JP2006289481A

JP2006289481A - 熱交換器およびその製造方法

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Publication number: JP2006289481A
Application number: JP2005117565A
Authority: JP
Inventors: Kenta Gocho; 健太五丁; Takashi Hattori; 隆服部; Hiroyuki Nishikawa; 宏之西川
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2005-04-14
Filing date: 2005-04-14
Publication date: 2006-10-26

Abstract

【課題】材料費、エネルギー費を低減するとともに、品質の安定した熱交換器およびその製造方法を提供する。
【解決手段】内部を流体が流れるチューブ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を備え、コア１５の前記構成部品のうち、少なくとも一つの構成部品の形成に摩擦攪拌接合を用いた構成としたので、コア１５の構成部品を形成するときに摩擦攪拌接合を用いることにより、材料の使用量およびエネルギー使用量を低減しコスト面、品質面に優れた熱交換器およびその製造方法が得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内部を流体が流れるチューブと、このチューブの長手方向端部に設けられるタンクとを少なくとも有する熱交換器およびその製造方法に関する。

従来、この種の熱交換器においては、第１ヘッダと、第２ヘッダと、内部を流れる第１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１流体と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）。
特開２００４‐３７８７号公報（第１図）

しかし、上記従来の熱交換器においては、炉中ろう付けされる部品相互にろう付けのための重ねしろを設定する組み付けが必要であるという問題があった。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、ろう材の使用量を低減した熱交換器およびその製造方法を提供することを目的とする。

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。

請求項１に記載の熱交換器の発明は、内部を流体が流れるチューブ（１）と、前記チューブ（１）の内部と連通して前記チューブ（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）を備えた熱交換器であって、
前記コア（１５）の構成部品のうち、少なくとも一つの構成部品の形成において摩擦攪拌接合を用いたことを特徴とする。

この請求項１に記載の発明によれば、コアの構成部品を形成するときに摩擦攪拌接合を用いることにより、構成部品の接合部分の重ねしろを設けないで、あるいは重ねしろをできるだけ小さくして接合部同士を突き合わせる構成とすることにより、材料の減量化を図ることができる。また、接合部を固定する構成についても簡素化することができるので、製造工数を低減することができる。

請求項２に記載の熱交換器の発明は、前記タンク（３）は板材で構成され、当該板材の接合に摩擦攪拌接合を用いたことを特徴とする。

この請求項２に記載の発明によれば、タンクの形成に摩擦攪拌接合を用いたことにより、タンクを低エネルギーで成形可能となり、コスト低減に大きく寄与する。

請求項３に記載の熱交換器の発明は、前記タンク（３）は、本体と、その端部を封止するキャップ（６）とを備え、前記キャップ（６）と前記本体とは、摩擦攪拌接合を用いて接合されることを特徴とする。

この請求項３に記載の発明によれば、キャップにかしめ爪部を設ける必要がなくなり、材料の低減、かしめ不良によるろう付け不良の防止などを実現することができる。

請求項４に記載の熱交換器の発明は、内部を流体が流れるチューブ（１）と、前記チューブ（１）の内部と連通して前記チューブ（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）を備えた熱交換器であって、前記タンク（３）の内部と連通して設けられる付属タンク（９）を備え、前記付属タンク（９）は、その端部を封止する付属タンクキャップ（１１）を備え、前記付属タンクと前記付属タンクキャップ（１１）とは、摩擦攪拌接合を用いて接合されることを特徴とする。

この請求項４に記載の発明によれば、付属タンクと付属タンクキャップとの結合にかしめ構造が不要になるので、かしめ不良によるろう付け不良の防止、材料の低減などを実現することができる。

請求項５に記載の熱交換器の発明は、内部を流体が流れるチューブ（１）と、前記チューブ（１）の内部と連通して前記チューブ（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、前記タンク（３）内部と連通する付属タンクアッシィ（５）と、を備えた熱交換器であって、前記付属タンクアッシィ（５）と前記タンク（３）は、直接、あるいは両者を連結する接合部品（１２）を介して摩擦攪拌結合を用いて接合されることを特徴とする。

この請求項５に記載の発明によれば、付属タンクアッシィとタンク、または接合部品と付属タンクアッシィおよびタンクのそれぞれを摩擦攪拌接合により接合するので、付属タンクアッシィまたは接合部品にかしめ部を設ける必要がなく、材料費低減、かしめ不良によるろう付け不良の防止を実現できる。

請求項６に記載の熱交換器の発明は、内部を流体が流れるチューブ（１）と、前記チューブ（１）の内部と連通して前記チューブ（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）を備えた熱交換器であって、前記タンク（３）の内部と連通して設けられる付属タンク（９）と前記付属タンク（９）に取り付けられるメネジ（１０）とは、摩擦攪拌接合を用いて接合されることを特徴とする。

この請求項６に記載の発明によれば、付属タンクとメネジの結合にかしめ構造が不要になるので、かしめ不良によるろう付け不良の防止、材料の低減などを実現することができる。

請求項７に記載の熱交換器の発明は、車両、または車両に組み付けられている部品に取り付けるためのブラケット（１３）が摩擦攪拌接合を用いて接合されていることを特徴とする。

この請求項７に記載の発明によれば、ブラケットの結合に溶接を用いる代わりに、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。

請求項８に記載の熱交換器の発明は、内部を流体が流れるチューブ（１）と、前記チューブ（１）の内部と連通して前記チューブ（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）を備えた熱交換器であって、前記チューブの形成に摩擦攪拌接合を用いたことを特徴とする。

この請求項８に記載の発明によれば、チューブの接合品質を向上させ、未然に不良品を防止することが可能となる。

請求項９に記載の熱交換器の製造方法の発明は、内部を流体が流れるチューブ（１）と、このチューブ（１）の内部と連通させて前記チューブ（１）の長手方向端部に配置したタンク（３）とを有するコア（１５）を備えた熱交換器の製造方法であって、前記コア（１５）を組み立てるコア組立工程と、炉の中に入れてろう付けする工程とからなり、前記炉中ろう付け工程前の、構成部品の形成、または構成部品同士の接合に摩擦攪拌接合を用いたことを特徴とする。

この請求項９に記載の発明によれば、炉中ろう付け工程より前に摩擦攪拌接合を実施することにより、炉中ろう付け工程で所望のろう付けを行うための、重ねしろ低減が可能となり、コスト低減に大きく寄与する。

請求項１０に記載の熱交換器の製造方法の発明は、内部を流体が流れるチューブ（１）と、このチューブ（１）の内部と連通させて前記チューブ（１）の長手方向端部に配置したタンク（３）とを少なくとも有する熱交換器の製造方法であって、前記熱交換器における、構成部品の形成、または構成部品同士の接合に摩擦攪拌接合を使用するとともに、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、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。

この請求項１０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、被接合物の強度をさらに向上させることができる。

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。

（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、図３に示した摩擦攪拌接合における攪拌端子についてタンク長手方向の動きを示した側面図である。図５は、本実施形態において、摩擦攪拌接合を用いてモジュレータ管（付属タンク）とモジュレータキャップ（付属タンクキャップ）を結合する構成を示した断面図である。図６は、本実施形態において、摩擦攪拌接合を用いてモジュレータ管（付属タンク）とメネジを結合する構成を示した断面図である。図７は、本実施形態において、摩擦攪拌接合を用いてモジュレータ管（付属タンク）とタンクとをプレート（接合部品）を介して結合する構成を示した正面図である。図８は、図７のＡ−Ａ断面における矢視図である。図９は、本実施形態において、摩擦攪拌接合を用いてタンクとキャップを結合する構成を示した断面図である。図１０は、図９において摩擦攪拌接合を施した場所を示す斜視図である。図１１は、本実施形態において、摩擦攪拌接合を用いてタンクまたはモジュレータ管（付属タンク）と、ブラケットとを結合する構成を示した断面図である。図１２は、図１１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１３は、炉中ろう付け工程前に、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１４は、ろう付け工程前に、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。

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り付けられる。熱交換器は、内部を流体が流れるチューブと、このチューブの長手方向端部に設けられるタンクとを少なくとも有する。熱交換器は、内部に単一の通路を提供する単一のチューブ、内部に複数の通路を提供する単一のチューブ、あるいは内部に単一もしくは複数の通路を提供する複数のチューブを備えることができる。また、熱交換器は、チューブと外部配管との接続部材としてタンクを備えることができる。タンクは、単一もしくは複数のチューブによって提供される単一もしくは複数の通路へ流体を供給する部屋を提供する。複数の通路が提供される場合には、タンクは分配室あるいは集合室を提供する。熱交換器の構成部品には、流体の通路を区画する部材としてのチューブ、タンク、あるいは付属タンクなどの部品の他に、熱交換器を支持し固定するためのブラケットなどが含まれる。これら構成部品は、それらの所要の形状を得るために複数の部材を接合して構成されることがあり、それらの部材の接合に摩擦攪拌接合が用いられることがある。また、これらの構成部品を接合して熱交換器としての形態を得るために、摩擦攪拌接合が用いられることがある。摩擦攪拌接合工程で形成される接合部は、これら構成部品あるいは熱交換器の最終的な接合部として提供される場合と、これら構成部品あるいは熱交換器の予備的な接合部として提供される場合とがある。例えば、摩擦攪拌接合工程で形成される接合部は、構成部品あるいは熱交換器の仮組みのための接合部を提供し、その接合部に加えて最終的な接合部を形成することができる。例えば、高い強度、あるいは流体のシール性を提供するために、ろう付け、あるいは熱を伴う溶接による接合部を形成することができる。

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としてのモジュレータアッシィ５、キャップ６、コネクタ７、およびブラケット８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から構成される。モジュレータアッシィ５は、付属タンクとしてのモジュレータ管９、メネジ１０、および付属タンクキャップ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。

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。

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。

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。

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。

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。

タンク３Ａ、３Ｂの形成において本実施形態では、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）を用いる。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。

図３に示すように、薄い板状のタンク材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、前記接合部がタンク３Ａ、３Ｂの長手方向長さに渡って形成される管状形態であり、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タンク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。

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タンク材において、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。

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、タンク３材が軟化してピン部１７がタンク材に圧入される（以上、（ａ）圧入工程）。

次に、ピン部１７がタンク３材内に埋没し、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がタンク３材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のタンク３材内への埋没は、ピン部１７の先端がタンク３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の先端が管状のタンク３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）。

さらに、攪拌端子を回転させながらタンク３材から離脱させると、接合領域２０が冷却されて固体化し、被接合物であるタンク３材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）。

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。タンク３の接合においては、図４に示すように、この３工程に加えてタンク３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、攪拌端子をタンク３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。

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。

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、ブラケット８である。

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。

図５に示すように、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を装着して、モジュレータ管９の端部を封止し、摩擦攪拌接合を実施するために、モジュレータキャップ１１の外周縁近傍の端面に、攪拌端子のピン部１７を回転させながらモジュレータ管９の軸方向から圧入する。このときの圧入深さは、モジュレータキャップ１１の外周縁近傍の肉厚を貫通してモジュレータ管９の端面を越える位置まで至り、モジュレータキャップ１１とモジュレータ管９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。このようにして固定化された接合領域をモジュレータキャップ１１の外周縁部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、モジュレータキャップ１１がモジュレータ管９に確実に固定されることになり、さらに、摩擦攪拌接合が施されていないモジュレータキャップ１１の外周縁部について、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。

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。図６に示すように、管状のモジュレータ管９の他端側開口にメネジ１０を内挿し、摩擦攪拌接合を実施するために、メネジ１０が内挿された位置にあるモジュレータ管９の外周面に、攪拌端子のピン部１７を回転させながらモジュレータ管９の軸方向と垂直な方向から圧入する。このときの圧入深さは、モジュレータ管９の外周面を貫通してメネジ１０の外周面を越える位置まで至り、メネジ１０とモジュレータ管９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。このようにして固定化された接合領域をモジュレータ管９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、メネジ１０がモジュレータ管９に確実に固定されることになり、さらに、摩擦攪拌接合が施されていないメネジ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、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、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、雄ネジをメネジ１０に螺合してモジュレータ管９は封止されることになる。

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。

このように設定されたモジュレータ管９、プレート１２、およびタンク３Ｂにおいて、プレート１２を介して摩擦攪拌接合を施す。まず、図７および図８に示すように、モジュレータ管９とプレート１２の接合部、およびタンク３とプレート１２の接合部に前述した摩擦攪拌接合を実施する。図８は、図７のＡ−Ａ断面矢視図であり、モジュレータ管９にプレート１２を接合した状態を示している。プレート１２の上部でモジュレータ管９との接合部に、攪拌端子を回転させ、（ａ）圧入、（ｂ）接合、移動（ｂ）引抜の工程を行うことにより、所定長さの接合領域１８を形成するものである。同様に、タンク３とプレート１２についても、プレート１２の上部でタンク３との接合部に、攪拌端子を回転させ、同様の工程を行うことにより、所定長さの接合領域を形成する。

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、摩擦攪拌接合が施されていないプレート１２との接合部について、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。

なお、プレート１２と、タンク３またはモジュレータ管９との接合部に施す摩擦攪拌接合は、所定の長さを有するように実施するものの他に、スポット状に複数箇所形成するように実施することとしても同様の作用効果が得られる。

また、モジュレータ管９とタンク３とを接合する上で、接合部品としてのプレート１２を介さないで直接、モジュレータ管９とタンク３とを摩擦攪拌接合を用いて接合することとしてもよい。この場合、ピン部１７は、モジュレータ管９とタンク３が突き合わされる突合せ部に当てるように攪拌端子の位置を設定し、上記と同様に、（ａ）圧入、（ｂ）接合、移動（ｂ）引抜の工程を行うものである。

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。図９に示すように、管状のタンク３に両端開口にキャップ６を取り付け、摩擦攪拌接合を実施するために、キャップ６の外周縁近傍の端面に、攪拌端子のピン部１７を回転させながらタンク３の軸方向から圧入する。このときの圧入深さは、キャップ６の外周縁近傍の肉厚を貫通してタンク３の端面を越える位置まで至り、キャップ６とタンク３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。このようにして固定化された接合領域をキャップ６の外周縁部に複数箇所スポット状に形成する。また、図１０に示すように、キャップ６の外周縁上でタンク３２との接合部に、攪拌端子を回転させ、圧入、引き抜き、移動、を繰り返すことにより、所定長さの接合領域２１、２２を複数箇所形成するようにしてもよい。また、キャップ６の外周縁上でタンク３２との接合部の全周にわたり、摩擦攪拌接合を施すこととしてもよい。

このように摩擦攪拌接合を施すことにより、キャップ６がタンク３に確実に固定されることになり、さらに、摩擦攪拌接合が施されていないキャップ６の外周縁部とタンク３の接合部について、炉中ろう付け工程で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。

次に、他部品組立工程におけるタンク３またはモジュレータ管９にブラケット１３を組み付け接合する工程を説明する。図１１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。図１２に示すように、このようにして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。

また、図１３に示すように、他部品組立工程において、摩擦攪拌接合によりサイドプレート４Ｂにブラケット８を接合した構成とその製造方法を説明する。

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８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１４に示すように、複数箇所スポット状に形成される。

上記に示したコア組立工程、他部品組立工程を経て、最後に熱交換器全体を炉の中に入れてろう付けする炉中ろう付け工程を行い、すべての部品についてろう付けがなされることになる。

このように本実施形態によれば、内部を流体が流れるチューブ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を備え、コア１５の前記構成部品のうち、少なくとも一つの構成部品の形成に摩擦攪拌接合を用いた構成としたので、コア１５の構成部品を形成するときに摩擦攪拌接合を用いることにより、タンク３をはじめとした前記構成部品の接合部分に重ねしろを設けないで、あるいは重ねしろをできるだけ小さくして、接合部同士を突き合わせる構成とすることにより、材料の減量化を図ることができる。また、接合部を固定する構成についても簡素化することができるので、製造工数を低減することができる熱交換器が得られる。また、低温で接合が行えるので、溶接で固定した場合と比べて安定したタンクの製品形状が得られる。

また、タンク３は板材で構成され、前記板材のタンク形状形成時の前記板材の接合を摩擦攪拌接合とした場合には、タンク３の形成に摩擦攪拌接合を用いたことにより、タンクを押し出し成形品で形成しないで、板材を加工することで形成することができるため、タンク材のコスト低減に大きく寄与する。

また、タンク３を構成する筒状のタンク本体の端部に装着されてタンク本体の端部開口を覆い、端部開口を液密に封止するキャップ６が設けられる。タンク３を封止するキャップ６とタンク３の結合は、摩擦攪拌接合により行うこととした場合には、キャップ６にかしめ爪部を形成してタンクにかしめる工程や、キャップ６に前記かしめ爪部を設ける必要がなくなり、かしめ不良によるろう付け不良の防止、材料の低減などを実現することができる。

また、内部を流体が流れるチューブ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、タンク３の内部と連通するモジュレータアッシィ５と、を備え、モジュレータアッシィ５を構成する構成部品同士は摩擦攪拌接合により結合されることとした場合には、モジュレータアッシィ５を構成する構成部品にかしめ爪部を形成する工程による工数の削減、かしめ工程による歩留まりの削減、かしめ不良によるろう付け不良の防止、材料の軽量化などを実現することができる。

また、内部を流体が流れるチューブ１と、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、タンク３内部と連通するモジュレータアッシィ５とを備え、モジュレータアッシィ５とタンク３は、両者を連結するプレート１２を介して摩擦攪拌結合を施すことにより結合されることとした場合には、プレート１２とモジュレータアッシィ５、およびプレート１２とタンク３のそれぞれを摩擦攪拌接合によりともに結合することになるので、プレート１２にかしめ爪部を設ける必要がなくかしめ不良によるろう付け不良の防止を実現して、品質面、コスト面に優れた熱交換器が得られる。

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との結合において、溶接の代わりに、摩擦攪拌接合を用いることにより、エネルギーの低減をすることができる。

また、内部を流体が流れるチューブ１と、このチューブ１の内部と連通させてチューブ１の長手方向端部に配置したタンク３とを一体化してコア１５を組み立てるコア組立工程と、コア１５に対して、モジュレータアッシィ５と、コア１５を被固定対象物に固定するためのブラケット１３とを組み立てる他部品組立工程と、この他部品組立工程までで得られた製造物を炉の中に入れてろう付け固定する炉中ろう付け工程と、からなる熱交換器の製造方法において、前記炉中ろう付け工程前の、構成部品の形成、または構成部品同士の接合に摩擦攪拌接合を用いた場合には、炉中ろう付け工程より前に摩擦攪拌接合を実施することにより、炉中ろう付け工程で所望のろう付けを行うための、かしめ工程や構成部品の位置決め作業を削減することができるので、製造工程を改善して、品質面、コスト面で優れた熱交換器を提供することがきる。

（第２実施形態）
以下に、第２実施形態を説明する。図１５は、摩擦攪拌接合を用いてインナーフィン型チューブの端部を接合する構成を示した断面図である。

図１５に示すように、本実施形態のチューブ２５は、その内部にフィン２６を内蔵したものである。その断面形状を波形状またはジグザグ形状に形成された薄板のフィン２６は、上下に２分割されたチューブ２５により両側から挟みこまれ、波形状またはジグザグ形状に形成されたフィン２６の頂部はチューブ２５の内面と当接させ、波形状またはジグザグ形状に形成されていないフィン２６の端部と、フィン２６を挟み込む上下のチューブ２５にかかる端部とを一致させた状態で、摩擦攪拌接合により両者の組織を流動化した後、固定化された接合領域２４にすることで、フィン２６の端部とチューブ２５の端部とを一体化する。この接合領域２４は、チューブ２５の前記端部とフィン２６の前記端部との接合部において、複数箇所にスポット的に摩擦攪拌接合を施してもよいし、延設される前記接合部全体にわたって摩擦攪拌接合を施すこととしてもよい。

このように本実施形態によれば、チューブの形成に摩擦攪拌接合を用いたので、チューブの接合品質を向上させ、未然に不良品を防止することが可能となる。

また、インナーフィン型チューブにおいて、チューブ外郭とフィンの両者の端部を接合させて摩擦攪拌接合により接合した場合には、チューブの接合品質を向上させ、未然に不良品を防止することができる。

（第３実施形態）
以下に、第３実施形態を説明する。図１６は、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た場合の工程を示した工程図である。

図１６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。

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。

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）。

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）。

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）。

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、被接合物の強度や耐食性をさらに向上させることができる。

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。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。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３に示した摩擦攪拌接合における攪拌端子についてタンク長手方向の動きを示した側面図である。第１実施形態において、摩擦攪拌接合を用いてモジュレータ管とモジュレータキャップを結合する構成を示した断面図である。第１実施形態において、摩擦攪拌接合を用いてモジュレータ管とメネジを結合する構成を示した断面図である。第１実施形態において、摩擦攪拌接合を用いてモジュレータ管とタンクとをプレートを介して結合する構成を示した正面図である。図７のＡ−Ａ断面における矢視図である。第１実施形態において、摩擦攪拌接合を用いてタンクとキャップを結合する構成を示した断面図である。図９において摩擦攪拌接合を施した場所を示す斜視図である。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構成を示した断面図である。図１１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。第１実施形態において、炉中ろう付け工程前に、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１３に示す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。第２実施形態において、摩擦攪拌接合を用いてインナーフィン型チューブの端部を接合する構成を示した断面図である。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

１チューブ
３タンク
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）
１２プレート（接合部品）
１５コア
１６ショルダ部
１７ピン部

Claims

内部を流体が流れるチューブ（１）と、前記チューブ（１）の内部と連通して前記チューブ（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）を備えた熱交換器であって、
前記コア（１５）の構成部品のうち、少なくとも一つの構成部品の形成において摩擦攪拌接合を用いたことを特徴とする熱交換器。
前記タンク（３）は板材で構成され、当該板材の接合に摩擦攪拌接合を用いたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
前記タンク（３）は、本体と、その端部を封止するキャップ（６）とを備え、前記キャップ（６）と前記本体とは、摩擦攪拌接合を用いて接合され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。
内部を流体が流れるチューブ（１）と、前記チューブ（１）の内部と連通して前記チューブ（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）を備えた熱交換器であって、
前記タンク（３）の内部と連通して設けられる付属タンク（９）を備え、前記付属タンク（９）は、その端部を封止する付属タンクキャップ（１１）を備え、前記付属タンクと前記付属タンクキャップ（１１）とは、摩擦攪拌接合を用いて接合されることを特徴とする熱交換器。
内部を流体が流れるチューブ（１）と、前記チューブ（１）の内部と連通して前記チューブ（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、前記タンク（３）内部と連通する付属タンクアッシィ（５）と、を備えた熱交換器であって、
前記付属タンクアッシィ（５）と前記タンク（３）は、直接、あるいは両者を連結する接合部品（１２）を介して摩擦攪拌結合を用いて接合されることを特徴とする熱交換器。
内部を流体が流れるチューブ（１）と、前記チューブ（１）の内部と連通して前記チューブ（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）を備えた熱交換器であって、
前記タンク（３）の内部と連通して設けられる付属タンク（９）と前記付属タンク（９）に取り付けられるメネジ（１０）とは、摩擦攪拌接合を用いて接合されることを特徴とする熱交換器。
車両、または車両に組み付けられている部品に取り付けるためのブラケット（１３）が摩擦攪拌接合を用いて接合されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の熱交換器。
内部を流体が流れるチューブ（１）と、前記チューブ（１）の内部と連通して前記チューブ（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）を備えた熱交換器であって、前記チューブの形成に摩擦攪拌接合を用いたことを特徴とする熱交換器。
内部を流体が流れるチューブ（１）と、このチューブ（１）の内部と連通させて前記チューブ（１）の長手方向端部に配置したタンク（３）とを有するコア（１５）を備えた熱交換器の製造方法であって、
前記コア（１５）を組み立てるコア組立工程と、炉の中に入れてろう付けする工程とからなり、前記炉中ろう付け工程前の、構成部品の形成、または構成部品同士の接合に摩擦攪拌接合を用いたことを特徴とする熱交換器の製造方法。
内部を流体が流れるチューブ（１）と、このチューブ（１）の内部と連通させて前記チューブ（１）の長手方向端部に配置したタンク（３）とを少なくとも有する熱交換器の製造方法であって、
前記熱交換器における、構成部品の形成、または構成部品同士の接合に摩擦攪拌接合を使用するとともに、
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、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熱交換器の製造方法。