JPWO2003033188A1 - チューブ及びチューブを備えた熱交換器 - Google Patents

Abstract

金属製の帯状の素材Ａをロール成形及びろう付けしてなるチューブにおいて、素材は、焼きなましにより再結晶したものであり、チューブ２００は、素材を曲げた後にこれを平らに成形してなる平坦部２０４を有するチューブである。また、ロール成形を行うロール成形装置１０は、複数のロール１１を連続配置してなり、複数のロールの間における素材の搬送方向は、非直線状とした。更に、ロール成形では、素材の幅をサイジングし、素材を折り重ねた後に、素材の縁部を基点Ｐにして素材を曲げた。また、上記チューブ２００を用いて熱交換器を構成した。

Description

技術分野
本発明は、本発明は、金属製の帯状の素材をロール成形及びろう付けしてなるチューブと、このチューブを用いた熱交換器に関する。
背景技術
金属製の素材を加工する加工装置としては、ロールを用いて素材を塑性変形するロール成形装置が知られている。また、このようなロール成形装置は、チューブの製造にも利用されている。例えば、熱交換器に用いられるチューブとしては、金属製の帯状の素材をロール成形し、これをろう付けして作成されたものが広く採用されている。
ところで近年、熱交換器に用いられるチューブの形状は、熱交換器の性能向上に伴い、ますます複雑化、精密化される傾向にあり、チューブを作成するロール成形についても、より込み入った加工を精度良く行う構成が望まれている。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、合理的に製造されたチューブと、このチューブを用いた熱交換器を提供することを目的としている。
発明の開示
本願第１請求項に記載した発明は、金属製の帯状の素材をロール成形及びろう付けしてなるチューブにおいて、前記素材は、焼きなましにより再結晶したものであり、前記チューブは、前記素材を曲げた後にこれを平らに成形してなる平坦部を有する構成のチューブである。このような構成によると、合理的に製造されたチューブが得られる。
すなわち、焼きなましにより再結晶した素材を採用すれば、素材の残留応力が低下する故、ロール成形による素材の塑性変形が比較的容易となり、より複雑且つ精密な加工が可能となる。
また、素材の形状が平らとなるチューブの部位は、通常は、ロール成形による曲げが施されないので、その加工度は小さくなる。故に、焼きなましにより再結晶した素材を採用すると、かかる部位におけるろう材の侵食が顕著となり、これがチューブの耐食性を低下する原因となる。つまり、素材の加工度が小さい部位は、ろう付け温度に達しても母材及びろう材の再結晶化が進行しにくく、亜結晶粒界を残した組織（いわゆるサブグレイン組織）となる傾向にある。仮に、これを亜結晶粒界に沿って光学顕微鏡で観察すると、ろう材は、母材の全体に一様に拡散しているように確認される。この点本発明では、素材を曲げた後にこれを平らに成形するので、そのような不都合が回避され、耐食性に優れたチューブが得られる訳である。
本願第２請求項に記載した発明は、金属製の帯状の素材をロール成形及びろう付けしてなるチューブにおいて、前記ロール成形を行うロール成形装置は、複数のロールを連続配置してなり、前記複数のロールの間における前記素材の搬送方向は、非直線状とした構成のチューブである。このような構成によると、合理的に製造されたチューブが得られる。
すなわち、帯状の素材をロール成形してチューブを作成する場合、その素材については、曲げが集中する部位と、曲げが比較的少ない部位が生じる。特に、その傾向は、チューブの形状が複雑化、精密化されたものにおいて顕著となる。そして、素材の加工硬化を考慮すると、このような曲げのばらつきは、素材の硬さに偏りを生じ、チューブの強度に悪影響を招く原因となる。この点、複数のロールの間における素材の搬送方向を非直線状とすれば、チューブの形状に拘らず、素材の搬送に伴い、その素材全体に一様な曲げがもたらされ、加工硬化の格差がある程度緩和される。従って、チューブの強度はバランスよく確保される。
また、このように素材全体に一様な曲げをもたらせば、チューブの形状については微妙な歪みが矯正され、その成形精度が向上するという利点もある。
本願第３請求項に記載した発明は、金属製の帯状の素材をロール成形及びろう付けしてなるチューブにおいて、前記ロール成形では、前記素材の幅をサイジングした構成のチューブである。サイジング前の素材の幅は、誤差の範囲を考慮しつつ、サイジング後の幅よりも若干大きくなるように設定される。このような構成によると、合理的に製造されたチューブが得られる。
すなわち、素材をロール成形してなるチューブの形状は、素材の幅の僅かな誤差により、不良となる場合がある。特に、その傾向は、チューブの形状が複雑化、精密化されたものにおいて顕著となる。この点、本発明のチューブによれば、ロール成形にて素材の幅をサイジングするので、そのような不都合を回避し、チューブの寸法管理をより厳密に行うことが可能となる。
本願第４請求項に記載した発明は、金属製の帯状の素材をロール成形及びろう付けしてなるチューブにおいて、前記ロール成形では、前記素材を折り重ねた後に、前記素材の縁部を基点にして前記素材を曲げた構成のチューブである。このような構成によると、合理的に製造されたチューブが得られる。
すなわち、ロール成形においては、素材の縁部を曲げの基点とすることが可能であり、これを利用すれば、複雑な形状のチューブを効率よく作成することが可能となる。
本願第５請求項に記載した発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか記載のチューブを備え、前記チューブに伝わる熱にて媒体の熱交換を行う構成の熱交換器である。すなわち本発明は、合理的に製造されたチューブであり、熱交換器のチューブして、極めて好適に利用することが可能である。
発明を実施するための最良の形態
以下に、本発明の具体例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１及び図２に示す本例の熱交換器１００は、自動車に搭載される車内空調用冷凍サイクルのコンデンサであり、フィン３００を介して積層された複数のチューブ２００と、各チューブ２００の両端部をそれぞれ接続した一対のタンク４００とを備え、チューブ２００及びフィン３００に伝わる熱にて媒体（つまり冷媒）が冷却されて凝縮するように構成されている。
一対のタンク４００には、媒体を流入する入口コネクタ４１０、及び媒体を流出する出口コネクタ４２０を設けており、媒体は、入口コネクタ４１０を流通してタンク４００の内部に取り入れられて、熱交換をしつつチューブ２００を流通した後、出口コネクタ４２０から外部に排出される。
タンク４００は、筒体の内部を仕切部材にて所定の間隔に区画してなるものであり、媒体は、各タンク４００の間を往復する構成となっている。
また、チューブ２００及びフィン３００からなる層の上下側部には、補強部材たるサイドプレート５００をそれぞれ設けている。サイドプレート５００の両端部は、各タンク４００にそれぞれ支持されている。
また、一方のタンクには、受液器６００を装着する受液器用コネクタ４３０を設けている。受液器６００は、媒体を気層と液層に分離するものであり、タンク４００に設けられた受液器用コネクタ４３０に対し、ねじ止めにより着脱可能に装着されている。
媒体は、入口コネクタ４１０から出口コネクタ４２０へ流通する過程において、タンク４００から受液器６００に一旦送られ、液層のみが出口コネクタ４２０へ向かう。すなわち、本熱交換器１００の下部は、受液器６００で分離された液層の冷媒を冷却するサブクール部となっている。
そして、チューブ２００、フィン３００、タンク４００、及びサイドプレート５００を構成する各部材は、アルミニウム又はその合金を成形してなり、熱交換器１００は、各部材を一体に組み付け、その組み付け体を炉中で加熱処理してろう付けし、製造される。また、炉中ろう付けに際して、各部材の要所には、予めろう材及びフラックスが設けられる。
本例のタンク４００は、それぞれ半円筒状を呈するの第１タンク部材４４０及び第２タンク部材４５０を結合して筒体をなすとともに、第１タンク部材４４０及び第２タンク部材４５０の間に仕切部材を配置して構成される。
第１タンク部材４４０は、長手方向に亘って同型のスリッド４４１を一定のピッチで列設した板材である。チューブ２００の端部及びサイドプレート５００の端部は、これらのスリッド４４１にそれぞれ挿入して接続される。
第２タンク部材４５０は、長手方向に亘る両縁部にそれぞれ一定のピッチでカシメ片４５１を列設した板材であり、両縁部の間に第１タンク部材４４０を嵌め入れるともに、所要のカシメ片４５１を変形して第１タンク部材４４０を保持する構成となっている。また、各第２タンク部材４５０の要所には、入口コネクタ４１０、出口コネクタ４２０、及び受液器用コネクタ４３０をそれぞれ接続するための開口部が設けられる。
図３に示すように、本例のチューブ２００は、ビード２０２で区画された複数の流路２０１を有する偏平状のものである。かかるチューブ２００は、後に詳述するように、アルミニウム合金製の帯状の素材Ａをロール成形してなるものであり、一方の側部には、素材Ａを巻き締めてなる結合部２０３が設けられている。また、素材Ａの形状が平となる平坦部２０４は、素材Ａを一旦曲げた後にこれを平らに戻して成形している。そして、ビード２０２及び結合部２０３の要所は、前述した炉中ろう付けにてろう付けされる。
図４に示すように、素材Ａのロール成形は、複数のロール１１を連続配置してなるロール成形装置１０を用いて行う。素材Ａは、焼きなましにより再結晶したものである。特に本例では、焼きなましにより完全に再結晶した状態の材料（ＪＩＳ規格Ｈ０００１で規定する質別記号の「Ｏ」）を用いている。
このロール成形装置１０は、コイル状に巻かれた素材Ａをその端側からフィードローラ１２にて送り出し、これをロール１１で段階的に成形する構成となっている。各ロール１１は、それぞれ所定の形状を呈する上下一対のものであり、素材Ａは、上下一対のロール１１の間を通過して塑性変形される。
本例の場合、ロール成形装置１０における前段１０ａのロール１１（例えばロール数３１個）では、後述するＳ０１〜Ｓ３１の成形がなされる。また、後段１０ｂのロール１１（例えばロール数７〜１０個）では、図５に示すように、素材Ａの通過位置を左右方向にずらすことにより、素材Ａ全体に一様な曲げをもたらす構成となっている。具体的には、搬送方向に対する各ロール１１の間隔を８０〜１２０ｍｍ程度に設定するとともに、各ロール１１における素材Ａの通過位置を左右交互に５〜１０ｍｍ程度ずらしている。しかして、これらのロール１１の間における素材Ａの搬送方向は、左右に蛇行した非直線状となっている。このような構成によると、素材Ａの搬送に伴い、素材Ａにおける加工硬化の格差をある程度緩和するとともに、チューブの形状について微妙な歪みを矯正することができる。
素材Ａは、このようなロール成形により所定のチューブ形状とされ、切断装置２０にて切断される。切断装置２０は、素材Ａを切断する切断刃２１と、切断刃２１の荷重を受け止める台座２２とを備えている。切断刃２１は上下方向に往復移動し、且つ、切断刃２１及び台座２２は素材Ａの搬送方向に沿って往復移動する。チューブ形状とされた素材Ａは、ロール成形装置１０から一定の速度で排出されるとともに、これと同調して移動する切断刃２１及び台座２２によって所定の長さに切断される。
図６乃至図８は、本例のロール成形を示す説明図であり、素材Ａの断面形状を段階的に表したものである。これらの図に示すように、素材Ａは、Ｓ０１〜Ｓ３１の順に成形される。
ロール成形においては、先ず、素材Ａの幅をサイジングする（Ｓ０１〜Ｓ０２）。図９は、Ｓ０１〜Ｓ０２の要部拡大図である。サイジングは、帯状の素材Ａの縁部を加圧し、素材Ａの幅を圧縮することによってなされる。かかるサイジングによれば、チューブの寸法管理をより厳密に行うことができる。
次に、素材Ａの中央付近から両端に向かって複数の凹凸を大まかに形成する（Ｓ０３〜Ｓ０８）。そして、これらの凹凸を徐々に小さく押し縮めることにより、所定の間隔で複数のビード２０２を設ける（Ｓ０９〜Ｓ１４）。ここで、ビード２０２の両脇は、素材Ａを曲げた後にこれを平らに成形してなる平坦部２０４となる。
こうしてビード２０２を設けた後は、素材Ａの中央に位置決めを施し（Ｓ１５）、素材Ａの両端部を所定の形状に成形する（Ｓ１６〜Ｓ２４）。
また、図１０は、Ｓ１９〜Ｓ２３の要部拡大図である。同図に示すように、素材Ａの一方の端部においては、素材Ａを小さく折り重ねた後に、素材Ａの縁部を基点Ｐにして素材Ａを更に曲げている。つまり、ロール成形においては、素材Ａの縁部を曲げの基点Ｐとすることができ、これを利用すれば、複雑且つ細かな成形も比較的容易に行うことができる。特に、ロール１１に曲げの基点Ｐとなる部位を設ける必要がないので、ロール１１の製造に係る負担も軽減される。
更に、このように両端部を成形した素材Ａは、素材Ａの中央で２つに折り曲げられ（Ｓ２５〜Ｓ３０）、所定のチューブ形状となる（Ｓ３１）。また、素材Ａの両端部は、互いに巻き締めることにより結合部２０３となる。
以上説明したように、本例のチューブは、素材のロール成形及びろう付けの合理化を達成し、その耐食性、成形性、及び強度を向上したチューブであり、媒体の熱交換を行う熱交換器用チューブとして、極めて好適に利用することができる。
産業上の利用可能性
本発明は、自動車や家庭用空調機等の冷凍サイクル一般に用いられる熱交換器とそのチューブであり、とりわけ、冷媒として例えばＣＯ_２を採用し、放熱器の内部の圧力が冷媒の臨界点を上まわる冷凍サイクルに好適なものである。
【図面の簡単な説明】
図１
本発明の具体例に係り、熱交換器を示す正面図である。
図２
本発明の具体例に係り、熱交換器の要部を示す分解斜視図である。
図３
本発明の具体例に係り、チューブの端面を示す正面図である。
図４
本発明の具体例に係り、ロール成形装置の側面を示す概略図である。
図５
本発明の具体例に係り、ロール成形装置の上面を示す概略図である。
図６
本発明の具体例に係り、ロール成形の説明図である。
図７
本発明の具体例に係り、ロール成形の説明図である。
図８
本発明の具体例に係り、ロール成形の説明図である。
図９
本発明の具体例に係り、ロール成形の説明図である。
図１０
本発明の具体例に係り、ロール成形の説明図である。

Claims (5)

1. 金属製の帯状の素材をロール成形及びろう付けしてなるチューブにおいて、
   前記素材は、焼きなましにより再結晶したものであり、
   前記チューブは、前記素材を曲げた後にこれを平らに成形してなる平坦部を有することを特徴とするチューブ。
2. 金属製の帯状の素材をロール成形及びろう付けしてなるチューブにおいて、
   前記ロール成形を行うロール成形装置は、複数のロールを連続配置してなり、
   前記複数のロールの間における前記素材の搬送方向は、非直線状としたことを特徴とするチューブ。
3. 金属製の帯状の素材をロール成形及びろう付けしてなるチューブにおいて、
   前記ロール成形では、前記素材の幅をサイジングしたことを特徴とするチューブ。
4. 金属製の帯状の素材をロール成形及びろう付けしてなるチューブにおいて、
   前記ロール成形では、前記素材を折り重ねた後に、前記素材の縁部を基点にして前記素材を曲げたことを特徴とするチューブ。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか記載のチューブを備え、前記チューブに伝わる熱にて媒体の熱交換を行うことを特徴とする熱交換器。

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