JP5340338B2 - 熱交換器のパイプ接合方法 - Google Patents

Description

本発明は熱交換器のパイプ接合方法に関する。

パワートランジスタ等の発熱量の大きな電子部品などを冷却する熱交換器としては、一対のプレートからなる本体部の両端にパイプをロウ付けすることにより構成された熱交換器が知られている。

図６に示すように、熱交換器１００は、２枚のプレート１０２をロウ付けすることにより形成された本体部１０１を備えている。本体部１０１にはパイプ１０３が接合され、パイプ１０３から本体部１０１に冷却水が流入するようになっている。ところで、図５に示す熱交換器１００においては、溝部１０４の縁１０５が円弧状（丸みをおびた形状）に形成されることから、両プレート１０２を重合したときに溝部１０４により完全にパイプ１０３を被覆することができない。このため、パイプ１０３と各プレート１０２との間に隙間１０６が生じ、接合不良の原因となっていた。そこで、特許文献１では、図７に示すように、プレート１２１における溝部１２２の縁１２３をピン角形状に形成している。これにより、一対のプレート１２１を重合するとともに溝部１２２にパイプ１２４を嵌合したときに隙間を極力なくしてロウ付けを安定化させることが可能となる。

特開２００８−２２４１３４号公報

ところで、プレート１２１における溝部１２２の縁１２３をピン角形状に形成するには、金型の磨耗や精度を考えると、管理が難しく量産には不向きである。また、初期隙間がなかったとしても高温下（例えば６００℃）でのプレートの熱膨張によりプレートとパイプとの間に隙間が発生するおそれがある。

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、プレートとパイプの間に隙間が形成されにくい熱交換器のパイプ接合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に記載の発明は、第一のプレートと第二のプレートとの少なくとも一方の合わせ面に被覆される第一のロウ材を用いてロウ付けすることにより内部に冷却水流路が形成される本体部と、前記第一のプレートに形成される第一の溝部と、前記第二のプレートに形成される第二の溝部と、前記第一の溝部と前記第二の溝部との内面に被覆される第二のロウ材を用いて前記第一の溝部と前記第二の溝部との間にロウ付けされるパイプと、を備えた熱交換器のパイプ接合方法において、前記第一の溝部に前記第一のプレートと前記第二のプレートとの積層方向及び配置された前記パイプの軸方向に対して略直交する方向に連設される一対の第一の鍔部の内面、及び、前記第二の溝部に前記第一のプレートと前記第二のプレートとの積層方向及び配置された前記パイプの軸方向に対して略直交する方向に連設される一対の第二の鍔部の内面の少なくとも一方を前記第二のロウ材で被覆し、前記第一の溝部と前記第二の溝部との間に前記第二のロウ材を介して前記パイプを配置し、前記第二のロウ材を介して治具で前記第一の鍔部と前記第二の鍔部とを挟持する配置工程と、前記第二のロウ材を溶融、冷却させるロウ付工程と、を有することを要旨とする。

本発明によれば、配置工程において、第一及び第二の溝部にロウ材を介してパイプが配置される。そして、ロウ付け時には、第一及び第二の鍔部が治具で挟持された状態でロウ付けがなされる。ロウ付工程において、第二のロウ材が溶融すると、治具による押さえ荷重によって、第一及び第二の溝部とパイプの間に形成された隙間に、溶融した第二のロウ材が供給される。このため、第一及び第二の溝部とパイプとの間に隙間が形成されにくい。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の熱交換器のパイプ接合方法において、前記配置工程は、前記第二のロウ材を介して治具で前記第一の鍔部と前記第二の鍔部とを挟持する際に前記第一の溝部と前記第二の溝部とを前記治具で挟持することを要旨とする。

本発明によれば、配置工程において、第一及び第二の鍔部に加え、第一及び第二の溝部が治具により挟持される。このため、第一及び第二の溝部の熱膨張による変形が抑制され、第一及び第二の溝部の内周面とパイプとの間に隙間が形成されにくい。

本発明によれば、プレートとパイプとの間に隙間が形成されにくくなる。

（ａ）は、本実施形態の熱交換器の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での熱交換器の断面図。 熱交換器の分解正面図。 ロウ付け前における熱交換器の正面図。 ロウ付け時における熱交換器の正面図。 別例の熱交換器の断面図。 背景技術を説明するための熱交換器の正面図。 背景技術を説明するための熱交換器の断面図。

以下、本発明を具体化した一実施形態について図１〜図４にしたがって説明する。
図１に示すように、熱交換器１は、本体部１２とパイプ１３，１４を備えている。本体部１２は、第一のプレート１５と第二のプレート１６をロウ付けすることにより内部に冷却水流路１１が形成されている。詳しくは、第一のプレート１５及び第二のプレート１６には凹部１７，１８が形成され、第一のプレート１５と第二のプレート１６の外周縁部をロウ材にてロウ付けすることにより両プレート１５，１６の間に冷却水流路１１が形成されている。

冷却水流路１１は図１（ａ）において左右方向に延びている。また、冷却水流路１１には、図示しないインナーフィンが収容されている。
パイプ１３，１４は、本体部１２の左右両端にロウ付けされている。詳しくは、第一のプレート１５におけるパイプ１３，１４のロウ付け部分には、凹部１７に連続するように正面視において略半円形状の第一の溝部１９が形成されている。同様に、第二のプレート１６におけるパイプ１３，１４のロウ付け部分には、凹部１８と連続するように正面視において略半円形状の第二の溝部２０が形成されている。この第一及び第二の溝部１９，２０の間にパイプ１３，１４の端部が配置された状態でロウ付けされている。つまり、パイプ１３，１４の端部は本体部１２との接合部にロウ材を介して配置されている。

そして、一方のパイプ１３から冷却水が冷却水流路１１に供給され、冷却水流路１１を延設方向に沿って流れて他方のパイプ１４から排出されることになる。
また、第一及び第二の溝部１９，２０の外周にはロウ付け時に治具で挟持される第一及び第二の鍔部２１，２２が一対形成されている。第一の鍔部２１は、第一のプレート１５において、第一のプレート１５と第二のプレート１６の積層方向及びパイプ１３，１４の軸方向に対して直交する方向に一対連設されている。また、第二の鍔部２２は、第二のプレート１６において第一のプレート１５と第二のプレート１６の積層方向及びパイプ１３，１４の軸方向に対して直交する方向に一対連設されている。

ロウ付け時には、第一及び第二の鍔部２１，２２に加え、第一及び第二の溝部１９，２０の外周面１９ｂ、２０ｂが治具で挟持されるようになっている。
上記熱交換器１のパイプ接合方法について図２〜図４にしたがって説明する。

まず、第一のプレート１５、第二のプレート１６及びパイプ１３，１４を用意する。このとき、第一及び第二の溝部１９，２０の縁１９ａ，２０ａは、正面視において円弧状（アール状）に形成されている。この円弧形状は、プレス加工によりプレートを加工する場合に生じる一般的な円弧（例えば、半径が０．５ｍｍ）である。

そして、第一のプレート１５、第二のプレート１６及びパイプ１３，１４は一括ロウ付けされる。
詳しくは、図２に示すように、第一及び第二の溝部１９，２０の内面１９ｃ，２０ｃ及び第一及び第二の鍔部２１，２２の内面２１ａ，２２ａを被覆するように第二のロウ材２３，２４を配置する。そして、第二のロウ材２３，２４を介してパイプ１３（１４）を第一及び第二の溝部１９，２０の間に配置する。また、各プレート１５，１６の外周縁部において互いに対向する面である合わせ面１５ａ，１６ａに被覆されるように第一のロウ材２５を配置する。なお、各プレート１５，１６にそれぞれロウ材を被覆したものを用いたが、予めロウ材が被覆されたクラッド材でもよい。

引き続き、図３に示すように、下治具３１に第二のプレート１６を配置する。この際、下治具３１に第二の溝部２０の外周面２０ｂ及び第二の鍔部２２が対応するように配置する。引き続き、第一のプレート１５を配置する。この際、第一の鍔部２１と第二の鍔部２２とが対向するように配置され、パイプ１３（１４）に第一の溝部１９が対応するように配置される。最後に、上治具３０に第一のプレート１５を配置する。この際、上治具３０が第一の溝部１９の外周面１９ｂ及び第一の鍔部２１に対応するように配置する。

以上の工程が配置工程となる。
各治具３０，３１は、第一及び第二の溝部１９，２０の外周面１９ｂ、２０ｂ及び第一及び第二の鍔部２１，２２に対応するような形状に形成されている。すなわち、各治具３０，３１が各プレート１５，１６に当接したときに、各治具３０，３１の当接面３０ａ，３１ａが第一及び第二の溝部１９，２０の外周面１９ｂ、２０ｂ及び第一及び第二の鍔部２１，２２の全面と当接するようになっている。

上下の治具３０，３１により、第一及び第二の溝部１９，２０の外周面１９ｂ，２０ｂ及び第一及び第二の鍔部２１，２２が挟持される。
この状態で高温下（例えば６００℃）にされ、ロウ付けが行われる。このとき、第一及び第二の溝部１９，２０の縁１９ａ，２０ａが正面視において円弧状に形成されていることから、この状態では両プレート１５，１６が完全にパイプ１３（１４）を被覆することができず、パイプ１３（１４）と第一及び第二の溝部１９，２０の間に隙間Ｓが生じている。

そして、第一及び第二の溝部１９，２０の外周面１９ｂ，２０ｂ及び第一及び第二の鍔部２１，２２を各治具３０，３１で挟持した状態で高温（例えば、６００℃）とすることにより第一のロウ材２５及び第二のロウ材２３，２４が溶融し、液状化する。

図４に示すように、液状化した第二のロウ材２３，２４は治具３０，３１による押さえ荷重Ｆ１により、図中の矢印Ｙ１，Ｙ２で示したように隙間Ｓに押し出される。液状化した第二のロウ材２３，２４が隙間Ｓに押し出されることにより、ロウ材が隙間Ｓに充填され、隙間Ｓが埋まることになる。

また、各プレート１５，１６は熱膨張により変形しようとするが、治具３０，３１による押さえ荷重Ｆ２で第一及び第二の溝部１９，２０の外周面１９ｂ、２０ｂが挟持されているため（図４参照）、熱膨張による変形が抑制される。このため、各プレート１５，１６の変形に伴い、パイプ１３（１４）と第一及び第二の溝部１９，２０との間に隙間が形成されることが抑制される。

そして、各治具３０，３１で第一及び第二の溝部１９，２０の外周面１９ｂ、２０ｂ及び第一及び第二の鍔部２１，２２を挟持した状態でロウ付け対象物を冷却することにより、第一及び第二のプレート１５，１６及びパイプ１３，１４のロウ付けが完了する。上記のように、各プレート１５，１６を挟持しながらロウ材を溶融させる加熱工程と、溶融したロウ材を冷却する冷却工程がロウ付工程となる。

次に、上記ロウ付け方法によりロウ付けされた熱交換器１の作用について説明する。
上記の製造方法により製造された熱交換器１には、電子部品などが取り付けられる。そして、一方のパイプ１３から冷却水が流入すると、熱交換器１の外面に取り付けられる電子部品が冷却水により冷却され、温められた冷却水は他方のパイプ１４より流出する。パイプ１３と各プレート１５，１６の間に隙間が形成されていないため、接合信頼性が高い。

つまり、上述したように第一及び第二の溝部１９，２０の縁１９ａ，２０ａが円弧状に形成されていることにより、第一及び第二の溝部１９，２０は完全にパイプ１３（１４）を被覆することができない。しかし、第一及び第二の溝部１９，２０が被覆できない部分にはロウ材２６が充填される。よって、第一及び第二の溝部１９，２０とパイプ１３との間に隙間が生じず、接合信頼性が高くなっている。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）ロウ付け時に第一及び第二の鍔部２１，２２が治具３０，３１で挟持されることにより、第二のロウ材２３，２４が液状化したときに治具３０，３１による押さえ荷重で第二のロウ材２３，２４が押し出される。押し出された第二のロウ材２３，２４は、パイプ１３（１４）と各プレート１５，１６における第一及び第二の溝部１９，２０との間に形成された隙間Ｓに充填される。このため、第一及び第二の溝部１９，２０の縁１９ａ，２０ａをピン角形状にしなくても、熱交換器１における本体部１２とパイプ１３との間の隙間の発生が抑制され、接合信頼性が向上する。

（２）ロウ付け時に第一及び第二の鍔部２１，２２が治具３０，３１で挟持されることにより、ロウ付け時における第一及び第二の鍔部２１，２２の熱膨張による変形が抑制され、各プレート１５，１６とパイプ１３，１４の間に隙間が発生しにくい。

（３）第一及び第二の溝部１９，２０の縁１９ａ，２０ａをピン角形状にしなくても、隙間の発生を抑制できるため、プレートの製作が容易になる。
（４）第一及び第二の溝部１９，２０の外周面１９ｂ，２０ｂを治具３０，３１で挟持しながらロウ付けすることにより、熱膨張による各プレート１５，１６の変形を抑制することができる。このため、ロウ付け時に第一及び第二の溝部１９，２０とパイプ１３との間に隙間が形成されることを抑制することができ、熱交換器１の接合信頼性が向上する。

（５）各プレート１５，１６をロウ付けすることにより本体部１２をロウ付けする工程と、パイプをロウ付けする工程を同一工程にすることにより、一括ロウ付けができ、製造工程の短縮化が図れる。

（６）押さえ荷重とロウ材厚さとの関係により隙間Ｓを埋めるロウ材厚さがコントロールでき、ロウ材厚さを適正に設定できるようになる。
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。

○配置工程において、治具３０，３１で第一及び第二の鍔部２１，２２のみを挟持するようにしてもよい。この場合、第一及び第二の鍔部２１，２２から隙間Ｓに液状化したロウ材が押し出される。

○上記実施形態では、第一及び第二の鍔部２１，２２の両方の内面２１ａ，２２ａが第二のロウ材２３，２４を被覆したが、鍔部２１，２２の一方の内面２１ａ，２２ａが第二のロウ材２３，２４を被覆してもよい。要は、第一及び第二の鍔部２１，２２のうちいずれか一方の内面２１ａ，２２ａが第二のロウ材２３，２４を被覆するように第二のロウ材を配置すればよい。

○上記実施形態では、第一及び第二のプレート１５，１６の両方の合わせ面１５ａ，１６ａが第一のロウ材２５を被覆したが、合わせ面１５ａ，１６ａの一方が第一のロウ材２５を被覆してもよい。要は、第一のロウ材２５は、第一のプレート１５の合わせ面１５ａ又は第二のプレート１６の合わせ面１６ａのいずれか一方に被覆されるように配置すればよい。

○第一及び第二の溝部１９，２０の縁１９ａ，２０ａは、特許文献１のように、ピン角形状であってもよい。この場合も、各治具３０，３１が熱膨張による変形を抑制することにより、本体部１２とパイプ１３との間に隙間が形成されることが抑制される。

○パイプ１３，１４の形状は、図１〜図４に示すように断面円形状のパイプを用いても良いし、角形のパイプなどを用いても良い。すなわち、冷却水流路１１に冷却水を供給できれば、パイプの形状はどのような形状であってもよい。この場合、各プレート１５，１６の溝部１９，２０もパイプに合わせた形状に変更する。

○各プレート１５，１６とパイプ１３，１４とのロウ付け工程は、一括ロウ付けに限られず、本体部１２をロウ付けする工程と、本体部１２にパイプ１３，１４をロウ付けする工程を別工程にしてもよい。

○図５に示すように、第一及び第二の鍔部２１，２２の外端面が開いた形状でもよい。この場合、ロウ材が外端面側に押し出されても外端部にてロウ材２７が溜まるため、外端部からロウ材が外部へ流出し、隙間Ｓを埋めるロウ材が不足しない。

１…熱交換器、１１…冷却水流路、１２…本体部、１３，１４…パイプ、１５…第一のプレート、１５ａ，１６ａ…合わせ面、１６…第二のプレート、１９…第一の溝部、２０…第二の溝部、１９ｂ，２０ｂ…外周面、１９ｃ，２０ｃ…内面、２１…第一の鍔部、２２…第二の鍔部、２１ａ，２２ａ…内面、２３，２４…第二のロウ材、２５…第一のロウ材、３０…上治具、３１…下治具。

Claims (2)

1. 第一のプレートと第二のプレートとの少なくとも一方の合わせ面に被覆される第一のロウ材を用いてロウ付けすることにより内部に冷却水流路が形成される本体部と、
   前記第一のプレートに形成される第一の溝部と、
   前記第二のプレートに形成される第二の溝部と、
   前記第一の溝部と前記第二の溝部との内面に被覆される第二のロウ材を用いて前記第一の溝部と前記第二の溝部との間にロウ付けされるパイプと、
   を備えた熱交換器のパイプ接合方法であって、
   前記第一の溝部に前記第一のプレートと前記第二のプレートとの積層方向及び配置された前記パイプの軸方向に対して略直交する方向に連設される一対の第一の鍔部の内面、及び、前記第二の溝部に前記第一のプレートと前記第二のプレートとの積層方向及び配置された前記パイプの軸方向に対して略直交する方向に連設される一対の第二の鍔部の内面の少なくとも一方を前記第二のロウ材で被覆し、
   前記第一の溝部と前記第二の溝部との間に前記第二のロウ材を介して前記パイプを配置し、
   前記第二のロウ材を介して治具で前記第一の鍔部と前記第二の鍔部とを挟持する配置工程と、
   前記第二のロウ材を溶融、冷却させるロウ付工程と、
   を有することを特徴とする熱交換器のパイプ接合方法。
2. 前記配置工程は、前記第二のロウ材を介して治具で前記第一の鍔部と前記第二の鍔部とを挟持する際に前記第一の溝部と前記第二の溝部とを前記治具で挟持することを特徴とする請求項１に記載の熱交換器のパイプ接合方法。

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