(57)【要約】      （修正有）【課題】ろう付けにより製造される熱交換器のチューブを板材から製造する方法であって、板材をチューブ形状に曲成した際に生じる突き合わせ部や重ね合わせ部に形成される隙間およびチューブ形状の外側に開放された空隙部から、ろう付け時に溶融ろうが侵入することを回避できる熱交換器用チューブの製造方法を提供する。【解決手段】突き合わせ部、重ね合わせ部およびチューブ形状１ａの外側に開放された空隙部１１，１３を封着する。封着手段としては摩擦接合が好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ろう付けにより製造される熱交換器のチューブを板材から製造する方法であって、板材を曲成し、端部同士を突き合わせ、または端部同士あるいは端部と端部以外の部分を重ね合わせてチューブ形状に成形した後、突き合わせ部と重ね合わせ部に形成される隙間およびチューブ形状の外側に開放された空隙部を封着することを特徴とする熱交換器用チューブの製造方法。
【請求項２】
前記板材がアルミニウム（アルミニウム合金を含む、以下同じ）からなることを特徴とする請求項１記載の熱交換器用チューブの製造方法。
【請求項３】
前記板材が銅からなることを特徴とする請求項１記載の熱交換器用チューブの製造方法。
【請求項４】
前記重ね合わせ部が、重ね合わせた端部間にチューブ内に装入されるインナーフィンの端部が介挿され３枚重ねに構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の熱交換器用チューブの製造方法。
【請求項５】
前記封着が摩擦接合により行われることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の熱交換器用チューブの製造方法。
【請求項６】
前記封着が摩擦攪拌接合により行われることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の熱交換器用チューブの製造方法。
【請求項７】
前記摩擦接合は、突き合わせ部、重ね合わせ部またはチューブ形状の外側に開放された空隙部を拘束し、該部分に硬質工具を押圧して、該部分と硬質工具を相対的に移動させることにより該部分に対して硬質工具を摺動させ、摩擦発熱、塑性流動を生ぜしめることによって行われることを特徴とする請求項５記載の熱交換器用チューブの製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかにより製造されたチューブと、ヘッダーおよびフィンを組み付け、ろう付け一体化して製造されたことを特徴とする熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ろう付けにより製造される熱交換器のチューブを板材から製造する熱交換器用チューブの製造方法、および当該製造方法により得られたチューブを組み込んで、ろう付け一体化した熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用アルミニウム製熱交換器用チューブとして、従来、押出扁平多穴管が使用されていたが、熱交換器の軽量化のために、板材から成形されたチューブが提案されている。これらのチューブには、図１、図５に示すように、アルミニウム板材を曲成し端部同士を突き合わせてチューブ形状としたもの１a、１e、図２〜３、図６に示すように、端部同士を重ね合わせたもの１b、１c、１f、図４に示すように、端部と端部以外の部分を重ね合わせたもの１dなどがある。
【０００３】
また、図７に示すように、板材、とくにアルミニウム板材を曲成し端部同士を重ね合わせてチューブ形状とし、コルゲート加工したフィン２、とくにアルミニウムフィンをその内部に装入して、フィン２の端部を板材の重ね合わせた端部で挟んで３枚重ねとし、該端部でヘム加工して仮止部３とした端部Ｇを形成してなるインナーフィンチューブ１gもある（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
熱交換器の製造は、これらのチューブ１a、１b、１c、１d、１e、１fやインナーフィンチューブ１gとコルゲートフィンとを積層し、ヘッダーを組み付けて（図示は省略）、ろう付け一体化することにより行われるが、ろう付工程において、チューブ１a、１b、１c、１d、１e、１fでは、ろうが突き合わせ部や重ね合わせ部に形成される隙間およびチューブ形状の外側に開放された空隙部からチューブの内側に浸入し、また、インナーフィンチューブ１gでは、ろうがチューブのヘム加工した仮止部３の隙間からチューブ内に浸入し、必要な部分のろうが不足してろう付不良が生じるという問題があり、とくにアルミニウム製熱交換器のろう付け製造においてその対策が要請されている。
【０００５】
すなわち、チューブ１aではＡ部の突き合わせ部の隙間１１および外側に開放された空隙部１３からろうが侵入し、チューブ１bではＢ部の重ね合わせ部の隙間１２からろうが侵入し、チューブ１cではＣ部の重ね合わせ部の隙間１２からろうが侵入し、チューブ１dではＤ部の端部と端部以外の部分との重ね合わせ部の隙間１２および外側に開放された空隙部１３からろうが侵入し、チューブ１eではＥ部の突き合わせ部の隙間１１からろうが侵入し、チューブ１fではＦ部の重ね合わせ部の隙間１２からろうが侵入する。
【特許文献１】特開２００３−３３６９８９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ろうの浸入を防ぐ手段として、チューブ１a、１b、１c、１d、１e、１fにおいては、突き合わせ部の隙間１１、重ね合わせ部の隙間１２およびチューブ形状の外側に開放された空隙部１３、また、インナーフィンチューブ１gにおいては、仮止部３からなる端部Ｇの隙間をろう付前に接合して封じることが考えられるが、これらの部分を溶融する通常の溶接手段では接合は完全に行われるものの、これら薄肉の部分に適切な接合部を得るための溶接制御が容易ではなく、設備的にも大掛かりとなるなどの難点がある。
【０００７】
近年、摩擦攪拌接合（ＦＳＷ）が開発されて、種々の分野への応用が期待されており、多くの接合手法が提案されている。この接合法は、硬質の回転工具をアルミニウム等の軟質金属に回転させながら差し込み、摩擦熱を発生させて塑性流動を起こさせ、撹拌して接合する固相接合法の一種である。発明者らは、前記の部分をＦＳＷにより接合して封着することを試みた結果、この方法により母材が座屈せず強固な接合を得るためには２ｍｍ程度以上の厚さが必要であり、薄肉の部分に対して接合深さの大きい強固な接合は困難であることが見出された。
【０００８】
しかしながら、この場合、これらの部分は、ろう付までのハンドリング、ろう付中の熱歪みに耐えることができ、且つ、少なくとも、ろう付け時にろうが侵入しない程度に接合されていればよく、接合深さが浅い場合でもこのような性状をそなえた接合部が十分に得られることがわかり、ＦＳＷも当該部分の接合手段として有効であることが見出された。
【０００９】
発明者らは、前記の部分について、上記の性状をそなえた接合部を形成できるさらに簡単な接合方法を得るために、摩擦撹拌接合（ＦＳＷ）の考え方をベースとして、試験、検討を行った。本発明は、この結果としてなされたものであり、その目的は、ろう付けにより製造される熱交換器のチューブを板材から製造する方法において、板材を曲成してチューブ形状に成形する際に生じる突き合わせ部と重ね合わせ部に形成される隙間およびチューブ形状の外側に開放された空隙部を簡単に接合して封じることができ、ろう付けまでのハンドリング、ろう付け中の熱歪みに耐え、ろう付け時に溶融ろうが侵入することを回避できる封着部をそなえた熱交換器用チューブの製造方法、および当該製造方法により得られたチューブを組み込んで、ろう付け一体とした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】
【００１０】
上記の目的を達成するための請求項１による熱交換器用チューブの製造方法は、ろう付けにより製造される熱交換器のチューブを板材から製造する方法であって、板材を曲成し、端部同士を突き合わせ、または端部同士あるいは端部と端部以外の部分を重ね合わせてチューブ形状に成形した後、突き合わせ部と重ね合わせ部に形成される隙間およびチューブ形状の外側に開放された空隙部を封着することを特徴とする。
【００１１】
請求項２による熱交換器用チューブ部の製造方法は、請求項１において、前記板材がアルミニウムからなることを特徴とする。
【００１２】
請求項３による熱交換器用チューブの製造方法は、請求項２において、前記重ね合わせ部が、重ね合わせた端部間にチューブ内に装入されるインナーフィンの端部が介挿された３枚重ねに構成されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項４による熱交換器用チューブの製造方法は、請求項１において、前記板材が銅からなることを特徴とする。
【００１４】
請求項５による熱交換器用チューブの製造方法は、請求項１〜４のいずれかにおいて、前記封着が摩擦接合により行われることを特徴とする。
【００１５】
請求項６による熱交換器用チューブの製造方法は、請求項１〜４のいずれかにおいて、前記接合が摩擦攪拌接合により行われることを特徴とする。
【００１６】
請求項７による熱交換器用チューブの製造方法は、請求項５において、前記摩擦接合は、突き合わせ部、重ね合わせ部またはチューブ形状の外側に開放された空隙部を拘束し、該部分に硬質工具を押圧して、該部分と硬質工具を相対的に移動させることにより該部分に対して硬質工具を摺動させ、摩擦発熱、塑性流動を生ぜしめることによって行われることを特徴とする。
【００１７】
請求項８による熱交換器は、請求項１〜７のいずれかにより製造されたチューブと、ヘッダーおよびフィンを組み付け、ろう付け一体化して製造されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ろう付けにより製造される熱交換器のチューブを板材から製造する方法において、板材を曲成してチューブ形状に成形する際に生じる突き合わせ部や重ね合わせ部に形成される隙間およびチューブ形状の外側に開放された空隙部を簡単に接合して封じ、ろう付けまでのハンドリング、ろう付け中の熱歪みに耐え、ろう付け時に溶融ろうが侵入することを回避できる接合部分をそなえた熱交換器用チューブの製造方法、および当該製造方法により得られたチューブを組み込んで、ろう付け一体化することにより製造される熱交換器が提供される。本発明による熱交換器用チューブの製造方法は、ろう付けにより製造されるアルミニウム製熱交換器用チューブをアルミニウム板材を曲成して製造する場合にとくに好適に使用される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の熱交換器用チューブの製造方法における封着方式としては、摩擦接合による封着が最も好ましい。摩擦接合は、曲成された板材の突き合せ部、重ね合わせ部、チューブ形状の外側に開放された空隙部、インナーフィンチューブの端部Ｇを拘束し、該部分に硬質工具を押圧して、該部分と硬質工具を相対的に移動させることにより該部分に対して硬質工具を摺動させ、摩擦発熱、塑性流動を生ぜしめることによって、突き合せ部に形成される隙間１１、重ね合わせ部に形成される隙間１２、チューブ形状の外側に開放された空隙部１３、インナーフィンチューブの端部Ｇを接合して封着するものである。
【００２０】
本発明による熱交換器用チューブ部の製造方法においては、前記板材として、アルミニウムまたは銅を適用することができる。適用されるアルミニウム板材、銅板材の厚さは１ｍｍ以下、好ましくは０．０５〜０．５ｍｍ、さらに好ましくは０．０５〜０．２ｍｍである。
【００２１】
以下、図面に基いて具体的に説明する。例としてインナーフィンチューブの端部Ｇの接合による封着について説明するが、図３に示すチューブ１ｃの重ね合わせ部の隙間１２の接合も同様に行われ、図１に示すチューブ１ａの間隙部１３、図２に示すチューブ１ｂの重ね合わせ部の隙間１２、図４に示すチューブ１ｄの重ね合わせ部の隙間１２および間隙部１３、図６に示すチューブ１ｆにおける重ね合わせ部の隙間１２の接合も、これらの部分を内側から拘束することにより同様に行うことができる。
【００２２】
第１の実施形態は、端部Gの側面を示す図８〜９に示されるように、端部Gを両側から拘束した状態で、X１方向に回転する円筒形状の硬質工具４を端部の側面から押圧して、端部Gの幅方向に対して硬質工具４を摺動させ、摩擦発熱、塑性流動を起こさせて接合する方法である。硬質工具４は、回転しながら、チューブ形状に曲成された板材の端部Gの幅方向に沿って移動し、全幅を接合する。
【００２３】
硬質工具４の直径が端部Gの総板厚より小さい場合には、図９に示すように、回転、押圧により硬質工具を端部Gに挿入し、回転させながら幅方向に移動させて、回転工具４の周りに塑性流動を起こさせ、工具の通過部を埋めるように接合する摩擦攪拌接合を行うこともできる。
【００２４】
第２の実施形態は、図１０〜１１に示すように、端部Gを両側から拘束した状態で、ヘラ状の硬質工具５を端部Gに押圧し、硬質工具５または端部GをY１方向に移動させ、端部Gに対して硬質工具５を摺動させて、摩擦発熱、塑性流動を起こさせることにより接合するものである。この場合、ヘラ状の硬質工具５の下端面６は、塑性流動した母材が外側にバリとなって排出されるのを防ぐために、図１５〜１７に６Ａ、６Ｂ、６Ｃとして示すように、側面から見て内側に窪んだ形状とすることが望ましい。端部Gをロールなどで両側から拘束した状態において、端部Gの突出が少ない場合には、硬質工具５の下端面６は、図１８に６Ｄとして示すように、凸形状とすることもできる。
【００２５】
チューブを構成するアルミニウム板材は、端縁部がスリッター等で切断されるから、重合された端部に段差が生じる場合がある。この場合には、図１５〜１７に示すように、下端面の両脇部を中央部より突出させて凹部を形成した硬質工具を使用し、母材が凹部に導入されるようにすることにより、接合後にギャップの無い安定な接合状態を得ることができる。
【００２６】
第３の実施形態においては、硬質工具として、図１２〜１４に示すように、ローラ状の硬質工具７を使用することもできる。図１２は、端部Gの側面を示すものであり、端部Gを両側から拘束した状態で、X２方向に回転するローラ状の硬質工具７を矢印方向に押圧し、硬質工具６を端部Gの幅方向に移動させる。硬質工具６に対して接合しようとする端部G（母材）を移動させてもよい。ローラ状の硬質工具７は、図１２に示すように、円周方向に溝８、８を有するものが好ましく、局部的な押圧、摺動により摩擦発熱、塑性流動を促進して、接合状態をより良好にすることができる。
【００２７】
図１３は、硬質工具７を、硬質工具７が端部Gに沿って移動する方向Y２と逆方向に回転させて（あるいは、硬質工具７を端部G（母材）の移動方向と逆方向に回転させて）、端部Gを強く擦ることにより摩擦発熱させて接合する形態である。硬質工具７の前方に母材９が排出されてバリが生じるが、移動速度と回転速度を選定することにより、バリの排出は最小限に抑えられ健全な接合状態が得られる。また、硬質工具７の押圧力を適度の値に制御することにより安定な接合状態が得られる。
【００２８】
図１４は、硬質工具７を、硬質工具７が端部Gに沿って移動する方向Y２と同方向に回転させ（あるいは、硬質工具７を端部G（母材）の移動方向と同方向に回転させ）、摩擦発熱させて接合する形態である。この場合には、硬質工具７の後方に撹拌された母材１０が排出されるから、排出を防ぐために押さえ治具（図示せず）を当てるのが好ましい。
【００２９】
第４の実施形態は、突き合わせ部、例えば、図１に示すチューブ１ａの突き合わせ部、図５に示すチューブ１eの突き合わせ部に形成される隙間を接合する例である。図１９に示すように、チューブ（図１９においては円形チューブ）Ｔの突き合わせ部を、内部から裏当て冶具１４、外側から成形ローラー１５、１５を当てて拘束し、拘束された突き合わせ部に矢印方向に回転する硬質ローラー１６を押圧し、硬質ローラー１６に対して接合しようとする突き合わせ部（の隙間１１）を成形ローラー１６により移動させ、局部的な押圧、摺動により摩擦発熱、塑性流動を促進して、突き合わせ部の隙間１１を接合するものである。接合後、ロール成形によりチューブTを図５のような断面形状に扁平加工することもできる。
【００３０】
上記の摩擦接合、摩擦攪拌接合においては、接合深さを０．５ｍｍ以下、好ましくは０．３ｍｍ以下とする。摩擦接合は、摩擦による発熱により微小部分に塑性流動を起こさせる方法であるが、高速で接合する時などには塑性流動を起こさせるに十分な摩擦発熱が得られない場合がある。この場合には、接合部を予熱するのが望ましく、予熱方法としては、接合すべき端部を接合前に高周波誘導加熱、アーク加熱、レーザ加熱、抵抗発熱する方法などがあり、接合部の融点の５０〜９０％の温度に予熱する。予熱雰囲気としては不活性雰囲気とするのがより好ましい。摩擦接合、摩擦攪拌接合による突き合わせ部、重ね合わせ部などの接合は、板材としてアルミニウムを適用した場合にとくに効果的である。
【００３１】
以上、本発明における好ましい接合による封着手段として摩擦接合、摩擦攪拌接合について説明したが、十分に制御された条件に従えば、公知の接合手段を適用することも可能である。
【実施例】
【００３２】
以下、本発明の実施例について説明し、本発明の効果を実証する。これらの実施例は本発明の一実施態様を示すものであり、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３３】
実施例１
外面に犠牲陽極材用Ａｌ−Ｚｎ合金がクラッドされたＡｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金板（厚さ０．２mm）を図３に示すような扁平管形状に曲成し、端部同士の重ね合わせ部を形成した。また、扁平管形状の内部にコルゲート加工したＡｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金（両面にＡｌ−Ｓｉ合金ろう材をクラッドしたもの）からなるインナーフィン（厚さ０．１mm）を入れて、重ね合わせ部を形成するアルミニウム合金板の間に、インナーフィンの端部を介挿して３枚重ねに重合された端部を形成した。
【００３４】
前記重ね合わせ部、３枚重ねに重合された端部を厚さ５mmの鋼板で挟んで拘束し、重ね合わせ部、端部の側面に、直径０．５mmの円筒形鋼製回転工具を押し当てて、回転数１５００rpmで回転させながら押圧し、長手方向（扁平管の幅方向）に8ｍ／分の速度で移動させて、摺動により摩擦発熱を生じぜしめ端部を接合した。
【００３５】
得られたチューブおよびインナーフィンチューブをヘッダーチューブに差し込み、約６００℃の温度で3分間加熱するノコロックろう付（フッ化物系フラックスを用いるろう付け）を行ったところ、いずれもろう付時に接合部にろうが侵入することはなく、ヘッダーチューブ側のろうが不足することなく、健全なろう付を行うことができた。
【００３６】
実施例２
外面に犠牲陽極材用Ａｌ−Ｚｎ合金がクラッドされたＡｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金板（厚さ０．２mm）を図５に示すような扁平管形状に曲成し、端部同士の突きあわせ部を形成した。
【００３７】
突き合わせ部を、図１９に示すように、鋼製の裏当て冶具、成形ローラーで拘束し、直径２００mm、幅０．５mmの円盤状鋼製ローラを押し当てて、回転数３０００rpmで回転させながら押圧し、突き合わせ部を１００ｍ／分の速度で移動させて、摺動により摩擦発熱を生じぜしめ、突き合わせ部の隙間を接合した。
【００３８】
得られたチューブをヘッダーチューブに差し込み、約６００℃の温度で3分間加熱するノコロックろう付（フッ化物系フラックスを用いるろう付け）を行ったところ、ろう付時に接合部にろうが侵入することはなく、ヘッダーチューブ側のろうが不足することなく、健全なろう付を行うことができた。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】板材を曲成してなるチューブの実施例を示す側面図である。
【図２】板材を曲成してなるチューブの実施例を示す側面図である。
【図３】板材を曲成してなるチューブの実施例を示す側面図である。
【図４】板材を曲成してなるチューブの実施例を示す側面図である。
【図５】板材を曲成してなるチューブの実施例を示す側面図である。
【図６】板材を曲成してなるチューブの実施例を示す側面図である。
【図７】インナーフィンチューブの実施例を示す側面図である。
【図８】本発明におけるチューブ形状に曲成された板端部の接合形態の実施例を示す側面図である。
【図９】同じく、他の実施例を示す側面図である。
【図１０】同じく、さらに他の実施例を示す側面図である。
【図１１】図１０の部分平面図である。
【図１２】本発明におけるチューブ形状に曲成された板端部の接合形態のさらに他の実施例を示す側面図である。
【図１３】図１２の部分平面図である。
【図１４】図１２の部分平面図である。
【図１５】図１０〜１１の硬質工具５の下端面の実施例を示す側面図である。
【図１６】図１０〜１１の硬質工具５の下端面の実施例を示す側面図である。
【図１７】図１０〜１１の硬質工具５の下端面の実施例を示す側面図である。
【図１８】図１０〜１１の硬質工具５の下端面の実施例を示す側面図である。
【図１９】本発明におけるチューブ形状に曲成された突き合わせ部の接合形態の実施例を示す一部斜視図である。
【符号の説明】
【００４０】
１a  板材を曲成したチューブ
１b  板材を曲成したチューブ
１c  板材を曲成したチューブ
１d  板材を曲成したチューブ
１e  板材を曲成したチューブ
１f  板材を曲成したチューブ
１g  板材を曲成したインナーフィンチューブ
２    インナーフィン
３    仮止部
Ｇ    端部
４    円筒形状の硬質工具
５    ヘラ状の硬質工具
６    ヘラ状の硬質工具の下端部
６Ａ  ６の実施例で凹状の下端部
６Ｂ  ６の実施例で凹状の下端部
６Ｃ  ６の実施例で凹状の下端部
６Ｄ  ６の実施例で凸状の下端部
７    ローラ状の硬質工具
８    溝
９    排出された母材
１０  排出された母材
１１  突き合わせ部の隙間
１２  重ね合わせ部の隙間
１３  チューブ形状の外側に開放された空隙部
１４  裏当て冶具
１５  成形ローラー
１６  硬質ローラー
Ｔ    チューブ
【図１】
2007163073.tif 000003
【図２】
2007163073.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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【図７】
2007163073.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2007163073.tif 000012
【図１１】
2007163073.tif 000013
【図１２】
2007163073.tif 000014
【図１３】
2007163073.tif 000015
【図１４】
2007163073.tif 000016
【図１５】
2007163073.tif 000017
【図１６】
2007163073.tif 000018
【図１７】
2007163073.tif 000019
【図１８】
2007163073.tif 000020
【図１９】
2007163073.tif 000021