(57)【要約】【課題】チューブとタンクのろう付け時に、溶融したろうでチューブが溶解することを抑制できる熱交換器を提供する。【解決手段】タンク４およびチューブ２は、芯材の少なくとも一方の面にろう材が被覆されたクラッド材よりそれぞれ構成されており、タンク４のろう材およびチューブ２のろう材は、ともにＳｉを含有しており、タンク４のろう材のＳｉ含有率が、チューブ２のろう材のＳｉ含有率より低く、かつ、０％より高く、６％以下になっている。【選択図】図１
2010185636.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱媒体が流れる複数のチューブ（２）と、
前記チューブ（２）の長手方向における両端部に配設され、前記複数のチューブ（２）がろう付けにより接合されるとともに、前記複数のチューブ（２）と連通するタンク（４）とを備える熱交換器であって、
前記タンク（４）および前記チューブ（２）は、芯材の少なくとも一方の面にろう材が被覆されたクラッド材よりそれぞれ構成されており、
前記タンク（４）の前記ろう材および前記チューブ（２）の前記ろう材は、ともにＳｉを含有しており、
前記タンク（４）の前記ろう材におけるＳｉの含有率が、前記チューブ（２）の前記ろう材におけるＳｉの含有率より低く、かつ、０％より高く、６％以下であることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記タンク（４）の前記ろう材におけるＳｉの含有率が、０％より高く、５．５％以下であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記タンク（４）の前記ろう材におけるＳｉの含有率が、３％以上、４％以下であることを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記チューブ（２）の前記ろう材におけるＳｉの含有率が、７．５％以上、１２％以下であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の熱交換器。
【請求項５】
前記チューブ（２）の外表面には、段差（２０）が形成されており、
前記段差（２０）の一部が、前記チューブ（２）と前記タンク（４）との接合部に配置されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チューブとタンクとがろう付けにより接合される熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、チューブとフィンとが複数積層されるとともに、チューブの両端部がタンクに挿入されている熱交換器は、チューブとタンクとを組み付けた後ろう付けすることによって形成されている。このような熱交換器において、チューブとタンクとをろう付けするために、チューブおよびタンクを、Ｓｉを含有するろう材がクラッドされたクラッド材から構成したものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ここで、上記特許文献１に記載の熱交換器では、チューブ側のろう材のＳｉ含有率を、タンク側のろう材のＳｉ含有率より小さくすることで、チューブにおいてろう材の流れを抑制し、Ｓｉの芯材への拡散を防止するとともに、タンクにおいてろう材の流れを良くし、タンクとチューブとを効率良く接合している。
【０００４】
なお、熱交換器の構成部品同士のろう付け方法として、一対の伝熱プレートの周縁部同士を接合することにより構成されたチューブと、チューブの外周面に接合されるアウターフィンとを備える熱交換器において、伝熱プレート同士の接合部を銅ろう材を用いてろう付けするとともに、チューブとアウターフィンとの接合部をニッケル系ろう材を用いてろう付けしたものがある（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−３０５９９４号公報
【特許文献２】特開２００３−７５０８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載の熱交換器では、タンク側のろう材の流れを良くしているので、タンク側のろう材がチューブの外表面を流れる可能性がある。このとき、チューブおよびタンクの温度状態によっては、溶融したろう材によりチューブが溶解されてしまい、ろう付け不良に至るという問題がある。特に、チューブの外表面に段差等の流路が存在すると、この流路に溶融したタンク側のろう材が流れ込むため、チューブがより溶解され易くなってしまう。
【０００７】
本発明は、上記点に鑑み、チューブとタンクのろう付け時に、溶融したろうでチューブが溶解することを抑制できる熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、タンク（４）およびチューブ（２）は、芯材の少なくとも一方の面にろう材が被覆されたクラッド材よりそれぞれ構成されており、タンク（４）のろう材およびチューブ（２）のろう材は、ともにＳｉを含有しており、タンク（４）のろう材のＳｉ含有率が、チューブ（２）のろう材のＳｉ含有率より低く、かつ、０％より高く、６％以下であることを特徴としている。
【０００９】
これによれば、後述する図２に示すように、タンク（４）のろう材のＳｉ含有率を６％以下とすることで、ろう付け時におけるチューブ（２）の溶解量を、芯材の板厚の半分以下とすることできる。このため、チューブ（２）とタンク（４）とのろう付け時に、溶融したろうでチューブ（２）が溶解することを抑制できる。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明では、タンク（４）のろう材のＳｉ含有率が、０％より高く、５．５％以下であることを特徴としている。
【００１１】
これによれば、後述する図３に示すように、タンク（４）のろう材のＳｉ含有率を５．５％以下とすることで、ほとんどのろう付け温度域において、チューブ（２）の溶解量を、芯材の板厚の半分以下とすることができる。このため、チューブ（２）とタンク（４）とのろう付け時に、溶融したろうでチューブ（２）が溶解することをより抑制できる。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明では、タンク（４）のろう材のＳｉ含有率が、３％以上、４％以下であることを特徴としている。
【００１３】
これによれば、後述する図３に示すように、タンク（４）のろう材のＳｉ含有率を４％以下とすることで、ほとんどのろう付け温度域において、ろう付け時におけるチューブ（２）の溶解量を、芯材の板厚の４分の１以下とすることできる。また、タンク（４）のろう材のＳｉ含有率を３％以上とすることで、チューブ（２）とタンク（４）とを確実にろう付けすることができる。したがって、タンク（４）のろう材のＳｉ含有率を３％以上、４％以下とすることで、チューブ（２）とタンク（４）とのろう付け時に、溶融したろうでチューブ（２）が溶解することをより確実に抑制しつつ、チューブ（２）とタンク（４）とを確実にろう付けすることが可能となる。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明のように、チューブ（２）のろう材のＳｉ含有率が、７．５％以上、１２％以下であってもよい。
【００１５】
また、請求項５に記載の発明では、チューブ（２）の外表面には、段差（２０）が形成されており、段差（２０）の少なくとも一部が、チューブ（２）とタンク（４）との接合部に位置していることを特徴としている。
【００１６】
これによれば、チューブ（２）とタンク（４）とのろう付け時に、溶融したタンク（４）のろう材がチューブ（２）の段差（２０）に流入し、チューブ（２）の長手方向に流れる。すなわち、段差（２０）が、溶融したろう材が流れる流路となるので、ろう付け時に、タンク（４）からチューブ（２）へ溶融したろう材が流れ込み易くなり、チューブ（２）がより溶解し易くなる。
【００１７】
このため、本発明は、外表面に段差（２０）が形成されているチューブ（２）とタンク（４）とをろう付け接合する熱交換器に対して適用した場合に、特に有効である。
【００１８】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施形態に係るコンデンサの正面図である。
【図２】チューブ２の到達温度とチューブ２の溶解量との関係を示す特性図である。
【図３】コアプレート４ａのろう材のＳｉ含有率と残存芯材板厚との関係を示す特性図である。
【図４】第２実施形態におけるチューブ２の冷媒流通方向と直交する断面を含む斜視図である。
【図５】第３実施形態におけるチューブ２の冷媒流通方向と直交する断面を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００２１】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図１〜図３に基づいて説明する。本実施形態は、本発明に係る熱交換器を、図示しない車両用冷凍サイクル（空調装置）内を循環する冷媒と空気とを熱交換させて冷媒を冷却するコンデンサに適用したものである。なお、冷媒が本発明の熱媒体に相当している。
【００２２】
図１は、本第１実施形態に係るコンデンサの正面図である。図１に示すように、コンデンサは略直方体形状のコア部１を備えており、コア部１は、多数のチューブ２と多数のアウターフィン３が上下方向に沿って交互に積層されて構成されている。
【００２３】
アウターフィン３は、アルミニウム合金製であり、コルゲート状に形成されて冷却用空気と冷媒との熱交換を促進するものである。
【００２４】
チューブ２は、吸気が流通する通路を内部に有し、後述するクラッド材を所定の形状に折り曲げ後、ろう付けして形成される。本実施形態では、チューブ２は、チューブ２の長手方向（以下、チューブ長手方向という）が水平方向と一致し、かつ、その断面形状は長径方向が冷却用空気の流通方向と一致するような扁平形状に形成されている。
【００２５】
チューブ２におけるチューブ長手方向の両端部には、チューブ長手方向と略直交する方向に延びるとともに内部に空間が形成されたタンク４が配置されている。タンク４には、チューブ２におけるチューブ長手方向の端部が接合されており、多数のチューブ２の各流路とタンク４内の空間とが連通している。また、タンク４は、チューブ２および後述するインサート５が接合されたアルミニウム合金製のコアプレート４ａと、コアプレート４ａにろう付けされ、コアプレート４ａと共にタンク４内の空間を構成するアルミニウム合金製のタンク本体部４ｂとを有して構成されている。
【００２６】
コア部１におけるチューブ２の積層方向の両端部には、コア部１を補強するインサート５が配置されている。インサート５は、アルミニウム合金製であり、チューブ長手方向と平行な方向に延びてその両端がタンク２に接続されている。
【００２７】
コアプレート４ａは、アルミニウム合金製の芯材におけるタンク外方側の面にろう材が被覆されたクラッド材から構成されている。また、チューブ２は、アルミニウム合金製の芯材におけるチューブ外方側の面にろう材が被覆されたクラッド材から構成されている。本実施形態では、チューブ２は、クラッド材を折り曲げることにより、長手方向と直交する断面が長手方向と直交する幅方向に沿って扁平な形状を有するような扁平筒状に形成されている。
【００２８】
コアプレート４ａのろう材およびチューブ２のろう材は、ともにＳｉ（ケイ素）を含有している。また、コアプレート４ａのろう材におけるＳｉの含有率（以下、Ｓｉ含有率という）は、チューブ２のろう材のＳｉ含有率より低くなっている。本実施形態では、チューブ２のろう材のＳｉ含有率は、７．５％以上、１２％以下になっている。
【００２９】
また、上記構成になる本実施形態のコンデンサについて、コアプレート４ａのろう材におけるＳｉ含有率の最適範囲の検討を行った。この検討では、ろう材のＳｉ含有率が４％、６％、７．５％および１０％の各コアプレート４ａと、ろう付け前の芯材の板厚が０．２ｍｍのチューブ２とのろう付けを行い、ろう付け時におけるチューブ２の到達温度と、ろう付け後のチューブ２の溶解量との関係を求めた。
【００３０】
図２は、チューブ２の到達温度とチューブ２の溶解量との関係を示す特性図である。図２に示すように、コアプレート４ａのろう材のＳｉ含有率が高い程、チューブ２の溶解量が多くなっている。
【００３１】
ところで、本発明者らの検討によれば、チューブ２の溶解量の許容範囲は、ろう付け前のチューブ２における芯材の板厚の半分以下（本検討では、０．１ｍｍ以下）であることがわかった。また、ろう付け時のチューブ２の到達温度の上限は、仕様によって異なるが、一般に６００℃以下である。
【００３２】
図２から明らかなように、コアプレート４ａのろう材のＳｉ含有率が６％であれば、チューブ２の到達温度が６００℃のときに、チューブ２の溶解量は０．０７ｍｍを下回っており、チューブ２の溶解量の許容範囲を十分に満たしている。したがって、コアプレート４ａのろう材のＳｉ含有率を、チューブ２のろう材のＳｉ含有率より低くするとともに、０％より高く、６％以下とすることで、チューブ２とコアプレート４ａとのろう付け時に、溶融したろうでチューブ２が溶解することを抑制できる。
【００３３】
次に、後述する３種類のろう付け温度で、コアプレート４ａと、ろう付け前の芯材の板厚が０．２ｍｍのチューブ２とのろう付けを行い、コアプレート４ａのろう材のＳｉ含有率と、ろう付け後におけるチューブ２の芯材の板厚（以下、残存芯材板厚という）との関係を求めた。
【００３４】
本検討では、ろう付け温度として、ろう付け開始からチューブ２とコアプレート４ａの温度差が無くなるまでの、チューブ２とコアプレート４ａとの温度差Δｔの総和であるΣΔｔが、１０６のとき、１９３のとき、および２０７．５のときの３種類のろう付け温度を採用した。なお、ΣΔｔが大きい程、ろう付け温度は高くなっている。
【００３５】
図３は、コアプレート４ａのろう材のＳｉ含有率と残存芯材板厚との関係を示す特性図である。図３に示すように、ΣΔｔが大きい、すなわちろう付け温度が高い程、残存芯材板厚が少なくなっており、チューブ２の溶融量が多くなっている。また、同じろう付け温度では、コアプレート４ａのろう材のＳｉ含有率が高い程、残存芯材板厚が少なくなっており、チューブ２の溶融量が多くなっている。
【００３６】
図３から明らかなように、コアプレート４ａのろう材のＳｉ含有率が５．５％以下であれば、ΣΔｔが２０７．５のときに、残存芯材板厚が０．１ｍｍ、すなわちチューブ２の溶解量が０．１ｍｍとなっており、チューブ２の溶解量の許容範囲を満たしている。一般に、チューブ２とコアプレート４ａのろう付けにおいて、ΣΔｔが２０７．５を超えるようなろう付け温度でろう付けを行うことはほとんどないため、コアプレート４ａのろう材のＳｉ含有率を５．５％以下とすることで、ほとんどのろう付け温度域において、チューブ２の溶解量を許容範囲内とすることができる。
【００３７】
したがって、コアプレート４ａのろう材のＳｉ含有率を、チューブ２のろう材のＳｉ含有率より低くするとともに、０％より高く、５．５％以下とすることで、チューブ２とコアプレート４ａとのろう付け時に、溶融したろうでチューブ２が溶解することをより抑制できる。
【００３８】
また、図３から明らかなように、コアプレート４ａのろう材のＳｉ含有率が４％以下であれば、３種類全てのろう付け温度で、残存芯材板厚が０．１５ｍｍ以上となっている。すなわち、チューブ２の溶解量が０．０５ｍｍ以下となっており、芯材の板厚の４分の１以下となっている。このため、チューブ２とコアプレート４ａとのろう付け時に、溶融したろうでチューブ２が溶解することをより確実に抑制できる。
【００３９】
ところで、本発明者らの検討によれば、コアプレート４ａのろう材のＳｉ含有率が３％以上のときに、チューブ２とコアプレート４ａとが確実にろう付けされることがわかった。したがって、コアプレート４ａのろう材のＳｉ含有率を、チューブ２のろう材のＳｉ含有率より低くするとともに、３％以上、４％以下とすることで、チューブ２とコアプレート４ａとのろう付け時に、溶融したろうでチューブ２が溶解することをより確実に抑制しつつ、チューブ２とコアプレート４ａとを確実にろう付けすることが可能となる。
【００４０】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図４に基づいて説明する。本実施形態は、上記第１実施形態と比較して、チューブ２の形状が異なっている。
【００４１】
図４は、本第２実施形態におけるチューブ２の冷媒流通方向と直交する断面を含む斜視図である。図４に示すように、本実施形態のチューブ２は、アルミニウム合金製の芯材における一方の面にろう材が被覆されたクラッド材から構成されている。具体的には、チューブ２は、例えば、所定厚さの１枚のクラッド材を中央部で折り曲げることで、第１板状部２１および第２板状部２２を短径方向において並行に対向させ、長径方向の一端部にカシメ部２３を形成することによって構成されている。
【００４２】
カシメ部２３は、クラッド材におけるチューブ長手方向に直交する方向の一方の端部２３ａを、他方の端部２３ｂにより巻きカシメすることにより構成されている。なお、巻きカシメとは、第１板状部２１を第２板状部２２に巻き付けるように第１板状部２１を塑性変形させて両板状部２１、２２を機械的に固定するものである。
【００４３】
このとき、クラッド材の一方の端部２３ａと他方の端部２３ｂとが、チューブ２の短径方向に重なって配置されている、すなわち同一平面上に存在していないので、チューブ２の外表面には段差２０が形成されている。この段差２０は、チューブ２の長手方向全域にわたって形成されている。このため、チューブ２とコアプレート４ａとの接合部にも、段差２０が存在している。すなわち、段差２０の一部が、チューブ２とコアプレート４ａとの接合部に配置されている。
【００４４】
また、互いに対向する第１、第２板状部２１、２２には、平坦な基板部２４と、基板部２４から外方に向けて突出する突出部２５とが形成されている。そして、第１、第２板状部２１、２２の基板部２４同士が当接してろう付け接合されており、第１、第２板状部２１、２２の突出部２５同士の間に空間が形成されており、互いに対向する突出部２５によって、冷媒が流れる冷媒流路部２６が構成されている。
【００４５】
本実施形態のように、チューブ２の外表面に段差２０が形成されているとともに、段差２０の一部がチューブ２とコアプレート４ａとの接合部に配置されている場合、チューブ２とコアプレート４ａとのろう付け時に、コアプレート４ａの溶融したろう材が段差２０に流入し、チューブ長手方向に流れる。すなわち、段差２０が、溶融したろう材が流れる流路となる。このため、ろう付け時に、コアプレート４ａからチューブ２へ溶融したろう材が流れ込み易くなり、チューブ２がより溶解し易くなる。
【００４６】
このため、本実施形態のような外表面に段差２０が形成されているチューブ２とコアプレート４ａとのろう付けを行う場合に対して、上記第１実施形態に記載のＳｉ含有率を有するコアプレート４ａのろう材を適用すると、特に有効である。
【００４７】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図５に基づいて説明する。本実施形態は、上記第２実施形態と比較して、チューブ２の形状が異なるものである。
【００４８】
図５は、本第３実施形態におけるチューブ２の冷媒流通方向と直交する断面を示す断面図である。図５に示すように、チューブ２は、チューブ２の外殻を構成し、冷媒流れ方向に直交する断面が扁平形状に形成された筒状部材６と、筒状部材６内に設けられ、冷媒との伝熱面積を増大させるインナーフィン７とから構成されている。筒状部材６とインナーフィン７は、アルミニウム合金製の芯材における一方の面にろう材が被覆された一枚のクラッド材から形成されている。
【００４９】
筒状部材６は、短径方向において並行に対向する第１平板部６１および第２平板部６２と、長径方向においてそれぞれ外側に突出し円弧状に形成された第１円弧状湾曲部６３および第２円弧状湾曲部６４から構成されている。
【００５０】
また、インナーフィン７の両端部は、筒状部材６内部において第１、第２円弧状湾曲部６３、６４の内周面に沿って密接するように形成されている。具体的には、インナーフィン７の両端部は、第１、第２円弧状湾曲部６３、６４の同心円状に湾曲して形成されている。また、インナーフィン７の両端部を除く部位は、冷媒流れ方向と略平行な平面部７１と、隣接する平面部７１間を繋ぐ頂部７２とを有するように波形状に形成されている。そして、頂部７２が第１、第２平板部６１、６２と接するように形成されている。
【００５１】
筒状部材６は、筒状部材６の長径方向における一端側（紙面左側）の第１円弧状湾曲部６３において、第１湾曲部６６と第２湾曲部６７とを重ねた状態でろう付け接合して形成されている。筒状部材６とインナーフィン７は、一枚のクラッド材からなっているので、筒状部材６の第１湾曲部６６と接合される第２湾曲部６７は、インナーフィン７の一端部を兼ねている。その結果、インナーフィン７の一端部は、第１円弧状湾曲部６３における第１湾曲部６６と密接することとなる。また、インナーフィン７の長径方向における他端部（紙面右側）は、第２円弧状湾曲部６４と密接している。
【００５２】
このとき、第１円弧状湾曲部６３において、第１湾曲部６６と第２湾曲部６７とが重なって配置されているので、チューブ２の外表面には段差２０が形成されている。この段差２０は、チューブ２の長手方向全域にわたって形成されている。このため、チューブ２とコアプレート４ａとの接合部にも、段差２０が存在している。すなわち、段差２０の一部が、チューブ２とコアプレート４ａとの接合部に配置されている。
【００５３】
以上説明したように、本実施形態においても、チューブ２の外表面に段差２０が形成されているとともに、段差２０の一部がチューブ２とコアプレート４ａとの接合部に配置されているので、上記第２実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。
【００５４】
（他の実施形態）
なお、上記各実施形態では、コンデンサに本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ラジエータ、インタークーラ、オイルクーラ等のその他の熱交換器にも適用することができる。
【００５５】
また、上記各実施形態では、コアプレート４ａを、芯材におけるタンク外方側の面にろう材が被覆されたクラッド材から構成した例について説明したが、これに限らず、芯材におけるタンク内方側の面にろう材が被覆されたクラッド材から構成してもよいし、芯材の両面にろう材が被覆されたクラッド材から構成してもよい。
【００５６】
また、上記各実施形態では、チューブ２を、芯材におけるチューブ外方側の面にろう材が被覆されたクラッド材から構成した例について説明したが、これに限らず、芯材におけるチューブ内方側の面にろう材が被覆されたクラッド材から構成してもよいし、芯材の両面にろう材が被覆されたクラッド材から構成してもよい。
【符号の説明】
【００５７】
２    チューブ
４    タンク
２０  段差
【図１】
2010185636.tif 000003
【図２】
2010185636.tif 000004
【図３】
2010185636.tif 000005
【図４】
2010185636.tif 000006
【図５】
2010185636.tif 000007