JP4657901B2 - 仮留め用突起の製造方法およびその製造方法により製造された仮留め用突起を用いた熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、二つの部材を位置合せした状態で仮留めするための仮留め用突起の製造方法およびその製造方法により製造された仮留め用突起を用いた熱交換器に関するものである。

二つの部材の仮留め方法して、一方の部材に孔を設け、他方の部材には突起を設けて、それらを嵌合させることで仮留めする方法が知られている。図５は、従来の仮留め用突起４１を示す断面図であり、（ａ）は成形状態、（ｂ）は仮留め状態を示している。また、下記特許文献１には、一方の部材にダルマ孔を設け、他方の部材にはフランジ突起を一体成形し、フランジ突起をダルマ孔の大径孔側から挿入して小径孔側へ平行移動（スライド）させることによって両部材を仮留めする方法が示される。
特開２００２−２６７３８７号公報

しかしながら、図５に示す従来形状の場合には、相手部材２の仮留め用孔部２ａの孔径ΦＨに対し、仮留め用突起４１を容易に嵌合できるよう突起４１の外径ΦＰを小さくしているため、外れ易く、位置決め精度も悪いという問題点がある。これを外れないようにするには、嵌合の後で突起先端部に大きな力を加えて変形させることを要した。

図６は、図５の仮留め用突起４１を潰し加工した状態を示す断面図である。例えば、図５の仮留め用突起４１を図６に示すように、受け治具Ｇ１にセットして加工治具Ｇ２で先端側から潰してフランジ部４１ａを形成する方法や、図示しない仮留め用突起４１の先端側に割りを入れて拡げる方法やスピンかしめでフランジ部を形成する方法などがある。
しかしながら、これらの方法では、図５の形態での不具合は解消するが、先端部分を変形させるための加工力が必要となり、そのための治具や装置が必要となる。また、先端部分を変形させるための加工力を支えるため、突起を形成した部材４が変形してしまう場合もあり、加工力を支えられることが適用上の制約条件ともなる。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて成されたものであり、その目的は、嵌め易く、外れ難く、位置決め精度の良い仮留め用突起の製造方法およびその製造方法により製造された仮留め用突起を用いた熱交換器を提供することにある。なお、図５・図６で説明しなかった符号は後述する本発明の実施形態での符号と対応するものである。

本発明は上記目的を達成するために、請求項１ないし請求項５に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、一方の部材（２）に形成された仮留め用孔部（２ａ）の内面に、他方の部材（４）に形成された仮留め用突起（４１）の最大径部（４１ｂ）が接触するように、仮留め用孔部（２ａ）に仮留め用突起（４１）を嵌合させる仮留め構造に用いられる仮留め用突起の製造方法において、
他方の部材（４）に、径方向の中央部に窪み部（Ｈ１）が設けられた予備成形突起（４１１）を形成する工程と、
予備成形突起（４１１）を形成する工程の後、最大径部（４１ｂ）となる部分の外径を仮留め用孔部（２ａ）と同径の内径を有する治具で規制しながら窪み部（Ｈ１）を径外方向に押し拡げることで、予備成形突起（４１１）を径外方向に押し拡げて仮留め用突起（４１）を形成する工程と、を備えることを特徴としている。

この請求項１に記載の発明によれば、一方の部材（２）の仮留め用孔部（２ａ）の孔径（ΦＨ）に対し、実際にその仮留め用孔部（２ａ）の内面と接触して位置を決める部分となる仮留め用突起（４１）の最大径部（４１ｂ）の外径（ΦＰ）やピッチを、突起成形治具（Ｇ３）で規制しながら形成することで精度良く出せるようになる。

そして、最大径部（４１ｂ）の外径（ΦＰ）を、嵌合させる仮留め用孔部（２ａ）の孔径（ΦＨ）と略同径とし、仮留め用突起（４１）を仮留め用孔部（２ａ）と隙間なく嵌合させて高い位置決め精度を出すことができる。

このことより、二つの部材（２、４）を位置合せして仮留めするうえでの位置精度を良くすることができうえ、仮留め部（４０）を嵌合させるときに要する力は、人の指先で押し込むことができるレベルであり、大きな加工力を発生させるための道具立てを必要としない。また嵌合後は、搬送などで容易に外れ難くすることができる。
また、窪み部（Ｈ１）は、突起の外径を予備成形時の径（ΦＰ１）よりも大きくするため、先端側外縁部（４１ａ）の材料を外径方向に移動させ易くするために設けたものである。仮留め用突起（４１）は、このように予め小さな径（ΦＨ１）の窪み部（Ｈ１）を有する予備成形突起（４１１）を形成し、この窪み部（Ｈ１）を（ΦＨ２まで）押し広げながら軸方向にも若干押し潰すことにより形成している。この請求項に記載の発明によれば、予備成形突起（４１１）を外径方向に押し拡げ易くすることができる。

また、請求項２に記載の発明では、仮留め用突起（４１）を形成する工程では、前記最大径部（４１ｂ）の外周部を略線状に形成することを特徴としている。この請求項２に記載の発明によれば、最大径部（４１ｂ）の幅を狭くすることで、嵌合に要する力を小さく抑えることができる。

また、請求項３に記載の発明では、予備成形突起（４１１）を形成する工程では、予備成形突起（４１１）の先端側外縁部（４１１ａ）を先端側中央部よりも予備成形突起（４１１）の突出方向へ高く突出させて形成し、
仮留め用突起（４１）を形成する工程では、予備成形突起（４１１）を先端側から押し潰すことを特徴としている。予め形成する予備成形突起（４１１）は、先端側外縁部（４１１ａ）を先端側中央部よりも高く突出させて形成しておき、その突出させた先端側外縁部（４１１ａ）を軸方向に押し潰すことで、外径方向への拡大を容易にすることができる。この請求項に記載の発明によれば、予備成形突起（４１１）を外径方向に押し拡げ易くすることができる。

また、請求項４に記載の発明では、仮留め用突起（４１）を形成する工程では、仮留め用突起（４１）の先端側に、根元側へ向かって拡がって最大径部（４１ｂ）と滑らかに繋がる先端テーパー部（４１ｃ）を形成することを特徴としている。この請求項に記載の発明によれば、最大径部（４１ｂ）の先端側に先端テーパー部（４１ｃ）を形成することにより、この先端テーパー部（４１ｃ）が仮留め用突起（４１）と仮留め用孔部（２ａ）とを嵌合させる際のガイドとなり、二つの部材（２、４）を嵌合させ易くすることができる。

また、請求項５に記載の発明では、熱交換器（１）を構成する第１部材（２）に仮留め用孔部（２ａ）が形成され、熱交換器（１）を構成する第２部材（４）に仮留め用孔部（２ａ）に対応する請求項１ないし請求項４のうちいずれか１項に記載の仮留め用突起の製造方法で仮留め用突起（４１）が形成され、第１部材（２）と第２部材（４）とが、仮留め用孔部（２ａ）と仮留め用突起（４１）との嵌合により仮留めされて相互にロウ付接合されていることを特徴としている。

この請求項５に記載の発明によれば、熱交換器（１）をロウ付けで形成する際、部材（２、４）同士の仮留めの位置合せ精度が良くなることより、精度の良い熱交換器（１）とすることができる。ちなみに、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。

以下、本発明の実施の形態について添付した図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る丸型オイルクーラ（熱交換器）１をエンジンのクランクケース２０に組み付けた状態を示す断面図である。本実施形態のオイルクーラ１は、自動二輪車のエンジンオイルを冷却するオイルクーラであり、エンジンのクランクケース２０など、オイルクーラ用の取り付け座部に組み付けた状態である。

なお、自動二輪車では、クランクケースとトランスミッションケースとは共用化されているため、エンジンオイルがトランスミッションオイルを兼ねている。以下、図１を用いて本実施形態に係るオイルクーラ１について述べる。コア部２は、本発明で言う一方の部材、もしくは第１部材に相当し、エンジンオイルとエンジン冷却水とを熱交換する熱交換部である。

このコア部２は、所定形状の凹凸を有するようにプレス成形された複数枚のプレートを、プレートの厚み方向に積層することにより形成されたものである。ハウジング３は、コア部２を収納する略円筒コップ状の容器である。このハウジング３のクランクケース２０側の軸方向端部は、略円盤状の取り付けプレート４によって閉塞されており、ハウジング３と取り付けプレート４によって密閉されたコア部２周囲の空間が、エンジン冷却水が流れる冷却水通路となる。

なお、取り付けプレート４は、本発明で言う他方の部材、もしくは第２部材に相当する。そして、ハウジング３の外周面には、ラジエータなどの放熱器から流出して冷えたエンジン冷却水が流入する冷却水流入口３ａ、およびエンジンオイルとの熱交換を終えたエンジン冷却水をエンジン側に流出させる図示しない冷却水流出口が設けられている。ちなみに、本実施形態で冷却水流出口は紙面奥側、または手前側に設けられている。

また、取り付けボルト５は、オイルクーラ１をクランクケース２０に組み付け固定するものである。本実施形態に係る取り付けボルト５は、ハウジング３および取り付けプレート４の略中心を、ハウジング３の軸方向と平行な方向に貫通してクランクケース２０まで延びており、その雄ねじ部５ａがクランクケース２０に形成された雌ねじ部に螺合している。

ところで、本実施形態に係る取り付けボルト５は、その首下部分、つまり呼び長さ部分が筒状となって内部がエンジンオイルの通路となっている。一方、略コップ状に形成されたハウジング３の底部、つまりハウジング３の軸方向端部のうちコア部２を挟んで取り付けプレート４と反対側には、コア部２のうち取り付けボルト５周りの部分を流れるエンジンオイルを集合または分配させる環状の空間を成すタンク３ｂが設けられている。このタンク３ｂは、取り付けボルト５内に設けられたエンジンオイルの通路と連通している。

また、クランクケース２０に設けられた凹部２１は、コア部２のうち取り付けボルト５周りの部分を流れるエンジンオイルを集合または分配させる環状の空間であり、本実施形態では、エンジンから流出したエンジンオイルは、凹部２１から取り付けボルト５周り部分のコア部２に流れ込んでエンジン冷却水にて冷却された後、タンク３ｂで集合回収されて取り付けボルト５内に設けられたエンジンオイルの通路を経由してクランクケース２０、つまりエンジンに戻る。

なお、Ｏリング６は、取り付けプレート４とクランクケース２０の取り付け面との隙間を液密に密閉するシール手段であり、本実施形態では、ニトリルゴムなどの弾性材料にてＯリング６を形成している。ちなみに、本実施形態に係るオイルクーラ１のコア部２およびハウジング３などの本体部はステンレス製であり、取り付けプレート４は鋼などの鉄系材料製であり、両者はろう付けにて一体化されている。

図２は、図１のオイルクーラ１の仮留め状態を示す模式図である。取り付けプレート４の上面には、本発明の仮留め用突起４１が形成されており（図２では２箇所）、その仮留め用突起４１にコア部２（図２ではプレート１枚に略す）を仮留めし、このコア部２の上にハウジング３を被せてロウ付け接合するための仮留め状態としている。その後、これらを炉中にて一体ロウ付けすることによってオイルクーラ１を形成している。

これらコア部２・ハウジング３・取り付けプレート４は、例えばアルミニウム合金製である。また、図１の構造とは若干異なるが、図２の例では、コア部２としているプレートの下面側には低融点合金のろう材がクラッドされており、炉内で加熱することにより、仮留め部４０で位置決めされたままコア部２とハウジング３、およびコア部２と取り付けプレート４の部材相互が接合されるようになっている。

次に、図３・図４を用いて、仮留め部４０の詳細について説明する。図３は、図２の仮留め部４０の詳細であり、本発明の一実施形態における仮留め用突起４１を示す断面図である。また図４は、図３の仮留め用突起４１の形成方法を示す断面図であり、（ａ）は予備成形突起４１１、（ｂ）は本成形を示す。仮留め用突起４１は取り付けプレート４に形成し、これと嵌り合う仮留め用孔部２ａはコア部２側に設けている。

まず、仮留め用突起４１の形状について説明する。本仮留め用突起４１においては、コア部２側に形成した仮留め用孔部２ａの孔径ΦＨと、仮留め用突起４１の突出高さ方向途中に形成した最大径部４１ｂの外径ΦＰとが、略同径（製造上のばらつきを含めてΦＰがΦＨより極僅かに小さい程度）であることにより、従来（図５）の形態での不具合である外れ易さと位置決め精度の低さを解消している。

また、最大径部４１ｂは、線状または僅かな幅の帯状でしか存在せず、根元側はこれより小さい径ΦＰ１（ΦＰ＞ΦＰ１）とすることで、仮留め用孔部２ａに本仮留め用突起４１を嵌合させる際、外れ難さと位置決め精度の高さとを実現しつつ、嵌合力を小さくすることができる。

これは、人の手の指先による小さな力でも押し込むことを可能にしており、従来（図６）の形態での不具合である外れ難くするために大きな力を要することを解消している。また、仮留め用突起４１の先端側に、根元側へ向かって拡がって最大径部４１ｂと滑らかに繋がる先端テーパー部４１ｃを形成している。これは、仮留め用突起４１と仮留め用孔部２ａとを嵌合させ易くするためのものである。

次に、その仮留め用突起４１の形成方法について説明する。本仮留め用突起４１を形成するには、予め図４（ａ）に示す外径ΦＰ１の予備成形突起４１１を成形している。本実施形態では金型を用いて、取り付けプレート４の裏面側４２部の素材を塑性流動させて形成している。

なおこのとき、予備成形突起４１１の中央部に穴径ΦＨ１の窪み部Ｈ１を設けるとともに、先端側外縁部４１１ａを先端側中央部よりも高く突出させて形成している。また、予備成形突起４１１を形成する際に、予備成形突起４１１の周囲が強圧されて僅かに隆起し、仮留め用孔部２ａと嵌合させた際、この隆起部分に仮留め用孔部２ａ側部材が乗り上げて浮きが発生することを避けるため、予備成形突起４１１の周囲には浅い窪み４３部を形成している。

そして、この予備成形突起４１１を、図示しない受け治具Ｇ１（図６参照）にセットし、突起成形治具Ｇ３で最大径部４１ｂとなる部分の外径を治具側内径部３３で規制しながら、外径方向に押し拡げるようにして形成している。ちなみに、治具側内径部３３の内径は、仮留め用孔部２ａと同じΦＨとなっている。

その他、突起成形治具Ｇ３には、予備成形突起４１１中央部の穴径ΦＨ１の窪み部Ｈ１を、穴径ΦＨ２の窪み部Ｈ２にまで押し拡げる凸部３１と、予備成形突起４１１の先端側外縁部４１１ａを上方から押し潰して先端テーパー部４１ｃを形成するテーパー部３２が形成されている。

このような突起成形治具Ｇ３にて予備成形突起４１１を押し拡げつつ押し潰すことにより、図４（ｂ）に２点鎖線で示す予備成形突起４１１が実線にて示す仮留め用突起４１に変形させる。この際、予め形成されている窪み部Ｈ１をＨ２にまで押し拡げることで外周部の径の増加を容易としている。

また、すり鉢状に形成された先端側外縁部４１１ａを、突起成形治具Ｇ３のテーパー部３２で押し潰すことにより、外周部の径の増加を容易とするとともにも、先端テーパー部４１ｃを形成している。そして、径が増加した突起側外周面は、治具側内径部３３に当接し、治具の内径寸法ΦＨが正確に突起側の最大径部４１ｂの外径ΦＰとして転写されようになっている。

次に、本実施形態での特徴と、その効果について述べる。まず、最大径部４１ｂとなる部分の外径を規制しながら予備成形突起４１１を外径方向に押し拡げて形成するようにしている。これによれば、一方の部材２の仮留め用孔部２ａの孔径ΦＨに対し、実際にその仮留め用孔部２ａの内面と接触して位置を決める部分となる仮留め用突起４１の最大径部４１ｂの外径ΦＰやピッチを、突起成形治具Ｇ３で規制しながら形成することで精度良く出せるようになる。

そして、最大径部４１ｂの外径ΦＰを、嵌合させる仮留め用孔部２ａの孔径ΦＨと略同径とし、仮留め用突起４１を仮留め用孔部２ａと隙間なく嵌合させて高い位置決め精度を出すことができる。このことより、二つの部材２・４を位置合せして仮留めするうえでの位置精度を良くすることができうえ、仮留め部４０を嵌合させるときに要する力は、人の指先で押し込むことができるレベルであり、大きな加工力を発生させるための道具立てを必要としない。また嵌合後は、搬送などで容易に外れ難くすることができる。

また、仮留め用突起４１の突出高さ方向において、最大径部４１ｂの幅を狭く、略線状に形成している。これによれば、最大径部４１ｂの幅を狭くすることで、嵌合に要する力を小さく抑えることができる。また、予備成形突起４１１の中央部に窪み部Ｈ１を設けるとともに、窪み部Ｈ１を外径方向に押し拡げて形成している。窪み部Ｈ１は、突起の外径を予備成形時の径ΦＰ１よりも大きくするため、先端側外縁部４１ａの材料を外径方向に移動させ易くするために設けたものである。

仮留め用突起４１は、このように予め小さな径ΦＨ１の窪み部Ｈ１を有する予備成形突起４１１を形成し、この窪み部Ｈ１をΦＨ２まで押し広げながら軸方向にも若干押し潰すことにより形成している。ちなみに、窪み部Ｈ１の深さは窪み部Ｈ１の半径程度としている。これによれば、予備成形突起４１１を外径方向に押し拡げ易くすることができる。

また、予備成形突起４１１は、先端側外縁部４１１ａを先端側中央部よりも高く突出させて形成している。予め形成する予備成形突起４１１は、先端側外縁部４１１ａを先端側中央部よりも高く突出させて形成しておき、その突出させた先端側外縁部４１１ａを軸方向に押し潰すことで、外径方向への拡大を容易にすることができる。これによれば、予備成形突起４１１を外径方向に押し拡げ易くすることができる。

また、先端側に、根元側へ向かって拡がって最大径部４１ｂと滑らかに繋がる先端テーパー部４１ｃを形成している。これによれば、最大径部４１ｂの先端側に先端テーパー部４１ｃを形成することにより、この先端テーパー部４１ｃが仮留め用突起４１と仮留め用孔部２ａとを嵌合させる際のガイドとなり、二つの部材２・４を嵌合させ易くすることができる。

また、熱交換器１を構成する第１部材２に仮留め用孔部２ａを形成し、熱交換器１を構成する第２部材４に、仮留め用孔部２ａに対応する上記に記載の仮留め用突起４１を形成し、第１部材２と第２部材４とをロウ付けする際の両者の仮留めに仮留め用孔部２ａと仮留め用突起４１とを用いている。これによれば、熱交換器１をロウ付けで形成する際、部材２・４同士の仮留めの位置合せ精度が良くなることより、精度の良い熱交換器１とすることができる。

（その他の実施形態）
上述の実施形態では、本発明の仮留め用突起４１をオイルクーラ１の取り付けプレート４とコア部２との仮留めに用いが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、その他の熱交換器において二つの部材を位置合せした状態で仮留めする部分に適用することができる。また、上述の実施形態では、予備成形突起４１１をプレス加工による塑性流動によって形成しているが、切削加工やキャストにて形成したものであっても良い。

本発明の一実施形態に係る丸型オイルクーラ（熱交換器）１をエンジンのクランクケース２０に組み付けた状態を示す断面図である。 図１のオイルクーラ１の仮留め状態を示す模式図である。 図２の仮留め部４０の詳細であり、本発明の一実施形態における仮留め用突起４１を示す断面図である。 図３の仮留め用突起４１の形成方法を示す断面図であり、（ａ）は予備成形突起４１１、（ｂ）は本成形を示す。 従来の仮留め用突起４１を示す断面図であり、（ａ）は成形状態、（ｂ）は仮留め状態を示す。 図５の仮留め用突起４１を潰し加工した状態を示す断面図である。

符号の説明

１…熱交換器
２…コア部（一方の部材、第１部材）
２ａ…仮留め用孔部
４…取り付けプレート（他方の部材、第２部材）
４１…仮留め用突起
４１ａ…先端側外縁部
４１ｂ…最大径部
４１ｃ…先端テーパー部
４１１…予備成形突起
Ｈ１…窪み部

Claims (5)

1. 一方の部材（２）に形成された仮留め用孔部（２ａ）の内面に、他方の部材（４）に形成された仮留め用突起（４１）の最大径部（４１ｂ）が接触するように、前記仮留め用孔部（２ａ）に前記仮留め用突起（４１）を嵌合させる仮留め構造に用いられる仮留め用突起の製造方法において、
   前記他方の部材（４）に、径方向の中央部に窪み部（Ｈ１）が設けられた予備成形突起（４１１）を形成する工程と、
   前記予備成形突起（４１１）を形成する工程の後、前記最大径部（４１ｂ）となる部分の外径を前記仮留め用孔部（２ａ）と同径の内径を有する治具で規制しながら前記窪み部（Ｈ１）を径外方向に押し拡げることで、前記予備成形突起（４１１）を径外方向に押し拡げて前記仮留め用突起（４１）を形成する工程と、を備えることを特徴とする仮留め用突起の製造方法。
2. 前記仮留め用突起（４１）を形成する工程では、前記最大径部（４１ｂ）の外周部を略線状に形成することを特徴とする請求項１に記載の仮留め用突起の製造方法。
3. 前記予備成形突起（４１１）を形成する工程では、前記予備成形突起（４１１）の先端側外縁部（４１１ａ）を先端側中央部よりも前記予備成形突起（４１１）の突出方向へ高く突出させて形成し、
   前記仮留め用突起（４１）を形成する工程では、前記予備成形突起（４１１）を先端側から押し潰すことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の仮留め用突起。
4. 前記仮留め用突起（４１）を形成する工程では、前記仮留め用突起（４１）の先端側に、根元側へ向かって拡がって前記最大径部（４１ｂ）と滑らかに繋がる先端テーパー部（４１ｃ）を形成することを特徴とする請求項３に記載の仮留め用突起の製造方法。
5. 熱交換器（１）を構成する第１部材（２）に前記仮留め用孔部（２ａ）が形成され、前記熱交換器（１）を構成する第２部材（４）に前記仮留め用孔部（２ａ）に対応する請求項１ないし請求項４のうちいずれか１項に記載の仮留め用突起の製造方法で前記仮留め用突起（４１）が形成され、前記第１部材（２）と前記第２部材（４）とが、前記仮留め用孔部（２ａ）と前記仮留め用突起（４１）との嵌合により仮留めされて相互にロウ付接合されていることを特徴とする熱交換器。

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