(57)【要約】【課題】生産性を向上させることのできるプレート積層型の熱交換器を提供する。【解決手段】プレート積層型の熱交換器１０は、積層された複数のプレート部材１１により構成される熱交換部１２と、複数のプレート部材１１の間に配置されるフィン３０と、を備える。プレート部材１１は、フィン３０に向かって突出する凸部１１０，１１１を有し、フィン３０は、プレート部材１１に向かって突出する凸部３００，３０１を有する。プレート部材１１の凸部１１０，１１１とフィン３０の凸部３００，３０１とがろう付けにより接合されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１部材（１１）及び第２部材（３０）の接合構造であって、
前記第１部材及び前記第２部材は、少なくとも一つの凸部（１１０，１１１，３００，３０１）をそれぞれ有し、
前記第１部材の凸部と前記第２部材の凸部とがろう付けにより接合されている
接合構造。
【請求項２】
組み付け時に互いに拘束されていない第１部材（１１）及び第２部材（３０）の接合方法であって、
前記第１部材に少なくとも一つの凸部（１１０，１１１）を形成する工程と、
前記第２部材に少なくとも一つの凸部（３００，３０１）を形成する工程と、
前記第１部材の凸部と前記第２部材の凸部とをろう付けにより接合する工程と、を備える
接合方法。
【請求項３】
積層された複数のプレート部材（１１）により構成され、複数の前記プレート部材の間に、第１流体が流れる第１流路、及び第２流体が流れる第２流路を有する熱交換部（１２）と、
複数の前記プレート部材の間に配置されるフィン（３０）と、を備え、
前記プレート部材は、前記フィンに向かって突出する少なくとも一つの凸部（１１０，１１１）を有し、
前記フィンは、前記プレート部材に向かって突出する少なくとも一つの凸部（３００，３０１）を有し、
前記プレート部材の凸部と前記フィンの凸部とがろう付けにより接合されている
プレート積層型の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、接合構造、接合方法、及びプレート積層型の熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に記載のプレート積層型の熱交換器がある。特許文献１に記載の熱交換器は、一対の第１プレート及び第２プレートと、フィンとを備えている。第１プレートの両側壁の先端部は、その板厚分だけ内側に段付き状に形成された段付き部を有している。段付き部から立ち上げられた側壁が第２プレートの側壁内面に嵌合している。このような嵌合構造により、第１プレート及び第２プレートが互いに組み付けられている。フィンは、第１プレート及び第２プレートの間に配置されている。第１プレート、第２プレート、及びフィンは、それらの接触部分がろう付けされることにより、一体的に接合されている。熱交換器は、第１プレート、第２プレート、及びフィンにより構成される扁平チューブが複数積層されることにより構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２４７０９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に記載の熱交換器では、各プレートとフィンとの間の隙間が大きくなり過ぎると、その隙間に充填されるろう材が不足するため、気密性の低下や強度不足等が生じる可能性がある。プレート及びフィンの組み付け時やろう付けの際の加熱時にプレートやフィンの位置ずれが生じた場合でも、それらを確実にろう付けさせるためには、プレートとフィンとの間の隙間を小さくすることが考えられる。しかしながら、特許文献１に記載の嵌合構造を用いてプレート及びフィンの隙間を小さくするためには、それらの部品の寸法管理を小さくしたり、特許文献１に記載されるようなプレート及びフィンを位置決めするための嵌合構造を設けたりする必要がある。これが、熱交換器の生産性を悪化させる要因となっている。
【０００５】
なお、このような課題は、プレート積層型の熱交換器に限らず、２つの部材が接合された構造からなる接合構造に共通する課題である。
本開示は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、生産性を向上させることのできる接合構造、接合方法、プレート積層型の熱交換器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する接合構造は、第１部材（１１）及び第２部材（３０）の接合構造であって、第１部材及び第２部材は、少なくとも一つの凸部（１１０，１１１，３００，３０１）をそれぞれ有し、第１部材の凸部と第２部材の凸部とがろう付けにより接合されている。
【０００７】
また、上記課題を解決する接合方法は、組み付け時に互いに拘束されていない第１部材（１１）及び第２部材（３０）の接合方法であって、第１部材に少なくとも一つの凸部（１１０，１１１）を形成する工程と、第２部材に少なくとも一つの凸部（３００，３０１）を形成する工程と、第１部材の凸部と第２部材の凸部とをろう付けにより接合する工程と、を備える。
【０００８】
これらの接合構造及び接合方法によれば、第１部材と第２部材とがろう付けにより接合される際に、第１部材に対する第２部材の相対的な位置が所定位置からずれている場合、融解した液状のろう材の毛管力により第２部材を所定位置に戻すような復元力、すなわちセルフアライメント効果に基づく復元力が第２部材に作用する。このセルフアライメント効果に基づく復元力により第２部材が所定位置に戻ることで、第１部材に対する第２部材の相対的な位置を所定位置に復帰させることができるため、従来の接合構造において採用されている第１部材及び第２部材の位置決めのための嵌合構造が不要となる。嵌合構造が不要となる分だけ第１部材及び第２部材の構造を簡素化することができるため、生産性を向上させることができる。
【０００９】
さらに、上記課題を解決するプレート積層型の熱交換器（１０）は、積層された複数のプレート部材（１１）により構成され、複数のプレート部材の間に、第１流体が流れる第１流路、及び第２流体が流れる第２流路を有する熱交換部（１２）と、複数のプレート部材の間に配置されるフィン（３０）と、を備え、プレート部材は、フィンに向かって突出する少なくとも一つの凸部（１１０，１１１）を有し、フィンは、プレート部材に向かって突出する少なくとも一つの凸部（３００，３０１）を有し、プレート部材の凸部とフィンの凸部とがろう付けにより接合されている。
【００１０】
この熱交換器によれば、プレート部材とフィンとがろう付けにより接合される際に、プレートに対するフィンの相対的な位置が所定位置からずれている場合、融解した液状のろう材の毛管力によりフィンを所定位置に戻すような復元力、すなわちセルフアライメント効果に基づく復元力がフィンに作用する。このセルフアライメント効果に基づく復元力によりフィンが所定位置に変位するため、従来の接合構造において採用されているプレート部材及びフィンの位置決めのための嵌合構造が不要となる。嵌合構造が不要となる分だけプレート部材及びフィンの構造を簡素化することができるため、生産性を向上させることができる。
【００１１】
なお、上記手段、特許請求の範囲に記載の括弧内の符号は、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一例である。
【発明の効果】
【００１２】
本開示によれば、生産性を向上させることのできる接合構造、接合方法、プレート積層型の熱交換器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、実施形態のプレート積層型の熱交換器の正面構造を示す正面図である。
【図２】図２は、実施形態のプレート積層型の熱交換器の平面構造を示す平面図である。
【図３】図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った端面構造を示す端面図である。
【図４】図４は、実施形態のフィンの斜視構造を示す斜視図である。
【図５】図５は、実施形態のプレート部材の斜視構造を示す斜視図である。
【図６】図６は、実施形態のプレート積層型の熱交換器の製造工程の一部を示す端面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、接合構造、接合方法、及びプレート積層型の熱交換器の一実施形態について図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
図１に示されるように、本実施形態のプレート積層型の熱交換器１０では、第１流体用流入口１０１から流入する第１流体と、第２流体用流入口１０４から流入する第２流体との間で熱交換が行われる。熱交換器１０は、例えば車両用の水冷コンデンサやオイルクーラとして用いることができる。熱交換器１０を車両用の水冷コンデンサとして用いる場合、第１流体として冷媒が用いられ、第２流体として冷却水が用いられる。熱交換器１０を車両用のオイルクーラとして用いる場合、第１流体としてオイルが用いられ、第２流体として冷却水が用いられる。
【００１５】
熱交換器１０は、Ｚ軸方向に積層された複数のプレート部材１１により構成されている。以下では、プレート部材１１の積層方向のうちの一方向を「Ｚ１軸方向」と称し、その逆の方向を「Ｚ２軸方向」と称する。本実施形態では、プレート部材が第１部材に相当する。
【００１６】
図２に示されるように、プレート部材１１は、Ｚ軸方向に直交する断面形状が略矩形状をなす板材からなる。以下では、プレート部材１１の長手方向をＸ軸方向と称する。また、Ｘ軸方向のうちの一方向を「Ｘ１軸方向」と称し、その逆の方向を「Ｘ２軸方向」と称する。さらに、プレート部材１１の短手方向をＹ軸方向と称する。
【００１７】
プレート部材１１の材質としては、例えばアルミニウム心材の両面にろう材をクラッドした両面クラッド材が用いられる。図１に示されるように、プレート部材１１の外周縁部には、Ｚ２軸方向に突出する張り出し部１１２が形成されている。全てのプレート部材１１は、張り出し部１１２の先端面がＺ２軸方向を向くように配置されている。複数のプレート部材１１は、それぞれの張り出し部１１２同士がろう付けにより接合されることで一体的に接合されている。
【００１８】
複数のプレート部材１１は、熱交換部１２、第１流体用第１タンク空間１３、第１流体用第２タンク空間１４、第２流体用第１タンク空間１５、及び第２流体用第２タンク空間１６を形成している。熱交換部１２は、複数の第１流路１２１及び複数の第２流路１２２を有している。
【００１９】
第１流路１２１及び第２流路１２２は、Ｚ軸方向に一本ずつ交互に配置されている。プレート部材１１は、第１流路１２１と第２流路１２２とを仕切る隔壁の役割を有している。第１流路１２１を流れる第１流体と、第２流路１２２を流れる第２流体との熱交換はプレート部材１１を介して行われる。
【００２０】
第１流体用第１タンク空間１３及び第２流体用第１タンク空間１５は、熱交換部１２において、第１流路１２１及び第２流路１２２のＸ１軸方向側の端部に配置されている。第１流体用第２タンク空間１４及び第２流体用第２タンク空間１６は、熱交換部１２において、第１流路１２１及び第２流路１２２のＸ２軸方向側の端部に配置されている。
【００２１】
第１流体用第１タンク空間１３及び第１流体用第２タンク空間１４は、複数の第１流路１２１に対する第１流体の分配及び集合を行う。第２流体用第１タンク空間１５及び第２流体用第２タンク空間１６は、複数の第２流路１２２に対する第２流体の分配及び集合を行う。
【００２２】
図２に示されるように、第１流体用第１タンク空間１３、第１流体用第２タンク空間１４、第２流体用第１タンク空間１５、及び第２流体用第２タンク空間１６は、プレート部材１１の四隅に形成された連通孔により構成されている。本実施形態では、略矩形状のプレート部材１１のうち、対角線上にある２つの隅部に第１流体用第１タンク空間１３及び第１流体用第２タンク空間１４が設けられており、残りの２つの隅部に第２流体用第１タンク空間１５及び第２流体用第２タンク空間１６が設けられている。
【００２３】
図１に示されるように、熱交換部１２を構成する複数のプレート部材１１のうち、Ｚ軸１軸方向の最端部に配置される第１最端プレート部材１１Ａには、第１ジョイント２１及び第１パイプ２２が取り付けられている。第１ジョイント２１は、第１流体用の配管を接合するための部材であり、熱交換器１０に第１流体が流入する第１流体用流入口１０１を形成している。第１パイプ２２は、熱交換器１０から第２流体が流出する第２流体用流出口１０２を形成している。
【００２４】
熱交換部１２を構成する複数のプレート部材１１のうち、Ｚ２軸方向の最端部に配置される第２最端プレート部材１１Ｂには、第２ジョイント２３及び第２パイプ２４が取り付けられている。第２ジョイント２３は、第１流体用の配管を接合するための部材であり、熱交換器１０から第１流体が流出する第１流体用流出口１０３を形成している。第２パイプ２４は、熱交換器１０に第２流体が流入する第２流体用流入口１０４を形成している。
【００２５】
第１流体用流入口１０１及び第１流体用流出口１０３は、第１流体用第１タンク空間１３に連通している。第２流体用流出口１０２及び第２流体用流入口１０４は、第２流体用第１タンク空間１５に連通している。
図１に実線の矢印で示されるように、第１流体用流入口１０１から流入した第１流体は、Ｚ１軸方向側の第１流路１２１を第１流体用第１タンク空間１３側から第１流体用第２タンク空間１４側に向かって流れる。第１流体用第２タンク空間１４内に流入した第１流体は、Ｚ２軸方向側の第１流路１２１を第１流体用第２タンク空間１４側から第１流体用第１タンク空間１３側に向かって流れた後、第１流体用流出口１０３から流出する。
【００２６】
また、図１に一点鎖線の矢印で示されるように、第２流体用流入口１０４から流入した第２流体は、Ｚ２軸方向側の第２流路１２２を第２流体用第１タンク空間１５側から第２流体用第２タンク空間１６側に向かって流れる。第２流体用第２タンク空間１６内に流入した第２流体は、Ｚ１軸方向側の第２流路１２２を第２流体用第２タンク空間１６側から第２流体用第１タンク空間１５側に流れた後、第２流体用流出口１０２から流出する。
【００２７】
図３に示されるように、プレート部材１１同士の間には、フィン３０が配置されている。フィン３０は、プレート部材１１同士の間に介在し、第１流体と第２流体との間での熱交換を促進させる機能を有している。本実施形態では、フィン３０が第２部材に相当する。
図４に示されるように、フィン３０は、部分的に切り起こされた切り起こし部３０ａが形成された板状の部材からなる。切り起こし部３０ａは、第１流体及び第２流体の流れ方向と平行な方向、すなわちＸ軸方向に複数個形成されている。
【００２８】
Ｘ軸方向において隣り合う切り起こし部３０ａ同士は、互いにオフセットされている。図４に示される一例では、複数の切り起こし部３０ａは、Ｘ軸方向に千鳥状に配置されている。
以上のような構造により、フィン３０は、Ｚ１軸方向に突出するように形成される第１凸部３００と、Ｚ２軸方向に突出するように形成される第２凸部３０１とをＹ軸方向に交互に有する構造からなる。
【００２９】
フィン３０の具体的な材質としては、例えばアルミニウム心材の両面にろう材をクラッドした両面クラッド材が用いられる。
図５に示されるように、プレート部材１１も、フィン３０と同様に、Ｚ１軸方向に突出するように形成される第１凸部１１０と、Ｚ２軸方向に突出するように形成される第２凸部１１１とをＹ軸方向に交互に有する構造からなる。但し、プレート部材１１の第１凸部１１０及び第２凸部１１１は、Ｘ軸方向に連続した形状からなる。
【００３０】
図３に示されるように、フィン３０は、隣り合う両方のプレート部材１１にろう付けにより接合されて固定されている。具体的には、フィン３０の第１凸部３００の頂面は、Ｚ１軸方向に隣り合うプレート部材１１の第２凸部３０１の頂面にろう材Ｂ１を介して接合されている。また、フィン３０の第２凸部３０１の頂面は、Ｚ２軸方向に隣り合うプレート部材１１の第１凸部３００の頂面にろう材Ｂ２を介して接合されている。このようなろう材Ｂ１，Ｂ２の接合構造により、フィン３０は、隣り合う両方のプレート部材１１に固定されている。また、フィン３０は、第１流路１２１及び第２流路１２２をＺ軸方向に横断する内部壁を構成している。
【００３１】
次に、本実施形態の熱交換器１０の製造方法について説明する。
熱交換器１０を製造する際には、まず、複数のプレート部材１１をプレス加工等により成形する工程が行われる。また、複数のフィン３０をプレス加工等により成形する工程が行われる。プレート部材１１の成形工程では、プレート部材１１に、図３に示されるような第１凸部１１０及び第２凸部１１１が形成される。また、フィン３０の成形工程では、フィン３０に、図３に示されるような第１凸部３００及び第２凸部３０１が形成される。
【００３２】
その後、複数のプレート部材１１及び複数のフィン３０を交互に積層して配置する。この際、第１最端プレート部材１１Ａに第１ジョイント２１及び第１パイプ２２が取り付けられるとともに、第２最端プレート部材１１Ｂに第２ジョイント２３及び第２パイプ２４が取り付けられる。その後、積層配置された複数のプレート部材１１及び複数のフィン３０を加熱することによりプレート部材１１及びフィン３０のろう材を融解させる。この際、図６に示されるように、プレート部材１１に対するフィン３０の相対的な位置が図３に示される所定位置からずれている場合でも、融解した液状のろう材の毛管力、換言すれば表面張力により、図３に示される所定位置に戻すようなセルフアライメント効果に基づく復元力Ｆがフィン３０に作用する。このセルフアライメント効果に基づく復元力Ｆによりフィン３０が図３に示される位置に変位する。そのため、その後に熱交換器１０を冷却した際に、プレート部材１１に対するフィン３０の相対的な位置が図３に示される所定位置になっている状態でプレート部材１１の凸部１１０，１１１と、フィン３０の凸部３００，３０１とがろう付けにより接合される。このようなろう付け工程を経て熱交換器１０の製造が完了する。
【００３３】
以上のような熱交換器１０の接合構造及び接合方法によれば、プレート部材１１とフィン３０とがろう付けにより接合される際に、液状のろう材の毛管力により、プレート部材１１とフィンとを所定位置で接合させることができるため、従来の熱交換器において採用されている嵌合構造が不要となる。嵌合構造が不要となる分だけプレート部材１１及びフィン３０の構造を簡素化することができるため、生産性を向上させることができる。
【００３４】
なお、上記実施形態は、以下の形態にて実施することもできる。
・プレート部材１１の凸部１１０，１１１及びフィン３０の凸部３００，３０１の形状は、任意の形状に変更可能である。例えば、プレート部材１１の凸部１１０，１１１及びフィン３０の凸部３００，３０１は、台形状や、正弦波に類似の山なり形状などに形成されていてもよい。
【００３５】
・プレート部材１１の凸部１１０，１１１は、Ｘ軸方向において分断された複数の凸部により構成されていてもよい。
・上記のプレート積層型の熱交換器１０の構造は、第１部材と第２部材とがろう付けにより接合された構造からなる任意の接合構造に適用可能である。また、上記のプレート積層型の熱交換器１０の製造方法は、組み付け時に拘束されていない第１部材及び第２部材をろう付けにより接合する任意の接合方法に適用可能である。より具体的には、第１部材に少なくとも一つの凸部を形成し、且つ第２部材に少なくとも一つの凸部を形成した上で、第１部材の凸部と第２部材の凸部とをろう付けにより接合すれば、上記実施形態の熱交換器１０と同様の作用及び効果を得ることが可能である。
【００３６】
・本開示は上記の具体例に限定されるものではない。上記の具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素、及びその配置、条件、形状等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。
【符号の説明】
【００３７】
１０：熱交換器
１１：プレート部材（第１部材）
１２：熱交換部
３０：フィン（第２部材）
１１０，１１１，３００，３０１：凸部
【図１】
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【図２】
2019190684.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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