特許 5772920 伝熱板の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5772920

(24)【登録日】2015年7月10日

(45)【発行日】2015年9月2日

(54)【発明の名称】伝熱板の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 20/12 20060101AFI20150813BHJP

   F28F 3/12 20060101ALI20150813BHJP

【ＦＩ】

   B23K20/12 330

   B23K20/12 320

   B23K20/12 310

   F28F3/12 D

   B23K20/12 360

【請求項の数】10

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2013-221433(P2013-221433)

(22)【出願日】2013年10月24日

(62)【分割の表示】特願2008-279813(P2008-279813)の分割

【原出願日】2008年10月30日

(65)【公開番号】特開2014-50890(P2014-50890A)

(43)【公開日】2014年3月20日

【審査請求日】2013年10月24日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004743

【氏名又は名称】日本軽金属株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100064414

【弁理士】

【氏名又は名称】磯野 道造

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 勇人

【審査官】 山崎 孔徳

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−３１４１１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１８８６６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−０４７７２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１５０４５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１１４２３０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ２０／１２

Ｆ２８Ｆ ３／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ベース部材の表面側に開口する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伝熱板に発生する反りを矯正して板全体の平坦性をより高める矯正工程と、を含み、
前記接合工程後に、摩擦攪拌で前記表面側に発生したバリを除去するとともに、前記伝熱板の裏面側が上方を向くように裏返して、
前記矯正工程では、円柱状を呈する二本のロールの間に前記伝熱板を配置し、前記伝熱板の一方向に沿って前記ロールを相対的に移動させて往復動を繰り返すロール矯正により、前記反りを矯正する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伝熱板に発生する反りを矯正して板全体の平坦性をより高める矯正工程と、を含み、
前記接合工程後に、摩擦攪拌で前記表面側に発生したバリを除去するとともに、前記伝熱板の裏面側が上方を向くように裏返して、
前記矯正工程では、円柱状を呈する二本のロールの間に前記伝熱板を配置し、前記伝熱板の一方向に沿って前記ロールを相対的に移動させて往復動を繰り返すロール矯正により、前記反りを矯正することを特徴とする伝熱板の製造方法。

【請求項3】

前記接合工程では、前記凹溝と前記蓋板の下面とで形成された中空部に熱媒体を流して前記ベース部材及び前記蓋板を冷却しながら摩擦攪拌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】

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伝熱板に発生する反りを矯正して板全体の平坦性をより高める矯正工程と、を含み、
前記接合工程後に、摩擦攪拌で前記表面側に発生したバリを除去するとともに、前記伝熱板の裏面側が上方を向くように裏返して、
前記矯正工程では、円柱状を呈する二本のロールの間に前記伝熱板を配置し、前記伝熱板の一方向に沿って前記ロールを相対的に移動させて往復動を繰り返すロール矯正により、前記反りを矯正する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伝熱板に発生する反りを矯正して板全体の平坦性をより高める矯正工程と、を含み、
前記接合工程後に、摩擦攪拌で前記表面側に発生したバリを除去するとともに、前記伝熱板の裏面側が上方を向くように裏返して、
前記矯正工程では、円柱状を呈する二本のロールの間に前記伝熱板を配置し、前記伝熱板の一方向に沿って前記ロールを相対的に移動させて往復動を繰り返すロール矯正により、前記反りを矯正する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、前記ベース部材の前記凹溝に挿入された前記熱媒体用管に熱媒体を流して前記ベース部材及び前記蓋板を冷却しながら摩擦攪拌を行う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。

【請求項7】

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４又は請求項６に記載の伝熱板の製造方法。

【請求項8】

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又は請求項６に記載の伝熱板の製造方法。

【請求項9】

前記矯正工程では、さらに、前記伝熱板の前記一方向に直交する他方向に沿って前記ロールを相対的に移動させて往復動を繰り返すことにより、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】

前記矯正工程後に、前記伝熱板を焼鈍することにより、前記伝熱板の内部応力を除去する焼鈍工程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。

【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２６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。

【0004】

かかる伝熱板の製造方法によって形成された伝熱板１００は図２６に示すように、ベース部材１０２の表面から摩擦攪拌を行うため、熱収縮及び熱膨張によって伝熱板が反って撓んでしまうという問題があった。

【0005】

そこで、このような問題を解決するために、特許文献２には、摩擦攪拌接合を行う箇所に、冷却ノズルによって水を噴射するとともに、摩擦攪拌接合後の接合部をローラーで押圧する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００４−３１４１１５号公報

【特許文献2】特開２００１−８７８７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかし、特許文献２に係る発明では、摩擦攪拌接合を行う箇所に水を噴射させるため、摩擦攪拌装置に水が浸入してしまい、駆動系統に悪影響が及ぶ可能性がある。また、接合箇所に水を噴射するため、回転ツールの回転により水が周囲に飛び散り、水の管理が煩雑になるという問題があった。

【0008】

このような観点から本発明は、平坦性の高い伝熱板を簡易に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】

【0009】

このような課題を解決する本発明は、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伝熱板に発生する反りを矯正して板全体の平坦性をより高める矯正工程と、を含み、前記接合工程後に、摩擦攪拌で前記表面側に発生したバリを除去するとともに、前記伝熱板の裏面側が上方を向くように裏返して、前記矯正工程では、円柱状を呈する二本のロールの間に前記伝熱板を配置し、前記伝熱板の一方向に沿って前記ロールを相対的に移動させて往復動を繰り返すロール矯正により、前記反りを矯正することを特徴とする。

【0010】

また、本発明は、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伝熱板に発生する反りを矯正して板全体の平坦性をより高める矯正工程と、を含み、前記接合工程後に、摩擦攪拌で前記表面側に発生したバリを除去するとともに、前記伝熱板の裏面側が上方を向くように裏返して、前記矯正工程では、円柱状を呈する二本のロールの間に前記伝熱板を配置し、前記伝熱板の一方向に沿って前記ロールを相対的に移動させて往復動を繰り返すロール矯正により、前記反りを矯正することを特徴とする。

【0011】

かかる製造方法によれば、ロール矯正を行うことで平坦性の高い伝熱板を製造することができる。また、バリのない伝熱板を提供することができる。

【0012】

また、前記接合工程では、前記凹溝と前記蓋板の下面とで形成された中空部に熱媒体を流して前記ベース部材及び前記蓋板を冷却しながら摩擦攪拌を行うことが好ましい。

【0013】

かかる製造方法によれば、ベース部材を冷却しながら摩擦攪拌接合を行うため、熱膨張及び熱収縮による伝熱板の反りや撓みを防止することができる。

【0014】

また、本発明は、ベース部材の表面側に開口する蓋溝の底面に形成された凹溝に、熱媒体用管を挿入する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伝熱板に発生する反りを矯正して板全体の平坦性をより高める矯正工程と、を含み、前記接合工程後に、摩擦攪拌で前記表面側に発生したバリを除去するとともに、前記伝熱板の裏面側が上方を向くように裏返して、前記矯正工程では、円柱状を呈する二本のロールの間に前記伝熱板を配置し、前記伝熱板の一方向に沿って前記ロールを相対的に移動させて往復動を繰り返すロール矯正により、前記反りを矯正することを特徴とする。

【0015】

また、本発明は、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伝熱板に発生する反りを矯正して板全体の平坦性をより高める矯正工程と、を含み、前記接合工程後に、摩擦攪拌で前記表面側に発生したバリを除去するとともに、前記伝熱板の裏面側が上方を向くように裏返して、前記矯正工程では、円柱状を呈する二本のロールの間に前記伝熱板を配置し、前記伝熱板の一方向に沿って前記ロールを相対的に移動させて往復動を繰り返すロール矯正により、前記反りを矯正することを特徴とする。

【0016】

かかる製造方法によれば、ロール矯正を行うことで平坦性の高い伝熱板を製造することができる。また、バリのない伝熱板を提供することができる。

【0017】

また、前記接合工程では、前記ベース部材の前記凹溝に挿入された前記熱媒体用管に熱媒体を流して前記ベース部材及び前記蓋板を冷却しながら摩擦攪拌を行うことが好ましい。

【0018】

かかる製造方法によれば、ベース部材を冷却しながら摩擦攪拌接合を行うため、熱膨張及び熱収縮による伝熱板の反りや撓みを防止することができる。

【0019】

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。

【0020】

かかる製造方法によれば、熱媒体用管の周囲に形成される空隙部が塑性流動材（金属部材）で埋まるため、伝熱板の熱交換効率を高めることができる。

【0021】

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。

【0022】

かかる製造方法によれば、熱媒体用管とベース部材とを密接させることができるため、熱媒体用管の周囲の空隙を小さくすることができ、水密性及び気密性を高めることができる。また、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。

【0023】

また、本発明は、さらに、前記伝熱板の前記一方向に直交する他方向に沿って前記ロールを相対的に移動させて往復動を繰り返すことにより、前記反りを矯正することを特徴とする。

【0024】

また、本発明は、前記矯正工程後に、前記伝熱板を焼鈍することにより、前記伝熱板の内部応力を除去する焼鈍工程を行うことを特徴とする。

【発明の効果】

【0037】

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簡易に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【0038】

【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、伝熱板及び冷却板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の製造方法を示した断面図である。

【図13】（ａ）は、第三実施形態に係る伝熱板及び冷却板を示した斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のII−II線断面図である。

【図14】第三実施形態に係る伝熱板の製造方法において、接合工程を示した断面図である。

【図15】第四実施形態に係る伝熱板を示した斜視図である。

【図16】第四実施形態に係る伝熱板を示した分解斜視図である。

【図17】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18】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III-III線断面図である。

【図19】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20】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21】（ａ）は、実施例に係る試験体を示した斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のIV−IV線断面図であり、（ｃ）は、実施例で用いる接合用回転ツールを示した側面図である。

【図22】試験１に係る接合工程を示した側面図である。

【図23】試験１に係る試験体の接合工程後を示した側面図である。

【図24】試験２に係る接合工程を示した側面図である。

【図25】試験２に係る試験体の接合工程後を示した側面図である。

【図26】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】

【0039】

［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。

【0040】

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。

【0041】

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３が凹設されており、蓋溝３の底面３ｃの中央には、蓋溝３よりも幅狭の凹溝４が凹設されている。

【0042】

蓋溝３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３は、断面視矩形を呈し、蓋溝３の底面３ｃから垂直に立ち上がる側壁３ａ，３ｂを備えている。

【0043】

凹溝４は、熱媒体用管２０が挿入される部分であって、蓋溝３の底面３ｃの中央部分に、蓋溝３の全長に亘って形成されている。凹溝４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５が形成されている。凹溝４の開口部分の幅Ａ及び凹溝４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３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。

【0044】

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４の幅Ａ及び凹溝４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４の底面５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。

【0045】

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。

【0046】

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４に直接熱媒体を流入させてもよい。

【0047】

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３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３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３の幅Ｅと略同等に形成されているため、蓋板１０を蓋溝３に配置すると、蓋板１０の側面１３ａ，１３ｂは、蓋溝３の側壁３ａ，３ｂ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。

【0048】

また、本実施形態においては、凹溝４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４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３、凹溝４、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。

【0049】

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。

【0050】

（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３及び凹溝４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。

【0051】

（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４に熱媒体用管２０を挿入する。

【0052】

（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３に蓋板１０を配置して、蓋溝３を閉塞する。ここで、蓋溝３と蓋板１０との突き合わせ面において、蓋溝３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３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。

【0053】

（４）接合工程
接合工程では、図５に示すように、冷却板６０の上面にベース部材２を配置した状態で、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。

【0054】

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。

【0055】

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。

【0056】

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Ｌ_Ａ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Ｘ_１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。

【0057】

次に、本実施形態で用いる冷却板６０について説明する。冷却板６０は、図５に示すように、例えばアルミニウム合金からなる平板６１と、平板６１の内部に形成された流路６３と、流路６３に埋設された熱媒体用管６２とを有する。冷却板６０は、摩擦攪拌の際に接合用回転ツールＦの押圧力を受ける支持台として機能するとともに、例えば水や空気などの冷媒を熱媒体用管６２に流すことにより対象物を冷却させる。

【0058】

なお、冷却板６０の構造については、本実施形態の形態に限定されるものではなく、材質、形状等は適宜設定すればよい。また、熱媒体用管６２を用いず、流路６３に直接熱媒体を流して冷却させてもよい。

【0059】

第一接合工程では、図５、図６の（ａ）及び（ｂ）に示すように、冷却板６０に熱媒体（水）を流した状態で、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、冷却板６０の上に、ベース部材２を載置して、ベース部材２を移動不能に固定する。そして、ベース部材２の表面Ｚａの任意の位置に開始位置Ｓ_Ｍ１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Ｓ_Ｍ１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。

【0060】

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Ｓ_Ｍ１側に移動させて、任意の位置に設定した終了位置Ｅ_Ｍ１で接合用回転ツールＦを離脱させる。
なお、開始位置Ｓ_Ｍ１、始点ｓ１、終了位置Ｅ_Ｍ１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。

【0061】

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Ｓ_Ｍ２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。

【0062】

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Ｅ_Ｍ２で接合用回転ツールＦを離脱させる。
なお、開始位置Ｓ_Ｍ２及び終了位置Ｅ_Ｍ２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Ｅ_Ｍ２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。また、本実施形態では、冷却板６０の熱媒体用管６２に熱媒体を流して冷却させながら接合工程を行ったが、伝熱板１の熱媒体用管２０に例えば水などの熱媒体を流して接合工程を行ってもよい。これにより、冷却効率をより高めることができる。

【0063】

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、塑性化領域Ｗ１の深さが、蓋溝３の側壁３ａ，３ｂ（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。

【0064】

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、接合工程によって塑性化領域Ｗ１が形成される。本実施形態では、冷却板６０をベース部材２の裏側に配置させることで、熱膨張及び熱収縮による伝熱板の反りや撓みを小さくすることができるが、撓みを完全になくすことは困難である。即ち、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。

【0065】

（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。

【0066】

（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。

【0067】

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。

【0068】

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。

【0069】

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。

【0070】

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。

【0071】

（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を衝打して、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。

【0072】

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。

【0073】

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。

【0074】

（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。

【0075】

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。

【0076】

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。

【0077】

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。

【0078】

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。

【0079】

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。

【0080】

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。

【0081】

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。

【0082】

（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、伝熱板１を図示しない焼鈍炉に挿入して塑性化領域Ｗ１に残留する内部応力を除去する。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。なお、焼鈍方法については、特に限定されるものではなく、例えば、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ってもよい。

【0083】

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、接合工程を行う際に、ベース部材２の裏側に冷却板６０を配置させて冷却しながら摩擦攪拌を行うため、熱収縮による伝熱板の反りや撓みを防止することができる。また、冷却板６０を用いることで、水などの熱媒体の管理が容易になるため、比較的容易に接合作業を行うことができる。また、冷却板６０は、ベース部材２よりも一回り大きく形成しているため伝熱板１を安定して載置することができる。これにより、接合工程に係る摩擦攪拌接合を安定して行うことができる。また、熱媒体用管６２を冷却板６０の全体にバランスよく埋設することで、伝熱板１を均一に冷却することができる。

【0084】

また、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、前記した矯正工程を行って、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。これにより、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。

【0085】

［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。

【0086】

即ち、伝熱板２１に係る蓋溝３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、ベース部材２の裏側に冷却板６０を配置した状態で、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。

【0087】

また、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３及び蓋板１０の形状に応じて適宜設定すればよい。

【0088】

［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、蓋板３３が平面視Ｕ字状を呈する点及び冷却板３７の流路３９も平面視Ｕ字状を呈する点で第一実施形態と相違する。

【0089】

図１３の（ａ）は、第三実施形態に係る伝熱板及び冷却板を示した斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のII−II線断面図である。伝熱板３１は、図１３の（ａ）及び（ｂ）に示すように、ベース部材３２と、ベース部材３２の蓋溝３４に挿入された蓋板３３とを有する。

【0090】

ベース部材３２は、平板状を呈し、平面視Ｕ字状を呈するように断面視矩形の蓋溝３４が凹設されている。さらに蓋溝３４の中央には、蓋溝３４に沿って平面視Ｕ字状を呈するように断面視矩形の凹溝３５が形成されている。蓋板３３は、蓋溝３４の断面形状と同等の断面形状を呈し、平面視Ｕ字状を呈する。これにより、蓋溝３４に蓋板３３を挿入すると、凹溝３５と蓋板３３の下面とで断面視矩形の中空部３６が形成される。ベース部材３２及び蓋板３３は、本実施形態では例えば銅で形成されている。

【0091】

冷却板３７は、図１３の（ａ）に示すように、平板３８と、平板３８に形成された流路３９とを有する。流路３９は、断面視円形であるとともに平面視Ｕ字状を呈する。凹溝３５の平面形状と、流路３９の平面形状とは略同等に形成されている。即ち、摩擦攪拌を行う突合部Ｊ１，Ｊ２に沿って流路３９が形成されている。平板３８は、アルミニウム合金製であって、伝熱板３１よりも一回り大きく形成されている。

【0092】

次に、第三実施形態に伝熱板の製造方法について説明する。第三実施形態に係る伝熱板の製造方法は、（１）溝形成工程、（２）蓋溝閉塞工程、（３）接合工程、（４)矯正工程、（５）焼鈍工程を含むものである。

【0093】

（１）溝形成工程
溝形成工程では、図１３の（ｂ）に示すように、ベース部材３２の表面に、所定の幅及び深さで蓋溝３４及び凹溝３５を形成する。

【0094】

（２）蓋溝閉塞工程
蓋溝閉塞工程では、蓋溝３４に蓋板３３を配置して蓋溝３４を閉塞する。これにより、凹溝３５と蓋板３３の下面とに囲まれて中空部３６が形成される。ここで、蓋溝３４と蓋板３３との突合せ部において、蓋溝３４と蓋板３３の内縁とで突き合わされた部分を突合部Ｊ１とし、蓋溝３４と蓋板３３の外縁とで突き合わされた部分を突合部Ｊ２とする。

【0095】

（３）接合工程
接合工程では、図１４に示すように、冷却板３７をベース部材３２の裏側に配置した状態で、突合部Ｊ１，Ｊ２に沿って接合用回転ツールＦを用いて摩擦攪拌接合を行う。つまり、冷却板３７の流路３９が、凹溝３５の下方に位置するように冷却板３７を配置して、流路３９に熱媒体（水）を流しながら摩擦攪拌を行う。接合工程によって、突合部Ｊ１，Ｊ２に沿って塑性化領域Ｗ１が形成される。

【0096】

なお、（４)矯正工程、（５）焼鈍工程においては、第一実施形態と略同等であるため、詳細な説明は省略する。

【0097】

以上説明した第三実施形態に係る伝熱板３１の製造方法によれば、冷却板３７に形成された流路３９の平面形状を、凹溝３５の平面形状と略同等となるように形成した。即ち、摩擦攪拌接合のルートに沿って、冷却板３７の流路３９を形成したため、接合工程の際の冷却効率をより高めることができる。

【0098】

なお、本実施形態では、凹溝３５の平面形状と流路３９の平面形状とが略同一となるように形成したが、これに限定されるものではなく、両者の形状が平面視して略相似形状となるように形成してもよい。これにより、摩擦攪拌接合の接合ルートに沿って熱媒体（水）を流すことができるため、冷却効率を高めることができる。また、流路３９に熱媒体用管を挿入して、当該熱媒体用管に熱媒体を流してもよい。また、流路３９に熱媒体を流すとともに、伝熱板３１の中空部３６に熱媒体（水）を流しながら、接合工程を行ってもよい。これにより、伝熱板３１の冷却効率をより一層高めることができる。

【0099】

［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、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。

【0100】

第四実施形態に係る伝熱板の製造方法は、図１５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。

【0101】

図１６及び図１７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１７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Ｘ_１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。

【0102】

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の平面形状と略同等の形状を呈する。

【0103】

蓋板４２は、図１６及び図１７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、蓋板４２の上面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。

【0104】

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。

【0105】

（１）溝形成工程
溝形成工程では、図１６及び図１７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。

【0106】

（２）熱媒体用管挿入工程
熱媒体用管挿入工程では、図１６及び図１７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。

【0107】

（３）蓋板挿入工程
蓋板挿入工程では、図１６及び図１７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。

【0108】

（４）接合工程
接合工程では、図１８に示すように、ベース部材２の裏側に冷却板６０を配置した状態で、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。なお、冷却板６０は、第一実施形態と同等のものを用いる。

【0109】

タブ材配置工程では、図１８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４８，４９をそれぞれ配置する。タブ材４８，４９とベース部材２とは溶接によって仮接合する。

【0110】

接合工程では、図１８の（ａ）及び（ｂ）に示すように、冷却板６０の熱媒体用管６２に熱媒体（水）を流した状態で、蓋板４２（凹溝４３）に沿って摩擦攪拌を行う。即ち、タブ材４８に設定した開始位置Ｓ_Ｍ４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４９に設定した終了位置Ｅ_Ｍ４まで連続して摩擦攪拌を行う。

【0111】

図１８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Ｘ_１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と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。

【0112】

ここで図１９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。本実施形態では、冷却板６０をベース部材２の裏側に配置させることで、熱膨張及び熱収縮による伝熱板の反りや撓みを小さくすることができるが、撓みを完全になくすことは困難である。即ち、接合工程によって形成された塑性化領域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。

【0113】

（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。

【0114】

（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、伝熱板４１を焼鈍炉に挿入して焼鈍を行う。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。

【0115】

以上説明した第四実施形態に係る伝熱板４１によれば、接合工程を行う際に、ベース部材２の裏側に冷却板６０を配置させて冷却しながら摩擦攪拌を行うため、熱収縮による伝熱板の反りや撓みを防止することができる。また、冷却板を用いることで、水などの熱媒体の管理が容易になるため、比較的容易に接合作業を行うことができる。

【0116】

また、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。

【0117】

なお、本実施形態においては、伝熱板４１の熱媒体用管２０に熱媒体（水）を流しながら接合工程を行ってもよい。これにより、冷却効率を高めることができる。また、冷却板６０の熱媒体用管６２（流路６３）の平面形状を、摩擦攪拌接合のルートに沿うように蛇行状に形成してもよい。これにより、伝熱板４１の冷却効率をより高めることができる。

【0118】

［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２０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。

【0119】

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、冷却板６０をベース部材２の裏側に配置して接合工程を行い、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。蓋板４２の上部には、塑性化領域Ｗ４が形成される。
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接合工程及び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。

【0120】

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、平面視Ｕ字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。

【実施例】

【0121】

次に、本発明の実施例について説明する。実施例においては、同一の構成からなる二つの試験体（第三実施形態に示すバッキングプレート）に対して接合工程を行う際に、一方は鋼板の上に試験体を載せて接合工程を行い、他方は冷却板の上に試験体を載せて接合工程を行い、両者の反り（撓み）について測定した。なお、鋼板の上で接合工程を行う試験を試験１とし、冷却板の上で接合工程を行う試験を試験２とする。

【0122】

図２１に示すように、試験体２０１は、ベース部材２０２と、ベース部材２０２に凹設された蓋溝２０４に挿入される蓋板２０３とからなる。ベース部材２０２及び蓋板２０３は、無酸素銅（Ｃ１０２０）を用いる。ベース部材２０２の長さは３０００ｍｍ、幅は２００ｍｍ、高さは２０ｍｍで形成されている。また、蓋板２０３の幅は３０ｍｍ、厚みは５ｍｍで形成されている。

【0123】

図２１の（ｂ）に示すように、ベース部材２０２に凹設された蓋溝２０４の底面の中央には、断面視矩形の凹溝２０５が凹設されている。凹溝２０５と蓋板２０３の下面とで中空部が形成される。蓋溝２０４の幅は３０ｍｍ、深さは５ｍｍで形成されている。また、凹溝の幅は２０ｍｍ、深さは９ｍｍで形成されている。接合工程では、一対の突合部Ｊ１，Ｊ２に沿って接合用回転ツールＦを移動させて、摩擦攪拌接合を行う。当該接合工程によって、突合部Ｊ１，Ｊ２には塑性化領域Ｗ，Ｗが形成される。

【0124】

図２１の（ｃ）に示すように、接合用回転ツールＦは、特殊鋼からなりショルダ部Ｆ１と、ショルダ部Ｆ１の下端面Ｆ１１から垂下した攪拌ピンＦ２とからなる。ショルダ部Ｆ１の外径Ｘ_１は２０ｍｍ、攪拌ピンＦ２の長さＬ_Ａは４ｍｍ、攪拌ピンＦ２の基端側の径Ｘ_２は８ｍｍ、先端側の径Ｘ_３は６ｍｍで形成されている。接合工程では、当該接合用回転ツールＦを、回転速度１０００ｒｐｍ、進行速度３００ｍｍ／ｍｉｎで移動させる。

【0125】

なお、図２４に示すように、試験２で用いる冷却板３７は、前記した第三実施形態に係る冷却板と略同等の形状ものを用いる。冷却板３７は、アルミニウム合金（Ａ５０５２）製である。冷却板３７は、試験体２０１に形成される中空部の平面形状と、冷却板３７の流路３９の平面形状とが略同等の形状になるように形成されている。冷却板３７の長さは３０２０ｍｍ、幅は２２０ｍｍ、高さは５５ｍｍで形成されている。また、冷却板３７の内部に形成された流路３９は、断面視円形であって直径が１０ｍｍで形成されている。また、流路３９の中心が、冷却板３７の下面から１５ｍｍに位置するように形成されている。実施例では、流路３９に水を流入する。

【0126】

＜試験１＞
試験１では、試験体２０１を、図２２に示すように、鋼板Ｕの上に載置して、突合部Ｊ１，Ｊ２（図２１の（ｂ）参照）の全体に亘って摩擦攪拌接合を行った。そして、図２３に示すように、鋼板Ｕからベース部材２０２の裏面までの高さＵ１は１５ｍｍであった。

【0127】

＜試験２＞
試験２では、試験体２０１を、図２４に示すように、冷却板３７の上に載置して、突合部Ｊ１，Ｊ２（図２１の（ｂ）参照）の全体に亘って摩擦攪拌接合を行った。そして、図２５に示すように、水平面からベース部材２０２の裏面までの高さＵ２は２ｍｍであった。

【0128】

以上、試験１及び試験２を比較すると、冷却板３７の上に試験体２０１を配置して接合工程を行ったほうが、接合された試験体の反りが非常に小さいことが分かった。

【符号の説明】

【0129】

１ 伝熱板
２ ベース部材
３ 蓋溝
４ 凹溝
１０ 蓋板
２０ 熱媒体用管
２２ 空隙部
６０ 冷却板
６２ （冷却板の）熱媒体用管
６３ 流路
Ｆ 接合用回転ツール
Ｊ 突合部
Ｗ 塑性化領域
Ｚａ 表面
Ｚｂ 裏面

【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21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】