JP2010201447A - Method for manufacturing heat transfer plate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、伝熱板の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a heat transfer plate.
金属部材同士を接合する方法として、摩擦攪拌接合（ＦＳＷ＝Friction Stir Welding）が知られている。摩擦攪拌接合とは、回転ツールを回転させつつ金属部材同士の突合部に沿って移動させ、回転ツールと金属部材との摩擦熱により突合部の金属を塑性流動させることで、金属部材同士を固相接合させるものである。 Friction stir welding (FSW = Friction Stir Welding) is known as a method for joining metal members. Friction stir welding is a technique in which metal members are fixed to each other by causing the metal at the abutting portion to plastically flow by frictional heat between the rotating tool and the metal member by moving the rotating tool along the abutting portion while rotating the rotating tool. Phase joining is performed.
例えば、特許文献１に示すように、半導体製造装置において冷却用に使用されるヒートプレート（伝熱板）は、板状を呈する本体と、本体の表面に形成された凹部を封止する蓋部材とを摩擦攪拌接合によって形成されている。
For example, as shown in
具体的には、本体は、本体の表面に凹設された第一凹部と、第一凹部の底面に凹設された第二凹部とを有する。蓋部材は、第一凹部に隙間無く配置される形状を呈している。伝熱板は、第一凹部の側壁と蓋部材の側面との突合部に対して摩擦攪拌接合を行うことにより一体成形されている。摩擦攪拌接合によれば、比較的容易にかつ水密性及び気密性の高い製品を製造することができる。 Specifically, the main body has a first concave portion provided in the surface of the main body and a second concave portion provided in the bottom surface of the first concave portion. The lid member has a shape that is arranged in the first recess without any gap. The heat transfer plate is integrally formed by performing friction stir welding on the abutting portion between the side wall of the first recess and the side surface of the lid member. According to the friction stir welding, a product having high water tightness and air tightness can be manufactured relatively easily.
従来の伝熱板の製造方法では、第一凹部の側壁と蓋部材の側面との突合部のみを摩擦攪拌接合するだけであるため、例えば第一凹部の底面と蓋部材の裏面との間には微細な隙間が形成されている。かかる隙間は伝熱板の水密性及び気密性を低下させる要因になっていた。また、本体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。 In the conventional method of manufacturing a heat transfer plate, only the abutting portion between the side wall of the first recess and the side surface of the lid member is friction stir welded. For example, between the bottom surface of the first recess and the back surface of the lid member. A fine gap is formed. Such a gap has been a factor of reducing the water tightness and air tightness of the heat transfer plate. In addition, since frictional stirring is performed from the surface of the main body, there is a problem that when the plasticized region shrinks due to heat shrinkage, the heat transfer plate warps and bends.
本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであり、伝熱板の水密性及び気密性を高めるとともに、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。 The present invention has been made in view of such problems, and provides a method of manufacturing a heat transfer plate that can improve the water tightness and air tightness of the heat transfer plate and can manufacture a heat transfer plate with high flatness. This is the issue.
前記課題を解決するための手段として、本発明は、表面に凹設された第一凹部と、この第一凹部の底面に凹設され熱発生体が発生する熱を外部に輸送する熱輸送流体が流れる第二凹部とを有する本体に、前記第二凹部を封止する蓋部材を摩擦攪拌接合によって固定して形成される伝熱板の製造方法であって、前記本体の前記第一凹部の側壁と前記蓋部材の側面との突合部に沿って回転ツールを移動させて少なくとも前記突合部の一部に対して摩擦攪拌接合を行う蓋部材固定工程と、前記第二凹部の開口周縁に沿って回転ツールを移動させて、前記第一凹部の底面と前記蓋部材の裏面との重ね合わせ部に対して摩擦攪拌接合を行う第二凹部密封工程と、前記蓋部材固定工程及び前記第二凹部密封工程によって形成された前記本体の裏面側に凸となる反りを、前記本体の表面側に引張応力が発生するような曲げモーメントを作用させることで矯正する矯正工程と、を含むことを特徴とする。 As means for solving the above-mentioned problems, the present invention provides a heat transfer fluid for transporting heat generated by a heat generating body that is provided in a bottom surface of the first recess and is formed in a bottom surface of the first recess to the outside. A heat transfer plate formed by fixing a lid member sealing the second recess by friction stir welding to a main body having a second recess through which the first recess of the main body is formed. A lid member fixing step of moving the rotary tool along the abutting portion between the side wall and the side surface of the lid member to perform friction stir welding on at least a part of the abutting portion, and along the opening periphery of the second recess A second recess sealing step in which the rotating tool is moved to perform friction stir welding on the overlapping portion of the bottom surface of the first recess and the back surface of the lid member, the lid member fixing step, and the second recess Convex on the back side of the main body formed by the sealing process Warpage that, characterized in that it comprises a and a correction step of correcting by the action of the bending moments as a tensile stress is generated in the surface side of the body.
かかる製造方法によれば、第一凹部の底面と蓋部材の裏面との重ね合わせ部に対して摩擦攪拌接合を行うことにより、第一凹部の底面と蓋部材の裏面との微細な隙間を塞ぐことができる。これにより、伝熱板の水密性及び気密性を高めることができる。また、矯正工程において本体の表面側に引張応力が発生するような曲げモーメントを作用させることにより、蓋部材固定工程及び第二凹部密封工程により形成された本体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。 According to this manufacturing method, the fine gap between the bottom surface of the first recess and the back surface of the lid member is closed by performing friction stir welding on the overlapping portion of the bottom surface of the first recess and the back surface of the lid member. be able to. Thereby, the watertightness and airtightness of a heat exchanger plate can be improved. In addition, by applying a bending moment that generates a tensile stress on the front side of the main body in the correction process, the warping that is convex on the back side of the main body formed by the lid member fixing process and the second recess sealing process is corrected. In addition, the flatness of the heat transfer plate can be improved.
また、前記矯正工程では、前記本体を押圧するプレス矯正、前記本体をハンマーなどの衝打具で衝打する衝打矯正、又は前記本体上でロール部材を回転させるロール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、前記本体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、前記本体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。 Further, in the correction step, by performing press correction for pressing the main body, hitting correction for hitting the main body with a hitting tool such as a hammer, or roll correction for rotating a roll member on the main body, It is preferable to correct the warpage. In addition, when performing the correction process, a first auxiliary member that contacts the vicinity of the center of the back surface side of the main body is disposed, and a second auxiliary member and a third auxiliary member that contact the vicinity of the peripheral edge of the front surface side of the main body are disposed. The warp is preferably subjected to press correction, impact correction or roll correction in a state where the first auxiliary member is disposed on both sides of the first auxiliary member.
かかる製造方法によれば、本体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、本体が、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、衝打矯正又はロール矯正の作業性を高めることができる。 According to such a manufacturing method, the main body is forcibly bent to the side opposite to the warp by forcibly applying a pressing force so that the main body is convex from the back side to the front side. Therefore, the warp can be corrected. Moreover, the workability | operativity of press correction, impact correction, or roll correction can be improved by arrange | positioning an auxiliary member.
また、前記各補助部材は、前記本体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、衝打矯正又はロール矯正で押圧する際に、本体を傷つけることなく矯正することができる。 Moreover, it is preferable that each auxiliary member uses a material whose hardness is lower than that of the main body. According to this manufacturing method, when pressing by press correction, impact correction or roll correction, correction can be made without damaging the main body.
本発明によれば、水密性及び気密性が高く、かつ、平坦性の高い伝熱板を提供することができる。 According to the present invention, a heat transfer plate having high water tightness and air tightness and high flatness can be provided.
[第一実施形態]
本発明の第一実施形態に係る伝熱板の製造方法について図面を適宜参照して詳細に説明する。まず、本発明に係る伝熱板の製造方法によって形成される伝熱板１について説明する。
[First embodiment]
A method for manufacturing a heat transfer plate according to a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. First, the
伝熱板１は、図１に示すように、本体１０に、蓋部材３０を摩擦攪拌接合によって固定して形成される。伝熱板１は、例えば、スパッタリング装置において、ターゲット材を冷却するために使用される。
As shown in FIG. 1, the
本体１０は、略直方体の外観を呈し、本実施形態ではアルミニウム又はアルミニウム合金から形成されている。本体１０は、本体１０の表面（上面）１０ａに凹設された第一凹部１２と、第一凹部１２の内部に凹設された第二凹部１３，１３と、第二凹部１３に連通する貫通孔１６とを有する。本体１０は、例えば、ダイキャスト、鋳造、鍛造などによって作製される。
The
本体１０は、本実施形態ではアルミニウム又はアルミニウム合金から形成したが、他の金属部材で形成してもよい。また、本体１０は、本実施形態では外観視略直方体としたが、多角柱体、円柱体等であってもよい。
The
第一凹部１２は、蓋部材３０が配置される部位である。第一凹部１２は、本体１０の上面１０ａよりも一段下がった位置に形成されており、平面視矩形を呈する底面１２ａと、底面１２ａから垂直に立設する４つの側壁１２ｂとを有する。側壁１２ｂの高さは、蓋部材３０の厚みｔと略同等に形成されている。
The
第二凹部１３，１３は、熱輸送流体（本実施形態では冷却水）が流通する部分である。第二凹部１３，１３は、平面視矩形を呈し、それぞれ略同等の形状に形成されている。第二凹部１３，１３は、上方が開口しており、第一凹部１２の内部において所定の間隔をあけて設けられている。第二凹部１３，１３の周囲には前記した第一凹部１２の底面１２ａが拡がっている。つまり、第二凹部１３，１３は、第一凹部１２に包囲されている。第二凹部１３の形状や設置数は伝熱板１の用途に応じて適宜変更可能である。
The second recesses 13 and 13 are portions through which the heat transport fluid (cooling water in this embodiment) flows. The 2nd recessed
貫通孔１６は、図１に示すように、本体１０の外部と第二凹部１３とを連通し、熱輸送流体（冷却水）を循環させる部分である。貫通孔１６は、第二凹部１３，１３に連通しつつ、本体１０の対向する側面１０ｂ，１０ｂ間を貫通して形成されている。貫通孔１６の形状、数及び形成位置は、冷却水の種類や流量に応じて適宜変更可能である。
As shown in FIG. 1, the through
蓋部材３０は、図１に示すように、本体１０と同等の材料からなる板状部材である。蓋部材３０の平面形状は、本体１０の第一凹部１２の平面形状と同等に形成されている。蓋部材３０は、第一凹部１２に配置された後に、摩擦攪拌接合されることで第二凹部１３の開口部を封止する。
The
次に、後記する摩擦攪拌接合によって用いる小型の回転ツール（以下、「小型回転ツールＦ」という。）及び小型回転ツールＦよりも大型の回転ツール（以下、「大型回転ツールＧ」という。）について図２を用いて説明する。 Next, a small rotating tool (hereinafter referred to as “small rotating tool F”) and a rotating tool larger than the small rotating tool F (hereinafter referred to as “large rotating tool G”) used by friction stir welding described later. This will be described with reference to FIG.
図２に示す小型回転ツールＦは、工具鋼など本体１０よりも硬質の金属材料からなり、円柱状を呈するショルダ部Ｆ１と、このショルダ部Ｆ１の下端面Ｆ１１に突設された攪拌ピン（プローブ）Ｆ２とを備えて構成されている。小型回転ツールＦの寸法・形状は、本体１０の材質や厚さ等に応じて設定すればよいが、少なくとも、大型回転ツールＧ（図２の（ｂ）参照）よりも小型にする。このようにすると、大型回転ツールＧを用いる場合よりも小さな負荷で摩擦攪拌接合を行うことが可能となるので、摩擦攪拌装置に掛かる負荷を低減することが可能となり、さらには、小型回転ツールＦの移動速度（送り速度）を大型回転ツールＧの移動速度よりも高速にすることも可能になるので、摩擦攪拌接合に要する作業時間やコストを低減することが可能となる。
A small rotary tool F shown in FIG. 2 is made of a metal material harder than the
ショルダ部Ｆ１の下端面Ｆ１１は、塑性流動化した金属を押えて周囲への飛散を防止する役割を担う部位であり、本実施形態では、凹面状に成形されている。ショルダ部Ｆ１の外径Ｘ１の大きさに特に制限はないが、本実施形態では、大型回転ツールＧのショルダ部Ｇ１の外径Ｙ１よりも小さくなっている。 The lower end surface F11 of the shoulder portion F1 is a portion that plays a role of pressing the plastic fluidized metal and preventing scattering to the surroundings, and is formed in a concave shape in this embodiment. There is no particular limitation on the size of the outer diameter X 1 of the shoulder portion F1, in this embodiment, is smaller than the outer diameter Y 1 of the shoulder portion G1 of a large rotating tool G.
攪拌ピンＦ２は、ショルダ部Ｆ１の下端面Ｆ１１の中央から垂下しており、本実施形態では、先細りの円錐台状に成形されている。また、攪拌ピンＦ２の周面には、螺旋状に刻設された攪拌翼が形成されている。攪拌ピンＦ２の外径の大きさに特に制限はないが、本実施形態では、最大外径（上端径）Ｘ２が大型回転ツールＧの攪拌ピンＧ２の最大外径（上端径）Ｙ２よりも小さく、かつ、最小外径（下端径）Ｘ３が攪拌ピンＧ２の最小外径（下端径）Ｙ３よりも小さくなっている。攪拌ピンＦ２の長さＬＡは、蓋部材３０の厚みｔ（図１参照）よりも小さく形成されている。
The stirring pin F2 hangs down from the center of the lower end surface F11 of the shoulder portion F1, and is formed into a tapered truncated cone shape in this embodiment. In addition, a stirring blade engraved in a spiral shape is formed on the peripheral surface of the stirring pin F2. There is no particular limitation on the size of the outer diameter of the stirring pin F2, in the present embodiment, than the maximum outer diameter of the maximum outer diameter of the stirring pin G2 of (upper diameter) X 2 is large rotating tool G (upper end diameter) Y 2 It is small, and is smaller than the minimum outer diameter minimum outer diameter (bottom diameter) X 3 is the stirring pin G2 (lower diameter) Y 3. The length L A of the stirring pin F2 is formed to be smaller than the thickness t (see FIG. 1) of the
図２の（ｂ）に示す大型回転ツールＧは、工具鋼など本体１０よりも硬質の金属材料からなり、円柱状を呈するショルダ部Ｇ１と、このショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１１に突設された攪拌ピン（プローブ）Ｇ２とを備えて構成されている。ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１１は、小型回転ツールＦと同様に、凹面状に成形されている。攪拌ピンＧ２は、ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１１の中央から垂下しており、本実施形態では、先細りの円錐台状に成形されている。攪拌ピンＧ２の長さＬＢは、蓋部材３０の厚みｔ（図１参照）よりも大きく形成されている。
A large-sized rotary tool G shown in FIG. 2B is made of a metal material harder than the
次に、伝熱板の製造方法について説明する。本実施形態に係る伝熱板の製造方法では、蓋部材固定工程と、第二凹部密封工程と、矯正工程を実行する。 Next, the manufacturing method of a heat exchanger plate is demonstrated. In the heat transfer plate manufacturing method according to the present embodiment, a lid member fixing step, a second recess sealing step, and a correction step are executed.
まず、図３の（ａ）に示すように、蓋部材３０を、本体１０の第一凹部１２（図１参照）に配置する。第一凹部１２の側壁１２ｂと、蓋部材３０の側面３０ａとが突き合わされ、突合部４０が構成される。なお、図３の（ｂ）に示すように、第一凹部１２の底面１２ａと、蓋部材３０の裏面３０ｂとが重なり合う部分を、重ね合わせ部１８とする。
First, as shown to (a) of FIG. 3, the
蓋部材固定工程では、突合部４０に摩擦攪拌接合を行って、本体１０に蓋部材３０を接合する。図３の（ａ）に示すように、右回転させた小型回転ツールＦを、本体１０の上面１０ａに設定した開始位置ｓ１に挿入した後、突合部４０に沿って移動させる。小型回転ツールＦの押込み量、送り速度等は適宜設定すればよい。このとき、本体１０の外周面に、本体１０を四方向から囲む治具（図示せず）を予め当てておくのが好ましい。これによれば、小型回転ツールＦ及び大型回転ツールＧの押圧力によって本体１０が変形しにくくなる。
In the lid member fixing step, friction stir welding is performed on the abutting
小型回転ツールＦの移動について具体的に説明する。小型回転ツールＦを、開始位置ｓ１から突合部４０の真上位置（小型回転ツールＦの中心が突合部４０と重なる位置）まで回転させながら移動させる。そして、小型回転ツールＦの中心（軸芯）が突合部４０上を移動するように、突合部４０に沿って小型回転ツールＦを移動させる。このとき、突合部４０の周囲の本体１０と蓋部材３０は、一体的に塑性流動化されて塑性化領域Ｗ１が形成される。「塑性化領域」とは、小型回転ツールＦの摩擦熱によって加熱されて現に塑性化している状態と、小型回転ツールＦが通り過ぎて常温に戻った状態の両方を含むこととする。なお、図３の（ａ）に示すように、塑性化領域Ｗ１のうち、突合部４０上に最初に突入した部分を始端Ｗ１ａとする。
The movement of the small rotary tool F will be specifically described. The small rotating tool F is moved while rotating from the start position s1 to a position directly above the abutting portion 40 (a position where the center of the small rotating tool F overlaps the abutting portion 40). Then, the small rotating tool F is moved along the abutting
蓋部材固定工程では、図３の（ｂ）に示すように、攪拌ピンＦ２の長さが蓋部材３０の厚みｔよりも小さく、塑性化領域Ｗ１が第一凹部１２の底面１２ａに接触しない程度に設定されている。摩擦攪拌接合を行うと、蓋部材３０のような比較的薄い部材は、熱収縮によって変形する可能性が高い。したがって、攪拌ピンＦ２の長さ及び小型回転ツールＦの押込み量を小さく設定することにより、蓋部材３０の変形を防ぐことができる。
なお、蓋部材固定工程では、小型回転ツールＦの攪拌ピンＦ２の長さを大きくしたり、小型回転ツールＦを深く押し込んだりして、塑性化領域Ｗ１と底面１２ａとを接触させてもよい。
In the lid member fixing step, as shown in FIG. 3B, the length of the stirring pin F2 is smaller than the thickness t of the
In the lid member fixing step, the plasticizing region W1 and the
小型回転ツールＦの移動方向（図３（ａ）参照）と同じ方向に小型回転ツールＦが回動するシアー側（被接合部に対する小型回転ツールＦの外周の相対速さが、小型回転ツールＦの外周における接線速度の大きさに移動速度の大きさを加算した値となる側）が、本体１０上に位置するように、小型回転ツールＦを回転、移動させる。つまり、突合部４０における小型回転ツールＦの回転方向（自転方向）が、移動方向（公転方向）と同じ方向となるようにする。具体的には、本実施形態では、小型回転ツールＦを第二凹部１３に対して右回りに移動させているので、小型回転ツールＦも右回転させる。
The shear side where the small rotating tool F rotates in the same direction as the moving direction of the small rotating tool F (see FIG. 3A) (the relative speed of the outer periphery of the small rotating tool F with respect to the joined portion is the small rotating tool F). The small rotating tool F is rotated and moved so that the side of the tangential speed on the outer circumference of the
なお、小型回転ツールＦを第二凹部１３に対して左回りに移動させるときは、小型回転ツールＦを左回転させることとなる。このようにすることによって、小型回転ツールＦのシアー側が厚肉の本体１０側に位置する。そして、薄肉の蓋部材３０側は、小型回転ツールＦのフロー側（被接合部に対する小型回転ツールＦの外周の相対速さが、小型回転ツールＦの外周における接線速度の大きさから移動速度の大きさを減算した値となる側）となる。このため、蓋部材３０側は、メタルの流動量が少なくなり、空洞欠陥が発生しにくくなる。そして、摩擦攪拌によって空洞欠陥が発生したとしても、本体１０側であって突合部４０よりも外側位置の離間した部分に発生することとなり、熱輸送流体が外部に漏れにくくなるので、接合部の密閉性能を低下させることはない。
In addition, when moving the small rotation tool F counterclockwise with respect to the 2nd recessed
小型回転ツールＦの回転及び移動を継続し、図４に示すように、小型回転ツールＦを、突合部４０に沿って一周させる。小型回転ツールＦが、塑性化領域Ｗ１の始端Ｗ１ａ（図３の（ａ）参照）を通過したら、小型回転ツールＦを本体１０の上面１０ａ側に移動させて、終了位置ｅ１で小型回転ツールＦを離脱させる。なお、塑性化領域Ｗ１のうち、突合部４０上に最後に形成される部分を終端Ｗ１ｂとする。
The rotation and movement of the small rotating tool F are continued, and the small rotating tool F is caused to make a round along the abutting
このように、塑性化領域Ｗ１の始端Ｗ１ａ（図３（ａ）参照）を小型回転ツールＦが通り越すことにより、始端Ｗ１ａと終端Ｗ１ｂとが互いにオーバーラップするため、塑性化領域Ｗ１の一部が重複するように構成される。 Thus, since the small rotation tool F passes the start end W1a (see FIG. 3A) of the plasticization region W1, the start end W1a and the end end W1b overlap each other, so that a part of the plasticization region W1 is formed. Configured to overlap.
終了位置ｅ１は、突合部４０から外側に外れた位置となっているので、小型回転ツールＦの引抜跡が突合部４０に形成されることはなく、本体１０と蓋部材３０との接合性をさらに高めることができる。なお、引抜跡は補修するようにしてもよい。
Since the end position e1 is a position deviated to the outside from the abutting
第二凹部密封工程では、第一凹部１２の底面１２ａと、蓋部材３０の裏面３０ｂとが重なり合う重ね合わせ部１８に対して摩擦攪拌接合を行う。第二凹部密封工程では、図５の（ａ）に示すように、回転させた大型回転ツールＧを本体１０の上面１０ａに設定した開始位置ＳＭ１に挿入した後、第二凹部１３の開口周縁１４に沿って移動させ、終了位置ＥＭ１まで移動させる。
In the second recess sealing step, friction stir welding is performed on the overlapping
大型回転ツールＧの移動について具体的に説明する。本体１０の上面１０ａに設定した開始位置ＳＭ１に、右回転させた大型回転ツールＧを挿入した後、蓋部材３０側へ移動させる。大型回転ツールＧが塑性化領域Ｗ１を横断したら、重ね合わせ部１８上において、第二凹部１３の回りに沿って移動させる。大型回転ツールＧを移動させることにより、第二凹部１３の周囲には、塑性化領域Ｗ２が形成される。図５の（ｂ）に示すように、大型回転ツールＧの攪拌ピンＧ２の長さＬＢが、蓋部材３０の厚みｔよりも大きくなっているため、重ね合わせ部１８を確実に摩擦攪拌接合することができる。
The movement of the large rotary tool G will be specifically described. After inserting the large rotation tool G rotated right into the start position SM1 set on the
本実施形態では、第二凹部１３の開口周縁１４から第一凹部１２の側壁１２ｂまでの距離Ｄ１は、大型回転ツールＧのショルダ部Ｇ１の外径Ｙ１の２倍以上で形成されているため、重ね合わせ部１８の幅を十分に確保することができ確実に摩擦攪拌接合を行うことができる。なお、隣り合う第二凹部１３，１３の間の距離Ｄ２（図３の（ａ）参照）は、少なくとも大型回転ツールＧのショルダ部Ｇ１の外径Ｙ１よりも大きくければよいが、本実施形態ではショルダ部Ｇ１の外径Ｙ１の約３倍になっている。
In the present embodiment, the distance D1 from the opening
また、図５の（ｂ）に示すように、本実施形態では、大型回転ツールＧの中心から第二凹部１３の開口周縁１４までの距離Ｅ１は、ショルダ部Ｇ１の外径Ｙ１の半径よりも大きくなっている。このようにすれば、摩擦攪拌接合により塑性流動化された塑性流動材が第二凹部１３に流入するのを防ぐことができる。
Further, as shown in (b) of FIG. 5, in the present embodiment, the distance E1 from the center of the large rotating tool G to the opening
また、本実施形態では、第二凹部１３の開口周縁１４から大型回転ツールＧの外周面までの距離Ｅ２は、４ｍｍよりも大きくすることが好ましい。距離Ｅ２が４ｍｍ以下であると、大型回転ツールＧと第二凹部１３との距離が近くなり、摩擦攪拌接合の際に第二凹部１３の内壁が変形する可能性がある。
Moreover, in this embodiment, it is preferable that the distance E2 from the opening
大型回転ツールＧを第二凹部１３の回りに一周させたら、図５の（ａ）の矢印に示すように、塑性化領域Ｗ２及び塑性化領域Ｗ１を横断させて、本体１０の上面１０ａに設定した終了位置ＥＭ１まで移動させる。大型回転ツールＧが終了位置ＥＭ１に達したら、本体１０から大型回転ツールＧを離脱させる。なお、引抜跡は補修するようにしてもよい。
When the large-sized rotary tool G makes a round around the
第二凹部密封工程では、大型回転ツールＧの移動方向と同じ方向に大型回転ツールＧが回動するシアー側（被接合部に対する大型回転ツールＧの外周の相対速さが、大型回転ツールＧの外周における接線速度の大きさに移動速度の大きさを加算した値となる側）が、本体１０上の第二凹部１３から離間した部位に位置するように、大型回転ツールＧを回転、移動させる。つまり、大型回転ツールＧの回転方向（自転方向）が、移動方向（公転方向）と同じ方向となるようにする。具体的には、本実施形態では、大型回転ツールＧを第二凹部１３に対して右回りに移動させているので、大型回転ツールＧも右回転させる。
In the second recessed portion sealing step, the shear side (the relative speed of the outer periphery of the large rotating tool G with respect to the joined portion is the same as the moving direction of the large rotating tool G is the relative speed of the outer periphery of the large rotating tool G). The large rotary tool G is rotated and moved so that the tangential speed at the outer circumference is added to the magnitude of the moving speed is located at a position away from the
なお、大型回転ツールＧを第二凹部１３に対して左回りに移動させるときは、大型回転ツールＧを左回転させる。かかる方法によれば、大型回転ツールＧのシアー側が本体１０の第二凹部１３から離間した部位に位置する。本体１０の第二凹部１３に近い部位は、大型回転ツールＧのフロー側（被接合部に対する大型回転ツールＧの外周の相対速さが、大型回転ツールＧの外周における接線速度の大きさから移動速度の大きさを減算した値となる側）となる。このため、本体１０の第二凹部１３に近い部位は、メタルの流動量が少なくなり、空洞欠陥が発生しにくくなる。そして、摩擦攪拌によって空洞欠陥が発生したとしても、第二凹部１３から離間した部分に発生することとなり、熱輸送流体が外部に漏れにくくなるので、接合部の密閉性能を低下させることはない。
When the large rotary tool G is moved counterclockwise with respect to the
次に、図６に示すように、他方の第二凹部１３の回りに形成された重ね合わせ部１８に対して、摩擦攪拌接合を行う。本体１０の上面１０ａに設定した開始位置ＳＭ２に大型回転ツールＧを挿入した後、蓋部材３０側へ移動させる。大型回転ツールＧが塑性化領域Ｗ１を横断したら、重ね合わせ部１８上において、第二凹部１３回りに沿って移動させる。大型回転ツールＧを移動させることにより、第二凹部１３の周囲に塑性化領域Ｗ２が形成される。大型回転ツールＧを第二凹部１３の回りに一周させたら、図６の矢印に示すように、塑性化領域Ｗ２及び塑性化領域Ｗ１を横断させて、本体１０の上面１０ａに設定された終了位置ＥＭ２まで移動させる。大型回転ツールＧが終了位置ＥＭ２に達したら、本体１０から大型回転ツールＧを離脱させる。
Next, as shown in FIG. 6, friction stir welding is performed on the overlapping
なお、第二凹部密封工程において、開始位置ＳＭ１，ＳＭ２及び終了位置ＥＭ１，ＥＭ２は、突合部４０よりも外側であれば、他の位置であっても構わない。
In the second recess sealing step, the start positions SM1 and SM2 and the end positions EM1 and EM2 may be other positions as long as they are outside the abutting
図７に示すように、蓋部材固定工程と、第二凹部密封工程を行った後、伝熱板１には、塑性化領域Ｗ１，Ｗ２が形成される。塑性化領域Ｗ１，Ｗ２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、本体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、本体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。
As shown in FIG. 7, plasticized regions W <b> 1 and W <b> 2 are formed in the
矯正工程では、伝熱板１（本体２）の裏面Ｚｂから、本体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。
In the straightening process, a bending moment that generates a tensile stress is applied from the back surface Zb of the heat transfer plate 1 (main body 2) to the surface Za side of the
（プレス矯正）
前記した第二凹部密封工程が終了したら、摩擦攪拌で発生したバリを除去するとともに、図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。
(Press correction)
When the second recess sealing step is completed, burrs generated by friction stirring are removed, and as shown in FIG. 8, the
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。
If each auxiliary member is arrange | positioned, as shown to (a) and (b) of FIG. 9, it will press from the back surface Zb of the
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。
The pressing force of the pressing device may be appropriately set depending on the thickness and material of the
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。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 10, not only the central point j ′ but also the points b ′, d ′, e ′ and g ′ of the back surface Zb of the
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。
In addition, although the position to press was set to five places in this embodiment, it is not limited to this, What is necessary is just to set suitably according to the curvature of the
（衝打矯正）
次に、衝打矯正について説明する。衝打矯正については、プレス矯正と近似するため、
具体的な図示は省略する。衝打矯正とは、例えばハンマーなどの衝打具を用いて伝熱板に発生した反りを矯正することをいう。衝打矯正は、プレス装置Ｐに替えてハンマー等の衝打具で伝熱板１を衝打する点を除いては、プレス矯正と略同等である。
(Shock correction)
Next, hit correction will be described. For impact correction, it approximates press correction.
Specific illustration is omitted. The hit correction means correcting a warp generated in the heat transfer plate using a hitting tool such as a hammer. The hit correction is substantially the same as the press correction except that the
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。
In the impact correction, after the auxiliary members are arranged in the same manner as in the press correction, the
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。
The impact correction can be easily performed because it saves time and labor for preparing a press device or the like as compared with the press correction. Further, the impact correction is effective when the
（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。
(Roll straightening)
Next, roll correction will be described. When the above-described joining process is completed, burrs generated by friction stirring are removed, and the back surface Zb of the
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。
And roll R1 is arrange | positioned so that it may orthogonally cross with 1st auxiliary member T1 above 1st auxiliary member T1, 2nd auxiliary member T2 and 3rd auxiliary member T3 below 2nd auxiliary member T2, T3, Roll R2 is arrange | positioned so that it may orthogonally cross. That is, as shown in FIG. 11B, the
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。
The first auxiliary member T <b> 1 to the third auxiliary member T <b> 3 are members for preventing the
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。
Here, when the rolls R1 and R2 approach each other and apply pressure to the
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。
11A, when the roll R1 rotates in the direction of the arrow α and the roll R2 rotates in the direction of the arrow β, the rolls R1 and R2 are in the direction of the arrow γ with respect to the heat transfer plate 1 ( Moves relatively in the roll feed direction). When the roll R1 rotates in the arrow β direction and the roll R2 rotates in the arrow α direction, the rolls R1 and R2 move relative to the
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。
Therefore, since the position of the bending moment acting on the
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。
Alternatively, the rolls R1 and R2 may be rotated in the vertical direction of the
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。
In addition, here, the description has been made on the assumption that the back surface Zb of the
以上説明した伝熱板の製造方法によれば、突合部４０に対する摩擦攪拌接合に加えて、第二凹部１３の周囲において、重ね合わせ部１８に対して摩擦攪拌接合を行うことにより、第一凹部１２の底面１２ａと蓋部材３０の裏面３０ｂとの微細な隙間を塞ぐことができる。また、第二凹部１３の周囲において、本体１０と蓋部材３０とを密着させることができる。これにより、伝熱板１の水密性及び気密性を高めることができる。
According to the manufacturing method of the heat transfer plate described above, in addition to the friction stir welding to the abutting
また、矯正工程において本体の表面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、蓋部材固定工程及び第二凹部密封工程により形成された本体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。 In addition, by applying a bending moment that generates a tensile stress on the surface Za side of the main body in the straightening process, a warp that protrudes on the back side of the main body formed by the lid member fixing process and the second concave sealing process is performed. It can be corrected and the flatness of the heat transfer plate can be improved.
また、第一凹部１２内に第二凹部１３，１３を内包するように形成されているため、第二凹部１３が複数個形成される場合や第二凹部１３の形状が複雑になる場合であっても、容易に伝熱板１を製造することができる。従来は、例えば第二凹部が平面視蛇行状を呈する場合、その形状に合わせて平面視蛇行状に蓋部材を成形していた。これにより、蓋部材の成形作業が煩雑になるとともに、本体と蓋部材とを精度よく配置するのが困難になるという問題があった。
しかし、本実施形態によれば、第二凹部１３が複数個ある場合であっても、第二凹部１３，１３を包囲するように平面視矩形の第一凹部１２を形成するとともに、第一凹部１２の形状に合わせて蓋部材３０を矩形に形成することで、蓋部材３０の形状を単純化することができる。これにより、蓋部材３０を容易に成形できるとともに、第一凹部１２に蓋部材３０を精度よく配置することができ、伝熱板１を容易に製造することができる。
In addition, since the
However, according to this embodiment, even when there are a plurality of
また、本実施形態では、第二凹部密封工程の前に蓋部材固定工程を行うため、蓋部材３０を本体１０に固定した状態で第二凹部密封工程を行うことができるため、作業性を高めることができる。
In this embodiment, since the lid member fixing step is performed before the second concave portion sealing step, the second concave portion sealing step can be performed in a state where the
また、本実施形態に係る第二凹部密封工程では、第二凹部１３の開口周縁１４に沿って大型回転ツールＧを一周させるとともに、塑性化領域Ｗ２をオーバーラップさせて重複させることにより、第二凹部１３の周囲の重ね合わせ部１８の気密性及び水密性を高めることができる。
Moreover, in the 2nd recessed part sealing process which concerns on this embodiment, while making the large rotation tool G make one round along the opening
また、大型回転ツールＧを金属部材に挿入する際には、金属部材に大きな負荷が作用するため、摩擦攪拌の開始位置ＳＭ１，ＳＭ２を蓋部材３０上に設定すると、蓋部材３０が変形してしまう可能性がある。しかし、本実施形態に係る第二凹部密封工程では、摩擦攪拌の開始位置ＳＭ１，ＳＭ２を突合部４０の外側に設定したため、大型回転ツールＧの挿入時における蓋部材３０の変形を防ぐことができる。また、本実施形態では、摩擦攪拌の終了位置ＥＭ１，ＥＭ２を肉厚の本体１０側に設定したため、大型回転ツールＧの引抜跡の補修を容易に行うことができる。
Further, when the large rotating tool G is inserted into the metal member, a large load acts on the metal member. Therefore, when the friction stirring start positions SM1 and SM2 are set on the
[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。第二実施形態では、本体１０に形成された第二凹部５１の形状が、平面視矩形枠状を呈する点で第一実施形態と相違する。なお、第二実施形態の説明においては、第一実施形態と重複する部分については説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In 2nd embodiment, the shape of the 2nd recessed
第二実施形態に係る伝熱板１０１は、図１２の（ａ）に示すように、本体１０と、本体１０に摩擦攪拌接合される蓋部材３０とを備えている。
本体１０は、本体１０の上面１０ａに凹設された第一凹部１２と、第一凹部１２の中央に凹設された第二凹部５１と、第二凹部５１に連通する貫通孔１６とを有する。
As shown in FIG. 12A, the
The
第一凹部１２は、本体１０の上面１０ａよりも一段下がった位置に形成されており、蓋部材３０が配置される部位である。第一凹部１２は、平面視矩形を呈する底面１２ａと、底面１２ａから垂直に立設した４つの側壁１２ｂとを有する。本実施形態では、第二凹部５１を平面視矩形枠状に形成したため、底面１２ａが第二凹部５１の内側と外側の両方に形成されている。
The
第二凹部５１は、熱輸送流体（本実施形態では冷却水）が流通する部分である。第二凹部５１は、第一凹部１２内において、平面視矩形枠状に形成されており、上方に開口している。第二凹部５１の開口部には、開口周縁５３ａ，５３ｂがそれぞれ形成されている。
The
図１２の（ｂ）に示すように、第一凹部１２に蓋部材３０を配置すると、第一凹部１２の側壁１２ｂと蓋部材３０の側面３０ａとで突合部４０が形成される。また、第一凹部１２の底面１２ａと蓋部材３０の裏面３０ｂとで重ね合わせ部１８が形成される。本実施形態では、重ね合わせ部１８は、第二凹部５１の内側と外側の両方に形成される。
As shown in FIG. 12B, when the
次に、第二実施形態に係る伝熱板の製造方法について図１３を用いて説明する。本実施形態に係る伝熱板の製造方法では、蓋部材固定工程と、第二凹部密封工程と、矯正工程を実行する。 Next, the manufacturing method of the heat exchanger plate which concerns on 2nd embodiment is demonstrated using FIG. In the heat transfer plate manufacturing method according to the present embodiment, a lid member fixing step, a second recess sealing step, and a correction step are executed.
蓋部材固定工程では、突合部４０に摩擦攪拌接合を行って、本体１０に蓋部材３０を接合する。蓋部材固定工程では、図１３の（ａ）に示すように、右回転させた小型回転ツールＦを、突合部４０上に設定した開始位置ｓ２に挿入し、突合部４０に沿って終了位置ｅ２まで摩擦攪拌接合を行う。第一実施形態では、突合部４０の全周に亘って摩擦攪拌接合を行ったが、本実施形態では、突合部４０を構成する各辺の中間部分のみに対して摩擦攪拌接合を行う。即ち、突合部４０を構成する各辺の一点に開始位置ｓ２及び終了位置ｅ２をそれぞれ設定し摩擦攪拌接合を行う。蓋部材固定工程では、突合部４０の一方の対辺の中間部分を摩擦攪拌接合した後に、他方の対辺の中間部分を摩擦攪拌接合することが好ましい。これにより、蓋部材３０をバランスよく固定することができ、蓋部材３０の本体１０に対する位置決め精度が向上する。蓋部材固定工程によって、塑性化領域Ｗ１が形成される。
In the lid member fixing step, friction stir welding is performed on the abutting
第二凹部密封工程では、図１３の（ａ）に示すように、第一凹部１２の底面１２ａと、蓋部材３０の裏面３０ｂとが重なり合う重ね合わせ部１８に対して摩擦攪拌接合を行う。第二凹部密封工程では本体１０の上面１０ａに設定した開始位置ＳＭ３に、左回転させた大型回転ツールＧを挿入した後、蓋部材３０側へ移動させる。大型回転ツールＧが突合部４０を横断したら、重ね合わせ部１８上において、第二凹部５１の開口周縁５３ａの外周に沿って大型回転ツールＧを移動させる。大型回転ツールＧを移動させることにより、第二凹部５１の周囲には、塑性化領域Ｗ２が形成される。
In the second recess sealing step, as shown in FIG. 13A, friction stir welding is performed on the overlapping
大型回転ツールＧを第二凹部５１の回りに一周させたら、図１３の（ｂ）に示すように、塑性化領域Ｗ２を横断させて、本体１０の上面１０ａに設定した終了位置ＥＭ３まで移動させる。大型回転ツールＧが終了位置ＥＭ３に達したら、本体１０から大型回転ツールＧを離脱させる。
When the large-sized rotary tool G makes a round around the
次に、本実施形態に係る第二凹部密封工程では、第二凹部５１の内側の重ね合わせ部１８（図１２の（ｂ）参照）に対しても摩擦攪拌接合を行う。図１３の（ｂ）に示すように、蓋部材３０の中央に摩擦攪拌の開始位置ＳＭ４を設定し、第二凹部５１の開口周縁５３ｂの内側に沿って大型回転ツールＧを移動して摩擦攪拌接合を行う。第二凹部５１の内側には、塑性化領域Ｗ３が形成される。大型回転ツールＧが第二凹部５１の内側を一周したら、既存の塑性化領域Ｗ３と重複するようにして、蓋部材３０の中央に設定した終了位置ＥＭ４まで大型回転ツールＧを移動させる。
Next, in the second recess sealing step according to the present embodiment, friction stir welding is also performed on the overlapping portion 18 (see FIG. 12B) inside the
第二凹部密封工程が終了したら、矯正工程を行う。矯正工程では、前記したプレス矯正、衝打矯正、又はロール矯正のいずれかを実行すればよいため、詳細な説明は省略する。 When the second recess sealing process is completed, a correction process is performed. In the correction process, any one of the press correction, the hitting correction, and the roll correction described above may be executed, and thus detailed description thereof is omitted.
以上説明した第二実施形態に係る伝熱板の製造方法によれば、突合部４０に対する摩擦攪拌接合に加えて、第二凹部５１の周囲において、重ね合わせ部１８に対して摩擦攪拌接合を行うことにより、第一凹部１２の底面１２ａと蓋部材３０の裏面３０ｂとの微細な隙間を塞ぐことができる。これにより、伝熱板１０１の水密性及び気密性を高めることができる。本実施形態では、第二凹部５１を平面視矩形枠状に形成したため、第二凹部５１の内側に形成された重ね合わせ部１８に対しても摩擦攪拌接合を行った。これにより、伝熱板１０１の水密性及び気密性をさらに高めることができる。また、矯正工程を行うことで、伝熱板１０１の平坦性を高めることができる。
According to the method for manufacturing a heat transfer plate according to the second embodiment described above, in addition to the friction stir welding to the abutting
[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。第三実施形態では、本体１０に形成された第二凹部６１の形状が、平面視円形状を呈する点で第一実施形態と相違する。なお、第三実施形態の説明においては、第一実施形態と重複する部分については説明を省略する。
[Third embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In 3rd embodiment, the shape of the 2nd recessed
第三実施形態に係る伝熱板１０２は、図１４に示すように、本体１０と、本体１０に摩擦攪拌接合される蓋部材３０とを備えている。
本体１０は、本体１０の上面１０ａに凹設された第一凹部１２と、第一凹部１２に凹設された第二凹部６１と、第二凹部６１に連通する貫通孔１６とを有する。
As shown in FIG. 14, the
The
第一凹部１２は、本体１０の上面１０ａよりも一段下がった位置に形成されており、蓋部材３０が配置される部位である。第一凹部１２は、平面視矩形を呈する底面１２ａと、底面１２ａから垂直に立設した４つの側壁１２ｂとを有する。
The
第二凹部６１は、熱輸送流体（本実施形態では冷却水）が流通する部分である。第二凹部６１は、第一凹部１２内に凹設されており平面視円形状を呈し、上方に開口している。第二凹部６１の開口部には開口周縁６２が形成されている。
The
次に、第三実施形態に係る伝熱板の製造方法について図１５を用いて説明する。本実施形態に係る伝熱板の製造方法では、蓋部材固定工程と、第二凹部密封工程と、矯正工程を実行する。 Next, the manufacturing method of the heat exchanger plate which concerns on 3rd embodiment is demonstrated using FIG. In the heat transfer plate manufacturing method according to the present embodiment, a lid member fixing step, a second recess sealing step, and a correction step are executed.
蓋部材固定工程では、突合部４０に摩擦攪拌接合を行って、本体１０に蓋部材３０を接合する。蓋部材固定工程では、図１５に示すように、突合部４０の四隅に断続的に摩擦攪拌接合を行う。即ち、突合部４０の各四隅に設定された開始位置ｓ３から終了位置ｅ３まで小型回転ツールＦを右回転させて摩擦攪拌接合を行う。蓋部材固定工程では、突合部４０の一方の対角同士を先に摩擦攪拌接合した後に、他方の対角同士を摩擦攪拌することが好ましい。これにより、蓋部材３０をバランスよく固定することができ、蓋部材３０の本体１０に対する位置決め精度が向上する。
In the lid member fixing step, friction stir welding is performed on the abutting
第二凹部密封工程では、第一凹部１２の底面１２ａ（図１４参照）と、蓋部材３０の裏面３０ｂとが重なり合う重ね合わせ部１８に対して摩擦攪拌接合を行う。第二凹部密封工程では、本体１０の上面１０ａに設定した開始位置ＳＭ５に、右回転させた大型回転ツールＧを挿入した後、蓋部材３０側へ移動させる。大型回転ツールＧが突合部４０を横断したら、重ね合わせ部１８上において、第二凹部６１の外周に沿って大型回転ツールＧを移動させる。大型回転ツールＧを移動させることにより、塑性化領域Ｗ２が形成される。
In the second recess sealing step, friction stir welding is performed on the overlapping
大型回転ツールＧを第二凹部６１回りに一周させたら、図１５の矢印にしたがって、塑性化領域Ｗ２を横断させ、本体１０の上面１０ａに設定した終了位置ＥＭ５まで移動させる。大型回転ツールＧが終了位置ＥＭ５に達したら、本体１０から大型回転ツールＧを離脱させる。
When the large rotary tool G makes a round around the
第二凹部密封工程が終了したら、矯正工程を行う。矯正工程では、前記したプレス矯正、衝打矯正、又はロール矯正のいずれかを実行すればよいため、詳細な説明は省略する。 When the second recess sealing process is completed, a correction process is performed. In the correction process, any one of the press correction, the hitting correction, and the roll correction described above may be executed, and thus detailed description thereof is omitted.
以上説明した第三実施形態に係る伝熱板の製造方法によれば、突合部４０に対する摩擦攪拌接合に加えて第二凹部６１の周囲において、重ね合わせ部１８に対して摩擦攪拌接合を行うことにより、第一凹部１２の底面１２ａと蓋部材３０の裏面３０ｂとの間の隙間を塞ぐことができる。これにより、伝熱板１０２の水密性及び気密性を高めることができる。また、矯正工程を行うことで伝熱板１０２の平坦性を高めることができる。
According to the manufacturing method of the heat transfer plate according to the third embodiment described above, the friction stir welding is performed on the overlapping
また、本実施形態では、第二凹部６１を平面視円形状に形成しているが、第二凹部６１の周囲を包囲するように平面視矩形の第一凹部１２を形成し、第一凹部１２と同等の平面形状からなる蓋部材３０で封止している。つまり、第二凹部６１の形状が平面視円形であったとしても蓋部材３０の形状は平面視矩形のものを用いることができる。これにより、蓋部材３０の形状は平面視矩形の単純な形状のものを用いることができるため、蓋部材３０の成形を容易に行うことができるとともに、第一凹部１２に蓋部材３０を精度よく配置することができる。
In the present embodiment, the
また、本実施形態に係る蓋部材固定工程では、突合部４０の四隅のみに対して摩擦攪拌接合を行うため、作業手間を省略することができる。
Further, in the lid member fixing step according to the present embodiment, since the friction stir welding is performed only on the four corners of the abutting
[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。第四実施形態では、本体７０に形成された第二凹部７１の形状が、平面視Ｕ字状を呈する点で第一実施形態と相違する。なお、第四実施形態の説明においては、第一実施形態と重複する部分については説明を省略する。
[Fourth embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. In 4th embodiment, the shape of the 2nd recessed
第四実施形態に係る伝熱板１０３は、図１６及び図１７に示すように、本体７０と、本体７０に配置される蓋部材８０とを摩擦攪拌接合によって一体成形される。
本体７０は、直方体を呈し、平面視直方形を呈する。本体７０は、本体７０の上面７０ａに凹設された第一凹部１２と、第一凹部１２に凹設された第二凹部７１と、第二凹部７１に連通する貫通孔１６とを有する。蓋部材８０は、図１７に示すように、第一凹部１２と略同等の平面形状を呈する板状部材である。
As shown in FIGS. 16 and 17, the
The
第一凹部１２は、本体７０の上面７０ａよりも一段下がった位置に形成されており、蓋部材８０が配置される部位である。第一凹部１２は、平面視矩形を呈する底面１２ａと底面１２ａから垂直に立設した４つの側壁１２ｂとを有する。
The
第二凹部７１は、熱輸送流体（本実施形態では冷却水）が流通する部分である。第二凹部７１は、平面視Ｕ字状を呈する。第二凹部７１は、上方に開口している。第二凹部７１の開口部には、開口周縁７２が形成されている。
The
次に、第四実施形態に係る伝熱板の製造方法について、図１７を用いて説明する。本実施形態に係る伝熱板の製造方法では、蓋部材固定工程と、第二凹部密封工程と、矯正工程を実行する。 Next, the manufacturing method of the heat exchanger plate which concerns on 4th embodiment is demonstrated using FIG. In the heat transfer plate manufacturing method according to the present embodiment, a lid member fixing step, a second recess sealing step, and a correction step are executed.
蓋部材固定工程では、突合部４０に摩擦攪拌接合を行って、本体７０に蓋部材８０を接合する。蓋部材固定工程では、図１７の（ａ）に示すように、小型回転ツールＦを用いて突合部４０の四隅に断続的に摩擦攪拌接合を行うとともに、突合部４０を構成する各辺の中間部分に対して摩擦攪拌接合を行う。蓋部材固定工程によって塑性化領域Ｗ１が形成される。
In the lid member fixing step, friction stir welding is performed on the abutting
第二凹部密封工程では、図１７に示すように、第一凹部１２の底面１２ａと、蓋部材８０の裏面８０ｂとが重なり合う重ね合わせ部１８に対して摩擦攪拌接合を行う。第二凹部密封工程では、本体７０の上面７０ａに設定した開始位置ＳＭ６に、右回転させた大型回転ツールＧを挿入した後、蓋部材８０側へ移動させる。大型回転ツールＧが突合部４０を横断したら、重ね合わせ部１８上において、第二凹部７１の開口周縁７２の外周に沿って大型回転ツールＧを移動させる。大型回転ツールＧを移動させることにより、塑性化領域Ｗ２が形成される。
In the second recess sealing step, friction stir welding is performed on the overlapping
大型回転ツールＧを第二凹部７１に沿って一周させたら、図１７の（ａ）の矢印にしたがって、塑性化領域Ｗ２を横断させ、本体７０の上面７０ａに設定した終了位置ＥＭ６まで移動させる。大型回転ツールＧが終了位置ＥＭ６に達したら、本体７０から大型回転ツールＧを離脱させる。
When the large rotary tool G makes a round along the
第二凹部密封工程が終了したら、矯正工程を行う。矯正工程では、前記したプレス矯正、衝打矯正、又はロール矯正のいずれかを実行すればよいため、詳細な説明は省略する。 When the second recess sealing process is completed, a correction process is performed. In the correction process, any one of the press correction, the hitting correction, and the roll correction described above may be executed, and thus detailed description thereof is omitted.
以上説明した第四実施形態に係る伝熱板の製造方法によれば、突合部４０に対する摩擦攪拌接合に加えて第二凹部７１の周囲において、重ね合わせ部１８に対して摩擦攪拌接合を行うことにより、第一凹部１２の底面１２ａと蓋部材８０の裏面８０ｂとの微細な隙間を塞ぐことができる。これにより、伝熱板１０３の水密性及び気密性を高めることができる。また、矯正工程を行うことで、伝熱板１０３の平坦性を高めることができる。
According to the manufacturing method of the heat transfer plate according to the fourth embodiment described above, the friction stir welding is performed on the overlapping
また、本実施形態では、第二凹部７１を平面視Ｕ字状に形成しているが、第二凹部７１の周囲を包囲するように平面視矩形の第一凹部１２を形成し、第一凹部１２と同等の平面形状からなる蓋部材８０で封止している。つまり、第二凹部７１の形状が平面視Ｕ字状のような複雑な形状であったとしても、蓋部材８０は、平面視矩形のものを用いることができる。これにより、蓋部材８０の形状は平面視矩形の単純な形状のものを用いることができるため、蓋部材８０の成形を容易に行うことができるとともに、第一凹部１２に蓋部材８０を精度よく配置することができる。
In the present embodiment, the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨に反しない範囲において適宜設計変更が可能である。例えば、第四実施形態のように蓋部材８０が比較的大きい場合、蓋部材固定工程を行う前に、仮接合工程を行ってもよい。
Although the embodiments of the present invention have been described above, design changes can be made as appropriate without departing from the spirit of the present invention. For example, when the
仮接合工程では、図１８の（ａ）及び（ｂ）に示すように、突合部４０の内側であって、かつ、第二凹部７１の外側において、蓋部材８０の上方から回転した回転ツールＨを押し込んで、第一凹部１２の底面１２ａと、蓋部材８０の裏面８０ｂとが重ね合わされた重ね合わせ部１８に対して摩擦攪拌接合を行う。当該摩擦攪拌接合によって塑性化領域Ｗ４が形成される。
In the temporary joining step, as shown in FIGS. 18A and 18B, the rotary tool H rotated from above the
仮接合工程により、本体７０と蓋部材８０とが仮接合される。蓋部材８０が大きい場合、蓋部材固定工程を行うと、摩擦攪拌接合の熱収縮により蓋部材が反って蓋部材８０の中央部分と本体７０とが離間してしまい、第二凹部密封工程の作業が煩雑になる可能性がある。しかし、本実施形態の仮接合工程を行うことで、蓋部材８０の反りを抑制することができるため、第二凹部密封工程を好適に行うことができる。
The
仮接合工程は、重ね合わせ部１８において、連続的に摩擦攪拌接合を行ってもよいし、本実施形態のように断続的に行ってもよい。
The temporary joining step may be performed continuously by friction stir welding in the overlapping
また、前記した実施形態では、第二凹部密封工程の前に、蓋部材固定工程を行ったが、第二凹部密封工程を行った後に、蓋部材固定工程を行ってもよい。 In the above-described embodiment, the lid member fixing step is performed before the second recess sealing step. However, the lid member fixing step may be performed after the second recess sealing step.
また、大型回転ツールＧを挿入する位置に、挿入時の摩擦抵抗を軽減するために、予め下穴を形成しておいてもよい。 Moreover, in order to reduce the frictional resistance at the time of insertion in the position which inserts the large sized rotation tool G, you may form a pilot hole previously.
また、本実施形態では、第一凹部及び蓋部材の平面形状は矩形としたが、これに限定されるものではなく、平面視円形、楕円系、又は角形であってもよい。第一凹部及び蓋部材の形状は、成形しやすく、かつ、精度良く配置可能な形状であることが好ましい。 In the present embodiment, the planar shape of the first concave portion and the lid member is rectangular, but is not limited thereto, and may be circular, elliptical, or rectangular in plan view. The shapes of the first recess and the lid member are preferably shapes that are easy to mold and can be placed with high precision.
１ 伝熱板
１０ 本体
１０ａ 上面
１２ 第一凹部
１２ａ 底面
１２ｂ 側壁
１３ 第二凹部
１４ 開口周縁
１６ 貫通孔
１８ 重ね合わせ部
３０ 蓋部材
３０ａ 側面
３０ｂ 裏面
４０ 突合部
Ｆ 小型回転ツール
Ｆ１ ショルダ部
Ｆ２ 攪拌ピン
Ｇ 大型回転ツール
Ｇ１ ショルダ部
Ｇ２ 攪拌ピン
ｓ１ 開始位置
ｅ１ 終了位置
ＳＭ１ 開始位置
ＥＭ１ 終了位置
Ｗ１〜Ｗ４ 塑性化領域
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記本体の前記第一凹部の側壁と前記蓋部材の側面との突合部に沿って回転ツールを移動させて少なくとも前記突合部の一部に対して摩擦攪拌接合を行う蓋部材固定工程と、
前記第二凹部の開口周縁に沿って回転ツールを移動させて、前記第一凹部の底面と前記蓋部材の裏面との重ね合わせ部に対して摩擦攪拌接合を行う第二凹部密封工程と、
前記蓋部材固定工程及び前記第二凹部密封工程によって形成された前記本体の裏面側に凸となる反りを、前記本体の表面側に引張応力が発生するような曲げモーメントを作用させることで矯正する矯正工程と、を含むことを特徴とする伝熱板の製造方法。 The main body having a first recess recessed in the surface and a second recess through which a heat transport fluid that transports heat generated by the heat generating body that is recessed in the bottom surface of the first recess flows. A method of manufacturing a heat transfer plate formed by fixing a lid member for sealing a recess by friction stir welding,
A lid member fixing step of performing friction stir welding on at least a part of the abutting portion by moving a rotary tool along the abutting portion between the side wall of the first recess of the main body and the side surface of the lid member;
A second recess sealing step in which a rotary tool is moved along the opening periphery of the second recess, and friction stir welding is performed on the overlapping portion of the bottom surface of the first recess and the back surface of the lid member;
The warping that is convex on the back surface side of the main body formed by the lid member fixing step and the second concave portion sealing step is corrected by applying a bending moment that generates a tensile stress on the front surface side of the main body. A method for producing a heat transfer plate, comprising a straightening step.
The method for manufacturing a heat transfer plate according to claim 3, wherein each auxiliary member is made of a material whose hardness is lower than that of the main body.
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