伝熱板の製造方法及び伝熱板
【課題】水密性及び気密性を高めることが可能な伝熱板の製造方法及び伝熱板を提供することをと課題とする。
【解決手段】表面１１に凹設された凹部１４と凹部１４の底面１４ａに開口する一対の供給部１５及び排出部１６とを備えた本体２と、表面３１から突出し内部が中空に形成された凸部３４を備えた蓋部材３と、を有し、凹部１４の底面１４ａと凸部３４とで形成された流路部３６に、供給部１５及び排出部１６を介して熱輸送流体が流れる伝熱板１を形成する伝熱板の製造方法であって、本体２の凹部１４に蓋部材３を載置する蓋部材載置工程と、突合部Ｊ１に沿って回転ツールＧを移動させて摩擦攪拌接合を行う蓋部材固定工程と、凸部３４周りに回転ツールＧを移動させて、凹部１４の底面１４ａと蓋部材３の裏面３２との重ね合わせ部１８に対して摩擦攪拌接合を行う密封工程と、を含むことを特徴とする。
【解決手段】表面１１に凹設された凹部１４と凹部１４の底面１４ａに開口する一対の供給部１５及び排出部１６とを備えた本体２と、表面３１から突出し内部が中空に形成された凸部３４を備えた蓋部材３と、を有し、凹部１４の底面１４ａと凸部３４とで形成された流路部３６に、供給部１５及び排出部１６を介して熱輸送流体が流れる伝熱板１を形成する伝熱板の製造方法であって、本体２の凹部１４に蓋部材３を載置する蓋部材載置工程と、突合部Ｊ１に沿って回転ツールＧを移動させて摩擦攪拌接合を行う蓋部材固定工程と、凸部３４周りに回転ツールＧを移動させて、凹部１４の底面１４ａと蓋部材３の裏面３２との重ね合わせ部１８に対して摩擦攪拌接合を行う密封工程と、を含むことを特徴とする。
【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伝熱板に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属部材同士を接合する方法として、摩擦攪拌接合（ＦＳＷ＝Friction Stir Welding）が知られている。摩擦攪拌接合とは、回転ツールを回転させつつ金属部材同士の突合部に沿って移動させ、回転ツールと金属部材との摩擦熱により突合部の金属を塑性流動させることで、金属部材同士を固相接合させるものである。
【０００３】
例えば、特許文献１に示すように、半導体製造装置において冷却用に使用されるヒートプレート（伝熱板）は、板状を呈する本体と、本体の表面に形成された凹部を封止する蓋部材とを摩擦攪拌接合によって一体化して形成されている。
【０００４】
具体的には、本体は、本体の表面に凹設された第一凹部と、第一凹部の底面に凹設された第二凹部とを有する。蓋部材は、第一凹部に隙間無く配置される形状を呈している。伝熱板は、第一凹部の側壁と蓋部材の側面との突合部に対して摩擦攪拌接合を行うことにより一体成形されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２５７４９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の伝熱板の製造方法では、第一凹部の側壁と蓋部材の側面との突合部のみを摩擦攪拌接合するだけであるため、例えば第一凹部の底面と蓋部材の裏面との間には微細な隙間が形成されている。かかる隙間は伝熱板の水密性及び気密性を低下させる要因になっていた。
【０００７】
本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであり、水密性及び気密性を高めることが可能な伝熱板の製造方法及び伝熱板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】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、本体に凹設された凹部の底面に、内部が中空に形成された凸部を備えた蓋部材を載置し、前記凹部の底面と凸部の内面との間に熱輸送流体の流路となる流路部を具備する伝熱板を製造する方法であって、前記本体の前記凹部に前記蓋部材を載置する蓋部材載置工程と、前記凹部の側壁と前記蓋部材の側面との突合部に沿って回転ツールを移動させて摩擦攪拌接合を行う蓋部材固定工程と、前記凸部周りに回転ツールを移動させて、前記凹部の底面と前記蓋部材の裏面との重ね合わせ部に対して摩擦攪拌接合を行う密封工程と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
かかる製造方法によれば、本体に凹設された凹部の側壁と蓋部材の側面との突合部を摩擦攪拌するとともに、凹部の底面と蓋部材の裏面との重ね合わせ部に対して、熱輸送流体が流れる凸部周りに摩擦攪拌接合を行うことにより、流路部周辺の微細な隙間を塞ぐことができる。これにより、伝熱板の水密性及び気密性を高めることができる。
【００１０】
また、前記密封工程では、前記回転ツールを前記凸部の周りで一周させることが好ましい。また、前記密封工程では、前記回転ツールの移動軌跡を前記凸部の周りでオーバーラップさせて摩擦攪拌接合によって形成させる塑性化領域の一部を重複させることが好ましい。かかる製造方法によれば、流路部周辺の密閉性をさらに高めることができるため、水密性及び気密性を高めることができる。
【００１１】
また、前記密封工程では、前記回転ツールを前記凸部に対して右回りに移動させるときは前記回転ツールを右回転させ、前記回転ツールを前記凸部に対して左回りに移動させるときは前記回転ツールを左回転させることが好ましい。
【００１２】
かかる製造方法によれば、回転ツールのシアー側が流路部から離間した部位に位置する。このため、空洞欠陥が発生したとしても、本体の流路部から離間した部位（シアー側）に発生することとなり、熱輸送流体が外部に漏れにくくなるので、接合部の密閉性能を低下させることがない。
【００１３】
また、前記密封工程では、前記回転ツールの先端を前記本体に接触させつつ摩擦攪拌接合を行うことが好ましい。かかる製造方法によれば、重ね合わせ部を確実に摩擦攪拌接合することができる。
【００１４】
また、前記密封工程では、前記回転ツールの中心から前記凸部の開口周縁までの距離を前記回転ツールの半径よりも大きく設定することが好ましい。かかる製造方法によれば、摩擦攪拌による凸部の変形を防止することができる。
【００１５】
また、前記密閉工程では、前記蓋部材の外側から摩擦攪拌を開始するとともに、前記蓋部材の外側で摩擦攪拌を終了することが好ましい。かかる製造方法によれば、蓋部材の外側に摩擦攪拌の開始位置及び終了位置が形成されるため蓋部材の変形を防止することができる。
【００１６】
また、前記凸部の開口周縁から前記凹部の側壁までの距離を、前記密閉工程で用いる前記回転ツールのショルダ部の外径の２倍以上に設定することが好ましい。かかる製造方法によれば、重ね合わせ部の領域を十分に確保できるため、重ね合わせ部に対して確実に摩擦攪拌接合を行うことができる。
【００１７】
また、前記蓋部材固定工程では、使用する回転ツールの先端が前記凹部の底面に達しない程度に設定して摩擦攪拌接合を行うことが好ましい。かかる製造方法によれば、蓋部材の過度の変形を防止しつつ蓋部材を本体に接合することができる。
【００１８】
また、前記蓋部材固定工程では、前記回転ツールを前記突合部に沿って一周させて摩擦攪拌接合を行うことが好ましい。また、前記蓋部材固定工程では、前記回転ツールの移動軌跡を前記突合部においてオーバーラップさせ、摩擦攪拌接合によって形成された塑性化領域の一部を重複させることが好ましい。かかる製造方法によれば、蓋部材を確実に密閉することができるため、水密性及び気密性を高めることができる。
【００１９】
また、前記蓋部材固定工程では、前記回転ツールの進行方向右側に前記蓋部材が位置するように設定した場合は、前記回転ツールを右回転させ、前記回転ツールの進行方向左側に前記蓋部材が位置するように設定した場合は、前記回転ツールを左回転させることが好ましい。かかる製造方法によれば、回転ツールのシアー側が流路部から離間した部位に位置する。このため、空洞欠陥が発生したとしても、伝熱板の流路部から離間した部位（シアー側）に発生することとなり、熱輸送流体が外部に漏れにくくなるので、接合部の密閉性能を低下させることがない。
【００２０】
また、前記突合部は、平面視矩形を呈しており、前記蓋部材固定工程では、前記突合部の一方の対角同士を先に摩擦攪拌接合した後に、他方の対角同士を摩擦攪拌することが好ましい。また、前記突合部は、平面視矩形を呈しており、前記蓋部材固定工程では、前記突合部の一方の対辺の中間部分を摩擦攪拌接合した後に、他方の対辺の中間部分を摩擦攪拌接合することが好ましい。かかる製造方法によれば、蓋部材をバランスよく固定することができ、蓋部材の本体に対する位置決め精度が向上する。
【００２１】
また、前記密封工程を行う前に、前記重ね合わせ部において回転ツールを移動させて前記本体と前記蓋部材とを仮接合する仮接合工程をさらに含むことが好ましい。蓋部材が大きい場合、蓋部材固定工程を行うと摩擦攪拌の熱収縮によって蓋部材の中央部分が浮き上がってしまい、本体と蓋部材との間に隙間ができてしまう可能性があった。しかし、かかる製造方法によれば、突合部の内側において、本体と蓋部材とを仮接合しておくことで、蓋部材固定工程の際の蓋部材の浮き上がりを防止又は矯正することができる。
【００２２】
また、回転ツールを用いて前記本体の裏面側から摩擦攪拌を行う矯正工程をさらに含むことが好ましい。かかる製造方法によれば、本体の表面側に行う摩擦攪拌によって熱収縮が発生し、伝熱板が反ったとしても、本体の裏面側からも摩擦攪拌によって熱収縮を発生させることにより伝熱板の平坦性を高めることができる。
【００２３】
また、前記矯正工程では、前記本体及び蓋部材の表面側への摩擦攪拌による入熱量よりも、前記本体及び蓋部材の裏面側への摩擦攪拌による入熱量を少なく設定することが好ましい。また、前記矯正工程では、前記本体及び前記蓋部材の表面側に形成される塑性化領域の体積よりも、前記本体及び前記蓋部材の裏面側に形成される塑性化領域の体積を少なく設定することが好ましい。
【００２４】
要するに、摩擦攪拌接合された金属部材に残存する熱量は、残存熱量（Ｊ）＝入熱量−抜熱量で現され、本体の表面側から行う摩擦攪拌と裏面側から行う摩擦攪拌の残存熱量が等しくなれば伝熱板が平坦になると考えられる。
かかる製造方法によれば、矯正工程における入熱量が、本体の表面側における入熱量よりも少なくなるため、接合された伝熱板に残存する熱量の不均衡を是正することができる。これにより、金属部材が反ってしまうのを防ぐことができ、金属部材の平坦性を高めることができる。
【００２５】
また、前記蓋部材固定工程及び前記密封工程で形成された前記本体の裏面側に凸となる反りを、前記本体の表面側に引張応力が発生するような曲げモーメントを作用させて矯正する矯正工程をさらに含むことが好ましい。かかる製造方法によれば、伝熱板の反りを是正して平坦性を高めることができる。
【００２６】
また、本発明は、表面に凹設された凹部を備えた本体と、内部が中空に形成された凸部を備え前記本体に載置された蓋部材と、を有し、前記凹部の底面と前記凸部の内面との間に熱輸送流体の流路となる流路部を具備する伝熱板であって、前記凹部の底面と前記蓋部材の裏面との重ね合わせ部が摩擦攪拌接合により一体成形されており、前記流路部の周囲に摩擦攪拌接合によって形成された塑性化領域が形成されていることを特徴とする。
【００２７】
かかる構成によれば、本体に凹設された凹部の側壁と蓋部材の側面との突合部を摩擦攪拌するとともに、凹部の底面と蓋部材の裏面との重ね合わせ部に対して熱輸送流体が流れる凸部周りに摩擦攪拌接合を行うことにより、流路部周辺の微細な隙間を塞ぐことができる。これにより、水密性及び気密性の高い伝熱板を形成することができる。また、例えば蓋部材にプレス加工等して凸部を形成することにより、熱輸送流体の流れる流路部を比較的容易に形成することができる。つまり、本体側に流路部を形成する場合に比べて設計の自由度を高めることができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、水密性及び気密性の高い伝熱板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】第一実施形態に係る伝熱板を示した分解斜視図である。
【図２】図１のＩ−Ｉ線断面図である。
【図３】（ａ）は、小型回転ツール、（ｂ）は、大型回転ツールを示した側面図である。
【図４】第一実施形態に係る蓋部材固定工程を示した図であって、（ａ）は、平面図、（ｂ）は、（ａ）のII−II線断面図である。
【図５】第一実施形態に係る密閉工程を示した平面図である。
【図６】図５のIII−III線断面図である。
【図７】第二実施形態に係る伝熱板を示した平面図である。
【図８】密閉工程後を示した図であって、（ａ）は、斜視図、（ｂ）は、断面図である。
【図９】第三実施形態に係る矯正工程を示した図であって、（ａ）は、斜視図、（ｂ）は、平面図である。
【図１０】第三実施形態に係る矯正工程を説明するための模式断面図であって、（ａ）は、密閉工程、（ｂ）は、矯正工程を示す。
【図１１】第三実施形態に係る矯正工程を示した断面図である。
【図１２】仮接合工程を示した図であって、（ａ）は、平面図、（ｂ）は、（ａ）のIV−IV線断面図である。
【図１３】実施例を示した図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
[第一実施形態]
本発明の第一実施形態に係る伝熱板の製造方法及び伝熱板について図面を適宜参照して詳細に説明する。まず、本発明に係る伝熱板の製造方法によって形成される伝熱板１について説明する。
【００３１】
伝熱板１は、図１及び図２に示すように、本体２に、蓋部材３を摩擦攪拌接合によって固定して形成される。伝熱板１は、例えば、伝熱板１の周囲に配置される装置を冷却するために使用される。
【００３２】
本体２は、略直方体の外観を呈し、本実施形態ではアルミニウム又はアルミニウム合金等摩擦攪拌可能な部材から形成されている。本体２は、本体２の表面（上面）１１に凹設された凹部１４と、凹部１４に開口する複数の供給部１５及び排出部１６とを有する。
【００３３】
本体２は、本実施形態ではアルミニウム又はアルミニウム合金から形成したが、他の金属部材で形成してもよい。また、本体２は、本実施形態では外観視略直方体としたが、多角柱体、円柱体等であってもよい。
【００３４】
凹部１４は、蓋部材３が配置される部位である。凹部１４は、本体２の表面１１に形成されており、平面視矩形を呈する底面１４ａと、底面１４ａから垂直に立設する４つの側壁１４ｂとを有する。側壁１４ｂの高さは、蓋部材３の厚みと略同等に形成されている。
【００３５】
供給部１５及び排出部１６は、本体２の裏面１２から凹部１４の底面１４ａまで連通する貫通孔である。供給部１５は、本体２の外部から熱輸送流体を流入させる。一方、排出部１６は、本体２から外部へ熱輸送流体を流出させる。本実施形態では、一対の供給部１５及び排出部１６を６群設けているが、個数は適宜設定すればよい。供給部１５及び排出部１６の断面形状は適宜設定すればよい。熱輸送流体は、本実施形態では水を用いるが、他の液体又は気体であってもよい。
【００３６】
蓋部材３は、図１及び図２に示すように、本体２の凹部１４に載置される部材であって、摩擦攪拌接合によって本体２と一体形成される。蓋部材３の表面３１には、表面３１から突出する複数の凸部３４（本実施形態では６個）が所定の間隔をあけて形成されている。図２に示すように、凸部３４の内部は中空に形成されている。凸部３４は、平面視した場合に一対の供給部１５及び排出部１６を内部に含むように配設されている。
【００３７】
蓋部材３を本体２の凹部１４に載置すると、蓋部材３の裏面３２が凹部１４の底面１４ａに当接する。また、蓋部材３の側面３３が、凹部１４の側壁１４ｂに当接する。蓋部材３を本体２の凹部１４に載置することで、凸部３４の内面３４ｇと凹部１４の底面１４ａとで流路部３６が形成される。流路部は、熱輸送流体が流れる部位である。
【００３８】
本実施形態では、凸部３４は、平板状の金属部材をプレス成形によって形成しているが、他の方法で成形してもよい。凸部３４の形状や個数は伝熱板１の用途に応じて適宜設定すればよい。
【００３９】
次に、後記する摩擦攪拌で用いる小型の回転ツール（以下、「小型回転ツールＦ」という。）及び小型回転ツールＦよりも大型の回転ツール（以下、「大型回転ツールＧ」という。）について図３を用いて説明する。
【００４０】
図３の（ａ）に示す小型回転ツールＦは、工具鋼など本体２よりも硬質の金属材料からなり、円柱状を呈するショルダ部Ｆ１と、このショルダ部Ｆ１の下端面Ｆ１１に突設された攪拌ピン（プローブ）Ｆ２とを備えて構成されている。小型回転ツールＦの寸法・形状は、本体２の材質や厚さ等に応じて設定すればよいが、少なくとも、大型回転ツールＧ（図３の（ｂ）参照）よりも小型にする。このようにすると、大型回転ツールＧを用いる場合よりも小さな負荷で摩擦攪拌接合を行うことが可能となるので、摩擦攪拌装置に掛かる負荷を低減することが可能となり、さらには、小型回転ツールＦの移動速度（送り速度）を大型回転ツールＧの移動速度よりも高速にすることも可能になるので、摩擦攪拌接合に要する作業時間やコストを低減することが可能となる。
【００４１】
ショルダ部Ｆ１の下端面Ｆ１１は、塑性流動化した金属を押えて周囲への飛散を防止する役割を担う部位であり、本実施形態では、凹面状に成形されている。ショルダ部Ｆ１の外径Ｘ１の大きさに特に制限はないが、本実施形態では、大型回転ツールＧのショルダ部Ｇ１の外径Ｙ１よりも小さくなっている。
【００４２】
攪拌ピンＦ２は、ショルダ部Ｆ１の下端面Ｆ１１の中央から垂下しており、本実施形態では、先細りの円錐台状に成形されている。また、攪拌ピンＦ２の周面には、螺旋状に刻設された攪拌翼が形成されている。攪拌ピンＦ２の外径の大きさに特に制限はないが、本実施形態では、最大外径（上端径）Ｘ２が大型回転ツールＧの攪拌ピンＧ２の最大外径（上端径）Ｙ２よりも小さく、かつ、最小外径（下端径）Ｘ３が攪拌ピンＧ２の最小外径（下端径）Ｙ３よりも小さくなっている。攪拌ピンＦ２の長さＬＡは、蓋部材３の厚み（図２参照）よりも小さく形成されている。
【００４３】
図３の（ｂ）に示す大型回転ツールＧは、工具鋼など本体２よりも硬質の金属材料からなり、円柱状を呈するショルダ部Ｇ１と、このショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１１に突設された攪拌ピン（プローブ）Ｇ２とを備えて構成されている。ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１１は、小型回転ツールＦと同様に、凹面状に成形されている。攪拌ピンＧ２は、ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１１の中央から垂下しており、本実施形態では、先細りの円錐台状に成形されている。攪拌ピンＧ２の長さＬＢは、蓋部材３の厚み（図２参照）よりも大きく形成されている。
【００４４】
次に、伝熱板の製造方法について説明する。本実施形態に係る伝熱板の製造方法では、
（１）準備工程、（２）蓋部材固定工程、（３）密封工程を行う。
【００４５】
（１）準備工程
準備工程では、本体２及び蓋部材３を成形する成形工程と、本体２及び蓋部材３に対して脱脂処理を行う脱脂工程と、本体２に蓋部材３を載置する蓋部材載置工程とを行う。
【００４６】
成形工程では、厚板の金属部材を切削加工及び穴あけ加工して本体２を成形する。また、薄板の金属部材にプレス加工を行って蓋部材３を成形する。本体２及び蓋部材３の成形方法は公知の成形方法で行えばよい。
【００４７】
脱脂工程では、本体２及び蓋部材３に付着した汚れを除去する。脱脂工程では、本体２及び蓋部材３を脱脂溶液に浸けて本体２及び蓋部材３に付着した油分や切削屑等を除去する。
【００４８】
蓋部材載置工程では、本体２の凹部１４に蓋部材３を載置する。図４の（ａ）に示すように、蓋部材３は、凹部１４に隙間なく載置される。凹部１４の側壁１４ｂと蓋部材３の側面３３とが突き合わされて突合部Ｊ１が形成される。また、図４の（ｂ）に示すように、凹部１４の底面１４ａと蓋部材３の裏面３２とが重ね合わされて重ね合わせ部１８が形成される。
【００４９】
（２）蓋部材固定工程
蓋部材固定工程では、図４の（ａ）及び（ｂ）に示すように、突合部Ｊ１に沿って小型回転ツールＦを移動させて本体２と蓋部材３とを接合する。
【００５０】
蓋部材固定工程では、図４の（ａ）に示すように、小型回転ツールＦを右回転させつつ、突合部Ｊ１上に設定した開始位置ｓ１に挿入した後、突合部Ｊ１に沿って移動させる。小型回転ツールＦの押込み量、送り速度等は適宜設定すればよい。
【００５１】
小型回転ツールＦの移動について具体的に説明する。蓋部材固定工程では、小型回転ツールＦの中心（軸芯）が突合部Ｊ１上を移動するように、突合部Ｊ１に沿って小型回転ツールＦを移動させる。このとき、突合部Ｊ１の周囲の本体２と蓋部材３は、一体的に塑性流動化されて塑性化領域ｗ１が形成される。「塑性化領域」とは、小型回転ツールＦ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、小型回転ツールＦ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。
【００５２】
本実施形態の蓋部材固定工程では、突合部Ｊ１は、平面視略矩形を呈しており、突合部Ｊ１の一方の対辺の中間部分を摩擦攪拌接合した後に、他方の対辺の中間部分を摩擦攪拌接合する。このようにすれば、蓋部材３をバランスよく固定することができ、蓋部材３の本体２に対する位置決め精度が向上する。
【００５３】
蓋部材固定工程では、図４の（ｂ）に示すように、攪拌ピンＦ２の長さが蓋部材３の厚みよりも小さく、塑性化領域ｗ１が凹部１４の底面１４ａに接触しない程度に設定されている。摩擦攪拌接合を行うと、蓋部材３のような比較的薄い部材は、熱収縮によって変形する可能性が高い。したがって、攪拌ピンＦ２の長さ及び小型回転ツールＦの押込み量を小さく設定することにより、蓋部材３の変形を防ぐことができる。
【００５４】
本実施形態では、小型回転ツールＦを右回転させつつ、進行方向右側に蓋部材３が位置するように摩擦攪拌接合を行う。つまり、塑性化領域ｗ１のうち、シアー側（被接合部に対する小型回転ツールＦの外周の相対速さが、小型回転ツールＦの外周における接線速度の大きさに移動速度の大きさを加算した値となる側）が本体２に位置するように設定する。また、フロー側（被接合部に対する小型回転ツールＦの外周の相対速さが、小型回転ツールＦの外周における接線速度の大きさから移動速度の大きさを減算した値となる側）が蓋部材３に位置するように設定する。
【００５５】
シアー側では、メタルが強く攪拌されて高温軟化し、バリとなって排出され易いと考えられる。このため、進行方向左側はメタルが不足するので、トンネル状空洞欠陥が形成される可能性がある。一方、フロー側では、メタルの攪拌が比較的弱く、バリとなって排出され難いと考えられ、比較的緻密な塑性化領域が形成される。つまり、本実施形態によれば、シアー側が本体２に位置するように設定したため、仮に、摩擦攪拌によって空洞欠陥が発生したとしても、本体２側であって突合部Ｊ１よりも外側位置の離間した部分に発生することとなり、熱輸送流体が外部に漏れにくくなるので、接合部の密閉性能を低下させることはない。
【００５６】
なお、蓋部材固定工程では、小型回転ツールＦの攪拌ピンＦ２の長さを大きくしたり、小型回転ツールＦを深く押し込んだりして、塑性化領域ｗ１と底面１４ａとを接触させてもよい。また。本実施形態では、一方の対辺の中間部分を摩擦攪拌接合した後に、他方の対辺の中間部分を摩擦攪拌接合するようにしたが、一方の対角同士を摩擦攪拌接合した後に、他方の対角同士を摩擦攪拌接合してもよい。
【００５７】
また、本実施形態では、断続的に蓋部材固定工程を行ったが、連続して摩擦攪拌接合を行ってもよい。連続して摩擦攪拌接合を行う場合には、突合部Ｊ１における小型回転ツールＦの回転方向（自転方向）が、移動方向（公転方向）と同じ方向となるようにする。具体的には、小型回転ツールＦを蓋部材３に対して右回りに移動させた場合は小型回転ツールＦも右回転させる。また、小型回転ツールＦを連続させて摩擦攪拌接合を行う場合は、前記回転ツールの移動軌跡を前記突合部においてオーバーラップさせ、摩擦攪拌接合によって形成された塑性化領域の一部を重複させることが好ましい。かかる製造方法によれば、蓋部材３を確実に密閉することができるため、水密性及び気密性を高めることができる。
【００５８】
（３）密封工程
密封工程では、図５及び図６に示すように、凹部１４の底面１４ａと、蓋部材３の裏面３２とが重なり合う重ね合わせ部１８に対して蓋部材３に形成された各凸部３４周りに摩擦攪拌接合を行う。密封工程では、図５に示すように、本体２の長手方向の一方側に設定した開始位置ＳＭ１から終了位置ＥＭ１まで大型回転ツールＧを移動させる第一密封工程、開始位置ＳＭ２から終了位置ＥＭ２まで大型回転ツールＧを移動させる第二密封工程、開始位置ＳＭ３から終了位置ＥＭ３まで大型回転ツールＧを移動させる第三密封工程を含む。第一密封工程乃至第三密封工程は、開始位置及び終了位置を除いては略同等の工程である。
【００５９】
例えば、第二密封工程では、図５に示すように、本実施形態では、本体２の表面１１に設定した開始位置ＳＭ２に大型回転ツールＧを左回転させながら挿入して、下端面Ｇ１１が（図３の（ｂ）参照）本体２の表面１１に接触したら蓋部材３に向けて大型回転ツールＧを移動させる。突合部Ｊ１を横断したら、凸部３４ａに対して左回りに大型回転ツールＧを移動させて、凸部３４ａ周りに一周させる。さらに、大型回転ツールＧを凸部３４ｂ側に移動させて、凸部３４ｂに対して左回りに大型回転ツールＧを移動させて、凸部３４ｂ周りに一周させる。大型回転ツールＧが本体２の表面１１に設定した終了位置ＥＭ２に達したら大型回転ツールＧを本体２から離脱させる。大型回転ツールＧを離脱させると、本体２の表面１１には抜け穴が不可避的に形成されるが、当該抜け穴を肉盛溶接等により補修するのが好ましい。
【００６０】
図５及び図６に示すように、密封工程によれば、各凸部３４周りに塑性化領域Ｗ１が形成される。図６に示すように、本実施形態では、大型回転ツールＧの攪拌ピンＧ２が凹部１４の底面１４ａに達するように摩擦攪拌接合を行うため、重ね合わせ部１８を確実に摩擦攪拌することができる。
【００６１】
本実施形態では、大型回転ツールＧを左回転させつつ、凸部３４に対して左回りに移動させる。これにより、前記したシアー側は凸部３４から離間した位置に形成される。つまり、仮に塑性化領域内に接合欠陥が形成されたとしても、凸部３４の内部に形成される流路部３６から離間した位置に形成されるため、熱輸送流体が漏れるのを防止することができる。ちなみに、大型回転ツールＧを右回転させた場合は、凸部３４に対して右回りに大型回転ツールＧを移動させればよい。
【００６２】
また、図６に示すように、密封工程では、大型回転ツールＧの中心から凸部３４の開口周縁３５までの距離Ｅ１を、大型回転ツールＧのショルダ部Ｇ１の半径よりも大きくなるように設定するのが好ましい。このようにすれば、凸部３４の変形を防ぐとともに、流路部３６の内部に塑性化領域Ｗ１が流入するのを防ぐことができる。
【００６３】
また、図６に示すように、凹部１４の側壁１４ｂから凸部３４の開口周縁３５までの距離Ｅ２を大型回転ツールＧのショルダ部Ｇ１の外径の２倍よりも大きく設定することが好ましい。このようにすれば、重ね合わせ部１８の領域を十分に確保することができるため摩擦攪拌の作業性を高めることができる。
【００６４】
なお、密封工程において、開始位置ＳＭ１乃至ＳＭ３及び終了位置ＥＭ１乃至ＥＭ３は、突合部Ｊ１よりも外側であれば、他の位置であっても構わない。また、本体２にタブ材を添設して当該タブ材に開始位置及び終了位置を設けてもよい。このようにすれば、伝熱板１に抜け穴が形成されるのを防ぐことができる。また、大型回転ツールＧを挿入する開始位置ＳＭ１乃至ＳＭ３には、予め下穴を形成してもよい。このようにすれば、大型回転ツールＧを挿入する際の圧入抵抗を低減することができる。
【００６５】
以上説明した伝熱板１によれば、図６に示すように、本体２の凹部１４の底面１４ａと、蓋部材３の凸部３４の内面３４ｇとで熱輸送流体が流れる流路部３６が形成される。供給部１５から流入した熱輸送流体は、流路部３６内を流れた後、排出部１６を介して本体２の外部に排出される。これにより、凸部３４の周囲に配設された装置（図示省略）が冷却される。
【００６６】
伝熱板１によれば、突合部Ｊ１を摩擦攪拌接合するとともに、凹部１４の底面１４ａと蓋部材３の裏面３２との重ね合わせ部１８に対して、熱輸送流体が流れる凸部３４周りに摩擦攪拌接合を行うことにより、流路部３６周辺の微細な隙間を塞ぐことができる。これにより、伝熱板１の水密性及び気密性を高めることができる。
【００６７】
また、伝熱板１は、各凸部３４周りで塑性化領域Ｗ１がオーバーラップするように形成されるため、流路部３６を確実に密閉することができる。
【００６８】
［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。図７に示すように、第二実施形態に係る伝熱板１Ａは、蓋部材固定工程及び密閉工程の接合ルート及び蓋部材３に形成された凸部の形状が第一実施形態と相違する。なお、第二実施形態については、第一実施形態と相違する点についてのみ詳細に説明する。
【００６９】
本実施形態に係る蓋部材３は、図７に示すように、平面視Ｌ字状の四つの凸部６１，６１・・・と、平面視直線状の三つの凸部６２，６３，６３とを有する。凸部６１，６２，６３は、蓋部材３の表面３１に凸設されており内部が中空に形成されている。凸部６１は、蓋部材３の各角部と凸部６１の各角部とが対向するように配置されている。凸部６２は、蓋部材３の中央を横断するように形成されている。凸部６３は、凸部６２の両脇に一対形成されている。凸部６１，６２，６３は共に、内部に一対の供給部１５及び排出部１６を内包するように形成される。蓋部材３は、プレス成形により形成されている。
【００７０】
本実施形態に係る蓋部材固定工程では、突合部Ｊ１に沿って小型回転ツールＦを一周させて摩擦攪拌接合を行う。図７に示すように、蓋部材固定工程では、本体２の表面１１上に設定した開始位置ｓ１に小型回転ツールＦを右回転させつつ挿入した後、突合部Ｊ１に沿って移動させる。小型回転ツールＦが突合部Ｊ１に対して一周したら、突合部Ｊ１上に形成された塑性化領域ｗ１上に沿って小型回転ツールＦを所定の距離分オーバーラップさせて突合部Ｊ１の外部に設定された終了位置ｅ１で小型回転ツールＦを離脱させる。かかる工程によれば、本体２と蓋部材３とを接合するとともに突合部Ｊ１を確実に密閉することができる。また、小型回転ツールＦを右回転させつつ、蓋部材３に対して右回りに移動させているため、仮に接合欠陥が形成されたとしても本体２側、つまり、流路部から遠い位置に形成されるため熱輸送流体の漏れを防ぐことができる。
【００７１】
なお、蓋部材固定工程の開始位置ｓ１及び終了位置ｅ１は、本体２の周りにタブ材を添設して当該タブ材上に設定してもよい。
【００７２】
密閉工程では、図７に示すように、各凸部６１，６２，６３周りに大型回転ツールＧを移動させて重ね合わせ部１８に対して摩擦攪拌接合を行う。例えば、凸部６１に対しては、本体２の表面１１に開始位置ＳＭ４及び終了位置ＥＭ４を設定し、大型回転ツールＧを右回転させながら、凸部６１に対して右回りに凸部６１の形状に沿って大型回転ツールＧの移動軌跡を設定する。密閉工程では、密閉工程で形成されたそれぞれの塑性化領域の一部が重複するように摩擦攪拌の開始位置ＳＭ４及び終了位置ＥＭ４を設定するのが好ましい。
【００７３】
同様に、凸部６２では、本体２の表面１１に開始位置ＳＭ５及び終了位置ＥＭ５を設定し、大型回転ツールＧを右回転させながら凸部６２の周囲に沿って右回りに大型回転ツールＧの移動軌跡を設定する。凸部６３では、蓋部材３の表面３１に開始位置ＳＭ６及び終了位置ＥＭ６を設定し、大型回転ツールＧを右回転させながら凸部６３の周囲に沿って右回りに大型回転ツールＧの移動軌跡を設定する。
【００７４】
第二実施形態によれば、伝熱板１Ａの蓋部材３に形成された各凸部６１，６２，６３周りを大型回転ツールＧで一周させて摩擦攪拌接合を行うため、各凸部６１，６２，６３と本体２とで形成された流路部（図示省略）周りを確実に密閉することができる。
【００７５】
ここで、例えば前記した特許文献１に示すように、従来、熱輸送流体が流れる流路部は本体の表面を切削加工して形成していた。具体的には、例えば、金属部材に対して径の異なる切削工具を複数回移動させて成形していたため、本体２の成形工程が煩雑であるとともに、本体２の材料のロスも大きかった。しかし、本実施形態によれば、蓋部材３をプレス加工により成形するため、複雑な形状の凸部であっても容易に成形することができる。また、本実施形態では、本体２には穴あけ加工のみで済むため材料のロスを少なくすることができる。
【００７６】
［第三実施形態］
本発明の第三実施形態では、前記した第一実施形態の各工程を行った後、さらに、矯正工程を行う点で第一実施形態と相違する。矯正工程は、伝熱板１を製造した際に、伝熱板１が熱収縮によって反った（歪んだ）場合に適宜行う。本実施形態では、密封工程までの工程は、第一実施形態と同等であるため、矯正工程について詳細に説明する。なお、伝熱板１の表面を表面Ｚａ、裏面を裏面Ｚｂとする。
【００７７】
図８の（ａ）及び（ｂ）に示すように、第一実施形態では、伝熱板１の表面Ｚａ側からのみ摩擦攪拌接合を行ったため、表面Ｚａに形成された塑性化領域Ｗ１，ｗ１が熱収縮すると、伝熱板１は、表面Ｚａ側に凹状となるように反って（歪んで）しまう可能性がある。
【００７８】
矯正工程では、かかる伝熱板１の反りを是正することを目的として行う。矯正工程は、摩擦攪拌を利用して矯正する摩擦攪拌矯正工程と、伝熱板１に曲げ応力を付与して矯正する曲げ矯正工程のいずれかを行えばよい。
【００７９】
（摩擦攪拌矯正工程）
摩擦攪拌矯正工程では、図９に示すように、伝熱板１の裏面Ｚｂ（本体２の裏面１２）側から摩擦攪拌を行って、裏面Ｚｂ側にも熱収縮を発生させて伝熱板１の反りを是正する。摩擦攪拌矯正工程は、準備工程と、摩擦攪拌を行う摩擦攪拌矯正工程とを含む。
【００８０】
準備工程では、図９の（ａ）に示すように、伝熱板１の表裏を逆にした後、伝熱板１の表面Ｚａ（図８の（ｂ）参照）側に土台Ｄを配置する土台配置工程と、本体２の側面１３にタブ材５１を添設するタブ材配置工程とを含む。
【００８１】
土台配置工程では、伝熱板１の表裏を逆にするとともに、伝熱板１の外縁と同等の形状からなり枠状に形成された金属製の土台Ｄに伝熱板１を配置する。土台Ｄの厚さは少なくとも伝熱板１の凸部３４の高さよりも大きく形成する。これにより、伝熱板１を裏返した場合に、凸部３４（図８参照）が例えば摩擦攪拌装置のテーブルに接触するのを防止することができる。
【００８２】
タブ材配置工程では、図９の（ａ）に示すように、本体２の側面１３にタブ材５１を溶接により接合する。タブ材５１の表面は、伝熱板１の裏面Ｚｂと面一に形成する。タブ材５１は、摩擦攪拌矯正工程の際に、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。なお、タブ材は必ずしも配置する必要は無く、伝熱板１の裏面Ｚｂ内に開始位置及び終了位置を設定してもよい。
【００８３】
摩擦攪拌矯正工程では、図９の（ａ）及び（ｂ）に示すように、小型回転ツールＦを用いて伝熱板１の裏面Ｚｂに対して摩擦攪拌を行う。摩擦攪拌矯正工程のルートは、本実施形態では、中心地点ｊ’を囲み、かつ、摩擦攪拌矯正工程によって形成される塑性化領域Ｗ３が中心地点ｊ’に対して放射状となるように設定する。
【００８４】
摩擦攪拌矯正工程では、図９の（ａ）に示すように、タブ材５１の表面に開始位置ＳＫ１を設定し、小型回転ツールＦの攪拌ピンをタブ材５１に押し込む（押圧する）。小型回転ツールＦのショルダ部の一部がタブ材５１に接触したら、伝熱板１に向かって小型回転ツールＦを相対移動させる。そして、伝熱板１の裏面Ｚｂにおける地点ｆ’、地点ａ’、地点ｃ’及び地点ｈ’付近で平面視凸状となるとともに、地点ｇ‘、地点ｄ’、地点ｂ’及び地点ｅ’付近で平面視凹状となるように小型回転ツールＦを相対移動させて摩擦攪拌を行う。図９の（ｂ）に示すように、伝熱板１の中心線（一点鎖線）に対して線対称となるように塑性化領域Ｗ３が形成される。本実施形態では、開始位置ＳＫ１と終了位置ＥＫ１をタブ材５１に設け、一筆書きの要領で摩擦攪拌を行う。これにより、摩擦攪拌を効率よく行うことができる。摩擦攪拌矯正工程が終了したら、タブ材５１を切除する。摩擦攪拌矯正工程では、伝熱板１の表面Ｚａ側に行った摩擦攪拌の入熱量よりも、伝熱板１の裏面Ｚｂ側に行った摩擦攪拌の入熱量が小さくなるように摩擦攪拌を行う。
【００８５】
図１０の（ａ）は、第三実施形態に係る矯正工程を説明するための模式断面図であって、（ａ）は、密閉工程、（ｂ）は、矯正工程を示す。
前記した密閉工程では、図１０の（ａ）に示すように、伝熱板１の表面Ｚａ側において、高速回転した大型回転ツールＧが挿入されると、伝熱板１内に摩擦熱が伝達される（入熱）。この際、伝熱板１の裏面Ｚｂは摩擦攪拌装置のテーブルＨに密接しているため、摩擦熱の一部は、矢印Ｎに示すように本体２の裏面１２の全体からテーブルＨに放出（抜熱）される。
【００８６】
ここで、第三実施形態に係る摩擦攪拌矯正工程では、伝熱板１の表面Ｚａ側で行った摩擦攪拌と同等の入熱量で裏面Ｚｂに対しても摩擦攪拌を行えば、伝熱板１の反りが矯正するとも考えられる。しかし、図１０の（ｂ）に示すように、前記した密閉工程を終えると、伝熱板１に熱収縮が発生して伝熱板１が裏面Ｚｂ側に凸となるように反っているため、伝熱板１の表裏を逆にすると、伝熱板１の表面Ｚａと土台Ｄとが当接部Ｕ，Ｕのみで当接する。摩擦攪拌矯正工程時には、当接部Ｕ，Ｕでしか熱が放出（抜熱）されないため、摩擦攪拌矯正工程で伝熱板１の表面Ｚａ側と同じ入熱量で摩擦攪拌を行うと、矢印Ｎ’に示すように熱が放出されにくく伝熱板１の内部に熱が残存することになる。これにより、伝熱板１の表裏で同等の入熱量で摩擦攪拌を行うと、伝熱板１の裏面Ｚｂ側による摩擦攪拌での残存熱量が大きくなってしまい伝熱板１の反りが戻りすぎてしまう。
【００８７】
つまり、摩擦攪拌接合された伝熱板１に残存する熱量は、残存熱量（Ｊ）＝入熱量−抜熱量で現され、伝熱板１の表面Ｚａ側から行う摩擦攪拌と裏面Ｚｂ側から行う摩擦攪拌の残存熱量が等しくなれば伝熱板１が平坦になると考えられる。
したがって、第三実施形態に係る矯正工程では、伝熱板１の表面Ｚａ側に行った摩擦攪拌（蓋部材固定工程及び密閉工程）の入熱量よりも、伝熱板１の裏面Ｚｂ側に行う摩擦攪拌（摩擦攪拌矯正工程）の入熱量を少なく設定する。摩擦攪拌矯正工程での入熱量を少なくすることで、伝熱板１の表面Ｚａ側から行った摩擦攪拌によって伝熱板１に残存する熱量と、伝熱板１の裏面Ｚｂから行った摩擦攪拌によって伝熱板１に残存する熱量の均衡を図ることができる。これにより、伝熱板１の反りが戻りすぎることなく、伝熱板１の平坦性を高めることができる。
【００８８】
なお、本実施形態では、小型回転ツールＦの軌跡、即ち、塑性化領域Ｗ３の形状が、中心地点ｊ’を囲み、かつ、中心地点ｊ’に対して略放射状となるように形成したが、これに限定されるものではない。伝熱板１の反り具合に応じて、摩擦攪拌矯正工程のルートを適宜設定すればよい。
【００８９】
本実施形態の摩擦攪拌矯正工程では、伝熱板１の表面Ｚａ側で用いる大型回転ツールＧよりも小型の小型回転ツールＦを用いて摩擦攪拌を行うことで、入熱量を少なく設定したが、例えば、伝熱板１の裏面Ｚｂでの回転ツールの移動軌跡を短くしてもよい。言い換えると、伝熱板１の表面Ｚａ側に形成される塑性化領域の体積の和よりも、伝熱板１の裏面Ｚｂ側に形成される塑性化領域の体積の和を少なく設定することにより、入熱量を調整してもよい。
【００９０】
（曲げ矯正工程）
曲げ矯正工程では、伝熱板１に対して物理的に応力を作用させて伝熱板１の反りを矯正する。曲げ矯正工程では、伝熱板１の裏面Ｚｂから、表面Ｚａ側に引張応力が発生するような曲げモーメントを作用させて、摩擦攪拌により形成された伝熱板１の反りを矯正する。矯正工程では、以下に記すプレス矯正、衝打矯正及びロール矯正の三種類の方法からいずれか一以上の方法を選択して行えばよい。まず、プレス矯正について説明する。
【００９１】
（プレス矯正）
前記した密封工程が終了したら、摩擦攪拌で発生したバリを除去するとともに、図１１に示すように、伝熱板１の裏面Ｚｂが上方を向くように裏返し、土台Ｄの上に載置する。公知のプレス装置Ｐを用いて、伝熱板１の裏面Ｚｂの中心地点に対して押圧する。プレス装置Ｐによって伝熱板１に圧力が加えられると、ポンチＰａが伝熱板１を下側に押し、土台Ｄが伝熱板１の両端側を上側に押すため、伝熱板１には曲げモーメントが作用する。この曲げモーメントは伝熱板１の表面Ｚａ側に引張応力を発生させるため、伝熱板１が強制的に下側に凸に撓ませられる。
【００９２】
プレス装置の押圧力は、伝熱板１の厚みや材料によって適宜設定すればよいが、伝熱板１の表面Ｚａ側が下に凸となって、表面Ｚａに引張応力が発生するような曲げモーメントを作用させることが好ましい。
【００９３】
また、プレス矯正では、中心地点だけでなく伝熱板１の裏面Ｚｂの他の地点に対しても押圧を行ってもよい。伝熱板１の反り具合に応じてバランスよく押圧することで平坦性をより高めることができる。また、伝熱板１とポンチＰａとの間に例えば平板状の補助部材を設けてもよい。
【００９４】
（衝打矯正）
次に、衝打矯正について説明する。衝打矯正については、プレス矯正と近似するため、
具体的な図示は省略する。衝打矯正とは、例えばハンマーなどの衝打具を用いて伝熱板に発生した反りを矯正することをいう。衝打矯正は、プレス装置Ｐに替えてハンマー等の衝打具で伝熱板１を衝打する点を除いては、プレス矯正と略同等である。
【００９５】
衝打矯正は、プレス矯正と比べると、プレス装置等を準備する手間が省けるため、作業を容易に行うことができる。また、衝打矯正は、作業が容易であるため伝熱板１が小さい場合や薄い場合に有効である。なお、衝打矯正を終了した後は、衝打により発生したバリを除去することが好ましい。
【００９６】
（ロール矯正）
次に、ロール矯正について説明する。ロール矯正については、公知のロール矯正を行うため具体的な図示は省略する。伝熱板の表裏に一対の平板状の補助部材を当接させた後、一対の補助部材を挟むようにして一対のロール状部材を移動させて矯正する。ロール状部材を移動させると伝熱板には曲げモーメントが作用して、伝熱板の表面側に引張応力を発生させるため伝熱板が強制的に撓ませられる。この移動を繰り返して往復動させることによって、反りを矯正していくことが可能になる。
【００９７】
以上説明した第三実施形態によれば、伝熱板１を製造した際に、摩擦攪拌による熱収縮によって伝熱板１に反りが発生したとしても、当該反りを是正して伝熱板１の平坦性を高めることができる。
【００９８】
［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。第四実施形態は、前記した蓋部材固定工程を行う前に、本体２と蓋部材３とを接合する仮接合工程を行う点で第一実施形態と相違する。第四実施形態は、仮接合工程を行う点を除いては、第一実施形態と同等であるため、相違点のみ説明する。
【００９９】
図１２に示すように、前記した蓋部材載置工程を行って本体２に蓋部材３を載置したら仮接合工程を行う。仮接合工程は、摩擦攪拌接合によって本体２に蓋部材３を仮接合する工程である。
【０１００】
仮接合工程では、図１２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、蓋部材３の表面３１の上方から適所に大型回転ツールＧを押し込んで、凹部１４の底面１４ａと蓋部材３の裏面３２との重ね合わせ部１８に対して摩擦攪拌接合を行う。仮接合工程は、比較的短いルートを設定して摩擦攪拌接合を行う。仮接合工程によって本実施形態では４箇所の塑性化領域Ｗ５が形成される。本実施形態では、蓋部材３の上方から四箇所に仮接合工程を行ったが、ルートや接合箇所数は適宜設定すればよい。
【０１０１】
例えば、蓋部材３が大きい場合、前記した蓋部材固定工程を行うと摩擦攪拌の熱収縮によって蓋部材３の中央部分が浮き上がってしまい、本体２と蓋部材３との間に隙間ができてしまう可能性がある。しかし、仮接合工程によれば、突合部Ｊ１の内側において、本体２と蓋部材３とを仮接合しておくことで、蓋部材固定工程の際の蓋部材３の浮き上がりを防止又は矯正することができる。なお、仮接合工程は、本実施形態では、蓋部材固定工程を行う前に行ったが、蓋部材固定工程を行った後に行ってもよい。
【０１０２】
以上本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨に反しない範囲において適宜設計変更が可能である。例えば、密閉工程における大型回転ツールＧの移動ルートは、前記したルートに限定されず他のルートであってもよい。
【０１０３】
［実施例］
次に、本発明の実施例について説明する。本発明に係る実施例は、図１３の（ａ）及び（ｂ）に示すように平面視正方形の金属部材２００の表面Ｚａ及び裏面Ｚｂにそれぞれ３つの円を描くように摩擦攪拌を行い、表面Ｚａ側で発生した反りの変形量と、裏面Ｚｂ側で発生した反りの変形量を測定した。表面Ｚａ側で発生した反りの変形量の値と、裏面Ｚｂ側で発生した反りの変形量の値が近いほど、金属部材２００の平坦性が高いことを示す。
【０１０４】
金属部材２００は、平面視５００ｍｍ×５００ｍｍの直方体であって、厚みが３０ｍｍ、６０ｍｍの二種類の部材を用いてそれぞれ測定を行った。金属部材２００の素材は、ＪＩＳ規格の５０５２アルミニウム合金である。
【０１０５】
摩擦攪拌の軌跡である３つの円は、金属部材２００の中心に設定した地点ｊ又は地点ｊ’を中心とし、表面Ｚａ及び裏面Ｚｂともに半径ｒ１＝１００ｍｍ（以下、小円ともいう）、ｒ２＝１５０ｍｍ（以下、中円ともいう）、ｒ３＝２００ｍｍ（以下、大円ともいう）に設定した。摩擦攪拌の順序は、小円、中円、大円の順番で行った。
【０１０６】
回転ツールは、表面Ｚａ側及び裏面Ｚｂ側ともに同じ大きさの回転ツールを用いた。回転ツールのサイズは、ショルダ部の外径が２０ｍｍ、攪拌ピンの長さが１０ｍｍ、攪拌ピンの根元の大きさ（最大径）が９ｍｍ、攪拌ピンの先端の大きさ（最小径）が６ｍｍのものを用いた。回転ツールの回転数は、６００ｒｐｍ、送り速度は、３００ｍｍ／ｍｉｎに設定した。また、表面Ｚａ側及び裏面Ｚｂ側ともに回転ツールの押込み量は一定に設定した。図１３に示すように、表面Ｚａ側において形成された塑性化領域を小円から大円に向けてそれぞれ塑性化領域Ｗ２１乃至塑性化領域Ｗ２３とする。また、裏面Ｚｂ側において形成された塑性化領域を小円から大円に向けて塑性化領域Ｗ３１乃至Ｗ３３とする。当該実施例における各測定結果を以下の表１〜表４に示す。
【０１０７】
表１は、金属部材２００の板厚が３０ｍｍであって、表面Ｚａ側から摩擦攪拌を行った場合の測定値を示した表である。「ＦＳＷ前」は、摩擦攪拌を行う前において、中心地点ｊ（基準ｊ）と各地点（地点ａ〜地点ｈ）との高低差を示している。「ＦＳＷ後」は、基準ｊをゼロとして、３つの円の摩擦攪拌を行った後において、基準ｊと各地点との高低差を示している。「表面側変形量」は、各地点における（ＦＳＷ後−ＦＳＷ前）の値を示している。「表面側変形量」の最下欄は、地点ａ〜地点ｈの平均値を示す。「ＦＳＷ前」及び「ＦＳＷ後」のマイナス値は、基準ｊよりも下方に位置していることを意味する。
【０１０８】
【表１】
【０１０９】
表２は、金属部材２００の板厚が３０ｍｍであって、表面側から小円、中円、大円の摩擦攪拌を行った後、反って（歪んで）しまった金属部材２００に対して、裏面側からも小円、中円、大円のそれぞれの摩擦攪拌を行った場合の金属部材２００の各地点の測定値を示した表である。「ＦＳＷ前」は、摩擦攪拌を行う前において、中心地点ｊ’（基準ｊ’）と各地点（ａ’〜ｈ’）との高低差を示している。
「ＦＳＷ１」は、図１３を参照するように、基準ｊ’をゼロとして、小円（半径ｒ１）の摩擦攪拌を行った後の、基準ｊ’と各地点との高低差を示している。「裏面側変形量１」は、各地点における（ＦＳＷ１−ＦＳＷ前）の値を示している。「裏面側変形量１」の最下欄は、地点ａ〜地点ｈの平均値を示す。
「ＦＳＷ２」は、基準ｊ’をゼロとして、小円（半径ｒ１）に加えてさらに、中円（半径ｒ２）の摩擦攪拌を行った後の、基準ｊ’と各地点との高低差を示している。「裏面側変形量２」は、各地点における（ＦＳＷ２−ＦＳＷ前）の値を示している。「裏面側変形量２」の最下欄は、地点ａ〜地点ｈの平均値を示す。
「ＦＳＷ３」は、基準ｊ’をゼロとして、小円（半径ｒ１）、中円（半径ｒ２）に加えてさらに、大円（半径ｒ３）の摩擦攪拌を行った後の、基準ｊ’と各地点との高低差を示している。「裏面側変形量３」は、各地点における（ＦＳＷ３−ＦＳＷ前）の値を示している。「裏面側変形量３」の最下欄は、地点ａ〜地点ｈの平均値を示す。
【０１１０】
【表２】
【０１１１】
表３は、金属部材２００の板厚が６０ｍｍであって、表面側から摩擦攪拌を行った場合の測定値を示した表である。表３の各項目は、表１の各項目と略同等の意味を示す。
【０１１２】
【表３】
【０１１３】
表４は、金属部材２００の板厚が６０ｍｍであって、表面側から小円、中円、大円の摩擦攪拌を行った後、裏面側から摩擦攪拌を行った場合の測定値を示した表である。表４の各項目は、表２の各項目と略同等の意味を示す。
【０１１４】
【表４】
【０１１５】
表１の「表面側変形量」の平均値（1.61）と、表２の「裏面側変形量１」の平均値（2.04）とを比較すると、「裏面側変形量１」の値の方が大きい。同様に、「裏面側変形量２」の平均値（2.95）及び「裏面側変形量３」の平均値（3.53）も、「表面側変形量」の平均値（1.61）よりも大きな値となっている。つまり、金属部材２００の板厚が３０ｍｍの場合は、裏面側から小円の摩擦攪拌のみを行っただけでも、金属部材２００の反りが戻りすぎてしまう。したがって、金属部材２００が３０ｍｍの場合は、小さい回転ツールを用いるなどして表面側よりも裏面側の入熱量を少なくすれば、金属部材２００の平坦性を高めることができる。
【０１１６】
表３の「表面側変形量」の平均値（0.98）と、表４の「裏面側変形量２」の平均値（0.91）とを比較すると、両者の変形量が近似している。したがって、金属部材２００の板厚が６０ｍｍの場合は、裏面側から小円及び中円の摩擦攪拌を行ったときに、金属部材２００の平坦性が高いことが確認できた。つまり、板厚が６０ｍｍの場合は、小さい回転ツールを用いるなどして表面側よりも裏面側の入熱量を少なくすれば、金属部材２００の平坦性を高めることができる。
【符号の説明】
【０１１７】
１ 伝熱板
２ 本体
３ 蓋部材
１１ 本体の表面
１２ 本体の裏面
１３ 本体の側面
１４ 凹部
１４ａ 凹部の底面
１４ｂ 凹部の側壁
１５ 供給部
１６ 排出部
１８ 重ね合わせ部
３１ 蓋部材の表面
３２ 蓋部材の裏面
３３ 蓋部材の側面
３４ 凸部
３５ 開口周縁
３６ 流路部
Ｆ 小型回転ツール
Ｇ 大型回転ツール
Ｊ１ 突合部
Ｗ 塑性化領域
ｗ 塑性化領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伝熱板の製造方法及び伝熱板に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属部材同士を接合する方法として、摩擦攪拌接合（ＦＳＷ＝Friction Stir Welding）が知られている。摩擦攪拌接合とは、回転ツールを回転させつつ金属部材同士の突合部に沿って移動させ、回転ツールと金属部材との摩擦熱により突合部の金属を塑性流動させることで、金属部材同士を固相接合させるものである。
【０００３】
例えば、特許文献１に示すように、半導体製造装置において冷却用に使用されるヒートプレート（伝熱板）は、板状を呈する本体と、本体の表面に形成された凹部を封止する蓋部材とを摩擦攪拌接合によって一体化して形成されている。
【０００４】
具体的には、本体は、本体の表面に凹設された第一凹部と、第一凹部の底面に凹設された第二凹部とを有する。蓋部材は、第一凹部に隙間無く配置される形状を呈している。伝熱板は、第一凹部の側壁と蓋部材の側面との突合部に対して摩擦攪拌接合を行うことにより一体成形されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２５７４９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の伝熱板の製造方法では、第一凹部の側壁と蓋部材の側面との突合部のみを摩擦攪拌接合するだけであるため、例えば第一凹部の底面と蓋部材の裏面との間には微細な隙間が形成されている。かかる隙間は伝熱板の水密性及び気密性を低下させる要因になっていた。
【０００７】
本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであり、水密性及び気密性を高めることが可能な伝熱板の製造方法及び伝熱板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】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、本体に凹設された凹部の底面に、内部が中空に形成された凸部を備えた蓋部材を載置し、前記凹部の底面と凸部の内面との間に熱輸送流体の流路となる流路部を具備する伝熱板を製造する方法であって、前記本体の前記凹部に前記蓋部材を載置する蓋部材載置工程と、前記凹部の側壁と前記蓋部材の側面との突合部に沿って回転ツールを移動させて摩擦攪拌接合を行う蓋部材固定工程と、前記凸部周りに回転ツールを移動させて、前記凹部の底面と前記蓋部材の裏面との重ね合わせ部に対して摩擦攪拌接合を行う密封工程と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
かかる製造方法によれば、本体に凹設された凹部の側壁と蓋部材の側面との突合部を摩擦攪拌するとともに、凹部の底面と蓋部材の裏面との重ね合わせ部に対して、熱輸送流体が流れる凸部周りに摩擦攪拌接合を行うことにより、流路部周辺の微細な隙間を塞ぐことができる。これにより、伝熱板の水密性及び気密性を高めることができる。
【００１０】
また、前記密封工程では、前記回転ツールを前記凸部の周りで一周させることが好ましい。また、前記密封工程では、前記回転ツールの移動軌跡を前記凸部の周りでオーバーラップさせて摩擦攪拌接合によって形成させる塑性化領域の一部を重複させることが好ましい。かかる製造方法によれば、流路部周辺の密閉性をさらに高めることができるため、水密性及び気密性を高めることができる。
【００１１】
また、前記密封工程では、前記回転ツールを前記凸部に対して右回りに移動させるときは前記回転ツールを右回転させ、前記回転ツールを前記凸部に対して左回りに移動させるときは前記回転ツールを左回転させることが好ましい。
【００１２】
かかる製造方法によれば、回転ツールのシアー側が流路部から離間した部位に位置する。このため、空洞欠陥が発生したとしても、本体の流路部から離間した部位（シアー側）に発生することとなり、熱輸送流体が外部に漏れにくくなるので、接合部の密閉性能を低下させることがない。
【００１３】
また、前記密封工程では、前記回転ツールの先端を前記本体に接触させつつ摩擦攪拌接合を行うことが好ましい。かかる製造方法によれば、重ね合わせ部を確実に摩擦攪拌接合することができる。
【００１４】
また、前記密封工程では、前記回転ツールの中心から前記凸部の開口周縁までの距離を前記回転ツールの半径よりも大きく設定することが好ましい。かかる製造方法によれば、摩擦攪拌による凸部の変形を防止することができる。
【００１５】
また、前記密閉工程では、前記蓋部材の外側から摩擦攪拌を開始するとともに、前記蓋部材の外側で摩擦攪拌を終了することが好ましい。かかる製造方法によれば、蓋部材の外側に摩擦攪拌の開始位置及び終了位置が形成されるため蓋部材の変形を防止することができる。
【００１６】
また、前記凸部の開口周縁から前記凹部の側壁までの距離を、前記密閉工程で用いる前記回転ツールのショルダ部の外径の２倍以上に設定することが好ましい。かかる製造方法によれば、重ね合わせ部の領域を十分に確保できるため、重ね合わせ部に対して確実に摩擦攪拌接合を行うことができる。
【００１７】
また、前記蓋部材固定工程では、使用する回転ツールの先端が前記凹部の底面に達しない程度に設定して摩擦攪拌接合を行うことが好ましい。かかる製造方法によれば、蓋部材の過度の変形を防止しつつ蓋部材を本体に接合することができる。
【００１８】
また、前記蓋部材固定工程では、前記回転ツールを前記突合部に沿って一周させて摩擦攪拌接合を行うことが好ましい。また、前記蓋部材固定工程では、前記回転ツールの移動軌跡を前記突合部においてオーバーラップさせ、摩擦攪拌接合によって形成された塑性化領域の一部を重複させることが好ましい。かかる製造方法によれば、蓋部材を確実に密閉することができるため、水密性及び気密性を高めることができる。
【００１９】
また、前記蓋部材固定工程では、前記回転ツールの進行方向右側に前記蓋部材が位置するように設定した場合は、前記回転ツールを右回転させ、前記回転ツールの進行方向左側に前記蓋部材が位置するように設定した場合は、前記回転ツールを左回転させることが好ましい。かかる製造方法によれば、回転ツールのシアー側が流路部から離間した部位に位置する。このため、空洞欠陥が発生したとしても、伝熱板の流路部から離間した部位（シアー側）に発生することとなり、熱輸送流体が外部に漏れにくくなるので、接合部の密閉性能を低下させることがない。
【００２０】
また、前記突合部は、平面視矩形を呈しており、前記蓋部材固定工程では、前記突合部の一方の対角同士を先に摩擦攪拌接合した後に、他方の対角同士を摩擦攪拌することが好ましい。また、前記突合部は、平面視矩形を呈しており、前記蓋部材固定工程では、前記突合部の一方の対辺の中間部分を摩擦攪拌接合した後に、他方の対辺の中間部分を摩擦攪拌接合することが好ましい。かかる製造方法によれば、蓋部材をバランスよく固定することができ、蓋部材の本体に対する位置決め精度が向上する。
【００２１】
また、前記密封工程を行う前に、前記重ね合わせ部において回転ツールを移動させて前記本体と前記蓋部材とを仮接合する仮接合工程をさらに含むことが好ましい。蓋部材が大きい場合、蓋部材固定工程を行うと摩擦攪拌の熱収縮によって蓋部材の中央部分が浮き上がってしまい、本体と蓋部材との間に隙間ができてしまう可能性があった。しかし、かかる製造方法によれば、突合部の内側において、本体と蓋部材とを仮接合しておくことで、蓋部材固定工程の際の蓋部材の浮き上がりを防止又は矯正することができる。
【００２２】
また、回転ツールを用いて前記本体の裏面側から摩擦攪拌を行う矯正工程をさらに含むことが好ましい。かかる製造方法によれば、本体の表面側に行う摩擦攪拌によって熱収縮が発生し、伝熱板が反ったとしても、本体の裏面側からも摩擦攪拌によって熱収縮を発生させることにより伝熱板の平坦性を高めることができる。
【００２３】
また、前記矯正工程では、前記本体及び蓋部材の表面側への摩擦攪拌による入熱量よりも、前記本体及び蓋部材の裏面側への摩擦攪拌による入熱量を少なく設定することが好ましい。また、前記矯正工程では、前記本体及び前記蓋部材の表面側に形成される塑性化領域の体積よりも、前記本体及び前記蓋部材の裏面側に形成される塑性化領域の体積を少なく設定することが好ましい。
【００２４】
要するに、摩擦攪拌接合された金属部材に残存する熱量は、残存熱量（Ｊ）＝入熱量−抜熱量で現され、本体の表面側から行う摩擦攪拌と裏面側から行う摩擦攪拌の残存熱量が等しくなれば伝熱板が平坦になると考えられる。
かかる製造方法によれば、矯正工程における入熱量が、本体の表面側における入熱量よりも少なくなるため、接合された伝熱板に残存する熱量の不均衡を是正することができる。これにより、金属部材が反ってしまうのを防ぐことができ、金属部材の平坦性を高めることができる。
【００２５】
また、前記蓋部材固定工程及び前記密封工程で形成された前記本体の裏面側に凸となる反りを、前記本体の表面側に引張応力が発生するような曲げモーメントを作用させて矯正する矯正工程をさらに含むことが好ましい。かかる製造方法によれば、伝熱板の反りを是正して平坦性を高めることができる。
【００２６】
また、本発明は、表面に凹設された凹部を備えた本体と、内部が中空に形成された凸部を備え前記本体に載置された蓋部材と、を有し、前記凹部の底面と前記凸部の内面との間に熱輸送流体の流路となる流路部を具備する伝熱板であって、前記凹部の底面と前記蓋部材の裏面との重ね合わせ部が摩擦攪拌接合により一体成形されており、前記流路部の周囲に摩擦攪拌接合によって形成された塑性化領域が形成されていることを特徴とする。
【００２７】
かかる構成によれば、本体に凹設された凹部の側壁と蓋部材の側面との突合部を摩擦攪拌するとともに、凹部の底面と蓋部材の裏面との重ね合わせ部に対して熱輸送流体が流れる凸部周りに摩擦攪拌接合を行うことにより、流路部周辺の微細な隙間を塞ぐことができる。これにより、水密性及び気密性の高い伝熱板を形成することができる。また、例えば蓋部材にプレス加工等して凸部を形成することにより、熱輸送流体の流れる流路部を比較的容易に形成することができる。つまり、本体側に流路部を形成する場合に比べて設計の自由度を高めることができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、水密性及び気密性の高い伝熱板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】第一実施形態に係る伝熱板を示した分解斜視図である。
【図２】図１のＩ−Ｉ線断面図である。
【図３】（ａ）は、小型回転ツール、（ｂ）は、大型回転ツールを示した側面図である。
【図４】第一実施形態に係る蓋部材固定工程を示した図であって、（ａ）は、平面図、（ｂ）は、（ａ）のII−II線断面図である。
【図５】第一実施形態に係る密閉工程を示した平面図である。
【図６】図５のIII−III線断面図である。
【図７】第二実施形態に係る伝熱板を示した平面図である。
【図８】密閉工程後を示した図であって、（ａ）は、斜視図、（ｂ）は、断面図である。
【図９】第三実施形態に係る矯正工程を示した図であって、（ａ）は、斜視図、（ｂ）は、平面図である。
【図１０】第三実施形態に係る矯正工程を説明するための模式断面図であって、（ａ）は、密閉工程、（ｂ）は、矯正工程を示す。
【図１１】第三実施形態に係る矯正工程を示した断面図である。
【図１２】仮接合工程を示した図であって、（ａ）は、平面図、（ｂ）は、（ａ）のIV−IV線断面図である。
【図１３】実施例を示した図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
[第一実施形態]
本発明の第一実施形態に係る伝熱板の製造方法及び伝熱板について図面を適宜参照して詳細に説明する。まず、本発明に係る伝熱板の製造方法によって形成される伝熱板１について説明する。
【００３１】
伝熱板１は、図１及び図２に示すように、本体２に、蓋部材３を摩擦攪拌接合によって固定して形成される。伝熱板１は、例えば、伝熱板１の周囲に配置される装置を冷却するために使用される。
【００３２】
本体２は、略直方体の外観を呈し、本実施形態ではアルミニウム又はアルミニウム合金等摩擦攪拌可能な部材から形成されている。本体２は、本体２の表面（上面）１１に凹設された凹部１４と、凹部１４に開口する複数の供給部１５及び排出部１６とを有する。
【００３３】
本体２は、本実施形態ではアルミニウム又はアルミニウム合金から形成したが、他の金属部材で形成してもよい。また、本体２は、本実施形態では外観視略直方体としたが、多角柱体、円柱体等であってもよい。
【００３４】
凹部１４は、蓋部材３が配置される部位である。凹部１４は、本体２の表面１１に形成されており、平面視矩形を呈する底面１４ａと、底面１４ａから垂直に立設する４つの側壁１４ｂとを有する。側壁１４ｂの高さは、蓋部材３の厚みと略同等に形成されている。
【００３５】
供給部１５及び排出部１６は、本体２の裏面１２から凹部１４の底面１４ａまで連通する貫通孔である。供給部１５は、本体２の外部から熱輸送流体を流入させる。一方、排出部１６は、本体２から外部へ熱輸送流体を流出させる。本実施形態では、一対の供給部１５及び排出部１６を６群設けているが、個数は適宜設定すればよい。供給部１５及び排出部１６の断面形状は適宜設定すればよい。熱輸送流体は、本実施形態では水を用いるが、他の液体又は気体であってもよい。
【００３６】
蓋部材３は、図１及び図２に示すように、本体２の凹部１４に載置される部材であって、摩擦攪拌接合によって本体２と一体形成される。蓋部材３の表面３１には、表面３１から突出する複数の凸部３４（本実施形態では６個）が所定の間隔をあけて形成されている。図２に示すように、凸部３４の内部は中空に形成されている。凸部３４は、平面視した場合に一対の供給部１５及び排出部１６を内部に含むように配設されている。
【００３７】
蓋部材３を本体２の凹部１４に載置すると、蓋部材３の裏面３２が凹部１４の底面１４ａに当接する。また、蓋部材３の側面３３が、凹部１４の側壁１４ｂに当接する。蓋部材３を本体２の凹部１４に載置することで、凸部３４の内面３４ｇと凹部１４の底面１４ａとで流路部３６が形成される。流路部は、熱輸送流体が流れる部位である。
【００３８】
本実施形態では、凸部３４は、平板状の金属部材をプレス成形によって形成しているが、他の方法で成形してもよい。凸部３４の形状や個数は伝熱板１の用途に応じて適宜設定すればよい。
【００３９】
次に、後記する摩擦攪拌で用いる小型の回転ツール（以下、「小型回転ツールＦ」という。）及び小型回転ツールＦよりも大型の回転ツール（以下、「大型回転ツールＧ」という。）について図３を用いて説明する。
【００４０】
図３の（ａ）に示す小型回転ツールＦは、工具鋼など本体２よりも硬質の金属材料からなり、円柱状を呈するショルダ部Ｆ１と、このショルダ部Ｆ１の下端面Ｆ１１に突設された攪拌ピン（プローブ）Ｆ２とを備えて構成されている。小型回転ツールＦの寸法・形状は、本体２の材質や厚さ等に応じて設定すればよいが、少なくとも、大型回転ツールＧ（図３の（ｂ）参照）よりも小型にする。このようにすると、大型回転ツールＧを用いる場合よりも小さな負荷で摩擦攪拌接合を行うことが可能となるので、摩擦攪拌装置に掛かる負荷を低減することが可能となり、さらには、小型回転ツールＦの移動速度（送り速度）を大型回転ツールＧの移動速度よりも高速にすることも可能になるので、摩擦攪拌接合に要する作業時間やコストを低減することが可能となる。
【００４１】
ショルダ部Ｆ１の下端面Ｆ１１は、塑性流動化した金属を押えて周囲への飛散を防止する役割を担う部位であり、本実施形態では、凹面状に成形されている。ショルダ部Ｆ１の外径Ｘ１の大きさに特に制限はないが、本実施形態では、大型回転ツールＧのショルダ部Ｇ１の外径Ｙ１よりも小さくなっている。
【００４２】
攪拌ピンＦ２は、ショルダ部Ｆ１の下端面Ｆ１１の中央から垂下しており、本実施形態では、先細りの円錐台状に成形されている。また、攪拌ピンＦ２の周面には、螺旋状に刻設された攪拌翼が形成されている。攪拌ピンＦ２の外径の大きさに特に制限はないが、本実施形態では、最大外径（上端径）Ｘ２が大型回転ツールＧの攪拌ピンＧ２の最大外径（上端径）Ｙ２よりも小さく、かつ、最小外径（下端径）Ｘ３が攪拌ピンＧ２の最小外径（下端径）Ｙ３よりも小さくなっている。攪拌ピンＦ２の長さＬＡは、蓋部材３の厚み（図２参照）よりも小さく形成されている。
【００４３】
図３の（ｂ）に示す大型回転ツールＧは、工具鋼など本体２よりも硬質の金属材料からなり、円柱状を呈するショルダ部Ｇ１と、このショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１１に突設された攪拌ピン（プローブ）Ｇ２とを備えて構成されている。ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１１は、小型回転ツールＦと同様に、凹面状に成形されている。攪拌ピンＧ２は、ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１１の中央から垂下しており、本実施形態では、先細りの円錐台状に成形されている。攪拌ピンＧ２の長さＬＢは、蓋部材３の厚み（図２参照）よりも大きく形成されている。
【００４４】
次に、伝熱板の製造方法について説明する。本実施形態に係る伝熱板の製造方法では、
（１）準備工程、（２）蓋部材固定工程、（３）密封工程を行う。
【００４５】
（１）準備工程
準備工程では、本体２及び蓋部材３を成形する成形工程と、本体２及び蓋部材３に対して脱脂処理を行う脱脂工程と、本体２に蓋部材３を載置する蓋部材載置工程とを行う。
【００４６】
成形工程では、厚板の金属部材を切削加工及び穴あけ加工して本体２を成形する。また、薄板の金属部材にプレス加工を行って蓋部材３を成形する。本体２及び蓋部材３の成形方法は公知の成形方法で行えばよい。
【００４７】
脱脂工程では、本体２及び蓋部材３に付着した汚れを除去する。脱脂工程では、本体２及び蓋部材３を脱脂溶液に浸けて本体２及び蓋部材３に付着した油分や切削屑等を除去する。
【００４８】
蓋部材載置工程では、本体２の凹部１４に蓋部材３を載置する。図４の（ａ）に示すように、蓋部材３は、凹部１４に隙間なく載置される。凹部１４の側壁１４ｂと蓋部材３の側面３３とが突き合わされて突合部Ｊ１が形成される。また、図４の（ｂ）に示すように、凹部１４の底面１４ａと蓋部材３の裏面３２とが重ね合わされて重ね合わせ部１８が形成される。
【００４９】
（２）蓋部材固定工程
蓋部材固定工程では、図４の（ａ）及び（ｂ）に示すように、突合部Ｊ１に沿って小型回転ツールＦを移動させて本体２と蓋部材３とを接合する。
【００５０】
蓋部材固定工程では、図４の（ａ）に示すように、小型回転ツールＦを右回転させつつ、突合部Ｊ１上に設定した開始位置ｓ１に挿入した後、突合部Ｊ１に沿って移動させる。小型回転ツールＦの押込み量、送り速度等は適宜設定すればよい。
【００５１】
小型回転ツールＦの移動について具体的に説明する。蓋部材固定工程では、小型回転ツールＦの中心（軸芯）が突合部Ｊ１上を移動するように、突合部Ｊ１に沿って小型回転ツールＦを移動させる。このとき、突合部Ｊ１の周囲の本体２と蓋部材３は、一体的に塑性流動化されて塑性化領域ｗ１が形成される。「塑性化領域」とは、小型回転ツールＦ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、小型回転ツールＦ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。
【００５２】
本実施形態の蓋部材固定工程では、突合部Ｊ１は、平面視略矩形を呈しており、突合部Ｊ１の一方の対辺の中間部分を摩擦攪拌接合した後に、他方の対辺の中間部分を摩擦攪拌接合する。このようにすれば、蓋部材３をバランスよく固定することができ、蓋部材３の本体２に対する位置決め精度が向上する。
【００５３】
蓋部材固定工程では、図４の（ｂ）に示すように、攪拌ピンＦ２の長さが蓋部材３の厚みよりも小さく、塑性化領域ｗ１が凹部１４の底面１４ａに接触しない程度に設定されている。摩擦攪拌接合を行うと、蓋部材３のような比較的薄い部材は、熱収縮によって変形する可能性が高い。したがって、攪拌ピンＦ２の長さ及び小型回転ツールＦの押込み量を小さく設定することにより、蓋部材３の変形を防ぐことができる。
【００５４】
本実施形態では、小型回転ツールＦを右回転させつつ、進行方向右側に蓋部材３が位置するように摩擦攪拌接合を行う。つまり、塑性化領域ｗ１のうち、シアー側（被接合部に対する小型回転ツールＦの外周の相対速さが、小型回転ツールＦの外周における接線速度の大きさに移動速度の大きさを加算した値となる側）が本体２に位置するように設定する。また、フロー側（被接合部に対する小型回転ツールＦの外周の相対速さが、小型回転ツールＦの外周における接線速度の大きさから移動速度の大きさを減算した値となる側）が蓋部材３に位置するように設定する。
【００５５】
シアー側では、メタルが強く攪拌されて高温軟化し、バリとなって排出され易いと考えられる。このため、進行方向左側はメタルが不足するので、トンネル状空洞欠陥が形成される可能性がある。一方、フロー側では、メタルの攪拌が比較的弱く、バリとなって排出され難いと考えられ、比較的緻密な塑性化領域が形成される。つまり、本実施形態によれば、シアー側が本体２に位置するように設定したため、仮に、摩擦攪拌によって空洞欠陥が発生したとしても、本体２側であって突合部Ｊ１よりも外側位置の離間した部分に発生することとなり、熱輸送流体が外部に漏れにくくなるので、接合部の密閉性能を低下させることはない。
【００５６】
なお、蓋部材固定工程では、小型回転ツールＦの攪拌ピンＦ２の長さを大きくしたり、小型回転ツールＦを深く押し込んだりして、塑性化領域ｗ１と底面１４ａとを接触させてもよい。また。本実施形態では、一方の対辺の中間部分を摩擦攪拌接合した後に、他方の対辺の中間部分を摩擦攪拌接合するようにしたが、一方の対角同士を摩擦攪拌接合した後に、他方の対角同士を摩擦攪拌接合してもよい。
【００５７】
また、本実施形態では、断続的に蓋部材固定工程を行ったが、連続して摩擦攪拌接合を行ってもよい。連続して摩擦攪拌接合を行う場合には、突合部Ｊ１における小型回転ツールＦの回転方向（自転方向）が、移動方向（公転方向）と同じ方向となるようにする。具体的には、小型回転ツールＦを蓋部材３に対して右回りに移動させた場合は小型回転ツールＦも右回転させる。また、小型回転ツールＦを連続させて摩擦攪拌接合を行う場合は、前記回転ツールの移動軌跡を前記突合部においてオーバーラップさせ、摩擦攪拌接合によって形成された塑性化領域の一部を重複させることが好ましい。かかる製造方法によれば、蓋部材３を確実に密閉することができるため、水密性及び気密性を高めることができる。
【００５８】
（３）密封工程
密封工程では、図５及び図６に示すように、凹部１４の底面１４ａと、蓋部材３の裏面３２とが重なり合う重ね合わせ部１８に対して蓋部材３に形成された各凸部３４周りに摩擦攪拌接合を行う。密封工程では、図５に示すように、本体２の長手方向の一方側に設定した開始位置ＳＭ１から終了位置ＥＭ１まで大型回転ツールＧを移動させる第一密封工程、開始位置ＳＭ２から終了位置ＥＭ２まで大型回転ツールＧを移動させる第二密封工程、開始位置ＳＭ３から終了位置ＥＭ３まで大型回転ツールＧを移動させる第三密封工程を含む。第一密封工程乃至第三密封工程は、開始位置及び終了位置を除いては略同等の工程である。
【００５９】
例えば、第二密封工程では、図５に示すように、本実施形態では、本体２の表面１１に設定した開始位置ＳＭ２に大型回転ツールＧを左回転させながら挿入して、下端面Ｇ１１が（図３の（ｂ）参照）本体２の表面１１に接触したら蓋部材３に向けて大型回転ツールＧを移動させる。突合部Ｊ１を横断したら、凸部３４ａに対して左回りに大型回転ツールＧを移動させて、凸部３４ａ周りに一周させる。さらに、大型回転ツールＧを凸部３４ｂ側に移動させて、凸部３４ｂに対して左回りに大型回転ツールＧを移動させて、凸部３４ｂ周りに一周させる。大型回転ツールＧが本体２の表面１１に設定した終了位置ＥＭ２に達したら大型回転ツールＧを本体２から離脱させる。大型回転ツールＧを離脱させると、本体２の表面１１には抜け穴が不可避的に形成されるが、当該抜け穴を肉盛溶接等により補修するのが好ましい。
【００６０】
図５及び図６に示すように、密封工程によれば、各凸部３４周りに塑性化領域Ｗ１が形成される。図６に示すように、本実施形態では、大型回転ツールＧの攪拌ピンＧ２が凹部１４の底面１４ａに達するように摩擦攪拌接合を行うため、重ね合わせ部１８を確実に摩擦攪拌することができる。
【００６１】
本実施形態では、大型回転ツールＧを左回転させつつ、凸部３４に対して左回りに移動させる。これにより、前記したシアー側は凸部３４から離間した位置に形成される。つまり、仮に塑性化領域内に接合欠陥が形成されたとしても、凸部３４の内部に形成される流路部３６から離間した位置に形成されるため、熱輸送流体が漏れるのを防止することができる。ちなみに、大型回転ツールＧを右回転させた場合は、凸部３４に対して右回りに大型回転ツールＧを移動させればよい。
【００６２】
また、図６に示すように、密封工程では、大型回転ツールＧの中心から凸部３４の開口周縁３５までの距離Ｅ１を、大型回転ツールＧのショルダ部Ｇ１の半径よりも大きくなるように設定するのが好ましい。このようにすれば、凸部３４の変形を防ぐとともに、流路部３６の内部に塑性化領域Ｗ１が流入するのを防ぐことができる。
【００６３】
また、図６に示すように、凹部１４の側壁１４ｂから凸部３４の開口周縁３５までの距離Ｅ２を大型回転ツールＧのショルダ部Ｇ１の外径の２倍よりも大きく設定することが好ましい。このようにすれば、重ね合わせ部１８の領域を十分に確保することができるため摩擦攪拌の作業性を高めることができる。
【００６４】
なお、密封工程において、開始位置ＳＭ１乃至ＳＭ３及び終了位置ＥＭ１乃至ＥＭ３は、突合部Ｊ１よりも外側であれば、他の位置であっても構わない。また、本体２にタブ材を添設して当該タブ材に開始位置及び終了位置を設けてもよい。このようにすれば、伝熱板１に抜け穴が形成されるのを防ぐことができる。また、大型回転ツールＧを挿入する開始位置ＳＭ１乃至ＳＭ３には、予め下穴を形成してもよい。このようにすれば、大型回転ツールＧを挿入する際の圧入抵抗を低減することができる。
【００６５】
以上説明した伝熱板１によれば、図６に示すように、本体２の凹部１４の底面１４ａと、蓋部材３の凸部３４の内面３４ｇとで熱輸送流体が流れる流路部３６が形成される。供給部１５から流入した熱輸送流体は、流路部３６内を流れた後、排出部１６を介して本体２の外部に排出される。これにより、凸部３４の周囲に配設された装置（図示省略）が冷却される。
【００６６】
伝熱板１によれば、突合部Ｊ１を摩擦攪拌接合するとともに、凹部１４の底面１４ａと蓋部材３の裏面３２との重ね合わせ部１８に対して、熱輸送流体が流れる凸部３４周りに摩擦攪拌接合を行うことにより、流路部３６周辺の微細な隙間を塞ぐことができる。これにより、伝熱板１の水密性及び気密性を高めることができる。
【００６７】
また、伝熱板１は、各凸部３４周りで塑性化領域Ｗ１がオーバーラップするように形成されるため、流路部３６を確実に密閉することができる。
【００６８】
［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。図７に示すように、第二実施形態に係る伝熱板１Ａは、蓋部材固定工程及び密閉工程の接合ルート及び蓋部材３に形成された凸部の形状が第一実施形態と相違する。なお、第二実施形態については、第一実施形態と相違する点についてのみ詳細に説明する。
【００６９】
本実施形態に係る蓋部材３は、図７に示すように、平面視Ｌ字状の四つの凸部６１，６１・・・と、平面視直線状の三つの凸部６２，６３，６３とを有する。凸部６１，６２，６３は、蓋部材３の表面３１に凸設されており内部が中空に形成されている。凸部６１は、蓋部材３の各角部と凸部６１の各角部とが対向するように配置されている。凸部６２は、蓋部材３の中央を横断するように形成されている。凸部６３は、凸部６２の両脇に一対形成されている。凸部６１，６２，６３は共に、内部に一対の供給部１５及び排出部１６を内包するように形成される。蓋部材３は、プレス成形により形成されている。
【００７０】
本実施形態に係る蓋部材固定工程では、突合部Ｊ１に沿って小型回転ツールＦを一周させて摩擦攪拌接合を行う。図７に示すように、蓋部材固定工程では、本体２の表面１１上に設定した開始位置ｓ１に小型回転ツールＦを右回転させつつ挿入した後、突合部Ｊ１に沿って移動させる。小型回転ツールＦが突合部Ｊ１に対して一周したら、突合部Ｊ１上に形成された塑性化領域ｗ１上に沿って小型回転ツールＦを所定の距離分オーバーラップさせて突合部Ｊ１の外部に設定された終了位置ｅ１で小型回転ツールＦを離脱させる。かかる工程によれば、本体２と蓋部材３とを接合するとともに突合部Ｊ１を確実に密閉することができる。また、小型回転ツールＦを右回転させつつ、蓋部材３に対して右回りに移動させているため、仮に接合欠陥が形成されたとしても本体２側、つまり、流路部から遠い位置に形成されるため熱輸送流体の漏れを防ぐことができる。
【００７１】
なお、蓋部材固定工程の開始位置ｓ１及び終了位置ｅ１は、本体２の周りにタブ材を添設して当該タブ材上に設定してもよい。
【００７２】
密閉工程では、図７に示すように、各凸部６１，６２，６３周りに大型回転ツールＧを移動させて重ね合わせ部１８に対して摩擦攪拌接合を行う。例えば、凸部６１に対しては、本体２の表面１１に開始位置ＳＭ４及び終了位置ＥＭ４を設定し、大型回転ツールＧを右回転させながら、凸部６１に対して右回りに凸部６１の形状に沿って大型回転ツールＧの移動軌跡を設定する。密閉工程では、密閉工程で形成されたそれぞれの塑性化領域の一部が重複するように摩擦攪拌の開始位置ＳＭ４及び終了位置ＥＭ４を設定するのが好ましい。
【００７３】
同様に、凸部６２では、本体２の表面１１に開始位置ＳＭ５及び終了位置ＥＭ５を設定し、大型回転ツールＧを右回転させながら凸部６２の周囲に沿って右回りに大型回転ツールＧの移動軌跡を設定する。凸部６３では、蓋部材３の表面３１に開始位置ＳＭ６及び終了位置ＥＭ６を設定し、大型回転ツールＧを右回転させながら凸部６３の周囲に沿って右回りに大型回転ツールＧの移動軌跡を設定する。
【００７４】
第二実施形態によれば、伝熱板１Ａの蓋部材３に形成された各凸部６１，６２，６３周りを大型回転ツールＧで一周させて摩擦攪拌接合を行うため、各凸部６１，６２，６３と本体２とで形成された流路部（図示省略）周りを確実に密閉することができる。
【００７５】
ここで、例えば前記した特許文献１に示すように、従来、熱輸送流体が流れる流路部は本体の表面を切削加工して形成していた。具体的には、例えば、金属部材に対して径の異なる切削工具を複数回移動させて成形していたため、本体２の成形工程が煩雑であるとともに、本体２の材料のロスも大きかった。しかし、本実施形態によれば、蓋部材３をプレス加工により成形するため、複雑な形状の凸部であっても容易に成形することができる。また、本実施形態では、本体２には穴あけ加工のみで済むため材料のロスを少なくすることができる。
【００７６】
［第三実施形態］
本発明の第三実施形態では、前記した第一実施形態の各工程を行った後、さらに、矯正工程を行う点で第一実施形態と相違する。矯正工程は、伝熱板１を製造した際に、伝熱板１が熱収縮によって反った（歪んだ）場合に適宜行う。本実施形態では、密封工程までの工程は、第一実施形態と同等であるため、矯正工程について詳細に説明する。なお、伝熱板１の表面を表面Ｚａ、裏面を裏面Ｚｂとする。
【００７７】
図８の（ａ）及び（ｂ）に示すように、第一実施形態では、伝熱板１の表面Ｚａ側からのみ摩擦攪拌接合を行ったため、表面Ｚａに形成された塑性化領域Ｗ１，ｗ１が熱収縮すると、伝熱板１は、表面Ｚａ側に凹状となるように反って（歪んで）しまう可能性がある。
【００７８】
矯正工程では、かかる伝熱板１の反りを是正することを目的として行う。矯正工程は、摩擦攪拌を利用して矯正する摩擦攪拌矯正工程と、伝熱板１に曲げ応力を付与して矯正する曲げ矯正工程のいずれかを行えばよい。
【００７９】
（摩擦攪拌矯正工程）
摩擦攪拌矯正工程では、図９に示すように、伝熱板１の裏面Ｚｂ（本体２の裏面１２）側から摩擦攪拌を行って、裏面Ｚｂ側にも熱収縮を発生させて伝熱板１の反りを是正する。摩擦攪拌矯正工程は、準備工程と、摩擦攪拌を行う摩擦攪拌矯正工程とを含む。
【００８０】
準備工程では、図９の（ａ）に示すように、伝熱板１の表裏を逆にした後、伝熱板１の表面Ｚａ（図８の（ｂ）参照）側に土台Ｄを配置する土台配置工程と、本体２の側面１３にタブ材５１を添設するタブ材配置工程とを含む。
【００８１】
土台配置工程では、伝熱板１の表裏を逆にするとともに、伝熱板１の外縁と同等の形状からなり枠状に形成された金属製の土台Ｄに伝熱板１を配置する。土台Ｄの厚さは少なくとも伝熱板１の凸部３４の高さよりも大きく形成する。これにより、伝熱板１を裏返した場合に、凸部３４（図８参照）が例えば摩擦攪拌装置のテーブルに接触するのを防止することができる。
【００８２】
タブ材配置工程では、図９の（ａ）に示すように、本体２の側面１３にタブ材５１を溶接により接合する。タブ材５１の表面は、伝熱板１の裏面Ｚｂと面一に形成する。タブ材５１は、摩擦攪拌矯正工程の際に、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。なお、タブ材は必ずしも配置する必要は無く、伝熱板１の裏面Ｚｂ内に開始位置及び終了位置を設定してもよい。
【００８３】
摩擦攪拌矯正工程では、図９の（ａ）及び（ｂ）に示すように、小型回転ツールＦを用いて伝熱板１の裏面Ｚｂに対して摩擦攪拌を行う。摩擦攪拌矯正工程のルートは、本実施形態では、中心地点ｊ’を囲み、かつ、摩擦攪拌矯正工程によって形成される塑性化領域Ｗ３が中心地点ｊ’に対して放射状となるように設定する。
【００８４】
摩擦攪拌矯正工程では、図９の（ａ）に示すように、タブ材５１の表面に開始位置ＳＫ１を設定し、小型回転ツールＦの攪拌ピンをタブ材５１に押し込む（押圧する）。小型回転ツールＦのショルダ部の一部がタブ材５１に接触したら、伝熱板１に向かって小型回転ツールＦを相対移動させる。そして、伝熱板１の裏面Ｚｂにおける地点ｆ’、地点ａ’、地点ｃ’及び地点ｈ’付近で平面視凸状となるとともに、地点ｇ‘、地点ｄ’、地点ｂ’及び地点ｅ’付近で平面視凹状となるように小型回転ツールＦを相対移動させて摩擦攪拌を行う。図９の（ｂ）に示すように、伝熱板１の中心線（一点鎖線）に対して線対称となるように塑性化領域Ｗ３が形成される。本実施形態では、開始位置ＳＫ１と終了位置ＥＫ１をタブ材５１に設け、一筆書きの要領で摩擦攪拌を行う。これにより、摩擦攪拌を効率よく行うことができる。摩擦攪拌矯正工程が終了したら、タブ材５１を切除する。摩擦攪拌矯正工程では、伝熱板１の表面Ｚａ側に行った摩擦攪拌の入熱量よりも、伝熱板１の裏面Ｚｂ側に行った摩擦攪拌の入熱量が小さくなるように摩擦攪拌を行う。
【００８５】
図１０の（ａ）は、第三実施形態に係る矯正工程を説明するための模式断面図であって、（ａ）は、密閉工程、（ｂ）は、矯正工程を示す。
前記した密閉工程では、図１０の（ａ）に示すように、伝熱板１の表面Ｚａ側において、高速回転した大型回転ツールＧが挿入されると、伝熱板１内に摩擦熱が伝達される（入熱）。この際、伝熱板１の裏面Ｚｂは摩擦攪拌装置のテーブルＨに密接しているため、摩擦熱の一部は、矢印Ｎに示すように本体２の裏面１２の全体からテーブルＨに放出（抜熱）される。
【００８６】
ここで、第三実施形態に係る摩擦攪拌矯正工程では、伝熱板１の表面Ｚａ側で行った摩擦攪拌と同等の入熱量で裏面Ｚｂに対しても摩擦攪拌を行えば、伝熱板１の反りが矯正するとも考えられる。しかし、図１０の（ｂ）に示すように、前記した密閉工程を終えると、伝熱板１に熱収縮が発生して伝熱板１が裏面Ｚｂ側に凸となるように反っているため、伝熱板１の表裏を逆にすると、伝熱板１の表面Ｚａと土台Ｄとが当接部Ｕ，Ｕのみで当接する。摩擦攪拌矯正工程時には、当接部Ｕ，Ｕでしか熱が放出（抜熱）されないため、摩擦攪拌矯正工程で伝熱板１の表面Ｚａ側と同じ入熱量で摩擦攪拌を行うと、矢印Ｎ’に示すように熱が放出されにくく伝熱板１の内部に熱が残存することになる。これにより、伝熱板１の表裏で同等の入熱量で摩擦攪拌を行うと、伝熱板１の裏面Ｚｂ側による摩擦攪拌での残存熱量が大きくなってしまい伝熱板１の反りが戻りすぎてしまう。
【００８７】
つまり、摩擦攪拌接合された伝熱板１に残存する熱量は、残存熱量（Ｊ）＝入熱量−抜熱量で現され、伝熱板１の表面Ｚａ側から行う摩擦攪拌と裏面Ｚｂ側から行う摩擦攪拌の残存熱量が等しくなれば伝熱板１が平坦になると考えられる。
したがって、第三実施形態に係る矯正工程では、伝熱板１の表面Ｚａ側に行った摩擦攪拌（蓋部材固定工程及び密閉工程）の入熱量よりも、伝熱板１の裏面Ｚｂ側に行う摩擦攪拌（摩擦攪拌矯正工程）の入熱量を少なく設定する。摩擦攪拌矯正工程での入熱量を少なくすることで、伝熱板１の表面Ｚａ側から行った摩擦攪拌によって伝熱板１に残存する熱量と、伝熱板１の裏面Ｚｂから行った摩擦攪拌によって伝熱板１に残存する熱量の均衡を図ることができる。これにより、伝熱板１の反りが戻りすぎることなく、伝熱板１の平坦性を高めることができる。
【００８８】
なお、本実施形態では、小型回転ツールＦの軌跡、即ち、塑性化領域Ｗ３の形状が、中心地点ｊ’を囲み、かつ、中心地点ｊ’に対して略放射状となるように形成したが、これに限定されるものではない。伝熱板１の反り具合に応じて、摩擦攪拌矯正工程のルートを適宜設定すればよい。
【００８９】
本実施形態の摩擦攪拌矯正工程では、伝熱板１の表面Ｚａ側で用いる大型回転ツールＧよりも小型の小型回転ツールＦを用いて摩擦攪拌を行うことで、入熱量を少なく設定したが、例えば、伝熱板１の裏面Ｚｂでの回転ツールの移動軌跡を短くしてもよい。言い換えると、伝熱板１の表面Ｚａ側に形成される塑性化領域の体積の和よりも、伝熱板１の裏面Ｚｂ側に形成される塑性化領域の体積の和を少なく設定することにより、入熱量を調整してもよい。
【００９０】
（曲げ矯正工程）
曲げ矯正工程では、伝熱板１に対して物理的に応力を作用させて伝熱板１の反りを矯正する。曲げ矯正工程では、伝熱板１の裏面Ｚｂから、表面Ｚａ側に引張応力が発生するような曲げモーメントを作用させて、摩擦攪拌により形成された伝熱板１の反りを矯正する。矯正工程では、以下に記すプレス矯正、衝打矯正及びロール矯正の三種類の方法からいずれか一以上の方法を選択して行えばよい。まず、プレス矯正について説明する。
【００９１】
（プレス矯正）
前記した密封工程が終了したら、摩擦攪拌で発生したバリを除去するとともに、図１１に示すように、伝熱板１の裏面Ｚｂが上方を向くように裏返し、土台Ｄの上に載置する。公知のプレス装置Ｐを用いて、伝熱板１の裏面Ｚｂの中心地点に対して押圧する。プレス装置Ｐによって伝熱板１に圧力が加えられると、ポンチＰａが伝熱板１を下側に押し、土台Ｄが伝熱板１の両端側を上側に押すため、伝熱板１には曲げモーメントが作用する。この曲げモーメントは伝熱板１の表面Ｚａ側に引張応力を発生させるため、伝熱板１が強制的に下側に凸に撓ませられる。
【００９２】
プレス装置の押圧力は、伝熱板１の厚みや材料によって適宜設定すればよいが、伝熱板１の表面Ｚａ側が下に凸となって、表面Ｚａに引張応力が発生するような曲げモーメントを作用させることが好ましい。
【００９３】
また、プレス矯正では、中心地点だけでなく伝熱板１の裏面Ｚｂの他の地点に対しても押圧を行ってもよい。伝熱板１の反り具合に応じてバランスよく押圧することで平坦性をより高めることができる。また、伝熱板１とポンチＰａとの間に例えば平板状の補助部材を設けてもよい。
【００９４】
（衝打矯正）
次に、衝打矯正について説明する。衝打矯正については、プレス矯正と近似するため、
具体的な図示は省略する。衝打矯正とは、例えばハンマーなどの衝打具を用いて伝熱板に発生した反りを矯正することをいう。衝打矯正は、プレス装置Ｐに替えてハンマー等の衝打具で伝熱板１を衝打する点を除いては、プレス矯正と略同等である。
【００９５】
衝打矯正は、プレス矯正と比べると、プレス装置等を準備する手間が省けるため、作業を容易に行うことができる。また、衝打矯正は、作業が容易であるため伝熱板１が小さい場合や薄い場合に有効である。なお、衝打矯正を終了した後は、衝打により発生したバリを除去することが好ましい。
【００９６】
（ロール矯正）
次に、ロール矯正について説明する。ロール矯正については、公知のロール矯正を行うため具体的な図示は省略する。伝熱板の表裏に一対の平板状の補助部材を当接させた後、一対の補助部材を挟むようにして一対のロール状部材を移動させて矯正する。ロール状部材を移動させると伝熱板には曲げモーメントが作用して、伝熱板の表面側に引張応力を発生させるため伝熱板が強制的に撓ませられる。この移動を繰り返して往復動させることによって、反りを矯正していくことが可能になる。
【００９７】
以上説明した第三実施形態によれば、伝熱板１を製造した際に、摩擦攪拌による熱収縮によって伝熱板１に反りが発生したとしても、当該反りを是正して伝熱板１の平坦性を高めることができる。
【００９８】
［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。第四実施形態は、前記した蓋部材固定工程を行う前に、本体２と蓋部材３とを接合する仮接合工程を行う点で第一実施形態と相違する。第四実施形態は、仮接合工程を行う点を除いては、第一実施形態と同等であるため、相違点のみ説明する。
【００９９】
図１２に示すように、前記した蓋部材載置工程を行って本体２に蓋部材３を載置したら仮接合工程を行う。仮接合工程は、摩擦攪拌接合によって本体２に蓋部材３を仮接合する工程である。
【０１００】
仮接合工程では、図１２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、蓋部材３の表面３１の上方から適所に大型回転ツールＧを押し込んで、凹部１４の底面１４ａと蓋部材３の裏面３２との重ね合わせ部１８に対して摩擦攪拌接合を行う。仮接合工程は、比較的短いルートを設定して摩擦攪拌接合を行う。仮接合工程によって本実施形態では４箇所の塑性化領域Ｗ５が形成される。本実施形態では、蓋部材３の上方から四箇所に仮接合工程を行ったが、ルートや接合箇所数は適宜設定すればよい。
【０１０１】
例えば、蓋部材３が大きい場合、前記した蓋部材固定工程を行うと摩擦攪拌の熱収縮によって蓋部材３の中央部分が浮き上がってしまい、本体２と蓋部材３との間に隙間ができてしまう可能性がある。しかし、仮接合工程によれば、突合部Ｊ１の内側において、本体２と蓋部材３とを仮接合しておくことで、蓋部材固定工程の際の蓋部材３の浮き上がりを防止又は矯正することができる。なお、仮接合工程は、本実施形態では、蓋部材固定工程を行う前に行ったが、蓋部材固定工程を行った後に行ってもよい。
【０１０２】
以上本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨に反しない範囲において適宜設計変更が可能である。例えば、密閉工程における大型回転ツールＧの移動ルートは、前記したルートに限定されず他のルートであってもよい。
【０１０３】
［実施例］
次に、本発明の実施例について説明する。本発明に係る実施例は、図１３の（ａ）及び（ｂ）に示すように平面視正方形の金属部材２００の表面Ｚａ及び裏面Ｚｂにそれぞれ３つの円を描くように摩擦攪拌を行い、表面Ｚａ側で発生した反りの変形量と、裏面Ｚｂ側で発生した反りの変形量を測定した。表面Ｚａ側で発生した反りの変形量の値と、裏面Ｚｂ側で発生した反りの変形量の値が近いほど、金属部材２００の平坦性が高いことを示す。
【０１０４】
金属部材２００は、平面視５００ｍｍ×５００ｍｍの直方体であって、厚みが３０ｍｍ、６０ｍｍの二種類の部材を用いてそれぞれ測定を行った。金属部材２００の素材は、ＪＩＳ規格の５０５２アルミニウム合金である。
【０１０５】
摩擦攪拌の軌跡である３つの円は、金属部材２００の中心に設定した地点ｊ又は地点ｊ’を中心とし、表面Ｚａ及び裏面Ｚｂともに半径ｒ１＝１００ｍｍ（以下、小円ともいう）、ｒ２＝１５０ｍｍ（以下、中円ともいう）、ｒ３＝２００ｍｍ（以下、大円ともいう）に設定した。摩擦攪拌の順序は、小円、中円、大円の順番で行った。
【０１０６】
回転ツールは、表面Ｚａ側及び裏面Ｚｂ側ともに同じ大きさの回転ツールを用いた。回転ツールのサイズは、ショルダ部の外径が２０ｍｍ、攪拌ピンの長さが１０ｍｍ、攪拌ピンの根元の大きさ（最大径）が９ｍｍ、攪拌ピンの先端の大きさ（最小径）が６ｍｍのものを用いた。回転ツールの回転数は、６００ｒｐｍ、送り速度は、３００ｍｍ／ｍｉｎに設定した。また、表面Ｚａ側及び裏面Ｚｂ側ともに回転ツールの押込み量は一定に設定した。図１３に示すように、表面Ｚａ側において形成された塑性化領域を小円から大円に向けてそれぞれ塑性化領域Ｗ２１乃至塑性化領域Ｗ２３とする。また、裏面Ｚｂ側において形成された塑性化領域を小円から大円に向けて塑性化領域Ｗ３１乃至Ｗ３３とする。当該実施例における各測定結果を以下の表１〜表４に示す。
【０１０７】
表１は、金属部材２００の板厚が３０ｍｍであって、表面Ｚａ側から摩擦攪拌を行った場合の測定値を示した表である。「ＦＳＷ前」は、摩擦攪拌を行う前において、中心地点ｊ（基準ｊ）と各地点（地点ａ〜地点ｈ）との高低差を示している。「ＦＳＷ後」は、基準ｊをゼロとして、３つの円の摩擦攪拌を行った後において、基準ｊと各地点との高低差を示している。「表面側変形量」は、各地点における（ＦＳＷ後−ＦＳＷ前）の値を示している。「表面側変形量」の最下欄は、地点ａ〜地点ｈの平均値を示す。「ＦＳＷ前」及び「ＦＳＷ後」のマイナス値は、基準ｊよりも下方に位置していることを意味する。
【０１０８】
【表１】
【０１０９】
表２は、金属部材２００の板厚が３０ｍｍであって、表面側から小円、中円、大円の摩擦攪拌を行った後、反って（歪んで）しまった金属部材２００に対して、裏面側からも小円、中円、大円のそれぞれの摩擦攪拌を行った場合の金属部材２００の各地点の測定値を示した表である。「ＦＳＷ前」は、摩擦攪拌を行う前において、中心地点ｊ’（基準ｊ’）と各地点（ａ’〜ｈ’）との高低差を示している。
「ＦＳＷ１」は、図１３を参照するように、基準ｊ’をゼロとして、小円（半径ｒ１）の摩擦攪拌を行った後の、基準ｊ’と各地点との高低差を示している。「裏面側変形量１」は、各地点における（ＦＳＷ１−ＦＳＷ前）の値を示している。「裏面側変形量１」の最下欄は、地点ａ〜地点ｈの平均値を示す。
「ＦＳＷ２」は、基準ｊ’をゼロとして、小円（半径ｒ１）に加えてさらに、中円（半径ｒ２）の摩擦攪拌を行った後の、基準ｊ’と各地点との高低差を示している。「裏面側変形量２」は、各地点における（ＦＳＷ２−ＦＳＷ前）の値を示している。「裏面側変形量２」の最下欄は、地点ａ〜地点ｈの平均値を示す。
「ＦＳＷ３」は、基準ｊ’をゼロとして、小円（半径ｒ１）、中円（半径ｒ２）に加えてさらに、大円（半径ｒ３）の摩擦攪拌を行った後の、基準ｊ’と各地点との高低差を示している。「裏面側変形量３」は、各地点における（ＦＳＷ３−ＦＳＷ前）の値を示している。「裏面側変形量３」の最下欄は、地点ａ〜地点ｈの平均値を示す。
【０１１０】
【表２】
【０１１１】
表３は、金属部材２００の板厚が６０ｍｍであって、表面側から摩擦攪拌を行った場合の測定値を示した表である。表３の各項目は、表１の各項目と略同等の意味を示す。
【０１１２】
【表３】
【０１１３】
表４は、金属部材２００の板厚が６０ｍｍであって、表面側から小円、中円、大円の摩擦攪拌を行った後、裏面側から摩擦攪拌を行った場合の測定値を示した表である。表４の各項目は、表２の各項目と略同等の意味を示す。
【０１１４】
【表４】
【０１１５】
表１の「表面側変形量」の平均値（1.61）と、表２の「裏面側変形量１」の平均値（2.04）とを比較すると、「裏面側変形量１」の値の方が大きい。同様に、「裏面側変形量２」の平均値（2.95）及び「裏面側変形量３」の平均値（3.53）も、「表面側変形量」の平均値（1.61）よりも大きな値となっている。つまり、金属部材２００の板厚が３０ｍｍの場合は、裏面側から小円の摩擦攪拌のみを行っただけでも、金属部材２００の反りが戻りすぎてしまう。したがって、金属部材２００が３０ｍｍの場合は、小さい回転ツールを用いるなどして表面側よりも裏面側の入熱量を少なくすれば、金属部材２００の平坦性を高めることができる。
【０１１６】
表３の「表面側変形量」の平均値（0.98）と、表４の「裏面側変形量２」の平均値（0.91）とを比較すると、両者の変形量が近似している。したがって、金属部材２００の板厚が６０ｍｍの場合は、裏面側から小円及び中円の摩擦攪拌を行ったときに、金属部材２００の平坦性が高いことが確認できた。つまり、板厚が６０ｍｍの場合は、小さい回転ツールを用いるなどして表面側よりも裏面側の入熱量を少なくすれば、金属部材２００の平坦性を高めることができる。
【符号の説明】
【０１１７】
１ 伝熱板
２ 本体
３ 蓋部材
１１ 本体の表面
１２ 本体の裏面
１３ 本体の側面
１４ 凹部
１４ａ 凹部の底面
１４ｂ 凹部の側壁
１５ 供給部
１６ 排出部
１８ 重ね合わせ部
３１ 蓋部材の表面
３２ 蓋部材の裏面
３３ 蓋部材の側面
３４ 凸部
３５ 開口周縁
３６ 流路部
Ｆ 小型回転ツール
Ｇ 大型回転ツール
Ｊ１ 突合部
Ｗ 塑性化領域
ｗ 塑性化領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体に凹設された凹部の底面に、内部が中空に形成された凸部を備えた蓋部材を載置し、前記凹部の底面と凸部の内面との間に熱輸送流体の流路となる流路部を具備する伝熱板を製造する方法であって、
前記本体の前記凹部に前記蓋部材を載置する蓋部材載置工程と、
前記凹部の側壁と前記蓋部材の側面との突合部に沿って回転ツールを移動させて摩擦攪拌接合を行う蓋部材固定工程と、
前記凸部周りに回転ツールを移動させて、前記凹部の底面と前記蓋部材の裏面との重ね合わせ部に対して摩擦攪拌接合を行う密封工程と、を含むことを特徴とする伝熱板の製造方法。
【請求項２】
前記密封工程では、前記回転ツールを前記凸部の周りで一周させ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】
前記密封工程では、前記回転ツールの移動軌跡を前記凸部の周りでオーバーラップさせて摩擦攪拌接合によって形成させる塑性化領域の一部を重複させる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】
前記密封工程では、
前記回転ツールを前記凸部に対して右回りに移動させるときは前記回転ツールを右回転させ、
前記回転ツールを前記凸部に対して左回りに移動させるときは前記回転ツールを左回転させる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。
【請求項５】
前記密封工程では、前記回転ツールの先端を前記本体に接触させつつ摩擦攪拌接合を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の伝熱板の製造方法。
【請求項６】
前記密封工程では、前記回転ツールの中心から前記凸部の開口周縁までの距離を前記回転ツールの半径よりも大きく設定することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の伝熱板の製造方法。
【請求項７】
前記密閉工程では、前記蓋部材の外側から摩擦攪拌を開始するとともに、前記蓋部材の外側で摩擦攪拌を終了することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の伝熱板の製造方法。
【請求項８】
前記凸部の開口周縁から前記凹部の側壁までの距離を、前記密閉工程で用いる前記回転ツールのショルダ部の外径の２倍以上に設定することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の伝熱板の製造方法。
【請求項９】
前記蓋部材固定工程では、使用する回転ツールの先端が前記凹部の底面に達しない程度に設定して摩擦攪拌接合を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の伝熱板の製造方法。
【請求項１０】
前記蓋部材固定工程では、前記回転ツールを前記突合部に沿って一周させて摩擦攪拌接合を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の伝熱板の製造方法。
【請求項１１】
前記蓋部材固定工程では、前記回転ツールの移動軌跡を前記突合部においてオーバーラップさせ、摩擦攪拌接合によって形成された塑性化領域の一部を重複させることを特徴とする請求項１０に記載の伝熱板の製造方法。
【請求項１２】
前記蓋部材固定工程では、
前記回転ツールの進行方向右側に前記蓋部材が位置するように設定した場合は、前記回転ツールを右回転させ、
前記回転ツールの進行方向左側に前記蓋部材が位置するように設定した場合は、前記回転ツールを左回転させることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に記載の伝熱板の製造方法。
【請求項１３】
前記突合部は、平面視矩形を呈しており、
前記蓋部材固定工程では、前記突合部の一方の対角同士を先に摩擦攪拌接合した後に、他方の対角同士を摩擦攪拌することを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の伝熱板の製造方法。
【請求項１４】
前記突合部は、平面視矩形を呈しており、
前記蓋部材固定工程では、前記突合部の一方の対辺の中間部分を摩擦攪拌接合した後に、他方の対辺の中間部分を摩擦攪拌接合することを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の伝熱板の製造方法。
【請求項１５】
前記密封工程を行う前に、前記重ね合わせ部において回転ツールを移動させて前記本体と前記蓋部材とを仮接合する仮接合工程をさらに含むことを特徴とする請求項１乃至請求項１４のいずれか一項に記載の伝熱板の製造方法。
【請求項１６】
回転ツールを用いて前記本体の裏面側から摩擦攪拌を行う矯正工程をさらに含むことを特徴とする請求項１乃至請求項１５のいずれか一項に記載の伝熱板の製造方法。
【請求項１７】
前記矯正工程では、前記本体及び蓋部材の表面側への摩擦攪拌による入熱量よりも、前記本体及び蓋部材の裏面側への摩擦攪拌による入熱量を少なく設定することを特徴とする請求項１６に記載の伝熱板の製造方法。
【請求項１８】
前記矯正工程では、前記本体及び前記蓋部材の表面側に形成される塑性化領域の体積よりも、前記本体及び前記蓋部材の裏面側に形成される塑性化領域の体積を少なく設定することを特徴とする請求項１６に記載の伝熱板の製造方法。
【請求項１９】
前記蓋部材固定工程及び前記密封工程で形成された前記本体の裏面側に凸となる反りを、前記本体の表面側に引張応力が発生するような曲げモーメントを作用させて矯正する矯正工程をさらに含むことを特徴とする請求項１乃至請求項１５のいずれか一項に記載の伝熱板の製造方法。
【請求項２０】
表面に凹設された凹部を備えた本体と、
内部が中空に形成された凸部を備え前記本体に載置された蓋部材と、を有し、
前記凹部の底面と前記凸部の内面との間に熱輸送流体の流路となる流路部を具備する伝熱板であって、
前記凹部の底面と前記蓋部材の裏面との重ね合わせ部が摩擦攪拌接合により一体成形されており、前記流路部の周囲に摩擦攪拌接合によって形成された塑性化領域が形成されていることを特徴とする伝熱板。
【請求項１】
本体に凹設された凹部の底面に、内部が中空に形成された凸部を備えた蓋部材を載置し、前記凹部の底面と凸部の内面との間に熱輸送流体の流路となる流路部を具備する伝熱板を製造する方法であって、
前記本体の前記凹部に前記蓋部材を載置する蓋部材載置工程と、
前記凹部の側壁と前記蓋部材の側面との突合部に沿って回転ツールを移動させて摩擦攪拌接合を行う蓋部材固定工程と、
前記凸部周りに回転ツールを移動させて、前記凹部の底面と前記蓋部材の裏面との重ね合わせ部に対して摩擦攪拌接合を行う密封工程と、を含むことを特徴とする伝熱板の製造方法。
【請求項２】
前記密封工程では、前記回転ツールを前記凸部の周りで一周させ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】
前記密封工程では、前記回転ツールの移動軌跡を前記凸部の周りでオーバーラップさせて摩擦攪拌接合によって形成させる塑性化領域の一部を重複させる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】
前記密封工程では、
前記回転ツールを前記凸部に対して右回りに移動させるときは前記回転ツールを右回転させ、
前記回転ツールを前記凸部に対して左回りに移動させるときは前記回転ツールを左回転させる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。
【請求項５】
前記密封工程では、前記回転ツールの先端を前記本体に接触させつつ摩擦攪拌接合を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の伝熱板の製造方法。
【請求項６】
前記密封工程では、前記回転ツールの中心から前記凸部の開口周縁までの距離を前記回転ツールの半径よりも大きく設定することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の伝熱板の製造方法。
【請求項７】
前記密閉工程では、前記蓋部材の外側から摩擦攪拌を開始するとともに、前記蓋部材の外側で摩擦攪拌を終了することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の伝熱板の製造方法。
【請求項８】
前記凸部の開口周縁から前記凹部の側壁までの距離を、前記密閉工程で用いる前記回転ツールのショルダ部の外径の２倍以上に設定することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の伝熱板の製造方法。
【請求項９】
前記蓋部材固定工程では、使用する回転ツールの先端が前記凹部の底面に達しない程度に設定して摩擦攪拌接合を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の伝熱板の製造方法。
【請求項１０】
前記蓋部材固定工程では、前記回転ツールを前記突合部に沿って一周させて摩擦攪拌接合を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の伝熱板の製造方法。
【請求項１１】
前記蓋部材固定工程では、前記回転ツールの移動軌跡を前記突合部においてオーバーラップさせ、摩擦攪拌接合によって形成された塑性化領域の一部を重複させることを特徴とする請求項１０に記載の伝熱板の製造方法。
【請求項１２】
前記蓋部材固定工程では、
前記回転ツールの進行方向右側に前記蓋部材が位置するように設定した場合は、前記回転ツールを右回転させ、
前記回転ツールの進行方向左側に前記蓋部材が位置するように設定した場合は、前記回転ツールを左回転させることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に記載の伝熱板の製造方法。
【請求項１３】
前記突合部は、平面視矩形を呈しており、
前記蓋部材固定工程では、前記突合部の一方の対角同士を先に摩擦攪拌接合した後に、他方の対角同士を摩擦攪拌することを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の伝熱板の製造方法。
【請求項１４】
前記突合部は、平面視矩形を呈しており、
前記蓋部材固定工程では、前記突合部の一方の対辺の中間部分を摩擦攪拌接合した後に、他方の対辺の中間部分を摩擦攪拌接合することを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の伝熱板の製造方法。
【請求項１５】
前記密封工程を行う前に、前記重ね合わせ部において回転ツールを移動させて前記本体と前記蓋部材とを仮接合する仮接合工程をさらに含むことを特徴とする請求項１乃至請求項１４のいずれか一項に記載の伝熱板の製造方法。
【請求項１６】
回転ツールを用いて前記本体の裏面側から摩擦攪拌を行う矯正工程をさらに含むことを特徴とする請求項１乃至請求項１５のいずれか一項に記載の伝熱板の製造方法。
【請求項１７】
前記矯正工程では、前記本体及び蓋部材の表面側への摩擦攪拌による入熱量よりも、前記本体及び蓋部材の裏面側への摩擦攪拌による入熱量を少なく設定することを特徴とする請求項１６に記載の伝熱板の製造方法。
【請求項１８】
前記矯正工程では、前記本体及び前記蓋部材の表面側に形成される塑性化領域の体積よりも、前記本体及び前記蓋部材の裏面側に形成される塑性化領域の体積を少なく設定することを特徴とする請求項１６に記載の伝熱板の製造方法。
【請求項１９】
前記蓋部材固定工程及び前記密封工程で形成された前記本体の裏面側に凸となる反りを、前記本体の表面側に引張応力が発生するような曲げモーメントを作用させて矯正する矯正工程をさらに含むことを特徴とする請求項１乃至請求項１５のいずれか一項に記載の伝熱板の製造方法。
【請求項２０】
表面に凹設された凹部を備えた本体と、
内部が中空に形成された凸部を備え前記本体に載置された蓋部材と、を有し、
前記凹部の底面と前記凸部の内面との間に熱輸送流体の流路となる流路部を具備する伝熱板であって、
前記凹部の底面と前記蓋部材の裏面との重ね合わせ部が摩擦攪拌接合により一体成形されており、前記流路部の周囲に摩擦攪拌接合によって形成された塑性化領域が形成されていることを特徴とする伝熱板。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
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【図７】
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【図１０】
【図１１】
【図１２】
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【公開番号】特開２０１１−１１２３２（Ｐ２０１１−１１２３２Ａ）
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５７６４４（Ｐ２００９−１５７６４４）
【出願日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【出願人】（０００００４７４３）日本軽金属株式会社 (627)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【出願人】（０００００４７４３）日本軽金属株式会社 (627)
【Ｆターム（参考）】
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