(57)【要約】【課題】ろう接のための銅被覆が溶接部に悪影響を与えることを回避する。【解決手段】熱交換器のステンレス製ヘッダプレート１２１と銅系材料からなるチューブとのろう付けに必要な、ヘッダプレート１２１の銅メッキを、チューブが嵌入するチューブ挿入孔１２１ａを設けた面に対してのみ行い、ヘッダタンク本体を溶接する必要のある縁立て部１２１ｂには銅被覆を行わないようにする。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１部材と第２部材が溶接されてなる接合構造体であって、
母材と該母材を被覆した被覆材（１５０）からなる第１部材（１２１）と、
前記母材からなる第２部材（１２２）と、
を備え、
前記第１部材（１２１）の溶接ビードが形成される部分と、前記第１部材（１２１）と第２部材（１２２）とが重ねあわされる部分とは、被覆材を有さず、前記母材が露出していることを特徴とする接合構造体。
【請求項２】
前記母材は、ステンレス鋼であることを特徴とする請求項１に記載の接合構造体。
【請求項３】
前記被覆材（１５０）は、銅系材料であることを特徴とする請求項１又は２に記載の接合構造体。
【請求項４】
前記被覆材（１５０）と同系の材料からなる第３部材（１１１）が、前記第１部材（１２１）とろう接されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の接合構造体。
【請求項５】
前記第１部材（１２１）は、挿入孔（１２１ａ）を有し、
前記第３部材（１１１）は、該挿入孔（１２１ａ）に組みつけられ、前記第１部材（１２１）の熱膨張率は、前記第３部材（１１１）の熱膨張率よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の接合構造体。
【請求項６】
前記第１〜３部材はそれぞれ、熱交換機用部材であって、前記第１部材（１２１）は、ヘッダプレートであり、前記第２部材（１２２）は、ヘッダタンク本体であり、前記第３部材（１１１）は、チューブであることを特徴とする請求項５に記載の接合構造体。
【請求項７】
第１部材（１２１）と第３部材（１１１）とがろう接された後、前記第１部材（１２１）と第２部材（１２２）とが溶接されてなる接合構造体の製造方法であって、
前記第１部材（１２１）を、所定の部分を除いて、被覆材（１５０）で被覆するステップと、
該被覆材（１５０）と同系の材料からなる前記第３部材（１１１）を、前記第１部材（１２１）にろう接するステップと、
前記第２部材（１２２）を、前記第１部材（１２１）の前記所定の部分で、前記第１部材（１２１）に溶接するステップと、
を備える接合構造体の製造方法。
【請求項８】
前記第１部材（１２１）は、挿入孔（１２１ａ）を有し、
前記第３部材（１１１）は、該挿入孔（１２１ａ）に組みつけられ、前記第１部材（１２１）の熱膨張率は、前記第３部材（１１１）の熱膨張率よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項７に記載の接合構造体の製造方法。
【請求項９】
前記第１〜３部材はそれぞれ、熱交換機用部材であって、前記第１部材（１２１）は、ヘッダプレートであり、前記第２部材（１２２）は、ヘッダタンク本体であり、前記第３部材（１１１）は、チューブであることを特徴とする請求項８に記載の接合構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも溶接によって形成される接合構造体に関し、特に、ろう接と溶接によって形成される接合構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
加熱された流体を空気で冷却する熱交換器は、流体が流れる複数本のチューブと、これらのチューブの外面に接合されて流体の熱交換を促進するフィンと、チューブの長手方向端部で複数本のチューブと連通する１対のヘッダタンクとを備えている。ヘッダタンクは、チューブが挿入接合されるヘッダプレートと、ヘッダプレートと共にタンク内空間を構成するタンク本体を有している。このような熱交換器においては、加熱した流体は、一方のヘッダタンクから他方のヘッダタンクへ複数本のチューブ内を流体が通過する間に、空気で冷却されることになる。
【０００３】
熱交換器は、通常ヘッダプレートとチューブがろう付けされた後、ヘッダプレートとタンク本体が溶接されることになる。したがって、良好なろう付けと良好な溶接がともに求められる。
【特許文献１】特開２００２−２８６３９５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、少なくとも良好な溶接が行える接合構造体を提供すること、さらには良好なろう付けと良好な溶接が可能な接合構造体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】
【０００５】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、母材と該母材を被覆した被覆材（１５０）からなる第１部材（１２１）と、前記母材からなる第２部材（１２２）とを溶接してなる接合構造体であって、前記第１部材（１２１）の溶接ビードが形成される部分と前記第１部材（１２１）と、第２部材（１２２）とが重ねあわされる部分とは、被覆材を有さず、前記母材が露出しているようにする。このようにすることによって、被覆部分を溶接することが回避でき、溶接不良を防ぐことができる。
【０００６】
請求項２に記載の発明では、前記母材は、ステンレス鋼であり、請求項３に記載の発明では、前記被覆材（１５０）は、銅系材料である。
【０００７】
請求項４に記載の発明では、前記被覆材（１５０）と同系の材料からなる第３部材（１１１）が、前記第１部材（１２１）とろう接される。このように、被覆材を用いることにより、良好なろう接が可能となる。
【０００８】
請求項５に記載の発明では、前記第１部材（１２１）は、挿入孔（１２１ａ）を有し、前記第３部材（１１１）は、該挿入孔（１２１ａ）に組みつけられ、前記第１部材（１２１）の熱膨張率は、前記第３部材（１１１）の熱膨張率よりも小さく設定されているので、ろう接に際して第１部材の挿入項（１２１ａ）と第３部材の間隔が小さくなり、毛細管効果を高めて良好なろう接を行うことができる。
【０００９】
請求項６に記載の発明では、前記第１部材（１２１）は、ヘッダプレートであり、前記第２部材（１２２）は、ヘッダタンク本体であり、前記第３部材（１１１）は、チューブであるので、良好なろう接と溶接がされた熱交換器を得ることができる。
【００１０】
請求項７に記載の発明では、第１部材（１２１）と第３部材（１１１）とがろう接された後、前記第１部材（１２１）と第２部材（１２２）とが溶接されてなる接合構造体の製造方法であって、前記第１部材（１２１）を、所定の部分を除いて、被覆材（１５０）で被覆し、該被覆材（１５０）と同系の材料からなる前記第３部材（１１１）を、前記第１部材（１２１）にろう接し、前記第２部材（１２２）を、前記第１部材（１２１）の前記所定の部分で、前記第１部材（１２１）に溶接する製造方法が提供される。これによれば、被覆材を用いることにより良好なろう接を確保でき、さらに予め被覆材で覆わなかった部分で溶接するので、良好な溶接を行うことができる。
【００１１】
請求項８に記載の発明では、接合構造体の製造方法であって、前記第１部材（１２１）は、挿入孔（１２１ａ）を有し、前記第３部材（１１１）は、該挿入孔（１２１ａ）に組みつけられ、前記第１部材（１２１）の熱膨張率は、前記第３部材（１１１）の熱膨張率よりも小さく設定されているので、ろう接に際して第３部材（１１１）と挿入孔（１２１ａ）との間隔を小さくすることができ、確実なろう接が可能となる。
【００１２】
請求項９に記載の発明では、前記第１部材（１２１）は、ヘッダプレートであり、前記第２部材（１２２）は、ヘッダタンク本体であり、前記第３部材（１１１）は、チューブであるので、ろう接と溶接が良好に行われた熱交換器を得ることができる。
【００１３】
なお、上記各手段に付した括弧内の符号は、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、実施の形態を説明する。図１は、本発明による１実施形態であるインタークーラ１００を示し、図２は、図１のＡ−Ａ断面を示す。
【００１５】
インタークーラは、車両用エンジン（内燃機関）に吸入される燃焼用空気すなわち吸気を外部からの冷却空気との熱交換により冷却する熱交換器である。インタークーラ１００は、コア部１１０と一対のヘッダタンク１２０からなる。本実施形態のインタークーラ１００は、トラック等の大型車両に搭載される大型のもので、特に熱伝導性および耐久性が求められているので、鉄系材料と銅系材料が用いられる。
【００１６】
コア部１１０は、内部にインナーフィン１１４が挿入されたチューブ１１１とアウターフィン１１２とが交互に積層され、積層方向の最外方には一対のサイドプレート１１３が設けられている。チューブ１１１は、内部が吸気流通する管部材であって、限られたスペースでできる限り断面積を大きくして、吸気の流通抵抗を少なくするように、断面形状を扁平な矩形状に構成されている。なお、チューブ１１１は、第２図では図示を省略したが、断面コ字状に折り曲げて形成した２つのチューブ用板部材を、コの字の両端部を重ね合わせてろう付けしたものである。チューブの材質は、亜鉛１５％、鉄０．８％を含む丹銅材である。この丹銅材の線膨張係数（熱膨張率）は、１９×１０−６ｍ／Ｋである。
【００１７】
チューブ１１１内に挿入されるインナーフィン１１４は、純銅製の薄肉の平板材から波状に成形され、吸気の流れに乱流効果を与え、吸気側の熱伝達率を向上させる。アウターフィン１１２は、インナーフィン１１４と同様に、純銅製の薄肉の平板材から波状に成形され、平面部には切り起しによって鎧戸上に形成される複数のルーバ１１２ａが設けられ、冷却空気側の放熱面積を拡大するとともに、ルーバ１１２ａによる乱流効果によって吸気との熱交換を促進する。
【００１８】
サイドプレート１１３は、チューブ１１１の長手方向に延びる真鍮製の補強部材であり、断面形状が略コの字状に形成され、コの字の内側中央には長手方向に延びるリブが設けられている。
【００１９】
コア部１１０は、各構成部材がろう接されて形成される。すなわち、チューブ用板部材の表裏面には、ろう材とバインダとを混合したペースト状ろう材が予め塗布されており、アウターフィン１１２およびインナーフィン１１４は、このろう材によりチューブ１１１にろう付けされている。また、サイドプレート１１３も最外方のアウターフィンと同様にろう付けされている。
【００２０】
一対のヘッダタンク１２０が、チューブ１１１の端部１１１ａに設けられている。各ヘッドタンク１２０は、チューブ１１１の積層方向に伸びて各チューブ１１１に連通しているヘッダプレート１２１と、タンク本体１２２と、パイプ１２３とからなる。
【００２１】
図３は、図１のＢ部の断面図であり、ヘッダプレート１２１とチューブ１１１の関係を示す。図４は、ヘッダプレート１２１にろう付けされたチューブ１１との関係を説明するための図であって、アウターフィン１２２を省略している。さらに、図５には、ヘッダプレート１２１の挿入孔１２１ａとチューブ１１１との関係を示す。
【００２２】
ヘッダプレート１２１は、細長平板からなり、細長平板の外周部に縁立て部１２１ｂを有し、縁立て部１２１ｂの内側でチューブ１１１側にドーム状に張り出す張出し部１２１ｃを有している。さらに、チューブ端部１１１ａに対応する部位には、チューブ孔１２１ａが設けられている。チューブ孔１２１ａは、チューブ１１１が嵌入するように、チューブ１１１の断面形状よりもわずかに大きくなるように形成されている。また、チューブ孔１２１ａのチューブ挿入側となる周縁は面取りされていいる。ヘッダプレートは、ステンレス鋼（ＳＵＳ）からなり、線膨張係数は、１２×１０−６ｍ／Ｋであり、チューブ１１１の線膨張係数より小さい。
【００２３】
図６（ａ）は、ヘッダタンク１２０の断面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＥ部を示す拡大図である。ヘッダタンク１２０のタンク本体１２２は、ヘッダプレート１２１と同一のステンレス鋼からなり、例えばプレス成形で形成されている。タンク本体１２２は、ヘッダプレート側が開口する細長の半容器体であり、その開口部がヘッダプレートの縁立て部１２１ｂの内面に溶接されてタンク内空間を形成している。溶接は、例えばＴＩＧ溶接のようなアーク溶接により、重ねすみ肉溶接が行われる。したがって、溶接ビード１２５は、ヘッダプレート１２１の縁立て部１２１ｂの端面とヘッダタンク１２２表面とに形成される。なお、破線で示す銅被覆材１５０が存在する場合についての問題点は、後述する。
【００２４】
パイプ１２３（図１）は、鉄系材料からなる管部材であり、タンク内空間に連通するようにタンク本体１２２の長手方向の一方の端部に溶接されている。
【００２５】
次に、インタークーラ１００の製造方法について説明する。
まず、内部にインナーフィン１１４が挿入されたチューブ１１１と、アウターフィン１１２とが、交互に積層され、積層方向の最外方には一対のサイドプレートを有するコア部材１１０は、必要な個所にろう材を塗布して積層してろう接することにより形成される。
【００２６】
次に、コア部材１１０のチューブ１１１の端部１１１ａを、ヘッダプレート１２１のチューブ孔１２１ａに挿入嵌合して、ろう付けを行うことになるが、ヘッダプレートは、ステンレス鋼からなるので、ろう付けのために、前もって純銅でめっきして銅被覆を行っておく。
【００２７】
チューブ１１１の端部１１１ａを、ヘッダプレート１２１のチューブ孔１２１ａに挿入して嵌合した嵌合部にペースト状ろう材（ろう材とフラックスとバインダとを混合したろう材）を塗布する。そして、組み立て体の脱脂を行った後、ろう付け炉内に投入してろう付けを行う。炉内温度は６２５℃である。
【００２８】
ろう付け性能を向上させるためには部品間の隙間をできるだけ小さくして毛細管効果を高める必要がある。したがって、良好なろう付けを行うためには、コアプレートの開口とチューブの外形との隙間をできるだけ小さなものとする必要がある。そのために、本例では、チューブ１１１とヘッダプレート１２１の材料を異ならせて、チューブ１１１の線膨張係数をヘッダプレート１２１の線膨張係数より大きくしている。
【００２９】
組み立て体を炉内に投入する前には、でチューブ１１１とチューブ孔１２１ａとの間の隙間は、初期寸法によって定まるＤ＝０．１５ｍｍである。ろう付けの際の加熱により、チューブ１１１とヘッダプレート１２１はそれぞれ膨張する。チューブ１１１とヘッダプレート１２１との線膨張係数に差があるので、相対的にチューブ１１１が膨張することになる。その結果、ヘッダプレート１２１のチューブ孔１２１ａにおおける隙間Ｄは小さくなる。例えば、常温（２５℃）からろう付け温度（６２５℃）になると、隙間Ｄは、
【００３０】
０．１５−（１９−１２）×１０−６×５６／２×（６２５−２５）＝０．０３
と算出される。すなわち、隙間Ｄは、０．０３ｍｍとなる。ただし、数値５６は、チューブ１１１における長辺方向の寸法（図４のＬ）である。
【００３１】
このように、ろう付け前のチューブ１１１とヘッダプレート１２１との隙間Ｄを厳しく設定しなくとも、線膨張係数差を利用することにより、ろう付けの際にチューブ１１１とヘッダプレート１２１との隙間Ｄを小さくすることができ、ろう付け性を向上させることができる。
【００３２】
ヘッダプレート１２１とコア部１１０との組み立て体が形成されると、タンク本体１２２にパイプ１２３を溶接する。その後、図６に示すように、タンク本体１２２の開口側をヘッダプレート１２１の縁立て部１２１ｂに嵌合させて、タンク本体１２２の長手方向端部と縁立て部１２１ｂとの間で重ねすみ肉溶接を行う。
【００３３】
ここで、ステンレス鋼からなるヘッダプレート１２１は、ろう付けのために、前もって銅被覆されている。本実施形態では、銅被覆は、銅メッキで行われている。ヘッダプレート１２１の銅メッキは、ヘッダプレート１２１に挿入孔１２１ａを設けた後、全体を銅メッキすると挿入孔１２１ａ端面までメッキされることになるので、効率的である。
【００３４】
銅被覆は、またクラッドによっても行うことができる。クラッドを用いる場合は、両面をクラッドにより銅被覆されたステンレス板に挿入孔１２１ａをバーリングにより設ける。このようにすると、チューブ１１１がバーリングされた孔に挿入された場合、チューブ１１１の外表面が銅被覆面に対向することになり、良好なろう付けを行うことができる。
【００３５】
以上のように、ろう付けだけを考慮する場合は、ヘッダプレート１２１全体を銅で被覆するようにするのが効率的である。しかしながら、本実施形態では、さらに溶接工程も存在する。図６（ｂ）に破線で示すように、溶接部に銅被覆がされていて、ヘッダプレート１２１とタンク本体１２２とを溶接する際に銅被覆も同時に溶接すると、銅が溶接ビード１２５に混入して、もろい金属組織が生成し、溶接強度が低下し、過吸気漏れが発生するおそれがある。
【００３６】
したがって、本実施形態では、ろう接工程の後の溶接工程に銅被覆が悪影響をあたえることがないように、予めヘッダプレート１２１の溶接個所を銅メッキせずに、母材のステンレスが露出するようにしておく。なお、母材となるのは、ステンレスのような溶接される金属のみに限定されない。溶接に悪影響を与えない被覆材料によって被覆されていてもよい。
【００３７】
図７（ａ）（ｂ）に示すように、本実施形態では、縁立て部１２１ｂにタンク本体が溶接されるので、縁立て部１２１ｂに銅による被覆がされないようにした。具体的には、縁立て部１２１ｂの両面及び長手方向端面に塗料を塗って、そこに銅メッキが付着しないようにしてから、ヘッダプレート１２１全体を銅メッキする。あるいは、冶具により縁立て部１２１ｂを支持して、ヘッダプレート１２１の挿入孔１２１ａが形成されている平面部分のみを銅メッキ槽に浸漬して、縁立て部１２１ｂ以外を銅メッキするようにしてもよい。なお、縁立て部１２１ｂを形成する前の平板の状態で、長手方向端の所定部分に銅メッキを施さないようにして、その後この所定部分を縁立て部１２１ｂに形成してもよい。
【００３８】
また、縁立て部１２１ｂの溶接部分は、縁立て部１２１ｂの内面と長手方向端面であるから、この内面と長手方向端面だけで母材であるステンレスが露出するように、銅メッキされないようにしてもよい。また、タンク本体が縁立て部１２１ｂの外面に沿うようにして溶接することもできる。この場合は、縁立て部１２１ｂの外面と長手方向端面だけが銅メッキされないようにしてもよい。
【００３９】
図８に示すように、ヘッダタンク１２０に別体の蓋体１２７を設けることがある。この場合、ヘッダタンク１２０の長手方向端部にステンレス製の別体の蓋体１２７を溶接する。この溶接される蓋体１２７は、タンク本体１２２の内部に嵌合する嵌合部１２７ａを備え、嵌合部１２７ａがタンク本体１２２内に嵌合して、蓋体１２７が、タンク本体１２２の端面と、ヘッダプレート１２１の短手方向端面１２１ｃに密着する。溶接は、蓋１２５と、タンク本体１２２及びヘッダプレート１２１との突合せ外周面で行われる。
【００４０】
したがって、溶接ビードは、蓋体１２７の外周と、タンク本体１２２とヘッダプレート１２１の外周に形成される。すなわち、ヘッダプレート１２１では、蓋体１２７側の短手側端部１２７ｅの外周に溶接ビードが形成されることになるので、この端部１２７ｅに銅被覆がされていると、溶接に悪影響を及ぼす。さらに蓋体１２７に突合わされるヘッダプレート１２１の短手側端面１２１ｄが銅被覆されていても、溶接時の加熱により銅が溶接部に混入するおそれがある。したがって、蓋体１２７をヘッダタンク１２０に溶接する場合は、ヘッダプレートの短手側端部１２７ｅと短手側端面１２１ｄとは、ろう接のための銅被覆を行わないようにする。このようにすると、ステンレスを溶接する際の銅の混入を防ぐことができ、確実な溶接が可能となる。すなわち、メッキあるいはクラッドによる銅被覆を行う場合、長手側の端部である縁立て部１２１ｂと縁立て部端面１２１ｃとともに、短手側端部１２１ｅと短手側端面１２１ｅとを銅被覆しないようにすればよい。短手側端部１２１ｅについても両面ともに銅被覆しないでおくのが、簡単でよい。
【００４１】
実施形態として、インタークーラを説明したが、本発明は他の熱交換器に適用できることはもちろん、本発明によれば、溶接品質に悪影響を与える被覆を有する部材を溶接する場合、予め溶接部には被覆しないでおくことによって溶接品質に悪影響を与えないでおくことができるので、溶接構造体一般に本発明が適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本実施形態のインタークーラを示す正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面を示す断面図である。
【図３】図１のＢ部の断面を示す断面図である。
【図４】ヘッダプレートとチューブとの関係を説明する図である。
【図５】図３のＣ−Ｃ断面を示す断面図である。
【図６】（ａ）は、ヘッダタンクの溶接部を説明する断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＥ部の拡大断面図である。
【図７】本実施形態のヘッダプレートの銅被覆を施さない部分を示す図である。
【図８】ヘッダタンクに別体の蓋を溶接する場合を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１００    インタークーラ
１１０    コア部
１１１    チューブ
１１１ａ    チューブ端部
１２０    ヘッダタンク
１２１    ヘッダプレート
１２２    タンク本体
１２１ａ    チューブ孔
１２１ｂ    縁立て部
１２１ｅ    短手側端部
１２５    ビード部
１２７    蓋体
１２７ａ    嵌合部
【図１】
2007144496.tif 000003
【図２】
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【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】
2007144496.tif 000009
【図８】
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