(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とをろう付けするろう付け工程と、当該ろう付けされたコア部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、当該徐冷工程以前の酸素濃度より高い酸素濃度に設定するようにした。【選択図】  図２
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【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）とをろう付けするろう付け工程と、当該ろう付けされたコア部（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と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、当該徐冷工程以前の酸素濃度より高い酸素濃度に設定する
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、
上記徐冷工程にて上記酸素濃度を高く設定するのは、上記コア部（４）におけるろう材の凝固が完了した後である
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、
上記徐冷工程にて設定した酸素濃度は、１０００〔ppm〕以上である
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、例えば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、一般にろう付け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、ろう付け接合部にフラックスを塗布して所定の炉中でろう付けするか、フラックスを塗布せず真空炉中でろう付けしている。
【０００４】
具体的には、このようなろう付け作業は、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けするろう付け工程と、ろう付け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、ろう付け工程、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】
また、このとき、炉内雰囲気における酸素濃度は、タンク部のろう材の凝固が完了するまで、つまり加熱処理全域に亘って低いレベルに保たれており、タンク部のろう材の凝固が完了した後、冷却工程で増加する（すなわち、高いレベルに上げられる）ようにしている。
【０００６】
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５から見てわかるように、昇温時、コア部に対してタンク部が、予熱工程からろう付け工程に達するまで時間を要するとともに、冷却時、該タンク部が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）。
【０００７】
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（詳細には、フィンとチューブとの接合部分や、チューブが断面Ｂ型の形状からなる、いわゆる、Ｂ型チューブである場合、このチューブの内側における合わせ部など）でエロージョンが発生するおそれがあった。
【０００８】
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、ろう付け温度（この場合、５９０〔℃〕程度）近傍で溶融するようにしてしまう現象である。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。
【０００９】
かかる問題を解決する手法の１つとして、図６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】
【００１０】
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が、タンク部がコア部よりも早く昇温してしまうため、タンク部から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の発生の危険性がある。さらに、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６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。
【００１１】
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】
【００１２】
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けするろう付け工程と、当該ろう付け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、当該徐冷工程以前の酸素濃度より高い酸素濃度に設定することを特徴とする。
【００１３】
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、上記徐冷工程にて上記酸素濃度を高く設定するのは、上記コア部におけるろう材の凝固が完了した後であることを特徴とする。
【００１４】
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、上記徐冷工程にて設定した酸素濃度は、１０００〔ppm〕以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載の発明によれば、徐冷工程において、この徐冷工程以前の酸素濃度より高い酸素濃度に設定した状態で、ろう付けした熱交換器を徐冷処理することによって、コア部と比較して熱容量の大きいタンク部のろう材を酸化させ、このタンク部における濡れ性を低減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を抑制することができ、当該ろう材の流動に起因したエロージョンの発生を未然に防止することができる。かくして、耐強度性および生産効率を格段と向上させることができる。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、徐冷工程にてコア部におけるろう材の凝固が完了した後、酸素濃度を高く設定することにより、容易かつ確実にタンク部からコア部へのろう材の流動を防止することができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明によれば、徐冷工程にて設定した酸素濃度が、１０００〔ppm〕以上であることにより、コア部に比較して熱容量の大きいタンク部からのろう材の流動を、容易かつ確実に防止することができる。
【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はラジエータの要部（コア部）の説明に供する斜視図、図３はろう付け処理の際の温度変化とそれに伴う時間および酸素濃度の関係を示すグラフ、図４は図３のろう付け処理によって製造されたラジエータにおけるろう付け状態を示す概略構成図である。
【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２に示すように、タンク室１１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け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、図示を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け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、ろう付け接合部にフラックスを塗布して所定の炉中でろう付けするか、フラックスを塗布せず真空炉中でろう付けするようになされている。
【００２７】
具体的には、このようなろう付け作業は、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とをろう付けするろう付け工程と、ろう付けされたコア部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と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、ろう付け工程、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、ろう付け工程はろう材を溶融させ、徐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、前記徐冷工程以前の予熱工程およびろう付け工程時の炉内雰囲気における酸素濃度より高い酸素濃度へと設定する。
【００３０】
このとき、この酸素濃度は１０００〔ppm〕以上に設定されることが望ましい。これは、酸素濃度が１０００〔ppm〕未満の場合、ラジエータ１におけるコア部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のろう材を十分に酸化させるのが難しくなる可能性があり、この上方および下方ヘッダタンク部５、６における濡れ性を低減させることが困難となって局部的にエロージョンが発生するおそれがあるためである。
【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、本実施の形態では、表１に示す各構成部材を用いて熱交換器を製造した。
【表１】
2005254320.tif 000003
【００３３】
すなわち、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）を用いて熱交換器を組み立てた。
【００３４】
次に、表２に示す条件の下に予熱工程、ろう付け工程、徐冷工程および冷却工程を行った。
【表２】
2005254320.tif 000004
【００３５】
すなわち、予熱工程およびろう付け工程では、炉内の酸素濃度を８０〔ppm〕に設定した。徐冷工程では、コア部４におけるチューブ２のろう材が溶融状態であるときは、炉内の酸素濃度を８０〔ppm〕に設定し、この後、このチューブ２のろう材が凝固状態になった時点（このとき、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のろう材は溶融状態および凝固状態である）で炉内の酸素濃度を１１００〔ppm〕に設定した。冷却工程では、前記徐冷工程にて上昇させた酸素濃度、すなわち１１００〔ppm〕に設定した酸素濃度のまま変更しなかった。
【００３６】
このときのコア部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。
【００３７】
この図３に示すように、昇温時の前記予熱工程およびろう付け工程の炉内雰囲気における酸素濃度（８０〔ppm〕）に比較して、冷却時の前記徐冷工程（より詳しくは、コア部４におけるチューブ２のろう材が凝固状態になった時点）の炉内雰囲気における酸素濃度（１１００〔ppm〕）を高く設定し、この状態で、ろう付けした熱交換器を徐冷処理することによって、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におけるヘッダプレート９のろう材を酸化させ、このヘッダプレート９における濡れ性を低減させることができるため、ヘッダプレート９(すなわち、上方および下方ヘッダタンク部５、６）からコア部４（特に、チューブ２）へのろう材の流動を抑制することができ、当該ろう材の流動に起因したエロージョンの発生を未然に防止することができる。
【００３８】
この結果、図４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、ろう付け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。
【００３９】
従って、このろう付け加熱処理を用いて製造されるラジエータ１の場合、前記ろう付け加熱処理においてコア部４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のを未然に回避することができるため、耐強度性を向上させることができるとともに、生産効率を格段と向上させることができる。
【００４０】
また、この場合、エロージョンの発生を回避することができる分、コア部４の構成部品（すなわち、チューブ２、フィン３）の薄肉化が可能となる利点もある。
【００４１】
さらに、このろう付け加熱処理の場合、ろう付け加熱処理条件を一部変更するのみの容易な作業でエロージョンを防止することができるため、新規に設備投資する必要がなく、生産コストの増加も防止できる。
【００４２】
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、昇温時の前記予熱工程およびろう付け工程の炉内雰囲気における酸素濃度に比較して、冷却時の前記徐冷工程の炉内雰囲気における酸素濃度を高く設定し、この状態で、ろう付けした熱交換器を徐冷処理することによって、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におけるヘッダプレート９のろう材を酸化させ、このヘッダプレート９における濡れ性を低減させることができる。
【００４３】
従って、徐冷工程において、上方および下方ヘッダタンク部５、６からコア部４へのろう材の流動を抑制することができるため、当該ろう材の流動に起因したコア部でのエロージョンの発生を未然に防止することができる。これにより、コア部４の構成部品であるチューブ２やフィン３の薄肉化を図ることができる。
【００４４】
これととともに、上述のように、エロージョンによる不具合の発生を防止することができる分、確実に品質を向上させることができる。しかも、このように品質を向上させることによって、耐強度性に優れたラジエータ１を製造することができる。
【００４５】
また、チューブ２のろう材が凝固状態になった時点で炉内雰囲気における酸素濃度を高く設定するようにしたことにより、コア部４に比較して熱容量の大きいヘッダプレート９（すなわち、上方および下方ヘッダタンク部５、６）からチューブ２（すなわち、コア部４）へのろう材の流動を容易かつ確実に防止することができる。
【００４６】
さらに、冷却時に設定した前記酸素濃度が、１１００〔ppm〕以上であることにより、ヘッダプレート９のろう材を容易かつ確実に酸化させるため、前記ろう材の流動を容易かつ確実に防止することができる。
【００４７】
「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。
【００４８】
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】
【００４９】
【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】ラジエータの要部（コア部）の説明に供する斜視図である。
【図３】ろう付け処理の際の温度変化とそれに伴う時間および酸素濃度の関係を示すグラフである。
【図４】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け状態を示す概略構成図である。
【図５】従来の熱交換器におけるろう付け処理の際の温度変化とそれに伴う時間および酸素濃度の関係を示すグラフである。
【図６】従来の他の熱交換器におけるろう付け処理の際の温度変化とそれに伴う時間および酸素濃度の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５０】
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…タンク室
【図１】
2005254320.tif 000005
【図２】
2005254320.tif 000006
【図３】
2005254320.tif 000007
【図４】
2005254320.tif 000008
【図５】
2005254320.tif 000009
【図６】
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