JPS60145268A - 熱交換素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、熱交換素子の製造方法に係り、特にパイプ部
材に所定形状のフィン部材を接合せしめることによって
熱交換素子を製造するに際して、かかる熱交換素子の軽
量化、更にははんだ乃至はろう材の使用量の効率化を図
り得る方法に関するものである。

従来より、岨動車のラジェーターやヒーターコア等に用
いられる熱交換素子として、熱交換流体が流通せしめら
れるパイプ部材の外面に、波形等の所定形状のフィン部
材を接合せしめることによって構成されたものがある。

この熱交換素子は、第１図及び第２図に示される如く、
例えば、互いに平行な複数の流体流通孔１を一列に有す
る偏平な多孔管よりなる、パイプ部材たる熱交換管２の
間に、芯材４の両面にろう材６，８をクラッドした放熱
フィン１０を組み込み（第１図）、そしてこれを炉中に
入れて加熱し、ろう材６．８のみを溶融せしめることに
よって、第２図の如く放熱フィン１０が熱交換管２にろ
う付は接合された構造を有している。

しかしながら、このような従来の熱交換素子の構造にお
いては、放熱フィン１０が、ろう材６゜８をクラッドし
たクラツド材にて構成されているところから、かかるろ
う材６．８の分を薄肉化できず、また芯材４をあまり薄
肉化すると、ろう付は中におけるろう材の拡散によって
、芯材成分が変動し、強度が低下する虞があり、それ故
クラッド材からなる放熱フィン１０の薄肉化、軽量化は
極めて困鉗であった。

また、このようなりラッド材である放熱フィン１０の製
造には、よく知られているように、多大な工数や費用が
必要とされるのである。けだし、芯材４とろう材６．８
のクラッド直前における洗浄作業や、芯材の結晶粒度の
調整、ろう材厚の管理、ろう材成分の母材への拡散防止
等の対策や処置を取る必要があるからである。

さらに、かかる放熱フィン１０の両面の全面にわたって
、ろう材６，８が存在せしめられているところから、熱
交換管２との接合部以外の場所に存在するろう材は不用
なものとなり、かかる放熱フィン１０の表面、特にその
凹所に、１２．１４等として残り、これがろう材の消費
量を多くする問題の他、熱交換素子全体の重量を増大せ
しめる一つの原因にもなっているのである。

本発明は、かかる事情を背景にして為されたものであっ
て、その目的とするところは、パイプ部材の外面に所定
形状のフィン部材を接合せしめて所定の熱交換素子を製
造するに当たり、かかるフィン部材のろう材乃至ははん
だによる強度低下等の問題を回避しつつ、その薄肉化を
達成し、またろう材乃至ははんだの使用量を節減し、更
には熱交換器全体としての軽量化を達成せしめることに
あり、そのために、かかる熱交換素子の製造に際して、
パイプ部材及びフィン部材のうちの何れか一方の接合さ
れるべき部分に、はんだ若しくはろう材の溶滴の吹付け
によって、所定のはんだ／ろう材層を形成せしめ、そし
てかかるはんだ／ろう材層を介して、該パイプ部材とフ
ィン部材とを接合せしめるようにしたのである。

すなわち、第３図に示されているように、かくの如き本
発明に従って製造される熱交換素子は、パイプ部材とし
ての偏平な多孔管からなる熱交換管２に対して、波形の
放熱フィン１０がろう付は部１６において所定のろう材
乃至ははんだにて接合されて構成されているが、従来の
熱交換素子とは異なり、放熱フィン１０の表面やその凹
所には、残留ろう材は何等存在していないのである。

これは、第４図に示される如く、熱交換管２の外周面の
前記フィン１０が接合せしめられるべき偏平な部分（そ
の周辺部分を含む）にのみ、はんだ若しくはろう材の溶
滴の吹付けによって所定厚さではんだ／ろう材層１８を
形成し、これに第５図の如き芯材４のみからなる波形の
放熱フィン（裸フィン）１０を組み合わせることにより
、或いは第６図に示される如く、放熱フィン１０の前記
熱交換管２が接合せしめられるべき波形の山部、谷部の
外側部分に、部分的に所定厚さのはんだ／ろう材層１８
を形成し、これに第７図の如き熱交換管２を組み合わせ
て、炉中ろう付は手法等の手法によって接合せしめるこ
とにより、組み付けられたものであるからである。

なお、このような所定厚さのはんだ／ろう材層１８を、
熱交換管２或いは放熱フィン１０の表面の必要箇所に部
分的に形成せしめるためには、各種の方法が採用され得
るものであるが、一般に、粉末状、ワイヤ状等の形態の
ろう材を、電弧放電、プラズマ放電、ガス焔等を熱源と
して、微細粒子状の溶滴と為し、同時に高速のガス流を
噴射せしめることによって、目的とする熱交換管２若し
くは放熱フィン１０の少なくとも接合部分の表面に集中
的に溶射することにより形成され、これによって、第４
図及び第６図に示される如き、はんだ／ろう材層１８を
部分的に有する熱交換管２若しくは放熱フィン１０が、
効果的に形成されることとなるのである。

より具体的には、ろう材の溶滴化には、第８図に示され
る如き電弧、プラズマ放電によるろう材粉末２０の溶射
手法や、第９図の如き電弧放電による棒状、ワイヤ状の
ろう材２２の溶射手法、更には第１０図の如きガス焔に
よる棒状、ワイヤ状のろう材２４の溶射手法等の公知の
溶射手法が採用されることとなるが、アルミニウム合金
等の酸化し易いろう材料を用いる場合には、前記の溶射
ガスとしては、不活性ガスが好適に用いられ、また溶滴
を空気中からシールドするために、シールドボックスを
使用する等の対策が好適に採用されることとなる。

また、このように溶射せしめられるろう材としては、前
記熱交換管２や放熱フィン１０がアルミニウム材料にて
構成されている場合には、アルミ合金用ろう材：ＪＩＳ
規格のＢＡ４３４３．４０４５．４１４５．４０４７及
びＡＡ規格の４００３．４００４及び４００５相当品等
であり、Ａｌ１−６〜１３％Ｓｔに、必要に応じて３〜
５％Ｃｕ或いは０．２〜３％Ｍｇを添加し、またＢ　ｅ
　ｓ　Ｂ　ｉ等を微量添加したものが用いられ、更には
んだが、かかるろう材に代わって用いられる場合にあっ
ては、アルミ合金用Ｐｂ−３ｎｓ　５ｎ−Ｚｎｓ　Ｚｎ
−Ｃｄ、Ｚｎ−３ｎ、Ｚｎ−Ａｊ！、及びＺｎ系はん。

だ材が、一般に用いられることとなる。

さらに、かくの如き本発明に従って、熱交換管（パイプ
部材）２や放熱フィン１０の如きフィン部材の表面に部
分的に形成されるはんだ／ろう材層１８は、接合される
べき他の部材（はんだ／ろう材層の設けられていないフ
ィン若しくは熱交換管）との関係において、種々なる厚
さ、幅において設けられるものであるが、それが溶射に
よって形成される場合にあっては、一般に５〜５００μ
ｍの溶射厚さく見掛け）において形成され、またそのよ
うな溶射形成層たるはんだ／ろう材層１８が緻密であれ
ば、その厚さを薄くすることが可能である。

そして、このようなはんだ／ろう材Ｎ１８を部分的に形
成した熱交換管２或いは放熱フィン１０に対して、所定
の放熱フィン１０若しくは熱交換管２をろう付は組付け
するに際しては、浸漬ろう付け、雰囲気ろう付は等の公
知の各種の接合手法を適用することが可能である。すな
わち、第４図又は第６図の如く、熱交換管２若しくは放
熱フィン１０の表面に設けられたはんだ／ろう材Ｎ１８
の形成部分く接合部）に対して、第５図若しくは第７図
の他の部材（１０または２）が当接するように組み付け
て、適当な冶具にて仮固定し、これを炉中ろう付は手法
等により加熱せしめて、かかるはんだ／ろう材層１８を
溶融せしめ、以て第３図に示されるように、熱交換管２
と放熱フィン１０とを、その当接部分において接合せし
めるのである。なお、熱交換管２と放熱フィン１０との
接合部に分布するろう付は部１６は、熱交換管２若しく
は放熱フィン１０の表面に設けられたはんだ／ろう材層
１８の溶融によって形成されたものである。

このように、本発明にあっては、熱交換管２若しくは放
熱フィン１０の表面の必要な箇所にのみ部分的に形成せ
しめられたはんだ／ろう材層１８を介して、他方の部材
たる番ヨんだ／ろう材層を有しない放熱フィン１０若し
くは熱交換管２とを組み合わせ、接合せしめるものであ
るところから、はんだ若しくはろう材は、必要な箇所に
必要な量において使用されることとなって、その使用量
を可及的に少なく為し得、ろう付は等の接合工程の経済
性を著しく高め得ることとなった他、残存するろう材に
よる放熱フィン１０等の表面の美観の悪化をも解消せし
め得ると共に、少なくとも残留ろう枯骨の軽量化が達成
され得ることとなったのである。

しかも、このように、両面にろう材をクラッドせしめた
従来の如き放熱フィンを用いるものではなく、単に芯材
のみからなる放熱フィン、或いはばんだ／ろう材層１８
を部分的に形成した放熱フィンを用いるものであるため
、かかる放熱フィンを薄肉化でき、これによっても、熱
交換素子の軽量化を図ることが出来ることとなったので
ある。

加えて、クラツド材を用いることなく、熱交換素子が形
成され得るところから、その構成部品、すなわち放熱フ
ィン、熱交換管の作製に際して、その工数、費用が著し
く軽減され、その生産性が高められ得て、そのコストダ
ウンをも図り得るのである。けだし、本発明に従えば、
部分的に形成されるはんだ／ろう材層１８は、通常の溶
射手法によって、熱交換管２乃至は放熱フィン１０の所
定箇所に、極めて容易且つ簡単に形成され得るものであ
るからである。

また、かかる本発明に従って、熱交換管２若しくは放熱
フィン１０に形成されるはんだ／ろう材層１８は、従来
のクラツド材の如く芯材とろう材との間の合金化を実質
的に惹起せしめるものでなく、単に溶射によって芯材表
面に付着した状態にあり、それらの間では、金属結合が
殆ど形成されていないところから、ろう付は工程中にお
いて、ろう材の芯材への拡散が少なく、従ってデ°プリ
ーテッドゾーン（ｄｅｐｌｅｔｅｄ　ｚｏ、ｎｅ）の形
成や、芯材の強度低下などが惹起されることは殆どない
のであり、これによって、放熱フィンの更なる薄肉化が
達成でき、そしてその軽量化も効果的に果たされ得るの
である。

因みに、アルミニウム合金製エバポレーク（幅：１０４
ｍ１ｘ高さ；２１０謁×長さ：２３５ｎ循）について、
放熱フィ″ンをクララ１−材とした従来構造のものにあ
っては、かかる放熱フィンとしては１６０μｍの厚さの
ものを使用する必要があり、またその時の放熱フィン重
量は８４５ｇであるのに対し、前記第４図及び第５図の
方式において構成した、本発明に従って製造されたエバ
ポレータにあっては、放熱フィンの厚さを１００μｍと
することができ、また重量もろう材と放熱フィンで６６
５ｇとなり、従来構造の熱交換器に比べて、１８０ｇの
著しい重量軽減を達成することが出来たのである。また
、このように本発明に従って得られたエバポレータのろ
う付は部（１６）について、その断面顕微鏡写真を調べ
たところ、そのろう付部として、何れも健全なろう付は
部が得られていること力９忍められた。

なお、本発明において、熱交換管２の如きパイプ部材や
放熱フィン１０の如きフィン部材の表面に対して部分的
に形成されるはんだ／ろう材層１８の配置形態にあって
は、他の部材との接合形態、更には熱交換素子の構造等
に応じて、各種の分布パターンにおいてパイプ部材若し
くはフィン部材の表面に部分的に配置、形成せしめられ
るものである。

また、本発明において、パイプ部材としては、上側の如
き複数の流体流通孔を一列に有する偏平な多孔管が用い
られる他、第１１図〜第１３図に示される如き流体流通
孔２５が一つである単純な構造の偏平管２６や、その他
、通常の円形断面状の管材であっても、何等差支えない
のである。しかしながら、本発明において、パイプ部材
としては例示の如き偏平な多孔管（２）や単純な偏平管
２６等の形態のものが好適に採用され、そのようなパイ
プ部材の偏平な形状によって形成されモ平坦な面に対し
て、本発明に従うはんだ／ろう材層１８が、効果的に且
つ容易に形成され得るのであさらに、その他、本発明は
、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に
基づいて種々なる変更、修正、改良等を加えた形態にお
いて実施され得るものであり、そのような実施形態のも
のが本発明の範囲に含まれるものであること、また言う
までもないところである。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はそれぞれ従来の熱交換素子の構造の
一例を示すものであって、第１図は熱交換管と放熱フィ
ンの接合前の組付は状態を示す要部斜視説明図、第２図
はそれらの接合後の状態を示す要部斜視説明図である。 第３図は本発明に従う熱交換素子の一例を示す要部斜視
説明図、第４図及び第５図はそれぞれ第３図に示される
熱交換素子を構成する熱交換管と放熱フィンの一例を示
す斜視図であり、第６図及び第７図は同じく第３図の熱
交換素子を与える放熱フィンと熱交換管の組合せの他の
一例を示す斜視図であり、第８図〜第１０図はそれぞれ
熱交換管の表面に部分的にはんだ／ろう材層を形成せし
めるための手法の一例を示す説明図であり、第１１図〜
第１３図はそれぞれパイプ部材としての熱交換管の他の
例を用いた本発明手法の一例を示す第３図〜第５図に和
尚する図である。 ２；熱交換管　４：芯材 ６．８：ろう材　１０：放熱フィン １２．１，１：残留ろう材 １６：ろう付は部　１８：はんだ／ろう材層２０：ろう
材粉末 ２２．２４＝棒状、ワイヤ状のろう材 ２６：熱交換管 出願人　日本電装株式会社 同　住友軽金属工業株式会社 第６図 第１頁の続き ０発　明　者　佐　野　啓　路　名古屋市港区千年社技
術研究所内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ＋１１　パイプ部材とフィン部材とを接合せしめて所定
   の熱交換素子を製造するにあたり、該パイプ部材及び該
   フィン部材のうちの何れか一方の接合されるべき部分に
   、はんだ若しくはろう材の溶滴の吹付けによって所定の
   はんだ／ろう材層を形成せしめ、該はんだ／ろう材層を
   介して該パイプ部材と該フィン部材とを接合せしめるよ
   うにしたことを特徴とする熱交換素子の製造方法。 （２）前記はんだ／ろう材層が、はんだ若しくはろう材
   の溶射によって形成され、且つ５〜５００μｍの溶射厚
   さを有している特許請求の範囲第１項記載の製造方法。 （３）前記パイプ部材が偏平な管部材であり、且つその
   偏平な外面に対して前記はんだ／ろう材層が形成されて
   いる特許請求の範囲第１項又は第２項記載の製造方法。 （４）前記パイプ部材が互いに平行な複数の流体流通孔
   を一列に有する偏平な多孔管であり、且つその偏平な外
   面に対して前記はんだ／ろう材層が形成されている特許
   請求の範囲第１項又は第２項記載の製造方法。