JP2005221103A - 熱交換器用チューブの口拡治具 - Google Patents

Abstract

【課題】 四角状の扁平断面を成すチューブの内部にインナーフィンが挿入されるものにおいて、インナーフィンの潰れを極力抑制して、チューブの短辺部の口拡を可能とする熱交換器用チューブの口拡治具を提供する。
【解決手段】 プレート部材１２１に穿設されたチューブ孔１２１ａに嵌入されるチューブ１１１の開口側１１１ａに向けて突出するように設けられると共に、チューブ１１１内部に移動して扁平断面の短辺部１１１ｂをチューブ孔１２１ａ側に口拡する口拡刃２２０を有する熱交換器用チューブの口拡治具において、チューブ１１１の扁平断面は、四角状を成し、チューブ１１１の内部には、インナーフィン１１４が挿入されており、口拡刃２２０の反短辺部側の面２２０ａを、この口拡刃２２０の先端部２２０ｂに向けて短辺部１１１ｂ側に傾斜するテーパー状に形成する。
【選択図】 図７

Description

本発明は、タンクを構成するプレート部材のチューブ孔にチューブを嵌入させた後に、チューブの開口側を口拡する熱交換器用チューブの口拡治具に関するものである。

従来の熱交換器用チューブの口拡治具（装置）として、特許文献１に示されるものが知られている。即ち、この口拡治具は、タンクを構成するプレート部材（特許文献１中では座板）のチューブ孔に、断面が長円形を成すチューブを嵌入させた後に、チューブの開口側に突出する２つの口拡刃によって、チューブの短辺部を切り裂きながらチューブ孔側に押し広げるものとしている。

尚、チューブ内にはインナーフィンが挿入される場合が開示されており、口拡刃は、半円形を成すチューブ短辺部とインナーフィンの端部との間にできる空間に挿入されるようにしている。
特許第２７９３３３７号公報

しかしながら、限られたスペース内において、できる限りチューブの断面面積を大きくして、チューブ内を流通する内部流体の流通抵抗を低減させるために、チューブの断面形状を扁平四角状と成るようにし、併せて、インナーフィンの収容量も増大させた場合に、チューブの短辺部を口拡する際に、口拡刃によってインナーフィンの一部が潰されてしまい、低減させたはずの流通抵抗が再び増大してしまうという問題があった。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、四角状の扁平断面を成すチューブの内部にインナーフィンが挿入されるものにおいて、インナーフィンの潰れを極力抑制して、チューブの短辺部の口拡を可能とする熱交換器用チューブの口拡治具を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。

請求項１に記載の発明では、扁平断面を成し、タンク（１２０）を構成するプレート部材（１２１）に穿設されたチューブ孔（１２１ａ）に嵌入されるチューブ（１１１）の扁平断面の短辺部（１１１ｂ）の位置に対応し、チューブ（１１１）の開口側（１１１ａ）に向けて突出するように設けられると共に、チューブ（１１１）内部に移動して短辺部（１１１ｂ）をチューブ孔（１２１ａ）側に口拡する口拡刃（２２０）を有する熱交換器用チューブの口拡治具において、チューブ（１１１）の扁平断面は、四角状を成し、チューブ（１１１）の内部には、インナーフィン（１１４）が挿入されており、口拡刃（２２０）の反短辺部側の面（２２０ａ）は、この口拡刃（２２０）の先端部（２２０ｂ）に向けて短辺部（１１１ｂ）側に傾斜するテーパー状に形成されたことを特徴としている。

これにより、口拡刃（２２０）がチューブ（１１１）の内部に移動した時のインナーフィン（１１４）に当る領域を小さくできるので、チューブ（１１１）が四角状の扁平断面に形成され、内部にインナーフィン（１１４）が挿入される場合でも、インナーフィン（１１４）の潰れを極力抑制することができる。

また、請求項２に記載の発明では、チューブ（１１１）内部に移動した際の口拡刃（２２０）の先端部（２２０ａ）の位置は、チューブ（１１１）およびチューブ孔（１２１ａ）との当接領域（１３１）の移動方向側の端部（１３１ａ）近傍に成るように設定されたことを特徴としている。

これにより、必要最小限の口拡を行いつつ、インナーフィン（１１４）の潰れをより小さくすることができる。

尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
本実施形態の熱交換器用チューブの口拡治具（以下、口拡治具）２００は、空冷式インタークーラ（以下、インタークーラ）１００のチューブ１１１の口拡を行うものとしており、まず、この口拡の対象となるインタークーラ１００について、図１〜図６を用いて簡単に説明する。

インタークーラ１００は、車両用エンジン（内燃機関）に吸入される燃焼用空気（以下、吸気）を外部からの冷却空気との熱交換により冷却する熱交換器である。このインタークーラ１００を構成する各部材（以下で説明）は、アルミニウムあるいはアルミニウム合金から成り、コア部１１０に一対のヘッダタンク１２０が接合されて形成されている。

コア部１１０は、図１、図２に示すように、内部にインナーフィン１１４が挿入されたチューブ１１１とアウターフィン１１２とが交互に積層され、積層方向の両最外方にはサイドプレート１１３が配設されて形成されている。

チューブ１１１は、内部を吸気（内部流体）が流通する管部材であり、限られたスペース内でできる限り断面面積を大きくして、吸気の通気抵抗を低減させるために、四角状の扁平断面を成すようにしている。そして、このチューブ１１１内に挿入されるインナーフィン１１４は、薄肉の平板から波状に成形されており、吸気の流れに乱流効果を与え、吸気側の熱伝達率を向上させる。尚、チューブ１１１を四角状の扁平断面にしていることから、インナーフィン１１４は、チューブ１１１内にデッドスペースを発生させること無く、効率的に収容されている。

アウターフィン１１２は、上記インナーフィン１１４と同様に、薄肉の平板から波状に成形され、平面部には切り起こしによって形成される複数のルーバ１１２ａが設けられており、冷却空気側への放熱面積を拡大すると共に、ルーバ１１２ａによる乱流効果を得て、吸気との熱交換を促進する。

サイドプレート１１３は、チューブ１１１の長手方向に延びる補強部材であり、断面形状が略コの字状に形成され、コの字の内側中央には長手方向に延びるリブが設けられている。

因みに、チューブ１１１は、表裏両面に予めろう材がクラッド（被覆）された板材を折り曲げて端部同士を電気溶接したもの（電縫管）であり、アウターフィン１１２およびインナーフィン１１４は、上記ろう材によりチューブ１１１にろう付けされている。また、サイドプレート１１３のアウターフィン１１２側の面には、予めろう材がクラッドされており、最外方のアウターフィン１１２は、このろう材によりサイドプレート１１３にろう付けされている。

チューブ１１１の両長手方向端部１１１ａ（以下、チューブ端部１１１ａ）側には、チューブ１１１の積層方向に延びて各チューブ１１１に連通する一対のヘッダタンク（本発明のタンクに対応）１２０が設けられている。このヘッダタンク１２０は、チューブ１１１が接合されるコアプレート（本発明のプレート部材に対応）１２１と、このコアプレート１２１に溶接されてタンク内空間を形成するタンク本体１２２とから成る。

コアプレート１２１は、図３、図６に示すように、表裏両面に予めろう材がクラッドされた細長平板の長辺側に縁立て部１２１ｂが設けられ、チューブ端部１１１ａと対応する部位にチューブ孔１２１ａが設けられている。そして、チューブ端部１１１ａは、このチューブ孔１２１ａに嵌入され、図４、図５に示すように、チューブ１１１の基本形状となる四角状の扁平断面に対して短辺部１１１ｂが後述する口拡治具２００によって外側に突出する円弧形状に口拡される。ここでは円弧形状の半径Ｒ１は、長辺１１１ｃ間の距離Ｗと略同等の寸法としている。

尚、この口拡は、チューブ１１１をチューブ孔１２１ａに圧着させることで、両者のろう付け性を向上すると共に、ここではチューブ１１１の角部１１１ｄの角度を大きくして、吸気の温度や圧力（内圧）の繰り返し付加による応力が角部１１１ｄに集中するのを抑制するために行う。

そして、チューブ１１１とコアプレート１２１は互いに当接する当接部（本発明の当接領域に対応）１３１でチューブ１１１およびコアプレート１２１にクラッドされたろう材により、ろう付けされている。この当接部１３１におけるろう付け部が、いわゆるチューブ１１１の根付け部１３０として形成されることになる。尚、サイドプレート１１３の長手方向両端部は、コアプレート１２１に被覆されたろう材により、コアプレート１２１にろう付けされている。

上記のように、チューブ１１１が接続されたコアプレート１２１には、図１に示すように、このコアプレート１２１側に開口して、一方の長手方向端部側に開口部１２２ａが形成された半容器体を成すタンク本体１２２が溶接されている。尚、図１中の右側のヘッダタンク１２０は各チューブ１１１に吸気を分配供給するものであり、図１中の左側のヘッダタンク１２０は、チューブ１１１から流出する吸気を集合回収するものである。

次に、口拡治具２００によるチューブ１１１の口拡について、インタークーラ１００の製造方法と共に説明する。まず、板材の折り曲げ、電気溶接により成形したチューブ１１１と、プレス加工により成形したアウターフィン１１２、サイドプレート１１３、インナーフィン１１４、コアプレート１２１とを予め準備する。尚、チューブ１１１は、この時点では、全長にわたって四角状の扁平断面を有するように成形されている。また、コアプレート１２１のチューブ孔１２１ａは、図４、図５で説明した半径Ｒ１の円弧を有するチューブ１１１の断面形状に対応する形状で成形されている。

そして、チューブ１１１内に、インナーフィン１１４を挿入し、チューブ１１１の短辺部１１１ｂの方向にプレスして、チューブ１１１の長辺部１１１ｃの内壁がインナーフィン１１４に確実に当接するようにしておく。

そして、図示しない積層治具をガイドにして、一番下側にサイドプレート１１３をセットし、その上側にアウターフィン１１２、チューブ１１１、アウターフィン１１２の順に交互に所定枚数だけ積層していき、最上段のアウターフィン１１２の更に上側にもう一つのサイドプレート１１３をセットして、コア部１１０を組み立てる。

そして、コアプレート１２１のチューブ孔１２１ａにチューブ端部１１１ａを嵌入し、図示しないプレス機によってコアプレート１２１を打ち込む。

そして、図６、図７に示すように、コアプレート１２１から突出するチューブ端部１１１ａ側（本発明の開口側）から口拡冶具２００を挿入してチューブ１１１のチューブ孔１２１ａ近傍を口拡する。

ここで、本発明における口拡冶具２００は、ブロック状の本体部２１０と、チューブ１１１の短辺部１１１ｂの位置に対応すると共に、本体部２１０からチューブ端部１１１ａ側に突出する２つの口拡刃２２０とから成るものとしている。

口拡刃２２０の短辺部１１１ｂ側と成る外側面２２０ｃは、先端部２２０ｂに向けて、チューブ１１１の断面中心側に傾斜するテーパー状に形成され、また、本体部２１０側近傍の外周で、図４、図５で説明したチューブ１１１の断面形状（短辺部１１１ｂの円弧形状）に対応するように形成されている。加えて、本発明の特徴部として、口拡刃２２０の反短辺部側となる内側面２２０ａは、先端部２２０ｂに向けて、短辺部１１１ｂ側に傾斜するテーパー状に形成されるようにしている。更に、口拡刃２２０の先端部２２０ｂは、チューブ１１１内に挿入された時に、この挿入方向の当接部１３１の端部１３１ａ近傍と成るように設定している。

この口拡冶具２００によって、チューブ１１１の短辺部１１１ｂは、チューブ孔１２１ａ近傍において、円弧形状に形成されつつ、チューブ孔１２１ａ側に確実に当接されるように口拡されることになる。

尚、上記口拡を終えて形成されたコア部１１０の組立て体に対して、脱脂、フラックス塗布を行った後に、ろう付け炉内に投入して各部材を一体的にろう付けし、更に、鋳造により成形されたタンク本体１２２をコアプレート１２１に溶接して、インタークーラ１００とする。

このように、本発明においては、口拡治具２００の口拡刃２２０の内側面２２０ａをテーパー状に形成するようにしているので、口拡刃２２０がチューブ１１１の内部に挿入された時のインナーフィン１１４に当る領域を小さくでき、チューブ１１１が四角状の扁平断面に形成され、内部にインナーフィン１１４が挿入される場合でも、インナーフィン１１４の潰れを極力抑制することができる。

更に、口拡刃２２０をチューブ１１１内に挿入させた時の先端部２２０ａ位置をチューブ１１１とチューブ孔１２１ａとの当接部１３１の端部１３１ａ近傍に設定するようにしているので、必要最小限の口拡を行いつつ、インナーフィン１１４の潰れをより小さくすることができる。

尚、本発明者が当初検討した口拡治具（図８に示すように、口拡刃２２０の内側面２２０ａが垂下しており、先端部２２０ｂが当接部１３１の端部１３１ａを超えて挿入されるもの）２０１と本発明の口拡治具２００とで、インナーフィン１１４の変形量（潰れ量）を比較したところ、図９に示すように、各２０ヶ所の平均値で４．９８ｍｍから１．１４ｍｍに低減することができた。これに伴いインタークーラ１００の通気抵抗が９．２％低減されたことを確認した。

（その他の実施形態）
上記の実施形態では、インタークーラ１００を対象にして口拡を行うものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他の熱交換器（例えば、コンデンサやラジエータ等）で四角状の扁平断面を成して、内部にインナーフィンが挿入されるチューブを口拡するものとしても良い。

また、口拡刃２２０の長さは、口拡状態とインナーフィン１１４の変形量との兼ね合いから決定するようにしても良い。

また、口拡される短辺部１１１ｂを円弧形状にするものとして説明したが、本来の四角形状の扁平断面のまま口拡するものとしても良い。

口拡の対象となるインタークーラを示す正面図である。 図１中におけるＡ−Ａ部を示す断面図である。 図１中におけるＢ部を示す断面図である。 図３中におけるＣ方向から見たチューブを示す矢視図である。 チューブの単体状態を示す外観斜視図である。 コア部に対する口拡治具を示す外観斜視図である。 口拡治具による口拡状態を示す断面図である。 本発明者が当初検討した口拡治具による口拡状態を示す断面図である。 本発明によるインナーフィンの変形量低減効果、および通気抵抗低減効果を示すグラフである。

符号の説明

１１１ チューブ
１１１ａ 長手方向端部（開口側）
１１１ｂ 短辺部
１１４ インナーフィン
１２０ ヘッダタンク（タンク）
１２１ コアプレート（プレート部材）
１２１ａ チューブ孔
１３１ 当接部（当接領域）
２００ 熱交換器用チューブの口拡冶具
２２０ 口拡刃
２２０ａ 内側面（反短辺部側の面）
２２０ｂ 先端部

Claims (2)

1. 扁平断面を成し、タンク（１２０）を構成するプレート部材（１２１）に穿設されたチューブ孔（１２１ａ）に嵌入されるチューブ（１１１）の前記扁平断面の短辺部（１１１ｂ）の位置に対応し、前記チューブ（１１１）の開口側（１１１ａ）に向けて突出するように設けられると共に、前記チューブ（１１１）内部に移動して前記短辺部（１１１ｂ）を前記チューブ孔（１２１ａ）側に口拡する口拡刃（２２０）を有する熱交換器用チューブの口拡治具において、
   前記チューブ（１１１）の扁平断面は、四角状を成し、前記チューブ（１１１）の内部には、インナーフィン（１１４）が挿入されており、
   前記口拡刃（２２０）の反短辺部側の面（２２０ａ）は、この口拡刃（２２０）の先端部（２２０ｂ）に向けて前記短辺部（１１１ｂ）側に傾斜するテーパー状に形成されたことを特徴とする熱交換器用チューブの口拡治具。
2. 前記チューブ（１１１）内部に移動した際の前記口拡刃（２２０）の先端部（２２０ａ）の位置は、前記チューブ（１１１）および前記チューブ孔（１２１ａ）との当接領域（１３１）の前記移動方向側の端部（１３１ａ）近傍に成るように設定されたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器用チューブの口拡治具。

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