JP2007216260A

JP2007216260A - 接合用拘束治具

Info

Publication number: JP2007216260A
Application number: JP2006039604A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Kondo; 雅之近藤; Ryoji Kishikawa; 良治岸川; Fumiko Kawashima; 扶美子川島; Keiichi Nakajima; 慶一中島; Toshihide Igari; 敏秀猪狩; Yasuyuki Miyoshi; 保行三好; Kiichi Tokunaga; 貴一徳永; Masanori Tanihira; 正典谷平
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2006-02-16
Filing date: 2006-02-16
Publication date: 2007-08-30

Abstract

【課題】接合用拘束治具において、接合時における積層構造体の厚さ方向の変化に拘らず常時適正な押圧力を確保して確実に接合可能とする。
【解決手段】熱交換器コア１０１を挟持する第１挟持部材１１及び第２挟持部材２１と、一端部が第１挟持部材１１に貫通して他端部が第２挟持部材２１に連結された複数の締結ロッド３１と、この締結ロッド３１の一端部に連結された締結部材４１と、第１挟持部材１１と締結部材４１との間に介装された介装部材５１とから構成し、締結ロッド３１を介装部材５１より熱膨張率の低い材料により形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ろう付け接合や拡散接合などにより積層構造体を互いに接合するときに使用される接合用拘束治具に関する。

積層型の熱交換器は、凹凸形状をなす複数のフィンと平板形状をなす複数のプレートとが交互に重ね合わされ、この各フィンと各プレートとが互いに接合されて構成されている。この場合、一般的に、各フィンと各プレートとは、ろう付け接合や拡散接合などの接合方法により接合されている。このようなろう付け接合や拡散接合に使用される接合用拘束治具としては、下記特許文献１、２に記載されたものがある。

特許文献１に記載された拘束治具は、ワークを上下の押え板と複数のロッドにより挟持し、これを下側規制板上に載置し、上押え板上に加圧タンクを介して上側規制板を配設し、この状態で上下の規制板と複数のロッドにより挟持し、ろう付け作業中に、加圧タンクに所定圧力のガスを導入することで上押え板を介してワークを押圧すると共に、加圧タンクへのガス供給量を調整することでワーク側へ常に適度な押圧力を作用して接合するものである。

また、特許文献２に記載された拡散接合用治具は、熱交換器コアを一対の挟持部材により挟持し、この一対の挟持部材間隔を拘束部材により一定距離以内に拘束し、この挟持部材をグラファイト板とカーボンコンポジット板により構成し、この間にスペーサとスプリングワッシャを介装し、スペーサを取り外すことでスプリングワッシャの反発力によりスペースを維持し、加熱した拡散接合時に、熱交換器コアの熱膨張によりスプリングワッシャのたわみが吸収されて加圧力が発生し、熱交換器コアを適正に接合するものである。

特開２００５−１４４５２３公報特開２００５−２３０８５６公報

ところで、ろう付け接合により熱交換器を製造する場合、多数のフィンとプレートとの間にシート状又はベースト状のろうを挿入し、ろうが挿入された状態のフィンとプレートの積層体を拘束治具により拘束し、これを加熱炉中で加熱することでろうを溶かして互いに接合している。ところが、積層体の加熱中に、フィンとプレートとの間のろうが溶融するため、積層体はそのろうの厚さ分だけ高さが減少していく。積層体の高さが減少して拘束が不十分になると、多数のフィンとプレートとを確実に接合することができないため、ため、拘束治具は、積層体の高さが減少しても適正な加圧力が発生するような構造にする必要がある。また、拡散接合により熱交換器を製造する場合であっても、ろう付け接合と同様に、積層体の加熱中に、フィンとプレートとの接合部により積層体の高さが減少する。

上述した特許文献１の拘束治具にあっては、上側規制板と上押え板上との間に加圧タンクを設け、ろう付け作業中に、この加圧タンクへのガス供給量を調整することでワーク側へ常に適度な押圧力が作用するようにしている。ところが、拘束治具ごとに加圧タンクを製作すると共に、この加圧タンクへの配管設備を設ける必要があり、拘束治具の製造コストが大幅に増加してしまうという問題がある。また、拘束治具に加圧タンクを設けた場合、ろう付け作業を行う加熱炉がバッチ式の電気炉に限定され、連続炉を使用することができず、作業効率が良くないという問題がある。

また、特許文献２の拡散接合用治具にあっては、熱交換器コアを挟持する挟持部材をグラファイト板とカーボンコンポジット板により構成し、この間に介装したスプリングワッシャの反発力によりスペースを確保し、加熱した拡散接合時に、熱交換器コアの熱膨張をスペースにより調整することでで、この熱交換器コアへ常に適度な押圧力が作用するようにしている。ところが、上下の挟持部材として一対のカーボンコンポジット板を設けることは、拡散接合用治具の製作コストに影響を及ぼし、コスト高を招いてしまうという問題がある。また、この散接合用治具では、熱交換器コアの熱膨張によりこの熱交換器コアの押圧力を確保するようにしているが、実際の拡散接合では、熱交換器コアの熱膨張により適正な王圧力を確保することは困難である。

本発明は上述した課題を解決するものであり、接合時における積層構造体の厚さ方向の変化に拘らず常時適正な押圧力を確保して確実に接合可能とした接合用拘束治具を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための請求項１の発明の接合用拘束治具は、積層構造体を挟持する第１及び第２挟持部材と、一端部が前記第１挟持部材に貫通して他端部が前記第２挟持部材に連結された複数の締結ロッドと、該締結ロッドの一端部に連結された締結部材と、前記第１挟持部材と前記締結部材との間に介装された介装部材とを具え、前記締結ロッドが前記介装部材より熱膨張率の低い材料により形成されたことを特徴とするものである。

請求項２の発明の接合用拘束治具では、前記締結ロッドは、炭素繊維材料で形成される一方、前記介装部材は、前記締結ロッドより熱膨張率の高い材料で形成されると共に、該介装部材における軸方向の長さが予め設定された所定温度まで加熱したときの熱膨張量及び前記積層構造体の厚さ方向の変化量に応じて設定されたことを特徴としている。

請求項３の発明の接合用拘束治具では、前記締結部材は、前記締結ロッドと同材料で形成されたことを特徴としている。

請求項４の発明の接合用拘束治具では、前記第２挟持部材は、前記締結ロッドと同材料で形成されたことを特徴としている。

請求項５の発明の接合用拘束治具では、前記第１挟持部材は、前記積層構造体を支持しない面に補強リブが設けられたことを特徴としている。

請求項１の発明の接合用拘束治具によれば、積層構造体を挟持する第１及び第２挟持部材と、一端部が第１挟持部材に貫通して他端部が第２挟持部材に連結された複数の締結ロッドと、締結ロッドの一端部に連結された締結部材と、第１挟持部材と締結部材との間に介装された介装部材とを設け、締結ロッドを介装部材より熱膨張率の低い材料により形成したので、第１及び第２挟持部材により積層構造体を挟持し、複数の締結ロッドの他端部を第２挟持部材に連結する一方、一端部を第１挟持部材に貫通して締結部材を連結すると共にその間に介装部材を介装しており、締結ロッドが介装部材より熱膨張率の低い材料により形成されているため、積層構造体をこの拘束状態で加熱すると、締結ロッドの熱膨張量に対して介装部材の熱膨張量が大きくなり、この介装部材の熱膨張により第１挟持部材が積層構造体を加圧することとなり、積層構造体の厚さ方向の変化に拘らず常時適正な押圧力を確保することができ、この積層構造体を確実に接合することができる。

請求項２の発明の接合用拘束治具によれば、締結ロッドを炭素繊維材料で形成する一方、介装部材を締結ロッドより熱膨張率の高い材料で形成すると共に、介装部材における軸方向の長さを予め設定された所定温度まで加熱したときの熱膨張量及び積層構造体の厚さ方向の変化量に応じて設定したので、介装部材の長さをその熱膨張量及び積層構造体の変化量に応じて設定しており、拘束状態の積層構造体を加熱したとき、この積層構造体の厚さが変化しても介装部材が適量だけ熱膨張することで、第１挟持部材は積層構造体を適正な押圧力で加圧することができる。

請求項３の発明の接合用拘束治具によれば、締結部材を締結ロッドと同材料で形成したので、締結ロッド及び締結部材を介装部材より熱膨張率の低い材料により形成されており、積層構造体を拘束状態で加熱すると、この締結ロッド及び締結部材がほとんど熱膨張しないため、介装部材の熱膨張量が第１挟持部材に高精度に伝達され、この第１挟持部材は積層構造体を適正な押圧力で加圧することができる。

請求項４の発明の接合用拘束治具によれば、第２挟持部材を締結ロッドと同材料で形成したので、締結ロッド及び第２挟持部材を介装部材より熱膨張率の低い材料により形成されており、積層構造体を拘束状態で加熱すると、この締結ロッド及び第２挟持部材がほとんど熱膨張しないため、介装部材の熱膨張量が第１挟持部材に高精度に伝達され、この第１挟持部材は積層構造体を適正な押圧力で加圧することができる。

請求項５の発明の接合用拘束治具によれば、第１挟持部材の積層構造体を支持しない面に補強リブを設けたので、拘束状態の積層構造体を加熱するとき、介装部材が熱膨張して第１挟持部材を押圧し、この第１挟持部材が積層構造体を加圧するが、第１挟持部材にはリブが設けられて補強されているために変形することはなく、第１挟持部材は積層構造体を適正な押圧力で加圧することができる。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る接合用拘束治具の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施例１に係る接合用拘束治具を表す断面図、図２は、熱交換器コアを構成するフィンプレートを表す概略図である。

実施例１の接合用拘束治具は、積層構造体としての熱交換器コアをろう付け接合により製造する際に、この熱交換器コアを拘束するために用いられるものである。

この実施例１の接合用拘束治は、図１に示すように、熱交換器コア１０１を挟持する第１挟持部材１１及び第２挟持部材２１と、一端部が第１挟持部材１１に貫通して他端部が第２挟持部材２１に連結された複数の締結ロッド３１と、この締結ロッド３１の一端部に連結された締結部材４１と、第１挟持部材１１と締結部材４１との間に介装された介装部材５１とから構成されている。

第１挟持部材１１は、所定厚さの矩形の平板形状をなし、四隅に貫通孔１２が形成されると共に、この各貫通孔１２の内側に位置して４つの挿通穴１３が形成されている。第２挟持部材２１は、第１挟持部材１１と同様に、所定厚さの矩形の平板形状をなし、上面の四隅にねじ穴２２が形成されている。そして、この第１挟持部材１１と第２挟持部材２１との間には、天板６１と底板６２により挟持された熱交換器コア１０１が支持される。

即ち、熱交換器コア１０１は、図１及び図２に示すように、平行をなす多数の通路溝１１１が形成された複数の高温流体用プレート１１２と、平行をなす多数の通路溝１２１が形成された複数の低温流体用プレート１２２とが、上下方向に沿って交互に、且つ、各通路溝１１１，１２１が交差するように積層されると共に、その上下に支持板１３１，１３２が積層されて構成されている。各プレート１１２，１２２は、ステンレス製の金属により形成され、接合後に、各通路溝１１１，１２１の上方が各プレート１１２，１２２の下面により閉塞されることで、流体の通路が形成されることとなる。そして、この熱交換器コア１０１は、その上下に天板６１と底板６２が配置され、４つの締付けボルト６３の下端部が底板６２に螺合する一方、上端部が天板６１を貫通して締付けナット６４が螺合することで、熱交換器コア１０１を構成する複数のプレート１１２，１２２と支持板１３１，１３２の積層体が天板６１と底板６２により挟持されることとなる。このとき、複数のプレート１１２，１２２の間には、シート状またはベースト状のろうを配設する。

また、図１に示すように、締結ロッド３１は、本実施例では４本設けられており、第１挟持部材１１の各貫通孔１２に貫通可能であって、下端部に第２挟持部材２１のねじ穴２２に螺合する下ねじ部３２が形成される一方、上端部に締結部材４１が螺合する上ねじ部３３が形成されている。介装部材５１は、所定長さの円筒形状をなし、締結ロッド３１の上部に挿通することで、第１挟持部材１１と締結部材４１との間に介装されている。

このように構成された本実施例の接合用拘束治具では、締結ロッド３１が介装部材５１より熱膨張率の低い材料により形成されている。具体的に説明すると、締結ロッド３１は、炭素繊維強化炭素複合材料（または、炭素材料）により形成される一方、介装部材５１は、この締結ロッド３１より熱膨張率の高い材料、例えば、ニッケル合金により形成されている。このニッケル合金は、熱膨張率が大きく、接合温度（１０００℃）まで加熱しても変形しにくいものである。そして、介装部材５１における軸方向の長さＬは、予め設定された所定温度、本実施例では、ろう付け接合のための加熱温度に応じた温度（例えば、９００℃）まで加熱したときの熱膨張量と、熱交換器コア１０１を構成する複数のプレート１１２，１２２及び支持板１３１，１３２の積層体が加熱されたときにシート状またはベースト状のろうが溶融することで発生する厚さ方向の変化量（減少量）に応じて設定されている。

即ち、複数のプレート１１２，１２２の積層体を加熱して接合するとき、複数のプレート１１２，１２２同士を隙間なく密着して保持する必要があり、事前に、各挟持部材１１，２１や天板６１及び底板６２により挟持する。ところが、この積層体を加熱すると、その間に挿入されたろうが溶融して積層体の高さが減少するため、積層体を挟持部材１１，２１や天板６１及び底板６２により適正に挟持することができなくなってしまう。

そこで、複数のプレート１１２，１２２及び支持板１３１，１３２の積層体を加熱して接合するとき、その間に挿入されたろうの溶融による積層体の高さの減少に対して、加熱されることで膨張する介装部材５１の熱膨張量を大きく確保することで、常時、積層体を挟持部材１１，２１や天板６１及び底板６２により適正に挟持するようにしている。つまり、介装部材５１の材質及び長さＬは、所定温度まで加熱したときの熱膨張量が、複数のプレート１１２，１２２の積層体における高さの減少量よりも大きく、且つ、介装部材５１の熱膨張により第１挟持部材１１を介して積層体を所定圧力（例えば、１Ｍｐａ）で押圧できる長さとなっている。

なお、締結ロッド３１を介装部材５１より熱膨張率の低い炭素繊維強化炭素複合材料（または、炭素材料）により形成したが、この締結ロッド３１と螺合関係にある締結部材４１や第２挟持部材２１も締結ロッド３１と同材料、つまり、炭素繊維強化炭素複合材料（または、炭素材料）で形成することが望ましい。

ここで、本実施例の接合用拘束治具を用いた熱交換器コア１０１の接合作業について説明する。

まず、多数の通路溝１１１が形成された複数の高温流体用プレート１１２と、多数の通路溝１２１が形成された複数の低温流体用プレート１２２とを上下方向に沿って交互に、且つ、各通路溝１１１，１２１が交差するように積層すると共に、上下に支持板１３１，１３２を配設し、各プレート１１２，１２２及び支持板１３１，１３２の間にシート状またはベースト状のろうを配設する。そして、この複数のプレート１１２，１２２及び支持板１３１，１３２の積層体の上下に天板６１と底板６２を配置し、締付けボルト６３及び締付けナット６４を用いてこの積層体を天板６１と底板６２により挟持する。

次に、複数の高温流体用プレート１１２と低温流体用プレート１２２と支持板１３１，１３２が積層されると共に、その間にろうが挿入された積層体が天板６１及び底板６２により挟持された状態で、この挟持された積層体を第２挟持部材２１上に載置し、その上に第１挟持部材１１を載せる。このとき、第１挟持部材１１の各挿通孔１３が締付けナット６４に遊嵌するように位置決めする。そして、４本の締結ロッド３１を第１挟持部材１１の各貫通孔１２に貫通し、下ねじ部３２を第２挟持部材２１のねじ穴２２に螺合する一方、各締結ロッド３１に介装部材５１を挿入した後、上ねじ部３３に締結部材４１を螺合し、所定の締付け力で締結することで、各挟持部材１１，２２により積層体を拘束する。

そして、各プレート１１２，１２２及び支持板１３１，１３２の積層体を拘束した本実施例の接合用拘束治具を加熱炉内に入れ、所定の温度（例えば、１０８０℃）に加熱することで、ろうを溶融して各プレート１１２，１２２及び支持板１３１，１３２同士を接合し、熱交換器コア１０１を製造する。

この複数のプレート１１２，１２２及び支持板１３１，１３２の積層体を加熱するとき、その間に挿入されたろうが溶融して積層体の高さが減少するが、４つの介装部材５１が加熱されることで膨張し、その長さが長くなるため、第１挟持部材１１を下方に押圧する。つまり、介装部材５１の材質及び長さＬは、その熱膨張量が複数のプレート１１２，１２２及び支持板１３１，１３２の積層体における高さの減少量よりも大きく、且つ、第１挟持部材１１を介して積層体を所定圧力で押圧できる長さとなっているため、加熱されて熱膨張した介装部材５１は、第１挟持部材１１を介して天板６１を押圧し、複数のプレート１１２，１２２及び支持板１３１，１３２を隙間なく、適正な押圧力により加圧し続ける。そのため、複数のプレート１１２，１２２及び支持板１３１，１３２は、溶融してろうにより確実に接合され、高品質の熱交換器コア１０１が製造される。

このように実施例１の接合用拘束治具にあっては、熱交換器コア１０１を挟持する第１挟持部材１１及び第２挟持部材２１と、一端部が第１挟持部材１１に貫通して他端部が第２挟持部材２１に連結された複数の締結ロッド３１と、この締結ロッド３１の一端部に連結された締結部材４１と、第１挟持部材１１と締結部材４１との間に介装された介装部材５１とから構成し、締結ロッド３１を介装部材５１より熱膨張率の低い材料により形成している。

従って、熱交換器コア１０１の上下に各挟持部材１１，２１を配置し、複数の締結ロッド３１の下端部を第２挟持部材２１に螺合する一方、上端部を第１挟持部材１１に貫通して介装部材５１を挿入してから締結部材４１を螺合して締結しており、この締結ロッド３１が介装部材５１より熱膨張率の低い材料により形成されているため、熱交換器コア１０１をこの拘束状態で加熱すると、締結ロッド３１の熱膨張量に対して介装部材５１の熱膨張量が大きくなり、この介装部材５１の熱膨張により第１挟持部材１１が熱交換器コア１０１を加圧することとなり、熱交換器コア１０１の厚さ方向の変化に拘らず、常時適正な押圧力を確保することができ、この熱交換器コア１０１を確実に接合することができる。

また、実施例１の接合用拘束治具では、締結ロッド３１を炭素繊維材料で形成する一方、介装部材５１を締結ロッドより熱膨張率の高いニッケル合金材料で形成すると共に、介装部材５１における軸方向の長さを予め設定された所定温度まで加熱したときの熱膨張量及び熱交換器コアの厚さ方向の変化量に応じて設定している。従って、介装部材５１の長さをその熱膨張量及び熱交換器コアの変化量に応じて設定しており、拘束状態の熱交換器コアを加熱したとき、ろうが溶融して厚さが減少しても、介装部材５１が適量だけ熱膨張して第１挟持部材１１を介して熱交換器コアを適正な押圧力で加圧することができる。

更に、締結ロッド３１を介装部材５１より熱膨張率の低い炭素繊維強化炭素複合材料により形成すると共に、この締結ロッド３１と螺合関係にある締結部材４１や第２挟持部材２１を締結ロッド３１と同材料、つまり、炭素繊維強化炭素複合材料で形成することが望ましい。この場合、熱交換器コア１０１を拘束状態で加熱すると、締結ロッド３１、締結部材４１、第２挟持部材２１がほとんど熱膨張しないため、介装部材５１の熱膨張量が第１挟持部材１１に高精度に伝達され、この第１挟持部材１１が熱交換器コアを適正な押圧力で加圧することができる。

図３は、本発明の実施例２に係る接合用拘束治具を表す断面図、図４は、熱交換器コアを構成するフィン及びプレートを表す概略図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例２の接合用拘束治具は、積層構造体としての熱交換器コアをろう付け接合により製造する際に、この熱交換器コアを拘束するために用いられるものであり、本実施例の熱交換器コアは、複数のフィンとプレートを積層する構造となっている。

この実施例２の接合用拘束治は、上述した実施例１と同様に、図３に示すように、熱交換器コア２０１を挟持する第１挟持部材１１及び第２挟持部材２１と、一端部が第１挟持部材１１に貫通して他端部が第２挟持部材２１に連結された複数の締結ロッド３１と、この締結ロッド３１の一端部に連結された締結部材４１と、第１挟持部材１１と締結部材４１との間に介装された介装部材５１とから構成されている。

そして、熱交換器コア２０１は、図３及び図４に示すように、台形形状の凹凸を交互に平行に形成したフィン２１１を有するフィンプレート２１２と、平坦なプレート２２１とが、上下方向に沿って積層されると共に、フィンプレート２１２の側方に側板２３１が配置され、その上下に支持板２４１，２４２が積層されて構成されている。各プレート２１２，２２１は、ステンレス製の金属により形成され、接合後に、各フィン２１１の内部及び側方が各プレート２２１により閉塞されることで、高温流体及び低温流体の通路が形成されることとなる。そして、この熱交換器コア２０１は、その上下に天板６１と底板６２が配置され、４つの締付けボルト６３の下端部が底板６２に螺合する一方、上端部が天板６１を貫通して締付けナット６４が螺合することで、熱交換器コア２０１を構成する複数のプレート２１２，２２１と支持板１４１，１４２の積層体が天板６１と底板６２により挟持されることとなる。このとき、複数のプレート２１２，２２１間には、シート状またはベースト状のろうを配設する。

そして、本実施例の接合用拘束治具では、締結ロッド３１が介装部材５１より熱膨張率の低い材料により形成されており、締結ロッド３１は、炭素繊維強化炭素複合材料（または、炭素材料）により形成される一方、介装部材５１は、この締結ロッド３１より熱膨張率の高いニッケル合金材料により形成されている。この場合、介装部材５１における軸方向の長さＬは、予め設定された所定温度、本実施例では、ろう付け接合のための加熱温度に応じた温度（例えば、９００℃）まで加熱したときの熱膨張量と、熱交換器コア２０１を構成する複数のプレート２１２，２２１、側板２３１、支持板２４１，２４２の積層体が加熱されたときにシート状またはベースト状のろうが溶融することで発生する厚さ方向の変化量（減少量）に応じて設定されている。

また、本実施例では、第１挟持部材１１における熱交換器コア２０１を支持しない面、つまり、上面部に補強リブ１４が設けられている。この補強リブ１４は、第１挟持部材１１の上面に互いに交差するように設けられており、第１挟持部材１１のたわみを防止している。

ここで、本実施例の接合用拘束治具を用いた熱交換器コア２０１の接合作業について説明する。

まず、多数のフィン２１１を有す複数のフィンプレート２１２と、複数のプレート２２１と、側板２３１を上下方向に沿って交互に積層すると共に、上下に支持板２４１，２４３２を配設し、各プレート２１２，２２１と側板２３１と支持板２４１，２４２の間にシート状またはベースト状のろうを配設する。そして、この複数のプレート２１２，２２１と側板２３１と支持板２４１，２４２の積層体の上下に天板６１と底板６２を配置し、締付けボルト６３及び締付けナット６４を用いてこの積層体を天板６１と底板６２により挟持する。

次に、複数のプレート２１２，２２１と側板２３１と支持板２４１，２４２が積層されると共に、その間にろうが挿入された積層体が天板６１及び底板６２により挟持された状態で、この挟持された積層体を第２挟持部材２１上に載置し、その上に第１挟持部材１１を載せる。このとき、第１挟持部材１１の各挿通孔１３が締付けナット６４に遊嵌するように位置決めする。そして、４本の締結ロッド３１を第１挟持部材１１の各貫通孔１２に貫通し、下ねじ部３２を第２挟持部材２１のねじ穴２２に螺合する一方、各締結ロッド３１に介装部材５１を挿入した後、上ねじ部３３に締結部材４１を螺合し、所定の締付け力で締結することで、各挟持部材１１，２２により積層体を拘束する。

そして、各プレート２１２，２２１と側板２３１と支持板２４１，２４２の積層体を拘束した本実施例の接合用拘束治具を加熱炉内に入れ、所定の温度（例えば、１０８０℃）に加熱することで、ろうを溶融して各プレート２１２，２２１と側板２３１と支持板２４１，２４２同士を接合し、熱交換器コア２０１を製造する。

この複数のプレート２１２，２２１と側板２３１と支持板２４１，２４２の積層体を加熱するとき、その間に挿入されたろうが溶融して積層体の高さが減少するが、４つの介装部材５１が加熱されることで膨張し、その長さが長くなるため、第１挟持部材１１を下方に押圧する。つまり、介装部材５１の材質及び長さＬは、その熱膨張量が複数のプレート２１２，２２１と側板２３１と支持板２４１，２４２の積層体における高さの減少量よりも大きく、且つ、第１挟持部材１１を介して積層体を所定圧力で押圧できる長さとなっているため、加熱されて熱膨張した介装部材５１は、第１挟持部材１１を介して天板６１を押圧し、複数のプレート２１２，２２１と側板２３１と支持板２４１，２４２を隙間なく、適正な押圧力により加圧し続ける。そのため、複数のプレート２１２，２２１と側板２３１と支持板２４１，２４２は、溶融してろうにより確実に接合され、高品質の熱交換器コア２０１が製造される。

このように実施例２の接合用拘束治具にあっては、熱交換器コア２０１を挟持する第１挟持部材１１及び第２挟持部材２１と、一端部が第１挟持部材１１に貫通して他端部が第２挟持部材２１に連結された複数の締結ロッド３１と、この締結ロッド３１の一端部に連結された締結部材４１と、第１挟持部材１１と締結部材４１との間に介装された介装部材５１とから構成し、締結ロッド３１を介装部材５１より熱膨張率の低い材料により形成している。

従って、熱交換器コア２０１の上下に各挟持部材１１，２１を配置し、複数の締結ロッド３１の下端部を第２挟持部材２１に螺合する一方、上端部を第１挟持部材１１に貫通して介装部材５１を挿入してから締結部材４１を螺合して締結しており、この締結ロッド３１が介装部材５１より熱膨張率の低い材料により形成されているため、熱交換器コア２０１をこの拘束状態で加熱すると、締結ロッド３１の熱膨張量に対して介装部材５１の熱膨張量が大きくなり、この介装部材５１の熱膨張により第１挟持部材１１が熱交換器コア２０１を加圧することとなり、熱交換器コア２０１の厚さ方向の変化に拘らず、常時適正な押圧力を確保することができ、この熱交換器コア１０１を確実に接合することができる。

即ち、複数のプレート１１２，１２２及び支持板１３１，１３２を積層した実施例１の熱交換器コア１０１に限らず、複数のプレート２１２，２２１と側板２３１と支持板２４１，２４２を積層した実施例２の熱交換器コアであっても、本実施例の接合用拘束治具を用いることで、拘束状態の熱交換器コア２０１を加熱したときにろうが溶融して厚さが減少しても、介装部材５１が適量だけ熱膨張して第１挟持部材１１を介して熱交換器コアを適正な押圧力で加圧することができる。

また、実施例２では、第１挟持部材１１上面部に補強リブ１４を設けており、
拘束状態の熱交換器コア２０１を加熱するとき、介装部材５１が熱膨張して第１挟持部材１１を押圧し、この第１挟持部材１１が熱交換器コア２０１を加圧するが、第１挟持部材１１には補強リブ１４が設けられて補強されているため、第１挟持部材は撓んで変形することはなく、熱交換器コア２０１を適正な押圧力で加圧することができる。

図５は、本発明の実施例３に係る接合用拘束治具を表す断面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例３の接合用拘束治具は、積層構造体としての熱交換器コアを拡散接合により製造する際に、この熱交換器コアを拘束するために用いられるものである。

この実施例３の接合用拘束治は、上述した実施例１と同様に、図５に示すように、熱交換器コア１０１を挟持する第１挟持部材１１及び第２挟持部材２１と、一端部が第１挟持部材１１に貫通して他端部が第２挟持部材２１に連結された複数の締結ロッド３１と、この締結ロッド３１の一端部に連結された締結部材４１と、第１挟持部材１１と締結部材４１との間に介装された介装部材７１とから構成されている。

熱交換器コア１０１は、実施例１と同様に（図２参照）、平行をなす多数の通路溝１１１が形成された複数の高温流体用プレート１１２と、平行をなす多数の通路溝１２１が形成された複数の低温流体用プレート１２２とが、上下方向に沿って交互に、且つ、各通路溝１１１，１２１が交差するように積層されると共に、その上下に支持板１３１，１３２が積層されて構成されている。本実施例では、各プレート１１２，１２２を拡散接合により接合するため、材質を銅製としている。

そして、本実施例の接合用拘束治具では、締結ロッド３１が介装部材７１より熱膨張率の低い材料により形成されており、締結ロッド３１は、炭素繊維強化炭素複合材料（または、炭素材料）により形成される一方、介装部材７１は、この締結ロッド３１より熱膨張率の高い材料、例えば、ニッケル合金により形成されている。この場合、介装部材７１における軸方向の長さＬは、予め設定された所定温度、本実施例では、拡散接合のための加熱温度に応じた温度（例えば、８４０℃）まで加熱したときの熱膨張量と、熱交換器コア１０１を構成する複数のプレート１１２，１２２及び支持板１３１，１３２の積層体が拡散接合されたときに発生する厚さ方向の変化量（減少量）に応じて設定されている。

即ち、複数のプレート１１２，１２２及び支持板１３１，１３２の積層体を加熱して接合するとき、拡散接合による積層体の高さの減少に対して、加熱されることで膨張する介装部材７１の熱膨張量を大きく確保することで、常時、積層体を挟持部材１１，２１や天板６１及び底板６２により適正に挟持するようにしている。つまり、介装部材７１の材質及び長さＬは、所定温度まで加熱したときの熱膨張量が、複数のプレート１１２，１２２の積層体における高さの減少量よりも大きく、且つ、介装部材７１の熱膨張により第１挟持部材１１を介して積層体を所定圧力（例えば、４Ｍｐａ）で押圧できる長さとなっている。

まず、複数の高温流体用プレート１１２と複数の低温流体用プレート１２２とを上下方向に沿って交互に、且つ、各通路溝１１１，１２１が交差するように積層すると共に、上下に支持板１３１，１３２を配設する。そして、この複数のプレート１１２，１２２及び支持板１３１，１３２の積層体の上下に天板６１と底板６２を配置し、締付けボルト６３及び締付けナット６４を用いてこの積層体を天板６１と底板６２により挟持する。

次に、複数の高温流体用プレート１１２と低温流体用プレート１２２と支持板１３１，１３２が積層された積層体が天板６１及び底板６２により挟持された状態で、この挟持された積層体を第２挟持部材２１上に載置し、その上に第１挟持部材１１を載せる。このとき、第１挟持部材１１の各挿通孔１３が締付けナット６４に遊嵌するように位置決めする。そして、４本の締結ロッド３１を第１挟持部材１１の各貫通孔１２に貫通し、下ねじ部３２を第２挟持部材２１のねじ穴２２に螺合する一方、各締結ロッド３１に介装部材７１を挿入した後、上ねじ部３３に締結部材４１を螺合し、所定の締付け力で締結することで、各挟持部材１１，２２により積層体を拘束する。

そして、各プレート１１２，１２２及び支持板１３１，１３２の積層体を拘束した本実施例の接合用拘束治具を加熱炉内に入れ、所定の温度（例えば、８４０℃）に加熱することで、各プレート１１２，１２２及び支持板１３１，１３２同士を拡散接合し、熱交換器コア１０１を製造する。

この複数のプレート１１２，１２２及び支持板１３１，１３２の積層体を加熱するとき、拡散接合により積層体の高さが減少するが、４つの介装部材７１が加熱されることで膨張し、その長さが長くなるため、第１挟持部材１１を下方に押圧する。つまり、介装部材７１の材質及び長さＬは、その熱膨張量が複数のプレート１１２，１２２及び支持板１３１，１３２の積層体における高さの減少量よりも大きく、且つ、第１挟持部材１１を介して積層体を所定圧力で押圧できる長さとなっているため、加熱されて熱膨張した介装部材７１は、第１挟持部材１１を介して天板６１を押圧し、複数のプレート１１２，１２２及び支持板１３１，１３２を隙間なく、適正な押圧力により加圧し続ける。そのため、複数のプレート１１２，１２２及び支持板１３１，１３２は、拡散接合により確実に接合され、高品質の熱交換器コア１０１が製造される。

このように実施例３の接合用拘束治具にあっては、熱交換器コア１０１を挟持する第１挟持部材１１及び第２挟持部材２１と、一端部が第１挟持部材１１に貫通して他端部が第２挟持部材２１に連結された複数の締結ロッド３１と、この締結ロッド３１の一端部に連結された締結部材４１と、第１挟持部材１１と締結部材４１との間に介装された介装部材７１とから構成し、締結ロッド３１を介装部材７１より熱膨張率の低い材料により形成している。

従って、熱交換器コア１０１の上下に各挟持部材１１，２１を配置し、複数の締結ロッド３１の下端部を第２挟持部材２１に螺合する一方、上端部を第１挟持部材１１に貫通して介装部材７１を挿入してから締結部材４１を螺合して締結しており、この締結ロッド３１が介装部材７１より熱膨張率の低い材料により形成されているため、熱交換器コア１０１をこの拘束状態で加熱すると、締結ロッド３１の熱膨張量に対して介装部材７１の熱膨張量が大きくなり、この介装部材７１の熱膨張により第１挟持部材１１が熱交換器コア１０１を加圧することとなり、熱交換器コア１０１の厚さ方向の変化に拘らず、常時適正な押圧力を確保することができ、この熱交換器コア１０１を確実に接合することができる。

即ち、複数のプレート１１２，１２２及び支持板１３１，１３２の積層体、または、複数のプレート２１２，２２１と側板２３１と支持板２４１，２４２の積層体をろう付け接合した実施例１、２の熱交換器コア１０１，２０１に限らず、本実施例の接合用拘束治具を用いた拡散接合であっても、介装部材７１が適量だけ熱膨張して第１挟持部材１１を介して熱交換器コアを適正な押圧力で加圧することができる。

なお、上述した各実施例では、本実施例の接合用拘束治具により積層構造体としての熱交換器コア１０１，２０１を接合する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、複数の部材を積層して接合するものであれば、いずれの部品であっても確実に隙間なく接合することができる。

本発明に係る接合用拘束治具は、接合時における積層構造体の厚さ方向の変化に拘らず常時適正な押圧力を確保して確実に接合可能とするものであり、ろう付け接合や拡散接合などのいずれの種類の接合作業にも適用することができる。

本発明の実施例１に係る接合用拘束治具を表す断面図である。熱交換器コアを構成するフィンプレートを表す概略図である。本発明の実施例２に係る接合用拘束治具を表す断面図である。熱交換器コアを構成するフィン及びプレートを表す概略図である。本発明の実施例３に係る接合用拘束治具を表す断面図である。

符号の説明

１１第１挟持部材
２１第２挟持部材
３１締結ロッド
４１締結部材
５１，７１介装部材
６１天板
６２底板
６３締付けボルト
６４締付けナット
１０１，２０１熱交換器コア（積層構造体）

Claims

積層構造体を挟持する第１及び第２挟持部材と、一端部が前記第１挟持部材に貫通して他端部が前記第２挟持部材に連結された複数の締結ロッドと、該締結ロッドの一端部に連結された締結部材と、前記第１挟持部材と前記締結部材との間に介装された介装部材とを具え、前記締結ロッドが前記介装部材より熱膨張率の低い材料により形成されたことを特徴とする接合用拘束治具。
請求項１に記載の接合用拘束治具において、前記締結ロッドは、炭素繊維材料で形成される一方、前記介装部材は、前記締結ロッドより熱膨張率の高い材料で形成されると共に、該介装部材における軸方向の長さが予め設定された所定温度まで加熱したときの熱膨張量及び前記積層構造体の厚さ方向の変化量に応じて設定されたことを特徴とする接合用拘束治具。
請求項１または２に記載の接合用拘束治具において、前記締結部材は、前記締結ロッドと同材料で形成されたことを特徴とする接合用拘束治具。
請求項１または２に記載の接合用拘束治具において、前記第２挟持部材は、前記締結ロッドと同材料で形成されたことを特徴とする接合用拘束治具。
請求項１から４のいずれか一つに記載の接合用拘束治具において、前記第１挟持部材は、前記積層構造体を支持しない面に補強リブが設けられたことを特徴とする接合用拘束治具。