熱交換器及びその製造方法
【目的】アルミニウム製フィンと銅製の伝熱管からなる熱交換器において、伝熱管の内面溝を潰すことなく製造できる熱交換器及びその製造方法を提供する。
【解決手段】アルミニウムを主成分とする板状のフィンと、銅を主成分とするチューブとから構成される熱交換器であって、フィンは親水性及び半田濡れ性を備えた第１表面と、少なくとも親水性を備えた第２表面とを有し、チューブの外側表面と第１表面とは、Ｓｎを主成分とする接合材を介して接合される。
【解決手段】アルミニウムを主成分とする板状のフィンと、銅を主成分とするチューブとから構成される熱交換器であって、フィンは親水性及び半田濡れ性を備えた第１表面と、少なくとも親水性を備えた第２表面とを有し、チューブの外側表面と第１表面とは、Ｓｎを主成分とする接合材を介して接合される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、熱交換器及び熱交換器の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エアコン等の空調機器や冷蔵・冷凍装置などに用いられる放熱部材として、内面溝を有する伝熱管の外側に複数のフィンを設けた熱交換器が使用されている。図９に、クロスフィン型の熱交換器を示す。伝熱管９１の内部を相変化しながら流れる冷媒と、フィン９２の間を流れる空気９３とを間接的に熱交換するものである。
従来、伝熱管とフィンとの接合については、各種の方法が提案されている。例えば、図１０は機械拡管方式による伝熱管とフィンとの接合を示す図である。伝熱管１０１には、内面溝１０２が形成され、伝熱管１０１の外側には、伝熱管１０１の外径よりも僅かに径の大きいフィンカラー部１０３を有する複数のフィン１０４を伝熱管１０１に設け、伝熱管１０１の中に拡管プラグ１０５を挿入し、伝熱管１０１を内部から拡管して、フィンカラー部１０３と伝熱管１０１の外側面１０６とを密着させる。（特許文献１、２参照）
【０００３】
機械拡管方式以外にも、伝熱管とフィンとを半田付けやろう付けにより接合する方式や、クラッド材を用いて接合する方式も検討されている。（特許文献３、４参照）
またフィンの表面には、通常、熱交換器の特性を維持するため、親水性処理が施されている。親水性を付与する方法としては、アクリル、ポリビニルアルコールなどの有機系樹脂系、または、無機系シリカを含有した樹脂、水ガラスなどがある。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１６０３７４号公報
【特許文献２】特開２００６−９０６１２号公報
【特許文献３】特開２００７−１３６４９０号公報
【特許文献４】特開２００７−１８５７０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、機械拡管方式による伝熱管とフィンとの接合は、伝熱管の内面に形成された内面溝（リブ）が、拡管プラグにより押しつぶされ、変形する問題がある。内面溝の変形は、伝熱管の熱伝達効率の低下を引き起こす問題がある。機械拡管方式を用いても、内面溝が押しつぶされないよう、さまざまな検討が行われているが、伝熱管とフィンとの密着性が弱くなったり、接合の工程以外の工程が増えコスト増を引き起こす等の問題がある。
また機械拡管方式に対し、半田付けやろう付け、クラッド材による接合方法は、伝熱管やフィンの材質によっては、接合条件に大きな制約が加わる。
【０００６】
通常、アルミニウム材を半田により加熱接合する場合には、活性かつ腐食性の強いフラックス処理が必要となる。さらに、アルミニウム材の融点より十分低い温度、例えば３００℃以下の接合は困難であり、また大気雰囲気炉での接合も極めて困難となる。
特許文献３には、アルミ材に半田濡れ性を向上させる表面処理することで、低温下におけるアルミフィンとアルミ伝熱管との接合を行うことが記載されている。しかし、表面処理を施したアルミ材であっても半田接合性は容易ではなく、例えばフィンと伝熱管との接合部に半田ペーストを精確に塗布する必要がある。そのため、熱交換器の製造コスト増加が避けられない問題となっていた。
【０００７】
本発明の目的は、上記課題を解決し、内面溝の変形を防ぐと共に、伝熱管とフィンとの良好な接合を備える熱交換器、及び熱交換器の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の熱交換器は、アルミニウムを主成分とする板状のフィンと、銅を主成分とするチューブとから構成される熱交換器であって、上記フィンは親水性及び半田濡れ性を備えた第１表面と、少なくとも親水性を備えた第２表面とを有し、上記チューブの外側表面と上記第１表面とは、Ｓｎを主成分とする接合材を介して接合されることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の熱交換器の製造方法は、アルミニウムを主成分とする板状のフィンと、銅を主成分とするチューブとを接合して構成される熱交換器の製造方法であって、上記熱交換器を仮組みする第１工程は、上記チューブの外側表面と接合される上記フィンの第１表面に半田濡れ性を付与する工程と、上記フィンの第１表面及び／又は第２表面に親水性を付与する工程と、上記チューブの外側表面に、上記フィンの第１表面を対向させて設ける工程と、上記チューブの外側表面及び／又は上記フィンの第１表面上にＳｎを主成分とする接合材を設ける工程とを含み、上記第１工程により仮組みされた熱交換器を構成する上記フィンと上記チューブを接合する第２工程は、上記仮組みされた熱交換器を所定の温度で加熱処理する工程を含むことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に拠れば、伝熱管の内面溝をつぶすことなく、伝熱管とフィンとの良好な接合を実現すると共に、コスト低減を可能とするものである
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１（ａ）は、本発明の熱交換器であって、第１の実施形態である加熱処理前の仮組み断面図を示す。
本実施の形態では、アルミ製のフィン（以下、Ａｌフィン）と伝熱管である銅製のチューブ（以下、Ｃｕチューブ）を用いてクロス型の熱交換器を構成した。
図１のＡｌフィン２は、Ｃｕチューブ３と接合される側の面（フィンの第１表面）４ａに、表面処理により半田濡れ性が付与されている。Ｃｕチューブ３の外側表面には、Ａｌフィン２とＣｕチューブ３との半田接合のための、Ｓｎを主成分とする接合材１０が設けられる。接合材１０は、例えば、Ｃｕチューブ３の表面に接合層となる純Ｓｎを電気メッキにより所定の厚さに形成して設けられる。
図１のとおり、Ａｌフィン２は、Ｃｕチューブ３に接合される接合部７と、接合部７に対してフィン付け根部８において略９０度の傾きが設けられた放熱部６とから形成される。
このように本実施の形態では、内面溝５を有するＣｕチューブ３に、Ａｌフィン２の接合部７を、表面処理された第１表面４ａがＣｕチューブ３に対向するように設けられることで、図９と同様のクロスフィン型の熱交換器１ａを仮組みしている。Ａｌフィンは、表面処理されたＡｌ板材に、金型を用いたプレス成型、例えば、深絞り成型、伸びフランジ成型、張り出し成型、又はこれらの組合せ、により、Ｃｕチューブが挿入される貫通穴が設けられて形成される。
本実施形態においては、Ｃｕチューブ３に設けられる接合材１０は、接合部７と対向する部分のみに設ける構成としてもよい。
【００１２】
図１（ｂ）は、本発明の熱交換器であって、加熱処理後の熱交換器の断面図を示す。
仮組みした熱交換器１ａを、所定の温度を有する炉中に設けて加熱処理すると、Ｃｕチューブ３に形成された接合材１０のＳｎ成分と、Ａｌフィン１のＡｌ成分との間に半田接合の反応が起こり、図１（ｂ）に示す、半田接合層１５によりＡｌフィン２とＣｕチューブ３とが金属接合した熱交換器１ｂを得ることができる。
【００１３】
図２は、第２の実施形態の熱交換器の加熱処理前を示す断面図である。
本実施の形態の熱交換器２０では、Ａｌフィン２の第１表面４ａにＳｎを主成分とする接合材１２を形成している点で、第１の実施の形態と異なるものである。図２では、接合材１２は、Ａｌフィン２の第１表面４ａ前面に設けられているが、少なくとも接合部７とＣｕチューブ３との間に介在するように設けられればよい。
【００１４】
図３は、第３の実施形態の熱交換器の加熱処理前を示す断面図である。
本実施の形態の熱交換器３０では、Ｃｕチューブ３の外側表面に接合材１０を設け、さらにＡｌフィン２の第１表面４ａ上に接合材１２を設ける点で、第１又は第２の実施例と異なるものである。
【００１５】
図４は、第４の実施形態の熱交換器の加熱処理前を示す断面図である。
本実施の形態の熱交換器４０では、第１の実施形態のようにＣｕチューブ３の外側表面に電気メッキにより接合層を形成する代わりに、Ｃｕチューブ３の外側表面に、Ｓｎを主成分とする接合材をテープ状に形成した接合テープ１１が設けられる。
図４に示すとおり、Ｃｕチューブ３に設けられた接合テープ１１は、Ａｌフィン２とＣｕチューブ３との間に介在させるよう形成される。また接合テープ１１は、ヤニ入り・ヤニ無しのどちらでもよく、適宜、所定の厚さ、幅のものが選定される。一例として、テープサイズとして、テープ厚さ１０μｍ、テープ幅５ｍｍのものが使用され、Ｃｕチューブ３にテープ巻きにより巻きまわして設けられる。
接合テープ１１をＣｕチューブ３に設ける際に、ある周回の接合テープ１１とその次の周回の接合テープ１１とは、図４のように重なっていてもよく、テープ幅や、フィンピッチ等によっては、接合テープ１１間に隙間があってもよい。
【００１６】
図５、図６は、それぞれ第５の実施形態、第６の実施形態の熱交換器５０、６０の加熱処理前を示す断面図である。第５、第６の実施形態では、加熱処理前の仮組みの際に、Ａｌフィン２とＣｕチューブ３との間に、接合材を介在させない点で、これまでの実施形態と異なる。
【００１７】
まず、第５の実施形態では、Ｃｕチューブ３の外径と略同じ内径又はわずかに内径の大きいリング状の接合材１３を準備し、Ｃｕチューブ３の所定の位置に接合材１３を嵌めて、熱交換器５０の仮組みを行った。
図５では、接合材１３は各Ａｌフィン２の間に設けられ、付け根部８に近接する位置に設けられている。これは、付け根部８に近接して設けることで、仮組みした熱交換器５０を加熱処理して接合材１３を溶融させた際に、溶融した接合材１３がＡｌフィン２とＣｕチューブ３との間に、毛細管力により入り込む構造が好ましいからである。
【００１８】
第６の実施形態では、リング状の接合材１３に代わり、ワッシャ型の接合材１４を用いた点で、第５の実施形態と異なる。本実施の形態では、Ｃｕチューブ３の外径よりもわずかに内径の大きいＳｎメッキ付ワッシャ型の接合材１４を準備した。例えば、真鍮を主成分とするワッシャに厚さ１０μｍのＳｎメッキを施すことで、接合材１４が形成される。
接合材１４を、第５の実施形態と同様に、Ｃｕチューブ３の所定の位置に嵌めて、熱交換器６０の仮組みを行った。
図７は、第６の実施形態の変形例を示す。第６の実施形態の接合材１４（Ｓｎメッキ付ワッシャ）に加えて、Ｃｕチューブ３に接合材１０を設ける点で、第６の実施形態と異なる。接合材１０を設けることで、接合材１４だけの場合と比較し、接合不良の低減を図ることができる。
【００１９】
以上の実施形態では、第１表面にのみ表面処理を施したＡｌフィンを用いて説明したが、第２表面にも表面処理を施してもよい。また、表面処理の方法としては、メッキによるものだけでなく、蒸着やスパッタにより行うことができる。通常、金属を最表面にこれらの表面処理により形成すると、その表面状態は親水性となる。また、スパッタによる表面処理では、半田濡れ性を向上させる表面処理だけでなく、親水性の付与も同時に制御する上で好ましい方法であり、工程削減・コスト低減が期待できる。
【実施例】
【００２０】
以下、実施例を示して本発明をさらに詳細に説明する。表１は、各実施形態に基づく実施例をまとめ、後述する評価方法により各実施例におけるＡｌフィンとＣｕチューブとの接合結果を評価したものである。
【００２１】
【表１】
【００２２】
以下の実施例では、基本構造として、Ａｌフィン用板材として、厚さ０．１ｍｍのものを用意した。このＡｌフィン用板材の一方の面及び他方の面には、Ｎｉメッキ処理が施されている。Ｎｉメッキ処理としては、アルミ板材を酸洗し、Ｚｎ置換メッキを下地層として形成し、さらにＮｉメッキを所定の厚さに形成するものである。本発明の実施例では、Ｎｉメッキを１μｍとした。この場合、金属の最表面には圧延とは別途の製法により形成された金属層を有するため、アルミの表面状態は撥水でなく親水性となる。また、Ｎｉ層が形成されている半田濡れ性及び親水性の付与されたＡｌフィン用板材が用意できる。
通常の仕上げの圧延加工の施された無垢の金属板材の厚さ数１０ナノメートルの最表面層は、非晶質層（アモルフォスなど）を層となっており、このような表面層は金属表面を親水性でなく撥水性の表面状態となる。しかし、金属の再表面に圧延とは別途手法である、めっきなどにより金属層を形成すればその表面は、通常、親水性とすることができる。
また、Ｃｕチューブは、内面に溝リブを有するエアコン用の銅製伝熱管である。外径はφ９．５２のものを使用した。
【００２３】
上記Ａｌフィン用板材から形成されるＡｌフィン（サイズ：５０ｍｍ×５０ｍｍ）を１０枚、Ｃｕチューブ（長さ：１００ｍｍ）を用いて、各実施形態に基づく熱交換器（実施例１〜４７）を作製した。Ａｌフィンは、予め半田濡れ性と親水性のための表面処理を施したＡｌ板材に、金型工具を用いたプレス成型、すなわち、貫通孔を開け、及び、曲げと折り曲げ変形による伸びフランジ成型により、Ａｌフィン用板材にＣｕチューブ挿通用の穴を形成することで、接合部と放熱部とが形成される。
【００２４】
図８に各実施例における熱交換器の評価方法を説明するための概要図を示す。熱交換器の仮組みにおいては、各フィンのピッチは５．５ｍｍ、Ｃｕチューブ３の一端側（図中Ｘ側）から、第１番目のフィンまでの距離を２５ｍｍとなるように仮組みした。このときの一端側のフィンと他端側のフィンの距離は略５０ｍｍである。
【００２５】
また、以下の実施例では、加熱処理のために、組み立て後にフラックス処理を施している。具体的には、千住金属のフラックス、型式ＥＳＲ−２５０を用いた。このフラックスはＲＭＡ（弱活性）仕様であり、塩素含有濃度０．０１５％相当の、腐食性、活性ともに弱いタイプのものである。
【００２６】
加熱処理の条件を、最大温度を１８０℃〜３００℃とし、最大温度までを５分で上昇させ、最大温度を１分保持するような温度プロファイルに設定した炉中加熱により、Ａｌフィン２とＣｕチューブ３との接合を実施した。加熱処理を実施した炉は、両端が開放された連続炉である。炉中雰囲気は窒素を主成分とする雰囲気下に設定するが、炉の構造上、試料の加熱部は、大気成分よりもやや低い濃度の酸素を含む環境になっているものと考える。
【００２７】
実施例１−１６は、第１の実施形態に基づく熱交換器である。
実施例１−５では、接合材１０として純Ｓｎを用いた。具体的には、Ｃｕチューブ３の表面に、純Ｓｎを電気メッキにより形成した。厚さは、１μｍ、３μｍ、１０μｍ、３０μｍ、６０μｍの５種類を準備した。各実施例による熱交換器１を仮組みし、フラックス処理後、最大温度２５０℃の炉中加熱処理を行い、Ａｌフィン２とＣｕチューブ３とを接合した。
第１の実施形態に基づく各実施例では、Ｃｕチューブに形成されたＳｎ成分とＡｌフィンのアルミニウム成分との間に半田接合の反応が起こり、図１ｂに示すようなＳｎ半田接合層１５が形成され、ＡｌフィンとＣｕチューブとが金属接合した構造の熱交換器が形成される。
【００２８】
実施例６−１０では、接合材１０としてＳｎ−０．３ｗｔ％Ａｇを用いた。具体的には、Ｃｕチューブ３の表面に、Ｓｎ−０．３ｗｔ％Ａｇを電気メッキにより形成し、実施例１−５と同様に５種類のメッキ厚のものを準備した。各実施例による熱交換器１を仮組みし、フラックス処理の後、最大温度２５０℃の炉中加熱処理を行い、Ａｌフィン２とＣｕチューブ３とを接合した。
実施例１１−１６では、接合材として純Ｓｎ、Ｓｎ−０．７ｗｔ％Ｃｕを用いた。具体的には、Ｃｕチューブ３の表面に、純Ｓｎ、Ｓｎ−０．７ｗｔ％ＣｕのＳｎ合金を溶融法、浸漬メッキにより形成し、実施例１−１０と同様に５種類のメッキ厚のものを準備し、仮組み、フラックス処理の後、最大温度２５０℃の炉中加熱処理を行い、Ａｌフィン２とＣｕチューブ３とを接合した。
【００２９】
実施例１７−２６は、第２の実施形態に基づく熱交換器である。
上記表面処理をしたＡｌフィン用板材の表面には、Ｓｎを主成分とする接合材を形成することができる。実施例１７−２１では、Ａｌフィンの表面処理された第１表面に、電気メッキにより純Ｓｎからなる接合層を形成した。また、実施例２２−２６では、同様にＳｎ−０．３ｗｔ％Ａｇからなる接合層を形成した。メッキ厚さは、それぞれ１μｍ、３μｍ、１０μｍ、３０μｍ、６０μｍの５種類をそれぞれ用意した。
これまでの実施例と同様に、熱交換器を仮組みし、フラックス処理の後、最大温度２５０℃の炉中加熱処理を行い、ＡｌフィンとＣｕチューブとを接合した。
第２の実施形態に基づく各実施例では、Ａｌフィン上に形成されるＳｎ成分と、Ａｌフィンのアルミニウム成分、Ｃｕチューブの銅成分の３元素間にて半田接合の反応（３元共晶合金）が起こり、ＡｌフィンとＣｕチューブが金属接合した構造の熱交換器が形成される。
【００３０】
実施例２７−４２は、第３の実施形態に基づく熱交換器である。
実施例１−１６で作製したＳｎを主成分とする接合材を被覆したＣｕチューブ、及び実施例１７−２６で作製したＳｎを主成分とする接合材がメッキされたＡｌフィンを用い、図３に示す構造に仮組みした。その後、最大温度２５０℃の炉中加熱処理により、ＡｌフィンとＣｕチューブとを接合した。
第３の実施形態に基づく各実施例では、Ａｌフィン上に形成された接合材及びＣｕチューブ表面に形成された接合材のＳｎ成分と、Ａｌフィンのアルミニウム成分、Ｃｕチューブの銅成分の３元素間において半田接合の反応（３元共晶合金）が起こり、ＡｌフィンとＣｕチューブが金属接合した構造の熱交換器が形成される。
【００３１】
実施例４３−４４は、第４の実施形態に基づく熱交換器である。
実施例４３では、ヤニ無しの半田テープを用いた。具体的には、Ｓｎを主成分とする、Ｓｎ−０．７ｗｔ％Ｃｕ合金からなる厚さ２０μｍの半田テープを準備し、Ｃｕチューブ３に巻きまわすことにより、接合材をＣｕチューブの外側表面に形成した。本実施例では、接合テープ１１間に隙間が生じないようにテープ巻きを施した。本実施例においても、最大温度２５０℃の炉中加熱処理を行い、ＡｌフィンとＣｕチューブとを接合した構造の熱交換器が形成される。
【００３２】
また、実施例４４では、ヤニ入りの半田テープを用いた。具体的には、Ｓｎを主成分とする、Ｓｎ−０．７ｗｔ％Ｃｕ合金（ホーザン：ＨＳ−３７２）を用いて、厚さ４０μｍの半田テープを準備し、Ｃｕチューブ３に巻きまわすことにより、接合材をＣｕチューブ３の外側表面に形成した。
半田のヤニ成分は、塩素含有量が０．１ｗｔ％以下であり、かつ弱活性である。本実施例の場合、半田内にフラックス成分を含むため、加熱処理前にフラックス処理は不要となる。熱交換器の仮組み後は、最大温度２５０℃の炉中加熱処理を行うことにより、ＡｌフィンとＣｕチューブとを接合した熱交換器が形成される。
【００３３】
実施例４５は、第５の実施形態に基づく熱交換器である。
接合材１３として、Ｃｕチューブの外径（φ９．５２）より内径の大きい半田リングを準備した。半田リングの形状は、内径：φ１０、外径：φ１３、リング太さ：φ１．５である。半田リングを構成する半田材は、Ｓｎ−０．７ｗｔ％Ｃｕのヤニ無しタイプを用いた。図５に示すように、接合材（半田リング）１３をＣｕチューブ３の外側で、ＡｌフィンとＡｌフィンとの間に挿入するよう（フィン付け根部８に位置するよう）熱交換器を仮組みし、その後、フラックス処理をし、同様に最大温度２５０℃の炉中加熱処理を行いＡｌフィンとＣｕチューブとを接合し、熱交換器を形成した。
炉中加熱処理により、接合材（半田リング）１３が溶融し、毛細管力によりフィン付け根部８から、接合材がＡｌフィン２とＣｕチューブ３との間に入り込むことで、Ａｌフィン２とＣｕチューブ３とは、熱交換器として十分な接合面積を得ることができる。
【００３４】
実施例４６は、第６の実施形態に基づく熱交換器である。
接合材１４として、Ｃｕチューブの外径（φ９．５２）より内径の大きい半田メッキのワッシャを準備した。半田メッキ前のワッシャの形状は、内径φ１０ｍｍ、外径φ１５、厚さ０．２ｍｍであって、材質が真鍮のものを用いた。この真鍮のワッシャの両面に、接合材の厚さが１０μｍの厚さとなるよう、Ｓｎを全面にメッキすることで、接合材（半田メッキワッシャ）１４を形成した。図６に示すように、接合材（半田メッキワッシャ）１４をＣｕチューブ２の外側で、ＡｌフィンとＡｌフィンとの間に挿入するよう（Ａｌフィン２の第１表面の放熱部近傍に位置するよう）熱交換器を仮組みし、その後、フラックス処理をし、同様に最大温度２５０℃の炉中加熱処理により、ＡｌフィンとＣｕチューブとを接合し、熱交換器を形成した。
炉中加熱処理の際に、接合材（半田メッキワッシャ）１４は溶融し、毛細管力によりフィン付け根部８から、Ａｌフィン２とＣｕチューブ３との間に入り込むことで、Ａｌフィン２とＣｕチューブ３とは、熱交換器として十分な接合面積を得ることができる。
【００３５】
実施例４７は、第６の実施形態の変形例に基づく熱交換器である。
本実施例では、実施例７で作製した厚さ３μｍのＳｎメッキを施したＣｕチューブ及び実施例４６で準備した半田メッキのワッシャを用いた。図７に示すように、接合材１４をＳｎメッキが施されたＣｕチューブ３の外側に、Ａｌフィン２とＡｌフィン２との間に挿入されるよう熱交換器を仮組みする。その後、フラックス処理をし、同様に最大温度２５０℃の炉中加熱処理により、ＡｌフィンとＣｕチューブとを接合し、熱交換器を形成した。
【００３６】
加熱接合後の熱交換器におけるＡｌフィンとＣｕチューブの接合の評価方法を、図８を用いて説明する。
図８に示すように、Ｃｕチューブの一端側Ｘと、所定のＡｌフィンの端部Ｙとの間の電気抵抗値を測定し、仮組みした際の電気抵抗値と熱処理後の電気抵抗値とを比較することで、ＡｌフィンとＣｕチューブ３との接合を評価した。本発明における実施例では、一端側のＡｌフィンから６枚目のＡｌフィンを評価点に用いているが、他のＡｌフィンとしても同様の比較はできることは言うまでもない。
【００３７】
各実施例の評価結果を検討すると、以下のことが言えると考える。
まず、第１の実施形態あるいは第２の実施形態（図１あるいは図２に示す構造）では、接合材１０の厚さが１０μｍ以上の場合に、加熱処理後の電気抵抗値が低減しており、良好な接合が得られていると考えられる。
第３の実施形態のように、Ａｌフィン２とＣｕチューブ３の両方に接合材を設けた構造では、それぞれの接合層の厚さが３μｍ以上であれば、加熱処理後の電気抵抗値が低減しており、良好な接合が得られていると考えられる。
また、第４〜第６の実施形態に基づき作製された実施例４３〜４７では、いずれも加熱後は電気抵抗値が低減しており、良好な接合が得られていると考えられる。
【００３８】
各実施形態において、接合材の厚さが小さい（接合材の量が少ない）実施例では、加熱処理後の電気抵抗値が微増する結果になった。本発明者らは、実施例１、６、１７、２２、２７、３２の接合状態と、これら実施例の熱交換器の熱交換性能について確認をしたところ、実用に耐えうる十分な接合性、熱交換性能を有しているものであった。
電気抵抗値にほとんど変化のなかった実施例２、７、１８、２３については、接合性、熱交換性能の確認を省略したが、電気抵抗値が微増であった実施例で問題がなかったため、同様に熱交換器としての特性に問題がないものと考えられる。
【００３９】
尚、上記実施例においては、半田濡れ性を付与したアルミ板材として、Ｎｉメッキしたアルミ板材を用いた例で説明したが、半田濡れ性を有する状態であれば、Ｎｉメッキでなくてもよい。また、フィン厚さについても特に限定されるものではない。さらに、半田濡れ性を付与する表面処理を両面に施してもよい。特に、スパッタによる表面処理では、Ａｌフィン又はＡｌフィン用板材に半田濡れ性と、親水性を同時に付与することができるので、工程削減・コスト低減が可能となる。
また、本発明構造が完成した後の工程にて、親水性付与をさらに強固にするために、追加として、従来手法である塗料系の材料をアルミフィンに塗布してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】（ａ）第１の実施形態における加熱処理前の熱交換器の断面図である。（ｂ）第１の実施形態における加熱処理後の熱交換器の断面図である。
【図２】第２の実施形態における加熱処理前の熱交換器の断面図である。
【図３】第３の実施形態における加熱処理前の熱交換器の断面図である。
【図４】第４の実施形態における加熱処理前の熱交換器の断面図である。
【図５】第５の実施形態における加熱処理前の熱交換器の断面図である。
【図６】第６の実施形態における加熱処理前の熱交換器の断面図である。
【図７】第６の実施形態の変形例における加熱処理前の熱交換器の断面図である。
【図８】各実施例における熱交換器の評価方法を説明するための概要図である。
【図９】熱交換器（クロスフィン型）の基本構造を示す図である。
【図１０】従来の熱交換器におけるフィンと伝熱管との接合方法を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１ａ 加熱処理前の第１の実施形態の熱交換器
１ｂ 加熱処理後の第２の実施形態の熱交換器
２ Ａｌフィン
３ Ｃｕチューブ
４ａ フィンの第１表面
４ｂ フィンの第２表面
５ 内面溝
６ 放熱部
７ 接合部
８ フィン付け根部
１０ 接合材
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、熱交換器及び熱交換器の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エアコン等の空調機器や冷蔵・冷凍装置などに用いられる放熱部材として、内面溝を有する伝熱管の外側に複数のフィンを設けた熱交換器が使用されている。図９に、クロスフィン型の熱交換器を示す。伝熱管９１の内部を相変化しながら流れる冷媒と、フィン９２の間を流れる空気９３とを間接的に熱交換するものである。
従来、伝熱管とフィンとの接合については、各種の方法が提案されている。例えば、図１０は機械拡管方式による伝熱管とフィンとの接合を示す図である。伝熱管１０１には、内面溝１０２が形成され、伝熱管１０１の外側には、伝熱管１０１の外径よりも僅かに径の大きいフィンカラー部１０３を有する複数のフィン１０４を伝熱管１０１に設け、伝熱管１０１の中に拡管プラグ１０５を挿入し、伝熱管１０１を内部から拡管して、フィンカラー部１０３と伝熱管１０１の外側面１０６とを密着させる。（特許文献１、２参照）
【０００３】
機械拡管方式以外にも、伝熱管とフィンとを半田付けやろう付けにより接合する方式や、クラッド材を用いて接合する方式も検討されている。（特許文献３、４参照）
またフィンの表面には、通常、熱交換器の特性を維持するため、親水性処理が施されている。親水性を付与する方法としては、アクリル、ポリビニルアルコールなどの有機系樹脂系、または、無機系シリカを含有した樹脂、水ガラスなどがある。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１６０３７４号公報
【特許文献２】特開２００６−９０６１２号公報
【特許文献３】特開２００７−１３６４９０号公報
【特許文献４】特開２００７−１８５７０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、機械拡管方式による伝熱管とフィンとの接合は、伝熱管の内面に形成された内面溝（リブ）が、拡管プラグにより押しつぶされ、変形する問題がある。内面溝の変形は、伝熱管の熱伝達効率の低下を引き起こす問題がある。機械拡管方式を用いても、内面溝が押しつぶされないよう、さまざまな検討が行われているが、伝熱管とフィンとの密着性が弱くなったり、接合の工程以外の工程が増えコスト増を引き起こす等の問題がある。
また機械拡管方式に対し、半田付けやろう付け、クラッド材による接合方法は、伝熱管やフィンの材質によっては、接合条件に大きな制約が加わる。
【０００６】
通常、アルミニウム材を半田により加熱接合する場合には、活性かつ腐食性の強いフラックス処理が必要となる。さらに、アルミニウム材の融点より十分低い温度、例えば３００℃以下の接合は困難であり、また大気雰囲気炉での接合も極めて困難となる。
特許文献３には、アルミ材に半田濡れ性を向上させる表面処理することで、低温下におけるアルミフィンとアルミ伝熱管との接合を行うことが記載されている。しかし、表面処理を施したアルミ材であっても半田接合性は容易ではなく、例えばフィンと伝熱管との接合部に半田ペーストを精確に塗布する必要がある。そのため、熱交換器の製造コスト増加が避けられない問題となっていた。
【０００７】
本発明の目的は、上記課題を解決し、内面溝の変形を防ぐと共に、伝熱管とフィンとの良好な接合を備える熱交換器、及び熱交換器の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の熱交換器は、アルミニウムを主成分とする板状のフィンと、銅を主成分とするチューブとから構成される熱交換器であって、上記フィンは親水性及び半田濡れ性を備えた第１表面と、少なくとも親水性を備えた第２表面とを有し、上記チューブの外側表面と上記第１表面とは、Ｓｎを主成分とする接合材を介して接合されることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の熱交換器の製造方法は、アルミニウムを主成分とする板状のフィンと、銅を主成分とするチューブとを接合して構成される熱交換器の製造方法であって、上記熱交換器を仮組みする第１工程は、上記チューブの外側表面と接合される上記フィンの第１表面に半田濡れ性を付与する工程と、上記フィンの第１表面及び／又は第２表面に親水性を付与する工程と、上記チューブの外側表面に、上記フィンの第１表面を対向させて設ける工程と、上記チューブの外側表面及び／又は上記フィンの第１表面上にＳｎを主成分とする接合材を設ける工程とを含み、上記第１工程により仮組みされた熱交換器を構成する上記フィンと上記チューブを接合する第２工程は、上記仮組みされた熱交換器を所定の温度で加熱処理する工程を含むことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に拠れば、伝熱管の内面溝をつぶすことなく、伝熱管とフィンとの良好な接合を実現すると共に、コスト低減を可能とするものである
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１（ａ）は、本発明の熱交換器であって、第１の実施形態である加熱処理前の仮組み断面図を示す。
本実施の形態では、アルミ製のフィン（以下、Ａｌフィン）と伝熱管である銅製のチューブ（以下、Ｃｕチューブ）を用いてクロス型の熱交換器を構成した。
図１のＡｌフィン２は、Ｃｕチューブ３と接合される側の面（フィンの第１表面）４ａに、表面処理により半田濡れ性が付与されている。Ｃｕチューブ３の外側表面には、Ａｌフィン２とＣｕチューブ３との半田接合のための、Ｓｎを主成分とする接合材１０が設けられる。接合材１０は、例えば、Ｃｕチューブ３の表面に接合層となる純Ｓｎを電気メッキにより所定の厚さに形成して設けられる。
図１のとおり、Ａｌフィン２は、Ｃｕチューブ３に接合される接合部７と、接合部７に対してフィン付け根部８において略９０度の傾きが設けられた放熱部６とから形成される。
このように本実施の形態では、内面溝５を有するＣｕチューブ３に、Ａｌフィン２の接合部７を、表面処理された第１表面４ａがＣｕチューブ３に対向するように設けられることで、図９と同様のクロスフィン型の熱交換器１ａを仮組みしている。Ａｌフィンは、表面処理されたＡｌ板材に、金型を用いたプレス成型、例えば、深絞り成型、伸びフランジ成型、張り出し成型、又はこれらの組合せ、により、Ｃｕチューブが挿入される貫通穴が設けられて形成される。
本実施形態においては、Ｃｕチューブ３に設けられる接合材１０は、接合部７と対向する部分のみに設ける構成としてもよい。
【００１２】
図１（ｂ）は、本発明の熱交換器であって、加熱処理後の熱交換器の断面図を示す。
仮組みした熱交換器１ａを、所定の温度を有する炉中に設けて加熱処理すると、Ｃｕチューブ３に形成された接合材１０のＳｎ成分と、Ａｌフィン１のＡｌ成分との間に半田接合の反応が起こり、図１（ｂ）に示す、半田接合層１５によりＡｌフィン２とＣｕチューブ３とが金属接合した熱交換器１ｂを得ることができる。
【００１３】
図２は、第２の実施形態の熱交換器の加熱処理前を示す断面図である。
本実施の形態の熱交換器２０では、Ａｌフィン２の第１表面４ａにＳｎを主成分とする接合材１２を形成している点で、第１の実施の形態と異なるものである。図２では、接合材１２は、Ａｌフィン２の第１表面４ａ前面に設けられているが、少なくとも接合部７とＣｕチューブ３との間に介在するように設けられればよい。
【００１４】
図３は、第３の実施形態の熱交換器の加熱処理前を示す断面図である。
本実施の形態の熱交換器３０では、Ｃｕチューブ３の外側表面に接合材１０を設け、さらにＡｌフィン２の第１表面４ａ上に接合材１２を設ける点で、第１又は第２の実施例と異なるものである。
【００１５】
図４は、第４の実施形態の熱交換器の加熱処理前を示す断面図である。
本実施の形態の熱交換器４０では、第１の実施形態のようにＣｕチューブ３の外側表面に電気メッキにより接合層を形成する代わりに、Ｃｕチューブ３の外側表面に、Ｓｎを主成分とする接合材をテープ状に形成した接合テープ１１が設けられる。
図４に示すとおり、Ｃｕチューブ３に設けられた接合テープ１１は、Ａｌフィン２とＣｕチューブ３との間に介在させるよう形成される。また接合テープ１１は、ヤニ入り・ヤニ無しのどちらでもよく、適宜、所定の厚さ、幅のものが選定される。一例として、テープサイズとして、テープ厚さ１０μｍ、テープ幅５ｍｍのものが使用され、Ｃｕチューブ３にテープ巻きにより巻きまわして設けられる。
接合テープ１１をＣｕチューブ３に設ける際に、ある周回の接合テープ１１とその次の周回の接合テープ１１とは、図４のように重なっていてもよく、テープ幅や、フィンピッチ等によっては、接合テープ１１間に隙間があってもよい。
【００１６】
図５、図６は、それぞれ第５の実施形態、第６の実施形態の熱交換器５０、６０の加熱処理前を示す断面図である。第５、第６の実施形態では、加熱処理前の仮組みの際に、Ａｌフィン２とＣｕチューブ３との間に、接合材を介在させない点で、これまでの実施形態と異なる。
【００１７】
まず、第５の実施形態では、Ｃｕチューブ３の外径と略同じ内径又はわずかに内径の大きいリング状の接合材１３を準備し、Ｃｕチューブ３の所定の位置に接合材１３を嵌めて、熱交換器５０の仮組みを行った。
図５では、接合材１３は各Ａｌフィン２の間に設けられ、付け根部８に近接する位置に設けられている。これは、付け根部８に近接して設けることで、仮組みした熱交換器５０を加熱処理して接合材１３を溶融させた際に、溶融した接合材１３がＡｌフィン２とＣｕチューブ３との間に、毛細管力により入り込む構造が好ましいからである。
【００１８】
第６の実施形態では、リング状の接合材１３に代わり、ワッシャ型の接合材１４を用いた点で、第５の実施形態と異なる。本実施の形態では、Ｃｕチューブ３の外径よりもわずかに内径の大きいＳｎメッキ付ワッシャ型の接合材１４を準備した。例えば、真鍮を主成分とするワッシャに厚さ１０μｍのＳｎメッキを施すことで、接合材１４が形成される。
接合材１４を、第５の実施形態と同様に、Ｃｕチューブ３の所定の位置に嵌めて、熱交換器６０の仮組みを行った。
図７は、第６の実施形態の変形例を示す。第６の実施形態の接合材１４（Ｓｎメッキ付ワッシャ）に加えて、Ｃｕチューブ３に接合材１０を設ける点で、第６の実施形態と異なる。接合材１０を設けることで、接合材１４だけの場合と比較し、接合不良の低減を図ることができる。
【００１９】
以上の実施形態では、第１表面にのみ表面処理を施したＡｌフィンを用いて説明したが、第２表面にも表面処理を施してもよい。また、表面処理の方法としては、メッキによるものだけでなく、蒸着やスパッタにより行うことができる。通常、金属を最表面にこれらの表面処理により形成すると、その表面状態は親水性となる。また、スパッタによる表面処理では、半田濡れ性を向上させる表面処理だけでなく、親水性の付与も同時に制御する上で好ましい方法であり、工程削減・コスト低減が期待できる。
【実施例】
【００２０】
以下、実施例を示して本発明をさらに詳細に説明する。表１は、各実施形態に基づく実施例をまとめ、後述する評価方法により各実施例におけるＡｌフィンとＣｕチューブとの接合結果を評価したものである。
【００２１】
【表１】
【００２２】
以下の実施例では、基本構造として、Ａｌフィン用板材として、厚さ０．１ｍｍのものを用意した。このＡｌフィン用板材の一方の面及び他方の面には、Ｎｉメッキ処理が施されている。Ｎｉメッキ処理としては、アルミ板材を酸洗し、Ｚｎ置換メッキを下地層として形成し、さらにＮｉメッキを所定の厚さに形成するものである。本発明の実施例では、Ｎｉメッキを１μｍとした。この場合、金属の最表面には圧延とは別途の製法により形成された金属層を有するため、アルミの表面状態は撥水でなく親水性となる。また、Ｎｉ層が形成されている半田濡れ性及び親水性の付与されたＡｌフィン用板材が用意できる。
通常の仕上げの圧延加工の施された無垢の金属板材の厚さ数１０ナノメートルの最表面層は、非晶質層（アモルフォスなど）を層となっており、このような表面層は金属表面を親水性でなく撥水性の表面状態となる。しかし、金属の再表面に圧延とは別途手法である、めっきなどにより金属層を形成すればその表面は、通常、親水性とすることができる。
また、Ｃｕチューブは、内面に溝リブを有するエアコン用の銅製伝熱管である。外径はφ９．５２のものを使用した。
【００２３】
上記Ａｌフィン用板材から形成されるＡｌフィン（サイズ：５０ｍｍ×５０ｍｍ）を１０枚、Ｃｕチューブ（長さ：１００ｍｍ）を用いて、各実施形態に基づく熱交換器（実施例１〜４７）を作製した。Ａｌフィンは、予め半田濡れ性と親水性のための表面処理を施したＡｌ板材に、金型工具を用いたプレス成型、すなわち、貫通孔を開け、及び、曲げと折り曲げ変形による伸びフランジ成型により、Ａｌフィン用板材にＣｕチューブ挿通用の穴を形成することで、接合部と放熱部とが形成される。
【００２４】
図８に各実施例における熱交換器の評価方法を説明するための概要図を示す。熱交換器の仮組みにおいては、各フィンのピッチは５．５ｍｍ、Ｃｕチューブ３の一端側（図中Ｘ側）から、第１番目のフィンまでの距離を２５ｍｍとなるように仮組みした。このときの一端側のフィンと他端側のフィンの距離は略５０ｍｍである。
【００２５】
また、以下の実施例では、加熱処理のために、組み立て後にフラックス処理を施している。具体的には、千住金属のフラックス、型式ＥＳＲ−２５０を用いた。このフラックスはＲＭＡ（弱活性）仕様であり、塩素含有濃度０．０１５％相当の、腐食性、活性ともに弱いタイプのものである。
【００２６】
加熱処理の条件を、最大温度を１８０℃〜３００℃とし、最大温度までを５分で上昇させ、最大温度を１分保持するような温度プロファイルに設定した炉中加熱により、Ａｌフィン２とＣｕチューブ３との接合を実施した。加熱処理を実施した炉は、両端が開放された連続炉である。炉中雰囲気は窒素を主成分とする雰囲気下に設定するが、炉の構造上、試料の加熱部は、大気成分よりもやや低い濃度の酸素を含む環境になっているものと考える。
【００２７】
実施例１−１６は、第１の実施形態に基づく熱交換器である。
実施例１−５では、接合材１０として純Ｓｎを用いた。具体的には、Ｃｕチューブ３の表面に、純Ｓｎを電気メッキにより形成した。厚さは、１μｍ、３μｍ、１０μｍ、３０μｍ、６０μｍの５種類を準備した。各実施例による熱交換器１を仮組みし、フラックス処理後、最大温度２５０℃の炉中加熱処理を行い、Ａｌフィン２とＣｕチューブ３とを接合した。
第１の実施形態に基づく各実施例では、Ｃｕチューブに形成されたＳｎ成分とＡｌフィンのアルミニウム成分との間に半田接合の反応が起こり、図１ｂに示すようなＳｎ半田接合層１５が形成され、ＡｌフィンとＣｕチューブとが金属接合した構造の熱交換器が形成される。
【００２８】
実施例６−１０では、接合材１０としてＳｎ−０．３ｗｔ％Ａｇを用いた。具体的には、Ｃｕチューブ３の表面に、Ｓｎ−０．３ｗｔ％Ａｇを電気メッキにより形成し、実施例１−５と同様に５種類のメッキ厚のものを準備した。各実施例による熱交換器１を仮組みし、フラックス処理の後、最大温度２５０℃の炉中加熱処理を行い、Ａｌフィン２とＣｕチューブ３とを接合した。
実施例１１−１６では、接合材として純Ｓｎ、Ｓｎ−０．７ｗｔ％Ｃｕを用いた。具体的には、Ｃｕチューブ３の表面に、純Ｓｎ、Ｓｎ−０．７ｗｔ％ＣｕのＳｎ合金を溶融法、浸漬メッキにより形成し、実施例１−１０と同様に５種類のメッキ厚のものを準備し、仮組み、フラックス処理の後、最大温度２５０℃の炉中加熱処理を行い、Ａｌフィン２とＣｕチューブ３とを接合した。
【００２９】
実施例１７−２６は、第２の実施形態に基づく熱交換器である。
上記表面処理をしたＡｌフィン用板材の表面には、Ｓｎを主成分とする接合材を形成することができる。実施例１７−２１では、Ａｌフィンの表面処理された第１表面に、電気メッキにより純Ｓｎからなる接合層を形成した。また、実施例２２−２６では、同様にＳｎ−０．３ｗｔ％Ａｇからなる接合層を形成した。メッキ厚さは、それぞれ１μｍ、３μｍ、１０μｍ、３０μｍ、６０μｍの５種類をそれぞれ用意した。
これまでの実施例と同様に、熱交換器を仮組みし、フラックス処理の後、最大温度２５０℃の炉中加熱処理を行い、ＡｌフィンとＣｕチューブとを接合した。
第２の実施形態に基づく各実施例では、Ａｌフィン上に形成されるＳｎ成分と、Ａｌフィンのアルミニウム成分、Ｃｕチューブの銅成分の３元素間にて半田接合の反応（３元共晶合金）が起こり、ＡｌフィンとＣｕチューブが金属接合した構造の熱交換器が形成される。
【００３０】
実施例２７−４２は、第３の実施形態に基づく熱交換器である。
実施例１−１６で作製したＳｎを主成分とする接合材を被覆したＣｕチューブ、及び実施例１７−２６で作製したＳｎを主成分とする接合材がメッキされたＡｌフィンを用い、図３に示す構造に仮組みした。その後、最大温度２５０℃の炉中加熱処理により、ＡｌフィンとＣｕチューブとを接合した。
第３の実施形態に基づく各実施例では、Ａｌフィン上に形成された接合材及びＣｕチューブ表面に形成された接合材のＳｎ成分と、Ａｌフィンのアルミニウム成分、Ｃｕチューブの銅成分の３元素間において半田接合の反応（３元共晶合金）が起こり、ＡｌフィンとＣｕチューブが金属接合した構造の熱交換器が形成される。
【００３１】
実施例４３−４４は、第４の実施形態に基づく熱交換器である。
実施例４３では、ヤニ無しの半田テープを用いた。具体的には、Ｓｎを主成分とする、Ｓｎ−０．７ｗｔ％Ｃｕ合金からなる厚さ２０μｍの半田テープを準備し、Ｃｕチューブ３に巻きまわすことにより、接合材をＣｕチューブの外側表面に形成した。本実施例では、接合テープ１１間に隙間が生じないようにテープ巻きを施した。本実施例においても、最大温度２５０℃の炉中加熱処理を行い、ＡｌフィンとＣｕチューブとを接合した構造の熱交換器が形成される。
【００３２】
また、実施例４４では、ヤニ入りの半田テープを用いた。具体的には、Ｓｎを主成分とする、Ｓｎ−０．７ｗｔ％Ｃｕ合金（ホーザン：ＨＳ−３７２）を用いて、厚さ４０μｍの半田テープを準備し、Ｃｕチューブ３に巻きまわすことにより、接合材をＣｕチューブ３の外側表面に形成した。
半田のヤニ成分は、塩素含有量が０．１ｗｔ％以下であり、かつ弱活性である。本実施例の場合、半田内にフラックス成分を含むため、加熱処理前にフラックス処理は不要となる。熱交換器の仮組み後は、最大温度２５０℃の炉中加熱処理を行うことにより、ＡｌフィンとＣｕチューブとを接合した熱交換器が形成される。
【００３３】
実施例４５は、第５の実施形態に基づく熱交換器である。
接合材１３として、Ｃｕチューブの外径（φ９．５２）より内径の大きい半田リングを準備した。半田リングの形状は、内径：φ１０、外径：φ１３、リング太さ：φ１．５である。半田リングを構成する半田材は、Ｓｎ−０．７ｗｔ％Ｃｕのヤニ無しタイプを用いた。図５に示すように、接合材（半田リング）１３をＣｕチューブ３の外側で、ＡｌフィンとＡｌフィンとの間に挿入するよう（フィン付け根部８に位置するよう）熱交換器を仮組みし、その後、フラックス処理をし、同様に最大温度２５０℃の炉中加熱処理を行いＡｌフィンとＣｕチューブとを接合し、熱交換器を形成した。
炉中加熱処理により、接合材（半田リング）１３が溶融し、毛細管力によりフィン付け根部８から、接合材がＡｌフィン２とＣｕチューブ３との間に入り込むことで、Ａｌフィン２とＣｕチューブ３とは、熱交換器として十分な接合面積を得ることができる。
【００３４】
実施例４６は、第６の実施形態に基づく熱交換器である。
接合材１４として、Ｃｕチューブの外径（φ９．５２）より内径の大きい半田メッキのワッシャを準備した。半田メッキ前のワッシャの形状は、内径φ１０ｍｍ、外径φ１５、厚さ０．２ｍｍであって、材質が真鍮のものを用いた。この真鍮のワッシャの両面に、接合材の厚さが１０μｍの厚さとなるよう、Ｓｎを全面にメッキすることで、接合材（半田メッキワッシャ）１４を形成した。図６に示すように、接合材（半田メッキワッシャ）１４をＣｕチューブ２の外側で、ＡｌフィンとＡｌフィンとの間に挿入するよう（Ａｌフィン２の第１表面の放熱部近傍に位置するよう）熱交換器を仮組みし、その後、フラックス処理をし、同様に最大温度２５０℃の炉中加熱処理により、ＡｌフィンとＣｕチューブとを接合し、熱交換器を形成した。
炉中加熱処理の際に、接合材（半田メッキワッシャ）１４は溶融し、毛細管力によりフィン付け根部８から、Ａｌフィン２とＣｕチューブ３との間に入り込むことで、Ａｌフィン２とＣｕチューブ３とは、熱交換器として十分な接合面積を得ることができる。
【００３５】
実施例４７は、第６の実施形態の変形例に基づく熱交換器である。
本実施例では、実施例７で作製した厚さ３μｍのＳｎメッキを施したＣｕチューブ及び実施例４６で準備した半田メッキのワッシャを用いた。図７に示すように、接合材１４をＳｎメッキが施されたＣｕチューブ３の外側に、Ａｌフィン２とＡｌフィン２との間に挿入されるよう熱交換器を仮組みする。その後、フラックス処理をし、同様に最大温度２５０℃の炉中加熱処理により、ＡｌフィンとＣｕチューブとを接合し、熱交換器を形成した。
【００３６】
加熱接合後の熱交換器におけるＡｌフィンとＣｕチューブの接合の評価方法を、図８を用いて説明する。
図８に示すように、Ｃｕチューブの一端側Ｘと、所定のＡｌフィンの端部Ｙとの間の電気抵抗値を測定し、仮組みした際の電気抵抗値と熱処理後の電気抵抗値とを比較することで、ＡｌフィンとＣｕチューブ３との接合を評価した。本発明における実施例では、一端側のＡｌフィンから６枚目のＡｌフィンを評価点に用いているが、他のＡｌフィンとしても同様の比較はできることは言うまでもない。
【００３７】
各実施例の評価結果を検討すると、以下のことが言えると考える。
まず、第１の実施形態あるいは第２の実施形態（図１あるいは図２に示す構造）では、接合材１０の厚さが１０μｍ以上の場合に、加熱処理後の電気抵抗値が低減しており、良好な接合が得られていると考えられる。
第３の実施形態のように、Ａｌフィン２とＣｕチューブ３の両方に接合材を設けた構造では、それぞれの接合層の厚さが３μｍ以上であれば、加熱処理後の電気抵抗値が低減しており、良好な接合が得られていると考えられる。
また、第４〜第６の実施形態に基づき作製された実施例４３〜４７では、いずれも加熱後は電気抵抗値が低減しており、良好な接合が得られていると考えられる。
【００３８】
各実施形態において、接合材の厚さが小さい（接合材の量が少ない）実施例では、加熱処理後の電気抵抗値が微増する結果になった。本発明者らは、実施例１、６、１７、２２、２７、３２の接合状態と、これら実施例の熱交換器の熱交換性能について確認をしたところ、実用に耐えうる十分な接合性、熱交換性能を有しているものであった。
電気抵抗値にほとんど変化のなかった実施例２、７、１８、２３については、接合性、熱交換性能の確認を省略したが、電気抵抗値が微増であった実施例で問題がなかったため、同様に熱交換器としての特性に問題がないものと考えられる。
【００３９】
尚、上記実施例においては、半田濡れ性を付与したアルミ板材として、Ｎｉメッキしたアルミ板材を用いた例で説明したが、半田濡れ性を有する状態であれば、Ｎｉメッキでなくてもよい。また、フィン厚さについても特に限定されるものではない。さらに、半田濡れ性を付与する表面処理を両面に施してもよい。特に、スパッタによる表面処理では、Ａｌフィン又はＡｌフィン用板材に半田濡れ性と、親水性を同時に付与することができるので、工程削減・コスト低減が可能となる。
また、本発明構造が完成した後の工程にて、親水性付与をさらに強固にするために、追加として、従来手法である塗料系の材料をアルミフィンに塗布してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】（ａ）第１の実施形態における加熱処理前の熱交換器の断面図である。（ｂ）第１の実施形態における加熱処理後の熱交換器の断面図である。
【図２】第２の実施形態における加熱処理前の熱交換器の断面図である。
【図３】第３の実施形態における加熱処理前の熱交換器の断面図である。
【図４】第４の実施形態における加熱処理前の熱交換器の断面図である。
【図５】第５の実施形態における加熱処理前の熱交換器の断面図である。
【図６】第６の実施形態における加熱処理前の熱交換器の断面図である。
【図７】第６の実施形態の変形例における加熱処理前の熱交換器の断面図である。
【図８】各実施例における熱交換器の評価方法を説明するための概要図である。
【図９】熱交換器（クロスフィン型）の基本構造を示す図である。
【図１０】従来の熱交換器におけるフィンと伝熱管との接合方法を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１ａ 加熱処理前の第１の実施形態の熱交換器
１ｂ 加熱処理後の第２の実施形態の熱交換器
２ Ａｌフィン
３ Ｃｕチューブ
４ａ フィンの第１表面
４ｂ フィンの第２表面
５ 内面溝
６ 放熱部
７ 接合部
８ フィン付け根部
１０ 接合材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムを主成分とする板状のフィンと、銅を主成分とするチューブとから構成される熱交換器において、
上記フィンは親水性及び半田濡れ性を備えた第１表面と、親水性を備えた第２表面とを有し、
上記チューブの外側表面と上記第１表面とは、Ｓｎを主成分とする接合材を介して接合されることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
アルミニウムを主成分とする板状のフィンと、銅を主成分とするチューブとを接合して構成される熱交換器の製造方法において、
上記熱交換器を仮組みする第１工程は、
上記チューブの外側表面と接合される上記フィンの第１表面に半田濡れ性を付与する工程と、
上記フィンの第１表面及び／又は第２表面に親水性を付与する工程と、
上記チューブの外側表面に、上記フィンの第１表面を対向させて設ける工程と、
上記チューブの外側表面及び／又は上記フィンの第１表面上にＳｎを主成分とする接合材を設ける工程とを含み、
上記第１工程により仮組みされた熱交換器を構成する上記フィンと上記チューブを接合する第２工程は、
上記仮組みされた熱交換器を所定の温度で加熱処理する工程を含む、
ことを特徴とする熱交換器の製造方法。
【請求項３】
アルミニウムを主成分とする板状のフィンと、銅を主成分とするチューブとを接合して構成される熱交換器の製造方法において、
上記熱交換器を仮組みする第１工程は、
上記チューブの外側表面と接合する上記フィンの第１表面に半田濡れ性を付与する工程と、
上記フィンの第１表面及び／又は第２表面に親水性を付与する工程と、
上記チューブの外側表面に、上記フィンの第１表面を対向させて設ける工程と、
上記チューブの外側にＳｎを主成分とする環状の接合材を設ける工程とを含み、
上記第１工程により仮組みされた熱交換器を構成する上記フィンと上記チューブを接合する第２工程は、
上記仮組みされた熱交換器を所定の温度で加熱処理する工程を含む、
ことを特徴とする熱交換器の製造方法。
【請求項４】
請求項２に記載の熱交換器の製造方法において、上記接合材はフラックス成分又はヤニ成分を含有したテープ半田である熱交換器の製造方法。
【請求項５】
請求項２に記載の熱交換器の製造方法において、上記接合材は半田濡れ性が付与された上記第１表面上に表面コートされて設けられる熱交換器の製造方法。
【請求項６】
請求項２又は請求項５に記載の熱交換器の製造方法において、上記接合材は上記チューブの外側表面に表面コートされて設けられる熱交換器の製造方法。
【請求項７】
請求項３に記載の熱交換器の製造方法において、上記フィンは上記チューブの外側に複数形成されるものであって、上記環状の接合材は上記チューブに嵌められ、上記複数のフィンの間に設けられる熱交換器の製造方法。
【請求項８】
請求項２〜７に記載の熱交換器の製造方法において、上記加熱処理は上記仮組みした熱交換器を１８０℃から３００℃の温度に加熱する熱交換器の製造方法。
【請求項１】
アルミニウムを主成分とする板状のフィンと、銅を主成分とするチューブとから構成される熱交換器において、
上記フィンは親水性及び半田濡れ性を備えた第１表面と、親水性を備えた第２表面とを有し、
上記チューブの外側表面と上記第１表面とは、Ｓｎを主成分とする接合材を介して接合されることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
アルミニウムを主成分とする板状のフィンと、銅を主成分とするチューブとを接合して構成される熱交換器の製造方法において、
上記熱交換器を仮組みする第１工程は、
上記チューブの外側表面と接合される上記フィンの第１表面に半田濡れ性を付与する工程と、
上記フィンの第１表面及び／又は第２表面に親水性を付与する工程と、
上記チューブの外側表面に、上記フィンの第１表面を対向させて設ける工程と、
上記チューブの外側表面及び／又は上記フィンの第１表面上にＳｎを主成分とする接合材を設ける工程とを含み、
上記第１工程により仮組みされた熱交換器を構成する上記フィンと上記チューブを接合する第２工程は、
上記仮組みされた熱交換器を所定の温度で加熱処理する工程を含む、
ことを特徴とする熱交換器の製造方法。
【請求項３】
アルミニウムを主成分とする板状のフィンと、銅を主成分とするチューブとを接合して構成される熱交換器の製造方法において、
上記熱交換器を仮組みする第１工程は、
上記チューブの外側表面と接合する上記フィンの第１表面に半田濡れ性を付与する工程と、
上記フィンの第１表面及び／又は第２表面に親水性を付与する工程と、
上記チューブの外側表面に、上記フィンの第１表面を対向させて設ける工程と、
上記チューブの外側にＳｎを主成分とする環状の接合材を設ける工程とを含み、
上記第１工程により仮組みされた熱交換器を構成する上記フィンと上記チューブを接合する第２工程は、
上記仮組みされた熱交換器を所定の温度で加熱処理する工程を含む、
ことを特徴とする熱交換器の製造方法。
【請求項４】
請求項２に記載の熱交換器の製造方法において、上記接合材はフラックス成分又はヤニ成分を含有したテープ半田である熱交換器の製造方法。
【請求項５】
請求項２に記載の熱交換器の製造方法において、上記接合材は半田濡れ性が付与された上記第１表面上に表面コートされて設けられる熱交換器の製造方法。
【請求項６】
請求項２又は請求項５に記載の熱交換器の製造方法において、上記接合材は上記チューブの外側表面に表面コートされて設けられる熱交換器の製造方法。
【請求項７】
請求項３に記載の熱交換器の製造方法において、上記フィンは上記チューブの外側に複数形成されるものであって、上記環状の接合材は上記チューブに嵌められ、上記複数のフィンの間に設けられる熱交換器の製造方法。
【請求項８】
請求項２〜７に記載の熱交換器の製造方法において、上記加熱処理は上記仮組みした熱交換器を１８０℃から３００℃の温度に加熱する熱交換器の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−６５９１６（Ｐ２０１０−６５９１６Ａ）
【公開日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２３２１１３（Ｐ２００８−２３２１１３）
【出願日】平成２０年９月１０日（２００８．９．１０）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【公開日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月１０日（２００８．９．１０）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
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