JP2021032494A - バーリング形成部材、熱交換器のヘッダ部材、熱交換器、およびバーリング形成部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】バーリング部の先端部に割れが生じることを適切に防止することが可能なバーリング形成部材を提供する。【解決手段】正面視略長矩形状の本体部５０と、この本体部５０の長手方向の一端部５ａ寄りに突設された筒状のバーリング部５１と、を備えている、バーリング形成部材５であって、バーリング部５１の先端部のうち、バーリング部５１の中心Ｏを通過して本体部５０の短手方向に延びる直線ＳＬ上およびその近傍の一対の領域は、先端部の他の領域５１ｂよりも本体部５０からの突出高さが低い凹状領域５１ａとされている。【選択図】 図６

Description

本発明は、筒状のバーリング部を好適に形成するための技術に関する。

たとえば、複数の伝熱管を用いた方式の熱交換器においては、複数の伝熱管にヘッダを取付け、このヘッダを介して複数の伝熱管への熱交換対象流体の流入または流出を行なわせるようにしている（たとえば、特許文献１を参照）。
ここで、特許文献１においては、熱交換器のヘッダを構成する部材として、図９に示すようなヘッダ部材５ｅが用いられている。このヘッダ部材５ｅは、金属板をプレス加工することにより形成されており、正面視略長矩形状の本体部５０と、この本体部５０の長手方向の一端部５ａ寄りに突設された筒状のバーリング部５１ｅとを備えている。バーリング部５１ｅは、管継手部材（不図示）を嵌合接続するのに利用される部位である。

前記したヘッダ部材５ｅにおいては、バーリング部５１ｅの先端部のうち、バーリング部５１ｅの中心Ｏを通過して本体部５０の短手方向に延びる直線ＳＬ上およびその近傍の一対の領域Ｓａに、割れＣを生じ易くなっている。

バーリング部５１ｅを形成する場合には、図１０に示すように、ヘッダ部材５ｅの中間品５ｅ’の本体部５０に下穴５３ｅを予め形成しておくが、この下穴５３ｅは、真円状ではなく、本体部５０の一端部５ａ側の内周縁部５３ａの曲率半径Ｒａが、その反対側の内周縁部５３ｂの曲率半径Ｒｂよりも大きい形状とされる。これは、本体部５０の一端部５ａに近い箇所では、バーリング加工に必要な材料（肉）が他の部分よりも少ないため、これに対応させたものである。前記したような下穴５３ｅが形成されている状態で、バーリング加工が施されると、内周縁部５３ａ，５３ｂの繋ぎ目部分に対応するバーリング部５１ｅの一対の領域Ｓａに割れＣを生じ易くなる。
このような割れＣを生じることは好ましいものではなく、適切に解消することが望まれる。
また、前記したような不具合は、熱交換器のヘッダ部材に限らず、バーリング部が形成された他の種類の部材においても生じ得る。

特開２０１８−３１４９５号公報

本発明は、前記したような事情のもとで考え出されたものであり、バーリング部の先端部に割れが生じることを適切に防止することが可能なバーリング形成部材、熱交換器のヘッダ部材、熱交換器、およびバーリング形成部材の製造方法を提供することを、その課題としている。

上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

本発明の第１の側面により提供されるバーリング形成部材は、正面視略長矩形状の本体部と、この本体部の長手方向の一端部寄りに突設された筒状のバーリング部と、を備えて
いる、バーリング形成部材であって、前記バーリング部の先端部のうち、前記バーリング部の中心を通過して前記本体部の短手方向に延びる直線上およびその近傍の一対の領域は、前記先端部の他の領域よりも前記本体部からの突出高さが低い凹状領域とされていることを特徴としている。

このような構成によれば、バーリング部のうち、従来技術において割れを生じていた部分が凹状領域とされ、割れを生じる部分が排除されているため、バーリング部の先端部に割れのないバーリング形成部材を適切に得ることができる。
なお、バーリング部の先端部のうち、凹状領域以外の部分において、バーリング部の高さを所望の高さに規定することができる。

本発明の第２の側面により提供される熱交換器のヘッダ部材は、複数の伝熱管を備えた熱交換器の一部を構成し、かつ前記複数の伝熱管の内部に連通するチャンバを形成するのに用いられる熱交換器のヘッダ部材であって、このヘッダ部材は、本発明の第１の側面により提供されるバーリング形成部材として構成されていることを特徴としている。

本発明の第３の側面により提供される熱交換器は、本発明の第２の側面により提供される熱交換器のヘッダ部材を備えていることを特徴としている。

このような構成によれば、本発明の第１の側面により提供されるバーリング形成部材について述べたのと同様な効果が得られる。

本発明の第４の側面により提供されるバーリング形成部材の製造方法は、本発明の第１の側面により提供されるバーリング形成部材を製造するための製造方法であって、前記本体部に前記バーリング部を形成するための下穴が形成された中間品を準備し、かつこの中間品にバーリング加工を施す工程を有しており、前記中間品として、前記下穴の内周縁部のうち、前記一対の凹状領域に対応する箇所に、前記下穴の半径方向外方側に部分的に窪んだ一対の凹状部が設けられたものを用いることを特徴としている。

このような構成によれば、中間品にバーリング加工を施し、前記本体部の下穴の内周縁部を筒状に形成する際に、前記一対の凹状部の形成されている箇所は、他の部分と比較して長さが短くなる。その結果、前記一対の凹状部に対応する部分は、他の部分よりも本体部からの突出高さが低くなる。ここで、本来的に割れを生じ易い部分の突出高さを低くすると、割れを生じ難くする効果が得られることとなり、本発明の第１の側面により提供されるバーリング形成部材を適切に製造することができる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行なう発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。

本発明に係る熱交換器の一例を示す斜視図である。 図１に示す熱交換器の要部分解斜視図である。 図１のIII−III断面図である。 図１のIV−IV断面図である。 （ａ）は、図１のVa−Va断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のVb−Vb断面図である。 （ａ）は、図１〜図５に示す熱交換器のヘッダ部材（バーリング形成部材）の斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）の正面図であり、（ｃ）は、（ａ）のVIc−VIc断面図である。 （ａ）は、図６に示すヘッダ部材のバーリング部を形成する前の中間品を示す正面図であり、（ｂ）は、（ａ）のVIIb−VIIb断面図である。 図７に示す中間品にバーリング加工を施す状態を示す断面図である。 （ａ）は、従来のヘッダ部材の一例を示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）の正面図である。 図９に示すヘッダ部材のバーリング部を形成する前の中間品を示す正面図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。
なお、理解の容易のため、図９に示した従来技術と同一または類似の要素には、これと同一の符号を付すこととする。

図１および図２に示す熱交換器ＨＥは、ケース１、このケース１内に収容された複数の伝熱管２、ならびに入水用および出湯用の一対のヘッダＨ（Ｈａ，Ｈｂ）を備えている。
本実施形態の熱交換器ＨＥは、ヘッダＨを構成する後述のヘッダ部材５に特徴があり、これ以外の構成は、特許文献１に記載された熱交換器と同様である。特許文献１と同様な既知の構成については、比較的簡単に説明する。

図３および図４に示すように、ケース１は、全体が略直方体状であり、その後壁部１０ａには、燃焼ガス用の給気口１１が設けられ、かつ前壁部１０ｂには、給気口１１からケース１内に進入して伝熱管２により熱回収がなされた後の燃焼ガス（排ガス）を外部に排気するための排気口１２が設けられている。各伝熱管２は、たとえば平面視蛇行状であり、ケース１の横幅方向に延びる複数の直状管体部２２が、略半円弧状の複数の曲状管体部２３を介して一連に接続された構成である。複数の伝熱管２は、ケース１の前後方向に互い違い状に位置ずれした配列で上下高さ方向に積層されている。複数の伝熱管２の両端部は、ケース１の側壁部１０ｃを貫通し、かつ入水用および出湯用のヘッダＨが取り付けられた構成とされている。

図２および図５によく表れているように、ヘッダＨ（Ｈａ，Ｈｂ）は、ヘッダベース部材４、ヘッダ部材５（ヘッダ蓋部材）、および継手管６を組み合わせて構成されている。なお、ヘッダＨａ，Ｈｂは、実質的に同一の構成であるが、熱交換器ＨＥにおける取付けの向きは、互いに上下反対とされている。
ヘッダベース部材４は、複数の伝熱管２のそれぞれの端部が挿通する複数の孔部４２が設けられた背板部４０と、この背板部４０の外周縁に突設された略長矩形状の周壁部４１とを有するカップ状である。

ヘッダ部材５は、本発明に係るバーリング形成部材の一例に相当する。このヘッダ部材５は、背板部５０ａの外周縁に周壁部５０ｂが突設されたカップ状の本体部５０と、この本体部５０に一体的に形成されたバーリング部５１とを備えている。
本体部５０の周壁部５０ｂは、ヘッダベース部材４の周壁部４１に嵌合され、かつロウ付けなどの手段を用いて接合されており、このことによりヘッダＨ内には、複数の伝熱管２内と連通するチャンバ４８が形成されている。

図６（ｂ）に示すように、ヘッダ部材５の本体部５０は、正面視略長矩形状であり、バーリング部５１は、この本体部５の背板部５０ａの長手方向一端部５ａ寄りの位置に形成されている。このバーリング部５１は、その基本的な形態は円筒状であるが、その先端部には、一対の凹状領域５１ａが形成されている。これら一対の凹状領域５１ａは、バーリング部５１の中心Ｏを通過して本体部５０の短手方向に延びる直線ＳＬ上およびその近傍の領域であって、バーリング部５１の先端部の他の領域である非凹状領域５１ｂよりも本体部５０からの突出高さが低い領域である。

バーリング部５１には、継手管６が嵌合して接合される。継手管６は、ヘッダＨに適当な配管部材を接続するための部材であり、バーリング部５１の内側開口部５２に連通する入水用または出湯用の開口部６０を形成している。継手管６の外周面には、段部６１が形成されており、この段部６１にバーリング部５１の先端部の非凹状領域５１ｂが当接していることにより、バーリング部５１と継手管６との軸長方向の位置決めが適切に図られている（図５を参照）。

前記したヘッダ部材５は、たとえば次のようにして製造される。

まず、図７に示すような中間品５’を製造し、準備する。この中間品５’は、たとえば平板状の金属板にプレス加工を施すことにより形成されており、本体部５０の長手方向一端部５ａ寄りの位置には、バーリング加工用の下穴５３が設けられている。下穴５３は、基本的には、図１０に示した下穴５３ｅと同様に、本体部５０の一端部５ａ側の内周縁部５３ａの曲率半径Ｒａと、これとは反対側の内周縁部５３ｂの曲率半径Ｒｂとが、Ｒａ＞Ｒｂの関係とされた形態である。
ただし、下穴５３の内周縁部のうち、ヘッダ部材５の一対の凹状領域５１ａに対応する箇所、つまり下穴５３の中心Ｏを通過して本体部５０の短手方向に延びる直線ＳＬ上およびその近傍の領域には、下穴５３の半径方向外方側に部分的に窪んだ一対の凹状部５３ｃが設けられている。

次いで、前記した中間品５’に対し、たとえば図８に示すように、パンチ９を下穴５３の内周縁部に圧接させ、かつこの内周縁部を筒状に形成するバーリング加工を施す。このバーリング加工によれば、下穴５３の内周縁部のうち、一対の凹状部５３ｃが形成されていた箇所は、他の部分と比較して、本体部５０からの突出高さが低くなる。したがって、図６などに示したヘッダ部材５、つまりバーリング部５１の先端部に一対の凹状領域５１ａが形成されたヘッダ部材５を適切に製造することができる。

前記したヘッダ部材５は、本来的には、図９を参照して説明した従来のヘッダ部材５ｅと同様に、バーリング部５１の先端部に割れを生じ易い筈であるが、この割れを生じ易い部分に相当する箇所が、凹状領域５１ａとされており、排除されている。このため、バーリング部５１の先端部に割れを生じ難くすることができ、割れのないバーリング部５１を備えたヘッダ部材５とすることが可能である。
一方、図５を参照して説明したように、バーリング部５１に継手管６を嵌合して接合させる場合、継手管６の段部６１には、バーリング部５１の先端部の非凹状領域５１ｂを当接させることにより、バーリング部５１と継手管６との軸長方向の位置決めを適切に図ることができる。したがって、バーリング部５１の先端部に凹状領域５１ａが設けられていることに起因して、継手管６の取付けに不具合を生じることもない。

本発明は、上述した実施形態の内容に限定されない。本発明に係るバーリング形成部材、熱交換器のヘッダ部材、熱交換器の各部の具体的な構成は、本発明の意図する範囲内において種々に設計変更自在である。本発明に係るバーリング形成部材の製造方法の各工程も、本発明の意図する範囲内において種々に変更自在である。

本発明に係るバーリング形成部材は、熱交換器のヘッダ部材に限らず、たとえば管継手部材、あるいは管継手以外の部材として構成されていてもよい。バーリング形成部材の本体部は、正面視略長矩形状であるが、本体部の長手方向両端部または一端部が多少の丸みを帯びた形態であってもよい。
バーリング部の具体的なサイズなども限定されない。また、バーリング部は、真円状の筒状に代えて、たとえば楕円状またはこれに近い形態の筒状であってもよい。
本発明に係る熱交換器は、複数の伝熱管を備えているが、各伝熱管は、蛇行状のものに限らず、これ以外のたとえば螺旋状、直管状などの伝熱管とすることもできる。

ＨＥ 熱交換器
Ｈ ヘッダ
ＳＬ 直線
Ｏ 中心
１ ケース
２ 伝熱管
４８ チャンバ
５ ヘッダ部材（バーリング形成部材）
５’ 中間品
５０ 本体部（ヘッダ部材の）
５１ バーリング部
５１ａ 凹状領域
５１ｂ 他の領域（非凹状領域）
５３ 下穴
５３ｃ 凹状部

Claims (4)

1. 正面視略長矩形状の本体部と、
   この本体部の長手方向の一端部寄りに突設された筒状のバーリング部と、
   を備えている、バーリング形成部材であって、
   前記バーリング部の先端部のうち、前記バーリング部の中心を通過して前記本体部の短手方向に延びる直線上およびその近傍の一対の領域は、前記先端部の他の領域よりも前記本体部からの突出高さが低い凹状領域とされていることを特徴とする、バーリング形成部材。
2. 複数の伝熱管を備えた熱交換器の一部を構成し、かつ前記複数の伝熱管の内部に連通するチャンバを形成するのに用いられる熱交換器のヘッダ部材であって、
   このヘッダ部材は、請求項１に記載のバーリング形成部材として構成されていることを特徴とする、熱交換器のヘッダ部材。
3. 請求項２に記載の熱交換器のヘッダ部材を備えていることを特徴とする、熱交換器。
4. 請求項１に記載のバーリング形成部材を製造するための製造方法であって、
   前記本体部に前記バーリング部を形成するための下穴が形成された中間品を準備し、かつこの中間品にバーリング加工を施す工程を有しており、
   前記中間品として、前記下穴の内周縁部のうち、前記一対の凹状領域に対応する箇所に、前記下穴の半径方向外方側に部分的に窪んだ一対の凹状部が設けられたものを用いることを特徴とする、バーリング形成部材の製造方法。

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