JP5456470B2 - フラットチューブの鑞接方法 - Google Patents
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Description
本発明は、フラットチューブの鑞接方法に関する。本発明は、自動車の熱交換器、特にエンジン冷却用のラジエータ、またはカーエアコンのエバポレータに用いると有利である。
自動車の熱交換器は、互いに平行に配置される複数本のチューブを、１つまたは複数の束にまとめたものから構成されている。チューブは、熱交換器内を冷却材（熱交換器がラジエータの場合、グリコールを添加した水等）を循環させるためのものである。冷却材は、自動車の各部を冷却しつつ、自らは加熱されるため、循環中に冷却される必要がある。ラジエータの役割は、この加熱された冷却材を冷却することである。冷却材は、ラジエータのチューブ内を流通しつつ、外気との間で熱交換することによって冷却される。熱交換は、各チューブに取り付けられる熱交換用の部材を介して行われる。
熱交換用部材をチューブに取り付けるには、チューブ（一般にフラットチューブ）に、熱交換用部材（この場合には、各チューブの間に挿入されるインサート）を鑞接する。このインサートは、波形をなしており、その波形の各頂部が、フラットチューブの幅広の面に鑞接される。
フラットチューブは、折曲げ加工、押出し成形、アーク溶接等によって製造される。
鑞接によって熱交換器を製造する場合、鑞接される部材、すなわち、フラットチューブおよびインサートの基材（芯材）は、一般に、１０００番台、３０００番台、６０００番台、または７０００番台のアルミニウム合金（融点：６３０〜６６０℃）である。
フラットチューブを折曲げ加工、またはアーク溶接によって形成する場合、フラットチューブの幅広の面を、鑞材（「クラッド」または「フィルタ金属）と呼ばれる）で被覆する。この鑞材は、融点が５５７℃以上で、かつ芯材よりも低い融点をもつ４０００番台のアルミニウム合金からなっている。鑞材は、ある種の層を形成する。
一方、フラットチューブを押出し成形によって形成する場合、鑞材層は、チューブではなく、インサート上に形成される。
しかし、あらゆる製造態様のチューブに適用しうる本発明においては、鑞材層を、チューブとインサートのどちらに形成するかは、大きな問題ではない。
熱交換器を鑞接によって製造する場合には、原則として、部品を組み立てて得られるアセンブリに、種々の処理、特に乾燥処理を施した後、アセンブリを鑞材の加熱炉に入れ、鑞材層の融点に到達するまで、徐々に加熱する。
上記加熱炉における鑞接は、アルミニウム酸化物が生成するのを避けるため、不活性雰囲気（窒素雰囲気）下で行う。これを、ＣＡＢ（制御された雰囲気下での鑞接）という。
しかし、冷却材に対する気密性が良好な熱交換器を得るためには、芯材に、鑞接溶剤層と呼ばれる、鑞接を補助するための層を形成するとよいことが分かった。
鑞接溶剤層の主成分は、カリウムとアルミニウムのフッ化物（ＫＡ2ｌＦ5，ＫＡｌＦ4、またはＫ3ＡｌＦ6）である。これらフッ化物の融点は、芯材のそれよりも低い。このような鑞接溶剤層を形成することの利点は、多岐にわたっている。
上記ＣＡＢ用の加熱炉内で鑞接を行う際には、最初に鑞接溶剤層が溶融し、熱交換器の部品中に天然に存在するアルミニウムを溶解する。この結果、熱交換器部品の表面には、溶融した鑞接溶剤層が広がり、鑞接に適した状態になる（毛管現象により、鑞接のためのクリアランスに進入する）。このようにして、完全な気密性を有する熱交換器を得ることができる。
鑞接溶剤層は、熱交換器部品が、鑞接中に再度酸化されるのを防止する。
従来、熱交換器部品を鑞接溶剤層で覆うには、部品を組み立てた後、場合によっては組み立てる前に、熱交換器部品の全面を、鑞接溶剤槽への浸漬、撒布、被覆加工、塗布等によって、鑞接溶剤と水の混合物で濡らしていた。しかし、この方法には、大きな欠点がある。１つは、鑞接溶剤層で覆うべき面積の全表面積に占める割合が小さい（約５％）にも拘らず、鑞接溶剤を過剰に消費することである。もう１つは、鑞接溶剤を懸濁している水によって、アルミニウムが酸化されるのを防止するため、熱交換器の部品を、鑞接の前に、完全に乾燥しなければならないことである。さらに、熱交換器の表面に存在する水（特に、波形インサートの内側に溜まりやすい）を吹き飛ばす処理も行わなければならない。
鑞接溶剤を熱交換器部品の表面に適用する方法としては、外にも、次のようなものが存在する。
特許文献１は、リボン状の鑞接溶剤を、波形インサートの各頂部に付着させる方法を開示している。しかし、この方法においては、鑞接溶剤のリボンのために、インサートの厚みが増し、組み立てる際に問題が生ずる。すなわち、インサートをチューブの間に挿入するのが困難になり、熱交換器の端部側に加わる圧力も増す。
特許文献２に開示されている鑞接方法は、押出し成形されたフラットチューブの幅広の面にのみ、鑞接溶剤を塗布するというものである。しかし、この方法によっても、鑞材の消費量は、非常に多くなる。
最後に、特許文献３に開示されている方法は、適量のマグネシウムを含有する芯材を用いて、鑞接溶剤を溶融させるというものである。しかし、この方法においても、芯材を入れた加熱炉を、きわめて高い不活性雰囲気（酸素が１０ppm未満）に保たなければならないという不都合がある。
本発明は、冷却材循環用のフラットチューブに、冷却材との間で熱交換を行う空気が通過するインサートを鑞接する方法であって、標準的な安価な材料で足り、かつ鑞接溶剤の使用量を大幅に削減することができ、しかも鑞接の前に、表面に残存する水を吹き飛ばす等の煩瑣な処理を行う必要がない方法を提供することを目的としている。
本発明においては、フラットチューブの幅細の面に、鑞接溶剤帯を形成することによって、上記の目的を実現する。
ＣＡＢ用加熱炉において、温度を上昇させると、鑞接溶剤は溶解し、自重によってフラットチューブの幅広の面上（すなわち、インサートの装着領域）に広がる。後に詳述するように、鑞接溶剤帯における鑞接溶剤の密度は、フラットチューブの幅広の面の幅を考慮に入れることによって計算することができるため、鑞接溶剤の使用量は、厳密に必要最小限に留めることができる。
本発明において用いるフラットチューブとインサートは、すでに述べたアルミニウム合金等からなる標準的なものでよい。
本発明においては、インサートを装着する面（幅広の面）ではない、フラットチューブの幅細の面に鑞接溶剤帯を形成するため、公知の方法とは異なり、熱交換器を組み立てる際にも、何ら機械的な悪影響を与えることはない。
鑞接溶剤帯は、シリンダ、供給弁（ドーセジバルブ、dosage valve)、ブラシ、網目状もしくは非網目状のスクリーンを介する塗布、または微細粉砕を利用して、連続的または不連続的に形成することができる。
本発明の一実施形態においては、シリンダを用いて、鑞接溶剤帯を形成する。
本発明においては、鑞接溶剤を水に縣濁させて用いることはないため、公知の鑞接方法においては不可欠の乾燥工程を省くことができる。
本発明においては、鑞接溶剤帯は、フラットチューブの２つの幅細の面のどちらか一方に形成するだけでよい。また、インサートをフラットチューブの外側に装着する場合には、鑞接溶剤帯を、フラットチューブの幅細の面の外側に形成する。また、インサートをフラットチューブの内側に装着する場合には、鑞接溶剤帯を、フラットチューブの幅細の面の内側に形成する。
本発明は、上記の方法によって鑞接されたフラットチューブとインサートとを備える熱交換器をも提供するものである。
本発明によれば、フラットチューブとインサートは、すでに述べたアルミニウム合金等からなる標準的な安価なものでよい。また、鑞接溶剤の使用量は、計算によって必要最小限に留めることができる。さらに、公知の方法とは異なり、熱交換器を組み立てる際にも、機械的な悪影響はない。
本発明の鑞接方法には、上記以外にも、次のような長所がある。
第一に、ルーバ型のインサートを装着する場合でも、鑞接溶剤が、鑞接の前に再結晶することによって残留し、ルーバに孔を開けるおそれがない。
第二に、鑞接溶剤を水に縣濁させて用いる公知の鑞接方法とは異なり、鑞接前に、鑞接溶剤の縣濁液を洗い落とす必要はない。
本発明の内容と例示的な実施形態は、以下の説明と添付の図面から、明瞭に理解しうると思う。
図１は、複数のフラットチューブ10を備える熱交換器を示す。フラットチューブ10は、折曲げ加工、押出し成形、アーク溶接等によって形成される。各フラットチューブ10は、幅広の面12,12同士が互いに平行になるように配置され、かつ幅広の面12には、波形インサート20の各頂部が接合されている。
フラットチューブ10は、２つの幅広の面12,12、および２つの幅細の面11,11を有する。
熱交換器がラジエータの場合、冷却材（グリコールを添加した水）は、コレクタ30を起点として、フラットチューブ10の内部を、垂直に（図１は横向きになっている）循環する。一方、外気は、インサート20によって形成される空隙の間を、図１の紙面と直交する方向に進む。外気と冷却材との間の熱交換は、フラットチューブ10の幅広の面２０、およびインサート20という中間部材を介して行われる。
すでに述べたように、フラットチューブ10とインサート20は、アルミニウム合金の芯材を、同じくアルミニウム合金の薄い鑞材層で覆ったものである。
本発明においては、熱交換器の部品中に天然に存在するアルミニウムを溶解して、鑞接の過程でアルミナが生成するのを回避しつつ、鑞接溶剤の移行を容易にするために、図２〜図４に示すように、フラットチューブ10における一方の幅細の面11の全長にわたって、外側に、鑞接溶剤帯40を形成している。当然のことながら、インサートを、図１に示すようにチューブの外側ではなく、チューブの内側に装着する場合には、鑞接溶剤帯40を、チューブの幅細の面の内側に形成する。
鑞接溶剤帯40は、熱交換器部品の組立てが終了した後、フラットチューブ10の幅細の面11（２つの幅細の面11,11のうちの一方だけ）に形成する。フラットチューブ10の幅細の面12は、概ね垂直方向を向き、かつ２つの幅細の面11,11のうちの一方に、重力（下降する場合）または毛管現象（上昇する場合）によって、幅広の面12,12に移行しうる量の鑞接溶剤が、帯状に付着している。
なお、フラットチューブ10の幅細の面12は、垂直方向から、わずかに傾斜させることもできる。
鑞接溶剤帯40は、シリンダ、ブラシ、供給弁（ドーセジバルブ、dosage valve)、微細粉砕、網目状もしくは非網目状のスクリーンを介しての塗布、穿孔マスクを併用するシルクスクリーン等の手段を用いて、フラットチューブの幅細の面11に、連続的または不連続的に形成することができる。
鑞接溶剤帯40は、フラットチューブを製造する最中に形成することもできる。
一般に、鑞接溶剤は、３５〜６０重量％の鑞材と、５〜１５重量％のＮ−メチル−２−ピロリドン（鑞接溶剤のチューブへの付着性を確保するため）と、５〜１５重量％の２−ブトキシエタノール（鑞接溶剤の沈降速度を低下させ、高い信頼性と再現性を確保するため）と、１５〜５０重量％の脱塩水とを含んでいる。ただし、この組成割合は、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
一例として、鑞材としてNocolok(登録商標)100を４５重量％、Ｎ−メチル−２−ピロリドンを１０重量％、２−ブトキシエタノールを１０重量％、および脱塩水を３５重量％含む鑞接溶剤を得た。この例も、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
フラットチューブ10の高さＧＡ（幅広の面12の幅）が高くなればなるほど、鑞接溶剤がフラットチューブの幅広の面12全体に行き渡るよう、幅細の面11に形成される帯状の鑞接溶剤の密度Ｙは、大きくならなければならない。
鑞接溶剤の密度Ｙは、次のようにして決めることができる。フラットチューブの全長をＬ、高さをＧＡ、およびフラットチューブの熱交換に係る面（幅広の面）上における鑞接溶剤の平均密度をＤとすると、鑞接溶剤の重量Ｘは、次式によって与えられる。
Ｘ＝２・Ｄ・Ｌ・ＧＡ
Ｘ＝２・Ｄ・Ｌ・ＧＡ
フラットチューブの幅広の面上における鑞接溶剤の平均密度Ｄは、好ましくは、０．５〜８g/m2である。上式により、Ｄ＝３g/m2、Ｌ＝２００mm、およびＧＡ＝３０mmのとき、Ｘ＝０．０３６ｇとなる。
よって、フラットチューブの幅細の面に帯状に付着させる鑞接溶剤の密度Ｙは、この幅細の面の幅をＡＡとすると、Ｙ＝Ｘ／(ＡＡ・Ｌ)となる。Ａ＝１mmのとき、上で求めたＸを適用すると、Ｙ＝１８０g/m2となる。
10 フラットチューブ
11 幅細の面
12 幅広の面
20 インサート
30 コレクタ
40 鑞接溶剤帯
11 幅細の面
12 幅広の面
20 インサート
30 コレクタ
40 鑞接溶剤帯
Claims (8)
- フラットチューブ(10)の幅細の面(11)に鑞接溶剤帯(40)を形成する過程と、
前記鑞接溶剤帯(40)は溶解し、自重によってフラットチューブの幅広の面上に広がる過程とを含み、
鑞接溶剤は、高い信頼性と再現性を確保するために２−ブトキシエタノールを含む組成物であり、
前記フラットチューブ(10)をインサート(20)と鑞接し、
前記フラットチューブ(10)における幅細の面(11)の外側に、前記鑞接溶剤帯(40)を形成し、前記インサート(20)を、フラットチューブの外側に鑞接するか、または、前記フラットチューブ(10)における幅細の面(11)の内側に、前記鑞接溶剤帯(40)を形成し、前記インサート(20)を、フラットチューブの内側に鑞接することを特徴とするフラットチューブの鑞接方法。 - 前記鑞接溶剤帯(40)を、フラットチューブを製造する過程において、形成することを特徴とする請求項１記載の方法。
- 前記鑞接溶剤帯(40)を、熱交換器の組立てが終了した後に形成することを特徴とする請求項１記載の方法。
- 前記鑞接溶剤帯(40)を、連続的または不連続的に形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
- 前記鑞接溶剤帯(40)を、シリンダ、供給弁（ドーセジバルブ、dosage valve)、ブラシ、網目状もしくは非網目状のスクリーンを介しての塗布、または微細粉砕を利用して形成することを特徴とする請求項４記載の方法。
- 前記鑞接溶剤帯(40)を、シリンダを用いて形成することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
- 前記フラットチューブの幅広の面上における鑞接溶剤の平均密度Ｄは、０．５〜８g/m2であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
- 請求項１〜７のいずれかに記載の方法によって鑞接されたフラットチューブとインサートとを備える熱交換器。
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