WO2019198290A1

WO2019198290A1 - 伝熱板の製造方法

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Publication number: WO2019198290A1
Application number: PCT/JP2019/001226
Authority: WO
Inventors: 堀　久司; 伸城瀬尾
Original assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Current assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Priority date: 2018-04-10
Filing date: 2019-01-17
Publication date: 2019-10-17
Anticipated expiration: 2020-10-10
Also published as: CN111629855A; JP2019181509A; JP6927130B2; US20210170521A1

Abstract

摩擦攪拌で用いる本接合用回転ツール（Ｆ）の攪拌ピン（Ｆ２）の外周面は先細りとなるように傾斜しており、攪拌ピン（Ｆ２）の先端側には平坦面（Ｆ３）が形成されるとともに、平坦面（Ｆ３）に突出する突起部（Ｆ４）が形成されており、本接合工程において、回転した攪拌ピン（Ｆ２）を突合せ部（Ｊ１）に挿入し、攪拌ピン（Ｆ２）のみをベース部材（２）及び蓋板（５）に接触させるとともに、平坦面（Ｆ３）をベース部材（２）及び蓋板（５）に接触させ、かつ、突起部（Ｆ４）の先端面（Ｆ５）をベース部材（２）のみに接触させた状態で摩擦攪拌を行うことを特徴とする。

Description

伝熱板の製造方法

　本発明は、伝熱板の製造方法に関する。

　特許文献１には、ベース部材の内部に形成された流路に流体を流通させて熱交換等を行う伝熱板の製造方法が記載されている。ベース部材には、表面に開口する蓋溝と、この蓋溝の底面に形成された凹溝とが形成されている。伝熱板を製造する際には、蓋溝に蓋板を配置して、この蓋板の側面と蓋溝の側壁とで形成された突合せ部に対して摩擦攪拌接合を行っている。摩擦攪拌接合を行う際には、回転ツールのショルダの底面をベース部材及び蓋板に接触させつつ、回転ツールの攪拌ピンを突合せ部の深い位置まで挿入している。突合せ部の深い位置まで摩擦攪拌することにより、伝熱板の水密性及び気密性を向上させることができる。

　一方、特許文献２には、攪拌ピンのみをベース部材及び蓋板に接触させた状態で、摩擦攪拌接合を行う伝熱板の製造方法が開示されている。

特開２００２－２５７４９０号公報特開２０１４－９４４０９号公報

　当該分野においては、より接合強度の高い伝熱板の製造方法が望まれている。

　このような観点から、本発明は、伝熱板の深い位置を容易に摩擦攪拌接合することができるとともに接合強度の高い伝熱板の製造方法を提供することを課題とする。

　このような課題を解決するために本発明は、ベース部材の表面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せ部に沿って攪拌ピンを備えた回転ツールを相対移動させて摩擦攪拌を行う本接合工程と、を含み、摩擦攪拌で用いる回転ツールの攪拌ピンの外周面は先細りとなるように傾斜しており、前記攪拌ピンの先端側には平坦面が形成されるとともに、前記平坦面に突出する突起部が形成されており、前記本接合工程において、回転した前記攪拌ピンを前記突合せ部に挿入し、前記攪拌ピンのみを前記ベース部材及び前記蓋板に接触させるとともに、前記平坦面を前記ベース部材及び前記蓋板に接触させ、かつ、前記突起部の先端面をベース部材のみに接触させた状態で摩擦攪拌を行うことを特徴とする。

　また、本発明は、ベース部材の表面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板挿入工程と、前記蓋溝の側壁と前記蓋板の側面との突合せ部に沿って攪拌ピンを備えた回転ツールを相対移動させて摩擦攪拌を行う本接合工程と、を含み、摩擦攪拌で用いる回転ツールの攪拌ピンの外周面は先細りとなるように傾斜しており、前記攪拌ピンの先端側には平坦面が形成されるとともに、前記平坦面に突出する突起部が形成されており、前記本接合工程において、回転した前記攪拌ピンを前記突合せ部に挿入し、前記攪拌ピンのみを前記ベース部材及び前記蓋板に接触させるとともに、前記平坦面を前記ベース部材及び前記蓋板に接触させ、かつ、前記突起部の先端面をベース部材のみに接触させた状態で摩擦攪拌を行うことを特徴とする。

　かかる方法によれば、回転ツールのうちの攪拌ピンのみがベース部材及び蓋板に接触するので、接合するベース部材及び蓋板と回転ツールとの摩擦を軽減することができ、摩擦攪拌装置にかかる負荷を小さくすることができる。すなわち、本発明によれば、摩擦攪拌装置への負荷を小さくすることができるため、突合せ部の深い位置を容易に摩擦攪拌接合することができる。これにより、伝熱板の深い位置に流路を容易に形成することができる。また、突合せ部の深い位置まで摩擦攪拌できるため、伝熱板の水密性及び気密性を高めることができる。また、攪拌ピンの先端側には平坦面が形成されるとともに、この平坦面に突出する突起部が形成されているので、突起部に沿って摩擦攪拌されて突起部に巻き上げられた塑性流動材は平坦面で押えられる。これにより、突起部周りをより確実に摩擦攪拌することができるとともに蓋溝の底面と蓋板の裏面と間の酸化被膜が確実に分断されるので、接合強度を高めることができる。

　また、前記本接合工程の前に、前記突合せ部を仮接合する仮接合工程を含むことが好ましい。かかる製造方法によれば、本接合工程の際の突合せ部の目開きを防止することができる。

　また、本発明は、ベース部材の表面に開口する凹溝を覆うように、ベース部材の表面に蓋板を重ね合わせる閉塞工程と、前記蓋板の表面から攪拌ピンを備えた回転ツールを挿入し、前記ベース部材の表面と前記蓋板の裏面との重合部に沿って前記回転ツールを相対移動させる本接合工程と、を含み、摩擦攪拌で用いる回転ツールの攪拌ピンの外周面は先細りとなるように傾斜しており、前記攪拌ピンの先端側には平坦面が形成されるとともに、前記平坦面に突出する突起部が形成されており、前記本接合工程では、前記攪拌ピンのみを前記ベース部材と前記蓋板の両方に接触させるとともに、前記平坦面を前記蓋板のみに接触させ、かつ、前記突起部の先端面を前記ベース部材のみに接触させた状態で前記重合部の摩擦攪拌を行うことを特徴とする。

　また、本発明は、ベース部材の表面に開口する凹溝を覆うように、ベース部材の表面に蓋板を重ね合わせる閉塞工程と、前記ベース部材の裏面から攪拌ピンを備えた回転ツールを挿入し、前記ベース部材の表面と前記蓋板の裏面との重合部に沿って前記回転ツールを相対移動させる本接合工程と、を含み、摩擦攪拌で用いる回転ツールの攪拌ピンの外周面は先細りとなるように傾斜しており、前記攪拌ピンの先端側には平坦面が形成されるとともに、前記平坦面に突出する突起部が形成されており、前記本接合工程では、前記攪拌ピンのみを前記ベース部材と前記蓋板の両方に接触させるとともに、前記平坦面を前記ベース部材のみに接触させ、かつ、前記突起部の先端面を前記蓋板のみに接触させた状態で前記重合部の摩擦攪拌を行うことを特徴とする。

　かかる方法によれば、回転ツールのうちの攪拌ピンのみがベース部材と蓋板の両方に接触することになるので、回転ツールとの摩擦を軽減することができ、摩擦攪拌装置にかかる負荷を小さくすることができる。すなわち、本発明によれば、摩擦攪拌装置への負荷を小さくすることができるため、深い位置にある重合部を容易に摩擦攪拌接合することができる。これにより、伝熱板の深い位置にも容易に流路を形成することができる。また、攪拌ピンの先端側には平坦面が形成されるとともに、この平坦面に突出する突起部が形成されているので、突起部に沿って摩擦攪拌されて突起部に巻き上げられた塑性流動材は平坦面で押えられる。これにより、突起部周りをより確実に摩擦攪拌することができるとともにベース部材と蓋板の間の酸化被膜が確実に分断されるので、接合強度を高めることができる。

　また、前記本接合工程の前に、前記重合部を仮接合する仮接合工程を含むことが好ましい。かかる製造方法によれば、本接合工程の際の重合部の目開きを防止することができる。

　また、前記本接合工程の終了後、前記回転ツールの摩擦攪拌によって生じたバリを切除するバリ切除工程を含むことが好ましい。かかる製造方法によれば、ベース部材又は蓋板をきれいに成形することができる。

　本発明に係る伝熱板の製造方法によれば、深い位置にある突合せ部を容易に摩擦攪拌接合することができるとともに水密性、気密性及び接合強度を高めることができる。

本発明の第一実施形態に係る伝熱板を示す斜視図である。第一実施形態に係る伝熱板の製造方法の準備工程を示す断面図である。第一実施形態に係る伝熱板の製造方法の蓋溝閉塞工程を示す断面図である。第一実施形態に係る伝熱板の製造方法のタブ材配置工程を示す平面図である。第一実施形態に係る伝熱板の製造方法の仮接合工程を示す断面図である。第一実施形態に係る伝熱板の製造方法の本接合工程を示す断面図である。本発明の第二実施形態に係る伝熱板の製造方法の準備工程を示す断面図である。第二実施形態に係る伝熱板の製造方法の蓋溝閉塞工程を示す断面図である。第二実施形態に係る伝熱板の製造方法の本接合工程を示す断面図である。本発明の第三実施形態に係る伝熱板の製造方法の仮接合工程を示す断面図である。第三実施形態に係る伝熱板の製造方法の本接合工程を示す断面図である。本発明の第四実施形態に係る伝熱板の製造方法の仮接合工程を示す断面図である。第四実施形態に係る伝熱板の製造方法の本接合工程を示す断面図である。本発明の第五実施形態に係る摩擦攪拌接合方法の本接合工程を示す断面図である。

〔第一実施形態〕
　本発明の第一実施形態に係る伝熱板について説明する。図１に示すように、本実施形態に係る伝熱板１は、ベース部材２と、蓋板５とで主に構成されている。ベース部材２は、略直方体を呈する。ベース部材２には、凹溝３と、蓋溝４とが形成されている。ベース部材２の材料は摩擦攪拌可能であれば特に制限されないが、本実施形態ではアルミニウム合金である。本実施形態における「表面」とは「裏面」の反対側の面という意味である。

　凹溝３は、ベース部材２の中央において、一方の側面から他方の側面に向けて貫通している。凹溝３は、蓋溝４の底面に凹設されている。凹溝３の底部は、円弧状になっている。凹溝３の開口は、ベース部材２の表面２ａ側に開放されている。

　蓋溝４は、凹溝３よりも幅広になっており、凹溝３の表面２ａ側において凹溝３に連続して形成されている。蓋溝４は、断面視矩形を呈し、表面２ａ側に開放されている。

　蓋板５は、蓋溝４に挿入される板状部材である。蓋板５は、本実施形態では、ベース部材２と同等の材料であるアルミニウム合金で形成されている。蓋板５は、蓋溝４に隙間無く挿入されるように、蓋溝４の中空部と同じ形状になっている。

　蓋溝４の一対の側壁と蓋板５の一対の側面とが突き合わされて突合せ部Ｊ１，Ｊ１が形成される。突合せ部Ｊ１，Ｊ１は、深さ方向の全長に亘って摩擦攪拌により接合されている。伝熱板１の凹溝３と蓋板５の下面とで囲まれた空間が、流体が流通する流路となる。

　次に、第一実施形態に係る伝熱板の製造方法について説明する。伝熱板の製造方法では、準備工程と、蓋溝閉塞工程と、タブ材配置工程と、仮接合工程と、本接合工程とを行う。

　図２Ａに示すように、準備工程は、ベース部材２を用意する工程である。まず、クランプ（図示省略）を介して架台Ｋにベース部材２を固定する。そして、エンドミル等を用いて凹溝３及び蓋溝４を切削加工により形成する。なお、ダイキャスト又は押し出し成形等によって予め凹溝３及び蓋溝４が形成されたベース部材２を用いてもよい。

　図２Ｂに示すように、蓋溝閉塞工程は、蓋溝４に蓋板５を挿入する工程である。蓋溝４の側壁と、蓋板５の側面とがそれぞれ突き合わされて突合せ部Ｊ１，Ｊ１が形成される。また、蓋溝４の底面４ａと、蓋板５の裏面５ｂとが突き合わされて突合せ部Ｊ２が形成される。蓋板５の表面５ａとベース部材２の表面２ａとは面一になる。

　図３に示すように、タブ材配置工程は、ベース部材２の側面にタブ材１０，１０を配置する工程である。タブ材１０は、後記する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。タブ材１０は、ベース部材２の対向する側面に面接触されるとともに、突合せ部Ｊ１，Ｊ１の延長線上に配置される。タブ材１０は、本実施形態では、ベース部材２と同等の材料であるアルミニウム合金で形成されている。タブ材１０は、タブ材１０とベース部材２との入り隅部を溶接することにより接合される。

　図４Ａに示すように、仮接合工程は、仮接合用回転ツールＧを用いて突合せ部Ｊ１，Ｊ１に対して予備的に摩擦攪拌接合を行う工程である。仮接合工程の開始位置及び終了位置は、特に制限されないが、本実施形態では、タブ材１０の表面に設定している。

　具体的には、仮接合工程の開始位置を一方のタブ材１０の表面に設定し、一方の突合せ部Ｊ１の全長に摩擦攪拌接合を行う。仮接合用回転ツールＧの移動軌跡には、塑性化領域Ｗ１が形成される。他方のタブ材１０まで仮接合用回転ツールを移動させたら、そのままタブ材１０の表面で折り返させ、他方の突合せ部Ｊ１の全長に摩擦攪拌接合を行う。仮接合用回転ツールＧを一方のタブ材１０まで移動させたら、タブ材１０から仮接合用回転ツールＧを離脱させる。

　図４Ｂに示すように、本接合工程は、本接合用回転ツール（回転ツール）Ｆを用いて突合せ部Ｊ１，Ｊ１に対して摩擦攪拌接合を行う工程である。本接合工程の開始位置及び終了位置は、タブ材１０の表面に設定することが好ましい。本接合用回転ツールＦをタブ材１０に挿入する際には、仮接合用回転ツールＧの抜き孔を利用してもよいし、タブ材１０に別途下穴を設けて、当該下穴から本接合用回転ツールＦを挿入してもよい。

　本接合用回転ツールＦは、連結部Ｆ１と、攪拌ピンＦ２とで構成されている。本接合用回転ツールＦは、例えば工具鋼で形成されている。連結部Ｆ１は、摩擦攪拌装置（図示省略）の回転軸に連結される部位である。連結部Ｆ１は円柱状を呈し、ボルトが締結されるネジ孔（図示省略）が形成されている。

　攪拌ピンＦ２は、連結部Ｆ１から垂下しており、連結部Ｆ１と同軸になっている。攪拌ピンＦ２は連結部Ｆ１から離間するにつれて先細りになっている。図４Ｂに示すように、攪拌ピンＦ２の先端には、回転中心軸Ｃに対して垂直であり、かつ、平坦な平坦面Ｆ３が形成されている。さらに平坦面Ｆ３には下方に突出する突起部Ｆ４が形成されている。突起部Ｆ４は、平坦面Ｆ３の中心部から下方に突出する部位である。突起部Ｆ４の形状は特に制限されないが、本実施形態では、円柱状になっている。

　突起部Ｆ４の側面と、平坦面Ｆ３とで段差部が形成されている。つまり、攪拌ピンＦ２の外面は、先細りとなる外周面Ｆ１０と、先端に形成された平坦面Ｆ３と、突起部Ｆ４の外周面および先端面Ｆ５とで構成されている。攪拌ピンＦ２の外周面Ｆ１０には螺旋溝が刻設されている。本実施形態では、本接合用回転ツールＦを右回転させるため、螺旋溝は、基端から先端に向かうにつれて左回りに形成されている。言い換えると、螺旋溝は、螺旋溝を基端から先端に向けてなぞると上から見て左回りに形成されている。

　なお、本接合用回転ツールＦを左回転させる場合は、螺旋溝を基端から先端に向かうにつれて右回りに形成することが好ましい。言い換えると、この場合の螺旋溝は、螺旋溝を基端から先端に向けてなぞると上から見て右回りに形成されている。螺旋溝をこのように設定することで、摩擦攪拌の際に塑性流動化した金属が螺旋溝によって攪拌ピンＦ２の先端側に導かれる。これにより、被接合金属部材（ベース部材２及び蓋板５）の外部に溢れ出る金属の量を少なくすることができる。なお、突起部Ｆ４の側面に螺旋溝を刻設してもよい。

　本接合工程では、仮接合工程で形成された塑性化領域Ｗ１をなぞるようにして摩擦攪拌接合を行う。本接合用回転ツールＦを用いて摩擦攪拌を行う際には、蓋板５に右回転した攪拌ピンＦ２のみを挿入し、ベース部材２及び蓋板５と連結部Ｆ１とは離間させつつ移動させる。言い換えると、攪拌ピンＦ２の基端部は露出させた状態で摩擦攪拌を行う。本接合用回転ツールＦの移動軌跡には摩擦攪拌された金属が硬化することにより塑性化領域Ｗが形成される。

　図４Ｂに示すように、本接合工程では、攪拌ピンＦ２の平坦面Ｆ３をベース部材２と蓋板５の両方に接触させるとともに、突起部Ｆ４の先端面Ｆ５をベース部材２のみに接触させた状態で摩擦攪拌を行う。言い換えると、本接合工程では、突起部Ｆ４の側面が突合せ部Ｊ２に位置するように攪拌ピンＦ２の挿入深さを設定する。

　なお、本接合工程の終了後、摩擦攪拌によって生じたバリを切除するバリ切除工程を行ってもよい。バリ切除工程を行うことで、ベース部材２及び蓋板５の表面を平滑にすることができる。

　以上説明した本実施形態に係る伝熱板の製造方法によれば、本接合工程の際に、本接合用回転ツールＦのうちの攪拌ピンＦ２のみがベース部材２及び蓋板５に接触することになるので、ベース部材２及び蓋板５と本接合用回転ツールＦとの摩擦を軽減することができ、摩擦攪拌装置にかかる負荷を小さくすることができる。すなわち、本実施形態によれば、深い位置を摩擦攪拌しても摩擦攪拌装置への負荷を小さくすることができるため、伝熱板１の流路を深い位置に容易に形成することができる。

　また、本接合工程では、必ずしも突合せ部Ｊ１，Ｊ１の深さ方向の全長に亘って摩擦攪拌を行う必要は無いが、本実施形態のように突合せ部Ｊ１の深さの全長に亘って摩擦攪拌することで、伝熱板１の水密性及び気密性を高めることができる。

　また、攪拌ピンＦ２の先端側の平坦面Ｆ３に突起部Ｆ４が形成されているので、突起部Ｆ４に沿って摩擦攪拌されて突起部Ｆ４に巻き上げられた塑性流動材は平坦面Ｆ３で押えられる。これにより、突起部Ｆ４周りをより確実に摩擦攪拌することができるとともに突合せ部Ｊ２の酸化被膜が確実に分断されるので、突合せ部Ｊ２の接合強度を高めることができる。

　また、仮接合工程を行うことで、本接合工程を行う際に、ベース部材２と蓋板５との目開きを防ぐことができる

　なお、仮接合工程では、仮接合用回転ツールＧによる塑性化領域Ｗ１が断続的に形成されるように不連続に摩擦攪拌を行ってもよい。また、仮接合工程では、溶接によって突合せ部Ｊ１，Ｊ１を接合してもよい。また、タブ材１０とベース部材２とを仮接合用回転ツールＧを用いて仮接合してもよい。

〔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。第二実施形態に係る伝熱板は、熱媒体用管６を備えている点で第一実施形態と相違する。熱媒体用管６は、その内部に流体が流通する部材である。

　第二実施形態に係る伝熱板の製造方法では、準備工程と、熱媒体用管挿入工程と、蓋溝閉塞工程と、仮接合工程と、本接合工程とを行う。

　図５Ａに示すように、準備工程は、ベース部材２を用意する工程である。

　図５Ｂに示すように、熱媒体用管挿入工程は、凹溝３に熱媒体用管６を挿入する工程である。凹溝３及び熱媒体用管６の大きさ等は適宜設定すればよいが、本実施形態では、熱媒体用管６の外径と、凹溝３の幅及び深さは略同等になっている。

　蓋溝閉塞工程（蓋板挿入工程）は、蓋溝４に蓋板５を挿入する工程である。蓋溝４の側壁と蓋板５の側面とが突き合わされて突合せ部Ｊ１が形成される。蓋溝４に蓋板５を挿入すると、熱媒体用管６と蓋板５とが接触するとともに、ベース部材２の表面２ａと蓋板５の表面５ａとは面一になる。

　仮接合工程は、突合せ部Ｊ１に対して予備的に接合を行う工程である。仮接合工程は、第一実施形態と同じ要領で行う。

　図６に示すように、本接合工程は、本接合用回転ツールＦを用いて突合せ部Ｊ１，Ｊ１に対して摩擦攪拌接合を行う工程である。本接合工程は、第一実施形態と同じ要領で行う。本接合用回転ツールＦの移動軌跡には、塑性化領域Ｗ，Ｗが形成される。塑性化領域Ｗは、突合せ部Ｊ１，Ｊ１の深さ方向の全長に亘って形成される。

　第二実施形態に係る伝熱板の製造方法によっても第一実施形態と略同等の効果を奏することができる。また、熱媒体用管６を備えた伝熱板１Ａを容易に製造することができる。

　また、例えば、第一実施形態及び第二実施形態に係る凹溝３、蓋溝４、蓋板５及び熱媒体用管６の形状は、あくまで例示であって、他の形状であってもよい。また、本接合工程後に、ベース部材２の表面２ａと塑性化領域Ｗの表面との間に段差が生じた場合は、当該段差を埋めるように肉盛り溶接を行ってもよい。もしくは、塑性化領域Ｗの表面に金属部材を配置し、当該金属部材とベース部材２とを回転ツールで摩擦攪拌接合してもよい。

　また、本実施形態では、蓋溝４を設ける場合を例示したが、蓋溝４を設けず、凹溝３に直接蓋板５を挿入するようにしてもよい。

　また、図６に示すように、熱媒体用管６の周囲に空隙部Ｑが形成されている場合、本接合工程によって、この空隙部Ｑを埋めてもよい。蓋溝閉塞工程において、蓋溝４に蓋板５を挿入すると、凹溝３、蓋板５の下面及び熱媒体用管６によって空隙部Ｑが形成される。本接合工程では、本接合用回転ツールＦによって形成された塑性流動材を空隙部Ｑに流入させる。これにより、熱媒体用管６の周囲の空隙部Ｑが金属で充填されるため、水密性及び気密性をより高めることができる。

〔第三実施形態〕
　次に、本発明の第三実施形態について説明する。第三実施形態に係る伝熱板の製造方法は、ベース部材２に蓋溝４が形成されておらず、ベース部材２の表面２ａに蓋板５を載置する点で第一実施形態と相違する。

　第三実施形態に係る伝熱板の製造方法では、準備工程と、凹溝閉塞工程と、仮接合工程と、本接合工程とを行う。

　図７Ａに示すように、準備工程は、ベース部材２を用意する工程である。ベース部材２の表面２ａに凹溝３を形成する。

　凹溝閉塞工程（閉塞工程）は、ベース部材２の表面２ａに蓋板５を載置して凹溝３の上方を覆う工程である。凹溝閉塞工程では、ベース部材２の表面２ａと蓋板５の裏面５ｂとが重ね合わされて重合部Ｊが形成される。

　仮接合工程は、重合部Ｊに対して予備的に接合を行う工程である。仮接合工程は、本実施形態では、ベース部材２及び蓋板５の側面から仮接合用回転ツールＧを挿入し、重合部Ｊに対して摩擦攪拌接合を行う。仮接合工程後には、ベース部材２及び蓋板５の側面には、塑性化領域Ｗ１が形成される。

　図７Ｂに示すように、本接合工程は、本接合用回転ツールＦを用いて重合部Ｊに対して摩擦攪拌接合を行う工程である。本実施形態では、蓋板５の表面５ａから攪拌ピンＦ２のみを垂直に挿入し、連結部Ｆ１を蓋板５に接触させない状態で摩擦攪拌を行う。また、本接合工程では、攪拌ピンＦ２の平坦面Ｆ３を蓋板５のみに接触させるとともに、突起部Ｆ４の先端面Ｆ５をベース部材２のみに接触させた状態で摩擦攪拌を行う。言い換えると、本接合工程では、突起部Ｆ４の側面が重合部Ｊに位置するように攪拌ピンＦ２の挿入深さを設定する。ベース部材２と蓋板５が接合されることにより、伝熱板１Ｂが形成される。

　第三実施形態に係る伝熱板の製造方法のように、蓋溝４を設けず、ベース部材２の表面２ａに蓋板５を載置する形態であっても、伝熱板１Ｂを容易に製造することができる。つまり、第三実施形態では、重合部Ｊが深い位置に位置しているが、攪拌ピンＦ２のみがベース部材２及び蓋板５に接触するようにしたため、ベース部材２及び蓋板５と本接合用回転ツールＦとの摩擦を軽減することができ、摩擦攪拌装置にかかる負荷を小さくすることができる。すなわち、本実施形態によれば、深い位置を摩擦攪拌しても摩擦攪拌装置への負荷を小さくすることができるため、伝熱板１Ｂの流路を深い位置に容易に形成することができる。

　また、攪拌ピンＦ２の先端側の平坦面Ｆ３に突起部Ｆ４が形成されているので、突起部Ｆ４に沿って摩擦攪拌されて突起部Ｆ４に巻き上げられた塑性流動材は平坦面Ｆ３で押えられる。これにより、突起部Ｆ４周りをより確実に摩擦攪拌することができるとともに重合部Ｊの酸化被膜が確実に分断されるので、重合部Ｊの接合強度を高めることができる。また、仮接合工程を行うことで、本接合工程を行う際に、ベース部材２と蓋板５との目開きを防ぐことができる。

　なお、仮接合工程では、仮接合用回転ツールＧによる塑性化領域Ｗ１が断続的に形成されるように不連続に摩擦攪拌を行ってもよい。また、仮接合工程では、溶接によって重合部Ｊを接合してもよい。また、第一実施形態のようにタブ材を用いて仮接合工程及び本接合工程を行ってもよい。また、本接合工程では、ベース部材２の裏面２ｂから本接合用回転ツールＦを挿入し、当該実施形態と同じ要領で重合部Ｊを摩擦攪拌接合してもよい。この場合の本接合工程においては、平坦面Ｆ３をベース部材２のみに接触させつつ、突起部Ｆ４の先端面Ｆ５を蓋板５に接触させて重合部Ｊに対して摩擦攪拌を行う。

〔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。第四実施形態に係る伝熱板の製造方法は、大きな窪みを備えた凹部２０が形成されている点で第三実施形態と相違する。

　第四実施形態に係る伝熱板の製造方法は、準備工程と、凹部閉塞工程と、仮接合工程と、本接合工程とを行う。

　図８Ａに示すように、準備工程は、ベース部材２を用意する工程である。ベース部材２の表面２ａに凹部２０を形成する。凹部２０は、凹溝３よりも十分に広い窪みとなっている。

　凹部閉塞工程（閉塞工程）は、ベース部材２の表面２ａに蓋板５を載置して凹部２０の上方を覆う工程である。凹部閉塞工程では、ベース部材２の表面２ａと蓋板５の裏面５ｂとが重ね合わされて重合部Ｊが形成される。図８Ｂに示すように、仮接合工程及び本接合工程は、第三実施形態と同等であるため、詳細な説明は省略する。これにより、伝熱板１Ｃが形成される。

　第四実施形態に係る伝熱板の製造方法では、第三実施形態と略同等の効果を奏することができる。また、第四実施形態によれば、凹溝３よりも大きな凹部２０を備えるとともに板厚の大きい蓋板５を載置する場合であっても、伝熱板１Ｃを容易に形成することができる。また、本接合工程では、ベース部材２の裏面２ｂから本接合用回転ツールＦを挿入し、当該実施形態と同じ要領で重合部Ｊを摩擦攪拌接合してもよい。

〔第五実施形態〕
　次に、本発明の第五実施形態に係る摩擦攪拌接合方法について説明する。第五実施形態では、凹溝３や凹部２０等の流路を備えていない金属部材同士を接合する点で他の実施形態と相違する。

　第五実施形態に係る摩擦攪拌接合方法では、準備工程と、重ね合わせ工程と、仮接合工程と、本接合工程とを行う。

　図９に示すように、準備工程は、金属部材３１，３２を用意する工程である。金属部材３１，３２は、板状の金属部材である。金属部材３１，３２の種類は、摩擦攪拌可能な金属から適宜選択すればよい。

　重ね合わせ工程は、金属部材３１，３２を重ね合わせる工程である。重ね合わせ工程では、金属部材３１の表面３１ａに、金属部材３２の裏面３２ｂを重ね合わせて、重合部Ｊを形成する。

　仮接合工程は、重合部Ｊに対して予備的に接合を行う工程である。仮接合工程は、本実施形態では、金属部材３１，３２の側面から仮接合用回転ツールＧを挿入し、重合部Ｊに対して摩擦攪拌接合を行う。仮接合工程後には、金属部材３１，３２の側面には、塑性化領域Ｗ１が形成される。

　本接合工程は、本接合用回転ツールＦを用いて重合部Ｊに対して摩擦攪拌接合を行う工程である。本実施形態では、金属部材３２の表面３２ａから垂直に本接合用回転ツールＦの攪拌ピンのみを挿入し、連結部Ｆ１を金属部材３２に接触させない状態で摩擦攪拌を行う。また、本接合工程では、攪拌ピンＦ２の平坦面Ｆ３を金属部材３２のみに接触させるとともに、突起部Ｆ４の先端面Ｆ５を金属部材３１のみに接触させた状態で摩擦攪拌を行う。言い換えると、本接合工程では、突起部Ｆ４の側面が重合部Ｊに位置するように攪拌ピンＦ２の挿入深さを設定する。金属部材３１，３２が接合されることにより、複合板１Ｄが形成される。

　第五実施形態に係る伝熱板の製造方法によれば、内部に流路を設けない複合板１Ｄが容易に形成される。特に、金属部材３２の板厚が大きく、重合部Ｊが深い位置に位置している場合であっても、攪拌ピンＦ２のみが金属部材３１，３２に接触するようにしたため、金属部材３１，３２と本接合用回転ツールＦとの摩擦を軽減することができ、摩擦攪拌装置にかかる負荷を小さくすることができる。これにより、重合部Ｊが深い位置にある場合であっても、容易に摩擦攪拌接合することができる。

　攪拌ピンＦ２の先端側の平坦面Ｆ３に突起部Ｆ４が形成されているので、突起部Ｆ４に沿って摩擦攪拌されて突起部Ｆ４に巻き上げられた塑性流動材は平坦面Ｆ３で押えられる。これにより、突起部Ｆ４周りをより確実に摩擦攪拌することができるとともに重合部Ｊの酸化被膜が確実に分断されるので、重合部Ｊの接合強度を高めることができる。

　また、仮接合工程を行うことで、本接合工程を行う際に、金属部材３１，３２間の目開きを防ぐことができる。

　なお、仮接合工程では、仮接合用回転ツールＧによる塑性化領域Ｗ１が断続的に形成されるように不連続に摩擦攪拌を行ってもよい。また、仮接合工程では、溶接によって重合部Ｊを接合してもよい。また、第一実施形態のようにタブ材を用いて仮接合工程及び本接合工程を行ってもよい。また、本接合工程では金属部材３１の裏面３１ｂから本接合用回転ツールＦを挿入し、当該実施形態と同じ要領で重合部Ｊを摩擦攪拌接合してもよい。この場合の本接合工程においては、平坦面Ｆ３を金属部材３１のみに接触させつつ、突起部Ｆ４の先端面Ｆ５を金属部材３２に接触させて重合部Ｊに対して摩擦攪拌を行う。また、第二実施形態～第五実施形態においても、摩擦攪拌によって生じたバリを切除するバリ切除工程を行ってもよい。

　１　　　　伝熱板
　２　　　　ベース部材
　３　　　　凹溝
　４　　　　蓋溝
　５　　　　蓋板
　６　　　　熱媒体用管
　１０　　　タブ材
　２０　　　凹部
　３１　　　金属部材
　３２　　　金属部材
　Ｆ　　　　本接合用回転ツール（回転ツール）
　Ｆ２　　　攪拌ピン
　Ｇ　　　　仮接合用回転ツール
　Ｊ１　　　突合せ部
　Ｊ２　　　突合せ部
　Ｊ　　　　重合部
　Ｗ　　　　塑性化領域

Claims

　ベース部材の表面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せ部に沿って攪拌ピンを備えた回転ツールを相対移動させて摩擦攪拌を行う本接合工程と、を含み、
　摩擦攪拌で用いる回転ツールの攪拌ピンの外周面は先細りとなるように傾斜しており、
　前記攪拌ピンの先端側には平坦面が形成されるとともに、前記平坦面に突出する突起部が形成されており、
　前記本接合工程において、回転した前記攪拌ピンを前記突合せ部に挿入し、前記攪拌ピンのみを前記ベース部材及び前記蓋板に接触させるとともに、前記平坦面を前記ベース部材及び前記蓋板に接触させ、かつ、前記突起部の先端面をベース部材のみに接触させた状態で摩擦攪拌を行うことを特徴とする伝熱板の製造方法。
　ベース部材の表面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板挿入工程と、
　前記蓋溝の側壁と前記蓋板の側面との突合せ部に沿って攪拌ピンを備えた回転ツールを相対移動させて摩擦攪拌を行う本接合工程と、を含み、
　摩擦攪拌で用いる回転ツールの攪拌ピンの外周面は先細りとなるように傾斜しており、
　前記攪拌ピンの先端側には平坦面が形成されるとともに、前記平坦面に突出する突起部が形成されており、
　前記本接合工程において、回転した前記攪拌ピンを前記突合せ部に挿入し、前記攪拌ピンのみを前記ベース部材及び前記蓋板に接触させるとともに、前記平坦面を前記ベース部材及び前記蓋板に接触させ、かつ、前記突起部の先端面をベース部材のみに接触させた状態で摩擦攪拌を行うことを特徴とする伝熱板の製造方法。
　前記本接合工程の前に、前記突合せ部を仮接合する仮接合工程を含む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。
　ベース部材の表面に開口する凹溝を覆うように、ベース部材の表面に蓋板を重ね合わせる閉塞工程と、
　前記蓋板の表面から攪拌ピンを備えた回転ツールを挿入し、前記ベース部材の表面と前記蓋板の裏面との重合部に沿って前記回転ツールを相対移動させる本接合工程と、を含み、
　摩擦攪拌で用いる回転ツールの攪拌ピンの外周面は先細りとなるように傾斜しており、
　前記攪拌ピンの先端側には平坦面が形成されるとともに、前記平坦面に突出する突起部が形成されており、
　前記本接合工程では、前記攪拌ピンのみを前記ベース部材と前記蓋板の両方に接触させるとともに、前記平坦面を前記蓋板のみに接触させ、かつ、前記突起部の先端面を前記ベース部材のみに接触させた状態で前記重合部の摩擦攪拌を行うことを特徴とする伝熱板の製造方法。
　ベース部材の表面に開口する凹溝を覆うように、ベース部材の表面に蓋板を重ね合わせる閉塞工程と、
　前記ベース部材の裏面から攪拌ピンを備えた回転ツールを挿入し、前記ベース部材の表面と前記蓋板の裏面との重合部に沿って前記回転ツールを相対移動させる本接合工程と、を含み、
　摩擦攪拌で用いる回転ツールの攪拌ピンの外周面は先細りとなるように傾斜しており、
　前記攪拌ピンの先端側には平坦面が形成されるとともに、前記平坦面に突出する突起部が形成されており、
　前記本接合工程では、前記攪拌ピンのみを前記ベース部材と前記蓋板の両方に接触させるとともに、前記平坦面を前記ベース部材のみに接触させ、かつ、前記突起部の先端面を前記蓋板のみに接触させた状態で前記重合部の摩擦攪拌を行うことを特徴とする伝熱板の製造方法。
　前記本接合工程の前に、前記重合部を仮接合する仮接合工程を含むことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の伝熱板の製造方法。
　前記本接合工程の終了後、前記回転ツールの摩擦攪拌によって生じたバリを切除するバリ切除工程を含むことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項４又は請求項５に記載の伝熱板の製造方法。