JP4492452B2 - ろう接用ワイヤおよびこれを用いた熱交換器のろう接方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器用のチューブ、フィン等を交互に積層してコア部を組付けた後に、その組付け状態を保持して、上記チューブ、フィン等を一体的にろう接するために使用されるろう接用ワイヤおよびこれを用いた熱交換器のろう接方法に関するものである。

従来、熱交換器のコア部を製造する際の技術として、例えば特許文献１に示されるように、ワイヤ（ワイヤ治具）が用いられたものが知られている。即ち、ワイヤは、コア部を形成する各部材（チューブ、フィン、インサート、プレートコア）のうち、チューブ、フィン、インサートから成る部位において、それら部材の積層方向に巻き付けられて、コア部の組立て状態を保持するものであって、組立てされた各部材を一体的にろう付けする際に使用される。
特開平６−２０１２８８号公報

しかしながら、熱交換器のコア部においては、通常コンパクト性を確保するために、外部流体（冷却空気等）が流通する方向の寸法は、チューブ、フィン、サイドプレート共に同一に設定されるものであるため、組付け時に巻き付けられたワイヤは、チューブの端部（コア部の表面側の端部）に接触する形となる。よって、ろう付けを実施した際にワイヤがチューブの端部に張り付いてしまい（ろう付けされてしまい）、ろう付け後ワイヤを取り外す時にチューブが破れてしまう（穴あきが発生する）という問題があった。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、コア部のろう接時にチューブとの張り付きを防止可能とするろう接用ワイヤおよびこれを用いた熱交換器のろう接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、以下の技術的手段を採用する。

請求項１に記載の発明では、線部材（１０ａ）から成り、複数のチューブ（１１１）およびフィン（１１２）が交互に積層された熱交換器用コア部（１００）の組立て体（１１０）に巻き付けられて、組立て体（１１０）を一体的にろう接する際に、その組立て状態を保持するろう接用ワイヤであって、線部材（１０ａ）の表面には酸化皮膜層（１０ｂ）が形成されており、酸化皮膜層（１０ｂ）は、線部材（１０ａ）を大気中で焼鈍させて材質を軟化させる大気焼鈍によって形成されていることを特徴としている。

これにより、組立て体（１１０）にろう接用ワイヤ（１０）が巻き付けられた時に、ろう接用ワイヤ（１０）がチューブ（１１１）と接触しても、表面の酸化皮膜層（１０ｂ）によって接触部にろう接材がまわるのを防止でき、ろう接用ワイヤ（１０）とチューブ（１１１）とがろう接されることを防止できる。よってろう接後、ろう接用ワイヤ（１０）を取り外す際のチューブ（１１１）の破れ（穴あき）を無くすことができる。

請求項２に記載の発明では、酸化皮膜層（１０ｂ）の表面には、ろう接時の温度に至るまでに揮発される防錆材（１０ｃ）が塗布されたことを特徴としている。

これにより、使用前段階でのろう接用ワイヤ（１０）が腐食するのを防止できる。尚、ろう接が行われる際には防錆材（１０ｃ）は、すでに揮発されることになるので、ろう接への影響を与えることが無い。

請求項３に記載の発明では、熱交換器のろう接方法に関するものであり、複数のチューブ（１１１）およびフィン（１１２）を交互に積層し、チューブ（１１１）およびフィン（１１２）の積層方向の最外方フィン（１１２）の更に外方に一対のサイドプレート（１１３）を配置して熱交換器用コア部（１００）の組立て体（１１０）とし、組立て体（１１０）に請求項１または請求項２に記載のろう接用ワイヤ（１０）を巻き付けて、炉内に投入して組立て体（１１０）を一体的にろう接することを特徴としている。

これにより、請求項１または請求項２に記載の発明と同一の効果を有する熱交換器のろう接方法とすることができる。

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。

（第１実施形態）
本発明における第１実施形態を図１〜図３に示す。第１実施形態は、本発明のろう接用ワイヤおよびこれを用いた熱交換器のろう接方法を、自動車用の樹脂タンクラジエータを構成する熱交換器用コア部（以下、コア部）１００に適用したものとしている。尚、このコア部１００を構成する各部材（以下で詳細説明）は、アルミニウムあるいはアルミニウム合金より成り、予め表面にクラッド（被覆）されたろう材によって、互いにろう付け（ろう接）されるものとしている。

コア部１００は、図１に示すように、車両エンジンから流出する冷却水を冷却する熱交換部であり、チューブ１１１、フィン１１２、サイドプレート１１３およびコアプレート１１４から成る。

チューブ１１１は、内部を冷却水が流通する管部材であり、薄肉の帯板材から長手方向に直交する断面が扁平な長円に成るように折り曲げられ、端部同士が溶接されて形成されている。

フィン１１２は、冷却水の熱を自身の外部を流通する冷却空気側に効率的に放熱する放熱部材であり、薄肉の帯板材からチューブ１１１の長手方向（図１の上下方向）に波状に成形されている。

複数のチューブ１１１およびフィン１１２は、交互に積層され、積層されたフィン１１２のうち、最外方に位置するフィン１１２の更に外方には、プレス加工により形成されて、補強部材を成す一対のサイドプレート１１３が配設されている。

サイドプレート１１３の長手方向に直交する断面は、チューブ積層方向の外方に開口するコの字状を成している。そして、サイドプレート１１３の外方端部には、長手方向に略等間隔と成るように複数（ここでは、４つ）の切欠き部１１３ａが設けられている。一方のサイドプレート１１３の切欠き部１１３ａと、対向する側のサイドプレート１１３の切欠き部１１３ａとは、互いに同一の位置となるように設定されている。

尚、チューブ１１１、フィン１１２、サイドプレート１１３の冷却空気流れ方向（図１の紙面に垂直方向）の寸法は、それぞれ同一となるように設定されている。

また、コアプレート１１４は、図示しない樹脂製のアッパタンク、ロウアタンクの開口側が嵌合する環状の溝部を外周側に有する板状部材としており、平板材のプレス加工によって形成されている。コアプレート１１４のチューブ１１１の長手方向端部（以下、チューブ長手端部）に対応する位置には、タンク内部側に張り出すようにバーリング部が形成されたチューブ孔が複数設けられており、チューブ長手端部が嵌入、口拡され、上記したチューブ１１１、フィン１１２、サイドプレート１１３、コアプレート１１４は互いに当接する部位でろう付けされている。

尚、チューブ１１１の表面には、予めろう材がクラッドされており、チューブ１１１とフィン１１２は、上記ろう材により互いにろう付けされている。また、サイドプレート１１３は、フィン１１２側の面に予めろう材がクラッドされており、最外方のフィン１１２は、このろう材によりサイドプレート１１３にろう付けされている。また、コアプレート１１４は、その表裏両面に予めろう材がクラッドされており、チューブ１１１とコアプレート１１４は、互いに当接する部位（チューブ孔）で、チューブ１１１およびコアプレート１１４にクラッドされたろう材により、ろう付けされている。更に、サイドプレート１１３の長手方向両端部は、コアプレート１１４にクラッドされたろう材によりコアプレート１１４にろう付けされている。

このように形成されるコア部１００のコアプレート１１４には、図示しない樹脂製のアッパタンクおよびロウアタンクが、シール部材としてのパッキンを介在して接合され、ラジエータとして使用される。車両エンジンから流出される冷却水は、ラジエータのアッパタンクから流入し、複数のチューブ１１１内を流通する間に冷却空気との熱交換により冷却される。この時フィン１１２によってこの熱交換が促進される。そして、冷却水はロウアタンクから流出して、車両エンジンに戻る。

次に、上記コア部１００の製造方法ついて説明する。まず、図示しない積層治具をガイドにして、一番下側にサイドプレート１１３をコの字状断面の開口側が下になるようにセットし、その上側にフィン１１２、チューブ１１１、フィン１１２の順に交互に所定枚数だけ積層していき、最上段のフィン１１２の更に上側にもう一つのサイドプレート１１３をコの字状断面の開口側が上になるようにセットする。

そして、コアプレート１１４のチューブ孔にチューブ長手端部を嵌入し、図示しないプレス機によってコアプレート１１４を打ち込み、コアプレート１１４から突出するチューブ長手端部側から口拡冶具を挿入してチューブ１１１を口拡することで、チューブ１１１とチューブ孔とを密着させる。以上の組付けにより、コア部１００の組立て体１１０が形成される。

そして、図２に示すように、上記組立て体１１０に保持治具としてのワイヤ（本発明におけるろう接用ワイヤに対応）１０を巻き付けることで、組立て体１１０の組立て状態を保持すると共に、両サイドプレート１１３側からチューブ積層方向の内方に所定の圧縮力が付加されるようにする。このワイヤ１０の巻き付けは、サイドプレート１１３に設けた切欠き部１１３ａを通るようにワイヤ１０を巻回して、ワイヤ１０の端部同士をねじり合わせて結束することで行う。

ここで、本発明ではこのワイヤ１０に特長を持たせており、以下その詳細について説明する。

ワイヤ１０は、軟鋼線材から成る線部材（１０ａ）であり、所定の外径に伸線加工された後に、焼鈍（焼きなまし）され、更に防錆材浸漬されて形成されている。伸線加工時には、湿式潤滑材に粉末潤滑材が混合されたものが潤滑材として使用される。

また、焼鈍はワイヤ１０の材質を軟化させることで、ワイヤ１０を組立て体１１０に巻回した後に、ねじり合わせて結束する際の加工性を向上させる（ねじりによってちぎれないようにする）ために行うものであり、ここでは大気焼鈍としている。大気焼鈍は、ワイヤ１０（線部材１０ａ）を約４時間で７２０℃まで昇温し、この温度で約３時間保持した後、約４時間で降温して行う。そして、この大気焼鈍の際に、図３に示すように、ワイヤ１０の線部材１０ａの表面に酸化皮膜層（大気中の酸素と鉄とが反応して形成される酸化鉄の膜）１０ｂが形成されるようにしている。

防錆材浸漬は、このワイヤ１０が実際に組立て体１１０の巻回のために使用されるまでの間に、表面に錆が発生するのを防止するためのものであり、ワイヤ１０を防錆材中に浸漬することで、ワイヤ１０の表面（上記酸化皮膜層１０ｂの表面）に防錆材１０ｃを施す。この防錆材１０ｃは、組付け体１１０をろう付けする際のろう付け温度以下で揮発するものとしている。

尚、上記大気焼鈍を行うことで、伸線加工時に使用された潤滑材が炭化してワイヤ１０の表面に残るので、上記防錆材浸漬を完了した後に、この表面の炭化物をブラッシングにより除去するようにしている。

そして、上記ワイヤ１０によって保持された組立て体１１０の脱脂、フラックス塗布を行った後に、ろう付け炉内に投入して、チューブ１１１、フィン１１２、サイドプレート１１３、コアプレート１１４を一体的にろう付けする。

更に、ろう付けされたコア部１００がろう付け炉から排出された後に、ワイヤ１０を切断して取り除き、コア部１００の製造を完了する。

以上のように、本発明においては、組立て体１１０の保持のために、線部材１０ａの表面に酸化皮膜層１０ｂの形成されたワイヤ１０を使用しているので、ワイヤ１０がチューブ１１１と接触しても、表面の酸化皮膜層１０ｂによって接触部にろう材がまわるのを防止でき、ろう付けの際にワイヤ１０とチューブ１１１とがろう付けされることを防止できる。よってろう付け後、ワイヤ１０を取り外す際のチューブ１１１の破れ（穴あき）を無くすことができる。

また、ワイヤ１０の酸化皮膜層１０ｂの表面には、ろう付け時の温度に至るまでに揮発する防錆材１０ｃが塗布されるようにしているので、使用前段階でのワイヤ１０が腐食するのを防止できる。尚、ろう付けが行われる際には防錆材１０ｃは、すでに揮発されることになるので、ろう付けへの影響を与えることが無い。

（その他の実施形態）
上記第１実施形態のワイヤ１０においては、焼鈍によって線部材１０ａの表面に酸化皮膜層１０ｂを形成した後に、防錆材１０ｃを塗布するようにしたが、ワイヤ１０が使用されるまでの時間（日数）や、使用される環境条件等によっては、防錆材１０ｃを廃止するようにしても良い。

また、ワイヤ１０を使用する対象として、自動車用ラジエータのコア部１００の組立て体１１０として説明したが、これに限らず、他のコンデンサ、ヒータコア、インタークーラ等を構成するコア部の組立て体に適用しても良い。尚、コア部１００を構成する部材の材質はアルミニウム系材に限らず、銅系等他の材質としても良い。

また、ワイヤ１０使用の対象となる組立て体１１０は、タンクをコア部１１０の構成部材と同種の金属タンクとして、コア部１００にタンクが嵌合された状態の組立て体としたものとしても良い。

熱交換器用コア部の外観を示す正面図である。 熱交換器用コア部の組立て体にワイヤを巻き付けた状態を示す正面図である。 ワイヤを示す断面図である。

符号の説明

１０ ワイヤ
１０ａ 線部材
１０ｂ 酸化皮膜層
１０ｃ 防錆材
１００ 熱交換器用コア部
１１０ 組立て体
１１１ チューブ
１１２ フィン
１１３ サイドプレート

Claims (3)

1. 線部材（１０ａ）から成り、複数のチューブ（１１１）およびフィン（１１２）が交互に積層された熱交換器用コア部（１００）の組立て体（１１０）に巻き付けられて、前記組立て体（１１０）を一体的にろう接する際に、その組立て状態を保持するろう接用ワイヤであって、
   前記線部材（１０ａ）の表面には酸化皮膜層（１０ｂ）が形成されており、
   前記酸化皮膜層（１０ｂ）は、前記線部材（１０ａ）を大気中で焼鈍させて材質を軟化させる大気焼鈍によって形成されていることを特徴とするろう接用ワイヤ。
2. 前記酸化皮膜層（１０ｂ）の表面には、前記ろう接時の温度に至るまでに揮発される防錆材（１０ｃ）が塗布されたことを特徴とする請求項１に記載のろう接用ワイヤ。
3. 複数のチューブ（１１１）およびフィン（１１２）を交互に積層し、
   前記チューブ（１１１）およびフィン（１１２）の積層方向の最外方フィン（１１２）の更に外方に一対のサイドプレート（１１３）を配置して熱交換器用コア部（１００）の組立て体（１１０）とし、
   前記組立て体（１１０）に請求項１または請求項２に記載の前記ろう接用ワイヤ（１０）を巻き付けて、
   炉内に投入して前記組立て体（１１０）を一体的にろう接することを特徴とする熱交換器のろう接方法。

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