(57)【要約】【課題】扁平な断面形状を備えた２つの環状部材どうしの嵌合部を最適な状態に摩擦撹拌接合することにより、小型軽量で放熱性能の高い半導体冷却装置が得られるようにする。【解決手段】扁平な断面形状を備えた２つの環状部材１８，１９どうしの嵌合部に対し、直線部１６で、回転工具１３を第一の押込量２１で押込んで所定肉厚の摩擦攪拌接合部２２を形成する。  また、曲線部１７で、回転工具１３を第二の押込量２３で押込んで厚肉摩擦攪拌接合部２４を形成する。  そして、直線部１６における曲線部１７との境界部２５で、回転工具１３の押込量を第一の押込量２１と第二の押込量２３との間を滑らかに繋ぐように徐変させることにより、摩擦攪拌接合部２２と厚肉摩擦攪拌接合部２４との間で肉厚が徐変される肉厚徐変摩擦攪拌接合部２７を形成する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線部と曲線部とを有する扁平な断面形状を備えた２つの環状部材どうしの嵌合部を、中心位置にピン状の突起部を有する回転工具を用いて摩擦攪拌接合した摩擦攪拌接合部構造であって、
前記直線部で、前記回転工具を予め設定された第一の押込量で押込んで摩擦攪拌接合を行うことにより所定肉厚の摩擦攪拌接合部を形成すると共に、
前記曲線部で、前記回転工具を前記第一の押込量よりも多い第二の押込量で押込んで摩擦攪拌接合を行うことにより前記摩擦攪拌接合部よりも厚肉の厚肉摩擦攪拌接合部を形成し、
更に、前記直線部における前記曲線部との境界部で、前記回転工具の押込量を前記第一の押込量と前記第二の押込量との間を滑らかに繋ぐように徐変させることにより、前記摩擦攪拌接合部と前記厚肉摩擦攪拌接合部との間で肉厚が徐変される肉厚徐変摩擦攪拌接合部を形成したことを特徴とする摩擦攪拌接合部構造。
【請求項２】
請求項１に記載の摩擦攪拌接合部構造であって、
前記肉厚徐変摩擦攪拌接合部は、前記回転工具の半径に相当する範囲の部分に形成されることを特徴とする摩擦攪拌接合部構造。
【請求項３】
前記扁平な断面形状を備えた２つの環状部材が、半導体冷却装置の熱媒体流路構成部材および熱媒体給排用部材であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の摩擦攪拌接合部構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、摩擦攪拌接合部構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、冷却器や加熱器などの熱交換器は、通常、ロウ付けなどによって製造されている。しかし、ロウ付けは、熱交換器全体をロウ付け炉へ入れて熱処理を行う必要があるのでエネルギー効率が悪いという問題があった。また、熱交換器全体を入れるのに大型のロウ付け炉や熱処理用治具やフラックスなどの副資材などが必要となるため、コストがかかると共に、大きな設備設置スペースが必要になるという問題もあった。更に、ロウ付けによる接合部分以外の部分にも大きな熱的影響が及ぶので、熱交換器の全体的な熱変形や表面粗度の悪化などを防止するのが難しく、熱交換器は正確な寸法を保つことが困難であるという問題があった。また、ロウ付けによる接合部分の品質についても十分とは言えないという問題もあった。
【０００３】
そこで、上記したような不具合をなくすために、熱交換器を摩擦攪拌接合によって製造することが検討されている。摩擦攪拌接合は、要するに、先端の中心部にピン状の突起部を有する円筒状の回転工具を回転させながら接合部分に強く押し当てることによって、摩擦熱で接合部分の周辺を溶融軟化すると共に練り混ぜて接合部分を一体化する接合方法のことである（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００４】
なお、上記特許文献には、二本のパイプ状部材を雄雌嵌合させて、嵌合部分を外周側から摩擦攪拌接合することによって接合させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３４６７６７号公報
【特許文献２】特開２００３−２３６６８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記各特許文献は、単純な円形断面を有する二本のパイプ状部材どうしを摩擦攪拌接合しただけのものであるため、複雑な形状や構造を有する熱交換器に対して、そのまま適用するのが難しいという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、上記した問題点を解決することを、主な目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、
直線部と曲線部とを有する扁平な断面形状を備えた２つの環状部材どうしの嵌合部を、中心位置にピン状の突起部を有する回転工具を用いて摩擦攪拌接合した摩擦攪拌接合部構造であって、
前記直線部で、前記回転工具を予め設定された第一の押込量で押込んで摩擦攪拌接合を行うことにより所定肉厚の摩擦攪拌接合部を形成すると共に、
前記曲線部で、前記回転工具を前記第一の押込量よりも多い第二の押込量で押込んで摩擦攪拌接合を行うことにより前記摩擦攪拌接合部よりも厚肉の厚肉摩擦攪拌接合部を形成し、
更に、前記直線部における前記曲線部との境界部で、前記回転工具の押込量を前記第一の押込量と前記第二の押込量との間を滑らかに繋ぐように徐変させることにより、前記摩擦攪拌接合部と前記厚肉摩擦攪拌接合部との間で肉厚が徐変される肉厚徐変摩擦攪拌接合部を形成したことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、上記構成によって、扁平な断面形状を備えた２つの環状部材どうしの嵌合部を最適な状態に摩擦撹拌接合することにより、小型軽量で放熱性能の高い半導体冷却装置などの熱交換器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施の形態の実施例にかかる摩擦攪拌接合部構造を使用した半導体冷却装置１の全体側面図である。
【図２】図１の摩擦攪拌接合部構造部分の拡大断面図である。
【図３】図２の幅方向の断面図である。
【図４】図３の部分拡大断面図である。
【図５】図４に続く作動図である。
【図６】図５に続く作動図である。
【図７】図６に続く作動図である。
【図８】変形例にかかる図４と同様の部分拡大断面図である。
【図９】他の変形例にかかる図４と同様の部分拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本実施の形態を、図面を用いて詳細に説明する。
図１〜図９は、この実施の形態を説明するためのものである。
【実施例１】
【００１２】
＜構成＞以下、この実施例の構成について説明する。
【００１３】
図１は、この実施例にかかる半導体冷却装置１などの熱交換器を示す側面図である。この半導体冷却装置１は、熱媒体２（冷媒）が流通可能な熱媒体流路構成部材３の両端部に対して、熱媒体２を給排可能な熱媒体給排用部材４を取付けたものとされる。
【００１４】
この際、上記した熱媒体流路構成部材３には、内部を複数本のフィンによって複数の熱媒体流路部に仕切られた扁平多孔管７が使用される。これに対し、熱媒体給排用部材４には、扁平多孔管７の端部に外嵌または内嵌可能な接続口部９が形成される。
【００１５】
そして、図２、図３の断面図に示すように、扁平多孔管７の端部と熱媒体給排用部材４の接続口部９との嵌合部間を外周側から摩擦攪拌接合によって接合する。摩擦攪拌接合は、要するに、先端の中心部にピン状の突起部１２を有する円筒状の回転工具１３を回転させながら接合する部分に強く押し当て更に押し込むことによって、摩擦熱で接合する部分の周辺を溶融軟化すると共に練り混ぜて接合する部分を一体化する接合方法のことである。摩擦攪拌接合の際に、撹拌部分の材料不足を補うために、回転工具１３を、所要量だけ撹拌部分に押し込ませるようにする。
【００１６】
この場合、この摩擦攪拌接合部構造は、直線部１６と曲線部１７とを有する扁平な断面形状を備えた２つの環状部材１８，１９（熱媒体流路構成部材３（扁平多孔管７）の端部と熱媒体給排用部材４の接続口部９とのどちらかに相当する）どうしの嵌合部に対して外周側から行われることになる。この際、環状部材１８，１９は、熱交換に必要な熱伝導性を有すると共に、摩擦攪拌接合に適した柔らかさを有する、例えば、アルミやアルミ合金などの軽金属や軽合金、または、銅などの材質のものとされる。
【００１７】
以下、上記の詳細について説明する。
【００１８】
（１）図４（〜図７）に示すように、上記直線部１６で、上記回転工具１３を予め設定された第一の押込量２１で押込んで摩擦攪拌接合を行うことにより所定肉厚の摩擦攪拌接合部２２を形成する。
また、上記曲線部１７で、上記回転工具１３を上記第一の押込量２１よりも多い第二の押込量２３で押込んで摩擦攪拌接合を行うことにより上記摩擦攪拌接合部２２よりも厚肉の厚肉摩擦攪拌接合部２４を形成する。
そして、上記直線部１６における上記曲線部１７との境界部２５で、上記回転工具１３の押込量（図８の符号２６参照）を上記第一の押込量２１と上記第二の押込量２３との間を滑らかに繋ぐように徐変させることにより、上記摩擦攪拌接合部２２と上記厚肉摩擦攪拌接合部２４との間で肉厚が徐変される肉厚徐変摩擦攪拌接合部２７を形成する。
【００１９】
なお、図４〜図７は、都合上、摩擦攪拌接合後の状態に対して、回転工具１３の位置を異ならせて描き加えた図となっている。また、環状部材１８と環状部材１９との境界線は、摩擦攪拌接合後にはなくなってしまい、環状部材１８と環状部材１９とは一体化されることになるが、図では分かり易いように別々に描いている。
【００２０】
（２）上記肉厚徐変摩擦攪拌接合部２７は、上記回転工具１３の半径３１に相当する範囲３２の部分に形成されるようにする。
【００２１】
（３）上記扁平な断面形状を備えた２つの環状部材１８，１９が、上記した半導体冷却装置１の熱媒体流路構成部材３および熱媒体給排用部材４とされる。
【００２２】
（変形例）図８に示すように、肉厚徐変摩擦攪拌接合部２７は、回転工具１３の先端部が境界部２５に達するよりも若干手前側から、回転工具１３の半径３１に相当する範囲３２の部分に亘って形成するようにしても良い。または、特に図示しないが、肉厚徐変摩擦攪拌接合部２７は、回転工具１３の先端部が境界部２５に達するよりも若干手前側から回転工具１３の中心部が境界部２５に達するまでの間にかけて、回転工具１３の半径３１よりも若干範囲３２が広くなるように形成しても良い。この場合、若干とは、環状部材１８，１９の寸法バラツキや、回転工具１３の移動や押込量のバラツキの程度の大きさのことである。
【００２３】
また、図９に示すように、環状部材１８，１９の曲線部１７に、熱媒体２の流れが極端に悪くなる止水域が発生するような場合には、曲線部１７を中実部３５として熱媒体２が流れないようにしても良い。この場合についても、曲線部１７は、図４（〜図７）と同様に第二の押込量２３で厚肉摩擦攪拌接合部２４を形成すると共に、上記境界部２５で、回転工具１３の押込量を徐変させて、肉厚徐変摩擦攪拌接合部２７を形成する。
【００２４】
＜作用効果＞この実施例によれば、以下のような作用効果を得ることができる。
【００２５】
図１の熱交換器（半導体冷却装置１）は、図示しない発熱源に対して熱媒体流路構成部材３を接触配置させた状態にして、熱媒体２を、一端側の熱媒体給排用部材４へ供給し、熱媒体流路構成部材３内を流して、他端側の熱媒体給排用部材４から排出させることにより、熱媒体流路構成部材３に接触された発熱源の熱を熱媒体２で奪って、発熱源を冷却させるようにするものである。
【００２６】
上記半導体冷却装置１は、熱媒体流路構成部材３（扁平多孔管７）と熱媒体給排用部材４とが、この実施の形態の摩擦攪拌接合部構造によって接合されている。そのため、以下のような作用効果が得られる。
【００２７】
（１）直線部１６に摩擦攪拌接合部２２を形成し、曲線部１７に摩擦攪拌接合部２２よりも厚肉の厚肉摩擦攪拌接合部２４を形成した。そして、直線部１６における曲線部１７との境界部２５で肉厚が徐変される肉厚徐変摩擦攪拌接合部２７を形成させるようにした。これにより、直線部１６と曲線部１７とに対してそれぞれ最適な肉厚の摩擦攪拌接合部２２および厚肉摩擦攪拌接合部２４を形成することができる。即ち、直線部１６の摩擦攪拌接合部２２を、接合不良や接合欠陥が発生しない範囲内で薄肉化することができる。また、曲線部１７の厚肉摩擦攪拌接合部２４を、直線部１６の摩擦攪拌接合部２２よりも厚肉化して、接合不良や接合欠陥が発生しないようすることができる。以って、小型・軽量化を図りながら、放熱性能の良い摩擦攪拌接合部構造を得ることができる。また、肉厚徐変摩擦攪拌接合部２７によって、摩擦攪拌接合部２２と厚肉摩擦攪拌接合部２４との間を無理なく滑らかに繋ぐことができる。
【００２８】
（２）肉厚徐変摩擦攪拌接合部２７を、直線部１６と曲線部１７との境界部２５の直線部１６側における回転工具１３の半径３１と等しい大きさの範囲３２の部分に形成することにより、肉厚徐変摩擦攪拌接合部２７を最小限に抑えることができ、最適な肉厚の摩擦攪拌接合部２２および厚肉摩擦攪拌接合部２４をより多く形成することができる。
【００２９】
なお、図８に示すように、肉厚徐変摩擦攪拌接合部２７を、回転工具１３の半径３１よりも若干大きい範囲３２にまで広げることなどにより、環状部材１８，１９の寸法バラツキや、回転工具１３の移動や押込量のバラツキなどの影響を考慮した上で肉厚徐変摩擦攪拌接合部２７を最小化することができる。
【００３０】
（３）扁平な断面形状を備えた２つの環状部材１８，１９を、それぞれ熱媒体流路構成部材３および熱媒体給排用部材４とした。これにより、小型・軽量で放熱性能の良い摩擦攪拌接合部構造を有する性能および品質の高い半導体冷却装置１などの熱交換器を得ることができる。
【００３１】
以上、この発明の実施例を図面により詳述してきたが、実施例はこの発明の例示にしか過ぎないものである。よって、この発明は実施例の構成にのみ限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれることは勿論である。また、例えば、各実施例に複数の構成が含まれている場合には、特に記載がなくとも、これらの構成の可能な組合せが含まれることは勿論である。また、複数の実施例や変形例がこの発明のものとして開示されている場合には、特に記載がなくとも、これらに跨がった構成の組合せのうちの可能なものが含まれることは勿論である。また、図面に描かれている構成については、特に記載がなくとも、含まれることは勿論である。更に、「等」の用語がある場合には、同等のものを含むという意味で用いられている。また、「ほぼ」「約」「程度」などの用語がある場合には、常識的に認められる範囲や精度のものを含むという意味で用いられている。
【符号の説明】
【００３２】
１    半導体冷却装置
３    熱媒体流路構成部材
４    熱媒体給排用部材
１２  ピン状の突起部
１３  回転工具
１６  直線部
１７  曲線部
１８  環状部材
１９  環状部材
２１  第一の押込量
２２  摩擦攪拌接合部
２３  第二の押込量
２４  厚肉摩擦攪拌接合部
２５  境界部
２７  肉厚徐変摩擦攪拌接合部
３１  半径
３２  範囲
【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８】
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【図９】
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