JP4613615B2 - 熱交換器用タンクの製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、熱交換チューブとは別体の熱交換器用タンクの構成、特に仕切り部の構成に関するものである。

熱交換チューブと別体の熱交換器用タンクを有し、この熱交換器用タンクは、その内部が少なくとも長手方向に沿って延びる仕切り部により仕切られて、複数の分室が画成されており、当該仕切り部はタンク部と一体に構成された冷媒蒸発器に対し、前記仕切り部にバイパス孔を複数設けて、このバイパス孔により通風方向に沿って並列した分室間における冷媒のバイパスを図る構成については、既に公知である（例えば、特開平１１−２８７５８７号公報〔特に、段落番号「００２１」から「００２４」及びその図１、図１３、図１４〕を参照）。そして、この公報には、バイパス孔が、仕切り部を構成する金属（アルミニウム等）の薄板に例えばプレス加工で複数、同時に打ち抜き加工されて矩形状に形成される旨が開示されている。

特開平１１−２８７５８７号公報

しかしながら、上記の仕切り部にバイパス孔を形成する製造方法は、１枚の薄板をロールホーミングで複数段折り曲げて熱交換器用タンクを形成することを前提としたものである。すなわち、薄板に対し折り曲げ前の平坦時に所定の間隔をおいて複数の孔を穿つと共に、一方の孔にはその周縁からバーリングを立設させておき、ロールホーミングにより薄板を折り曲げて仕切り部を構成する過程において、一方の孔の周縁に形成されたバーリングを他方の孔に挿入することで、仕切り部を連通するバイパス孔を形成する。

このため、押出し成形により熱交換器用タンクを製造する場合には、上記した蒸発器の製造方法をそのまま用いることはできない。

そこで、この発明は、押出し成形で製造される熱交換器用タンクの仕切り部に対し、４パスの熱交換器に用いるために、通風方向で隣り合う画室間における熱交換媒体の移動を可能にし、また、そのために仕切り部を最適な肉厚とした熱交換器用タンクを提供することを目的とする。

この発明に係る熱交換器用タンクの製造方法は、外周部とこの外周部に囲まれた内部空間を仕切る仕切り部とが押し出し成形により一体に製造されると共に、前記仕切り部により前記内部空間が通風方向に並列した複数の画室に画成される熱交換器用タンクの製造方法であって、前記仕切り部の肉厚が、０．４ｍｍ以上、１．６５ｍｍ以下となり、前記タンク外周部の肉厚が、前記仕切り部の肉厚と等しいか、当該仕切り部の肉厚よりも厚くなるように前記押し出し成形を行ってタンク素材を製造する工程と、前記仕切り部に前記画室間を連通する連通路を形成する工程とを有し、前記連通路を形成する工程は、前記タンクの長手方向の端部から所定寸法離れた内側に位置するように且つ切り欠き状ではなく孔状の連通路となるように、前記タンクの画室の長手方向の端部の開口部から前記仕切り部を挟むようにパンチとダイスとを挿入して前記仕切り部に穿孔加工を行う工程であることを特徴としている（請求項１）。そして、前記仕切り部に穿孔加工を行う工程は、通孔が形成された前記パンチと、このパンチの通孔に挿通可能な外形を有する前記ダイスと、前記ダイスを前記パンチ側に移動するための可動部とを備えた金型を利用して行うものであって、前記パンチと前記可動部とを前記画室の長手方向端部の開口部からそれぞれ挿入した後、前記パンチを前記仕切り部の面に沿わせて固定した状態に置き、前記可動部を動かして前記ダイスの先端を前記パンチ側に当該パンチの通孔に挿入するまで移動してプレス加工を行うことを特徴としている（請求項２）。

これにより、押出し成形で仕切り部も外周部と一体的に形成される熱交換器用タンクについても、連通路を介して複数の画室間を熱交換媒体が移動することが可能となる。
ここで、仕切り部に対し一辺が開放された切り欠きを形成し、画室の開口を閉塞するための蓋体部とで連通路を形成することも考えられるが、蓋体の未組み付け時においてタンクの長手方向に沿った側のうち連通路を有する側の部位は、仕切り部の切り欠きにより強度が弱くなるという不具合を生ずることが考えられる。このため、連通路は、後過程で当該仕切り部に対し切り欠き状ではなく孔状の連通路を形成することが好ましい。このような構成においては、タンクの強度を相対的に高めることが可能となる。
また、前記連通路は、タンク内での熱交換媒体の分配を考慮すると、タンクの長手方向の端部から所定寸法離れた内側に孔状の連通路を前記仕切り部に穿孔加工することが好ましい。

ところで、押出し成形により製造されるタンクの仕切り部に連通路を後過程により形成する方法として、通風方向に沿って並列した画室に対し長手方向端に開口した開口部の一方からそれぞれパンチ・ダイスを挿入し、穿孔加工を行うことにより連通路を形成することが考えられるがパンチ・ダイスの支点・力点はプレスの作動方向同軸上にないので、金型の疲労強度に難があるという不具合を有する。
この不具合は、熱交換器用タンクの仕切り部の薄肉化により解消することが可能であるが、今度は仕切りプレートの組付け時や市場仕様環境での熱交換器用タンク仕切り部の変形が懸念される。
そこで、この発明に係る熱交換器用タンクの仕切り部は、その肉厚を０．４ｍｍ以上、１．６５ｍｍ以下に設定することが望ましい。この場合、タンク外周部の肉厚は、前記仕切り部の肉厚と等しいが、当該仕切り部の肉厚よりも厚くするとよい。
これにより、当該熱交換器用タンクについて、通風方向に沿って並列した画室に対し長手方向端に開口した開口部の一方からそれぞれパンチ・ダイスを挿入して穿孔加工を行うにあたり、仕切り部の肉厚を０．４ｍｍ以上、１．６５ｍｍ以下としたことで、仕切り部が従来の仕切り部よりも相対的に薄肉化して、パンチ・ダイスの支点・力点が作動方向同軸上になくても、予定される金型の使用回数が確保されるように金型の疲労強度を大きくすることが可能になると共に、その薄肉化も仕切り部の変形防止に必要な強度を担保できることから、タンクのスリットに仕切りプレートを挿入し取り付ける際や市場仕様環境において仕切り部が変形してしまうという不具合も回避することができる。

以上述べたように、本発明に係る熱交換器用タンクの製造方法によれば、押出し成形で仕切り部も外周部と一体的に形成される熱交換器用タンクについても、仕切り部に連通路を形成することで画室間の連通が可能となり、また、後過程で当該仕切り部に対し切り欠き状ではなく孔状の連通路を形成することで、タンクの強度を相対的に高めることが可能となる。

また、本発明に係る熱交換器用タンクの製造方法によれば、仕切り部は、その肉厚を０．４ｍｍ以上、１．６５ｍｍ以下の範囲としたことにより、従来の仕切り部よりも相対的に薄肉化して、支点・力点が作動方向同軸上にないパンチ・ダイスを用いて連通路を形成する場合であっても、予定される金型の使用回数が確保されるように金型の疲労強度を大きくすることが可能になると共に、その薄肉化も仕切り部の変形防止に必要な強度を保証した範囲内であるので、タンクの外周部に形成されたスリットに仕切りプレートを挿入して取り付ける際や市場仕様環境において変形するという不具合を回避することもできる。

図１（ａ）は、この発明に係る熱交換器用タンクを用いた熱交換器の全体構成を示す通風方向背面図、図１（ｂ）は、同上の熱交換器の全体構成を示す熱交換媒体出入口部から見た側面図である。 図２（ａ）は、図１のＡ−Ａ線拡大断面図であり、図２（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ線拡大断面図であり、図２（ｃ）は、熱交換チューブとフィンとを示す説明図である。 図３（ａ）は、熱交換チューブとフィンとを示す説明図であり、図３（ｂ）は、タンクの断面図である。 図４（ａ）から（ｇ）は、熱交換器の製造工程の一部を示す説明図である。 図５は、タンクの仕切り部及び外周部の肉厚及び金型（パンチ・ダイス）の構成の一部を示す斜視図である。 図６は、タンクの画室にパンチ・ダイスをそれぞれ挿入して連通路を形成した状態を示す断面図である。 図７は、金型の繰り返し回数とパンチの許容限界応力との関係を示す線図である。 図８は、仕切り部の板厚とパンチに発生する最大応力との関係を示す線図である。

以下、この発明の実施の形態を図面により説明する。

図１に示される熱交換器１は、例えば車両用空調装置の冷凍サイクルの一部を構成するエバポレータとして用いられている。この熱交換器１は、炉中ろう付け方法により製造されており、対をなすタンク２、３と、このタンク２、３を連通する複数の熱交換チューブ４と、この熱交換チューブ４間に挿入接合されたコルゲート状のアウターフィン５と、熱交換チューブ４の積層方向端に配されるサイドプレート６と、熱交換媒体の出入口部７、８を備えたコネクタ９が取り付けられるサイドタンク１０とを有して構成されている。コネクタ９は、図示しない膨張弁と接続される。そして、この熱交換器１は、図示しない膨張弁から送られる熱交換媒体を、サイドタンク１０を介して流入させ、熱交換チューブ４によってタンク２、３間を移動させ、その過程においてアウターフィン５間を通過する空気と熱交換させ、最終的にサイドタンク１０を介して送出されるようにしている。

このうち、熱交換チューブ４は、図３（ａ）に示される様に、タンク２、３に挿入される両端が開口され、熱交換媒体の流路１４が内部に形成された扁平管１３にインナーフィン１５を収納して構成されている。この実施形態では、熱交換チューブ４は、ロールホーミングにより一枚の扁平管素材を折り曲げることで形成されている。

タンク２、３は、前述のごとく、所定の間隔で対向するように配設されているもので、押出し成形により形成されており、そのため、表面にろう材層を有せず、例えばＡ３０００系のアルミニウム合金が用いられている。

このうち、タンク２について図２（ａ）を用いて説明すると、タンク２は、熱交換チューブ４を挿入させるチューブ挿入孔１７が形成されたもので、その長手方向両端に開口部が形成されているが、この開口部はキャップ１９により閉塞されている。そして、タンク２は、熱交換チューブ４の積層方向（タンク２の長手方向）に沿って延びる仕切り部２０が外周部１８と一体に形成されており、これにより、タンク２内は、図３（ｂ）に示される様に、通風方向に並列した画室２１と画室２２とが画成されている。

これに対し、タンク３は、図２（ｂ）に示すように、熱交換チューブ４を挿入させるチューブ挿入孔１７が形成されたもので、その長手方向両端の開口部は、キャップ１９により閉塞されている点、熱交換チューブ４の積層方向（タンク３の長手方向）に沿って延びる仕切り部２０が一体に形成されており、これにより、タンク３内は、図３（ｂ）に示される様に、通風方向に並列した画室２１と画室２２とが画成されている点では、タンク２と略同様の構成をなしている。一方で、タンク３の画室２１、画室２２は、タンク２とは異なり、スリット２９から挿入された仕切りプレート２８により通風方向の途中が仕切られて、分室２１ａ、２１ｂ又は２２ａ、２２ｂに分かれている。そして、分室２１ｂと分室２２ｂとは、熱交換媒体のフローを４パスとするために、連通路１６により連通している。

そして、タンク３は、積層方向の終端に位置する熱交換チューブ４よりも積層方向外側に突出した突出部３ａを有している。この突出部３ａは、外周部１８がそのまま延出して構成され、その内部も仕切り部２０がキャップ１９の内側面に接するまで延出している。これに伴い、突出部３ａ内は、タンク３の前述した画室２１、２２が連続した状態で画成されている。突出部３ａの画室２１、２２は、熱交換媒体の最上流側又は最下流側を構成するもので、図２（ｂ）に示される様に、下記するサイドタンク１０の流入側通路２５、流出側通路２６と突出部３ａに形成された開口部２３、２４を介して連通している。

次に、熱交換器１の製造方法の一部について、タンク３を代表して、図４を用いて説明する。まず、図４（ａ）に示す様に、例えば長手方向寸法が長尺（例えば５ｍ）となるように押出し成形により形成してストックしておいた複数のタンク素材Ｍから任意のタンク素材Ｍを抽出して製造ラインに乗せる。

そして、図４（ｂ）に示す様に、タンク素材Ｍの一方側の先端部位において仕切り部２０に連通路１６を穿った後、図４（ｃ）に示す様に、タンク素材Ｍの面１８Ａに対し所定の範囲にわたってチューブ挿入孔１７を形成する。

更に、図４（ｄ）に示す様に、例えば丸ノコ状のツール等で、所望の長手方向寸法となるようにタンク素材Ｍを切断すると共に、面１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｄ又は面１８Ａ、１８Ｃ（図示しないが面１８Ｂと対峙して存する）、１８Ｄにまたがるスリット２９、２９を形成し、これらの切断部位を洗浄しバリの除去等の処理を行う。これにより、タンク３の形が完成する。連通路１６の形成、チューブ挿入孔１７の形成及びスリット２９、２９の形成等の工程は、タンク素材Ｍが短くなるまで繰り返して行われる。

そして、図４（ｅ）に示す様に、この完成したタンク３に対しスリット２９から仕切りプレート２８を画室２１又は２２内に装着する。最後に、図４（ｆ）に示す様に、ろう材シート３０をタンク３のチューブ挿入孔形成面１８Ａに貼り付けた後、図４（ｇ）に示す様に、タンク３の長手方向両側に開口した開口部をキャップ１９で閉塞することでタンク３に対する組付け工程も終了する。

タンク２は、前述のように、連通路１６がなく、スリット２９、２９を形成して当該スリット２９から仕切りプレート２８を画室２１又は２２内に装着する必要がないことから、図４（ａ）、図４（ｃ）を経て、図４（ｄ）の代わりにツールでタンク素材Ｍを切断する工程が入り、しかる後に、図４（ｆ）に示す様に、ろう材シート３０をタンク２のチューブ挿入孔形成面１８Ａに貼り付けた後、図４（ｇ）に示す様に、タンク２の長手方向両側に開口した開口部をキャップ１９で閉塞するという工程を経る。

最後に、タンク２のチューブ挿入孔１７とタンク３のチューブ挿入孔１７とに熱交換チューブ４の長手方向両端部位を挿入するなどして熱交換器１を組付けた後、この熱交換器１を炉中ろう付けすることにより、熱交換器１の製造が完了する。尚、熱交換器１の組付け及び炉中ろう付けの方法は公知のものであるから特に図示して説明しない

ところで、タンク３を押出し成形で製造するにあたって、外周部１８が成形されると同時に仕切り部２０がこの外周部１８と一体成形されるが、図５に示される様に、この実施形態では、仕切り部２０は、その肉厚Ｔ１が、１．０ｍｍであり、外周部１８の肉厚は、通風方向に延びる面の肉厚Ｔ２が１．５ｍｍ、通風方向と交差する方向に延びる面の肉厚Ｔ３が１．０ｍｍとなっている。即ち、外周部１８の肉厚Ｔ２、Ｔ３は、仕切り部２０の肉厚Ｔ１と等しいかそれ以上の寸法となっている。尚、仕切り部２０の肉厚Ｔ１は、上記した寸法１．０ｍｍに限定されず、０．４ｍｍ以上１．６５ｍｍ以下の範囲であれば良い。

そして、図４（ｂ）で示された仕切り部２０に連通路１６を形成する工程は、例えば、図５に示される様な、通孔３４ａが形成されたパンチ３４と、パンチ３４の通孔３４ａに挿通可能な外形を有するダイス３５と、ダイス３５をパンチ３４側に移動するための可動部３６とを備えた金型３３を利用して行う。すなわち、パンチ３４と可動部３６とを画室２１、２２の長手方向端部の開口部からそれぞれ挿入した後、第６図に示される様に、パンチ３４を仕切り部２０の面に沿わせて固定した状態に置き、可動部３６を動かしてダイス３５の先端をパンチ３４側に当該パンチ３４の通孔３４ａに挿通するまで移動して、プレス加工を行うことによって、仕切り部２０に連通路１６となる矩形状の貫通孔を穿つ。

この場合に、パンチ３４・ダイス３５の支点・力点はプレスの作動方向同軸上にないが、仕切り部２０の肉厚Ｔ１を１．６５ｍｍ以下として、従来の仕切り部の肉厚より相対的に薄肉化することで、金型３３に与える金属疲労は抑制される。

即ち、金型の寿命は１０万回ほどの使用に耐え得ることができれば実使用において支障はないので、プレス型やポンチなどで極一般的に用いられるＳＫＨ５１の金型材質を利用する場合には、図７に示されるように、１０万回の繰り返し使用に耐えうるプレスの許容限界応力が約８５０Ｎ／ｍｍ２であること、また、このような応力で加工可能な仕切り部の厚みは、図８に示されるように、１．６５ｍｍ以下であることから、１０万回の繰り返し使用を満足する板厚の上限を１．６５ｍｍとしている。これに対して、前述した図４（ｅ）に示す様にタンク３のスリット２９に仕切りプレート２８を装着するにあたり、仕切りプレート２８の先端部が仕切り部２０に突当する際の力、また、市場での仕様環境で仕切り部２０にかかる力に対しては、仕切り部２０の肉厚の下限を０．４ｍｍに留めることにより必要な強度が担保され、仕切り部２０が変形しないことも判明している。

Claims (2)

1. 外周部とこの外周部に囲まれた内部空間を仕切る仕切り部とが押し出し成形により一体に製造されると共に、前記仕切り部により前記内部空間が通風方向に並列した複数の画室に画成される熱交換器用タンクの製造方法であって、
   前記仕切り部の肉厚が、０．４ｍｍ以上、１．６５ｍｍ以下となり、前記タンク外周部の肉厚が、前記仕切り部の肉厚と等しいか、当該仕切り部の肉厚よりも厚くなるように前記押し出し成形を行ってタンク素材を製造する工程と、前記仕切り部に前記画室間を連通する連通路を形成する工程とを有し、
   前記連通路を形成する工程は、前記タンクの長手方向の端部から所定寸法離れた内側に位置するように且つ切り欠き状ではなく孔状の連通路となるように、前記タンクの画室の長手方向の端部の開口部から前記仕切り部を挟むようにパンチとダイスとを挿入して前記仕切り部に穿孔加工を行う工程であることを特徴とする熱交換器用タンクの製造方法。
2. 前記仕切り部に穿孔加工を行う工程は、通孔が形成された前記パンチと、このパンチの通孔に挿通可能な外形を有する前記ダイスと、前記ダイスを前記パンチ側に移動するための可動部とを備えた金型を利用して行うものであって、
   前記パンチと前記可動部とを前記画室の長手方向端部の開口部からそれぞれ挿入した後、前記パンチを前記仕切り部の面に沿わせて固定した状態に置き、前記可動部を動かして前記ダイスの先端を前記パンチ側に当該パンチの通孔に挿入するまで移動してプレス加工を行うことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器用タンクの製造方法。

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