JP3209856B2 - アルミニウム材製熱交換器の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明に係るアルミニウム材製熱
交換器の製造方法は、自動車用エンジンの冷却水放熱用
のラジエータ、或は自動車用空調機の冷媒放熱用のコン
デンサとして利用できるアルミニウム材製熱交換器を製
造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車用空調機のコンデンサとして、例
えば図９に示す様なアルミニウム材（アルミニウム及び
アルミニウム合金を総称する。本明細書全体で同じ。）
製の熱交換器が広く使用されている。この熱交換器は、
多数の伝熱管１、１及びフィン２、２から成るコア部３
の長さ方向（図９の左右方向）両端部にヘッダパイプ
４、４を設け、このヘッダパイプ４、４の内側に、各伝
熱管１、１の端部を連通させている。この様な熱交換器
により、例えば冷媒等の流体と空気との間で熱交換を行
なわせる場合には、上記流体を入口管２０を介して入口
側のヘッダパイプ４から送り込み、出口側のヘッダパイ
プ４の出口管２１から取り出す。この間に上記流体は、
入口側のヘッダパイプ４から出口側のヘッダパイプ４に
向けて、多数の伝熱管１、１を流れる。そして、これら
多数の伝熱管１、１を流れる間に、コア部３の周囲を流
れる空気との間で熱交換を行なう。

【０００３】上記伝熱管１、１と１対のヘッダパイプ
４、４とは、後述する図１１に示す様に、ヘッダパイプ
４に形成した第一の貫通孔９ａ、９ａに伝熱管１、１の
端部を挿通し、更にろう付けする事で、互いの内部同士
を連通させる。上記第一の貫通孔９ａ、９ａは、ヘッダ
パイプ４の軸方向（図９、１１の上下方向）に亙り、等
間隔に形成している。又、上記ヘッダパイプ４の両端に
はエンドキャップを設け、ヘッダパイプ４の両端を液密
に塞いでいる。

【０００４】上記コア部３の高さ方向（図９の上下方
向）両側には、それぞれコア部３の長さ方向に亙るサイ
ドプレート５ａ、５ｂを設ける。各サイドプレート５
ａ、５ｂの長さ方向（図９の左右方向）両端部はヘッダ
パイプ４、４に接合して、上記コア部３の強度を向上さ
せる。

【０００５】上記サイドプレート５ａは、図１０（Ａ）
に示す様に、平板状の基板部６と、この基板部６の長さ
方向（同図の矢印ａ方向）両端から突出した接合片７と
から構成される。この接合片７の幅方向（同図の矢印ｂ
方向）の寸法は、この図１０（Ａ）に示す様に基板部６
の幅寸法ｌよりも小さい寸法とする他、上記基板部６の
幅寸法ｌと同一寸法としたものもある。一方、上記サイ
ドプレート５ｂは、図１０（Ｂ）に示す様に上記基板部
６の幅方向両端部を同一方向に直角に折り曲げる事で１
対の取付板部８、８とした、断面コ字形に形成してい
る。上記基板部６がコア部３の端部に固定される。尚、
１対のサイドプレートを、何れも上記図１ ０（Ｂ）に示
したサイドプレート５ｂ、５ｂとした熱交換器も知られ
ている。

【０００６】上記サイドプレート５ａ、５ｂと１対のヘ
ッダパイプ４、４との接合部の構造は、以下の通りであ
る。即ち、図１１に示す様に、上記第一の貫通孔９ａ、
９ａのうち、最も外側に位置する、両端の第一の貫通孔
９ａの外側（ヘッダパイプ４の軸方向端部側）に、第二
の貫通孔９ｂを形成する。この第二の貫通孔９ｂに、上
記サイドプレート５ａ（５ｂ）端部の接合片７を挿入す
る。接合片７の第二の貫通孔９ｂへの挿通部分はろう付
けして、コア部３の強度を向上させる。

【０００７】又、特開平３−２７９７９８号公報には、
図１２〜１３に示す様に、ヘッダパイプ４、４に形成し
た嵌合孔１０内に、上記サイドプレート５ａ（５ｂ）端
部の接合片７を嵌合させる構造が記載されている。この
うち、図１２に示したものは、図１０に示したサイドプ
レート５ａ、５ｂと同様、接合片７を基板部６の幅寸法
ｌよりも小さくしたものの嵌合状態を示している。又、
図１３に示したものは、上記接合片７を基板部６の幅寸
法ｌと同一寸法としたものの嵌合状態を示している。こ
の様な構造に於いても、サイドプレート５ａ（５ｂ）と
上記嵌合孔１０との嵌合部分をろう付けし、コア部３の
強度向上を図る。

【０００８】ところで、上述の様なアルミニウム材製熱
交換器を造る場合、以下の様に行なう。先ず、多数の伝
熱管１、１、フィン２、２、１対のヘッダパイプ４、
４、サイドプレート５ａ、５ｂを仮組み付けする。そし
て、この様に仮組み付けした状態で、この熱交換器を加
熱炉内で加熱する。上記構成各部品同士のうち、接合す
べく互いに当接する２部品のうちの少なくとも一方の部
品は、当接する表面にろう材を積層している。例えば、
上記ヘッダパイプ４、４の表面に上記ろう材を積層する
と共に、サイドプレート５ａ、５ｂにろう材層を設けな
い構造としたり、或はサイドプレート５ａ、５ｂにろう
材層を設けると共に、上記ヘッダパイプ４、４にろう材
層を設けない構造とする。勿論、構成各部品にろう材層
を設けても良い。伝熱管１、１の表面には、ろう材層を
持たないフィン２、２とのろう付けの必要上、必ずろう
材層を設ける。何れにしても、上記ろう材層を設けてい
る為、仮組み付けした熱交換器を加熱する事により上記
ろう材を溶融させ、その後冷却固化すれば、上記構成各
部品同士を互いにろう付けできる。

【０００９】上述の様に、構成各部品同士を加熱ろう付
けする際、例えば、特開平１−１９２４６７号公報に記
載された図１４に示す様な治具１３を使用して、仮組み
付けされた構成各部品を抑え付ける。この治具１３は、
それぞれが十分な剛性を有する鋼材により、長コ字形に
形成された１対の移動阻止具１４、１４と、１対の抑え
板１５、１５とから構成されている。アルミニウム材製
熱交換器のろう付け作業を行なう際には、コア部３を、
上記１対の抑え板１５、１５により挟み付け、更に上記
１対の移動阻止具１４、１４により、両抑え板１５、１
５同士の間隔が広がるのを防止する。各移動阻止具１
４、１４の寸法は、造るべきコア部３の寸法に合わせて
形成されている。従って、治具１３を組み付ける事によ
り、構成各部品が離脱する等の不具合が防止される。

【００１０】尚、アルミニウム材製熱交換器によって
は、ヘッダパイプ４に第二の貫通孔９ｂや嵌合孔１０を
形成せず、前記図１０に示した様なサイドプレート５
ａ、５ｂの接合片７の端縁をヘッダタンク４の周面に突
き当て、更にろう付けする構造のものも存在する。この
様な構造のものを仮組み付けし、加熱ろう付けする場合
には、１対のヘッダタンク４、４同士を、ワイヤ等によ
って結束する。これにより、上記サイドプレート５ａ、
５ｂが１対のヘッダタンク４、４の間から離脱する事を
防止している。但し、この様な構造の場合、ろう付けが
不十分になり易い等の問題がある為、通常の場合、前述
した様に接合片７を第二の貫通孔９ｂ、或は、嵌合孔１
０に挿通、或は嵌合させる構造を採用している。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の様に
してアルミニウム材製熱交換器を製造する場合、次に述
べる様な解決すべき課題が存在する。即ち、上記加熱ろ
う付け時に、上記ヘッダパイプ４、及びサイドプレート
５ａ、５ｂは、それぞれ熱膨張する傾向となる。上記ヘ
ッダパイプ４は、その軸方向に熱膨張する。又、上記サ
イドプレート５ａ、５ｂは、その長さ方向に熱膨張す
る。この様な熱膨張の結果、上記接合片７と第二の貫通
孔９ｂ、或は嵌合孔１０との位置関係がずれて、これら
サイドプレート５ａ、５ｂとヘッダパイプ４との接触状
態が不良となり、これら両部材５ａ、５ｂ、４同士のろ
う付け不良が発生し易くなる。

【００１２】更に、加熱に伴って上記コア部３を構成す
る伝熱管１、１の表面に積層したろう材が溶融し、各伝
熱管１、１の側面とフィン２、２との当接部から流出す
る（逃げる）事が避けられない。この結果、加熱ろう付
け後、コア部３の高さ方向の寸法が減少する、所謂コア
収縮が生じる。この様なコア収縮によっても、上記両部
材５ａ、５ｂ、４同士の接触状態が不良になり易く、や
はりろう付け不良が発生し易い。ろう付け不良が発生し
た場合には、接合部に所定の強度が得られず、完成後の
熱交換器の寿命低下を招来するばかりか、著しい場合に
は不良品として廃棄しなければならない。本発明のアル
ミニウム材製熱交換器の製造方法は、この様な不都合を
解消すべく、考えられたものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明のアルミニウム材
製熱交換器の製造方法は、前述した従来のアルミニウム
材製熱交換器の製造方法と同様に、それぞれがアルミニ
ウム材により造られ、間隔をあけて互いに平行に設けら
れた１対のヘッダパイプと、両端部をそれぞれ各ヘッダ
パイプに接続すると共に、互いに間隔をあけて配設され
た複数の伝熱管と、最も外側の伝熱管の外側に設けら
れ、両端部をそれぞれ１対のヘッダパイプに接合した１
対のサイドプレートと、隣り合う伝熱管の間、並びに上
記最も外側の伝熱管とサイドプレートとの間に設けられ
たフィンとを備えたアルミニウム材製熱交換器を造る
為、上記ヘッダパイプとサイドプレートとを接合する際
に、上記ヘッダパイプの軸方向両端部側面に設けた凹部
に、サイドプレートの両端部に設けられた接合片を当接
させ、更にろう付けする。

【００１４】特に、本発明のアルミニウム材製熱交換器
の製造方法に於いては、上記凹部の外半部をなす外側傾
斜面を、上記ヘッダパイプの中央部に向かうに従って深
くなる平坦な傾斜面に形成すると共に、上記接合片を、
この外側傾斜面の傾斜角度に近いが、この傾斜角度より
も大きい傾斜角度に折り曲げ形成した後、上記外側傾斜
面で、最底部から上記ヘッダパイプの外側に外れた部位
に、上記接合片の先端を当接させて仮組み付けした状態
で加熱して、上記凹部に上記接合片をろう付けする。

【００１５】

【作用】上述の様に構成される本発明のアルミニウム材
製熱交換器の製造方法により得られるアルミニウム材製
熱交換器を用いて、内部を流れる冷媒等の流体と外部を
流れる空気と間で熱交換を行なわせる際の作用自体は、
前述した従来のアルミニウム材製熱交換器と同様であ
る。特に、本発明のアルミニウム材製熱交換器の製造方
法に於いては、コア収縮及び熱膨張に伴う、ヘッダパイ
プ及びサイドプレートの変位を、上記凹部の外側傾斜面
と上記サイドプレートの接合片とで吸収できる。従っ
て、上記コア収縮及び熱膨張に拘らず、上記接合片は上
記凹部に十分な押圧力で当接する。更に、接合片の外側
面と外側傾斜面との間部分に、溶融したろう材が入り込
み易い為、この接合部のろう付け接合が十分な強度を持
ってなされる。これらの結果、ヘッダパイプとサイドプ
レートとのろう付け性が向上し、不良品の発生を減少さ
せ、所定性能のアルミニウム材製熱交換器を効率良く製
造できる。

【００１６】

【実施例】次に、図示の実施例を説明しつつ、本発明を
更に詳しく説明する。尚、本発明のアルミニウム材製熱
交換器の製造方法は、サイドプレートの接合片と、ヘッ
ダパイプに設けた凹部とのろう付け接合を確実に行なう
点に特徴がある。その他の構成、並びに作用に就いて
は、前述した従来のアルミニウム材製熱交換器の製造方
法と同様である為、重複する説明を省略し、以下、本発
明の特徴部分を中心に説明する。

【００１７】ヘッダパイプ４、４とサイドプレート５
ａ、５ｂとの接合部は、上記ヘッダパイプ４、４の軸方
向（図１、２の上下方向）両端部に設けた凹部１６、１
６に、サイドプレート５ａ、５ｂ両端部の接合片７、７
（図５）を弾性的に当接させ、更にろう付けして成る。
この様にヘッダパイプ４、４とサイドプレート５ａ、５
ｂとをろう付け接合する為に、本発明に於いては、先
ず、上記凹部１６を、図３〜４に示す様に、その外半部
（上記ヘッダパイプ４、４の中央部から離れた側の半部
を指し、図３の上半部）に、上記ヘッダパイプ４の中央
部に向かうに従って深くなる、外側傾斜面１７を形成す
る。又、その内半部（上記ヘッダパイプ４、４の中央部
に近い半部を指し、図３の下半部）に、上記ヘッダパイ
プ４の中央部に向かうに従って浅くなる、内側傾斜面１
８を形成する。この内側傾斜面１８の傾斜角度は、上記
外側傾斜面１７に比較して大きい。これら外側、内側両
傾斜面１７、１８の連続部が、この凹部１６の最底部１
９となる。

【００１８】上述した様に、上記外側傾斜面１７は、上
記ヘッダパイプ４の軸線に対して平行な直線イに対する
傾斜角度θ₁₇が小さい。又、この外側傾斜面１７は平坦
面としている。上記内側傾斜面１８は、上記直線イに対
する傾斜角度θ₁₈が、上記θ₁₇よりも大きい。又、本実
施例に於いては、凹部１６の正面形状を、図３に示す様
に大略三角形状としている。そして、上記外側傾斜面１
７と内側傾斜面１８との連続部である最底部１９の幅Ｗ
を、凹部１６のうちで最大としている。従って、この最
底部１９に接合片７が当接した場合に、この接合片７の
凹部１６に対する当接面積が最大になる。

【００１９】一方、サイドプレート５ａ（５ｂ）の両端
部に形成する上記接合片７、７は、図５に示す様に上記
ヘッダパイプ４、４の中間部に向け、折り曲げ角度θ₇
で折り曲げ形成する。この折り曲げ角度θ₇ は、上記傾
斜角度θ₁₇に近いが、この傾斜角度θ₁₇よりも少しだけ
大きく（θ₇ ＞θ₁₇）している。尚、アルミニウム材製
熱交換器の構成各部品を仮組み付けした状態で、この接
合片７の先端縁は、上記外側傾斜面１７で、上記最底部
１９から上記ヘッダパイプ４の外側に外れた部位に弾性
的に当接させる。更に、本実施例に於いては、上記接合
片７、７の長さ、及び配設位置を以下の様に規制してい
る。即ち、上記ヘッダパイプ４とサイドプレート５ａ
（５ｂ）とのろう付け接合後に於いては、このろう付け
時のコア収縮、或はヘッダパイプ４の長さ方向に関する
伸張に基づき、上記接合片７、７先端縁が上記凹部１６
の最底部１９に達する様にする。その為に、ろう付け接
合前に於いては、接合片７、７の先端が上記外側傾斜面
１７で、上記最底部１９から上記ヘッダパイプ４の外側
に外れた部分に位置する様、接合片７の長さ、及び配設
位置を規制する。

【００２０】即ち、現在知られている熱交換器に於いて
は、図１に示す様に、例えば伝熱管１、１を２４本使用
する型（以下、１型と称する。）のものと、図示は省略
したが、伝熱管１、１を３１本使用する型（以下、２型
と称する。）のものとがある。これら各型の熱交換器の
うち、１型のものに於いては、上記コア収縮に基づいて
上記サイドプレート５ａ、５ｂが、それぞれおよそ１．
１mm程度、ヘッダパイプ４、４の中間部に向けて収縮す
る。又、２型のものに於いては、同じく１．５mm程度収
縮する。この為、加熱ろう付けの際に上記接合片７、７
の変位量を吸収し、加熱ろう付け時に最大の当接面積と
すべく、上記接合片７、７の折れ曲がり角度、長さ、更
には、外側傾斜面１７の寸法、そして上記接合片７、７
と凹部１６との位置関係を決定する。例えば、図示の実
施例の場合、コア収縮が１．１mm程度である事を勘案
し、仮組み付け時に於ける上記接合片７の先端を、外側
傾斜面１７の中間位置で、上記底部から１mm程度上方に
位置させている。

【００２１】上述の様に仮組み付け時に於ける上記接合
片７の先端と外側傾斜面１７との位置関係を規制する
為、製造すべく仮組み付けした状態で加熱した場合、こ
の加熱に伴うコア収縮、或はヘッダパイプ４の伸長に伴
って、図８に鎖線で示す様に、上記接合片７の先端が最
底部１９に当接する。そして、接合片７の外側面と上記
外側傾斜面１７との間には、溶融したろう材が流入し易
いくさび状の隙間が形成される。この隙間には加熱に基
づき溶融したろう材が、表面張力によって流入し、上記
外側面と外側傾斜面１７とを十分に広い面積でろう付け
する為、この部分の接合が十分な強度を持ってなされ
る。この結果、不良品の発生を減少させ、所定性能のア
ルミニウム材製熱交換器を効率良く製造可能になる。
尚、本実施例に於いては、上記ヘッダパイプ４及びサイ
ドプレート５ａ（５ｂ）を構成する材料として、芯材が
Ａ３００３材、皮材がＡ４３４３材から成るアルミニウ
ム合金を用いている。そして、この材料により造られた
ヘッダパイプ４、サイドプレート５ａ（５ｂ）の必要と
する表面に、ろう材層を設けている。上記ヘッダパイプ
４としては、上記材料により造られた押し出し管、或は
電縫管を利用している。

【００２２】一方、上記２型の熱交換器に於いても、上
述した様な規制を上記１型のものと同様に行なう。従っ
て、この２型の熱交換器に於けるヘッダパイプ４とサイ
ドプレート５ａ（５ｂ）との接合を良好に行なえる様に
なる。但し、この２型の熱交換器の場合、伝熱管１、１
の本数の増加に伴い、コア収縮量が片側で１．５mm程度
である為、この収縮量を勘案して、上記接合片７、７の
折れ曲がり角度、長さ、更には、外側傾斜面１７の寸
法、及び上記接合片７、７と凹部１６との位置関係を規
制する。

【００２３】尚、図１で１１、１２は、このアルミニウ
ム材製熱交換器を車体に取り付ける為の取付ブラケット
である。一方の取付ブラケット１１、１１は、下側のサ
イドプレート５ｂの複数個所に固定する。又、取付ブラ
ケット１２、１２はヘッダパイプ４、４の上部側面に固
定する。これら取付ブラケット１１、１２は本発明の要
旨ではない為、詳しい説明は省略する。又、上述の実施
例に於いては、前記図１０に示した様な、幅の狭い接合
片７を有するサイドプレート５ａ（５ｂ）に本発明を適
用した例に就いて説明したが、接合片７の幅寸法ｌが基
板６と同寸法のものに本発明を適用できる事は勿論であ
る。又、アルミニウム材製熱交換器として、一のヘッダ
パイプの中間部に隔壁を設け、このヘッダパイプの一側
に入口管を、他側に出口管を、それぞれ設けた熱交換器
も存在する。本発明がこの様な熱交換器の製造方法に適
用できる事も勿論である。更に、凹部１６の正面形状
は、図示のものに限定されず、長円形等とする事ができ
る。

【００２４】

【発明の効果】本発明のアルミニウム材製熱交換器の製
造方法は、以上に述べた通り構成され作用する為、サイ
ドプレートとヘッダパイプとが十分な強度を持って接合
する。この結果、不良品の発生が減少する。又、サイド
プレートの接合片を差し込む貫通孔を設けない為、製造
が容易となる。これらの結果、所定性能のアルミニウム
材製熱交換器を効率良く製造可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例により得られたアルミニウム材
製熱交換器を示す正面図。

【図２】本発明に係るヘッダパイプの正面図。

【図３】凹部を示す部分拡大側面図。

【図４】（Ａ）はヘッダパイプの上部に、（Ｂ）は同じ
く下部に、それぞれ設けた凹部の縦断面図。

【図５】サイドプレートを示しており、（Ａ）は正面
図、（Ｂ）は平面図。

【図６】図１の右上隅角部を拡大して示す図。

【図７】図６の上方から見た拡大図。

【図８】図６のＸ部拡大図。

【図９】従来の熱交換器を示す斜視図。

【図１０】従来から知られたサイドプレートの２例を示
す、それぞれ斜視図。

【図１１】ヘッダパイプとサイドプレートとの接合部の
第１例を示す部分縦断側面図。

【図１２】同第２例を示しており、（Ａ）は部分横断平
面図、（Ｂ）は部分縦断側面図。

【図１３】同第３例を示す、図１２と同様の図。

【図１４】アルミニウム材製熱交換器の構成部品を治具
により仮組み付けした状態を示す斜視図。

【符号の説明】

１ 伝熱管 ２ フィン ３ コア部 ４ ヘッダパイプ ５ａ、５ｂ サイドプレート ６ 基板部 ７ 接合片 ８ 取付板部 ９ａ 第一の貫通孔 ９ｂ 第二の貫通孔 １０ 嵌合孔 １１、１２ 取付ブラケット １３ 治具 １４ 移動阻止具 １５ 抑え板 １６ 凹部 １７ 外側傾斜面 １８ 内側傾斜面 １９ 最底部 ２０ 入口管 ２１ 出口管

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F28F 9/00 - 9/26

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 それぞれがアルミニウム材により造ら
   れ、間隔をあけて互いに平行に設けられた１対のヘッダ
   パイプと、両端部をそれぞれ各ヘッダパイプに接続する
   と共に、互いに間隔をあけて配設された複数の伝熱管
   と、最も外側の伝熱管の外側に設けられ、両端部をそれ
   ぞれ１対のヘッダパイプに接合した１対のサイドプレー
   トと、隣り合う伝熱管の間、並びに上記最も外側の伝熱
   管とサイドプレートとの間に設けられたフィンとを備え
   たアルミニウム材製熱交換器を造る為、上記ヘッダパイ
   プとサイドプレートとを接合する際に、上記ヘッダパイ
   プの軸方向両端部側面に設けた凹部に、サイドプレート
   の両端部に設けられた接合片を当接させ、更にろう付け
   するアルミニウム材製熱交換器の製造方法に於いて、上
   記凹部の外半部をなす外側傾斜面を、上記ヘッダパイプ
   の中央部に向かうに従って深くなる平坦な傾斜面に形成
   すると共に、上記接合片を、この外側傾斜面の傾斜角度
   に近いが、この傾斜角度よりも大きい傾斜角度に折り曲
   げ形成した後、上記外側傾斜面で、最底部から上記ヘッ
   ダパイプの外側に外れた部位に、上記接合片の先端を当
   接させて仮組み付けした状態で加熱して、上記凹部に上
   記接合片をろう付けする事を特徴とする、アルミニウム
   材製熱交換器の製造方法。