JP2008307552A - 熱交換器の製造方法および熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】熱伝導性が高い熱交換器の製造を容易に行う。
【解決手段】熱部品を加熱または冷却するための熱媒体を循環させる熱媒体管１０を板状のベース部材２０の内部に収容した熱交換器１の製造方法において、熱媒体管１０を収容するための溝２２を備えるとともに互いに接合されることでベース部材２０を構成する少なくとも一対の形材２１，２１で、熱媒体管１０をベース部材２０の厚さ方向両側から挟み込んで固定する際に、溝２２の表面で熱媒体管１０を押圧することで、熱媒体管１０をその外表面から内表面に至る管材厚さ全体に亘って塑性変形させて、形材２１，２１で熱媒体管１０を挟持するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱部品を加熱または冷却するための熱媒体を循環させる熱媒体管を板状のベース部材の内部に収容した熱交換器の製造方法および熱交換器に関する。

例えば、コンピュータの中央演算装置等の熱部品を冷却するための熱交換器は、冷却水などの冷却用熱媒体を循環させる熱媒体管を板状のベース部材の内部に収容して構成されている。熱交換器の軽量化と熱伝導の安定性の観点より、ベース部材をアルミニウムなどの軽量の金属で構成し、熱媒体管を銅などの熱伝導性の高い金属で構成するものが多く利用されている。このような構成の場合、異種金属同士を接合するために、熱媒体管とベース部材をはんだ等で接合する方法や、ベース部材を溶かして熱媒体管を鋳込んで埋め込む等の方法が採用されていた。

しかしながら、前記のような接合方法では、熱伝導の安定性が十分ではなかった。さらに、量産性が乏しく、熱交換器の小型化が困難であった。

そこで、熱伝導の安定性を高めるために、以前より種々のものが提案されており、例えば、特許文献１や特許文献２に示すようなものがあった。

特許文献１のコールドプレート（熱交換器）は、ベース部の貫通穴に配管部を挿入した後に、配管部を拡管棒で拡管させて、ベース部に接合させるように構成されており、ベース部と配管部との接触面積が大きくなり、熱伝導性が高められている。

特許文献２の液冷ヒートシンク（熱交換器）は、接合される２つの独立した押し出し材に、内部に複数の小突起を備えた溝を設け、押し出し材同士の接合時の圧力で、溝に挟まれた液冷流体輸送管の外周表面に前記小突起を押し付けて、その外周表面を塑性変形させて接触面積を多くして、熱伝導性が高められている。

特開２００４−３７２５号公報 特開平９−２７１８６３号公報

しかしながら、特許文献１の熱交換器では、ベース部に配管部を挿入する工程の事後工程として拡管工程を行わなければならないので、必要な加工工程が多くなってしまい、製造効率が悪く、製造コストの増加を招いてしまうといった問題があった。

また、特許文献２の液冷ヒートシンク（熱交換器）では、液冷流体輸送管と押し出し材との接触面積を多くでき熱伝導性が高まるものの、溝内部の小突起を形成するのに手間がかかるとともに、液冷流体輸送管の外周表面のみを塑性変形させているため、液冷流体輸送管と押し出し材と寸法精度を高くしなければならず、製造が困難で、製造コストの増加を招いていた。

そこで、本発明は前記の問題を解決するために案出されたものであって、熱伝導性を向上することができるとともに容易に製造できる熱交換器およびその製造方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための請求項１に係る発明は、熱部品を加熱または冷却するための熱媒体を循環させる熱媒体管を板状のベース部材の内部に収容した熱交換器の製造方法において、前記熱媒体管を収容するための溝を備えるとともに互いに接合されることで前記ベース部材を構成する少なくとも一対の形材で、前記熱媒体管を前記ベース部材の厚さ方向両側から挟み込む圧力によって、前記溝の表面で前記熱媒体管を押圧することで、前記熱媒体管をその外表面から内表面に至る管材厚さ全体に亘って塑性変形させて、前記形材で前記熱媒体管を挟持するようにしたことを特徴とする熱交換器の製造方法である。

このような方法によれば、熱媒体管を外表面から内表面に至る管材厚さ全体に亘って塑性変形させているので、特許文献２のように管材厚さ内で熱媒体管の変形領域を限定する必要がない。したがって、溝と熱媒体管の寸法精度をある程度緩和することができるので、製造が容易になり、製造コストの低減を達成することができる。また、溝の表面で熱媒体管を押圧することで塑性変形させているので、溝と熱媒体管との接触部分は隙間なく密着することとなり、接触面積を大きくでき、熱伝導性を高めることができる。

請求項２に係る発明は、前記溝が、前記形材を前記ベース部材の厚さ方向両側から組み合わせた際に対向する一対の前記溝で形成される熱媒体管収容部が前記熱媒体管の外径よりも短い高さ寸法を有する断面形状になるような深さ寸法に形成されており、前記熱媒体管を前記ベース部材の厚さ方向両側から押圧して塑性変形させることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器の製造方法である。

このような方法によれば、形材で熱媒体管をベース部材の厚さ方向両側から押圧して圧縮するだけでよく、熱媒体管が塑性変形し、製造がより容易になる。

請求項３に係る発明は、前記溝が、前記形材を前記ベース部材の厚さ方向両側から組み合わせた際に対向する一対の前記溝で形成される熱媒体管収容部が略矩形を呈する断面形状になるように形成されており、前記熱媒体管を略矩形に塑性変形させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱交換器の製造方法である。

このような方法によれば、溝を熱媒体管収容部が略矩形になるように形成しているので、熱媒体管が塑性変形しやすく、製造がより容易になる。

請求項４に係る発明によれば、前記溝は、その底部近傍に開口部よりも幅広となる幅広部を有する断面形状に形成されており、前記ベース部材の厚さ方向に見て前記熱媒体管の中間部が他の部分よりも幅が小さくなるように、前記熱媒体管を塑性変形させて、前記溝の開口縁部が前記熱媒体管に食い込むインバース部となることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の熱交換器の製造方法である。

このような方法によれば、熱媒体管の中間部に溝の開口部が食い込んでインバース部となるので、形材がベース部材の厚さ方向に係止され、形材と熱媒体管との接合強度を高めることができる。

請求項５に係る発明は、一方の形材の、前記ベース部材の内側となる内表面に、互いに平行に配置された一対の凸条を形成し、他方の形材の、前記ベース部材の内側となる内表面であって前記凸条に対応する位置に、深さ方向の奥に向かうにしたがって互いに離間する一対の凹条を形成し、前記熱媒体管を前記ベース部材の厚さ方向両側から挟み込む圧力によって、一対の前記凸条を一対の前記凹条内に挿入して塑性変形させて、各形材同士を係止させることを特徴とする請求項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である。

このような方法によれば、一方の形材に形成された一対の凸条を、他方の形材に形成された断面ハ字状の一対の凹条に挿入して塑性変形させることで、凸条が断面ハ字状に開いて係止されるので、形材同士の接合強度を大幅に向上することができる。

請求項６に係る発明は、一対の前記凸条と一対の前記凹条が、各形材の前記溝の両側で互いに対称位置にそれぞれ形成されており、前記溝の両側で、一対の前記凸条を一対の前記凹条内に挿入して塑性変形させて、各形材同士を係止させることを特徴とする請求項５に記載の熱交換器の製造方法である。

このような方法によれば、凸条および凹条によって溝の両側で形材同士を係止しているので、バランスよく熱媒体管が溝によって押圧され、熱伝導率の向上および接合強度の向上を達成することができる。さらに、溝の両側の対称位置に一対の凸条と一対の凹条がそれぞれ形成されているので、ベース部材の厚さ方向両側の形材を同一の形状とすることができる。これによって、製造がさらに容易となる。

請求項７に係る発明は、前記溝が、前記形材を前記ベース部材の厚さ方向両側から組み合わせた際に対向する一対の前記溝で形成される熱媒体管収容部が前記熱媒体管の外径よりも短い高さ寸法を有する略楕円形を呈する断面形状になるように形成されており、前記熱媒体管を前記ベース部材の厚さ方向両側から押圧して塑性変形させることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器の製造方法である。

このような方法によれば、溝を熱媒体管収容部が略楕円形になるように形成しているので、形材でベース部材の厚さ方向両側から押圧するだけで、熱媒体管が容易に塑性変形することとなり、製造がより容易になる。

請求項８に係る発明は、熱部品を加熱または冷却するための熱媒体を循環させる熱媒体管を板状のベース部材の内部に収容した熱交換器において、前記ベース部材は、前記熱媒体管を収容するための溝を備えた少なくとも一対の形材を互いに接合して構成され、前記熱媒体管は、前記ベース部材の厚さ方向両側から挟み込まれて前記溝の表面で押圧されることで、その外表面から内表面に至る管材厚さ全体に亘って塑性変形して、前記一対の形材に挟持されることを特徴とする熱交換器である。

このような構成によれば、請求項１と同様の作用を得られ、熱伝導性が高い熱交換器の製造を容易に行うことができる。

請求項９に係る発明は、前記溝が、前記形材を前記ベース部材の厚さ方向両側から組み合わせた際に対向する一対の前記溝で形成される熱媒体管収容部が前記熱媒体管の外径よりも短い高さ寸法を有する断面形状になるような深さ寸法に形成され、前記熱媒体管が、高さ方向に圧縮されて塑性変形していることを特徴とする請求項８に記載の熱交換器である。

このような構成によれば、形材で熱媒体管をベース部材の厚さ方向両側から押圧して圧縮するだけで、熱媒体管を容易に塑性変形することができる。なお、熱媒体管の外周長が、熱媒体管収容部の内周長より短い場合は、熱媒体管に、溝に押圧されない部分が発生するが、押圧された部分は溝の表面と確実に密着する。また、熱媒体管の外周長が、熱媒体管収容部の内周長より長い場合は、熱媒体管の余長部分は熱媒体管の内側に向かって変形し、その他の部分は溝の表面と密着する。すなわち、熱媒体管の外周長は、熱媒体管収容部の内周長より短くても長くても、熱媒体管と溝とが密着するので、熱伝導率を高めることができる。

請求項１０に係る発明は、前記溝が、前記形材を前記ベース部材の厚さ方向両側から組み合わせた際に対向する一対の前記溝で形成される熱媒体管収容部が略矩形となる断面形状になるように形成され、前記熱媒体管が、略矩形に塑性変形していることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の熱交換器である。

このような構成によれば、溝を熱媒体管収容部が略矩形になるように形成しているので、熱媒体管が塑性変形しやすく、製造がより容易になる。

請求項１１に係る発明は、前記溝が、その底部近傍に開口部よりも幅広となる幅広部を有しており、前記熱媒体管は、前記溝の底部側がそれぞれ拡幅して前記幅広部に移動するように塑性変形しており、前記ベース部材の厚さ方向中間部に前記溝の開口縁部が係止されていることを特徴とする請求項８乃至請求項１０のいずれか１項に記載の熱交換器である。

このような構成によれば、熱媒体管の中間部に溝の開口部が食い込んでインバース部となるので、形材がベース部材の厚さ方向に係止され、形材と熱媒体管との接合強度を大幅に高めることができる。

本発明によれば、熱伝導性が高い熱交換器の製造を容易に行うことができるといった優れた効果を発揮する。

次に、本発明を実施するための第一の最良の形態について、図面を適宜参照しながら詳細に説明する。なお、本実施形態では、コンピュータの中央演算装置等の熱部品を冷却するコールドプレート（熱交換器）を例に挙げて、熱交換器の製造方法および熱交換器について説明する。

図１は本発明に係る熱交換器の第一の実施形態を示した図であって、（ａ）は形材と熱媒体管の組付け前の状態を示した断面図、（ｂ）は形材と熱媒体管の組付け後の状態を示した断面図である。図２は本発明に係る熱交換器を示した平面図である。図３は本発明に係る熱交換器を示した断面図であって、図２のＡ−Ａ線断面図である。

図２および図３に示すように、熱交換器１は、熱部品（図示せず）を加熱または冷却（本実施形態では冷却）するための熱媒体（例えば冷却水）を循環させる熱媒体管１０を板状のベース部材２０の内部に収容して構成されている。なお、本実施形態では、ベース部材２０の厚さ方向（図１中、上下方向）を上下方向として説明する。

熱媒体管１０は、銅などの熱伝導性の高い金属で構成されている。熱媒体管１０は、断面円形を呈しており、図２に示すように、ベース部材２０内に収容される伝熱部１１と、平面視Ｕ字状に湾曲した折返し部１２とで構成されている。伝熱部１１は、後記する形材２１，２１に押圧されて熱媒体管１０を収容する溝２２の形状に応じて塑性変形されている。折返し部１２は、複数個所に形成されており、熱媒体管１０は全体で平面視Ｓ字状を複数連結した形状に蛇行した流路（循環路）を構成するようになっている。折返し部１２は、ベース部材２０から外部に露出されており、形材２１，２１によって押圧されず塑性変形されていない。なお、本実施形態では、熱媒体の流路は、一本の熱媒体管１０にて構成されているが、これに限定されるものではなく、流路の距離が長い場合等には、複数の熱媒体管で複数の流路を構成するようにしてもよい。

ベース部材２０は、アルミニウム（純アルミニウム）やアルミニウム合金（Ａｌ−Ｍｇ系合金やＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金等）などの軽量でかつ熱伝導性の高い金属で構成されている。ベース部材２０は、板状に形成された部材であって、上下（厚さ方向）に一対の形材２１，２１にて構成されており、熱媒体管１０をベース部材２０の厚さ方向から挟み込むことで内部に熱媒体管１０を収容する。

図１の（ａ）および（ｂ）に示すように、形材２１は、押出成形されたソリッド状の押出形材にて構成され、熱媒体管１０を収容するための溝２２を備えるとともに互いに接合されることでベース部材２０を構成するようになっている。

溝２２は、ベース部材２０の内側となる内表面２０ａに押出方向に沿って形成されており、熱媒体管１０の外径の半分の寸法よりも短い深さ寸法を有している。すなわち、形材２１，２１を熱媒体管１０の上下（図１中、上下方向）から組み合わせた際に対向する一対の溝２２，２２で形成される熱媒体管収容部２３が、熱媒体管１０の外径よりも短い高さ寸法を有する断面形状になるようになっている。溝２２の開口部２２ａは、熱媒体管１０の外径と略同等の幅寸法（図１中、左右方向）を有している。また、溝２２は、熱媒体管収容部２３が略矩形（本実施形態では、図１中、左右の幅方向に長い略長方形）を呈する断面形状になるように形成されている。

溝２２は、その底部２２ｂの近傍に開口部２２ａよりも幅広となる幅広部２４を有する断面形状に形成されている。幅広部２４は、溝２２の底部２２ｂに向かうにしたがって幅広となり、溝２２の底部２２ｂの幅方向両側に向かうにしたがって深くなるように形成されている。すなわち、溝２２の幅は、開口部２２ａ付近が一番短く、溝２２の深さは、溝２２の底部２２ｂは幅方向中央部が一番浅くなっている。幅広部２４は、形材２１，２１に押圧されて塑性変形する熱媒体管１０の変形部収容スペースとなる。溝２２の開口部２２ａの周縁部である開口縁部２２ｃの側面は、内表面２０ａに対して直角になるように構成されており、溝２２，２２を組み合わせた際に、開口縁部２２ｃ，２２ｃの側面同士が平面的に連続するようになっている。本実施形態では、熱媒体管収容部２３（図１の（ｂ）参照）の内周長が、熱媒体管１０の外周長よりも短くなるように構成されている。

以上のような構成の溝２２の表面で押圧されて、一対の溝２２，２２で構成される熱媒体管収容部２３内に収容される熱媒体管１０は、図１の（ｂ）に示すように、その外表面から内表面に至る管材厚さ全体に亘って塑性変形して、形材２１，２１間で挟持されている。塑性変形した熱媒体管１０は、熱媒体管収容部２３の内周面に略沿って、上下左右の四隅が幅広部２４に移動して収容されており、その断面が略長方形を呈している。ベース部材２０の厚さ方向に見て、熱媒体管１０の中間部は、その上下の他の部分よりも幅が小さくなっており、溝２２の開口縁部２２ｃの周囲が熱媒体管１０に食い込むインバース部２５を構成している。これは、熱媒体管１０の幅方向両側では、その中間部の幅が、溝２２の開口部２２ａの幅と略同等であるので開口縁部２２ｃに当接してそれ以上は拡幅しないが、その上下部分では熱媒体管１０の側面が拡幅変形して幅広部２４内に移動するためである。

また、熱媒体管１０の上下面においては、溝２２の底部２２ｂに、熱媒体管１０が押圧されて底部２２ｂの形状に沿って変形し、幅方向中間部が内側に湾曲するように構成されている。本実施形態では、熱媒体管収容部２３の内周長が、熱媒体管１０の外周長よりも短くなるように構成されているため、熱媒体管１０の四隅において、熱媒体管１０の余剰部分の管材が、内側に曲がって突出するように屈曲変形している。

図１の（ａ）に示すように、一方（上側）の形材２１のベース部材２０の内側となる内表面２０ａの、溝２２の一方（左側）の側部には、互いに平行に配置された一対の凸条３０，３０が形成されている。他方（下側）の形材２１のベース部材２０の内側となる内表面２０ａであって、凸条３０，３０に対応する位置（溝２２の左側）には、深さ方向奥側に向かうにしたがって互いに離間する断面ハ字条に配置された一対の凹条３１，３１が形成されている。各凸条３０，３０は、溝２２と平行に形成されており、凹条３１の幅寸法と同等の幅寸法を有するとともに、凹条３１の深さ寸法と同等の高さ寸法を有している。すなわち、凸条３０の断面積と、凹条３１の断面積は等しくなっている。また、一対の凸条３０，３０間の距離は、一対の凹条３１，３１の開口部間の距離と等しくなっている。凹条３１，３１は、深さ方向の奥に向かうにしたがって所定の曲率で互いに離反する方向に向かって湾曲しており、凹条３１，３１の底部では、凸条３０，３０の底面が互いに離反する方向を概ね向くように構成されている。

上側の形材２１の内表面２０ａの溝２２の右側には、一対の凹条３１，３１が形成されており、下側の形材２１の内表面２０ａの溝２２の右側には、一対の凸条３０，３０が形成されている。上側および下側の凸条３０，３０と凹条３１，３１は、それぞれ互いに溝２２から等距離の位置に形成されている。すなわち、各形材２１，２１は、熱媒体管１０の軸芯を中心とした点対称の形状となっており、互いに同じ形状である（図４参照）。

図１の（ｂ）に示すように、形材２１，２１同士を組み付けた状態では、凸条３０，３０は、対向する凹条３１，３１内にそれぞれ挿入されて、凹条３１，３１の形状に沿って塑性変形されている。そして、塑性変形した凸条３０，３０の湾曲部分内側が、凹条３１，３１の内周面に当接して係止されている。

次に、前記構成の熱交換器１の製造方法について説明する。

まず、図１の（ａ）に示すように、所定の平面形状（図３参照）に形成された熱媒体管１０を下側の形材２１上の溝２２上に載置し、その上部に上側の形材２１をセットする。その後、図示しないプレス機を用いて、熱媒体管１０をベース部材２０の厚さ方向両側から挟み込む圧力によって、上側の形材２１を下方に押圧する。このとき、熱媒体管１０が変形する。また、変形前の熱媒体管１０の外径は、熱媒体管収容部２３の高さ寸法よりも長いので、まず、熱媒体管１０の上端と下端に、各溝２２，２２の底部２２ｂ，２２ｂがそれぞれ当接し、熱媒体管１０が、押圧されることで、上下方向に縮んで幅方向に広がるように変形する。ここで、熱媒体管１０の上下方向中間部は、溝２２の開口縁部２２ｃによって、幅方向両側へ広がろうとするのを規制される。そして、熱媒体管１０の中間部以外の上下部分は、幅方向外側に広がって幅広部２４に移動して収容される。これによって、熱媒体管１０の上下方向中間部に、溝２２の開口縁部２２ｃが食い込んでインバース部２５を構成することとなる。

熱媒体管１０の上下面は、溝２２，２２の底部２２ｂ，２２ｂによって押圧されて、底部２２ｂ，２２ｂの形状に沿って塑性変形して、溝２２，２２の底部２２ｂ，２２ｂと熱媒体管１０との接触部分は隙間なく密着することとなる。また、熱媒体管１０の左右両面は、上下からの押圧力によって幅方向に広がるように塑性変形しているので、溝２２，２２の側面に沿って隙間なく密着することとなる。熱媒体管１０の四隅は、熱媒体管１０の余剰部分の管材が内側に曲がって突出するように屈曲変形しており、溝２２，２２の内周面と接触していない。

一方、各形材２１，２１にそれぞれ形成された凸条３０，３０は、熱媒体管１０をベース部材２０の厚さ方向両側から挟み込む圧力によって、対向する凹条３１，３１にそれぞれ挿入され、凹条３１，３１の内周面に沿って変形する。このとき、凹条３１，３１の内周面は曲面状に形成されているので、凸条３０，３０がガイドされて塑性変形しやすい。また、凸条３０，３０は、その底面が互いに離間する方向を向くように断面ハ字状に開いて塑性変形しているので、ベース部材２０の厚さ方向に略沿う方向に凸条３０，３０が係止される。

以上のような方法で製造される熱交換器１によれば、熱媒体管１０をその外表面から内表面に至る管材厚さ全体に亘って塑性変形させているので、特許文献２のように管材厚さ内で熱媒体管の変形領域を限定する必要がない。したがって、溝２２と熱媒体管１０の寸法精度をある程度緩和することができ、公差を大きくとることができる。したがって、各部材の製造が容易になり、製造コストの低減を達成することができる。また、形材２１，２１を上下から押圧するだけで、熱媒体管１０が適宜塑性変形するので、形材２１，２１同士の組み付けは、複雑な制御を必要とせず、加工が容易である。

また、前記したように、溝２２の表面で熱媒体管１０を押圧することで塑性変形させているので、溝２２と熱媒体管１０との接触部分は隙間なく密着することとなり、熱伝導性を高めることができる。

さらに、溝２２は、熱媒体管収容部２３が熱媒体管１０の外径よりも短い高さ寸法を有する断面形状になるような深さ寸法に形成されているので、形材２１，２１で熱媒体管１０をベース部材２０の厚さ方向両側から押圧して圧縮するだけで、熱媒体管１０が塑性変形するので、製造がより容易になる。また、溝２２は、熱媒体管収容部２３が比較的単純な形状である略矩形を呈する断面形状になるように形成されているので、熱媒体管１０が塑性変形しやすく、製造がより容易になるとともに、溝２２の表面と熱媒体管１０との密着性も容易に高めることができる。特に、本実施形態では、熱媒体管１０は、その上下面と左右両側面において、溝２２の表面に沿って隙間なく密着しており、密着性が高くなっている。また、熱媒体管１０の四隅は、溝２２，２２の内周面と接触していないが、このように、積極的に非接触部分を形成することによって、その他の部分の熱媒体管１０と溝２２，２２の内周面との密着性を高めることができ、密着した接触部分の面積を大きくでき、熱伝導性を大幅に高めることができる。

また、本実施形態によれば、溝２２が、その底部２２ｂ近傍に開口部２２ａよりも幅広となる幅広部２４を有する断面形状に形成されており、熱媒体管１０の上下方向中間部に溝２２の開口縁部２２ｃが食い込んでインバース部２５となる。これによって、各形材２１，２１が、インバース部２５を介してベース部材２０の厚さ方向に沿って熱媒体管１０に係止されるので、形材２１，２１が離反するのを防止でき、形材２１，２１と熱媒体管１０との接合強度を高めることができる。

また、かかる熱交換器１によれば、一対の凸条３０，３０を、断面ハ字状に形成された一対の凹条３１，３１に挿入して塑性変形させることで、凸条３０，３０が断面ハ字状に開いて係止されるので、形材２１，２１同士の接合強度を向上することができる。また、凹条３１，３１の内周面は曲面状に形成されているので、凸条３０，３０がガイドされて塑性変形しやすい。さらに、凸条３０，３０は、その底面が互いに離間する方向を向くように断面ハ字状に開いて塑性変形しているので、凸条３０，３０は、その側面がベース部材２０の厚さ方向に係止され、形材２１，２１同士の接合強度をさらに向上させることができる。

さらに、一対の凸条３０，３０と一対の凹条３１，３１は、各形材２１，２１の溝２２，２２の両側で互いに対称位置にそれぞれ形成されているので、凸条３０，３０および凹条３１，３１によって溝２２の両側で形材２１，２１同士を係止することとなる。これによって、熱媒体管１０が、溝２２によってバランスよく押圧され、熱媒体管１０と溝２２との密着性が高まり、熱伝導率の向上および接合強度のさらなる向上を達成することができる。また、溝２２の両側の対称位置に一対の凸条３０，３０とそれに対応する形状の一対の凹条３１，３１がそれぞれ形成されているので、上下の形材２１，２１を同一の形状とすることができる。これによって、形材２１を成形する型を共用することができ、製造がさらに容易となる。

また、本実施形態によれば、熱媒体管１０が管材の厚さ全体に亘って塑性変形されているので、内周面にも凹凸が形成され、その内部を流れる冷媒の流れに乱流を発生することができる。したがって、冷媒が撹拌されることとなり、冷媒が局所的に温度上昇せず、効率的な冷却を行うことができる。

次に、本発明を実施するための第二の最良の形態について、図４を適宜参照しながら説明する。図４は本発明に係る熱交換器の第二の実施形態を示した図であって、（ａ）は形材と熱媒体管の組付け前の状態を示した断面図、（ｂ）は形材と熱媒体管の組付け後の状態を示した断面図である。

図４の（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施形態に係る熱交換器２では、形材２８，２８に形成された熱媒体管１０を収容する溝２６が、第一の実施形態よりも深く形成されており、形材２８，２８を熱媒体管１０の上下（図４中、上下方向）から組み合わせた際に対向する一対の溝２６，２６で形成される熱媒体管収容部２７（図４の（ｂ）参照）が、略正方形を呈する断面形状になるように形成されている。なお、熱媒体管収容部２７の高さ寸法は、熱媒体管１０の外径よりも短くなっている。溝２６の開口部２６ａは、熱媒体管１０の外径と略同等の幅寸法を有している。

溝２６の底部２６ｂの近傍には、溝２６の開口部２６ａよりも幅広となる幅広部２４が形成されている。幅広部２４は、第一の実施形態と同様の構成であって、溝２６の底部２６ｂに向かうにしたがって幅広となり、溝２６の底部２６ｂの幅方向両側に向かうにしたがって深くなるように形成されている。幅広部２４は、形材２８，２８に押圧されて塑性変形する熱媒体管１０の変形部収容スペースとなる。溝２６の開口部２６ａの周縁部である開口縁部２６ｃの側面は、形材２８の内表面２０ａに対して直角になるように構成されており、溝２６を組み合わせた際に、開口縁部２６ｃ，２６ｃの側面同士が平面的に連続するようになっている。本実施形態では、熱媒体管収容部２７（図４の（ｂ）参照）の内周長が、熱媒体管１０の外周長よりも長くなるように構成されている。

なお、形材２８，２８のその他の構成については、第一の実施形態と同様の構成であるので、同じ符号を付して説明を省略する。

以上のような構成の溝２６の表面で押圧されて、一対の溝２６，２６で構成される熱媒体管収容部２７内に収容される熱媒体管１０は、図４の（ｂ）に示すように、その外表面から内表面に至る管材厚さ全体に亘って塑性変形して、形材２８，２８間で挟持されている。塑性変形した熱媒体管１０は、熱媒体管収容部２７の内周面に略沿って、上下左右の四隅が幅広部２４に移動して収容されており、その断面が略正方形を呈している。第一の実施形態と同様に、ベース部材２０の厚さ方向に見て熱媒体管１０の中間部が、その上下の他の部分よりも幅が小さくなっており、溝２６の開口縁部２６ｃの周囲が熱媒体管１０に食い込むインバース部２５を構成している。

また、熱媒体管１０の上下面においては、溝２６の底部２６ｂに、熱媒体管１０が押圧されて底部２６ｂの形状に沿って変形し、幅方向中間部が内側に湾曲するように構成されている。本実施形態では、熱媒体管収容部２７の内周長が、熱媒体管１０の外周長よりも長くなるように構成されているため、熱媒体管１０の四隅では、溝２６の内周面との間に隙間が構成されている。

前記構成の熱交換器２の製造方法は、第一の実施形態と同様の工程であるので、説明を省略する。また、本実施形態の熱交換器２においては、第一の実施形態と同様の作用効果の他に、溝２６の深さが第一の実施形態の溝２２（図１参照）よりも深いので、熱媒体管１０の変形量が少なく、押圧にかかる応力を小さくすることができ、製造を容易にすることができるといった作用効果を得ることができる。

次に、本発明を実施するための第三の最良の形態について、図５を適宜参照しながら説明する。図５は本発明に係る熱交換器の第三の実施形態を示した図であって、（ａ）は形材と熱媒体管の組付け前の状態を示した断面図、（ｂ）は形材と熱媒体管の組付け後の状態を示した断面図である。

図５の（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施形態に係る熱交換器３は、形材５１，５１に形成された熱媒体管１０を収容する溝５２が、各形材５１，５１を組み合わせた際に対向する一対の溝５２，５２で形成される熱媒体管収容部５３が略楕円形を呈する断面形状になるように形成されている。熱媒体管収容部５３の楕円形状は、熱媒体管１０の外径よりも短い高さ寸法を有している。溝５２の開口部５２ａの幅方向両端には、拡幅部５４が形成されている。拡幅部５４は、ベース部材２０の内側となる内表面２０ａと平行な底面と、内表面２０ａと直角に交差する側面とを有している。溝５２の開口部５２ａは、熱媒体管１０の外径よりも長い幅寸法を有しており、拡幅部５４が、形材５１，５１に押圧されて塑性変形する熱媒体管１０の変形部収容スペースとなる。

上下の形材５１，５１の溝５２，５２の左右両側には、一対の凸条３０，３０と一対の凹条３１，３１がそれぞれ形成されている。上下の凸条３０，３０と凹条３１，３１は互いに対向して、凸条３０，３０が凹条３１，３１に挿入される位置に配置されている。凸条３０，３０および凹条３１，３１は、第一の実施形態と同様の構成および配置である。

以上のような構成の溝５２の表面で押圧されて、一対の溝５２，５２で構成される熱媒体管収容部５３内に収容される熱媒体管１０は、図５の（ｂ）に示すように、その外表面から内表面に至る管材厚さ全体に亘って塑性変形して、形材５１，５１間で挟持されている。塑性変形した熱媒体管１０は、熱媒体管収容部５３の底部５２ｂに押圧されて、その内周面に略沿って、断面が略楕円形を呈している。

本実施形態では、熱媒体管収容部５３の楕円形状は、その周長が熱媒体管１０の外周長と略同等になっており、変形した熱媒体管１０は、熱媒体管収容部５３の拡幅部５４を除いた楕円形部分の全周に沿って、溝５２，５２の内周面に密着している。熱媒体管１０の外周長は、熱媒体管収容部５３の楕円形状の周長よりも長くても短くてもよく、溝５２と熱媒体管１０の寸法精度をある程度緩和することができ、公差を大きくとることができる。したがって、各部材の製造が容易になり、製造コストの低減を達成することができる。また、形材５１，５１を上下から押圧するだけで、熱媒体管１０が適宜塑性変形するので、形材５１，５１同士の組み付けは、複雑な制御を必要とせず、加工が容易である。なお、熱媒体管１０の外周長が、熱媒体管収容部５３の楕円形状の周長よりも長い場合は、熱媒体管１０の余剰部分の管材が、外側に突出して屈曲し、拡幅部５４内に収容される（図６参照）。

また、前記したように、溝５２の表面で熱媒体管１０を押圧することで塑性変形させているので、溝５２と熱媒体管１０との接触部分は隙間なく密着することとなり、熱伝導性を高めることができる。特に、拡幅部５４において積極的に非接触部分を形成することによって、その他の部分の熱媒体管１０と溝５２，５２の内周面との密着性を高めることができ、密着した接触部分の面積を大きくでき、熱伝導性を大幅に高めることができる。

さらに、一対の凸条３０，３０を、断面ハ字状に形成された一対の凹条３１，３１に挿入して塑性変形させることで、凸条３０，３０が断面ハ字状に開いて係止されているので、形材５１，５１同士の接合強度を向上することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜に設計変更が可能である。

本発明に係る熱交換器の第一の実施形態を示した図であって、（ａ）は形材と熱媒体管の組付け前の状態を示した断面図、（ｂ）は形材と熱媒体管の組付け後の状態を示した断面図である。 本発明に係る熱交換器を示した平面図である。 本発明に係る熱交換器を示した断面図である。 本発明に係る熱交換器の第二の実施形態を示した図であって、（ａ）は形材と熱媒体管の組付け前の状態を示した断面図、（ｂ）は形材と熱媒体管の組付け後の状態を示した断面図である。 本発明に係る熱交換器の第三の実施形態を示した図であって、（ａ）は形材と熱媒体管の組付け前の状態を示した断面図、（ｂ）は形材と熱媒体管の組付け後の状態を示した断面図である。 熱媒体管の外周長が熱媒体管収容部の周長より長い場合の形材と熱媒体管の組付け後の状態を示した断面図である。

符号の説明

１ 熱交換器
２ 熱交換器
３ 熱交換器
１０ 熱媒体管
２０ ベース部材
２１ 形材
２２ 溝
２２ａ 開口部
２２ｂ 底部
２２ｃ 開口縁部
２３ 熱媒体管収容部
２４ 幅広部
２５ インバース部
２６ 溝
２６ａ 開口部
２６ｂ 底部
２６ｃ 開口縁部
２７ 熱媒体管収容部
２８ 形材
３０ 凸条
３１ 凹条
５１ 形材
５２ 溝
５２ａ 開口部
５２ｂ 底部
５３ 熱媒体管収容部
５４ 拡幅部

Claims (11)

1. 熱部品を加熱または冷却するための熱媒体を循環させる熱媒体管を板状のベース部材の内部に収容した熱交換器の製造方法において、
   前記熱媒体管を収容するための溝を備えるとともに互いに接合されることで前記ベース部材を構成する少なくとも一対の形材で、前記熱媒体管を前記ベース部材の厚さ方向両側から挟み込む圧力によって、前記溝の表面で前記熱媒体管を押圧することで、前記熱媒体管をその外表面から内表面に至る管材厚さ全体に亘って塑性変形させて、前記形材で前記熱媒体管を挟持するようにした
   ことを特徴とする熱交換器の製造方法。
2. 前記溝は、前記形材を前記ベース部材の厚さ方向両側から組み合わせた際に対向する一対の前記溝で形成される熱媒体管収容部が前記熱媒体管の外径よりも短い高さ寸法を有する断面形状になるような深さ寸法に形成されており、
   前記熱媒体管を前記ベース部材の厚さ方向両側から押圧して塑性変形させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器の製造方法。
3. 前記溝は、前記形材を前記ベース部材の厚さ方向両側から組み合わせた際に対向する一対の前記溝で形成される熱媒体管収容部が略矩形を呈する断面形状になるように形成されており、
   前記熱媒体管を略矩形に塑性変形させる
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱交換器の製造方法。
4. 前記溝は、その底部近傍に開口部よりも幅広となる幅広部を有する断面形状に形成されており、
   前記ベース部材の厚さ方向に見て前記熱媒体管の中間部が他の部分よりも幅が小さくなるように、前記熱媒体管を塑性変形させて、前記溝の開口縁部が前記熱媒体管に食い込むインバース部となる
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の熱交換器の製造方法。
5. 一方の形材の、前記ベース部材の内側となる内表面に、互いに平行に配置された一対の凸条を形成し、
   他方の形材の、前記ベース部材の内側となる内表面であって前記凸条に対応する位置に、深さ方向の奥に向かうにしたがって互いに離間する一対の凹条を形成し、
   前記熱媒体管を前記ベース部材の厚さ方向両側から挟み込む圧力によって、一対の前記凸条を一対の前記凹条内に挿入して塑性変形させて、各形材同士を係止させる
   ことを特徴とする請求項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。
6. 一対の前記凸条と一対の前記凹条は、各形材の前記溝の両側で互いに対称位置にそれぞれ形成されており、
   前記溝の両側で、一対の前記凸条を一対の前記凹条内に挿入して塑性変形させて、各形材同士を係止させる
   ことを特徴とする請求項５に記載の熱交換器の製造方法。
7. 前記溝は、前記形材を前記ベース部材の厚さ方向両側から組み合わせた際に対向する一対の前記溝で形成される熱媒体管収容部が前記熱媒体管の外径よりも短い高さ寸法を有する略楕円形を呈する断面形状になるように形成されており、
   前記熱媒体管を前記ベース部材の厚さ方向両側から押圧して塑性変形させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器の製造方法。
8. 熱部品を加熱または冷却するための熱媒体を循環させる熱媒体管を板状のベース部材の内部に収容した熱交換器において、
   前記ベース部材は、前記熱媒体管を収容するための溝を備えた少なくとも一対の形材を互いに接合して構成され、
   前記熱媒体管は、前記ベース部材の厚さ方向両側から挟み込まれて前記溝の表面で押圧されることで、その外表面から内表面に至る管材厚さ全体に亘って塑性変形して、前記一対の形材に挟持される
   ことを特徴とする熱交換器。
9. 前記溝は、前記形材を前記ベース部材の厚さ方向両側から組み合わせた際に対向する一対の前記溝で形成される熱媒体管収容部が前記熱媒体管の外径よりも短い高さ寸法を有する断面形状になるような深さ寸法に形成され、
   前記熱媒体管は、高さ方向に圧縮されて塑性変形している
   ことを特徴とする請求項８に記載の熱交換器。
10. 前記溝は、前記形材を前記ベース部材の厚さ方向両側から組み合わせた際に対向する一対の前記溝で形成される熱媒体管収容部が略矩形となる断面形状になるように形成され、
    前記熱媒体管は、略矩形に塑性変形している
    ことを特徴とする請求項８または請求項９に記載の熱交換器。
11. 前記溝は、その底部近傍に開口部よりも幅広となる幅広部を有しており、
    前記熱媒体管は、前記溝の底部側がそれぞれ拡幅して前記幅広部に移動するように塑性変形しており、前記ベース部材の厚さ方向中間部に前記溝の開口縁部が係止されている
    ことを特徴とする請求項８乃至請求項１０のいずれか１項に記載の熱交換器。

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