JP3387523B2 - 熱交換器製造方法、装入空気冷却器及び熱交換器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱交換器に関し、特
に、内燃エンジン系にいわゆる装入空気冷却器として使
用するのに適するアルミニウム製熱交換器及びその製造
方法に関する。ここで、「装入空気」とは、ターボチャ
ージャー等から内燃エンジン等へ燃焼用空気として装入
される空気のことをいう。

【０００２】

【従来の技術】内燃エンジン系には、いろいろな理由か
らターボチャージャー（排気タービン過給機）が使用さ
れることが多くなっている。周知のように、ターボチャ
ージャーは、エンジンからの履きによって駆動されるタ
ービンホイールを有しており、タービンホイールが回転
圧縮機を駆動するようになされている。この回転圧縮機
が空気を圧縮して内燃エンジンの燃焼室へ導入する。こ
の種のシステムは、残余の排気ガスが仕事をすることな
く膨脹せしめられたときに生じる廃エネルギーの一部を
回収し、内燃エンジンだけによって達成される圧縮比よ
り高い圧縮比を達成することを可能にする。

【０００３】入来燃焼用空気はがターボチャージャーに
よって圧縮されると、同時に熱を発生するので密度が減
少することは古くから知られている。従って、圧力を一
定とした場合、ターボチャージャーからの単位容量当り
の高温空気に含有される燃焼用酸素の量は、同一容量の
低温空気に含有される燃焼用酸素の量より少ない。この
ことは、内燃エンジンの１作動サイクル中に燃焼させる
ことができる燃料の量を制限し、ひいては内燃エンジン
の出力を制限する要因となる。従って、特に自動車の場
合には、圧縮機の各段と段の間、又は、ターボチャージ
ャーの圧縮機側と内燃エンジンのための吸気マニホール
ド（又はその均等物）との間に、いわゆる装入空気冷却
器（チャージ・エア・クーラー）が設けられている。タ
ーボチャージャーからの高温の燃焼用空気は、この装入
空気冷却器を通してエンジンへ送られる。それと同時
に、周囲空気が、燃焼用空気から隔離されているが燃焼
用空気と熱交換関係をなす流路で装入空気冷却器を通し
て送給される。その結果、燃焼用空気の密度を増大させ
るように燃焼用空気の冷却が行われ、従って、燃焼を支
持するためにエンジンへ送られる装入空気の単位量当り
の酸素含有量を増大させる。

【０００４】たとえ燃焼用空気の増大した圧力と周囲圧
との圧力差が比較的小さい場合であっても、装入空気冷
却器は比較的応力を受け易い環境下で作動する。通常、
装入空気冷却器は自動車の内燃エンジン系に使用される
ので、自動車が地面を走行する際に大きな振動及び衝撃
を受ける。更に、装入空気冷却器は、エンジンが切り入
りされるときのみならず、エンジンの変速運転のときに
も、熱サイクル（即ち、加熱と冷却の交互サイクル）を
受ける。エンジンスピードの変化とともに、装入空気冷
却器のタンク内の燃焼用空気の流速が変化する結果とし
て、装入空気冷却器の隣り合う伝熱管の間で１４℃もの
温度勾配が生じることがあり、長期間に亙って管とヘッ
ダーとの接合部に大きな応力を受けることになる。

【０００５】装入空気冷却器は、たとえ周囲圧よりそれ
ほど高い圧力下で作動しなくても、多量の燃焼用空気を
最小限の流れ抵抗でエンジンへ送給しなければならない
ので、比較的大きな表面積を有する大きな流路が用いら
れる。表面積の大きな管壁の内外間の圧力差が極めて小
さなものであっても、当業者には周知のように、相当大
きな力が作用し、従って、装入空気冷却器に一層の応力
が及ぼされる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、内燃エンジ
ンのための装入空気冷却器のような熱交換器に随伴する
上述した諸問題の１つ又はそれ以上を解決することを企
図したものである。従って、本発明の目的は、改良され
た熱交換器を提供することであり、特に、装入空気冷却
器として使用するための改良された熱交換器、及び、そ
のような熱交換器を製造する方法を提供することであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、熱交換器を製造する方法であって、
（ａ）平行に離隔した複数の管とそれらの管の間に介設
されたフィンを有し、管とフィンの間の界面にろう付け
金を有するフィン付管束を準備し、（ｂ）両面にろう付
け金を被覆された金属の溝形材を準備し、（ｃ）前記溝
形材のウエブに、前記各管の断面形状に対応する断面形
状を有し、それらの管の間の公称間隔に対応する間隔で
配置されており、該ウエブから該溝形材の両側辺の延長
方向に延長した周縁フランジを備えた一連のスロットを
形成し、それによって該溝形材をヘッダープレートして
成形し、（ｄ）前記各管をヘッダープレートの各対応す
るスロットに挿入して該スロットの周縁フランジに係合
させることによって該ヘッダープレートを前記フィン付
管束に組付け、（ｅ）金属製タンクを前記ヘッダープレ
ートの、前記フィン付管束が延長している側とは反対側
の面に組付け、（ｆ）上記工程（ｅ）から得られた組立
体をろう付け条件に露呈させて、前記各フィンを前記各
管に、前記各管を前記各フランジに、そして前記ヘッダ
ープレートを前記タンクにろう付けすることから成る熱
交換器製造方法を提供する。好ましい実施例では、前記
ヘッダープレート、管及びタンクは、主としてアルミニ
ウムで形成する。

【０００８】特に好ましい実施例では、前記工程（ｃ）
は、最初に前記溝形材のウエブに前記各管の断面積より
小さいサイズの初期細長孔をそれらの管の間の公称間隔
に対応する間隔で形成し、次いで、該各管の断面形状と
同様の断面形状を有するパンチを該各初期細長孔を通し
て打抜くことによって前記スロット及び周縁フランジを
形成することによって行う。

【０００９】前記各管は扁平管であってよく、前記各ス
ロットは細長く、前記両側辺の間に延長させる。このよ
うな実施例では、前記各周縁フランジを該各スロットの
両端のところで該両側辺に実質的に接触させる。それに
よって、タンク及びヘッダープレートのサイズ（奥行方
向の寸法）を一定とした場合、扁平管の長径に対応する
熱交換器のコア（本体部分）の奥行を最大限にすること
ができる。

【００１０】前記パンチを打抜く工程は、前記工程
（ｄ）において各管をそれぞれ対応する各スロット内へ
カム作用により案内するためのパイロット表面を形成す
るために前記ウエブの、前記周縁フランジの突出してい
る側とは反対側の面に各スロットの全周の少くとも一部
分を囲繞する凹面状のカム表面を形成する操作を含むも
のとすることができる。

【００１１】本発明は、又、熱交換器を製造する方法で
あって、（ａ）平行に離隔した複数の管とそれらの管の
間に介設されたフィンを有するフィン付管束を準備し、
（ｂ）ウエブと両側辺を有する溝形材を準備し、（ｃ）
前記溝形材のウエブに、前記各管の断面形状に対応する
断面形状を有し、それらの管の間の公称間隔に対応する
間隔で配置されており、該ウエブから該溝形材の両側辺
の延長方向に延長した周縁フランジを備えた一連のスロ
ットを形成し、更に、各管をそれぞれ対応する各スロッ
ト内へカム作用によ案内するためのパイロット表面を形
成するために該ウエブの、該周縁フランジの突出してい
る側とは反対側の面に各スロットの全周の少くとも一部
分を囲繞する凹面状のカム表面を形成し、（ｄ）前記工
程（ｃ）から得られたヘッダープレートを前記管束に衝
接して両者を互いに接近させる方向に相対的に移動さ
せ、それによって、前記各管を対応する前記カム表面に
最初に接触させることにより案内して、又はそのような
案内をすることなく、該各管を対応するスロットに挿入
し、（ｅ）タンクを前記溝形材の両側辺の間に嵌合し、
（ｆ）前記各管及びタンクを前記溝形材に接合すること
から成る熱交換器製造方法を提供する。好ましい実施例
では、前記工程（ｆ）は、ろう付けによって行われる。

【００１２】本発明は、又、各々、熱交換流体ポートと
ヘッダープレート受容開口を有し、該熱交換流体ポート
の位置から漸次減少する断面積を有する互いに離隔して
対置した第１及び第２タンクと、該第１及び第２タンク
にそれぞれ１つづつ付設された１対のヘッダープレート
と、該１対のヘッダープレートの間に互いに平行に間隔
をおいて延設された複数の扁平な管と、該管の間にそれ
らの管に衝接するようにして介設されフィンとから成
り、前記各ヘッダープレートは、平坦な中央ウエブと、
該ウエブの両側に連接した平行な側辺を有する細長溝形
材によって形成されており、該各ヘッダープレートの各
側辺は、対応する前記ヘッダープレート受容開口の各側
縁に隣接して該側縁に密封状態に接合されており、各ヘ
ッダープレートのウエブは、実質的に一方の側辺から他
方の側辺にまで延長した複数の互いに離隔した細長スロ
ットを有し、該各スロットは、該ウエブの、該両側辺が
突出している側と同じ側の面に周縁フランジを有してお
り、該各周縁フランジは、該各スロットの両端のところ
で該両側辺に実質的に接触しており、各スロットの全周
の少くとも一部分は、該ウエブの、周縁フランジの突出
している側とは反対側の面において、各管をそれぞれ対
応する各スロット内へカム作用により案内するための凹
面状のパイロット表面によって囲繞されており、前記各
管の両端は、それらに整列した前記１対のヘッダープレ
ートの対応するスロットに挿入されていることを特徴と
する熱交換器を提供する。

【００１３】特に好ましい実施例では、この熱交換器
は、内燃エンジンに使用するための装入空気冷却器とす
る。第１及び第２タンクは、それぞれの熱交換流体ポー
トの位置から漸次減少する断面積を有する形態とし、蛇
行フィンを管と管の間に介設し、管に接合する。

【００１４】特に好ましい実施例においては、前記各ヘ
ッダープレートは、その両面にろう付け金を被覆された
アルミニウム製であり、前記各スロットの周りの周縁フ
ランジの内側表面は、該ヘッダープレートのろう付け金
を被覆された一方の面によって形成されており、前記各
管は、アルミニウム製であり、ヘッダープレートの該一
方の面によって形成された周縁フランジの内側表面上の
ろう付け金により該ヘッダープレートにろう付けし、前
記各側辺の互いに対面する側の面は、該ヘッダープレー
トのろう付け金を被覆された他方の面によって形成され
ており、前記各タンクは、アルミニウム製であり、前記
ヘッダープレートの他方の面上のろう付け金によって該
ヘッダープレートにろう付けする。

【００１５】

【実施例】図１を参照すると、本発明に従って構成され
た熱交換器の一実施例が、装入空気冷却器の形で示され
ている。ただし、本発明の利点は、装入空気冷却器以外
の熱交換器においても得られるので、本発明は装入空気
冷却器に限定されるものではない。図１に示された装入
空気冷却器は、そのヘッダープレート（単に「ヘッダ
ー」とも称する）を除いては慣用の構造である。このこ
とを念頭において以下に図１の装入空気冷却器の構造を
説明する。

【００１６】装入空気冷却器は、好ましくはアルミニウ
ムで形成された１対の対置したタンク１０，１２を有す
る。タンク１０，１２は、それぞれタンクのほぼ全長に
亙って上下方向に延設された長方形のヘッダープレート
受容開口１４，１６を有している。これらのヘッダープ
レート受容開口（以下、単に「開口」と称する）１４，
１６は、それぞれ後述するヘッダープレート２６，２８
を受容するための開口である。タンク１０，１２は、
又、それぞれの上端に図１でみて裏側に開口した熱交換
流体ポート１８，２０を有している。これらのポート１
８，２０の一方は、周知の態様で内燃エンジン系の一部
を構成するターボチャージャー（図示せず）の空気吐出
口に接続され、他方のポートは、やはり周知の態様で最
終的に内燃エンジンの吸気側に接続される。

【００１７】各タンク１０，１２は、その重量を最少限
にし、しかも、良好な流れ分布のための十分な流れ断面
積を提供するように、それぞれのポート１８，２０から
下方へ符号２２，２４で示されるようにテーパさせてあ
る。従って、タンク１８，２０の内部の断面積は、ポー
ト１８，２０から下方へ離れるに従って漸次減少してい
る。

【００１８】タンク１０，１２の開口１４，１６は、そ
れぞれ溝形ヘッダープレート２６，２８によって完全に
覆われる。ヘッダープレート２６と２８は、同じ構造の
ものとすることができるので、以下の説明では一方のヘ
ッダープレートだけについて説明する。ヘッダー２６と
２８の間にフィン付管束３０が延設されている。管束３
０は、３つの構成部品、即ち、上下に配置された側板３
２，３４と、ヘッダー２６と２８の間に延長し、それぞ
れのタンク１０，１２の内部に突入してタンクの内部と
流体連通する複数の平行な細長扁平管３６と、隣り合う
扁平管３６の間又は扁平管３６とそれに隣接する側板３
２又は３４との間に介設された蛇行（ジグザグ）フィン
３８とから成っている。図１にみられるように、側板３
２，３４は、ヘッダー２６と２８の間の距離より僅かに
短い。

【００１９】ここで、本発明の実施例の説明を一旦中断
し、本発明の理解を容易にするために図２及び図３を参
照して従来技術のヘッダーの構造を説明する。上述した
ように、本発明のヘッダー２６，２８は溝形材で形成さ
れており、その点では図２に示される従来技術のヘッダ
ー４０となんら変わるところはない。図２に示された従
来技術のヘッダー４０は、平坦な中央ウエブ４２と、そ
の両側に連接した平行な側辺４４，４６を有する溝形材
である。このウエブ４２には、管３６の間の公称間隔に
対応する間隔で配置され、側辺４４と４６の間に細長く
延長した複数の互いに離隔した一連の細長スロット４８
が形成されている。各スロット４８の長さは、各扁平管
３６の断面の長手の長さに等しい。この従来のヘッダー
４０においては、スロット４８の両端５０は、側辺４
４，４６の内側面（図２にそれぞれ点線５２，５４で示
されている）にまでは延長しておらず、その手前で終端
している。通常、各管３６は、それぞれ対応するスロッ
ト４８内に挿入されろう付けされる。

【００２０】装入空気冷却器の一部として使用される
と、ヘッダー４０は、その側辺４４と４６の間の表面に
可変圧力を受ける。即ち、各スロット４８の周りのウエ
ブ４２の面が対応するタンク１０又は１２内の圧力変動
に応動してあたかもダイアフラムのように撓む。その結
果、管３６とヘッダー４０との接合部が撓みを受け、応
力と疲労の結果として破断し易い。

【００２１】この問題に遭遇して、従来技術は、図３に
示されるようなヘッダー６０を開発した。このヘッダー
６０も、やはり、平坦な中央ウエブ６２と、その両側に
連接した平行な側辺６４，６６を有する溝形材である。
管３６を受容するような形状とされたウエブ６２の細長
スロット６８は、側辺６４と６６の間に延長している。
ただし、このヘッダー構造においては、各スロット６８
の両端７０は、側辺６４，６６の内側面（図３にそれぞ
れ点線７２，７４で示されている）にまで延長してい
る。即ち、図２のヘッダー構造において各スロット４８
の端部５０とそれに近接する側辺４４又は４６の内側面
５２又は５４との間に存在していたウエブ４２の部分
が、図３のヘッダー構造では除去されている。この構造
の故に、図３のヘッダーでは、図２のヘッダー構造にみ
られた「ダイアフラム状撓み」作用を大幅に減少又は完
全に排除することができた。

【００２２】しかしながら、図３のヘッダー構造は、図
２のヘッダー構造にみられた他の欠点を依然として有し
ている。例えば、ウエブ６２の横断方向（幅方向）の剛
性は、望ましいレベルにまで達していない。又、アルミ
ニウム製の管３６をヘッダーのスロット６８又は４８に
挿入してろう付けするためには、ろう付け金をウエブ６
２又は４２の表面からスロット６８又は４８の周縁との
間を通してスロット６８又は４８内へ流し込むか、ある
いは、管３６自体にろう付け金を被覆（クラッド）して
おかなければならない。前者の場合、管とヘッダーとの
間に不完全な又は弱い接合部が形成される確率が高く、
後者の場合は、管３６の両端のろう付け金（クラッド）
だけを利用するのにすべての管３６の全長にろう付け金
を被覆しなければならないので不当に費用がかかる。

【００２３】更に、図２及び３のヘッダー構造は、フィ
ン付管束３０との組立て作業が困難であるという点にお
いても問題があった。通常、フィン付管束３０は、固定
具に固定されて形成され、固定具に固定されたままに保
持される。ヘッダープレート２６，２８をこのフィン付
管束３０の両端に位置づけし、ヘッダープレートの各ス
ロットを各管３６の両端に整列させる。次いで、フィン
付管束３０の側板３２，３４の一方又は両方にそれらの
側板を互いに引きつける方向の側方押圧力をかけた状態
で、両ヘッダープレート２６，２８をそれぞれ対応する
管３６の端部に向けて相対的に移動させる。フィン付管
束３０の側板３２，３４にかける側方押圧力は、各管３
６の両端を各ヘッダープレートの各スロット４８又は６
８に容易に挿入することができるように、フィン付管束
３０を圧縮して管３６の両端をヘッダープレートのスロ
ットとの整列関係を維持するためのものである。しかし
ながら、この作業はかなり時間のかかる作業であり、さ
りとて、この作業の迅速化を図るために管３６の端部を
受容し易くするようにスロット４８又は６８を大きくし
たとすれば、以後のろう付け工程における管とヘッダー
との適正な接合部の形成を困難にするという問題が生じ
る。

【００２４】以上のことを念頭において、本発明の改良
されたへッダー２６，２８の構造を説明する。ヘッダー
２６と２８は同じ構造であるから、ヘッダー２６につい
てのみ説明する。図４〜８にみられるように、本発明の
ヘッダー２６は、平坦な中央ウエヴ８０と、その両側に
連接した平行な側辺８２，８４を有する溝形材である。
本発明によれば、ヘーダー２６は、通常、アルミニウム
で製造し、そのアルミニウムの両面にろう付け金を被覆
（クラッド）する。

【００２５】このウエブ８０には、管３６の間の公称間
隔に対応する間隔で配置され、側辺８２と８４の間に細
長く延長した複数の互いに離隔した一連の細長スロット
８６８６が形成されている。各スロット８６は、各管の
断面形状に対応する断面形状を有し、各スロット８６の
長さは、各扁平管３６の断面の長手の長さに等しい。図
５及び６にみられるように、各スロット８６の周縁は、
側辺８２と８４の間に位置する周縁フランジ８８，９
０，９２，９４によって全周に亙って囲繞されている。
周縁フランジ８８，９０，９２，９４は、ウエブ８０か
ら両側辺８２，８４の延長方向に延長しており、２つの
細長い側部フランジ部分８８，９０（図５参照）と、２
つの円弧状端部フランジ部分９２，９４（図６参照）か
ら成っている。図８にみられるように、これらのフラン
ジ部分が、連続した一体の周縁フランジ８８，９０，９
２，９４を形成しており、端部フランジ部分９２，９４
は、隣接するヘッダープレートの側辺８２，８４に実質
的に衝接している（図６）。従って、この構成は、図３
に示されるヘッダー６０の構造の場合と同様に、スロッ
ト８６をヘッダープレートの側辺８２，８４にまで延長
した形とし、各スロット８６の端部とそれに近接する側
辺８２，８４の内側面との間にウエブ８０の壁が存在し
ないので、上述した「ダイアフラム状撓み」作用を最少
限にし、あるいは完全に排除することができる。

【００２６】更に、スロット８６を端部フランジ部分９
２，９４が対応する側辺８２，８４に衝接している点に
まで延長させたことにより、タンク１０，１２及び、又
はヘッダー２６，２８のサイズ（奥行方向の寸法、即ち
図１の紙面に対して垂直な方向の寸法）を一定とした場
合、コア（フィン付管束３０によって構成される熱交換
器の本体部分）の奥行（管３６が扁平管である場合、扁
平管の長径寸法）を最大限にすることができる。この構
成は、大抵の場合、コアの正面面積を増大させることな
く、効率を高めることを可能にする。加えて、側部フラ
ンジ部分８８，９０は、ウエブ８０の平面に対して実質
的に直角をなしているので、ウエブ８０をその横断方向
即ち幅方向に対して補剛する働きをし、図２，３に示さ
れる従来技術のヘッダー４０，６０に比べてウエブ８０
の幅方向の剛性を高めることができる。側部フランジ部
分８８，９０は、又、ウエブ８０の平面に対して垂直な
方向の剛性をも増大させる。

【００２７】本発明によれば、各スロット８６を囲繞す
る周縁フランジ８８，９０，９２，９４を設けることに
加えて、ウエブ８０の、周縁フランジの突出している側
とは反対側の面に各スロット８６の全周の少くとも一部
分を囲繞する凹面状のカム表面即ちパイロット表面を形
成する。この凹面状カム表面は、各スロット８６の長手
に沿って延長した細長部分９６と、各スロット８６の端
部に位置する端部分９８を有する。凹面状カム表面９
６，９８はヘッダー２６の管受容側の面にあるので、組
立の際にヘッダー２６と管３６を相対的に近づける方向
に移動させたとき、対応するスロット８６に適正に整合
しなかった管は、カム表面９６，９８に衝接し、そのカ
ム作用によってスロット８６に整合せしめられ、スロッ
ト内へ案内されて最終的にフランジ８８，９０，９２，
９４の内側表面１００に係合することができる。この内
側表面１００は、管３６の端部の内面形状にかなり密に
合致するように付形されているので、以後のろう付け工
程において管３６とヘッダーとの間に優れたろう付け接
合を達成することができる。

【００２８】次に、図９〜１２を参照して、ヘッダー２
６を製造する本発明の方法を説明する。まず、両面にろ
う付け金を被覆された例えばアルミニウムの板をスタン
プ加工することによって、ウエブ８０に細長い初期孔１
１０を有する溝形材を形成する。溝形材の各初期孔１１
０は、それに最終的に形成すべきスロット８６の下穴で
あり、各最終スロット８６に心合している。図９にみら
れるように、各初期孔１１０は、最終スロット８６より
幅が狭く、かつ、ウエブ８０を横断する方向（ウエブの
幅方向）の長さも短い。

【００２９】次いで、この溝形材を図１０に示されるよ
うな固定具又はダイ（以下、単に「固定具」と称する）
１１１に載せる。この固定具１１１は、溝形材の側辺８
２，８４をそれぞれ受容するための平行な縦溝孔１１
２，１１４を有する。所望ならば、溝形材を固定具１１
１上に適正に位置ぎめするために、固定具１１１の上面
に、ウエブ８０のいちばん端の初期孔１１０に嵌合させ
ることができるパイロット突起１１６を形成しておくこ
とができる。固定具１１１の上面には、又、最終的に形
成すべきスロット８６の中心に心合する横溝孔１１８が
設けられている。１対の平行な縦溝孔１１２，１１４の
外側側壁には、各対応する横溝孔１１８の端部に対置す
るように逃げ１２０が形成されている。これらの逃げ１
２０は、横溝孔１１８の幅にほぼ等しい幅を有するが、
その深さは縦溝孔１１２，１１４の深さのほぼ２分の１
である。

【００３０】スロット８６を形成する工具として、図１
１，１２に示されるようなパンチ１２２を用いる。パン
チ１２２は、平坦な中央部分１２６とその四辺に連接し
た斜面１２８を有する端部１２４を備えている。斜面１
２８は、上述したスロット８６の周縁フランジ８８，９
０，９２，９４の内側表面１００と同じ形状のパンチ部
分１３０に連接し、パンチ部分１３０は、上述したカム
表面９６，９８と同じ形状の、僅かに凹面状の（即ち、
凹入丸み付）斜面１３２に連接し、斜面１３２はパンチ
の軸部１３４に連接している。

【００３１】初期孔１１０は最終スロット８６より小さ
いから、溝形材を固定具１１１に装填し、パンチ１２２
を孔１１０に打ち込むと、各孔１１０の周りの材料がパ
ンチ部分１３０によって変形され、孔１１０が拡大され
てスロット８６が成形されるとともに、周縁フランジ８
８，９０，９２，９４が成形される。パンチ１１８を固
定具１１１の横溝孔１２２にまで完全に打ち込むと、パ
ンチの丸み付斜面１３２が溝形材のウエブ８０の上面に
圧接し、各スロット８６を囲繞する凹面状カム表面９
６，９８が成形される。通常、１枚のヘッダープレート
のスロット及び周縁フランジの全部又は複数個を同時に
成形することができるように、１群のパンチ１２２を１
組に組立てた工具を使用する。

【００３２】このようにして周縁フランジ８８，９０，
９２，９４を成形すると、フランジの端部フランジ部分
９２，９４に相当大きな外向き力が及ぼされるので、図
８に示されるように、溝形材の側辺８２，８４の外表面
が僅かに膨出する（符号１４０）ことが認められた。し
かしながら、このような膨出は固定具１１１の逃げ１２
０内へ向けられるので、成形中のヘッダープレートが固
定具１１１に食い込むことはない。

【００３３】図１３は、本発明に従って装入空気冷却器
のような熱交換器を製造する方法をブロック図で示して
いる。ブロック１４１，１４２は、上述したヘッダーの
成形工程である。即ち、ブロック１４１は、初期孔１１
０を形成されたウエブ８０を有する両面ろう付け金クラ
ッド（両面にろう付け金を被覆された）アルミニウムの
溝形材を準備する工程であり、ブロック１４２は、パン
チ加工により上記溝形材に最終スロット８６、周縁フラ
ンジ８８，９０，９２，９４及び凹面状カム表面９６，
９８を成形し、ヘッダープレートを得る工程である。一
方、ブロック１４４は、側板３２，３４と、複数の平行
な管３６と、隣り合う管３６と３６の間又は管３６とそ
れに隣接する側板３２又は３４との間に介設された蛇行
フィン３８から成るフィン付管束３０を準備する工程で
ある。この工程は、管３６とフィン３８を交互に積重
し、次いで適当な固定具を用いてそれらの管とフィンを
組立て状態に保持することによって慣用の態様で行われ
る。通常、管３６はアルミニウム製であり、フィン３８
もアルミニウム製である。必ずしもそうではないが、一
般には、管３６は押出成形されされる。通常、フィン３
８は、管３６及び側板３２，３４に接合するにに必要と
されるろう付け金が得られるようにアルミニウムのろう
付け板で形成される。通常、管３６に内壁面には、予め
乱流惹起片が設けられている。乱流惹起片が設けられて
いる場合は、ろう付け作業の前に、管の側壁を軽く叩い
て内方へ変形させ側壁の内面を乱流惹起片に衝接させて
おくるようにおく。

【００３４】ブロック１４６において、ヘッダー２６及
び２８をフィン付管束３０に組み付ける。この作業は、
フィン付管束３０とヘッダー２６，２８を互いに接近さ
せる方向に相対的に移動させることによって行われる。
それによって、管３６の端部のうち対応するスロット８
６に完全に整列した端部は、もちろん、難なくそのスロ
ット８６に嵌入する。管３６の端部のうち対応するスロ
ット８６に完全には整列していない端部であっても、少
くとも周縁フランジ８８，９０，９２，９４の深さにま
でスロット８６内へ進入せしめられる。ヘッダー２６，
２８をフィン付管束３０に組み付けた状態に保持するた
めに周知のように固定具を使用することができる。

【００３５】次の工程１４８は、タンク１０，１２をそ
れぞれヘッダー２６，２８に組み付ける作業である。図
１にみられるように、タンク１０，１２は、それぞれの
ヘッダー２６，２８の側辺８４と８６の間に嵌め込み、
それらのタンクのヘッダープレート受容開口１４，１６
が完全にヘッダープレートによって覆われるようにす
る。やはり、タンクをヘッダーに組み付けた状態に保持
するために適当な固定具を使用することができる。

【００３６】ブロック１５０は、ろう付け工程を示す。
この工程では、上述のようにして組立てたタンク／ヘッ
ダー／フィン付管束組立体を十分な時間ろう付け条件
（高温）に露呈し、それによってフィン３８を管３６
に、管の端部をフランジ８８，９０，９２，９４に、側
辺片８２，８４をタンク１０，１２に、側辺８０，８２
の間のウエブ８０の両端をタンク１０，１２の開口１
４，１６の両端に近接した部分にそれぞれろう付けす
る。このろう付け作業が完了したならば、ブロック１５
２で示されるように上記各固定具を外すことができる。

【００３７】

【発明の効果】先にも触れたように、本発明によれば大
きな利点が得られる。第１に、各スロット８６を囲繞す
るカム表面９６，９８を設けたことにより、管３６の端
部をスロット８６に挿入するための案内手段を与えると
いう点で組立て作業を容易にする。第２に、各スロット
８６の周りに周縁フランジ８８，９０，９２，９４を設
けたことにより２つの利点が得られる。１つは、ウエブ
をその横断方向に対して補剛することである。もう１つ
は、ヘッダープレートは両面にろう付け金を被覆された
アルミニウムから上述した態様に成形されているので、
周縁フランジ８８，９０，９２，９４の内側表面１００
自体がろう付け金を有することになり、管との間に優れ
たろう付け結合を可能にすることである。即ち、従来技
術におけるように、管とヘッダープレートとをろう付け
結合するために、ヘッダープレートの他の部分からスロ
ット８６の周りへろう付け金クラッドを流動させる必要
がなく、管３６にろう付け金クラッドを被覆しておく必
要もない。又、端部フランジ部分９２，９４を溝形ヘッ
ダープレートの側辺８２，８４に衝接させる構造とした
場合、効率を高めるためにコア（フィン付管束３０によ
って構成される熱交換器の本体部分）の奥行を最大限に
することができる。あるいは、コアの奥行を一定とした
場合、ヘッダープレートの奥行（幅）を小さくすること
ができ、それによって熱交換器全体の容積を最少限にす
ることができる。

【００３８】更に、ヘッダープレートの、上記周縁フラ
ンジの内側表面１００を構成する側の面とは反対側の面
のろう付け金クラッドは、側辺８２，８４の内側表面上
にろう付け金クラッドを提供するので、それらの側辺と
それぞれ対応するタンク１０，１２との間に優れたろう
付け密封接合部を形成することができる。この反対側の
面のろう付け金クラッドは、又、ヘッダープレートの両
端とタンク１０，１２との間にもろう付け密封接合部を
形成することを可能にする。

【００３９】叙上のように、本発明は、装入空気冷却器
のような熱交換器を製造するための改良された方法を提
供するのみならず、自動車に搭載された装入空気冷却器
が遭遇する過酷な環境で使用するのに極めて適した理想
的な熱交換器を提供する。

【００４０】以上、本発明を実施例に関連して説明した
が、本発明は、ここに例示した実施例の構造及び形態に
限定されるものではなく、本発明の精神及び範囲から逸
脱することなく、いろいろな実施形態が可能であり、い
ろいろな変更及び改変を加えることができることを理解
されたい。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に従って製造された装入空気冷
却器のような熱交換器の立面図である。

【図２】図２は、従来技術に従って製造されたヘッダー
プレートの部分透視である。

【図３】図３は、図２と同様な図であり、より近代的な
従来技術に従って製造されたヘッダープレートを示す。

【図４】図４は、図１及び２と同様な図であるが、本発
明に従って製造されたヘッダープレートを示す。

【図５】図５は、図４の線５−５に沿ってみた断面図で
ある。

【図６】図６は、図４の線６−６に沿ってみた断面図で
ある。

【図７】図７は、図４の線７−７に沿ってみた断面図で
ある。

【図８】図８は、ヘッダーの部分底面図である。

【図９】図９は、中間製造工程にあるヘッダーの部分平
面図である。

【図１０】図１０は、ヘッダーを製造するのに使用する
ことができる固定具又はダイの透視図である。

【図１１】図１１は、図１０のダイと組合せて用いるこ
とができるパンチの立面図である。

【図１２】図１２は、図１１のパンチの９０°異なる角
度からみた立面図である。

【図１３】図１３は、本発明に従って熱交換器を製造す
る方法の各工程を示すブロック図である。

【符号の説明】

１０，１２：タンク １４，１６：ヘッダープレート受容開口 １８，２０：熱交換流体ポート ２６，２８：ヘッダー（ヘッダープレート） ３０：フィン付管束 ３２，３４：側板 ３６：管 ３８：フィン ８０：平坦な中央ウエブ ８２，８４：側辺 ８６：細長いスロット ８８，９０，９２，９４：周縁フランジ ９６，９８：凹面状カム表面（パイロット表面） １００：内側表面 １１０：細長い孔 １１１：固定具又はダイ １２２：パンチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 チャールズ・イー・グッドリモート アメリカ合衆国ウィスコンシン州ラシー ン、テイラ・アベニュー5939 (72)発明者 ピータ・シー・コタル アメリカ合衆国ウィスコンシン州ラシー ン、エリー・ストリート4844 (56)参考文献 特開 昭60−33497（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−45421（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−114697（ＪＰ，Ａ) 実開 昭52−64962（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭51−134256（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−21666（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−10169（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭63−39584（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F28F 9/18

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱交換器を製造する方法であって、 （ａ）平行に離隔した複数の管とそれらの管の間に介設
   されたフィンを有し、管とフィンの間の界面にろう付け
   金を有するフィン付管束を準備し、 （ｂ）両面にろう付け金を被覆された金属の溝形材を準
   備し、 （ｃ）前記溝形材のウエブに、前記各管の断面形状に対
   応する断面形状を有し、それらの管の間の公称間隔に対
   応する間隔で配置されており、該ウエブから該溝形材の
   両側辺の延長方向に延長した周縁フランジを備えた一連
   のスロットを形成し、それによって該溝形材をヘッダー
   プレートとして成形し、また、前記スロット及び周縁フ
   ランジを、最初に前記溝形材のウエブに前記各管の断面
   積より小さいサイズの初期細長孔をそれらの管の間の公
   称間隔に対応する間隔で形成し、次いで、該各管の断面
   形状と同様の断面形状を有するパンチを該各初期細長孔
   を通して打抜くことによって形成し、 （ｄ）前記各管をヘッダープレートの各対応するスロッ
   トに挿入して該スロットの周縁フランジに係合させるこ
   とによって該ヘッダープレートを前記フィン付管束に組
   付け、 （ｅ）金属製タンクを前記ヘッダープレートの、前記フ
   ィン付管束が延長している側とは反対側の面に組付け、 （ｆ）上記工程（ｅ）から得られた組立体をろう付け条
   件に露呈させて、前記各フィンを前記各管に、前記各管
   を前記各フランジに、そして前記ヘッダープレートを前
   記タンクにろう付けすることから成り、 前記各管は扁平管であり、前記各スロットは細長く、前
   記両側辺の間に延長しており、前記各周縁フランジは、
   該各スロットの両端のところで該両側辺に実質的に接触
   しており、 前記パンチを打抜く工程は、前記工程（ｄ）において各
   管をそれぞれ対応する各スロット内へカム作用により案
   内するためのパイロット表面を形成するために前記ウエ
   ブの、前記周縁フランジの突出している側とは反対側の
   面に各スロットの全周の少くとも一部分を囲繞する凹面
   状のカム表面を形成する操作を含む 熱交換器製造方法。
2. 【請求項２】 前記ヘッダープレート、管及びタンク
   は、主としてアルミニウムで形成されていることを特徴
   とする請求項１に記載の熱交換器製造方法。
3. 【請求項３】 内燃エンジンのための装入空気冷却器で
   あって、 各々、熱交換流体ポートとヘッダープレート受容開口を
   有し、該熱交換流体ポートの位置から漸次減少する断面
   積を有する互いに離隔して対置した細長い第１及び第２
   タンクと、 該第１及び第２タンクにそれぞれ１つづつ付設された１
   対のヘッダープレートと、 該１対のヘッダープレートの間に互いに平行に間隔をお
   いて延設された複数の扁平な管と、 該管の間に介設され、隣接する管に接合された蛇行フィ
   ンとから成り、 前記各ヘッダープレートは、平坦な中央ウエブと、該ウ
   エブの両側に連接した平行な側辺を有する細長溝形材に
   よって形成されており、該各ヘッダープレートの各側辺
   は、対応する前記ヘッダープレート受容開口の各側縁に
   隣接して該側縁に密封状態に接合されており、各ヘッダ
   ープレートのウエブは、実質的に一方の側辺から他方の
   側辺にまで延長した複数の互いに離隔した細長スロット
   を有し、該各スロットは、該ウエブの、該両側辺が突出
   している側と同じ側の面に周縁フランジを有しており、
   該各周縁フランジは、該各スロットの両端のところで該
   両側辺に実質的に接触しており、各スロットの全周の少
   くとも一部分は、該ウエブの、周縁フランジの突出して
   いる側とは反対側の面において、各管をそれぞれ対応す
   る各スロット内へカム作用により案内するための凹面状
   のパイロット表面によって囲繞されており、 前記各管の両端は、それらに整列した前記１対のヘッダ
   ープレートの対応するスロットに挿入されていることを
   特徴とする装入空気冷却器。
4. 【請求項４】 前記各ヘッダープレートは、その両面に
   ろう付け金を被覆されたアルミニウム製であり、前記各
   スロットの周りの周縁フランジの内側表面は、該ヘッダ
   ープレートのろう付け金を被覆された一方の面によって
   形成されており、前記各管は、アルミニウム製であり、
   ヘッダープレートの該一方の面によって形成された周縁
   フランジの内側表面上のろう付け金により該ヘッダープ
   レートにろう付けされており、前記各側辺の互いに対面
   する側の面は、該ヘッダープレートのろう付け金を被覆
   された他方の面によって形成されており、前記各タンク
   は、アルミニウム製であり、前記ヘッダープレートの他
   方の面上のろう付け金によって該ヘッダープレートにろ
   う付けされていることを特徴とする請求項３に記載の装
   入空気冷却器。
5. 【請求項５】 熱交換器であって、 各々、熱交換流体ポートとヘッダープレート受容開口を
   有する互いに離隔して対置した細長い第１及び第２タン
   クと、 該第１及び第２タンクにそれぞれ１つづつ付設された１
   対のヘッダープレートと、 該１対のヘッダープレートの間に互いに平行に間隔をお
   いて延設された複数の扁平な管と、 該管の間にそれらの管に衝接するようにして介設されフ
   ィンとから成り、 前記各ヘッダープレートは、平坦な中央ウエブと、該ウ
   エブの両側に連接した平行な側辺を有する細長溝形材に
   よって形成されており、該各ヘッダープレートの各側辺
   は、対応する前記ヘッダープレート受容開口の各側縁に
   隣接して該側縁に密封状態に接合されており、各ヘッダ
   ープレートのウエブは、実質的に一方の側辺から他方の
   側辺にまで延長した複数の互いに離隔した細長スロット
   を有し、該各スロットは、該ウエブの、該両側辺が突出
   している側と同じ側の面に周縁フランジを有しており、
   該各周縁フランジは、該各スロットの両端のところで該
   両側辺に実質的に接触しており、各スロットの全周の少
   くとも一部分は、該ウエブの、周縁フランジの突出して
   いる側とは反対側の面において、各管をそれぞれ対応す
   る各スロット内へカム作用により案内するための凹面状
   のパイロット表面によって囲繞されており、 前記各管の両端は、それらに整列した前記１対のヘッダ
   ープレートの対応するスロットに挿入されていることを
   特徴とする熱交換器。
6. 【請求項６】 前記各ヘッダープレート、各タンク、各
   管及びフィンは、金属製であり、互いにろう付けによっ
   て接合されていることを特徴とする請求項５に記載の熱
   交換器。
7. 【請求項７】 前記金属は、アルミニウムであり、前記
   各ヘッダープレートは、その両面にろう付け金を被覆さ
   れたものであることを特徴とする請求項６に記載の熱交
   換器。