WO2021171637A1

WO2021171637A1 - 熱交換器の製造方法

Info

Publication number: WO2021171637A1
Application number: PCT/JP2020/018569
Authority: WO
Inventors: 堀　久司; 伸城瀬尾
Original assignee: 日本軽金属株式会社
Priority date: 2020-02-25
Filing date: 2020-05-07
Publication date: 2021-09-02
Also published as: JP2021133382A

Abstract

回転ツール（Ｆ）の攪拌ピン（Ｆ２）を押出多孔管（２）の外周面（１１ｆ）に挿入し、攪拌ピン（Ｆ２）の外周面を蓋体（３）の段差傾斜面（２３ｂ）にわずかに接触させつつショルダ部（Ｆ１）の底面（Ｆ１ａ）を押出多孔管（２）の外周面（１１ｆ）に接触させた状態で、隙間に第二アルミニウム合金を流入させながら、突合せ部（Ｊ１）よりも押出多孔管（２）側に設定された設定移動ルート（Ｌ１）に沿って所定の深さで押出多孔管（２）の外周面（１１ｆ）の廻りに一周させて突合せ部（Ｊ１）を摩擦攪拌する本接合工程と、を含み、本接合工程において、蓋体（３Ａ，３Ｂ）を両外側から一対の保持部（３２）で押圧して保持しつつ、保持部（３２）を用いて押出多孔管（２）及び蓋体（３）を回転又は平行移動させて押出多孔管（２）と蓋体（３）と摩擦攪拌することを特徴とする。

Description

熱交換器の製造方法

　本発明は、熱交換器の製造方法に関する。

　摩擦攪拌を利用した熱交換器の製造方法が行われている。例えば、特許文献１には、複数の孔部が並設された押出多孔管と、当該押出多孔管の開口部を封止する封止体とを摩擦攪拌で接合する熱交換器の製造方法が開示されている。

特開２０１６－７４０１６号公報

　特許文献１に係る発明では、回転ツールと押出多孔管の外周面とを垂直にした状態で回転ツールを押出多孔管廻りに一周させるため、回転ツールを、例えば、先端にスピンドルユニット等の回転駆動手段を備えたアームロボットに取り付けるなどして、回転ツールの回転中心軸の角度や挿入位置を変更・調整する必要がある。このため回転ツールを駆動させるための装置等の付帯設備に費用がかかり、結果的に製造コストが高くなるという問題がある。

　このような観点から、本発明は、熱交換器を低コストで製造することができる熱交換器の製造方法を提供することを課題とする。

　前記課題を解決するため、本発明は、内部にフィンを有する押出多孔管と、前記押出多孔管の開口部を封止する二つの蓋体とで構成され、前記押出多孔管と前記蓋体とを摩擦攪拌で接合する熱交換器の製造方法であって、前記蓋体は、底部及び前記底部の周縁から立ち上がる周壁部を有し、前記周壁部の外周縁に、段差側面と、当該段差側面から外側に向かって立ち上がる段差面と、を有する周壁段差部を形成し、前記押出多孔管は、端部に前記フィンが形成されておらず前記周壁部が嵌め合わされる嵌合部を有し、摩擦攪拌で用いる回転ツールは、ショルダ部を備え、前記ショルダ部の底面の中央から垂下する攪拌ピンを備えており、前記攪拌ピンは、先細りのテーパー状となっており、前記押出多孔管の一方の前記嵌合部に一の前記蓋体の前記周壁部を挿入し、前記押出多孔管の他方の前記嵌合部に他の前記蓋体の前記周壁部を挿入することにより、前記押出多孔管の両端部の内周面とそれぞれの前記蓋体の段差側面とを重ね合わせるとともに、前記押出多孔管の一方の端面と一の前記蓋体の前記段差面、及び、前記押出多孔管の他方の端面と他の前記蓋体の前記段差面とをそれぞれ突き合わせて二つの突合せ部を形成する突合せ工程と、回転する前記回転ツールの攪拌ピンを少なくとも一方の前記突合せ部に挿入し、前記攪拌ピンを前記押出多孔管及び前記蓋体に接触させつつ前記ショルダ部の底面を少なくとも前記押出多孔管の外周面に接触させた状態で、前記突合せ部に沿って所定の深さで前記押出多孔管の外周面の廻りに一周させて前記突合せ部を摩擦攪拌する本接合工程と、を含み、前記本接合工程において、二つの前記蓋体と前記押出多孔管とを各前記蓋体の両外側から一対の保持部で押圧して保持しつつ、前記保持部を用いて前記押出多孔管及び前記蓋体を回転又は平行移動させて前記押出多孔管と少なくとも一つの前記蓋体とを摩擦攪拌することを特徴とする。

　かかる製造方法によれば、蓋体の表面を一対の保持部で保持した状態で押出多孔管及び蓋体を回転又は平行移動させるため、本接合工程中に保持部と回転ツールとが干渉しない。つまり、押出多孔管及び蓋体を位置決めするための治具が回転ツールの移動の妨げにならない。これにより、工数を削減することができ、摩擦攪拌接合を容易に行うことができる。

　また、前記段差面は、前記段差側面から外側に向かうにつれて前記底部側に近接するように傾斜する段差傾斜面であり、前記押出多孔管は第二アルミニウム合金で形成されており、前記蓋体は第一アルミニウム合金で形成されており、前記第一アルミニウム合金は前記第二アルミニウム合金よりも硬度が高い材種であり、前記突合せ工程において、前記押出多孔管の端面と前記蓋体の前記段差傾斜面とを突き合わせて突合せ部に断面Ｖ字状の隙間を形成し、前記本接合工程において、回転する前記回転ツールの前記攪拌ピンを前記押出多孔管の外周面に挿入し、前記攪拌ピンの外周面を前記蓋体の前記段差傾斜面にわずかに接触させた状態で、前記ショルダ部の底面によって前記隙間に前記第二アルミニウム合金を流入させながら、前記突合せ部に沿って所定の深さで前記押出多孔管の外周面の廻りに一周させて前記突合せ部を摩擦攪拌することを特徴とする。

　かかる製造方法によれば、蓋体と押出多孔管との摩擦熱によって突合せ部の主として押出多孔管側の第二アルミニウム合金が攪拌されて塑性流動化され、突合せ部において蓋体と押出多孔管とを接合することができる。また、攪拌ピンの外周面を蓋体にわずかに接触させるに留めるため、蓋体から押出多孔管への第一アルミニウム合金の混入を極力少なくすることができる。これにより、突合せ部においては主として押出多孔管側の第二アルミニウム合金が摩擦攪拌されるため、接合強度の低下を抑制することができる。また、ショルダ部の底面を押出多孔管の外周面に接触させて塑性流動材を押さえることによりバリの発生を抑制することができる。また、回転ツールを移動させながら攪拌ピンを徐々に引き抜くことにより、局所的に摩擦熱が過大になるのを防ぐことができる。これにより、設定移動ルート上において、蓋体の第一アルミニウム合金が押出多孔管側に混入するのを防ぐことができる。

　また、前記突合せ工程では、前記蓋体の外周面よりも前記押出多孔管の外周面の方が外側となるように、前記押出多孔管と前記蓋体とを形成することが好ましい。

　かかる製造方法によれば、接合部の金属不足を防ぐことができる。

　また、前記回転ツールの回転方向及び進行方向を前記突合せ部側がアドバンシング側となるように設定することが好ましい。

　かかる製造方法によれば、突合せ部側の摩擦攪拌が促進され、より好適に接合することができる。

　また、前記本接合工程では、前記攪拌ピンの先端が前記蓋体の段差側面を突き抜けた状態で前記押出多孔管の外周面の廻りに一周させて前記突合せ部を摩擦攪拌することが好ましい。

　かかる製造方法によれば、蓋体と押出多孔管との接合強度を高めることができる。

　前記第一アルミニウム合金は鋳造材からなり、前記第二アルミニウム合金は展伸材からなることが好ましい。

　本発明に係る熱交換器の製造方法によれば、熱交換器を低コストで製造することができる熱交換器の製造方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係る回転ツールを示す側面図である。本発明の第一実施形態に係る熱交換器を示す分解斜視図である。第一実施形態に係る熱交換器の製造方法の突合せ工程を示す断面図である。第一実施形態に係る熱交換器の製造方法の本接合工程を示す斜視図である。第一実施形態に係る熱交換器の製造方法の本接合工程の開始位置を示す模式図である。第一実施形態に係る熱交換器の製造方法の本接合工程を示す断面図である。第一実施形態に係る熱交換器の製造方法の本接合工程の終了位置を示す模式図である。本発明の第二実施形態に係る熱交換器の製造方法の本接合工程の開始位置を示す模式図である。本発明の第二実施形態に係る熱交換器の製造方法の本接合工程の終了位置を示す模式図である。

　本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら説明する。まずは、本実施形態に係る熱交換器の製造方法で用いる回転ツールについて説明する。回転ツールは、摩擦攪拌接合に用いられるツールである。図１に示すように、回転ツールＦは、例えば工具鋼で形成されており、ショルダ部Ｆ１と、攪拌ピンＦ２とで構成されている。ショルダ部Ｆ１の底面Ｆ１ａは、塑性流動化した金属を押える部位である。ショルダ部Ｆ１は円柱状を呈する。

　攪拌ピンＦ２は、ショルダ部Ｆ１の底面Ｆ１ａの中央から垂下しており、ショルダ部Ｆ１と同軸になっている。攪拌ピンＦ２はショルダ部Ｆ１から離間するにつれて先細りのテーパー状となっている。攪拌ピンＦ２の外周面には螺旋溝が刻設されている。本実施形態では、回転ツールＦを右回転させるため、螺旋溝を基端から先端に向けて左回りに刻設する。

　なお、回転ツールＦを左回転させる場合は、螺旋溝を基端から先端に向けて右回りに刻設する。このようにすると、摩擦攪拌接合によって塑性流動化した金属が螺旋溝に導かれて攪拌ピンＦ２の先端側に移動する。これにより、被接合金属部材（押出多孔管２、蓋体３）から溢れ出る金属を少なくすることができる。

　回転ツールＦは、本実施形態では、水平方向及び上下方向に移動可能な摩擦攪拌装置に取り付けられている。なお、回転ツールＦは、先端にスピンドルユニット等の回転駆動手段を備えたロボットアームに取り付けてもよい。

［第一実施形態］
　本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら説明する。本発明は以下の実施形態のみに限定されるものではない。また、各実施形態における構成要素は一部又は全部を適宜組み合わせることができる。第一実施形態に係る熱交換器１は、図２に示すように、押出多孔管２と、押出多孔管２の両端に配置された蓋体３（３Ａ，３Ｂ）とで構成されている。熱交換器１は、内部に流体を流通させて、配置される発熱体を冷却する機器である。押出多孔管２と各蓋体３とは摩擦攪拌接合で一体化される。なお、蓋体３は、必要に応じて蓋体３Ａ，３Ｂと称して区別する。

　押出多孔管２は、本体部１１と、複数のフィン１２とで主に構成されている。押出多孔管２は、本実施形態では第二アルミニウム合金を主に含んで形成されている。第二アルミニウム合金は、例えば、ＪＩＳ　Ａ１０５０，Ａ１１００，Ａ６０６３等のアルミニウム合金展伸材で形成されている。押出多孔管２は、第二アルミニウム合金で形成された押出形材である。

　本体部１１は、筒状を呈する。本体部１１の側部１１ａ，１１ｂは外側（本体部１１の幅方向外側）に凸となるように湾曲している。本体部１１の基板部１１ｃ，１１ｄは平坦になっており、平行に対向している。つまり、本体部１１の断面は長丸形状になっている。フィン１２は、基板部１１ｃ，１１ｄに対して垂直になっている。フィン１２は、本体部１１の押し出し方向に延設され、それぞれ平行に形成されている。隣り合うフィン１２の間には、流体が流通する断面矩形の孔部１３が形成されている。

　押出多孔管２の両端の開口部には、フィン１２が形成されていない嵌合部１４が形成されている。嵌合部１４は、後記する蓋体３の周壁部２２が挿入される部位である。嵌合部１４は、フィン１２の両端を切削することにより形成されている。押出多孔管２の形状は、上記した形状に限定されるものではない。例えば、押出多孔管２の断面（押出方向に対して垂直な断面）が、円形、楕円形又は角形であってもよい。

　蓋体３Ａ，３Ｂは、押出多孔管２の両端の開口部を封止する部材である。蓋体３Ａ，３Ｂは、それぞれ同形状になっている。蓋体３は、底部２１と、周壁部２２とを有する。底部２１は、長丸形状を呈する板状部材である。底部２１の外形は、押出多孔管２の開口部を封止するように、押出多孔管２の本体部１１の外形と概ね同形状になっている。周壁部２２は、底部２１の周縁部から垂直に立ち上がる部位である。周壁部２２は、底部２１の形状に沿って長丸の枠状に形成されている。底部２１と周壁部２２とで凹状のヘッダー流路２４が形成されている。

　蓋体３の材料は、摩擦攪拌可能な金属であれば特に制限されないが、本実施形態では第一アルミニウム合金を主に含んで形成されている。第一アルミニウム合金は、第二アルミニウム合金よりも硬度の高い材料である。第一アルミニウム合金は、例えば、ＪＩＳＨ５３０２　ＡＤＣ１２（Ａｌ-Ｓｉ-Ｃｕ系）等のアルミニウム合金鋳造材を用いている。なお、本明細書において硬度はブリネル硬さをいい、ＪＩＳ　Ｚ　２２４３に準じた方法によって測定することができる。

　図３にも示すように、周壁部２２の外周縁には、段差側面２３ａと、段差側面２３ａから立ち上がる段差傾斜面２３ｂとで構成された周壁段差部２３が形成されている。周壁段差部２３は、周方向全体にわたって形成されている。段差側面２３ａは、押し出し方向と平行になっている。段差傾斜面（段差面）２３ｂは、段差側面２３ａから外側（本体部１１の幅方向外側）に向かうにつれて底部２１に近接するように傾斜している。換言すると、段差傾斜面２３ｂは、外側に向かうにつれて本体部１１から離間するように傾斜している。段差傾斜面２３ｂの傾斜角度βは、一定の傾斜角度になっている。なお、本実施形態では段差面を段差側面２３ａに対して傾斜する段差傾斜面２３ｂとしたが、段差側面２３ａに対して垂直としてもよい。

　押出多孔管２の外周面１１ｆと周壁部２２の外周面２２ｂとは面一でもよいが、本実施形態では、押出多孔管２及び蓋体３は、後記する突合せ工程を行った後、周壁部２２の外周面２２ｂよりも、押出多孔管２の外周面１１ｆが外側となるように設定している。換言すると、段差傾斜面２３ｂの高さ寸法よりも、押出多孔管２の端面１１ｅの高さ（厚さ）寸法の方が大きくなるように設定している。

　次に、本実施形態に係る熱交換器の製造方法について説明する。本実施形態に係る熱交換器の製造方法では、準備工程と、突合せ工程と、本接合工程とを行う。

　準備工程は、押出多孔管２及び蓋体３を準備する工程である。押出多孔管２及び蓋体３は、製造方法については特に制限されないが、押出多孔管２は、例えば、押出成形で成形する。蓋体３は、例えば、ダイキャストにより成形する。

　突合せ工程は、図３に示すように、押出多孔管２に蓋体３を突き合わせる工程である。突合せ工程では、蓋体３の周壁部２２に、押出多孔管２の嵌合部１４を嵌め合わせる。これにより、蓋体３の段差傾斜面２３ｂと押出多孔管２の端面１１ｅとが突き合わされて突合せ部Ｊ１が形成されるとともに、蓋体３の段差側面２３ａと押出多孔管２の内周面１１ｇとが重ね合わされて突合せ部Ｊ２が形成される。周壁部２２の端面２２ａと、フィン１２の端面１２ａとは接触するか、わずかな隙間をあけて対向する。突合せ部Ｊ１，Ｊ２は、周方向にわたって形成される。突合せ部Ｊ１には断面Ｖ字状の隙間が形成される。

　本接合工程は、回転ツールＦを用いて突合せ部Ｊ１を摩擦攪拌接合する工程である。本接合工程では、保持工程と、摩擦攪拌工程とを行う。保持工程は、図４に示すように、一対の保持部３２を備える挟持装置（治具）で蓋体３Ａ，３Ｂを両外側から押圧して挟持する。本実施形態では、保持部３２と蓋体３Ａとの間、保持部３２と蓋体３Ｂとの間にそれぞれ中間プレート３１を介設している。保持部３２は円柱状を呈し、その端面が中間プレート３１，３１にそれぞれ面接触する。中間プレート３１を設けることで、保持部３２の押圧力を分散させて、押出多孔管２及び蓋体３Ａ，３Ｂを確実に保持することができる。なお、中間プレート３１は省略してもよい。

　挟持装置の保持部３２と押出多孔管２及び蓋体３Ａ，３Ｂとは同期して回転又は平行移動する。つまり、当該挟持装置は、蓋体３Ａ及び蓋体３Ｂを保持部３２，３２でそれぞれ押圧し挟持した状態で、押出多孔管２及び蓋体３Ａ，３Ｂを周方向に回転させるとともに、上下、左右及び前後方向に直線移動させることができる。

　摩擦攪拌工程は、図５及び図６に示すように、まず、突合せ部Ｊ１に対して蓋体３から離間する位置に「設定移動ルートＬ１」（一点鎖線）を設定する。設定移動ルートＬ１は、後記する摩擦攪拌工程において、突合せ部Ｊ１を接合するために必要な回転ツールＦの移動ルートである。設定移動ルートＬ１については追って詳述する。

　図５に示すように、摩擦攪拌工程では、開始位置ＳＰ１から中間点Ｓ１までの押入区間と、設定移動ルートＬ１上の中間点Ｓ１から一周廻って中間点Ｓ２までの本区間と、中間点Ｓ２から終了位置ＥＰ１までの離脱区間の三つの区間を連続して摩擦攪拌接合する。中間点Ｓ１，Ｓ２は、設定移動ルートＬ１上に設定されている。開始位置ＳＰ１は、押出多孔管２の本体部１１において、設定移動ルートＬ１に対して蓋体３から離間する位置に設定されている。本実施形態では、開始位置ＳＰ１と中間点Ｓ１とを結ぶ線分と、設定移動ルートＬ１とのなす角度が鈍角となる位置に開始位置ＳＰ１を設定している。

　押入区間では、開始位置ＳＰ１から中間点Ｓ１までの摩擦攪拌を行う。押入区間では、本体部１１の外周面１１ｆに対して回転中心軸線Ｚを垂直にしつつ、右回転させた攪拌ピンＦ２を開始位置ＳＰ１に挿入し、中間点Ｓ１まで相対移動させる。この際、少なくとも中間点Ｓ１に到達するまでに予め設定された「所定の深さ」に達するように攪拌ピンＦ２を徐々に押し入れていく。つまり、回転ツールＦを一ヶ所に留まらせることなく、回転ツールＦを設定移動ルートＬ１に移動させながら徐々に下降させていく。回転ツールＦが中間点Ｓ１に達したら、そのまま本区間に移行する。所定の深さとは、突合せ部Ｊ１上の中間点Ｓ１から中間点Ｓ２までの本区間において、攪拌ピンＦ２を差し込む深さを言う。

　本区間では、図６に示すように回転ツールＦを設定移動ルートＬ１に沿って一周させる。本区間においては、中間点Ｓ１に達した際に、攪拌ピンＦ２の外周面と段差傾斜面２３ｂとが平行となるように設定する。また、中間点Ｓ１に達した際に、攪拌ピンＦ２の外周面と段差傾斜面２３ｂとがわずかに接触するように設定する。このときショルダ部Ｆ１の底面Ｆ１ａと押出多孔管２の外周面１１ｆとが接触しつつ、攪拌ピンＦ２の平坦面Ｆ３が段差側面２３ａを突き抜けるように挿入深さを設定する。回転ツールＦの回転中心軸線Ｚと、本体部１１の外周面１１ｆとが垂直となるように設定し、これらを維持した状態で、突合せ部Ｊ１に沿って回転ツールＦを相対移動させる。

　攪拌ピンＦ２の外周面と段差傾斜面２３ｂとの接触代（オフセット量）Ｎは、例えば、０＜Ｎ≦１．０ｍｍの間で設定し、好ましくは０＜Ｎ≦０．８５ｍｍの間で設定し、より好ましくは０＜Ｎ≦０．６５ｍｍの間で設定する。

　設定移動ルートＬ１は、図７に示すように、平坦面Ｆ３の中心が通過する軌跡を示している。つまり、設定移動ルートＬ１は、突合せ部Ｊ１の周方向において、段差傾斜面２３ｂと攪拌ピンＦ２の外周面とを平行にしつつ両者がわずかに接触するように設定されている。本区間においては、回転ツールＦを上方から見た場合に、平坦面Ｆ３の中心が、設定移動ルートＬ１と重なるように回転ツールＦを移動させる。なお、攪拌ピンＦ２の「所定の深さ」は、適宜設定すればよいが、本実施形態では回転ツールＦの平坦面Ｆ３が、段差側面２３ａを突き抜ける位置まで挿入する。これにより、突合せ部Ｊ２も確実に接合することができる。

　攪拌ピンＦ２の外周面と段差傾斜面２３ｂとが接触しないように設定すると、突合せ部Ｊ１の接合強度が低くなる。一方、攪拌ピンＦ２の段差傾斜面２３ｂの接触代Ｎが１．０ｍｍを超えると蓋体３の第一アルミニウム合金が、押出多孔管２側に大量に混入して接合不良となるおそれがある。

　図７に示すように、回転ツールＦを一周させて攪拌ピンＦ２が中間点Ｓ２に到達したら、そのまま離脱区間に移行する。離脱区間では、中間点Ｓ２から終了位置ＥＰ１に向かうまでの間に攪拌ピンＦ２を徐々に引き抜いて（上昇させて）、終了位置ＥＰ１で押出多孔管２から攪拌ピンＦ２を離脱させる。つまり、回転ツールＦを一ヶ所に留まらせることなく、回転ツールＦを終了位置ＥＰ１に移動させながら徐々に引抜いていく。終了位置ＥＰ１は、終了位置ＥＰ１と中間点Ｓ２とが結ぶ線分と設定移動ルートＬ１とでなす角度が鈍角となる位置に設定する。回転ツールＦの移動軌跡には塑性化領域Ｗ１が形成される。なお、前記したように押出多孔管２と一端側の蓋体３Ａとの摩擦攪拌接合が終了したら、同じ要領で押出多孔管２と他端側の蓋体３Ｂとの摩擦攪拌接合を行う。押出多孔管２と他端側の蓋体３Ｂとの摩擦攪拌は省略してもよい。つまり、押出多孔管２と少なくとも一つの蓋体３が摩擦攪拌されていればよい。

　以上説明した本実施形態における熱交換器の製造方法によれば、蓋体３Ａ，３Ｂを一対の保持部３２で両外側から保持した状態で押出多孔管２及び蓋体３Ａ，３Ｂを回転又は移動させるため、本接合工程中に保持部３２と回転ツールＦとが干渉しない。つまり押出多孔管２と蓋体３Ａ，３Ｂとを位置決めするための治具が、回転ツールＦの移動ルート上に無いため回転ツールＦの移動の妨げにならない。これにより、挿入位置等の調整が容易になるとともに、付帯設備の費用も抑えることができる。よって、熱交換器を低コストで製造することができる。

　また、押出多孔管２と攪拌ピンＦ２との摩擦熱によって突合せ部Ｊ１の主として押出多孔管２側の第二アルミニウム合金が攪拌されて塑性流動化され、突合せ部Ｊ１において押出多孔管２の端面１１ｅと蓋体３の段差傾斜面２３ｂとを接合することができる。

　また、攪拌ピンＦ２の外周面を段差傾斜面２３ｂにわずかに接触させるに留めるため、蓋体３から押出多孔管２への第一アルミニウム合金の混入を極力少なくすることができる。これにより、突合せ部Ｊ１においては主として押出多孔管２側の第二アルミニウム合金が摩擦攪拌されるため、接合強度の低下を抑制することができる。つまり、本接合工程では、攪拌ピンＦ２の回転中心軸線Ｚに対して一方側と他方側で、攪拌ピンＦ２が受ける材料抵抗の不均衡を極力少なくすることができる。また、攪拌ピンＦ２の外周面と蓋体３の段差傾斜面２３ｂとを平行に設定しているため、塑性流動材がバランス良く摩擦攪拌され、接合強度の低下を抑制することができる。

　また、ショルダ部Ｆ１の底面Ｆ１ａを押出多孔管２の外周面１１ｆに接触させて塑性流動材を押さえることにより、バリの発生を抑制することができる。

　また、本接合工程の押入区間では、開始位置ＳＰ１から設定移動ルートＬ１と重複する位置まで回転ツールＦを移動させつつ所定の深さとなるまで攪拌ピンＦ２を徐々に押入することにより、設定移動ルートＬ１上で回転ツールＦが停止して摩擦熱が過大になるのを防ぐことができる。
　同様に、本接合工程の離脱区間では、設定移動ルートＬ１から終了位置ＥＰ１まで回転ツールＦを移動させつつ所定の深さから攪拌ピンＦ２を徐々に引き抜いて離脱させることにより、設定移動ルートＬ１上で回転ツールＦが停止して摩擦熱が過大になるのを防ぐことができる。

　これらにより、設定移動ルートＬ１上で摩擦熱が過大となり、蓋体３から押出多孔管２へ第一アルミニウム合金が過剰に混入して接合不良となるのを防ぐことができる。

　また、本接合工程において、開始位置ＳＰ１及び終了位置ＥＰ１の位置は適宜設定すればよいが、開始位置ＳＰ１と設定移動ルートＬ１とのなす角度、終了位置ＥＰ１と設定移動ルートＬ１とのなす角度が鈍角となるように設定することにより、中間点Ｓ１，Ｓ２で回転ツールＦの移動速度が低下することなくスムーズに本区間又は離脱区間に移行することができる。これにより、設定移動ルートＬ１上で回転ツールＦが停止又は移動速度が低下することにより、摩擦熱が過大となることを防ぐことができる。

　また、開始位置ＳＰ１から設定移動ルートＬ１に回転ツールＦを移動させる際には、上方から見て回転ツールＦの軌跡が曲線を描くように移動させてもよいし、直線状に移動させてもよい。また、同様に、設定移動ルートＬ１から終了位置ＥＰ１に回転ツールＦを移動させる際には、上方から見て回転ツールＦの軌跡が曲線を描くように移動させてもよいし、直線状に移動させてもよい。

　また、本実施形態の本接合工程では、回転ツールＦの回転方向及び進行方向は適宜設定すればよいが、回転ツールＦの移動軌跡に形成される塑性化領域Ｗ１のうち、蓋体３側（突合せ部Ｊ１側）がシアー側となり、押出多孔管２側がフロー側となるように回転ツールＦの回転方向及び進行方向を設定した。蓋体３側がシアー側となるように設定することで、突合せ部Ｊ１の周囲における攪拌ピンＦ２による攪拌作用が高まり、突合せ部Ｊ１における温度上昇が期待でき、突合せ部Ｊ１において押出多孔管２と蓋体３とをより確実に接合することができる。

　なお、シアー側（Advancing side）とは、被接合部に対する回転ツールの外周の相対速度が、回転ツールの外周における接線速度の大きさに移動速度の大きさを加算した値となる側を意味する。一方、フロー側（Retreating side）とは、回転ツールの移動方向の反対方向に回転ツールが回動することで、被接合部に対する回転ツールの相対速度が低速になる側を言う。

　また、蓋体３の第一アルミニウム合金は、押出多孔管２の第二アルミニウム合金よりも硬度の高い材料になっている。これにより、熱交換器１の耐久性を高めることができる。また、蓋体３の第一アルミニウム合金をアルミニウム合金鋳造材とし、押出多孔管２の第二アルミニウム合金をアルミニウム合金展伸材とすることが好ましい。第一アルミニウム合金を例えば、ＪＩＳＨ５３０２　ＡＤＣ１２等のＡｌ－Ｓｉ－Ｃｕ系アルミニウム合金鋳造材とすることにより、蓋体３の鋳造性、強度、被削性等を高めることができる。また、第二アルミニウム合金を例えば、ＪＩＳ　Ａ１０００系又はＡ６０００系とすることにより、押出多孔管２の加工性、熱伝導性を高めることができる。

　また、本接合工程においては、突合せ部Ｊ１の全周を摩擦攪拌接合できるため、熱交換器の気密性及び水密性を高めることができる。また、本接合工程の終端部分において、回転ツールＦが中間点Ｓ１を完全に通過してから終了位置ＥＰ１に向かうようにする。つまり、本接合工程によって形成された塑性化領域Ｗ１の各端部同士をオーバーラップさせることにより、より気密性及び水密性を高めることができる。

　また、本接合工程では、ショルダ部Ｆ１の底面Ｆ１ａを押出多孔管２の外周面１１ｆにわずかに接触させて塑性流動材を押さえながら摩擦攪拌を行うため、バリの発生を抑制することができる。また、本実施形態では、突合せ工程を行った後、周壁部２２の外周面２２ｂよりも、押出多孔管２の外周面１１ｆが外側となるように設定している。これにより、摩擦攪拌を行う際に、突合せ部Ｊ１の金属不足をより防ぐことができる。

　また、蓋体３にヘッダー流路２４を備えることにより、孔部１３に流入又は流出する流体を集約することができる。

　なお、本接合工程では、回転ツールＦの回転速度を一定としてもよいが、可変させてもよい。本接合工程の押入区間において、開始位置ＳＰ１における回転ツールＦの回転速度をＶ１とし、本区間における回転ツールＦの回転速度をＶ２とすると、Ｖ１＞Ｖ２としてもよい。回転速度のＶ２は、設定移動ルートＬ１における予め設定された一定の回転速度である。つまり、開始位置ＳＰ１では、回転速度を高く設定しておき、押入区間内で徐々に回転速度を低減させながら本区間に移行してもよい。

　また、第一本接合工程の離脱区間において、本区間における回転ツールＦの回転速度をＶ２、終了位置ＥＰ１において離脱させるときの回転ツールＦの回転速度をＶ３とすると、Ｖ３＞Ｖ２としてもよい。つまり、離脱区間に移行したら、終了位置ＥＰ１に向けて徐々に回転速度を上げながら押出多孔管２から回転ツールＦを離脱させてもよい。回転ツールＦを押出多孔管２に押し入れる際又は押出多孔管２から離脱させる際に、前記のように設定することで、押入区間又は離脱区間時における少ない押圧力を、回転速度で補うことができるため、摩擦攪拌を好適に行うことができる。

［第二実施形態］
　次に、本発明の第二実施形態に係る熱交換器の製造方法について説明する。第二実施形態では、図８，９に示すように、本接合工程における開始位置ＳＰ１、中間点Ｓ１，Ｓ２及び終了位置ＥＰ１の位置をいずれも設定移動ルートＬ１上に設定する点で第一実施形態と相違する。第二実施形態では、第一実施形態と相違する部分を中心に説明する。

　第二実施形態に係る熱交換器の製造では、準備工程と、突合せ工程と、本接合工程とを行う。準備工程及び突合せ工程は、第一実施形態と同一である。

　本接合工程では、図８に示すように、開始位置ＳＰ１を設定移動ルートＬ１上に設定する。本接合工程では、開始位置ＳＰ１から中間点Ｓ１までの押入区間と、設定移動ルートＬ１上の中間点Ｓ１から一周廻って中間点Ｓ２までの本区間と、中間点Ｓ２から終了位置ＥＰ１までの離脱区間の三つの区間を連続して摩擦攪拌する。

　押入区間では、図８に示すように、設定移動ルート上の開始位置ＳＰ１から中間点Ｓ１までの摩擦攪拌を行う。押入区間では、押出多孔管２の外周面１１ｆに対して回転中心軸線Ｚを垂直となるようにしつつ、右回転させた攪拌ピンＦ２を開始位置ＳＰ１に挿入し、中間点Ｓ１まで相対移動させる。この際、少なくとも中間点Ｓ１に到達するまでに予め設定された「所定の深さ」に達するように攪拌ピンＦ２を徐々に押し入れていく。

　また、押入区間においては、回転ツールＦを移動させつつ、中間点Ｓ１に達した際に、攪拌ピンＦ２の外周面と段差傾斜面２３ｂとが平行となるように設定しつつ、攪拌ピンＦ２の外周面と段差傾斜面２３ｂとがわずかに接触するように設定する。そして、その状態を維持しつつ本区間の摩擦攪拌接合に移行する。攪拌ピンＦ２の外周面と段差傾斜面２３ｂとの接触代（オフセット量）Ｎ及び設定移動ルートＬ１の設定は第一実施形態と同一である。

　図９に示すように、回転ツールＦを一周させて攪拌ピンＦ２が中間点Ｓ２に到達したら、そのまま離脱区間に移行する。離脱区間では、図９に示すように、中間点Ｓ２から終了位置ＥＰ１に向かうまでの間に攪拌ピンＦ２を徐々に引き抜いて（上方に移動させて）、設定移動ルートＬ１上に設定された終了位置ＥＰ１で押出多孔管２から攪拌ピンＦ２を離脱させる。

　以上説明した第二実施形態に係る熱交換器の製造方法によっても第一実施形態と略同等の効果を奏することができる。第二実施形態のように本接合工程における開始位置ＳＰ１、終了位置ＥＰ１は、設定移動ルートＬ１上に設定してもよい。第二実施形態に係る本接合工程の押入区間では、回転ツールＦを設定移動ルート上で移動させつつ所定の深さとなるまで攪拌ピンＦ２を徐々に押入することにより、設定移動ルートＬ１上の一点で回転ツールＦが停止して摩擦熱が過大になるのを防ぐことができる。また、第二実施形態に係る本接合工程の離脱区間では、回転ツールＦを設定移動ルート上で移動させつつ攪拌ピンＦ２を徐々に離脱させることにより、設定移動ルートＬ１上の一点で回転ツールＦが停止して摩擦熱が過大になるのを防ぐことができる。

　以上本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨に反しない範囲で適宜設計変更が可能である。例えば、押出多孔管２及び蓋体３は同種の金属としてもよいし、同じ硬度の金属としてもよい。

　１　　　　熱交換器
　２　　　　押出多孔管
　３　　　　蓋体
　２３ａ　　段差側面
　２３ｂ　　段差傾斜面（段差面）
　Ｆ　　　　回転ツール
　Ｆ１　　　ショルダ部
　Ｆ２　　　攪拌ピン
　Ｆ３　　　平坦面
　Ｊ１　　　突合せ部
　ＳＰ１　　開始位置
　ＥＰ１　　終了位置
　Ｗ１　　　塑性化領域

Claims

　内部にフィンを有する押出多孔管と、前記押出多孔管の開口部を封止する二つの蓋体とで構成され、前記押出多孔管と前記蓋体とを摩擦攪拌で接合する熱交換器の製造方法であって、
　前記蓋体は、底部及び前記底部の周縁から立ち上がる周壁部を有し、前記周壁部の外周縁に、段差側面と、当該段差側面から外側に向かって立ち上がる段差面と、を有する周壁段差部を形成し、
　前記押出多孔管は、端部に前記フィンが形成されておらず前記周壁部が嵌め合わされる嵌合部を有し、
　摩擦攪拌で用いる回転ツールは、ショルダ部を備え、前記ショルダ部の底面の中央から垂下する攪拌ピンを備えており、前記攪拌ピンは、先細りのテーパー状となっており、
　前記押出多孔管の一方の前記嵌合部に一の前記蓋体の前記周壁部を挿入し、前記押出多孔管の他方の前記嵌合部に他の前記蓋体の前記周壁部を挿入することにより、前記押出多孔管の両端部の内周面とそれぞれの前記蓋体の段差側面とを重ね合わせるとともに、前記押出多孔管の一方の端面と一の前記蓋体の前記段差面、及び、前記押出多孔管の他方の端面と他の前記蓋体の前記段差面とをそれぞれ突き合わせて二つの突合せ部を形成する突合せ工程と、
　回転する前記回転ツールの攪拌ピンを少なくとも一方の前記突合せ部に挿入し、前記攪拌ピンを前記押出多孔管及び前記蓋体に接触させつつ前記ショルダ部の底面を少なくとも前記押出多孔管の外周面に接触させた状態で、前記突合せ部に沿って所定の深さで前記押出多孔管の外周面の廻りに一周させて前記突合せ部を摩擦攪拌する本接合工程と、を含み、
　前記本接合工程において、二つの前記蓋体と前記押出多孔管とを各前記蓋体の両外側から一対の保持部で押圧して保持しつつ、前記保持部を用いて前記押出多孔管及び前記蓋体を回転又は平行移動させて前記押出多孔管と少なくとも一つの前記蓋体とを摩擦攪拌することを特徴とする熱交換器の製造方法。
　前記段差面は、前記段差側面から外側に向かうにつれて前記底部側に近接するように傾斜する段差傾斜面であり、
　前記押出多孔管は第二アルミニウム合金で形成されており、前記蓋体は第一アルミニウム合金で形成されており、
　前記第一アルミニウム合金は前記第二アルミニウム合金よりも硬度が高い材種であり、
　前記突合せ工程において、前記押出多孔管の端面と前記蓋体の前記段差傾斜面とを突き合わせて突合せ部に断面Ｖ字状の隙間を形成し、
　前記本接合工程において、回転する前記回転ツールの前記攪拌ピンを前記押出多孔管の外周面に挿入し、前記攪拌ピンの外周面を前記蓋体の前記段差傾斜面にわずかに接触させた状態で、前記ショルダ部の底面によって前記隙間に前記第二アルミニウム合金を流入させながら、前記突合せ部に沿って所定の深さで前記押出多孔管の外周面の廻りに一周させて前記突合せ部を摩擦攪拌す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。
　前記突合せ工程では、前記蓋体の外周面よりも前記押出多孔管の外周面の方が外側となるように、前記押出多孔管と前記蓋体とを形成す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。
　前記回転ツールの回転方向及び進行方向を前記突合せ部側がアドバンシング側となるように設定す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。
　前記本接合工程では、前記攪拌ピンの先端が前記蓋体の段差側面を突き抜けた状態で前記押出多孔管の外周面の廻りに一周させて前記突合せ部を摩擦攪拌す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。
　前記第一アルミニウム合金は鋳造材からなり、前記第二アルミニウム合金は展伸材からなることを特徴とする請求項２に記載の熱交換器の製造方法。