JP5219719B2 - アルミニウム製熱交換器のろう付け方法 - Google Patents

Description

本発明は、アルミニウム製熱交換器のろう付け方法に関する。

従来、アルミニウム製熱交換器のろう付けは、アルミニウム製熱交換器を収容した加熱炉内の温度をろう付け温度（約６００℃）まで上昇させてろう付けを行った後、加熱炉内の温度を下降させることで、ろう付け処理が行われている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−２８３０４７号公報

しかしながら、従来例のアルミニウム製熱交換器は、熱マスが異なる複数の部材で構成されているため、以下のような問題があった。
即ち、加熱炉内の温度上昇速度が遅いと亜鉛拡散が進みすぎて耐蝕性が悪くなるため、ろう付け温度までの上昇速度をできるだけ速める必要がある。ところが、加熱炉内の温度上昇速度が速すぎると、熱マスの大きい部材部分の温度上昇が熱マスの小さい部材部分の温度上昇に追い付かず、このため、ろう付け処理が十分に行われない部分が生じる虞がある。

本発明の解決しようとする課題は、複数の異なる熱マスの部材で構成されるアルミニウム製熱交換器において、亜鉛拡散の進みすぎによる耐蝕性の悪化を防止しつつ、良好なろう付け処理を行うことができるアルミニウム製熱交換器のろう付け方法を提供することにある。

上記課題を解決するため請求項１記載のアルミニウム製熱交換器のろう付け方法は、アルミニウム製熱交換器を収容した加熱炉内の温度を亜鉛拡散がおきる温度未満に設定された第１所定温度である５４０〜５５０℃まで上昇させる第１行程と、加熱炉の第１所定温度を所定時間保持させてアルミニウム製熱交換器全体の温度を該第１所定温度にする第２行程と、ろう付けを行う第２所定温度である５８０〜６１０℃まで加熱炉内の温度を上昇させてアルミニウム製熱交換器全体をろう付け処理する第３行程と、ろう付け処理が終了した時点で加熱炉内の温度を下降させていく第４行程と、がこの順番に行われることを特徴とする手段とした。

本発明のアルミニウム製熱交換器のろう付け方法では、上述のように、まず、亜鉛拡散がおきる温度未満に設定された第１所定温度まで上昇させ、該第１所定温度を所定時間保持させてアルミニウム製熱交換器全体の温度を該第１所定温度にした後に、ろう付けを行う第２所定温度まで加熱炉内の温度を上昇させてアルミニウム製熱交換器全体をろう付け処理をする。これにより、亜鉛拡散がおきる温度未満に設定された第１所定温度までアルミニウム製熱交換器全体の温度を上昇させることができるため、この第１所定温度から第２所定温度までの温度上昇速度を速めることができるようになる。

従って、複数の異なる熱マスの部材で構成されるアルミニウム製熱交換器において、亜鉛拡散の進みすぎによる耐蝕性の悪化を防止しつつ、良好なろう付け処理を行うことができるようになるという効果が得られる。

以下にこの発明の実施例を図面に基づいて説明する。

以下、実施例１を説明する。
図１は実施例１のアルミニウム製熱交換器のろう付け方法が採用された車両用アルミニウム製コンデンサを示す正面図、図２は車両用アルミニウム製コンデンサの要部拡大断面図、図３は車両用アルミニウム製コンデンサのタンク本体の分解斜視図、図４は同斜視図である。
図５は車両用アルミニウム製コンデンサのチューブプレートの拡大斜視図、図６は車両用アルミニウム製コンデンサのタンクプレートの側面図、図７は図４のＳ７−Ｓ７線における断面図、図８は図４のＳ８−Ｓ８線における断面図である。

先ず、全体構成を説明する。
図１に示すように、実施例１のアルミニウム製熱交換器のろう付け方法が採用された車両用アルミニウム製コンデンサ（以下、コンデンサと略称する）１は、左右に所定間隔を置いて配置された一対のタンク2,3と、両タンク2,3の間に配置されたコア部４等が備えられている。

タンク２は、４枚の板状のディバイドプレートＤ１で３つの室R1,R3,R6に区分けされる他、室Ｒ１に連通した入力ポート５ａを備える入力コネクタ５が設けられる一方、室Ｒ６に連通した出力ポート６ａを備える出力コネクタ６が設けられている。

タンク３は、４枚のディバイドプレートＤ１で３つの室R2,R4,R5に区分けされる他、接続管7,8を介して室R4,R5に連通したレシーバタンク９が設けられている。

コア部４は、両端部がそれぞれ対応するタンク2,3に挿通し固定された複数の偏平管状のチューブ４ａと、隣接するチューブ４ａに波状の頂部が接合された波板状のフィン４ｂとから構成されている。
また、コア部４の積層方向両側は、両端部がそれぞれ対応するタンク2,3に挿通し固定された一対のレインフォース10,10で連結補強されている。

次に、タンク2,3のタンク本体１１について詳述する。
なお、タンク2,3のタンク本体１１の基本構造は同じであり、さらに、タンク本体１１は上下対称形状であるため、以下、タンク２のタンク本体１１の上端部を図示して説明する。

図２〜４に示すように、タンク２のタンク本体１１は、チューブプレート１２と、チューブプレート１２に最中状に重ねられるタンクプレート１３と、タンク本体１１の端部から所定代を有した位置に配置され、これら両者の間に介装される前述のディバイドプレートＤ１から構成されている。

図５に示すように、チューブプレート１２は、略コ字状断面を有して半筒状に形成され、該コ字状断面の対向する両側壁12a,12aと、これら両側壁12a,12a同士を結合する結合壁１２ｂと、を備えている。
チューブプレート１２の両側壁12a,12aには、それぞれ側方へ突出した一対の爪部12c,12cが該チューブプレート１２の長手方向に沿って等間隔で複数形成されている。
また、複数の爪部12c,12cのうちの最外側に配置された一対の爪部12d,12dは、チューブプレート１２の長手方向の最外側位置に配置されるディバイドプレートＤ１の外側（上方）位置に形成されている。
なお、一対の爪部12c,12c（一対の爪部12d,12d）の詳細な部位の形状、形成数、形成位置等については適宜設定できる。
結合壁１２ｂには、レインフォース１０の端部が挿通し固定されるレインフォース孔１２ｅと、チューブ４ａの端部が挿通し固定されるチューブ孔１２ｆとが形成されている。
各孔12e,12fはそれぞれバーリング加工により内側へ環状突起状に形成されている。

一方、タンクプレート１３は、略コ字状断面を有して半筒状に形成され、該コ字状断面の対向する両側壁13a,13aと、これら両側壁13a,13a同士を結合する結合壁１３ｂと、を備えている。
図６に示すように、タンクプレート１３における一対の爪部１２ｄに対応する位置には、両側壁13a,13aから結合壁１３ｂの両肩部１３ｃに掛けて一対の爪用係止孔13d,13dがそれぞれ略四角形状に形成されている。
なお、爪用係止孔１３ｄの高さ寸法は、爪部１２ｄの高さ寸法と同一か、僅かに大きく設定されている。

タンクプレート１３の結合壁１３ｂにおけるディバイドプレートＤ１の外側（上方）位置には、後述する車両搭載ピン１４の係止部１４ｄが係止される車両搭載ピン用係止孔１３ｅが四角形状に形成されている。
結合壁１３ｂにおける長手方向の最外側位置に配置されるディバイドプレートＤ１が介装される位置には、該ディバイドプレートＤ１に突設された突部１３ｆが挿入固定されるディバイドプレート用係止孔１３ｇが四角形状に形成されている。
結合壁１３ｂにおけるコネクタ５（コネクタ６）が固定される位置には円形状の連通孔１３ｈが形成されている。

そして、図３、４に示すように、両プレート１２、１３の間に各ディバイドプレートＤ１を所定位置に介装し、チューブプレート１２の両側壁12a,12aの内側にタンクプレート１３の両側壁13a,13aを配置した状態として、これら両者を最中状に重ねた後、各爪部12c,12dをタンクプレート１３に加締め固定することにより、タンク本体１１を仮組みできるようになっている。

この際、図７に示すように、一対の爪部12c,12cは、内側に屈折してそれぞれ対応するタンクプレート１３の両肩部１３ｃに沿って当接した状態で加締められる。
これにより、両プレート１２、１３を長手方向に亘って複数箇所で固定維持できるようになっている。

一方、図８に示すように、一対の爪部12d,12dは、内側に屈折してそれぞれ対応する爪用係止孔13d,13dの孔周縁１３ｉに当接した状態で加締められる。
具体的には、各爪部１２ｄは９０°以上の大きな角度で内側に屈折されており、各爪部１２ｄの内面は爪用係止孔１３ｄの孔周縁１３ｉの側面部１３ｊに当接した状態で加締められている。

次に、コンデンサ１の作用を説明する。

［コンデンサの作動について］
このように構成されたコンデンサ１では、入力コネクタ５の入力ポート５ａを介してエンジン側からタンク２の室Ｒ１に流入した６０℃前後の高温な流通媒体が、先ず、コア部４のそれぞれ対応するチューブ４ａを介してタンク３の室Ｒ２、タンク２の室Ｒ３、タンク３の室Ｒ４の順番にターンしながら流通する間にコア部４を通過する車両走行風または図示しないファンの強制風と熱交換されて冷却される。
次に、接続管７を介してタンク３の室Ｒ４に流入した流通媒体は、レシーバタンク９に流入して気液分離された後、接続管８を介してタンク３の室Ｒ５に流入する。
最後に、タンク３の室Ｒ５に流入した流通媒体は、コア部４の対応するチューブ４ａを介してタンク２の室Ｒ６に流入する間にコア部４を通過する車両走行風または図示しないファンの強制風と熱交換されて４５℃前後まで過冷却された後、出力コネクタ６の出力ポート６ａを介してエバポレータ側へ送出され、熱交換器として機能する。

［コンデンサのろう付け性について］
このようなコンデンサ１を製造する際には、樹脂製の車両搭載ピン１４を除く前述した全ての構成部材を予め仮組みした後、加熱炉内で熱処理することにより各構成部材の接合部同士をろう付け接合して一体的に形成する。
なお、この実施例１では、コンデンサ１の各構成部材の接合部同士のうちの少なくとも一方にはブレージングシートから構成され、または予めフラックスを塗布や貼付したろう材が形成されている。
このろう材として、ＡＩ−Ｓｉ系アルミニウム合金、具体的には、合金番号４０４５を用いる場合について説明するが、合金番号４３４３、合金番号４００４等、公知の合金を用いることができる。

次に、コンデンサ１のろう付け方法を、図９（加熱炉内の各行程における熱マス小部と熱マス大部の温度変化を示すタイムチャート）に基づいて説明する。
まず、前述したコンデンサ１の全ての構成部材を予め仮組みした状態で、加熱炉内に収容し、加熱炉内の温度を亜鉛拡散がおきる温度未満に設定された第１所定温度（５４０〜５５０℃）まで上昇させる（第１行程）。
この第１所定温度までの加熱炉内の温度上昇速度としては、少なくとも２０℃／分未満とする。即ち、この第１所定温度までは亜鉛拡散がおきにくいので、温度上昇速度を速める必要性がなく、また、急速加熱すると熱マスの大きい構成部材（入力コネクタ５、出力コネクタ６及びレシーバタンク９）の温度が熱マスの小さい構成部材（コア部４）の温度に追いつかないので、結局次の第２行程の所定時間を長くする必要があるからである。

次に、コンデンサ１の構成部材全体の温度が第１所定温度に上昇するまで第１所定温度を所定時間保持させる（第２行程）。
即ち、熱マスの大きい構成部材の温度が熱マスの小さい構成部材の温度に近づくまで亜鉛拡散がおきる温度未満の状態を所定時間保持させる。

次に、第１所定温度（５４０〜５５０℃）からろう付けを行う第２所定温度（５８０〜６１０℃）まで加熱炉内の温度を上昇させてコンデンサ１の構成部材全体をろう付け処理する（第３行程）
この第２所定温度までの加熱炉内の温度上昇速度としては、温度上昇速度が遅いと熱マスの小さい構成部材（コア部４）の亜鉛拡散が進んでしまうので、そこから急速加熱（望ましくは、１分間で２０℃以上の温度上昇勾配をもって加熱）する。

次に、ろう付け処理が終了した時点で加熱炉内の温度を常温付近まで下降させていく（第４行程）
以上の行程を順番に行うことで、コンデンサ１の全ての構成部材相互間のろう付けが完了する。

次に、この実施例１のコンデンサのろう付け方法の作用・効果を説明する。

この実施例１のコンデンサのろう付け方法では、上述のように、まず、亜鉛拡散がおきる温度未満に設定された第１所定温度まで上昇させ、該第１所定温度を所定時間保持させてコンデンサ１の構成部材全体の温度を該第１所定温度にした後に、ろう付けを行う第２所定温度まで加熱炉内の温度を上昇させてコンデンサ１全体をろう付け処理をするようにした。これにより、亜鉛拡散がおきる温度未満に設定された第１所定温度までコンデンサ１の構成部材全体の温度を上昇させることができるため、この第１所定温度から第２所定温度までの温度上昇速度を速めることができるようになる。

従って、複数の異なる熱マスの部材で構成されるコンデンサ１において、熱マスの小さい構成部材（コア部４）の亜鉛拡散の進みすぎによる耐蝕性の悪化を防止しつつ、全体的に良好なろう付け処理を行うことができるようになるという効果が得られる。
この効果は、熱マスの小さいコア部４と、熱マスの大きいタンク２、３にさらいに熱マスの大きい入出力コネクタ５、６及びレシーバタンク９を備える車両用アルミニウム製コンデンサ１において特に有益に作用する。

また、第１所定温度までの加熱炉内の温度上昇速度を、なるべく遅く、少なくとも２０℃／分未満とすることで、亜鉛拡散がおきる温度に近い第１所定温度での保持時間を短くすることができるため、熱マスの小さい構成部材（コア部４）の亜鉛拡散の進み過ぎを防止し、これにより、耐蝕性の悪化を防止することができる。

また、第２所定温度までの加熱炉内の温度上昇速度としては、急速加熱（望ましくは、１分間で２０℃以上の温度上昇勾配をもって加熱）することで、熱マスの小さい構成部材（コア部４）の第１所定温度から第２所定温度になるまでの間の亜鉛拡散の進み過ぎを防止することができるため、耐蝕性の悪化を防止することができる。

以上本実施例を説明してきたが、本発明は上述の実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。

例えば、実施例では、車両用アルミニウム製コンデンサ１に適用した例を示したが、ラジエータやオイルクーラ等のアルミニウム製熱交換器に適用することができる。

また、車両用アルミニウム製コンデンサ１に適用実施例では、第１所定温度から第２所定温度までの加熱炉内の温度上昇速度として、望ましくは、１分間で２０℃以上の温度上昇勾配をもって加熱するとしたが、ラジエータ等のように構成部材の熱マスの差が小さい場合は、温度上昇速度はそれより遅くすることができ、要は構成部材の熱マスの差に応じて最適な速度を設定することができる。

実施例１のアルミニウム製熱交換器のろう付け方法が採用された車両用アルミニウム製コンデンサを示す正面図である。 車両用アルミニウム製コンデンサの要部拡大断面図である。 車両用アルミニウム製コンデンサのタンク本体の分解斜視図である。 車両用アルミニウム製コンデンサのタンク本体の斜視図である。 車両用アルミニウム製コンデンサのチューブプレートの拡大斜視図である。 車両用アルミニウム製コンデンサのタンクプレートの側面図である。 図４のＳ７−Ｓ７線における断面図である。 図４のＳ８−Ｓ８線における断面図である。 加熱炉内の各行程における熱マス小部と熱マス大部の温度変化を示すタイムチャートである。

符号の説明

Ｄ１ ディバイドプレート
１ 車両用アルミニウム製コンデンサ（アルミニウム製熱交換器）
２、３ タンク
４ コア部
４ａ チューブ
４ｂ フィン
５ 入力コネクタ
５ａ 入力ポート
６ 出力コネクタ
６ａ 出力ポート
７、８ 接続管
９ レシーバタンク
１０ レインフォース
１１ タンク本体
１２ チューブプレート
１２ａ （チューブプレートの）側壁
１２ｂ （チューブプレートの）結合壁
１２ｃ、１２ｄ 爪部
１２ｅ レインフォース孔
１２ｆ チューブ孔
１３ タンクプレート
１３ａ （チューブプレートの）側壁
１３ｂ （チューブプレートの）結合壁
１３ｃ 両肩部
１３ｄ 爪用係止孔
１３ｅ 車両搭載ピン用係止孔
１３ｆ 突部
１３ｇ ディバイドプレート用係止孔
１３ｈ 連通孔
１３ｉ 孔周縁
１３ｊ 側面部
１３ｋ 上下面部
１４ 車両搭載ピン
１４ａ ピン部
１４ｂ 鍔部
１４ｃ 嵌合部
１４ｄ 係止部
１４ｅ 舌片部

Claims (4)

1. アルミニウム製熱交換器を収容した加熱炉内の温度を亜鉛拡散がおきる温度未満に設定された第１所定温度である５４０〜５５０℃まで上昇させる第１行程と、
   前記加熱炉の前記第１所定温度を所定時間保持させてアルミニウム製熱交換器全体の温度を該第１所定温度にする第２行程と、
   ろう付けを行う第２所定温度である５８０〜６１０℃まで加熱炉内の温度を上昇させてアルミニウム製熱交換器全体をろう付け処理する第３行程と、
   前記ろう付け処理が終了した時点で加熱炉内の温度を下降させていく第４行程と、
   がこの順番に行われることを特徴とするアルミニウム製熱交換器のろう付け方法。
2. 請求項１に記載のアルミニウム製熱交換器のろう付け方法において、
   前記第１所定温度から第２所定温度までの温度上昇速度が２０℃／分以上であることを特徴とするアルミニウム製熱交換器のろう付け方法。
3. 請求項１又は２に記載のアルミニウム製熱交換器のろう付け方法において、前記第１所定温度までの温度上昇速度は少なくとも２０℃／分未満であることを特徴とするアルミニウム製熱交換器のろう付け方法。
4. 請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載のアルミニウム製熱交換器のろう付け方法において、
   前記アルミニウム製熱交換器が車両用アルミニウム製コンデンサであることを特徴とするアルミニウム製熱交換器のろう付け方法。
   

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