(57)【要約】      （修正有）【課題】製品及び工程の自由度を持たせることができる熱交換器の製造方法を提供する。【解決手段】内部を第１流体が流れる複数のチューブ１と、このチューブ１の長手方向端部に配置されチューブ１の内部と連通するタンク３とを有するコア１５と、このコア１５を保持するサイドプレート４と、タンク３の内部と連通するモジュレータアッシィ５とを組み付けて炉中ろう付けを行う熱交換器の製造方法において、前記炉中ろう付け後に、摩擦攪拌接合により熱交換器構成部品である固定用のブラケット１３を接合することとしたことにより、工程の自由度を向上させ、かつ、ろう材の使用を低減し、品質面に優れた製品を作成することができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を第１流体が流れる複数のチューブ（１）と、このチューブ（１）の長手方向端部に配置されチューブ（１）の内部と連通するタンク（３）とを有するコア（１５）を炉中ろう付けする熱交換器の製造方法であって、
前記炉中ろう付け後に、摩擦攪拌接合により取付け用のブラケット（１３）を接合することを特徴とする熱交換器の製造方法。
【請求項２】
内部を第１流体が流れる複数のチューブ（１）と、このチューブ（１）の長手方向端部に配置されチューブ（１）の内部と連通するタンク（３）とを有するコア（１５）を炉の中に入れてろう付けを行う炉中ろう付け工程と、
この炉中ろう付け工程によりろう付け接合されたコア同士を摩擦攪拌接合により接合するコア接合工程とからなることを特徴とする熱交換器の製造方法。
【請求項３】
内部を第１流体が流れる複数のチューブ（１）と、このチューブ（１）の長手方向端部に配置されチューブ（１）の内部と連通するタンク（３）とを有するコア（１５）を炉中ろう付けする熱交換器の製造方法であって、
前記炉中ろう付け後に、摩擦攪拌接合により異種材質の部品を接合することを特徴とする熱交換器の製造方法。
【請求項４】
内部を第１流体が流れる複数のチューブ（１）と、このチューブ（１）の長手方向端部に配置されチューブ（１）の内部と連通するヘッダ（２５）とを組み付けて炉中ろう付けを行う熱交換器の製造方法であって、
前記炉中ろう付け後に、摩擦攪拌接合により前記ヘッダに異種材質のタンク部（２４）を接合することを特徴とする熱交換器の製造方法。
【請求項５】
前記摩擦攪拌接合は、ショルダ部（１６Ａ）と、このショルダ部（１６Ａ）とともに同心軸上に回転するピン部（１７Ａ）とを備えた攪拌端子を被接合物に回転接触させて軸方向に圧入し、発生した摩擦熱によって前記被接合物の組織を流動化させた後、前記攪拌端子を前記被接合物から離すことにより、前記被接合物に固体化された接合領域を形成するものであり、前記接合領域を形成するときに、前記ピン部（１７Ａ）は、前記ショルダ部（１６Ａ）に対して前記被接合物から離れる軸方向に可動させることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の熱交換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器のコアを含めた各部品を組み付け、炉中ろう付けにより各部を接合する熱交換器の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の熱交換器の製造方法においては、第１のヘッダと、第２のヘッダと、内部を流れる第一流体と外部を通過する空気とを熱交換させる複数のチューブと、これらの複数のチューブの外壁面に接触して設けられ、第一流体と前記空気との熱交換効率を高めるためのフィンとを備え、これらの構成部品は、第１ヘッダ、第２ヘッダ、および複数のチューブにクラッドされているろう材により炉中で一体ろう付けすることで接合されるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４‐３７８７号公報（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記従来の熱交換器の製造方法では、炉中ろう付けによりろう付け接合される部品については、ろう付前に組みつけておく必要があり、ろう付治具や他の部品との干渉を避けなければならず、ろう付治具や工程が複雑となるという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、炉中ろう付け工程後に摩擦攪拌接合を用いて接合を行うことで、ろう付前工程の制限を低減できる熱交換器の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は上記目的を達成するため、以下の技術的手段を採用する。
【０００６】
請求項１に記載の熱交換器の製造方法に係る発明は、内部を第１流体が流れる複数のチューブ（１）と、このチューブ（１）の長手方向端部に配置されチューブ（１）の内部と連通するタンク（３）とを有するコア（１５）を炉中ろう付けする熱交換器の製造方法であって、前記炉中ろう付け後に、摩擦攪拌接合により取付け用のブラケット（１３）を接合することを特徴とする。
【０００７】
この請求項１に記載の発明によれば、炉中ろう付け後に、取付け用のブラケットを摩擦攪拌接合により接合することにより、ろう付治具がブラケットを避けなくても良い形状とすることができる。また、溶接にて接合した場合に比較し、接合エネルギーの低減が可能になる。また、コアよりも外方に突出するブラケットを炉中ろう付け後に接合することにより、ろう付炉内に投入するワークの寸法が小さくなるため、炉内投入するワークの数量を増加させることができ、生産性を向上させることができる。また、ろう付後にブラケットを接合することにより、ろう付中の熱変形により起こり得るブラケットの位置ずれの発生を低減できるので、接合品質を向上させることができる。
【０００８】
請求項２に記載の熱交換器の製造方法に係る発明は、内部を第１流体が流れる複数のチューブ（１）と、このチューブ（１）の長手方向端部に配置されチューブ（１）の内部と連通するタンク（３）とを有するコア（１５）を炉の中に入れてろう付けを行う炉中ろう付け工程と、この炉中ろう付け工程によりろう付け接合されたコア同士を摩擦攪拌接合により接合するコア接合工程とからなることを特徴とする。
【０００９】
この請求項２に記載の発明によれば、熱交換器のコアを複数にして熱交換器を構成することにより熱交換器のコア自体の大きさが小さくなるので、炉の大きさを小さくすることができ、炉中ろう付けに要するエネルギーやコストが低減できる。
【００１０】
請求項３に記載の熱交換器の製造方法に係る発明は、内部を第１流体が流れる複数のチューブ（１）と、このチューブ（１）の長手方向端部に配置されチューブ（１）の内部と連通するタンク（３）とを有するコア（１５）を炉中ろう付けする熱交換器の製造方法であって、前記炉中ろう付け後に、摩擦攪拌接合により異種材質の部品を接合することを特徴とする。
【００１１】
この請求項３に記載の発明によれば、炉中ろう付け後に、摩擦攪拌接合を用いて異種材質の部品を接合することにより、部品材料の選択肢が多くなり、品質面の向上、コスト低減に有用である。
【００１２】
請求項４に記載の熱交換器の製造方法に係る発明は、内部を第１流体が流れる複数のチューブ（１）と、このチューブ（１）の長手方向端部に配置されチューブ（１）の内部と連通するヘッダ（２５）とを組み付けて炉中ろう付けを行う熱交換器の製造方法であって、
前記炉中ろう付け後に、摩擦攪拌接合により前記ヘッダに異種材質のタンク部（２４）を接合することを特徴とする。
【００１３】
この請求項４に記載の発明によれば、従来、異種材質で形成されていたヘッダとタンク部について、摩擦攪拌接合を用いて接合することにより、必要としていたかしめ工程やパッキンを不要とできるので、使用材料の低減を実現することができる。
【００１４】
請求項５に記載の熱交換器の製造方法に係る発明は、前記請求項１〜４のいずれかに記載の熱交換器の製造方法において、前記摩擦攪拌接合は、ショルダ部（１６Ａ）と、このショルダ部（１６Ａ）とともに同心軸上に回転するピン部（１７Ａ）とを備えた攪拌端子を被接合物に回転接触させて軸方向に圧入し、発生した摩擦熱によって前記被接合物の組織を流動化させた後、前記攪拌端子を前記被接合物から離すことにより、前記被接合物に固体化された接合領域を形成するものであり、前記接合領域を形成するときに、前記ピン部（１７Ａ）は、前記ショルダ部（１６Ａ）に対して前記被接合物から離れる軸方向に可動させることを特徴とする。
【００１５】
この請求項５に記載の発明によれば、接合領域を形成するときにピン部を被接合物から抜いて、その後にショルダ部を前記接合領域から引き抜く工程を行うことにより、ピン部の圧入により固体化される前の接合領域に形成されていたくぼみの深さを小さくすることができるので、固体化された接合領域の肉厚が厚くなり、被接合物の強度低下を防止することができる。
【００１６】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（第１実施形態）
本発明の実施形態について説明する。図１は、本実施形態における熱交換器の製造工程を示した工程図である。図２は、本実施形態における熱交換器の構成を示した模式図である。図３は、本実施形態における摩擦攪拌接合の工程を示した工程図である。図４は、本実施形態における摩擦攪拌接合を用いてタンクまたはモジュレータ管（付属タンク）と、ブラケットとを結合する工程を示した断面図である。図５は、図４において摩擦攪拌接合を施した場所を示す模式図である。図６は、本実施形態における摩擦攪拌接合を用いてブラケットとサイドプレートとを結合する工程を示した断面図である。図７は、本実施形態における摩擦攪拌接合を用いてブラケットとサイドプレートとを結合した後の状態を示した斜視図である。図８は、本実施形態における摩擦攪拌接合を用いて熱交換器のコア同士を結合する工程を示した平面図である。
【００１８】
本実施形態の熱交換器は、車両用エアコン装置、庫内温度を低温に維持するために低温環境下で使用される冷凍車や冷凍機、エンジン冷却用のラジエータなどに用いられるもので、例えば、冷凍サイクル装置の凝縮器として使用される。この熱交換器は、サイドプレートなどを介して車両側の部品に、車両の振動による影響を受けにくいように取付けられる。
【００１９】
本実施形態は、炉中ろう付け工程の後に、炉中ろう付け工程までで得られた製品に対して、摩擦攪拌接合（Friction Stir Welding（略称ＦＳＷ）や、Friction Spot Joining（略称ＦＳＪ）などを含むものとする）により固定用のブラケットなどの部品を接合したり、炉中ろう付け工程で得られた熱交換器のコア同士を摩擦攪拌接合により接合したりすることを特徴としている。本実施形態にいう摩擦攪拌接合は、被接合物を溶かさないで固体状態を維持したまま、摩擦熱により被接合物の組織内部を攪拌、流動させて一体化する接合技術を広く含むものとする。
【００２０】
図１および図２に示すように、本実施形態の熱交換器の製造工程は、チューブ１、フィン２、タンク３、およびサイドプレート４を組み立てて熱交換器のコア１５を生成するコア組立工程と、このコア１５に付属タンクアッシィの一例としてのモジュレータアッシィ５、キャップ６、およびコネクタ７を取り付けた他部品組立工程と、この他部品組立工程で得られた組立を固定するための炉中ろう付け工程と、この炉中ろう付け工程後の摩擦攪拌接合工程としての、ブラケット１３とタンク３またはモジュレータ管（付属タンク）９との接合工程、ブラケット８とサイドプレート４との接合工程、コア１５同士の接合工程、およびヘッダ２５とタンク部２４との接合工程、とから構成される。モジュレータアッシィ５は、モジュレータ管９、メネジ１０、および付属タンクキャップの一例としてのモジュレータキャップ１１から構成され、接合部品の一例としてのプレート１２は、モジュレータアッシィ５をコア１５側のタンク３に連結するために用いられる。
【００２１】
コア１５の構成について説明する。コア１５は、少なくとも、内部を第１流体（本実施形態においては冷媒）が流れる複数のチューブ１と、このチューブ１の長手方向端部に配置されチューブ１の内部と連通するタンク３とから構成される。なお、チューブ１およびタンク３を含め、熱交換器の以下に説明する各構成部品の材質は、銅、銅合金、アルミ、アルミ合金などの導電性の高い金属であり、特にアルミニウム、アルミニウム合金を使用する。
【００２２】
コア１５は、複数のチューブ１が両タンク３Ａと３Ｂの間に互いに直交するように配列され、複数のチューブ１の両端部が両側に配置した両タンク３Ａおよび３Ｂの内部に配され、両タンク３Ａ、３Ｂとチューブ１の内部が連通するように接続されて構成されている。チューブ１は薄肉の管状部材であり、その長手方向に垂直な断面は、円環形状または扁平形状とする。
【００２３】
これらのチューブ１の間には、図２に示すように、熱交換効率を高めるための伝熱部材であるフィン２が配され、チューブ１とフィン２が両タンク３Ａおよび３Ｂの長手方向に交互に配列されている。これら複数のフィン２は、薄肉の板状部材であり、隣り合うチューブ１の壁面にその一部を接するように波形状、あるいはジグザグ状に形成されている。チューブ１とフィン２の外部には、第１流体と熱交換される第２流体（本実施形態においては空気）が流れることになる。
【００２４】
両タンク３Ａおよび３Ｂは、円筒状容器であり、複数のチューブ１のすべての内部に連通可能な程度の長さ寸法を有し、それぞれに複数形成された挿通孔内にチューブ１を挿通した状態で、図１に示す炉中ろう付け工程にて一体ろう付けすることにより複数のチューブ１と結合される。タンク３Ａには、内部に第１流体を導入するための導入配管が接続されるコネクタ７Ａが接続され、炉中ろう付け工程にて一体ろう付けすることによりタンク３Ａとコネクタ７Ａは結合される。タンク３Ｂには、冷凍サイクルの他の構成部品へ第１流体を送るための導出配管が接続されるコネクタ７Ｂが接続され、炉中ろう付け工程にて一体ろう付けすることによりタンク３Ｂとコネクタ７Ｂは結合される。
【００２５】
このように形成されたコア１５に対して、交互に配列されたチューブ１とフィン２の積層方向における最も外側の両端部に、サイドプレート４Ａおよび４Ｂを両タンク３Ａ、３Ｂに垂直になるように仮止め配置し、炉中ろう付け工程にて一体ろう付けすることにより、サイドプレート４Ａおよび４Ｂはチューブ１およびフィン２と結合される。サイドプレート４Ａ、４Ｂは、ろう付け後のコア１５の強度を確保する機能と、コア１５を車両側部品に取り付けるときにブラケットなどの取付け部材を支持固定する機能を有する。
【００２６】
次に、コア１５に他部品を組み立てる工程について、他部品の構成とともに説明する。      
【００２７】
コア１５に組みつけられる他部品は、前述したモジュレータアッシィ５、キャップ６、コネクタ７である。
【００２８】
まず、モジュレータアッシィ５を組み立てる工程について説明する。モジュレータアッシィ５は、モジュレータ管９にモジュレータキャップ１１、メネジ１０を組み立てて構成されている。
【００２９】
モジュレータ管９にモジュレータキャップ１１を組み付け接合する工程を説明する。管状のモジュレータ管９の一端側開口にモジュレータキャップ１１を設置し、モジュレータキャップ１１に形成したかしめ爪部をかしめることにより、モジュレータキャップ１１をモジュレータ管９に固定する。さらに、後の炉中ろう付け工程でモジュレータキャップ１１の外周縁全体についてろう付け接合がなされることで、モジュレータキャップ１１がモジュレータ管９を完全に封止することになる。なお、モジュレータ管９は、タンク３Ｂをコア１５と一体化させるものであり、本実施形態における第１流体である冷媒の液溜めの機能を有し、タンク３Ｂからモジュレータ管９に流入してきた気液冷媒のうち、気相冷媒と液相冷媒に分離し、液相冷媒がタンク３Ｂに送られることになる。
【００３０】
次に、モジュレータ管９にメネジ１０を組み付け接合する工程を説明する。管状のモジュレータ管９の他端側開口にメネジ１０を内挿すると、モジュレータ管９の内周面に形成したかしめ爪部がメネジ１０の外周面で押しつぶされて、モジュレータ管９にメネジ１１が嵌挿され、メネジ１０はモジュレータ管９に固定される。さらに、後の炉中ろう付け工程で、メネジ１０の外周面とモジュレータ管９の内周面との間についてろう付け接合がなされることで、メネジ１０がモジュレータ管９に完全に密着することになる。なお、メネジ１０は、管状筒体であり、内管面にねじ部が形成されている。そして、以下に示す他部品組立工程を行った後、炉中ろう付け工程により熱交換器全体をろう付け後、ドライヤーとしての乾燥剤をメネジ１０の開口からモジュレータ管９内に投入する。この乾燥剤を投入した後、雄ネジ（図示しない）をメネジ１０に螺合してモジュレータ管９は封止され、乾燥剤はモジュレータアッシィ５に封入されることになる。
【００３１】
次に、モジュレータアッシィ５をタンク３にこれらの内部間を連通するように接続する工程について説明する。まず、プレート１２に設けられた２つの開口、タンク３Ｂに設けられた２つの開口、およびモジュレータ管９に設けられた２つに開口が、それぞれ連通するようにモジュレータ管９とタンク３Ｂの間にプレート１２を配して連結する。このとき、プレート１２に形成したかしめ爪部がタンク３Ｂとモジュレータ管９のそれぞれをかしめて固定することにより、プレート１２を介してタンク３Ｂとモジュレータ管９を仮結合する。このようにして、モジュレータ管９がタンク３に相互に連通した状態で確実に固定されることになり、さらに、後の炉中ろう付け工程でろう付け接合がなされることで、モジュレータ管９がタンク３に対して漏れ部がない状態で完全に連通されることになる。
これにより、タンク３Ｂ内からモジュレータ管９内を通る第１経路が形成され、さらにモジュレータ管９内からタンク３内に戻ってくる第２経路が形成されることになる。また、第１経路と第２経路はモジュレータ管９内でセパレータにより仕切られている。
【００３２】
次に、他部品組立工程におけるタンク３にキャップ６を組み付け接合する工程を説明する。管状のタンク３に両端開口にキャップ６をそれぞれ取り付け、キャップ６に形成したかしめ爪部をタンク３にかしめることにより、キャップ６をタンク３に固定する。さらに、後の炉中ろう付け工程で、キャップ６とタンク３の接合部分についてろう付け接合がなされることで、キャップ６がタンク３を完全に封止することになる。
【００３３】
以上で、炉中ろう付け工程までの実施形態の説明を終わり、次に、炉中ろう付け工程の後の摩擦攪拌接合について説明する。
【００３４】
摩擦攪拌接合は、被接合物を溶かさないで固体状態を維持したまま、摩擦熱により被接合物の組織内部を攪拌、流動させて一体化する接合技術である。
【００３５】
図３に示すように、薄い板状の被接合物を所定の形状に成形し、接合部に相当する端部を突き合わせる形態に保持する。このときの保持形態は、前記接合部が被接合物の長手方向長さに渡って形成される管状形態であり、被接合物の長手方向の両端部は開口されている。前記管状形態の長手方向に直交する断面は、本実施形態では矩形管状としているが、円管状、楕円管状としてもよい。この保持形態を維持するために、接合部に相当する端部同士が突き合わされる方向に被接合物の両側面を押圧する。この押圧には、万力などの押圧治具を使用する。
【００３６】
このように前記接合部が付き合わされる形態で保持された被接合物において、前記接合部を摩擦攪拌接合により接合する実施形態を説明する。図３に示すように、この工程は、主に（ａ）圧入、（ｂ）接合、（ｃ）引抜き、の３工程で構成される。摩擦攪拌接合に使用される攪拌端子は、円筒形状のショルダ部１６と、ショルダ部１６の同心軸上に突出して配置され、ショルダ部１６とともに回転するピン部１７とを備えている。
【００３７】
ショルダ部１６を保持具（図示せず）に装着し、前記接合部に垂直に当たるように設置する。前記保持具は、前記保持具を回転駆動させる回転駆動手段と、軸方向に変位させる変位駆動手段とによりその運動が行われ、前記回転駆動手段および前記変位駆動手段を制御する制御手段によりその運動が制御される。そして前記保持具を回転させるとともに、前記接合部の方向に移動させ、前記保持具とともに回転するショルダ部１６から突出するピン部１７を前記接合部に当接させると、回転するピン部１７と前記接合部との間に摩擦熱が発生し、被接合物が軟化してピン部１７が前記被接合物内に圧入される（以上、（ａ）圧入工程）。
【００３８】
次に、ピン部１７が前記被接合物内に埋没し、ショルダ部１６のピン部１７側端面に形成されるショルダ面１６ａが前記被接合物に接触した後も攪拌端子への押圧力を所定時間維持する。ピン部１７の前記被接合物内への埋没は、ピン部１７の先端が前記被接合物の突き合せ部分にかかる管内側端部を越えない位置まで、つまりピン部１７の先端が管状の前記被接合物を貫通しないように、前記保持具を変位させ、接合領域１９をできるだけ深く形成するのが望ましい（以上、（ｂ）接合工程）。
【００３９】
さらに、攪拌端子を回転させながら前記被接合物から離脱させると、接合領域２０が冷却されて固体化し、前記被接合物の突合せ部分が接合領域２０により接合されることになる（以上、（ｃ）引抜き工程）。
【００４０】
以上の摩擦攪拌接合についての３工程は、被接合物を部分的に接合する工程を説明したものである。被接合物の長手方向に延設される突合せ部分を所定距離に渡って接合する場合には、この３工程に加えて前記被接合物の長手方向に攪拌端子を移動させる移動工程を行う。具体的には、攪拌端子を前記被接合物の長手方向に所定距離分移動させる移動工程を行い、この移動工程の後に、（ｃ）引抜の工程を行うことになる。
【００４１】
次に、炉中ろう付け工程後に、タンク３またはモジュレータ管９に固定用のブラケット１３を組み付け接合する工程を説明する。図４に示すように、タンク３またはモジュレータ管９の外周面にブラケット１３を取り付け、摩擦攪拌接合を実施するために、ブラケット１３の外周面に、攪拌端子のピン部１７を回転させながらタンク３またはモジュレータ管９の中心に向かう方向に圧入する。このときの圧入深さは、ブラケットの肉厚を貫通してタンク３またはモジュレータ管９外周面を越える位置まで至り、タンク３またはモジュレータ管９とブラケット１３が一体化するように接合領域が形成されることとする。前記接合領域が形成されると、ピン部１７を引き抜き、前記接合領域を冷却させて固定化する。
【００４２】
図５に示すように、このようにして形成した固定化された接合領域をブラケット１３の外周面に複数箇所スポット状に形成する。このように摩擦攪拌接合を施すことにより、ブラケット１３がタンク３またはモジュレータ管９に確実に固定されることになる。
【００４３】
このように炉中ろう付け工程後に、ブラケットを熱交換器のコアに接合することにより、製造作業中に外方に突出するブラケットが何かにぶつかって仮固定位置がずれるという問題や、仮固定位置がずれた状態でろう付け接合がされてしまうといった問題を解消することができる。
【００４４】
次に、炉中ろう付け工程後に、コア１５と結合されているサイドプレート４Ｂに、固定用のブラケット８を組み付け接合する工程を説明する。サイドプレート４Ｂは、熱交換器のコア１５を側方から保持するようにチューブ１またはフィン２に直接ろう付けされており、上部および下部に突出片を備えたコの字形状である。ブラケット８は、車両側部材に取り付けられることで熱交換器を車両に固定するためのもので、例えば、Ｌ字形状の板材で構成されている。
【００４５】
図６に示すように、コの字形状のサイドプレート４Ｂにおける上部突出片の下端面にブラケット１３を突き当て、サイドプレート４Ｂの下部突出片とブラケット８との間に受け用治具２１を挿入することでブラケット８を仮固定する。そして、ブラケット８とサイドプレート４Ｂとの結合に摩擦攪拌接合を実施するために、サイドプレート４Ｂにおける上部突出片の上端面に、攪拌端子のピン部１７を回転させながら前記上端面に対して垂直下向きに圧入する。このときの圧入深さは、サイドプレート４Ｂの上部突出片を貫通してブラケット８の下端面に至らない位置までとし、サイドプレート４Ｂの上部突出片とブラケット８とが一体化するように接合領域１８が形成されることとする。接合領域１８が形成されると、ピン部１７を引き抜き、接合領域１８を冷却させて固定化する。このようにして固定化された接合領域１８は、サイドプレート４Ｂの上部突出片とブラケット８との接触部において、図７に示すように、複数箇所スポット状に形成される。また、接合領域１８は、サイドプレート４Ｂの上部突出片とブラケット８との接触部において、ほぼ全体にわたるように形成することとしてもよい。
【００４６】
このように炉中ろう付け工程後に、ブラケットをサイドプレートに接合することにより、ろう付治具がブラケットを避けなくても良い形状とすることができる。また、溶接にて接合した場合に比較し、接合エネルギーの低減が可能になる。あるいは、製造作業中に外方に突出するブラケットが何かにぶつかって仮固定位置がずれるという問題や、仮固定位置がずれた状態でろう付け接合がされてしまうといった問題を解消することができる。
次に、炉中ろう付け工程後に、炉中ろう付け工程で製造された複数のコア１５同士を結合する工程を説明する。図８に示すように、コア１５の側部にろう付け固定されたサイドプレート４Ａと、コア１５Ａの側部にろう付け固定されたサイドプレート４Ｂとを、互いに接触させ、その突合せ部のほぼ全部にわたって、摩擦攪拌接合を実施する。前記突合せ部の一方側において、攪拌端子のピン部１７を回転させながら前記突合せ部に対して垂直下向きに所定距離分、圧入すると、コア１５とコア１５Ａとが一体化するように接合領域が形成される。そして、攪拌端子のショルダ部１６を前記突合せ部に接触させながら他方側まで前記突合せ部をなぞるように移動させると、コア１５とコア１５Ａを一体化する接合領域が前記突合せ部全体にわたって形成される。そこで、ピン部１７を接合領域内から引き抜き、前記接合領域を冷却させて固定化すると接合が完了する。
【００４７】
このように炉中ろう付後に、コア同士を結合することにより、熱交換器のコア自体の大きさが小さくなるので、炉の大きさを小さくすることができ、炉中ろう付けに要するエネルギーやコストが低減できる。
【００４８】
このように本実施形態による熱交換器の製造方法に係る発明は、内部を流体が流れる複数のチューブ１と、このチューブ１の長手方向端部に配置されチューブ１の内部と連通するタンク３とを有するコア１５を炉の中に入れて炉中ろう付けを行う熱交換器の製造方法であり、前記炉中ろう付け後に、摩擦攪拌接合により取付け用のブラケット１３を接合することを特徴とするので、ブラケット１３を含め、これに関わる構成部品にろう材を使用しないで単層材料を使用した熱交換器を製造することができる。また、コアよりも外方に突出するブラケットを炉中ろう付け後に接合する手順とするので、作業中に起こり得るブラケットの位置ずれの発生を低減できることになり、接合品質が向上した熱交換器を製造することができる。
【００４９】
また、内部を流体が流れる複数のチューブ１と、このチューブ１の内部と連通してチューブ１の長手方向端部に設けられるタンク３とコア１５を炉の中に入れてろう付けを行う炉中ろう付け工程と、この炉中ろう付け工程によりろう付け固定されたコア同士を摩擦攪拌接合により接合するコア結合工程とからなる熱交換器の製造方法とした場合には、熱交換器のコア同士を接合する構成部品、例えば、サイドプレートをろう材を含まない単層材料とした熱交換器を製造することができる。また、熱交換器のコアを複数にして熱交換器を構成することによりコア自体の大きさが小さくなるので、炉の大きさを小さくすることができ、炉中ろう付けに要するエネルギーやコストが低減できる。
【００５０】
また、コア１５を車両に固定するためのブラケット１３と、モジュレータアッシィ５またはタンク３の結合には、摩擦攪拌接合が用いられることとした場合には、ブラケット１３と、モジュレータアッシィ５またはタンク３の結合に用いられる溶接の代わりに、摩擦攪拌接合を用いることにより、結合による消費エネルギーの低減をすることができる。
【００５１】
（第２実施形態）
以下に、第２実施形態を説明する。本実施形態は、第１実施形態に記載した熱交換器の製造方法に対して、炉中ろう付け工程後に、摩擦攪拌接合により熱交換器のコアに異種材質部品を接合することに特徴があり、特に、第１実施形態に対して、タンクがヘッダとタンク部から構成され、ヘッダと異種材質で構成されるタンク部のみを、炉中ろう付け工程後に摩擦攪拌接合によりヘッダに接合することを特徴としている。その他の製造工程については、第１実施形態と同様であり、その説明は省略する。
【００５２】
図９は、本実施形態における摩擦攪拌接合を用いて異種材質のヘッダとタンク部とを結合する工程を示した断面図である。図１０は、図９に示した工程後の接合部を示した斜視図である。
【００５３】
本実施形態の熱交換器の製造方法は、内部を第１流体が流れる複数のチューブ１と、このチューブ１の長手方向端部に配置されチューブ１の内部と連通するタンク３とを有するコア１５と、このコア１５を保持するサイドプレート４と、タンク３の内部と連通するモジュレータアッシィ５とを組み付けるコア組立工程と、このコア組立工程で得られたコアを、炉の中に入れてろう付けを行う炉中ろう付け工程と、この炉中ろう付け工程後に、摩擦攪拌接合により異種材質の部品を接合する工程とから構成される。以下、その一例として、タンクがヘッダとタンク部で構成される熱交換器の製造方法について説明する。
【００５４】
内部を流れる第１流体と外部を通過する第２流体とを熱交換させる複数のチューブ１と、このチューブ１の長手方向端部に設けられるヘッダ２５と、チューブ１を保持するサイドプレート４とを組み付けてコアを構成し、これを炉の中に入れてろう付けを行う。そして、複数のチューブ１がろう付けされたヘッダ２５に対し、タンク部２４を摩擦攪拌接合により接合する。ヘッダ２５とタンク部２４は、異種材質で構成され、一例として、ヘッダ２５はアルミニウム合金で構成され、タンク部２４は、高融点の樹脂材料で構成されるものとする。タンク部２４の方がヘッダ２５よりも融点の低い材質で構成されているものとする。
【００５５】
図９に示すように、薄い板状のヘッダ２５とタンク部２４の両者の端部を突き合わせて接合部を形成し、この接合部を両側から押圧する外力を与えることで保持する。この押圧には、万力などの押圧治具を使用する。
【００５６】
このように前記接合部が付き合わされる形態で保持されたヘッダ２５とタンク部２４において、前記接合部を摩擦攪拌接合により接合する実施形態を説明する。この工程は、主に（ａ）圧入、（ｂ）接合、（ｃ）引抜き、の３工程で構成される。摩擦攪拌接合に使用される攪拌端子は、第１実施形態のものと同様であり、その構成の説明は省略する。
【００５７】
攪拌端子を回転させるとともに、ヘッダ２５の方向に移動させる。このとき、ピン部１７の回転軸線２６は、前記接合部を貫通する接合線３２（図９参照）から、タンク部２４よりも高融点材料のアルミニウム合金で構成されるヘッダ２５寄りに、所定距離移動した場所に設定される。この回転軸線２６に沿ってヘッダ２５の方に回転させたピン部１７を当接させると、ピン部１７とヘッダ２５の表面との間に摩擦熱が発生し、ヘッダ２５が軟化してピン部１７がヘッダ２５内に圧入される。さらに圧入を進めると、ショルダ面１６ａがヘッダ２５とタンク部２４の両方に当接してヘッダ２５とタンク部２４の両方の組織を摩擦熱により流動化する。このとき、タンク部２４の流動化組織領域はヘッダ２５の流動化組織領域よりもその容積が小さいため、摩擦熱の影響が小さくなり、高融点樹脂材料のタンク部２４の内における温度上昇は、ヘッダ２５内における温度上昇よりも小さいので、タンク部２４の流動化は抑制される（以上、（ａ）圧入工程）。
【００５８】
次に、ピン部１７がヘッダ２５内に埋没し、ショルダ面１６ａがヘッダ２５およびタンク部２４に接触した後も攪拌端子への押圧力を所定時間維持する。ピン部１７のヘッダ２５内への埋没は、ピン部１７の先端がヘッダ２５を貫通しないように、前記攪拌端子を変位させ、接合領域２２をできるだけ深く形成するのが望ましい（以上、（ｂ）接合工程）。
【００５９】
さらに、攪拌端子を回転させながらヘッダ２５およびタンク部２４から離脱させると、接合領域２２が冷却されて固体化し、被接合物の突合せ部分が接合領域２２により接合されることになる（以上、（ｃ）引抜き工程）。
【００６０】
以上の摩擦攪拌接合についての３工程は、被接合物を部分的に接合する工程を説明したものである。本実施形態の摩擦攪拌接合においては、図１０に示すように、この３工程に加えてヘッダ２５およびタンク部２４の長手方向に延設する突合せ部分全体に沿って、攪拌端子を移動させる移動工程を行う。具体的には、（ｂ）接合工程の後に、攪拌端子を前記長手方向に所定距離分移動させる移動工程を行い、この移動工程の後に、（ｃ）引抜き工程を行うことになる。そして、再度、（ａ）圧入、（ｂ）接合、移動工程、（ｃ）引抜き工程を繰り返して、前記突合せ部分全体にわたって摩擦攪拌接合を施すこととする。
【００６１】
また、前記移動工程は、前記（ｂ）接合工程の後、前記長手方向に延設される突合せ部分全体にわたって連続して行うこととしてもよい。
【００６２】
なお、炉中ろう付け工程後に、異種材質の部品を摩擦攪拌接合で接合する場合の方法として、本実施形態のように、高融点側の部品寄りに攪拌端子をずらす方法の他に、融点の低い方の部品に、熱伝導率の高い材料を混入して熱伝導率を向上させて摩擦熱による温度上昇を抑制する方法や、高融点側の部品の表面粗さを大きくして高融点部品を積極的に昇温させる方法を採用することとしてもよい。
【００６３】
このように本実施形態の熱交換器の製造方法によれば、内部を第１流体が流れる複数のチューブ１と、このチューブ１の内部と連通してチューブ１の長手方向端部に設けられるタンク３とを有するコア１５と、このコア１５を保持するサイドプレート４とを組み付けて炉中ろう付けを行う熱交換器の製造方法において、前記炉中ろう付け後に、摩擦攪拌接合により異種材質の部品を接合するものであり、炉中ろう付け後に、摩擦攪拌接合を用いて異種材質の部品を接合することにより、部品材料のクラッド化が不要で、部品材料の選択肢が多くなり、品質面の向上、コスト低減に有用である。
【００６４】
また、内部を流れる第１流体と外部を通過する第２流体とを熱交換させる複数のチューブ１と、このチューブ１の長手方向端部に設けられるヘッダ２５と、チューブ１を保持するサイドプレート４とを組み付けて炉中ろう付けを行う熱交換器の製造方法において、炉中ろう付け後に、摩擦攪拌接合によりヘッダ２５に異種材質のタンク部２４を接合するものであり、従来、異種材質で形成されていたヘッダとタンク部について、摩擦攪拌接合を用いて接合することにより、必要としていたかしめ工程やパッキンを不要とできるので、使用材料の低減化可能となる。
【００６５】
（第３実施形態）
以下に、第３実施形態を説明する。図１１は、本実施形態における摩擦攪拌接合による製造方法において、攪拌端子のピン部を可動させる工程を示した工程図である。
【００６６】
図１１に示すように、本実施形態に示す摩擦攪拌接合は、第１実施形態において図３を用いて説明した摩擦攪拌接合の工程に対して、接合工程において攪拌端子全体を引き抜く前に可動化したピン部１７Ａを引き抜くことに特徴がある。以下に、特に説明しない構成については、第１実施形態における摩擦攪拌接合と同様であり、その説明は省略する。
【００６７】
この工程は、（ａ）圧入、（ｂ）接合・ピン抜き、（ｃ）引抜き、の３工程で構成される。摩擦攪拌接合に使用される攪拌端子は、円筒形状のショルダ部１６Ａと、ショルダ部１６Ａの同心軸上に突出して配置され、ショルダ部１６Ａとともに回転するピン部１７Ａとを備え、ピン部１７Ａは、軸方向に可動してショルダ面１６ａからの突出量を調整可能な構成とし、攪拌端子の引抜き方向についてはショルダ部１６Ａに完全に埋没させることができるものである。
【００６８】
以下に工程を説明する。まず、攪拌端子を回転させるとともに、被接合物２７、２８の接合部の方向に移動させ、回転するショルダ部１６Ａから突出するピン部１７Ａを前記接合部に当接させると、回転するピン部１７Ａと前記接合部との間に摩擦熱が発生し、被接合物２７および２８が軟化してピン部１７Ａが前記接合部に圧入され、流動化した接合領域２９を形成する（以上、（ａ）圧入工程）。
【００６９】
次に、ピン部１７Ａが前記接合部内に埋没し、ショルダ部１６Ａのピン部１７Ａ側端面に形成されるショルダ面１６ａが前記接合部に接触した後も攪拌端子への押圧力を所定時間維持する。ピン部１７Ａの前記接合部内への埋没は、ピン部１７Ａの先端が前記接合部の突き合せ部分にかかる裏面を越えない位置まで、つまりピン部１７Ａの先端が被接合物を貫通しないように、攪拌端子を変位させ、接合領域をできるだけ深く形成するのが望ましい。そして、ショルダ部１６Ａを接合部に当てた状態で回転させながらピン部１７Ａのみを接合部から離すように軸方向に可動させる。そうすると、ピン部１７Ａが接合部から離れるとともに、ピン部１７Ａにより押圧力が解除されるので、流動状態にある接合領域３０はピン部１７Ａの先端面の上昇に合わせて徐々にその表面を隆起させることになる（以上、（ｂ）接合・ピン抜き工程）。
【００７０】
さらに、ピン部１７Ａがさらに上昇して完全にショルダ部１６Ａの内部に没入すると、ショルダ部１６Ａを回転させながら被接合物２７、２８から離脱させると、中央部にピン部によるくぼみが小さく形成された接合領域３１が冷却されて固体化し、被接合物２７、２８の突合せ部分が接合領域３１により接合されることになる（以上、（ｃ）引抜き工程）。
【００７１】
このように本実施形態によれば、摩擦攪拌接合は、ショルダ部１６Ａと、このショルダ部１６Ａとともに同心軸上に回転するピン部１７Ａとを備えた攪拌端子を被接合物に回転接触させて軸方向に圧入し、発生した摩擦熱によって前記被接合物の組織を流動化させ、前記攪拌端子を前記被接合物から離すことにより、前記被接合物に固体化された接合領域を形成するものであり、前記接合領域を形成するときに、ピン部１７Ａは、ショルダ部１６Ａに対して前記被接合物から離れる軸方向に可動させることを特徴とする製造方法としたので、接合領域を形成するときにピン部１７Ａを前記被接合物からまず抜いて、ピン部１７Ａをショルダ部１６Ａ内に没入させた後にショルダ部１６Ａを引き抜く工程を行うことが可能になり、ピン部１７Ａの圧入により固体化される前の接合領域に形成されていたくぼみを小さくすることができるので、固体化された接合領域の肉厚が厚くなり、被接合物の強度をさらに向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】第１実施形態における熱交換器の製造工程を示した工程図である。
【図２】第１実施形態における熱交換器の構成を示した模式図である。
【図３】第１実施形態における摩擦攪拌接合の工程を示した工程図である。
【図４】第１実施形態において、摩擦攪拌接合を用いてタンクまたはモジュレータ管と、ブラケットとを結合する工程を示した断面図である。
【図５】図４において摩擦攪拌接合を施した場所を示す模式図である。
【図６】第１実施形態において、摩擦攪拌接合を用いてブラケットとサイドプレートとを結合する工程を示した断面図である。
【図７】第１実施形態において、摩擦攪拌接合を用いてブラケットとサイドプレートとを結合した後の状態を示した斜視図である。
【図８】第１実施形態において、摩擦攪拌接合を用いてコア同士を結合する工程を示した平面図である。
【図９】第２実施形態における摩擦攪拌接合を用いて異種材質のヘッダとタンク部とを結合する工程を示した断面図である。
【図１０】第２実施形態における摩擦攪拌接合を用いて異種材質のヘッダとタンク部とを結合する構成を示した斜視図である。
【図１１】第３実施形態における摩擦攪拌接合による製造方法において、攪拌端子のピン部を可動させる工程を示した工程図である。
【符号の説明】
【００７３】
１            チューブ
３            タンク
４            サイドプレート
５            モジュレータアッシィ（付属タンクアッシィ）
６            キャップ
８            ブラケット
９            モジュレータ管（付属タンク）
１１          モジュレータキャップ（付属タンクキャップ）
１３          ブラケット
１５          コア
１６、１６Ａ  ショルダ部
１７、１７Ａ  ピン部
２４          タンク部
２５          ヘッダ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2006297437.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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