JP2019190754A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】かしめ座面に対する微細な加工工具を用いた切削加工を必要とせずに、簡単な切削加工によってかしめ座面の寸法精度を確保することができる構造を備えた熱交換器を提供する。【解決手段】タンク４００は、かしめプレート３００に対応した開口部４０１の外周面４０６の一部が開口部４０１の周方向において断続的に凹むことで、山部４０７と谷部４０８とが周方向に交互に設けられた山谷部４０２を有する。タンク４００は、開口部４０１の外周面４０６のうち山谷部４０２のダクト１００側に形成され、開口部４０１の外周面４０６に周方向に一周連続して形成された溝部４０３を有する。タンク４００は、溝部４０３を構成する壁面のうちダクト１００側の壁面であると共に、山部４０７に対向するかしめ座面４０４を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、熱交換器に関する。

従来より、第１流体と第２流体との熱交換を行うコア部と、コア部を収容すると共に第１流体が流れるダクトと、内燃機関に接続されるタンクと、を備えた熱交換器が、例えば特許文献１で提案されている。タンクは接続部品としての枠状のかしめプレートを介してダクトに固定される。かしめプレートはダクトに固定されている。

タンクは、開口部及び外周部を有している。開口部は、かしめプレートの溝部に挿入される部分である。外周部は、かしめプレートにかしめ固定される部分である。また、外周部は、開口部のうちの外壁部分である。

外周部は、開口部の外周面に形成された山部及び谷部を有している。すなわち、山部及び谷部は、開口部の周方向に交互に配置されている。また、山部及び谷部は、ダクトに流れる第１流体の進行方向に対して垂直な方向に凹凸を繰り返すように形成されている。これにより、谷部に対応する部分にかしめ座面が形成されている。山部はかしめ座面に一体化されている。かしめ座面は、外周面に垂直な面であり、ダクトに流れる第１流体の進行方向に対して垂直な方向に平行な面である。

そして、かしめプレートの波かしめ部がタンクの外周部を覆うと共に、谷部に対応する部分が当該谷部に対応した形状になるように変形している。これにより、波かしめ部のうち谷部に対応する部分がかしめ座面に引っ掛かると共に、波かしめ部が外周部の全体を波状にかしめ固定する。

特開２０１７−１９４２１１号公報

上記従来の技術において、タンクを鋳造によって製造することが考えられる。すなわち、砂を固めて作った砂型等の鋳型に溶かした金属を流し込み、冷やすことでタンクを製造する。

しかし、鋳型によって製造された金属製のタンクの表面は凹凸があったり、粗くなっているので、平面度や面粗度を確保する必要がある。特に、タンクのうち、かしめプレートの波かしめ部が接触するかしめ座面の寸法精度を確保する必要がある。

そこで、かしめ座面を加工工具で切削加工することで、かしめ座面の平面度や面粗度を確保することが考えられる。しかし、山部がかしめ座面に一体化されているので、加工工具を山部の形状に合わせてかしめ座面の山谷方向に移動させつつ、開口部の周方向に移動させなければならない。このため、微細な加工工具を用いた複雑な加工が必要になり、膨大な加工時間が必要になってしまうという問題がある。

本発明は上記点に鑑み、かしめ座面に対する微細な加工工具を用いた切削加工を必要とせずに、簡単な切削加工によってかしめ座面の寸法精度を確保することができる構造を備えた熱交換器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、熱交換器は、流入口（１０１）から第１流体が流入すると共に流出口から第１流体が排出されるダクト（１００）と、ダクトに収容され、第２流体とダクトに流れる第１流体との熱交換を行うコア（２００）と、ダクトの流入口及び流出口の開口形状に対応した枠状に形成され、ダクトの流入口及び流出口に固定されたかしめプレート（３００）と、かしめプレートのうちダクト側とは反対側にかしめ固定されたタンク（４００）と、を含んでいる。

タンクは、かしめプレートに対応した開口部（４０１）と、開口部の外周面（４０６）の一部が開口部の周方向において断続的に凹むことで、山部（４０７）と谷部（４０８）とが周方向に交互に設けられた山谷部（４０２）と、開口部の外周面のうち山谷部のダクト側に形成され、開口部の周方向において少なくとも山谷部が設けられた範囲に形成され、山部のうちのダクト側を一部の壁面（４０９）とする溝部（４０３）と、溝部を構成する壁面のうちダクト側の壁面であると共に、山部に対向する壁面であるかしめ座面（４０４）と、を有している。

かしめプレートは、溝部及び山谷部を覆うと共に、山谷部に対応した波形状になっており、ダクト側の端部（３０４）がかしめ座面に接触することでタンクの開口部をかしめ固定する波かしめ部（３０３）を有している。

これによると、タンクにおいて、山谷部とかしめ座面との間には溝部による空間が設けられている。このため、加工工具を山谷方向に移動させることなく、開口部の周方向に移動させることのみによってかしめ座面を加工することができる。したがって、かしめ座面に対する微細な加工工具（４１１）を用いた切削加工を必要とせずに、簡単な切削加工によってかしめ座面の寸法精度を確保することができる。

なお、この欄及び特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

第１実施形態に係る熱交換器の上面図である。 タンクの一部を示した斜視図である。 図１のIII−III断面図である。 図１のIV−IV断面図である。 かしめ座面を加工する様子を示した斜視図である。 比較例において、かしめ座面を加工する様子を示した斜視図である。 第２実施形態に係るタンクの一部を示した斜視図である。 第３実施形態に係るタンクの一部を示した斜視図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態に係る熱交換器は、過給機にて加圧されて高温になった過給気と冷却水とを熱交換させて吸気を冷却する水冷式インタークーラとして用いられる。

図１〜図４に示されるように、熱交換器１は、ダクト１００、コア２００、かしめプレート３００、及びタンク４００を備えて構成されている。

ダクト１００は、第１流体としての過給気が通る部品である。例えば、ダクト１００は、アルミニウム等の金属薄板が所定の形状にプレス加工された第１ダクトプレート及び第２ダクトプレートが筒状に組み合わされることで構成されている。

ダクト１００は、流入口１０１から過給気を導入すると共に流出口から過給気を排出する。したがって、過給気はダクト１００の流入口１０１からダクト１００の内部の吸気流路に流入する。また、過給気は吸気流路を流れてダクト１００の流出口から外部に流出する。すなわち、図１及び図３に示されるように、過給気は過給気流れ方向に沿ってダクト１００の内部を流れる。ダクト１００の流入口１０１及び流出口は、略矩形に形成されている。

なお、図１等では過給気流れ方向の具体的な方向が示されているが、過給気は逆方向に流れても良い。この場合、ダクト１００の流入口１０１と流出口とが逆転する。

また、図１に示されるように、ダクト１００は、第２流体としての冷却水が通る図示しない配管が接続される冷却水側パイプ１０２を有している。熱交換器１は、冷却水を冷却する図示しない熱交換器と当該配管を介して接続される。

コア２００は、冷却水とダクト１００に流れる過給気とを熱交換する熱交換部を含んでいる。図３及び図４に示されるように、コア２００は、ダクト１００に収容されており、ダクト１００とろう付けされている。また、コア２００は、アルミニウム等の金属部材によって形成されている。図示しないが、コア２００は、クーリングプレート、アウターフィン、及びスペーサプレートが組み合わされて構成されている。

クーリングプレートは、図１に示された長手方向に冷却水が通る流路と、図３及び図４に示されたクーリングプレートの積層方向に冷却水が通る流出入部と、を構成する。アウターフィンは、コアの熱交換部に設けられている。熱交換部において、アウターフィンは、クーリングプレートとアウターフィンとが交互に積層されている。スペーサプレートは、コア２００のうち流出入部側に配置されると共に端部が折り曲げられていることで、流出入部に過給気が流入することを抑制する役割を果たす。

かしめプレート３００は、ダクト１００を筒状に維持した状態で固定すると共に、タンク４００を固定するための中継部品である。かしめプレート３００は、アルミニウム等の金属薄板がプレス加工されて形成されている。かしめプレート３００は、ダクト１００の流入口１０１及び流出口の開口形状に対応した略矩形の枠状に形成されている。そして、かしめプレート３００は、ダクト１００の流入口１０１及び流出口にそれぞれ固定されている。

図３及び図４に示されるように、かしめプレート３００は、凹み部３０１、梁部３０２、及び波かしめ部３０３を有している。

凹み部３０１は、ダクト１００の流入口１０１及び流出口に沿ってダクト１００側に凹んだ部分である。溝部４０３は、タンク４００の開口端部が差し込まれる部分である。また、凹み部３０１は、ダクト１００に固定される部分である。

梁部３０２は、かしめプレート３００のうちの異なる２カ所を繋ぐ部分である。梁部３０２は、かしめプレート３００の一方の長辺部と他方の長辺部とを繋いでいる。梁部３０２は、かしめプレート３００がプレス加工によって形成された後の歪みや変形を防止する役割を果たす。

波かしめ部３０３は、タンク４００をかしめプレート３００にかしめ固定する部分である。波かしめ部３０３は、凹み部３０１に接続されている。図３では波かしめ部３０３のうち変形していない部分が示され、図４では波かしめ部３０３のうち変形した部分が示されている。

タンク４００は、過給気が通る配管である。タンク４００は、かしめプレート３００のうちダクト１００及びコア２００側とは反対側に、かしめプレート３００の波かしめ部３０３によってかしめ固定されている。

タンク４００は、鋳造によって形成されている。鋳造の方法には、例えば砂で形成された鋳型に溶かした金属を流し込んで成形する方法だけでなく、金属の型に溶かした金属を流し込んで成形するダイキャストの方法も含まれる。

図２〜図４に示されるように、タンク４００は、開口部４０１、山谷部４０２、溝部４０３、及びかしめ座面４０４を有している。開口部４０１は、かしめプレート３００の凹み部３０１に対応した部分であり、パッキン４０５を介して凹み部３０１に挿入された部分である。

図２に示されるように、山谷部４０２は、開口部４０１の外周面４０６の一部が開口部４０１の周方向において断続的に凹んだ部分である。山谷部４０２は、開口部４０１の周方向に交互に設けられた山部４０７と谷部４０８とを有している。なお、開口部４０１の周方向は、図１に示された長手方向に平行な方向である。

溝部４０３は、開口部４０１の外周面４０６の一部が開口部４０１の周方向に沿って凹んだ部分である。具体的には、溝部４０３は、開口部４０１の外周面４０６のうち山谷部４０２のダクト１００側に形成されている。つまり、溝部４０３は、山谷部４０２の隣に形成されている。これにより、図３に示されるように、溝部４０３は、山部４０７のうちのダクト１００側を一部の壁面４０９としている。

本実施形態では、溝部４０３は、開口部４０１の周方向において、開口部４０１の外周面４０６に一周連続して形成されている。したがって、溝部４０３は、開口部４０１において、山谷部４０２が形成されていない部分にも形成されている。

かしめ座面４０４は、溝部４０３を構成する壁面のうちダクト１００側の壁面である。かしめ座面４０４は、開口部４０１の外周面４０６に垂直な面である。かしめ座面４０４は、山部４０７の壁面４０９に対向する壁面である。かしめ座面４０４は、タンク４００が鋳造によって製造された直後では凹凸の状態になっている。よって、加工工具によって加工されることで、かしめ座面４０４の寸法精度が確保されている。かしめ座面４０４の寸法精度とは、過給気流れ方向において、かしめプレート３００の波かしめ部３０３が接触する位置の精度である。

上記の構成において、かしめプレート３００の波かしめ部３０３は、タンク４００の外周面４０６を覆うと共に、谷部４０８に対応した部分が当該谷部４０２に対応した形状になっている。すなわち、波かしめ部３０３は、溝部４０３及び山谷部４０２を覆うと共に、山谷部４０２に対応した波形状になっている。これにより、波かしめ部３０３が開口部４０１の外周面４０６の全体を波状にかしめ固定する。

かしめ固定は、タンク４００がかしめプレート３００に差し込まれると共に、外周面４０６が波かしめ部３０３に覆われ、波かしめ部３０３のうち谷部４０８に対応した部分が図示しないパンチによって谷部４０８側に押し込まれることで行われる。これ伴い、波かしめ部３０３のうち谷部４０８に対応した部分が当該谷部４０８側に変形させられる。

そして、波かしめ部３０３のうち全ての谷部４０８に対応した部分がパンチによって変形させられる。この際、図４に示されるように、波かしめ部３０３のうちのダクト１００側の端部３０４がかしめ座面４０４に接触することで、タンク４００の開口部４０１が波かしめ部３０３にかしめ固定される。このようにして、タンク４００がかしめプレート３００にかしめ固定される。

かしめ固定後は、波かしめ部３０３の端部３０４がかしめ座面４０４に接触することで、波かしめ部３０３がかしめ座面４０４に引っ掛かる。これにより、タンク４００がかしめプレート３００から外れてしまうことはない。

なお、図１に示されたタンク４００の外形は、過給気の導入側と排出側とで異なっているが、これは一例である。タンク４００の外形は、過給気の導入側と排出側とで同じになっていても良い。

以上の構成によると、タンク４００において、山谷部４０２とかしめ座面４０４との間には溝部４０３による空間が設けられるので、かしめ座面４０４と山谷部４０２との間に加工工具を配置することが可能になる。具体的には、図５に示されるように、加工工具４１０を溝部４０３に配置し、開口部４０１の周方向に移動させることのみによってかしめ座面４０４を加工することができる。つまり、加工工具４１０を直線的に移動させることができ、加工工具４１０を山部４０７と谷部４０８との形成方向である山谷方向に移動させる必要がない。よって、短時間でかしめ座面４０４の平面度や面粗度を確保することができる。

比較例として、図６に示されるように、タンク４００に溝部４０３が設けられていない構成では、山部４０７がかしめ座面４０４に一体化されている。よって、図５に示された加工工具４１０よりも微細な加工工具４１１を山谷方向及び周方向に複雑に移動させて加工することで、かしめ座面４０４の平面度や面粗度を確保しなければならない。もちろん、加工に長時間を要してしまう。

これに対し、本実施形態では、かしめ座面４０４に対する微細な加工工具４１１を用いた複雑な切削加工を必要とせずに、簡単な切削加工によってかしめ座面４０４の寸法精度を確保することができる。

（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について説明する。図７に示されるように、タンク４００の溝部４０３は、開口部４０１の周方向の一部に形成されている。例えば、溝部４０３は、開口部４０１の周方向において、少なくとも山谷部４０２が設けられた範囲に形成されていれば良い。

（第３実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について説明する。図８に示されるように、タンク４００の開口部４０１の一辺に対応する部分に形成された溝部４０３の底面と、この一辺に接続された別の一辺に対応する部分に形成された溝部４０３の底面と、が接続された角部４０３ａがピン角に形成されている。すなわち、一方の溝部４０３の底面と他方の溝部４０３の底面とが直角に接続されるように、溝部４０３が開口部４０１の外周面４０６に形成されている。開口部４０１は概ね四角形状になっているので、溝部４０３には４つの角部４０３ａが形成されている。

以上のように、溝部４０３の角部４０３ａがピン角に形成されていることで、加工工具４１０による加工をより容易に行うことができる。

（他の実施形態）
上記各実施形態で示された熱交換器１の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、タンク４００の溝部４０３の深さは、谷部４０８の深さや波かしめ部３０３の変形の大きさに応じて適宜設定すれば良い。過給気流れ方向における溝部４０３の幅や、開口部４０１の外周面４０６に対するかしめ座面４０４の傾き等も、熱交換器１の設計に応じて適宜設定すれば良い。

１００ ダクト、１０１ 流入口、２００ コア、３００ かしめプレート、３０３ 波かしめ部、３０４ 端部、４００ タンク、４０１ 開口部、４０２ 山谷部、４０３ 溝部、４０４ かしめ座面、４０６ 外周面、４０７ 山部、４０８ 谷部、４０９ 壁面

Claims (3)

1. 流入口（１０１）から第１流体が流入すると共に流出口から前記第１流体が排出されるダクト（１００）と、
   前記ダクトに収容され、第２流体と前記ダクトに流れる前記第１流体との熱交換を行うコア（２００）と、
   前記ダクトの前記流入口及び前記流出口の開口形状に対応した枠状に形成され、前記ダクトの前記流入口及び前記流出口に固定されたかしめプレート（３００）と、
   前記かしめプレートのうち前記ダクト側とは反対側にかしめ固定されたタンク（４００）と、
   を含み、
   前記タンクは、
   前記かしめプレートに対応した開口部（４０１）と、
   前記開口部の外周面（４０６）の一部が前記開口部の周方向において断続的に凹むことで、山部（４０７）と谷部（４０８）とが前記周方向に交互に設けられた山谷部（４０２）と、
   前記開口部の前記外周面のうち前記山谷部の前記ダクト側に形成され、前記開口部の周方向において少なくとも前記山谷部が設けられた範囲に形成され、前記山部のうちの前記ダクト側を一部の壁面（４０９）とする溝部（４０３）と、
   前記溝部を構成する壁面のうち前記ダクト側の壁面であると共に、前記山部に対向する壁面であるかしめ座面（４０４）と、
   を有し、
   前記かしめプレートは、前記溝部及び前記山谷部を覆うと共に、前記山谷部に対応した波形状になっており、前記ダクト側の端部（３０４）が前記かしめ座面に接触することで前記タンクの前記開口部をかしめ固定する波かしめ部（３０３）を有している熱交換器。
2. 前記タンクは、鋳造によって形成されている請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記溝部は、前記開口部の周方向において、前記開口部の前記外周面に一周連続して形成されている請求項１または２に記載の熱交換器。

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