(57)【要約】【課題】  耐強度性に優れ、かつ、生産効率を格段と向上させ得る熱交換器の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】  コア部４とタンク部５、６とを組み付けた後、当該組み付けたコア部４およびタンク部５、６を前もって加熱する予熱工程と、これらコア部４とタンク部５、６とをろう付するろう付工程と、当該ろう付されたコア部４とタンク部５、６の熱を緩やかに取り除く徐冷工程と、この徐冷工程を経たコア部４とタンク部５、６とを常温まで冷却する冷却工程を順次行うことにより熱交換器１を製造する製造方法において、徐冷工程では、タンク部５、６に低温ガス１２を噴き付けるようにした。【選択図】  図２
2005193264.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア部（４）とタンク部（５、６）とを組み付けた後、当該組み付けたコア部（４）およびタンク部（５、６）を前もって加熱する予熱工程と、これらコア部（４）とタンク部（５、６）とをろう付するろう付工程と、当該ろう付されたコア部（４）とタンク部（５、６）の熱を緩やかに取り除く徐冷工程と、この徐冷工程を経たコア部（４）とタンク部（５、６）とを常温まで冷却する冷却工程を順次行うことにより熱交換器（１）を製造する製造方法において、
上記徐冷工程では、上記タンク部（５、６）に低温ガス（１２）を噴き付ける
ことを特徴とする熱交換器の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の熱交換器（１）の製造方法であって、
上記低温ガス（１２）が、不活性ガスでなる
ことを特徴とする熱交換器の製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の熱交換器（１）の製造方法であって、
上記低温ガス（１２）の温度が、２５〔℃〕でなる
ことを特徴とする熱交換器の製造方法。
【請求項４】
少なくとも請求項１から請求項３の何れか一つに記載の熱交換器（１）の製造方法であって、
上記低温ガス（１２）を噴き付ける風速が、３〔m/秒〕〜２０〔m/秒〕でなる
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、エバポレータやコンデンサ等の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コア部とタンク部とのろう付け工法の改善を図る技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、アルミニウム製の熱交換器には、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、一般にろう付工法により製造されている。この製造方法は、チューブやフィン等からなるコア部や、ヘッダプレートやタンクカバー部材等からなるタンク部などの熱交換器の各種部品を組み付けた後、炉内に入れて加熱することにより、これら各種部品間の接合部に予め設けられたろう材を介して一体的にろう付けするものである。
【０００３】
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Ｍｎ等の元素を含有したアルミニウム合金が基礎となる材料（以下、これを芯材と称す）である。従って、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Ｓｉ等を含有した前記芯材より融点の低いＡｌ−Ｓｉ系合金のろう材をクラッドした材料を採用している。そして、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前記芯材の部品との接合部にろう材の箔を置いてこれら部品を組付けた後、ろう付接合部にフラックスを塗布して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。
【０００４】
具体的には、このようなろう付作業は、組み付けたコア部とタンク部とを前もって加熱する予熱工程と、これらコア部とタンク部とをろう付するろう付工程と、ろう付されたコア部とタンク部の熱を緩やかに取り除く徐冷工程と、徐冷工程を経たコア部とタンク部とを常温まで冷却する冷却工程とからなり、これら予熱工程、ろう付工程、徐冷工程および冷却工程を順次行うことにより、コア部とタンク部とが接合されて熱交換器を形成するようになっている。
【０００５】
ところが、このような熱交換器では、タンク部の板厚がコア部の板厚に比較して厚くなることから当該タンク部の熱容量が大きくなるため、温度変化とそれに伴う時間との関係を示す図６から見てわかるように、コア部に対して、昇温時、タンク部が予熱工程からろう付工程に達するまで時間を要するとともに、冷却時、徐冷工程において固相温度に到達するまで時間を要してしまう（図中太線で示す）。
【０００６】
このため、場合によっては冷却時、徐冷工程においてタンク部からコア部へとろう材が流動し、コア部（とりわけ、チューブ内）でエロージョンが発生するおそれがあった。ここで、エロージョンとは、ろう材中のＳｉが芯材に拡散し、この拡散量が多くなり過ぎると、前記芯材における本来の融点（この場合、６４０〔℃〕〜６５０〔℃〕）を低下させ、ろう付温度（この場合、５９０〔℃〕程度）近傍で溶融する現象である。そして、このエロージョンが生じることに起因して芯材が溶融すると、コア部（この場合、チューブ）に貫通孔を生じさせる可能性があった。
【０００７】
かかる問題を解決する手法の１つとして、図７に示すように、前記予熱工程において大熱容量部であるタンク部に高温の窒素ガスを噴き付け、当該タンク部を積極的に加熱することによって、小熱容量部であるコア部より先にタンク部を昇温させ（図中太線で示す）、予熱工程の時間短縮を図る技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−８０３６６号公報（第３頁および第４頁、第１図および第３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、かかる特許文献１に記載の熱交換器の製造方法では、予熱工程においてタンク部に高温の窒素ガスを噴き付け、予熱工程における加熱時間を短縮させることにより、生産効率を向上させることができるとともに、コア部へのろう材の拡散や、それに伴うエロージョン等の不具合の発生を防止できるものの、依然として冷却時、徐冷工程においてコア部と比較してタンク部が固相温度に到達するまで時間を要してしまう（図７中太線で示す）ため、コア部へのろう材の流動や、それに伴うエロージョン等の不具合が発生する可能性のある未だ不十分な問題がある。
【０００９】
そこで、本発明は、前記した課題を解決すべくなされたものであり、耐久強度に優れ、かつ、生産効率を格段と向上させ得る熱交換器の製造方法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】
【００１０】
請求項１に記載の発明は、コア部とタンク部とを組み付けた後、当該組み付けたコア部およびタンク部を前もって加熱する予熱工程と、これらコア部とタンク部とをろう付するろう付工程と、当該ろう付されたコア部とタンク部の熱を緩やかに取り除く徐冷工程と、この徐冷工程を経たコア部とタンク部とを常温まで冷却する冷却工程を順次行うことにより熱交換器を製造する製造方法において、上記徐冷工程では、上記タンク部に低温ガスを噴き付けることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の熱交換器の製造方法であって、上記低温ガスが、不活性ガスでなることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の熱交換器の製造方法であって、上記低温ガスの温度が、２５〔℃〕でなることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、少なくとも請求項１から請求項３の何れか一つに記載の熱交換器の製造方法であって、上記低温ガスを噴き付ける風速が、３〔m/秒〕〜２０〔m/秒〕でなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載の発明によれば、徐冷工程において、タンク部に低温ガスを噴き付けるようにしたことにより、コア部と比較して熱容量の大きいタンク部を、容易かつ確実にコア部と同等または、当該コア部よりも速く冷却させることができるため、タンク部からコア部へのろう材の流動に起因したエロージョンの発生を未然に回避することができるとともに、ろう付時間を短縮することができるため、耐強度性に優れ、かつ、生産効率を格段と向上させることができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、低温ガスが不活性ガスでなることにより、熱交換器の酸化を確実に防止することができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、低温ガスの温度が、２５〔℃〕でなることにより、室温程度の温度で冷却することが可能であるため、過剰に冷却することなく、コア部に比較して熱容量の大きいタンク部の冷却時間を実用上十分に短縮することができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、低温ガスを噴き付ける風速が、３〔m/秒〕〜２０〔m/秒〕でなることにより、コア部に比較して熱容量の大きいタンク部の冷却時間を実用上十分に短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本実施の形態は、本発明の熱交換器を、自動車用ラジエータに適用した例である。
【００１９】
「ラジエータの構成」
図１は本発明に係るラジエータの概略構成を示す外観図、図２はラジエータの製造過程におけるろう付の説明に供する斜視図、図３はろう付処理の際の温度変化とそれに伴う時間との関係を示すグラフ、図４は図３のろう付処理の際に用いたラジエータの構成材料を示す図である。
【００２０】
図１に示すように、本実施の形態の熱交換器であるラジエータ１は、積層された複数のチューブ２と、これら隣接するチューブ２、２間に配置された複数の波形フィン３からなるコア部４と、このコア部４における複数のチューブ２の上端部および下端部がそれぞれ接続されたタンク部としての上方ヘッダタンク部５および下方ヘッダタンク部６と、上方ヘッダタンク部５に接続された入口パイプ７および出口パイプ８とを備えている。
【００２１】
上方および下方ヘッダタンク部５、６は、それぞれヘッダプレート９と、このヘッダプレート９に接合されたタンクカバー部材１０とから構成され、内部に図示省略するタンク室が形成されている。
【００２２】
このとき、このラジエータ１は、以下のようなろう付工法により製造されている。すなわち、この製造方法は、チューブ２やフィン３からなるコア部４や、ヘッダプレート９やタンクカバー部材１０からなる上方および下方ヘッダタンク部５、６などのラジエータ１の各種部品を組み付けた後、図示省略する炉内に入れて加熱することにより、これら各種部品間の接合部に予め設けられたろう材（図示省略する）を介して一体的にろう付けするものである。
【００２３】
［実験による考察］
ここで、実際にラジエータ１を製造する際のろう付工法について調べてみた。
【００２４】
本実施の形態の場合、ラジエータ１はアルミニウム製の部品を用いて形成されており、これら各種部品は、主に純アルミニウムにＭｎ等の元素を含有したアルミニウム合金を芯材としている。
【００２５】
従って、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Ｓｉ等を含有した前記芯材より融点の低いＡｌ−Ｓｉ系合金のろう材をクラッドしている。
【００２６】
そして、このろう材をクラッドした各種部品（コア部４、上方および下方ヘッダタンク部５、６）を組付けるか、前記ろう材をクラッドする代わりに前記芯材状態の各種部品（コア部４、上方および下方ヘッダタンク部５、６）の接合部に前記ろう材の箔を置きこれら部品を組付けた後、ろう付接合部にフラックスを塗布して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する。
【００２７】
具体的には、このようなろう付作業は、組み付けたコア部４と上方および下方ヘッダタンク部５、６とを前もって加熱する予熱工程と、これらコア部４と上方および下方ヘッダタンク部５、６とをろう付するろう付工程と、ろう付されたコア部４と上方および下方ヘッダタンク部５、６の熱を緩やかに取り除く徐冷工程と、徐冷工程を経たコア部４及び上方および下方ヘッダタンク部５、６とを常温まで冷却する冷却工程とからなり、これら予熱工程、ろう付工程、徐冷工程および冷却工程を順次行うことにより、コア部４と上方および下方ヘッダタンク部５、６とが接合されてラジエータ１を形成するようになっている。
【００２８】
なお、予熱工程はフラックスを溶融させ、ろう付工程はろう材を溶融させ、除冷工程はろう材を凝固させ、冷却工程は熱交換器を室温まで冷却させる。
【００２９】
そして、本実施の形態では、前記徐冷工程において図２に示すように、組み付けたコア部４と上方および下方ヘッダタンク部５、６のうち、上方および下方ヘッダタンク部５、６におけるヘッダプレート９部分に、ガス噴出部材１１の噴出孔から低温ガス１２を噴き付けるようにしている。
【００３０】
このとき、この低温ガス１２は、窒素ガス等の不活性ガスからなり、その温度は一般的な室温である０〜３５〔℃〕とし、好ましくは２５〔℃〕程度とする。そして、ガス噴出部材１１の噴出口から前記ヘッダプレート９を目がけて、３〔m/秒〕〜２０〔m/秒〕の風速で、前記低温ガス１２を吹き付けるのが好ましいことが実験結果からわかった。なお、冬場は、外気温が０℃近傍となるため風速は小さくて良く、３〔m/秒〕で効果があり、夏場は、外気温が３５℃近くなるため風速を大きくし、最大２０〔m/秒〕とする。
【００３１】
因みに、このときのチューブ２、フィン３、ヘッダプレート９の板厚は、それぞれ０．１５〔mm〕〜０．３０〔mm〕、０．０６〔mm〕〜０．１０〔mm〕、０．８〔mm〕〜１．５〔mm〕の範囲で設定した。
【００３２】
そして、図４に示すように、フィン３を０．０８〔mm〕のアルミニウム合金（JIS規格A3003）で構成し、チューブ２を芯材として０．２３〔mm〕のアルミニウム合金（JIS規格A3003）、犠牲材として０．０３〔mm〕のアルミニウム合金（JIS規格A7072）、ろう材として０．０３〔mm〕のアルミニウム合金（JIS規格A4343）を用いて構成し、ヘッダプレート９を芯材として１．０４〔mm〕のアルミニウム合金（JIS規格A3003）、犠牲材として０．１３〔mm〕のアルミニウム合金（JIS規格A7072）、ろう材として０．１３〔mm〕のアルミニウム合金（JIS規格A4343）を用いて構成したものをそれぞれ組み付け、ろう付加熱処理を行った。その際のコア部４とヘッダプレート９の温度変化と、それに伴った時間との関係を図３に示す。なお、この図３中、ヘッダプレート９を便宜上、タンク部と省略して示す。
【００３３】
この図３から見てわかるように、冷却時の前記徐冷工程において、組み付けたコア部４と上方および下方ヘッダタンク部５、６におけるヘッダプレート９部分に、低温ガス１２を噴き付けることにより、ヘッダプレート９がコア部４とほぼ同じスピードで冷却され、コア部４と比較してもほぼ同じ時間で固相温度に到達するようになり（図３中一点鎖線で示す）、改善前（図３中太線で示す）と比べて格段と冷却時間を短縮することができる。
【００３４】
この結果、図５に示すように、ろう付けされたチューブ２内部と、チューブ２とフィン３との接合部分とのいずれにおいてもエロージョンの発生は認められず、ろう付部分は健全であった。なお、この場合、一方のチューブ２には、表面にろう材をクラッドした平面状のアルミニウム板材２Ａの両側部を、ロールホーミング法等の手法によって、同一方向に略９０〔°〕に折り曲げた後、偏平チューブ状に折り曲げ、前記両側部を当接せしめてなる中柱を内側に立設させた、いわゆるＢ型チューブを用いた。
【００３５】
従って、このろう付加熱処理を用いて製造されるラジエータ１の場合、前記ろう付加熱処理においてコア部４へのろう材の拡散や、それに伴うエロージョン等の不具合が発生するのを未然に回避することができ、耐強度性を向上させることができるとともに、ろう付時間を短縮することができるため、生産効率を格段と向上させることができる。
【００３６】
このように、本実施の形態のラジエータの製造方法によれば、徐冷工程において上方および下方ヘッダタンク部５、６に低温ガス１２を噴き付けるようにしたことにより、コア部４と比較して熱容量の大きい上方および下方ヘッダタンク部５、６を、容易かつ確実にコア部４と同等または、当該コア部４よりも速く冷却させることができるため、上方および下方ヘッダタンク部５、６からコア部４へのろう材の流動に起因したエロージョンの発生を未然に回避することができるとともに、ろう付時間を短縮することができるため、耐強度性に優れ、かつ、生産効率を格段と向上させることができる。
【００３７】
また、低温ガス１２が窒素ガス等の不活性ガスでなることにより、ラジエータ１の酸化を確実に防止することができる。
【００３８】
さらに、低温ガス１２の温度が、約２５〔℃〕でなることにより、室温程度の温度で冷却することが可能であるため、過剰に冷却することなく、コア部４に比較して熱容量の大きい上方および下方ヘッダタンク部５、６の冷却時間を実用上十分に短縮することができる。
【００３９】
これに加えて、低温ガス１２を噴き付ける風速が、３〔m/秒〕〜２０〔m/秒〕でなることにより、コア部４に比較して熱容量の大きい上方および下方ヘッダタンク部５、６の冷却時間を実用上十分に短縮することができる。
【００４０】
「その他の実施の形態」
以上、本発明を適用した具体的な実施の形態について説明したが、本発明は、上述の実施の形態に制限されることなく種々の変更が可能である。
【００４１】
上述した実施の形態では、チューブ２として、いわゆるＢ型チューブを用いた場合について説明したが、本発明はこれに限ることなく、チューブ２としては、この他一般的な扁平型のものや、内部にフィンを有するもの等、様々な形状のチューブを広く適用することができ、その場合においても、上述の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係るラジエータの概略構成を示す外観図である。
【図２】ラジエータの製造過程におけるろう付の説明に供する斜視図である。
【図３】ろう付処理の際の温度変化とそれに伴う時間との関係を示すグラフである。
【図４】図３のろう付処理の際に用いたラジエータの構成材料を示す図である。
【図５】本発明を適用した製造方法によって製造されたラジエータにおけるろう付状態を示す模式図である。
【図６】従来の熱交換器におけるろう付処理の際の温度変化とそれに伴う時間との関係を示すグラフである。
【図７】従来の他の熱交換器におけるろう付処理の際の温度変化とそれに伴う時間との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４３】
１…ラジエータ（熱交換器）
２…チューブ
３…フィン
４…コア部
５…上部ヘッダタンク部（タンク部）
６…下部ヘッダタンク部（タンク部）
９…ヘッダプレート
１０…タンクカバー部材
１１…ガス噴出部材
１２…低温ガス
【図１】
2005193264.tif 000003
【図２】
2005193264.tif 000004
【図３】
2005193264.tif 000005
【図４】
2005193264.tif 000006
【図５】
2005193264.tif 000007
【図６】
2005193264.tif 000008
【図７】
2005193264.tif 000009