JP2006017429A - 熱交換器用サイドプレートおよびそれを用いた熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】 プレス装置の大型化を招くことなく、簡便な潰し加工形状にてサイドプレートの長手方向の反りを低減する。
【解決手段】 チューブ１１とフィン１２とからなるコア部１３の端部に配置される熱交換器用サイドプレートであって、底面部２１と、底面部２１の幅方向の両側から曲げ成形された曲げ部２２、２３とで構成される断面Ｕ形状でもって細長く延びる形状になっており、底面部２１に、その幅方向に延びる多数個の凹部２４を所定間隔ｃで潰し加工により成形した。
【選択図】 図２

Description

本発明は、断面Ｕ形状に曲げ成形される熱交換器用サイドプレートおよびそれを用いた熱交換器に関するもので、例えば、車両空調用凝縮器に用いて好適なものである。

従来の車両空調用凝縮器においては、扁平チューブとコルゲートフィンとからなるコア部の端部に断面Ｕ形状に曲げ成形されたサイドプレートを配置している。このサイドプレートは具体的には、コア部の最外側のコルゲートフィンおよびヘッダータンクの端部にろう付けにより接合され、コア部の補強、コルゲートフィンの保護等の役割を果たすものである。

上記のサイドプレートは、図５に示すように底面部２１とその両側の曲げ部２２、２３とから構成される断面Ｕ形状にて細長く延びる長尺部品であり、その長さ寸法Ｌは凝縮器の仕様によって２５０ｍｍ〜８５０ｍｍ程度の範囲で変化する。

このような長尺部品であるため、平板状アルミニュウム素材をプレス型を用いて断面Ｕ形状に曲げ成形する際に、素材の残留応力状態が不安定となることに起因して、サイドプレートが長手方向に弓状に反るという現象が発生する。図５において、ａはその弓状の反りを示す。

このサイドプレートの長手方向の反りａが発生する原因を図６により説明すると、曲げ部２２、２３の曲げ成形に伴って、曲げ内側部には圧縮領域Ａが形成され、曲げ外側部には引っ張り領域Ｂが形成される。

このように、曲げ内側部の圧縮領域Ａと曲げ外側部の引っ張り領域Ｂとが共存するので、サイドプレートの長手方向の歪みについて考察すると、曲げ内側では伸び歪みＣが発生し、曲げ外側では圧縮歪みＤが発生する。この結果、サイドプレートは圧縮と引っ張りの共存による、ストレスのある不安定な応力状態となる。そのため、サイドプレートが長手方向に弓状に反るという現象が発生する。

本発明者らは、長さＬ＝８１４ｍｍの場合に弓状の反りａが５．６ｍｍにも達することを確認している。

このような大きな反りａが発生すると、凝縮器の一体ろう付け前段階のコア組み付け工程において、サイドプレートの長手方向端部をヘッダータンクの端部に組み付けることが困難になる。また、凝縮器の一体ろう付け工程において、サイドプレートとコルゲートフィンとの間に上記反りａによる隙間が発生して、コルゲートフィンの接合不良を引き起こす。

そこで、本発明者らは、サイドプレートの曲げ部２２、２３にその高さ方向ｈの加圧力を加える、いわゆる「据え込み加工」、およびサイドプレートの底面部２１に加える背圧を増大する等の対応策を検討してみたが、これらの対応策はいずれもサイドプレートの長手方向全長にわたる広範囲の加圧面積に対して加圧力を加えるので、大きな加圧力が必要となり、大きなプレス装置が必要となる。このため、設備コストが上昇するので、実用的な対応策と言えない。

本発明は、上記点に鑑み、プレス装置の大型化を招くことなく、簡便な潰し加工形状にてサイドプレートの長手方向の反りを低減することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、チューブ（１１）とフィン（１２）とからなるコア部（１３）の端部に配置される熱交換器用サイドプレートであって、
底面部（２１）と、前記底面部（２１）の幅方向の両側から曲げ成形された曲げ部（２２、２３）とで構成される断面Ｕ形状でもって細長く延びる形状になっており、
前記底面部（２１）に前記幅方向に延びる多数個の凹部（２４）を所定間隔（ｃ）で潰し加工により成形したことを特徴としている。

これによると、サイドプレート底面部（２１）に、多数個の凹部（２４）を潰し加工で成形することにより、サイドプレートの曲げ内側部のみならず、曲げ外側部も圧縮領域として形成できる。

このため、サイドプレートを、ストレスのない安定な応力状態とすることができ、その結果、サイドプレート長手方向の反りを低減できる。

しかも、凹部（２４）は底面部（２１）に所定間隔（ｃ）で部分的に潰し加工するだけでよく、底面部（２１）の全面を高い圧力で加圧する必要がないから、プレス装置の大型化を抑制できる。

請求項２に記載の発明のように請求項１に記載の熱交換器用サイドプレートにおいて、前記凹部（２４）は前記底面部（２１）の内側面に成形できる。

また、請求項３に記載の発明のように請求項１に記載の熱交換器用サイドプレートにおいて、前記凹部（２４）を前記底面部（２１）の外側面に成形してもよい。

請求項４に記載の発明のように請求項１ないし３のいずれか１つに記載の熱交換器用サイドプレートにおいて、前記凹部（２４）を断面円弧状の形状にすれば、凹部（２４）の成形を滑らかに行うことができるので、凹部（２４）の成形のための加圧力を減少できる。

請求項５に記載の発明のように請求項１ないし４のいずれか１つに記載の熱交換器用サイドプレートにおいて、前記凹部（２４）は前記曲げ部（２２、２３）の曲げ成形と同時に成形できる。

請求項６に記載の発明のように請求項１ないし４のいずれか１つに記載の熱交換器用サイドプレートにおいて、前記凹部（２４）は前記曲げ部（２２、２３）の曲げ成形後に成形してもよい。

請求項７に記載の発明では、チューブ（１１）とフィン（１２）とからなるコア部（１３）と、
前記コア部（１３）の端部に配置されるサイドプレート（１９、２０）とを備え、
前記サイドプレート（１９、２０）を請求項１ないし６のいずれか１つに記載の熱交換器用サイドプレートにより構成した熱交換器を特徴としている。

これにより、請求項１〜７の作用効果を発揮できる熱交換器を提供できる。

請求項８に記載の発明では、請求項７に記載の熱交換器において、前記チューブ（１１）の長手方向両端側に前記チューブ（１１）の端部がそれぞれ連通するヘッダータンク（１４、１５）が配置され、
前記フィン（１２）はコルゲートフィン（１２）であり、
前記チューブ（１１）、前記コルゲートフィン（１２）および前記ヘッダータンク（１４、１５）相互間が一体にろう付けされるとともに、
前記サイドプレート（１９、２０）が、前記コア部（１３）の端部に位置する前記コルゲートフィン（１２）および前記ヘッダータンク（１４、１５）の端部に一体にろう付けされることを特徴とする。

これによると、ろう付けにより組み立てられる熱交換器において、サイドプレート（１９、２０）の反りの低減により、サイドプレート（１９、２０）とコルゲートフィン（１２）との密着性を高めて、この両者間の接合性を良好に確保できるとともに、サイドプレート（１９、２０）をヘッダータンク（１４、１５）の端部に組み付ける作業性も良好となる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
本実施形態は車両空調用凝縮器に関するものであって、先ず最初に、車両空調用凝縮器の概要を図１により説明する。凝縮器１０は周知のように冷凍サイクルにおいて圧縮機の冷媒吐出側に接続され、圧縮機の吐出ガス冷媒を外気により冷却して凝縮させるものである。

凝縮器１０は、水平方向に延びる複数の扁平チューブ１１とコルゲートフィン１２とからなるコア部１３を有し、コア部１３の左右両側には略円筒状の形状で上下方向に延びるヘッダータンク１４、１５が配置され、扁平チューブ１１の両端部はヘッダータンク１４、１５の内部に連通している。

一方のヘッダータンク１４の上方部には、圧縮機の吐出ガス冷媒が流入する入口ジョイント１６が接合され、他方のヘッダータンク１５の下方部には、コア部１３にて凝縮、過冷却された冷媒が凝縮器外部へ流出する出口ジョイント１７が接合されている。

また、本実施形態の凝縮器１０は、コア部１３の上方部にガス冷媒を凝縮する凝縮部１３ａを構成し、コア部１３の下方部に凝縮後の液冷媒を過冷却する過冷却部１３ｂを構成するようになっている。このため、一方のヘッダータンク１４に受液器１８を一体に構成し、凝縮部１３ａの出口部の冷媒を受液器１８内部に導入し、受液器１８内部で冷媒の気液を分離し、そして、液冷媒のみを過冷却部１３ｂに流入させるようになっている。

一方、コア部１３の上下両側の端部にサイドプレート１９、２０を配置している。このサイドプレート１９、２０は、コア部１３の上下両側にて水平方向に細長く延びる形状であって、断面Ｕ形状に曲げ成形されている。

上側のサイドプレート１９の長手方向両端部は両ヘッダータンク１４、１５の上端部に接合される。また、上側のサイドプレート１９のＵ形状の底面部はコア部１３の最上部のコルゲートフィン１２と接触し接合される。

下側のサイドプレート２０の長手方向両端部は両ヘッダータンク１４、１５の下端部に接合される。また、下側のサイドプレート２０のＵ形状の底面部はコア部１３の最下部のコルゲートフィン１２と接触し接合される。このサイドプレート１９、２０にはそれぞれ取付穴１９ａ、２０ａが複数個開けられており、この取付穴１９ａ、２０ａを用いて凝縮器１０は車体側にねじ止め等の手段を用いて取り付けられる。

ところで、図１に示す凝縮器構成部材１１、１２、１４〜２０はいずれもアルミニュウム合金で形成され、図１に示す構造に組み付けされ、その組付体を治具にて保持して加熱炉内に搬入する。この加熱炉内で組付体をろう材の融点以上に加熱して各部材間を一体ろう付けするようになっている。

このため、ろう付け工程前の凝縮器組付をスムースに行うため、および良好なろう付け性を確保するために、サイドプレート１９、２０の長手方向の弓状の反りａ（前述の図６参照）を極力小さく抑えることが重要である。

そこで、本実施形態による弓状の反りａを抑制するための対応策を図２に基づいて説明する。図２（ａ）はサイドプレート１９、２０の一部破断斜視図で、図２（ｂ）はサイドプレート１９、２０の長手方向の要部断面図、図２（ｃ）はサイドプレート１９、２０の幅方向（長手方向と直交する方向）の要部断面図である。

サイドプレート１９、２０は、底面部２１と、底面部２１の幅方向の左右両側に位置する曲げ部２２、２３とで構成される断面Ｕ形状になっている。なお、サイドプレート１９、２０の素材は、ろう材をクラッドしていないアルミニュウムベア材であって、本例ではＪＩＳＡ３００３を用いており、その板厚ｔは例えば、１．６ｍｍである。

そして、底面部２１のうち、Ｕ形状の内側面に微小深さｂの凹部２４がサイドプレート１９、２０の長手方向の全域にわたって一定間隔ｃでもって多数個並列形成している。この凹部２４は、底面部２１の幅方向に細長く延びる形状であって、凹部２４の断面形状は図２（ｂ）に示すように所定半径を持つ円弧形状（Ｒ形状）になっており、その深さｂは例えば、０．０４ｍｍ程度の微小量である。また、凹部２４の幅ｄは例えば、１．５ｍｍである。

また、凹部２４の長さｆは８ｍｍである。ここで、底面部２１の幅寸法ｅは例えば、１２．８ｍｍであるから、凹部２４の長さｆは底面部２１の幅寸法ｅに対して６０％以上の比率を占めている。

凹部２４の長手方向の両端部には傾斜面２４ａを形成して、凹部２４の長手方向の両端部を底面部２１の内側面に滑らかに接続している。ここで、傾斜面２４ａと底面部２１の垂直線とがなす角度θは例えば７５°である。

上記した凹部２４の成形は、サイドプレート１９、２０の曲げ成形と同時に行うことができる。つまり、平板状のアルミニュウム素材を曲げ成形して、底面部２１と曲げ部２２、２３とを有する断面Ｕ形状に成形するためのプレス型に、底面部２１を一定間隔ｃで部分的に潰し加工する断面円弧状の突部（リブ形状）を形成しておく。これにより、プレス型を用いて断面Ｕ形状の曲げ成形を行うと同時に、多数の凹部２４を潰し加工で成形できる。

ここで、凹部２４の潰し加工によってサイドプレート１９、２０の反りを抑制できる理由を説明すると、図３に示すように、凹部２４の潰し加工により圧縮応力Ｅを発生させることができ、これによって、曲げ外側部でも圧縮領域Ｆが形成される。

つまり、図６の曲げ外側部の引っ張り領域Ｂが本実施形態では圧縮領域Ｆに切り替わって、曲げ内側部および曲げ外側部の両方がともに圧縮領域Ａ、Ｆとなり、ストレスのない安定した応力状態となる。

この結果、曲げ内側部および曲げ外側部の両方においてサイドプレート長手方向の伸び歪みを発生させるとともに、この曲げ内側部および曲げ外側部の伸び歪みを均衡させることにより、サイドプレート長手方向の弓状の反りを抑制できる。

本発明者は、全長Ｌ＝８１４ｍｍにおいて上記した寸法設計例のもとで凹部２４の間隔ｃを変化させて、弓状の反りａの大きさを測定したところ、次の結果が得られた。

間隔ｃ＝４０ｍｍ→反りａ＝２．６ｍｍ
間隔ｃ＝３０ｍｍ→反りａ＝１．５ｍｍ
間隔ｃ＝２０ｍｍ→反りａ＝０．３ｍｍ
このように、凹部２４の間隔ｃを４０ｍｍ以下に設定することにより、図５の従来例における反りａ＝５．６ｍｍを半分以下に低減できることが分かった。

上記検討結果から間隔ｃを小さくするほど反りａを小さくできることが分かるが、間隔ｃを過度に小さくすると、曲げ外側部の圧縮領域Ｆが曲げ内側部の圧縮領域Ａにうち勝って、サイドプレート１９、２０が図５の反りａと逆方向に反るようになるので、本実施形態では、間隔ｃの下限値を２０ｍｍ付近とするのがよい。

なお、本発明者の検討によると、凹部２４の成形は、サイドプレート１９、２０の曲げ成形を行った後に、凹部２４の成形を単独に行ってもよい。このようにしても、弓状の反りａを同様に抑制できることを確認している。

一方、サイドプレート１９、２０の曲げ成形前に、平板状のアルミニュウム素材に対して凹部２４の成形を単独に行うと、この凹部２４の成形に伴う残留応力でもって平板状のアルミニュウム素材が図５の反りａと逆方向に反るという現象が発生する。この反りの発生で平板状のアルミニュウム素材をプレス型内に挿入することが困難になる。従って、サイドプレート１９、２０の曲げ成形前に凹部２４の成形を行うことは好ましくない。

（第２実施形態）
第１実施形態では、断面Ｕ形状のサイドプレート１９、２０において底面部２１の内側面に凹部２４を成形しているが、第２実施形態では図４に示すように底面部２１の外側面に凹部２４を成形している。

このように底面部２１の外側面に凹部２４を成形しても第１実施形態と同様に弓状の反りａを抑制できることを確認している。

但し、サイドプレート１９、２０の底面部２１の外側面には図１から分かるようにコルゲートフィン１２がろう付けにより接合されるので、外側面に凹部２４を成形するとサイドプレート１９、２０とルゲートフィン１２との接合性（ろう付け性）を悪化させる。従って、この接合性の観点からは、第２実施形態よりも第１実施形態の方が好ましい。

（他の実施形態）
上述の実施形態では、凹部２４の断面形状を円弧状にしているが、凹部２４の断面形状を台形状にしても弓状の反りａを抑制する効果が同様に得られる。但し、台形状は平坦面を組み合わせた形状であるため、円弧状に比して凹部潰し加工のための加圧力が増加する。

また、上述の実施形態では、凹部２４の間隔ｃを底面部２１の長手方向全域にわたって一定としているが、凹部２４の間隔ｃを必要に応じて底面部２１の長手方向で変化させてもよい。

また、上述の実施形態では、冷凍サイクルの凝縮器におけるサイドプレート１９、２０に本発明を適用した例について説明したが、断面Ｕ形状のサイドプレートは車両エンジンの冷却水を冷却するラジエータ等の熱交換器にも装備されるので、本発明はこのラジエータ等の熱交換器にも同様に適用できる。

本発明を適用する凝縮器の全体構成の概要を示す斜視図である。 （ａ）は本発明の第１実施形態によるサイドプレートを示す一部破断斜視図で、（ｂ）はサイドプレートの長手方向の要部断面図、（ｃ）はサイドプレートの幅方向の要部断面図である。 第１実施形態によるサイドプレートの反り抑制作用の説明図である。 本発明の第２実施形態によるサイドプレートを示す一部破断斜視図である。 従来技術によるサイドプレートを示す斜視図である。 従来技術によるサイドプレートの反り発生原因の説明図である。

符号の説明

１１…チューブ、１２…フィン、１３…コア部、１９、２０…サイドプレート、
２１…底面部、２２、２３…曲げ部、２４…凹部。

Claims (8)

1. チューブ（１１）とフィン（１２）とからなるコア部（１３）の端部に配置される熱交換器用サイドプレートであって、
   底面部（２１）と、前記底面部（２１）の幅方向の両側から曲げ成形された曲げ部（２２、２３）とで構成される断面Ｕ形状でもって細長く延びる形状になっており、
   前記底面部（２１）に前記幅方向に延びる多数個の凹部（２４）を所定間隔（ｃ）で潰し加工により成形したことを特徴とする熱交換器用サイドプレート。
2. 前記凹部（２４）は前記底面部（２１）の内側面に成形されることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器用サイドプレート。
3. 前記凹部（２４）は前記底面部（２１）の外側面に成形されることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器用サイドプレート。
4. 前記凹部（２４）は断面円弧状であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の熱交換器用サイドプレート。
5. 前記凹部（２４）は前記曲げ部（２２、２３）の曲げ成形と同時に成形されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の熱交換器用サイドプレート。
6. 前記凹部（２４）は前記曲げ部（２２、２３）の曲げ成形後に成形されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の熱交換器用サイドプレート。
7. チューブ（１１）とフィン（１２）とからなるコア部（１３）と、
   前記コア部（１３）の端部に配置されるサイドプレート（１９、２０）とを備え、
   前記サイドプレート（１９、２０）を請求項１ないし６のいずれか１つに記載の熱交換器用サイドプレートにより構成したことを特徴とする熱交換器。
8. 前記チューブ（１１）の長手方向両端側に前記チューブ（１１）の端部がそれぞれ連通するヘッダータンク（１４、１５）が配置され、
   前記フィン（１２）はコルゲートフィン（１２）であり、
   前記チューブ（１１）、前記コルゲートフィン（１２）および前記ヘッダータンク（１４、１５）相互間が一体にろう付けされるとともに、
   前記サイドプレート（１９、２０）が、前記コア部（１３）の端部に位置する前記コルゲートフィン（１２）および前記ヘッダータンク（１４、１５）の端部に一体にろう付けされることを特徴とする請求項７に記載の熱交換器。
   

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