アルミニウム製熱交換器の製造方法

【目的】本考案は、製造コストが低く、ろう付け作業が容易で、しかも、優れた接着強度を有するアルミニウム製熱交換器の製造方法を提供することを目的とする。
【構成】被熱交換流体が流れる流路面にろう材がクラッドされおらずかつ突縁部を有する扁平管を、ろう材がクラッドされたヘッダタンクの扁平管挿入孔に挿入してコアを形成し、これに非腐食性フラックスを塗布した後に、炉中に入れて所定温度に加熱するようにした。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、エバポレータあるいはコンデンサ等の自動車用熱交換器の製造方法に関し、特にアルミニウム製熱交換器における扁平管のろう付け工法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】アルミニウム製の自動車用熱交換器には、エバポレータやコンデンサあるいはラジエ−タ等があるが、これらは、一般にろう付け工法により製造されている。この製造方法は、熱交換器の各種部品を組み付けた後に、炉内に入れ加熱することにより予め設けられたろう材により一体的にろう付けするものである。このようなアルミニウム製の熱交換器の各種部品は、主に純アルミニウムにマンガン等の金属を混合したアルミニウム合金が基礎となる材料（以下、芯材と称す）であるので、部品相互を接合するには、接合部位の芯材の表面に、アルミニウムにシリコン等の金属を混合して前記アルミニウム合金の芯材より融点が低いアルミニウム−シリコン合金のろう材をクラッドした材料を採用し、これら部品を組付けるか、前記ろう材をクラッドする代わりにアルミニウムマンガン合金の芯材の部品と部品の接合部に前記ろう材箔を置きろうして部品を組付けている。そして、ろう付接合部にフラックスを塗布し、所定の炉中でろう付するか、フラックスを塗布せず真空炉中でろう付している。
【０００３】このようなアルミニウム製熱交換器の中には、図５に示すようなマルチフロータイプと称されるものがある（例えば、実開平２−２８，９８０号公報、特開昭６２−２０７，５７２号公報参照）。マルチフロータイプの熱交換器１００は、内部に被熱交換流体が流通する複数個の扁平管１０２相互間に波形状に形成された伝熱フィンであるコルゲートフィン１０３を介装することによりコア１０４を形成し、このコア１０４を所定長離間して対設された一対のアルミニウム製ヘッダタンク１０１，１０１間に設けるとともに前記扁平管１０２とヘッダタンク１０１，１０１とを連通するように組付け、炉内で一体的にろう付けしたものである。なお、図５R>５における符号「１０５」は補強プレートである。
【０００４】このようなマルチフロータイプの熱交換器１００は、炉中ろう付けにより形成するために、前記ヘッダタンク１０１は、図６に示すように、アルミニウム合金の芯材１０１ａの外周にろう材１０１ｂをクラッドしたアルミニウム材からなる両端開放の円筒管が使用され、この円筒管の上下両端には、各端部の開口を接合して閉塞するために内面にろう材（図示せず）が設けられたアルミニウム合金製の盲蓋１０６が設けられている。また、この円筒管には扁平管挿入孔１０７が多数開設され、これら各挿入孔１０７に扁平管１０２の端部が挿入されるようになっている。これら扁平管１０２相互間には表面にろう材がクラッドされていないアルミニウム合金製のコルゲートフィン１０３が介装されている。さらに、円筒管には入口管取り付け用の孔あるいは出口管取り付け用の孔（いずれも図示せず）が開設され、これら各孔には、それぞれ外部にろう材（図示せず）がクラッドされたアルミニウム合金製の入口管１０８、出口管１０９が取り付けられる。なお、補強プレート１０５はコア側の面にろう材がクラッドされている。
【０００５】前記扁平管１０２は、該扁平管１０２の軸直角断面図である図７に示すように、アルミニウム合金の芯材１０２ａの外周にろう材１０２ｂがクラッドされたものであるが、この扁平管１０２の内部には、流路Ｒを複数に区画して小流路ｒを形成するためのインナーフィン１１０が挿入されている。このインナーフィン１１０は、熱交換流体から扁平管１０２への熱伝達の向上と、扁平管１０２の耐圧性の向上を図っている。インナーフィン１１０は、薄いアルミニウム合金の芯材１１０ａの両面にろう材１１０ｂ，１１０ｂがクラッドされたものが使用されている。
【０００６】ところで、前記扁平管１０２を製造するに当たっては、従来から、帯板をフォーミングローラにより折り曲げ成形し、帯板の両端部を突合せした状態でバットシーム溶接を施し、その後所定の長さに切断することにより形成することは知られている。すなわち、図８に示すように、複数のフォーミングローラによって扁平で長尺な帯板を中心軸線を境としてＵ字状に折り曲げるとともに両側端部が、突合せ状態になるまで徐々に造管する。ついで、扁平な管状になった側部および底部をスクイーズロール１１１，１１２，１１３によって加圧しながら、回転式溶接変圧器１１４が接続されたローラ電極１１５を両端部１０２ｃ，１０２ｄの突当て部分に押し当てて通電することにより当接部分をアルゴンガス雰囲気中で溶接し扁平管１０２としている。
【０００７】熱交換器を組み立てる場合には、非腐食性のフラックスが塗布されたインナーフィン１１０が挿入された扁平管１０２とコルゲートフィン１０３とを交互に積み重ねることによりコア１０４を形成し、このコア１０４の扁平管１０２の端部をヘッダタンク１０１の扁平管挿入孔１０７に挿入し、このコア１０４の上下に補強プレート１０５を設けて仮組みし、これを治具で固定し、所定の方法でろう付部に非腐食性フラックスを塗布し、炉中にて、扁平管１０２とインナーフィン１１０、扁平管１０２とコルゲートフィン１０３、ヘッダタンク１０１の扁平管挿入孔１０７と扁平管１０２等をろう付している。
【０００８】ここに、コア１０４における扁平管１０２相互間のピッチは、コルゲートフィン１０３と扁平管１０２とを交互に組み合わ、圧縮して決められるので、扁平管１０２のピッチのバラツキが大きくなる。このような場合に、ヘッダタンク１０１の扁平管挿入孔１０７の大きさと扁平管１０２との間のクリアランスが小さいと、扁平管１０２が挿入できなくなる虞があるので、前記クリアランスを大きくし、作業性の向上を図っている。しかし、このように扁平管挿入孔１０７と扁平管１０２とのクリアランスが大きいと、扁平管１０２の外周のろう材１０２ｂではろう材が不足することもあり、扁平管挿入孔１０７と扁平管１０２とのろう付が十分行われず、前記クリアランスが残り、液洩れが発生することがあるので、ヘッダタンク１０１，１０１にもろう材をクラッドするか、置きろうしている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した扁平管１０２の製造方法では、バットシーム溶接を使用しているので、溶接作業が不可欠となり、しかも高価な溶接設備も必要となることから、作業性が低下するのみでなく、コスト的にも不利であった。
【００１０】そのため、出願人は、特開平３−３５８３０号公報の第７図に示すような扁平管１１６を採用し、いわば面接触した状態でろう付けすることを試みた。つまり、図９に示すような、側縁部からフランジ状の突縁部１１６ｄが突出された扁平管１１６を使用した。この扁平管１１６は、芯材１１６ａの外面にろう材１１６ｂをクラッドした帯板を成形し、このろう材１１６ｂにより、扁平管１１６とコルゲートフィン１０３、扁平管１１６とヘッダタンク１０１をろう付けしたりあるいは扁平管挿入孔１０７を閉塞している。また芯材１１６ａの内面にもろう材１１６ｃがクラッドされ、突縁部１１６ｄの合わせ面１１６ｅ相互間や扁平管１１６とインナーフィン１１７とをろう付けしている。前記扁平管１１６におけるインナーフィン１１７の挿入部分は、図９に示すように、当初、インナーフィン１１７の高さｈ₁より僅かに高い寸法ｈ₂とし、突縁部１１６ｄには隙間Ｓを設けた状態としている。そして、インナーフィン１１７に非腐食性フラックスを塗布した後に、これを扁平管１１６内に挿入し、扁平管１１６を僅かに押し潰し、扁平管１１６を所定の厚さの寸法Ｈにする。そして、前述した方法と同様に組み立て治具を用いて固定し、ろう付部に前記公知の非腐食性フラックスを塗布し、炉中にいれて加熱すると、扁平管１１６の突縁部１１６ｄの合わせ面１１６ｅ，１１６ｅ相互間、扁平管１１６とコルゲートフィン１０３との間、扁平管１１６の内面とインナーフィン１１７、さらには扁平管１１６とヘッダタンク１０１を一回のろう付でろう付けすることを試みた。
【００１１】しかし、この状態で炉中ろう付すると、扁平管１１６のヘッダタンク嵌合部付近に微小な孔が生じることがあることを発見した。これは、熱交換器の熱交換性能を向上させるために、ヘッダタンク１０１の板厚に比べてコルゲートフィン１０３と扁平管１１６の板厚を薄くしている構造から、炉中においてコルゲートフィン１０３や扁平管１１６はヘッダタンク１０１より温度が早く上昇することに起因するものと考えられる。つまり、コルゲートフィン１０３や扁平管１１６がヘッダタンク１０１より温度上昇が早いので、扁平管１１６のろう材１１６ｂ，１１６ｃが先に溶け、その後、ヘッダタンク１０１のろう材１０１ｂが溶ける。この時、ヘッダタンク１０１のろう材１０１ｂが扁平管挿入孔１０７に隙間があるため呼び込まれるが、このとき扁平管１１６の合わせ面１１６ｅの端部と接触し、毛細管現象により、ヘッダタンク１０１のろう材１０１ｂも扁平管１１６の合わせ面１１６ｅ内に多量に呼び込むことになる。その結果、扁平管１１６の合わせ面１１６ｅに元々あるろう材のシリコンに、さらにヘッダタンク１０１のろう材のシリコンが扁平管１１６の合わせ面１１６ｅに拡散し、シリコン過多のアルミニウムシリコン合金となり、芯材１１６ａの溶解温度が下がり、扁平管１１６の芯材１１６ａを侵食する、いわゆる「ろう材による食われ現象」が発生することになり、微細な孔が生じると考えられる。特に、このような食われ現象によって生じる孔は、目視による確認が困難で、この孔が生じているか否かは、熱交換器が完成し、熱交換器の製造工程における最後の工程である検査工程まで発見できず、製品の歩留まりが低下する虞があった。
【００１２】本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、製造コストが低く、ろう付け作業が容易で、しかも、優れた接着強度を有するアルミニウム製熱交換器の製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するための本発明は、内部に被熱交換流体が流通する薄肉の複数の扁平管を相互に平行に設け、これら扁平管相互間にアルミニウム製の伝熱フィンを介装することにより形成したコアを、所定長離間して対設された厚肉のアルミニウム製ヘッダタンク間に設けるとともに前記扁平管とヘッダタンクとを連通するように組付け、炉内で一体的にろう付けするようにしたアルミニウム製熱交換器の製造方法において、前記扁平管は、一面にろう材が設けられ他面にろう材が設けられていない帯板を、軸方向両端が開口されかつ前記ろう材が設けられていない面が内側となり、内部に前記被熱交換流体が流通する流路が形成され、しかも一方または両方の側端に突縁部が形成されるように、前記流路の軸線に沿って折り曲げ成形し、この扁平管を用いて前記コアを形成し、該コアに前記ヘッダタンクを取付けた状態でろう付け炉内に挿入し、扁平管の両端が接合される前記アルミニウム製ヘッダタンクに設けられたろう材の一部により前記突縁部の合わせ面間をろう付けするようにしたことを特徴とするアルミニウム製熱交換器の製造方法である。
【００１４】
【作用】このように構成した本発明にあっては、内面にろう材がクラッドされていない扁平管を、ろう材がクラッドされたヘッダタンクの扁平管挿入孔に挿入し、これに非腐食性フラックスを塗布した後に、炉中に入れて所定温度に加熱すると、ヘッダタンクに設けられたろう材が溶け出し、扁平管突縁部の合わせ面の端部に毛細管現象により引き込まれ、扁平管突縁部の合わせ部全体に広がりろう付することになり、いわゆる「ろう材による食われ現象」の発生を防止し、微細な孔の発生を防止することができる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
【００１６】図１は本発明の一実施例に係る扁平管とヘッダタンクとの関係を示す横断面図であり、前記図６に相当し、インナーフィンは省略したものであり、図２はインナーフィン挿入前の扁平管の断面図、図３は図１の３−３線に沿う断面図、図４は扁平管の他の実施例を示す断面図である。
【００１７】本実施例に係るマルチフロータイプの自動車用コンデンサにおけるヘッダタンク１，１は、内側面側に扁平管２の両端が挿入される扁平管挿入孔３が形成された円筒管であり、両端は蓋（図しせず）により閉塞されたものであるが、このヘッダタンク１，１は、アルミニウム材合金の芯材１ａ（ＪＩＳ３００３）であり、この芯材１ａの外周面に板厚の８％のろう材１ｂ（ＪＩＳ４３４３）をろう材がクラッドされた板厚１．５ｍｍの板材から構成されている。
【００１８】次に、扁平管２は、芯材がアルミニウム合金材（ＪＩＳ３００３）２ａであり、この芯材２ａの外周面となる側にのみ板厚の８％のろう材２ｂ（ＪＩＳ４３４３）がクラッドされ、全体の板厚が０．３２ｍｍとされた帯板を使用している。
【００１９】ここに、クラッドされたろう材２ｂは、扁平管２とコルゲートフィン４、扁平管２とヘッダタンク１，１の扁平管挿入孔３をそれぞれろう付けするためのものである。
【００２０】この帯板は、ロ−ルフォミングされ、図２に示すような一方の側縁に突縁部５を有する扁平管２に形成されるが、この扁平管２のインナーフィン６が挿入される部分は、インナーフィン６の高さｈより僅かに高い寸法Ｈとしており、前記突縁部５間には隙間Ｓを形成している。そして、ヘッダタンク１，１の離間長さに応じて所定の長さに切断される。
【００２１】前記インナーフィン６は、扁平管２とのろう付のために芯材６ａとなるアルミニウム合金（ＪＩＳ３００３）の両面にそれぞれ板厚の１３％のろう材６ｂ（ＪＩＳ４３４３）がクラッドされた板厚０．３２ｍｍ程度の帯板を波形状に形成し、この波形を扁平管２の軸線方向所定長ごとに軸に直交する方向にずらしたものである。このようにすることにより、内部を流れる被熱交換流体は、インナーフィン６と衝突しつつジグザグに流れ、熱交換効率が向上するようにしている。
【００２２】また、前述したようにインナーフィン６のろう材が、扁平管２のものより多い理由は、扁平管２の内面とのろう付けが不十分で耐圧強度が低下するのを防ぐためである。
【００２３】前記コルゲートフィン４は、ろう材がクラッドされていない板厚０．３２ｍｍアルミニウム材（ＪＩＳ３００３）を波形状に形成したものである。
【００２４】熱交換器を形成するには、まず、前記非腐食性のフラックスが塗布されたインナーフィン６が内装された扁平管２を所定の厚さに押し潰し、この扁平管２とコルゲートフィン４とを交互に積み重ねてコア８を形成し、これにヘッダタンク１，１に取り付ける。そして、最外部のコルゲートフィン４の外面に、コア８側にろう材（ＪＩＳ４３４３）がクラッドされたアルミニウム製の補強プレート（図示せず）を取り付け、焼き付け治具により固定する。その後、ろう付け部に公知の方法で非腐食性のフラックスを塗布し、コア８が水平となるように、つまりヘッダタンク１，１を寝かし、扁平管２が垂直に立設されている状態で炉の中に入れ、ろう付を行い、扁平管２の突縁部５の合わせ面５ａや、扁平管２とインナ−フィン６との間等がろう付されたアルミニウム製熱交換器が完成する。
【００２５】なお、コア８を炉の中に入れる状態は、扁平管２の突縁部５が上下いずれにある状態であっても良い。
【００２６】ここに、扁平管２の内面にろう材が設けられていないものであっても、扁平管２の突縁部５にろう材が十分浸透した熱交換器となるのは、次の理由によるものと考えられる。
【００２７】炉中にて熱交換器のコア８を加熱すると、インナ−フィン６や扁平管２は、構造上薄肉とされているため、厚肉のヘッダタンク１，１よりも温度上昇が早く、ヘッダタンク１，１のろう材１ｂより扁平管２等のろう材２ｂが先に溶け、ヘッダタンク１，１のろう材１ｂは後から溶ける。このヘッダタンク１，１のろう材１ｂが溶けると、扁平管挿入孔３と扁平管２との間の隙間に、ヘッダタンク１，１のろう材１ｂが毛細管現象により引き込まれ、扁平管２の突縁部５の合わせ面５ａにもろう材１ｂが回り込む。ここに、突縁部５の合わせ面５ａは、板材自体がロ−ルにより圧延されていて面が粗いうえ、扁平管２をロ−ル成形しているので、微小な隙間がある。この微小な隙間を利用してろう材１ｂは合わせ面５ａ全体に毛細管現象により入り込みろう付されると考えられる。しかも、ヘッダタンク１，１のろう材１ｂと扁平管２の外周面のろう材２ｂも相互に接触しているため、この扁平管２のろう材２ｂも前記突縁部５の合わせ面５ａにおける微小隙間に入り込む可能性がある。
【００２８】なお、本発明者は、前記熱交換器の部品を組み立てる場合に、インナーフィン６を設けることなくコア８を形成し、ろう材の流れ状態を調べる実験を行った。本実験例の扁平管２の大きさは、軸方向長さは、７００mm、軸直角方向の幅が１７mm、突縁部５の幅が約１mm程度であり、また、ヘッダタンク１，１の外径は２２mm程度のものをしようした。
【００２９】また、図４に示すように扁平管の側縁両側に突縁部５を設けた扁平管２を用いて実験した。この扁平管２の大きさは、軸方向長さは、７００mm、軸直角方向の幅が１７mm、両突縁部５の幅が約１mm程度である。なお、図４においては、図２に示す部材と同一部材には同一符号を付している。
【００３０】これらいずれの扁平管２の実験においても、扁平管２の突縁部５の合わせ面５ａに十分ろう材が入り込むことが確認された。インナーフィン６と扁平管２の突縁部５とは、比較的距離があり、相互に接触していない点を考慮すれば、前記結果は、明らかにインナーフィン６にクラッドされたろう材６ｂは扁平管２の突縁部５の合わせ面５ａ間に入り込んでいないと考えられる。
【００３１】特に、本実施例においては、扁平管２の突縁部５の合わせ面５ａにはろう材がクラッドされてないので、ヘッダパイプ１，１のろう材１ｂが入り込んでも、ろう材のシリコン量が多くならず、シリコンが拡散して芯材２ａに温度の低い部分を作ったとしても孔が開くほどの、いわゆる「食われ」は生じないため、使用に耐え得る十分の強度を有し、洩れのない信頼性の高い扁平管２を有する熱交換器が得られることになる。
【００３２】なお、本発明方法は、上述した実施例のみに限定されることなく、本発明の要旨を越えない限りにおいて種々に改変することが可能である。
【００３３】例えば、ヘッダパイプ１，１の内面にろう材１ｂをクラッドしても良いし、ヘッダパイプ１，１の外周面にろう材１ｂをクラッドせずに置きろうとしても良い。また、上述した実施例は、軸直角断面円形のヘッダタンク１，１を有するマルチフロータイプのコンデンサにおける扁平管のろう付けに適用した例であるが、このヘッダタンク以外に、ヘッダタンクをタンクとプレ−トという別部材により形成したコンデンサや、自動車用のラジエータ、自動車用空気調和装置のヒタ−コアなどの熱交換器でも扁平管を挿入する挿入孔を有するプレートにろう材をクラッドあるいは置きろうすることにより適用することができる。
【００３４】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、被熱交換流体が流れる流路面にろう材がクラッドされおらずかつ突縁部を有する扁平管を、ろう材がクラッドされたヘッダタンクの扁平管挿入孔に挿入してコアを形成し、これに非腐食性フラックスを塗布した後に、炉中に入れて所定温度に加熱するようにしたため、扁平管の突縁部の合わせ面は、ヘッダタンクのろう材が毛細管現象によって入り込み、さらに扁平管の軸方向に沿って溶融したろう材が侵入することになり、これにより扁平管の突縁部の合わせ面に溶融したろう材が適度な量で供給され、優れた接着強度と食われ現象のない接合となるだけでなく、ろう付け作業も極めて容易でコストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】は、本発明の一実施例に係る扁平管とヘッダタンクとの関係を示す横断面図、
【図２】は、インナーフィン挿入前の扁平管の断面図、
【図３】は、図１の３−３線に沿う断面図、
【図４】は、扁平管の他の実施例を示す断面図、
【図５】は、マルチフロータイプの熱交換器の一部破断斜視図、
【図６】は、図５の６−６線に沿う断面図、
【図７】は、従来の扁平管の軸直角断面図、
【図８】は、同扁平管の製造状態を示す概略断面図、
【図９】は、図１０に示す扁平管の組み付け前の状態を示す断面図、
【図１０】は、従来の他の扁平管の軸直角断面図である。
【符号の説明】
１，１…ヘッダタンク、１ｂ…ろう材、２…扁平管、２ａ…ろう材、４…伝熱フィン、５…突縁部、５ａ…合わせ面、８…コア、Ｒ…流路。

【特許請求の範囲】
【請求項１】内部に被熱交換流体が流通する薄肉の複数の扁平管(2) を相互に平行に設け、これら扁平管相互間にアルミニウム製の伝熱フィン(4) を介装することにより形成したコア(8) を、所定長離間して対設された厚肉のアルミニウム製ヘッダタンク(1,1) 間に設けるとともに前記扁平管(2) とヘッダタンク(1,1) とを連通するように組付け、炉内で一体的にろう付けするようにしたアルミニウム製熱交換器の製造方法において、前記扁平管(2) は、一面にろう材(2a)が設けられ他面にろう材が設けられていない帯板を、軸方向両端が開口されかつ前記ろう材(2a)が設けられていない面が内側となり、内部に前記被熱交換流体が流通する流路(R) が形成され、しかも一方または両方の側端に突縁部(5) が形成されるように、前記流路(R) の軸線に沿って折り曲げ成形し、この扁平管(2) を用いて前記コア(8) を形成し、該コア(8) に前記ヘッダタンク(1,1) を取付けた状態でろう付け炉内に挿入し、扁平管(2) の両端が接合される前記アルミニウム製ヘッダタンク(1) に設けられたろう材(1b)の一部により前記突縁部(5) の合わせ面(5a)間をろう付けするようにしたことを特徴とするアルミニウム製熱交換器の製造方法。

【図１】