(57)【要約】      （修正有）【課題】アルミニウムで製作される熱交換器は、多くの複雑なアルミニウムの材質や合金を使用し、供給元が制限されやすい。更に、加工方法も精密で、専用性も高く投資金額も巨額な設備や冶具工具金型等のツーリングを必要としている。【解決手段】アルミニウムの加工で最も一般的汎用的な押出法で造られたアルミニウム中空材１をヘッダー材として使用する。チューブ４の挿入される側にチューブ４が挿入される寸法の長穴を汎用性の高い切削設備で連続的に開口し、規定の寸法に切断し、開口長穴に外面にロウ材を持つチューブ４を挿入し、ロウ付けにより全体を組み立て。これにより、製品モデル毎の冶具工具金型等のツーリング投資金額もほぼ無視できる範囲に抑制する事ができ、特別な供給先を制限せずにどこからでもヘッダー素材の供給を受けることができ、リサイクル性に優れ、安定した経時的品質を確保出来る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム押出法により成形された中空材を
▲１▼  断面形状の内幅を、挿入する扁平な熱交換器チューブの挿入部分はチューブ幅寸法とほぼ同一にする、
▲２▼  熱交換器チューブを挿入する方（通常ヘッダープレートと言われる）の外側断面は垂直か又は若干外側に張り出した形状にする、
▲３▼  外側の寸法及び形状は、適用する熱交換器のチューブ寸法並びに要求される耐圧力や取り付け寸法により決定する、
▲４▼  熱交換器チューブが挿入される側（通常ヘッダープレートと言われる）を、外側からチューブが挿入できる幅の寸法で、断面厚さよりも内側まで断面全体をスライス工具や回転工具等で、チューブの挿入ピッチの間隔で、切削開口長穴を作成する、ことにより製作された、アルミニウム熱交換器用のヘッダー。
【請求項２】
請求項１の切削開口長穴に、チューブを挿入し、ヘッダーとロウ付け（ブレージング）して組み立てられた熱交換器。
【請求項３】
請求項１のヘッダーにチューブをロウ付け（ブレージング）する時に、表面にロウ材を持たない、又は十分のロウ材量が無いチューブを用いた熱交換器の場合、ロウ付け用の付加的なロウ材をヘッダーとチューブのロウ付け部に付加してロウ付けして組み立てられた熱交換器。
【請求項４】
請求項１のヘッダーの内側でチューブの端が接する側に挿入するチューブの位置決めストッパーを設けた構造のヘッダー
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、小型で主にアルミニウムで製造される空冷式の扁平多段チューブ式の熱交換器のヘッダーの構造、及びヘッダーに、チューブを挿入した構造の熱交換器に関する。ここでヘッダーとは、熱交換器のチューブへの流体の分流と集合の働きをなすものをいう。
【背景技術】
【０００２】主に自動車用のエンジン冷却や空調器の熱交換器においては、アルミニウム扁平チューブを一定長さに切断し、その幅と高さより若干大きな寸法の扁平チューブが挿入可能な穴を持つ流体集合の働きをするヘッダープレートに一定間隔で挿入し、間に外部流体（空気）が通る外部フィンを配置し、全体をロウ付け（ブレージング）で組み立て後に、プラスティックの箱状の流体の分流の働きをするヘッダータンクをヘッダープレートに機械的な方法で取り付ける、同じアルミニウム材料で作られたヘッダータンクを全体ロウ付け（ブレージンング）でヘッダープレートに組み付ける、又はヘッダープレートとヘッダータンクが一体化構造の所謂ヘッダーを全体ロウ付けで組み立てる、という方法で造られた多段式のチューブアンドフィン式熱交換器が利用されている。
本熱交換器で、ヘッダープレートとヘッダータンクが機械的に組み立てられたものは、プラスティックのヘッダータンクの製造、ヘッダープレートの製造、並びに接合するためのジョイント部材の製造に、製品及びモデル毎に多くの冶具工具金型等のツーリング費用が発生すると同時に部材の数量も多くなり、異種材料の組合せとなり、リサイクルに際して解体の必要がある。【０００３】更に、本熱交換器において、同じアルミニウム材料のヘッダータンクとヘッダープレートが分離構造のものは、リサイクル時には解体の必要はないが、製品及びモデル毎の成形の為の冶具工具金型等のツーリング費用が発生し、更に、一体化構造のヘッダーは円形の構造が一般的で、生産に特殊な冶具工具金型等のツーリングを必要とし、表面にロウ材を持つ材料から円形断面を造るために特殊な溶接で造られた材料を必要とすると同時に形状が限定され、製品形状の自由度が、更には材料の供給元が限定される【０００４】前述〔０００２〕ヘッダー構造の熱交換器においては、製品及びモデル毎の高価な冶具工具金型等のツーリング費の低減や管理工数並びに素材と加工の供給源の低減、更にはリサイクル性を確保する点、更に前述〔０００３〕同一アルミニウム材でヘッダーを造る場合でも、製品及びモデル毎の高価な冶具工具金型等のツーリング費を低減し材料の供給の多様化を図る点、で限界がある・
本発明は、アルミニウム材料をアルミニウムの製造法では一般的な押し出し材を使用し形状の自由度と供給の多様化を大きな投資を必要とせず可能とし、チューブの挿入用開口長穴を特殊な設備を必要としない切削加工で造り、ヘッダープレートとヘッダータンクを一体化したヘッダーを熱交換器の機能に沿って自由に設計が可能にしたものであり、投資の削減、設計の自由度、材料スクラップ発生の最少化、リサイクル性の確保、を図れるヘッダー構造とそれを用いた熱交換器を提案し、多くの産業分野で利用する多様な熱交換器に利用される事を目的としたものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】前述〔０００２〕のヘッダープレートとヘッダータンク分離型のヘッダーは、主に自動車のエンジン冷却用ラジエーターに応用されている構造である。モデル毎にサイズが異なり、更に二つあるヘッダーの一方の内部にオイル冷却用の水冷熱交換器（水冷オイルクーラー）を設置する為の内部空間を必要とするため、二つのヘッダーの大きさを変えなければならず、更に多くの場合ヘッダータンクにプラスティック材を用いるために、アルミニウムで製作されるヘッダープレートとの結合に、鉄製のジョイント金具を使用する、この為に異種材料混合構造の為に熱変形により、経時的な内部流体の漏れの可能性もあると同時に、リサイクル時には分解しなければならない。従って、モデル毎に多くの冶具工具金型等のツーリング投資費用を必要とすると同時に、部品数量の増加に伴う管理工数の増加、市場での廃棄時のリサイクル時の分解の工数増加等、結果的には全体的に製造原価と生涯原価の引き下げには限界がある。【０００６】本発明では、該ヘッダー〔０００１〕は、アルミニウムの一般的な加工法である押出法により製作された中空材を使用し、ヘッダープレートとヘッダータンクを一体化したものであり、少ない冶具工具費で多くのモデルに対応でき、供給元も限定されず、部品の点数も減少する。更にアルミニウムだけの単一素材熱交換器が製作出来、経時的な熱変形もなく安定した機能を保持でき、リサイクル性にも何らの付随的工数を必要としない。【０００７】更に前述〔０００３〕のアルミニウム材で製作される分離構造および一体構造のヘッ
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同時に、素材供給元も制限される。結果として製造原価の引き下げや製品及びモデルの多様化に対応するには限界がある。【０００８】本発明では、中空押し出し材を用いた構造であり、基本的には冶具工具費の製品及びモデル毎の発生は無視できる範囲であり、チューブ挿入用の開口長穴は比較的安価な汎用性のある設備で成形でき、製品ごと及びモデル毎に汎用的に対応できる設備を用意できる。更に、押出成形で多様な形状を生み出す事が出来、製品ごと及びモデル毎に最適な形状を投資金額の考慮をする事無く適用でき、製品の機能の向上も図る事が出来る。【０００９】本発明のヘッダーは、多くのチューブの列数が一列のアルミニウム製多段式チューブ型熱交換器の殆どの製品に適用が可能であり、耐圧機能や容積容量維持及び流体分流機能への対応並びに製品寸法へも自由に対応可能である
【課題を解決するための手段】
【００１０】主に、空冷式の扁平多段チューブ式の熱交換器への応用を目的とし、
製品及びモデル毎の投資金額を極少化すること、
多目的な熱交換器の構造に応用できること、
成形用のツーリングの投資が小さく、成形が汎用性のある設備で可能であること
熱交換器チューブ側端面に圧力による応力集中が発生しないこと
素材供給元が制限されないこと、
リサイクル性に優れ材料で且つ廃棄スクラップを最少化できること
という機能を持ち、前述〔０００２〕の異種材料の分離型ヘッダー〔０００３〕のアルミニウム材料の分離型並びに一体型ヘッダーの持つ課題を解決するヘッダーの構造と、該ヘッダーを利用した熱交換器の構造を提案する。【００１１】汎用的な材質で、熱交換器の機能に合わせた中空断面を持つ材料を用意する（１）。該中空素材の熱交換チューブが挿入する位置の内幅寸法はチューブ（４）の幅寸法とほぼ同一とし、その部分に接するチューブのロウ付け（ブレージング）を確実にすると同時に、熱交換器の圧力によりチューブ端部に引っ張り応力が発生しないようにする。外側寸法はチューブが挿入される長さにわたっては、少なくとも１ｍｍ以上の肉厚を有し、チューブ挿入側（通常ヘッダープレートと称される位置）の断面壁は垂直か若干外側に張り出した構造とする。【００１２】該中空材のチューブ挿入側を製品ごと及びモデル毎に設計された寸法のピッチで、チューブが挿入できる寸法で、スライス加工又は回転刃物によりソウイング等で開口長穴（３）を、連続的にヘッダープレートに相当する部分の厚さを若干超えた位置までの深さに切削により造って行き、規定の寸法で切断する。この形状が本発明の基本要素である。該基本要素に、部品の状態で両端に蓋（１０）を溶接でかぶせて密封するか、または全体ロウ付け（ブレージング）時に同時にロウ付け（ブレージング）により密封するかは製品設計により自由に選択し、結果としてヘッダー機能を持つようにしたのが、本発明のヘッダーである。【００１３】該ヘッダー（６）の開口長穴部に表面にロウ材を具備したチューブ（８）を挿入（７）し、必要により外部流体の熱交換機能をもつフィン（９）を配し、全体をロウ付け（ブレージング）で組み立てたのが本発明の熱交換器である。【００１４】ロウ材を具備しないチューブ、又はヘッダーとチューブのロウ付け（ブレージング）をより確実にするために、付加的なロウ材をロウ付け（ブレージング）時に加えて製造された熱交換器も本発明のヘッダー（１２）で製作可能である【００１５】該中空素材の内部で、チューブの先端に当たる部分に突起を設け、挿入するチューブの位置が一定にできるチューブストッパー（２）を持つヘッダーも本発明のヘッダーで製作可能である【００１６】該中空素材の内面（必要により外面にも）に亜鉛粉末溶射を行いロウ付け（ブレージング）時に拡散させ、アルミニウム表面に犠牲陽極層を具備させることで、水等の腐食性流体にも対応でき、更に、開口長穴加工は長尺の該中空素材を連続的に、全ての製品やモデルに対応できる生産設備構造とすることで、汎用性と投資の最少化を達成できる。該中空材はプレス加工により部分的な切り欠きや凹凸加工が簡単に施行でき、溶接等での部材の取りつけも容易である。該中空素材を複数の部屋を持つ構造にすることにより、複数回路の熱交換器にも適用が可能である。以上の利点を応用する事により、従来の熱交換器の設計を大きく変えることなく本発明のヘッダーを応用した熱交換器を製作できる。
【発明の効果】
【００１７】冶具工具金型等のツーリング投資を最少に抑える事が可能である。
殆どの多段チューブ式熱交換器のヘッダーに適用可能である。
汎用的な素材であり供給元の制約がない。
求められる機能による形状の選択幅が広い。
全体がアルミニウムで製作できる熱交換器となりリサイクルが容易である。
従来の熱交換器の設計思想で大きな外形寸法の変化もなく適用可能である。
該ヘッダーの加工以外生産設備も従来の設備やプロセスが其の儘利用できる。
異種材料分離型ヘッダーに見られる経時的熱影響による変形の懼れが無い。
ヘッダータンクとヘッダープレートの接合が無く流体漏洩の部署が減少する
上述のような効果があり、従来型ヘッダーとそれを用いた熱交換器より製品及びモデル毎の投資を低減させつつ、リサイクル性に優れ、且つ目的に合った熱交換器を作り出すことができる発明である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】長尺の熱交換器の機能に合わせた、熱交換チューブ挿入部がチューブ幅に相当する内寸法を持つ中空素材〔００１１〕を用意し、ヘッダープレートに相当する壁断面をスライス加工でチューブピッチに合ったピッチで開口長穴をヘッダープレート厚さだけ切り取り成形し、規定の寸法に切断し、ヘッダー〔００１２〕とし、通常外面にロウ材を持つチューブを開口長穴にストッパー〔００１５〕に当たるまで挿入しチューブ間に外部流体である空気の通るフィンを配置し、ヘッダー端部に最外側に位置するサイドププレートと一体化したロウ材を持った蓋をかぶせ、全体をロウ付け（ブレージング）して熱交換器〔００１３〕とする
【実施例】
【００１９】自動車用エンジン冷却用ラジエーターについて例示する。
従来型のタンク内部（通常は下側のヘッダータンク内）に水冷オイルクーラーを保持するアルミニウム製ラジエーターのヘッダーは、
モデル毎に製作されたプレス成形金型でチューブ挿入用の長穴を穿ち外形を成形したアルミニウム材で造られたヘッダープレート、
モデル毎に製作された射出成形用型で造られたプラスティック製のヘッダータンク、ヘッダープレートとヘッダータンクを一体化する為に、両方の部材を繋ぐ為の、モデル毎に製作された金型で成形された鉄製のジョイント
更に、繋ぎ目からの流体の漏洩を止めるために、モデル毎に製作された成形金型で製作されたゴム製のガスケット、
の４個の部品で１個のヘッダーが構成されている。
各部品の成形工程も、金型でのアルミニウム材のプレス成形、プラスティックの射出成形、鉄材の金型でのプレス成形、ゴム製品の成形、と異なる材質の異なる成形法で製作され、供給元及び管理工数が多くなる。ラジエーター本体を組み立てる時も、四個の部品を合わせ、プレス工程により全体を加締めて機械的接合を行うという工程が避けられず、異種材料の組み合わせであり、将来の熱変形による漏洩を極少化するために、各部品が潜在的に持っている内部応力開放も兼ねて、加締め工程後一定温度での加熱工程を加える場合もある。これらの多くの工程を経ると同時に、モデル毎に多額の冶具工具金型等のツーリング投資が発生する。内部流体漏洩の恐れのある位置もヘッダー全周にわたり潜在する。実際の製品ではヘッダーは上下２個あり、全てが２倍になる。
従来型で、ヘッダータンク内に水冷オイルクーラーを保持しないラジエーターでは、ヘッダータンクをアルミニウム材のプレス成形で造り、同じアルミニウム材から造られたヘッダープレートとロウ付け（ブレージング）により接合してヘッダーを組み立てる。前述のオイルクーラー付きラジエーターよりは、部品の数も工程も大幅に少ないが、依然として初期の冶具工具のツーリング投資は発生する。
本発明のヘッダーを応用したラジエーターは、
水冷オイルクーラーを保持するラジエーターの場合でも、保持しない場合でも、アルミニウム押出中空材を使用するためツーリング投資は、のアルミニウム材のヘッダーの蓋を成形するのみであり無視できる程度である。アルミニウムでない材料で造られた水冷オイルクーラーはロウ付け（ブレージング）時には蓋をしないで組み立てられたヘッダータンク側に、ロウ付け（ブレージング）後に挿入し、蓋を溶接によって被せ、オイルクーラーの出入口を予めヘッダータンク開けておいた穴から導き出し、機械的な方法で固定する。
オイルクーラーを保持しないラジエーター、及びオイルクーラーがアルミニウム材料の製品であるラジエーターの場合はラジエーター本体と一緒にロウ付け工程を通せるため、ロウ付け（ブレージング）時に蓋も同時にロウ付け（ブレージング）することで被せる工程を採ることも、部品の状態で蓋を溶接で取りつけておくことも、製品設計の段階で選別できる。
プラスティックのヘッダータンクは出入り口やその他の部品が一体的に射出成型で形成できる利点があり、それに比較すると本発明のヘッダーはこれらの部品を個別に加工し、ロウ付け（ブレージング）又は溶接等で取り付けるための工程工数が必要ではあるが、これらの部品を加工する冶具工具のツーリング費用は無視できる範囲であり、取り付け工程工数も従来型ラジエーターのヘッダーを組み立てる工程工数を上回る事はない。いずれの場合にせよ、冶具工具金型等のツーリング投資金額は従来ラジエーターと比べればほぼ無視できる範囲であり、供給元も加工法も制限されず大幅な製造原価の低減を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００２０】基本的には下記のごとき空冷式の小型熱交換器に応用可能である
空調機器の空冷式コンデンサー及びエバポレーター
インタークーラー及びアフタークラー等の空気冷却熱交換器
内燃機関用のラジエーターや空調器用ヒーターコア
油圧機器油や潤滑油の冷却をおこなうオイルクーラー
外部流体が空気でない、いわゆる水冷式小型熱交換器にも（外部フィンのある無しにかかわらず）応用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】アルミニウム押出中空材ヘッダー（断面及び斜視図）  〔請求項１〕及び〔請求項４〕の代表的なヘッダーの断面及び斜視図であり、チューブストッパーを持つ断面である  〔図１〕−▲１▼図は〔請求項１〕の異なる断面形状の例である  〔図１〕−▲２▼図は〔請求項１〕の内部流体が複数の回路用のヘッダー断面の例である
【図２】アルミニウム押出中空材ヘッダーを具備した熱交換器（斜視図）  〔請求項２〕アルミニウム押出中空材ヘッダーを使用した代表的な熱交換器の例の斜視図であり（片方のヘッダーは省略している）、組み立てる状態を示した図である。
【図３】付加的なロウ材を示す位置を持ったヘッダー断面の代表例  〔請求項３〕の付加的ロウ材を配置する場合、ロウ材位置を示すために中空押し出し材に、位置決めを示す突起を配置した場合を示した図である。
【符号の説明】
【００２２】  （１）：アルミニウム押出中空材断面（代表例）
（２）：連続的に開口されたチューブ挿入長穴
（３）：チューブストッパー
（４）：チューブ（挿入された状態）
（５）：開口される長穴深さの位置
（６）：ヘッダー
（７）：ヘッダーの挿入方向の例示
（８）：チューブ
（９）：フィン
（１０）：ヘッダー蓋
（１１）：同じ熱交換器の他のヘッダー断面の例示
（１２）：付加的なロウ材の位置の例示
【図１】
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【図２】
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【図３】
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