JP2009014269A - ヘッダプレートの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】より少ない加工力で面取り量の大きい加工ができるヘッダプレートの製造方法を提供する。
【解決手段】熱交換器１のヘッダタンク３を構成するヘッダプレート１２の製造方法において、平板状のプレート１２の両端を立ち上げて立上がり部１２ａを形成するフランジ加工工程と、フランジ加工工程後、プレート１２を天地逆向きに反転させて前記立上がり部１２ａが立ち上がる方向からチューブ挿入孔１４をピアス加工により形成するチューブ挿入孔加工工程と、チューブ挿入孔加工工程後、プレート１２を天地逆向きに反転させて前記立上がり部１２ａの立ち上がり方向とは反対方向から前記チューブ挿入孔１４の開口周縁部に面取り面１８を加工する面取り加工工程とを、備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば熱交換器のヘッダタンクを構成するヘッダプレートの製造方法に関し、詳細には、チューブ挿入孔に形成する面取り加工技術に関する。

ＣＯ２を冷媒とする熱交換器のタンク構造としては、例えば図６（ａ），（ｂ）に示すような構造が知られている（特許文献１など参照）。このタンク構造は、ヘッダタンクを構成するタンク部１０１と、チューブ１０２の先端を挿入させるチューブ挿入孔１０３が形成されたヘッダプレート１０４とを有し、これらタンク部１０１とヘッダプレート１０４とを、当該ヘッダプレート１０４に形成したかしめ片１０５でかしめることにより結合される。

ＣＯ２を冷媒とする熱交換器は、従来から用いられている冷媒に比べて高い耐圧性能が要求されることから、タンク部１０１及びヘッダプレート１０４には２ｍｍを超える厚い板材が使用される。

通常、ヘッダプレート１０４に形成されるチューブ挿入孔１０３は、バーリング加工により形成していたが、板厚が厚くなるとバーリング加工では加工できなくなる。そこで、バーリング加工ではなく、打ち抜き加工であるピアス加工によってチューブ挿入孔を形成する。

例えば、図７（ａ）に示すように、板厚の厚い平板状のプレート１０４の両端を立ち上げて立上がり部１０４ａを形成するフランジ加工工程を行った後、図７（ｂ）に示すように、チューブ挿入孔１０３をピアス加工により形成するチューブ挿入孔加工工程を行う。その後、図７（ｃ）に示すように、チューブ挿入孔１０３の開口周縁部に面取り面１０６を加工する面取り加工工程を行う。面取り加工は、ダイに位置決めしたプレート１０４に対してポンチでチューブ挿入孔１０３の開口周縁部をテーパ状に押し潰して面取り面１０６を形成する加工である。
特開２００６−６４２０１号公報

ところで、プレス加工方向は、金型構造の簡素化、加工姿勢の一定化による作業性の良さなどを勘案して決定され、プレート１０４を加工する場合には型構造のシンプルさから図７の各図（図７（ａ），（ｂ），（ｃ））で表記した矢印方向Ｂから加工するのが一般的である。図７では、全ての加工工程でプレート１０４に対して同一方向から加工している。

図８（ａ）には、ピアス加工により形成されたチューブ挿入孔１０３の断面形状を示す。このチューブ挿入孔１０３の断面は、加工方向Ｂから順にダレ部１０３ａと、せん断面１０３ｂと、破断面１０３ｃとを有した形状となっている。このため、次工程の面取り加工をピアス加工と同一方向から行うと、ダレ部１０３ａに面取り加工を行うことになる。

このように、ダレ部１０３ａに面取り加工を行うと、ダレ部１０３ａの肉部を面取り加工部周囲に塑性流動させなければならないため、大きな加工力が必要となり、また面取り量を大きく取れないといった問題がある。

そこで、本発明は、より少ない加工力で面取り量の大きい加工ができるヘッダプレート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、熱交換器のヘッダタンクを構成するヘッダプレートの製造方法において、平板状のプレートの両端を立ち上げて立上がり部を形成するフランジ加工工程と、前記フランジ加工工程後、前記プレートを天地逆向きに反転させて前記立上がり部が立ち上がる方向からチューブ挿入孔をピアス加工により形成するチューブ挿入孔加工工程と、前記チューブ挿入孔加工工程後、前記プレートを天地逆向きに反転させて前記立上がり部の立ち上がり方向とは反対方向から前記チューブ挿入孔の開口周縁部に面取り面を加工する面取り加工工程とを、備えたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、熱交換器のヘッダタンクを構成するヘッダプレートの製造方法において、平板状のプレートの両端を立ち上げて立上がり部を形成するフランジ加工工程と、前記フランジ加工工程後、前記プレートにチューブ挿入方向とは反対方向からチューブ挿入孔をピアス加工により形成するチューブ挿入孔加工工程と、前記チューブ挿入孔加工工程後、前記チューブ挿入孔の開口周縁部にチューブ挿入方向から面取り面を加工する面取り加工工程とを、備えたことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、立上がり部が立ち上がる方向からプレートにチューブ挿入孔をピアス加工すると、チューブ挿入孔の断面形状が加工方向から順にダレ部、せん断面、破断面となるが、その後プレートを天地逆向きに反転させて前記立上がり部の立ち上がり方向とは反対方向から面取り加工を行えば、破断面に対して面取り加工を行うことになる。破断面はダレ部に対してえぐれた形状となっているため、ダレ部に面取り加工する場合に比べてより少ない加工力で面取り加工が行え、しかも面取り量を多く取ることができる。

請求項２に記載の発明によれば、チューブ挿入方向とは反対方向からチューブ挿入孔をピアス加工すると、チューブ挿入孔の断面形状がその加工方向から順にダレ部、せん断面、破断面となるが、その後、チューブ挿入方向から面取り加工を行えば、同じく破断面に対して面取り加工を行うことになる。したがって、ダレ部に面取り加工する場合に比べてより少ない加工力で面取り加工が行え、且つ面取り量を多く取ることができる。

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。

「熱交換器の構成」
本発明を適用したヘッダプレートの製造方法を説明する前に、本発明方法で製造されたヘッダプレートを用いた熱交換器の構成について説明する。

図１は熱交換器の正面図、図２は図１の熱交換器におけるヘッダタンクの要部拡大断面図である。

ＣＯ２を冷媒とする熱交換器１は、図１に示すように、冷媒を内部に流通させる流路を構成すると共に外気との間で熱交換を行うコア部２と、コア部２に冷媒を供給すると共にコア部２を流れて熱交換された冷媒を回収するヘッダタンク３と、を主たる構成部品としている。

コア部２は、冷媒を流通させる複数のチューブ４と、波形に形成された複数のフィン５とを交互に積層し、その積層体の最外側のフィン５の更に外側に断面略コ字形状の強度部材としてのサイドプレート６を配置し、これらをろう付けすることで接合一体化されている。

チューブ４は、冷媒を流通させる流路をその内部に有する偏平チューブとして形成されている。フィン５は、所定間隔に配置されたチューブ４、４の間に配置され、外気（空気）と接してチューブ４内を流れる冷媒を冷却させる。

ヘッダタンク３は、チューブ４の長手方向におけるコア部２の両端に配置されている。このヘッダタンク３の上下両端には、タンク内部の流通路を塞ぐエンドキャップ７が取り付けられている。また、ヘッダタンク３の内部には、流通路を仕切るためのセパレータ８が設けられている。そして、図１の左側のヘッダタンク３のセパレータ８よりも上の位置には、冷媒をヘッダタンク３内に導くための入口パイプ９が設けられている。また、同じく左側のヘッダタンク３のセパレータ８よりも下の位置には、熱交換された冷媒をヘッダタンク３外へと取り出すための出口パイプ１０が設けられている。

前記ヘッダタンク３は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、タンク部１１と、このタンク部１１にかしめられて固定されるヘッダプレート１２と、から構成されている。タンク部１１とヘッダプレート１２は、該ヘッダプレート１２に形成されたかしめ片１３をタンク部１１に加締めることで固定されている。

ヘッダプレート１２には、タンク部１１と結合するための立上がり部１２ａをその両端に長手方向に沿って形成されている。また、このヘッダプレート１２には、各チューブ２の端部を挿入させるチューブ挿入孔１４が複数形成されている。一方、タンク部１１には、冷媒が流れる２つの流通路１５ａ、１５ｂが形成されている。そして、図２（ａ）のチューブ挿入孔１４と対向しない部分では、２つの流通路１５ａ、１５ｂに仕切る仕切部１６がヘッダプレート１２に接触して設けられている。図２（ｂ）のチューブ挿入孔１４と対向する部分では、２つの流通路１５ａ、１５ｂを連通させる連通部１７が設けられている。この連通部１７が設けられた部位では、各流通路１５ａ、１５ｂを流通する冷媒の一部がチューブ４の内部に流入することとなる。

以上のように構成された熱交換器１においては、入口パイプ９から冷媒が一方のヘッダタンク３内に供給されると、冷媒はセパレータ８で仕切られた上部のヘッダタンク内の各流通路１５ａ、１５ｂを流れ込んだ後、連通部１７を通して各チューブ４を流れる。そして、各チューブ４を流れた冷媒は、他方のヘッダタンク３に集められた後、セパレータ８で仕切られた下部の各チューブ４のそれぞれに流れ込む。そして、各チューブ４を流れた冷媒は、一方のヘッダタンク３に取り付けられた出口パイプ１０から排出される。入口パイプ９から導入された冷媒は、各チューブ４を流れて外気と接することで熱交換され、フィン５によって放熱されることで冷却される。

「ヘッダプレートの製造方法」
次に、本発明を適用したヘッダプレートの製造方法について説明する。図３はヘッダプレートの製造工程を示す工程図、図４は面取り加工工程を示す要部拡大断面図、図５は面取り加工前のチューブ挿入孔の断面形状を示す要部拡大断面図である。

先ず、ヘッダプレートとなる平板状をなすプレート１２の両端を略垂直に折り曲げて立ち上げるフランジ加工工程を行い、図３（ａ）に示すように、プレート１２の平坦部１２ｂに対して両端を垂直に立ち上げた立上がり部１２ａをその長手方向に沿って形成する。フランジ加工は、図３（ａ）の矢印Ａで示す上から下に向かう方向とする。フランジ加工には、パンチとダイを使用してプレート１２の両端を加工方向に折り曲げる。

次に、フランジ加工工程後、プレート１２を天地逆向きに反転させて平坦部１２ｂにチューブ挿入孔１４を形成するチューブ挿入孔加工工程を行い、図３（ｂ）に示すように、前記立上がり部１２ａが立ち上がる方向からピアス加工してチューブ挿入孔１４を形成する。ピアス加工は、図３（ｂ）の矢印Ａで示す上から下に向かう方向とする。ピアス加工には、打ち抜きダイと打ち抜きポンチを使用してプレート１２の平坦部１２ｂに細長いチューブ挿入孔１４を形成する。

チューブ挿入孔１４の断面は、前記した図８（ａ）に示すように、加工方向Ｂから順にダレ部、せん断面、破断面となる。

次に、チューブ挿入孔加工工程後、プレート１２を天地逆向きに反転させてチューブ挿入孔１４の開口部周縁部に面取り加工工程を行い、図３（ｃ）に示すように、立上がり部１２ａの立ち上がり方向とは反対方向から面取り加工して面取り面１８を形成する。

チューブ挿入孔加工工程後にプレート１２を反転させて図４（ａ）に示すように面取りダイ１９の上にプレート１２を載せると、チューブ挿入孔１４の断面は、このプレート１４を押さえるパッド２０と面取りポンチ２１が設けられる上方から面取りダイ１９に向かって順に破断面１４ｃ、せん断面１４ｂ、ダレ部１４ａとなる。そのため、面取りポンチ２１で加圧される部位は、ダレ部１４ａではなく破断面１４ｃとなる。面取りポンチ２１を面取りダイ１９に向かって図４（ｂ）に示すように加圧することで、図５に示した破断面１４ｃの余肉が加工部周囲に塑性流動しテーパ形状の面取り面１８となる。

面取りポンチ２１には、チューブ挿入孔１４の開口周縁部にテーパ形状の面取り面１８を形成するために、その先端側周縁に傾斜面２１ａを形成してある。

この面取り加工工程では、図５で示したように、破断面１４ｃはえぐれた形状であるからダレ部１４ａに面取り加工を施す場合に比べて面取り加工量が少なくて済む。また、面取り加工量が少ないため、面取りポンチ２１で加圧する加圧力もダレ部１４ａを面取り加工した場合に比べて小さくて済む。このように、面取り加工時の余肉の塑性流動量が小さくなることからより大きな面取り加工も可能となる。

したがって、上述の各工程を経て形成された面取り面１８を有したヘッダプレート１２を使用すれば、ダレ部１４ａに面取り加工を行う場合よりも大きな面取り加工がなされることからチューブ４の挿入作業を容易なものとすることができる。

「その他のヘッダプレートの製造方法」
上述の実施の形態の熱交換器１では、ヘッダプレート１２に形成した立上がり部１２ａの立ち上がり方向をチューブ挿入方向と同じ方向とした例であるが、必ずしもチューブ挿入孔方向と同じ方向に立上がり部１２ａを形成したヘッダプレート１２を用いるとは限らず、チューブ挿入方向と反対方向に立上がり部１２ａを有するヘッダプレート１２の熱交換器とする場合もある。

この場合は、立上がり部１２ａの立ち上がる方向からチューブ挿入孔１４をピアス加工したり、立上がり部１２ａの立ち上がり方向とは反対方向からチューブ挿入孔１４の開口周縁部に面取り加工を行うことができない。そこで、そのようなヘッダプレート１２に対しては、次のようにして面取り加工を行う。要は、チューブ挿入孔１４の破断面１４ｃに面取り加工を行うようにする。

ヘッダプレート１２を製造するには、前記した図３のヘッダプレート製造工程図を参照して説明すると、先ず図３（ａ）に示すように、平板状のプレート１２の両端を立ち上げて立上がり部１２ａを形成するフランジ加工工程を行う。次に、このフランジ加工工程後、プレート１２にチューブ挿入方向とは反対方向（図３（ｂ）の矢印Ａ方向）からチューブ挿入孔１４をピアス加工により形成する。

そして、チューブ挿入孔加工工程後、チューブ挿入孔１４の開口周縁部にチューブ挿入方向（図３（ｃ）の矢印Ａ方向）から面取り面１８を加工する面取り加工工程を行う。こうすることで、チューブ挿入孔１４の破断面１４ｃに対して面取りポンチ２１で面取り加工を行うことができ、ダレ部１４ａに面取り加工を施す場合に比べて面取り加工量を少なくすることができると共に、面取りポンチ２１で加圧する加圧力もダレ部１４ａを面取り加工した場合に比べて小さくすることができる。したがって、上述の各工程を経て形成された面取り面１８を有したヘッダプレート１２を使用すれば、ダレ部１４ａに面取り加工を行う場合よりも大きな面取り加工がなされることからチューブ４の挿入作業を容易なものとすることができる。

なお、チューブ挿入方向と反対方向に立上がり部１２ａが形成されたヘッダプレート１２の場合は、図３の各工程図（図（ａ），（ｂ），（ｃ））における立上がり部１２ａが各図でそれぞれ反対向きになる。

以上、本発明を適用した具体的な実施の形態について説明したが、前記実施の形態は本発明の一例であり、前記実施の形態に制限されることはない。

図１は本実施の形態の熱交換器の正面図である。 図２（ａ）は図１のＡ−Ａ断面図、図２（ｂ）は図１のＢ−Ｂ断面図である。 図３（ａ）はフランジ加工工程図、図３（ｂ）はチューブ挿入孔加工工程図、図３（ｃ）は面取り加工工程図である。 図４（ａ）は面取り加工工程における加工直前の要部拡大断面図、図４（ｂ）は面取り加工工程における加工完了時の要部拡大断面図である。 図５は面取り加工前のチューブ挿入孔の断面形状を示す要部拡大断面図である。 図６（ａ）は従来構造におけるチューブ挿入孔と対向しない部位のヘッダタンク部分の要部拡大断面図、図６（ｂ）は従来構造におけるチューブ挿入孔と対向する部位のヘッダタンクの要部拡大断面図である。 図７（ａ）は従来のフランジ加工工程図、図７（ｂ）は従来のチューブ挿入孔加工工程図、図７（ｃ）は従来の面取り加工工程図である。 図８（ａ）はチューブ挿入孔加工工程後のチューブ挿入孔の断面形状を示す図、図８（ｂ）は面取り加工工程後のチューブ挿入孔の断面形状を示す図である。

符号の説明

１…熱交換器
２…コア部
３…ヘッダタンク
４…チューブ
５…フィン
１１…タンク部
１２…ヘッダプレート
１２ａ…立上がり部
１４…チューブ挿入孔
１４ａ…ダレ部
１４ｂ…せん断面
１４ｃ…破断面
１８…面取り面
１９…面取りダイ
２１…面取りポンチ

Claims (2)

1. 熱交換器（１）のヘッダタンク（３）を構成するヘッダプレート（１２）の製造方法において、
   平板状のプレート（１２）の両端を立ち上げて立上がり部（１２ａ）を形成するフランジ加工工程と、
   前記フランジ加工工程後、前記プレート（１２）を天地逆向きに反転させて前記立上がり部（１２ａ）が立ち上がる方向からチューブ挿入孔（１４）をピアス加工により形成するチューブ挿入孔加工工程と、
   前記チューブ挿入孔加工工程後、前記プレート（１２）を天地逆向きに反転させて前記立上がり部（１２ａ）の立ち上がり方向とは反対方向から前記チューブ挿入孔（１４）の開口周縁部に面取り面（１８）を加工する面取り加工工程とを、備えた
   ことを特徴とするヘッダプレートの製造方法。
2. 熱交換器（１）のヘッダタンク（３）を構成するヘッダプレート（１２）の製造方法において、
   平板状のプレート（１２）の両端を立ち上げて立上がり部（１２ａ）を形成するフランジ加工工程と、
   前記フランジ加工工程後、前記プレート（１２）にチューブ挿入方向とは反対方向からチューブ挿入孔（１４）をピアス加工により形成するチューブ挿入孔加工工程と、
   前記チューブ挿入孔加工工程後、前記チューブ挿入孔（１４）の開口周縁部にチューブ挿入方向から面取り面（１８）を加工する面取り加工工程とを、備えた
   ことを特徴とするヘッダプレートの製造方法。

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