JP2005230856A

JP2005230856A - 拡散接合用治具およびこれを用いた拡散接合方法

Info

Publication number: JP2005230856A
Application number: JP2004042626A
Authority: JP
Inventors: Kazumi Minoda; 和美蓑田
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2004-02-19
Filing date: 2004-02-19
Publication date: 2005-09-02

Abstract

【課題】設定した被接合部材の歪み量が変化するのを防止しつつ、加熱処理時における被接合部材への加圧力を調整できる。
【解決手段】熱交換器コア２を挟持する一対の挟持部材３、４と、この一対の挟持部材３、４の間隔を一定距離以内に拘束する拘束部材５と、拘束部材５によって拘束される範囲Ｌに、熱交換器コア２および一対の挟持部材３、４とともに介在され、拘束範囲Ｌから取り外し可能なスペーサ６とを有する拡散接合用治具１であって、スペーサ６が取り外されてから一定期間、上記スペーサ６によって形成されるスペースＨ２を保持するとともに、熱交換器コア２に熱処理が施されると、スペースＨ２よりも小さい所定寸法Ｓ分、変位するスプリングワッシャ９を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、被接合部材内の金属と金属とを拡散接合する際に使用される拡散接合用治具およびこれを用いた拡散接合方法に関する。

従来の拡散接合用治具としては、例えば以下に説明する特許文献１に開示されたものがある。

図６に示すように、拡散接合用治具５０は、例えば複数の金属部材が積層されてなる被接合部材５１を挟持する一対の挟持部材５２、５３と、これら被接合部材５１および一対の挟持部材５２、５３を挟み込み、一定距離以内に拘束することで被接合部材５１を押圧する拘束部材５４とを備えている。一対の挟持部材５２、５３および拘束部材５４は、それぞれ被接合部材５１に較べて熱膨張係数の小さいカーボンコンポジット材（炭素繊維積層材）にて形成されている。

次に、この拡散接合用治具５０を用いた拡散接合作業を説明する。拡散接合用治具５０で拘束した被接合部材５１を真空雰囲気下で加熱処理すると、一対の挟持部材５２、５３および拘束部材５４に較べて熱膨張係数の大きい被接合部材５１が熱膨張する。このため、一対の挟持部材５２、５３に挟まれた被接合部材５１に大きな熱応力による加圧力が作用し、被接合部材５１内の金属間が拡散接合される。
特開平８−３００１６８号公報（第１頁、図１）

しかしながら、かかる従来の拡散接合用治具５０では、一対の挟持部材５２、５３および拘束部材５４は、カーボンコンポジット材で形成され、殆ど熱膨張しないことから被接合部材５１自体の熱膨張に基づく熱応力が加圧力として被接合部材５１に働く。

従って、被接合部材５１内の金属接合部分に圧縮力の弱い部分が存在すると、その部分が変形し潰れてしまうという問題があった。例えば、多数の通路溝を有するプレートを複数積層する熱交換器コアが被接合部材である場合には、通路溝の部分が変形により潰れてしまい、所定断面積の通路溝が形成できない。

かかる問題を解決するべく、図７に示すように、全てカーボン材を用いて構成された拡散接合用治具６０を用いる手法が考案されている。この拡散接合用治具６０は、被接合部材である熱交換器コア６１を挟持する上下一対の挟持部材６２、６３と、この一対の挟持部材６２、６３間の間隔を一定距離以内に拘束する拘束部材６４と、この拘束部材６４によって拘束される範囲Ｌに熱交換器コア６１および一対の挟持部材６２、６３とともに介在され、且つ、介在位置より取り外し自在に設けられたスペーサ６５とを備えている。

上方および下方の挟持部材６２、６３は、偏平直方体のグラファイト板６２ａ、６３ａにて形成され、このグラファイト板６２ａ、６３ａの４隅にはボルト挿通孔（図示せず）が形成されている。また、これら挟持部材６２、６３は、それぞれグラファイト板６２ａの上面側、およびグラファイト板６３ａの下面側にカーボンコンポジット板６２ｂ、６３ｂが積層されて構成され、これらカーボンコンポジット板６２ｂ、６３ｂの４隅にも、前記グラファイト板６２ａ、６３ａと同様にそれぞれボルト挿通孔（図示せず）が形成されている。カーボンコンポジット板６２ｂ、６３ｂは、カーボンコンポジット材（炭素繊維積層材）の繊維に直交する方向を上下方向（挟持方向）とされている。

また、上下位置のグラファイト板６２ａ、６３ａと熱交換器コア６１との間には、反応防止のためにアルミナ塗布などが施されている。

拘束部材６４は、一対の挟持部材６２、６３間に挿通された４本の連結ボルト６６と、この各連結ボルト６６の各挟持部材６２、６３より上下外側に突出した部分にそれぞれ螺入されたナット６７とから構成されている。各連結ボルト６６は、一対の挟持部材６２、６３のボルト挿通孔（図示せず）にそれぞれ挿入されることによって一対の挟持部材６２、６３間に挿通されている。各連結ボルト６６は、カーボンコンポジット材（炭素繊維積層材）にて形成され、その繊維に平行な方向をロッド軸方向とされている。

ナット６７は、カーボンコンポジット材（炭素繊維積層材）にて形成され、連結ボルト６６の各箇所にそれぞれ複数個（例えば、この場合、３個）ずつが重ねて螺入されている。この拘束部材６４では、連結ボルト６６の上方位置に螺入された３個のナット６７の最下面と連結ボルト６６の下方位置に螺入された３個のナット６７の最上面との間が拘束範囲Ｌとされる。

スペーサ６５は、カーボンコンポジット材（炭素繊維積層材）にて形成され、所定の厚さの平板をＣ字状に形成したものである。このスペーサ６５は、ボルト６６から側方へ容易に取り外すことができるようになっている。そして、スペーサ６５は、４本の連結ボルト６６にそれぞれ支持され、上方位置のナット６７とカーボンコンポジット板６２ｂとの間に介在されている。４箇所のスペーサ６５は、拘束状態にあっても各連結ボルト６６の介在位置より取り外し可能に設けられている。

そして、この拡散接合用治具６０を用いた拡散接合方法では、図７中のポイントＡ（破線で記す）を拡大した図８（ａ）に示すように、上下一対の挟持部材６２、６３の間、詳しくはグラファイト板６２ａ、６３ａの間に熱交換器コア６１を配置し、ナット６７を締結方向に回転することによって一対の挟持部材６２、６３をスペーサ６５を介在させた状態で所定寸法に拘束する。この拘束により一対の挟持部材６２、６３が熱交換器コア６１を挟持する。

その後、スペーサ６５の取り外しが可能な程度の荷重で挟持部材６２を押圧し、４箇所のスペーサ６５を各連結ボルト６６の介在位置より取り外し、図８（ｂ）に示すように、スペーサ６５を取り外した状態で熱交換器コア６１を組み付けた拡散接合用治具６０を図示省略する真空炉内に収容する。

次に、真空炉内を真空雰囲気下として、例えば１０００℃以上に加熱し、拡散接合処理を実行する。すると、拡散接合用治具６０に比較して熱膨張係数の大きい熱交換器コア６１が熱膨張することから、熱交換器コア６１に前記スペーサ６５による隙間分の熱応力による加圧力が作用し、熱交換器コア６１の隣接するプレート６８間が拡散接合される。

このようにして、拡散接合用治具６０を用いた拡散接合処理においては、熱交換器コア６１の両側に配置した一対の挟持部材６２、６３を、スペーサ６５を介在した状態で拘束部材６４によって拘束し、拘束後にスペーサ６５を取り外して、拘束部材６４による拘束範囲Ｌにスペーサ６５の厚さ分の隙間を持たせた初期状態のまま加熱処理を行うため、従来例のように加熱処理時に熱交換器コア６１に対し過剰な熱応力が作用するのを防止することができる。つまり、スペーサ６５の厚さ分に相当する隙間の程度に応じて加熱処理時における熱交換器コア６１への加圧力を可変して調整することができる。

ところが、かかる拡散接合用治具６０を用いる場合、スペーサ６５にて前記隙間を設定した後、スペーサ６５を取り除いて拡散接合用治具６０に組み付けた熱交換器コア６１を真空炉内に収容するため、ナット６７がフリーな状態となる未だ不十分な問題がある。

この結果、スペーサ６５を取り除いた後の拡散接合用治具６０を真空炉に収容するまでの搬送段階において、ナット６７が不意に動き、設定した隙間量が変化してしまう（すなわち、熱交換器コア６１の歪み量が変わってしまう）可能性がある。

また、かかる構成に加えて熱交換器コア６１には、図９に示すように、熱交換器コア６１を構成する各プレート６８に位置決め孔６８ａが形成されており、この位置決め孔６８ａに前記下方のグラファイト板６３ａに立設された位置決めピン６９が挿入されている。これにより、熱交換器コア６１が下方のグラファイト板６３ａに位置決めされるので、スペーサ６５（図７参照）が取り外され、拘束部材６４の拘束範囲Ｌに隙間のある状態で熱交換器コア６１が組み付けされた場合にあっても、熱交換器コア６１が位置ずれすることがなく、熱交換器コア６１の各プレート６８間を適正な状態で拡散接合できるようになされている。

しかし、ピン６９の径と相手側の位置決め孔６８ａの間のクリアランス分だけはプレート６８の位置ずれが生じてしまう（つまり、外形に僅かな凹凸が生じてしまう）可能性がある。

そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、設定した被接合部材の歪み量が変化するのを防止しつつ、加熱処理時における被接合部材への加圧力を調整できる拡散接合用治具およびこれを用いた拡散接合方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成する請求項１の発明は、被接合部材を挟持する一対の挟持部材と、この一対の挟持部材の間隔を一定距離以内に拘束する拘束部材と、上記拘束部材によって拘束される範囲に、上記被接合部材および上記一対の挟持部材とともに介在され、上記拘束範囲から取り外し可能なスペース形成部材とを有する拡散接合用治具であって、上記スペース形成部材が取り外されてから一定期間、上記スペース形成部材によって形成されるスペースを保持するとともに、上記被接合部材に熱処理が施されると、上記スペースよりも小さい所定寸法分、変位する隙間形成部材を設けたことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の拡散接合用治具であって、上記隙間形成部材はスプリングワッシャからなることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の拡散接合用治具であって、上記拘束部材は、上記一対の挟持部材間に挿通された連結ボルトと、上記連結ボルトの各上記挟持部材より外側に突出した部分にそれぞれ螺入されたナットとからなることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項３に記載の拡散接合用治具であって、上記連結ボルトは、同方向に配置された炭素繊維を含むカーボンコンポジット材にて形成され、上記炭素繊維に平行な方向をロッド軸方向としたことを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項４に記載の拡散接合用治具であって、各上記挟持部材は、カーボングラファイト板を備えることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項５に記載の拡散接合用治具であって、上記スペース形成部材が配置される側の上記挟持部材は、上記カーボングラファイト板に、カーボンコンポジット材が積層され、上記カーボンコンポジット材はその炭素繊維に直交する方向を挟持方向としたことを特徴とする。

請求項７の発明は、少なくとも請求項１から請求項６の何れか一つに記載された拡散接合用治具であって、上記被接合部材は、多数の通路溝を有するプレートが複数積層された熱交換器コアであることを特徴とする。

請求項８の発明は、被接合部材の両側に一対の挟持部材を配置し、上記一対の挟持部材の間隔を、スペース形成部材と隙間形成部材とを介在させた状態で拘束部材によって拘束し、その後、上記スペース形成部材を取り外し、該スペース形成部材が形成したスペースを、上記隙間形成部材で保持した状態で加熱処理を施すことを特徴とする。

請求項９の発明は、請求項８に記載された拡散接合方法であって、上記隙間形成部材はスプリングワッシャからなるとともに、上記拘束部材は、上記一対の挟持部材間に挿通された連結ボルトと、上記連結ボルトの各上記挟持部材より外側に突出した部分にそれぞれ螺入されたナットとからなり、上記ナットを締結方向に螺入することによって上記拘束部材により上記一対の挟持部材の間を拘束状態にすることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、被接合部材の両側に配置した一対の挟持部材を、スペース形成部材と隙間形成部材とを介在した状態で拘束部材によって拘束し、拘束部材による拘束範囲にスペース形成部材で形成されるスペースを隙間形
成部材によって保持させた初期状態で加熱処理を行う。

これにより、スペース形成部材を取り外した後の搬送段階などに、組付時に設定したスペース、すなわち被接合部材の歪み量が変化するのを上記隙間形成部材によって防止することができるとともに、上記スペースによって加熱処理時に被接合部材に対し過剰な熱応力を作用させることを防止することができる。

また、拘束後にスペース形成部材を取り外すため、スペース形成部材を取り去った分のスペースが拘束部材に生じ、このスペースの高さを予め設定することにより、加熱処理に伴って被接合部材へかかる熱応力に応じた面圧力（加圧力）を調製することができる。

従って、スペース形成部材により形成したスペースの程度に応じて加熱処理時に被接合部材へ加わる熱応力を可変できるため、加熱処理時における被接合部材への加圧力を調整することができる。

さらに、加熱処理の初期段階では隙間形成部材で保持されたスペースによって被接合部材内に僅かの面圧しか発生せず、温度上昇に伴って初めて被接合部材内の面圧が上昇することにより、昇温途中における接合面の清浄化（酸化皮膜等の除去）に有利である。

請求項２に記載の発明によれば、被接合部材の歪み量が変化するのを防止できる拡散接合用治具を簡単な構造で実現することができるため、生産コストを抑えることができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１および請求項２に記載された発明の効果に加え、連結ボルトの両側にナットを締結することによって一対の挟持部材の間を拘束できるため、拘束部材の組み付け作業を容易に、且つ、確実に行うことができる。

請求項４記載の発明によれば、請求項３記載の発明の効果に加え、加熱処理すると、被接合部材は熱膨張するが連結ボルトは殆ど熱膨張しないため、被接合部材に作用させる最大加圧力を大きくすることができる。

請求項５記載の発明によれば、請求項４の発明の効果に加え、加熱処理すると、連結ボルトに較べて各挟持部材が大きく熱膨張するため、被接合部材および各挟持部材の熱膨張伸びに相当する熱応力を発生させ、被接合部材に作用させることができる最大加圧力を更に大きくすることができる。

請求項６記載の発明によれば、請求項５記載の発明の効果に加えて、カーボンコンポジット材を挟持部材に積層させたことにより、挟持部材の剛性を確保することができる。

請求項７記載の発明によれば、請求項１ないし請求項６の発明の効果に加え、通路溝の周辺部分の変形を許容範囲内に抑えつつプレート間を拡散接合できる。

請求項８記載の発明によれば、スペース形成部材を取り外しても該スペース形成部材が形成したスペースを隙間形成部材が保持するため、拡散接合用治具を加熱処理を行う真空炉へと搬送させたときの振動などによって、前記スペースの寸法が変わってしまうことを防止できる。

言い換えれば、拘束部材による拘束範囲にスペース形成部材で形成したスペースを隙間形成部材によって保持させた初期状態で加熱処理を行うことにより、スペース形成部材を取り外した後の搬送段階などで組付時に設定したスペース、すなわち被接合部材の歪み量が変化するのを上記隙間形成部材によって防止することができるとともに、加熱処理時に被接合部材に対し過剰な熱応力を作用させることを防止することができる。

請求項９記載の発明によれば、請求項８に記載された発明の効果に加え、ナットの螺入作業によって一対の挟持部材の間を拘束できるため、拘束部材の組み付け作業を容易に、且つ、確実に行うことができるとともに、被接合部材の歪み量が変化するのを防止できる拡散接合用治具を簡単な構造で実現することができるため、生産コストを抑えることができる。

以下、本発明について図面に基づいて説明する。なお、本実施の形態においては、本発明を自動車の冷却系などで用いられる熱交換器を製造するための拡散接合用治具およびこれを用いた拡散接合方法に適用した場合について述べる。

図１〜図５は本発明の一実施形態を示し、図１は本実施の形態による拡散接合用治具の正面図、図２は図１の拡散接合用治具における構成部品を拡大して示し、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその側面図、図３は被接合部材を拡大して示し、（ａ）はその全体構成を示す斜視図、（ｂ）はその一部を示す分解斜視図、図４は図３における被接合部材を用いた熱交換器を示す全体斜視図、図５（ａ）〜（ｃ）は図１の拡散接合用治具を用いた拡散接合の説明に供する要部拡大図である。

図１に示すように、本実施の形態に係る拡散接合用治具１は、被接合部材である熱交換器コア２を挟持する上下一対の挟持部材３、４と、この一対の挟持部材３、４の間隔を一定距離以内に拘束する拘束部材５と、この拘束部材５によって拘束される範囲Ｌに、熱交換器コア２および一対の挟持部材３、４とともに介在され、且つ、介在位置より取り外し自在に設けられたスペース形成部材としてのスペーサ６とを備えている。

上方および下方の挟持部材３、４は、それぞれ偏平直方体のグラファイト板３ａ、４ａと、この上面側および下面側に積層されたカーボンコンポジット板３ｂ、４ｂとから構成され、グラファイト板３ａ、４ａおよびカーボンコンポジット板３ｂ、４ｂの４隅には、それぞれボルト挿通孔（図示せず）が形成されている。カーボンコンポジット板３ｂ、４ｂは、カーボンコンポジット材（炭素繊維積層材）の繊維に直交する方向を上下方向（挟持方向）とされている。

また、上下位置のグラファイト板３ａ、４ａと熱交換器コア２との間には、反応防止のためにアルミナ塗布などが施されている。

拘束部材５は、一対の挟持部材３、４間に挿通された４本の連結ボルト７と、この各連結ボルト７の各挟持部材３、４より上下外側に突出した部分にそれぞれ螺入されたナット８とから構成されている。

各連結ボルト７は、一対の挟持部材３、４のボルト挿通孔（図示せず）にそれぞれ挿入されることによって一対の挟持部材３、４間に挿通されている。各連結ボルト７は、カーボンコンポジット材（炭素繊維積層材）にて形成され、その繊維に平行な方向をロッド軸方向とされている。ナット８は、連結ボルト７の各箇所に複数（この場合、３個）ずつ重ねて螺入されている。この拘束部材５では、連結ボルト７の上方位置に螺入された３個のナット８の最下面と連結ボルト７の下方位置に螺入された３個のナット８の最上面との間（垂直距離）が拘束範囲Ｌとされる。

スペーサ６は、Ｃ字状の部材であり、所定の厚さの金属板をＣ字状に形成したものである。このスペーサ６は、ボルト７から側方へ容易に取り外すことができるようになっている。そして、スペーサ６は、４本の連結ボルト７にそれぞれ支持され、上方のグラファイト板３ａとカーボンコンポジット板３ｂとの間に介在されている。４箇所のスペーサ６は、拘束状態にあっても各連結ボルト７の介在位置より取り外し可能に設けられている。

この実施の形態の場合、スペーサ６の介在位置には、このスペーサ６が取り外された後に、当該スペーサ６によって形成されたスペースＨ２（後述する図２（ｂ）参照）を保持する隙間保持部材としてのスプリングワッシャ９が設けられている。

具体的に、このスプリングワッシャ９は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、リング状の一部をスリットで切り離した略Ｃ字形成のワッシャ部材であるが、その切り離し端部９Ａ、９Ｂが厚さ方向に寸法Ｈ０（自由長さ）だけ変位した（高低差を有した）スプリング形状となっている。このスプリングワッシャ９は、例えばステンレスや鉄などの金属で形成されている。

そして、前記スペーサ６の介在位置にスペーサ６とともに介在されることによって、自由長Ｈ０から寸法Ｈ２、すなわちスペースＨ２にまで縮められる。従って、スペーサ６が取り除かれた状態において、元の寸法Ｈ０に戻ろうとする反発力（弾性力）によって、上方のグラファイト板３ａとカーボンコンポジット板３ｂとを引き離し、これら上方のグラファイト板３ａとカーボンコンポジット板３ｂとの間に該スペーサ６が形成したスペースＨ２を保持する。これにより、スペーサ６を取り外した後の搬送段階などで、前記スペースＨ２が変動するのを前記スプリングワッシャ９が防止し、組付時に設定したスペースＨ２、すなわち被接合部材の歪み量が変化するのを防止することができる。

この後、スプリングワッシャ９は、加熱処理を施されることによって弾性力を失うため当該スプリングワッシャ９の板厚寸法Ｈ１まで縮み、上方のグラファイト板３ａとカーボンコンポジット板３ｂとの間に隙間Ｈ１を形成する。このときの縮み量Ｓを予め設定することにより、加熱処理に伴って熱交換器コア２へかかる熱応力に応じた面圧力（加圧力）を調整することができる。

従って、スペーサ６により形成したスペースＨ２、すなわちスプリングワッシャ９の縮み量Ｓに応じて加熱処理時に熱交換器コア２へ加わる熱応力を可変できるため、加熱処理時における熱交換器コア２への加圧力を調整することができる。これとともに、スプリングワッシャ９は前記スペースＨ２を保持することによって、加熱処理時に熱交換器コア２に対し過剰な熱応力を作用させることを防止することができる。

この熱交換器コア２は、図３（ａ）、（ｂ）に詳しく示すように、多数の通路溝１０ａが平行に配置された複数のプレート１０から形成され、複数のプレート１０は上下方向に配置される通路溝１０ａが交互に直交方向に配列される方向に積層されている。各プレート１０は例えばステンレス製（ＳＵＳ４３０等）の金属にて形成されており、上方のプレート１０の下面と下方のプレート１０の通路溝１０ａの周縁部分とが接触された状態で積層されている。

そして、熱交換器コア２は、図４に示すような熱交換器２０のケース２１内に収容される。この熱交換器２０は、高温側流体を流入・流出を行う入口ダクト２２、出口ダクト２３と、これら入口ダクト２２、出口ダクト２３に対して略直交する方向に設けられ、低温側流体の流入・流出を行う入口タンク２４、出口タンク２５とを有し、熱交換器コア２内を流通する低温側流体と、ケース２１内を流通する高温側流体との間で熱交換するものである。

ここで、各種材料の熱膨張係数を説明すると、ＳＵＳ４３０のステンレス材（プレート１０）は、約１１×１０^−６／℃、グラファイト材（グラファイト板３ａ、４ａ）は約５×１０^−６／℃、カーボンコンポジット材の繊維に直交する方向（カーボンコンポジット板３ｂ、４ｂ）は、約５×１０^−６／℃、カーボンコンポジット材の繊維に平行な方向（連結ボルト７）は、約０．２×１０^−６／℃である。

次に、上述した拡散接合用治具１を用いた拡散接合方法を説明する。図１に示すように、上下一対の挟持部材３、４の間、詳しくはグラファイト板３ａ、４ａの間に熱交換器コア２を配置するとともに、図５（ａ）に示すように、上方のグラファイト板３ａとカーボンコンポジット板３ｂとの間にスペーサ６およびスプリングワッシャ９を介在させた状態で、カーボンコンポジット板３ｂを、スペーサ６の厚みになるまで（スペーサ６が取り外しできる程度まで）加圧する。このときの加圧力は、スプリングワッシャ９の寸法Ｈ０をスペーサ６の厚み寸法、すなわちスペースＨ２とほぼ同等とする程度である。

そして、図５（ｂ）に示すように、前記加圧した状態において、ナット８を締結方向に回転することによって一対の挟持部材３、４をスペーサ６およびスプリングワッシャ９を介在させた状態で所定寸法（スペースＨ２）に拘束する。この拘束により一対の挟持部材３、４が熱交換器コア２を挟持する。

このとき、スプリングワッシャ９は切り離し端部９Ａ、９Ｂの寸法が厚さ方向における寸法Ｈ２となるまで変位した状態を保持するようにナット８をボルト７に締結させる。

その後、図５（ｃ）に示すように、スペーサ６を各連結ボルト７の介在位置より取り外し、このスペーサ６を取り外した状態で熱交換器コア２を組み付けた拡散接合用治具１を図示省略する真空炉内に収容する。このとき、熱交換器コア２は、スプリングワッシャ９が反発力によってグラファイト板３ａとカーボンコンポジット板３ｂとの間にスペースＨ２を保持した状態にしていることから、一対の挟持部材３、４間に固定保持された状態を保つことができる。

従って、この拡散接合用治具１を真空炉へと搬送させたときに生じる振動が該拡散接合用治具１に作用したとしても、組付時に設定したスペースＨ２を前記スプリングワッシャ９が保持するため、熱交換器コア２の歪み量が変化するのを防止することができる。
次に、真空炉内を真空雰囲気下として例えば１０００℃以上に真空炉内を加熱して拡散接合処理を実行する。すると、拘束部材５の連結ボルト７に比較してステンレス製の熱交換器コア２が大きく熱膨張することから、スプリングワッシャ９の変位寸法Ｓ分の隙間が無くなった状態となる（すなわち、切り離し端部９Ａ、９Ｂが同一平面上に位置する状態となる）。

従って、一対のグラファイト板３ａ、４ａ間に配置された熱交換器コア２に対して熱応力による加圧力が作用し、熱交換器コア２の隣接するプレート１０間が拡散接合される。

なお、この状態において、スプリングワッシャ９は、上述した拡散接合温度ではへたって反発力が消失する。また、スプリングワッシャ９の厚さ方向の熱膨張による接合圧力への影響は極僅かであるが、予めスプリングワッシャ９の熱膨張を加味してナット８の締結位置を設定してもよい。

また、この拡散接合処理においては、熱交換器コア２の両側に配置した一対の挟持部材３、４をスプリングワッシャ９を介在した状態で拘束部材５によって拘束するが、拘束後にスプリングワッシャ９を取り外す必要がない。

以上説明したように、この拡散接合用治具１では、熱交換器コア２の両側に配置した一対の挟持部材３、４を、スペーサ６とスプリングワッシャ９とを介在した状態で拘束部材５によって拘束し、拘束部材５による拘束範囲Ｌにスペーサ６で形成されるスペースＨ２をスプリングワッシャ９によって保持させた初期状態で加熱処理を行う。

これにより、スペーサ６を取り外した後の搬送段階などに、組付時に設定したスペースＨ２、すなわち熱交換器コア２の歪み量が変化するのをスプリングワッシャ９によって防止することができるとともに、前記スペースＨ２によって加熱処理時に被接合部材に対し過剰な熱応力を作用させることを防止することができる。

また、本実施の形態によれば、拘束後にスペーサ６を取り外すため、スペーサ６を取り去った分のスペースＨ２が拘束部材５に生じ、このスペースＨ２の高さを予め設定することにより、加熱処理に伴って熱交換器コア２へかかる熱応力に応じた面圧力（加圧力）を調整することができる。

従って、スペーサ６により形成したスペースＨ２の程度に応じて加熱処理時に熱交換器コア２へ加わる熱応力を可変できるため、加熱処理時における熱交換器コア２への加圧力を調整することができる。

さらに、本実施の形態によれば、加熱処理の初期段階ではスプリングワッシャ９で保持されたスペースＨ２によって熱交換器コア２内に僅かの面圧しか発生しない。このため、温度上昇に伴って初めて熱交換器コア２内の面圧が上昇することにより、昇温途中における接合面の清浄化（酸化皮膜等の除去）に有利である。

また、本実施の形態によれば、熱交換器コア２の歪み量が変化するのを防止する隙間形成部材をスプリングワッシャ９で構成したことにより、このような拡散接合用治具１を簡単な構造で実現することができるため、生産コストを抑えることができる。

さらに、本実施の形態によれば、拘束部材５は、一対の挟持部材３、４間に挿通された連結ボルト７と、この連結ボルト７の各挟持部材３、４より外側に突出した部分にそれぞれ螺入されたナット８とからなるので、連結ボルト７の両側にナット８を締結することによって一対の挟持部材３、４の間を拘束できる。このため、拘束部材５の組み付け作業を容易に、且つ、確実に行うことができる。

さらに、本実施の形態によれば、加熱処理すると、熱交換器コア２は熱膨張するが連結ボルト７は殆ど熱膨張しないため、熱交換器コア２に作用させる最大加圧力を大きくすることができる。

さらに、本実施の形態によれば、連結ボルト７は、カーボンコンポジット材にて形成され、その繊維に平行な方向をロッド軸方向としたので、加熱処理すると、連結ボルト７は殆ど熱膨張しないことから拘束範囲Ｌが熱によって拡大することはない。しかし、連結ボルト７に較べて各挟持部材３、４が大きく熱膨張するため、熱交換器コア２および各挟持部材３、４の熱膨張伸びに相当する熱応力を発生させ、熱交換器コア２に作用させることができる最大加圧力を更に大きくすることができる。

さらに、この実施の形態では、各挟持部材３、４は、グラファイト板３ａ、４ａおよびカーボンコンポジット板３ｂ、４ｂにて形成され、カーボンコンポジット板３ｂ、４ｂにおいては、その繊維に直交する方向を挟持方向としたので、加熱処理すると、連結ボルト７に較べて各挟持部材３、４が大きく熱膨張するため、各挟持部材３、４の熱膨張に基づく熱応力が加味され、より大きな加圧力を作用させることができる。

つまり、熱交換器コア２に作用させることができる最大加圧力を更に大きくすることができる。また、グラファイト板３ａ、４ａやカーボンコンポジット板３ｂ、４ｂの強度は、高温でも低下しないため、挟持部材３、４の剛性を確保することができ、全域で均一な高さの熱交換器コア２を作製できる。

そして、この実施の形態では、被接合部材として、多数の通路溝１０ａを有するプレート１０が複数積層された熱交換器コア２を適用するようにしたので、通路溝１０ａの周辺部分の変形を許容範囲内に抑えつつプレート１０間を拡散接合できる。勿論、被接合部材としては、通路溝１０ａを有するプレート１０が積層された熱交換器コア２以外のものであっても広く適用することができる。

さらに、上述した実施の形態では、ナット８は、連結ボルト７の各締結箇所に複数個を重ねて螺入したので、ナット８のバックラッシュによる変位量の逃げを防止できる。

なお、本発明の拡散接合用治具およびこれを用いた拡散接合方法として上述した実施の形態を例に取って説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種実施形態を採用することができる。

例えば、拘束部材５は、前記構造に限定されるものではなく、一対の挟持部材３、４の間隔を一定距離以内に拘束できるものであれば良い。

また、上述した実施の形態では、上方および下方の挟持部材３、４を、グラファイト板３ａ、４ａとカーボンコンポジット板３ｂ、４ｂとから構成するようにしたが、グラファイト板３ａ、４ａのみで構成しても良い。

本実施の形態による拡散接合用治具の正面図である。図１の拡散接合用治具における構成部品を拡大して示し、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその側面図である。被接合部材を拡大して示し、（ａ）はその全体構成を示す斜視図、（ｂ）はその一部を示す分解斜視図である。図３における被接合部材を用いた熱交換器を示す全体斜視図である。図１の拡散接合用治具を用いた拡散接合の説明に供する要部拡大図である。従来例の拡散接合用治具を示す斜視図である。従来例の他の拡散接合用治具を示す正面図である。図７の拡散接合用治具における要部を拡大して示し、加熱処理を行う前の状態を示す正面図である。熱交換器コアの位置ずれの防止構造を示す斜視図である。

符号の説明

１…拡散接合用治具
２…熱交換器コア（被接合部材）
３、４…挟持部材
３ａ、４ａ…グラファイト板
３ｂ、４ｂ…カーボンコンポジット板
５…拘束部材
６…スペーサ（スペース形成部材）
７…連結ボルト
８…ナット
９…スプリングワッシャ（隙間形成部材）
１０…プレート
１０ａ…通路溝
Ｌ…拘束範囲
Ｓ…所定寸法
Ｈ２…スペース

Claims

被接合部材（２）を挟持する一対の挟持部材（３、４）と、この一対の挟持部材（３、４）の間隔を一定距離以内に拘束する拘束部材（５）と、上記拘束部材（５）によって拘束される範囲（Ｌ）に、上記被接合部材（２）および上記一対の挟持部材（３、４）とともに介在され、上記拘束範囲（Ｌ）から取り外し可能なスペース形成部材（６）とを有する拡散接合用治具（１）であって、
上記スペース形成部材（６）が取り外されてから一定期間、上記スペース形成部材（６）によって形成されるスペース（Ｈ２）を保持するとともに、上記被接合部材（２）に熱処理が施されると、上記スペース（Ｈ２）よりも小さい所定寸法（Ｓ）分、変位する隙間形成部材（９）を設けた
ことを特徴とする拡散接合用治具。
請求項１記載の拡散接合用治具（１）であって、
上記隙間形成部材（９）はスプリングワッシャからなる
ことを特徴とする拡散接合用治具。
請求項１または請求項２に記載された拡散接合用治具（１）であって、
上記拘束部材（５）は、上記一対の挟持部材（３、４）間に挿通された連結ボルト（７）と、上記連結ボルト（７）の各上記挟持部材（３、４）より外側に突出した部分にそれぞれ螺入されたナット（８）とからなる
ことを特徴とする拡散接合用治具。
請求項３記載の拡散接合用治具（１）であって、
上記連結ボルト（７）は、同方向に配置された炭素繊維を含むカーボンコンポジット材にて形成され、上記炭素繊維に平行な方向をロッド軸方向とした
ことを特徴とする拡散接合用治具。
請求項４記載の拡散接合用治具（１）であって、
各上記挟持部材（３、４）は、カーボングラファイト板（３ａ、４ａ）を備える
ことを特徴とする拡散接合用治具。
請求項５記載の拡散接合用治具（１）であって、
少なくとも上記隙間形成部材（９）が配置される側の上記挟持部材（３）は、上記カーボングラファイト板（３ａ）に、カーボンコンポジット材（３ｂ）が積層され、上記カーボンコンポジット材（３ｂ）はその炭素繊維に直交する方向を挟持方向とした
ことを特徴とする拡散接合用治具。
少なくとも請求項１から請求項６のいずれか一つに記載された拡散接合用治具（１）であって、
上記被接合部材（２）は、多数の通路溝（１０ａ）を有するプレート（１０）が複数積層された熱交換器コア（２）である
ことを特徴とする拡散接合用治具。
被接合部材（２）の両側に一対の挟持部材（３、４）を配置し、上記一対の挟持部材（３、４）の間隔を、スペース形成部材（６）と隙間形成部材（９）とを介在させた状態で拘束部材（５）によって拘束し、その後、上記スペース形成部材（６）を取り外し、該スペース形成部材（６）が形成したスペース（Ｈ２）を、上記隙間形成部材（９）で保持した状態で加熱処理を施す
ことを特徴とする拡散接合方法。
請求項８記載の拡散接合方法であって、
上記隙間形成部材（９）はスプリングワッシャからなるとともに、上記拘束部材（５）は、上記一対の挟持部材（３、４）間に挿通された連結ボルト（７）と、上記連結ボルト（７）の各上記挟持部材（３、４）より外側に突出した部分にそれぞれ螺入されたナット（８）とからなり、上記ナット（８）を締結方向に螺入することによって上記拘束部材（５）により上記一対の挟持部材（３、４）の間を拘束状態にする
ことを特徴とする拡散接合方法。