(57)【要約】【課題】複数枚の接合板の接合部に設けられる流路に支障をきたすことなく、これらの接合板を確実に接合して熱交換器を製造できること。【解決手段】流路３が形成された第１接合板１と、流路４が形成された第２接合板２とを複数枚接合して熱交換器を製造する熱交換器の製造方法において、接合板１、２をろう材５を用いて接合するろう付け接合と、接合板１、２を加圧機により一軸方向に加圧することによって接合する拡散接合と、接合板１、２をガスによる等方圧力の加圧により接合する高温等方加圧接合処理とを、少なくとも２種類組み合わせることで複数枚の接合板１、２を接合するものである。【選択図】  図１
2008039255.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路が形成された複数枚の接合板を接合して熱交換器を製造する熱交換器の製造方法において、
上記接合板をろう材を用いて接合するろう付け接合と、上記接合板を加圧機により一軸方向に加圧することによって接合する拡散接合と、上記接合板をガスによる等方圧力の加圧により接合する高温等方加圧接合処理とを、少なくとも２種類組み合わせることで複数枚の上記接合板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】
前記複数枚の接合板をそれぞれ接合する複数の接合部のうち、一の接合部と他の接合部とで、ろう付け接合、拡散接合、高温等方加圧接合処理の組合せ種類を異ならせることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器の製造方法。
【請求項３】
前記接合板における接合面の縁近傍にろう材を配置してろう付け接合を実施することを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器の製造方法。
【請求項４】
前記接合板の接合面に凹凸模様が形成され、対向する上記接合板の上記接合面を、上記凹凸模様を交差させて押し当てることにより拡散接合を実施することを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器の製造方法。
【請求項５】
前記接合板における接合面の縁近傍にインサート材を配置して拡散接合を実施することを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器の製造方法。
【請求項６】
対向する前記接合板の両接合面間に配置されるろう材またはインサート材を、これらのろう材またはインサート材の粉体を噴射することにより形成することを特徴とする請求項１、２、３または５に記載の熱交換器の製造方法。
【請求項７】
対向する前記接合板の両接合面のうち、一方の接合面の縁近傍に凸部を形成し、この凸部を他方の接合面に押し当てることにより拡散接合を実施することを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器の製造方法。
【請求項８】
前記凸部は尖鋭形状のエッジ状凸部であり、このエッジ状凸部を他方の接合面に押し当て食い込ませることにより拡散接合を実施することを特徴とする請求項７に記載の熱交換器の製造方法。
【請求項９】
前記凸部またはエッジ状凸部を、接合材の接合面をエッチング加工することにより、または上記接合材と同一材質の粉体を噴射することにより形成することを特徴とする請求項７または８に記載の熱交換器の製造方法。
【請求項１０】
流路が形成された複数枚の接合板を接合して製造された熱交換器において、
上記接合板をろう材を用いて接合するろう付け接合と、上記接合板を加圧機により一軸方向に加圧することによって接合する拡散接合と、上記接合板をガスによる等方圧力の加圧により接合する高温等方加圧接合処理とが、少なくとも２種類組み合わされて複数枚の上記接合板が接合され構成されたことを特徴とする熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流路が形成された複数枚の接合板を接合して製造される熱交換器及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
流路等が形成された複数枚の接合板を接合して製造される熱交換器について、特許文献１に「一体型積層構造熱交換器」が、特許文献２に「積層型蒸発器」が、特許文献３に「積層式熱交換器」がそれぞれ開示されている。
【０００３】
特許文献１に記載の「一体型積層構造熱交換器」は、流路が形成された金属板を積層し、拡散接合により一体の積層構造に構成したものである。また、特許文献２に記載の「積層型蒸発器」は、エッチング加工された溝を有する複数枚のプレートを積層し、拡散接合にて構成したものである。更に、特許文献３に記載の「積層式熱交換器」は、流路が形成された流路プレートを複数枚積層し、ろう付け接合して構成したものである。
【特許文献１】特開２００５−２８２９５１号公報
【特許文献２】特開２００３−２６９８８２号公報
【特許文献３】特開２００１−２１５０９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１及び２には、熱交換器としての効率を向上させるための流路構造について主に説明されており、その製造に関しては、拡散接合を用いることのみが記載されている。また、特許文献３には、同様に流路構造について主に説明されており、その製造に関しては、ろう付け接合を用いることのみが記載されている。
【０００５】
ところが、複数枚の接合板を拡散接合し、あるいはろう付け接合する場合には、種々の課題があり、実際には接合板の接合面を確実に接合することは容易でない。
【０００６】
例えば、拡散接合では、ホットプレスなどを用いた加圧が必要であり、特に、耐熱性の高い接合板の場合にはそれに応じた高い加圧力が必要となる。このため、接合板に形成された流路が変形したり、加圧力の高い大型のホットプレスが必要になる。更に、ホットプレスを用いて接合板に高加圧力を作用しても、接合板の接合面への加圧力の作用が不均一となって、接合性の劣る部分(未接合部)が生ずる場合がある。
【０００７】
また、ろう付け接合の場合には、冶具による拘束や加圧力などが簡易的でよいが、ろう材の流出により、接合板に形成された流路が閉塞されたり、流路の形状が損なわれる恐れがある。特に、熱交換器の性能向上を目指して微細な流路を形成した場合には、ろう材による影響が著しい。また、高温・高圧の流体が流路に流れる熱交換器の場合には、接合板に高温での強度に優れる材料が使用されるが、この強度と比較してろう付け接合部の強度が劣り、熱交換器の耐熱性及び耐圧性が低下する恐れがある。また、ろう付け接合時のろう材の流れは、対向する接合面における隙間の影響が大きく、これらの接合面の全面に均一にろう材を流すことは容易でない。このため、ろう付け接合では、ろう材の流れ不良に起因する未接合部が発生し易い。
【０００８】
本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、複数枚の接合板の接合部に設けられる流路に支障をきたすことなく、これらの接合板を確実に接合して熱交換器を製造できる熱交換器の製造方法、及びその製造方法により製造された熱交換器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る熱交換器の製造方法は、上述した課題を解決するために、流路が形成された複数枚の接合板を接合して熱交換器を製造する熱交換器の製造方法において、上記接合板をろう材を用いて接合するろう付け接合と、上記接合板を加圧機により一軸方向に加圧することによって接合する拡散接合と、上記接合板をガスによる等方圧力の加圧により接合する高温等方加圧（Hot  Isostatic  Pressing（以下ＨＩＰという。））接合処理とを、少なくとも２種類組み合わせることで複数枚の上記接合板を接合することを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明に係る熱交換器は、上述した課題を解決するために、上記接合板をろう材を用いて接合するろう付け接合と、上記接合板を加圧機により一軸方向に加圧することによって接合する拡散接合と、上記接合板をガスによる等方圧力の加圧により接合するＨＩＰ接合処理とが、少なくとも２種類組み合わされて複数枚の上記接合板が接合され構成されたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、複数枚の接合板を、ろう付け接合、拡散接合、ＨＩＰ接合処理の少なくとも２種類を組み合わせて接合することから、各接合の長所を有効に活用し、短所を解消することで、複数枚の接合板の接合部に設けられる流路に支障をきたすことなく、これらの接合板の接合性を向上させて熱交換器を製造できる。例えば、ろう付け接合、拡散接合において低加圧力を作用することで流路に支障をきたすことがなく、また、ＨＩＰ接合処理を高加圧力で実施することで、接合部に残存する未接合部やボイドを消滅させて接合部の接合性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明を実施するための最良の形態を、図面に基づき説明する。但し、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではない。
【００１３】
［Ａ］第１の実施形態（図１）
図１は、本発明に係る熱交換器の製造方法における第１の実施形態を一部切欠いて示す製造工程図である。
【００１４】
この第１の実施形態における熱交換器の製造方法は、表面に流路３が形成された第１接合板１と、表面に流路４が形成された第２接合板２とを交互に複数枚、例えば１０枚ずつ合計２０枚接合して熱交換器を製造するものである。これらの第１接合板１と第２接合板２の接合は、ろう付け接合、拡散接合、ＨＩＰ（Hot  Isostatic  Pressing）接合処理の少なくとも２種類（本実施形態では全種類）を順次実施することにより実現される。
【００１５】
上記第１接合板１及び第２接合板２は、ステンレス鋼製であり、種々の寸法の板材が使用されるが、本実施形態では、例えば一辺が約１００ｍｍの正方形状で、厚さが約５ｍｍの板材が用いられる。また、上記流路３及び４は、例えば幅が約５ｍｍで、深さが約２ｍｍであり、ろう付け接合時にろう材の流入によって閉塞や詰まりなどの恐れがない程度の寸法である。
【００１６】
上記ろう付け接合は、ろう材を用いて被接合部材を接合するものであり、面シール性に優れる。本実施形態におけるろう付け接合時に使用されるろう材５は、第１接合板１及び第２接合板２の材質（ステンレス鋼）を考慮して、ニッケル系のアモルファスシートが用いられる。このろう材５は、図１（Ａ）に示すように、第１接合板１の流路３を除く表面である接合面６と、第２接合板２の裏面である接合面９との間に配置され、更に、第２接合板２の流路４を除く表面である接合面７と、第１接合板１の裏面である接合面８との間に配置される。
【００１７】
このようにして第１接合板１、第２接合板２間にろう材５を配置した構造体を真空炉内で、例えば約１０５０℃に１５分間程度保持して、第１接合板１と第２接合板２とをろう付け接合する。但し、このろう付け接合により接合面６と９間、接合面７と８間にそれぞれ形成されるろう付け接合部１０には、ろう材が均一に流れずにろう不足が生じた部分(未接合部)や、ボイドが存在している部分がある。これらのろう不足部分及びボイドを消失させるために、前記拡散接合を次に実施する。
【００１８】
この拡散接合は、被接合部材を加熱しながら加圧し、これらの被接合部材の接合面に原子拡散を生じさせて、上記接合面を接合するものである。この拡散接合では、通常、ホットプレスを加工機として用いて、被接合部材に一軸方向の加圧力を作用して接合する。本実施形態においては、図１（Ｂ）に示すように、ろう付け接合された第１接合板１と第２接合板２の接合体を、ホットプレスを用い、例えば約１０００℃で３０分間程度加熱しつつ、接合面６、７、８、９に対し垂直な一軸方向に約５ＭＰａの圧力で加圧して、拡散接合を実施する。この拡散接合では、第１接合板１の接合面６、８、第２接合板２の接合面７、９と、ろう材５の表面、裏面との間で、これらの接合板１、２とろう材５とが拡散により均一化されて接合される。
【００１９】
この拡散接合により接合面６と９間、接合面７と８間にそれぞれ形成される拡散接合部１１のろう層は、拡散接合時の加圧力により薄くなり、このろう層内において、ろう付け接合部１０に生じたろう不足による未接合部にろう材が流れ込み、且つろう付け接合部１０内に残存したボイドも減少した状態となる。但し、この拡散接合においては、第１接合板１の流路３、第２接合板２の流路４が変形しないように加圧力が抑制されていることから、上記ろう不足による未接合部や残存ボイドをすべて消失させることは困難であり、これらを消失させるために、前記ＨＩＰ接合処理を次に実施する。
【００２０】
このＨＩＰ接合処理は、高温雰囲気下で被接合部材を、ガスによる等方圧力の加圧によって接合するものであり、高い等方圧力を加えることが可能である。本実施形態では、拡散接合部１１により接合された第１接合板１と第２接合板２の接合体をＨＩＰ炉（不図示）内に収容し、例えば約１０００℃で６０分間程度を加熱しつつ、ガスにより約１００ＭＰａの等方圧力を作用して、ＨＩＰ接合処理を実施する。このＨＩＰ接合処理により、第１接合板１と第２接合板２とは、接合面６と９間、接合面７と８間にそれぞれ形成されたＨＩＰ接合部１２により接合される。
【００２１】
このＨＩＰ接合処理では、ガスによる高い等方圧力が第１接合板１、第２接合板２及び拡散接合部１１に作用するので、ＨＩＰ接合部１２内では、拡散接合部１１内に存在したろう不足による未接合部及び残存ボイドを略完全に消失させることができる。これにより、第１接合板１と第２接合板２が冶金的に一体となり、これらの第１接合板１と第２接合板２の接合性を向上させることができる。
【００２２】
また、このＨＩＰ接合処理では、ガスによる高い圧力が第１接合板１、第２接合板２に作用し、従って、このガス圧力が第１接合板１の流路３及び第２接合板２の流路４内にも作用するので、これらの流路３及び流路４の変形や損傷を防止することが可能となる。
【００２３】
尚、ＨＩＰ接合処理においては、一般に、接合されるべき接合部位の周囲を溶接等によりシールして、この接合部位にＨＩＰ接合処理時のガスが流入しないようにシール処理する必要がある。これに対し、本実施形態では、第１接合板１、第２接合板２間のろう付け接合部１０はシール性が高く、拡散接合部１１は更にシール性が高くなっているため、上述のシール処理を施すことなくＨＩＰ接合処理を実施することが可能となる。
【００２４】
以上のように、第１接合板１と第２接合板２とをろう付け接合し、次に拡散接合し、その後ＨＩＰ接合処理を実施して熱交換器を製造することから、次の効果（１）〜（３）を奏する。
【００２５】
（１）複数枚の第１接合板１及び第２接合板２を、ろう付け接合、拡散接合、ＨＩＰ接合処理を順次実施することで接合することから、ろう付け接合部１０及び拡散接合部１１に生ずるろう不足による未接合部や残留ボイドをＨＩＰ接合処理において略完全に消失させることができる。この結果、第１接合板１と第２接合板２を確実に接合して、熱交換器を製造することができる。
【００２６】
（２）ろう付け接合時及び拡散接合時には、第１接合板１及び第２接合板２に低加圧力が作用するため、第１接合板１の流路３及び第２接合板２の流路４に変形等を生じさせることがない。更に、ＨＩＰ接合処理時には、ガスによる高い等方圧力が作用するものの、このガス圧が第１接合板１の流路３、第２接合板２の流路４にも作用するので、これらの流路３及び流路４が変形等することがない。これらのことから、ろう付け接合、拡散接合、ＨＩＰ接合処理の順次実施により製造された熱交換器の寸法精度を良好に確保できる。
【００２７】
（３）ろう付け接合部１０、拡散接合部１１のシール性が良好であることから、ＨＩＰ接合処理において、接合部位の周囲を溶接等によりシールするシール処理を省略して、熱交換器を製造することができる。
【００２８】
［Ｂ］第２の実施形態（図２）
図２は、本発明に係る熱交換器の製造方法における第２の実施形態を一部切欠いて示す製造工程図である。
【００２９】
この第２の実施形態における熱交換器の製造方法は、表面に流路２３が形成された第１接合板２１と、表面に流路２４が形成された第２接合板２２とを交互に複数枚、例えば５枚ずつ合計１０枚接合し、これら複数の接合部のうち、一の接合部と他の接合部とで、ろう付け接合、拡散接合、ＨＩＰ接合処理の組合せ種類を異ならせて熱交換器を製造するものである。尚、上記第１接合板２１及び第２接合板２２は、ニッケル基超合金製である。
【００３０】
つまり、第１接合板２１の流路２３を除く表面である接合面２６と、第２接合板２２の裏面である接合面２９とを接合する接合部を、ろう付け接合、拡散接合、ＨＩＰ接合処理を順次実施して形成する。また、第２接合板２２の流路２４を除く表面である接合面２７と、第１接合板２１の裏面である接合面２８とを接合する接合部を、拡散接合、ＨＩＰ接合処理を順次実施して形成する。
【００３１】
その理由は次の通りである。第１接合板２１の上記流路２３は、例えば幅が約５ｍｍで、深さが約２ｍｍに形成されており、ろう付け接合時のろう材の流入によっても閉塞される恐れが少ない。このため、この流路２３を臨む接合面２６と第２接合板２２の接合面２９との最初の接合をろう付け接合としたのである。また、第２接合板２２の上記流路２４は、例えば幅が約５ｍｍで、深さが約１ｍｍに形成されており、ろう付け接合時のろう材の流入によって閉塞される恐れがある。このため、流路２４を臨む接合面２７と第１接合板２１の接合面２８との最初の接合を拡散接合としたのである。
【００３２】
このようにして製造する熱交換器の製造手順は、まず、図２（Ａ）に示すように、第１接合板２１の接合面２６と第２接合板２２の接合面２９との間に図示しないろう材（例えばニッケルろう）を介装し、これらを真空炉内で例えば約１１２０℃に１０分間程度保持して、第１接合板２１と第２接合板２２とをろう付け接合する。このろう付け接合により、第１接合板２１の接合面２６と第２接合板２２の接合面２９との間にろう付け接合部３０が形成される。
【００３３】
次に、図２（Ｂ）に示すように、ろう付け接合により接合された上述の接合体を５層（但し、図２（Ｂ）では簡略して３層を示す）積層する。そして、この積層体を、ホットプレスを用いて、例えば約１１２０℃で３０分間程度を加熱しつつ、接合面２６、２７、２８、２９に対し垂直な一軸方向に約１０ＭＰａの圧力で加圧して、拡散接合を実施する。この拡散接合により、第２接合板２２の接合面２７と、第１接合板２１の接合面２８との間に拡散接合部３１が形成される。更に、第１接合板２１の接合面２６と第２接合板２２の接合面２９との間にも拡散接合が実施されて、上記ろう付け接合部３０が、前記第１実施形態と同様にして拡散接合部３３となる。
【００３４】
その後、ろう付け接合及び拡散接合された接合体をＨＩＰ炉に収容し、例えば約１１２０℃で３０分間程度を加熱しつつ、ガスにより約１００ＭＰａの等方圧力を作用してＨＩＰ接合処理を実施する。このＨＩＰ接合処理により、図２（Ｃ）に示すように、第１接合板２１の接合面２６と第２接合板２２の接合面２９との間、第２接合板２２の接合面２７と第１接合板２１の接合面２８との間にＨＩＰ接合部３２がそれぞれ形成される。このＨＩＰ接合部３２では、拡散接合部３１、３３に残存した未接合部やボイドなどの欠陥が略完全に消失して、第１接合板２１と第２接合板２２とを冶金的に一体化でき、これらの第１接合板２１と第２接合板２２との接合性が向上する。
【００３５】
ここで、前述のような第１接合板２１の接合面２６と第２接合板２２の接合面２９との最初の接合、第２接合板２２の接合面２７と第１接合板２１の接合面２８との最初の接合を、ろう付け接合時のろう材により流路２３、２４が閉塞されるか否かの観点からではなく、その他の観点または理由によって、ろう付け接合と拡散接合のいずれかを選択してもよい。一例として、流路２３、２４を流れる流体の温度や圧力の違いにより、当該流路２３、２４近傍の接合部に要求される強度が異なるので、この強度の相違に応じて、接合面を接合する接合部の最初の接合をろう付け接合、または拡散接合のいずれかに選択してもよい。
【００３６】
具体的には、流路２３、２４が共に、例えば幅約５ｍｍで、深さが約２ｍｍに形成されて、ろう付け接合時にろう材により閉塞される恐れがない場合であっても、例えば流路２４に流れるガスの温度や圧力が高く、この流路２４近傍の、接合面２７と接合面２８との接合部に高強度が要求される場合には、当該接合面２７と接合面２８との最初の接合を拡散接合とする。また、例えば流路２３に流れるガスの温度や圧力が低く、この流路２３近傍の、接合面２６と接合面２９との接合部に高強度が要求されない場合には、当該接合面２６と接合面２９との最初の接合をろう付け接合とすることができる。
【００３７】
以上のように構成されたことから、本実施形態によれば次の効果（４）等を奏する。
【００３８】
（４）複数枚の第１接合板２１及び第２接合板２２を接合し、一の接合部と他の接合部とでろう付け接合、拡散接合、ＨＩＰ接合処理の組合せ種類を異にして熱交換器を製造する。
【００３９】
例えば、ろう付け接合でろう材の流入により閉塞される恐れがある流路２４近傍の接合部は、最初の接合を拡散接合とし、ろう付け接合でろう材により閉塞される恐れが低い流路２３近傍の接合部は、最初の接合をろう付け接合とする。従って、種々の形状の流路２３、２４を有する第１接合板２１、第２接合板２２を用いて熱交換器を製造することができる。
【００４０】
また、温度、圧力が異なる流体を流す流路２３、２４近傍の接合部は、要求される強度が異なるので、この接合部に要求される強度に応じて、各接合部の最初の接合をろう付け接合または拡散接合に選択することで、種々の温度、圧力の流体を流す流路を備えた第１接合板２１、第２接合板２２を用いて熱交換器を製造することができる。
【００４１】
その他、本実施形態における熱交換器の製造方法においても、第１接合板２１と第２接合板２２の接合を、ろう付け接合、拡散接合、ＨＩＰ接合処理の少なくとも２種類を組み合わせて実施し、ろう付け接合、拡散接合部は低加圧力で接合を実施するので、前記第１の実施形態の効果（１）〜（３）と同様な効果を奏する。
【００４２】
［Ｃ］第３の実施形態（図３）
図３は、本発明に係る熱交換器の製造方法における第３の実施形態を一部切欠いて示す製造工程図である。
【００４３】
この第３の実施形態における熱交換器の製造方法は、表面に流路４３が形成された第１接合板４１と、表面に流路４４が形成された第２接合板４２とを、交互に複数枚（図３では簡略して、第１接合板４１と第２接合板４２とを１枚づつ図示）接合して熱交換器を製造するものである。このうち、第１接合板４１の流路４３を除く表面である接合面４６と、第２接合板４２の裏面である接合面４９とは、後述の如く設置されたろう材４５を用いてろう付け接合された後、ＨＩＰ接合処理されて接合される。尚、第２接合板４２の流路４４を除く表面である接合面４７と、第１接合板４１の裏面である接合面４８との接合については特に限定されず、ろう付け接合、拡散接合、ＨＩＰ接合処理を２種類以上を組み合わせてもよく、または単独で実施してもよい。
【００４４】
ここで、上記第１接合板４１及び第２接合板４２は純銅製である。また、上記ろう材４５は、純銅のろう付けに適する共晶銀ろうが用いられる。また、このろう材４５は、図３（Ａ）に示すように、ろう付け接合時に第１接合板４１の接合面４６における縁近傍、即ちこの接合面４６において、流路４３の両側及び第１接合板４１の端面５０付近に設置される。このろう材４５は、シート状のものであってもよく、ペーストを塗布して形成してもよく、或いはコールドスプレーなどのように、ろう材粉末を高速噴射してコーティング法により形成してもよい。
【００４５】
上述のろう付け接合は、第１接合板４１の接合面４６上に上記ろう材４５を上述の如く設置し、このろう材４５上に第２接合板４２の接合面４９を重ね合わせ、真空炉内で例えば約８５０℃に５分間程度を保持して、第１接合板４１と第２接合板４２とをろう付け接合する。このろう付け接合により第１接合板４１の接合面４６と第２接合板４２の接合面４９との間にろう付け接合部５１が形成される（図３（Ｂ））。このろう付け接合では、ろう材４５が流路４３に流入して当該流路４３を閉塞しないようにろう材量が必要最少量に減少されているので、上記ろう付け接合部５１においては、ろう材４５が設置された部分は好適にろう付け接合されるが、この設置部分から離れた箇所ではろう材量が不足してボイド５２が生じやすい。このボイド５２内は、ろう付け接合が真空炉内で実施されているので、真空となっている。
【００４６】
このろう付け接合部５１により接合された第１接合板４１と第２接合板４２との接合体を、次にＨＩＰ接合処理する。上記ろう付け接合部５１は、第１接合板４１の接合面４６における縁近傍がろう材４５によりシールされているため、ＨＩＰ接合処理において接合部位の周囲を溶接等によりシール処理する必要がない。従って、ＨＩＰ接合処理は、ろう付け接合部５１にて接合された第１接合板４１及び第２接合板４２の接合体を、そのままＨＩＰ炉内に収容し、ろう材４５が溶融しない温度、例えば約７００℃に３０分間程度保持しつつ、ガスにより約１００ＭＰａの等方圧力を作用して実施する。
【００４７】
このＨＩＰ接合処理により、図３（Ｃ）に示すように、第１接合板４１の接合面４６と第２接合板４２の接合面４９との間にＨＩＰ接合部５３が形成される。このＨＩＰ接合部５３には、ろう付け接合部５１に残存したボイド５２や未接合部などの欠陥が消失して、第１接合板４１と第２接合板４２とを冶金的に一体化でき、従って、これらの第１接合板４１と第２接合板４２の接合性が向上する。
【００４８】
ここで、本実施形態において拡散接合を省略した理由を述べる。本実施形態の第１接合板４１及び第２接合板４２は、熱伝導性に優れた純銅が使用され、この純銅は軟質材料である。また、この純銅への濡れ性が良好な共晶銀ろうが、ろう材４５として使用されているので、ろう付け接合部５１の厚さは数１０μｍ以下となっている。これらのことから、ろう付け接合後、拡散接合をせずに直接ＨＩＰ接合処理を実施しても、ろう付け接合部５１内のボイド５２や未接合部を十分に消失させることができるからである。
【００４９】
以上のように構成されたことから、上記実施形態によれば、次の効果（５）及び（６）等を奏する。
【００５０】
（５）第１接合板４１における接合面４６の縁近傍にろう材４５が設置されて、第１接合板４１と第２接合板４２とがろう付け接合されたことから、必要最少量のろう材４５を用いることで、流路４３の閉塞を確実に防止でき、流路欠陥のない熱交換器を製造できる。
【００５１】
（６）第１接合板４１における接合面４６の縁近傍にろう材４５が設置されてろう付け接合されるので、ろう付け接合部５１のシール性が高まり、シール性に優れた熱交換器を製造できると共に、ＨＩＰ接合処理において、接合部位周囲のシール処理を省略して熱交換器を製造できる。
【００５２】
その他、本実施形態における熱交換器の製造方法においても、第１接合板４１と第２接合板４２との接合をろう付け接合とＨＩＰ接合処理とを組み合わせて実施し、ろう付け接合時には低加圧力で接合を実施することから、前記第１の実施形態の効果（１）及び（２）と同様な効果を奏する。
【００５３】
［Ｄ］第４の実施形態（図４）
図４は、本発明に係る熱交換器の製造方法における第４の実施形態を一部切欠いて示す製造工程図である。
【００５４】
この第４の実施形態における熱交換器の製造方法は、表面に流路６３が形成された第１接合板６１と、表面に流路６４が形成された第２接合板６２とを交互に複数枚、例えば５枚ずつ合計１０枚接合して、熱交換器を製造するものである。このうち、第１接合板６１の流路６３を除く表面である接合面６６と、第２接合板６２の裏面である接合面６９とは、拡散接合、ＨＩＰ接合処理を順次実施して接合する。尚、第２接合板６２の流路６４を除く表面である接合面６７と、第１接合板６１の裏面である接合面６８との接合については特に限定しないが、接合面６６と接合面６９の接合の場合と同様に実施するのが好ましい。
【００５５】
ここで、第１接合板６１及び第２接合板６２の接合により製造される熱交換器が高温高圧ガスを流すものである場合には、上記第１接合板６１及び第２接合板６２は高強度が要求されるので、例えば酸化物分散強化型の鉄系合金が用いられる。また、同様の理由から、第１接合板６１と第２接合板６２との接合部にも高強度が要求されるため、これらの第１接合板６１と第２接合板６２との接合にはろう付け接合が採用されず、最初の接合として拡散接合が実施される。また、上記第１接合板６１及び第２接合板６２は、種々の形状のものが用いられるが、本実施形態では、例えば一辺が約２００ｍｍの正方形状で、厚さが約２ｍｍの板材が用いられる。
【００５６】
上述の拡散接合は、第１接合板６１と第２接合板６２とを重ね合わせ、真空雰囲気下でホットプレスを用い、例えば約１０００℃で３０分間程度加熱しつつ、接合面６６、６７、６８、６９に対し垂直な一軸方向に約３０ＭＰａの等方圧力を作用して実施する。この拡散接合により、図４（Ａ）に示すように、対向する第１接合板６１の接合面６６と第２接合板６２の接合面６９との間に拡散接合部７０が形成される。第１接合板６１と第２接合板６２とが比較的大面積であることから、上記拡散接合部７０にはボイド（もしくは未接合部）７２が残存し易い。拡散接合が真空雰囲気下で実施されるので、上記ボイド内は真空となっている。
【００５７】
その後、拡散接合部７０により接合された第１接合板６１及び第２接合板６２の接合体をＨＩＰ炉に収容し、例えば約１０００℃で６０分間程度加熱しつつ、ガスによる約１００ＭＰａの等方圧力を作用してＨＩＰ接合処理を実施する。このＨＩＰ接合処理により、図４（Ｂ）に示すように、第１接合板６１の接合面６６と第２接合板６２の接合面６９との間にＨＩＰ接合部７１が形成される。このＨＩＰ接合部７１では、拡散接合部７０に残存したボイド７２等の欠陥が消失して、第１接合板６１と第２接合板６２とを冶金的に一体化でき、従って、これらの第１接合板６１と第２接合板６２との接合性が向上する。
【００５８】
また、上記ＨＩＰ接合処理においても、第１接合板６１の流路６３、第２接合板６２の流路６４は、内部にガスが満たされるので、高い加圧力によっても変形することがない。更に、拡散接合部７０はシール性が良好に確保されているので、ＨＩＰ接合処理の実施に際し、接合部位を溶接等でシール処理する必要がなく、拡散接合後直ちにＨＩＰ接合処理を実施することができる。
【００５９】
上記拡散接合部７０のシール性を更に高める方法として、例えば次の二つがある。
【００６０】
一つは、第１接合板６１の接合面６６と第２接合板６２の接合面６９に、図５に示すような凹凸模様７３を、例えば機械加工またはエッチング加工等によって形成し、これらの凹凸模様７３を交差させるようにして、上記接合面６６と接合面６９とを押し当て拡散接合する方法である。上記凹凸模様７３は、凹部及び凸部のそれぞれが直線状に延在して形成されている。
【００６１】
接合面６６と接合面６９の各凹凸模様７３が平行となるように配置して拡散接合を実施すると、拡散接合部７０に発生するボイド７２は、凹凸模様７３の方向に延びた形態になりやすく、第１接合板６１、第２接合板６２において、凹凸模様７３の延在方向に対向する一対の端面７４に露出して、拡散接合部７０のシール性が低下してしまう。この状態でＨＩＰ接合処理を実施しても、ＨＩＰ接合処理の使用ガスがボイド７２の内部に露出部から侵入して、このボイド７２を加圧により消失させることができない。
【００６２】
これに対し、第１接合板６１の接合面６６と第２接合板６２の接合面６９とを拡散接合させる際に、これらの接合面６６と接合面６９のそれぞれの凹凸模様７３を互いに交差させた場合には、交差した各接合部分は押し潰されることで互いに接近し、各接合部分に生ずるボイド７２の露出部分を閉塞するので、ボイド７２の形態は閉じたものになり易い。この結果、拡散接合部７０のシール性が高まり、その後のＨＩＰ接合処理により上記ボイド７２を確実に消失させることが可能となる。
【００６３】
拡散接合部７０のシール性を更に高める他の方法は、拡散接合時に、第１接合板６１の接合面６６と第２接合板６２の接合面６９との間にインサート材（不図示）を介装させる方法である。この場合、インサート材の使用量を低減つつ、且つ拡散接合部７０のシール性を高めるために、当該インサート材を第１接合板６１の接合面６６における縁近傍、つまり当該接合面６６において、流路６３の両側及び第１接合板６１の端面７４付近に設置する（図３（Ａ）参照）。このようにインサート材を設置することで、第１接合板６１と第２接合板６２との拡散接合部７０のシール性を向上させ、その後のＨＩＰ接合処理において、拡散接合部７０内のボイド７２を確実に消失させることが可能となる。
【００６４】
なお、上記インサート材は、第１接合板６１の接合面６２にシート状のものを設置してもよく、ペースト状のものの塗布してもよく、或いはインサート材の粉末を高速噴射させてコーティング法により形成してもよい。
【００６５】
以上のように構成されたことから、上記実施形態によれば、次の効果（７）〜（９）等を奏する。
【００６６】
（７）第１接合板６１の接合面６６と第２接合板６２の接合面６９とを拡散接合して、シール性の良好な拡散接合部７０を形成した後にＨＩＰ接合処理を実施して、上記接合面６６と接合面６９とを接合している。第１接合板６１及び第２接合板６２が高強度材料から構成されている場合、拡散接合のみで上記接合面６６と接合面６９とを接合しようとすると、高い加圧力が必要となるので、第１接合板６１の流路６３及び第２接合板６２の流路６４等を変形させる恐れがある。しかし、拡散接合を低加圧力で実施し、その後、流路６３及び流路６４等を変形させる恐れがないＨＩＰ接合処理を高い加圧力で実施して、拡散接合部７０内の残存ボイド７２等を消失させるので、流路の寸法精度を確保しつつ、接合面６６と接合面６９、ひいては第１接合板６１と第２接合板６２とを確実に接合させた熱交換器を製造することができる。
【００６７】
（８）第１接合板６１の接合面６６と第２接合板６２の接合面６９とに凹凸模様７３を形成し、これらを互いに交差させた状態で接合面６６と接合面６９とを拡散接合させた場合には、拡散接合部７０に生ずるボイド７２を閉塞させたものとすることができるので、当該拡散接合部７０のシール性が優れたものとなる。従って、その後に実施するＨＩＰ接合処理によって上記ボイド７２等を確実に消失させることができるので、接合面６６と接合面６９、ひいては第１接合板６１と第２接合板６２とを確実に接合させた熱交換器を製造することができる。
【００６８】
（９）第１接合板６１の接合面６６と第２接合板６２の接合面６９との間にインサート材を介装して拡散接合させた場合にも、拡散接合部７０のシール性を高めることができる。特に、インサート材を接合面６６の縁近傍に設置することで、インサート材の使用量を低減しつつ、拡散接合部７０のシール性を高めることができる。
【００６９】
その他、本実施形態においても、ＨＩＰ接合処理の前に第１接合板６１の接合面６６と第２接合板６２の接合面６９との間にシール性の良好な拡散接合部７０が形成されているので、前記第１の実施形態の効果（３）と同様な効果を奏する。
【００７０】
［Ｅ］第５の実施形態（図６）
図６は、本発明に係る熱交換器の製造方法における第５の実施形態の接合板を一部切欠いて示す分解側面図である。この第５の実施形態において、前記第４の実施形態と同様な部分は、同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００７１】
この第５の実施形態においても、前記第４の実施形態と同様に、第１接合板６１の接合面６６と第２接合板６２の接合面６９とを拡散接合した後、ＨＩＰ接合処理を実施して、複数枚の接合板６１及び接合板６２から熱交換器を製造する。但し、この第５の実施形態においては、拡散接合を実施する第１接合板６１の接合面６６と第２接合板６２の接合面６９のうち、接合面６６の縁近傍に凸部８０が形成されている。つまり、この凸部８０は、第１接合板６１の接合面６６において、流路６３の両側及び第１接合板６１の端面７４付近に形成されている。
【００７２】
上記凸部８０は、第１接合板６１を機械加工することによって形成してもよく、或いは第１接合板６１において凸部８０以外の部分を化学的にエッチング加工し減肉させて形成してもよい。または、第１接合板６１の接合面６６に、この第１接合板６１と同一材質の粉末を高速噴射させるコールドスプレー等のコーティング法を用いて、上記凸部８０を形成してもよい。この凸部８０は、例えば幅が約０．５〜１．０ｍｍで、高さが約０．１〜０．５ｍｍに形成される。
【００７３】
上記凸部８０を備えた第１接合板６１の接合面６６と、第２接合板６２の接合面６９とを拡散接合すると、凸部８０が接合面６９に押し当てられて拡散接合される。従って、この拡散接合によって接合面６６、６９間に形成される図示しない拡散接合部は、シール性、特に凸部８０が設置された部分のシール性が高いものとなる。
【００７４】
また、第１接合板６１における接合面６６の片側の幅Ｗが例えば約１０ｍｍであり、凸部８０の幅Ｍが例えば０．５ｍｍのときには、第１接合板６１の凸部８０が第２接合板６２の接合面６９に当接する面積は、上記接合面６６が上記接合面６９に当接する面積に比べて１／１０となる。従って、上記凸部８０が上記接合面６９に拡散接合する場合には、上記接合面６６が上記接合面６９に直接拡散接合する場合に比べて、第１接合板６１及び第２接合板６２に作用する荷重（加圧力）が１／１０となる。この結果、第１接合板６１の流路６３及び第２接合板６２の流路６４の変形を抑制することが可能となる。
【００７５】
上述のようにして拡散接合された第１接合板６１及び第２接合板６２を次にＨＩＰ接合処理する。このＨＩＰ接合処理によって、第１接合板６１の接合面６６と第２接合板６２の接合面６９との間で、上記拡散接合部が図示しないＨＩＰ接合部となる。上記拡散接合部のシール性が良好であることから、ＨＩＰ接合処理では、拡散接合部内のボイド（不図示）等が確実に消失して、第１接合板６１の接合面６６と第２接合板６２の接合面６９との接合性が向上する。
【００７６】
以上のように構成されたことから、上記実施形態によれば、次の効果（１０）及び（１１）等を奏する。
【００７７】
（１０）対向する第１接合板６１の接合面６６と第２接合板６２の接合面６９とのうち、例えば接合面６６の縁近傍に凸部８０を形成し、この凸部８０を接合面６９に押し当てることで拡散接合を実施し、その後、第１接合板６１及び第２接合板６２にＨＩＰ接合処理を実施して熱交換器を製造する。このように接合面６６に凸部８０が形成されているため、上記拡散接合において形成される拡散接合部のシール性を高めることができる。この結果、ＨＩＰ接合処理により接合面６６と接合面６９との接合、ひいては第１接合板６１と第２接合板６２との接合を確実化でき、接合性の良好な熱交換器を製造できる。
【００７８】
（１１）第１接合板６１の接合面６６に形成された凸部８０が第２接合板６２の接合面６９に押し当てられて拡散接合が実施されるので、この拡散接合を低荷重（低加圧力）で実施でき、第１接合板６１の流路６３及び第２接合板６２の流路６４の変形を抑制できる。また、ＨＩＰ接合処理においては、流路６３及び流路６４は、ＨＩＰ接合処理の使用ガスで満たされるので、高加圧力が作用しても変形が抑制される。これらの結果、流路等の寸法精度が良好な熱交換器を製造できる。
【００７９】
その他、本実施形態においても、ＨＩＰ接合処理の前に、第１接合板６１の接合面６６と第２接合板６２の接合面６９との間にシール性の良好な拡散接合部が形成されるので、前記第１の実施形態の効果（３）と同様な効果を奏する。
【００８０】
［Ｆ］第６の実施形態（図７）
図７は、本発明に係る熱交換器の製造方法における第６の実施形態を一部切欠いて示す製造工程図である。この第６の実施形態において、前記第４及び第５の実施形態と同様な部分は、同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００８１】
この第６の実施形態が第５の実施形態と異なる点は、凸部８０が尖鋭形状のエッジ状凸部８５（図７（Ａ））とされ、対向する第１接合板６１の接合面６６と第２接合板６２の接合面６９との拡散接合時に、図７（Ｂ）に示すように、上記エッジ状凸部８５が接合面６９に食い込んで接合される点である。従って、この拡散接合においては、より低い荷重（加圧力）で拡散接合を実施できると共に、この拡散接合により接合面６６と接合面６９との間に形成される拡散接合部８６のシール性を向上させることができる。
【００８２】
ここで、上記エッジ状凸部８５も、前記凸部８０と同様にして機械加工、エッチング加工またはコーティング法により形成される。
【００８３】
以上のように構成されたことから、上記実施形態によれば、次の効果（１２）及び（１３）等を奏する。
【００８４】
（１２）対向する第１接合板６１の接合面６６と第２接合板６２の接合面６９とのうち、例えば接合面６６の縁近傍にエッジ状凸部８５を形成し、このエッジ状凸部８５を接合面６９に食い込ませることで拡散接合を実施し、その後、第１接合板６１及び第２接合板６２にＨＩＰ接合処理を実施して熱交換器を製造する。このように接合面６６にエッジ状凸部８５が形成され、このエッジ状凸部８５が接合面６６に食い込んで拡散接合が実施されるため、上記拡散接合において形成される拡散接合部のシール性をより一層高めることができる。この結果、ＨＩＰ接合処理により接合面６６と接合面６９との接合、ひいては第１接合板６１と第２接合板６２との接合を確実化でき、接合性の良好な熱交換器を製造できる。
【００８５】
（１３）第１接合板６１の接合面６６に形成されたエッジ状凸部８５が第２接合板６２の接合面６９に食い込んで拡散接合が実施されるので、この拡散接合をより低荷重（低加圧力）で実施でき、第１接合板６１の流路６３及び第２接合板６２の流路６４の変形を更に抑制できる。また、ＨＩＰ接合処理においては、流路６３及び流路６４は、ＨＩＰ接合処理の使用ガスで満たされるので、高加圧力が作用しても変形が抑制される。これらの結果、流路等の寸法精度が良好な熱交換器を製造できる。
【００８６】
その他、本実施形態においても、ＨＩＰ接合処理の前に、第１接合板６１の接合面６６と第２接合板６２の接合面６９との間にシール性の良好な拡散接合部が形成されるので、前記第１の実施形態の効果（３）と同様な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明に係る熱交換器の製造方法における第１の実施形態を一部切欠いて示す製造工程図。
【図２】本発明に係る熱交換器の製造方法における第２の実施形態を一部切欠いて示す製造工程図。
【図３】本発明に係る熱交換器の製造方法における第３の実施形態を一部切欠いて示す製造工程図。
【図４】本発明に係る熱交換器の製造方法における第４の実施形態を一部切欠いて示す製造工程図。
【図５】図４における接合面の凹凸模様を示す図。
【図６】本発明に係る熱交換器の製造方法における第５の実施形態の接合板を一部切欠いて示す分解側面図。
【図７】本発明に係る熱交換器の製造方法における第６の実施形態を一部切欠いて示す製造工程図。
【符号の説明】
【００８８】
１  第１接合板、
２  第２接合板
３、４  流路
５  ろう材
６、７、８、９  接合面
１０  ろう付け接合部
１１  拡散接合部
１２  ＨＩＰ接合部
２１  第１接合板
２２  第２接合板
２３、２４  流路
２６、２７、２８、２９  接合面
３０  ろう付け接合部
３１、３３  拡散接合部
３２  ＨＩＰ接合部
４１  第１接合板
４２  第２接合板
４３、４４  流路
４５  ろう材
４６、４７、４８、４９  接合面
５１  ろう付け接合部
５３  ＨＩＰ接合部
６１  第１接合板
６２  第２接合板
６３、６４  流路
６６、６７、６８、６９  接合面
７０  拡散接合部
７１  ＨＩＰ接合部
７３  凹凸模様
８０  凸部
８５  エッジ状凸部
【図１】
2008039255.tif 000003
【図２】
2008039255.tif 000004
【図３】
2008039255.tif 000005
【図４】
2008039255.tif 000006
【図５】
2008039255.tif 000007
【図６】
2008039255.tif 000008
【図７】
2008039255.tif 000009