特開 2024-39665 熱交換器の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024039665

(43)【公開日】2024-03-25

(54)【発明の名称】熱交換器の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B21D 53/04 20060101AFI20240315BHJP

   B21D 26/021 20110101ALI20240315BHJP

【ＦＩ】

B21D53/04 B

B21D26/021

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022104112

(22)【出願日】2022-06-29

(71)【出願人】

【識別番号】505113632

【氏名又は名称】ヴァレオ システム テルミク

(74)【代理人】

【識別番号】100067356

【弁理士】

【氏名又は名称】下田 容一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100160004

【弁理士】

【氏名又は名称】下田 憲雅

(74)【代理人】

【識別番号】100120558

【弁理士】

【氏名又は名称】住吉 勝彦

(74)【代理人】

【識別番号】100148909

【弁理士】

【氏名又は名称】瀧澤 匡則

(74)【代理人】

【識別番号】100192533

【弁理士】

【氏名又は名称】奈良 如紘

(72)【発明者】

【氏名】高野 明彦

(72)【発明者】

【氏名】林 直人

【テーマコード（参考）】

4E137

【Ｆターム（参考）】

4E137AA03

4E137AA15

4E137BA05

4E137BB01

4E137CA15

4E137CA21

4E137CA24

4E137DA01

4E137DA10

4E137EA09

4E137EA26

4E137GA01

4E137GA11

4E137GA15

4E137GB01

4E137GB20

(57)【要約】

【課題】成形工程に適応するための柔軟性の高い材料を用いつつも、硬度の高い熱交換器を得ることができる熱交換器の製造方法を提供すること。
【解決手段】熱交換器（１０）の製造方法は、金属製の複数の板材（１１、１２）を準備する準備工程と、準備された板材（１１、１２）を重ねたのち所定の位置を接合する接合工程と、接合された板材（１１、１２）に流体を圧入し媒体流路（Ｒ）を成形する成形工程と、板材（１１、１２）のうち少なくとも１枚の板材（１１）を第１温度に加熱する加熱工程と、加熱工程と成形工程とを経た板材（１１、１２）を第１温度より低い第２温度で維持するエージング工程と、を有する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属製の複数の板材（１１、１２）を準備する準備工程と、
準備された前記板材（１１、１２）を重ねたのち所定の位置を接合する接合工程と、
接合された前記板材（１１、１２）に流体を圧入し媒体流路（Ｒ）を成形する成形工程と、
前記板材（１１、１２）のうち少なくとも１枚の板材（１１）を第１温度に加熱する加熱工程と、
前記加熱工程と前記成形工程とを経た前記板材（１１、１２）を前記第１温度より低い第２温度で維持するエージング工程と、を有することを特徴とする熱交換器の製造方法。

【請求項2】

前記加熱工程は、前記準備工程と前記接合工程との間に行われる、請求項１に記載の熱交換器の製造方法。

【請求項3】

前記加熱工程は、前記接合工程と前記エージング工程との間に行われる、請求項１に記載の熱交換器の製造方法。

【請求項4】

前記加熱工程は、前記成形工程と前記エージング工程との間に行われる、請求項１に記載の熱交換器の製造方法。

【請求項5】

前記接合工程は、レーザ溶接により所定の位置が接合される、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の熱交換器の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内部に媒体が流され対象物との熱交換を行なう、熱交換器の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、モータを駆動源とする車両には、モータへ通電するためのバッテリと、このバッテリを冷却するための熱交換器が搭載される。熱交換器に関する従来技術として、特許文献１に開示される技術がある。

【0003】

特許文献１には、ロールボンドにより板材を成形し、熱交換器を製造することが開示されている。より詳細には、２枚の板材の一部を接合させ、接合させていない部位に流体を流し込み膨らませる。膨らませた部位が媒体の流れる媒体流路となるものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平１１－２７７１６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ロールボンドによる成形では、流し込む流体によって変形するよう、成形性の高い比較的柔らかい素材が用いられる。しかし、柔らかい素材によって熱交換器を構成した場合、車両の組み立て作業時に誤って他の部品に接触させた場合等に容易に傷が付くという問題がある。成形工程に適応するための柔軟性の高い材料を用いつつも、硬度の高い熱交換器を得ることができることが望まれる。

【0006】

本発明は、成形工程に適応するための柔軟性の高い材料を用いつつも、硬度の高い熱交換器を得ることができる熱交換器の製造方法の提供を課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

以下の説明では、本発明の理解を容易にするために添付図面中の参照符号を括弧書きで付記するが、それによって本発明は図示の形態に限定されるものではない。

【0008】

第１に、金属製の複数の板材（１１、１２）を準備する準備工程と、
準備された前記板材（１１、１２）を重ねたのち所定の位置を接合する接合工程と、
接合された前記板材（１１、１２）に流体を圧入し媒体流路（Ｒ）を成形する成形工程と、
前記板材（１１、１２）のうち少なくとも１枚の板材（１１）を第１温度に加熱する加熱工程と、
前記加熱工程と前記成形工程とを経た前記板材（１１、１２）を前記第１温度より低い第２温度で維持するエージング工程と、を有することを特徴とする熱交換器の製造方法が提供される。

【0009】

第２に、好ましくは、第１に記載の熱交換器の製造方法であって、
前記加熱工程は、前記準備工程と前記接合工程との間に行われる。

【0010】

第３に、好ましくは、第１に記載の熱交換器の製造方法であって、
前記加熱工程は、前記接合工程と前記エージング工程との間に行われる。

【0011】

第４に、好ましくは、第１に記載の熱交換器の製造方法であって、
前記加熱工程は、前記成形工程と前記エージング工程との間に行われる。

【0012】

第５に、好ましくは、第１乃至第４のいずれかに記載の熱交換器の製造方法であって、
前記接合工程は、レーザ溶接により所定の位置が接合される。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、成形工程に適応するための柔軟性の高い材料を用いつつも、硬度の高い熱交換器を得ることができる熱交換器の製造方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】実施例１による熱交換器の斜視図である。

【図2】２Ａは、図１に示した熱交換器の製造方法における、準備工程について説明する図、２Ｂは、加熱工程について説明する図、２Ｃは、接合工程の前半である重ね合わせ工程について説明する図、２Ｄは、接合工程の後半である溶接工程について説明する図、２Ｅは、成形工程について説明する図、２Ｆは、エージング工程について説明する図である。

【図3】３Ａは、実施例２による熱交換器の製造方法における準備工程について説明する図、３Ｂは、接合工程の前半である重ね合わせ工程について説明する図、３Ｃは、接合工程の後半である溶接工程について説明する図、３Ｄは、加熱工程について説明する図、３Ｅは、成形工程について説明する図、３Ｆは、エージング工程について説明する図である。

【図4】４Ａは、実施例３による熱交換器の製造方法における、準備工程について説明する図、４Ｂは、接合工程の前半である重ね合わせ工程について説明する図、４Ｃは、接合工程の後半である溶接工程について説明する図、４Ｄは、成形工程について説明する図、４Ｅは、加熱工程について説明する図、４Ｆは、エージング工程について説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。

【0016】

＜実施例１＞
図１を参照する。図１には、熱交換器１０がバッテリＢａの下面に載置された状態において示されている。バッテリＢａは、例えば、車両を駆動するモータに通電をするものである。作動中に高温となるバッテリＢａは、熱交換器１０に接触するように設けられ、熱交換器１０の内部を流れる熱媒体（冷媒や冷却水）との熱交換によって冷却される。

【0017】

熱交換器１０は、熱媒体が流れる凹部１１ａが形成されている第１の板材１１（板材１１）と、この第１の板材１１に重ねられ溶接されている平板状の第２の板材１２（板材１２）と、を有する。凹部１１ａと、第２の板材１２のうちの凹部１１ａに重ねられた部位と、によって囲われた空間は、熱媒体が流れされる媒体流路Ｒである。

【0018】

第１の板材１１及び第２の板材１２は、例えば、アルミニウム合金等の金属により構成される。第１の板材１１及び第２の板材１２は、同じ組成のアルミニウム合金によって構成することもできるし、それぞれに組成の異なるアルミニウム合金によって構成することもできる。第１の板材１１及び第２の板材１２に異なる組成の金属を用いる際には、第１の板材１１に第２の板材１２よりも硬度の低い柔らかい素材を用いることが好ましい。理由は後述する。

【0019】

また、熱交換器１０は、凹部１１ａが形成されている第１の板材１１を２枚用いることによっても構成することができる。凹部１１ａ同士が対向するように重ね合わせて媒体流路Ｒを構成しても良いし、一方の第１の板材１１に形成された凹部１１ａと他方の第１の板材１１が有する平面とを合わせて媒体流路Ｒを構成することも可能である。

【0020】

このような熱交換器１０の製造方法について次に説明する。

【0021】

図２Ａを参照する。まず、２枚以上の板材１１、１２を準備する（準備工程）。準備する板材は、第１の板材１１と第２の板材１２でも良いし、２枚とも第１の板材１１であっても良い。以下、平面状の第１の板材１１と平面状の第２の板材１２とを準備した場合を例に説明する。

【0022】

次に、図２Ｂに示されるように、準備した板材１１、１２のうち、少なくとも第１の板材１１を加熱する（加熱工程）。なお、加熱工程において、第２の板材１２を同時に加熱することは差し支えない。加熱工程は、例えば、加熱炉２１の内部を５００℃（第１温度）にして行なわれる。第１温度の保持時間は、例えば、３時間程に設定される。

【0023】

加熱工程を終えたら、図２Ｃ、図２Ｄに示されるように、第１の板材１１と第２の板材１２を重ね合わせ、所定の位置を接合する（接合工程）。

【0024】

より詳細には、第１の板材１１と第２の板材１２とは、レーザ溶接により接合される。レーザ溶接によって媒体流路Ｒとなる部位の周縁を互いに溶接する。媒体流路Ｒとなる部位は溶接されない。

【0025】

次に、図２Ｅに示されるように、互いが接合された板材１１、１２を成形型３１に入れ、板材１１、１２に流体を圧入し媒体流路Ｒを成形する（成形工程）。成形工程を経ることにより第１の板材１１に凹部１１ａが形成される。

【0026】

成形工程は、バルジ成形によって行なわれる。ここで、バルジ成形としては、熱間ガスバルジ成形方法や、冷間ハイドロフォーミング法を選択することができる。

【0027】

次に、図２Ｆに示されるように、媒体流路Ｒの成形された板材１１、１２を加熱工程時よりも低い温度（第２温度）に一定時間維持する（エージング工程）。具体的には、エージング工程において、板材１１、１２は、第２温度として常温に約２４時間、維持される。エージング工程を経ることにより、板材１１、１２は、時効硬化によって硬度が増す。

【0028】

なお、エージング工程は、板材１１、１２の成分（組成）によって、エージング工程後の硬度を調節するために、第２温度を１５０℃程度とし、数時間維持することによって行なっても良い。

【0029】

エージング工程を終えることにより、熱交換器１０（図１参照）は、完成する。熱交換器１０の製造方法について、以下に纏める。

【0030】

熱交換器１０の製造方法は、金属製の複数の板材１１、１２を準備する準備工程と、
準備された板材１１、１２を重ねたのち所定の位置を接合する接合工程と、
接合された板材１１、１２に流体を圧入し媒体流路Ｒを成形する成形工程と、
板材１１、１２のうち少なくとも１枚の板材１１を第１温度に加熱する加熱工程と、
加熱工程と成形工程とを経た板材１１、１２を第１温度より低い第２温度で維持するエージング工程と、を有する。

【0031】

熱交換器１０の製造方法は、成形工程に加え、板材の加熱工程と、加熱工程よりも後の工程として所定の温度（第２温度）に維持し時効硬化によって硬化させるエージング工程とを有する。これにより、成形工程に適応するための柔軟性の高い材料を用いつつも、硬度の高い熱交換器１０を得ることができる。

【0032】

また、加熱工程は、準備工程と接合工程との間に行われる。加熱工程が接合工程の前に行われるので、予め加熱工程が必要な部品（第１の板材１１）のみを選択して加熱処理することができ、生産性を向上できる。

【0033】

また、接合工程は、レーザ溶接により所定の位置が接合される。即ち、重ねられた２枚の板材１１、１２は、レーザ溶接により接合される。レーザ溶接によって板材１１、１２は接合工程において平面のまま接合することが可能となり、一部が立体形状とされた板材を接合する場合に比べて生産性が向上する。また、ロールボンド工法による接合とは異なり、平面方向に圧延されて寸法変化することなく接合することが可能となり、製品の寸法管理が容易化されて生産性を向上できる。

【0034】

成形工程において凹部１１ａが形成される第１の板材１１には、凹部１１ａが形成されない第２の板材１２よりも柔らかい素材が用いられることが好ましい。凹部１１ａが形成される第１の板材１１に柔らかい素材を採用することにより、成形性を向上させることができる。一方、凹部１１ａが形成されない第２の板材１２に硬い素材を採用することにより、熱交換器１０の強度を高めることができる。より成形工程に適応しつつも、硬度の高い熱交換器１０を得ることができる。

【0035】

＜実施例２＞
次に、実施例２による熱交換器の製造方法を図面に基づいて説明する。実施例１と共通する部分については、符号を流用すると共に、詳細な説明を省略する。

【0036】

図３Ａを参照する。まず、２枚以上の板材１１、１２を準備する（準備工程）。準備する板材は、第１の板材１１と第２の板材１２でも良いし、２枚とも第１の板材１１であっても良い。以下、平面状の第１の板材１１と平面状の第２の板材１２とを準備した場合を例に説明する。

【0037】

次に、図３Ｂ、図３Ｃに示されるように、準備した第１の板材１１と第２の板材１２を重ね合わせ、所定の位置を接合する（接合工程）。

【0038】

接合工程は、実施例１と同様に、レーザ溶接によって媒体流路Ｒ（図３Ｅ参照）となる部位の周縁を互いに溶接することにより行うことができる。

【0039】

次に、図３Ｄに示されるように、互いに接合された板材１１、１２を加熱する（加熱工程）。加熱工程は、例えば、加熱炉２１の内部を５００℃（第１温度）にして行なわれる。第１温度の保持時間は、例えば、３時間程に設定される。

【0040】

次に、図３Ｅに示されるように、加熱された板材１１、１２を成形型３１に入れ、板材１１、１２に流体を圧入し媒体流路Ｒを成形する（成形工程）。成形工程を経ることにより第１の板材１１に凹部１１ａが形成される。

【0041】

成形工程は、バルジ成形によって行なわれる。ここで、バルジ成形としては、熱間ガスバルジ成形方法や、冷間ハイドロフォーミング法を選択することができる。

【0042】

次に、図３Ｆに示されるように、媒体流路Ｒの成形された板材１１、１２を加熱工程時よりも低い温度（第２温度）に一定時間維持する（エージング工程）。

【0043】

エージング工程を終えることにより、熱交換器１０（図１参照）は、完成する。熱交換器１０の製造方法について、以下に纏める。

【0044】

実施例２による熱交換器の製造方法においても、成形工程に適応するための柔軟性の高い材料を用いつつ、硬度の高い熱交換器１０を得ることができる。また、レーザ溶接を採用することにより、製品の寸法管理が容易化されて生産性を向上できる。さらに、第１の板材１１に第２の板材１２よりも柔らかい素材を用いることにより、より成形工程に適応しつつも、硬度の高い熱交換器１０を得ることができる。

【0045】

加えて、加熱工程は、接合工程とエージング工程との間に行われる。加熱工程が接合工程の後に行われるので、両方の板材１１、１２とも加熱工程およびその後に行われるエージング工程による効果を得ることができ、熱交換器１０（図１参照）全体の強度を向上できる。

【0046】

＜実施例３＞
次に、実施例３による熱交換器の製造方法を図面に基づいて説明する。

【0047】

図４Ａを参照する。まず、２枚以上の板材１１、１２を準備する（準備工程）。準備する板材は、第１の板材１１と第２の板材１２でも良いし、２枚とも第１の板材１１であっても良い。以下、平面状の第１の板材１１と平面状の第２の板材１２とを準備した場合を例に説明する。

【0048】

次に、図４Ｂ、図４Ｃに示されるように、準備した第１の板材１１と第２の板材１２とを重ね合わせ、所定の位置を接合する（接合工程）。

【0049】

接合工程は、実施例１と同様に、レーザ溶接によって媒体流路Ｒ（図４Ｄ参照）となる部位の周縁を互いに溶接することにより行うことができる。

【0050】

次に、図４Ｄに示されるように、互いに接合された板材１１、１２を成形型３１に入れ、板材１１、１２に流体を圧入し媒体流路Ｒを成形する（成形工程）。成形工程を経ることにより第１の板材１１に凹部１１ａが形成される。

【0051】

成形工程は、バルジ成形によって行なわれる。ここで、バルジ成形としては、熱間ガスバルジ成形方法や、冷間ハイドロフォーミング法を選択することができる。

【0052】

次に、図４Ｅに示されるように、成形された板材１１、１２を加熱する（加熱工程）。加熱工程は、例えば、加熱炉２１の内部を５００℃（第１温度）にして行なわれる。第１温度の保持時間は、例えば、３時間程に設定される。

【0053】

次に、図４Ｆに示されるように、加熱された板材１１、１２を加熱工程時よりも低い温度（第２温度）に一定時間維持する（エージング工程）。

【0054】

エージング工程を終えることにより、熱交換器１０（図１参照）は、完成する。熱交換器１０の製造方法について、以下に纏める。

【0055】

実施例３による熱交換器の製造方法においても、成形工程に適応するための柔軟性の高い材料を用いつつ、硬度の高い熱交換器１０を得ることができる。また、レーザ溶接を採用することにより、製品の寸法管理が容易化されて生産性を向上できる。さらに、第１の板材１１に第２の板材１２よりも柔らかい素材を用いることにより、より成形工程に適応しつつも、硬度の高い熱交換器１０を得ることができる。

【0056】

加えて、加熱工程は、接合工程とエージング工程との間に行われる。加熱工程が接合工程の後に行われるので、両方の板材１１、１２とも加熱工程およびその後に行われるエージング工程による効果を得ることができ、熱交換器１０（図１参照）全体の強度を向上できる。

【0057】

さらに、加熱工程をエージング工程の直前の工程として行われることで、温度管理を連続的に行うことができ、生産性を向上できる。

【0058】

尚、本発明による熱交換器は、車両用バッテリ冷却装置として用いられる例を基に説明を行ったが、車両用バッテリ以外の対象物の冷却装置や対象物を温めるものであっても適用することができる。

【0059】

本発明の作用及び効果を奏する限りにおいて、本発明は、実施例に限定されるものではない。

【産業上の利用可能性】

【0060】

本発明の熱交換器の製造方法は、車両用バッテリ冷却装置の製造方法に好適である。

【符号の説明】

【0061】

１０…熱交換器
１１…第１の板材（板材）
１２…第２の板材（板材）
Ｒ…媒体流路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】