(57)【要約】【課題】従来のろう付け法により作製された熱交換器では、ろう付け条件や熱交換器の構造などの面から、ろう材の充填不足による結合強度と熱伝達性の低下及びエロージョンの発生による液漏れの不具合を起こしてしまう問題があった。【解決手段】熱交換チューブとヘッダプレートとの嵌合部をろう材により固定する構造からなる熱交換器において、熱交換チューブの板厚Ａとヘッダプレートの板厚Ｂとの板厚比Ａ／Ｂが０．１より大きく０．２以下であり、且つ、当該熱交換チューブとヘッダプレートとの嵌合部を固定するろう材が、Ｓｉ元素を１１．２ｍａｓｓ％を超えて１２．５ｍａｓｓ％以下含み、残部Ａｌ元素と不可避不純物とからなることを特徴とする熱交換器。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換チューブとヘッダプレートの嵌合部をろう材により固定する構造の熱交換器において、前記熱交換チューブの板厚Ａと前記ヘッダプレートの板厚Ｂとの板厚比Ａ／Ｂが０．１を超えて０．２以下であり、且つ、前記ろう材が、Ｓｉを１１．２ｍａｓｓ％を超えて１２．５ｍａｓｓ％以下含み、残部がＡｌと不可避不純物からなることを特徴とする熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車、鉄道車両、電気製品などで使用する熱交換チューブとヘッダプレートの嵌合部をろう材により固定する構造の熱交換器に関する。
【０００２】
【従来技術】
自動車用ラジエターなどの熱交換器は、例えば図１（イ）に示すように複数本の熱交換チューブ１の間にコルゲート状に加工した薄肉フィン２を一体に形成し、該熱交換チューブ１の両端はヘッダプレート３とタンク４とで構成される空間にそれぞれ開口しており、片方のタンク側の空間から熱交換チューブ１内を通して高温冷媒を他方のタンク側の空間に送り、熱交換チューブ１およびフィン２の部分で熱交換して低温になった冷媒を再び循環させる。ここで、流路となる熱交換チューブ１とヘッダプレート３との嵌合部５は、ろう付けされている。図１（イ）で、６はサイドプレートである。
【０００３】
ところで、前記熱交換器の部材の多くはＡｌ又はＡｌ合金により構成されており、図１（ロ）に示すように熱交換チューブ１は、ヘッダプレート３に設けた貫通孔３ａに嵌合し、ろう材で固定するろう付け法によりヘッダプレートに組み付けられている。一般に、このろう付け法は、ろう材を表面に設けたヘッダプレート３を用い、熱交換チューブ１をヘッダプレート３に嵌合した後、所定のろう付け温度に昇温し、ヘッダプレート３に設けたろう材を溶融して前記嵌合部へ充填することで、熱交換チューブ１をヘッダプレート３に固定している。
【０００４】
したがって、前記組み付け後の熱交換器の健全化は、このろう付け処理の出来如何に大きく影響を受けることから、この部分のろう付け法については種々の改良が提案されている。
例えば、固定後に十分な強度を保持し、且つ、エロージョンに強いろう材（例えば、特許文献１参照）に関する提案、或いは円滑にろう付けするために、芯材とろう材の構造を改良したブレージングシート（例えば、特許文献２参照）に関する提案である。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−８６２９５号公報（第２−４頁、表１）
【特許文献２】
特開２００３−５５７２７号公報（第２−４頁、表５、表６）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記改良されたろう材及びブレージングシートを用いて熱交換器を組み付けた場合においても、ろう付けの状態がばらついて、十分にろう材が充填されず固定強度と熱伝達性の低下を招くといった問題が生じている。
この問題は、熱交換器が種々のサイズのアルミニウム合金部材で構成されており、その部材の熱容量の違いにより、ろう付けの昇温時に、各部材間において温度勾配が生じてしまう結果起こるものである。特に、熱交換チューブとヘッダプレートの嵌合部では顕著となる。この問題は、高温でろう付けすることで解消するが、ろう材温度を高くするとろう材の流動性が大きくなることから、熱交換チューブの外側及び内側にもろう材が流れ込むようになり、その結果、熱交換チューブにエロージョンが発生して液漏れの原因になるという新たな問題が生じる。
【０００７】
本発明は、これに鑑みなされたもので、熱交換チューブとヘッダプレートとの嵌合部を固定するろう材の合金組成および熱交換チューブとヘッダプレートの板厚比を規定することにより、熱交換チューブとヘッダプレートとのろう付け部の健全化および熱交換チューブのエロージョンの防止を同時に成し遂げたものである。
本発明は前記問題点を解消した熱交換器を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は熱交換チューブとヘッダプレートとの嵌合部をろう材により固定する構造の熱交換器において、前記熱交換チューブの板厚Ａと前記ヘッダプレートの板厚Ｂとの板厚比Ａ／Ｂが０．１を超えて０．２以下であり、且つ、前記ろう材が、Ｓｉを１１．２ｍａｓｓ％を超えて１２．５ｍａｓｓ％以下含み、残部がＡｌと不可避不純物からなることを特徴とする熱交換器である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明に係る熱交換器について、その実施の形態を説明する。
本発明は、熱交換チューブとヘッダプレートとの嵌合部の健全化及び熱交換チューブのエロージョンの防止を同時に成し遂げるために、構造体としての強度を満足し、熱伝達性にも優れ、且つ、ろう材がチューブ内外へ過剰に流動しない適切な前記板厚比Ａ／Ｂを規定し、同時に前記嵌合部に良好な固定強度を付与し、且つ熱交換チューブのエロージョンを防止する適度な流動性を示すＡｌ−Ｓｉ系合金ろう材を選定したものである。
【００１０】
本発明において、図１（ロ）に示すように、熱交換チューブ１の板厚Ａとヘッダプレート３の板厚Ｂの板厚比Ａ／Ｂが０．１を超え０．２以下に規定した理由は、前記板厚比Ａ／Ｂが０．１以下の場合は、熱交換チューブの熱容量が小さいために熱交換チューブの昇温が速くなり、ろう材が熱交換チューブ内外を流れやすくなって、エロージョンの原因となるうえ、良好な固定部が形成できなくなるためである。一方、板厚比Ａ／Ｂが０．２を超える場合は、熱交換チューブの熱容量が大きくなるために熱交換チューブの昇温が遅くなり、ろう材が熱交換チューブ表面を流れにくくなって、良好なフィレットが形成できず、ヘッダプレートと熱交換チューブとの嵌合部を十分に固定できなくなるためである。
【００１１】
次に、嵌合部を固定するろう材のＳｉ量を１１．２ｍａｓｓ％を超え、１２．５ｍａｓｓ％以下に規定した理由は、Ｓｉ量が１１．２ｍａｓｓ％以下、または１２．５ｍａｓｓ％を超えて含まれると、ろう材の融点が高くなり、本発明の板厚比の範囲内にある熱交換チューブとヘッダプレートとの嵌合部に十分な固定強度をもたらすのに必要な流動性が得られなくなって、ろう材が嵌合部に十分充填できずにろう付け部の健全性が低下するためである。更に、Ｓｉが１２．５ｍａｓｓ％を超えた場合は、凝固時に粗大なＳｉ初晶が生成されて固定強度が低下する。
なお、本発明のろう材は、流動性を阻害せず、且つ固定強度を低下させない範囲でなら他の元素が含有されていても良い。
【００１２】
本発明において、アルミニウム合金製のヘッダプレート及び熱交換チューブには、一般に、Ｍｎを０．０５〜２．０ｍａｓｓ％含むＡｌ−Ｍｎ系合金を芯材とし、その片面にＡｌ−Ｓｉ系合金のろう材の層を設け、他の片面にＡｌ−Ｚｎ系合金の犠牲材層を設けた３層構造のブレージングシートが用いられるが、他のアルミニウム合金材（ブレージングシートなど）を用いても良好な効果が得られる。
【００１３】
【実施例】
以下に、本発明を実施例により詳細に説明する。
（実施例１）
Ａｌ−１．１ｍａｓｓ％Ｍｎ合金芯材と表１に示すＮｏ．１〜Ｎｏ．７のろう材の組合せで、板厚Ｂが１．０ｍｍのヘッダプレートを作製した。熱交換チューブは、ヘッダプレートと同じＡｌ−Ｍｎ合金芯材の片面にＡｌ−１０ｍａｓｓ％Ｓｉ合金からなるろう材を設け、他の片面にＡｌ−２．０ｍａｓｓ％Ｚｎからなる犠牲材を圧接接合し、熱交換チューブ板厚Ａを０．１１〜０．２０ｍｍの範囲内で種々変化させて作製した。
【００１４】
次いで、表１に示す本発明例Ｎｏ．１〜７に示す組合せで、図２に示す試験試料７を作製した。試験試料７は、ろう材８を設けたヘッダプレート３の貫通孔３ａに、熱交換チューブ１を垂直に嵌合させ、その嵌合部位にＦ−ＡＬＦ３系フラックスを塗付した後、窒素雰囲気中で６００℃に３分間保持してろう付けを行って作製した。得られた試験試料７についてフィレットの形成状況およびエロージョンの発生状況を調査し評価した。
フィレットの形成状況は、ろう付け部断面の走査電子顕微鏡（以下、ＳＥＭと記す）観察によるフィレット形状の観察およびろう付け部を引張った時の変形具合で評価した。フィレットを形成しない場合を「×」、フィレットを形成するがろう付け部が取れ易い場合を「△」、フィレットを形成し、固定も十分である場合を「○」と評価した。
エロージョンの有無は、前記試験試料７のろう付け部から１０ｍｍ隔てた箇所の熱交換チューブ断面をＳＥＭ観察して評価した。
【００１５】
（比較例１）
実施例１と同様の方法により、表１の比較例Ｎｏ．８〜Ｎｏ．１３に示す組合せで試験試料７を作製し、実施例１と同じ調査および評価を行った。
実施例１および比較例１の結果を表１に示す。
【００１６】
【表１】
2004333005.tif 000002
【００１７】
表１から明らかなように、本発明例Ｎｏ．１〜Ｎｏ．７の熱交換器では、フィレットが良好に形成され、嵌合部の固定も十分であった。また、エロージョンも認められなかった。
対して、ろう材のＳｉ量の少ないＮｏ．８および板厚比が大きいＮｏ．１０は、いずれもフィレットの形状が劣った。Ｓｉ量の多いろう材を用いたＮｏ．９および板厚比が小さいＮｏ．１１は、いずれもエロージョンが発生した。
【００１８】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の熱交換器は、熱交換チューブの板厚Ａとヘッダプレートの板厚Ｂとの板厚比Ａ／Ｂを規定し、また、ろう材を選定したことにより、熱交換チューブとヘッダプレートとの嵌合部が良好にろう付けされると同時に熱交換チューブのエロージョンの発生が防止され、堅牢で故障が少ない。依って工業上顕著な効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】（イ）は熱交換器を示す一部断面の斜視図である。
（ロ）は熱交換チューブとヘッダプレートの嵌合部の説明図である。
【図２】本発明で用いた試験試料の外観図である。
【符号の説明】
１      熱交換チューブ
２      フィン
３      ヘッダプレート
３ａ    ヘッダプレートに設けられた貫通孔
４      タンク
５      熱交換チューブとヘッダプレートとの嵌合部
６      サイドプレート
７      試験試料
８      ろう材
【図１】
2004333005.tif 000003
【図２】
2004333005.tif 000004