(57)【要約】【課題】  チューブの内部流体の流通抵抗を低減しつつ、根付け部近傍の耐久性に優れる熱交換器のチューブ根付け構造およびその製造方法を提供する。【解決手段】  扁平四角状断面を成すチューブ１１１の長手方向端部１１１ａが、ヘッダタンク１２０に形成されたチューブ孔１２１ａに嵌入されて、チューブ１１１およびヘッダタンク１２０が互いに当接する当接部１３１で接合される熱交換器のチューブ根付け構造において、チューブ１１１の当接部１３１およびその近傍における扁平四角状断面の短辺１１１ｂを外側に突出する円弧形状と成るように形成する。この円弧形状は、チューブ１１１の口拡を行う際に形成するのが良い。【選択図】    図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
扁平四角状断面を成すチューブ（１１１）の長手方向端部（１１１ａ）が、ヘッダタンク（１２０）に形成されたチューブ孔（１２１ａ）に嵌入されて、前記チューブ（１１１）および前記ヘッダタンク（１２０）が互いに当接する当接部（１３１）で接合される熱交換器のチューブ根付け構造において、
前記チューブ（１１１）の前記当接部（１３１）およびその近傍における前記扁平四角状断面の短辺（１１１ｂ）は、外側に突出する円弧形状と成るように形成されたことを特徴とする熱交換器の根付け構造。
【請求項２】
前記円弧形状の半径（Ｒ１）は、前記扁平四角状断面の長辺（１１１ｃ）間の距離（Ｗ）の１／２よりも大きく設定されたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器のチューブ根付け構造。
【請求項３】
前記チューブ（１１１）および前記ヘッダタンク（１２０）は、内燃機関に吸入される燃焼用の空気（吸気）を冷却するインタークーラ（１００）に用いられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱交換器のチューブ根付け構造。
【請求項４】
扁平四角状断面を成すチューブ（１１１）の長手方向端部（１１１ａ）を、ヘッダタンク（１２０）の一部を成すコアプレート（１２１）に形成されたチューブ孔（１２１ａ）に嵌入して、
口拡冶具（２００）の挿入によって前記チューブ（１１１）の長手方向端部（１１１ａ）を前記チューブ孔（１２１ａ）側に口拡して、
前記チューブ（１１１）および前記コアプレート（１２１）が互いに当接する当接部（１３１）を接合する熱交換器のチューブ根付け部の製造方法であって、
前記口拡を行う際に、前記当接部（１３１）およびその近傍における前記チューブ（１１１）の前記扁平四角状断面の短辺（１１１ｂ）を、外側に突出する円弧形状にすることを特徴とする熱交換器のチューブ根付け部の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器のチューブ根付け構造およびその製造方法に関するもので、内燃機関に吸入される燃焼用の空気（吸気）を冷却するインタークーラに適用して有効である。
【背景技術】
【０００２】
従来の熱交換器として、特許文献１に示されるように、当出願人が先に提案したインタークーラがある。このインタークーラは、内燃機関に吸入される燃焼用の空気（吸気）を冷却するものであって、複数のチューブおよびアウターフィンが交互に積層され、チューブの長手方向端部がヘッダタンクに接続されることで形成されている。そして、ヘッダタンクに対するチューブの接続部、いわゆる根付け部は、ヘッダタンクの一部を成すコアプレートに穿設された孔部にチューブが嵌入され、当接部同士がろう付けされることで形成されている（特許文献１中の図４）。
【０００３】
尚、ここでは限られたスペース内において、できる限りチューブの断面面積を大きくして、チューブ内を流通する吸気の流通抵抗を低減して、吸気に対する冷却性能を向上させるために、チューブの断面形状を扁平四角状となるようにしている（特許文献１中の図２）。
【特許文献１】特開２００２−２８６３９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、インタークーラの作動時における吸気の温度や圧力によってチューブに発生する応力が、特に根付け部近傍の扁平四角状断面の角部に集中しやすくなり、耐久性の面で難点を残していた。
【０００５】
本発明は、上記点に鑑み、チューブの内部流体の流通抵抗を低減しつつ、根付け部近傍の耐久性に優れる熱交換器のチューブ根付け構造およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。
【０００７】
請求項１に記載の発明では、扁平四角状断面を成すチューブ（１１１）の長手方向端部（１１１ａ）が、ヘッダタンク（１２０）に形成されたチューブ孔（１２１ａ）に嵌入されて、チューブ（１１１）およびヘッダタンク（１２０）が互いに当接する当接部（１３１）で接合される熱交換器のチューブ根付け構造において、チューブ（１１１）の当接部（１３１）およびその近傍における扁平四角状断面の短辺（１１１ｂ）は、外側に突出する円弧形状と成るように形成されたことを特徴としている。
【０００８】
これにより、当接部（１３０）でチューブ（１１１）およびヘッダタンク（１２０）が接合されて形成される根付け部（１３０）近傍におけるチューブ（１１１）の扁平四角状断面の角部（１１１ｄ）の角度を大きくすることができる。よって、熱交換器（１００）の作動時における温度や圧力によってチューブ（１１１）の根付け部（１３０）近傍に発生する応力は、円弧形状の短辺（１１１ｂ）部に均等に作用するようになり、角部（１１１ｄ）に対してはその応力の集中が緩和されるので、チューブ（１１１）の根付け部（１３０）近傍の耐久性を向上させることができる。
【０００９】
尚、チューブ（１１１）の根付け部（１３０）以外の大半を占める一般部においては、扁平四角状断面が維持されるので、チューブ（１１１）内を流通する流体の流通抵抗低減の効果を維持できる。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、扁平四角状断面の短辺（１１１ｂ）の円弧形状の半径（Ｒ１）は、長辺（１１１ｃ）間の距離（Ｗ）の１／２よりも大きく設定されたことを特徴としている。
【００１１】
これにより、チューブ（１１１）の根付け部（１３０）近傍をできるだけ基本形状である扁平四角状断面に近い形に留めて、耐久性の向上を図ることができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明では、チューブ（１１１）およびヘッダタンク（１２０）は、内燃機関に吸入される燃焼用の空気（吸気）を冷却するインタークーラ（１００）に用いられることを特徴としており、熱交換器（１００）の作動において、特に吸気温度が高く熱応力の影響を大きく受けやすいインタークーラ（１００）に本発明を用いて好適である。
【００１３】
請求項４に記載の発明では、扁平四角状断面を成すチューブ（１１１）の長手方向端部（１１１ａ）を、ヘッダタンク（１２０）の一部を成すコアプレート（１２１）に形成されたチューブ孔（１２１ａ）に嵌入して、口拡冶具（２００）の挿入によってチューブ（１１１）の長手方向端部（１１１ａ）をチューブ孔（１２１ａ）側に口拡して、チューブ（１１１）およびコアプレート（１２１）が互いに当接する当接部（１３１）を接合する熱交換器のチューブ根付け部の製造方法であって、口拡を行う際に、当接部（１３１）およびその近傍におけるチューブ（１１１）の扁平四角状断面の短辺（１１１ｂ）を、外側に突出する円弧形状にすることを特徴としている。
【００１４】
これにより、通常のチューブ（１１１）の口拡を行う際に、同時に短辺（１１１ｂ）部を円弧形状に形成でき、容易に請求項１〜請求項３に記載の熱交換器のチューブ根付け構造とすることができる。
【００１５】
尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係る熱交換器のチューブ根付け構造を空冷式のインタークーラ１００に適用したものであり、以下、図１〜図６に基づいて説明する。尚、図１は本実施形態に係るインタークーラ１００を示す正面図、図２は図１中におけるＡ−Ａ部を示す断面図、図３は図１中におけるＢ部を示す断面図、図４は図３中におけるＣ方向から見たチューブ１１１を示す矢視図、図５はチューブ１１１の単体状態を示す外観斜視図、図６はインタークーラ１００製造時におけるチューブ口拡工程を示す外観斜視図である。
【００１７】
インタークーラ１００は、車両用エンジン（内燃機関）に吸入される燃焼用空気（以下、吸気）を外部からの冷却空気との熱交換により冷却する熱交換器である。このインタークーラ１００は、主にコア部１１０と一対のヘッダタンク１２０とから成り、以下説明する各部材は、アルミニウムあるいはアルミニウム合金から成り、各部材の当接部がろう付けや溶接により接合されて形成されている。
【００１８】
コア部１１０は、図１、図２に示すように、内部にインナーフィン１１４が挿入されたチューブ１１１とアウターフィン１１２とが交互に積層され、積層方向の両最外方にはサイドプレート１１３が配設されて形成されている。
【００１９】
チューブ１１１は、内部を吸気が流通する管部材であり、限られたスペース内でできる限り断面面積を大きくして、吸気の流通抵抗を低減させるために、断面形状は扁平四角状を成すようにしている。そして、このチューブ１１１内に挿入されるインナーフィン１１４は、薄肉の平板から波状に成形されており、吸気の流れに乱流効果を与え、吸気側の熱伝達率を向上させる。尚、チューブ１１１の断面形状を扁平四角状にしていることから、インナーフィン１１４は、チューブ１１１内にデッドスペースを発生させること無く、効率的に収容されている。
【００２０】
アウターフィン１１２は、上記インナーフィン１１４と同様に、薄肉の平板から波状に成形され、平面部には切り起こしによって形成される複数のルーバ１１２ａが設けられており、冷却空気側への放熱面積を拡大すると共に、ルーバ１１２ａによる乱流効果を得て、吸気との熱交換を促進する。
【００２１】
サイドプレート１１３は、チューブ１１１の長手方向に延びる補強部材であり、断面形状が略コの字状に形成され、コの字の内側中央には長手方向に延びるリブが設けられている。
【００２２】
因みに、チューブ１１１は、表裏両面に予めろう材がクラッド（被覆）された板材を折り曲げて端部同士を電気溶接したもの（電縫管）であり、アウターフィン１１２およびインナーフィン１１４は、上記ろう材によりチューブ１１１にろう付けされている。また、サイドプレート１１３のアウターフィン１１２側の面には、予めろう材がクラッドされており、最外方のアウターフィン１１２は、このろう材によりサイドプレート１１３にろう付けされている。
【００２３】
チューブ１１１の両長手方向端部１１１ａ（以下、チューブ端部１１１ａ）側には、チューブ１１１の積層方向に延びて各チューブ１１１に連通する一対のヘッダタンク１２０が設けられている。このヘッダタンク１２０は、チューブ１１１が接合されるコアプレート１２１と、このコアプレート１２１に溶接されてタンク内空間を形成するタンク本体１２２とから成る。
【００２４】
コアプレート１２１は、図３、図６に示すように、表裏両面に予めろう材がクラッドされた細長平板の長辺側に縁立て部１２１ｂが設けられ、チューブ端部１１１ａと対応する部位にチューブ孔１２１ａが設けられている。そして、チューブ端部１１１ａは、このチューブ孔１２１ａに嵌入され、チューブ１１１とコアプレート１２１は互いに当接する当接部１３１でチューブ１１１およびコアプレート１２１にクラッドされたろう材により、ろう付けされている。この当接部１３１におけるろう付け部が、いわゆるチューブ１１１の根付け部１３０として形成されることになる。尚、サイドプレート１１３の長手方向両端部は、コアプレート１２１に被覆されたろう材により、コアプレート１２１にろう付けされている。
【００２５】
本発明においては、この根付け部１３０近傍におけるチューブ１１１の形状に特徴を持たせている。即ち、図４、図５に示すように、チューブ１１１の基本形状となる扁平四角状断面に対して、根付け部１３０の近傍においては、短辺１１１ｂが外側に突出する円弧形状と成るようにしている。更に、この円弧形状の半径Ｒ１は、長辺１１１ｃ間の距離Ｗの１／２よりも大きく成るように設定している。
【００２６】
具体的にここでは、長辺方向寸法６５ｍｍ、短辺方向寸法８．９ｍｍのチューブ１１１に対して、短辺１１１ｂを半径（Ｒ１）８．６ｍｍの円弧で形成している。尚、長辺１１１ｃと円弧との交差部（角部１１１ｄ）は半径２ｍｍのＲで接続している。
【００２７】
上記のように、チューブ１１１が接続されたコアプレート１２１には、図１に示すように、このコアプレート１２１側に開口して、一方の長手方向端部側に開口部１２２ａが形成された半容器体を成すタンク本体１２２が溶接されている。尚、図１中の右側のヘッダタンク１２０は各チューブ１１１に吸気を分配供給するものであり、図１の左側のヘッダタンク１２０は、チューブ１１１から流出する吸気を集合回収するものである。
【００２８】
次に、インタークーラ１００の概略製造方法について説明する。まず、板材の折り曲げ、電気溶接により成形したチューブ１１１と、プレス加工により成形したアウターフィン１１２、サイドプレート１１３、インナーフィン１１４、コアプレート１２１とを予め準備する。尚、チューブ１１１の断面形状は、この時点では、全長にわたって扁平四角状に成形されている。また、コアプレート１２１のチューブ孔１２１ａは、図４、図５で説明したチューブ１１１の断面形状に対応する形状で成形されている。
【００２９】
そして、チューブ１１１内に、インナーフィン１１４を挿入し、チューブ１１１の短辺１１１ｂ方向にプレスして、チューブ１１１の長辺１１１ｃの内壁がインナーフィン１１４に確実に当接するようにしておく。
【００３０】
そして、図示しない積層治具をガイドにして、一番下側にサイドプレート１１３をセットし、その上側にアウターフィン１１２、チューブ１１１、アウターフィン１１２の順に交互に所定枚数だけ積層していき、最上段のアウターフィン１１２の更に上側にもう一つのサイドプレート１１３をセットして、コア部１１０を組み立てる。
【００３１】
そして、コアプレート１２１のチューブ孔１２１ａにチューブ端部１１１ａを嵌入し、図示しないプレス機によってコアプレート１２１を打ち込む。
【００３２】
そして、図６に示すように、コアプレート１２１から突出するチューブ端部１１１ａ側から口拡冶具２００を挿入してチューブ１１１のチューブ孔１２１ａ（根付け部１３０）近傍を口拡する。この口拡冶具２００は、本体部２１０と、２つの突出部を有する口拡部２２０とから成り、口拡部２２０の本体部２１０側近傍の外周は、図４、図５で説明したチューブ１１１の断面形状（短辺１１１ｂが円弧形状）に対応するように形成されている。よって、この口拡冶具２００によって、チューブ１１１の短編１１１ｂは、チューブ孔１２１ａ（根付け部１３０）近傍において、円弧形状に形成されつつ、チューブ１１１の断面全周はチューブ孔１２１ａ側に確実に当接されるように口拡される（当接部１３１が形成さる）ことになる。
【００３３】
そして、ワイヤー等の治具によりコア部１１０にコアプレート１２１が組み付けられた状態を保持し、脱脂、フラックス塗布を行った後に、ろう付け炉内に投入して一体的にろう付けする。
【００３４】
更に、鋳造により成形されたタンク本体１２２をコアプレート１２１に溶接し、その後、洩れ検査（ろう付け不良、溶接不良のチェック）および寸法検査等の所定の検査を行い、インタークーラ１００の製造を完了する。
【００３５】
次に、上記構成に基づくインタークーラ１００の作動および作用効果について説明する。このインタークーラ１００においては、図１中の右側の開口部１２２ａから吸気が流入し、右側のヘッダタンク１２０から各チューブ１１１を流れ、この間に外部からの冷却空気と熱交換されて冷却される。そして、図１中の左側のヘッダタンク１２０を経て、左側の開口部１２２ａから車両エンジン側に流出する。因みに、吸気はインタークーラ１００に対して２００℃前後の温度で流入し、上記の熱交換によって５０℃前後まで冷却される。
【００３６】
ところで、上記のようにインタークーラ１００が作動される際に、チューブ１１１には吸気の温度や圧力（内圧）の繰り返し付加による応力が作用する。従来技術においては、特に根付け部１３０近傍で、扁平四角状断面を成すチューブ１１０の角部１１１ｄに応力が集中し、耐久性に難点を残していたが、本発明においては、根付け部１３０近傍のチューブ１１１の短辺１１１ｂを円弧形状に成るように形成しているので、角部１１１ｄの角度を大きくすることができる。よって、インタークーラ１００の作動時における温度や圧力によってチューブ１１１の根付け部１３０近傍に発生する応力は、円弧形状の短辺１１１ｂ部に均等に作用するようになり、角部１１１ｄに対してはその応力の集中が緩和されるので、チューブ１１１の根付け部１３０近傍の耐久性を向上させることができる。
【００３７】
また、短辺１１１ｂを形成する円弧形状の半径Ｒ１を長辺１１１ｃ間の距離Ｗの１／２よりも大きく成るように設定しているので、チューブ１１１の根付け部１３０近傍をできるだけ基本形状である扁平四角状断面に近い形に留めて、耐久性の向上を図ることができる。
【００３８】
因みに、本発明者の机上計算による解析によれば、角部１１１ｄに発生する応力値は、吸気の温度が２０℃〜２００℃の繰り返し付加において８％低減され、吸気による内圧が０〜３．５ｂａｒの繰り返し付加において７％低減されたことを確認している。
【００３９】
尚、チューブ１１１の根付け部１３０以外の大半を占める一般部においては、扁平四角状断面が維持されるので、チューブ１１１内を流通する吸気の流通抵抗低減の効果を維持できる。
【００４０】
また、チューブ１１１の短辺１１１ｂの円弧形状を、通常のチューブ１１１の口拡を行う際に同時に形成するようにしているので、容易に本発明のチューブ根付け構造を有するインタークーラ１００とすることができる。
【００４１】
（その他の実施形態）
上記の実施形態では、本発明をインタークーラ１００に適用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他の熱交換器（例えば、コンデンサやラジエータ等）にも適用することができる。
【００４２】
また、チューブ１１１の短辺１１１ｂの円弧形状は、口拡工程において形成されるものに限らず、チューブ１１１成形後の単体状態において形成されるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本実施形態に係るインタークーラを示す正面図である。
【図２】図１中におけるＡ−Ａ部を示す断面図である。
【図３】図１中におけるＢ部を示す断面図である。
【図４】図３中におけるＣ方向から見たチューブを示す矢視図である。
【図５】チューブの単体状態を示す外観斜視図である。
【図６】インタークーラ製造時におけるチューブ口拡工程を示す外観斜視図である。
【符号の説明】
【００４４】
１００  インタークーラ
１１１  チューブ
１１１ａ  長手方向端部
１１１ｂ  短辺
１１１ｃ  長辺
１２０  ヘッダタンク
１２１  コアプレート
１２１ａ  チューブ孔
１３１  当接部
２００  口拡冶具
【図１】
2005201570.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005201570.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005201570.tif 000007
【図６】
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