JP2006046712A - 樹脂製熱交換器におけるチューブの接合方法 - Google Patents

樹脂製熱交換器におけるチューブの接合方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 作業が容易で、信頼性が高く、量産に適した樹脂製熱交換器におけるチューブの接合方法を提供する。
【解決手段】 本発明は、複数本の樹脂製チューブ２と、各チューブ２の端部６に接合されるヘッダとを備えた樹脂製熱交換器１におけるチューブ２の接合方法であって、ヘッダの構成部材であるヘッダプレート３，４に形成されたチューブ貫設孔５に樹脂製チューブ２の端部６を挿通し、樹脂製チューブ２の端部６をヘッダプレート３，４から突出させる過程と、ホーン７，８を振動させ、樹脂製チューブ２の突出端部６をヘッダプレート３，４に超音波溶着させる過程とを含んでいることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、熱交換器におけるチューブの接合方法に関し、特に、樹脂製チューブの端部にヘッダを備えた樹脂製熱交換器におけるチューブの接合方法に関する。
従来、腐食性の媒体に晒される熱交換器等において、樹脂製熱交換器が使用されている。この種の樹脂製熱交換器には、複数本の樹脂製チューブが設けられており、これらの各チューブの端部にはヘッダが接合されている。そして、樹脂製チューブとヘッダの接合方法としては、一般に、継ぎ手等の接合部材により接合する機械的接合法、接着剤を使用して接合する接着剤接合法、或いは、加熱により接合部を溶融させて接合する溶着接合法等が知られている。（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−３２９３７７号公報
しかしながら、上記した従来の樹脂製熱交換器におけるチューブの接合方法のうち、機械的接合法は、接合部材を必要とするため、部品点数が増え、作業に手間が掛かると共に接合部の信頼性を高めることが難しく、また、接着剤接合法は、チューブに使用される樹脂の種類によっては使用できず、さらに、溶着接合法においては、簡便で量産に適した方法がまだ確立されていないといった問題があった。
本発明は、上記した課題を解決すべくなされたものであり、作業が容易で、信頼性が高く、量産に適した樹脂製熱交換器におけるチューブの接合方法を提供しようとするものである。
本発明は、複数本の樹脂製チューブと、該各チューブの端部に接合されるヘッダとを備えた樹脂製熱交換器におけるチューブの接合方法であって、前記ヘッダの構成部材であるヘッダプレートに形成されたチューブ貫設孔に前記樹脂製チューブの端部を挿通し、該樹脂製チューブの端部を前記ヘッダプレートから突出させる過程と、ホーンを振動させ、前記樹脂製チューブの突出端部を前記ヘッダプレートに超音波溶着させる過程とを含んでいることを特徴とする。
そして、好ましくは、前記樹脂製チューブの端部の突出方向に沿って前記ホーンを振動させる過程を含んでいるのがよい。
また、前記ホーンの先端部に形成されたステーキング部を前記樹脂製チューブの端部に嵌挿させる過程と、前記樹脂製チューブの端部の突出方向に対して直交する方向に前記ホーンを振動させる過程とを含んでいてもよい。
さらに、前記ステーキング部を前記樹脂製チューブの端部に嵌挿させる過程は、前記ステーキング部の中央に形成されたチューブ挿入部を前記樹脂製チューブ内に挿入させると共に、前記チューブ挿入部の両側に形成された凹部を前記樹脂製チューブの上端部に嵌設させることを含んでいてもよい。
本発明によれば、ホーンの振動より樹脂製チューブの端部が瞬時に溶融し、ヘッダプレートに溶着されるため、ヘッダプレートに対する樹脂製チューブの接合作業が簡素化され、量産にも容易に対応することができる。さらに、その接合作業の簡素化に伴い、製造コストの低減化が可能となり、また、チューブ間のピッチが極めて小さい超小型熱交換器や、扁平チューブを使用した熱交換器にも適用することができる。
さらにまた、超音波溶着により樹脂製チューブがヘッダプレートに確実に接合されるため、ヘッダプレートと樹脂製チューブとの接合部分から流体が漏洩することがなく、熱交換器の信頼性を高めることができる。
また、樹脂製チューブの端部にステーキング部を嵌挿した状態で樹脂製チューブの端部の突出方向に対して直交する方向にホーンを振動させることにより接合するようにした場合には、溶着後の樹脂製チューブの端部にカシメ部が確実に形成されるようになるため、樹脂製チューブがヘッダプレートから脱落したり、ずれたりするおそれがなく、さらに、溶融した樹脂が樹脂製チューブの内部に侵入し、チューブを閉塞させるおそれもなくなる。したがって、ヘッダプレートに対する樹脂製チューブの接合状態はさらに改善され、熱交換器の信頼性を一層高めることができる等、種々の優れた効果を得ることができる。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。
先ず、図１及び図２を参照しつつ、本発明の各実施の形態における樹脂製熱交換器の概略構成について説明する。ここで、図１は本実施の形態における樹脂製熱交換器を示す正面図、図２はその平面図である。
この樹脂製熱交換器１は、複数本の樹脂製チューブ２と、上下ヘッダ（図示せず）の構成部材である上下ヘッダプレート３，４とを備えており、樹脂製チューブ２は、例えば、材質がポリプロピレンであり、外径が１．６ｍｍ、内径が１．０ｍｍとなっている。そして、各ヘッダプレート３，４には、それぞれ、樹脂製チューブ２に対応して複数のチューブ貫設孔５が穿設されており、チューブ貫設孔５にチューブ２の両端部（上端部６のみ図示し、下端部は図示せず）を挿通し、各チューブ２を上下のヘッダプレート３，４に接合させるようになっている。
以下、図３により、本実施の第１の形態に係る樹脂製熱交換器におけるチューブの接合方法について説明する。
先ず、上側ヘッダプレート３の各チューブ貫設孔５に樹脂製チューブ２の上端部６を挿通し、その上端部６を上側ヘッダプレート３より上方に突出させる。次いで、ホーン７を鉛直姿勢に保持し、樹脂製チューブ２の上端部６の突出方向に沿ってホーン７を上下に振動させ、ホーン７の先端により樹脂製チューブ２の上端部６を叩きながら加圧する。そうすると、樹脂製チューブ２の上端部６に摩擦熱が発生し、樹脂製チューブ２の上端部６は、その摩擦熱により溶融し、上側ヘッダプレート３に超音波溶着される。
一方、樹脂製チューブ２の下端部についても、上記した手順と同様の手順で、下側ヘッダプレートに超音波溶着させる。
次に、図４により、本実施の第２の形態に係る樹脂製熱交換器におけるチューブの接合方法について説明する。
本実施の形態において使用するホーン８には、その先端部の側面にステーキング部９が形成されている。ステーキング部９には、その中央部において、下方に延出し、先端が尖形を成すチューブ挿入部１０が形成されており、その両側には、それぞれ半円状に凹部１１が形成されている。
そして、先ず、上側ヘッダプレート３の各チューブ貫設孔５に樹脂製チューブ２の上端部６を挿通し、その上端部６を上側ヘッダプレート３より上方に突出させる。次いで、ホーン８を水平姿勢に保持し、ステーキング部９のチューブ挿入部１０を樹脂製チューブ２内に挿入すると共に凹部１１を樹脂製チューブ２の上端部６に嵌設する。さらに、樹脂製チューブ２の上端部６の突出方向に対して直交する方向に沿ってホーン７を左右に振動させ、樹脂製チューブ２の上端部６を加圧する。そうすると、樹脂製チューブ２の上端部６に摩擦熱が発生し、樹脂製チューブ２の上端部６は、その摩擦熱により溶融し、上側ヘッダプレート３に超音波溶着される。
一方、樹脂製チューブ２の下端部についても、上記した手順と同様の手順で、下側ヘッダプレートに超音波溶着させる。
この場合、樹脂製チューブ２の端部６にステーキング部９を嵌挿させた状態でホーンを左右に振動させており、しかも、ステーキング部９にはチューブ挿入部１０と凹部１１が形成されているため、溶着後の樹脂製チューブ２の端部６には、図５に示すように、半円形の断面形状を有するカシメ部１２が確実に形成される。そのため、樹脂製チューブ２がヘッダプレート３，４から脱落したり、ずれたりするおそれがなく、さらに、溶融した樹脂が樹脂製チューブ２の内部に侵入し、チューブ２を閉塞させるおそれもない。
このように、上記した第１及び第２の実施の形態によれば、ホーン７，８の振動によって樹脂製チューブ２の端部６が瞬時に溶融し、ヘッダプレート３，４に溶着されるため、ヘッダプレート３，４に対する樹脂製チューブ２の接合作業が簡素化され、量産にも容易に対応することができる。さらに、その接合作業の簡素化に伴い、製造コストの低減化が可能となり、また、チューブ間のピッチが極めて小さい超小型熱交換器や、扁平チューブを使用した熱交換器にも適用することができる。さらにまた、超音波溶着により樹脂製チューブ２がヘッダプレート３，４に確実に接合されるため、ヘッダプレート３，４と樹脂製チューブ２との接合部分から流体が漏洩することがなく、熱交換器の信頼性を高めることができる。
本発明の実施の形態における樹脂製熱交換器を示す正面図である。 本発明の実施の形態における樹脂製熱交換器を示す平面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る樹脂製熱交換器におけるチューブの接合方法を示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る樹脂製熱交換器におけるチューブの接合方法を示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る樹脂製熱交換器におけるチューブの接合方法によりチューブをヘッダに接合した状態を示す断面図である。
符号の説明
１ 熱交換器
２ 樹脂製チューブ
３ 上側ヘッダプレート
４ 下側ヘッダプレート
５ チューブ貫設孔
６ 上端部
７ ホーン
８ ホーン
９ ステーキング部
１０ チューブ挿入部
１１ 凹部

Claims (4)

  1. 複数本の樹脂製チューブと、該各チューブの端部に接合されるヘッダとを備えた樹脂製熱交換器におけるチューブの接合方法であって、
    前記ヘッダの構成部材であるヘッダプレートに形成されたチューブ貫設孔に前記樹脂製チューブの端部を挿通し、該樹脂製チューブの端部を前記ヘッダプレートから突出させる過程と、
    ホーンを振動させ、前記樹脂製チューブの突出端部を前記ヘッダプレートに超音波溶着させる過程と、
    を含んでいることを特徴とする樹脂製熱交換器におけるチューブの接合方法。
  2. 前記樹脂製チューブの端部の突出方向に沿って前記ホーンを振動させる過程を含んでいる請求項１に記載の樹脂製熱交換器におけるチューブの接合方法。
  3. 前記ホーンの先端部に形成されたステーキング部を前記樹脂製チューブの端部に嵌挿させる過程と、
    前記樹脂製チューブの端部の突出方向に対して直交する方向に前記ホーンを振動させる
    過程と、
    を含んでいる請求項１に記載の樹脂製熱交換器におけるチューブの接合方法。
  4. 前記ステーキング部を前記樹脂製チューブの端部に嵌挿させる過程は、前記ステーキング部の中央に形成されたチューブ挿入部を前記樹脂製チューブ内に挿入させると共に、前記チューブ挿入部の両側に形成された凹部を前記樹脂製チューブの上端部に嵌設させることを含んでいる請求項３に記載の樹脂製チューブにおけるチューブの接合方法。
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