(57)【要約】【課題】  金属材製熱交換器本体と合成樹脂製ヘッダーとを一体化し、生産性向上によるコスト低減、軽量化を図った熱交換器とその製造方法を提供すること。【解決手段】  本発明は、両方の端部が開口し、中空部が流体通路となるように成形された金属材製の熱交換器本体１０と、この熱交換器本体の前記両方の端部に、前記流体通路と連通可能に各々設けられた合成樹脂製のヘッダー２０，２５と、前処理された前記熱交換器本体及び前記ヘッダーの面に射出成形により形成され、前記熱交換器本体と前記ヘッダーとを一体にするための連結部材３５とからなる熱交換器とした。【選択図】  図５
2006145096.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
両方の端部が開口し、中空部が流体通路となるように成形された金属材製の熱交換器本体と、
この熱交換器本体の前記両方の端部に、前記流体通路と連通可能に各々設けられた合成樹脂製のヘッダーと、
前処理された前記熱交換器本体及び前記ヘッダーの面に射出成形により形成され、前記熱交換器本体と前記ヘッダーとを一体にするための連結部材と
からなる熱交換器。
【請求項２】
請求項１に記載の熱交換器において、
前記熱交換器本体は、前記中空部に隔壁部が形成され、この隔壁部は前記端部側の一部が削除されたものであり、
前記流体通路は、前記ヘッダー内に形成された流体通路と連通して蛇行した流体通路を構成しているものである
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の熱交換器において、
前記熱交換器本体は、アルミニウム合金から形成され、アンモニア、ヒドラジン、及び水溶性アミン系化合物から選択される１種以上の水溶液に浸漬する処理が行われたものであり、
前記熱交換器本体と前記ヘッダーとを一体化する前記連結部材は、ポリフェニレンサルファイド樹脂を成分としているものである
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の熱交換器において、
前記連結部材は、機械的性質の改善のための繊維フィラー及び／又は粉末型フィラーが加えられているものである
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項５】
請求項４に記載の熱交換器において、
前記繊維フィラーは、ガラス繊維、炭素繊維、及びアラミド繊維から選択される１種以上であり、
前記粉末型フィラーは、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、シリカ、タルク、ガラス、及び粘土から選択される１種以上である
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項６】
両方の端部が開口した中空部が流体通路を形成する金属材製の熱交換器本体を成形する工程と、
この熱交換器本体の端部に、前記流体通路と連通可能に設けられる合成樹脂製のヘッダーを成形する工程と、
前記熱交換器本体と前記ヘッダーとを嵌め合わせたものを金型内に装着する工程と、
前処理された前記熱交換器本体及び前記ヘッダーの面に連結部材を射出接合させ、前記熱交換器本体と前記ヘッダーとを一体化する工程と
からなる熱交換器の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載された熱交換器の製造方法であって、
前記熱交換器本体は、前記中空部に隔壁部を有するものであり、前記流体通路を形成する隔壁部の一部を削除するための機械加工を行う工程を付加し、
前記流体通路は、前記ヘッダー内に形成された流体通路と連通して蛇行した流体通路を構成しているものである
ことを特徴とする熱交換器の製造方法。
【請求項８】
請求項６又は７に記載した熱交換器の製造方法において、
前記熱交換器本体は、アルミニウム合金から形成され、前記熱交換器本体と前記ヘッダーとを前記一体化する工程の前に、前記熱交換器本体の面をアンモニア、ヒドラジン、及び水溶性アミン系化合物から選択される１種以上の水溶液に浸漬する処理を行う工程を付加し、
前記一体化させる工程は、前記処理のなされた前記熱交換器本体及び前記ヘッダーの面にポリフェニレンサルファイド樹脂を成分として含む前記連結部材を射出接合させる工程である
ことを特徴とする熱交換器の製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載の熱交換器の製造方法において、
前記浸漬する処理を行う工程の前に、前記熱交換器本体を塩基性水溶液、及び／又は酸水溶液に浸漬する前処理工程を行う
ことを特徴とする熱交換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等に設けられる熱交換器とその製造方法に関する。さらに詳しくは、金属製の熱交換器本体と合成樹脂製のヘッダーとに連結部材を射出成形して一体化し、軽量化、生産性向上が図られた熱交換器とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車には、オーバーヒート等を生じさせないで快適に運転できるように多くの熱交換器が使用されている。すなわち、自動車を構成する各部位が所定の温度範囲内にあるようにすることにより、効率よく、故障することもなく快適に走行できる。熱交換器の多くは、アルミニウム製のチューブとヘッダーとをろう付けし、その中に熱媒体等である流体を流通させるものである。
【０００３】
一方、自動車等に搭載される熱交換器には、燃費向上、省エネなどのために熱交換器自体の軽量化を図るとともに、生産性を向上させて製造コストを下げることが要望されている。熱交換器の軽量化を図るものとして、前記各隔壁の端部と接合する部位を平板状のヘッダーとし、軽量化を図ったものが知られている（例えば、特許文献１）。すなわち、この技術の熱交換器は、アルミニウム押し出し成形で作成されたコアと、クラッド金属で作成されたヘッダーとからなっている。そして、コアは隔壁の端部を交互に切り欠き、ヘッダーにコアの隔壁を交互に当接させることによって蛇行した流路を形成している。すなわち、ヘッダーの小型化、薄肉化を図って、熱交換器のコスト低減、軽量化を図ったものである。
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された技術は、軽量化がまだ不充分であるうえに、ヘッダーの素材にアルミニウムろうをクラッドしたクラッド金属を採用するなどの改善を図ってはいるが、コアとヘッダーとの固着をろう付けで行っている点では代わりはない。すなわち、生産性向上が図られていないので、熱交換器に対する要望に答えたものでないという問題点があった。
【０００５】
ろう付けによる固着方法は、従来から一般的に行われている方法ではあるが、小型化が図られている現状の熱交換器の製造方法としては能率的ではなく、コスト高を生じさせてしまうものであった。特に、自動車部品等のように、大量生産されるものの製造方法としては、大きな問題点となる製造方法である。ろう付け以外の方法については、接着方法に確実性がなく、用途は限定される。圧着方法等においては、加熱しながら加圧させるため、真空又は不活性ガス中の非酸化雰囲気で行わねばならない等製造上の環境条件の整備が必要であり、どうしても設備が高コストになる。すなわち、熱交換器の製造では、ろう付けにかわって生産性向上、コスト低減が図れ、確実に固着できる信頼性の高い固着方法の確立が要望されていた。
【０００６】
一方、熱交換器のすべての部材、すなわちチューブ部材及び液体入口部材、液体出口部材を合成樹脂材料で成形することも知られている（例えば、特許文献２）。しかしながら、チューブ部材は、熱伝導の点から金属材で製作することが好ましく、特許文献２の技術は熱伝導の点で性能が劣ってしまうという問題点があった。すなわち、特許文献２の技術は、金属を使用しないことが望まれている半導体や医薬品の製造に使用する超純水等液体を加熱又は冷却する熱交換器に関するものであり、自動車等移動体に積載される熱交換器では、熱伝導の点などで問題をおこすおそれがあった。
【特許文献１】特開２００４−０６９１６３号公報
【特許文献２】特開２００４−３０８９７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上述のような社会的背景、技術背景のもとになされたものであり、次のような目的を達成する。
【０００８】
本発明の目的は、熱交換器本体を金属材で、ヘッダーを合成樹脂で成形するとともに、前処理した金属材製熱交換器本体及び合成樹脂製ヘッダーに連結部材を射出成形して、金属材製熱交換器本体と合成樹脂製ヘッダーとを一体化する熱交換器とその製造方法を提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、構成が簡素で大量生産に好適で、生産性向上によるコスト低減、軽量化を図ることができる熱交換器とその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前記目的を達成するため次の手段を採る。
【００１１】
本発明１の熱交換器は、両方の端部が開口し、中空部が流体通路となるように成形された金属材製の熱交換器本体と、この熱交換器本体の前記両方の端部に、前記流体通路と連通可能に各々設けられた合成樹脂製のヘッダーと、前処理された前記熱交換器本体及び前記ヘッダーの面に射出成形により形成され、前記熱交換器本体と前記ヘッダーとを一体にするための連結部材とからなる。
【００１２】
本発明２の熱交換器は、本発明１において、
前記熱交換器本体は、前記中空部に隔壁部が形成され、この隔壁部は前記端部側の一部が削除されたものであり、前記流体通路は、前記ヘッダー内に形成された流体通路と連通して蛇行した流体通路を構成しているものであることを特徴とする。
【００１３】
本発明３の熱交換器は、本発明１又は２において、
前記熱交換器本体は、アルミニウム合金から形成され、アンモニア、ヒドラジン、及び水溶性アミン系化合物から選択される１種以上の水溶液に浸漬する処理が行われたものであり、前記熱交換器本体と前記ヘッダーとを一体化する前記連結部材はポリフェニレンサルファイド樹脂を成分としているものであることを特徴とする。
【００１４】
本発明４の熱交換器は、本発明１から３において、
前記連結部材は、機械的性質の改善のための繊維フィラー及び／又は粉末型フィラーが加えられているものであることを特徴とする。
【００１５】
本発明５の熱交換器は、本発明４において、
前記繊維フィラーは、ガラス繊維、炭素繊維、及びアラミド繊維から選択される１種以上であり、前記粉末型フィラーは、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、シリカ、タルク、ガラス、及び粘土から選択される１種以上であることを特徴とする。
【００１６】
本発明６の熱交換器の製造方法は、両方の端部が開口した中空部が流体通路を形成する金属材製の熱交換器本体を成形する工程と、この熱交換器本体の端部に、前記流体通路と連通可能に設けられる合成樹脂製のヘッダーを成形する工程と、前記熱交換器本体と前記ヘッダーとを嵌め合わせたものを金型内に装着する工程と、前処理された前記熱交換器本体及び前記ヘッダーの面に連結部材を射出接合させ、前記熱交換器本体と前記ヘッダーとを一体化する工程とからなる。
【００１７】
本発明７の熱交換器の製造方法は、本発明６において、
前記熱交換器本体は、前記中空部に隔壁部を有するものであり、前記流体通路を形成する隔壁部の一部を削除するための機械加工を行う工程を付加し、前記流体通路は、前記ヘッダー内に形成された流体通路と連通して蛇行した流体通路を構成しているものであることを特徴とする。
【００１８】
本発明８の熱交換器の製造方法は、本発明６又は７において、
前記熱交換器本体は、アルミニウム合金から形成され、前記熱交換器本体と前記ヘッダーとを前記一体化する工程の前に、前記熱交換器本体の面をアンモニア、ヒドラジン、及び水溶性アミン系化合物から選択される１種以上の水溶液に浸漬する処理を行う工程を付加し、前記一体化させる工程は、前記処理のなされた前記熱交換器本体及び前記ヘッダーの面にポリフェニレンサルファイド樹脂を成分として含む連結部材を射出接合させる工程であることを特徴とする。
【００１９】
本発明９の熱交換器の製造方法は、本発明８において、
前記浸漬する処理を行う工程の前に、前記熱交換器本体を塩基性水溶液、及び／又は酸水溶液に浸漬する前処理工程を行うことを特徴とする。
【００２０】
以下、前述した本発明をアルミニウム合金製熱交換器本体と合成樹脂製ヘッダーとから構成される熱交換器に適用した場合についての各要素を詳細に説明する。
【００２１】
〔アルミニウム合金製熱交換器本体〕
熱交換器の熱交換器本体の素材として使用されるアルミニウム合金は、日本工業規格（ＪＩＳ）で規格化されている１０００〜７０００番系の物、またダイキャスト用の各種のアルミニウム合金が使用できる。１０００番系は高純度アルミニウム系の合金であるが、その他はアルミニウム以外にマグネシウム、珪素、銅、マンガン、その他が含まれた多種の目的に合わせた合金系である。この表面の前処理工程は、アルミニウム以外の金属が比較的多く含まれる合金種では、後述する「前処理工程／処理工程」が好ましい方法であるが、必ずしもこの前処理工程は必要なものではない。
【００２２】
何れにせよ、高純度アルミニウム合金のみならず現在実際に各種熱交換器の本体等に使用されているアルミニウム合金の多くが使用可能である。
【００２３】
樹脂の接着を行う場合、アルミニウム合金製熱交換器本体及び合成樹脂製ヘッダーとの面に射出成形によって、樹脂、即ち、ポリフェニレンサルファイド樹脂を成分として含む連結部材を射出接合させる。このアルミニウム合金は、射出接合される表面が酸化や水酸化された錆等の厚い被膜がないことが必要であり、長期間の自然放置で表面に錆の存在が明らかなものは研磨して取り除くことが必要である。
【００２４】
（ｉ）表面加工
研磨と兼ねてもよいが、以下に述べる水溶液を使った前処理工程の直前にサンドブラスト加工、ショットブラスト加工、研削加工、バレル加工等で表面の錆等の被膜層を機械加工により除去する表面加工を行うことが好ましい。後述する連結部材と接合する面がこれらの表面加工によって表面が粗い面、即ち表面粗さを大きくして、この表面と連結部材との接合効果を高めることが好ましい。
【００２５】
加えて、この表面加工は、切削加工等の機械加工工程で残った表面の油脂層の除去と、機械加工後の熱交換器本体としての保存保管期間中に、その表面に生じた酸化物層、腐食物層等を剥ぎ取ってアルミニウム合金表面を更新する等の重要な役目がある。これで、次工程の処置を更新された表面全体に均一に作用させることにおいて、効果的である。また、本発明者等の実験によれば、ブラスト処理をしたアルミニウム合金製熱交換器本体は、乾燥空気下での１週間程度の保管であれば、即日、次工程で処理したものとその表面状態は大差ないことを確認した。
【００２６】
（ｉｉ）洗浄工程
この洗浄工程は、前述した表面加工を行うので、本発明では必ずしも必要な工程ではない。しかしながら、アルミニウム合金製熱交換器本体の表面には、油脂類や微細な塵、塗装等が付着している。特に、機械加工された直後の表面には、機械加工時の付着物が付いておりこれらを洗浄することが好ましい。
【００２７】
汚れの種類によるが、市販のアルミニウム脱脂洗剤で洗浄するか、又は水溶性有機溶剤に浸漬するなどの方法で汚れを除去した後、水洗するのが好ましい。水溶性の有機溶剤としては、例えば、アセトン、メタノール、エタノール等がある。もし強く油性物が付着している状況であれば、ケロシン、ベンジン、キシレンなどの有機溶剤で洗浄する工程をその前に入れることも好ましい。
【００２８】
水洗浄後の保存期間も可能な限り短くする。出来れば、洗浄工程と次に示す工程（前処理工程）は時間を置かずに連続的に処理されるのが好ましい。連続的に処理する場合は、洗浄工程の後に乾燥する必要はない。
【００２９】
〔前処理工程〕
後述する処理工程の前処理として、次に説明する前処理工程を行うと、アルミニウム合金製熱交換器本体と連結部材との接合がより効果的である。特に１０００番系アルミニウム合金（純アルミニウム合金系）以外のアルミニウム合金では有効である。要するに、前工程で得たアルミニウム合金が次の必須工程での効果が十分出るように予め加工するのがこの工程の目的である。
【００３０】
アルミニウム合金表面に微細なエッチング面を形成するための前処理である。アルミニウム合金をまず塩基性水溶液（ｐＨ＞７）に浸漬し、その後にアルミニウム合金を水洗する。塩基性水溶液に使う塩基としては、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）等の水酸化アルカリ金属類の水酸化物、又はこれらが含まれた安価な材料であるソーダ灰（Ｎａ2ＣＯ3、無水炭酸ナトリウム）、アンモニア等が使用できる。
【００３１】
また、水酸化アルカリ土類金属（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｒａ）類も使用できるが、実用上は安価で効能のよい前者の群から選べばよい。水酸化ナトリウム使用の場合は０．１〜数％濃度の水溶液、ソーダ灰使用の場合も０．１〜数％が好ましく、浸漬時間は常温かやや高い温度、例えば２０〜５０℃で数十秒〜数分浸漬し、アルミニウム合金の表面を溶かして更新する役目を行う。塩基性水溶液に浸漬することにより、アルミニウム合金の表面は水素を放ちつつアルミン酸イオンになって溶解しアルミニウム合金表面は削られて新しい面が出る。この浸漬処理後、水洗する。
【００３２】
アルカリエッチング以外の前処理としては、酸エッチングがあり、数〜数十％濃度の酸、例えば、塩酸、硝酸、硫酸、弗酸等の水溶液に常温かやや高い温度、例えば２０〜５０℃、で数十秒〜数分浸漬し、同じくアルミニウム合金表面を溶かして更新する役目を行う。
【００３３】
又、上記のアルカリエッチングを行い水洗し、上記の酸エッチングを行い水洗するという複合化した方法、更には、酸エッチングを行い水洗し、アルカリエッチングを行い水洗し、酸エッチングを行い水洗する、等の更に複合化した方法を取ることなど応用ができる。
【００３４】
要するに、これらの前処理は、固体（アルミニウム合金）、液体（水溶液）に気体（発生する水素ガス）の３相が絡んだ不均一系の反応であるから、投入されるアルミニウム合金の組成や構造、特に微細な部分の組成や構造に支配される非常に複雑な反応とみられ、試行錯誤して出来るだけ安定的な結果がでる方法を探る必要がある。
【００３５】
〔処理工程〕
この処理工程は本発明をアルミニウム合金に適用した場合には必須の処理工程である。アルミニウム合金をアンモニア、ヒドラジン及び／又は水溶性アミン化合物の水溶液に浸漬する工程である。アルミニウム合金表面を微妙に侵して微細凹凸を生ぜしめるとともにこれら窒素含有化合物を吸着させるのがこの工程の目的である。
【００３６】
上記の水溶性アミン系化合物としては、特にメチルアミン（ＣＨ3ＮＨ2）、ジメチルアミン（（ＣＨ3）2ＮＨ）、トリメチルアミン（（ＣＨ3）3Ｎ）、エチルアミン（Ｃ2Ｈ5ＮＨ2）、ジエチルアミン（（Ｃ2Ｈ5）2ＮＨ）、トリエチルアミン（（Ｃ2Ｈ5）3Ｎ）、エチレンジアミン（Ｈ2ＮＣＨ2ＣＨ2ＮＨ2）、エタノールアミン（モノエタノールアミン（ＨＯＣＨ2ＣＨ2ＮＨ2））、アリルアミン（ＣＨ2ＣＨＣＨ2ＮＨ2）、ジエタノールアミン（（ＨＯＣＨ2ＣＨ2）2ＮＨ）、アニリン（Ｃ6Ｈ7Ｎ）、トリエタノールアミン（（ＨＯＣＨ2ＣＨ2）3Ｎ）等が好ましい。
【００３７】
悪臭がなく扱いが容易な方法として、３〜１０％のヒドラジン一水和物水溶液を４０〜５０℃とし、アルミニウム合金を数分浸漬し水洗する方法がある。同様な効果は、１５〜２５℃の濃度１５〜２５％アンモニア水に１０〜３０分浸漬し水洗することでも得られるが、臭気が酷い。他の水溶性アミンを使用する場合も温度と濃度、及び浸漬時間を試行錯誤で探る必要があるが、何れも臭気が酷いので臭気が少ないという点で評価するとヒドラジン水溶液が好ましい。
【００３８】
〔前処理後のアルミニウム合金製熱交換器本体の保管〕
前工程で水洗されたアルミニウム合金製熱交換器本体は、室温〜８０℃程度の比較的低温の空気で強制乾燥するのが好ましい。そしてこのアルミニウム合金製熱交換器本体は乾燥空気下で保管する。この保管時間は短時間ほどよいが、常温で１週間以内であれば実用上は問題はない。
【００３９】
〔連結部材〕
本発明で使用される連結部材について以下述べる。アルミニウム合金製熱交換器本体の表面に一体に付着する連結部材の主成分は、ポリフェニレンサルファイド樹脂（以下［ＰＰＳ］という。）が好ましく、線膨張率をアルミニウム合金に合わせる必要がある。
【００４０】
また、フィラーの含有は、アルミニウム合金製熱交換器本体と連結部材との線膨張率を一致させるという観点から非常に重要である。フィラーとしては、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、その他これらに類する高強度繊維がまず必要である。ただし繊維性フィラーのみでは射出成形時に方向性が強く出て形状によってはうまくいかない。それ故、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、シリカ、タルク、ガラス、粘土、炭素繊維やアラミド繊維の粉砕物、その他類する樹脂充填用無機フィラーを含有させたものが好ましい。
【００４１】
更には、接合を確実にし、強固にする目的と、生産性、コスト等の観点から射出成形を用いる場合が多いが、この場合は成形収縮率も重要になる。結論を言えば、成形収縮率は小さい方が好ましい。そのために、元々成形収縮率の大きいＰＰＳ単独よりＰＰＳに非晶性ポリマーを含ませる方法がある。具体的には、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂（ＡＢＳ）、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）、ポリスチレン樹脂（ＰＳ）を含有させることができる。
【００４２】
最終的には、アルミニウム合金の線膨張率が２．２〜５×１０-5／℃ であるので、連結部材の平均縦横線膨張率（樹脂組成物の繊維が主に並んでいる方法での線膨張率は小さいが、その直角方向での線膨張率は大きく、指標としてその平均をとることとした）が２〜３×１０-5／℃ であればほぼ一致し、２〜４×１０-5／℃ であっても実用的に使用適当とみられる。加えて成形収縮率が０．４〜０．５％であることが好ましい。
【００４３】
〔成形／射出成形〕
ＰＰＳを含む連結部材をアルミニウム合金製熱交換器本体及び合成樹脂製ヘッダーの面に射出させ、アルミニウム製熱交換器本体と合成樹脂製ヘッダーとを一体化する最も効果的な方法は、生産性、成形の容易性等の観点から言えば射出成形方法である。即ち、射出成形金型を用意し、金型を開いてその一方にアルミニウム製熱交換器本体と合成樹脂製ヘッダーをインサートし、射出成形金型を閉め、前記の連結部材を熱交換器本体とヘッダーとの接合部位に相当するキャビテイに射出し、射出成形金型を開き離型する方法である。
【００４４】
射出成形は、形状の自由度、生産性など最も優れた成形法である。接合力を上げるためには、むしろ金型のゲート構造において出来るだけピンゲートを使うことに留意した方がよい。ピンゲートでは合成樹脂通過時に生じるせん断摩擦で瞬時に合成樹脂温度が上がりこれが良効果を生むことが多い。要するに、円滑な成形を阻害しない範囲で出来るだけ接合面に高温の合成樹脂溶融物が接するように工夫するのが良いことが観察された。
【００４５】
〔作用〕
本発明によれば、アルミニウム合金製熱交換器本体及び合成樹脂製ヘッダーとＰＰＳを含む連結部材とを、インサートを使った射出成形、その他による手法で強固に接合することができる。実用的には、この連結部材として、高濃度のフィラーを含むＰＰＳやＰＰＳを主成分とするコンパウンドが好ましい。
【００４６】
この様なことが可能になった理由は、アルミニウム合金をアンモニア、ヒドラジン及び／又は水溶性アミン系化合物の水溶液で処理したことにある。この処理によりアルミニウム合金の表面が親ＰＰＳ表面に変わる。更に、各種のアルミニウム合金に対して前記の連結部材を強固に付けられるようにするため、上記水溶液処理の前に塩基／酸水溶液への浸漬処理による化学エッチングを加えた方法が使える。本発明を適用することで、種々の形状が伴う広範囲の熱交換器に対応できる。特にＰＰＳは元々難燃性であるので用途的にも特異的な場面を作り得ると考えられる。
【発明の効果】
【００４７】
本発明の熱交換器及びこの熱交換器の製造方法によれば、ヘッダーを合成樹脂製にすることにより熱交換器の軽量化が図れるとともに、金属製熱交換器本体及び合成樹脂製ヘッダーの面に連結部材を射出接合することにより、確実に熱交換本体とヘッダーとを一体化することができる。また、連結部材を射出接合して、熱交換本体とヘッダーとを一体にしているので、自動車等の走行時の振動等があっても、接合部の信頼性が高く、接合力低下、密閉度低下が生じず、流体通路から流体を漏洩させることがない。さらに、熱交換器を生産する際にネックとなっていたろう付けを行う必要がないので、生産能率の大幅な向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００４９】
図１は、本発明の熱交換器を示す断面図、図２は、熱交換器本体の素材形状を部分的に示した斜視図、図３は、機械加工した後の熱交換器本体を部分的に示す断面図、図4は、ヘッダーを示す断面図、図５は、熱交換器本体とヘッダーとを射出接合により一体化している状態を示す部分断面図である。
【００５０】
なお、この実施の形態の説明では、熱交換器本体１０と他方のヘッダー２５を射出接合により、一体化している形態を例にして説明を行うが、一方のヘッダー２０も同様な方法で射出接合により一体化している。そのため、この説明では、本体１０と一方のヘッダー２０とを一体化することについての詳細な説明を省略している。
【００５１】
熱交換器１は、図１に示すように、熱媒体等である流体が、矢印Ａ方向から流入し、蛇行している流体通路１５内を矢印の方向に流れ、矢印Ｂ方向に流出する構成のものである。そして、流体が流体通路１５を流れている間に、熱交換器本体（以下、本体と記載する。）１０の周囲を流れている外部流体（例えば、空気）との間で熱交換を行う。
【００５２】
熱交換器１の本体１０は、アルミニウム合金を押し出し成形した素材を所望の長さに切断したものである。なお、本体１０はアルミニウム合金を引き出し成形したもの、押し出し成形した素材をさらに引き出し成形したものなどであってもよい。本体１０は、外周壁部１６と隔壁部１７とによって、複数の流体通路用の穴（例えば、この形態では９本の流体通路用穴）が形成されている（図２参照）。所望の長さに切断された本体１０は両方の端部が開口している。本体１０は、隔壁部１７の端部１７ａ側等を、図３に示すように、工作機械等で機械加工する。すなわち、外周壁部１６に嵌合部１８を形成するとともに、隔壁部１７を所定の深さｈまで削除する機械加工を行う。なお、この形態では、嵌合部１８が接合面部１４を兼ねている。
【００５３】
又、一方のヘッダー２１、他方のヘッダー２５（以下、ヘッダーと記載する。）は、図４に示すような形状に合成樹脂材で射出成形されている。ヘッダー２５には、嵌合穴部２６、当接板部２７、板部２８等が形成されている。又、当接板部２７と板部２８とは交互に成形されており、当接板部２７の端部が本体１０の隔壁部１７の端部１７ａと当接することにより蛇行した流体通路１５が形成される（図１参照）。当接板部２７と隔壁部１７とは、嵌め合い可能な形状になっているものであってもよい。
【００５４】
本体１０の嵌合部１８と、ヘッダー２５の嵌合穴部２６とは、嵌め合うことが可能な寸法に形成されている。ヘッダー２５の材料となる合成樹脂は、ほとんどの種類の合成樹脂材が使用できる。例えば、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリフェニリンエーテル（ＰＰＥ）等エンジニアリングプラスチック、ポリスチレン、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂（ＡＢＳ）等汎用プラスチックなど合成樹脂材の何れか１種以上から成る合成樹脂を使用することができる。
【００５５】
射出成形用の金型３０は、本体１０及びヘッダー２５に、連結部材３５を射出するためのゲート３２等が設けられたものである。
【００５６】
ヘッダー２５に本体１０を載置する。ヘッダー２５の嵌合穴部２６と、本体１０の嵌合部１２ａとは嵌め合わされた状態になっている。このため、ヘッダー２５を抑えるための金型３１が設けられ、連結部材３５の射出状態のときは、ヘッダー２５と本体１０とを挟持して２つの金型３０，３１で抑えた構成になっている。又、射出接合による接合力（固着力）を強化するために、本体１０の接合面部１４には、前述した表面処理、即ち、アンモニア、ヒドラジン、及び水溶性アミン系化合物から選択される１種以上の水溶液に浸漬する処理を行う。この処理は、射出成形前に行っておく。
【００５７】
射出成形用の金型３０には、接合面部１４の位置近傍の複数箇所にゲート３２が設けられていて、連結部材３５が加圧され射出されるようになっている。一方、ヘッダー２５にはこのゲート３２に相当する位置に穴が設けられていて、射出された連結部材３５は、この穴を介して本体１０とヘッダー２５とで挟持された空間、即ち凹溝部２９に射出される。この射出された連結部材３５は、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）を成分として含むものである。難燃材を混入することで容易に難燃性にでき、高温に耐えられるものとなっている。
【００５８】
凹溝部２９は図示するように本体１０の接合面部１４の周囲に配置されているので、連結部材３５が射出されると、本体１０とヘッダー２５との間は密閉された状態になる。従って、熱交換器１に供給された流体を、途中で漏洩することなく流通できる構成となる。射出用の金型３０にヘッダー２５が設置され、本体１０が載置した状態で、この本体１０を射出用の金型３１で抑え、連結部材３５を射出し、熱交換器１の原型ができる状態を示している。このとき、前述したように、連結部材３５は、本体１０とヘッダー２５とを強固に固着し、又密閉構成を維持することになる。すなわち、本体１０及びヘッダー２５と連結部材３５とは強固に射出接合され、本体１０とヘッダー２５とは一体化する。この状態で接合（固着）した後、金型から取り出せば熱交換器１として完成する。
【００５９】
図６は、本発明の他の実施の形態を示す図であり、本体１０とヘッダー２５ｃとを射出接合により一体化している状態を示す部分断面図である。この他の実施の形態の説明では、前記した実施の形態と同一の部位には同一の符号を付与し詳細な説明を省略している。この形態では、本体１０の接合面部１４ａ及びヘッダー２５ｃの外周部に連結部材３５ａを射出し、一体に接合（固着）したものである。この形態でも、本体１０及びヘッダー２５ｃと連結部材３５ａとは強固に射出接合され、本体１０とヘッダー２５ｃとが一体化する。なお、連結部材３５ａは、ヘッダーの外周部のみに射出接合するのでなく、ヘッダーの外周部及び端部を囲繞するように射出接合されているものであってもよい。
【００６０】
以上、本発明の実施の形態の説明を行ったが、これに限定されるものではない。すなわち、本発明の目的、趣旨を逸脱しない範囲内での変更が可能である。
【００６１】
例えば、金属材をアルミニウム合金で説明を行ったが、他の材料であってもよい。すなわち、ステンレス、鋼などの鉄系金属、銅、マグネシウム、チタンなどの非鉄金属など他の金属であってもよい。
また、前処理は、前述した表面処理にかえて、熱交換器本体の面にプライマー処理を行い、プライマー処理を行った後、熱交換本体とヘッダーの面に連結部材を射出接合して一体化する方法であってもよい。
【００６２】
また、熱交換器の形状も、他の形状のものであってもよい。すなわち、本発明が適用できる熱交換器は、図７に示すように一方のヘッダー２０ａから流入（矢印Ａ方向）した流体が、本体１０ａ、一方のヘッダー２０ａ、他方のヘッダー２５ａで構成される蛇行している流体通路１５ａ内を流れ、一方のヘッダー２０ａから流出（矢印Ｂ方向）するものであってもよい。さらに、図８に示すように、他方のヘッダー２５ｂから流入（矢印Ａ方向）した流体が、本体１０ｂの並列状の流体通路１５ｂ内を流れ、一方のヘッダー２０ｂから流出（矢印Ｂ方向）するものであってもよい。また、本体は、内部に隔壁部を設けない中空状のものであってもよい。
【００６３】
さらに、熱交換器本体の形状を断面矩形状のものとして説明を行ったが、断面円形又は略円形などの他の形状のもの、例えば図９に素材形状を示した熱交換器本体１０ｄのようなものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】図１は、本発明の熱交換器を示す断面図である。
【図２】図２は、熱交換装置本体の素材形状を部分的に示した斜視図である。
【図３】図３は、熱交換器本体を切削加工した状態を示す部分断面図である。
【図４】図４は、ヘッダーを示す断面図である。
【図５】図５は、熱交換器本体とヘッダーとを射出成形により一体化している状態を示す部分断面図である。
【図６】図６は、他の実施の形態の熱交換器本体とヘッダーとを射出成形により一体化している状態を示す部分断面図である。
【図７】図７は、他の熱交換器を示す断面図である。
【図８】図８は、さらに他の熱交換器を示す部分断面図である。
【図９】図９は、熱交換装置本体の素材形状の他の形態を部分的に示した斜視図である。
【符号の説明】
【００６５】
１…熱交換器
１０、１０ａ、１０ｂ…熱交換器本体
１５…流体通路
１６…外周壁部
１７…隔壁部
２０、２０ａ、２０ｂ…一方のヘッダー
２５、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ…他方のヘッダー
３０…金型
３１…金型
３２、３２ａ…ゲート
３５、３５ａ…連結部材
【図１】
2006145096.tif 000003
【図２】
2006145096.tif 000004
【図３】
2006145096.tif 000005
【図４】
2006145096.tif 000006
【図５】
2006145096.tif 000007
【図６】
2006145096.tif 000008
【図７】
2006145096.tif 000009
【図８】
2006145096.tif 000010
【図９】
2006145096.tif 000011