JP4812558B2

JP4812558B2 - 熱交換器の製造方法

Info

Publication number: JP4812558B2
Application number: JP2006221353A
Authority: JP
Inventors: 勝弘磯田
Original assignee: 株式会社マーレフィルターシステムズ
Priority date: 2006-08-15
Filing date: 2006-08-15
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2026-08-15
Also published as: JP2008045804A

Description

本発明は、自動車用オイルクーラ等に好適な多板式の熱交換器の製造方法に関する。

特許文献１には、自動車に搭載される熱交換器としての多板式ハウジングレス型オイルクーラの製造方法が開示されている。このオイルクーラは、層状に組み付けられる複数の金属プレートの隣り合う金属プレート間に、冷却水とオイルとがそれぞれ通流する２種の熱交換室が交互に形成されている。各熱交換室には、最も外側のプレートに開口形成される出入口を通して、冷却水やオイルが供給・排出される。

このような多板式ハウジングレス型のオイルクーラは、一般的には上記特許文献１にも記載されているように、ロウ（鑞）材を用いて製造される。つまり、表面にロウ材の層が形成された金属プレートを予め所期の形状にプレス成形し、これらの金属プレートを積み重ねて適宜な治具により仮組立体に仮組みし、この仮組立体を治具とともに高温な炉内に入れてロウ付けが行われる。
特開平１０−１５３３９６号公報

しかしながら、このようなロウ材を利用した製造方法では、各金属プレートをプレス加工するための成形型が部品形状の分だけ必要となり、型に要するコストが嵩む傾向にある。また、ロウ付けする際に、各プレート間の隙間を基準値以下に正確に管理する必要があり、高精度なプレス加工が要求されるとともに、精度の良い積み重ね方法や治具が要求され、生産性が低いという問題がある。更に、ロウ付けの際に炉内で高温下にさらされることによりロウ付け後に部品強度が低下するので、強度を確保するために十分な板厚を確保する必要があり、重量増加や大型化を招くとともに、材料費の増加が懸念される。しかも、ロウ付け処理では、炉内の温度を所定の高温まで上げる工程や、その後に低温に下げる工程等が必要となり、製造に時間を要し、生産コストが高くなる。また、ロウ付けのためのロウ材の層を各部品の表面にクラッド（圧接）して設ける等の処理が必要となり、製造コストが嵩んでしまう。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、ロウ材を利用した製造方法に比して、製造コストを大幅に低減できるとともに生産性に優れ、かつ、製品の小型化・軽量化を図ることのできる新規な熱交換器の製造方法を提供することを目的としている。

本発明に係る熱交換器は、層状に組み付けられた複数の金属プレート間に、冷却流体が通流する第１熱交換室と、被冷却流体が通流する第２熱交換室と、が交互に形成され、かつ、上記複数の金属プレートの中で積層方向両端の外側プレートに、上記第１熱交換室に連通する第１出入口と、上記第２熱交換室に連通する第２出入口と、が形成されている。そして、上記複数の金属プレートを重ね合わせながら、隣り合う金属プレートを、その周縁部を含む接合部で互いに接合して予備成形体を形成する予備成形ステップと、この予備成形体を、金型内に配置した上で、上記第１出入口より液圧を供給することにより膨出変形させて上記第１熱交換室を形成するとともに、上記第２出入口より液圧を供給することにより膨出変形させて上記第２熱交換室を形成する膨出変形ステップと、を有し、
上記膨出変形ステップでは、一方の第１出入口より液圧を供給することにより予備成形体を膨出変形させて第１熱交換室を形成した後、
上記金型の上型と下型とを互いに離間する方向へ所定量スライドした上で、他方の第２出入口より液圧を供給することにより予備成形体を膨出変形させて第２熱交換室を形成することを特徴としている。

本発明の熱交換器の製造方法によれば、ロウ材を利用した製造方法に比して、製造コストを大幅に低減できるとともに生産性に優れ、かつ、製品の小型化・軽量化を図ることができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。図１〜３は、本発明の一実施例に係る熱交換器としての自動車用の多板式ハウジングレス型のオイルクーラ１０を示している。

このオイルクーラ１０は、第１接合部Ｓ１である周縁部で互いに接合された状態で層状に組み付けられた複数枚、この実施例では３枚の金属プレート１１，１２，１３の隣り合うプレート間に、冷却流体としての冷却水が通流する第１熱交換室１４と、被冷却流体としてのエンジンオイルが通流する第２熱交換室１５と、が交互に形成されている。複数の金属プレート１１，１２，１３は、軽量なアルミニウム合金等の金属材料により形成されており、その外表面を形成する一対の外側プレート１１，１３が積層方向（図２の上下方向）で両端に位置し、中間プレート１２が両者１１，１３間に位置している。

外側プレート１１，１３の一方のベースプレート１１は、エンジン側の取付面部１６へ固定される台座となるもので、後述する液圧による膨出成形の際に不用意に変形することのないように、他のプレート１２，１３よりも厚肉に形成された平坦な板状をなしている。このベースプレート１１の周囲４箇所には、固定ボルト１７により取付面部１６へ共締め固定される４つの固定フランジ部１８が側方へ張出形成されている。また、ベースプレート１１には、第１熱交換室１４に連通する２つの第１出入口１９，２０と、第２熱交換室１５に連通する第２出入口２１，２２と、が形成されている。

これらの出入口１９〜２２は、図２に示すように組付状態で取付面部１６側に形成された冷却水通路２３やオイル通路２４にオイルシール２５を介して液密に連通・接続されている。冷却水は、図２の矢印Ｙ１に示すように、第１出入口１９，２０の一方の第１入口１９を通して第１熱交換室１４へ供給され、この第１熱交換室１４内を通流した後、第１出入口１９，２０の他方の第１出口２０を通して第１熱交換室１４から排出される。同様に、オイルは、図２の矢印Ｙ２に示すように、第２出入口２１，２２の一方の第２入口２１を通して第２熱交換室１５へ供給され、この第２熱交換室１５内を冷却水とは逆方向に通流した後、第２出入口２１，２２の他方の第２出口２２を通して第２熱交換室１５から排出される。

中間プレート１２には、第２入出口２１，２２に対応する位置にそれぞれ連通孔２６が貫通形成されている。この中間プレート１２は、２つの連通孔２６の周縁部である第２接合部Ｓ２と、複数の第３接合部Ｓ３と、でベースプレート１１に接合されているとともに、合計６つの第４接合部Ｓ４で上側プレート１３に接合されている。これらの接合部Ｓ２〜Ｓ４で中間プレート１２や上側プレート１３が直交方向に立ち上がるように積層方向に変形した形状をなしている。

より具体的には、図２に示すように、第２接合部Ｓ２の部分では、第２出入口２１，２２と連通孔２６とを連通する連通管部２７が形成されており、この連通管部２７は、第１熱交換室１４を積層方向に横断するように筒状に延び、上端の連通孔２６で第２熱交換室１５へ開口している。

また、図３に示すように、中間プレート１２には、ベースプレート１１とのスポット状の第３接合部Ｓ３へ向けて窪んだ（つまり、ベースプレート１１へ向けて突出した）第１ディンプル２８が形成されるとともに、上側プレート１３には、中間プレート１２とのライン状の第４接合部Ｓ４へ向けて窪んだ（つまり、中間プレート１２へ向けて突出した）第２ディンプル２９が形成されている。これらのディンプル２８，２９は、各プレート１２，１３を波形に変形させてその平面面積を少なくし、かつ、各熱交換室１４，１５の上下に架け渡される補強用のリブ・突起として機能している。従って、各熱交換室１４，１５の内圧強度を高めることができる。しかも、これらのディンプル２８，２９は、各熱交換室１４，１５を流れる流れの通路長さの増大や乱流促進等の、いわゆる整流機能をも兼用している。特にこの実施例では図１にも示すように、第２出入口２１，２２の双方が図１の上側に偏って形成されている関係で、オイルが図１の上側のみを通流することのないように、第２ディンプル２９が通流方向（図１の左右方向）に対して斜めに傾斜する細長いリブ状に形成されており、これらの第２ディンプル２９に沿ってオイルの流れをジグザグ状にすることによって、実質的な通路長さを十分に長く確保することができる。

次に図４を参照して、本実施例の要部をなす上記オイルクーラ１０の製造方法について説明する。同図に示すように、このオイルクーラ１０は、予備成形ステップ（Ａ）、一次膨出変形ステップ（Ｂ）及び二次膨出変形ステップ（Ｃ）を経て製造される。

予備成形ステップ（Ａ）では、平坦な平板状のベースプレート１１が他の金属プレート１２，１３よりも厚板であるので、ベースプレート１１に中間プレート１２を重ねて接合部Ｓ２，Ｓ３をレーザ溶接等により接合し、続いて外側プレート１３を重ねて接合部Ｓ１，Ｓ４を接合して予備成形体１０Ａを形成する。一方、平板状の金属プレート１１〜１３の板圧が略同じ場合には、金属プレート１１〜１３を重ね合わせた上で、接合部Ｓ２及びＳ３をベースプレート１１側から、接合部Ｓ１，Ｓ４を外側プレート１３側からレーザ溶接等により互いに接合して予備成形体１０Ａを形成することもできる。いずれの場合でも、この段階では、全ての金属プレート１１〜１３が平坦な平板状をなしている。つまりプレス成形を行う必要がない。

続く一次膨出変形ステップ（Ｂ）では、先ず、上記の予備成形体１０Ａを、金型を構成する下型３１と上型３２との間に配置し、その周縁部Ｓ１を下型３１と上型３２とで強固に挟持した状態にセットする。下型３１には、第１出入口１９，２０にオイルシール３５を介して液密に連通・接続される第１液圧供給路３３と、第２出入口２１，２２にオイルシール３５を介して液密に連通・接続される第２液圧供給路３４と、が形成されている。

そして、図示せぬ加圧機によって、ベースプレート１１寄りの第１熱交換室１４に連通する第１出入口１９，２０に対し、第１液圧供給路３３を通してオイルや水等の非圧縮性流体を供給して、所定の液圧を加える。これによって、中間プレート１２がベースプレート１１との第１〜第３接合部Ｓ１〜Ｓ３を除いて膨出変形するとともに、この中間プレート１２とともに上側プレート１３が膨出変形して、ベースプレート１１と中間プレート１２との間に上記の第１熱交換室１４が形成され、かつ、第２接合部Ｓ２の周囲に連通管部２７が形成されるとともに、第３接合部Ｓ３の周囲に第１ディンプル２８が形成される。

続く二次膨出変形ステップ（Ｃ）では、先ず、下型３１と上型３２とを互いに離間する方向へ所定量Δαだけスライドさせる。このとき、主として周縁部Ｓ１での液漏れを確実に防止するために、好ましくは、上記のスライドにより生じた空間を埋める中子（図示省略）を下型３１と上型３２との間に介装し、この中子と下型３１との間で周縁部Ｓ１を強固に挟持させる。

そして、図示せぬ加圧機によって、もう一方の第２熱交換室１５に連通する第２出入口２１，２２に対し、第２液圧供給路３４を通してオイルや水等の非圧縮性流体を供給して、所定の液圧を加える。これにより、上側プレート１３が中間プレート１２との第１，第４接合部Ｓ１，Ｓ４を除いて膨出変形して、上側プレート１３と中間プレート１２との間に上記の第２熱交換室１５が形成され、かつ、第４接合部Ｓ４の周囲に第２ディンプル２９が形成される。このとき、上記の液圧により中間プレート１２が不用意に変形することのないように、好ましくは第１熱交換室１４にも所定（同等以下）の液圧を加えておく。

なお、図４に示すように成形型である上型３２の下面（合わせ面）に製品形状に応じた凹部３６を形成しておくことによって、上側プレート１３を凹部３６に応じた形状に良好に膨出変形させることができる。

以上のように本実施例に係る熱交換器としてのオイルクーラ１０の製造方法では、複数の金属プレート１１〜１３を重ね合わせながら、隣り合う金属プレートを、その周縁部Ｓ１を含む接合部Ｓ１〜Ｓ４で互いに接合して予備成形体１０Ａを形成する予備成形ステップ（Ａ）と、この予備成形体１０Ａを、金型３１，３２内に配置した上で、第１出入口１９，２０より液圧を供給することにより膨出変形させて第１熱交換室１４を形成するとともに、第２出入口２１，２２より液圧を供給することにより膨出変形させて第２熱交換室１５を形成する膨出変形ステップ（Ｂ），（Ｃ）と、を有している。

従って、従来のロウ材を利用した製造方法に比して、金属プレートの高精度なプレス成形が不要となるとともに、金属プレートを含めた各部品の表面にロウ材の層を形成する必要がなく、かつ、各プレート間の隙間を許容値以下とする高度な組付作業が不要で、作業時間や作業工数及び製造コストを大幅に低減でき、その生産性を著しく向上することができるとともに生産コストを低減することができる。言い換えると、内部に画成される第１熱交換室１４や第２熱交換室１５の形状や寸法精度がそれほど高く要求されず、むしろ生産性の向上や生産コストの低下が要求されるオイルクーラ１０のような熱交換器に対し、上記の液圧を利用した製造方法が極めて有用である。

また、ロウ材を利用した製造方法のように高温の炉内でロウ付け処理を行う必要がないので、金属プレート１１〜１３が高温にさらされることによる材料強度の低下がない。よって、炉内の高温下に耐え得るために金属プレート１１〜１３の板厚を必要以上に厚くする必要がなく、金属プレート１１〜１３の小型化，軽量化及び材料量の低減化を図ることができ、ひいては熱交換器の小型化・軽量化・低コスト化を図ることができる。

特に本実施例では、複数の金属プレート１１〜１３の中で外側プレート１１，１３を除く中間プレート１２には、第２出入口２１，２２に対応する位置に連通孔２６が形成されており、上記予備成形ステップ（Ａ）では、第２接合部Ｓ２において、中間プレート１２の連通孔２６の周縁部とベースプレート１１の第２出入口２１，２２の周縁部とが接合される。この結果、続く一次膨出変形ステップ（Ｂ）において、第１熱交換室１４を積層方向に横断して第２出入口２１，２２から連通孔２６へ至る筒状の連通管部２７を同時かつ容易に形成することができる。

また、予備成形ステップ（Ａ）では、複数の第３，第４接合部Ｓ３，Ｓ４でも隣り合うプレート同士が接合されているために、続く膨出変形ステップ（Ｂ），（Ｃ）において、これら第３，第４接合部Ｓ３，Ｓ４の周囲に、補強機能と整流機能を併せ持つディンプル２８，２９を同時かつ容易に形成することができる。

しかも本実施例では、一次膨出変形ステップ（Ｂ）において、一方の第１出入口１９，２０より液圧を供給することにより予備成形体１０Ａを膨出変形させて第１熱交換室１４を形成した後、二次膨出変形ステップ（Ｃ）において、上型３１と下型３２とを互いに離間する方向へスライドした上で、他方の第２出入口２１，２２より液圧を供給することにより予備成形体１０Ａを膨出変形させて第２熱交換室１５を形成している。このように同一の上型３１と下型３２とを利用して第１熱交換室１４と第２熱交換室１５とを順次形成することができ、その生産性を更に向上することができる。

以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形・変更を含むものである。例えば、上記実施例では３枚の金属プレートにより２つの熱交換室を形成する最もシンプルな熱交換器の製造について説明しているが、これに限らず、４枚以上の金属プレートを積層して３つ以上の熱交換室を形成する多層型の熱交換器に本発明を適用することもできる。また、上記実施例では、ベースプレートに冷却流体及び被冷却流体の第１出入口及び第２出入口を設けたものを示したが、この第１，第２出入口に、一端の外径部にバルジ加工が施され他端にフランジ部を形成したパイプのフランジ部をレーザ溶接等により接合しても良い。

本発明の一実施例に係るオイルクーラ（熱交換器）を示す平面図。図１のＡ−Ａ線に沿う断面図。図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図。本実施例に係るオイルクーラの製造手順を示す説明図。

符号の説明

１０…オイルクーラ（熱交換器）
１０Ａ…中間成形体
１１…ベースプレート（金属プレート，外側プレート）
１２…中間プレート（金属プレート）
１３…上側プレート（金属プレート，外側プレート）
１４…第１熱交換室
１５…第２熱交換室
１９，２０…第１出入口
２１，２２…第２出入口
２６…連通孔
２７…連通管部
２８，２９…ディンプル
３１…下型（金型）
３２…上型（金型）
Ｓ１〜Ｓ４…接合部

Claims

層状に組み付けられた複数の金属プレート間に、冷却流体が通流する第１熱交換室と、被冷却流体が通流する第２熱交換室と、が交互に形成され、
かつ、上記複数の金属プレートの中で積層方向両端の外側プレートに、上記第１熱交換室に連通する第１出入口と、上記第２熱交換室に連通する第２出入口と、が形成された熱交換器の製造方法において、
上記複数の金属プレートを重ね合わせながら、隣り合う金属プレートを、その周縁部を含む接合部で互いに接合して予備成形体を形成する予備成形ステップと、
この予備成形体を、金型内に配置した上で、上記第１出入口より液圧を供給することにより膨出変形させて上記第１熱交換室を形成するとともに、上記第２出入口より液圧を供給することにより膨出変形させて上記第２熱交換室を形成する膨出変形ステップと、
を有し、
上記膨出変形ステップでは、一方の第１出入口より液圧を供給することにより予備成形体を膨出変形させて第１熱交換室を形成した後、
上記金型の上型と下型とを互いに離間する方向へ所定量スライドした上で、他方の第２出入口より液圧を供給することにより予備成形体を膨出変形させて第２熱交換室を形成することを特徴とする熱交換器の製造方法。