(57)【要約】【課題】チューブの先端部分の加工が不要で手間が掛からず、チューブのヘッダへの挿入位置を容易に決めることができる熱交換器のヘッダ構造及びヘッダ製造方法を提供する。【解決手段】ヘッダ１を構成する内側部材１０と外側部材２０のうち、少なくともチューブ２を接続する内側部材１０を板材で形成し、この板材には、筒状部分３の一部を成す複数の円弧部分１１の形成前の平板状態で、チューブ２の接続端部を差し込むチューブ挿入溝１４と連通部１５とストッパー部（位置決め段差部）１６を予め形成しておくことにより、チューブ２の先端部分の加工が不要で手間が掛からず、チューブ２のヘッダへの挿入位置を容易に決めることができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向した一対のヘッダ（１）間に平行配置する複数のチューブ（２）を連通して熱交換媒体を流通し、各チューブ（２）間に放熱用のフィンを介在した熱交換器のヘッダ構造であって、
前記チューブ（２）の先端部分が挿入される内側部材（１０）と、この内側部材（１０）と接合されて前記熱交換媒体が流通する複数の筒状部分（３）を形成する外側部材（２０）とで形成し、
前記内側部材（１０）を、板材によって前記筒状部分（３）の一部を成す複数の円弧部分（１１）を並設して形成するとともに、各円弧部分（１１）の間に形成される境界壁（１２）に各筒状部分（３）間を連通する連通部（１５）を形成し、
前記板材（Ｂ）には、前記円弧部分（１１）の形成前の平板状態で前記チューブ（２）の端部を差し込むチューブ挿入溝（１４）と、このチューブ挿入溝（１４）より幅狭の前記連通部（１５）と、成形後にチューブ挿入溝（１４）に挿入されたチューブ（２）の先端部が当接しチューブ（２）の挿入位置を決める位置決め段差部（１６）とを予め形成しておくことを特徴とする熱交換器のヘッダ構造。
【請求項２】
請求項１記載の熱交換器のヘッダ構造であって、前記板材（Ｂ）に形成された矩形状のチューブ挿入溝（１４）の中間部が幅狭に形成されることで前記連通部（１５）が設けられ、この幅狭部分とチューブ挿入溝（１４）との連続部分に前記位置決め段差部（１６）が設けられていることを特徴とする熱交換器のヘッダ構造。
【請求項３】
対向した一対のヘッダ（１）間に平行配置する複数のチューブ（２）を連通して熱交換媒体を流通し、各チューブ（２）間に放熱用のフィンを介在した熱交換器のヘッダ製造方法あって、
前記ヘッダ（１）は、チューブ（２）が挿入される内側部材（１０）に外側部材（２０）を接合して熱交換媒体が流通する複数の筒状部分（３）を形成し、
前記内側部材（１０）は、平板状態で前記チューブ（２）の端部が差し込まれる前記チューブ挿入溝（１４）を形成するとともに、このチューブ挿入溝（１４）より幅狭の連通部（１５）を形成し、前記チューブ挿入溝（１４）と前記連通部（１５）との連続部分にチューブ先端部が当接する位置決め段差部（１６）を形成した後に、プレス成形により筒状部分（３）の一部を成す円弧部分（１１）を並設し、各円弧部分（１１）の間に境界壁（１２）を形成して、この境界壁（１２）に各筒状部分（３）間を連通する連通部（１５）を形成するとともに、前記位置決め段差部（１６）を形成することを特徴とする熱交換器のヘッダ製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の筒状部分を並設して耐圧構造となった熱交換器のヘッダ構造及びヘッダ製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
冷凍サイクルやヒートポンプサイクルに用いられる熱交換器は、対向した１対のヘッダ間に平行配置する複数のチューブを連通して熱交換媒体を流通し、各チューブ間に放熱用のフィンを介在した構成となっている。
【０００３】
冷凍サイクルやヒートポンプサイクルの冷媒として超臨界流体である炭酸ガスを用いた場合、内部圧力が高圧化されるためヘッダの耐圧強度を確保する必要があり、断面形状が略円形状となる筒状部分を複数並設した多列穴構造として、高圧による応力集中を避けるようになっている。
【０００４】
このような熱交換器のヘッダ構造として特許文献１に開示されている。同文献に開示された熱交換器のヘッダ構造は、図６に示すように、第１プレート５１と、第２プレート５２とで形成されている。第１プレート５１は、アルミ板材にプレス加工を施してＷ形状に成形し、その後チューブ挿入穴５３を形成することにより製造されている。
【０００５】
そして、図６に示すように、第１プレート５１と第２プレート５２とを接合し、先端部に段差部分が形成されたチューブ５４を第１プレート５１のチューブ挿入穴５３内に挿入し、チューブ挿入穴５３の開口縁部５３ａに段差部分５５を当接させることによってチューブ５４の挿入位置を決めて組み立てられている。この場合、チューブ５４の段差部分５５をチューブ挿入穴５３の開口縁部５３ａに当接させて位置決めした状態では、第２プレート５２の中間部分とチューブ５４の先端部分との間に連通路５６が設けられており、空間５７、５８を連通させている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−３５１７８３号公報（段落００４３〜００４５、図９）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記特許文献１に記載のヘッダ構造では、チューブ挿入穴５３内へのチューブ５４の挿入位置を決めるために、チューブ５４の先端部分に段差部分５５を設ける加工を施す必要があるので、チューブ５４の製造に手間が掛かる。
さらに、チューブ挿入穴５３内に挿入されない部分の先端部は、熱交換媒体が漏れないように塞ぐ必要があり、これによってもチューブ５４の製造に手間がかかる。
【０００８】
また、チューブ５４の挿入位置を、チューブ挿入穴５３の開口縁の両側に段差部分５５を当接させることにより決めているので、開口縁の両側の位置がずれていると、チューブ５４の位置が大きく傾くことになり、チューブ５４の挿入位置を容易に決めることができないという課題を有している。
【０００９】
そこで、本発明は、チューブの先端部分の加工が不要で手間が掛からず、チューブのヘッダへの挿入位置を容易に決めることができる熱交換器のヘッダ構造及びヘッダ製造方法の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、対向した一対のヘッダ間に平行配置する複数のチューブを連通して熱交換媒体を流通し、各チューブ間に放熱用のフィンを介在した熱交換器のヘッダ構造であって、前記ヘッダの先端部分が挿入される内側部材と、この内側部材と接合されて前記熱交換媒体が流通する複数の筒状部分を形成する外側部材とで形成し、前記内側部材を、板材によって前記筒状部分の一部を成す複数の円弧部分を並設して形成するとともに、各円弧部分の間に形成される境界壁に各筒状部分間を連通する連通部を形成し、前記板材には、前記円弧部分の形成前の平板状態で前記チューブの接続端部を差し込むチューブ挿入溝と、このチューブ挿入溝より幅狭の前記連通部と、成形後にチューブ挿入溝に挿入されたチューブの先端部が当接しチューブの挿入位置を決める位置決め段差部とを予め形成しておくことを特徴とする。
【００１１】
この熱交換器のヘッダ構造では、内側部材にチューブの挿入位置を決める位置決め段差部を予め形成してあるので、チューブの先端部分をチューブ挿入溝に挿入すると位置決め段差部に当接することでチューブの挿入位置が決められる。このように、本発明では、チューブの先端部分に特別な加工を施す必要がなく、チューブの製造に手間が掛かることがない。
【００１２】
また、この熱交換器のヘッダ構造では、チューブ挿入溝と、この挿入溝より幅狭の連通部を板材に設けて、チューブ挿入溝と連通部との間の段差部が成形後に位置決め段差部となり、チューブの先端部分がこの位置決め段差部に当接するだけなので、チューブの挿入位置を容易に決めることができ、しかも、チューブの先端部分は全てチューブ挿入溝内に挿入することができる。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１記載の熱交換器のヘッダ構造であって、前記板材に形成された矩形状のチューブ挿入溝の中間部が幅狭に形成されることで前記連通部が設けられ、この幅狭部分とチューブ挿入溝との連続部分に前記位置決め段差部が設けられていることを特徴とする。
【００１４】
この熱交換器のヘッダ構造では、板材に形成されるチューブ挿入溝の中間部に幅狭の連通部を形成し、これを成形することで幅狭部分とチューブ挿入溝と連続部分が位置決め段差部が形成される。
【００１５】
請求項３の発明は、対向した一対のヘッダ間に平行配置する複数のチューブを連通して熱交換媒体を流通し、各チューブ間に放熱用のフィンを介在した熱交換器のヘッダ製造方法あって、前記ヘッダは、チューブが挿入される内側部材に外側部材を接合して熱交換媒体が流通する複数の筒状部分を形成し、前記内側部材は、平板状態で前記チューブの接続端部が差し込まれる前記チューブ挿入溝を形成するとともに、このチューブ挿入溝より幅狭の連通部を形成し、前記チューブ挿入溝と前記連通部との連続部分にチューブ先端部が当接する位置決め段差部を形成した後に、プレス成形により筒状部の一部を成す円弧部分を並設し、各円弧部分の間に境界壁を形成して、この境界壁に各筒状部間を連通する連通部を形成するとともに、前記位置決め段差部を形成することを特徴とする。
【００１６】
この熱交換器のヘッダ製造方法では、チューブが挿入される内側部材と外側部材とを接合して熱交換媒体が流通する複数の筒状部分を形成する。内側部材は、板材に、平板状態でチューブ挿入溝と、チューブ挿入溝より幅狭の連通部を形成し、チューブ挿入溝と幅狭の連通部との連続部分に位置決め段差部を形成する。
その後、プレス成形により筒状部の一部を成す円弧部分を並設し、円弧部分の間に境界壁を形成して、この境界壁に各筒状部間を連通する連通部を形成するとともに、位置決め段差部を形成する。このヘッダ製造方法によれば、位置決め段差部を円弧部分の間の境界壁に設けたことにより、チューブの先端部分の加工が不要になり、手間が掛かることがない。また、チューブをチューブ挿入溝に挿入し、位置決め段差部に先端部分を当接させるだけで容易にチューブの挿入位置を決めることができる。
【００１７】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、内側部材にチューブの挿入位置を決める位置決め段差部を予め形成してあるので、チューブの先端部分をチューブ挿入溝に挿入すると位置決め段差部に当接することでチューブの挿入位置を決めることができ、チューブの先端部分に特別な加工を施す必要がなく、チューブの製造に手間が掛かることがない。
【００１８】
また、チューブ挿入溝と、この挿入溝より幅狭の連通部を板材に設けて、チューブ挿入溝と連通部との間の段差部が成形後に位置決め段差部となり、チューブの先端部分がこの位置決め段差部に当接するだけなので、従来のようにチューブ挿入穴の開口縁部の両側で位置決めする場合と比較して、内側部材に対するチューブの傾きを考慮する必要がなくなりチューブの挿入位置を容易に決めることができて、しかも、チューブの先端部分は全てチューブ挿入溝内に挿入することができる。
【００１９】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明と同等の作用・効果がえられ、チューブの先端部分に特別な加工を施す必要がなく、製造に手間が掛かることがなくチューブの挿入位置を容易に決めることができ、しかも、チューブの先端部分は全てチューブ挿入溝内に挿入することができる。
【００２０】
請求項３の発明によれば、位置決め段差部を円弧部分の間の境界壁に設けたことにより、チューブの先端部分の加工が不要になり、手間が掛かることがない。また、チューブをチューブ挿入溝に挿入し、位置決め段差部に先端部分を当接させるだけで容易にチューブの挿入位置を決めることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。
【００２２】
図１〜図５は本発明にかかる熱交換器のヘッダ構造の一実施形態を示し、図１（ａ）はヘッダの端部斜視図、図１（ｂ）は内側部材とチューブとの関係を示す斜視図、図２（ａ）はヘッダにチューブを接続した部分の要部横断面図、図２（ｂ）はヘッダにチューブを接続した部分の側面図、図３（ａ）は内側部材のチューブ挿入溝形成部分の要部横断面図、図３（ｂ）は内側部材のチューブ挿入溝形成部分の要部縦断面図、図４はヘッダの内側部材を形成する板材の初期段階を示す平面図、図５はヘッダの内側部材を形成するプレス装置の動作を（ａ），（ｂ）によって順を追って示す断面図である。
【００２３】
この実施形態のヘッダ構造を適用する熱交換器は、図１に示すように対向する１対のヘッダ１（図中手前側のヘッダは省略）間に、平行配置した複数のチューブ２を連通して熱交換媒体を流通し、各チューブ２間に放熱用の図外のフィン（コルゲートフィン）を介在した構成となっており、ヘッダ１とはタンクのことであり、一方のヘッダ１に導入した熱交換媒体を、チューブ２に通過させた後に図外の他方のヘッダに送給するようになっている。
【００２４】
なお、チューブ２は、図１（ｂ）に示すように複数の流路が並列に形成された多穴構造以外に、中空の流路が形成された平行穴構造のものでも良い。
【００２５】
また、この実施形態では熱交換器を、炭酸ガスを冷媒とした冷凍サイクルやヒートポンプサイクルに用いた場合で、熱交換器内の内部圧力が著しく高圧化されるため、図１に示すようにヘッダ１は耐圧強度を確保するために複数（本実施形態では２つ）の筒状部分３を並設した構造となっている。
【００２６】
ヘッダ１は、図１，図２に示すように２分割して、チューブ２を接続する内側部材１０と、この内側部材１０の外側を覆う外側部材２０との接合により構成してある。また、チューブ２は、図１に示すようにヘッダ１の幅方向に長軸となる扁平な中空体として形成されている。
【００２７】
内側部材１０および外側部材２０をそれぞれ板材によってプレス成形し、それぞれに筒状部分３の一部を成す２つの円弧部分１１，２１を並設して形成するとともに、それぞれの円弧部分１１，２１の間に境界壁１２，２２を形成してあり、内側部材１０の幅方向両側に設けた嵌合壁１３間に外側部材２０の幅方向両側を嵌合するとともに、両境界壁１２，２２の先端同士を互いに付き合わせて、それぞれの接触部分をロー付けにより接合してある。
【００２８】
また、内側部材１０には、図３にも示すようにチューブ２を差し込んで接続するチューブ挿入溝１４と、境界壁１２の先端部に各筒状部分３間を連通する連通部１５とが形成され、チューブ挿入溝１４と連通部１５との連続部分には、位置決め段差部としてのストッパー部１６が設けられている。
【００２９】
チューブ挿入溝１４は、並設した２つの円弧部分１１に亘って連続して形成し、その深さは図３に示すように境界壁１２の先端部を少々残した状態で止めておき、その残した部分をストッパー部１６としてチューブ２の差込み位置を決定するようになっている。そして、チューブ挿入溝１４に差し込んだチューブ２は、内側部材１０と外側部材２０とをロー付けする際に同時にロー付けして固定してある。
【００３０】
連通部１５は、チューブ挿入溝１４の形成位置で前記ストッパー部１６を切除することにより形成してあり、この連通部１５はチューブ挿入溝１４の溝幅よりも若干幅狭として形成してある。
【００３１】
図４は内側部材１０を形成する板材としての帯状のブランク材Ｂを示し、このブランク材Ｂを図５に示すプレス金型４０を用いてプレス成形するようになっている。ブランクＢには、成形後にチューブ挿入溝１４となる矩形状の貫通穴と、この貫通穴の中間部に幅狭となり成形後に連通部１５となる貫通穴が予め設けられている。また、成形後にチューブ挿入溝１４と連通部１５となるそれぞれの貫通穴の連続部分には、成形後にストッパー部１６となる位置決め段差部が設けられている。
【００３２】
プレス金型４０は、まず図５（ａ）に示すように、ブランク材Ｂを１対のカムパンチ４１とパッド４２との間にセットして、スプリング４３の付勢力でブランク材Ｂを固定し、この状態で１対のカムパンチ４１をベースプレート４４に沿って互いに近接方向に移動させて加工する。
【００３３】
ブランク材Ｂのカムパンチ４１との接触部分は、このカムパンチ４１の近接移動によってブランク材Ｂには円弧状の凹設部３１が形成され、そして、カムパンチ４１の更なる近接移動によって凹設部３１が押し縮められるとともに、凹設部３１の先端３１ａが固定ポンチ４５に圧接して平坦化される。
【００３４】
そして、最終的に図５（ｂ）に示すように、ブランク材Ｂがパッド４２の下面形状部４２ａに接触した時点で、凹設部３１は境界壁１２として肉寄せ加工される。尚、パッド４２はガイドピン４６に沿って昇降する。
【００３５】
このように、境界壁１２を形成した後、図示省略したがブランク材Ｂの両側部を、図３に示すように外方に広がるように弧状に一旦処理した後、図２に示すように嵌合壁１３を形成するようになっている。
【００３６】
ここで、本実施形態にあっては図４に示すように、前記ブランク材Ｂには、前記円弧部分１１の形成前、つまり、このブランク材Ｂをプレス金型４０にかける前の平板状態で、前記チューブ挿入溝１４と前記連通部１５とを予めピアス加工して形成しておくようになっている（請求項１）。
【００３７】
このとき、図４に示すようにチューブ挿入溝１４は２つの円弧部分１１に対応して対を成して分離し、それら分離した部分を前記連通部１５で繋ぐ形状となり、これらチューブ挿入溝１４と連通部１５とは連続して形成される。また、チューブ挿入溝１４と連通部１５との連続部分には、ストッパー部１６が形成される。
【００３８】
本実施形態のヘッダ構造によれば、内側部材１０にチューブ２の挿入位置を決めるストッパー部（位置決め段差部）１６を予め形成してあるので、チューブ２の先端部分をチューブ挿入溝１４に挿入するとストッパー部１６に当接することでチューブ２の挿入位置が決めることができ、チューブ２の先端部分に特別な加工を施す必要がなく、チューブの製造に手間が掛かることがない。
【００３９】
また、この熱交換器のヘッダ構造では、チューブ挿入溝１４と、この挿入溝１４より幅狭の連通部１５を板材に設けて、チューブ挿入溝１４と連通部１５との間の段差部分が成形後にストッパー部（位置決め段差部）１６となり、チューブ２の先端部分がこのストッパー部１６に当接するだけなので、チューブ２の挿入位置を容易に決めることができ、しかも、従来例と異なってチューブ２の先端部分は全てチューブ挿入溝１４内に挿入することができる。
【００４０】
また、本実施形態では、ヘッダ１をそれぞれ板材のプレス成形により形成した内側部材１０と外側部材２０の結合により構成し、これら内側部材１０と外側部材２０の円弧部分１１，２１によって２つの筒状部分３を形成して耐圧構造となっている。従って、ヘッダ１を板材のプレス加工によって形成することが可能となって、このヘッダ１を安価にかつ簡単に提供することができる。
【００４１】
そして、内側部材１０には２つの円弧部分１１に亘ってチューブ２を差し込むためのチューブ挿入溝１４を形成し、かつ、境界壁１２の先端部に連通部１５を形成し、位置決め用のストッパー部１６を形成してあるが、これらチューブ挿入溝１４、連通部１５及びストッパー部１６は円弧部分１１の形成前の平板状態で予め形成しておくため、これらチューブ挿入溝１４および連通部１５のプレス加工を容易にし、加工ポンチの折損や寿命の低下が来されるのを抑えることができる。
【００４２】
ところで、本発明の熱交換器のヘッダ構造は前記各実施形態に例をとって説明したが、この実施形態に限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で他の実施形態を各種採ることができ、例えば、ヘッダ１は２つの筒状部分３を並設した場合を開示したが、この筒状部分３は３つ以上を並設してもよく、勿論、この場合は内側部材１０および外側部材２０に形成した円弧部分１１，２２は筒状部分３に対応した数となる。
【００４３】
また、上記実施形態では、図４に示すように、成形後にチューブ挿入溝１４となる貫通穴の中間部分を幅狭にして成形後に連通部１５となる貫通穴を設けたが、成形後に連通部１５となる貫通穴は、連続していなくとも良く、境界壁を成形した後に、この境界壁の先端部分を切断することによって連通部を設けても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すヘッダの端部斜視図。
【図２】本発明の一実施形態を示し、（ａ）はヘッダにチューブを接続した部分の要部横断面図、（ｂ）はヘッダにチューブを接続した部分の側面図。
【図３】本発明の一実施形態を示し、（ａ）は内側部材のチューブ挿入溝形成部分の要部横断面図、（ｂ）は内側部材のチューブ挿入溝形成部分の要部縦断面図。
【図４】本発明の一実施形態を示すヘッダの内側部材を形成する板材の初期段階の平面図。
【図５】本発明の一実施形態におけるヘッダの内側部材を形成するプレス装置の動作を（ａ），（ｂ）によって順を追って示す断面図。
【図６】従来の熱交換器のヘッダ構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１  ヘッダ
２  チューブ
３  筒状部分
１０  内側部材
１１  円弧部分
１２  境界壁
１４  チューブ挿入溝
１５  連通部
１６  ストッパー部（位置決め段差部）
２０  外側部材
Ｂ  ブランク材（板材）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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