(57)【要約】【課題】  製造工程数を増やすことなく、摩擦攪拌接合で接合された被接合母材の突合せ部分の裏面側にも突起を設けることのできる突起付き構造体の製造方法、ヒートシンクの製造方法、突起付き構造体、およびヒートシンクを提供すること。【解決手段】  裏面側に放熱フィン９２を向けてヒートシンク用部品９Ａ、９Ｂの側端面とを突合せ、かつ、その突合せ部分９Ｄの裏面側にＴ字状のヒートシンク用部品７の板状部７１を重ねて配置する準備工程と、ヒートシンク用部品７を裏当て部材としてヒートシンク用部品９Ａ、９Ｂを摩擦攪拌接合により接合するとともに、ヒートシンク用部品７も一体に接合する。このため、突合せ部分９Ｄの裏面側にも放熱フィン７２を設けることができる。【選択図】  図２
2006075893.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々が裏面側に突起を備えた第１の被接合母材、第２の被接合母材、および第３の被接合母材を準備し、
裏面側に突起を向けて前記第１の被接合母材の側端面と前記第２の被接合母材の側端面とを突合せ、かつ、その突合せ部分の裏面側に第３の被接合母材の表面側を重ねて配置する準備工程と、
前記突合せ部分の表面側から攪拌ピンを進入させ、前記第３の被接合母材を裏当て部材として前記第１の被接合母材の側端面と前記第２の被接合母材の側端面とを摩擦攪拌接合により接合するとともに、当該摩擦攪拌接合により前記突合せ部分の裏面側に前記第３の被接合母材を一体に接合する接合工程と、
を有することを特徴とする突起付き構造体の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、前記準備工程で前記第１の被接合母材の側端面と前記第２の被接合母材の側端面とを突合せた状態で前記突合せ部分の裏面側が平坦面を形成するとともに、前記第３の被接合母材は、表面側に前記突合せ部分の裏面側に重ねられる板状部を備えた断面Ｔ字形状を有し、
前記接合工程では、前記突合せ部分の裏面側に前記第３の被接合母材の板状部が接合されることを特徴とする突起付き構造体の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に規定する突起付き構造体の製造方法により、板状部の裏面側に複数の放熱フィンを備えたヒートシンクを製造するヒートシンクの製造方法であって、
前記第１の被接合母材および前記第２の被接合母材として、板状部の裏面側に前記突起としての放熱フィンが突出する第１および第２のヒートシンク用部品を用い、前記第３の被接合母材として、裏面側に前記突起としての放熱フィンが突出する第３のヒートシンク用部品を用いることを特徴とするヒートシンクの製造方法。
【請求項４】
各々が裏面側に突起を備えた第１の被接合母材、第２の被接合母材、および第３の被接合母材を有し、
前記第１の被接合母材の側端面と前記第２の被接合母材の側端面とは摩擦攪拌接合により接合され、前記突合せ部分の裏面側には、前記第３の被接合母材の表面側が摩擦攪拌接合により接合されていることを特徴とする突起付き構造体。
【請求項５】
板状部の裏面側で放熱フィンが突出する第１の被接合母材と、板状部の裏面側で放熱フィンが突出する第２の被接合母材と、裏面側で放熱フィンが突出する第３の被接合母材と有し、
前記第１の被接合母材の板状部の側端面と前記第２の被接合母材の板状部の側端面とは摩擦攪拌接合により接合され、当該板状部の側端面同士の接合部分の裏面側には、前記第３の被接合母材の表面側が摩擦攪拌接合により接合されていることを特徴とするヒートシンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦攪拌接合を用いた突起付き構造体の製造方法、ヒートシンクの製造方法、および突起付き構造体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、溶接やロウ付けなどに代わる新しい接合技術として、摩擦攪拌接合(Friction  Stir  Welding／ＦＳＷ)が注目されている。摩擦攪拌接合は、固相接合の一種であり、被接合母材の融点より低い温度で接合過程が完了するため、接合過程を通して被接合母材への入熱量を、溶接やロウ付けと比べて少なくすることができる。このため、凝固収縮に伴う応力の発生を抑えることができるので、熱歪みによる接合部分の変形や割れが発生しにくいという利点がある。
【０００３】
図３は、従来の摩擦攪拌接合により部材同士を接合する動作を示す説明図である。この図に示すように、摩擦攪拌接合に用いられる摩擦攪拌ツール１０ａは、回転装置に連結されている円柱状の本体部分２と、この本体部分２の先端から同軸状態に突出した小径の攪拌ピン３ａとを備えており、本体部分２と攪拌ピン３ａの境界には円環状段差面４が形成されている。攪拌ピン３ａにおいて、その突出寸法は、金属製の被接合母材６Ａ、６Ｂの厚さ寸法よりも若干、短く設定されている。また、被接合母材６Ａ、６Ｂの裏側には第３のヒートシンク用部品７ａが配置されている。そして、被接合母材６Ａ、６Ｂの側端面同士を摩擦攪拌接合で一体化する際には、図３(ａ)に示すように、中心軸周りに回転させた攪拌ピン３ａの先端面を、被接合母材６Ａ、６Ｂの突合せ部分６Ｄに押し当てる。すると、摩擦熱により被接合母材６Ａ、６Ｂと攪拌ピン３ａとの当接部分が軟化するので、図３(ｂ)に示すように、攪拌ピン３ａをその内部に差し込み、攪拌ピン３ａの基端部、すなわち円環状段差面４が被接合母材６Ａ、６Ｂに当接したところでその差し込みを停止する。この状態で、被接合母材６Ａ、６Ｂでは、攪拌ピン３ａの回転方向に合わせて、軟化した部分で塑性流動が起こり、被接合母材６Ａ、６Ｂ同士の組織が攪拌される。従って、図３(ｃ)に示すように、攪拌ピン３ａを、突合せ部分６Ｄに沿って相対移動させれば、被接合母材６Ａと被接合母材６Ｂとを一体化することができる。
【０００４】
ここで、円環状段差面４は、被接合母材６Ａ、６Ｂにおける軟化した部分を上方から押え付けるので、接合部８の表面を均す一方、第３のヒートシンク用部品７ａは、被接合母材６Ａ、６Ｂにおける軟化した部分を下方から押え付けるので、接合部８の裏面を均す。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ヒートシンクなどのように、金属板の一方面に放熱フィン(突起)が所定の間隔で形成されている突起付き構造体を摩擦攪拌接合により形成するには、突合せ部分６Ｄの裏面側に第３のヒートシンク用部品７ａを当接する部分を確保する必要があるため、突合せ部分６Ｄの周辺には放熱フィンを一切、形成できない。このため、従来のヒートシンクでは、突合せ部分６Ｄの裏面側に放熱フィンが抜けているため、この部分は、他の部分と比較して放熱効率が低いという問題点がある。
【０００６】
なお、被接合母材６Ａ、６Ｂ同士を接合した後、突合せ部分６Ｄの裏面側に放熱フィンを備えた別の部材をロウ付けなどの方法で別途、接合する方法も考えられるが、このような方法では、摩擦攪拌接合により接合工程と、ロウ付けなどによる接合工程とを行う必要があるので、生産性が低下し、好ましくない。
【０００７】
以上の問題を鑑みて、本発明の課題は、製造工程数を増やすことなく、摩擦攪拌接合で接合された被接合母材の突合せ部分の裏面側にも突起を設けることのできる突起付き構造体の製造方法、ヒートシンクの製造方法、突起付き構造体、およびヒートシンクを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明の突起付き構造体の製造方法では、各々が裏面側に突起を備えた第１の被接合母材、第２の被接合母材、および第３の被接合母材を準備し、裏面側に突起を向けて前記第１の被接合母材の側端面と前記第２の被接合母材の側端面とを突合せた状態で、その突合せ部分の裏面側に第３の被接合母材の表面側を重ねて配置する準備工程と、前記突合せ部分の表面側から攪拌ピンを進入させ、前記第３の被接合母材を裏当て部材として前記第１の被接合母材の側端面と前記第２の被接合母材の側端面とを摩擦攪拌接合により接合するとともに、当該摩擦攪拌接合により前記突合せ部分の裏面側に前記第３の被接合母材を一体に接合する接合工程とを有することを特徴とする。
【０００９】
このような方法で製造した突起付き構造体は、裏面側に突起を備えた第１の被接合母材、裏面側に突起を備えた第２の被接合母材、および裏面側に突起を備えた第３の被接合母材を有し、前記第１の被接合母材の側端面と前記第２の被接合母材の側端面とは摩擦攪拌接合により接合され、前記突合せ部分の裏面側には、前記第３の被接合母材の表面側が摩擦攪拌接合により接合されている。
【００１０】
本発明では、第１の被接合母材と第２の被接合母材とを接合する際、裏当て部材として用いた第３の被接合母材も接合する。従って、摩擦攪拌接合後、従来であれば、突起のない空所となる突合せ部分の裏面側(接合部分の裏面側)にも、本発明によれば、突起を備えた第３の被接合母材が一体に接合されるので、突起の空所が発生しない。それ故、ヒートシンクを製造した場合には、接合部分の裏面側にも突起としての放熱フィンが形成されることになるので、接合工程を別途、追加しなくても、金属板(受熱板)からの熱を均一に放散することができるヒートシンクを製造できる。
【００１１】
本発明において、前記準備工程では、前記第１の被接合母材の側端面と前記第２の被接合母材の側端面とを突合せた状態で前記突合せ部分の裏面側が平坦面を形成する場合、前記第３の被接合母材は、表面側に前記突合せ部分の裏面側に重ねられる板状部を備えた断面Ｔ字形状を有し、前記接合工程では、前記突合せ部分の裏面側に前記第３の被接合母材の板状部を接合することが好ましい。
【００１２】
本発明に係る突起付き構造体の製造方法は、板状部の裏面側に複数の放熱フィンを備えたヒートシンクを製造するのに適用される。この場合、前記第１の被接合母材および前記第２の被接合母材として、板状部の裏面側に前記突起としての放熱フィンが突出する第１および第２のヒートシンク用部品を用い、前記第３の被接合母材として、裏面側に前記突起としての放熱フィンが突出する第３のヒートシンク用部品を用いる。
【００１３】
このような方法で製造したヒートシンクは、板状部の裏面側で放熱フィンが突出する第１の被接合母材と、板状部の裏面側で放熱フィンが突出する第２被接合母材と、裏面側で放熱フィンが突出する第３の被接合母材と有し、前記第１の被接合母材の板状部の側端面と前記第２の被接合母材の板状部の側端面とは摩擦攪拌接合により接合され、当該板状部の側端面同士の接合部分の裏面側には、前記第３の被接合母材の表面側が摩擦攪拌接合により接合されている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、第１の被接合母材と第２の被接合母材とを接合する際、裏当て部材として用いた第３の被接合母材も接合するため、従来であれば、突起のない空所となっていた突合せ部分の裏面側(接合部分の裏面側)には、突起を備えた第３の被接合母材が一体に接合され、突起の空所が発生しない。それ故、ヒートシンクを製造した場合には、接合部分の裏面側にも突起としての放熱フィンが形成されることになるので、接合工程を別途、追加しなくても、金属板(受熱板)からの熱を均一に放散することができるヒートシンクを製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
（摩擦攪拌ツールおよびヒートシンクの構成）
図１は、本発明を適用した摩擦攪拌ツール、およびこの摩擦攪拌ツールを用いた摩擦攪拌接合により製造されたヒートシンクの一例を示す斜視図である。
【００１７】
図１において、本発明を適用した摩擦攪拌ツール１０は、第１および第２の被接合母材としての第１および第２のヒートシンク用部品９Ａ、９Ｂ同士を摩擦攪拌接合により一体化して、車両、船舶、航空機などで用いられる大型のヒートシンク９(突起付き構造体)を製造するのに適した工具である。第１および第２のヒートシンク用部品９Ａ、９Ｂはそれぞれ、金属板からなる受熱板９１(板状部)と、この受熱板９１の裏面側に所定の間隔で形成された放熱フィン９２(突起)とを有している。ヒートシンク用部品９Ａ、９Ｂは、アルミニウムやアルミニウム系合金、その他の金属によって形成されており、受熱板９１の側端面同士の突合せ部分９Ｄが、後述する摩擦攪拌接合により接合されている。放熱フィン９２はそれぞれ、突合せ部分９Ｄと平行になるように配置された幅細の板状部分であり、ヒートシンク用部品９Ａ、９Ｂにおいて、突合せ部分９Ｄの裏面側には放熱フィン９２が形成されていない。
【００１８】
但し、本形態のヒートシンク９では、突合せ部分９Ｄの裏面側に断面Ｔ字形状の第３の被接合母材としての第３のヒートシンク用部品７が接合されており、この第３のヒートシンク用部品７は、突合せ部分９Ｄの裏面側に重ねられた板状部７１と、板状部７１の中央部分から裏面側に向けて垂直に延びている放熱フィン９２とを備えている。第３のヒートシンク用部品７は、ヒートシンク用部品９Ａ、９Ｂと同様、アルミニウムやアルミニウム系合金、その他の金属によって形成されている。
【００１９】
摩擦攪拌ツール１０は、基本的には、従来のものと同様、不図示の回転装置に連結されている円柱状の本体部分２と、この本体部分２の先端から同軸状態に突出した小径の攪拌ピン３とを備えており、本体部分２と攪拌ピン３の境界には円環状段差面４が形成されている。本形態では、攪拌ピン３の突出寸法Ｔ３は、ヒートシンク用部品９Ａ、９Ｂにおける受熱板９１の厚さ寸法Ｔ９１よりも長く設定されている。
【００２０】
（ヒートシンクの製造方法）
図２(ａ)ないし(ｃ)はそれぞれ、図１に示す摩擦攪拌ツール１０を用いてヒートシンク７を製造する方法を示す説明図である。
【００２１】
まず、図２(ａ)に示すように、放熱フィン９２を裏面側に向けて第１および第２のヒートシンク用部品９Ａ、９Ｂの受熱板９１の側端面同士を突き合わせるとともに、その突合せ部分９Ｄの裏面側に、第３のヒートシンク用部品７の表面側を重ねて配置する(準備工程)。ここで、第１および第２のヒートシンク用部品９Ａ、９Ｂの受熱板９１の側端面同士を突き合わせた状態で、その突合せ部分９Ｄの裏面側は平坦面を形成するので、突合せ部分９Ｄの裏面側に第３のヒートシンク用部品７の表面側を重ねて配置すると、突合せ部分９Ｄの裏面側に板状部７１が完全に重なる。
【００２２】
この状態で、以下に説明するように、３つのヒートシンク用部品９Ａ、９Ｂ、７を摩擦攪拌ツール１０を用いた摩擦攪拌接合により一体化する(接合工程)。すなわち、回転装置により中心軸周りに回転する摩擦攪拌ツール１０を、ヒートシンク用部品９Ａ、９Ｂにおける受熱板９１の端面同士の突合せ部分９Ｄの一端部の表面側に位置させる。次に、摩擦攪拌ツール１０を突合せ部分９Ｄに向けて下降させ、攪拌ピン３ａの先端面を突合せ部分９Ｄに押し当てる。すると、摩擦熱により受熱板９１における攪拌ピン３との当接部分が軟化するので、図２(ｂ)に示すように、攪拌ピン３ａをその内部に進入させ、攪拌ピン３の基端部、すなわち円環状段差面４が受熱板９１の上面に当接したところでその差し込みを停止する。この状態では、攪拌ピン３の回転方向に合わせて、軟化した部分で塑性流動が起こり、その結果、互いの組織が攪拌される。従って、図２(ｃ)に示すように、攪拌ピン３を、突合せ部分９Ｄに沿って他端部の側に相対移動させること、ヒートシンク用部品９Ａとヒートシンク用部品９Ｂとを一体化することができる。
【００２３】
また、本形態では、攪拌ピン３の突出寸法Ｔ３は、ヒートシンク用部品９Ａ、９Ｂにおける受熱板９１の厚さ寸法Ｔ９１よりも長く設定されている。このため、図２(ｂ)に示す円環状段差面４が受熱板９１の上面に当接した位置では、攪拌ピン３の先端部が受熱板９１を貫通して、第３のヒートシンク用部品７の板状部７１の中心付近まで達する。従って、ヒートシンク用部品９Ａ、９Ｂとともに第３のヒートシンク用部品７も摩擦攪拌接合されることになる。
【００２４】
このように本形態では、被接合母材としてのヒートシンク用部品９Ａ、９Ｂ同士を突合せ部分９Ｄで攪拌ピン３により摩擦攪拌接合して一体化する際、突合せ部分９Ｄに裏面側から押し当てている第３のヒートシンク用部品７も一体に摩擦攪拌接合する。従って、ヒートシンク用部品９Ａ、９Ｂとともに、放熱フィン７２を備えた第３のヒートシンク用部品７も一体に接合されるので、ヒートシンク７では、従来であれば、空所となっていた突合せ部分９Ｄの裏面側(接合部分８の裏面側)にも、放熱フィン７２が形成される。その結果、ヒートシンク７の裏面側には、放熱フィン９２、７２が等間隔で並ぶ。それ故、本形態によれば、放熱フィン７２を別途、追加するための工程を行わなくても、受熱板９１からの熱を均一に放散することができるヒートシンク７を製造できる。
【００２５】
また、本形態では、第３のヒートシンク用部品７を一体に接合することによって、接合部分８の強度を高めることができるという効果も奏する。
【００２６】
（その他の実施の形態）
上記形態は、本発明をヒートシンクおよびその製造方法に適用した例であったが、ヒートシンク以外の、裏面側に複数の突起を備えた突起付き構造体に本発明を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明を適用した摩擦攪拌ツール、およびヒートシンクの構成を示す斜視図である。
【図２】(ａ)ないし(ｃ)はそれぞれ、図１に示す摩擦攪拌ツールを用いて、ヒートシンクを製造する方法を示す説明図である。
【図３】従来の摩擦攪拌接合方法により部材同士を接合する動作を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２８】
３  攪拌ピン
７  第３のヒートシンク用部品(第３の被接合母材)
９Ａ  第１のヒートシンク用部品(第１の被接合母材)
９Ｂ  第２のヒートシンク用部品(第２の被接合母材)
９Ｄ  突合せ部分
１０  摩擦攪拌ツール
７１  板状部
７２、９２  放熱フィン(突起)
９１  受熱板(板状部)
【図１】
2006075893.tif 000003
【図２】
2006075893.tif 000004
【図３】
2006075893.tif 000005