JP2012206147A

JP2012206147A - アルミニウム管継手

Info

Publication number: JP2012206147A
Application number: JP2011075042A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Ito; 和彦伊藤
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2012-10-25

Abstract

【課題】量産性に優れ信頼性の高いアルミニウム管継手を提供する。
【解決手段】端部に向かうにしたがって径が拡大するテーパ部４を介して端部に拡径部５が形成された第一のアルミニウム管１と、外径が拡径部５の内径より小さく且つテーパ部４の最小内径より大きい第二のアルミニウム管２とからなり、第二のアルミニウム管２の端部が第一のアルミニウム管１の拡径部５内に挿入された状態で、第二のアルミニウム管２と第一のアルミニウム管１とがアルミろう３でろう付けされ、第二のアルミニウム管２の外周面に、第一のアルミニウム管１の拡径部５の先端位置における第二のアルミニウム管２の断面を見た場合の第二のアルミニウム管の中心が第一のアルミニウム管１の拡径部５の先端の管の中心と略一致するように、第二のアルミニウム管２の先端の一部と当接して第二のアルミニウム管２の先端がテーパ部４に接触するのを防止する凸部６ａを周方向に複数設けている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、家庭用あるいは業務用冷蔵庫、さらにはショーケース等の冷凍冷蔵機器分野における、冷却器（蒸発器）の一部のアルミニウム製冷媒管同士を接合した管継手にして用いられるアルミニウム管継手に関するものである。

アルミニウム管同士の接合は、ＴＩＧ溶接（タングステン−不活性ガス溶接）やアルミニウム合金ろうと非腐食性フラックスを用いたアルミニウムろう付、所謂ノコロックフラックスろう付などが一般的に使われる。

冷凍冷蔵機器分野の冷却器におけるアルミニウム製冷媒管同士の接合には、現在もなお、ＴＩＧ溶接が使われることが多い。この分野の冷却器は、水分が凍結と融解を繰り返す使用状況であるため、アルミニウム管の接合部にボイドが発生する可能性が高いアルミニウムろう付を積極的に使用していないのが現状である。

冷凍冷蔵用冷却器に適用すると、ボイドを介して水分が浸入した場合、凍結パンクと呼ばれる現象を引き起こし継手の気密性が低下する。またボイドは、ろう回りが悪いときや、使用するフラックスがろうに巻き込まれるとき、発生するガスがろうに巻き込まれるとき等に発生し易く、その原因は温度バランスや継手の形状に影響されることが多い。

しかしながら、ＴＩＧ溶接に比べ、アルミニウムろう付は、気密性に優れた継手を製作することができるので、極力ボイドの発生を減らした継手を製作することが、この分野におけるアルミニウムろう付を適用するポイントとなる。

従来の継手形状の一例として、端部に拡径部が形成されたアルミニウム管に、同径のアルミニウム管を挿入した状態でろう付されたアルミニウム管継手がある（例えば、特許文献１，２参照）。

図６乃至図１０は、上記特許文献１，２に記載された従来のアルミニウム管継手を示すものである。図６は、従来のアルミニウム管継手を管軸を含む平面で切断した場合の縦断面図、図７は、図６のＡ−Ａ断面図、図８は、ろう付前状態の従来のアルミニウム管継手を部分的に管軸を含む平面で切り欠いた場合の一部切欠き縦断面図である。

また、図９は、ろうが外側に垂れた外タレ不良が発生している状態の従来のアルミニウム管継手を管軸を含む平面で切断した場合の縦断面図、図１０は、ろうが内側に垂れた内タレ不良が発生している状態の従来のアルミニウム管継手を管軸を含む平面で切断した場合の縦断面図である。

上記従来のアルミニウム管継手は、端部に向かうにしたがって径が拡大するテーパ部４を介して端部に拡径部５が形成された第一のアルミニウム管１と、外径が拡径部５の内径より小さく且つテーパ部４の最小内径より大きい第二のアルミニウム管２とからなり、第二のアルミニウム管２の端部が第一のアルミニウム管１の拡径部５内に挿入された状態で、第二のアルミニウム管２と第一のアルミニウム管１とがアルミろう３で接合されている。

アルミろう３は、ろう付前はリング状のリングろう７が拡径部５内の第二のアルミニウム管２の端部の外周面と拡径部の内周面との接合部界面の上部にセットされている。リン
グろう７は、拡径部５の外径より小さく第二のアルミニウム管２の外径以上の内径を有するリング状で、ろう材７ａとフラックス７ｂで構成されている。

以上のように構成された従来のアルミニウム管継手について、以下その製造方法を説明する。

図８に示すように、まず、第一のアルミニウム管１は拡径部５が形成された端部を鉛直方向の上向きにし、第二のアルミニウム管２の端部が第一のアルミニウム管１の拡径部５内に挿入されると共に、リングろう７が第二のアルミニウム管２を囲み第一のアルミニウム管１の拡径部５が形成された端部の上に載る状態にセットされる。

次に、加熱手段（図示せず）によりリングろう７付近を加熱することで、全体が昇温されていき、最も融点の低いフラックス７ｂが溶融し、ろう材７ａ及び第一のアルミニウム管１と第二のアルミニウム管２の接合部界面に存在するアルミニウムの酸化皮膜を除去していく。

次に、融点の低いろう材７ａが溶融し、拡径部５内の第二のアルミニウム管２の端部の外周面と拡径部の内周面との接合部界面に充填・拡散されることで、第一のアルミニウム管１と第二のアルミニウム管２がろう付される。第一のアルミニウム管１と第二のアルミニウム管２が理想的にろう付された場合は、図６に示す状態になる。

しかしながら、加熱手段による昇温プロセスは、第一のアルミニウム管１と第二のアルミニウム管２のわずかな肉厚のバラツキや、第一のアルミニウム管１の拡径部５に挿入される第二のアルミニウム管２のわずかな挿入寸法の差によって変わってしまう。

図９は、拡径部５の外側にアルミろう３が垂れて、ろう外タレ３ａが発生したアルミろう３の外タレ不良状態を示している。ろう外タレ３ａは、第二のアルミニウム管２の端部が第一のアルミニウム管１のテーパ部４の内周面に接触している場合に多く発生し、第一のアルミニウム管１と第二のアルミニウム管２の接合界面にアルミろう３があまり充填されない状態となり、接合強度が低下している。

図１０は、拡径部５からテーパ部４の内周面にまでアルミろう３が垂れて、ろう内タレ３ｂが発生したアルミろう３の内タレ不良を示している。この内タレ不良は、加熱手段による第二のアルミニウム管２の規定時間における昇温が速すぎた場合に起こり、それに起因して第二のアルミニウム管２にオーバーベイクによる貫通孔８が発生した場合は、気密性が低下する。

そこで、従来では、第二のアルミニウム管２の端部が第一のアルミニウム管１の拡径部５を通過してテーパ部４の内周面に接触しない程度に、第二のアルミニウム管２の端部を第一のアルミニウム管１の拡径部５内に挿入した状態でろう付を行い、第二のアルミニウム管２の端部が、第一のアルミニウム管１の拡径部５よりも若干速く昇温するように加熱手段による昇温を行うことにより、ろう外タレ３ａやろう内タレ３ｂ及びオーバーベイクによる貫通孔８の発生を抑制して、接合強度や気密性を確保するようにしている。

実開昭６３−１１３８６４号公報特開平９−１７４２３３号公報

しかしながら、従来の構成で、第二のアルミニウム管２の端部が第一のアルミニウム管１のテーパ部４の内周面に接触しない程度に、第二のアルミニウム管２の端部を第一のアルミニウム管１の拡径部５内に挿入した状態にするには、第一のアルミニウム管１と第二のアルミニウム管２を所定の挿入寸法で固定する必要がある。

ところで、一般的に、アルミニウム管の長さ寸法にはバラツキがあり、第一のアルミニウム管１と第二のアルミニウム管２を固定しても、挿入寸法が所定の位置に決るとは限らないので、挿入寸法が所定寸法よりも短くなってしまった場合には、オーバーベイクが発生し易く、挿入寸法が所定寸法よりも長くなってしまった場合には、ろう外タレが発生し易くなる可能性があった。よって、量産時において、接合強度や気密性に問題がある不良品が発生する可能性があるという課題を有していた。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、量産時において、接合強度や気密性に問題がある不良品が発生しにくいアルミニウム管継手を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、第二のアルミニウム管の外周面に、第一のアルミニウム管の拡径部の先端位置における前記第二のアルミニウム管の断面を見た場合の前記第二のアルミニウム管の中心が前記第一のアルミニウム管の前記拡径部の先端の管の中心と略一致するように、前記第一のアルミニウム管の前記拡径部の先端の一部と当接して前記第二のアルミニウム管の先端が前記テーパ部に接触するのを防止する凸部を周方向に設けたのである。

これにより、第一のアルミニウム管と第二のアルミニウム管の位置関係を固定する手段を講じなくとも、第二のアルミニウム管の外周面の凸部に第一のアルミニウム管の拡径部の先端が当接するまで、第二のアルミニウム管の先端を第一のアルミニウム管の拡径部内に挿入するだけで、第二のアルミニウム管の先端が第一のアルミニウム管１のテーパ部４の内周面から離れた所定位置で、第二のアルミニウム管の中心を第一のアルミニウム管の拡径部の先端の管の中心と略一致させることができる。

さらに、第一のアルミニウム管の拡径部の先端と第二のアルミニウム管の外周面の凸部との接触部分の合計の接触面積が広くなりすぎないように凸部の形状と凸部の個数を適切に設定すれば、理想的な昇温プロセスを実現することが可能となる。

したがって、量産時において、接合強度や気密性が確実に確保されるアルミニウム管継手を提供することできるので、信頼性の高いアルミニウム管継手及びそれを使った冷却器、冷凍冷蔵機器を提供することができる。

本発明のアルミニウム管継手は、第二のアルミニウム管の外周面の凸部に第一のアルミニウム管の拡径部の先端が当接するまで、第二のアルミニウム管の先端を第一のアルミニウム管の拡径部内に挿入するだけで、第二のアルミニウム管の先端を所定位置に位置させて、理想的な昇温プロセスを実現することが可能となり、量産されたアルミニウム管継手の接合強度や気密性が確実に確保され、信頼性の高いアルミニウム管継手及びそれを使った冷却器、冷凍冷蔵機器を提供することができる。

本発明の実施の形態１におけるアルミニウム管継手を管軸を含む平面で切断した場合の縦断面図図１のＢ−Ｂ断面図図１のＣ−Ｃ断面図本発明の実施の形態２におけるアルミニウム管継手を管軸を含む平面で切断した場合の縦断面図図４のＤ−Ｄ断面図従来のアルミニウム管継手を管軸を含む平面で切断した場合の縦断面図図６のＡ−Ａ断面図ろう付前状態の従来のアルミニウム管継手を部分的に管軸を含む平面で切り欠いた場合の一部切欠き縦断面図ろうが外側に垂れた外タレ不良が発生している状態の従来のアルミニウム管継手を管軸を含む平面で切断した場合の縦断面図ろうが内側に垂れた内タレ不良が発生している状態の従来のアルミニウム管継手を管軸を含む平面で切断した場合の縦断面図

第１の発明は、端部に向かうにしたがって径が拡大するテーパ部を介して前記端部に拡径部が形成された第一のアルミニウム管と、外径が前記拡径部の内径より小さく且つ前記テーパ部の最小内径より大きい第二のアルミニウム管とからなり、前記第二のアルミニウム管の端部が前記第一のアルミニウム管の前記拡径部内に挿入された状態で、前記第二のアルミニウム管と前記第一のアルミニウム管とがろう付けされたアルミニウム管継手であって、前記第二のアルミニウム管の外周面に、前記第一のアルミニウム管の前記拡径部の先端位置における前記第二のアルミニウム管の断面を見た場合の前記第二のアルミニウム管の中心が前記第一のアルミニウム管の前記拡径部の先端の管の中心と略一致するように、前記第一のアルミニウム管の前記拡径部の先端の一部と当接して前記第二のアルミニウム管の先端が前記テーパ部に接触するのを防止する凸部を周方向に設けたことを特徴とするアルミニウム管継手である。

上記構成により、第一のアルミニウム管と第二のアルミニウム管の位置関係を固定する手段を講じなくとも、第二のアルミニウム管の外周面の凸部に第一のアルミニウム管の拡径部の先端が当接するまで、第二のアルミニウム管の先端を第一のアルミニウム管の拡径部内に挿入するだけで、第二のアルミニウム管の先端が第一のアルミニウム管のテーパ部の内周面から離れた所定位置で、第二のアルミニウム管２の中心が第一のアルミニウム管１の拡径部５の先端の管の中心と略一致させることができる。

第２の発明は、特に第１の発明において、前記第二のアルミニウム管の内周面にディンプル加工により略球面状の凹部を複数設けることにより前記第二のアルミニウム管の外周面に前記凸部を複数設けたものであり、第二のアルミニウム管の内周面の所定部分をディンプル加工ピンで外側に押圧することにより、第二のアルミニウム管の外周面に複数の凸部を容易に設けることができる。

第３の発明は、特に第１の発明において、前記第二のアルミニウム管の外周面にビーディング部を設けることにより前記第二のアルミニウム管の外周面に連続する前記凸部を設
けたものであり、第二のアルミニウム管の外周面をビーディング加工することにより連続する凸部を容易に設けることができる。

以下、本発明のアルミニウム管継手の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。なお、従来と同一構成については、同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるアルミニウム管継手を管軸を含む平面で切断した場合の縦断面図、図２は、図１のＢ−Ｂ断面図、図３は、図１のＣ−Ｃ断面図である。

図１、図２、図３に示すように、本実施の形態におけるアルミニウム管継手は、端部に向かうにしたがって径が拡大するテーパ部４を介して端部に拡径部５が形成された第一のアルミニウム管１と、外径が拡径部５の内径より小さく且つテーパ部４の最小内径より大きい第二のアルミニウム管２とからなり、第二のアルミニウム管２の端部が第一のアルミニウム管１の拡径部５内に挿入された状態で、第二のアルミニウム管２と第一のアルミニウム管１とがアルミろう３でろう付けされている。

また、本実施の形態におけるアルミニウム管継手は、第二のアルミニウム管２の内周面の所定の位置に押圧加工（ディンプル加工）により略円弧状の凹部を設けることにより、第二のアルミニウム管２の外周面に、第一のアルミニウム管１の拡径部５の先端位置における第二のアルミニウム管２の断面を見た場合の第二のアルミニウム管２の中心が第一のアルミニウム管１の拡径部５の先端の管の中心と略一致するように、第一のアルミニウム管１の拡径部５の先端の一部と当接して第二のアルミニウム管２の先端がテーパ部４に接触するのを防止する凸部６ａを周方向に複数設けている。

以上のように構成された本実施の形態のアルミニウム管継手について、以下その製法、作用を説明する。

まず、第二のアルミニウム管２を、第二のアルミニウム管２の外周面に形成された複数の凸部６ａに第一のアルミニウム管１の先端が当接するまで、第二のアルミニウム管２の先端を第一のアルミニウム管１の拡径部５内に挿入する。

このとき、第一のアルミニウム管１と第二のアルミニウム管２の位置関係を固定する手段を講じなくとも、第二のアルミニウム管２の外周面の複数の凸部６ａに第一のアルミニウム管１の先端が当接するまで、第二のアルミニウム管２の先端を第一のアルミニウム管１の拡径部５内に挿入するだけで、第二のアルミニウム管２の先端が第一のアルミニウム管１のテーパ部４の内周面から離れた所定位置で、第二のアルミニウム管２の中心を第一のアルミニウム管１の拡径部５の先端の管の中心と略一致させることができる。

なお、凸部６ａの形状と凸部６ａの個数は、第一のアルミニウム管１の先端と複数の凸部６ａとの接触部分の合計の接触面積が広くなりすぎないように設定する。

第一のアルミニウム管１は拡径部５が形成された端部を鉛直方向の上向きにし、第二のアルミニウム管２をセットする。第一のアルミニウム管１と第二のアルミニウム管２との位置関係の維持には、重力を利用できる。

次に加熱手段（図示せず）を用い、第一のアルミニウム管の拡径部５の先端近辺を狙い加熱すると、第二のアルミニウム管２の外周面に形成された凸部６ａ付近が始めに昇温していき、順に下部も昇温していく過程で、第一のアルミニウム管１の拡径部５も昇温して
いく。

次に、フラックス入りアルミろう３を第二のアルミニウム管２の外周面に形成された凸部６ａ付近に差し込みアルミろう３を溶融する。なお、アルミろう３は棒状のものを使用する、もしくはあらかじめリング状に成形したものを第二のアルミニウム管２の外周面に形成された凸部６ａ付近に取り付けておいても良い。

次に、アルミろう３内のフラックスは溶融し、重力の影響で下側に流れ、且つ、最も昇温している第一のアルミニウム管１側に流れていき、拡径部５内に流動して、フラックスの作用で酸化皮膜を除去していく。

次に、ろう材が融点に達し液状化し、拡径部５内に流動し、ろう材に含まれるケイ素Ｓｉ成分がアルミニウム内に拡散していき、加熱を終了することで、液状化したろう材とフラックスが固形化してアルミろう３が接合界面に充填される。

このとき、凸部６ａと第一のアルミニウム管１の拡径部５の先端との接触部分の合計の接触面積は小さく、最初に昇温される第二のアルミニウム管２の熱が第一のアルミニウム管１側に逃げる割合は非常に少ないので、第一のアルミニウム管１の拡径部５が外側から加熱され昇温するスピードよりも、第二のアルミニウム管２が昇温するスピードの方が速いので、アルミろう３が外垂れを起こす可能性は非常に少なくなる。

もちろん、加熱の狙い位置も拡径部５の先端付近を狙っていることで、オーバーベイクの可能性も極力少ないものとなっている。

以上のように本実施の形態のアルミニウム管継手は、第二のアルミニウム管２の内周面の所定の位置に押圧加工（ディンプル加工）により略円弧状の凹部を設けることにより、第二のアルミニウム管２の外周面に、第一のアルミニウム管１の拡径部５の先端位置における第二のアルミニウム管２の断面を見た場合の第二のアルミニウム管２の中心が第一のアルミニウム管１の拡径部５の先端の管の中心と略一致するように、第一のアルミニウム管１の拡径部５の先端の一部と当接して第二のアルミニウム管２の先端がテーパ部４に接触するのを防止する凸部６ａを周方向に複数設けたことを特徴とする。

上記構成により、第一のアルミニウム管１と第二のアルミニウム管２の位置関係を固定する手段を講じなくとも、第二のアルミニウム管２の外周面の複数の凸部６ａに第一のアルミニウム管１の拡径部５の先端が当接するまで、第二のアルミニウム管２の先端を第一のアルミニウム管１の拡径部５内に挿入するだけで、第二のアルミニウム管２の先端が第一のアルミニウム管１のテーパ部４の内周面から離れた所定位置で、第二のアルミニウム管２の中心が第一のアルミニウム管１の拡径部５の先端の管の中心と略一致させる。

さらに、第一のアルミニウム管１の拡径部５の先端と複数の凸部６ａとの接触部分の合計の接触面積が広くなりすぎないように凸部６ａの形状と凸部６ａの個数を適切に設定すれば、理想的な昇温プロセスを実現することが可能となる。

また、第二のアルミニウム管２の内周面の複数の所定位置に押圧加工（ディンプル加工ピンで押圧すること）により略球面状の凹部を設けることにより前記第二のアルミニウム管の外周面に前記凸部を設けることにより、第二のアルミニウム管２の外周面に複数の凸
部６ａを容易に設けることができる。

（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２におけるアルミニウム管継手を管軸を含む平面で切断した場合の縦断面図、図５は、図４のＤ−Ｄ断面図である。

図４、図５に示すように、本実施の形態におけるアルミニウム管継手は、実施の形態１におけるアルミニウム管継手と同様に、端部に向かうにしたがって径が拡大するテーパ部４を介して端部に拡径部５が形成された第一のアルミニウム管１と、外径が拡径部５の内径より小さく且つテーパ部４の最小内径より大きい第二のアルミニウム管２とからなり、第二のアルミニウム管２の端部が第一のアルミニウム管１の拡径部５内に挿入された状態で、第二のアルミニウム管２と第一のアルミニウム管１とがアルミろう３でろう付けされている。

また、本実施の形態におけるアルミニウム管継手は、第二のアルミニウム管２の外周面にビーディング加工を設けることにより、第二のアルミニウム管２の外周面に、第一のアルミニウム管１の拡径部５の先端位置における第二のアルミニウム管２の断面を見た場合の第二のアルミニウム管２の中心が第一のアルミニウム管１の拡径部５の先端の管の中心と略一致するように、第一のアルミニウム管１の拡径部５の先端の一部と当接して第二のアルミニウム管２の先端がテーパ部４に接触するのを防止する周方向に連続する凸部６ｂのビーディング部９を設けている。

以上のように構成された本実施の形態のアルミニウム管継手ついて、以下その製法、作用を説明する。

図４に示すように、第二のアルミニウム管２の外周面にビーディング加工する工程では、第二のアルミニウム管２のビーディング部９を設ける位置の両側を固定治具（図示せず）にて固定し、第二のアルミニウム管２を固定した状態でお互いの固定治具を接近させることでビーディング加工、すなわち、第二のアルミニウム管２の外周上に連続する凸部６ｂのビーディング部９を同一円周上に形成することができる。

つまり、実施の形態１の作用効果に加えて、第二のアルミニウム管２の外周面にビーディング加工を行う工程のみで、第二のアルミニウム管２の外周面に連続する凸部６ｂのビーディング部９を設けることができ、生産性を向上できる。

本発明のアルミニウム管継手は、量産されたアルミニウム管継手の接合強度や気密性が確実に確保され、信頼性の高いアルミニウム管継手であるので、家庭用あるいは業務用冷蔵庫、さらにはショーケース等の冷凍冷蔵機器に用いられる冷却器などに広く利用することができるものである。

１第一のアルミニウム管
２第二のアルミニウム管
３アルミろう
４テーパ部
５拡径部
６ａ凸部
６ｂ凸部
９ビーディング部

Claims

端部に向かうにしたがって径が拡大するテーパ部を介して前記端部に拡径部が形成された第一のアルミニウム管と、外径が前記拡径部の内径より小さく且つ前記テーパ部の最小内径より大きい第二のアルミニウム管とからなり、前記第二のアルミニウム管の端部が前記第一のアルミニウム管の前記拡径部内に挿入された状態で、前記第二のアルミニウム管と前記第一のアルミニウム管とがろう付けされたアルミニウム管継手であって、前記第二のアルミニウム管の外周面に、前記第一のアルミニウム管の前記拡径部の先端位置における前記第二のアルミニウム管の断面を見た場合の前記第二のアルミニウム管の中心が前記第一のアルミニウム管の前記拡径部の先端の管の中心と略一致するように、前記第一のアルミニウム管の前記拡径部の先端の一部と当接して前記第二のアルミニウム管の先端が前記テーパ部に接触するのを防止する凸部を周方向に設けたことを特徴とするアルミニウム管継手。
前記第二のアルミニウム管の内周面にディンプル加工により略球面状の凹部を複数設けることにより前記第二のアルミニウム管の外周面に前記凸部を複数設けたことを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム管継手。
前記第二のアルミニウム管の外周面にビーディング部を設けることにより前記第二のアルミニウム管の外周面に連続する前記凸部を設けたことを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム管継手。