JP7025901B2

JP7025901B2 - 補強部材および当該補強部材を用いた熱交換器の補強構造

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Publication number: JP7025901B2
Application number: JP2017222711A
Authority: JP
Inventors: 和也首藤; 進也大熊; 駿大塚
Original assignee: Tokyo Radiator Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Tokyo Radiator Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2017-11-20
Filing date: 2017-11-20
Publication date: 2022-02-25
Anticipated expiration: 2037-11-20
Also published as: WO2019098371A1; JP2019095094A

Description

乗り物のエンジン冷却水を冷却するための熱交換器（ラジエータ）を補強する構造に関する。

エンジン冷却水を冷却するための熱交換器は、例えば一列に並列された多数の偏平チューブと、各偏平チューブの間に配置されるフィンと、各偏平チューブの両端が挿通され、その挿通部がロウ付けされた一対のヘッダープレートと、を備えている。エンジン冷却水は、各偏平チューブ内を通過する際にフィン等による放熱効果によって冷却される。

このような構造の熱交換器は、偏平チューブとヘッダープレートの挿通部とのロウ付け部分に熱歪みの影響で亀裂が生じる場合がある。特に、寒冷地等では、エンジン始動時やエンジン負荷変動時等の過渡的に、外気温と偏平チューブ内を流れる冷却水と（温水）の温度差によって大きな熱歪みが生じやすい。

そこで、例えば、偏平チューブの開口部内に補強部材を挿入して、熱歪みの生じやすい部位を補強することが提案されている（特許文献１参照）。

特開２０１２－９７９１５号公報

しかしながら、特許文献１の補強構造は、補強部材の端部の断面が半円形に形成されており、この補強部材の半円形の端部が偏平チューブの開口部の半円状の内面部に対して隙間なく接触する構成である。このような構成では、補強部材の製造上の寸法誤差が許容される余地が小さくなり、作業者が補強部材を開口部に挿入する際の作業性を低下させてしまう。また、補強部材が寸法誤差を含む場合、補強部材と偏平チューブの開口部との間にロウ付け後も隙間が生じてしまい、十分な補強の強度が得られない懸念もある。

そこで、本発明の目的は、補強部材の製造上の寸法誤差が作業性に与える影響を低減させつつ、補強部材による補強の強度を安定的に得ることが可能な補強部材および当該補強部材を用いた熱交換器の補強構造を提供することである。

本発明の一態様に係る熱交換器の補強構造は、
偏平チューブが挿通される挿通部を有するエンドプレートと、前記挿通部に挿通された前記偏平チューブの端部に設けられた開口部に嵌め込まれた状態でロウ付けされる補強部材と、を備える熱交換器の補強構造であって、
前記開口部は、
一対の対向する平行な平面部と、
前記各平面部の両縁間を接続する半円弧状内面部と、
を有し、
前記補強部材は、
長尺状の本体部と、
前記本体部の長手方向の端部に形成される重合部であって、展開状態で平面Ｌ字状部であるとともに、そのＬ字状部の前記長手方向の先端部が、前記本体部側に折り返され且つ重ね合わされて形成される重合部と、
を有し、
前記本体部には、前記補強部材が長手方向に弾性変形することを補助するためのビード部が形成されており、
前記重合部の表面には、ロウ材が付着しており、
前記重合部において折り返された部位の先端は尖っており、前記補強部材が前記補強部材とは別体の前記偏平チューブに設けられた前記開口部に嵌め込まれた状態において、前記先端が前記半円弧状内面部に当接した状態でロウ付けがされている。

また、本発明の一態様に係る補強部材は、
長尺状の本体部と、
前記本体部の長手方向の端部に形成される重合部であって、展開状態で平面Ｌ字状部であるとともに、そのＬ字状部の前記長手方向の先端部が、前記本体部側に折り返され且つ重ね合わされて形成される重合部と、
を備え、熱交換器に取り付けられた偏平チューブの端部に取り付けられる補強部材であって、
前記本体部には、前記補強部材が長手方向に弾性変形することを補助するためのビード部が形成されており、
前記重合部の表面には、ロウ材が付着しており、
前記重合部において折り返された部位の先端は尖っており、前記補強部材が前記補強部材とは別体の前記偏平チューブの端部に設けられた開口部に嵌め込まれた状態において、前記先端が前記開口部の半円弧状内面部に当接可能である。

上記構成によれば、作業者は、補強部材を長手方向に縮めた状態で開口部に挿入し、補強部材の重合部が開口部に挿入された後に手を放して弾性変形を解放することで、補強部材を開口部に嵌め込むことができる。このように、補強部材を弾性変形可能にすることで、補強部材の寸法誤差が、補強部材を開口部に挿入する際の作業性に与える影響を低減させることができる。また、補強部材の重合部の先端が開口部の半円弧状内面部に当接した状態で加熱がなされると、重合部と半円弧状内面部との当接部位を中心として、ロウ材がその当接部位の周囲（隙間）にも回り込み、補強部材と偏平チューブとがロウ付けされる。このため、補強部材と偏平チューブとが隙間なくロウ付けされやすくなり、補強部材による補強の強度を安定的に得ることができる。

本発明によれば、補強部材の製造上の寸法誤差が作業性に与える影響を低減させつつ、補強部材による補強の強度を安定的に得ることが可能な補強部材および当該補強部材を用いた熱交換器の補強構造を提供することができる。

第一実施形態に係る熱交換器の補強構造の斜視図である。補強部材が取り付けられた状態におけるエンドプレートの平面図である。補強部材の展開平面図である。Ｌ字状部が折り返された状態における補強部材の平面図である。（ａ）は、偏平チューブと補強部材とをロウ付けする前の偏平チューブを示す図である。（ｂ）は、偏平チューブと補強部材とをロウ付けした後の偏平チューブを示す図である。第二実施形態に係る補強部材を取り付けた状態におけるエンドプレートの平面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態に係る熱交換器の補強構造について詳細に説明する。

また、本実施形態の説明では、説明の便宜上、「左右方向」、「前後方向」、「上下方向」について適宜言及する。これらの方向は、図１に示す熱交換器１、図２に示すエンドプレート４、図３～４に示す補強部材７、図６に示すエンドプレート４Ａについて設定された相対的な方向である。ここで、「上下方向」は、「上方向」及び「下方向」を含む方向である。「前後方向」は、「前方向」及び「後方向」を含む方向である。「左右方向」は、「左方向」及び「右方向」を含む方向である。

＜第一実施形態＞
以下、本実施形態の一例を、エンジン冷却水冷却用の熱交換器、いわゆる自動車用ラジエータを用いて説明する。図１は、第一実施形態に係る熱交換器１の補強構造の斜視図である。図２は、補強部材７が取り付けられた状態におけるエンドプレート４の平面図である。図１に示すように、熱交換器１は、偏平チューブ２と、フィン３と、エンドプレート４と、サポート材５と、タンク６と、補強部材７と、を有している。また、熱交換器１には、多数の偏平チューブ２とフィン３とが上下方向に交互に配列されている。フィン３は、例えば、放熱フィンである。

図２に示すように、各偏平チューブ２は、二つの開口部１８を有する。開口部１８は、長軸と短軸とを有している。開口部１８の短軸の長さＡ（対向する平面部２ａ間距離）は、開口部１８の長軸の長さＢの略１／８である。二つの開口部１８の間であって、偏平チューブ２の略中央部には柱状部１７が形成されている。柱状部１７は略直方体である。

偏平チューブ２の前方に位置する開口部１８は、一対の対向する平行な平面部２ａと、半円弧状内面部２ｂと、柱状部の内壁面２ｃと、で構成されている。半円弧状内面部２ｂは、その各平面部２ａの前方側の両縁間をそれぞれ連結するように形成されており、当該連結点を結ぶ線は半円弧状である。また、内壁面２ｃは、前後方向において、半円弧状内面部２ｂと対になる位置に配置されている。内壁面２ｃは、その各平面部２ａの後方側の両縁間をそれぞれ連結するように形成されており、当該連結点を結ぶ線は、直線形状である。

偏平チューブ２の後方に位置する開口部１８は、一対の対向する平行な平面部２ａと、半円弧状内面部２ｂと、柱状部の内壁面２ｃと、で構成されている。半円弧状内面部２ｂは、その各平面部２ａの後方側の両縁間をそれぞれ連結するように形成されており、当該連結点を結ぶ線は半円弧状である。また、内壁面２ｃは、前後方向において、半円弧状内面部２ｂと対になる位置に配置されている。内壁面２ｃは、その各平面部２ａの前方側の両縁間をそれぞれ連結するように形成されており、当該連結点を結ぶ線は、直線形状である。

図１に戻って説明する。最も上部に位置する偏平チューブ２の上方と、最も下部に位置する偏平チューブ２の下方には、サポート材５が配置されている。また、サポート材５の両端はエンドプレート４に固定される。

エンドプレート４は角丸形状の略長方形である。エンドプレート４には、上下方向に複数のチューブ挿通孔（挿通部）８が形成されている。チューブ挿通孔８は略長方形であり、チューブ挿通孔８の長軸は、エンドプレート４の短辺よりも短い。チューブ挿通孔８の短辺のうち、エンドプレート４の外周に近い方の短辺の隅は、角丸形状である（図２参照）。エンドプレート４の挿通部８には、偏平チューブ２が挿通されている。

タンク６は、タンク本体部９と、を有している。また、右側のタンク６のタンク本体部９の上部には、サポート材５に対して垂直であって、後方向に延びる筒形状の入口パイプ１２が設けられている。また、左側のタンク６のタンク本体部９の下部には、サポート材５に対して垂直であって、後方向に延びる筒形状の出口パイプ１３が設けられている。タンク本体部９は略直方体である。また、タンク本体部９は小フランジ部１０を有している。

補強部材７は、少なくとも、エンドプレート４の上下端の開口部１８に嵌め込まれている。これら以外の開口部１８にも、補強部材７を嵌め込むことは可能だが、全ての開口部１８には、補強部材７を嵌め込まないことが好ましい。

本実施形態では、補強部材７は、エンドプレート４の上側四本の偏平チューブ２の開口部１８の各々に、左右方向に二個ずつ挿入されている。また、補強部材７は、エンドプレート４の下側四本の偏平チューブ２の開口部１８の各々に、左右方向に二個ずつ挿入されている（図２参照）。

熱交換器１は、互いに接触する各部品の少なくとも一方側にロウ材が被覆又は配置されており、全体を高温の炉内に挿入して、一体的にロウ付けして固定するものである。本実施形態では、タンク６の小フランジ部１０が図示しないＯリングを介して、エンドプレート４の環状溝１５に嵌着され、かしめ用爪部１６をかしめることによって、熱交換器１が完成する。

高温の冷却水１４は、入口パイプ１２から右側のタンク６に流通し、各偏平チューブ２内を右から左に流通する。左側のタンク６に到達した冷却水１４は、出口パイプ１３から流出する。偏平チューブ２およびフィン３の外面にはファンまたは走行風による空気流が流通し、偏平チューブ２内を通過している冷却水１４と空気流との間で熱交換が行われる。
なお、本実施形態では、図１で示した左右方向に沿って冷却水が偏平チューブ内を流れる例を説明しているが、この例に限られない。冷却水が流れる方向、つまり、偏平チューブの長手方向が図１の上下方向や前後方向に沿うように、偏平チューブを配置する構成であっても良い。また、偏平チューブは斜めに配置されていても良い。

図３は、補強部材７の展開平面図である。図３に示すように、補強部材７は、左右方向に長い長尺状の本体部７０と、本体部７０の左右方向（長手方向）の端部に形成されるＬ字状部７１を有している。補強部材７は、偏平チューブ２の開口部１８に対向する平面部２ａ間の距離の１／２よりも僅かに小さい板厚の金属板である。その金属板の両面には、ロウ材がコーティングされている。また、補強部材７の左右方向に延びる長さＣは、開口部１８の長軸の長さと略同一である。

本体部７０には、上下方向（短手方向）に延びるビード７２が二つ形成されている。このため、補強部材７は左右方向（長手方向）に弾性変形しやすくなっている。また、本体部７０の略中央部には、左右方向に延びるビード７３が形成されており、本体部７０の中央部分の剛性を補強している。さらに、左側のビード７２より左の部位と、右側のビード７２より右の部位には、それぞれビード７４が形成されており、本体部７０の端部の剛性を補強している。

本体部７０の長辺略中央部には、半円形状の孔７５が各長辺上に二つずつ設けられている。

Ｌ字状部７１は、展開状態で平面Ｌ字状である。また、Ｌ字状部７１は、折り返し線ｌを軸に折り返し可能である。すなわち、Ｌ字状部７１は、左右方向に折り返し可能である。尚、Ｌ字状部７１の表面には、ロウ材が付着している。

本体部７０の長辺と平行であって、本体部７０の長辺から最も離れた位置にあるＬ字状部７１の辺は、その辺上の点Ｄ１及びＤ２から、Ｌ字状部７１の略中央部であって、点Ｄ１と点Ｄ２の中間点である点Ｅに向かって、本体部７０方向に屈折している。

図４は、Ｌ字状部７１が折り返された状態における補強部材７の平面図である。図４に示す補強部材７は、次のように形成される。

まず、図３に示す補強部材７において、Ｌ字状部７１の先端部７６が、矢印Ｆ（図３参照）方向に折り返される。その結果、重合部７７（図４参照）が形成される。次に、重合部７７は、矢印Ｇ（図３参照）方向に折り曲げられる。こうして、図４に示す補強部材７は形成される。

重合部７７は、先端部７６が矢印Ｆ方向に折り返された後、所定の金型等を用いて、折り返された部位の先端（点Ｅ）が尖るようにプレス加工される。プレス加工された結果、重合部７７の折り返し端縁の横断面は、頂角が略１２０度の二等辺三角形となる。その後、各重合部７７は、折り返し線ｍを軸として本体部７０側に、断面Ｌ字状に曲折される。その先端７１ａは、偏平チューブ２の開口部１８に挿入される部位の挿入開始端である。

作業者が本体部７０の両端を左右方向に指で軽く押圧すると、補強部材７は、左右方向に僅かに縮むように弾性変形する。こうして縮められた補強部材７の点Ｅ間の距離は、偏平チューブ２の開口部１８よりも僅かに小さくなるため、作業者は、各重合部７７を偏平チューブ２の開口部１８に挿入することができる。挿入後、作業者が本体部７０への押圧を止めると、補強部材７の弾性変形は解放される。このため、重合部７７の先端（点Ｅ）の一方は半円弧状内面部２ｂと当接し、もう一方は、柱状部１７の内壁面２ｃと当接する。

図５の（ａ）は、偏平チューブと補強部材とをロウ付けする前の偏平チューブを示す図である。図５の（ｂ）は、偏平チューブと補強部材とをロウ付けした後の偏平チューブを示す図である。

各重合部７７を偏平チューブ２の開口部１８に挿入し、作業者が本体部７０への押圧を止めると、図５の（ａ）に示すように、重合部７７の先端（点Ｅ）は偏平チューブ２の開口部１８の半円弧状内面部２ｂと当接（正面視で点接触）する。また、ロウ付けのための加熱前において、この当接部位（点Ｅ）の周辺には隙間が形成されている。
尚、図５の（ａ）は、偏平チューブ２の右端部を図示しているが、偏平チューブ２の左端部における点Ｅも、右端部同様、偏平チューブ２の開口部１８の半円弧状内面部２ｂと当接（正面視で点接触）している。

図５の（ａ）の状態から加熱をし、偏平チューブ２と補強部材７との間をロウ付けすると、図５の（ｂ）の示すように、当接部位（点Ｅ）を中心として、ロウ材が当接部位の周囲にも回り込む。このため、偏平チューブ２と重合部７７とが隙間なくロウ付けされるとともに、偏平チューブ２とエンドプレート４（図１参照）との当接部位もロウ付けされ、より強固な補強構造となる。

ところで、特許文献１の補強構造は、補強部材の端部の断面が半円形に形成されており、この補強部材の半円形の端部が偏平チューブの開口部の半円状の内面部に対して隙間なく接触する構成である。このような構成では、補強部材の製造上の寸法誤差が許容される余地が小さくなり、作業者が補強部材を開口部に挿入する際の作業性を低下させてしまう。また、補強部材が寸法誤差を含む場合、補強部材と偏平チューブの開口部との間にロウ付け後も隙間が生じてしまい、十分な補強の強度が得られない懸念もある。

本実施形態の構成によれば、作業者は、補強部材７を左右方向（長手方向）に縮めた状態で開口部１８に挿入し、補強部材７の重合部７７が開口部１８に挿入された後に手を放して弾性変形を解放することで、補強部材７を開口部１８に嵌め込むことができる。このように、補強部材７を弾性変形可能にすることで、補強部材７の寸法誤差が、補強部材７を開口部１８に挿入する際の作業性に与える影響を低減させることができる。また、補強部材７の重合部７７の先端（点Ｅ）が開口部１８の半円弧状内面部２ｂに当接した状態で加熱がなされると、重合部７７と半円弧状内面部２ｂとの当接部位を中心として、ロウ材がその当接部位（点Ｅ）の周囲（隙間）にも回り込み、補強部材７と偏平チューブ２とがロウ付けされる。このため、補強部材７と偏平チューブ２とが隙間なくロウ付けされやすくなり、補強部材７による補強の強度を安定的に得ることができる。

＜第二実施形態＞
図６は、第二実施形態に係る補強部材７Ａを取り付けた状態におけるエンドプレート４Ａの平面図である。図６に示す補強部材７Ａの長さＣ１は、第一実施形態における補強部材７の長さＣに対して、二倍程度である。補強部材７Ａに係る重合部７７の各先端は、いずれも柱状部１７に当接しない。このため、補強部材７Ａを取り付けた状態におけるエンドプレート４Ａでは、補強部材７Ａの重合部７７の各先端が、ともに偏平チューブ２の開口部１８の半円弧状内面部２ｂと当接している。この点において、補強部材７Ａを取り付けた状態におけるエンドプレート４Ａは、第一実施形態に係る補強部材７を取り付けた状態におけるエンドプレート４と異なっている。換言すると、補強部材７Ａでは、これが挿入される偏平チューブ２に対応する一対の開口部１８にそれぞれ形成される半円弧状内面部２ｂと、補強部材７Ａの重合部７７に形成される先端（点Ｅ）とが当接している点で、第一実施形態に係る補強部材７を取り付けた状態におけるエンドプレート４とは異なっている。
また、第二実施形態は、補強部材７Ａが、エンドプレート４Ａの最上位と最下位に位置する偏平チューブ２にのみ挿入されている点においても、第一実施形態と異なっている。

第二実施形態によれば、第一実施形態と比べ、補強部材７Ａの数が少なくて済む。また、補強部材７Ａの数が少なくて済むので、熱交換器の組立がより容易になる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、適宜、変形、改良等が自在である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置場所等は、本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

１：熱交換器、２：偏平チューブ、３：フィン、４：エンドプレート、５：サポート材、６：タンク、７：補強部材、８：チューブ挿通孔（挿通部）、９：タンク本体部、１０：小フランジ部、１２：入口パイプ、１３：出口パイプ、１４：冷却水、１５：環状溝、１６：かしめ用爪部、１７：柱状部、１８：開口部、７１：Ｌ字状部、７７：重合部

Claims

偏平チューブが挿通される挿通部を有するエンドプレートと、前記挿通部に挿通された前記偏平チューブの端部に設けられた開口部に嵌め込まれた状態でロウ付けされる補強部材と、を備える熱交換器の補強構造であって、
前記開口部は、
一対の対向する平行な平面部と、
前記各平面部の両縁間を接続する半円弧状内面部と、
を有し、
前記補強部材は、
長尺状の本体部と、
前記本体部の長手方向の端部に形成される重合部であって、展開状態で平面Ｌ字状部であるとともに、そのＬ字状部の前記長手方向の先端部が、前記本体部側に折り返され且つ重ね合わされて形成される重合部と、
を有し、
前記本体部には、前記補強部材が長手方向に弾性変形することを補助するためのビード部が形成されており、
前記重合部の表面には、ロウ材が付着しており、
前記重合部において折り返された部位の先端は尖っており、前記補強部材が前記補強部材とは別体の前記偏平チューブに設けられた前記開口部に嵌め込まれた状態において、前記先端のみが前記半円弧状内面部に当接した状態でロウ付けがされている、
熱交換器の補強構造。
長尺状の本体部と、
前記本体部の長手方向の端部に形成される重合部であって、展開状態で平面Ｌ字状部であるとともに、そのＬ字状部の前記長手方向の先端部が、前記本体部側に折り返され且つ重ね合わされて形成される重合部と、
を備え、熱交換器に取り付けられた偏平チューブの端部に取り付けられる補強部材であって、
前記本体部には、前記補強部材が長手方向に弾性変形することを補助するためのビード部が形成されており、
前記重合部の表面には、ロウ材が付着しており、
前記重合部において折り返された部位の先端は尖っており、前記補強部材が前記補強部材とは別体の前記偏平チューブの端部に設けられた開口部に嵌め込まれた状態において、前記先端のみが前記開口部の半円弧状内面部に当接可能である、
補強部材。