(57)【要約】【課題】金属部材の表面の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】基端側ピンＦ２のテーパー角度は、先端側ピンＦ３のテーパー角度よりも大きくなっており、基端側ピンＦ２の外周面には階段状の段差部が形成されており、本接合工程において、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の表面２ａ及び蓋板５の表面５ａに接触させた状態で摩擦攪拌を行うことを特徴とする。【選択図】図９Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース部材の表面に開口する凹溝の周囲に形成された蓋溝に、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相対移動させて摩擦攪拌を行う本接合工程と、を含み、
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、
前記本接合工程において、回転した前記回転ツールの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の表面に接触させた状態で摩擦攪拌を行うことを特徴とする伝熱板の製造方法。
【請求項２】
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相対移動させて摩擦攪拌を行う本接合工程と、を含み、
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、
前記本接合工程において、回転した前記回転ツールの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の表面に接触させた状態で摩擦攪拌を行うことを特徴とする伝熱板の製造方法。
【請求項３】
前記本接合工程の前に、前記突合せ部を仮接合する仮接合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。
【請求項４】
ベース部材の表面に開口する凹溝又は凹部を覆うように、ベース部材の表面に蓋板を重ね合わせる閉塞工程と、
前記蓋板の表面から基端側ピンと先端側ピンとを備えた回転ツールを挿入し、前記ベース部材の表面と前記蓋板の裏面との重合部に沿って前記回転ツールを相対移動させる本接合工程と、を含み、
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、
前記本接合工程では、前記基端側ピンの外周面を前記蓋板の表面に接触させつつ、前記先端側ピンを前記ベース部材と前記蓋板の両方、又は、前記蓋板のみに接触させた状態で前記重合部の摩擦攪拌を行うことを特徴とする伝熱板の製造方法。
【請求項５】
ベース部材の表面に開口する凹溝又は凹部を覆うように、ベース部材の表面に蓋板を重ね合わせる閉塞工程と、
前記ベース部材の裏面から基端側ピンと先端側ピンとを備えた回転ツールを挿入し、前記ベース部材の表面と前記蓋板の裏面との重合部に沿って前記回転ツールを相対移動させる本接合工程と、を含み、
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、
前記本接合工程では、前記基端側ピンの外周面を前記ベース部材の裏面に接触させつつ、前記先端側ピンを前記ベース部材と前記蓋板の両方、又は、前記ベース部材のみに接触させた状態で前記重合部の摩擦攪拌を行うことを特徴とする伝熱板の製造方法。
【請求項６】
前記本接合工程の前に、前記重合部を仮接合する仮接合工程を含むことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の伝熱板の製造方法。
【請求項７】
前記本接合工程の終了後、前記回転ツールの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含むことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の伝熱板の製造方法。
【請求項８】
基端側ピンと先端側ピンとを備えた回転ツールを用いて二つの金属部材を接合する摩擦攪拌接合方法であって、
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、
一方の前記金属部材の表面と他方の前記金属部材の裏面とを重ね合わせて重合部を形成する重合部形成工程と、
他方の前記金属部材の表面から回転した前記回転ツールの先端側ピンを挿入し、前記基端側ピンの外周面を他方の前記金属部材の表面に接触させつつ、前記先端側ピンを一方の前記金属部材と他方の前記金属部材の両方、又は、他方の前記金属部材のみに接触させた状態で前記重合部の摩擦攪拌を行う本接合工程と、を含み、
他方の前記金属部材は一方の前記金属部材よりも硬度が低く設定されていることを特徴とする摩擦攪拌接合方法。
【請求項９】
前記本接合工程の前に、前記重合部を仮接合する仮接合工程を含むことを特徴とする請求項８に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項１０】
前記本接合工程の終了後、前記回転ツールの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含むことを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の摩擦攪拌接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伝熱板の製造方法及び摩擦攪拌接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
摩擦攪拌接合に用いられる回転ツールとして、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たものが知られている。当該回転ツールは、ショルダ部の下端面を金属部材に押し込んだ状態で摩擦攪拌接合を行うというものである。ショルダ部を金属部材に押し込むことにより塑性流動材を押えてバリの発生を抑制することができる。しかし、接合の高さ位置が変化すると欠陥が発生しやすく、段差凹溝が大きくなるとともにバリが多く発生するという問題がある。
【０００３】
一方、攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて二つの金属部材を接合する摩擦攪拌接合方法であって、金属部材同士の突合せ部に回転した攪拌ピンを挿入し、攪拌ピンのみを金属部材に接触させた状態で摩擦攪拌接合を行う本接合工程を含むことを特徴とする摩擦攪拌接合方法が知られている（特許文献１）。当該従来技術によれば、攪拌ピンの外周面には螺旋溝が刻設されており、攪拌ピンのみを被接合部材に接触させつつ基端部を露出させた状態で摩擦攪拌接合を行うため、接合の高さ位置が変化しても欠陥の発生を抑制することができるとともに、摩擦攪拌装置への負荷も軽減することができる。しかし、ショルダ部で塑性流動材を押えないため、金属部材の表面の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。
【０００４】
他方、特許文献２には、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た回転ツールが記載されている。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。テーパー面を設けることにより、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。また、当該溝に塑性流動材が入り込むことにより、塑性流動材の流れを制御して好適な塑性化領域を形成できるというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−３９６１３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】
【０００６】
しかし、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、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及び摩擦攪拌接合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凹溝の周囲に形成された蓋溝に、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相対移動させて摩擦攪拌を行う本接合工程と、を含み、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、前記本接合工程において、回転した前記回転ツールの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の表面に接触させた状態で摩擦攪拌を行うことを特徴とする。
【０００９】
また、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相対移動させて摩擦攪拌を行う本接合工程と、を含み、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、前記本接合工程において、回転した前記回転ツールの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の表面に接触させた状態で摩擦攪拌を行うことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、ベース部材の表面に開口する凹溝又は凹部を覆うように、ベース部材の表面に蓋板を重ね合わせる閉塞工程と、前記蓋板の表面から基端側ピンと先端側ピンとを備えた回転ツールを挿入し、前記ベース部材の表面と前記蓋板の裏面との重合部に沿って前記回転ツールを相対移動させる本接合工程と、を含み、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、前記本接合工程では、前記基端側ピンの外周面を前記蓋板の表面に接触させつつ、前記先端側ピンを前記ベース部材と前記蓋板の両方、又は、前記蓋板のみに接触させた状態で前記重合部の摩擦攪拌を行うことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、ベース部材の表面に開口する凹溝又は凹部を覆うように、ベース部材の表面に蓋板を重ね合わせる閉塞工程と、前記ベース部材の裏面から基端側ピンと先端側ピンとを備えた回転ツールを挿入し、前記ベース部材の表面と前記蓋板の裏面との重合部に沿って前記回転ツールを相対移動させる本接合工程と、を含み、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、前記本接合工程では、前記基端側ピンの外周面を前記ベース部材の裏面に接触させつつ、前記先端側ピンを前記ベース部材と前記蓋板の両方、又は、前記ベース部材のみに接触させた状態で前記重合部の摩擦攪拌を行うことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、基端側ピンと先端側ピンとを備えた回転ツールを用いて二つの金属部材を接合する摩擦攪拌接合方法であって、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、一方の前記金属部材の表面と他方の前記金属部材の裏面とを重ね合わせて重合部を形成する重合部形成工程と、他方の前記金属部材の表面から回転した前記回転ツールの先端側ピンを挿入し、前記基端側ピンの外周面を他方の前記金属部材の表面に接触させつつ、前記先端側ピンを一方の前記金属部材と他方の前記金属部材の両方、又は、他方の前記金属部材のみに接触させた状態で前記重合部の摩擦攪拌を行う本接合工程と、を含み、他方の前記金属部材は一方の前記金属部材よりも硬度が低く設定されていることを特徴とする。
【００１３】
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又は金属部材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。
【００１４】
また、前記本接合工程の前に、前記突合せ部を仮接合する仮接合工程を含むことが好ましい。また、前記本接合工程の前に、前記重合部を仮接合する仮接合工程を含むことが好ましい。かかる製造方法によれば、本接合工程の際の突合せ部又は重合部の目開きを防止することができる。
【００１５】
また、前記本接合工程の終了後、前記回転ツールの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含むことが好ましい。かかる方法によれば、接合表面をきれいに仕上げることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る伝熱板の製造方法及び摩擦攪拌接合方法によれば、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】
【００１７】
【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７Ａ】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７Ｂ】第一実施形態に係る伝熱板の製造方法の蓋板挿入工程を示す断面図である。
【図８】第一実施形態に係る伝熱板の製造方法のタブ材配置工程を示す平面図である。
【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１０Ａ】従来の回転ツールを示す概念図である。
【図１０Ｂ】従来の回転ツールを示す概念図である。
【図１１Ａ】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準備工程を示す。
【図１１Ｂ】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蓋板挿入工程を示す。
【図１２】第二実施形態に係る本接合工程を示す断面図である。
【図１３Ａ】本発明の第三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１３Ｂ】第三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１４Ａ】本発明の第四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１４Ｂ】本発明の第四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１５】本発明の第五実施形態に係る摩擦攪拌接合方法を示す断面図である。
【図１６】第五実施形の変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
［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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。伝熱板１の凹溝３と蓋板５の下面とで囲まれた空間が、流体が流通する流路となる。
【００３３】
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、蓋板挿入工程と、タブ材配置工程と、仮接合工程と、本接合工程とを行う。
【００３４】
図７Ａ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。
【００３５】
図７Ｂ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の表面５ａとベース部材２の表面２ａとは面一になる。
【００３６】
図８に示すように、タブ材配置工程は、ベース部材２の側面にタブ材１０，１０を配置する工程である。タブ材１０は、後記する摩擦攪拌の開始位置及び終了位置を設定する部材である。タブ材１０は、ベース部材２の対向する側面に面接触されるとともに、突合せ部Ｊ，Ｊの延長線上に配置される。タブ材１０は、本実施形態では、ベース部材２と同等の材料であるアルミニウム合金で形成されている。タブ材１０は、タブ材１０とベース部材２との入り隅部を溶接することにより接合される。
【００３７】
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。仮接合用回転ツールＧは、ショルダ部Ｇ１と、ショルダ部Ｇ１から垂下する攪拌ピンＧ２とで構成されている。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１０の表面上であれば特に制限されないが、本実施形態では、タブ材１０の表面に設定している。
【００３８】
具体的には、仮接合工程の開始位置を一方のタブ材１０の表面に設定し、一方の突合せ部Ｊの全長に摩擦攪拌接合を行う。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。他方のタブ材１０まで仮接合用回転ツールＧを移動させたら、そのままタブ材１０の表面で折り返させ、他方の突合せ部Ｊの全長に摩擦攪拌接合を行う。仮接合用回転ツールＧを一方のタブ材１０まで移動させたら、タブ材１０から仮接合用回転ツールＧを離脱させる。
【００３９】
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１０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１０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１０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。
【００４０】
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の表面２ａ及び蓋板５の表面５ａ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の表面２ａ及び蓋板５の表面５ａ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の表面２ａ及び蓋板５の表面５ａ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。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。本接合工程が終了したら、タブ材１０をベース部材２から切除する。
【００４１】
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。
【００４２】
ここで、例えば、図１０Ａ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１０Ｂ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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。また、タブ材１０とベース部材２とを仮接合用回転ツールＧを用いて仮接合してもよい。
【００４８】
〔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は、熱媒体用管６を備えている点で第一実施形態と相違する。熱媒体用管６は、その内部に流体が流通する部材である。
【００４９】
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、本接合工程とを行う。
【００５０】
図１１Ａ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。
【００５１】
図１１Ｂ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。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。
【００５２】
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、ベース部材２の表面２ａと蓋板５の表面５ａとは面一になる。
【００５３】
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。
【００５４】
図１２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。
【００５５】
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、熱媒体用管６を備えた伝熱板１Ａを容易に製造することができる。
【００５６】
また、例えば、第一実施形態及び第二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。
【００５７】
また、本実施形態では、蓋溝４を設ける場合を例示したが、蓋溝４を設けず、凹溝３に直接蓋板５を挿入するようにしてもよい。
【００５８】
また、図１２に示すように、熱媒体用管６の周囲に空隙部Ｑが形成されている場合、本接合工程によって、この空隙部Ｑを埋めてもよい。蓋板挿入工程において、蓋溝４に蓋板５を挿入すると、凹溝３、蓋板５の下面及び熱媒体用管６によって空隙部Ｑが形成される。突合せ部Ｊ，Ｊの位置を熱媒体用管６に近接させるとともに、本接合工程では、本接合用回転ツールＦによって形成された塑性流動材を空隙部Ｑに流入させる。これにより、熱媒体用管６の周囲の空隙部Ｑが金属で充填されるため、水密性及び気密性をより高めることができる。
【００５９】
〔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の製造方法は、ベース部材２に蓋溝４が形成されておらず、ベース部材２の表面２ａに蓋板５を載置する点で第一実施形態と相違する。
【００６０】
第三実施形態に係る伝熱板の製造方法では、準備工程と、凹溝閉塞工程と、仮接合工程と、本接合工程とを行う。
【００６１】
図１３Ａ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。ベース部材２の表面２ａに凹溝３を形成する。
【００６２】
凹溝閉塞工程（閉塞工程）は、ベース部材２の表面２ａに蓋板５を載置して凹溝３の上方を覆う工程である。凹溝閉塞工程では、ベース部材２の表面２ａと蓋板５の裏面５ｂとが重ね合わされて重合部Ｊ１が形成される。
【００６３】
仮接合工程は、重合部Ｊ１に対して予備的に接合を行う工程である。仮接合工程は、本実施形態では、ベース部材２及び蓋板５の側面から仮接合用回転ツールＧを挿入し、重合部Ｊ１に対して摩擦攪拌接合を行う。仮接合工程後には、ベース部材２及び蓋板５の側面には、塑性化領域Ｗ１が形成される。
【００６４】
図１３Ｂに示すように、本接合工程は、本接合用回転ツールＦを用いて重合部Ｊ１に対して摩擦攪拌接合を行う工程である。回転する本接合用回転ツールＦの先端側ピンＦ３を蓋板５の表面５ａから挿入して、凹溝３の長手方向に沿って本接合用回転ツールＦを相対移動させて重合部Ｊ１を摩擦攪拌接合する。凹溝３に塑性流動材が流入しないように、本接合用回転ツールＦの移動ルートを設定する。
【００６５】
本接合工程では、基端側ピンＦ２の外周面で蓋板５の表面５ａを押さえながら摩擦攪拌接合を行う。本接合工程では、基端側ピンＦ２の外周面を蓋板５の表面５ａに接触させつつ、先端側ピンＦ３をベース部材２及び蓋板５の両方に接触させた状態で摩擦攪拌接合を行う。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の外周面が蓋板５の表面５ａを押さえ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、基端側ピンＦ２の外周面の高さ方向の中央部あたりを蓋板５の表面５ａに接触させつつ、先端側ピンＦ３がベース部材２に接触するように設定する。このようにしても、第一実施形態と略同等の効果を得ることができる。
【００６６】
第三実施形態に係る伝熱板の製造方法のように、蓋溝４を設けず、ベース部材２の表面２ａに板厚の大きい蓋板５を載置する形態であっても、伝熱板１Ｂを容易に製造することができる。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。
【００６７】
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、溶接によって重合部Ｊ１を接合してもよい。また、第一実施形態のようにタブ材を用いて仮接合工程及び本接合工程を行ってもよい。
【００６８】
また、本実施形態では、先端側ピンＦ３の先端が、ベース部材２に達する位置まで押し込むように設定したが、ベース部材２に達しないように設定する、つまり、基端側ピンＦ２の外周面を蓋板５の表面５ａに接触させつつ、基端側ピンＦ２及び先端側ピンＦ３の両方が蓋板５のみと接触するように挿入深さを設定してもよい。このような場合は、基端側ピンＦ２及び先端側ピンＦ３と蓋板５との接触によって生じた摩擦熱で、重合部Ｊ１が塑性流動化されることにより、重合部Ｊ１が接合される。
【００６９】
また、本実施形態では、蓋板５の表面５ａから本接合用回転ツールＦを挿入したが、ベース部材２の裏面２ｂから本接合用回転ツールＦを挿入して、重合部Ｊ１を摩擦攪拌するようにしてもよい。このような場合であっても、基端側ピンＦ２の外周面をベース部材２の裏面２ｂに接触させつつ、先端側ピンＦ３を、ベース部材２及び蓋板５の両方と接触する位置まで押し込んでもよいし、ベース部材２のみと接触する位置まで押し込んで、重合部Ｊ１を摩擦攪拌するように設定してもよい。
【００７０】
〔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の製造方法は、大きな窪みを備えた凹部２０が形成されている点で第三実施形態と相違する。
【００７１】
第四実施形態に係る伝熱板の製造方法は、準備工程と、凹部閉塞工程と、仮接合工程と、本接合工程とを行う。
【００７２】
図１４Ａ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。ベース部材２の表面２ａに凹部２０を形成する。凹部２０は、凹溝３よりも十分に広い窪みとなっている。
【００７３】
凹部閉塞工程（閉塞工程）は、ベース部材２の表面２ａに蓋板５を載置して凹部２０の上方を覆う工程である。凹部閉塞工程では、ベース部材２の表面２ａと蓋板５の裏面５ｂとが重ね合わされて重合部Ｊ１が形成される。図１４Ｂに示すように、仮接合工程及び本接合工程は、第三実施形態と同等であるため、詳細な説明は省略する。これにより、伝熱板１Ｃが形成される。
【００７４】
第四実施形態に係る伝熱板の製造方法では、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、第四実施形態によれば、凹溝３よりも大きな凹部２０を備えるとともに板厚の大きい蓋板５を載置する場合であっても、伝熱板１Ｃを容易に形成することができる。
【００７５】
なお、本実施形態では、先端側ピンＦ３の先端が、ベース部材２に達する位置まで押し込むように設定したが、ベース部材２に達しないように設定する、つまり、基端側ピンＦ２の外周面を蓋板５の表面５ａに接触させつつ、基端側ピンＦ２及び先端側ピンＦ３と蓋板５のみとが接触する位置まで押し込み、重合部Ｊ１を摩擦攪拌するように設定してもよい。このような場合は、基端側ピンＦ２及び先端側ピンＦ３と蓋板５との接触によって生じた摩擦熱で、ベース部材２及び蓋板５が塑性流動化されることにより、重合部Ｊ１が接合される。
【００７６】
また、本実施形態では、蓋板５の表面５ａから本接合用回転ツールＦを挿入したが、ベース部材２の裏面２ｂから本接合用回転ツールＦを挿入して、重合部Ｊ１を摩擦攪拌するようにしてもよい。この場合であっても、基端側ピンＦ２の外周面をベース部材２の裏面２ｂに接触させつつ、先端側ピンＦ３は、ベース部材２及び蓋板５の両方と接触する位置まで押し込んでもよいし、ベース部材２のみと接触する位置まで押し込んで、摩擦攪拌するように設定してもよい。
【００７７】
〔第五実施形態〕
次に、本発明の第五実施形態に係る摩擦攪拌接合方法について説明する。第五実施形態では、凹溝３や凹部２０等の流路を備えていない金属部材同士を接合する点で他の実施形態と相違する。
【００７８】
第五実施形態に係る摩擦攪拌接合方法では、準備工程と、重ね合わせ工程（重合部形成工程）と、仮接合工程と、本接合工程とを行う。
【００７９】
図１５に示すように、準備工程は、金属部材３１，３２を用意する工程である。金属部材３１，３２は、板状の金属部材である。金属部材３１，３２の種類は、摩擦攪拌可能な金属から適宜選択すればよい。例えば、本接合用回転ツールＦが挿入される金属部材３２の材種は、金属部材３１よりも硬度の低い材種としてもよい。
【００８０】
重ね合わせ工程（重合部形成工程）は、金属部材３１，３２を重ね合わせる工程である。重ね合わせ工程では、金属部材３１の表面３１ａに、金属部材３２の裏面３２ｂを重ね合わせて、重合部Ｊ１を形成する。
【００８１】
仮接合工程は、重合部Ｊ１に対して予備的に接合を行う工程である。仮接合工程は、本実施形態では、金属部材３１，３２の側面から仮接合用回転ツールＧを挿入し、重合部Ｊ１に対して摩擦攪拌接合を行う。仮接合工程後には、金属部材３１，３２の側面には、塑性化領域Ｗ１が形成される。
【００８２】
本接合工程は、本接合用回転ツールＦを用いて重合部Ｊ１に対して摩擦攪拌接合を行う工程である。本実施形態では、金属部材３２の表面３２ａから垂直に本接合用回転ツールＦを挿入し、先端側ピンＦ３の先端が金属部材３１に入り込むように設定する。本接合工程は、本接合用回転ツールＦを用いて重合部Ｊ１に対して摩擦攪拌接合を行う工程である。回転する本接合用回転ツールＦの先端側ピンＦ３を金属部材３２の表面３２ａから挿入して、本接合用回転ツールＦを相対移動させて重合部Ｊ１を摩擦攪拌接合する。本接合工程では、基端側ピンＦ２の外周面で金属部材３２の表面３２ａを押さえながら摩擦攪拌接合を行う。本接合工程では、基端側ピンＦ２の外周面を金属部材３２の表面３２ａに接触させつつ、先端側ピンＦ３を金属部材３１，３２の両方に接触させた状態で摩擦攪拌接合を行う。これにより、複合板１Ｄが形成される。
【００８３】
第五実施形態に係る摩擦攪拌接合方法によれば、内部に流路を設けない複合板１Ｄが容易に形成される。第五実施形態に係る摩擦攪拌接合方法によっても第三実施形態と略同等の効果を得ることができる。
【００８４】
また、仮接合工程を行うことで、本接合工程を行う際に、金属部材３１，３２間の目開きを防ぐことができる。
【００８５】
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、溶接によって重合部Ｊ１を接合してもよい。また、第一実施形態のようにタブ材を用いて仮接合工程及び本接合工程を行ってもよい。
【００８６】
また、図１６に示すように、本接合工程を行う際に、先端側ピンＦ３が金属部材３１に達しないようにする、つまり、基端側ピンＦ２の外周面を金属部材３２の表面３２ａに接触させつつ、基端側ピンＦ２及び先端側ピンＦ３が金属部材３２のみと接触するように設定して摩擦攪拌を行ってもよい。このような場合は、塑性化領域Ｗと重合部Ｊ１とを接触させることで、金属部材３１，３２同士を接合することができる。つまり、基端側ピンＦ２及び先端側ピンＦ３と金属部材３２との接触によって生じた摩擦熱で、金属部材３１，３２が塑性流動化されることにより、重合部Ｊ１を接合することができる。これにより、複合板１Ｅが形成される。
【符号の説明】
【００８７】
１        伝熱板
２        ベース部材
３        凹溝
４        蓋溝
５        蓋板
６        熱媒体用管
１０      タブ材
２０      凹部
３１      金属部材
３２      金属部材
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
Ｇ        仮接合用回転ツール
Ｊ        突合せ部
Ｊ１      重合部
Ｗ        塑性化領域
【図１】
2019162660.tif 000003
【図２】
2019162660.tif 000004
【図３】
2019162660.tif 000005
【図４】
2019162660.tif 000006
【図５】
2019162660.tif 000007
【図６】
2019162660.tif 000008
【図７Ａ】
2019162660.tif 000009
【図７Ｂ】
2019162660.tif 000010
【図８】
2019162660.tif 000011
【図９Ａ】
2019162660.tif 000012
【図９Ｂ】
2019162660.tif 000013
【図１０Ａ】
2019162660.tif 000014
【図１０Ｂ】
2019162660.tif 000015
【図１１Ａ】
2019162660.tif 000016
【図１１Ｂ】
2019162660.tif 000017
【図１２】
2019162660.tif 000018
【図１３Ａ】
2019162660.tif 000019
【図１３Ｂ】
2019162660.tif 000020
【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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