突合せ部Ｊの深さの全長に亘って摩擦攪拌すれば、伝熱板１の水密性及び気密性を高めることができる。
【００４８】
また、仮接合工程を行うことで、本接合工程を行う際に、ベース部材２と蓋板５との目開きを防ぐことができる。また、仮接合工程及び本接合工程では、摩擦攪拌の途中で仮接合用回転ツールＧ及び本接合用回転ツールＦをベース部材２から離脱させず、一筆書きの要領で各回転ツールを移動させれば、作業手間を少なくすることができる。
【００４９】
なお、仮接合工程では、仮接合用回転ツールＧによる塑性化領域Ｗ１が断続的に形成されるように不連続に摩擦攪拌を行ってもよい。また、仮接合工程では、溶接によって突合せ部Ｊ，Ｊを接合してもよい。
【００５０】
また、例えば、第一実施形態に係る凹溝３、蓋溝４、蓋板５及び熱媒体用管６の形状は、あくまで例示であって、他の形状であってもよい。また、本接合工程後に、ベース部材２の表面２ａと塑性化領域Ｗの表面との間に段差が生じた場合は、当該段差を埋めるように肉盛り溶接を行ってもよい。もしくは、塑性化領域Ｗの表面に金属部材を配置し、当該金属部材とベース部材２とを本接合用回転ツールＦで摩擦攪拌接合してもよい。
【００５１】
また、本実施形態では、蓋板５をベース部材２の上面側に配置したが、下面側に配置してもよい。
【００５２】
〔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、蓋溝４よりも表面２ａ側に上蓋溝７を形成し、当該上蓋溝７に上蓋板８を配置する点で第一実施形態と相違する。
【００５３】
第二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、蓋板挿入工程と、仮接合工程と、本接合工程と、上蓋板挿入工程と、上蓋接合工程とを行う。
【００５４】
図１２に示すように、準備工程は、ベース部材２を用意する工程である。まず、クランプ（図示省略）を介して架台Ｋにベース部材２を固定する。そして、エンドミル等を用いて凹溝３、蓋溝４及び上蓋溝７を切削加工により形成する。なお、ダイキャスト又は押し出し成形等によって予め凹溝３、蓋溝４及び上蓋溝７が形成されたベース部材２を用いてもよい。上蓋溝７は、蓋溝４よりも幅広に形成されており、蓋溝４の表面２ａ側において蓋溝４に連続して形成されている。上蓋溝７は、断面視矩形を呈し、表面２ａ側に開放されている。
【００５５】
熱媒体用管挿入工程は、凹溝３に熱媒体用管６を挿入する工程である。熱媒体工程は、第一実施形態と同じ要領で行う。
【００５６】
蓋板挿入工程は、蓋溝４に蓋板５を挿入する工程である。蓋溝４の側壁と蓋板５の側面とが突き合わされて突合せ部Ｊが形成される。蓋溝４に蓋板５を挿入すると、熱媒体用管６と蓋板５とが接触するとともに、上蓋溝７の底面と蓋板５の上面とは面一になる。
【００５７】
仮接合工程は、突合せ部Ｊ，Ｊに対して予備的に接合を行う工程である。仮接合工程は、第一実施形態と同じ要領で行う。
【００５８】
本接合工程は、本接合用回転ツールＦを用いて突合せ部Ｊ，Ｊに対して摩擦攪拌接合を行う工程である。本接合工程は、第一実施形態と同じ要領で行う。本接合用回転ツールＦの移動軌跡には、塑性化領域Ｗ，Ｗが形成される。塑性化領域Ｗは、突合せ部Ｊ，Ｊの深さ方向の全長に亘って形成される。
【００５９】
図１３に示すように、上蓋板挿入工程は、本接合工程後に、上蓋溝７に上蓋板８を挿入する工程である。上蓋板８は、蓋板５の表面側に配置される板状部材である。上蓋板８は、上蓋溝７に隙間無く挿入されるように、上蓋溝７の中空部と同じ形状になっている。上蓋溝７の一対の側壁と上蓋板８の一対の側面とが突き合わされて上側突合せ部Ｊ１，Ｊ１が形成される。上蓋板８の材料は摩擦攪拌可能であれば特に制限されないが、本実施形態ではアルミニウム合金である。ベース部材２は、例えば、上蓋板８よりも硬度の高い材種で形成されている。
【００６０】
上蓋接合工程は、本接合用回転ツールＦを用いて上側突合せ部Ｊ１，Ｊ１に対して摩擦攪拌接合を行う工程である。上蓋接合工程では、基端側ピンＦ２と先端側ピンＦ３とをベース部材２及び上蓋板８に接触させた状態で摩擦攪拌接合を行う。回転する本接合用回転ツールＦの先端側ピンＦ３を上側突合せ部Ｊ１に挿入しつつ、基端側ピンＦ２の外周面でベース部材２及び上蓋板８を押さえながら摩擦攪拌接合を行う。本接合用回転ツールＦは、上側突合せ部Ｊ１に沿って相対移動させる。基端側ピンＦ２及び先端側ピンＦ３の挿入深さは、基端側ピンＦ２の外周面がベース部材２及び上蓋板８を押さえることが可能な範囲で適宜設定すればよい。例えば、基端側ピンＦ２及び先端側ピンＦ３の挿入深さは、基端側ピンＦ２の外周面がベース部材２及び上蓋板８を押さえることが可能な範囲であり、かつ、先端側ピンＦ３が上蓋溝７の底面に達するように設定してもよい。本実施形態では、基端側ピンＦ２の外周面の高さ方向の中央部あたりがベース部材２の表面２ａ及び上蓋板８の表面８ａに接触するように設定している。本接合用回転ツールＦの移動軌跡には、塑性化領域Ｗ２，Ｗ２が形成される。塑性化領域Ｗ２は、上側突合せ部Ｊ１，Ｊ１の深さ方向の全長に亘って形成される。
【００６１】
第二実施形態に係る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、上蓋接合工程でも、基端側ピンＦ２の外周面で塑性流動材を押えることができるため、接合表面に形成される段差凹溝を小さくすることができるとともに、段差凹溝の脇に形成される膨出部を無くすか若しくは小さくすることができる。また、階段状の段差部Ｆ２１は浅く、かつ、出口が広いため、塑性流動材を段差底面Ｆ２１ａで押さえつつ塑性流動材が段差部Ｆ２１の外部に抜けやすくなっている。そのため、基端側ピンＦ２で塑性流動材を押えても基端側ピンＦ２の外周面に塑性流動材が付着し難い。よって、接合表面粗さを小さくすることができるとともに、接合品質を好適に安定させることができる。
【００６２】
また、蓋板５よりも表面２ａ側に上蓋板８を配置して、上蓋溝７の側壁と上蓋板８の側面との上側突合せ部Ｊ１に摩擦攪拌接合を行うため、より深い位置に熱媒体用管６を配置させることができる。従前の方法であると、上蓋溝７に上蓋板８を配置した際に、隙間が発生するおそれがあるため、上蓋溝７の底面を面削する必要があった。しかし、本実施形態では、本接合工程後に、段差凹溝を小さくし、バリも少なくなるため、前記面削作業が不要となるか若しくは省略することができる。
【００６３】
また、例えば、第二実施形態に係る凹溝３、蓋溝４、蓋板５、熱媒体用管６、上蓋溝７及び上蓋板８の形状は、あくまで例示であって、他の形状であってもよい。また、本接合工程後に、ベース部材２の表面２ａと塑性化領域Ｗ２の表面との間に段差が生じた場合は、当該段差を埋めるように肉盛り溶接を行ってもよい。もしくは、塑性化領域Ｗ２の表面に金属部材を配置し、当該金属部材とベース部材２とを本接合用回転ツールＦで摩擦攪拌接合してもよい。
【００６４】
また、本実施形態では、蓋板５及び上蓋板８をベース部材２の上面側に配置したが、下面側に配置してもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１，１Ａ  伝熱板
２        ベース部材
３        凹溝
４        蓋溝
５        蓋板
６        熱媒体用管
７        上蓋溝
８        上蓋板
Ｆ        本接合用回転ツール（回転ツール）
Ｆ２      基端側ピン
Ｆ３      先端側ピン
Ｊ        突合せ部
Ｊ１      上側突合せ部
Ｗ，Ｗ２  塑性化領域
Ｐ        空隙部
Ｑ        塑性流動材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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