JP4888422B2 - 伝熱板の製造方法及び伝熱板 - Google Patents

Description

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。

熱交換、加熱あるいは冷却すべき対象物に接触し又は近接して配置される伝熱板は、その本体であるベース部材に例えば高温液や冷却水などの熱媒体を循環させる熱媒体用管を挿通させて形成されている。
かかる伝熱板の製造方法としては、例えば、特許文献１に記載された方法が知られている。図１０は、特許文献１に係る伝熱板を示した図であって、（ａ）は、斜視図、（ｂ）は断面図である。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を有するベース材１０２と、凹溝１０８に挿入される熱媒体用管１１６と、蓋溝１０６に嵌合される蓋板１１０と、を備え、蓋溝１０６における両側壁１０５，１０５と蓋板１１０の両側面１１３，１１４とのそれぞれの突合せ面に沿って摩擦攪拌接合を施すことにより、塑性化領域Ｗ_１，Ｗ_２が形成されている。

特開２００４−３１４１１５号公報

図１０の（ｂ）に示すように、伝熱板１００には、凹溝１０８と熱媒体用管１１６の外側面と蓋板１１０の下面とによって空隙部１２０が形成されているが、伝熱板１００の内部に空隙部１２０が存在していると、熱媒体用管１１６から放熱された熱が蓋板１１０に伝わりにくくなるため、伝熱板１００の熱交換効率が低下するという問題があった。
このような観点から、本発明は、摩擦攪拌接合により製造される伝熱板において、熱交換効率の高い伝熱板の製造方法及び熱交換効率の高い伝熱板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本発明に係る伝熱板の製造方法は、ベース部材の表面側に開口する蓋溝の底面に形成された凹溝に、熱媒体用管を挿入する挿入工程と、前記蓋溝に蓋板を配置する蓋溝閉塞工程と、前記蓋溝の側壁と前記蓋板の側面との突合せ部に沿って回転ツールを移動させて摩擦攪拌接合を施す接合工程と、を含み、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せた塑性流動材を流入させることを特徴とする。

かかる製造方法によれば、空隙部に塑性流動材を流入させることで、空隙部を埋めることができるため、熱媒体用管とその周囲のベース部材及び蓋板との間で熱を効率よく伝達することができる。これにより、熱交換効率の高い伝熱板を製造することができ、例えば、熱媒体用管から放熱される熱を効率よく周囲のベース部材及び蓋板に伝達することができる。

また、本発明は、接合方法において、前記回転ツールの先端を、前記蓋溝の底面よりも深く挿入することが好ましい。また、接合方法において、前記回転ツールの先端と、前記熱媒体用管に接触する仮想鉛直面との最近接距離が１〜３ｍｍであることが好ましい。
かかる製造方法によれば、空隙部により確実に塑性流動材を流入させることができる。

かかる製造方法によれば、空隙部に塑性流動材をより確実に流入させることができる。

また、本発明は、前記接合工程後に、前記蓋溝よりも表面側に、前記蓋溝よりも幅広に形成された上蓋溝に上蓋板を配置する上蓋溝閉塞工程と、前記上蓋溝の側壁と前記上蓋板の側面との上側突合せ部に沿って回転ツールを移動させて摩擦攪拌接合を施す上蓋接合工程と、を含むことが好ましい。

かかる製造方法によれば、請求項１に係る伝熱板の蓋板の表面側において、蓋板よりも幅広の上蓋板を用いてさらに摩擦攪拌接合を施すため、より深い位置に熱媒体用管を配置させることができる。

また、本発明は、表面側に開口する蓋溝と、この蓋溝の底面に開口する凹溝とを有するベース部材と、前記凹溝に挿入された熱媒体用管と、前記蓋溝に配置された蓋板と、を有し、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摩擦攪拌接合を施すことにより、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が流入されていることを特徴とする。

かかる構成によれば、空隙部に塑性流動材を流入させ、空隙部を埋めているので、伝熱板の熱交換効率を高めることができる。

また、本発明は、前記蓋溝よりも表面側に、前記蓋溝よりも幅広に形成された上蓋溝を備えたベース部材と、前記上蓋溝に配置される上蓋板と、を有し、前記上蓋溝の側壁と前記上蓋板の側面との上側突合わせ部に沿って回転ツールを移動させて摩擦攪拌接合が施されていることが好ましい。

かかる構成によれば、請求項５に係る伝熱板の表面側において、蓋板よりも幅広の上蓋板を用いてさらに摩擦攪拌接合を施すため、より深い位置に熱媒体用管を配置させることができる。

本発明に係る伝熱板の製造方法によれば、熱交換効率の高い伝熱板を製造することができる。また、本発明に係る伝熱板によれば、熱交換効率を高めることができる。

［第一実施形態］
本発明の最良の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、第一実施形態に係る伝熱板を示した斜視図である。図２は、第一実施形態に係る伝熱板を示した分解断面図である。図３は、第一実施形態に係る伝熱板を示した断面図である。

第一実施形態に係る伝熱板１は、図１乃至図３に示すように、表面３及び裏面４を有する厚板形状のベース部材２と、ベース部材２の表面３に開口した蓋溝６に配置される蓋板１０と、蓋溝６の底面に開口する凹溝８に挿入される熱媒体用管１６とを主に備え、摩擦攪拌接合により形成された塑性化領域Ｗ_１，Ｗ_２によって一体形成されている。さらに、伝熱板１は、図２及び図３に示すように、凹溝８と熱媒体用管１６の外側面と蓋板１０の下面１２とで形成された空隙部Ｐに、塑性流動材Ｑが流入されている。

ベース部材２は、図２に示すように、熱媒体用管１６に流れる熱媒体の熱を外部に伝達させる役割、あるいは、外部の熱を熱媒体用管１６に流れる熱媒体に伝達させる役割を果たすものである。ベース部材２の表面３には、蓋溝６が凹設されており、蓋溝６の底面の中央には、蓋溝６よりも幅狭の凹溝８が凹設されている。蓋溝６は、蓋板１０が配置される部分であって、長手方向に亘って連続して形成されている。蓋溝６は、断面視矩形を呈し、蓋溝６の底面から垂直に立ち上がる側壁５ａ，５ｂを備えている。凹溝８は、熱媒体用管１６が挿入される部分であって、長手方向に亘って連続して形成されている。凹溝８は、上方が開口した断面視Ｕ字状の溝であって、下端には半円形の曲面７が形成されている。凹溝８の開口部分の幅は、図３に示すように、曲面７の直径と略同等の幅Ａで形成されている。また、蓋溝６の幅は、溝幅Ｅ、凹溝８の深さは、深さＣで形成されているものとする。なお、ベース部材２は、例えば、アルミニウム合金（ＪＩＳ：Ａ６０６１）で形成されている。

蓋板１０は、図２及び図３に示すように、前記同様のアルミニウム合金からなり、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を有する。また、蓋板１０の厚みは、蓋厚Ｆで形成されている。
蓋板１０は、図３に示すように、蓋溝６に配置されている。蓋板１０の側面１３ａ，１３ｂは、蓋溝６の側壁５ａ，５ｂと面接触するか又は微細な隙間をあけて対向する。ここで、側面１３ａと側壁５ａとの突合せ面を以下、突合せ部Ｖ_１とする。また、側面１３ｂと側壁５ｂとの突合せ面を以下、突合せ部Ｖ_２とする。

熱媒体用管１６は、図２に示すように、断面視円形の中空部１８を有する円筒管である。ここで、以下熱媒体用管１６の外径は外径Ｂ、管厚は肉厚Ｄで形成されるものとする。
熱媒体用管１６の外径Ｂは、凹溝８の幅Ａと略同等に形成されており、図３に示すように、熱媒体用管１６の下半部と凹溝８の曲面７とが面接触する。熱媒体用管１６の上端は、蓋板１０の下面１２と接触部１６ａで線接触する。熱媒体用管１６は、中空部１８に例えば高温液、高温ガスなどの熱媒体を循環させて、ベース部材２および蓋板１０に熱を伝達させる部材、あるいは中空部１８に例えば冷却水、冷却ガスなどの熱媒体を循環させて、ベース部材２および蓋板１０から熱を伝達される部材である。また、熱媒体用管１６の中空部１８に、例えばヒーターを通して、ヒーターから発生する熱をベース部材２および蓋板１０に伝達させる部材として利用してもよい。

熱媒体用管１６は、第一実施形態においては、例えば、外径Ｂが１２．０ｍｍ、管の肉厚Ｄが１．０ｍｍに形成されている。なお、第一実施形態においては、熱媒体用管１６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１６は、第一実施形態においては、銅管を用いたが、他の材料の管を用いてもよい。

なお、第一実施形態においては、凹溝８と熱媒体用管１６の下半部を面接触させ、かつ、熱媒体用管１６の上端と蓋板１０の下面１２とを線接触させたが、これに限定されるものではない。例えば、凹溝８の深さＣと外径Ｂとを、Ｂ＜Ｃ＜１．２Ｂの範囲で形成してもよい。また、凹溝８の幅Ａと熱媒体用管１６の外径Ｂとを、Ｂ＜Ａ＜１．１Ｂの範囲で形成してもよい。

空隙部Ｐは、図２及び図３に示すように、熱媒体用管１６と凹溝８と蓋板１０の下面１２とにより囲まれた空間である。第一実施形態においては、熱媒体用管１６の上端と蓋板１０の下面１２とが、接触部１６ａで接触しているので、接触部１６ａを隔てて、二つの空隙部Ｐ_１，Ｐ_２が形成されている。
なお、空隙部Ｐは、凹溝８、熱媒体用管１６の形状等に基づいて適宜決定されるものであり、前記した形態に限定されるものではない。

塑性化領域Ｗ_１，Ｗ_２は、図２及び図３に示すように、突合せ部Ｖ_１，Ｖ_２に摩擦攪拌接合を施した際に、ベース部材２及び蓋板１０の一部が塑性流動して一体化された領域である。なお、塑性化領域とは、回転ツールの摩擦熱によって加熱されて現に塑性化している状態と、回転ツールが通り過ぎて常温に戻った状態の両方を含むこととする。塑性化領域Ｗ_１，Ｗ_２は、図３においては、ハッチング部分で示す。
即ち、突合せ部Ｖ_１，Ｖ_２に沿って、後記する回転ツールを用いて摩擦攪拌接合を施すと、突合せ部Ｖ_１，Ｖ_２の周辺にかかるベース部材２及び蓋板１０の金属材料が、回転ツールの摩擦熱により流動化する。この際、流動化した金属材料（塑性流動材Ｑ）は、空隙部Ｐ_１，Ｐ_２に流入して隙間を埋めるとともに、硬化してベース部材２と蓋板１０とを接合する。

摩擦攪拌接合を行う際には、空隙部Ｐの形状や大きさ等に基づいて、回転ツールの押し込み量及び挿入位置等を設定することにより、空隙部Ｐに塑性流動材Ｑを好適に流入させることができる。つまり、熱媒体用管１６がつぶれない程度に、回転ツールを近接させて、空隙部Ｐに塑性流動材Ｑが隙間なく流入させることが好ましい。回転ツールの押し込み量等については、後記する。

以上のような伝熱板１によれば、ベース部材２と蓋板１０とが、塑性化領域Ｗ_１，Ｗ_２において、両者の金属材料が摩擦攪拌接合により塑性流動化されるとともに、流動化された塑性流動材Ｑが空隙部Ｐに流入されている。これにより、ベース部材２と蓋板１０とを接合するとともに、空隙部Ｐを埋めることができる。また、摩擦攪拌接合の際に、熱媒体用管１６は、後記する回転ツールのツール本体（ショルダ）の底面によって加圧されるので、凹溝８の曲面７と面接触させることができる。これにより、熱媒体用管１６中を循環する熱媒体からの熱をベース部材２及び蓋板１０に、あるいは、ベース部材２及び蓋板１０の熱を熱媒体に効率よく伝達することができる。

次に、伝熱板１の製造方法について、図４を用いて説明する。図４は、第一実施形態に係る伝熱板の製造方法を示した断面図であって、（ａ）は、エンドミル工程及び切削工程を示した図であり、（ｂ）は、パイプを挿入した挿入工程を示した図であり、（ｃ）は、蓋溝閉塞工程を示した図であり、（ｄ）は、接合工程を示した図であり、（ｅ）は、完成図である。

第一実施形態に係る伝熱板の製造方法は、ベース部材２を形成するエンドミル工程及び切削工程と、ベース部材２に形成された凹溝８に熱媒体用管１６を挿入する挿入工程と、蓋溝６に蓋板１０を配置する蓋溝閉塞工程と、突合せ部Ｖ_１，Ｖ_２に沿って回転ツール２０を移動させて摩擦攪拌接合を施す接合工程とを含むものである。

（エンドミル工程及び切削工程）
まず、図４の（ａ）に示すように、公知のエンドミル加工により、厚板部材に蓋溝６を形成する。そして、蓋溝６の底面に、切削加工等により半円形断面を備えた凹溝８を形成する。これにより、蓋溝６と、蓋溝６の底面に開口された凹溝８を備えたベース部材２が形成される。凹溝８は、下半部に断面半円形の曲面７を備えており、曲面７の上端から一定の幅で上方に向けて開口されている。
なお、ベース部材２を第一実施形態においてはエンドミル加工及び切削加工により形成したが、アルミニウム合金の押し出し形材を用いてもよい。

（挿入工程）
次に、図４の（ｂ）に示すように、凹溝８に熱媒体用管１６を挿入する。熱媒体用管１６の下半部は、凹溝８の下半分を形成する曲面７と面接触する。

（蓋溝閉塞工程）
次に、図４の（ｃ）に示すように、ベース部材２の蓋溝６内に、アルミニウム合金からなる蓋板１０を配置する。この際、蓋板１０の下面１２と熱媒体用管１６の上端が線接触すると共に、蓋板１０の上面１１が、ベース部材２の表面３と面一なる。また、蓋溝６の側壁５ａ，５ｂ（図４の（ａ）参照）と蓋板１０の側面１３ａ，１３ｂによって突合せ部Ｖ_１，Ｖ_２が形成される。

（接合工程）
次に、図４の（ｄ）に示すように、突合せ部Ｖ_１，Ｖ_２に沿って、摩擦攪拌接合を施す。摩擦攪拌接合は、公知の回転ツール２０を用いて行う。
回転ツール２０は、例えば、工具鋼からなり、円柱形のツール本体２２と、その底面２４の中心部から同心軸で垂下するピン２６とを有する。ピン２６は、先端に向けて幅狭となるテーパ状に形成されている。なお、ピン２６の周面には、その軸方向に沿って図示しない複数の小溝や径方向に沿ったネジ溝が形成されていてもよい。

ここで、図５は、第一実施形態に係る伝熱板と回転ツールとの位置関係を示した模式断面図である。例えば、回転ツール２０は、ツール本体２２の直径が６〜２２ｍｍ、ピン２６の長さが３〜１０ｍｍ、ピン２６の先端の直径が２〜８ｍｍである。また、回転ツール２０の回転数は、５０〜１５００ｒｐｍ、送り速度は、０．０５〜２ｍ／分であり、回転ツール２０の軸方向に加える押し込み力は、１ｋＮ〜２０ｋＮである。ここで、図５に示すように、ピン２６の長さをピンの長さＧとし、また、回転ツール２０を押し込んだ時に、ベース部材２の表面３から回転ツール２０の底面２４までの距離（押し込み量）を押し込み量Ｈとする。また、熱媒体用管１６の仮想鉛直面とピン２６の先端までの最近接距離をオフセット量Ｉとする。なお、前記した回転ツール２０の形状等はあくまで例示であって、限定されるものではない。

接合工程では、ベース部材２及び蓋板１０を図示しない冶具により拘束した状態で、各突合せ部Ｖ_１，Ｖ_２に高速回転する回転ツール２０を押し込み、突合せ部Ｖ_１，Ｖ_２に沿って移動させる。高速回転するピン２６により、その周囲のベース部材２及び蓋板１０のアルミニウム合金材料は、摩擦熱によって加熱され流動化する。そして、この流動した物質（塑性流動材Ｑ）が、空隙部Ｐに流入する。即ち、流動化された塑性流動材Ｑは、回転ツール２０のツール本体２２の底面２４の押込み力によって、空隙部Ｐへと押し出されて流入する。

ここで、回転ツール２０の押込み量Ｈ（押し込み長）は、ツール本体２２が押し退ける蓋板１０の金属の体積が、熱媒体用管１６の周囲の一方の空隙部Ｐの体積、および塑性化領域Ｗ_１，Ｗ_２の幅方向両側に発生するバリの体積との和と同等になるように設定することが好ましい。
なお、接合工程後に、塑性化領域Ｗ_１，Ｗ_２の幅方向両側に発生したバリを切削除去したり、面削加工したりして表面を平滑に形成したりしてもよい。

以上説明した伝熱板の製造方法によれば、突合せ部Ｖ_１，Ｖ_２に沿って塑性化領域Ｗ_１，Ｗ_２が形成され、ベース部材２と蓋板１０とで、熱媒体用管１６が密閉される。さらに、空隙部Ｐに塑性流動材Ｑが流入されて空隙部Ｐが充填されるため、熱交換効率の高い伝熱板を形成することができる。蓋板１０の厚さ、回転ツール２０の押し込み量等は実施例で詳述する。

図６は、第一実施形態に係る伝熱板を用いた伝熱ユニットを示した平面図である。
伝熱板１は、例えば、図６に示すように、複数の伝熱板１を連結して伝熱ユニット９０を形成して使用される。伝熱ユニット９０は、複数の伝熱板１をベース部材２の短手方向に並設し、各ベース部材２の長手方向の両端から突出した熱媒体用管１６を平面視Ｕ字状の連結パイプ９１で連結して形成される。このような、伝熱ユニット９０によれば、一の連通した熱媒体用管９６が形成されているため、熱媒体用管９６に熱媒体を流通させることにより、ベース部材２及び蓋板１０に接触又は近接する図示しない対象物を迅速に冷却又は加熱することができる。

なお、伝熱板１の連結方法は、あくまで例示であって他の連結方法によって伝熱ユニットを形成してもよい。また、伝熱ユニット９０においては、連結パイプ９１が伝熱板１の外部に露出しているが、熱媒体用管１６をＳ字状に形成して熱媒体用管１６が伝熱板１の内部に納まるように形成してもよい。

［第二実施形態］
次に、第二実施形態に係る伝熱板について説明する。図７は、第二実施形態に係る伝熱板を示した分解断面図である。図８は、第二実施形態に係る伝熱板を示した断面図である。
図８に示す第二実施形態に係る伝熱板３１は、前記した伝熱板１と略同等の構造を内包し、蓋板１０の表面側にさらに上蓋板４０を配置して、摩擦攪拌接合を施して接合した点で第一実施形態と相違する。
なお、前記した伝熱板１と同等の構造を以下、下蓋部Ｍともいう。また、第一実施形態に係る伝熱板１と重複する部材については、同等の符号を付し、重複する説明は省略する。

伝熱板３１は、ベース部材３２と、凹溝８に挿入された熱媒体用管１６と、蓋板１０と、蓋板１０の表面側に配置された上蓋板４０とを有し、塑性化領域Ｗ_１〜Ｗ_４で摩擦攪拌接合により一体化されている。
ベース部材３２は、図７及び図８に示すように、例えばアルミニウム合金からなり、ベース部材３２の表面３３に、長手方向に亘って形成された上蓋溝３６と、上蓋溝３６の底面３５ｃに長手方向に亘って連続して形成された蓋溝６と、蓋溝６の底面に長手方向に亘って形成された凹溝８とを有する。上蓋溝３６は、断面視矩形を呈し、底面３５ｃから垂直に立ち上がる側壁３５ａ，３５ｂを備えている。上蓋溝３６の幅は、蓋溝６の幅よりも大きく形成されている。

図７に示すように、ベース部材３２の下部に形成された凹溝８には、熱媒体用管１６が挿入されており、蓋板１０によって閉塞され、摩擦攪拌接合により塑性化領域Ｗ_１，Ｗ_２で接合されている。即ち、ベース部材３２の内部に形成された下蓋部Ｍは、第一実施形態に係る伝熱板１と略同等に形成されている。

なお、上蓋溝３６の底面３５ｃには、摩擦攪拌接合を行ったことにより、段差（溝）やバリが発生している可能性がある。したがって、例えば塑性化領域Ｗ_１，Ｗ_２の表面を基準に、上蓋溝３６の底面３５ｃに面削加工を施して平滑に形成することが好ましい。これにより、上蓋板４０の下面４２と、面削後の上蓋溝３６の底面とを隙間なく配置することができる。

上蓋板４０は、図７及び図８に示すように、例えば、アルミニウム合金からなり、上蓋溝３６の断面と略同じ矩形断面を形成し、下面４２から垂直に形成された側面４３ａ及び側面４３ｂとを有する。上蓋板４０は、上蓋溝３６に嵌合される。即ち、上蓋板４０の側面４３ａ，４３ｂは、上蓋溝３６の側壁３５ａ，３５ｂと面接触されるか又は微細な隙間をあけて配置されている。ここで、側面４３ａと側壁３５ａとの突合せ面を以下、上側突合せ部Ｖ_３とする。また、側面４３ｂと側壁３５ｂとの突合せ面を以下、上側突合せ部Ｖ_４とする。上側突合せ部Ｖ_３，Ｖ_４は、摩擦攪拌接合により、塑性化領域Ｗ_３，Ｗ_４で一体化されている。

伝熱板３１の製造方法は、伝熱板１と同等の製造方法により、ベース部材３２の下部に下蓋部Ｍを形成した後、上蓋溝３６の底面３５ｃを面削する面削工程と、上蓋板４０を配置する上蓋溝閉塞工程と、上側突合せ部Ｖ_３，Ｖ_４に沿って摩擦攪拌接合を施す上蓋接合工程を含むものである。

面削工程は、上蓋溝３６の底面３５ｃに形成された段差（溝）やバリを切削除去して、底面３５ｃを平滑にする工程である。

上蓋溝閉塞工程では、面削工程をした後、上蓋溝３６の底面に上蓋板４０を配置する。面削工程を行ったことにより、上蓋板４０の下面４２と、上蓋溝３６の底面とを隙間なく配置することができる。

上蓋接合工程は、上側突合せ部Ｖ_３，Ｖ_４に沿って回転ツール２０を移動させて摩擦攪拌接合を施す。上蓋接合工程における回転ツール２０の埋設深さは、ピン２６（図５参照）の長さＧ及び上蓋板４０の厚みＦを考慮して適宜設定すればよい。

実施形態に係る伝熱板３１によれば、下蓋部Ｍの上方にさらに上蓋板４０を配置して、摩擦攪拌接合を施すことにより、より深い位置に熱媒体用管１６を配置させることができる。

以上、本発明に係る実施形態について説明したが、これに限定されるものではなく本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、適宜変更が可能である。例えば、前記した実施形態においては、蓋板１０及び上蓋板４０は、ベース部材２，３２の上面側に配置したが、下面側に配置させてもよい。

ここで、本発明の伝熱板の実施例１及び実施例２について説明する。伝熱板を構成する各要素の寸法については、図２及び図４を適宜参照する。実施例１及び実施例２は、表１に示すように、熱媒体用管（銅管ともいう）の外径Ｂ、銅管の肉厚Ｄ、蓋板の溝幅Ｅ及び蓋板の蓋厚Ｆについて、２種類の前提条件を設定したうえで、回転ツールのピンの長さＧ、押込み量Ｈ及びオフセット量Ｉをパラメータとして試験を行い、各条件の接合状態を目視して判定した。摩擦攪拌接合の際のピンの回転数は、７００ｒｐｍ、接合速度（送り速度）は、３００ｍｍ／分とした。

実施例１は、表１に示すように、前提条件を銅管の外径Ｂ：１２．７ｍｍ、銅管の肉厚Ｄ：１．０ｍｍ、蓋板の溝幅Ｅ：１３．０ｍｍ、蓋板の蓋厚Ｆ：６．０ｍｍとしたうえで、表２に示すように、ピンの長さＧ、押込み量Ｈ、オフセット量Ｉをそれぞれパラメータとして試験を行った。試験の各条件は、ピンの長さＧ及び押込み量Ｈによって条件１〜条件５とし、さらに、オフセット量Ｉによって条件ａ〜条件ｄと分類した。

表２に示す項目の「接合状態」は、伝熱板を断面視した状態で、熱媒体用管の周囲の隙間（空隙部Ｐ）と熱媒体用管の潰れ具合を目視して観察し、隙間が極小で管潰れもない状態を「◎」とし、やや隙間があるが管潰れがない状態を「○」とし、隙間はないが管潰れがある状態を「△」とし、隙間が多い状態を「×」とした。

表２から明らかなように、条件３ａ〜条件３ｃ、条件４ｃ、条件４ｄ、条件５ｃ及び条件５ｄにおいては、空隙部Ｐに塑性流動材Ｑが好適に流れ込み、熱交換効率の高い伝熱板が形成されることが確認できた。
一方、条件１及び条件２においては、接合状態が悪いことが確認できた。即ち、熱媒体用管１６からピン２６の先端までの距離が遠いため、塑性流動材Ｑが空隙部Ｐに流入しないか、又は、塑性流動材Ｑの流入量が少ないため、隙間が多くできてしまった。
一方、条件４ａ、条件４ｂ、条件５ａ及び条件５ｂにおいては、熱媒体用管とピンとの距離が近すぎるため、管潰れを起こしていることが確認できた。

実施例２は、表１に示すように、前提条件を銅管の外径Ｂ：１０．０ｍｍ、銅管の肉厚Ｄ：１．０ｍｍ、蓋板の溝幅Ｅ：１０．３ｍｍ、蓋板の蓋厚Ｆ：６．０ｍｍとしたうえで、表３に示すように、ピンの長さＧ、押込み量Ｈ、オフセット量Ｉをそれぞれパラメータとして試験を行った。試験の各条件は、ピンの長さＧ及び押込み量Ｈによって条件６、条件７とし、さらに、オフセット量Ｉによって条件ａ〜条件ｈとした。

表３から明らかなように、条件６ｂ及び条件７ｂ〜条件７ｆにおいて、接合状態が良好であることが確認できた。また、条件６と条件７を比較すると、条件６は、オフセット量Ｈが１．０ｍｍで接合状態が良好であるのに対し、条件７は、オフセット量Ｈが０．５〜２．５ｍｍと広い範囲で接合状態が良好であることが確認できた。即ち、実施例２の前提条件下においては、条件７のピンの長さＧ及び押込み量Ｈの方が、広い範囲で適応できることが確認できた。

ここで図９は、ピンの先端位置と、蓋厚及び銅管外径の長さとの相関関係を示したグラフである。当該グラフは、横軸に、ピンの先端の深さ位置（以下、深さＹとする）を示し、縦軸に、蓋厚＋銅管の外径／４（以下、長さＺとする）を示している。
即ち、深さＹ＝ピンの長さＧ（ｍｍ）＋押込み量Ｈ（ｍｍ）であり、また、長さＺ＝蓋厚Ｆ（ｍｍ）＋銅管の外径Ｂ／４（ｍｍ）である。プロット点Ｘ_１は、実施例１の条件３（表２参照、ピンの長さＧ＝８．０ｍｍ、押込み量Ｈ＝１．０ｍｍ）を示した点である。また、プロット点Ｘ_２は、実施例２の条件７（表３参照、ピンの長さＧ＝８．０、押込み量Ｈ＝１．０ｍｍ）を示した点である。また、他のプロット点の銅管の外径Ｂ及び蓋厚Ｆは、図９の凡例に示すとおりである。

つまり、実施例１の条件３及び実施例２の条件７が良好であったことを勘案すると、深さＹと長さＺの相関関係は、０．８Ｙ＜Ｚ＜１．１Ｙとなると接合状態が良好であることが確認できた。
つまり、プロット点Ｘ_３及びプロット点Ｘ_４に示すように、深さＹを例えば浅く設定して、Ｙ＝７ｍｍとした場合には、それに伴って蓋厚を薄くする（蓋厚Ｆ＝４ｍｍとする）ことで、接合状態が好適になることが推測できる。

第一実施形態に係る伝熱板を示した斜視図である。 第一実施形態に係る伝熱板を示した分解断面図である。 第一実施形態に係る伝熱板を示した断面図である。 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、エンドミル工程及び切削工程を示した図であり、（ｂ）は、パイプを挿入した挿入工程を示した図であり、（ｃ）は、閉塞工程を示した図であり、（ｄ）は、接合工程を示した図であり、（ｅ）は、完成図である。 第一実施形態に係る伝熱板と回転ツールとの位置関係を示した模式断面図である。 第一実施形態に係る伝熱板を用いた伝熱ユニットを示した平面図である。 第二実施形態に係る伝熱板を示した分解断面図である。 第二実施形態に係る伝熱板を示した断面図である。 ピンの先端位置と、蓋厚及び銅管の外径との相関関係を示したグラフである。 従来の伝熱板を示した図であって（ａ）は、斜視図、（ｂ）は、断面図である。

１ 伝熱板
２ ベース部材
５ａ 側面
５ｂ 側面
６ 蓋溝
８ 凹溝
１０ 蓋板
１３ａ 側壁
１３ｂ 側壁
２０ 回転ツール
３１ 伝熱板
３６ 蓋溝
３５ａ 側壁
３５ｂ 側壁
４０ 上蓋板
４３ａ 側面
４３ｂ 側面
Ｐ 空隙部
Ｑ 塑性流動材
Ｖ 突合せ部
Ｗ 塑性化領域

Claims (6)

1. ベース部材の表面側に開口する蓋溝の底面に形成された凹溝に、熱媒体用管を挿入する挿入工程と、
   前記蓋溝に蓋板を配置する蓋溝閉塞工程と、
   前記蓋溝の側壁と前記蓋板の側面との突合せ部に沿って回転ツールを移動させて摩擦攪拌接合を施す接合工程と、を含み、
   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せた塑性流動材を流入させることを特徴とする伝熱板の製造方法。
2. 前記接合工程において、前記回転ツールの先端を、前記蓋溝の底面よりも深く挿入することを特徴とする請求項１に記載の伝熱板の製造方法。
3. 前記接合工程において、前記回転ツールの先端と、前記熱媒体用管に接触する仮想鉛直面との最近接距離が１〜３ｍｍである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。
4. 前記接合工程後に、
   前記蓋溝よりも表面側に、前記蓋溝よりも幅広に形成された上蓋溝に上蓋板を配置する上蓋溝閉塞工程と、
   前記上蓋溝の側壁と前記上蓋板の側面との上側突合せ部に沿って回転ツールを移動させて摩擦攪拌接合を施す上蓋接合工程と、
   を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の伝熱板の製造方法。
5. 表面側に開口する蓋溝と、この蓋溝の底面に開口する凹溝とを有するベース部材と、
   前記凹溝に挿入された熱媒体用管と、
   前記蓋溝に配置された蓋板と、を有し、
   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摩擦攪拌接合を施すことにより、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が流入されていることを特徴とする伝熱板。
6. 前記蓋溝よりも表面側に、前記蓋溝よりも幅広に形成された上蓋溝を備えたベース部材と、前記上蓋溝に配置される上蓋板と、を有し、
   前記上蓋溝の側壁と前記上蓋板の側面との上側突合わせ部に沿って回転ツールを移動させて摩擦攪拌接合が施されていることを特徴とする請求項５に記載の伝熱板。

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