JPH0115799B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は樹脂タンクとコアプレートとをかしめ
固定した熱交換器に関し、例えば自動車用ラジエ
ータとして用いて有効である。

従来より金属製の熱交換本体の端部にコアプレ
ートを設け、このコアプレートの外周縁を溝形に
成形して、この溝内に合成樹脂製タンク端縁取付
部を嵌合させ、かしめプレートをこの取付部にか
しめることによつてタンクを本体に密封装着する
形式の熱交換器は公知である。そして、この種の
熱交換器は溝に嵌合したタンク端縁取付部の底面
と溝底面との間は弾性シール材で水密を保つよう
になつている。

ただこの種の熱交換器では弾性シール材の直下
の溝底壁を構成しているコアプレート部分に割れ
が生じ、熱交換器の寿命が短かくなることがあつ
た。本発明者等は種々の実験の結果これが応力腐
食割れによるものであることをつきとめた。この
応力腐食割れというのは、腐食という化学的な働
きと応力という物理的な働きの相乗作用によつて
生じる割れのことである。

次に応力腐食割れに関して本発明者等の行なつ
た検討内容を説明する。

第１図は本発明に係る熱交換器、たとえば自動
車用ラジエータを示している。このラジエータは
銅製のコルゲートフイン７と黄銅製のチユーブ８
を含む金属製の熱交換本体１と、その上、下端に
密封装着した合成樹脂製のタンク２，３とを包含
する。そして、上方のタンク２には冷却水補給口
４と冷却水流入パイプ５とが設けてあり、下方タ
ンク３には冷却水流出パイプ６が設けてある。た
だ、基本的に上、下のタンクは同じ構造であるか
ら、以下、上方のタンク２についてのみ説明す
る。上下を逆にして考えれば、以下の説明は下方
タンク３にも適用できることは明白である。

第２図はタンク２を熱交換本体１に密封装着す
る従来方法を示している。タンク２は一端開放と
なつており、これをコルゲートフイン７の付いた
チユーブ８から成る熱交換本体１の端部にかぶせ
ることによつてタンク２が完全となる。タンクの
開放端縁には全周に沿つてほぼ四角形断面の取付
部１０が一体形成されている。この取付部１０は
互いに平行で平らな表面を持つ内、外の作用面１
１，１２とこれら内外作用面に体して直角の内外
の側壁面１３，１４とを有する。一方、熱交換本
体１の端面、すなわちチユーブ８の側面にはその
上端付近で周方向に黄銅製のコアプレート１６が
適当な手段、たとえば半田付、ろう付け等で固着
してある。そして、コアプレート１６の外周縁は
内、外の側壁１７，１８および底壁１９を有する
溝部２０となるように成形してある。

このコアプレート１６とタンク２との組付けは
以下の手順で行なう。まず、溝部２０にタンク２
の端縁取付部１０を嵌め込む。このとき、取付部
１０の内、外の側壁面１３，１４はそれぞれ溝部
２０の内、外の側壁１７，１８と係合し、かつ取
付部１０の内方作用面１１と溝部底壁１９の内面
との間には弾性シール材であるゴム製０リング２
１を介在させる。次に頂縁につめ部２２を有する
ほぼＬ字形（図では逆Ｌ字形になつているが、反
対側ではＬ字形である。）の断面を持つ鉄板製の
かしめプレート２３をコアプレート１６の溝部２
０に係合させ、つめ部２２をタンク２の端縁取付
部１０の外方作用面１２に向つてかしめる。その
結果、タンク端縁取付部１０はその内方作用面１
１で弾性シール材２１を圧縮すると共にコアプレ
ート１６の溝部２０に堅固に密封装着されること
になる。

以上の構成において、タンク２の内部Ａに存在
するエンジン冷却水は、コアプレート溝部２０の
内面、タンク取付部１０の内面、０リング２１の
液側表面、及びコアプレート側壁１７で形成され
たすきま部２４に流入する。そして、０リング２
１と溝部底壁１９の内面との間には構造上及び機
能上、数マイクロメートルから数十マイクロメー
トル程度の微細なすきま２５の存在を避けること
は不可能であるので、すきま部２４内のエンジン
冷却水はその微細なすきま２５に浸透し、その結
果すきま２５ではすきま腐食環境が生ずる。

即ち、すきま２５内では物質の移動がスムーズ
に行なわれにくい上に、黄銅製のコアプレート表
面の不動態皮膜（酸化皮膜）はその不動態を保持
しようとしてすきま部２５内の液体中の酸素を消
費するため、すきま部２５内の酸素の濃度は次第
いに低下する。その結果、タンク２の内部Ａに存
在する冷却液中の溶存酸素と大気中の酸素との間
に濃度差が生じ、すきま部２５では酸素濃淡電池
が形成される。その電池の作用により、すきま部
２５内の液体のPHが低下し、この結果生じる腐食
環境は非常にきびしいものとなる。

それに加えて、前述したかしめプレート２３の
つめ部２２を曲げ加工する時に残留する溝部底壁
１９への応力、０リング２１を圧縮固定されるた
めに生ずる面圧によつて溝部底壁１９に応力が負
荷される。また、熱交換器の冷却液回路の系統
圧、さらに熱負荷による熱応力等も溝部底壁１９
に負荷される。以上のような種条件の下で、コア
プレート溝部２０の底壁１９には、応力腐食割れ
が容易に生じる環境が造り出される。

尚、本発明者等は先に説明した酸素の濃度差が
できる機構について、次のような実験をすること
によつて明確にしている。

すなわち、応力腐食割れ評価として、大気部Ｂ
をタンク２内の冷却液と同質の液で浸漬し評価し
たところ、大気部Ｂを大気状態のもとで評価した
ものに対し、寿命が２０倍以上も向上することが
確かめられた。また、大気部Ｂを大気状態にして
タンク２内の冷却液中の溶存酸素を脱気した条件
での寿命は脱気せずの寿命に比べ大差なことをつ
きとめている。

更に他にも実験を行ない、すきま部２５内で消
費される酸素（カソード反応）は、大気部Ｂより
コアプレート溝部２０の内面、タンク取付部１０
の側壁１４との間にできる空気通路２８をへて０
−リング２１の大気側の表面より０リング２１内
に供給されること、及びすきま２５内では拡散減
少により内部に補給されることを明らかにした。
併せて、その際にはアンモニア等の成分を多く含
むエンジン冷却水を冷却水として用いた場合、割
れ寿命の悪化が著しいことも確認した。

本発明はこの応力腐食割れ発生機構の解明結果
に基づいて案出されたもので、大気部から補給さ
れる酸素をすきま部２５へ送らないようにするこ
とによつて、すなわち酸素の遮断もしくは透過速
度を低下させることによつて、応力腐食割れの進
行を抑え、それにより前記形式の熱交換器の寿命
を延ばすことを目的とする。

その為、本発明の一実施例では第３図に示す如
く弾性シール材３０を二重構造の０リングとして
いる。すなわち、高温での耐久シール性に優れる
材料、たとえばエチレンプロピレンヂエンポリマ
（EPDM）等で芯ゴム３１を作成し、その外側に
芯ゴム３１よりも酸素を透過しにくい材料たとえ
ばニトリルブタジエンラバー（NBR）、ポリビニ
ルクロライド（PVC）等の有機材料からなる酸
素透過抑止膜３２を被覆した二重構造としてい
る。

第４図はこの二重構造の弾性シール材３０を組
付けた形状を示すが図から明らかなように、その
他の組付状態は第２図に示した従来構造と同じで
ある。そして、本例によればすきま部２５内の酸
素が一旦消費されれば、その後の大気部Ｂ側から
の酸素の供給は酸素透過抑止膜３２で遮断もしく
は透過速度を低下させられることになる。仮に酸
素が抑止膜３２を透過して芯ゴム３１内に流入す
ることができたとしても（破線イで示す）すきま
部２５上に達する為には再び抑止膜３２を透過し
なくてはならず、この透過時にさらに低下される
ことになる。その結果、すきま部２５に接するコ
アプレート溝部２０の底部でできたカソード反応
を遅らせ腐食速度を緩和もしくは停止することが
できる。

この二重構造０−リングとして、芯ゴム３１に
断面直経が35mmのEPDMを用い、酸素透過抑止
膜３２に厚さが５〜15μ程度のPVCをラテツクス
コーテイングしたものを用いて、本発明者等が確
認したところ、抑止膜３２の無い構造のものに対
し応力腐食性割れ寿命が４倍以上向上しているこ
とが認められた。

尚、上述した例は本発明の望しい態様を示した
ものであるが、本発明はこの例以外にも種々の態
様がある。

そなわち、第５図に示すようにコアプレート１
６の側壁１８の高さｈをかしめプレート２３の寸
法Ｈより小さくして（具体的には（Ｈ−ｈ）≧0.5
mmに設定してある）かしめプレート２３のツメ２
２の折り曲げ加工時にコアプレート側壁１８には
直接かしめ荷重に加わらないようにしてもよい。
このようにすればコアプレート１９に蓄えられる
応力は低くでき、この効果を上述した効果と併用
すればさらに応力腐食割れ寿命を長くすることが
できる。

第６図は弾性シール部材３０のうちの酸素浸入
径路２８側、およびコアプレート１９への接触面
のみに、酸素の透過しにくい抑止膜３２をコーテ
イングした実施例を示す。

また、第７図はコアプレート１９と弾性シール
部材３０との間のみに酸素の透過しにくい抑止膜
３２を介在させることによつて、大気中の酸素の
透過を遮断する実施例を示す。

また、第８図、第９図は大気中からの酸素の浸
入経路２８、すなわちタンク取付け部１０の外側
壁面１４とコアプレート側壁１８との間に酸素を
透過しにくい性質の液状ゴム４５を流し込んで酸
素透過抑止膜を形成したり、または酸素の透過し
にくい弾性材５０を前述のすきま部に圧縮固定し
て抑止膜を形成した実施例である。

さらに、かしめプレートを有しなく、コアプレ
ートにて一体にかしめをする熱交換器においても
本発明に係る酸素透過抑止膜は同様の効果を有す
る。

更にまたコアプレート１９面に酸素の透過のし
にくい有機材料をコーテイングし、大気からの酸
素を遮断する構造にしも同様の効果が得られる。

以上説明したように本発明熱交換器では弾性シ
ール部材とコアプレートとの接触部位より大気側
に酸素透過抑止膜を形成したため、コアプレート
の応力腐食部への酸素の供給を減少させることが
でき、その結果応力腐食割れの進行を大幅に遅ら
せることができて、熱交換器の寿命を著しく向上
できるという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明熱交換器の一例を示す正面図、
第２図は従来の熱交換器のかしめ部を示す断面
図、第３図は本発明に係る弾性シール材の一例を
示す断面図、第４図は第１図のＸ−失視断面
図、第５図ないし第９図は本発明熱交換器の他の
実施例の要部を示す断面図である。 １……熱交換本体、２，３……タンク、７……
フイン、８……チユーブ、２２……かしめプレー
ト、３０……弾性シール部材、３２……酸素透過
抑止膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 熱交換流体を流す金属製のチユーブと、この
   チユーブの端部に固定された金属製のコアプレー
   トと、このコアプレートにかしめ結合された樹脂
   製のタンクと、このタンクと前記コアプレートと
   の間に介在され８〜40％圧縮変形してタンクとコ
   アプレートとの間のシールを保つ弾性シール部材
   と、この弾性シール部材と前記コアプレートとの
   接触部位より大気側に配設された酸素透過抑止膜
   とを備える熱交換器。 ２ 前記酸素透過抑止膜が前記弾性シール部材の
   外周を被覆している特許請求の範囲第１項記載の
   熱交換器。 ３ 前記熱交換流体はアミン、アンモニアを含む
   自動車用エンジン冷却水である特許請求の範囲第
   １項もしくは第２項記載の熱交換器。 ４ 前記コアプレートが黄銅製である特許請求の
   範囲第１項ないし第３項いずれか記載の熱交換
   器。