トップ :: F 機械工学 照明 加熱 武器 爆破 :: F28 熱交換一般

【発明の名称】 熱交換器の製造方法及び熱交換器
【発明者】 【氏名】加藤 宗一

【氏名】伊藤 広道

【要約】 【課題】ヘッダにチューブ挿入孔の形成と同時にロー材も穿設工具により穿設しながら、該チューブ挿入孔に生じるバーリングの外側にロー材の層を確実に形成する方法にあり、ろう付するチューブとの間にろう切なくロー材が配され、ろう付性の向上と、工程の減少を図るものである。

【構成】ロー材8を用いて熱交換器のヘッダ2にチューブを接続する熱交換器を製造するにあたり、まずシート状に形成したロー材8をヘッダ2上に重ね合せる。そして、プレスの穿設工具16により該ロー材8と共にヘッダ2に多数のチューブ挿入孔6を穿設する。これにより、チューブ挿入孔6にはバーリング6aとその外面にロー材8の層が同時に形成される。その後、チューブ1をチューブ挿入孔6に挿入して炉中ろう付けする。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
一対のヘッダと、この一対のヘッダ間に配される多数のチューブとより成り、一方のヘッダからチューブを介して他方のヘッダへ冷媒を流すようにした熱交換器の製造方法において、
シート状に形成したロー材をヘッダ上に重ね合せた後に、プレスの穿設工具により該ロー材と共にヘッダに多数のチューブ挿入孔を穿設して、該チューブ挿入孔にバーリングと少なくともその一部表面にロー材の層を形成し、そしてチューブ挿入孔にチューブを挿入し、炉中ろう付するようにしたことを特徴とする熱交換器の製造方法。
【請求項2】
前記ロー材と共に前記ヘッダにチューブ挿入孔を穿設することにより、前記ロー材が前記ヘッダに固定できることを特徴とする請求項1記載の熱交換器の製造方法。
【請求項3】
前記ロー材は、その両面あるいは片面にフラックスを付着させたことを特徴とする請求項1又は2記載の熱交換器の製造方法。
【請求項4】
前記ロー材は、前記バーリングの先端に向って薄肉状に形成するようにしたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の熱交換器の製造方法。
【請求項5】
前記ロー材の長手寸法は前記ヘッダの長手寸法よりも短く設定したことを特徴とする請求項1〜4いずれか1つに記載の熱交換器の製造方法。
【請求項6】
前記ロー材には、前記チューブ挿入孔の穿設の前段で、ヘッダに形成の仕切り板挿入孔に対向する部位に、該仕切り板挿入孔の閉塞防止のための切り欠きを形成したことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の熱交換器の製造方法。
【請求項7】
前記切り欠きは、仕切り板に接触しない形状であることを特徴とする請求項6記載の熱交換器の製造方法。
【請求項8】
ロー材を用いて熱交換のヘッダにチューブをろう付する熱交換器において、
プレスの穿設工具によりヘッダに穿設の多数のチューブ挿入孔と、該チューブ挿入孔に形成のバーリングと、該バーリングの少なくとも一部表面に形成のろう材層と、前記チューブ挿入孔に挿入のチューブとを備え、
炉中ろう付により、前記チューブが前記チューブ挿入孔にバーリングを介してろう付されたことを特徴とする熱交換器。
【請求項9】
前記バーリングの少なくとも一部表面に形成のろう材層は、シート状のろう材より成ることを特徴とする請求項8記載の熱交換器。

【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
この発明は、熱交換器の製造方法及びこの製造方法で作られる熱交換器に関する。
【背景技術】
【0002】
一対のヘッダと、この一対のヘッダ間に配される多数のチューブとより成り、前記チューブを前記ヘッダに形成のチューブ挿入孔より挿入して構成される熱交換器は、その熱交換器の製造にあって、ヘッダにチューブをろう付にて接合することが行われ、当出願人にあっては、チューブへのチューブ挿入孔の形成後にペースト状のロー材を塗布しているが、このペースト状のロー材の塗布量の管理が難しく、ろう付不良も多く、製造が不安定であった。また、特許文献1に示す従来技術も存在する。
【特許文献1】特開2004−271005
【0003】
この特許文献1に示す技術は、ヘッダ1に多数のチューブ挿入孔1cを形成する工程と共に、ロー材箔10にも前記チューブ挿入孔と対応する部位に切り込み10aを多数形成する工程と、そして、そのロー材箔10を前記ヘッダ1に重ね、しかも、前記切り込み10aの位置を前記ヘッダ1のチューブ挿入孔1cに整合する位置合せをする工程を持ち、それから、チューブ2をチューブ挿入孔1cに挿入する。その挿入時にロー材箔が巻き込まれることから、ろう付が良好となる作用が得られるとしている。
【0004】
ところで、ヘッダにチューブ挿入孔の形成時、該ヘッダがプレスの穿設工具により変形される。これにより、チューブ挿入孔1cにチューブ2が確実に挿入されない不具合が起き、不良率が増加する。このため特許文献2に示すような技術が開発されている。
【特許文献2】特開2005−153001
【0005】
この特許文献2では、押し出し形成のタンク4の矯正時に、タンク4内に液体を注入し高い圧力を加えており、その際に、チューブ挿入孔6を穿設して、タンク4の変形を防いでいる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかし、前記特許文献1は、ヘッダにチューブ挿入孔1cを形成する行程とロー材箔に切り込み10aを形成する行程がそれぞれ必要である。また、ヘッダ1にロー材を重ねる時に、ロー材箔の切り込み10aとチューブ挿入孔1cとの整合が取れていず位置ずれがあると、狙い通りにロー材箔の巻き込みができない不具合が起き、ろう付不良が出るおそれがある。さらに、前記特許文献2の加工設備では、タンク内に液体を注入し高い圧力を加える必要がある。このため加工設備は、液体の貯蔵部や加圧装置が必要となり、大型かつ高価となってしまう。
【0007】
そこで、この発明の課題は、ヘッダにチューブ挿入孔の形成時に同時にロー材にも穿設工具により穿設しながら、該チューブ挿入孔に生じるバーリングの表面にロー材層を形成するようにし、ろう付するチューブとの間に確実にロー材を配し、ろう付性の向上と、工程の減少を図るようにしたものである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
この発明に係る熱交換器の製造方法は、一対のヘッダと、この一対のヘッダ間に配される多数のチューブとより成り、一方のヘッダからチューブを介して他方のヘッダへ冷媒を流すようにした熱交換器の製造方法において、シート状に形成したロー材をヘッダ上に重ね合わせた後に、プレスの穿設工具により該ロー材と共にヘッダに多数のチューブ挿入孔を穿設して、該チューブ挿入孔にバーリングとその表面にロー材の層を形成し、そしてチューブ挿入孔にチューブを挿入し、炉中ろう付するようにしたことにある(請求項1)。
【0009】
これにより、一度にヘッダに重ねたロー材と共にチューブ挿入孔が形成され、該チューブ挿入孔及びバーリング部分の表側にロー材が密着して配されることから、生産時間の短縮と共に、挿入されるチューブとのろう付が向上される。
【0010】
また、前記ロー材と共に前記ヘッダにチューブ挿入孔を穿設することにより、前記ロー材が前記ヘッダに加工や接着手法を別途用いなくとも、バーリング部分でロー材が引っかかることで固定される(請求項2)。
【0011】
前記ロー材は、その両面あるいは片面にフラックスを付着させている(請求項3)。またロー材は、バーリングの先端に向って薄肉状としていることが好ましい(請求項4)。それからロー材は、その長手方向の全長がヘッダの長手方向の全長より短くしている(請求項5)。
【0012】
さらに、ロー材には、前記チューブ挿入孔の穿設の前段で、ヘッダに形成の仕切り板挿入孔に対向する部位に、該仕切り板挿入孔の閉塞防止のための切り欠きを形成し(請求項6)、さらに該切り欠きは、仕切り板に接触しない形状であることが好ましい(請求項7)。これにより、チューブ挿入孔を形成する行程時に、ロー材をヘッダに重ねるが、該ロー材が該仕切り板挿入孔を塞ぐことや接触することがなく、仕切り板をスムーズに仕切り板挿入孔に挿入することができる。また、ろう付時に、ロー材が仕切り板に接触していると、ロー材がろう付工程時にヘッダ内部へ吸い込まれて、仕切り部材とヘッダとのろう付に不具合が発生しやすくなるが、切り欠きを適宜に形成することで、この不具合の発生を完全に防ぐことができる。
【0013】
この発明に係る熱交換器は、ロー材を用いて熱交換のヘッダにチューブをろう付する熱交換器において、プレスの穿設工具によりヘッダに穿設の多数のチューブ挿入孔と、該チューブ挿入孔に形成のバーリングと、該バーリングの少なくとも一部表面に形成のろう材層と、前記チューブ挿入孔に挿入のチューブとを備え、炉中ろう付により、前記チューブが前記チューブ挿入孔にバーリングを介してろう付されたことにある(請求項8)。これにより、チューブ挿入孔のバーリングがヘッダ厚よりも2〜3倍程長い寸法となってチューブとの接合面積を拡大することから、強固にろう付することができる。
【0014】
前記バーリングの少なくとも一部表面に形成のろう材層は、シート状のろう材より成ることにある(請求項9)。
【0015】
次に、ヘッダにチューブ挿入孔の形成時に該ヘッダが圧力により変形することから、これを防ぐ目的でチューブ挿入孔の形成装置が開発されている。このチューブ挿入孔の形成装置は、ヘッダに多数のチューブ挿入孔を穿設するプレスの穿設工具と、ヘッダの内部に挿入される芯金とを備え、該芯金は軸方向に伸びる二つの部材とより成り、一方の部材に前記プレスの穿設工具の受け孔を形成すると共に、前記二つの部材の一方が軸方向に動くことで径方向の寸法を変化させるようにしている。
【0016】
これにより、チューブ挿入孔の形成時にヘッダの変形の防止の芯金が、その一方の部材を軸方向に動かすことで、径方向の寸法が変更でき、それにより、ヘッダの加工の前に芯金に挿入でき、また加工後にチューブ挿入孔に形成のバーリングが芯金に引っ掛かることなくヘッダを容易に取り出すことができる。
【0017】
芯金の径方向の寸法の変化は、二つの部材の対向面にそれぞれ凹凸を交互に連続的に形成し、双方の凸部が双方の凹部に入り込むことで径方向寸法を縮小し、双方の凸部どうしが当接することで径方向の寸法が拡大する。即ち、芯金の径方向の寸法の変化は、対向面に形成の凹部と凸部により、芯金の一方の部材を軸方向に動かすことで凹部と凸部の嵌り合いや凸部と凸部の突き当てで行われる。
【0018】
対向する凸部どうしを突き当てさせて芯金の径方向寸法を拡大させるが、突き当て面に傾斜を形成することが好ましく、傾斜があることで、径方向の微小な動き(増加減少)を可能とすると共に、この傾斜の角度を任意に形成することで、増減量に変化を付けることができる。また傾斜は芯金の一方の部材の軸方向への動きをスムーズにすることができる。
【発明の効果】
【0019】
以上のように、この発明の熱交換器の製造方法によれば、ヘッダのチューブ挿入孔の形成時に、ロー材がヘッダ上に重ね合わせられることから同時に加工され、工程の省略と共に、チューブ挿入孔の表面に密着性良く且つ全面にわたりロー材が配されるようになり、ろう切れによるろう付不良の不具合を減少させることが可能となる(請求項1)。
【0020】
ロー材と共に前記ヘッダにチューブ挿入孔を穿設することから、前記ロー材が前記ヘッダに加工や接着手法を別途用いることなく、バーリング部分に引っかかることで確実に固定することができる(請求項1,2)。
【0021】
シート状のロー材には、仕切り板挿入孔の閉塞防止のための切り欠きがあり、その切り欠きが仕切り板に接触しない形状であることから、ロー材をヘッダに重ねる際に仕切り板挿入孔を閉塞せず且つ仕切り板とも接触せず、ろう付時にロー材をヘッダ内部へ吸い込む不具合を防ぐことができる(請求項6,7)。
【0022】
またこの発明の熱交換器によれば、チューブ挿入孔のバーリングがヘッダ厚よりも2〜3倍程長くなって、チューブとの接合面積の拡大から、接合強度を向上させ、ろう付不良率を低下させることができる(請求項8)。
【発明を実施するための最良の形態】
【0023】
以下、この発明の実施例を図面にもとづいて説明する。
【実施例1】
【0024】
図1乃至図4において、この発明の熱交換器の製造方法及びその製造方法により製造の熱交換器が示されている。熱交換器は、内部に冷媒などの熱交換媒体通路となるチューブ1と、このチューブ1と交互に介在のフィン(図示せず)と、前記チューブ1の両端に配されたヘッダ2とより構成され、該ヘッダ2に設けられた出入口を介して冷媒が流入し、且つ流出される。
【0025】
ヘッダ2は、アルミニウム合金から作られ、中心長手方向に区画壁3を有する中空体で、2つの室5,5を有している。このヘッダ2は図1に示すように、一面に多数のチューブ挿入孔6と仕切り板挿入孔7が穿設されている。
【0026】
このチューブ挿入孔6にチューブ1が嵌合されたうえで、炉中ろう付されるが、ロー材を適切にチューブ挿入孔6に付着させるために、下記する製造方法をこの発明では採用している。
【0027】
図2には、押し出し成形された状態のヘッダ2と、その上方にロー材8が図示され、ヘッダ2にロー材8を重ね合せる前の状態を示している。ヘッダ2には、冷媒が流れを変化(2パス,4パス)させるために用いられる仕切板の挿入孔7を形成している。
【0028】
ロー材8には、前記仕切り板の挿入孔7に対応する位置に閉塞防止の切り欠き9を形成している。この切り欠き9は、前記仕切り板の挿入孔7よりも巾も長さも大きく形成されている。なお、ロー材8は、接合母材よりも融点温度の低い公知材料から成る金属(アルミニウム合金)で製造され、シート状にしかもヘッダ2の上面形状と同じような形状で、それらの上下面又は一面にフラックスが塗布されている。そして、ロー材8の長手方向寸法は前記ヘッダの長手方向寸法よりも短くなっている。
【0029】
このようなヘッダ2とロー材8に前記した前処理を施した後に、ヘッダ2にロー材8を重ね合せる。それから、下記するようなチューブ挿入孔の形成装置15のプレスの穿設工具(ポンチ16)を落下させ、孔の加工が行われる。即ち、ポンチ16と芯金17(図7(a)参照)の受け孔18との関係から、チューブ挿入孔6にバーリングが施される。
【0030】
図3には、チューブ挿入孔6が形成された状態が示され、バーリング6aが芯金方向へ伸び、ヘッダ2の厚みの2から3倍に形成されると共に、ロー材8も挿入孔6のバーリング6aの表面全てに伸びて、しかも該バーリング6aに密着して形成されることになって、強固に結合される。このロー材8の厚みは200μm程で、孔の内側へ行くにつれて薄くなっている。
【0031】
図4には、チューブ挿入孔6内に、チューブ1(二点鎖線で示す)が挿入された状態を示している。この状態では、チューブ1とチューブ挿入孔6のバーリング6aとの間にロー材8がまんべんなく配されることになり、炉中ろう付時に、チューブ1がヘッダ2に確実にろう付される。
【0032】
図5乃至図11には、ヘッダ2にチューブ挿入孔6を形成する装置15及びその装置の芯金17の動き、それによる加工手順が示されている。図5(a)には、チューブ挿入孔の形成装置15として、上方にプレスに取付られている穿設工具であるポンチ16と、ヘッダ2の内側に入れられ、加工時における変形防止のための芯金17とが示され、さらにヘッダ2が示されている。
【0033】
芯金17は、棒状を成し、軸方向に分割面を有して二つの部材17a,17bとから成り、芯金17に前記ヘッダ2が被挿された時に、一方の部材17aの上面が該ヘッダ2の内面に接する構成で、その上面に前記ポンチ16が挿入される受け孔18が多数形成されている。また、芯金17の双方の部材17a,17bの対向面にそれぞれ凹部と凸部が連続的に形成されている。
【0034】
一方の部材17aの対向面に形成の凹部20aと凸部20bが、他方の部材17bの対向面に形成の凹部21aと凸部21bとがそれぞれ形成されている。そして、凸部20bと凸部21bとが図5(b)のように突き当てられている。この状態における芯金17の径方向寸法はヘッダ2の内径方向よりもわずかに小さい。尚、芯金17は、その一方左側に該芯金17を支え且つ動かす駆動装置(図示せず)が連結されているが図示していない。
【0035】
図6には、ヘッダ2が芯金17に被挿された状態(work set)が示されている。芯金17は前述の図5(b)の状態にある。尚、その他は同一のため同一の部材に同一符号を付する。
【0036】
図7(a),(b)には、芯金17の他方の部材17bが軸方向右側に動かされ、凸部20bと凸部21bの突き当て状態が変化し、両凸部20b,21bに形成の傾斜から径方向の寸法が拡大し、一方の部材17aの上面がヘッダ2の内面に当接することになる(Mandrel slide)。
【0037】
図8には、プレスのポンチ16が落下して、ヘッダ2にチューブ挿入孔6が形成される状態が示されている(Piercing)。その他芯金17は前段階と同じで、不動である。
【0038】
図9(a),(b)には、プレスのポンチ16が戻り、ヘッダ2に挿入孔6が穿設された状態が示されている(Pierce back)。この状態は図3に示した状態で、チューブ挿入孔6にバーリング6aが設けられ、芯金17の一方の部材17aがヘッダ2に当接されたままである。即ち、バーリング6aが一方の部材17aの受け孔8内に伸びている。
【0039】
図10(a),(b)には、芯金17の他方の部材17bを軸方向左方へ動かし、凸部20bが凹部21aに、凸部21bが凹部20aにそれぞれ嵌り合い、径方向寸法が縮小する。具体的には一方の部材17aが下方に落下して、その上面とヘッダ2の内面との間に隙間δが生じることとなる(Mandrel down)。
【0040】
図11には、芯金17の径方向寸法が減少(一方の部材17aが落下)したので、チューブ挿入孔6のバーリング6aが引っ掛からず、ヘッダ2が移動され、芯金17からヘッダ2が取り出された状態が示されている(work reject)。このように形成されたチューブ挿入孔6には、次の工程にて図4に示すように、チューブ1(二点鎖線で示す)が挿入され、ロー材8が挿入孔6のバーリング6aとチューブ1の間に充分に介在され且つバーリング6aがヘッダ2の厚みよりも2から3倍程大きく、従来に比して接触面積が拡大し、ろう付強度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0041】
【図1】この発明にあって、ヘッダにチューブが挿入されるチューブ挿入孔が形成された状態が示され、ロー材が表面に添着された状態の斜視図である。
【図2】同上の発明にあって、ヘッダにチューブ挿入孔を形成する前の段階で、ロー材が重ねられる前の状態を示している斜視図である。
【図3】ヘッダにポンチによりチューブ挿入孔が形成され、その表面にロー材の層が形成されている断面図である。
【図4】チューブ挿入孔にチューブが挿入された状態の断面図である。
【図5】図5から図11までに、チューブ挿入孔の形成装置であるポンチと芯金を用いてヘッダにチューブ挿入孔の加工手順を示しており、図5aはヘッダが芯金に被着される前の状態を示す説明図、図5bは芯金の部分拡大図である。
【図6】芯金にヘッダを被着した状態(work set)の説明図である。
【図7】図7aは芯金の径方向寸法を拡大させ、一方の部材をヘッダ内面に押し付けた状態(Mandrel Slide)の説明図、図7bは芯金の部分拡大図である。
【図8】プレスのポンチが落下して、ヘッダにチューブ挿入孔が形成した状態(piercing)の説明図である。
【図9】図9aはプレスのポンチが戻り、ヘッダにチューブ挿入孔が形成された状態(pierce back)の説明図である。図9bは要部の拡大の断面図である。
【図10】図10aは芯金の径方向の寸法を縮小させた状態(Mandrel down)の説明図である。図10bは要部の拡大図である。
【図11】芯金からヘッダを取り出した状態の説明図である。
【符号の説明】
【0042】
1 チューブ
2 ヘッダ
6 チューブ挿入孔
6a バーリング
7 仕切り板の挿入孔
8 ロー材
9 閉塞防止の切り欠き
15 チューブ挿入孔の形成装置
16 ポンチ
17 芯金
17a 芯金の一方部材
17b 芯金の他方部材
18 受け孔
20a 凹部
20b 凸部
21a 凹部
21b 凸部

【出願人】 【識別番号】500309126
【氏名又は名称】株式会社ヴァレオサーマルシステムズ
【出願日】 平成18年7月21日(2006.7.21)
【代理人】 【識別番号】100069073
【弁理士】
【氏名又は名称】大貫 和保

【識別番号】100102613
【弁理士】
【氏名又は名称】小竹 秋人


【公開番号】 特開2008−25927(P2008−25927A)
【公開日】 平成20年2月7日(2008.2.7)
【出願番号】 特願2006−199863(P2006−199863)