伝熱板の製造方法
【課題】摩擦攪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。
【解決手段】伝熱板の製造方法であって、ベース部材２の表面側に開口する蓋溝６の底面に形成された凹溝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、蓋溝６の側壁と蓋板１０の側面との突合部に沿って溶接を行ってベース部材２と蓋板１０とを接合する溶接接合工程と、蓋板１０の表面（上面１１）で、凹溝８に沿って流入攪拌用回転ツール２５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を流入させる流入攪拌工程と、を有することを特徴とする。
【解決手段】伝熱板の製造方法であって、ベース部材２の表面側に開口する蓋溝６の底面に形成された凹溝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、蓋溝６の側壁と蓋板１０の側面との突合部に沿って溶接を行ってベース部材２と蓋板１０とを接合する溶接接合工程と、蓋板１０の表面（上面１１）で、凹溝８に沿って流入攪拌用回転ツール２５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を流入させる流入攪拌工程と、を有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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。
【０００３】
図１１は、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。従来の伝熱板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とを有するベース部材１０２と、凹溝１０８に挿入される熱媒体用管１１６と、蓋溝１０６に挿入される蓋板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攪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（特許文献１参照）。
【０００４】
【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】
【０００５】
図１１の（ｂ）に示すように、伝熱板１００には、凹溝１０８と熱媒体用管１１６の外周面と蓋板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及びベース部材１０２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。
【０００６】
このような観点から、本発明は、熱交換効率が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】
【０００７】
このような課題を解決する本発明に係る伝熱板の製造方法は、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、前記蓋溝の側壁と前記蓋板の側面との突合部に沿って溶接を行って前記ベース部材と前記蓋板とを接合する溶接接合工程と、前記蓋板の表面で、前記凹溝に沿って流入攪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攪拌工程と、を有することを特徴とする。
【０００８】
かかる製造方法によれば、蓋板とベース部材とを溶接により一体化するとともに、流入攪拌工程を行うことにより、熱媒体用管の周囲に形成された空隙部に塑性流動材を流入させて、熱媒体用管の周囲の空隙を小さくすることができる。これにより、伝熱板の熱交換効率を高めることができる。
【０００９】
また、前記流入攪拌工程の前に、前記溶接接合工程を行うことが好ましい。かかる製造方法によれば、予め蓋板をベース部材に接合しておくことで蓋板が移動しないため、流入攪拌工程を容易に行うことができる。
【００１０】
また、前記溶接接合工程において、前記蓋溝の側壁と前記蓋板の側面との突合部に沿って間欠的に溶接を行うことが好ましい。かかる製造方法によれば、溶接接合工程に要する手間と時間を低減することができる。
【００１１】
また、前記突合部は、前記蓋溝の側壁と前記蓋板の側面とが離間して形成された離間溝を備えており、前記溶接接合工程では、前記離間溝に肉盛溶接を行うことが好ましい。
【００１２】
かかる製造方法によれば、離間溝に溶接金属を充填させることができるため、溶接接合工程を容易に行うことができる。
【００１３】
また、前記流入攪拌工程において、前記流入攪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が好ましい。かかる製造方法によれば、流入攪拌用回転ツールで蓋板の底面よりも深い部分まで確実に塑性流動化することができる。
【００１４】
また、前記流入攪拌工程において、前記溶接接合工程にて生成した溶接金属を、前記流入攪拌用回転ツールによって摩擦攪拌することが好ましい。かかる製造方法によれば、溶接金属が伝熱板の表面に露出することを防ぐことができる。
【００１５】
また、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が形成されている場合には、前記流入攪拌工程後に、前記上蓋溝に上蓋板を挿入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突合部に沿って接合用回転ツールを相対移動させて摩擦攪拌接合を行う上蓋接合工程と、を含むことが好ましい。
【００１６】
かかる製造方法によれば、蓋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、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】
【００１７】
本発明に係る伝熱板の製造方法によれば、熱交換効率が高い伝熱板を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
［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、第一実施形態に係る伝熱板を示した斜視図である。図２は、第一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）は模式配置図を示す。図３は、第一実施形態に係る伝熱板を示した模式断面図である。
【００１９】
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及び裏面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５ｃ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、摩擦攪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。
【００２０】
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５ｃ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。
【００２１】
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底部７が形成されている。これにより、熱媒体用管１６と凹溝８の底部７とを密接させることができる。凹溝８の開口部分は、熱媒体用管１６の外径と略同等の幅で形成されている。また、凹溝８の深さは、熱媒体用管１６の外径と略同等に形成されている。
【００２２】
蓋板１０は、図２及び図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、略平板状を呈する。蓋板１０は、断面視矩形を呈し、上面（表面）１１、下面（底面）１２、側面１３ａ及び側面１３ｂを有する。蓋板１０の幅は、本実施形態では、蓋溝６の幅よりも小さくなるように形成されている。蓋板１０の厚みは、蓋溝６の深さと略同等に形成されている。
【００２３】
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の幅及び深さ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の底部７とが面接触するか又は微細な隙間をあけて対向する。また、熱媒体用管１６の上端と蓋板１０の下面１２とが面接触するか又は微細な隙間をあけて対向する。
【００２４】
熱媒体用管１６は、中空部１８に、例えば高温液や高温ガスなどの熱媒体を循環させて、ベース部材２及び蓋板１０に熱を伝達させる部材、あるいは中空部１８に、例えば冷却水や冷却ガスなどの熱媒体を循環させて、ベース部材２及び蓋板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及び蓋板１０に伝達させる部材として利用してもよい。
【００２５】
図２の（ｂ）に示すように、ベース部材２に熱媒体用管１６を挿入するとともに、蓋溝６の幅方向の中心と蓋板１０の幅方向の中心とが重なるように配置すると、蓋溝６の側壁５ａと蓋板１０の側面１３ａとが突き合わされて突合部Ｖ１が形成される。また、蓋溝６の側壁５ｂと蓋板１０の側面１３ｂとが突き合わされて突合部Ｖ２が形成される。また、本実施形態では、蓋溝６の幅に対して蓋板１０の幅が小さく形成されているため、突合部Ｖ１には、蓋溝６の側壁５ａと蓋溝６の底面５ｃと蓋板１０の側面１３ａとからなる離間溝Ｕ１が形成される。また同様に、突合部Ｖ２には、蓋溝６の側壁５ｂと蓋溝６の底面５ｃと蓋板１０の側面１３ｂとからなる離間溝Ｕ２が形成される。
【００２６】
離間溝Ｕ１，Ｕ２は、後記する溶接接合工程において溶接金属が充填される部分である。離間溝Ｕ１，Ｕ２の幅は、特に限定されるものではないが、本実施形態では後記する流入攪拌用回転ツール２５（図５の（ｂ）参照）のピン２８の先端の幅よりも小さく形成されている。これにより、ベース部材２及び蓋板１０に対して確実に摩擦攪拌を行うことができる。また、離間溝Ｕ１，Ｕ２は、本実施形態では、断面視矩形に形成されているが、これに限定されるものではない。離間溝Ｕ１，Ｕ２は、例えば上方に向けて溝幅が大きくなるように形成してもよい。これにより、溶接作業を容易に行うことができる。
【００２７】
なお、本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るとともに、蓋板１０と熱媒体用管１６とを接触させるように形成したが、これに限定さるものではない。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。
【００２８】
塑性化領域Ｗ１，Ｗ２は、図１及び図３に示すように、突合部Ｖ１，Ｖ２に対して後記する流入攪拌工程を行った際に、ベース部材２、蓋板１０及び溶接金属Ｔの一部が塑性流動して一体化された領域である。突合部Ｖ１，Ｖ２（溶接金属Ｔ１，Ｔ２）に沿って、後記する流入攪拌工程を行うと、突合部Ｖ１，Ｖ２の周辺にかかるベース部材２、蓋板１０及び溶接金属Ｔの金属材料が摩擦熱により塑性流動化されて、空隙部Ｐ１，Ｐ２に塑性流動材が流入する。そして、当該塑性流動材が、再び固まって一体化される。
【００２９】
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、切削工程を示した図であり、（ｂ）は、熱媒体用管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る。図５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、溶接接合工程を示した図であり、（ｂ）は、流入攪拌工程を示した図であり、（ｃ）は、完成図である。図６は、第一実施形態に係る溶接接合工程を示した斜視図である。
【００３０】
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を挿入する蓋溝閉塞工程と、突合部Ｖ１，Ｖ２に沿って溶接を行ってベース部材２と蓋板１０とを接合する溶接接合工程と、蓋板１０の上面１１で凹溝８に沿って流入攪拌用回転ツール２５を移動させて空隙部Ｐに塑性流動材Ｑを流入させる流入攪拌工程とを含むものである。
【００３１】
（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、エンドミル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とを備えたベース部材２が形成される。凹溝８は、断面半円形の底部７を備えており、底部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、ベース部材２を第一実施形態においては切削加工により形成したが、アルミニウム合金の押出形材を用いてもよい。
【００３２】
（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。熱媒体用管１６の下半部は、凹溝８の下半分を形成する底部７と面接触する。
【００３３】
（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の中央に、アルミニウム合金からなる蓋板１０を挿入する。この際、蓋板１０の上面１１が、ベース部材２の表面３と面一なるとともに、蓋板１０の下面１２と熱媒体用管１６が接触する。蓋板１０の幅は、蓋溝６の幅よりも小さく形成されているため、突合部Ｖ１には、蓋溝６の側壁５ａ、底面５ｃ及び蓋板１０の側面１３ａからなる離間溝Ｕ１が形成される。また、突合部Ｖ２には、蓋溝６の側壁５ｂ、底面５ｃ及び蓋板１０の側面１３ｂからなる離間溝Ｕ２が形成される。
【００３４】
（溶接接合工程）
次に、図５の（ａ）及び図６に示すように、突合部Ｖ１，Ｖ２に沿って溶接を行って、ベース部材２と蓋板１０とを接合する。本実施形態では、突合部Ｖ１，Ｖ２に離間溝Ｕ１，Ｕ２が形成されているため、例えばＴＩＧ溶接又はＭＩＧ溶接などの肉盛溶接を行って離間溝Ｕ１，Ｕ２にそれぞれ溶接金属Ｔ１，Ｔ２を充填する。また、本実施形態の溶接接合工程では、ベース部材２の長手方向全長に亘って肉盛溶接を行っている。溶接接合工程では、溶接金属Ｔ１，Ｔ２がベース部材２の表面３よりも突出するように形成すると、摩擦攪拌の際の金属不足を補うことができるため好ましい。
【００３５】
なお、離間溝Ｕ１，Ｕ２のいずれか一方に対して溶接を行う場合は、溶接作業中に蓋板１０が移動しないように、いずれか他方の離間溝にスペーサを介設することが好ましい。溶接接合工程は、肉盛溶接に限定されるものではなく、公知の溶接であればよい。また、溶接作業は、複数回に分けて溶接金属Ｔ１，Ｔ２を充填してもよい。
【００３６】
（流入攪拌工程）
次に、図５の（ｂ）に示すように、蓋板１０の上面１１上で、凹溝８の長手方向に沿って流入攪拌用回転ツール２５を用いて摩擦攪拌接合を行い、空隙部Ｐ１，Ｐ２に摩擦熱によって塑性化された塑性流動材Ｑを流入させる。
流入攪拌用回転ツール２５は、例えば、工具鋼からなり、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。ピン２８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２８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。また、本実施形態では、流入攪拌用回転ツール２５は、蓋板１０の上面１１に押し込んで摩擦攪拌接合を施す際に、ピン２８の下端部（流入攪拌用回転ツール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を採用している。
【００３７】
流入攪拌工程における摩擦攪拌接合は、蓋板１０の上面（表面）１１で、高速回転する流入攪拌用回転ツール２５を押し込み、下方の凹溝８の長手方向に沿って流入攪拌用回転ツール２５を移動させる。即ち、流入攪拌用回転ツール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Ｐ１，Ｐ２と重なるように配置され、熱媒体用管１６の斜め上方で移動される。このとき、高速回転する流入攪拌用回転ツール２５のピン２８により、その周囲の蓋板１０、ベース部材２及び溶接金属Ｔ１，Ｔ２の各金属材料は、摩擦熱によって加熱され流動化される。
【００３８】
流入攪拌用回転ツール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が押し退ける蓋板１０の金属の体積が、熱媒体用管１６の周囲の一方の空隙部Ｐ１（Ｐ２）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Ｗ１（Ｗ２）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、流入攪拌用回転ツール２５のツール本体２６の底面２７の押込み力によって、空隙部Ｐ１（Ｐ２）へと押し出されて流入される。前記の摩擦攪拌接合は、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。流入攪拌工程における摩擦攪拌接合の後に、塑性化領域Ｗ１，Ｗ２の幅方向両側に発生したバリを取り除くことが好ましい。
【００３９】
なお、流入攪拌用回転ツール２５と熱媒体用管１６とを近接させて摩擦攪拌を行うと、熱媒体用管１６が変形する可能性がある。そのため、流入攪拌用回転ツール２５の挿入位置及び押込み量は、流入攪拌用回転ツール２５の大きさや蓋板１０及び凹溝８の幅の寸法に応じて適宜設定すればよい。本実施形態のように、突合部Ｖ１，Ｖ２（離間溝Ｕ１，Ｕ２）と流入攪拌用回転ツール２５の幅方向の中心とが重なるように配置させて流入撹拌工程を行えば、ベース部材２、蓋板１０及び溶接金属Ｔ１，Ｔ２がバランスよく攪拌されるため好ましい。
【００４０】
以上説明した伝熱板によれば、図５の（ｃ）等に示すように、突合部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とが接合されるとともに、空隙部Ｐ１，Ｐ２に塑性流動材Ｑが流入して充填されるため、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。
【００４１】
さらに、本実施形態によれば、流入攪拌工程に先だって溶接接合工程を行って、ベース部材２と蓋板１０とを予め接合することができるため、流入攪拌工程では蓋板１０が移動することなく好適に作業を行うことができる。また、本実施形態では、蓋溝６の幅よりも蓋板１０の幅を小さく形成して離間溝Ｕ１，Ｕ２を設け、当該離間溝Ｕ１，Ｕ２に溶接金属Ｔ１，Ｔ２を充填するようにしたため、溶接接合工程を容易に行うことができる。また、溶接金属Ｔ１，Ｔ２を蓋板１０の上面１１よりも突出させることで、流入攪拌工程の際の金属不足を補うことができる。
【００４２】
また、本実施形態では、塑性化領域Ｗ１，Ｗ２の内部に、溶接金属Ｔ１，Ｔ２が含まれるように流入攪拌用回転ツール２５の挿入位置を設定したため、溶接金属Ｔ１，Ｔ２が外部に露出するのを防ぐことができる。
【００４３】
図７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７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及び蓋板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。
【００４４】
なお、伝熱板１の連結方法は、あくまで例示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。
【００４５】
［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８は、第二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８に示す第二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、摩擦攪拌接合を施して接合した点で第一実施形態と相違する。
なお、前記した伝熱板１と同等の構造を下蓋部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。
【００４６】
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〜Ｗ４で摩擦攪拌接合により一体化されている。
ベース部材６２は、図８の（ａ）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６５と、上蓋溝６５の底面６５ｃ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６５は、断面視矩形を呈し、底面６５ｃから垂直に立ち上がる側壁６５ａ，６５ｂを備えている。上蓋溝６５の幅は、蓋溝６の幅よりも大きく形成されている。
【００４７】
図８に示すように、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、摩擦攪拌接合により塑性化領域Ｗ１，Ｗ２で接合されている。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と略同等に形成されている。
【００４８】
なお、上蓋溝６５の底面６５ｃには、摩擦攪拌接合を行ったことにより、段差（溝）やバリが発生している可能性がある。したがって、例えば塑性化領域Ｗ１，Ｗ２の表面を基準に、上蓋溝６５の底面６５ｃに面削加工を施して平滑に形成することが好ましい。これにより、上蓋板７０の下面７２と、面削後の上蓋溝６５の底面とを隙間なく配置することができる。
【００４９】
上蓋板７０は、図８に示すように、例えば、アルミニウム合金からなり、上蓋溝６５の断面と略同じ矩形断面を形成し、下面７２から垂直に形成された側面７３ａ及び側面７３ｂを有する。上蓋板７０は、上蓋溝６５に嵌合される。即ち、上蓋板７０の側面７３ａ，７３ｂは、上蓋溝６５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、上側突合部Ｖ３とする。また、側面７３ｂと側壁６５ｂとの突合せ面を、上側突合部Ｖ４とする。上側突合部Ｖ３，Ｖ４は、摩擦攪拌接合により、塑性化領域Ｗ３，Ｗ４で一体化されている。
【００５０】
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、上蓋溝６６の底面６５ｃを面削する面削工程と、上蓋板７０を配置する上蓋溝閉塞工程と、上側突合部Ｖ３，Ｖ４に沿って摩擦攪拌接合を施す上蓋本接合工程を含むものである。
【００５１】
（面削工程）
面削工程では、上蓋溝６５の底面６５ｃに形成された段差（溝）やバリを切削除去して、底面６５ｃを平滑にする。
【００５２】
（上溝閉塞工程）
上蓋溝閉塞工程では、面削工程をした後、上蓋溝６５の底面に上蓋板７０を配置する。面削工程を行ったことにより、上蓋板７０の下面７２と、上蓋溝６５の底面とを隙間なく配置することができる。
【００５３】
（上蓋本接合工程）
上蓋本接合工程では、上側突合部Ｖ３，Ｖ４に沿って接合用回転ツール（図示省略）を移動させて摩擦攪拌接合を施す。接合用回転ツールは、本実施形態では、流入攪拌用回転ツール２５（図５参照）よりも小型の回転ツールである。上蓋本接合工程における接合用回転ツールの押込み深さは、当該接合用回転ツールのピンの長さ及び上蓋板７０の厚み等を考慮して適宜設定すればよい。なお、上蓋本接合工程では、流入攪拌用回転ツール２５を用いて摩擦攪拌接合を行ってもよい。
【００５４】
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。
【００５５】
［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は、第三実施形態に係る伝熱板を示した断面図である。図９に示す第三実施形態に係る伝熱板８１は、第一実施形態に係る伝熱板１よりも蓋板１０の幅が大きく形成されており、溶接金属Ｔ１，Ｔ２が塑性化領域Ｗ１，Ｗ２の外部に露出する点で第一実施形態と相違する。
【００５６】
即ち、蓋溝６の幅及び蓋板１０の幅寸法が大きい場合には、熱媒体用管１６から離れた位置に突合部Ｖ１，Ｖ２が形成されるため、塑性化領域Ｗ１，Ｗ２の外部に溶接金属Ｔ１，Ｔ２が形成される。
【００５７】
第三実施形態に係る伝熱板８１の製造方法は、溶接金属Ｔ１，Ｔ２が塑性化領域Ｗ１，Ｗ２と重複しないことを除いては、第一実施形態に係る伝熱板１の製造方法と略同等であるため説明を省略する。
なお、第三実施形態では、流入攪拌工程を行った後に、溶接接合工程を行ってもよい。また、溶接接合工程では、第一実施形態と同様に、ベース部材２の表面３よりも突出する程度に肉盛溶接を行った後、溶接金属Ｔ１，Ｔ２の突出した部分を切削して、伝熱板８１の表面を面一に形成するのが好ましい。
【００５８】
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変更が可能である。例えば、図１０は、溶接接合工程の変形例を示した斜視図である。図１０に示すように、溶接接合工程の肉盛溶接を突合部Ｖ１，Ｖ２の長手方向に間欠的に行ってもよい。このように間欠的に行うことで、溶接作業を省略化することができる。
【００５９】
また、本実施形態では、蓋溝６の幅よりも蓋板１０の幅を小さく形成することで、離間溝Ｕ１，Ｕ２を形成したが、これに限定されるものではなく、蓋溝６と蓋板１０の幅を略同等に形成して蓋溝６と蓋板１０とを隙間なく突き合わせてもよい。そして、蓋溝６と蓋板１０とが突き合わされた突合部に対して溶接を行えばよい。また、溶接接合工程は、本実施形態では肉盛溶接によって行ったが、他の公知の溶接でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【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図であって、（ａ）は分解断面図、（ｂ）は模式配置図を示す。
【図３】第一実施形態に係る伝熱板を示した模式断面図である。
【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、切削工程を示した図であり、（ｂ）は、熱媒体用管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る。
【図５】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、溶接接合工程を示した図であり、（ｂ）は、流入攪拌工程を示した図であり、（ｃ）は、完成図である。
【図６】第一実施形態に係る溶接接合工程を示した斜視図である。
【図７】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８】第二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９】第三実施形態に係る伝熱板を示した断面図である。
【図１０】溶接接合工程の変形例を示した斜視図である。
【図１１】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。
【符号の説明】
【００６１】
１ 伝熱板
２ ベース部材
５ａ （蓋溝の）側壁
５ｂ （蓋溝の）側壁
６ 蓋溝
８ 凹溝
１０ 蓋板
１３ａ （蓋板の）側面
１３ｂ （蓋板の）側面
１６ 熱媒体用管
２５ 流入攪拌用回転ツール
６１ 伝熱板
６５ 上蓋溝
６５ａ 側壁
６５ｂ 側壁
７０ 上蓋板
７３ａ 側面
７３ｂ 側面
Ｐ 空隙部
Ｑ 塑性流動材
Ｕ 離間溝
Ｖ 突合部
Ｗ 塑性化領域
【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。
【０００３】
図１１は、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。従来の伝熱板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とを有するベース部材１０２と、凹溝１０８に挿入される熱媒体用管１１６と、蓋溝１０６に挿入される蓋板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攪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（特許文献１参照）。
【０００４】
【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】
【０００５】
図１１の（ｂ）に示すように、伝熱板１００には、凹溝１０８と熱媒体用管１１６の外周面と蓋板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及びベース部材１０２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。
【０００６】
このような観点から、本発明は、熱交換効率が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】
【０００７】
このような課題を解決する本発明に係る伝熱板の製造方法は、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、前記蓋溝の側壁と前記蓋板の側面との突合部に沿って溶接を行って前記ベース部材と前記蓋板とを接合する溶接接合工程と、前記蓋板の表面で、前記凹溝に沿って流入攪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攪拌工程と、を有することを特徴とする。
【０００８】
かかる製造方法によれば、蓋板とベース部材とを溶接により一体化するとともに、流入攪拌工程を行うことにより、熱媒体用管の周囲に形成された空隙部に塑性流動材を流入させて、熱媒体用管の周囲の空隙を小さくすることができる。これにより、伝熱板の熱交換効率を高めることができる。
【０００９】
また、前記流入攪拌工程の前に、前記溶接接合工程を行うことが好ましい。かかる製造方法によれば、予め蓋板をベース部材に接合しておくことで蓋板が移動しないため、流入攪拌工程を容易に行うことができる。
【００１０】
また、前記溶接接合工程において、前記蓋溝の側壁と前記蓋板の側面との突合部に沿って間欠的に溶接を行うことが好ましい。かかる製造方法によれば、溶接接合工程に要する手間と時間を低減することができる。
【００１１】
また、前記突合部は、前記蓋溝の側壁と前記蓋板の側面とが離間して形成された離間溝を備えており、前記溶接接合工程では、前記離間溝に肉盛溶接を行うことが好ましい。
【００１２】
かかる製造方法によれば、離間溝に溶接金属を充填させることができるため、溶接接合工程を容易に行うことができる。
【００１３】
また、前記流入攪拌工程において、前記流入攪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が好ましい。かかる製造方法によれば、流入攪拌用回転ツールで蓋板の底面よりも深い部分まで確実に塑性流動化することができる。
【００１４】
また、前記流入攪拌工程において、前記溶接接合工程にて生成した溶接金属を、前記流入攪拌用回転ツールによって摩擦攪拌することが好ましい。かかる製造方法によれば、溶接金属が伝熱板の表面に露出することを防ぐことができる。
【００１５】
また、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が形成されている場合には、前記流入攪拌工程後に、前記上蓋溝に上蓋板を挿入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突合部に沿って接合用回転ツールを相対移動させて摩擦攪拌接合を行う上蓋接合工程と、を含むことが好ましい。
【００１６】
かかる製造方法によれば、蓋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、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】
【００１７】
本発明に係る伝熱板の製造方法によれば、熱交換効率が高い伝熱板を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
［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、第一実施形態に係る伝熱板を示した斜視図である。図２は、第一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）は模式配置図を示す。図３は、第一実施形態に係る伝熱板を示した模式断面図である。
【００１９】
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及び裏面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５ｃ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、摩擦攪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。
【００２０】
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５ｃ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。
【００２１】
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底部７が形成されている。これにより、熱媒体用管１６と凹溝８の底部７とを密接させることができる。凹溝８の開口部分は、熱媒体用管１６の外径と略同等の幅で形成されている。また、凹溝８の深さは、熱媒体用管１６の外径と略同等に形成されている。
【００２２】
蓋板１０は、図２及び図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、略平板状を呈する。蓋板１０は、断面視矩形を呈し、上面（表面）１１、下面（底面）１２、側面１３ａ及び側面１３ｂを有する。蓋板１０の幅は、本実施形態では、蓋溝６の幅よりも小さくなるように形成されている。蓋板１０の厚みは、蓋溝６の深さと略同等に形成されている。
【００２３】
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の幅及び深さ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の底部７とが面接触するか又は微細な隙間をあけて対向する。また、熱媒体用管１６の上端と蓋板１０の下面１２とが面接触するか又は微細な隙間をあけて対向する。
【００２４】
熱媒体用管１６は、中空部１８に、例えば高温液や高温ガスなどの熱媒体を循環させて、ベース部材２及び蓋板１０に熱を伝達させる部材、あるいは中空部１８に、例えば冷却水や冷却ガスなどの熱媒体を循環させて、ベース部材２及び蓋板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及び蓋板１０に伝達させる部材として利用してもよい。
【００２５】
図２の（ｂ）に示すように、ベース部材２に熱媒体用管１６を挿入するとともに、蓋溝６の幅方向の中心と蓋板１０の幅方向の中心とが重なるように配置すると、蓋溝６の側壁５ａと蓋板１０の側面１３ａとが突き合わされて突合部Ｖ１が形成される。また、蓋溝６の側壁５ｂと蓋板１０の側面１３ｂとが突き合わされて突合部Ｖ２が形成される。また、本実施形態では、蓋溝６の幅に対して蓋板１０の幅が小さく形成されているため、突合部Ｖ１には、蓋溝６の側壁５ａと蓋溝６の底面５ｃと蓋板１０の側面１３ａとからなる離間溝Ｕ１が形成される。また同様に、突合部Ｖ２には、蓋溝６の側壁５ｂと蓋溝６の底面５ｃと蓋板１０の側面１３ｂとからなる離間溝Ｕ２が形成される。
【００２６】
離間溝Ｕ１，Ｕ２は、後記する溶接接合工程において溶接金属が充填される部分である。離間溝Ｕ１，Ｕ２の幅は、特に限定されるものではないが、本実施形態では後記する流入攪拌用回転ツール２５（図５の（ｂ）参照）のピン２８の先端の幅よりも小さく形成されている。これにより、ベース部材２及び蓋板１０に対して確実に摩擦攪拌を行うことができる。また、離間溝Ｕ１，Ｕ２は、本実施形態では、断面視矩形に形成されているが、これに限定されるものではない。離間溝Ｕ１，Ｕ２は、例えば上方に向けて溝幅が大きくなるように形成してもよい。これにより、溶接作業を容易に行うことができる。
【００２７】
なお、本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るとともに、蓋板１０と熱媒体用管１６とを接触させるように形成したが、これに限定さるものではない。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。
【００２８】
塑性化領域Ｗ１，Ｗ２は、図１及び図３に示すように、突合部Ｖ１，Ｖ２に対して後記する流入攪拌工程を行った際に、ベース部材２、蓋板１０及び溶接金属Ｔの一部が塑性流動して一体化された領域である。突合部Ｖ１，Ｖ２（溶接金属Ｔ１，Ｔ２）に沿って、後記する流入攪拌工程を行うと、突合部Ｖ１，Ｖ２の周辺にかかるベース部材２、蓋板１０及び溶接金属Ｔの金属材料が摩擦熱により塑性流動化されて、空隙部Ｐ１，Ｐ２に塑性流動材が流入する。そして、当該塑性流動材が、再び固まって一体化される。
【００２９】
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、切削工程を示した図であり、（ｂ）は、熱媒体用管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る。図５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、溶接接合工程を示した図であり、（ｂ）は、流入攪拌工程を示した図であり、（ｃ）は、完成図である。図６は、第一実施形態に係る溶接接合工程を示した斜視図である。
【００３０】
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を挿入する蓋溝閉塞工程と、突合部Ｖ１，Ｖ２に沿って溶接を行ってベース部材２と蓋板１０とを接合する溶接接合工程と、蓋板１０の上面１１で凹溝８に沿って流入攪拌用回転ツール２５を移動させて空隙部Ｐに塑性流動材Ｑを流入させる流入攪拌工程とを含むものである。
【００３１】
（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、エンドミル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とを備えたベース部材２が形成される。凹溝８は、断面半円形の底部７を備えており、底部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、ベース部材２を第一実施形態においては切削加工により形成したが、アルミニウム合金の押出形材を用いてもよい。
【００３２】
（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。熱媒体用管１６の下半部は、凹溝８の下半分を形成する底部７と面接触する。
【００３３】
（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の中央に、アルミニウム合金からなる蓋板１０を挿入する。この際、蓋板１０の上面１１が、ベース部材２の表面３と面一なるとともに、蓋板１０の下面１２と熱媒体用管１６が接触する。蓋板１０の幅は、蓋溝６の幅よりも小さく形成されているため、突合部Ｖ１には、蓋溝６の側壁５ａ、底面５ｃ及び蓋板１０の側面１３ａからなる離間溝Ｕ１が形成される。また、突合部Ｖ２には、蓋溝６の側壁５ｂ、底面５ｃ及び蓋板１０の側面１３ｂからなる離間溝Ｕ２が形成される。
【００３４】
（溶接接合工程）
次に、図５の（ａ）及び図６に示すように、突合部Ｖ１，Ｖ２に沿って溶接を行って、ベース部材２と蓋板１０とを接合する。本実施形態では、突合部Ｖ１，Ｖ２に離間溝Ｕ１，Ｕ２が形成されているため、例えばＴＩＧ溶接又はＭＩＧ溶接などの肉盛溶接を行って離間溝Ｕ１，Ｕ２にそれぞれ溶接金属Ｔ１，Ｔ２を充填する。また、本実施形態の溶接接合工程では、ベース部材２の長手方向全長に亘って肉盛溶接を行っている。溶接接合工程では、溶接金属Ｔ１，Ｔ２がベース部材２の表面３よりも突出するように形成すると、摩擦攪拌の際の金属不足を補うことができるため好ましい。
【００３５】
なお、離間溝Ｕ１，Ｕ２のいずれか一方に対して溶接を行う場合は、溶接作業中に蓋板１０が移動しないように、いずれか他方の離間溝にスペーサを介設することが好ましい。溶接接合工程は、肉盛溶接に限定されるものではなく、公知の溶接であればよい。また、溶接作業は、複数回に分けて溶接金属Ｔ１，Ｔ２を充填してもよい。
【００３６】
（流入攪拌工程）
次に、図５の（ｂ）に示すように、蓋板１０の上面１１上で、凹溝８の長手方向に沿って流入攪拌用回転ツール２５を用いて摩擦攪拌接合を行い、空隙部Ｐ１，Ｐ２に摩擦熱によって塑性化された塑性流動材Ｑを流入させる。
流入攪拌用回転ツール２５は、例えば、工具鋼からなり、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。ピン２８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２８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。また、本実施形態では、流入攪拌用回転ツール２５は、蓋板１０の上面１１に押し込んで摩擦攪拌接合を施す際に、ピン２８の下端部（流入攪拌用回転ツール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を採用している。
【００３７】
流入攪拌工程における摩擦攪拌接合は、蓋板１０の上面（表面）１１で、高速回転する流入攪拌用回転ツール２５を押し込み、下方の凹溝８の長手方向に沿って流入攪拌用回転ツール２５を移動させる。即ち、流入攪拌用回転ツール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Ｐ１，Ｐ２と重なるように配置され、熱媒体用管１６の斜め上方で移動される。このとき、高速回転する流入攪拌用回転ツール２５のピン２８により、その周囲の蓋板１０、ベース部材２及び溶接金属Ｔ１，Ｔ２の各金属材料は、摩擦熱によって加熱され流動化される。
【００３８】
流入攪拌用回転ツール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が押し退ける蓋板１０の金属の体積が、熱媒体用管１６の周囲の一方の空隙部Ｐ１（Ｐ２）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Ｗ１（Ｗ２）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、流入攪拌用回転ツール２５のツール本体２６の底面２７の押込み力によって、空隙部Ｐ１（Ｐ２）へと押し出されて流入される。前記の摩擦攪拌接合は、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。流入攪拌工程における摩擦攪拌接合の後に、塑性化領域Ｗ１，Ｗ２の幅方向両側に発生したバリを取り除くことが好ましい。
【００３９】
なお、流入攪拌用回転ツール２５と熱媒体用管１６とを近接させて摩擦攪拌を行うと、熱媒体用管１６が変形する可能性がある。そのため、流入攪拌用回転ツール２５の挿入位置及び押込み量は、流入攪拌用回転ツール２５の大きさや蓋板１０及び凹溝８の幅の寸法に応じて適宜設定すればよい。本実施形態のように、突合部Ｖ１，Ｖ２（離間溝Ｕ１，Ｕ２）と流入攪拌用回転ツール２５の幅方向の中心とが重なるように配置させて流入撹拌工程を行えば、ベース部材２、蓋板１０及び溶接金属Ｔ１，Ｔ２がバランスよく攪拌されるため好ましい。
【００４０】
以上説明した伝熱板によれば、図５の（ｃ）等に示すように、突合部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とが接合されるとともに、空隙部Ｐ１，Ｐ２に塑性流動材Ｑが流入して充填されるため、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。
【００４１】
さらに、本実施形態によれば、流入攪拌工程に先だって溶接接合工程を行って、ベース部材２と蓋板１０とを予め接合することができるため、流入攪拌工程では蓋板１０が移動することなく好適に作業を行うことができる。また、本実施形態では、蓋溝６の幅よりも蓋板１０の幅を小さく形成して離間溝Ｕ１，Ｕ２を設け、当該離間溝Ｕ１，Ｕ２に溶接金属Ｔ１，Ｔ２を充填するようにしたため、溶接接合工程を容易に行うことができる。また、溶接金属Ｔ１，Ｔ２を蓋板１０の上面１１よりも突出させることで、流入攪拌工程の際の金属不足を補うことができる。
【００４２】
また、本実施形態では、塑性化領域Ｗ１，Ｗ２の内部に、溶接金属Ｔ１，Ｔ２が含まれるように流入攪拌用回転ツール２５の挿入位置を設定したため、溶接金属Ｔ１，Ｔ２が外部に露出するのを防ぐことができる。
【００４３】
図７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７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及び蓋板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。
【００４４】
なお、伝熱板１の連結方法は、あくまで例示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。
【００４５】
［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８は、第二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８に示す第二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、摩擦攪拌接合を施して接合した点で第一実施形態と相違する。
なお、前記した伝熱板１と同等の構造を下蓋部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。
【００４６】
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〜Ｗ４で摩擦攪拌接合により一体化されている。
ベース部材６２は、図８の（ａ）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６５と、上蓋溝６５の底面６５ｃ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６５は、断面視矩形を呈し、底面６５ｃから垂直に立ち上がる側壁６５ａ，６５ｂを備えている。上蓋溝６５の幅は、蓋溝６の幅よりも大きく形成されている。
【００４７】
図８に示すように、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、摩擦攪拌接合により塑性化領域Ｗ１，Ｗ２で接合されている。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と略同等に形成されている。
【００４８】
なお、上蓋溝６５の底面６５ｃには、摩擦攪拌接合を行ったことにより、段差（溝）やバリが発生している可能性がある。したがって、例えば塑性化領域Ｗ１，Ｗ２の表面を基準に、上蓋溝６５の底面６５ｃに面削加工を施して平滑に形成することが好ましい。これにより、上蓋板７０の下面７２と、面削後の上蓋溝６５の底面とを隙間なく配置することができる。
【００４９】
上蓋板７０は、図８に示すように、例えば、アルミニウム合金からなり、上蓋溝６５の断面と略同じ矩形断面を形成し、下面７２から垂直に形成された側面７３ａ及び側面７３ｂを有する。上蓋板７０は、上蓋溝６５に嵌合される。即ち、上蓋板７０の側面７３ａ，７３ｂは、上蓋溝６５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、上側突合部Ｖ３とする。また、側面７３ｂと側壁６５ｂとの突合せ面を、上側突合部Ｖ４とする。上側突合部Ｖ３，Ｖ４は、摩擦攪拌接合により、塑性化領域Ｗ３，Ｗ４で一体化されている。
【００５０】
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、上蓋溝６６の底面６５ｃを面削する面削工程と、上蓋板７０を配置する上蓋溝閉塞工程と、上側突合部Ｖ３，Ｖ４に沿って摩擦攪拌接合を施す上蓋本接合工程を含むものである。
【００５１】
（面削工程）
面削工程では、上蓋溝６５の底面６５ｃに形成された段差（溝）やバリを切削除去して、底面６５ｃを平滑にする。
【００５２】
（上溝閉塞工程）
上蓋溝閉塞工程では、面削工程をした後、上蓋溝６５の底面に上蓋板７０を配置する。面削工程を行ったことにより、上蓋板７０の下面７２と、上蓋溝６５の底面とを隙間なく配置することができる。
【００５３】
（上蓋本接合工程）
上蓋本接合工程では、上側突合部Ｖ３，Ｖ４に沿って接合用回転ツール（図示省略）を移動させて摩擦攪拌接合を施す。接合用回転ツールは、本実施形態では、流入攪拌用回転ツール２５（図５参照）よりも小型の回転ツールである。上蓋本接合工程における接合用回転ツールの押込み深さは、当該接合用回転ツールのピンの長さ及び上蓋板７０の厚み等を考慮して適宜設定すればよい。なお、上蓋本接合工程では、流入攪拌用回転ツール２５を用いて摩擦攪拌接合を行ってもよい。
【００５４】
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。
【００５５】
［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は、第三実施形態に係る伝熱板を示した断面図である。図９に示す第三実施形態に係る伝熱板８１は、第一実施形態に係る伝熱板１よりも蓋板１０の幅が大きく形成されており、溶接金属Ｔ１，Ｔ２が塑性化領域Ｗ１，Ｗ２の外部に露出する点で第一実施形態と相違する。
【００５６】
即ち、蓋溝６の幅及び蓋板１０の幅寸法が大きい場合には、熱媒体用管１６から離れた位置に突合部Ｖ１，Ｖ２が形成されるため、塑性化領域Ｗ１，Ｗ２の外部に溶接金属Ｔ１，Ｔ２が形成される。
【００５７】
第三実施形態に係る伝熱板８１の製造方法は、溶接金属Ｔ１，Ｔ２が塑性化領域Ｗ１，Ｗ２と重複しないことを除いては、第一実施形態に係る伝熱板１の製造方法と略同等であるため説明を省略する。
なお、第三実施形態では、流入攪拌工程を行った後に、溶接接合工程を行ってもよい。また、溶接接合工程では、第一実施形態と同様に、ベース部材２の表面３よりも突出する程度に肉盛溶接を行った後、溶接金属Ｔ１，Ｔ２の突出した部分を切削して、伝熱板８１の表面を面一に形成するのが好ましい。
【００５８】
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変更が可能である。例えば、図１０は、溶接接合工程の変形例を示した斜視図である。図１０に示すように、溶接接合工程の肉盛溶接を突合部Ｖ１，Ｖ２の長手方向に間欠的に行ってもよい。このように間欠的に行うことで、溶接作業を省略化することができる。
【００５９】
また、本実施形態では、蓋溝６の幅よりも蓋板１０の幅を小さく形成することで、離間溝Ｕ１，Ｕ２を形成したが、これに限定されるものではなく、蓋溝６と蓋板１０の幅を略同等に形成して蓋溝６と蓋板１０とを隙間なく突き合わせてもよい。そして、蓋溝６と蓋板１０とが突き合わされた突合部に対して溶接を行えばよい。また、溶接接合工程は、本実施形態では肉盛溶接によって行ったが、他の公知の溶接でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【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図であって、（ａ）は分解断面図、（ｂ）は模式配置図を示す。
【図３】第一実施形態に係る伝熱板を示した模式断面図である。
【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、切削工程を示した図であり、（ｂ）は、熱媒体用管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る。
【図５】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、溶接接合工程を示した図であり、（ｂ）は、流入攪拌工程を示した図であり、（ｃ）は、完成図である。
【図６】第一実施形態に係る溶接接合工程を示した斜視図である。
【図７】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８】第二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９】第三実施形態に係る伝熱板を示した断面図である。
【図１０】溶接接合工程の変形例を示した斜視図である。
【図１１】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。
【符号の説明】
【００６１】
１ 伝熱板
２ ベース部材
５ａ （蓋溝の）側壁
５ｂ （蓋溝の）側壁
６ 蓋溝
８ 凹溝
１０ 蓋板
１３ａ （蓋板の）側面
１３ｂ （蓋板の）側面
１６ 熱媒体用管
２５ 流入攪拌用回転ツール
６１ 伝熱板
６５ 上蓋溝
６５ａ 側壁
６５ｂ 側壁
７０ 上蓋板
７３ａ 側面
７３ｂ 側面
Ｐ 空隙部
Ｑ 塑性流動材
Ｕ 離間溝
Ｖ 突合部
Ｗ 塑性化領域
【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、
前記蓋溝の側壁と前記蓋板の側面との突合部に沿って溶接を行って前記ベース部材と前記蓋板とを接合する溶接接合工程と、
前記蓋板の表面で、前記凹溝に沿って流入攪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攪拌工程と、を有することを特徴とする伝熱板の製造方法。
【請求項２】
前記流入攪拌工程の前に、前記溶接接合工程を行う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】
前記溶接接合工程において、前記蓋溝の側壁と前記蓋板の側面との突合部に沿って間欠的に溶接を行う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】
前記突合部は、前記蓋溝の側壁と前記蓋板の側面とが離間して形成された離間溝を備えており、
前記溶接接合工程では、前記離間溝に肉盛溶接を行う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】
前記流入攪拌工程において、前記流入攪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のいずれか一項に記載の伝熱板の製造方法。
【請求項６】
前記流入攪拌工程において、前記溶接接合工程にて生成した溶接金属を、前記流入攪拌用回転ツールによって摩擦攪拌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】
前記流入攪拌工程後に、
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挿入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突合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。
【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、
前記蓋溝の側壁と前記蓋板の側面との突合部に沿って溶接を行って前記ベース部材と前記蓋板とを接合する溶接接合工程と、
前記蓋板の表面で、前記凹溝に沿って流入攪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攪拌工程と、を有することを特徴とする伝熱板の製造方法。
【請求項２】
前記流入攪拌工程の前に、前記溶接接合工程を行う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】
前記溶接接合工程において、前記蓋溝の側壁と前記蓋板の側面との突合部に沿って間欠的に溶接を行う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】
前記突合部は、前記蓋溝の側壁と前記蓋板の側面とが離間して形成された離間溝を備えており、
前記溶接接合工程では、前記離間溝に肉盛溶接を行う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】
前記流入攪拌工程において、前記流入攪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のいずれか一項に記載の伝熱板の製造方法。
【請求項６】
前記流入攪拌工程において、前記溶接接合工程にて生成した溶接金属を、前記流入攪拌用回転ツールによって摩擦攪拌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】
前記流入攪拌工程後に、
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挿入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突合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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−１７７３９（Ｐ２０１０−１７７３９Ａ）
【公開日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１８０１７６（Ｐ２００８−１８０１７６）
【出願日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【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２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【出願人】（０００００４７４３）日本軽金属株式会社 (627)
【Ｆターム（参考）】
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