JP2006192483A - 拡散接合用治具 - Google Patents

Abstract

【課題】被接合体の両端部における未接合部の発生を抑制することができる拡散接合用治具を提供する。
【解決手段】被接合体１０を挟持する挟持部材として、被接合体１０の長手方向に沿って二分割した上下一対の挟持部材２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂと、この挟持部材２１ａ〜２２ｂの間隔を所定間隔に拘束する連結ボルト２３，ナット２４とを備え、それぞれの分割域に配置した連結ボルト２３，ナット２４により被接合体１０を拘束する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被接合体内において積層された金属同士を拡散接合により接合する際に用いられる拡散接合用治具に関する。

従来より、積層した金属シートからなる被接合体を拡散接合する際の加圧装置として、拡散接合用治具が用いられている。

この種の拡散接合用治具としては、被接合体を挟持する一対の挟持部材と、これら挟持部材の間隔を調整する複数組のボルト、ナットとを備え、被接合体を挟んで配置された挟持部材間が一定間隔となるようにボルト、ナットで拘束するようにしたものが知られている（特許文献１参照）。
特開２００４−１８１５１８号公報

しかしながら、上記従来例の拡散接合用治具では、シート形状が細長くなると、加熱した際に拡散接合用治具の挟持部材と被接合体との線膨張（熱膨張）の違いから、それぞれの部材の延び量の差が大きく現れる。すなわち、被接合体は挟持部材により拘束されているために伸びを抑えられるが、挟持部材には伸びが生じるため、被接合体の両端部には部材の延び量の差による熱応力が生じ、この部分に未接合部が発生することになる。

本発明の目的は、被接合体の両端部における未接合部の発生を抑制することができる拡散接合用治具を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係わる拡散接合用治具は、被接合体を挟持する上下一対の挟持部材と、この挟持部材の間隔を所定間隔に拘束する拘束手段とを備えた拡散接合用治具であって、前記上下一対の挟持部材は前記被接合体の長手方向に沿って少なくとも二分割されるとともに、それぞれの分割域において前記拘束手段により前記被接合体を拘束すること特徴とする。

本発明の構成によれば、挟持部材が長手方向に沿って少なくとも二分割されているため、加熱時に被接合体は長手方向への線膨張が抑制されることがなく、挟持部材と被接合体との線膨張による部材の延び量の差を小さくすることができる。これにより、被接合体の両端部では、部材の延び量の差による熱応力が低下し、この部分における未接合部の発生を抑制することができる。

以下、本発明に係わる拡散接合用治具の一実施例について説明する。本実施例では、積層型熱交換器の熱交換器コアを被接合体とする。

図３は、本実施例に係わる被接合体を示す斜視図であり、（ａ）はシート形状を示す分解斜視図、（ｂ）は積層状態を示す全体斜視図である。

本実施例に示す被接合体１０は、互いに直交する方向に流路（溝）が形成されたシート１１および１２を交互に積層した構造となっている。このうちシート１１は、図中のＹ方向に熱交換媒体Ａが流れる流路１３が形成されるとともに、両端に流路１３と連通していないタンク部１５が形成されている。またシート１２は、図中のＸ方向に熱交換媒体Ｂが流れる流路１４が形成されるとともに、両端に流路１４と連通するタンク部１５が形成されている。これらシート１１および１２を交互に積層すると、各シートの流路は隣接する他のシートにより上部が塞がれて断面略半円形のトンネル状となり、また被接合体１０両端部には熱交換媒体Ｂが流通するタンク１６が形成される。本実施例における各シート１１，１２は、ステンレス材（ＳＵＳ４３０）により形成されている。

この被接合体１０に対して、図中のＹ方向から熱交換媒体Ｂを導入して流路１３に流通させ、またタンク１６に熱交換媒体Ａを導入して、図中のＸ方向から熱交換媒体Ａを流路１４に流通させることにより、相互の熱交換媒体の温度差により熱交換が行われる。

次に、シート１１および１２を積層して拡散接合する際に使用する拡散接合用治具について説明する。

図１は本実施例に係わる拡散接合用治具の正面図、図２はその平面図である。それぞれの図は積層したシートを拘束した状態を示している。

本実施例の拡散接合用治具２０は、被接合体１０の片側半分を挟持する上下一対の挟持部材２１ａ，２１ｂと、他方の片側半分を挟持する上下一対の挟持部材２２ａ，２２ｂとを備えて構成されている。

各挟持部材はカーボングラファイト製の板材からなり、図２に示すように、それぞれの四隅には図示しないボルト挿入孔が形成され、このボルト挿入孔を貫通するように４本の連結ボルト２３が挿入されている。そして、各連結ボルト２３の端部には固定のためのナット２４が取り付けられている。このナット２４は連結ボルト２３上での位置がずれないように例えば２個が重ねて取り付けられている。これらナット２４のうち下側のナット２４は、図１に示すように、加熱時に被接合体１０への加圧代が適正となるように、挟持部材２１ｂ，２２ｂとの間にクリアランスＣの隙間が出るように所定位置で固定されている。これら連結ボルト２３およびナット２４は、カーボンコンポジット材（炭素繊維積層材）により形成されている。

ここで、各材料の線膨張係数を比較すると、ＳＵＳ４３０からなるシート１１，１２は約１１×１０（−６乗）／℃、カーボングラファイト材からなる挟持部材２１ａ等は約５×１０（−６乗）／℃、カーボンコンポジット材からなる連結ボルト２３およびナット２４は約０．２×１０（−６乗）／℃となる。

次に、上記の拡散接合用治具２０を用いて被接合体１０を拡散接合により一体に接合する実施例について説明する。

まず、図１に示すように、上下一対の挟持部材２１ａ，２１ｂと、同２２ａ，２２ｂとの間に、シート１１および１２を積層した被接合体１０を配置する。このとき、拡散接合用治具２０は、下側の挟持部材２２ａ，２２ｂにおいて支持部材２５により支持されている。続いて、上側のナット２４を回して所定位置で固定するとともに、下側のナット２４を回して、挟持部材２１ｂ，２２ｂとの間にクリアランスＣの隙間が出るように所定位置で固定する。この状態において、被接合体１０は上下の挟持部材により拘束されているが、高さ方向Ｈへは加圧されていない。

次に、被接合体１０を拡散接合用治具２０で拘束したまま炉内で加熱して拡散接合処理を実行する。このとき、被接合体１０、挟持部材２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ、連結ボルト２３は高さ方向Ｈおよび長手方向Ｌにそれぞれ線膨張するが、カーボンコンポジット材からなる連結ボルト２３は線膨張が最も小さいため、昇温とともに被接合体１０、挟持部材２１ａ〜２２ｂが高さ方向Ｈに線膨張すると、クリアランスＣがなくなり、挟持部材２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂは高さ方向Ｈで被接合体１０を加圧する。このようにして被接合体１０を加熱、加圧すると、積層されたシート１１，１２の接合面で原子が拡散し、被接合体１０は拡散接合によって一体に結合されることになる。

ここで、長手方向Ｌへの線膨張について見てみると、挟持部材２１ａ〜２２ｂと被接合体１０とは線膨張係数が異なり、また高さ方向Ｈで挟持部材２１ａ〜２２ｂが被接合体１０を拘束しているため、上下一対の挟持部材のみで加圧する従来構造の治具では、被接合体１０は長手方向Ｌへの線膨張が抑制されることになる。しかしながら、本実施例では挟持部材２１ａ〜２２ｂが長手方向Ｌで二分割されているため、被接合体１０は長手方向Ｌへの線膨張が抑制されることがなく、挟持部材２１ａ〜２２ｂと被接合体１０との線膨張による部材の延び量の差を小さくすることができる。この結果、シート１１，１２の両端部（おもにタンク部１５の付け根部分）では、部材の延び量の差による熱応力が低下し、この部分における未接合部の発生を抑制することができる。

上記実施例では、挟持部材を二分割した例について示したが、分割数はこの例に限定されるものではなく、さらに多数に分割することもできる。このときの分割数ｎはシートの長手方向の長さＬ（ｍｍ）に応じて次式（１）から求めることができる。

ｎ≧Ｌ／１００ …（１）
例えば、Ｌ＝１８０であれば分割数ｎは２となり、Ｌ＝２８０であれば分割数は３となる。

また、本実施例では、被接合体として積層型熱交換器の熱交換器コアを例としたが、本発明に係わる拡散接合用治具はこれに限定されるものではなく、金属同士を拡散接合により一体に結合してなる各種の被接合体に適用することが可能であり、とくに本実施例のように長手方向に長い形状を有する被接合体の拡散接合に適している。

実施例に係わる拡散接合用治具の正面図。 図１の平面図。 実施例に係わる被接合体を示す斜視図。（ａ）はシート形状を示す分解斜視図。（ｂ）は積層状態を示す全体斜視図。

符号の説明

１０…被接合体
１１，１２…シート
１３，１４…流路
１５…タンク部
１６…タンク
２０…拡散接合用治具
２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ…挟持部材
２３…連結ボルト
２４…ナット
２５…支持部材

Claims (1)

1. 被接合体（１０）を挟持する上下一対の挟持部材（２１ａ〜２２ｂ）と、この挟持部材の間隔を所定間隔に拘束する拘束手段（２３，２４）とを備えた拡散接合用治具であって、
   前記上下一対の挟持部材（２１ａ〜２２ｂ）は前記被接合体（１０）の長手方向に沿って少なくとも二分割されるとともに、それぞれの分割域において前記拘束手段（２３，２４）により前記被接合体（１０）を拘束すること特徴とする拡散接合用治具。
   

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