JP2011511922A - シール手段を備えている熱交換器のヘッダータンク - Google Patents

Abstract

シールガスケットを、ヘッダータンクのヘッダープレートに、簡単かつ安全に固定する。
【課題】ヘッダープレートに溝がなくても、ガスケットの位置決めを十分にできるようにする。又、ガスケットの損傷や、不正確な位置決め（ひねり、曲がり、撓み等）をすることはなく、その結果、付加的な装置や複雑な作業の必要性がないようにする。
【解決手段】ヘッダープレートとカバーの間に位置している弾性シール手段は、ヘッダープレートに設けられている一連の受孔（２０）の両端の受孔（２０）に挿入されているチューブ（７）の端部に支えられて、強く張られるようになっている
【選択図】図１

Description

本発明は、熱交換器の分野に関し、主として自動車用の熱交換器に関する。

本発明は、ろう付けされている熱交換器のヘッダータンク、又はヘッダーボックスに関する。すなわち、この熱交換器の各種の部品は、ろう付け工程（ろう材層を設けて専用のろう付け炉に通過させる）により、確実に固定されている。

ラジエータや過給機用熱交換器のような、自動車用の熱交換器は、１つの部品、又は複数の部品から成る吸入室、又は吐出室が形成されているヘッダータンクを備えている。通常、このヘッダータンクは、少なくとも２つの部品から成り、この２つの部品の一方は、ヘッダープレートであり、他方は、ヘッダータンクを閉じるために、ヘッダープレートに固定されているカバーである。

通常、ヘッダータンクには、全金属製タンクと、プラスチック製カバーを備えているタンクの２つのタイプがある。この全金属製のヘッダータンクは、プラスチック製カバーを備えているヘッダータンクに比して、多くの利点を備えている。これは、プラスチック製カバーを備えているタンクは、カバーとヘッダープレート間を完全に流体的にシールするのに、通常、弾性シールガスケットからなるシール手段を固定する必要があるためである。

このヘッダープレートは、シールガスケットを位置決めし、固定される溝、又は凹条を備えている。カバーをシールガスケット上に載置した後に、ヘッダープレートは、通常、ヘッダープレートの外周部に設けられている歯を使ってかしめられる。

更に、小型化のために、一部のヘッダータンクのヘッダープレートは、シールガスケットの位置決めと保持を容易にするための溝、又は凹条を備えていない。

このシールガスケットの位置決め工程が、製造を困難にする根本的原因であるため、従来の主な課題は、カバーの固定に先立って、ヘッダープレートへシールガスケットを位置決めすることである。

このシールガスケットの位置決めが容易でないことについては、いくつかの理由がある。

シールガスケットには、製造上の問題として、撓みを発生することがある。シールガスケットに固有のこの欠点は、シールガスケットの寸法、又はその色のために、容易に識別することができない。また、シールガスケットが長過ぎると、カバーを固定する際に、その側面に縮みが発生する。そのため、シールが不十分になり、程度の差はあるが、長期の間に、流体の漏れが発生することとなる。

シールガスケットの位置決め作業は、機械を使うことが難しいので、通常、手作業で行われている。シールガスケットの自動位置決め作業における主な課題は、容器等に収められている多数のシールガスケットから、適切なシールガスケットを、掴んで取り出すための機械の能力に依存していることである。更に、シールガスケットは、通常ゴム製であるので、容易に破損するおそれがある。

この課題を解決するために、特許文献１〜３には、シールガスケットを強く張っておく方法や手段が開示されているが、この解決策を実行するには、多くの不利や不都合がある。

特許文献１においては、シールガスケットは、４つの隅部に突起を備えており、この突起を、ヘッダープレートの特定の溝内に位置させることにより、ガスケットは四方に張られる。この解決策の大きな不都合は、ヘッダープレートのいくつかの隅部に、溝を設ける必要があるということである。これにより、製造コストは増加し、ヘッダープレートの強度は減少し、特に、周期的圧力に耐える能力が減少する。更に、ガスケットのこの突起が、ヘッダータンク（「集合管」とも呼ばれている）を越えて突出し、ヘッダータンク（容器）の寸法が大となっている。

特許文献２は、特許文献１と非常に良く似た解決策を開示しているが、そのため、後者と同様の不都合を有している。

特許文献３は、カバーの隅部に位置決め用のピンを設けることを開示しており、このピンの目的は、シールガスケットの形状を正しく保持し、できる限り強く張ることである。しかし、この解決策によると、カバーをヘッダープレートに固定するために、カバーをヘッダープレート上方まで運ぶ際に、シールガスケットが落下することがあり、シールガスケットをカバーの長さ方向に正確に位置決めすることが困難である。

ＤＥ４２４３４９５号公報 ＵＳ７１５６４０１号公報 ＦＲ２８６７５５３号公報

本発明の目的は、シールガスケットを、ヘッダープレートに簡単かつ安全に固定し、その後、ヘッダープレート上にカバーを完全に固定する方策を提案することにより、従来技術におけるヘッダータンクの不都合を改善することである。本発明の１つの優れている点は、たとえヘッダープレートに溝が無くても、ガスケットの位置決めを満足にできることである。

従って、本発明の熱交換器のヘッダータンクは、
−「ヘッダープレート」として知られている少なくとも１つの部材。このヘッダープレートは、少なくとも一連の受孔を備えており、この受孔は、プレートの長手方向に配置されており、これに、少なくとも１つの流体が通過する多数のチューブが挿通されて、前記ヘッダープレートに、前記多数のチューブが固定されるようになっている。
−「カバー」として知られている少なくとも１つの部材。このカバーは、前記ヘッダープレートに固定される時、前記ヘッダータンクの少なくとも一部を閉鎖するようになっている。および、
−ヘッダープレートとカバーの間に位置している弾性シール部材とを備え、
前記シール部材は、１つだけの、又は複数で、一連の前記両端の受孔に挿入されている、前記タンク内のチューブの少なくとも一部に支えられて、強く張られるようになっていることを特徴としている。

本発明の利点は、本質的に、ヘッダープレート上へのシール手段の位置決めが、特に信頼できる点にあり、このシール手段は、コア部の両側に位置しているチューブの、タンク内の端部に支えられて強く張られていることにより、シールガスケットを損傷すること無く、シール手段をヘッダープレート上に、カバー（又はカバーの基板）に関して、不正確な位置決め（ひねり、曲がり、撓み等）の可能性が無く、その結果、付加的な装置、又は複雑な作業の必要性が無い。

「チューブの端部」又は「チューブ端」の表現は、ヘッダープレートからヘッダータンク（又はヘッダータンク空間）内に突出しているチューブの終端部、又はヘッダープレートから突起しているフランジを意味している。従って、チューブ端は、チューブ、そして／又はフランジに関連している。

本発明の他の有利な特徴は下記の通りである。
−弾性シール手段は、前記シール手段を強く張るための保持手段を備えている。
−ヘッダープレートは、シール手段が凹みや溝内に位置する必要が無いために、実質上平坦面をしている。
−各保持手段の間の部分は、弾性のシール手段で構成されており、シール手段の他の部分は、弾性でも非弾性でも構わない。
−保持手段は、少なくとも２つの部分から成り、シール手段の平面に事実上垂直で、保持手段の２つの対向端部が、シール手段と結合されている。
−支持部により、チューブの端部に支えられているシール手段の支持部は、前記シールガスケットの面とは異なる高さに位置している。
−チューブに支えられている前述の支持部は、シールガスケットの面より高いか、又は同じ高さである。
−シールガスケットの支持部は、単独で、又は単にチューブの端部でのみ支えられている。

又、本発明は、多数のチューブ等から成る熱交換コア部を備えている熱交換器に関し、各チューブの端部は、それぞれ、ろう付けにより、２つのヘッダータンクに固定されており、前述のように、熱交換器内のガスケットは、前記一連の受孔の両端に位置している開口部を通過して、前記タンク内に挿入されているチューブの、少なくとも一部に支えられて強く張られている。

又、本発明は、前述のように、弾性シール手段のヘッダータンクへの固定方法に関しており、次の連続的工程を備えている。
ａ）少なくとも２つの保持手段を保持する。
ｂ）少なくとも２つの保持手段の間の弾性部分を引き伸ばす（又は長く伸ばす）。
ｃ）ヘッダープレートの外周部の、少なくとも２つのチューブの端部に、シールガスケットを固定する。

この工程ａ），ｂ），ｃ）は、機械を使用して、自動的に行うことが有利であるが、作業者の手作業により行うこともできる。

添付図面と、実施例に関する次の詳細な説明により、本発明をよりよく理解しうると思う。

本発明のシール手段の第１実施例の概略斜視図である。 図１のシール手段のＢ‐Ｂ線における断面図である。 図１のシール手段のＡ‐Ａ線における断面図である。 図１の斜視図で示されているシール手段を、自動的に、又は手動的に固定する方法における第１の工程を示す図である。 図１の斜視図で示されているシール手段を、自動的に、又は手動的に固定する方法における第２の工程を示す図である。 図１の斜視図で示されているシール手段を、自動的に、又は手動的に固定する方法における第３の工程を示す図である。 図１の斜視図で示されているシール手段を、自動的に、又は手動的に固定する方法における第４の工程を示す図である。 図１の斜視図で示されているシール手段を、自動的に、又は手動的に固定する方法における第５の工程を示す図である。 図１の斜視図で示されているシール手段を、自動的に、又は手動的に固定する方法における第６の工程を示す図である。 本発明のシール手段の第２実施例の部分図である。 異なる角度から見た、本発明のシール手段の第２実施例の部分図である。 図１１のシール手段のＢ‐Ｂ線における断面図である。 強く張られているシール手段に作用する力と負荷を示す図１２と同様の断面図である。

図１は、本発明の第１実施例であって、２つの長片３，３'と２つの短片４，４'を有する長方形の枠体２を備える弾性のあるシール手段、すなわちシールガスケットを示す。このシールガスケット１は、２つの垂直保持片５を備えており、各保持片５は、シールガスケット１の枠体２の対向する２つの長片３，３'を、両端部で直角に接続している。この保持片５は、シールガスケット１の外周部により定められる平面に対して直交している。また、図２と図３に示すように、この保持片５は、枠体２に対して、上方へ僅かにオフセットしている。すなわち、シールガスケット１の下面６から上方に位置している。

保持片５を除いて、シールガスケット１の各部材の断面は円形であり、保持片５の断面は、長方形である。シールガスケット１は、断面が円形であると、その使用によく適する。しかし、断面を他の形状とすることも、もちろん可能である。垂直の保持片５の断面は長方形であるが、自動アーム、又は作業者の手により保持するのに適している、例えば円形、長円形等の任意の断面形状としてもよい。

保持片５の厚さや幅は、取り扱いが容易で、かつ後記するチューブ７の端部間に固定するのに、十分強固である限り、任意に選択することができる。

図４〜図９は、タンクのヘッダープレート８へシールガスケット１を固定する連続的工程を示す。ヘッダープレート８への固定方法を示すためのシールガスケット１は、図１と図２に示したものと同一のものである。この固定は、機械（図面では示されていない）を使用して行われる。すなわち、図示していない機械により作動させられる１対の挟み片９，９'を使用して、自動的に行われる。１人の作業者により各工程が行われ、シールガスケット１は、実質上同じ方法で固定される。

図４は、保持片５の上方に位置する対をなす挟み片９，９'を示している。各組の挟み片９，９'は、各保持片５の側面に位置するように下降させられる。

図５は、シールガスケット１を操作しうるように、各保持片５を、各組の保持用挟み片９，９'でしっかりと締め付けているところを示している。

図６は、図４〜図９の右方向に挟み片９'を移動させることにより、ガスケット１を引き伸ばす工程を示している。もちろん、このシールガスケット１を、例えば、保持片５を左方へ、又は、２つの保持片５を同時に引っ張るような別のやり方で引き伸ばすことも可能である。引き伸ばしを行うために、挟み片９を、他の保持片５の位置から遠ざかる方向へ移動させる必要がある。この段階で、シールガスケット１は引き伸ばされ、従って高張力状態になっている。これは、非張力状態時よりもシールガスケット１の寸法が大きいことを意味しており、そのため、ヘッダープレート８上に容易に位置決めすることができる。

図７は、シールガスケット１が、強く張られている状態で、ヘッダープレート８上に配置されている状態を断面で示している。ヘッダープレート８は、その伸長方向に並ぶ複数の受孔２０を備えており、この受孔２０に、少なくとも１つの流体が流れるチューブ７が挿入されている。前記受孔２０の断面は、例えば長方形であり、２つの長辺側が互いに平行であり、短辺側が半円形になっており、チューブ７の断面形と適合した形状を有し、チューブ７の端部が嵌合している。前記各受孔２０は、互いに平行になっており、その長軸は、ヘッダープレート８の長手方向に対して直交している。図示の実施例においては、ヘッダープレート８には、溝や凹条は設けられていない。

保持用挟み片９，９'を使用して、機械により、シールガスケット１をヘッダープレート８上に移動させ、その後、シールガスケット１を降下させることにより、挟み片９，９'を取り付ける。

図８においては、シールガスケット１の張力が減少するように、２組の保持用挟み片９，９'は、元の位置に戻されている。１つの保持片５が引き伸ばされている場合は、２組の挟み片９，９'の内の１つが、互いに対する元の位置へ戻される。図８の工程中に、シールガスケット１の張力が減少するが、この張力はゼロではなく（又は、比較的高いこともある）、これは、図面には示されていないが、シールガスケット１が、熱交換器のコアの端に位置しているチューブ７の端部に支えられているか、少なくとも、２本のチューブ７、７の端部に張力が作用していることを意味する。

次に、図９に示すように、この２組の保持用挟み片９，９'を上昇させるとともに、開かして保持片５の保持を解除する。

図１０〜図１３は、本発明の第２実施例を示す。

この第２のシールガスケット１'は、図１〜図９のシールガスケット１とは、保持片５の形状や位置が本質的に異なっている。このシールガスケット１'は、前述同様、図１０と図１１に示すように、２つの長片３、３'と、２つの短片４、４'とから成る長方形で、４つの隅部はそれぞれ丸みを有しており、ヘッダープレート８'の内周部や周辺部に適した形状をしている。

更に、この実施例においては、保持片１０は、シールガスケット１'の両端部、すなわち、２つの対向している短片４，４'の近くに、それぞれ位置している。

保持片５，１０の数は、第１実施例又は第２実施例に拘らず、ほとんど重要ではないことに注意するべきである。このことは、１つだけの保持片、又は２つ以上の保持片を、シールガスケット１，１'の適当な位置に設けることも、将来的に可能であることを意味している。この保持片５，１０は、シールガスケット１，１'、さらに具体的に言うと、シールガスケット１，１'の外周部、すなわち枠体２とは異なる材料、例えば、シールガスケット１，１'の外周部、すなわち枠体２の材料よりも強く、弾力性が小さい別のプラスチックで形成されている。例えば保持片５，１０をポリアミド製とし、シールガスケット１，１'をラテックスゴム製とし、その外周部、すなわち枠体２に、保持片５、１０が結合されている。

これに関連して、シールガスケット１，１'の各保持片５又は１０の間の部分は、保持片５又は１０を移動させることにより、容易に引き伸ばせるように、本質的にシールガスケット１，１'の弾性部分であることが重要である。

第２実施例における保持片１０は、チューブ７の１つの以上の端部と接触する上向突部１２と、シールガスケット１'の枠体２と上向突部１２とを結ぶ凹入部１３との２つの部分から成る軸方向の突起部を備えている。この凹入部１３は、シールガスケット１'の枠体２から、枠体２とほぼ同じ高さにあり、上向突部１２は、凹入部１３の上方に位置し、軸方向を向いている。従って、上向突部１２は、凹入部１３と軸方向に変位しており、この凹入部１３は、上向突部１２に対する食い込み部となっている。換言すると、上向突部１２は、チューブ７と接触する、シールガスケット１'の一部分である。

第２実施例のシールガスケット１'の、この特別な構造は、シールガスケット１'の張力の受け方に関して、優れた効果を発揮する。シールガスケット１'が、自動又は手動により、第１実施例と実質的に同じ要領で取り付けられるので、シールガスケット１'をヘッダープレート８'上に置いて、張力の一部を弛めた時に、シールガスケット１'には、図１３の矢印１４で示す、接触のための自然的傾向（弾性戻り力）が生じる。そのため、シールガスケット１'の上向突部１２がチューブ７の端部により押し戻され、それに伴う合力１５が、保持片１０の凹入部１３を、ヘッダープレート８における受孔２０に続くフランジ１６を強く押すこととなる。そのため、シールガスケット１'のねじれや曲げの危険性は回避される。更に、シールガスケット１'の上向突部１２により、チューブ７の端部は強く押圧され、ヘッダープレート８'からフランジ１６が突出している場合には、フランジ１６も、強く押圧される。

図には示されていないカバーが、当業者によく知られている方法で、ヘッダープレート８，８'に固定されている。例えば、図に示されていない歯が、この目的のためにヘッダープレート８，８'に設けられており、この歯を利用して、ヘッダープレート８，８'が、カバーの端部に圧着される。

１，１' シールガスケット
２ 枠体
３，３' 長片
４，４' 短片
５ 保持片
６ 下面
７ チューブ
８，８' ヘッダープレート
９，９' 挟み片
１０ 保持片
１１ 端部
１２ 上向突部
１３ 凹入部
１４ 矢印
１５ 合力
１６ フランジ
２０ 受孔

Claims (11)

1. 熱交換器用のヘッダータンクであって、
   ヘッダープレート（８）（８’）の少なくとも一部と、
   カバーの少なくとも一部と、
   弾性を有するシール部材（１）（１’）を備え、
   前記ヘッダープレート（８）（８’）は、少なくとも一列の受孔（２０）を有し、前記列は、プレートの延びる方向に配置され、前記受孔は、複数のチューブ（７）または類似物の通路用に設けられ、前記複数のチューブ（７）または類似物を通して少なくとも１つの流体が流れ、前記ヘッダープレートは、前記複数のチューブを固定するようになっており、前記カバーは、前記ヘッダープレート（８）（８’）に固定されたときに少なくとも一部分において前記ヘッダータンクを閉じるようになっており、前記シール部材（１）（１’）は、前記ヘッダープレート（８）（８’）とカバーの間に位置し、
   前記シール部材（１）（１’）は、チューブ（７）の前記タンクに現れる少なくとも一部分に、支えられかつ強く引っ張られるように、配置され得るようになっており、前記チューブ（７）は、受孔の前記単数または複数の列の反対端に位置する受孔を通過することを特徴とするヘッダータンク。
2. 前記シール部材（１）（１’）は、これを強く引っ張るための保持手段（５）（１２）を備えていることを特徴とする請求項１記載のヘッダータンク。
3. 前記ヘッダープレート（８）（８’）は、実質的に平面に沿って広がり、前記シールガスケット（１）（１’）は、専用の凹みまたは溝に位置しないことを特徴とする請求項１または２記載のヘッダータンク。
4. 保持手段（５、１１と１２）の間に位置する領域は、シール部材（１）（１’）の弾性領域を構成し、前記手段の他の領域が、弾性または非弾性となることが可能である、請求項２記載のヘッダータンク。
5. 保持手段（５）は、シール部材（１）の広がる平面に実質的に直交する少なくとも２つの部分から成り、また前記部材（１）の２つの対向する端部（３）（３’）を接続していることを特徴とする請求項２または４記載のヘッダータンク。
6. 支持部（１２）は、前記シールガスケットが広がる面とは異なる高さに位置し、前記支持部（１２）により、前記シール部材（１）（１’）は、チューブ（７）の端部に支えられていることを特徴とする請求項１記載のヘッダータンク。
7. チューブ（７）の端部に支えられている前記支持部（１２）は、前記シールガスケット（１’）が広がる面より高い位置にあるか、または同じ平面にあることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のヘッダータンク。
8. 前記シールガスケット（１）（１’）が支えられている前記支持部（１２）は、単独で、またはチューブの端部上のみであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のヘッダータンク。
9. 特に自動車用の熱交換器であって、複数のチューブ（７）または類似物から成る熱交換コアを備え、前記複数のチューブ（７）または類似物の端部は、２つのヘッダータンクにろう付けによってそれぞれ固定され、
   ２つのヘッダータンクの少なくとも１つは、請求項１〜８のいずれか１項に記載のヘッダータンクであり、前記ガスケットは、チューブの前記タンクに現れる少なくとも一部分に、支えられかつ強く引っ張られるように、配置され得るようになっており、前記チューブは、受孔の前記単数または複数の列の反対端に位置する受孔を通過することを特徴とする熱交換器。
10. 弾性シール部材（１）（１’）を、請求項１〜９のいずれか１項に記載のヘッダータンクに固定する方法であって、
    ａ）少なくとも２つの保持手段（５）（１２）を保持するステップ、
    ｂ）少なくとも２つの保持手段（５）（１２）の間の弾性領域を引き延ばすステップ、
    ｃ）前記シール部材（１）（１’）を、受孔の前記単数または複数の列の対向する端部に位置するチューブ（７）の少なくとも２つの端部に取り付けるステップ、
    である一連のステップを備える方法。-
11. ステップａ）、ｂ）、ｃ）は、機械を使用して自動的に、またはオペレーターにより行われることを特徴とする請求項１０に記載の方法。

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