JP2009014270A

JP2009014270A - 熱交換器及びチューブ挿入孔形成方法

Info

Publication number: JP2009014270A
Application number: JP2007176607A
Authority: JP
Inventors: Seiji Masuko; 清二益子
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2007-07-04
Filing date: 2007-07-04
Publication date: 2009-01-22

Abstract

【課題】余計な設備を必要とせずにチューブ挿入部でのろう付けによる気密不良を解消する。
【解決手段】熱交換器において、ヘッダタンク３にバーリング加工にてチューブ端部４Ａを挿入させるチューブ挿入孔１１を形成し、バーリング加工によりタンク内部に突き出たチューブガイド片１２の先端部１２Ｂをチューブ挿入孔内側に折り曲げた形状とし、チューブ４の幅をＢ、チューブ挿入孔１１の幅をＣ、チューブガイド片１２の先端部１２Ｂ間の幅をＡとしたときに、Ａ＜Ｂ＜Ｃなる関係とした。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えば熱交換器及びチューブ挿入孔形成方法に関する。

通常、熱交換器は、ヘッダタンク、チューブ、フィンなどの主要構成部品をろう付け加工により接合して製造されている。ろう付け加工により製造される熱交換器では、各構成部品の接合部位を確実にろう付けすることが要求されるが、中でもチューブ挿入部の気密状態が最も重要である。

チューブ挿入孔は、例えば図６の各工程図で示すように、バーリング加工によって加工される。先ず、最初に図６（ａ）に示すように、ダイ１０１とパッド１０２で挟まれたヘッダタンク１０３に、先端が尖ったポンチ１０４を接触させて位置決めする。次に、図６（ｂ）に示すように、ポンチ１０４をダイ１０１側へ押し込んでポンチ先端部１０４ａでヘッダタンク１０３に塑性変形を起こさせる。

この状態からポンチ１０４を更にダイ１０１側へ押し込んで行くと、図６（ｃ）に示すように、タンク素材の破断域に到達しポンチ先端部１０４ａからヘッダタンク１０３に亀裂が生じる。そして、図６（ｄ）に示すように、ポンチ１０４がヘッダタンク１０３の板厚を突き抜けると、板厚が均一な部位Ａと塑性変形により板厚が減少しナイフエッジとなる部位Ｂとされたチューブガイド片１０５が形成される。板厚を突き抜けたポンチ１０４を引き抜くことで、ヘッダタンク１０３にはチューブ挿入孔１０６が形成される。

チューブ挿入孔１０６の寸法精度を高めるには、ポンチ１０４の幅寸法を板厚の２％程度大きくすることで、チューブガイド片１０５にしごきを与えるようにする。しごきは、チューブガイド片１０５の板厚が均一な部位Ａに対しては有効に作用する（スプリングバックを抑止する効果を得ることができる）が、チューブガイド片１０５の板厚が減少しナイフエッジとなる部位Ｂは板厚が減少しており、この部位Ｂではその効果は得られない。その結果、ヘッダタンク１０３を金型から取り出すと、チューブガイド片１０５の板厚が減少しナイフエッジとなった部位Ｂは、スプリングバックによりチューブ挿入孔内側へ戻ることとなる。

また、ポンチ先端部１０４ａの磨耗状態や破断位置が中心から僅かにずれた場合やポンチ１０４とダイ１０１の位置精度の僅かな狂いなどで、チューブガイド片１０５の板厚が減少しナイフエッジとなる部位Ｂの形状が左右対称とならず、図７で示すようにチューブ挿入工程でチューブ１０７がチューブ挿入孔１０６の中心からずれた位置へ移動することとなる。

その結果、チューブ１０７とチューブ挿入孔１０６とで出来る間隙寸法に左右差が生じ、大きな隙間が開いた部位はろう付け性が損なわれ、ろう付け気密不良の原因となる。また、ろう付けにあっては、ろう付けラインの中でチューブ１０７に対して一点以上の接触点が必要となるが、前記したチューブ挿入孔１０６では、その接触点が不安定となり、ろう付け不良の要因となる。

このろう付け気密不良の解決方法として、例えば図８（ａ），（ｂ）に示すように、タンクプレート１０８にバーリング加工して形成したチューブ挿入孔１０９の隣接部にビード部１１０を形成し、図９に示すようにチューブ挿入孔１０９にチューブ１０７を挿入した後、ビード部１１０を潰すことでチューブ挿入孔１０９の開口周縁部を前記チューブ１０７に密着させて、ろう付け工程での気密不良を解決している（例えば、特許文献１に記載）。ビード部１１０を潰すには、プレス機械のベース１１１上に載せたビード部１１０をプレス部１１２で加圧する。
実公平７−４０８６６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、ビード部１１０を潰すための装置が別途必要となり設備費用が発生する。また、この工程をフィン・チューブ・タンクの組み付け工程に適用した場合、組み付け工程のサイクルタイムが伸び、生産性が低下するという問題が生じる。

そこで、本発明は、余計な設備を必要とせずにチューブ挿入部でのろう付けによる気密不良を解消することのできる熱交換器及びチューブ挿入孔形成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、冷媒を内部に流通させるチューブと、放熱用のフィンとを交互に積層したコア部に、ヘッダタンクを取り付けた熱交換器において、前記ヘッダタンクにバーリング加工にてチューブ端部を挿入させるチューブ挿入孔を形成し、バーリング加工によりタンク内部に突き出たチューブガイド片の先端部をチューブ挿入孔内側に折り曲げた形状とし、前記チューブの幅をＢ、チューブ挿入孔の幅をＣ、チューブガイド片の先端部間の幅をＡとしたときに、Ａ＜Ｂ＜Ｃなる関係とし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にチューブの端部を挿入させるチューブ挿入孔を形成するチューブ挿入孔形成方法において、前記ヘッダタンクにバーリング加工によりポンチで孔を開けてチューブ挿入孔を形成するチューブ挿入孔加工工程と、前記バーリング加工によりタンク内部に突き出たチューブガイド片の先端部をチューブ挿入孔内側に折り曲げるリストライク加工工程とを、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、チューブの幅をＢ、チューブ挿入孔の幅をＣ、チューブガイド片の先端部間の幅をＡとしたときに、Ａ＜Ｂ＜Ｃなる関係としたので、チューブの挿入によりチューブガイド片の先端部が押し広がりながらもその弾性によりチューブと密着状態を保ちながら当該チューブを挿入させることになるため、チューブガイド片の先端部とチューブとが隙間を生じることなく接触する。この接触部位がろう付け工程での毛細管現象による接触点として機能することになり、ろう付けによる気密不良を解消することができる。

請求項２に記載の発明によれば、バーリング加工によりタンク内部に突き出たチューブガイド片の先端部をチューブ挿入孔内側に折り曲げるリストライク加工を行うことで、チューブがチューブ挿入孔に挿入されたときに前記チューブガイド片の先端部がチューブに弾発接触して、当該チューブの中心とチューブ挿入孔の中心を合致させる。これにより、チューブ挿入孔とチューブ間の左右の隙間寸法をほぼ同一寸法にすることができる。

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」
図１は本実施の形態の熱交換器の一例を示す斜視図、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斜視図、図３は図１の熱交換器におけるチューブ挿入部位を示す要部拡大図、図４（ａ）は図１の熱交換器におけるチューブ挿入孔にチューブを挿入する直前の状態を示す要部拡大断面図、図４（ｂ）は図１の熱交換器におけるチューブ挿入孔にチューブを挿入完了した状態を示す要部拡大断面図である。

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、波形に形成された放熱用のフィン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。本実施の形態では、半円弧状をなす２つのタンク３Ａ、３Ｂを接合一体化したヘッダタンク構造としてあるが、平板形状のプレートと半円弧状のタンクとを接合一体化したヘッダタンク構造であってもよい。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には、図２に示すように、チューブ４の両端であるチューブ端部４Ａをタンク内部に挿入させるチューブ挿入孔１１が形成されている。このチューブ挿入孔１１は、ヘッダタンク３に対してポンチにてバーリング加工することにより形成されている。バーリング加工されることによりチューブ挿入孔１１の開口周縁部には、図３に示すように、ヘッダタンク３の一部がポンチ（図示は省略する）で押し切られることによりタンク内部へと突出するチューブガイド片１２が形成される。

チューブガイド片１２は、前記チューブ４の挿入をガイドする機能を持ち板厚がほぼ均一なガイド部位１２Ａと、チューブ４の中心とチューブ挿入孔１１の中心を合致させると共にろう付け時の接触点としての機能を持ち塑性変形により板厚が減少しナイフエッジとなる先端部位（先端部）１２Ｂとからなる。このチューブガイド片１２の先端部位１２Ｂは、図４（ａ），（ｂ）に示すように、バーリング加工後に行われるリストライク加工によってチューブ挿入孔内側に折り曲げられている。

チューブ４とチューブ挿入孔１１との関係は、図４（ａ）に示すように、チューブ４の幅をＢ、チューブ挿入孔１１の幅（具体的にはチューブガイド片１２のガイド部位１２Ａ間の幅）をＣ、チューブガイド片１２の先端部位１２Ｂ間の幅をＡとしたときに、Ａ＜Ｂ＜Ｃなる関係となっている。

チューブ挿入孔１１の幅Ｃは、チューブ４の挿入時に必要なクリアランスを確保した寸法設計の元に決められ、また、ろう付け接合時における毛細管現象を得るための継手隙間（例えば０．１ｍｍ程度以下）で規制されたなかで決められている。チューブガイド片１２の先端部位１２Ｂの幅Ａは、チューブ４の幅Ｂより０．２ｍｍ〜０．５ｍｍ程度小さく設定されている。

このような寸法関係とされたチューブ挿入孔１１にチューブ４を挿入すると、チューブ挿入孔１１の幅Ｃはチューブ４の幅Ｂに対してクリアランス分だけ広くされているため、チューブ４はチューブガイド片１２のガイド部位１２Ａにガイドされながらタンク内部へと案内されて挿入されて行く。

そして、チューブ４の幅Ｂよりも狭くなったチューブガイド片１２の先端部位１２Ｂにチューブ４の先端が達すると、チューブ４の挿入により前記先端部位１２Ｂが外側に押し広げらて行く。このとき、チューブガイド片１２の先端部位１２Ｂが外側に押し広げられることによる反力（弾性力）で、当該先端部位１２Ｂがチューブ４に対して密着状態を保ちながら前記チューブ４を挿入させる。

このチューブガイド片１２の弾性力によって、バーリング加工時におけるポンチとダイの位置精度の狂いやポンチ先端の摩耗などによりチューブ４の中心とチューブ挿入孔１１の中心との間に位置ずれが生じていても、この位置ずれを修正して合致させることができる。そのため、本実施の形態の熱交換器１では、チューブ４とチューブ挿入孔１１の左右の隙間寸法をほぼ同一寸法にすることができ、また、ろう付け時の毛細管現象の接触点をこのチューブガイド片１２の先端部位１２Ｂにて確保することができる。これにより、チューブ挿入部におけるろう付け気密不良を解消することができる。

「チューブ挿入孔形成方法」
次に、ヘッダタンク３に形成されるチューブ挿入孔１１の形成方法について説明する。

図５（ａ）はリストライク加工工程を示し、リストライク加工前の状態を示す図、図５（ｂ）はリストライク加工工程を示し、リストライク加工完了状態を示す図である。

先ず、ヘッダタンク３にバーリング加工によりチューブ挿入孔１１を形成するチューブ挿入孔加工工程を行う。すなわち、図５（ａ）に示すように、ヘッダタンク３を位置決めした後、このヘッダタンク３にバーリング加工用のポンチ１３を押し付けて加圧し、当該部位をポンチ１３で押し切る。これにより、ヘッダタンク３には、チューブ挿入孔１１が形成される。

次に、バーリング加工によりタンク内部に突き出たチューブガイド片１２の先端部位１２Ｂをチューブ挿入孔内側に折り曲げるリストライク加工工程を行う。リストライク加工は、図５（ａ）に示すように、チューブガイド片１２の先端部位１２Ｂをチューブ挿入孔内側に折り曲げるように加工した凹部１４を形成してなるダイ１５を用い、このダイ１５を図５（ｂ）に示すように前記先端部位１２Ｂに押し付けて加圧する。

そして、ダイ１５による加圧終了後にポンチ１３及びダイ１５からヘッダタンク３を取り出すと、チューブガイド片１２の先端部位１２Ｂは、チューブ挿入孔１１の内側に折り曲げられた形状となる。

以上のようにしてヘッダタンク３にチューブ挿入孔１１を形成すれば、チューブ４がチューブ挿入孔１１に挿入されたときに前記チューブガイド片１２の先端部位１２Ｂがチューブ４に弾発接触して、当該チューブ４の中心とチューブ挿入孔１１の中心を合致させることが可能となる。

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一例を示す斜視図である。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斜視図である。図３は図１の熱交換器におけるチューブ挿入部位を示す要部拡大図である。図４（ａ）は図１の熱交換器におけるチューブ挿入孔にチューブを挿入する直前の状態を示す要部拡大断面図、図４（ｂ）は図１の熱交換器におけるチューブ挿入孔にチューブを挿入完了した状態を示す要部拡大断面図である。図５（ａ）はリストライク加工工程を示し、リストライク加工前の状態を示す図、図５（ｂ）はリストライク加工工程を示し、リストライク加工完了状態を示す図である。図６（ａ）はバーリング加工工程における加工開始状態を示す図、図６（ｂ）はバーリング加工工程における加工初期状態を示す図、図６（ｃ）はバーリング加工工程における加工途中状態を示す図、図６（ｄ）はバーリング加工工程における加工完了状態を示す図である。図７は従来のチューブ挿入孔にチューブが挿入された状態を示す要部拡大断面図である。図８（ａ）はチューブ挿入孔の隣接部にビード部を形成した従来のタンクプレートの要部拡大斜視図、図８（ｂ）はその断面図である。図９はチューブ挿入孔にチューブを挿入した後にビード部を潰してチューブとチューブ挿入孔との隙間を無くすための加圧加工工程を示す図である。

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…チューブ挿入孔
１２…チューブガイド片
１２Ａ…チューブガイド片のガイド部位
１２Ｂ…チューブガイド片の先端部位
１３…ポンチ
１５…ダイ

Claims

冷媒を内部に流通させるチューブ（４）と、放熱用のフィン（５）とを交互に積層したコア部（２）に、ヘッダタンク（３）を取り付けた熱交換器（１）において、
前記ヘッダタンク（３）にバーリング加工にてチューブ端部（４Ａ）を挿入させるチューブ挿入孔（１１）を形成し、バーリング加工によりタンク内部に突き出たチューブガイド片（１２）の先端部（１２Ｂ）をチューブ挿入孔内側に折り曲げた形状とし、
前記チューブ（４）の幅をＢ、チューブ挿入孔（１１）の幅をＣ、チューブガイド片（１２）の先端部（１２Ｂ）間の幅をＡとしたときに、Ａ＜Ｂ＜Ｃなる関係とした
ことを特徴とする熱交換器。
熱交換器（１）のヘッダタンク（３）にチューブ（４）の端部を挿入させるチューブ挿入孔（１１）を形成するチューブ挿入孔形成方法において、
前記ヘッダタンク（３）にバーリング加工によりポンチ（１３）で孔を開けてチューブ挿入孔（１１）を形成するチューブ挿入孔加工工程と、
前記バーリング加工によりタンク内部に突き出たチューブガイド片（１２）の先端部（１２Ｂ）をチューブ挿入孔内側に折り曲げるリストライク加工工程とを、備えた
ことを特徴とするチューブ挿入孔形成方法。