JP6428428B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、タンクの内部にオイルクーラが収容される熱交換器に関する。

この種の熱交換器としては、特許文献１に記載の熱交換器がある。特許文献１に記載の熱交換器は、熱媒体が流れる複数のチューブと、複数のチューブの長手方向の両端にそれぞれ接続される一対のタンクとを有している。一対のタンクのうち、鉛直方向上方に配置される入口側タンクは、流入口から供給されるエンジン冷却水を各チューブに分配する。鉛直方向下方に配置される出口側タンクは、複数のチューブを流れる熱媒体を回収するとともに、回収した熱媒体を流出口から排出する。また、出口側タンクには、オイルクーラが内蔵されている。すなわち、出口側タンクでは、その内部を流れる熱媒体と、オイルクーラ内を流れるオイルとの間で熱交換が行われる。

特許文献１に記載の熱交換器は、出口側タンクの内外を貫通してオイルクーラの両端部にそれぞれ連結されるオイルパイプを備えている。具体的には、オイルパイプの先端部には雄ねじ部が設けられている。この雄ねじ部がオイルクーラの雌ねじ部に捩じ込まれることにより、オイルパイプがオイルクーラに締結されて固定されている。オイルパイプの雄ねじ部とオイルクーラの雌ねじ部との間はシール部材によりシールされている。オイルクーラの両端部にそれぞれ連結されるオイルパイプのうち、一方のオイルパイプはオイルクーラ内にオイルを供給する。オイルクーラ内のオイルは他方のオイルパイプを介して排出される。

実開昭６０−１０５８２６号公報

ところで、特許文献１に記載の熱交換器では、オイルクーラにオイルパイプを連結する際、オイルクーラあるいはオイルパイプにシール部材を組み付ける必要がある。この組み付け作業が熱交換器の製造工数の増加を招き、生産性を悪化させている。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、生産性を向上させることのできる熱交換器を提供することにある。

上記課題を解決するために、オイルクーラ（５）がタンク（４）の内部に収容される熱交換器（１）は、オイルクーラに連結される継手部（７０）を有するオイルパイプ（７）と、オイルクーラ及びオイルパイプの間をシールするシール部材（７６）と、を備える。シール部材は、継手部に一体成形されている。オイルクーラには、雌ねじ部（５５）が形成されている。シール部材においてオイルクーラ及びオイルパイプの間をシールする部分をシール本体部（７６０）とし、継手部の外周面においてシール本体部が配置される部分をシール本体配置部（７１）とするとき、継手部の外周面には、雌ねじ部に捩じ込まれる雄ねじ部（７３）が形成されるとともに、当該雄ねじ部及びシール本体配置部からずれた位置にシール部材の切断部（７６２，７６３）が配置され、且つ雄ねじ部とシール本体配置部との間に隙間（７２）が形成されている。シール部材の切断部は隙間に対応する位置に配置されている。

この構成によれば、オイルクーラにオイルパイプを連結する際にオイルクーラあるいはオイルパイプにシール部材を組み付ける工程が不要となる。これにより、熱交換器の製造工数を低減することができるため、生産性を向上させることができる。

本発明によれば、生産性を向上させることができる。

熱交換器の第１実施形態についてその正面構造を示す正面図である。 第１実施形態の熱交換器についてオイルクーラとオイルパイプの連結部分の断面構造を示す断面図である。 第１実施形態のオイルパイプの継手部の断面構造を示す断面図である。 第１実施形態の継手部のシール部材周辺の拡大断面構造を示す断面図である。 第１実施形態のオイルパイプのシール部材の底面構造を示す底面図である。 第１実施形態のオイルパイプの継手部に対するシール部材の成形方法についてその製造プロセスの一部を示す断面図である。 図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面構造を示す断面図である。 第１実施形態のオイルパイプの継手部に対するシール部材の成形方法についてその製造プロセスの一部を示す断面図である。 第１実施形態の変形例のオイルパイプの継手部に対するシール部材の成形方法についてその製造プロセスの一部を示す断面図である。 第１実施形態の変形例のオイルパイプの継手部の断面構造を示す断面図である。 熱交換器の第２実施形態についてそのオイルパイプの継手部の断面構造を示す断面図である。 第２実施形態の熱交換器についてオイルクーラとオイルパイプの連結部分の断面構造を示す断面図である。 第２実施形態のオイルパイプの継手部に対するシール部材の成形方法についてその製造プロセスの一部を示す断面図である。 熱交換器の第３実施形態についてそのオイルパイプの継手部の断面構造を示す断面図である。 第３実施形態の熱交換器についてオイルクーラとオイルパイプの連結部分の断面構造を示す断面図である。 第３実施形態のオイルパイプの継手部に対するシール部材の成形方法についてその製造プロセスの一部を示す断面図である。

＜第１実施形態＞
以下、熱交換器の第１実施形態について説明する。図１に示される熱交換器１は、例えば車両のエンジン冷却水と空気との間で熱交換を行うラジエータとして用いられる。すなわち、本実施形態の熱交換器１では熱媒体としてエンジン冷却水を用いている。

図１に示されるように、熱交換器１は、コア部２と、入口側タンク３と、出口側タンク４と、オイルクーラ５と、一対のサイドプレート６，６とを備えている。

コア部２はチューブ２０とフィン２１とにより構成されている。チューブ２０は、矢印Ａで示される方向に隙間を有して複数積層されている。チューブ２０は、その積層方向Ａと直交する方向に長手方向Ｂを有する扁平状の管である。本実施形態では、チューブ長手方向Ｂが鉛直方向となっている。チューブ２０の内部には、エンジン冷却水の流れる流路が長手方向Ｂに沿って形成されている。隣接するチューブ２０，２０間には、チューブ積層方向Ａ及びチューブ長手方向Ｂの両方に直交する方向に空気が流れる。フィン２１は、積層方向Ａに隣接するチューブ２０，２０間に配置されている。フィン２１は、薄い金属板を屈曲させることで形成される、いわゆるコルゲートフィンである。フィン２１は、積層方向Ａに隣接するチューブ２０，２０のそれぞれの側面にろう付けにより固定されている。フィン２１は、チューブ２０，２０間を流れる空気との間の接触面積を増やすことにより、チューブ２０の内部を流れるエンジン冷却水と空気との間の熱交換を促進させる機能を有している。

入口側タンク３及び出口側タンク４は、コア部２のチューブ長手方向Ｂの両端部にそれぞれ設けられている。より詳しくは、入口側タンク３は、コア部２の鉛直方向上方に設けられている。出口側タンク４は、コア部２の鉛直方向下方に設けられている。入口側タンク３及び出口側タンク４は、チューブ積層方向Ａに延びるように形成されており、各チューブ２０の長手方向Ｂの両端部に連結されている。以下、矢印Ａで示される方向を「タンク長手方向」とも称する。入口側タンク３には流入口３０が設けられている。流入口３０は、エンジン冷却水を入口側タンク３の内部流路に供給する部分である。出口側タンク４には流出口４０が設けられている。流出口４０は、出口側タンク４の内部流路内からエンジン冷却水を排出する部分である。

オイルクーラ５は出口側タンク４の内部に収容されている。オイルクーラ５の内部には、車両のオートマチックトランスミッションのトルクコンバータ内のオイルが流れている。オイルクーラ５は、出口側タンク４の内壁にねじ等により固定されている。オイルクーラ５の両端部にはオイルパイプ７，８がそれぞれ連結されている。オイルパイプ７，８のうちの一方はオイルクーラ５内にオイルを供給し、他方はオイルクーラ５内のオイルを排出する。

一対のサイドプレート６，６は、コア部２のチューブ積層方向Ａの両端部にそれぞれ設けられている。一対のサイドプレート６，６は、チューブ長手方向Ｂに延びるように形成されており、入口側タンク３及び出口側タンク４に連結されている。一対のサイドプレート６，６は、コア部２を補強する機能を有している。

熱交換器１では、入口側タンク３の流入口３０から供給されるエンジン冷却水が入口側タンク３の内部流路を介してチューブ２０の内部へと流れる。チューブ２０の内部を流れるエンジン冷却水と、チューブ２０の外側を流れる空気との間で熱交換が行われることによりエンジン冷却水が冷却される。チューブ２０の内部を通過することで冷却されたエンジン冷却水は、出口側タンク４の内部流路を介して流出口４０から排出される。また、オイルクーラ５内のオイルと出口側タンク４内のエンジン冷却水との間で熱交換が行われることにより、オイルクーラ５内のオイルが冷却される。

次に、オイルクーラ５とオイルパイプ７，８との連結部分の構造について詳しく説明する。なお、オイルパイプ７及びオイルパイプ８のそれぞれの継手部の構造は略同一であるため、以下では、便宜上、オイルパイプ７の連結部分の構造について代表して説明する。

図２に示されるように、出口側タンク４の外周面には、内面から外面に貫通する貫通孔４２が形成されている。この貫通孔４２を介してオイルクーラ５及びオイルパイプ７が互いに連結されている。

オイルクーラ５の端部にはニップル５０が固定されている。ニップル５０は、軸線ｍ１を中心に筒状に形成された金属製の部材である。ニップル５０の先端部５１はオイルクーラ５の内部流路に開口している。ニップル５０の先端部５１と反対側の端部にはフランジ部５２が形成されている。フランジ部５２における出口側タンク４の貫通孔４２側の端面５２０は、出口側タンク４の貫通孔４２周辺の内壁面４１に当接している。フランジ部５２の端面５２０には環状の溝部５２１が形成されている。溝部５２１にはＯリング５６が収容されている。Ｏリング５６により、フランジ部５２の端面５２０と出口側タンク４の内壁面４１との間がシールされている。Ｏリング５６は、出口側タンク４の内部を流れるエンジン冷却水がフランジ部５２の端面５２０と出口側タンク４の内壁面４１との間の隙間を介して外部に漏れることを防止している。

ニップル５０の内周面には、先端部５１側からフランジ部５２に向かって順にシール面５３、溝部５４、及び雌ねじ部５５が形成されている。シール面５３は軸線ｍ１に平行な面からなる。溝部５４は、シール面５３よりも大きい内径を有している。

オイルパイプ７の先端部には継手部７０が設けられている。オイルパイプ７は継手部７０を介してニップル５０に連結されている。

図３に示されるように、継手部７０は軸線ｍ１を中心に筒状に形成された金属製の部材である。継手部７０の外周面には、その先端部７９から順にシール本体配置部７１、第１隙間部７２、雄ねじ部７３、第２隙間部７４、及びフランジ部７５が設けられている。

第１隙間部７２は、シール本体配置部７１よりも大きい外径を有している。シール本体配置部７１及び第１隙間部７２にはシール部材７６が一体形成されている。シール部材７６はゴム材料により形成されている。より詳しくは、シール部材７６はシール本体部７６０と延設部７６１とを有している。シール本体部７６０は円環状に形成されている。シール本体部７６０の外周面は、その径方向外側に向かって突出するように湾曲している。シール本体部７６０はシール本体配置部７１の外周に一体成形されている。延設部７６１は、シール本体部７６０から第１隙間部７２に向かって延びている。図４及び図５に示されるように、延設部７６１の外周部分には切断部７６２，７６３が形成されている。切断部７６２，７６３は軸線ｍ１を中心に対称に配置されている。切断部７６２，７６３は、継手部７０にシール部材７６を一体成形する際に切断される部分である。

図３に示されるように、第２隙間部７４の外周には、円環状のワッシャ７７及び円環状の皿ばね７８が嵌め込まれている。

図２に示されるように、継手部７０の雄ねじ部７３はニップル５０の雌ねじ部５５に捩じ込まれている。これにより、継手部７０がオイルクーラ５に締結されて固定されている。また、シール部材７６のシール本体部７６０がニップル５０のシール面５３に圧縮された状態で接触することにより、継手部７０とニップル５０との間、すなわちオイルパイプ７とオイルクーラ５との間がシールされている。

継手部７０の雄ねじ部７３がニップル５０の雌ねじ部５５に捩じ込まれることにより、ワッシャ７７が出口側タンク４の外周面に当接する。また、皿ばね７８がワッシャ７７と継手部７０のフランジ部７５との間で圧縮されることにより、皿ばね７８から継手部７０に弾性力が付与されている。この弾性力により、継手部７０の雄ねじ部７３とニップル５０の雌ねじ部５５とによる締結力が保持されている。

次に、継手部７０に対するシール部材７６の成形方法について説明する。
シール部材７６の成形の際には、図６に示されるような金型９が用いられる。金型９には第１キャビティＣ１及び第２キャビティＣ２が形成されている。第１キャビティＣ１はシール本体部７６０の形状に対応している。第２キャビティＣ２は延設部７６１の形状に対応している。

また、金型９には入口側ランナーＲ１０及び出口側ランナーＲ１１が形成されている。入口側ランナーＲ１０及び出口側ランナーＲ１１は第２キャビティＣ２から金型９の両側面９３，９４にそれぞれ貫通する貫通孔である。図７に示されるように、入口側ランナーＲ１０及び出口側ランナーＲ１１は軸線ｍ２に沿って配置されている。軸線ｍ２は、軸線ｍ１に直交する直線である。図中の軸線ｍ３は、軸線ｍ１及び軸線ｍ２の両方に直交する直線である。金型９は、軸線ｍ３に沿って第１金型９０及び第２金型９１に分割されている。すなわち、金型９は、軸線ｍ３に平行な面を型割り面９２とする分割金型である。

継手部７０にシール部材７６を一体成形する際には、図６に示されるように継手部７０に金型９が組み付けられる。その後、シール部材７６の材料であるゴム材料が入口側ランナーＲ１０から射出される。入口側ランナーＲ１０に射出されたゴム材料は、第２キャビティＣ２を介して第１キャビティＣ１に充填された後、出口側ランナーＲ１１から排出される。このようにして第１キャビティＣ１及び第２キャビティＣ２にゴム材料が充填された後、ゴム材料が冷却されて硬化される。その際、ゴム材料に含まれる接着剤成分によりゴム材料が継手部７０に接着される。その後、金型９が型割り面９２に沿って第１金型９０と第２金型９１とに分割されて継手部７０から金型９が外されることにより、図８に示されるような継手部７０が成形される。

図８に示されるような継手部７０を成形した後、シール部材７６の延設部７６１から外側に延びるランナー対応部分７６４，７６５が二点鎖線Ｌ１，Ｌ２に沿って切断される。その際、延設部７６１の外周部分に、すなわち継手部７０の第１隙間部７２に対応する位置に切断部７６２，７６３が形成される。これにより継手部７０の製造が完了する。

以上説明した本実施形態の熱交換器１によれば、以下の（１）〜（４）に示される作用及び効果を得ることができる。

（１）オイルパイプ７の継手部７０にシール部材７６が一体成形されているため、オイルクーラ５のニップル５０にオイルパイプ７の継手部７０を連結する際、オイルクーラ５あるいはオイルパイプ７にシール部材を組み付ける工程が不要となる。これにより、熱交換器１の製造工数を低減することができるため、生産性を向上させることができる。

（２）従来の熱交換器のようにオイルパイプの継手部とシール部材とが別体である場合、継手部のシール溝にシール部材を組み付ける直前にシール溝あるいはシール部材に潤滑剤を塗布する必要がある。この場合、シール溝あるいはシール部材に塗布された潤滑剤がオイルクーラ内や出口側タンク内に侵入し、オイルクーラ内のオイルや出口側タンク内のエンジン冷却水に潤滑剤が異物として混入するおそれがある。この点、本実施形態の熱交換器１では、オイルパイプ７の継手部７０にシール部材７６が一体成形されているため、継手部７０あるいはシール部材７６に潤滑剤を塗布する必要がない。よって、上記のようなオイルクーラ内のオイルや出口側タンク内のエンジン冷却水への異物の混入を回避することができる。

（３）シール部材７６の切断部７６２，７６３がシール本体部７６０からずれた位置に配置されているため、シール本体部７６０の外周面が粗くなることを抑制できる。したがって、より的確にシール本体部７６０のシール性を確保することができる。

（４）シール部材７６の外周面における径方向外側に突出した部分がシール面５３に接触しているため、シール面５３に対するシール部材７６の面圧を高めることができる。よって、シール性を向上させることができる。

（変形例）
次に、第１実施形態の熱交換器１の変形例について説明する。
図９に示されるように、本変形例の金型９には、第２キャビティＣ２が形成されていない。また、金型９には、第１キャビティＣ１から金型９の底面９５に貫通する入口側ランナーＲ２０及び出口側ランナーＲ２１が形成されている。

このような金型９を用いて継手部７０にシール部材７６を一体成形すれば、図１０に示されるように、シール部材７６の継手部先端部７９側の端面７６６に切断部７６７，７６８が形成される。このような構成であっても、第１実施形態の熱交換器１と同様の作用及び効果を得ることができる。また、シール部材７６に延設部７６１を形成する必要がないため、第１隙間部７２を有していない継手部でも、図１０に示されるようなシール部材７６の構造を採用することができる。

＜第２実施形態＞
次に、熱交換器１の第２実施形態について説明する。以下、第１実施形態の熱交換器１との相違点を中心に説明する。

図１１に示されるように、本実施形態のシール部材７６は、断面矩形の円環状に形成されている。シール部材７６には延設部７６１が設けられていない。

図１２に示されるように、ニップル５０のシール面５３は、ニップル先端部５１に向かうほど内径が小さくなるようにテーパ状に形成されている。なお、図１２では、オイルクーラ５に関してはニップル５０のみが図示されている。シール面５３には、シール部材７６の継手部先端部７９側の角部が圧縮された状態で接触している。これにより、継手部７０とニップル５０との間、すなわちオイルクーラ５とオイルパイプ７との間がシールされている。

本実施形態のシール部材７６を成形する際には、図１３に示されるような金型９が用いられる。図１３に示されるように、金型９には、キャビティＣ３と、入口側ランナーＲ３０と、出口側ランナーＲ３１とが形成されている。キャビティＣ３は、シール部材７６に対応する形状に形成されている。入口側ランナーＲ３０は、キャビティＣ３から金型９の側面９３と底面９５との間の角部に貫通する直線状の貫通孔である。出口側ランナーＲ３１は、キャビティＣ３から金型９の側面９４と底面９５との間の角部に貫通する直線状の貫通孔である。なお、本実施形態の金型９は、分割金型ではなく、一体金型である。

継手部７０にシール部材７６を一体成形する際には、図１３に示されるように継手部７０に金型９が組み付けられる。その後、シール部材７６の材料であるゴム材料が入口側ランナーＲ３０から射出され、キャビティＣ３内にゴム材料が充填された後、出口側ランナーＲ３１から排出される。このようにしてキャビティＣ３にゴム材料が充填された後、ゴム材料が冷却されて硬化される。その後、金型９が軸線ｍ１に沿って継手部７０から外される。そして、シール部材７６のランナー対応部分を切断することにより、継手部７０の製造が完了する。

以上説明した本実施形態の熱交換器１によれば、上記（１）の作用及び効果に加え、以下の（５）及び（６）に示される作用及び効果を得ることができる。

（５）継手部７０にシール部材７６を射出成形する際、第１実施形態のような分割金型９を用いると、シール部材７６の外周面には、型割り面９２に対応する位置にバリが発生するおそれがある。この点、本実施形態では、一体金型９を用いることができるため、シール部材７６の外周面にバリが発生し難くなる。よって、シール性を向上させることができる。

（６）シール部材７６の角部がシール面５３に接触するため、シール面５３に対するシール部材７６の面圧を高めることができる。よって、シール性を向上させることができる。

＜第３実施形態＞
次に、熱交換器１の第３実施形態について説明する。以下、第１実施形態の熱交換器１との相違点を中心に説明する。

図１４に示されるように、本実施形態のシール部材７６の継手部先端部７９側の部分には円環状の突出部７６９が形成されている。シール部材７６には延設部７６１が設けられていない。

図１５に示されるように、ニップル５０のシール面５３には座面５３０が形成されている。なお、図１５では、オイルクーラ５に関してはニップル５０のみが図示されている。座面５３０は軸線ｍ１に直交するように平面状に形成されている。座面５３０には、シール部材７６の突出部７６９が圧縮された状態で接触している。これにより、継手部７０とニップル５０との間、すなわちオイルパイプ７とオイルクーラ５との間がシールされている。

本実施形態のシール部材７６を成形する際には、図１６に示されるような金型９が用いられる。図１６に示されるように、金型９には、キャビティＣ４と、入口側ランナーＲ４０と、出口側ランナーＲ４１とが形成されている。キャビティＣ４は、シール部材７６に対応する形状に形成されている。入口側ランナーＲ４０は、キャビティＣ３から金型９の側面９３と底面９５との間の角部に貫通する直線状の貫通孔である。出口側ランナーＲ４１は、キャビティＣ３から金型９の側面９４と底面９５との間の角部に貫通する直線状の貫通孔である。なお、本実施形態の金型９は、分割金型ではなく、一体金型である。

継手部７０にシール部材７６を一体成形する際には、図１６に示されるように継手部７０に金型９が組み付けられる。その後、シール部材７６の材料であるゴム材料が入口側ランナーＲ４０から射出され、キャビティＣ４内にゴム材料が充填された後、出口側ランナーＲ４１から排出される。このようにしてキャビティＣ４内にゴム材料が充填された後、ゴム材料が冷却されて硬化される。その後、金型９が軸線ｍ１に沿って継手部７０の先端部７９側から外される。そして、シール部材７６のランナー対応部分を切断することにより、継手部７０の製造が完了する。

以上説明した本実施形態の熱交換器１によれば、上記（１）の作用及び効果に加え、以下の（７）及び（８）に示される作用及び効果を得ることができる。

（７）本実施形態の熱交換器１でも一体金型を用いることができるため、シール部材７６の外周面にバリが発生し難くなる。よって、シール性を向上させることができる。

（８）シール部材７６の突出部７６９が座面５３０に接触するため、シール面５３に対するシール部材７６の面圧を高めることができる。よって、シール性を向上させることができる。

なお、上記実施形態は、以下の形態にて実施することもできる。
・第１実施形態の熱交換器１では、切断部７６２，７６３の位置を継手部７０の形状に併せて適宜変更可能である。要は、切断部７６２，７６３は、継手部７０においてシール本体配置部７１及び雄ねじ部７３からずれた位置に設けられていればよい。

・シール部材７６の形状は、オイルクーラ５及びオイルパイプ７の継手部７０の形状に併せて適宜変更可能である。要は、オイルパイプの継手部にシール部材が一体成形されていればよい。

・各実施形態の熱交換器１の構成は、車両のラジエータに限らず、任意の熱交換器に適用することができる。また、適用する熱交換器に併せて、熱媒体としてエンジン冷却水以外の流体を用いてもよい。

・本発明は上記の具体例に限定されるものではない。すなわち、上記の具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

１：熱交換器
４：タンク
５：オイルクーラ
５５：雌ねじ部
７：オイルパイプ
７０：継手部
７１：シール本体配置部
７２：第１隙間部
７３：雄ねじ部
７６：シール部材
７６０：シール本体部
７６２，７６３，７６７，７６８：切断部
７６６：端面
７６９：突出部
７９：先端部

Claims (1)

1. オイルクーラ（５）がタンク（４）の内部に収容される熱交換器（１）であって、
   前記オイルクーラに連結される継手部（７０）を有するオイルパイプ（７）と、
   前記オイルクーラ及び前記オイルパイプの間をシールするシール部材（７６）と、を備え、
   前記シール部材は、前記継手部に一体成形され、
   前記オイルクーラには、雌ねじ部（５５）が形成され、
   前記シール部材において前記オイルクーラ及び前記オイルパイプの間をシールする部分をシール本体部（７６０）とし、
   前記継手部の外周面において前記シール本体部が配置される部分をシール本体配置部（７１）とするとき、
   前記継手部の外周面には、前記雌ねじ部に捩じ込まれる雄ねじ部（７３）が形成されるとともに、当該雄ねじ部及び前記シール本体配置部からずれた位置に前記シール部材の切断部（７６２，７６３）が配置され、且つ前記雄ねじ部と前記シール本体配置部との間に隙間（７２）が形成され、
   前記シール部材の切断部は前記隙間に対応する位置に配置されていることを特徴とする熱交換器。

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