JP2009014213A

JP2009014213A - クラッド部材の剪断面被覆工法

Info

Publication number: JP2009014213A
Application number: JP2007173615A
Authority: JP
Inventors: Tadahiro Minamidate; 忠広南舘
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2007-07-02
Filing date: 2007-07-02
Publication date: 2009-01-22

Abstract

【課題】剪断面に外面被覆層を残すことが可能でクラッド部材の結合孔に挿通された結合部材をロウ付けにより完全に結合させることができるようになるクラッド部材の剪断面被覆工法の提供。
【解決手段】少なくとも一方の表面にロウ材１１を有するチューブプレート１をダイ７１に配置させてロウ材１１側からパンチ７２をダイ７１に形成されたパンチング孔７１ａに打ち込むことによりチューブプレート１にピアス加工を施し、該ピアス加工された結合孔５にチューブ２を差し込んでロウ付け結合させる結合工法において、ダイ７１のパンチング孔７１ａの開口縁部とパンチ７２の先端刃先との間に所定のクリアランスｈが形成され、パンチ７２の刃先先端に所定のアールＲが形成されることによりチューブプレート１の剪断面にロウ材を押し込み延在させるようにした。
【選択図】図６

Description

本発明は、芯材の表面にロウ材等の被覆層を備えたクラッド部材の剪断面被覆工法に関する。

従来、表面にロウ材等の被覆層を備えたクラッド部材に加工された結合孔に結合部材を挿入してロウ付け結合するものとして、例えば、熱交換器のチューブプレート（クラッド部材）に形成された結合孔にチューブ（結合部材）を差し込んで炉内で加熱してロウ付け結合する場合がある（例えば、特許文献１参照。）。

そして、クラッド部材を用いたロウ付け結合を行う製品の部品の孔加工において、以下が部品に要求される。
(1) 孔精度：開口した孔は高精度が要求される。
(2) 孔の直線部：開口した孔の面は孔軸に平行に形成された一定量の面が要求される。
(3) 孔の面：形成された孔の面には、クラッド部材の表面材料（ロウ材）が存在することが要求される。
特開２００６−１０５５４５号公報

しかしながら、クラッド部材に結合孔をピアス加工する場合、従来の鋭利な角を持つパンチで剪断しようとすると、パンチ（上型）が下降しクラッド部材に接触し、さらに下降すると材料のバンチ及びダイの刃面側に僅かにダレが発生するが、さらに下降すると、バンチ及びダイの刃先より材料にクラックが発生する。この時バンチ、ダイ刃側面が剪断面となりクラックが破断面となる。

そして、さらに下降すると、パンチ側クラックとダイ側クラックがつながり抜きが完了する。

従って、加工された結合孔の面（剪断面及び破断面）には、クラッド部材の外面被覆層（ロウ材等）がほとんど存在せず、上記(3) の要求が達成されないため、この状態のままではクラッド部材の結合孔に挿通された結合部材のロウ付けによる完全な結合が行えないという問題がある。

本発明の解決しようとする課題は、剪断面に外面被覆層を残すことが可能でクラッド部材の結合孔に挿通された結合部材をロウ付けにより完全に結合させることができるようになるクラッド部材の剪断面被覆工法を提供することにある。

上記課題を解決するため請求項１記載のクラッド部材の剪断面被覆工法は、少なくとも一方の表面にクラッド層を有するクラッド部材をダイに配置させて前記クラッド層側からパンチを前記ダイに形成されたパンチング孔に打ち込むことにより前記クラッド部材にピアス加工を施す工法において、前記ダイのパンチング孔開口縁部と前記パンチの先端刃先との間に所定のクリアランスが形成され、前記パンチの刃先先端に所定のアールが形成されることにより前記パンチで前記クラッド部材の剪断面に前記クラッド層を押し込み延在させるようにしたことを特徴とする手段とした。

請求項２記載のクラッド部材の剪断面被覆工法は、少なくとも一方の表面にクラッド層を有する板状クラッド部材をダイに配置させて前記クラッド層側からパンチを前記ダイに形成されたパンチング孔に打ち込むことにより前記クラッド部材にピアス加工を施し、該ピアス加工された結合孔に結合部材を差し込んでロウ付け結合させる結合工法において、前記ダイのパンチング孔開口縁部と前記パンチの先端刃先との間に所定のクリアランスが形成され、前記パンチの刃先先端に所定のアールが形成されることにより前記板状クラッド部材の剪断面に前記クラッド層を押し込み延在させるようにしたことを特徴とする手段とした。

本発明のクラッド部材の剪断面被覆工法では、上述のように、ダイのパンチング孔開口縁部と記パンチの先端刃先との間に所定のクリアランスが形成され、パンチの刃先先端に所定のアールが形成されることによりパンチでクラッド部材の剪断面にクラッド層を押し込み延在させるようにしたことで、剪断面に外面被覆層を残すことが可能になる。

従って、クラッド部材の結合孔に挿通された結合部材をロウ付けにより完全に結合させることができるようになるという効果が得られる。

以下にこの発明の実施例を図面に基づいて説明する。

この実施例１のクラッド部材の剪断面被覆工法は、請求項１〜７に記載の発明に対応する。

即ち、この実施例１では、クラッド部材が熱交換器のチューブプレートで、結合部材がチューブプレートに結合されるチューブである場合を例にとって説明する。

まず、この実施例１のクラッド部材の剪断面被覆工法を図面に基づいて説明する。

図１はこの実施例１のクラッド部材の剪断面被覆工法が適用される熱交換器の熱交換部分を示す全体図、図２はチューブプレートを示す平面図、図３は図２のＡ−Ａ線における拡大縦断面図、図４は図２のＢ−Ｂ線における縦断面図、図５は実施例１のクラッド部材の剪断面被覆工法に用いられるパンチング装置を示す拡大断面図、図６はパンチング装置による実施例１のクラッド部材（チューブプレート）の剪断面被覆工法の工程を示す断面説明図、図７はバーリング加工装置によるバーリング加工工程を示す断面説明図である。

この実施例１のクラッド部材の剪断面被覆工法が適用される熱交換器は、図１に示すように、一対のアルミニューム材よりなるチューブプレート（クラッド部材）１、１の間に複数のアルミニューム材よりなるチューブ（結合部材）２とこれもアルミニューム材よりなるコルゲートフィン３が交互に配置され、両チューブプレート１、１の両端部がレインフォース４、４により連結補強されている。

また、図示していないがチューブプレート１のチューブ（結合部材）２と反対側に凹状のタンク部材を取り付けて、チューブ（結合部材）２に熱交換媒体を流通させるためのタンクを形成するようにしている。

そして、その他の必要部材を組み付けて、炉中において加熱し夫々の間をロウ付けしている。

また、図２、３に示すように、前記チューブプレート１にはチューブ２を嵌挿固定するための結合孔５及び該結合孔５に向かって略ハ字状に傾斜したバーリング加工部６がピアス加工及びバーリング加工により形成されている。
ピアス加工に用いられるパンチング装置７は、図５に示すように、チューブ２の断面形状であるレーストラック状のパンチング孔７１ａを有するダイ７１と、該パンチング孔７１ａ内に押し込まれるレーストラック状断面を有するパンチ７２とを備えている。

そして、上記ダイ７１におけるパンチング孔７１ａの開口縁部と上記パンチ７２の先端刃先との間に後に詳述する作用を起こさせるための所定のクリアランスｈが形成されると共に、上記パンチ７２の刃先先端に所定のアールＲが形成されている。

次に、結合孔５のピアス加工方法を図６に基づいて説明する。
なお、結合孔５がピアス加工されるチューブプレート１の上下両面には、加工前の平板状態の時にチューブ２との間を結合させるためのロウ材（クラッド層）１１、１２が被覆形成されている。なお、図上下側ロウ材１２は耐食性強度を向上させるための犠牲材であり、Ａｌ−Ｍｇ−Ｚｎ系合金を適用したクラッド材である。
また、この実施例１では、結合孔５内に挿通固定されるチューブ２の外周面にもロウ材（クラッド層）が被覆形成されて板状材料を折り曲げることでチューブ２に形成されたときの継ぎ目を結合させると共にコルゲートフィン材３との結合に用いられている。

まず、パンチ７２の先端刃先が下降しチューブプレート１の図において上面のロウ材１１に接触した図６（イ）の状態から、さらに下降すると、パンチ７２の刃先先端に所定のアールＲが形成されていると共に、パンチング孔７１ａの開口縁部とパンチ７２の先端刃先との間に所定のクリアランスｈが形成されているため、図６（ロ）に示すように、上面側ロウ材１１が切断されずに剪断面Ｍ方向へ所定深さ押し込まれた後、図６（ハ）、（ニ）に示すように、残りの部分にクラックを発生させて破断面Ｈが形成された状態で結合孔５が打ち抜かれる。

そして、上記ロウ剤１１の押し込み延在深さは、上記クリアランスｈとアールＲを変更することによって任意の深さに設定することが可能であり、この実施例１では、上記ロウ材１１がチューブプレート１の板厚の少なくとも３分の１以上剪断面Ｍに押し込み延在されるように、上記クリアランスｈとアールＲが設定されている。

なお、上側ロウ材１１と犠牲材である下側ロウ材１２が接触するとロウ付け結合に悪影響を及ぼすため、上側ロウ材１１が延在されない破断面Ｈを残す必要がある。だだし、下側ロウ材１２がない場合は、チューブプレート１の板厚の全体に上側ロウ材１１まで延在させるようにしてもよい。

次に、バーリング加工装置８によるバーリング加工方法を図７に基づいて説明する。
このバーリング加工装置８は、図７に示すように、バーリング加工部６の内周面に沿った円錐状突出部８１の先端部中央にチューブプレート１の結合孔５に挿入される円柱状突起８２を備えたバーリング凸型８ａと、結合孔５より大径の底部８３を有するバーリング加工部６の外周面に沿った円錐状窪み部８４を備えたバーリング凹型８ｂとを備えている。

そこで、図７（イ）に示す状態から、バーリング凸型８ａとバーリング凹型８ｂとを互いに近づける方向に相対移動させると、図７（ロ）に示すように、バーリング凸型８ａによりチューブプレート１の結合孔５の周りがバーリング凹型８ｂ内に押し込まれて断面ハ字状のバーリング加工部６が形成されると共に、バーリング凹型８ｂの底部８３における円柱状突起８２の外径より大径の部分で結合孔５の開口縁部が水平に押し潰され、これにより、結合孔５の開口部周壁がバーリング凸型８ａの円柱状突起８２の外周面に沿った垂直面に成形される。

次に、この実施例１の作用・効果を説明する。

この実施例１のクラッド部材の剪断面被覆工法では、上述のように、ダイ７１のパンチング孔７１ａの開口縁部とパンチ７２の先端刃先との間に所定のクリアランスｈが形成され、パンチ７２の刃先先端に所定のアールＲが形成されることによりパンチ７２でチューブプレート１の剪断面Ｍに上側ロウ材１１を押し込み延在させるようにしたことで、剪断面Ｍに上側ロウ材１１を残すことが可能になる。

従って、チューブプレート１の結合孔５に挿通されたチューブ２を炉中に入れて加熱してロウ付けにより完全に結合させることができるようになるという効果が得られる。

また、チューブプレート１の板厚の少なくとも３分の１以上上側ロウ材１１がチューブプレート１の剪断面Ｍに押込み延在されるようにクリアランスｈ及びアールＲが設定されることにより、結合部の信頼性を高めることができるようになる。即ち、クリアランスｈ及びアールＲを任意の値に設定することで、上側ロウ材１１の押し込み延在量を任意に設定することができる。

また、バーリング加工部６の内周面に沿った円錐状突出部８１の先端部中央にチューブプレート１にピアス加工された結合孔５に挿入される円柱状突起８２を備えたバーリング凸型８ａと、結合孔５より大径の底部８３を有するバーリング加工部６の外周面に沿った円錐状窪み部８４を備えたバーリング凹型８ｂとを用いてバーリング加工が行われるようにしたことで、結合孔５の開口部周壁をバーリング凸型８ａの円柱状突起８２の外周面に沿った垂直面に成形することができ、これにより、チューブプレート１の剪断面Ｍに残された上側ロウ材１１の全面がチューブ２の外周面に当接する状態となるため、ロウ付け結合が確実かつ強固に行われるようになる。

また、本発明を熱交換器のチューブプレートとチューブの結合部分に適用することで、熱交換器の信頼性を高めることができるようになる。

以上本実施例を説明してきたが、本発明は上述の実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。

例えば、実施例では、熱交換器のチューブプレート１とチューブ２の結合部分に適用した例を示したが、チューブプレート１とレインフォース４の結合部分にも適用することができる。また、この発明は、全てのクラッド部材の剪断面被覆に適用することができる。

実施例１のクラッド部材の剪断面被覆工法が適用される熱交換器を示す全体図であるチューブプレートを示す平面図である。図２のＡ−Ａ線における拡大縦断面図である。図２のＢ−Ｂ線における縦断面図である。実施例１のクラッド部材の剪断面被覆工法に用いられるパンチング装置を示す拡大断面図である。パンチング装置による実施例１のクラッド部材（チューブプレート）の剪断面被覆工法の工程を示す断面説明図である。バーリング加工装置によるバーリング加工工程を示す断面説明図である。

符号の説明

１チューブプレート（クラッド部材）
１１上側ロウ材（クラッド層）
１２下側ロウ材
２チューブ（結合部材）
３コルゲートフィン
４レインフォース
５結合孔
６バーリング加工部
７パンチング装置
７１ダイ
７１ａパンチング孔
７２パンチ
８バーリング加工装置
８ａバーリング凸型
８ｂバーリング凹型
８１円錐状突出部
８２円柱状突起
８３底部
８４円錐状窪み部
ｈクリアランス
Ｈ破断面
Ｍ剪断面
Ｒアール

Claims

少なくとも一方の表面にクラッド層を有するクラッド部材をダイに配置させて前記クラッド層側からパンチを前記ダイに形成されたパンチング孔に打ち込むことにより前記クラッド部材にピアス加工を施す工法において、
前記ダイのパンチング孔開口縁部と前記パンチの先端刃先との間に所定のクリアランスが形成され、前記パンチの刃先先端に所定のアールが形成されることにより前記パンチで前記クラッド部材の剪断面に前記クラッド層を押し込み延在させるようにしたことを特徴とするクラッド部材の剪断面被覆工法。
少なくとも一方の表面にクラッド層を有する板状クラッド部材をダイに配置させて前記クラッド層側からパンチを前記ダイに形成されたパンチング孔に打ち込むことにより前記クラッド部材にピアス加工を施し、該ピアス加工された結合孔に結合部材を差し込んでロウ付け結合させる結合工法において、
前記ダイのパンチング孔開口縁部と前記パンチの先端刃先との間に所定のクリアランスが形成され、前記パンチの刃先先端に所定のアールが形成されることにより前記板状クラッド部材の剪断面に前記クラッド層を押し込み延在させるようにしたことを特徴とするクラッド部材の剪断面被覆工法。
請求項２に記載のクラッド部材の剪断面被覆工法において、前記クラッド部材の板厚の少なくとも３分の１以上前記クラッド層が前記板状クラッド部材の剪断面に押込み延在されるように前記クリアランス及び前記アールが設定されていることを特徴とするクラッド部材の剪断面被覆工法。
請求項２または３に記載のクラッド部材の剪断面被覆工法において、前記板状クラッド部材にピアス加工された前記結合孔には断面略ハ字状に傾斜するバーリング加工が前記クラッド層を有する面側へ突出させた状態で施されることを特徴とするクラッド部材の剪断面被覆工法。
請求項４に記載のクラッド部材の剪断面被覆工法において、前記バーリング加工部の内周面に沿った円錐状突出部の先端部中央に前記板状クラッド部材にピアス加工された結合孔に挿入される円柱状突起を備えたバーリング凸型と、前記結合孔より大径の底部を有する前記バーリング加工部の外周面に沿った円錐状窪み部を備えたバーリング凹型とを用いて前記バーリング加工が行われることを特徴とするクラッド部材の剪断面被覆工法。
請求項２〜５のいずれか１項に記載のクラッド部材の剪断面被覆工法において、前記クラッド部材が熱交換器のチューブプレートで、前記結合部材が前記チューブプレートに結合されるチューブであることを特徴とするクラッド部材の剪断面被覆工法。
請求項２〜５のいずれか１項に記載のクラッド部材の剪断面被覆工法において、前記クラッド部材が熱交換器のチューブプレートで、前記結合部材が前記チューブプレートに結合されるレインフォースであることを特徴とするクラッド部材の剪断面被覆工法。