JP2006078028A - 熱交換器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 製造工程を簡易化して量産できるとともに、信頼性を格段と向上させることができる熱交換器の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 複数のチューブ２の両端と座板３ａ、３ｂとが接合されてなるコア４と、上記コア４に取り付けられるタンク部材５、６とを有する熱交換器１の製造方法において、第１の合成樹脂材料からなるチューブ２を、所定間隔を置いて配置させた少なくとも２本の芯材に巻き付ける巻き付け工程と、上記チューブ２を巻き付けた芯材に第２の合成樹脂材料を付着させた後、当該第２の合成樹脂材料を固化させる固化工程と、上記固化させた第２の合成樹脂材料を、上記芯材とともに当該芯材の長手方向に切断して上記チューブ２の開口面を露出させ、上記座板３ａ、３ｂを形成する切断工程と、上記座板３ａ、３ｂにタンク部材５、６を取り付けるタンク形成工程とを備えるようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、熱交換器の製造方法に関し、詳細には、ラジエータ、インタークーラ、ヒーターコア、エバポレータ、コンデンサ等として使用される自動車用熱交換器の製造方法の改良に関する。

近年、地球環境汚染を軽減する観点から自動車の軽量化による省燃費ニーズが高まっている。その１つとして、自動車の冷却系においても、材料置換や形状の最適化によるラジエータ、インタークーラ、ヒーターコア、エバポレータ、コンデンサ等の熱交換器の小型化・軽量化が図られてきている。

そして、熱交換器を軽量化する目的で、全ての構成部品を樹脂化したオール樹脂熱交換器も多く検討されており、この場合、構成部品を樹脂化することによって形状の自由度が広がり、熱交換媒体である冷却水などを流通するチューブ断面積（つまり、流路の断面積）を確保することができれば、従来の熱交換器と同様な性能を保ちつつ、装置全体として小型化・軽量化を図ることができるメリットが大きいとされている。

例えば、特許文献１には、熱可塑性の高分子ポリマーからなる樹脂チューブと装置（熱交換器）との接続方法が開示されており、樹脂チューブ外面に接着剤を塗布し、チューブの樹脂材料より低い融点で座板を射出成形する技術が記載されている。

また、特許文献２には、樹脂チューブと座板との接合方法が開示されており、接着剤もしくは樹脂チューブを突き当て溶接することによって接合する技術が記載されている。
特表２０００−５１１８３０号公報（第７頁〜第１０頁、第３図および第４図など参照） 特開昭６３−３１１０８４号公報（第２０頁〜第２３頁、第５図など参照）

しかしながら、かかる特許文献１および特許文献２においては以下のような問題があった。すなわち、かかる従来技術では熱交換性能上、数千本の樹脂チューブが必要となり、これら各樹脂チューブを座板に形成した微細穴に挿入することは非常に煩雑且つ困難な作業となるため、量産工法としては不適切であり、多大な工数とコストを必要とする問題があった。

また、各樹脂チューブと座板との接合強度の点においても、座板の微細穴の精度によっては接着剤漏れが生じるおそれがあるため、数千本の樹脂チューブの接着部接合強度を保証することは困難であった。特に、長期に亘る接着強度の信頼性を向上させることは至難であった。

そこで、本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、製造工程を簡易化して量産できるとともに、信頼性を格段と向上させることができる熱交換器の製造方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、複数のチューブの両端と座板とが接合されてなるコアと、上記コアに取り付けられるタンク部材とを有する熱交換器の製造方法において、第１の合成樹脂材料からなるチューブを、所定間隔を置いて配置させた少なくとも２本の芯材に巻き付ける巻き付け工程と、上記チューブを巻き付けた芯材に第２の合成樹脂材料を付着させた後、当該第２の合成樹脂材料を固化させる固化工程と、上記固化させた第２の合成樹脂材料を、上記芯材とともに当該芯材の長手方向に切断して上記チューブの開口面を露出させ、上記座板を形成する切断工程と、上記座板にタンク部材を取り付けるタンク形成工程とを備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の熱交換器の製造方法であって、上記巻き付け工程では、上記チューブを各上記芯材に巻き付けた後、上記チューブを各上記芯材のほぼ中間から少なくとも１つの屈曲部材で屈曲させ、各上記芯材同士を対向配置させることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の熱交換器の製造方法であって、上記固化工程では、上記チューブを巻き付けた芯材に第２の合成樹脂材料を付着させるための溝を形成した樹脂加工部材を設け、上記溝に上記チューブを巻き付けた芯材を挿入した後、上記溝に上記第２の合成樹脂材料を流し込んで当該第２の合成樹脂材料を固化させることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の熱交換器の製造方法であって、上記固化工程では、上記チューブを巻き付けた芯材が上記溝に加圧挿入されることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項３または請求項４に記載の熱交換器の製造方法であって、上記溝が複数設けられたことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、芯材間にチューブを巻き付けた後、これら芯材に第２の合成樹脂材料を付着させて固化させ、チューブの開口面が露出するように芯材とチューブとを切断して座板を形成するようにしたことにより、多数のチューブと座板との接合作業を格段と簡易にすることができるとともに、これら多数のチューブと座板との接合強度を確保することができ、信頼性を向上させることができる。

しかも、チューブは芯材に対して巻き付けるので、予めチューブを所定寸法で裁断しておく手間を省くことができる。

かくして、製造工程を簡易化して量産できるとともに、信頼性を格段と向上させることができる熱交換器の製造方法を実現することができる。

請求項２に記載の発明によれば、巻き付け工程において、チューブを各芯材に巻き付けた後、各芯材のほぼ中間から少なくとも１つの屈曲部材で屈曲させて、各芯材同士を対向配置させたことにより、チューブ両端の芯材に対して同時に樹脂加工を施すことが可能となる。従って、熱交換器の製造効率をさらに向上させることができる。

請求項３に記載の発明によれば、チューブを巻き付けた芯材に第２の合成樹脂材料を付着させるための溝を形成した樹脂加工部材を設け、この溝にチューブを巻き付けた芯材を挿入し、第２の合成樹脂材料を流し込んで固化させるようにしたので、決まった形状に容易に樹脂加工することができる。

請求項４に記載の発明によれば、チューブを巻き付けた芯材が溝に加圧挿入されるので、当該溝に対する芯材の位置決め、すなわち座板に対するチューブの位置決めの容易化を図ることができる。

請求項５に記載の発明によれば、樹脂加工部材には溝が複数設けられているので、チューブを巻き付けた複数の芯材に対して、同時に第２の合成樹脂材料を付着させることができ、熱交換器の製造効率をより一層向上させることができる。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

なお、以下の実施の形態では、本発明の熱交換器の製造方法を、自動車に搭載される冷却系に用いられる熱交換器に適用した場合について述べる。

〔第１の実施の形態〕
図１は本発明の第１の実施の形態を示し、本実施の形態における熱交換器の製造方法によって製造される熱交換器１の概略構成を示す分解斜視図である。

図１に示すように、熱交換器１は、多数のチューブ２（この場合、直径１〔ｍｍ〕以下の細管からなる）とこれらチューブ２における長手方向（重力方向）の上下両端に設けられる座板３ａ、３ｂとからなるコア４を有している。

この実施の形態の場合、コア４は複数のコア構成部４１、４２・・・４Ｘが積層されて構成されている。また、このコア４の前記重力方向の上下両側には、タンク部材としての上方ヘッダタンク５および下方ヘッダタンク６が設けられるとともに、コア４の積層方向両側には、板材７、８が設けられている。

さらに、これら各構成部品が組み立てられることによって形成される上方タンク部９および下方タンク部１０には、それぞれ第１の熱交換媒体としての冷却水用の入口パイプ１１、出口パイプ１２が連通して設けられている。因みに、これら上方タンク部９および下方タンク部１０の内部には、図示省略するタンク室が形成されている。

そして、この熱交換器１では、入口パイプ１１から上方タンク部９内に流入した冷却水が、各チューブ２内を下方へと流通し、下方タンク部１０内にて合流した後、出口パイプ１２から排出される。このとき、各チューブ２内を冷却水が流通している際に、これらチューブ２の外側を流れる空気等の第２の熱交換媒体とチューブ２を介して熱交換するようになっている。

さて、この実施の形態の場合、この熱交換器１は、以下のような製造工程により製造されている。すなわち、この製造方法は、図２（ａ）に示すように、少なくとも２本の芯材１３ａ、１３ｂ（この場合、厚さ２〔ｍｍ）程度）に対して、図２（ｂ）に示すような第１の合成樹脂材料（例えば、ナイロンやＰＰＳ、ＰＥＥＫなど）からなる中空管であるチューブ２を巻き付ける巻き付け工程の後、図３に示すように、固化工程において、チューブ２を巻き付けた芯材１３ａ、１３ｂのうちの一端側（図３では、芯材１３ｂ側）を、座板３ａ、３ｂを形成するための矩形状をなす溝１４ａが形成された樹脂加工部材１４内に加圧挿入する。このとき、必ずしも加圧挿入する必要はないものの、加圧挿入することにより、当該溝１４ａに対する芯材１３ｂの位置決め、すなわち座板３ａ、３ｂに対するチューブ２の位置決めの容易化を図ることができる。

そして、この溝１４ａ内に第２の合成樹脂材料である熱硬化性樹脂材１５を流し込み、加熱することによって図４に示すように、熱硬化性樹脂材１５を硬化（固化）させる。同様の作業をチューブ２を巻き付けた芯材１３ａ、１３ｂのうちの他端側（この場合、芯材１３ａ側）にも施し、図５に示すように、チューブ２を巻き付けた芯材１３ａ、１３ｂの両側に熱硬化性樹脂材１５を固着させる。

次に、切断工程において、これら熱硬化性樹脂材１５を図６に示す二点鎖線の位置、つまり、チューブ２の開口面が露出する位置にて、芯材１３ａ、１３ｂの長手方向に切断する。芯材１３ａ、１３ｂと共に熱硬化性樹脂材１５を切断することで、切断面には、当該芯材１３ａ、１３ｂに巻き付けられた各チューブ２の切断開口面が現れる。これにより、図７に示すように、細管のチューブ２を多数積層してなる座板構成部４１、４２〜４Ｘが形成される。

そして、この後、タンク形成工程において、これら複数の座板構成部４１、４２〜４Ｘを積層して座板３ａ、３ｂを形成し、この座板３ａ、３ｂに対して上方ヘッダタンク５および下方ヘッダタンク６を取り付けることにより、熱交換器１が製造される。

以上、説明したように、この第１の実施の形態による熱交換器の製造方法によれば、芯材１３ａ、１３ｂ間にチューブ２を巻き付けた後、これら芯材１３ａ、１３ｂに熱硬化性樹脂材１５を付着させて固化させ、チューブ２の開口面が露出するように芯材１３ａ、１３ｂとチューブ２とを切断して座板３ａ、３ｂを形成するようにしたことにより、多数の細管のチューブ２と座板３ａ、３ｂとの接合作業を格段と簡易にすることができるとともに、これら多数のチューブ２と座板３ａ、３ｂとの接合強度を確保することができ、信頼性を向上させることができる。

しかも、チューブ２は、長尺状の１本からなるチューブ２を芯材１３ａ、１３ｂに対して巻き付けるので、予めチューブ２を所定寸法で裁断しておく手間を省くことができる。

また、チューブ２を巻き付けた芯材１３ａ、１３ｂに熱硬化性樹脂材１５を付着させるための溝１４ａを形成した樹脂加工部材１４を設け、この溝１４ａ内にチューブ２を巻き付けた芯材１３ａ、１３ｂを挿入し、熱硬化性樹脂材１５を流し込んで固化させるようにしたので、決まった形状に容易に樹脂加工することができる。

さらに、このとき、チューブ２を巻き付けた芯材１３ａ、１３ｂが溝１４ａに対して加圧挿入することにより、当該溝１４ａに対する芯材１３ａ、１３ｂの位置決め、すなわち座板３ａ、３ｂに対するチューブ２の位置決めの容易化を図ることができる。

かくして、製造工程を簡易化して量産できるとともに、信頼性を格段と向上させることができる熱交換器の製造方法を実現することができる。

〔第２の実施の形態〕
図１との対応部分に同一符号を付した図８は、本発明の第２の実施の形態における熱交換器の製造方法によって製造される熱交換器１の概略構成を示す分解斜視図であり、座板２０ａ、２０ｂを構成する座板構成部２１・・・２Ｘが各々複数（この場合、２つ）の前記座板構成部４１、４２〜４Ｘから構成され、これら座板構成部２１〜２Ｘによってコア２２が形成されている点を除いて、上述した第１の実施の形態とほぼ同様な構成をしている。

すなわち、本実施の形態では、熱交換器１は、以下の製造工程を経て製造されている。まず、上述した第１の実施の形態と同様に巻き付け工程を経た後、図９および図１０に示すように、固化工程において、２つの溝２３ａが隣接して形成された樹脂加工部材２３に対して、チューブ２を巻き付けた２組の芯材１３ａ、１３ｂを加圧挿入する（この場合も、前記第１の実施の形態と同様に、必ずしも加圧挿入する必要はない）。

そして、この状態において、図１１に示すように、溝２３ａ内に熱硬化性樹脂材１５を流入し、加熱することにより熱硬化性樹脂材１５を硬化（固化）させる。この固化工程を上述の第１の実施の形態と同様に芯材１３ａ、１３ｂの両側に施した後、切断工程において、図１１中二点鎖線で示される位置、つまり、チューブ２の開口面が露出する位置にて、樹脂加工部材２３を芯材１３ａ、１３ｂの長手方向に切断する。芯材１３ａ、１３ｂ及び熱硬化性樹脂材１５と共に樹脂加工部材２３を切断することで、切断面には、当該芯材１３ａ、１３ｂに巻き付けられた各チューブ２の切断開口面が現れる。これにより、図１２に示すように、多数の細管のチューブ２を複数積層してなる座板構成部２１〜２Ｘが形成される。

そして、この後、タンク形成工程において、これら複数の座板構成部２１〜２Ｘを積層して座板２２を形成し、この座板２２に対して上方ヘッダタンク５および下方ヘッダタンク６を取り付けることにより、熱交換器１が製造される。

以上、説明したように、この第２の実施の形態による熱交換器の製造方法によれば、上述した第１の実施の形態による熱交換器の製造方法と同様の効果を得るばかりでなく、樹脂加工部材２３に座板を形成するための溝２３ａが複数設けられているので、チューブ２を巻き付けた複数組の芯材１３ａ、１３ｂに対して、同時に熱硬化性樹脂材１５を付着させることができ、熱交換器１の製造効率をより一層向上させることができる。

つまり、複数の溝２３ａに対して、複数組のチューブ２を巻き付けた芯材１３ａ、１３ｂを同時に挿入することができるため、座板構成部２１〜２Ｘの製造効率ひいてはコア２２の製造効率を格段と向上させることができる。

〔第３の実施の形態〕
図２（ａ）との対応部分に同一符号を付した図１３は、本発明の第３の実施の形態における熱交換器の製造方法によって製造される熱交換器１の要部を示し、上述した第１の実施の形態における巻き付け工程において、チューブ２を各芯材１３ａ、１３ｂに巻き付けた後、各芯材１３ａ、１３ｂのほぼ中間から少なくとも１つの屈曲部材であるローラー３０によって略Ｕ字形状に屈曲させて、各芯材１３ａ、１３ｂ同士を隣接して対向配置させた点を除いて、上述した第１の実施の形態における熱交換器の製造方法とほぼ同様に構成されている。

すなわち、本実施の形態の場合、図１３に示すように、巻き付け工程において、チューブ２を各芯材１３ａ、１３ｂに巻き付けた後、チューブ２を各芯材１３ａ、１３ｂのほぼ中間からローラー３０によって屈曲させて、各芯材１３ａ、１３ｂ同士を隣接した配置にする。

従って、これら隣接する芯材１３ａ、１３ｂに対して、図１４に示すように、固化工程において樹脂加工を同時に施し、熱硬化性樹脂材３１を一度に付着させることができる。そして、これら熱硬化性樹脂材３１を付着させた後、図１４中二点鎖線で示される位置、つまり、チューブ２の開口面が露出する位置にて、熱硬化性樹脂材３１を芯材１３ａ、１３ｂの長手方向に切断する。これにより、多数の細管のチューブ２を複数積層してなる座板構成部４１、４２〜４Ｘが形成される。

そして、この後、タンク形成工程において、これら複数の座板構成部４１、４２〜４Ｘを積層して座板３ａ、３ｂを形成し、この座板３ａ、３ｂに対して上方ヘッダタンク５および下方ヘッダタンク６を取り付けることにより、熱交換器１が製造される。

以上、説明したように、この第３の実施の形態による熱交換器の製造方法によれば、上述した第１の実施の形態による熱交換器の製造方法と同様の効果を得るばかりでなく、巻き付け工程において、チューブ２を各芯材１３ａ、１３ｂに巻き付けた後、これら各芯材１３ａ、１３ｂのほぼ中間からチューブ２をローラー３０によって屈曲させて、各芯材１３ａ、１３ｂ同士を隣接して対向配置させたことにより、チューブ２両端の芯材１３ａ、１３ｂに対して同時に樹脂加工を施して、熱硬化性樹脂材３１を付着させることが可能となる。従って、熱交換器１の製造効率をさらに向上させることができる。

〔その他の実施の形態〕
以上、本発明を適用した具体的な実施の形態について上述した第１〜第３の実施の形態を例にとって説明したが、本発明は、上述の各実施の形態に制限されることなく種々の変更が可能である。

例えば、図１４との対応部分に同一符号を付した図１５のように、チューブ２を巻き付けた芯材１３ａ、１３ｂを複数（例えば、２組）組ずつ第３の実施の形態と同様にローラー３０を用いて、チューブ２のほぼ中間から屈曲させるようにしてもよい。この場合、チューブ２の両端側の芯材１３ａ、１３ｂに対して同時に樹脂加工を施すことができるばかりでなく、チューブ２を巻き付けた複数組の芯材１３ａ、１３ｂに対して、一体的に樹脂加工を施して熱硬化性樹脂材３２を付着させることができるため、座板構成部の製造効率ひいてはコアの製造効率を格段と向上させることができる。従って、熱交換器の製造効率をさらに向上させることが可能となる。

本発明の第１の実施の形態における熱交換器の製造方法によって製造される熱交換器の概略構成を示す分解斜視図である。 第１の実施の形態における熱交換器の製造工程を示し、（ａ）は芯材にチューブを巻き付ける様子を示す斜視図、（ｂ）はチューブを拡大して示す斜視図である。 図２のチューブを巻き付けた芯材に樹脂加工を施す様子を示す斜視図である。 図２のチューブを巻き付けた芯材の一端に樹脂部が形成された様子を示す斜視図である。 図２のチューブを巻き付けた芯材の他端にも樹脂部が形成された様子を示す斜視図である。 図２のチューブを巻き付けた芯材の両端に樹脂部が形成された様子を示し、座板形成の説明に供する斜視図である。 チューブを巻き付けた芯材に座板が形成された様子を示す斜視図である。 本発明の第２の実施の形態における熱交換器の製造方法によって製造される熱交換器の概略構成を示す分解斜視図である。 第２の実施の形態における熱交換器の製造工程を示し、チューブを巻き付けた複数の芯材に同時に樹脂加工を施す様子を示す斜視図である。 第２の実施の形態における熱交換器の製造工程を示し、チューブを巻き付けた複数の芯材に同時に樹脂加工を施す様子を示す斜視図である。 図８のチューブを巻き付けた複数の芯材の両端に樹脂部が形成された様子を部分的に断面で示し、座板形成の説明に供する斜視図である。 図８のチューブを巻き付けた複数の芯材に、それぞれ座板が形成された様子を示す斜視図である。 本発明の第３の実施の形態を示し、芯材にチューブを巻き付けて屈曲させる様子を示す斜視図である。 図１３のチューブを巻き付けた芯材の両端に樹脂部が形成された様子を示し、座板形成の説明に供する斜視図である。 他の実施の形態を示し、チューブを巻き付けた複数の芯材のそれぞれの両端に樹脂部が形成された様子を示す斜視図である。

符号の説明

１…熱交換器
２…チューブ
３ａ、３ｂ、２０ａ、２０ｂ…座板
４、２２…コア
４１、４２、４Ｘ、２１、２Ｘ…コア構成部
５…上方ヘッダタンク（タンク部材）
６…下方ヘッダタンク（タンク部材）
９…上方タンク部
１０…下方タンク部
１４、２３…樹脂加工部材
１４ａ、２３…溝
１５、３１、３２…熱硬化性樹脂材（第２の合成樹脂材料）

Claims (5)

1. 複数のチューブ（２）の両端と座板（３ａ、３ｂ、２０ａ、２０ｂ）とが接合されてなるコア（４、２２）と、上記コア（４、２２）に取り付けられるタンク部材（５、６）とを有する熱交換器（１）の製造方法において、
   第１の合成樹脂材料からなるチューブ（２）を、所定間隔を置いて配置させた少なくとも２本の芯材（１３ａ、１３ｂ）に巻き付ける巻き付け工程と、
   上記チューブ（２）を巻き付けた芯材（１３ａ、１３ｂ）に第２の合成樹脂材料（１５、３１、３２）を付着させた後、当該第２の合成樹脂材料（１５、３１、３２）を固化させる固化工程と、
   上記固化させた第２の合成樹脂材料（１５、３１、３２）を、上記芯材（１３ａ、１３ｂ）とともに当該芯材（１３ａ、１３ｂ）の長手方向に切断して上記チューブ（２）の開口面を露出させ、上記座板（３ａ、３ｂ、２０ａ、２０ｂ）を形成する切断工程と、
   上記座板（３ａ、３ｂ、２０ａ、２０ｂ）に上記タンク部材（５、６）を取り付けるタンク形成工程とを備える
   ことを特徴とする熱交換器の製造方法。
2. 請求項１に記載の熱交換器（１）の製造方法であって、
   上記巻き付け工程では、
   上記チューブ（２）を各上記芯材（１３ａ、１３ｂ）に巻き付けた後、
   上記チューブ（２）を各上記芯材（１３ａ、１３ｂ）のほぼ中間から少なくとも１つの屈曲部材（３０）で屈曲させ、各上記芯材（１３ａ、１３ｂ）同士を対向配置させる
   ことを特徴とする熱交換器の製造方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の熱交換器（１）の製造方法であって、
   上記固化工程では、上記チューブ（２）を巻き付けた芯材（１３ａ、１３ｂ）に第２の合成樹脂材料（１５、３１、３２）を付着させるための溝（１４ａ、２３ａ）を形成した樹脂加工部材（１４、２３）を設け、
   上記溝（１４、２３ａ）に上記チューブ（２）を巻き付けた芯材（１３ａ、１３ｂ）を挿入した後、
   上記溝（１４ａ、２３ａ）に上記第２の合成樹脂材料（１５、３１、３２）を流し込んで当該第２の合成樹脂材料（１５、３１、３２）を固化させる
   ことを特徴とする熱交換器の製造方法。
4. 請求項３に記載の熱交換器（１）の製造方法であって、
   上記固化工程では、
   上記チューブ（２）を巻き付けた芯材（１３ａ、１３ｂ）が上記溝（１４ａ、２３ａ）に加圧挿入される
   ことを特徴とする熱交換器の製造方法。
5. 請求項３または請求項４に記載の熱交換器（１）の製造方法であって、
   上記溝（１４ａ、２３ａ）が複数設けられた
   ことを特徴とする熱交換器の製造方法。

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