JP3206170B2 - 熱交換器およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱交換器およびその製
造方法に関し、特に自動車のラジエータ等に適した形態
の熱交換器コア部分のろう付け接合性の改良に関する。
このような熱交換器は、(a) 第１の伝熱流体を通す導管
（チューブ）と、外囲環境を流れる第２の伝熱流体への
導管の実効伝熱面を拡張するための波板状フィンとが互
いに長手軸を平行にして交互に多数配列され、両側の最
外列は波板状フィンであり、隣接する導管とフィンとが
側面でろう付け接合された管／フィン配列体が、両側の
最外列フィンの外側に長手軸を平行にして配置された第
１の支持ビーム（「インサート」と呼ばれる）と側面で
ろう付け接合されて成る集合体と、(b) この集合体の縦
方向両端部において上記導管の上下端部がそれぞれ挿入
された貫通孔と、左右の第１支持ビームの上下端部とそ
れぞれ嵌合し且つろう付け接合された端部とを有する上
下の第２の支持ビーム（「コアプレート」と呼ばれる）
とから成るコアを有する。

【０００２】

【従来の技術】上記コアの構成部材を組み付けてろう付
けする際には、必要なろう付け箇所で部材同士を密着さ
せてろう材が回る核を確実に維持し、ろう切れの発生を
防止する必要がある。特に、コアの外殻を構成する左右
の第１支持ビームであるインサートと上下の第２支持ビ
ームであるコアプレートとを両者の端部同士で嵌合させ
ろう付け接合する部分は、部材と保持治具との熱膨張差
による離間（クリアランス）が生じ易く、ろう切れが発
生し易いため、その防止が重要になる。

【０００３】そのために、例えば実開平４−６３９７６
号公報に開示されているように、管／フィン配列体を左
右から支持するための第１支持ビームであるインサート
の先端形状や上下の支持を行う第２支持ビームであるコ
アプレートの形状を工夫し、両者を組付け時に構造的に
固定して両者の密着を維持し、ろう材が回る核を確保し
て、ろう付け接合を可能にしていた。

【０００４】しかし上記技術ではインサートやコアプレ
ートの形状を複雑にせざるを得ず、コスト上昇になると
共にコア組み時の嵌合に高度の精密さが必要なため、現
実の生産に適用するには非常に不利であった。この欠点
を解消するために、本発明者はインサートとコアプレー
トとの接合部の嵌合形状を簡潔にしたコア構造を検討し
た。図２、図７、図８を参照して、この構成のコアを組
み立てる処理操作を説明する。

【０００５】先ず、ろう付け前のコア組み段階において
は、図２および図７に示したように、それぞれアルミニ
ウムまたはアルミニウム合金等で作られた各部材すなわ
ちチューブ１、波板状フィン２、左右のインサート３お
よび上下のコアプレート４を前記のように配置して組み
付けた状態になっており、チューブ／フィン配列体
（１、２）の弾性張り出しによりインサート３が弾性変
形して湾曲し、嵌合部でコアプレート４と密着してい
る。

【０００６】次に、この組み付け体の縦方向中間部（図
８参照）に、鋼線等の線材（ワイヤー治具）５を巻いて
チューブ／フィン配列方向（矢印Ｄ１）に締め付けた状
態に保持する。各部材には必要箇所に予めろう材が被覆
してある。この締め付け状態で、組み付け体全体をろう
付け温度に加熱すると、チューブ／フィン配列体（１、
２）とワイヤー治具５との熱膨張差によって、図８に示
したようにコアプレート４とインサート３との嵌合部に
離間（クリアランス）６が発生し、ろう切れを生じ易く
なる。これは、ろう付けのための高温加熱下では、イン
サート３の剛性がその間に挟まれたチューブ／フィン配
列体（１、２）の弾性張り出し力より大きいためであ
る。 クリアランス６を発生させないようにするには、
高温時はインサート３の剛性を配列体（１、２）の張り
出し力より小さくする必要がある。しかし一方で、ワイ
ヤー治具５を巻き付ける前のコア組み段階では、フィン
２を組付体４０（１、２、３、４）自体で保持できなげ
ればならないので、インサート３はそれに十分な高い剛
性を持つ必要がある。したがって、インサート３は高低
２水準の剛性を併せ持たなければならないという矛盾が
あった。

【０００７】このように上記従来の技術においては、イ
ンサートとコアプレートとのろう付け性を安定して確保
するためには嵌合部が複雑になりコスト上昇と多大な労
力を要し、これを回避しようとして嵌合部を簡潔な形状
にすると両者間に離間が生じ易くなり、離間防止のため
にはインサートに相反する高低２水準の剛性が必要にな
るという限界があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来の
欠点を解消し、コア構造特にインサートとコアプレート
との接合部の形状を簡潔にしながら、ろう付け時の熱膨
張差に起因する両者間の離間発生を防止して密着状態を
維持し、安定したろう付け性を確保できるように改良し
た構造を有する熱交換器および製造方法を提供すること
を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の熱交換器は、第１の伝熱流体を通す導管
と、外囲環境を流れる第２の伝熱流体への該導管の実効
伝熱面を拡張するための波板状フィンとが互いに長手軸
を平行にして交互に多数配列され、両側の最外列は該波
板状フィンであり、隣接する導管とフィンとが側面でろ
う付け接合された管／フィン配列体が、両側の最外列フ
ィンの外側に長手軸を平行にして配置された第１の支持
ビームと側面でろう付け接合されて成る集合体、および
上記集合体の縦方向両端部において上記導管の上下端部
がそれぞれ挿入された貫通孔と、且つ左右の第１支持ビ
ームの上下端部とそれぞれ嵌合し且つろう付け接合され
た端部とを有する上下の第２の支持ビーム、から成るコ
アを有し、上記第１支持ビームは、長手方向中間部から
上記嵌合した上下の嵌合部までの間の領域それぞれに切
り欠きが設けてあり、上記集合体を縦方向中間部で強固
な線材群で巻き締めた状態で上記ろう付けのための加熱
した際に上記管／フィン配列体からの張り出し力により
該切り欠きを支点として第１支持ビームの切り欠きより
端部寄りの部分が容易に外向きに曲げ変形し、該切り欠
きの不在下では上記集合体と上記第２ビームとの熱膨張
差により生起され得る上記嵌合部での第１／第２支持ビ
ーム端部間の離間を防止し、ろう付け実行中に嵌合を維
持させ得るようにしたことを特徴とする。

【００１０】また上記の目的を達成するために本発明の
熱交換器の製造方法は、熱交換器のコア部分を形成する
ための処理操作が、下記工程〔１〕〜〔５〕： 〔１〕 第１の伝熱流体を通す導管と、外囲環境を流れ
る第２の伝熱流体への該導管の実効伝熱面を拡張するた
めの波板状フィンとを互いに長手軸を平行にして接触さ
せ交互に多数配列し、両側の最外列が該波板状フィンで
ある管／フィン配列体とし、更に両側の最外列フィンの
外側に長手軸を平行にして接触させそれぞれ第１の支持
ビームを配置することにより、実質的に拘束が無く、上
記交互配列進行方向に沿った横方向の幅が最終的な製品
幅よりも大きく広がった集合体を形成する工程、 〔２〕 上記集合体の縦方向両端部において上記導管の
上下端部をそれぞれ上下の第２の支持ビームの貫通孔に
挿入し且つ左右の第１支持ビームの上下端部をそれぞれ
上下の第２支持ビームの端部に嵌合させることにより、
該集合体の縦方向両端部は該第２支持ビームにより拘束
されて上記最終製品幅に維持され、該拘束作用の弱い該
集合体縦方向中間部は上記管／フィン配列体の剛性に応
じた弾性変形により外向きに張り出して湾曲した形の組
付体を形成する工程、 〔３〕 少なくとも１本の強固な線材から成る線材群を
上記第１支持ビームの長手軸中間部に係合させ上記集合
体の縦方向中間部に巻き付けてこれを上記配列方向に締
め付けた状態に保持する工程、 〔４〕 上記締め付けを行う工程〔３〕の直前に、また
は該工程〔３〕より後且つ下記ろう付け用加熱を行う工
程〔５〕より前に、上記締め付け線材群の最外部にある
線材の上記係合位置を含めそこから上下の上記第２支持
ビームとの嵌合部直近までの間の上記第１支持ビーム側
部領域のそれぞれに切り欠きを開口させることにより、
下記工程〔５〕でのろう付け温度において左右の第１支
持ビームがその間に挟まれた上記管／フィン配列体の張
り出し力により上記切り欠きを支点としてそれより端部
寄りの第１支持ビーム領域が容易に曲げ変形できるよう
に、第１支持ビームの剛性を低下させる工程、および 〔５〕 前記締め付けられた組付体をろう付け温度に加
熱し、第１支持ビームの最外部切り欠きから端部までの
部分に該切り欠きを支点とする外向きの曲げ変形を誘起
することにより、該切り欠きの不在下では上記線材群と
上記第２ビームとの熱膨張差により生起され得る上記嵌
合部での第１／第２支持ビーム端部間の離間を防止して
嵌合を維持させながら、隣接する導管とフィンとの接触
部、最外列フィンと第１支持ビームとの接触部、および
第１支持ビーム両端と第２支持ビーム両端の嵌合部のろ
う付けを行うことにより、熱交換器コアを一体構造とし
て形成する工程を含むことを特徴とする。

【００１１】

【作用】本発明においては、締め付け線材群の最外部に
ある線材の係合位置を含めそこから上下の第２支持ビー
ム（コアプレート）との嵌合部直近までの間の第１支持
ビーム（インサート）側部領域のそれぞれに切り欠きを
開口させた状態でろう付け加熱を行い、左右の第１支持
ビームがその間に挟まれた管／フィン配列体の張り出し
力により、第１支持ビームの最外部切り欠きから端部ま
での部分に該切り欠きを支点とする外向きの曲げ変形を
誘起することにより、該切り欠きの不在下では上記線材
群と上記第２ビームとの熱膨張差により生起され得る上
記嵌合部での第１／第２支持ビーム端部間の離間を防止
して嵌合を維持させるので、嵌合部での密着を確保しろ
う切れ発生を防止して安定にろう付けを行うことができ
る。

【００１２】一方、切り欠きを開口させる時期は、締め
付けを行う直前に、または締め付け後ろう付け用加熱を
行う前にしたので、締め付け無しにフィンをコア（組付
体）自体で保持すべき時期には第１支持ビームの剛性を
高いまま維持できる。以下に、実施例により本発明を更
に詳細に説明する。

【００１３】

【実施例】本発明に従って熱交換器のコアを形成する手
順の一例を説明する。工程１ 図１に示したように、第１の伝熱流体を通す導管である
アルミニウム製チューブ１と、外囲環境を流れる第２の
伝熱流体へのチューブ１の実効伝熱面を拡張するための
アルミニウム製波板状フィン２とを互いに長手軸を平行
にして接触させ交互に多数配列し、両側の最外列が波板
状フィン２である管／フィン配列体２０とし、更に両側
の最外列フィン２の外側に長手軸を平行にして接触させ
それぞれ第１の支持ビームであるアルミニウム製インサ
ート３を配置することにより、実質的に拘束が無く、交
互配列進行方向に沿った横方向（矢印Ｄ１）の幅Ｗが最
終的な製品幅Ｗ０（図２参照）よりも大きく広がった集
合体３０を形成する。

【００１４】工程２ 集合体３０の縦方向（矢印Ｄ２）両端部Ｅにおいてチュ
ーブ１の上下端部１Ｅを、図２に示したようにそれぞれ
上下の第２の支持ビームであるアルミニウム製コアプレ
ート４の貫通孔（図示せず）に挿入し且つ左右のインサ
ートの上下端部３Ｅをそれぞれ上下のコアプレート４の
端部４ｅに嵌合させることにより、集合体３０の縦方向
両端部Ｅはコアプレート４により拘束されて最終製品幅
Ｗ０に維持され、この拘束作用の弱い該集合体３０縦方
向中間部３０Ｍは管／フィン配列体２０の剛性に応じた
弾性変形により外向きに張り出して湾曲した形の組付体
４０を形成する。

【００１５】工程３ 次工程の締め付けを行う直前に、締め付けに用いる２本
の鋼製ワイヤー治具５（図３参照）から成る線材群５Ｇ
がインサート３に係合する位置にそれぞれ切り欠き７を
開口させる。この切り欠き７の開口は、図４に示したよ
うに、予めインサート３に穴８を開けておき、それを取
り囲む領域の一部に切り込み９を入れることにより行う
ことができる。

【００１６】工程４ 図３に示したように、２本の鋼製ワイヤー治具５を左右
のインサート３の切り欠き７に係合させ、集合体３０の
縦方向中間部３０Ｍに巻き付けて、これを配列方向Ｄ１
に締め付けた状態に保持する。工程５ 締め付けられた組付体４０をろう付け温度に加熱する
と、インサート３の切り欠き７から端部３Ｅまでの部分
に、切り欠き７を支点とする外向きの曲げ変形が生ず
る。この曲げ変形により、切り欠き７の不在下では鋼製
のワイヤー治具５とアルミニウム製のコアプレート４と
の熱膨張差（前者の方が後者よりも相対的に熱膨張が小
さい）により生起され得る嵌合部でのインサート３／コ
アプレート４端部間のクリアランス６（図８）の発生を
防止して密着嵌合を維持される。そして、隣接するチュ
ーブ１とフィン２との接触部、最外列フィン２とインサ
ート３との接触部、およびインサート３の両端３Ｅとコ
アプレート４の両端の嵌合部でのろう付けがなされ、熱
交換器コアが一体構造として形成される。

【００１７】図５を参照して、インサート３に切り欠き
７を設けたことによりインサート３／コアプレート４間
の密着がろう付け実行中に確保される機構を説明する。
ろう付け温度下では、相対的に熱膨張が小さい鋼製のワ
イヤー治具５の方が内方への変位（矢印Ｘ１）を誘起
し、これに対して相対的に熱膨張が大きいアルミニウム
製のコアプレート４は逆に外方への変位（矢印Ｘ２）を
誘起する。この熱膨張差（Ｘ２−Ｘ１）により従来は図
８のようなクリアランス６が発生していた。本発明で
は、切り欠き７の導入によりインサート３の剛性が低下
し、ろう付け温度において左右のインサート３に挟まれ
た管／フィン配列体２０の張り出し力Ｆにより、切り欠
き７を支点としてそれより端部寄りのインサート領域が
外方へ容易に曲げ変形して熱膨張差（Ｘ２−Ｘ１）を相
殺することにより、クリアランス６が発生しない。

【００１８】本実施例においては、切り欠き７をワイヤ
ー治具５の係合位置に設けたが、本発明の切り欠き位置
はこれに限定する必要はなく、図６に示すように係合位
置よりも端部寄りの領域内に設けても同様の効果が得ら
れる。このようにすると、ワイヤー巻き後に切り欠きを
入れることができるので、組付体４０の安定性が増す利
点がある。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の熱交換器
およびその製造方法によれば、コア構造特にインサート
とコアプレートとの接合部の形状を簡潔にしながら、ろ
う付け時の熱膨張差に起因する両者間の離間発生を防止
して密着状態を維持し、安定したろう付け性を確保でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】チューブ、フィンおよびインサートを所定位置
に配置した集合体を示す正面図である。

【図２】図１の集合体の上下端をコアプレートに取り付
けた組付体を示す正面図である。

【図３】インサートに本発明の切り欠きを開口させた
後、図２の組付体をワイヤー治具で締め付けた状態の一
例を示す正面図である。

【図４】インサートに本発明の切り欠きを開口させる方
法の例を示す正面図である。

【図５】ろう付け温度下で、本発明によりインサート／
コアプレート間の密着を確保する原理を示す正面図であ
る。

【図６】図２の組付体をワイヤー治具で締め付けた後、
インサートに本発明の切り欠きを開口させた例を示す正
面図である。

【図７】インサートとコアプレートとの嵌合部を拡大し
て示す正面図である。

【図８】従来、ろう付け温度下でインサート／コアプレ
ート間に発生していた離間（クリアランス）を示す正面
図である。

【符号の説明】

１…導管あるいはチューブ ２…波板状のフィン ３…第１支持ビームあるいはインサート ４…第２支持ビームあるいはコアプレート ５…線材あるいはワイヤー治具 ６…離間あるいはクリアランス ７…切り欠き ２０…管／フィン配列体 ３０…集合体 ４０…組付体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−150697（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−13186（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F28F 9/00 - 9/26 B23K 1/00 330

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の伝熱流体を通す導管(1) と、外囲
   環境を流れる第２の伝熱流体への該導管(1) の実効伝熱
   面を拡張するための波板状フィン(2) とが互いに長手軸
   を平行にして交互に多数配列され、両側の最外列は該波
   板状フィン(2) であり、隣接する導管(1) とフィン(2)
   とが側面でろう付け接合された管／フィン配列体(20)
   が、両側の最外列フィンの外側に長手軸を平行にして配
   置された第１の支持ビーム(3) と側面でろう付け接合さ
   れて成る集合体(30)、および上記集合体(30)の縦方向両
   端部(E) において上記導管(1) の上下端部(1E)がそれぞ
   れ挿入された貫通孔と、且つ左右の第１支持ビームの上
   下端部(3E)とそれぞれ嵌合し且つろう付け接合された端
   部(4e)とを有する上下の第２の支持ビーム(4) 、 から成るコアを有し、 上記第１支持ビーム(3) は、長手方向中間部から上記嵌
   合した上下の嵌合部までの間の領域それぞれに切り欠き
   (7) が設けてあり、上記集合体(30)を縦方向中間部で強
   固な線材群(5G)で巻き締めた状態で上記ろう付けのため
   に加熱した際に上記管／フィン配列体(20)からの弾性張
   り出し力により該切り欠き(7) を支点として第１支持ビ
   ーム(3) の切り欠き(7) より端部寄りの部分が容易に外
   向きに曲げ変形し、該切り欠き(7) の不在下では上記集
   合体(30)と上記第２ビーム(4) との熱膨張差により生起
   され得る上記嵌合部での第１／第２支持ビーム端部間の
   離間(6) を防止し、ろう付け実行中に嵌合を維持させ得
   るようにしたことを特徴とする熱交換器。
2. 【請求項２】 熱交換器のコア部分を形成するための処
   理操作が、下記工程〔１〕〜〔５〕： 〔１〕 第１の伝熱流体を通す導管(1) と、外囲環境を
   流れる第２の伝熱流体への該導管(1) の実効伝熱面を拡
   張するための波板状フィン(2) とを互いに長手軸を平行
   にして接触させ交互に多数配列し、両側の最外列が該波
   板状フィン(2)である管／フィン配列体(20)とし、更に
   両側の最外列フィン(2) の外側に長手軸を平行にして接
   触させそれぞれ第１の支持ビーム(3) を配置することに
   より、実質的に拘束が無く、上記交互配列進行方向に沿
   った横方向(D1)の幅(W) が最終的な製品幅(W0)よりも大
   きく広がった集合体(30)を形成する工程、 〔２〕 上記集合体(30)の縦方向両端部において上記導
   管(1) の上下端部(1E)をそれぞれ上下の第２の支持ビー
   ム(4) の貫通孔に挿入し且つ左右の第１支持ビーム(3)
   の上下端部(3E)をそれぞれ上下の第２支持ビーム(4) の
   端部(4e)に嵌合させることにより、該集合体(30)の縦方
   向(D2)両端部(E) は該第２支持ビーム(4) により拘束さ
   れて上記最終製品幅(W0)に維持され、該拘束作用の弱い
   該集合体縦方向中間部(30M) は上記管／フィン配列体(2
   0)の剛性に応じた弾性変形により外向きに張り出して湾
   曲した形の組付体(40)を形成する工程、 〔３〕 少なくとも１本の強固な線材(5) から成る線材
   群(5G)を上記第１支持ビーム(3) の長手軸中間部に係合
   させ上記集合体(30)の縦方向中間部(30M) に巻き付けて
   これを上記配列方向(D1)に締め付けた状態に保持する工
   程、 〔４〕 上記締め付けを行う工程〔３〕の直前に、また
   は該工程〔３〕より後且つ下記ろう付け用加熱を行う工
   程〔５〕より前に、上記締め付け線材群(5G)の最外部に
   ある線材(5) の上記係合位置を含めそこから上下の上記
   第２支持ビーム(4) との嵌合部直近までの間の上記第１
   支持ビーム(3) 側部領域のそれぞれに切り欠き(7) を開
   口させることにより、下記工程〔５〕でのろう付け温度
   において左右の第１支持ビーム(3) がその間に挟まれた
   上記管／フィン配列体(20)の張り出し力により上記切り
   欠き(7) を支点としてそれより端部寄りの第１支持ビー
   ム(3) 領域が容易に曲げ変形できるように、第１支持ビ
   ーム(3) の剛性を低下させる工程、および 〔５〕 前記締め付けられた組付体(40)をろう付け温度
   に加熱し、第１支持ビーム(3) の最外部切り欠き(7) か
   ら端部(3E)までの部分に該切り欠き(7) を支点とする外
   向きの曲げ変形を誘起することにより、該切り欠き(7)
   の不在下では上記線材群(5G)と上記第２ビーム(4) との
   熱膨張差により生起され得る上記嵌合部での第１／第２
   支持ビーム端部間の離間(6) を防止して嵌合を維持させ
   ながら、隣接する導管(1) とフィン(2) との接触部、最
   外列フィン(2) と第１支持ビーム(3) との接触部、およ
   び第１支持ビーム(3) 両端(3E)と第２支持ビーム(4) 両
   端(4e)の嵌合部のろう付けを行うことにより、熱交換器
   コアを一体構造として形成する工程を含むことを特徴と
   する熱交換器の製造方法。