JP5033366B2 - 扁平管の製造方法および扁平管半製品の製造装置 - Google Patents

Description

この発明は、たとえば車両のカーエアコンに組み込まれるヒータコアとして好適に用いられる熱交換器の扁平管を製造する扁平管の製造方法および扁平管半製品の製造装置に関する。

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。

エンジン冷却用の温水を用いて車室内を暖房するカーエアコン用ヒータコアとしては、互いに間隔をおいて配置された１対のヘッダタンクと、両ヘッダタンク間に、幅方向が通風方向を向くようにヘッダタンクの長さ方向に間隔をおいて配置され、かつ両端部が両ヘッダタンクに接続された複数の扁平管と、隣り合う扁平管どうしの間に配置されたコルゲートフィンとを備えた熱交換器が広く用いられている。

従来、このような熱交換器の扁平管としては、たとえば互いに対向する１対の平坦壁と、両平坦壁の両側縁どうしに跨る２つの側壁と、両平坦壁の幅方向の中間部どうしに跨る補強壁とを備えたものが用いられている（特許文献１参照）。

特許文献１記載の扁平管は、一方の平坦壁を形成する１つの第１平坦壁形成部、第１平坦壁形成部の両側縁に設けられかつ側壁を形成する２つの側壁形成部、両側壁形成部における第１平坦壁形成部とは反対側の側縁に設けられかつ他方の平坦壁を形成する２つの第２平坦壁形成部、および両第２平坦壁形成部における側壁形成部とは反対側の側縁に設けられかつ補強壁を形成する２つの補強壁形成部を有し、かつ片面にろう材層を有する１枚の金属素板を用意し、金属素板の両補強壁形成部を第２平坦壁形成部に対して同方向に曲げて補強壁用凸条を形成した後、両第２平坦壁形成部が第１平坦壁形成部に対して平行となるように、金属素板を両側壁形成部において曲げることにより、いずれか一方の補強壁用凸条を第１平坦壁形成部の内面に当接させるとともに、両補強壁用凸条どうしを係合させて折り曲げ体をつくり、ついで折り曲げ体を予め決められた長さに切断して扁平管半製品を形成し、その後少なくともいずれか一方の補強壁用凸条と第１平坦壁形成部および両補強壁用凸条どうしを、金属素板のろう材層を利用してろう付し、第１平坦壁形成部と両第２平坦壁形成部とにより１対の平坦壁を形成し、両側壁形成部により両側壁を形成し、さらに両補強壁用凸条により補強壁を形成することを含む方法により製造される。

ところで、特許文献１記載の方法で扁平管を製造する際には、金属素板の第１平坦壁形成部内面におけるいずれか一方の補強壁用凸条が当接する部分に、フラックスを塗布する必要がある。フラックスは、通常、粉末状のものを水に懸濁させてなるフラックス懸濁液の状態で塗布されるが、この場合、フラックス懸濁液が垂れ流れることにより、不要な部分にも付着するという問題がある。

そこで、このような問題を改善したフラックスの塗布方法として、金属部材を加熱した後、フラックス懸濁液を散布する方法が提案されている（特許文献２参照）。

しかしながら、この方法でも、規定された塗布範囲および塗布量となるようにフラックスを正確に塗布することが困難であった。特に、特許文献１記載の扁平管の製造の際に、特許文献２記載の方法でフラックスを塗布した場合、過剰なフラックスが塗布されるとろう付後にフラックスが内部異物となるため、内部異物の量が多くなって流通抵抗が増大し、熱交換器用の扁平管としての性能が低下するという問題がある。
特許第３４１４３５４号公報 特開２００１−２５９５２２号公報

この発明の目的は、上記問題を解決し、規定された塗布範囲および塗布量となるようにフラックスを比較的正確に塗布しうるフラックスの塗布方法、扁平管の製造方法および扁平管半製品の製造装置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)互いに対向する１対の平坦壁と、両平坦壁の両側縁どうしに跨る２つの側壁と、両平坦壁の幅方向の中間部どうしに跨る補強壁とを備えた熱交換器用扁平管を製造する方法であって、一方の平坦壁を形成する１つの第１平坦壁形成部、第１平坦壁形成部の両側縁に設けられかつ側壁を形成する２つの側壁形成部、両側壁形成部における第１平坦壁形成部とは反対側の側縁に設けられかつ他方の平坦壁を形成する２つの第２平坦壁形成部、および両第２平坦壁形成部における側壁形成部とは反対側の側縁に設けられかつ補強壁を形成する２つの補強壁形成部を有する１枚の金属素板を用意し、金属素板の両補強壁形成部を第２平坦壁形成部に対して同方向に曲げて補強壁用凸条を形成した後、両第２平坦壁形成部が第１平坦壁形成部に対して平行となるように、金属素板を両側壁形成部において曲げることにより、両補強壁用凸条を第１平坦壁形成部の内面に当接させるとともに、両補強壁用凸条どうしを係合させて折り曲げ体をつくり、折り曲げ体の状態において、補強壁用凸条が第２平坦壁形成部と直角をなす平板状であり、両補強壁用凸条の先端に、それぞれ補強壁用凸条と直角をなす屈曲部が形成されており、補強壁用凸条どうしが密着させられているとともに、両屈曲部が第１平坦壁形成部の内面に密着させられており、ついで折り曲げ体を予め決められた長さに切断して扁平管半製品を形成した後両補強壁用凸条と第１平坦壁形成部および両補強壁用凸条どうしをろう付し、第１平坦壁形成部と両第２平坦壁形成部とにより１対の平坦壁を形成し、両側壁形成部により両側壁を形成し、さらに両補強壁用凸条により補強壁を形成することを含む扁平管の製造方法において、
金属素板から折り曲げ体を得るまでの間に、金属素板を加熱し、加熱された金属素板の第１平坦壁形成部の内面における補強壁用凸条をろう付する部分に、ロールコータによりフラックス懸濁液を塗布し、金属素板の有する熱によりフラックス懸濁液の液状成分を気化させることを特徴とする扁平管の製造方法。

2)フラックス懸濁液の濃度が１０〜２０質量％である上記1)記載の扁平管の製造方法。

3)金属素板の加熱を、金属素板の実体温度が１５０℃以上となるように行う上記1)または2)記載の扁平管の製造方法。

4)金属素板の補強壁形成部の先端部を、金属素板と直角をなすように同方向に曲げて屈曲部を形成しておき、その後両補強壁形成部を第２平坦壁形成部に対して同方向に曲げて補強壁用凸条を形成する上記1)〜3)のうちのいずれかに記載の扁平管の製造方法。

5)金属素板が、片面にろう材層を有するアルミニウムブレージングシートからなり、ろう材層を持たない面にフラックス懸濁液を塗布する上記1)〜4)のうちのいずれかに記載の扁平管の製造方法。

6)扁平管半製品における少なくともいずれか一方の補強壁用凸条と第１平坦壁形成部とのろう付および両補強壁用凸条どうしのろう付を、熱交換器の製造の際の熱交換器形成部品のろう付と同時に行う上記1)〜5)のうちのいずれかに記載の扁平管の製造方法。

上記1)〜6)の扁平管の製造方法によれば、金属素板の第１平坦壁形成部の内面に、規定された塗布範囲および塗布量となるようにフラックスを正確に塗布することができる。したがって、その後のろう付によって製造された扁平管においては、内部異物の量が少なくなって流通抵抗が低減し、熱交換器用の扁平管としての性能低下を抑制することができる。しかも、製造された扁平管の内部清浄度を向上させることができる。

上記2)および3)の扁平管の製造方法によれば、ろう付に好適なフラックス懸濁液の濃度に応じて、金属素板の実体温度をコントロールすることにより、フラックス懸濁液の液状成分の気化を調節することができる。

以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。この実施形態は、この発明による扁平管の製造方法を、カーエアコンのヒータコアに用いられる扁平管の製造に適用したものである。

なお、図１および図２に関するヒータコアの説明において、図１の上下、左右を上下、左右といものとし、図１の紙面裏側（図２の上側）を前、これと反対側を後というものとする。

図１はこの発明による熱交換器を適用したカーエアコン用ヒータコアの全体構成を示し、図２は要部の構成を示す。

図１において、ヒータコア(1)は、上下方向に間隔をおいて配置されかつ左右方向に長いアルミニウム製上ヘッダタンク(2)および下ヘッダタンク(3)と、上下両ヘッダタンク(2)(3)間に設けられた熱交換コア部(4)とを備えており、上下両ヘッダタンク(2)(3)の左端部が熱交換コア部(4)よりも左方に突出させられ、上ヘッダタンク(2)の左方突出部に出口パイプ(5)が、下ヘッダタンク(3)の左方突出部に入口パイプ(6)がそれぞれ接続されている。

上ヘッダタンク(2)は、下方が開口した左右方向に長い直方体状の箱形タンク本体(10A)と、タンク本体(10A)の開口端部にろう付されかつタンク本体(10A)の開口を閉鎖するヘッダプレート(10B)とよりなる。タンク本体(10A)は、片面にろう材層を有するアルミニウムブレージングシートからなる金属素板を、ろう材層が外面側に来るように折り曲げて必要箇所をろう付することにより形成され、ヘッダプレート(10B)は、片面にろう材層を有するアルミニウムブレージングシートからなる金属素板を、ろう材層が外面側に来るように折り曲げて必要箇所をタンク本体(10A)にろう付することにより形成されている。下ヘッダタンク(3)は上ヘッダタンク(2)を上下逆向きにしたものであり、同一物および同一部分には同一符号を付す。

熱交換コア部(4)は、幅方向が前後方向（通風方向）を向くように左右方向に間隔をおいて配置され、かつ上下両端部が上下両ヘッダタンク(2)(3)に接続された複数のアルミニウム製扁平管(7)と、隣り合う扁平管(7)どうしの間および左右両端の扁平管(7)の外側に配置されて扁平管(7)にろう付されたアルミニウム製ルーバ付きコルゲートフィン(8)と、左右両端のコルゲートフィン(8)の外側に配置されてコルゲートフィン(8)にろう付されたアルミニウムブレージングシート製サイドプレート(9)とからなる。扁平管(7)の上下両端部は、上下両ヘッダタンク(2)(3)に形成された管挿入穴（図示略）に挿入された状態で両ヘッダタンク(2)(3)にろう付されている。

図２に示すように、扁平管(7)は、少なくとも片面にろう材層を有する帯状のアルミニウムブレージングシートを、ろう材層が外側に来るように中空状に曲げてろう付することにより形成されたものであり、互いに対向する左右両壁(11)(12)（１対の平坦壁）と、左右両壁(11)(12)の前後両側縁どうしにまたがる前後両側壁(13)(14)と、左右両壁(11)(12)の幅方向の中央部どうしに跨る１つの補強壁(15)とを備えている。右壁(12)は１つの右壁形成部(12A)（第１平坦壁形成部）からなり、左壁(11)は前後両側壁(13)(14)を介して右壁形成部(12A)の前後両側縁に一体に形成されるとともに、側壁(13)(14)とは反対側の縁部どうしが突き合わされた２つの左壁形成部(11A)(11B)（第２平坦壁形成部）からなる。補強壁(15)は、両左壁形成部(11A)(11B)における互いに突き合わされた縁部にそれぞれ右方に突出するように一体に形成され、かつ互いに密着させられた２つの補強壁用凸条(15A)からなる。両補強壁用凸条(15A)の先端（右端）に前後両側壁(13)(14)側に屈曲した屈曲部(15B)が一体に形成されているとともに当該屈曲部(15B)が右壁形成部(12A)の内面に密着した状態でろう付されている。両補強壁用凸条(15A)は左壁形成部(11A)(11B)と直角をなし、両屈曲部(15B)は補強壁用凸条(15A)と直角をなしている。

扁平管(7)は、補強壁用凸条(15A)どうし、および屈曲部(15B)と右壁形成部(12A)とがろう付されていない点を除いては、図２に示す扁平管(7)と同一横断面形状である扁平管半製品をつくり、この扁平管半製品の所要部分をろう付することにより製造される。

扁平管半製品は、図３に示す方法により製造される。なお、以下に述べる扁平管半製品の製造方法に関する説明において、図３の上下、左右を上下、右というものとする。

予め、片面にろう材層を有するアルミニウムブレージングシートからなる平坦な金属素板(20)を用意する。金属素板(20)は、１つの右壁形成部(12A)、右壁形成部(12A)の左右両側縁に設けられかつ前後両側壁(13)(14)を形成する２つの側壁形成部(21)(22)、両側壁形成部(21)(22)における右壁形成部(12A)とは反対側の側縁に設けられた２つの左壁形成部(11A)(11B)、および両左壁形成部(11A)(11B)における側壁形成部(21)(22)とは反対側の側縁に設けられかつ補強壁用凸条(15A)および屈曲部(15B)を形成する２つの補強壁形成部(23)からなる（図３(a)参照）。

そして、金属素板(20)の両補強壁形成部(23)の先端部を補強壁形成部(23)に対して下方に直角に曲げて屈曲部(15B)を形成した後（図３(b)参照）、両補強壁形成部(23)を両左壁形成部(11A)(11B)に対して下方に直角に曲げて補強壁用凸条(15A)を形成する（図３(c)参照）。ついで、両左壁形成部(11A)(11B)が右壁形成部(12A)に対して直角よりも若干大きな鈍角をなすように、金属素板(20)を両側壁形成部(21)(22)において下方に曲げることにより、折り曲げ中間体(25)を得る（図３(d)参照）。

ついで、折り曲げ中間体(25)を、折り曲げ中間体(25)の実体温度が１５０℃以上となるように加熱した後、右壁形成部(12A)の内面中央部における屈曲部(15B)をろう付する部分に、後述するロールコータ(33)の塗布ロール(40)によりフラックス懸濁液を塗布し、折り曲げ中間体(25)の有する熱によりフラックス懸濁液の液状成分を気化させてフラックスを定着させてフラックス塗膜(26)を形成する。フラックス懸濁液としては、たとえばＫＡｌＦ_４と６０〜８５質量％、ＫＡｌＦ_５・Ｈ_２Ｏ１５〜４０質量％からなる非腐食性フラックス粉末を、水に懸濁させたものが用いられる。但し、ＫＡｌＦ_４とＫＡｌＦ_５・Ｈ_２Ｏとの合計は１００質量％である。また、フラックス懸濁液中のフラックス濃度は１０〜２０質量％であることが好ましい。

ついで、金属素板(20)を、両左壁形成部(11A)(11B)が右壁形成部(12A)に対して平行となるように、金属素板(20)を両側壁形成部(21)(22)において曲げていき（図３(e)参照）、両補強壁用凸条(15A)先端の屈曲部(15B)を右壁形成部(12A)の内面に密着させるとともに、両補強壁用凸条(15A)どうしを密着させて折り曲げ体(27)をつくり（図３(f)参照）、折り曲げ体(27)を予め決められた長さに切断する。こうして扁平管半製品が製造される。上述した金属素板(20)のすべての曲げは、ロールフォーミングにより行われる。

その後、扁平管半製品の補強壁用凸条(15A)先端の屈曲部(15B)と右壁形成部(12A)および両補強壁用凸条(15A)どうしをろう付することにより扁平管(7)が製造される。

扁平管半製品から扁平管(7)を製造するための補強壁用凸条(15A)先端の屈曲部(15B)と右壁形成部(12A)とのろう付、および両補強壁用凸条(15A)どうしのろう付は、ヒータコア(1)の製造の際に他の部品のろう付と同時に行われる。

すなわち、上下のタンク本体(10A)およびヘッダプレート(10B)と、所要数の扁平管半製品およびコルゲートフィン(8)と、１対のサイドプレート(9)と、出口パイプ(5)および入口パイプ(6)とを組み合わせて、全部品を適当な治具を用いて仮止めする。その後、これらを所定温度に加熱し、扁平管半製品の補強壁用凸条(15A)先端の屈曲部(15B)と右壁形成部(12A)、および両補強壁用凸条(15A)どうしをろう付し、右壁壁形成部(12A)と両左壁形成部(11A)(11B)とにより１対の平坦壁(12)(11)を形成し、両側壁形成部(21)(22)により両側壁(13)(14)を形成し、さらに両補強壁用凸条(15A)により補強壁(15)を形成することにより扁平管(7)をつくり、さらにタンク本体(10A)をヘッダプレート(10B)をろう付して上下のヘッダタンク(2)(3)を形成するとともに、扁平管(7)とヘッダタンク(2)(3)、扁平管(7)とコルゲートフィン(8)、コルゲートフィン(8)とサイドプレート(9)、ならびにヘッダタンク(2)(3)と出口パイプ(5)および入口パイプ(2)(3)とを同時にろう付する。こうして、ヒータコア(1)が製造される。

扁平管半製品は、図４に示す製造装置を用いて製造される。

扁平管半製品の製造装置は、ろう材層面が外側を向くように金属素板(20)を巻き取ったコイル(20A)を装着する繰り出しロール(30)と、繰り出しロール(30)から繰り出された金属素板(20)を、上述した折り曲げ中間体(25)の状態まで曲げる第１ロールフォーミング装置(31)と、第１ロールフォーミング装置(31)の後流側に配置され、かつ折り曲げ中間体(25)を加熱する加熱装置(32)と、加熱装置(32)の後流側に配置され、かつ折り曲げ中間体(25)の右壁形成部(12A)の内面における両屈曲部(15B)が密着する部分を含む帯状部分にフラックス懸濁液を塗布するロールコータ(33)と、折り曲げ中間体(25)の右壁形成部(12A)内面へのフラックスの塗布状況を確認するカメラ(34)と、ロールコータ(33)の後流側に配置され、かつ折り曲げ中間体(25)の両左壁形成部(11A)(11B)を右壁形成部(12A)と平行になるまで曲げることにより、両補強壁用凸条(15A)どうしを密着させるとともに、両屈曲部(15B)を右壁形成部(12A)内面に密着させて折り曲げ体(27)をつくる第２ロールフォーミング装置(35)と、第２ロールフォーミング装置(35)の後流側に配置され、かつ折り曲げ体(27)を予め決められた長さに切断して扁平管半製品を得る切断装置(36)とを備えている。この製造装置を使用し、上述した方法により、扁平管半製品が連続的に製造される。

加熱装置(32)は加熱室を備えており、折り曲げ中間体(25)が、たとえば２００℃以上となされた加熱室内を所定時間かけて通過するようになっている。

ロールコータ(33)は、折り曲げ中間体(25)にフラックス懸濁液を塗布する塗布ロール(40)と、フラックス懸濁液を入れておくタンク(41)と、一部がタンク(41)内のフラックス懸濁液中に浸漬されかつフラックス懸濁液を塗布ロール(40)に供給するピックアップロール(42)とを備えている。塗布ロール(40)の軸方向の長さは、折り曲げ中間体(25)の両補強壁用凸条(15A)間の間隔よりも短くなっている。

カメラ(34)は画像処理装置（図示略）に接続されており、画像処理装置は、カメラ(34)により撮像されたフラックス塗布部の画像を記録し、フラックス塗膜(26)の有無を連続的に判別する機能を有している。

右壁形成部(12A)内面に、たとえば幅５mm、膜厚３０μｍのフラックス塗膜(26)を形成する場合、フラックス懸濁液中のフラックス濃度を１５質量％、加熱装置(32)の加熱室内の雰囲気温度を２００〜２５０℃、折り曲げ中間体(25)が加熱装置(32)の加熱室内を通過する時間を１秒とすればよい。

この発明による熱交換器を適用したカーエアコン用ヒータコアの全体構成を示す正面図である。 図１のII−II線拡大断面図である。 金属素板から扁平管半製品を製造する方法を示す断面図である。 扁平管半製品の製造装置を示す概略図である。

(1)：ヒータコア（熱交換器）
(2)(3)：ヘッダタンク
(7)：扁平管
(8)：コルゲートフィン
(11)：左壁（平坦壁）
(11A)(11B)：左壁形成部（第１平坦壁形成部）
(12)：右壁（平坦壁）
(12A)：右壁形成部（第２平坦壁形成部）
(13)(14)：側壁
(15)：補強壁
(15A)：補強壁用凸条
(15B)：屈曲部
(20)：金属素板
(20A)：コイル
(21)(22)：側壁形成部
(23)：補強壁形成部
(25)：折り曲げ中間体
(26)：フラックス塗膜
(27)：折り曲げ体
(30)：繰り出しロール
(31)：第１ロールフォーミング装置
(32)：加熱装置
(33)：ロールコータ
(34)：カメラ（撮像手段）
(35)：第２ロールフォーミング装置
(36)：切断装置
(40)：塗布ロール

Claims (6)

1. 互いに対向する１対の平坦壁と、両平坦壁の両側縁どうしに跨る２つの側壁と、両平坦壁の幅方向の中間部どうしに跨る補強壁とを備えた熱交換器用扁平管を製造する方法であって、一方の平坦壁を形成する１つの第１平坦壁形成部、第１平坦壁形成部の両側縁に設けられかつ側壁を形成する２つの側壁形成部、両側壁形成部における第１平坦壁形成部とは反対側の側縁に設けられかつ他方の平坦壁を形成する２つの第２平坦壁形成部、および両第２平坦壁形成部における側壁形成部とは反対側の側縁に設けられかつ補強壁を形成する２つの補強壁形成部を有する１枚の金属素板を用意し、金属素板の両補強壁形成部を第２平坦壁形成部に対して同方向に曲げて補強壁用凸条を形成した後、両第２平坦壁形成部が第１平坦壁形成部に対して平行となるように、金属素板を両側壁形成部において曲げることにより、両補強壁用凸条を第１平坦壁形成部の内面に当接させるとともに、両補強壁用凸条どうしを係合させて折り曲げ体をつくり、折り曲げ体の状態において、補強壁用凸条が第２平坦壁形成部と直角をなす平板状であり、両補強壁用凸条の先端に、それぞれ補強壁用凸条と直角をなす屈曲部が形成されており、補強壁用凸条どうしが密着させられているとともに、両屈曲部が第１平坦壁形成部の内面に密着させられており、ついで折り曲げ体を予め決められた長さに切断して扁平管半製品を形成した後両補強壁用凸条と第１平坦壁形成部および両補強壁用凸条どうしをろう付し、第１平坦壁形成部と両第２平坦壁形成部とにより１対の平坦壁を形成し、両側壁形成部により両側壁を形成し、さらに両補強壁用凸条により補強壁を形成することを含む扁平管の製造方法において、
   金属素板から折り曲げ体を得るまでの間に、金属素板を加熱し、加熱された金属素板の第１平坦壁形成部の内面における補強壁用凸条をろう付する部分に、ロールコータによりフラックス懸濁液を塗布し、金属素板の有する熱によりフラックス懸濁液の液状成分を気化させることを特徴とする扁平管の製造方法。
2. フラックス懸濁液の濃度が１０〜２０質量％である請求項１記載の扁平管の製造方法。
3. 金属素板の加熱を、金属素板の実体温度が１５０℃以上となるように行う請求項１または２記載の扁平管の製造方法。
4. 金属素板の補強壁形成部の先端部を、金属素板と直角をなすように同方向に曲げて屈曲部を形成しておき、その後両補強壁形成部を第２平坦壁形成部に対して同方向に曲げて補強壁用凸条を形成する請求項１〜３のうちのいずれかに記載の扁平管の製造方法。
5. 金属素板が、片面にろう材層を有するアルミニウムブレージングシートからなり、ろう材層を持たない面にフラックス懸濁液を塗布する請求項１〜４のうちのいずれかに記載の扁平管の製造方法。
6. 扁平管半製品における両補強壁用凸条と第１平坦壁形成部とのろう付および両補強壁用凸条どうしのろう付を、熱交換器の製造の際の熱交換器形成部品のろう付と同時に行う請求項１〜５のうちのいずれかに記載の扁平管の製造方法。

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