JP2004174588A

JP2004174588A - 熱交換器のろう付け方法およびそのろう付け治具

Info

Publication number: JP2004174588A
Application number: JP2002346285A
Authority: JP
Inventors: Norimasa Nishina; 典雅仁科
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-11-28
Filing date: 2002-11-28
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2022-11-28
Also published as: JP3938025B2

Abstract

【課題】熱膨張時にチューブの変形を防止可能とする熱交換器のろう付け方法およびそのろう付け治具を提供する。
【解決手段】複数交互に積層されるチューブ１１１およびフィン１１２と、チューブ１１１の長手方向端部に接続されるコアプレート１１４とから成るコア部１１０を組み立て状態にして、チューブ１１１の積層方向の両外側からコア部１１０を挟み込む保持治具２００で、積層方向の内側に向けて所定の圧縮力を負荷しつつコア部１１０の組み立て状態を保持し、炉中に投入して、コア部１１０を構成する各部材１１１、１１２、１１４を一体的にろう付けする熱交換器のろう付け方法において、保持治具２００でコア部１１０を保持する際には、チューブ１１１のコアプレート１１４との接続部１１１ａ近傍を除いた領域で所定の圧縮力を負荷する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば車両用ラジエータに適用して好適な熱交換器のろう付け方法およびそのろう付け治具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の熱交換器のろう付け方法として、例えば特許文献１に示されるように、コア部に縦治具および横治具を配置した後に炉内でろう付けするものが知られている。即ち図５に示すように、コア部１１０は、交互に複数積層されるチューブ１１１およびフィン１１２、両最外方のフィン１１２の外方に配設されるサイドプレート１１３、チューブ１１１の両長手方向端部に接続されるコアプレート１１４から成る。そして、サイドプレート１１３の両側に一対の縦治具２１０を配置すると共に、両縦治具２１０間に横治具２２０を配置してコア部１１０の組み立て状態を保持した後に、炉内に投入して上記各部材１１１〜１１４を一体的にろう付けするものとしている。
【０００３】
尚、コア部１１０を構成する各部材１１１〜１１４はアルミニウム製としており、各治具２１０、２２０は耐熱性に優れるステンレス鋼で形成されている。また、縦治具２１０はサイドプレート１１３（チューブ１１１）とほぼ同等の長さを有し、サイドプレート１１３全体に当接するようにしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭５５−１２０４７４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、コア部１１０が炉内で高温に加熱される際に、コア部１１０（特にコアプレート１１４）がチューブ１１１の積層方向に熱膨張するが、コア部１１０よりも熱膨張率が小さい両治具２１０、２２０によってチューブ１１１の積層方向の動きが拘束されることになるので、特に最外方におけるチューブ１１１のコアプレート１１４との接続部においては、図６に示すように、チューブ１１１が内部流路の内側に変形し、ろう付け不良が発生する。
【０００６】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、熱膨張時にチューブの変形を防止可能とする熱交換器のろう付け方法およびそのろう付け治具を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。
【０００８】
請求項１に記載の発明では、複数のフィン（１１２）の各間に介在されて複数積層されるチューブ（１１１）と、チューブ（１１１）の長手方向端部に接続されて少なくともタンク（１２０、１３０）の一部を成すコアプレート（１１４）とから成るコア部（１１０）を組み立て状態にして、チューブ（１１１）の積層方向の両外側からコア部（１１０）を挟み込む保持治具（２００）で、積層方向の内側に向けて所定の圧縮力を負荷しつつコア部（１１０）の組み立て状態を保持し、組み立て状態を保持されたコア部（１１０）を炉中に投入して、コア部（１１０）を構成する各部材（１１１、１１２、１１４）を一体的にろう付けする熱交換器のろう付け方法において、保持治具（２００）でコア部（１１０）を保持する際には、チューブ（１１１）のコアプレート（１１４）との接続部（１１１ａ）近傍を除いた領域で所定の圧縮力を負荷することを特徴としている。
【０００９】
これにより、チューブ（１１１）のコアプレート（１１４）との接続部（１１１ａ）近傍は、保持治具（２００）によって拘束されないので、ろう付け時にコアプレート（１１４）がチューブ（１１１）の積層方向に熱膨張する際に、チューブ（１１１）も共に追従可能となり、従来技術の項で説明したチューブ（１１１）の変形を防止することができる。
【００１０】
上記請求項１に記載の発明においては、チューブ（１１１）のコアプレート（１１４）との接続部（１１１ａ）近傍領域のコア部（１１０）に対する圧縮力が与えられないことになり、ろう付けの冷却時における熱収縮によってチューブ（１１１）とフィン（１１２）との接触状態が不充分になる可能性がある。
【００１１】
そこで、請求項２に記載の発明では、保持治具（２００）でコア部（１１０）を保持する際には、積層方向にバネ性を有するバネ部材（２３０）で、接続部（１１１ａ）近傍領域を積層方向の内側に向けて押圧することを特徴としている。
【００１２】
これにより、ろう付けの冷却時においてバネ部材（２３０）は、熱収縮に追従してコア部（１１０）を内側に押圧するので、チューブ（１１１）とフィン（１１２）との接触状態を適切に維持してろう付けを確実に行うことができる。
【００１３】
尚、バネ部材（２３０）は、ろう付けの加熱時においてはコアプレート（１１４）の熱膨張方向に収縮するので、チューブ（１１１）の熱膨張時の挙動を阻害することが無い。
【００１４】
請求項３に記載の発明では、複数のフィン（１１２）の各間に介在されて複数積層されるチューブ（１１１）と、チューブ（１１１）の長手方向端部に接続されて少なくともタンク（１２０、１３０）の一部を成すコアプレート（１１４）とから成るコア部（１１０）の組み立て状態を保持してろう付けを行う熱交換器のろう付け治具であって、コア部（１１０）のチューブ（１１１）の積層方向の両端部（１１３）で当接して、コア部（１１０）に対して積層方向の内側に向けて所定の圧縮力を負荷する一対の縦治具（２１０）を有し、縦治具（２１０）は、チューブ（１１１）のコアプレート（１１４）との接続部（１１１ａ）近傍を除いた領域で両端部（１１３）に当接することを特徴としており、請求項１に記載の発明と同様の効果を得ることができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明では、縦治具（２１０）には、積層方向にバネ性を有し、両端部（１１３）の接続部（１１１ａ）近傍領域を積層方向の内側に向けて押圧するバネ部材（２３０）が設けられたことを特徴としており、請求項２に記載の発明と同様の効果を得ることができる。
【００１６】
尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１〜図４に示す。第１実施形態は、熱交換器として２輪車用のアルミニウム製ラジエータ１００を対象とし、このラジエータ１００のろう付けに適用したものとしている。
【００１８】
まず、ラジエータ１００について簡単に説明する。ラジエータ１００は、図１に示すように、コア部１１０とアッパタンク１２０、ロウアタンク１３０とから成る。
【００１９】
コア部１１０は、更にチューブ１１１、フィン１１２、サイドプレート１１３、コアプレート１１４から成る。チューブ１１１は、薄肉の帯板材がロール成形によって断面が扁平楕円状に折り曲げられ、帯板材の端部同士が溶接されて形成された扁平溶接チューブである。また、フィン１１２は、薄肉の帯板材がロール成形によって全体が波形に形成されたいわゆるコルゲートフィンである。尚、上記形状からして、チューブ１１１およびフィン１１２は、以下説明する両者の積層方向に対してある程度のバネ性を有する。
【００２０】
フィン１１２の各間にチューブ１１１が介在されるようにしてチューブ１１１とフィン１１２とが交互に複数積層されており、最外方のフィン１１２の更に外方には補強部材としてのサイドプレート１１３が設けられている。尚、サイドプレート１１３は、図１に示すような平板状のものに限らず、断面をコの字状にして更に剛性を向上させるようにしても良い。
【００２１】
そして、チューブ１１１の長手方向端部（以下、チューブ端部と呼ぶ）には、コアプレート１１４が接続されている。コアプレート１１４は、チューブ１１１の積層方向（以下、チューブ積層方向と呼ぶ）に延びる長方形の平板部材の外周に縁立て部が形成され、その内側の平面部には各チューブ１１１に対応したチューブ穴（図示せず）が複数設けられたものである。このチューブ穴にチューブ端部が挿入、ろう付けされてチューブ１１１とコアプレート１１４とが接続されることになる。
【００２２】
アッパタンク１２０、ロウアタンク１３０は、平板部材の深絞り加工によって断面がＵ字状に形成された半容器体であり、開口側の端部がコアプレート１１４の縁立て部に嵌合、接合されている。コアプレート１１４は、容器体としてのタンクの一部と成る。そして、複数のチューブ１１１の内部と両タンク１２０、１３０の内部とが連通するようにしている。
【００２３】
そして、アッパタンク１２０には入口パイプ１２１および注水口１２２が設けられている。尚、注水口１２２には、キャップ１２３が装着される。また、ロウアタンク１３０には出口パイプが設けられている。
【００２４】
キャップ１２３を除く各部材は、必要部位に予めろう材がクラッドされたアルミニウム材あるいはアルミニウム合金材より成り、上記のように組付けられた後に上記ろう材によって一体でろう付けされ、ラジエータ１００として形成される。
【００２５】
車両エンジンから流出する冷却水は、アッパタンク１２０の入口パイプ１２１からコア部１１０のチューブ１１１内を流通し、ロウアタンク１３０の出口パイプ１３１から流出するようにしており、チューブ１１１内を流通する際に、フィン１１２によって放熱が促進され、冷却されるようにしている。
【００２６】
次に、本発明のろう付け治具について説明する。この治具は、ラジエータ１００の各部材を組み立てた後に、その組み立て状態を保持してろう付けを行うためのものであり、以下、保持治具２００と呼ぶ。
【００２７】
保持治具２００は、縦治具２１０、横治具２２０、バネ部材２３０から成る。縦治具２１０は、チューブ１１１の長手方向に延びており、コア部１１０の両サイドプレート（両端部）１１３に当接する一対の治具であり、断面が扁平の角パイプ材から形成されている。この縦治具２１０の材質は耐熱性に優れるステンレス製としている。
【００２８】
縦治具２１０の長手方向寸法は、後述するバネ部材２３０の板厚分を含めてコアプレート１１４間に収まるものとしている。縦治具２１０の長手方向端部の近傍、即ちチューブ１１１がコアプレート１１４に接続される接続部（以下、根付け部１１１ａと呼ぶ）の近傍には、本発明の第１の特徴部として切欠き部２１１が形成されており、サイドプレート１１３に当接しない領域を設けている。逆に言えば、縦治具２１０は、根付け部１１１ａ近傍を除く領域でサイドプレート１１３に当接するようにしている。
【００２９】
また、縦治具２１０の反サイドプレート側には、後述する横治具２２０の固定部２２１が挿入される横治具挿入部２１２が設けられている。横治具挿入部２１２は、２つの角柱部材を縦治具２１０に溶接接合することによって、その間に形成される溝部としている。
【００３０】
そして、縦治具２１０の長手方向端部には、本発明の第２の特徴部としてバネ部材２３０が設けられている。バネ部材２３０は、ステンレス製のバネ鋼から成り、平板部材から全体がＬ字状に成るように形成されており、コア部１１０側に延びる延長部２３１と縦治具２１０の長手方向に延びる取付け部２３２とを有している。また、延長部２３１の中間部には縦治具２１０の長手方向端部側に湾曲する湾曲部２３１ａが形成されている。バネ部材２３０は、湾曲部２３１ａが縦治具２１０の内部空間に挿入され、縦治具２１０の反サイドプレート側の角に位置合わせされ、取付け部２３２においてボルト２４０によって固定されている。
【００３１】
バネ部材２３０は、コア部１１０のチューブ積層方向に対して湾曲部２３１ａによってバネ性を有する。延長部２３１の先端部２３１ｂの位置は縦治具２１０のサイドプレート１１３と当接する当接面２１３に対して、所定量ａだけサイドプレート１１３側に突出するようにしており（ここでは２〜３ｍｍ）、縦治具２１０をコア部１１０にセットした時には、バネ部材２３０は、サイドプレート１１３の根付け部１１１ａ近傍をコア部１１０の内側に向けて押圧するようにしている。
【００３２】
一方、横治具２２０は、外形がコの字状を成す平板部材であり、簡素で安価なものとしている。そして、コの字の開口側に延びる固定部２２１が上記縦治具２１０の横治具挿入部２１２に挿入されて、一対の縦治具２１０を固定するようにしている。尚、横治具２２０の材質は縦治具２１０と同様にステンレス製としている。
【００３３】
縦治具２１０に横治具２２０が挿入された時の縦治具２１０間の寸法は、コア部１１０のチューブ積層方向の寸法に対して所定量だけ小さくしており、両治具２１０、２２０がコア部１１０に装着された時には、チューブ１１１およびフィン１１２に所定の圧縮力が加わるようにしている。
【００３４】
次に、上記保持治具２００を用いたラジエータ１００の製造方法について説明する。まず、縦治具２１０の一方を当接面２１３が上側となるように作業台の上に水平にセットし、この当接面２１３の上にサイドプレート１１３を置き、サイドプレート１１３の上にフィン１１２、チューブ１１１、フィン１１２の順にそれぞれ設定個数積層していく。最上段のフィン１１２の上にもう１つのサイドプレート１１３を置き、更にその上に当接面２１３を下向きにしたもう１つの縦治具２１０をセットする。
【００３５】
次に、図示しない押さえ治具で積層されたチューブ１１１およびフィン１１２を、所定量圧縮して一対の縦治具２１０間に横治具２２０をセットする。即ち横治具２２０の固定部２２１を縦治具２１０の横治具挿入部２１２に挿入する。この段階でチューブ１１１、フィン１１２、サイドプレート１１３の積層状態が所定の圧縮力を受けた状態で保持される。
【００３６】
次に、コアプレート１１４のチューブ穴にチューブ端部が挿入されるように、プレス機によってコアプレート１１４を打ち込んで嵌合させ、コア部１１０の組み立て体とする。
【００３７】
次に、入口パイプ１２１、注水口１２２、出口パイプ１３１が予め嵌合あるいはかしめ等によって仮組付けされたアッパタンク１２０およびロウアタンク１３０をそれぞれコアプレート１１４の縁立て部に嵌合させ、コア部１１０に組付ける。これでラジエータ１００の組み立て状態となる。
【００３８】
そして、このラジエータ１００の組み立て体を炉中に投入して、各部材を一体でろう付けする。ろう付け時においては、まず、加熱される段階でコア部１１０の特にコアプレート１１４がその長手方向に熱膨張し、接続されているチューブ１１１も移動するが、縦治具２１０の切欠き部２１１によって根付け部１１１ａ近傍領域においてはその挙動が拘束されることが無い。また、バネ部材２３０は湾曲部２３１ａのバネ性によってコア部１１０の外方に収縮され、上記熱膨張による挙動に追従する。尚、根付け部１１１ａ近傍を除く一般領域においては、チューブ１１１、フィン１１２の熱膨張分は、ろう材の溶融によりろう材膜厚分の沈み込みが生じ、チューブ積層方向の全体の熱膨張はほぼ相殺され、保持治具２００の所定圧縮力による保持がほぼ継続される。
【００３９】
ろう材溶融後の冷却段階においては、逆に熱収縮が起こり、各部材は本来の寸法に戻っていくが、コア部１１０の根付け部１１１ａ近傍領域は、バネ部材２３０によって押圧状態が維持される。尚、根付け部１１１ａ近傍を除く一般領域においては、チューブ１１１、フィン１１２の熱収縮が起こるが、初期の保持治具２００による圧縮力が減少しつつ作用する。
【００４０】
以上の構成説明、製造方法説明（ろう付け時保持治具２００の作動説明を含む）より、チューブ１１１の根付け部１１１ａ近傍領域は、保持治具２００によって拘束されないので、ろう付けの加熱時にコアプレート１１４がチューブ積層方向に熱膨張する際に、チューブ１１１も共に追従可能となり、従来技術の項で説明したチューブ１１１の変形を防止することができる。尚、バネ部材２３０はコアプレート１１４の熱膨張方向に収縮するので、チューブ１１１の熱膨張時の挙動を阻害することが無い。
【００４１】
そして、ろう付けの冷却時においては、バネ部材２３０は、熱収縮に追従してコア部１１０を内側に押圧するので、チューブ１１１とフィン１１２との接触状態を適切に維持してろう付けを確実に行うことができる。
【００４２】
（その他の実施形態）
上記第１実施形態では、両タンク１２０、１３０はコア部１１０と同種の金属タンクとして、コア部１１０と共に一体ろう付けされて熱交換器１００を形成するものとして説明したが、これに限らずタンクを後付けの樹脂製のものとして、コア部１１０のみを一体でろう付けするものに適用しても良い。
【００４３】
また、コアプレート１１４に両タンク１２０、１３０が接続されるものとして説明したが、タンク自身が例えば押出し加工により１つの容器体として形成され、そのタンクに設けられたチューブ穴に直接チューブ１１１が接続されるものに適用しても良い。
【００４４】
更には、熱交換器としてラジエータ１００を例にして説明したが、この他にも凝縮器、ヒータコア、インタークーラ等の他の熱交換器を対象としても良い。そして、熱交換器を構成する各部材の材質もアルミニウムに限定されることなく、他の銅材等としても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】ラジエータに保持治具が装着された状態を示す正面図である。
【図２】縦治具およびバネ部材を示す外観斜視図である。
【図３】縦治具に対するバネ部材の位置関係を示す正面図である。
【図４】図１におけるＡ−Ａ部を示す断面図である。
【図５】従来技術における保持治具を示す正面図である。
【図６】図５におけるＢ方向からの矢視図である。
【符号の説明】
１００ラジエータ（熱交換器）
１１０コア部
１１１チューブ
１１１ａ根付け部（接続部）
１１２フィン
１１３サイドプレート（両端部）
１１４コアプレート
１２０アッパタンク（タンク）
１３０ロウアタンク（タンク）
２００保持治具
２１０縦治具
２３０バネ部材

Claims

複数のフィン（１１２）の各間に介在されて複数積層されるチューブ（１１１）と、前記チューブ（１１１）の長手方向端部に接続されて少なくともタンク（１２０、１３０）の一部を成すコアプレート（１１４）とから成るコア部（１１０）を組み立て状態にして、
前記チューブ（１１１）の積層方向の両外側から前記コア部（１１０）を挟み込む保持治具（２００）で、前記積層方向の内側に向けて所定の圧縮力を負荷しつつ前記コア部（１１０）の組み立て状態を保持し、
組み立て状態を保持された前記コア部（１１０）を炉中に投入して、前記コア部（１１０）を構成する各部材（１１１、１１２、１１４）を一体的にろう付けする熱交換器のろう付け方法において、
前記保持治具（２００）で前記コア部（１１０）を保持する際には、前記チューブ（１１１）の前記コアプレート（１１４）との接続部（１１１ａ）近傍を除いた領域で前記所定の圧縮力を負荷することを特徴とする熱交換器のろう付け方法。
前記保持治具（２００）で前記コア部（１１０）を保持する際には、前記積層方向にバネ性を有するバネ部材（２３０）で、前記接続部（１１１ａ）近傍領域を前記積層方向の内側に向けて押圧することを特徴とする請求項１に記載の熱交換器のろう付け方法。
複数のフィン（１１２）の各間に介在されて複数積層されるチューブ（１１１）と、前記チューブ（１１１）の長手方向端部に接続されて少なくともタンク（１２０、１３０）の一部を成すコアプレート（１１４）とから成るコア部（１１０）の組み立て状態を保持してろう付けを行う熱交換器のろう付け治具であって、
前記コア部（１１０）の前記チューブ（１１１）の積層方向の両端部（１１３）で当接して、前記コア部（１１０）に対して前記積層方向の内側に向けて所定の圧縮力を負荷する一対の縦治具（２１０）を有し、
前記縦治具（２１０）は、前記チューブ（１１１）の前記コアプレート（１１４）との接続部（１１１ａ）近傍を除いた領域で前記両端部（１１３）に当接することを特徴とする熱交換器のろう付け治具。
前記縦治具（２１０）には、前記積層方向にバネ性を有し、前記両端部（１１３）の前記接続部（１１１ａ）近傍領域を前記積層方向の内側に向けて押圧するバネ部材（２３０）が設けられたことを特徴とする請求項３に記載の熱交換器のろう付け治具。