JP5139038B2 - 金属中空構造体の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、中空部を持つ金属構造体、特に、冷媒の流路となる空間を持った熱交換器部品等に好適に用いられる金属中空構造体に関するものである。
熱交換器には様々なタイプのものがあるが、冷媒の流路となる管と放熱のためのフィンをそれぞれ別部材として用意し組み合わせて構成されるタイプもあれば、複数枚の金属板の一部分を圧着し、非圧着部分を高圧縮の気体を用いブロー成形することにより、冷媒を収容する中空部を形成するタイプもある。このブロー成形にあたり、高圧縮気体をブローする代わりに、高温でガス化する薬剤を利用すてブロー成形を行うことも行われている（例えば特許文献１）。
特開平９−５７３６１号公報
複数の部材を組み合わせて熱交換器を作製する場合、複数の金型が必要であり、また部材同士の接合工程が必要となるため、少量の生産においては加工費が高くなる問題があった。一方、圧着・ブロー成形を利用して熱交換器を作製する場合は、ブロー成形装置が必要であり、やはり加工費が高くなる。高温でガス化する薬剤（以下、ガス発生剤と称する）を使用する方法は、ブロー成形装置のような特種な設備が必要でないためコスト面の問題は回避可能であるが、拡散接合工程や圧着工程が必要なため、特に微細精密な中空部の形成において精度に問題があった。
従って、本発明は、微細精密な中空部を持つ熱交換器を低コストにて製造できる方法を提供すべく行われたものである。
本発明らは、従来技術の問題点に鑑み種々検討の結果、金属板相互の接合に接着剤を使用することを想到し、特に、小型・薄型かつ微細な形状を有する製品に好適な方法として本発明をなすに至った。
すなわち、本発明は、
少なくとも２枚の金属板から構成され、これらの金属板が互いに接合された接合部と、これらの金属板の間に空間が形成されてなる中空部とを有する金属中空構造体の製造方法であって、
金属板上の接合部が形成される場所に金属粒子配合セラミック系接着剤を印刷で塗布する工程と、
同金属板上の中空部が形成される場所の少なくとも一部分に、所定温度以上でガスを発生するガス発生剤を印刷で塗布する工程と、
同金属板に１枚以上の他の金属板を重ね合わせて積層体となす工程と、
前記積層体を前記所定温度以上の温度に加熱して中空部を形成する工程と、
を含むことを特徴とする金属中空構造体の製造方法である。
2
少なくとも２枚の金属板から構成され、これらの金属板が互いに接合された接合部と、これらの金属板の間に空間が形成されてなる中空部とを有する金属中空構造体の製造方法であって、
金属板上の接合部が形成される場所に金属粒子配合セラミック系接着剤を印刷で塗布する工程と、
同金属板上の中空部が形成される場所の少なくとも一部分に、所定温度以上でガスを発生するガス発生剤を印刷で塗布する工程と、
同金属板に１枚以上の他の金属板を重ね合わせて積層体となす工程と、
前記積層体を前記所定温度以上の温度に加熱して中空部を形成する工程と、
を含むことを特徴とする金属中空構造体の製造方法である。
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前記接着剤を塗布する工程及び前記ガス発生剤を塗布する工程において、塗布を印刷により行うこととすれば特に好ましい。
また、前記接着剤は、金属粒子配合セラミック系接着剤を用いることとすればさらに好ましい。
本発明の金属中空構造体の製造方法は、複数の金属板を接着剤を用いて接合するため、拡散接合工程や圧着工程当を必要とせず、製造コストが低減できる。また、ガス発生剤を利用してブロー成形を行うため、高価なブロー成形装置を必要とせず、製造コストの面でさらに有利である。
また、接着剤やガス発生剤の塗布を印刷により行う形態により、微細精密な中空部を持つ熱交換器等の製造を低コストで行うことが可能になり、工業上顕著な効果を奏する。
また、接着剤やガス発生剤の塗布を印刷により行う形態により、微細精密な中空部を持つ熱交換器等の製造を低コストで行うことが可能になり、工業上顕著な効果を奏する。
本発明の方法により製造される構造体は、接着剤で部分的に接合された複数の金属板からなっており、接合されない部分をガス発生剤の圧力で張出した中空部を持つ構造体である。その具体的な製造方法について、以下に説明する。
まず、２枚以上の金属板を用意する。金属板の枚数は、作製する構造体の構造に応じて選択する。金属板は、ガス発生剤の圧力で塑性変形が可能な薄板であれば特に種類を限定されないが、熱伝導性及び耐食性に優れたアルミニウム合金板が特に適している。中でも、１０００系のアルミニウム合金板は成形性に優れているので、本発明を用いて複雑・精密な金属中空構造体を作製するのに特に適している。
この金属板に、中空部分となる密閉空間を形成するために必要な箇所に接着剤を塗布し、残部のブローが必要な部分にガス発生剤を塗布する。接着剤及びガス発生剤の塗布は、金属板の１枚のみについて行ってもよいし、複数枚について行ってもよい。
接着剤の種類は、充分な接着強度を有していれば特に限定されないが、高温での接着強度低下が少ない高温用エポキシ系接着剤や金属粒子配合セラミック系接着剤が望ましい。特に、金属粒子配合セラミック系接着剤は、６００℃以上の高温に耐えうるものも市販されている。
ガス発生剤についても特に種類が限定されるものではなく、一般的なアゾジカルボンアミドや5―フェノールテトラゾール、金属炭酸塩等を使用できる。
ガス発生剤の塗布に当たっては、塗布作業のし易さや正確な位置決めのために、ガス発生剤に適当なバインダーを混合しても良い。なお、ガス発生剤の塗布は、ブローが必要な部分全面にわたって塗布してもよいが、必要な量が塗布されていれば、一部分への塗布としてもよい。
ガス発生剤の塗布に当たっては、塗布作業のし易さや正確な位置決めのために、ガス発生剤に適当なバインダーを混合しても良い。なお、ガス発生剤の塗布は、ブローが必要な部分全面にわたって塗布してもよいが、必要な量が塗布されていれば、一部分への塗布としてもよい。
次に、接着剤及びガス発生剤を塗布した金属板に、同様に塗布を施された他の金属板または塗布を施さない金属板を重ね合わせて積層体とし、炉中などで加熱を行う。
この積層体の加熱前に接着剤による接合が完了していてもよいし、加熱工程を接着工程に兼ねてもよく、接着剤の種類によって適宜選択する。最終的な加熱温度としては、ガス発生剤の分解温度以上で、かつ、その圧力で金属板が塑性変形可能な温度であることが必要である。アルミニウム合金の場合、400〜600℃程度が適当である。加熱手段は一般的な空気炉や誘導加熱装置など、いずれを使用しても良く、特に限定されるものではない。またブロー後の外部形状の精度を向上させるために、外部金型を併用してもよい。
この積層体の加熱前に接着剤による接合が完了していてもよいし、加熱工程を接着工程に兼ねてもよく、接着剤の種類によって適宜選択する。最終的な加熱温度としては、ガス発生剤の分解温度以上で、かつ、その圧力で金属板が塑性変形可能な温度であることが必要である。アルミニウム合金の場合、400〜600℃程度が適当である。加熱手段は一般的な空気炉や誘導加熱装置など、いずれを使用しても良く、特に限定されるものではない。またブロー後の外部形状の精度を向上させるために、外部金型を併用してもよい。
接着剤の塗布はどのような方法でも良いが、接着剤に溶剤・バインダー等を混合して適切な粘度に調整後、板材に印刷手法を用いて塗布することにより、高精度のパターン転写が可能となる。印刷の種類はとくに限定されないが、スクリーン印刷やインクジェット印刷等を使用することができ、サイズや求められる精度によって適した手段を選択できる。
〔実施例1〕
図１（ａ）（ｂ）及び図２（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施例１に係る金属中空構造体の製造方法を説明する図である。板厚0.1ｍｍ、幅100ｍｍ、長さ200ｍｍの1050−Oアルミニウム合金板１を用意し、アルカリ洗浄液で洗浄・乾燥後、図１（ａ）のＡで示される箇所に、ガス発生剤として５−フェノルテトラゾールをスクリーン印刷を用いて塗布した。さらに、金属粒子配合セラミック系接着剤及び硬化剤をバインダーに混ぜた接着剤を、図１（ａ）のＢで示される部分に、スクリーン印刷を用いて塗布した。
〔実施例1〕
図１（ａ）（ｂ）及び図２（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施例１に係る金属中空構造体の製造方法を説明する図である。板厚0.1ｍｍ、幅100ｍｍ、長さ200ｍｍの1050−Oアルミニウム合金板１を用意し、アルカリ洗浄液で洗浄・乾燥後、図１（ａ）のＡで示される箇所に、ガス発生剤として５−フェノルテトラゾールをスクリーン印刷を用いて塗布した。さらに、金属粒子配合セラミック系接着剤及び硬化剤をバインダーに混ぜた接着剤を、図１（ａ）のＢで示される部分に、スクリーン印刷を用いて塗布した。
次に、アルミニウム合金板１と同一種類・同一サイズのアルミニウム合金板２を同様に洗浄、乾燥後、アルミニウム合金板１の接着剤等を塗布した面に重ね合わせた（図１（ｂ））。これを厚さ2ｍｍのステンレス板2枚で挟みこみ、重さ10ｋgの鉄製の錘で押さえた状態で流気式空気炉中に入れ、キュア工程として100℃、2ｈの熱処理をおこなった。
空気炉から一旦これを取り出し、ステンレス板と錘を取り除いた後、貼り合わされたアルミニウム合金板１、２のみを再び空気炉に入れ、ブロー工程として450℃、10分の熱処理を行った（図２（ａ））。
冷却後、図２（ｂ）のように両端部を切り落とし、図２（ｃ）に示すような中空構造を持つ成形品を得た。本成形品は、熱交換器における流体の流路等に使用することができる。
〔実施例2〕
図３及び図４（ａ）（ｂ）は、本発明の実施例２に係る金属中空構造体の製造方法を説明する図である。板厚0.2ｍｍ、幅100ｍｍ、長さ200ｍｍの1050−Oアルミニウム合金板１ａ、１ｂをアルカリ洗浄液で洗浄・乾燥後、図３のＡで示される箇所に、ガス発生剤として５−フェノルテトラゾールをスクリーン印刷を用いて塗布した。さらに、金属粒子配合セラミック系接着剤及び硬化剤をバインダーに混ぜた接着剤を、図３のＢで示される部分に、スクリーン印刷を用いて塗布した。なお、図３において、アルミニウム合金板１ｂの裏面にも、アルミニウム合金板１ａのＡ、Ｂ部に相当する部分に塗布が行われている。
〔実施例2〕
図３及び図４（ａ）（ｂ）は、本発明の実施例２に係る金属中空構造体の製造方法を説明する図である。板厚0.2ｍｍ、幅100ｍｍ、長さ200ｍｍの1050−Oアルミニウム合金板１ａ、１ｂをアルカリ洗浄液で洗浄・乾燥後、図３のＡで示される箇所に、ガス発生剤として５−フェノルテトラゾールをスクリーン印刷を用いて塗布した。さらに、金属粒子配合セラミック系接着剤及び硬化剤をバインダーに混ぜた接着剤を、図３のＢで示される部分に、スクリーン印刷を用いて塗布した。なお、図３において、アルミニウム合金板１ｂの裏面にも、アルミニウム合金板１ａのＡ、Ｂ部に相当する部分に塗布が行われている。
次に、板厚0.08ｍｍ、幅100ｍｍ、長さ200ｍｍの1050−Oアルミニウム合金板２を同様に洗浄・乾燥させ、アルミニウム合金板１ａ、１ｂの間に挿入してこれらを重ね合わせた（図４（ａ））。
これを厚さ2ｍｍのステンレス板2枚で挟みこみ、重さ10ｋgの鉄製の錘で押さえた状態で流気式空気炉中に入れ、キュア工程として100℃、2ｈの熱処理をおこなった。
空気炉から一旦これを取り出し、ステンレス板と錘を取り除いた後、貼り合わされたアルミニウム合金板１ａ、１ｂ、２のみを再度空気炉に入れ、ブロー工程として450℃、10分の熱処理を行った。
冷却後、両端部を切り落とし、図４（ｂ）に示すような中空構造を持つ成形品を得た。本成形品は、内部にフィン構造を持った熱交換器の流体の流路等に使用できる。
１、１ａ、１ｂ アルミニウム合金板
２ アルミニウム合金板
Ａ ガス発生剤を塗布する箇所
Ｂ 接着剤を塗布する箇所
２ アルミニウム合金板
Ａ ガス発生剤を塗布する箇所
Ｂ 接着剤を塗布する箇所
Claims (1)
- 少なくとも２枚の金属板から構成され、これらの金属板が互いに接合された接合部と、これらの金属板の間に空間が形成されてなる中空部とを有する金属中空構造体の製造方法であって、
金属板上の接合部が形成される場所に金属粒子配合セラミック系接着剤を印刷で塗布する工程と、
同金属板上の中空部が形成される場所の少なくとも一部分に、所定温度以上でガスを発生するガス発生剤を印刷で塗布する工程と、
同金属板に１枚以上の他の金属板を重ね合わせて積層体となす工程と、前記積層体を前記所定温度以上の温度に加熱して中空部を形成する工程と、
を含むことを特徴とする金属中空構造体の製造方法。
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