JP2017104881A - 熱交換器の治具及び製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ロウ付けした組立体を治具から取り外す際にチューブが損傷しないようにする熱交換器の治具及び製造方法を提供すること。
【解決手段】複数のチューブ１２が第１プレート１６と第２プレート１７との間にわたって積層される組立体１０をロウ付けする際に組立体１０を支持する熱交換器の治具２０は、第１プレート１６を支持する第１台部２１と、第２プレート１７を支持する第２台部２２と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、ロウ付けされる熱交換器の治具及び製造方法に関する。

特許文献１には、熱交換器の組立体をロウ付けする際に、組立体を支持する支承治具が開示されている。

熱交換器の組立体は、一対のヘッダーの間に複数のチューブが積層してわたされ、各チューブの間にフィンが介装されている。

支承治具は、チューブに接触する一対の支承縁部を有する。組立体は、チューブを支承縁部に接触させて支承治具に載せられた状態で炉内に搬入されて、ロウ付けが行われる。

特開平６−７８７１号公報

しかしながら、特許文献１に開示された熱交換器の製造方法では、支承治具にチューブが載せられた状態で組立体がロウ付けされるために、チューブの一部が支承治具に対して固着することがある。このために、ロウ付けした組立体を支承治具から取り外す際に、固着部が引き離され、薄肉のチューブが損傷するおそれがある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ロウ付けした組立体を治具から取り外す際にチューブが損傷しないようにする熱交換器の治具及び製造方法を提供することを目的とする。

本発明のある態様によれば、複数のチューブが第１タンク部材と第２タンク部材との間にわたって積層される組立体をロウ付けする際に組立体を支持する熱交換器の治具であって、第１タンク部材を支持する第１台部と、第２タンク部材を支持する第２台部と、を備えることを特徴とする熱交換器の治具が提供される。

また、本発明のある態様によれば、複数のチューブが第１タンク部材と第２タンク部材との間にわたって積層される組立体をロウ付けする熱交換器の製造方法であって、第１タンク部材及び第２タンク部材を支持し、チューブに空間が面する状態で組立体をロウ付けすることを特徴とする熱交換器の製造方法が提供される。

上記態様によれば、組立体は、第１タンク部材及び第２タンク部材が支持され、チューブに空間が面する状態でロウ付けされるために、チューブが治具に固着することがない。これにより、ロウ付けした組立体を治具から取り外す際に、チューブが損傷することが防止される。

熱交換器において、チューブは、その内外の媒体どうしの間で行われる熱交換の効率を高めるために、その肉厚を小さくすることが好ましい。一方、第１タンク部材と第２タンク部材は、樹脂製のタンク本体をカシメ結合する爪を有する場合や、耐圧性の高い金属製のタンク本体を構成する場合に、その肉厚がチューブの肉厚より大きくなる。このため、ロウ付け時に第１タンク部材及び第２タンク部材の一部が治具に固着しても、ロウ付けした組立体を治具から取り外す際に、タンクが損傷することが防止される。

図１は、本発明の実施形態に係る組立体の組み立て状態を示す斜視図である。 図２は、組み立て工程における組立体及び治具を示す斜視図である。 図３は、治具の平面図である。 図４は、変形例に係る治具の平面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は、本実施形態に係る熱交換器の組立体１０を示す斜視図である。熱交換器は、車両に搭載されるラジエータに適用される。熱交換器は、車両走行風又はファン（図示省略）によって送られる強制風が組立体１０を通過するように配置される。熱交換器は、組立体１０を循環する媒体と、組立体１０を通過する大気との間で熱交換が行われ、媒体の熱が大気に放出されるようになっている。

熱交換器は、中央部に設けられる組立体１０（コア部）と、組立体１０の両端に設けられる対のタンク（図示省略）と、を備える。熱交換器では、ポンプ（図示省略）から送られる媒体（冷却液）が、一方のタンクに流入し、組立体１０を循環した後に、他方のタンクから流出する。

組立体１０は、対のタンクを形成する第１プレート１６及び第２プレート１７と、タンク間を流れる媒体が通過する複数のチューブ１２と、チューブ１２と交互に並ぶように積層される複数のフィン１３と、フィン１３より積層方向外側に設けられる対のレインフォース１５と、を備える。組立体１０は、複数のフィン１３が第１プレート１６及び第２プレート１７にわたって積層されたものである。組立体１０の各部材１２、１３、１５、１６、１７は、アルミ材や銅材などの熱伝導率が高い金属によって形成され、ロウ付けによって互いに接合される。

各タンクは、第１プレート１６、第２プレート１７と、第１プレート１６、第２プレート１７にカシメ結合される樹脂製のタンク本体（図示省略）と、を備える。第１プレート１６、第２プレート１７は、タンクを構成するタンク部材である。なお、これに限らず、タンクは、１枚の板材を筒状に成形した金属製タンク部材によって構成されるものであってもよい。また、タンクは、Ｕ字形（コの字形）の断面を有する２枚の板材を筒状に組立てた金属製タンク部材によって構成されるものであってもよい。

第１プレート１６及び第２プレート１７は、チューブ１２と比較して大きい肉厚を有する金属板によって形成される。

チューブ１２は、第１プレート１６及び第２プレート１７に直交するように配置される。チューブ１２は、長円形の断面形状を有する扁平な管である。チューブ１２は、その両開口端部１２Ａが第１プレート１６の開口部１６Ａ及び第２プレート１７の開口部（図示省略）に挿入されてタンクに接続される。

一方のタンクの内部には、媒体を各チューブ１２に導く分配流路が形成される。他方のタンクの内部には、各チューブ１２からの媒体が集合する集合流路が形成される。チューブ１２の内部には、熱交換流路が形成される。熱交換流路には、各タンク内の分配流路及び集合流路を通じて媒体が循環する。熱交換器では、チューブ１２の内部を流れる媒体の熱が、コルゲート状のフィン１３を介して大気に放出される。なお、これに限らず、熱交換器は、フィン１３を備えずに、隣り合うチューブ１２の間を単に空間としてもよい。

熱交換器の製造時には、組立体１０の各部材１２、１３、１５、１６、１７を組み立てる組み立て工程と、組み立てられた組立体１０の各部材１２、１３、１５、１６、１７をロウ付けによって接合するロウ付け工程と、が行われる。なお、第１プレート１６及び第２プレート１７には、予めロウ材が設けられている。

図１は、組み立て工程を経て組み立てられた組立体１０を示す。組み立て工程において、組立体１０は、各部材１２、１３、１５が複数本のワイヤロープ（図示省略）を介して積層方向に結束される。組立体１０は、ワイヤロープの張力によって各レインフォース１５の間に各フィン１３及び各チューブ１２が挟まれ、各フィン１３及び各チューブ１２の積層状態が維持される。ワイヤロープは、ロウ付け工程が終了した後に取り外される。

図２は、ロウ付け工程における組立体１０及び治具２０を示す。ロウ付け工程では、組み立てられた組立体１０が治具２０に載せられた状態で、加熱炉（図示省略）に搬送される。加熱炉において、治具２０に載せられた組立体１０は、加熱処理が行われることにより、各部材１２、１３、１５、１６、１７が溶融するロウ材を介して接合される。

治具２０は、枠状のフレーム２３と、フレーム２３の上部に支持される対の第１台部２１及び第２台部２２と、フレーム２３の下部に支持される対の第１台部２１及び第２台部２２と、を備える。治具２０は、対の第１台部２１及び第２台部２２が縦方向に２段設けられているが、これに限らず、１段又は３段以上設けられる構成としてもよい。

第１台部２１及び第２台部２２は、それぞれ矩形の板状に形成される。対の第１台部２１及び第２台部２２は、互いに間隔をあけて平行に延びるように配置される。治具２０には、対の第１台部２１と第２台部２２との間に空間２５が形成される。

加熱炉において、治具２０に載せられた組立体１０をロウ付けする際に、加熱炉内の熱が空間２５を通じて対流することで組立体１０に伝えられるために、組立体１０のロウ付けが均一に行われる。

第１台部２１は、水平方向に延びる平面状の載置面２１Ａを有する。第２台部２２は、水平方向に延びる平面状の載置面２２Ａを有する。対の第１台部２１及び第２台部２２では、載置面２１Ａと載置面２２Ａとが互いに同一高さになるように配置される。

載置面２１Ａ、２２Ａには、金属材の表面を酸化させる表面処理が施される。これにより、載置面２１Ａ、２２Ａは、酸化被膜によって微細な凹凸部（図示省略）が形成され、組立体１０に接触する接触面積を減らすようになっている。なお、これに限らず、載置面２１Ａ、２２Ａは、切削加工によって凹凸部を形成して、組立体１０に接触する接触面積を減らすようにしてもよい。

図２は、上部の第１台部２１及び第２台部２２にわたって２つの組立体１０が載せられた状態を示している。こうして、治具２０には、複数の組立体１０を横方向（水平方向）に並んで配置することができ、生産効率を高められる。

また、治具２０には、上部の第１台部２１及び第２台部２２にわたって組立体１０を載せるとともに、下部の第１台部２１及び第２台部２２にわたって組立体１０を載せてもよい。この場合には、２つの組立体１０を縦方向（鉛直方向）に並んで配置することができ、生産効率をさらに高められる。

図３に示すように、チューブ１２の長手方向について、第２台部２２の長さ（幅）Ｗ２は、第１台部２１の長さ（幅）Ｗ１と比較して大きく形成される。第１台部２１の長さＷ１は、第１プレート１６が載せられるのに必要な最小限の寸法に設定される。第２台部２２の長さＷ２は、チューブ１２の長さが異なる複数の組立体１０に対応して第２プレート１７が載せられるのに必要な寸法に設定される。

上記構成に基づき、治具２０は、チューブ１２の長手方向の大きさが異なる組立体１０であっても、第２プレート１７が第２台部２２に載せられる範囲で使用できる。これにより、組立体１０の大きさが異なる熱交換器に対応して、専用の治具２０を逐一設ける必要がなくなる。よって、熱交換器の製造コストを抑えられる。

ロウ付け工程では、第１プレート１６及び第２プレート１７に働く重力が治具２０（第１台部２１及び第２台部２２）に支持される。そして、チューブ１２が第１プレート１６及び第２プレート１７にわたって両持ち支持される。このために、重力によってチューブ１２と第１プレート１６及び第２プレート１７との結合部に生じる応力が小さく抑えられる。これにより、第１プレート１６及び第２プレート１７に対するチューブ１２の組み付け位置の精度が維持される。

組立体１０が治具２０に載せられた状態では、第１プレート１６が第１台部２１に当接し、第２プレート１７が第２台部２２に当接して支持される。組立体１０はチューブ１２のまわりには第１プレート１６及び第２プレート１７が鍔状に突出しているために、組立体１０が治具２０に載せられた状態では、チューブ１２と第１台部２１の載置面２１Ａとの間には空間２５が設けられるとともに、チューブ１２と第２台部２２の載置面２２Ａとの間には空間２５が設けられる。

治具２０は、第１台部２１及び第２台部２２にわたって載せられた組立体１０の下方が空間２５によって開放される。これにより、ロウ付け工程では、加熱炉の熱が治具２０の下方からも空間２５を通じて組立体１０に伝えられるために、組立体１０のロウ付けが均一に行われる。

ロウ付けが行われた組立体１０は、加熱炉から搬出された後に、治具２０から取り外される。

ロウ付け工程において、第１プレート１６と第２プレート１７とが治具２０に支持されるために、第１プレート１６と第２プレート１７との一部が治具２０にロウ材を介して固着されることがある。この場合には、組立体１０が治具２０から取り外される際に、第１プレート１６及び第２プレート１７の治具２０に固着された部位が引き離される。

第１プレート１６及び第２プレート１７は、チューブ１２と比較して大きい肉厚を有するために、チューブ１２と比較して高い剛性を有する。これにより、ロウ付け後に、第１プレート１６及び第２プレート１７と治具２０との固着部を引き離す際に、厚肉の第１プレート１６及び第２プレート１７が損傷することが防止される。

第１プレート１６及び第２プレート１７は、載置面２１Ａ、２２Ａの酸化被膜の凹凸部によって治具２０に対する接触面積が減らされる。これにより、第１プレート１６及び第２プレート１７が載置面２１Ａ、２２Ａに固着することが抑えられる。このため、ロウ付け後に、第１プレート１６及び第２プレート１７と治具２０との固着部を載置面２１Ａ、２２Ａから引き離す力が小さく抑えられ、第１プレート１６及び第２プレート１７を損傷することが防止される。

なお、治具２０は、載置面２１Ａ、２２Ａのいずれか一方に凹凸部が設けられる構成としてもよい。

以上のように、熱交換器の製造方法では、ロウ付け工程において、第１プレート１６及び第２プレート１７が治具２０に接触して支持され、第１プレート１６及び第２プレート１７に組み付けられたチューブ１２が治具２０の第１台部２１と第２台部２２との間に設けられる空間２５が対峙するとともに、チューブ１２が第１台部２１の載置面２１Ａ、第２台部２２の載置面２２Ａとの間に設けられる空間２５に対峙する。これにより、ロウ付け時に、チューブ１２が治具２０に固着されることが回避される。このため、ロウ付け後に、組立体１０を治具２０から取り外す際に、チューブ１２が損傷することが防止される。

次に、図４に示す治具２０の変形例について説明する。

変形例に係る治具２０は、第１台部２１、第２台部２２には、第１プレート１６、第２プレート１７に接触する網状の固着抑制部材３１、３２が設けられる。

固着抑制部材３１、３２は、ロウ材との固着が抑えられるものとして、例えばカーボン材によって形成される。なお、これに限らず、固着抑制部材３１、３２は、他の非金属材によって形成されるものであってもよい。

上記構成に基づき、炉内で組立体１０をロウ付けする際に、炉内の熱が網状の固着抑制部材３１、３２の網目（空間）を通じて組立体１０に伝えられるために、組立体１０のロウ付けが均一に行われる。

そして、組立体１０をロウ付けする際に、第１プレート１６及び第２プレート１７と第１台部２１及び第２台部２２との間に固着抑制部材３１、３２が介在することにより、第１プレート１６及び第２プレート１７が第１台部２１及び第２台部２２に固着されることが抑えられる。これにより、ロウ付け後に、第１プレート１６及び第２プレート１７と治具２０との固着部を第１台部２１及び第２台部２２から引き離す力が小さく抑えられ、第１プレート１６及び第２プレート１７を損傷することが防止される。

なお、治具２０は、第１台部２１と第２台部２２とのいずれか一方のみに固着抑制部材３１、３２が設けられる構成であってもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

上記実施形態において、治具２０の第１台部２１、第２台部２２は、載置面２１Ａ、２２Ａを有する板状に形成されるものであったが、これに限らず、網状の部材によって形成されるものであってもよい。この場合には、加熱炉内の熱が載置面２１Ａ、２２Ａの網目を通じて対流することで、組立体１０のロウ付けが均一に行われることが促される。

上記実施形態において、治具２０の第１台部２１、第２台部２２は、水平方向に延びる平板状に形成されるものであったが、これに限らず、コの字形の断面を有する板状に形成されるものであってもよい。この第１台部２１、第２台部２２は、載置面２１Ａ、２２Ａの両端から上方に突出する突出端部を有する。この場合には、組立体１０を治具２０に載せる際に、組立体１０の第１プレート１６、第２プレート１７が突出端部に係合して第１台部２１、第２台部２２から外れて落ちることが防止される。第１台部２１の長さＷ１が
第２台部２２の長さＷ２に比べて小さくなっているが、第１プレート１６が第１台部２１から脱落することが有効に防止される。こうして、組立体１０が治具２０に載せられた状態では、第１プレート１６が第１台部２１の載置面２１Ａに当接し、第２プレート１７が第２台部２２の載置面２２Ａに当接して支持される。第１台部２１、第２台部２２の突出端部は、この状態でチューブ１２に当接しない高さに形成される。

上記実施形態において、第１プレート１６及び第２プレート１７には予めロウ材が設けられているが、これに限らず、第１プレート１６及び第２プレート１７には予めロウ材が設けられず、チューブ１２及びフィン１３には予めロウ材が設けられる構成としてもよい。また、第１プレート１６、第２プレート１７及びフィン１３には予めロウ材が設けられず、チューブ１２には予めロウ材が設けられる構成としてもよい。こうして第１プレート１６、第２プレート１７に予めロウ材が設けられないことにより、ロウ付け時に溶融するロウ材が第１プレート１６、第２プレート１７から載置面２１Ａ、２２Ａに流下することが防止される。これにより、第１プレート１６、第２プレート１７が治具２０の載置面２１Ａ、２２Ａに溶着されることが防止される。

本発明は、ラジエータに限らず、車両に搭載されるオイルクーラ、インタクーラ、コンデンサなどの熱交換器にも適用できる。また、車両以外に使用される熱交換器にも適用できる。

１０ 組立体
１２ チューブ
１６ 第１プレート（第１タンク部材）
１７ 第２プレート（第２タンク部材）
２０ 治具
２１ 第１台部
２２ 第２台部
２５ 空間
３１、３２ 固着抑制部材

Claims (6)

1. 複数のチューブが第１タンク部材と第２タンク部材との間にわたって積層される組立体をロウ付けする際に当該組立体を支持する熱交換器の治具であって、
   前記第１タンク部材を支持する第１台部と、
   前記第２タンク部材を支持する第２台部と、を備えることを特徴とする熱交換器の治具。
2. 請求項１に記載の熱交換器の治具であって、
   前記第１台部及び前記第２台部との間に前記チューブに面する空間が形成されることを特徴とする熱交換器の治具。
3. 請求項１または２に記載の熱交換器の治具であって、
   前記第２台部は、前記第１台部と比較して前記チューブの長手方向に大きく形成されることを特徴とする熱交換器の治具。
4. 請求項１から３のいずれか一つに記載の熱交換器の治具であって、
   前記第１台部と前記第２台部との少なくとも一方は、前記第１タンク部材又は前記第２タンク部材に接触する接触面積を減らす凹凸部を有することを特徴とする熱交換器の治具。
5. 請求項１から３のいずれか一つに記載の熱交換器の治具であって、
   前記第１台部と前記第２台部との少なくとも一方には、前記第１タンク部材又は前記第２タンク部材に接触し、ロウ材との固着を抑制する固着抑制部材が設けられることを特徴とする熱交換器の治具。
6. 複数のチューブが第１タンク部材と第２タンク部材との間にわたって積層される組立体をロウ付けする熱交換器の製造方法であって、
   前記第１タンク部材及び前記第２タンク部材を支持し、前記チューブに空間が面する状態で前記組立体をロウ付けすることを特徴とする熱交換器の製造方法。