JP2010284693A - 冷却板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却効率を向上させ、軽量化を図り、高い耐腐食性を有し、作業効率を向上させて、さらに製造コストを低減可能に構成された冷却板およびその製造方法を提供する。
【解決手段】冷却板本体２と、その表面２ａ上に開口して形成される溝部３と、溝部３の開口を塞ぐように配設され、かつ冷却板本体２に摩擦攪拌接合により接合される蓋部材４と、溝部３および蓋部材４の裏面４ｃ全体によって画成される横断面を有する冷媒通路１とを備えた冷却板の製造方法であって、蓋部材４を溝部３に嵌合させて、蓋部材４を冷却板本体２に仮止めするステップと、仮止め後に、蓋部材４と溝部３との嵌合位置から幅方向の外側に距離ｄ離れた位置に摩擦攪拌接合用の工具６の回動中心６ａを配置して、摩擦攪拌接合を実施するステップとを含む冷却板の製造方法。当該製造方法により製造された冷却板。
【選択図】図１

Description

冷却板本体と、冷却板本体に設けられた溝部を塞ぐための蓋部材とを摩擦攪拌接合することによって製造される冷却板、およびその製造方法に関する。

工業製品の製造過程等においては、発熱物を冷却するために冷却板が用いられることがある。例えば、半導体やフラットパネルディスプレイ等の製造に用いられるスパッタリング装置においては、スパッタリング中にターゲット材に発生する熱を発散させるため、バッキングプレートと呼ばれる冷却板が用いられている。

このような冷却板には、その内部に冷媒を流すための冷媒通路が設けられている。特許文献１には、冷媒通路を有する冷却板およびその製造方法が開示されている。この冷却板には、銅やアルミニウム等からなる冷却板本体の表面において開口する溝部が設けられ、この溝部の開口を塞ぐように蓋部材が設けられている。冷却板本体の横断面において、この溝部の幅方向の両壁には、底側の下部を幅狭として、かつ表面側の上部を幅広とするように段差が形成されており、蓋部材は、溝部における幅広部の両壁の間で段差の上面によって受けられる構成となっている。そのため、溝部の幅広部の上面によって蓋部材が受けられた状態で、冷却板本体における溝部の両壁と蓋部材の幅方向の両端とを、摩擦攪拌接合することとなる。従って、冷媒通路は、蓋部材の裏面の一部と冷却板本体の溝部とによって囲まれて形成されることとなる。さらに、摩擦攪拌接合時に冷却板本体とその溝部の段差上に配置された蓋部材とを強固に押さえ付ける必要がある。そのため、点溶接やポンチ固定等による仮止めが行われている。

特開２００２−２４８５８４号公報

しかしながら、引用文献１の冷却板において、点溶接やポンチ固定等により行われる仮止めは、冷却板の製造工程を煩雑にしており、作業効率を低下させて、製造コストの増加をもたらすので、問題である。

また、溝部の横断面の幅狭部に冷媒が流れ、溝部の幅広部には蓋部材の幅方向の両端部が接合される。そのため、冷媒から蓋部材の裏面の一部に加えられる内部圧力は、溝部の幅狭部の幅によって定まることとなる。すなわち、溝部において内部圧力を定める幅狭部の幅と蓋部材の両端部を接合する幅広部の幅とが異なることとなり、内部圧力に耐え得るように蓋部材の全体幅を設定するための計算が煩雑化し、冷却板の設計を煩雑化する要因となっている。また、冷却効率を向上させるために、冷媒の流れる幅狭部を大きくすると、蓋部材の両端部と接合される幅広部の幅も大きくなり、溝部の冷媒通路だけでなく、蓋部材を支持するための段差などの構造も大きくなるため、一定面積での冷却板における冷媒通路が占める面積率が低く、冷却板の総重量の低減を図る上での課題となっている。さらに、蓋部材の裏面の一部と溝部の段差の上面との当接部は接合されていないため、隙間が生じることとなる。そのため、この隙間に冷媒が入った場合には、腐食のおそれがあり、また隙間に異物が堆積した場合には、堆積物により冷媒の冷却効果が冷却板の表面に伝わり難くなって、冷却板の熱交換性能が低下するおそれがある。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、冷却効率を向上させ、総重量の低減を図り、高い耐腐食性を有し、作業効率を向上させて、さらに製造コストを低減可能に構成された冷却板およびその製造方法を提供することにある。

課題を解決するために本発明の冷却板の製造方法は、冷却板本体と、前記冷却板本体の平面上に開口して形成される溝部と、前記溝部の開口を塞ぐように配設され、かつ前記冷却板本体に摩擦攪拌接合により接合される蓋部材と、前記溝部および前記蓋部材の裏面全体によって画成される横断面を有する冷媒通路とを備えた冷却板の製造方法であって、前記蓋部材を前記溝部に嵌合させて、前記蓋部材を前記冷却板本体に仮止めするステップと、仮止め後に、前記蓋部材と前記溝部との嵌合位置より幅方向の外側の位置に摩擦攪拌接合用の工具の回動中心を配置して、摩擦攪拌接合を実施するステップとを含む。

本発明の冷却板の製造方法では、前記蓋部材の嵌合部における横断面の幅が仮止め前の状態では前記溝部の嵌合部における横断面の幅よりも大きくなっていることによって、仮止め後の状態では前記蓋部材と前記溝部とが締まり嵌めされる。

本発明の冷却板の製造方法では、前記蓋部材の嵌合部における幅方向の端部がテーパ形状に形成されている。

本発明の冷却板の製造方法では、前記工具の回動中心が、前記嵌合位置で前記蓋部材の厚さ方向全体に渡って前記蓋部材と前記冷却板本体とを接合するように、前記蓋部材と前記溝部との嵌合位置より幅方向の外側の位置に配置されている。

本発明の冷却板の製造方法では、前記工具の回動中心が、摩擦攪拌接合時に前記工具が前記溝部に食い込まないように、前記蓋部材と前記溝部との嵌合位置より幅方向の外側の位置に配置されている。

本発明の冷却板の製造方法では、前記蓋部材の幅方向の両端部にツバ部が設けられている。

本発明の冷却板は、上述した冷却板の製造方法によって製造されている。

本発明によれば、以下の効果を得ることができる。本発明の冷却板の製造方法は、冷却板本体と、前記冷却板本体の平面上に開口して形成される溝部と、前記溝部の開口を塞ぐように配設され、かつ前記冷却板本体に摩擦攪拌接合により接合される蓋部材と、前記溝部および前記蓋部材の裏面全体によって画成される横断面を有する冷媒通路とを備えた冷却板の製造方法であって、前記蓋部材を前記溝部に嵌合させて、前記蓋部材を前記冷却板本体に仮止めするステップと、仮止め後に、前記蓋部材と前記溝部との嵌合位置より幅方向の外側の位置に摩擦攪拌接合用の工具の回動中心を配置して、摩擦攪拌接合を実施するステップとを含む。
そのため、前記蓋部材と前記溝部との嵌合のみによって仮止めが可能となり、仮止めのために点溶接やポンチ固定等を行う必要がなくなる。従って、製造効率が向上して、製造コストが低減されることとなる。
前記冷媒通路の横断面において、前記蓋部材の裏面全体に冷媒からの内部圧力が加えられることとなり、前記蓋部材が冷媒により内部圧力を受ける領域の幅と、幅方向一対の前記蓋部材および前記冷却板本体の接合部同士の間隔である接合幅とが等しくなり、冷媒の内部圧力に耐え得る冷却板の設計が容易になる。
また、前記溝部には、前記蓋部材を支持するための段差などの構造が形成されず、前記冷媒通路を構成する空洞が構成されているだけであり、前記冷却板の冷却効率の向上を図る場合に、前記溝部における前記冷媒通路を構成する幅を大きくすることに伴って、前記蓋部材を支持するための周辺構造が幅方向に広がることがなく、前記冷却板の総重量を低減し易くなっている。
前記冷媒通路周辺の横断面において、前記蓋部材と前記冷却板本体との当接部分は、摩擦攪拌接合により接合される部分のみとなって、隙間が形成されていない。従って、隙間に冷媒が入ることによる腐食のおそれがなく、かつ隙間に異物が堆積することにより、冷却板の熱交換性能が低下するおそれもない。

本発明の冷却板の製造方法では、前記蓋部材の嵌合部における横断面の幅が仮止め前の状態では前記溝部の嵌合部における横断面の幅よりも大きくなっていることによって、仮止め後の状態では前記蓋部材と前記溝部とが締まり嵌めされるので、仮止め状態において前記蓋部材と前記溝部とが確実に締まり嵌めされることとなって、前記蓋部材が前記溝部に強固に保持された状態で、確実に摩擦攪拌接合を行なうことができ、製造効率が向上することとなる。

本発明の冷却板の製造方法では、前記蓋部材の嵌合部における幅方向の端部がテーパ形状に形成されているので、前記蓋部材を前記溝部に嵌合させる際に、前記蓋部材が前記溝部に呼び込まれ易くなっている。よって、仮止め作業が容易になり、製造効率が向上することとなる。

本発明の冷却板の製造方法では、前記工具の回動中心が、前記嵌合位置で前記蓋部材の厚さ方向全体に渡って前記蓋部材と前記冷却板本体とを接合するように、前記蓋部材と前記溝部との嵌合位置より幅方向の外側の位置に配置されているので、前記蓋部材と前記冷却板本体とを確実かつ強固に接合でき、製造効率を向上させることができる。

本発明の冷却板の製造方法では、前記工具の回動中心が、摩擦攪拌接合時に前記工具が前記溝部に食い込まないように、前記蓋部材と前記溝部との嵌合位置より幅方向の外側の位置に配置されているので、摩擦攪拌接合の際に、前記工具の先端部によって前記蓋部材が直接押圧されなくなっており、仮止めした状態の前記蓋部材がずれることを防止できる。また、前記工具の先端部が前記冷媒通路内に食い込むことが確実に防止されて、前記冷媒通路の形状が崩れ難くなっている。例えば、前記蓋部材と前記冷却板本体とを確実に接合するために、加工対象に入り込む前記工具の先端部を前記蓋部材の板厚よりも長くした場合にも、前記工具の先端部が前記冷媒通路内に食い込むことを防止できる。よって、前記冷却板本体と前記蓋部材とを確実に接合でき、製造効率を向上させることができる。

本発明の冷却板の製造方法では、前記蓋部材の幅方向の両端部にツバ部が設けられているので、上述の効果に加えて、仮止め時に前記蓋部材のツバ部が前記冷却部本体により厚さ方向から確実に支持されて、前記蓋部材が前記溝部に強固に保持された状態で、さらに確実に摩擦攪拌接合を行なうことができ、製造効率を向上させることができる。

本発明の冷却板は、上述した冷却板の製造方法によって製造されているので、高い耐腐食性を有し、熱交換性能の低下を防止し、作業効率を向上させて、さらに製造コストを低減することができる。

本発明の第１実施形態において冷却板の横断面を示す横断面図である。 本発明の第１実施形態において摩擦攪拌接合の作業中における固層接合部周辺を拡大して示す横断面図である。 本発明の第２実施形態において冷却板の横断面を示す横断面図である。 本発明の第２実施形態において摩擦攪拌接合の作業中における固層接合部周辺を拡大して示す横断面図である。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態における冷却板およびその製造方法について以下に説明する。図１は、第１実施形態において冷却板の冷媒通路１周辺を示す横断面図である。図１を参照して、冷却板の横断面の構造を説明する。冷却板は、冷却板本体２を備えている。冷却板本体２には、その表面２ａ上で開口するように凹形状に形成された溝部３が設けられている。溝部３の開口を塞ぐように蓋部材４が配設されており、この蓋部材４の幅方向の両端部４ａは、溝部３の嵌合部３ａと当接している。蓋部材４の表面４ｂは、冷却板本体２の表面２ａと同一平面を形成している。冷媒通路１は、溝部３の壁部と蓋部材４の裏面４ｃの全体とによって画成されている。

ここで、蓋部材４が溝部３に嵌合した状態において、溝部３の横断面における一対の嵌合部３ａ間の幅をｗ１とし、蓋部材４の横断面の幅をｗ２とすると、ｗ１＝ｗ２の関係となっている。一方で、図示はしないが、蓋部材４が溝部３から取外された状態においては、蓋部材４の横断面の幅が、溝部３の横断面における一対の嵌合部３ａ間の幅よりも大きくなるように形成されている。すなわち、蓋部材４は、仮止め前の状態では溝部３の横断面における嵌合部３ａの幅よりも大きくなっている一方で、仮止め後の状態では溝部３の嵌合部３ａによって締まり嵌めされることとなる。

溝部３と蓋部材４とは、摩擦攪拌接合の実施により形成された固層接合部５によって接合されている。この固層接合部５の中心は、溝部３と蓋部材４との嵌合位置から幅方向の外側に距離ｄ離れた位置に配置されている。

さらに、図２を参照して、第１実施形態において、摩擦攪拌接合中の固層接合部５周辺の横断面の構造を説明する。摩擦攪拌接合の際には、工具６が用いられる。工具６は回動軸６ａを中心に回動可能に構成されている。回動軸６ａは、溝部３と蓋部材４との嵌合位置から幅方向の外側に距離ｄ離れた位置に配置されている。工具６の先端部６ｂは、冷却板本体２に入り込んでいる。摩擦攪拌接合が施されると、仮想線で示すように固層接合部５が形成されることとなる。

固層接合部５は、蓋部材４の厚さ方向全体を接合するように、略台形形状に形成されている。なお、固層接合部５は、蓋部材４の厚さ方向全体を接合していれば、冷媒通路１内に入り込んでいてもよい。

ここで、工具６の回動軸６ａと溝部３および蓋部材４の嵌合位置との間の距離ｄについての最適な条件については、工具６を冷却板に押し付けて摩擦攪拌接合をした時に蓋部材４が嵌合位置から溝部３の底側に沈み込むことを防止すること、蓋部材４が厚さ方向全体で接合されること、不必要な金属だれが生じないこと、および工具６の先端部６ｂが冷媒通路１および蓋部材４に食い込むことを防止すること、が満たされているとよい。このような距離ｄの値を定める方法の一例として、距離ｄの値を変化させて摩擦攪拌接合を実施し、形成された固層接合部５の横断面の形状を確認して、上述の最適な条件を満たすように距離ｄの最適な値を定めるとよい。

本発明の第１実施形態における冷却板の製造方法を説明する。
冷却板本体２における溝部３の嵌合部３ａに蓋部材４を嵌合させて、蓋部材４を冷却板本体２に仮止めする。仮止め後に、溝部３と蓋部材４との嵌合位置から幅方向の外側に距離ｄ離れた位置に、摩擦攪拌接合用の工具６の回動軸６ａを配置する。工具６を回動軸６ａ中心に回動させて、摩擦攪拌接合を実施する。

以上のように本発明の第１実施形態によれば、溝部３と蓋部材４との嵌合のみによって仮止め可能となる。従って、仮止めのために点溶接やポンチ固定等を行う必要がなくなるので、製造効率を向上させることができて、製造コストを低減できる。
冷媒通路１の横断面において、蓋部材４の裏面４ｃ全体に冷媒からの内部圧力が加えられることとなり、蓋部材４が冷媒により内部圧力を受ける領域の幅と、幅方向一対の蓋部材４および冷却板本体２の接合部同士の間隔である接合幅とが等しくなり、冷媒の内部圧力に耐え得る冷却板の設計が容易になる。
また、溝部３には、蓋部材４を支持するための段差などの構造が形成されず、冷媒通路１を構成する空洞が構成されているだけであり、冷却板の冷却効率の向上を図る場合に、溝部３における冷媒通路１を構成する幅を大きくすることに伴って、蓋部材４を支持するための周辺構造が幅方向に広がることがなく、冷却板の総重量を低減し易くなっている。
冷媒通路１周辺の横断面において、冷却板本体２と蓋部材４との当接部は、摩擦攪拌接合により接合される部分のみとなって、隙間が形成されていない。従って、隙間に冷媒が入ることによる腐食のおそれがなく、隙間に異物が堆積することによる冷却板の熱交換性能が低下するおそれもない。

本発明の第１実施形態によれば、仮止め状態において溝部３と蓋部材４とが確実に締まり嵌めされるので、蓋部材４が溝部３に強固に保持された状態で、確実に摩擦攪拌接合を行なうことができ、製造効率を向上させることができる。

本発明の第１実施形態によれば、蓋部材４が、その厚さ方向全体に渡って冷却板本体２に接合されるので、冷却板本体２と蓋部材４とを確実かつ強固に接合でき、製造効率を向上させることができる。

本発明の第１実施形態によれば、摩擦攪拌接合の際に、工具６の先端部６ｂによって蓋部材４が直接押圧されなくなっており、仮止めした状態の蓋部材４がずれることを防止できる。また、工具６の先端部６ｂが冷媒通路１内に食い込むことが確実に防止されて、冷媒通路１の形状が崩れ難くなっている。例えば、冷却板本体２と蓋部材４とを確実に接合するために、加工対象に入り込む工具６の先端部６ｂを蓋部材４の板厚よりも長くする場合にも、工具６の先端部６ｂが冷媒通路１内に食い込むことを防止できる。よって、冷却板本体２と蓋部材４とを確実に接合でき、製造効率を向上させることができる。

本発明の第１実施形態においては、上述した冷却板の製造方法によって製造されているので、高い耐腐食性を有し、熱交換性能の低下を防止し、作業効率を向上させて、さらに製造コストを低減可能に構成された冷却板を提供できる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態における冷却板およびその製造方法について以下に説明する。第２実施形態における冷却板およびその製造方法の基本的な構成は、第１実施形態の構成と同様になっている。第１実施形態と同様な要素は、第１実施形態と同様の符号および名称を用いて説明する。ここでは、第１実施形態と異なる構成について説明する。

図３は、第２実施形態において冷却板の冷媒通路１周辺を示す横断面図である。図３を参照して、冷却板の横断面の構造を説明する。蓋部材４の幅方向の両端部４ａには、それぞれツバ部４ｄが設けられている。

さらに、図４を参照して、第２実施形態における摩擦攪拌接合の作業中における固層接合部５周辺の横断面の構造を説明する。ツバ部４ｄは、冷却板本体２の表面２ａに沿って形成されている。固層接合部５は、蓋部材４のツバ部４ｄを貫通するとともに、溝部３と蓋部材４とを接合するように形成されている。

本発明の第２実施形態における冷却板の製造方法もまた、第１実施形態と同様である。

以上のように本発明の第２実施形態によれば、第１実施形態の効果に加えて、仮止め時に、蓋部材４のツバ部４ｄが冷却部本体２により厚さ方向から確実に支持されて、蓋部材４が溝部３に強固に保持された状態で、さらに確実に摩擦攪拌接合を行なうことができ、製造効率を向上させることができる。

ここまで本発明の実施形態について述べたが、本発明は既述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形および変更が可能である。

例えば、本発明の実施形態の第１変形例として、第１実施形態および第２実施形態において、蓋部材４の幅方向の端部４ａが、テーパ形状に形成されていてもよい。蓋部材４を溝部３に嵌合させる際に、蓋部材４が溝部３に呼び込まれ易くなり、仮止め作業が容易になり、製造効率を向上させることができる。

本発明の実施形態の第２変形例として、第１実施形態および第２実施形態において、溝部３の嵌合部３ａより底側部分の形状が、溝部３の底側に向かうに従って幅方向に狭くなるように形成されてもよく、また、溝部３の底側に向かうに従って幅方向に広くなるように形成されてもよい。本発明の第１実施形態と第２実施形態と同様の効果が得られる。

１ 冷媒通路
２ 冷却板本体
２ａ 表面
３ 溝部
３ａ 嵌合部
４ 蓋部材
４ａ 端部
４ｂ 表面
４ｃ 裏面
４ｄ ツバ部
５ 固層接合部
６ 工具
６ａ 回動中心
６ｂ 先端部
ｗ１，ｗ２ 幅
ｄ 距離

Claims (7)

1. 冷却板本体と、前記冷却板本体の平面上に開口して形成される溝部と、前記溝部の開口を塞ぐように配設され、かつ前記冷却板本体に摩擦攪拌接合により接合される蓋部材と、前記溝部および前記蓋部材の裏面全体によって画成される横断面を有する冷媒通路とを備えた冷却板の製造方法であって、
   前記蓋部材を前記溝部に嵌合させて、前記蓋部材を前記冷却板本体に仮止めするステップと、仮止め後に、前記蓋部材と前記溝部との嵌合位置より幅方向の外側の位置に摩擦攪拌接合用の工具の回動中心を配置して、摩擦攪拌接合を実施するステップとを含む冷却板の製造方法。
2. 前記蓋部材の嵌合部における横断面の幅が仮止め前の状態では前記溝部の嵌合部における横断面の幅よりも大きくなっていることによって、仮止め後の状態では前記蓋部材と前記溝部とが締まり嵌めされる、請求項１に記載の冷却板の製造方法。
3. 前記蓋部材の嵌合部における幅方向の端部がテーパ形状に形成されている、請求項２に記載の冷却板の製造方法。
4. 前記工具の回動中心が、前記嵌合位置で前記蓋部材の厚さ方向全体に渡って前記蓋部材と前記冷却板本体とを接合するように、前記蓋部材と前記溝部との嵌合位置より幅方向の外側の位置に配置されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の冷却板の製造方法。
5. 前記工具の回動中心が、摩擦攪拌接合時に前記工具が前記溝部に食い込まないように、前記蓋部材と前記溝部との嵌合位置より幅方向の外側の位置に配置されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の冷却板の製造方法。
6. 前記蓋部材の幅方向の両端部にツバ部が設けられている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の冷却板の製造方法。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載された冷却板の製造方法によって製造された冷却板。

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