JP4533048B2

JP4533048B2 - ヘッダタンクの製造方法

Info

Publication number: JP4533048B2
Application number: JP2004255623A
Authority: JP
Inventors: 宏行斗谷
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Calsonic Kansei Corp
Priority date: 2004-09-02
Filing date: 2004-09-02
Publication date: 2010-08-25
Anticipated expiration: 2024-09-02
Also published as: JP2006071188A

Description

この発明は、例えば、車両等に用いられる熱交換器に関するもので、とくに熱交換器コアの内部に冷媒を流通させるためのヘッダタンクの製造方法に関する。

従来、二酸化炭素等を冷媒とする熱交換器のヘッダタンクは、高耐圧性能を満たすために押出し材により構成されている。特許文献１には、押出し材からなるヘッダに機械加工によりチューブ挿入部や連通穴を形成した熱交換器が開示されている。また、特許文献２には、圧延材のコアプレートと押出し材のキャップセルとから扁平状のヘッダタンクを構成するとともに、ヘッダタンク内に形成された第１チューブに連通する第１タンク空間、および第２チューブに連通する第２タンク空間を仕切る仕切壁に、両タンク空間を連通させる連通部を機械加工により形成したものが開示されている。

しかしながら、押出し材は一般的な板材に比べて材料コストが高く、またチューブ挿入穴等の加工が機械加工に限定されるため、加工コストも高いものとなっていた。そこで、ヘッダタンクを構成する部材を板材によるプレス成型品とし、表面にエンボス部を成形するとともに、それらの部材を対向して接合することにより、内部に冷媒の流路が形成されたヘッダタンクとする試みがなされている。
特開２０００−８１２９４号公報特開２００２−１３９２９３号公報

しかしながら、上記のような従来例のヘッダタンクでは、タンク端部の合わせ目部分が円弧形状にはならず、流路断面が全体として略円形でないため、冷媒の流通により内部が高圧になると、合わせ目部分に応力が集中してしまう。また、通常の成形工程でエンボス部を成形した場合、接合面の角部にダレが生じ、とくに中央部では角のダレが大きく接合面が瓢箪形状になってしまうため、接合面積が小さくなり、流路断面形状も略円形にはならない。これらは、いずれもヘッダタンクの耐圧強度が低下する要因となっていた。

この発明の目的は、板材を組み合わせたタンク構造において、高圧の冷媒にも適用可能な耐圧強度を有する熱交換器のヘッダタンクの製造方法を提供することにある。

請求項１に係わる発明は、第１プレートおよび第２プレートとなる板材の長手方向に沿って断面略凸形状のベース部を成形するベース部成形工程と、前記板材に成形されたベースの中央部を山形状に盛り上げる第１成形絞り工程と、前記ベース部の長手方向に沿って所定間隔で複数のビード部を成形するビード部成形工程と、前記ベース部の表面を平坦化して矩形形状のエンボス部を成形する第２成形絞り工程と、前記板材からなる第１プレートと第２プレートのそれぞれの端部にフランジ部を成形するフランジ部成形工程と、前記第１プレートと前記第２プレートの前記エンボス部同士を対向するように配置して、前記第２プレートの端部に成形したフランジ部を前記第１プレートの端部に成形したフランジ部側に折り返して接合することにより、前記第１プレートと前記第２プレートとを一体化するタンク一体化工程とを備えることを特徴とするヘッダタンクの製造方法である。

本発明によれば、エンボス部の接合面を矩形形状としたことにより、接合面積が大きくなるため、ロウ付けによる接合強度が大きくなり、ロウ付け不良も少なくなる。また、エンボス部の接合面の角部ではダレが小さく、とくに中央部では角のダレが小さくなるため、各流路断面形状を略円形に近づけることができる。この結果、内部を流通する冷媒の応力が均等に分散され、応力集中が緩和される。また、フランジ部で仕切られた流路の断面を略円形とすることができるため、内部を流通する冷媒の応力が均等に分散され、応力集中が緩和される。したがって、二酸化炭素などの高圧の冷媒にも適用可能な耐圧強度を有するヘッダタンクを提供することができる。

以下、本発明に係わる熱交換器のヘッダタンクおよびヘッダタンクの製造方法を実施するための最良の形態を図面を参照しながら説明する。なお、実施例で用いる各図においては、構造を分かり易くするために、適宜にハッチングや輪郭線、境界線等を省略している。

図１１は、本実施例に係わる熱交換器の全体構成を示す概略斜視図である。熱交換器１は、大別すると、熱交換器コア２と、ヘッダタンク３および４とから構成されている。熱交換器コア２は、冷媒が流通する複数本のチューブ５と、隣接するチューブ５の間に配置されたフィン６とで構成されている。この熱交換器コア２の長手方向の一端にはヘッダタンク３が配置され、各チューブ５の一端と連通されている。また他端にはヘッダタンク４が配置され、各チューブ他端と連通されている。なお、図１１には示していないが、チューブ５の内部には冷媒が流通する複数のチューブ穴が形成されている。

ヘッダタンク３、４は、長手方向に沿って互いに等しい間隔となるように並列に配置されている。また、ヘッダタンク３の一方の端部には、冷媒を供給するための図示しない供給部材が接続されている。ヘッダタンク３に供給された冷媒は、ヘッダタンク３から所定のチューブ５に分配されてヘッダタンク４に流入する。そして、冷媒はヘッダタンク４から、さらに所定のチューブ５を流通してヘッダタンク３に流入し、外部に排出される。この間、熱交換器コア２の各チューブ５およびフィン６の間を冷却風などの熱交換媒体が流通することにより、各チューブ５を流通する冷媒との間で熱交換が行われる。なお、冷媒の流通経路には種々の組み合わせがあり、上記説明による流通経路はその一例である。

次に、本実施例におけるヘッダタンク３、４の構造について説明する。図１は、図１１のＡ−Ａ線断面に相当する断面図である。図２は、図１のＢ−Ｂ線断面に相当する部分断面図であり、下プレート１２の表面形状を示している。図３は、図１のＣ−Ｃ線断面に相当する部分断面図である。ここでは、ヘッダタンク３を例として説明するが、ヘッダタンク４についても構造は同じである。

図１に示すように、ヘッダタンク３は、上プレート１１と下プレート１２とを重ね合わせて接合したものであり、それぞれのプレートには冷媒の流路となるエンボス部とフランジ部が形成されている。

下プレート１２には、図２および図３に示すように、接合したときに上プレート１１のエンボス部２１とともに流路１７を形成するエンボス部２２が長手方向に沿って等間隔で成形されている。本実施例におけるエンボス部２２は、後述する成形工程により接合面が矩形形状に成形されている。また、各エンボス部２２の間には、チューブ５を挿入・接合するためのチューブ挿入穴１３が等間隔で形成されている。このチューブ挿入穴１３に挿入されたチューブ５の内部には、冷媒が流通する複数のチューブ穴１４が等間隔で複数形成されている。さらに、下プレート１２の幅方向の両端部には、上プレート１１と接合したときに内部に流路１８を形成するフランジ部１６が成形されている。

上プレート１１には、図１および図２に示すように、下プレート１２と同一位置に同一形状のエンボス部２１が等間隔で成形されている。また、上プレート１１の幅方向の両端部には、下プレート１２と接合したときに内部に流路１８を形成するフランジ部１５が成形されている。ただし、上プレート１１側には、チューブ挿入穴１３は設けられていない。

上記のように構成された上プレート１１と下プレート１２とを、それぞれのエンボス部が平面的に一致するように重ね合わせ、下プレート１２のフランジ部１６を上プレート１１のフランジ部１５側に折り返して一体化することにより、ヘッダタンク３の本体部分が完成する。さらに、この本体部分の両端に図１１に示すような遮蔽部材７を取り付けることでヘッダタンク３が完成する。このヘッダタンク３の内部には、タンク両側端の長手方向に沿って２つの流路１８が形成されている。またチューブ挿入穴１３が形成されているそれぞれの箇所には、２つの流路１８間を連通する流路１７がそれぞれ形成されている。

そして、図１１に示すように、同一構成のヘッダタンク３とヘッダタンク４との間に熱交換器コア２を配置し、熱交換器コア２の各チューブ５をヘッダタンク３、４のそれぞれのチューブ挿入穴１３に挿入することにより熱交換器１が仮組みされる。この後、ヘッダタンク３（又はヘッダタンク４）に冷媒の供給部材等を取り付け、これらを一体のまま炉中で加熱してロウ付け溶接することにより熱交換器１が完成する。

次に、エンボス部の成形について説明する。図４（ａ）〜（ｄ）は、本実施例におけるエンボス部の成形工程を示す概略斜視図である。本実施例では、図４に示す成形工程で作製した共通形状のプレートに、後述するフランジ加工などを施して、それぞれ上プレート１１、下プレート１２としている。

まず、図４（ａ）に示すように、プレート１００の中央部に長手方向に沿って断面略凸形状のベース部１０１を成形する（ベース部成形工程）。プレート１００としては、例えばアルミなどの板材を用いることができる。次に、図４（ｂ）に示すように、ベース部１０１の中央部１０１ａを成形絞り（リストライク）により山形状となるように成形する（第１成形絞り工程）。続いて、図４（ｃ）に示すように、ベース部１０１の所定箇所をビード加工により押し潰して、長手方向に沿って複数のビード部１０２を成形する（ビード部成形工程）。次に、図４（ｄ）に示すように、ビード部１０２の山形状に成形された表面を成形絞りにより平坦化して矩形形状のエンボス部１０３を成形する（第２成形絞り工程）。

ここで、比較のために従来例による成形について説明する。図５（ａ）〜（ｄ）は、従来例によるエンボス部の成形工程を示す概略斜視図である。

まず、図５（ａ）に示すように、プレート２００の中央部に長手方向に沿って断面略凸形状のベース部２０１を成形し、次に、図５（ｂ）に示すように、ベース部２０１の中央部２０１ａが平坦面となるように成形する。続いて、図５（ｃ）に示すように、ベース部２０１の所定箇所をビード加工により押し潰して、長手方向に沿って複数のビード部２０２を成形する。次に図５（ｄ）に示すように、ビード部２０１の表面を成形絞りにより平坦化してエンボス部２０３を成形する。

しかしながら、図５（ｂ）のような平坦面にビード加工すると、図５（ｃ）のように接合面の角部にダレが生じ、また端部２０２ａが盛り上がるため、成形絞り工程で平坦化しても、図５（ｄ）のように接合面の角部にはダレが残り、とくに中央部２０２ｂでは角部のダレが大きく残ってしまう。また端部２０２ａの盛り上がりのために、端部２０２ａと中央部２０２ｂとを均一に平坦化することができず、エンボス部２０３の接合面が瓢箪形状となってしまう。このように、エンボス部２０３が瓢箪形状になると、上下プレートの接合面における接合面積が小さくなり、また接合したときの流路断面形状が略円形にならないため、この部分で耐圧強度が低下することになる。

これに対して、本実施例によるエンボス部１０３の成形工程では、図４（ｄ）に示すように接合面が矩形形状となり、接合面における接合面積が大きくなるため、ロウ付けによる接合強度が大きくなり、ロウ付け不良も少なくなる。とくに、中央部２０２ｂにおける角部のダレが小さくなるため、流路１７の中央部分における断面形状を略円形に近づけることができる。また、接合面周辺の角部のダレも小さくなるため、図１および図３の合わせ目部分ａ、ｂのように角Ｒが小さくなり、流路１７および１８の断面形状を略円形に近づけることができる。したがって、各流路では、内部を流通する冷媒の応力が均等に分散され、応力集中が緩和されるため、ヘッダタンクの耐圧強度を向上させることができる。

次に、フランジ部の成形について説明する。図６（ａ）、（ｂ）は、本実施例におけるフランジ部の形状を示す概略斜視図である。本実施例では、図５に示す成形工程により共通形状のプレート１００を作製し、その後は上プレート１１、下プレート１２ごとに個別の形状となるようにフランジ部１５、１６を成形している。

下プレート１２には、図６（ａ）に示すように、プレートの幅方向の両端部をフランジ加工して略Ｊ字形状のフランジ部１６を成形する。また、エンボス部２２間にピアス加工によりチューブ挿入穴１３を成形する。上プレート１１には、図６（ｂ）に示すように、プレートの両端部をフランジ加工して略Ｊ字形状とした上で、さらに図７に示すように先端の端部（斜線部）１５ａをカットして、鉤形形状のフランジ部１５を成形する。

上記のようなエンボス部およびフランジ部を成形した上プレート１１と下プレート１２とを、それぞれのエンボス部が平面的に一致するように重ね合わせ、図８に示すように、下プレート１２のフランジ部１６の端部１６ａを上プレート１１のフランジ部１５側に折り返してカシメ加工することにより、上プレート１１と下プレート１２とを一体化することができる。

本実施例によるフランジ部の成形では、上プレート１１のフランジ部１５の端部１５ａをカットして鉤形形状となるようにしたので、図８に示すように、上プレート１１と下プレート１２とを接合したときに、各プレートのフランジ部１５、１６で仕切られた空間の流路断面を略円形とすることができる。従来例では図９に示すように、タンク端部の合わせ目部分ｃが円弧形状とならないため、内部を流通する冷媒の応力がこの部分に集中することが考えられる。しかしながら、本実施例の構造によれば、図８に示すように、タンク端部の合わせ目部分ｄが円弧形状となり、流路１８の断面形状を略円形とすることができる。これによれば、内部を流通する冷媒の応力が均等に分散され、応力集中が緩和されるため、ヘッダタンクの耐圧強度を向上させることができる。

したがって、本実施例に係わるヘッダタンク３、４では、内部に成形したエンボス部２１、２２の接合面が矩形形状となり、接合面積が大きくなるため、ロウ付けによる接合強度が大きくなり、ロウ付け不良も少なくなる。また、エンボス部２１、２２の角部ではダレが小さく、とくに中央部２０２ｂでは角部のダレが小さくなるために、各流路断面形状が略円形に近づくことになり、内部を流通する冷媒の応力が均等に分散され、応力集中が緩和されることになる。

また、フランジ部１５、１６で仕切られた流路の断面形状を略円形とすることができるため、内部を流通する冷媒の応力が均等に分散され、応力集中が緩和されることになる。

以上説明したように、本実施例に係わるヘッダタンクによれば、各流路の断面形状を略円形とすることにより、内部を流通する冷媒の応力を均等に分散して、応力集中を緩和することができるため、二酸化炭素などの高圧の冷媒にも適用可能な耐圧強度を得ることができる。

また、上プレート１１と下プレート１２に形成するエンボス部２１、２２は同一形状、同一配置であるため、ひとつの金型で作製することができる。このため、上下のプレートを別々の金型で作製する場合に比べて金型に要するコストを削減することができる。

なお、本実施例では、タンクの長手方向に沿って２つの流路１８を設けたヘッダタンクを例として示したが、流路数はこれに限定されるものではなく、さらに複数の流路を設けたヘッダタンクにも適用することができる。例えば、図１０に示すように、４つの流路１８ａ〜１８ｄを設けたヘッダタンクに適用することもできる。

実施例に示すヘッダタンクの断面図。図１のＢ−Ｂ線断面に相当する部分断面図。図１のＣ−Ｃ線断面に相当する部分断面図。（ａ）〜（ｄ）はエンボス部の成形工程を示す概略斜視図。（ａ）〜（ｄ）は従来例によるエンボス部の成形工程を示す概略斜視図。（ａ）、（ｂ）はフランジ部の形状を示す概略斜視図。上プレートの端部形状を示す断面図。上下プレートの接合状態を示す断面図。従来例におけるヘッダタンクの端部形状を示す断面図。４つの流路を設けたヘッダタンクの例を示す断面図。実施例１に係わる熱交換器の全体構成を示す概略斜視図。

符号の説明

１…熱交換器
２…熱交換器コア
３、４…ヘッダタンク
５…チューブ
６…フィン
１１…上プレート
１２…下プレート
１３…チューブ挿入穴
１４…チューブ穴
１５、１６…フランジ部
１５ａ、１６ａ…（フランジ部）端部
１７、１８…流路
２１、２２…エンボス部
１０１…ベース部
１０２…ビード部
１０３…エンボス部

Claims

第１プレート（１１）および第２プレート（１２）となる板材（１００）の長手方向に沿って断面略凸形状のベース部（１０１）を成形するベース部成形工程と、
前記板材（１００）に成形されたベース部（１０１）の中央部を山形状に形成する第１成形絞り工程と、
前記ベース部（１０１）の長手方向に沿って所定間隔で複数のビード部（１０２）を成形するビード部成形工程と、
前記ベース部（１０１）の表面を平坦化して矩形形状のエンボス部（１０３）を成形する第２成形絞り工程と、
前記板材（１００）からなる第１プレート（１１）と第２プレート（１２）のそれぞれの端部にフランジ部（１５、１６）を成形するフランジ部成形工程と、
前記第１プレート（１１）と前記第２プレート（１２）の前記エンボス部同士（２１、２２）を対向するように配置して、前記第２プレート（１２）の端部に成形したフランジ部（１６）を前記第１プレート（１１）の端部に成形したフランジ部（１５）側に折り返して接合することにより、前記第１プレート（１１）と前記第２プレート（１２）とを一体化するタンク一体化工程と、
を備えることを特徴とするヘッダタンクの製造方法。