JP2016196989A - 熱交換器のタンク、及び熱交換器のタンクの製造方法 - Google Patents

熱交換器のタンク、及び熱交換器のタンクの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】タンク本体とコアプレートとの間のシール性を向上させること。【解決手段】熱交換器のタンク3は、タンク本体31と、コアプレート30と、シール部材34とを備える。タンク本体31は、開口部の外縁にフランジ部311を有する。コアプレート30は、タンク本体31の開口部を閉塞するとともに、タンク本体31のフランジ部311が挿入される挿入部301を有する。シール部材34は、タンク本体31のフランジ部311に一体成型され、フランジ部311及びコアプレート30の間をシールする。シール部材34は、フランジ部311の底面311bに設けられるシール本体部340と、シール本体部340からフランジ部311の外周側面311cに沿って延びる延伸部341とを有する。延伸部341には、シール部材34の切断面が形成されている。【選択図】図6

Description

本発明は、熱媒体が内部を流れる熱交換器のタンク、及びその製造方法に関する。
この種の熱交換器のタンクとしては、特許文献1に記載のタンクがある。特許文献1に記載のタンクは、断面U字状のタンク本体と、タンク本体の開口部を閉塞するコアプレートとを備えている。タンク本体は、その開口部の外縁にフランジ部を有している。フランジ部の底面にはシール部材が一体的に射出成型されている。具体的には、金型にフランジ部が挿入された後、シール部材の材料が金型の射出入口を介して金型内に射出されることにより、フランジ部の底面にシール部材が一体成型される。特許文献1に記載のタンクでは、フランジ部の底面とコアプレートとの間にシール部材が圧縮された状態で配置されることにより、コアプレートとタンクとの間がシールされている。
特開2012−145237号公報
ところで、特許文献1に記載されるような製造方法により金型を用いてフランジ部の底面にシール部材を一体成型した場合、フランジ部から金型を取り外した際、シール部材には、金型の射出入口内で硬化する余分な部分がそのまま残る。この余分な部分は、通常、シール部材の射出成型後に切断されるが、その際に余分な部分の一部がシール部材に残る場合がある。以下、シール部材に残る余分な部分の一部を「残渣」と称する。この場合、フランジ部とコアプレートとの間でシール部材が圧縮される際に、シール部材の残渣によりシール部材の応力バランスが不均一となるおそれがある。シール部材の応力バランスが不均一になると、シール部材の面圧が安定しないため、タンク本体とコアプレートとの間のシール性が低下するおそれがある。
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、タンク本体とコアプレートとの間のシール性を向上させることの可能な熱交換器のタンク、及びその製造方法を提供することにある。
上記課題を解決するために、熱媒体が内部を流れる熱交換器(1)のタンク(3)は、タンク本体(31)と、コアプレート(30)と、シール部材(34)とを備える。タンク本体は、開口部(310)を有するとともに、開口部の外縁にフランジ部(311)を有する。コアプレートは、タンク本体の開口部を閉塞するとともに、タンク本体のフランジ部が挿入される挿入部(301)を有する。シール部材は、タンク本体のフランジ部に一体成型され、タンク本体のフランジ部及びコアプレートの間をシールする。シール部材は、フランジ部の底面(311b)に設けられるシール本体部(340)と、当該シール本体部からフランジ部の外周側面(311c)に沿って延びる延伸部(341)とを有する。延伸部には、シール部材の切断面(341b)が形成されている。
また、この熱交換器(1)のタンク(3)の製造方法は、フランジ部を金型(5)に組み付ける組み付け工程と、金型の射出入口(53)を介してシール部材の材料をフランジ部の外周側面から射出することによりフランジ部の底面にシール部材を一体成型する射出工程とを備える。
上記構成及び製造方法によれば、フランジ部の外周側面に延びるシール部材の延伸部に切断面が形成されているため、シール本体部には残渣が存在しない。そのため、シール本体部によりタンク本体とコアプレートとの間をシールする際、残渣に起因してシール本体部の面圧が不安定になることがない。よって、タンク本体とコアプレートとの間のシール性を向上させることができる。
本発明によれば、タンク本体とコアプレートとの間のシール性を向上させることができる。
熱交換器の概略構成を示す斜視図である。 図3のII−II線に沿った断面構造を示す断面図である。 熱交換器のタンクの一実施形態についてそのタンク本体の正面構造を示す正面図である。 実施形態のタンク本体の底面構造を示す底面図である。 実施形態のタンク本体の側面構造を示す側面図である。 実施形態の熱交換器のタンクについてそのタンク本体のフランジ部周辺の断面構造を示す断面図であり、図2の要部拡大図である。 図3のVII−VIIに沿った断面構造の要部を拡大して示す断面図である。 実施形態の熱交換器のタンクの製造方法についてその金型及びタンク本体のフランジ部周辺の断面構造を示す断面図である。 実施形態の熱交換器のタンクの製造方法についてその金型の射出入口及び射出出口周辺の正面構造を示す正面図である。 図9のX−X線に沿った断面構造を示す断面図である。 (A)〜(C)は、実施形態の熱交換器のタンクの製造方法についてゴム材料の流れを模式的に示す図である。 実施形態の熱交換器のタンクの製造方法について金型から取り外されたタンク本体のフランジ部周辺の断面構造を示す断面図である。 実施形態の熱交換器のタンクの製造方法についてそのシール部材の延伸部の正面構造を示す正面図である。 熱交換器のタンクの他の実施形態についてそのタンク本体のフランジ部周辺の断面構造を示す断面図である。
以下、熱交換器のタンク、及びその製造方法の一実施形態について説明する。はじめに、熱交換器の概要について説明する。図1に示される熱交換器1は、例えば内燃機関の冷却水を熱媒体として当該熱媒体と空気との間で熱交換を行うことにより熱媒体を冷却する車両用熱交換器として用いられるものである。
図1に示されるように、熱交換器1は、コア部2と、一対のタンク3,3と、一対のサイドプレート4,4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。チューブ20の内部には、熱媒体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、すなわち図中の矢印Cで示される方向に平行な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接合されている。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の内部を流れる熱媒体と空気との間の熱交換を促進させる機能を有している。
一対のタンク3,3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。一対のタンク3,3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の両端部にそれぞれ連結されている。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。タンク3は、チューブ20の端部に連結されるコアプレート30と、コアプレート30と共にタンク3の内部流路を構成するタンク本体31とにより構成されている。タンク3の内部流路はチューブ20の内部流路と連通されている。一方のタンク3には流入口32が設けられている。流入口32は、図中に矢印で示されるように一方のタンク3の内部流路内に熱媒体を供給する部分である。他方のタンク3には流出口33が設けられている。流出口33は、図中に矢印で示されるように他方のタンク3の内部流路内から熱媒体を排出する部分である。
一対のサイドプレート4,4は、コア部2のチューブ積層方向Aの両端部にそれぞれ配置されている。一対のサイドプレート4,4は、チューブ長手方向Bに延びるように形成されており、一対のタンク3,3に連結されている。一対のサイドプレート4,4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、一方のタンク3の流入口32から供給される熱媒体が当該タンク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の内部を流れる熱媒体と、チューブ20の外部を流れる空気との間で熱交換が行われることにより熱媒体が冷却される。チューブ20の内部を通過することで冷却された熱媒体は、他方のタンク3の内部流路を介して流出口33から排出される。
次に、タンク3の構造について詳しく説明する。
図2に示されるように、タンク本体31のタンク長手方向Aに直交する断面形状はU字状に形成されている。タンク本体31は、例えばガラス繊維で強化されたガラス強化ポリアミド等の樹脂部材により形成されている。図3及び図4に示されるように、タンク長手方向Aにおけるタンク本体31の両端部は閉塞されている。図4に示されるように、タンク本体31には、矩形環状の開口部310が形成されている。
図3〜図5に示されるように、タンク本体31の開口部310の外縁にはフランジ部311が全周に亘って形成されている。すなわち、フランジ部311も矩形環状に形成されている。フランジ部311は、タンク長手方向Aに平行な長壁部312,313と、空気流れ方向Cに平行な短壁部314,315とを有している。
図2に示されるように、フランジ部311の底面311bには、シール部材34が一体成型されている。図3〜図5に示されるように、シール部材34は、フランジ部311の全周に亘って設けられている。シール部材34は例えばゴムにより形成されている。
図2に示されるように、コアプレート30は、タンク長手方向Aに延びる板状のチューブ接合部300と、チューブ接合部300の外周に全周に亘って形成される環状の挿入部301とを有している。コアプレート30は、例えばアルミニウム合金により形成されている。
チューブ接合部300は、タンク本体31の開口部310を閉塞するように配置されている。コアプレート30には、チューブ20が挿入される図示しないチューブ挿入孔がタンク長手方向Aに沿って複数形成されている。チューブ20は、ろう付けによりコアプレート30に固定されている。
挿入部301にはタンク本体31のフランジ部311が挿入されている。挿入部301は、内壁部301aと、底壁部301bと、外壁部301cとを有している。
内壁部301aは、チューブ接合部300の外周部分をコア部2に接近する方向に向けて略直角に折り曲げられた部分である。内壁部301aは、フランジ部311の内周側面面311aに対して平行に延びている。
底壁部301bは、内壁部301aの下端部分を外側に向けて略直角に折り曲げた部分である。底壁部301bは、フランジ部311の底面311bに対向して配される。底壁部301bに一体成形されたシール部材34により、タンク本体31のフランジ部311とコアプレート30との間がシールされている。
外壁部301cは、底壁部301bの外周部分をコア部2から離間する方向に向けて略直角に折り曲げられた部分である。外壁部301cは、フランジ部311の外周側面311cに対向するように配される。外壁部301cの上端部には、複数の突起片301dが形成されている。突起片301dはフランジ部311の上面311dに押し付けられるように折り曲げられている。これにより、コアプレート30がタンク本体31にかしめられて固定されている。
次に、シール部材34の構造について詳しく説明する。
図3に示されるように、フランジ部311の長壁部312の中央部には凹状の溝部316が形成されている。また、図示は省略するが、フランジ部311の長壁部313の中央部にも同様の凹状の溝部316が形成されている。図5に示されるように、フランジ部311の短壁部314の中央部にも凹状の溝部316が形成されている。また、図示は省略するが、フランジ部311の短壁部314の中央部にも同様の凹状の溝部316が形成されている。
図6に示されるように、溝部316は、フランジ部311の底面311bから上面311d側の角部に向かって延びている。溝部316の上端部とフランジ部311の角部との間には段差面311gが形成されている。
溝部316が形成された部位において、シール部材34は、フランジ部311の底面311bに設けられるシール本体部340と、シール本体部340から溝部316に沿って延びる延伸部341とを有している。周方向において、延伸部341は、溝部316の幅H2よりも小さい幅H3を有している。
図示しないが、シール部340は、フランジ部311の底面311bから底壁部301bに向けて突出した半球状の断面形状を有している。図6、及び図7に示されるように、シール本体部340がタンク本体31のフランジ部311とコアプレート30との間で圧縮されることにより、それらの間がシールされている。
次に、タンク3の製造方法について説明する。
タンク3の製造の際には、まず、射出成形等の樹脂成形によりタンク本体31が成形される。その後、図8に示されるように、タンク本体31のフランジ部311を金型5に組み付ける組み付け工程が行われる。金型5には、シール部材34の外形と同一形状のキャビティ50が形成されている。すなわち、キャビティ50は、シール部材34のシール本体部340に対応した形状を有する第1キャビティ51と、シール部材34の延伸部341に対応した形状を有する第2キャビティ52とを有している。第2キャビティ52は、タンク本体31のフランジ部311の溝部316に対応した形状でもある。
金型5には、フランジ部311の長壁部312,313のそれぞれの溝部316に対応する位置に射出入口53が形成されている。また、金型5には、フランジ部311の短壁部314,315のそれぞれの溝部316に対応する位置に射出出口54が形成されている。射出入口53及び射出出口54は、金型5の外面から第2キャビティ52に貫通するように形成されている。図9、及び図10に示されるように、フランジ部311の周方向における射出入口53及び射出出口54のそれぞれの幅H1は、フランジ部311の周方向における溝部316の幅H2よりも小さく設定されている。
図8に示されるようにタンク本体31のフランジ部311が金型5に組み付けられた後、フランジ部311の上面311dが金型6により押さえ付けられる。その後、図4に矢印Dで示されるように、フランジ部311の長壁部312,313のそれぞれの溝部316に対応した金型5の射出入口53から、シール部材34の材料であるゴム材料を射出する射出工程が行われる。これにより、ゴム材料は、図8に示される第2キャビティ52から第1キャビティ51へと流れる。第1キャビティ51へと流れたゴムは、図4に矢印E1,E2で示されるように、フランジ部311の溝部316から左右に分岐してフランジ部311の短壁部314,315へとそれぞれ流れる。このゴム材料は、図11(A)〜(C)に点ハッチングで示されるように流れる。
すなわち、図11(A),(B)に矢印で示されるように、一方の長壁部312から短壁部314へと流れるゴム材料と、他方の長壁部313から短壁部314へと流れるゴム材料とが短壁部314の溝部316付近で合流する。同様に、他方の短壁部315の溝部316付近でもゴム材料が合流する。このゴム材料の合流部(ウェルド)Wは、図11(C)で示されるように、短壁部314の溝部316から金型5の射出出口54を介して金型5の外部に押し出される。
以上の工程を経て金型5のキャビティ50にゴム材料が充填された後、ゴム材料が冷却されることで硬化される。その後、金型5からタンク本体31が取り出された後、図12に破線Lで示される位置でゴム材料が切断される。これにより、射出入口53及び射出出口54内で硬化するゴム材料の余分な部分が排除される。したがって、図13に点ハッチングで示されるように、シール部材34の延伸部341には切断面341bが形成される。フランジ部311の周方向における切断面341bの幅H3は、射出入口53及び射出出口54のそれぞれの幅H1と略同一である。すなわち、フランジ部311の周方向における切断面341bの幅H3は、フランジ部311の周方向における溝部316の幅H2よりも小さく設定されている。
その後、タンク本体31のフランジ部311及びシール部材34がコアプレート30の挿入部301に挿入された後、コアプレート30の突起片301dがフランジ部311の上面311dに押し付けられるように折り曲げられる。これにより、コアプレート30がタンク本体31にかしめられて固定され、タンク3の製造が完了する。
以上説明した本実施形態のタンク3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)フランジ部311の底面311bから外周側面311cに延びるシール部材34の延伸部341に切断面341bが形成されているため、シール本体部340には残渣が存在しない。そのため、シール本体部340によりタンク本体31のフランジ部311とコアプレート30との間をシールする際、残渣に起因するシール性の低下を回避することができる。よって、タンク本体31のフランジ部311とコアプレート30との間のシール性を向上させることができる。
(2)フランジ部311の外周側面311cに形成された溝部316にシール部材34の延伸部341が形成されているため、フランジ部311の外周側面311cからのシール部材34のはみ出し量を少なくすることができる。これにより、タンク本体31をコアプレート30に組み付ける際に、シール部材34の延伸部341がコアプレート30と接触し難くなるため、シール部材34が剥がれ難くなる。よって、シール部材34の剥がれに起因する異物の発生を抑制することができる。
(3)フランジ部311の周方向における射出入口53及び射出出口54のそれぞれの幅H1は、フランジ部311の周方向における溝部316の幅H2よりも小さくなっている。これにより、外周側面311cと溝部316の壁面316aとをつなぐ角部がR形状を有し、該角部と型5との間に隙間ができていたとしても、溝部316からフランジ部311の周方向にシール部材34がはみ出ることを抑制できるため、異物の発生を抑制することができる。なお、射出入口53及び射出出口54のそれぞれの幅H1はシール部材34の切断面341bの幅H3と略同一である。したがって、シール部材34の切断面341bの幅H3が溝部316の幅H2よりも小さいか否かを確認すれば、射出入口53及び射出出口54のそれぞれの幅H1が溝部316の幅H2よりも小さいか否かを判定することが可能である。
(4)金型5の射出出口54は、ゴム材料の合流位置に対応する位置に設けられているため、ゴム材料の合流部Wを射出出口54を介して金型5の外部に排出することができる。これにより、物性の不安定なゴム材料の合流部Wがシール部材34に残留し難くなるため、シール部材34の物性が安定する。よって、シール性を確保することができる。
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。
・フランジ部311の周方向における射出入口53及び射出出口54のそれぞれの幅H1は、フランジ部311の周方向における溝部316の幅H2と等しく設定されていてもよい。すなわち、フランジ部311の周方向における切断面341bの幅H3は、フランジ部311の周方向における溝部316の幅H2と等しく設定されていてもよい。
・フランジ部311の溝部316の形状は凹状に限らず、適宜変更可能である。
・金型5には射出出口54が設けられていなくてもよい。この場合、フランジ部311の短壁部314,315から溝部316を排除することができる。したがって、シール部材34の延伸部341は、フランジ部311の長壁部312,313のそれぞれの中央部にのみ形成されることになる。
・金型5の射出入口53及び射出出口54のそれぞれの数は適宜変更可能である。例えば射出入口53及び射出出口54がそれぞれ一つずつ設けられていてもよい。
・金型5の射出入口53及び射出出口54のそれぞれの位置は適宜変更可能である。例えば射出入口53の位置及び射出出口54の位置は逆であってもよい。また、金型5の射出入口53及び射出出口54のそれぞれの位置の変更に併せて、フランジ部311の溝部316の位置を適宜変更してもよい。
・金型5の射出入口53及び射出出口54の幅H1を溝部316の幅H2と実質的に同じ幅としてもよい。
・図14に示されるように、フランジ部311の長壁部312,313及び短壁部314,315には溝部316が形成されていなくてもよい。この場合、タンク3の製造の際、フランジ部311の外周側面311cからゴム材料の射出及び排出を行えばよい。このような製造方法であっても、シール部材34には、シール本体部340からフランジ部311の外周側面311cに沿って延びる延伸部341が形成される。また、延伸部341にはシール部材34の切断面341bが形成される。よって、上記(1)の作用及び効果を得ることが可能である。
・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
3:タンク
30:コアプレート
301:挿入部
31:タンク本体
310:開口部
311:フランジ部
311b:底面
311c:外周側面
316:溝部
34:シール部材
340:シール本体部
341:延伸部
341b:切断面
5:金型
53:射出入口
54:射出出口

Claims (8)

  1. 熱媒体が内部を流れる熱交換器(1)のタンク(3)であって、
    開口部(310)を有するとともに、前記開口部の外縁にフランジ部(311)を有するタンク本体(31)と、
    前記タンク本体の前記開口部を閉塞するとともに、前記タンク本体の前記フランジ部が挿入される挿入部(301)を有するコアプレート(30)と、
    前記タンク本体の前記フランジ部に一体成型され、前記タンク本体の前記フランジ部及び前記コアプレートの間をシールするシール部材(34)と、を備え、
    前記シール部材は、
    前記フランジ部の底面(311b)に設けられるシール本体部(340)と、
    当該シール本体部から前記フランジ部の外周側面(311c)に沿って延びる延伸部(341)と、を有し、
    前記延伸部には、前記シール部材の切断面(341b)が形成されていることを特徴とする熱交換器のタンク。
  2. 請求項1に記載の熱交換器のタンクにおいて、
    前記フランジ部の外周側面には、前記フランジ部の底面から延びる溝部(316)が形成され、
    前記シール部材の前記延伸部は、前記溝部に形成されていることを特徴とする熱交換器のタンク。
  3. 請求項2に記載の熱交換器のタンクにおいて、
    前記フランジ部の周方向における前記切断面の幅は、前記フランジ部の周方向における前記溝部の幅以下であることを特徴とする熱交換器のタンク。
  4. 開口部(310)を有するとともに、前記開口部の外縁にフランジ部(311)を有するタンク本体(31)と、
    前記タンク本体の前記開口部を閉塞するとともに、前記タンク本体の前記フランジ部が挿入される挿入部(301)を有するコアプレート(30)と、
    前記タンク本体の前記フランジ部に一体成型され、前記タンク本体の前記フランジ部及び前記コアプレートの間をシールするシール部材(34)と、を備える熱交換器(1)のタンク(3)の製造方法であって、
    前記フランジ部を金型(5)に組み付ける組み付け工程と、
    前記金型の射出入口(53)を介して前記シール部材の材料を前記フランジ部の外周側面(311c)から射出することにより、前記フランジ部の底面(311b)に前記シール部材を一体成型する射出工程と、を備えることを特徴とする熱交換器のタンクの製造方法。
  5. 請求項4に記載の熱交換器のタンクの製造方法において、
    前記フランジ部の外周側面には、前記フランジ部の底面から延びる溝部(316)が形成され、
    前記金型の射出入口は、前記溝部に対応する位置に設けられ、
    前記フランジ部の周方向における前記金型の射出入口の幅は、前記フランジ部の周方向における前記溝部の幅以下に設定されていることを特徴とする熱交換器のタンクの製造方法。
  6. 請求項4に記載の熱交換器のタンクの製造方法において、
    前記射出工程では、前記金型内に充填された前記シール部材の材料を前記金型の射出出口(54)を介して前記フランジ部の外周側面から排出することを特徴とする熱交換器のタンクの製造方法。
  7. 請求項6に記載の熱交換器のタンクの製造方法において、
    前記フランジ部の外周側面には、前記フランジ部の底面から延びる溝部(316)が形成され、
    前記金型の射出出口は、前記溝部に対応する位置に設けられ、
    前記フランジ部の周方向における前記金型の射出出口の幅は、前記フランジ部の周方向における前記溝部の幅以下に設定されていることを特徴とする熱交換器のタンクの製造方法。
  8. 請求項6に記載の熱交換器のタンクの製造方法において、
    前記金型の射出出口は、前記射出入口から射出された前記シール部材の材料の合流位置に対応する位置に設けられていることを特徴とする熱交換器のタンクの製造方法。
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