伝熱板の製造方法
【課題】摩擦攪拌によって形成され平坦性の高い伝熱板を製造することができる伝熱板の製造方法を提供することを課題とする。
【解決手段】ベース部材２の表面Ｚａ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２０を挿入する熱媒体用管挿入工程と、蓋溝に蓋板１０を挿入する蓋溝閉塞工程と、蓋溝の側壁と蓋板１０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を行う接合工程と、接合工程により形成されたベース部材２の裏面Ｚｂ側に凸となる反りを、ベース部材２の表面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ることで矯正する矯正工程と、前記矯正工程後に、一体形成された伝熱板に焼鈍を行う焼鈍工程と、を含むことを特徴とする。
【解決手段】ベース部材２の表面Ｚａ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２０を挿入する熱媒体用管挿入工程と、蓋溝に蓋板１０を挿入する蓋溝閉塞工程と、蓋溝の側壁と蓋板１０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を行う接合工程と、接合工程により形成されたベース部材２の裏面Ｚｂ側に凸となる反りを、ベース部材２の表面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ることで矯正する矯正工程と、前記矯正工程後に、一体形成された伝熱板に焼鈍を行う焼鈍工程と、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、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凹溝を備えている。かかる伝熱板の製造方法は、例えば、特許文献１に記載された方法が知られている。図２０は、特許文献１に係る伝熱板の製造方法によって形成された伝熱板を示した断面図である。
【０００３】
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、を備えている。伝熱板１００は、蓋溝１０６における両側壁と蓋板１１０の両側面とが突き合わされたそれぞれの突合部Ｊ，Ｊに沿って摩擦攪拌接合を行って一体成形されている。これにより、伝熱板１００の突合部Ｊ，Ｊには、摩擦攪拌によって塑性化された塑性化領域Ｗ，Ｗがそれぞれ形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３１４１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
かかる伝熱板の製造方法によって形成された伝熱板１００は、ベース部材１０２の表面から摩擦攪拌を行うため、熱収縮によって塑性化領域Ｗ，Ｗが縮むと、伝熱板が反って撓んでしまうという問題があった。
このような観点から、本発明は、平坦性の高い伝熱板を製造することができる伝熱板の製造方法を提供することを課題とする。
【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凹溝の周囲に形成された蓋溝に、蓋板を挿入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接合用回転ツールを相対移動させて摩擦攪拌を行う接合工程と、前記接合工程により形成された前記ベース部材の裏面側に凸となる反りを、前記ベース部材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ることで矯正する矯正工程と、前記矯正工程後に、一体形成された伝熱板に焼鈍を行う焼鈍工程と、を含むことを特徴とする。
また、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熱媒体用管挿入工程と、前記蓋溝に蓋板を挿入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接合用回転ツールを相対移動させて摩擦攪拌を行う接合工程と、前記接合工程により形成された前記ベース部材の裏面側に凸となる反りを、前記ベース部材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ることで矯正する矯正工程と、前記矯正工程後に、一体形成された伝熱板に焼鈍を行う焼鈍工程と、を含むことを特徴とする。
【０００７】
かかる製造方法によれば、矯正工程において前記ベース部材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ることにより、前記接合工程により形成された前記ベース部材の裏面側に凸となる反りを矯正し、伝熱板の平坦性を高めることができる。また、塑性化領域に残留する内部応力を除去して伝熱板の反りをより解消することができる。
【０００８】
また、前記接合工程において、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れた塑性流動材を流入させることが好ましい。かかる製造方法によれば、伝熱板の内部に形成される空隙部を小さくすることができるため、水密性及び気密性の高い伝熱板を製造することができる。
【０００９】
また、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凹溝に蓋板を挿入する蓋板挿入工程と、前記凹溝に沿って接合用回転ツールを相対移動させて摩擦攪拌を行う接合工程と、前記接合工程により形成された前記ベース部材の裏面側に凸となる反りを、前記ベース部材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ることで矯正する矯正工程と、前記矯正工程後に、一体形成された伝熱板に焼鈍を行う焼鈍工程と、を含むことを特徴とする。
また、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凹溝に、熱媒体用管を挿入する熱媒体用管挿入工程と、前記凹溝に蓋板を挿入する蓋板挿入工程と、前記凹溝に沿って接合用回転ツールを相対移動させて摩擦攪拌を行う接合工程と、前記接合工程により形成された前記ベース部材の裏面側に凸となる反りを、前記ベース部材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ることで矯正する矯正工程と、前記矯正工程後に、一体形成された伝熱板に焼鈍を行う焼鈍工程と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
かかる製造方法によれば、矯正工程において前記ベース部材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ることにより、前記接合工程により形成された前記ベース部材の裏面側に凸となる反りを矯正し、伝熱板の平坦性を高めることができる。また、塑性化領域に残留する内部応力を除去して伝熱板の反りをより解消することができる。
【００１１】
また、前記接合工程では、前記接合用回転ツールの押圧力によって前記蓋板が前記熱媒体用管の上部を押圧するとともに、前記蓋板の少なくとも上部と前記ベース部材とを摩擦攪拌することが好ましい。
【００１２】
かかる製造方法によれば、蓋板が熱媒体用管を押圧しながら摩擦攪拌を行うことにより、熱媒体用管の周囲に形成される空隙部を小さくすることができるため、水密性及び気密性の高い伝熱板を製造することができる。
【００１３】
また、前記矯正工程では、前記ベース部材を押圧するプレス矯正、前記ベース部材上でロール部材を回転させるロール矯正又は前記ベース部材をハンマーなどの衝打具で衝打する衝打矯正を行うことにより、前記反りを矯正することが好ましい。また、矯正工程を行う際に、前記ベース部材の裏面側の中央付近に当接する第一補助部材を配置するとともに、前記ベース部材の表面側の周縁付近に当接する第二補助部材及び第三補助部材を、前記第一補助部材を挟んで両側に配置した状態で、前記反りをプレス矯正、衝打矯正又はロール矯正を行うことが好ましい。
【００１４】
かかる製造方法によれば、ベース部材が裏面側に凸の状態から表面側に凸の状態になるように強制的に押圧力が加わって、ベース部材が、反りとは反対側に強制的に撓ませられるため反りを矯正することができる。また、補助部材を配置することで、プレス矯正、ロール矯正又は衝打矯正の作業性を高めることができる。
【００１５】
また、前記各補助部材は、前記ベース部材よりも硬度が低い材料を用いていることが好ましい。かかる製造方法によれば、プレス矯正、ロール矯正又は衝打矯正で押圧する際に、ベース部材を傷つけることなく矯正することができる。
【００１６】
また、前記焼鈍工程では、前記熱媒体用管の内部にヒーターを配置しておき、前記矯正工程後に前記ヒーターに通電して、前記伝熱板を焼鈍することが好ましい。かかる製造方法によれば、塑性化領域に残留する内部応力を除去して伝熱板の反りをより解消することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る伝熱板の製造方法によれば、平坦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】
【００１８】
【図１】第一実施形態に係る伝熱板を示した図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は、（ａ）のＩ−Ｉ線断面図である。
【図２】第一実施形態に係る伝熱板を示した図であって、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は分解断面図である。
【図３】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）は溝形成工程、（ｂ）は熱媒体用管挿入工程、（ｃ）は蓋溝閉塞工程を示す。
【図４】接合用回転ツールを示した側面図である。
【図５】第一実施形態に係る伝熱板の製造方法において、接合工程を行う前を示した斜視図である。
【図６】第一実施形態に係る伝熱板の製造方法において、接合工程を段階的に示した平面図である。
【図７】第一実施形態に係る伝熱板の製造方法において、接合工程を行った後を示した図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は地点ｃ及び地点ｆを結ぶ線の断面図である。
【図８】第一実施形態に係るプレス矯正の準備段階を示した斜視図である。
【図９】第一実施形態に係るプレス矯正を示した側面図であって、（ａ）はプレス前、（ｂ）はプレス中を示した図である。
【図１０】第一実施形態に係るプレス矯正の押圧位置を示した平面図である。
【図１１】第一実施形態に係るロール矯正を示した図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）はプレス前を示した側面図、（ｃ）はプレス中を示した側面図である。
【図１２】第二実施形態に係る伝熱板を示した断面図である。
【図１３】第三実施形態に係る伝熱板を示した断面図である。
【図１４】第四実施形態に係る伝熱板を示した斜視図である。
【図１５】第四実施形態に係る伝熱板を示した分解斜視図である。
【図１６】第四実施形態に係る伝熱板を示した分解断面図である。
【図１７】第四実施形態に係る伝熱板の製造方法において、（ａ）は接合工程を示した斜視図、（ｂ）は、（ａ）のII-II線断面図である。
【図１８】第四実施形態に係る伝熱板の製造方法において、接合工程を行った後を示した図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は地点ｃ及び地点ｆを結ぶ線の断面図である。
【図１９】第五実施形態に係る伝熱板の製造方法を示した断面図である。
【図２０】特許文献１に係る伝熱板の製造方法によって形成された伝熱板を示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
［第一実施形態］
本発明の第一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。まず、本実施形態に係る製造方法によって製造された伝熱板１について説明する。本実施形態においては、伝熱板１をヒートプレートとして用いる場合を例にして説明する。
【００２０】
伝熱板１は、図１の（ａ）及び（ｂ）に示すように、平面視矩形の板厚のベース部材２と、ベース部材２の内部に埋設される熱媒体用管２０と、ベース部材２に凹設された溝に配置された蓋板１０と、を主に備えている。ベース部材２と蓋板１０との突合部Ｊ１，Ｊ２は、それぞれ摩擦攪拌によって接合されている。かかる伝熱板１は、熱媒体用管２０に挿通された図示しないマイクロヒーター等で加熱して使用される。
【００２１】
ベース部材２は、熱媒体用管２０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２０に流れる熱媒体に伝達させる役割を果たすものである。ベース部材２は、図２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、平面視正方形を呈する直方体であって、本実施形態では、厚みが３０ｍｍ〜１２０ｍｍのものを用いる。ベース部材２は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、チタン、チタン合金、マグネシウム、マグネシウム合金など摩擦攪拌可能な金属材料からなる。ベース部材２の表面Ｚａには、蓋溝６が凹設されており、蓋溝６の底面６ｃ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。
【００２２】
蓋溝６は、図２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、蓋板１０が配置される部分であって、平面視略馬蹄状に一定の幅及び深さで連続して形成されている。蓋溝６は、断面視矩形を呈し、蓋溝６の底面６ｃから垂直に立ち上がる側壁６ａ，６ｂを備えている。
【００２３】
凹溝８は、熱媒体用管２０が挿入される部分であって、蓋溝６の底面６ｃの中央部分に、蓋溝６の全長に亘って形成されている。凹溝８は、上方が開口した断面視Ｕ字状の溝であって、下端には断面視半円形状の底面７が形成されている。凹溝８の開口部分の幅Ａ及び凹溝８の深さＣは、熱媒体用管２０の外径Ｂと略同等に形成されている。また、蓋溝６の幅Ｅ及び深さＧは、蓋板１０の幅及び厚みと略同等に形成されている。
【００２４】
熱媒体用管２０は、図２の（ａ）及び（ｂ）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２０は、本実施形態では銅からなり、平面視略馬蹄状を呈する。熱媒体用管２０の外径Ｂは、凹溝８の幅Ａ及び凹溝８の深さＣと略同等に形成されているため、熱媒体用管２０及び蓋板１０をベース部材２に配置すると、熱媒体用管２０の下半部と凹溝８の底面７とが面接触するとともに、熱媒体用管２０の上端が、蓋板１０の下面１２と接触する。
熱媒体用管２０には、本実施形態においては、マイクロヒーターを挿通するが、他にも例えば、冷却水、冷却ガス、高温液、あるいは高温ガスなどの熱媒体を循環させて、熱媒体の熱をベース部材２及び蓋板１０に、あるいは、ベース部材２及び蓋板１０の熱を熱媒体に伝達させてもよい。
【００２５】
なお、本実施形態においては、熱媒体用管２０は、断面視円形としたが、断面視角形であってもよい。また、熱媒体用管２０は、本実施形態においては、銅管を用いているが、他の材料の管を用いてもよい。また、熱媒体用管２０は、必ずしも設ける必要は無く、凹溝８に直接熱媒体を流入させてもよい。
【００２６】
蓋板１０は、図２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、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１１、下面１２、側面１３ａ及び側面１３ｂを有し、平面視略馬蹄状で形成されている。蓋板１０は、本実施形態では、ベース部材２と同様の組成で形成されている。蓋板１０の厚みは、蓋溝６の深さＧと略同等に形成されている。また、蓋板１０の幅は、蓋溝６の幅Ｅと略同等に形成されているため、蓋板１０を蓋溝６に配置すると、蓋板１０の側面１３ａ，１３ｂは、蓋溝６の側壁６ａ，６ｂとそれぞれ面接触するか又は微細な隙間をあけて対向する。
【００２７】
また、本実施形態においては、凹溝８と熱媒体用管２０の下半部を面接触させ、かつ、熱媒体用管２０の上端と蓋板１０の下面１２とを接触させたが、これに限定されるものではない。即ち、凹溝８の幅Ａ及び深さＣを、熱媒体用管２０の外径Ｂよりも大きく形成してもよい。また、蓋溝６、凹溝８、蓋板１０及び熱媒体用管２０は、本実施形態では、平面視略馬蹄状を呈するように形成したがこれに限定されるものではなく、伝熱板１の用途に応じて適宜設計すればよい。
【００２８】
次に、伝熱板１の製造方法について説明する。
本実施形態に係る伝熱板１の製造方法は、（１）溝形成工程、（２）熱媒体用管挿入工程、（３）蓋溝閉塞工程、（４）接合工程、（５）矯正工程、（６）焼鈍工程を含むものである。
【００２９】
（１）溝形成工程
溝形成工程では、図３の（ａ）に示すように、ベース部材２の表面Ｚａに、所定の幅及び深さで蓋溝６及び凹溝８を形成する。溝形成工程は、例えば、公知のエンドミル等を用いて、切削加工により行う。
【００３０】
（２）熱媒体用管挿入工程
熱媒体用管挿入工程では、図３の（ｂ）に示すように、溝形成工程で形成された凹溝８に熱媒体用管２０を挿入する。
【００３１】
（３）蓋溝閉塞工程
蓋溝閉塞工程では、図３の（ｃ）に示すように、蓋溝６に蓋板１０を配置して、蓋溝６を閉塞する。ここで、蓋溝６と蓋板１０との突き合わせ面において、蓋溝６と蓋板１０の内縁とで突き合わされた部分を突合部Ｊ１とし、蓋溝６と蓋板１０の外縁とで突き合わされた部分を突合部Ｊ２とする。
【００３２】
（４）接合工程
接合工程では、突合部Ｊ１，Ｊ２に沿って、接合用回転ツールＦを用いて摩擦攪拌を行う。接合工程は、本実施形態では、突合部Ｊ１を摩擦攪拌する第一接合工程と、突合部Ｊ２を摩擦攪拌する第二接合工程とを含む。
【００３３】
ここで、本実施形態における接合工程の際に用いる接合用回転ツールＦについて詳細に説明する。
接合用回転ツールＦは、図４に示すように、工具鋼などベース部材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。接合用回転ツールＦの寸法・形状は、ベース部材２の材質や厚さ等に応じて設定すればよい。
【００３４】
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。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。
【００３５】
ここで、図４に示すベース部材２の厚みｔは、攪拌ピンＦ２の長さＬＡの３倍以上であることが好ましい。また、ベース部材２の厚みｔは、ショルダ部Ｆ１の外径Ｘ１の１．５倍以上であることが好ましい。かかる設定によれば、接合用回転ツールＦの大きさに対して、ベース部材２の厚みを十分に確保することができるため、摩擦攪拌を行う際に発生する反りを低減することができる。
【００３６】
第一接合工程では、図５、図６の（ａ）及び（ｂ）に示すように、ベース部材２と蓋板１０との突合部Ｊ１に沿って、摩擦攪拌を行う。
まず、ベース部材２の表面Ｚａの任意の位置に開始位置ＳＭ１を設定し、接合用回転ツールＦの攪拌ピンＦ２をベース部材２に押し込む（押圧する）。開始位置ＳＭ１は、本実施形態では、ベース部材２の外縁の近傍であり、かつ、突合部Ｊ１の近傍に設定する。接合用回転ツールＦのショルダ部Ｆ１の一部がベース部材２の表面Ｚａに接触したら、突合部Ｊ１の始点ｓ１に向かって接合用回転ツールＦを相対移動させる。そして、図６の（ａ）に示すように、始点ｓ１に達したら、接合用回転ツールＦを離脱させずに、そのまま突合部Ｊ１に沿って移動させる。
【００３７】
接合用回転ツールＦが突合部Ｊ１の終点ｅ１に達したら、接合用回転ツールＦをそのまま開始位置ＳＭ１側に移動させて、任意の位置に設定した終了位置ＥＭ１で接合用回転ツールＦを離脱させる。
なお、開始位置ＳＭ１、始点ｓ１、終了位置ＥＭ１及び終点ｅ１は、本実施形態の位置に限定するものではないが、ベース部材２の外縁の近傍であり、かつ、突合部Ｊ１の近傍であることが好ましい。
【００３８】
次に、第二接合工程では、図６の（ｂ）及び（ｃ）に示すように、ベース部材２と蓋板１０との突合部Ｊ２に沿って、摩擦攪拌を行う。
まず、ベース部材２の表面Ｚａの任意の地点ｈに開始位置ＳＭ２を設定し、接合用回転ツールＦの攪拌ピンＦ２をベース部材２に押し込む（押圧する）。接合用回転ツールＦのショルダ部Ｆ１の一部がベース部材２の表面Ｚａに接触したら、突合部Ｊ２の始点ｓ２に向かって接合用回転ツールＦを相対移動させる。そして、始点ｓ２に達したら、接合用回転ツールＦを離脱させずに、そのまま突合部Ｊ２に沿って移動させる。
【００３９】
接合用回転ツールＦが突合部Ｊ２の終点ｅ２に達したら、接合用回転ツールＦをそのまま地点ｆ側に移動させて、地点ｆに設定した終了位置ＥＭ２で接合用回転ツールＦを離脱させる。
なお、開始位置ＳＭ２及び終了位置ＥＭ２は、本実施形態の位置に限定するものではないが、ベース部材２の外縁の隅部であることが好ましい。これにより、終了位置ＥＭ２に抜け穴が残存する場合は、隅部を切削加工して除去することができる。
【００４０】
図６の（ｃ）に示すように、本接合工程によって、突合部Ｊ１及び突合部Ｊ２に沿って表面塑性化領域Ｗ１（Ｗ１ａ，Ｗ１ｂ）が形成される。これにより、熱媒体用管２０がベース部材２及び蓋板１０によって密閉される。また、図１の（ｂ）に示すように、本実施形態では、表面塑性化領域Ｗ１の深さが、蓋溝６の側壁６ａ，６ｂ（図２の（ｂ）参照）の深さと略同等に形成されているため、突合部Ｊ１及び突合部Ｊ２の深さ方向の全体を摩擦攪拌することができる。これにより、伝熱板１の気密性を高めることができる。なお、塑性化領域とは、接合用回転ツール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、接合用回転ツール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。
【００４１】
ここで、図７は、本実施形態の接合工程後を示した伝熱板１の斜視図である。伝熱板１は、接合工程によって表面塑性化領域Ｗ１が形成される。表面塑性化領域Ｗ１は、熱収縮によって縮むため、伝熱板１の表面Ｚａ側において、ベース部材２の各隅部側から中心側に向かって圧縮応力が作用する。これにより、伝熱板１は表面Ｚａ側が凹となるように（裏面Ｚｂ側に凸となるように）、撓んでしまう可能性がある。特に、伝熱板１の表面Ｚａに示す地点ａ〜地点ｊのうち、伝熱板１の四隅に係る地点ａ，ｃ，ｆ，ｈにおいては、その反りの影響が顕著に現れる傾向がある。なお、地点ｊは、伝熱板１の中心地点を示し、地点ｂ，ｄ，ｅ，ｇは、ベース部材２の各辺の中間地点を示す。また、伝熱板１の表面Ｚａに示す地点ａ〜地点ｊに対応する裏面Ｚｂの各点を地点ａ’〜ｊ’とする。また、伝熱板１の地点ａから地点ｆ方向を縦方向、地点ａから地点ｃ方向を横方向とする。
【００４２】
（５）矯正工程
矯正工程では、伝熱板１（ベース部材２）の裏面Ｚｂから、ベース部材２の表面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、前記した接合工程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。
【００４３】
（5-1）プレス矯正
前記した接合工程が終了したら、摩擦攪拌で発生したバリを除去するとともに、図８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、裏面Ｚｂの中心地点ｊ’（図７の（ｂ）参照）に板状の第一補助部材Ｔ１を配置する。さらに、伝熱板１の表面Ｚａ側の四隅に、板状の第二補助部材Ｔ２，Ｔ２及び第三補助部材Ｔ３，Ｔ３を配置する。即ち、第二補助部材Ｔ２、第三補助部材Ｔ３は、第一補助部材Ｔ１を挟んで両側に配置される。第一補助部材Ｔ１乃至第三補助部材Ｔ３は、プレス矯正を行う際の当て材又は台座となる部材であるとともに、伝熱板１が傷つかないようにするための部材である。第一補助部材Ｔ１乃至第三補助部材Ｔ３は、伝熱板１よりも軟質の材料であればよく、例えば、アルミニウム合金、硬質ゴム、プラスチック、木材を用いることができる。なお、第一補助部材Ｔ１乃至第三補助部材Ｔ３は、伝熱板１の力学特性や反りの曲率に応じて、反りとは反対側に撓ませて反りを矯正するのに十分な厚みで設定すればよい。
【００４４】
各補助部材を配置したら、図９の（ａ）及び（ｂ）に示すように、公知のプレス装置Ｐを用いて、伝熱板１の裏面Ｚｂから押圧する。即ち、第一補助部材Ｔ１にプレス装置ＰのポンチＰａを押し当て、所定の押圧力で押圧する。プレス装置Ｐによって伝熱板１に圧力が加えられると、図９の（ａ）及び（ｂ）に示すように、第一補助部材Ｔ１が伝熱板１を下側に押し、第二補助部材Ｔ２及び第三補助部材Ｔ３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。
【００４５】
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、図９の（ｂ）に示すように、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。
【００４６】
また、本実施形態では、図１０に示すように、中心地点ｊ’だけでなく伝熱板１の裏面Ｚｂの地点ｂ’、地点ｄ’、地点ｅ’及び地点ｇ’付近に対しても押圧を行う。即ち、伝熱板１の裏面Ｚｂにかかる各辺の中間地点である地点ｂ’、地点ｄ’、地点ｅ’及び地点ｇ’を含んだ位置Ｈ２〜Ｈ５に第一補助部材Ｔ１を配置して、プレス装置Ｐによって押圧を行う。これにより、伝熱板１をバランスよく矯正でき、平坦性をより高めることができる。
【００４７】
なお、プレスする位置は、本実施形態では５箇所に設定したが、これに限定されるものではなく、接合工程によって生じる伝熱板１の反りに応じて適宜設定すればよい。
【００４８】
（5-2）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に替えてハンマーなどの衝打具で伝熱板１を衝打する点を除いては、プレス矯正と略同等である。
【００４９】
衝打矯正では、プレス矯正と同様に補助部材を配置した後、図９及び図１０を参照するように、伝熱板１の裏面Ｚｂから例えばプラスチックハンマー等の衝打具で伝熱板１を衝打する。伝熱板１を衝打すると、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（図９の（ｂ）参照）。これにより、伝熱板１の反りを矯正して平坦にすることができる。また、プレス矯正と同様に、必要に応じて伝熱板１の裏面Ｚｂの位置Ｈ２〜Ｈ５を衝打することで、伝熱板１をバランスよく矯正することができる。
【００５０】
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。また、衝打具は、伝熱板１を衝打可能なものであれば、特に種類を問わないが、例えばプラスチックハンマーが好ましい。
【００５１】
（5-3）ロール矯正
次に、ロール矯正について説明する。前記した接合工程が終了したら、摩擦攪拌で発生したバリを除去するとともに、伝熱板１の裏面Ｚｂが上方を向くように裏返し、裏面Ｚｂの中心地点ｊ’を含んで縦方向と平行になるように長板形状の第一補助部材Ｔ１を配置する。さらに、伝熱板１の表面Ｚａ側の縁部において縦方向と平行になるように、長板形状の第二補助部材Ｔ２及び第三補助部材Ｔ３を配置する。即ち、第二補助部材Ｔ２、第三補助部材Ｔ３は、第一補助部材Ｔ１を挟んで両側に配置される。
【００５２】
そして、第一補助部材Ｔ１の上側に、第一補助部材Ｔ１と直交するようにロールＲ１を配置し、第二補助部材Ｔ２，Ｔ３の下側に第二補助部材Ｔ２及び第三補助部材Ｔ３と直交するようにロールＲ２を配置する。つまり、伝熱板１は、図１１の（ｂ）に示すように、上側に凸の状態でロールＲ１，Ｒ２の間に配置され、第一補助部材Ｔ１乃至第三補助部材Ｔ３を介してロールＲ１，Ｒ２に狭持される。
【００５３】
第一補助部材Ｔ１乃至第三補助部材Ｔ３は、ロール矯正を行う際の当て材であるとともに、伝熱板１が傷つかないようにするための部材である。第一補助部材Ｔ１乃至第三補助部材Ｔ３は、伝熱板１よりも軟質の材料であればよく、例えば、アルミニウム合金、硬質ゴム、プラスチック、木材を用いることができる。
【００５４】
ここで、ロールＲ１，Ｒ２が互いに近づいて伝熱板１に圧力を加えると、図１１の（ｂ）及び（ｃ）に示すように、第一補助部材Ｔ１が伝熱板１を下側に押し、第二補助部材Ｔ２及び第三補助部材Ｔ３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。
【００５５】
また、図１１の（ａ）に示すように、ロールＲ１が矢印α方向に回転するとともに、ロールＲ２が矢印β方向に回転すると、ロールＲ１，Ｒ２は伝熱板１に対して矢印γ方向（ロール送り方向）に相対的に移動する。また、ロールＲ１が矢印β方向に回転するとともにロールＲ２が矢印α方向に回転すると、ロールＲ１，Ｒ２は伝熱板１に対して矢印δ方向（ロール送り方向）に相対的に移動する。
【００５６】
したがって、伝熱板１に作用する曲げモーメントの位置が、その相対的な移動に伴って遷移していくため、伝熱板１の全体が強制的に下側に凸に撓まされる。そのため、この相対的な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。なお、第一補助部材Ｔ１乃至第三補助部材Ｔ３は、伝熱板１の力学特性や反りの曲率に応じて、反りとは反対側に撓ませて反りを矯正するのに十分な厚みで設定すればよい。
【００５７】
また、伝熱板１の縦方向にロールＲ１，Ｒ２を回転させて矯正工程を行なった後、横方向にロールＲ１，Ｒ２を回転させてもよい。即ち、第一補助部材Ｔ１乃至第三補助部材Ｔ３を横方向と平行になるように配置するとともに、第一補助部材Ｔ１乃至第三補助部材Ｔ３に対して直交するようにロールＲ１，Ｒ２を配置する。そして、ロールＲ１，Ｒ２を横方向に往復動させる。これにより、伝熱板１をバランスよく矯正することができる。
【００５８】
また、ここでは、伝熱板１の裏面Ｚｂを上にして、歪矯正工程を行うものとして説明したが、裏返さずに表面Ｚａを上にして歪矯正工程を行うようにしてもよい。この場合、前記した各構成部品は、表裏対称に表れるため、説明を省略する。
【００５９】
（６）焼鈍工程
焼鈍工程では、伝熱板１を焼鈍することにより、伝熱板１の内部応力を除去する。本実施形態では、熱媒体用管２０に、例えば、マイクロヒーターを通電させて焼鈍を行う。これにより、伝熱板１の内部応力を除去することができ、伝熱板１の使用時の変形を防止することができる。
【００６０】
以上説明した第一実施形態に係る伝熱板の製造方法によれば、接合工程による熱収縮によって伝熱板１が撓んでしまったとしても、伝熱板１の表面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ることにより、裏面Ｚｂ側に凸となる反りを矯正することができるため、伝熱板１の平坦性を高めることができる。また、伝熱板１よりも硬度の低い第一補助部材Ｔ１乃至第三補助部材Ｔ３を用いることで、伝熱板１を傷つけることなく矯正作業を行うことができる。
【００６１】
［第二実施形態］
第二実施形態に係る伝熱板の製造方法は、図１２に示すように、伝熱板２１において、熱媒体用管２０の周囲に形成される空隙部２２に塑性流動材が流入されている点で第一実施形態と相違する。即ち、図１の（ｂ）に示すように、第一実施形態においては、接合工程で摩擦攪拌を行ったとしても、熱媒体用管２０の周囲に空隙が形成されてしまう。そこで、第二実施形態に示すように、熱媒体用管２０の周囲に形成された空隙部２２に塑性流動材を流入させて、当該空隙部２２を埋めてもよい。なお、第一実施形態と共通する部分は説明を省略する。
【００６２】
即ち、伝熱板２１に係る蓋溝６及び蓋板１０は、第一実施形態よりも幅狭に形成されている。そして、接合工程では、接合用回転ツールＦを熱媒体用管２０に近接させるように摩擦攪拌を行い、金属部材を塑性流動化させた塑性流動材を空隙部２２に流入させる。これにより、熱媒体用管２０の周囲に形成される空隙部２２が塑性流動材（金属部材）で埋まるため、伝熱板２１の熱交換効率を高めることができる。
【００６３】
このようにして形成された伝熱板２１に対しても、前記したようにプレス矯正、衝打矯正又はロール矯正を行うことにより、伝熱板２１に生じる反りを矯正することができる。なお、空隙部２２に塑性流動材をどの程度流動させるかは、接合用回転ツールＦの大きさや押込み量、蓋溝６及び蓋板１０の形状に応じて適宜設定すればよい。
【００６４】
［第三実施形態］
第三実施形態に係る伝熱板の製造方法は、図１３に示すように、伝熱板３１において、熱媒体用管が挿入されていない点で第一実施形態と相違する。このように、熱媒体用管を設けなくても、凹溝８に直接熱媒体を流入させてもよい。
このようにして形成された伝熱板３１に対しても、前記したようにプレス矯正、衝打矯正又はロール矯正を行うことにより、伝熱板３１に生じる反りを矯正することができる。
【００６５】
［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。前記した第一実施形態においては、蓋板１０の両側面に沿ってそれぞれ摩擦攪拌を行うことで、表面塑性化領域Ｗ１，Ｗ１のように、二条の塑性化領域が形成されるようにして伝熱板を形成したが、第四実施形態のように、蓋板の幅を小さく設定して、一条の塑性化領域のみが形成されるようにして伝熱板を形成してもよい。
【００６６】
第四実施形態に係る伝熱板の製造方法は、図１４に示すように、伝熱板４１において、平面視正方形の板厚のベース部材２と、ベース部材２に凹設された溝に挿入された熱媒体用管２０と、ベース部材２に凹設された溝に挿入された蓋板４２と、を主に備えている。蓋板４２の上面は、一条の摩擦攪拌によって接合されている。
【００６７】
図１５及び図１６に示すように、ベース部材２の表面Ｚａには、ベース部材２の一方の側面Ｚｃから対向する他方の側面Ｚｄまで連続して形成された凹溝４３が形成されている。凹溝４３は、熱媒体用管２０及び蓋板４２が挿入される部分である。凹溝４３は、断面視Ｕ字状、平面視蛇行状を呈するように形成されている。図１６に示すように、凹溝４３の側壁４３ａ，４３ｂ間の幅Ａ’は、熱媒体用管２０の外径と略同等に形成されている。また、凹溝４３の幅Ａ’は、接合用回転ツールＦのショルダ部Ｆ１の外径Ｘ１よりも小さく形成されている。凹溝４３の深さは、深さＣ’で形成されている。
【００６８】
熱媒体用管２０は、凹溝４３に挿入される管であって、ベース部材２の一方の側面Ｚｃから他方の側面Ｚｄまで貫通して形成されている。熱媒体用管２０は、平面視蛇行状を呈し、凹溝４３の平面視形状と略同等の形状を呈する。
【００６９】
蓋板４２は、図１５及び図１６に示すように、断面視矩形、平面視蛇行状を呈する部材であって凹溝４３に挿入される部材である。蓋板４２は、側面４２ａ，４２ｂ及び上面４２ｃ、下面４２ｄを備えている。蓋板４２の高さＨ’と熱媒体用管２０の外径との和は、凹溝４３の深さＣ’と略同等に形成されている。また、蓋板４２の幅は、凹溝４３の幅Ａ’と略同等に形成されている。したがって、熱媒体用管２０及び蓋板４２を凹溝４３に挿入すると、上面４２ｃとベース部材２の表面Ｚａとが面一になるとともに、蓋板４２の側面４２ａ，４２ｂは、凹溝４３の側壁４３ａ，４３ｂとそれぞれ面接触するか又は微細な隙間をあけて対向する。
【００７０】
次に、第四実施形態に係る製造方法について説明する。
第四実施形態に係る伝熱板の製造方法は、（１）溝形成工程、（２）熱媒体用管挿入工程、（３）蓋板挿入工程、（４）接合工程、（５）矯正工程、（６）焼鈍工程を含むものである。
【００７１】
（１）溝形成工程
溝形成工程では、図１５及び図１６に示すように、ベース部材２の表面Ｚａに所定の幅及び深さで凹溝４３を形成する。溝形成工程は、例えば、公知のエンドミル等を用いて行う。
【００７２】
（２）熱媒体用管挿入工程
熱媒体用管挿入工程では、図１５及び図１６に示すように、溝形成工程で形成された凹溝４３に熱媒体用管２０を挿入する。
【００７３】
（３）蓋板挿入工程
蓋板挿入工程では、図１５及び図１６に示すように、凹溝４３に蓋板４２を挿入して凹溝４３を閉塞する。ここで、凹溝４３と蓋板４２との突き合わせ面において、凹溝４３の一方の側壁４３ａと、蓋板４２の一方の側面４２ａとで突き合わされた部分を突合部Ｊ３とし、凹溝４３の他方の側壁４３ｂと、蓋板４２の他方の側面４２ｂとで突き合わされた部分を突合部Ｊ４とする。
【００７４】
（４）接合工程
接合工程では、蓋板４２（凹溝４３）に沿って接合用回転ツールＦを用いて摩擦攪拌を行う。接合工程は、本実施形態ではタブ材を配置するタブ材配置工程と、摩擦攪拌を行う接合工程とを含む。
【００７５】
タブ材配置工程では、図１７の（ａ）に示すように、ベース部材２の一方の側面Ｚｃ及び他方の側面Ｚｄに一対のタブ材３３，３４をそれぞれ配置する。タブ材３３，３４とベース部材２とは溶接によって仮接合する。
【００７６】
接合工程では、図１７の（ａ）及び（ｂ）に示すように、蓋板４２（凹溝４３）に沿って摩擦攪拌を行う。即ち、タブ材３３に設定した開始位置ＳＭ４に接合用回転ツールＦを押し込んで、ショルダ部Ｆ１がベース部材２に接触したら、蓋板４２に沿って接合用回転ツールＦを相対移動させ、タブ材３４に設定した終了位置ＥＭ４まで連続して摩擦攪拌を行う。
【００７７】
図１７の（ｂ）に示すように、接合用回転ツールＦのショルダ部Ｆ１の外径Ｘ１は、凹溝４３の幅Ａ’よりも大きく設定しているため、蓋板４２の幅方向の中心に沿って接合用回転ツールＦを移動させると、突合部Ｊ３，Ｊ４が塑性化される。このように、本実施形態によれば、一のルートを設定するだけで、突合部Ｊ３，Ｊ４を摩擦攪拌することができるため、第一実施形態に比べて作業手間を大幅に省略することができる。また、摩擦攪拌を行う際に、接合用回転ツールＦが蓋板４２を押し込むため、熱媒体用管２０も押圧されて凹溝４３と熱媒体用管２０を密接させることができる。これにより、熱媒体用管２０の周囲に形成される空隙部２２を低減することができるため、伝熱板４１の熱交換効率を高めることができる。なお、接合工程が終了したら、ベース部材２からタブ材を切除する。
【００７８】
ここで図１８は、本実施形態の本接合工程後を示した伝熱板４１を示した斜視図である。伝熱板４１には、接合工程によって、表面塑性化領域Ｗ３が形成される。表面塑性化領域Ｗ３は、熱収縮によって縮むため、伝熱板４１が表面Ｚａ側に凹状となるように反って撓んでしまう可能性がある。特に、伝熱板４１の表面Ｚａに示す地点ａ〜地点ｊのうち、伝熱板４１の四隅に係る地点ａ，ｃ，ｆ，ｈに関しては、その反りが顕著に見られる傾向がある。なお、地点ｊは、伝熱板４１の中心地点を示す。
【００７９】
（５）矯正工程
矯正工程は、前記した接合工程で発生した反りを解消するために行う工程である。矯正工程は、第一実施形態で示したプレス矯正、衝打矯正又はロール矯正のいずれかを行えばよいため、説明を省略する。
【００８０】
（６）焼鈍工程
焼鈍工程では、伝熱板４１を焼鈍することにより、伝熱板４１の内部応力を除去する。本実施形態では、熱媒体用管２０に、例えば、マイクロヒーターを通電させて焼鈍を行う。これにより、伝熱板４１の内部応力を除去することができ、伝熱板４１の使用時の変形を防止することができる。
【００８１】
以上説明した第四実施形態に係る伝熱板４１によれば、矯正工程を行うことにより、伝熱板４１の平坦性を高めることができる。また、本実施形態においては凹溝４３を幅狭に形成することにより、一条の摩擦攪拌のみで接合工程を行うことができるため、作業手間を省くことができる。
【００８２】
［第五実施形態］
第五実施形態は、第四実施形態の変形例である。第五実施形態に係る伝熱板の製造方法は、図１９に示すように、熱媒体用管を有さない点で第四実施形態と相違する。即ち、第四実施形態において、熱媒体用管を用いずに、凹溝４３に直接熱媒体を流動させてもよい。
【００８３】
凹溝４３の下部は、円弧上に切り欠かれているため、凹溝４３に蓋板４２を挿入すると、蓋板４２が隙間４４をあけて凹溝４３に係止される。そして、第四実施形態と同様に、接合工程を行って、ベース部材２と蓋板４２の上部とを摩擦攪拌により一体化させてもよい。
このようにして形成された伝熱板５１に対しても前記した矯正工程を行うことで伝熱板５１の平坦性を高めることができる。
【００８４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変形が可能である。例えば、本実施形態では、熱媒体用管を平面視略馬蹄状又は平面視蛇行状に配設したが、これに限定されるものではなく他の形態であってもよい。
【符号の説明】
【００８５】
１ 伝熱板
２ ベース部材
６ 蓋溝
８ 凹溝
１０ 蓋板
２０ 熱媒体用管
２２ 空隙部
Ｆ 接合用回転ツール
Ｊ 突合部
Ｐ プレス装置
Ｒ１ ロール
Ｒ２ ロール
Ｔ１ 第一補助部材
Ｔ２ 第二補助部材
Ｔ３ 第三補助部材
Ｗ 塑性化領域
Ｚａ 表面
Ｚｂ 裏面
【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凹溝を備えている。かかる伝熱板の製造方法は、例えば、特許文献１に記載された方法が知られている。図２０は、特許文献１に係る伝熱板の製造方法によって形成された伝熱板を示した断面図である。
【０００３】
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、を備えている。伝熱板１００は、蓋溝１０６における両側壁と蓋板１１０の両側面とが突き合わされたそれぞれの突合部Ｊ，Ｊに沿って摩擦攪拌接合を行って一体成形されている。これにより、伝熱板１００の突合部Ｊ，Ｊには、摩擦攪拌によって塑性化された塑性化領域Ｗ，Ｗがそれぞれ形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３１４１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
かかる伝熱板の製造方法によって形成された伝熱板１００は、ベース部材１０２の表面から摩擦攪拌を行うため、熱収縮によって塑性化領域Ｗ，Ｗが縮むと、伝熱板が反って撓んでしまうという問題があった。
このような観点から、本発明は、平坦性の高い伝熱板を製造することができる伝熱板の製造方法を提供することを課題とする。
【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凹溝の周囲に形成された蓋溝に、蓋板を挿入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接合用回転ツールを相対移動させて摩擦攪拌を行う接合工程と、前記接合工程により形成された前記ベース部材の裏面側に凸となる反りを、前記ベース部材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ることで矯正する矯正工程と、前記矯正工程後に、一体形成された伝熱板に焼鈍を行う焼鈍工程と、を含むことを特徴とする。
また、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熱媒体用管挿入工程と、前記蓋溝に蓋板を挿入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接合用回転ツールを相対移動させて摩擦攪拌を行う接合工程と、前記接合工程により形成された前記ベース部材の裏面側に凸となる反りを、前記ベース部材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ることで矯正する矯正工程と、前記矯正工程後に、一体形成された伝熱板に焼鈍を行う焼鈍工程と、を含むことを特徴とする。
【０００７】
かかる製造方法によれば、矯正工程において前記ベース部材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ることにより、前記接合工程により形成された前記ベース部材の裏面側に凸となる反りを矯正し、伝熱板の平坦性を高めることができる。また、塑性化領域に残留する内部応力を除去して伝熱板の反りをより解消することができる。
【０００８】
また、前記接合工程において、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れた塑性流動材を流入させることが好ましい。かかる製造方法によれば、伝熱板の内部に形成される空隙部を小さくすることができるため、水密性及び気密性の高い伝熱板を製造することができる。
【０００９】
また、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凹溝に蓋板を挿入する蓋板挿入工程と、前記凹溝に沿って接合用回転ツールを相対移動させて摩擦攪拌を行う接合工程と、前記接合工程により形成された前記ベース部材の裏面側に凸となる反りを、前記ベース部材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ることで矯正する矯正工程と、前記矯正工程後に、一体形成された伝熱板に焼鈍を行う焼鈍工程と、を含むことを特徴とする。
また、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凹溝に、熱媒体用管を挿入する熱媒体用管挿入工程と、前記凹溝に蓋板を挿入する蓋板挿入工程と、前記凹溝に沿って接合用回転ツールを相対移動させて摩擦攪拌を行う接合工程と、前記接合工程により形成された前記ベース部材の裏面側に凸となる反りを、前記ベース部材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ることで矯正する矯正工程と、前記矯正工程後に、一体形成された伝熱板に焼鈍を行う焼鈍工程と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
かかる製造方法によれば、矯正工程において前記ベース部材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ることにより、前記接合工程により形成された前記ベース部材の裏面側に凸となる反りを矯正し、伝熱板の平坦性を高めることができる。また、塑性化領域に残留する内部応力を除去して伝熱板の反りをより解消することができる。
【００１１】
また、前記接合工程では、前記接合用回転ツールの押圧力によって前記蓋板が前記熱媒体用管の上部を押圧するとともに、前記蓋板の少なくとも上部と前記ベース部材とを摩擦攪拌することが好ましい。
【００１２】
かかる製造方法によれば、蓋板が熱媒体用管を押圧しながら摩擦攪拌を行うことにより、熱媒体用管の周囲に形成される空隙部を小さくすることができるため、水密性及び気密性の高い伝熱板を製造することができる。
【００１３】
また、前記矯正工程では、前記ベース部材を押圧するプレス矯正、前記ベース部材上でロール部材を回転させるロール矯正又は前記ベース部材をハンマーなどの衝打具で衝打する衝打矯正を行うことにより、前記反りを矯正することが好ましい。また、矯正工程を行う際に、前記ベース部材の裏面側の中央付近に当接する第一補助部材を配置するとともに、前記ベース部材の表面側の周縁付近に当接する第二補助部材及び第三補助部材を、前記第一補助部材を挟んで両側に配置した状態で、前記反りをプレス矯正、衝打矯正又はロール矯正を行うことが好ましい。
【００１４】
かかる製造方法によれば、ベース部材が裏面側に凸の状態から表面側に凸の状態になるように強制的に押圧力が加わって、ベース部材が、反りとは反対側に強制的に撓ませられるため反りを矯正することができる。また、補助部材を配置することで、プレス矯正、ロール矯正又は衝打矯正の作業性を高めることができる。
【００１５】
また、前記各補助部材は、前記ベース部材よりも硬度が低い材料を用いていることが好ましい。かかる製造方法によれば、プレス矯正、ロール矯正又は衝打矯正で押圧する際に、ベース部材を傷つけることなく矯正することができる。
【００１６】
また、前記焼鈍工程では、前記熱媒体用管の内部にヒーターを配置しておき、前記矯正工程後に前記ヒーターに通電して、前記伝熱板を焼鈍することが好ましい。かかる製造方法によれば、塑性化領域に残留する内部応力を除去して伝熱板の反りをより解消することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る伝熱板の製造方法によれば、平坦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】
【００１８】
【図１】第一実施形態に係る伝熱板を示した図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は、（ａ）のＩ−Ｉ線断面図である。
【図２】第一実施形態に係る伝熱板を示した図であって、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は分解断面図である。
【図３】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）は溝形成工程、（ｂ）は熱媒体用管挿入工程、（ｃ）は蓋溝閉塞工程を示す。
【図４】接合用回転ツールを示した側面図である。
【図５】第一実施形態に係る伝熱板の製造方法において、接合工程を行う前を示した斜視図である。
【図６】第一実施形態に係る伝熱板の製造方法において、接合工程を段階的に示した平面図である。
【図７】第一実施形態に係る伝熱板の製造方法において、接合工程を行った後を示した図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は地点ｃ及び地点ｆを結ぶ線の断面図である。
【図８】第一実施形態に係るプレス矯正の準備段階を示した斜視図である。
【図９】第一実施形態に係るプレス矯正を示した側面図であって、（ａ）はプレス前、（ｂ）はプレス中を示した図である。
【図１０】第一実施形態に係るプレス矯正の押圧位置を示した平面図である。
【図１１】第一実施形態に係るロール矯正を示した図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）はプレス前を示した側面図、（ｃ）はプレス中を示した側面図である。
【図１２】第二実施形態に係る伝熱板を示した断面図である。
【図１３】第三実施形態に係る伝熱板を示した断面図である。
【図１４】第四実施形態に係る伝熱板を示した斜視図である。
【図１５】第四実施形態に係る伝熱板を示した分解斜視図である。
【図１６】第四実施形態に係る伝熱板を示した分解断面図である。
【図１７】第四実施形態に係る伝熱板の製造方法において、（ａ）は接合工程を示した斜視図、（ｂ）は、（ａ）のII-II線断面図である。
【図１８】第四実施形態に係る伝熱板の製造方法において、接合工程を行った後を示した図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は地点ｃ及び地点ｆを結ぶ線の断面図である。
【図１９】第五実施形態に係る伝熱板の製造方法を示した断面図である。
【図２０】特許文献１に係る伝熱板の製造方法によって形成された伝熱板を示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
［第一実施形態］
本発明の第一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。まず、本実施形態に係る製造方法によって製造された伝熱板１について説明する。本実施形態においては、伝熱板１をヒートプレートとして用いる場合を例にして説明する。
【００２０】
伝熱板１は、図１の（ａ）及び（ｂ）に示すように、平面視矩形の板厚のベース部材２と、ベース部材２の内部に埋設される熱媒体用管２０と、ベース部材２に凹設された溝に配置された蓋板１０と、を主に備えている。ベース部材２と蓋板１０との突合部Ｊ１，Ｊ２は、それぞれ摩擦攪拌によって接合されている。かかる伝熱板１は、熱媒体用管２０に挿通された図示しないマイクロヒーター等で加熱して使用される。
【００２１】
ベース部材２は、熱媒体用管２０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２０に流れる熱媒体に伝達させる役割を果たすものである。ベース部材２は、図２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、平面視正方形を呈する直方体であって、本実施形態では、厚みが３０ｍｍ〜１２０ｍｍのものを用いる。ベース部材２は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、チタン、チタン合金、マグネシウム、マグネシウム合金など摩擦攪拌可能な金属材料からなる。ベース部材２の表面Ｚａには、蓋溝６が凹設されており、蓋溝６の底面６ｃ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。
【００２２】
蓋溝６は、図２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、蓋板１０が配置される部分であって、平面視略馬蹄状に一定の幅及び深さで連続して形成されている。蓋溝６は、断面視矩形を呈し、蓋溝６の底面６ｃから垂直に立ち上がる側壁６ａ，６ｂを備えている。
【００２３】
凹溝８は、熱媒体用管２０が挿入される部分であって、蓋溝６の底面６ｃの中央部分に、蓋溝６の全長に亘って形成されている。凹溝８は、上方が開口した断面視Ｕ字状の溝であって、下端には断面視半円形状の底面７が形成されている。凹溝８の開口部分の幅Ａ及び凹溝８の深さＣは、熱媒体用管２０の外径Ｂと略同等に形成されている。また、蓋溝６の幅Ｅ及び深さＧは、蓋板１０の幅及び厚みと略同等に形成されている。
【００２４】
熱媒体用管２０は、図２の（ａ）及び（ｂ）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２０は、本実施形態では銅からなり、平面視略馬蹄状を呈する。熱媒体用管２０の外径Ｂは、凹溝８の幅Ａ及び凹溝８の深さＣと略同等に形成されているため、熱媒体用管２０及び蓋板１０をベース部材２に配置すると、熱媒体用管２０の下半部と凹溝８の底面７とが面接触するとともに、熱媒体用管２０の上端が、蓋板１０の下面１２と接触する。
熱媒体用管２０には、本実施形態においては、マイクロヒーターを挿通するが、他にも例えば、冷却水、冷却ガス、高温液、あるいは高温ガスなどの熱媒体を循環させて、熱媒体の熱をベース部材２及び蓋板１０に、あるいは、ベース部材２及び蓋板１０の熱を熱媒体に伝達させてもよい。
【００２５】
なお、本実施形態においては、熱媒体用管２０は、断面視円形としたが、断面視角形であってもよい。また、熱媒体用管２０は、本実施形態においては、銅管を用いているが、他の材料の管を用いてもよい。また、熱媒体用管２０は、必ずしも設ける必要は無く、凹溝８に直接熱媒体を流入させてもよい。
【００２６】
蓋板１０は、図２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、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１１、下面１２、側面１３ａ及び側面１３ｂを有し、平面視略馬蹄状で形成されている。蓋板１０は、本実施形態では、ベース部材２と同様の組成で形成されている。蓋板１０の厚みは、蓋溝６の深さＧと略同等に形成されている。また、蓋板１０の幅は、蓋溝６の幅Ｅと略同等に形成されているため、蓋板１０を蓋溝６に配置すると、蓋板１０の側面１３ａ，１３ｂは、蓋溝６の側壁６ａ，６ｂとそれぞれ面接触するか又は微細な隙間をあけて対向する。
【００２７】
また、本実施形態においては、凹溝８と熱媒体用管２０の下半部を面接触させ、かつ、熱媒体用管２０の上端と蓋板１０の下面１２とを接触させたが、これに限定されるものではない。即ち、凹溝８の幅Ａ及び深さＣを、熱媒体用管２０の外径Ｂよりも大きく形成してもよい。また、蓋溝６、凹溝８、蓋板１０及び熱媒体用管２０は、本実施形態では、平面視略馬蹄状を呈するように形成したがこれに限定されるものではなく、伝熱板１の用途に応じて適宜設計すればよい。
【００２８】
次に、伝熱板１の製造方法について説明する。
本実施形態に係る伝熱板１の製造方法は、（１）溝形成工程、（２）熱媒体用管挿入工程、（３）蓋溝閉塞工程、（４）接合工程、（５）矯正工程、（６）焼鈍工程を含むものである。
【００２９】
（１）溝形成工程
溝形成工程では、図３の（ａ）に示すように、ベース部材２の表面Ｚａに、所定の幅及び深さで蓋溝６及び凹溝８を形成する。溝形成工程は、例えば、公知のエンドミル等を用いて、切削加工により行う。
【００３０】
（２）熱媒体用管挿入工程
熱媒体用管挿入工程では、図３の（ｂ）に示すように、溝形成工程で形成された凹溝８に熱媒体用管２０を挿入する。
【００３１】
（３）蓋溝閉塞工程
蓋溝閉塞工程では、図３の（ｃ）に示すように、蓋溝６に蓋板１０を配置して、蓋溝６を閉塞する。ここで、蓋溝６と蓋板１０との突き合わせ面において、蓋溝６と蓋板１０の内縁とで突き合わされた部分を突合部Ｊ１とし、蓋溝６と蓋板１０の外縁とで突き合わされた部分を突合部Ｊ２とする。
【００３２】
（４）接合工程
接合工程では、突合部Ｊ１，Ｊ２に沿って、接合用回転ツールＦを用いて摩擦攪拌を行う。接合工程は、本実施形態では、突合部Ｊ１を摩擦攪拌する第一接合工程と、突合部Ｊ２を摩擦攪拌する第二接合工程とを含む。
【００３３】
ここで、本実施形態における接合工程の際に用いる接合用回転ツールＦについて詳細に説明する。
接合用回転ツールＦは、図４に示すように、工具鋼などベース部材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。接合用回転ツールＦの寸法・形状は、ベース部材２の材質や厚さ等に応じて設定すればよい。
【００３４】
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。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。
【００３５】
ここで、図４に示すベース部材２の厚みｔは、攪拌ピンＦ２の長さＬＡの３倍以上であることが好ましい。また、ベース部材２の厚みｔは、ショルダ部Ｆ１の外径Ｘ１の１．５倍以上であることが好ましい。かかる設定によれば、接合用回転ツールＦの大きさに対して、ベース部材２の厚みを十分に確保することができるため、摩擦攪拌を行う際に発生する反りを低減することができる。
【００３６】
第一接合工程では、図５、図６の（ａ）及び（ｂ）に示すように、ベース部材２と蓋板１０との突合部Ｊ１に沿って、摩擦攪拌を行う。
まず、ベース部材２の表面Ｚａの任意の位置に開始位置ＳＭ１を設定し、接合用回転ツールＦの攪拌ピンＦ２をベース部材２に押し込む（押圧する）。開始位置ＳＭ１は、本実施形態では、ベース部材２の外縁の近傍であり、かつ、突合部Ｊ１の近傍に設定する。接合用回転ツールＦのショルダ部Ｆ１の一部がベース部材２の表面Ｚａに接触したら、突合部Ｊ１の始点ｓ１に向かって接合用回転ツールＦを相対移動させる。そして、図６の（ａ）に示すように、始点ｓ１に達したら、接合用回転ツールＦを離脱させずに、そのまま突合部Ｊ１に沿って移動させる。
【００３７】
接合用回転ツールＦが突合部Ｊ１の終点ｅ１に達したら、接合用回転ツールＦをそのまま開始位置ＳＭ１側に移動させて、任意の位置に設定した終了位置ＥＭ１で接合用回転ツールＦを離脱させる。
なお、開始位置ＳＭ１、始点ｓ１、終了位置ＥＭ１及び終点ｅ１は、本実施形態の位置に限定するものではないが、ベース部材２の外縁の近傍であり、かつ、突合部Ｊ１の近傍であることが好ましい。
【００３８】
次に、第二接合工程では、図６の（ｂ）及び（ｃ）に示すように、ベース部材２と蓋板１０との突合部Ｊ２に沿って、摩擦攪拌を行う。
まず、ベース部材２の表面Ｚａの任意の地点ｈに開始位置ＳＭ２を設定し、接合用回転ツールＦの攪拌ピンＦ２をベース部材２に押し込む（押圧する）。接合用回転ツールＦのショルダ部Ｆ１の一部がベース部材２の表面Ｚａに接触したら、突合部Ｊ２の始点ｓ２に向かって接合用回転ツールＦを相対移動させる。そして、始点ｓ２に達したら、接合用回転ツールＦを離脱させずに、そのまま突合部Ｊ２に沿って移動させる。
【００３９】
接合用回転ツールＦが突合部Ｊ２の終点ｅ２に達したら、接合用回転ツールＦをそのまま地点ｆ側に移動させて、地点ｆに設定した終了位置ＥＭ２で接合用回転ツールＦを離脱させる。
なお、開始位置ＳＭ２及び終了位置ＥＭ２は、本実施形態の位置に限定するものではないが、ベース部材２の外縁の隅部であることが好ましい。これにより、終了位置ＥＭ２に抜け穴が残存する場合は、隅部を切削加工して除去することができる。
【００４０】
図６の（ｃ）に示すように、本接合工程によって、突合部Ｊ１及び突合部Ｊ２に沿って表面塑性化領域Ｗ１（Ｗ１ａ，Ｗ１ｂ）が形成される。これにより、熱媒体用管２０がベース部材２及び蓋板１０によって密閉される。また、図１の（ｂ）に示すように、本実施形態では、表面塑性化領域Ｗ１の深さが、蓋溝６の側壁６ａ，６ｂ（図２の（ｂ）参照）の深さと略同等に形成されているため、突合部Ｊ１及び突合部Ｊ２の深さ方向の全体を摩擦攪拌することができる。これにより、伝熱板１の気密性を高めることができる。なお、塑性化領域とは、接合用回転ツール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、接合用回転ツール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。
【００４１】
ここで、図７は、本実施形態の接合工程後を示した伝熱板１の斜視図である。伝熱板１は、接合工程によって表面塑性化領域Ｗ１が形成される。表面塑性化領域Ｗ１は、熱収縮によって縮むため、伝熱板１の表面Ｚａ側において、ベース部材２の各隅部側から中心側に向かって圧縮応力が作用する。これにより、伝熱板１は表面Ｚａ側が凹となるように（裏面Ｚｂ側に凸となるように）、撓んでしまう可能性がある。特に、伝熱板１の表面Ｚａに示す地点ａ〜地点ｊのうち、伝熱板１の四隅に係る地点ａ，ｃ，ｆ，ｈにおいては、その反りの影響が顕著に現れる傾向がある。なお、地点ｊは、伝熱板１の中心地点を示し、地点ｂ，ｄ，ｅ，ｇは、ベース部材２の各辺の中間地点を示す。また、伝熱板１の表面Ｚａに示す地点ａ〜地点ｊに対応する裏面Ｚｂの各点を地点ａ’〜ｊ’とする。また、伝熱板１の地点ａから地点ｆ方向を縦方向、地点ａから地点ｃ方向を横方向とする。
【００４２】
（５）矯正工程
矯正工程では、伝熱板１（ベース部材２）の裏面Ｚｂから、ベース部材２の表面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、前記した接合工程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。
【００４３】
（5-1）プレス矯正
前記した接合工程が終了したら、摩擦攪拌で発生したバリを除去するとともに、図８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、裏面Ｚｂの中心地点ｊ’（図７の（ｂ）参照）に板状の第一補助部材Ｔ１を配置する。さらに、伝熱板１の表面Ｚａ側の四隅に、板状の第二補助部材Ｔ２，Ｔ２及び第三補助部材Ｔ３，Ｔ３を配置する。即ち、第二補助部材Ｔ２、第三補助部材Ｔ３は、第一補助部材Ｔ１を挟んで両側に配置される。第一補助部材Ｔ１乃至第三補助部材Ｔ３は、プレス矯正を行う際の当て材又は台座となる部材であるとともに、伝熱板１が傷つかないようにするための部材である。第一補助部材Ｔ１乃至第三補助部材Ｔ３は、伝熱板１よりも軟質の材料であればよく、例えば、アルミニウム合金、硬質ゴム、プラスチック、木材を用いることができる。なお、第一補助部材Ｔ１乃至第三補助部材Ｔ３は、伝熱板１の力学特性や反りの曲率に応じて、反りとは反対側に撓ませて反りを矯正するのに十分な厚みで設定すればよい。
【００４４】
各補助部材を配置したら、図９の（ａ）及び（ｂ）に示すように、公知のプレス装置Ｐを用いて、伝熱板１の裏面Ｚｂから押圧する。即ち、第一補助部材Ｔ１にプレス装置ＰのポンチＰａを押し当て、所定の押圧力で押圧する。プレス装置Ｐによって伝熱板１に圧力が加えられると、図９の（ａ）及び（ｂ）に示すように、第一補助部材Ｔ１が伝熱板１を下側に押し、第二補助部材Ｔ２及び第三補助部材Ｔ３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。
【００４５】
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、図９の（ｂ）に示すように、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。
【００４６】
また、本実施形態では、図１０に示すように、中心地点ｊ’だけでなく伝熱板１の裏面Ｚｂの地点ｂ’、地点ｄ’、地点ｅ’及び地点ｇ’付近に対しても押圧を行う。即ち、伝熱板１の裏面Ｚｂにかかる各辺の中間地点である地点ｂ’、地点ｄ’、地点ｅ’及び地点ｇ’を含んだ位置Ｈ２〜Ｈ５に第一補助部材Ｔ１を配置して、プレス装置Ｐによって押圧を行う。これにより、伝熱板１をバランスよく矯正でき、平坦性をより高めることができる。
【００４７】
なお、プレスする位置は、本実施形態では５箇所に設定したが、これに限定されるものではなく、接合工程によって生じる伝熱板１の反りに応じて適宜設定すればよい。
【００４８】
（5-2）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に替えてハンマーなどの衝打具で伝熱板１を衝打する点を除いては、プレス矯正と略同等である。
【００４９】
衝打矯正では、プレス矯正と同様に補助部材を配置した後、図９及び図１０を参照するように、伝熱板１の裏面Ｚｂから例えばプラスチックハンマー等の衝打具で伝熱板１を衝打する。伝熱板１を衝打すると、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（図９の（ｂ）参照）。これにより、伝熱板１の反りを矯正して平坦にすることができる。また、プレス矯正と同様に、必要に応じて伝熱板１の裏面Ｚｂの位置Ｈ２〜Ｈ５を衝打することで、伝熱板１をバランスよく矯正することができる。
【００５０】
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。また、衝打具は、伝熱板１を衝打可能なものであれば、特に種類を問わないが、例えばプラスチックハンマーが好ましい。
【００５１】
（5-3）ロール矯正
次に、ロール矯正について説明する。前記した接合工程が終了したら、摩擦攪拌で発生したバリを除去するとともに、伝熱板１の裏面Ｚｂが上方を向くように裏返し、裏面Ｚｂの中心地点ｊ’を含んで縦方向と平行になるように長板形状の第一補助部材Ｔ１を配置する。さらに、伝熱板１の表面Ｚａ側の縁部において縦方向と平行になるように、長板形状の第二補助部材Ｔ２及び第三補助部材Ｔ３を配置する。即ち、第二補助部材Ｔ２、第三補助部材Ｔ３は、第一補助部材Ｔ１を挟んで両側に配置される。
【００５２】
そして、第一補助部材Ｔ１の上側に、第一補助部材Ｔ１と直交するようにロールＲ１を配置し、第二補助部材Ｔ２，Ｔ３の下側に第二補助部材Ｔ２及び第三補助部材Ｔ３と直交するようにロールＲ２を配置する。つまり、伝熱板１は、図１１の（ｂ）に示すように、上側に凸の状態でロールＲ１，Ｒ２の間に配置され、第一補助部材Ｔ１乃至第三補助部材Ｔ３を介してロールＲ１，Ｒ２に狭持される。
【００５３】
第一補助部材Ｔ１乃至第三補助部材Ｔ３は、ロール矯正を行う際の当て材であるとともに、伝熱板１が傷つかないようにするための部材である。第一補助部材Ｔ１乃至第三補助部材Ｔ３は、伝熱板１よりも軟質の材料であればよく、例えば、アルミニウム合金、硬質ゴム、プラスチック、木材を用いることができる。
【００５４】
ここで、ロールＲ１，Ｒ２が互いに近づいて伝熱板１に圧力を加えると、図１１の（ｂ）及び（ｃ）に示すように、第一補助部材Ｔ１が伝熱板１を下側に押し、第二補助部材Ｔ２及び第三補助部材Ｔ３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。
【００５５】
また、図１１の（ａ）に示すように、ロールＲ１が矢印α方向に回転するとともに、ロールＲ２が矢印β方向に回転すると、ロールＲ１，Ｒ２は伝熱板１に対して矢印γ方向（ロール送り方向）に相対的に移動する。また、ロールＲ１が矢印β方向に回転するとともにロールＲ２が矢印α方向に回転すると、ロールＲ１，Ｒ２は伝熱板１に対して矢印δ方向（ロール送り方向）に相対的に移動する。
【００５６】
したがって、伝熱板１に作用する曲げモーメントの位置が、その相対的な移動に伴って遷移していくため、伝熱板１の全体が強制的に下側に凸に撓まされる。そのため、この相対的な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。なお、第一補助部材Ｔ１乃至第三補助部材Ｔ３は、伝熱板１の力学特性や反りの曲率に応じて、反りとは反対側に撓ませて反りを矯正するのに十分な厚みで設定すればよい。
【００５７】
また、伝熱板１の縦方向にロールＲ１，Ｒ２を回転させて矯正工程を行なった後、横方向にロールＲ１，Ｒ２を回転させてもよい。即ち、第一補助部材Ｔ１乃至第三補助部材Ｔ３を横方向と平行になるように配置するとともに、第一補助部材Ｔ１乃至第三補助部材Ｔ３に対して直交するようにロールＲ１，Ｒ２を配置する。そして、ロールＲ１，Ｒ２を横方向に往復動させる。これにより、伝熱板１をバランスよく矯正することができる。
【００５８】
また、ここでは、伝熱板１の裏面Ｚｂを上にして、歪矯正工程を行うものとして説明したが、裏返さずに表面Ｚａを上にして歪矯正工程を行うようにしてもよい。この場合、前記した各構成部品は、表裏対称に表れるため、説明を省略する。
【００５９】
（６）焼鈍工程
焼鈍工程では、伝熱板１を焼鈍することにより、伝熱板１の内部応力を除去する。本実施形態では、熱媒体用管２０に、例えば、マイクロヒーターを通電させて焼鈍を行う。これにより、伝熱板１の内部応力を除去することができ、伝熱板１の使用時の変形を防止することができる。
【００６０】
以上説明した第一実施形態に係る伝熱板の製造方法によれば、接合工程による熱収縮によって伝熱板１が撓んでしまったとしても、伝熱板１の表面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ることにより、裏面Ｚｂ側に凸となる反りを矯正することができるため、伝熱板１の平坦性を高めることができる。また、伝熱板１よりも硬度の低い第一補助部材Ｔ１乃至第三補助部材Ｔ３を用いることで、伝熱板１を傷つけることなく矯正作業を行うことができる。
【００６１】
［第二実施形態］
第二実施形態に係る伝熱板の製造方法は、図１２に示すように、伝熱板２１において、熱媒体用管２０の周囲に形成される空隙部２２に塑性流動材が流入されている点で第一実施形態と相違する。即ち、図１の（ｂ）に示すように、第一実施形態においては、接合工程で摩擦攪拌を行ったとしても、熱媒体用管２０の周囲に空隙が形成されてしまう。そこで、第二実施形態に示すように、熱媒体用管２０の周囲に形成された空隙部２２に塑性流動材を流入させて、当該空隙部２２を埋めてもよい。なお、第一実施形態と共通する部分は説明を省略する。
【００６２】
即ち、伝熱板２１に係る蓋溝６及び蓋板１０は、第一実施形態よりも幅狭に形成されている。そして、接合工程では、接合用回転ツールＦを熱媒体用管２０に近接させるように摩擦攪拌を行い、金属部材を塑性流動化させた塑性流動材を空隙部２２に流入させる。これにより、熱媒体用管２０の周囲に形成される空隙部２２が塑性流動材（金属部材）で埋まるため、伝熱板２１の熱交換効率を高めることができる。
【００６３】
このようにして形成された伝熱板２１に対しても、前記したようにプレス矯正、衝打矯正又はロール矯正を行うことにより、伝熱板２１に生じる反りを矯正することができる。なお、空隙部２２に塑性流動材をどの程度流動させるかは、接合用回転ツールＦの大きさや押込み量、蓋溝６及び蓋板１０の形状に応じて適宜設定すればよい。
【００６４】
［第三実施形態］
第三実施形態に係る伝熱板の製造方法は、図１３に示すように、伝熱板３１において、熱媒体用管が挿入されていない点で第一実施形態と相違する。このように、熱媒体用管を設けなくても、凹溝８に直接熱媒体を流入させてもよい。
このようにして形成された伝熱板３１に対しても、前記したようにプレス矯正、衝打矯正又はロール矯正を行うことにより、伝熱板３１に生じる反りを矯正することができる。
【００６５】
［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。前記した第一実施形態においては、蓋板１０の両側面に沿ってそれぞれ摩擦攪拌を行うことで、表面塑性化領域Ｗ１，Ｗ１のように、二条の塑性化領域が形成されるようにして伝熱板を形成したが、第四実施形態のように、蓋板の幅を小さく設定して、一条の塑性化領域のみが形成されるようにして伝熱板を形成してもよい。
【００６６】
第四実施形態に係る伝熱板の製造方法は、図１４に示すように、伝熱板４１において、平面視正方形の板厚のベース部材２と、ベース部材２に凹設された溝に挿入された熱媒体用管２０と、ベース部材２に凹設された溝に挿入された蓋板４２と、を主に備えている。蓋板４２の上面は、一条の摩擦攪拌によって接合されている。
【００６７】
図１５及び図１６に示すように、ベース部材２の表面Ｚａには、ベース部材２の一方の側面Ｚｃから対向する他方の側面Ｚｄまで連続して形成された凹溝４３が形成されている。凹溝４３は、熱媒体用管２０及び蓋板４２が挿入される部分である。凹溝４３は、断面視Ｕ字状、平面視蛇行状を呈するように形成されている。図１６に示すように、凹溝４３の側壁４３ａ，４３ｂ間の幅Ａ’は、熱媒体用管２０の外径と略同等に形成されている。また、凹溝４３の幅Ａ’は、接合用回転ツールＦのショルダ部Ｆ１の外径Ｘ１よりも小さく形成されている。凹溝４３の深さは、深さＣ’で形成されている。
【００６８】
熱媒体用管２０は、凹溝４３に挿入される管であって、ベース部材２の一方の側面Ｚｃから他方の側面Ｚｄまで貫通して形成されている。熱媒体用管２０は、平面視蛇行状を呈し、凹溝４３の平面視形状と略同等の形状を呈する。
【００６９】
蓋板４２は、図１５及び図１６に示すように、断面視矩形、平面視蛇行状を呈する部材であって凹溝４３に挿入される部材である。蓋板４２は、側面４２ａ，４２ｂ及び上面４２ｃ、下面４２ｄを備えている。蓋板４２の高さＨ’と熱媒体用管２０の外径との和は、凹溝４３の深さＣ’と略同等に形成されている。また、蓋板４２の幅は、凹溝４３の幅Ａ’と略同等に形成されている。したがって、熱媒体用管２０及び蓋板４２を凹溝４３に挿入すると、上面４２ｃとベース部材２の表面Ｚａとが面一になるとともに、蓋板４２の側面４２ａ，４２ｂは、凹溝４３の側壁４３ａ，４３ｂとそれぞれ面接触するか又は微細な隙間をあけて対向する。
【００７０】
次に、第四実施形態に係る製造方法について説明する。
第四実施形態に係る伝熱板の製造方法は、（１）溝形成工程、（２）熱媒体用管挿入工程、（３）蓋板挿入工程、（４）接合工程、（５）矯正工程、（６）焼鈍工程を含むものである。
【００７１】
（１）溝形成工程
溝形成工程では、図１５及び図１６に示すように、ベース部材２の表面Ｚａに所定の幅及び深さで凹溝４３を形成する。溝形成工程は、例えば、公知のエンドミル等を用いて行う。
【００７２】
（２）熱媒体用管挿入工程
熱媒体用管挿入工程では、図１５及び図１６に示すように、溝形成工程で形成された凹溝４３に熱媒体用管２０を挿入する。
【００７３】
（３）蓋板挿入工程
蓋板挿入工程では、図１５及び図１６に示すように、凹溝４３に蓋板４２を挿入して凹溝４３を閉塞する。ここで、凹溝４３と蓋板４２との突き合わせ面において、凹溝４３の一方の側壁４３ａと、蓋板４２の一方の側面４２ａとで突き合わされた部分を突合部Ｊ３とし、凹溝４３の他方の側壁４３ｂと、蓋板４２の他方の側面４２ｂとで突き合わされた部分を突合部Ｊ４とする。
【００７４】
（４）接合工程
接合工程では、蓋板４２（凹溝４３）に沿って接合用回転ツールＦを用いて摩擦攪拌を行う。接合工程は、本実施形態ではタブ材を配置するタブ材配置工程と、摩擦攪拌を行う接合工程とを含む。
【００７５】
タブ材配置工程では、図１７の（ａ）に示すように、ベース部材２の一方の側面Ｚｃ及び他方の側面Ｚｄに一対のタブ材３３，３４をそれぞれ配置する。タブ材３３，３４とベース部材２とは溶接によって仮接合する。
【００７６】
接合工程では、図１７の（ａ）及び（ｂ）に示すように、蓋板４２（凹溝４３）に沿って摩擦攪拌を行う。即ち、タブ材３３に設定した開始位置ＳＭ４に接合用回転ツールＦを押し込んで、ショルダ部Ｆ１がベース部材２に接触したら、蓋板４２に沿って接合用回転ツールＦを相対移動させ、タブ材３４に設定した終了位置ＥＭ４まで連続して摩擦攪拌を行う。
【００７７】
図１７の（ｂ）に示すように、接合用回転ツールＦのショルダ部Ｆ１の外径Ｘ１は、凹溝４３の幅Ａ’よりも大きく設定しているため、蓋板４２の幅方向の中心に沿って接合用回転ツールＦを移動させると、突合部Ｊ３，Ｊ４が塑性化される。このように、本実施形態によれば、一のルートを設定するだけで、突合部Ｊ３，Ｊ４を摩擦攪拌することができるため、第一実施形態に比べて作業手間を大幅に省略することができる。また、摩擦攪拌を行う際に、接合用回転ツールＦが蓋板４２を押し込むため、熱媒体用管２０も押圧されて凹溝４３と熱媒体用管２０を密接させることができる。これにより、熱媒体用管２０の周囲に形成される空隙部２２を低減することができるため、伝熱板４１の熱交換効率を高めることができる。なお、接合工程が終了したら、ベース部材２からタブ材を切除する。
【００７８】
ここで図１８は、本実施形態の本接合工程後を示した伝熱板４１を示した斜視図である。伝熱板４１には、接合工程によって、表面塑性化領域Ｗ３が形成される。表面塑性化領域Ｗ３は、熱収縮によって縮むため、伝熱板４１が表面Ｚａ側に凹状となるように反って撓んでしまう可能性がある。特に、伝熱板４１の表面Ｚａに示す地点ａ〜地点ｊのうち、伝熱板４１の四隅に係る地点ａ，ｃ，ｆ，ｈに関しては、その反りが顕著に見られる傾向がある。なお、地点ｊは、伝熱板４１の中心地点を示す。
【００７９】
（５）矯正工程
矯正工程は、前記した接合工程で発生した反りを解消するために行う工程である。矯正工程は、第一実施形態で示したプレス矯正、衝打矯正又はロール矯正のいずれかを行えばよいため、説明を省略する。
【００８０】
（６）焼鈍工程
焼鈍工程では、伝熱板４１を焼鈍することにより、伝熱板４１の内部応力を除去する。本実施形態では、熱媒体用管２０に、例えば、マイクロヒーターを通電させて焼鈍を行う。これにより、伝熱板４１の内部応力を除去することができ、伝熱板４１の使用時の変形を防止することができる。
【００８１】
以上説明した第四実施形態に係る伝熱板４１によれば、矯正工程を行うことにより、伝熱板４１の平坦性を高めることができる。また、本実施形態においては凹溝４３を幅狭に形成することにより、一条の摩擦攪拌のみで接合工程を行うことができるため、作業手間を省くことができる。
【００８２】
［第五実施形態］
第五実施形態は、第四実施形態の変形例である。第五実施形態に係る伝熱板の製造方法は、図１９に示すように、熱媒体用管を有さない点で第四実施形態と相違する。即ち、第四実施形態において、熱媒体用管を用いずに、凹溝４３に直接熱媒体を流動させてもよい。
【００８３】
凹溝４３の下部は、円弧上に切り欠かれているため、凹溝４３に蓋板４２を挿入すると、蓋板４２が隙間４４をあけて凹溝４３に係止される。そして、第四実施形態と同様に、接合工程を行って、ベース部材２と蓋板４２の上部とを摩擦攪拌により一体化させてもよい。
このようにして形成された伝熱板５１に対しても前記した矯正工程を行うことで伝熱板５１の平坦性を高めることができる。
【００８４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変形が可能である。例えば、本実施形態では、熱媒体用管を平面視略馬蹄状又は平面視蛇行状に配設したが、これに限定されるものではなく他の形態であってもよい。
【符号の説明】
【００８５】
１ 伝熱板
２ ベース部材
６ 蓋溝
８ 凹溝
１０ 蓋板
２０ 熱媒体用管
２２ 空隙部
Ｆ 接合用回転ツール
Ｊ 突合部
Ｐ プレス装置
Ｒ１ ロール
Ｒ２ ロール
Ｔ１ 第一補助部材
Ｔ２ 第二補助部材
Ｔ３ 第三補助部材
Ｗ 塑性化領域
Ｚａ 表面
Ｚｂ 裏面
【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凹溝の周囲に形成された蓋溝に、蓋板を挿入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接合用回転ツールを相対移動させて摩擦攪拌を行う接合工程と、
前記接合工程により形成された前記ベース部材の裏面側に凸となる反りを、前記ベース部材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ることで矯正する矯正工程と、
前記矯正工程後に、一体形成された伝熱板に焼鈍を行う焼鈍工程と、を含むことを特徴とする伝熱板の製造方法。
【請求項２】
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熱媒体用管挿入工程と、
前記蓋溝に蓋板を挿入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接合用回転ツールを相対移動させて摩擦攪拌を行う接合工程と、
前記接合工程により形成された前記ベース部材の裏面側に凸となる反りを、前記ベース部材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ることで矯正する矯正工程と、
前記矯正工程後に、一体形成された伝熱板に焼鈍を行う焼鈍工程と、を含むことを特徴とする伝熱板の製造方法。
【請求項３】
前記接合工程において、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れた塑性流動材を流入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】
ベース部材の表面側に開口する凹溝に蓋板を挿入する蓋板挿入工程と、
前記凹溝に沿って接合用回転ツールを相対移動させて摩擦攪拌を行う接合工程と、
前記接合工程により形成された前記ベース部材の裏面側に凸となる反りを、前記ベース部材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ることで矯正する矯正工程と、
前記矯正工程後に、一体形成された伝熱板に焼鈍を行う焼鈍工程と、を含むことを特徴とする伝熱板の製造方法。
【請求項５】
ベース部材の表面側に開口する凹溝に、熱媒体用管を挿入する熱媒体用管挿入工程と、
前記凹溝に蓋板を挿入する蓋板挿入工程と、
前記凹溝に沿って接合用回転ツールを相対移動させて摩擦攪拌を行う接合工程と、
前記接合工程により形成された前記ベース部材の裏面側に凸となる反りを、前記ベース部材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ることで矯正する矯正工程と、
前記矯正工程後に、一体形成された伝熱板に焼鈍を行う焼鈍工程と、を含むことを特徴とする伝熱板の製造方法。
【請求項６】
前記接合工程では、前記接合用回転ツールの押圧力によって前記蓋板が前記熱媒体用管の上部を押圧するとともに、前記蓋板の少なくとも上部と前記ベース部材とを摩擦攪拌することを特徴とする請求項５に記載の伝熱板の製造方法。
【請求項７】
前記矯正工程では、前記ベース部材をプレス矯正、ロール矯正又は衝打具で衝打して矯正することにより、前記反りを矯正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】
前記矯正工程では、前記ベース部材の裏面側の中央付近に当接する第一補助部材を配置するとともに、前記ベース部材の表面側の周縁付近に当接する第二補助部材及び第三補助部材を、前記第一補助部材を挟んで両側に配置した状態で、前記反りを矯正することを特徴とする請求項７に記載の伝熱板の製造方法。
【請求項９】
前記各補助部材は、前記ベース部材よりも硬度が低い材料であることを特徴とする請求項８に記載の伝熱板の製造方法。
【請求項１０】
前記焼鈍工程では、前記熱媒体用管の内部にヒーターを配置しておき、前記矯正工程後に前記ヒーターに通電して、前記伝熱板を焼鈍することを特徴とする請求項２、請求項３、請求項５又は請求項６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凹溝の周囲に形成された蓋溝に、蓋板を挿入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接合用回転ツールを相対移動させて摩擦攪拌を行う接合工程と、
前記接合工程により形成された前記ベース部材の裏面側に凸となる反りを、前記ベース部材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ることで矯正する矯正工程と、
前記矯正工程後に、一体形成された伝熱板に焼鈍を行う焼鈍工程と、を含むことを特徴とする伝熱板の製造方法。
【請求項２】
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熱媒体用管挿入工程と、
前記蓋溝に蓋板を挿入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接合用回転ツールを相対移動させて摩擦攪拌を行う接合工程と、
前記接合工程により形成された前記ベース部材の裏面側に凸となる反りを、前記ベース部材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ることで矯正する矯正工程と、
前記矯正工程後に、一体形成された伝熱板に焼鈍を行う焼鈍工程と、を含むことを特徴とする伝熱板の製造方法。
【請求項３】
前記接合工程において、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れた塑性流動材を流入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】
ベース部材の表面側に開口する凹溝に蓋板を挿入する蓋板挿入工程と、
前記凹溝に沿って接合用回転ツールを相対移動させて摩擦攪拌を行う接合工程と、
前記接合工程により形成された前記ベース部材の裏面側に凸となる反りを、前記ベース部材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ることで矯正する矯正工程と、
前記矯正工程後に、一体形成された伝熱板に焼鈍を行う焼鈍工程と、を含むことを特徴とする伝熱板の製造方法。
【請求項５】
ベース部材の表面側に開口する凹溝に、熱媒体用管を挿入する熱媒体用管挿入工程と、
前記凹溝に蓋板を挿入する蓋板挿入工程と、
前記凹溝に沿って接合用回転ツールを相対移動させて摩擦攪拌を行う接合工程と、
前記接合工程により形成された前記ベース部材の裏面側に凸となる反りを、前記ベース部材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ることで矯正する矯正工程と、
前記矯正工程後に、一体形成された伝熱板に焼鈍を行う焼鈍工程と、を含むことを特徴とする伝熱板の製造方法。
【請求項６】
前記接合工程では、前記接合用回転ツールの押圧力によって前記蓋板が前記熱媒体用管の上部を押圧するとともに、前記蓋板の少なくとも上部と前記ベース部材とを摩擦攪拌することを特徴とする請求項５に記載の伝熱板の製造方法。
【請求項７】
前記矯正工程では、前記ベース部材をプレス矯正、ロール矯正又は衝打具で衝打して矯正することにより、前記反りを矯正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】
前記矯正工程では、前記ベース部材の裏面側の中央付近に当接する第一補助部材を配置するとともに、前記ベース部材の表面側の周縁付近に当接する第二補助部材及び第三補助部材を、前記第一補助部材を挟んで両側に配置した状態で、前記反りを矯正することを特徴とする請求項７に記載の伝熱板の製造方法。
【請求項９】
前記各補助部材は、前記ベース部材よりも硬度が低い材料であることを特徴とする請求項８に記載の伝熱板の製造方法。
【請求項１０】
前記焼鈍工程では、前記熱媒体用管の内部にヒーターを配置しておき、前記矯正工程後に前記ヒーターに通電して、前記伝熱板を焼鈍することを特徴とする請求項２、請求項３、請求項５又は請求項６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１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【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１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１３−９９７８６（Ｐ２０１３−９９７８６Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２８７７７４（Ｐ２０１２−２８７７７４）
【出願日】平成２４年１２月２８日（２０１２．１２．２８）
【分割の表示】特願２００８−２４４５６５（Ｐ２００８−２４４５６５）の分割
【原出願日】平成２０年９月２４日（２００８．９．２４）
【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２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１２月２８日（２０１２．１２．２８）
【分割の表示】特願２００８−２４４５６５（Ｐ２００８−２４４５６５）の分割
【原出願日】平成２０年９月２４日（２００８．９．２４）
【出願人】（０００００４７４３）日本軽金属株式会社 (627)
【Ｆターム（参考）】
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