JPH05228620A - アルミニウム製熱交換器の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本考案は、製造コストが低く、ろう付け作業
が容易で、しかも、優れた接着強度を有するアルミニウ
ム製熱交換器の製造方法を提供することを目的とする。 【構成】 被熱交換流体が流れる流路面にろう材がクラ
ッドされおらずかつ突縁部を有する扁平管を、ろう材が
クラッドされたヘッダタンクの扁平管挿入孔に挿入して
コアを形成し、これに非腐食性フラックスを塗布した後
に、炉中に入れて所定温度に加熱するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エバポレータあるいは
コンデンサ等の自動車用熱交換器の製造方法に関し、特
にアルミニウム製熱交換器における扁平管のろう付け工
法の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウム製の自動車用熱交換器に
は、エバポレータやコンデンサあるいはラジエ−タ等が
あるが、これらは、一般にろう付け工法により製造され
ている。この製造方法は、熱交換器の各種部品を組み付
けた後に、炉内に入れ加熱することにより予め設けられ
たろう材により一体的にろう付けするものである。この
ようなアルミニウム製の熱交換器の各種部品は、主に純
アルミニウムにマンガン等の金属を混合したアルミニウ
ム合金が基礎となる材料（以下、芯材と称す）であるの
で、部品相互を接合するには、接合部位の芯材の表面
に、アルミニウムにシリコン等の金属を混合して前記ア
ルミニウム合金の芯材より融点が低いアルミニウム−シ
リコン合金のろう材をクラッドした材料を採用し、これ
ら部品を組付けるか、前記ろう材をクラッドする代わり
にアルミニウムマンガン合金の芯材の部品と部品の接合
部に前記ろう材箔を置きろうして部品を組付けている。
そして、ろう付接合部にフラックスを塗布し、所定の炉
中でろう付するか、フラックスを塗布せず真空炉中でろ
う付している。

【０００３】このようなアルミニウム製熱交換器の中に
は、図５に示すようなマルチフロータイプと称されるも
のがある（例えば、実開平２−２８，９８０号公報、特
開昭６２−２０７，５７２号公報参照）。マルチフロー
タイプの熱交換器１００は、内部に被熱交換流体が流通
する複数個の扁平管１０２相互間に波形状に形成された
伝熱フィンであるコルゲートフィン１０３を介装するこ
とによりコア１０４を形成し、このコア１０４を所定長
離間して対設された一対のアルミニウム製ヘッダタンク
１０１，１０１間に設けるとともに前記扁平管１０２と
ヘッダタンク１０１，１０１とを連通するように組付
け、炉内で一体的にろう付けしたものである。なお、図
５における符号「１０５」は補強プレートである。

【０００４】このようなマルチフロータイプの熱交換器
１００は、炉中ろう付けにより形成するために、前記ヘ
ッダタンク１０１は、図６に示すように、アルミニウム
合金の芯材１０１ａの外周にろう材１０１ｂをクラッド
したアルミニウム材からなる両端開放の円筒管が使用さ
れ、この円筒管の上下両端には、各端部の開口を接合し
て閉塞するために内面にろう材（図示せず）が設けられ
たアルミニウム合金製の盲蓋１０６が設けられている。
また、この円筒管には扁平管挿入孔１０７が多数開設さ
れ、これら各挿入孔１０７に扁平管１０２の端部が挿入
されるようになっている。これら扁平管１０２相互間に
は表面にろう材がクラッドされていないアルミニウム合
金製のコルゲートフィン１０３が介装されている。さら
に、円筒管には入口管取り付け用の孔あるいは出口管取
り付け用の孔（いずれも図示せず）が開設され、これら
各孔には、それぞれ外部にろう材（図示せず）がクラッ
ドされたアルミニウム合金製の入口管１０８、出口管１
０９が取り付けられる。なお、補強プレート１０５はコ
ア側の面にろう材がクラッドされている。

【０００５】前記扁平管１０２は、該扁平管１０２の軸
直角断面図である図７に示すように、アルミニウム合金
の芯材１０２ａの外周にろう材１０２ｂがクラッドされ
たものであるが、この扁平管１０２の内部には、流路Ｒ
を複数に区画して小流路ｒを形成するためのインナーフ
ィン１１０が挿入されている。このインナーフィン１１
０は、熱交換流体から扁平管１０２への熱伝達の向上
と、扁平管１０２の耐圧性の向上を図っている。インナ
ーフィン１１０は、薄いアルミニウム合金の芯材１１０
ａの両面にろう材１１０ｂ，１１０ｂがクラッドされた
ものが使用されている。

【０００６】ところで、前記扁平管１０２を製造するに
当たっては、従来から、帯板をフォーミングローラによ
り折り曲げ成形し、帯板の両端部を突合せした状態でバ
ットシーム溶接を施し、その後所定の長さに切断するこ
とにより形成することは知られている。すなわち、図８
に示すように、複数のフォーミングローラによって扁平
で長尺な帯板を中心軸線を境としてＵ字状に折り曲げる
とともに両側端部が、突合せ状態になるまで徐々に造管
する。ついで、扁平な管状になった側部および底部をス
クイーズロール１１１，１１２，１１３によって加圧し
ながら、回転式溶接変圧器１１４が接続されたローラ電
極１１５を両端部１０２ｃ，１０２ｄの突当て部分に押
し当てて通電することにより当接部分をアルゴンガス雰
囲気中で溶接し扁平管１０２としている。

【０００７】熱交換器を組み立てる場合には、非腐食性
のフラックスが塗布されたインナーフィン１１０が挿入
された扁平管１０２とコルゲートフィン１０３とを交互
に積み重ねることによりコア１０４を形成し、このコア
１０４の扁平管１０２の端部をヘッダタンク１０１の扁
平管挿入孔１０７に挿入し、このコア１０４の上下に補
強プレート１０５を設けて仮組みし、これを治具で固定
し、所定の方法でろう付部に非腐食性フラックスを塗布
し、炉中にて、扁平管１０２とインナーフィン１１０、
扁平管１０２とコルゲートフィン１０３、ヘッダタンク
１０１の扁平管挿入孔１０７と扁平管１０２等をろう付
している。

【０００８】ここに、コア１０４における扁平管１０２
相互間のピッチは、コルゲートフィン１０３と扁平管１
０２とを交互に組み合わ、圧縮して決められるので、扁
平管１０２のピッチのバラツキが大きくなる。このよう
な場合に、ヘッダタンク１０１の扁平管挿入孔１０７の
大きさと扁平管１０２との間のクリアランスが小さい
と、扁平管１０２が挿入できなくなる虞があるので、前
記クリアランスを大きくし、作業性の向上を図ってい
る。しかし、このように扁平管挿入孔１０７と扁平管１
０２とのクリアランスが大きいと、扁平管１０２の外周
のろう材１０２ｂではろう材が不足することもあり、扁
平管挿入孔１０７と扁平管１０２とのろう付が十分行わ
れず、前記クリアランスが残り、液洩れが発生すること
があるので、ヘッダタンク１０１，１０１にもろう材を
クラッドするか、置きろうしている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した扁
平管１０２の製造方法では、バットシーム溶接を使用し
ているので、溶接作業が不可欠となり、しかも高価な溶
接設備も必要となることから、作業性が低下するのみで
なく、コスト的にも不利であった。

【００１０】そのため、出願人は、特開平３−３５８３
０号公報の第７図に示すような扁平管１１６を採用し、
いわば面接触した状態でろう付けすることを試みた。つ
まり、図９に示すような、側縁部からフランジ状の突縁
部１１６ｄが突出された扁平管１１６を使用した。この
扁平管１１６は、芯材１１６ａの外面にろう材１１６ｂ
をクラッドした帯板を成形し、このろう材１１６ｂによ
り、扁平管１１６とコルゲートフィン１０３、扁平管１
１６とヘッダタンク１０１をろう付けしたりあるいは扁
平管挿入孔１０７を閉塞している。また芯材１１６ａの
内面にもろう材１１６ｃがクラッドされ、突縁部１１６
ｄの合わせ面１１６ｅ相互間や扁平管１１６とインナー
フィン１１７とをろう付けしている。前記扁平管１１６
におけるインナーフィン１１７の挿入部分は、図９に示
すように、当初、インナーフィン１１７の高さｈ₁ より
僅かに高い寸法ｈ₂ とし、突縁部１１６ｄには隙間Ｓを
設けた状態としている。そして、インナーフィン１１７
に非腐食性フラックスを塗布した後に、これを扁平管１
１６内に挿入し、扁平管１１６を僅かに押し潰し、扁平
管１１６を所定の厚さの寸法Ｈにする。そして、前述し
た方法と同様に組み立て治具を用いて固定し、ろう付部
に前記公知の非腐食性フラックスを塗布し、炉中にいれ
て加熱すると、扁平管１１６の突縁部１１６ｄの合わせ
面１１６ｅ，１１６ｅ相互間、扁平管１１６とコルゲー
トフィン１０３との間、扁平管１１６の内面とインナー
フィン１１７、さらには扁平管１１６とヘッダタンク１
０１を一回のろう付でろう付けすることを試みた。

【００１１】しかし、この状態で炉中ろう付すると、扁
平管１１６のヘッダタンク嵌合部付近に微小な孔が生じ
ることがあることを発見した。これは、熱交換器の熱交
換性能を向上させるために、ヘッダタンク１０１の板厚
に比べてコルゲートフィン１０３と扁平管１１６の板厚
を薄くしている構造から、炉中においてコルゲートフィ
ン１０３や扁平管１１６はヘッダタンク１０１より温度
が早く上昇することに起因するものと考えられる。つま
り、コルゲートフィン１０３や扁平管１１６がヘッダタ
ンク１０１より温度上昇が早いので、扁平管１１６のろ
う材１１６ｂ，１１６ｃが先に溶け、その後、ヘッダタ
ンク１０１のろう材１０１ｂが溶ける。この時、ヘッダ
タンク１０１のろう材１０１ｂが扁平管挿入孔１０７に
隙間があるため呼び込まれるが、このとき扁平管１１６
の合わせ面１１６ｅの端部と接触し、毛細管現象によ
り、ヘッダタンク１０１のろう材１０１ｂも扁平管１１
６の合わせ面１１６ｅ内に多量に呼び込むことになる。
その結果、扁平管１１６の合わせ面１１６ｅに元々ある
ろう材のシリコンに、さらにヘッダタンク１０１のろう
材のシリコンが扁平管１１６の合わせ面１１６ｅに拡散
し、シリコン過多のアルミニウムシリコン合金となり、
芯材１１６ａの溶解温度が下がり、扁平管１１６の芯材
１１６ａを侵食する、いわゆる「ろう材による食われ現
象」が発生することになり、微細な孔が生じると考えら
れる。特に、このような食われ現象によって生じる孔
は、目視による確認が困難で、この孔が生じているか否
かは、熱交換器が完成し、熱交換器の製造工程における
最後の工程である検査工程まで発見できず、製品の歩留
まりが低下する虞があった。

【００１２】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたものであり、製造コストが低く、ろう付け作業が容
易で、しかも、優れた接着強度を有するアルミニウム製
熱交換器の製造方法を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、内部に被熱交換流体が流通する薄肉の複数
の扁平管を相互に平行に設け、これら扁平管相互間にア
ルミニウム製の伝熱フィンを介装することにより形成し
たコアを、所定長離間して対設された厚肉のアルミニウ
ム製ヘッダタンク間に設けるとともに前記扁平管とヘッ
ダタンクとを連通するように組付け、炉内で一体的にろ
う付けするようにしたアルミニウム製熱交換器の製造方
法において、前記扁平管は、一面にろう材が設けられ他
面にろう材が設けられていない帯板を、軸方向両端が開
口されかつ前記ろう材が設けられていない面が内側とな
り、内部に前記被熱交換流体が流通する流路が形成さ
れ、しかも一方または両方の側端に突縁部が形成される
ように、前記流路の軸線に沿って折り曲げ成形し、この
扁平管を用いて前記コアを形成し、該コアに前記ヘッダ
タンクを取付けた状態でろう付け炉内に挿入し、扁平管
の両端が接合される前記アルミニウム製ヘッダタンクに
設けられたろう材の一部により前記突縁部の合わせ面間
をろう付けするようにしたことを特徴とするアルミニウ
ム製熱交換器の製造方法である。

【００１４】

【作用】このように構成した本発明にあっては、内面に
ろう材がクラッドされていない扁平管を、ろう材がクラ
ッドされたヘッダタンクの扁平管挿入孔に挿入し、これ
に非腐食性フラックスを塗布した後に、炉中に入れて所
定温度に加熱すると、ヘッダタンクに設けられたろう材
が溶け出し、扁平管突縁部の合わせ面の端部に毛細管現
象により引き込まれ、扁平管突縁部の合わせ部全体に広
がりろう付することになり、いわゆる「ろう材による食
われ現象」の発生を防止し、微細な孔の発生を防止する
ことができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。

【００１６】図１は本発明の一実施例に係る扁平管とヘ
ッダタンクとの関係を示す横断面図であり、前記図６に
相当し、インナーフィンは省略したものであり、図２は
インナーフィン挿入前の扁平管の断面図、図３は図１の
３−３線に沿う断面図、図４は扁平管の他の実施例を示
す断面図である。

【００１７】本実施例に係るマルチフロータイプの自動
車用コンデンサにおけるヘッダタンク１，１は、内側面
側に扁平管２の両端が挿入される扁平管挿入孔３が形成
された円筒管であり、両端は蓋（図しせず）により閉塞
されたものであるが、このヘッダタンク１，１は、アル
ミニウム材合金の芯材１ａ（ＪＩＳ３００３）であり、
この芯材１ａの外周面に板厚の８％のろう材１ｂ（ＪＩ
Ｓ４３４３）をろう材がクラッドされた板厚１．５ｍｍ
の板材から構成されている。

【００１８】次に、扁平管２は、芯材がアルミニウム合
金材（ＪＩＳ３００３）２ａであり、この芯材２ａの外
周面となる側にのみ板厚の８％のろう材２ｂ（ＪＩＳ４
３４３）がクラッドされ、全体の板厚が０．３２ｍｍと
された帯板を使用している。

【００１９】ここに、クラッドされたろう材２ｂは、扁
平管２とコルゲートフィン４、扁平管２とヘッダタンク
１，１の扁平管挿入孔３をそれぞれろう付けするための
ものである。

【００２０】この帯板は、ロ−ルフォミングされ、図２
に示すような一方の側縁に突縁部５を有する扁平管２に
形成されるが、この扁平管２のインナーフィン６が挿入
される部分は、インナーフィン６の高さｈより僅かに高
い寸法Ｈとしており、前記突縁部５間には隙間Ｓを形成
している。そして、ヘッダタンク１，１の離間長さに応
じて所定の長さに切断される。

【００２１】前記インナーフィン６は、扁平管２とのろ
う付のために芯材６ａとなるアルミニウム合金（ＪＩＳ
３００３）の両面にそれぞれ板厚の１３％のろう材６ｂ
（ＪＩＳ４３４３）がクラッドされた板厚０．３２ｍｍ
程度の帯板を波形状に形成し、この波形を扁平管２の軸
線方向所定長ごとに軸に直交する方向にずらしたもので
ある。このようにすることにより、内部を流れる被熱交
換流体は、インナーフィン６と衝突しつつジグザグに流
れ、熱交換効率が向上するようにしている。

【００２２】また、前述したようにインナーフィン６の
ろう材が、扁平管２のものより多い理由は、扁平管２の
内面とのろう付けが不十分で耐圧強度が低下するのを防
ぐためである。

【００２３】前記コルゲートフィン４は、ろう材がクラ
ッドされていない板厚０．３２ｍｍアルミニウム材（Ｊ
ＩＳ３００３）を波形状に形成したものである。

【００２４】熱交換器を形成するには、まず、前記非腐
食性のフラックスが塗布されたインナーフィン６が内装
された扁平管２を所定の厚さに押し潰し、この扁平管２
とコルゲートフィン４とを交互に積み重ねてコア８を形
成し、これにヘッダタンク１，１に取り付ける。そし
て、最外部のコルゲートフィン４の外面に、コア８側に
ろう材（ＪＩＳ４３４３）がクラッドされたアルミニウ
ム製の補強プレート（図示せず）を取り付け、焼き付け
治具により固定する。その後、ろう付け部に公知の方法
で非腐食性のフラックスを塗布し、コア８が水平となる
ように、つまりヘッダタンク１，１を寝かし、扁平管２
が垂直に立設されている状態で炉の中に入れ、ろう付を
行い、扁平管２の突縁部５の合わせ面５ａや、扁平管２
とインナ−フィン６との間等がろう付されたアルミニウ
ム製熱交換器が完成する。

【００２５】なお、コア８を炉の中に入れる状態は、扁
平管２の突縁部５が上下いずれにある状態であっても良
い。

【００２６】ここに、扁平管２の内面にろう材が設けら
れていないものであっても、扁平管２の突縁部５にろう
材が十分浸透した熱交換器となるのは、次の理由による
ものと考えられる。

【００２７】炉中にて熱交換器のコア８を加熱すると、
インナ−フィン６や扁平管２は、構造上薄肉とされてい
るため、厚肉のヘッダタンク１，１よりも温度上昇が早
く、ヘッダタンク１，１のろう材１ｂより扁平管２等の
ろう材２ｂが先に溶け、ヘッダタンク１，１のろう材１
ｂは後から溶ける。このヘッダタンク１，１のろう材１
ｂが溶けると、扁平管挿入孔３と扁平管２との間の隙間
に、ヘッダタンク１，１のろう材１ｂが毛細管現象によ
り引き込まれ、扁平管２の突縁部５の合わせ面５ａにも
ろう材１ｂが回り込む。ここに、突縁部５の合わせ面５
ａは、板材自体がロ−ルにより圧延されていて面が粗い
うえ、扁平管２をロ−ル成形しているので、微小な隙間
がある。この微小な隙間を利用してろう材１ｂは合わせ
面５ａ全体に毛細管現象により入り込みろう付されると
考えられる。しかも、ヘッダタンク１，１のろう材１ｂ
と扁平管２の外周面のろう材２ｂも相互に接触している
ため、この扁平管２のろう材２ｂも前記突縁部５の合わ
せ面５ａにおける微小隙間に入り込む可能性がある。

【００２８】なお、本発明者は、前記熱交換器の部品を
組み立てる場合に、インナーフィン６を設けることなく
コア８を形成し、ろう材の流れ状態を調べる実験を行っ
た。本実験例の扁平管２の大きさは、軸方向長さは、７
００mm、軸直角方向の幅が１７mm、突縁部５の幅が約１
mm程度であり、また、ヘッダタンク１，１の外径は２２
mm程度のものをしようした。

【００２９】また、図４に示すように扁平管の側縁両側
に突縁部５を設けた扁平管２を用いて実験した。この扁
平管２の大きさは、軸方向長さは、７００mm、軸直角方
向の幅が１７mm、両突縁部５の幅が約１mm程度である。
なお、図４においては、図２に示す部材と同一部材には
同一符号を付している。

【００３０】これらいずれの扁平管２の実験において
も、扁平管２の突縁部５の合わせ面５ａに十分ろう材が
入り込むことが確認された。インナーフィン６と扁平管
２の突縁部５とは、比較的距離があり、相互に接触して
いない点を考慮すれば、前記結果は、明らかにインナー
フィン６にクラッドされたろう材６ｂは扁平管２の突縁
部５の合わせ面５ａ間に入り込んでいないと考えられ
る。

【００３１】特に、本実施例においては、扁平管２の突
縁部５の合わせ面５ａにはろう材がクラッドされてない
ので、ヘッダパイプ１，１のろう材１ｂが入り込んで
も、ろう材のシリコン量が多くならず、シリコンが拡散
して芯材２ａに温度の低い部分を作ったとしても孔が開
くほどの、いわゆる「食われ」は生じないため、使用に
耐え得る十分の強度を有し、洩れのない信頼性の高い扁
平管２を有する熱交換器が得られることになる。

【００３２】なお、本発明方法は、上述した実施例のみ
に限定されることなく、本発明の要旨を越えない限りに
おいて種々に改変することが可能である。

【００３３】例えば、ヘッダパイプ１，１の内面にろう
材１ｂをクラッドしても良いし、ヘッダパイプ１，１の
外周面にろう材１ｂをクラッドせずに置きろうとしても
良い。 また、上述した実施例は、軸直角断面円形のヘ
ッダタンク１，１を有するマルチフロータイプのコンデ
ンサにおける扁平管のろう付けに適用した例であるが、
このヘッダタンク以外に、ヘッダタンクをタンクとプレ
−トという別部材により形成したコンデンサや、自動車
用のラジエータ、自動車用空気調和装置のヒタ−コアな
どの熱交換器でも扁平管を挿入する挿入孔を有するプレ
ートにろう材をクラッドあるいは置きろうすることによ
り適用することができる。

【００３４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、被
熱交換流体が流れる流路面にろう材がクラッドされおら
ずかつ突縁部を有する扁平管を、ろう材がクラッドされ
たヘッダタンクの扁平管挿入孔に挿入してコアを形成
し、これに非腐食性フラックスを塗布した後に、炉中に
入れて所定温度に加熱するようにしたため、扁平管の突
縁部の合わせ面は、ヘッダタンクのろう材が毛細管現象
によって入り込み、さらに扁平管の軸方向に沿って溶融
したろう材が侵入することになり、これにより扁平管の
突縁部の合わせ面に溶融したろう材が適度な量で供給さ
れ、優れた接着強度と食われ現象のない接合となるだけ
でなく、ろう付け作業も極めて容易でコストダウンを図
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】は、本発明の一実施例に係る扁平管とヘッダタ
ンクとの関係を示す横断面図、

【図２】は、インナーフィン挿入前の扁平管の断面図、

【図３】は、図１の３−３線に沿う断面図、

【図４】は、扁平管の他の実施例を示す断面図、

【図５】は、マルチフロータイプの熱交換器の一部破断
斜視図、

【図６】は、図５の６−６線に沿う断面図、

【図７】は、従来の扁平管の軸直角断面図、

【図８】は、同扁平管の製造状態を示す概略断面図、

【図９】は、図１０に示す扁平管の組み付け前の状態を
示す断面図、

【図１０】は、従来の他の扁平管の軸直角断面図であ
る。

【符号の説明】

１，１…ヘッダタンク、１ｂ…ろう材、２…扁平管、２
ａ…ろう材、４…伝熱フィン、５…突縁部、５ａ…合わ
せ面、８…コア、Ｒ…流路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 根岸 誠 東京都中野区南台５丁目24番15号 カルソ ニック株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に被熱交換流体が流通する薄肉の複
   数の扁平管(2) を相互に平行に設け、これら扁平管相互
   間にアルミニウム製の伝熱フィン(4) を介装することに
   より形成したコア(8) を、所定長離間して対設された厚
   肉のアルミニウム製ヘッダタンク(1,1) 間に設けるとと
   もに前記扁平管(2) とヘッダタンク(1,1) とを連通する
   ように組付け、炉内で一体的にろう付けするようにした
   アルミニウム製熱交換器の製造方法において、 前記扁平管(2) は、一面にろう材(2a)が設けられ他面に
   ろう材が設けられていない帯板を、軸方向両端が開口さ
   れかつ前記ろう材(2a)が設けられていない面が内側とな
   り、内部に前記被熱交換流体が流通する流路(R) が形成
   され、しかも一方または両方の側端に突縁部(5) が形成
   されるように、前記流路(R) の軸線に沿って折り曲げ成
   形し、この扁平管(2) を用いて前記コア(8) を形成し、
   該コア(8) に前記ヘッダタンク(1,1) を取付けた状態で
   ろう付け炉内に挿入し、扁平管(2) の両端が接合される
   前記アルミニウム製ヘッダタンク(1) に設けられたろう
   材(1b)の一部により前記突縁部(5) の合わせ面(5a)間を
   ろう付けするようにしたことを特徴とするアルミニウム
   製熱交換器の製造方法。