JP2021186863A - 熱交換器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換器を低コストで製造することができる熱交換器の製造方法を提供することを課題とする。【解決手段】回転する回転ツールＦの先端側ピンＦ３を押出多孔管２の少なくとも一方の端部の外周面１１ｆに挿入し、基端側ピンＦ２の外周面を押出多孔管２の外周面１１ｆに接触させた状態で、重合部Ｊ２に沿って所定の深さで押出多孔管２の外周面１１ｆの廻りに一周させて重合部Ｊ２を摩擦攪拌する本接合工程と、を含み、本接合工程において、二つの蓋体３と押出多孔管２とを各蓋体３の両外側から一対の保持部３２で押圧して保持しつつ、保持部３２を用いて押出多孔管２及び蓋体３を回転又は平行移動させて押出多孔管２と少なくとも一つの蓋体３とを摩擦攪拌することを特徴とする。【選択図】図１０

Description

本発明は、熱交換器の製造方法に関する。

摩擦攪拌を利用した熱交換器の製造方法が行われている。例えば、特許文献１には、複数の孔部が並設された押出多孔管と、当該押出多孔管の開口部を封止する封止体とを摩擦攪拌で接合する熱交換器の製造方法が開示されている。

特開２０１６−７４０１６号公報

特許文献１に係る発明では、回転ツールと押出多孔管の外周面とを垂直にした状態で回転ツールを押出多孔管廻りに一周させるため、回転ツールを、例えば、先端にスピンドルユニット等の回転駆動手段を備えたアームロボットに取り付けるなどして、回転ツールの回転中心軸の角度や挿入位置を変更・調整する必要がある。また、押出多孔管及び蓋体を位置決めする治具と回転ツールの移動ルートとが干渉しないように調整する必要がある。このため作業が煩雑になるとともに、回転ツールを駆動させるための装置等の付帯設備に費用がかかり、結果的に製造コストが高くなるという問題がある。

このような観点から、本発明は、熱交換器を低コストで製造することができる熱交換器の製造方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、内部にフィンを有する押出多孔管と、前記押出多孔管の開口部を封止する二つの蓋体とで構成され、前記押出多孔管と前記蓋体とを摩擦攪拌で接合する熱交換器の製造方法であって、前記蓋体は、底部及び前記底部の周縁から立ち上がる周壁部を有し、前記押出多孔管は、両端部に前記フィンが形成されておらず前記周壁部が嵌め合わされる嵌合部を有し、摩擦攪拌で用いる回転ツールは、基端側ピンと、先端側ピンとを備え、前記基端側ピンのテーパー角度は、先端側ピンのテーパー角度よりも大きくなっており、前記基端側ピンの外周面には階段状のピン段差部が形成されており、前記押出多孔管の一方の前記嵌合部に一の前記蓋体の前記周壁部を挿入し、前記押出多孔管の他方の前記嵌合部に他の前記蓋体の前記周壁部を挿入することにより、前記押出多孔管の両端部の内周面とそれぞれの前記蓋体の前記周壁部の外周面とを重ね合わせて二つの重合部を形成するとともに、前記押出多孔管の一方のフィンの端面と一の前記蓋体の前記周壁部の端面、及び、前記押出多孔管の他方のフィンの端面と他の前記蓋体の前記周壁部の端面とをそれぞれ突き合わせて二組の突合せ部を形成する突合せ工程と、回転する前記回転ツールの先端側ピンを前記押出多孔管の少なくとも一方の端部の外周面に挿入し、前記基端側ピンの外周面を前記押出多孔管の外周面に接触させた状態で、前記重合部に沿って所定の深さで前記押出多孔管の外周面の廻りに一周させて前記重合部を摩擦攪拌する本接合工程と、を含み、前記本接合工程において、二つの前記蓋体と前記押出多孔管とを各前記蓋体の両外側から一対の保持部で押圧して保持しつつ、前記保持部を用いて前記押出多孔管及び前記蓋体を回転又は平行移動させて前記押出多孔管と少なくとも一つの前記蓋体とを摩擦攪拌することを特徴とする。

また、本発明は、内部にフィンを有する押出多孔管と、前記押出多孔管の開口部を封止する二つの蓋体とで構成され、前記押出多孔管と前記蓋体とを摩擦攪拌で接合する熱交換器の製造方法であって、前記蓋体は、底部及び前記底部の周縁から立ち上がる周壁部を有し、前記周壁部の外周縁に、段差底面と、前記段差底面から立ち上がる段差側面と、を有する周壁段差部を形成し、前記押出多孔管は、両端部に前記フィンが形成されておらず前記周壁部が嵌め合わされる嵌合部を有し、摩擦攪拌で用いる回転ツールは、基端側ピンと、先端側ピンとを備え、前記基端側ピンのテーパー角度は、先端側ピンのテーパー角度よりも大きくなっており、前記基端側ピンの外周面には階段状のピン段差部が形成されており、前記押出多孔管の一方の前記嵌合部に一の前記蓋体の前記周壁部を挿入し、前記押出多孔管の他方の前記嵌合部に他の前記蓋体の前記周壁部を挿入することにより、前記押出多孔管の両端部の内周面とそれぞれの前記蓋体の前記段差側面とを重ね合わせて二つの重合部を形成するとともに、前記押出多孔管の一方の端面と一の前記蓋体の前記段差底面、及び、前記押出多孔管の他方の端面と他の前記蓋体の前記段差底面とをそれぞれ突き合わせて二つの突合せ部を形成する突合せ工程と、回転する前記回転ツールの先端側ピンを前記押出多孔管の少なくとも一方の端部の外周面に挿入し、前記基端側ピンの外周面を前記押出多孔管の外周面に接触させた状態で、前記重合部に沿って所定の深さで前記押出多孔管の外周面の廻りに一周させて前記重合部を摩擦攪拌する本接合工程と、を含み、前記本接合工程において、二つの前記蓋体と前記押出多孔管とを各前記蓋体の両外側から一対の保持部で押圧して保持しつつ、前記保持部を用いて前記押出多孔管及び前記蓋体を回転又は平行移動させて前記押出多孔管と少なくとも一つの前記蓋体とを摩擦攪拌することを特徴とする。

かかる製造方法によれば、蓋体を一対の保持部で保持した状態で押出多孔管及び蓋体を回転又は平行移動させるため、本接合工程中に保持部と回転ツールとが干渉しない。つまり、押出多孔管及び蓋体を位置決めするための治具が回転ツールの移動の妨げにならない。これにより、挿入位置等の調整が容易になるとともに、付帯設備の費用も抑えることができる。よって、熱交換器を低コストで製造することができる。また、押出多孔管のフィン又は端面と周壁部とを突き合わせることで、蓋体の挿入方向の位置決めを容易に行うことができる。また、基端側ピンの外周面を押出多孔管の外周面に接触させることで、バリの発生を抑制することができる。

また、前記押出多孔管は第二アルミニウム合金で形成されており、前記蓋体は第一アルミニウム合金で形成されており、前記第一アルミニウム合金は前記第二アルミニウム合金よりも硬度が高い材種であることが好ましい。

また、前記第一アルミニウム合金は鋳造材からなり、前記第二アルミニウム合金は展伸材からなることが好ましい。

また、前記本接合工程では、前記先端側ピンの先端を前記蓋体の前記周壁部に接触させた状態で前記押出多孔管の外周面の廻りに一周させて前記重合部を摩擦攪拌することが好ましい。

かかる製造方法によれば、蓋体と押出多孔管との接合強度を高めることができる。

本発明によれば、熱交換器を低コストで製造することができる熱交換器の製造方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係る回転ツールを示す側面図である。 回転ツールの拡大断面図である。 回転ツールの第一変形例を示す断面図である。 回転ツールの第二変形例を示す断面図である。 回転ツールの第三変形例を示す断面図である。 本発明の第一実施形態に係る熱交換器を示す分解斜視図である。 第一実施形態に係る熱交換器の製造方法の突合せ工程を示す断面図である。 第一実施形態に係る熱交換器の製造方法の本接合工程を示す斜視図である。 第一実施形態に係る熱交換器の製造方法の本接合工程の開始位置を示す模式図である。 第一実施形態に係る熱交換器の製造方法の本接合工程を示す断面図である。 第一実施形態に係る熱交換器の製造方法の本接合工程の終了位置を示す模式図である。 本発明の第二実施形態に係る熱交換器の製造方法の突合せ工程を示す断面図である。 本発明の第二実施形態に係る熱交換器の製造方法の本接合工程を示す断面図である。

本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら説明する。まずは、本実施形態に係る熱交換器の製造方法で用いる回転ツールについて説明する。回転ツールは、摩擦攪拌接合に用いられるツールである。図１に示すように、回転ツールＦは、例えば工具鋼で形成されており、基軸部Ｆ１と、基端側ピンＦ２と、先端側ピンＦ３とで主に構成されている。基軸部Ｆ１は、円柱状を呈し、摩擦攪拌装置の主軸に接続される部位である。

基端側ピンＦ２は、基軸部Ｆ１に連続し、先端に向けて先細りになっている。基端側ピンＦ２は、円錐台形状を呈する。基端側ピンＦ２のテーパー角度Ａは適宜設定すればよいが、例えば、１３５〜１６０°になっている。テーパー角度Ａが１３５°未満であるか、又は、１６０°を超えると摩擦攪拌後の接合表面粗さが大きくなる。テーパー角度Ａは、後記する先端側ピンＦ３のテーパー角度Ｂよりも大きくなっている。図２に示すように、基端側ピンＦ２の外周面には、階段状のピン段差部Ｆ２１が高さ方向の全体に亘って形成されている。ピン段差部Ｆ２１は、右回り又は左回りで螺旋状に形成されている。つまり、ピン段差部Ｆ２１は、平面視して螺旋状であり、側面視すると階段状になっている。本第一実施形態では、回転ツールＦを右回転させるため、ピン段差部Ｆ２１は基端側から先端側に向けて左回りに設定している。

なお、回転ツールＦを左回転させる場合は、ピン段差部Ｆ２１を基端側から先端側に向けて右回りに設定することが好ましい。これにより、ピン段差部Ｆ２１によって塑性流動材が先端側に導かれるため、被接合金属部材の外部に溢れ出る金属を低減することができる。ピン段差部Ｆ２１は、段差底面Ｆ２１ａと、段差側面Ｆ２１ｂとで構成されている。隣り合うピン段差部Ｆ２１の各頂点Ｆ２１ｃ，Ｆ２１ｃの距離Ｘ１（水平方向距離）は、後記する段差角度Ｃ及び段差側面Ｆ２１ｂの高さＹ１に応じて適宜設定される。

段差側面Ｆ２１ｂの高さＹ１は適宜設定すればよいが、例えば、０．１〜０．４ｍｍで設定されている。高さＹ１が０．１ｍｍ未満であると接合表面粗さが大きくなる。一方、高さＹ１が０．４ｍｍを超えると接合表面粗さが大きくなる傾向があるとともに、有効段差部数（被接合金属部材と接触しているピン段差部Ｆ２１の数）も減少する。

段差底面Ｆ２１ａと段差側面Ｆ２１ｂとでなす段差角度Ｃは適宜設定すればよいが、例えば、８５〜１２０°で設定されている。段差底面Ｆ２１ａは、本実施形態では水平面と平行になっている。段差底面Ｆ２１ａは、ツールの回転軸から外周方向に向かって水平面に対して−５°〜１５°内の範囲で傾斜していてもよい（マイナスは水平面に対して下方、プラスは水平面に対して上方）。距離Ｘ１、段差側面Ｆ２１ｂの高さＹ１、段差角度Ｃ及び水平面に対する段差底面Ｆ２１ａの角度は、摩擦攪拌を行う際に、塑性流動材がピン段差部Ｆ２１の内部に滞留して付着することなく外部に抜けるとともに、段差底面Ｆ２１ａで塑性流動材を押えて接合表面粗さを小さくすることができるように適宜設定する。

図１に示すように、先端側ピンＦ３は、基端側ピンＦ２に連続して形成されている。先端側ピンＦ３は円錐台形状を呈する。先端側ピンＦ３の先端には、回転中心軸線Ｚに対して垂直で平坦な平坦面Ｆ４が形成されている。先端側ピンＦ３のテーパー角度Ｂは、基端側ピンＦ２のテーパー角度Ａよりも小さくなっている。図２に示すように、先端側ピンＦ３の外周面には、螺旋溝Ｆ３１が刻設されている。螺旋溝Ｆ３１は、右回り、左回りのどちらでもよいが、本第一実施形態では回転ツールＦを右回転させるため、基端側から先端側に向けて左回りに刻設されている。

なお、回転ツールＦを左回転させる場合は、螺旋溝Ｆ３１を基端側から先端側に向けて右回りに設定することが好ましい。これにより、螺旋溝Ｆ３１によって塑性流動材が先端側に導かれるため、被接合金属部材の外部に溢れ出る金属を低減することができる。螺旋溝Ｆ３１は、螺旋底面Ｆ３１ａと、螺旋側面Ｆ３１ｂとで構成されている。隣り合う螺旋溝Ｆ３１の頂点Ｆ３１ｃ，Ｆ３１ｃの距離（水平方向距離）を長さＸ２とする。螺旋側面Ｆ３１ｂの高さを高さＹ２とする。螺旋底面Ｆ３１ａと、螺旋側面Ｆ３１ｂとで構成される螺旋角度Ｄは例えば、４５〜９０°で形成されている。螺旋溝Ｆ３１は、被接合金属部材と接触することにより摩擦熱を上昇させるとともに、塑性流動材を先端側に導く役割を備えている。

回転ツールＦは、適宜設計変更が可能である。図３は、本発明の回転ツールの第一変形例を示す側面図である。図３に示すように、第一変形例に係る回転ツールＦＡでは、ピン段差部Ｆ２１の段差底面Ｆ２１ａと段差側面Ｆ２１ｂとのなす段差角度Ｃが８５°になっている。段差底面Ｆ２１ａは、水平面と平行である。このように、段差底面Ｆ２１ａは水平面と平行であるとともに、段差角度Ｃは、摩擦攪拌中にピン段差部Ｆ２１内に塑性流動材が滞留して付着することなく外部に抜ける範囲で鋭角としてもよい。

図４は、本発明の回転ツールの第二変形例を示す側面図である。図４に示すように、第二変形例に係る回転ツールＦＢでは、ピン段差部Ｆ２１の段差角度Ｃが１１５°になっている。段差底面Ｆ２１ａは水平面と平行になっている。このように、段差底面Ｆ２１ａは水平面と平行であるとともに、ピン段差部Ｆ２１として機能する範囲で段差角度Ｃが鈍角となってもよい。

図５は、本発明の回転ツールの第三変形例を示す側面図である。図５に示すように、第三変形例に係る回転ツールＦＣでは、段差底面Ｆ２１ａがツールの回転軸から外周方向に向かって水平面に対して１０°上方に傾斜している。段差側面Ｆ２１ｂは、鉛直面と平行になっている。このように、摩擦攪拌中に塑性流動材を押さえることができる範囲で、段差底面Ｆ２１ａがツールの回転軸から外周方向に向かって水平面よりも上方に傾斜するように形成されていてもよい。上記の回転ツールの第一〜第三変形例によっても、下記の実施形態と同等の効果を奏することができる。

［第一実施形態］
本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら説明する。本発明は以下の実施形態のみに限定されるものではない。また、各実施形態における構成要素は一部又は全部を適宜組み合わせることができる。第一実施形態に係る熱交換器１は、図６に示すように、押出多孔管２と、押出多孔管２の両端に配置された蓋体３（３Ａ，３Ｂ）とで構成されている。熱交換器１は、内部に流体を流通させて、配置される発熱体を冷却する機器である。押出多孔管２と各蓋体３とは摩擦攪拌接合で一体化される。なお、蓋体３は、必要に応じて蓋体３Ａ，３Ｂと称して区別する。

押出多孔管２は、本体部１１と、複数のフィン１２とで主に構成されている。フィン１２は、本体部１１の内部に形成されている。押出多孔管２は、本実施形態では第二アルミニウム合金を主に含んで形成されている。第二アルミニウム合金は、例えば、ＪＩＳ Ａ１０５０，Ａ１１００，Ａ６０６３等のアルミニウム合金展伸材で形成されている。押出多孔管２は、第二アルミニウム合金で形成された押出形材である。

本体部１１は、筒状を呈する。本体部１１の側部１１ａ，１１ｂは外側（本体部１１の幅方向外側）に凸となるように湾曲している。本体部１１の基板部１１ｃ，１１ｄは平坦になっており、平行に対向している。つまり、本体部１１の断面は長丸形状になっている。フィン１２は、基板部１１ｃ，１１ｄに対して垂直になっている。フィン１２は、本体部１１の押し出し方向に延設され、それぞれ平行に形成されている。隣り合うフィン１２の間には、流体が流通する断面矩形の孔部１３が形成されている。

押出多孔管２の両端の開口部には、フィン１２が形成されていない嵌合部１４が形成されている。嵌合部１４は、後記する蓋体３の周壁部２２が挿入される部位である。嵌合部１４は、フィン１２の両端を切削することにより形成されている。押出多孔管２の形状は、上記した形状に限定されるものではない。例えば、押出多孔管２の断面（押出方向に対して垂直な断面）が、円形、楕円形又は角形であってもよい。

蓋体３Ａ，３Ｂは、押出多孔管２の両端の開口部を封止する部材である。蓋体３Ａ，３Ｂは、それぞれ同形状になっている。蓋体３は、底部２１と、周壁部２２とを有する。底部２１は、長丸形状を呈する板状部材である。底部２１の外形は、押出多孔管２の内部に収容されて、押出多孔管２の開口部を封止するように、押出多孔管２の本体部１１の内周面１１ｇ（図７参照）と概ね同形状になっている。周壁部２２は、底部２１の周縁部から垂直に立ち上がる部位である。周壁部２２は、底部２１の形状に沿って長丸の枠状に形成されている。底部２１と周壁部２２とで凹状のヘッダー流路２４が形成されている。

蓋体３の材料は、摩擦攪拌可能な金属であれば特に制限されないが、本実施形態では第一アルミニウム合金を主に含んで形成されている。第一アルミニウム合金は、第二アルミニウム合金よりも硬度の高い材料である。第一アルミニウム合金は、例えば、ＪＩＳＨ５３０２ ＡＤＣ１２（Ａｌ-Ｓｉ-Ｃｕ系）等のアルミニウム合金鋳造材を用いている。なお、本明細書において硬度はブリネル硬さをいい、ＪＩＳ Ｚ ２２４３に準じた方法によって測定することができる。

次に、本実施形態に係る熱交換器の製造方法について説明する。本実施形態に係る熱交換器の製造方法では、準備工程と、突合せ工程と、本接合工程とを行う。

準備工程は、押出多孔管２及び蓋体３を準備する工程である。押出多孔管２は、例えば、押出成形で成形する。蓋体３は、例えば、ダイキャストにより成形する。

突合せ工程は、図７に示すように、押出多孔管２に蓋体３を突き合わせる工程である。突合せ工程では、押出多孔管２の嵌合部１４に、蓋体３の周壁部２２を挿入して、嵌め合わせる。これにより、周壁部２２の端面２２ａと、複数のフィン１２の端面１２ａとが突き合わされて複数の突合せ部Ｊ１が形成される。また、押出多孔管２の内周面１１ｇと周壁部２２の外周面２２ｂとが重ね合されて重合部Ｊ２が形成される。

本接合工程は、回転ツールＦ（図１参照）を用いて重合部Ｊ２を摩擦攪拌接合する工程である。本接合工程では、保持工程と、摩擦攪拌工程とを行う。保持工程は、図８に示すように、一対の保持部３２を備える挟持装置（治具）で蓋体３Ａ，３Ｂを両外側から押圧して挟持する。本実施形態では、保持部３２と蓋体３Ａとの間、保持部３２と蓋体３Ｂとの間にそれぞれ中間プレート３１を介設している。保持部３２は円柱状を呈し、その端面が中間プレート３１，３１にそれぞれ面接触する。中間プレート３１を設けることで、保持部３２の押圧力を分散させて、押出多孔管２及び蓋体３Ａ，３Ｂを確実に保持することができる。なお、中間プレート３１は省略してもよい。

挟持装置の保持部３２と押出多孔管２及び蓋体３Ａ，３Ｂとは同期して回転又は平行移動する。つまり、当該挟持装置は、蓋体３Ａ及び蓋体３Ｂを保持部３２，３２でそれぞれ押圧し挟持した状態で、押出多孔管２及び蓋体３Ａ，３Ｂを周方向に回転させるとともに、上下、左右及び前後方向に直線移動させることができる。

回転ツールＦは、例えば、鉛直方向及び水平方向に移動可能な摩擦攪拌装置に取り付けてもよいし、先端にスピンドルユニット等の回転駆動手段を備えたアームロボットに取り付けてもよい。

摩擦攪拌工程では、図９に示すように、設定移動ルートＬ１上に、開始位置ＳＰ１、終了位置ＥＰ１、中間点Ｓ１，Ｓ２をそれぞれ離間して設定する。設定移動ルートＬ１は、押出多孔管２の端面１１ｅの近傍に、端面１１ｅと平行に設定する。

図９に示すように、摩擦攪拌工程では、開始位置ＳＰ１から中間点Ｓ１までの押入区間と、設定移動ルートＬ１上の中間点Ｓ１から一周廻って中間点Ｓ２までの本区間と、中間点Ｓ２から終了位置ＥＰ１までの離脱区間の三つの区間を連続して摩擦攪拌接合する。摩擦攪拌工程では、例えば、回転ツールＦを摩擦攪拌装置に取り付ける場合は、回転ツールＦの位置を移動させずに、保持部３２，３２で被接合金属部材を回転又は直線移動させて摩擦攪拌接合を行う。また、例えば、回転ツールＦをアームロボットに取りつける場合は、保持部３２，３２を備えた挟持装置及びアームロボットの少なくとも一方を変位させて被接合金属部材の周りに回転ツールＦを相対移動させて摩擦攪拌接合を行う。

押入区間では、開始位置ＳＰ１から中間点Ｓ１までの摩擦攪拌を行う。押入区間では、本体部１１の一方の端部の外周面１１ｆに対して回転中心軸線Ｚを垂直にしつつ、右回転させた先端側ピンＦ３を開始位置ＳＰ１に挿入し、中間点Ｓ１まで相対移動させる。この際、少なくとも中間点Ｓ１に到達するまでに予め設定された「所定の深さ」に達するように先端側ピンＦ３を徐々に押し入れていく。つまり、回転ツールＦを一ヶ所に留まらせることなく、回転ツールＦを設定移動ルートＬ１に移動させながら徐々に下降させていく。回転ツールＦの移動軌跡には塑性化領域Ｗ１が形成される。

図１０に示すように、回転ツールＦが中間点Ｓ１に達したら、そのまま本区間に移行する。所定の深さとは、中間点Ｓ１から一周廻って中間点Ｓ２までの本区間において、先端側ピンＦ３を差し込む深さを言う。本実施形態では、先端側ピンＦ３の先端を周壁部２２の外周面２２ｂに接触させるとともに、基端側ピンＦ２の外周面を押出多孔管２の外周面１１ｆに接触させた状態となるように所定の深さを設定する。本区間においては、先端側ピンＦ３を押出多孔管２の端部の外周面１１ｆの側から重合部Ｊ２まで挿入して、先端側ピンＦ３を押出多孔管２及び周壁部２２に接触させるとともに、基端側ピンＦ２の外周面を押出多孔管２の外周面１１ｆに接触させた状態で、重合部Ｊ２を摩擦攪拌する。なお、本区間においては、先端側ピンＦ３が蓋体３Ａに接触しないように所定の深さを設定してもよい。この場合は、先端側ピンＦ３と押出多孔管２との摩擦熱により、重合部Ｊ２が塑性流動化して接合される。

本区間においては、回転ツールＦを上方から見た場合に、回転中心軸線Ｚが、設定移動ルートＬ１と重なるように回転ツールＦを移動させる。図１１に示すように、回転ツールＦを一周させて先端側ピンＦ３が中間点Ｓ２に到達したら、そのまま離脱区間に移行する。

離脱区間では、中間点Ｓ２から終了位置ＥＰ１に向かうまでの間に先端側ピンＦ３を徐々に引き抜いて（上昇させて）、終了位置ＥＰ１で押出多孔管２から先端側ピンＦ３を離脱させる。つまり、回転ツールＦを一ヶ所に留まらせることなく、回転ツールＦを終了位置ＥＰ１に移動させながら徐々に引抜いていく。

なお、押出多孔管２と一端側の蓋体３Ａとの摩擦攪拌接合が終了したら、同じ要領で押出多孔管２と他端側の蓋体３Ｂとの摩擦攪拌接合を行う。すなわち、押出多孔管２の一方の嵌合部１４に一の蓋体３Ａの周壁部２２を挿入するとともに、押出多孔管２の他方の嵌合部に他の蓋体３Ｂの周壁部を挿入する。これにより、押出多孔管２の両端部の内周面とそれぞれの蓋体３Ａ，３Ｂの周壁部２２の外周面とを重ね合わせて二つの重合部Ｊ２を形成する（一部図示略）。また、押出多孔管２の一方のフィン１２の端面１２ａと蓋体３Ａの周壁部２２の端面２２ａ、及び、押出多孔管２の他方のフィン１２の端面と他の蓋体３Ｂの周壁部の端面とをそれぞれ突き合わせて、フィン１２の両端に二組の突合せ部Ｊ１を形成する（一部図示略）。そして、二つの重合部Ｊ２をそれぞれ摩擦攪拌する。なお、押出多孔管２と他端側の蓋体３Ｂとの摩擦攪拌は省略してもよい。つまり、押出多孔管２と少なくとも一つの蓋体３が摩擦攪拌されていればよい。

以上説明した本実施形態における熱交換器の製造方法によれば、蓋体３Ａ，３Ｂを一対の保持部３２で両外側から保持した状態で押出多孔管２及び蓋体３Ａ，３Ｂを回転又は直線移動させるため、本接合工程中に保持部３２と回転ツールＦとが干渉しない。つまり押出多孔管２と蓋体３Ａ，３Ｂとを位置決めするための治具が、回転ツールＦの移動ルート上に無いため回転ツールＦの移動の妨げにならない。これにより、挿入位置等の調整が容易になるとともに、付帯設備の費用も抑えることができる。よって、熱交換器１を低コストで製造することができる。

また、本接合工程では、先端側ピンＦ３の先端（平坦面Ｆ４）が、周壁部２２の外周面２２ｂに接触するように（突き抜けるように）所定の深さを設定することで、蓋体３と押出多孔管２との接合強度を高めることができる。また、本接合工程では、基端側ピンＦ２の外周面を押出多孔管２の外周面１１ｆに接触させた状態で摩擦攪拌接合を行うため、塑性流動材を押さえることができ、バリの発生を抑制することができる。

また、基端側ピンＦ２の外周面で塑性流動材を押えることができるため、接合表面（押出多孔管２の外周面１１ｆ）に形成される段差凹溝を小さくすることができるとともに、段差凹溝の脇に形成される膨出部を無くすか若しくは小さくすることができる。また、基端側ピンＦ２の階段状のピン段差部Ｆ２１は浅く、かつ、出口が広いため、塑性流動材を段差底面Ｆ２１ａで押えつつ塑性流動材がピン段差部Ｆ２１の外部に抜けやすくなっている。そのため、基端側ピンＦ２で塑性流動材を押えても基端側ピンＦ２の外周面に塑性流動材が付着し難い。よって、接合表面粗さを小さくすることができるとともに、接合品質を好適に安定させることができる。

また、突合せ工程では、押出多孔管２のフィン１２に周壁部２２の端面２２ａを当接させることで、蓋体３の挿入方向（押出多孔管２の押し出し方向）の位置決めを容易に行うことができる。

また、本接合工程の押入区間では、開始位置ＳＰ１から中間点Ｓ１まで回転ツールＦを移動させつつ所定の深さとなるまで先端側ピンＦ３を徐々に押入することにより、設定移動ルートＬ１上の一点で回転ツールＦが停止して摩擦熱が過大になるのを防ぐことができる。
同様に、本接合工程の離脱区間では、中間点Ｓ２から終了位置ＥＰ１まで回転ツールＦを移動させつつ所定の深さから先端側ピンＦ３を徐々に引き抜いて離脱させることにより、設定移動ルートＬ１上の一点で回転ツールＦが停止して摩擦熱が過大になるのを防ぐことができる。

これらにより、設定移動ルートＬ１上で摩擦熱が過大となり、蓋体３から押出多孔管２へ第一アルミニウム合金が過剰に混入して接合不良となるのを防ぐことができる。

また、蓋体３の第一アルミニウム合金は、押出多孔管２の第二アルミニウム合金よりも硬度の高い材料になっている。これにより、熱交換器１の耐久性を高めることができる。また、蓋体３の第一アルミニウム合金をアルミニウム合金鋳造材とし、押出多孔管２の第二アルミニウム合金をアルミニウム合金展伸材とすることが好ましい。第一アルミニウム合金を例えば、ＪＩＳＨ５３０２ ＡＤＣ１２等のＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系アルミニウム合金鋳造材とすることにより、蓋体３の鋳造性、強度、被削性等を高めることができる。また、第二アルミニウム合金を例えば、ＪＩＳ Ａ１０００系又はＡ６０００系とすることにより、押出多孔管２の加工性、熱伝導性を高めることができる。

また、本接合工程においては、突合せ部Ｊ１の全周を摩擦攪拌接合できるため、熱交換器の気密性及び水密性を高めることができる。また、本接合工程の終端部分において、回転ツールＦが中間点Ｓ１を完全に通過してから終了位置ＥＰ１に向かうようにする。つまり、本接合工程によって形成された塑性化領域Ｗ１の設定移動ルートＬ１上の各端部同士をオーバーラップさせることにより、より気密性及び水密性を高めることができる。また、蓋体３にヘッダー流路２４を備えることにより、各孔部１３に流れる流体を集約することができる。

なお、本接合工程では、回転ツールＦの回転速度を一定としてもよいが、可変させてもよい。本接合工程の押入区間において、開始位置ＳＰ１における回転ツールＦの回転速度をＶ１とし、本区間における回転ツールＦの回転速度をＶ２とすると、Ｖ１＞Ｖ２としてもよい。回転速度のＶ２は、設定移動ルートＬ１における予め設定された一定の回転速度である。つまり、開始位置ＳＰ１では、回転速度を高く設定しておき、押入区間内で徐々に回転速度を低減させながら本区間に移行してもよい。

また、第一本接合工程の離脱区間において、本区間における回転ツールＦの回転速度をＶ２、終了位置ＥＰ１において離脱させるときの回転ツールＦの回転速度をＶ３とすると、Ｖ３＞Ｖ２としてもよい。つまり、離脱区間に移行したら、終了位置ＥＰ１に向けて徐々に回転速度を上げながら押出多孔管２から回転ツールＦを離脱させてもよい。回転ツールＦを押出多孔管２に押し入れる際又は押出多孔管２から離脱させる際に、前記のように設定することで、押入区間又は離脱区間時における少ない押圧力を、回転速度で補うことができるため、摩擦攪拌を好適に行うことができる。

［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態に係る熱交換器の製造方法について説明する。第二実施形態では、図１２，１３に示すように、蓋体３Ｃの形状が第一実施形態と相違する。第二実施形態では、第一実施形態と相違する部分を中心に説明する。第二実施形態に係る熱交換器の製造では、準備工程と、突合せ工程と、本接合工程とを行う。

準備工程では、押出多孔管２及び蓋体３Ｃを準備する。蓋体３Ｃは、底部２１と、底部２１の周縁から立ち上がる周壁部２２Ｃとを有する。周壁部２２Ｃの外周縁には周方向全体に亘って周壁段差部２３が形成されている。周壁段差部２３は、段差底面２３ａと、段差底面２３ａから垂直に立ち上がる段差側面２３ｂとを有する。段差底面２３ａは、底部２１と平行になっている。

突合せ工程では、押出多孔管２の嵌合部１４に蓋体３Ｃの周壁部２２Ｃを挿入して、嵌め合わせる。これにより、周壁部２２Ｃの段差底面２３ａと、押出多孔管２の端面１１ｅとが突き合わされて突合せ部Ｊ３が形成される（押出多孔管２の両端で二つの突合せ部Ｊ３が形成される）。また、押出多孔管２の内周面１１ｇと周壁部２２Ｃの段差側面２３ｂとが重ね合されて重合部Ｊ４が形成される（押出多孔管２の両端で二つの重合部Ｊ４が形成される）。なお、フィン１２と、周壁部２２Ｃの端面２２ａとは接触させてもよいし、離間させてもよい。

本接合工程では、図８に示すように、回転ツールＦを用いて重合部Ｊ４を摩擦攪拌接合する。本接合工程の本区間では先端側ピンＦ３の先端（平坦面Ｆ４）が周壁部２２Ｃ（段差側面２３ｂ）に接触するとともに、基端側ピンＦ２の外周面が押出多孔管２の外周面１１ｆに接触するように所定の深さを設定している。本接合工程は、第一実施形態と概ね同じであるため説明を省略する。

以上説明した第二実施形態に係る熱交換器の製造方法でも第一実施形態と略同等の効果を得ることができる。また、突合せ工程では、蓋体３Ｃの段差底面２３ａを押出多孔管２の端面１１ｅに当接させることで、蓋体３Ｃの挿入方向（押出多孔管２の押し出し方向）の位置決めを容易に行うことができる。

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で適宜設計変更が可能である。例えば、前記した本実施形態に係る本接合工程では、設定移動ルートＬ１上に開始位置ＳＰ１及び終了位置ＥＰ１を設けたが、設定移動ルートＬ１に対して、蓋体３から離間する位置に、開始位置ＳＰ１及び終了位置ＥＰ１を設けてもよい。この場合においても、開始位置ＳＰ１から設定移動ルートＬ１上に設けた中間点Ｓ１まで回転ツールＦを移動させながら徐々に回転ツールＦを押入させる。また、中間点Ｓ２から終了位置ＥＰ１まで回転ツールＦを移動させながら徐々に回転ツールＦを離脱させる。これにより、設定移動ルートＬ１上で摩擦熱が過剰になるのを防ぐことができる。また、回転ツールＦを中間点Ｓ１側に移動させる際又は中間点Ｓ２から離間させる際には、回転ツールＦの移動速度が低下したり停止したりしないように移動ルートを設定することが好ましい。

１ 熱交換器
２ 押出多孔管
３ 蓋体
２２ 周壁部
３２ 保持部
Ｆ 回転ツール
Ｆ２ 基端側ピン
Ｆ３ 先端側ピン
Ｊ１ 突合せ部
Ｊ２ 重合部
ＳＰ１ 開始位置
ＥＰ１ 終了位置
Ｗ１ 塑性化領域

Claims (5)

1. 内部にフィンを有する押出多孔管と、前記押出多孔管の開口部を封止する二つの蓋体とで構成され、前記押出多孔管と前記蓋体とを摩擦攪拌で接合する熱交換器の製造方法であって、
   前記蓋体は、底部及び前記底部の周縁から立ち上がる周壁部を有し、
   前記押出多孔管は、両端部に前記フィンが形成されておらず前記周壁部が嵌め合わされる嵌合部を有し、
   摩擦攪拌で用いる回転ツールは、基端側ピンと、先端側ピンとを備え、前記基端側ピンのテーパー角度は、先端側ピンのテーパー角度よりも大きくなっており、前記基端側ピンの外周面には階段状のピン段差部が形成されており、
   前記押出多孔管の一方の前記嵌合部に一の前記蓋体の前記周壁部を挿入し、前記押出多孔管の他方の前記嵌合部に他の前記蓋体の前記周壁部を挿入することにより、前記押出多孔管の両端部の内周面とそれぞれの前記蓋体の前記周壁部の外周面とを重ね合わせて二つの重合部を形成するとともに、前記押出多孔管の一方のフィンの端面と一の前記蓋体の前記周壁部の端面、及び、前記押出多孔管の他方のフィンの端面と他の前記蓋体の前記周壁部の端面とをそれぞれ突き合わせて二組の突合せ部を形成する突合せ工程と、
   回転する前記回転ツールの先端側ピンを前記押出多孔管の少なくとも一方の端部の外周面に挿入し、前記基端側ピンの外周面を前記押出多孔管の外周面に接触させた状態で、前記重合部に沿って所定の深さで前記押出多孔管の外周面の廻りに一周させて前記重合部を摩擦攪拌する本接合工程と、を含み、
   前記本接合工程において、二つの前記蓋体と前記押出多孔管とを各前記蓋体の両外側から一対の保持部で押圧して保持しつつ、前記保持部を用いて前記押出多孔管及び前記蓋体を回転又は平行移動させて前記押出多孔管と少なくとも一つの前記蓋体とを摩擦攪拌することを特徴とする熱交換器の製造方法。
2. 内部にフィンを有する押出多孔管と、前記押出多孔管の開口部を封止する二つの蓋体とで構成され、前記押出多孔管と前記蓋体とを摩擦攪拌で接合する熱交換器の製造方法であって、
   前記蓋体は、底部及び前記底部の周縁から立ち上がる周壁部を有し、前記周壁部の外周縁に、段差底面と、前記段差底面から立ち上がる段差側面と、を有する周壁段差部を形成し、
   前記押出多孔管は、両端部に前記フィンが形成されておらず前記周壁部が嵌め合わされる嵌合部を有し、
   摩擦攪拌で用いる回転ツールは、基端側ピンと、先端側ピンとを備え、前記基端側ピンのテーパー角度は、先端側ピンのテーパー角度よりも大きくなっており、前記基端側ピンの外周面には階段状のピン段差部が形成されており、
   前記押出多孔管の一方の前記嵌合部に一の前記蓋体の前記周壁部を挿入し、前記押出多孔管の他方の前記嵌合部に他の前記蓋体の前記周壁部を挿入することにより、前記押出多孔管の両端部の内周面とそれぞれの前記蓋体の前記段差側面とを重ね合わせて二つの重合部を形成するとともに、前記押出多孔管の一方の端面と一の前記蓋体の前記段差底面、及び、前記押出多孔管の他方の端面と他の前記蓋体の前記段差底面とをそれぞれ突き合わせて二つの突合せ部を形成する突合せ工程と、
   回転する前記回転ツールの先端側ピンを前記押出多孔管の少なくとも一方の端部の外周面に挿入し、前記基端側ピンの外周面を前記押出多孔管の外周面に接触させた状態で、前記重合部に沿って所定の深さで前記押出多孔管の外周面の廻りに一周させて前記重合部を摩擦攪拌する本接合工程と、を含み、
   前記本接合工程において、二つの前記蓋体と前記押出多孔管とを各前記蓋体の両外側から一対の保持部で押圧して保持しつつ、前記保持部を用いて前記押出多孔管及び前記蓋体を回転又は平行移動させて前記押出多孔管と少なくとも一つの前記蓋体とを摩擦攪拌することを特徴とする熱交換器の製造方法。
3. 前記押出多孔管は第二アルミニウム合金で形成されており、前記蓋体は第一アルミニウム合金で形成されており、前記第一アルミニウム合金は前記第二アルミニウム合金よりも硬度が高い材種であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱交換器の製造方法。
4. 前記第一アルミニウム合金は鋳造材からなり、前記第二アルミニウム合金は展伸材からなることを特徴とする請求項３に記載の熱交換器の製造方法。
5. 前記本接合工程では、前記先端側ピンの先端を前記蓋体の前記周壁部に接触させた状態で前記押出多孔管の外周面の廻りに一周させて前記重合部を摩擦攪拌することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の熱交換器の製造方法。

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