(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース部材の表面側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挿入工程と、
前記蓋溝に蓋板を配置する蓋溝閉塞工程と、
前記蓋板の表面で、前記凹溝に沿って流入撹拌用回転ツールを移動させて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流入撹拌工程と、を有する
ことを特徴とする伝熱板の製造方法。
【請求項２】
前記流入撹拌工程前に、
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接合用回転ツールを移動させて前記ベース部材と前記蓋板との摩擦撹拌接合を施す接合工程をさらに有する
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、前記蓋溝の側壁と前記蓋板の側面との突合せ部に沿って間欠的に摩擦撹拌接合を行う前記蓋板の仮付けを施す
ことを特徴とする請求項２に記載の伝熱板の製造方法。
【請求項４】
前記流入撹拌用回転ツールは、前記接合用回転ツールよりも大型のものが使用される
ことを特徴とする請求項２乃至請求項３のいずれか１項に記載の伝熱板の製造方法。
【請求項５】
前記流入撹拌工程において、前記流入撹拌用回転ツールの先端を、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乃至請求項４のいずれか１項に記載の伝熱板の製造方法。
【請求項６】
前記流入撹拌工程において、前記接合工程にて生成した塑性化領域を、前記流入撹拌用回転ツールによって再撹拌する
ことを特徴とする請求項２乃至請求項５のいずれか１項に記載の伝熱板の製造方法。
【請求項７】
前記流入撹拌接合工程後に、
前記ベース部材の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前記蓋板を覆う上蓋板を配置する上蓋溝閉塞工程と、
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接合用回転ツールを移動させて前記ベース部材と前記上蓋板との摩擦攪拌接合を施す上蓋接合工程と、をさらに有する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１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、例えば熱交換器や加熱機器あるいは冷却機器などに用いられる伝熱板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱交換、加熱あるいは冷却すべき対象物に接触し又は近接して配置される伝熱板は、その本体であるベース部材に例えば高温液や冷却水などの熱媒体を循環させる熱媒体用管を挿通させて形成されている。
かかる伝熱板の製造方法としては、例えば、特許文献１に記載された方法が知られている。図１０は、特許文献１に係る伝熱板を示した図であって、（ａ）は、斜視図、（ｂ）は断面図である。特許文献１に係る伝熱板１００は、表面に開口する断面視矩形の蓋溝１０６と、蓋溝１０６の底面に開口する凹溝１０８を有するベース材１０２と、凹溝１０８に挿入される熱媒体用管１１６と、蓋溝１０６に嵌合される蓋板１１０と、を備え、蓋溝１０６における両側壁１０５，１０５と蓋板１１０の両側面１１３，１１４とのそれぞれの突合せ面に沿って摩擦撹拌接合を施すことにより、塑性化領域Ｗ０，Ｗ０が形成されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３１４１１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１０の（ｂ）に示すように、伝熱板１００には、凹溝１０８と熱媒体用管１１６の外側面と蓋板１１０の下面とによって空隙部１２０が形成されているが、伝熱板１００の内部に空隙部１２０が存在していると、熱媒体用管１１６から放熱された熱が蓋板１１０に伝わりにくくなるため、伝熱板１００の熱交換効率が低下するという問題があった。
【０００５】
このような観点から、本発明は、摩擦撹拌接合により製造される伝熱板において、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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような課題を解決するための請求項１に係る発明は、ベース部材の表面側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挿入工程と、前記蓋溝に蓋板を配置する蓋溝閉塞工程と、前記蓋板の表面で、前記凹溝に沿って流入撹拌用回転ツールを移動させて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流入撹拌工程と、を有することを特徴とする伝熱板の製造方法である。
【０００７】
かかる製造方法によれば、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および蓋板との間で、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、熱媒体用管に冷却水を通して伝熱板および冷却対象物を効率的に冷却できる。
【０００８】
請求項２に係る発明は、前記流入撹拌工程前に、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接合用回転ツールを移動させて前記ベース部材と前記蓋板との摩擦撹拌接合を施す接合工程をさらに有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である。
【０００９】
かかる製造方法によれば、蓋板を確実に固定した状態で流入撹拌工程を行うことができるので、加工環境が良好で精度の高い伝熱板を製造することができる。
【００１０】
請求項３に係る発明は、前記接合工程において、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間欠的に摩擦撹拌接合を行う前記蓋板の仮付けを施すことを特徴とする請求項２に記載の伝熱板の製造方法である。
【００１１】
かかる製造方法によれば、接合工程に要する手間と時間を低減しつつ、蓋板を確実に固定した状態で流入撹拌工程を行うことができ、加工環境が良好で精度の高い伝熱板を製造することができる。
【００１２】
請求項４に係る発明は、前記流入撹拌用回転ツールが、前記接合用回転ツールよりも大型のものが使用されることを特徴とする請求項２乃至請求項３のいずれか１項に記載の伝熱板の製造方法である。
【００１３】
かかる製造方法によれば、流入撹拌用回転ツールで蓋板の底面よりも深い部分まで塑性流動化することができるとともに、接合工程での摩擦撹拌接合における塑性化領域は小さくて済むので、施工が容易になる。
【００１４】
請求項５に係る発明は、前記流入撹拌工程において、前記流入撹拌用回転ツールの先端を、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乃至請求項４のいずれか１項に記載の伝熱板の製造方法である。
【００１５】
かかる製造方法によれば、確実に流入撹拌用回転ツールで蓋板の底面よりも深い部分まで塑性流動化することができる。
【００１６】
請求項６に係る発明は、前記流入撹拌工程において、前記接合工程にて生成した塑性化領域を、前記流入撹拌用回転ツールによって再撹拌することを特徴とする請求項２乃至請求項５のいずれか１項に記載の伝熱板の製造方法である。
【００１７】
かかる製造方法によれば、蓋板を確実に固定した状態で流入撹拌工程を行うことができるとともに、伝熱板の表面に露出される塑性化領域を流入撹拌用回転ツールによるものだけとすることができる。
【００１８】
請求項７に係る発明は、前記流入撹拌接合工程後に、前記ベース部材の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前記蓋板を覆う上蓋板を配置する上蓋溝閉塞工程と、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接合用回転ツールを移動させて前記ベース部材と前記上蓋板との摩擦攪拌接合を施す上蓋接合工程と、をさらに有することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の伝熱板の製造方法である。
【００１９】
かかる製造方法によれば、伝熱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接合を施すため、伝熱板の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】
【００２０】
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提供することができるといった優れた効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
［第一実施形態］
本発明の最良の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、実施形態に係る伝熱板を示した斜視図である。図２は、実施形態に係る伝熱板を示した分解断面図である。図３は、実施形態に係る伝熱板を示した断面図である。
【００２２】
第一実施形態に係る伝熱板１は、図１乃至図３に示すように、表面３および裏面４を有する厚板形状のベース部材２と、ベース部材２の表面３に開口した蓋溝６に配置される蓋板１０と、蓋溝６の底面に開口する凹溝８に挿入される熱媒体用管１６とを主に備えている。ベース部材２と蓋板１０は、摩擦撹拌接合により形成された塑性化領域Ｗ１，Ｗ２によって一体形成されている。ここで、「塑性化領域」とは、回転ツールの摩擦熱によって加熱されて現に塑性化している状態と、回転ツールが通り過ぎて常温に戻った状態の両方を含むこととする。塑性化領域Ｗ１，Ｗ２は、蓋溝６の側壁５ａ，５ｂと蓋板１０の側面１３ａ，１３ｂとの突合せ部Ｖに沿って構成されており、接合用回転ツール２０（図４参照）を突合せ部Ｖに沿って移動させることで生成されている。一方、蓋板１０には、前記の塑性化領域Ｗ１，Ｗ２よりも深く、ベース部材２まで達する第２の塑性化領域Ｗ３，Ｗ４が生成されている。この塑性化領域Ｗ３，Ｗ４は、蓋板１０の表面で、下方の凹溝８に沿って流入撹拌用回転ツール２５（図４参照）を移動させることで生成されており、熱媒体用管１６の周囲に形成された空隙部Ｐまで流入して生成されている。
【００２３】
ベース部材２は、例えば、アルミニウム合金（ＪＩＳ：Ａ６０６１）で形成されている。ベース部材２は、熱媒体用管１６に流れる熱媒体の熱を外部に伝達させる役割、あるいは、外部の熱を熱媒体用管１６に流れる熱媒体に伝達させる役割を果たすものであって、図２に示すように、熱媒体用管１６を内部に収容する。ベース部材２の表面３には、蓋溝６が凹設されており、蓋溝６の底面の中央には、蓋溝６よりも幅狭の凹溝８が凹設されている。蓋溝６は、熱媒体用管１６を覆う蓋板１０が配置される部分であって、ベース部材２の長手方向に亘って連続して形成されている。蓋溝６は、断面視矩形を呈しており、蓋溝６の底面５ｃから垂直に立ち上がる側壁５ａ，５ｂを備えている。凹溝８は、熱媒体用管１６が挿入される部分であって、ベース部材２の長手方向に亘って連続して形成されている。凹溝８は、上方が開口した断面視Ｕ字状の溝であって、下端には熱媒体用管１６の外周と同等の曲率半径を有する半円形の曲面７が形成されている。凹溝８の開口部分は、熱媒体用管１６の外周直径と略同等の幅で形成されている。
【００２４】
蓋板１０は、図２および図３に示すように、ベース部材２と同様のアルミニウム合金からなり、ベース部材２の蓋溝６の断面と略同じ矩形断面を形成する上面（表面）１１、下面１２、側面１３ａおよび側面１３ｂを有する。蓋板１０は、図３に示すように、蓋溝６に挿入されて配置されている。蓋板１０の側面１３ａ，１３ｂは、蓋溝６の側壁５ａ，５ｂと面接触するか又は微細な隙間をあけて対向する。ここで、図３に示すように、側面１３ａと側壁５ａとの突合せ面を以下、突合せ部Ｖ１とし、側面１３ｂと側壁５ｂとの突合せ面を以下、突合せ部Ｖ２とする。
【００２５】
熱媒体用管１６は、例えば、銅管にて構成されており、図２に示すように、断面視円形の中空部１８を有する円筒管である。熱媒体用管１６の外径は、凹溝８の幅と略同等に形成されており、図３に示すように、熱媒体用管１６の下半部と凹溝８の曲面７とが面接触する。熱媒体用管１６の上端は、蓋板１０の下面１２と接触部１６ａで線接触する。熱媒体用管１６は、中空部１８に、例えば高温液、高温ガスなどの熱媒体を循環させて、ベース部材２および蓋板１０に熱を伝達させる部材、あるいは中空部１８に、例えば冷却水、冷却ガスなどの熱媒体を循環させて、ベース部材２および蓋板１０から熱を伝達される部材である。また、熱媒体用管１６の中空部１８に、例えばヒーターを通して、ヒーターから発生する熱をベース部材２および蓋板１０に伝達させる部材として利用してもよい。
【００２６】
なお、第一実施形態においては、凹溝８と熱媒体用管１６の下半部を面接触させ、かつ、熱媒体用管１６の上端と蓋板１０の下面１２とを線接触させたが、これに限定されるものではない。例えば、凹溝８の深さを、熱媒体用管１６の外径と同等か、あるいはその１．２倍までの範囲となるようにしてもよい。また、凹溝８の幅を、熱媒体用管１６の外径と同等か、あるいはその１．１倍までの範囲となるようにしてもよい。
【００２７】
熱媒体用管１６の周囲に形成される空隙部Ｐは、図２に示すように、熱媒体用管１６と凹溝８と蓋板１０の下面１２とにより囲まれた空間である。第一実施形態においては、熱媒体用管１６の上端と蓋板１０の下面１２とが、接触部１６ａで接触しているので、接触部１６ａを境界として、二つの空隙部Ｐ１，Ｐ２が形成されている。なお、空隙部Ｐは、凹溝８、熱媒体用管１６の形状等に基づいて適宜決定されるものであり、前記した形態に限定されるものではない。
【００２８】
塑性化領域Ｗ１，Ｗ２は、図１および図３に示すように、突合せ部Ｖ１，Ｖ２に摩擦攪拌接合を施した際に、ベース部材２および蓋板１０の一部が塑性流動して一体化された領域である。なお、塑性化領域とは、回転ツールの摩擦熱によって加熱されて現に塑性化している状態と、回転ツールが通り過ぎて常温に戻った状態の両方を含むこととする。塑性化領域Ｗ１，Ｗ２は、図３においては、ハッチング部分で示す。即ち、突合せ部Ｖ１，Ｖ２に沿って、後記する接合用回転ツール２０を用いて摩擦攪拌接合を施すと、突合せ部Ｖ１，Ｖ２の周辺にかかるベース部材２および蓋板１０の金属材料が、接合用回転ツール２０の摩擦熱により流動化して一体化されることで、ベース部材２と蓋板１０が接合される。
【００２９】
塑性化領域Ｗ３，Ｗ４は、図１および図３に示すように、蓋板１０の上面（表面）１１で、下方の凹溝８に沿って流入撹拌用回転ツール２５（図４参照）を移動させることで生成されている。なお、塑性化領域とは、回転ツールの摩擦熱によって加熱されて現に塑性化している状態と、回転ツールが通り過ぎて常温に戻った状態の両方を含むこととする。塑性化領域Ｗ３，Ｗ４は、流入撹拌用回転ツール２５の回転による摩擦熱によって流動化させた塑性流動材Ｑ（塑性化領域Ｗ３，Ｗ４の一部）を熱媒体用管１６の周囲に形成された空隙部Ｐに流入させる際に生成される部分である。すなわち、塑性化領域Ｗ３，Ｗ４は、ベース部材２および蓋板１０の一部が塑性流動して、空隙部Ｐに流入して一体化する領域であって、熱媒体用管１６と接触する。塑性化領域Ｗ３，Ｗ４は、図３においては、ハッチング部分で示す。
【００３０】
摩擦攪拌接合を行う際には、空隙部Ｐの形状や大きさ等に基づいて、流入撹拌用回転ツール２５の押込み量および挿入位置等を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。つまり、熱媒体用管１６がつぶれない程度に、回転ツールを近づけて、空隙部Ｐに塑性流動材Ｑを隙間なく流入させることが好ましい。
【００３１】
以上のような伝熱板１によれば、ベース部材２と蓋板１０とが、塑性化領域Ｗ１，Ｗ２において、両者の金属材料が摩擦撹拌接合により塑性流動化されて一体化するとともに、塑性化領域Ｗ３，Ｗ４において、流動化された塑性流動材Ｑが空隙部Ｐに流入されている。これにより、ベース部材２と蓋板１０とを接合するとともに、空隙部Ｐを埋めることができる。また、摩擦撹拌接合の際に、熱媒体用管１６は、塑性流動材Ｑを介して、流入撹拌用回転ツール２５のツール本体２６の底面２７（ショルダ）によって加圧されるので、凹溝８の曲面７と面接触させることができる。これにより、例えば、熱媒体用管１６中を循環する熱媒体からの熱を、効率よく伝達することができる。
【００３２】
次に、伝熱板１の製造方法について、図４を用いて説明する。図４は、第一実施形態に係る伝熱板の製造方法を示した断面図であって、（ａ）は、エンドミル工程および切削工程を示した図であり、（ｂ）は、パイプを挿入した挿入工程を示した図であり、（ｃ）は、蓋溝閉塞工程を示した図であり、（ｄ）は、接合工程を示した図であり、（ｅ）は、流入撹拌工程を示した図であり、（ｆ）は、完成図である。図５は、第一実施形態に係る伝熱板を用いた伝熱ユニットを示した平面図である。
【００３３】
第一実施形態に係る伝熱板の製造方法は、ベース部材２を形成するエンドミル工程および切削工程と、ベース部材２に形成された凹溝８に熱媒体用管１６を挿入する挿入工程と、蓋溝６に蓋板１０を配置する蓋溝閉塞工程と、突合せ部Ｖ１，Ｖ２に沿って接合用回転ツール２０を移動させて摩擦撹拌接合を施す接合工程と、蓋板１０の表面で、凹溝８に沿って流入撹拌用回転ツールを移動させて熱媒体用管１６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を流入させる流入撹拌工程と、を含むものである。
【００３４】
（エンドミル工程および切削工程）
まず、図４の（ａ）に示すように、公知のエンドミル加工により、厚板部材に蓋溝６を形成する。そして、蓋溝６の底面に、切削加工等により半円形断面を備えた凹溝８を形成する。これにより、蓋溝６と、蓋溝６の底面に開口された凹溝８を備えたベース部材２が形成される。凹溝８は、下半部に断面半円形の曲面７を備えており、曲面７の上端から一定の幅で上方に向けて開口されている。なお、第一実施形態においては、ベース部材２をエンドミル加工および切削加工により形成したが、アルミニウム合金製の押出形材や鋳造品を用いてもよい。
【００３５】
（挿入工程）
次に、図４の（ｂ）に示すように、凹溝８に熱媒体用管１６を挿入する。このとき、熱媒体用管１６の下半部は、凹溝８の下半分を形成する曲面７と面接触する。
【００３６】
（蓋溝閉塞工程）
次に、図４の（ｃ）に示すように、ベース部材２の蓋溝６内に、アルミニウム合金からなる蓋板１０を配置する。このとき、蓋板１０の下面１２と熱媒体用管１６の上端が線接触すると共に、蓋板１０の上面１１が、ベース部材２の表面３と面一なる。また、ここで蓋溝６の側壁５ａ，５ｂ（図４の（ｂ）参照）と、蓋板１０の側面１３ａ，１３ｂとによって突合せ部Ｖ１，Ｖ２が形成される。
【００３７】
（接合工程）
次に、図４の（ｄ）に示すように、突合せ部Ｖ１，Ｖ２に沿って、摩擦撹拌接合を施す。摩擦撹拌接合は、接合用回転ツール２０（公知の回転ツール）を用いて行う。接合用回転ツール２０は、例えば、工具鋼からなり、円柱形のツール本体２１と、その底面２２の中心部から同心軸で垂下するピン２３とを有する。ピン２３は、先端に向けて幅狭となるテーパ状に形成されている。なお、ピン２３の周面には、その軸方向に沿って図示しない複数の小溝や径方向に沿ったネジ溝が形成されていてもよい。
【００３８】
摩擦撹拌接合は、ベース部材２および蓋板１０を図示しない治具により拘束した状態で、各突合せ部Ｖ１，Ｖ２に高速回転する接合用回転ツール２０を押し込み、突合せ部Ｖ１，Ｖ２に沿って移動させる。高速回転するピン２３により、その周囲のベース部材２および蓋板１０のアルミニウム合金材料は、摩擦熱によって加熱され流動化した後に冷却されて一体化する。
【００３９】
（流入撹拌工程）
次に、図４の（ｅ）に示すように、蓋板１０の上面（表面）１１で、下方の凹溝８に沿って、摩擦撹拌接合を施す。流入撹拌工程は、熱媒体用管１６の周囲に形成された空隙部Ｐ（図３参照）に、摩擦撹拌接合によって流動化させた塑性流動材Ｑを流入させる工程であって、その摩擦撹拌接合は、流入撹拌用回転ツール２５（公知の回転ツール）を用いて行う。流入撹拌用回転ツール２５は、例えば、工具鋼からなり、接合用回転ツール２０と同等の形状を有しており、円柱形のツール本体２６と、その底面２７の中心部から同心軸で垂下するピン２８とを有する。流入撹拌用回転ツール２５は、接合用回転ツール２０よりも大型のものが使用されている。具体的には、流入撹拌用回転ツール２５を蓋板１０の上面１１に押し込んで摩擦撹拌接合を施す際に、ピン２８の下端部（流入撹拌用回転ツール２５の先端）が、蓋溝６の底面５ｃよりも低くなる大きさのものが採用されている。
【００４０】
流入撹拌工程における摩擦撹拌接合は、蓋板１０の上面（表面）１１で、高速回転する流入撹拌用回転ツール２５を押し込み、下方の凹溝８に沿って流入撹拌用回転ツール２５を移動させる。流入撹拌用回転ツール２５は、ツール本体２６の底面２７（ショルダ）の投影部分の一部が熱媒体用管１６の空隙部Ｐと重なるように配置される。このとき、流入撹拌用回転ツール２５の先端が、蓋溝６の底面５ｃよりも深く挿入され、高速回転するピン２８により、その周囲の蓋板１０およびベース部材２のアルミニウム合金材料は、摩擦熱によって加熱され流動化される。流入撹拌用回転ツール２５は、ツール本体２６の底面２７が、蓋板１０の上面１１よりも低くなるように押し込まれる。その押込み量（長さ）は、ツール本体２６が押し退ける蓋体１０の金属の体積が、熱媒体用管１６の周囲の一方の空隙部Ｐに充填される塑性流動化されたアルミニウム合金材料の体積、および塑性化領域Ｗ３（Ｗ４）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な長さとなっている。そして、流動化された塑性流動材Ｑは、流入撹拌用回転ツール２５のツール本体２６の底面２７の押込み力によって、空隙部Ｐへと押し出されて流入される。流入撹拌工程における摩擦撹拌接合の後に、塑性化領域Ｗ３，Ｗ４の幅方向両側に発生したバリを取り除く。前記の摩擦撹拌接合は、凹溝８の幅方向両側でそれぞれ施されて、熱媒体用管１６の上側に位置する一対の空隙部Ｐ１，Ｐ２に塑性流動材Ｑが流入される。
【００４１】
以上説明した伝熱板の製造方法によれば、図４の（ｆ）に示すように、突合せ部Ｖ１，Ｖ２に沿って塑性化領域Ｗ１，Ｗ２が形成されて、ベース部材２と蓋板１０とが接合され、一方、蓋板１０の上面１１で凹溝８に沿って塑性化領域Ｗ３，Ｗ４が形成され、ベース部材２と蓋板１０とで熱媒体用管１６が密閉される。さらに、空隙部Ｐに塑性流動材Ｑが流入されて空隙部Ｐが充填されるため、熱媒体用管１６とベース部材２および蓋板１０とが隙間なく密着することになるので、熱交換効率の高い伝熱板１を形成することができる。
【００４２】
さらに、本実施形態によれば、先に比較的小さい接合用回転ツール２０を用いて、蓋板１０をベース部材２に接合しているので、流入撹拌工程では、蓋板１０が確実に固定された状態で摩擦撹拌接合を施すことができる。したがって、比較的大きい流入撹拌用回転ツール２５を用いて大きい押込み力がかかる摩擦撹拌接合を、安定した状態で行うことができる。
【００４３】
なお、本実施形態では、接合工程の後に流入撹拌工程を行っているが、流入撹拌工程の後に接合工程を行うようにしてもよい。このとき、蓋板１０を長手方向から図示しない治具を用いて固定しておけば、蓋板１０の幅方向は、ベース部材２によって固定されているので、流入撹拌工程における摩擦撹拌接合を、蓋板１０が確実に固定された状態で施すことができる。
【００４４】
また、本実施形態では、接合工程において、突合せ部Ｖ１，Ｖ２の全長に亘って、摩擦撹拌接合を施しているが、これに限定されるものではなく、突合せ部Ｖ１，Ｖ２に沿って所定の間隔を隔てて摩擦撹拌接合を間欠的に行って、ベース部材２に蓋板１０の仮付けを施すようにしてもよい。このような伝熱板の製造方法によれば、接合工程に要する手間と時間を低減しつつ、蓋板１０を確実に固定した状態で流入撹拌工程を行うことができるとともに、前記した作用効果と同様に、加工環境が良好で精度の高い伝熱板を製造することができる。
【００４５】
図５は、第一実施形態に係る伝熱板を用いた伝熱ユニットを示した平面図である。
伝熱板１は、例えば、図５に示すように、複数の伝熱板１を連結して伝熱ユニット９０を形成して使用される。伝熱ユニット９０は、複数の伝熱板１をベース部材２の短手方向に並設し、各ベース部材２の長手方向の両端から突出した熱媒体用管１６を平面視Ｕ字状の連結パイプ９１で連結して形成される。このような、伝熱ユニット９０によれば、一の連通した熱媒体用管９６が形成されているため、熱媒体用管９６に熱媒体を流通させることにより、ベース部材２および蓋板１０に接触又は近接する図示しない対象物を迅速に冷却又は加熱することができる。
【００４６】
なお、伝熱板１の連結方法は、一例であって他の連結方法によって伝熱ユニットを形成してもよい。また、伝熱ユニット９０においては、連結パイプ９１が伝熱板１の外部に露出しているが、熱媒体用管１６をＳ字状に形成して熱媒体用管１６が伝熱板１の内部に納まるように形成してもよい。
【００４７】
さらに、本実施形態では、連結パイプ９１を介して複数の伝熱板１を連結して伝熱ユニット９０を形成しているが、これに限られるものではない。例えば、図６に示すように、一つのベース部材５１に複数の凹溝８，８・・を有する蓋溝５３を形成して、一枚の蓋板５４を接合用回転ツール（図示せず）でベース部材５１に固定して、蓋板５４の上面（表面）５５から流入撹拌用回転ツール（図示せず）を各凹溝８に沿って移動させることで、熱媒体用管１６の空隙部Ｐに、塑性流動材Ｑを流入させるようにしてもよい。このようにすれば、蓋板５４の接合工程を一度行うだけで、複数の熱媒体用管１６，１６・・を固定することができる。
【００４８】
［第二実施形態］
次に、第二実施形態に係る伝熱板について説明する。図７は、第二実施形態に係る伝熱板を示した斜視図である。図８は、第二実施形態に係る伝熱板を示した断面図である。
【００４９】
図７および図８に示すように、第二実施形態に係る伝熱板３１は、蓋板３２と、ベース部材３４の蓋溝３５とが、第一実施形態よりも幅が狭く形成されている。具体的には、蓋板３２の側面３３と、ベース部材３４の蓋溝３５の側壁３６との突合せ部Ｖ３，Ｖ４が、流入撹拌工程における摩擦撹拌接合によって生成される塑性化領域Ｗ３，Ｗ４に含まれるように、蓋板３２と、ベース部材３４の蓋溝３５の幅が決まっている。すなわち、接合工程にて生成した塑性化領域Ｗ１，Ｗ２上を、流入撹拌工程において流入撹拌用回転ツール２５が移動し、塑性化領域Ｗ１，Ｗ２が再撹拌されるようになっている。流入撹拌用回転ツール２５は、第一実施形態と同様のものが用いられる。なお、その他の構成については、第一実施形態と同様であるので、同じ符号を付して説明を省略する。
【００５０】
次に、第二実施形態に係る伝熱板の製造方法を説明する。本実施形態の伝熱板の製造方法も、ベース部材３４を形成するエンドミル工程および切削工程と、ベース部材３４に形成された凹溝８に熱媒体用管１６を挿入する挿入工程と、蓋溝３５に蓋板３２を配置する蓋溝閉塞工程と、突合せ部Ｖ３，Ｖ４に沿って接合用回転ツール（図示せず）を移動させて摩擦撹拌接合を施す接合工程と、蓋板３２の表面で、凹溝８に沿って流入撹拌用回転ツール２５（図８参照）を移動させて熱媒体用管１６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を流入させる流入撹拌工程と、を含むものである。
【００５１】
エンドミル工程、切削工程、挿入工程および蓋溝閉塞工程は、蓋板３２と、ベース部材３４の蓋溝３５の幅が狭い構成以外は、第一実施形態と同様である。
【００５２】
接合工程では、図７および図８の（ａ）に示すように、突合せ部Ｖ３，Ｖ４に沿って所定の間隔をあけて摩擦撹拌接合を間欠的に行い破線状に塑性化領域Ｗ１，Ｗ２を形成し、蓋板３２をベース部材３４に仮止めしておく。このとき用いられる接合用回転ツール（図示せず）は、第一実施形態の接合用回転ツール２０と同様のものであって、流入撹拌用回転ツール２５よりも小型のものである。
【００５３】
次に、図８の（ｂ）に示すように、蓋板１０の上面（表面）１１で、下方の凹溝８に沿って、摩擦撹拌接合を施す。流入撹拌工程は、第一実施形態と同様に、熱媒体用管１６の周囲に形成された空隙部Ｐに、摩擦撹拌接合によって流動化させた塑性流動材Ｑを流入させる工程であって、その摩擦撹拌接合は、流入撹拌用回転ツール２５（公知の回転ツール）を用いて行う。
【００５４】
流入撹拌工程における摩擦撹拌接合は、蓋板１０の上面（表面）１１で、高速回転する流入撹拌用回転ツール２５を押し込み、下方の凹溝８に沿って流入撹拌用回転ツール２５を移動させる。流入撹拌用回転ツール２５は、ツール本体２６の底面２７（ショルダ）の投影部分の一部が熱媒体用管１６の空隙部Ｐ、および接合工程で生成された塑性化領域Ｗ１（Ｗ２）と重なるように配置される。このとき、流入撹拌用回転ツール２５の先端が、蓋溝６の底面５ｃよりも深く挿入され、高速回転するピン２８により、その周囲の蓋板１０およびベース部材２のアルミニウム合金材料は、摩擦熱によって加熱され流動化され、流動化された塑性流動材Ｑは、流入撹拌用回転ツール２５のツール本体２６の底面２７の押込み力によって、空隙部Ｐへと押し出されて流入される。これとともに、塑性化領域Ｗ１（Ｗ２）は、流入撹拌用回転ツール２５によって生成される塑性化領域Ｗ３（Ｗ４）に含まれることとなり、再撹拌される。
【００５５】
以上説明した伝熱板の製造方法によれば、蓋板１０をベース部材２に固定した状態で安定して流入撹拌工程を行うことができるとともに、図７に示すように、突合せ部Ｖ３，Ｖ４（図８の（ａ）参照）に沿って塑性化領域Ｗ３，Ｗ４が形成されて、ベース部材２と蓋板１０とで熱媒体用管１６が密閉され、さらに、塑性化領域Ｗ３，Ｗ４には、塑性化領域Ｗ１，Ｗ２が含まれて、ベース部材２と蓋板１０とが接合される。このように塑性化領域Ｗ１，Ｗ２は、流入撹拌用回転ツール２５で再撹拌されて塑性化領域Ｗ３，Ｗ４に含まれるので、伝熱板１の表面に露出される塑性化領域を少なくすることができる。
【００５６】
なお、本実施形態では、接合工程において、突合せ部Ｖ３，Ｖ４に沿って間欠的に摩擦撹拌接合を行ってベース部材３４に蓋板３２の仮付けを施すようになっているが、ベース部材３４と蓋板３２との接合は、仮付けに限定されるものではなく、突合せ部Ｖ３，Ｖ４の全長に亘って摩擦撹拌接合を行ってもよい。このように、突合せ部Ｖ３，Ｖ４の全長に亘って摩擦撹拌接合を行った場合、蓋板１０をより一層確実に固定した状態で流入撹拌工程を行うことができる。
【００５７】
［第三実施形態］
次に、第三実施形態に係る伝熱板について説明する。図９の（ａ）は、第三実施形態に係る伝熱板を示した分解断面図で、（ｂ）は、第三実施形態に係る伝熱板を示した断面図である。
【００５８】
第三実施形態に係る伝熱板６１は、前記した伝熱板１と略同等の構造を内包し、蓋板１０の表面側にさらに上蓋板７０を配置して、摩擦撹拌接合を施して接合した点で第一実施形態と相違する。
【００５９】
なお、前記した伝熱板１と同等の構造を以下、下蓋部Ｍともいう。また、第一実施形態に係る伝熱板１と重複する部材については、同等の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００６０】
伝熱板６１は、ベース部材６２と、凹溝８に挿入された熱媒体用管１６と、蓋板１０と、蓋板１０の表面側に配置された上蓋板７０とを有し、塑性化領域Ｗ１〜Ｗ６で摩擦攪拌接合により一体化されている。
【００６１】
ベース部材６２は、図９の（ａ）および（ｂ）に示すように、例えばアルミニウム合金からなり、ベース部材６２の表面６３に、長手方向に亘って形成された上蓋溝６４と、上蓋溝６４の底面に長手方向に亘って連続して形成された蓋溝６と、蓋溝６の底面に長手方向に亘って形成された凹溝８とを有する。上蓋溝６４は、断面視矩形を呈し、底面から垂直に立ち上がる側壁６５ａ，６５ｂを備えている。上蓋溝６４の幅は、蓋溝６の幅よりも大きく形成されている。上蓋溝６４の底面６５ｃは、塑性化領域Ｗ３，Ｗ４の生成後に、面削加工されて、塑性化領域Ｗ３，Ｗ４の表面と面一となっている。
【００６２】
ベース部材６２の下部に形成された凹溝８には、熱媒体用管１６が挿入されており、蓋板１０によって閉塞され、摩擦撹拌接合により塑性化領域Ｗ１，Ｗ２で接合され、さらに蓋板１０の表面から、蓋溝６の底面５ｃの下側まで塑性化領域Ｗ３，Ｗ４が形成されて熱媒体用管１６の周囲の空隙部Ｐ１，Ｐ２に塑性流動材Ｑが流入されている。即ち、ベース部材６２の内部に形成された下蓋部Ｍは、第一実施形態に係る伝熱板１と面削された部分を除いて略同等に形成されている。
【００６３】
上蓋板７０は、図９の（ａ）および（ｂ）に示すように、例えば、アルミニウム合金からなり、上蓋溝６４の断面と略同じ矩形断面を形成し、上面７１と、下面７２と、この下面７２から垂直に形成された側面７３ａおよび側面７３ｂとを有する。上蓋板７０は、上蓋溝６４に嵌合される。即ち、上蓋板７０の側面７３ａ，７３ｂは、上蓋溝６４の側壁６５ａ，６５ｂと面接触されるか又は微細な隙間をあけて配置されている。ここで、側面７３ａと側壁６５ａとの突合せ面を以下、上側突合せ部Ｖ５とし、側面７３ｂと側壁６５ｂとの突合せ面を以下、上側突合せ部Ｖ６とする。上側突合せ部Ｖ５，Ｖ６は、摩擦攪拌接合により、塑性化領域Ｗ５，Ｗ６で一体化されている。
【００６４】
伝熱板６１の製造方法は、伝熱板１と同等の製造方法により、ベース部材６２の下部に下蓋部Ｍを形成した後、上蓋板７０を配置する上蓋溝閉塞工程と、上側突合せ部Ｖ５，Ｖ６に沿って摩擦攪拌接合を施す上蓋接合工程を含むものである。
【００６５】
上蓋溝閉塞工程は、下蓋部Ｍを形成した後、上蓋溝６４に上蓋板７０を配置する。この際、上蓋溝６４の底面６５ｃ、蓋板１０および塑性化領域Ｗ１〜Ｗ４の上面は、前記した接合工程により平面状でない（凹凸がある）ので、上蓋溝６４の底面６５ｃ、蓋板１０および塑性化領域Ｗ１〜Ｗ４の上面を削って平坦にする面削加工を施す（図９の（ａ）の破線部分参照）。
【００６６】
上蓋接合工程は、上側突合せ部Ｖ５，Ｖ６に沿って接合用回転ツール（図示せず）を移動させて摩擦撹拌接合を施す。上蓋接合工程における接合用回転ツールの埋設深さは、ピンの長さおよび上蓋板７０の厚み等の各種条件によって、適宜設定すればよい。
【００６７】
実施形態に係る伝熱板６１によれば、下蓋部Ｍの上方にさらに上蓋板７０を配置して、摩擦攪拌接合を施すことにより、より深い位置に熱媒体用管１６を配置させることができる。
【００６８】
以上、本発明に係る実施形態について説明したが、これに限定されるものではなく本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、適宜変更が可能である。例えば、前記した実施形態においては、蓋板１０，３２，５５および上蓋板７０は、ベース部材２，３４，５１，６２の上面側に配置したが、下面側に配置させてもよい。
【００６９】
また、前記した実施形態では、流入撹拌工程で使用する流入撹拌用回転ツール２５を接合工程で使用する接合用回転ツール２０よりも大型のものとしているが、接合工程で流入撹拌用回転ツール２５を使用するようにしてもよい。このようにすれば、各工程で使用する回転ツールを統一することができ、回転ツールの交換時間を省略することができ、施工時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】第一実施形態に係る伝熱板を示した斜視図である。
【図２】第一実施形態に係る伝熱板を示した分解断面図である。
【図３】第一実施形態に係る伝熱板を示した断面図である。
【図４】第一実施形態に係る伝熱板の製造方法を示した断面図であって、（ａ）は、エンドミル工程および切削工程を示した図であり、（ｂ）は、パイプを挿入した挿入工程を示した図であり、（ｃ）は、閉塞工程を示した図であり、（ｄ）は、接合工程を示した図であり、（ｅ）は、流入撹拌工程を示した図であり、（ｆ）は、完成図である。
【図５】第一実施形態に係る伝熱板を用いた伝熱ユニットを示した平面図である。
【図６】伝熱板の変形例を示した断面図である。
【図７】第二実施形態に係る伝熱板を示した斜視図である。
【図８】第二実施形態に係る伝熱板の製造方法を示した断面図であって、（ａ）は、流入撹拌工程の流入撹拌用回転ツールの押込み前の状態を示した図、（ｂ）は、流入撹拌工程の流入撹拌用回転ツールの押込み中の状態を示した図である。
【図９】第三実施形態に係る伝熱板を示した図であって、（ａ）は、分解断面図、（ｂ）は、断面図である。
【図１０】従来の伝熱板を示した図であって（ａ）は、斜視図、（ｂ）は、断面図である。
【００７１】
１      伝熱板
２      ベース部材
５ａ    （蓋溝の）側壁
５ｂ    （蓋溝の）側壁
５ｃ    （蓋溝の）底面
６      蓋溝
８      凹溝
１０    蓋板
１１    （蓋板の）上面（表面）
１３ａ  （蓋板の）側面
１３ｂ  （蓋板の）側面
１６    熱媒体用管
２０    接合用回転ツール
２５    流入撹拌用回転ツール
３１    伝熱板
３２    蓋板
３３    （蓋板の）側面
３４    ベース部材
３５    蓋溝
３６    （蓋溝の）側壁
５１    ベース部材
５３    蓋溝
５４    蓋板
６１    伝熱板
６２    ベース部材
６４    上蓋溝
６５ａ  （上蓋溝の）側壁
６５ｂ  （上蓋溝の）側壁
７０    上蓋板
７３ａ  （上蓋板の）側面
７３ｂ  （上蓋板の）側面
Ｐ      空隙部
Ｑ      塑性流動材
Ｖ      突合せ部
Ｗ      塑性化領域
【図１】
0005071132.tif 000002
【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】
0005071132.tif 000008
【図８】
0005071132.tif 000009
【図９】
0005071132.tif 000010
【図１０】
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