JP4543568B2 - 熱交換器及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱交換器及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
熱交換器（ラジエータ）のヘッダタンクの構造として、例えば特開２０００−２２０９８８号公報に記載の発明（図１０参照）では、筒状のタンク本体を構成する第１、２タンク部材Ｐ１、Ｐ２のうち一方側にツメ部１を設け、他方側に穴部２を設けるとともに、ツメ部１を穴部２に嵌合させた状態で両タンク部材Ｐ１、Ｐ２をろう付けしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記公報に記載の発明では、タンク部材Ｐ１の一部を切り起こすことによりツメ部１を形成しているので、ツメ部１の根元側に必然的に切り起こし穴３が形成されてしまう。
【０００４】
このとき、切り起こし穴３は、図１１に示すように、ツメ部の周囲と穴部の周囲とを接合するフィレット（ろう材の固まり）により閉塞される構造であるので、フィレット部分でのろう付け不良（ろう切れ）が僅かでも発生すると、ヘッダタンクの液密性（密閉性）を確保することが難しい。
【０００５】
本発明は、上記点に鑑み、ヘッダタンクの液密性（密閉性）を安定的に確保することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、流体が流通する複数本のチューブ（１１１）と、チューブ（１１１）の長手方向両端側に配設され、チューブ（１１１）の長手方向と直交する方向に延びて複数本のチューブ（１１１）と連通するタンク本体（１２０ａ）を有して構成されたヘッダタンク（１２０）とを備え、タンク本体（１２０ａ）は、所定形状に成形された少なくとも２枚のプレート（１２３、１２４）をろう付け接合することにより構成されており、さらに、２枚のプレート（１２３、１２４）のうち一方側のプレート（１２３、１２４）には、その表面から突出する突起部（１２５、１２７）が一体形成され、他方側のプレート（１２３、１２４）には、突起部（１２５、１２７）が挿入された穴部（１２６、１２８）が形成されており、突起部（１２５、１２７）の根元部全周は、プレート（１２３、１２４）の表面から連続して繋がっており、突起部（１２５、１２７）の先端側には、突起部（１２５、１２７）の突出方向と交差する方向に突出したフランジ突起（１２５ａ、１２７ａ）が一体成形されており、さらに、穴部（１２６、１２８）は、フランジ突起（１２５ａ、１２７ａ）より大きい穴径（Ｄ１）を有する大径部（１２６ａ、１２８ａ）、及びフランジ突起（１２５ａ、１２７ａ）より小さい穴径（Ｄ２）を有する小径部（１２６ｂ、１２８ｂ）からなるダルマ穴状のものであることを特徴とする。
【０００７】
これにより、突起部（１２５、１２７）の根元部に穴のないプレート（１２３、１２４）を得ることができるので、「発明が解決しようとする課題」の欄で述べたような、フィレット部分でのろう付け不良（ろう切れ）を考慮する必要がない。したがって、ヘッダタンク（１２０）（タンク本体（１２０ａ））の液密性（密閉性）を安定的に確保することができる。
【０００８】
なお、突起部（１２５、１２７）は、請求項２に記載の発明のごとく、プレート（１２３、１２４）の一部を塑性流動させることにより成形することが望ましい。
【００１０】
ところで、プレス加工（塑性加工）は、母材を塑性流動させることにより母材を所定形状に成形するものであるが、図８に示すように、パンチ（２１０）にて母材を押圧した際に、母材の一部は、ダイス（２００）の穴部（２０１）内に塑性流動することなく、パンチ（２１０）の押圧方向（Ｄ）と直交する方向（穴部（２０１）の外周側）に塑性流動（逃げて）しまうので、一般的に、突出寸法が大きい突起部をプレス加工にて一体成形することが難しい。
【００１１】
これに対して、請求項３に記載の発明のごとく、突起部（１２５、１２７）の根元側に対応する部位において、プレート（１２３、１２４）の一部が突起部（１２５、１２７）の根元から遠ざかるように広がって塑性流動してしまうことを規制した状態でプレス工程を施工すれば、母材（プレート（１２３、１２４））の一部が、パンチ（２１０）の押圧方向（Ｄ）と直交する方向（穴部（２０１）の外周側）に塑性流動（逃げて）しまうことを抑制できるので、突出寸法が大きい突起部（１２５、１２７）であっても、容易にプレス加工にて一体成形することができる。
【００１２】
なお、請求項３に記載の発明においては、請求項４に記載の発明のごとく、ダイス（２００）のうち穴部（２０１）の外周側に、パンチ（２１０）側に突出してプレート（１２３、１２４）の塑性流動を規制する規制用突起部（２０２）が設けられたダイス（２００）を用いてプレス工程を施工することが望ましい。
【００１３】
因みに、上記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一例である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本実施形態は、本発明に係る熱交換器を車両走行用のエンジンの冷却水を冷却するラジエータに適用したものであって、図１は本実施形態に係るラジエータ１００の斜視図である。
【００１５】
１１１は冷却水（流体）が流通するとともに、その断面形状が扁平状（長円状）に形成されたアルミニウム製のチューブであり、これら複数本のチューブ１１１間には波状（コルゲート状）に形成されたアルミニウム製のフィン１１２が配設されており、このフィン１１２及びチューブ１１１により冷却水と大気との間で熱交換を行うコア部１１０が構成されている。
【００１６】
また、チューブ１１１の長手方向一端側（図１の左側）には、チューブ１１１の長手方向と直交する方向に延びるとともに、複数本のチューブ１１１と連通して各チューブ１１１に冷却水を分配供給する第１ヘッダタンク１２１が設けられ、他端側には、第１ヘッダタンク１２１と同様に、複数本のチューブ１１１と連通して各チューブ１１１から流出する冷却水を集合回収する第２ヘッダタンク１２２が設けられている。なお、両ヘッダタンク１２１、１２２は、同一構造であり、以下、特に断りがない限り、両ヘッダタンク１２１、１２２を総称してヘッダタンク１２０と呼ぶ。
【００１７】
因みに、１２１ａは、エンジンの冷却水流出側に接続される流入側ジョイント部であり、１２２ａはエンジンの冷却水流入側に接続される流出側ジョイント部である。
【００１８】
ところで、ヘッダタンク１２０は、図２に示すように、チューブ１１１がろう付け接合されて、その断面形状が略Ｊ字状にプレス形成された第１タンクプレート１２３と、断面形状が略Ｊ字状に形成され、かつ、第１タンクプレート１２３と共に各筒状のタンク空間（タンク本体１２０ａ）を形成する第２タンクプレート１２４とを有して構成されている。因みに、ヘッダタンク１２０の長手方向両端側は、図１に示すように、キャップ１２５ａにより閉塞されている。
【００１９】
そして、第１タンクプレート１２３のうち第２タンクプレート１２４に接合される部位には、図３（ａ）に示すように、プレス成形にて第１タンクプレート一体成形された第１突起部１２５が形成され、一方、第２タンクプレート１２４のうち第１突起部１２５に対応する部位には、第１突起部１２５が挿入される第１穴部１２６が形成されている。
【００２０】
全く同様に、第２タンクプレート１２４のうち第１タンクプレート１２３に接合される部位には、第１タンクプレート１２３側に向けて突出した第２突起部（突起部）１２７が形成され、一方、第１タンクプレート１２４のうち第２突起部１２７に対応する部位には、第２突起部１２７が挿入される第２穴部１２８が形成されている。
【００２１】
なお、第１、２突起部１２５、１２７の先端側には、図４（ａ）に示すように、第１、２突起部１２５、１２７の突出方向と交差する方向に突出したフランジ突起１２５ａ、１２７ａが一体成形されており、本実施形態では、第１、２突起部１２５、１２７の先端を押し潰すようにして第１、２突起部１２５、１２７の一部を塑性流動させることにより一体形成している。
【００２２】
また、第１、２穴部１２６、１２８は、図４（ｂ）に示すように、フランジ突起１２５ａ、１２７ａより大きい穴径Ｄ１を有する大径部１２６ａ、１２８ａ、及びフランジ突起１２５ａ、１２７ａより小さい穴径Ｄ２を有する小径部１２６ｂ、１２８ｂからなるダルマ穴状のものである。
【００２３】
そして、両突起部１２５、１２７は、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、第１タンクプレート１２３を第２タンクプレート１２４に対してヘッダタンク１２０の長手方向に相対的に平行移動（スライド）させることにより、両突起部１２５、１２７を両穴部１２６、１２８に嵌合固定されている。
【００２４】
したがって、両突起部１２５、１２７が両穴部１２６、１２８に嵌合固定され状態においては、両突起部１２５、１２７は両穴部１２６、１２８の小径部１２６ｂ、１２８ｂに位置するので、図５に示すように、第１、２タンクプレート１２３、１２４が互いに係合した状態となる。
【００２５】
そこで、本実施形態では、両タンクプレート１２３、１２４を表裏両面にろう材が被覆（クラッド）されたアルミニウム製のクラッド材にプレス加工に施して成形するとともに、前述のごとく、両タンクプレート１２３、１２４を係合固定した状態で、キャップ１２５及びチューブ１１１等と共に炉内で加熱されてろう付け接合する。
【００２６】
次に、突起部１２５、１２７の製造方法について述べる。
【００２７】
図６は突起部１２５、１２７の製造方法の特徴を示す説明図である。図６中、２００は突起部１２５、１２７の外形状に沿った穴部２０１を有するダイスであり、２１０はタンクプレート１２３、１２４プレート（１２３、１２４）の一部をダイス２００側に押圧するパンチであり、このパンチ２１０及びダイス２００によりタンクプレート１２３、１２４の一部を塑性流動させるプレス工程を施工する。
【００２８】
また、ダイス２００のうち穴部２０１の外周側全域には、パンチ２１０側に突出してタンクプレート１２３、１２４の塑性流動を規制する規制用突起部（拘束用突起部）２０２が設けられており、この規制用突起部２０２により、プレス工程時（パンチ２１０にてタンクプレート１２３、１２４を押圧する際）に、突起部１２５、１２７の根元側に対応する部位において、タンクプレート１２３、１２４の一部が突起部１２５、１２７の根元から遠ざかるように広がって塑性流動してしまうが規制される。
【００２９】
なお、フランジ突起部１２５ａ、１２７ａは、突起部１２５、１２７を成形するプレス加工の終了後、その先端を押し潰すようにプレス加工を施すことにより成形される。
【００３０】
因みに、図７はプレス工程終了後（仕上がり後）の突起部１２５、１２７を示す断面図であり、タンクプレート１２３、１２４のうちパンチ２１０側（突起部１２５、１２７と反対側）は、パンチ２１０により押圧されてタンクプレート１２３、１２４の一部が塑性流動して凹部１２３ａ、１２４ａが形成され、この凹部１２３ａ、１２４ａに相当する量が塑性流動して突起部１２５、１２７が成形される。また、突起部１２５、１２７の外周側全域には、規制用突起部２０２により形成された環状の凹部１２３ｂ、１２４ｂが形成される。
【００３１】
次に、本実施形態の特徴（作用効果）を述べる。
【００３２】
本実施形態によれば、第１、２タンクプレート１２３、１２４を係合固定する突起部１２５、１２７をプレス加工で成形して突起部１２５、１２７をタンクプレート１２３、１２４と一体に形成しているので、図７に示すように、突起部１２５、１２７の根元部全周は、タンクプレート１２３、１２４の表面から連続して繋がった形状となり、突起部１２５、１２７の根元部に穴のないタンクプレート１２３、１２４を得ることができる。
【００３３】
したがって、「発明が解決しようとする課題」の欄で述べたような、フィレット部分でのろう付け不良（ろう切れ）を考慮する必要がないので、ヘッダタンク１２０（タンク本体１２０ａ）の液密性（密閉性）を安定的に確保することができる。
【００３４】
ところで、プレス加工（塑性加工）は、母材（この場合は、タンクプレート１２３、１２４）を塑性流動させることにより母材を所定形状に成形するものであるが、図８に示すように、パンチ２１０にて母材を押圧した際に、母材の一部は、ダイス２００の穴部２０１内に塑性流動することなく、パンチ２１０の押圧方向Ｄと直交する方向（穴部２０１の外周側）に塑性流動（逃げて）しまうので、一般的に、突出寸法が大きい突起部をプレス加工にて一体成形することが難しい。
【００３５】
このため、特に、本実施形態のごとく、突起部１２５、１２７の突出寸法ｈ（図７参照）が、タンクプレート１２３、１２４の肉厚寸法ｔ（図７参照）より大きいプレス成形品においては、図８に示すような手段では、プレス加工にて突起部１２５、１２７をタンクプレート１２３、１２４から一体成形することは、極めて困難である。
【００３６】
これに対して、本実施形態では、規制用突起部２０２により、突起部１２５、１２７の根元側に対応する部位において、タンクプレート１２３、１２４の一部が突起部１２５、１２７の根元から遠ざかるように広がって塑性流動してしまうことを規制した状態でプレス工程を施工するので、母材（タンクプレート１２３、１２４）の一部が、パンチ２１０の押圧方向Ｄと直交する方向（穴部２０１の外周側）に塑性流動（逃げて）しまうことを抑制できる。したがって、突出寸法ｈが大きい突起部１２５、１２７であっても、容易にプレス加工にて一体成形することができる。
【００３７】
なお、このとき、規制用突起部２０２の位置、パンチ２１０の押圧面積及びパンチ２１０の押圧量は、図９に示すような関係になっていることが望ましい。具体的には、ダイス２００の穴部２０１の相当直径をＡとし、パンチ２１０の押圧面積の相当直径をＢとし、規制用突起部２０２の位置を示す相当直径をＣとしたときに、Ｂ＝（１．２〜３）×Ａを満たし、かつ、Ｃ＝（１．２〜１．５）×Ｂを満たし、かつ、ｈ１＝（０．３〜０．６）×ｔを満たすようにする。
【００３８】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、本発明に係るプレス品の製造方法をラジエータのヘッダタンクタンク１２０に設けられた突起部１２５、１２７の成形に用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他のプレス成形品に適用することができる。
【００３９】
また、上述の実施形態では、突起部１２５、１２７の突出寸法ｈが、タンクプレート１２３、１２４の肉厚寸法ｔより大きいプレス成形品であったが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４０】
また、上述の実施形態では、プレス加工にて突起部１２５、１２７を成形したが、本発明はこれに限定されるものではなく、切削加工やキャストにて突起部１２５、１２７を成形してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る熱交換器（ラジエータ）の斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係るヘッダタンクの斜視図である。
【図３】本発明の実施形態に係るヘッダタンクの仮組み付けを示す説明図である。
【図４】（ａ）は本発明の実施形態に係るヘッダタンクの突起部及び穴部の断面図であり、（ｂ）は本発明の実施形態に係るヘッダタンクの突起部及び穴部の上面図である。
【図５】本発明の実施形態に係るヘッダタンクの長手方向と直交する方向におけるヘッダタンクの断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係るヘッダタンクの突起部の製造方法を示す説明図である。
【図７】本発明の実施形態に係るヘッダタンクの突起部の断面図である。
【図８】従来の技術に係るヘッダタンクの突起部の製造方法を示す説明図である。
【図９】本発明の実施形態に係るヘッダタンクの突起部の断面図である。
【図１０】（ａ）は従来の技術に係るヘッダタンクの突起部の嵌合状態を示す断面図であり、（ｂ）は従来の技術に係るヘッダタンクの突起部の嵌合状態を示す上面図である。
【図１１】従来の技術に係るヘッダタンクのフィレット部分の拡大図である。
【符号の説明】
１２３、１２４…タンクプレート、１２５、１２７…突起部。

Claims (4)

1. 流体が流通する複数本のチューブ（１１１）と、
   前記チューブ（１１１）の長手方向両端側に配設され、前記チューブ（１１１）の長手方向と直交する方向に延びて前記複数本のチューブ（１１１）と連通するタンク本体（１２０ａ）を有して構成されたヘッダタンク（１２０）とを備え、
   前記タンク本体（１２０ａ）は、所定形状に成形された少なくとも２枚のプレート（１２３、１２４）をろう付け接合することにより構成されており、
   さらに、前記２枚のプレート（１２３、１２４）のうち一方側のプレート（１２３、１２４）には、その表面から突出する突起部（１２５、１２７）が一体形成され、他方側のプレート（１２３、１２４）には、前記突起部（１２５、１２７）が挿入された穴部（１２６、１２８）が形成されており、
   前記突起部（１２５、１２７）の根元部全周は、前記プレート（１２３、１２４）の表面から連続して繋がっており、
   前記突起部（１２５、１２７）の先端側には、前記突起部（１２５、１２７）の突出方向と交差する方向に突出したフランジ突起（１２５ａ、１２７ａ）が一体成形されており、
   さらに、前記穴部（１２６、１２８）は、前記フランジ突起（１２５ａ、１２７ａ）より大きい穴径（Ｄ１）を有する大径部（１２６ａ、１２８ａ）、及び前記フランジ突起（１２５ａ、１２７ａ）より小さい穴径（Ｄ２）を有する小径部（１２６ｂ、１２８ｂ）からなるダルマ穴状のものであることを特徴とする熱交換器。
2. 前記突起部（１２５、１２７）は、前記プレート（１２３、１２４）の一部を塑性流動させることにより成形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。
3. 請求項１又は２に記載された熱交換器の製造方法であって、
   前記突起部（１２５、１２７）の外形状に沿った穴部（２０１）を有するダイス（２００）に向けて前記プレート（１２３、１２４）の一部をパンチ（２１０）にて押圧し、前記プレート（１２３、１２４）の一部を塑性流動させるプレス工程を有し、
   前記突起部（１２５、１２７）の根元側に対応する部位において、前記プレート（１２３、１２４）の一部が前記突起部（１２５、１２７）の根元から遠ざかるように広がって塑性流動してしまうことを規制した状態で、前記プレス工程を施工することを特徴とする熱交換器の製造方法。
4. 前記ダイス（２００）のうち前記穴部（２０１）の外周側に、前記パンチ（２１０）側に突出して前記プレート（１２３、１２４）の塑性流動を規制する規制用突起部（２０２）が設けられた前記ダイス（２００）を用いて、前記プレス工程を施工することを特徴とする請求項３に記載の熱交換器の製造方法。

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