JP2006138468A - アルミニウム管と銅管との接合構造および接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】接合部の内外両周面にばりが発生することがなく、しかも接合部の耐食性に優れたアルミニウム管と銅管との接合構造および接合方法を提供する。
【解決手段】アルミニウム管１の接合端部に拡管部３を形成するとともに、拡管部３の開口側端部に、先端の内径が銅管２の外径よりも大きい先広がり状のフレア部４を形成する。銅管２の接合端部をアルミニウム管１の拡管部３内に挿入する。この状態で両管１、２を熱硬化性接着剤層５により接着する。アルミニウム管１の拡管部を、少なくとも１箇所において全周にわたって内側に圧潰する。熱硬化性接着剤層５は、アルミニウム管１の拡管部３内周面と銅管２の外周面との間に存在し、その一部が拡管部３の外側にはみ出している。熱硬化性接着剤層５のはみ出し部分5aにより、アルミニウム管１のフレア部４の開口側端面を覆う。
【選択図】図１

Description

この発明は、アルミニウム管と銅管との接合構造および接合方法に関する。

この明細書および特許請求の範囲において、「アルミニウム」という用語には、純アルミニウムの他にアルミニウム合金を含むものとする。また、「銅」という用語には、純銅の他に銅合金を含むものとする。

従来、アルミニウム管と銅管とを接合する方法として、フラッシュバット溶接法が広く採用されている。フラッシュバット溶接法は、アルミニウム管と銅管との端面どうしを所定の間隔をおいて対向させ、電圧を掛けながら両管を接近させてその端面間にフラッシュを飛ばし、これにより両管の端部を加熱しつつ加圧することによって両管を冶金的に接合する方法である。

しかしながら、フラッシュバット溶接法によれば、両管の接合後に接合部の内外両周面にばりが発生するため、研磨等によりばり取り作業を行う必要があるとともに、研磨時に発生した研磨粉をエアブローや洗浄により除去する必要があり、その作業が面倒であった。

また、アルミニウム管と銅管との接触部においては、大気中の水分の影響によりアルミニウム管に電食が発生しやすく、耐食性が劣るので、接合部をエポキシ樹脂塗膜により被覆したり、さらにはエポキシ樹脂塗膜を塩化ビニルからなる熱収縮性チューブで被覆したりする必要があって、その作業が面倒であった。

ところで、接合部の内外両周面にばりが発生しないアルミニウム管と銅管の接合方法として、アルミニウム管および銅管のうちのいずれか一方の管の端部に先細り状テーパ部を形成した後、この先細り状テーパ部を他方の管の端部内に挿入し、ついで両管のうち少なくともいずれか一方の管の接合すべき部分を、両管表面に酸化皮膜が生成しないように加熱しながら両管を互いに押し付け、一方の管の先細り状テーパ部の外周面に他方の管の端部を重ね合わせた状態で両管を冶金的に接合する方法が知られている（特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１記載の方法においても、アルミニウム管と銅管との外部に露出した接触部においては、大気中の水分の影響によりアルミニウム管に電食が発生しやすく、耐食性が劣るので、上述したような防食処理を施す必要があり、その作業が面倒である。
特開平９−１８２９７９号公報

この発明の目的は、上記問題を解決し、接合部の内外両周面にばりが発生することがなく、しかも接合部の耐食性に優れたアルミニウム管と銅管との接合構造および接合方法を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために以下の態様からなる。

1)アルミニウム管と銅管との接合構造であって、アルミニウム管および銅管のうちのいずれか一方の管の接合端部に拡管部が形成されるとともに、拡管部の開口側端部に、先端の内径が他方の管の外径よりも大きい先広がり状のフレア部が形成され、他方の管の接合端部が一方の管の拡管部内に挿入され、この状態で両管が熱硬化性接着剤層により接着され、熱硬化性接着剤層が、一方の管の拡管部内周面と他方の管の外周面との間に存在しているとともに、その一部が拡管部の外側にはみ出しているアルミニウム管と銅管との接合構造。

2)一方の管の拡管部が、少なくとも１箇所において全周にわたって内側に圧潰されている上記1)記載のアルミニウム管と銅管との接合構造。

3)熱硬化性接着剤層における拡管部の外側にはみ出した部分によって、一方の管のフレア部の開口側端面が覆われている上記1)または2)記載のアルミニウム管と銅管との接合構造。

4)熱硬化性接着剤層に金属粉が混入されている上記1)〜3)のうちのいずれかに記載のアルミニウム管と銅管との接合構造。

5)熱硬化性接着剤層が、１液性エポキシ樹脂接着剤を熱硬化させることにより形成されている上記1)〜4)のうちのいずれかに記載のアルミニウム管と銅管との接合構造。

6)一方の管の拡管部を除いた部分の外径および肉厚と、他方の管の外径および肉厚とが等しくなっている上記1)〜5)のうちのいずれかに記載のアルミニウム管と銅管との接合構造。

7)アルミニウム管に拡管部およびフレア部が形成されている上記1)〜6)のうちのいずれかに記載のアルミニウム管と銅管との接合構造。

8)アルミニウム管と銅管とを接合する方法であって、アルミニウム管および銅管のうちのいずれか一方の管の接合端部に拡管部を形成するとともに、拡管部の開口側端部に、先端の内径が他方の管の外径よりも大きい先広がり状のフレア部を形成し、他方の管の接合端部の外周面に熱硬化性接着剤を塗布した後、他方の管の接合端部を一方の管の拡管部内に挿入し、熱硬化性接着剤の一部を拡管部の外側にはみ出させ、この状態で熱硬化性接着剤を加熱して硬化させることにより両管を接着することを特徴とするアルミニウム管と銅管との接合方法。

9)他方の管の接合端部を一方の管の拡管部内に挿入した後、一方の管の拡管部を、少なくとも１箇所において全周にわたって内側に圧潰することにより、熱硬化性接着剤の一部を一方の管の拡管部の外側にはみ出させる上記8)記載のアルミニウム管と銅管との接合方法。

10)熱硬化性接着剤における拡管部の外側にはみ出した部分によって一方の管のフレア部の開口側端面を覆う上記8)または9)記載のアルミニウム管と銅管との接合方法。

11)熱硬化性接着剤が、金属粉の混入した１液性エポキシ樹脂接着剤である上記8)〜10)のうちのいずれかに記載のアルミニウム管と銅管との接合方法。

12)高周波誘導加熱法により両管を加熱し、両管の有する熱により熱硬化性接着剤を加熱する上記8)〜11)のうちのいずれかに記載のアルミニウム管と銅管との接合方法。

13)拡管前の一方の管の外径および肉厚と、他方の管の外径および肉厚とが等しくなっている上記8)〜12)のうちのいずれかに記載のアルミニウム管と銅管との接合方法。

14)アルミニウム管に拡管部およびフレア部を形成する上記8)〜13)のうちのいずれかに記載のアルミニウム管と銅管との接合方法。

15)圧縮機、コンデンサおよびエバポレータを有する冷凍サイクルであって、エバポレータへの冷媒の入口管および出口管がそれぞれアルミニウム管からなり、入口管とコンデンサとを接続する配管、および出口管と圧縮機とを接続する配管がそれぞれ銅管からなり、エバポレータの入口管および出口管と配管用銅管との接合が、上記1)〜7)のうちのいずれかに記載の接合構造により行われている冷凍サイクル。

16)上記15)記載の冷凍サイクルを備えた冷蔵庫。

17)上記15)記載の冷凍サイクルを備えた冷蔵ショーケース。

上記1)の接合構造によれば、一方の管の接合端部に拡管部が形成されるとともに、拡管部の開口側端部に、先端の内径が他方の管の外径よりも大きい先広がり状のフレア部が形成され、他方の管の接合端部が一方の管の拡管部内に挿入され、この状態で両管が熱硬化性接着剤層により接着され、熱硬化性接着剤層が、一方の管の拡管部内周面と他方の管の外周面との間に存在しているとともに、その一部が拡管部の外側にはみ出しているので、外部に露出した部分において両管が接触することはなく、大気中の水分の影響によるアルミニウム管への電食の発生が防止され、耐食性が向上する。また、接合部の内外両周面にばりが発生することはない。したがって、防食処理やばり取り作業が不要になり、作業性が向上する。

上記2)の接合構造によれば、熱硬化性接着剤層を形成する熱硬化性接着剤を熱硬化させる前に、一方の管の拡管部を、少なくとも１箇所において全周にわたって内側に圧潰することによって、両管を仮止めすることが可能となり、熱硬化性接着剤を加熱する際の両管の位置ずれを防止することができる。

上記3)の接合構造によれば、熱硬化性接着剤層における拡管部の外側にはみ出した部分によって、一方の管のフレア部の開口側端面が覆われているので、外部に露出した部分において両管の接触が確実に防止され、アルミニウム管の耐食性が一層向上する。

上記4)の接合構造によれば、熱硬化性接着剤層の熱伝導性が向上し、両管の接合後に、両管の加熱、冷却が繰り返し行われた場合の耐久性が向上する。

上記6)の接合構造のように、一方の管の拡管部を除いた部分の外径および肉厚と、他方の管の外径および肉厚とが等しくなっていると、従来のフラッシュバット溶接法により接合するのに使用していたアルミニウム管および銅管を用いることができる。

上記7)の接合構造によれば、拡管部およびフレア部を形成する際の加工が容易になる。

上記8)の接合方法によれば、一方の管の接合端部に拡管部を形成するとともに、拡管部の開口側端部に、先端の内径が他方の管の外径よりも大きい先広がり状のフレア部を形成し、他方の管の接合端部の外周面に熱硬化性接着剤を塗布した後、他方の管の接合端部を一方の管の拡管部内に挿入し、熱硬化性接着剤の一部を拡管部の外側にはみ出させ、この状態で熱硬化性接着剤を加熱して硬化させることにより両管を接着しているので、接合後、外部に露出した部分において両管が接触することはなく、大気中の水分の影響によるアルミニウム管への電食の発生が防止され、耐食性が向上する。また、接合部の内外両周面にばりが発生することはない。したがって、防食処理やばり取り作業が不要になり、作業性が向上する。

上記9)の接合方法によれば、他方の管の接合端部を一方の管の拡管部内に挿入した後、一方の管の拡管部を、少なくとも１箇所において全周にわたって内側に圧潰するので、接合前の状態において両管を仮止めすることが可能となり、熱硬化性接着剤を加熱する際の両管の位置ずれを防止することができる。また、拡管部の圧潰により熱硬化性接着剤の一部を一方の拡管部の外側にはみ出させることができるので、他方の管における拡管部内へ挿入すべき部分のみに熱硬化性接着剤を塗布しておけばよく、使用する熱硬化性接着剤の量を比較的少なくすることができる。

上記10)の接合方法によれば、熱硬化性接着剤における拡管部の外側にはみ出した部分によって一方の管のフレア部の開口側端面を覆っているので、接合後、外部に露出した部分において両管の接触が確実に防止され、アルミニウム管の耐食性が一層向上する。

上記11)の接合方法によれば、接合後、形成された熱硬化性接着剤層の熱伝導性が向上し、両管の接合後に、両管の加熱、冷却が繰り返し行われた場合の耐久性が向上する。

上記12)の接合方法によれば、熱硬化性接着剤の加熱を比較的簡単かつ短時間で行うことができる。

上記13)の接合方法によれば、従来のフラッシュバット溶接法により接合するのに使用していたアルミニウム管および銅管を用いることができる。

上記14)の接合方法によれば、拡管部およびフレア部を形成する際の加工が容易になる。

以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

図１はこの発明によるアルミニウム管と銅管との接合構造を示し、図２は同じく接合方法を示す。

図１において、アルミニウム管(1)と銅管(2)との接合構造は、アルミニウム管(1)の接合端部に拡管部(3)が形成されるとともに、拡管部(3)の開口側端部に、先端の内径が銅管(2)の外径よりも大きい先広がり状のフレア部(4)が形成され、銅管(2)の接合端部がアルミニウム管(1)の拡管部(3)内に挿入され、この状態で両管(1)(2)が熱硬化性接着剤層(5)により接着されたものである。

アルミニウム管(1)の拡管部(3)を除いた部分の外径および肉厚と、銅管(2)の外径および肉厚とは等しくなっている。しかしながら、これに限定されるものではなく、アルミニウム管(1)の拡管部(3)を除いた部分の外径および肉厚と、銅管(2)の外径および肉厚とは、少なくともいずれか一方が異なっていてもよい。アルミニウム管(1)の拡管部(3)は、少なくとも１箇所、ここでは長さ方向に間隔をおいた２箇所において、全周にわたって内側に圧潰され、環状圧潰部(6)が形成されている。

熱硬化性接着剤層(5)は、金属粉が混入した１液性エポキシ樹脂接着剤、たとえばナガセケムテックス社製のＸＮＲ３６３０からなる。熱硬化性接着剤層(5)の一部はアルミニウム管(1)の拡管部(3)よりも外側にはみ出しており、このはみ出し部分(5a)によりアルミニウム管(1)の拡管部(3)におけるフレア部(4)の開口側端面が覆われている。また、熱硬化性接着剤層(5)の一部は、銅管(2)の先端部よりもアルミニウム管(1)の長さ方向内側にはみ出しており、このはみ出し部分(5b)により銅管(2)の開口側端面が覆われている。

上述した接合構造は、圧縮機、コンデンサおよびエバポレータを有しており、エバポレータへの冷媒の入口管および出口管がそれぞれアルミニウム管(1)からなり、入口管とコンデンサとを接続する配管、および出口管と圧縮機とを接続する配管がそれぞれ銅管(2)からなる冷凍サイクルにおいて、エバポレータの入口管および出口管と配管用銅管(2)との接合に適用される。この冷凍サイクルは、たとえば冷蔵庫や、冷蔵ショーケースに用いられる。

次に、アルミニウム管(1)と銅管(2)との接合方法について、図２を参照して説明する。

まず、外径および肉厚の等しいアルミニウム管(1)および銅管(2)を用意する。なお、両管(1)(2)の外径および肉厚のうちの少なくともいずれか一方は異なっていてもよい。ついで、アルミニウム管(1)の接合すべき接合端部に、拡管部(3)を形成するとともに、拡管部(3)の開口側端部に先広がり状フレア部(4)を形成する。拡管部(3)は、非拡管部に連なったテーパ部(3a)とテーパ部(3a)に連なった円筒状部(3b)とよりなる。円筒状部(3b)の先端部に先広がり状フレア部(4)が形成されている。拡管部(3)の円筒状部(3b)の内径は銅管(2)の外径よりも大きく、当然のことながらフレア部(4)の先端の内径は銅管(2)の外径よりも大きくなっている。一方、銅管(2)の接合すべき接合端部の外周面に、金属粉が混入した熱硬化性接着剤(10)を所定厚さとなるように塗布しておく（図２(a)参照）。

ついで、銅管(2)の接合端部をアルミニウム管(1)の拡管部(3)内に挿入する。このとき、銅管(2)の先端は、アルミニウム管(1)における拡管部(3)のテーパ部(3a)内面に当接する（図２(b)参照）。

ついで、アルミニウム管(1)の拡管部(3)の円筒状部(3b)を、その長さ方向においた複数箇所において、全周にわたって径方向内側に圧潰し、環状圧潰部(6)を形成する。環状圧潰部(6)により両管(1)(2)が仮止めされる。また、上記アルミニウム管(1)の圧潰により、熱硬化性接着剤(10)の一部が両管(1)(2)の間から押し出され、一部が拡管部(3)の外側にはみ出してこのはみ出し部分(10a)によりアルミニウム管(1)のフレア部(4)の開口側端面が覆われるとともに、一部が銅管(2)の先端部よりもアルミニウム管(1)の長さ方向内側にはみ出してこのはみ出し部分(10b)により銅管(2)の開口側端面が覆われる。ついで、両管(1)(2)の互いに嵌り合った部分の周囲に高周波誘導加熱コイル(11)を配置する（図２(c)参照）。

その後、高周波誘導加熱コイル(11)により両管(1)(2)を加熱し、両管(1)(2)の有する熱により熱硬化性接着剤(10)を加熱して硬化させ、熱硬化製接着剤層(5)を形成する。こうして、アルミニウム管(1)と銅管(2)とが接合される。

上記実施形態においては、アルミニウム管(1)に拡管部(3)および先広がり状フレア部(4)が形成され、アルミニウム管(1)内に銅管(2)が挿入されているが、これとは逆に、銅管(2)に拡管部(3)および先広がり状フレア部(4)が形成され、銅管(2)内にアルミニウム管(1)が挿入されていてもよい。

以下、この発明の具体的実施例について、比較例とともに説明する。

実施例
外径８ｍｍ、肉厚１．２５ｍｍ、長さ１６０ｍｍのJIS Ａ１２３０製アルミニウム管(1)と、外径８ｍｍ、肉厚１．２５ｍｍ、長さ１６０ｍｍのJIS Ｃ１０２０製銅管(2)とを用意した。ついで、アルミニウム管(1)の端部に拡管部(3)および先広がり状フレア部(4)を形成した。アルミニウム管(1)の拡管部(3)における円筒部の長さ２５ｍｍ、内径８．６ｍｍであり、テーパ部(3a)の長さ５ｍｍである。また、先広がり状フレア部(4)の長さ５ｍｍ、先端の内径９．６ｍｍである。

ついで、銅管(2)の先端から２０ｍｍまでの範囲の部分の外周面に、ナガセケムテックス社製のＸＮＲ３６３０（ペースト状）からなる熱硬化性接着剤(10)を、厚さ１〜２ｍｍとなるように塗布した。

ついで、銅管(2)をアルミニウム管(1)の拡管部(3)内に挿入し、アルミニウム管(1)の円筒状部(3b)を、プレスによりその長さ方向においた２箇所において、全周にわたって径方向内側に圧潰し、環状圧潰部(6)を形成した。このとき、熱硬化性接着剤(10)の一部が両管(1)(2)の間から押し出され、一部が拡管部(3)の外側にはみ出してこのはみ出し部分(10a)によりアルミニウム管(1)のフレア部(4)の開口側端面が覆われるとともに、一部が銅管(2)の先端部よりもアルミニウム管(1)の長さ方向内側にはみ出してこのはみ出し部分(10b)により銅管(2)の開口側端面が覆われた。

その後、両管(1)(2)の互いに嵌り合った部分の周囲に高周波誘導加熱コイル(11)を配置し、高周波誘導加熱コイルにより両管(1)(2)を２００〜２４０℃に１０秒間加熱し、両管(1)(2)の有する熱により熱硬化性接着剤を加熱して硬化させ、熱硬化性接着剤層(5)を形成した。こうして、アルミニウム管(1)と銅管(2)との接合体を得た。

比較例
外径８ｍｍ、肉厚１．２５ｍｍ、長さ１６０ｍｍのJIS Ａ１２３０製アルミニウム管と、外径８ｍｍ、肉厚１．２５ｍｍ、長さ１６０ｍｍのJIS Ｃ１０２０製銅管とをフラッシュバット溶接法により接合し、アルミニウム管と銅管との接合体を得た。

そして、実施例および比較例の接合体に、それぞれ塩水噴霧試験を１０００時間施した。

その結果、実施例の接合体においては、アルミニウム管(1)の外周面が全体にわたって６００μｍの厚み分が腐食していた。一方、比較例の接合体においては、両管の接合部において、４８０〜７２０時間の間にアルミニウム管の管壁を貫通するような腐食が発生した。

この発明によるアルミニウム管と銅管との接合構造を示す部分縦断面図である。 この発明によるアルミニウム管と銅管との接合方法を工程順に示す部分縦断面図である。

符号の説明

(1)：アルミニウム管
(2)：銅管
(3)：拡管部
(4)：先広がり状フレア部
(5)：熱硬化性接着剤層
(5a)：はみ出し部分
(6)：環状圧潰部
(10)：熱硬化性接着剤

Claims (17)

1. アルミニウム管と銅管との接合構造であって、アルミニウム管および銅管のうちのいずれか一方の管の接合端部に拡管部が形成されるとともに、拡管部の開口側端部に、先端の内径が他方の管の外径よりも大きい先広がり状のフレア部が形成され、他方の管の接合端部が一方の管の拡管部内に挿入され、この状態で両管が熱硬化性接着剤層により接着され、熱硬化性接着剤層が、一方の管の拡管部内周面と他方の管の外周面との間に存在しているとともに、その一部が拡管部の外側にはみ出しているアルミニウム管と銅管との接合構造。
2. 一方の管の拡管部が、少なくとも１箇所において全周にわたって内側に圧潰されている請求項１記載のアルミニウム管と銅管との接合構造。
3. 熱硬化性接着剤層における拡管部の外側にはみ出した部分によって、一方の管のフレア部の開口側端面が覆われている請求項１または２記載のアルミニウム管と銅管との接合構造。
4. 熱硬化性接着剤層に金属粉が混入されている請求項１〜３のうちのいずれかに記載のアルミニウム管と銅管との接合構造。
5. 熱硬化性接着剤層が、１液性エポキシ樹脂接着剤を熱硬化させることにより形成されている請求項１〜４のうちのいずれかに記載のアルミニウム管と銅管との接合構造。
6. 一方の管の拡管部を除いた部分の外径および肉厚と、他方の管の外径および肉厚とが等しくなっている請求項１〜５のうちのいずれかに記載のアルミニウム管と銅管との接合構造。
7. アルミニウム管に拡管部およびフレア部が形成されている請求項１〜６のうちのいずれかに記載のアルミニウム管と銅管との接合構造。
8. アルミニウム管と銅管とを接合する方法であって、アルミニウム管および銅管のうちのいずれか一方の管の接合端部に拡管部を形成するとともに、拡管部の開口側端部に、先端の内径が他方の管の外径よりも大きい先広がり状のフレア部を形成し、他方の管の接合端部の外周面に熱硬化性接着剤を塗布した後、他方の管の接合端部を一方の管の拡管部内に挿入し、熱硬化性接着剤の一部を拡管部の外側にはみ出させ、この状態で熱硬化性接着剤を加熱して硬化させることにより両管を接着するアルミニウム管と銅管との接合方法。
9. 他方の管の接合端部を一方の管の拡管部内に挿入した後、一方の管の拡管部を、少なくとも１箇所において全周にわたって内側に圧潰することにより、熱硬化性接着剤の一部を一方の管の拡管部の外側にはみ出させる請求項８記載のアルミニウム管と銅管との接合方法。
10. 熱硬化性接着剤における拡管部の外側にはみ出した部分によって一方の管のフレア部の開口側端面を覆う請求項８または９記載のアルミニウム管と銅管との接合方法。
11. 熱硬化性接着剤が、金属粉の混入した１液性エポキシ樹脂接着剤である請求項８〜１０のうちのいずれかに記載のアルミニウム管と銅管との接合方法。
12. 高周波誘導加熱法により両管を加熱し、両管の有する熱により熱硬化性接着剤を加熱する請求項８〜１１のうちのいずれかに記載のアルミニウム管と銅管との接合方法。
13. 拡管前の一方の管の外径および肉厚と、他方の管の外径および肉厚とが等しくなっている請求項８〜１２のうちのいずれかに記載のアルミニウム管と銅管との接合方法。
14. アルミニウム管に拡管部およびフレア部を形成する請求項８〜１３のうちのいずれかに記載のアルミニウム管と銅管との接合方法。
15. 圧縮機、コンデンサおよびエバポレータを有する冷凍サイクルであって、エバポレータへの冷媒の入口管および出口管がそれぞれアルミニウム管からなり、入口管とコンデンサとを接続する配管、および出口管と圧縮機とを接続する配管がそれぞれ銅管からなり、エバポレータの入口管および出口管と配管用銅管との接合が、請求項１〜７のうちのいずれかに記載の接合構造により行われている冷凍サイクル。
16. 請求項１５記載の冷凍サイクルを備えた冷蔵庫。
17. 請求項１５記載の冷凍サイクルを備えた冷蔵ショーケース。

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